パターン検査装置およびパターン検査方法
【目的】結像光学系における空気揺らぎを抑制し、検査精度を向上させるパターン検査装置およびパターン検査方法を提供する。
【構成】被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、チャンバ内に設けられる光源と、チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を被検査試料に照射する照明光学系と、チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、被検査試料に照射された検査光を光学像として結像させる結像光学系と、チャンバ内に設けられ、光学像を取得する検出センサを備え、結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とするパターン検査装置。
【構成】被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、チャンバ内に設けられる光源と、チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を被検査試料に照射する照明光学系と、チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、被検査試料に照射された検査光を光学像として結像させる結像光学系と、チャンバ内に設けられ、光学像を取得する検出センサを備え、結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とするパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査試料のパターンを検査するパターン検査装置およびパターン検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、フォト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。
【０００３】
そして、多大なコストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。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。
【０００４】
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。
【０００５】
パターン検査装置の高精度化を阻害する要因として、装置内の空気の揺らぎによって生じる画像揺らぎがある。装置内の空気揺らぎの要因としては、チャンバ内の防塵のためのダウンフローで生ずる乱流や、部品の発熱による対流等がある。
【０００６】
特許文献１には、モータの励磁電流を制御して、モータの熱影響を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パターン検査装置において、光源から被検査試料までの光路に配置される照明光学系は、光の照射エネルギーが大きく、光学部品の劣化を防止するため、パージボックスに収められるなど雰囲気に対する対策がなされる場合が多い。これに対し、被検査試料から検出センサまでの光路に配置される結像光学系の雰囲気の制御については、光の照射エネルギーが小さいため、光学部品の劣化の懸念が少なく、あまり配慮がなされていなかった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、結像光学系における空気揺らぎを抑制し、検査精度を向上させるパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様のパターン検査装置は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられる光源と、前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とする。
【００１１】
上記態様のパターン検査装置において、前記ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、前記第１の温度計の温度をモニタし、前記ステッピングモータの温度を前記静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有することが望ましい。
【００１２】
上記態様のパターン検査装置において、前記防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な第２の温度計と、前記防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計とを備え、前記制御機構が、前記第２および第３の温度計の温度をモニタし、前記防風カバー外の雰囲気温度と、前記防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御することが望ましい。
【００１３】
上記態様のパターン検査装置において、前記防風カバー内を減圧雰囲気に制御する減圧機構を備えることが望ましい。
【００１４】
上記態様のパターン検査装置において、前記制御機構が前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有することが望ましい。
【００１５】
本発明の一態様のパターン検査方法は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられる光源と、前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有するパターン検査装置を用いた検査方法であって、前記被検査試料の光学画像の取得中は前記ステッピングモータを静止し、前記ステッピングモータに流す静止時電流を動作時電流よりも低減させることを特徴とする。
【００１６】
上記態様のパターン検査方法において、前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、前記ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始めることが望ましい。
【００１７】
上記態様のパターン検査方法において、前記静止時電流を前記動作時電流の２５％以下にすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、結像光学系における空気揺らぎを抑制し、検査精度を向上させるパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のパターン検査装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態のカレントダウン率と画像揺らぎの関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図６】第３の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図７】第４の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図８】第５の実施の形態のステッピングモータのカレントダウン率を時間に対して表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書中、対物レンズ、結像光学系、および検出センサで構成される部分を検出系と称する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のパターン検査装置は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置である。そして、ダウンフロー機構を有するチャンバと、チャンバ内に設けられる光源と、チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を被検査試料に照射する照明光学系と、チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、被検査試料に照射された検査光を光学像として結像させる結像光学系と、チャンバ内に設けられ、光学像を取得する検出センサを備えている。そして、結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有する。
【００２２】
以下、パターン検査装置として、半導体装置の製造で用いられるマスクの欠陥を検査するマスク検査装置を例に説明する。もっとも、本発明はマスク検査装置以外にも、例えば、半導体ウェハ上のパターンの欠陥を検査するウェハ検査装置等のパターン検査装置に適用しても同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
上記構成を備えることにより、本実施の形態のパターン検査装置は、ダウンフローによって生ずる結像光学系での空気揺らぎを抑制することが可能になる。また、防風カバーで覆われた結像光学系内のステッピングモータの温度上昇に伴う空気揺らぎも抑制することが可能となる。
【００２４】
図２は、第１の実施の形態のパターン検査装置の構成を示すブロック図である。図２において、パターンが形成された露光用マスクを試料として、かかる試料の欠陥を検査するパターン検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。
