JP2017090147A - 偏光イメージ取得装置、パターン検査装置、及び偏光イメージ取得方法 - Google Patents

Abstract

【目的】露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得する装置を提供する。【構成】本発明の一態様の偏光イメージ取得装置は、マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、マスク基板上に結像された照明光がマスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズ１７１と、対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板１７２と、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する偏光ビームスプリッタ１７４と、偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる結像レンズ１７６と、結像レンズにより結像された像を撮像するフォトダイオードアレイ１０５と、を備えたことを特徴する。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光イメージ取得装置、パターン検査装置、及び偏光イメージ取得方法に関する。例えば、半導体製造に用いる露光用マスク基板の露光イメージの生成に利用可能な偏光イメージを取得する装置及び方法、並びにかかる露光用マスク基板のパターン欠陥を検査する装置及び方法に関する。

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

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査手法としては、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

製品サイクルが短い半導体製品において、製造所要時間を短縮することは重要な項目である。欠陥のあるマスクパターンをウェハに露光転写すると、そのウェハから作られた半導体装置は不良品になる。そのため、マスクのパターン欠陥検査を行うことは重要である。そして、欠陥検査で見つかった欠陥は欠陥修正装置で修正される。しかしながら、見つかった欠陥をすべて修正すると製造所要時間の増加になり、製品価値を下げることにつながる。検査装置の開発が進むのに伴い、検査装置では、非常に小さなずれが生じてもパターン欠陥有りと判定する。しかし、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは／及び短絡等がかかる欠陥によって生じないのであれば、集積回路としては使用可能である。よって、露光装置でウェハ上に露光される露光イメージを取得することが望まれる。しかしながら、露光装置ではマスクパターンを縮小してウェハに結像するのに対して、検査装置ではマスクパターンを拡大してセンサに結像する。よって、マスク基板に対して２次側の光学系の構成がそもそも異なっている。よって、いくら照明光の状態を露光装置に合わせても、そのままでは露光装置で転写される場合のパターン画像を検査装置で再現することは困難である。

ここで、空中画像なる像を利用して、露光装置で露光転写される露光イメージを検査する専用機について開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３５８５３号公報

そこで、本発明の一態様は、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するために利用可能な偏光イメージを取得する装置及び方法を提供する。また、かかる偏光イメージを利用した検査装置を提供する。

本発明の一態様の偏光イメージ取得装置は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板が露光装置に配置された場合にマスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、マスク基板上に照明された照明光がマスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する、偏光子と偏光ビームスプリッタとの１つにより構成される制限機構と、
制限機構が上述した他方を通過させ、上述した一方の通過を制限するように、制限機構を回転させる駆動機構と、
制限機構を通過した光を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる結像レンズと、
結像レンズにより結像された像を撮像するイメージセンサと、
を備えたことを特徴する。

本発明の他の態様の偏光イメージ取得装置は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板が露光装置に配置された場合にマスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、マスク基板上に結像された照明光がマスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する、偏光子と偏光ビームスプリッタとの１つにより構成される制限機構と、
制限機構がかかる他方を通過させ、かかる一方の通過を制限するように、偏光方向を９０°回転させる１／２波長板と、
回転用の１／２波長板を回転させる駆動機構と、
制限機構を通過した光を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる結像レンズと、
結像レンズにより結像された像を撮像するイメージセンサと、
を備えたことを特徴する。

本発明の他の態様の偏光イメージ取得装置は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
マスク基板が露光装置に配置された場合にマスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、マスク基板上に照明された照明光がマスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置され、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、
偏光ビームスプリッタを通過した光を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる第１の結像レンズと、
第１の結像レンズにより結像された像を撮像する第１のイメージセンサと、
偏光ビームスプリッタにより反射された光を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい上述した開口数で結像させる第２の結像レンズと、
第２の結像レンズにより結像された像を撮像する第２のイメージセンサと、
を備えたことを特徴する。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
上述した偏光イメージ取得装置と、
Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうち一方による第１の光学画像と、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうち他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
第１のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける第１と第２の光学画像が合成された、第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
を備えたことを特徴する。

本発明の一態様の偏光イメージ取得方法は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を照明する工程と、
マスク基板が露光装置に配置された場合にマスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、照明光がマスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する工程と、
通過したＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数でイメージセンサに結像させる工程と、
上述したイメージセンサを用いて、結像されたＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの上述した一方による第１の像を撮像する工程と、
第１の像の光学画像を出力する工程と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち上述した他方を通過させ、上述した一方の通過を制限する工程と、
通過したＰ偏光波とＳ偏光波とのうち上述した他方を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい上述した開口数で上述したイメージセンサに結像させる工程と、
上述したイメージセンサを用いて、結像されたＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの上述した他方による第２の像を撮像する工程と、
第２の像の光学画像を出力する工程と、
を備えたことを特徴する。

