JP3708929B2

JP3708929B2 - パターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置

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Publication number: JP3708929B2
Application number: JP2003095672A
Authority: JP
Inventors: 徹東條; 利之渡辺; 育直磯村; 一人松木; 力小川; 明彦関根
Original assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004301705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査技術に係わり、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を製造するときに使用されるマスク，ウエハ，又は液晶基板等のパターンに含まれる欠陥を検査するためのパターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンには、１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、サブミクロンからナノメータのオーダにまで最小寸法が縮小されるものがある。このＬＳＩの製造工程における歩留まり低下の大きな原因の一つとして、リソグラフィ技術を用いて半導体ウエハ上に超微細パターンを露光、転写する際に使用するマスクに含まれる欠陥があげられる。
【０００３】
特に、半導体ウエハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴い、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くなっている。このため、極めて小さな欠陥を検査する装置の開発が精力的に進められている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴いＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、又はこれ以上の液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のパターンの微細化が進展し、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになっている。このため、大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製造する時に用いられるフォトマスクの欠陥を、短時間で効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となっている。
【０００５】
近年、この種のパターン欠陥検査装置において、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサを用いた方式が開発されている。ＴＤＩセンサとは、１次元センサを多段にしたセンサであり、１次元センサで取得した像の情報を次の段の１次元センサに順次転送し画像の積分を行うことにより、Ｓ／Ｎを高くして高速での検査が可能となる。
【０００６】
ＴＤＩセンサを用いた検査装置は、既に数多く提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。しかしながら、何れの文献においても、ケーラ照明方式では照明光学系における光量損失が大きい、クリティカル照明方式ではＴＤＩセンサ全体をカバーするような形状の光源がない等の問題がある。さらに、ＴＤＩセンサによる検査領域を一括照射すると、光干渉による光量むら（スペックル）が生じる。また、微小ビームを試料面上で走査する方式では、試料面にダメージを与える等の問題があり、十分な検査速度は得られない。特に、光源が短波長化され、得られる光量が少なくなってきた場合は、上記問題はより大きなものとなる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２２５５３号公報
【０００８】
【非特許文献１】
High resolution DUV inspection system for 150nm generation masks, SPIE Vol.3873,pp138-156,1999
