JP2017032457A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動時におけるステージのヨーイングに起因する試料の回転ずれを小さくすると共に、回転ずれ量を高速かつ高精度に測定することが可能な検査装置を提供する。【解決手段】検査装置は、自己の重心から外れた位置で、パターンが形成された被検査試料を載置するＺθステージ７０（第１のステージ）と、第１のステージの重心位置を挟んだ位置関係になるように第１のステージに配置された２Ｄスケール８０，８２と、第１のステージの重心と重なる領域であって第１のステージに載置された被検査試料とは重ならない領域下に配置され、第１のステージを支持すると共に、第１のステージを移動させるｘステージ７４と、２Ｄスケール８０，８２により測定された位置情報を用いて、被検査試料の位置を演算する位置回路とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パターン検査装置に関する。例えば、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技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する検査装置に関する。

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。

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−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（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−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。

検査装置では、ステージ上の試料に検査光を照射してその透過光或いは反射光を光学系に取り込む。そのため、ステージの領域中、試料を配置する領域は光路となるのでステージ駆動系の機器を配置することが困難となる。そのため、ステージはステージ駆動系に片持ち支持される構造が採用されていた。そのため、駆動時におけるステージのヨーイングが大きくなってしまうといった問題があった。その結果、試料の回転ずれが大きくなってしまうといった問題があった。ここで、ステージの位置を把握する手法として、例えば、レーザ干渉計を用いたレーザ測長法が挙げられる。そして、かかるレーザ測長した結果を用いて、試料のｘ，ｙ位置および試料の回転角が計算される。しかしながら、レーザ光は空気の揺らぎの影響を受ける。そのため、レーザ測長した結果を所定の時間をかけて平均化する必要がある。よって、レーザ測長法では高速かつ高精度に位置測定を行うことは困難である。高精度な検査を行うためには、駆動時におけるステージのヨーイングに起因する試料の回転ずれを小さくすることが望まれると共に、回転ずれが生じる場合でもかかる回転ずれ量を高速かつ高精度に測定することが望まれる。

ここで、検査装置とは異なるが、露光装置のステージの偏荷重を抑制するために、ウェハをステージ中央に配置して、ウェハステージの重心をｘ軸方向の推力の作用点上に配置し、ステージ位置をレーザ測長法で測定する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、検査装置では、上述したように試料を配置する領域は光路となるので、ｘ軸方向の推力の作用点上にステージ重心を配置したステージの中央にマスクを配置することは困難である。また、レーザ測長法では高速かつ高精度に位置測定を行うことは困難である点は上述した通りである。

国際公開ＪＰ ＷＯ２００２／０８０１８５号

そこで、本発明は、駆動時におけるステージのヨーイングに起因する試料の回転ずれを小さくすると共に、回転ずれ量を高速かつ高精度に測定することが可能な検査装置を提供する。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
自己の重心から外れた位置で、パターンが形成された被検査試料を載置する第１のステージと、
第１のステージの重心位置を挟んだ位置関係になるように第１のステージに配置された第１と第２の２次元スケールと、
第１のステージの重心と重なる領域であって第１のステージに載置された被検査試料とは重ならない領域下に配置され、第１のステージを支持すると共に、第１のステージを移動させる第２のステージと、
第１と第２の２次元スケールにより測定された位置情報を用いて、被検査試料の位置を演算する演算部と、
被検査試料に検査光を照明する照明光学系と、
被検査試料が載置された第１のステージが移動している状態で、被検査試料に形成されたパターンの光学画像を撮像するセンサと、
光学画像に対応する参照画像を用いて、光学画像と参照画像とを画素毎に比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

また、検査光の光軸に直交する面上の当該光軸を通る直交する２軸の一方の軸上に第１の２次元スケールを配置し、他方の軸上に第２の２次元スケールを配置すると好適である。

また、第１と第２の２次元スケールの幅寸法は、被検査試料の幅寸法よりも大きいと好適である。

また、第２のステージは、第１と第２の２次元スケールとは重ならない領域下に配置されると好適である。

本発明によれば、駆動時におけるステージのヨーイングに起因する試料の回転ずれを小さくすると共に、回転ずれ量を高速かつ高精度に測定できる。よって、検査精度を向上させることができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１におけるＸＹθテーブルの構成と２Ｄスケールと試料との配置構成を示す上面図である。 図２のＡＡ矢視を示す実施の形態１におけるＺθテーブルと２Ｄスケールと試料との配置構成を示す断面図である。 図２のＢＢ矢視を示す実施の形態１におけるＺθテーブルと２Ｄスケールと試料との配置構成を示す断面図である。 実施の形態１における試料と２Ｄスケールとのサイズの相対関係の一例を示す図である。 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるＺθステージの回転の様子を説明するための図である。 実施の形態１における試料１０１の回転ずれを測定する手法を説明するための図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。