本発明の他の態様の偏光イメージ取得方法は、
本発明の一態様の偏光イメージ取得方法は、
パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を照明する工程と、
マスク基板が露光装置に配置された場合にマスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する露光装置の縮小光学系がマスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、照明光がマスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
対物レンズに対してマスク基板とは反対側の位置であって対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、対物レンズを通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する工程と、
通過したＰ偏光波とＳ偏光波とのうち上述した一方を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい開口数で第１のイメージセンサに結像させる工程と、
第１のイメージセンサを用いて、結像されたＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの上述した一方による第１の像を撮像する工程と、
第１の像の光学画像を出力する工程と、
透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち反射された上述した他方を、露光装置の縮小光学系よりも十分小さい上述した開口数で第２のイメージセンサに結像させる工程と、
第２のイメージセンサを用いて、結像されたＰ偏光波とＳ偏光波とのうちの上述した他方による第２の像を撮像する工程と、
第２の像の光学画像を出力する工程と、
を備えたことを特徴する。

本発明の一態様によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するための元になる偏光イメージを取得できる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。 実施の形態１の比較例におけるＳ偏光波とＰ偏光波の特性について説明するための図である。 実施の形態１及び比較例におけるイメージ側開口数とＳ偏光波とＰ偏光波との関係を比較するための図である。 実施の形態１におけるＰ偏光成分の像とＳ偏光成分の像とに分離して取得する手法を説明するための図である。 実施の形態１における分割型１／２波長板の構成と偏光成分の状態の一例を示す図である。 実施の形態１における分割型１／２波長板の配置位置を説明するための図である。 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。 実施の形態２における検査装置の光学画像取得部の構成の一部を示す図である。 実施の形態３における検査装置の光学画像取得部の構成の一部を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、マスク基板１０１に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

光学画像取得部１５０（偏光イメージ取得装置）は、光源１０３、透過照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、分割型１／２波長板１７２、偏光ビームスプリッタ１７４、２つのフォトダイオードアレイ１０５，２０５（センサの一例）、２つのセンサ回路１０６，２０６、２つのストライプパターンメモリ１２３，２２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、マスク基板１０１が載置される。マスク基板１０１として、例えば、ウェハ等の半導体基板にパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンによって構成されたパターンが形成されている。ここでは、同じ２つのパターンが左右に形成されている場合を示している。マスク基板１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。

透過照明光学系１７０は、投影レンズ１８０、照明形状切替機構１８１、及び結像レンズ１８２を有している。また、透過照明光学系１７０は、その他のレンズ、ミラー、及び／又は光学素子を有していても構わない。

拡大光学系１０４は、対物レンズ１７１及び２つの結像レンズ１７６，１７８を有している。また、拡大光学系１０４は、対物レンズ１７１と結像レンズ１７６の間、及び／又は対物レンズ１７１と結像レンズ１７８の間に、その他のレンズ、及び／又はミラーを有していても構わない。

制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、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、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。同様に、センサ回路２０６は、ストライプパターンメモリ２２３に接続され、ストライプパターンメモリ２２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、透過照明光学系１７０、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５，２０６、及びセンサ回路１０６，２０６により高倍率の検査光学系が構成されている。例えば、４００〜５００倍の倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばリニアモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１０２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、対物レンズ１７１は、制御計算機１１０の制御の下に図示しないオートフォーカス（ＡＦ）制御回路により動的にマスク基板１０１のパターン形成面に焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）が調整される。対物レンズ１７１は、例えば、図示しないピエゾ素子によって光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させられることにより、焦点位置が調整される。ＸＹθテーブル１０２上に配置されたマスク基板１０１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。

マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納されてもよい。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

図２は、実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。図２（ａ）では、マスク基板に形成されたパターンを半導体基板に露光転写するステッパ等の露光装置の光学系の一部を示している。露光装置では、図示しない照明光がマスク基板３００に照明され、マスク基板３００からの透過光３０１は、対物レンズ３０２に入射され、対物レンズ３０２を通過した光３０５が半導体基板３０４（ウェハ：被露光基板）へ結像する。なお、図２（ａ）では、１つの対物レンズ３０２（縮小光学系）を示しているが、複数のレンズによる組み合わせであっても構わないことは言うまでもない。ここで、現状の露光装置では、マスク基板３００に形成されたパターンを、例えば、１／４に縮小して半導体基板３０４に露光転写する。その際の露光装置の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．４に設定される。言い換えれば、対物レンズ３０２を通過可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．４に設定される。露光装置では、マスク基板３００からの透過光像を１／４に縮小しているので、対物レンズ３０２のマスク基板３００に対する感度は１／４となる。言い換えれば、マスク基板３００から対物レンズ３０２へ透過光が入射する場合の入射可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、ＮＡｉの１／４となり、ＮＡｏ＝０．３５となる。よって、露光装置では、開口数ＮＡｏ＝０．３５の光束のマスク基板３００からの透過光像を非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４の光束の像として半導体基板３０４に露光転写していることになる。

これに対して、実施の形態１における検査装置１００では、図２（ｂ）に検査装置１００の一部を示すように、図示しない照明光がマスク基板１０１に照明され、マスク基板１０１からの透過光１９０は、対物レンズを含む拡大光学系１０４に入射され、拡大光学系１０４を通過した光１９２がフォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）へ結像する。その際、マスク基板１０１から拡大光学系１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズの開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、露光装置の対物レンズ３０２と等しくするため、例えばＮＡｏ＝０．３５に設定する。しかしながら、検査装置１００では、マスク基板３００からの透過光像を検査で比較可能にするために２００〜５００倍に拡大しているので、拡大光学系１０４のマスク基板１０１に対する感度は２００〜５００となる。よって、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、露光装置の対物レンズ３０２のように非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４にはできず、ＮＡｏの１／５００〜１／２００となり、例えば、開口数ＮＡｉ＝０．００２になる。このように、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）よりも十分小さい開口数ＮＡｉになる。なお、図２（ｂ）では、拡大光学系１０４しか記載していないが、拡大光学系１０４内には複数のレンズが配置されている。拡大光学系１０４内には、上述したように、少なくとも対物レンズ１７１と結像レンズ１７６（及び結像レンズ１７８）とを有している。