【００２５】
光学画像取得部１５０は、チャンバ１８０、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、照明光学系１７０、結像光学系１０４、検出センサであるイメージセンサ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、を備えている。ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、照明光学系１７０、対物レンズ（図示せず）、結像光学系１０４、検出センサであるイメージセンサ１０５は、防塵のため、ダウンフロー機構を有するチャンバ１８０内に収納されている。
【００２６】
制御系回路１６０では、コンピュータである制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、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、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、プリンタ１１９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。
【００２７】
図２では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パターン検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００２８】
以下、パターン検査装置１００の動作について図２を参照しつつ説明する。まず、光学画像取得部１５０は、設計データに基づいてパターンが形成された試料となるマスク１０１の光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
【００２９】
被検査試料となるマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置される。そして、マスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０を介してマスク１０１を照射する。マスク１０１の下方には、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、マスク１０１を透過した光は結像光学系１０４を介して、イメージセンサ１０５に光学像として結像し、入射する。結像光学系１０４は、図示しない自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされていてもよい。
【００３０】
図３は、光学画像の取得手順を説明するための図である。被検査領域は、図３に示すように、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に仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。
【００３１】
イメージセンサ１０５（図２）では、図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第２の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
【００３２】
イメージセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、イメージセンサ１０５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。イメージセンサ１０５には、例えば、フォトダイオードアレイのＴＤＩ（タイムディレイ＆インテグレーション）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるマスク１０１のパターンを撮像する。これらの光源１０３、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５、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。イメージセンサ１０５としては、フォトダイオードアレイ以外にも、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等を適用することが可能である。
【００３３】
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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータは、例えばステッピングモータを用いることができる。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。また、ＸＹθテーブル１０２上のマスク１０１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から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。
【００３４】
センサ回路１０６から出力された測定データ（被検査パターン画像データ：光学画像）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に送られる。測定データは例えば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を表現している。測定データは、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データ毎に比較される。
【００３５】
一方、マスク１０１のパターン形成時に用いた設計データは、記憶装置の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。そして、設計データ入力工程として、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して展開回路１１１に読み出される。そして、展開工程として、展開回路１１１は、読み出された被検査試料となるマスク１０１の設計図形データを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。
【００３６】
ここで、設計データは長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の２つの頂点位置における座標（ｘ、ｙ）や、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。かかる図形データとなる設計データが展開回路１１１に入力されると、図形ごとのデータにまで展開される。そして、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値ないしは多値の図形パターンデータに展開される。
【００３７】
言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計データにおける図形データが示す図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データが生成され、内部のパターンメモリに出力される。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１／２８（＝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生成され、内部のパターンメモリに格納される。
【００３８】
そして、参照回路１１２は、展開回路１１１から送られてきた図形のイメージデータから測定データと比較するための参照データ（検査基準パターン画像データ）を作成する。比較対象となる参照データは、測定データと同様、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データとして作成される。
【００３９】
ここでは、「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」を行うために設計データに基づいて参照データを作成しているが、これに限るものではない。「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」を行うこともできる。その場合には、比較対象となる別の測定データ（光学画像）に基づいて参照データを作成すればよい。そして、参照データは、比較回路１０８に送られる。
【００４０】
比較回路１０８では、参照データと測定データを取り込む。そして、参照データと測定データとを所定のアルゴリズムに従って比較し、マスクの欠陥の有無を判定する。
【００４１】
なお、ここではマスクを透過した透過光を用いてマスク検査する場合を例に説明したが、本実施の形態のマスク検査装置は、マスクで反射する反射光を用いてマスク検査する構成であっても構わない。
【００４２】
図１は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。検出系には、対物レンズ１０、結像光学系１０４、およびイメージセンサ１０５が含まれる。
【００４３】
