特許 7604354 検査装置及び焦点位置調整方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-13

(45)【発行日】2024-12-23

(54)【発明の名称】検査装置及び焦点位置調整方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20241216BHJP

   G03B 13/36 20210101ALI20241216BHJP

   G02B 7/28 20210101ALI20241216BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20241216BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

G03B13/36

G02B7/28 H

H01L21/66 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021177889

(22)【出願日】2021-10-29

(65)【公開番号】P2023066985

(43)【公開日】2023-05-16

【審査請求日】2024-01-11

(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】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】武田 雅矢

【審査官】比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０２０２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１２１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１７７１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２８１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３７６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８６１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２９７６００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１３７８６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ２１／８４－Ｇ０１Ｎ２１／９５８

Ｇ０１Ｎ２３／００－Ｇ０１Ｎ２３／２２７６

Ｇ０１Ｂ ９／００－Ｇ０１Ｂ１１／３０

Ｇ０１Ｂ１５／００－Ｇ０１Ｂ１５／０８

Ｈ０１Ｌ２１／６４－Ｈ０１Ｌ２１／６６

Ｇ０２Ｂ ７／２８－Ｇ０２Ｂ ７／４０

Ｇ０３Ｂ ３／００－Ｇ０３Ｂ ３／１２

Ｇ０３Ｂ１３／３０－Ｇ０３Ｂ１３／３６

Ｇ０３Ｂ２１／５３

Ｈ０１Ｌ２１／６４－Ｈ０１Ｌ２１／６６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍ３）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が載置されるステージと、
前記試料の検査領域を複数のストライプに仮想的に分割してストライプ毎にスキャンする際に、スキャンに用いられる光を照射する照明光学系と、
前記光の焦点位置の検出に用いられる第１センサを含み、前記試料に照射された前記光を前記第１センサ上に結像させる結像光学系と、
前記第１センサが受光した前記光に基づいて前記光の前記焦点位置を検出し、検出した前記焦点位置に基づいてオートフォーカス制御信号を生成する検出回路と、
スキャンした結果に基づいて、前記ストライプ毎に前記試料の座標データに基づく焦点位置データを生成する生成回路と、
スキャン速度とオートフォーカスの追従速度とにより決定されるシフト量を用いて、前記焦点位置データの前記座標データを前記ステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、フォーカスオフセット値を設定する設定回路と、
前記オートフォーカス制御信号と前記フォーカスオフセット値とに基づいて、前記光の合焦位置が前記試料の表面となるように前記ステージの高さ位置を制御する制御回路と
を備え、
前記設定回路は、
前記複数のストライプのうちの第１ストライプをスキャンする場合、前記第１ストライプをダミースキャンした結果に基づく前記焦点位置データの前記座標データを、前記第１ストライプに対する前記ステージの前記進行方向にシフトさせた結果に基づいて、前記第１ストライプに対応する前記フォーカスオフセット値を設定し、
前記複数のストライプのうちの第２ストライプをスキャンする場合、前記第２ストライプをダミースキャンした結果に基づく前記焦点位置データの前記座標データを、前記第２ストライプに対する前記ステージの前記進行方向にシフトさせた結果に基づいて、前記第２ストライプに対応する前記フォーカスオフセット値を設定し、
前記複数のストライプのうちの第ｎストライプ（ｎは３以上の自然数）をスキャンする場合、第（ｎ－２）ストライプをスキャンした結果に基づく前記焦点位置データの前記座標データを、前記第ｎストライプに対する前記ステージの前記進行方向にシフトさせた結果に基づいて、前記第ｎストライプに対応する前記フォーカスオフセット値を設定する、
検査装置。

【請求項2】

前記第２ストライプに対する前記ステージの前記進行方向は、前記第１ストライプに対する前記ステージの前記進行方向と逆方向である、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記生成回路は、前記複数のストライプをダミースキャンまたはスキャンした結果に基づいて、前記ストライプ毎に移動平均による前記ステージの前記高さ位置の近似データを生成する、
請求項１または２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記第（ｎ－２）ストライプに対する前記ステージの前記進行方向と、前記第ｎストライプに対する前記ステージの前記進行方向とは、同じである、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項5】

前記結像光学系は、光学画像撮像用の第２センサを更に含み、
前記試料をスキャンする場合、光学画像が撮像され、
前記試料をダミースキャンする場合、前記光学画像が撮像されない、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項6】

ステージ上に載置された試料の検査領域を複数のストライプに仮想的に分割してストライプ毎にスキャンする光の焦点位置調整方法であって、前記焦点位置調整方法は、
前記複数のストライプのうちの第１ストライプをダミースキャンする工程と、
前記第１ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、第（－１）焦点位置データを生成する工程と、
前記複数のストライプのうちの第２ストライプをダミースキャンする工程と、
前記第２ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、第０焦点位置データを生成する工程と、
前記複数のストライプのうちの第ｎストライプ（ｎは自然数）をスキャンする場合、スキャン速度とオートフォーカスの追従速度とに基づいて決定されるシフト量を用いて、第（ｎ－２）焦点位置データの第（ｎ－２）座標データを前記第ｎストライプに対する前記ステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、前記第ｎストライプのフォーカスオフセット値を設定する工程と、
前記フォーカスオフセット値と前記光の焦点位置検出結果とに基づいて、前記光の合焦位置が前記試料の表面となるように前記ステージの高さ位置を制御して、前記第ｎストライプをスキャンする工程と、
前記第ｎストライプをスキャンした結果から、第ｎ焦点位置データを生成する工程と
を備える、焦点位置調整方法。

【請求項7】

前記第２ストライプに対する前記ステージの前記進行方向は、前記第１ストライプに対する前記ステージの前記進行方向と逆方向である、
請求項６に記載の焦点位置調整方法。

【請求項8】

前記第（－１）焦点位置データを生成する前記工程において、前記第１ストライプをダミースキャンした前記結果に基づいて、移動平均により、前記第１ストライプにおける前記ステージの前記高さ位置の近似データが生成され、
前記第０焦点位置データを生成する前記工程において、前記第２ストライプをダミースキャンした前記結果に基づいて、前記移動平均により、前記第２ストライプにおける前記ステージの前記高さ位置の前記近似データが生成され、
前記第ｎ焦点位置データを生成する前記工程において、前記第ｎストライプをスキャンした前記結果に基づいて、前記移動平均により、前記第ｎストライプにおける前記ステージの前記高さ位置の前記近似データが生成される、
請求項６または７に記載の焦点位置調整方法。

【請求項9】

第（ｎ－２）ストライプに対する前記ステージの前記進行方向と、前記第ｎストライプに対する前記ステージの前記進行方向とは、同じである、
請求項６に記載の焦点位置調整方法。

【請求項10】

前記第ｎストライプをスキャンする前記工程において、光学画像が撮像され、
前記第１ストライプをダミースキャンする前記工程及び前記第２ストライプをダミースキャンする前記工程において、前記光学画像が撮像されない、
請求項６に記載の焦点位置調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、試料上に形成されたパターンを検査するための検査装置及び焦点位置調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程では、露光装置（「ステッパ―」または「スキャナー」とも呼ばれる）を用いた縮小露光により、回路パターンが半導体基板上に転写される。露光装置では、原画パターン（以下、単に「パターン」とも表記する）が形成されたマスク（「レチクル」とも呼ばれる）が用いられる。