実施の形態１．
図１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構成図である。図１において、試料、例えばマスクに形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

光学画像取得部１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、及びフォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及び２次元（２Ｄ）スケール測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、試料１０１と複数の２次元（２Ｄ）スケールとが配置されている。試料１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンによって構成されたパターンが形成されている。試料１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。

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、展開回路１１１、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、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８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。

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、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、例えばリニアモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１０２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である。そして、ＸＹθテーブル１０２上に配置された試料１０１の移動位置は、２Ｄスケール測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。

被検査試料１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。また、被検査試料１０１の検査領域の一部を示す複数の領域についての領域データ（領域情報）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。

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。

試料１０１に形成されたパターンには、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０を介して照射される。試料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（センサの一例）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ＸＹθテーブルの構成と２Ｄスケールと試料との配置構成を示す上面図である。図２において、ＸＹθテーブル１０２は、Ｚθステージ７０（第１のステージ）と、ｘステージ７４（第２のステージ）と、ｘ軸ガイドレール７５と、ｙステージ７６ａ，７６ｂと、ｙ軸ガイドレール７７ａ，７７ｂと、を有している。ｘステージ７４とｘ軸ガイドレール７５とを用いてｘ方向のリニアステージが構成される。ｙステージ７６ａ，７６ｂとｙ軸ガイドレール７７ａ，７７ｂとを用いてｙ方向のリニアステージが構成される。Ｚθステージ７０は、θ方向の移動の他、ｚ方向（高さ方向、或いは光軸方向）の位置調整についても制御可能に構成される。例えば、図示しない複数のピエゾ素子が配置され、Ｚθステージ７０のｚ方向の位置が制御されればよい。

図２の例では、ｙ軸ガイドレール７７ａ上にｙステージ７６ａがｙ方向に走行（移動）可能に配置され、ｙ軸ガイドレール７７ｂ上にｙステージ７６ｂがｙ方向に走行（移動）可能に配置される。ｙ軸ガイドレール７７ａ，７７ｂは平行に配置される。よって、ｙステージ７６ａ，７６ｂは平行に走行することになる。２つのｙステージ７６ａ，７６ｂ上には、２つのｙステージ７６ａ，７６ｂに跨るようにｘ軸ガイドレール７５が配置される。ｘ軸ガイドレール７５は、ｙ軸ガイドレール７７ａ，７７ｂとは直交するｘ方向に延びるように配置される。ｘ軸ガイドレール７５上にｘステージ７４がｘ方向に走行（移動）可能に配置される。そして、ｘステージ７４上にはＺθステージ７０が配置される。

ここで、実施の形態１におけるＺθステージ７０には、Ｚθステージ７０の重心７１（Ｇ）から外れた位置で、パターンが形成された被検査試料１０１が載置される。図２の例では、Ｚθステージ７０の重心７１（Ｇ）よりも−ｙ側の領域に配置される。また、Ｚθステージ７０の重心７１（Ｇ）位置を挟んだ位置関係になるように、Ｚθステージ７０に２Ｄスケール８０（第１の２次元スケール）と２Ｄスケール８２（第２の２次元スケール）とが配置される。なお、ｘステージ７４（第２のステージ）は、Ｚθステージ７０の重心７１（Ｇ）と重なる領域であってＺθステージ７０に載置された試料１０１とは重ならない領域下に配置される。かかる領域下で、ｘステージ７４はＺθステージ７０を支持すると共に、Ｚθステージ７０を移動させる。ここではｘ方向に移動させる。

