パターン検査装置およびパターン検査方法
【目的】欠陥の検出および検出される欠陥種別の判定を行うパターン検査装置を提供する。
【構成】光源と、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、試料に照射される第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備えるパターン検査装置。
【構成】光源と、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、試料に照射される第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備え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、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】
ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴い、マスク（フォトマスクまたはレチクル）に形成されるマスクパターンの微細化が進んでいる。そのため、マスクを検査するパターン検査装置にも高性能化が要求される。パターン検査装置は、マスクをＣＣＤ等の画像センサで撮像し、撮像した検査画像を基準画像と比較することで、欠陥を検出する。
【０００３】
マスクパターンの微細化を進めるために、例えば、露光光を波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅａｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光とし、ＥＵＶ露光に対応するＥＵＶマスクを用いることで、微細なパターンを描く試みがなされている。
【０００４】
このようなマスクを検査するパターン検査装置においては、パターンの欠陥の検出だけではなく、検出される欠陥種別の判定が求められるようになってきている。
【０００５】
特許文献１には、偏光状態の異なる２種の検査光を用いてマスクを検査するパターン検査装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、欠陥の検出および検出される欠陥種別の判定を行う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】
【０００８】
本発明の一態様のパターン検査装置は、光源と、光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記態様のパターン検査装置において、判定部は、検出部において第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することが望ましい。
【００１０】
上記態様のパターン検査装置において、判定部は、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較によりこの欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することが望ましい。
【００１１】
上記態様のパターン検査装置において、反射照明光学系は、第１の検査光が試料に対しＣ偏光（円偏光）入射またはＳ偏光入射となり、第２の検査光が試料に対しＰ偏光入射となるよう構成されることが望ましい。
【００１２】
本発明の一態様のパターン検査方法は、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、第１の像と第２の像とを拡大し、拡大した第１の像と第２の像とを撮像し、撮像した第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、欠陥の欠陥種別を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、欠陥の検出および検出される欠陥種別の判定を行う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】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図２】第１の実施の形態の検査光発生部の説明図である。
【図３】第１の実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
【図５】第３の実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図６】第３の実施の形態の検査光発生部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明者らは、マスクのパターン欠陥検出において、欠陥種別（欠陥種類）が異なると、異なる偏光状態の検査光に対し得られる画像の挙動が異なることを見出した。例えば、ある欠陥種別は第１の偏光状態の検査光では検出しやすいが第２の偏光状態では検出しにくく、別の欠陥種別は第１の偏光状態の検査光では検出しにくいが第２の偏光状態では検出しやすいという現象を見出した。
【００１６】
本願発明は、発明者らの見出した上記現象に基づき完成されたものである。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。
【００１７】
なお、本明細書中、Ｃ偏光（円偏光）は楕円偏光も含む概念として使用する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、光源と、光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、を備えている。そして、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、を備えている。さらに、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備える。
【００１９】
以下、試料がＥＵＶマスクであり、第１の検査光が試料の試料面に対しＣ偏光（円偏光）入射し、第２の検査光が試料の試料面に対しＰ偏光入射する場合を例に説明する。また、得られる検査画像を、あらかじめマスクの設計データを変換して準備される参照画像（基準画像）と比較してパターン検査するＤＢ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）比較を例に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【００２１】
パターン検査装置１００は、マスク１０を検査対象である試料として、マスク１０の欠陥を検査する装置である。パターン検査装置１００は、検査画像生成部１２やデータ処理部１４などを備えている。
【００２２】
検査画像生成部１２は、光源１６、ビームエキスパンダ１８、光束分岐素子２０、初段コリメータレンズ２４、ハーフミラー２６、対物レンズ２８、ＸＹθテーブル３０、ＸＹθモータ３２、変位計３４、初段結像レンズ３６、第１のコリメータレンズ３８ａ、第２のコリメータレンズ３８ｂ、第１の結像レンズ４０ａ、第２の結像レンズ４０ｂ、第１の画像センサ４２ａ、第２の画像センサ４２ｂ、第１のセンサ回路４４ａ、第２のセンサ回路４４ｂを備えている。
【００２３】
さらに、プリズムまたはハーフミラー等で構成される光束分岐素子２０で分岐される２つの光路の一方の光路上であって、光束分岐素子２０と初段コリメータレンズ２４との間に、偏向板、波長板または偏光プリズム等で構成される偏光素子８０と、領域分割型波長板８２とを備えている。
【００２４】
光源１６は、例えば、波長１８５ｎｍ以上２６５ｎｍ以下のＣ偏光（円偏光）の紫外レーザ光を出射するレーザ光源である。ビームエキスパンダ１８、光束分岐素子２０、偏光素子８０、領域分割型波長板８２が、光源１６から出射される光から偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とを発生する検査光発生部８４に含まれる。
【００２５】