対物レンズ１０、結像光学系１０４は、防風カバー１２で覆われている。結像光学系１０４内には、倍率切替機構１４と焦点距離調整機構１６とを備えている。また、防風カバー１２は、検査光を防風カバー１２内に導入するための透明な光通過窓６０を備えている。イメージセンサ１０５は、防風カバー１２外壁に取り付けられている。そして、イメージセンサ１０５に、結像光学系１０４を通った光が入射するように構成されている。
【００４４】
倍率切替機構１４は、光学部品としてレンズユニット１８を備えている。レンズユニット１８は、例えば、低倍レンズ１８ａ、中倍レンズ１８ｂ、高倍レンズ１８ｃを備えている。そして、倍率切替機構１４は、レンズユニット１８を水平方向に移動するために第１のステッピングモータ２０を備えている。
【００４５】
ステッピングモータは、段階的に回転可能である。第１のステッピングモータ２０は、所望の倍率を得るためにレンズユニット１８を水平方向に移動し、低倍レンズ１８ａ、中倍レンズ１８ｂ、または高倍レンズ１８ｃを光軸２２に合致させるよう切り替えることが可能である。そして、第１のステッピングモータ２０は静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成されている。
【００４６】
焦点距離調整機構１６は、レンズユニット１８を垂直方向に移動するために第２のステッピングモータ２６を備えている。この第２のステッピングモータ２６を動作させることで、レンズユニット１８を上下に動かし、レンズの倍率を切り替えるたびに焦点距離を調整することが可能になる。第２のステッピングモータ２６も静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成されている。
【００４７】
本実施の形態のように、防塵のためにダウンフロー機構を有するパターン検査装置の場合、ダウンフローで生ずる空気の流れが装置の構成部品で乱され乱流が発生する場合がある。この乱流に起因して、結像光学系の光路で空気揺らぎが生ずる。また、チャンバ内で生ずる熱対流による空気揺らぎも生ずる。これらの空気揺らぎにより、検査画像に生ずる画像揺らぎが検査精度を劣化させることが問題となる。
【００４８】
本実施の形態のパターン検査装置の場合、結像光学系を含む検出系を防風カバーで覆うことにより、ダウンフローで生ずる空気揺らぎ、チャンバ内の熱対流による空気揺らぎを防止することが可能になる。
【００４９】
そして、検出系内には、例えば、上述のようにレンズユニット１８のような光学部品を移動するためのステッピングモータが配置される。光学部品の移動機構は、例えばエアシリンダのようにステッピングモータを用いずとも構成可能である。しかし、コヒーレント光を光源とするパターン検査装置は、光軸やスポット径などの微妙な変化により、光路長の微妙な調整や変更が必要となる場合がある。このような、微調整や変更は、エアシリンダでは困難である。また、エアシリンダはサイズが大きいため、装置の小型化にも不向きである。よって、光学部品の移動機構としてはステッピングモータのような機構を用いることが装置の高精度化、小型化の観点から望ましい。
【００５０】
もっとも、ステッピングモータには発熱による熱対流の発生という問題がある。特に、本実施の形態のよう防風カバーに検出系を入れた場合、その防風カバー内部に設けられたステッピングモータの発熱による空気揺らぎの問題が深刻化する。
【００５１】
ここで、ステッピングモータの静止時は、モータ動作時に対して電流を低減することが可能である。すなわち、例えば、倍率切替のためにレンズユニット１８を水平方向に移動させる時の電流（動作時電流）に対し、パターン検査中のレンズユニット１８を固定した状態の電流（静止時電流）を低減させることが可能である。これは、レンズユニット１８を固定し、安定化するためにステッピングモータに必要とされるトルクが、レンズユニット１８を移動させる場合に必要とされるトルクに対して小さいからである。
【００５２】
そして、パターン検査装置の場合、光学画像の取得中にステッピングモータを動作させることはないため、動作時の発熱の影響はほとんどない。逆に、静止時のステッピングモータの発熱による画像揺らぎが問題となる。
【００５３】
本実施の形態では、静止時電流を動作時の電流に対して低減させることが可能なステッピングモータを備えることにより、ステッピングモータの静止時の発熱による画像揺らぎを抑制する。表１に、ステッピングモータのカレントダウン率とモータ温度との関係の一例を示す。ここでカレントダウン率とは、静止時電流の動作時電流に対する割合である。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示すように、モータ温度はカレントダウン率に依存し、２５％以下にすることで温度上昇が１℃以下、１０％以下にすることで０．１℃以下となる。ステッピングモータの温度上昇が１℃以下であれば、モータ温度の上昇によって生ずる空気揺らぎが効果的に抑制できる。また、０．１℃以下であれば一層空気揺らぎが効果的に抑制できる。したがって、本実施のパターン検査装置でマスクを検査する場合、マスクの光学画像の取得中は、ステッピングモータを静止し、静止時電流を動作時電流の２５％以下にすることが望ましく、１０％以下にすることがより望ましい。
【００５６】
図４は、図１の構成のパターン検査装置での、カレントダウン率と画像揺らぎの関係を示すグラフである。カレントダウン率が５０％を下回ると画像揺らぎ抑制の効果が顕著に現われはじめ、特に、カレントダウン率が１０％以下の時に、画像揺らぎがカレント１００％の時の２０％以下になり、実用上、十分な画像揺らぎにまで抑え込むことができる。なお、ここで画像揺らぎとは、単位時間当たりの画像の位置ずれの最大値を意味する。
【００５７】
本実施の形態のパターン検査装置は、第１のステッピングモータ２０および第２のステッピングモータ２６について、静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成する。したがって、ステッピングモータ静止時の発熱を抑え、画像揺らぎを抑制することが可能となる。
【００５８】
なお、ここでは光学部品を移動するためのステッピングモータを２つ設ける形態について説明したが、ステッピングモータが１つあるいは、３つ以上となる構成であっても構わない。また、光学部品について、倍率切替用のレンズを例に説明したが、例えば、光路変更のためのハーフミラーやプリズム、あるいは絞り等であっても構わない。
【００５９】
また、ここでは対物レンズ１０、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５の光入射部を防風カバー１２で覆う形態について説明した。光学画像の揺らぎを抑制する観点からはこのように検出系の光路全体を防風カバーで覆うことが望ましいが、例えば結像光学系のみを覆う形態としても一定の空気揺らぎ抑制効果を得ることが可能である。
【００６０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のパターン検査装置は、ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、この第１の温度計の温度をモニタし、ステッピングモータの温度を、静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有すること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については、記載を省略する。
【００６１】
図５は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。図に示すように、第１の実施の形態の構成に加え、第１のステッピングモータ２０の温度をモニタ可能な第１の温度計２４、および、第２のステッピングモータ２６の温度をモニタ可能な第２の温度計２８が設けられている。さらに、第１の温度計２４の温度をモニタし、第１のステッピングモータ２０の温度を、静止時電流を変化させることで制御する制御機構３０を備えている。また、この制御機構３０は、第２の温度計２８の温度をモニタし、第２のステッピングモータ２６の温度を、静止時電流を変化させることで制御することもできるよう構成されている。制御機構３０は、ハードウェア、ソフトウェアあるいはその組み合わせ等で実現される。
【００６２】
上述のように、ステッピングモータの温度はカレントダウン率の関数となるが、モータ温度の絶対値は、モータの使用年数、モータの周囲の環境等で必ずしも一定とならない恐れがある。本実施の形態では、ステッピングモータの温度をモニタし、その温度を、静止時電流を変化させることで所望の値に制御する。
【００６３】
したがって、空気揺らぎを抑制しつつ、電子部品の固定時（停止時）のモータトルクを十分確保することが可能となる。すなわち、不必要に、静止時電流を削減してトルクを減少させ電子部品の固定を不安定にすることがなくなる。また、逆に、意図せぬステッピングモータの温度上昇も防ぐことが可能となる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のパターン検査装置は、防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な温度計と、防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な別の温度計とを備える。そして、制御機構が、これらの温度計の温度をモニタし、防風カバー外の雰囲気温度と、防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御する機能を備えている。この構成以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する記載については記述を省略する。
