JP2018077053A - Pattern inspection method and pattern inspection device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide an inspection method that can inspect a pattern dimension of a defective part from an optical image obtained to make closer to a pattern image when transferred by an exposure device.CONSTITUTION: A pattern inspection method of one aspect of the present invention comprises the steps of: acquiring an optical image of a mask substrate on which a pattern is formed; generating a reference image corresponding to the optical image; measuring a second threshold level, used for the reference image, which makes a pattern dimension of a pattern normal part in the optical image, specified using a first threshold level of an image gradation value profile, and a pattern dimension of a corresponding part in the reference image be same dimension; measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image, which corresponds to a pattern abnormal part in the optical image, using the second threshold level; measuring a pattern dimension of the pattern abnormal part in the optical image using the first threshold level; comparing the pattern dimension measured from the reference image with the pattern dimension measured from the optical image as for the pattern abnormal part, and outputting a comparison result.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、パターン検査方法及び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を検査する検査装置及び方法に関する。   The present invention relates to a pattern inspection method and a pattern inspection apparatus. For example, the present invention relates to a pattern inspection technique for inspecting a pattern defect of an object as a sample used for semiconductor manufacture, and to an inspection apparatus and method for inspecting a photomask used when manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display (LCD).

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。   In recent years, the circuit line width required for a semiconductor element has been increasingly narrowed as a large scale integrated circuit (LSI) is highly integrated and has a large capacity. These semiconductor elements use an original pattern pattern (also referred to as a mask or a reticle, hereinafter referred to as a mask) on which a circuit pattern is formed, and the pattern is exposed and transferred onto a wafer by a reduction projection exposure apparatus called a stepper. It is manufactured by forming a circuit. Therefore, a pattern drawing apparatus using an electron beam capable of drawing a fine circuit pattern is used for manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern onto a wafer. A pattern circuit may be directly drawn on a wafer using such a pattern drawing apparatus. Alternatively, development of a laser beam drawing apparatus for drawing using a laser beam in addition to an electron beam has been attempted.

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っている。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。   In addition, improvement in yield is indispensable for manufacturing an LSI that requires a large amount of manufacturing cost. However, as represented by a 1 gigabit class DRAM (Random Access Memory), the pattern constituting the LSI is on the order of submicron to nanometer. One of the major factors that reduce the yield is a pattern defect of a mask used when an ultrafine pattern is exposed and transferred onto a semiconductor wafer by a photolithography technique. In recent years, with the miniaturization of LSI pattern dimensions formed on semiconductor wafers, the dimensions that must be detected as pattern defects have become extremely small. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of a pattern inspection apparatus that inspects defects in a transfer mask used in LSI manufacturing.

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。   As an inspection method, an optical image obtained by imaging a pattern formed on a sample such as a lithography mask using a magnifying optical system at a predetermined magnification is compared with an optical image obtained by imaging design data or the same pattern on the sample. A method of performing an inspection by doing this is known. For example, as a pattern inspection method, “die to die inspection” in which optical image data obtained by imaging the same pattern at different locations on the same mask is compared, or a pattern is formed using CAD data with a pattern design as a mask. The drawing data (design pattern data) converted into the device input format for input by the drawing device when drawing is input to the inspection device, and a design image (reference image) is generated based on this data and the pattern is captured. There is a “die to database (die-database) inspection” that compares an optical image as measured data. In the inspection method in such an inspection apparatus, the sample is placed on the stage, and the stage is moved so that the light beam scans on the sample and the inspection is performed. The sample is irradiated with a light beam by a light source and an illumination optical system. The light transmitted or reflected by the sample is imaged on the sensor via the optical system. The image picked up by the sensor is sent to the comparison circuit as measurement data. The comparison circuit compares the measured data and the reference data according to an appropriate algorithm after the images are aligned, and determines that there is a pattern defect if they do not match.

製品サイクルが短い半導体製品において、製造所要時間を短縮することは重要な項目である。欠陥のあるマスクパターンをウェハに露光転写すると、そのウェハから作られた半導体装置は不良品になる。そのため、マスクのパターン欠陥検査を行うことは重要である。そして、欠陥検査で見つかった欠陥は欠陥修正装置で修正される。しかしながら、見つかった欠陥をすべて修正すると製造所要時間の増加になり、製品価値を下げることにつながる。検査装置の開発が進むのに伴い、検査装置では、非常に小さなずれが生じてもパターン欠陥有りと判定する。しかし、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは/及び短絡等がかかる欠陥によって生じておらず、パターンの線幅が許容値内であれば集積回路としては使用可能である。よって、かかる欠陥を都度修正するのではなく、欠陥の状態を残したまま、かかるマスクを露光転写に用いることが望まれる。そのためには、露光装置で転写される場合のパターン像のパターン寸法を測定できればよい。しかしながら、露光装置ではマスクパターンを縮小してウェハに結像するのに対して、検査装置ではマスクパターンを拡大してセンサに結像する。よって、マスク基板に対して2次側の光学系の構成がそもそも異なっている。かかる構成により、検査装置では、露光装置よりもマスクに対する分解能が高く、微小な欠陥が検出できるようになっているが、その反面、露光装置で転写される場合のパターン像の形状を検査装置で再現することは困難である。   In a semiconductor product with a short product cycle, it is an important item to shorten the manufacturing time. When a defective mask pattern is exposed and transferred onto a wafer, a semiconductor device made from the wafer becomes a defective product. Therefore, it is important to perform a mask pattern defect inspection. Then, the defect found by the defect inspection is corrected by the defect correcting device. However, correcting all the found defects increases the time required for manufacturing and leads to a decrease in product value. With the development of the inspection apparatus, the inspection apparatus determines that there is a pattern defect even if a very small deviation occurs. However, when a mask pattern is transferred onto a wafer with an actual exposure apparatus, the integrated circuit is not caused by a defect such as a circuit disconnection or / and a short circuit on the wafer, and the pattern line width is within an allowable value. Can be used. Therefore, it is desirable to use such a mask for exposure transfer while leaving the state of the defect, instead of correcting the defect each time. For that purpose, it is only necessary to be able to measure the pattern dimension of the pattern image when transferred by the exposure apparatus. However, while the exposure apparatus reduces the mask pattern and forms an image on the wafer, the inspection apparatus enlarges the mask pattern and forms an image on the sensor. Therefore, the configuration of the optical system on the secondary side with respect to the mask substrate is originally different. With this configuration, the inspection apparatus has higher resolution with respect to the mask than the exposure apparatus and can detect minute defects. On the other hand, the shape of the pattern image when transferred by the exposure apparatus can be detected by the inspection apparatus. It is difficult to reproduce.

ここで、空中画像なる像を利用して、露光装置で露光転写される露光イメージを検査する専用機について開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Here, a dedicated machine for inspecting an exposure image exposed and transferred by an exposure apparatus using an aerial image is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−235853号公報JP 2001-235853 A

ここで、本願出願時においてまだ公知にはなっていないと思われるが、上述した露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく、検査装置で光学画像を取得する場合に、露光装置の光学条件に合わせてあえて分解能を低くして撮像することが検討されている。しかしながら、光学画像と比較するために作成される参照画像は、設計データに基づいているので、参照画像の生成精度において、複雑な開口条件を含む照明形状を含む露光装置の光学条件で撮像された光学画像と比較し得る程度に合わせ込むことが困難となっている。そのため、露光装置の光学条件で撮像された光学画像と参照画像とを比較した場合に、画像内のパターン寸法に誤差が生じてしまうといった問題があった。そのため、欠陥が存在しない正常部においてもパターン寸法に誤差が生じてしまう。かかる状態では、欠陥個所のパターン寸法を高精度に取得することが困難であるといった問題があった。   Here, although it seems that it has not been publicly known at the time of filing of the present application, when an optical image is acquired by an inspection apparatus so as to be close to a pattern image when transferred by the exposure apparatus described above, It has been studied to take an image with a low resolution according to the conditions. However, since the reference image created for comparison with the optical image is based on the design data, the reference image was captured with the optical condition of the exposure apparatus including the illumination shape including the complicated aperture condition in the generation accuracy of the reference image. It is difficult to adjust to an extent that can be compared with an optical image. Therefore, there is a problem that an error occurs in the pattern size in the image when the optical image captured under the optical condition of the exposure apparatus is compared with the reference image. Therefore, an error occurs in the pattern dimension even in a normal part where no defect exists. In such a state, there is a problem that it is difficult to obtain the pattern size of the defective portion with high accuracy.

そこで、本発明は、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査可能な検査方法及び装置を提供する。   Therefore, the present invention provides an inspection method and apparatus capable of inspecting the pattern size of a defective portion from an optical image captured so as to be close to a pattern image when transferred by an exposure apparatus.

本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
画像階調値プロファイルの第1の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第2の閾値レベルを測定する工程と、
第2の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
第1の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する工程と、
パターン異常個所について、参照画像から測定されたパターン寸法と光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
The pattern inspection method of one embodiment of the present invention includes:
Obtaining an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed;
Creating a reference image corresponding to the optical image;
The second pattern used for the reference image in which the pattern dimension of the normal pattern portion in the optical image specified by using the first threshold level of the image gradation value profile and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image are the same dimension. Measuring a threshold level;
Measuring a pattern dimension of a corresponding portion in the reference image corresponding to a pattern abnormal portion in the optical image using the second threshold level;
Using the first threshold level to measure the pattern dimension of the pattern anomaly in the optical image;
A step of comparing and outputting the pattern dimension measured from the reference image and the pattern dimension measured from the optical image for the pattern abnormal part,
It is provided with.

また、光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程をさらに備えると好適である。   It is preferable that the method further includes a step of detecting a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the optical image.

また、光学画像内のパターン異常個所の領域として、光学画像内の画素と参照画像内の対応画素とにおける階調差が第3の閾値を超える欠陥画素と欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法のうち、光学画像と参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力すると好適である。
In addition, as a region of the pattern abnormality portion in the optical image, a defective pixel whose gradation difference between the pixel in the optical image and the corresponding pixel in the reference image exceeds the third threshold and a plurality of pixels around the defective pixel A configured pixel group is used,
When measuring the pattern dimension of the pattern abnormal part in the optical image, the dimension between a plurality of edge pairs in the pixel group is measured,
When measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image corresponding to the pattern abnormal part in the optical image, the dimension between the plurality of edge pairs corresponding to the plurality of edge pairs in the pixel group is measured,
When comparing the pattern dimension measured from the optical image and the pattern dimension measured from the reference image, the edge pair that maximizes the difference between the optical image and the reference image among the plurality of edge pairs in the pixel group. It is preferable to determine and output the pattern dimension between them as the pattern dimension of the pattern abnormal part.

また、かかる光学画像に使用される光束がマスク基板から対物レンズへ入射する場合の開口数(NA)よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板の第2の光学画像を取得する工程と、
第2の光学画像に対応する第2の参照画像を作成する工程と、
第2の光学画像と第2の参照画像とを画素毎に比較する工程と、
第2の光学画像と第2の参照画像とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、光学画像内のパターン異常個所を特定する工程と、
をさらに備えると好適である。
Also, a step of acquiring a second optical image of the mask substrate using a light beam having a numerical aperture higher than a numerical aperture (NA) when the light beam used for the optical image is incident on the objective lens from the mask substrate. When,
Creating a second reference image corresponding to the second optical image;
Comparing the second optical image and the second reference image pixel by pixel;
As a result of comparing the second optical image and the second reference image, using a defective pixel determined to be a defect, identifying a pattern abnormality location in the optical image;
It is preferable to further include

本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
画像階調値プロファイルの第1の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第2の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
第2の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第1のパターン寸法測定部と、
第1の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する第2のパターン寸法測定部と、
パターン異常個所について、光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
The pattern inspection apparatus according to one aspect of the present invention includes:
An optical image acquisition mechanism for acquiring an optical image of a mask substrate on which a pattern is formed;
A reference image creation unit for creating a reference image corresponding to the optical image;
The second pattern used for the reference image in which the pattern dimension of the normal pattern portion in the optical image specified by using the first threshold level of the image gradation value profile and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image are the same dimension. A threshold level measurement unit for measuring the threshold level;
A first pattern dimension measuring unit that measures a pattern dimension of the corresponding part in the reference image corresponding to the abnormal pattern part in the optical image by using the second threshold level;
A second pattern dimension measuring unit that measures a pattern dimension of a pattern abnormality portion in the optical image using the first threshold level;
A comparison unit that compares the pattern dimension measured from the optical image and the pattern dimension measured from the reference image with respect to the pattern abnormality portion;
It is provided with.

本発明によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査できる。   According to the present invention, it is possible to inspect the pattern size of a defective portion from an optical image captured so as to be close to a pattern image when transferred by an exposure apparatus.

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。1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a pattern inspection apparatus according to a first embodiment. 実施の形態1における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。6 is a conceptual diagram for comparing the numerical aperture in the inspection apparatus and the numerical aperture in the exposure apparatus in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart showing a part of main processes of the inspection method according to the first embodiment. 実施の形態1における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart showing the remaining part of the main process of the inspection method according to the first embodiment. 実施の形態1における高NA検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical system in a high NA inspection mode according to Embodiment 1. FIG. 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。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an inspection region in the first embodiment. 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。6 is a diagram for describing filter processing according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における低NA検査回路の内部構成を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an internal configuration of a low NA inspection circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における低NA検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical system in a low NA inspection mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとの画像階調値プロファイルの一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an image gradation value profile of a pattern in an optical image and a pattern in a reference image according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a defect area image and an example of an edge pair in the first embodiment. 実施の形態1におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。5 is a diagram for explaining a pattern edge recognition method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. 実施の形態1における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mechanism in which the illumination shape in Embodiment 1 is changed. 実施の形態1における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mechanism in which the illumination shape in Embodiment 1 is changed.

