(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、
前記検出系は、複数の面型検出器からなり、前記光源から出力される光パルスに同期して、１パルスにつき全ての面型検出器が１回の取り込みを行うものであり、前記面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形としたとき、該面型検出器はｙ方向にＬｓｙの間隔を空けてＮ個並べて配置され、
前記ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形とし、前記光源から出力される光パルスの周波数をＦとしたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動を行い、その後ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙ（２Ｎ−１）のステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、
前記比較回路系は、前記ステージの位置データと前記検出系から得られる画像データより、前記検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、該平均化したデータと予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、
前記検出系は、Ｎ個の面型検出器からなり、前記光源から出力される光パルスの周波数をＦとするとき、各々の面型検出器は周波数Ｆｓ’＝Ｆ／Ｎで画像取り込みを行うものであり、前記面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形とし、ｎを正の整数としたとき、前記面型検出器をｘ方向にＬｓｘ／ｎの間隔を空けてＮ個並べることで構成され、
前記ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形としたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、
前記検出系は、前記ステージが連続移動する方向を＋ｘ方向とするとき、最も−ｘ方向に位置する面型検出器から順番に、前記光源から出力される１パルス毎に画像取り込みを行い、最も＋ｘ方向に位置するＮ番目の検出器で取り込みを終えた後、再び最も−ｘ方向に位置する検出器から順番に画像取り込みを始める、動作を繰り返し、
前記比較回路系は、前記ステージの位置データと前記検出系から得られる画像データより、前記検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、該平均化したデータと予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項３】
パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、
前記検出系は、Ｎ個の面型検出器からなり、前記光源から出力される光パルスの周波数をＦとするとき、各々の面型検出器は周波数Ｆｓ’＝Ｆ／Ｎで画像取り込みを行うものであり、前記面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形とし、ｎをＮの倍数としたとき、前記面型検出器をｘ方向にＬｓｘ以上の間隔を空けてＮ個並べることで構成され、
前記ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形としたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、
前記検出系は、前記ステージが連続移動する方向を＋ｘ方向とするとき、最も−ｘ方向に位置する面型検出器から順番に、前記光源から出力される１パルス毎に画像取り込みを行い、最も＋ｘ方向に位置するＮ番目の検出器で取り込みを終えた後、再び最も−ｘ方向に位置する検出器から順番に画像取り込みを始める、動作を繰り返し、
前記比較回路系は、前記ステージの位置データと前記検出系から得られる画像データより、前記検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、該平均化したデータと予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項４】