そして、検査光発生部８４、初段コリメータレンズ２４、ハーフミラー２６、対物レンズ２８が、第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２をＸＹθテーブル３０に載置されたマスク１０に照射する反射照明光学系を構成する。第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２はマスク１０の同一面の異なる領域に同時に照射される。
【００２６】
ここで、第１の検査光Ｌ１は、Ｃ偏光（円偏光）である。第１の検査光Ｌ１は反射照明光学系により、マスク１０のマスク面に対してＣ偏光入射されるよう構成されている。第１の検査光Ｌ１がマスク１０に対して入射する際、光軸はマスク面に垂直である。
【００２７】
また、第２の検査光Ｌ２は、直線偏光である。そして、偏光素子８０と領域分割型波長板８２とにより偏光状態が制御され、マスク１０のマスク面に対してＰ偏光入射するよう偏光方向が制御される。第２の検査光Ｌ２がマスク１０に対して入射する際、光軸はマスク面に垂直である。
【００２８】
図２は、本実施の形態の検査光発生部の説明図である。光束分岐素子２０は、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を２つの円偏光の光に分岐する。
【００２９】
光束分岐素子２０で分岐された２つの円偏光のうちの一方の光である第２の検査光Ｌ２は、偏光素子８０によって直線偏光に変換される。そして、４分割型１／２波長板である領域分割型波長板８２により、第２の検査光Ｌ２の偏光状態が図示するような放射状になる。これにより、マスク１０のマスク面に第２の検査光Ｌ２がＰ偏光入射されることになる。
【００３０】
なお、領域分割型波長板８２の分割数は４分割でなくとも８分割、あるいはそれより多い分割数であっても構わない。入射される第２の検査光Ｌ２をより完全なＰ偏光入射とする観点からは、８分割以上であることが望ましい。
【００３１】
また、対物レンズ２８、初段結像レンズ３６が、反射照明光学系でマスク１０に照射されマスク面で反射した検査光を、像面４６に結像する結像光学系を構成する。結像光学系は、マスク１０に照射された第１の検査光Ｌ１、第２の検査光Ｌ２を、第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２として同一像面４６に結像する。
【００３２】
そして、第１のコリメータレンズ３８ａと第１の結像レンズ４０ａが第１の拡大光学系、第２のコリメータレンズ３８ｂと第２の結像レンズ４０ｂが第２の拡大光学系を構成する。第１の拡大光学系は第１の像Ｉ１を拡大する。また、第２の拡大光学系は第２の像Ｉ２を拡大する。
【００３３】
第１の画像センサ４２ａは、第１の拡大光学系で拡大された第１の像Ｉ１を撮像する。また、第２の画像センサ４２ｂは、第２の拡大光学系で拡大された第２の像Ｉ２を撮像する。第１および第２の画像センサは、例えばＣＣＤ、フォトダイオードアレイまたはＣＭＯＳセンサである。
【００３４】
データ処理部１４は、制御計算機となるＣＰＵ５０が、データ転送線路となるバス５２を介して、大容量記憶装置５４、主記憶装置５６、印字装置５８、表示装置６０、テーブル制御部６２、展開部６４、参照部６６、第１の比較部６８ａ、第２の比較部６８ｂ、位置検出部７０等に接続されている。
【００３５】
主記憶装置５６は、第１の画像センサ４２ａで撮像された第１の像Ｉ１を、第１のセンサ回路４４ａでデータ処理した画像である第１の検査画像と、第２の画像センサ４２ｂで撮像された第２の像Ｉ２を、第２のセンサ回路４４ｂでデータ処理した画像である第２の検査画像を記憶する記憶部である。
【００３６】
第１の検出部６８ａでは、記憶部に記憶された第１の検査画像と、やはり記憶部に記憶された第１の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。また、第２の検出部６８ｂでは、記憶部に記憶された第２の検査画像と、やはり記憶部に記憶された第２の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。
【００３７】
ここで、第１および第２の基準画像は、マスクの設計データを用いて展開部６４や参照部６６で生成される参照画像である。第１の基準画像は、Ｃ偏光入射によって得られる画像用に最適化され、第２の基準画像は、Ｐ偏光入射によって得られる画像用に最適化される。第１の基準画像および第２の基準画像は、例えば、あらかじめ生成され主記憶装置５６に記憶される構成となっている。
【００３８】
さらに、パターン検査装置１００は、第１の検出部６８ａまたは第２の検出部６８ｂで検出された欠陥の欠陥種別を判定する判定部８８を備えている。判定部８８は、偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とで得られる第１の検査画像と第２の検査画像の差異に基づき欠陥種別を判定する機構を備えている。
【００３９】
具体的には、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を備えている。
【００４０】
例えば、判定部８８は、第１の検出部６８ａでは検出されたが、第２の検出部６８ｂでは検出されなかった欠陥を特定の欠陥種別であると判定する。この判定部８８を設けることにより、パターン検査装置１００は、マスク１０の欠陥の検出のみならず、検出される欠陥の欠陥種別をも判定することが可能となる。
【００４１】
図３は、本実施のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
実験に用いた、ＥＵＶマスクは、反射層としてモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）の多層構造を備え、吸収層としてクロムナイトライド（ＣｒＮ）／タンタルボロンナイトライド（ＴａＢＮ）／タンタルボロンオキサイド（ＴａＢＯ）の積層構造を備えるマスクである。また、マスクパターンのハーフピッチは１２８ｎｍである。なお、ＥＵＶマスクは、４倍体のマスクである。
【００４２】
検査光として波長１９９ｎｍのＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いている。図３は、凸欠陥、すなわち吸収層が出っ張るタイプの欠陥と、凹欠陥、すなわち吸収層が欠けるタイプの欠陥との検出限界欠陥サイズの偏光状態依存性を示している。
【００４３】
凸欠陥についてはＰ偏光入射の方が検出感度が高く、凹欠陥についてはＣ偏光入射の方が検出感度が高いことが分かる。Ｐ偏光は、入射面（入射光と反射光を含む平面）に平行に振動する。言い換えれば、マスク面に垂直に振動する。
【００４４】
このため、マスク１０に対してＰ偏光入射の検査光で検査する場合は、パターンのスペース部分に検査光が入り込みやすい。したがって、スペース部分（反射層部分）の信号強度が大きくなる。このため、スペース部分のサイズが変化する凸欠陥の検出感度が高くなると考えられる。
【００４５】
一方、マスク１０に対してＣ偏光入射の検査光で検査する場合は、マスク面に平行に振動する成分があるため、パターンのスペースに検査光が入り込みにくい。このため、スペース部分（反射層部分）の信号強度は小さい。凹欠陥の場合、多くはパターン部（吸収層部分）の上部が欠けるだけ、すなわち、パターン部が下まで無くなる欠陥ではない。
【００４６】
このため、凹欠陥の検出にはスペース部分（反射層部分）の信号強度が小さくても構わない。逆に、スペース部分の信号強度が小さいほうが、パターン部の欠けによるコントラストが見えやすくなり、凹欠陥の検出感度が高くなると考えられる。
【００４７】
したがって、判定部８８において、Ｐ偏光入射のみで検出される欠陥、すなわち第２の検出部６８ｂのみで検出される欠陥は凸欠陥、Ｃ偏光入射のみで検出される欠陥、すなわち第１の検出部６８ａのみで検出される欠陥は凹欠陥と判定することが可能である。
【００４８】
以上、本実施の形態のパターン検査装置１００によれば、マスクの欠陥の検出のみならず、検出された欠陥の欠陥種別を判定することも可能となる。また、パターン検査装置１００は２つの検査光を同時にマスクに照射し、同時に２つの検査画像を取得し、同時に２つの検査画像について欠陥検出が可能な構成となっている。したがって、マスク１０の欠陥検出および欠陥種別判定を高いスループットで行うことが可能となる。
【００４９】
次に、本実施の形態のパターン検査方法について説明する。