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、マスク基板101に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置100は、光学画像取得機構150、及び制御系回路160(制御部)を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the pattern inspection apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, an inspection apparatus 100 for inspecting a defect of a pattern formed on a mask substrate 101 includes an optical image acquisition mechanism 150 and a control system circuit 160 (control unit).

光学画像取得機構150は、光源103、透過照明光学系170、照明形状切替機構171、移動可能に配置されたXYθテーブル102、対物レンズ104、反射照明光学系172、開口絞り180、結像光学系178、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、及びレーザ測長システム122を有している。XYθテーブル102上には、マスク基板101が載置される。マスク基板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。マスク基板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。   The optical image acquisition mechanism 150 includes a light source 103, a transmission illumination optical system 170, an illumination shape switching mechanism 171, a movable XYθ table 102, an objective lens 104, a reflection illumination optical system 172, an aperture stop 180, and an imaging optical system. 178, a photodiode array 105 (an example of a sensor), a sensor circuit 106, a stripe pattern memory 123, and a laser length measurement system 122. A mask substrate 101 is placed on the XYθ table 102. Examples of the mask substrate 101 include a photomask for exposure that transfers a pattern to a wafer. The photomask is formed with a pattern constituted by a plurality of graphic patterns to be inspected. For example, the mask substrate 101 is arranged on the XYθ table 102 with the pattern formation surface facing downward.

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、オートフォーカス(AF)制御回路140、検査モード切替制御回路144、低NA検査回路146、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。また、反射照明光学系172には、対物レンズ104と偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)が含まれる。偏光ビームスプリッタ174は、駆動機構176によって光路内外に移動させられる。   In the control system circuit 160, a control computer 110 serving as a computer is connected via a bus 120 to a position circuit 107, a comparison circuit 108, a development circuit 111, a reference circuit 112, an autoloader control circuit 113, a table control circuit 114, an autofocus (AF). ) The control circuit 140, the inspection mode switching control circuit 144, the low NA inspection circuit 146, the magnetic disk device 109, the magnetic tape device 115, the flexible disk device (FD) 116, the CRT 117, the pattern monitor 118, and the printer 119. . The sensor circuit 106 is connected to the stripe pattern memory 123, and the stripe pattern memory 123 is connected to the comparison circuit 108. The XYθ table 102 is driven by an X-axis motor, a Y-axis motor, and a θ-axis motor. The reflective illumination optical system 172 includes the objective lens 104 and a polarization beam splitter 174 (polarization element). The polarization beam splitter 174 is moved in and out of the optical path by the drive mechanism 176.

検査装置100では、光源103、XYθテーブル102、透過照明光学系170、対物レンズ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。例えば、200〜300倍の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は、制御計算機110の制御の下にAF制御回路140により動的にマスク基板101のパターン形成面に焦点位置(光軸方向:Z軸方向)が調整される。例えば、XYθテーブル102は、ピエゾ素子142によって光軸方向(Z軸方向)に移動させられることにより、焦点位置が調整される。XYθテーブル102上に配置されたマスク基板101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。   In the inspection apparatus 100, the light source 103, the XYθ table 102, the transmission illumination optical system 170, the objective lens 104, the photodiode array 105, and the sensor circuit 106 constitute a high-magnification inspection optical system. For example, an inspection optical system having a magnification of 200 to 300 times is configured. The XYθ table 102 is driven by the table control circuit 114 under the control of the control computer 110. It can be moved by a drive system such as a three-axis (XY-θ) motor that drives in the X, Y, and θ directions. As these X motor, Y motor, and θ motor, for example, linear motors can be used. The XYθ table 102 can be moved in the horizontal direction and the rotation direction by a motor of each axis of XYθ. The focus position (optical axis direction: Z-axis direction) of the XYθ table 102 is dynamically adjusted on the pattern formation surface of the mask substrate 101 by the AF control circuit 140 under the control of the control computer 110. For example, the focal position of the XYθ table 102 is adjusted by being moved in the optical axis direction (Z-axis direction) by the piezo element 142. The moving position of the mask substrate 101 placed on the XYθ table 102 is measured by the laser length measurement system 122 and supplied to the position circuit 107.

マスク基板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。   Design pattern data (drawing data) that is a basis for pattern formation of the mask substrate 101 is input from the outside of the inspection apparatus 100 and stored in the magnetic disk device 109.

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。   Here, FIG. 1 shows components necessary for explaining the first embodiment. It goes without saying that the inspection apparatus 100 may normally include other necessary configurations.

図2は、実施の形態1における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。図2(a)では、露光装置の光学系の一部を示している。露光装置では、図示しない照明光がマスク基板300に照明され、マスク基板300からの透過光301は、対物レンズ302に入射され、対物レンズ302を通過した光305が半導体基板304(ウェハ)へ結像する。なお、図2(a)では、1つの対物レンズ302を示しているが、複数のレンズによる組み合わせであっても構わないことは言うまでもない。ここで、現状の露光装置では、マスク基板300に形成されたパターンを、例えば、1/4に縮小して半導体基板304に露光転写する。その際の露光装置の半導体基板304に対する開口数NAi(イメージi側の開口数)は、例えば、NAi=1.2に設定される。言い換えれば、対物レンズ302を通過可能な対物レンズ302の開口数NAiは、例えば、NAi=1.2に設定される。露光装置では、マスク基板300からの透過光像を1/4に縮小しているので、対物レンズ302のマスク基板300に対する感度は1/4となる。言い換えれば、マスク基板300から対物レンズ302へ透過光が入射する場合の入射可能な対物レンズ302の開口数NAo(物体o側の開口数)は、NAiの1/4となり、NAo=0.3となる。よって、露光装置では、開口数NAo=0.3の光束のマスク基板300からの透過光像を半導体基板304に露光転写していることになる。   FIG. 2 is a conceptual diagram for comparing the numerical aperture of the inspection apparatus and the numerical aperture of the exposure apparatus in the first embodiment. FIG. 2A shows a part of the optical system of the exposure apparatus. In the exposure apparatus, illumination light (not shown) is illuminated on the mask substrate 300, transmitted light 301 from the mask substrate 300 is incident on the objective lens 302, and light 305 that has passed through the objective lens 302 is coupled to the semiconductor substrate 304 (wafer). Image. In FIG. 2A, one objective lens 302 is shown, but it goes without saying that a combination of a plurality of lenses may be used. Here, in the current exposure apparatus, the pattern formed on the mask substrate 300 is reduced to 1/4, for example, and transferred to the semiconductor substrate 304 by exposure. In this case, the numerical aperture NAi (numerical aperture on the image i side) of the exposure apparatus with respect to the semiconductor substrate 304 is set to NAi = 1.2, for example. In other words, the numerical aperture NAi of the objective lens 302 that can pass through the objective lens 302 is set to NAi = 1.2, for example. In the exposure apparatus, since the transmitted light image from the mask substrate 300 is reduced to ¼, the sensitivity of the objective lens 302 to the mask substrate 300 becomes ¼. In other words, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 302 that can be incident when transmitted light is incident on the objective lens 302 from the mask substrate 300 is ¼ of NAi, and NAo = 0.3. It becomes. Therefore, in the exposure apparatus, a transmitted light image from the mask substrate 300 of a light beam having a numerical aperture NAo = 0.3 is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304.

これに対して、実施の形態1における検査装置100では、図2(b)に示すように、図示しない照明光がマスク基板101に照明され、マスク基板101からの透過光190は、対物レンズ104に入射され、対物レンズ104を通過した光192がフォトダイオードアレイ105(センサ)へ結像する。その際、マスク基板101から対物レンズ104へ透過光190が入射する場合の入射可能な対物レンズ104の開口数NAo(物体o側の開口数)は、例えばNAo=0.9に設定される。よって、検査装置100では、開口数NAo=0.9の光束のマスク基板101からの透過光像をフォトダイオードアレイ105が受光していることになる。よって、検査装置100では、露光装置で半導体基板304に露光転写する光よりも高分解能の光を用いて、欠陥検査することになる。かかる高分解能の光を用いることにより、例えばナノメータオーダーの微細な欠陥を検出可能な高精度な検査が可能となる。なお、図2(b)では、対物レンズ104しか記載していないが、対物レンズ104とフォトダイオードアレイ105との間には図示しない複数のレンズが配置されている。   On the other hand, in the inspection apparatus 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 2B, illumination light (not shown) is illuminated on the mask substrate 101, and transmitted light 190 from the mask substrate 101 is transmitted to the objective lens 104. 192 and the light 192 that has passed through the objective lens 104 form an image on the photodiode array 105 (sensor). At this time, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident when the transmitted light 190 enters the objective lens 104 from the mask substrate 101 is set to NAo = 0.9, for example. Therefore, in the inspection apparatus 100, the photodiode array 105 receives a transmitted light image from the mask substrate 101 of a light beam having a numerical aperture NAo = 0.9. Therefore, in the inspection apparatus 100, the defect inspection is performed using light having a higher resolution than the light that is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. By using such high-resolution light, it is possible to perform high-precision inspection capable of detecting fine defects on the order of nanometers, for example. Although only the objective lens 104 is shown in FIG. 2B, a plurality of lenses (not shown) are arranged between the objective lens 104 and the photodiode array 105.

しかしながら、上述したように、検査装置100では、露光装置で半導体基板304に露光転写する光よりも高分解能の光をフォトダイオードアレイ105が受光するので、露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と同じ像を検査装置100で再現することは困難である。そこで、実施の形態1では、開口絞り180を配置してマスク基板101からの透過光の光束を絞ることで透過光の光束径を調整し、露光装置で半導体基板304に露光転写する光と同様な開口数NAo(物体o側の開口数)(同様な分解能)の光を検査装置100で生成可能とする。   However, as described above, in the inspection apparatus 100, since the photodiode array 105 receives light having higher resolution than the light that is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus, the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. In this case, it is difficult for the inspection apparatus 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304. Therefore, in the first embodiment, the aperture stop 180 is arranged to restrict the light flux of the transmitted light from the mask substrate 101 to adjust the light flux diameter of the transmitted light, and is the same as the light that is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. The inspection apparatus 100 can generate light having a large numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) (similar resolution).

その他、露光装置では、マスク基板300からの透過光を半導体基板304に転写するが、反射光は使用しない。よって、マスク基板300から半導体基板304までの光路上に偏光素子を配置していない。一方、検査装置100では、マスク基板101からの透過光を用いた検査の他に、マスク基板101からの反射光を用いた検査も行うことが可能である。よって、かかる透過光検査のための検査光(第1の検査光、或いは第1の照明光)の他に、かかる反射光検査のための検査光(第2の検査光、或いは第2の照明光)が必要となる。そのため、検査装置100では、かかる反射光検査のための検査光をマスク基板300に照明するための光路上に偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)を配置している。よって、フォトダイオードアレイ105は、かかる偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)を通過した光を受光することになる。その結果、検査装置100でフォトダイオードアレイ105が受光する光は、露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に結像する光とは偏光成分が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と同じ像を検査装置100で再現することは困難である。そこで、実施の形態1では、偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)を光路上から排除可能な構成にする。   In addition, in the exposure apparatus, the transmitted light from the mask substrate 300 is transferred to the semiconductor substrate 304, but the reflected light is not used. Therefore, no polarizing element is disposed on the optical path from the mask substrate 300 to the semiconductor substrate 304. On the other hand, in the inspection apparatus 100, in addition to the inspection using the transmitted light from the mask substrate 101, the inspection using the reflected light from the mask substrate 101 can be performed. Therefore, in addition to the inspection light for the transmitted light inspection (first inspection light or first illumination light), the inspection light for the reflected light inspection (second inspection light or second illumination) Light) is required. Therefore, in the inspection apparatus 100, the polarization beam splitter 174 (polarization element) is disposed on the optical path for illuminating the mask substrate 300 with the inspection light for the reflected light inspection. Therefore, the photodiode array 105 receives the light that has passed through the polarization beam splitter 174 (polarization element). As a result, the light received by the photodiode array 105 in the inspection apparatus 100 has a polarization component different from the light that forms an image on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. In this respect, it is difficult for the inspection apparatus 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 with the exposure apparatus. Therefore, in the first embodiment, the polarization beam splitter 174 (polarization element) is configured to be excluded from the optical path.

また、検査装置100と露光装置では、照明光の形状をパターンの解像特性が良くなる様、ダイポール、4極照明、輪帯照明、その他、計算機シミュレーションで最適化した任意の開口条件、つまりさまざまな形状にして露光する。さらに照明光の偏光の条件を直性偏光、Azimuth偏光、Radial偏光、もしくは偏光なし等の設定にして露光する。その結果、検査装置100でフォトダイオードアレイ105が受光する光は、露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に結像する光とは照明形状や偏光条件が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と同じ像を検査装置100で再現することは困難である。そこで、実施の形態1では、照明形状と偏光条件を変更可能な構成とする。   In addition, in the inspection apparatus 100 and the exposure apparatus, dipole, quadrupole illumination, annular illumination, and other arbitrary aperture conditions optimized by computer simulation so as to improve the pattern resolution characteristics of the illumination light, that is, various Exposure in a suitable shape. Furthermore, the exposure light is exposed with the polarization condition of the illumination light set such as direct polarization, azimuth polarization, radial polarization, or no polarization. As a result, the light received by the photodiode array 105 in the inspection apparatus 100 is different in illumination shape and polarization condition from the light imaged on the semiconductor substrate 304 when the exposure apparatus transfers the pattern onto the semiconductor substrate 304 by exposure. Become. In this respect, it is difficult for the inspection apparatus 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 with the exposure apparatus. Therefore, in the first embodiment, the illumination shape and the polarization condition can be changed.

