JP6851178B2 - Pattern inspection method and pattern inspection equipment - Google Patents

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JP6851178B2 JP2016217151A JP2016217151A JP6851178B2 JP 6851178 B2 JP6851178 B2 JP 6851178B2 JP 2016217151 A JP2016217151 A JP 2016217151A JP 2016217151 A JP2016217151 A JP 2016217151A JP 6851178 B2 JP6851178 B2 JP 6851178B2
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本発明は、パターン検査方法及びパターン検査装置に関する。例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスクを検査する検査装置及び方法に関する。 The present invention relates to a pattern inspection method and a pattern inspection apparatus. For example, the present invention relates to a pattern inspection technique for inspecting a pattern defect of a sample object used in semiconductor manufacturing, and relates to an inspection device and a method for inspecting a photomask used when manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display (LCD).

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。 In recent years, with the increasing integration and capacity of large-scale integrated circuits (LSIs), the circuit line width required for semiconductor elements has become narrower and narrower. These semiconductor elements use an original image pattern (also referred to as a mask or reticle, hereinafter collectively referred to as a mask) on which a circuit pattern is formed, and the pattern is exposed and transferred onto a wafer by a reduction projection exposure apparatus called a stepper. Manufactured by forming a circuit. Therefore, in manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern to a wafer, a pattern drawing device using an electron beam capable of drawing the fine circuit pattern is used. A pattern circuit may be drawn directly on the wafer using such a pattern drawing device. Alternatively, an attempt is being made to develop a laser beam drawing apparatus that draws using a laser beam in addition to the electron beam.

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。 Further, improvement of the yield is indispensable for manufacturing an LSI, which requires a large manufacturing cost. However, as represented by 1 gigabit class DRAM (random access memory), the patterns constituting the LSI are on the order of submicron to nanometer. One of the major factors for reducing the yield is a pattern defect of a mask used when exposing and transferring an ultrafine pattern on a semiconductor wafer by photolithography technology. In recent years, with the miniaturization of LSI pattern dimensions formed on semiconductor wafers, the dimensions that must be detected as pattern defects have become extremely small. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of the pattern inspection apparatus for inspecting defects in the transfer mask used in LSI manufacturing.

検査手法としては、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。 As an inspection method, an optical image obtained by capturing a pattern formed on a sample such as a lithography mask using a magnifying optical system at a predetermined magnification is compared with a design data or an optical image obtained by capturing the same pattern on the sample. There is a known method of inspecting by doing so. For example, as a pattern inspection method, "die to die inspection" in which optical image data obtained by capturing the same pattern in different places on the same mask are compared with each other, or a pattern is used as a mask using CAD data with a pattern design. The drawing data (design pattern data) converted into the device input format for input by the drawing device at the time of drawing is input to the inspection device, a design image (reference image) is generated based on this, and the pattern is imaged. There is a "die to database inspection" that compares the measured optical image with the measured data. In the inspection method in such an inspection apparatus, the sample is placed on the stage, and the moving of the stage causes the luminous flux to scan the sample to perform the inspection. The sample is irradiated with a luminous flux by a light source and an illumination optical system. The light transmitted or reflected from the sample is imaged on the sensor via the optical system. The image captured by the sensor is sent to the comparison circuit as measurement data. In the comparison circuit, after the images are aligned with each other, the measurement data and the reference data are compared according to an appropriate algorithm, and if they do not match, it is determined that there is a pattern defect.

製品サイクルが短い半導体製品において、製造所要時間を短縮することは重要な項目である。欠陥のあるマスクパターンをウェハに露光転写すると、そのウェハから作られた半導体装置は不良品になる。そのため、マスクのパターン欠陥検査を行うことは重要である。そして、欠陥検査で見つかった欠陥は欠陥修正装置で修正される。しかしながら、見つかった欠陥をすべて修正すると製造所要時間の増加になり、製品価値を下げることにつながる。検査装置の開発が進むのに伴い、検査装置では、非常に小さなずれが生じてもパターン欠陥有りと判定する。しかし、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは／及び短絡等がかかる欠陥によって生じておらず、パターンの線幅が許容値内であれば集積回路としては使用可能である。よって、かかる欠陥を都度修正するのではなく、欠陥の状態を残したまま、かかるマスクを露光転写に用いることが望まれる。そのためには、露光装置で転写される場合のパターン像のパターン寸法を測定できればよい。しかしながら、露光装置ではマスクパターンを縮小してウェハに結像するのに対して、検査装置ではマスクパターンを拡大してセンサに結像する。よって、マスク基板に対して２次側の光学系の構成がそもそも異なっている。かかる構成により、検査装置では、露光装置よりもマスクに対する分解能が高く、微小な欠陥が検出できるようになっているが、その反面、露光装置で転写される場合のパターン像の形状を検査装置で再現することは困難である。 For semiconductor products with short product cycles, shortening the manufacturing time is an important item. When a defective mask pattern is exposed and transferred to a wafer, the semiconductor device made from the wafer becomes defective. Therefore, it is important to perform a pattern defect inspection of the mask. Then, the defect found in the defect inspection is corrected by the defect correction device. However, fixing all the defects found will increase the manufacturing time and reduce the product value. As the development of the inspection device progresses, the inspection device determines that there is a pattern defect even if a very small deviation occurs. However, when the mask pattern is transferred onto the wafer with an actual exposure device, it is not caused by a defect such as a circuit disconnection or / or short circuit on the wafer, and if the line width of the pattern is within the permissible value, the integrated circuit Can be used as. Therefore, it is desired to use the mask for exposure transfer while leaving the state of the defect, instead of correcting the defect each time. For that purpose, it is sufficient that the pattern size of the pattern image when transferred by the exposure apparatus can be measured. However, while the exposure apparatus reduces the mask pattern and forms an image on the wafer, the inspection apparatus enlarges the mask pattern and forms an image on the sensor. Therefore, the configuration of the optical system on the secondary side with respect to the mask substrate is different in the first place. With such a configuration, the inspection device has a higher resolution for the mask than the exposure device and can detect minute defects. On the other hand, the inspection device can detect the shape of the pattern image when transferred by the exposure device. It is difficult to reproduce.

ここで、空中画像なる像を利用して、露光装置で露光転写される露光イメージを検査する専用機について開示されている（例えば、特許文献１参照）。 Here, a dedicated machine for inspecting an exposure image to be exposed and transferred by an exposure apparatus using an image called an aerial image is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００１−２３５８５３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-235853

ここで、本願出願時においてまだ公知にはなっていないと思われるが、上述した露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく、検査装置で光学画像を取得する場合に、露光装置の光学条件に合わせてあえて分解能を低くして撮像することが検討されている。しかしながら、光学画像と比較するために作成される参照画像は、設計データに基づいているので、参照画像の生成精度において、複雑な開口条件を含む照明形状を含む露光装置の光学条件で撮像された光学画像と比較し得る程度に合わせ込むことが困難となっている。そのため、露光装置の光学条件で撮像された光学画像と参照画像とを比較した場合に、画像内のパターン寸法に誤差が生じてしまうといった問題があった。そのため、欠陥が存在しない正常部においてもパターン寸法に誤差が生じてしまう。かかる状態では、欠陥個所のパターン寸法を高精度に取得することが困難であるといった問題があった。 Here, although it seems that it is not yet known at the time of filing the application of the present application, the optics of the exposure apparatus is used when an optical image is acquired by the inspection apparatus in order to approach the pattern image when the image is transferred by the exposure apparatus described above. It is being studied to take an image with a low resolution according to the conditions. However, since the reference image created for comparison with the optical image is based on the design data, the reference image was captured under the optical conditions of the exposure apparatus including the illumination shape including the complicated aperture condition in the generation accuracy of the reference image. It is difficult to match the image to the extent that it can be compared with the optical image. Therefore, when the optical image captured under the optical conditions of the exposure apparatus and the reference image are compared, there is a problem that an error occurs in the pattern size in the image. Therefore, an error occurs in the pattern size even in the normal part where there is no defect. In such a state, there is a problem that it is difficult to obtain the pattern size of the defective portion with high accuracy.

そこで、本発明は、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査可能な検査方法及び装置を提供する。 Therefore, the present invention provides an inspection method and an apparatus capable of inspecting the pattern size of a defective portion from an optical image captured in order to bring it closer to a pattern image when transferred by an exposure apparatus.

本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する工程と、
第２の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
第１の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する工程と、
パターン異常個所について、参照画像から測定されたパターン寸法と光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。 The pattern inspection method of one aspect of the present invention is
The process of acquiring an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed, and
The process of creating a reference image corresponding to an optical image,
A second used for a reference image in which the pattern dimension of the pattern normal part in the optical image specified using the first threshold level of the image gradation value profile and the pattern dimension of the corresponding part in the reference image are the same size. The process of measuring the threshold level and
Using the second threshold level, the step of measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image corresponding to the pattern abnormality part in the optical image, and the process of measuring the pattern dimension of the corresponding part in the reference image.
The first threshold level is used to measure the tentative pattern size of the pattern abnormality portion in the optical image, and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image using the second threshold level is the first threshold value. A step of calculating the value obtained by dividing the value obtained by dividing the temporary pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image using the level by the set dimension as the pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image.
Regarding the pattern abnormality location, the process of comparing and outputting the pattern dimensions measured from the reference image and the pattern dimensions measured from the optical image, and
It is characterized by being equipped with.

また、光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程をさらに備えると好適である。 Further, it is preferable to further include a step of detecting a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the optical image.

また、光学画像内のパターン異常個所の領域として、光学画像内の画素と参照画像内の対応画素とにおける階調差が第３の閾値を超える欠陥画素と欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法のうち、光学画像と参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力すると好適である。 Further, as a region of a pattern abnormality portion in the optical image, a defective pixel in which the gradation difference between the pixel in the optical image and the corresponding pixel in the reference image exceeds the third threshold value and a plurality of pixels around the defective pixel are used. Pixel group to be composed is used
When measuring the pattern size of the pattern abnormality part in the optical image, the size between a plurality of edge pairs in the pixel group is measured, and the size is measured.
When measuring the pattern size of the corresponding part in the reference image corresponding to the pattern abnormality part in the optical image, the dimension between the plurality of edge pairs corresponding to the plurality of edge pairs in the pixel group is measured.
When comparing the pattern dimensions measured from the optical image and the pattern dimensions measured from the reference image, the edge pair that maximizes the difference between the optical image and the reference image among the dimensions between the plurality of edge pairs in the pixel group. It is preferable to determine the pattern dimension between them as the pattern dimension of the pattern abnormality part and output it.

また、かかる光学画像に使用される光束がマスク基板から対物レンズへ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板の第２の光学画像を取得する工程と、
第２の光学画像に対応する第２の参照画像を作成する工程と、
第２の光学画像と第２の参照画像とを画素毎に比較する工程と、
第２の光学画像と第２の参照画像とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、光学画像内のパターン異常個所を特定する工程と、
をさらに備えると好適である。 Further, a step of acquiring a second optical image of the mask substrate using a luminous flux having a numerical aperture higher than the numerical aperture (NA) when the luminous flux used for the optical image is incident on the objective lens from the mask substrate. When,
The process of creating a second reference image corresponding to the second optical image, and
A process of comparing the second optical image and the second reference image pixel by pixel, and
As a result of comparing the second optical image with the second reference image, the step of identifying the pattern abnormality portion in the optical image using the defective pixels determined to be defective, and
It is preferable to further provide.

本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
第２の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第１のパターン寸法測定部と、
第１の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する第２のパターン寸法測定部と、
パターン異常個所について、光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。 The pattern inspection device of one aspect of the present invention is
An optical image acquisition mechanism that acquires an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed,
A reference image creation unit that creates a reference image corresponding to an optical image,
A second used for a reference image in which the pattern dimension of the pattern normal part in the optical image specified by using the first threshold level of the image gradation value profile and the pattern dimension of the corresponding part in the reference image are the same size. A threshold level measuring unit that measures the threshold level and
A first pattern dimension measuring unit that measures the pattern dimensions of the corresponding points in the reference image, which corresponds to the pattern abnormality points in the optical image, using the second threshold level.
The first threshold level is used to measure the tentative pattern size of the pattern abnormality portion in the optical image, and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image using the second threshold level is the first threshold value. A second pattern dimension measuring unit that calculates the value obtained by dividing the value obtained by dividing the temporary pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image using the level by the set dimension as the pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image. When,
A comparison unit that compares the pattern dimensions measured from the optical image with the pattern dimensions measured from the reference image for the pattern abnormality points.
It is characterized by being equipped with.

本発明によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査できる。 According to the present invention, it is possible to inspect the pattern size of a defective portion from an optical image captured so as to be close to a pattern image when transferred by an exposure apparatus.

