JP6364193B2 - 焦点位置調整方法および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点位置調整方法および検査方法に関する。

大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）などの半導体素子は、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、いわゆるステッパまたはスキャナ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することにより製造される。

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、ＬＳＩは高集積化および大容量化しており、これに伴って、要求される回路パターンも微細化している。例えば、最先端のデバイスでは、十数ｎｍの線幅のパターン形成が要求される状況となってきている。ここで、歩留まりを低下させる大きな要因に、マスクパターンの欠陥が挙げられる。ウェハ上に形成されるパターン寸法の微細化に伴い、マスクパターンの欠陥も微細化している。また、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を吸収しようとしてきたこともあり、マスク検査においては、極めて小さなパターンの欠陥を検出することが必要になっている。こうしたことから、マスクのパターンを検査する装置に対して高い検査精度が要求されている。

検査装置では、光源から出射された光が光学系を介して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。マスクで反射した光は、レンズを介してセンサに結像する。そして、センサで撮像された光学画像を基に、マスクの欠陥検査が行われる。

検査工程においては、照明光学系に配置された第１のスリットと、検査対象物であるマスクパターン面と、パターンの欠陥検査を行うセンサ面とは、すべて共役な関係、つまり焦点が合致した状態で検査を行なっているので、マスクに照射される光の焦点位置を正確に検出して焦点合わせをすることが重要となる。ここで、焦点位置調整方法として、共焦点検出方式によるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この方法の場合、光源からの光は、照明光学系に配置された第１のスリットを透過した後、対物レンズで検査対象物上に結像される。検査対象物からの反射光は、結像光学系によってセンサに入射する。具体的には、対物レンズを透過し、第１のスリットと光学的に共役な位置に置かれた第２のスリットを透過した後、センサで受光され、受光量に応じた出力が測定される。スリットの位置で像が合焦すると、光量が最大となるので、センサの出力は最大となる。一方、スリットの位置から焦点がはずれると、光量の一部がスリットで遮られるため、センサの出力は低下する。したがって、センサの出力を測定することによって、合焦位置からの検査対象物のずれ量が分かる。

特開２００７−１４８０８４号公報

ところで、微細な配線パターンが形成された検査対象物の表面にスリット状の光束が照射されると、正反射光とは異なる方向に回折光が発生する。その結果、結像光学系に配置された第２のスリットを透過する光には、正反射光と回折光の両方が含まれ得る。このとき、第２のスリットを透過する光の強度分布は、回折光がスリットを透過するところと、スリットによって遮られるところとの境界付近で変化が大きくなる。そして、この強度分布は、焦点位置が合焦位置から僅かでもずれると大きく変化するため、センサの受光面に形成されるスリット像のぼける程度も大きく変化し、対物レンズの焦点位置に検査対象物のパターン面が合うよう高精度に調整することが困難であった。

上記の問題は、検査対象物の表面に形成されたパターンの寸法に依存する。図１〜図３は、光軸と平行な方向から見た第２のスリットの平面図である。これらの図において、実線は瞳位置での０次光を、点線は＋１次回折光を、１点波線は−１次回折光を、それぞれ表している。

例えば、対物レンズの開口数ＮＡを０．７５、光源からの光の波長を２００ｎｍ、スリットの開口径を光束径の半分、すなわち、瞳径の半分としたとき、検査対象物に形成されたパターンが１μｍＬ／Ｓであると、図１に示すように、＋１次回折光と−１次回折光は０次光に殆ど重なる。このため、スリットを透過する回折光の量は、焦点位置を変えてもあまり変化しない。また、例えば、検査対象物に形成されたパターンが１００ｎｍＬ／Ｓより小さいと、図２に示すように、＋１次回折光と−１次回折光はスリットを全く透過しないため、焦点位置の変化による回折光の影響は考えなくてよい。しかし、例えば、パターンが１００ｎｍ〜１３３ｎｍＬ／Ｓであると、図３に示すように、＋１次回折光と−１次回折光は０次光と重ならずにスリットを透過する。この場合、スリットを透過する回折光の量は焦点位置によって変化することになるため、上述した問題が生じる。

近年、微細パターンを形成する技術として、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が注目されている。この技術は、ウェハ上のレジストに、ナノスケールの微細構造を有するモールド（型）を圧力印加することで、レジストに微細なパターンを形成するものである。ナノインプリント技術では、生産性を上げるために、原版となるマスターパターンを用いて、複製のパターン（ドータパターン）を複数作製し、ドータパターンを異なるナノインプリント装置に装着して使用する。ドータパターンは、マスターパターンに正確に対応するように製造される必要があり、検査工程においては、マスターパターンおよびドータパターンの双方に対して高い精度での検査が要求される。かかるパターンには、１００ｎｍＬ／Ｓ以下のものもあれば、１００ｎｍ〜１３３ｎｍＬ／Ｓのものもあるため、幅広い寸法範囲のパターンを有する試料面に対して正確に焦点位置を調整することが急務となっている。

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、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぐことのできる焦点位置調整方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぎ、それによって正確な検査を行うことのできる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、第１の光源からの光または該光より長波長である第２の光源からの光を対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
前記第１の光源からの光を、前記照明光学系に配置された第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の光強度分布を観察する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置された２つのスリットに導き、一方のスリットを透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方のスリットを透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサとによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記照明光学系の焦点位置を調整する工程と、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重なる場合、または、該回折光が前記結像光学系に配置された２つのスリットのいずれをも透過しないと判断された場合には、前記第１の光源からの光を、該２つのスリットの一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて焦点位置を調整し、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重ならずに前記結像光学系に配置された２つのスリットを透過すると判断された場合には、前記第２の光源からの光を前記第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明し、前記試料で反射した光を、該２つのスリットの一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて前記照明光学系の焦点位置を調整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１の態様において、前記第１の光源からの光の光路と前記第２の光源からの光の光路とは、前記結像光学系に設けられた光分離手段によって分離され、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重なる場合、または、該回折光が前記結像光学系に配置された２つのスリットのいずれをも透過しないと判断された場合には、前記光分離手段によって分離された前記第１の光源からの光を、該２つのスリットを構成する第２のスリットと第３のスリットに導いて、前記第２のスリットを透過した光を検出する第１の焦点位置調整用センサおよび前記第３のスリットを透過した光を検出する第２の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整し、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重ならずに前記結像光学系に配置された２つのスリットを透過すると判断された場合には、前記光分離手段によって分離された前記第２の光源からの光を、該２つのスリットを構成する第４のスリットと第５のスリットに導いて、前記第４のスリットを透過した光を検出する第３の焦点位置調整用センサおよび前記第５のスリットを透過した光を検出する第４の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整することが好ましい。

前記光分離手段は、ダイクロイックミラーとすることが好ましい。

本発明の第２の態様は、光源からの光を対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
前記光源からの光を第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の光強度分布を観察する工程と、
前記光強度分布からＸ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記分岐された光をさらに少なくとも２つに分岐し、分岐された光の１つを開口部の長手方向がＸ方向にある第２のスリットと第３のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第３のセンサおよび第４のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整し、
前記光強度分布からＹ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記少なくとも２つに分岐された他の光の１つを開口部の長手方向がＹ方向にある第４のスリットと第５のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第５のセンサおよび第６のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整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、前記第１のスリットは、Ｘ方向とＹ方向に直交する２つの開口部が組み合わされた十字形状であることが好ましい。

本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様または第２の態様による焦点位置調整方法によって焦点位置を調整する工程と、
前記焦点位置が前記試料の前記パターンが形成された面にあるよう前記試料の位置を調整する工程と、
前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して前記第１のセンサに結像し、この像を用いて前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行うことを特徴とする検査方法に関する。

本発明の第１の態様によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぐことのできる焦点位置調整方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぐことのできる焦点位置調整方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぎ、それによって正確な検査を行うことのできる検査方法が提供される。