【0003】

半導体デバイスの製造において、歩留まりを低下させる要因の１つとして、マスクのパターン欠陥がある。

【0004】

例えば、最先端のデバイスでは、数ｎｍの線幅のパターンの形成が要求される。パターンの微細化に伴い、マスクにおけるパターンの欠陥も微細化している。したがって、マスクの検査装置には、微細な欠陥の検出精度の向上が求められている。

【0005】

マスクの検査装置では、マスクは、ステージ上に載置される。そして、ステージが移動することによって、光学系を介して照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過、または反射した光は、レンズを介してセンサに結像される。これにより、光学画像が取得される。

【0006】

微細なパターンの光学画像を撮像するために、検査装置の光学系における高倍率化と高ＮＡ（Numerical Aperture）化が進められている。これに伴い、光学系とマスクとの焦点深度が浅くなる。焦点深度が浅くなると、光学系とマスクとの距離が僅かに変化しただけで、光の焦点ずれが生じる。この結果、光学画像のパターン像がぼやけ、光学画像の取得及び欠陥検出処理に支障を来たす。焦点ずれを抑制するため、リアルタイムオートフォーカス機構を備えた検査装置が知られている。

【0007】

例えば、特許文献１には、ある検査領域の焦点位置情報の多項式近似の演算処理を行い、その演算結果に基づいて、隣接する検査領域の焦点位置制御を行う方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１０－２１７３１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

検査速度向上のため、光走査時のステージ移動速度を向上させると、オートフォーカスの追従に遅れが生じ、急峻な段差に対して焦点ずれが発生する場合がある。

【0010】

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、オートフォーカスの追従遅れを低減できる検査装置及び焦点位置調整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】

【0011】

本発明の第１の態様によれば、検査装置は、試料が載置されるステージと、試料の検査領域を複数のストライプに仮想的に分割してストライプ毎にスキャンする際に、スキャンに用いられる光を照射する照明光学系と、光の焦点位置の検出に用いられる第１センサを含み、試料に照射された光を第１センサ上に結像させる結像光学系と、第１センサが受光した光に基づいて光の焦点位置を検出し、検出した焦点位置に基づいてオートフォーカス制御信号を生成する検出回路と、スキャンした結果に基づいて、ストライプ毎に試料の座標データに基づく焦点位置データを生成する生成回路と、スキャン速度とオートフォーカスの追従速度とにより決定されるシフト量を用いて、焦点位置データの座標データをステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、フォーカスオフセット値を設定する設定回路と、オートフォーカス制御信号とフォーカスオフセット値とに基づいて、光の合焦位置が試料の表面となるようにステージの高さ位置を制御する制御回路と、を含む。設定回路は、複数のストライプのうちの第１ストライプをスキャンする場合、第１ストライプをダミースキャンした結果に基づく焦点位置データの座標データを、第１ストライプに対するステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、第１ストライプに対応するフォーカスオフセット値を設定し、複数のストライプのうちの第２ストライプをスキャンする場合、第２ストライプをダミースキャンした結果に基づく焦点位置データの座標データを、第２ストライプに対するステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、第２ストライプに対応するフォーカスオフセット値を設定し、複数のストライプのうちの第ｎストライプ（ｎは３以上の自然数）をスキャンする場合、第（ｎ－２）ストライプをスキャンした結果に基づく焦点位置データの座標データを、第ｎストライプに対するステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、第ｎストライプに対応するフォーカスオフセット値を設定する。

【0012】

本発明の第１の態様によれば、第２ストライプに対するステージの進行方向は、第１ストライプに対するステージの進行方向と逆方向であることが好ましい。

【0013】

本発明の第１の態様によれば、生成回路は、複数のストライプをダミースキャンまたはスキャンした結果に基づいて、ストライプ毎に移動平均によるステージの高さ位置の近似データを生成することが好ましい。

【0014】

本発明の第１の態様によれば、第（ｎ－２）ストライプに対するステージの進行方向と、第ｎストライプに対するステージの進行方向とは、同じであることが好ましい。

【0015】

本発明の第１の態様によれば、結像光学系は、光学画像撮像用の第２センサを更に含む。試料をスキャンする場合、光学画像が撮像され、試料をダミースキャンする場合、光学画像が撮像されないことが好ましい。

【0016】

本発明の第２の態様によれば、ステージ上に載置された試料の検査領域を複数のストライプに仮想的に分割してストライプ毎にスキャンする光の焦点位置調整方法は、複数のストライプのうちの第１ストライプをダミースキャンする工程と、第１ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、第（－１）焦点位置データを生成する工程と、複数のストライプのうちの第２ストライプをダミースキャンする工程と、第２ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、第０焦点位置データを生成する工程と、複数のストライプのうちの第ｎストライプ（ｎは自然数）をスキャンする場合、スキャン速度とオートフォーカスの追従速度とに基づいて決定されるシフト量を用いて、第（ｎ－２）焦点位置データの第（ｎ－２）座標データを第ｎストライプに対するステージの進行方向にシフトさせた結果に基づいて、第ｎストライプのフォーカスオフセット値を設定する工程と、フォーカスオフセット値と光の焦点位置検出結果とに基づいて、光の合焦位置が試料の表面となるようにステージの高さ位置を制御して、第ｎストライプをスキャンする工程と、第ｎストライプをスキャンした結果から、第ｎ焦点位置データを生成する工程とを含む。

【0017】

本発明の第２の態様によれば、第２ストライプに対するステージの進行方向は、第２ストライプに対するステージの進行方向と逆方向であることが好ましい。

【0018】

本発明の第２の態様によれば、第（－１）焦点位置データを生成する工程において、第１ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、移動平均により、ステージの高さ位置の近似データが生成され、第０焦点位置データを生成する工程において、第２ストライプをダミースキャンした結果に基づいて、移動平均により、第２ストライプにおけるステージの高さ位置の近似データが生成され、第ｎ焦点位置データを生成する工程において、第ｎストライプをスキャンした結果に基づいて、移動平均により、第ｎストライプにおけるステージの高さ位置の近似データが生成されることが好ましい。

【0019】

本発明の第２の態様によれば、第（ｎ－２）ストライプに対するステージの進行方向と、第ｎストライプに対するステージの進行方向とは、同じであることが好ましい。

【0020】

本発明の第２の態様によれば、第ｎストライプをスキャンする工程において、光学画像が撮像され、第１ストライプをダミースキャンする工程及び第２ストライプをダミースキャンする工程において、光学画像が撮像されないことが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明の検査装置及び焦点位置調整方法によれば、オートフォーカスの追従遅れを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、一実施形態に係る検査装置の全体構成を示す図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る検査装置の照明光学系１４０及び結像光学系１５０のブロック図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る検査装置におけるマスクの検査領域の一例を示す図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る検査装置における検査工程のフローチャートである。

【図5】図５は、一実施形態に係る検査装置における光学画像取得の流れを示すフローチャートである。

【図6】図６は、移動平均と多項式近似とによるＺ座標の近似データの具体例を示す図である。

【図7】図７は、一実施形態に係る検査装置において、ストライプをＦＷＤ方向にスキャンした場合の焦点位置データの先読みの一例を示す図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る検査装置において、ストライプをＢＷＤ方向にスキャンした場合の焦点位置データの先読みの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、実施形態について図面を参照して説明する。実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。本発明の技術的思想は、構成要素の形状、構造、配置等によって特定されるものではない。