【００６５】
図６は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。このパターン検査装置は、防風カバー１２に納められた、結像光学系１０４を含む検出系内の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計３２と、検出系外の雰囲気温度をモニタ可能な第４の温度計３４とを備えている。そして、これらの温度計３２、３４の温度をモニタし、検出系外の温度と、検出系内の温度との差が所定の値以下となるよう制御することが可能な制御機構４０を有している。
【００６６】
上記のように、防風カバー１２内部のステッピングモータの発熱に伴う、熱対流による空気揺らぎはステッピングモータの静止時電流を削減することで、低減が可能である。しかし、防風カバー１２外部と内部の温度差が大きい場合、例えば、１℃以上あるような場合には、防風カバーの熱伝導により、防風カバー内部に熱対流が生じ、画像揺らぎの原因となるおそれがある。
【００６７】
本実施の形態のパターン検査装置では、防風カバーの内外に温度計３２、３４を設置して検出系内外（防風カバー内外）の温度差をモニタし、ステッピングモータ２４、２８の静止時電流を、検出系外の温度と検出系内の温度との差が所定の値以下となるよう制御機構４０により制御する。例えば、検出系内の温度の方が高い場合には、静止時電流を削減して検出系内の温度を下げるようにする。また、例えば、検出系外の温度の方が高い場合には、静止時電流を増加して検出系内の温度を上げるようにする。
【００６８】
このように、本実施の形態によれば、第２の実施の形態の作用・効果に加えて、検出系内外の温度差による画像揺らぎに対する対策が可能となる。ステッピングモータの発熱と、検出系内外の温度差のバランスについては、例えば、あらかじめ取得されている実験結果やシミュレーション結果に基づき、最適なバランスを決定するよう静止時電流を制御すればよい。例えば、ステッピングモータのカレントダウン率が０〜２０％までの範囲で、画像揺らぎが実用に耐えられることがあらかじめわかっている場合、検出系内の温度制御に対して、カレントダウン率０〜２０％の範囲内でモータの発熱を積極的に利用できる。このような情報は、シミュレーションや実験結果によってあらかじめ、データとして取得し制御機構に組み込まれている必要がある。
【００６９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態のパターン検査装置は、防風カバー内の雰囲気を減圧雰囲気にすることを可能にする減圧機構を有すること以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と、重複する記載については記述を省略する。
【００７０】
図７は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。このパターン検査装置は、防風カバー１２が機密性を有し、防風カバー１２内の雰囲気を減圧雰囲気にする減圧機構５０として、例えば真空ポンプを備えている。
【００７１】
検出系の雰囲気を減圧雰囲気にすることで、雰囲気密度自体が低下するため、熱対流等が生じた場合でも空気揺らぎを低減することが可能になる。したがって、本実施の形態によれば、第２の実施の形態に比較して更に高精度のパターン検査装置を実現することが可能となる。
【００７２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態のパターン検査装置は、図１の制御機構がステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有する。この構成以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する記載については記述を省略する。
【００７３】
ステッピングモータのトルクは駆動電流の大きさに依存するため、駆動電流減衰時にステッピングモータが回転する場合は、低いトルク状態でステッピングモータが回転することになる。このため、重い光学部品を動かす場合などには、ステッピングモータのパルスが脱調する可能性がある。
【００７４】
そのため、本実施の形態のパターン検査装置では、図５における制御機構３０のモータ制御プログラムを、ステッピングモータの電流が１００％になった後、すなわち動作時電流に達した後、パルスのカウントをはじめ回転するようにプログラミングしている。
【００７５】
そして、パターン検査の際は、ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始める。
【００７６】
図８は、ステッピングモータのカレントダウン率を時間に対して表したグラフである。図８は、静止時のカレントダウン率を動作時の２０％とする場合である。このモータでは、モータに動作信号が指令されると、およそ１０ｍｓｅｃで電流が１００％にまで達する。そのため、例えば、ステッピングモータは、動作信号指令後、１０ｍｓｅｃ後にパルスのカウントをはじめ、モータ回転が始まるようにする。このようにして、重い電子部品を用いた場合でも、モータ回転初期状態の過渡期にパルスが脱調することなく、電子部品を移動させることが可能である。
【００７７】
したがって、本実施の形態によれば、第２の実施の形態に比較して更に動作の安定したパターン検査装置を実現することが可能となる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。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は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 対物レンズ
１２ 防風カバー
１４ 倍率切替機構
１６ 焦点距離調整機構
１８ レンズユニット
２０ 第１のステッピングモータ
２２ 光軸
２４ 第１の温度計
２６ 第２のステッピングモータ
２８ 第２の温度計
３０ 制御機構
３２ 第３の温度計
３４ 第４の温度計
４０ 制御機構
５０ 真空ポンプ
６０ 光透過窓
１００ マスク検査装置
１０３ 光源
１０４ 結像光学系
１０５ イメージセンサ
１５０ チャンバ
１７０ 照明光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査試料のパターンを検査するパターン検査装置およびパターン検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、フォト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。
【０００３】
そして、多大なコストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。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。
【０００４】
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。
【０００５】
パターン検査装置の高精度化を阻害する要因として、装置内の空気の揺らぎによって生じる画像揺らぎがある。装置内の空気揺らぎの要因としては、チャンバ内の防塵のためのダウンフローで生ずる乱流や、部品の発熱による対流等がある。
【０００６】
特許文献１には、モータの励磁電流を制御して、モータの熱影響を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パターン検査装置において、光源から被検査試料までの光路に配置される照明光学系は、光の照射エネルギーが大きく、光学部品の劣化を防止するため、パージボックスに収められるなど雰囲気に対する対策がなされる場合が多い。これに対し、被検査試料から検出センサまでの光路に配置される結像光学系の雰囲気の制御については、光の照射エネルギーが小さいため、光学部品の劣化の懸念が少なく、あまり配慮がなされていなかった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、結像光学系における空気揺らぎを抑制し、検査精度を向上させるパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様のパターン検査装置は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられる光源と、前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とする。
【００１１】
上記態様のパターン検査装置において、前記ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、前記第１の温度計の温度をモニタし、前記ステッピングモータの温度を前記静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有することが望ましい。
【００１２】