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、ＴＤＩセンサを用いたパターン欠陥検査装置が提案されているが、検査時間と検査に要する装置に必要な光源パワーとの最適な解が得られていないのが現状であった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、使用するＴＤＩセンサの蓄積時間、必要となる光源パワーとが最適になる光学システムを実現することにより、検査時間が短く光源パワーが少なくて済み、且つスペックルの発生も無いパターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１２】
即ち本発明は、パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、前記画像を取得するためのセンサとして、１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列したＴＤＩセンサを用い、前記試料を前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動すると共に、前記試料面上に前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法に相当し試料移動方向に長いエネルギービームを照射し、且つ該エネルギービームを試料移動方向と直交する方向に走査することを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１４】
(1) エネルギービームは、試料面上においてＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素〜数画素に相当するほぼ矩形状のエネルギービームであること。
【００１５】
(2) エネルギービームの試料移動方向と直交する方向の走査範囲は、試料面上のＴＤＩセンサによる観察領域全体をカバーする範囲であること。
【００１６】
(3) エネルギービームを走査するための偏向中心を、エネルギービームの集光点よりも僅かにずらすこと。
【００１７】
また本発明は、パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、前記試料が載置されるステージと、前記試料に照射するためのエネルギービームを発生する光源と、１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列して形成され、前記パターン画像の取得に供されるＴＤＩセンサと、前記ステージを前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動するステージ駆動系と、前記エネルギービームを前記試料面上において前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素又は数画素とに相当するほぼ矩形状に形成し、且つ該エネルギービームをステージ移動方向と直交する方向に走査する照明光学系と、前記エネルギービームが前記試料に照射されたことにより生じる透過エネルギービーム若しくは反射エネルギービーム、又は透過及び反射エネルギービームの両方を集光し、前記ＴＤＩセンサに導く検出光学系と、を具備してなることを特徴とする。
【００１８】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１９】
(1) 照明光学系は、検出光学系の倍率に応じて矩形のビーム寸法を略相似的に変更できる機能を有すること。
【００２０】
(2) 照明光学系は、検出光学系の倍率に応じて試料移動方向と直交する方向のビーム走査幅を変更できる機能を有すること。
【００２１】
(3) エネルギービームはＴＤＩセンサの蓄積段のデータ転送時間と同期して走査するものとし、且つステージの１軸に対しＴＤＩセンサ画素寸法（検出光学系の倍率を考慮した）と転送時間とによって定まる速度になるように同期して連続移動を行うこと。
【００２２】
(4) ステージの１軸がＴＤＩセンサの画素寸法（検出光学系の倍率を考慮した）相当の移動に同期して移動し、且つＴＤＩセンサの蓄積段のデータ転送を行うことにより被測定試料のパターン画像を取得すること。
【００２３】
(5) ＴＤＩセンサの蓄積段寸法とセンサの画素寸法とに相当する略矩形状のエネルギービームの走査は、多光源発生装置からの光束の集光点と偏向中心位置とを若干ずらして偏向すること。
【００２４】
（作用）
本発明によれば、試料をＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動しつつ、試料面上にＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法に相当し試料移動方向に長いエネルギービームを照射し、且つ該エネルギービームを試料移動方向と直交する方向に走査することにより、試料上のパターン欠陥を検査することができる。そしてこの場合、使用するＴＤＩセンサの蓄積時間、必要となる光源パワーとが最適になる光学システムを実現することができ、検査時間が短く光源パワーが少なくて済み、且つスペックルの発生も無いパターン欠陥検査が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
