JP6499898B2 - 検査方法、テンプレート基板およびフォーカスオフセット方法 - Google Patents

検査方法、テンプレート基板およびフォーカスオフセット方法 Download PDF

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Description

本発明は、検査方法、テンプレート基板およびフォーカスオフセット方法に関する。
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い、個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
こうした微細パターンを形成する技術として、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィや、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が注目されている。ＥＵＶリソグラフィは、光源に極端紫外光を使用するため、従来のＡｒＦ光を使用した露光装置より微細なパターンの形成が可能である。一方、ナノインプリントリソグラフィは、ウェハ上に形成されたレジストに、ナノスケールの微細パターン構造を有するテンプレート（モールド）を加圧することで、光硬化性レジストに微細なパターンを転写形成するものである。いずれの技術も、原版となるマスクやテンプレートに形成されるパターンは、これまでのＡｒＦリソグラフィと比較して微細となり、その検査には高い検査精度が要求される。
ＥＵＶリソグラフィによるマスクの転写工程では、ステッパまたはスキャナと呼ばれる露光装置が用いられる。露光装置は、転写光源として光を使用し、マスクに設けられた回路パターンを４分の１から５分の１程度に縮小してウェハに投影する。つまり、マスクにおいては、ウェハに形成される回路寸法の４倍〜５倍の寸法のパターンが形成される。これに対して、ナノインプリントリソグラフィにおけるテンプレートでは、回路寸法と等倍の寸法のパターンが、所定の深さの掘り込みを伴う版面に形成される。例えば、先端半導体デバイスの場合、パターンやパターン間のスペースの線幅は十数ｎｍ〜数十ｎｍ、掘り込みの深さは数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度と予想される。
テンプレートのパターンは回路寸法と同じであることから、テンプレートに欠陥があると、それがウェハに転写されるパターンに与える影響は、マスクのパターンの場合より大きくなる。また、テンプレートは複数回の転写に使用されるので、パターンとともに欠陥もすべてのウェハに転写されてしまう。したがって、テンプレートのパターンを検査するにあたっては、マスクのパターンを検査する場合よりもさらに高い精度が必要になる。特許文献１には、テンプレートの欠陥を検出する検査装置が開示されている。
特開２０１２−２６９７７号公報
ところで、テンプレートに形成されたパターンが、検査装置の光源の波長よりも微細になると、パターンを解像できなくなる。一般に、その限界の寸法は、レイリーの解像限界として知られている。回路パターンの微細化が進む昨今にあっては、検査装置における光学系の解像度よりも、パターン寸法の方が微細となり得る。
検査装置の光学系の開口係数をＮＡ、光源の波長をλとすると、光学系の解像度は、式（１）によって表される。ここで、通常、開口数ＮＡは、０．７から０．８程度の値である。また、ｋ１は、結像の条件に依存する係数で、０．５から１程度の値である。
現在主力とされている先端半導体デバイスの製造工程において、ウェハへの回路パターンの縮小投影露光に用いられるマスクの検査では、露光装置の光源の波長に近い２００ｎｍ程度の波長の連続光をマスクに照射している。そして、マスクを透過した光、または、マスクで反射した光を適切な拡大光学系を介してセンサで受光して、マスクの光学画像となる電気信号を得ている。マスクに形成されるパターンの寸法は、ウェハに形成されるパターンの線幅（数十ｎｍ）の４倍程度、すなわち、百〜数百ｎｍ程度である。
そこで、式（１）において、光源の波長を２００ｎｍとし、開口数を０．７とすると、
となる。したがって、この場合の解像限界寸法は１４３ｎｍである。すなわち、マスクのパターンが１４３ｎｍよりも接近すると、そのパターンに対応した輝度振幅の電気信号がセンサで得られなくなる。このことは、テンプレートのパターンについても同様である。テンプレートのパターンはウェハに形成される回路寸法と等倍であるので、原則として解像できない。尚、一部の引き出し線やゲート線と呼ばれる、繰り返しでないやや太めのパターンの場合は、その形状を識別できる場合がある。
こうした微細なパターンを解像して欠陥を識別する方法として、上記のような光源を用いた検査光学系に代えて、電子線や原子間力を応用するパターンの採取原理が考えられる。しかしながら、電子線や原子間力を利用した検査の場合、スループットが低く、量産に適さないという問題がある。
ところで、検査装置の光学系の解像度より微細な繰り返しパターンが形成されているテンプレートにおいて、その反射光学画像を取得すると、パターンが配置されていない箇所の光学画像（電気信号像）は、テンプレートの膜質に応じた輝度になる。例えば、キャブレーションで決定された白レベルに近い均一な輝度の光学画像となる。また、パターンが配置されている箇所の光学画像では、パターンが配置されていない箇所とは異なる輝度、例えば、白レベルと黒レベルの中間程度の均一な灰色画像として観察される。
一方、所定のパターンが周期性を持って形成されている箇所に欠陥があると、その周期性に乱れが生じて、光学画像は、均一な灰色像に欠陥の程度に応じた輝度変化を持つ像となる。この輝度変化は、例えば、孤立した白点や黒点となって観察される。
上記のような周期性の乱れによる輝度変化を検出することで、光学系の解像度よりも微細なパターンの欠陥を検出することが可能である。これは、具体的には、同一のテンプレートにおいて、複数のダイの光学画像同士を比較するダイ−ダイ比較方式や、同一のパターンが形成されている領域の光学画像同士を比較するセル比較方式などを用いて行われる。例えば、無欠陥であれば均一な灰色画像に見える２つのダイを比較し、周期性の乱れによる輝度変化を伴っている方の画像を欠陥があると判定する。
ここで、光学系の解像度よりも微細な繰り返しパターンについて、パターンと光学系との焦点位置を変えて光学画像を撮像すると、各光学画像には、上記の輝度変化、すなわち、階調値のばらつきが見られるが、そのばらつきの大きさは焦点位置に応じて変わる。ばらつきが最大となる焦点位置が、光学画像のコントラストが最大となるところ、つまり、合焦点位置である。しかし、欠陥検査では、合焦点位置に対して意図的に一定の距離（フォーカスオフセット）を設けて検査する方が、欠陥検査の信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が改善する場合があることが分かっている。そこで、光学画像のコントラストが最大になる合焦点位置を求め、次に、この合焦点位置にフォーカスオフセットの分を補正した位置を最適な焦点位置として検査する。
さらに、フォーカスオフセットにも最適値があり、また、その最適値は、欠陥の種類、形状、寸法などによって変化する。
例えば、一定の周期性を持って規則的に配列しているライン・アンド・スペースパターンを考える。このパターンに断線による欠陥箇所があるとし、この欠陥箇所をあるフォーカスオフセットで観察すると、均一の灰色画像に欠陥箇所が白い輝点となって見える。この状態からフォーカスオフセットを変えていくと、均一の灰色画像に欠陥箇所が黒い輝点となって見えるようになる。また、その中間のフォーカスオフセットでは、画像センサで欠陥信号の振幅が得られず、欠陥が観察できなくなる。
また、例えば、上記のライン・アンド・スペースパターンにおいて、隣接するラインパターンの一部が繋がって短絡している欠陥があると、その欠陥の見え方は、断線による欠陥の見え方とは白黒反転する。すなわち、断線による欠陥では白い輝点となって見えるフォーカスオフセットを短絡による欠陥に適用すると、断線の場合と白黒反転して、短絡による欠陥は黒い輝点となって見える。また、断線による欠陥で黒い輝点となって見えるフォーカスオフセットでは、短絡による欠陥は白い輝点となって見える。
またさらに、上記例において、短絡や断線の形状や大きさが異なると、欠陥の輝度、すなわち、白輝点や黒輝点の輝度が変化したり、輝度が最大となるフォーカスオフセットが変化したりする。
こうしたことから、テンプレートを検査する際には、まず、予備検査を行って欠陥を検出し、次いで、その欠陥でフォーカスオフセットを調節して、欠陥を検出するのに最適なフォーカスオフセットを見付けてから検査を行うのがよい。しかしながら、予備検査で欠陥が検出されないと、フォーカスオフセットの調節ができなくなる。そのため、その後の検査においても欠陥が検出されない場合、それが真に欠陥がないためであるのか、あるいは、フォーカスオフセットが適当でないことによって欠陥を検出できないためであるのかの区別ができず、結果として検査の品質を保証できなくなるという問題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできる検査方法を提供することにある。
また、本発明は、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできる検査方法に適したテンプレート基板を提供することにある。
さらに、本発明は、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできる検査方法に適したフォーカスオフセット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。
本発明の一態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とするものである。
前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることが好ましい。この場合、欠陥の信号が寸法に依存して経時的に変化している場合には、第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することが好ましい。
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
前記模擬欠陥は、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方であることが好ましい。
前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することが好ましい。
前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することが好ましい。
前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度〜５度と８５度〜９５度の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記撮像センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、
前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有し、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
前記模擬欠陥には、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方があることが好ましい。
さらに、前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めた回転角度が前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することが好ましい。
また、さらに、前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することが好ましい。
また、さらに、模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることが好ましい。この場合、欠陥の信号が寸法に依存して経時的に変化している場合には、第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することが好ましい。
