JP6424143B2 - 検査方法およびテンプレート - Google Patents

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本発明は、検査方法およびテンプレートに関する。
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い、個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
こうした微細パターンを形成する技術として、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィや、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が注目されている。ＥＵＶリソグラフィは、光源に極端紫外光を使用するため、従来のＡｒＦ光を使用した露光装置より微細なパターンの形成が可能である。一方、ナノインプリントリソグラフィは、ウェハ上に形成されたレジストに、ナノスケールの微細パターン構造を有するテンプレート（モールド）を押圧することで、光硬化性レジストに微細なパターンを転写形成するものである。いずれの技術も、原版となるマスクやテンプレートに形成されるパターンは、これまでのＡｒＦリソグラフィと比較して微細となり、その検査には高い精度が要求される。
ＥＵＶリソグラフィによるマスクの転写工程では、ステッパまたはスキャナと呼ばれる露光装置が用いられる。露光装置は、転写光源として光を使用し、マスクに設けられた回路パターンを４分の１から５分の１程度に縮小してウェハに投影する。つまり、マスクにおいては、ウェハに形成される回路寸法の４倍〜５倍の寸法のパターンが形成される。これに対して、ナノインプリントリソグラフィにおけるテンプレートでは、回路寸法と等倍の寸法のパターンが、所定の深さの掘り込みを伴って版面に形成される。例えば、先端半導体デバイスの場合、パターンやパターン間のスペースの線幅は十数ｎｍ以上数十ｎｍ以下程度、掘り込みの深さは数十ｎｍ以上百ｎｍ以下程度と予想される。
テンプレートのパターンは回路寸法と同じであることから、テンプレートに欠陥があると、それがウェハに転写されるパターンに与える影響は、マスクのパターンの場合より大きくなる。また、テンプレートは複数回の転写で使用されるので、パターンとともに欠陥もすべてのウェハに転写されてしまう。したがって、テンプレートのパターンを検査するにあたっては、マスクのパターンを検査する場合よりもさらに高い精度が必要になる。特許文献１には、テンプレートの欠陥を検出する検査装置が開示されている。
特開２０１２−２６９７７号公報
ところで、テンプレートに形成されたパターンが、検査装置の光源の波長よりも微細になると、パターンを解像できなくなる。一般に、その限界の寸法は、レイリーの解像限界として知られている。回路パターンの微細化が進む昨今にあっては、検査装置における光学系の解像限界よりも、パターン寸法の方が微細となり得る。
検査装置の光学系の開口係数をＮＡ、光源の波長をλとすると、光学系の解像限界Ｒは、式（１）によって表される。ここで、通常、開口係数ＮＡは、０．７から０．８程度の値である。また、ｋ１は、結像の条件に依存する係数で、０．５から１程度の値である。
現在主力とされている先端半導体デバイスの製造工程において、ウェハへの回路パターンの縮小投影露光に用いられるマスクの検査では、露光装置の光源の波長に近い２００ｎｍ程度の波長の連続光をマスクに照射している。そして、マスクを透過した光、または、マスクで反射した光を適切な拡大光学系を介してセンサで受光して、マスクの光学画像となる電気信号を得ている。マスクに形成されるパターンの寸法は、ウェハに形成されるパターンの線幅（数十ｎｍ）の４倍程度、すなわち、百ｎｍ以上数百ｎｍ以下程度である。
そこで、式（１）において、光源の波長を２００ｎｍとし、開口係数を０．７とすると、
となる。したがって、この場合の解像限界寸法は１４３ｎｍである。すなわち、マスクのパターンが１４３ｎｍよりも接近すると、そのパターンに対応した輝度振幅の電気信号がセンサで得られなくなる。このことは、テンプレートのパターンについても同様である。テンプレートのパターンはウェハに形成される回路寸法と等倍であるので、原則として解像できない。尚、一部の引き出し線やゲート線と呼ばれる、繰り返しでないやや太めのパターンの場合は、その形状を識別できる場合がある。
こうした微細なパターンを解像して欠陥を識別する方法として、上記のような光源を用いた検査光学系に代えて、電子線や原子間力を応用するパターンの採取原理が考えられる。しかしながら、電子線や原子間力を利用した検査の場合、スループットが低く、量産に適さないという問題がある。
ところで、検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンが形成されているテンプレートにおいて、その反射光学画像を取得すると、パターンが配置されていない箇所の光学画像（電気信号像）は、テンプレートの膜質に応じた輝度になる。例えば、キャブレーションで決定された白レベルに近い均一な輝度の光学画像となる。また、パターンが配置されている箇所の光学画像では、パターンが配置されていない箇所とは異なる輝度、例えば、白レベルと黒レベルの中間程度の均一な灰色画像として観察される。
一方、所定のパターンが周期性を持って形成されている箇所に欠陥があると、その周期性に乱れが生じて、光学画像は、均一な灰色像に欠陥の程度に応じた輝度変化を持つ像となる。この輝度変化は、例えば、孤立した白点や黒点となって観察される。
上記のような周期性の乱れによる輝度変化を検出することで、光学系の解像限界よりも微細なパターンの欠陥を検出することが可能である。かかる欠陥は、同一のテンプレートにおいて、複数のダイの光学画像同士を比較するダイ−ダイ比較方式や、同一のパターンが形成されている領域の光学画像同士を比較するセル比較方式などを用いて検出される。例えば、無欠陥であれば均一な灰色画像に見える２つのダイを比較し、周期性の乱れによる輝度変化を伴っている方の画像を欠陥があると判定する。
ここで、光学系の解像限界よりも微細な繰り返しパターンについて、パターンと光学系との焦点位置を変えて光学画像を撮像すると、各光学画像には、上記の輝度変化、すなわち、階調値のばらつきが見られるが、そのばらつきの大きさは焦点位置に応じて変わる。ばらつきが最大となる焦点位置が、光学画像のコントラストが最大となるところ、つまり、合焦点位置である。しかし、欠陥検査では、合焦点位置に対して意図的に一定の距離（フォーカスオフセット）を設けて検査する方が、欠陥検査の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が改善する場合があることが分かっている。そこで、光学画像のコントラストが最大になる合焦点位置を求め、次に、この合焦点位置にフォーカスオフセットの分を補正した位置を最適な焦点位置として検査する。
さらに、フォーカスオフセットにも最適値があり、また、その最適値は、欠陥の種類、形状、寸法などによって変化する。
例えば、一定の周期性を持って規則的に配列しているライン・アンド・スペースパターンを考える。このパターンに断線による欠陥箇所があるとし、この欠陥箇所をあるフォーカスオフセットで観察すると、均一の灰色画像に欠陥箇所が白い輝点となって見える。この状態からフォーカスオフセットを変えていくと、均一の灰色画像に欠陥箇所が黒い輝点となって見えるようになる。また、その中間のフォーカスオフセットでは、画像センサで欠陥信号の振幅が得られず、欠陥が観察できなくなる。
また、例えば、上記のライン・アンド・スペースパターンにおいて、隣接するラインパターンの一部が繋がって短絡している欠陥があると、その欠陥の見え方は、断線による欠陥の見え方とは白黒反転する。すなわち、断線による欠陥では白い輝点となって見えるフォーカスオフセットを短絡による欠陥に適用すると、断線の場合と白黒反転して、短絡による欠陥は黒い輝点となって見える。また、断線による欠陥で黒い輝点となって見えるフォーカスオフセットでは、短絡による欠陥は白い輝点となって見える。
またさらに、上記例において、短絡や断線の形状や大きさが異なると、欠陥の輝度、すなわち、白輝点や黒輝点の輝度が変化したり、輝度が最大となるフォーカスオフセットが変化したりする。
こうしたことから、テンプレートを検査する際には、まず、予備検査を行って欠陥を検出し、次いで、その欠陥でフォーカスオフセットを調節して、欠陥を検出するのに最適なフォーカスオフセットを見付けてから本検査を行うのがよい。しかしながら、予備検査で欠陥が検出されないと、フォーカスオフセットの調節ができなくなる。そのため、その後の本検査においても欠陥が検出されない場合、それが真に欠陥がないためであるのか、あるいは、フォーカスオフセットが適当でないことによって欠陥を検出できないためであるのかの区別が付かず、結果として検査の品質を保証できなくなるという問題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできる検査方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、フォーカスオフセットを適切に調節し、ノイズの影響を排除して、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる検査方法を提供することである。
さらに、本発明は、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできるテンプレートを提供することを目的とする。
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
本発明の一態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とする検査方法に関する。
本発明の一態様において、前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられていることが好ましい。
本発明の一態様において、前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねることが好ましい。
本発明の一態様において、前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることが好ましい。
本発明の一態様において、前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することが好ましい。
本発明の一態様において、前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、
前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、
前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、
（１）前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、
（２）前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有し、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、
前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがあることが好ましい。
本発明の別の態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがあり、
前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を用い、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得るように構成されており、
前記フォーカスオフセットの調節のためにフォーカスオフセットの条件範囲を設定する工程と、
前記基板を照明する前記光の偏光面の、前記第１のパターンの繰り返し方向に対する角度を調節するために、前記ファラデー回転子の角度の条件範囲を設定する工程と、
前記フォーカスオフセットの条件範囲および前記ファラデー回転子の角度の条件範囲のそれぞれの範囲内で、前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を変えながら複数条件の前記模擬欠陥の光学画像を撮像する工程と、
前記撮像された複数の光学画像を解析し、それぞれについて、前記模擬欠陥の前記ショート欠陥およびオープン欠陥の一方の信号強度を、前記エッジラフネスに起因するノイズの信号強度で除して評価尺度を算出する工程と、
前記評価尺度を用い、前記模擬欠陥の光学画像を得るための前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を抽出し、前記第１のパターンの欠陥の有無を検査するための前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件を決める工程と、
前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件にしたがって、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とする検査方法に関する。
本発明の別の態様において、前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられていることが好ましい。
本発明の別の態様において、前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねることが好ましい。
本発明の別の態様において、前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることが好ましい。
本発明の他の態様は、第１のパターンが設けられたパターン領域と該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域とを転写面に有し、
前記スクライブライン領域は、アライメントマークが配置されたアライメントマーク領域と、前記アライメントマーク領域以外の領域に設けられた第２のパターンおよび第３のパターンと、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥とを有し、
前記第１のパターンは、該第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
前記第２のパターンは、前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
前記模擬欠陥は、前記光学系の解像限界より微細であり、
前記第３のパターンは、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し、前記光学系の解像限界以上の寸法であることを特徴とするテンプレートに関する。
本発明のさらに他の態様は、第１のパターンが設けられたパターン領域および該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域を転写面に有し、
前記スクライブライン領域には、アライメントマーク領域が設けられ、
前記アライメントマーク領域は、前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、
前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、
前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
前記アライメントマークは、前記光学系の解像限界以上の寸法であって、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有することを特徴とするテンプレートに関する。
本発明の検査方法の一態様によれば、光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、第１のパターンと同一面に配置されて第１のパターンと向きが同じであって光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、第２のパターンに設けられて光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、第１のパターンと同一面に配置されて第１のパターンの方向を反映した形状を有し光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えた基板について、第１のパターンが設けられた面と光学系との焦点距離を変えながら模擬欠陥の光学画像を撮像するので、フォーカスオフセットを適切に調節して微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