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the pattern inspection apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for comparing the numerical aperture of the inspection device and the numerical aperture of the exposure device according to the first embodiment. 実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。It is a flowchart which shows a part of the main part process of the inspection method in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。It is a flowchart which shows the rest of the main part process of the inspection method in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the optical system in the high NA inspection mode in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the inspection area in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the filter processing in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the low NA inspection circuit in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the optical system in the low NA inspection mode in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとの画像階調値プロファイルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image gradation value profile of the pattern in an optical image and the pattern in a reference image in Embodiment 1. 実施の形態１における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。It is a figure which shows the defect area image and an example of an edge pair in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of edge recognition of a pattern in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mechanism which changes the illumination shape in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mechanism which changes the illumination shape in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the mechanism which changes the illumination shape in Embodiment 1. FIG.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、マスク基板１０１に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a pattern inspection device according to the first embodiment. In FIG. 1, the inspection device 100 for inspecting defects in the pattern formed on the mask substrate 101 includes an optical image acquisition mechanism 150 and a control system circuit 160 (control unit).

光学画像取得機構１５０は、光源１０３、透過照明光学系１７０、照明形状切替機構１７１、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、対物レンズ１０４、反射照明光学系１７２、開口絞り１８０、結像光学系１７８、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、マスク基板１０１が載置される。マスク基板１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンによって構成されたパターンが形成されている。マスク基板１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。 The optical image acquisition mechanism 150 includes a light source 103, a transmission illumination optical system 170, an illumination shape switching mechanism 171, a movablely arranged XYθ table 102, an objective lens 104, a reflection illumination optical system 172, an aperture diaphragm 180, and an imaging optical system. It has 178, a photodiode array 105 (an example of a sensor), a sensor circuit 106, a stripe pattern memory 123, and a laser length measuring system 122. The mask substrate 101 is placed on the XYθ table 102. The mask substrate 101 includes, for example, a photomask for exposure that transfers a pattern onto a wafer. Further, in this photomask, a pattern composed of a plurality of graphic patterns to be inspected is formed. The mask substrate 101 is arranged on the XYθ table 102, for example, with the pattern forming surface facing downward.

制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、オートフォーカス（ＡＦ）制御回路１４０、検査モード切替制御回路１４４、低ＮＡ検査回路１４６、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。また、反射照明光学系１７２には、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が含まれる。偏光ビームスプリッタ１７４は、駆動機構１７６によって光路内外に移動させられる。 In the control system circuit 160, the control computer 110, which is a computer, transmits the position circuit 107, the comparison circuit 108, the expansion circuit 111, the reference circuit 112, the autoloader control circuit 113, the table control circuit 114, and the autofocus (AF) via the bus 120. ) Control circuit 140, inspection mode switching control circuit 144, low NA inspection circuit 146, magnetic disk device 109, magnetic tape device 115, flexible disk device (FD) 116, CRT 117, pattern monitor 118, and printer 119. .. Further, the sensor circuit 106 is connected to the stripe pattern memory 123, and the stripe pattern memory 123 is connected to the comparison circuit 108. Further, the XYθ table 102 is driven by an X-axis motor, a Y-axis motor, and a θ-axis motor. Further, the reflection illumination optical system 172 includes an objective lens 104 and a polarization beam splitter 174 (polarizing element). The polarization beam splitter 174 is moved in and out of the optical path by the drive mechanism 176.

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、透過照明光学系１７０、対物レンズ１０４、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。例えば、２００〜３００倍の倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばリニアモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１０２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にＡＦ制御回路１４０により動的にマスク基板１０１のパターン形成面に焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）が調整される。例えば、ＸＹθテーブル１０２は、ピエゾ素子１４２によって光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させられることにより、焦点位置が調整される。ＸＹθテーブル１０２上に配置されたマスク基板１０１の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。 In the inspection device 100, a high-magnification inspection optical system is configured by a light source 103, an XYθ table 102, a transmission illumination optical system 170, an objective lens 104, a photodiode array 105, and a sensor circuit 106. For example, an inspection optical system having a magnification of 200 to 300 times is configured. Further, the XYθ table 102 is driven by the table control circuit 114 under the control of the control computer 110. It can be moved by a drive system such as a three-axis (XY-θ) motor that drives in the X, Y, and θ directions. As these X motors, Y motors, and θ motors, for example, linear motors can be used. The XYθ table 102 can be moved in the horizontal direction and the rotational direction by the motor of each axis of the XYθ. Then, the focal position (optical axis direction: Z-axis direction) of the XYθ table 102 is dynamically adjusted to the pattern forming surface of the mask substrate 101 by the AF control circuit 140 under the control of the control computer 110. For example, the focal position of the XYθ table 102 is adjusted by being moved in the optical axis direction (Z-axis direction) by the piezo element 142. The moving position of the mask substrate 101 arranged on the XYθ table 102 is measured by the laser length measuring system 122 and supplied to the position circuit 107.

マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。 Design pattern data (drawing data) that is the basis for pattern formation of the mask substrate 101 is input from the outside of the inspection device 100 and stored in the magnetic disk device 109.

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。 Here, FIG. 1 describes the components necessary for explaining the first embodiment. It goes without saying that the inspection apparatus 100 may usually include other necessary configurations.

図２は、実施の形態１における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。図２（ａ）では、露光装置の光学系の一部を示している。露光装置では、図示しない照明光がマスク基板３００に照明され、マスク基板３００からの透過光３０１は、対物レンズ３０２に入射され、対物レンズ３０２を通過した光３０５が半導体基板３０４（ウェハ）へ結像する。なお、図２（ａ）では、１つの対物レンズ３０２を示しているが、複数のレンズによる組み合わせであっても構わないことは言うまでもない。ここで、現状の露光装置では、マスク基板３００に形成されたパターンを、例えば、１／４に縮小して半導体基板３０４に露光転写する。その際の露光装置の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。言い換えれば、対物レンズ３０２を通過可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｉは、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。露光装置では、マスク基板３００からの透過光像を１／４に縮小しているので、対物レンズ３０２のマスク基板３００に対する感度は１／４となる。言い換えれば、マスク基板３００から対物レンズ３０２へ透過光が入射する場合の入射可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、ＮＡｉの１／４となり、ＮＡｏ＝０．３となる。よって、露光装置では、開口数ＮＡｏ＝０．３の光束のマスク基板３００からの透過光像を半導体基板３０４に露光転写していることになる。 FIG. 2 is a conceptual diagram for comparing the numerical aperture of the inspection device and the numerical aperture of the exposure device according to the first embodiment. FIG. 2A shows a part of the optical system of the exposure apparatus. In the exposure apparatus, illumination light (not shown) is illuminated on the mask substrate 300, the transmitted light 301 from the mask substrate 300 is incident on the objective lens 302, and the light 305 passing through the objective lens 302 is connected to the semiconductor substrate 304 (wafer). To image. Although one objective lens 302 is shown in FIG. 2A, it goes without saying that a combination of a plurality of lenses may be used. Here, in the current exposure apparatus, the pattern formed on the mask substrate 300 is reduced to, for example, 1/4 and exposed and transferred to the semiconductor substrate 304. The numerical aperture NAi (numerical aperture on the image i side) of the exposure apparatus with respect to the semiconductor substrate 304 at that time is set to, for example, NAi = 1.2. In other words, the numerical aperture NAi of the objective lens 302 that can pass through the objective lens 302 is set to, for example, NAi = 1.2. In the exposure apparatus, the transmitted light image from the mask substrate 300 is reduced to 1/4, so that the sensitivity of the objective lens 302 to the mask substrate 300 is 1/4. In other words, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 302 that can be incident when the transmitted light is incident from the mask substrate 300 to the objective lens 302 is 1/4 of NAi, and NAo = 0.3. It becomes. Therefore, in the exposure apparatus, the transmitted light image from the mask substrate 300 having a luminous flux with a numerical aperture of NAo = 0.3 is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304.

これに対して、実施の形態１における検査装置１００では、図２（ｂ）に示すように、図示しない照明光がマスク基板１０１に照明され、マスク基板１０１からの透過光１９０は、対物レンズ１０４に入射され、対物レンズ１０４を通過した光１９２がフォトダイオードアレイ１０５（センサ）へ結像する。その際、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、例えばＮＡｏ＝０．９に設定される。よって、検査装置１００では、開口数ＮＡｏ＝０．９の光束のマスク基板１０１からの透過光像をフォトダイオードアレイ１０５が受光していることになる。よって、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光を用いて、欠陥検査することになる。かかる高分解能の光を用いることにより、例えばナノメータオーダーの微細な欠陥を検出可能な高精度な検査が可能となる。なお、図２（ｂ）では、対物レンズ１０４しか記載していないが、対物レンズ１０４とフォトダイオードアレイ１０５との間には図示しない複数のレンズが配置されている。 On the other hand, in the inspection device 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 2B, illumination light (not shown) is illuminated on the mask substrate 101, and the transmitted light 190 from the mask substrate 101 is the objective lens 104. The light 192 incident on the photodiode array 105 (sensor) is imaged with the light 192 that has passed through the objective lens 104. At that time, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident when the transmitted light 190 is incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 is set to, for example, NAo = 0.9. Therefore, in the inspection device 100, the photodiode array 105 receives a transmitted light image from the mask substrate 101 having a luminous flux with a numerical aperture of NAo = 0.9. Therefore, in the inspection device 100, defect inspection is performed using light having a higher resolution than the light that is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure device. By using such high-resolution light, it is possible to perform high-precision inspection capable of detecting minute defects on the order of nanometers, for example. Although only the objective lens 104 is shown in FIG. 2B, a plurality of lenses (not shown) are arranged between the objective lens 104 and the photodiode array 105.

しかしながら、上述したように、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光をフォトダイオードアレイ１０５が受光するので、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、開口絞り１８０を配置してマスク基板１０１からの透過光の光束を絞ることで透過光の光束径を調整し、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を検査装置１００で生成可能とする。 However, as described above, in the inspection device 100, since the photodiode array 105 receives light having a higher resolution than the light that is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure device, the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure device. In this case, it is difficult for the inspection device 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304. Therefore, in the first embodiment, the numerical aperture 180 is arranged to narrow the light beam of the transmitted light from the mask substrate 101 to adjust the light beam diameter of the transmitted light, and the same as the light to be exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. The inspection device 100 can generate light having a numerical numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) (similar resolution).

その他、露光装置では、マスク基板３００からの透過光を半導体基板３０４に転写するが、反射光は使用しない。よって、マスク基板３００から半導体基板３０４までの光路上に偏光素子を配置していない。一方、検査装置１００では、マスク基板１０１からの透過光を用いた検査の他に、マスク基板１０１からの反射光を用いた検査も行うことが可能である。よって、かかる透過光検査のための検査光（第１の検査光、或いは第１の照明光）の他に、かかる反射光検査のための検査光（第２の検査光、或いは第２の照明光）が必要となる。そのため、検査装置１００では、かかる反射光検査のための検査光をマスク基板３００に照明するための光路上に偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を配置している。よって、フォトダイオードアレイ１０５は、かかる偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を通過した光を受光することになる。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは偏光成分が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除可能な構成にする。 In addition, in the exposure apparatus, the transmitted light from the mask substrate 300 is transferred to the semiconductor substrate 304, but the reflected light is not used. Therefore, the polarizing element is not arranged on the optical path from the mask substrate 300 to the semiconductor substrate 304. On the other hand, in the inspection device 100, in addition to the inspection using the transmitted light from the mask substrate 101, the inspection using the reflected light from the mask substrate 101 can also be performed. Therefore, in addition to the inspection light for the transmitted light inspection (first inspection light or the first illumination light), the inspection light for the reflected light inspection (second inspection light or the second illumination). Light) is needed. Therefore, in the inspection device 100, a polarization beam splitter 174 (polarizing element) is arranged on the optical path for illuminating the mask substrate 300 with the inspection light for the reflected light inspection. Therefore, the photodiode array 105 receives the light that has passed through the polarizing beam splitter 174 (polarizing element). As a result, the light received by the photodiode array 105 in the inspection device 100 has a different polarization component from the light formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 in the exposure apparatus. In this respect as well, it is difficult for the inspection device 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. Therefore, in the first embodiment, the polarization beam splitter 174 (polarizing element) is configured to be able to be excluded from the optical path.

また、検査装置１００と露光装置では、照明光の形状をパターンの解像特性が良くなる様、ダイポール、４極照明、輪帯照明、その他、計算機シミュレーションで最適化した任意の開口条件、つまりさまざまな形状にして露光する。さらに照明光の偏光の条件を直性偏光、Ａｚｉｍｕｔｈ偏光、Ｒａｄｉａｌ偏光、もしくは偏光なし等の設定にして露光する。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは照明形状や偏光条件が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、照明形状と偏光条件を変更可能な構成とする。 In addition, in the inspection device 100 and the exposure device, dipole, 4-pole lighting, ring-shaped lighting, and other arbitrary aperture conditions optimized by computer simulation, that is, various so as to improve the resolution characteristics of the pattern of the shape of the illumination light. The shape is shaped and exposed. Further, the polarization condition of the illumination light is set to direct polarization, azimuth polarization, radial polarization, no polarization, or the like for exposure. As a result, the light received by the photodiode array 105 in the inspection device 100 has a different illumination shape and polarization conditions from the light formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. Become. In this respect as well, it is difficult for the inspection device 100 to reproduce the same image as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. Therefore, in the first embodiment, the illumination shape and the polarization condition can be changed.