また、さらに、前記基板は、前記第１のパターンが設けられた領域の外周部に配置されたスクライブ領域に前記アライメントマークを有することが好ましい。この場合、アライメントマークは、前記基板の四隅に配置されることが好ましい。
本発明の他の態様は、光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とするテンプレート基板に関する。
本発明の他の態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法におけるフォーカスオフセット方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節することを特徴とするフォーカスオフセット方法に関する。
本発明の他の態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置され、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とするものである。
本発明の他の態様は、光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置され、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えていることを特徴とするテンプレート基板に関する。
本発明の他の態様は、光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法におけるフォーカスオフセット方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置され、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節することを特徴とするものである。
本発明の検査方法によれば、フォーカスオフセットを適切に調節できるので、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
本発明のテンプレート基板によれば、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
本発明のフォーカスオフセット方法によれば、検査装置の光学系の解像度より微細なパターンの欠陥を精度よく検出することのできる検査が可能となる。
マスクのアライメントマーク部分を拡大した平面図である。 マスクのアライメントマーク部分を拡大した平面図である。 テンプレートに形成されるアライメントマークの一例である。 図３の一部領域を拡大した図である。 テンプレートに形成されるアライメントマークの他の例である。 検査装置のテーブルにテンプレートが載置された状態を示す平面図である。 テンプレートに設けられるアライメントマークの一例であり、その一部を拡大した平面図である。 実施の形態１の検査方法を示すフローチャートである。 実施の形態１の検査装置におけるテーブルの一例である。 Ｚマップを補正して用いるテンプレートの高さ補正の制御方法を説明するブロック図である。 ショート欠陥の例である。 オープン欠陥の例である。 エッジラフネスによる欠陥の例である。 実施の形態１における検査装置の構成図である。 欠陥を有するライン・アンド・スペースパターンの模式図である。 図１５のパターンに空間周波数フィルタをかけたものである。 検査装置の光学系によって、光の偏光面が回転する様子を説明する図である。 検査装置の光学系によって、光の偏光面が回転する様子を説明する図である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 テンプレートに設ける模擬欠陥の例である。 実施の形態２におけるテンプレートの転写面の平面模式図である。 実施の形態２におけるテンプレートの転写面の一部拡大図である。 図３１の転写面Ｓｆ１，Ｓｆ３の拡大図である。 実施の形態３におけるテンプレートの転写面の平面模式図である。
実施の形態１．
上述したように、光学系の解像度よりも微細な繰り返しパターンが形成されたテンプレートを検査する際には、まず、予備検査を行って適当な欠陥を検出し、次いで、その欠陥でフォーカスオフセットを調節して、欠陥を検出するのに最適なフォーカスオフセットを見付けてから検査を行う。しかし、予備検査で欠陥が検出されない場合、フォーカスオフセットの調節ができないので、その後の検査でも欠陥が検出されないと、それが真に欠陥がないためであるのか、あるいは、フォーカスオフセットが適当でないことによって欠陥を検出できないためであるのかの区別ができない。
そこで、本実施の形態では、テンプレートに予め模擬欠陥を形成しておき、この模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行う。模擬欠陥は、具体的には、テンプレートの転写面（インプリント面）に設けられる。本実施の形態では、転写面に設けられたアライメントマークに模擬欠陥が形成される。このアライメントマークは、十字やＬ字マークと、その周辺がグレートーンに見える光学系の解像限界よりも微細な繰り返しパターンとを有し、その繰り返しパターンの一部には模擬欠陥が形成されている。アライメントマークにおいて、十字やＬ字マークに見える部分は、パターンが形成されていないベタ地の部分である。一方、十字やＬ字マークに見える部分以外の部分を本実施の形態では「ダミー・フィル領域」と定義し、このダミー・フィル領域に、光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンが形成される。
一般に、アライメントマークは、半導体集積回路の製造工程における種々のアライメントに用いられる。そして、アライメントの種類に応じて、異なるアライメントマークがテンプレートのそれぞれ適当な個所に設けられる。本実施の形態では、テンプレートの転写面に配置されるアライメントマークにおいて、適当な寸法の矩形領域に光学系の解像度よりも微細な繰り返しパターンを配置したダミー・フィル領域にアライメントに必要な形状のマークと模擬欠陥とを形成し、それらをフォーカスオフセットの調節にも用いる。このとき、アライメントマークが本来目的としているアライメントの種類は任意である。すなわち、本実施の形態のアライメントマークには、光学系の解像度よりも微細な繰り返しパターンと模擬欠陥が形成されていればよく、アライメントに必要な形状は特に限定されない。
まず、アライメントマークが本来目的としているアライメントについて述べる。尚、下記では主としてマスクを例に挙げるが、テンプレートについても同様である。
アライメントマークは、例えば、ウェハとマスクの位置合わせ、または、ウェハとテンプレートの位置合わせを目的として設けられる。また、アライメントマークは、大規模集積回路（ＬＳＩ）の多層配線の形成にも用いられる。ＬＳＩの製造工程では、シリコンウェハ上に十種類程度の層が順次形成されて、縦横の配線や機能セルが作り込まれていく。ここで、各層の形成には、異なるパターンを持ったマスクが使用され、各層は互いにずれないように重ね合わせされる。このとき、下層と上層の位置合わせをするのにアライメントマークが用いられる。アライメントマークは、ＬＳＩの動作には必要とされないパターンであるので、ＬＳＩパターンに影響しないよう、ＬＳＩパターンの形成領域の外側に設けられる。本実施の形態では、特に、マスクのパターン面やテンプレートの転写面の外周部に設けられる。
さらに、アライメントマークには、検査に使用されるものもある。検査の際には、例えば、検査装置に設けられたＸＹθテーブル上の所定位置にマスクが載置されると、検査装置は、マスクの所定位置からの回転角度（θ）や、温度などによるパターンの全体伸縮を自動で計算して補正計算を行う。このとき、回転角度や伸縮は、アライメントマークを用いて算出される。
検査装置で上記の補正計算が行われる場合、まず、プレートアライメントが行われる。プレートアライメントは、マスクのパターン面のＸＹ座標軸と、検査装置のＸＹθテーブルの走行軸の平行および直角度を合わせる行為である。これにより、マスクパターンの回転や伸縮誤差が検査装置の光学系に対して正規化される。例えば、マスクに設けられた設計上は水平または垂直の位置関係になる２つのアライメントマークのＸ軸およびＹ軸が、ＸＹθテーブルの走行軸に対して水平および垂直となるようにし、また、アライメントマークを基準にＸＹθテーブルのθ軸を回転させて、マスクが所定位置となるように調整したうえで、２つのアライメントマーク間の距離を測定する。そして、この測定値を、予め検査装置に与えられている理論上のアライメントマーク間の距離に照らしてマスクの伸縮率を算出する。得られた値を検査工程で測定したパターンの位置や寸法の補正計算に反映させることで、検査結果の精度を高めることができる。
本実施の形態のアライメントマークは、適当な寸法の矩形領域に光学系の解像度よりも微細な繰り返しパターンを配置したダミー・フィル領域と、アライメントに必要な形状のマーク（十字やＬ字等のマーク）と、模擬欠陥とを有する。
図１〜図２に、比較例として光マスク用のアライメントマークを示す。これに対し、図３〜図５に、本実施の形態のアライメントマークを示す。尚、図３〜図５では、フォーカスオフセットの調節のための模擬欠陥は省略されている。
光マスク用のアライメントマークは、図１に示すように、ガラス基板８１の上に正方形の遮光膜８２を設け、この遮光膜８２から十字形状にガラス基板８１を露出させることによって、ベタ地と十字形状のマークを形成することができる。あるいは、図２に示すように、遮光膜８２から正方形にガラス基板８１のベタ地を露出させ、この中に遮光膜８２によって十字形状のマークを形成することができる。
一方、図３〜図５に示す本実施の形態におけるテンプレートは、ガラス基板に回路パターンが掘り込まれたものであり、転写に必要な面積に相当する部分を凸状に残してその周囲が掘り下げられた台地（メサ）構造を有する。転写される回路パターンは、この凸状部に形成され、この凸状部がウェハ上のレジストに押圧されることにより、回路パターンが転写される。テンプレートのアライメントマークは、遮光膜がないため、アライメントマークは、パターンの有無によるコントラストの差を利用して形成される。具体的には、ウェハに転写されるパターンと同等の寸法またはそれに近い寸法の微細な繰り返しパターンであって、検査装置の光源の波長では解像できないパターンが周期的に配置され、灰色の階調に見える部分を設ける。例えば、数十ｎｍの幅のラインパターンや、数十ｎｍの径のホールパターンが、数十ｎｍの間隔をとりながら配置される。こうしたパターンと、パターンがないことによってテンプレートの地の輝度に見える部分とのコントラストの差が利用される。このとき、テンプレートの地の輝度に見える部分を、アライメントに使用されるマークの形状とする。例えば、マスクと同様に、十字形状、Ｌ字形状、または、複数のバーが組み合わされた形状などとすることができる。尚、上記の微細パターンの形成にも電子ビーム描画装置が用いられる。
図３は、テンプレートに形成されるアライメントマークの一例である。また、図４は、図３に示す領域８５を拡大した図である。これらの図に示すように、微細なライン・アンド・スペースパターン８４が配置された領域と、ライン・アンド・スペースパターン８４が配置されていないことによってテンプレートの地８３が見える領域とのコントラストの差を利用して、十字形状のマークが形成される。
図５は、テンプレートに形成されるアライメントマークの他の例である。この例では、微細なホールパターンを周期的に多数配置する一方で、テンプレートの地８３の部分を十字形状に残している。これにより、ホールパターンが設けられた領域と、テンプレートの地８３の部分とのコントラストの差を利用して、十字形状のマークが作られる。
本実施の形態において、フォーカスオフセットの調節に使用されるテンプレートのアライメントマークは、テンプレートの凸状部の転写面の外周の四隅に近い領域に配置される。図６は、検査装置のテーブルにテンプレートが配置された状態を模式的に示す平面図である。尚、この図では、テンプレートを符号８７で表しており、転写面８９が被検査領域である。符号８６はテーブルであり、テンプレート８７とテーブル８６が重なる部分は、検査されない領域である。図６に示すように、テンプレート８７に設けられるアライメントマーク８８は、テンプレート８７の転写面８９の外周に近い四隅に配置される。
次に、本実施の形態のアライメントマークに形成される模擬欠陥を説明する。