発明の実施形態を説明する前に、パターン欠陥検査装置の一般的な構成例及び動作について説明しておく。図４は、大規模ＬＳＩの製作に用いられるマスクの設計データと測定データとを比較してパターンの検査を行うパターン欠陥検査装置の構成例を示す図である。
【００２６】
図４に示す欠陥検査装置では、図５に示されるように、マスク１に形成されたパターンにおける被検査領域５１が、仮想的に幅Ｗの短冊状の検査ストライプ５２に分割される。そして、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図４に示すＸＹθテーブル２に上記マスク１を搭載し、その内１軸のステージを連続移動させながら検査が実行される。他の１軸は上記ストライプ検査が終了したら隣のストライプを観察するためにステップ移動が行われる。
【００２７】
マスク１は、オートローダ１４とオートロ−ダ制御回路１３を用いてＸＹθテーブル２の上に載置されるが、ＸＹθテーブル２の走行軸に対してパターンが平行になっているとは限らない。そのため、走行軸に平行に搭載できるようにθステージの上に固定される場合が多い。上記制御はＸモータ１５，Ｙモータ１６，θモータ１７とテーブル制御回路１８とを用いて動作の制御がなされる。
【００２８】
マスク１に形成されたパターンは適切な光源３によって光が照射される。マスク１を透過した光は拡大光学系４を介してフォトダイオードアレイ５に入射される。フォトダイオードアレイ５の上には、図５に示す仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大され、光学像として結像される。結像状態を良好に保つために拡大光学系４がオートフォーカス制御されている。フォトダイオードアレイ５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５によって光電変換され、さらにセンサ回路６によりＡ／Ｄ変換される。このセンサ回路６から出力された測定画像データは、位置回路７から出力されたＸＹθテーブル２上のマスク１の位置を示すデータと共に比較回路８に送られる。
【００２９】
一方、マスク１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスク９から制御計算機１０を介して展開回路１１に読み出される。展開回路１１では、読み出された設計データが２値又は多値の設計画像データに変換され、この設計画像データが参照回路１２に送られる。参照回路１２は、送られてきた図形の設計画像データに対して適切なフィルタ処理を施す。このフィルタ処理は、センサ回路６から得られた測定パターンデータには、拡大光学系４の解像特性やフォトダイオードアレイ５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態になるため、設計画像データにもフィルタ処理を施して、測定画像データに合わせるために行われる。
【００３０】
比較回路８は、測定画像データと適切なフィルタ処理が施された設計画像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欠陥有りと判定する。
【００３１】
この種の欠陥検査装置の光学系としては、大きく別けて２種類の光学系が使用されている。
【００３２】
その１つは、図６に示すようにケーラ照明を使用して光学視野全体を照明する方法である。これは、点光源３から出た光をレンズ２０で拡大し、ハエの目レンズ２１で多光源化し、それぞれの光源を合成して比較的大きな照明領域を均一に照明する方法である。
【００３３】
このような照明方法を用いた検査装置で用いられるフォトダイオードアレイ５としては、１次元フォトダイオードアレイが一般的に用いられてきた。しかし、光源波長として短波長化が進み光源パワーの小さいレーザやランプが用いられるに従って、また短波長化によるセンサの感度の低下によって、１次元フォトダイオードアレイでは光量低下と感度低下による影響で電荷の蓄積時間を長くしなければ十分な信号Ｓ／Ｎ比が採れなくなってきた。この結果、高速での検査の実行が難しくなってきた。
【００３４】
これを解決する方法として、ＴＤＩセンサが開発されている。ＴＤＩセンサとは、図７に示すように１次元センサを多段にしたセンサである。１次元センサで取得した像の情報を次の段の１次元センサに順次転送し画像の積分を行う方法で、段数分だけ光量の蓄積が行われる。この場合、取得すべき画像は１次元センサで取得した像の情報を次の段のセンサに順次転送する転送速度に合わせて動く必要があり、このようなセンサを用いた場合は、図４に示したテーブルの速度は前記転送速度に合わせて動く必要がある。