本発明の検査方法の一態様によれば、光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、第１のパターンと同一面に配置されて第１のパターンと向きが同じであって光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、第２のパターンに設けられて光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、第１のパターンと同一面に配置されて第１のパターンの方向を反映した形状を有し光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えた基板について、第１のパターンが設けられた面と光学系との焦点距離、および、ファラデー回転子の回転角度を変えながら、模擬欠陥の光学画像を撮像することで、フォーカスオフセットと欠陥周囲のノイズの強度を併せて勘案することができ、フォーカスオフセットを適切に調節しノイズを除去して、微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
本発明のテンプレートの一態様によれば、アライメントマーク領域以外の領域に設けられた第２のパターンおよび第３のパターンと、第２のパターンに設けられた模擬欠陥とを有し、第２のパターンは、第１のパターンと向きが同じであって、検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、模擬欠陥は、光学系の解像限界より微細であり、第３のパターンは、第１のパターンの方向を反映した形状を有し、光学系の解像限界以上の寸法であるので、フォーカスオフセットを適切に調節して、光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
本発明のテンプレートの一態様によれば、アライメントマーク領域は、第１のパターンと向きが同じであって、検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、第２のパターンに設けられて光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、第２のパターンが配置されていない領域であって、第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントマークを形成する領域とを有し、アライメントマークは、光学系の解像限界以上の寸法であって、第１のパターンの方向を反映した形状を有するので、フォーカスオフセットを適切に調節して、光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
検査装置のテーブルにテンプレートが配置された状態を模式的に示す平面図である。 実施の形態１のフォーカスオフセット調節パターン領域を模式的に示す図である。 テンプレートの転写面と隣接して転写される転写面との関係を示す図である。 図３の一部拡大図である。 テンプレートの転写面に設けられたアライメントマーク領域とフォーカスオフセット調節パターン領域とを示す図である。 ショート欠陥を模擬した例である。 オープン欠陥を模擬した例である。 実施の形態１の検査方法を示すフローチャートである。 実施の形態１の検査装置の構成図である。 エッジラフネスによる欠陥を示す図である。 エッジラフネスによる欠陥とオープン欠陥を示す図である。 図１１のパターンに空間周波数フィルタをかけた図である。 検査装置の光学系によって、光の偏光面が回転する様子の説明図である。 検査装置の光学系によって、光の偏光面が回転する様子の説明図である。 テンプレートの被検査領域と、ストライプおよびフレームとの関係を説明する図である。 実施の形態２のテンプレートの転写面の平面模式図である。 実施の形態２のアライメントマーク領域の一例である。 図１７の一部拡大図である。 実施の形態２のアライメントマーク領域の他の例である。 実施の形態２のアライメントマーク領域に設けられた模擬欠陥を示す図である。 実施の形態２のアライメントマーク領域の他の例である。 パターンの短絡が隣接して３つ生じているショート欠陥の例である。 パターンの短絡が隣接して２つ生じているショート欠陥の例である。 パターンの短絡が隣接して３つ生じているオープン欠陥の例である。 パターンの短絡が隣接して２つ生じているオープン欠陥の例である。 パターンの線幅欠陥が孤立している例と２つ隣接して生じた例である。 パターンの線幅欠陥が孤立している例と２つ隣接して生じた例である。 実施の形態３の検査方法を示すフローチャートである。 信号強度の算出結果を比較して示すグラフである。 エッジラフネスに起因する背景ノイズの信号強度の算出結果を比較して示すグラフである。 第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比の算出結果を比較して示すグラフである。
上述したように、従来法では、検査装置の光学系の解像限界よりも微細な繰り返しパターンが形成されたテンプレートを検査する際、まず、予備検査を行って適当な欠陥を検出し、次いで、その欠陥でフォーカスオフセットを調節して、最適なフォーカスオフセットを見極めてから本検査を行っていた。しかし、この方法では、予備検査で欠陥が検出されないと、フォーカスオフセットの調節ができない。
また、フォーカスオフセットの最適位置は、次に述べるように、被検査パターンの繰り返しの方向性に依存する。このため、予備検査でフォーカスオフセットが適切に調節された場合であっても、調節の際の繰り返しパターンの向きと、本検査で光学画像を撮像する際の繰り返しパターンの向きとが異なると、最適な焦点位置で光学画像が撮像されないことになる。この問題について、以下に詳述する。
テンプレートに形成された繰り返しパターンの光学画像は、テンプレートを保持するテーブルが移動しながら所定領域毎に順次撮像される。例えば、繰り返しパターンが形成された領域は、ストライプと称される短冊状の小領域に仮想的に分割される。各ストライプは、例えば、長さが被検査領域のＸ方向の全長に等しくてＹ方向に整列している。テーブルが−Ｘ方向に移動すると、１つのストライプの光学画像がＸ方向に順次撮像される。ストライプの端に到達すると、テーブルは−Ｙ方向にステップ移動する。そして、テーブルがＸ方向に移動すると、Ｙ方向に隣接するストライプの光学画像が−Ｘ方向に順次撮像される。このような工程を繰り返すことによって、全てのストライプの光学画像が撮像される。
ここで、テンプレートに形成された繰り返しパターンとして、Ｙ方向に２つのエッジが伸びるラインパターンがＸ方向に繰り返しているライン・アンド・スペースパターンを考える。上記の通り、１つのストライプを撮像する際のテーブルの移動方向はＸ軸に平行であるので、パターンの繰り返しの方向にも平行である。また、この場合、合焦点位置にフォーカスオフセットの分を補正した位置が最適な焦点位置とされる。
フォーカスオフセットの最適値は予備検査によって求められ、本検査をするときの適切な焦点位置の決定に用いられる。しかしながら、予備検査と本検査における被検査パターンが同一であっても、光学画像を撮像するときのパターンの方向、詳しくは、テーブルの移動方向に対するパターンの繰り返しの方向が予備検査と本検査とで異なると、フォーカスオフセットの最適値も異なるようになる。上記例であれば、テンプレートの向きを９０度回転させて、ラインパターンの２つのエッジがＸ方向に伸びて、パターンの繰り返しの方向がＹ方向になるようにすると、フォーカスオフセットの最適値は、上記で求めた値とは異なるようになる。しかしながら、被検査パターンは検査装置の光学系の解像限界より微細であるので、予備検査時と本検査時とでパターンの繰り返しの方向が同じでなかったとしても、それを把握することができず、結果として、最適な焦点位置で光学画像が撮像されなくなる。
以上の点に鑑み、本実施の形態では、テンプレートに予め模擬欠陥を形成しておき、この模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行う。このようにすることで、被検査パターンに欠陥があるか否かに関わらず、常に最適なフォーカスオフセットで検査が行えるようになる。また、被検査パターンの向きを反映する形状と、検査装置の光学系の解像限界以上の寸法とを有するパターンをテンプレートに設ける。これにより、フォーカスオフセットの最適値を求めたときの被検査パターンの方向を容易に把握できるので、光学画像を撮像する際のパターンの方向をこれと一致させれば、最適な焦点位置で光学画像を撮像できるようになる。
具体的には、テンプレートの被検査パターンとして、検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンを考える。尚、この第１のパターンとしては、レジストを介してウェハに転写される機能素子を構成するライン・アンド・スペースパターンやコンタクトホールパターンなどの繰り返しパターンが想定される。
また、このテンプレートの第１のパターンと同一面であり、且つ第１のパターンが形成された領域の外周部に、上記解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンを配置する。第２のパターンの向きは、第１のパターンの向きと同じとする。例えば、第１のパターンが、Ｙ方向に２つのエッジ（長辺）が伸びるラインパターンがＸ方向に繰り返しているライン・アンド・スペースパターンであれば、第２のパターンも、Ｙ方向に２つのエッジ（長辺）が伸びるラインパターンがＸ方向に繰り返しているライン・アンド・スペースパターンである。また、第１のパターンがコンタクトホールパターンであり、Ｘ方向のホール間距離Ｗｘの方が、Ｙ方向のホール間距離Ｗｙより大きい場合には、第２のパターンも、Ｘ方向のホール間距離Ｗｘの方が、Ｙ方向のホール間距離Ｗｙより大きいコンタクトホールパターンである。
また、この第２のパターンに上記解像限界より微細な模擬欠陥を設ける。さらに、第１のパターンと同一面であり、且つ第１のパターンが形成された領域の外周部に、光学系の解像限界以上の寸法であって第１のパターンの方向を反映した形状の第３のパターンを設ける。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。実施の形態１では、模擬欠陥が配置された第２のパターンおよび被検査パターンの方向を検知する第３のパターンを、テンプレートの転写面でアライメントマーク領域を除いたスクライブライン領域に設ける例について述べる。実施の形態２では、スクライブライン領域に配置されたアライメントマーク領域が、模擬欠陥を有する第２のパターンと、第２のパターンが配置されていない領域であって、第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によって被検査パターンの方向を検知するための第３のパターンとを有し、この第３のパターンがアライメントのためのアライメントマークを兼ねる例について述べる。
そして、実施の形態３では、実施の形態１と同様に、上述の第２のパターンおよび上述の第３のパターンを上述のスクライブライン領域に設ける例であって、それらを使用するテンプレートの検査方法が、実施の形態１と異なる例について述べる。
実施の形態１．
本実施の形態のテンプレートは、ガラス基板に回路パターンが掘り込まれたものであり、転写に必要な面積に相当する部分を凸状に残してその周囲が掘り下げられた台地（メサ）構造を有する。図１は、検査装置のテーブルにテンプレートが配置された状態を模式的に示す平面図である。尚、この図では、テンプレートを符号Ｔで表しており、符号Ｔ１が凸状部、符号Ｔ２が掘り下げられた部分である。この凸状部Ｔ１が転写面になる。
回路パターンは、転写面に形成されてウェハに転写される。テンプレートの検査では、この回路パターンが被検査パターンとなる。回路パターンは、ライン・アンド・スペースパターンやコンタクトホールパターンなどの繰り返しパターン、すなわち、周期性を持って繰り返される規則的なパターンからなる。
図２は、本実施の形態におけるテンプレートの転写面の平面模式図である。この図に示すように、転写面Ｓｆ１において、被検査パターンが配置されるパターン領域Ｐ１には、検査装置の光学系の解像限界より微細な寸法の第１のパターンＰ１−１が形成されている。第１のパターンＰ１−１は、ライン・アンド・スペースパターンであり、この図では、ラインパターンの２つのエッジがＹ方向に伸びていて、Ｘ方向にこのラインパターンが繰り返す形状となっている。第１のパターンＰ１−１としては、例えば、半導体チップのメモリマット部に形成されるパターンなどが挙げられる。第１のパターンＰ１−１は、ガラス基板を例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の深さで掘り込むことによって形成される。尚、パターン領域Ｐ１には、第１のパターンＰ１−１の他に、光学系の解像限界以上の寸法を有するパターンが形成されていてもよい。
図３は、図２のテンプレートの転写面Ｓｆ１と、その周囲に転写される他の転写面との関係を示す図である。図３において、点線で示された領域（Ｓｆ２〜Ｓｆ５）が、転写面Ｓｆ１の周囲に転写される他の転写面である。この図から分かるように、転写面の輪郭線は、入り組んだ凹凸形状をしている。これは、隣接して転写される転写面同士が重ならないように嵌め合わすための形状である。
図４は、図３の転写面Ｓｆ１，Ｓｆ２を拡大して示したものである。パターン領域Ｐ１，Ｐ２と、転写面Ｓｆ１，Ｓｆ２の外縁の間の領域は、スクライブライン領域Ｓｃ１，Ｓｃ２である。スクライブライン領域Ｓｃ１，Ｓｃ２は、スクライブラインとなる領域であって、転写の際にパターン領域Ｐ１，Ｐ２が互いに重ならないようにするために設けられる重ね代の領域である。スクライブライン領域Ｓｃ１，Ｓｃ２の幅は、例えば、５０μｍから１００μｍ程度とすることができる。
図２に戻り、本実施の形態では、パターン領域Ｐ１の外周部に設けられたスクライブライン領域Ｓｃ１にフォーカスオフセット調節パターン領域ＦＡ１が設けられている。このフォーカスオフセット調節パターン領域ＦＡ１には、第１のパターンＰ１−１に倣ったパターン、すなわち、第１のパターンと形状および寸法が同等で、第１のパターンと同じ方向性を持つ第２のパターンＰ１−２が設けられている。詳しくは、第２のパターンＰ１−２は、第１のパターンＰ１−１と同様に、検査装置の光学系の解像限界より微細な寸法のライン・アンド・スペースパターンであり、ラインパターンの２つのエッジがＹ方向に伸びていて、Ｘ方向にこのラインパターンが繰り返す形状となっている。第２のパターンＰ１−２は、ガラス基板を例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の深さで掘り込むことによって形成される。また、図２において、第１のパターンＰ１−１を９０度回転させると、ラインパターンの２つのエッジがＸ方向に伸びていて、Ｙ方向にこのラインパターンが繰り返す形状となる。第２のパターンＰ１−２も、第１のパターンＰ１−１と同様に、９０度回転させると、ラインパターンの２つのエッジがＸ方向に伸びていて、Ｙ方向にこのラインパターンが繰り返す形状となる。
図２に示すように、第２のパターンＰ１−２には、模擬欠陥Ｄ１が設けられている。模擬欠陥Ｄ１も、第１のパターンや第２のパターンと同様に、検査装置の光学系の解像限界より微細である。
本実施の形態における模擬欠陥の例としては、図６や図７に示すものが挙げられる。これらの図において、模擬欠陥の背景となるパターンは、本実施の形態における第２のパターンである。図６の領域ａ１に示す模擬欠陥は、図２の模擬欠陥Ｄ１と同様であり、パターンが短絡したショート欠陥を模擬している。一方、図７の領域ａ２に示す模擬欠陥は、パターンが断線したオープン欠陥を模擬した例である。
模擬欠陥は、図６や図７の例に限られない。他の種類の欠陥を模擬してもよく、また、寸法、形状、個数などが異なる模擬欠陥を設けてもよい。さらに、これらの少なくとも１つが異なる模擬欠陥を複数設けてもよい。
フォーカスオフセットの最適値は、欠陥の種類、寸法、形状などによって変化するので、これらが異なる複数の模擬欠陥を設けることで、欠陥全体として最適なフォーカスオフセットを見出すことができるようになる。
例えば、図６および図７における欠陥の寸法は、第２のパターンの線幅と同程度であるが、欠陥の寸法を第２のパターンの半分程度や２倍程度としてもよい。
また、オープン欠陥やショート欠陥に限らず、エッジラフネスや、ラインパターンの線幅が局所的に太くなった欠陥、局所的に細くなった欠陥などを模擬してもよい。
さらに、欠陥を隣接して２つ以上設けてもよい。種類が同じで寸法の異なる欠陥を複数設けることで、検査装置の欠陥検出感度が変化しているか否かを判断する目安に模擬欠陥を用いることができる。