図３は、図２のＡＡ矢視を示す実施の形態１におけるＺθテーブルと２Ｄスケールと試料との配置構成を示す断面図である。
図４は、図２のＢＢ矢視を示す実施の形態１におけるＺθテーブルと２Ｄスケールと試料との配置構成を示す断面図である。
上述したように、試料１０１を透過した検査光は、拡大光学系１０４に取り込まれる。そのため、図３及び図４に示すように、Ｚθステージ７０の領域のうち、試料１０１が配置される領域下には、拡大光学系１０４が配置される。言い換えれば、Ｚθステージ７０面の領域のうち、試料１０１が配置される領域は光軸１２上に位置する。図２に示すように、検査光の光軸１２に直交する面上の当該光軸１２を通る直交する２軸（ｘ，ｙ軸）の一方の軸上（図２の例ではｘ軸上）に２Ｄスケール８０が配置される。そして、他方の軸上（図２の例ではｙ軸上）に２Ｄスケール８２が配置される。なお、上述したように、試料１０１は、試料１０１のパターン形成面が下向きになるようにＺθステージ７０に配置される。Ｚθステージ７０には、試料１０１が配置される領域に貫通する開口部が形成され、試料の外周部の少なくとも一部が載置されるように保持されればよい。２Ｄスケール８０，８２は、図３及び図４に示すように、試料１０１のパターン形成面（図３及び図４における下面）と同一面にスケール形成面（下面）が位置するようにＺθステージ７０に配置される。

また、図３に示すように、２Ｄスケール８０下には、２Ｄスケール８０から位置を検出する検出器８１が配置される。検出器８１は、支持台８４に固定される。検出器８１は、光軸１２からｘ方向にＬ_Ｘだけ離れ、ｙ方向にはずれていない位置に配置される。これにより、検出器８１は、光軸１２からｘ方向にＬ_Ｘだけ離れ、ｙ方向にはずれていない位置において２Ｄスケール８０の値を検出できる。検出器８１は、例えば、発光デバイスによって２Ｄスケール８０の格子目盛をレーザ光で照射して、２Ｄスケール８０から反射された回折光を受光デバイスで受け、２Ｄスケール８０表面の刻線の間隔を読取ることで位置を測定すればよい。

また、図４に示すように、２Ｄスケール８２下には、２Ｄスケール８２から位置を検出する検出器８３が配置される。検出器８３は、支持台８５に固定される。検出器８３は、光軸１２からｙ方向にＬ_Ｙだけ離れ、ｘ方向にはずれていない位置に配置される。これにより、検出器８３は、光軸１２からｙ方向にＬ_Ｙだけ離れ、ｘ方向にはずれていない位置において２Ｄスケール８２の値を検出できる。検出器８３は、例えば、発光デバイスによって２Ｄスケール８２の格子目盛をレーザ光で照射して、２Ｄスケール８２から反射された回折光を受光デバイスで受け、２Ｄスケール８２表面の刻線の間隔を読取ることで位置を測定すればよい。

また、ｘステージ７４（第２のステージ）は、図２に示すように、２Ｄスケール８０，８２とは重ならない領域下に配置される。これにより、ｘステージ７４が干渉することなく、検出器８１が２Ｄスケール８０の全領域の値を検出可能にできる。同様に、ｘステージ７４が干渉することなく、検出器８３が２Ｄスケール８２の全領域の値を検出可能にできる。

図５は、実施の形態１における試料と２Ｄスケールとのサイズの相対関係の一例を示す図である。試料１０１は、寸法Ｌ１角の幅寸法に形成される。一方、２Ｄスケール８０，８２の幅寸法は、被検査試料１０１の幅寸法Ｌ１よりも大きいＬ２角の幅寸法に形成されると好適である。これにより、２Ｄスケール８０は、被検査試料１０１のｙ方向の両端よりもそれぞれ外側にはみ出るように配置できる。また、２Ｄスケール８０は、図２に示すように被検査試料１０１の中心と２Ｄスケール８０の中心とがｘ方向にＬ_Ｘだけ離れ、ｙ方向にはずれていない位置に配置できる。同様に、２Ｄスケール８２は、被検査試料１０１のｘ方向の両端よりもそれぞれ外側にはみ出るように配置できる。また、２Ｄスケール８２は、図２に示すように被検査試料１０１の中心と２Ｄスケール８２の中心とがｙ方向にＬ_Ｙだけ離れ、ｘ方向にはずれていない位置に配置できる。以上により、２Ｄスケール８０は、被検査試料１０１のどの位置に光軸１２が来ても、光軸１２の位置を測定できる。言い換えれば、試料１０１面上のどの位置に検査位置（座標（Ｍｘ，Ｍｙ））が来ても、検出器８１は、２Ｄスケール８０から位置（座標（Ｘｘ，Ｙｘ））を測定できる。同様に、２Ｄスケール８２は、被検査試料１０１のどの位置に光軸１２が来ても、光軸１２の位置を測定できる。言い換えれば、試料１０１面上のどの位置に検査位置（座標（Ｍｘ，Ｍｙ））が来ても、検出器８３は、２Ｄスケール８２から位置（座標（Ｘｙ，Ｙｙ））を測定できる。