【００３５】
このＴＤＩセンサを用いた場合においても、先に説明したようにケーラ照明方式では、レンズ２２の視野全域を照明しているため、効率的にセンサのみを照明しているとは限らず、光量ロスが生じている。即ち、実際に画像取得として使用される領域はセンサの領域のみのため、ロスを生じている。従って、ＴＤＩセンサによる蓄積を利用したとしても、かなりの部分の光量は無駄に使用されている。今後光源が短波長化され、得られる光量が少なくなってきた場合は、上記光量損失は大きな問題となる。
【００３６】
光学系の他の方法としてクリティカル照明と呼ばれる方法がある。図８にその基本的な構成を示す。基本的には光源３の光を単純にレンズ２３で集光して、これを照明光とする方法である。例えば、光源自体がある面積を有している場合は、それに応じて照明面積が集光点に得られるが、例えば光源としてレーザ光を用いた場合は集光点は１点に集中し（ｄ＝１．２２λ／ＮＡで簡易的に求められるオーダ、ここでλ＝波長、ＮＡ＝開口数）、極めて微小な領域しか照明できないことになる。
【００３７】
この特性を利用したビームスキャン方法と呼ばれる画像取得方法が開発されている。図９は、ビームスキャン方法の光学系の一例を示すもので、レーザ光源２５からのレーザ光を用いてビームを絞り、そのビームをマスク１上で走査（スキャン）し、その透過光をフォトダイオード５で測定する。この方法では、ビームのスキャンによって照射された部分の画像空間情報が、フォトダイオード５で時間情報として得ることができる。先の１次元フォトダイオードアレイの場合は空間情報がそのままアレイ上の画像信号として得られるのと大きく異なる。この方法は光量の有効活用という点では非常に優れた方法である。
【００３８】
しかしながら、フォトダイオード５で得られる画像のＳ／Ｎ比を良くしたい場合（画質を良くしたい場合）、低速走査では十分な光量が得られるのに対して高速走査では十分な光量が測定されず画質上問題を生じるのが一般的である。その対策として、照射光量を増やす方法が考えられるが（レーザパワーを増やす）、上述したようにビームはマスク１面上で、ほぼ一点に集中して集光しているため、エネルギー密度が極めて高くなりマスク１面の遮光体にダメージを与える欠点が新たに生じる。実際に市販されている検査装置はこれらのバランスを考えて設計されているのが実状である。要は光量を有効に使用しているものの、画像のＳ／Ｎ比の問題、マスク面の遮光体へのダメージの問題等で、先のケーラ照明方式と検査速度的には差が無い結果になっている。
【００３９】
一方、１次元フォトダイオードアレイセンサを用いてセンサのみの領域を照明して効率を向上した検査装置も報告されている。この方法は、使用する１次元フォトダイオードアレイセンサ上のみを照明するため非常に照明効率は良い。しかし、短波長化が進む中で、このような方法でも、より一層の光源パワーの使用効率化が求められている。
【００４０】
一方、前記した特許文献１にはＴＤＩセンサを用いた検査装置が開示されている。しかし、この方法では共焦点光学系を構成し、複数のスリット状ピンホールを通過した光束を照明しその後にＴＤＩセンサ上に像を結ぶ方式である。この光学系はあくまでセンサ上でスポットビームを作り出す方法を取り、ＴＤＩセンサを用いることで若干の光量有効に使うメリットはあるが、照明系や検出系内部での光量損失が大きく、光量を有効に使用できていない。特に短波長を用いた装置では、高速検査で十分な画質を得ることができないという問題点は解決されていない。
【００４１】
以上の光学系とセンサとの選択の問題点を、図１０（ａ）〜（ｄ）を用いて簡単に代表的な構成のみについて説明すると、以下のようになる。いま、図１０（ａ）に示すように照明視野径をＦ（＝Ｂ×Ｓ）、使用するセンサの画素数をＢ、センサの画素寸法を視野換算した値をＳ、画素に照射できる最大の単位面積当りの光エネルギーをｗ（ｗｔ以上のパワーを注入するとマスク遮光体にダメージが生じる値）とし、画素当たりのセンサ蓄積時間をｔ、ＴＤＩセンサ蓄積段数をＤとすると、（ここで、Ｂ≧Ｄである）
【００４２】
▲１▼照明視野Ｆの一括投影方式（図１０（ａ））
・照明に必要な光源パワー（照明視野全体）＝ｗπＦ²／４＝ｗπＢ²Ｓ²／４
・１次元ダイオードアレイでのＢ画素画像取得時間＝ｔ
【００４３】
▲２▼一括照明でセンサ領域のみを照明
・照明に必要な光源パワー（照明視野全体）＝ｗＢＳ²
・１次元ダイオードアレイでのＢ画素画像取得時間＝ｔ
【００４４】
▲３▼ビームスキャン方式（ビームは画素寸法に絞られている。検出器として１個のフォトダイオード使用）
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ²
