JP5635309B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（フォトマスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、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。こうした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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、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も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接回路パターンを描画する場合にも用いられる。

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。一方、最近の代表的なロジックデバイスでは、数十ｎｍの線幅のパターン形成が要求される状況になってきている。ここで、歩留まりを低下させる大きな要因としては、マスクのパターン欠陥や、露光転写時におけるプロセス諸条件の変動が挙げられる。これまでは、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い、マスクの寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動マージンを吸収することが行われてきた。このため、マスク検査においては、パターン欠陥として検出しなければならない寸法が微細化しており、極めて小さなパターンの位置誤差を検出することが必要になっている。こうしたことから、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検出する検査装置に対しては、高い検査精度が要求されている。

欠陥検出をする手法には、ダイ−トゥ−ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）検査方式とダイ−トゥ−データベース（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）検査方式がある。ダイ−トゥ−ダイ検査方式は、同一のマスク内であって、その一部分または全体に同一のパターン構成を有する複数のチップが配置されている場合に、マスクの異なるチップの同一パターン同士を比較する検査方法である。この方式によれば、マスクのパターンを直接比較するので比較的簡単な装置構成で精度の高い検査が行える。しかし、比較するパターンの両方に共通して存在する欠陥は検出することができない。一方、ダイ−トゥ−データベース検査方式は、マスク製造に使用された設計パターンデータから生成される参照データと、マスク上の実際のパターンとを比較する検査方法である。参照画像を生成するための機構が必要になるので装置が大掛かりになるが、設計パターンデータとの厳密な比較が行える。１つのマスクに１つのチップ転写領域しかない場合にはこの方法しか採れない。

ダイ−トゥ−データベース検査では、光源から出射された光が光学系を介して検査対象であるマスクに照射される。マスクはステージ上に載置されており、ステージが移動することによって照射された光がマスク上を走査する。マスクを透過または反射した光はレンズを介して画像センサ上に結像し、画像センサで撮像された光学画像は測定データとして比較部へ送られる。比較部では、測定データと参照データとが適当なアルゴリズムにしたがって比較される。そして、これらのデータが一致しない場合には欠陥ありと判定される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１１２１７８号公報

ステージ位置の測定には、レーザ干渉計が用いられる。レーザ干渉計では、使用するレーザ光の波長が距離測定の基準となる。レーザ光の波長は、それが伝播する媒質の屈折率によって変化する。検査装置のステージ位置測定に使用されるレーザ干渉計の場合、レーザ光が伝播する媒質は空気であり、その屈折率は大気圧変化や温度変化などによって変化する。このため、例えば、大気圧センサで気圧変化をモニタし、大気圧変化による波長変化が原因となる測定誤差分を補正することが行われる。

しかし、気圧センサや温度センサなどによる測定誤差補正のみでは、レーザ干渉計の光路中の局所的な気圧や温度の変化による測定値のゆらぎを完全に補正することはできない。また、レーザ干渉計の光路中の空気ゆらぎによる測定誤差は、光路長が長くなるにつれ増大する。光路長はステージの可動ストロークに応じて長さが必要となるので、検査対象が大きくなりステージの可動ストロークが伸びると、空気ゆらぎによる影響はさらに深刻なものとなる。

このような空気ゆらぎによる測定誤差は、レーザ干渉計による測定信号のＡＣ成分と考えることができる。ＡＣ成分の平均値は０になるので、十分な時間平均をとることで測定信号から除去可能である。しかし、時間平均をとるために測定値をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通すと、時間遅れを生じて高速で移動するステージの位置測定をすることができなくなる。

一方、ステージ位置の測定にリニアスケールが用いられることもある。リニアスケールは、目盛が形成されたスケール部と、このスケール部の目盛を読み取る位置センサとを有する。ステージに固定された目盛に光を照射し、位置センサでその変位量を測定することで、ステージの位置を把握できる。リニアスケールは、空気ゆらぎによる影響を受けないので、短時間で見れば測定誤差が小さい。しかし、長時間の測定中に測定環境の温度が変化すると、スケール部を構成する材料の熱膨張率に依存して長さが変化し、真の値が表示されなくなる。実質的にこれは、ＤＣ成分による誤差と考えることができる。