結像光学系に配置されたスリットと、これを透過する正反射光および回折光との位置関係を示す模式図の一例である。 結像光学系に配置されたスリットと、これを透過する正反射光および回折光との位置関係を示す模式図の他の例である。 結像光学系に配置されたスリットと、これを透過する正反射光および回折光との位置関係を示す模式図の他の例である。 実施の形態１で焦点位置の調整に使用される光学系の一例である。 実施の形態２で焦点位置の調整に使用される光学系の一例である。 実施の形態２で照明光学系に配置されたスリットの平面図の一例である。 実施の形態２で結像光学系に配置されたスリットの平面図の一例である。 実施の形態２で結像光学系に配置されたスリットの平面図の他の例である。 実施の形態３における検査装置の概略構成図である。 試料に形成されたパターンの光学画像の取得手順を説明する図である。

実施の形態１．
図４を用いて、本実施の形態による焦点位置調整方法を説明する。

図４は、焦点位置の調整に使用される光学系の模式図の一例である。この光学系は、検査対象となるパターンが形成された試料９を照明する照明光学系ａと、試料９からの反射光をセンサ２５，２６，２７，２８，２９，３０の各受光面に結像または集光させる結像光学系ｂとを有する。ここで、センサ２５は、試料９のパターンの欠陥検査用の光学画像を撮像するのに用いられる。また、センサ２６，２７，２８，２９，３０は、試料９を照明する光の焦点位置を調整するのに用いられる。

検査対象となる試料には、通常、寸法の異なる複数のパターンが形成されている。上述した通り、回折光による焦点位置調整の問題は、パターンの寸法に依存する。つまり、図１や図２を用いて述べたような寸法のパターンについては、回折光の影響を考えなくてよい。しかし、図３で述べたような寸法のパターンの場合、回折光が０次光と重ならずにスリットを透過するため、焦点位置が変わると回折光の量も変化して焦点位置の調整が困難となる。

スリットの開口径と、試料に形成されたパターンの寸法とが定まっているとき、回折光がスリットを透過するか否かは、照明光の波長に依存する。したがって、図３の例のように、焦点位置の調整に回折光が影響する場合には、照明光の波長を変えることで、図１や図２の例のようにして、回折光の影響を考慮しなくて済むようにすることができる。

本実施の形態では、図４のセンサ２６において、図１〜図３に示すような瞳の強度分布を観察する。このため、センサ２６としては、２次元センサであるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサが好ましく用いられる。

ここで、１３３ｎｍＬ／Ｓのパターンを例にとり説明する。対物レンズが取り込める光線の角度θは開口数ＮＡを用いて定義され、式（１）で表される。

したがって、例えばＮＡ＝０．７５とすると、θ＝±４８．５９度になる。
一方、ライン・アンド・スペースパターンのように、方向性のある繰り返しパターンでは、式（２）の関係が成立するときの角度θで１次光が回折する。

式（２）で、λは波長を表す。また、Ｐは、繰り返しの周期であって、（Ｌ／Ｓ）の２倍の値に相当する。図３の例では、光源からの光の波長λが２００ｎｍであり、（Ｌ／Ｓ）が１３３ｎｍであるので、式（３）の関係が成立する。

式（３）の値０．７５は、対物レンズの開口数ＮＡに一致する。したがって、図３の実線で描かれた円、すなわち、瞳の中心にある０次光に対して、＋１次光と−１次光は、それぞれ瞳の端まで移動することになる。

一方、光源からの光の波長λを大きくすると、式（２）で繰り返しの周期Ｐを小さくしたのと同様となる。したがって、波長を大きくすれば、図２の例のように、＋１次回折光と−１次回折光がスリットを透過しなくなり、焦点位置の変化による回折光の影響を考えなくてよくなる。尚、結像光学系ｂの解像力は（λ／ＮＡ）に比例するので、波長λが大きくなると解像できるパターンの周期が大きくなって解像力は低下する。しかし、２波長から選択可能なように波長の異なる光源を２つ用意し、焦点位置の調整にのみ波長λの大きい光を用い、検査用の光学画像取得には波長λの小さい光を用いることとすれば、解像力の低下を招くことなく、回折光による焦点位置調整精度の低下を防ぐことが可能である。

本実施の形態において、図４の光学系は、波長λ１の光を出射する光源１と、波長λ２の光源を出射する光源２とを有する。本実施の形態では、波長λ１を２００ｎｍとし、波長λ２を２６６ｎｍとすることができる。ここでは、特定のパターンに対して波長λ１の光を照明すると、回折光が０次光と重ならずにスリットを透過することとなって、焦点位置の調整が困難となることを想定している。照明光を波長λ２（λ１＜λ２）に変えると、式（２）で繰り返しの周期Ｐを小さくしたのと同様となる。つまり、回折光がスリットを透過しなくなるので、焦点位置の調整精度を向上させることができる。波長λ１に対して、波長λ２をどのように設定するかは、上記の通りである。すなわち、対物レンズが取り込める光線の角度θは、開口数ＮＡを用いて式（１）で表される。一方、ライン・アンド・スペースパターンのように、方向性のある繰り返しパターンでは、式（２）の関係が成立するときの角度θで１次光が回折する。したがって、光源からの光の波長がλ１（λ１＝２００ｎｍ）であり、ライン・アンド・スペースパターンが（Ｌ／Ｓ）＝１３３ｎｍであれば、式（３）の関係より、ｓｉｎθ＝０．７５となって、対物レンズの開口数ＮＡに等しい値となるので、瞳の中心にある０次光に対して、＋１次光と−１次光は、それぞれ瞳の端まで移動することになる。それ故、理論的には２００ｎｍより長波長であれば＋１次光と−１次光は透過しないことになるが、実際には、所望のマージンを考慮して、例えば、本実施の形態のようにλ２＝２６６ｎｍと設定される。

例えば、光源１から波長２００ｎｍの光を試料９に照明し、センサ２６で照明光学系ａの瞳（具体的には、対物レンズ８の瞳またはこれと共役な位置における瞳を言う。以下に同じ。）の光強度分布を観察する。その結果、光強度分布が図１に示すようなものである場合には、＋１次回折光と−１次回折光が０次光に殆ど重なると考えられ、スリット２１，２２，２３，２４を透過して、センサ２７，２８，２９，３０に入射する回折光の量は、焦点位置を変えてもあまり変化しない。したがって、この光を用いて焦点位置を検出し、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後、センサ２５で試料９の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

また、センサ２６で照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察した結果、図２に示すようなものであるときには、＋１次回折光と−１次回折光はスリットを全く透過しないので、焦点位置の変化による回折光の影響は考えなくてよい。したがって、この場合にも、光源１からの光を用いて焦点位置を検出し、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後、センサ２５で試料９の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

一方、センサ２６で照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察した結果、図３に示すようなものであるときは、＋１次回折光と−１次回折光が０次光と重ならずにスリット２１，２２，２３，２４を透過する。このため、これらのスリットを透過して、センサ２７，２８，２９，３０に入射する回折光の量は、焦点位置によって変化することになる。そこで、かかる場合には、試料９を照明する光を光源１からではなく光源２からとする。すると、センサ２６で観察される光強度分布は、図２に示すようになって、＋１次回折光と−１次回折光はスリット２１，２２，２３，２４を全く透過しなくなる。よって、光源２からの光を用いて焦点位置を検出し、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後、センサ２５で試料９の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

次に、本実施の形態による焦点位置調整方法について詳述する。

図４に示すように、照明光学系ａは、第１の光源としての光源１および第２の光源としての光源２と、ダイクロイックミラー３と、レンズ４，６と、第１のスリットとしてのスリット５と、ハーフミラー７と、対物レンズ８とを有する。一方、結像光学系ｂは、対物レンズ８と、ハーフミラー７，１７，１９，２０と、レンズ１０，１１，１２，１３，１４，１５と、ミラー１６と、ダイクロイックミラー１８と、第２のスリットとしてのスリット２１，第３のスリットとしてのスリット２２，第４のスリットとしてのスリット２３，第５のスリットとしてのスリット２４と、第１のセンサとしてのセンサ２５，第２のセンサとしての２６，第１の焦点位置調整用センサとしての２７，第２の焦点位置調整用センサとしての２８，第３の焦点位置調整用センサとしての２９，第４の焦点位置調整用センサとしての３０とを有する。照明光の光路と、試料９で反射した光の光路とは、試料９からハーフミラー７まで共通している。ダイクロイックミラー３，１８は、いずれも光源１からの光を透過し、光源２からの光を反射する光分離手段である。尚、光源１からの光を反射し、光源２からの光を透過するダイクロイックミラーであってもよい。また、光分離手段は、ダイクロイックミラーに限られず、例えば、カラーＣＣＤなどであってもよい。