・１個のフォトダイオードでＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ
【００４５】
▲４▼ビームスキャン方式（１次元ダイオードアレイ使用）（図１０（ｂ））
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ²
・１次元フォトダイオードアレイでＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ
【００４６】
▲５▼ＴＤＩ対応ビームスキャン（ＴＤＩセンサ使用）（図１０（ｃ））（簡単のためビームは理想的なＳＤの面積をカバーする形状とする）
・照明に必要な光源パワー＝ｗＳ²Ｄ
・ＴＤＩセンサＢ画素画像取得時間＝Ｂｔ／Ｄ
【００４７】
▲６▼ＴＤＩセンサ部のみ照明する一括投影方式（図１０（ｄ））
・照明に必要な光源パワー＝ｗＢＤＳ²
・ＴＤＩセンサＢ画素画像取得時間＝ｔ／Ｄ
となる。
【００４８】
一方、測定量の推定精度は一般的に測定の繰り返しによって改良されることが一般的に知られている。即ち、同じ測定を何度も繰り返してその平均値を求めればそれは測定量の本当の値に近づく。要は測定値（この場合はセンサの出力信号値Ｙのばらつき）ＳｙはＮ回の測定をすることによって、ばらつきＳｙ（σ）はＳｙ／√Ｎとなる。ＴＤＩセンサを用いた場合はＮ＝蓄積回数（Ｄ）となるので、Ｓｙ（∧）＝Ｓｙ／√ｄとなる。以上を纏めると下記の（表１）のようにになる。
【００４９】
【表１】

【００５０】
光量以外の評価として、照明光学系内部での光干渉による光量むらの問題がある。▲１▼，▲２▼の視野一括方式や▲６▼のＴＤＩ一括照明方式では均一照明を得るために様々な工夫が必要となる。最近では、検査装置の光源としてレーザ光を用いることが要求されるようになってから、この照明光学系内部での光の干渉による光量むらが顕著になってきている（ここではこの光量むらをスペックルと呼ぶ）。スペックルは結果的にセンサのノイズとして計測され検出感度に大きく影響する。▲１▼，▲２▼，▲６▼の照明方法では、スペックル低減のための光学システムを専用で持たなくてはならず、コスト面、光量損失面でも不利である。
【００５１】
このスペックルを低減する方法として、対物レンズの瞳位置でランダムにビームを時系列的に照射する方法や拡散板を用いた方法、位相が異なる微小な部分に光を透過させる方法などが考案されているが、それぞれに問題があり完全にスペックルを消すに至っていない。このように、▲１▼，▲２▼，▲６▼のような一括照明ではスペックルが大きな問題となる。
【００５２】
以上の結果から、（表１）内での照明方法として▲３▼，▲４▼，▲５▼のビームスキャン方式が光源パワーや画像取得時間で有効なことが判る。特に、▲５▼のＴＤＩセンサを用いてビームをスキャンする方法が優れていることが判る。そこで本発明では、ＴＤＩセンサを用いてビームをスキャンする方法を採用している。
【００５３】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００５４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン欠陥検査装置における光学システムの構成を示す図である。なお、光学システム以外の構成は前記図４に示す構成と同様である。
【００５５】
レーザ光源１１１から出射された光は、まず適当な光源面を得るために、ビームエキスパンダ１１２を経てハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３に導かれる。ここで、ビームを矩形状に成形するために、ビームエキスパンダ１１２の前段にスリットを設けてもよい。その後、ビームは偏向を行うための偏向装置１１４に導入される。
【００５６】
図１では、偏向装置１１４としてＡＯＤ（音響光学偏向素子）を用いている。ビームの偏向を行うには、ＡＯＤ以外にも回転ミラーやスキャナー等が考えられる。偏向装置１１４の配置位置は、後述するコンデンサレンズ１１５の共役位置である。偏向装置１１４により偏向された光束は、リレーレンズ群１１６ａ，１１６ｂを通ってコンデンサレンズ１１５を通り、被測定試料面１１８上で略矩形スリットを形成して走査される。
【００５７】
このような光学配置では、コンデンサレンズ１１５の瞳位置１１７で広がった光束は試料面１１８上の一点にＮＡを持った光束を作り、パターンの光学観察に必要な解像性を持ったケーラ照明光学系になる。試料面１１８上での略矩形スリット形状は少なくともＴＤＩセンサ上の蓄積段方向をカバーする大きさとなっている。
【００５８】