このように、レーザ干渉計ではＡＣ成分誤差、リニアスケールではＤＣ成分誤差というように、それぞれの測定器が誤差を含むので、いずれの測定方式を用いても誤差を含むことが避けられなかった。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、測定誤差を最小限にしてステージ位置を正確に測定することのできる検査装置および検査方法を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、試料に光を照明して得られる像を光学系を介して画像センサに結像し欠陥の有無を判定する検査装置において、
試料が載置されるステージと、
ステージの位置を測定する第１の測定手段と、
ステージの位置を測定する第２の測定手段と、
第１の測定手段で測定された測定値の内のＡＣ成分を減衰させてＤＣ成分を透過させる第１のフィルタと、
第１のフィルタと相補的関係にあり、第２の測定手段で測定された測定値の内のＤＣ成分を減衰させてＡＣ成分を透過させる第２のフィルタと、
第１のフィルタの出力値と第２のフィルタの出力値とを合成し、得られた合成値を出力する合成部とを有することを特徴とするものである。

本発明の第１の態様において、第１のフィルタはローパスフィルタであり、
第２のフィルタはハイパスフィルタであることが好ましい。

本発明の第１の態様において、第１の測定手段はレーザ干渉計であり、
第２の測定手段はリニアスケールであることが好ましい。

本発明の第２の態様は、試料に光を照明して得られる像を光学系を介して画像センサに結像し欠陥の有無を判定する検査方法において、
ステージの位置を第１の測定手段で測定する工程と、
ステージの位置を第２の測定手段で測定する工程と、
第１の測定手段で測定された測定値を、この測定値の内のＡＣ成分を減衰させてＤＣ成分を透過させる第１のフィルタに入力する工程と、
第２の測定手段で測定された測定値を、第１のフィルタと相補的関係にあり、且つ、この測定値の内のＤＣ成分を減衰させてＡＣ成分を透過させる第２のフィルタに入力する工程と、
第１のフィルタの出力値と第２のフィルタの出力値とを合成し、得られた合成値を出力する工程とを有することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様において、第１の測定手段はレーザ干渉計であり、
第２の測定手段はリニアスケールであり、
第１のフィルタはローパスフィルタであり、
第２のフィルタはハイパスフィルタであることが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、測定誤差を最小限にしてステージ位置を正確に測定することのできる検査装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、測定誤差を最小限にしてステージ位置を正確に測定することのできる検査方法が提供される。

本実施の形態における検査装置の構成図である。 マスク測定データの取得手順を説明する図である。 本実施の形態における測長システムの構成図である。 座標測定値の単位応答の入力値を表す図である。 図４の入力値に対するローパスフィルタの出力値を示す図である。 図５のフィルタと相補的なフィルタの出力値を示す図である。 図５のフィルタ関数と図６のフィルタ関数を加算して得られる出力値を示す図である。 ローパスフィルタの入力値にノイズが含まれている場合の入力値と出力値との関係を示す図である。 リニアスケールによる座標測定値のハイパスフィルタからの出力値を図８のフィルタ関数に加算して得られる出力値を示す図である。 本実施の形態のステージ近傍の構成を示す平面図である。 本実施の形態によるステージの外観を説明する図の一例である。 本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。

図１は、本実施の形態における検査装置の構成図である。本実施の形態においては、フォトリソグラフィ法などで使用されるマスクを検査対象とすることができる。

図１に示すように、検査装置１００は、光学画像取得部Ａと制御部Ｂを有する。尚、図１では、要部となる構成成分を記載しているが、マスクを検査するのに必要な他の公知成分が含まれていてもよい。また、本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース検査方式を例にしているが、ダイ−トゥ−ダイ検査方式であってもよい。この場合には、マスク内の異なる領域にある同一パターンの一方の光学画像を基準画像として取り扱う。