よって、対物レンズ１７１は、マスク基板１０１が露光装置に配置された場合にマスク基板１０１からの透過光を入射して半導体基板３０４に結像する露光装置の対物レンズ３０２がマスク基板１０１からの透過光３０１を入射する場合と同様の開口数ＮＡｏ（ＮＡｏ＝０．３５）で、マスク基板１０１上に結像された照明光がマスク基板１０１を透過した透過光１９０を入射する。また、結像レンズ１７６（及び結像レンズ１７８）は、拡大光学系１０４内を通過した光を、露光装置の対物レンズ３０２よりも十分小さい開口数ＮＡｉ（ＮＡｉ＝０．００２）で結像させる。

図３は、実施の形態１の比較例におけるＳ偏光波とＰ偏光波の特性について説明するための図である。図３では、比較例となる露光装置の対物レンズ３０２を通った光３０５が半導体基板３０４に結像する状態の一例を示している。対物レンズ３０２の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、非常に広い開口数ＮＡｉ＝１．４になるので、光の干渉の効果で光３０５の特にＰ偏光成分の振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまう。

図４は、実施の形態１及び比較例におけるイメージ側開口数とＳ偏光波とＰ偏光波との関係を比較するための図である。上述したように、露光装置では、対物レンズ３０２の半導体基板３０４側の開口数ＮＡｉが、ＮＡｉ＝１．４と非常に大きいため、図４に示すように、Ｐ偏光成分の振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまう。また、Ｓ偏光成分の振幅については、対物レンズ３０２の半導体基板３０４側の開口数ＮＡｉに関わらず、同じ状態を維持する。

一方、上述したように、検査装置１００では、拡大光学系１０４のフォトダイオードアレイ１０５側の開口数ＮＡｉが、ＮＡｉ＝０．０００８と露光装置の対物レンズ３０２に比べて非常に（十分に）小さいため、かかるＰ偏光成分の振幅の減少等が生じない。Ｓ偏光成分の振幅については、同様に、同じ状態を維持する。

露光装置において半導体基板３０４に結像されるマスクパターン像の光も、検査装置１００においてフォトダイオードアレイ１０５に結像されるマスクパターン像の光も、共にＰ偏光成分とＳ偏光成分の合成光なので、Ｐ偏光成分が異なれば、得られる光学画像は同じイメージ像にはならない。

そこで、実施の形態１では、かかる現象を踏まえて、検査装置１００において、フォトダイオードアレイ１０５に結像されるマスクパターン像をＰ偏光成分の像とＳ偏光成分の像とに分離して取得する。これにより、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との合成の仕方（割合）等を調整することにより、フォトダイオードアレイ１０５で撮像された２種類の画像から露光イメージを生成することができる。

図５は、実施の形態１におけるＰ偏光成分の像とＳ偏光成分の像とに分離して取得する手法を説明するための図である。図５では、図１の構成の一部を示している。図５において、点線は各レンズからの瞳位置を示している。なお、図１と図５の各構成の位置の縮尺等については一致させていない。光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生する。発生された光は、投影レンズ１８０によって照明形状切替機構１８１に照明され、照明形状切替機構１８１によって、照明光（検査光）の形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更される。かかる露光装置で使用する照明形状と同様の照明光が、結像レンズ１８２によって、マスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１を透過した透過光（マスクパターン像）は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）がマスク基板１０１からの透過光を入射する場合と同様の開口数ＮＡｏ（ＮＡｏ＝０．３５）の対物レンズ１７１に入射し、対物レンズ１７１によって平行に分割型１／２波長板１７２に投影される。よって、検査装置１００のここまでの光学条件は露光装置と同様にできる。

そして、分割型１／２波長板１７２は、対物レンズ１７１に対してマスク基板１０１とは反対側の位置であって対物レンズ１７１の瞳位置付近に配置される。そして、分割型１／２波長板１７２は、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。

図６は、実施の形態１における分割型１／２波長板の構成と偏光成分の状態の一例を示す図である。図６の例では、分割型１／２波長板１７２の一例として、８分割型の１／２波長板が示されている。図６（ａ）に示すように、８分割型の１／２波長板１７２は、８領域に分割されており、各々の領域で点線で示す進相軸の方向が異なる。図６（ａ）に示すように、Ｓ偏光成分は、透過光の円周方向を向いており、８分割型の１／２波長板を通過させることで、例えば、ｘ方向に揃えられる。一方、図６（ｂ）に示すように、Ｐ偏光成分は、透過光の径方向を向いており、８分割型の１／２波長板を通過させることで、Ｓ偏光成分とは直交する、例えば、ｙ方向に揃えられる。図６の例では、８分割型を示したが、これに限るものではない。４分割型であってもよいし、１６分割型であってもよいし、その他の分割型であってもよい。透過光（マスクパターン像）について、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを互いに直交する方向に揃えることができればよい。

