JP2001189359A

JP2001189359A - パターン検査装置

Info

Publication number: JP2001189359A
Application number: JP2000000139A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kanai; 秀樹金井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なパターンを明瞭に観察することができ
るパターン検査装置を提供する。【解決手段】光源１１と、光源１１から放出される検
査光の光路上に配置され、空気よりも高い屈折率を有す
るレンズ２３と、レンズ２３の検査対象物（例えば、マ
スクなど）２６側の主面４９上に検査光を集光させる集
光手段と、主面４９とマスク２６の距離をフォトントン
ネル効果が生じる距離に保持するレンズ保持手段と、マ
スク２６に照射された後の検査光の強度の測定手段とを
少なくとも有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパターン検査装置に
関わり、特に、半導体集積回路の製造に用いられるマス
クパターン、半導体チップ上の回路パターンなどの微細
パターンの検査装置に係わる。さらに、高屈折率の透明
部材を用いてフォトントンネル効果による高い分解能な
光学系を実現するパターン検査装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、半導体集
積回路の高集積化、微細化が進められている。フォトリ
ソグラフィ技術において、より微細なパターンの転写が
要求され、パターンの転写精度の向上が追求されてい
る。しかし、素子サイズは転写に用いられる光の波長以
下となり、既存の光源を用いて転写精度を向上させるこ
とは限界に近づきつつある。

【０００３】パターンの原版となるフォトマスクについ
ても、パターン形状の誤差を高精度で制御し、且つ微小
なマスク欠陥までも保証することが必要である。マスク
欠陥は、転写されたパターン形状の異常を引き起こすた
め、高精度なパターン転写を行うためには従来から無欠
陥マスクの製造が必須条件であった。特にパターンの線
幅の誤差はマスク欠陥であると同時に、ウェハ上のパタ
ーン寸法の変動を引き起こす。マスク欠陥を高い精度で
保証するためは、フォトマスク上の微小な欠陥を検出す
るための検査手段が必要である。

【０００４】マスク欠陥の有無を検査する方法に、マス
ク上に存在する同一のパターン群であるダイ（Ｄｉｅ）
に検査光を照射し、異なるダイ間でパターンの投影像を
比較して異なる部分をマスク欠陥として検出するダイ・
ツー・ダイ（ＤｉｅＴｏＤｉｅ）方式がある。また、マ
スク上のパターンの投影像と設計パターンから所定の演
算を経て発生させたリファレンスパターンの投影像とを
比較するダイ・ツー・データベース（ＤｉｅＴｏＤａｔ
ａｂａｓｅ）方式もある。さらに、メモリデバイスのよ
うに同一のセルパターンが繰り返し存在する場合には、
隣接するもしくは１つおきにある同一のセルの投影像を
比較するセル比較方式あるいはアレイモード方式があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
に、パターンの微細化に伴い、保証する必要のある欠陥
サイズもより小さく、厳しくなっている。ウェハ上の所
望の線幅が１００ｎｍの場合、マスク上で１００ｎｍの
微小な欠陥を検出する必要がある。この欠陥サイズは現
在最新の欠陥検査装置で使用される検査光の波長である
３６５ｎｍ以下である。また、パターンの微細化により
パターンのコーナー部分で形状が丸く転写される光近接
効果が顕在化してきた。光近接効果を補正するために補
助的なパターンを付加するＯＰＣ技術が必須となってい
る。特に、セリフ、ハンマーヘッドと呼ばれるＯＰＣパ
ターンはマスク上で、２００ｎｍ程度に微細である。

【０００６】これら微細なパターンは従来の欠陥検査装
置の光学系を用いて明瞭に観察できない。したがって、
欠陥と本来のパターンとを区別することが困難であり、
すなわち欠陥を検出することが困難である。

【０００７】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するために成されたものであり、その目的は、微細な
パターンを明瞭に観察することができるパターン検査装
置を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、欠陥と本来のパター
ンとを区別することができるパターン検査装置を提供す
ることである。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、従来の光学系
を用いてパターン分解能のより高いパターン検査が可能
なパターン検査装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の特徴は、光源と、光源から放出される検査
光の光路上に配置され、空気よりも高い屈折率を有する
透明部材と、光源と透明部材との間の光路上に配置さ
れ、透明部材の検査対象物側の主面上に検査光を集光さ
せる集光手段と、透明部材の検査対象物側の主面と検査
対象物の距離をフォトントンネル効果が生じる距離に透
明部材を保持する透明部材保持手段と、検査対象物に照
射された後の検査光の強度を測定する測定手段とを有す
るパターン検査装置であることである。

