JP6310263B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置に関する。例えば、レーザ光を照射してパターン像の光学画像を取得してパターンを検査する検査装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。

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、１０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移り変わっている。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。

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データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−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。

パターン検査では、パターン欠陥（形状欠陥）検査の他に、パターンの位置ずれの測定も要求されている。従来、パターンの位置ずれの測定は、専用の計測装置を利用していたが、パターン欠陥検査の際に、同時に測定できれば、コスト面および検査時間面からメリットが大きい。そのため、検査装置に、かかる測定機能を求める要求が高まっている。

ここで、パターン検査装置では、パターンが形成されたパターン形成面を下向きに配置する構成が採られる場合がある。これは、例えば、落下する異物がパターン形成面に付着するのを防止するためである。また、例えば、かかるマスクを用いてパターン転写する露光装置においてマスクがパターン形成面を下向きにして配置される場合が多いためである。パターン検査装置では、パターン形成面にレーザ光を照射し、透過した光を用いて検出する透過検査光学系を組み込む必要性があることから、マスク面全体が密着するように支持することは困難である。そのため、ステージでは、パターン形成面の外側を支持することになる。かかる配置構成では、マスクの自重によって、マスクが撓むことになる。そのため、かかる撓みによる面外曲げが生じてパターン形成位置が位置ずれを起こすことになる。

これに対して、マスクにパターンを描画する描画装置では、逆にパターン形成面を上向きにマスク基板を配置してパターンを描画する。描画装置でもマスク裏面全体を支持していない。そのため、マスクの自重によって、マスクが撓むことになる。但し、描画装置では、かかる撓みを予め考慮して描画位置を補正している。言い換えれば、水平に理想的にマスクが配置された際に、所望する位置にパターンが形成されるように描画する。

以上のようにパターンが描画されたマスクをパターン検査装置で検査する場合、上述したように検査装置でも撓みが生じる。よって、描画装置でパターン形成位置を補正しても、検査装置での検査時に位置ずれが生じてしまう。形状欠陥検査では、測定パターンの画像と設計パターンの画像とを位置合わせした後に判定するので、かかる撓みによる位置ずれが生じても従来許容することができていた。しかし、パターンの位置ずれ測定では、位置ずれそのものに関わるため、撓みによる位置ずれは許容しかねる問題となる。

ここで、パターンの位置ずれではないが、ＣＤずれの測定に関しては、設定された領域毎に得られた画像内のパターンの線幅を測定し、設計データとの差を求め、領域内のすべての線幅の差の平均値と閾値とを比較して、ＣＤエラー（寸法欠陥）として線幅異常領域を見つけ出す検査手法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８２４５４２号公報

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、検査装置で位置ずれ測定を行う場合に、マスクの撓みによる位置ずれを補正することが可能な検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の検査装置は、
複数の図形パターンが形成されたフォトマスクの光学画像を取得する光学画像取得部と、
光学画像を取得する場合の支持方法によってフォトマスクを支持することによって生じるフォトマスク面の撓みに伴うフォトマスク上の各位置の水平方向への第１の位置ずれ量を演算する第１の測定部と、
光学画像を用いて、複数の図形パターンの第２の位置ずれ量を測定する第２の測定部と、
フォトマスク面の領域について、第２の位置ずれ量から第１の位置ずれ量を差し引いた差分値をマップ値とする差分マップを作成する差分マップ作成部と、
を備えたことを特徴とする。

また、フォトマスクの外径寸法、厚さ、及び重量のうち少なくとも１つのパラメータを計測する計測部と、
フォトマスク上の各位置における第１の位置ずれ量を用いて、フォトマスク面の領域について、第１の位置ずれ量マップを作成する第１のマップ作成部と、
複数の図形パターンの第２の位置ずれ量を用いて、フォトマスク面の領域について、第２の位置ずれ量マップを作成する第２のマップ作成部と、
をさらに備え、
第１の測定部は、計測されたパラメータを用いて、第１の位置ずれ量を演算し、
差分マップ作成部は、第２の位置ずれ量マップから第１の位置ずれ量マップを差分して、前記差分マップを作成するように構成すると好適である。

また、光学画像取得部は、フォトマスクを支持するステージを有し、
第１の測定部は、フォトマスクをステージに支持させた状態での撓み量を測定し、撓み量を用いて第１の位置ずれ量を演算すると好適である。