図６は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。試料１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図６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２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２のうち、ｘステージ７４の移動によって、Ｚθステージ７０がｘ方向に移動させられ、その結果、フォトダイオードアレイ１０５が相対的にｘ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６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。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、Ｚθステージ７０（ｘステージ７４を含む）と相対移動しながら、検査光を用いて試料１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。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、ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して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）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ−ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ−ＢＷＤの繰り返しでもよい。

図７は、実施の形態１におけるＺθステージの回転の様子を説明するための図である。図７（ａ）では、Ｚθステージ３００をｘ軸ガイドレール３０４上を走行するｘステージ３０２により片持ち支持した場合に生じるヨーイングの様子を示す。ｘステージ３０２の加減速による加振力によって、作用点となるｘステージ３０２上の回転中心Ｏに対して、ｘステージ３０２の重心Ｇが外れた位置に存在するため、Ｚθステージ３００は、大きくヨーイングを生じる。その結果、試料１０１も大きく回転ずれが生じる。ピッチングについても同様である。これに対して、実施の形態１では、図７（ｂ）に示すように、ｘステージ７４（第２のステージ）は、Ｚθステージ７０の重心７１（Ｇ）と重なる領域下に配置される。よって、ｘステージ３０２の加減速による加振力が小さくなるので、Ｚθステージ７０のヨーイングを小さく抑えることができる。その結果、試料１０１の回転ずれを小さく抑えることができる。さらにピッチングについても小さく抑えることができる。しかし、試料１０１のヨーイングに起因する回転ずれを全く無くすことができるわけではない。そこで、実施の形態１では、２Ｄスケール８０，８２を用いて、試料１０１のヨーイングに起因する回転ずれθを高速かつ高精度に測定する。

図８は、実施の形態１における試料１０１の回転ずれを測定する手法を説明するための図である。図８の例では、Ｚθステージ７０のヨーイングに起因して試料１０１が回転ずれθを起こしている場合を示している。試料１０１が回転ずれθを起こす場合、２Ｄスケール８０の検出位置（座標（Ｘｘ，Ｙｘ））も試料１０１の検査位置（座標（Ｍｘ，Ｍｙ））を回転中心として回転ずれθを生じた位置になる。同様に、２Ｄスケール８２の検出位置（座標（Ｘｙ，Ｙｙ））も試料１０１の検査位置（座標（Ｍｘ，Ｍｙ））を回転中心として回転ずれθを生じた位置になる。２Ｄスケール８０のｘ座標Ｘｘについては、回転した場合も無視できるほど小さいずれが生じるにすぎない。同様に、２Ｄスケール８２のｙ座標Ｙｙについては、回転した場合も無視できるほど小さいずれが生じるにすぎない。よって、試料１０１上の検出位置の座標（Ｍｘ，Ｍｙ）は、次の式（１）及び式（２）で定義できる。
（１） Ｍｘ＝Ｘｘ−Ｌｘ
（２） Ｍｙ＝Ｙｙ−Ｌｙ

一方、試料１０１が回転ずれθは、次の式（３）で定義できる。
（３） θ＝ｔａｎ^−１（Δｘ／Ｌｙ）
＝ｔａｎ^−１｛（Ｘｙ−（Ｘｘ−Ｌｘ））／Ｌｙ｝
≒（Ｘｙ−（Ｘｘ−Ｌｘ））／Ｌｙ