以上の露光装置で半導体基板304に露光転写する光と同様な開口数NAo(物体o側の開口数)(同様な分解能)の光を生成する点、偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)を光路上から排除する点、及び照明形状と偏光条件を露光装置と同様な形状に変更する点を検査装置100で実施することで、検査装置100によって、露光装置で半導体基板等上にマスク基板のパターンが露光転写される場合の像と実質的に同一の像或いは近い像を再現できる。そのため、実施の形態1では、通常の欠陥検査を行う高NA検査モードと露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と実質的に同一の像或いは近い像を再現して検査する低NA検査モードとを切り替え可能に構成する。   The above-described exposure apparatus generates light having the same numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o) (same resolution) as the light to be transferred to the semiconductor substrate 304, and the polarizing beam splitter 174 (polarizing element) is placed on the optical path. The inspection apparatus 100 implements the points that are excluded from the above and the point that the illumination shape and the polarization condition are changed to the same shape as those of the exposure apparatus. It is possible to reproduce an image that is substantially the same as or similar to the image that is exposed and transferred. Therefore, in the first embodiment, when a pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 with an exposure apparatus and a high NA inspection mode in which normal defect inspection is performed, an image that is substantially the same as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 or It is configured to be switchable to a low NA inspection mode in which a close image is reproduced and inspected.

図3は、実施の形態1における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。
図4は、実施の形態1における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。図3及び図4において、実施の形態1における検査方法は、高NA検査モード設定工程(S102)と、高NA走査(スキャン)工程(S104)と、オートフォーカス(AF)データ作成工程(S105)と、参照画像(1)作成工程(S106)と、比較工程(S108)と、欠陥領域特定工程(S110)と、低NA検査モード切り替え工程(S112)と、低NA走査(スキャン)工程(S120)と、AF制御工程(S122)と、参照画像(2)作成工程(S124)と、正常部の測定画像エッジペア検出工程(S130)と、正常部の参照画像エッジペア検出工程(S132)と、参照画像閾値レベル測定工程(S134)と、欠陥部の測定画像エッジペア検出工程(S136)と、欠陥部の参照画像エッジペア検出工程(S138)と、欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程(S140)と、欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程(S142)と、比較工程(S144)と、いう一連の工程を実施する。
FIG. 3 is a flowchart showing a part of main processes of the inspection method according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing the remainder of the main process of the inspection method according to the first embodiment. 3 and 4, the inspection method according to the first embodiment includes a high NA inspection mode setting step (S102), a high NA scanning (scanning) step (S104), and an autofocus (AF) data creation step (S105). A reference image (1) creation step (S106), a comparison step (S108), a defect region identification step (S110), a low NA inspection mode switching step (S112), and a low NA scanning (scanning) step (S120). ), AF control step (S122), reference image (2) creation step (S124), normal portion measurement image edge pair detection step (S130), normal portion reference image edge pair detection step (S132), and reference Image threshold level measurement step (S134), measurement image edge pair detection step for defective portion (S136), reference image edge pair detection step for defective portion (S136) And 38), and the defect portion of the reference image pattern dimension measuring step (S140), the measurement image pattern dimension measuring step of the defect portion (S142), and comparison step (S144), performing a series of steps referred to.

また、低NA検査モード切り替え工程(S112)は、内部工程として、偏光素子退避工程(S114)と、NAしぼり工程(S116)と、照明形状変更工程(S118)と、を実施する。   In the low NA inspection mode switching step (S112), a polarizing element retracting step (S114), an NA narrowing step (S116), and an illumination shape changing step (S118) are performed as internal steps.

高NA検査モード設定工程(S102)として、検査モード切替制御回路144は、通常の高NAの欠陥検査を行うための高NA検査モードに各構成を設定する。具体的には、以下のように動作する。検査モード切替制御回路144からの制御信号を受信して、照明形状切替機構171は、照明光(検査光)の形状を通常の検査用の照明形状に設定する。また、検査モード切替制御回路144は、マスク基板101から対物レンズ104へ透過光190が入射する場合の入射可能な対物レンズ104の開口数NAo(物体o側の開口数)が例えばNAo=0.9になるように開口絞り180のしぼり値を制御する。或いは、開口絞り180を全開にしてもよい。また、検査モード切替制御回路144は、駆動機構176を制御して、偏光ビームスプリッタ174を光路上へと配置する。偏光ビームスプリッタ174が光路外に位置する場合には光路上へ移動させる。偏光ビームスプリッタ174が光路上にあれば、その位置を維持すればよい。   As the high NA inspection mode setting step (S102), the inspection mode switching control circuit 144 sets each configuration to a high NA inspection mode for performing a normal high NA defect inspection. Specifically, it operates as follows. Upon receiving the control signal from the inspection mode switching control circuit 144, the illumination shape switching mechanism 171 sets the shape of the illumination light (inspection light) to the normal illumination shape for inspection. Further, the inspection mode switching control circuit 144 has a numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident when the transmitted light 190 enters the objective lens 104 from the mask substrate 101, for example, NAo = 0. The aperture value of the aperture stop 180 is controlled to be 9. Alternatively, the aperture stop 180 may be fully opened. Further, the inspection mode switching control circuit 144 controls the driving mechanism 176 to arrange the polarization beam splitter 174 on the optical path. When the polarization beam splitter 174 is located outside the optical path, it is moved onto the optical path. If the polarization beam splitter 174 is on the optical path, its position may be maintained.

高NA走査(スキャン)工程(S104)として、パターンが形成されたマスク基板101からの透過光或いは反射光を拡大する対物レンズ104へのマスク基板101からの入射可能な開口数(NA)が高NAの状態の透過光或いは反射光をフォトダイオードアレイ105(センサ)が受光可能な状態で、マスク基板101上を走査することによって、フォトダイオードアレイ105を用いてマスク基板101に形成されたパターンの透過光像或いは反射光像を撮像する。実施の形態1では、後述するように、低NAスキャンを実施する。ここでは、低NAスキャンを実施する前に、光学画像取得機構150が、後述する低NA光学画像に使用される光束がマスク基板101から対物レンズ104へ入射する場合の開口数(NA)よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板101の光学画像(高NA光学画像:第2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。   In the high NA scanning (scanning) step (S104), the numerical aperture (NA) that can be incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 that expands the transmitted light or reflected light from the mask substrate 101 on which the pattern is formed is high. The pattern formed on the mask substrate 101 using the photodiode array 105 is scanned by scanning the mask substrate 101 while the photodiode array 105 (sensor) can receive transmitted light or reflected light in the state of NA. A transmitted light image or a reflected light image is captured. In the first embodiment, as described later, a low NA scan is performed. Here, before performing the low NA scan, the optical image acquisition mechanism 150 uses a numerical aperture (NA) when a light beam used for a low NA optical image, which will be described later, enters the objective lens 104 from the mask substrate 101. An optical image (high NA optical image: second optical image) of the mask substrate 101 is acquired using a light beam having a high numerical aperture. Specifically, it operates as follows.

図5は、実施の形態1における高NA検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。図5において、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)が発生する。発生された光は、偏光板60を通って偏光され、透過光検査を行う場合には、透過検査照明用の光(p波とs波の一方)を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ61によって、透過検査照明用の光(p波とs波の一方)が反射される。一方、反射光検査を行う場合には、反射検査照明用の光(p波とs波の他方)を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ61を反射検査照明用の光(p波とs波の他方)が通過する。例えば、偏光板60を回転させることで、通過させる光を制限できる。これにより、透過光検査と反射光検査を選択できる。   FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the optical system in the high NA inspection mode in the first embodiment. In FIG. 5, laser light (for example, DUV light) having a wavelength in the ultraviolet region or less, which is inspection light, is generated from the light source 103. The generated light is polarized through the polarizing plate 60, and when performing transmitted light inspection, light for transmission inspection illumination (one of p wave and s wave) is allowed to pass through. Then, the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is reflected by the polarization beam splitter 61. On the other hand, when the reflected light inspection is performed, the light for reflection inspection illumination (the other of the p wave and the s wave) is allowed to pass. Then, the light for reflection inspection illumination (the other of the p wave and the s wave) passes through the polarizing beam splitter 61. For example, the light passing therethrough can be limited by rotating the polarizing plate 60. Thereby, the transmitted light inspection and the reflected light inspection can be selected.

透過光検査を行う場合、透過検査照明用の光(第1の検査光)は、透過照明光学系170によってマスク基板101に照明される。以下、図5の例を元に、具体例を説明する。透過照明光学系170内では、偏光ビームスプリッタ61によって分岐された透過検査照明用の光がミラー63で反射され、レンズ64,65,66を通り、ミラー67で反射される。そして、ミラー67で反射された光は、コンデンサレンズ68によってマスク基板101のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板101のパターン形成面に結像される。マスク基板101を透過した透過光は対物レンズ104、及び偏光ビームスプリッタ174を介して、結像光学系178に入射する。そして、結像光学系178によって、フォトダイオードアレイ105(センサの一例)に結像され、フォトダイオードアレイ105に光学像として入射する。偏光ビームスプリッタ174を通過した光は、結像光学系178内では、レンズ69,70を通り、開口絞り180を通って、レンズ72によってフォトダイオードアレイ105に結像される。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、マスク基板101が載置されたXYθテーブル102が移動している状態で、マスク基板101に形成されたパターンの光学画像を撮像する。   When the transmitted light inspection is performed, the transmission light for the inspection inspection (first inspection light) is illuminated on the mask substrate 101 by the transmitted illumination optical system 170. A specific example will be described below based on the example of FIG. In the transmission illumination optical system 170, the light for transmission inspection illumination branched by the polarization beam splitter 61 is reflected by the mirror 63, passes through the lenses 64, 65, 66, and is reflected by the mirror 67. The light reflected by the mirror 67 is imaged by the condenser lens 68 on the pattern forming surface of the mask substrate 101 from the back side opposite to the pattern forming surface of the mask substrate 101. The transmitted light that has passed through the mask substrate 101 enters the imaging optical system 178 via the objective lens 104 and the polarization beam splitter 174. The imaging optical system 178 forms an image on the photodiode array 105 (an example of a sensor) and enters the photodiode array 105 as an optical image. In the imaging optical system 178, the light that has passed through the polarization beam splitter 174 passes through lenses 69 and 70, passes through an aperture stop 180, and is focused on the photodiode array 105 by the lens 72. As the photodiode array 105, for example, a TDI (Time Delay Integration) sensor or the like is preferably used. The photodiode array 105 (sensor) captures an optical image of a pattern formed on the mask substrate 101 while the XYθ table 102 on which the mask substrate 101 is placed is moving.

一方、反射光検査を行う場合、反射検査照明用の光(第2の検査光)は、反射照明光学系172によってマスク基板101に照明される。反射照明光学系172は、対物レンズ104と偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)を有し、対物レンズ104と偏光ビームスプリッタ174を用いてマスク基板101に反射検査照明用の光を照明し、マスク基板101からの反射光を通過させる。以下、図5の例を元に、具体例を説明する。反射照明光学系172内では、偏光ビームスプリッタ61を通過した反射検査照明用の光がレンズ80,81,82,83を通り、偏光ビームスプリッタ174で反射される。偏光ビームスプリッタ174によって反射された光は、対物レンズ104に入射し、対物レンズ104によってマスク基板101のパターン形成面側からマスク基板101のパターン形成面に結像される。マスク基板101から反射された反射光は対物レンズ104及び偏光ビームスプリッタ174を通過して、結像光学系178に入射する。そして、結像光学系178によって、フォトダイオードアレイ105(センサの一例)に結像され、フォトダイオードアレイ105に光学像として入射する。フォトダイオードアレイ105(センサ)は、マスク基板101が載置されたXYθテーブル102が移動している状態で、マスク基板101に形成されたパターンの光学画像を撮像する。   On the other hand, when the reflected light inspection is performed, the light for reflection inspection illumination (second inspection light) is illuminated on the mask substrate 101 by the reflection illumination optical system 172. The reflective illumination optical system 172 includes an objective lens 104 and a polarization beam splitter 174 (polarization element), and illuminates the mask substrate 101 with light for reflection inspection illumination using the objective lens 104 and the polarization beam splitter 174, and the mask substrate. The reflected light from 101 is passed. A specific example will be described below based on the example of FIG. In the reflection illumination optical system 172, the light for reflection inspection illumination that has passed through the polarization beam splitter 61 passes through lenses 80, 81, 82, and 83 and is reflected by the polarization beam splitter 174. The light reflected by the polarization beam splitter 174 enters the objective lens 104, and is imaged by the objective lens 104 from the pattern formation surface side of the mask substrate 101 onto the pattern formation surface of the mask substrate 101. The reflected light reflected from the mask substrate 101 passes through the objective lens 104 and the polarization beam splitter 174 and enters the imaging optical system 178. The imaging optical system 178 forms an image on the photodiode array 105 (an example of a sensor) and enters the photodiode array 105 as an optical image. The photodiode array 105 (sensor) captures an optical image of a pattern formed on the mask substrate 101 while the XYθ table 102 on which the mask substrate 101 is placed is moving.