また、第１の測定部は、
フォトマスクをステージに支持させた状態でステージを水平方向に移動させながらフォトマスク面の複数の位置での焦点位置を測定する焦点センサを有すると好適である。

或いは、第１の測定部は、
フォトマスクをステージに支持させた状態でステージを移動させずにフォトマスク面の高さ位置分布を測定するフィゾー干渉計を有するように構成しても好適である。

本発明によれば、検査装置で位置ずれ測定を行う場合に、マスクの撓みによる位置ずれを補正できる。よって、本来のパターン自体の位置ずれを評価することが可能となる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を上面側から示す構成図である。 実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。 実施の形態１における試料の撓みと撓みに伴う位置ずれを説明するための概念図である。 実施の形態１における検査方法の要部を示すフローチャート図である。 実施の形態１における測定チャンバの内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１におけるフォトマスクの検査ストライプとフレーム領域の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。 実施の形態１における位置ずれ量の一例を示す図である。 実施の形態１における差分マップの一例を示す図である。 実施の形態１における高さ分布の測定方法を示す概念図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を上面側から示す構成図である。図１において、試料１０１、例えばマスクに形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、搬出入口（Ｉ／Ｆ）１３０、ロードロックチャンバ１８２、ロボットチャンバ１８４、検査チャンバ１８６、測定チャンバ１８８、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

搬出入口１３０内には、試料１０１を搬送する搬送ロボット１８１が配置されている。ロボットチャンバ１８４内には、試料１０１を搬送する搬送ロボット１８３が配置されている。また、搬出入口１３０とロードロックチャンバ１８２とロボットチャンバ１８４と検査チャンバ１８６とのそれぞれの境界には、ゲートバルブ１３２，１３４，１３６が配置される。試料１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンが形成されている。また、搬送ロボット１８１，１８３は、エレベータ機構や回転機構など機械的な機構であれば構わない。

図２は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。図２では、主に、検査チャンバ１８６内の構成と制御系回路１６０（制御部）の構成とを示している。検査チャンバ１８６内には、光学画像取得部１５０が配置される。

光学画像取得部１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、及びフォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、照光器１２５と受光器１２４によって構成される焦点センサ１２６、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、試料１０１が配置されている。試料１０１は、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。ＸＹθテーブル１０２は、試料１０１のパターン形成領域が露出するように中央部が開口され、パターン形成領域の外側で試料１０１を支持する。また、ＸＹθテーブル１０２上には、試料１０１のエッジ位置を測定するカメラ１７１が配置される。

制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、位置ずれマップ（Ｐｏｓマップ）作成回路１４０，１４２、差分Ｐｏｓマップ作成回路１４４、高さ位置分布測定回路１４５、位置ずれ演算回路１４６、パラメータ測定回路１４８、搬送制御回路１４９、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。ＸＹθテーブル１０２は、ステージの一例となる。

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップ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。

ここで、図１及び図２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。

図３は、実施の形態１における試料の撓みと撓みに伴う位置ずれを説明するための概念図である。図３では、便宜上、試料１０１を単純支持により支持する場合を示している。上述したように、描画装置ではパターン形成面を上向きに配置し、検査装置１００では、パターン形成面を下向きに配置する。パターン形成面を上向きに配置した場合には、自重による撓みによって、パターン形成面が凹になるように面内曲げが生じる。その結果、パターン位置は内側にずれることになる。一方、パターン形成面を下向きに配置した場合には、自重による撓みによって、パターン形成面が凸になるように面外曲げが生じる。その結果、パターン位置は外側に向かってずれることになる。さらに、図３（ａ）に示す厚さが薄い試料１０１では、図３（ｂ）に示す厚さが厚い試料１０１に比べて撓み易いので、撓み量が大きくなり、同じパターン１１でも、その位置ずれに誤差Δｄが生じる。但し、かかる条件だけではなく、試料１０１の撓み量は、試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、試料の材料物性（特に、ポアソン比、縦弾性係数（ヤング率）、及び密度）等によって変化する。そして、試料１０１のパターン形成面の撓み方がわかれば、パターン形成面の各位置における水平方向の位置ずれ量を求めることができる。