光学系の解像限界より微細なパターンの検査では、ライン同士が短絡するショート欠陥や、ラインが断線するオープン欠陥の検出が目的となる。図１１にショート欠陥の例を示す。領域ａ１では、隣接する２つのライン同士が繋がっており、ショート欠陥となっている。また、図１２は、オープン欠陥の例である。領域ａ２では、ラインの一部が断線している。こうしたショート欠陥やオープン欠陥は、テンプレートの性能に深刻な影響を及ぼす。そこで、ショート欠陥やオープン欠陥を模擬した欠陥をアライメントマークに形成するのがよい。
図７は、テンプレートの転写面の四隅に設けられるアライメントマークの一例であり、その一部を拡大した平面図である。アライメントマークは、テンプレートの転写面に設けられた被検査対象となるパターン、すなわち、ウェハに転写される第１の周期的パターン（図示せず）に倣ったもので、第１のパターンと寸法および周期性が同等で検査装置の光源の波長では解像できない微細な第２のパターン９１と、この第２のパターン９１が配置されていない領域であって、第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントするためのマーク９２を形成する領域とを有する。第２のパターン９１はウェハに転写した後に物理的に切断される領域（スクライブ領域）に形成される非機能回路である。
第２のパターン９１が形成された領域には、模擬欠陥９３、９４、９５、９６が設けられている。図７において、模擬欠陥９３、９５はパターンの断線によるオープン欠陥を、模擬欠陥９４、９６はパターンの短絡によるショート欠陥をそれぞれ模擬している。また、模擬欠陥９３、９４は、いずれも第１のパターンの線幅と同等程度である。一方、模擬欠陥９５、９６は、いずれも第１のパターンの線幅の半分程度である。既に述べたように、フォーカスオフセットの最適値は、欠陥の種類、形状、寸法などによって変化するので、１つのアライメントマークに、欠陥の種類、形状、寸法の異なる複数の模擬欠陥を設けておくことで、欠陥全体として最適となるフォーカスオフセットを見出し、検査の精度を高めることができる。
図１９〜図３０に、アライメントマークに形成される模擬欠陥の他の例を示す。尚、模擬欠陥の背景となる第２のパターンは、いずれも、ウェハに転写される第１のパターンに倣ったもので、第１のパターンと同等の寸法を有するとする。
図１９の領域ｃ１に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅の半分程度として、パターンが短絡したショート欠陥を模擬した例である。図２０の領域ｃ２に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅の半分程度として、パターンが断線したオープン欠陥を模擬した例である。
図２１の領域ｃ３に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と同等程度として、パターンの短絡が２つ隣接して生じたショート欠陥を模擬した例である。図２２の領域ｃ４に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と同等程度として、パターンの断線が２つ隣接して生じたオープン欠陥を模擬した例である。図２３の領域ｃ５に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と半分程度として、パターンの短絡が２つ隣接して生じたショート欠陥を模擬した例である。図２４の領域ｃ６に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と半分程度として、パターンの断線が２つ隣接して生じたオープン欠陥を模擬した例である。
図２１〜図２４は、欠陥が隣接して２つ生じた場合を模擬した例であるが、これ以外にも、隣接する欠陥数を３つあるいは４つ程度まで増やした模擬欠陥を一緒に設けてもよい。このように、種類が同じであって寸法の異なる欠陥を複数設けることで、検査装置の欠陥検出感度が変化しているか否かを判断する目安に模擬欠陥を用いることができる。具体的には、検査装置で模擬欠陥の光学画像を撮像したとき、模擬欠陥の信号がその寸法に依存して経時的に変化している場合は、第１のパターンの光学画像を取得して欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することが好ましい。一例として、検査装置が、最初は全ての模擬欠陥を検出できたのに、経時的に検出感度が変化し、パターンの短絡が隣接して３つ生じている模擬欠陥を検出することはできるが、パターンの短絡が隣接して２つ生じている模擬欠陥を検出することができなくなった場合が挙げられる。このように欠陥検出感度が低下する原因としては、例えば、光源の光量が低下していたり、テーブルに振動が生じていたりすることが考えられる。そこで、こうした場合には、検査工程を続行せずにフォーカスオフセットの調整工程で停止して、検査装置の診断を行うことが好ましい。
図２５は、ラインパターンで線幅が局所的に太くなっている欠陥を模擬した例であり、領域ｃ７に示すように欠陥が孤立して発生している場合と、領域ｃ８に示すように欠陥が２つ隣接して発生している場合とを一緒に設けたものである。一方、図２６は、ラインパターンで線幅が局所的に細くなっている欠陥を模擬した例であり、領域ｃ９に示すように欠陥が孤立して発生している場合と、領域ｃ１０に示すように欠陥が２つ隣接して発生している場合とを一緒に設けたものである。
図２５や図２６の例では、さらに、ラインパターンを構成する２つのエッジが延びる方向に設計寸法と異なる種々のサイズの欠陥を配置してもよい。これにより、図２１〜図２４を用いて説明したのと同様に、検査装置の欠陥検出感度が変化しているか否かを判断する目安に模擬欠陥を用いることができる。
設計寸法と異なる種々のサイズの欠陥を配置して、検査装置の欠陥検出感度の変化を見る場合、基準となる欠陥の大きさを決めたうえで、これより大きい欠陥と小さい欠陥を設けるのがよい。
図２７の領域ｃ１１に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と同程度として、パターンが短絡したショート欠陥を模擬した例である。図２８の領域ｃ１２に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅と同程度として、パターンが断線したオープン欠陥を模擬した例である。こうした第１のパターンの線幅と等倍の寸法を有する欠陥を基準として、これより大きい欠陥と小さい欠陥を決めることができる。図２９の領域ｃ１３に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅の２倍程度として、パターンが短絡したショート欠陥を模擬した例である。図３０の領域ｃ１４に示す模擬欠陥は、欠陥の寸法を第１のパターンの線幅の２倍程度として、パターンが断線したオープン欠陥を模擬した例である。図２９や図３０に示す欠陥は、大きな寸法を有する例である。また、前述の図２１や図２２に示す欠陥も、大きな寸法を有する例とすることができる。一方、図１９や図２０に示す欠陥は、小さな寸法を有する例とすることができる。
次に、本実施の形態による検査方法を説明する。図８は、検査方法を示すフローチャートである。
テンプレートの被検査領域には、ライン・アンド・スペースパターンなどの繰り返しパターン、すなわち、周期性を持って繰り返される規則的なパターンが形成されている。このパターンの少なくとも一部は、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターン（第１のパターン）である。こうしたパターンとしては、例えば、半導体チップのメモリマット部に形成されるパターンなどが挙げられる。ここで、検査装置における光学系の解像限界（Ｒ）は、光源からの光の波長（λ）と、この光をテンプレートの検査領域に結像する対物レンズの開口数（ＮＡ）とを用いて、式（３）によって表される。
また、テンプレートの転写面の四隅にはアライメントマークが配置されている。アライメントマークは、被検査領域に形成された光学系の解像限界より微細な第１のパターンに倣った第２のパターンと、第２のパターンが配置されていない領域であって、第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有する。第２のパターンが形成された領域には、模擬欠陥が設けられている。第２のパターン、アライメントのためのマーク、および模擬欠陥の具体例は、図７を用いて説明した通りである。
本実施の形態による検査方法では、まず、被検査対象となるテンプレートを検査装置のテーブル上に載置し、上述したプレートアライメントを行う（Ｓ１）。
次に、テンプレートの光学画像を取得する検査装置のセンサについて、その光量振幅を最適化する（Ｓ２）。センサとして、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を用いた場合、ラインセンサの各画素の信号振幅が均等になるよう、各画素のアンプのゲインを調整する。また、テンプレートの光学画像の白黒振幅のダイナミックレンジを最大限に活用して、欠陥信号をできるだけ高く検出できるように、輝度のオフセットと振幅を調整する。
次に、テンプレートの転写面に設けられたアライメントマークの模擬欠陥を利用して、フォーカスオフセットを調節する（Ｓ３）。具体的には、テンプレートの転写面と、検査装置の光学系（対物レンズ）との焦点距離を変えて模擬欠陥の光学画像を撮像し、この模擬欠陥を検出するのに最適な焦点距離、すなわち、Ｓ／Ｎが最大となる焦点距離を求める。かかる焦点距離は、合焦点位置からフォーカスオフセットの分だけずれた位置になる。
一例として、テンプレートの一部分または全体に同一の構成を有する複数のチップパターンが配置されている場合を考える。より具体的には、半導体ウェハに転写される同じ集積回路の繰り返しパターンが配置されている場合である。ここで、繰り返し単位は、同じ大きさの矩形を呈しており、互いに切り離されるとダイ（Ｄｉｅ）と称される。１つのダイには、通常、１単位の集積回路などが形成されている。ダイ−トゥ−ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）比較方式によってこの繰り返しパターンを検査する際には、異なるチップにおける同一パターンの光学画像同士が比較される。例えば、ｎ番目のチップの光学画像を被検査対象とすると、（ｎ−１）番目のチップの光学画像が比較されるべき基準画像になる。このとき、繰り返しパターンが、検査装置の光源の波長で解像できないパターンであると、検査領域のほとんどでは、一様な灰色階調の光学画像同士を比較することになる。しかしながら、パターンに欠陥を有する光学画像では、欠陥箇所がその種類や形状に応じて白い輝点や黒点となって観察される。
例えば、テンプレートに光を照射し、その反射光をセンサに入射させることによって、繰り返しパターンの光学画像を取得する場合において、隣接するパターン同士が繋がり短絡していると、その欠陥個所では光が他より広い面積で反射するため、欠陥は白い輝点となって観察される。一方、パターンに断線が生じていると、その部分でパターンが欠けているため、光の反射面積が小さくなり、欠陥は黒点となって観察される。これらの例において、フォーカスオフセットを変化させると、欠陥個所の輝点や黒点の形状が変化したり、欠陥信号の極大および極小の信号振幅が変化したりする。
フォーカスオフセットの調節工程では、欠陥を検出するのに最適なフォーカスオフセットが探索される。具体的には、上述したように、フォーカスオフセットを変えながら、すなわち、テンプレートの転写面と、検査装置の光学系（対物レンズ）との焦点距離を変えながら、アライメントマークに設けられた模擬欠陥の光学画像を撮像し、ベースとなる灰色階調に対して欠陥信号が最も強く得られるフォーカスオフセットを探索する。例えば、灰色階調の信号レベルに対する欠陥の輝度信号レベルを所定のアルゴリズムで算出する方法が採れる。
フォーカスオフセットに影響する因子としては、欠陥の種類、形状、大きさの他にも、テンプレートに形成されたウェハに転写されるパターンの寸法、転写面における掘り込みの深さ、テンプレート表面のコーティングの条件などが挙げられる。さらに、検査装置において、光源からの光をテンプレートに照明する照明光学系や、テンプレートを透過または反射した光を結像してセンサに入射させる結像光学系の状態によっては、断線のような欠陥に対するフォーカスオフセットの最適位置と、短絡のような欠陥に対するフォーカスオフセットの最適位置とが異なることがあり得る。そこで、こうした場合には、例えば、断線に対して最適なフォーカスオフセットで検査を行い、続いて、短絡に対して最適なフォーカスオフセットで検査を行うというように、それぞれのフォーカスオフセットで２回検査を行うことが好ましい。
