JP5278784B1 - パターン検査装置及びパターン検査方法、パターン基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光ダイポール照明を用いて、互いに異なる方向のパターンのいずれに対しても高感度で検査すること。
【解決手段】本発明に係るパターン検査装置は、試料と共役な位置に配置され、一部の照明光の偏光状態を変化させ、偏光方向がそれぞれ異なる第１直線偏光、第２直線偏光を含む照明光を生成する１／２波長板１３０と、一方の直線偏光を第１方向に分割して第１、第２のビームを生成するルーフプリズムペアと、他方の直線偏光を第１方向と異なる第２方向に分割して第３、第４ビームを生成するルーフプリズムペアと、パターン基板における視野の一部である第１領域に第１ビームと第２ビームとを照射し、視野内において第１領域と異なる第２領域に第３ビームと第４ビームとを照射する対物レンズ１０５と、第１、第２ビームによる回折光を検出するＴＤＩ１２０ａ、第３、第４ビームによる回折光を検出するＴＤＩ１２０ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法、パターン基板の製造方法に関する。

一般に、パターンが形成されたマスクの欠陥検査の方法には、マスクパターンと設計データとの比較検査法（一般にDie-to-Database比較法と呼ばれる。）と、２つの同形状の回路パターンを比較する比較検査法（一般にDie-to-die比較法と呼ばれる。）の２通りの方法が広く知られている。

どちらの方式においても、マスクパターンにおける微小な一部分（以下、観察領域と呼ぶ。）を対物レンズによって拡大して、その拡大された光学像をＣＣＤカメラで検出して検査を行っている。ＣＣＤカメラとして、ＴＤＩ（Time Delay Integration）と呼ばれる方式が用いられる場合が多いため、このＣＣＤカメラは、ＴＤＩカメラ、あるいはＴＤＩセンサーなどと呼ばれている。

また、観察領域を照明するための光源としては、紫外域で連続動作するレーザや紫外域にスペクトルを有する点光源ランプが用いられている。これらのレーザやランプから取り出される紫外光を、マスクに対して対物レンズと反対側から照射する照明方式は透過照明と呼ばれている。これに対して、マスクに対して対物レンズ側から照明する照明方式は反射照明と呼ばれている。これら２つの照明方式が利用されるのは、照明されたパターンの光学像をＴＤＩカメラ等に結像させることで撮像した像の見え方が異なるため、検出できる欠陥の種類等が異なるからである。

ここで、一般的なパターン検査装置９００における反射照明の光学系の構成を、図７を用いて説明する。図７では、検査光源としてレーザ装置（図示せず）を用いた場合を示している。レーザ装置から発生された直線偏光のレーザ光Ｌ１は、Ｓ波として検査光学系内に入射する。このＳ波はＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）９０１に入射すると、反射して下方に進む。なお、レーザ光Ｌ１をＳ波とするのは、ＰＢＳ９０１で効率良く反射する偏光方向の直線偏光とするためである。

次に、Ｓ波は、１／４波長板９０２を通過することで円偏光に変換される。ここでは、Ｓ波は右回りの円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ９０３を通過して、マスク９０４のパターン面に照射される。パターン面からの反射光は、逆回りの偏光方向、すなわち、左回りの円偏光となる。

この円偏光は、対物レンズ９０３を通過して、再び１／４波長板９０２を通過する。これにより、直線偏光に戻されるが、今度はＰ波になる。Ｐ波は、ＰＢＳ９０１を透過する。パターン面からの反射光であるこのＰ波が投影レンズ９０５を通過して、ＴＤＩカメラ９０６に到達する。この際に、対物レンズ９０３と投影レンズ９０５とで、マスク９０４のパターン面がＴＤＩカメラ９０６に投影される。これにより、対物レンズ９０３の視野内の拡大像が撮像され、欠陥検査ができる。

一方、マスクの検査領域に異なる形態の照明光を照射することで、マスクパターンの光学像において異なる２つの見え方を作りだして、検出器であるＴＤＩカメラ等を２台用いて検査するマスク検査装置が利用されることがあった。これに関しては、特許文献１に示されている。特許文献１によると、例えば、対物レンズの視野の半分側に反射照明を用い、もう一方に透過照明を用いることが可能である。これにより、これらの異なる照明方式によるマスクパターンの光学像を同時に観察できる。

ところで、ＥＵＶマスクは、露光光である波長１３．５ｎｍのＸ線を反射させてウエハ上にパターンを露光させるため、反射型マスクと呼ばれている。一般的なＥＵＶマスクの断面構造を図８に示す。図８に示すように、基板１０上には、Ｘ線を反射させるＭｏ／Ｓｉからなる多層膜１１が設けられている。多層膜１１上には、Ｘ線を反射させない吸収体１３が保護膜１２を介して設けられている。

ＥＵＶマスクのパターン検査には、従来のマスク検査装置を利用できる。しかし、ＥＵＶマスクは光を透過させないため、照明方式として反射照明でしか検査できない。つまり、反射照明光が照射されるパターン面における多層膜１１からの反射光が検出される。この反射光によりパターン面の光学像をＴＤＩカメラに投影することで、パターン形状が撮像され、欠陥検査が行われる。

また、ＥＵＶマスクを対象としたパターン検査装置において、２台の検出器を用いて高速あるいは高感度に検査する場合、偏光状態を変えた２種類の反射照明光を照射することで、見え方の異なる光学像をそれぞれの検出器で観察する装置が用いられることもあった。これに関しては、特許文献２において説明されている。

