JP2009204323A - パターン欠陥検査装置及びパターン欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【目的】回転位相板及び四分割ミラーを用いずにインコヒーレント化する照明装置を搭載したパターン欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様のパターン欠陥検査装置１００は、基本波を発光する光源１４０と、基本波を、基本波の偏向状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、第１の分波と第２の分波とを同一光路長で合成する光学系１４２と、第１の分波の光路上に配置され、第１の分波の偏向面と第２の分波の偏向面とが直交するように第１の分波を偏向するλ／２波長板３０と、光学系１４２により合成された合成波をパターンが形成された被検査対象に照射する光学系１４４と、被検査対象を載置するＸＹθテーブル１０２と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、回転位相板及び四分割ミラーを用いずにインコヒーレント化された照明光を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターン欠陥検査装置及びパターン欠陥検査方法に関する。例えば、被検査対象に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置及び方法に関する。

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電子ビームを用いた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。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。

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。

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。

検査手法としては、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ツー−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−ツー−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来のパターン検査装置では、連続光の紫外線レーザを用いて光学画像を取得していた。この紫外線レーザを発生させる光源として、イオンレーザ光源やエキシマレーザ光源といった大型の光源を１つ備えていた。この光源から発生する基本波はコヒーレント光であるため、従来のパターン検査装置では、例えば、回転位相板、及び四分割ミラー等といったインコヒーレント化するための様々な光学機器を介してコヒーレント光をインコヒーレント化している。しかし、回転位相板を用いる場合、その高速な回転機構に起因して発生する物質により光量低下をもたらすといった問題があった。さらに、回転機構に起因する振動成分の発生が検査装置で問題となっていた。そして、四分割ミラーを用いる場合、その調整が必要となるが、調整に時間と手間がかかるといった問題があった。
特開２００７−１０２１５３号公報

上述したように、従来のパターン検査装置は、インコヒーレント化するために、回転位相板、及び四分割ミラー等といった光学機器を搭載しなければならないため、回転機構に起因して発生する物質による光量低下や四分割ミラーの調整に時間と手間がかかるといった問題があった。

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、回転位相板及び四分割ミラーを用いずにインコヒーレント化する照明装置を搭載したパターン欠陥検査装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のパターン欠陥検査装置は、
基本波を発光する光源と、
基本波を、基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、第１の分波と第２の分波とを同一光路長で合成する第１の光学系と、
第１の分波の光路上に配置され、第１の分波の偏光面と第２の分波の偏光面とが直交するように第１の分波を偏光する偏光部と、
第１の光学系により合成された合成波をパターンが形成された被検査対象に照射する第２の光学系と、
被検査対象を載置するステージと、
を備えたことを特徴とする。

第１の光学系は、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系を構成する。そのため、光源から発光された基本波を、基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、第１の分波と第２の分波とを同一光路長で合成する。その際、第１の分波の光路上に配置された偏光部により、第１の分波の偏光面と第２の分波の偏光面とが直交するように第１の分波を偏光する。これにより、偏光後の第１の分波と元々の偏光状態の第２の分波とを合成することで、インコヒーレント光を発生させることができる。

そして、第１の光学系は、
基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐する第１のハーフミラーと、
偏光後の第１の分波と、第２の分波とを合成する第２のハーフミラーと、
第１の分波を第２のハーフミラーに向けて反射する第１の反射ミラーと、
第２の分波を第２のハーフミラーに向けて反射する第２の反射ミラーと、
を有する。

また、パターン欠陥検査装置は、さらに、
第１の分波の光路上で第１の分波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第１の変更部と、
第２の分波の光路上で第２の分波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第２の変更部と、を備えると好適である。

ここで、第１の光学系は、第１の分波と第２の分波とを合成して第１と第２の合成波を出力し、
また、パターン欠陥検査装置は、さらに、
第１の合成波と第２の合成波とを同一光路長で合成する第３の光学系と、
第１の合成波の光路上で第１の合成波の光束が通過する位置に配置され、第１の合成波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第３の変更部と、
第２の合成波の光路上で第２の合成波の光束が通過する位置に配置され、第２の合成波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第４の変更部と、を備えると好適である。