その際、レンズ69,70間に配置されたミラー73によって、反射光の一部が分岐され、分岐された光はAF光学系173によってAF用センサ76に結像される。なお、AF用センサ76の受光面はビームスプリッタ73に対して、フォトダイオードアレイ105の受光面と共焦点の関係になるように配置されている。AF用センサ76からの出力信号は、AF制御回路140に送信される。AF制御回路140は、開口数が高開口数の状態での反射光をフォトダイオードアレイ105が受光する際、反射光を用いてマスク基板101上の各位置の焦点位置を測定する。そして、AF制御回路140は、かかる信号に基づいて、ピエゾ素子142を制御してXYθテーブル102を光軸方向(Z軸方向)にリアルタイムで移動させることにより、動的にマスク基板101のパターン形成面に対物レンズ104の焦点位置(光軸方向:Z軸方向)を調整する。なお、透過光検査を行う場合においても反射照明の一部を反射照明光学系172によってマスク基板101にAF用として照明する。そして、ミラー73によって、かかる反射照明の一部に対応する反射光が反射されAF用センサ76に結像される。これにより、透過のみの検査においても、動的にマスク基板101のパターン形成面に対物レンズ104の焦点位置(光軸方向:Z軸方向)を調整できる。   At this time, a part of the reflected light is branched by the mirror 73 disposed between the lenses 69 and 70, and the branched light is imaged on the AF sensor 76 by the AF optical system 173. The light receiving surface of the AF sensor 76 is disposed so as to have a confocal relationship with the light receiving surface of the photodiode array 105 with respect to the beam splitter 73. An output signal from the AF sensor 76 is transmitted to the AF control circuit 140. The AF control circuit 140 measures the focal position of each position on the mask substrate 101 using the reflected light when the photodiode array 105 receives the reflected light in a state where the numerical aperture is high. Then, the AF control circuit 140 controls the piezo element 142 based on the signal to move the XYθ table 102 in real time in the optical axis direction (Z-axis direction), thereby dynamically forming the pattern of the mask substrate 101. The focal position (optical axis direction: Z-axis direction) of the objective lens 104 is adjusted on the surface. Even when the transmitted light inspection is performed, a part of the reflected illumination is illuminated on the mask substrate 101 for AF by the reflected illumination optical system 172. Then, the mirror 73 reflects the reflected light corresponding to a part of the reflected illumination and forms an image on the AF sensor 76. Thereby, the focus position (optical axis direction: Z-axis direction) of the objective lens 104 can be dynamically adjusted on the pattern forming surface of the mask substrate 101 even in the inspection of only transmission.

検査装置100では、かかる透過光のスキャンと反射光のスキャンとの一方或いは両方を行うことができる。なお、マスク基板101から反射された反射光には、マスク基板101からの透過光では得られにくいパターンの高さ情報が含まれる。よって、AF制御回路140は、マスク基板101からの透過光ではなく、マスク基板101からの反射光を使ってAF制御を実施する。透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を行う場合、どちらを先に行っても構わない。或いは、フォトダイオードアレイ105をもう1つ配置し、透過光のスキャンと反射光のスキャンとでマスク基板101を照明する位置をずらして、透過光を一方のフォトダイオードアレイ105で受光し、反射光をミラー73で反射した後に他方のフォトダイオードアレイ105で受光することにより、透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を同時に行ってもよい。   The inspection apparatus 100 can perform one or both of scanning of the transmitted light and scanning of the reflected light. The reflected light reflected from the mask substrate 101 includes pattern height information that is difficult to obtain with the transmitted light from the mask substrate 101. Therefore, the AF control circuit 140 performs AF control using reflected light from the mask substrate 101 instead of transmitted light from the mask substrate 101. When both scanning of transmitted light and scanning of reflected light are performed, either may be performed first. Alternatively, another photodiode array 105 is arranged, and the position of illuminating the mask substrate 101 is shifted between the transmitted light scan and the reflected light scan, and the transmitted light is received by one photodiode array 105, and the reflected light is reflected. The reflected light is reflected by the mirror 73 and then received by the other photodiode array 105, so that both the scanning of the transmitted light and the scanning of the reflected light may be performed simultaneously.

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。マスク基板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(DUV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の移動によって、マスク基板101が移動させられ、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、XYθテーブル102と相対移動しながら、検査光を用いてマスク基板101に形成されたパターンの光学画像(測定画像)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。   FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an inspection region in the first embodiment. As shown in FIG. 6, the inspection area 10 (entire inspection area) of the mask substrate 101 is virtually divided into a plurality of strip-shaped inspection stripes 20 having a scan width W, for example, in the y direction. Then, the inspection apparatus 100 acquires an image (stripe region image) for each inspection stripe 20. For each of the inspection stripes 20, a laser beam (DUV light) is used to capture an image of a graphic pattern arranged in the stripe region in the longitudinal direction (x direction) of the stripe region. The mask substrate 101 is moved by the movement of the XYθ table 102. As a result, an optical image is acquired while the photodiode array 105 is continuously moved relatively in the x direction. The photodiode array 105 continuously captures optical images having a scan width W as shown in FIG. In other words, the photodiode array 105 as an example of the sensor captures an optical image (measurement image) of the pattern formed on the mask substrate 101 using the inspection light while moving relative to the XYθ table 102. In the first embodiment, after an optical image in one inspection stripe 20 is captured, the optical image having the scan width W is similarly moved while moving in the y direction to the position of the next inspection stripe 20 and moving in the opposite direction. Take images continuously. That is, imaging is repeated in a forward (FWD) -backforward (BWD) direction in the opposite direction on the forward path and the backward path.

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。   Here, the imaging direction is not limited to repeating forward (FWD) -backforward (BWD). You may image from one direction. For example, FWD-FWD may be repeated. Alternatively, BWD-BWD may be repeated.

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60%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、レーザ測長システム122は、XYθテーブル102の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路107に出力される。位置回路107(演算部)は、測長された位置情報を用いて、マスク基板101の位置を演算する。   The pattern image formed on the photodiode array 105 is photoelectrically converted by each light receiving element of the photodiode array 105, and further A / D (analog / digital) converted by the sensor circuit 106. Then, the pixel data of the inspection stripe 20 to be measured is stored in the stripe pattern memory 123. When capturing such pixel data (stripe region image), the dynamic range of the photodiode array 105 is, for example, a dynamic range having a maximum gradation when the amount of illumination light is 60% incident. Further, when acquiring an optical image of the inspection stripe 20, the laser length measurement system 122 measures the position of the XYθ table 102. The measured position information is output to the position circuit 107. The position circuit 107 (calculation unit) calculates the position of the mask substrate 101 using the measured position information.

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、図示しない記憶装置に格納される。   Thereafter, the stripe area image is sent to the comparison circuit 108 together with data indicating the position of the photomask 101 on the XYθ table 102 output from the position circuit 107. The measurement data (pixel data) is, for example, 8-bit unsigned data, and represents the brightness gradation (light quantity) of each pixel. The stripe area image output to the comparison circuit 108 is stored in a storage device (not shown).

比較回路108内では、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が分割される。例えば、512×512画素のフレーム画像に分割する。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、以上により、検査のために比較される一方の画像(測定画像:光学画像)データが生成される。   In the comparison circuit 108, stripes having a predetermined size (for example, the same width as the scan width W) are arranged in the x direction so as to cut out the frame image of the target frame region 30 from the stripe region image (optical image) of the inspection stripe 20. The area image is divided. For example, the image is divided into 512 × 512 pixel frame images. In other words, the stripe area image for each inspection stripe 20 is divided into a plurality of frame images (optical images) with a width similar to the width of the inspection stripe 20, for example, the scan width W. With this process, a plurality of frame images (optical images) corresponding to the plurality of frame regions 30 are acquired. From the plurality of frame images, one image (measurement image: optical image) data to be compared for inspection is generated.

オートフォーカス(AF)データ作成工程(S105)として、AF制御回路140は、上述した反射光或いは透過光によるスキャンの際、同時に、AF制御に使用したマスク基板101面の高さ位置に依存した焦点位置情報を磁気ディスク装置109に記憶する。よって、磁気ディスク装置109(記憶装置)は、偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)が光路上に移動させられた状態で反射照明光学系172を介した光が照明されたマスク基板101からの反射光を用いて測定された、マスク基板101上の各位置の焦点位置の情報を記憶する。   As an autofocus (AF) data creation step (S105), the AF control circuit 140 simultaneously performs the focus depending on the height position of the mask substrate 101 surface used for AF control in the above-described scanning with reflected light or transmitted light. The position information is stored in the magnetic disk device 109. Therefore, the magnetic disk device 109 (storage device) reflects the reflected light from the mask substrate 101 illuminated with the light via the reflective illumination optical system 172 in a state where the polarization beam splitter 174 (polarization element) is moved on the optical path. The information of the focal position of each position on the mask substrate 101 measured using is stored.

なお、上述した高NAスキャン工程(S104)において透過光のスキャンしか行わない場合には、反射光を用いて予めマスク基板101面の高さ位置に依存した焦点位置情報を取得しておけばよい。上述した高NAスキャン工程(S104)において透過光のスキャンを行う場合、その際得られた焦点位置情報を用いてAF制御を行えばよい。   Note that when only scanning of transmitted light is performed in the above-described high NA scanning step (S104), it is only necessary to acquire focal position information depending on the height position of the mask substrate 101 surface in advance using reflected light. . When the transmitted light is scanned in the above-described high NA scanning step (S104), AF control may be performed using the focal position information obtained at that time.

参照画像(1)作成工程(S106)として、参照画像作成部は、高NA光学画像(第2の光学画像)に対応する参照画像(第2の参照画像)を作成する。まず、展開回路111(参照画像作成部の一部)は、マスク基板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。   In the reference image (1) creation step (S106), the reference image creation unit creates a reference image (second reference image) corresponding to the high NA optical image (second optical image). First, the development circuit 111 (a part of the reference image creation unit) creates a design image by developing an image based on design pattern data that is a basis for pattern formation of the mask substrate 101. Specifically, design data is read from the magnetic disk device 109 through the control computer 110, and each graphic pattern in the area of the target frame 30 defined in the read design data is converted into binary or multivalued image data ( Image development) to create a design image.

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。   Here, the figure defined in the design pattern data is, for example, a rectangle or triangle as a basic figure. For example, coordinates (x, y) at the reference position of the figure, side length, rectangle, triangle, etc. Stored is graphic data (vector data) in which the shape, size, position, etc. of each pattern graphic is defined by information such as a graphic code serving as an identifier for distinguishing graphic types.

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(=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。 When the design pattern information as the graphic data is input to the expansion circuit 111, the data is expanded to data for each graphic, and a graphic code indicating the graphic shape of the graphic data, a graphic dimension, and the like are interpreted. Then, binary or multivalued design image data is developed and output as a pattern arranged in a grid having a grid with a predetermined quantization dimension as a unit. In other words, the design data is read, the occupancy ratio of the figure in the design pattern is calculated for each grid formed by virtually dividing the inspection area as a grid with a predetermined size as a unit, and the n-bit occupancy data is calculated. Output. For example, it is preferable to set one square as one pixel. If a resolution of 1/2 8 (= 1/256) is given to one pixel, 1/256 small areas are allocated by the figure area arranged in the pixel, and the occupation ratio in the pixel is set. Calculate. Then, a design image of 8-bit occupation ratio data is created for each pixel. The design image data is output to the reference circuit 112.

参照回路112(参照画像作成部の他の一部)は、設計画像をフィルタ処理して参照画像(高NA用)を作成する。   The reference circuit 112 (other part of the reference image creation unit) creates a reference image (for high NA) by filtering the design image.

図7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、対物レンズ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(高NA用)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、図示しない記憶装置に格納される。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。   FIG. 7 is a diagram for explaining the filter processing in the first embodiment. The measurement data as an optical image obtained from the sensor circuit 106 is in a state in which the filter is activated by the resolution characteristic of the objective lens 104, the aperture effect of the photodiode array 105, or the like, in other words, in an analog state that continuously changes. By applying the filtering process to the reference design image data which is the image data on the design side whose intensity (shading value) is a digital value, it can be matched with the measurement data. In this way, a reference image to be compared with the frame image (optical image) is created. The created reference image (for high NA) is output to the comparison circuit 108, and the reference image output in the comparison circuit 108 is stored in a storage device (not shown). Thus, the other image (reference image) data to be compared for inspection is generated.

比較工程(S108)として、比較回路108は、撮像されたマスク基板101のパターンの透過光像或いは反射光像の光学画像を用いて、パターンの欠陥を検査する。比較回路101(比較部)は、画素毎にフレーム画像(光学画像:第2の光学画像)と参照画像(高NA用:第2の参照画像)とを比較する。具体的には、まず、比較対象となるフレーム画像(光学画像)と、比較対象となる参照画像とについて、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、比較回路108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。例えば、両画像の画素値の差分が判定閾値(第3の閾値)より大きいかどうかを判定する。そして、フレーム画像(光学画像)内の画素と参照画像(高NA用)内の対応画素とにおける階調差が判定閾値(第3の閾値)を超える画素を欠陥画素と判定する。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。   As a comparison process (S108), the comparison circuit 108 inspects the defect of the pattern by using the optical image of the transmitted light image or the reflected light image of the imaged mask substrate 101. The comparison circuit 101 (comparison unit) compares the frame image (optical image: second optical image) and the reference image (for high NA: second reference image) for each pixel. Specifically, first, a frame image (optical image) to be compared and a reference image to be compared are aligned by a predetermined algorithm. For example, alignment is performed using a least square method. Then, the comparison circuit 108 compares the two for each pixel according to a predetermined determination condition, and determines the presence / absence of a defect such as a shape defect. As a determination condition, for example, both are compared for each pixel according to a predetermined algorithm, and the presence or absence of a defect is determined. For example, it is determined whether the difference between the pixel values of both images is greater than a determination threshold (third threshold). Then, a pixel whose gradation difference between the pixel in the frame image (optical image) and the corresponding pixel in the reference image (for high NA) exceeds the determination threshold (third threshold) is determined as a defective pixel. Then, the comparison result is output. The comparison result may be output from the magnetic disk device 109, the magnetic tape device 115, the flexible disk device (FD) 116, the CRT 117, the pattern monitor 118, or the printer 119.