上記態様のパターン検査装置において、前記防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な第２の温度計と、前記防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計とを備え、前記制御機構が、前記第２および第３の温度計の温度をモニタし、前記防風カバー外の雰囲気温度と、前記防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御することが望ましい。
【００１３】
上記態様のパターン検査装置において、前記防風カバー内を減圧雰囲気に制御する減圧機構を備えることが望ましい。
【００１４】
上記態様のパターン検査装置において、前記制御機構が前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有することが望ましい。
【００１５】
本発明の一態様のパターン検査方法は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、ダウンフロー機構を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられる光源と、前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有するパターン検査装置を用いた検査方法であって、前記被検査試料の光学画像の取得中は前記ステッピングモータを静止し、前記ステッピングモータに流す静止時電流を動作時電流よりも低減させることを特徴とする。
【００１６】
上記態様のパターン検査方法において、前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、前記ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始めることが望ましい。
【００１７】
上記態様のパターン検査方法において、前記静止時電流を前記動作時電流の２５％以下にすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、結像光学系における空気揺らぎを抑制し、検査精度を向上させるパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のパターン検査装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態のカレントダウン率と画像揺らぎの関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図６】第３の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図７】第４の実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。
【図８】第５の実施の形態のステッピングモータのカレントダウン率を時間に対して表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書中、対物レンズ、結像光学系、および検出センサで構成される部分を検出系と称する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のパターン検査装置は、被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置である。そして、ダウンフロー機構を有するチャンバと、チャンバ内に設けられる光源と、チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を被検査試料に照射する照明光学系と、チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、被検査試料に照射された検査光を光学像として結像させる結像光学系と、チャンバ内に設けられ、光学像を取得する検出センサを備えている。そして、結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有する。
【００２２】
以下、パターン検査装置として、半導体装置の製造で用いられるマスクの欠陥を検査するマスク検査装置を例に説明する。もっとも、本発明はマスク検査装置以外にも、例えば、半導体ウェハ上のパターンの欠陥を検査するウェハ検査装置等のパターン検査装置に適用しても同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
上記構成を備えることにより、本実施の形態のパターン検査装置は、ダウンフローによって生ずる結像光学系での空気揺らぎを抑制することが可能になる。また、防風カバーで覆われた結像光学系内のステッピングモータの温度上昇に伴う空気揺らぎも抑制することが可能となる。
【００２４】
図２は、第１の実施の形態のパターン検査装置の構成を示すブロック図である。図２において、パターンが形成された露光用マスクを試料として、かかる試料の欠陥を検査するパターン検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。
【００２５】
光学画像取得部１５０は、チャンバ１８０、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、照明光学系１７０、結像光学系１０４、検出センサであるイメージセンサ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、を備えている。ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、照明光学系１７０、対物レンズ（図示せず）、結像光学系１０４、検出センサであるイメージセンサ１０５は、防塵のため、ダウンフロー機構を有するチャンバ１８０内に収納されている。
【００２６】
制御系回路１６０では、コンピュータである制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、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、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、プリンタ１１９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。
【００２７】
図２では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パターン検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００２８】
以下、パターン検査装置１００の動作について図２を参照しつつ説明する。まず、光学画像取得部１５０は、設計データに基づいてパターンが形成された試料となるマスク１０１の光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
【００２９】
被検査試料となるマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置される。そして、マスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０を介してマスク１０１を照射する。マスク１０１の下方には、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、マスク１０１を透過した光は結像光学系１０４を介して、イメージセンサ１０５に光学像として結像し、入射する。結像光学系１０４は、図示しない自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされていてもよい。
【００３０】
図３は、光学画像の取得手順を説明するための図である。被検査領域は、図３に示すように、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に仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。
【００３１】
イメージセンサ１０５（図２）では、図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第２の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
【００３２】
イメージセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、イメージセンサ１０５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。イメージセンサ１０５には、例えば、フォトダイオードアレイのＴＤＩ（タイムディレイ＆インテグレーション）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるマスク１０１のパターンを撮像する。これらの光源１０３、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５、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。イメージセンサ１０５としては、フォトダイオードアレイ以外にも、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等を適用することが可能である。