例えば、検査装置で模擬欠陥の光学画像を撮像したとき、模擬欠陥の信号がその寸法に依存して経時的に変化しているとする。この場合、本検査を行わずに、予備検査の段階で検査工程を停止することが好ましい。一例として、検査装置が、最初は全ての模擬欠陥を検出できたのに、検出感度が変化し、図２２の領域ｂ１に示すようなパターンの短絡が隣接して３つ生じている模擬欠陥を検出することはできるが、図２３の領域ｂ２に示すようなパターンの短絡が隣接して２つ生じている模擬欠陥を検出することができなくなった場合が挙げられる。尚、図２２は、パターンの短絡が３つ隣接して生じたショート欠陥を模擬した例であり、図２３は、パターンの短絡が２つ隣接して生じたショート欠陥を模擬した例である。欠陥検出感度が低下する原因としては、例えば、光源の光量が低下していたり、テーブルに振動が生じていたりすることが考えられる。そこで、こうした場合には、フォーカスオフセットの調整段階で一連の検査工程を停止して、検査装置のステータス異常の有無を調べることが好ましい。
図２４〜図２７に、検査装置の感度が変化することによって検出されなくなる模擬欠陥の他の例を示す。
図２４の領域ｂ３は、パターンが断線したオープン欠陥が隣接して３つ生じた例であり、図２５の領域ｂ４は、同様のオープン欠陥が隣接して２つ生じた例である。また、図２６は、ラインパターンで線幅が局所的に太くなっている欠陥を模擬した例であり、領域ｂ５に示すように欠陥が孤立して発生している場合と、領域ｂ６に示すように欠陥が２つ隣接して発生している場合とを一緒に設けたものである。一方、図２７は、ラインパターンで線幅が局所的に細くなっている欠陥を模擬した例であり、領域ｂ７に示すように欠陥が孤立して発生している場合と、領域ｂ８に示すように欠陥が２つ隣接して発生している場合とを一緒に設けたものである。
検査装置の検出感度が低下すると、図２４の領域ｂ３、図２６の領域ｂ６、図２７の領域ｂ８に示すような大きな欠陥を検出することはできるが、図２５の領域ｂ４、図２６の領域ｂ５、図２７の領域ｂ７に示すような小さな欠陥を検出することはできなくなる。
図２に戻り、フォーカスオフセット調節パターン領域ＦＡ１には、第２のパターンＰ１−２の他に、第３のパターンＰ１−３が設けられている。第３のパターンも、ガラス基板を例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の深さで掘り込むことによって形成される。
この第３のパターンＰ１−３は、検査装置の光学系の解像限界以上の寸法であって、第１のパターンＰ１−１や第２のパターンＰ１−２と同じ方向、すなわち、Ｙ方向に２つのエッジが伸びたラインパターンである。したがって、第３のパターンが検知できれば、被検査対象である第１のパターンＰ１−１の向きを容易に知ることができる。
第３のパターンＰ１−３の形状は、ラインパターンに限られるものではなく、第１のパターンＰ１−１と第２のパターンＰ１−２の方向性を示せるものであればよい。例えば、異なる幅または長さの２つの直線を組み合わせた十字形状として、直線の幅または長さと、第１のパターンＰ１−１および第２のパターンＰ１−２の方向性が関連付くようにしてもよい。これらの直線は、例えば、線幅が２μｍ以上１０μｍ以下、長さが１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
例えば、十字形状を構成する２つの直線の長さを変え、長い方の直線の方向と、第１のパターンＰ１−１や第２のパターンＰ１−２でエッジが伸びる方向とを一致させる。この場合、長い方の直線がテーブルのＹ軸と平行であれば、第１のパターンＰ１−１や第２のパターンＰ１−２では、ラインパターンの２つのエッジがＹ方向に伸びていて、Ｘ方向にこのラインパターンが繰り返す形状となっていることが分かる。
また、第３のパターンＰ１−３は、Ｌ字形状、Ｔ字形状またはＦ字形状などであってもよい。これらの形状であれば、正立状態と横転状態とが区別できるので、いずれか一方の位置を、第１のパターンＰ１−１や第２のパターンＰ１−２の方向性と関連付けることで、第３のパターンＰ１−３を見れば、被検査対象である第１のパターンＰ１−１の向きが容易に分かるようになる。
図５は、テンプレートの転写面に設けられたアライメントマーク領域とフォーカスオフセット調節パターン領域とを示す図である。尚、図２と同じ符号を用いた部分は、図２と同様であるので説明を省略する。
図５において、パターン領域Ｐ１の外周部に配置されたスクライブライン領域Ｓｃ１には、アライメントマーク領域（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）と、フォーカスオフセット調節パターン領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）とが設けられている。
アライメントマーク領域（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）には、半導体集積回路の製造工程における位置や回転の調整などの種々のアライメントに用いられるアライメントマークが設けられる。アライメントマーク領域（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）は、転写面Ｓｆ１の四隅（または四隅の周辺）のスクライブライン領域Ｓｃ１に配置される。
フォーカスオフセット調節パターン領域ＦＡ１は、図２で説明した通りである。図５の例では、転写面Ｓｆ１に、これと同様の構成を備えたフォーカスオフセット調節パターン領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）が設けられている。これらのフォーカスオフセット調節パターン領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）が配置される領域は、転写面Ｓｆ１の四隅やその周辺に限定されず、アライメントマーク領域（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）を除いたスクライブライン領域Ｓｃ１であればよい。
本実施の形態のテンプレートによれば、転写面に設けられた第１のパターンと、第１のパターンが設けられた領域の外周部に設けられたアライメントマーク領域と、アライメントマーク領域を除いた外周部に設けられた第２のパターンおよび第３のパターンと、第２のパターンに設けられた模擬欠陥とを有するので、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
本実施の形態では、図５の例のように、テンプレートの転写面に複数のフォーカスオフセット調節パターン領域を設けることが好ましい。これにより、例えば、転写面に汚れが付着して、一部のフォーカスオフセット調節パターン領域がフォーカスオフセットの調整に適当でなくなった場合であっても、他のフォーカスオフセット調節パターン領域を使用することで、問題なく検査工程を進めることができる。
次に、本実施の形態によるテンプレートの検査方法について説明する。
図８は、本実施の形態の検査方法を示すフローチャートである。この図において、被検査対象の光学画像を基に欠陥の有無を判定する本検査工程はＳ５およびＳ６に対応し、Ｓ１〜Ｓ４は本検査工程に先立って行われる予備検査工程に対応する。
また、図９は、本実施の形態の検査装置の構成図である。図８の各工程は、図９の検査装置１００を用いて実施される。そこで、まず、検査装置１００について説明する。
検査装置１００は、光学画像取得部を構成する構成部Ａと、構成部Ａで取得された光学画像を用いて検査に必要な処理などを行う構成部Ｂとを有する。
構成部Ａにおいて、テンプレート２はテーブル１に載置される。テーブル１は、（図示されない）水平方向およびθ方向に移動可能なＸＹθテーブルと垂直方向に移動可能なＺテーブルとを有する。
一方、構成部Ｂでは、検査装置１００を制御する制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、画像処理回路１０８、角度制御回路１４、欠陥検出回路１３４、オートローダ制御回路１１３、ＸＹθテーブル制御回路１１４ａ、Ｚテーブル制御回路１１４ｂ、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。
構成部Ａにおけるテーブル１は、ＸＹθテーブル制御回路１１４ａによって制御されたＸＹθ駆動機構１６により、水平方向とθ方向に駆動される。また、Ｚテーブル制御回路１１４ｂによって制御されたＺ駆動機構１５により、垂直方向に駆動される。テーブル１の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定されて位置回路１０７に送られる。テンプレート２は、オートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０からテーブル１まで自動的に搬送され、検査終了後には自動的に搬出される。
被検査対象となるテンプレート２のパターンの光学画像は、構成部Ａで取得される。具体的には、次の通りである。
光源２０１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２０２で反射し、２分の１波長板２０３を透過した後、ファラデー回転子２０４に入射する。ファラデー回転子２０４を透過した光は、対物レンズ２０５によってテンプレート２の検査領域に結像する。次いで、テンプレート２で反射した光は、対物レンズ２０５を透過した後、ファラデー回転子２０４、２分の１波長板２０３、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。センサ２０７は、テンプレート２のパターンの光学画像を撮像する。
センサ２０７は、テンプレート２の微弱な拡大光学像を電気的に蓄積し、画像電気信号に変換して出力する。センサ２０７には、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが用いられる。ＴＤＩセンサは、電荷が蓄積される積算方向にＮ段の露光エリアが配置されたエリアセンサである。テンプレート２の光学像を撮像する際には、テーブル１の移動方向とＴＤＩセンサの積算方向を一致させて、テンプレート２を走査する度に、積算方向に電荷を１段ずつ転送し、積算段数分の電荷を蓄積して出力する。これにより、１ラインでは微弱な電荷であっても、複数回の加算によって、加算しない場合と同じ走査時間でその数十倍の光量に匹敵する出力が得られる。また、同一点を複数回加算することでノイズが低減され、画像信号の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が向上する。
本実施の形態の検査方法では、まず、テンプレート２がテーブル１上に載置されて、プレートアライメントが行われる（Ｓ１）。プレートアライメントは、テンプレート２の転写面のＸＹ座標軸と、テーブル１の走行軸との平行および直角度を合わせる行為である。これにより、テンプレート２の被検査パターンの回転や伸縮誤差が検査装置１００の光学系に対して正規化される。具体的には、次の様にして行われる。
テーブル１上の所定位置にテンプレート２が載置されると、検査装置１００は、テンプレート２の所定位置からの回転角度（θ）や、温度などによるパターンの全体伸縮を自動で計算して補正計算を行う。このとき、回転角度や伸縮は、アライメントマークを用いて算出される。
まず、テンプレート２に設けられた設計上は水平または垂直の位置関係になる２つのアライメントマークのＸ軸およびＹ軸を、テーブルの走行軸に対して水平および垂直となるようにする。例えば、図５において、アライメントマーク領域ＡＭ１０２，ＡＭ１０３に配置されたアライメントマークの各Ｘ座標が一致したところで、テンプレート２のパターンとテーブル１の各Ｙ座標を合わせる。また、アライメントマーク領域ＡＭ１０１，ＡＭ１０８に配置されたアライメントマークの各Ｙ座標が一致したところで、テンプレート２のパターンとテーブル１の各Ｘ座標を合わせる。
また、アライメントマークを基準にテーブル１のθ軸を回転させて、テンプレート２が所定位置となるように調整したうえで、２つのアライメントマーク間の距離を測定する。そして、この測定値を、予め検査装置１００に与えられている理論上のアライメントマーク間の距離に照らしてテンプレートの伸縮率を算出する。得られた値を検査工程で測定されるパターンの位置や寸法の補正計算に反映させることで、検査結果の精度を高めることができる。
次に、テンプレート２の光学画像を取得するセンサ２０７の光量振幅を最適化する（Ｓ２）。具体的には、センサ２０７の各画素の信号振幅が均等になるよう、各画素のアンプのゲインを調整する。また、テンプレート２の光学画像の白黒振幅のダイナミックレンジを最大限に活用して、欠陥信号をできるだけ高く検出できるように、輝度のオフセットと振幅を調整する。
次に、テンプレート２のフォーカスオフセット調節パターン領域に設けられた模擬欠陥を利用して、フォーカスオフセットを調節する（Ｓ３）。
具体的には、テンプレート２の転写面と対物レンズ２０５の焦点距離を変えて模擬欠陥の光学画像を撮像し、この模擬欠陥を検出するのに最適な焦点距離、すなわち、画像信号の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が最大となる焦点距離を求める。かかる焦点距離は、合焦点位置からフォーカスオフセットの分だけずれた位置になる。尚、焦点距離は、テーブル１の高さを変えることによって調節できる。
ここで、模擬欠陥は第２のパターンに設けられているので、模擬欠陥の光学画像とは、詳しくは、第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像になる。第２のパターンは、第１のパターンと同様の繰り返しパターンであるので、模擬欠陥の光学画像を撮像する際のテーブル１の移動方向が、第１および第２のパターンの繰り返しの方向に対し平行および垂直のいずれとなっているのかを第３のパターンの方向で把握しておく。
一例として、テンプレート２の一部分または全体に同一の構成を有する複数のチップパターンが配置されている場合を考える。より具体的には、ウェハに転写される同じ集積回路の繰り返しパターンが配置されている場合である。ここで、繰り返し単位は、同じ大きさの矩形を呈しており、互いに切り離されるとダイ（Ｄｉｅ）と称される。１つのダイには、通常、１単位の集積回路が形成されている。ダイ−トゥ−ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較方式によってこの繰り返しパターンを検査する際には、異なるチップにおける同一パターンの光学画像同士が比較される。
例えば、ｎ番目のチップの光学画像を被検査対象とすると、（ｎ−１）番目のチップの光学画像が比較されるべき基準画像になる。このとき、繰り返しパターンが、検査装置の光源の波長で解像できないパターンであると、検査領域のほとんどでは、一様な灰色階調の光学画像同士を比較することになる。しかしながら、パターンに欠陥を有する光学画像では、欠陥箇所がその種類や形状に応じて白い輝点や黒点となって観察される。
例えば、テンプレート２に光を照射し、その反射光をセンサ２０７に入射させることによって、繰り返しパターンの光学画像を取得する場合において、隣接するパターン同士が繋がり短絡していると、その欠陥箇所では光が他より広い面積で反射するため、欠陥は白い輝点となって観察される。一方、パターンに断線が生じていると、その部分でパターンが欠けているため、光の反射面積が小さくなり、欠陥は黒点となって観察される。これらの例において、フォーカスオフセットを変化させると、欠陥箇所の輝点や黒点の形状が変化したり、欠陥信号の極大および極小の信号振幅が変化したりする。
フォーカスオフセットの調節工程では、欠陥を検出するのに最適なフォーカスオフセットが探索される。具体的には、上述したように、フォーカスオフセットを変えながら、すなわち、テンプレート２の転写面と、対物レンズ２０５との焦点距離を変えながら、フォーカスオフセット調節パターン領域に設けられた模擬欠陥の光学画像を撮像し、ベースとなる灰色階調に対して欠陥信号が最も強く得られるフォーカスオフセットを探索する。例えば、灰色階調の信号レベルに対する欠陥の輝度信号レベルを所定のアルゴリズムで算出する方法が採れる。
フォーカスオフセットに影響する因子としては、欠陥の種類、形状、大きさの他にも、テンプレート２に形成されたウェハに転写されるパターンの寸法、転写面における掘り込みの深さ、テンプレート２の表面のコーティングの条件などが挙げられる。さらに、検査装置１００において、光源２０１からの光をテンプレート２に照明する照明光学系や、テンプレート２を透過または反射した光を結像してセンサ２０７に入射させる結像光学系の状態によっては、断線のような欠陥に対するフォーカスオフセットの最適位置と、短絡のような欠陥に対するフォーカスオフセットの最適位置とが異なることがあり得る。そこで、こうした場合には、例えば、断線に対して最適なフォーカスオフセットで検査を行い、続いて、短絡に対して最適なフォーカスオフセットで検査を行うというように、それぞれのフォーカスオフセットで２回検査を行うことが好ましい。
探索の結果、最適なフォーカスオフセットが定まると、そのフォーカスオフセットとなるよう、テンプレート２の転写面と対物レンズ２０５の焦点距離を調節する。