前記光源の波長は、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかにに記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記ステージの位置を検出し、前記光源から出力される光パルスに同期して位置データを出力するステージ位置検出系を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検物を検査するパターン検査装置に係わり、特に微細な回路パターンをウェハやガラス等の感光性基板上に焼き付け転写する際に使用されるレチクルやマスク等の原版、或いはレチクルやマスク等の原版上のパターンが転写されたウェハやガラス等の基板そのもののパターン欠陥を調べるパターン検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパターン欠陥検査装置においては、ランプや連続発振レーザなどの光源から発した連続光を照明光学系を介してレチクルやマスク等の被検物へ導くことにより、その被検物がスポット状或いは矩形状に照明される。そして、この照明された領域からの光は結像光学系を介して集光され、ＣＣＤ或いはＴＤＩ等の光電検出素子の受光面上に被検物の照明領域の像が形成される。光電検出素子からの光電検出信号（画像情報）は画像処理系に入力され、画像処理系では被検物の欠陥検出のための画像処理が行われる。
【０００３】
このとき、画像処理系は、被検物を載置する移動ステージの２次元移動と画像情報の取り込み（光電検出素子からの光電検出信号の取り込み）とを同期させて画像処理を行うことにより、被検物の２次元的な画像を得ることができる。ここで、披検物の良否を判定するために参照用のデータ（被検物の設計上のデータ）は、画像処理系の内部に設けられたメモリ部に格納されている。従って、画像処理系の内部に設けられた比較判定部によって、光電検出素子からの画像情報と参照データとを比較検査することによって、被検物に生じている傷，欠陥，ゴミ等の異物等を発見することができる。
【０００４】
ところで、半導体製造用マスクなどの回路パターンは年々微細化しており、欠陥検査装置に要求される分解能も益々厳しくなってきている。分解能を向上するために、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が方法としてあるが、高ＮＡ化は焦点深度の低下を引き起こすため好ましくない。また、マスクを用いて半導体基板上にパターンを転写するステッパの光源は年々短波長化しているが、位相欠陥を検出する目的のために検査装置の光源もステッパと同等の波長を用いることが好ましい。これらの理由により、欠陥検査装置に用いられる光源の短波長化は必須である。
【０００５】
ステッパで用いられている光源としては、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザが既に利用されており、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いたものも開発段階である。そのため、波長１９３ｎｍ程度の光源を用いた欠陥検査装置の実現が期待されている。
【０００６】
現在、波長１９３ｎｍ程度で十分な光量を得られる光源としてはエキシマレーザやエキシマランプなどが挙げられるが、波長幅の大きいランプは色消しのできない遠紫外領域では実用化が困難である。そこで、エキシマレーザを用いる必要があるが、エキシマレーザは原理上連続発振が困難であり実現できていない。そのため、パルス光を光源として用いることになるが、その繰り返し周波数がセンシングの周波数を制限することになる。
【０００７】
例えば、既に実用化されているＫｒＦエキシマレーザの繰り返し周波数は１〜２ｋＨｚであるため、１ライン（２０４８ｐｉｘ）を３０ｋＨｚで取り込み可能なＴＤＩセンサを用いても性能を十分に発揮できないことになる。繰り返し周波数が制限されている以上、スループットを向上するには１パルスで取り込める画素数を増やすしかない。
【０００８】