図７は、実施の形態１における分割型１／２波長板の配置位置を説明するための図である。分割型１／２波長板１７２は、対物レンズ１７１に対してマスク基板１０１とは反対側の位置であって対物レンズ１７１の瞳位置付近に配置される。分割型１／２波長板１７２の位置での光線の広がりは、対物レンズ１７１の瞳径Ｄ（対物レンズ１７１を通過した軸上平行光束の最大径）の５％以下が望ましい。そのため、分割型１／２波長板１７２の配置位置の対物レンズ１７１の瞳位置からのずれ量ΔＬは、対物レンズ１７１の瞳径Ｄ、対物レンズ１７１の視野径ｄ、対物レンズ１７１の焦点距離ｆを用いて、以下の式（１）を満たすと好適である。
（１） ΔＬ＜０．０５・Ｄ・ｆ／ｄ

よって、分割型１／２波長板１７２は、対物レンズ１７１の瞳位置から、かかる瞳位置のずれ量ΔＬ内に配置されると良い。

分割型１／２波長板１７２を透過した透過光は、偏光ビームスプリッタ１７４に入射され、偏光ビームスプリッタ１７４は、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する。図５の例では、透過光のＰ偏光波を通過させ、Ｓ偏光波を反射する。透過する偏光成分と反射する偏光成分との関係は逆であっても構わない。分割型１／２波長板１７２によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、偏光ビームスプリッタ１７４によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。

偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光（例えばＰ偏光波）は結像レンズ１７６に入射し、結像レンズ１７６（第１の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ１０５（第１のイメージセンサ）は、結像レンズ１７６により結像された像（例えばＰ偏光成分の像）（第１の像）を撮像する。

偏光ビームスプリッタ１７４を反射した光（例えばＳ偏光波）は結像レンズ１７８に入射し、結像レンズ１７８（第２の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ２０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ２０５（第２のイメージセンサ）は、結像レンズ１７８により結像された像（例えばＳ偏光成分の像）（第２の像）を撮像する。

なお、フォトダイオードアレイ１０５，２０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。フォトダイオードアレイ１０５，２０５（イメージセンサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの対応する偏光成分の光学画像を撮像する。

図８は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。マスク基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図８に示すように、例えばｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によって、マスク基板１０１がｘ方向に移動させられ、その結果、フォトダイオードアレイ１０５，２０５が相対的に−ｘ方向に連続移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５，２０５では、図８に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５，２０５は、ＸＹθテーブル１０２と相対移動しながら、検査光を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

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

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＰ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

一方、フォトダイオードアレイ２０５上に結像されたＳ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ２０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路２０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ２２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ２０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、Ｐ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｐ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＰ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。

同様に、Ｓ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｓ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＳ偏光光のストライプ領域画像は、後述する記憶装置に格納される。

以上のように、実施の形態１によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するための元になるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを同時に取得できる。そして、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の状態に、取得されたＰ偏光波の偏光イメージを合わせてからＳ偏光波の偏光イメージと合成することで、露光イメージ画像を作成できる。実施の形態１によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波を分離した状態で撮像しているので、一方の偏光成分画像の調整を可能にできる。

実施の形態１の検査装置１００は、さらに、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、マスク基板１０１のパターン検査を行う。

図９は、実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。図９において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５８，６０，６６，６８、フレーム分割部５４，５６、補正部６２、合成部６４、位置合わせ部７０、及び比較部７２が配置される。

比較回路１０８内では、検査ストライプ２０のＰ偏光波のストライプ領域画像（光学画像）は記憶装置５０に格納される。そして、フレーム分割部５４は、Ｐ偏光波のストライプ領域画像を読み出し、Ｐ偏光波のストライプ領域画像をｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。これにより、検査ストライプ２０が、例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅で分割された複数のフレーム領域３０（図８）について、各フレーム領域３０のＰ偏光波のフレーム画像を取得できる。Ｐ偏光波のフレーム画像は記憶装置５８に格納される。

同様に、検査ストライプ２０のＳ偏光波のストライプ領域画像（光学画像）は記憶装置５２に格納される。そして、フレーム分割部５６は、Ｓ偏光波のストライプ領域画像を読み出し、Ｓ偏光波のストライプ領域画像をｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。これにより、各フレーム領域３０のＳ偏光波のフレーム画像を取得できる。Ｓ偏光波のフレーム画像は記憶装置６０に格納される。

次に、補正部６２は、露光イメージに合わせるように、所定の割合でＰ偏光波のフレーム画像の階調値を減少させる。かかる減少割合は、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の振幅量（比）に合わせればよい。

合成部６４は、補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）とを合成する。これにより、検査対象となるダイ（１）（第１のダイ）におけるＰ偏光波によるフレーム画像とＳ偏光波によるフレーム画像が合成された合成フレーム画像（第１のダイ画像）が生成される。ダイ（１）の合成フレーム画像は、記憶装置６６に格納される。

実施の形態１では、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」を行う。例えば、上述したストライプ領域画像には、同じパターンが形成された２つのダイの画像が含まれる。そこで、ダイ（１）の合成フレーム画像のフレーム領域３０に対応する、ダイ（２）（第２のダイ）のフレーム領域３０の合成フレーム画像（第２のダイ画像）を同様に生成する。ダイ（２）の合成フレーム画像は、記憶装置６８に格納される。