そこで、実施の形態１では、試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、及び試料の材料物性をパタメータとして、例えば、有限要素法によるシミュレーションにより、パターン形成面の各位置における水平方向の位置ずれ量を求める。また、シミュレーションを何も無い状態から始めると計算時間が長くかかってしまうので、実施の形態１では、代表的な寸法の基準マスクを想定して予めシミュレーションを実施し、上述した各パラメータの誤差量を未知数とする近似式或いは各パラメータの誤差量によって補正する補正テーブルを求めておく。そして、かかる近似式或いは近似式の係数、又は補正テーブルを補正データとして検査装置１００に入力しておく。補正データは、磁気ディスク装置１０９等の記憶装置に記憶しておけばよい。そして、実機での検査装置１００では、検査対象となる試料１０１について、上述した各パラメータを取得して、検査対象となる試料１０１におけるパターン形成面の各位置における自重による撓みに起因する水平方向の位置ずれ量を求める。各パラメータのうち、ポアソン比、縦弾性係数（ヤング率）等は、予めわかっているので、入力しておけばよい。そのため、残りの試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、及び密度を測定によって取得する。

なお、実施の形態１では、試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、ポアソン比、縦弾性係数（ヤング率）、及び密度といった６つのパラメータによって演算する例を示しているが、これに限るものではない。測定精度の許容値を勘案し、精度は低下するが、６つよりも少ないパラメータによって演算してもよい。例えば、試料１０１の厚さ、外径寸法、及び密度のうち、少なくとも１つを用いて演算してもよい。或いは、６つのパラメータの他に、さらに多くのパラメータを用いて演算しても構わない。

図４は、実施の形態１における検査方法の要部を示すフローチャート図である。図４において、実施の形態１における検査方法は、パラメータ測定工程（Ｓ１０２）と、ステージ搬送工程（Ｓ１０４）と、位置ずれ量（１）演算工程（Ｓ１０８）と、位置ずれ（Ｐｏｓ）マップ（１）作成工程（Ｓ１１０）と、光学画像取得工程（Ｓ１２０）と、フレーム分割工程（Ｓ１２２）と、参照画像作成工程（Ｓ２０２）と、位置ずれ量（２）測定工程（Ｓ３１０）と、Ｐｏｓマップ（２）作成工程（Ｓ３１２）と、差分マップ作成工程（Ｓ３１４）と、パターン欠陥検査工程（Ｓ４００）と、いう一連の工程を実施する。また、後述するように、パラメータ測定工程（Ｓ１０２）の代わりに、ステージ搬送工程（Ｓ１０４）と位置ずれ量（１）演算工程（Ｓ１０８）との間に高さ分布測定工程（Ｓ１０６）を実施しても好適である。

まず、搬出入口１３０（オートローダ上）に配置された試料１０１は、搬送制御回路１４９の制御のもと、ゲートバルブ１３２を開けた後、搬送ロボット１８１によりロードロックチャンバ１８２内のステージに搬送される。そして、ゲートバルブ１３２を閉めた後、ゲートバルブ１３４を開けて、搬送ロボット１８３によりロボットチャンバ１８４を介して測定チャンバ１８８内のステージ上に搬送される。

パラメータ測定工程（Ｓ１０２）として、測定チャンバ１８８内にて、試料１０１（フォトマスク）の外径寸法、厚さ、支持位置、及び重量のうち少なくとも１つのパラメータを計測する。実施の形態１では、外径寸法、厚さ、支持位置、及び重量を計測する。但し、支持位置については、測定チャンバ１８８内で行っても良いが、実施の形態１では、検査チャンバ１８６内で行う場合を説明する。

図５は、実施の形態１における測定チャンバの内部構成の一例を示す図である。図５において、測定チャンバ１８８内に搬送された試料１０１は、搬送ロボット１８３によってステージ５１上に載置される。ステージ５１は、重量計を兼ねており、ステージ５１上に試料１０１が載置されることによって試料１０１の重量を測定する。測定データは、パラメータ測定回路１４８に出力される。なお、図５では、試料１０１の裏面全面が接触しているが、搬送ロボット１８３の試料１０１を載置するハンドリング部材によってステージ５１上に試料１０１を着脱可能にするためのハンドリング部材の進入空間が形成されていることは言うまでもない。