試料９は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能なステージ３１の上に載置されている。試料９としては、例えば、微細な回路パターンをウェハやガラス基板などに転写する際に使用されるマスク、ナノインプリントリソグラフィ技術で使用されるマスターパターンやドータパターンなどが挙げられるが、これに限られるものではなく、マスク上のパターンが転写されたウェハやガラス基板などとすることもできる。

光源１，２は、それぞれ、レーザ光源とすることができる。本実施の形態では、光源１から出射する光の波長を２００ｎｍとし、光源２から出射する光の波長を２６６ｎｍとする。

光源１から出射された光は、光軸３２に沿って伝播していく。そして、この光は、ダイクロイックミラー３およびレンズ４を透過してスリット５を照射する。その後、光の一部は、スリット５を透過し、レンズ６に入射する。スリット５の幅は、線光源に近付けるためできるだけ細くする。

レンズ６で屈折された光は、ハーフミラー７に入射する。ハーフミラー７は、例えば、光軸３２に対して４５度傾いて配置されている。ハーフミラー７は、入射した光の約半分を反射して、残りの半分を透過する。したがって、レンズ６からハーフミラー７に入射した光の一部は、試料９の方向に反射される。つまり、光軸３２は、ハーフミラー７によって９０度曲げられることになる。

ハーフミラー７で反射された照明光は、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８は、鏡筒内に複数のレンズが配置された構造とすることができる。対物レンズ８の瞳は、光源１の像を結像する。対物レンズ８は、入射した光を屈折した後、試料９を照明する。上記したように、照明光の一部は、スリット５を透過している。したがって、スリット５の像が試料９に投影されている。このとき、スリット５の像は、検査視野とは異なる領域に投影される。

試料９で反射された光は、ハーフミラー７までは照明光と共通の光路を伝播していく。すなわち、反射光は、対物レンズ８で屈折されてハーフミラー７に入射する。対物レンズ８で屈折された光は、略平行な光束となる。そして、この光の一部は、ハーフミラー７を透過してレンズ１０に入射する。

レンズ１０を透過した光の一部はミラー１６で反射して光路を曲げられ、レンズ１３に入射する。ここで、ミラー１６で反射するのは、試料９に投影されたスリット５の像の反射光となるようにする。レンズ１３は、入射した光を屈折してハーフミラー１７に入射させる。そして、ハーフミラー１７で反射した光は、センサ２６に入射する。センサ２６は、上記したように、照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察するためのものである。観察された光強度分布が、図１や図２に示すようなものであるときは、焦点位置の変化による回折光の影響は問題とならないので、光源１からの光により以下のようにして焦点位置を調節する。

ミラー１６で反射し、レンズ１３によってハーフミラー１７に入射し、ハーフミラー１７を透過した光は、ダイクロイックミラー１８を透過し、レンズ１５によってハーフミラー２０に入射する。ここで、光は、ハーフミラー２０によって分岐される。ハーフミラー２０を透過した光は、さらにスリット２３を透過した後、センサ２９に入射する。一方、ハーフミラー２０で反射した光は、スリット２４を透過した後、センサ３０に入射する。ここで、スリット２３，２４を透過し、センサ２９，３０に入射するのは、試料９に投影されたスリット５の像の反射光である。

スリット２３は、試料９の共役位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２４は、試料９の共役位置の後側に位置するようにする（後ピン）。尚、スリット２４を、試料９の共役位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２３を、試料９の共役位置の後側に位置するようにしてもよい（後ピン）。スリット２３，２４の幅は、対物レンズ８の開口数ＮＡで拡がる光束の半分、つまり、対物レンズ８の瞳径の半分に相当する値とする。センサ２９，３０には、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管などが好ましく用いられる。

センサ２９は前ピンの光量を検出する。一方、センサ３０は後ピンの光量を検出する。光の焦点位置を変えてセンサ２９の光量とセンサ３０の光量とを比較すると、焦点位置の移動量に応じて、センサ２９とセンサ３０の光量比が変化する。光量比が１：１になったところが最適な焦点位置であり、コントラストは最大となる。

一般に、前ピンとなるセンサの出力をα、後ピンとなるセンサの出力をβ、スリットなしのセンサの出力をγとすると、物体の合焦位置からの変位量Ｚは、式（４）で与えられる。

式（４）において、γは、ハーフミラー２０によって光路が分岐された後の全光量に対するセンサの出力であり、各焦点位置における正規化光量が（α／γ），（β／γ）である。物体の合焦位置からの変位量Ｚは、この正規化光量の関数として与えられる。関数ｆは、変位量Ｚに対する各焦点位置におけるぼけを幾何学的に求め、スリットを透過する割合を計算することによって求めることができる。また、変位量が既知であるテストサンプルを使用した実験によって求めることもできる。

そして、式（４）を用いて得られた変位量Ｚ、すなわち、試料９の合焦位置からの変位量を基に、ステージ３１の高さを調整する。

一方、センサ２６で観察された光強度分布が、図３に示すようなものであるときは、焦点位置の変化による回折光の影響が問題となるので、照明を光源１から光源２に切り替える。

光源２から出射された光は、光軸３２に沿って伝播していく。そして、この光は、ダイクロイックミラー３で反射し、さらにレンズ４を透過して平行光となる。その後は、光源１から出射された光と同様に、スリット５を透過し、レンズ６に入射した後、ハーフミラー７で反射して対物レンズ８に入射する。対物レンズ８は、入射した光を屈折した後、試料９を照明する。照明光は、スリット５を透過しているので、スリット５の像が試料９に投影される。このとき、試料９において、スリット５の像は、検査視野とは異なる領域に投影される。

試料９で反射された光は、ハーフミラー７までは照明光と共通の光路を伝播していく。そして、ハーフミラー７を透過した光は、レンズ１０を透過した後、ミラー１６で反射して光路を曲げられる。ここで、ミラー１６で反射するのは、試料９に投影されたスリット５の像の反射光となるようにする。次いで、レンズ１３を透過し、さらにハーフミラー１７を透過した後、ダイクロイックミラー１８で反射して、光路を曲げられる。すなわち、光源２から出射された光は、ダイクロイックミラー１８によって、光源１から出射された光とは異なる光路を進む。

ダイクロイックミラー１８で反射した光は、レンズ１４によってハーフミラー１９に入射する。ここで、光は、ハーフミラー１９によって分岐される。ハーフミラー１９を透過した光は、さらにスリット２１を透過した後、センサ２７に入射する。一方、ハーフミラー１９で反射した光は、スリット２２を透過した後、センサ２８に入射する。このとき、スリット２１，２２を透過し、センサ２７，２８に入射するのは、試料９に投影されたスリット５の像の反射光である。

スリット２１は、試料９の共役位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２２を、試料９の共役位置の後側に位置するようにする（後ピン）。尚、スリット２２を、試料９の共役位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２１を、試料９の共役位置の後側に位置するようにしてもよい（後ピン）。センサ２７，２８には、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管などが好ましく用いられる。

センサ２７は前ピンの光量を検出する。一方、センサ２８は後ピンの光量を検出する。光の焦点位置を変えてセンサ２７の光量とセンサ２８の光量とを比較すると、焦点位置の移動量に応じて、センサ２７とセンサ２８の光量比が変化する。光量比が１：１になったところが最適な焦点位置であり、コントラストは最大となる。

上記したように、物体の合焦位置からの変位量Ｚは、式（４）で与えられる。

そして、式（４）を用いて得られた変位量Ｚ、すなわち、試料９の合焦位置からの変位量を基に、ステージ３１の高さを調整する。

このように、本実施の形態では、波長λ１の光を出射する光源１と、波長λ２の光源を出射する光源２とを用意し、光源１から波長２００ｎｍの光を試料９に照明し、センサ２６で照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察する。その結果、焦点位置の変化による回折光の影響が問題とならない場合には、光源１からの光を用いて焦点位置を検出し、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後、センサ２５で試料９の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