【００５０】
本実施の形態のパターン検査方法は、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、第１の像と第２の像とを拡大し、拡大した第１の像と第２の像とを撮像し、撮像した第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、この欠陥の欠陥種別を判定する。
【００５１】
本実施の形態のパターン検査方法は、例えば、上記パターン検査装置１００を用いて行われる。まず、光源１６と検査光発生部８４で、偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とを発生する。
【００５２】
次に、反射照明光学系により、第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２をマスク１０の同一面の異なる領域に同時に照射する。ここで、第１の検査光Ｌ１は、Ｃ偏光（円偏光）である。第１の検査光Ｌ１は反射照明光学系により、マスク１０のマスク面に対しＣ偏光入射される。また、第２の検査光Ｌ２は、直線偏光である。そして、偏光素子８０と領域分割型波長板８２とにより偏光状態が制御され、マスク１０のマスク面に対してＰ偏光入射される。
【００５３】
そして、結像光学系により、マスク１０に照射され反射した第１の検査光Ｌ１、第２の検査光Ｌ２を、第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２として同一像面４６に結像する。そして、第１の拡大光学系により第１の像Ｉ１を拡大する。また、第２の拡大光学系により第２の像Ｉ２を拡大する。
【００５４】
次に、第１の画像センサ４２ａで、第１の拡大光学系で拡大された第１の像Ｉ１を撮像する。また、第２の画像センサ４２ｂで、第２の拡大光学系で拡大された第２の像Ｉ２を撮像する。
【００５５】
次に、例えば、主記憶装置５６に、第１の画像センサ４２ａで撮像された第１の像Ｉ１を、第１のセンサ回路４４ａでデータ処理した画像である第１の検査画像と、第２の画像センサ４２ｂで撮像された第２の像Ｉ２を、第２のセンサ回路４４ｂでデータ処理した画像である第２の検査画像を記憶する。
【００５６】
次に、第１の検出部６８ａで、第１の検査画像と第１の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。また、第２の検出部６８ｂで、第２の検査画像と第２の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。第１および第２の基準画像は、マスクの設計データを用いてあらかじめ準備する。
【００５７】
次に、第１の検出部６８ａまたは第２の検出部６８ｂで検出された欠陥の欠陥種別を判定部８８で判定する。判定部８８では、例えば、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する。
【００５８】
以上、本実施の形態のパターン検査装方法によれば、マスクの欠陥の検出のみならず、検出された欠陥の欠陥種別を判定することも可能となる。また、本実施の形態のパターン検査装方法では２つの検査光を同時にマスクに照射し、同時に２つの検査画像を取得し、同時に２つの検査画像について欠陥検出する。したがって、マスク１０の欠陥検出および欠陥種別判定を高いスループットで行うことが可能となる。
【００５９】
そして、上述のように、本実施の形態は、Ｐ偏光がパターンのスペースに入り込みやすい特性を利用している。したがって、特にＤＵＶ露光用のマスクに比較して、スペース部分のアスペクト比が高くなる傾向のあるＥＵＶマスクの検査用として好適である。
【００６０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、判定部が、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する機構を有する点で、第１の実施の形態のパターン検査装置と異なっている。また、第１および第２の基準画像を、同一マスクの別の領域の同一パターンを撮像して得た画像とする構成、いわゆるＤＤ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較する構成である点で異なっている。上記２点以外は、基本的に第１の実施の形態と同様であるため、重複する内容については記載を省略する。
【００６１】
本実施の形態のパターン検査装置は、判定部８８（図１参照）が、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する機構を有する。
【００６２】
検査画像、基準画像において、画像を構成する各画素はある階調値を備えている。検査画像と基準画像との対応する箇所の階調値の差を階調差と称することにする。用いる階調差は、例えば、欠陥と特定された箇所の中心の一画素の階調値の差であっても、複数の画素の階調値の差の平均であっても、かまわない。用いる階調差は、階調値の差分を用いる方法の中から適当な方法で算出する値を選択すればよい。
【００６３】
例えば、この機構は、第１の検出部６８ａおよび第２の検出部６８ｂの双方で検出された欠陥について、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差とを比較し、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の方が大きければ、特定の欠陥種別であると判定する。
【００６４】
判定部８８は、第１の実施の形態のように、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を備えていても構わない。
【００６５】
また、あらかじめ第１の検査画像、第２の検査画像を取得する検査領域に対し、同一マスクの別の領域の同一パターンを、第１および第２の検査画像とそれぞれ同一の偏光状態の検査光で撮像して得た画像を第１および第２の基準画像として、例えば、あらかじめ主記憶装置５６に記憶する構成となっている。
【００６６】
図４は、本実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。図４（ａ）は凸欠陥の階調差の偏光状態依存性を示す図、図４（ｂ）は凹欠陥の階調差の偏光状態依存性を示す図である。
【００６７】
実験には、第１の実施の形態で説明したと同様の膜構造を備え、マスクパターンのハーフピッチが１０８ｎｍのＥＵＶマスクを用いている。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、凸欠陥の場合は、Ｐ偏光入射の場合の階調差がＣ偏光入射の場合と比較して大きくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、凹欠陥の場合は、Ｃ偏光入射の場合の階調差がＰ偏光入射の場合と比較して大きくなる。
【００６９】
この理由は、第１の実施の形態で記載した、凸欠陥についてはＰ偏光入射の方が検出感度が高く、凹欠陥についてはＣ偏光入射の方が検出感度が高いことの理由と同じであると考えられる。
【００７０】
したがって、検出された欠陥のうち、判定部８８において、Ｐ偏光入射の場合の階調差がＣ偏光入射の場合と比較して大きくなる欠陥は凸欠陥、Ｃ偏光入射の場合の階調差がＰ偏光入射の場合と比較して大きくなる欠陥は凹欠陥、と判定することが可能である。
【００７１】
また、本実施の形態のパターン検査方法は、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する点、および、ＤＤ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較を行う点以外は第１の実施の形態のパターン検査方法と同様である。
【００７２】
本実施の形態のパターン検査装置および検査方法によれば、第１の検査光、第２の検査光いずれを用いた検査においても欠陥と判定される欠陥であっても、その欠陥種別を判定することが可能となる。
【００７３】
（第３の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、第１の検査光がマスクのマスク面に対しＣ偏光（円偏光）入射ではなく、Ｓ偏光入射となる構成であること以外は第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。