また、レーザ干渉測長器もしくはリニアスケール５３によって、試料１０１の４つの側面（ｘ方向およびｙ方向）の位置を測定する。測定データは、パラメータ測定回路１４８に出力される。パラメータ測定回路１４８は、試料１０１の４つの側面（ｘ方向およびｙ方向）の位置から、試料１０１面の外径寸法（水平方向寸法、ｘ、ｙ寸法）を演算する。かかる構成により試料１０１の外径寸法を測定できる。

また、投光器５５及び受光器５７によって構成されるレーザ変位計６１を用いて、投光器５５から試料１０１面にレーザを照射し、受光器５７で反射光を受光することで、試料１０１面の高さ位置を測定できる。測定データは、パラメータ測定回路１４８に出力される。パラメータ測定回路１４８は、試料１０１裏面に設定される基準高さ位置と測定された高さ位置との差分を求めることで試料１０１の厚さを演算する。かかる構成により試料１０１の厚さを測定できる。

また、試料１０１面の外径寸法と厚さと重量がわかったので、パラメータ測定回路１４８は、試料１０１の密度を求めることができる。

また、ＸＹθテーブル１０２上に搬送された際の試料１０１の配置位置は、後述するように検査チャンバ１８６内のカメラ１７１によって測定するが、これに限るものではない。測定チャンバ１８８内において試料１０１のエッジ位置の上部にカメラ５９を設置して、カメラ５９で試料１０１のエッジ位置を撮像してもよい。これにより、ステージ５１上での試料１０１の配置位置を測定できる。測定チャンバ１８８内でのステージ５１上での試料１０１の配置位置が取得できれば、搬送ロボット１８３によって検査チャンバ１８６内のＸＹθテーブル１０２上に搬送された際の配置位置を推定できる。

以上説明したステージ５１、レーザ干渉測長器もしくはリニアスケール５３、レーザ変位計６１、及びカメラ１７１は、それぞれ、計測部の一例となる。

ステージ搬送工程（Ｓ１０４）として、パラメータ計測が行われた試料１０１は、搬送制御回路１４９の制御のもと、搬送ロボット１８３により測定チャンバ１８８からロボットチャンバ１８４に搬送され、ゲートバルブ１３６を開けて、検査チャンバ１８６のＸＹθテーブル１０２上に搬送される。

ＸＹθテーブル１０２上に試料１０１が搬送されると、検査チャンバ１８６内のカメラ１７１が試料１０１のエッジ位置を撮像する。撮像されたデータは、パラメータ測定回路１４８に出力される。パラメータ測定回路１４８は、撮像データにより、ＸＹθテーブル１０２上での試料１０１の配置位置（ｘ，ｙ，θ）を演算により測定する。ＸＹθテーブル１０２の構造は予めわかっているので、ＸＹθテーブル１０２上での試料１０１の配置位置がわかれば、試料１０１の支持位置を演算することができる。

位置ずれ量（１）演算工程（Ｓ１０８）として、位置ずれ演算回路１４６は、光学画像を取得する場合の支持方法によって試料１０１（フォトマスク）を支持することによって生じる試料１０１面の撓みに伴う試料１０１上の各位置の水平方向への位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を測定する。位置ずれ演算回路１４６は、計測されたパラメータを用いて、位置ずれ量（１）を演算する。位置ずれ演算回路１４６は、第１の測定部の一例である。実施の形態１では、上述したように、試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、及び試料の材料物性をパタメータとして、例えば、有限要素法によるシミュレーションにより、パターン形成面の各位置における水平方向の位置ずれ量を求める。位置ずれ演算回路１４６は、磁気ディスク装置１０９から補正データを読み出し、計測された各パラメータを入力することで、パターン形成面の各位置における自重による撓みに起因する水平方向の位置ずれ量を求める。例えば、予めシミュレーションした際に使用した代表的な寸法の基準マスクにおける対応するパラメータとの誤差（差分）を演算する。そして、かかる各パラメータの誤差を補正データに入力することでパターン形成面の各位置における自重による撓みに起因する水平方向の位置ずれ量を求める。各パラメータのうち、ポアソン比、縦弾性係数（ヤング率）等は、予めわかっているので、入力しておけばよい。そのため、測定された残りの試料１０１の厚さ、外径寸法、支持位置、及び密度についてデータ入力を行ってかかる水平方向の位置ずれ量を求める。