一方、センサ２６で照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察した結果、焦点位置の調整に用いるセンサ２７，２８，２９，３０に入射する回折光の量が焦点位置によって変化する場合には、試料９を照明する光を光源１からではなく光源２からとする。そして、光源２からの光を用いて焦点位置を検出し、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後、センサ２５で試料９の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

尚、センサ２５に結像する光の光路は次のようになる。光源１または光源２から出射され、レンズ４，６を透過してハーフミラー７で反射した光は、対物レンズ８によって、検査対象となる試料９のパターンが設けられた領域を照明する。尚、この照明光は、試料９に投影されたスリット５の像とは、試料９上で重なっていない。その後、試料９で反射された光は、ハーフミラー７までは照明光と共通の光路を伝播していく。そして、ハーフミラー７を透過した光は、レンズ１０を透過した後、さらにレンズ１１，１２を透過してセンサ２５に結像する。センサ２５としては、例えば、撮像素子であるＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが挙げられる。ラインセンサには、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。

以上のようにすることにより、回折光による焦点位置調整精度の低下を防いで焦点位置を調整することが可能となる。

尚、本実施の形態では、結像光学系ｂにおいて、光源１からの光の光路と、光源２からの光の光路とを、ダイクロイックミラー１８によって分離し、光源１からの光をスリット２１，２２に導いて、スリット２１を透過した光を検出するセンサ２７と、スリット２２を透過した光を検出するセンサ２８とによって、試料９に投影されたスリット５の像の前ピンと後ピンの各光量を得て焦点位置を調整した。また、光源２からの光をスリット２３，２４に導いて、スリット２３を透過した光を検出するセンサ２９と、スリット２４を透過した光を検出するセンサ３０とによって、同様に焦点位置を調整した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、光源１からの光の光路と、光源２からの光の光路とを分岐しなくてもよい。この場合、焦点位置調整用のセンサとこれに対応するスリットとは、光源１からの光と光源２からの光とで共通になるので、装置がコンパクトになるという利点が得られる。一方、本実施の形態の構成であれば、ダイクロイックミラー１８によって光路が分かれるので、２波長同時照明が可能となる。

実施の形態２．
既に述べたように、微細な配線パターンが形成された検査対象物の表面にスリット状の光束が照射されると、正反射光とは異なる方向に回折光が発生する。その結果、結像光学系に配置されたスリットを透過する光には、正反射光と回折光の両方が含まれ得る。このとき、第２のスリットを透過する光の強度分布は、回折光がスリットを透過するところと、スリットによって遮られるところとの境界付近で大きくなる。そして、この強度分布は、焦点位置が合焦位置から僅かでもずれると大きく変化するため、センサの受光面に形成されるスリット像のぼける程度も大きく変化し、対物レンズの焦点位置に対する検査対象物のパターン面の相対位置を高精度に調整することが困難になる。

ところで、検査対象物の表面には、互いに直交する二方向にパターンが形成されていることが多く、回折光はこの二方向に発生しやすい。したがって、回折光の影響を受けにくくするには、パターンが形成されている方向と、スリット状の照明領域の長手方向とが一致しないようにすればよい。

図５は、本実施の形態による焦点位置調整方法を説明するための光学系である。

図５に示すように、照明光学系ａ’は、光源１０１と、レンズ４０１，６０１と、第１のスリットとしてのスリット５０１と、ハーフミラー７０１と、対物レンズ８０１とを有する。一方、結像光学系ｂ’は、対物レンズ８０１と、ハーフミラー７０１，１７０１，１８０１，１９０１，２００１と、レンズ１００１，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１，１５０１と、ミラー１６０１と、第２のスリットとしてのスリット２１０１，第３のスリットとしてのスリット２２０１，第４のスリットとしてのスリット２３０１，第５のスリットとしてのスリット２４０１と、第１のセンサとしてのセンサ２５０１，第２のセンサとしてのセンサ２６０１，第３のセンサとしてのセンサ２７０１，第４のセンサとしてのセンサ２８０１，第５のセンサとしてのセンサ２９０１，第６のセンサとしてのセンサ３００１とを有する。照明光の光路と、試料９０１で反射した光の光路とは、試料９０１からハーフミラー７０１まで共通している。

試料９０１は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能なステージ３１０１の上に載置されている。試料９０１としては、例えば、微細な回路パターンをウェハやガラス基板などに転写する際に使用されるマスク、ナノインプリントリソグラフィ技術で使用されるマスターパターンやドータパターンなどが挙げられるが、これに限られるものではなく、マスク上のパターンが転写されたウェハやガラス基板などとすることもできる。

光源１０１は、レーザ光源とすることができる。光源１０１から出射する光の波長は、例えば２００ｎｍとすることができる。

光源１０１から出射された光は、光軸３２０１に沿って伝播していく。そして、この光は、レンズ４０１を透過して平行光となった後、その一部がスリット５０１を透過してレンズ６０１に入射する。レンズ６０１は、入射した光を屈折して集光する結像レンズであり、光源１０１の像を結像する。すなわち、レンズ６０１は、対物レンズ８０１の瞳の位置に、光源１０１の像を結像する。

スリット５０１は、図６に示すように、Ｘ方向とＹ方向に直交する２つの開口部が組み合わされた十字形状とする。また、開口部の幅は、線光源に近付けるためできるだけ細くする。具体的には、１μｍ以下とすることが好ましい。

レンズ６０１で屈折された光は、ハーフミラー７０１に入射する。ハーフミラー７０１は、例えば、光軸３２０１に対して４５度傾いて配置されている。ハーフミラー７０１は、入射した光の約半分を反射して、残りの半分を透過する。したがって、レンズ６０１からハーフミラー７０１に入射した光の一部は、試料９０１の方向に反射される。つまり、光軸３２０１は、ハーフミラー７０１によって９０度曲げられることになる。

ハーフミラー７０１で反射された照明光は、対物レンズ８０１に入射する。対物レンズ８０１は、鏡筒内に複数のレンズが配置された構造とすることができる。対物レンズ８０１の瞳は、光源１０１の像を結像する。対物レンズ８０１は、入射した光を屈折した後、試料９０１を照明する。上記したように、照明光の一部は、スリット５０１を透過している。したがって、スリット５０１の像が試料９０１に投影されている。このとき、試料９０１において、スリット５０１の像は、検査視野とは異なる領域に投影される。

レンズ１００１を透過した光の一部はミラー１６０１で反射して光路を曲げられ、レンズ１３０１に入射する。ここで、ミラー１６０１で反射するのは、試料９０１に投影されたスリット５０１の像の反射光となるようにする。レンズ１３０１は、入射した光を屈折してハーフミラー１７０１に入射させる。そして、ハーフミラー１７０１で反射した光は、センサ２６０１に入射する。

一方、ミラー１６０１で反射し、レンズ１３０１によってハーフミラー１７０１に入射し、ハーフミラー１７０１を透過した光は、ハーフミラー１８０１によって２つに分岐される。

ハーフミラー１８０１を透過した光は、レンズ１５０１によってハーフミラー２００１に入射した後、ハーフミラー２００１によってさらに分岐される。ハーフミラー２００１を透過した光は、スリット２３０１を透過した後、センサ２９０１に入射する。一方、ハーフミラー２００１で反射した光は、スリット２４０１を透過した後、センサ３００１に入射する。ここで、スリット２３０１，２４０１を透過し、センサ２９０１，３００１に入射するのは、試料９０１に投影されたスリット５０１の像の反射光である。

スリット２３０１は、対物レンズ８０１の焦点位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２４０１は、対物レンズ８０１の焦点位置の後側に位置するようにする（後ピン）。尚、スリット２４０１を、対物レンズ８０１の焦点位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２３０１を、対物レンズ８０１の焦点位置の後側に位置するようにしてもよい（後ピン）。スリット２３０１，２４０１の幅は、対物レンズ８０１の開口数ＮＡで拡がる光束の半分、つまり、対物レンズ８０１の瞳径の半分に相当する値とする。センサ２９０１，３００１には、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管などが好ましく用いられる。