【００１１】本発明の特徴によれば、透明部材の検査対
象側の主面と検査対象物をフォトントンネル効果が生じ
る１００ｎｍ以下の距離に配置して、透明部材の検査対
象物側の主面上に検査光を集光させることで、波長が３
００ｎｍ弱の検査光は透明部材の検査対象物側の主面を
通過し、且つ実質的に検査対象物上に集光する。この主
面を通過する検査光の内、この主面に対して全反射角以
上の角度で集光する検査光はエバネッシェント光とよば
れ、エバネッシェント光により検査対象物を観察するこ
とができる。検査光の波長をλ、透明部材の屈折率をｎ
とした場合に、エバネッシェント光の波長はλ／ｎとな
る。したがって、検査光を用いた通常の光学系による分
解能をｄとした場合に、エバネッシェント光を用いて検
査対象物を観察するときの分解能は、ｄ／ｎとなる。つ
まり、パターン検査装置の分解能は、ｎ倍に向上される
ことになる。

【００１２】本発明の特徴において、集光手段は、検査
光の一部を除去する対物絞りと、対物絞りを通過した検
査光を集光する対物レンズとを有することが望ましい。
また、透明部材保持手段は、透明部材を支持するカンチ
レバーと、カンチレバーを３次元方向に独立に移動させ
る複数のピエゾ素子と、複数のピエゾ素子を制御するプ
ローブ制御ユニットとからなることが望ましい。また、
測定手段は、検査対象物からの反射光を導く第１の光学
系と、反射光の強度を測定する第１の検出器と、第１の
光検出器で測定された反射光の強度を複数の色調からな
る光強度データに変換する第１の処理演算部とを有する
ことが望ましい。検査対象物からの反射光を導く第１の
光学系は、検査対象物からの反射光の一部を除去する反
射光絞りと、反射光絞りを通過した反射光を集光する反
射光レンズとからなることが望ましい。あるいは、測定
手段は、検査対象物からの透過光を導く第２の光学系
と、透過光の強度を測定する第２の検出器と、第１の光
検出器で測定された透過光の強度を複数の色調からなる
光強度データに変換する第２の処理演算部とを有するこ
とが望ましい。検査対象物からの透過光を導く第２の光
学系は、検査対象物からの透過光の一部を除去する投影
絞りと、投影絞りを通過した透過光を集光する投影レン
ズとからなることが望ましい。

【００１３】また、パターン検査装置は、第１の光検出
器までの第１の光学系に配置されたピンホールをさらに
有することが望ましい。同様に、パターン検査装置は、
第２の光検出器までの第２の光学系に配置されたピンホ
ールをさらに有することが望ましい。ピンホールを配置
することにより、共焦点型の光学系を形成することがで
きる。また、透明部材の表面のうち、検査光の光路上に
ない領域に検査光に対して透明でない第１の遮光膜を配
置することが望ましい。透明部材表面の反射などにより
生じる迷光と呼ばれる不要な光のかぶりを、ピンホール
あるいは第１の遮光膜を配置することで除去することが
でき、理論通りの解像度を得ることができる。

【００１４】また、パターン検査装置は、透明部材と、
集光手段と、透明部材保持手段と、測定手段とからなる
光学系を２つ以上有することが望ましい。２つ以上の光
学系を有することで、１つの検査対象物（マスク）中の
異なるダイを同時に観察することができる。２つの検査
対象物を同時に観察することができるため、イメージン
グ像のデータの保存、読み出しなどを行うことなく、パ
ターン検査を行うことができる。したがって、データ処
理においてデータにアクセスする時間を削減することが
できるため、検査時間を短縮することができる。また、
２つの検査対象物（マスク）を同時に観察することも可
能である。

【００１５】また、集光手段は、透明部材の検査対象物
側の主面に集光する総ての検査光を全反射角以上の角度
で集光させることが望ましい。この集光手段は、光源と
透明部材間の光路上に配置され、全反射角以下の角度で
集光する検査光を遮る遮光部を有する絞りからなること
が望ましい。あるいは、この集光手段は、光源と透明部
材間の光路上に配置され、入射する検査光を分散させる
回折格子からなってもよい。全反射角以下の角度で集光
する検査光を除去することができるため、分解能の向上
に寄与するエバネッシェント光のみを用いて検査対象物
を観察することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下図面を
参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態に係わるパターン検査装
置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すよう
に、第１の実施の形態に係わるパターン検査装置１０
は、光源１１と、光源１１から放出される検査光の光路
上に配置され、空気よりも高い屈折率を有する透明部材
２３と、光源１１と透明部材２３との間の光路上に配置
され、透明部材２３の検査対象物（例えば、マスクな
ど）２６側の主面４９上に検査光を集光させる集光手段
と、透明部材２３の主面４９とマスク２６の距離をフォ
トントンネル効果が生じる距離に保持する透明部材保持
手段と、マスク２６に照射された後の検査光の強度を測
定する測定手段とを少なくとも有する。