位置ずれ（Ｐｏｓ）マップ（１）作成工程（Ｓ１１０）として、位置ずれマップ（Ｐｏｓマップ）作成回路１４０は、試料１０１（フォトマスク）上の各位置における位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を用いて、試料１０１面の領域について、位置ずれ（Ｐｏｓ）マップ（１）（第１の位置ずれ量マップ）を作成する。Ｐｏｓマップ作成回路１４０は、第１のマップ作成部の一例である。

Ｐｏｓマップ（１）は、試料１０１の検査領域を所定のサイズでメッシュ状に仮想分割して、各メッシュ領域に対応する位置ずれ量（１）をメッシュ値（或いはマップ値）として定義することで作成される。所定のサイズとして、例えば、後述する検査ストライプの幅サイズに設定すると好適である。例えば、５１２×５１２画素分に相当する領域に設定される。１つのメッシュ領域内に１つの位置ずれ量（１）を測定すれば足りるが、複数の位置ずれ量（１）が測定される場合には平均値、或いは中央値を用いればよい。

光学画像取得工程（Ｓ１２０）として、光学画像取得部１５０は、複数の図形パターンが形成された試料１０１（フォトマスク）の光学画像を取得する。

試料１０１に形成されたパターンには、図２に示すように、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０を介して照射される。試料１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。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。

図６は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。試料１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図６に示すように、例えばＹ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（Ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によって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（ステージ）と相対移動しながら、検査光を用いて試料１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、Ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

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

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、検査ストライプ２０毎にストライプパターンメモリ１２３に画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が１００％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。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。

図７は、実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。図７において、比較回路１０８内には、メモリ５０，５２，６０，６６、フレーム分割部５８、位置合わせ部６２、及び比較部６４が配置される。フレーム分割部５８、位置合わせ部６２、及び比較部６４といった機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。比較回路１０８内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度、図示しないメモリに記憶される。また、比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、メモリ５２に格納される。

フレーム分割工程（Ｓ１２２）として、フレーム分割部５８は、検査ストライプ２０毎に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（光学画像）を複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。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。

図８は、実施の形態１におけるフォトマスクの検査ストライプとフレーム領域の一例を示す図である。上述したように、試料１０１となるフォトマスクの検査領域１０を短冊状に仮想分割した複数の検査ストライプ２０（ストライプ領域）の検査ストライプ２０毎に、ストライプ領域画像（光学画像）が取得される。また、ストライプ領域画像は、ｘ方向に、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に分割される。よって、検査領域１０は、かかるフレーム画像サイズの複数のフレーム領域３０に仮想分割される。言い換えれば、フォトマスクの検査領域１０をフレーム領域３０の一方のサイズ（ｙ方向サイズ）で短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想分割し、各検査ストライプ２０をフレーム領域３０の他のサイズ（ｘ方向サイズ）で複数のフレーム領域３０に仮想分割する。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、メモリ６０に格納される。

参照画像作成工程（Ｓ２０２）として、上述した各フレーム画像に対応する設計データに基づく参照画像を作成する。まず、展開回路１１１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各フレーム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して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。

ここで、設計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）、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が格納されている。なお、ここでは、上述した評価パターンの図形が定義される。

かかる図形データとなる基準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値ないしは多値の基準設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、基準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基準設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。

次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。

図９は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである基準設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する設計画像（参照画像）を作成する。作成された参照画像は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、メモリ５０に格納される。

以上のようにして、位置が異なる複数のフレーム領域３０に応じた、複数の図形パターンの複数の参照画像を作成する。なお、ここでは、パターンの形状欠陥検査を行う場合を示しているが、位置ずれマップを作成するだけであれば、図９に示したフィルタ処理は省略しても構わない。