位置合わせ部７０は、比較対象となるダイ（１）の合成フレーム画像（光学画像）と、比較対象となるダイ（２）の合成フレーム画像（参照画像）とについて、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。

比較部７２は、ダイ（１）における補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）が合成された合成フレーム画像（第１のダイ画像）と、ダイ（１）と同様のパターンが形成されたダイ（２）における補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）が合成された、合成フレーム画像（第１のダイ画像）に対応する合成フレーム画像（第２のダイ画像）と、を比較する。

ここで、実施の形態１によって生成される合成フレーム画像は、あえて露光装置と同じ条件に合わせて対物レンズ１７１の開口数ＮＡｏを設定している。そのため、対物レンズ１７１の開口数ＮＡｏが、従来の高分解能のパターン欠陥検査装置で使用する対物レンズの開口数ＮＡｏよりも小さい。よって、対物レンズ１７１に入射する光束が少ないので、像の分解能が従来の高分解能のパターン欠陥検査装置に比べて悪い。一方、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは／及び短絡等が欠陥によって生じないのであれば、かかるパターンは集積回路として使用可能である。実施の形態１によって生成される合成フレーム画像は、あえて露光装置でウェハ上に露光される露光イメージに合わせて作成されているので、回路の断線或いは／及び短絡等をウェハ上に生じさせないかどうかを検査すればよい。そこで、比較部７２は、個々の図形パターンの個別な形状欠陥を検査するのではなく、隣り合うパターン間距離を検査する。かかる場合、比較部７２は、合成フレーム画像（第１のダイ画像）内の各パターンのパターン間距離を測定し、同様に、合成フレーム画像（第２のダイ画像）内の各パターンのパターン間距離を測定する。そして、合成フレーム画像（第１のダイ画像）のパターン間距離から、合成フレーム画像（第２のダイ画像）の対応するパターン間距離を引いた差分が判定閾値より大きいかどうかを判定し、大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、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（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

以上のように、実施の形態１によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージが得られるので、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、露光イメージでのマスク基板１０１のパターン検査ができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、２つのセンサを使って、Ｓ偏光波の偏光イメージとＰ偏光波の偏光イメージとを同時に撮像する構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、１つのセンサを使って、Ｓ偏光波の偏光イメージとＰ偏光波の偏光イメージとを切り替えながら撮像する構成について説明する。

図１０は、実施の形態２における検査装置の光学画像取得部の構成の一部を示す図である。図１０では、図１の構成のうち、実施の形態２における光学画像取得部１５０（偏光イメージ取得装置）の構成を説明するために必要な部分を示している。実施の形態２における光学画像取得部１５０は、図１の構成のうち、フォトダイオードアレイ２０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３が不要となる。その代わりに、偏光ビームスプリッタ１７４（制限機構）の入射面を回転させる駆動機構１７５が配置される。実施の形態２における検査装置のその他の点は、図１と同様である。

光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生し、マスク基板１０１の透過光が分割型１／２波長板１７２を透過するまでの構成および状況は実施の形態１と同様である。よって、分割型１／２波長板１７２によって、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃えられる。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる点は実施の形態１と同様である。

分割型１／２波長板１７２を透過した透過光は、偏光ビームスプリッタ１７４に入射され、偏光ビームスプリッタ１７４は、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する。言い換えれば、偏光ビームスプリッタ１７４（制限機構の一例）は、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する。どちらの偏光光を通過させ、或いは通過を制限するかは、駆動機構１７５によって回転させられる偏光ビームスプリッタ１７４の配置位置によって決まる。すなわち、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射するように、ビームスプリッタ１７４を回転させる。例えば、透過光のＰ偏光波の偏光イメージを撮像する場合には、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＰ偏光波を通過させ、Ｓ偏光波を反射するように、Ｓ偏光波の向きにあった状態のビームスプリッタ１７４の向きを９０°（或いは−９０°）回転させる。逆に、透過光のＳ偏光波の偏光イメージを撮像する場合には、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＳ偏光波を通過させ、Ｐ偏光波を反射するように、Ｐ偏光波の向きにあった状態のビームスプリッタ１７４の向きを−９０°（或いは９０°）回転させる。

図１０の例では、偏光ビームスプリッタ１７４を用いているが、これに限るものではない。偏光ビームスプリッタ１７４の代わりに、例えば、偏光子（制限機構の他の例）を用いてもよい。偏光子についても、駆動機構１７５によって、偏光ビームスプリッタ１７４と同様に、偏光子の向きを調整することで、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射することができる。

以上のように、分割型１／２波長板１７２によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、偏光ビームスプリッタ１７４（或いは偏光子）によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。

駆動機構１７５によって、Ｐ偏光波が通過できるように偏光ビームスプリッタ１７４の向きが設定されている場合、偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光（Ｐ偏光波）は結像レンズ１７６に入射し、結像レンズ１７６（第１の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、結像レンズ１７６により結像された像（Ｐ偏光成分の像）（第１の像）を撮像する。