【００１７】光源１１は、放出する光の波長が短いもの
が望ましく、ここでは波長が２６６ｎｍの光を放出する
ＹＡＧレーザ光源を用いる。パターン検査装置１０は、
光源から放出された光の強度及び偏光度を調節するため
の偏光板１２及び絞り１３と、調整された検査光の強度
をモニターするためのインテグレータ１４をさらに有す
る。

【００１８】集光手段は、光源１１から放出された検査
光の一部を除去する対物絞り２２と、対象物絞り２２を
通過した検査光を集光する対物レンズ２１とを有する。
対物絞り２２は開口数（ＮＡ）により除去する検査光の
割合が決まる。集光手段により検査光は、透明部材２３
のマスク２６側の主面４９上に集光される。

【００１９】透明部材２３は、集光手段とマスク２６と
の間の光路上に配置されている。通常、フォトントンネ
ル効果が生じる距離は、１００ｎｍ以下である。透明部
材２３のマスク２６側の主面４９上に集光する検査光の
内、透明部材２３の主面４９に対して全反射角以上の角
度で集光した検査光は、フォトントンネル効果により主
面４９を通過して検査対象物２６に照射される。また、
透明部材２３は、検査光に対して透明であり、板状ある
いはレンズ状の形状を有する。さらに、透明部材２３の
主面４９はマスク２６に対して平行な平面である。ここ
では、透明部材としてＳＩＬ（Solid Immersion Lens）
２３を用いる。

【００２０】透明部材保持手段は、ＳＩＬ２３を支持す
るカンチレバー２４と、カンチレバー２４を３次元方向
に独立に移動させる複数のピエゾ素子２５と、複数のピ
エゾ素子２５を制御するプローブ制御ユニット３５とか
らなる。カンチレバー２４は複数のピエゾ素子２５によ
り、光軸に対して垂直面内のＸ、Ｙ方向及び光軸（Ｚ）
方向に独立に移動することができる。

【００２１】マスク２６は、ステージ２７の上に載置さ
れている。ステージ２７はステージ制御ユニット３２に
より、光軸に対して垂直面内のＸ、Ｙ方向及び光軸
（Ｚ）方向に独立に移動することができる。マスク２６
上面の光軸方向の位置はフォーカス検出用センサ３３に
よりモニターすることができる。マスク２６上面にマス
クパターンが形成されている。

【００２２】測定手段は、マスク２６により反射された
検査光（反射光）を測定する手段、あるいはマスク２６
を透過した検査光（透過光）を測定する手段である。反
射光を測定する手段は、マスク２６からの反射光の一部
を除去する反射光絞りと、反射光絞りを通過した反射光
を集光する反射光レンズと、反射レンズにより集光され
た反射光の強度を測定する反射光検出器１９と、反射光
検出器１９で測定された反射光の強度を複数の色調から
なる光強度データに変換する第１の処理演算部３１とか
らなる。ここでは、反射光絞りは、集光手段を構成する
対物絞り２２を用いる。同様に、反射レンズは対物レン
ズ２１を用いる。また、透過光を測定する手段は、検査
対象物２６からの透過光の一部を除去する投影絞り２９
と、投影絞り２９を通過した透過光を集光する投影レン
ズ２８と、投影レンズ２８により集光された透過光の強
度を測定する透過光検出器３０と、透過光検出器３０で
測定された反射光の強度を複数の色調からなる光強度デ
ータに変換する第２の処理演算部３６とからなる。反射
光検出器１９及び透過光検出器３０は、フォトマルもし
くはＴＤＩ（Time Delay Integration）センサであるこ
とが望ましく、ここではフォトマル１９、３０をそれぞ
れ使用する。第１の処理演算部３１及び第２の処理演算
部３６は、フォトマル１９、３０に接続されており、マ
スクパターンの透過光及び反射光の強度を２５６階調の
データに変換し、ピクセル（画素）毎にメモリもしくは
ハードディスクに保存する機能を有する。また、第１の
処理演算部３１及び第２の処理演算部３６は、２５６階
調のデータをピクセル毎に再構成することによりマスク
２６パターンのイメージング像を形成する機能を有す
る。ここでは、第１の処理演算部３１及び第２の処理演
算部３６として、ＥＷＳ（エンジニアリングワークステ
ーション）３１、３６を使用する。また、ＥＷＳ３１、
３６は、測定された透過光及び反射光の強度から強度プ
ロファイルを計算し、あらかじめ設定した光強度レベル
の情報から、パターンの輪郭を検出する機能を備えてい
る。ここで、検査光の光強度に応じて、測定した透過光
及び反射光の強度は補正される。