ところで、マスクパターンをウエハ上に縮小投影する露光装置では、パターンの微細化に伴い、様々に工夫された照明光が用いられている。照明光の違いは、投影光学系の瞳位置でのビーム断面形状によって識別される。照明光としては、通常照明、輪帯照明、ダイポール照明（二重極照明とも呼ばれる）、四重極照明などが広く用いられている。

露光装置の照明法に関しても偏光状態を利用する場合がある。例えば、ダイポール照明においては、直線偏光を利用することで解像性が向上することが知られている。このような照明法は偏光ダイポール照明と呼ばれている。これに関しては、例えば、特許文献３において説明されている。

特許第４７０１４６０号明細書 特開２００９−２２３０９５号公報 特開平５−１０９６０１号公報

偏光ダイポール照明では、ダイポール照明を構成する斜め方向の直線偏光がＳ波としてウエハに入射する場合に、解像性が高くなる。特徴としては、偏光方向に平行な方向のラインパターンは綺麗に結像するが、偏光方向に垂直な方向のラインパターンの結像性は悪いとされている。検査感度を向上させるために、露光装置における偏光ダイポール照明をマスクのパターン検査装置に適用すると、偏光方向に平行な方向のパターンは感度良く検査できるものの、偏光方向に垂直な方向のパターンでは検査感度が悪くなる。

本発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、互いに異なる方向のパターンに対しても高感度で検査することができるパターン検査装置及びパターン検査方法、及びこれを用いたパターン基板の製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様に係るパターン検査装置は、試料と共役な位置に配置され、一部の照明光の偏光状態を変化させ、偏光方向がそれぞれ異なる第１直線偏光、第２直線偏光を含む照明光を生成する１／２波長板と、前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを分離する分離手段と、前記第１直線偏光を第１方向に分割して第１ビーム及び第２ビームを生成する第１分割手段と、前記第２直線偏光を前記第１方向と異なる第２方向に分割して第３ビームと第４ビームを生成する第２分割手段とを含むビーム整形部と、パターン基板における視野の一部である第１領域に前記第１ビームと前記第２ビームとを照射し、前記視野内において前記第１領域と異なる第２領域に前記第３ビームと前記第４ビームとを照射する光学系と、前記第１、第２ビームによる前記パターン基板からの光を検出する第１検出器と、前記第３、第４ビームによる前記パターン基板からの光を検出する第２検出器とを備える。これにより、互いに異なる方向のパターンのいずれに対しても高感度で検査することができる。

本発明の第２の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記第１直線偏光の偏光方向と前記第２ビームの偏光方向とは直交していることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記第１方向と前記第２方向とは直交していることを特徴とする。
これにより、直交する２方向のパターンを有するパターン基板の検査を高感度で行うことが可能となる。

本発明の第４の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記第１、第２ビームにより前記第１方向の偏光ダイポール照明が構成され、前記第３、第４ビームにより前記第２方向の偏光ダイポール照明が構成されることを特徴とする。

本発明の第５の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記パターン基板は、Ｘ方向、Ｙ方向に延びるパターンを有し、前記第１方向は前記Ｘ方向に略平行であり、前記第２方向は前記Ｙ方向に略平行であることを特徴とする。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても高感度で検査を行うことが可能となる。

本発明の第６の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記ビーム整形部は、前記光学系の瞳位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の第７の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記ビーム整形部における前記第１直線偏光と、前記第２直線偏光の光路長は略等しいことを特徴とする。第１直線偏光と第２直線偏光の光学距離が等しいため、２種類の照明光の照明状態がパターン基板のパターン面において異なることがない。これにより、より高感度に欠陥の検出を行うことが可能となる。

本発明の第８の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記第１、第２の分割手段は、ルーフプリズムであることを特徴とする。

本発明の第９の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記照明光生成手段は、前記パターン基板と共役な位置に配置され、入射する光の一部の偏光状態を変化させる１／２波長板であることを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係るパターン検査装置は、上記の検査装置において、前記１／２波長板は、前記照明光の断面の半分の位置まで挿入されている。

本発明の第１１の態様に係るパターン検査方法は、偏光方向がそれぞれ異なる第１直線偏光、第２直線偏光を含む照明光を生成し、前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを分離し、第１直線偏光を第１方向に分割して第１のビーム及び第２のビームを生成し、前記第２直線偏光を前記第１方向と異なる第２方向に分割して第３ビームと第４ビームを生成し、生成された第１、第２、第３、第４ビームを合成してパターン基板に照射し、前記第１、第２ビームによる前記パターン基板からの光を検出し、前記第３、第４ビームによる前記パターン基板からの光を検出する。これにより、互いに異なる方向のパターンのいずれに対しても高感度で検査することができる。

本発明の第１２の態様に係るパターン検査方法は、上記の検査方法において、前記第１直線偏光の偏光方向及び前記第２直線偏光の偏光方向が、前記パターン基板に設けられたパターンに平行であることを特徴とする。

本発明の第１３の態様に係るパターン基板の製造方法は、上記記載の検査方法によりマスクを検査し、検査されたマスクの欠陥を修正し、欠陥修正されたマスクを介して基板を露光し、前記露光された基板を現像する。