【0024】

以下では、試料の検査装置として、マスクの検査装置を例にあげて説明する。なお、本実施形態では、検査装置が光学画像を撮像する場合について説明するが、これに限定されない。検査装置は、検査画像として、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いた電子線画像を撮像してもよい。

【0025】

更に、本実施形態では、検査対象となる試料がフォトリソグラフィ法などで使用されるマスクである場合について説明するが、これに限定されない。例えば、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ：Nanoimprint Lithography）に用いられるテンプレート、または、ウェハ（半導体基板）等、表面にパターンが設けられている試料であればよい。

【0026】

更に、本実施形態では、検査装置におけるマスクの欠陥検査方式として、検査画像と、設計データに基づく参照画像とを比較するＤ－ＤＢ（Die to Database）方式について、説明するがこれに限定されない。欠陥検査方式は、検査画像と、マスク上に形成された同一パターンからなる複数の領域の画像とを比較するＤ－Ｄ（Die to Die）方式であってもよい。

【0027】

更に、実施形態で説明した焦点位置調整方法は、検査装置に限定されず、例えば、マスクの作製に用いられる荷電粒子ビーム照射装置等、他の装置に適用されてもよい。

【0028】

１．検査装置の全体構成
まず、図１を参照して、検査装置１の全体構成の一例について説明する。図１は、検査装置１の全体構成を示す図である。なお、図１の例は、マスク２を反射した光（以下、「反射光」とも表記する）を用いて光学画像を取得する構成を示しているが、検査装置１はこれに限定されない。検査装置１は、マスク２を透過した光（以下、「透過光」とも表記する）を用いて光学画像を取得する構成であってもよい。また、検査装置１は、反射光を用いた光学画像と透過光を用いた光学画像とを取得する構成であってもよい。

【0029】

図１に示すように、検査装置１は、画像取得機構１０と制御機構２０とを含む。本実施形態の検査装置１は、オートフォーカス機構を有する。

【0030】

画像取得機構１０は、ステージ１１０、ＸＹ駆動部１２０、Ｚ駆動部１３０、照明光学系１４０、結像光学系１５０、センサ回路１６０、焦点位置検出回路１７０、レーザ測長システム１８０、並びにオートローダ１９０を含む。

【0031】

ステージ１１０は、ステージ１１０の表面に平行なＸ方向、ステージ１１０の表面に平行であり且つＸ方向と交差するＹ方向、並びにステージ１１０の表面に垂直なＺ方向に移動可能である。マスク２は、ステージ１１０の上に載置される。

【0032】

ＸＹ駆動部１２０は、ステージ１１０を、Ｘ方向及びＹ方向から構成されるＸＹ平面上を移動させるための駆動機構を有する。より具体的には、ＸＹ駆動部１２０は、ステージ１１０をＸ方向に駆動させるＸ軸モータ１２１及びステージ１１０をＹ方向に駆動させるＹ軸モータ１２２を含む。Ｘ軸モータ１２１及びＹ軸モータ１２２には、例えばステッピングモータを用いることができる。なお、ＸＹ駆動部１２０は、例えば、Ｚ方向を回転軸として、ステージ１１０をＸＹ平面上で回転軸周りに回転させる回転軸モータを有していてもよい。

【0033】

マスク２の検査領域は、例えば、Ｙ方向に沿って複数のストライプ状に仮想的に分割される。以下、分割された検査領域の各々を「ストライプ」と表記する。ＸＹ駆動部１２０は、分割された各ストライプを連続的に光走査（スキャン）するように、ステージ１１０の動作を制御する。

【0034】

Ｚ駆動部１３０は、ステージ１１０をＺ方向に移動させるための駆動機構を有する。より具体的には、例えば、Ｚ駆動部１３０は、ステージ１１０をＺ方向に駆動させる複数のＺ軸アクチュエータ１３１を含む。Ｚ軸アクチュエータ１３１には、例えばピエゾ素子等の圧電素子を用いたアクチュエータを用いることができる。

【0035】

照明光学系１４０は、光源を含み、光源から射出された照明光をマスク２に照射する。照明光学系の詳細は後述する。

【0036】

結像光学系１５０は、マスク２の反射光をセンサ上に結像させる。結像光学系１５０は、光学画像撮像用のセンサ及び焦点位置測定用のセンサを含む。結像光学系１５０の詳細は後述する。

【0037】

センサ回路１６０は、結像光学系１５０内の光学画像撮像用のセンサから受信した電気信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する。センサ回路１６０は、変換したデジタル信号に基づく光学画像データを制御機構２０の比較回路２１１に送信する。光学画像は、マスク２のパターンに基づく。光学画像では、撮像領域をＸＹ平面上に分割した各画素の明るさ（輝度）が、階調値で表現される。例えば、階調値が８ビットデータで表される場合、各画素の画素値は、０～２５５の階調値で表される。

【0038】

焦点位置検出回路１７０は、結像光学系１５０内の焦点位置測定用のセンサから受信した電気信号に基づいて、焦点位置（焦点のずれ量）を検出する。焦点位置検出回路１７０は、検出した焦点位置に基づいて焦点位置調整信号を生成する。焦点位置調整信号は、照明光の焦点位置をマスク２のパターン表面に合焦させるための信号である。焦点位置調整信号は、ステージ１１０のＺ座標の補正量の情報を含む。焦点位置検出回路１７０は、焦点位置調整信号をＺ駆動部制御回路２０７に送信する。焦点位置検出回路１７０は、オートフォーカス機構に含まれる。

【0039】

レーザ測長システム１８０は、ステージ１１０のＸ方向及びＹ方向における位置（「ステージ位置」とも表記する）を測定する。レーザ測長システム１８０は、測定したＸＹ平面におけるステージ位置情報を、制御機構２０の位置回路２１２に送信する。

【0040】

オートローダ１９０には、複数のマスク２がセットされる。オートローダ１９０は、検査対象のマスク２をステージ１１０に搬入する。オートローダ１９０は、光学画像の撮像が終了したマスク２をステージ１１０から搬出させる。

【0041】

制御機構２０は、制御計算機２００、記憶部２０１、表示部２０２、入力部２０３、通信部２０４、オートローダ制御回路２０５、ＸＹ駆動部制御回路２０６、Ｚ駆動部制御回路２０７、ＦＤ生成回路２０８、展開回路２０９、参照回路２１０、比較回路２１１、及び位置回路２１２を含む。これらは、例えばバスラインを介して互いに接続されている。

【0042】

なお、オートローダ制御回路２０５、ＸＹ駆動部制御回路２０６、Ｚ駆動部制御回路２０７、展開回路２０９、参照回路２１０、比較回路２１１、及び位置回路２１２は、制御計算機２００が実行するプログラムによって構成されてもよいし、制御計算機２００が備えるハードウェアまたはファームウェアによって構成されてもよいし、制御計算機２００によって制御される個別の回路によって構成されてもよい。以下では、これらの回路が、制御計算機２００によって実行されるプログラムに基づいて、その機能が実現される場合について説明する。