【００２３】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ＳＩＬ２３
とマスク２６間の光学系を示す断面図である。マスク２
６は石英４０の上面にクロム３９でパターンが形成され
た、いわゆるクロムマスクである。石英４０が露出した
部分とクロム３９からなる白黒パターンが形成されてい
る。図２（ａ）に示すように、ＳＩＬ２３のマスク２６
側の主面４９からマスク２６上面までの距離が十分離れ
ている場合、ＳＩＬ２３の主面４９上に集光する検査光
４５の内、主面４９に対してＳＩＬ２３の全反射角
（θ）以下の角度で集光する検査光４５は、主面４９を
通過してマスク２６に照射される。しかし、主面４９に
対してＳＩＬ２３の全反射角（θ）以上の角度で集光す
る検査光４５は、主面４９において反射され、主面４９
を通過することはない。ここで、ＳＩＬ２３の屈折率を
ｎ、ＳＩＬ２３とマスク２６の間の媒質を空気（屈折率
１）としたとき、ＳＩＬ２３の主面４９の全反射角
（θ）は、ｓｉｎθ＝１／ｎにより求められる。

【００２４】しかし、図２（ｂ）に示すように、ＳＩＬ
２３のマスク２６側の主面４９からマスク２６までの距
離が１００ｎｍ以下まで近づくと、フォトントンネル効
果により、主面４９に対してＳＩＬ２３の全反射角
（θ）以上の角度で集光した検査光４５も主面４９を通
過してマスク２６に照射される。全反射角（θ）以上の
角度で主面４９を通過する検査光４５をエバネッシェン
ト光４１と呼ぶ。ここで、使用する検査光４５の波長は
２６６ｎｍであることを考慮すると、主面４９とマスク
２６との距離を１００ｎｍ以下に近づけることで、主面
４９上に集光する検査光は、実質的にマスク２６上面に
集光することになる。フォトントンネル効果が生じる距
離は、ＳＩＬ２３、マスク２６の材質などにより決まる
が、通常１００ｎｍ以下の距離においてフォトントンネ
ル効果が生じるといわれている。

【００２５】次に、図１に示したパターン検査装置１０
の動作を説明する。検査光は偏光板１２及び絞り１３を
介して強度、偏光度が調整される。調整された検査光
は、インテグレータ１４により光強度がモニターされて
いる。調整された検査光は、ピンホール２０上でいった
ん集光される。ピンホール２０を通過した検査光は集光
手段に入射され、集光手段を構成する対物絞り２２によ
り強度が調整され、対物レンズ２１により検査光は再び
集光される。対物レンズ２１を通過した検査光は、ＳＩ
Ｌ２３の主面４９上に集光される。

【００２６】ＳＩＬ２３の位置は、カンチレバー２４、
複数のピエゾ素子２５、及びプローブ位置制御ユニット
３５を用いて制御される。ステージ２７の位置は、ステ
ージ制御ユニット３２及びフォーカス検出用センサ３３
を用いて制御される。ＳＩＬ２３とステージ２７の位置
制御により、マスク２６とＳＩＬ２３の主面４９の距離
は７０ｎｍに保持するように設定する。具体的には、ま
ず、フォーカス検出用センサ３３でステージ２７の位置
をモニタしながら、マスク２６の上面がＳＩＬ２３の主
面４９におおよそ近づくようにステージ２を上昇させ
る。さらに、検査光をＳＩＬ２３及びマスク２６に照射
し、その反射光及び透過光の強度をフォトマル１９、３
０でモニタする。そして、あらかじめ設定した強度とな
るように、ステージ２７を上昇させてマスク２６とＳＩ
Ｌ２３の距離をさらに縮める。例えば、透過光強度をあ
らかじめ設定した強度以上、もしくは反射光強度をあら
かじめ設定した強度以下になるようにすればよい。こう
してマスク２６とＳＩＬ２３の主面４９の距離は７０±
１５ｎｍに保持することができる。

【００２７】ＳＩＬ２３の主面４９上に集光された検査
光は主面４９を通過してマスク２６に照射される。マス
ク２６からの反射光は、再び対物レンズ２１及び対物絞
り２２を通り、所定の集光系を介してフォトマル１９の
検出口に結像して反射光の強度が測定される。また、マ
スク２６からの透過光はマスク２６の下部に配置された
投影レンズ２８及び投影絞り２９を通り、所定の集光系
を介してフォトマル３０の検出口に結像して透過光の強
度が測定される。ここで、マスク２６からの透過像及び
反射像は共に１００倍に拡大されてフォトマル１９、３
０に投影される。また、フォトマル１９、３０に結像す
る反射光及び透過光は、対物絞り２２及び投影絞り２９
によりそれぞれ制限されている。ここでは、対物絞り２
２、投影絞り２９の開口数（ＮＡ）を共に０．９に設定
した。フォトマル１９、３０により検出された反射光及
び透過光の強度のデータはＥＷＳ３１、３６へそれぞれ
出力される。ＥＷＳ３１、３６により、マスクパターン
の透過光及び反射光の強度は、ピクセル毎に２５６階調
のデータとしてそれぞれ保存される。

