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JP7807271B2 - Photomask inspection equipment - Google Patents
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JP7807271B2 - Photomask inspection equipment - Google Patents

Photomask inspection equipment

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JP7807271B2 JP2022044967A JP2022044967A JP7807271B2 JP 7807271 B2 JP7807271 B2 JP 7807271B2 JP 2022044967 A JP2022044967 A JP 2022044967A JP 2022044967 A JP2022044967 A JP 2022044967A JP 7807271 B2 JP7807271 B2 JP 7807271B2
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Description

本開示は、フォトマスク検査装置に関する。 This disclosure relates to a photomask inspection device.

従来から、フォトマスク(レチクル)を検査する検査装置が提案されている(特許文献1,2)。 Inspection devices for inspecting photomasks (reticles) have been proposed in the past (Patent Documents 1 and 2).

特許文献1では、g線、h線およびi線を含む光を出力する光源が設けられている。光源からの光は波長選択フィルタを通じて、フォトマスクに照射され、フォトマスクを透過した光が撮像手段の撮像面に入射する。波長選択フィルタは、g線のみを透過させる第1フィルタ、h線のみを透過させる第2フィルタ、および、i線のみを透過させる第3フィルタを含む。光はこれらの第1フィルタ、第2フィルタおよび第3フィルタを選択的に通る。光が第1フィルタを通過したときには、g線のみがフォトマスクを通じて撮像手段に入射するので、撮像手段はg線での撮像画像を生成する。光が第2フィルタを通過したときには撮像手段はh線での撮像画像を生成し、光が第3フィルタを通過したときには、i線での撮像画像を生成する。特許文献1では、これら3つの撮像画像を波長演算合成して、g線、h線およびi線を含む光での合成画像を生成し、合成画像に基づいて、フォトマスクの検査を行う。 In Patent Document 1, a light source is provided that outputs light including g-, h-, and i-rays. Light from the light source is irradiated onto a photomask through a wavelength-selective filter, and light that passes through the photomask is incident on the imaging surface of an imaging means. The wavelength-selective filter includes a first filter that transmits only g-rays, a second filter that transmits only h-rays, and a third filter that transmits only i-rays. Light selectively passes through these first, second, and third filters. When light passes through the first filter, only g-rays enter the imaging means through the photomask, causing the imaging means to generate an image using the g-ray. When light passes through the second filter, the imaging means generates an image using the h-ray, and when light passes through the third filter, it generates an image using the i-ray. In Patent Document 1, these three images are combined using wavelength calculations to generate a composite image using light including the g-, h-, and i-rays, and the photomask is inspected based on the composite image.

特許文献2では、複数の照明源が設けられており、各照明源は複数のレーザーダイオードアレイを含んでいる。複数の照明源から出力されたビームはビーム結合オプティクスによって結合され、任意の照明プロファイルでビームを試料に入射させる。該試料から反射したビームは検出器に入射し、該検出器によって検出される。検査装置は、検出器から出力される信号に基づいて、試料の限界寸法などの試料パラメータを求める。 In Patent Document 2, multiple illumination sources are provided, each of which includes multiple laser diode arrays. The beams output from the multiple illumination sources are combined by beam combining optics, causing the beams to be incident on the sample with a desired illumination profile. The beams reflected from the sample are incident on a detector and detected by the detector. The inspection device determines sample parameters, such as the critical dimensions of the sample, based on the signals output from the detector.

特開2008-256671号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-256671 特開2020-064063号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-064063

しかしながら、特許文献1では、異なるタイミングでg線での撮像画像、h線での撮像画像およびi線での撮像画像が撮像される。このため、検査装置の機械振動による位置ばらつきが撮像画像に対して生じる。よって、合成画像には、この位置ばらつきに起因した誤差が含まれてしまい、検査精度が低下してしまう、という問題がある。 However, in Patent Document 1, g-line images, h-line images, and i-line images are captured at different times. As a result, positional variations occur in the captured images due to mechanical vibrations of the inspection device. As a result, the composite image contains errors caused by this positional variation, resulting in a problem of reduced inspection accuracy.

特許文献2では、光源にレーザーダイオードアレイが用いられる。各レーザーダイオードアレイでは、複数の発光素子が設けられるので、各照明源から出射される光の波長および位相の少なくともいずれか一方において、複数の素子間でのばらつきが生じてしまう。このため、各照明源から出射された光のコヒーレンス性が低下する。 In Patent Document 2, a laser diode array is used as the light source. Each laser diode array is provided with multiple light-emitting elements, which results in variations in at least one of the wavelength and phase of the light emitted from each illumination source among the multiple elements. This reduces the coherence of the light emitted from each illumination source.

したがって、たとえ照明プロファイルを露光装置における光源の照明プロファイルに近づけたとしても、検査装置において試料で生じる回折現象が、露光装置における回折現象と大きく相違してしまう。このため、検出器によって検出される像が露光装置における像と異なってしまい、検査精度が低下してしまうという問題がある。また、複数の素子のいずれか一つに異常が生じると、全体を交換する必要があり、信頼性に劣る。 Therefore, even if the illumination profile is made closer to the illumination profile of the light source in the exposure tool, the diffraction phenomenon that occurs on the sample in the inspection tool will be significantly different from the diffraction phenomenon in the exposure tool. This causes the image detected by the detector to differ from the image in the exposure tool, resulting in a problem of reduced inspection accuracy. Furthermore, if an abnormality occurs in any one of the multiple elements, the entire system must be replaced, which reduces reliability.

そこで、本開示は、より高い検出精度でフォトマスクを検出できる、信頼性の高いフォトマスク検査装置を提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a highly reliable photomask inspection device that can detect photomasks with higher detection accuracy.

