JP4590521B1 - 検査装置、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ高感度で欠陥検査を行うことができる検査装置、及び検査方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様にかかると、対物レンズ１３と、対物レンズ１３の視野の一部である検査領域５２を照明する反射照明光学系６１と、検査領域５２と検査領域５１とを照明する透過照明光学系６２と、透過照明光学系６２に設けられ、検査領域５２に入射する透過照明光の光強度を検査領域５１に入射する透過照明光の光強度よりも低くする部分透過板４と、検査領域５２において、透過照明光学系６２からの透過照明光のうち試料を透過した透過光と反射照明光学系６１からの反射照明光のうち試料で反射した反射光とを検出するＴＤＩカメラ１６ｂと、検査領域５１において、透過照明光学系からの光のうち試料を透過した透過光を検出するＴＤＩカメラ１６ａと、を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を検査する検査装置、及び検査方法に関する。

一般にパターンが形成されたマスクの欠陥検査の方法には、マスクパターンと設計データとの比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ比較法と呼ばれる。）と、２つのチップにおけるパターン比較検査法（一般にＤｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法と呼ばれる。）の２通りの方法が広く知られている。どちらの方式でもマスクパターンにおける微小な一部分（以下、観察領域と呼ぶ。）を対物レンズによって拡大して、その拡大された光学像をＣＣＤカメラで検出して検査を行っている。ただし、ＣＣＤカメラを用いる際に、以下に説明するＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる方式が用いられる場合が多い。このため、このＣＣＤカメラは、ＴＤＩカメラ、あるいはＴＤＩセンサーなどと広く呼ばれている。

ＴＤＩカメラの基本的な動作原理を以下に説明する。例えば、縦方向に５１２画素、横方向に１０２４画素の合計５２４，２８８画素数から成る長方形状のＴＤＩセンサーを用いる場合について説明する。マスクにおける観察領域のセンサー面への投影画像が、センサーの縦方向に沿って移動するようにマスクをスキャンさせる。こうすることで、各画素から得られる光信号を、縦方向の５１２画素分で積分している。この動作形態はＴＤＩ動作と呼ばれる。ＴＤＩ動作では、ＣＣＤの画素ごとの僅かな感度バラツキが低減されるため、高い感度で欠陥検査が行える特長がある。

ただし、デジタルカメラによって写真撮影するのと同様に、合計５２４，２８８画素数のＣＣＤによって、マスクの検査領域をスナップショット的に撮影する場合もある。この場合、二次元データを一括的に取得し、そのデータに基づいて欠陥検出する検査手法が用いられることになる。以下、この検査手法をフレームモードによる欠陥検査と呼ぶ。フレームモードによる欠陥検査では、前述したようなＴＤＩ動作とは異なり、画素ごとの感度バラツキの影響を受ける。このことから、あらかじめ全画素に対して、各画素の感度を計測しておき、欠陥判別のためのデータ処理の際に、感度バラツキを補正する必要がある。

また、観察領域を照明するための光源としては、紫外域で連続動作するレーザや紫外域にスペクトルを有する点光源ランプが用いられている。これらのレーザやランプから取り出される紫外光を、マスクに対して対物レンズと反対側から照射する照明方式は透過照明と呼ばれている。これに対して、マスクに対して対物レンズ側から照明する照明方式は反射照明と呼ばれている。

透過照明による検査では、マスクのパターンにおける遮光部以外の部分（つまり石英ガラスの部分等）を通過する光を検出する。このため、その部分に付いているパーティクル等の欠陥を検出し易い。一方、遮光膜上や、ハーフトーン膜（例えば、ＭｏＳｉ膜）上にパーティクル等が付着していると、そこでの反射率が変わる。このことから、このようなパーティクルは反射照明による検査で検出し易い。

また、ＴＤＩカメラを２台用いて、反射照明による検査と、透過照明による検査とを同時に行うことができる装置も提案されている。これによると、透過照明による検査と反射照明による検査とを時間的に別々に行う検査方式（つまり最初にマスク全面を透過照明による検査を行い、それが終了したらマスク全面を反射照明による検査を行う検査方式）に比べて、トータル時間が半分程度に短縮される特長がある。なお、透過照明光と反射照明光を同時に照明する照明法のことを、以下、ＴＲ同時照明と呼ぶ。ＴＲ同時照明を実現するためのマスク検査装置に関しては、例えば、特許文献１、２、及び３に説明されている。

一般に、ＴＲ同時照明を実現するには、対物レンズの視野内で、透過照明光を照射させる領域（透過照明領域）と、反射照明光を照射させる領域（反射照明領域）とを分ける必要がある。つまり、それぞれの照明光をマスク面上で異なる領域に照射させる必要がある。これに関して、特許文献２及び３では、対物レンズの視野と共役な結像面にナイフエッジのような遮光板を配置して、ビームをカットしている。これにより、透過照明光と反射照明光とが、対物レンズの視野の半分を照明する。

さらに、本件の出願人も反射照明光と透過照明光を利用する検査装置を開発している（特許文献４、５）。特許文献４の検査装置では、それぞれの光路中に絞りを入れることによって、反射照明光と透過照明光をカットしている。これにより、対物レンズの視野の半分を照明することができる。特許文献５の検査装置では、透過照明光で視野全体を照明し、反射照明光で視野の半分を照明している。すなわち、特許文献５の検査装置では視野の半分に、反射照明光と透過照明光とがオーバーラップする領域がある。