【００２８】マスクステージ２７を、ステージ制御ユニ
ット３２に設定された速度でＹ方向に低速で移動させ
る。且つ、カンチレバー２４をＸ方向に移動させること
により、マスク２６の所定の領域を順次イメージング
し、ピクセル毎に光強度のデータを取り込む。そして、
ＥＷＳ３１、３６を用いてピクセル毎に測定した光強度
を２５６階調のデータとして保存する。ピクセルのサイ
ズはマスク２６上で７５ｎｍとする。ピクセルのサイズ
はＳＩＬ２３の主面４９に集光された検査光のスポット
径、スキャン速度、データの取り込み時間などに依存す
る。ここでは、上記のピクセルサイズにしたがって、ピ
ンホール２０の径とステージ２７及びカンチレバー２４
の走査速度を決定する。そして、ピクセル毎のデータを
再構成することによりマスク２６のイメージング像を得
られる。ここで、インテグレータ１４によってモニタし
た光源強度に応じて、測定した透過光及び反射光の強度
は補正される。また、ＥＷＳ３１、３６により、透過光
及び反射光の強度プロファイルを計算され、あらかじめ
設定した光強度レベルの情報から、マスク２６の石英部
分とクロム部分とを決定する光強度のしきい値が設定さ
れる。光強度のしきい値を基準にしてイメージング像か
らマスク２６の輪郭を決定する。

【００２９】図１に示したパターン検査装置により得ら
れたマスク２６のイメージング像の一例を図３に示す。
図３（ａ）はマスク２６の設計パターン、図３（ｂ）及
び図３（ｃ）は実際のマスク２６のパターンをそれぞれ
示す。また、図３（ｄ）は図３（ｂ）のマスク２６のイ
メージング像を示し、図３（ｅ）は図３（ｃ）のマスク
２６のイメージング像を示す。マスク２６の中で、耳の
ように見える部分はセリフと呼ばれる二次元ＯＰＣパタ
ーンであり、パターンのショートニング、すなわち縦方
向長さが短く転写されることを防止するために付与され
る補助パターンである。図３（ａ）に示すように、セリ
フの一辺の長さはマスク上で２００〜３００ｎｍであ
る。図３（ｂ）のマスク２６に対して図３（ｃ）のマス
ク２６には、一部のセリフから黒欠陥４２が形成されて
いる。黒欠陥４２の大きさは０．１μｍ以下である。図
３（ｄ）のイメージング像に対して図３（ｅ）のイメー
ジング像には、黒欠陥４２の形成された部分のピクセル
上に黒欠陥４２の痕を観察することができる。図３に示
した一例はダイ・ツー・ダイ方式によるパターン検査方
法である。異なるダイ間でイメージング像を比較し、あ
らかじめ設定したしきい値以上の差がある部分を欠陥と
認識する。この他にも、ＥＷＳ３１、３６を用いてマス
ク２６の設計パターンから画像処理によりイメージング
像を算出して、観察されたイメージング像と比較するダ
イ・ツー・データベース方式によるパターン検査方法も
行うことができる。また、メモリデバイスのように同一
セルパターンが繰り返して形成されている場合には、同
一パターン内のセルパターンを比較するセル比較方式を
用いてもよい。

【００３０】通常、光学装置の分解能（ｄ）は、検査光
の波長λと対物絞り２２の開口数（ＮＡ）により決定さ
れ、分解能（ｄ）＝λ／２・ＮＡで表される。例えば、
λを２６６ｎｍ、ＮＡを０．９とすると分解能は約１５
０ｎｍである。通常の光学系を有する検査装置、つまり
ＳＩＬ２３を有さない従来の検査装置では、上記の分解
能となる。しかしながら、エバネッシェント光４１によ
りマスク２６を観察することにより、分解能はｄ／ｎ
（ｎはＳＩＬ２３の屈折率）になる。つまり、ＳＩＬ２
３の主面４９にｄ／ｎの分解能で集光する検査光がフォ
トントンネル効果により実質的にマスク２６に集光され
ることにより、マスクパターン面もｄ／ｎの分解能でイ
メージングでき、パターン検査装置の分解能は、ｎ倍に
向上されることになる。

【００３１】したがって、イメージングの際に微細なパ
ターンや欠陥などの箇所を明瞭に認識することができ、
微細な欠陥あるいは微細な二次元ＯＰＣパターンに存在
する欠陥を検出することが可能となる。すなわち、欠陥
検査の精度を向上させることが可能であり、マスクにお
いて発見が困難な欠陥も保証をすることが可能となる。
ひいては、ウェハ上のパターンに欠陥による線幅変動を
無くすことができ、半導体装置の製造における歩留まり
を向上できる。