【0043】

制御計算機２００は、検査装置１の全体を制御する。より具体的には、制御計算機２００は、画像取得機構１０、記憶部２０１、表示部２０２、入力部２０３、通信部２０４、オートローダ制御回路２０５、ＸＹ駆動部制御回路２０６、Ｚ駆動部制御回路２０７、展開回路２０９、参照回路２１０、比較回路２１１、及び位置回路２１２を制御する。そして、制御計算機２００は、画像取得機構１０を制御して光学画像を取得する。また、制御計算機２００は、制御機構２０を制御して、参照画像を生成する。制御計算機２００は、光学画像と参照画像とを比較し、パターンの欠陥等を検出する。制御計算機２００は、例えば、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。ＣＰＵは、例えば、記憶部２０１内の検査プログラム２２３を実行する。なお、制御計算機２００は、例えば、マイクロプロセッサなどのＣＰＵデバイスであってもよいし、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ装置であってもよい。また、制御計算機２００の少なくとも一部の機能が、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Alley）、または、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ:Graphics Processing Unit）等の他の集積回路によって担われてもよい。

【0044】

記憶部２０１は、検査に関する情報を記憶する。より具体的には、記憶部２０１は、設計データ２２０、検査条件２２１、検査データ２２２、及び検査プログラム２２３等を記憶する。なお、記憶部２０１は、外部ストレージとして、磁気ディスク記憶装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）等の各種記憶装置を含んでいてもよい。

【0045】

設計データ２２０は、マスク２の設計データである。

【0046】

検査条件２２１は、撮像条件及び検査条件等のパラメータを含む。

【0047】

検査データ２２２は、参照画像、光学画像、及び検査結果に関するデータを含む。また、検査データ２２２は、焦点位置データＦＤを含む。焦点位置データＦＤは、マスク２を光走査（スキャン）した際のマスク２（ステージ１１０）のＸ座標、Ｙ座標、及びＺ座標に基づくデータである。

【0048】

検査プログラム２２３は、パターン検査を実行するためのプログラムである。記憶部２０１は、非一時的な記憶媒体として、検査プログラム２２３を記憶する。例えば、検査プログラム２２３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶される。

【0049】

表示部２０２は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイ等の表示装置である。表示部２０２は、音声出力装置を含んでいてもよい。

【0050】

入力部２０３は、キーボード、マウス、タッチパネル、またはボタンスイッチなどの入力装置である。

【0051】

通信部２０４は、外部装置との間でデータの送受信を行うために、ネットワークに接続するための装置である。通信には、各種の通信規格が用いられ得る。例えば、通信部２０４は、外部装置から設計データを受信し、検査の結果を外部装置に送信する。

【0052】

オートローダ制御回路２０５は、オートローダ１９０の動作を制御する。オートローダ制御回路２０５は、オートローダ１９０を操作して、検査対象のマスク２をステージ１１０に搬入させる。また、オートローダ制御回路２０５は、オートローダ１９０を操作して、ステージ１１０からマスク２を搬出させる。

【0053】

ＸＹ駆動部制御回路２０６は、ＸＹ駆動部１２０を制御する。例えば、ＸＹ駆動部制御回路２０６は、位置回路２１２を介してレーザ測長システム１８０が測定したステージ１１０のＸＹ平面上の位置測定結果（Ｘ座標及びＹ座標）を取得し、取得した結果に基づいてＸＹ駆動部１２０を制御する。

【0054】

Ｚ駆動部制御回路２０７は、Ｚ駆動部１３０を制御する。本実施形態のＺ駆動部制御回路２０７は、フォーカスオフセット値と焦点位置調整信号（オートフォーカス制御信号）とに基づいて、Ｚ座標を決定する。フォーカスオフセット値は、スキャンに用いられるステージ１１０の位置の設定値（Ｘ座標、Ｙ座標、及びＺ座標）である。Ｚ駆動部制御回路２０７は、オートフォーカス機構に含まれる。

【0055】

Ｚ駆動部制御回路２０７は、オフセット設定回路２３０を含む。オフセット設定回路２３０は、記憶部２０１から読み出した焦点位置データＦＤに基づいて、フォーカスオフセット値を設定する。本実施形態のオフセット設定回路２３０は、マスク２の任意のストライプを同一方向にスキャンしたときの焦点位置データＦＤを用いてフォーカスオフセット値を設定する。このとき、オフセット設定回路２３０は、例えば、焦点位置データＦＤのＺ座標の情報をステージ１１０の移動方向に対して先読みをして、フォーカスオフセット値を設定する。フォーカスオフセット値設定の詳細については、後述する。

【0056】

ＦＤ生成回路２０８は、ストライプをスキャンした結果に基づいて、焦点位置データＦＤを生成する。より具体的には、ＦＤ生成回路２０８は、例えば１つのストライプをスキャンした際の連続するＺ座標（ステージ１１０の高さ位置）のデータを用いて、移動平均による近似データを算出する。そして、ＦＤ生成回路２０８は、例えば、Ｚ座標の近似データと、Ｘ座標及びＹ座標のデータと、を関連付けて、焦点位置データＦＤを生成する。なお、焦点位置データＦＤは、ストライプの番号等の情報も含んでいてもよい。Ｘ座標、Ｙ座標、及びＺ座標のデータは、位置回路２１２等から取得したステージ１１０の位置測定の結果であってもよいし、ＸＹ駆動部１２０及びＺ駆動部１３０によるステージ１１０の位置の制御情報であってもよい。ＦＤ生成回路２０８は、焦点位置データＦＤを記憶部２０１に送信する。

【0057】

展開回路２０９は、例えば、設計データ２２０を、２値または多値の画像データに展開（変換）する。より具体的には、展開回路２０９は、例えば、記憶部２０１に保持されている設計データ２２０をパターン（図形）毎のデータに展開し、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、展開回路２０９は、設計データ２２０を、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値または多値の画像（以下、「展開画像」と表記する）に展開する。そして、展開回路２０９は、展開画像の画素毎に図形が占める占有率を演算する。このようにして、演算された各画素内の図形占有率が展開画像の画素値である。例えば、展開画像の画素値が８ビットの階調値で表される場合、各画素の画素値は、０～２５５の階調値で表される。展開回路２０９は、参照回路２１０に、生成した展開画像を送信する。

【0058】

参照回路２１０は、展開画像を用いて参照画像を生成する。参照回路２１０は、生成した参照画像を比較回路２１１に送信する。

【0059】

比較回路２１１は、センサ回路１６０から受信した光学画像と、参照回路２１０から受信した参照画像とを、適切なアルゴリズムを用いて比較する。そして、比較回路２１１は、光学画像と参照画像との階調値差が予め設定された閾値を超えた場合には、対応するマスク２の座標位置（Ｘ座標及びＹ座標）に欠陥があると判定する。比較回路２１１は、検査データを記憶部２０１に記憶する。また、比較回路２１１は、検査データを表示部２０２に表示してもよいし、通信部２０４を介して外部に出力してもよい。

【0060】

位置回路２１２は、レーザ測長システム１８０から受信したデータに基づいて、ステージ１１０のＸＹ平面上の位置データを生成する。

【0061】

２．照明光学系及び結像光学系の構成
次に、図２を参照して、照明光学系１４０及び結像光学系１５０の構成の一例について説明する。図２は、照明光学系１４０及び結像光学系１５０のブロック図である。