【００７４】
図５は、本実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【００７５】
パターン検査装置２００は、検査光発生部８４の光束分岐素子２０が、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を、直交する偏光方向を備える２つの直線偏光に分岐する機能を備える。例えば、偏光プリズムである。
【００７６】
そして、光束分岐素子２０で分岐される２つの光路上であって、光束分岐素子２０と初段コリメータレンズ２４との間に、領域分割型波長板８２とを備えている。
【００７７】
図６は、本実施の形態の検査光発生部の説明図である。図６（ａ）は第１の検査光を示す図、図６（ｂ）は第２の検査光を示す図である。
【００７８】
光束分岐素子２０は、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を２つの直交する直線偏光の第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２に変換、分岐する。そして、４分割型１／２波長板である領域分割型波長板８２により、第１の検査光Ｌ１の偏光状態が図示するような円周状になる。これにより、第１の検査光Ｌ１がマスク面に平行な振動となり、マスク１０のマスク面に対しＳ偏光入射されることになる。
【００７９】
他方、第２の検査光Ｌ２の偏光状態が図示するような放射状になる。これにより、第２の検査光Ｌ２がマスク面に垂直な振動となり、マスク１０のマスク面に対しＰ偏光入射されることになる。
【００８０】
また、本実施の形態のパターン検査方法は、第１の検査光がマスクに対しＣ偏光（円偏光）入射ではなく、Ｓ偏光入射させること以外は第１の実施の形態のパターン検査方法と同様である。
【００８１】
本実施の形態のパターン検査装置および検査方法によれば、第１の検査光が、Ｐ偏光成分のないＳ偏光入射となるため、検出限界欠陥サイズの偏光状態依存性がより強調される。したがって、欠陥種別の判定精度を一層向上させることが可能となる。
【００８２】
以上の実施の形態の説明において、「〜部」、「〜回路」、「〜機構」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムによって構成することができる。あるいは、ソフトウェアであるプログラムだけではなく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実施させてもかまわない。あるいはファームウェアとの組み合わせであってもかまわない。または、これらの組み合わせによって実現してもかまわない。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、あるいは、ＲＯＭ等の記録媒体に記憶される。
【００８３】
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。
【００８４】
例えば、第１の検査光と第２の検査光を同時に照射する構成を例に説明した。検査のスループットの向上のためにはこの構成が望ましい。しかし、別個に照射する構成、すなわち、光源からの光束を分岐させずに単に偏光状態を切り替え、拡大光学系、画像センサ、検出部等を第１の検査光による検査と、第２の検査光による検査で共用する構成であってもかまわない。あるいは、同時と別個を切り替える構成であってもかまわない。
【００８５】
また、実施の形態においては、試料がマスクである場合を例に説明したが、例えば、試料がパターンの形成された半導体ウェハであってもかまわない。
【００８６】
また、例えば、反射照明光学系に加えて、試料に検査光を透過させる透過照明光学系を備えていてもかまわない。
【００８７】
また、判定部において、欠陥と検出されたか否かの情報、階調差の情報以外にも、例えば、偏光状態によって見え方の異なる、欠陥部の画像パターンの情報等を用いる構成であってもかまわない。
【００８８】
また、各実施の形態の構成要素を、個別に組み合わせた構成としてもかまわない。
【００８９】
また、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる構成等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およびパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９０】
１０ マスク
１６ 光源
１８ ビームエキスパンダ
２０ 光束分岐素子
２４ 初段コリメータレンズ
２８ 対物レンズ
３６ 初段結像レンズ
３８ａ 第１のコリメータレンズ
３８ｂ 第２のコリメータレンズ
４０ａ 第１の結像レンズ
４０ｂ 第２の結像レンズ
４２ａ 第１の画像センサ
４２ｂ 第２の画像センサ
５６ 主記憶装置
６８ａ 第１の検出部
６８ｂ 第２の検出部
８０ 偏光素子
８２ 分割型波長板
８４ 検査光発生部
８８ 判定部
１００ パターン検査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴い、マスク（フォトマスクまたはレチクル）に形成されるマスクパターンの微細化が進んでいる。そのため、マスクを検査するパターン検査装置にも高性能化が要求される。パターン検査装置は、マスクをＣＣＤ等の画像センサで撮像し、撮像した検査画像を基準画像と比較することで、欠陥を検出する。
【０００３】
マスクパターンの微細化を進めるために、例えば、露光光を波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅａｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光とし、ＥＵＶ露光に対応するＥＵＶマスクを用いることで、微細なパターンを描く試みがなされている。
【０００４】
このようなマスクを検査するパターン検査装置においては、パターンの欠陥の検出だけではなく、検出される欠陥種別の判定が求められるようになってきている。
【０００５】
特許文献１には、偏光状態の異なる２種の検査光を用いてマスクを検査するパターン検査装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、欠陥の検出および検出される欠陥種別の判定を行う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】
【０００８】
本発明の一態様のパターン検査装置は、光源と、光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記態様のパターン検査装置において、判定部は、検出部において第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することが望ましい。
【００１０】
上記態様のパターン検査装置において、判定部は、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較によりこの欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することが望ましい。
【００１１】
上記態様のパターン検査装置において、反射照明光学系は、第１の検査光が試料に対しＣ偏光（円偏光）入射またはＳ偏光入射となり、第２の検査光が試料に対しＰ偏光入射となるよう構成されることが望ましい。
【００１２】
本発明の一態様のパターン検査方法は、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、第１の像と第２の像とを拡大し、拡大した第１の像と第２の像とを撮像し、撮像した第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、欠陥の欠陥種別を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、欠陥の検出および検出される欠陥種別の判定を行う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】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図２】第１の実施の形態の検査光発生部の説明図である。