位置ずれ量（２）測定工程（Ｓ３１０）として、位置合わせ部６２は、光学画像を用いて、複数の図形パターンの位置ずれ量（２）（第２の位置ずれ量）を測定する。位置合わせ部６２は、第２の測定部の一例である。具体的には、以下のように動作する。位置合わせ部６２は、複数のフレーム画像の各フレーム画像と、複数の参照画像の対応する参照画像との位置合わせを行って、フレーム画像（フレーム領域）毎に、当該フレーム画像と、対応する参照画像と、の間での位置ずれ量（２）（第２の位置ずれ量）を演算する。位置合わせは、フレーム領域全体を移動させながら合わせる。例えば、最小２乗法等を用いてサブ画素単位で合わせると好適である。これにより、設計データから試料１０１（フォトマスク）を作成する際の位置ずれ誤差を把握できる。そして、演算されたフレーム領域毎の位置ずれ量（２）（第２の位置ずれ量）は、メモリ６６に格納される。

図１０は、実施の形態１における位置ずれ量の一例を示す図である。図１０（ａ）では、例えば、実マスクである試料１０１から得られたフレーム画像内のパターン１２と参照画像内のパターン１４とをｘ方向に位置合わせさせた際の位置ずれ量ΔＰｏｓの一例を示している。図１０（ｂ）では、例えば、実マスクである試料１０１から得られたフレーム画像内のパターン１２と参照画像内のパターン１５とをｙ方向に位置合わせさせた際の位置ずれ量ΔＰｏｓの一例を示している。図９（ａ）と図９（ｂ）の例では、共に、図形が１つしか示されていないが、位置合わせは、実マスクである試料１０１から得られたフレーム画像と参照画像とを用いて、フレーム領域全体を一様に移動させながら合わせる。例えば、最小２乗法等を用いてサブ画素単位で合わせると好適である。これにより、位置ずらし量に応じた位置ずれ量を把握できる。

Ｐｏｓマップ（２）作成工程（Ｓ３１２）として、Ｐｏｓマップ作成回路１４２は、複数の図形パターンの位置ずれ量（２）（第２の位置ずれ量）を用いて、試料１０１面の領域について、位置ずれ（Ｐｏｓ）マップ（２）（第２の位置ずれ量マップ）を作成する。Ｐｏｓマップ作成回路１４２は、第２のマップ作成部の一例である。

Ｐｏｓマップ（２）は、各フレーム領域に対応する位置ずれ量（２）をメッシュ値（或いはマップ値）として定義することで作成される。例えば、５１２×５１２画素分に相当する領域に設定される。１つのメッシュ領域内に１つの位置ずれ量（２）が測定される。

以上により、自重による撓みに起因した水平方向のＰｏｓマップ（１）と、実際の試料１０１の光学画像（フレーム画像）から得られる水平方向のＰｏｓマップ（２）とを作成できる。Ｐｏｓマップ（２）は、パターンの描画時に生じた水平方向の位置ずれ量の他、自重による撓みに起因した水平方向の位置ずれ量を含んでいる。そこで、実施の形態１では、かかる自重による撓みに起因した水平方向の位置ずれ量を除いた、描画時に生じた水平方向の位置ずれ量を求める。

差分マップ作成工程（Ｓ３１４）として、差分Ｐｏｓマップ作成回路１４４は、試料１０１（フォトマスク）面の領域について、位置ずれ量（２）（第２の位置ずれ量）から位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を差し引いた差分値をマップ値とする差分マップを作成する。差分Ｐｏｓマップ作成回路１４４は、差分マップ作成部の一例である。

図１１は、実施の形態１における差分マップの一例を示す図である。図１１に示すように、差分マップは、試料１０１の検査領域１０をフレーム領域３０毎にメッシュ値を定義したマップとして作成される。言い換えれば、試料１０１の検査領域１０をフレーム領域３０サイズでメッシュ状に仮想分割された複数のメッシュ領域にそれぞれ差分値を定義することにより作成される。Ｐｏｓマップ（１）とＰｏｓマップ（２）は、共に同じメッシュサイズでマップが定義されているので、Ｐｏｓマップ（２）とＰｏｓマップ（１）とを差分することで、差分マップが作成される。作成された位置ずれ差分マップは、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。

以上のように、実施の形態１では、検査装置１００で位置ずれ測定を行う場合に、マスクの撓みによる位置ずれを補正できる。よって、本来のパターン自体の位置ずれを評価することが可能となる。

なお、パターン欠陥検査工程（Ｓ４００）として、比較部６４は、位置合わせされたフレーム画像と参照画像とを所定のアルゴリズムに従って画素毎に比較し、欠陥の有無を判定する。判定結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。