特表２００２−５０１１９４号公報 特開２００４−３０１７５１号公報 特開２００６−１１２９１２号公報 特開２００７−２９８５２６号公報 特開２００８−１９０９３８号公報

ＴＲ同時照明の照明法において、透過照明や反射照明における視野と共役な位置に遮光板を配置しても、実際には透過照明領域と、反射照明領域とを近づけると、反対側の照明光（つまり透過照明領域においては反射照明光、反射照明領域においては透過照明光）が混ざってしまうことがあった。その結果、それぞれの照明領域内で不均一な照度分布になってしまった。

ただし、各照明領域を長方形状として、その短辺方向に積分するようにＴＤＩ動作させて検査する場合は、その積分方向に関して反対側の照明光が混ざっても、積分することで平均化されるため、検査感度が大きく低下することはない。

ところが、ＴＤＩカメラによるフレームモードでの検査や、ＣＣＤを用いたスナップショット的な画像取得による検査の場合、反対側の照明光が混じる部分と、反対側の照明光が混じらない部分との間で、コントラストに差が生じる。よって、照明光が混じる部分と混じらない部分で欠陥検出感度が異なってしまう問題がある。

なお、透過照明領域と、反射照明領域とが完全に分かれるように、互いを離して照明させようとすると、視野全体の大きさは限られていることから、それぞれの照明領域が狭くなってしまう問題がある。

また、特に透過照明領域における反射照明領域側のエッジ部を、遮光板によってシャープにカットすることは困難である。その理由を以下に説明する。透過照明の場合、遮光板は、マスク面に集光させるために用いられるコンデンサレンズともう一つのレンズによって、マスク面に結像させている。しかしながら、コンデンサレンズの収差が、対物レンズの収差よりも大きい場合が多く、その結果、マスク面における遮光板の投影象がぼけてしまうからである。

なお、コンデンサレンズの収差が対物レンズの収差よりも大きくなる理由を以下に説明する。透過照明光は厚さ約６．３ｍｍのマスク基板内を進む。透過照明光をコンデンサレンズでマスク面に集光させる場合、透過照明光はこのマスク基板を通過することになる。すなわち、比較的厚い平行板が結像光学系内に配置されることになる。このような条件で、収差が小さく高い結像性能を得られるようなレンズ（一般に数枚の球面あるいは非球面レンズで構成されるレンズ群）は設計・製作が難しく、その結果高価になるからである。このようにＴＲ同時照明では、遮光板を用いて透過照明光をシャープにカットすることが困難となる。よって、視野において照明領域を広くすることが困難である。よって、高速かつ高感度で検査することが困難になってしまうという問題点がある。

本発明は、高速かつ高感度で検査を行うことができる検査装置、及び検査方法を提供することである。

本発明の第１の態様に係る検査装置は、試料を透過した透過光と前記試料で反射した反射光とを用いて検査を行う検査装置であって、対物レンズと、前記対物レンズの視野の一部である第１の領域を、前記試料の対物レンズ側から照明する反射照明光学系と、前記第１の領域と前記対物レンズの視野内において前記第１の領域以外の第２の領域とを、前記試料の対物レンズ側の反対側から照明する透過照明光学系と、前記透過照明光学系に設けられ、前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度を前記第２の領域に入射する透過照明光の光強度よりも低くする部分透過部材と、前記第１の領域において、前記透過照明光学系からの透過照明光のうち前記試料を透過した透過光と前記反射照明光学系からの反射照明光のうち前記試料で反射した反射光とを前記対物レンズを介して検出する第１検出器と、前記第２の領域において、前記透過照明光学系からの光のうち前記試料を透過した透過光を、前記対物レンズを介して検出する第２検出器と、を備えるものである。これにより、高速かつ高感度で検査を行うことができる。

本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置であって、前記光軸と垂直な面における第１の方向に応じて、前記部分透過部材の透過率が変化しているものである。これにより、簡便な構成で検査を行うことができる。

本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置であって、前記部分透過部材を通過して前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度がほぼ一定であることを特徴とするものである。これにより、より正確に検査を行うことができる。

本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置であって、前記第１検出器及び前記第２検出器が、複数フレームで取得した光信号を積分して撮像するＴＤＩモードと、１つのフレームで撮像するフレームモードとを切換可能であることを特徴とするものである。これにより、均一な感度でフレームモードでの撮像を行うことができる。

本発明の第５の態様に係る検査方法は、試料を透過した透過光と前記試料で反射した反射光とを対物レンズを介して検出して、検査を行う検査方法であって、前記試料の前記対物レンズ側から反射照明光を試料に照射して、前記対物レンズの視野の一部である第１の領域を照明するステップと、前記試料の対物レンズ側の反対側から透過照明光を試料に照射して、前記第１の領域と前記対物レンズの視野内において前記第１の領域以外の第２の領域とを照明するステップであって、前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度を前記第２の領域に入射する透過照明光の光強度よりも低くして照明するステップと、前記透過照明光、及び前記反射照明光の前記試料上の位置を変化させながら、前記反射照明光のうち前記試料で反射した反射光と、前記透過照明光のうち前記試料を透過した透過光とを前記対物レンズに入射させるステップと、前記対物レンズを通過した前記透過光、及び前記反射光によって生成された前記第１の領域の光学像を撮像するステップと、前記対物レンズを通過した前記透過光によって生成された前記第２の領域の光学像を撮像するステップと、を備えるものである。これにより、高速かつ高感度で検査を行うことができる。