光学画像取得部Ａは、光源１０３と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ方向）に移動可能なＸＹθステージ１０２と、透過照明系を構成する照明光学系１７０と、拡大光学系１０４と、フォトダイオードアレイ１０５と、センサ回路１０６と、測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。

制御部Ｂでは、検査装置１００の全体の制御を司る制御計算機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、参照回路１１２、展開回路１１１、オートローダ制御回路１１３、ステージ制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。ＸＹθステージ１０２は、ステージ制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびθ軸モータによって駆動される。これらのモータには、例えば、ステップモータが用いられる。

検査装置１００では、光学画像取得部Ａによって、フォトマスク１０１の光学画像、すなわち、マスク測定データが取得される。ここで、マスク測定データは、設計パターンに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスクの画像である。マスク測定データの具体的な取得方法は、例えば、次に示す通りである。

検査対象となるフォトマスク１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向および回転方向に移動可能に設けられたＸＹθステージ１０２上に載置される。そして、フォトマスク１０１に形成されたパターンに対し、ＸＹθステージ１０２の上方に配置された光源１０３から光が照射される。より詳しくは、光源１０３から照射される光束が、照明光学系１７０を介してフォトマスク１０１に照射される。フォトマスク１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５およびセンサ回路１０６が配置されている。フォトマスク１０１を透過した光は、拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像する。ここで、拡大光学系１０４は、図示しない自動焦点機構によって自動的に焦点調整がなされるように構成されていてもよい。さらに、図示しないが、検査装置１００は、フォトマスク１０１の下方から光を照射し、反射光を拡大光学系を介して第２のフォトダイオードアレイに導き、透過光と反射光を同時に採取するように構成されていてもよい。

図２は、マスク測定データの取得手順を説明するための図である。

検査領域は、図２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２０に仮想的に分割され、さらにその分割された各検査ストライプ２０が連続的に走査されるようにＸＹθステージ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。フォトダイオードアレイ１０５には、図４に示されるようなスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。第１の検査ストライプ２０における画像を取得すると、今度はＸＹθステージ１０２が逆方向に移動しながら、第２の検査ストライプ２０について同様にスキャン幅Ｗの画像が連続的に入力される。第３の検査ストライプ２０については、第２の検査ストライプ２０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２０における画像を取得した方向に移動しながら取得する。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。

フォトダイオードアレイ１０５に結像したパターンの像は、光電変換された後、さらにセンサ回路１０６でＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ１０５には、画像センサが設けられている。画像センサの例としては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが挙げられる。例えば、ＸＹθステージ１０２がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってフォトマスク１０１のパターンが撮像される。

ＸＹθステージ１０２は、制御計算機１１０の制御の下、ステージ制御回路１１４によって駆動され、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。Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータには、例えば、ステップモータが用いられる。ＸＹθステージ１０２の移動位置は、測長システム１２２により測定されて位置回路１０７に送られる。また、ＸＹθステージ１０２上のフォトマスク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、検査終了後には自動的に排出されるようになっている。

図３は、本実施の形態における測長システム１２２の構成図である。本実施の形態では、ＸＹθステージ１０２の位置をレーザ干渉計２０１（第１の測定手段）とリニアスケール２０２（第２の測定手段）を用いて測定する。レーザ干渉計２０１で測定された測定値は、位置演算部２０３で位置成分のデータに変換された後、所定のカットオフ周波数に設定されたローパスフィルタ（ＬＰＦ；第１のフィルタ）２０４を通過する。一方、リニアスケール２０２で測定された測定値は、位置演算部２０３で位置成分のデータに変換された後、所定のカットオフ周波数に設定されたハイパスフィルタ（ＨＰＦ；第２のフィルタ）２０５を通過する。ローパスフィルタ２０４を通過したデータと、ハイパスフィルタ２０５を通過したデータとは、合成部の一例となる加算器２０６で加算されて合成される。得られた合成値は、図１の位置回路１０７に入力される。