本発明によれば、互いに異なる方向のパターンのいずれに対しても高感度で検査することができるパターン検査装置及びパターン検査方法を提供することができる。

実施の形態１に係るパターン検査装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係るパターン検査装置で用いられるビーム整形部の構成を示す図である。 実施の形態１に係るパターン検査装置による照明光の照射状態を説明するための図である。 本発明に係るパターン検査装置で用いられるビーム整形部の他の構成を示す図である。 実施の形態２に係るパターン検査装置の構成を示す図である。 本発明に係るパターン検査装置で用いられるビーム整形部の構成の他の構成を示す図である。 通常のパターン検査装置の構成を示す図である。 ＥＵＶマスクの構造の一例を示す断面図である。

以下、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。以下の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

本発明は、半導体製造工程で利用されるフォトマスク（あるいはレチクルとも呼ばれるが、ここでは単にマスクと呼ぶ。）における欠陥を検出する際に利用されるパターン検査装置に関する。本発明に係るパターン検査装置は、偏光ダイポール照明を用いて、互いに直交するいずれの方向のパターンに対しても高感度で検査を行うことができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るパターン検査装置について、図１〜３を用いて説明する。実施の形態１では、ＥＵＶマスクのパターン検査を行う検査装置を例として説明を行う。図１は、実施の形態１に係るパターン検査装置１００の照明光学系全体の構成を示す図である。図２は、パターン検査装置１００で用いられるビーム整形部の構成を示す図である。図３は、パターン検査装置１００による照明光の照射状態を説明するための図である。

図１に示すように、パターン検査装置１００は、レンズ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、ホモジナイザー１０２、ハーフミラー１０４、対物レンズ１０５、ミラー１０７ａ、１０７ｂ、投影レンズ１０８、空間分割ミラー１０９、ビーム整形部１１０、ＴＤＩカメラ１２０ａ、１２０ｂ、１／２波長板１３０を備えている。

図示しないレーザ装置から直線偏光のレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１は、レンズ１０１ａによって集光され、ホモジナイザー１０２に入射し、この内部で全反射を繰り返しながら進む。ホモジナイザー１０２の出射面では、均一な光強度分布のビームが形成される。

ホモジナイザー１０２から出射されたレーザ光Ｌ１は、レンズ１０１ｂを通る。これにより、レーザ光Ｌ１は平行ビームに戻される。平行ビームとなったレーザ光Ｌ１はレンズ１０１ｃを通り集光される。すなわち、レンズ１０１ｂとレンズ１０１ｃとによって、ホモジナイザー１０２の出射端での像がレンズ１０１ｃの集光部に投影される。

レンズ１０１ｃの集光部の位置には、１／２波長板１３０が配置されている。すなわち、１／２波長板１３０は、ホモジナイザー１０２の出射面と共役な位置に配置される。１／２波長板１３０は、レンズ１０１ｃの集光部におけるビーム断面の半分の位置まで挿入されている。すなわち、レンズ１０１ｃにより集光されるレーザ光Ｌ１の半分が１／２波長板１３０を通過する。

本実施の形態では、１／２波長板１３０が、ビーム断面の下半分に配置された例を示している。ビーム断面の下半分が１／２波長板１３０を通過し、上半分は通過しない。その結果、ビーム断面の上半分と下半分とで異なる直交する２つの方向の直線偏光を含む反射照明光１０３ａが生成される。レーザ装置から取り出される１本のレーザ光は２分割され、片方のみが１／２波長板１３０を通過する。これにより、互いに直交した偏光方向で近接した２本のレーザ光を形成することができる。

反射照明光１０３ａは、レンズ１０１ｄを通って平行ビームに戻される。レンズ１０１ｄを通過した反射照明光１０３ａは、ミラー１０７ａに当たって折り返され、ビーム整形部１１０に入射する。ただし、反射照明光１０３ａはレンズ１０１ｄを経由しているため、ビーム整形部１１０への入射直前の反射照明光１０３ｂの偏光状態は、そのビーム断面内でほぼ平均化されている。

ビーム整形部１１０は、１／２波長板１３０をＥＵＶマスク１０６上に投影する照明光学系を構成する対物レンズ１０５の瞳位置に設けられる。ただし、ビーム整形部１１０はある程度の光路長を有するため、厳密な瞳位置は、ビーム整形部１１０のほぼ中心になっている。このビーム整形部１１０の詳細は図２を用いて後述する。

ビーム整形部１１０から出射する反射照明光１０３ｃはハーフミラー１０４で反射して、反射照明光１０３ｄのように下方に進む。すなわち、互いに直交した偏光方向で近接した２本のレーザ光は、同一のハーフミラー１０４に入射される。ハーフミラーは、入射光が直線偏光であって、その直線偏光がどの方向の偏光方向であっても、反射と透過とが同時に起こる。このことから、少なくとも一部を対物レンズへ向かわせることができる。反射照明光１０３ｄは、対物レンズ１０５に入射してＥＵＶマスク１０６上の微小領域に集光される。

ＥＵＶマスク１０６において、反射照明光１０３ｄが照射される領域内に検査領域が設定される。この検査領域から発生する光は、パターン情報を有する回折光である。回折光の内、対物レンズ１０５を通る回折光Ｄ１１はハーフミラー１０４に入射する。ハーフミラー１０４を通過する回折光Ｄ１２は、ミラー１０７ｂで折り返され、投影レンズ１０８を通過する。

投影レンズ１０８を通過した回折光Ｄ１３は空間分割ミラー１０９の位置に到達する。空間分割ミラー１０９は、回折光Ｄ１３を構成するビームの半分のみが入射するように挿入されている。空間分割ミラー１０９に当たらない半分の回折光Ｄ１３はＴＤＩカメラ１２０ａのセンサー面１２１ａに到達する。空間分割ミラー１０９に当たる残りの半分の回折光Ｄ１３は、ＴＤＩカメラ１２０ｂのセンサー面１２１ｂに当たる。ＥＵＶマスク１０６のパターン面において、反射照明光１０３ｄが照射される検査領域が対物レンズ１０５と投影レンズ１０８とで構成される投影光学系によって、センサー面１２１ａあるいはセンサー面１２１ｂに投影される。