以上の露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を生成する点、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除する点、及び照明形状と偏光条件を露光装置と同様な形状に変更する点を検査装置１００で実施することで、検査装置１００によって、露光装置で半導体基板等上にマスク基板のパターンが露光転写される場合の像と実質的に同一の像或いは近い像を再現できる。そのため、実施の形態１では、通常の欠陥検査を行う高ＮＡ検査モードと露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同一の像或いは近い像を再現して検査する低ＮＡ検査モードとを切り替え可能に構成する。 A point of generating light having the same numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) (similar resolution) as the light to be exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the above exposure apparatus, the polarizing beam splitter 174 (polarizing element) is placed on the optical path. By implementing the point of excluding from the light and the point of changing the illumination shape and the polarization condition to the same shape as the exposure device by the inspection device 100, the inspection device 100 causes the pattern of the mask substrate to be formed on the semiconductor substrate or the like by the exposure device. It is possible to reproduce an image that is substantially the same as or close to the image that is exposed and transferred. Therefore, in the first embodiment, the image is substantially the same as the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the high NA inspection mode in which the normal defect inspection is performed and the exposure apparatus. It is configured so that it can be switched between the low NA inspection mode that reproduces and inspects a close image.

図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。
図４は、実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。図３及び図４において、実施の形態１における検査方法は、高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）と、高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）と、オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）と、参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）と、比較工程（Ｓ１０８）と、欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）と、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）と、低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）と、ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）と、参照画像（２）作成工程（Ｓ１２４）と、正常部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３０）と、正常部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３２）と、参照画像閾値レベル測定工程（Ｓ１３４）と、欠陥部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３６）と、欠陥部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３８）と、欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４０）と、欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４２）と、比較工程（Ｓ１４４）と、いう一連の工程を実施する。 FIG. 3 is a flowchart showing a part of the main steps of the inspection method according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing the rest of the main steps of the inspection method according to the first embodiment. In FIGS. 3 and 4, the inspection methods according to the first embodiment are a high NA inspection mode setting step (S102), a high NA scanning (scan) step (S104), and an autofocus (AF) data creation step (S105). The reference image (1) creation step (S106), the comparison step (S108), the defect region identification step (S110), the low NA inspection mode switching step (S112), and the low NA scanning (scanning) step (S120). ), The AF control step (S122), the reference image (2) creation step (S124), the measurement image edge pair detection step (S130) of the normal portion, and the reference image edge pair detection step (S132) of the normal portion. The image threshold level measurement step (S134), the measurement image edge pair detection step (S136) of the defect portion, the reference image edge pair detection step (S138) of the defect portion, the reference image pattern dimension measurement step (S140) of the defect portion, A series of steps of a defect measurement image pattern dimension measurement step (S142) and a comparison step (S144) are carried out.

また、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）は、内部工程として、偏光素子退避工程（Ｓ１１４）と、ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）と、照明形状変更工程（Ｓ１１８）と、を実施する。 Further, in the low NA inspection mode switching step (S112), as internal steps, a polarizing element evacuation step (S114), an NA squeezing step (S116), and an illumination shape changing step (S118) are carried out.

高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）として、検査モード切替制御回路１４４は、通常の高ＮＡの欠陥検査を行うための高ＮＡ検査モードに各構成を設定する。具体的には、以下のように動作する。検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を通常の検査用の照明形状に設定する。また、検査モード切替制御回路１４４は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が例えばＮＡｏ＝０．９になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。或いは、開口絞り１８０を全開にしてもよい。また、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上へと配置する。偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に位置する場合には光路上へ移動させる。偏光ビームスプリッタ１７４が光路上にあれば、その位置を維持すればよい。 As the high NA inspection mode setting step (S102), the inspection mode switching control circuit 144 sets each configuration to the high NA inspection mode for performing a normal high NA defect inspection. Specifically, it operates as follows. Upon receiving the control signal from the inspection mode switching control circuit 144, the illumination shape switching mechanism 171 sets the shape of the illumination light (inspection light) to the illumination shape for normal inspection. Further, in the inspection mode switching control circuit 144, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident when the transmitted light 190 is incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 is, for example, NAo = 0. The squeeze value of the numerical aperture 180 is controlled so as to be 9. Alternatively, the aperture stop 180 may be fully opened. Further, the inspection mode switching control circuit 144 controls the drive mechanism 176 to arrange the polarization beam splitter 174 on the optical path. If the polarizing beam splitter 174 is located outside the optical path, it is moved onto the optical path. If the polarizing beam splitter 174 is on the optical path, its position may be maintained.

高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）として、パターンが形成されたマスク基板１０１からの透過光或いは反射光を拡大する対物レンズ１０４へのマスク基板１０１からの入射可能な開口数（ＮＡ）が高ＮＡの状態の透過光或いは反射光をフォトダイオードアレイ１０５（センサ）が受光可能な状態で、マスク基板１０１上を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像或いは反射光像を撮像する。実施の形態１では、後述するように、低ＮＡスキャンを実施する。ここでは、低ＮＡスキャンを実施する前に、光学画像取得機構１５０が、後述する低ＮＡ光学画像に使用される光束がマスク基板１０１から対物レンズ１０４へ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板１０１の光学画像（高ＮＡ光学画像：第２の光学画像）を取得する。具体的には以下のように動作する。 As a high NA scanning step (S104), the numerical aperture (NA) that can be incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 that magnifies the transmitted light or the reflected light from the mask substrate 101 on which the pattern is formed is high. A pattern formed on the mask substrate 101 by using the photodiode array 105 by scanning the mask substrate 101 in a state where the photodiode array 105 (sensor) can receive the transmitted light or the reflected light in the NA state. The transmitted light image or the reflected light image is imaged. In the first embodiment, a low NA scan is performed as described later. Here, before performing the low NA scan, the optical image acquisition mechanism 150 has a numerical aperture (NA) larger than the numerical aperture (NA) when the light beam used for the low NA optical image described later is incident on the objective lens 104 from the mask substrate 101. An optical image (high NA optical image: second optical image) of the mask substrate 101 is acquired using the light beam in a state of a high numerical aperture. Specifically, it operates as follows.

図５は、実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。図５において、光源１０３から検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が発生する。発生された光は、偏光板６０を通って偏光され、透過光検査を行う場合には、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。一方、反射光検査を行う場合には、反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１を反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）が通過する。例えば、偏光板６０を回転させることで、通過させる光を制限できる。これにより、透過光検査と反射光検査を選択できる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the optical system in the high NA inspection mode in the first embodiment. In FIG. 5, laser light (for example, DUV light) having a wavelength below the ultraviolet region, which is the inspection light, is generated from the light source 103. The generated light is polarized through the polarizing plate 60, and when the transmitted light inspection is performed, the light for the transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is passed. Then, the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is reflected by the polarization beam splitter 61. On the other hand, when the reflected light inspection is performed, the light for the reflection inspection illumination (the other of the p wave and the s wave) is passed. Then, the light for reflection inspection illumination (the other of the p wave and the s wave) passes through the polarizing beam splitter 61. For example, by rotating the polarizing plate 60, the light that passes through can be restricted. This allows you to choose between transmitted light inspection and reflected light inspection.

透過光検査を行う場合、透過検査照明用の光（第１の検査光）は、透過照明光学系１７０によってマスク基板１０１に照明される。以下、図５の例を元に、具体例を説明する。透過照明光学系１７０内では、偏光ビームスプリッタ６１によって分岐された透過検査照明用の光がミラー６３で反射され、レンズ６４，６５，６６を通り、ミラー６７で反射される。そして、ミラー６７で反射された光は、コンデンサレンズ６８によってマスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４、及び偏光ビームスプリッタ１７４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。フォトダイオードアレイ１０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。 When performing the transmitted light inspection, the light for the transmitted inspection illumination (first inspection light) is illuminated on the mask substrate 101 by the transmitted illumination optical system 170. Hereinafter, a specific example will be described based on the example of FIG. In the transmission illumination optical system 170, the light for transmission inspection illumination branched by the polarization beam splitter 61 is reflected by the mirror 63, passes through the lenses 64, 65, 66, and is reflected by the mirror 67. Then, the light reflected by the mirror 67 is imaged on the pattern forming surface of the mask substrate 101 from the back surface side opposite to the pattern forming surface of the mask substrate 101 by the condenser lens 68. The transmitted light transmitted through the mask substrate 101 enters the imaging optical system 178 via the objective lens 104 and the polarizing beam splitter 174. Then, the image is formed on the photodiode array 105 (an example of the sensor) by the imaging optical system 178, and is incident on the photodiode array 105 as an optical image. The light that has passed through the polarizing beam splitter 174 is imaged on the photodiode array 105 by the lens 72 through the lenses 69 and 70 and the aperture diaphragm 180 in the imaging optical system 178. As the photodiode array 105, for example, it is preferable to use a TDI (time delay integration) sensor or the like. The photodiode array 105 (sensor) captures an optical image of a pattern formed on the mask substrate 101 while the XYθ table 102 on which the mask substrate 101 is placed is moving.

一方、反射光検査を行う場合、反射検査照明用の光（第２の検査光）は、反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１に照明される。反射照明光学系１７２は、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を有し、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４を用いてマスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明し、マスク基板１０１からの反射光を通過させる。以下、図５の例を元に、具体例を説明する。反射照明光学系１７２内では、偏光ビームスプリッタ６１を通過した反射検査照明用の光がレンズ８０，８１，８２，８３を通り、偏光ビームスプリッタ１７４で反射される。偏光ビームスプリッタ１７４によって反射された光は、対物レンズ１０４に入射し、対物レンズ１０４によってマスク基板１０１のパターン形成面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１から反射された反射光は対物レンズ１０４及び偏光ビームスプリッタ１７４を通過して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。フォトダイオードアレイ１０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、マスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。 On the other hand, when the reflected light inspection is performed, the light for the reflection inspection illumination (second inspection light) is illuminated on the mask substrate 101 by the reflection illumination optical system 172. The reflection illumination optical system 172 has an objective lens 104 and a polarization beam splitter 174 (polarization element), and the mask substrate 101 is illuminated with light for reflection inspection illumination by using the objective lens 104 and the polarization beam splitter 174, and the mask substrate is used. The reflected light from 101 is passed through. Hereinafter, a specific example will be described based on the example of FIG. In the reflection illumination optical system 172, the light for reflection inspection illumination that has passed through the polarization beam splitter 61 passes through the lenses 80, 81, 82, and 83 and is reflected by the polarization beam splitter 174. The light reflected by the polarizing beam splitter 174 is incident on the objective lens 104, and is imaged on the pattern forming surface of the mask substrate 101 from the pattern forming surface side of the mask substrate 101 by the objective lens 104. The reflected light reflected from the mask substrate 101 passes through the objective lens 104 and the polarizing beam splitter 174 and is incident on the imaging optical system 178. Then, the image is formed on the photodiode array 105 (an example of the sensor) by the imaging optical system 178, and is incident on the photodiode array 105 as an optical image. The photodiode array 105 (sensor) captures an optical image of a pattern formed on the mask substrate 101 while the XYθ table 102 on which the mask substrate 101 is placed is moving.

その際、レンズ６９，７０間に配置されたミラー７３によって、反射光の一部が分岐され、分岐された光はＡＦ光学系１７３によってＡＦ用センサ７６に結像される。なお、ＡＦ用センサ７６の受光面はビームスプリッタ７３に対して、フォトダイオードアレイ１０５の受光面と共焦点の関係になるように配置されている。ＡＦ用センサ７６からの出力信号は、ＡＦ制御回路１４０に送信される。ＡＦ制御回路１４０は、開口数が高開口数の状態での反射光をフォトダイオードアレイ１０５が受光する際、反射光を用いてマスク基板１０１上の各位置の焦点位置を測定する。そして、ＡＦ制御回路１４０は、かかる信号に基づいて、ピエゾ素子１４２を制御してＸＹθテーブル１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。なお、透過光検査を行う場合においても反射照明の一部を反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１にＡＦ用として照明する。そして、ミラー７３によって、かかる反射照明の一部に対応する反射光が反射されＡＦ用センサ７６に結像される。これにより、透過のみの検査においても、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整できる。 At that time, a part of the reflected light is branched by the mirror 73 arranged between the lenses 69 and 70, and the branched light is imaged on the AF sensor 76 by the AF optical system 173. The light receiving surface of the AF sensor 76 is arranged so as to have a confocal relationship with the light receiving surface of the photodiode array 105 with respect to the beam splitter 73. The output signal from the AF sensor 76 is transmitted to the AF control circuit 140. When the photodiode array 105 receives the reflected light in a state where the numerical aperture is high, the AF control circuit 140 measures the focal position of each position on the mask substrate 101 using the reflected light. Then, the AF control circuit 140 dynamically controls the piezo element 142 to move the XYθ table 102 in the optical axis direction (Z-axis direction) in real time based on the signal to dynamically form the pattern of the mask substrate 101. The focal position (optical axis direction: Z-axis direction) of the objective lens 104 is adjusted on the surface. Even when the transmitted light inspection is performed, a part of the reflected illumination is illuminated on the mask substrate 101 for AF by the reflected illumination optical system 172. Then, the reflected light corresponding to a part of the reflected illumination is reflected by the mirror 73 and imaged on the AF sensor 76. As a result, the focal position (optical axis direction: Z-axis direction) of the objective lens 104 can be dynamically adjusted on the pattern forming surface of the mask substrate 101 even in the inspection of only transmission.