探索の結果、最適なフォーカスオフセットが定まると、そのフォーカスオフセットとなるよう、テンプレートの転写面と、検査装置の光学系（対物レンズ）との焦点距離を調節する。ここで、焦点距離は、テンプレートが載置される検査装置のテーブルの高さを調節することによって変えられる。
図９に検査装置のテーブルの一例を示す。テーブル１の台部３は、その上面がテーブル１の高さの基準となるＺ基準面４となる。Ｚ基準面４上には、Ｙテーブル５とＸテーブル６が配置され、さらにＸテーブル６の上にＺテーブル７が配置されている。Ｚテーブル７は、垂直方向に移動可能であり、また、Ｙテーブル５とＸテーブル６は水平方向に移動可能である。尚、図示を省略するが、テーブル１はθ方向にも回転可能である。
Ｚテーブル７は、その上部に支持部８を有する。支持部８には、テンプレート２を支持する支持体９が設けられている。テンプレート２は、パターンの形成されたメサ部が台部３のＺ基準面４の側を向くように配置される。
Ｚテーブル７は、支持部８で支持体９の配置に対応するように、３つのＺ駆動機構１５を有している。Ｚテーブル７では、Ｚ駆動機構１５により支持部８が高さ方向に沿って、上下に移動する。
Ｚテーブル７の支持部８のＺ基準面４と対向する面には、第１の測定面１２ａと第２の測定面１２ｂとからなる２つの測定面１２が設けられている。第１の測定面１２ａと第２の測定面１２ｂとは、テンプレート２の検査位置となる測定位置を挟んで、それらが同一軸上となるように設けられる。
Ｚセンサ１１も、第１の測定面１２ａおよび第２の測定面１２ｂの配置に対応するように、それぞれＺ基準面４上に設けられた第１のＺセンサ１１ａと第２のＺセンサ１１ｂとを有する。第１のＺセンサ１１ａおよび第２のＺセンサ１１ｂは、それぞれ、（台座１３を構成する）台座１３ａ、１３ｂの上に載置された状態でＺ基準面４の上に設けられている。
第１のＺセンサ１１ａおよび第２のＺセンサ１１ｂと、台座１３ａ、１３ｂの高さは、それぞれ既知である。したがって、それらの値を用い、また、Ｚ基準面４からの第１の測定面１２ａの高さを第１のＺセンサ１１ａで測定し、第２の測定面１２ｂの高さを第２のＺセンサ１１ｂで測定する。
第１のＺセンサ１１ａおよび第２のＺセンサ１１ｂから出力された信号は、それらにそれぞれ接続するＺ測定部２１において、電流値から電圧値に変換される。その後、非反転増幅アンプによって適切な電圧レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換され、第１の測定面１２ａおよび第２の測定面１２ｂの高さデータが作成される。
傾き測定部３２は、この高さデータを基に、テンプレート２の転写面の傾き、捩れ、うねりの状態を表すＺマップを作成する。
また、Ｚ測定部２１で作成された第１の測定面１２ａの高さデータおよび第２の測定面１２ｂの高さデータは、それぞれ、Ｚ測定部２１に接続する高さ補正部１０に送られ、Ｚテーブル７の移動の制御に用いられる。また、図８のＳ３で探索したフォーカスオフセットに関する情報も高さ補正部１０に送られる。Ｚ高さ制御部３４は、高さ補正部１０からの情報を基にＺ駆動機構１５を制御し、テンプレート２が最適なフォーカスオフセットとなる位置にあるようＺテーブル７の高さを調節する。
テンプレートの転写面が水平でないために、図８のＳ３で調節したフォーカスオフセットがＸ座標とＹ座標に依存して変化してしまう場合は、傾き測定部３２で作成されたＺマップを基にＺテーブル７を制御し、Ｘ座標とＹ座標の変化に応じてＺ座標を変えて、フォーカスオフセットが常に適切な値を維持するようにする。
図１０は、Ｚマップを補正して用いるテンプレート２の高さ（Ｚ）補正の制御方法を説明するブロック図である。換言すると、図１０は、図９のテーブル１の高さ補正部１０の機能を説明するものとなっており、テーブル１がテンプレート２を目標とする高さ位置に調整する方法を説明している。
テンプレート２は、図９に示すようにＺテーブル７上に載置される。Ｚテーブル７は、Ｙテーブル５およびＸテーブル６により、水平方向に移動可能である。Ｙテーブル５およびＸテーブル６の移動位置は、図示されないレーザ干渉計等によって測定され、ＸＹ情報のデータとして、高さ補正部１０に送られる。
テーブル１の高さ補正部１０は、Ｙテーブル５およびＸテーブル６のＸＹ位置情報から、Ｚマップを用いてテンプレート２の（検査位置となる）測定位置の目標となる高さ（Ｚマップ目標値）のデータを得る。そして、高さ補正部１０は、その高さデータに基づいて、Ｚ高さ制御部３４を用いてＺテーブル７のＺ駆動機構１５を制御し、テンプレート２の高さを目標となる高さ（Ｚマップ目標値）に調整する。
テンプレート２の高さ（Ｚ）位置を目標とする位置により高い精度で調整しようとする場合には、図１０に示す、Ｚマップ目標値の補正と、それに基づくテンプレート２のＺ高さの調整が行われる。
例えば、高さ補正部１０の（図示されない）演算回路により、Ｚテーブル７の第１の測定面１２ａにおける、測定位置と対応する位置の高さ（Ｚ１）と、第１の測定面１２ａに対する重力たわみの影響を考慮した補正値（Ｚ１補正値）とが加算される。同様に、Ｚテーブル７の第２の測定面１２ｂにおける、測定位置と対応する位置の高さ（Ｚ２）と、第２の測定面１２ｂに対する重力たわみの影響を考慮した補正値（Ｚ２補正値）とが加算される。そして、高さ補正部１０の演算回路により、それら第１の測定面１２ａに関する補正値と第２の測定面１２ｂに関する補正値の平均値が算出され、測定面１２を用いた補正の補正量とされる。
また、別の補正として、テンプレート２の重力たわみを考慮したＺたわみ補正値が算出される。さらにまた別の補正として、気圧補正量や温度補正量等が算出される。
これら測定面１２を用いた補正の量、Ｚたわみ補正値、気圧補正量および温度補正量などは、高さ補正部１０の演算回路で加算されて補正データが算出される。
高さ補正部１０では、上記の演算回路によって、テンプレート２の測定位置のＺマップ目標値のデータと、上述の補正データとの間で差分が求められ、補正されたＺマップ目標値が得られる。その結果、図１０に示すように、高さ補正部１０は、その補正されたＺマップ目標値に基づいて、Ｚ高さ制御部３４によりＺテーブル７のＺ駆動機構１５を制御し、テンプレート２の高さを目標となる高さに調整する。
図９において、テンプレート２の下方には光学系２４が配置されている。光学系２４は、テーブル１を用いて検査装置を構成する場合に、光学的にテンプレート２の検査を行うために配置される。
すなわち、光学系２４において、第１の光源２５から出射された光は、レンズ２６を透過し、ミラー２７によって向きを変えた後、レンズ２８ａ、２８ｂによってテンプレート２の検査位置に集光される。テンプレート２の下方側に反射された光は、ＴＤＩセンサ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に集光されて結像し、検査装置において検査に用いられる光学画像が生成される。
また、光学系２４において、第２の光源２９は、テンプレート２に対して、高さ測定用の光を照射する。第２の光源２９から出射された光は、ミラー３０によって向きを変えて、テンプレート２の上の検査位置に照射される。次いで、この光は、テンプレート２上で反射した後、ミラー３１によって傾き測定部３２に入射する。
このように、図９において、光学系２４の一部の構成要素は、テンプレート２の高さの測定用にも用いられる。検査と高さ測定とに共通する光学系２４を用いることで、テーブル１においては、テンプレート２を目標とする高さに高い精度で調整することができる。また、テーブル１を組み込んだ検査装置においては、テンプレート２と光学系２４とが適切なフォーカスオフセットの位置に保たれた状態で検査することができるので、テンプレート２を高い精度で検査することが可能となる。
本実施の形態の検査方法において、図８のＳ３でフォーカスオフセットの調節を行ってテンプレート２と対物レンズ２０５の焦点距離を調整した後は、図８に示すＳ４〜Ｓ６の各工程を行う。より詳しくは、図１４の検査装置１００におけるファラデー回転子２０４による光の偏向面の回転角度を決定し（Ｓ４）、次いで、検査のための光学画像を取得し（Ｓ５）、そして、Ｓ５で取得した光学画像を基に欠陥判定を行う（Ｓ６）。
Ｓ４は、詳細には、所定の要件で撮像されたテンプレート２のパターンの光学画像について画素毎の階調値を求めて階調値の標準偏差を最小にするファラデー回転子による光の偏光面の回転角度を決定する工程である。この工程は、場合に応じて、ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度を変えて取得した複数の光学画像における階調値の標準偏差を、階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程とすることができる。いずれにおいても、光学画像は、本実施の形態のアライメントマークに設けられた模擬欠陥の光学画像とすることが好ましい。
以下では、Ｓ４〜Ｓ６の各工程を詳細に説明する。尚、既に述べたＳ１〜Ｓ３と、上記のＳ４は、検査に先立って行われる工程、すなわち、検査の前工程に対応する。
図１４は、本実施の形態における検査装置１００の構成図である。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制御部Ｂとを有する。
構成部Ａにおいて、テンプレート２が載置されるテーブルには、図９を用いて説明したテーブル１が適用される。それ故、（図１４では図示されないが）テーブル１は、水平方向およびθ方向に移動可能なＸＹθテーブルと垂直方向に移動可能なＺテーブルとを有する。但し、図９における光学系２４は、図１４では異なる構成の光学系となっている。
一方、制御部Ｂでは、検査装置１００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、画像処理回路１０８、角度制御回路１４、欠陥検出回路１３４、オートローダ制御回路１１３、ＸＹθテーブル制御回路１１４ａ、Ｚテーブル制御回路１１４ｂ、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、ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。
構成部ＡにおけるＸＹθテーブルは、ＸＹθテーブル制御回路１１４ａによって制御されたＸＹθ駆動機構１６によって駆動される。また、Ｚテーブルは、Ｚテーブル制御回路１１４ｂによって制御されたＺ駆動機構１５によって駆動される。テーブル１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。テーブル１上のテンプレート２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搬出される。
被検査対象となるテンプレート２のパターンの光学画像は、構成部Ａで取得される。具体的には、次の通りである。
図１４において、構成部Ａの光源２０１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２０２で反射し、２分の１波長板２０３を透過した後、ファラデー回転子２０４に入射する。ファラデー回転子２０４を透過した光は、対物レンズ２０５によってテンプレート２の検査領域に結像する。次いで、テンプレート２で反射した光は、対物レンズ２０５を透過した後、ファラデー回転子２０４、２分の１波長板２０３、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。センサ２０７は、テンプレート２のパターンの光学画像を撮像する。
センサ２０７には、例えば、フォトダイオードなどの撮像素子を一列に並べたラインセンサが用いられる。この場合、テーブル１の連続移動方向と、ＴＤＩセンサの遅延積算方向を一致させて用いることによってテンプレート２のパターンが撮像される。
ファラデー回転子２０４は、ファラデー効果によって光の偏光面を回転させるものである。尚、ファラデー効果とは、光学材料に直線偏光を入射させ、光の進行方向と同一の方向に磁場を加えると、直線偏光の２つの成分（右回りの円偏光と左回りの円偏光）の位相速度にずれが生じ、その結果、出口での位相差によって、光学材料から出てくる光（直線偏光）の偏光面が回転する現象を言う。
既に述べたように、パターン欠陥の中で、ライン同士が短絡するショート欠陥（図１１の領域ａ１）や、ラインが断線するオープン欠陥（図１２の領域ａ２）は、テンプレートの性能に深刻な影響を与える。これに対して、図１３の領域ａ３に見られるようなエッジラフネスについては、テンプレートに与える影響がショート欠陥やオープン欠陥に比較して限定的であるため、検査において必ずしも検出される必要はない。