以上の高NAスキャン検査(通常検査)により、形状欠陥が生じている欠陥位置の画素を特定できる。次に、かかる欠陥に起因する寸法誤差が、実際の使用に耐えられるかどうかを確認するために、欠陥個所のパターン寸法を測定する。   Through the above high NA scan inspection (normal inspection), the pixel at the defect position where the shape defect has occurred can be specified. Next, in order to confirm whether a dimensional error caused by such a defect can withstand actual use, the pattern dimension of the defective portion is measured.

図8は、実施の形態1における低NA検査回路の内部構成を示すブロック図である。図8において、低NA検査回路146内には、磁気ディスク装置等の記憶装置50,52,59、領域特定部51、位置合わせ部56、測定画像エッジペア検出部56、参照画像エッジペア検出部58、閾値レベル測定部40、測定画像パターン寸法測定部42、参照画像パターン寸法測定部44、及び比較部46が配置される。ここで「〜部」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。   FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the low NA inspection circuit according to the first embodiment. 8, in the low NA inspection circuit 146, storage devices 50, 52, 59 such as a magnetic disk device, an area specifying unit 51, an alignment unit 56, a measurement image edge pair detection unit 56, a reference image edge pair detection unit 58, A threshold level measurement unit 40, a measurement image pattern dimension measurement unit 42, a reference image pattern dimension measurement unit 44, and a comparison unit 46 are arranged. What is described as “˜unit” here includes a processing circuit, and an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like can be used as the processing circuit. In addition, each “˜unit” may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used.

欠陥領域特定工程(S110)として、領域特定部51は、フレーム画像(光学画像:第2の光学画像)と参照画像(高NA用:第2の参照画像)とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、フレーム画像(光学画像:第2の光学画像)内のパターン異常個所の領域を特定する。具体的には、比較回路108から検査結果の情報(例えば、欠陥位置の座標情報)を入力し、検査結果情報に基づいて、欠陥が検出された領域(以下、欠陥領域)を特定する。欠陥領域として、例えば、欠陥位置が含まれるフレーム領域30が挙げられる。但し、これに限るものではなく、領域サイズは様々に選択可能である。特定された欠陥領域の情報は、記憶装置59に記憶される。   As the defect area specifying step (S110), the area specifying unit 51 compares the frame image (optical image: second optical image) with the reference image (for high NA: second reference image), and determines that it is a defect. Using the defective pixel thus determined, the region of the pattern abnormality portion in the frame image (optical image: second optical image) is specified. Specifically, information on the inspection result (for example, coordinate information of the defect position) is input from the comparison circuit 108, and an area where a defect is detected (hereinafter, defective area) is specified based on the inspection result information. Examples of the defect area include a frame area 30 including a defect position. However, the present invention is not limited to this, and various region sizes can be selected. Information on the identified defective area is stored in the storage device 59.

低NA検査モード切り替え工程(S112)として、検査モード切替制御回路144は、上述した高NA検査モードから低NAの欠陥検査を行うための低NA検査モードに各構成の設定を切り替える。これにより、露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ105で受光できる。そのために、以下の内部工程を実施する。   As the low NA inspection mode switching step (S112), the inspection mode switching control circuit 144 switches the setting of each configuration from the above-described high NA inspection mode to a low NA inspection mode for performing a low NA defect inspection. Accordingly, when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus, the photodiode array 105 can receive an image substantially similar to or close to the pattern image formed on the semiconductor substrate 304. For this purpose, the following internal processes are performed.

偏光素子退避工程(S114)として、検査モード切替制御回路144は、駆動機構176を制御して、偏光ビームスプリッタ174を光路上から光路外に移動させる。このように、駆動機構176は、偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることができる。また、偏光ビームスプリッタ174の退避によって反射照明光は使用されなくなるので、検査モード切替制御回路144は、透過検査照明用の光(p波とs波の一方)のみ通過させるように偏光板60を回転させる。   As the polarizing element retracting step (S114), the inspection mode switching control circuit 144 controls the driving mechanism 176 to move the polarizing beam splitter 174 from the optical path to the outside of the optical path. Thus, the drive mechanism 176 can move the polarizing element from the optical path to the optical path and can move the polarizing element from the optical path to the optical path. In addition, since the reflected illumination light is not used by retracting the polarizing beam splitter 174, the inspection mode switching control circuit 144 allows the polarizing plate 60 to pass only the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave). Rotate.

NAしぼり工程(S116)として、検査モード切替制御回路144は、開口数NAを高開口数の状態から低開口数の状態に切り替える。具体的には、マスク基板101から対物レンズ104へ透過光190が入射する場合の入射可能な対物レンズ104の開口数NAo(物体o側の開口数)が露光装置と同様の特性になるように制御する。例えばNAo=0.3になるように開口絞り180のしぼり値を制御する。実施の形態1では、高開口数の状態から低開口数の状態にするので、開口絞り180の開口部が小さくなるように絞る。このように、開口絞り180は、マスク基板101から対物レンズ104へ透過光が入射可能な開口数(NA)が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように透過光或いは/及び反射光の光束径を調整する。図5の例では、開口絞り180は、結像光学系178内のレンズ70,72間に配置されているがこれに限るものではない。対物レンズ104へ入射する光、或いは対物レンズ104を通過してフォトダイオードアレイ105へ入射する光の光束を絞り、光束径を調整できればよい。よって、開口絞り180は、マスク基板101とフォトダイオードアレイ105との間に配置されればよい。なお、より好適では、開口絞り180は、瞳位置に配置すると良い。   As the NA reduction step (S116), the inspection mode switching control circuit 144 switches the numerical aperture NA from the high numerical aperture state to the low numerical aperture state. Specifically, when the transmitted light 190 is incident on the objective lens 104 from the mask substrate 101, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident has characteristics similar to those of the exposure apparatus. Control. For example, the aperture value of the aperture stop 180 is controlled so that NAo = 0.3. In Embodiment 1, since the high numerical aperture state is changed to the low numerical aperture state, the aperture of the aperture stop 180 is narrowed down. As described above, the aperture stop 180 can be switched between a high numerical aperture state and a low numerical aperture state where the numerical aperture (NA) at which transmitted light can enter the objective lens 104 from the mask substrate 101. The beam diameter of transmitted light and / or reflected light is adjusted. In the example of FIG. 5, the aperture stop 180 is disposed between the lenses 70 and 72 in the imaging optical system 178, but is not limited thereto. It is only necessary that the light beam diameter can be adjusted by narrowing the light beam incident on the objective lens 104 or the light beam passing through the objective lens 104 and incident on the photodiode array 105. Therefore, the aperture stop 180 may be disposed between the mask substrate 101 and the photodiode array 105. More preferably, the aperture stop 180 is preferably arranged at the pupil position.

照明形状変更工程(S118)として、検査モード切替制御回路144からの制御信号を受信して、照明形状切替機構171は、照明光(検査光)の形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更する。照明形状切替機構171は、ガラス板にCrを蒸着するなどして予め製作した照明形状の開口絞りを複数設定できる機構と、それらをメカニカルに切り替える機構で構成される。また、照明光の偏光条件を露光装置の偏光条件になるよう、照明光の偏光条件を設定する。   In the illumination shape changing step (S118), the control signal from the inspection mode switching control circuit 144 is received, and the illumination shape switching mechanism 171 uses the illumination light (inspection light) shape similar to the illumination shape used in the exposure apparatus. Change to lighting shape. The illumination shape switching mechanism 171 includes a mechanism that can set a plurality of illumination-shaped aperture stops manufactured in advance by depositing Cr on a glass plate, and a mechanism that mechanically switches them. Further, the polarization condition of the illumination light is set so that the polarization condition of the illumination light becomes the polarization condition of the exposure apparatus.

低NA走査(スキャン)工程(S120)として、開口数が低開口数の状態に対応する光をフォトダイオードアレイ105が受光可能な状態で、かつ、マスク基板101とフォトダイオードアレイ105との間の光路上に偏光素子が無い状態で、所定の照明光を用いてマスク基板101の特定された欠陥領域を走査することによって、フォトダイオードアレイ105を用いてマスク基板101に形成されたパターンの透過光像を撮像する。具体的には以下のように動作する。   In the low NA scanning (scanning) step (S120), the photodiode array 105 can receive light corresponding to the state of the low numerical aperture, and between the mask substrate 101 and the photodiode array 105. In a state where there is no polarizing element on the optical path, the specified defect area of the mask substrate 101 is scanned using predetermined illumination light, whereby the transmitted light of the pattern formed on the mask substrate 101 using the photodiode array 105 is obtained. Take an image. Specifically, it operates as follows.

図9は、実施の形態1における低NA検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。図9において、光源103から発生された光は、偏光板60を通って偏光され、透過検査照明用の光(p波とs波の一方)のみ通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ61によって、透過検査照明用の光(p波とs波の一方)が反射される。透過検査照明用の光(第1の検査光)は、透過照明光学系170によってマスク基板101に照明される。その際、照明形状切替機構171は、透過照明光学系170の構成を変更して、透過検査照明用の光(第1の検査光)の照明形状を変更する。このように、透過照明光学系170は、透過検査照明用の光(第1の検査光)の照明形状を変更可能に構成される。図9の例では、偏光ビームスプリッタ61によって反射された透過検査照明用の光が、レンズ65まで到達した後、レンズ65,66間で照明形状を変更させている。照明形状が変更させられた透過検査照明用の光は、ミラー67で反射される。そして、ミラー67で反射された光は、コンデンサレンズ68によってマスク基板101のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板101のパターン形成面に結像される。これにより、露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状の光をマスク基板101に照射できる。マスク基板101を透過した透過光は対物レンズ104を介して、結像光学系178に入射する。そして、結像光学系178によって、フォトダイオードアレイ105(センサの一例)に結像され、フォトダイオードアレイ105に光学像として入射する。その際、開口絞り180によって開口数が制限されているので、低NAの光の光学像がフォトダイオードアレイ105に入射する。図9の例では、対物レンズ104を通過した光は、結像光学系178内では、レンズ69,70を通り、開口絞り180を通って、レンズ72によってフォトダイオードアレイ105に結像される。このようにフォトダイオードアレイ105は、XYθテーブル102が移動中に、透過検査照明用の光(第1の検査光)が照明されたマスク基板101からの透過光を受光する。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical system in the low NA inspection mode according to the first embodiment. In FIG. 9, the light generated from the light source 103 is polarized through the polarizing plate 60 and passes only the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave). Then, the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is reflected by the polarization beam splitter 61. Light for transmission inspection illumination (first inspection light) is illuminated onto the mask substrate 101 by the transmission illumination optical system 170. At that time, the illumination shape switching mechanism 171 changes the configuration of the transmission illumination optical system 170 to change the illumination shape of light for transmission inspection illumination (first inspection light). Thus, the transmission illumination optical system 170 is configured to be able to change the illumination shape of the light for the transmission inspection illumination (first inspection light). In the example of FIG. 9, after the light for transmission inspection illumination reflected by the polarization beam splitter 61 reaches the lens 65, the illumination shape is changed between the lenses 65 and 66. The light for transmission inspection illumination whose illumination shape is changed is reflected by the mirror 67. The light reflected by the mirror 67 is imaged by the condenser lens 68 on the pattern forming surface of the mask substrate 101 from the back side opposite to the pattern forming surface of the mask substrate 101. Thereby, the mask substrate 101 can be irradiated with light having the same illumination shape as that used in the exposure apparatus. The transmitted light that has passed through the mask substrate 101 enters the imaging optical system 178 via the objective lens 104. The imaging optical system 178 forms an image on the photodiode array 105 (an example of a sensor) and enters the photodiode array 105 as an optical image. At that time, since the numerical aperture is limited by the aperture stop 180, an optical image of low NA light is incident on the photodiode array 105. In the example of FIG. 9, the light that has passed through the objective lens 104 passes through the lenses 69 and 70 in the imaging optical system 178, passes through the aperture stop 180, and is focused on the photodiode array 105 by the lens 72. Thus, the photodiode array 105 receives the transmitted light from the mask substrate 101 that is illuminated with the light for the transmission inspection illumination (first inspection light) while the XYθ table 102 is moving.

一方、図9に示すように、偏光板60によって、反射検査照明用の光を遮断しているので、反射照明光学系172に反射検査照明用の光が入射することはない。仮に、反射検査照明用の光が反射照明光学系172に入射する場合でも、反射照明光学系172では、偏光ビームスプリッタ174(偏光素子)が光路から退避させられているので、マスク基板101に反射検査照明用の光を照明することはない。   On the other hand, as shown in FIG. 9, since the light for reflection inspection illumination is blocked by the polarizing plate 60, the light for reflection inspection illumination does not enter the reflection illumination optical system 172. Even if light for reflection inspection illumination is incident on the reflection illumination optical system 172, in the reflection illumination optical system 172, since the polarization beam splitter 174 (polarization element) is retracted from the optical path, it is reflected on the mask substrate 101. The light for inspection illumination is not illuminated.

以上により、フォトダイオードアレイ105は、露光装置で半導体基板304にパターンを露光転写する場合に半導体基板304に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ105で受光できる。   As described above, the photodiode array 105 receives an image that is substantially the same as or close to the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the exposure apparatus transfers the pattern onto the semiconductor substrate 304 by exposure. it can.