検査が終了した試料１０１は、ゲートバルブ１３６を開けて、搬送ロボット１８３によって検査チャンバ１８６からロボットチャンバ１８４に搬出され、ゲートバルブ１３６を閉めた後、ゲートバルブ１３４を開けて、ロボットチャンバ１８４からロードロックチャンバ１８２に搬送される。そして、ゲートバルブ１３４を閉めた後、ゲートバルブ１３２を開けて、搬送ロボット１８１によって、ロードロックチャンバ１８２から搬出入口１３０に搬送される。

上述した例では、試料１０１が検査チャンバ１８６に搬送される前に、各パラメータを測定したが、これに限るものではない。欠陥検査が終了し、試料１０１が検査チャンバ１８６から搬出された後に、測定チャンバ１８８で各パラメータを測定してもよい。これにより、パラメータ測定工程（Ｓ１０２）からＰｏｓマップ（１）作成工程（Ｓ１１０）までの一連の工程と、光学画像取得工程（Ｓ１２０）からＰｏｓマップ（２）作成工程（Ｓ３１２）までの一連の工程と、の順序が逆になるが構わない。

実施の形態２．
実施の形態１では、測定チャンバ１８８で各パラメータを測定して、各パラメータ値を補正データに入力することで、水平方向の位置ずれ量（１）を算出していたがこれに限るものではない。実施の形態２では、直接、試料１０１のパターン形成面の高さ位置を測定して、自重に起因する撓み量を測定する構成について説明する。

実施の形態２の検査装置１００の構成は、図１，２と同様である。また、検査方法は、図４において、パラメータ測定工程（Ｓ１０２）の代わりに、ステージ搬送工程（Ｓ１０４）と位置ずれ量（１）演算工程（Ｓ１０８）との間に、かっこ書きで示した高さ分布測定工程（Ｓ１０６）を追加した点以外は図４と同様である。なお、実施の形態２では、実施の形態１の各パラメータを測定しないので、図１に示す測定チャンバ１８８および図２に示すカメラ１７１は省略しても構わない。ステージ搬送工程（Ｓ１０４）の内容は実施の形態１と同様である。

高さ分布測定工程（Ｓ１０６）として、試料１０１がＸＹθテーブル１０２上に載置された状態で、高さ位置分布測定回路１４５（第１の測定部の一例）は、試料１０１（フォトマスク）をＸＹθテーブル１０２（ステージ）に支持させた状態での撓み量を測定し、撓み量を用いて位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を演算する。

図１２は、実施の形態１における高さ分布の測定方法を示す概念図である。具体的には、試料１０１（フォトマスク）をＸＹθテーブル１０２（ステージ）に支持させた状態でＸＹθテーブル１０２を水平方向に移動させながら試料１０１面の複数の位置での焦点位置を焦点センサ１２６によって測定する。焦点センサ１２６は、試料１０１面の各位置で照光器１２５から光を照射し、反射光を受光器１２４で受光することで、高さ位置を測定する。測定された各位置での高さ位置データは高さ位置分布測定回路１４５に出力される。高さ位置分布測定回路１４５では、各位置での高さ位置情報から試料１０１面の高さ分布を演算し、高さ分布から撓み量を演算する。実施の形態１では、パターン形成面が下向きになっているので、下方側からパターン形成面にレーザを照射し、その反射光を用いて高さ位置を測定することでパターン形成面の撓み量を演算できる。

或いは、検査チャンバ１８６内に図１に示すフィゾー干渉計１２８を配置して、高さ分布を測定しても好適である。かかる場合、試料１０１面がフィゾー干渉計１２８と重なる位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。そして、フィゾー干渉計１２８によって、試料１０１（フォトマスク）をＸＹθテーブル１０２に支持させた状態でＸＹθテーブル１０２を移動させずに試料１０１面の高さ位置分布を測定する。フィゾー干渉計１２８での測定結果データは高さ位置分布測定回路１４５に出力される。高さ位置分布測定回路１４５では、フィゾー干渉計１２８での高さ分布から試料１０１面の撓み量を演算する。