第1の態様は、フォトマスク検査装置であって、フォトマスクを保持する保持部と、第1ピーク波長を有する第1光を出射する単一の第1半導体発光素子を含む第1光源と、前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2光を出射する単一の第2半導体発光素子を含む第2光源と、前記第1光源からの前記第1光および前記第2光源からの前記第2光を混合する混合部と、前記混合部によって前記第1光および前記第2光を混合した光を、前記フォトマスクに導く照明光学系と、光軸方向において前記フォトマスクと前記照明光学系との相対位置を変化させる移動駆動部と、対物レンズを含み、前記フォトマスクからの前記光が入射する結像光学系と、前記結像光学系を通じて入射した前記光を受光して撮像画像を生成するイメージセンサと、前記撮像画像に基づいて、前記フォトマスクの検査を行う演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、前記フォトマスクと前記照明光学系との間隔を変更しつつ、前記イメージセンサが生成した複数の前記撮像画像の各々の焦点評価値を求め、前記複数の前記撮像画像の各々に基づいてマスク特性を算出し、前記複数の前記撮像画像のうち、前記焦点評価値が最大となる前記相対位置から、前記フォトマスクが用いられる露光装置における所定の焦点ずれ量だけずれた範囲内に対応する前記マスク特性に基づいて、前記フォトマスクの良否を判定する。
の態様は、第の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記混合部によって前記第1光および前記第2光を混合した光を、入射端から入射し内部を進み出射端から出射するライトガイドと、前記ライトガイドから出射された前記光を前記フォトマスクに導く照光学系とを有する。

a first light source including a single first semiconductor light emitting element that emits first light having a first peak wavelength; a second light source including a single second semiconductor light emitting element that emits second light having a second peak wavelength different from the first peak wavelength; a mixer that mixes the first light from the first light source and the second light from the second light source; an illumination optical system that guides the light obtained by mixing the first light and the second light by the mixer to the photomask; a movement driver that changes the relative position of the photomask and the illumination optical system in an optical axis direction; and an objective lens that forms an image on which the light from the photomask is incident. The optical system includes an image sensor that receives the light incident through the imaging optical system and generates an image, and an arithmetic processing unit that inspects the photomask based on the image, wherein the arithmetic processing unit determines a focus evaluation value for each of the multiple imaged images generated by the image sensor while changing the distance between the photomask and the illumination optical system, calculates mask characteristics based on each of the multiple imaged images, and judges the quality of the photomask based on the mask characteristics that correspond to a range of a predetermined focus deviation amount in an exposure device in which the photomask is used from the relative position at which the focus evaluation value is maximum among the multiple imaged images.
The second aspect is a photomask inspection device according to the first aspect, which includes a light guide through which the light mixed with the first light and the second light by the mixing section enters at an incident end, travels inside, and exits at an exit end, and an illumination optical system that guides the light emitted from the light guide to the photomask.

フォトマスク検査装置によれば、混合部が、互いに異なるピーク波長を有する第1光および第2光を混合する。そして、その混合光である光はフォトマスクを透過し、結像光学系を通じてイメージセンサの受光面に入射する。よって、撮像画像には、第1ピーク波長および第2ピーク波長を有する光によるフォトマスクの投影像が含まれる。つまり、一度の撮像により、複数のピーク波長を有する光による投影像を含んだ撮像画像を得ることができる。 In this photomask inspection device, the mixing unit mixes first and second light beams having different peak wavelengths. The mixed light then passes through the photomask and is incident on the light-receiving surface of the image sensor via the imaging optical system. Therefore, the captured image includes a projected image of the photomask formed by light beams having the first and second peak wavelengths. In other words, a single image capture can obtain a captured image including projected images formed by light beams having multiple peak wavelengths.

このため、特許文献1のように、互いに異なるピーク波長を有する光を順次に照射して得られた複数の撮像画像を合成する必要がない。よって、特許文献1とは異なって、撮像画像においてピーク波長ごとの位置ばらつきが原理的に生じない。したがって、演算処理部はより高い検査精度で、撮像画像に基づいてフォトマスクを検査することができる。 As a result, there is no need to combine multiple captured images obtained by sequentially irradiating light with different peak wavelengths, as in Patent Document 1. Therefore, unlike Patent Document 1, positional variations for each peak wavelength do not occur in principle in the captured images. Therefore, the calculation processing unit can inspect the photomask based on the captured images with higher inspection accuracy.

しかも、フォトマスク検査装置によれば、第1光源および第2光源が単一の半導体発光素子を含んでいる。このため、特許文献2のようなダイオードアレイでの波長または位相のばらつきが原理的に生じず、第1光源はよりコヒーレントな第1光を出射することができ、第2光源はよりコヒーレントな第2光を出射することができる。よって、露光装置における回折現象と同等な回折現象を、フォトマスクを透過する光に生じさせることができる。したがって、演算処理部はより高い検査精度でフォトマスクを検査することができる。しかも、第1光源および第2光源の信頼性も高い。 Furthermore, in this photomask inspection device, the first light source and the second light source each include a single semiconductor light-emitting element. Therefore, wavelength or phase variations in a diode array, as in Patent Document 2, do not occur in principle, and the first light source can emit a more coherent first light, and the second light source can emit a more coherent second light. This makes it possible to produce a diffraction phenomenon in the light passing through the photomask that is equivalent to the diffraction phenomenon in an exposure device. This allows the processing unit to inspect the photomask with higher inspection accuracy. Furthermore, the reliability of the first light source and the second light source is also high.

フォトマスク検査装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an example of the configuration of a photomask inspection apparatus. フォトマスク検査装置の光学的な構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an optical configuration of a photomask inspection apparatus. 露光装置の光学的な構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of the optical configuration of an exposure apparatus. 第1ダイクロイックミラーの透過率および反射率を示すグラフである。10 is a graph showing the transmittance and reflectance of a first dichroic mirror. 第2ダイクロイックミラーの透過率および反射率を示すグラフである。10 is a graph showing the transmittance and reflectance of a second dichroic mirror. 撮像画像の一例を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a captured image. フォトマスク検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection apparatus. 各撮像画像のラインにおける投影像の輝度分布を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating the luminance distribution of a projected image on a line of each captured image. Z軸位置と焦点評価値との関係、および、Z軸位置と投影像幅との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the Z-axis position and the focus evaluation value, and the relationship between the Z-axis position and the width of the projected image. 欠陥を含む撮像画像の一例を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of a captured image including a defect. Z軸位置と焦点評価値との関係、および、Z軸位置と欠陥輝度との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the Z-axis position and the focus evaluation value, and the relationship between the Z-axis position and the defect brightness.