一方、ハーフミラー１８０１で反射した光は、レンズ１４０１によってハーフミラー１９０１に入射する。ここで、光は、ハーフミラー１９０１によってさらに分岐される。ハーフミラー１９０１を透過した光は、スリット２１０１を透過した後、センサ２７０１に入射する。一方、ハーフミラー１９０１で反射した光は、スリット２２０１を透過した後、センサ２８０１に入射する。このとき、スリット２１０１，２２０１を透過し、センサ２７０１，２８０１に入射するのは、試料９０１に投影されたスリット５０１の像の反射光である。

スリット２１０１は、対物レンズ８０１の焦点位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２２０１を、対物レンズ８０１の焦点位置の後側に位置するようにする（後ピン）。尚、スリット２２０１を、対物レンズ８０１の焦点位置の前側に位置するようにし（前ピン）、スリット２１０１を、対物レンズ８０１の焦点位置の後側に位置するようにしてもよい（後ピン）。スリット２１０１，２２０１の幅は、対物レンズ８０１の開口数ＮＡで拡がる光束の半分、つまり、対物レンズ８０１の瞳径の半分に相当する値とする。センサ２７０１，２８０１には、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管などが好ましく用いられる。

センサ２６０１は、照明光学系ａ’の瞳の光強度分布を観察するのに用いられる。センサ２６０１で観察された光強度分布が、図３に示すようなものであるときは、焦点位置の変化による回折光の影響が問題となる。ここで、図３の例では、Ｘ方向に回折光が発生している。つまり、検査対象がライン・アンド・スペースパターンであるとすると、このパターンはＹ方向に長く延びたパターンと考えられる。焦点位置合わせにおける回折光の影響を受けにくくするには、パターンが形成されている方向と、スリット状の照明領域の長手方向とが一致しないようにすればよい。したがって、この場合は、スリット状の照明領域の長手方向がＸ方向にあるようにすればよい。一方、Ｙ方向に回折光が発生している場合には、スリット状の照明領域の長手方向がＹ方向にあるようにすればよい。

図７は、図５のスリット２３０１，２４０１の平面図である。一方、図８は、図５のスリット２１０１，２２０１の平面図である。尚、試料９０１に投影されたスリット５０１の像の反射光の光軸は、図７および図８のＺ方向に一致する。

図７に示すように、スリット２３０１，２４０１の長手方向はＸ方向であるので、図３の例のようにＸ方向に回折光が発生している場合には、スリット２３０１，２４０１を透過する光をセンサ２９０１，３００１に入射させて焦点位置を調整することで、回折光の影響を低減させることができる。

これに対して、図８に示すように、スリット２１０１，２２０１の長手方向をＹ方向とすれば、Ｙ方向に回折光が発生している場合に有効である。つまり、この場合は、スリット２１０１，２２０１を透過する光をセンサ２７０１，２８０１に入射させて、照明光学系ａの焦点位置を調整することで、回折光の影響を低減させることができる。

センサ２９０１は前ピンの光量を検出する。一方、センサ３００１は後ピンの光量を検出する。光の焦点位置を変えてセンサ２９０１の光量とセンサ３００１の光量とを比較すると、焦点位置の移動量に応じて、センサ２９０１とセンサ３００１の光量比が変化する。光量比が１：１になったところが最適な焦点位置であり、コントラストは最大となる。

また、センサ２７０１は前ピンの光量を検出する。一方、センサ２８０１は後ピンの光量を検出する。光の焦点位置を変えてセンサ２７０１の光量とセンサ２８０１の光量とを比較すると、焦点位置の移動量に応じて、センサ２７０１とセンサ２８０１の光量比が変化する。光量比が１：１になったところが最適な焦点位置であり、コントラストは最大となる。

実施の形態１で述べたように、前ピンとなるセンサの出力をα、後ピンとなるセンサの出力をβ、スリットなしのセンサの出力をγとすると、物体の合焦位置からの変位量Ｚは、式（４）で与えられる。

式（４）を用いて得られた変位量Ｚ、すなわち、試料９０１の合焦位置からの変位量を基に、ステージ３１０１の高さを調整することで、光源１０１から出射された照明光の焦点位置が試料９０１のパターン面に位置するよう調整することができる。その後、センサ２５０１で試料９０１の光学画像を撮像し、得られた光学画像を用いて欠陥検査を行う。

尚、センサ２５０１に結像する光の光路は次のようになる。光源１０１から出射され、レンズ４０１，６０１を透過してハーフミラー７０１で反射した光は、対物レンズ８０１によって、検査対象となる試料９０１のパターンが設けられた領域を照明する。尚、この照明光は、試料９０１に投影されたスリット５０１の像とは、試料９０１上で重なっていない。その後、試料９０１で反射された光は、ハーフミラー７０１までは照明光と共通の光路を伝播していく。そして、ハーフミラー７０１を透過した光は、レンズ１００１を透過した後、さらにレンズ１１０１，１２０１を透過してセンサ２５０１に結像する。センサ２５０１としては、例えば、撮像素子であるＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが挙げられる。ラインセンサには、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。

本実施の形態によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防いで焦点位置を調整することが可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース方式による検査方法を述べる。したがって、検査対象の光学画像と比較される基準画像は、設計パターンデータから生成された参照画像である。但し、本発明は、ダイ−トゥ−ダイ方式による検査方法にも適用可能であり、その場合の基準画像は、検査対象とは異なる光学画像になる。さらに、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）におけるテンプレートの検査のように、１つの画像内で注目する画素とその周辺の画素とを比較する方式であってもよい。

図９は、本実施の形態における検査装置の概略構成図である。図９の点線で囲まれた部分ａ，ｂは、それぞれ、図４の照明光学系ａと結像光学系ｂに対応する。図９では、図４のセンサ２５以外の部分を省略している。尚、図４の照明光学系ａと結像光学系ｂに代えて、図５の照明光学系ａ’と結像光学系ｂ’を図９の検査装置に適用してもよい。

図９では、本実施の形態で必要な構成部を記載しているが、検査に必要な他の公知の構成部が含まれていてもよい。また、本明細書において、「〜部」または「〜回路」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り構成することができるが、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せやファームウェアとの組合せによって実施されるものであってもよい。プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置などの記録装置に記録される。

図９に示すように、検査装置１００は、光学画像取得部を構成する構成部Ａと、構成部Ａで取得された光学画像を用いて検査に必要な処理などを行う構成部Ｂとを有する。

構成部Ａは、実施の形態１で説明した図４の光学系、すなわち、焦点位置の調整に使用される光学系として、検査対象となるパターンが形成された試料９を照明する照明光学系ａと、照明された試料９のパターンの像をセンサ２５の受光面に結像する結像光学系ｂとを有する。

また、構成部Ａは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能なステージ３１と、センサ回路１０６と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。試料９が載置されるステージ３１は、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージの上に載置されて垂直方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージとからなる。尚、ＸＹステージは、回転方向（θ方向）にも移動可能な構成とすることもできる。

試料９としては、例えば、微細な回路パターンをウェハやガラス基板などに転写する際に使用されるマスク、ナノインプリントリソグラフィ技術で使用されるマスターパターンやドータパターンなどが挙げられるが、これに限られるものではなく、マスク上のパターンが転写されたウェハやガラス基板などとすることもできる。

構成部Ａでは、試料９の光学画像、すなわち、マスク採取データが取得される。マスク採取データは、試料９の設計パターンデータ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。例えば、マスク採取データは、８ビットの符号なしデータであって、各画素の明るさの階調を表現したものである。

試料９は、オートローダ１３０によって、ステージ３１の上に載置される。尚、オートローダ１３０は、オートローダ制御回路１１３によって駆動される。また、オートローダ制回路１１３は、制御計算機１１０によって制御される。試料９がステージ３１の上に載置されると、試料９に形成されたパターンに対し、ステージ３１の下方に配置された結像光学系ａから光が照射される。そして、試料９で反射した光は、結像光学系ｂによってセンサ２５に結像する。

検査に好適な光学画像を得るためには、試料９に照射される光の焦点位置を正確に検出して焦点合わせをすることが重要となる。実施の形態１で説明したように、検査装置１００は、照明光学系ａと結像光学系ｂとを有することにより、回折光による焦点位置調整精度の低下を防いで、照明光の焦点位置が試料９のパターン面に位置するよう調整することが可能である。