【0062】

まず、照明光学系１４０の構成について説明する。
図２に示すように、照明光学系１４０は、光源３０１及び３０２、ダイクロイックミラー３０３、レンズ３０４、スリット３０５、レンズ３０６、ハーフミラー３０７、及び対物レンズ３０８を含む。

【0063】

光源３０１及び３０２は、マスク２に照射する光を射出する。光源３０１及び３０２から射出される光の波長は、互いに異なる。光源３０１及び３０２は、いずれか一方または両方同時に光を射出できる。例えば、光源３０１は、光学画像の撮像及び焦点位置検出に用いられる。光源３０１の光の波長とマスクパターンのレイアウトとの関係により、マスク２を反射した光の回折光の影響によって焦点位置検出の精度が低下する場合にある。このような場合、光源３０２が焦点位置検出に用いられる。なお、２つの光源を有することについて説明をしたが、光源は１つ（例えば光源３０１）であってもよく、その場合、ダイクロイックミラー３０３は不要となる。

【0064】

ダイクロイックミラー３０３は、光源３０１及び３０２の光分離手段として用いられる。本実施形態のダイクロイックミラー３０３は、光源３０１からの光を透過し、光源３０２からの光を反射する。なお、ダイクロイックミラー３０３は、光源３０１からの光を反射し、光源３０２からの光を透過してもよい。

【0065】

ダイクロイックミラー３０３を透過または反射した光は、光軸Ｌ１に沿って伝搬し、レンズ３０４に入射する。

【0066】

レンズ３０４を通過した光の一部は、スリット３０５を通過する。スリット３０５を通過した光は、焦点位置検出に用いられる。レンズ３０４を通過した光及びスリット３０５を通過した光は、レンズ３０６に入射する。

【0067】

レンズ３０６により屈折された光は、ハーフミラー３０７に入射する。ハーフミラー３０７に入射された光の一部は反射され、対物レンズ３０８に入射する。

【0068】

対物レンズ３０８は、光をマスク２のパターン表面に集光させる。このとき、スリット３０５を通過した光は、マスク２の光学画像の撮像領域外に集光される。なお、対物レンズ３０８は、鏡筒内に複数のレンズが配置された構造であってもよい。

【0069】

ステージ１１０は、対物レンズ３０８を通過した光の合焦位置がマスク２のパターン表面となるように、Ｚ方向に移動する。以下の説明では、Ｚ方向において、対物レンズ３０８から遠ざかる方向を限定する場合、＋Ｚ方向と表記し、対物レンズ３０８に近づく方向を限定する場合、－Ｚ方向と表記する。

【0070】

次に、結像光学系１５０の構成について説明する。結像光学系１５０は、対物レンズ３０８、ハーフミラー３０７、３１４、及び３１６、レンズ３０９、３１１～３１３、及び３１５、ミラー３１０、スリット３１７及び３１８、フォトダイオードアレイ３２０、並びにセンサ３２１～３２３を含む。レンズ３１３及び３１５、ハーフミラー３１４及び３１６、スリット３１７及び３１８、並びにセンサ３２１～３２３は、オートフォーカス機構に含まれる。

【0071】

マスク２を反射して対物レンズ３０８を通過した光の一部は、ハーフミラー３０７を通過し、レンズ３０９に入射する。レンズ３０９において屈折された光は、光軸に対し、略平行な状態となる。

【0072】

レンズ３０９を通過した光の一部は、レンズ３１１及び３１２を通過する。レンズ３１１及び３１２は、光をフォトダイオードアレイ３２０上に結像させる。

【0073】

フォトダイオードアレイ３２０は、光学画像撮像用のセンサである。フォトダイオードアレイ３２０は、結像された光を光電変換して、電気信号を生成する。フォトダイオードアレイ３２０は、電気信号をセンサ回路１６０に送信する。より具体的には、フォトダイオードアレイ３２０は、図示せぬ画像センサを含む。画像センサとしては、例えば、撮像素子としてのＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが用いられてもよい。ラインセンサの例としては、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサがあげられる。例えば、ＴＤＩセンサによって、連続的に移動しているステージ１１０上に載置されたマスク２のパターンが撮像される。

【0074】

また、レンズ３０９を通過した光の一部は、ミラー３１０で反射して、レンズ３１３に入射する。ここで、ミラー３１０で反射される光には、スリット３０５を通過してマスク２を反射した光が含まれる。なお、ミラー３１０は、ハーフミラーであってもよい。

【0075】

レンズ３１３において屈折された光は、ハーフミラー３１４に入射される。

【0076】

ハーフミラー３１４を反射した光は、センサ３２１に入射する。

【0077】

センサ３２１は、照明光学系１４０の瞳、すなわち、対物レンズ３０８の瞳、またはこれと共役な位置における瞳の光強度分布の測定に用いられる。センサ３２１は、受光した光に基づいて、電気信号を生成し、焦点位置検出回路１７０に送信する。センサ３２１としては、例えば、２次元センサであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサが用いられる。例えば、センサ３２１において測定された光強度から、回折光の影響が確認できた場合、光源３０２が焦点位置検出に用いられる。

【0078】

また、ハーフミラー３１４を透過した光は、レンズ３１５を通過して、ハーフミラー３１６に入射する。

【0079】

ハーフミラー３１６を透過した光は、スリット３１７を照射する。そして、スリット３１７を通過した光は、センサ３２２に入射される。また、ハーフミラー３１６を反射した光は、スリット３１８を照射する。そして、スリット３１８を通過した光は、センサ３２３に入射される。スリット３１７及び３１８は、スリット３０５を通過し、マスク２を反射した光を通過させるように配置される。このとき、スリット３１７及び３１８は、マスク２に対して共役位置の前側と後側に位置するように配置する。なお、スリット３１７が前側に配置され、スリット３１８が後側に配置されてもよいし、逆に配置されてもよい。スリット３１７及び３１８の幅は、対物レンズ３０８の開口数ＮＡで拡がる光束の半分、すなわち、対物レンズ３０８の瞳径の半分に相当する方が好ましい。

【0080】

センサ３２２及び３２３は、焦点位置検出用のセンサである。センサ３２２及び３２３は、受光した光に基づいて、電気信号を生成し、焦点位置検出回路１７０に送信する。センサ３２２及びセンサ３２３には、例えば、フォトダイオードまたは光電子増幅管が用いられる。焦点位置検出回路１７０は、共役位置の前側の光量と後側の光量とを比較して、焦点位置（焦点位置からのずれ量）を算出する。共役位置の前側の光量と後側の光量とが等しい場合が、最適な焦点位置となる。

【0081】

なお、結像光学系１５０において、光源３０１による光と光源３０２による光とを分離して、それぞれの光から焦点位置を検出してもよい。この場合、例えば、ハーフミラー３１４とレンズ３１５との間にダイクロイックミラーを設ける。ダイクロイックミラーは、例えば、光源３０１からの光を透過し、光源３０２からの光を反射する。そして、レンズ３１５、ハーフミラー３１６、スリット３１７及び３１８、並びにセンサ３２２及び３２３により構成される焦点検出系を２組設けて、ダイクロイックミラーの透過光及び反射光から焦点位置をそれぞれ検出してもよい。