検査装置１００では、かかる透過光のスキャンと反射光のスキャンとの一方或いは両方を行うことができる。なお、マスク基板１０１から反射された反射光には、マスク基板１０１からの透過光では得られにくいパターンの高さ情報が含まれる。よって、ＡＦ制御回路１４０は、マスク基板１０１からの透過光ではなく、マスク基板１０１からの反射光を使ってＡＦ制御を実施する。透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を行う場合、どちらを先に行っても構わない。或いは、フォトダイオードアレイ１０５をもう１つ配置し、透過光のスキャンと反射光のスキャンとでマスク基板１０１を照明する位置をずらして、透過光を一方のフォトダイオードアレイ１０５で受光し、反射光をミラー７３で反射した後に他方のフォトダイオードアレイ１０５で受光することにより、透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を同時に行ってもよい。 The inspection device 100 can perform one or both of such a scan of transmitted light and a scan of reflected light. The reflected light reflected from the mask substrate 101 includes pattern height information that is difficult to obtain with the transmitted light from the mask substrate 101. Therefore, the AF control circuit 140 performs AF control using the reflected light from the mask substrate 101 instead of the transmitted light from the mask substrate 101. When both the transmitted light scan and the reflected light scan are performed, it does not matter which one is performed first. Alternatively, another photodiode array 105 is arranged, the position of illuminating the mask substrate 101 is shifted between the scan of transmitted light and the scan of reflected light, and the transmitted light is received by one of the photodiode arrays 105, and the reflected light is received. Is reflected by the mirror 73 and then received by the other photodiode array 105, so that both the transmitted light scan and the reflected light scan may be performed at the same time.

図６は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。マスク基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図６に示すように、例えばｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光（ＤＵＶ光）を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によって、マスク基板１０１が移動させられ、その結果、フォトダイオードアレイ１０５が相対的にｘ方向に連続移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図６に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２と相対移動しながら、検査光を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの光学画像（測定画像）を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an inspection area according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the inspection area 10 (the entire inspection area) of the mask substrate 101 is virtually divided into a plurality of strip-shaped inspection stripes 20 having a scan width W, for example, in the y direction. Then, the inspection device 100 acquires an image (stripe region image) for each inspection stripe 20. For each of the inspection stripes 20, a laser beam (DUV light) is used to capture an image of a graphic pattern arranged in the stripe region in the longitudinal direction (x direction) of the stripe region. By moving the XYθ table 102, the mask substrate 101 is moved, and as a result, an optical image is acquired while the photodiode array 105 is relatively continuously moving in the x direction. The photodiode array 105 continuously captures an optical image having a scan width W as shown in FIG. In other words, the photodiode array 105, which is an example of the sensor, captures an optical image (measurement image) of the pattern formed on the mask substrate 101 by using the inspection light while moving relative to the XYθ table 102. In the first embodiment, after the optical image of one inspection stripe 20 is captured, the optical image of the scan width W is similarly moved to the position of the next inspection stripe 20 in the y direction and this time in the opposite direction. Images are taken continuously. That is, the imaging is repeated in the forward (FWD) -back forward (BWD) directions in the opposite directions on the outward and return paths.

ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ−ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ−ＢＷＤの繰り返しでもよい。 Here, the direction of imaging is not limited to the repetition of forward (FWD) -back forward (BWD). You may take an image from one direction. For example, FWD-FWD may be repeated. Alternatively, BWD-BWD may be repeated.

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。 The image of the pattern formed on the photodiode array 105 is photoelectrically converted by each light receiving element of the photodiode array 105, and further A / D (analog-digital) converted by the sensor circuit 106. Then, the pixel data of the inspection stripe 20 to be measured is stored in the stripe pattern memory 123. When capturing such pixel data (striped region image), the dynamic range of the photodiode array 105 uses, for example, a dynamic range in which the maximum gradation is when the amount of illumination light is 60% incident. Further, when acquiring the optical image of the inspection stripe 20, the laser length measuring system 122 measures the position of the XYθ table 102. The measured position information is output to the position circuit 107. The position circuit 107 (calculation unit) calculates the position of the mask substrate 101 using the measured position information.

その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、図示しない記憶装置に格納される。 After that, the stripe region image is sent to the comparison circuit 108 together with the data indicating the position of the photomask 101 on the XYθ table 102 output from the position circuit 107. The measurement data (pixel data) is, for example, 8-bit unsigned data, and represents the gradation (light amount) of the brightness of each pixel. The stripe area image output in the comparison circuit 108 is stored in a storage device (not shown).

比較回路１０８内では、検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から対象フレーム領域３０のフレーム画像を切り出すように、ｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）でストライプ領域画像が分割される。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ２０の幅と同様の幅、例えば、スキャン幅Ｗで複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、以上により、検査のために比較される一方の画像（測定画像：光学画像）データが生成される。 In the comparison circuit 108, stripes of a predetermined size (for example, the same width as the scan width W) in the x direction so as to cut out the frame image of the target frame area 30 from the stripe area image (optical image) of the inspection stripe 20. The area image is divided. For example, it is divided into a frame image of 512 × 512 pixels. In other words, the stripe area image for each inspection stripe 20 is divided into a plurality of frame images (optical images) with a width similar to the width of the inspection stripe 20, for example, a scan width W. By such processing, a plurality of frame images (optical images) corresponding to the plurality of frame areas 30 are acquired. As described above, for the plurality of frame images, one image (measurement image: optical image) data to be compared for inspection is generated.

オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）として、ＡＦ制御回路１４０は、上述した反射光或いは透過光によるスキャンの際、同時に、ＡＦ制御に使用したマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を磁気ディスク装置１０９に記憶する。よって、磁気ディスク装置１０９（記憶装置）は、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路上に移動させられた状態で反射照明光学系１７２を介した光が照明されたマスク基板１０１からの反射光を用いて測定された、マスク基板１０１上の各位置の焦点位置の情報を記憶する。 As an autofocus (AF) data creation step (S105), the AF control circuit 140 focuses on the height position of the mask substrate 101 surface used for AF control at the same time as scanning with the reflected light or transmitted light described above. The position information is stored in the magnetic disk device 109. Therefore, in the magnetic disk device 109 (storage device), the reflected light from the mask substrate 101 illuminated with the light through the reflected illumination optical system 172 in a state where the polarization beam splitter 174 (polarizing element) is moved on the optical path. The information on the focal position of each position on the mask substrate 101 measured using the above is stored.

なお、上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンしか行わない場合には、反射光を用いて予めマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を取得しておけばよい。上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンを行う場合、その際得られた焦点位置情報を用いてＡＦ制御を行えばよい。 When only scanning the transmitted light is performed in the high NA scanning step (S104) described above, the focal position information depending on the height position of the mask substrate 101 surface may be acquired in advance using the reflected light. .. When scanning the transmitted light in the high NA scanning step (S104) described above, AF control may be performed using the focal position information obtained at that time.

参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）として、参照画像作成部は、高ＮＡ光学画像（第２の光学画像）に対応する参照画像（第２の参照画像）を作成する。まず、展開回路１１１（参照画像作成部の一部）は、マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する。具体的には、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データを読み出し、読み出された設計データに定義された対象フレーム３０の領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して設計画像を作成する。 Reference image (1) As a creation step (S106), the reference image creation unit creates a reference image (second reference image) corresponding to the high NA optical image (second optical image). First, the development circuit 111 (a part of the reference image creation unit) develops an image based on the design pattern data that is the basis of pattern formation of the mask substrate 101 to create a design image. Specifically, the design data is read from the magnetic disk device 109 through the control computer 110, and each graphic pattern in the area of the target frame 30 defined in the read design data is converted into binary or multi-valued image data (). Image development) to create a design image.

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、及び辺の長さ、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（ベクトルデータ）が格納されている。 Here, the figure defined in the design pattern data is, for example, a basic figure of a rectangle or a triangle, for example, the coordinates (x, y) at the reference position of the figure, the length of the side, the rectangle, the triangle, or the like. Graphical data (vector data) that defines the shape, size, position, etc. of each pattern graphic is stored with information such as a graphic code that serves as an identifier for distinguishing graphic types.

かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路１１１に入力されると図形ごと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し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできた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し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータは参照回路１１２に出力される。 When the information of the design pattern that becomes the graphic data is input to the expansion circuit 111, the data is expanded to the data for each graphic, and the graphic code, the graphic dimension, etc. indicating the graphic shape of the graphic data are interpreted. Then, binary or multi-valued design image data is developed and output as a pattern arranged in a grid having a grid of predetermined quantization dimensions as a unit. In other words, the design data is read, the inspection area is virtually divided into squares with a predetermined dimension as a unit, the occupancy rate of the figure in the design pattern is calculated for each square, and the n-bit occupancy rate data is obtained. Output. For example, it is preferable to set one square as one pixel. Then, when to have a resolution of 1/2 8 (= 1/256) to 1 pixel, the occupancy rate of the pixel allocated the small area region amount corresponding 1/256 of figures are arranged in a pixel Calculate. Then, a design image of 8-bit occupancy rate data is created for each pixel. The design image data is output to the reference circuit 112.

参照回路１１２（参照画像作成部の他の一部）は、設計画像をフィルタ処理して参照画像（高ＮＡ用）を作成する。 The reference circuit 112 (another part of the reference image creating unit) filters the design image to create a reference image (for high NA).

図７は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、対物レンズ１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである基準設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する参照画像を作成する。作成された参照画像（高ＮＡ用）は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、図示しない記憶装置に格納される。以上により、検査のために比較される他方の画像（参照画像）データが生成される。 FIG. 7 is a diagram for explaining the filtering process in the first embodiment. The measurement data as an optical image obtained from the sensor circuit 106 is in a state in which the filter acts due to the resolution characteristics of the objective lens 104, the aperture effect of the photodiode array 105, and the like, in other words, in an analog state in which the image changes continuously. By filtering the reference design image data whose intensity (shade value) is the image data on the design side of the digital value, it can be adjusted to the measurement data. In this way, a reference image to be compared with the frame image (optical image) is created. The created reference image (for high NA) is output to the comparison circuit 108, and the reference image output in the comparison circuit 108 is stored in a storage device (not shown). As a result, the other image (reference image) data to be compared for inspection is generated.

比較工程（Ｓ１０８）として、比較回路１０８は、撮像されたマスク基板１０１のパターンの透過光像或いは反射光像の光学画像を用いて、パターンの欠陥を検査する。比較回路１０１（比較部）は、画素毎にフレーム画像（光学画像：第２の光学画像）と参照画像（高ＮＡ用：第２の参照画像）とを比較する。具体的には、まず、比較対象となるフレーム画像（光学画像）と、比較対象となる参照画像とについて、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較回路１０８は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。例えば、両画像の画素値の差分が判定閾値（第３の閾値）より大きいかどうかを判定する。そして、フレーム画像（光学画像）内の画素と参照画像（高ＮＡ用）内の対応画素とにおける階調差が判定閾値（第３の閾値）を超える画素を欠陥画素と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。 As a comparison step (S108), the comparison circuit 108 inspects the defect of the pattern by using the optical image of the transmitted light image or the reflected light image of the imaged pattern of the mask substrate 101. The comparison circuit 101 (comparison unit) compares a frame image (optical image: second optical image) and a reference image (for high NA: second reference image) for each pixel. Specifically, first, the frame image (optical image) to be compared and the reference image to be compared are aligned by a predetermined algorithm. For example, alignment is performed using the method of least squares. Then, the comparison circuit 108 compares the two for each pixel according to a predetermined determination condition, and determines the presence or absence of a defect such as a shape defect. As a determination condition, for example, the presence or absence of a defect is determined by comparing the two for each pixel according to a predetermined algorithm. For example, it is determined whether or not the difference between the pixel values of both images is larger than the determination threshold value (third threshold value). Then, a pixel whose gradation difference between the pixel in the frame image (optical image) and the corresponding pixel in the reference image (for high NA) exceeds the determination threshold value (third threshold value) is determined as a defective pixel. Then, the comparison result is output. The comparison result may be output from the magnetic disk device 109, the magnetic tape device 115, the flexible disk device (FD) 116, the CRT 117, the pattern monitor 118, or the printer 119.

以上の高ＮＡスキャン検査（通常検査）により、形状欠陥が生じている欠陥位置の画素を特定できる。次に、かかる欠陥に起因する寸法誤差が、実際の使用に耐えられるかどうかを確認するために、欠陥個所のパターン寸法を測定する。 By the above high NA scan inspection (normal inspection), it is possible to identify the pixel at the defect position where the shape defect occurs. Next, the pattern size of the defect portion is measured in order to confirm whether the dimensional error caused by such a defect can withstand the actual use.