【００３３】
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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータは、例えばステッピングモータを用いることができる。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。また、ＸＹθテーブル１０２上のマスク１０１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から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。
【００３４】
センサ回路１０６から出力された測定データ（被検査パターン画像データ：光学画像）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に送られる。測定データは例えば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を表現している。測定データは、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データ毎に比較される。
【００３５】
一方、マスク１０１のパターン形成時に用いた設計データは、記憶装置の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。そして、設計データ入力工程として、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して展開回路１１１に読み出される。そして、展開工程として、展開回路１１１は、読み出された被検査試料となるマスク１０１の設計図形データを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。
【００３６】
ここで、設計データは長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の２つの頂点位置における座標（ｘ、ｙ）や、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。かかる図形データとなる設計データが展開回路１１１に入力されると、図形ごとのデータにまで展開される。そして、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値ないしは多値の図形パターンデータに展開される。
【００３７】
言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計データにおける図形データが示す図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データが生成され、内部のパターンメモリに出力される。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１／２８（＝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生成され、内部のパターンメモリに格納される。
【００３８】
そして、参照回路１１２は、展開回路１１１から送られてきた図形のイメージデータから測定データと比較するための参照データ（検査基準パターン画像データ）を作成する。比較対象となる参照データは、測定データと同様、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データとして作成される。
【００３９】
ここでは、「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」を行うために設計データに基づいて参照データを作成しているが、これに限るものではない。「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」を行うこともできる。その場合には、比較対象となる別の測定データ（光学画像）に基づいて参照データを作成すればよい。そして、参照データは、比較回路１０８に送られる。
【００４０】
比較回路１０８では、参照データと測定データを取り込む。そして、参照データと測定データとを所定のアルゴリズムに従って比較し、マスクの欠陥の有無を判定する。
【００４１】
なお、ここではマスクを透過した透過光を用いてマスク検査する場合を例に説明したが、本実施の形態のマスク検査装置は、マスクで反射する反射光を用いてマスク検査する構成であっても構わない。
【００４２】
図１は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。検出系には、対物レンズ１０、結像光学系１０４、およびイメージセンサ１０５が含まれる。
【００４３】
対物レンズ１０、結像光学系１０４は、防風カバー１２で覆われている。結像光学系１０４内には、倍率切替機構１４と焦点距離調整機構１６とを備えている。また、防風カバー１２は、検査光を防風カバー１２内に導入するための透明な光通過窓６０を備えている。イメージセンサ１０５は、防風カバー１２外壁に取り付けられている。そして、イメージセンサ１０５に、結像光学系１０４を通った光が入射するように構成されている。
【００４４】
倍率切替機構１４は、光学部品としてレンズユニット１８を備えている。レンズユニット１８は、例えば、低倍レンズ１８ａ、中倍レンズ１８ｂ、高倍レンズ１８ｃを備えている。そして、倍率切替機構１４は、レンズユニット１８を水平方向に移動するために第１のステッピングモータ２０を備えている。
【００４５】
ステッピングモータは、段階的に回転可能である。第１のステッピングモータ２０は、所望の倍率を得るためにレンズユニット１８を水平方向に移動し、低倍レンズ１８ａ、中倍レンズ１８ｂ、または高倍レンズ１８ｃを光軸２２に合致させるよう切り替えることが可能である。そして、第１のステッピングモータ２０は静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成されている。
【００４６】
焦点距離調整機構１６は、レンズユニット１８を垂直方向に移動するために第２のステッピングモータ２６を備えている。この第２のステッピングモータ２６を動作させることで、レンズユニット１８を上下に動かし、レンズの倍率を切り替えるたびに焦点距離を調整することが可能になる。第２のステッピングモータ２６も静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成されている。
【００４７】
本実施の形態のように、防塵のためにダウンフロー機構を有するパターン検査装置の場合、ダウンフローで生ずる空気の流れが装置の構成部品で乱され乱流が発生する場合がある。この乱流に起因して、結像光学系の光路で空気揺らぎが生ずる。また、チャンバ内で生ずる熱対流による空気揺らぎも生ずる。これらの空気揺らぎにより、検査画像に生ずる画像揺らぎが検査精度を劣化させることが問題となる。
【００４８】
本実施の形態のパターン検査装置の場合、結像光学系を含む検出系を防風カバーで覆うことにより、ダウンフローで生ずる空気揺らぎ、チャンバ内の熱対流による空気揺らぎを防止することが可能になる。
【００４９】
そして、検出系内には、例えば、上述のようにレンズユニット１８のような光学部品を移動するためのステッピングモータが配置される。光学部品の移動機構は、例えばエアシリンダのようにステッピングモータを用いずとも構成可能である。しかし、コヒーレント光を光源とするパターン検査装置は、光軸やスポット径などの微妙な変化により、光路長の微妙な調整や変更が必要となる場合がある。このような、微調整や変更は、エアシリンダでは困難である。また、エアシリンダはサイズが大きいため、装置の小型化にも不向きである。よって、光学部品の移動機構としてはステッピングモータのような機構を用いることが装置の高精度化、小型化の観点から望ましい。
【００５０】
もっとも、ステッピングモータには発熱による熱対流の発生という問題がある。特に、本実施の形態のよう防風カバーに検出系を入れた場合、その防風カバー内部に設けられたステッピングモータの発熱による空気揺らぎの問題が深刻化する。
【００５１】
ここで、ステッピングモータの静止時は、モータ動作時に対して電流を低減することが可能である。すなわち、例えば、倍率切替のためにレンズユニット１８を水平方向に移動させる時の電流（動作時電流）に対し、パターン検査中のレンズユニット１８を固定した状態の電流（静止時電流）を低減させることが可能である。これは、レンズユニット１８を固定し、安定化するためにステッピングモータに必要とされるトルクが、レンズユニット１８を移動させる場合に必要とされるトルクに対して小さいからである。
【００５２】
そして、パターン検査装置の場合、光学画像の取得中にステッピングモータを動作させることはないため、動作時の発熱の影響はほとんどない。逆に、静止時のステッピングモータの発熱による画像揺らぎが問題となる。
【００５３】