【0082】

３．マスクの検査領域
次に、図３を参照して、マスク２の検査領域の一例について説明する。図３は、マスク２の表面を示す図である。以下の説明では、Ｘ方向にマスク２がスキャンされ、Ｙ方向に複数のストライプが並んで配置されている場合について説明する。Ｘ方向において、図３の紙面左側に向かう方向を限定する場合、－Ｘ方向とし、紙面右側に向かう方向を限定する場合、＋Ｘ方向と表記する。また、Ｙ方向において、図３の紙面下側に向かう方向を限定する場合、－Ｙ方向とし、紙面上側に向かう方向を限定する場合、＋Ｙ方向と表記する。

【0083】

図３に示すように、マスク２は、検査領域４００を含む。検査領域４００には、図示せぬパターンが設けられている。例えば、検査領域４００は、マスク２の透過領域であり、検査領域４００の外周は、遮光領域である。縮小投影露光装置では、透過領域を透過した光により、パターンが露光される。なお、検査領域４００に遮光領域の一部が含まれていてもよい。

【0084】

検査領域４００は、Ｙ方向に沿って、複数のストライプＳＰに仮想的に分割される。ストライプＳＰは、予め設定された幅の短冊形状を有する。なお、隣り合うストライプＳＰのＹ方向の端部は、重複していてもよい。図３の例では、検査領域４００は、ｎ個（ｎは１以上の自然数）のストライプＳＰ１～ＳＰｎに分割されている。ストライプＳＰ１～ＳＰｎは、＋Ｙ方向に向かって順に配置されている。ストライプＳＰ１～ＳＰｎが連続的にスキャンされるように、ＸＹ駆動部１２０はステージ１１０を移動させる。

【0085】

より具体的には、まず、ストライプＳＰ１において、光の照射領域は＋Ｘ方向に移動する。以下、＋Ｘ方向に移動する場合を、「ＦＷＤ方向に移動する」とも表記する。このとき、ステージ１１０は、－Ｘ方向に移動する。以下、－Ｘ方向に移動する場合を、「ＢＷＤ方向に移動する」とも表記する。ストライプＳＰ１のスキャンが終了すると、ストライプＳＰ２のスキャンが実行される。ストライプＳＰ２のスキャンでは、照射領域が－Ｘ方向（ＢＷＤ方向）に移動する。このとき、ステージ１１０は、＋Ｘ方向（ＦＷＤ方向）に移動する。次に、ストライプＳＰ３のスキャンでは、照射領域がＦＷＤ方向に移動する。このとき、ステージ１１０は、－Ｘ方向（ＢＷＤ方向）に移動する。次に、ストライプＳＰ４のスキャンでは、照射領域がＢＷＤ方向に移動する。このとき、ステージ１１０は、＋Ｘ方向（ＦＷＤ方向）に移動する。このようにストライプＳＰｎのスキャンが終了するまで、照射領域の移動方向をＦＷＤ方向とＢＷＤ方向に交互に変えながらスキャンが実行される。すなわち、ストライプＳＰが奇数の場合、ＦＷＤ方向にスキャンが実行され、ストライプＳＰが偶数の場合、ＢＷＤ方向にスキャンが実行される。

【0086】

４．検査工程の全体の流れ
次に、図４を参照して、検査工程の全体の流れの一例について説明する。図４は、検査工程のフローチャートである。

【0087】

図４に示すように、制御計算機２００は、まず、画像取得機構１０を制御して、キャリブレーションを実行する（ステップＳ１）。キャリブレーションにより、センサ回路１６０において取得される光学画像の画素値（階調値）が調整される。

【0088】

次に、制御計算機２００は、スキャンを実行して、マスク２の検査画像（光学画像）を取得する（ステップＳ２）。取得された光学画像は、比較回路２１１に送信される。

【0089】

展開回路２０９は、設計データ２２０の展開処理を実行する（ステップＳ３）。より具体的には、展開回路２０９は、記憶部２０１に記憶された設計データ２２０を読み出す。そして、展開回路２０９は、設計データ２２０を、例えば８ｂｉｔの画像データ（展開画像）に展開（変換）する。展開回路２０９は、生成した展開画像を、参照回路２１０に送信する。

【0090】

参照回路２１０は、参照画像を生成する（ステップＳ４）。参照回路２１０は、生成した参照画像を比較回路２１１に送信する。なお、検査画像の取得と参照画像の生成との順序は逆であってもよいし、同時に実行されてもよい。

【0091】

比較回路２１１は、比較処理を行う（ステップＳ５）。より具体的には、比較回路２１１は、まず、光学画像と参照画像とのアライメントを実行し、光学画像内のパターンと、参照画像内のパターンとの位置合わせを行う。次に、比較回路２１１は、光学画像と参照画像とを比較する。比較回路２１１は、各画素の画素値（階調値）の差を算出し、階調値差が予め設定された閾値以上である場合、その画素に欠陥があると判定する。

【0092】

制御計算機２００は、比較結果（検査データ）を出力する（ステップＳ６）。制御計算機２００は、検査結果を、記憶部２０１に保存する。なお、制御計算機２００は、検査結果を表示部２０２に表示してもよいし、通信部２０４を介して外部機器（例えば、レビュー装置等）に出力してもよい。

【0093】

５ 焦点位置調整
次に、焦点位置調整について説明する。本実施形態では、スキャンを実行する場合、フォーカスオフセット値とオートフォーカス制御信号とに基づく焦点位置調整（ステージ１１０の高さ位置調整）が行われる。フォーカスオフセット値は、任意のストライプＳＰを同一方向にスキャンした焦点位置データＦＤに基づいて設定される。より具体的には、例えば、ストライプＳＰｎのスキャンを実行する場合、同じ方向にスキャンした２つ前のストライプＳＰ（ｎ－２）の焦点位置データＦＤ（ｎ－２）に基づいて、フォーカスオフセット値が設定される。このため、本実施形態では、ストライプＳＰ１及びＳＰ２のスキャンを実行する前に、それぞれのスキャンの進行方向に対応したダミースキャンが実行される。ダミースキャンでは、焦点位置データＦＤが取得され、光学画像は取得されない。例えば、変数ｎがストライプＳＰ１に対応するｎ＝１未満の数値である場合、すなわち、ｎ＝－１またｎ＝０が設定されている場合は、ダミースキャンを実行する。

【0094】

５．１ 光学画像取得の流れ
まず、図５を参照して、スキャンに着目した光学画像取得の流れの一例について説明する。図５は、光学画像取得の流れを示すフローチャートである。

【0095】

図５に示すように、まず、制御計算機２００は、変数ｎ＝－１を設定する（ステップＳ１０１）。次に、制御計算機２００は、ＦＷＤ方向へのダミースキャンを実行する（ステップＳ１０２）。ＦＷＤ方向へのダミースキャンは、ストライプＳＰ１に対応する。例えば、ＦＷＤ方向へのダミースキャンには、ストライプＳＰ１が用いられる。なお、このとき、ストライプＳＰ１の光学画像は取得されない。

【0096】

次に、ＦＤ生成回路２０８は、スキャン結果から移動平均によるＺ座標（ステージ１１０の高さ位置）の近似データを生成する。ＦＤ生成回路２０８は、Ｚ座標の近似データに基づいて、焦点位置データＦＤ（－１）を生成する（ステップＳ１０３）。焦点位置データＦＤ（－１）は、記憶部２０１に記憶される。

