特許 5773661 照明装置、パターン検査装置及び照明光の形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5773661

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】照明装置、パターン検査装置及び照明光の形成方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20150813BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20150813BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20150813BHJP

   G02B 27/48 20060101ALI20150813BHJP

   G03F 1/84 20120101ALI20150813BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/84 E

   G01N21/956 A

   G01B11/24 F

   G02B27/48

   G03F1/84

   H01L21/30 502V

   H01L21/30 514E

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-9677(P2011-9677)

(22)【出願日】2011年1月20日

(65)【公開番号】特開2012-150036(P2012-150036A)

(43)【公開日】2012年8月9日

【審査請求日】2013年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100088487

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 允之

(72)【発明者】

【氏名】小川 力

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０７２９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０１４５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０９３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１４０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０４３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００２／０９５８１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２３６８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０９６６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４

Ｇ０１Ｎ ２１／９５６

Ｇ０１Ｂ １１／２４

Ｇ０２Ｂ ２７／４８

Ｇ０３Ｆ １／８４

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、前記光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記回転位相板を通過した前記光線を通過させる蝿の目レンズと、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、前記複数の段差領域の最大サイズと前記回転位相板から前記蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とする照明装置。

【請求項2】

コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、前記光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記回転位相板を通過した前記光線を通過させる蝿の目レンズと、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズが、前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成され、
前記回転位相板から前記蝿の目レンズの入射面までの光学倍率が１倍であることを特徴とする照明装置。

【請求項3】

コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、前記光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記回転位相板を通過した前記光線を通過させる、前記回転位相板からの配置位置が異なる複数の蝿の目レンズと、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、前記複数の段差領域の最大サイズと前記回転位相板から前記複数の蝿の目レンズの一方の入射面までの光学倍率の積が、前記一方の前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記一方の前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在すると共に、前記複数の段差領域の最大サイズと前記回転位相板から前記複数の蝿の目レンズの他方の入射面までの光学倍率の積が、前記他方の前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記他方の前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とする照明装置。

【請求項4】

コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、前記光源からの光線を通過させて光線の位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記回転位相板を通過した光線を通過させる蝿の目レンズと、
前記蝿の目レンズを通過した光線を照明光として、パターンが形成された基板に照明し、前記パターンの光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記光学画像と参照画像とを比較する比較部と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、前記複数の段差領域の最大サイズと前記回転位相板から前記蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とするパターン検査装置。

【請求項5】

光源からコヒーレント光を発生する工程と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成された回転位相板に、前記光源からの光線を通過させて位相を変化させる工程と、
複数のレンズがアレイ状に配列された蝿の目レンズに、前記回転位相板を通過した前記光線を通過させる工程と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、前記複数の段差領域の最大サイズと前記回転位相板から前記蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、前記複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成された、回転位相板と蝿の目レンズの組み合わせを用いることを特徴とする照明光の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明装置、パターン検査装置、及び照明光の形成方法に係り、例えば、コヒーレント光の干渉性を低減させる照明装置と、かかる装置の照明光を用いて、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査装置およびその照明光の形成方法に関する。

【0002】

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。例えば、電子ビームやレーザビームを用いて描画される。

【0003】

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

【0004】

一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査するパターン検査装置の開発も急務となってきている。

【0005】

マスクパターンの微細化・高集積化に伴い、検査装置は高い分解能が要求され、検査装置の照明光の波長も短いものとなっている。例えば、２６６ｎｍ以下の深紫外光が用いられる。そして、かかる照明光をレーザ光源装置から発振している。しかしながら、かかるレーザ光源から発生するレーザ光はコヒーレント光となり、可干渉性から一定の干渉縞（スペックル）が発生してしまうといった問題があった。そのため、光源からの光線を蝿の目レンズに通し、通過した光線を回転位相板に通すなどして、干渉性を排除する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−７２９０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、従来、コヒーレント光の干渉性を排除する試みがなされているが、かかる問題を十分に解決する手法が確立されていなかった。

【0008】

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、コヒーレント光の干渉性をより排除することが可能な照明装置、パターン検査装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様の照明装置は、
コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、回転位相板を通過した光線を通過させる蝿の目レンズ（オプティカルインテグレータ）と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、複数の段差領域の最大サイズと回転位相板から蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明の他の態様の照明装置は、
コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、回転位相板を通過した光線を通過させる蝿の目レンズ（オプティカルインテグレータ）と、
を備え、
複数の段差領域の最大サイズが、複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成され、
前記回転位相板から前記蝿の目レンズの入射面までの光学倍率が１倍であることを特徴とする。