一般に、時系列データへのフィルタ処理は、Ｚ変換による関数で表現される。すなわち、入力データおよび出力データともにＺ変換で表現され、また、フィルタ関数は、入力データのＺ変換と出力データのＺ変換の比率で表現される。

あるローパスフィルタ（ＬＰＦ）をＦ（Ｚ）と表現した場合、このフィルタの相補的なフィルタであるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）は、１−Ｆ（Ｚ）と表現される。そして、これら一対のフィルタの出力値を加算した値は、加算されたフィルタ関数で表現され、Ｆ（Ｚ）＋｛１−Ｆ（Ｚ）｝＝１となる。

例えば、マスクと、拡大光学系を構成する対物レンズとの相対的な位置座標を（ｘ，ｙ）とする。座標ｘについて行うローパスフィルタとハイパスフィルタによるフィルタ処理は、それぞれ次式で表される。尚、ε_ＡＣはＡＣ成分による誤差であり、ε_ＤＣはＤＣ成分による誤差である。

ＬＰＦ（ｘ＋ε_ＡＣ）＝ＬＰＦ（ｘ）＋ＬＰＦ（ε_ＡＣ） （１）
ＨＰＦ（ｘ＋ε_ＤＣ）＝ＨＰＦ（ｘ）＋ＨＰＦ（ε_ＤＣ） （２）

ここで、ＬＰＦ（ε_ＡＣ）とＨＰＦ（ε_ＤＣ）は、それぞれＬＰＦ（ｘ）、ＨＰＦ（ｘ）に比べて十分に小さいので、ＬＰＦ（ε_ＡＣ）≒０、ＨＰＦ（ε_ＤＣ）≒０と考えることができる。したがって、式（１）と式（２）の各右辺を加算した値は式（３）のようになる。

ＬＰＦ（ｘ）＋ＨＰＦ（ｘ）＋ＬＰＦ（ε_ＡＣ）＋ＨＰＦ（ε_ＤＣ）
＝ＬＰＦ（ｘ）＋ＨＰＦ（ｘ） （３）

ローパスフィルタとハイパスフィルタは線形フィルタであるので、式（３）は式（４）のように変形できる。

ＬＰＦ（ｘ）＋ＨＰＦ（ｘ）＝（ＬＰＦ＋ＨＰＦ）（ｘ） （４）

ここで、ローパスフィルタとハイパスフィルタとは相補的な関係にあるので、ＬＰＦ＋ＨＰＦ＝１の関係が成立する。したがって、式（４）は式（５）のようになる。

（ＬＰＦ＋ＨＰＦ）（ｘ）＝ｘ （５）

このように、座標ｘの測定値（ｘ＋ε）（ε：測定誤差）に対して、ローパスフィルタと、これと相補的なハイパスフィルタとを用いてフィルタ処理を行うことで、測定値から誤差を低減することができる。尚、座標ｙについても同様である。

一例として、アナログフィルタとして５次のバタワースフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ Ｆｉｌｔｅｒ）を考える。

図４は、単位応答の入力値を表している。横軸は任意の単位で表現される時間であり、縦軸はレーザ干渉計による座標測定値である。この入力値に対するローパスフィルタの出力値を図５に示す。また、図５に示すローパスフィルタと相補的なハイパスフィルタのステップ応答を図６に示す。図５のフィルタ関数と図６のフィルタ関数を加算すると、図４に示す入力値と同じものが得られる。この関係を図７に示す。

以上の前提を基に、ローパスフィルタへの入力値のみにノイズが含まれている場合について考える。このとき、ローパスフィルタへの入力値と出力値との関係は、図８のようになる。図８から分かるように、時間平均をとることでノイズ成分は減衰するものの、ローパスフィルタの通過により時間遅れが生じて応答が遅くなり、最終的な誤差は大きくなっている。