ここで、図１に示されたビーム整形部１１０に関して、図２を用いて説明する。図２に示すように、ビーム整形部１１０は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１１１ａ、１１１ｂ、ミラー１１２ａ、１１２ｂ、ルーフプリズムペア１１３ａ、１１３ｂを備えている。

ビーム整形部１１０に入射する反射照明光１０３ｂのビーム断面形状は略円形である。反射照明光１０３ｂは、互いに直交する２方向の直線偏光を含む。この互いに直交する２方向の直線偏光を、それぞれＰ波、Ｓ波とする。なお、ここでは、Ｐ波、Ｓ波という表現を用いるが、偏光方向が直交する２つの光を区別するために用いている。反射照明光１０３ｂはＰＢＳ１１１ａに入射することで、これを透過するＰ波と反射するＳ波とに分離される。

ルーフプリズムペア１１３ａ、１１３ｂは、それぞれ２つのルーフプリズムからなる。ルーフプリズムペア１１３ａを構成する２つのルーフプリズムは、これらの稜線が向き合うように配置されている。一方のルーフプリズムの稜線は、他方のルーフプリズムの稜線と平行である。本実施の形態では、これらの稜線は紙面に垂直な方向に伸びる。

Ｐ波は、ルーフプリズムペア１１３ａを通過することで、断面形状が半円状の２本のビームＡ１、Ａ２に分割される。本実施の形態では、Ｐ波は紙面に平行な上下方向に分割される。ビームＡ２の断面形状は、ビームＡ１の断面形状を上下に反転させた形状となっている。ビームＡ１の断面形状における円弧部は、ビームＡ２の断面形状にける円弧部と対向している。これらのビームＡ１、Ａ２はミラー１１２ａに当たって折り返され、ＰＢＳ１１１ｂに入射する。

ルーフプリズムペア１１３ｂを構成する２つのルーフプリズムは、これらの稜線が向き合うように配置されている。一方のルーフプリズムの稜線は、他方のルーフプリズムの稜線と平行である。本実施の形態では、これらの稜線は紙面に平行な上下方向に伸びる。すなわち、ルーフプリズムペア１１３ｂのルーフプリズムの稜線の伸びる方向は、ルーフプリズムペア１１３ａのルーフプリズムの稜線が伸びる方向と直交する。つまり、ルーフプリズムペア１１３ｂは、ルーフプリズムペア１１３ａを光軸方向周りに９０度回転した向きに配置されている。

ＰＢＳ１１１ａで反射したＳ波はミラー１１２ｂに当たって折り返され、ルーフプリズムペア１１３ｂを通過する。Ｓ波は、ルーフプリズムペア１１３ｂで半円状の２本のビームＢ１、Ｂ２に分割される。本実施の形態では、Ｓ波は紙面に垂直な方向に２分割される。ビームＢ２の断面形状は、ビームＢ１の断面形状を左右に反転させた形状となっている。ビームＢ１の断面形状における円弧部は、ビームＢ２の断面形状における円弧部と対向している。これらのビームＢ１、Ｂ２は、ＰＢＳ１１１ｂに入射する。

このように、ビーム整形部１１０によって、１本のビームが分割されて４本のビームが形成される。ビームＡ１、Ａ２の偏光方向は同じであり、ビームＢ１、Ｂ２の偏光方向は同じである。ビームＡ１、Ａ２の偏光方向とビームＢ１、Ｂ２の偏光方向とは、互いに直交する。

１／２波長板１３０の光学的な位置は、ＥＵＶマスク１０６のパターン面と共役な位置になっている。すなわち、互いに直交した偏光方向の直線偏光を含む反射照明光１０３ａが形成される位置は、ＥＵＶマスク１０６のパターン面と共役な光学位置になっている。これにより、互いに直交した偏光方向で近接した２本のレーザ光を含む反射照明光１０３ａの形成される位置が、対物レンズ１０５と、レンズ１０１ｄとで形成される投影光学系によってパターン面に投影される。１／２波長板１３０の配置される位置は、一般的に視野絞りが配置される位置である。

ＥＵＶマスク１０６のパターン面においては、互いに直交した偏光方向の２つの直線偏光のレーザ光が近接した異なる領域に照射されるようになる。本実施の形態のパターン検査装置１００では、パターン面に照射される２つのレーザ光は、ビーム整形部１１０によりそれぞれ２本のビームに分割されている。このため、互いに直交した偏光方向の２つのレーザ光がそれぞれ照射される近接した２つの領域には、それぞれ２本のビームが入射する。

ここで、照明光の照射状態について、図３を参照して説明する。図３において、ビームＢ１、Ｂ２が分割されている方向をＸ方向、ビームＡ１、Ａ２が分割されている方向をＹ方向、ＥＵＶマスク１０６のパターン面に垂直な方向をＺ方向とする。図３に示すように、ＥＵＶマスク１０６のパターン面の対物レンズ１０５の視野１０５ａ内には、Ｐ波であるビームＡ１、Ａ２の照明領域ＡとＳ波であるビームＢ１、Ｂ２の照明領域Ｂとが形成される。照明領域Ａは、ビームＡ１、Ａ２からなる偏光ダイポール照明により照明され、照明領域Ｂは、ビームＢ１、Ｂ２からなる偏光ダイポール照明により照明される。ただし、ＥＵＶマスク１０６に対して斜めから照射されるビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の偏光方向に関してＥＵＶマスク１０６のパターン面に対して定義する場合は、全てＳ波となる。