なお、フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩセンサ等を用いると好適である点は実施の形態１と同様である。フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの対応する偏光成分の光学画像を撮像する。光学画像の撮像は、上述したように検査ストライプ２０単位で行うと良い。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＰ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、Ｐ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｐ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＰ偏光光のストライプ領域画像は、記憶装置５０に格納される。

次に、駆動機構１７５によって、Ｓ偏光波が通過できるように偏光ビームスプリッタ１７４の向きを変更する。そして、Ｐ偏光波の撮像を行った同じ検査ストライプ２０について、Ｓ偏光波の撮像を行う。

光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生し、マスク基板１０１の透過光が分割型１／２波長板１７２を透過するまでの構成および状況は実施の形態１と同様である。よって、分割型１／２波長板１７２によって、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃えられる。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる点は実施の形態１と同様である。

分割型１／２波長板１７２を透過した透過光は、偏光ビームスプリッタ１７４に入射され、偏光ビームスプリッタ１７４は、透過光のＳ偏光波を通過させ、Ｐ偏光波を反射する。

以上のように、分割型１／２波長板１７２によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、偏光ビームスプリッタ１７４（或いは偏光子）によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。

駆動機構１７５によって、Ｓ偏光波が通過できるように偏光ビームスプリッタ１７４の向きが設定されているので、偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光（Ｓ偏光波）は結像レンズ１７６に入射し、結像レンズ１７６（結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、結像レンズ１７６により結像された像（Ｓ偏光成分の像）（第２の像）を撮像する。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの対応する偏光成分の光学画像を撮像する。光学画像の撮像は、上述したように検査ストライプ２０単位で行うと良い。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＳ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、Ｓ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｓ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＳ偏光光のストライプ領域画像は、記憶装置５２に格納される。

以上のように、実施の形態２によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するための元になるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを時期をずらして取得できる。そして、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の状態に、取得されたＰ偏光波の偏光イメージを合わせてからＳ偏光波の偏光イメージと合成することで、露光イメージ画像を作成できる。実施の形態２によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波を分離した状態で撮像しているので、一方の偏光成分画像の調整を可能にできる。

実施の形態２の検査装置１００は、さらに、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、マスク基板１０１のパターン検査を行う。検査手法は実施の形態１と同様で構わない。

実施の形態３．
実施の形態１では、２つのセンサを使って、Ｓ偏光波の偏光イメージとＰ偏光波の偏光イメージとを同時に撮像する構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、１つのセンサを使って、Ｓ偏光波の偏光イメージとＰ偏光波の偏光イメージとを切り替えながら撮像する構成について説明する。

図１１は、実施の形態３における検査装置の光学画像取得部の構成の一部を示す図である。図１１では、図１の構成のうち、実施の形態２における光学画像取得部１５０（偏光イメージ取得装置）の構成を説明するために必要な部分を示している。実施の形態３における光学画像取得部１５０は、図１の構成のうち、フォトダイオードアレイ２０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３が不要となる。その代わりに、偏光ビームスプリッタ１７４（制限機構）の入射側に１／２波長板１７７（回転用の１／２波長板）と、かかる回転用の１／２波長板を回転させる駆動機構１７５が配置される。実施の形態３における検査装置のその他の点は、図１と同様である。

光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生し、マスク基板１０１の透過光が分割型１／２波長板１７２を透過するまでの構成および状況は実施の形態１と同様である。よって、分割型１／２波長板１７２によって、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃えられる。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる点は実施の形態１と同様である。

分割型１／２波長板１７２を透過した透過光は、１／２波長板１７７を透過した後に偏光ビームスプリッタ１７４に入射され、偏光ビームスプリッタ１７４は、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する。言い換えれば、偏光ビームスプリッタ１７４（制限機構の一例）は、透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する。どちらの偏光光を通過させ、或いは通過を制限するかは、駆動機構１７５によって回転させられる１／２波長板１７７の配置位置によって決まる。すなわち、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射するように、１／２波長板１７７を回転させる。例えば、透過光のＰ偏光波の偏光イメージを撮像する場合には、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＰ偏光波を通過させ、Ｓ偏光波を反射するように、Ｓ偏光波の向きにあった状態の１／２波長板１７７の向きを４５°（或いは−４５°）回転させる。逆に、透過光のＳ偏光波の偏光イメージを撮像する場合には、駆動機構１７５は、偏光ビームスプリッタ１７４が透過光のＳ偏光波を通過させ、Ｐ偏光波を反射するように、Ｐ偏光波の向きにあった状態の１／２波長板１７７の向きを−４５°（或いは４５°）回転させる。

図１１の例では、偏光ビームスプリッタ１７４を用いているが、これに限るものではない。偏光ビームスプリッタ１７４の代わりに、例えば、偏光子（制限機構の他の例）を用いてもよい。偏光子についても、駆動機構１７５によって、偏光ビームスプリッタ１７４と同様に、１／２波長板の向きを調整することで、Ｐ偏光波とＳ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射することができる。

以上のように、分割型１／２波長板１７２によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、偏光ビームスプリッタ１７４（或いは偏光子）によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。

駆動機構１７５によって、Ｐ偏光波が通過できるように偏光ビームスプリッタ１７４の向きが設定されている場合、偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光（Ｐ偏光波）は結像レンズ１７６に入射し、結像レンズ１７６（第１の結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、結像レンズ１７６により結像された像（Ｐ偏光成分の像）（第１の像）を撮像する。