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、測定対象の欠陥領域の画素データが格納される。かかる画素データ(欠陥領域画像)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60%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、欠陥領域の光学画像を取得する際、レーザ測長システム122は、XYθテーブル102の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路107に出力される。位置回路107(演算部)は、測長された位置情報を用いて、マスク基板101の位置を演算する。   The pattern image formed on the photodiode array 105 is photoelectrically converted by each light receiving element of the photodiode array 105, and further A / D (analog / digital) converted by the sensor circuit 106. Then, the pixel data of the defect area to be measured is stored in the stripe pattern memory 123. When capturing such pixel data (defective area image), the dynamic range of the photodiode array 105 is, for example, a dynamic range having a maximum gradation when the amount of illumination light incident is 60%. Further, when acquiring the optical image of the defect area, the laser length measurement system 122 measures the position of the XYθ table 102. The measured position information is output to the position circuit 107. The position circuit 107 (calculation unit) calculates the position of the mask substrate 101 using the measured position information.

その後、欠陥領域画像は、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低NA検査回路146に送られる。測定データ(欠陥領域画像: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。低NA検査回路146内に出力された欠陥領域画像は、記憶装置52に格納される。以上により、低NA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。   Thereafter, the defective area image is sent to the low NA inspection circuit 146 together with data indicating the position of the photomask 101 on the XYθ table 102 output from the position circuit 107. The measurement data (defective area image: pixel data) is, for example, 8-bit unsigned data, and represents the brightness gradation (light quantity) of each pixel. The defective area image output in the low NA inspection circuit 146 is stored in the storage device 52. As described above, one image (measured image) data to be compared for the low NA inspection is generated.

ここで、低NA検査モードでは、上述したように、偏光ビームスプリッタ174を光路上から光路外に移動させているので、反射照明光学系172を介した光がマスク基板101に照明されない。そのため、マスク基板101からの反射光が得られない。よって、マスク基板101からの反射光をAF制御に用いることができない。よって、以下のように構成する。   Here, in the low NA inspection mode, as described above, since the polarization beam splitter 174 is moved from the optical path to the outside of the optical path, the light via the reflective illumination optical system 172 is not illuminated on the mask substrate 101. Therefore, the reflected light from the mask substrate 101 cannot be obtained. Therefore, the reflected light from the mask substrate 101 cannot be used for AF control. Therefore, the configuration is as follows.

AF制御工程(S122)として、AF制御回路140(合焦機構の一部)は、偏光ビームスプリッタ174が光路外に移動させられた状態で、XYθテーブル102が移動中にフォトダイオードアレイ105が低開口数に対応する透過光を受光する間、磁気ディスク装置109に記憶された焦点位置の情報を用いて動的にかかる透過光の焦点を合わせる。具体的には、AF制御回路140は、磁気ディスク装置109に記憶された、既に測定された焦点位置の情報に基づいて、ピエゾ素子142(合焦機構の一部)を制御してXYθテーブル102を光軸方向(Z軸方向)にリアルタイムで移動させることにより、XYθテーブル102の進行に追従させて動的にマスク基板101のパターン形成面に対物レンズ104の焦点位置(光軸方向:Z軸方向)を調整する。   As the AF control step (S122), the AF control circuit 140 (a part of the focusing mechanism) moves the XYθ table 102 while the polarization beam splitter 174 is moved out of the optical path and moves the photodiode array 105 low. While receiving the transmitted light corresponding to the numerical aperture, the transmitted light is dynamically focused using information on the focal position stored in the magnetic disk device 109. Specifically, the AF control circuit 140 controls the piezo element 142 (part of the focusing mechanism) based on the already measured focal position information stored in the magnetic disk device 109, and the XYθ table 102. Is moved in real time in the optical axis direction (Z-axis direction) to dynamically follow the progress of the XYθ table 102 and dynamically move the focus position of the objective lens 104 on the pattern forming surface of the mask substrate 101 (optical axis direction: Z-axis). Direction).

参照画像(2)作成工程(S124)として、参照回路112(参照画像作成部の一例)は、欠陥領域画像(低NA光学画像)に合わせるべく、設計画像をフィルタ処理して参照画像(低NA用)を作成する。ここでは、高NAスキャン(通常検査モードでのスキャン)で得られた光学画像に合わせ込むフィルタ演算とは異なる低NAの照明形状、偏光条件、また結像光学条件を再現するフィルタ演算を用いる必要があり、部分コヒーレント結像理論に基づく光学的なフィルタ演算を用いて行う。作成された参照画像(低NA用)は、低NA検査回路146に送られる。低NA検査回路146内に出力された参照画像(2)は、記憶装置50に格納される。なお、参照画像(1)作成工程(S106)において作成された各フレーム領域30の参照画像(高NA用)のうち、欠陥領域画像(低NA光学画像)に対応する参照画像(高NA用)をフィルタ処理で平滑化することで、簡易的な参照画像(低NA用)として流用してもよい。   In the reference image (2) creation step (S124), the reference circuit 112 (an example of the reference image creation unit) filters the design image to match the defect area image (low NA optical image) and performs a reference image (low NA). For). Here, it is necessary to use a filter operation that reproduces the illumination shape, polarization conditions, and imaging optical conditions of low NA, which is different from the filter operation to be matched with the optical image obtained in the high NA scan (scan in the normal inspection mode). There is an optical filter operation based on partially coherent imaging theory. The created reference image (for low NA) is sent to the low NA inspection circuit 146. The reference image (2) output in the low NA inspection circuit 146 is stored in the storage device 50. Of the reference images (for high NA) of each frame region 30 created in the reference image (1) creation step (S106), the reference image (for high NA) corresponding to the defect region image (low NA optical image). May be used as a simple reference image (for low NA).

図10は、実施の形態1における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとの画像階調値プロファイルの一例を示す図である。マスク基板101上に形成されたパターンのパターン寸法(CD)は、マスク基板101のパターン形成領域を撮像した光学画像内のパターンの階調値プロファイルと、かかるパターンに対応する設計データから作成される参照画像内のパターンの階調値プロファイルとを比較することで得られる。図10において、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、図10のEF間寸法が所望する設計幅寸法になる検出閾値Th(第1の閾値レベル)で、光学画像内のパターンの階調値プロファイルからAB間寸法(例えばスペースパターンの幅)を測定することで、本来、マスク基板101に形成されたパターンの幅寸法CDを得ることができるはずであった。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an image gradation value profile of the pattern in the optical image and the pattern in the reference image in the first embodiment. The pattern dimension (CD) of the pattern formed on the mask substrate 101 is created from the tone value profile of the pattern in the optical image obtained by imaging the pattern formation region of the mask substrate 101 and the design data corresponding to the pattern. It is obtained by comparing the gradation value profile of the pattern in the reference image. 10, in the gradation value profile of the pattern in the reference image, the level of the pattern in the optical image at the detection threshold Th 0 (first threshold level) at which the dimension between EFs in FIG. 10 becomes the desired design width dimension. By measuring the dimension between AB (for example, the width of the space pattern) from the gradation profile, the width dimension CD of the pattern formed on the mask substrate 101 should have been originally obtained.

ここで、高NAスキャン(通常検査モードでのスキャン)で得られた光学画像では、欠陥位置ではない正常部であれば、光学画像内のパターンの階調値プロファイルと、参照画像内のパターンの階調値プロファイルは実質的に一致する様、フィルタ演算の係数が設定される。よって、参照画像内のパターンのEF間寸法と光学画像内のパターンのAB間寸法は一致する。しかしながら、低NAスキャンで得られた光学画像では、光学理論に基づくフィルタ演算で参照画像を生成する為、光学画像内のパターンの階調値プロファイルの形状と、参照画像(低NA用)内のパターンの階調値プロファイルの形状とが図10に示すように一致しない場合がある。そのため、参照画像(低NA用)内のパターンのEF間寸法と光学画像内のパターンのAB間寸法は一致しない。高NAスキャン(通常検査モードでのスキャン)で得られた光学画像に合わせ込むように平滑化フィルタ処理された参照画像(高NA用)では勿論、別途、低NAスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように作成された参照画像(低NA用)でも階調値プロファイルが一致させることが難しい。この理由は、低NAスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように参照画像を作成しようとしても、フィルタ処理の精度がまだ十分ではない為で、その結果、階調値プロファイルを一致させることが困難となっている。具体的には、露光イメージに近づけるための照明条件やその他の条件の複雑さから、低NAスキャンで得られた光学画像にフィルタ処理で生成した参照画像には一定の差、つまり誤差が残ることになる。そのため、このままでは、低NAスキャンで得られた光学画像内のパターン寸法を正確に得ることができない。そこで、実施の形態1では、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、所望する設計幅寸法になる検出閾値Th(閾値レベル)を変更する。具体的には、欠陥位置ではない正常部のパターンを用いて、本来の検出閾値Th(第1の閾値レベル)で、低NAスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルから得られるAB間寸法に一致する、参照画像(低NA用)内のパターンの階調値プロファイルの検出閾値Th’(第2の閾値レベル)を測定する。そして、検出閾値Th’で参照画像内のパターンの階調値プロファイルからE’F’間寸法を測定する。一方、本来の検出閾値Thで、低NAスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルからAB間寸法を測定する。E’F’間寸法が所望する設計幅寸法に相当するはずなので、マスク基板101に形成されたパターンの幅寸法Lは、L=(E’F’間寸法)/(AB間寸法)×(設計幅寸法)で近似することができる。 Here, in the optical image obtained by the high NA scan (scan in the normal inspection mode), if the normal portion is not the defect position, the gradation value profile of the pattern in the optical image and the pattern in the reference image Filter calculation coefficients are set so that the gradation value profiles substantially match. Therefore, the dimension between the EFs of the pattern in the reference image and the dimension between the ABs of the pattern in the optical image match. However, in the optical image obtained by the low NA scan, since the reference image is generated by the filter operation based on the optical theory, the shape of the gradation value profile of the pattern in the optical image and the reference image (for low NA) The shape of the tone value profile of the pattern may not match as shown in FIG. Therefore, the dimension between EFs of the pattern in the reference image (for low NA) and the dimension between AB of the pattern in the optical image do not match. In addition to the reference image (for high NA) that has been smoothed and filtered to match the optical image obtained in the high NA scan (scan in the normal inspection mode), the optical image obtained in the low NA scan is used separately. It is difficult to match the tone value profiles even in a reference image (for low NA) created so as to fit. This is because even if an attempt is made to create a reference image so as to match an optical image obtained by a low NA scan, the accuracy of filter processing is not yet sufficient, and as a result, the tone value profiles may be matched. It has become difficult. Specifically, due to the complexity of illumination conditions and other conditions to approximate the exposure image, a certain difference, that is, an error, remains in the reference image generated by filtering the optical image obtained by the low NA scan. become. For this reason, the pattern dimensions in the optical image obtained by the low NA scan cannot be obtained accurately. Therefore, in the first embodiment, the detection threshold Th 0 (threshold level) that changes to the desired design width dimension is changed in the gradation value profile of the pattern in the reference image. Specifically, using a normal part pattern that is not a defect position, the original detection threshold Th 0 (first threshold level), and a tone value profile of a pattern in an optical image obtained by a low NA scan. The detection threshold Th ′ (second threshold level) of the gradation value profile of the pattern in the reference image (for low NA) that matches the obtained dimension between AB is measured. Then, the dimension between E′F ′ is measured from the gradation value profile of the pattern in the reference image at the detection threshold Th ′. On the other hand, the dimension between AB is measured from the gradation value profile of the pattern in the optical image obtained by the low NA scan at the original detection threshold Th 0 . Since the dimension between E′F ′ should correspond to the desired design width dimension, the width dimension L of the pattern formed on the mask substrate 101 is L = (dimension between E′F ′) / (dimension between AB) × ( (Design width dimension).

正常部の測定画像エッジペア検出工程(S130)として、まず、位置合わせ部56は、比較対象となるフレーム領域30のサイズの欠陥領域画像(低NA光学画像)と、比較対象となる参照画像とについて、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。   In the normal part measurement image edge pair detection step (S130), first, the alignment unit 56 performs a defect area image (low NA optical image) having a size of the frame area 30 to be compared and a reference image to be compared. Alignment is performed using a predetermined algorithm. For example, alignment is performed using a least square method.

次に、測定画像エッジペア検出部56は、欠陥領域画像(低NA光学画像)のうち、記憶装置59に記憶された欠陥位置ではない正常部におけるパターンについて、エッジペアを検出する。   Next, the measurement image edge pair detection unit 56 detects an edge pair in a pattern in a normal part that is not a defect position stored in the storage device 59 in the defect area image (low NA optical image).