図３に示す例では、ビームＡ１、Ａ２は、Ｚ−Ｙ平面において、ＥＵＶマスク１０６の法線に対して略等しい角度で、ＥＵＶマスク１０６に照射される。ビームＡ１、Ａ２の偏光方向は、ＥＵＶマスク１０６のパターン面のＸ方向に対して平行である。ビームＢ１、Ｂ２は、Ｘ−Ｚ平面において、ＥＵＶマスクの法線に対して略等しい角度で、ＥＵＶマスク１０６に照射される。ビームＢ１、Ｂ２の偏光方向は、ＥＵＶマスク１０６のパターン面のＹ方向に対して平行である。

すなわち、パターン検査装置１００では、照明領域ＡにおけるＸ方向の偏光ダイポール照明と、照明領域ＢにおけるＹ方向の偏光ダイポール照明とが実現できる。また、一般的なパターン検査装置と同様に、パターン面がＴＤＩカメラ１２０ａ、１２０ｂに投影されるように、対物レンズ１０５と投影レンズ１０８とが配置されている。本実施形態では、ＴＤＩカメラ１２０ａ、１２０ｂの直前に空間分割ミラー１０９を配置している。これにより、それぞれの照明領域Ａ、Ｂ中の検査領域からの光がＴＤＩカメラ１２０ａ、１２０ｂにそれぞれ投影される。図１に示す例では、ＴＤＩカメラ１２０ａにＳ波が入射し、ＴＤＩカメラ１２０ｂにＰ波が入射するように空間分割ミラー１０９が配置されている。異なる２台のＴＤＩカメラの一方ではＸ方向のパターンが検出され、他方ではＹ方向のパターンが検出される。そして、ＴＤＩカメラ１２０ａ、１２０ｂによって取得された画像に基づいて欠陥検査が行われる。

以上説明したように、本発明の検査装置では、直交する２つの直線偏光のレーザ光のそれぞれでマスク上の異なる領域を照明することができる。また、それぞれの領域では、２本のビームによりダイポール照明が形成されている。さらに、それぞれの領域は異なる２台のＴＤＩカメラのそれぞれで観察できる。通常、ＥＵＶマスク１０６のパターンは、直交する縦方向と横方向のパターンで構成されることが多い。パターン検査装置１００では、それぞれのパターンに平行な方向の偏光方向の偏光ダイポール照明により、検査を行うことが可能となる。これにより、パターンの方向に依存せず、縦方向、横方向いずれのパターンに対しても、高感度で検査を行うことが可能となる。

図２に示すように、パターン検査装置１００で用いられるビーム整形部１１０においては、反射照明光１０３ｂのビーム整形部１１０への入射方向と、ビーム整形部１１０からの反射照明光１０３ｃの出射方向が直交している。Ｐ波とＳ波による光路は、矩形状となっている。矩形状の光路において、一方の対向する２つの角にはそれぞれＰＢＳ１１１ａ、１１１ｂが配置され、他方の対向する２つの角にはそれぞれミラー１１２ａ、１１２ｂが配置される。ＰＢＳ１１１ａで反射照明光１０３ｂがＰ波とＳ波とに分けられ、ＰＢＳ１１１ｂで再び合体するまでの間に、Ｐ波はミラー１１２ａを経由し、Ｓ波はミラー１１２ｂを経由する。従って、Ｐ波の光路長とＳ波の光路長とは等しい。

このように、ビーム整形部１１０におけるＰ波とＳ波の光学距離が等しいため、Ｐ波とＳ波の２種類の照明光の照明状態がＥＵＶマスク１０６のパターン面において異なることがない。これにより、ＥＵＶマスク１０６におけるパターンの方向に依存せず、高い感度で欠陥検出を行うことが可能になる。

なお、図４に示すように、入射光と出射光とが直交せずに、平行になるように光学備品を配置したビーム整形部３１０を用いてもよい。図４に示すビーム整形部３１０では、Ｐ波とＳ波による光路は、矩形状となっている。矩形状の光路において、Ｐ波の光路に沿った一方の隣接する２つの角にはそれぞれＰＢＳ３１１ａ、３１１ｂが配置され、Ｓ波の光路に沿った２つの角にはそれぞれミラー３１２ａ、３１２ｂが配置される。すなわち、一方の対向する２つの角にはＰＢＳ３１１ａ、ミラー３１２ｂがそれぞれ配置され、他方の対向する２つの角には、ＰＢＳ３１１ｂ、ミラー３１２ａがそれぞれ配置される。

図４に示すビーム整形部３１０では、ＰＢＳ３１１ａで光路が曲げられたＳ波が、ＰＢＳ３１１ｂで再びＰ波と合体するまでの間に、ミラー３１２ａ、３１２ｂを経由する。すなわち、Ｓ波の光路が、迂回することとなる。従って、Ｐ波の光路長とＳ波の光路長とは異なり、図４に示す例では、Ｓ波の光路がＰ波の光路よりも長くなる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るパターン検査装置について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２に係るパターン検査装置２００の照明光学系全体の構成を示す図である。パターン検査装置２００は通常のフォトマスクを検査する装置である。パターン検査装置２００はフォトマスクに対して透過照明を行う。