本実施の形態では、静止時電流を動作時の電流に対して低減させることが可能なステッピングモータを備えることにより、ステッピングモータの静止時の発熱による画像揺らぎを抑制する。表１に、ステッピングモータのカレントダウン率とモータ温度との関係の一例を示す。ここでカレントダウン率とは、静止時電流の動作時電流に対する割合である。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示すように、モータ温度はカレントダウン率に依存し、２５％以下にすることで温度上昇が１℃以下、１０％以下にすることで０．１℃以下となる。ステッピングモータの温度上昇が１℃以下であれば、モータ温度の上昇によって生ずる空気揺らぎが効果的に抑制できる。また、０．１℃以下であれば一層空気揺らぎが効果的に抑制できる。したがって、本実施のパターン検査装置でマスクを検査する場合、マスクの光学画像の取得中は、ステッピングモータを静止し、静止時電流を動作時電流の２５％以下にすることが望ましく、１０％以下にすることがより望ましい。
【００５６】
図４は、図１の構成のパターン検査装置での、カレントダウン率と画像揺らぎの関係を示すグラフである。カレントダウン率が５０％を下回ると画像揺らぎ抑制の効果が顕著に現われはじめ、特に、カレントダウン率が１０％以下の時に、画像揺らぎがカレント１００％の時の２０％以下になり、実用上、十分な画像揺らぎにまで抑え込むことができる。なお、ここで画像揺らぎとは、単位時間当たりの画像の位置ずれの最大値を意味する。
【００５７】
本実施の形態のパターン検査装置は、第１のステッピングモータ２０および第２のステッピングモータ２６について、静止時電流を動作時電流より低減可能なモータとして構成する。したがって、ステッピングモータ静止時の発熱を抑え、画像揺らぎを抑制することが可能となる。
【００５８】
なお、ここでは光学部品を移動するためのステッピングモータを２つ設ける形態について説明したが、ステッピングモータが１つあるいは、３つ以上となる構成であっても構わない。また、光学部品について、倍率切替用のレンズを例に説明したが、例えば、光路変更のためのハーフミラーやプリズム、あるいは絞り等であっても構わない。
【００５９】
また、ここでは対物レンズ１０、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５の光入射部を防風カバー１２で覆う形態について説明した。光学画像の揺らぎを抑制する観点からはこのように検出系の光路全体を防風カバーで覆うことが望ましいが、例えば結像光学系のみを覆う形態としても一定の空気揺らぎ抑制効果を得ることが可能である。
【００６０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のパターン検査装置は、ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、この第１の温度計の温度をモニタし、ステッピングモータの温度を、静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有すること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については、記載を省略する。
【００６１】
図５は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。図に示すように、第１の実施の形態の構成に加え、第１のステッピングモータ２０の温度をモニタ可能な第１の温度計２４、および、第２のステッピングモータ２６の温度をモニタ可能な第２の温度計２８が設けられている。さらに、第１の温度計２４の温度をモニタし、第１のステッピングモータ２０の温度を、静止時電流を変化させることで制御する制御機構３０を備えている。また、この制御機構３０は、第２の温度計２８の温度をモニタし、第２のステッピングモータ２６の温度を、静止時電流を変化させることで制御することもできるよう構成されている。制御機構３０は、ハードウェア、ソフトウェアあるいはその組み合わせ等で実現される。
【００６２】
上述のように、ステッピングモータの温度はカレントダウン率の関数となるが、モータ温度の絶対値は、モータの使用年数、モータの周囲の環境等で必ずしも一定とならない恐れがある。本実施の形態では、ステッピングモータの温度をモニタし、その温度を、静止時電流を変化させることで所望の値に制御する。
【００６３】
したがって、空気揺らぎを抑制しつつ、電子部品の固定時（停止時）のモータトルクを十分確保することが可能となる。すなわち、不必要に、静止時電流を削減してトルクを減少させ電子部品の固定を不安定にすることがなくなる。また、逆に、意図せぬステッピングモータの温度上昇も防ぐことが可能となる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のパターン検査装置は、防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な温度計と、防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な別の温度計とを備える。そして、制御機構が、これらの温度計の温度をモニタし、防風カバー外の雰囲気温度と、防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御する機能を備えている。この構成以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する記載については記述を省略する。
【００６５】
図６は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。このパターン検査装置は、防風カバー１２に納められた、結像光学系１０４を含む検出系内の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計３２と、検出系外の雰囲気温度をモニタ可能な第４の温度計３４とを備えている。そして、これらの温度計３２、３４の温度をモニタし、検出系外の温度と、検出系内の温度との差が所定の値以下となるよう制御することが可能な制御機構４０を有している。
【００６６】
上記のように、防風カバー１２内部のステッピングモータの発熱に伴う、熱対流による空気揺らぎはステッピングモータの静止時電流を削減することで、低減が可能である。しかし、防風カバー１２外部と内部の温度差が大きい場合、例えば、１℃以上あるような場合には、防風カバーの熱伝導により、防風カバー内部に熱対流が生じ、画像揺らぎの原因となるおそれがある。
【００６７】
本実施の形態のパターン検査装置では、防風カバーの内外に温度計３２、３４を設置して検出系内外（防風カバー内外）の温度差をモニタし、ステッピングモータ２４、２８の静止時電流を、検出系外の温度と検出系内の温度との差が所定の値以下となるよう制御機構４０により制御する。例えば、検出系内の温度の方が高い場合には、静止時電流を削減して検出系内の温度を下げるようにする。また、例えば、検出系外の温度の方が高い場合には、静止時電流を増加して検出系内の温度を上げるようにする。
【００６８】
このように、本実施の形態によれば、第２の実施の形態の作用・効果に加えて、検出系内外の温度差による画像揺らぎに対する対策が可能となる。ステッピングモータの発熱と、検出系内外の温度差のバランスについては、例えば、あらかじめ取得されている実験結果やシミュレーション結果に基づき、最適なバランスを決定するよう静止時電流を制御すればよい。例えば、ステッピングモータのカレントダウン率が０〜２０％までの範囲で、画像揺らぎが実用に耐えられることがあらかじめわかっている場合、検出系内の温度制御に対して、カレントダウン率０〜２０％の範囲内でモータの発熱を積極的に利用できる。このような情報は、シミュレーションや実験結果によってあらかじめ、データとして取得し制御機構に組み込まれている必要がある。
【００６９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態のパターン検査装置は、防風カバー内の雰囲気を減圧雰囲気にすることを可能にする減圧機構を有すること以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と、重複する記載については記述を省略する。
【００７０】
図７は、本実施の形態のパターン検査装置の検出系を含む要部のブロック図である。このパターン検査装置は、防風カバー１２が機密性を有し、防風カバー１２内の雰囲気を減圧雰囲気にする減圧機構５０として、例えば真空ポンプを備えている。
【００７１】
検出系の雰囲気を減圧雰囲気にすることで、雰囲気密度自体が低下するため、熱対流等が生じた場合でも空気揺らぎを低減することが可能になる。したがって、本実施の形態によれば、第２の実施の形態に比較して更に高精度のパターン検査装置を実現することが可能となる。
【００７２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態のパターン検査装置は、図１の制御機構がステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有する。この構成以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する記載については記述を省略する。
【００７３】
ステッピングモータのトルクは駆動電流の大きさに依存するため、駆動電流減衰時にステッピングモータが回転する場合は、低いトルク状態でステッピングモータが回転することになる。このため、重い光学部品を動かす場合などには、ステッピングモータのパルスが脱調する可能性がある。