しかしながら、ショート欠陥、オープン欠陥、エッジラフネスのいずれもが光学系の解像限界より小さく、さらにこれらが同じパターン、具体的には、解像限界より微細な周期の同じ繰り返しパターンに混在する場合、この光学系による観察では、ショート欠陥やオープン欠陥による明暗と、エッジラフネスによる明暗との区別がつかない。その理由として、パターンの光学画像においては、ショート欠陥、オープン欠陥、エッジラフネスのいずれもが、同じサイズ、つまり、解像限界程度のサイズに広がってしまうことが挙げられる。
図１５は、テンプレートに設けられたライン・アンド・スペースパターンを模式的に示したものである。尚、図１５において、パターンの寸法は、光学系の解像限界より小さいとする。この図の領域ｂ１では、ラインパターンの一部が欠けており、オープン欠陥となっている。また、領域ｂ２では、パターンのエッジラフネスが大きくなっている。こうした欠陥の違いは、実際のテンプレート上では明確に区別されるが、光学系を介しての観察では区別できなくなる。これは、光学系が、光源の光の波長λと、開口数ＮＡとで決まる空間周波数フィルタとしてふるまうためである。
図１６は、図１５のパターンに空間周波数フィルタをかけたものである。この図からは、領域ｂ１における欠陥と、領域ｂ２における欠陥とが、同程度のサイズに広がっており、形状の違いが判別し難くなっていることが分かる。このように、解像限界より小さいサイズのオープン欠陥とエッジラフネスを光学系によって区別するのは、原理的に困難である。これは、ショート欠陥とエッジラフネスについても同様である。
ところで、ショート欠陥やオープン欠陥のサイズは、エッジラフネスに比較すると大きい。このため、ショート欠陥やオープン欠陥は、照明光の偏光状態に与える影響がエッジラフネスよりも大きい。例えば、図１１に示すショート欠陥では、隣り合うライン同士が接続しているが、これによって、照明光の電場成分に対する感受性が縦方向と横方向で異なるようになる。具体的には、次の通りである。
テンプレートに直線偏光を垂直に入射させる場合を考える。直線偏光の偏光方向が、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に対して４５度であるとき、入射光の電場は、縦成分と横成分で等しいのに対し、ショート欠陥による反射光の電場は、縦成分より横成分の方が大きくなる。その結果、ショート欠陥で反射した光の偏光方向は、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向と直交する方向に傾くようになる。また、同じ例で、図１２に示すようなオープン欠陥の場合は、ライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に傾くようになる。
これに対して、図１３に示すようなエッジラフネスによる欠陥の場合は、隣接ライン同士が接触したり、ラインが断線したりすることはなく、また、欠陥とは言っても、エッジラフネスにおける凹凸のサイズは、ショート欠陥やオープン欠陥よりも微細であるため、照明光の電場成分の横方向と縦方向に対する感受性の差はそれほど大きくない。したがって、テンプレートに直線偏光を垂直に入射させる場合において、直線偏光の偏光方向がライン・アンド・スペースパターンのエッジに沿う方向に対して４５度であるとき、エッジラフネスにより散乱した光の偏光方向は、入射光の偏光方向である４５度に近い値となる。但し、周期的な繰り返しを有するベースパターンの影響を受けることにより、偏光方向は完全には４５度とならず、４５度から僅かにずれた値をとる。
このように、ショート欠陥やオープン欠陥と、エッジラフネスとでは、照明光の偏光状態に与える影響が異なる。したがって、この違いを利用することにより、光学系の解像限界より微細なパターンであっても、欠陥を分類することが可能である。具体的には、照明光の偏光状態と、テンプレートで反射した光を結像する光学系における偏光制御素子、すなわち、本実施の形態のファラデー回転子２０４の条件とを制御することで、エッジラフネスによる明暗のムラを偏光制御素子で除去し、ショート欠陥やオープン欠陥による振幅変化のみを抽出することができる。
図８におけるＳ４の工程は、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になる、ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）を決定する工程である。本実施の形態では、テンプレート２の転写面に設けられるアライメントマークの模擬欠陥として、ショート欠陥やオープン欠陥に加えて、エッジラフネスも設けることが好ましい。これにより、アライメントマークを用いて、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを見出すことができる。尚、模擬欠陥は、ライン同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するオープン欠陥の少なくとも一方のみであってもよい。
図１４の検査装置１００において、テンプレート２のエッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのが妨げられるように、ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）が変えられると、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光が、エッジラフネスで散乱した光と分離されて２分の１波長板２０３と偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。すると、センサ２０７で撮像される光学画像は、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれる一方、ショート欠陥やオープン欠陥は残された状態のものとなるので、この光学画像によれば、ショート欠陥やオープン欠陥の検査が容易となる。つまり、センサ２０７で撮像された光学画像を用いて、光学系の解像限界より微細なパターンを検査することができる。
図１７および図１８は、検査装置１００の光学系によって、光の偏光面が回転する様子を説明する図である。
これらの図に示すように、ファラデー回転子２０４は、光を透過する光学材料２０４ａと、その周りに巻装したコイル２０４ｂとを有する。光学材料２０４ａには、光源２０１からの光に対して高い透過率を有する材料を用いる。例えば、光源２０１としてＤＵＶ光を出射するものを用いた場合、ＳｉＯ２、ＣａＦ２またはＭｇＦ２などの磁気光学結晶が光学材料２０４ａとして用いられる。コイル２０４ｂは、電流を流すことによって、光学材料２０４ａに、光の進行方向に沿って平行な方向に磁場が加えられるよう巻装されている。
ファラデー回転子２０４による光の偏光面の回転角度（ファラデー回転角θ）は、次のようにして変えられる。
図１７や図１８に示すように、ファラデー回転子２０４は、光学材料２０４ａと、その周りに巻装したコイル２０４ｂとを有する。コイル２０４ｂに流す電流を変えることにより、光学材料２０４ａに印加される磁場の強さを制御して、ファラデー回転角θを変えることができる。ここで、ファラデー回転角θは、式（４）で表される。尚、Ｈは磁場の強さ、ｌは、偏光が通過する物質の長さを表す。また、Ｖは、物質の種類、偏光の波長および温度に依存する定数であり、ベルデ定数と称される。
例えば、光学材料２０４ａとして、ＤＵＶ光に対して高い透過率を有するＳｉＯ２、ＣａＦ２またはＭｇＦ２などを用いた場合、これらはいずれも自発磁化を持たないため、所望とするファラデー回転角θを得るには、光学材料２０４ａに大きな磁界を印加する必要がある。
ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光を、エッジラフネスで散乱した光と分離するのに適当なファラデー回転角θは、パターンの構造によって異なる。このため、検査装置１００では、テンプレート２のパターンに応じて、ファラデー回転角θが変えられるようになっている。具体的には、角度制御回路１４でファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを変え、それによって、光学材料に印加される磁場の強さを変化させて、パターンの種類に応じたファラデー回転角θとなるようにしている。
尚、ファラデー回転子に永久磁石を使用する場合には、磁界の強さの異なる複数の永久磁石を用意しておく。そして、パターンの種類に応じたファラデー回転角θとなるような永久磁石を選択して、光学材料に必要な磁界が印加されるようにする。
また、ファラデー回転角θは、光学材料の厚みを変えることによっても変化する。したがって、厚みの異なる光学材料を複数用意しておき、パターンの種類に応じたファラデー回転角θを実現可能な光学材料を選択してもよい。この場合、光学材料に印加する磁界の大きさは、光学材料によらず同一にできる。
例えば、テンプレート２上に形成された繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して４５度の偏光面を有する光が照射されると、ショート欠陥やオープン欠陥のような大きな欠陥と、エッジラフネスのような小さな欠陥との間で、光の電場成分に対する感受性に違いが現れる。一方、光の偏光面がテンプレート２上に形成された繰り返しパターンの繰り返しの方向に対して０度や９０度であると、光の感受性は欠陥間で同じとなるため区別できない。つまり、光の偏光面は、パターンの繰り返しの方向に対して必ずしも４５度である必要はないが、０度や９０度でないことが重要である。換言すると、光の偏光面は、−５度〜５度と、８５度〜９５度の各範囲にある角度以外の角度とすることが好ましい。
本実施の形態では、光がファラデー回転子２０４を２回透過することで、その偏光面が往復で９０度回転することが好ましい。つまり、光学材料へは、光が往復で９０度回転するように磁界が印加されることが好ましい。
図１７に示すように、直線偏光Ｌの偏光面は、２分の１波長板２０３を透過することによって４５度回転する。続いて、ファラデー回転子２０４を透過することによって、この直線偏光Ｌの偏光面はさらに４５度回転する。その後、直線偏光Ｌは、対物レンズ２０５を介して、（図１７では図示されない）テンプレート上に結像する。
次に、図１８において、（図１８では図示されない）テンプレートで反射した直線偏光Ｌは、対物レンズ２０５を透過し、続いて、ファラデー回転子２０４に入射する。ファラデー回転子２０４を透過することによって、直線偏光Ｌの偏光面は４５度回転する。次いで、２分の１波長板２０３を透過することによって、直線偏光Ｌの偏光面は−４５度回転する。
このように、ファラデー回転子２０４を２回透過することで、光の偏光方向は９０度回転する。これにより、図１４において、光源２０１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２０２で反射されて、テンプレート２へ向かうが、テンプレート２で反射された光は、偏光方向が９０度回転することで、偏光ビームスプリッタ２０２を透過するようになり、光源２０１ではなく、センサ２０７へ向かう。そして、センサ２０７に光が入射することで、センサ２０７は、テンプレート２の光学画像を撮像する。
尚、テンプレート２を照明する光の偏光方向は、ファラデー回転子２０４だけでなく、２分の１波長板２０３によっても変化する。ファラデー回転子２０４については、既に述べたように、光学材料２０４ａに印加する磁場の大きさを変えることで、光の偏光方向を変えることができる。一方、２分の１波長板２０３については、これに回転機構を設けることで、回転角を任意に変化させることが可能である。さらに、図１４において、２分の１波長板２０３は、ファラデー回転子２０４と対物レンズ２０５の間に配置されていても
よい。
センサ２０７で撮像された（テンプレート２の）パターンの像は、光学画像データに変換されて検査に利用される。この過程は、具体的には次のようになる。
センサ２０７に入射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によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換されて光学画像データになる。その後、この光学画像データは、画像処理回路１０８へ送られる。
画像処理回路１０８では、光学画像データが画素毎の階調値で表される。例えば、２５６段階の階調値を有するグレースケールより、０階調から２５５階調のいずれかの値が、各画素に与えられる。