同様に、試料１０１が回転ずれθは、次の式（４）で定義できる。
（４） θ＝ｔａｎ^−１（Δｙ／Ｌｘ）
＝ｔａｎ^−１｛（（Ｙｙ−Ｌｙ）−Ｙｘ）／Ｌｘ｝
≒（（Ｙｙ−Ｌｙ）−Ｙｘ）／Ｌｘ

実施の形態１では、Ｚθステージ７０の重心位置を挟んで２Ｄスケール８０，８４を配置した。言い換えれば、ｘステージ７４を挟んで２Ｄスケール８０，８４を配置した。さらに言い換えれば、ｘステージ７４を挟んで試料１０１と２Ｄスケール８４を配置した。よって、試料１０１の検査位置と２Ｄスケール８４の検出位置との距離Ｌｙを大きくすることができる。式（３）と式（４）を比較した場合、ＬｙがＬｘよりも大幅に大きくできるために、同じ回転角θを定義する場合でもΔｘをΔｙよりも大きくできる。よって、式（３）で計算した方が、式（４）で計算する場合よりも回転角θの分解能を大きくできる。よって、試料１０１の回転ずれθを高精度に測定できる。さらに、実施の形態１では、２Ｄスケールを用いているので、レーザ干渉計と異なり空気の揺らぎの影響を受けないようにできる。よって、レーザ干渉計で位置測定する場合に比べて高速で測定できる。また、空気ゆらぎが生じるレーザ干渉計を配置しないことで、ｘステージ７４を挟んで試料１０１を配置する領域側とは反対側の領域にＺθステージ７０を延ばすように大きくしても、大きくした分の設置スペースを確保できる。

以上の２Ｄスケール８０，８４による位置測定手法を用いて、試料１０１のパターン検査を行う。

図９は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。図９において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５６、フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、比較処理部６４、及びメモリ６６が配置されている。フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、及び比較処理部６４といった一連の「〜部」は、少なくとも１つの電気回路、少なくとも１つのコンピュータ、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの回路基板、或いは、少なくとも１つの半導体装置等といった、少なくとも１つの回路で構成され、実行される。フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、及び比較処理部６４といった機能のいずれかでもコンピュータ、プロセッサ、或いは、半導体装置等で構成される場合には、入力データ或いは演算された結果はその都度、メモリ６６に記憶される。

光学画像取得部１５０は、試料１０１となるフォトマスクの検査ストライプ２０の光学画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。

まず、ｘステージ７４、及びｙステージ７６を駆動させて、Ｚθステージ７０を対象検査ストライプ２０が撮像可能な位置に移動させる。試料１０１に形成されたパターンには、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０を介して照射される。言い換えれば、照明光学系１７０は、被検査試料１０１に検査光を照明する。試料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（センサの一例）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として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。フォトダイオードアレイ１０５（センサ）は、被検査試料１０１が載置されたＺθステージ７０（第１のステージ）が移動している状態で、被検査試料１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。

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の各受光素子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。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が１００％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、２Ｄスケール測長システム１２２は、検出器８１，８３により検出された２Ｄスケール８０，８４が示す位置情報を入力し、２Ｄスケール８０が示す位置（座標（Ｘｘ，Ｙｘ））及び２Ｄスケール８０が示す位置（座標（Ｘｙ，Ｙｙ））を測長する。そして、かかる２Ｄスケール８０が示す位置（座標（Ｘｘ，Ｙｘ））及び２Ｄスケール８０が示す位置（座標（Ｘｙ，Ｙｙ））の情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、２Ｄスケール８０，８４（第１と第２の２次元スケール）により測定された位置情報を用いて、被検査試料１０１の位置を演算する。かかる位置には、上述したｘ方向位置Ｍｘ、ｙ方向位置Ｍｙ、及び回転ずれθが含まれる。よって、ストライプ領域画像は、試料１０１が回転ずれθを生じた状態で撮像された画像となる。

その後、ストライプ領域画像は、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（画素データ）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。比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、記憶装置５２に格納される。

フレーム分割部６０は、検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から対象フレーム領域３０のフレーム画像を切り出すように、ｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）でストライプ領域画像を分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。ストライプ領域画像から対象フレーム領域３０の画像を切り出す際、回転ずれθを補正するように切り出す。これにより、対象フレーム領域３０のフレーム画像の回転ずれを補正できる。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ２０の幅と同様の幅、例えば、スキャン幅Ｗで複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、記憶装置５６に格納される。以上により、検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。