以下、図面を参照しつつ実施の形態について詳細に説明する。なお図面においては、理解容易の目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。また同様な構成及び機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また図面においては、各構成の位置関係を示すべく、XYZ直交座標が適宜に示されている。例えば、Z軸は鉛直方向に沿って配置されており、X軸およびY軸は水平方向に沿って配置されている。また下記説明では、Z軸方向の一方側を+Z側とも呼び、他方側を-Z側とも呼ぶ。X軸およびY軸についても同様である。 The following describes the embodiments in detail with reference to the drawings. Note that in the drawings, the dimensions and number of parts are exaggerated or simplified as necessary for ease of understanding. Parts with similar configurations and functions are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted below. The drawings also show XYZ Cartesian coordinates as appropriate to indicate the positional relationships of each component. For example, the Z axis is aligned vertically, while the X and Y axes are aligned horizontally. In the following description, one side of the Z axis direction will be referred to as the +Z side, and the other side as the -Z side. The same applies to the X and Y axes.

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 Furthermore, in the following description, similar components are illustrated with the same symbols, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions of them may be omitted to avoid duplication.

また、以下に記載される説明において、「第1」または「第2」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序に限定されるものではない。 Furthermore, even if ordinal numbers such as "first" or "second" are used in the following description, these terms are used for convenience to facilitate understanding of the contents of the embodiments, and are not intended to be limited to the ordering that may result from these ordinal numbers.

相対的または絶対的な位置関係を示す表現(例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など)が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現(例えば「同一」「等しい」「均質」など)が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現(例えば、「四角形状」または「円筒形状」など)が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸や面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現が用いられる場合、該表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「A,BおよびCの少なくともいずれか一つ」という表現が用いられる場合、該表現は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A,BおよびCのうち任意の2つ、ならびに、A,BおよびCの全てを含む。 When expressions indicating relative or absolute positional relationships (e.g., "in one direction," "along one direction," "parallel," "orthogonal," "center," "concentric," "coaxial," etc.) are used, unless otherwise specified, these expressions not only express that exact positional relationship, but also express a state in which there is a relative displacement in terms of angle or distance within a range that provides tolerance or equivalent functionality. When expressions indicating an equal state (e.g., "identical," "equal," "homogeneous," etc.) are used, these expressions not only express a state in which there is strict quantitative equality, but also express a state in which there is a difference that provides tolerance or equivalent functionality, unless otherwise specified. When expressions indicating shape (e.g., "rectangular shape" or "cylindrical shape," etc.) are used, these expressions not only express the exact geometric shape, but also express shapes with irregularities, chamfers, etc. within a range that provides equivalent effects, unless otherwise specified. When expressions such as "comprise," "include," "have," "includes," "includes," or "have" are used to describe one component, these expressions are not exclusive expressions that exclude the presence of other components. When the expression "at least one of A, B, and C" is used, the expression includes A only, B only, C only, any two of A, B, and C, and all of A, B, and C.

<フォトマスク検査装置>
図1は、フォトマスク検査装置1の構成の一例を概略的に示す斜視図であり、図2は、フォトマスク検査装置1の光学的な構成の一例を概略的に示す図である。フォトマスク検査装置1は、フォトマスク80を検査する装置である。
<Photomask inspection equipment>
Fig. 1 is a perspective view that schematically shows an example of the configuration of a photomask inspection apparatus 1, and Fig. 2 is a diagram that schematically shows an example of the optical configuration of the photomask inspection apparatus 1. The photomask inspection apparatus 1 is an apparatus that inspects a photomask 80.

<フォトマスク>
まず、検査対象であるフォトマスク80について説明する。フォトマスク80は、露光装置1000に用いられるフォトマスクである。図3は、露光装置1000の光学的な構成の一例を概略的に示す図である。露光装置1000はフォトマスク80を用いて基板Wに対して露光処理を行うことにより、フォトマスク80のパターンを基板Wに転写することができる。基板Wは、例えば、フラットパネルディスプレイ用の基板である。なお、基板Wには、半導体基板および太陽電池用基板などの種々の基板を適用することも可能である。
<Photomask>
First, the photomask 80 to be inspected will be described. The photomask 80 is a photomask used in the exposure apparatus 1000. FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the optical configuration of the exposure apparatus 1000. The exposure apparatus 1000 performs an exposure process on the substrate W using the photomask 80, thereby transferring the pattern of the photomask 80 onto the substrate W. The substrate W is, for example, a substrate for a flat panel display. It is also possible to use various substrates for the substrate W, such as a semiconductor substrate and a substrate for a solar cell.

フォトマスク80は板状の形状を有しており、平面視において、例えば矩形状の形状を有している。フォトマスク80の一辺の長さは例えば数m程度に設定される。より具体的な一例として、フォトマスク80の各辺の長さは、それぞれ1.8mおよび2.0mであり、フォトマスク80の厚みは例えば2.1mmである。フォトマスク80の一方の主面には、遮光膜(不図示)が所定のパターンで形成されている。つまり、フォトマスク80には、光を透過させる透過部と、光を遮断する遮断部が形成される。なお、フォトマスク80は、透過部よりも低い透過率で光を透過させる位相シフト膜が設けられた位相シフトマスクであってもよい。 The photomask 80 has a plate-like shape, e.g., a rectangular shape in a plan view. The length of one side of the photomask 80 is set to, for example, several meters. As a more specific example, the lengths of the sides of the photomask 80 are 1.8 m and 2.0 m, respectively, and the thickness of the photomask 80 is, for example, 2.1 mm. A light-shielding film (not shown) is formed in a predetermined pattern on one main surface of the photomask 80. That is, the photomask 80 has transmissive portions that transmit light and blocking portions that block light. Note that the photomask 80 may also be a phase-shift mask provided with a phase-shift film that transmits light with a lower transmittance than the transmissive portions.