また、画像処理回路１０８では、テンプレート２からの光のうち、エッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのが防がれるように、ファラデー回転子２０４によるファラデー回転角θが決定される（図８のＳ４）。次いで、この結果を角度制御回路１４へ送り、角度制御回路１４でファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを変え、それによって、光学材料に印加される磁場の強さを変化させて、画像処理回路１０８で設定されたファラデー回転角θとなるようにする。そして、この状態で改めてテンプレート２の光学画像を取得する（図８のＳ５）。すなわち、上記のファラデー回転子θとなる条件でテンプレート２に光源２０１の光を照明すると、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光が、エッジラフネスで散乱した光と分離されて２分の１波長板２０３と偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。その結果、センサ２０７で撮像される光学画像は、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれる一方、ショート欠陥やオープン欠陥は残された状態のものとなる。したがって、この光学画像を用いることにより、ショート欠陥やオープン欠陥の検査ができる。つまり、以上の方法によれば、光学系の解像限界より微細なパターンの検査が可能となる。特に、アライメントマークに形成した模擬欠陥を用いて、Ｓ４におけるファラデー回転角θを決定するので、被検査パターンの欠陥の有無とは関係なく最適なファラデー回転角θを求めることができる。
次に、図８のＳ４において、エッジラフネスによる明暗のムラを除去する条件を見出す具体的方法を述べる。
一般に、検査対象となるテンプレートにおいて、ショート欠陥やオープン欠陥は極僅かしか存在しないのに対し、エッジラフネスは全面に渡って多く存在する。例えば、１００μｍ×１００μｍの領域の光学画像を取得したとき、この領域にショート欠陥やオープン欠陥が含まれる可能性は低く、また、含まれたとしても領域内での欠陥の数は僅かである。つまり、この領域内における光学画像の殆どは、エッジラフネスに起因するものである。このことは、エッジラフネスによる欠陥を排除する条件は、１００μｍ×１００μｍ程度の大きさの光学画像１つから求められることを意味する。
既に述べたように、光学画像におけるエッジラフネスによる階調値の変化は、センサ２０７に入射する光の偏光方向を制御することで除くことができる。具体的には、ファラデー回転子２０４によるファラデー回転角θを制御することで、センサ２０７に入射するエッジラフネスによる散乱光の光量を変化させて、光学画像における明暗の振幅を変えることができる。
光学画像における明暗の振幅は、画素毎の階調値の標準偏差で表される。例えば、図１４の検査装置１００において、光学系の画素分解能が５０ｎｍであるとき、１００μｍ×１００μｍの領域の光学画像は４００万画素で表現される。つまり、この光学画像１つから４００万個の階調値の標本が得られる。
暗視野照明系では、上記標本について標準偏差を求め、得られた値をエッジラフネスに起因する散乱光の程度と定義し、この値が最小になるように結像光学系側の偏光状態、すなわち、ファラデー回転角θを調整する。このようにすることで、センサ２０７に入射する、エッジラフネスに起因する散乱光の光量を最小限にすることができる。
一方、明視野照明系における光学画像の場合、エッジラフネスによる明暗の程度は、０次光の影響を受ける。この理由は、次の通りである。検査対象には、解像限界以下の微細な周期パターンがあるため、構造性複屈折による位相差の効果によって、０次光の偏光状態が変化する。それ故、エッジラフネスに起因する反射光を除去する目的でファラデー回転角θを変えると、ベースとなる光量も変化する。明視野像は、ショート欠陥やオープン欠陥、エッジラフネスからの散乱光の電場振幅と、０次光の電場振幅との積であるので、エッジラフネスによる明暗の程度が０次光の強度の影響を受ける結果となる。
エッジラフネスに起因する散乱光の影響を除いて、ショート欠陥やオープン欠陥を検出する感度を向上させるには、０次光に起因する関数（具体的には、０次光の電場振幅を表す関数）が極小になる条件ではなく、エッジラフネスに起因する関数（具体的には、エッジラフネスによる散乱光の電場振幅を表す関数）が極小になる条件を見出す必要がある。０次光に起因する関数が極小になるのは、単にベース光量が最小になる条件に過ぎず、エッジラフネスによる影響を排除しきれないためである。
エッジラフネスに起因する関数が極小になる条件は、光学画像の階調値の標準偏差σと、平均階調値Ａとを用いた演算により求められる。ここで、標準偏差σは、様々なノイズ要因からなるが、特にエッジラフネスによる明暗の影響を大きく受ける。また、光学画像の平均階調値Ａは、ベース光量、つまり、０次光の強度である。そして、エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅は、光学画像の標準偏差σを平均階調値Ａの平方根で割った値に比例する。エッジラフネスに起因する明暗の振幅を最小にする条件を見出すには、ファラデー回転角θを変えて光学画像を取得し、得られた光学画像における階調値の標準偏差を平均階調値の平方根で割った値
を算出する。そして、この値
が最小になるファラデー回転角θを求めればよい。
上述したように、ショート欠陥やオープン欠陥のように大きな欠陥は、照明光の電場成分に対する感受性が縦方向と横方向で異なる。したがって、こうした欠陥に起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θは、エッジラフネスに起因する散乱光の場合とは異なる。すなわち、エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θを適用しても、ショート欠陥やオープン欠陥に起因する散乱光の電場振幅が極小になることはない。したがって、エッジラフネスに起因する明暗の振幅に埋もれることなく、ショート欠陥やオープン欠陥を検出することが可能となる。
尚、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光を、エッジラフネスで散乱した光と分離するのに適当なファラデー回転角θがパターンの構造によって異なることについては、既に述べたが、これはさらに次のように詳述される。
エッジラフネスに起因する散乱光の電場振幅が極小になるときのファラデー回転角θは、検査対象に形成されたパターンの構造によって異なる。例えば、パターンのピッチ、掘り込みの深さ、ラインとスペースの比率などが変化すると、電場振幅が極小になるファラデー回転角θも変化する。したがって、検査対象のパターンの構造に応じてファラデー回転角θを求める必要がある。つまり、検査対象に同じパターンが設けられている場合には、予め求めたファラデー回転角θを検査工程で使い続けることができるが、検査対象に構造の異なる複数のパターンが設けられている場合には、パターンに応じてファラデー回転角θを変える必要がある。また、設計上は同じパターンであっても、様々な誤差要因によって、掘り込みの深さや、ラインとスペースの比率が微少に変化し、散乱光の電場振幅を最小にするファラデー回転角θが検査対象上でばらつくことがある。このため、こうしたばらつきにも追従させて、ファラデー回転角θを変化させる必要がある。
以上のようにして、エッジラフネスによる明暗のムラを排除する条件、すなわち、ファラデー回転角θを求めることができる。既に述べたように、この工程（図８のＳ４）は、テンプレート２の検査（図８のＳ５およびＳ６）の前段階で行われる。すなわち、エッジラフネスによる欠陥を排除する条件を見出すために、ファラデー回転角θを変えながら、テンプレート２に配置されたアライメントマークの模擬欠陥の光学画像をセンサ２０７で撮像する。具体的には、角度制御回路１４でファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを変え、それによって、光学材料に印加される磁場の強さを変化させて、所定のファラデー回転角θとなるようにする。例えば、所定のファラデー回転角θの値毎に、１００μｍ×１００μｍ程度の大きさの光学画像が１つずつ得られればよい。取得された光学画像のデータは、センサ回路１０６を通じて画像処理回路１０８に送られ、テンプレート２からの光のうち、エッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのが防がれるように、ファラデー回転子２０４によるファラデー回転角θが設定される。
前述の通り、画像処理回路１０８では、光学画像データが画素毎の階調値で表されるので、暗視野照明系の場合には、例えば、１つの光学画像について標準偏差を求め、得られた値をエッジラフネスに起因する散乱光の程度と定義し、この値が最小になるときのファラデー回転角θを求める。一方、明視野照明系の場合には、ファラデー回転角θを変えて光学画像を取得し、得られた各光学画像における階調値の標準偏差σを平均階調値Ａの平方根で割った値を算出する。そして、この値が最小になるときのファラデー回転角θを求める。
画像処理回路１０８で求められたファラデー回転角θに関する情報は、角度制御回路１４へ送られる。角度制御回路１４は、画像処理回路１０８からの情報にしたがって、ファラデー回転子２０４のコイルに流れる電流の大きさを制御する。これにより、ファラデー回転子２０４の光学材料に印加される磁場の強さが変化し、ファラデー回転角θを画像処理回路１０８で求められた値とすることができる。
ファラデー回転角θを上記値として、テンプレートの転写面に設けられた被検査対象となるパターン、すなわち、ウェハに転写される第１のパターン（図示せず）の光学画像を取得する（図８のＳ５）。この工程では、エッジラフネスで散乱した光がセンサ２０７に入射するのが防がれるので、ショート欠陥やオープン欠陥で散乱した光は、エッジラフネスで散乱した光と分離されて２分の１波長板２０３と偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、センサ２０７に入射する。したがって、センサ２０７で撮像される光学画像は、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれる一方、ショート欠陥やオープン欠陥は残された状態のものとなる。それ故、この光学画像を用いることにより、ショート欠陥やオープン欠陥の検査、すなわち、光学解像限界以下のパターンの検査ができる。
（エッジラフネスによる欠陥が除かれた）光学画像データが画像処理回路１０８に送られると、光学画像における画素データが画素毎の階調値で表される。また、テンプレート２の検査領域は、所定の単位領域に分割され、各単位領域の平均階調値が求められる。所定の単位領域は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの領域とすることができる。
画像処理回路１０８で得られた階調値に関する情報は、欠陥検出回路１３４へ送られる。欠陥検出回路１３４は、テンプレート２における被検査パターンの欠陥判定を行う（図８のＳ６）。
既に述べたように、光学系の解像限界より微細な繰り返しパターンに、ショート欠陥やオープン欠陥があると、パターンの規則性に乱れが生じて、欠陥がある個所の階調値が周囲の階調値とは異なるようになる。これにより、ショート欠陥やオープン欠陥を検出することができる。具体的には、欠陥検出回路１３４は、例えば、平均階調値を中心として上下に閾値を持ち、画像処理回路１０８から送られた階調値がこの閾値を超えたときにその個所を欠陥として認識する。ここで、閾値レベルは、検査の前に予め設定される。そして、欠陥検出回路１３４で得られた欠陥情報は、例えば、磁気ディスク装置１０９に保存される。
尚、検査装置１００は、検査機能に加えてレビュー機能を有することも可能である。ここで、レビューとは、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。
例えば、欠陥検出回路１３４で欠陥と判定された箇所の座標と、その光学画像がレビュー装置（図示せず）に送られる。オペレータは、この光学画像を手本となる基準画像と見比べてレビューする。レビューによって判別された欠陥情報は、欠陥情報リストとして、磁気ディスク装置１０９に保存することができる。尚、基準画像としては、例えば、被検査対象のパターンの設計データから作成された参照画像が用いられる。