また、本発明の一態様のパターン欠陥検査方法は、
光源から基本波を発光する工程と、
基本波を、基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、第１の分波と第２の分波とを同一光路長で合成する工程と、
第１の分波の光路上で第１の分波の偏光面と第２の分波の偏光面とが直交するように第１の分波を偏光する工程と、
ステージに載置されたパターンが形成された被検査対象に合成された合成波を照射する工程と、
照射後に得られる被検査対象のパターン像を用いて、パターン欠陥を検査する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回転位相板及び四分割ミラーを用いずにインコヒーレント化された照明光を得ることができる。そのため、回転機構に起因する物質の発生や振動成分の発生を解消することができ、さらに、四分割ミラーの調整が不要となる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン欠陥検査装置の構成を示す概念図である。
図１において、試料、例えばマスクのパターン欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、光源１４０、ＸＹθテーブル１０２、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系を構成する光学系１４２、λ／２波長板３０、透過照明系を構成する光学系１４４、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。制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（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。ＸＹθテーブル１０２は、ステージの一例となる。ここで、図１では、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。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。

検査装置１００では、光源１４０、ＸＹθテーブル１０２、光学系１４２、λ／２波長板３０、光学系１４４、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により高倍率の検査光学系が構成されている。また、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。

被検査試料となるパターンが形成されたフォトマスク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上に載置される。そして、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、光源１４０から発光したコヒーレント光が光学系１４２及びλ／２波長板３０によって実質的にインコヒーレント光へと変換された連続光の照明光が光学系１４４を介して照射される。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。

図２は、実施の形態１における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。
図２において、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系１４２は、ハーフミラー２２（第１のハーフミラー）、反射ミラー２４（第１の反射ミラー）、反射ミラー２６（第２の反射ミラー）、ハーフミラー２８（第２のハーフミラー）を有している。光源１４０からは、コヒーレント光の基本波となる例えば波長が１９３ｎｍの直線偏光のレーザ光１１が発光される。光学系１４２は、光源１４０からのレーザ光１１を受けて、この基本波を、基本波の偏光状態を維持した分波１２（第１の分波）と分波１４（第２の分波）に分岐し、分波１２と分波１４とを同一光路長で合成する。具体的には、ハーフミラー２２が、レーザ光１１の偏光状態を維持した分波１２，１４に分岐する。そして、反射ミラー２４が分波１２をハーフミラー２８に向けて反射する。他方、反射ミラー２６が分波１４をハーフミラー２８に向けて反射する。そして、ハーフミラー２８が分波１２と分波１４とを合成する。ここで、光学系１４２は、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした点からもわかるように干渉させる光学系である。そのため、このままでは、分波１２，１４を合成した際に分波１２，１４が互いに干渉してしまいインコヒーレント化することができない。そこで、実施の形態１では、分波１２の光路上にλ／２波長板３０を配置することでこの問題を解決する。λ／２波長板３０により、分波１２の偏光面と分波１４の偏光面とが直交するように分波１２を偏光する。

図３は、実施の形態１における２つの分波の偏光面の関係を示す概念図である。
図３において、基本波となるレーザ光１１は、直線偏光の光線である。そして、その直線偏光のままハーフミラー２２が分波１２，１４に分岐する。そして、一方の分波、ここでは分波１２についてだけ、偏光面を９０度偏光させる。その結果、図３に示すように分波１２の偏光面と分波１４の偏光面とが直交する関係を形成することができる。偏光面が互いに直交する関係にすると分波１２，１４が合成された際に干渉を起こさない。よって、ハーフミラー２８で合成後の合成波１６は、時間的コヒーレントが低減或いは解消され、実質的にインコヒーレント化されていることになる。このように、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系１４２内の一方の分波の光路上にλ／２波長板３０を配置することでインコヒーレント光を生成することができる。その結果、回転位相板及び四分割ミラーを用いずに済ますことができる。回転位相板を省略することができるので、回転機構に起因する物質の発生を解消することができる。また、検査装置で問題となる回転機構に起因する振動成分の発生も抑制することができる。さらに、非常に高価な回転位相板を省略することができるので、コストを大幅に削減することができる。そして、四分割ミラーを省略することができるので、調整の手間を省くことができる。そして、光学系１４２を通過したインコヒーレント光の合成波１６は、光学系１４４によって、ＸＹθテーブル１０２上の被検査対象となるフォトマスク１０１に照射され、結像される。