位置ずれ量（１）演算工程（Ｓ１０８）として、位置ずれ演算回路１４６は、パターン形成面の高さ分布を用いて、所定の演算式を用いて、試料１０１（フォトマスク）をＸＹθテーブル１０２で支持することによって生じる試料１０１面の撓みに伴う試料１０１上の各位置の水平方向への位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を演算（測定）する。

以上のように、直接、試料１０１のパターン形成面の高さ位置を測定して、自重に起因する撓み量を求め、撓みに伴う試料１０１上の各位置の水平方向への位置ずれ量（１）（第１の位置ずれ量）を求めても好適である。Ｐｏｓマップ（１）作成工程（Ｓ１１０）以降の各工程の内容は実施の形態１と同様である。

以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、電子回路等のハードウェアで構成することができる。或いは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路１１４、展開回路１１１、参照回路１１２、比較回路１０８、位置ずれマップ（Ｐｏｓマップ）作成回路１４０，１４２、差分Ｐｏｓマップ作成回路１４４、高さ分布測定回路１４５、位置ずれ演算回路１４６、及びパラメータ測定回路１４８等の各機能は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、実施の形態では、照明光学系１７０として、透過光を用いた透過照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、反射光を用いた反射照明光学系であってもよい。或いは、透過照明光学系と反射照明光学系とを組み合わせて、透過光と反射光を同時に用いてもよい。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置、パターン検査方法、及び検査感度評価方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 検査領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
５０，５２，６０，６６ メモリ
５１ ステージ
５３ レーザ干渉測長器もしくはリニアスケール
５８ フレーム分割部
５９，１７１ カメラ
６１ レーザ変位計
６２ 位置合わせ部
６４ 比較部
１００ 検査装置
１０１ 試料
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ フォトダイオードアレイ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ ＦＤ
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１４０，１４２ Ｐｏｓマップ作成回路
１４４ 差分Ｐｏｓマップ作成回路
１４６ 差分ΔＣＤマップ作成回路
１４４ 差分Ｐｏｓマップ作成回路
１４５ 高さ分布測定回路
１４６ 位置ずれ演算回路
１４８ パラメータ測定回路
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系

Claims (4)

1. 複数の図形パターンが形成されたフォトマスクの光学画像を取得する光学画像取得部と、
   前記光学画像を取得する場合の支持方法によって前記フォトマスクを支持することによって生じるフォトマスク面の撓みに伴う前記フォトマスク上の各位置の水平方向への第１の位置ずれ量を演算する第１の測定部と、
   前記光学画像を用いて、前記複数の図形パターンの第２の位置ずれ量を測定する第２の測定部と、
   フォトマスク面の領域について、前記第２の位置ずれ量から前記第１の位置ずれ量を差し引いた差分値をマップ値とする差分マップを作成する差分マップ作成部と、
   前記フォトマスクの外径寸法、厚さ、重量のうち少なくとも１つのパラメータを計測する計測部と、
   前記フォトマスク上の各位置における前記第１の位置ずれ量を用いて、フォトマスク面の領域について、第１の位置ずれ量マップを作成する第１のマップ作成部と、
   前記複数の図形パターンの第２の位置ずれ量を用いて、前記フォトマスク面の領域について、第２の位置ずれ量マップを作成する第２のマップ作成部と、
   を備え、
   前記第１の測定部は、計測されたパラメータを用いて、前記第１の位置ずれ量を演算し、
   前記差分マップ作成部は、前記第２の位置ずれ量マップと前記第１の位置ずれ量マップとを差分して、前記差分マップを作成することを特徴とする検査装置。
2. 前記光学画像取得部は、前記フォトマスクを支持するステージを有し、
   前記第１の測定部は、前記フォトマスクを前記ステージに支持させた状態での撓み量を測定し、前記撓み量を用いて前記第１の位置ずれ量を演算することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記第１の測定部は、
   前記フォトマスクを前記ステージに支持させた状態で前記ステージを水平方向に移動させながら前記フォトマスク面の複数の位置での焦点位置を測定する焦点センサを有することを特徴とする請求項２記載の検査装置。
4. 前記第１の測定部は、
   前記フォトマスクを前記ステージに支持させた状態で前記ステージを移動させずに前記フォトマスク面の高さ位置分布を測定するフィゾー干渉計を有することを特徴とする請求項２記載の検査装置。

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