本発明の第６の態様に係る検査方法は、上記の検査方法であって、前記透過照明光の光路中に部分透過部材が設けられ、前記光軸と垂直な面における第１の方向に応じて、前記部分透過部材の透過率が変化することを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で検査を行うことができる。

本発明の第７の態様に係る検査方法は、上記の検査方法であって、前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度がほぼ一定であることを特徴とするものである。これにより、より正確に検査を行うことができる。

本発明の第８の態様に係る検査方法は、上記の検査方法であって、前記第１の領域を撮像する第１検出器、及び前記第２の領域を撮像する第２検出器が、複数フレームで取得した光信号を積分して撮像するＴＤＩモードと、１つのフレームで撮像するフレームモードとを切換可能であることを特徴とするものである。これにより、均一な感度でフレームモードでの撮像を行うことができる。

本発明によれば、確実に欠陥を修正することができる欠陥修正装置、及び欠陥修正方法を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる検査装置を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる検査装置において利用される部分遮光板を説明するための図である。 本実施の形態にかかる検査装置における照明光を説明するための図である。 本実施の形態にかかる検査装置における対物レンズの視野を説明するための図である。 従来の検査装置の照明光を示す図である。 検査装置における照明光の照度を示す図である。 別の実施形態にかかる部分遮光板を説明するための図である。 別の実施形態にかかる部分遮光板による照度変化を示す図である。 拡がり角の小さい光ビームが結像光学系によってＴＤＩのセンサ面に結像される様子を示す図である。 拡がり角の大きい光ビームが結像光学系によってＴＤＩのセンサ面に結像される様子を示す図である。 検査装置に用いられる空間分割ミラーの構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

本発明の第一の実施形態にかかる欠陥検査装置を、図１〜４を用いて説明する。図１は、本発明の検査方法を適用したマスク検査装置の照明光学系の構成図である。図１では、ＸＹＺの三次元直交座標系を示している。マスク検査装置は、マスク８を対物レンズ側から照明する反射照明光学系６１と、マスク８を対物レンズの反対側から照明する透過照明光学系６２と、を有している。

図示していないレーザ装置からのレーザ光Ｌ１は、レンズ１ｂによってホモジナイザー２に入射する。レーザ光Ｌ１は、ホモジナイザー２の内部で全反射を繰り返しながら進む。こうすることで、ホモジナイザー２の出射面では、均一な光強度分布のビームが形成されている。すなわち、ホモジナイザー２は均一な空間分布の照明光を出射する光源となる。

ホモジナイザー２を出射したレーザ光Ｌ１は、レンズ１ｂを通って平行ビームに戻されてから、ビームスプリッタ３によって２方向に分割される。レーザ光Ｌ１は、それぞれ透過照明光ＬＴ、及び反射照明光ＬＲとして利用される。すなわち、１本のレーザ光Ｌ１から透過照明光ＬＴと反射照明光ＬＲが生成される。この透過照明光ＬＴが伝播する光学系が透過照明光学系６２となり、反射照明光ＬＲが伝播する光学系が反射照明光学系６１となる。

まず、透過照明光学系６２について説明する。透過照明光学系６２の中には、本実施の形態にかかる検査装置の特徴部分の一つである部分透過板４が設けられている。透過照明光ＬＴは、レンズ１ｃを通過してから部分透過板４に照射する。この部分透過板４は、ホモジナイザー２の出射面と共役な位置になっている。すなわち、ホモジナイザー２の出射面の光学像が、レンズ１ｂとレンズ１ｃとによって、部分透過板４の位置に投影されるようになっている。この部分透過板４の詳細構成に関しては、図２を用いて後述する。部分透過板４は光路中の半分に挿入されている。図１では光路中の上半分に部分透過板４が挿入されている。したがって、光路中の下半分の光は、部分透過板４の影響を受けずに、そのまま伝播する。すなわち、光路中の下半分の光は、部分透過板４によって遮光されない。

この部分透過板４は入射した光の一部を透過し、一部を遮光する。さらに、部分透過板４の透過率の分布は光の入射位置に応じて変化している。したがって、この部分透過板４によって透過照明光ＬＴの空間分布が変化する。すなわち、部分透過板４を通過するビーム（ビーム断面に関して図１で上半分のビームであり、部分透過照明光と呼ぶ。）と、部分透過板４を通過しないビーム（ビーム断面に関して図１で下半分）とで空間分布が大きく変化する。どちらのビームもレンズ１ｄを通過し、ミラー５ａで折り返される。そして、ミラー５ａで反射した透過照明光ＬＴは、１／４波長板６ａとコンデンサレンズ７とを通過する。コンデンサレンズ７で屈折した透過照明光ＬＴは、マスク８を構成するマスク基板８ｂのマスク面（図１で上側の面）における観察領域を照明する。