図９は、リニアスケールによる座標測定値をハイパスフィルタに入力し、その出力値を図８のフィルタ関数に加算したものである。図８で応答の遅い成分がハイパスフィルタの出力値により補完されるので、最終的に得られる値の精度は高いものとなる。

このように、レーザ干渉計２０１とリニアスケール２０２の各測定値に対してフィルタ処理を行うことで、それぞれの誤差を低減することができる。したがって、測定環境の温度や圧力が変動しても測定精度を維持することが可能である。尚、本実施の形態において、測定値のサンプリング間隔や各フィルタの周波数特性などは、検査装置毎に適宜最適化される。

図１０は、図１のＸＹθステージ１０２近傍の構成を示す平面図の一例である。

図１０に示すように、本実施の形態における第１の測定手段であるレーザ干渉計は、ＸＹθステージ１０２のＹ方向の位置を測定する第１のレーザ干渉計３００ａと、ＸＹθステージ１０２のＸ方向の位置を測定する第２のレーザ干渉計３００ｂとで構成される。尚、これらのレーザ干渉計は、例えば、ヘテロダイン干渉計とすることができる。

第１のレーザ干渉計３００ａにおいて、レーザヘッド１０７ａから出射したレーザ光は、ミラー４０２で曲げられてビームスプリッタ４０３に入射する。そして、レーザ光は、ビームスプリッタ４０３で参照光と測定光に分けられた後、それぞれインターフェロメータ４０４、４０６に入射する。インターフェロメータ４０４、４０６は、内部に半透鏡を有していて、この半透鏡によって入射した光を異なる２つの光路に分ける。ここでは、参照光の一方をリファレンスミラー４０５に入射させ、測定光の一方をＸＹθステージ１０２に取り付けられたミラー３ａに入射させる。そして、これらのミラーによって反射された反射光を観測している。

第２のレーザ干渉計３００ｂも第１のレーザ干渉計３００ａと同様であり、レーザヘッド１０７ｂから出射したレーザ光は、ミラー４０８で曲げられてビームスプリッタ４０９に入射する。そして、レーザ光は、ビームスプリッタ４０９で参照光と測定光に分けられた後、それぞれインターフェロメータ４１０、４１２に入射する。インターフェロメータ４１０は、リファレンスミラー４１１に参照光を入射させ、インターフェロメータ４１２は、ＸＹθステージ１０２に取り付けられたミラー３ａに測定光を入射させる。そして、これらのミラーによって反射された反射光によって、受光素子上に干渉像が作られる。

図１の検査装置１００は、第２の測定手段として、ＸＹθステージ１０２のＸ方向およびＹ方向の位置を測定するリニアスケールを備える。リニアスケールは、ＸＹθステージ１０２上のＸ位置を測定するリニアスケール１６ａと、Ｙ位置を測定するリニアスケール１６ｂとで構成される。リニアスケール１６ａは、ものさしとなるスケール（目盛）１６ａ_１と、スケール１６ａ_１から位置情報を取得する検出器１６ａ_２とで構成される。同様に、リニアスケール１６ｂも、スケール１６ｂ_１と検出器１６ｂ_２とで構成される。リニアスケールとしては、例えば、光信号をデジタルの電気信号に変換する光電式のものを用いることができる。具体的には、発光素子からの光を複数の走査窓に分け、各窓に対応する受光素子（フォトダイオード）により、格子状のスケールを透過（または反射）した光の光量変化に応じた正弦波信号が生成される。各窓から生成される正弦波信号は位相が９０度ずつずれており、この位相差を持つ複数の正弦波信号によって移動量が算出される。