【0011】

また、本発明の他の態様の照明装置は、
コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、光源からの光線を通過させて位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、回転位相板を通過した光線を通過させる、回転位相板からの配置位置が異なる複数の蝿の目レンズ（オプティカルインテグレータ）と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、複数の段差領域の最大サイズと回転位相板から複数の蝿の目レンズの一方の入射面までの光学倍率の積が、かかる一方の複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、かかる一方の複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在すると共に、複数の段差領域の最大サイズと回転位相板から複数の蝿の目レンズの他方の入射面までの光学倍率の積が、かかる他方の複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、かかる他方の前記複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とする。

【0012】

また、本発明の一態様のパターン検査装置は、
コヒーレント光を発生する光源と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成され、光源からの光線を通過させて光線の位相を変化させる回転位相板と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、回転位相板を通過した光線を通過させる蝿の目レンズ（オプティカルインテグレータ）と、
蝿の目レンズを通過した光線を照明光として、パターンが形成された基板に照明し、パターンの光学画像を取得する光学画像取得部と、
光学画像と参照画像とを比較する比較部と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、複数の段差領域の最大サイズと回転位相板から蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成されたことを特徴とする。

【0013】

また、本発明の一態様の照明光の形成方法は、
光源からコヒーレント光を発生する工程と、
ランダムに配置された、波長以下の高さの複数の段差領域が形成された回転位相板に、光源からの光線を通過させて位相を変化させる工程と、
複数のレンズがアレイ状に配列された蝿の目レンズ（オプティカルインテグレータ）に、回転位相板を通過した光線を通過させる工程と、
を備え、
前記複数の段差領域の最大サイズと前記複数のレンズの配列ピッチとの関係が、複数の段差領域の最大サイズと回転位相板から蝿の目レンズの入射面までの光学倍率の積が、複数のレンズの配列ピッチ以下となる箇所と、複数のレンズの配列ピッチより大きくなる箇所とが混在するように構成された、回転位相板と蝿の目レンズの組み合わせを用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コヒーレント光の干渉性をより排除できる。よって、パターン検査の照明光として用いれば、高精度な検査ができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１における照明装置の構成を示す概念図である。

【図2】実施の形態１における回転位相板の構成を示す概念図である。

【図3】実施の形態１におけるインテグレータの構成を示す概念図である。

【図4】実施の形態１における回転位相板の段差領域の形状の一例を示す概念図である。

【図5】実施の形態１における回転位相板の段差領域の形状の他の一例を示す概念図である。

【図6】実施の形態１の照明装置の効果を説明するための図である。

【図7】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。

【図8】実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。

【図9】実施の形態１におけるフォトマスクと形成されたパターンとの一例を示す概念図である。

【図10】実施の形態２における照明装置の構成を示す概念図である。

【図11】実施の形態３における照明装置の構成を示す概念図である。

【図12】別の光学画像取得手法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における照明装置の構成を示す概念図である。図１において、照明装置３００は、光源１０３、及び照明光学系１７０を備えている。照明光学系１７０は、ビームエキスパンダ１２、回転位相板１４、リレーレンズ１６，１８、インテグレータ（オプティカルインテグレータ：蝿の目レンズ）２０、及びコンデンサレンズ２２を有している。

【0017】

光源１０３は、コヒーレント光を発生する。例えば、波長が２６６ｎｍの紫外光を発生する。光源１０３から発せられたコヒーレント光となる光線１０をビームエキスパンダ１２で拡大し、中心軸を軸として回転する回転位相板１４を通過させる。回転位相板１４を通過させることによって空間コヒーレンシーが低減される。その後、リレーレンズ１６，１８で回転位相板１４からインテグレータ２０の入射面までの光学倍率をＭ倍に調整する。そして、回転位相板１４、及びリレーレンズ１６，１８を通過した光線は、インテグレータ２０に入射する。そして、インテグレータ２０を通過した光線はコンデンサレンズ２２によって、焦点が対象物となるフォトマスク１０１に合わされて、フォトマスク１０１面に照明される。