そこで、ＴＤＩセンサの画素数を増やすことが考えられるが、１センサの画素数を増やすのには限界があるため、複数個のセンサを並べることが考えられる。第１に、図９（ａ）に示すように、ＴＤＩセンサを平行に並べる方法があるが、センサの幅に相当する被検物のステップ＆リピート移動が必要なため、実現が困難である。第２に、図９（ｂ）に示すように、ＴＤＩセンサをライン方向に並べる方法があるが、視野を拡大する必要が生じ、収差を除くのが困難である。このように、ＴＤＩに代表されるようなラインセンサは画素数を増やすのに不適当である。
【０００９】
一方、パルスレーザ光を光源として用いた検査装置において面型センサの利用も考えられるが、これまで具体的な手法は検討されておらず、未だ実用化されていない。特に、面型センサを用いた場合、被検物の移動とセンシングのタイミングが重要になると考えられるが、従来これらの点は全く検討されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、分解能向上のため、検査装置にパルスレーザが利用される可能性は高い。しかし、従来のような、連続光を光源としたときと同様のセンシング方法ではスループットの大幅な低下を招く。そこで、パルスレーザに最適化されたセンシング手法の実現が望まれている。
【００１１】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、パルスレーザと面型検出器を用いて被検物の全面を効率良く検査することのできるパターン検査装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１３】
即ち本発明は、パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、前記検出系は、複数の面型検出器からなり、前記光源から出力される光パルスに同期して、１パルスにつき全ての面型検出器が１回の取り込みを行うものであり、前記面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形としたとき、該面型検出器はｙ方向にＬｓｙの間隔を空けてＮ個並べて配置され、前記ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形とし、前記光源から出力される光パルスの周波数をＦとしたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動を行い、その後ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙ（２Ｎ−１）のステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、前記比較回路系は、前記ステージの位置データと前記検出系から得られる画像データより、前記検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、該平均化したデータと予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１５】
(1) 光源の波長は、２５０ｎｍ以下であること。
【００１６】
(2) ステージの位置を検出し、光源から出力される光パルスに同期して位置データを出力するステージ位置検出系を設けたこと。
【００２６】
また本発明は、パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、検出系は、Ｎ個の面型検出器からなり、光源から出力される光パルスの周波数をＦとするとき、各々の面型検出器は周波数Ｆｓ’＝Ｆ／Ｎで画像取り込みを行うものであり、面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形とし、ｎを正の整数としたとき、前記面型検出器をｘ方向にＬｓｘ／ｎの間隔を空けてＮ個並べることで構成され、ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形としたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、検出系は、ステージが連続移動する方向を＋ｘ方向とするとき、最も−ｘ方向に位置する面型検出器から順番に、前記光源から出力される１パルス毎に画像取り込みを行い、最も＋ｘ方向に位置するＮ番目の検出器で取り込みを終えた後、再び最も−ｘ方向