図１１は、本実施の形態によるステージの外観を説明する図の一例である。この図に示すように、ステージ７０１は、基台７０２の上でＸ方向に移動可能な構成となっている。また、基台７０２は基台７０４上に固定されており、基台７０４がレール７０３上で移動可能な構成となっていることで、ステージ７０１はＹ方向に移動可能である。符号７０５ａ，７０５ｂはミラー、符号７０６ａ，７０６ｂはレーザ干渉計であり、図１０で説明したようにしてステージ７０１の位置を測定する。すなわち、ミラー７０５ａとレーザ干渉計７０６ａによってステージ７０１のＸ方向の位置が測定され、ミラー７０５ｂとレーザ干渉計７０６ｂによってステージ７０１のＹ方向の位置が測定される。一方、符号７０７ａ，７０７ｂはリニアスケールを構成するスケールであり、符号７０８ａ、７０８ｂは検出器である。スケール７０７ａと検出器７０８ａによってステージ７０１のＸ方向の位置が測定され、スケール７０７ｂと検出器７０８ｂによってステージ７０１のＹ方向の位置が測定される。

本実施の形態の検査装置において、データベース方式の基準データとなる設計パターンデータは、図１の磁気ディスク装置１０９に格納されており、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１１１に送られる。展開回路１１１では、設計パターンデータがイメージデータ（ビットパターンデータ）に変換される。その後、このイメージデータは、参照回路１１２に送られて、基準画像となる参照画像の生成に用いられる。

図１２は、本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。

図１２に示すように、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータ５０１は、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データ５０２に変換される。設計中間データ５０２には、レイヤ（層）毎に作成されて各マスクに形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、検査装置１００は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、検査装置１００の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各検査装置に固有のフォーマットデータ５０３に変換された後に検査装置１００に入力される。尚、フォーマットデータ５０３は、検査装置１００に固有のデータとすることができるが、描画装置と互換性のあるデータとしてもよい。

フォーマットデータ５０３は、図１の磁気ディスク装置１０９に入力される。すなわち、フォトマスク１０１のパターン形成時に用いた設計パターンデータは、磁気ディスク装置１０９に記憶される。

設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものである。磁気ディスク装置１０９には、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ，ｙ）、辺の長さ、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あって、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る。

さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する百ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。

入力された設計パターンデータは、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によって読み出される。

展開回路１１１は、設計パターンを図形毎のデータにまで展開し、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値ないしは多値の設計画像データを展開する。展開された設計画像データは、センサ画素に相当する領域（マス目）毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算する。そして、各画素内の図形占有率が画素値となる。

上記のようにして２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換された設計パターンデータは、次に参照回路１１２に送られる。参照回路１１２では、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに対して適切なフィルタ処理が施される。

次に、参照回路１１２におけるフィルタ処理について説明する。

後述する、センサ回路１０６から得られた光学画像としてのマスク測定データ５０４は、光学系の解像特性やフォトダイオードアレイのアパーチャ効果等によってぼやけを生じた状態、言い換えれば空間的なローパスフィルタが作用した状態にある。したがって、画像強度（濃淡値）がデジタル値となった、設計側のイメージデータであるビットパターンデータにもフィルタ処理を施すことで、マスク測定データ５０４に合わせることができる。このようにしてマスク測定データ５０４と比較する参照画像を作成する。

上述したように、本実施の形態では、ＸＹθステージ１０２の位置をレーザ干渉計２０１とリニアスケール２０２を用いて測定する。レーザ干渉計２０１で測定された測定値は、図３の位置演算部２０３で位置成分のデータに変換された後にローパスフィルタ２０４を通過する。一方、リニアスケール２０２で測定された測定値は、位置演算部２０３で位置成分のデータに変換された後にハイパスフィルタ２０５を通過する。ローパスフィルタ２０４を通過したデータと、ハイパスフィルタ２０５を通過したデータとは、加算器２０６で加算されて合成され、得られた合成値は位置回路１０７に入力される。

位置回路１０７から出力されたＸＹθステージ１０２上でのフォトマスク１０１の位置を示すデータは、センサ回路１０６から出力されたマスク測定データ５０４（以下、単に光学画像とも言う。）とともに、比較回路１０８に送られる。マスク測定データ５０４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。また、上述した参照画像も比較回路１０８に送られる。