ここで、部分透過板４について図２を用いて説明する。図２は部分透過板４の構成と、その透過率について示す図である。部分透過板４は、例えば、矩形状の平板である。部分透過板４は、図２に示したように、Ｙ方向に関して透過率が変化している。Ｙ座標が大きくなると、約２０％でほぼ一定の透過率を有している。また、Ｙ座標が小さい端の方では、透過率が徐々に低下している。すなわち、部分透過板４は、その一端近傍で、透過率が変化している。そして、Ｙ座標が大きい箇所では、透過率が一定になっている。なお、このように透過率が一つの方向で変化するような透過板を実現するには、透明な石英基板上に、Ｙ方向に関して反射膜の厚みが変化するような反射コーティングを施してもよい。あるいは一つの方向で遮光率が変化するようなＮＤフィルタを用いてもよい。つまりクロム膜が蒸着された一般の遮光フィルタにおいて、クロム膜の厚みをＹ方向で変化させればよい。このように、部分透過板４は、入射した一部の光の通過を制限するフィルタとして機能する。さらに、その透過率が入射位置（Ｙ座標）に応じて変化している。部分透過板４を通過した部分透過照明光は、部分透過板４を通過していない透過照明光ＬＴに比べて光量が低くなる。また、部分透過照明光は、部分透過板４の透過率分布に応じて光量の空間分布が変化している。なお、部分透過板４における透過率が低下するエッジ部に関して、単に基板のエッジ部を斜めにカットしたものを用いても良い。

図１に戻って、検査装置の反射照明光学系６１を説明する。ビームスプリッタ３を通過した反射照明光ＬＲは、レンズ１ｅを通り、ミラー５ｂで折り返される。ミラー５ｂで折り返された反射照明光ＬＲは遮光板１１に入射する。遮光板１１は、光路の半分にのみ挿入されている。ここでは、ビーム断面で図１における下側の部分が、遮光板１１に相当する。したがって、反射照明光ＬＲはこの遮光板１１で遮光される。一方、ビーム断面で上側の部分は、遮光板１１に当たらない。このため、反射照明光ＬＲは、ここを通過する。すなわち、遮光板１１が存在する下半分の反射照明光ＬＲは、遮光されてレンズ１ｆに到達しない。一方、遮光板１１が存在しない上半分の反射照明光ＬＲはレンズ１ｆに到達する。このように、遮光板１１は透過照明光ＬＲのほぼ半分を遮光する。

そして、遮光板１１の外側を通過した反射照明光ＬＲは、レンズ１ｆを通り、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１２に入射する。反射照明光ＬＲは、ＰＢＳ１２に入射後、下側、すなわち試料であるマスク８の方向に反射する。そして、ＰＢＳ１２で反射した反射照明光ＬＲは、１／４波長板６ｂを通過することで円偏光となる。円偏光となった反射照明光ＬＲは、対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３で屈折した反射照明光ＬＲは、マスク８に入射する。この反射照明光ＬＲが、マスク８を構成するマスク基板８ｂにおける観察領域内の一部を照射する。

ここで、検査対象となる試料はペリクル９ａ付きのマスク８であるとして説明する。マスク８は、マスク基板８ｂとペリクル９ａとペリクルフレーム９ｂを有している。マスク基板８ｂ上には、ペリクルフレーム９ｂを介してペリクル９ａが取り付けられている。よって、図１では、マスク基板８ｂの上側の面がマスク面（パターン面）となっている。すなわち、ペリクル９ａが設けられている方の面に遮光パターン等が形成されている。このマスク面が検査面として、検査される。すなわち、このマスク面の光学像が、後述するＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂで撮像される。

ここで、マスク基板８ｂに照射される照明光について図３で説明する。図３は、マスク基板８ｂが透過照明光ＬＴと反射照明光ＬＲによって照明されている状態を示す斜視図である。透過照明光ＬＴと部分透過照明光とはマスク基板８ｂの下側から照射し、反射照明光ＬＲはマスク基板８ｂの上側から照射する。反射照明光ＬＲが照射される領域と、部分透過照明光が照射される領域とがほぼ一致するようになっている。図３では、Ｚ座標が大きい方の領域が、部分透過照明光と反射照明光ＬＲとで照明されることになる。一方、Ｚ座標が小さい方の領域が、透過照明光ＬＴのみで照明されていることになる。

図１に戻って説明を続ける。透過照明光ＬＴは、マスク基板８ｂに下側から照射される。そして、透過照明光ＬＴはマスク基板８ｂのマスク面を照明する。ここで、透過照明光ＬＴのうち、マスク基板８ｂを透過した光を透過光とする。マスク基板８ｂのうち、遮光パターンが形成されている領域では、透過照明光ＬＴが遮光される。この透過光は、マスク面から発生する光学像となる。したがって、マスク基板８ｂを透過する透過光は、マスク基板８ｂに設けられたパターンの情報を含んでいることになる。すなわち、透過照明光の照射によってマスク面から発生する光学像が、透過光となる。

透過光は、対物レンズ１３を通過してから１／４波長板６ｂを通過する。こうすることで、透過光は透過照明光ＬＲと反対側の円偏光になる。透過光は、ＰＢＳ１２を透過する。ＰＢＳ１２を通過した透過光は、ミラー５ｃで折り返され、投影レンズ１４に入射する。投影レンズ１４で屈折した透過光は、空間分割ミラー１５の位置まで進む。

空間分割ミラー１５は光路中のほぼ半分の位置まで挿入されている。したがって、空間分割ミラー１５に入射した透過光は、ＴＤＩカメラ１６ｂの方向に反射される。一方、空間分割ミラー１５に入射しなかった透過光は、ＴＤＩカメラ１６ａに入射する。図１中では、下側半分のビームのみが折り返されて上方に進み、ＴＤＩカメラ１６ｂに向かう。一方、空間分割ミラー１５に当たらない下側半分のビームはＴＤＩカメラ１６ａに向かう。これらのＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂは、対物レンズ１３と投影レンズ１４とで形成される結像光学系におけるマスク面と共役な位置に、それぞれのセンサー面１７ａ、１７ｂが来るように配置される。