フォーカスオフセットの調節を行った後は、図８に示すＳ４〜Ｓ６の各工程を行う。すなわち、ファラデー回転子２０４による光の偏向面の回転角度を決定し（Ｓ４）、次いで、検査のための光学画像を取得し（Ｓ５）、そして、Ｓ５で取得した光学画像を基に欠陥判定を行う（Ｓ６）。
ファラデー回転子２０４は、ファラデー効果によって光の偏光面を回転させるものである。尚、ファラデー効果とは、光学材料に直線偏光を入射させ、光の進行方向と同一の方向に磁場を加えると、直線偏光の２つの成分（右回りの円偏光と左回りの円偏光）の位相速度にずれが生じ、その結果、出口での位相差によって、光学材料から出てくる光（直線偏光）の偏光面が回転する現象を言う。
パターン欠陥の中で、ライン同士が短絡するショート欠陥や、ラインが断線するオープン欠陥は、テンプレートの性能に深刻な影響を与える。これに対して、図１０の領域Ｄ１に見られるようなエッジラフネスについては、テンプレートに与える影響がショート欠陥やオープン欠陥に比較して限定的であるため、検査で必ずしも検出される必要はない。
しかしながら、ショート欠陥、オープン欠陥、エッジラフネスのいずれもが光学系の解像限界より小さく、さらにこれらが同じパターン、具体的には、解像限界より微細な周期の同じ繰り返しパターンに混在する場合、この光学系による観察では、ショート欠陥やオープン欠陥による明暗と、エッジラフネスによる明暗との区別がつかない。その理由として、パターンの光学画像においては、ショート欠陥、オープン欠陥、エッジラフネスのいずれもが、同じサイズ、つまり、解像限界程度のサイズに拡がってしまうことが挙げられる。
図１１は、テンプレートに設けられたライン・アンド・スペースパターンを模式的に示したものである。尚、図１１において、パターンの寸法は、光学系の解像限界より小さいとする。この図の領域Ｄ２では、ラインパターンの一部が欠けており、オープン欠陥となっている。また、領域Ｄ３では、パターンのエッジラフネスが大きくなっている。
オープン欠陥とエッジラフネスによる欠陥は、図１１に示すように、テンプレート上では相違が明らかであるので明確に区別することができる。しかしながら、検査装置の光学系を介して観察すると区別が困難となる。これは、光学系が、光源の光の波長λと、開口係数ＮＡとで決まる空間周波数フィルタとして振る舞うためである。
図１２は、図１１のパターンに空間周波数フィルタをかけたものである。図１２からは、領域Ｄ２における欠陥と、領域Ｄ３における欠陥とが、同程度のサイズに拡がってしまい、形状の違いが判別し難くなっていることが分かる。このように、解像限界より小さいサイズのオープン欠陥とエッジラフネスを光学系によって区別するのは、原理的に困難である。こうしたことは、ショート欠陥とエッジラフネスによる欠陥との間でも同じである。
ところで、ショート欠陥やオープン欠陥のサイズは、エッジラフネスによる欠陥に比較すると大きい。それ故、ショート欠陥やオープン欠陥では、照明光の偏光状態に与える影響がエッジラフネスによる欠陥よりも大きい。例えば、ショート欠陥の場合、照明光の電場成分に対する感受性が縦方向と横方向で異なる。具体的には、次の通りである。
テンプレートに直線偏光を垂直に入射させる場合を考える。直線偏光の偏光方向が、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に対して４５度であるとき、入射光の電場は、縦成分と横成分で等しいのに対し、ショート欠陥による反射光の電場は、縦成分より横成分の方が大きくなる。その結果、ショート欠陥で反射した光の偏光方向は、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向と直交する方向に傾くようになる。また、同じ例で、オープン欠陥の場合は、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に傾くようになる。
これに対して、エッジラフネスによる欠陥の場合、欠陥の大きさ、すなわち、エッジラフネスにおける凹凸のサイズは、ショート欠陥やオープン欠陥よりも微細である。それ故、照明光の電場成分の横方向と縦方向に対する感受性の差はそれほど大きくない。したがって、テンプレートに直線偏光を垂直に入射させる場合において、直線偏光の偏光方向がライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に対して４５度であるとき、エッジラフネスにより散乱した光の偏光方向は、入射光の偏光方向である４５度に近い値となる。但し、周期的な繰り返しを有するベースパターンの影響を受けることにより、偏光方向は完全には４５度とならず、４５度から僅かにずれた値をとる。
上記の通り、テンプレート２上に形成された繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して４５度の偏光面を有する光が照射されると、ショート欠陥やオープン欠陥のような大きな欠陥と、エッジラフネスのような小さな欠陥との間で、光の電場成分に対する感受性に違いが現れる。一方、光の偏光面がテンプレート２上に形成された繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して０度や９０度であると、光の感受性は欠陥間で同じとなるため区別できない。つまり、光の偏光面は、パターンの繰り返しの方向に対して必ずしも４５度である必要はないが、０度や９０度でないことが重要である。換言すると、テンプレート２に入射する光の偏光面は、−５度以上５度以下と、８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度とすることが好ましい。
このように、ショート欠陥やオープン欠陥と、エッジラフネスによる欠陥とでは、照明光の偏光状態に与える影響が異なる。したがって、この違いを利用することにより、光学系の解像限界より微細なパターンであっても、欠陥を分類することが可能である。具体的には、照明光の偏光状態と、テンプレートで反射した光を結像する光学系における偏光制御素子、すなわち、本実施の形態のファラデー回転子２０４の条件とを制御することで、エッジラフネスによる明暗のムラを偏光制御素子で除去し、ショート欠陥やオープン欠陥による振幅変化のみを抽出することができる。
本実施の形態では、図８のＳ４で、ファラデー回転子の回転角度を決定する。Ｓ４の工程は、所定の要件で撮像されたテンプレート２のパターンの光学画像について画素毎の階調値を求めて階調値の標準偏差を最小にするファラデー回転子による光の偏光面の回転角度を決定する工程である。あるいは、場合に応じて、ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度を変えて取得した複数の光学画像における階調値の標準偏差を、階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程とすることができる。いずれにおいても、光学画像は、テンプレート２に設けられた模擬欠陥の光学画像とすることが好ましい。
Ｓ４では、検査装置１００において、光源２０１から出射してテンプレート２を照明した光のうち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるときの、ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）を決定する。フォーカスオフセット調節パターン領域にエッジラフネスを模擬した欠陥を設ければ、その光学画像から、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを求めることができる。上記の光学画像には、Ｓ３のフォーカスオフセットの調節工程で用いた光学画像を適用することができる。
検査装置１００において、テンプレート２のエッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのが妨げられるように、ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）が変えられると、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光が、エッジラフネスで散乱した光と分離されて２分の１波長板２０３と偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。すると、センサ２０７で撮像される光学画像は、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれる一方、ショート欠陥やオープン欠陥は残された状態のものとなる。したがって、この光学画像によれば、ショート欠陥やオープン欠陥の検査が容易となる。つまり、センサ２０７で撮像された光学画像を用いて、光学系の解像限界より微細なパターンを検査することができるようになる。
図１３および図１４は、検査装置１００の光学系によって、光の偏光面が回転する様子を説明する図である。
図１３や図１４に示すように、ファラデー回転子２０４は、光を透過する光学材料２０４ａと、その周りに巻装したコイル２０４ｂとを有する。光学材料２０４ａには、光源２０１からの光に対して高い透過率を有する材料を用いる。例えば、光源２０１としてＤＵＶ光を出射するものを用いた場合、ＤＵＶ光に対して高い透過率を有するＳｉＯ２、ＣａＦ２またはＭｇＦ２などの磁気光学結晶が光学材料２０４ａとして用いられる。コイル２０４ｂは、電流を流すことによって、光学材料２０４ａに、光の進行方向に沿って平行な方向に磁場が加えられるよう巻装されている。
ファラデー回転子２０４では、コイル２０４ｂに流れる電流が変わると、光学材料２０４ａに印加される磁場の強さが変わる。したがって、この磁場の強さを制御することで、ファラデー回転子２０４を透過する光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）を変えることができる。
ファラデー回転角θは、式（３）で表される。尚、Ｈは磁場の強さを表し、ｌは、偏光が通過する物質の長さを表す。また、Ｖは、物質の種類、偏光の波長および温度に依存する定数であり、ベルデ定数と称される。
上記で光学材料２０４ａとして例示したＳｉＯ２、ＣａＦ２またはＭｇＦ２などは、いずれも自発磁化を持たないため、所望とするファラデー回転角θを得るには、これらに大きな磁界を印加する必要がある。
ところで、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光を、エッジラフネスで散乱した光と分離するのに適当なファラデー回転角θは、パターンの構造によって異なる。このため、検査装置１００では、テンプレート２のパターンに応じて、ファラデー回転角θが変えられるようになっている。具体的には、角度制御回路１４でファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを変え、それによって、光学材料２０４ａに印加される磁場の強さを変化させて、パターンの種類に応じたファラデー回転角θとなるようにしている。
ファラデー回転子２０４に永久磁石を使用する場合、磁界の強さの異なる複数の永久磁石を用意しておくことが好ましい。そして、パターンの種類に応じたファラデー回転角θとなるような永久磁石を選択して、光学材料に必要な磁界が印加されるようにする。
また、ファラデー回転角θは、光学材料の厚みを変えることによっても変化する。したがって、厚みの異なる光学材料を複数用意しておき、この中から、パターンの種類に応じたファラデー回転角θを実現可能な光学材料を選択するようにしてもよい。この場合、光学材料に印加する磁界の大きさは、光学材料によらず同一にできる。
上記の通り、テンプレート２に入射する光の偏光面は、−５度以上５度以下と、８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度とすることが好ましい。また、本実施の形態では、光がファラデー回転子２０４を２回透過することで、その偏光面が往復で９０度回転することが好ましい。つまり、光学材料へは、光が往復で９０度回転するように磁界が印加されることが好ましい。
図１３に示すように、直線偏光Ｌの偏光面は、２分の１波長板２０３を透過することによって４５度回転する。続いて、ファラデー回転子２０４を透過することによって、この直線偏光Ｌの偏光面はさらに４５度回転する。その後、直線偏光Ｌは、対物レンズ２０５を介して、（図１３では図示されない）テンプレート上に結像する。
次に、図１４において、（図１４では図示されない）テンプレートで反射した直線偏光Ｌは、対物レンズ２０５を透過し、続いて、ファラデー回転子２０４に入射する。ファラデー回転子２０４を透過することによって、直線偏光Ｌの偏光面は４５度回転する。次いで、２分の１波長板２０３を透過することによって、直線偏光Ｌの偏光面は−４５度回転する。
このように、ファラデー回転子２０４を２回透過することで、光の偏光方向は９０度回転する。これにより、図９において、光源２０１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２０２で反射されて、テンプレート２へ向かうが、テンプレート２で反射された光は、偏光方向が９０度回転することで、偏光ビームスプリッタ２０２を透過するようになり、光源２０１ではなく、センサ２０７へ向かう。そして、センサ２０７に光が入射することで、センサ２０７は、テンプレート２の光学画像を撮像する。
次に、図８のＳ４において、ファラデー回転子２０４の回転角度を決定する方法を述べる。これにより、エッジラフネスによる明暗のムラを除去する条件が見出される。
一般に、検査対象となるテンプレートにおいて、ショート欠陥やオープン欠陥は極僅かしか存在しないのに対し、エッジラフネスは全面に渡って多く存在する。例えば、１００μｍ×１００μｍの領域の光学画像を取得したとき、この領域にショート欠陥やオープン欠陥が含まれる可能性は低く、また、含まれたとしても領域内での欠陥の数は僅かである。つまり、この領域内における光学画像の殆どは、エッジラフネスに起因するものである。よって、エッジラフネスによる欠陥を排除する条件は、１００μｍ×１００μｍ程度の大きさの光学画像１つから求められる。
既に述べたように、光学画像におけるエッジラフネスによる階調値の変化は、センサ２０７に入射する光の偏光方向を制御することで除くことができる。具体的には、ファラデー回転子２０４によるファラデー回転角θを制御することで、センサ２０７に入射するエッジラフネスによる散乱光の光量を変化させて、光学画像における明暗の振幅を変えることができる。
光学画像における明暗の振幅は、画素毎の階調値の標準偏差で表される。例えば、検査装置の光学系の画素分解能が５０ｎｍであるとき、１００μｍ×１００μｍの領域の光学画像は４００万画素で表現される。つまり、この光学画像１つから４００万個の階調値の標本が得られる。
暗視野照明系では、上記標本について標準偏差を求め、得られた値をエッジラフネスに起因する散乱光の程度と定義し、この値が最小になるように結像光学系側の偏光状態、すなわち、ファラデー回転角θを調整する。このようにすることで、センサ２０７に入射する、エッジラフネスに起因する散乱光の光量を最小限にすることができる。
一方、明視野照明系における光学画像の場合、エッジラフネスによる明暗の程度は、０次光の影響を受ける。この理由は、次の通りである。検査対象には、解像限界以下の微細な周期パターンがあるため、構造性複屈折による位相差の効果によって、０次光の偏光状態が変化する。それ故、エッジラフネスに起因する反射光を除去する目的でファラデー回転角θを変えると、ベースとなる光量も変化する。明視野像は、ショート欠陥やオープン欠陥、エッジラフネスからの散乱光の電場振幅と、０次光の電場振幅との積であるので、エッジラフネスによる明暗の程度が０次光の強度の影響を受ける結果となる。
エッジラフネスに起因する散乱光の影響を除いて、ショート欠陥やオープン欠陥を検出する感度を向上させるには、０次光に起因する関数（具体的には、０次光の電場振幅を表す関数）が極小になる条件ではなく、エッジラフネスに起因する関数（具体的には、エッジラフネスによる散乱光の電場振幅を表す関数）が極小になる条件を見出す必要がある。０次光に起因する関数が極小になるのは、単にベース光量が最小になる条件に過ぎず、エッジラフネスによる影響を排除しきれないためである。
エッジラフネスに起因する関数が極小になる条件は、光学画像の階調値の標準偏差σと、平均階調値Ａとを用いた演算により求められる。ここで、標準偏差σは、様々なノイズ要因からなるが、特にエッジラフネスによる明暗の影響を大きく受ける。また、光学画像の平均階調値Ａは、ベース光量、つまり、０次光の強度である。そして、エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅は、光学画像の標準偏差σを平均階調値Ａの平方根で割った値に比例する。エッジラフネスに起因する明暗の振幅を最小にする条件を見出すには、ファラデー回転角θを変えて光学画像を取得し、得られた光学画像における階調値の標準偏差を平均階調値の平方根で割った値