【００７４】
そのため、本実施の形態のパターン検査装置では、図５における制御機構３０のモータ制御プログラムを、ステッピングモータの電流が１００％になった後、すなわち動作時電流に達した後、パルスのカウントをはじめ回転するようにプログラミングしている。
【００７５】
そして、パターン検査の際は、ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始める。
【００７６】
図８は、ステッピングモータのカレントダウン率を時間に対して表したグラフである。図８は、静止時のカレントダウン率を動作時の２０％とする場合である。このモータでは、モータに動作信号が指令されると、およそ１０ｍｓｅｃで電流が１００％にまで達する。そのため、例えば、ステッピングモータは、動作信号指令後、１０ｍｓｅｃ後にパルスのカウントをはじめ、モータ回転が始まるようにする。このようにして、重い電子部品を用いた場合でも、モータ回転初期状態の過渡期にパルスが脱調することなく、電子部品を移動させることが可能である。
【００７７】
したがって、本実施の形態によれば、第２の実施の形態に比較して更に動作の安定したパターン検査装置を実現することが可能となる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。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は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 対物レンズ
１２ 防風カバー
１４ 倍率切替機構
１６ 焦点距離調整機構
１８ レンズユニット
２０ 第１のステッピングモータ
２２ 光軸
２４ 第１の温度計
２６ 第２のステッピングモータ
２８ 第２の温度計
３０ 制御機構
３２ 第３の温度計
３４ 第４の温度計
４０ 制御機構
５０ 真空ポンプ
６０ 光透過窓
１００ マスク検査装置
１０３ 光源
１０４ 結像光学系
１０５ イメージセンサ
１５０ チャンバ
１７０ 照明光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
ダウンフロー機構を有するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられる光源と、
前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、
前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、
前記第１の温度計の温度をモニタし、前記ステッピングモータの温度を前記静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項３】
前記防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な第２の温度計と、
前記防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計とを備え、
前記制御機構が、前記第２および第３の温度計の温度をモニタし、前記防風カバー外の雰囲気温度と、前記防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御することを特徴とする請求項２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記防風カバー内を減圧雰囲気に制御する減圧機構を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記制御機構が前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載のパターン検査装置。
【請求項６】
被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
ダウンフロー機構を有するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられる光源と、
前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、
前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有するパターン検査装置を用いた検査方法であって、
前記被検査試料の光学画像の取得中は前記ステッピングモータを静止し、前記ステッピングモータに流す静止時電流を動作時電流よりも低減させることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項７】
前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、前記ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始めることを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
【請求項８】
前記静止時電流を前記動作時電流の２５％以下にすることを特徴とする請求項６または請求項７記載のパターン検査方法。
【請求項１】
被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
ダウンフロー機構を有するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられる光源と、
前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、
前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータの温度をモニタ可能な第１の温度計と、
前記第１の温度計の温度をモニタし、前記ステッピングモータの温度を前記静止時電流を変化させることで制御する制御機構を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項３】
前記防風カバー内の雰囲気温度をモニタ可能な第２の温度計と、
前記防風カバー外の雰囲気温度をモニタ可能な第３の温度計とを備え、
前記制御機構が、前記第２および第３の温度計の温度をモニタし、前記防風カバー外の雰囲気温度と、前記防風カバー内の雰囲気温度との差が所定の値以下となるよう制御することを特徴とする請求項２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記防風カバー内を減圧雰囲気に制御する減圧機構を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記制御機構が前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行させる際に、電流値が静止時電流の値から動作時電流の値へと移行後にパルスのカウントを行うよう制御する機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載のパターン検査装置。
【請求項６】
被検査試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
ダウンフロー機構を有するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられる光源と、
前記チャンバ内に設けられ、光源から射出される検査光を前記被検査試料に照射する照明光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、防風カバーで覆われ、前記被検査試料に照射された前記検査光を光学像として結像させる結像光学系と、
前記チャンバ内に設けられ、前記光学像を取得する検出センサを備え、
前記結像光学系内に、光学部品を移動するために、静止時電流を動作時電流より低減可能なステッピングモータを有するパターン検査装置を用いた検査方法であって、
前記被検査試料の光学画像の取得中は前記ステッピングモータを静止し、前記ステッピングモータに流す静止時電流を動作時電流よりも低減させることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項７】
前記ステッピングモータを静止状態から動作状態に移行する場合、前記ステッピングモータの電流が動作電流に達した後、パルスのカウントを始めることを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
【請求項８】
前記静止時電流を前記動作時電流の２５％以下にすることを特徴とする請求項６または請求項７記載のパターン検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３７０４８（Ｐ２０１０−２３７０４８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５６４７（Ｐ２００９−８５６４７）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
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