に位置する検出器から順番に画像取り込みを始める、動作を繰り返し、比較回路系は、前記ステージの位置データと前記検出系から得られる画像データより、前記検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、パルスレーザ光を発生するパルスレーザ光源と、該光源からの光を被検物上へ均一に照射する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記被検物からの光を集光して前記被検物の像を形成する結像光学系と、該光学系により得られた前記被検物の像を所定の矩形領域単位で検出する検出系と、該検出系により得られた画像データと予め用意された比較参照用のデータとを比較してパターンの欠陥を検出する比較回路系と、前記被検物を載置したステージを２次元的に走査するステージ駆動系とを具備してなるパターン検査装置であって、検出系は、Ｎ個の面型検出器からなり、光源から出力される光パルスの周波数をＦとするとき、各々の面型検出器は周波数Ｆｓ’＝Ｆ／Ｎで画像取り込みを行うものであり、面型検出器の検出面をＬｓｘ（長さ）×Ｌｓｙ（長さ）の長方形とし、ｎをＮの倍数としたとき、前記面型検出器をｘ方向にＬｓｘ以上の間隔を空けてＮ個並べることで構成され、ステージ駆動系は、各々の面型検出器の検出面と共役な被検物上の領域をＬｘ（長さ）×Ｌｙ（長さ）の長方形としたとき、ｘ方向へＬｘＦ／ｎの速度で連続移動した後、ｙ方向へＬｙのステップ移動する動作を繰り返すことにより、被検物上を隙間無く走査し、検出系は、ステージが連続移動する方向を＋ｘ方向とするとき、最も−ｘ方向に位置する面型検出器から順番に、光源から出力される１パルス毎に画像取り込みを行い、最も＋ｘ方向に位置するＮ番目の検出器で取り込みを終えた後、再び最も−ｘ方向に位置する検出器から順番に画像取り込みを始める、動作を繰り返し、比較回路系は、ステージの位置データと検出系から得られる画像データより、検出器上の１画素に相当する被検物上の座標それぞれについて得られるｎ個の画像情報を平均化し、予め用意された比較参照用データとを比較することを特徴とする。
【００３１】
（作用）
本発明によれば、検出系に面型検出器を用い、パルスレーザ光とタイミングを合わせて被検物を駆動すると共に、パルスのタイミングに同期して被検物の像を矩形領域単位で検出することにより、被検物を連続移動しながら被検物全面を隙間無く検査することができる。
【００３２】
その際、パルス光の１０ｎｓという短いパルス幅が高速シャッタの役割を担うため、検出器側にシャッタを設ける必要がなく、パルスとパルスの間の時間にゆっくりデータを取り込むことができる。また、ＴＤＩ等のラインセンサとは異なり、画素数を２次元的に広げられるため、光学系の視野を有効に活用することができる。つまり、パルスレーザと面型検出器を用いて被検物の全面を効率良く検査することが可能となる。
【００３３】
また、複数個の面型検出器を用いると共に、センシングのタイミングや被検物の移動速度の最適化をはかることにより、面型検出器をより有効に利用することが可能となる。また、パルスレーザ光の波長を２５０ｎｍ以下に設定することにより、現在のステッパで使用されているＫｒＦエキシマレーザと同等若しくはそれ以下の波長で欠陥の検査を行うことになり、ステッパに用いるマスク等の欠陥を十分な精度で検査することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン検査装置を示す概略構成図である。
【００３６】
パルスレーザ光源１１としてのＫｒＦエキシマレーザから放出されたパルスレーザ光は、照明光学系１２により被検物としてのマスク１３上に均一に照射される。マスク１３はステージ１４上に載置されており、ステージ１４はステージ駆動系１５によりｘ−ｙ方向に２次元移動されるようになっている。そして、ステージ１４の移動位置はレーザ測長系１６により測定されるものとなっている。
【００３７】
マスク１３の照明によりマスク１３を通過した光は結像光学系１７により検出系１８の受光面に結像される。検出系１８で検出された画像データは比較回路系１９に供給され、設計データ２０と比較される。このとき、レーザ測長系１６により測定されたステージ位置情報に基づいて、検出系１８から得られる画像データの座標補正を行うようになっている。また、比較回路系１９による比較判定結果がＣＲＴモニタ等の表示装置（図示せず）にて表示されるようになっている。