以上述べたように、本実施の形態によれば、テンプレートに予め模擬欠陥を形成しておき、この模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行うので、常に最適なフォーカスオフセットの状態で検査をすることができる。また、その結果として検査結果の信頼性を高めることができる。
また、本実施の形態によれば、テンプレートに形成された模擬欠陥を用いて、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサ２０７に入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを見出す。これにより、光学系の解像限界より微細なパターンの検査を精度よく行うことができる。より詳細には、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれた光学画像を取得して、ショート欠陥やオープン欠陥の検査を行うことが可能となる。
実施の形態２．
実施の形態１では、検査領域に形成された光学系の解像限界より微細な第１のパターンに倣った第２のパターンと、第２のパターンが配置されていない領域であって、第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域と、第２のパターンが形成された領域に形成された模擬欠陥と、を有するアライメントマークについて述べた。本実施の形態のアライメントマークも実施の形態１と同様の構成を有する。しかしながら、実施の形態１では、アライメントマークがテンプレートの転写面の四隅に配置されていたのに対し、本実施の形態のアライメントマークは、転写面の四隅に限定されずに配置される点で異なる。
図３１は、ウェハ上にレジストを介して複数回転写されたテンプレートの転写面の平面模式図である。図３１において、点線で示された領域（Ｓｆ２〜Ｓｆ５）は、転写面Ｓｆ１の周囲に転写される他の転写面である。この図から分かるように、転写面の輪郭線は、入り組んだ凹凸形状をしている。これは、隣接して転写される転写面同士が重ならないように嵌め合わすための形状である。
図３２は、転写面Ｓｆ１，Ｓｆ２を拡大して示したものである。斜線部Ｐ１，Ｐ２は、機能回路パターンが形成されるパターン領域である。また、パターン領域Ｐ１，Ｐ２と、転写面Ｓｆ１，Ｓｆ２との外縁の間の領域は、ウェハ上に転写されるが最終的にはチップ同士を切断するためのスクライブ領域Ｓｃ１，Ｓｃ２である。スクライブ領域Ｓｃ１，Ｓｃ２は、転写の際にパターン領域Ｐ１，Ｐ２が互いに重ならないようにするために設けられる重ね代の領域である。スクライブ領域Ｐ１，Ｐ２の幅は、例えば、５０μｍから１００μｍ程度である。
アライメントマークは、回路パターンのレイアウトを妨げないようスクライブ領域に配置される。ここで、実施の形態１のように、アライメントマークが転写面の四隅に配置されている場合、各アライメントマークのＸ座標は、他のアライメントマークのＸ座標のいずれか１つと一致し、各アライメントマークのＹ座標も、他のアライメントマークのＹ座標のいずれか１つと一致する。しかしながら、転写面の輪郭線が入り組んだ形状をしていることによって、スクライブ領域の形状も入り組んだものとなるので、アライメントマークを転写面の四隅に配置するのは困難な場合がある。
そこで、スクライブ領域に複数のアライメントマークを配置し、２つのアライメントマークの各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせるようにし、他の２つのアライメントマークの各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせるようにする。この場合、アライメントマークが配置される領域はスクライブ領域であればよく、転写面の四隅には限定されない。
図３３は、図３１の転写面Ｓｆ１，Ｓｆ３を拡大して示したものである。この図において、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ５，ＡＭ６，ＡＭ９，ＡＭ１０，ＡＭ１２，ＡＭ１３は、転写面Ｓｆ１に設けられたものである。一方、アライメントマークＡＭ３，ＡＭ４，ＡＭ７，ＡＭ８，ＡＭ１１，ＡＭ１４，ＡＭ１５，ＡＭ１６は、転写面Ｓｆ３に設けられたものである。
転写面Ｓｆ１については、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２の各Ｙ座標、または、アライメントマークＡＭ５，ＡＭ６の各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせる。また、アライメントマークＡＭ９，ＡＭ１０の各Ｘ座標、または、アライメントマークＡＭ１２，ＡＭ１３の各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせる。
転写面Ｓｆ３については、アライメントマークＡＭ３，ＡＭ４の各Ｙ座標、または、アライメントマークＡＭ７，ＡＭ８の各Ｙ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｘ座標を合わせる。また、アライメントマークＡＭ１１，ＡＭ１４の各Ｘ座標、または、アライメントマークＡＭ１５，ＡＭ１６の各Ｘ座標が一致したところで、テンプレートのパターンと検査装置のテーブルの各Ｙ座標を合わせる。
本実施の形態のアライメントマークの構成は、実施の形態１のアライメントマークと同様である。また、検査方法も、実施の形態１で図８および図１４を用いて説明したのと同様である。
本実施の形態によれば、アライメントマークを転写面の四隅に限定せずに設けるので、設計の自由度を拡げることができる。そして、アライメントマークに形成された模擬欠陥を用いてフォーカスオフセットの調節を行うので、常に最適なフォーカスオフセットの状態で検査をすることができ、さらにその結果として、検査結果の信頼性を高めることができる。また、アライメントマークに形成された模擬欠陥を用いて、エッジラフネスで散乱した明暗のムラが除かれる条件、すなわち、センサに入射するエッジラフネスで散乱した光の量が最小になるファラデー回転角θを見出す。これにより、光学系の解像限界より微細なパターンの検査を精度よく行うことができる。より詳細には、エッジラフネスによる明暗のムラが除かれた光学画像を取得して、ショート欠陥やオープン欠陥の検査を行うことが可能となる。
実施の形態３．
実施の形態１および２では、アライメントマークに模擬欠陥が形成される場合について述べた。本実施の形態では、アライメントマークのないテンプレートの転写面に模擬欠陥が形成される場合を述べる。
実施の形態１で述べたように、アライメントマークは、転写面の外周に近い四隅（または四隅の周辺）に配置されるのが好ましい。ここで、実施の形態２で図３１〜図３３を用いて説明したように、転写面の外周部のスクライブ領域は、複雑に入り組んだ形状をしている。したがって、実施の形態１および２のように、アライメントマークに模擬欠陥を形成すれば、スクライブ領域を有効に活用することが可能となる。一方、模擬欠陥は、必ずしも転写面の外周に近い四隅（または四隅の周辺）に配置される必要はないので、本実施の形態で述べるように、模擬欠陥をアライメントマークと切り離してスクライブ領域に設ければ、模擬欠陥に関する設計上の制約を緩和することができる。
図３４は、本実施の形態におけるテンプレートの転写面Ｓｆの平面模式図である。
図３４において、斜線部Ｐは、回路パターンが形成されたパターン領域であり、検査領域に対応する。パターン領域Ｐには、（図示されない）ライン・アンド・スペースパターンなどの繰り返しパターン、すなわち、周期性を持って繰り返される規則的なパターンが形成されている。このパターンの少なくとも一部は、検査装置の光学系の解像限界より微細なパターン（第１のパターン）である。尚、この第１のパターンは、実施の形態１で説明した第１のパターンと同様であるので説明を省略する。
パターン領域Ｐと転写面Ｓｆの外縁との間の領域は、スクライブ領域Ｓｃである。本実施の形態では、アライメントマーク（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）を転写面Ｓｆの四隅（または四隅の周辺）のスクライブ領域Ｓｃに配置するとともに、アライメントマーク（ＡＭ１０１〜ＡＭ１０８）とは別にフォーカスオフセット調節領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）を配置して、フォーカスオフセット調節領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）に模擬欠陥を設ける。フォーカスオフセット調節領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）が配置される領域は、転写面の四隅やその周辺に限定される必要はなく、スクライブ領域であればよい。
フォーカスオフセット調節領域（ＦＡ１〜ＦＡ４）には、パターン領域Ｐに形成された光学系の解像限界より微細な第１のパターンに倣った第２のパターンが設けられている。さらに、この第２のパターンには、検査装置の光学系の解像限界より微細な模擬欠陥、換言すると、検査装置の光源の波長では解像できない模擬欠陥が設けられている。模擬欠陥の例としては、実施の形態１で述べた図１９〜図３０に示すものが挙げられる。
本実施の形態の構成によれば、模擬欠陥を設ける領域を、転写面の外周に近い四隅（または四隅の周辺）に拘らずに決定することができるので、設計の自由度を拡げることができる。また、図３４に示すように、フォーカスオフセット調節領域を複数設け、各フォーカスオフセット調節領域に模擬欠陥を配置することにより、例えば、転写面Ｓｆに汚れが付着して、一部のフォーカスオフセット調節領域がフォーカスオフセットの調整に適当でなくなった場合であっても、他のフォーカスオフセット調節領域を使用することで、問題なく検査工程を進めることができる。
尚、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。
例えば、上記実施の形態では、テンプレートの転写面に設けられた被検査対象となるパターン、すなわち、ウェハに転写される第１のパターンに倣ったもので、検査装置の光源の波長では解像できない微細な第２のパターンに模擬欠陥を設けた。しかし、第２のパターンは、必ずしも第１のパターンに倣ったものである必要はない。第１のパターンと第２のパターンの寸法などが異なる場合においては、（第２のパターンを背景パターンとする）模擬欠陥を用いて求めたフォーカスオフセットの最適値やファラデー回転角θの最適値が、第１のパターンの欠陥における最適値と一致しないことがあり得る。具体的には、ライン・アンド・スペースパターンにおける線幅や線間距離が異なる場合、ホールパターンにおけるホール径やホール間距離が異なる場合、ライン・アンド・スペースパターンにおける各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比がアライメントマークの箇所と被検査領域とで異なる場合などである。こうした場合には、第２のパターンにおける最適値を第１のパターンにおける最適値に換算または補正する係数を用意しておくことが好ましい。
また、上記実施の形態では、第１のパターンと第２のパターンが、ライン・アンド・スペースパターンである例について述べたが、ライン・アンド・スペースパターン以外のパターン、例えば、矩形パターンとすることもできる。この場合、ショート欠陥は矩形同士が短絡する欠陥であり、オープン欠陥は矩形が欠落する欠陥である。
また、本発明は、テンプレート基板以外の基板、例えば、マスク基板にも適用することが可能である。すなわち、上記実施の形態では、テンプレートに設けられたパターンを被検査対象とし、このテンプレートにアライメントマークを設ける例について述べたが、マスクに設けられたパターンを検査対象とする場合、マスク基板上で被検査対象となるパターンと同一面に本実施の形態のアライメントマークを配置することができる。これにより、フォーカスオフセットを適切に調節して、検査装置の光学系の解像度より微細なマスクのパターンの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
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された発明を付記する。
［Ｃ１］
光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有することを特徴とする検査方法。
［Ｃ２］
前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする［Ｃ１］に記載の検査方法。
［Ｃ３］