図11は、実施の形態1における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。図11の例において、欠陥領域画像(低NA光学画像)内には、x方向に並ぶ、y方向に延びるラインパターン12a,12b,12c,12dと、x方向に延びるラインパターン13と、が示されている。ラインパターン12a,12b間には、スペースパターン14aが構成される。ラインパターン12b,12c間には、スペースパターン14bが構成される。ラインパターン12c,12c,13間には、スペースパターン15が構成される。欠陥領域画像(低NA光学画像)は、図11に示すように欠陥個所(A部)と判定された画素36を含むフレーム領域30のサイズの画像で構成される。そのため、欠陥領域画像(低NA光学画像)内には、欠陥個所(A部)ではない正常部のパターンも存在する。測定画像エッジペア検出部56は、欠陥領域画像(低NA光学画像)内の正常部のパターンについて、パターンのエッジ部(外周辺)の位置を認識して、パターンの幅寸法(CD)を構成する両端(両外周辺)のエッジで構成されるエッジペアを検出する。図11の例では、隣り合うパターン12a,12b同士間のスペース部分(白部)のCDを構成する両端(両外周辺)のエッジa,bを検出する場合を示している。正常部のパターンにおいて検出するエッジペアは、1組でも構わないが、複数のエッジペアの組を検出すると好適である。かかる場合、例えば、画素単位で検出される。例えば、x方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、y方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。y方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、x方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのy方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのx方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。   FIG. 11 is a diagram showing a defect area image and an example of an edge pair in the first embodiment. In the example of FIG. 11, line patterns 12 a, 12 b, 12 c, 12 d extending in the y direction and line patterns 13 extending in the x direction are shown in the defect area image (low NA optical image). Has been. A space pattern 14a is formed between the line patterns 12a and 12b. A space pattern 14b is formed between the line patterns 12b and 12c. A space pattern 15 is formed between the line patterns 12c, 12c, and 13. As shown in FIG. 11, the defect area image (low NA optical image) is composed of an image having the size of the frame area 30 including the pixel 36 determined to be a defective portion (A part). Therefore, in the defect area image (low NA optical image), there is a pattern of a normal part that is not a defective part (A part). The measurement image edge pair detection unit 56 recognizes the position of the edge portion (outer periphery) of the pattern for the normal portion pattern in the defect area image (low NA optical image), and configures the width dimension (CD) of the pattern. An edge pair composed of edges at both ends (outer periphery) is detected. In the example of FIG. 11, a case is shown in which edges a and b at both ends (outer periphery) constituting a CD in a space portion (white portion) between adjacent patterns 12 a and 12 b are detected. One edge pair may be detected in the normal part pattern, but it is preferable to detect a plurality of edge pair groups. In such a case, for example, detection is performed in units of pixels. For example, for the frame region of the x-direction line and space pattern, a pair is detected for each pixel on the outer periphery of the line pattern extending in the y direction. For the frame region of the y-direction line and space pattern, a pair is detected for each pixel on the outer periphery of the line pattern extending in the x direction. For a frame area of a plurality of rectangular patterns, a pair is detected for each pixel on the outer periphery extending in the y direction of each rectangular pattern. For frame regions of a plurality of rectangular patterns, a pair is detected for each pixel on the outer periphery extending in the x direction of each rectangular pattern.

図12は、実施の形態1におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。図12の例では、図11に示す欠陥領域画像(低NA光学画像)の一部を示している。例えば、y方向に延びるラインパターン12cの線幅方向のエッジ部では、x方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、y方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。同様に、y方向に延びるラインパターン12dの延びる方向のエッジ部では、y方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、x方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。このように、階調値プロファイルの傾斜が最大となる位置に傾斜が最大となる方向のエッジ部が存在する。かかる位置をエッジ部として認識すればよい。   FIG. 12 is a diagram for explaining a pattern edge recognition method according to the first embodiment. In the example of FIG. 12, a part of the defect area image (low NA optical image) shown in FIG. 11 is shown. For example, at the edge in the line width direction of the line pattern 12c extending in the y direction, the gradation value profile in the x direction changes sharply, whereas the gradation value profile in the y direction maintains a constant value. Become. Similarly, at the edge portion in the extending direction of the line pattern 12d extending in the y direction, the gradation value profile in the y direction changes sharply, whereas the gradation value profile in the x direction maintains a constant value. Become. As described above, there exists an edge portion in a direction in which the inclination is maximum at a position where the inclination of the gradation value profile is maximum. What is necessary is just to recognize such a position as an edge part.

なお、図11の例では、隣り合うパターン12a,12b同士間のスペース部分(白部)のCDについて示しているが、これに限るものではない。パターンが存在する黒部のCDについてもエッジペアが検出されても好適である。   In addition, in the example of FIG. 11, although it has shown about CD of the space part (white part) between adjacent patterns 12a and 12b, it does not restrict to this. It is preferable that an edge pair is detected even for a black CD having a pattern.

正常部の参照画像エッジペア検出工程(S132)として、参照画像エッジペア検出部58は、欠陥領域画像(低NA光学画像)に対応する参照画像(低NA用)を用いて、欠陥領域画像(低NA光学画像)から検出されたエッジペアに対応する参照画像内のエッジペアを検出する。   In the normal portion reference image edge pair detection step (S132), the reference image edge pair detection unit 58 uses a reference image (for low NA) corresponding to the defect region image (low NA optical image) to detect a defective region image (low NA). An edge pair in the reference image corresponding to the edge pair detected from the optical image) is detected.

参照画像閾値レベル測定工程(S134)として、閾値レベル測定部40は、画像階調値プロファイルの検出閾値Th(第1の閾値レベル)を用いて特定される欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン正常個所のエッジペア間のパターン寸法(例えば、AB間寸法)と参照画像(低NA用)内の対応個所のエッジペア間のパターン寸法とが同じ寸法(E’F’間寸法)になる参照画像(低NA用)に用いる検出閾値Th’(第2の閾値レベル)を測定する。複数のエッジペアの組が検出されている場合には、各組で得られる検出閾値Th’(第2の閾値レベル)の統計値(例えば、平均値、中央値、最大値、或いは最小値)を演算すると好適である。例えば、平均値或いは中央値を用いれば、検出閾値Th’(第2の閾値レベル)の測定誤差を平均化できる。なお、検出閾値Th’(第2の閾値レベル)は、方向によって最適値が異なる場合が想定されるので、寸法方向毎に求めると良い。例えば、x方向寸法用の検出閾値Th’とy方向寸法用の検出閾値Th’とを求めると好適である。 As the reference image threshold level measurement step (S134), the threshold level measurement unit 40 uses the detection threshold Th 0 (first threshold level) of the image gradation value profile to identify a defective area image (low NA optical image). The pattern dimension between edge pairs at normal positions in the pattern (for example, dimension between AB) and the pattern dimension between edge pairs at corresponding positions in the reference image (for low NA) are the same dimension (dimension between E′F ′). A detection threshold Th ′ (second threshold level) used for the reference image (for low NA) is measured. When a plurality of sets of edge pairs are detected, a statistical value (for example, an average value, a median value, a maximum value, or a minimum value) of the detection threshold Th ′ (second threshold level) obtained in each set is obtained. It is preferable to calculate. For example, if an average value or a median value is used, measurement errors of the detection threshold Th ′ (second threshold level) can be averaged. Note that the detection threshold Th ′ (second threshold level) is assumed to have a different optimum value depending on the direction. For example, it is preferable to obtain the detection threshold Th ′ for the x-direction dimension and the detection threshold Th ′ for the y-direction dimension.

欠陥部の測定画像エッジペア検出工程(S136)として、測定画像エッジペア検出部56は、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所の領域におけるパターンのエッジペアを検出する。高NA検査(通常検査)によって、欠陥画素が特定できたとしても、パターン異常個所のパターン寸法の最大値がただちにわかるわけではない。そこで、実施の形態1では、欠陥画素にエッジが位置するパターン寸法だけではなく、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所の領域として、欠陥画素36と欠陥画素36の周囲の複数の画素とにより構成される画素群38のパターン寸法を測定する。例えば、欠陥画素36を中心画素とする3×3個の画素群38内のパターン寸法を測定する。そのため、測定画像エッジペア検出部56は、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する。具体的には、画素群38内に少なくとも一方のエッジが含まれる複数のエッジペアを検出する。図11の例では、欠陥領域画像(低NA光学画像)内の画素群38内の同じ方向の3組のエッジペアが示されている。寸法方向が異なれば、求めたい欠陥個所の寸法とは異なる方向の寸法も含まれてしまう。よって、画素群38内の同じ方向の複数のエッジペアを検出する。   As a measurement image edge pair detection step (S136) of a defective portion, the measurement image edge pair detection unit 56 detects an edge pair of a pattern in the region of the pattern abnormality portion in the defect region image (low NA optical image). Even if a defective pixel can be identified by high NA inspection (normal inspection), the maximum value of the pattern dimension of the pattern abnormal part cannot be immediately known. Therefore, in the first embodiment, not only the pattern dimension in which the edge is located on the defective pixel, but also the defective pixel 36 and a plurality of areas around the defective pixel 36 as the region of the pattern abnormality portion in the defective region image (low NA optical image). The pattern dimension of the pixel group 38 composed of the pixels is measured. For example, the pattern dimensions in the 3 × 3 pixel group 38 having the defective pixel 36 as the central pixel are measured. Therefore, the measurement image edge pair detection unit 56 detects a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the defect area image (low NA optical image). Specifically, a plurality of edge pairs in which at least one edge is included in the pixel group 38 are detected. In the example of FIG. 11, three edge pairs in the same direction in the pixel group 38 in the defect area image (low NA optical image) are shown. If the dimension direction is different, a dimension in a direction different from the dimension of the defect portion to be obtained is also included. Therefore, a plurality of edge pairs in the same direction in the pixel group 38 are detected.

欠陥部の参照画像エッジペア検出工程(S138)として、参照画像エッジペア検出部58は、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所の領域において検出されたパターンのエッジペアに対応する参照画像(低NA用)内のパターンのエッジペアを検出する。具体的には、参照画像エッジペア検出部58は、欠陥領域画像(低NA光学画像)内の画素群38内に少なくとも一方のエッジが含まれる同じ方向の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペアを検出する。図11の例では、参照画像(低NA用)内の画素群38内の同じ方向の3組のエッジペアが示されている。   As the reference image edge pair detection step (S138) of the defective part, the reference image edge pair detection unit 58 performs a reference image corresponding to the edge pair of the pattern detected in the region of the pattern abnormal part in the defect region image (low NA optical image) ( Edge pairs of patterns in (for low NA) are detected. Specifically, the reference image edge pair detection unit 58 detects a plurality of edge pairs corresponding to a plurality of edge pairs in the same direction in which at least one edge is included in the pixel group 38 in the defect area image (low NA optical image). To do. In the example of FIG. 11, three edge pairs in the same direction in the pixel group 38 in the reference image (for low NA) are shown.

欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程(S140)として、参照画像パターン寸法測定部44(第1のパターン寸法測定部)は、検出閾値Th’(第2の閾値レベル)を用いて、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所に対応する、参照画像(低NA用)内の対応個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群38内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法(E’F’間寸法)を測定する。かかるエッジペア間寸法(E’F’間寸法)がパターンの設計寸法に対応することになる。設計寸法は、画像展開前の設計データ(描画データ)から得ることができる。このように、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所に対応する、参照画像(低NA用)内の対応個所のパターン寸法を測定する際、画素群38内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定される。   As the reference image pattern dimension measuring step (S140) of the defective part, the reference image pattern dimension measuring part 44 (first pattern dimension measuring part) uses the detection threshold Th ′ (second threshold level) to detect the defect region image. The pattern dimension of the corresponding portion in the reference image (for low NA) corresponding to the pattern abnormal portion in (low NA optical image) is measured. Specifically, the dimension between the edge pairs (dimension between E′F ′) is measured for each of a plurality of detected edge pairs in the same direction in which at least one edge is included in the pixel group 38. The dimension between the edge pairs (dimension between E'F ') corresponds to the design dimension of the pattern. The design dimension can be obtained from design data (drawing data) before image development. As described above, when measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image (for low NA) corresponding to the pattern abnormal part in the defect area image (low NA optical image), the plurality of edge pairs in the pixel group 38 are measured. The dimensions between corresponding edge pairs are measured.

欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程(S142)として、測定画像パターン寸法測定部42(第2のパターン寸法測定部)は、本来の検出閾値Th(第1の閾値レベル)を用いて、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群38内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法(AB間寸法)を測定する。そして、エッジペア毎に、パターン寸法L(=(E’F’間寸法)/(AB間寸法)×設計寸法)を演算することにより、パターン寸法を測定(近似)する。このように、欠陥領域画像(低NA光学画像)内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、画素群38内の複数のエッジペア間の寸法が測定される。 As the measurement image pattern dimension measurement step (S142) of the defective part, the measurement image pattern dimension measurement part 42 (second pattern dimension measurement part) uses the original detection threshold Th 0 (first threshold level) to detect defects. The pattern dimension of the pattern abnormal part in the area image (low NA optical image) is measured. Specifically, the dimension between edge pairs (dimension between AB) is measured for each of a plurality of detected edge pairs in the same direction in which at least one edge is included in the pixel group 38. Then, the pattern dimension is measured (approximated) by calculating the pattern dimension L (= (dimension between E′F ′) / (dimension between AB) × design dimension) for each edge pair. As described above, when measuring the pattern dimension of the pattern abnormal portion in the defect area image (low NA optical image), the dimension between the plurality of edge pairs in the pixel group 38 is measured.

比較工程(S144)として、比較部46は、パターン異常個所について、参照画像(低NA用)から測定されたパターン寸法と欠陥領域画像(低NA光学画像)から測定されたパターン寸法とを比較する。具体的には、比較部46は、欠陥領域画像(低NA光学画像)から測定されたパターン寸法と参照画像(低NA用)から測定されたパターン寸法とを比較する際、画素群38内の複数のエッジペア間のパターン寸法のうち、欠陥領域画像(低NA光学画像)と参照画像(低NA用)との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定する。そして、比較結果(判定結果)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。欠陥領域画像(低NA光学画像)内で測定されたパターン寸法が、例えば、参照画像のパターン寸法に対して、数%を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。例えば、5〜10%を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。   As a comparison step (S144), the comparison unit 46 compares the pattern dimension measured from the reference image (for low NA) and the pattern dimension measured from the defect area image (low NA optical image) for the pattern abnormal part. . Specifically, the comparison unit 46 compares the pattern dimension measured from the defect area image (low NA optical image) with the pattern dimension measured from the reference image (for low NA). Of the pattern dimensions between a plurality of edge pairs, the pattern dimension between edge pairs that maximizes the difference between the defect area image (low NA optical image) and the reference image (for low NA) is determined as the pattern dimension of the pattern abnormal part. Then, a comparison result (determination result) is output. The comparison result may be output from the magnetic disk device 109, the magnetic tape device 115, the flexible disk device (FD) 116, the CRT 117, the pattern monitor 118, or the printer 119. For example, when the pattern dimension measured in the defect area image (low NA optical image) is shifted by more than several percent with respect to the pattern dimension of the reference image, it can be determined as an unusable defect pattern. . For example, when a deviation exceeding 5 to 10% occurs, it can be determined that the defect pattern cannot be used.