【００３２】なお、実施の形態において、ステージ２７
を定速で移動させ、且つこれと直交する方向にカンチレ
バー２４によりＳＩＬ２３をスキャンさせて所定の領域
をイメージングした。しかし、イメージングの方法はこ
れに限られるものではない。例えば、ステージ２７を移
動させずにカンチレバー２４をＸ、Ｙ方向に移動させて
もよい。あるいは、カンチレバー２４を動かさず、ステ
ージ２７をＸ、Ｙ方向に移動させることにより所定の領
域をイメージングするようにしてもよい。

【００３３】また、あらかじめマスク２６内のパターン
が形成された領域の外側に、検査時のフォーカス及び光
量を調節するためのマークパターンを形成しておくこと
が望ましい。検査前にマスク２６内３点のマークをあら
かじめパターン検査装置１０の光学系を用いて観察し、
いずれのマークパターンについてもフォーカスがずれな
いようにすることで、マスク２６内のどの部分において
もフォーカスのずれを防ぐことができる。あるいは、ス
テージ２７にマスク２６のレベリングを補正する機能を
設けておき、これによりいずれのマークパターンについ
てもフォーカスが合うようにステージ２７を調整しても
よい。

【００３４】また、図６に示すように、ＳＩＬ２３の表
面のうち検査光４５の光路上にない領域に検査光４５に
対して透明でない第１の遮光膜４６を配置してもよい。
また、図１に示すように、フォトマル３０の検出口の前
にピンホール３８を配置して、共焦点型の光学系を形成
してもよい。同様に、フォトマル１９の検出口の前にピ
ンホール３７を配置して、共焦点型の光学系を形成して
もよい。レンズ表面の反射などにより生じる迷光と呼ば
れる不要な光のかぶりを、第１の遮光膜４６あるいはピ
ンホール３７、３８を配置することで除去することがで
き、理論通りの解像度を得ることができる。

【００３５】また、ピンホール２０は円形のものではな
く、四角形などの形や四角形の四つのコーナー部分に
主開口である四角形より小さな小開口を付加したような
形状でもいい。

【００３６】さらに、観察領域を低倍で観察するための
顕微鏡の光学系を付加してもよい。また、実施の形態で
はフォトマスク２６のパターン検査について説明した
が、フォトマスク２６に限定されるものではない。例え
ば、ウェハ上のレジストパターンや、アルミ配線のパタ
ーンなどを本装置を用いて検査することができる。この
場合についても、マスクパターン２６と同様に分解能の
高いパターン検査が可能である。

【００３７】（第１の変形例）実施の形態では、異なる
ダイ間のイメージング像を比較する場合に、１つの光学
系をもちいて、まず、一方のダイのイメージング像を観
察し、いったんデータ保存していた。そして、他方のダ
イのイメージング像を観察し、保存されている一方のイ
メージング像を読みだして比較していた。つまり、１つ
の光学系では同時に２つのイメージング像を得ることが
できないため、観察した一方のイメージング像のデータ
をいったん保存する必要があり、データ処理に時間を要
していた。そこで、第１の変形例では、パターン検査装
置を２つ以上の光学系で構成することにより、同時に２
つ以上のイメージング像を得ることができるパターン検
査装置について説明する。第１の変形例では、光学系を
２つにした場合について説明する。

【００３８】図４は、第１の変形例に係わるパターン検
査装置の構成を示すブロック図である。図４に示すよう
に、第１の変形例に係わるパターン検査装置は、１つの
光源１１から放出された検査光をプリズム、回折格子な
どの光分割手段により２つに分割して、２つの図１に示
した光学系を用いて、同一マスク２６の異なるダイを同
時に観察することができるようになっている。つまり、
パターン検査装置は、ＳＩＬ２３のマスク２６側の主面
４９上にレンズ２３の全反射角以上の角度で検査光を集
光させる集光手段と、ＳＩＬ２３と、ＳＩＬ２３のマス
ク２６側の主面４９とマスク２６の距離をフォトントン
ネル効果が生じる距離にＳＩＬ２３を保持する透明部材
保持手段と、マスク２６に照射された後の検査光の強度
を測定する測定手段とからなる光学系を、分割された２
つの検査光に対してそれぞれ有している。ここでは、マ
スク２６に照射された後の検査光の強度を測定する測定
手段の内、ＥＷＳ３１は２つの光学系が共有している。
同様に、ＥＷＳ３６も２つの光学系が共有している。

【００３９】第１の変形例によれば、２つの光学系を有
することで同一マスクの異なる２つのダイを同時に観察
することができるため、イメージング像のデータの保
存、読み出しなどを行うことなく、ダイ・ツー・ダイ方
式のパターン検査を行うことができる。データ処理にお
いてデータにアクセスする時間を削減することができる
ため、検査時間を短縮することができる。