フォトマスク80は露光装置1000において不図示のマスク保持部によって保持される。マスク保持部はフォトマスク80をその厚み方向がZ軸方向に沿う姿勢で保持する。マスク保持部は例えばフォトマスク80の周縁部のみを支持する。 The photomask 80 is held by a mask holder (not shown) in the exposure apparatus 1000. The mask holder holds the photomask 80 in a position where its thickness direction is aligned with the Z-axis direction. The mask holder supports, for example, only the peripheral edge of the photomask 80.

図3に示されるように、露光装置1000は、照明部1100と、結像部1200とを含んでいる。照明部1100および結像部1200はフォトマスク80に対して互いに反対側に設けられている。図3の例では、照明部1100はフォトマスク80に対して+Z側に設けられており、結像部1200はフォトマスク80に対して-Z側に設けられている。 As shown in FIG. 3, the exposure apparatus 1000 includes an illumination unit 1100 and an imaging unit 1200. The illumination unit 1100 and the imaging unit 1200 are located on opposite sides of the photomask 80. In the example of FIG. 3, the illumination unit 1100 is located on the +Z side of the photomask 80, and the imaging unit 1200 is located on the -Z side of the photomask 80.

照明部1100は、光源1110と、照明光学系1120とを含んでいる。光源1110は露光用の光を照明光学系1120に向けて出射する。露光用の光は例えば紫外線であり、光源1110は、例えば水銀ランプ(例えば高圧水銀ランプ)などの紫外線照射器である。光源1110からの光は照明光学系1120を通じてフォトマスク80に照射される。 The illumination unit 1100 includes a light source 1110 and an illumination optical system 1120. The light source 1110 emits exposure light toward the illumination optical system 1120. The exposure light is, for example, ultraviolet light, and the light source 1110 is, for example, an ultraviolet irradiator such as a mercury lamp (e.g., a high-pressure mercury lamp). The light from the light source 1110 is irradiated onto the photomask 80 via the illumination optical system 1120.

図3の例では、照明光学系1120は、集光レンズ1130、視野絞り1140、集光レンズ1150、開口絞り1160およびコンデンサーレンズ1170を含んでいる。集光レンズ1130、視野絞り1140、集光レンズ1150、開口絞り1160およびコンデンサーレンズ1170はZ軸方向において光源1110から離れるにしたがって、この順で設けられている。つまり、集光レンズ1130が光源1110に最も近い位置に設けられている。光源1110からの光は集光レンズ1130によって集光して、視野絞り1140を通過する。視野絞り1140の開口径は可変であり、照明範囲を調整することができる。視野絞り1140を通過した光は集光レンズ1150によって集光して、開口絞り1160を通過する。開口絞り1160を通過した光はコンデンサーレンズ1170によって、フォトマスク80に集光する。開口絞り1160の開口径は可変であり、照明光学系1120の開口数を調整することができる。 In the example of Figure 3, the illumination optical system 1120 includes a condenser lens 1130, a field stop 1140, a condenser lens 1150, an aperture stop 1160, and a condenser lens 1170. The condenser lens 1130, the field stop 1140, the condenser lens 1150, the aperture stop 1160, and the condenser lens 1170 are arranged in this order, increasing in distance from the light source 1110 in the Z-axis direction. In other words, the condenser lens 1130 is arranged closest to the light source 1110. Light from the light source 1110 is condensed by the condenser lens 1130 and passes through the field stop 1140. The aperture diameter of the field stop 1140 is variable, allowing the illumination range to be adjusted. Light that passes through the field stop 1140 is condensed by the condenser lens 1150 and passes through the aperture stop 1160. Light that passes through the aperture stop 1160 is condensed onto the photomask 80 by the condenser lens 1170. The aperture diameter of the aperture stop 1160 is variable, allowing the numerical aperture of the illumination optical system 1120 to be adjusted.

なお、光源1110からの光のうち、所定の波長領域内の光のみを透過させる光フィルタが照明光学系1120に設けられてもよい。 In addition, an optical filter that transmits only light within a predetermined wavelength range from the light source 1110 may be provided in the illumination optical system 1120.

照明部1100からの露光用の光はフォトマスク80の透過部を透過する。フォトマスク80の透過部を透過したパターン状の光は結像部1200(結像光学系)に入射する。結像部1200は、対物レンズ1210と、開口絞り1220と、結像レンズ1230とを含む。対物レンズ1210、開口絞り1220および結像レンズ1230はZ軸方向においてフォトマスク80から離れるにしたがって、この順で設けられている。フォトマスク80の透過部を透過した光は対物レンズ1210および結像レンズ1230を介して拡大される。開口絞り1220の開口径は可変であり、結像部1200の開口数を調整することができる。基板Wがフラットパネルディスプレイ用の基板である場合、露光装置1000において、結像部1200の開口数は小さく設定され、例えば、0.1程度に設定される。 Exposure light from the illumination unit 1100 passes through the transparent portions of the photomask 80. The patterned light that passes through the transparent portions of the photomask 80 enters the imaging unit 1200 (imaging optical system). The imaging unit 1200 includes an objective lens 1210, an aperture stop 1220, and an imaging lens 1230. The objective lens 1210, aperture stop 1220, and imaging lens 1230 are arranged in this order with increasing distance from the photomask 80 in the Z-axis direction. The light that passes through the transparent portions of the photomask 80 is enlarged via the objective lens 1210 and the imaging lens 1230. The aperture diameter of the aperture stop 1220 is variable, allowing the numerical aperture of the imaging unit 1200 to be adjusted. When the substrate W is a substrate for a flat panel display, the numerical aperture of the imaging unit 1200 in the exposure apparatus 1000 is set small, for example, to approximately 0.1.