を算出する。そして、この値が最小になるファラデー回転角θを求めればよい。
上述したように、ショート欠陥やオープン欠陥のように大きな欠陥は、照明光の電場成分に対する感受性が縦方向と横方向で異なる。したがって、こうした欠陥に起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θは、エッジラフネスに起因する散乱光の場合とは異なる。すなわち、エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θを適用しても、ショート欠陥やオープン欠陥に起因する散乱光の電場振幅が極小になることはない。したがって、エッジラフネスに起因する明暗の振幅に埋もれることなく、ショート欠陥やオープン欠陥を検出することが可能となる。
尚、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光を、エッジラフネスで散乱した光と分離するのに適当なファラデー回転角θがパターンの構造によって異なることについては、既に述べたが、これはさらに次のように詳述される。
エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θは、検査対象に形成されたパターンの構造によって異なる。例えば、パターンのピッチ、掘り込みの深さ、ラインとスペースの比率などが変化すると、電場振幅が極小になるファラデー回転角θも変化する。したがって、被検査パターンの構造に応じてファラデー回転角θを求める必要がある。つまり、テンプレートに同じ被検査パターンが設けられている場合には、予め求めたファラデー回転角θを検査工程で使い続けることができるがテンプレートに構造の異なる複数の被検査パターンが設けられている場合には、パターン毎にファラデー回転角θを変える必要がある。また、設計上は同じパターンであっても、様々な誤差要因によって、掘り込みの深さや、ラインとスペースの比率が微少に変化し、散乱光の電場振幅を最小にするファラデー回転角θがテンプレート上でばらつくことがある。このため、こうしたばらつきにも追従させて、ファラデー回転角θを変化させる必要がある。
エッジラフネスによる明暗のムラを除去するようなファラデー回転子２０４の回転角度は、図９の検査装置１００で次のようにして求められる。
まず、ファラデー回転角θを変えながら、テンプレート２のフォーカスオフセット調節パターン領域に配置された模擬欠陥の光学画像をセンサ２０７で撮像する。具体的には、角度制御回路１４でファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを変え、それによって、光学材料に印加される磁場の強さを変化させて、所定のファラデー回転角θとなるようにする。この場合、所定のファラデー回転角θの値毎に、１００μｍ×１００μｍ程度の大きさの光学画像が１つずつ得られればよい。取得された光学画像のデータは、センサ回路１０６を通じて画像処理回路１０８に送られる。
画像処理回路１０８では、光学画像が画素毎の階調値で表されるので、暗視野照明系の場合には、例えば、１つの光学画像について標準偏差を求め、得られた値をエッジラフネスに起因する散乱光の程度と定義し、この値が最小になるときのファラデー回転角θを求める。一方、明視野照明系の場合には、ファラデー回転角θを変えて光学画像を取得し、得られた各光学画像における階調値の標準偏差σを平均階調値Ａの平方根で割った値を算出する。そして、この値が最小になるときのファラデー回転角θを求める。以上のようにして求めたファラデー回転角θによれば、テンプレート２からの光のうち、エッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのを妨げることができる。
画像処理回路１０８で求められたファラデー回転角θに関する情報は、角度制御回路１４へ送られる。角度制御回路１４は、画像処理回路１０８からの情報にしたがって、ファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを制御する。これにより、ファラデー回転子２０４の光学材料に印加される磁場の強さが変化し、ファラデー回転角θを画像処理回路１０８で求められた値とすることができる。
以上のようにしてファラデー回転子の回転角度を決定した後は、テンプレート２の光学画像を取得し（Ｓ５）、それを基に欠陥の有無を判定する（Ｓ６）。
まず、角度制御回路１４が、画像処理回路１０８からの情報にしたがって、ファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを制御して、ファラデー回転角θがＳ４で求めた値となるようにする。この状態で、テンプレート２の転写面に設けられた被検査パターン、すなわち、ウェハに転写される第１のパターン（図示せず）の光学画像を取得する（Ｓ５）。
Ｓ５の工程における光学画像の取得は、具体的には、次のようにして行われる。
検査装置１００において、光源２０１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２０２で反射されて、テンプレート２へ向かうが、テンプレート２で反射された光は、偏光方向が９０度回転することで、偏光ビームスプリッタ２０２を透過するようになり、光源２０１ではなく、センサ２０７へ向かう。そして、センサ２０７に光が入射することで、センサ２０７は、テンプレート２の光学画像を撮像する。
テンプレート２の被検査領域は、複数のストライプに仮想的に分割される。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さが被検査領域のＸ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。さらに、各ストライプには、格子状に分割された複数の被撮像単位（以下、個々の被撮像単位を「フレーム」と表記する。）が仮想的に設定される。個々のフレームのサイズは、ストライプの幅、または、ストライプの幅を４分割した程度の正方形とするのが適当である。
図１５は、テンプレート２の被検査領域と、ストライプおよびフレームとの関係を説明するための概念図である。この例では、被検査領域は、４つのストライプＳｔ１〜Ｓｔ４によって仮想的に分割されており、さらに、個々のストライプＳｔ１〜Ｓｔ４には、４５個のフレームＦが仮想的に設定されている。
各ストライプＳｔ１〜Ｓｔ４は、Ｘ方向に長い短冊状であってＹ方向に整列している。一方、各フレームは、例えば十数μｍ□程度の矩形を呈する。ここで、撮像漏れを防ぐため、隣り合う２つのフレーム間においては、一方のフレームの縁部と他方のフレームの縁部とが所定の幅で重なるように設定される。所定の幅は、例えば、ＴＤＩセンサの画素サイズを基準とすると、その２０画素分程度の幅とすることができる。尚、ストライプも同様であり、隣り合うストライプの縁部が互いに重なるように設定される。
テンプレート２の光学画像は、ストライプ毎に撮像される。すなわち、図１５の例で光学画像を撮像する際には、各ストライプＳｔ１，Ｓｔ２，Ｓｔ３，Ｓｔ４が連続的に走査されるように、テーブル１の動作が制御される。具体的には、まず、テーブル１が図１５の−Ｘ方向に移動しながら、ストライプＳｔ１の光学画像がＸ方向に順に撮像され、ＴＤＩセンサに光学画像が連続的に入力される。ストライプＳｔ１の光学画像の撮像を終えると、ストライプＳｔ２の光学画像が撮像される。このとき、テーブル１は、−Ｙ方向にステップ移動した後、ストライプＳｔ１における光学画像の撮像時の方向（−Ｘ方向）とは逆方向（Ｘ方向）に移動していく。撮像されたストライプＳｔ２の光学画像も、ＴＤＩセンサに連続的に入力される。ストライプＳｔ３の光学画像を撮像する場合には、テーブル１が−Ｙ方向にステップ移動した後、ストライプＳｔ２の光学画像を撮像する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、ストライプＳｔ１の光学画像を撮像した方向（−Ｘ方向）に、テーブル１が移動する。同様にしてストライプＳｔ４の光学画像も撮像される。
Ｓ５の光学画像の撮像工程では、Ｓ３のフォーカスオフセットの調節工程で光学画像を撮像したときの、テーブル１の移動方向と第１および第２のパターンの繰り返しの方向との関係が保持されるようにする。第１および第２のパターンの繰り返しの方向は、第３のパターンの方向から容易に把握される。これにより、フォーカスオフセットの最適値を求めたときの第１のパターンの方向と、本検査で光学画像を撮像する際の第１のパターンの方向とを一致させて、最適な焦点位置で光学画像を撮像できる。
センサ２０７で撮像されたテンプレート２のパターンの像は、光学画像データに変換されて検査に利用される。この過程は、具体的には次のようになる。
センサ２０７に入射したパターンの光学像は、光電変換された後、さらにセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換されて光学画像データになる。その後、この光学画像データは、画像処理回路１０８へ送られる。この光学画像は、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれているので、ショート欠陥やオープン欠陥の有無が判定しやすいものとなっている。
画像処理回路１０８では、光学画像データが画素毎の階調値で表される。例えば、２５６段階の階調値を有するグレースケールより、０階調から２５５階調のいずれかの値が、各画素に与えられる。また、テンプレート２の検査領域は、所定の単位領域に分割され、各単位領域について平均階調値が求められる。所定の単位領域は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの領域とすることができる。
画像処理回路１０８で得られた階調値に関する情報は、欠陥検出回路１３４へ送られる。欠陥検出回路１３４は、テンプレート２における被検査パターンの欠陥判定を行う（図８のＳ６）。
欠陥検出回路１３４は、例えば、平均階調値を中心として上下に閾値を持ち、画像処理回路１０８から送られた階調値がこの閾値を超えたときにその箇所を欠陥として認識する。ここで、閾値レベルは、検査の前に予め設定される。そして、欠陥検出回路１３４で得られた欠陥情報は、例えば、磁気ディスク装置１０９に保存される。
尚、検査装置１００は、検査機能に加えてレビュー機能を有することも可能である。ここで、レビューとは、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断する動作である。
例えば、欠陥検出回路１３４で欠陥と判定された箇所の座標と、その光学画像がレビュー装置（図示せず）に送られる。オペレータは、この光学画像を手本となる基準画像と見比べてレビューする。レビューによって判別された欠陥情報は、欠陥情報リストとして、磁気ディスク装置１０９に保存することができる。尚、基準画像としては、例えば、被検査対象のパターンの設計データから作成された参照画像が用いられる。
以上述べたように、本実施の形態によれば、テンプレートに予め模擬欠陥を形成しておき、この模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行うので、常に最適なフォーカスオフセットの状態で検査をすることができる。また、その結果として検査結果の信頼性を高めることができる。
また、本実施の形態では、被検査パターンの向きを反映する形状と、検査装置の光学系の解像限界以上の寸法とを有するパターンをテンプレートに設ける。これにより、フォーカスオフセットの最適値を求めたときの被検査パターンの方向を容易に把握できるので、光学画像を撮像する際のパターンの方向をこれと一致させることで、最適な焦点位置で光学画像を撮像できるようになる。
さらに、本実施の形態では、テンプレートに形成された模擬欠陥を用いて、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサに入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを見出す。これにより、光学系の解像限界より微細なパターンの検査を精度よく行うことができる。より詳細には、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれた光学画像を取得して、ショート欠陥やオープン欠陥の検査を行うことが可能となる。
実施の形態２．
実施の形態１では、フォーカスオフセット調節パターン領域に第２および第３のパターンを設けて被検査パターンの方向を把握したうえでフォーカスオフセットの調節を行うことを述べた。これに対し、本実施の形態では、アライメントマーク領域（アライメントマークとその周辺領域）にフォーカスオフセット調節の機能を持たせる。本実施の形態において、アライメントマークが目的とするアライメントの種類は特に限定されない。例えば、ウェハとテンプレートの位置合わせ、多層配線形成時の下層膜と上層膜の位置合わせ、検査工程でのプレートアライメントなどに使用されるものなどが挙げられる。
本実施の形態の被検査パターンは、テンプレートの転写面に設けられた回路パターンである。回路パターンは、ライン・アンド・スペースパターンなどの繰り返しパターン、すなわち、周期性を持って繰り返される規則的なパターンからなる。このパターンの少なくとも一部は、検査装置の光源の波長では解像できないパターン、すなわち、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターン（第１のパターン）である。第１のパターンとしては、例えば、半導体チップのメモリマット部に形成されるパターンなどが挙げられる。
アライメントマーク領域は、回路パターンのレイアウトを妨げないようスクライブライン領域に配置されることが好ましい。尚、スクライブライン領域は、テンプレートの被検査パターン領域と転写面の外縁との間の領域であり、詳しくは、実施の形態１で図４を用いて説明した通りである。
アライメントマークを検査工程でのプレートアライメントに使用する場合、各アライメントマークのＸ座標は、他のアライメントマークのＸ座標のいずれか１つと一致し、各アライメントマークのＹ座標も、他のアライメントマークのＹ座標のいずれか１つと一致していることが好ましい。しかしながら、転写面の輪郭線は入り組んだ凹凸形状をしているので、スクライブライン領域の形状も入り組んだものとなる。したがって、アライメントマークがこうした理想的な配置となるようアライメントマーク領域を設けるのは困難である。そこで、例えば、転写面の外周に近い四隅（または四隅の周辺）のスクライブライン領域に、それぞれ複数のアライメントマーク領域を配置し、このうちの２つのアライメントマーク領域におけるアライメントマークの各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせるようにする。また、他の２つのアライメントマーク領域におけるアライメントマークの各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせるようにする。
図１６は、テンプレートの転写面Ｓｆ１の平面模式図である。また、図１６において、点線で示された領域Ｓｆ３は、転写面Ｓｆ１に隣接してウェハに転写される他の転写面である。
アライメントマーク領域ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ５，ＡＭ６，ＡＭ９，ＡＭ１０，ＡＭ１２，ＡＭ１３は、転写面Ｓｆ１に設けられたものである。一方、アライメントマーク領域ＡＭ３，ＡＭ４，ＡＭ７，ＡＭ８，ＡＭ１１，ＡＭ１４，ＡＭ１５，ＡＭ１６は、転写面Ｓｆ３に設けられたものである。
転写面Ｓｆ１については、アライメントマーク領域ＡＭ１，ＡＭ２に配置されたアライメントマークの各Ｙ座標、または、アライメントマーク領域ＡＭ５，ＡＭ６に配置されたアライメントマークの各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせる。また、アライメントマーク領域ＡＭ９，ＡＭ１０に配置されたアライメントマークの各Ｘ座標、または、アライメントマーク領域ＡＭ１２，ＡＭ１３に配置されたアライメントマークの各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせる。
転写面Ｓｆ３については、アライメントマーク領域ＡＭ３，ＡＭ４に配置されたアライメントマークの各Ｙ座標、または、アライメントマーク領域ＡＭ７，ＡＭ８に配置されたアライメントマークの各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせる。また、アライメントマーク領域ＡＭ１１，ＡＭ１４に配置されたアライメントマークの各Ｘ座標、または、アライメントマーク領域ＡＭ１５，ＡＭ１６に配置されたアライメントマークの各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせる。