【図３】第１の実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
【図５】第３の実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図６】第３の実施の形態の検査光発生部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明者らは、マスクのパターン欠陥検出において、欠陥種別（欠陥種類）が異なると、異なる偏光状態の検査光に対し得られる画像の挙動が異なることを見出した。例えば、ある欠陥種別は第１の偏光状態の検査光では検出しやすいが第２の偏光状態では検出しにくく、別の欠陥種別は第１の偏光状態の検査光では検出しにくいが第２の偏光状態では検出しやすいという現象を見出した。
【００１６】
本願発明は、発明者らの見出した上記現象に基づき完成されたものである。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。
【００１７】
なお、本明細書中、Ｃ偏光（円偏光）は楕円偏光も含む概念として使用する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、光源と、光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、を備えている。そして、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、第１の像と第２の像とを拡大する拡大光学系と、拡大光学系で拡大される第１の像と第２の像とを撮像する画像センサと、を備えている。さらに、画像センサで撮像される第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶される第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、を備える。
【００１９】
以下、試料がＥＵＶマスクであり、第１の検査光が試料の試料面に対しＣ偏光（円偏光）入射し、第２の検査光が試料の試料面に対しＰ偏光入射する場合を例に説明する。また、得られる検査画像を、あらかじめマスクの設計データを変換して準備される参照画像（基準画像）と比較してパターン検査するＤＢ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）比較を例に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【００２１】
パターン検査装置１００は、マスク１０を検査対象である試料として、マスク１０の欠陥を検査する装置である。パターン検査装置１００は、検査画像生成部１２やデータ処理部１４などを備えている。
【００２２】
検査画像生成部１２は、光源１６、ビームエキスパンダ１８、光束分岐素子２０、初段コリメータレンズ２４、ハーフミラー２６、対物レンズ２８、ＸＹθテーブル３０、ＸＹθモータ３２、変位計３４、初段結像レンズ３６、第１のコリメータレンズ３８ａ、第２のコリメータレンズ３８ｂ、第１の結像レンズ４０ａ、第２の結像レンズ４０ｂ、第１の画像センサ４２ａ、第２の画像センサ４２ｂ、第１のセンサ回路４４ａ、第２のセンサ回路４４ｂを備えている。
【００２３】
さらに、プリズムまたはハーフミラー等で構成される光束分岐素子２０で分岐される２つの光路の一方の光路上であって、光束分岐素子２０と初段コリメータレンズ２４との間に、偏向板、波長板または偏光プリズム等で構成される偏光素子８０と、領域分割型波長板８２とを備えている。
【００２４】
光源１６は、例えば、波長１８５ｎｍ以上２６５ｎｍ以下のＣ偏光（円偏光）の紫外レーザ光を出射するレーザ光源である。ビームエキスパンダ１８、光束分岐素子２０、偏光素子８０、領域分割型波長板８２が、光源１６から出射される光から偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とを発生する検査光発生部８４に含まれる。
【００２５】
そして、検査光発生部８４、初段コリメータレンズ２４、ハーフミラー２６、対物レンズ２８が、第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２をＸＹθテーブル３０に載置されたマスク１０に照射する反射照明光学系を構成する。第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２はマスク１０の同一面の異なる領域に同時に照射される。
【００２６】
ここで、第１の検査光Ｌ１は、Ｃ偏光（円偏光）である。第１の検査光Ｌ１は反射照明光学系により、マスク１０のマスク面に対してＣ偏光入射されるよう構成されている。第１の検査光Ｌ１がマスク１０に対して入射する際、光軸はマスク面に垂直である。
【００２７】
また、第２の検査光Ｌ２は、直線偏光である。そして、偏光素子８０と領域分割型波長板８２とにより偏光状態が制御され、マスク１０のマスク面に対してＰ偏光入射するよう偏光方向が制御される。第２の検査光Ｌ２がマスク１０に対して入射する際、光軸はマスク面に垂直である。
【００２８】
図２は、本実施の形態の検査光発生部の説明図である。光束分岐素子２０は、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を２つの円偏光の光に分岐する。
【００２９】
光束分岐素子２０で分岐された２つの円偏光のうちの一方の光である第２の検査光Ｌ２は、偏光素子８０によって直線偏光に変換される。そして、４分割型１／２波長板である領域分割型波長板８２により、第２の検査光Ｌ２の偏光状態が図示するような放射状になる。これにより、マスク１０のマスク面に第２の検査光Ｌ２がＰ偏光入射されることになる。
【００３０】
なお、領域分割型波長板８２の分割数は４分割でなくとも８分割、あるいはそれより多い分割数であっても構わない。入射される第２の検査光Ｌ２をより完全なＰ偏光入射とする観点からは、８分割以上であることが望ましい。
【００３１】
また、対物レンズ２８、初段結像レンズ３６が、反射照明光学系でマスク１０に照射されマスク面で反射した検査光を、像面４６に結像する結像光学系を構成する。結像光学系は、マスク１０に照射された第１の検査光Ｌ１、第２の検査光Ｌ２を、第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２として同一像面４６に結像する。
【００３２】
そして、第１のコリメータレンズ３８ａと第１の結像レンズ４０ａが第１の拡大光学系、第２のコリメータレンズ３８ｂと第２の結像レンズ４０ｂが第２の拡大光学系を構成する。第１の拡大光学系は第１の像Ｉ１を拡大する。また、第２の拡大光学系は第２の像Ｉ２を拡大する。
【００３３】
第１の画像センサ４２ａは、第１の拡大光学系で拡大された第１の像Ｉ１を撮像する。また、第２の画像センサ４２ｂは、第２の拡大光学系で拡大された第２の像Ｉ２を撮像する。第１および第２の画像センサは、例えばＣＣＤ、フォトダイオードアレイまたはＣＭＯＳセンサである。
【００３４】
データ処理部１４は、制御計算機となるＣＰＵ５０が、データ転送線路となるバス５２を介して、大容量記憶装置５４、主記憶装置５６、印字装置５８、表示装置６０、テーブル制御部６２、展開部６４、参照部６６、第１の比較部６８ａ、第２の比較部６８ｂ、位置検出部７０等に接続されている。
【００３５】
主記憶装置５６は、第１の画像センサ４２ａで撮像された第１の像Ｉ１を、第１のセンサ回路４４ａでデータ処理した画像である第１の検査画像と、第２の画像センサ４２ｂで撮像された第２の像Ｉ２を、第２のセンサ回路４４ｂでデータ処理した画像である第２の検査画像を記憶する記憶部である。
【００３６】
第１の検出部６８ａでは、記憶部に記憶された第１の検査画像と、やはり記憶部に記憶された第１の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。また、第２の検出部６８ｂでは、記憶部に記憶された第２の検査画像と、やはり記憶部に記憶された第２の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。