【００３８】
本実施形態では、検出系１８として１個の面型センサ、例えばＣＣＤ撮像素子を用いる。そして、面型センサによる画像取り込みは光パルスのタイミングに同期しており、１回のパルスで１回の画像取り込みを行うようになっている。
【００３９】
ステージ駆動系１５による被検物１３の移動速度については、図２に示されるように、被検物面上において面型センサと共役な領域をＬｘ［ｍｍ］×Ｌｙ［ｍｍ］とし、パルスの繰り返し周波数をＦ［Ｈｚ］とするとき、ｘ方向にＬｘ×Ｆ［ｍｍ／ｓ］の速度でステージ１４を移動させる。これにより、ｘ方向に関して隙間無く被検物面上を検査することができる。そして、検査領域のｘ方向の端まで到達したら、ｙ方向にＬｙだけステップ移動し、今度は−ｘ方向に走査する。これをｙ方向が検査領域の端に到達するまで繰り返せば、検査領域全面を隙間無く観察することができる。
【００４０】
また、面型センサによる画像取り込みのタイミングは、パルス光照射の直後に取り込み始めて、次のパルス光照射の前に完了するようにする。この場合、ＫｒＦエキシマレーザのパルス幅は１０ｎｓ程度と非常に短いため、面型センサにシャッタを準備する必要はない。
【００４１】
外光を遮断すれば、パルスとパルスの間に面型センサ１８に電荷が蓄積されることは無いため、フレームトランスファ型のＣＣＤ等を利用できる。面型センサ１８で取り込んだ画像に位置情報を付加するために、パルス光照射と同時に被検物位置をレーザ測長系１６で測定する。パルスと面型センサ１８及びレーザ測長系１６の同期は、光源１１がＫｒＦエキシマレーザの場合、レーザへ印加する電流パルスがレーザパルス周期となるため、その電流パルスに同期させることで実現する。
【００４２】
位置情報はレーザ測長系１６により正確に測定できるため、被検物１３の移動速度はＬｘＦより遅くても良い。数画素重複させれば取り漏らしを防ぐ効果が期待できるため、被検物１３を移動させるステージ１４の走行精度を高くせずに済む可能性がある。
【００４３】
上述の手法は最も単純なものであるが、これでは不十分な場合がある。面型センサ１８によるセンシングは１パルス照射当たり１回であるため、平均化効果が得られにくく、スペシクルノイズが残る可能性がある。よって、照明光のコヒーレンシーが高い場合、複数パルスで平均化しなければならない場合がある。被検物１３をステップ＆リピートすれば複数パルスの照射は容易だが、スループットを保ちつつ実現するのは困難である。
【００４４】
そこで本実施形態では、ｘ方向移動速度をＬｘＦ／ｎとする手法を提案する。ｎは平均化を行うパルス数である。図３（ａ）にｎ＝３の例を示すが、ＬｘＦ／３の速度で被検物を移動させることにより、１つの面型センサで１つのエリアの像をｎ回取ることができる。但し、面型センサ上の像は１パルス毎に移動しているため、画像はデジタル化してメモリに蓄積する必要がある。その概念を示したのが図３（ｂ）である。これより、前述の単純な手法と比べて検査スピードが１／ｎとなるが、ｎ個のパルスの平均を取ることが可能であることが分かる。
【００４５】
このように本実施形態では、パルスレーザ光源１１と１個の面型センサ１８を用い、レーザ光源１１から出力される光パルスに同期して、１パルスにつき１回の画像取り込みを行うと共に、ステージ駆動系１５によりｘ方向へのＬｘＦの速度の連続移動とｙ方向へのＬｙのステップ移動とを繰り返すことにより、被検物全面を隙間無く走査することができ、被検物１３の全面を効率良く検査することができる。
【００４６】
また、ステージ駆動系１５によりｘ方向へのＬｘＦ／ｎの速度の連続移動とｙ方向へのＬｙのステップ移動とを繰り返すことによって、被検物全面を隙間無く走査し、且つ１つのセンサ１８による被検物１３上のｎ回の走査が可能となる。このため、ｎ個の画像情報を平均化することにより、より正確な検出が可能となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、面型センサの画素数が足りない場合について説明する。面型センサにはＣＣＤやＣＭＯＳなどがあるが、いずれも１回に測定できる画素数や測定の周波数に制限がある。一般的に画素数と周波数はトレードオフの関係にあり、単一のセンサで双方を向上するのは困難である。
【００４８】