比較回路１０８では、光学画像と参照画像の比較を行う前に、これらの画像におけるパターンの位置合わせが行われる。その後、欠陥検出部１０８ｂにおいて、これらの画像を比較した上でのパターンの欠陥検出処理が行われる。

欠陥検出部１０８ｂでは、センサ回路１０６から送られたマスク測定データ５０４と、参照回路１１２で生成した参照画像とが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。比較は、透過画像のみ、反射画像のみ、または、透過と反射を組み合わせたアルゴリズムで行われる。また、欠陥の性状に応じて複数のアルゴリズムが選択される。各アルゴリズムには閾値がそれぞれ設定されており、その閾値を超える反応値を有するものが欠陥として検出される。この場合、まず、アルゴリズムに対して暫定的な閾値が設定され、この閾値に基づいて行った欠陥検査結果が、後述するレビュー工程でレビューされる。この処理を繰り返し、十分な欠陥検出感度が得られたと判定されると、上記暫定的な閾値がアルゴリズムの閾値として決定される。

比較の結果、マスク測定データ５０４と参照画像の差異が閾値を超えた場合に、その箇所を欠陥と判断する。欠陥と判断されると、その座標と、欠陥判定の根拠となったマスク測定データ５０４および参照画像とが、マスク検査結果５０５として磁気ディスク装置１０９に保存される。

マスク検査結果５０５は、検査装置１００の外部装置であるレビュー装置５００に送られる。レビューは、オペレータによって、検出された欠陥が問題となるものであるかどうかを判断する動作である。レビュー装置５００では、欠陥１つ１つの欠陥座標が観察できるように、マスクが載置されたステージを移動させながら、マスクの欠陥箇所の画像を表示する。また同時に欠陥判定の判断条件や、判定根拠になった光学画像と参照画像を確認できるよう、画面上にこれらを並べて表示する。マスク上での欠陥とウェハ転写像への波及状況とをレビュー工程で並べて表示することで、マスクパターンを修正すべきか否かを判断するのが容易になる。尚、一般に、マスクからウェハへは１／４程度の縮小投影が行われるので、並べて表示する際にはこの縮尺も考慮する。

検査装置１００が検出した全欠陥は、レビュー装置５００で判別される。判別された欠陥情報は、検査装置１００に戻されて磁気ディスク装置１０９に保存される。そして、レビュー装置５００で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、マスクは、欠陥情報リスト５０６とともに、検査装置１００の外部装置である修正装置６００に送られる。パターン欠陥では、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって修正方法が異なるので、欠陥情報リスト５０６には、凹凸の区別を含む欠陥の種別と欠陥の座標が添付される。例えば、遮光膜を削るのか補填するのかの区別、および、修正装置で修正すべき箇所のパターンを認識するための切り出したパターンデータが添付される。ここで、パターンデータには、上述のマスク測定データ５０４を利用できる。

尚、検査装置１００自身がレビュー機能を有していてもよい。この場合には、マスク検査結果５０５が、検査装置１００のＣＲＴ１１７、または、別途準備される計算機の画面上に、欠陥判定の付帯情報とともに画像表示される。

レビュー工程では、検査結果から作成されたデータを基にモニタに欠陥が表示され、オペレータは、これが本当に問題となる欠陥であるか否かを判定するとともに欠陥を分類する。具体的には、測定データである光学画像と参照画像から比較画像が生成され、比較画像に表示された欠陥がオペレータによってレビューされる。これらの画像における画素データは、画素毎の階調値で表現される。すなわち、各画素には、２５６段階の階調値を有するカラーパレットより０階調から２５５階調のいずれかの値が与えられ、これによって描画パターンや欠陥が表示される。