また、反射照明光ＬＲは、マスク基板８ｂのパターンに応じて反射される。ここで、反射照明光ＬＲのうち、マスク基板８ｂのパターン面で反射する光を反射光とする。反射照明光ＬＲは、マスク基板８ｂのパターン面において、部分透過板４が投影される領域に照射されるようになっており、マスク基板８ｂのパターンにおける、特にクロム遮光膜等で反射される。したがって、この反射光は、マスク面から発生する光学像になる。したがって、マスク基板８ｂのパターン面で反射される反射光は、マスク基板８ｂに設けられたパターンの情報を含んでいることになる。すなわち、反射照明光の照射によってマスク面から発生する光学像が、反射光となる。

この反射光は、対物レンズ１３を通過してから１／４波長板６ｂを通過する。１／４波長板６ｂを通過した反射光は、ＰＢＳ１２を透過する。ＰＢＳ１２を通過した反射光は、ミラー５ｃで折り返され、投影レンズ１４に入射する。投影レンズ１４で屈折した反射光は、空間分割ミラー１５の位置まで進む。そして、反射光は、空間分割ミラー１５で反射されて、上述のＴＤＩカメラ１６ｂに入射する。

本実施例のマスク検査装置におけるマスク面への照明状態を図３で説明する。前述したように、透過照明光と部分透過照明光はマスク基板８ｂの下側からマスク面を照射し、反射照明光はマスク基板８ｂの上側からマスク面を照射するようになっている。また、部分透過照明光と反射照明光はマスク面のほぼ同じ領域に当たるようになっている。一方、部分透過照明光は、図２に示された透過率分布を有する部分透過板を通過している。このため、近接する透過照明光に近い部分では光量が小さくなっている。

その結果、図４に示したように、上側から照射される反射照明光と下側から照射される部分透過照明光との両方が照射される検査領域は、ほぼ一定の照度（光強度）分布になる。図４は、対物レンズ１３の視野５０を模式的に示す図である。視野５０内において、左側には検査領域５１が存在しており、右側には検査領域５２が存在している。検査領域５１は、透過照明光のみによって、照明されている領域である。検査領域５２は、部分透過照明光と反射照明光によって照明されている領域である。

このように、対物レンズ１３の視野５０において、透過照明光ＬＴによる検査領域５１と反射照明光ＬＲと部分透過照明光とがオーバラップした合成光による検査領域５２が設けられている。検査領域５１と検査領域５２は、互いに重なっておらず、分離している。ここでは、視野５０の中心を通る直線で分割された左側に検査領域５１が配置され、右側に検査領域５２が配置されている。検査領域５１と検査領域５２は、ほぼ同じ大きさの矩形となっている。

検査領域５１には、透過照明光ＬＴが入射している。検査領域５２には、部分透過照明光と反射照明光ＬＲが入射している。さらに、検査領域５１、５２以外の領域は照度が低くなっている。例えば、検査領域５１の光学像は、ＴＤＩカメラ１６ａで撮像され、検査領域５２の光学像は、ＴＤＩセンサ１６ｂで撮像される。すなわち、マスク面の光学像がＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂで撮像される。

ここで、反射透過同時照明（ＴＲ同時照明）の機能を有する従来のマスク検査装置における照明領域の照度分布の一例を図５で説明する。前述したように、対物レンズの視野５０内に照明光を集光させる場合、一般に、収差の大きなコンデンサレンズを経由する透過照明光の照度分布は、周囲のぼける領域が広くなる。一方、収差の小さな対物レンズを経由する反射照明光の照度分布の方が、周囲のぼける領域は小さくなる。その結果、透過照明光と反射照明光の両方が混じる境界部分が存在し、反射照明光が照射される領域には、ボケの大きな透過照明光が混じる割合が大きい。その結果、図５の下に示したように、反射照明による検査領域５３の照度分布としては、Ｚ方向に関して照度が均一にならない。そのため、もしもＴＤＩカメラを用いてフレームモードで検査を行う場合、フレーム内でのコントラストにバラツキが生じる。このため、ＴＤＩカメラは、Ｚ方向に関して不均一な感度になってしまう。

これに対して、本発明のマスク検査装置では、純粋な反射照明光ではなく、Ｚ方向に強度分布を有する部分透過照明光を加えている。すなわち、図４で示した検査領域５２には、反射照明光ＬＲだけでなく部分透過照明光も入射する。部分透過照明光はほぼ均一な空間分布を有している。この結果、Ｚ方向でも均一な強度分布で照明される。したがって、ＴＤＩカメラを用いたフレームモードで検査する場合、マスクの検査面全面で均一な高い感度で検査できる。これにより、確実に欠陥検出することができる。また、透過照明光と反射照明光とを同時に用いているため、検査時間を短縮することができる。

次に図６を用いて、照明光の強度について説明する。図６（ａ）は、従来の検査装置の照明光の光強度（照度）を示す図である。図６（ｂ）は、本実施の形態にかかる検査装置の照明光の光強度（照度）を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）において、横軸は対物レンズの視野における位置（Ｚ座標）を示し，縦軸は照度（光強度）を示している。