【００４０】（第２の変形例）ＳＩＬ２３の主面４９に
対して全反射角以下の角度で入射する検査光は、フォト
ントンネル効果によらず主面４９を通過し、マスク２６
に照射される。ＳＩＬ２３によりｎ倍（ＳＩＬ２３の屈
折率ｎ）に向上される分解能は、ＳＩＬ２３の主面４９
に対して全反射角以上の角度で集光された検査光がフォ
トントンネル効果によりＳＩＬ２３の主面４９を通過し
て、マスク２６に照射された場合である。フォトントン
ネル効果によらずＳＩＬ２３を通過した検査光では、通
常の分解能での観察しかできない。全反射角以下でＳＩ
Ｌ２３の主面４９に集光する検査光は、ｎ倍に向上した
分解能でのパターン観察の妨げとなる。したがって、エ
バネッシェント光４１のみを用いて観察することが望ま
しい。第２の変形例では、ＳＩＬ２３の主面４９に集光
する総ての検査光を全反射角以上の角度で集光させる第
１乃至第３の集光手段について説明する。

【００４１】図５（ａ）は、第１の集光手段に係わる絞
り４４を構造を示す断面図である。図５（ａ）に示すよ
うに、第１の集光手段は、光源１１とＳＩＬ２３間の光
路上に配置された全反射角以下の角度で集光する検査光
を遮る遮光部４８を有する絞り４４をさらに有する。通
常、全反射角以下の角度で集光する検査光は、検査光の
うち中央部分の光である。したがって、遮光部４８は光
路の中央部分に配置されている。遮光部４８に入射する
検査光４５から、ＳＩＬ２３の主面４９に全反射角以上
の角度で集光する検査光４５ａ及び検査光４５ｂを形成
する。検査光４５ａ、４５ｂを適当な集光レンズを用い
て集光させることで、ＳＩＬ２３の主面４９に集光する
総ての検査光を全反射角以上の角度で集光させることが
できる。図５（ａ）に示した絞り４４は、図１におい
て、対物絞り２２あるいは、絞り１３に適用することが
望ましい。しかし、これに限られるわけではなく、ＳＩ
Ｌ２３に入射する前の光路上に、新たに絞り４４を加え
ても構わない。

【００４２】図５（ｂ）は、第２の集光手段に係わる回
折格子４３の構造を示す断面図である。図５（ｂ）に示
すように、第２の集光手段は、光源１１とＳＩＬ２３間
の光路上に配置された入射する光を左右同じ角度で分散
させる回折格子をさらに有する。回折格子４３は、入射
する検査光４５を左右同一角度で分割して、ＳＩＬ２３
の主面４９に全反射角以上の角度で集光する検査光４５
ａ及び検査光４５ｂを形成する。検査光４５ａ、４５ｂ
を適当な集光レンズを用いて集光させることで、ＳＩＬ
２３の主面４９に集光する総ての検査光を全反射角以上
の角度で集光させることができる。図５（ｂ）に示した
回折格子４３は、図１において、対物レンズの前光路
上、あるいは絞り１３の前後の光路上に配置することが
望ましい。しかし、これに限られるわけではなく、ＳＩ
Ｌ２３の前の光路上に、適当な集光レンズを組み合わせ
て回折格子を配置すれば、検査光４５ａ、４５ｂを全反
射角以上の角度で集光させることができる。さらに、第
１の集光手段に係わる絞り４４に比して、入射する検査
光４５を総て利用して、検査光４５ａ、４５ｂを形成し
ているので、検査光の利用効率が優れている。

【００４３】図６は、第３の集光手段に係わるＳＩＬ２
３の構造を示す断面図である。図６に示すように、ＳＩ
Ｌ２３は、入射する検査光４５のうちＳＩＬ２３の主面
４９に対して全反射角以下の検査光を除去するための第
２の遮光膜４７をさらに有する。

【００４４】第２の変形例によれば、全反射角以下の角
度で集光する検査光を除去することができるため、分解
能の向上に寄与するエバネッシェント光のみを用いて検
査対象物を観察することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、微
細なパターンを明瞭に観察することができるパターン検
査装置を提供することができる。

【００４６】また本発明によれば、欠陥と本来のパター
ンとを区別することができるパターン検査装置を提供す
ることができる。

【００４７】さらに本発明によれば、従来の光学系を用
いてパターン分解能のより高いパターン検査が可能なパ
ターン検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるパターン検査装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図２（ａ）は、ＳＩＬ２３とマスク２６間の距
離が十分離れている場合の光学系を示す断面図であり、
図２（ｂ）は、ＳＩＬ２３とマスク２６間の距離がフォ
トントンネル効果が生じる距離に近づいた場合の光学系
を示す断面図である。

【図３】図３（ａ）はマスク２６の設計パターン、図３
（ｂ）及び図３（ｃ）は実際のマスクパターンをそれぞ
れ示す。また、図３（ｄ）は図３（ｂ）のマスクパター
ンのイメージング像を示し、図３（ｅ）は図３（ｃ）の
マスクパターンのイメージング像を示す。