以上述べたように、本実施の形態では、レーザ干渉計とリニアスケールを用いてステージの位置を測定する。レーザ干渉計で測定された測定値は、位置成分のデータに変換された後にローパスフィルタを通過する。一方、リニアスケールで測定された測定値は、位置成分のデータに変換された後にハイパスフィルタを通過する。ローパスフィルタからの出力値をハイパスフィルタからの出力値に加算することによって、レーザ干渉計の持つ誤差とリニアスケールの持つ誤差のそれぞれを低減することができる。これにより、測定環境の温度や圧力の変動による測定誤差を最小限にして、ステージ位置を正確に測定することが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

また、上記実施の形態では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができることは言うまでもない。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全てのパターン検査装置またはパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

３ａ、４０２、４０８、７０５ａ、７０５ｂ ミラー
１６ａ、１６ｂ、２０２ リニアスケール
１６ａ_１、１６ｂ_１、７０７ａ、７０７ｂ スケール
１６ａ_２、１６ｂ_２、７０８ａ、７０８ｂ 検出器
２０ 検査ストライプ
１００ 検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθステージ
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ フォトダイオードアレイ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０７ａ、１０７ｂ レーザヘッド
１０８ 比較回路
１０８ａ 位置合わせ部
１０８ｂ 欠陥検出部
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ ステージ制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ 測長システム
１３０ オートローダ
１７０ 照明光学系
２０１、７０６ａ、７０６ｂ レーザ干渉計
２０３ 位置演算部
２０４ ローパスフィルタ
２０５ ハイパスフィルタ
２０６ 加算器
３００ａ 第１のレーザ干渉計
３００ｂ 第２のレーザ干渉計
４０３、４０９ ビームスプリッタ
４０４、４０６、４１０、４１２ インターフェロメータ
４０５、４１１ リファレンスミラー
５００ レビュー装置
５０１ ＣＡＤデータ
５０２ 設計中間データ
５０３ フォーマットデータ
５０４ マスク測定データ
５０５ マスク検査結果
５０６ 欠陥情報リスト
６００ 修正装置
７０１ ステージ
７０２、７０４ 基台
７０３ レール

Claims (5)

1. 試料に光を照明して得られる像を光学系を介して画像センサに結像し欠陥の有無を判定する検査装置において、
   前記試料が載置されるステージと、
   前記ステージの位置を測定する第１の測定手段と、
   前記ステージの位置を測定する第２の測定手段と、
   前記第１の測定手段で測定された測定値の内のＡＣ成分を減衰させてＤＣ成分を透過させる第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタと相補的関係にあり、前記第２の測定手段で測定された測定値の内のＤＣ成分を減衰させてＡＣ成分を透過させる第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタの出力値と前記第２のフィルタの出力値とを合成し、得られた合成値を出力する合成部とを有することを特徴とする検査装置。
2. 前記第１のフィルタはローパスフィルタであり、
   前記第２のフィルタはハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１の測定手段はレーザ干渉計であり、
   前記第２の測定手段はリニアスケールであることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
4. 試料に光を照明して得られる像を光学系を介して画像センサに結像し欠陥の有無を判定する検査方法において、
   前記ステージの位置を第１の測定手段で測定する工程と、
   前記ステージの位置を第２の測定手段で測定する工程と、
   前記第１の測定手段で測定された測定値を、該測定値の内のＡＣ成分を減衰させてＤＣ成分を透過させる第１のフィルタに入力する工程と、
   前記第２の測定手段で測定された測定値を、前記第１のフィルタと相補的関係にあり、且つ、該測定値の内のＤＣ成分を減衰させてＡＣ成分を透過させる第２のフィルタに入力する工程と、
   前記第１のフィルタの出力値と前記第２のフィルタの出力値とを合成し、得られた合成値を出力する工程とを有することを特徴とする検査方法。
5. 前記第１の測定手段はレーザ干渉計であり、
   前記第２の測定手段はリニアスケールであり、
   前記第１のフィルタはローパスフィルタであり、
   前記第２のフィルタはハイパスフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の検査方法。

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