図１７は、テンプレートに形成されるアライメントマーク領域の一例である。また、図１８は、図１７に示す領域８５を拡大した図である。テンプレートは、ガラス基板に回路パターンが掘り込まれたものであり、マスクに見られるような遮光膜がない。したがって、テンプレートにおけるアライメントのためのアライメントマークは、ガラス基板上でのパターンの有無によるコントラストの差を利用して形成される。図１７や図１８の例においては、微細なライン・アンド・スペースパターン８４が配置された領域（白色）と、ライン・アンド・スペースパターン８４が配置されていないことによってテンプレートの地８３が見える領域（黒色）とのコントラストの差を利用して、アライメントマークとして使用される十字形状のマーク８６が形成されている。
ライン・アンド・スペースパターン８４は、本実施の形態における第２のパターンである。第２のパターンは、被検査パターンとしての第１のパターン（図示せず）に倣ったパターンであり、第１のパターンと同等の形状および寸法を有する。すなわち、第２のパターンも、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターンである。
また、第２のパターンの方向は、第１のパターンと同じである。図１７のライン・アンド・スペースパターン８４では、ラインパターンの２つの長辺（エッジ）がＹ方向に伸びていて、Ｘ方向にこのラインパターンが繰り返している。したがって、第１のパターンも、Ｙ方向に２つの長辺（エッジ）が伸びたラインパターンがＸ方向に繰り返したライン・アンド・スペースパターンとなっている。かかる第１のパターンを９０度回転させると、ラインパターンの２つのエッジがＸ方向に伸びていて、Ｙ方向にこのラインパターンが繰り返した形状となる。第２のパターンも、第１のパターンと同じように、９０度回転させると、ラインパターンの２つのエッジがＸ方向に伸びていて、Ｙ方向にこのラインパターンが繰り返した形状となる。第１のパターンや第２のパターンは、ガラス基板を例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の深さで掘り込むことによって形成される。
第１のパターンおよび第２のパターンは、検査装置の光学系の解像限界より微細であるため解像されない。本実施の形態では、これらの方向性が容易に把握できるよう、アライメントマークに、第１のパターンと第２のパターンの向きを反映する形状を持たせる。図１７では、十字形状のマーク８６がアライメントマークである。マーク８６を構成する２つの直線は、いずれも検査装置の光学系の解像限界以上の寸法である。また、これらは長さが異なっており、長い方の直線は、Ｙ軸に平行である。つまり、長い方の直線の方向は、第１のパターンおよび第２のパターンでエッジが伸びる方向と一致している。したがって、マーク８６を見れば、第１のパターンや第２のパターンの向きを容易に把握することができる。
本実施の形態において、アライメントマークの形状は、十字に限られるものではなく、第１のパターンと第２のパターンの方向性を示せるものであればよい。例えば、異なる幅の２つの直線を組み合わせた十字形状として、直線の幅と、第１のパターンおよび第２のパターンの方向性とが関連付くようにしてもよい。図１９では、十字形状のマーク８７を構成する２つの直線の幅が異なっている。太い方の直線はＸ軸に平行である。つまり、太い方の直線の方向は、第１のパターンおよび第２のパターンでエッジが伸びる方向に対して垂直である。尚、細い方の直線で見れば、その方向は、第１のパターンおよび第２のパターンでエッジが伸びる方向と平行である。したがって、マーク８７によっても、第１のパターンや第２のパターンの向きを容易に把握することができる。
図２０は、本実施の形態におけるアライメントマーク領域の一例であり、その一部を拡大した平面図である。図２０では、第２のパターンとしてのライン・アンド・スペースパターン９１が配置された領域（白色）と、ライン・アンド・スペースパターン９１が配置されていないことによってテンプレートの地が見える領域（黒色）とのコントラストの差を利用して、アライメントマークとして使用される十字形状のマーク９２が形成されている。そして、マーク９２の十字形状を構成する２つの直線のうち、Ｙ軸に平行な直線の方がＸ軸に平行な直線より長くなっている。
第２のパターン９１には、模擬欠陥９３、９４、９５、９６が設けられている。図２０において、模擬欠陥９３、９５はパターンの短絡によるショート欠陥を、模擬欠陥９４、９６はパターンの断線によるオープン欠陥を、それぞれ模擬している。また、模擬欠陥９３、９４は、いずれも第１のパターンの線幅と同等程度である。一方、模擬欠陥９５、９６は、いずれも第１のパターンの線幅の半分程度である。このように、種類、形状、寸法などの異なる複数の模擬欠陥を設けることが好ましい。フォーカスオフセットの最適値は、欠陥の種類、形状、寸法などによって変化するので、１つのアライメントマーク領域に複数の模擬欠陥を設けることで、欠陥全体として最適なフォーカスオフセットを見出して、検査の精度を高めることができる。
本実施の形態の検査方法は、フォーカスオフセットの調節にアライメントマーク領域に形成された模擬欠陥を使用し、また、アライメントマークで被検査パターンの方向を把握する以外は、実施の形態１で説明したのと同様である。すなわち、この検査方法は、図８に示すＳ１〜Ｓ６の工程にしたがって行われ、これらの工程は、図９の検査装置１００を用いて実施される。例えば、Ｓ４では、検査装置１００の光源２０１から出射してテンプレート２を照明した光のうち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるときの、ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）を決定する。本実施の形態において、アライメントマーク領域にエッジラフネスを模擬した欠陥を設ければ、その光学画像から、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを求めることができる。尚、上記の光学画像には、Ｓ３のフォーカスオフセットの調節工程で用いた光学画像を適用することができる。
以上述べたように、本実施の形態では、アライメントマーク領域に模擬欠陥を設け、さらに、アライメントマークに、被検査パターンの向きを反映した特徴を持たせる。つまり、本実施の形態では、実施の形態１のフォーカスオフセット調節パターン領域の機能をアライメントマーク領域が有するので、フォーカスオフセット調節パターン領域を設ける必要がない。したがって、テンプレートのスクライブライン領域を有効に活用することができる。
また、アライメントマーク領域に設けた第２のパターンと第３のパターンと模擬欠陥とを用いてフォーカスオフセットの調節を行うことで、常に最適なフォーカスオフセットの状態で検査をすることができる。また、その結果として検査結果の信頼性を高めることができる。
さらに、アライメントマークが、被検査パターンの向きを反映する形状を有するので、フォーカスオフセットの最適値を求めたときの被検査パターンの方向を容易に把握できる。したがって、光学画像を撮像する際のパターンの方向をこれと一致させることで、最適な焦点位置で光学画像を撮像できるようになる。
実施の形態３．
実施の形態１では、フォーカスオフセット調節パターン領域に模擬欠陥が配置された第２および被検査パターンの方向を検知する第３のパターンを設けることを述べた。そして、被検査パターンの方向を把握したうえで、フォーカスオフセットの調節を行う工程を設け、その後、ファラデー回転子の回転角度を決定する工程を設けて検査を行う検査方法について述べた。
実施の形態１の検査方法では、画像信号の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が最大となって欠陥を検出するのに最適となるようにフォーカスオフセットの調節を行う。その後、エッジラフネスによる明暗のムラを除去するようにファラデー回転子の回転角度を決定した。
これに対して、実施の形態３の検査方法では、予備検査工程において、欠陥信号の強度とエッジラフネスに起因する背景ノイズの強度とを併せて考慮した新たな評価尺度を導入する。そして、この新しい評価尺度にしたがって、模擬欠陥を含む被検査対象の光学画像を評価する。これにより、予備検査工程において最適なフォーカスオフセットの調節とファラデー回転子の回転角度の決定とを併せて行うことができる。そして、続く本検査工程で、実施の形態１と同様に、被検査対象の光学画像を基に欠陥の有無を判定する。
本実施の形態の検査対象は、例えば、図１〜図７等に示した実施の形態１の被検査対象と同様とする。すなわち、本実施の形態の検査対象は、第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、第２のパターンおよび第３のパターンは、アライメントマーク領域を除いたスクライブライン領域に設けられている。
尚、本実施の形態では、図１６〜図２０等に示した実施の形態２の被検査対象を、同様に、被検査対象とすることもできる。すなわち、本実施の形態の検査対象は、第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、アライメントマーク領域は、第２のパターンと、その第２のパターンが配置されていない領域であって、その第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねるようにすることも可能である。
したがって、本実施の形態の検査対象においては、実施の形態１および実施の形態２と同様に、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あってもよい。
また、使用する検査装置については、実施の形態１と同様に、図９に示した検査装置１００を用いることができる。
すなわち、本実施の形態で使用する検査装置１００の光学系は、偏光ビームスプリッタ２０２と２分の１波長板２０３とファラデー回転子２０４と対物レンズ２０５とを有する。そして、上述したように、フォーカスオフセットを調節した後に、光源２０１から出射した光を用い、偏光ビームスプリッタ２０２で反射させ、２分の１波長板２０３とファラデー回転子２０４と対物レンズ２０５とを透過させる。その結果、光源２０１からの光を、上述した第１のパターンの繰り返し方向に対し、例えば、−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にしてテンプレート２を照明する。そして、テンプレート２で反射した光を、対物レンズ２０５と２分の１波長板２０３とファラデー回転子２０４と偏光ビームスプリッタ２０２を透過させてからセンサ２０７に入射させて、模擬欠陥の光学画像を得るように構成されている。
以下、本実施の形態について、検査装置１００を使用して実施の形態１と同様のテンプレート２を被検査対象とする例を説明する。したがって、実施の形態１と共通する被検査対象や検査装置等の要素については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図２８は、本実施の形態の検査方法を示すフローチャートである。この図において、被検査対象の光学画像を基に欠陥の有無を判定する本検査工程はＳ１８およびＳ１９に対応し、Ｓ１１〜Ｓ１７は本検査工程に先立って行われる予備検査工程に対応する。
そして、本実施の形態の検査方法では、図２８に示すように、実施の形態１の図８に示された検査方法のＳ１と同様に、まず、テンプレート２が検査装置１００のテーブル１上に載置されて、プレートアライメントが行われる（Ｓ１１）。
次に、図２８に示すように、実施の形態１の図８に示された検査方法のＳ２と同様に、テンプレート２の光学画像を取得するセンサ２０７の光量振幅を最適化する（Ｓ１２）。
次に、本実施の形態の検査方法では、図２８に示すように、模擬欠陥の光学画像を撮像するためのフォーカスオフセットの条件範囲を設定する（Ｓ１３）。
具体的には、最適なフォーカスオフセットが解として含まれると推定される条件範囲を決める。例えば、−０．５μｍ以上＋０．５μｍ以下を変動範囲として決める。そして、合焦点位置を中心として、−０．５μｍ以上＋０．５μｍ以下までの範囲をフォーカスオフセットの条件範囲として設定することができる。
次に、図２８に示すように、模擬欠陥の光学画像を撮像するためのファラデー回転子２０４の回転角度の条件範囲を設定する。その結果、ファラデー回転子２０４の回転角度に対応して、ファラデー回転子２０４を透過する光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）の条件範囲を設定することができる（Ｓ１４）。
具体的には、図９に示した検査装置１００のファラデー回転子２０４に対し、最適な回転角度が解として含まれると推定される条件範囲を決める。例えば、−５度以上＋５度以下を変動範囲として決める。そして、テンプレート２上に形成された繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して４５度となる角度を中心の値として、−５度以上＋５度以下の範囲を、ファラデー回転子２０４の回転角度の条件範囲として設定することができる。すなわち、上述の繰り返しの方向に対して４０度以上５０度以下の範囲を、ファラデー回転子２０４の回転角度の条件範囲として設定することができる。その結果、ファラデー回転子２０４の回転角度の条件範囲に対応して、同様にファラデー回転角θの条件範囲を設定することができる。
次に、図２８に示すように、フォーカスオフセットおよびファラデー回転子２０４の回転角度の条件を、Ｓ１３およびＳ１４で設定されたそれぞれの設定範囲内で変えながら、第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像を取得する（Ｓ１５）。
すなわち、フォーカスオフセットについては、合焦点位置を中心として、例えば、−０．５μｍ以上＋０．５μｍ以下までの範囲内でフォーカスオフセットの条件を変化させる。このとき、テンプレート２の転写面と対物レンズ２０５の焦点距離を変えることによりフォーカスオフセットの条件を変化させることができる。
また、ファラデー回転子２０４の回転角度については、上述したテンプレート２の繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して４５度となる角度を中心の値として、−５度以上＋５度以下の範囲内でファラデー回転子２０４の回転角度を変化させる。すなわち、上述の繰り返しの方向に対して４０度以上５０度以下の範囲でファラデー回転子２０４の回転角度を変化させる。このとき、ファラデー回転子２０４への印加磁場の強さを制御することで、ファラデー回転子２０４の回転角度を変化させることができる。そして、ファラデー回転子２０４の回転角度の変化に対応し、ファラデー回転子２０４を透過する光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）を変えることができる。その結果、ファラデー回転角の条件を変化させることができる。
図２８のＳ１５での模擬欠陥の光学画像の撮像については、例えば、フォーカスオフセットの条件を上述の設定範囲内で複数選択し、併せて、ファラデー回転角の条件を上述の設定範囲内で複数選択する。このとき、例えば、フォーカスオフセットの条件を５条件とし、また、ファラデー回転角の条件を５条件とすることができる。
そして、図２８のＳ１５の模擬欠陥の光学画像の撮像では、全条件の模擬欠陥の光学画像を取得する。すなわち、上述の場合、フォーカスオフセットの５条件、および、ファラデー回転角の５条件にしたがって、２５条件（５条件×５条件）の全条件で、テンプレート２の第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像を撮像することができる。
このとき、フォーカスオフセットに関する５条件の選択方法としては、例えば、（合焦点位置−０．５μｍ）、（合焦点位置−０．２５μｍ）、（合焦点位置）、（合焦点位置＋０．２５μｍ）および（合焦点位置＋０．５μｍ）の５条件のように、５条件が等間隔となるように設定することができる。
また、ファラデー回転子の回転角度に関する５条件の選択方法としては、例えば、（繰り返しの方向に対して４０度となる角度）、（繰り返しの方向に対して４２．５度となる角度）、（繰り返しの方向に対して４５度となる角度）、（繰り返しの方向に対して４７．５度となる角度）および（繰り返しの方向に対して５０度となる角度）の５条件のように、５条件が等間隔となるように設定することができる。
尚、上述の模擬欠陥の光学画像を撮像条件は、フォーカスオフセットの５条件およびファラデー回転子２０４の回転角度の５条件による２５条件のみに限られるわけではない。例えば、フォーカスオフセットの３条件およびファラデー回転子２０４の回転角度の３条件による９条件（３条件×３条件）とすることも可能である。また、フォーカスオフセットの４条件およびファラデー回転子２０４の回転角度の５条件による２０条件（４条件×５条件）とすること等も可能である。すなわち、フォーカスオフセットの条件数およびファラデー回転子２０４の回転角度の条件数をそれぞれ別に、異なる数として設定することも可能である。