ここで、試料面１１８上に形成されるレーザビームの形状は、原理的にはＴＤＩセンサの信号蓄積段方向の寸法と該センサの１画素に相当する矩形状であればよい。矩形ビームの短辺方向の長さは、光源効率の点から短い方が望ましく最小では１画素相当分であるが、ビーム照射の位置ずれ等を考慮して２〜３画素相当分にしても良い。
【００５９】
なお、ＴＤＩセンサの１画素の寸法は例えば１６μｍ□であり、蓄積段数は例えば２５６段であり、この場合の蓄積段方向の寸法は１６μｍ×２５６＝４０９６μｍとなる。従って、試料面１１８上のレーザビームの形状は、検出光学系の倍率を例えば４倍とすると、試料移動方向に１ｍｍ強、これと直交する方向に４〜１２μｍ程度の矩形とすればよい。
【００６０】
なお、図１に示すハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３の集光点を、偏向装置１１４の偏向中心位置に合わせた場合、図２（ｂ）に示すように、形成したビームの光量むらが偏向によって偏向領域内に空間的に固定してしまう。これは、図２（ａ）に示す一括照明同様の光量むらが生じてしまうことと同様の結果となる。そこで、図２（ｃ）に示すように、偏向装置１１４の偏向中心位置を敢えて若干デフォーカスした位置でビームを偏向することでこれを回避することができる。勿論、レーザ光源の可干渉性が低減でき、ケーラ照明においてもスペックルが発生しない場合には、敢えて集光点をずらす必要はない。
【００６１】
図３に、スリット光１２０とＴＤＩセンサ１２１、ステージレイアウトの概念図を示す。スリット光１２０はＴＤＩ蓄積段をカバーし、それと直交する方向には可能な限り細くした矩形状にした方が良い。矩形状光束を作り出すためには、多光源発生装置１１３の前段にスリットを設ける代わりに、多光源発生装置１１３を変更することによっても実現できる。一般に、ハエの目レンズ状の多光源発生装置１１３は多数の正方形断面を持つ棒状レンズで形成されているが、棒状レンズの断面形状を矩形状にすることにより実現できる。
【００６２】
このような多光源発生装置１１３を用いた照明光学系の光束は、現実的には図３に示すように長楕円スリットとなる。この楕円スリットは長手方向がＴＤＩセンサ１２１の蓄積段方向で、その直角方向が例えば２０４８画素のライン方向となっている。１段目の画像取得が一定時間で終了する間に、略矩形状光束を蓄積段方向と直交方向に走査する（図中の矢印で示す）。１方向走査のみしか行わない走査方法と往復走査を行う走査方法が考えられる。その後、１段目の取得データは２段目のラインに転送される。それと同時にステージが段数方向に同期して移動すると（この移動量は検出光学系の倍率に依存する）、ＴＤＩセンサ１２１上では１段目で測定した被測定試料面の同じ画像が２段目に観察される。そして、蓄積時間内に光束の走査が再度行われる。
【００６３】
このように本実施形態では、ステージの移動と光束の走査が連続して行われることにより、同じ画像データの蓄積が行われ画質の向上が実現できる。略矩形状スリット光束は常に蓄積段数に相当する領域を走査するので、蓄積段数分の画像データが取れる。従来の１次元ＣＣＤセンサを用いたスキャンタイプとは異なりＳ／Ｎの向上が大幅に期待できるし、特許文献１で示された方法に比べ絶対光量や信号のＳ／Ｎを大幅に改善できることが分かる。蓄積が行われる分だけ略矩形光束の単位面積当りの照射エネルギーを低減できるため、照射エネルギーを大きくした時に生じる試料面の遮光体のダメージ問題を無くすことができる。これらは、前記（表１）によって証明されたことである。
【００６４】
また、一括照明方式に比べレーザ光源に要求する光量を小さくでき、検査装置システム設計上，コスト面，大きさ，光学系部品の劣化の問題などメリットは大きい。
【００６５】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００６６】
実施形態における画像取得方法では、光束の走査，ステージ移動，ＴＤＩセンサの蓄積時間との同期を取る必要があるが、光束の走査を基準にして他の２つ（ステージ移動，ＴＤＩセンサの蓄積時間）の同期を取る制御方式でも良い。さらに、ステージが正確に目標値に来たときに（多くはレーザ干渉計の位置座標を基に行われる）同期させて、他の２つ（光束の走査、センサ蓄積）との同期を取っても良い。或いは、ＴＤＩセンサの蓄積時間に合わせて、光束の走査とステージの速度制御を行っても良い。それぞれにメリットがあるために、目的に応じて適した方法を選択すればよい。
【００６７】
被測定面上のスリット光束の大きさや走査幅を検出光学系の倍率に応じて変化させると、より有効に光源パワーを利用できる。その方法としては、例えば偏向にＡＯＤや振動タイプのスキャナーを用いた場合は、偏向電圧を変えることで走査幅の変更を容易に実現できる。光束の大きさを変更するには、多光源発生装置の大きさを切り替えることによって容易に実現できる。
【００６８】