基板Wは結像部1200に対してフォトマスク80とは反対側に設けられる。図3の例では、基板Wは結像部1200よりも-Z側に設けられている。基板Wは不図示の基板保持部によって水平姿勢で保持される。ここでいう水平姿勢とは、基板Wの厚み方向がZ軸方向に沿う姿勢である。 The substrate W is provided on the opposite side of the photomask 80 from the imaging unit 1200. In the example of Figure 3, the substrate W is provided on the -Z side of the imaging unit 1200. The substrate W is held in a horizontal position by a substrate holder (not shown). Here, a horizontal position means that the thickness direction of the substrate W is aligned with the Z-axis direction.

結像部1200からのパターン状の光は基板Wの+Z側の主面に照射される。これにより、基板Wの主面に形成されたレジストがパターン状に露光される。つまり、フォトマスク80の透過部のパターンが基板Wの主面に転写される。 The patterned light from the imaging unit 1200 is irradiated onto the +Z side main surface of the substrate W. This exposes the resist formed on the main surface of the substrate W in a patterned manner. In other words, the pattern of the transparent portion of the photomask 80 is transferred onto the main surface of the substrate W.

フォトマスク80が不良品であれば、基板Wに転写されるパターンが設計上のパターンからずれるので、好ましくない。そこで、フォトマスク検査装置1はフォトマスク80を検査する。 If the photomask 80 is defective, the pattern transferred to the substrate W will deviate from the designed pattern, which is undesirable. Therefore, the photomask inspection device 1 inspects the photomask 80.

<フォトマスク検査装置の概要>
図2に例示されるように、フォトマスク検査装置1は、フォトマスク80を透過した光を受光するイメージセンサ(光学センサ)25を含んでいる。フォトマスク検査装置1は後に詳述するように、検査対象であるフォトマスク80を露光装置1000に用いたときに基板W上に照射されるパターン状の光を、このイメージセンサ25の受光面(撮像面)上に疑似的に再現させる。イメージセンサ25は受光面上の光を検出し、フォトマスク検査装置1はその検出結果に基づいてフォトマスク80の検査を行う。つまり、フォトマスク検査装置1は、疑似的に、露光装置1000における基板W上の光に基づいてフォトマスク80を検査することができる。
<Photomask inspection system overview>
2 , the photomask inspection apparatus 1 includes an image sensor (optical sensor) 25 that receives light transmitted through the photomask 80. As will be described in detail later, the photomask inspection apparatus 1 simulates, on the light-receiving surface (imaging surface) of the image sensor 25, the pattern of light that is irradiated onto the substrate W when the photomask 80 to be inspected is used in the exposure apparatus 1000. The image sensor 25 detects the light on the light-receiving surface, and the photomask inspection apparatus 1 inspects the photomask 80 based on the detection results. In other words, the photomask inspection apparatus 1 can simulate the inspection of the photomask 80 based on the light on the substrate W in the exposure apparatus 1000.

フォトマスク検査装置1は照明部10と検出部20と移動機構40と制御部50と昇降機構60と保持部90とを備えている。以下では、まず、フォトマスク検査装置1の構成の概要を説明し、その後、各構成の一例について詳述する。 The photomask inspection system 1 comprises an illumination unit 10, a detection unit 20, a movement mechanism 40, a control unit 50, a lifting mechanism 60, and a holding unit 90. Below, we will first provide an overview of the configuration of the photomask inspection system 1, and then provide a detailed description of an example of each component.

保持部90はフォトマスク80を保持する部材である。この保持部90はフォトマスク80の厚み方向がZ軸方向に沿うように、フォトマスク80を保持する。図1の例では、保持部90はフォトマスク80の周縁部のみを支持している。ただし、保持部90は、透光性の部材によってフォトマスク80の下面を全体的に支持しても構わない。 The holding unit 90 is a member that holds the photomask 80. This holding unit 90 holds the photomask 80 so that the thickness direction of the photomask 80 is along the Z-axis direction. In the example shown in Figure 1, the holding unit 90 supports only the peripheral edge of the photomask 80. However, the holding unit 90 may also support the entire underside of the photomask 80 using a translucent member.

照明部10および検出部20はZ軸方向においてフォトマスク80に対して互いに反対側に設けられている。図1および図2の例では、照明部10はフォトマスク80に対して-Z側に設けられ、検出部20はフォトマスク80に対して+Z側に設けられている。 The illumination unit 10 and the detection unit 20 are located on opposite sides of the photomask 80 in the Z-axis direction. In the example of Figures 1 and 2, the illumination unit 10 is located on the -Z side of the photomask 80, and the detection unit 20 is located on the +Z side of the photomask 80.

照明部10はフォトマスク80に向けて光L2を照射する。図2の例では、照明部10は、疑似光照射部11と、照明光学系17とを含む。疑似光照射部11は、露光装置1000の光源1110が照射する光の波長範囲のうち露光に用いられる光のスペクトルに類似したスペクトルを有する光L2を出射する。つまり、光L2は、露光装置1000で基板Wの露光に用いられる光を模した光である。この光L2は照明光学系17を通じて-Z側からフォトマスク80に入射する。言い換えれば、照明光学系17は、照明部10からの光L2をフォトマスク80に導く。フォトマスク80の透過部を透過したパターン状の光L2は検出部20に入射する。 The illumination unit 10 emits light L2 toward the photomask 80. In the example of FIG. 2, the illumination unit 10 includes a simulated light irradiation unit 11 and an illumination optical system 17. The simulated light irradiation unit 11 emits light L2 having a spectrum similar to the spectrum of the light used for exposure within the wavelength range of light emitted by the light source 1110 of the exposure apparatus 1000. In other words, the light L2 is light that simulates the light used to expose the substrate W in the exposure apparatus 1000. This light L2 is incident on the photomask 80 from the -Z side via the illumination optical system 17. In other words, the illumination optical system 17 guides the light L2 from the illumination unit 10 to the photomask 80. The patterned light L2 that passes through the transparent portions of the photomask 80 is incident on the detection unit 20.