次に、図２８に示すように、それぞれ異なる条件で撮像された全画像をそれぞれ解析し、互いの比較を行って、欠陥の有無を判定する本検査工程のための条件を抽出する（Ｓ１６）。すなわち、Ｓ１６では、撮像された全画像をそれぞれ解析し、その解析結果にしたがって、新たな評価尺度として、信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を算出する。このとき、このＳ１６で算出される信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比は、上述した実施の形態１の検査方法のＳ３等で最適な焦点距離を求める尺度に利用されたものとは異なる。したがって、以下、便宜的に第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比と称する。そして、算出された第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比に基づいて、後の本検査工程の条件を抽出する。
画像の解析と、上述の第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比の算出については、検査装置１００の画像処理回路１０８を用いて以下のように行うことができる。
例えば、上述したテンプレート２の第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像を撮像する工程（Ｓ１５）では、フォーカスオフセット３条件およびファラデー回転子２０４の回転角度３条件の９条件で光学画像の撮像が行われるものとする。そして、撮像された９条件全画像において、第２のパターンに設けられた模擬欠陥は、例えば、図１２の領域Ｄ２における欠陥のように、光学画像中で白い輝点として見えるものとする。また、フォーカスオフセットの条件およびファラデー回転角の条件次第では、模擬欠陥に起因する白い輝点とともに、例えば、図１２の領域Ｄ３における欠陥のように、グレーレベルがばらついて濃い灰色領域と淡い灰色領域が混在した明暗のムラとして、エッジラフネスに起因する背景ノイズが見られるものとする。
そして、上述の９条件の全画像の中から、模擬欠陥に起因する白い輝点と背景とのコントラストが高く、また、エッジラフネス起因の背景ノイズが抑制された欠陥画像を、最良の撮像条件による欠陥画像として抽出する。そして、抽出された欠陥画像の撮像条件として、フォーカスオフセットの条件、および、ファラデー回転角としてのファラデー回転子の回転角度の条件を、後の本検査工程における光学画像の取得の条件として決定する。
この本検査工程のための光学画像の取得条件の抽出は、撮像された９条件の全画像を解析し、上述の第２の画像信号の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を算出して行うが、具体的には以下のように行うことができる。
まず、撮像された全画像のそれぞれについて解析を行い、上述したように、テンプレート２の第２のパターンに設けられて白い輝点として見える模擬欠陥の信号強度を算出する。
図２９は、信号強度の算出結果を比較して示すグラフである。
図２９に示すように、グラフの縦軸は、白い輝点に見える模擬欠陥の信号強度を示し、横軸は、フォーカスオフセットの条件範囲を示す。そして、フォーカスオフセットの具体的な条件を３条件（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）とし、ファラデー回転子２０４の回転角度を３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）として、得られる９条件の模擬欠陥の信号強度をグラフ上にプロットする。それによって、ファラデー回転子２０４の回転角度の３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に対応し、９条件の全画像の評価結果を含む３種の折れ線グラフが得られる。
図２９において、各プロットの信号強度は、模擬欠陥に基づく白い輝点の輝度がどれほど高いのかを示している。このとき、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ３である条件において、欠陥信号の強度が高く、模擬欠陥に基づく白い輝点は最も高輝度で見えやすいことが分かる。
次に、撮像された９種の全画像のそれぞれについて解析を行い、エッジラフネスに起因する背景ノイズの強度を算出する。このとき、エッジラフネスに起因する背景ノイズの強度は、模擬欠陥に基づく白い輝点を除く周囲の領域のグレーレベルのばらつきの程度を算出したものである。
図３０は、エッジラフネスに起因する背景ノイズの信号強度の算出結果を比較して示すグラフである。
図３０に示すように、グラフの縦軸は、背景ノイズの強度を示し、横軸は、フォーカスオフセットの条件範囲を示す。そして、フォーカスオフセットの具体的な条件を３条件（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）とし、ファラデー回転子２０４の回転角度を３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）として得られる９条件の模擬欠陥の信号強度をグラフ上にプロットする。それによって、ファラデー回転子２０４の回転角度の３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に対応し、９条件の全画像の評価結果を含む３種の折れ線グラフが得られる。
このとき、図３０に示す背景ノイズの強度は、エッジラフネスに起因する背景ノイズがどれほど高い強度であるのかを示している。したがって、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ３である条件において、最も背景ノイズの強度が高いことがわかる。一方、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ２である条件において、最も背景ノイズの強度が低いことが分かる。
図２９に示す算出結果からは、ファラデー回転子２０４の回転角度をＰ３とする条件が、模擬欠陥に基づく白い輝点を最も高輝度とすることができ、最も有効な条件と解される。しかしながら、図３０に示す算出結果も併せて考慮すると、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ３である条件は、背景ノイズの強度が強いため、実際には、真の欠陥を判別する事が難しい条件であることが分かる。
そこで、本実施の形態においては、欠陥信号の強度とエッジラフネスに起因する背景ノイズとを併せて考慮する新たな評価尺度を算出して使用する。そして、模擬欠陥を含む被検査対象に対し、より有効な光学画像の評価を行う。
すなわち、例えば、図２９に示した模擬欠陥の信号強度を、図３０に示したエッジラフネスに起因する背景ノイズの信号強度で除した第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を算出する。そして、この第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を新たな評価尺度として用い、被検査対象の第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像を評価する。
図３１は、第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比の算出結果を比較して示すグラフである。
図３１に示すように、グラフの縦軸は、上述した第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を示し、横軸は、フォーカスオフセットの条件範囲を示す。そして、フォーカスオフセットの具体的な条件を３条件（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）とし、ファラデー回転子２０４の回転角度を３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）として得られる９条件の第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比をグラフ上にプロットする。それによって、ファラデー回転子２０４の回転角度の３条件（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に対応し、９条件の全画像の評価結果を含む３種の折れ線グラフが得られる。
図３１に示す第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比は、模擬欠陥に基づく白い輝点がどれほど見えやすいのかを示している。そして、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ２である条件において、第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が高いことがわかる。併せて、フォーカスオフセットの条件がＦ２である条件において、第２の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が高いことが分かる。
以上より、模擬欠陥の光学画像の評価においては、欠陥信号の強度の高さと併せて、エッジラフネスに起因する背景ノイズが少ないことが有効に作用する。その結果、ファラデー回転子の回転角度がＰ２であり、フォーカスオフセットの条件がＦ２である条件が、模擬欠陥に起因する白い輝点と背景とのコントラストが高く、また、エッジラフネス起因の背景ノイズが抑制された、好ましい撮像条件となる。すなわち、被検査対象の欠陥検出に最も有効な条件と判断することができる。
次に、本実施の形態の検査方法では、図２８に示すように、フォーカスオフセットの条件、および、ファラデー回転子２０４の回転角度としてのファラデー回転角について、上述の好ましい撮像条件を、被検査対象の欠陥検出に最も有効な条件として決定する（Ｓ１７）。
すなわち、図３１に示す、ファラデー回転子２０４の回転角度がＰ２であり、フォーカスオフセットの条件がＦ２である撮像の条件が、本検査工程の光学画像の取得条件として確定される。
次に、図２８に示すように、実施の形態１の図８の検査方法のＳ５と同様に、テンプレート２の光学画像を取得する（Ｓ１８）。その後、実施の形態１の検査方法のＳ６と同様に、テンプレート２の光学画像を基に、欠陥の有無を判定する（Ｓ１９）。
以上述べたように、本実施の形態によれば、テンプレートに予め模擬欠陥を形成しておく。そしてさらに、欠陥信号の強度とエッジラフネスに起因する背景ノイズの強度とを併せて考慮した新たな評価の尺度を導入し、模擬欠陥を含む被検査対象の光学画像の取得条件をより好ましい条件とする。
本実施の形態の検査方法は、上述の模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行うので、常に好ましいフォーカスオフセットの状態で検査をすることができる。また、その結果として検査結果の信頼性を高めることができる。
さらに、模擬欠陥を用いて、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサに入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを見出す。これにより、光学系の解像限界より微細なパターンの検査を精度よく行うことができる。より詳細には、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれた光学画像を取得して、ショート欠陥やオープン欠陥の検査を行うことが可能となる。
尚、以上で説明した本実施の形態の例では、検査装置１００を使用して実施の形態１と同様のテンプレート２を被検査対象としたが、上述したように、検査装置１００を使用して実施の形態２と同様の被検査対象とすることも可能である。
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施の形態では、第１のパターンと第２のパターンが、ライン・アンド・スペースパターンである例について述べたが、ライン・アンド・スペースパターン以外のパターン、例えば、矩形パターンやホールパターンとすることもできる。この場合、ショート欠陥は、矩形同士またはホール同士が短絡する欠陥であり、オープン欠陥は、矩形またはホールが欠落する欠陥である。
矩形パターンやホールパターンにおいて、隣接する矩形またはホール間の寸法が、Ｘ軸に平行な方向とＹ軸に平行な方向とで異なる場合には、フォーカスオフセットを調整したときの被検査パターンの方向と、本検査で光学画像を取得するときの被検査パターンの方向とを一致させる必要がある。
図２１は、第２のパターン９７がホールパターンであり、アライメントマークが十字形状の例である。領域ａ３では、ホールが欠落したオープン欠陥が模擬された模擬欠陥９８が設けられている。
また、ホールパターンは、Ｘ方向のホール間距離Ｗｘと、Ｙ方向のホール間距離Ｗｙとが異なるので、フォーカスオフセットの最適値は、ホールパターンの方向によって異なる。すなわち、Ｘ方向のホール間距離Ｗｘの方が、Ｙ方向のホール間距離Ｗｙより大きくなるように、テンプレートがテーブル上に載置されたときのフォーカスオフセットの最適値と、Ｙ方向のホール間距離Ｗｙの方が、Ｘ方向のホール間距離Ｗｘより大きくなるように、テンプレートがテーブル上に載置されたときのフォーカスオフセットの最適値とは異なる。そこで、例えば、図２１のように、十字形状のマークを構成する２つの直線の幅を変え、太い方の直線の方向と、第２のパターン９７において、Ｙ方向のホール間距離ＷｙがＸ方向のホール間距離Ｗｘより大きくなる方向とが一致するようにする。これにより、フォーカスオフセットの最適値を求めたときの被検査パターンの方向を容易に把握できるので、光学画像を撮像する際のパターンの方向と一致させることで、最適な焦点位置で光学画像を撮像できるようになる。
また、実施の形態１、２および３では、第２のパターンの形状や寸法を第１のパターンと同等とした。しかしながら、第２のパターンは、これに限られるものではない。第１のパターンと第２のパターンの寸法が異なる場合においては、（第２のパターンを背景パターンとする）模擬欠陥を用いて求めたフォーカスオフセットの最適値やファラデー回転角θの最適値が、第１のパターンの欠陥における最適値と一致しないことがあり得る。具体的には、ライン・アンド・スペースパターンにおける線幅や線間距離が異なる場合、ホールパターンにおけるホール径やホール間距離が異なる場合、ライン・アンド・スペースパターンにおける各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比が、フォーカスオフセット調節パターン領域やアライメントマーク領域と被検査領域とで異なる場合などである。こうした場合には、第２のパターンにおける最適値を第１のパターンにおける最適値に換算または補正する係数を用意しておくことが好ましい。
さらに、本発明は、テンプレート基板以外の基板、例えば、マスク基板にも適用することが可能である。実施の形態１および２では、テンプレートに設けられたパターンを被検査対象とし、このテンプレートに模擬欠陥や被検査パターンの向きを反映する形状を有するパターンを設けたが、マスクに設けられたパターンを被検査対象とする場合、この被検査パターンと同一面に、模擬欠陥や被検査パターンの向きを反映する形状を有するパターンを配置する。このとき、模擬欠陥は、実施の形態１や２と同様に、被検査パターンに倣ったパターンに設けられる。尚、模擬欠陥や被検査パターンの向きを反映する形状を有するパターンは、実施の形態１のようにフォーカスオフセット調節パターン領域に設けてもよく、また、実施の形態２のようにアライメントマーク領域に設けてもよい。このような構成によれば、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像限界より微細なマスクのパターンの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
また、実施の形態１、２および３では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、検査装置や検査方法に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得る全ての検査方法は、本発明の範囲に包含される。
以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とする検査方法。
［Ｃ２］
前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられていることを特徴とする［Ｃ１］に記載の検査方法。
［Ｃ３］