尚、検査装置１００は、試料９の上方から光を照射し、透過光をセンサ２５に導く構成としてもよい。この構成と、図９に示す構成とを併せ持つことにより、透過光と反射光による各光学画像を同時に取得することが可能である。

センサ２５に結像した試料９のパターン像は光電変換された後、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。センサ２５としては、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサなどが挙げられる。

検査装置１００の構成部Ｂでは、検査装置１００全体の制御を司る制御部としての制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較部の一例となる比較回路１０８、参照画像生成部の一例となる参照回路１１２、展開回路１１１、焦点位置検出部の一例となる焦点位置検出回路１２５、オートローダ制御回路１１３、ステージ制御回路１１４、保存部の一例となる磁気ディスク装置１０９、ネットワークインターフェイス１１５およびフレキシブルディスク装置１１６、液晶ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８並びにプリンタ１１９に接続されている。ステージ３１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Ｚ軸モータによって駆動される。これらの駆動機構には、例えば、エアスライダと、リニアモータやステップモータなどとを組み合わせて用いることができる。

図８で「〜回路」と記載したものは、既に述べたように、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができるが、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せやファームウェアとの組合せによって実施されるものであってもよい。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１０９に記録されることができる。例えば、センサ回路１０６、オートローダ制御回路１１３、ステージ制御回路１１４、焦点位置検出回路１２５、展開回路１１１、参照回路１１２、比較回路１０８および位置回路１０７内の各回路は、電気的回路で構成されてもよく、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現されてもよい。また、電気的回路とソフトウェアの組み合わせによって実現されてもよい。

焦点位置検出回路１２５は、センサ回路１０６からの情報を受け取って、焦点位置を検出する。具体的には、結像光学系ｂに配置された焦点位置検出用のセンサ（図４の２７，２８，２９，３０）で検出されたスリット像（図４のスリット５の光学像）から、照明光の焦点位置を検出する。

制御計算機１１０は、焦点位置検出回路１２５からの情報に基づき、ステージ制御回路１１４を制御して、検出した焦点位置が試料９のパターン面に位置するよう、ステージ３１をＺ方向に移動させる。これにより、焦点位置が正確に合焦位置となるようにすることができる。

また、制御計算機１１０は、ステージ制御回路１１４を制御して、ステージ３１をＸ方向およびＹ方向にも駆動する。ＸＹ方向におけるステージ３１の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定されて位置回路１０７に送られる。

さらに、制御計算機１１０は、オートローダ制御回路１１３を制御して、オートローダ１３０を駆動する。オートローダ１３０は、試料９を自動的に搬送し、検査終了後には自動的に試料９を搬出する。

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、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。具体的には、次の通りである。

設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータは、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ（層）毎に作成されて試料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に変換された後に検査装置に入力される。フォーマットデータは、検査装置に固有のデータとすることができるが、試料にパターンを描画するのに使用される描画装置と互換性のあるデータとすることもできる。

図９において、上記のフォーマットデータは、磁気ディスク装置１０９に入力される。すなわち、試料９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、長方形や三角形など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、位置などを定義した図形データが格納される。

さらに、数百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、さらにストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さが試料９のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。

上述したように、磁気ディスク装置１０９に入力されたフォーマットデータには、設計パターンデータが格納されている。この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。すなわち、展開回路１１１は、設計パターンデータ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値ないしは多値のイメージデータに展開される。さらに、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が演算され、各画素内の図形占有率が画素値となる。

展開回路１１１で変換されたイメージデータは、参照画像生成部としての参照回路１１２に送られて、参照画像（参照データとも称する。）の生成に用いられる。

センサ回路１０６から出力されたマスク採取データは、位置回路１０７から出力されたステージ３１上での試料９の位置を示すデータとともに、比較回路１０８に送られる。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、マスク採取データと参照データとが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。図９の構成であれば、反射画像同士での比較となるが、透過光学系を用いた構成であれば、透過画像同士での比較、あるいは、透過と反射を組み合わせた比較判定アルゴリズムが用いられる。比較の結果、両者の差異が所定の閾値を超えた場合には、その箇所が欠陥と判定される。

上述したストライプは、適当なサイズに分割されてサブストライプとなる。そして、マスク採取データから切り出されたサブストライプと、マスク採取データに対応する参照画像から切り出されたサブストライプとが、比較回路１０８内の比較ユニットに投入される。投入されたサブストライプは、さらに検査フレームと称される矩形の小領域に分割され、比較ユニットにおいてフレーム単位で比較されて欠陥が検出される。比較回路１０８には、複数の検査フレームが同時に並列して処理されるよう、数十個の比較ユニットが装備されている。各比較ユニットは、１つの検査フレームの処理が終わり次第、未処理のフレーム画像を取り込む。これにより、多数の検査フレームが順次処理されていく。

次に、図９の検査装置１００を用いて試料９を検査する方法の一例を述べる。

＜焦点位置調整工程＞
まず、実施の形態１で述べたようにして、照明光学系ａに設けられた光源からの光を試料９に照射して焦点位置を検出し、検出した位置が合焦位置となるように調整する。

具体的には、照明光学系ａに設けられたスリット（図４のスリット５）の投影パターンを試料９のパターン面に投影し、この投影パターンのデフォーカス像、実際には光量をセンサ２９，３０またはセンサ２７，２８で検出する。

例えば、波長２００ｎｍの光を出射する光源（図４の光源１）からの光を試料９に照明し、（図４のセンサ２６で）照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察する。その結果、焦点位置の変化による回折光の影響が問題とならない場合には、この光を用いて焦点位置を調整する。

一方、（図４のセンサ２６で）照明光学系ａの瞳の光強度分布を観察した結果、焦点位置の検出に用いるセンサ（図４のセンサ２７，２８，２９，３０）に入射する回折光の量が焦点位置によって変化する場合には、試料９を照明する光の波長を変える。すなわち、（図４の光源２から）波長２６６ｎｍの光を照射して焦点位置を検出する。

次に、検出した焦点位置が試料９のパターン面に位置するよう調整する。具体的には、焦点位置検出回路１２５が、検出した焦点位置が試料９のパターン面に位置するよう、ステージ制御回路１１４を介して、ステージ３１のＺ方向の位置を調整する。

焦点位置検出回路１２５では、実施の形態１で説明した式（４）によって、試料９の合焦位置からの変位量Ｚが求められる。

関数ｆは、予め、変位量Ｚに対する各焦点位置におけるぼけを幾何学的に求め、スリットを透過する割合を計算することによって求めることができる。また、変位量が既知であるテストサンプルを使用した実験によって求めてもよい。

そして、式（４）を用いて得られた変位量Ｚを基に、ステージ３１の高さを調整する。具体的には、制御計算機１１０が、焦点位置検出回路１２５から変位量Ｚを読み出す。そして、この変位量Ｚに基づき、ステージ制御回路１１４を制御して、ステージ３１をＺ方向に移動させる。これにより、焦点位置が正確に合焦位置となるようにすることができる。かかる方法によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防いで焦点位置を調整することが可能である。

＜光学画像取得工程＞

上記のようにして、焦点位置を検出して、試料９のパターン面に焦点位置が合焦するよう試料９の位置を調整した後は、図９の構成部Ａにおいて、試料９の光学画像を取得する。

図１０は、試料９に形成されたパターンの光学画像の取得手順を説明する図である。

図１０で試料９は、図９のステージ３１の上に載置されているものとする。また、試料９上の検査領域は、図１０に示すように、短冊状の複数の検査領域、すなわち、ストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・に仮想的に分割されている。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さが試料９のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。

光学画像は、ストライプ毎に取得される。すなわち、図１０で光学画像を取得する際には、各ストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・が連続的に走査されるように、ステージ３１の動作が制御される。具体的には、ステージ３１が図１０の−Ｘ方向に移動しながら、試料９の光学画像が取得される。そして、図９のセンサ２５に、図１０に示されるような走査幅Ｗの画像が連続的に入力される。すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した後、第２のストライプ２０_２における画像を取得する。この場合、ステージ３１が−Ｙ方向にステップ移動した後、第１のストライプ２０_１における画像の取得時の方向（−Ｘ方向）とは逆方向（Ｘ方向）に移動しながら光学画像を取得して、走査幅Ｗの画像がセンサ２５に連続的に入力される。第３のストライプ２０_３における画像を取得する場合には、ステージ３１が−Ｙ方向にステップ移動した後、第２のストライプ２０_２における画像を取得する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した方向（−Ｘ方向）にステージ３１が移動する。尚、図１０の矢印は、光学画像が取得される方向と順序を示しており、斜線部分は、光学画像の取得が済んだ領域を表している。