図８は、実施の形態１における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。図８において、低ＮＡ検査回路１４６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５９、領域特定部５１、位置合わせ部５６、測定画像エッジペア検出部５６、参照画像エッジペア検出部５８、閾値レベル測定部４０、測定画像パターン寸法測定部４２、参照画像パターン寸法測定部４４、及び比較部４６が配置される。ここで「〜部」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。 FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the low NA inspection circuit according to the first embodiment. In FIG. 8, in the low NA inspection circuit 146, storage devices 50, 52, 59 such as a magnetic disk device, an area identification unit 51, an alignment unit 56, a measurement image edge pair detection unit 56, a reference image edge pair detection unit 58, The threshold level measurement unit 40, the measurement image pattern dimension measurement unit 42, the reference image pattern dimension measurement unit 44, and the comparison unit 46 are arranged. Here, what is described as "~ part" has a processing circuit, and as the processing circuit, an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like can be used. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each “~ part”. Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used.

欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）として、領域特定部５１は、フレーム画像（光学画像：第２の光学画像）と参照画像（高ＮＡ用：第２の参照画像）とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、フレーム画像（光学画像：第２の光学画像）内のパターン異常個所の領域を特定する。具体的には、比較回路１０８から検査結果の情報（例えば、欠陥位置の座標情報）を入力し、検査結果情報に基づいて、欠陥が検出された領域（以下、欠陥領域）を特定する。欠陥領域として、例えば、欠陥位置が含まれるフレーム領域３０が挙げられる。但し、これに限るものではなく、領域サイズは様々に選択可能である。特定された欠陥領域の情報は、記憶装置５９に記憶される。 As a defect region identification step (S110), the region identification unit 51 determines that the frame image (optical image: second optical image) and the reference image (for high NA: second reference image) are defective as a result of comparison. Using the defective pixels, the region of the pattern abnormality portion in the frame image (optical image: second optical image) is specified. Specifically, inspection result information (for example, coordinate information of defect positions) is input from the comparison circuit 108, and a region in which a defect is detected (hereinafter, defect region) is specified based on the inspection result information. As the defect region, for example, the frame region 30 including the defect position can be mentioned. However, the region size is not limited to this, and various area sizes can be selected. The information of the identified defective region is stored in the storage device 59.

低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）として、検査モード切替制御回路１４４は、上述した高ＮＡ検査モードから低ＮＡの欠陥検査を行うための低ＮＡ検査モードに各構成の設定を切り替える。これにより、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。そのために、以下の内部工程を実施する。 As the low NA inspection mode switching step (S112), the inspection mode switching control circuit 144 switches the setting of each configuration from the high NA inspection mode described above to the low NA inspection mode for performing low NA defect inspection. As a result, the photodiode array 105 can receive an image substantially similar to or close to the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the exposure apparatus. Therefore, the following internal steps are carried out.

偏光素子退避工程（Ｓ１１４）として、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させる。このように、駆動機構１７６は、偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることができる。また、偏光ビームスプリッタ１７４の退避によって反射照明光は使用されなくなるので、検査モード切替制御回路１４４は、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させるように偏光板６０を回転させる。 As the polarizing element retracting step (S114), the inspection mode switching control circuit 144 controls the drive mechanism 176 to move the polarizing beam splitter 174 from the optical path to the outside of the optical path. In this way, the drive mechanism 176 can move the polarizing element from the outside of the optical path to the outside of the optical path, and can move the polarizing element from the top of the optical path to the outside of the optical path. Further, since the reflected illumination light is not used due to the retracting of the polarization beam splitter 174, the inspection mode switching control circuit 144 passes the polarizing plate 60 so that only the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) passes through. Rotate.

ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）として、検査モード切替制御回路１４４は、開口数ＮＡを高開口数の状態から低開口数の状態に切り替える。具体的には、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が露光装置と同様の特性になるように制御する。例えばＮＡｏ＝０．３になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。実施の形態１では、高開口数の状態から低開口数の状態にするので、開口絞り１８０の開口部が小さくなるように絞る。このように、開口絞り１８０は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように透過光或いは／及び反射光の光束径を調整する。図５の例では、開口絞り１８０は、結像光学系１７８内のレンズ７０，７２間に配置されているがこれに限るものではない。対物レンズ１０４へ入射する光、或いは対物レンズ１０４を通過してフォトダイオードアレイ１０５へ入射する光の光束を絞り、光束径を調整できればよい。よって、開口絞り１８０は、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間に配置されればよい。なお、より好適では、開口絞り１８０は、瞳位置に配置すると良い。 As the NA squeezing step (S116), the inspection mode switching control circuit 144 switches the numerical aperture NA from the state of the high numerical aperture to the state of the low numerical aperture. Specifically, the numerical aperture NAo (numerical aperture on the object o side) of the objective lens 104 that can be incident when the transmitted light 190 is incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 has the same characteristics as the exposure device. Control. For example, the aperture value of the aperture stop 180 is controlled so that NAo = 0.3. In the first embodiment, since the numerical aperture is changed from the high numerical aperture to the low numerical aperture, the aperture of the aperture diaphragm 180 is narrowed down. In this way, the aperture diaphragm 180 allows the numerical aperture (NA) at which transmitted light can be incident from the mask substrate 101 to the objective lens 104 to be switched between a high numerical aperture state and a low numerical aperture state. Adjust the light beam diameter of the transmitted light and / and the reflected light. In the example of FIG. 5, the aperture diaphragm 180 is arranged between the lenses 70 and 72 in the imaging optical system 178, but is not limited to this. It suffices that the luminous flux of the light incident on the objective lens 104 or the light incident on the photodiode array 105 through the objective lens 104 can be narrowed down and the luminous flux diameter can be adjusted. Therefore, the aperture diaphragm 180 may be arranged between the mask substrate 101 and the photodiode array 105. More preferably, the aperture diaphragm 180 is arranged at the pupil position.

照明形状変更工程（Ｓ１１８）として、検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更する。照明形状切替機構１７１は、ガラス板にＣｒを蒸着するなどして予め製作した照明形状の開口絞りを複数設定できる機構と、それらをメカニカルに切り替える機構で構成される。また、照明光の偏光条件を露光装置の偏光条件になるよう、照明光の偏光条件を設定する。 As the illumination shape changing step (S118), the control signal from the inspection mode switching control circuit 144 is received, and the illumination shape switching mechanism 171 uses the shape of the illumination light (inspection light) in the same manner as the illumination shape used in the exposure apparatus. Change to the lighting shape. The illumination shape switching mechanism 171 includes a mechanism capable of setting a plurality of aperture diaphragms having an illumination shape manufactured in advance by depositing Cr on a glass plate, and a mechanism for mechanically switching them. Further, the polarization condition of the illumination light is set so that the polarization condition of the illumination light becomes the polarization condition of the exposure apparatus.

低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）として、開口数が低開口数の状態に対応する光をフォトダイオードアレイ１０５が受光可能な状態で、かつ、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間の光路上に偏光素子が無い状態で、所定の照明光を用いてマスク基板１０１の特定された欠陥領域を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像を撮像する。具体的には以下のように動作する。 In the low NA scanning step (S120), the photodiode array 105 can receive light corresponding to the state where the numerical aperture is low, and the light is between the mask substrate 101 and the photodiode array 105. Transmitted light of a pattern formed on the mask substrate 101 using the photodiode array 105 by scanning the specified defect region of the mask substrate 101 with a predetermined illumination light in the absence of a polarizing element on the optical path. Take an image. Specifically, it operates as follows.

図９は、実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。図９において、光源１０３から発生された光は、偏光板６０を通って偏光され、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。透過検査照明用の光（第１の検査光）は、透過照明光学系１７０によってマスク基板１０１に照明される。その際、照明形状切替機構１７１は、透過照明光学系１７０の構成を変更して、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更する。このように、透過照明光学系１７０は、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更可能に構成される。図９の例では、偏光ビームスプリッタ６１によって反射された透過検査照明用の光が、レンズ６５まで到達した後、レンズ６５，６６間で照明形状を変更させている。照明形状が変更させられた透過検査照明用の光は、ミラー６７で反射される。そして、ミラー６７で反射された光は、コンデンサレンズ６８によってマスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。これにより、露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状の光をマスク基板１０１に照射できる。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。その際、開口絞り１８０によって開口数が制限されているので、低ＮＡの光の光学像がフォトダイオードアレイ１０５に入射する。図９の例では、対物レンズ１０４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。このようにフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２が移動中に、透過検査照明用の光（第１の検査光）が照明されたマスク基板１０１からの透過光を受光する。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the optical system in the low NA inspection mode according to the first embodiment. In FIG. 9, the light generated from the light source 103 is polarized through the polarizing plate 60, and only the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is passed. Then, the light for transmission inspection illumination (one of the p wave and the s wave) is reflected by the polarization beam splitter 61. The light for transmission inspection illumination (first inspection light) is illuminated on the mask substrate 101 by the transmission illumination optical system 170. At that time, the illumination shape switching mechanism 171 changes the configuration of the transmission illumination optical system 170 to change the illumination shape of the light for transmission inspection illumination (first inspection light). As described above, the transmission illumination optical system 170 is configured so that the illumination shape of the light for transmission inspection illumination (first inspection light) can be changed. In the example of FIG. 9, the light for transmission inspection illumination reflected by the polarizing beam splitter 61 reaches the lens 65, and then the illumination shape is changed between the lenses 65 and 66. The light for transmission inspection illumination whose illumination shape has been changed is reflected by the mirror 67. Then, the light reflected by the mirror 67 is imaged on the pattern forming surface of the mask substrate 101 from the back surface side opposite to the pattern forming surface of the mask substrate 101 by the condenser lens 68. As a result, the mask substrate 101 can be irradiated with light having an illumination shape similar to that used in the exposure apparatus. The transmitted light transmitted through the mask substrate 101 enters the imaging optical system 178 via the objective lens 104. Then, the image is formed on the photodiode array 105 (an example of the sensor) by the imaging optical system 178, and is incident on the photodiode array 105 as an optical image. At that time, since the numerical aperture is limited by the aperture diaphragm 180, an optical image of low NA light is incident on the photodiode array 105. In the example of FIG. 9, the light that has passed through the objective lens 104 passes through the lenses 69 and 70 and the aperture diaphragm 180 in the imaging optical system 178, and is imaged on the photodiode array 105 by the lens 72. As described above, the photodiode array 105 receives the transmitted light from the mask substrate 101 illuminated with the light for transmission inspection illumination (first inspection light) while the XYθ table 102 is moving.

一方、図９に示すように、偏光板６０によって、反射検査照明用の光を遮断しているので、反射照明光学系１７２に反射検査照明用の光が入射することはない。仮に、反射検査照明用の光が反射照明光学系１７２に入射する場合でも、反射照明光学系１７２では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路から退避させられているので、マスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明することはない。 On the other hand, as shown in FIG. 9, since the light for reflection inspection illumination is blocked by the polarizing plate 60, the light for reflection inspection illumination does not enter the reflection illumination optical system 172. Even if the light for reflection inspection illumination is incident on the reflection illumination optical system 172, the polarization beam splitter 174 (polarizing element) is retracted from the optical path in the reflection illumination optical system 172, so that the light is reflected by the mask substrate 101. It does not illuminate the light for inspection lighting.

以上により、フォトダイオードアレイ１０５は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。 As described above, the photodiode array 105 receives an image substantially similar to or close to the pattern image formed on the semiconductor substrate 304 when the pattern is exposed and transferred to the semiconductor substrate 304 by the photodiode array 105. it can.

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の欠陥領域の画素データが格納される。かかる画素データ（欠陥領域画像）を撮像する際、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。また、欠陥領域の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。 The image of the pattern formed on the photodiode array 105 is photoelectrically converted by each light receiving element of the photodiode array 105, and further A / D (analog-digital) converted by the sensor circuit 106. Then, the pixel data of the defect area to be measured is stored in the stripe pattern memory 123. When capturing such pixel data (defect region image), the dynamic range of the photodiode array 105 uses, for example, a dynamic range whose maximum gradation is when the amount of illumination light is 60% incident. Further, when acquiring the optical image of the defect region, the laser length measuring system 122 measures the position of the XYθ table 102. The measured position information is output to the position circuit 107. The position circuit 107 (calculation unit) calculates the position of the mask substrate 101 using the measured position information.

その後、欠陥領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に低ＮＡ検査回路１４６に送られる。測定データ（欠陥領域画像：画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。低ＮＡ検査回路１４６内に出力された欠陥領域画像は、記憶装置５２に格納される。以上により、低ＮＡ検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。 After that, the defect region image is sent to the low NA inspection circuit 146 together with the data indicating the position of the photomask 101 on the XYθ table 102 output from the position circuit 107. The measurement data (defect area image: pixel data) is, for example, 8-bit unsigned data, and represents the gradation (light amount) of the brightness of each pixel. The defect region image output in the low NA inspection circuit 146 is stored in the storage device 52. As a result, one image (measured image) data to be compared for the low NA test is generated.