図５に示すように、パターン検査装置２００は、レンズ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、ホモジナイザー２０２、コンデンサレンズ２０４、対物レンズ２０５、ミラー２０７ａ、２０７ｂ、投影レンズ２０８、空間分割ミラー２０９、ビーム整形部１１０、ＴＤＩカメラ２２０ａ、２０２ｂ、１／２波長板２３０を備えている。

図示しないレーザ装置から直線偏光のレーザ光Ｌ２が出射される。レーザ光Ｌ２は、レンズ２０１ａによって集光され、ホモジナイザー２０２に入射し、この内部で全反射を繰り返しながら進む。ホモジナイザー２０２の出射面では、均一な光強度分布のビームが形成される。

ホモジナイザー２０２から出射されたレーザ光Ｌ２は、レンズ２０１ｂを通る。これにより、レーザ光Ｌ２は平行ビームに戻される。平行ビームとなったレーザ光Ｌ１は、ミラー２０７ａで折り返され、レンズ２０１ｃを通り集光される。すなわち、レンズ２０１ｂとレンズ２０１ｃとによって、ホモジナイザー２０２の出射端での像がレンズ２０１ｃの集光部、すなわち、視野絞りの位置に投影される。

レンズ２０１ｃの集光部の位置には、１／２波長板２３０が配置されている。すなわち、１／２波長板２３０は、ホモジナイザー２０２の出射面と共役な位置に配置される。１／２波長板２３０は、レンズ２０１ｃの集光部におけるビーム断面の半分の位置まで挿入されている。すなわち、レンズ２０１ｃにより集光されるレーザ光Ｌ１の半分が１／２波長板２３０を通過する。

本実施の形態では、１／２波長板２３０が、ビーム断面の下半分に配置された例を示している。ビーム断面の下半分が１／２波長板２３０を通過し、上半分は通過しない。その結果、ビーム断面の上半分と下半分とで異なる直交する２つの方向の直線偏光を含む透過照明光２０３ａが生成される。レーザ装置から取り出される１本のレーザ光は２分割され、片方のみが１／２波長板１３０を通過する。これにより、互いに直交した偏光方向で近接した２本のレーザ光を含む透過照明光２０３ａを形成することができる。

透過照明光２０３ａは、レンズ２０１ｄを通って平行ビームに戻される。平行ビームに戻された透過照明光２０３ｂは、ビーム整形部１１０に入射する。ただし、透過照明光２０３ｂはレンズ２０１ｄを経由しているため、ビーム整形部１１０へ入射直前の透過照明光２０３の偏光状態は、そのビーム断面内でほぼ平均化されている。ビーム整形部１１０としては、実施の形態１において用いられるものと同じ図２に示すものが用いられる。

ビーム整形部１１０から出射される透過照明光２０３ｃは、コンデンサレンズ２０４を通過することで、フォトマスク２０６上の微小領域に集光する。フォトマスク２０６において、透過照明光２０３ｃが照射される領域内に検査領域が設定される。この検査領域から発生する光は、パターン情報を有する回折光である。回折光の内、対物レンズ２０５を通る回折光Ｄ２１は、ミラー２０７ｂで折り返され、投影レンズ２０８を通過する。

投影レンズ２０８を通過した回折光Ｄ２２は空間分割ミラー２０９の位置に到達する。空間分割ミラー２０９は、回折光Ｄ２２を構成するビームの半分のみが入射するように挿入されている。空間分割ミラー２０９に当たらない半分の回折光Ｄ２２はＴＤＩカメラ２２０ａのセンサー面２２１ａに到達する。空間分割ミラー２０９に当たる残りの半分の回折光Ｄ２２は、ＴＤＩカメラ２２０ｂのセンサー面２２１ｂに当たる。フォトマスク２０６のパターン面において、透過照明光２０３ｃが照射される検査領域が対物レンズ２０５と投影レンズ２０８とで構成される投影光学系によって、センサー面２２１ａあるいはセンサー面２２１ｂに投影される。

１／２波長板２３０の光学的な位置は、フォトマスク２０６のパターン面と共役な位置になっている。すなわち、互いに直交した偏光方向の直線偏光を含む透過照明光２０３ａが形成される位置は、フォトマスク２０６のパターン面と共役な光学位置になっている。これにより、互いに直交した偏光方向で近接した２本のレーザ光を含む透過照明光２０３ａの形成される位置が、コンデンサレンズ２０４によってパターン面に投影される。フォトマスク２０６のパターン面においては、互いに直交した偏光方向の２つの直線偏光のレーザ光が近接した異なる領域に照射されるようになる。

また、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、ビーム整形部１１０が用いられている。本実施の形態のパターン検査装置２００では、パターン面に照射される２つのレーザ光は、ビーム整形部１１０によりそれぞれ２本のビームに分割されている。このため、互いに直交した偏光方向の２つのレーザ光がそれぞれ照射される近接した２つの領域には、それぞれ２本のビームが入射する。

従って、パターン検査装置２００では、直交する２つの方向の直線偏光の照明光がフォトマスク２０６におけるコンデンサレンズ２０４の視野内に照射される。フォトマスク２０６のパターン面の視野内には、直交する２つの方向のレーザ光によりそれぞれ照明される２つの照明領域が形成される。上述したように、各照明領域では、Ｘ方向の偏光ダイポール照明と、Ｙ方向の偏光ダイポール照明とが実現できる。各照明領域中の検査領域がＴＤＩカメラ２２０ａ、２２０ｂにそれぞれ投影される。異なる２台のＴＤＩカメラの一方ではＸ方向のパターンが検出され、他方ではＹ方向のパターンが検出される。