【００３７】
ここで、第１および第２の基準画像は、マスクの設計データを用いて展開部６４や参照部６６で生成される参照画像である。第１の基準画像は、Ｃ偏光入射によって得られる画像用に最適化され、第２の基準画像は、Ｐ偏光入射によって得られる画像用に最適化される。第１の基準画像および第２の基準画像は、例えば、あらかじめ生成され主記憶装置５６に記憶される構成となっている。
【００３８】
さらに、パターン検査装置１００は、第１の検出部６８ａまたは第２の検出部６８ｂで検出された欠陥の欠陥種別を判定する判定部８８を備えている。判定部８８は、偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とで得られる第１の検査画像と第２の検査画像の差異に基づき欠陥種別を判定する機構を備えている。
【００３９】
具体的には、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を備えている。
【００４０】
例えば、判定部８８は、第１の検出部６８ａでは検出されたが、第２の検出部６８ｂでは検出されなかった欠陥を特定の欠陥種別であると判定する。この判定部８８を設けることにより、パターン検査装置１００は、マスク１０の欠陥の検出のみならず、検出される欠陥の欠陥種別をも判定することが可能となる。
【００４１】
図３は、本実施のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。
実験に用いた、ＥＵＶマスクは、反射層としてモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）の多層構造を備え、吸収層としてクロムナイトライド（ＣｒＮ）／タンタルボロンナイトライド（ＴａＢＮ）／タンタルボロンオキサイド（ＴａＢＯ）の積層構造を備えるマスクである。また、マスクパターンのハーフピッチは１２８ｎｍである。なお、ＥＵＶマスクは、４倍体のマスクである。
【００４２】
検査光として波長１９９ｎｍのＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いている。図３は、凸欠陥、すなわち吸収層が出っ張るタイプの欠陥と、凹欠陥、すなわち吸収層が欠けるタイプの欠陥との検出限界欠陥サイズの偏光状態依存性を示している。
【００４３】
凸欠陥についてはＰ偏光入射の方が検出感度が高く、凹欠陥についてはＣ偏光入射の方が検出感度が高いことが分かる。Ｐ偏光は、入射面（入射光と反射光を含む平面）に平行に振動する。言い換えれば、マスク面に垂直に振動する。
【００４４】
このため、マスク１０に対してＰ偏光入射の検査光で検査する場合は、パターンのスペース部分に検査光が入り込みやすい。したがって、スペース部分（反射層部分）の信号強度が大きくなる。このため、スペース部分のサイズが変化する凸欠陥の検出感度が高くなると考えられる。
【００４５】
一方、マスク１０に対してＣ偏光入射の検査光で検査する場合は、マスク面に平行に振動する成分があるため、パターンのスペースに検査光が入り込みにくい。このため、スペース部分（反射層部分）の信号強度は小さい。凹欠陥の場合、多くはパターン部（吸収層部分）の上部が欠けるだけ、すなわち、パターン部が下まで無くなる欠陥ではない。
【００４６】
このため、凹欠陥の検出にはスペース部分（反射層部分）の信号強度が小さくても構わない。逆に、スペース部分の信号強度が小さいほうが、パターン部の欠けによるコントラストが見えやすくなり、凹欠陥の検出感度が高くなると考えられる。
【００４７】
したがって、判定部８８において、Ｐ偏光入射のみで検出される欠陥、すなわち第２の検出部６８ｂのみで検出される欠陥は凸欠陥、Ｃ偏光入射のみで検出される欠陥、すなわち第１の検出部６８ａのみで検出される欠陥は凹欠陥と判定することが可能である。
【００４８】
以上、本実施の形態のパターン検査装置１００によれば、マスクの欠陥の検出のみならず、検出された欠陥の欠陥種別を判定することも可能となる。また、パターン検査装置１００は２つの検査光を同時にマスクに照射し、同時に２つの検査画像を取得し、同時に２つの検査画像について欠陥検出が可能な構成となっている。したがって、マスク１０の欠陥検出および欠陥種別判定を高いスループットで行うことが可能となる。
【００４９】
次に、本実施の形態のパターン検査方法について説明する。
【００５０】
本実施の形態のパターン検査方法は、偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、試料に照射される第１の検査光と第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、第１の像と第２の像とを拡大し、拡大した第１の像と第２の像とを撮像し、撮像した第１の像の画像である第１の検査画像と、第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、この欠陥の欠陥種別を判定する。
【００５１】
本実施の形態のパターン検査方法は、例えば、上記パターン検査装置１００を用いて行われる。まず、光源１６と検査光発生部８４で、偏光状態の異なる第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２とを発生する。
【００５２】
次に、反射照明光学系により、第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２をマスク１０の同一面の異なる領域に同時に照射する。ここで、第１の検査光Ｌ１は、Ｃ偏光（円偏光）である。第１の検査光Ｌ１は反射照明光学系により、マスク１０のマスク面に対しＣ偏光入射される。また、第２の検査光Ｌ２は、直線偏光である。そして、偏光素子８０と領域分割型波長板８２とにより偏光状態が制御され、マスク１０のマスク面に対してＰ偏光入射される。
【００５３】
そして、結像光学系により、マスク１０に照射され反射した第１の検査光Ｌ１、第２の検査光Ｌ２を、第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２として同一像面４６に結像する。そして、第１の拡大光学系により第１の像Ｉ１を拡大する。また、第２の拡大光学系により第２の像Ｉ２を拡大する。
【００５４】
次に、第１の画像センサ４２ａで、第１の拡大光学系で拡大された第１の像Ｉ１を撮像する。また、第２の画像センサ４２ｂで、第２の拡大光学系で拡大された第２の像Ｉ２を撮像する。
【００５５】
次に、例えば、主記憶装置５６に、第１の画像センサ４２ａで撮像された第１の像Ｉ１を、第１のセンサ回路４４ａでデータ処理した画像である第１の検査画像と、第２の画像センサ４２ｂで撮像された第２の像Ｉ２を、第２のセンサ回路４４ｂでデータ処理した画像である第２の検査画像を記憶する。
【００５６】
次に、第１の検出部６８ａで、第１の検査画像と第１の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。また、第２の検出部６８ｂで、第２の検査画像と第２の基準画像とを比較してマスク１０の欠陥を検出する。第１および第２の基準画像は、マスクの設計データを用いてあらかじめ準備する。
【００５７】
次に、第１の検出部６８ａまたは第２の検出部６８ｂで検出された欠陥の欠陥種別を判定部８８で判定する。判定部８８では、例えば、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する。
【００５８】
以上、本実施の形態のパターン検査装方法によれば、マスクの欠陥の検出のみならず、検出された欠陥の欠陥種別を判定することも可能となる。また、本実施の形態のパターン検査装方法では２つの検査光を同時にマスクに照射し、同時に２つの検査画像を取得し、同時に２つの検査画像について欠陥検出する。したがって、マスク１０の欠陥検出および欠陥種別判定を高いスループットで行うことが可能となる。
【００５９】
そして、上述のように、本実施の形態は、Ｐ偏光がパターンのスペースに入り込みやすい特性を利用している。したがって、特にＤＵＶ露光用のマスクに比較して、スペース部分のアスペクト比が高くなる傾向のあるＥＵＶマスクの検査用として好適である。