検出部20は結像光学系21とイメージセンサ25とを含む。結像光学系21は、フォトマスク80を透過した光L2をイメージセンサ25の受光面に結像させる。結像光学系21の開口数N2に対する照明光学系17の開口数N1の比であるシグマ(=N1/N2)は、露光装置1000の結像部1200の開口数N20に対する照明光学系1120の開口数N10の比であるシグマ(=N10/N20)と同じ値に設定される。これにより、イメージセンサ25の受光面に入射する光L2の輝度分布は、基板W上に照射されるパターン状の光の輝度分布を模したものとなる。つまり、フォトマスク80を露光装置1000に用いたときに基板W上に照射される光の輝度分布が、イメージセンサ25の受光面において疑似的に再現される。 The detection unit 20 includes an imaging optical system 21 and an image sensor 25. The imaging optical system 21 images light L2 transmitted through the photomask 80 onto the light-receiving surface of the image sensor 25. Sigma (= N1/N2), which is the ratio of the numerical aperture N1 of the illumination optical system 17 to the numerical aperture N2 of the imaging optical system 21, is set to the same value as Sigma (= N10/N20), which is the ratio of the numerical aperture N10 of the illumination optical system 1120 to the numerical aperture N20 of the imaging unit 1200 of the exposure apparatus 1000. As a result, the luminance distribution of light L2 incident on the light-receiving surface of the image sensor 25 mimics the luminance distribution of the patterned light irradiated onto the substrate W. In other words, the luminance distribution of light irradiated onto the substrate W when the photomask 80 is used in the exposure apparatus 1000 is reproduced in a pseudo manner on the light-receiving surface of the image sensor 25.

<照明部>
図2に例示されるように、疑似光照射部11は、複数の光源12と、混合部14とを含んでいる。
<Lighting Department>
As illustrated in FIG. 2, the simulated light irradiation unit 11 includes a plurality of light sources 12 and a mixer 14 .

複数の光源12は、互いに異なるピーク波長を有する光L1を出射する。図2の例では、複数の光源12として3つの光源12a~12cが設けられている。各光源12は単一の半導体発光素子121を含む。半導体発光素子121は、例えば、発光ダイオード素子またはレーザー素子を含む。このような単一の半導体発光素子121は、例えば、単一のp型半導体層および単一のn型半導体層を有する単一の半導体積層構造を含んでいる。 The multiple light sources 12 emit light L1 having different peak wavelengths. In the example of Figure 2, three light sources 12a to 12c are provided as the multiple light sources 12. Each light source 12 includes a single semiconductor light-emitting element 121. The semiconductor light-emitting element 121 includes, for example, a light-emitting diode element or a laser element. Such a single semiconductor light-emitting element 121 includes, for example, a single semiconductor stack structure having a single p-type semiconductor layer and a single n-type semiconductor layer.

光源12aは、第1ピーク波長を有する光L1aを出射する。第1ピーク波長は例えば365nmである(いわゆるi線の波長)。光源12bは、第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する光L1bを出射する。第2ピーク波長は例えば405nmである(いわゆるh線の波長)。光源12cは、第1ピーク波長および第2ピーク波長の両方と異なる第3ピーク波長を有する光L1cを出射する。第3ピーク波長は例えば436nmである(いわゆるg線の波長)。各光源12が出射する光L1の光分光分布(スペクトル)において、ピーク波長は一つのみであってもよい。つまり、光L1は単独波長の光であってもよい。具体的には、各光源12が出射する光のスペクトルは、ピーク波長における強度を最大強度とした急峻な山状の形状を有していてもよい。半導体発光素子121が発光ダイオード素子である場合、やや幅の広い山状のスペクトルを有する光L1を出射し、半導体発光素子121がレーザー素子である場合、比較的幅の狭い山状のスペクトルを有する光L1を出射する。 Light source 12a emits light L1a having a first peak wavelength. The first peak wavelength is, for example, 365 nm (the so-called i-line wavelength). Light source 12b emits light L1b having a second peak wavelength different from the first peak wavelength. The second peak wavelength is, for example, 405 nm (the so-called h-line wavelength). Light source 12c emits light L1c having a third peak wavelength different from both the first and second peak wavelengths. The third peak wavelength is, for example, 436 nm (the so-called g-line wavelength). The optical spectral distribution (spectrum) of light L1 emitted by each light source 12 may have only one peak wavelength. In other words, light L1 may be light of a single wavelength. Specifically, the spectrum of light emitted by each light source 12 may have a steep mountain-like shape with the intensity at the peak wavelength being the maximum intensity. If the semiconductor light-emitting element 121 is a light-emitting diode element, it emits light L1 having a spectrum with a somewhat broad peak; if the semiconductor light-emitting element 121 is a laser element, it emits light L1 having a spectrum with a relatively narrow peak.

各半導体発光素子121には不図示の電源部から個別に電力が供給される。各半導体発光素子121は、該電源部からの電力に応じた輝度で光L1を出射する。該電源部は、例えば、電流源であり、例えば、スイッチング電源回路を含む。この場合、該電源部は、半導体発光素子121に供給する電流を制御することにより、光L1の輝度を制御する。各電源部は制御部50によって個別に制御されるので、各光源12からの光L1の輝度は制御部50によって個別に制御される。 Each semiconductor light-emitting element 121 is individually supplied with power from a power supply unit (not shown). Each semiconductor light-emitting element 121 emits light L1 at a brightness corresponding to the power from the power supply unit. The power supply unit is, for example, a current source and includes, for example, a switching power supply circuit. In this case, the power supply unit controls the brightness of light L1 by controlling the current supplied to the semiconductor light-emitting element 121. Since each power supply unit is individually controlled by the control unit 50, the brightness of light L1 from each light source 12 is individually controlled by the control unit 50.