図４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概念図である。
被検査領域１０は、図４に示すように、例えばＸ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２０に仮想的に分割される。そして、その分割された各検査ストライプ２０が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御される。ＸＹθテーブル１０２の移動によってフォトダイオードアレイ１０５が相対的にＹ方向に連続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４に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、スキャン幅ＷだけＸ方向にずれた位置で今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

フォトマスク１０１を透過した光線は、拡大光学系１０４によってフォトダイオードアレイ１０５上に結像される。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、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。その後、フォトダイオードアレイ１０５の各画素データは、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共に比較回路１０８に送られる。測定データは例えば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（光量）を表現している。

ダイ−ツー−データベース検査を行う場合には、参照回路１１２で参照データ（参照画像）が作成される。具体的には、参照回路１１２が磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データを読み出す。そして、参照回路１１２が読み出されたフォトマスク１０１の設計データを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、参照データを作成する。参照データは、比較回路１０８に送られる。

そして、比較回路１０８内にて、まず、測定データと参照データとの位置合わせを行なう。そして、測定データの各画素データと参照データの参照画素データとを所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。そして、比較された結果は出力される。比較された結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。

他方、ダイ−ツー−ダイ検査を行う場合には、以下のように検査する。被検査試料と共に撮像された参照試料の測定データ（参照画像）が、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に送られる。そして、比較回路１０８内にて、まず、測定データと参照データとの位置合わせを行なう。そして、測定データの各画素データと参照データの参照画素データとを所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。そして、比較された結果は出力される。比較された結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。

以上のようにして、検査装置１００は、照射後の透過光によって得られるフォトマスク１０１のパターン像を用いて、パターン欠陥を検査する。

実施の形態２．
実施の形態１では、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系１４２内の一方の分波の光路上にλ／２波長板３０を配置して、時間的コヒーレントを低減或いは解消させる構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、さらに空間的コヒーレントを低減させる構成について説明する。

図５は、実施の形態２における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。
図５において、図２の構成に、さらに、拡散板３２，３４を追加した点以外は、図２と同様である。拡散板３２は、分波１２の光路上で分波１２の光束が通過する位置に配置される。図５では、反射ミラー２４とハーフミラー２８との間に配置した例を示している。但し、この位置に限るものではない。例えば、ハーフミラー２２と反射ミラー２４との間に配置しても好適である。さらに言えば、ハーフミラー２２とλ／２波長板３０との間に配置しても良いし、λ／２波長板３０と反射ミラー２４との間に配置しても良い。他方、拡散板３４は、分波１４の光路上で分波１４の光束が通過する位置に配置される。図５では、ハーフミラー２２と反射ミラー２６との間に配置した例を示している。但し、この位置に限るものではない。例えば、反射ミラー２６とハーフミラー２８との間に配置しても好適である。拡散板３２，３４として、例えば、すりガラスを用いることができる。

そして、拡散板３２は、分波１２の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する。同様に、拡散板３４は、分波１４の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する。ここで、拡散板３２は、第１の変更部の一例となる。拡散板３４は、第２の変更部の一例となる。

図６は、実施の形態２における拡散板の効果を説明するための概念図である。
拡散板を介さないマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系１４２では、図６（ａ）に示すように、位置によって光強度にムラが生じる。すなわち、空間的コヒーレントが生じている。これに対して、実施の形態２における拡散板に分波１２，１４の光束を通過させると、図６（ｂ）に示すように、位置による光強度のムラが低減される。このように、分波１２の光束だけ拡散板３２を通過させることで分波１２における空間的コヒーレントを低減させることができる。同様に、分波１４の光束だけ拡散板３４を通過させることで分波１４における空間的コヒーレントを低減させることができる。そして、空間的コヒーレントを低減させた後にハーフミラー２８で分波１２，１４を合成することで光強度のムラをより平均化することができる。よって、ハーフミラー２８で合成後の合成波１６は、時間的コヒーレントが低減或いは解消されるばかりでなく、さらに、空間的コヒーレントをも低減させることができる。従って、実施の形態１よりもさらに実質的にインコヒーレント化することができる。その他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
実施の形態２では、空間的コヒーレントを低減させる構成について説明したが、実施の形態３では、さらに空間的コヒーレントを低減させる構成について説明する。