【図４】本発明の第１の変形例に係わるパターン検査装
置の構成を示すブロック図である。

【図５】図５（ａ）は、本発明の第２の変形例に係わる
絞り４４の機能を示す断面図であり、図５（ｂ）は、本
発明の第２の変形例に係わる回折格子４３の機能を示す
断面図である。

【図６】本発明の第２の変形例に係わるＳＩＬ２３の構
成、及びＳＩＬの表面に配置されたレンズの反射による
迷光を遮るための第１の遮光膜を示す断面図である。

【符号の説明】

１０パターン検査装置１１光源１２偏光板１３、４４絞り１４インテグレータ１９、３０フォトマル（第１及び第２の光検出器）２０、３７、３８ピンホール２１対物レンズ２２対物絞り２３ＳＩＬ（透明部材）２４カンチレバー２５ピエゾ素子２６マスク（検査対象物）２７ステージ２８投影レンズ２９投影絞り３１、３６ＥＷＳ（第１及び第２の演算処理部）３２ステージ制御ユニット３３フォーカス検出用センサ３５プローブ制御ユニット４１エバネッシェント光４２黒欠陥４３回折格子４５、４５ａ、４５ｂ検査光４６第１の遮光膜４７第２の遮光膜４９主面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 BB02 CC18 CC19 DD03 DD06 DD12 FF01 FF04 GG04 GG22 JJ05 JJ07 JJ17 LL00 LL04 LL10 LL30 LL33 LL42 MM07 PP04 PP12 QQ24 UU01 UU02 UU03 2G051 AA51 AA56 BA05 BA10 BB20 CA02 CA07 CB01 CB02 CC07 DA07 EA11 EB01 4M106 AA01 AA09 BA04 BA05 CA39 DB02 DB04 DB08 DB11 DB12 DB30 DJ04 DJ05 DJ11 DJ19 DJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から放出される検査光の光路上に配置され、空
気よりも高い屈折率を有する透明部材と、前記光源と前記透明部材との間の光路上に配置され、前
記透明部材の検査対象物側の主面上に前記検査光を集光
させる集光手段と、前記透明部材の検査対象物側の主面と前記検査対象物の
距離をフォトントンネル効果が生じる距離に前記透明部
材を保持する透明部材保持手段と、前記検査対象物に照射された後の前記検査光の強度を測
定する測定手段とを有することを特徴とするパターン検
査装置。
【請求項２】前記透明部材保持手段は、前記透明部材を支持するカンチレバーと、前記カンチレバーを３次元方向に独立に移動させる複数
のピエゾ素子と、前記複数のピエゾ素子を制御するプローブ制御ユニット
とを有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査
装置。
【請求項３】前記測定手段は、前記検査対象物からの反射光を導く第１の光学系と、前記反射光の強度を測定する第１の光検出器と、前記第１の光検出器で測定された前記反射光の強度を複
数の色調からなる光強度データに変換する第１の処理演
算部とを有することを特徴とする請求項１または２記載
のパターン検査装置。
【請求項４】前記測定手段は、前記検査対象物からの透過光を導く第２の光学系と、前記透過光の強度を測定する第２の光検出器と、前記第２の光検出器で測定された前記透過光の強度を複
数の色調からなる光強度データに変換する第２の処理演
算部とを有することを特徴とする請求項１または２記載
のパターン検査装置。
【請求項５】前記第１の光検出器までの前記第１の光
学系に配置されたピンホールをさらに有することを特徴
とする請求項３記載のパターン検査装置。
【請求項６】前記第２の光検出器までの前記第２の光
学系に配置されたピンホールをさらに有することを特徴
とする請求項４記載のパターン検査装置。
【請求項７】前記透明部材の表面のうち、前記検査光
の光路上にない領域に該検査光に対して透明でない第１
の遮光膜を配置したことを特徴とする請求項１乃至６い
ずれか１記載のパターン検査装置。
【請求項８】前記透明部材と、前記集光手段と、前記
透明部材保持手段と、前記測定手段とからなる光学系を
２つ以上有することを特徴とする請求項１乃至７いずれ
か１記載のパターン検査装置。
【請求項９】前記集光手段は、前記主面に集光する総
ての前記検査光を全反射角以上の角度で集光させること
を特徴とする請求項１乃至８いずれか１記載のパターン
検査装置。
【請求項１０】前記集光手段は、前記光源と前記透明
部材間の光路上に配置され、全反射角以下の角度で集光
する前記検査光を遮る遮光部を有する絞りをさらに有す
ることを特徴とする請求項９記載のパターン検査装置。
【請求項１１】前記集光手段は、前記光源と前記透明
部材間の光路上に配置され、入射する前記検査光を分散
させる回折格子をさらに有することを特徴とする請求項
９記載のパターン検査装置。