前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねることを特徴とする［Ｃ１］に記載の検査方法。
［Ｃ４］
前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする［Ｃ１］に記載の検査方法。
［Ｃ５］
前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする［Ｃ１］〜［Ｃ４］のいずれか１項に記載の検査方法。
［Ｃ６］
前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、
前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、 前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、
（１）前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、
（２）前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有し、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、
前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがあることを特徴とする［Ｃ１］〜［Ｃ５］のいずれか１項に記載の検査方法。
［Ｃ７］
光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがあり、
前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を用い、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得るように構成されており、
前記フォーカスオフセットの調節のためにフォーカスオフセットの条件範囲を設定する工程と、
前記基板を照明する前記光の偏光面の、前記第１のパターンの繰り返し方向に対する角度を調節するために、前記ファラデー回転子の角度の条件範囲を設定する工程と、
前記フォーカスオフセットの条件範囲および前記ファラデー回転子の角度の条件範囲のそれぞれの範囲内で、前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を変えながら複数条件の前記模擬欠陥の光学画像を撮像する工程と、
前記撮像された複数の光学画像を解析し、それぞれについて、前記模擬欠陥の前記ショート欠陥およびオープン欠陥の一方の信号強度を、前記エッジラフネスに起因するノイズの信号強度で除して評価尺度を算出する工程と、
前記評価尺度を用い、前記模擬欠陥の光学画像を得るための前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を抽出し、前記第１のパターンの欠陥の有無を検査するための前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件を決める工程と、
前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件にしたがって、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とする検査方法。
［Ｃ８］
前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられていることを特徴とする［Ｃ７］に記載の検査方法。
［Ｃ９］
前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねることを特徴とする［Ｃ７］に記載の検査方法。
［Ｃ１０］
前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする［Ｃ７］に記載の検査方法。
［Ｃ１１］
第１のパターンが設けられたパターン領域と該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域とを転写面に有し、
前記スクライブライン領域は、
アライメントマークが配置されたアライメントマーク領域と、
前記アライメントマーク領域以外の領域に設けられた第２のパターンおよび第３のパターンと、
前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥とを有し、
前記第１のパターンは、該第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
前記第２のパターンは、前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
前記模擬欠陥は、前記光学系の解像限界より微細であり、
前記第３のパターンは、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し、前記光学系の解像限界以上の寸法であることを特徴とするテンプレート。
［Ｃ１２］
第１のパターンが設けられたパターン領域および該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域を転写面に有し、
前記スクライブライン領域には、アライメントマーク領域が設けられ、
前記アライメントマーク領域は、前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、
前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、
前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
前記アライメントマークは、前記光学系の解像限界以上の寸法であって、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有することを特徴とするテンプレート。
１ テーブル
２ テンプレート
１４ 角度制御回路
１００ 検査装置
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 画像処理回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１３ オートローダ制御回路
１１４ａ ＸＹθテーブル制御回路
１１４ｂ Ｚテーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ ディスプレイ
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
１３０ オートローダ
１３４ 欠陥検出回路
２０１ 光源
２０２ 偏光ビームスプリッタ
２０３ ２分の１波長板
２０４ ファラデー回転子
２０４ａ 光学材料
２０４ｂ コイル
２０５ 対物レンズ
２０７ センサ

Claims (12)

  1. 光源から出射した光を、光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を、前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
    前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
    前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程と
    を有することを特徴とする検査方法。
  2. 前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
    前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
  3. 前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
    前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
    前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねる
    ことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
  4. 前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
  5. 前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
  6. 前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、
    前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、 前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、
    （１）前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、
    （２）前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
    前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
    前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
    前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程と
    を有し、
    前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、
    前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがある
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査方法。
  7. 光源から出射した光を、光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を、前記光学系を介してセンサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
    前記基板は、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンと向きが同じであって前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、前記第１のパターンと同一面に配置されて前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し前記光学系の解像限界以上の寸法の第３のパターンとを備えており、
    前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンであって、前記模擬欠陥には、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方と、エッジラフネスによる欠陥とがあり、
    前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を用い、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度以上５度以下と８５度以上９５度以下の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得るように構成されており、
    前記フォーカスオフセットの調節のためにフォーカスオフセットの条件範囲を設定する工程と、
    前記基板を照明する前記光の偏光面の、前記第１のパターンの繰り返し方向に対する角度を調節するために、前記ファラデー回転子の角度の条件範囲を設定する工程と、
    前記フォーカスオフセットの条件範囲および前記ファラデー回転子の角度の条件範囲のそれぞれの範囲内で、前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を変えながら複数条件の前記模擬欠陥の光学画像を撮像する工程と、
    前記撮像された複数の光学画像を解析し、それぞれについて、前記模擬欠陥の前記ショート欠陥およびオープン欠陥の一方の信号強度を、前記エッジラフネスに起因するノイズの信号強度で除して評価尺度を算出する工程と、
    前記評価尺度を用い、前記模擬欠陥の光学画像を得るための前記フォーカスオフセットの条件および前記ファラデー回転子の角度の条件を抽出し、前記第１のパターンの欠陥の有無を検査するための前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件を決める工程と、
    前記フォーカスオフセットの検査条件および前記ファラデー回転子の角度の検査条件にしたがって、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程と
    を有することを特徴とする検査方法。
  8. 前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
    前記第２のパターンおよび前記第３のパターンは、前記アライメントマーク領域を除いた前記スクライブライン領域に設けられている
    ことを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
  9. 前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブラインとなるスクライブライン領域にアライメントマーク領域を有し、
    前記アライメントマーク領域は、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域とを有し、
    前記第３のパターンは、前記アライメントマークを兼ねる
    ことを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
  10. 前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
  11. 第１のパターンが設けられたパターン領域と該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域とを転写面に有し、
    前記スクライブライン領域は、
    アライメントマークが配置されたアライメントマーク領域と、
    前記アライメントマーク領域以外の領域に設けられた第２のパターンおよび第３のパターンと、
    前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥と
    を有し、
    前記第１のパターンは、該第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
    前記第２のパターンは、前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
    前記模擬欠陥は、前記光学系の解像限界より微細であり、
    前記第３のパターンは、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有し、前記光学系の解像限界以上の寸法である
    ことを特徴とするテンプレート。
  12. 第１のパターンが設けられたパターン領域および該パターン領域の周囲に設けられたスクライブラインとなるスクライブライン領域を転写面に有し、
    前記第１のパターンは、該第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する検査装置の光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンであり、
    前記スクライブライン領域には、アライメントマーク領域が設けられ、
    前記アライメントマーク領域は、
    前記第１のパターンと向きが同じであって、前記光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンからなる第２のパターンと、
    前記第２のパターンに設けられて前記光学系の解像限界より微細な模擬欠陥と、
    前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのアライメントマークを形成する領域と
    を有し、
    前記アライメントマークは、前記光学系の解像限界以上の寸法であって、前記第１のパターンの方向を反映した形状を有する
    ことを特徴とするテンプレート。
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