各光源12には、半導体発光素子121からの光L1の強度(あるいは照度、光量)を測定する不図示のセンサが設けられてもよい。該センサは検出値を示す信号を制御部50に出力する。制御部50は検出値に基づいて電源部を制御して、電源部から半導体発光素子121に供給する電流を制御する。これにより、制御部50は、光源12から出射される光L1の強度をより高い精度で制御することができる。 Each light source 12 may be provided with a sensor (not shown) that measures the intensity (or illuminance, light amount) of light L1 from the semiconductor light-emitting element 121. The sensor outputs a signal indicating the detected value to the control unit 50. The control unit 50 controls the power supply unit based on the detected value, and controls the current supplied from the power supply unit to the semiconductor light-emitting element 121. This allows the control unit 50 to control the intensity of light L1 emitted from the light source 12 with greater precision.

光源12aから出射された光L1aはレンズ13aを通じて混合部14に入射し、光源12bから出射された光L1bはレンズ13bを通じて混合部14に入射し、光源12cから出射された光L1cはレンズ13cを通じて混合部14に入射する。 Light L1a emitted from light source 12a enters mixing unit 14 through lens 13a, light L1b emitted from light source 12b enters mixing unit 14 through lens 13b, and light L1c emitted from light source 12c enters mixing unit 14 through lens 13c.

混合部14は、複数の光源12からそれぞれ入射される複数の光L1を混合する。ここでいう光の混合とは、複数の光L1の光路を実質的に一致させることをいう。図2の例では、混合部14は第1ダイクロイックミラー141および第2ダイクロイックミラー142を含んでいる。 The mixer 14 mixes the multiple light beams L1 incident from the multiple light sources 12. Mixing light here means substantially aligning the optical paths of the multiple light beams L1. In the example of Figure 2, the mixer 14 includes a first dichroic mirror 141 and a second dichroic mirror 142.

光L1aおよび光L1bは第1ダイクロイックミラー141に入射する。図2の例では、光源12aは第1ダイクロイックミラー141よりも-X側に設けられており、X軸方向に沿って+X側に光L1aを照射する。光源12bは第1ダイクロイックミラー141よりも+Z側に設けられており、Z軸方向に沿って-Z側に光L1bを照射する。第1ダイクロイックミラー141は板状の形状を有しており、その厚み方向が+X側かつ+Z側から-X側かつ-Z側に向かう方向に沿う姿勢で配置される。第1ダイクロイックミラー141は光L1aを反射させ、光L1bを、光L1aの反射方向と同じ方向に透過させる。図4は、第1ダイクロイックミラー141の透過率および反射率を示すグラフである。第1ピーク波長(ここでは365nm)の光L1aに対する第1ダイクロイックミラー141の透過率は低く、反射率は高い。一方、第2ピーク波長(ここでは405nm)の光L1bおよび第3ピーク波長(ここでは436nm)の光L1cに対する第1ダイクロイックミラー141の透過率は高く、反射率は低い。 Light L1a and light L1b are incident on the first dichroic mirror 141. In the example of Figure 2, light source 12a is located on the -X side of the first dichroic mirror 141 and emits light L1a toward the +X side along the X-axis. Light source 12b is located on the +Z side of the first dichroic mirror 141 and emits light L1b toward the -Z side along the Z-axis. The first dichroic mirror 141 has a plate-like shape and is positioned so that its thickness direction extends from the +X and +Z sides toward the -X and -Z sides. The first dichroic mirror 141 reflects light L1a and transmits light L1b in the same direction as the reflection of light L1a. Figure 4 is a graph showing the transmittance and reflectance of the first dichroic mirror 141. The first dichroic mirror 141 has low transmittance and high reflectance for light L1a of the first peak wavelength (365 nm in this case). On the other hand, the first dichroic mirror 141 has high transmittance and low reflectance for light L1b with the second peak wavelength (here, 405 nm) and light L1c with the third peak wavelength (here, 436 nm).

このような第1ダイクロイックミラー141によって、光L1aは反射してZ軸方向に沿って-Z側に反射し、光L1bは第1ダイクロイックミラー141を透過して-Z側に進む。これにより、光L1aおよび光L1bの光路が理想的には一致する。つまり、光L1aおよび光L1bが混合する。 By this first dichroic mirror 141, light L1a is reflected toward the -Z side along the Z-axis direction, while light L1b passes through the first dichroic mirror 141 and travels toward the -Z side. This ideally causes the optical paths of light L1a and light L1b to coincide. In other words, light L1a and light L1b are mixed.

この混合光および光L1cは第2ダイクロイックミラー142に入射する。図2の例では、第2ダイクロイックミラー142は第1ダイクロイックミラー141よりも-Z側に設けられている。光源12cは第2ダイクロイックミラー142よりも-X側に設けられており、X軸方向に沿って+X側に光L1cを照射する。第2ダイクロイックミラー142は板状の形状を有しており、その厚み方向が+X側かつ+Z側から-X側かつ-Z側に向かう方向に沿う姿勢で配置される。第2ダイクロイックミラー142は混合光を反射させ、光L1cを、混合光の反射方向と同じ方向に透過させる。図5は、第2ダイクロイックミラー142の透過率および反射率を示すグラフである。光L1aおよび光L1bに対する第2ダイクロイックミラー142の透過率は低く、反射率は高い。一方、光L1cに対する第2ダイクロイックミラー142の透過率は高く、反射率は低い。 This mixed light and light L1c are incident on the second dichroic mirror 142. In the example of Figure 2, the second dichroic mirror 142 is located on the -Z side of the first dichroic mirror 141. The light source 12c is located on the -X side of the second dichroic mirror 142 and emits light L1c to the +X side along the X-axis direction. The second dichroic mirror 142 has a plate-like shape and is positioned such that its thickness direction runs from the +X and +Z sides toward the -X and -Z sides. The second dichroic mirror 142 reflects the mixed light and transmits light L1c in the same direction as the reflection of the mixed light. Figure 5 is a graph showing the transmittance and reflectance of the second dichroic mirror 142. The second dichroic mirror 142 has low transmittance and high reflectance for light L1a and light L1b. On the other hand, the second dichroic mirror 142 has high transmittance and low reflectance for light L1c.