ここで、低ＮＡ検査モードでは、上述したように、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させているので、反射照明光学系１７２を介した光がマスク基板１０１に照明されない。そのため、マスク基板１０１からの反射光が得られない。よって、マスク基板１０１からの反射光をＡＦ制御に用いることができない。よって、以下のように構成する。 Here, in the low NA inspection mode, as described above, since the polarization beam splitter 174 is moved from the optical path to the outside of the optical path, the light passing through the reflection illumination optical system 172 is not illuminated on the mask substrate 101. Therefore, the reflected light from the mask substrate 101 cannot be obtained. Therefore, the reflected light from the mask substrate 101 cannot be used for AF control. Therefore, it is configured as follows.

ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）として、ＡＦ制御回路１４０（合焦機構の一部）は、偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に移動させられた状態で、ＸＹθテーブル１０２が移動中にフォトダイオードアレイ１０５が低開口数に対応する透過光を受光する間、磁気ディスク装置１０９に記憶された焦点位置の情報を用いて動的にかかる透過光の焦点を合わせる。具体的には、ＡＦ制御回路１４０は、磁気ディスク装置１０９に記憶された、既に測定された焦点位置の情報に基づいて、ピエゾ素子１４２（合焦機構の一部）を制御してＸＹθテーブル１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、ＸＹθテーブル１０２の進行に追従させて動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。 As an AF control step (S122), in the AF control circuit 140 (a part of the focusing mechanism), the photodiode array 105 is low while the XYθ table 102 is moving while the polarization beam splitter 174 is moved out of the optical path. While receiving the transmitted light corresponding to the numerical aperture, the transmitted light is dynamically focused by using the focal position information stored in the magnetic disk device 109. Specifically, the AF control circuit 140 controls the piezo element 142 (a part of the focusing mechanism) based on the already measured focal position information stored in the magnetic disk device 109, and the XYθ table 102. Is moved in the optical axis direction (Z-axis direction) in real time to follow the progress of the XYθ table 102 and dynamically move the focal position of the objective lens 104 on the pattern forming surface of the mask substrate 101 (optical axis direction: Z-axis). Direction) is adjusted.

参照画像（２）作成工程（Ｓ１２４）として、参照回路１１２（参照画像作成部の一例）は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に合わせるべく、設計画像をフィルタ処理して参照画像（低ＮＡ用）を作成する。ここでは、高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像に合わせ込むフィルタ演算とは異なる低ＮＡの照明形状、偏光条件、また結像光学条件を再現するフィルタ演算を用いる必要があり、部分コヒーレント結像理論に基づく光学的なフィルタ演算を用いて行う。作成された参照画像（低ＮＡ用）は、低ＮＡ検査回路１４６に送られる。低ＮＡ検査回路１４６内に出力された参照画像（２）は、記憶装置５０に格納される。なお、参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）において作成された各フレーム領域３０の参照画像（高ＮＡ用）のうち、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に対応する参照画像（高ＮＡ用）をフィルタ処理で平滑化することで、簡易的な参照画像（低ＮＡ用）として流用してもよい。 In the reference image (2) creation step (S124), the reference circuit 112 (an example of the reference image creation unit) filters the design image to match the defect region image (low NA optical image) and refers to the reference image (low NA). For). Here, it is necessary to use a filter calculation that reproduces the low NA illumination shape, polarization conditions, and imaging optical conditions, which are different from the filter calculation that matches the optical image obtained by the high NA scan (scan in the normal inspection mode). This is done using an optical filter calculation based on partial coherent imaging theory. The created reference image (for low NA) is sent to the low NA inspection circuit 146. The reference image (2) output in the low NA inspection circuit 146 is stored in the storage device 50. Of the reference images (for high NA) of each frame region 30 created in the reference image (1) creation step (S106), the reference image (for high NA) corresponding to the defect region image (low NA optical image). May be diverted as a simple reference image (for low NA) by smoothing with a filter process.

図１０は、実施の形態１における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとの画像階調値プロファイルの一例を示す図である。マスク基板１０１上に形成されたパターンのパターン寸法（ＣＤ）は、マスク基板１０１のパターン形成領域を撮像した光学画像内のパターンの階調値プロファイルと、かかるパターンに対応する設計データから作成される参照画像内のパターンの階調値プロファイルとを比較することで得られる。図１０において、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、図１０のＥＦ間寸法が所望する設計幅寸法になる検出閾値Ｔｈ０（第１の閾値レベル）で、光学画像内のパターンの階調値プロファイルからＡＢ間寸法（例えばスペースパターンの幅）を測定することで、本来、マスク基板１０１に形成されたパターンの幅寸法ＣＤを得ることができるはずであった。 FIG. 10 is a diagram showing an example of an image gradation value profile of a pattern in an optical image and a pattern in a reference image according to the first embodiment. The pattern dimension (CD) of the pattern formed on the mask substrate 101 is created from the gradation value profile of the pattern in the optical image obtained by capturing the pattern forming region of the mask substrate 101 and the design data corresponding to the pattern. It is obtained by comparing with the gradation value profile of the pattern in the reference image. In FIG. 10, in the gradation value profile of the pattern in the reference image, the floor of the pattern in the optical image has a detection threshold Th 0 (first threshold level) at which the dimension between EFs in FIG. 10 becomes the desired design width dimension. By measuring the inter-AB dimension (for example, the width of the space pattern) from the threshold value profile, it should have been possible to obtain the width dimension CD of the pattern originally formed on the mask substrate 101.

ここで、高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像では、欠陥位置ではない正常部であれば、光学画像内のパターンの階調値プロファイルと、参照画像内のパターンの階調値プロファイルは実質的に一致する様、フィルタ演算の係数が設定される。よって、参照画像内のパターンのＥＦ間寸法と光学画像内のパターンのＡＢ間寸法は一致する。しかしながら、低ＮＡスキャンで得られた光学画像では、光学理論に基づくフィルタ演算で参照画像を生成する為、光学画像内のパターンの階調値プロファイルの形状と、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンの階調値プロファイルの形状とが図１０に示すように一致しない場合がある。そのため、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンのＥＦ間寸法と光学画像内のパターンのＡＢ間寸法は一致しない。高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像に合わせ込むように平滑化フィルタ処理された参照画像（高ＮＡ用）では勿論、別途、低ＮＡスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように作成された参照画像（低ＮＡ用）でも階調値プロファイルが一致させることが難しい。この理由は、低ＮＡスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように参照画像を作成しようとしても、フィルタ処理の精度がまだ十分ではない為で、その結果、階調値プロファイルを一致させることが困難となっている。具体的には、露光イメージに近づけるための照明条件やその他の条件の複雑さから、低ＮＡスキャンで得られた光学画像にフィルタ処理で生成した参照画像には一定の差、つまり誤差が残ることになる。そのため、このままでは、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターン寸法を正確に得ることができない。そこで、実施の形態１では、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、所望する設計幅寸法になる検出閾値Ｔｈ０（閾値レベル）を変更する。具体的には、欠陥位置ではない正常部のパターンを用いて、本来の検出閾値Ｔｈ０（第１の閾値レベル）で、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルから得られるＡＢ間寸法に一致する、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンの階調値プロファイルの検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を測定する。そして、検出閾値Ｔｈ’で参照画像内のパターンの階調値プロファイルからＥ’Ｆ’間寸法を測定する。一方、本来の検出閾値Ｔｈ０で、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルからＡＢ間寸法を測定する。Ｅ’Ｆ’間寸法が所望する設計幅寸法に相当するはずなので、マスク基板１０１に形成されたパターンの幅寸法Ｌは、Ｌ＝（Ｅ’Ｆ’間寸法）／（ＡＢ間寸法）×（設計幅寸法）で近似することができる。 Here, in the optical image obtained by the high NA scan (scan in the normal inspection mode), if it is a normal part that is not a defect position, the gradation value profile of the pattern in the optical image and the pattern in the reference image The coefficients of the filter calculation are set so that the gradation value profiles substantially match. Therefore, the EF dimension of the pattern in the reference image and the AB dimension of the pattern in the optical image match. However, in the optical image obtained by the low NA scan, since the reference image is generated by the filter calculation based on the optical theory, the shape of the gradation value profile of the pattern in the optical image and the reference image (for low NA) The shape of the gradation value profile of the pattern may not match as shown in FIG. Therefore, the EF dimension of the pattern in the reference image (for low NA) and the AB dimension of the pattern in the optical image do not match. In addition to the reference image (for high NA) that has been smoothed and filtered to match the optical image obtained by high NA scan (scanning in normal inspection mode), the optical image obtained by low NA scan is separately used. It is difficult to match the gradation value profile even with the reference image (for low NA) created so as to match. The reason for this is that even if you try to create a reference image to match the optical image obtained by low NA scan, the accuracy of the filtering process is not yet sufficient, and as a result, the gradation value profiles can be matched. It has become difficult. Specifically, due to the complexity of the illumination conditions and other conditions to get closer to the exposure image, a certain difference, that is, an error, remains in the reference image generated by the filtering process on the optical image obtained by the low NA scan. become. Therefore, as it is, it is not possible to accurately obtain the pattern dimensions in the optical image obtained by the low NA scan. Therefore, in the first embodiment, the detection threshold Th 0 (threshold level) at which the desired design width dimension is obtained is changed in the gradation value profile of the pattern in the reference image. Specifically, using the pattern of the normal part that is not the defect position, from the gradation value profile of the pattern in the optical image obtained by the low NA scan at the original detection threshold Th 0 (first threshold level). The detection threshold Th'(second threshold level) of the gradation value profile of the pattern in the reference image (for low NA) corresponding to the obtained inter-AB dimension is measured. Then, the dimension between E'F'is measured from the gradation value profile of the pattern in the reference image at the detection threshold Th'. On the other hand, at the original detection threshold Th 0 , the dimension between AB is measured from the gradation value profile of the pattern in the optical image obtained by the low NA scan. Since the dimension between E'F'should correspond to the desired design width dimension, the width dimension L of the pattern formed on the mask substrate 101 is L = (dimension between E'F') / (dimension between AB) × ( It can be approximated by the design width dimension).

正常部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３０）として、まず、位置合わせ部５６は、比較対象となるフレーム領域３０のサイズの欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）と、比較対象となる参照画像とについて、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。 As a measurement image edge pair detection step (S130) of a normal portion, first, the alignment portion 56 relates to a defect region image (low NA optical image) of the size of the frame region 30 to be compared and a reference image to be compared. , Align with a predetermined algorithm. For example, alignment is performed using the method of least squares.

次に、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）のうち、記憶装置５９に記憶された欠陥位置ではない正常部におけるパターンについて、エッジペアを検出する。 Next, the measurement image edge pair detection unit 56 detects the edge pair for the pattern in the normal portion of the defect region image (low NA optical image) that is not the defect position stored in the storage device 59.

図１１は、実施の形態１における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。図１１の例において、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内には、ｘ方向に並ぶ、ｙ方向に延びるラインパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ｘ方向に延びるラインパターン１３と、が示されている。ラインパターン１２ａ，１２ｂ間には、スペースパターン１４ａが構成される。ラインパターン１２ｂ，１２ｃ間には、スペースパターン１４ｂが構成される。ラインパターン１２ｃ，１２ｃ，１３間には、スペースパターン１５が構成される。欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）は、図１１に示すように欠陥個所（Ａ部）と判定された画素３６を含むフレーム領域３０のサイズの画像で構成される。そのため、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内には、欠陥個所（Ａ部）ではない正常部のパターンも存在する。測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の正常部のパターンについて、パターンのエッジ部（外周辺）の位置を認識して、パターンの幅寸法（ＣＤ）を構成する両端（両外周辺）のエッジで構成されるエッジペアを検出する。図１１の例では、隣り合うパターン１２ａ，１２ｂ同士間のスペース部分（白部）のＣＤを構成する両端（両外周辺）のエッジａ，ｂを検出する場合を示している。正常部のパターンにおいて検出するエッジペアは、１組でも構わないが、複数のエッジペアの組を検出すると好適である。かかる場合、例えば、画素単位で検出される。例えば、ｘ方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、ｙ方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。ｙ方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、ｘ方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのｙ方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのｘ方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a defect region image and an edge pair according to the first embodiment. In the example of FIG. 11, in the defect region image (low NA optical image), line patterns 12a, 12b, 12c, 12d extending in the y direction and line patterns 13 extending in the x direction, which are arranged in the x direction, are shown. Has been done. A space pattern 14a is formed between the line patterns 12a and 12b. A space pattern 14b is formed between the line patterns 12b and 12c. A space pattern 15 is formed between the line patterns 12c, 12c, and 13. The defect region image (low NA optical image) is composed of an image of the size of the frame region 30 including the pixel 36 determined to be the defect portion (part A) as shown in FIG. Therefore, in the defect region image (low NA optical image), there is also a pattern of a normal portion that is not a defect portion (part A). The measurement image edge pair detection unit 56 recognizes the position of the edge portion (outer periphery) of the pattern for the pattern of the normal portion in the defect region image (low NA optical image), and constitutes the width dimension (CD) of the pattern. Detects an edge pair consisting of edges at both ends (around both outer edges). In the example of FIG. 11, the case where the edges a and b at both ends (around both outer edges) constituting the CD in the space portion (white part) between the adjacent patterns 12a and 12b are detected is shown. The number of edge pairs to be detected in the pattern of the normal portion may be one, but it is preferable to detect a plurality of pairs of edge pairs. In such a case, for example, it is detected in pixel units. For example, for the frame region of the x-direction line-and-space pattern, a pair is detected for each pixel on the outer periphery of the line pattern whose outer periphery extends in the y-direction. For the frame area of the y-direction line-and-space pattern, pairs are detected for each pixel on the outer periphery of the line pattern whose outer periphery extends in the x-direction. For the frame areas of the plurality of rectangular patterns, pairs are detected for each pixel on the outer periphery extending in the y direction of each rectangular pattern. For the frame area of the plurality of rectangular patterns, a pair is detected for each pixel on the outer periphery extending in the x direction of each rectangular pattern.