【0018】

図２は、実施の形態１における回転位相板の構成を示す概念図である。図２（ａ）に示す回転位相板１４の領域２００を拡大すると、図２（ｂ）に示すように、回転位相板１４には、通過する光線の位相を変化させる複数の段差領域２０２（領域Ａ）がランダムに配置される。段差領域２０２では、図２（ｃ）に示すように、回転位相板１４の表面から波長以下の深さが掘り込まれて段差が形成されている。言い換えれば、波長以下の高さの段差が形成されている。よって、かかる段差が無い無段差領域２００（領域Ｂ）もランダムに配置されていることになる。また、領域Ａの深さは、光線が通過することによって、光線の位相を例えばλ／４、λ／２、或いは３λ／４等にずらすことができる厚さが残るサイズであればよい。回転位相板１４は、図示しないモータ等によって回転駆動させられる。そして、高速回転させている回転位相板１４に光線を通すことで、実質同じ確率で領域Ａ或いは領域Ｂを通過させることができる。よって、実質同じ確率でそれぞれの位相の光線を形成できる。ここで段差領域２０２は、光線の光軸に垂直な回転位相板１４面の方向における縦横の外形寸法のうちの最大寸法が寸法Ｌで形成される場合を示している。図２の例では、正方形或いは長方形といった矩形で段差領域２０２が形成された場合を示している。

【0019】

図３は、実施の形態１におけるインテグレータの構成を示す概念図である。図３において、インテグレータ２０には、複数のレンズ２１０がアレイ配列されている。ここでは、複数のレンズ２１０がピッチＰで配置されている。

【0020】

ここで、複数の位相の光線の組み合わせが同じ確率で発生した場合、合成することにより干渉性を完全に排除できる。例えば、２つの位相（０、π）を３つの光線ａ，ｂ，ｃの組合せで表した場合、（０，０，０）、（π，０，π）、（０，π，π）、（π，π，０）の４つの組み合わせが想定できる。これら４つの組み合わせが同じ確率で発生した場合、完全に干渉性を排除できる。そのためには、（０，０，０）、（０，π，π）、或いは（π，π，０）で示す組み合わせのように隣り合う光線が同じ位相になる場合だけではなく、（０，π，０）で示す組み合わせのように隣り合う光線が必ず異なる位相になる場合を存在させる必要がある。しかし、回転位相板１４を通過することでいずれか１つの位相に変化した光線がインテグレータ２０に入射する際、光線の幅がレンズ２１０のピッチよりもすべて大きい場合、いずれの光線も複数のレンズ２１０に跨って入射することになる。よって、せっかく位相をずらしてもインテグレータ２０から出力される際に、隣り合う複数のレンズ２１０で同じ位相の光線が出力されてしまうことになる。これでは、隣り合う光線が必ず異なる位相になる場合を発生させることが困難となる。

【0021】

そこで、実施の形態１では、回転位相板１４を通過することでいずれか１つの位相に変化した光線がインテグレータ２０に入射する際、光線の幅がレンズ２１０のピッチ以下になる箇所をあえて形成する。言い換えれば、領域Ａを通過した光線がすべて１つのレンズ２１０に入射する場合が存在するように構成する。同様に、領域Ｂを通過した光線がすべて１つのレンズ２１０に入射する場合が存在するように構成する。これにより、インテグレータ２０から出力される複数の位相の光の組み合わせを実質同じ確率で発生させることができる。

【0022】

そこで、実施の形態１では、複数の段差領域２０２の最大サイズＬと回転位相板１４からインテグレータ２０の入射面までの光学倍率Ｍの積が、インテグレータ２０の複数のレンズ２１０の配列ピッチＰ以下となる箇所と、配列ピッチＰより大きくなる箇所とが混在するように、段差領域２０２とレンズ２１０の関係を規定する。そして、かかる関係になる回転位相板１４とインテグレータ２０を用いる。これにより、段差領域２０２を通過した光線のすべてがインテグレータ２０の複数のレンズ２１０の１つに入射される場合を作ることができる。よって、隣り合うレンズ２１０を通過した光線が必ず異なる位相になる場合を発生させることができる。

【0023】

かかる構成により、インテグレータ２０から出力される複数の位相の光の組み合わせをより同じ確率に近づくように発生させることができる。その結果、強度分布の均一化と共に干渉性も従来に比べてより排除できる。