なお、フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩセンサ等を用いると好適である点は実施の形態１と同様である。フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの対応する偏光成分の光学画像を撮像する。光学画像の撮像は、上述したように検査ストライプ２０単位で行うと良い。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＰ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、Ｐ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｐ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＰ偏光光のストライプ領域画像は、記憶装置５０に格納される。

次に、駆動機構１７５によって、Ｓ偏光波が通過できるように１／２波長板１７７の向きを変更する。そして、Ｐ偏光波の撮像を行った同じ検査ストライプ２０について、Ｓ偏光波の撮像を行う。

光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生し、マスク基板１０１の透過光が分割型１／２波長板１７２を透過するまでの構成および状況は実施の形態１と同様である。よって、分割型１／２波長板１７２によって、対物レンズ１７１を通過後の透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃えられる。方向を揃えることで、Ｐ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる。或いはＳ偏光波を他から分離して残すことができるように事前環境を整えることができる点は実施の形態１と同様である。

分割型１／２波長板１７２を透過した透過光は、偏光ビームスプリッタ１７４に入射され、偏光ビームスプリッタ１７４は、透過光のＳ偏光波を通過させ、Ｐ偏光波を反射する。

以上のように、分割型１／２波長板１７２によって、同じ偏光波の方向が揃えられているので、偏光ビームスプリッタ１７４（或いは偏光子）によって、Ｐ偏光波とＳ偏光波とを分離できる。

駆動機構１７５によって、Ｓ偏光波が通過できるように１／２波長板１７７の向きが設定されているので、偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光（Ｓ偏光波）は結像レンズ１７６に入射し、結像レンズ１７６（結像レンズ）は、入射した光を露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）の開口数（ＮＡｉ＝１．４）よりも十分小さい開口数（ＮＡｉ＝０．０００８）でフォトダイオードアレイ１０５に結像させる。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、結像レンズ１７６により結像された像（Ｓ偏光成分の像）（第２の像）を撮像する。

フォトダイオードアレイ１０５（イメージセンサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの対応する偏光成分の光学画像を撮像する。光学画像の撮像は、上述したように検査ストライプ２０単位で行うと良い。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたＳ偏光光のパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いると好適である。

また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、Ｓ偏光光のストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるマスク基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。Ｓ偏光光の測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたＳ偏光光のストライプ領域画像は、記憶装置５２に格納される。

以上のように、実施の形態３によれば、露光装置で転写される場合の露光イメージ画像を作成するための元になるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを時期をずらして取得できる。そして、露光装置の対物レンズ３０２（縮小光学系）によって、振幅が減少、無くなる、或いは反転してしまうＰ偏光成分の状態に、取得されたＰ偏光波の偏光イメージを合わせてからＳ偏光波の偏光イメージと合成することで、露光イメージ画像を作成できる。実施の形態３によれば、Ｓ偏光波とＰ偏光波を分離した状態で撮像しているので、一方の偏光成分画像の調整を可能にできる。

実施の形態３の検査装置１００は、さらに、かかるＳ偏光波とＰ偏光波のそれぞれの偏光イメージを利用して、マスク基板１０１のパターン検査を行う。検査手法は実施の形態１と同様で構わない。

以上の説明において、各「〜回路」、或いは各「〜部」は、１つの演算回路を含み、その演算回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」、或いは各「〜部」に含まれる演算回路は、共通する回路（同じ回路）を用いてもよい。或いは、異なる回路（別々の回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、オートローダ制御回路１１３、及びテーブル制御回路１１４等は、上述した少なくとも１つの回路で構成されればよい。同様に、フレーム分割部５４，５６、補正部６２、合成部６４、位置合わせ部７０、及び比較部７２は、上述した少なくとも１つの回路で構成されればよい。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した例では、露光イメージに合わせるように、Ｐ偏光波のフレーム画像の階調値を補正した上で、補正後のＰ偏光波によるフレーム画像（第１の光学画像）と補正していないＳ偏光波によるフレーム画像（第２の光学画像）とを合成する場合を説明したが、これに限るものではない。ダイ−ダイ検査なので、同じように画像が合成されていれば、露光イメージに合わせていなくても構わない。よって、露光イメージとは異なる比率で合成してもよい。また、合成せずに第１の光学画像と第２の光学画像を独立に検査に使用しても良い。また、上述した例では、隣り合うパターン間距離を検査する場合を説明したがこれに限るものではない。例えば、合成フレーム画像（第１のダイ画像）と合成フレーム画像（第２のダイ画像）とを画素毎に階調値を所定のアルゴリズムで比較してもよい。例えば、合成フレーム画像（第１のダイ画像）の階調値から合成フレーム画像（第２のダイ画像）の階調値を差し引いた差分が閾値よりも大きい場合に欠陥と判定してもよい。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