【００６０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、判定部が、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する機構を有する点で、第１の実施の形態のパターン検査装置と異なっている。また、第１および第２の基準画像を、同一マスクの別の領域の同一パターンを撮像して得た画像とする構成、いわゆるＤＤ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較する構成である点で異なっている。上記２点以外は、基本的に第１の実施の形態と同様であるため、重複する内容については記載を省略する。
【００６１】
本実施の形態のパターン検査装置は、判定部８８（図１参照）が、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する機構を有する。
【００６２】
検査画像、基準画像において、画像を構成する各画素はある階調値を備えている。検査画像と基準画像との対応する箇所の階調値の差を階調差と称することにする。用いる階調差は、例えば、欠陥と特定された箇所の中心の一画素の階調値の差であっても、複数の画素の階調値の差の平均であっても、かまわない。用いる階調差は、階調値の差分を用いる方法の中から適当な方法で算出する値を選択すればよい。
【００６３】
例えば、この機構は、第１の検出部６８ａおよび第２の検出部６８ｂの双方で検出された欠陥について、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差とを比較し、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の方が大きければ、特定の欠陥種別であると判定する。
【００６４】
判定部８８は、第１の実施の形態のように、第１および第２の検出部６８ａ、６８ｂにおいて第１の検査画像と第１の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との比較によりこの欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき欠陥の欠陥種別を判定する機構を備えていても構わない。
【００６５】
また、あらかじめ第１の検査画像、第２の検査画像を取得する検査領域に対し、同一マスクの別の領域の同一パターンを、第１および第２の検査画像とそれぞれ同一の偏光状態の検査光で撮像して得た画像を第１および第２の基準画像として、例えば、あらかじめ主記憶装置５６に記憶する構成となっている。
【００６６】
図４は、本実施の形態のパターン検査装置による欠陥種別判定の一例を説明する図である。図４（ａ）は凸欠陥の階調差の偏光状態依存性を示す図、図４（ｂ）は凹欠陥の階調差の偏光状態依存性を示す図である。
【００６７】
実験には、第１の実施の形態で説明したと同様の膜構造を備え、マスクパターンのハーフピッチが１０８ｎｍのＥＵＶマスクを用いている。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、凸欠陥の場合は、Ｐ偏光入射の場合の階調差がＣ偏光入射の場合と比較して大きくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、凹欠陥の場合は、Ｃ偏光入射の場合の階調差がＰ偏光入射の場合と比較して大きくなる。
【００６９】
この理由は、第１の実施の形態で記載した、凸欠陥についてはＰ偏光入射の方が検出感度が高く、凹欠陥についてはＣ偏光入射の方が検出感度が高いことの理由と同じであると考えられる。
【００７０】
したがって、検出された欠陥のうち、判定部８８において、Ｐ偏光入射の場合の階調差がＣ偏光入射の場合と比較して大きくなる欠陥は凸欠陥、Ｃ偏光入射の場合の階調差がＰ偏光入射の場合と比較して大きくなる欠陥は凹欠陥、と判定することが可能である。
【００７１】
また、本実施の形態のパターン検査方法は、第１の検査画像と第１の基準画像との階調差の情報と、第２の検査画像と第２の基準画像との階調差の情報との比較により欠陥の欠陥種別を判定する点、および、ＤＤ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較を行う点以外は第１の実施の形態のパターン検査方法と同様である。
【００７２】
本実施の形態のパターン検査装置および検査方法によれば、第１の検査光、第２の検査光いずれを用いた検査においても欠陥と判定される欠陥であっても、その欠陥種別を判定することが可能となる。
【００７３】
（第３の実施の形態）
本実施の形態のパターン検査装置は、第１の検査光がマスクのマスク面に対しＣ偏光（円偏光）入射ではなく、Ｓ偏光入射となる構成であること以外は第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。
【００７４】
図５は、本実施の形態のパターン検査装置の内部構成を示す概念図である。
【００７５】
パターン検査装置２００は、検査光発生部８４の光束分岐素子２０が、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を、直交する偏光方向を備える２つの直線偏光に分岐する機能を備える。例えば、偏光プリズムである。
【００７６】
そして、光束分岐素子２０で分岐される２つの光路上であって、光束分岐素子２０と初段コリメータレンズ２４との間に、領域分割型波長板８２とを備えている。
【００７７】
図６は、本実施の形態の検査光発生部の説明図である。図６（ａ）は第１の検査光を示す図、図６（ｂ）は第２の検査光を示す図である。
【００７８】
光束分岐素子２０は、光源１６から出射される円偏光のレーザ光を２つの直交する直線偏光の第１の検査光Ｌ１と第２の検査光Ｌ２に変換、分岐する。そして、４分割型１／２波長板である領域分割型波長板８２により、第１の検査光Ｌ１の偏光状態が図示するような円周状になる。これにより、第１の検査光Ｌ１がマスク面に平行な振動となり、マスク１０のマスク面に対しＳ偏光入射されることになる。
【００７９】
他方、第２の検査光Ｌ２の偏光状態が図示するような放射状になる。これにより、第２の検査光Ｌ２がマスク面に垂直な振動となり、マスク１０のマスク面に対しＰ偏光入射されることになる。
【００８０】
また、本実施の形態のパターン検査方法は、第１の検査光がマスクに対しＣ偏光（円偏光）入射ではなく、Ｓ偏光入射させること以外は第１の実施の形態のパターン検査方法と同様である。
【００８１】
本実施の形態のパターン検査装置および検査方法によれば、第１の検査光が、Ｐ偏光成分のないＳ偏光入射となるため、検出限界欠陥サイズの偏光状態依存性がより強調される。したがって、欠陥種別の判定精度を一層向上させることが可能となる。
【００８２】
以上の実施の形態の説明において、「〜部」、「〜回路」、「〜機構」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムによって構成することができる。あるいは、ソフトウェアであるプログラムだけではなく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実施させてもかまわない。あるいはファームウェアとの組み合わせであってもかまわない。または、これらの組み合わせによって実現してもかまわない。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、あるいは、ＲＯＭ等の記録媒体に記憶される。
【００８３】
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。
【００８４】
例えば、第１の検査光と第２の検査光を同時に照射する構成を例に説明した。検査のスループットの向上のためにはこの構成が望ましい。しかし、別個に照射する構成、すなわち、光源からの光束を分岐させずに単に偏光状態を切り替え、拡大光学系、画像センサ、検出部等を第１の検査光による検査と、第２の検査光による検査で共用する構成であってもかまわない。あるいは、同時と別個を切り替える構成であってもかまわない。
【００８５】