図６（ａ）に示すように、従来の検査装置では、反射照明光が入射している検査領域５３には、ほとんど透過照明光が入射しない。一方、図６（ｂ）に示すように、本実施の形態にかかる検査装置では、反射照明光が入射している検査領域５２の全体において、透過照明光が入射している。この透過照明光は、検査領域５２の全体においてほぼ均一になっている。換言すると、部分透過照明光と反射照明光とが重複して入射する領域では、部分透過照明光の照度がほぼ一定になっている。また、透過照明光が入射する検査領域５１には、反射照明光はほとんど入射しない。これにより、検査面全体を均一な高い感度で検査することができる。

以上に説明したように、本実施形態にかかる検査装置では、透過率が変化する部分透過板４を用いている。特に部分透過板の端に近いほど透過率が低く、その端から離れていくと透過率が向上して、ある一定の距離だけ離れると、透過率は一定になる部分透過板を用いることが好ましい。すなわち、反射照明光と重複して照明する検査領域５２では、均一な空間分布を有していることが好ましい。

ただし、利用するコンデンサレンズ７の収差が特に大きい場合は、部分透過板の全面に亘って一つの方向に透過率が変化していくようなもの（以下、説明のため部分透過板４'とする）を用いても良い。これに関しては、例えば、図７に示したような部分透過板４'を用いることができる。図７の部分透過板４'では、Ｙ座標に対して、透過率がリニアに変化している。すなわち、Ｙ座標が大きくなるにしたがって透過率が単調減少している。そして、部分透過板４'のＹ方向の長さを、透過照明光の通過領域よりも大きくして、さらに設置位置をＹ方向で調整できるようにする。こうすることで、この部分透過板４'を通過する透過照明光の平均透過率を調節することも可能になる。これによると、ＴＲ同時照明的な検査において、（Ｔ＋Ｒ）のＴの割合を可変にできる。

このため、欠陥の種類に対して、高い感度が得られる照明条件に最適化できる。なお、Ｙ方向に長い長方形状の部分透過板４'を用いてもよい。もちろん、透過照明光が通過する領域全体に配置されるものであれば、特に形状は限られない。このように、光軸と垂直な面におけるＹ方向の位置に応じて、部分透過板４'の透過率が徐々に減少している。さらに、部分透過板４'に入射する光のスポットよりも大きくする。これにより、部分透過板４をＹ方向にスライド移動させることで、全体の照度を調整することができる。そして、全体の照度調整が終了したら、部分透過板４'を固定する。なお、光軸と垂直な面におけるＹ方向と垂直な方向では、透過率が変化していない。

次に、部分透過板４'を用いて照明した時の、照明光の光量について図８を用いて説明する。図８（ａ）は部分透過板４'を光路中から取り除いたときの照度を示す図であり、図８（ｂ）は部分透過板４'を光路中に挿入したときの図である。図８（ａ）に示すように、透過照明光は、マスク基板８ｂを通過するため、反射照明光よりもブロードになっている。図８（ａ）に示したように、もし部分透過板４'が無い場合に、透過照明光の照度分布が山形になっているとする。つまりコンデンサレンズの収差が大きいとする。この場合、図７に示した透過率分布を有する部分透過板４'を挿入することで、全体の照度分布は図８（ｂ）に示したようになる。すなわち、反射照明領域にオーバーラップする透過照明光の照度をほぼ一定にできる。

この場合、図８（ｂ）に示されているように、透過照明光は全体的に暗くなる（全体的に照度が低くなる）。しかしながら、一般的に検査装置では、透過照明光に必要な光量は、反射照明光に必要な光量よりも少ないことが多い。このため、多少の光量低下は問題にはならない。すなわち、部分透過板４'を用いた場合でも、検査に十分な光量を確保することができる。

ところで、図１に示したように、本発明の検査装置では、２台のＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂの各センサー面１７ａ、１７ｂに対して、マスク面の観察領域の像を結像している。観察領域の像を結像する際に、空間分割ミラー１５をＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂの直前に配置することで、結像光学系が１個で済む特徴がある。ただし、これを可能としたのは、対物レンズ１３と投影レンズ１４とで決められる拡大率を２００倍以上と大きく設定しているからである。これによると、対物レンズのＮＡは０．８前後と大きいが、ＴＤＩセンサー側のＮＡは、１／２００以下（つまり０．００４以下）と小さくなる。

このように、結像光学系を１個のみにできる理由について図９、及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施の形態において、結像光学系を進む光ビームを模式的に示す図である。すなわち、図９は拡大率が２００倍となっている場合において、光ビームが伝播する様子を示している。図１０は、拡大率が小さい場合、すなわち、ＴＤＩカメラ側の光ビームのＮＡ（開口数）が大きい場合を示している。

図９に示したように、マスクからの光は、全角約５度と平行に近いビームとなって、ＴＤＩセンサー面に照射される。そのため、ＴＤＩセンサー面の直前に空間分割ミラー１５を置くことで、少ないボケ幅で２分割できる。

例えば、ＴＤＩカメラから、例えば１００ｍｍ離れた位置に空間分割ミラーを配置する場合について考える。この場合、その分割点から１００ｍｍ離れたＴＤＩセンサー面まで進む際のビームの広がり幅は、１００ｍｍの２ＮＡ倍である。したがって、ビームの広がり幅は、約１ｍｍになる。一方、一般にＴＤＩセンサー面のサイズとして、幅は１０ｍｍ程度であるため、空間分割ミラーによってボケが生じる領域は、センサーの幅の１／１０程度と小さい。