以上のように、実施の形態1では、設計データを基に作成される参照画像と比較することによって欠陥個所のパターン寸法を評価する。例えば、ロジック回路のように、マスク基板101内に同一パターンが繰り返し形成されない場合が多い回路ではダイ−ダイ検査が困難であるので、参照画像と比較する実施の形態1の手法はかかるロジック回路を検査する場合等に特に有効である。   As described above, in the first embodiment, the pattern size of the defective portion is evaluated by comparing with the reference image created based on the design data. For example, since a die-die inspection is difficult for a circuit such as a logic circuit in which the same pattern is often not repeatedly formed in the mask substrate 101, the method of the first embodiment for comparing with a reference image uses such a logic circuit. This is particularly effective when inspecting.

図13は、実施の形態1における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。図13において、照明形状切替機構171は偏光素子90をレンズ65,66の間に移動させる。これにより、透過照明光学系170の構成を変更し、透過照明光学系170が照明形状を変更可能にできる。偏光素子90を透過検査照明用の光が、通過することで透過検査照明用の光の照明形状を、偏光方向を操作した偏光照明に変更できる。なお、偏光素子90を回折素子に置き換えることで、2極照明或いは4極照明等のN極照明、若しくは輪帯照明等に照明形状を変更しても良い。図13の例では、偏光素子90をレンズ65,66の間に配置するが、これに限るものではない。マスク基板101に光が到達する前に偏光できればよい。よって、偏光板60からコンデンサレンズ68までの光路上のいずれかに偏光素子90を配置すればよい。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 13, the illumination shape switching mechanism 171 moves the polarizing element 90 between the lenses 65 and 66. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. When the light for transmission inspection illumination passes through the polarizing element 90, the illumination shape of the light for transmission inspection illumination can be changed to polarization illumination in which the polarization direction is manipulated. Note that the illumination shape may be changed to N-pole illumination such as dipole illumination or quadrupole illumination, or annular illumination by replacing the polarizing element 90 with a diffraction element. In the example of FIG. 13, the polarizing element 90 is disposed between the lenses 65 and 66, but is not limited thereto. It is sufficient that the light can be polarized before the light reaches the mask substrate 101. Therefore, the polarizing element 90 may be disposed anywhere on the optical path from the polarizing plate 60 to the condenser lens 68.

図14は、実施の形態1における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図14において、照明形状切替機構171は、光源103と偏光板60の間に絞り91を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系170の構成を変更し、透過照明光学系170が照明形状を変更可能にできる。かかる絞り91を絞ることで、小シグマ照明に照明形状を変更できる。図14の例では、光源103と偏光板60の間に絞り91を配置するが、これに限るものではない。マスク基板101に光が到達する前に絞れればよい。よって、偏光板60からマスク基板101までの光路上のいずれかに絞り91を配置すればよい。   FIG. 14 is a diagram showing another example of a mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 14, the illumination shape switching mechanism 171 may be moved so as to dispose the diaphragm 91 between the light source 103 and the polarizing plate 60. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. By reducing the stop 91, the illumination shape can be changed to small sigma illumination. In the example of FIG. 14, the diaphragm 91 is disposed between the light source 103 and the polarizing plate 60, but is not limited thereto. What is necessary is just to squeeze before light reaches the mask substrate 101. Therefore, the diaphragm 91 may be disposed anywhere on the optical path from the polarizing plate 60 to the mask substrate 101.

図15は、実施の形態1における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図15において、照明形状切替機構171は、光源103と偏光板60の間にレンズ92,93による縮小光学系を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系170の構成を変更し、透過照明光学系170が照明形状を変更可能にできる。かかる縮小光学系で光を縮小することで、照明倍率が異なる照明光に照明形状を変更できる。図11の例では、光源103と偏光板60の間にレンズ92,93による縮小光学系を配置するが、これに限るものではない。マスク基板101に光が到達する前に光を縮小できればよい。よって、偏光板60からコンデンサレンズ68までの光路上のいずれかにレンズ92,93による縮小光学系を配置すればよい。   FIG. 15 is a diagram illustrating another example of a mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 15, the illumination shape switching mechanism 171 may be moved so that a reduction optical system using lenses 92 and 93 is disposed between the light source 103 and the polarizing plate 60. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. By reducing the light with such a reduction optical system, the illumination shape can be changed to illumination light having different illumination magnifications. In the example of FIG. 11, the reduction optical system using the lenses 92 and 93 is disposed between the light source 103 and the polarizing plate 60, but is not limited thereto. It is sufficient that the light can be reduced before the light reaches the mask substrate 101. Therefore, a reduction optical system using the lenses 92 and 93 may be disposed anywhere on the optical path from the polarizing plate 60 to the condenser lens 68.

照明形状切替機構171は、図13、図140及び図15に示した機構の1つ、或いはいずれか2つの組み合わせ、或いは全部の組み合わせを配置可能に構成してもよい。或いは他の機構で構成されても良い。露光装置の仕様に合わせて必要な光学素子を配置すればよい。   The illumination shape switching mechanism 171 may be configured so that one of the mechanisms shown in FIGS. 13, 140, and 15, any two combinations, or all combinations can be arranged. Or you may comprise by another mechanism. What is necessary is just to arrange | position a required optical element according to the specification of exposure apparatus.

以上のように、実施の形態1によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像(低NA光学画像)から欠陥個所の線幅測定精度を向上させることができる。よって、欠陥個所のパターン寸法を検査できる。その結果、マスクパターンを半導体基板等に転写する場合の転写性の影響具合をより正確に評価できる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to improve the line width measurement accuracy of the defective portion from the optical image (low NA optical image) captured so as to be close to the pattern image when transferred by the exposure apparatus. it can. Therefore, the pattern dimension of the defective part can be inspected. As a result, it is possible to more accurately evaluate the influence of transferability when the mask pattern is transferred to a semiconductor substrate or the like.

以上の説明において、「〜回路」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。また、プロセッサ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。   In the above description, what is described as “˜circuit” includes a processing circuit, and an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like can be used as the processing circuit. Further, a common processing circuit (the same processing circuit) may be used for each “˜circuit”. Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. When configured by a processor or the like, the program is recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, an FD, or a ROM (read only memory).

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、欠陥画素36がフレーム領域30の端部付近に位置する場合等、欠陥画素36の周辺画素を含めた画素群38の階調値が1つの画像から得られない場合には、隣接するフレーム領域30の低NAスキャンも行い、隣接する低NA光学画像を作成すればよい。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, when the gradation value of the pixel group 38 including the peripheral pixels of the defective pixel 36 cannot be obtained from one image, such as when the defective pixel 36 is located near the end of the frame region 30, the adjacent frame A low NA scan of the region 30 may also be performed to create an adjacent low NA optical image.

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。   In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the configuration of the control unit that controls the inspection apparatus 100 is omitted, it goes without saying that the required control unit configuration is appropriately selected and used.

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。   In addition, all pattern inspection apparatuses and pattern inspection methods that include elements of the present invention and whose design can be appropriately changed by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

10 検査領域
12,13 ラインパターン
14,15 スペースパターン
20 検査ストライプ
30 フレーム領域
36 画素
38 画素群
40 閾値レベル測定部
42 測定画像パターン寸法測定部
44 参照画像パターン寸法測定部
46 比較部
50,52,59 記憶装置
51 領域特定部
54 位置合わせ部
56 測定画像エッジペア検出部
58 参照画像エッジペア検出部
60 偏光板
61 偏光ビームスプリッタ
63 ミラー
64,65,66 レンズ
67,73 ミラー
68 コンデンサレンズ
69,70,72,80,81,82,83 レンズ
90 偏光素子
91 絞り
92,93 レンズ
100 検査装置
101 マスク基板
102 XYθテーブル
103 光源
104 対物レンズ
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 レーザ測長システム
123 ストライプパターンメモリ
140 AF制御回路
142 ピエゾ素子
144 検査モード切替制御回路
146 低NA検査回路
150 光学画像取得機構
160 制御系回路
170 透過照明光学系
171 照明形状切替機構
172 反射照明光学系
174 偏光ビームスプリッタ
176 駆動機構
178 結像光学系
180 開口絞り
190 透過光
192 光
300 マスク基板
301 透過光
302 対物レンズ
304 半導体基板
305 光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inspection area | region 12, 13 Line pattern 14, 15 Space pattern 20 Inspection stripe 30 Frame area 36 Pixel 38 Pixel group 40 Threshold level measurement part 42 Measurement image pattern dimension measurement part 44 Reference image pattern dimension measurement part 46 Comparison part 50, 52, 59 Storage Device 51 Region Identification Unit 54 Positioning Unit 56 Measurement Image Edge Pair Detection Unit 58 Reference Image Edge Pair Detection Unit 60 Polarizing Plate 61 Polarizing Beam Splitter 63 Mirror 64, 65, 66 Lens 67, 73 Mirror 68 Condenser Lens 69, 70, 72 , 80, 81, 82, 83 Lens 90 Polarizing element 91 Aperture 92, 93 Lens 100 Inspection device 101 Mask substrate 102 XYθ table 103 Light source 104 Objective lens 105 Photodiode array 106 Sensor circuit 107 Position circuit 108 Comparison times Path 109 Magnetic disk device 110 Control computer 111 Expansion circuit 112 Reference circuit 113 Autoloader control circuit 114 Table control circuit 115 Magnetic tape device 116 FD
117 CRT
118 Pattern monitor 119 Printer 120 Bus 122 Laser measurement system 123 Stripe pattern memory 140 AF control circuit 142 Piezo element 144 Inspection mode switching control circuit 146 Low NA inspection circuit 150 Optical image acquisition mechanism 160 Control system circuit 170 Transmitting illumination optical system 171 Illumination Shape switching mechanism 172 Reflection illumination optical system 174 Polarization beam splitter 176 Drive mechanism 178 Imaging optical system 180 Aperture stop 190 Transmitted light 192 Light 300 Mask substrate 301 Transmitted light 302 Objective lens 304 Semiconductor substrate 305 Light

Claims (4)

パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
前記光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
画像階調値プロファイルの第1の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第2の閾値レベルを測定する工程と、
前記第2の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
前記第1の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する工程と、
前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
Obtaining an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed;
Creating a reference image corresponding to the optical image;
Used for the reference image in which the pattern dimension of the normal pattern portion in the optical image specified by using the first threshold level of the image gradation value profile is the same as the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image. Measuring a second threshold level;
Using the second threshold level to measure a pattern dimension of a corresponding portion in the reference image corresponding to a pattern abnormal portion in the optical image;
Using the first threshold level to measure a pattern dimension of a pattern abnormality location in the optical image;
Comparing the pattern dimension measured from the reference image with the pattern dimension measured from the optical image, and outputting the pattern abnormality portion;
A pattern inspection method comprising:
前記光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のパターン検査方法。   The pattern inspection method according to claim 1, further comprising a step of detecting a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the optical image. 前記光学画像内のパターン異常個所の領域として、前記光学画像内の画素と前記参照画像内の対応画素とにおける階調差が第3の閾値を超える欠陥画素と前記欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の前記複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
前記光学画像から測定されたパターン寸法と前記参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、前記画素群内の前記複数のエッジペア間の寸法のうち、前記光学画像と前記参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法を前記パターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力することを特徴とする請求項1又は2記載のパターン検査方法。
As a region of a pattern abnormality portion in the optical image, a defective pixel in which a gradation difference between a pixel in the optical image and a corresponding pixel in the reference image exceeds a third threshold, and a plurality of pixels around the defective pixel And a pixel group composed of
When measuring the pattern dimension of the pattern abnormal part in the optical image, the dimension between a plurality of edge pairs in the pixel group is measured,
When measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image corresponding to the pattern abnormal part in the optical image, the dimension between the plurality of edge pairs corresponding to the plurality of edge pairs in the pixel group is measured,
When comparing the pattern dimension measured from the optical image and the pattern dimension measured from the reference image, of the dimensions between the plurality of edge pairs in the pixel group, the difference between the optical image and the reference image The pattern inspection method according to claim 1, wherein a pattern dimension between edge pairs having a maximum is determined as a pattern dimension of the abnormal pattern portion and output.
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
画像階調値プロファイルの第1の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第2の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
前記第2の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第1のパターン寸法測定部と、
前記第1の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する第2のパターン寸法測定部と、
前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
An optical image acquisition mechanism for acquiring an optical image of a mask substrate on which a pattern is formed;
A reference image creation unit for creating a reference image corresponding to the optical image;
Used for the reference image in which the pattern dimension of the normal pattern portion in the optical image specified by using the first threshold level of the image gradation value profile is the same as the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image. A threshold level measurement unit for measuring the second threshold level;
A first pattern dimension measuring unit that measures a pattern dimension of a corresponding part in the reference image corresponding to a pattern abnormal part in the optical image by using the second threshold level;
A second pattern dimension measuring unit that measures a pattern dimension of a pattern abnormality portion in the optical image using the first threshold level;
A comparison unit that compares the pattern dimension measured from the reference image and the pattern dimension measured from the optical image for the pattern abnormal part,
A pattern inspection apparatus comprising:
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