また、実施の形態においては、試料がマスクである場合を例に説明したが、例えば、試料がパターンの形成された半導体ウェハであってもかまわない。
【００８６】
また、例えば、反射照明光学系に加えて、試料に検査光を透過させる透過照明光学系を備えていてもかまわない。
【００８７】
また、判定部において、欠陥と検出されたか否かの情報、階調差の情報以外にも、例えば、偏光状態によって見え方の異なる、欠陥部の画像パターンの情報等を用いる構成であってもかまわない。
【００８８】
また、各実施の形態の構成要素を、個別に組み合わせた構成としてもかまわない。
【００８９】
また、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる構成等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およびパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９０】
１０ マスク
１６ 光源
１８ ビームエキスパンダ
２０ 光束分岐素子
２４ 初段コリメータレンズ
２８ 対物レンズ
３６ 初段結像レンズ
３８ａ 第１のコリメータレンズ
３８ｂ 第２のコリメータレンズ
４０ａ 第１の結像レンズ
４０ｂ 第２の結像レンズ
４２ａ 第１の画像センサ
４２ｂ 第２の画像センサ
５６ 主記憶装置
６８ａ 第１の検出部
６８ｂ 第２の検出部
８０ 偏光素子
８２ 分割型波長板
８４ 検査光発生部
８８ 判定部
１００ パターン検査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、前記第１の検査光と前記第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、
前記試料に照射される前記第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、
前記第１の像と前記第２の像とを拡大する拡大光学系と、
前記拡大光学系で拡大される前記第１の像と前記第２の像とを撮像する画像センサと、
前記画像センサで撮像される前記第１の像の画像である第１の検査画像と、前記第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される前記第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、前記第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、
前記欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記検出部において前記第１の検査画像と前記第１の基準画像との比較により前記欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、前記第２の検査画像と前記第２の基準画像との比較により前記欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき前記欠陥の欠陥種別を判定する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】
前記判定部は、前記第１の検査画像と前記第１の基準画像との階調差の情報と、前記第２の検査画像と前記第２の基準画像との階調差の情報との比較により前記欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記反射照明光学系は、前記第１の検査光が前記試料に対しＣ偏光（円偏光）入射またはＳ偏光入射となり、前記第２の検査光が前記試料に対しＰ偏光入射となるよう構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のパターン検査装置。
【請求項５】
偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、
前記試料に照射される前記第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、
前記第１の像と前記第２の像とを拡大し、
拡大した前記第１の像と前記第２の像とを撮像し、
撮像した前記第１の像の画像である第１の検査画像と、前記第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、
前記第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、前記第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、
前記欠陥の欠陥種別を判定すること、を特徴とするパターン検査方法。
【請求項１】
光源と、
前記光源から偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを発生する検査光発生部を含み、前記第１の検査光と前記第２の検査光とを試料の同一面に照射する反射照明光学系と、
前記試料に照射される前記第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像する結像光学系と、
前記第１の像と前記第２の像とを拡大する拡大光学系と、
前記拡大光学系で拡大される前記第１の像と前記第２の像とを撮像する画像センサと、
前記画像センサで撮像される前記第１の像の画像である第１の検査画像と、前記第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される前記第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、前記第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出する検出部と、
前記欠陥の欠陥種別を判定する判定部と、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記検出部において前記第１の検査画像と前記第１の基準画像との比較により前記欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報と、前記第２の検査画像と前記第２の基準画像との比較により前記欠陥が欠陥と検出されたか否かの情報とに基づき前記欠陥の欠陥種別を判定する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】
前記判定部は、前記第１の検査画像と前記第１の基準画像との階調差の情報と、前記第２の検査画像と前記第２の基準画像との階調差の情報との比較により前記欠陥の欠陥種別を判定する機構を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記反射照明光学系は、前記第１の検査光が前記試料に対しＣ偏光（円偏光）入射またはＳ偏光入射となり、前記第２の検査光が前記試料に対しＰ偏光入射となるよう構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のパターン検査装置。
【請求項５】
偏光状態の異なる第１の検査光と第２の検査光とを試料の同一面に照射し、
前記試料に照射される前記第１の検査光と前記第２の検査光とを、それぞれ第１の像と第２の像として結像し、
前記第１の像と前記第２の像とを拡大し、
拡大した前記第１の像と前記第２の像とを撮像し、
撮像した前記第１の像の画像である第１の検査画像と、前記第２の像の画像である第２の検査画像とを記憶し、
前記第１の検査画像を第１の基準画像と比較し、前記第２の検査画像を第２の基準画像と比較して欠陥を検出し、
前記欠陥の欠陥種別を判定すること、を特徴とするパターン検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７８５６（Ｐ２０１２−１２７８５６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０５８４（Ｐ２０１０−２８０５８４）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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