これに対して、拡大率が小さい一般のマスク検査装置の場合、図１０に示したようになる。ＴＤＩセンサー面に結像される光のＮＡが大きくなり、大きな角度で光線が集光してくる。このことから、空間分割ミラーを挿入して視野を２分割にすることは困難である。そのため、例えば、特許文献２に示されたように、マスク面からＴＤＩセンサー面の間に結像光学系を２段並べるようにして、中間の結像面に空間分割ミラーを配置する手法が取られている。この場合、光学配置が複雑になることが問題であった。

本実施形態では、拡大率を２００倍以上としているため、結像面以外に空間分割ミラー１５を配置することができる。すなわち、検査面が結像する結像面から離れた面に、空間分割ミラー１５を配置することができる。これにより、対物レンズ１３とＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂの間で結像面をリレーする必要がなくなる。よって、ＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂを一次結像位置に配置することができ、光学系を簡素化することができる。換言すると、対物レンズ１３からＴＤＩセンサまでの空間には結像面が存在しなくなる。なお、上記の説明では、検査領域５１と検査領域５２からの光を分割する光分割手段として、空間分割ミラーを用いたが、それ以外の光学部品を用いて光を分割してもよい。例えば、光分割手段として、プリズムなどを用いることができる。

ところで、図１に示したマスク検査装置１００の空間分割ミラーの特徴を図１１で説明する。図１１は、図１１の（ａ）は図１の空間分割ミラーの周辺を拡大して描いた図である。空間分割ミラー１５は光路の半分の位置まで挿入されている。図示されたように、分割方向を上側（＋Ｙ方向）にしているため、空間分割ミラーには普通の折り返しミラーを用いることができる。

これに対して、もしも分割方向を下側（−Ｙ方向）にすると、図１１（ｂ）に示したようになる。すなわち、厚み方向の端が４５度にカットされた折り返しミラーを用いないと、ビームの分割時に損失が生じてしまう。このような折り返しミラーは、４５度のエッジ部が欠け易いことが問題になるが、本実施例では、図１１（ａ）のように分割したことで、普通の折り返しミラーを用いることができるようになる。すなわち、反射部分の略全体において、厚さが均一なミラーを用いることができる。

このように、空間分割ミラー１５でＴＤＩカメラ１６ａに向かう第１の光ビームとＴＤＩカメラ１６ｂに向かう第２の光ビームに分ける際、図１１（ａ）に示すように空間分割ミラー１５の反射面を配置する。すなわち、空間分割ミラー１５で分割された第１の光ビームが第２の光ビームを横切るように、空間分割ミラー１５を配置する。このようにすることで、簡便な構成で光ビームを分割することができる。すなわち、エッジ部が切り欠かれていない空間分割ミラー１５を用いることができる。

なお、ＴＤＩカメラ１６ａ及びＴＤＩカメラ１６ｂは、複数フレームで取得した光信号を積分するＴＤＩモードと、１つのフレームで撮像するフレームモードとを切換可能である。

ＴＤＩモードで検査することで、各画素の感度が異なる場合でも、精度よく検査することができる。例えば、ステージの走査方向と信号電荷の垂直転送方向とを一致させるとともに、走査速度と転送速度とを同期させる。これにより、検出感度を向上することができる。ＴＤＩカメラ１６ａ及びＴＤＩカメラ１６ｂがＴＤＩモードで動作する場合、積分方向は、図６に示したＺ方向となる。例えば、部分透過板４における透過率が変化している方向に、マスク８を移動して、走査を行う。そして、この走査に同期して、ＴＤＩカメラ１６ａ、１６ｂが撮像する。この間、各画素列で取得された光信号が積分されて、出力される。

また、上述の検査装置はフォトマスクの検査に限らず、透明パターンと遮光パターンを有する基板であれば利用することができる。例えば、検査の対象となる試料としては、フォトマスクの他、カラーフィルタ基板などを挙げることができる。

上記の検査装置を用いてフォトマスクを検査し、フォトマスクの欠陥を検出する。そして、フォトマスクの欠陥を修正することによって、欠陥のないフォトマスクが製造される。これにより、フォトマスクの生産性を向上することができる。このような欠陥のないフォトマスクを用いて、感光性樹脂を有する基板を露光する。そして、露光された基板を現像液で現像する。これにより、感光性樹脂を精度よくパターニングすることができる。よって、感光性樹脂がパターニングされたパターン基板を生産性よく製造することができる。さらに、感光性樹脂がレジストである場合、パターニングされた感光性樹脂を介して導電膜や絶縁膜をエッチングする。これにより、配線基板、回路基板などのパターン基板の生産性を向上することができる。

ＴＲ同時照明に相当する高速な検査が可能となる。さらに、ＴＤＩカメラを用いたフレームモードでの検査でも、高感度で欠陥検査を実現できる。本実施の形態にかかるマスク検査装置では、透過照明光において、マスク面の観察領域に結像される視野絞りの位置に、透過率が場所によって変化する部分透過板を配置している。これによると、従来のＴＲ同時照明における反射照明領域に相当する領域に対して、一定の照度分布の透過照明光をオーバーラップさせることができる。