パターン検査装置２００では、直交する縦方向と横方向のパターンで構成されるフォトマスク２０６を、それぞれのパターンに平行な方向の偏光方向の偏光ダイポール照明により、検査を行うことが可能となる。これにパターンの方向に依存せず、いずれの方向のパターンに対しても、高感度で検査を行うことが可能となる。

ここで、本発明に係るパターン検査装置で用いられるビーム整形部１１０の代案であるビーム整形部４１０の構成について、図６を用いて説明する。図６は、ビーム整形部４１０の構成を示す図である。ビーム整形部４１０は、図１に示したパターン検査装置１００又は図４に示したパターン検査装置２００において用いることができる。

図６に示す例では、ビーム整形部４１０をパターン検査装置１００に適用した例について説明する。図６に示すように、ビーム整形部４１０は、ＰＢＳ４１１ａ、４１１ｂ、ミラー４１２ａ、４１２ｂ、空間分割ミラー４１３ａ４１３ｂを備えている。ビーム整形部４１０では、半円状のビームを形成する際に、空間分割ミラー４１３ａ、４１３ｂが用いられる。

ビーム整形部４１０に入射する反射照明光１０３ｂのビーム断面形状は略円形である。反射照明光１０３ｂは、互いに直交する２方向の直線偏光を含む。この互いに直交する２方向の直線偏光を、それぞれＰ波、Ｓ波とする。反射照明光１０３ｂはＰＢＳ４１１ａに入射することで、これを透過するＰ波と反射するＳ波とに分離される。

ＰＢＳ４１１ａを透過したＰ波は、空間分割ミラー４１３ａに到達する。空間分割ミラー４１３ａは、Ｐ波の半分のみが入射するように挿入されている。空間分割ミラー４１３ａに当たらない半分のＰ波は直進し、空間分割ミラー４１３ａに当たる残りの半分のＰ波は光路が曲げられる。

これにより、Ｐ波が断面形状は半円状の２つのビームに分割される。本実施の形態では、Ｐ波は紙面に平行な上下方向に分割される。これらの分割されたビームをＡ１、Ａ２とする。ビームＡ１、Ａ２の断面形状は同一であり、ビームの直進方向からみて円弧部が上側を向いた半円となっている。

空間分割ミラー４１３ａに当たらず直進したビームは、ミラー４１２ｅで折り返され、ＰＢＳ４１１ｂに入射する。空間分割ミラー４１３ａに当たって光路が曲げられたビームは、ミラー４１２ｃ、４１２ｅで折り返され、ＰＢＳ４１１ｂに入射する。

ＰＢＳ４１１ａで反射されたＳ波は、ミラー４１２ｂで折り返され、空間分割ミラー４１３ｂに到達する。空間分割ミラー４１３ｂは、Ｓ波の半分のみが入射するように挿入されている。空間分割ミラー４１３ｂに当たらない半分のＳ波は直進し、空間分割ミラー４１３ｂに当たる残りの半分のＳ波は光路が曲げられる。

これにより、Ｓ波が断面形状は半円状の２つのビームに分割される。本実施の形態では、Ｓ波は紙面に垂直な方向に分割される。これらの分割されたビームをＢ１、Ｂ２とする。ビームＢ１、Ｂ２の断面形状は同一であり、ビームの直進方向からみて円弧部が左側を向いた半円となっている。

空間分割ミラー４１３ｂに当たらず直進したビームは、ＰＢＳ４１１ｂに入射する。空間分割ミラー４１３ｂに当たって光路が曲げられたビームは、図示しないミラーで折り返され、ＰＢＳ４１１ｂに入射する。

このように、ビーム整形部４１０によって、偏光方向が互いに直交する２本のレーザ光がそれぞれ分割されて、４本のビームが形成される。Ｐ波から生成される２つのビームの偏光方向は同じであり、Ｓ波から生成される２つのビームの偏光方向は同じである。Ｐ波から生成される２つのビームが分割される方向とＳ波から生成される２つのビームが分割される方向は直交している。すなわち、ビーム整形部４１０を用いた場合においても、ＥＵＶマスク１０６のパターン面の視野内には、直交する２つの方向のレーザ光によりそれぞれ照明される２つの照明領域が形成され、各照明領域では、ビームＡ１、Ａ２からなるＹ方向の偏光ダイポール照明と、ビームＢ１、Ｂ２からなるＸ方向の偏光ダイポール照明が実現できる。

以上説明したように、本発明によれば、直交する縦方向と横方向のそれぞれのパターンに平行な方向の偏光方向の偏光ダイポール照明により、視野内の隣接した照明領域を夫々照射して、検査を行うことが可能となる。そして、隣接する照明領域の光学像を異なる撮像装置で撮像している。これにより、パターンが縦方向、横方向のいずれであっても、いずれかの偏光方向がパターンの方向に沿うように照明することができ、パターンの方向に依存せず、高感度で検査を行うことが可能となる。

上記のパターン検査装置を用いてマスクを検査し、マスクの欠陥を検出する。そして、マスクの欠陥を修正することによって、欠陥のないマスクが製造される。これにより、マスクの生産性を向上することができる。このような欠陥のないマスクを用いて、感光性樹脂を有する基板を露光する。そして、露光された基板を現像液で現像する。これにより、感光性樹脂を精度よくパターニングすることができる。よって、感光性樹脂がパターニングされたパターン基板を生産性よく製造することができる。さらに、感光性樹脂がレジストである場合、パターニングされた感光性樹脂を介して導電膜や絶縁膜をエッチングする。これにより、配線基板、回路基板などのパターン基板の生産性を向上することができる。