【0024】

ここで、回転位相板１４の異なる段差の領域Ａ，Ｂの形状は、図２に示す矩形に限るものではない。

【0025】

図４は、実施の形態１における回転位相板の段差領域の形状の一例を示す概念図である。図４に示すように、位相を変化させる領域Ａ，Ｂの形成を２等辺三角形としてもよい。そして、領域Ａ，Ｂをランダムに配置する点は図２（ｂ）と同様である。ここでも、２等辺三角形の底辺或いは高さの外形寸法のうちの最大寸法を上述した寸法Ｌと置き換えればよい。

【0026】

図５は、実施の形態１における回転位相板の段差領域の形状の他の一例を示す概念図である。図５に示すように、位相を変化させる領域Ａ，Ｂの形成を６角形としてもよい。そして、領域Ａ，Ｂをランダムに配置する点は図２（ｂ）と同様である。６角形の縦横斜めの外形寸法のうちの最大寸法を上述した寸法Ｌと置き換えればよい。

【0027】

図６は、実施の形態１の照明装置の効果を説明するための図である。いずれの光線も隣り合うレンズ２１０に跨って入射する場合、図６（ａ）で示すように、対象物面上では、干渉縞３１０が残ることになる。これに対して、実施の形態１のように、隣り合うレンズ２１０に跨って入射されない場合が加わると、図６（ｂ）で示すように、対象物面上での干渉縞を残さないようにできる。以上のように、実施の形態１によれば、コヒーレント光の干渉性をより排除できる。

【0028】

以上のように構成した照明光学系１７０と光源１０３を用いて、パターン検査を行うパターン検査装置について以下説明する。

【0029】

図７は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図７において、マスク等の基板を試料として、かかる試料の欠陥を検査するパターン検査装置１００は、光源１０３と照明光学系１７０と光学画像取得部１５０と制御回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、ＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、及びオートローダ１３０を備えている。制御回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較部の一例となる比較回路１０８、設計画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図７では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。パターン検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

【0030】

検査開始前に、まず、オートローダ制御回路１１３により制御されたオートローダ１３０により、パターン形成された被検査試料となるフォトマスク１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上にロードされ、そして、ＸＹθテーブル１０２上に載置される。また、フォトマスク１０１のパターン形成時に用いた設計パターンの情報（設計パターンデータ）は、装置外部からパターン検査装置１００に入力され、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。

【0031】

ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。そして、ＸＹθテーブル１０２の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。また、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。また、拡大光学系１０４は、例えば圧電変換素子等によって駆動され、フォトダイオードアレイ１０５へと像の焦点が合わされる。

【0032】

図８は、実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。被検査領域は、図８に示すように、例えばＹ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割される。そして、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図８に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第２の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。ここでは、フォワード（ＦＷＤ）−バックワード（ＢＷＤ）手法を用いているが、これに限るものではなくフォワード（ＦＷＤ）−フォワード（ＦＷＤ）手法を用いても構わない。

【0033】

フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている上述した光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射されるコヒーレント光は、上述した照明光学系１７０を介してフォトマスク１０１を照射する。照明によってフォトマスク１０１を透過した光は、拡大光学系１０４を介してフォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像し、入射する。フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ１０５には、例えばＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。以上のようにして、光学画像取得部１５０は、被検査試料の検査ストライプ毎の光学画像データ（ストライプデータ）を取得する。

【0034】

センサ回路１０６出力された各検査ストライプの測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ毎に、順に、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に出力される。測定データは、画素毎に例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を例えば０〜２５５で表現している。これらの光源１０３、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６によって高倍率の検査光学系が構成されている。

【0035】

設計画像作成回路１１２（参照画像作成部）は、所定の領域毎に、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出されたフォトマスク１０１の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータである設計画像データ（参照画像データ）に変換（展開処理）する。所定の領域は、比較対象となる光学画像に対応する画像の領域（エリア）とすればよい。作成された参照画像データは比較回路１０８に出力される。

【0036】

設計パターンデータに定義されるパターンを構成する図形は長方形や三角形を基本図形としたもので、設計パターンデータには、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。

【0037】

かかる図形データが設計画像作成回路１１２に入力されると、図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の画像データを展開する。そして、展開された画像データ（展開画像データ）は、回路内の図示しないパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９内に格納される。言い換えれば、設計パターンデータを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目ごとに設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを図示しないパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、展開された画像データは、各画素に対して８ビットの占有率データで定義されたエリア単位の画像データとしてパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に格納される。