【0097】

次に、制御計算機２００は、変数ｎのカウントアップを行い、ｎ＝０とする（ステップＳ１０４）。次に、制御計算機２００は、ＢＷＤ方向へのダミースキャンを実行する（ステップＳ１０５）。ＢＷＤ方向へのダミースキャンは、ストライプＳＰ２に対応する。このため、例えば、ＦＷＤ方向へのダミースキャンには、ストライプＳＰ２が用いられる。

【0098】

次に、ＦＤ生成回路２０８は、スキャン結果から移動平均によるＺ座標の近似データを生成する。ＦＤ生成回路２０８は、Ｚ座標の近似データに基づいて、焦点位置データＦＤ０を生成する（ステップＳ１０６）。焦点位置データＦＤ０は、記憶部２０１に記憶される。

【0099】

次に、制御計算機２００は、変数ｎのカウントアップを行い、ｎ＝ｎ＋１とする（ステップＳ１０７）。

【0100】

次に、オフセット設定回路２３０は、記憶部２０１から焦点位置データＦＤ（ｎ－２）を読み出す。オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ（ｎ－２）に基づいて、ストライプＳＰｎのスキャンにおけるフォーカスオフセット値を設定する（ステップＳ１０８）。このとき、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤの先読みを実行する。換言すると、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤのＸ座標のデータをステージ１１０の進行方向にシフトさせる。より具体的には、例えば、ストライプＳＰ１では、ＦＷＤ方向にスキャンが実行される。すなわち、ステージ１１０は、－Ｘ方向に移動する。このような場合、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ（－１）の座標データ、より具体的には、Ｘ座標の値を、－Ｘ方向にシフトさせた結果に基づいて、フォーカスオフセット値を設定する。また、例えば、ストライプＳＰ２では、ＢＷＤ方向にスキャンが実行される。すなわち、ステージ１１０は、＋Ｘ方向に移動する。このような場合、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ０のＸ座標の値を＋Ｘ方向にシフトさせた結果に基づいて、フォーカスオフセット値を設定する。シフト量は、スキャン速度とオートフォーカスの追従速度とに基づいて決定される。同様に、例えば、ストライプＳＰ３以降（ｎ＝３以上）では、オフセット設定回路２３０は、２つ前にスキャンしたストライプＳＰの焦点位置データＦＤをシフトさせた結果に基づいて、フォーカスオフセット値を設定する。

【0101】

なお、フォーカスオフセット値を設定する場合、先読みを適用する焦点位置データＦＤと先読みを適用しない焦点位置データＦＤとが混在していてもよい。例えば、オフセット設定回路２３０は、ダミースキャンにより取得された焦点位置データＦＤ（－１）及びＦＤ０については先読みを実行し、それ以外のスキャンにより取得された焦点位置データＦＤｎ（ｎ＞１）については、先読みを実行しなくてもよい。

【0102】

また、本実施形態では、オフセット設定回路２３０は、記憶部２０１から焦点位置データＦＤ（ｎ－２）を読み出す場合について説明したが、スキャンの進行方向が同じであれば、これに限定されない。例えば、設計データ２２０を参照して、ストライプＳＰ（ｎ－２）よりもストライプＳＰ（ｎ－４）の方が、ストライプＳＰｎのパターンに類似している場合、オフセット設定回路２３０は、記憶部２０１から焦点位置データＦＤ（ｎ－４）を読み出し得る。

【0103】

次に、制御計算機２００は、ストライプＳＰｎのスキャンを実行する（ステップＳ１０９）。このとき、Ｚ駆動部制御回路２０７は、フォーカスオフセット値と、焦点位置検出回路１７０の焦点位置調整信号とに基づいて、ステージ１１０の高さ位置（Ｚ座標）を制御する。スキャンによって取得した光学画像データは、比較回路２１１に送信される。

【0104】

次に、ＦＤ生成回路２０８は、スキャン結果から移動平均によるＺ座標の近似データを生成する。ＦＤ生成回路２０８は、Ｚ座標の近似データに基づいて、焦点位置データＦＤｎを生成する（ステップＳ１１０）。焦点位置データＦＤｎは、記憶部２０１に記憶される。

【0105】

制御計算機２００は、スキャンを実行したストライプＳＰｎが最終か確認する（ステップＳ１１１）。最終ストライプＳＰではない場合（ステップＳ１１１＿Ｎｏ）、制御計算機２００は、ステップＳ１０７に進み、変数ｎをカウントアップする。他方で、最終ストライプＳＰである場合（ステップＳ１１１＿Ｙｅｓ）、制御計算機２００は、光学画像の取得を終了する。

【0106】

５．２ Ｚ座標の近似データの具体例
次に、図６を参照して、Ｚ座標の近似データの具体例について説明する。図６は、Ｚ座標の近似データの具体例を示す図である。図６の例は、１つのストライプＳＰにおけるステージ１１０のＸ座標及びＺ座標を示している。

【0107】

図６の上段のグラフは、スキャンを実行した際のステージ１１０の座標を示している。全体的に＋Ｘ方向に向かってＺ座標が上昇しているのは、マスク２の歪みの影響を示している。本例では、座標Ｘ１及びＸ２に急峻な段差が存在している。

【0108】

下段のグラフは、上段のグラフで示した座標に対して、２種類の演算による２つの近似データを示している。実線で示した近似データは、本実施形態のＦＤ生成回路２０８が、移動平均により近似データを算出した場合を示している。破線は、比較例として、多項式近似により近似データを算出した場合を示している。比較例の多項式近似を用いた場合、多項式の次数が低いとＸ１とＸ２の間の段差が反映されなくなることがある。これに対し、移動平均であれば、近似データに段差を反映させることができる。なお、移動平均において、各Ｘ座標におけるＺ座標の平均値の算出に用いられるデータ数は、任意に設定可能である。Ｚ座標のノイズ等に応じて、適宜設定され得る。

【0109】

５．３ 焦点位置データの先読みの具体例
次に、図７及び図８を参照して、焦点位置データＦＤの先読みの具体例について説明する。図７は、ストライプＳＰ１をＦＷＤ方向にスキャンした場合の焦点位置データＦＤ（－１）の先読みの一例を示す図である。図８は、ストライプＳＰ２をＢＷＤ方向にスキャンした場合の焦点位置データＦＤ０の先読みの一例を示す図である。

【0110】

まず、ストライプＳＰ１をＦＷＤ方向にスキャンする場合について説明する。
図７の上段は、スキャンするマスク２の断面の一部を示している。中段のグラフは、ストライプＳＰ１のダミースキャンに基づくステージ１１０のＺ座標とＸ座標との関係をしている。下段のグラフは、ストライプＳＰ１のスキャンに基づくステージ１１０のＺ座標とＸ座標との関係をしている。