図７は、実施の形態３における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。
図７において、図５の構成に、さらに、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした２段目の光学系１４６（第３の光学系）と、拡散板６２，６４を追加した点以外は、図５と同様である。２段目のマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系１４２は、１段目の光学系１４２と共用するハーフミラー２８、反射ミラー５４、反射ミラー５６、ハーフミラー５８を有している。ここで、１段目の光学系１４２のハーフミラー２８は、分波１２と分波１４とを合成して合成波４２（第１の合成波）と合成波４４（第２の合成波）を出力する。上述した実施の形態１，２では、ハーフミラー２８から出力される合成波４２と合成波４４の内、一方の合成波（合成波４２）を照明光として使用していた。ここでは、一方の合成波（合成波４２）と残りの合成波（合成波４４）とをさらにもう１段のマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした２段目の光学系１４６を通過させる。光学系１４６は、ハーフミラー２８から出力された合成波４２と合成波４４とを同一光路長で合成する。具体的には、ハーフミラー２８が、分波１２と分波１４とを合成して合成波４２と合成波４４とを出力する。そして、反射ミラー５４が合成波４２をハーフミラー５８に向けて反射する。他方、反射ミラー５６が合成波４４をハーフミラー５８に向けて反射する。そして、ハーフミラー５８が合成波４２と合成波４４とを合成する。

ここで、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系は、２段に限定されるものではなく、複数段のマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系を配置しても構わない。すなわち、多段のマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系を配置する。その際に、２段目以降のマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系には、それぞれの合成波の光路上でそれぞれの合成波の光束が通過する位置に拡散板を配置する。図７では、拡散板６２，６４を配置した例について示している。拡散板６２は、合成波４２の光路上で合成波４２の光束が通過する位置に配置される。図７では、反射ミラー５４とハーフミラー５８との間に配置した例を示している。但し、この位置に限るものではない。例えば、ハーフミラー２８と反射ミラー５４との間に配置しても好適である。他方、拡散板６４は、合成波４４の光路上で合成波４４の光束が通過する位置に配置される。図７では、ハーフミラー２８と反射ミラー５６との間に配置した例を示している。但し、この位置に限るものではない。例えば、反射ミラー５６とハーフミラー５８との間に配置しても好適である。拡散板６２，６４として、例えば、すりガラスを用いることができる。

そして、拡散板６２は、合成波４２の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する。同様に、拡散板６４は、合成波４４の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する。ここで、拡散板６２は、第３の変更部の一例となる。拡散板６４は、第４の変更部の一例となる。

ここで、既に、１段目の光学系１４２を通過した時点で時間的コヒーレントは低減或いは解消されている。また、空間的コヒーレントも拡散板３２，３４によって低減されている。よって、実施の形態３では、空間的コヒーレントをさらに低減させる。ここでは、合成波４２の光束だけ拡散板６２を通過させることで合成波４２における空間的コヒーレントを低減させることができる。同様に、合成波４４の光束だけ拡散板６４を通過させることで合成波４４における空間的コヒーレントを低減させることができる。そして、空間的コヒーレントを低減させた後にハーフミラー５８で合成波４２，４４を合成することで合成後の合成波４６の光強度のムラをさらに平均化することができる。

このように、多段化して、複数の拡散板を設けることでより最適化しやすくすることができる。その結果、実施の形態３では、実施の形態２よりもさらに空間的コヒーレントを低減させることができる。その他の構成及び動作は、実施の形態２と同様である。

実施の形態４．
上述した実施の形態１〜３では、透過照明系を用いた構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態４では、反射照明系を用いた構成について説明する。

図８は、実施の形態４におけるパターン欠陥検査装置の構成を示す概念図である。
図８において、透過照明系を構成する光学系１４４の代わりに、反射照明系を構成する光学系１４８を配置した点と、光学系１４２の出力を光学系１４８に入射させる点と、拡大光学系１０４の代わりに、フォーカスレンズ１７４を配置した点以外は、図１と同様である。ここで、図８では、実施の形態４を説明する上で必要な構成部分について記載している。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。ここで、光源１４０と光学系１４８との間の構成は、実施の形態１〜３のいずれの構成を用いても構わない。