【0038】

そして、展開された画像データに対してデータ処理（画像処理）を行い、適切なフィルタ処理を施す。光学画像データ（測定データ）は、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にある。そのため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである展開画像データにも所定のモデルに沿ったフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。例えば、拡大或いは縮小処理をおこなうリサイズ処理、コーナー丸め処理、或いはぼかし処理といったフィルタ処理を施す。このようにして設計画像を作成する。

【0039】

そして、比較回路１０８内では、ストライプ毎の光学画像データを読み出し、光学画像データを参照データと同じサイズの領域の画像となるように光学画像データを切り出す。そして、比較回路１０８は、所定の判定条件で、対応する光学画像データと参照データとを位置合わせをおこなってから画素毎に比較する。かかる検査手法は、ダイーツーデータベース検査である。そして、比較結果が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

【0040】

図９は、実施の形態１におけるフォトマスクと形成されたパターンとの一例を示す概念図である。図９において、フォトマスク１０１上には、同一の設計パターンで描画された複数のパターン領域１１，１３（被検査領域）が形成されている。そして、この２つのパターン領域１１，１３を合わせた全体が図８で示した複数の検査ストライプに仮想分割される。そして、光学画像取得部１５０によって、検査ストライプ毎に光学画像データ（測定データ）が取得される。そのため、１つの検査ストライプの測定データには、パターン領域１１，１３の両方の画像が含まれている。そして、領域１１，１３の一方の画像を検査対象画像とし、他方を参照画像として、ダイーツーダイ検査を行なっても良い。

【0041】

以上のように、干渉性が排除された照明光を用いることで、分解能が向上し、より高精度な検査ができる。

【0042】

実施の形態２．
実施の形態１では、回転位相板からインテグレータまでに光学倍率を変更する例を示したが、これに限るものではない。

【0043】

図１０は、実施の形態２における照明装置の構成を示す概念図である。図１０において、回転位相板１４とインテグレータ２０の間のリレーレンズ１６，１８が省略された点以外は図１と同様である。また、パターン検査装置１００の構成も図７と同様である。また、以下、特に説明しない内容は実施の形態１と同様である。

【0044】

実施の形態２では、すなわち、回転位相板１４からインテグレータ２０の入射面までの光学倍率は１倍のままである。かかる構成では、複数の段差領域２０２の最大サイズＬが、インテグレータ２０の複数のレンズ２１０の配列ピッチＰ以下となる箇所と、配列ピッチＰより大きくなる箇所とが混在するように、段差領域２０２とレンズ２１０の関係を規定する。そして、かかる関係になる回転位相板１４とインテグレータ２０を用いる。これにより、段差領域２０２を通過した光線のすべてがインテグレータ２０の複数のレンズ２１０の１つに入射される場合を作ることができる。よって、隣り合うレンズ２１０を通過した光線が必ず異なる位相になる場合を発生させることができる。

【0045】

かかる構成により、インテグレータ２０から出力される複数の位相の光の組み合わせをより同じ確率に近づくように発生させることができる。その結果、強度分布の均一化と共に干渉性も従来に比べてより排除できる。

【0046】

実施の形態３．
実施の形態１，２では、１つのインテグレータを用いる構成を示したがこれに限るものではない。

【0047】

図１１は、実施の形態３における照明装置の構成を示す概念図である。図１１において、インテグレータ２０とコンデンサレンズ２２の間に、レンズ３０、及びインテグレータ３２を追加した点以外は図１と同様である。また、パターン検査装置１００の構成も図７と同様である。また、以下、特に説明しない内容は実施の形態１と同様である。

【0048】

実施の形態３では、複数のインテグレータを配置する。ここでは、２つのインテグレータ２０，３２を配置した場合を示している。インテグレータの数は３つ以上であってもよい。インテグレータ２０，３２は、アレイ配列される複数のレンズ２１０のピッチが異なるピッチであっても同じピッチであってもよい。ここでは、インテグレータ２０が有する複数のレンズ２１０のピッチをＰ１、インテグレータ３２が有する複数のレンズ２１０のピッチをＰ２とする。また、インテグレータ２０，３２は、配置位置が異なるため、回転位相板１４から各インテグレータの入射面までの光学倍率が異なる。ここでは、回転位相板１４からインテグレータ２０の入射面までの光学倍率Ｍ、インテグレータ２０からインテグレータ３２までの光学倍率Ｎとする。言い換えれば、回転位相板１４からインテグレータ３２の入射面までの光学倍率Ｍ×Ｎとする。そして、図１１の例では、焦点距離ｆを持ったレンズ３０を間に介して２つのインテグレータ２０，３２を配置した場合を示している。レンズ３０と２つのインテグレータ２０，３２の焦点位置までの距離と、レンズ３０とインテグレータ３２との距離は共にｆになるように配置される。