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偏光イメージ取得装置、パターン検査装置、及び偏光イメージ取得方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 検査領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
５０，５２，５８，６０，６６，６８ 記憶装置
５４，５６ フレーム分割部
６２ 補正部
６４ 合成部
７０ 位置合わせ部
７２ 比較部
１００ 検査装置
１０１ マスク基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５，２０５ フォトダイオードアレイ
１０６，２０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ ＦＤ
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３，２２３ ストライプパターンメモリ
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７０ 透過照明光学系
１７１ 対物レンズ
１７２ 分割型１／２波長板
１７４ 偏光ビームスプリッタ
１７６，１７８ 結像レンズ
１７７ １／２波長板
１８０ 投影レンズ
１８１ 照明形状切替機構
１８２ 結像レンズ
１９０ 透過光
１９２ 光
３００ マスク基板
３０１ 透過光
３０２ 対物レンズ
３０４ 半導体基板
３０５ 光

Claims (6)

1. パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
   前記マスク基板が露光装置に配置された場合に前記マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する前記露光装置の縮小光学系が前記マスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、前記マスク基板上に結像された照明光が前記マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
   前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置され、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する、偏光子と偏光ビームスプリッタとの１つにより構成される制限機構と、
   前記制限機構が前記他方を通過させ、前記一方の通過を制限するように、前記制限機構を回転させる駆動機構と、
   前記制限機構を通過した光を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる結像レンズと、
   前記結像レンズにより結像された像を撮像するイメージセンサと、
   を備えたことを特徴する偏光イメージ取得装置。
2. パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
   前記マスク基板が露光装置に配置された場合に前記マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する前記露光装置の縮小光学系が前記マスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、前記マスク基板上に結像された照明光が前記マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
   前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置され、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する、偏光子と偏光ビームスプリッタとの１つにより構成される制限機構と、
   前記制限機構が前記他方を通過させ、前記一方の通過を制限するように、偏光方向を９０°回転させる１／２波長板と、
   前記回転用の１／２波長板を回転させる駆動機構と、
   前記制限機構を通過した光を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる結像レンズと、
   前記結像レンズにより結像された像を撮像するイメージセンサと、
   を備えたことを特徴する偏光イメージ取得装置。
3. パターンが形成された、露光用のマスク基板を載置する移動可能なステージと、
   前記マスク基板が露光装置に配置された場合に前記マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する前記露光装置の縮小光学系が前記マスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、前記マスク基板上に結像された照明光が前記マスク基板を透過した透過光を入射する対物レンズと、
   前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置され、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える分割型１／２波長板と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタを通過した光を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい開口数で結像させる第１の結像レンズと、
   前記第１の結像レンズにより結像された像を撮像する第１のイメージセンサと、
   前記偏光ビームスプリッタにより反射された光を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい前記開口数で結像させる第２の結像レンズと、
   前記第２の結像レンズにより結像された像を撮像する第２のイメージセンサと、
   を備えたことを特徴する偏光イメージ取得装置。
4. 請求項１〜３いずれか記載の偏光イメージ取得装置と、
   前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記一方による第１の光学画像と、前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記他方による第２の光学画像とを合成する合成部と、
   第１のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された第１のダイ画像と、前記第１のダイと同様のパターンが形成された第２のダイにおける前記第１と第２の光学画像が合成された、前記第１のダイ画像に対応する第２のダイ画像と、を比較する比較部と、
   を備えたことを特徴するパターン検査装置。
5. パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を結像する工程と、
   前記マスク基板が露光装置に配置された場合に前記マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する前記露光装置の縮小光学系が前記マスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、前記照明光が前記マスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
   前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち一方を通過させ、他方の通過を制限する工程と、
   通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記一方を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい開口数でイメージセンサに結像させる工程と、
   前記イメージセンサを用いて、結像された前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方による第１の像を撮像する工程と、
   前記第１の像の光学画像を出力する工程と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記他方を通過させ、前記一方の通過を制限する工程と、
   通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記他方を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい前記開口数で前記イメージセンサに結像させる工程と、
   前記イメージセンサを用いて、結像された前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方による第２の像を撮像する工程と、
   前記第２の像の光学画像を出力する工程と、
   を備えたことを特徴する偏光イメージ取得方法。
6. パターンが形成された、露光用のマスク基板に照明光を結像する工程と、
   前記マスク基板が露光装置に配置された場合に前記マスク基板からの透過光を入射して被露光基板に結像する前記露光装置の縮小光学系が前記マスク基板からの透過光を入射する場合と同様の開口数で、前記照明光が前記マスク基板を透過した透過光を対物レンズに入射する工程と、
   前記対物レンズに対して前記マスク基板とは反対側の位置であって前記対物レンズの瞳位置付近に配置された分割型１／２波長板を用いて、前記対物レンズを通過後の前記透過光のＰ偏光波とＳ偏光波とを互いに直交する方向に揃える工程と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち一方を通過させ、他方を反射する工程と、
   通過した前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち前記一方を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい開口数で第１のイメージセンサに結像させる工程と、
   前記第１のイメージセンサを用いて、結像された前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記一方による第１の像を撮像する工程と、
   前記第１の像の光学画像を出力する工程と、
   前記透過光の前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうち反射された前記他方を、前記露光装置の前記縮小光学系よりも十分小さい前記開口数で第２のイメージセンサに結像させる工程と、
   前記第２のイメージセンサを用いて、結像された前記Ｐ偏光波と前記Ｓ偏光波とのうちの前記他方による第２の像を撮像する工程と、
   前記第２の像の光学画像を出力する工程と、
   を備えたことを特徴する偏光イメージ取得方法。

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