一方、展開回路１１１（設計画像作成部の一例）は、被検査試料１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する。具体的には、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し、読み出された設計データに定義された対象フレーム３０の領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して設計画像を作成する。

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、及び辺の長さ、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（ベクトルデータ）が格納されている。

かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路１１１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値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、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毎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、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータは参照回路１１２に出力される。

参照回路１１２は、設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する。

図１０は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、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基準設計画像データにも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。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する参照画像を作成する。作成された参照画像は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、記憶装置５０に格納される。以上により、検査のために比較される他方の画像（参照画像）データが生成される。

比較回路１０１（比較部）は、画素毎にフレーム画像（光学画像）と参照画像とを比較する。具体的には、まず、位置合わせ部６２は、比較対象となるフレーム画像（光学画像）を記憶装置５６から読み出し、同様に比較対象となる参照画像を記憶装置５０から読み出す。そして、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較処理部６４は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。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。

以上のように、実施の形態１では、駆動時におけるＺθステージ７０のヨーイングに起因する試料１０１の回転ずれθを小さくすると共に、回転ずれ量θを高速かつ高精度に測定できる。よって、検査精度を向上させることができる。

以上の説明において、「〜回路」、「〜部」、或いは「〜工程」と記載したものは、少なくとも１つの電気回路、少なくとも１つのコンピュータ、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの回路基板、或いは、少なくとも１つの半導体装置等といった、少なくとも１つの回路で構成されることができ、実行される。コンピュータ、プロセッサ、或いは、半導体装置等により構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、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テーブル制御回路１１４、展開回路１１１、参照回路１１２、及び比較回路１０８内の各回路等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０或いは各回路内に配置されるコンピュータ、プロセッサ、或いは、半導体装置等によって実現してもよい。

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、照明光学系１７０として、透過光を用いた透過照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、反射光を用いた反射照明光学系であってもよい。或いは、透過照明光学系と反射照明光学系とを組み合わせて、透過光と反射光を同時に用いてもよい。

また、図２の例では、ｘステージ７４を挟んだＺθステージ７０の両側の領域のうち、２Ｄスケール８０側に試料１０１を配置したが、これに限るものではない。２Ｄスケール８２側に試料１０１を配置してもよい。

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。

１０ 検査領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
５０，５２，５６ 記憶装置
６０ フレーム分割部
６２ 位置合わせ部
６４ 比較処理部
６６ メモリ
７０，３００ Ｚθステージ
７１ 重心
７４，３０２ ｘステージ
７５，３０４ ｘ軸ガイドレール
７６ ｙステージ
７７ ｙ軸ガイドレール
８０，８２ ２Ｄスケール
８１，８３ 検出器
８４，８５ 支持台
１００ 検査装置
１０１ 試料
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
１１１ 展開回路
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 ２Ｄスケール測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系

Claims (4)

1. 自己の重心から外れた位置で、パターンが形成された被検査試料を載置する第１のステージと、
   前記第１のステージの重心位置を挟んだ位置関係になるように前記第１のステージに配置された第１と第２の２次元スケールと、
   前記第１のステージの重心と重なる領域であって前記第１のステージに載置された前記被検査試料とは重ならない領域下に配置され、前記第１のステージを支持すると共に、前記第１のステージを移動させる第２のステージと、
   前記第１と第２の２次元スケールにより測定された位置情報を用いて、前記被検査試料の位置を演算する演算部と、
   前記被検査試料に検査光を照明する照明光学系と、
   前記被検査試料が載置された前記第１のステージが移動している状態で、前記被検査試料に形成されたパターンの光学画像を撮像するセンサと、
   前記光学画像に対応する参照画像を用いて、前記光学画像と参照画像とを画素毎に比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記検査光の光軸に直交する面上の当該光軸を通る直交する２軸の一方の軸上に前記第１の２次元スケールを配置し、他方の軸上に前記第２の２次元スケールを配置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。
3. 前記第１と第２の２次元スケールの幅寸法は、前記被検査試料の幅寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査装置。
4. 前記第２のステージは、前記第１と第２の２次元スケールとは重ならない領域下に配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のパターン検査装置。

Images