図９のセンサ２５上に結像したパターンの像は光電変換され、さらにセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。その後、光学画像は、センサ回路１０６から図９の比較回路１０８へ送られる。

尚、Ａ／Ｄ変換されたセンサデータは、画素毎にオフセット・ゲイン調整可能なデジタルアンプ（図示せず）に入力される。デジタルアンプの各画素用のゲインは、キャリブレーション工程で決定される。例えば、透過光用のキャリブレーション工程においては、センサが撮像する面積に対して十分に広い試料９の遮光領域を撮影中に、黒レベルを決定する。次いで、センサが撮像する面積に対して十分に広い試料９の透過光領域を撮影中に、白レベルを決定する。このとき、検査中の光量変動を見越して、例えば、白レベルと黒レベルの振幅が８ビット階調データの約４％から約９４％に相当する１０〜２４０に分布するよう、画素毎にオフセットとゲインを調整する。

＜参照画像生成工程＞
（１）記憶工程
ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査の場合、欠陥判定の基準となるのは、設計パターンデータから生成する参照画像である。検査装置１００では、試料９のパターン形成時に用いた設計パターンデータが磁気ディスク装置１０９に記憶される。

（２）展開工程
展開工程においては、図９の展開回路１１１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された試料９の設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換する。このイメージデータは参照回路１１２に送られる。

（３）フィルタ処理工程
フィルタ処理工程では、図９の参照回路１１２によって、図形のイメージデータである設計パターンデータに適切なフィルタ処理が施される。その理由は、次の通りである。

試料９のパターンは、その製造工程でコーナーの丸まりや線幅の仕上がり寸法などが加減されており、設計パターンと厳密には一致しない。また、図９のセンサ回路１０６から得られた光学画像としてのマスク採取データは、光学系の解像特性やセンサ１３のアパーチャ効果などによってぼやけた状態、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。

そこで、検査に先だって検査対象となるマスクを観察し、その製造プロセスや検査装置の光学系による変化を模擬したフィルタ係数を学習して、設計パターンデータに２次元のデジタルフィルタをかける。このようにして、参照画像に対し光学画像に似せる処理を行う。

フィルタ係数の学習は、製造工程で決められた基準となるマスクのパターンを用いて行ってもよく、また、検査対象となるマスク（本実施の形態では試料９）のパターンの一部を用いて行ってもよい。後者であれば、学習に用いられた領域のパターン線幅やコーナーの丸まりの仕上がり具合を踏まえたフィルタ係数が取得され、マスク全体の欠陥判定基準に反映されることになる。

尚、フィルタ係数の学習に検査対象となるマスクを使用する場合、製造ロットのばらつきや、検査装置のコンディション変動といった影響を排除したフィルタ係数の学習ができるという利点がある。しかし、マスク面内で寸法変動があると、学習に用いた箇所に対しては最適なフィルタ係数になるが、他の領域に対しては必ずしも最適な係数とはならないため、疑似欠陥を生じる原因になり得る。そこで、面内での寸法変動の影響を受け難いマスクの中央付近で学習することが好ましい。あるいは、マスク面内の複数の箇所で学習を行い、得られた複数のフィルタ係数の平均値を用いてもよい。

＜ダイ−トゥ−データベース比較工程＞
光学画像取得工程で取得されたマスク採取データは、センサ回路１０６から比較回路１０８へ送られる。また、参照回路１１２からは、参照データが比較回路１０８へ送られる。比較回路１０８では、マスク採取データと参照データとが、ダイ−トゥ−データベース方式によって比較される。具体的には、撮像されたストライプデータが検査フレーム単位に切り出され、検査フレーム毎に、欠陥判定の基準となるデータと適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較される。そして、両者の差が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定される。欠陥に関する情報は、マスク検査結果として保存される。例えば、制御計算機１１０によって、欠陥の座標、欠陥判定の根拠となった光学画像などが磁気ディスク装置１０９に保存される。

例えば、試料９に格子状のチップパターンが形成されているとする。検査対象としてｎ番目のチップを考えると、ダイ−トゥ−データベース比較方式においては、ｎ番目のチップの光学画像におけるパターンと、ｎ番目のチップの参照画像におけるパターンとの差が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定される。

欠陥判定は、より具体的には、次の２種類の方法により行うことができる。１つは、参照画像における輪郭線の位置と、光学画像における輪郭線の位置との間に、所定の閾値寸法を超える差が認められる場合に欠陥と判定する方法である。他の１つは、参照画像におけるパターンの線幅と、光学画像におけるパターンの線幅との比率が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する方法である。この方法では、参照画像におけるパターン間の距離と、光学画像におけるパターン間の距離との比率を対象としてもよい。

＜レビュー工程および修正工程＞
保存されたマスク検査結果は、レビュー装置に送られる。レビュー装置は、検査装置の構成要素の１つであってもよく、また、検査装置の外部装置であってもよい。レビューは、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断する動作である。オペレータは、例えば、欠陥判定の根拠となった基準画像と、欠陥が含まれる光学画像とを見比べて、修正の必要な欠陥であるか否かを判断する。

レビュー工程を経て判別された欠陥情報は、図９の磁気ディスク装置１０９に保存される。レビュー装置で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、試料９は、欠陥情報リストとともに、検査装置１００の外部装置である修正装置に送られる。修正方法は、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって異なるので、欠陥情報リストには、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。

以上述べた本実施の形態の検査方法によれば、回折光による焦点位置調整精度の低下を防いで焦点位置を調整することができるので、正確な検査を行うことが可能となる。

本発明は上記各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、上記各実施の形態では、装置構成や制御手法など、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焦点位置調整方法、検査装置または検査方法は、本発明の範囲に包含される。
以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載の発明を付記する。
［Ｃ１］
第１の光源からの光または該光より長波長である第２の光源からの光を対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
前記第１の光源からの光を、前記照明光学系に配置された第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の光強度分布を観察する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置された２つのスリットに導き、一方のスリットを透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方のスリットを透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサとによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記照明光学系の焦点位置を調整する工程と、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重なる場合、または、該回折光が前記結像光学系に配置された２つのスリットのいずれをも透過しないと判断された場合には、前記第１の光源からの光を、該２つのスリットの一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて焦点位置を調整し、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重ならずに前記結像光学系に配置された２つのスリットを透過すると判断された場合には、前記第２の光源からの光を前記第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明し、前記試料で反射した光を、該２つのスリットの一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて前記照明光学系の焦点位置を調整する工程とを有することを特徴とする焦点位置調整方法。
［Ｃ２］
前記第１の光源からの光の光路と前記第２の光源からの光の光路とは、前記結像光学系に設けられた光分離手段によって分離され、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重なる場合、または、該回折光が前記結像光学系に配置された２つのスリットのいずれをも透過しないと判断された場合には、前記光分離手段によって分離された前記第１の光源からの光を、該２つのスリットを構成する第２のスリットと第３のスリットに導いて、前記第２のスリットを透過した光を検出する第１の焦点位置調整用センサおよび前記第３のスリットを透過した光を検出する第２の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整し、
前記光強度分布から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と重ならずに前記結像光学系に配置された２つのスリットを透過すると判断された場合には、前記光分離手段によって分離された前記第２の光源からの光を、該２つのスリットを構成する第４のスリットと第５のスリットに導いて、前記第４のスリットを透過した光を検出する第３の焦点位置調整用センサおよび前記第５のスリットを透過した光を検出する第４の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整することを特徴とする［Ｃ１］に記載の焦点位置調整方法。
［Ｃ３］
前記光分離手段は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする［Ｃ２］記載の焦点位置調整方法。
［Ｃ４］
光源からの光を対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
前記光源からの光を第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の光強度分布を観察する工程と、
前記光強度分布からＸ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記分岐された光をさらに少なくとも２つに分岐し、分岐された光の１つを開口部の長手方向がＸ方向にある第２のスリットと第３のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第３のセンサおよび第４のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整し、
前記光強度分布からＹ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記少なくとも２つに分岐された他の光の１つを開口部の長手方向がＹ方向にある第４のスリットと第５のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第５のセンサおよび第６のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整することを特徴とする焦点位置調整方法。
［Ｃ５］
前記第１のスリットは、Ｘ方向とＹ方向に直交する２つの開口部が組み合わされた十字形状であることを特徴とする［Ｃ４］に記載の焦点位置調整方法。
［Ｃ６］
［Ｃ１］〜［Ｃ５］のいずれか１項に記載の焦点位置調整方法によって焦点位置を調整する工程と、
前記焦点位置が前記試料の前記パターンが形成された面にあるよう前記試料の位置を調整する工程と、
前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して前記第１のセンサに結像し、この像を用いて前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行うことを特徴とする検査方法。