【0049】

実施の形態３では、例えば、実施の形態１にように、回転位相板１４とインテグレータ２０との関係が保たれていても、その後のインテグレータ３２を光線が通過する際に、光線の幅がインテグレータ３２のレンズのピッチよりもすべて大きい場合、いずれの光線も隣り合うレンズ間に跨って入射することになる。これでは、隣り合う光線が必ず異なる位相になる場合を発生させることが困難となる。

【0050】

そこで、実施の形態３では、回転位相板１４を通過することでいずれか１つの位相に変化した光線がインテグレータ２０に入射する際、光線の幅がレンズ２１０のピッチ以下になる箇所をあえて形成する。同様に、インテグレータ２０のいずれか１つのレンズ２１０を通過することで隣り合うレンズ間で異なる位相に保たれた光線がインテグレータ３２に入射する際、光線の幅がインテグレータ３２のレンズ２１０のピッチ以下になる箇所をあえて形成する。言い換えれば、領域Ａを通過した光線がすべてインテグレータ２０の１つのレンズ２１０とインテグレータ３２の１つのレンズ２１０に入射する場合が存在するように構成する。同様に、領域Ｂを通過した光線がすべてインテグレータ２０の１つのレンズ２１０とインテグレータ３２の１つのレンズ２１０に入射する場合が存在するように構成する。これにより、複数のインテグレータ２０，３２から出力される複数の位相の光の組み合わせを実質同じ確率で発生させることができる。

【0051】

そこで、実施の形態１では、複数の段差領域２０２の最大サイズＬと回転位相板１４からインテグレータ２０の入射面までの光学倍率Ｍとの積が、インテグレータ２０の複数のレンズ２１０の配列ピッチＰ１以下となる箇所と、配列ピッチＰ１より大きくなる箇所とが混在するように、段差領域２０２とインテグレータ２０のレンズ２１０の関係を規定する。同様に、複数の段差領域２０２の最大サイズＬと回転位相板１４からインテグレータ３２の入射面までの光学倍率Ｍ×Ｎとの積が、インテグレータ２０の複数のレンズ２１０の配列ピッチＰ２以下となる箇所と、配列ピッチＰ２より大きくなる箇所とが混在するように、段差領域２０２とインテグレータ３２のレンズ２１０の関係を規定する。そして、かかる関係になる回転位相板１４とインテグレータ２０，３２を用いる。これにより、段差領域２０２を通過した光線のすべてがインテグレータ２０，３２のそれぞれの複数のレンズ２１０の１つに入射される場合を作ることができる。よって、隣り合うレンズ２１０を通過した光線が必ず異なる位相になる場合を発生させることができる。

【0052】

かかる構成により、複数のインテグレータ２０，３２から出力される複数の位相の光の組み合わせをより同じ確率に近づくように発生させることができる。その結果、強度分布の均一化と共に干渉性も従来に比べてより排除できる。

【0053】

図１２は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。図７等の構成では、スキャン幅Ｗの画素数を同時に入射するフォトダイオードアレイ１０５を用いているが、これに限るものではなく、図１２に示すように、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にＹ方向に図示していないレーザスキャン光学装置でレーザビームをＹ方向に走査し、透過光或いは反射光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する手法を用いても構わない。

【0054】

以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。例えば、演算制御部を構成する、位置回路１０７、比較回路１０８、設計画像生成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、或いはテーブル制御回路１１４等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。

【0055】

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、実施の形態では、透過光を用いて透過型の光学系を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いる構成としてよい。

【0056】

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

【0057】

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置或いはパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0058】

１０ 光線
１２ ビームエキスパンダ
１４ 回転位相板
１６，１８ リレーレンズ
２０，３２ インテグレータ
２２ コンデンサレンズ
３０ レンズ
１００ パターン検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ フォトダイオードアレイ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１２ 設計画像作成回路
１１５ 磁気テープ装置
１２０ バス
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御回路
１７０ 照明光学系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】