【0111】

例えば、マスク２のＸ座標Ｐ１～Ｐ２の間に高さＴ１の突出物５００（例えばパターン）が存在している。このような箇所に対して、ＦＷＤ方向のダミースキャンを実行する。すなわち、ステージ１１０を－Ｘ方向に移動させる。なお、このときのフォーカスオフセット値は、Ｘ座標によらずＺ０で一定である。すると、焦点位置データＦＤ（－１）では、実際の突出物５００のＸ座標に対して、＋Ｘ方向へのオートフォーカスの追従遅れが発生する。より具体的には、Ｘ座標Ｐ１において、マスク２の表面のＺ座標は、＋Ｔ１変動（上昇）している。これに対し、焦点位置データＦＤ（－１）では、Ｘ座標がＰ１からＰ１＋ｄに遷移する間に、Ｚ座標がＺ０からＺ０＋Ｔ１に遷移している。すなわち、＋Ｘ方向に大きさ｜ｄ｜のオートフォーカス追従遅れが発生している。同様に、Ｘ座標Ｐ２において、マスク２の表面のＺ座標は、－Ｔ１変動（下降）している。これに対し、焦点位置データＦＤ（－１）では、Ｘ座標がＰ２からＰ２＋ｄに遷移する間に、Ｚ座標は、Ｚ０＋Ｔ１からＺ０に遷移している。すなわち、＋Ｘ方向に大きさ｜ｄ｜のオートフォーカス追従遅れが発生している。この結果に基づいて、焦点位置データＦＤ（－１）が生成される。このため、焦点位置データＦＤ（－１）には、オートフォーカスの追従遅れが生じた座標データが含まれる。

【0112】

オフセット設定回路２３０は、ＳＰ１のスキャンを実行するにあたり、記憶部２０１から読み出した焦点位置データＦＤ（－１）を用いて、ストライプＳＰ１のスキャンに用いられるフォーカスオフセット値を設定する。このとき、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ（－１）の先読みを実行する。より具体的には、オフセット設定回路２３０は、ＦＷＤ方向へのスキャンの場合、Ｘ座標データを－Ｘ方向にシフトさせる。例えば、シフト量の大きさを｜ｓ｜とすると、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ（－１）のＸ座標を｜ｓ｜減算したデータをフォーカスオフセット値として設定する。シフト量｜ｓ｜は、追従遅れ量｜ｄ｜以下の値である。

【0113】

これにより、ストライプＳＰ１のスキャンでは、オートフォーカス制御信号によりＺ座標を変動させる前に、フォーカスオフセット値に基づいて、Ｚ座標の変動を開始できる。例えば、ダミースキャンでは、座標Ｐ１から開始していたＺ座標の変動が、スキャンでは、座標Ｐ１－ｓから開始される。このため、オートフォーカスの追従遅れがシフト量｜ｓ｜だけ低減される。

【0114】

次に、ストライプＳＰ２をＢＷＤ方向にスキャンする場合について説明する。

【0115】

図８の上段は、スキャンするマスク２の断面の一部を示している。中段のグラフは、ストライプＳＰ２のダミースキャンに基づくステージ１１０のＺ座標とＸ座標との関係をしている。下段のグラフは、ストライプＳＰ２のスキャンに基づくステージ１１０のＺ座標とＸ座標との関係をしている。

【0116】

図８の例では、ＢＷＤ方向のダミースキャンを実行する。すなわち、ステージ１１０を＋Ｘ方向に移動させる。なお、このときのフォーカスオフセット値は、Ｘ座標によらずＺ０で一定である。すると、焦点位置データＦＤ０では、実際の突出物５００のＸ座標に対して、－Ｘ方向へのオートフォーカスの追従遅れが発生する。より具体的には、Ｘ座標Ｐ２において、マスク２の表面のＺ座標は、＋Ｔ１変動（上昇）している。これに対し、焦点位置データＦＤ０では、Ｘ座標がＰ２からＰ２－ｄに遷移する間に、Ｚ座標がＺ０からＺ０＋Ｔ１に遷移している。すなわち、－Ｘ方向に大きさ｜ｄ｜のオートフォーカス追従遅れが発生している。同様に、Ｘ座標Ｐ１において、マスク２の表面のＺ座標は、－Ｔ１変動（下降）している。これに対し、焦点位置データＦＤ０では、Ｘ座標がＰ１からＰ２－ｄに遷移する間に、Ｚ座標は、Ｚ０＋Ｔ１からＺ０に遷移している。すなわち、－Ｘ方向に大きさ｜ｄ｜のオートフォーカス追従遅れが発生している。この結果に基づいて、焦点位置データＦＤ０が生成される。このため、焦点位置データＦＤ０には、オートフォーカスの追従遅れが生じた座標データが含まれる。

【0117】

オフセット設定回路２３０は、ＳＰ２のスキャンを実行するにあたり、記憶部２０１から読み出した焦点位置データＦＤ０を用いて、ストライプＳＰ２のスキャンに用いられるフォーカスオフセット値を設定する。このとき、オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ０の先読みを実行する。より具体的には、オフセット設定回路２３０は、ＢＷＤ方向へのスキャンの場合、Ｘ座標データを＋Ｘ方向にシフトさせる。オフセット設定回路２３０は、焦点位置データＦＤ０のＸ座標値を｜ｓ｜加算したデータをフォーカスオフセット値として設定する。

【0118】

この結果、ダミースキャンでは、座標Ｐ２から開始していたＺ座標の変動が、スキャンでは、座標Ｐ２＋ｓから開始される。このため、追従遅れがシフト量｜ｓ｜だけ低減される。

【0119】

６．本実施形態に係る効果
本実施形態に係る構成であれば、検査装置は、ストライプＳＰのスキャン結果から移動平均によるＺ座標の近似データを算出し、近似データを用いて焦点位置データＦＤを生成するＦＤ生成回路と、焦点位置データをステージ１１０の進行方向に先読み（シフト）させてフォーカスオフセット値を設定するオフセット設定回路とを含む。検査装置は、移動平均により近似データを算出することにより、ノイズの影響が低減され且つ急峻な段差の情報が反映された近似データを算出できる。また、検査装置は、焦点位置データの先読みをしてフォーカスオフセット値を設定することにより、オートフォーカス制御信号によりステージ１１０の高さ位置を移動させる前に、フォーカスオフセット値に基づくステージ１１０の高さ位置の移動を開始できる。これにより、オートフォーカス制御信号の追従遅れを低減できる。従って、光学画像における焦点ずれを低減できるため、微細なパターンの撮像が容易となり、パターン欠陥の検出精度が向上できる。

【0120】

７．その他
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0121】

１…検査装置、２…マスク、１０…画像取得機構、２０…制御機構、１１０…ステージ、１２０…ＸＹ駆動部、１２１…Ｘ軸モータ、１２２…Ｙ軸モータ、１３０…Ｚ駆動部、１３１…Ｚ軸アクチュエータ、１４０…照明光学系、１５０…結像光学系、１６０…センサ回路、１７０…焦点位置検出回路、１８０…レーザ測長システム、１９０…オートローダ、２００…制御計算機、２０１…記憶部、２０２…表示部、２０３…入力部、２０４…通信部、２０５…オートローダ制御回路、２０６…ＸＹ駆動部制御回路、２０７…Ｚ駆動部制御回路、２０８…ＦＤ生成回路、２０９…展開回路、２１０…参照回路、２１１…比較回路、２１２…位置回路、２２０…設計データ、２２１…検査条件、２２２…検査データ、２２３…検査プログラム、２３０…オフセット設定回路、３０１、３０２…光源、３０３…ダイクロイックミラー、３０４、３０６、３０９、３１１～３１３、３１５…レンズ、３０５、３１７、３１８…スリット、３０７、３１４、３１６…ハーフミラー、３０８…対物レンズ、３１０…ミラー、３２０…フォトダイオードアレイ、３２１～３２３…センサ、４００…検査領域、５００…突出物、Ｌ１…光軸、ＳＰ１～ＳＰｎ…ストライプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】