そこで、スループット向上のため、複数個の面型センサを用いる手法を採用する。パターン検査装置の基本構成は前記図１と同様とする。まず、第１に図４のようにｙ方向に複数の面型センサ１８を並べる。この際、センサ間の間隔は被検物面上においてＬｙとする。
【００４９】
このレイアウトでは、ステージ１４をｘ方向にＬｘ×Ｆ［ｍｍ／ｓ］の速度で移動し、検査領域のｘ方向を走査し終わった後、ｙ方向にＬｙだけステップ移動し、続いて−ｘ方向に走査する。そして、−ｘ方向に走査し終わったら、ｙ方向にＬｙ（２×センサ個数−１）だけステップ移動し、またｘ方向に走査、という動作を繰り返すことで検査領域を隙間無く走査できる。
【００５０】
このようにＮ個の面型センサ１６を用いることにより、ｘ方向の走査回数を１／Ｎにすることができ、検査に要する時間を短くすることができる。
【００５１】
この手法は、第１の実施形態で述べたｎ回平均を取る手法と両立できる。即ち、上記の手法に加え、ステージ１５をｘ方向にＬｘＦ／ｎの速度で移動することにより、１つのエリアの像をｎ回取ることができる。これより、上記の手法と比べて検査スピードが１／ｎとなるが、ｎ個のパルスの平均を取ることができ、より正確な検出が可能となる。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、面型センサの画像取り込み周波数が足りない場合について説明する。この場合も複数個の面型センサを用いることで間に合わせることができる。また、用いるパターン検査装置の基本構成は前記図１と同様とする。
【００５３】
図５にその手順を示す。これは平均化を行わない場合の手順であり、２つの面型センサをｘ方向に並べることで実現している。２つの面型センサの間隔はセンサ１個分である。パルスの繰り返し周波数をＦ、センサの画像取り込み周波数をＦ／２とする。パルス▲１▼で照射される分を、センサ１で取り込み、パルス▲２▼で照射される分をセンサ２で取り込む。パルス▲３▼では再びセンサ１で取り込む、以後同様の手順を繰り返すことにより、検査領域を隙間無く走査することができる。この際、ｘ方向への被検物の連続移動速度はＬｘＦである。なお、パルス▲２▼の照射時はセンサ１を遮光し、パルス▲１▼▲３▼時はセンサ２を遮光する必要がある。
【００５４】
また、任意のＮ個の面型センサを用い、ｎ回の平均化を行えるセンシング法についても考えることができる。一般的に、図６に示すようにＮ個の面型センサをｘ方向に並べた状態を仮定する。センサのｘ方向の長さはＬｓｘ、センサ間の間隔はＬｓｄとする。各々のセンサにおいて、１パルス毎に１番目のセンサから順に画像を取り込み、そしてＮ番目のセンサまで取り終わったら、また１番目のセンサから取り込むものとする。その際、取り込むパルス以外のパルスは遮光するものとする。
【００５５】
このような場合、ｎ回の平均化を行った上で披検物を隙間無く検査するために必要なＬｓｄの条件、及び被検物の連続移動速度について説明する。センサ面と共役な被検物上の領域のｘ方向長さをＬｘ、センサ間距離と共役な披検物上の長さをＬｄとすると、まずｎ回の平均化を実現するために必要な移動速度はＬｘＦ／ｎとなるのは明らかである。
【００５６】
次に、センサ間の間隔であるが、これが適当でないと試料面上の位置の違いによって平均化の回数が異なることになるため慎重に設定する必要がある。まず、１番目のセンサから順に画像を取り込んでゆき、Ｎ番目のセンサを取り終えて、再び１番目のセンサが取り込むまでに、被検物が進む距離を計算すると、Ｌｘ／ｎ×Ｎとなる。
【００５７】
また、図７にＮ＝３，ｎ＝３，Ｌｄ＝４／３×Ｌｘの場合の例を示すが、ステージを連続移動させてセンサ１から順番にＮまで取り込む過程（ａ）は、被検物上でのセンサ間隔がＬｄ−Ｌｘ／ｎ（＝Ｌｘ）となるようなセンサレイアウトで一度に画像を取り込む過程（ｂ）と同等である。さらに、センサ間隔がＬｘ／ｎの場合は、センサ間隔がゼロ、即ちＮ個のセンサを連続配置したレイアウトで一度に画像を取り込む過程と同等となる。以上を踏まえると、
（Ｌｄ−Ｌｘ／ｎ＝０の場合）
隙間なくセンサを配置して、一度に画像を取り込む場合と同等になるため、被検物上を隙間無く取れる。
【００５８】
（０＜Ｌｄ−Ｌｘ／ｎの場合）
センサの領域がｘ軸上を稠密に埋めればよい。そのため、最も単純には、全センサでの取り込みの間に、センサ領域の整数分の１しか進まない場合が考えられる。つまり、