そして、光学系１４２の出力を光学系１４８に入射させた後、ハーフミラー１４９によって、光軸の向きが９０度偏光され、被検査対象となるフォトマスク１０１に向けられる。そして、ハーフミラー１４９で反射された光線は、光学系１４８の対物レンズによって、被検査対象となるフォトマスク１０１の裏面に結像される。以上のようにして、照射工程として、合成後の基本波をＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１に照射する。そして、フォトマスク１０１から反射された光線は、ハーフミラー１４９を通過した後、フォーカスレンズ１７４によってフォトダイオードアレイ１０５上に結像される。以降の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、反射照明系の場合でもインコヒーレント化するための回転位相板及び四分割ミラーを省くことができる。

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１〜３における透過照明系と実施の形態４における反射照明系を組み合わせて用いても好適である。さらに、透過照明系と反射照明系とで、別々の光源１４０及び光学系１４２を搭載してもよいし、１組の光源１４０及び光学系１４２の出力光を分岐して、一方を透過照明用に光学系１４４に照射させ、他方を反射照明用に光学系１４８に照射させても好適である。

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。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

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光源、照明光学系、パターン検査装置及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１におけるパターン欠陥検査装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態１における２つの分波の偏光面の関係を示す概念図である。 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概念図である。 実施の形態２における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態２における拡散板の効果を説明するための概念図である。 実施の形態３における光源とマッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態４におけるパターン欠陥検査装置の構成を示す概念図である。

符号の説明

１０ 被検査領域
１１ レーザ光
１２，１４ 分波
１６，４２，４４，４６ 合成波
２０ 検査ストライプ
２２，２８，５８，１４９ ハーフミラー
２４，２６，５４，５６ 反射ミラー
３０ λ／２波長板
３２，３４，６２，６４ 拡散板
１００ 検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθテーブル
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 参照回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ ＦＤ
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１３０ オートローダ
１４０ 光源
１４２，１４４，１４６，１４８ 光学系
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７４ フォーカスレンズ

Claims (5)

1. 基本波を発光する光源と、
   前記基本波を、前記基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、前記第１の分波と前記第２の分波とを同一光路長で合成する第１の光学系と、
   前記第１の分波の光路上に配置され、前記第１の分波の偏光面と前記第２の分波の偏光面とが直交するように前記第１の分波を偏光する偏光部と、
   前記第１の光学系により合成された合成波をパターンが形成された被検査対象に照射する第２の光学系と、
   前記被検査対象を載置するステージと、
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. 前記第１の光学系は、
   前記基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐する第１のハーフミラーと、
   偏光後の前記第１の分波と、前記第２の分波とを合成する第２のハーフミラーと、
   前記第１の分波を前記第２のハーフミラーに向けて反射する第１の反射ミラーと、
   前記第２の分波を前記第２のハーフミラーに向けて反射する第２の反射ミラーと、
   を有することを特徴とする請求項１記載のパターン欠陥検査装置。
3. 前記パターン欠陥検査装置は、さらに、
   前記第１の分波の光路上で前記第１の分波の光束が通過する位置に配置され、前記第１の分波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第１の変更部と、
   前記第２の分波の光路上で前記第２の分波の光束が通過する位置に配置され、前記第２の分波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第２の変更部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
4. 前記第１の光学系は、前記第１の分波と前記第２の分波とを合成して第１と第２の合成波を出力し、
   前記パターン欠陥検査装置は、さらに、
   前記第１の合成波と前記第２の合成波とを同一光路長で合成する第３の光学系と、
   前記第１の合成波の光路上で前記第１の合成波の光束が通過する位置に配置され、前記第１の合成波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第３の変更部と、
   前記第２の合成波の光路上で前記第２の合成波の光束が通過する位置に配置され、前記第２の合成波の光束を時間的にはコヒ−レントであっても空間的にはコヒ−レントではない光束に変更する第４の変更部と、を備えたことを特徴とする請求項３記載のパターン欠陥検査装置。
5. 光源から基本波を発光する工程と、
   前記基本波を、前記基本波の偏光状態を維持した第１と第２の分波に分岐し、前記第１の分波と前記第２の分波とを同一光路長で合成する工程と、
   前記第１の分波の光路上で前記第１の分波の偏光面と前記第２の分波の偏光面とが直交するように前記第１の分波を偏光する工程と、
   ステージに載置されたパターンが形成された被検査対象に合成された合成波を照射する工程と、
   照射後に得られる前記被検査対象のパターン像を用いて、パターン欠陥を検査する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査方法。

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