１ａ レンズ
１ｂ レンズ
１ｃ レンズ
１ｄ レンズ
１ｅ レンズ
１ｆ レンズ
２ ホモジナイザー
４ 部分透過板
４' 部分透過板
５ａ ミラー
５ｂ ミラー
５ｃ ミラー
６ａ １／４波長板
６ｂ １／４波長板
７ コンデンサレンズ
８ マスク
８ｂ マスク基板
９ａ ペリクル
９ｂ ペリクルフレーム
１１ 遮光板
１２ ＰＢＳ
１３ 対物レンズ
１４ 投影レンズ
１５ 空間分割ミラー
１６ａ ＴＤＩカメラ
１６ｂ ＴＤＩカメラ
１７ａ センサー面
１７ｂ センサー面
５１ 検査領域
５２ 検査領域
ＬＴ 透過照明光
ＬＲ 反射照明光

Claims (10)

1. 試料を透過した透過光と前記試料で反射した反射光とを用いて検査を行う検査装置であって、
   対物レンズと、
   前記対物レンズの視野の一部である第１の領域を、前記試料の対物レンズ側から照明する反射照明光学系と、
   前記第１の領域と前記対物レンズの視野内において前記第１の領域以外の第２の領域とを、前記試料の対物レンズ側の反対側から照明する透過照明光学系と、
   前記透過照明光学系に設けられ、前記透過照明光学系からの透過照明光の通過領域では、前記透過照明光の光軸と垂直な面における第１の方向に応じて透過率が変化しており、前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度を前記第２の領域に入射する透過照明光の光強度よりも低くする部分透過部材と、
   前記第１の領域において、前記透過照明光学系からの透過照明光のうち前記試料を透過した透過光と前記反射照明光学系からの反射照明光のうち前記試料で反射した反射光とを前記対物レンズを介して検出する第１検出器と、
   前記第２の領域において、前記透過照明光学系からの光のうち前記試料を透過した透過光を、前記対物レンズを介して検出する第２検出器と、を備える検査装置。
2. 前記部分透過部材を通過して前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度がほぼ一定であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１検出器及び前記第２検出器が、複数フレームで取得した光信号を積分して撮像するＴＤＩモードと、１つのフレームで撮像するフレームモードとを切換可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記試料から前記第１及び第２検出器へ向かう光のうち、前記第１の領域を透過した透過光及び前記第１の領域で反射した反射光を前記第１検出器に入射し、前記第２の領域を透過した透過光を前記第２検出器に入射する空間分割ミラーをさらに備え、
   前記検査装置の拡大率は２００倍以上であり、
   前記空間分割ミラーは、結像面以外に設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記空間分割ミラーは、前記試料から前記第１及び第２検出器に向かう光の光路上に設けられ、前記光路の幅の略半分の位置まで挿入されており、
   前記空間分割ミラーが反射した光が、前記分割ミラーが反射しなかった光を横切るように、前記分割ミラーが配置されている請求項４に記載の検査装置。
6. 試料を透過した透過光と前記試料で反射した反射光とを対物レンズを介して検出して、検査を行う検査方法であって、
   前記試料の前記対物レンズ側から反射照明光を試料に照射して、前記対物レンズの視野の一部である第１の領域を照明するステップと、
   前記試料の対物レンズ側の反対側から透過照明光を試料に照射して、前記第１の領域と前記対物レンズの視野内において前記第１の領域以外の第２の領域とを照明するステップであって、前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度を前記第２の領域に入射する透過照明光の光強度よりも低くして照明するステップと、
   前記透過照明光、及び前記反射照明光の前記試料上の位置を変化させながら、前記反射照明光のうち前記試料で反射した反射光と、前記透過照明光のうち前記試料を透過した透過光とを前記対物レンズに入射させるステップと、
   前記対物レンズを通過した前記透過光、及び前記反射光によって生成された前記第１の領域の光学像を撮像するステップと、
   前記対物レンズを通過した前記透過光によって生成された前記第２の領域の光学像を撮像するステップと、を備え、
   前記透過照明光の光路中に、部分透過部材が設けられ、
   前記光軸と垂直な面における第１の方向に応じて、前記部分透過部材の透過率が変化する検査方法。
7. 前記第１の領域に入射する透過照明光の光強度がほぼ一定であることを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
8. 前記第１の領域を撮像する第１検出器、及び前記第２の領域を撮像する第２検出器が、複数フレームで取得した光信号を積分して撮像するＴＤＩモードと、１つのフレームで撮像するフレームモードとを切換可能であることを特徴とする請求項６、又は７記載の検査方法。
9. 前記試料から、前記第１領域の光学像を撮像する前記第１検出器及び前記第２の領域の光学像を撮像する第２検出器へ向かう光のうち、前記第１の領域を透過した透過光及び前記第１の領域で反射した反射光を前記第１検出器に入射し、前記第２の領域を透過した透過光を前記第２検出器に入射する空間分割ミラーが設けられ、
   前記試料を２００倍以上の拡大倍率で撮像し、
   前記空間分割ミラーは、結像面以外に設けられている請求項６〜８のいずれか一項に記載の検査方法。
10. 前記空間分割ミラーは、前記試料から前記第１及び第２検出器に向かう光の光路上に設けられ、前記光路の幅の略半分の位置まで挿入されており、
    前記空間分割ミラーが反射した光が、前記分割ミラーが反射しなかった光を横切るように、前記分割ミラーが配置されている請求項９に記載の検査方法。