Ｌｘ／ｎ×Ｎ＝Ｌｘ／ｋ（但しｋは正の整数）
であれば良い。これより、
ｎ／Ｎ＝ｋ
つまり、ｎがＮの倍数であることが条件となる。
【００５９】
（Ｌｄ−Ｌｘ／ｎ＜０の場合）
重なり部を稠密にする必要があるが、そのためには、
Ｌｘ／ｎ×Ｎ＝Ｌｘ／ｎ−Ｌｄ
を満たす必要がある。しかし、これから求められるＬｄは
Ｌｄ＝Ｌｘ（１−Ｎ）
となり、Ｎ＞１の複数センサの場合、Ｌｄ＜０となるため、実現不能である。
【００６０】
ここまでの結果をまとめる。センサ個数Ｎはセンサ周波数Ｆｓとパルス周波数Ｆｐによって定まる。つまりＮ＝Ｆｐ／Ｆｓ、平均化回数ｎはノイズの程度に依存、Ｌｘはセンサ画素数によって定まる。これらは定数として扱うとして、レイアウトを決めるためにＬｄを見積もると、
▲１▼  ｎがＮの倍数でない場合は、Ｌｄ＝Ｌｘ／ｎ
▲２▼  ｎがＮの倍数の場合は、    Ｌｄ≧Ｌｘ／ｎ
となる。
【００６１】
この結果を用いることで、一般的な条件下でのセンサレイアウトを提案することができる。例えば、エキシマレーザのパルス周波数を１０００Ｈｚ、センサ面のｘ方向長さを１０ｍｍ、センサ面と共役な被検物上の領域のｘ方向長さを１５０μｍ、センサの画像取り込み周波数を５００Ｈｚ、センサ画素数５００×５００、平均化回数１０回とすると、被検物上でのセンサ間隔Ｌｄは、
センサ個数はＮ＝Ｆｐ／Ｆｓ＝２
Ｎはｎの倍数であるから、
Ｌｄ≧Ｌｘ／ｎ＝１５０／１０＝１５μｍ
に設定すればよい。この場合、スループットは５００×５００／１０×１０００＝２．５×１０6 ｐｉｘ／ｓであるが、不足な場合はｙ方向にセンサを増設すればよい。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態として第３の実施形態のより具体的な実施形態を説明する。
【００６３】
検査装置の概略的構成は前記図１と同様である。光源１１として、波長１９３ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ、パルス繰り返し周波数２ｋＨｚのパルス光を出射するＡｒＦエキシマレーザを用いた。光源１１から出た光は照明光学系１２を介して被検物としての観察基板（レチクル，マスク等）１３を均一に照明する。観察基板１３はステージ１４上に載置され、ステージ駆動系１５により２次元的に走査される。
【００６４】
照明光学系１２によって照明されて、観察基板１３を通過した光は、結像光学系１７によって集光されて、観察基板１３の像が検出系１８の受光面上に形成される。検出系１８で取り込まれた画像データは、ステージ１４の移動位置を測定するレーザ測長系１６測定データと共に、比較参照系１９に送られる。そして、比較参照系１９により予め用意された設計データ２０と照らし合わされて欠陥の有無が判別される。
【００６５】
検出系１８は複数の面型センサによって構成される。各々の面型センサは画素数が５００×２５０、画像取り込み周波数が５００ＨｚのＣＣＤ撮像素子である。画像平均化回数１０回、スループットが７．０×１０7 ｐｉｘ／ｓｅｃ以上を達成するために、検出系１８の構成は以下のようにする。まず、パルス周波数２０００Ｈｚ、センサの画像取り込み周波数５００Ｈｚより、ｘ方向に２０００／５００＝４個のセンサが並ぶ必要がある。また、１０回の平均化を行うことから、１パルスで面型センサの画素数５００×２５０の１／１０しか取り込めない。そのため、スループットを満足するには、（７．０×１０7 ）／（５００×２５０／１０×２０００）＝２．８個以上のセンサがｙ方向に並ぶ必要がある。
【００６６】
よって、図８に示されるように、ｘ方向４列、ｙ方向３行で構成される１２個のセンサ（１ａ〜４ａ，１ｂ〜４ｂ，１ｃ〜４ｃ）を用意する。そして、各々のセンサの間隔は、ｙ方向は２５０画素相当とし、ｘ方向は、平均化の回数１０がｘ方向のセンサ個数４の倍数ではないために、５００／１０＝５０画素相当とする。
【００６７】
次に、観察基板１３を隙間無く検査する手順を説明する。観察基板１３上のセンサと共役な領域は、長方形がｘ方向に４列、ｙ方向に３行、所望の間隔で並ぶ。それぞれの長方形のｘ方向長さは光学倍率によって定まり、本実施形態においては１５０μｍである。そのため、基板１３はｘ方向に１５０／１０×２０００＝３０ｍｍ／ｓｅｃで連続移動される。以下に、センシングのプロセスを箇条書きにする。