図１２は、実施の形態１におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。図１２の例では、図１１に示す欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）の一部を示している。例えば、ｙ方向に延びるラインパターン１２ｃの線幅方向のエッジ部では、ｘ方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、ｙ方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。同様に、ｙ方向に延びるラインパターン１２ｄの延びる方向のエッジ部では、ｙ方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、ｘ方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。このように、階調値プロファイルの傾斜が最大となる位置に傾斜が最大となる方向のエッジ部が存在する。かかる位置をエッジ部として認識すればよい。 FIG. 12 is a diagram for explaining a method of edge recognition of a pattern in the first embodiment. In the example of FIG. 12, a part of the defect region image (low NA optical image) shown in FIG. 11 is shown. For example, at the edge portion of the line pattern 12c extending in the y direction in the line width direction, the gradation value profile in the x direction changes sharply, whereas the gradation value profile in the y direction maintains a constant value. Become. Similarly, at the edge portion of the line pattern 12d extending in the y direction in the extending direction, the gradation value profile in the y direction changes sharply, whereas the gradation value profile in the x direction maintains a constant value. Become. As described above, there is an edge portion in the direction of maximum inclination at the position where the inclination of the gradation value profile is maximum. Such a position may be recognized as an edge portion.

なお、図１１の例では、隣り合うパターン１２ａ，１２ｂ同士間のスペース部分（白部）のＣＤについて示しているが、これに限るものではない。パターンが存在する黒部のＣＤについてもエッジペアが検出されても好適である。 In the example of FIG. 11, the CD of the space portion (white portion) between the adjacent patterns 12a and 12b is shown, but the present invention is not limited to this. It is also preferable that an edge pair is detected for a black CD in which a pattern is present.

正常部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３２）として、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に対応する参照画像（低ＮＡ用）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から検出されたエッジペアに対応する参照画像内のエッジペアを検出する。 As the reference image edge pair detection step (S132) of the normal portion, the reference image edge pair detection unit 58 uses the reference image (for low NA) corresponding to the defect region image (low NA optical image) and uses the defect region image (low NA). The edge pair in the reference image corresponding to the edge pair detected from the optical image) is detected.

参照画像閾値レベル測定工程（Ｓ１３４）として、閾値レベル測定部４０は、画像階調値プロファイルの検出閾値Ｔｈ０（第１の閾値レベル）を用いて特定される欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン正常個所のエッジペア間のパターン寸法（例えば、ＡＢ間寸法）と参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のエッジペア間のパターン寸法とが同じ寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）になる参照画像（低ＮＡ用）に用いる検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を測定する。複数のエッジペアの組が検出されている場合には、各組で得られる検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）の統計値（例えば、平均値、中央値、最大値、或いは最小値）を演算すると好適である。例えば、平均値或いは中央値を用いれば、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）の測定誤差を平均化できる。なお、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）は、方向によって最適値が異なる場合が想定されるので、寸法方向毎に求めると良い。例えば、ｘ方向寸法用の検出閾値Ｔｈ’とｙ方向寸法用の検出閾値Ｔｈ’とを求めると好適である。 As a reference image threshold level measurement step (S134), the threshold level measurement unit 40 uses the detection threshold Th 0 (first threshold level) of the image gradation value profile to identify a defect region image (low NA optical image). The pattern dimension between the edge pairs at the normal part (for example, the dimension between AB) and the pattern dimension between the edge pairs at the corresponding part in the reference image (for low NA) are the same dimension (dimension between E'F'). The detection threshold Th'(second threshold level) used for the reference image (for low NA) is measured. When a plurality of edge pair pairs are detected, the statistical value (for example, mean value, median value, maximum value, or minimum value) of the detection threshold value Th'(second threshold value level) obtained in each pair is used. It is preferable to calculate. For example, if the average value or the median value is used, the measurement error of the detection threshold value Th'(second threshold value level) can be averaged. Since it is assumed that the optimum value of the detection threshold value Th'(second threshold value level) differs depending on the direction, it is preferable to obtain the detection threshold value for each dimensional direction. For example, it is preferable to obtain the detection threshold Th'for the x-direction dimension and the detection threshold Th'for the y-direction dimension.

欠陥部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３６）として、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域におけるパターンのエッジペアを検出する。高ＮＡ検査（通常検査）によって、欠陥画素が特定できたとしても、パターン異常個所のパターン寸法の最大値がただちにわかるわけではない。そこで、実施の形態１では、欠陥画素にエッジが位置するパターン寸法だけではなく、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域として、欠陥画素３６と欠陥画素３６の周囲の複数の画素とにより構成される画素群３８のパターン寸法を測定する。例えば、欠陥画素３６を中心画素とする３×３個の画素群３８内のパターン寸法を測定する。そのため、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる複数のエッジペアを検出する。図１１の例では、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の画素群３８内の同じ方向の３組のエッジペアが示されている。寸法方向が異なれば、求めたい欠陥個所の寸法とは異なる方向の寸法も含まれてしまう。よって、画素群３８内の同じ方向の複数のエッジペアを検出する。 As the measurement image edge pair detection step (S136) of the defect portion, the measurement image edge pair detection unit 56 detects the edge pair of the pattern in the region of the pattern abnormality portion in the defect region image (low NA optical image). Even if defective pixels can be identified by high NA inspection (normal inspection), the maximum value of the pattern dimension at the pattern abnormality location cannot be immediately determined. Therefore, in the first embodiment, not only the pattern size in which the edge is located in the defective pixel but also the defective pixel 36 and the plurality of areas around the defective pixel 36 are used as the area of the pattern abnormality portion in the defective region image (low NA optical image). The pattern size of the pixel group 38 composed of the pixels of the above is measured. For example, the pattern size in the 3 × 3 pixel group 38 centered on the defective pixel 36 is measured. Therefore, the measurement image edge pair detection unit 56 detects a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the defect region image (low NA optical image). Specifically, a plurality of edge pairs including at least one edge in the pixel group 38 are detected. In the example of FIG. 11, three sets of edge pairs in the same direction in the pixel group 38 in the defect region image (low NA optical image) are shown. If the dimensional directions are different, the dimensions in the directions different from the dimensions of the defective portion to be obtained will be included. Therefore, a plurality of edge pairs in the same direction in the pixel group 38 are detected.

欠陥部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３８）として、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域において検出されたパターンのエッジペアに対応する参照画像（低ＮＡ用）内のパターンのエッジペアを検出する。具体的には、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる同じ方向の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペアを検出する。図１１の例では、参照画像（低ＮＡ用）内の画素群３８内の同じ方向の３組のエッジペアが示されている。 As a reference image edge pair detection step (S138) of the defect portion, the reference image edge pair detection unit 58 uses the reference image (reference image) corresponding to the edge pair of the pattern detected in the region of the pattern abnormality portion in the defect region image (low NA optical image). Detects edge pairs of patterns in (for low NA). Specifically, the reference image edge pair detection unit 58 detects a plurality of edge pairs corresponding to a plurality of edge pairs in the same direction including at least one edge in the pixel group 38 in the defect region image (low NA optical image). To do. In the example of FIG. 11, three sets of edge pairs in the same direction in the pixel group 38 in the reference image (for low NA) are shown.

欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４０）として、参照画像パターン寸法測定部４４（第１のパターン寸法測定部）は、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所に対応する、参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）を測定する。かかるエッジペア間寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）がパターンの設計寸法に対応することになる。設計寸法は、画像展開前の設計データ（描画データ）から得ることができる。このように、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所に対応する、参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のパターン寸法を測定する際、画素群３８内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定される。 As the reference image pattern dimension measurement step (S140) of the defect portion, the reference image pattern dimension measurement unit 44 (first pattern dimension measurement unit) uses the detection threshold Th'(second threshold level) to image the defect region. The pattern dimension of the corresponding part in the reference image (for low NA) corresponding to the pattern abnormality part in the (low NA optical image) is measured. Specifically, the edge-pair dimension (E'F'-dimension) is measured for each of a plurality of detected edge pairs in the same direction including at least one edge in the pixel group 38. The edge pair dimension (E'F' dimension) corresponds to the design dimension of the pattern. The design dimensions can be obtained from the design data (drawing data) before image development. In this way, when measuring the pattern dimensions of the corresponding parts in the reference image (for low NA) corresponding to the pattern abnormal parts in the defect region image (low NA optical image), a plurality of edge pairs in the pixel group 38 are used. The dimensions between the corresponding edge pairs are measured.

欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４２）として、測定画像パターン寸法測定部４２（第２のパターン寸法測定部）は、本来の検出閾値Ｔｈ０（第１の閾値レベル）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法（ＡＢ間寸法）を測定する。そして、エッジペア毎に、パターン寸法Ｌ（＝（Ｅ’Ｆ’間寸法）／（ＡＢ間寸法）×設計寸法）を演算することにより、パターン寸法を測定（近似）する。このように、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、画素群３８内の複数のエッジペア間の寸法が測定される。 As a measurement image pattern dimension measurement step (S142) of a defect portion, the measurement image pattern dimension measurement unit 42 (second pattern dimension measurement unit) uses the original detection threshold Th 0 (first threshold level) to obtain a defect. The pattern size of the pattern abnormality part in the region image (low NA optical image) is measured. Specifically, the edge pair dimension (AB dimension) is measured for each of a plurality of detected edge pairs in the same direction including at least one edge in the pixel group 38. Then, the pattern dimension is measured (approximate) by calculating the pattern dimension L (= (dimension between E'F') / (dimension between AB) × design dimension) for each edge pair. In this way, when measuring the pattern size of the pattern abnormality portion in the defect region image (low NA optical image), the size between the plurality of edge pairs in the pixel group 38 is measured.

比較工程（Ｓ１４４）として、比較部４６は、パターン異常個所について、参照画像（低ＮＡ用）から測定されたパターン寸法と欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から測定されたパターン寸法とを比較する。具体的には、比較部４６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から測定されたパターン寸法と参照画像（低ＮＡ用）から測定されたパターン寸法とを比較する際、画素群３８内の複数のエッジペア間のパターン寸法のうち、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）と参照画像（低ＮＡ用）との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定する。そして、比較結果（判定結果）が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内で測定されたパターン寸法が、例えば、参照画像のパターン寸法に対して、数％を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。例えば、５〜１０％を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。 As a comparison step (S144), the comparison unit 46 compares the pattern dimensions measured from the reference image (for low NA) with the pattern dimensions measured from the defect region image (low NA optical image) for the pattern abnormality portion. .. Specifically, the comparison unit 46 is in the pixel group 38 when comparing the pattern size measured from the defect region image (low NA optical image) with the pattern size measured from the reference image (for low NA). Of the pattern dimensions between the plurality of edge pairs, the pattern dimension between the edge pairs that maximizes the difference between the defect region image (low NA optical image) and the reference image (for low NA) is determined as the pattern dimension of the pattern abnormality portion. Then, the comparison result (judgment result) is output. The comparison result may be output from the magnetic disk device 109, the magnetic tape device 115, the flexible disk device (FD) 116, the CRT 117, the pattern monitor 118, or the printer 119. If the pattern dimension measured in the defect region image (low NA optical image) deviates from the pattern dimension of the reference image by more than several percent, it can be determined as an unusable defect pattern. .. For example, if a deviation of more than 5 to 10% occurs, it can be determined that the defect pattern cannot be used.

以上のように、実施の形態１では、設計データを基に作成される参照画像と比較することによって欠陥個所のパターン寸法を評価する。例えば、ロジック回路のように、マスク基板１０１内に同一パターンが繰り返し形成されない場合が多い回路ではダイ−ダイ検査が困難であるので、参照画像と比較する実施の形態１の手法はかかるロジック回路を検査する場合等に特に有効である。 As described above, in the first embodiment, the pattern size of the defective portion is evaluated by comparing with the reference image created based on the design data. For example, in a circuit such as a logic circuit in which the same pattern is not repeatedly formed in the mask substrate 101, die-die inspection is difficult. Therefore, the method of the first embodiment comparing with the reference image uses such a logic circuit. It is especially effective when inspecting.