なお、上述の実施の形態では、Ｐ波、Ｓ波をそれぞれ分割して４本のビームを形成する光学部材として、ルーフプリズムペア又は空間分割ミラーを用いた例について説明したが、これに限定されるものではない。これらの代わりにアパーチャーを用いることも可能である。

また、上述の検査装置はＥＵＶマスクやフォトマスクの検査に限らず、パターンを有するパターン基板であれば利用することができる。検査の対象となる試料としては、例えば、カラーフィルタ基板などを挙げることができる。

また、実施の形態１で説明した反射照明を実現する照明光学系と実施の形態２で説明した透過照明を実現する照明光学系を組み合わせて、両方の照明方法を実現できるパターン検査装置とすることも可能である。

１００ パターン検査装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ レンズ
１０２ ホモジナイザー
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ 反射照明光
１０４ ハーフミラー
１０５ 対物レンズ
１０５ａ 視野
１０６ ＥＵＶマスク
１０７ａ、１０７ｂ ミラー
１０８ 投影レンズ
１０９ 空間分割ミラー
１１０ ビーム整形部
１１１ａ、１１１ｂ ＰＢＳ
１１２ａ、１１２ｂ ミラー
１１３ａ、１１３ｂ ルーフプリズムペア
１２０ａ、１２０ｂ ＴＤＩカメラ
１２１ａ、１２１ｂ センサー面
１３０ １／２波長板
２００ パターン検査装置
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ レンズ
２０２ ホモジナイザー
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ 透過照明光
２０４ コンデンサレンズ
２０５ 対物レンズ
２０６ フォトマスク
２０７ａ、２０７ｂ ミラー
２０８ 投影レンズ
２０９ 空間分割ミラー
２２０ａ、２２０ｂ ＴＤＩカメラ
２２１ａ、２２１ｂ センサー面
２３０ １／２波長板
３１０ ビーム整形部
３１１ ＰＢＳ
３１２ ミラー
３１３ ルーフプリズムペア
４１０ ビーム整形部
４１１ ＰＢＳ
４１２ ミラー
４１３ 空間分割ミラー
Ｌ１ レーザ光
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ２１、Ｄ２２ 回折光
Ａ、Ｂ 照明領域

Claims (13)

1. 試料と共役な位置に配置され、一部の照明光の偏光状態を変化させ、偏光方向がそれぞれ異なる第１直線偏光、第２直線偏光を含む照明光を生成する１／２波長板と、
   前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを分離する分離手段と、前記第１直線偏光を第１方向に分割して第１ビーム及び第２ビームを生成する第１分割手段と、前記第２直線偏光を前記第１方向と異なる第２方向に分割して第３ビームと第４ビームを生成する第２分割手段とを含むビーム整形部と、
   パターン基板における視野の一部である第１領域に前記第１ビームと前記第２ビームとを照射し、前記視野内において前記第１領域と異なる第２領域に前記第３ビームと前記第４ビームとを照射する光学系と、
   前記第１、第２ビームによる前記パターン基板からの光を検出する第１検出器と、
   前記第３、第４ビームによる前記パターン基板からの光を検出する第２検出器と、
   を備えるパターン基板検査装置。
2. 前記第１直線偏光の偏光方向と前記第２直線偏光の偏光方向とは直交していることを特徴とする請求項１に記載のパターン検査装置。
3. 前記第１方向と前記第２方向とは直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン検査装置。
4. 前記第１、第２ビームにより前記第１方向の偏光ダイポール照明が構成され、
   前記第３、第４ビームにより前記第２方向の偏光ダイポール照明が構成されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のパターン検査装置。
5. 前記パターン基板は、Ｘ方向、Ｙ方向に延びるパターンを有し、
   前記第１方向は前記Ｘ方向に略平行であり、前記第２方向は前記Ｙ方向に略平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
6. 前記ビーム整形部は、前記光学系の瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
7. 前記ビーム整形部における前記第１直線偏光と、前記第２直線偏光の光路長は略等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
8. 前記第１、第２の分割手段は、ルーフプリズムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
9. 前記照明光生成手段は、前記パターン基板と共役な位置に配置され、入射する光の一部の偏光状態を変化させる１／２波長板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
10. 前記１／２波長板は、前記照明光の断面の半分の位置まで挿入されている請求項９に記載のパターン検査装置。
11. 偏光方向がそれぞれ異なる第１直線偏光、第２直線偏光を含む照明光を生成し、
    前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを分離し、
    第１直線偏光を第１方向に分割して第１のビーム及び第２のビームを生成し、
    前記第２直線偏光を前記第１方向と異なる第２方向に分割して第３ビームと第４ビームを生成し、
    生成された第１、第２、第３、第４ビームを合成してパターン基板に照射し、
    前記第１、第２ビームによる前記パターン基板からの光を検出し、
    前記第３、第４ビームによる前記パターン基板からの光を検出するパターン検査方法。
12. 前記第１直線偏光の偏光方向及び前記第２直線偏光の偏光方向が、前記パターン基板に設けられたパターンに平行であることを特徴とする請求項１１に記載のパターン検査方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の検査方法によりマスクを検査し
    検査されたマスクの欠陥を修正し、
    欠陥修正されたマスクを介して基板を露光し、
    前記露光された基板を現像する現像するパターン基板の製造方法。

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