ａ，ａ’ 照明光学系
ｂ，ｂ’ 結像光学系
１，２，１０１ 光源
４，６，１０，１１，１２，１３，１４，１５，４０１，６０１，１００１，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１，１５０１ レンズ
５，２１，２２，２３，２４，５０１，２１０１，２２０１，２３０１，２４０１ スリット
９，９０１ 試料
３，１８ ダイクロイックミラー
７，１７，１９，２０，７０１，１７０１，１８０１，１９０１，２００１ ミラー
８，８０１ 対物レンズ
１６，１６０１ ミラー
２５，２６，２７，２８，２９，３０，２５０１，２６０１，２７０１，２８０１，２９０１，３００１ センサ
３１，３１０１ ステージ
３２，３２０１ 光軸
２０_１，２０_２，２０_３，２０_４ ストライプ
１００ 検査装置
１０６ 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
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 ネットワークインターフェイス
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ 液晶ディスプレイ
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
１２５ 焦点位置検出回路
１３０ オートローダ

Claims (9)

1. 第１の光源からの光、または、前記第１の光源の光より波長が長い第２の光源からの光を、対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を、前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
   前記第１の光源からの光を、前記照明光学系に配置された第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
   前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の光強度分布を観察する工程と、
   前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置されたスリットの対に導き、前記スリットの対の一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、前記スリットの対の他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサとによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記照明光学系の焦点位置を調整する工程と、
   前記光強度分布の観察から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と殆ど重なって前記スリットの対を透過すると判断された場合、または、該回折光が結像光学系に配置された前記スリットの対のいずれも透過しないと判断された場合には、前記第１の光源からの光を、前記スリットの対の一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、前記スリットの対の他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて焦点位置を調整する工程と、
   前記光強度分布の観察から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と殆ど重なって前記スリットの対を透過すると判断されず、および、該回折光が結像光学系に配置された前記スリットの対のいずれも透過しないと判断されない場合には、前記第２の光源からの光を前記第１のスリットを透過させた後に前記対物レンズを介して前記試料に照明し、前記試料で反射した光を、前記スリットの対の一方を透過した光を検出する焦点位置調整用センサと、前記スリットの対の他方を透過した光を検出する他の焦点位置調整用センサにそれぞれ入射させて前記照明光学系の焦点位置を調整する工程と、
   を有することを特徴とする焦点位置調整方法。
2. 前記第１の光源からの光の光路と前記第２の光源からの光の光路とは、前記結像光学系に設けられた光分離手段によって分離され、
   前記スリットの対は、第２のスリットと第３のスリットで構成される一対のスリットと、第４のスリットと第５のスリットで構成される一対のスリットとを含み、
   前記光強度分布の観察から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と殆ど重なって前記第２のスリットと前記第３のスリットの対を透過すると判断された場合、または、該回折光が結像光学系に配置された前記第２のスリットと前記第３のスリットのいずれをも透過しないと判断された場合には、前記光分離手段によって分離された前記第１の光源からの光を、前記第２のスリットと前記第３のスリットに導いて、前記第２のスリットを透過した光を検出する第１の焦点位置調整用センサおよび前記第３のスリットを透過した光を検出する第２の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整し、
   前記光強度分布の観察から、前記試料で反射した光の回折光が０次光と殆ど重なって前記第４のスリットと前記第５のスリットの対を透過すると判断されない場合、または、該回折光が結像光学系に配置された前記第４のスリットと前記第５のスリットのいずれをも透過しないと判断されない場合には、前記光分離手段によって分離された前記第２の光源からの光を、前記第４のスリットと前記第５のスリットに導いて、前記第４のスリットを透過した光を検出する第３の焦点位置調整用センサおよび前記第５のスリットを透過した光を検出する第４の焦点位置調整用センサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の焦点位置調整方法。
3. 前記光分離手段は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項２に記載の焦点位置調整方法。
4. 前記第１の光源からの光または前記第２の光源からの光に対し、同じスリットの対と、同じ対応する焦点位置調整用センサとが、共通に用いられることを特徴とする請求項１に記載の焦点位置調整方法。
5. 前記スリットの対は、第１の光源からの光または前記第２の光源からの光の前記試料による反射光の光路において前記試料の共役位置の前側に位置するスリットと、前記光路において前記試料の共役位置の後側に位置するスリットとを含むことを特徴とする請求項１に記載の焦点位置調整方法。
6. 光源からの光を対物レンズを介して試料に照明する照明光学系と、前記試料で反射した光を前記対物レンズを介して第１のセンサに結像する結像光学系とを有し、前記第１のセンサに結像した像を用いて、前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行う検査装置における焦点位置調整方法であって、
   前記光源からの光を、少なくともＸ方向とＹ方向との両方に長手の長さをもつ形状の開口を有する第１のスリットを透過させた後に、前記対物レンズを介して前記試料に照明する工程と、
   前記試料で反射し前記対物レンズを透過した前記光源からの光を分岐して、前記結像光学系に配置された第２のセンサに集光し、前記照明光学系の瞳の位置に結像された前記試料に投影された前記第１のスリットの像の反射光の光強度分布を観察する工程と、
   前記光強度分布の観察からＸ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記分岐された光をさらに少なくとも２つに分岐し、分岐された光の１つを開口部の長手方向がＸ方向にある第２のスリットと第３のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第３のセンサおよび第４のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て焦点位置を調整する工程と、
   前記光強度分布の観察からＹ方向に回折光が発生していると判断された場合は、前記少なくとも２つに分岐された他の光の１つを開口部の長手方向がＹ方向にある第４のスリットと第５のスリットに導いて、これらのスリットをそれぞれ透過した光を検出する第５のセンサおよび第６のセンサによって、前記試料に投影された前記第１のスリットの像の前ピンと後ピンの各光量を得て前記焦点位置を調整する工程と、
   を備えることを特徴とする焦点位置調整方法。
7. 前記第１のスリットの開口の形状は、前記長手の長さがＸ方向とＹ方向に直交する２つの開口部が組み合わされた十字形状であることを特徴とする請求項６に記載の焦点位置調整方法。
8. 前記第２のスリットと前記第３のスリットのいずれか一方は、前記光源からの光の前記試料による反射光の光路において前記対物レンズの焦点位置の前側に位置し、前記第２のスリットと前記第３のスリットの他方は、前記光源からの光の前記試料による反射光の光路において前記対物レンズの焦点位置の後側に位置し、
   前記第４のスリットと前記第５のスリットのいずれか一方は、前記光源からの光の前記試料による反射光の光路において前記対物レンズの焦点位置の前側に位置し、前記第４のスリットと前記第５のスリットの他方は、前記光源からの光の前記試料による反射光の光路において前記対物レンズの焦点位置の後側に位置する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の焦点位置調整方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の焦点位置調整方法によって焦点位置を調整する工程と、
   前記焦点位置が前記試料の前記パターンが形成された面にあるよう前記試料の位置を調整する工程と、
   前記試料で反射した光を、前記対物レンズを介して前記第１のセンサに結像し、この像を用いて前記試料に形成されたパターンの欠陥検査を行うことを特徴とする検査方法。

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