また、実施形態では被測定試料の透過光をＴＤＩセンサに導いてパターン欠陥を検査したが、透過光の代わりに反射光を基にパターン欠陥検査を行うようにしてもよい。さらに、試料からの透過光と反射光の両方を検出して欠陥検査を行うことも可能である。また、検査に用いるエネルギービームは必ずしも光に限るものではなく、Ｘ線や電子ビーム等を用いることも可能である。
【００６９】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、従来の方法に比べ、光源に必要となる光量を小さくでき、且つスペックル発生がない良好な画像を高速で得ることができる。同時に光学レンズへの照射エネルギーが低下することから、レンズ系に与えるダメージを低減でき、装置の稼動率が向上する。従って、今後レーザを用いた画像観察が主流になる中、本方式をパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置に用いた場合、システムを簡素化でき、信頼性が高く、かつ検出感度の高い欠陥検査を高速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるパターン欠陥検査装置を説明するためのもので、特に光学システムの構成を示す図。
【図２】照明方法の違いによる光量むらの一例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態を説明するためのもので、スリット光とＴＤＩセンサ及びステージ移動方向との関係を示す図。
【図４】パターン欠陥検査装置の一般的な構成を示す図。
【図５】フォトマスクの検査ストライプを説明するための図。
【図６】パターン欠陥検査装置におけるケーラ照明方式の光学系構成の例を示す図。
【図７】ＴＤＩセンサを説明するための図。
【図８】パターン欠陥検査装置におけるクリティカル照明方式の光学系構成の例を示す図。
【図９】ビームスキャン方法と１次元フォトダイオードアレイセンサを用いた検査装置の光学システムの構成を示す図。
【図１０】照明視野と検出センサとの関係を示す図。
【符号の説明】
１１１…レーザ光源
１１２…ビームエキスパンダ
１１３…多光源発生装置
１１４…偏向装置
１１５…コンデンサレンズ
１１６…リレーレンズ
１１７…瞳位置
１１８…試料面
１２０…スリット光
１２１…ＴＤＩセンサ

Claims

パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、
前記画像を取得するためのセンサとして、１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列したＴＤＩセンサを用い、前記試料を前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動すると共に、試料移動方向の寸法が前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段の寸法に相当し、試料移動方向と直交する方向の寸法が試料移動方向の寸法よりも短く前記ＴＤＩセンサの１画素〜数画素の寸法に相当するほぼ矩形状のエネルギービームを前記試料面上に照射し、且つ該エネルギービームを試料移動方向と直交する方向に走査することを特徴とするパターン欠陥検査方法。
前記エネルギービームの試料移動方向と直交する方向の走査範囲は、前記試料面上の前記ＴＤＩセンサによる観察領域全体をカバーする範囲であることを特徴とする請求項１記載のパターン欠陥検査方法。
パターンが形成された被測定試料にエネルギービームを照射してパターンの画像を取得し、この画像を基に試料の欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、
前記試料が載置されるステージと、
前記試料に照射するためのエネルギービームを発生する光源と、
１次元センサを信号蓄積段方向に多段に配列して形成され、前記パターン画像の取得に供されるＴＤＩセンサと、
前記ステージを前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段方向に相当する方向に移動するステージ駆動系と、
前記エネルギービームを、ステージ移動方向の寸法が前記ＴＤＩセンサの信号蓄積段の寸法に相当し、ステージ移動方向と直交する方向の寸法がステージ移動方向の寸法よりも短く前記ＴＤＩセンサの１画素〜数画素の寸法に相当するほぼ矩形状に形成し、且つ該エネルギービームをステージ移動方向と直交する方向に走査する照明光学系と、
前記エネルギービームが前記試料に照射されたことにより生じる透過エネルギービーム若しくは反射エネルギービーム、又は透過及び反射エネルギービームの両方を集光し、前記ＴＤＩセンサに導く検出光学系と、
を具備してなることを特徴とするパターン欠陥検査装置。