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
前記模擬欠陥は、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方であることを特徴とする［Ｃ１］または［Ｃ２］に記載の検査方法。
［Ｃ４］
前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とする［Ｃ１］〜［Ｃ３］のいずれか１項に記載の検査方法。
［Ｃ５］
前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする［Ｃ１］〜［Ｃ４］のいずれか１項に記載の検査方法。
［Ｃ６］
前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度〜５度と８５度〜９５度の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、
前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記撮像センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、
前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程とを有し、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
前記模擬欠陥には、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方があることを特徴とする［Ｃ１］に記載の検査方法。
［Ｃ７］
前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めた回転角度が前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする［Ｃ６］に記載の検査方法。
［Ｃ８］
前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とする［Ｃ６］または［Ｃ７］に記載の検査方法。
［Ｃ９］
前記形状が同じであって寸法の異なる模擬欠陥の信号が該寸法に依存して経時的に変化している場合には、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することを特徴とする［Ｃ２］に記載の検査方法。
［Ｃ１０］
前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あり、該欠陥の信号が寸法に依存して経時的に変化している場合には、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することを特徴とする［Ｃ６］に記載の検査方法。
［Ｃ１１］
光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とするテンプレート基板。
［Ｃ１２］
光源から出射した光を光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法におけるフォーカスオフセット方法であって、
前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節することを特徴とするフォーカスオフセット方法。
１、８６ テーブル
２、８７ テンプレート
３ 台部
４ Ｚ基準面
５ Ｙテーブル
６ Ｘテーブル
７ Ｚテーブル
８ 支持部
９ 支持体
１０ 高さ補正部
１１ Ｚセンサ
１１ａ 第１のＺセンサ
１１ｂ 第２のＺセンサ
１２ 測定面
１２ａ 第１の測定面
１２ｂ 第２の測定面
１３、１３ａ、１３ｂ 台座
１４ 角度制御回路
１５ Ｚ駆動機構
１６ ＸＹθ駆動機構
２１ Ｚ測定部
２４ 光学系
２５ 第１の光源
２６、２８ａ、２８ｂ レンズ
２７、３０、３１ ミラー
２９ 第２の光源
３２ 傾き測定部
３４ Ｚ高さ制御部
８１ ガラス基板
８２ 遮光膜
８３ テンプレートの地
８４ ライン・アンド・スペースパターン
８５ 領域
８８ アライメントマーク
８９ 転写面
９１ 第２のパターン
９２ アライメントのためのマーク
９３、９４、９５、９６ 模擬欠陥
１００ 検査装置
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 画像処理回路
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
１１４ａ ＸＹθテーブル制御回路
１１４ｂ Ｚテーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ 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
１３０ オートローダ
１３４ 欠陥検出回路
２０１ 光源
２０２ 偏光ビームスプリッタ
２０３ ２分の１波長板
２０４ ファラデー回転子
２０４ａ 光学材料
２０４ｂ コイル
２０５ 対物レンズ
２０７ センサ

Claims (12)

  1. 光源から出射した光を、光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を、前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法であって、
    前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節する工程と、
    前記フォーカスオフセットに調節した後に前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程と
    を有することを特徴とする検査方法。
  2. 前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
  3. 前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
    前記模擬欠陥は、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の検査方法。
  4. 前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査方法。
  5. 前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めたフォーカスオフセットが前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
  6. 前記光学系は、偏光ビームスプリッタと２分の１波長板とファラデー回転子と対物レンズとを有し、前記フォーカスオフセットを調節した後に、前記光源から出射した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射させ、前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記対物レンズを透過させて、前記第１のパターンの繰り返し方向に対し−５度〜５度と８５度〜９５度の各範囲にある角度以外の角度の偏光面を有する光にして前記基板を照明し、
    前記基板で反射した光を、前記対物レンズと前記２分の１波長板と前記ファラデー回転子と前記偏光ビームスプリッタを透過させてから前記撮像センサに入射させて、前記模擬欠陥の光学画像を得る工程と、
    前記模擬欠陥の光学画像から画素毎の階調値を求め、前記階調値の標準偏差を最小にする前記ファラデー回転子による光の偏光面の回転角度、または、前記回転角度を変えて取得した複数の模擬欠陥の光学画像における前記階調値の標準偏差を、前記階調値から求められる平均階調値の平方根で割った値が最小になるときの回転角度を取得する工程と、
    前記取得した回転角度となるように、前記ファラデー回転子に磁界を印加する工程と、
    前記ファラデー回転子に前記磁界が印加された状態で、前記第１のパターンの光学画像を得る工程と、
    前記第１のパターンの光学画像を用いて前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程と
    を有し、
    前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、ライン・アンド・スペースパターンまたは矩形パターンであって、
    前記模擬欠陥には、ライン同士または矩形同士が短絡するショート欠陥およびラインが断線するまたは矩形が欠落するオープン欠陥の少なくとも一方があることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
  7. 前記第１のパターンと前記第２のパターンとに寸法差がある場合、または、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンがいずれもライン・アンド・スペースパターンであって、各ラインの幅寸法とピッチとによって規定されるデューティ比に前記第１のパターンと前記第２のパターンで差がある場合に、前記第２のパターンに設けられた模擬欠陥の光学画像から求めた回転角度が前記第１のパターンで最適となるよう換算する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
  8. 前記基板はテンプレート基板であって、前記アライメントマークは、前記第２のパターンと、前記第２のパターンが配置されていない領域であって、前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によってアライメントのためのマークを形成する領域とを有することを特徴とする請求項６または７に記載の検査方法。
  9. 形状が同じであって寸法の異なる前記模擬欠陥の信号が該寸法に依存して経時的に変化している場合には、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することを特徴とする請求項２に記載の検査方法。
  10. 前記模擬欠陥には、種類が同じであって寸法の異なる欠陥が複数あり、該欠陥の信号が寸法に依存して経時的に変化している場合には、前記第１のパターンの光学画像を取得して前記第１のパターンの欠陥の有無を検査する工程を行わずに検査を停止することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
  11. 光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、
    前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークと
    を有するテンプレート基板であって、
    前記アライメントマークは、
    前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと、
    前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥と、
    前記第２のパターンが配置されていない領域と前記第２のパターンが配置された領域とのコントラストの差によって形成されたアライメントのためのマークの領域と
    を有することを特徴とする、
    テンプレート基板。
  12. 光源から出射した光を、光学系を介して基板に照射し、前記基板で反射した光を、前記光学系を介して撮像センサに入射させて得た光学画像を用いて欠陥の有無を検査する検査方法におけるフォーカスオフセット方法であって、
    前記基板は、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１のパターンと、前記第１のパターンと同一面に配置された少なくとも１つのアライメントマークとを有し、前記アライメントマークは、前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第２のパターンと前記第２のパターンに設けられた前記光源の波長では解像できない模擬欠陥とを備えており、
    前記第１のパターンが設けられた面と前記光学系との焦点距離を変えながら前記模擬欠陥の光学画像を撮像し、該光学画像でベースとなる階調値に対して前記模擬欠陥の信号が最も強く得られるフォーカスオフセットに調節することを特徴とする、
    フォーカスオフセット方法。
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