【００６８】
▲１▼ステージ１４はｘ方向に３０ｍｍ／ｓで連続移動
0004131899.tif 000002
このとき、取り込むパルス以外のパルスは、センサ付属のシャッタで遮光
▲２▼ｘ方向が検査領域の端まで到達したら、ｙ方向に７５μｍステップ移動
▲３▼ステージ１４は−ｘ方向に３０ｍｍ／ｓで連続移動
0004131899.tif 000003
このとき、取り込むパルス以外のパルスは、センサ付属のシャッタで遮光
▲４▼ｘ方向が検査領域の端まで到達したら、
ｙ方向に７５×（２×３−１）＝３７５μｍステップ移動
▲５▼▲１▼〜▲４▼を繰り返す
▲６▼ｘ方向及びｙ方向が検査領域の端まで到達したら終了
レーザ測長系１６では、ステージ１４の移動位置をレーザパルスに同期して読み取り、読み取った位置データを比較回路系１９に送る。エキシマレーザはパルス電流を印加して発振しているため、その電流にトリガーをかけて同期させる。結像光学系１７によって形成される観察基板１３の像は、検出系１８を構成する１６個の面型センサによって画像信号に変換される。
【００６９】
比較回路系１９においては、検出系１８において取り込まれた画像信号にステージ測長系１６からの位置データを付加する。位置情報を付加された画像データは、平均化のために、メモリ上にストックされる。そして１０回分のデータが集まったところから平均化を行い、測定データが設計データ２０と照らし合わされて、欠陥の有無が判別される。
【００７０】
このように本実施形態では、マスク等の被検物１３の欠陥検査に使用するパルスレーザ光源１１の周波数Ｆｐ、面型センサ１８の取り込み周波数Ｆｓ、平均化数ｎに基づき、第３の実施形態で述べた条件に従って、ｘ方向に並べるセンサ１８の個数Ｎ、センサ間隔、ステージ速度を最適に設定することにより、センサ１８により被検物全面を効果的に走査することができ、且つ各々のセンサ１８につき１０個の画像情報を得ることができる。さらに、必要とするスループットに応じてｙ方向に並べるセンサ１８の個数を設定することにより、十分なスループットを達成することが可能となる。
【００７１】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。検出系を構成する面型検出器としては、ＣＣＤ撮像素子に限るものではなく、画像を二次元的に検出できるものであればよく、ＣＭＯＳ型の撮像素子を用いてもよい。また、パルスレーザ光源はＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに限るものではなく、十分に短い波長（２５０ｎｍ以下）の光をパルス的に放出できるものであればよい。
【００７２】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、パルスレーザを光源として用いたパターン検査において、検出系として面型検出器を用い、被検物の移動速度と検出系のセンシングタイミングを最適に設定することにより、被検物の全面を効率良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるパターン検査装置を示す概略構成図。
【図２】面型センサを用いた場合のステージ移動とパルスタイミングとの関係を示す図。
【図３】面型センサを用いた場合のｎ回平均化の概念を説明するための模式図。
【図４】ｙ方向に３つのセンサを並べたレイアウトと、画像取り込みの手順を示す図。
【図５】ｘ方向に２つのセンサを並べたレイアウトと、画像取り込みの手順を示す図。
【図６】ｘ方向にＮ個のセンサを並べたレイアウトと、センサ間隔との関係を示す図。
【図７】ｘ方向に複数のセンサを並べて、順番に画像取り込みを行う場合（ａ）と、１度にとる場合（ｂ）とを示す図。
【図８】第４の実施形態におけるセンサのレイアウトを示す図。
【図９】従来のライン型センサの配置例を示す図。
【符号の説明】
１１…光源
１２…照明光学系
１３…被検物
１４…ステージ
１５…ステージ駆動系
１６…ステージ位置測長系
１７…結像光学系
１８…検出系
１９…比較回路系
２０…設計データ
【図１】
0004131899.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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