図１３は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。図１３において、照明形状切替機構１７１は偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に移動させる。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。偏光素子９０を透過検査照明用の光が、通過することで透過検査照明用の光の照明形状を、偏光方向を操作した偏光照明に変更できる。なお、偏光素子９０を回折素子に置き換えることで、２極照明或いは４極照明等のＮ極照明、若しくは輪帯照明等に照明形状を変更しても良い。図１３の例では、偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に偏光できればよい。よって、偏光板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかに偏光素子９０を配置すればよい。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 13, the illumination shape switching mechanism 171 moves the polarizing element 90 between the lenses 65 and 66. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. When the light for transmission inspection illumination passes through the polarizing element 90, the illumination shape of the light for transmission inspection illumination can be changed to polarized illumination in which the polarization direction is manipulated. By replacing the polarizing element 90 with a diffraction element, the illumination shape may be changed to N-pole illumination such as 2-pole illumination or 4-pole illumination, or ring-shaped illumination. In the example of FIG. 13, the polarizing element 90 is arranged between the lenses 65 and 66, but the present invention is not limited to this. It suffices if the light can be polarized before reaching the mask substrate 101. Therefore, the polarizing element 90 may be arranged on any of the optical paths from the polarizing plate 60 to the condenser lens 68.

図１４は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１４において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏光板６０の間に絞り９１を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる絞り９１を絞ることで、小シグマ照明に照明形状を変更できる。図１４の例では、光源１０３と偏光板６０の間に絞り９１を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に絞れればよい。よって、偏光板６０からマスク基板１０１までの光路上のいずれかに絞り９１を配置すればよい。 FIG. 14 is a diagram showing another example of the mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 14, the illumination shape switching mechanism 171 may be moved so as to arrange the diaphragm 91 between the light source 103 and the polarizing plate 60. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. By narrowing down the aperture 91, the illumination shape can be changed to small sigma illumination. In the example of FIG. 14, the diaphragm 91 is arranged between the light source 103 and the polarizing plate 60, but the present invention is not limited to this. It suffices to squeeze the light before it reaches the mask substrate 101. Therefore, the diaphragm 91 may be arranged on any of the optical paths from the polarizing plate 60 to the mask substrate 101.

図１５は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１５において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏光板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる縮小光学系で光を縮小することで、照明倍率が異なる照明光に照明形状を変更できる。図１１の例では、光源１０３と偏光板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に光を縮小できればよい。よって、偏光板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかにレンズ９２，９３による縮小光学系を配置すればよい。 FIG. 15 is a diagram showing another example of the mechanism for changing the illumination shape in the first embodiment. In FIG. 15, the illumination shape switching mechanism 171 may be moved so as to arrange the reduction optical system by the lenses 92 and 93 between the light source 103 and the polarizing plate 60. Thereby, the configuration of the transmission illumination optical system 170 can be changed, and the transmission illumination optical system 170 can change the illumination shape. By reducing the light with such a reduction optical system, the illumination shape can be changed to illumination light having a different illumination magnification. In the example of FIG. 11, the reduction optical system by the lenses 92 and 93 is arranged between the light source 103 and the polarizing plate 60, but the present invention is not limited to this. It suffices if the light can be reduced before the light reaches the mask substrate 101. Therefore, the reduction optical system by the lenses 92 and 93 may be arranged on any of the optical paths from the polarizing plate 60 to the condenser lens 68.

照明形状切替機構１７１は、図１３、図１４０及び図１５に示した機構の１つ、或いはいずれか２つの組み合わせ、或いは全部の組み合わせを配置可能に構成してもよい。或いは他の機構で構成されても良い。露光装置の仕様に合わせて必要な光学素子を配置すればよい。 The illumination shape switching mechanism 171 may be configured so that one, any two combinations, or all combinations of the mechanisms shown in FIGS. 13, 140, and 15 can be arranged. Alternatively, it may be configured by another mechanism. The necessary optical elements may be arranged according to the specifications of the exposure apparatus.

以上のように、実施の形態１によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像（低ＮＡ光学画像）から欠陥個所の線幅測定精度を向上させることができる。よって、欠陥個所のパターン寸法を検査できる。その結果、マスクパターンを半導体基板等に転写する場合の転写性の影響具合をより正確に評価できる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to improve the line width measurement accuracy of the defective portion from the optical image (low NA optical image) captured so as to be close to the pattern image when transferred by the exposure apparatus. it can. Therefore, the pattern size of the defective part can be inspected. As a result, the degree of influence of transferability when the mask pattern is transferred to a semiconductor substrate or the like can be evaluated more accurately.

以上の説明において、「〜回路」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。また、プロセッサ等により構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。 In the above description, the one described as "~ circuit" has a processing circuit, and as the processing circuit, an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like can be used. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each “~ circuit”. Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. When configured by a processor or the like, the program is recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, an FD, or a ROM (read-only memory).

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、欠陥画素３６がフレーム領域３０の端部付近に位置する場合等、欠陥画素３６の周辺画素を含めた画素群３８の階調値が１つの画像から得られない場合には、隣接するフレーム領域３０の低ＮＡスキャンも行い、隣接する低ＮＡ光学画像を作成すればよい。 The embodiment has been described above with reference to a specific example. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, when the defective pixel 36 is located near the end of the frame area 30, and the gradation value of the pixel group 38 including the peripheral pixels of the defective pixel 36 cannot be obtained from one image, the adjacent frames A low NA scan of the region 30 may also be performed to create an adjacent low NA optical image.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。 Further, although the description of parts not directly required for the description of the present invention such as the device configuration and the control method is omitted, the required device configuration and the control method can be appropriately selected and used. For example, the description of the control unit configuration for controlling the inspection device 100 has been omitted, but it goes without saying that the required control unit configuration is appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置、及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all pattern inspection devices and pattern inspection methods that include the elements of the present invention and can be appropriately redesigned by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

１０ 検査領域
１２，１３ ラインパターン
１４，１５ スペースパターン
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
３６ 画素
３８ 画素群
４０ 閾値レベル測定部
４２ 測定画像パターン寸法測定部
４４ 参照画像パターン寸法測定部
４６ 比較部
５０，５２，５９ 記憶装置
５１ 領域特定部
５４ 位置合わせ部
５６ 測定画像エッジペア検出部
５８ 参照画像エッジペア検出部
６０ 偏光板
６１ 偏光ビームスプリッタ
６３ ミラー
６４，６５，６６ レンズ
６７，７３ ミラー
６８ コンデンサレンズ
６９，７０，７２，８０，８１，８２，８３ レンズ
９０ 偏光素子
９１ 絞り
９２，９３ レンズ
１００ 検査装置
１０１ マスク基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 対物レンズ
１０５ フォトダイオードアレイ
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 テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ ＦＤ
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１４０ ＡＦ制御回路
１４２ ピエゾ素子
１４４ 検査モード切替制御回路
１４６ 低ＮＡ検査回路
１５０ 光学画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 透過照明光学系
１７１ 照明形状切替機構
１７２ 反射照明光学系
１７４ 偏光ビームスプリッタ
１７６ 駆動機構
１７８ 結像光学系
１８０ 開口絞り
１９０ 透過光
１９２ 光
３００ マスク基板
３０１ 透過光
３０２ 対物レンズ
３０４ 半導体基板
３０５ 光 10 Inspection area 12, 13 Line pattern 14, 15 Space pattern 20 Inspection stripe 30 Frame area 36 Pixels 38 Pixel group 40 Threshold level measurement unit 42 Measurement image pattern Dimension measurement unit 44 Reference image pattern Dimension measurement unit 46 Comparison unit 50, 52, 59 Storage device 51 Area identification unit 54 Alignment unit 56 Measurement image Edge pair detection unit 58 Reference image Edge pair detection unit 60 Plate plate 61 Polarized beam splitter 63 Mirror 64, 65, 66 Lens 67, 73 Mirror 68 Condenser lens 69, 70, 72 , 80, 81, 82, 83 Lens 90 Polarizing element 91 Aperture 92, 93 Lens 100 Inspection device 101 Mask substrate 102 XYθ Table 103 Light source 104 Objective lens 105 Photo diode array 106 Sensor circuit 107 Position circuit 108 Comparison circuit 109 Magnetic disk device 110 Control computer 111 Deployment circuit 112 Reference circuit 113 Autoloader control circuit 114 Table control circuit 115 Magnetic tape device 116 FD
117 CRT
118 Pattern monitor 119 Printer 120 Bus 122 Laser length measurement system 123 Stripe pattern memory 140 AF control circuit 142 Piezo element 144 Inspection mode switching control circuit 146 Low NA inspection circuit 150 Optical image acquisition mechanism 160 Control system circuit 170 Transmission illumination Optical system 171 Illumination Shape switching mechanism 172 Reflective illumination optical system 174 Polarized beam splitter 176 Drive mechanism 178 Imaging optical system 180 Aperture aperture 190 Transmitted light 192 Light 300 Mask substrate 301 Transmitted light 302 Objective lens 304 Semiconductor substrate 305 Light

Claims (4)

パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
前記光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する工程と、
前記第２の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
前記第１の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する工程と、
前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。 The process of acquiring an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed, and
The process of creating a reference image corresponding to the optical image and
Used for the reference image in which the pattern dimension of the pattern normal portion in the optical image and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image are the same dimensions specified by using the first threshold level of the image gradation value profile. The process of measuring the second threshold level and
Using the second threshold level, the step of measuring the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image corresponding to the pattern abnormality portion in the optical image, and the step of measuring the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image.
The tentative pattern size of the pattern abnormality portion in the optical image is measured using the first threshold level, and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image using the second threshold level is determined by the first. The step of calculating the value obtained by dividing the value obtained by dividing the temporary pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image by the set dimension using the threshold level of is calculated as the pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image.
A step of comparing and outputting the pattern dimension measured from the reference image and the pattern dimension measured from the optical image for the pattern abnormality portion.
A pattern inspection method characterized by being equipped with. 前記光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。 The pattern inspection method according to claim 1, further comprising a step of detecting a plurality of edge pairs in the same direction of the pattern in the optical image. 前記光学画像を第１の光学画像とし、前記参照画像を第１の参照画像とし、
前記第１の光学画像内のパターン異常個所の領域として、前記第１の光学画像に使用される光束がマスク基板から対物レンズへ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いて撮像される前記マスク基板の第２の光学画像内の画素と前記第２の光学画像に対応する第２の参照画像内の対応画素とにおける階調差が第３の閾値を超える欠陥画素と前記欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
前記第１の光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
前記第１の光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記第１の参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の前記複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
前記第１の光学画像から測定されたパターン寸法と前記第１の参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、前記画素群内の前記複数のエッジペア間の寸法のうち、前記第１の光学画像と前記第１の参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法を前記パターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査方法。 The optical image is a first optical image, and the reference image is a first reference image.
As the area of the pattern abnormal part in the first optical image, the light beam used for the first optical image is a high numerical aperture state than the numerical aperture (NA) in the case of entering from the mask substrate to the objective lens The gradation difference between the pixels in the second optical image of the mask substrate imaged using the light beam and the corresponding pixels in the second reference image corresponding to the second optical image exceeds the third threshold value. A pixel group composed of a defective image and a plurality of pixels around the defective pixel is used.
When measuring the pattern dimension of the pattern abnormality portion in the first optical image, the dimension between a plurality of edge pairs in the pixel group is measured.
When measuring the pattern size of the corresponding portion in the first reference image corresponding to the pattern abnormality portion in the first optical image, between the plurality of edge pairs corresponding to the plurality of edge pairs in the pixel group. The dimensions are measured,
When comparing the first said and measured pattern dimension from the optical image of the first measurement pattern dimension from the reference image, among the plurality of dimensions between edge pair in the pixel group, the first The pattern inspection method according to claim 1 or 2, wherein the pattern dimension between the edge pairs that maximizes the difference between the optical image and the first reference image is determined to be the pattern dimension of the pattern abnormality portion and output. .. パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
前記第２の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第１のパターン寸法測定部と、
前記第１の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する第２のパターン寸法測定部と、
前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。 An optical image acquisition mechanism that acquires an optical image of the mask substrate on which the pattern is formed,
A reference image generating unit configured to generate a reference image corresponding to the optical image,
Used for the reference image in which the pattern dimension of the pattern normal portion in the optical image and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image are the same dimensions specified by using the first threshold level of the image gradation value profile. A threshold level measuring unit that measures the second threshold level,
Using the second threshold level, a first pattern dimension measuring unit for measuring the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image corresponding to the pattern abnormality portion in the optical image, and a first pattern dimension measuring unit.
The tentative pattern size of the pattern abnormality portion in the optical image is measured using the first threshold level, and the pattern dimension of the corresponding portion in the reference image using the second threshold level is determined by the first. The second pattern dimension is calculated as the pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image by multiplying the value obtained by dividing by the temporary pattern dimension of the pattern abnormality portion in the optical image using the threshold level of. With the measuring unit
With respect to the pattern abnormality portion, a comparison unit for comparing the pattern size measured from the reference image and the pattern size measured from the optical image, and a comparison unit.
A pattern inspection device characterized by being equipped with.
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