このような第2ダイクロイックミラー142によって、光L1aおよび光L1bを含む混合光は反射してX軸方向に沿って+X側に反射し、光L1cは第2ダイクロイックミラー142を透過して+X側に進む。これにより、光L1a、光L1bおよび光L1cの光路が理想的には一致する。つまり、光L1a、光L1bおよび光L1cが混合する。光L1a、光L1bおよび光L1cを含む混合光が光L2に相当する。 By this second dichroic mirror 142, the mixed light containing light L1a and light L1b is reflected toward the +X side along the X-axis direction, while light L1c passes through the second dichroic mirror 142 and travels toward the +X side. As a result, the optical paths of light L1a, light L1b, and light L1c ideally coincide. In other words, light L1a, light L1b, and light L1c are mixed. The mixed light containing light L1a, light L1b, and light L1c corresponds to light L2.

図2の例では、光L2はレンズ15によってライトガイド16の入射端に集光する。光L2はライトガイド16の内部を進み、ライトガイド16の出射端から出射する。ライトガイド16は、例えば、光を透過させる液体が充填されたチューブを含む液体ライトガイドであってもよく、あるいは、複数の光ファイバーが束ねられたファイバーライトガイドであってもよい。図2の例では、ライトガイド16の出射端が疑似光照射部11の出射端に相当する。 In the example of Figure 2, light L2 is focused by lens 15 onto the input end of light guide 16. Light L2 travels inside light guide 16 and exits from the output end of light guide 16. Light guide 16 may be, for example, a liquid light guide including a tube filled with a light-transmitting liquid, or a fiber light guide in which multiple optical fibers are bundled together. In the example of Figure 2, the output end of light guide 16 corresponds to the output end of pseudo-light irradiation unit 11.

この疑似光照射部11が出射する光L2のスペクトルが、露光装置1000において露光に用いられる光のスペクトルに類似するように、複数の光源12が制御される。具体的な一例として、露光装置1000において、照明部1100が出射する光にi線、h線およびg線が含まれる場合について説明する。この場合、該光に含まれるi線、h線およびg線の強度のピークが、それぞれ、光L1a、光L1bおよび光L1cの強度のピークと一致するように、光源12a、光源12bおよび光源12cが制御される。これにより、疑似光照射部11は、露光装置1000における光に模した光L2を出射することができる。 The multiple light sources 12 are controlled so that the spectrum of light L2 emitted by this simulated light irradiation unit 11 resembles the spectrum of the light used for exposure in the exposure apparatus 1000. As a specific example, a case will be described in which the light emitted by the illumination unit 1100 in the exposure apparatus 1000 includes i-rays, h-rays, and g-rays. In this case, light sources 12a, 12b, and 12c are controlled so that the intensity peaks of the i-rays, h-rays, and g-rays contained in the light match the intensity peaks of light L1a, light L1b, and light L1c, respectively. This allows the simulated light irradiation unit 11 to emit light L2 that mimics the light in the exposure apparatus 1000.

なお、各光源12からの光L1の強度のピークに関する目標値は例えば予め設定され、不図示の非一時的な記憶部(例えばメモリまたはハードディスク)に記録されてもよい。あるいは、ユーザが不図示の入力デバイス(例えばキーボードもしくはマウス)を用いて各光L1の強度のピークを入力してもよい。制御部50は、光源12に含まれたセンサの検出値と、該目標値とに基づいて、光源12を制御する。これにより、光L1a、光L1bおよび光L1cを含む光L2のスペクトルを、より高い精度で露光装置1000における光のスペクトルに近づけることができる。 Note that target values for the peak intensity of light L1 from each light source 12 may be set in advance and recorded in a non-transitory storage unit (e.g., a memory or a hard disk) (not shown). Alternatively, a user may input the peak intensity of each light L1 using an input device (e.g., a keyboard or a mouse) (not shown). The control unit 50 controls the light source 12 based on the detection value of a sensor included in the light source 12 and the target value. This allows the spectrum of light L2, which includes light L1a, light L1b, and light L1c , to approach the spectrum of light in the exposure apparatus 1000 with greater accuracy.

図2の例では、ライトガイド16の出射端は照明光学系17よりも-Z側に設けられており、照明光学系17に向けて光L2を出射する。図2の例では、照明光学系17は、集光レンズ171、視野絞り172、集光レンズ173、開口絞り174およびコンデンサーレンズ175を含んでいる。集光レンズ171、視野絞り172、集光レンズ173、開口絞り174およびコンデンサーレンズ175はZ軸方向において、ライトガイド16の出射端から離れるにしたがって、この順で設けられている。 In the example of Figure 2, the output end of the light guide 16 is located on the -Z side of the illumination optical system 17, and emits light L2 toward the illumination optical system 17. In the example of Figure 2, the illumination optical system 17 includes a condenser lens 171, a field stop 172, a condenser lens 173, an aperture stop 174, and a condenser lens 175. The condenser lens 171, field stop 172, condenser lens 173, aperture stop 174, and condenser lens 175 are arranged in this order in the Z-axis direction, increasing in distance from the output end of the light guide 16.

ライトガイド16の出射端からの光L2は集光レンズ171によって集光して、視野絞り172を通過する。視野絞り172の開口径は絞り機構によって可変であり、照明範囲を調整することができる。視野絞り172を通過した光L2は集光レンズ173によって集光して、開口絞り174を通過する。開口絞り174を通過した光L2はコンデンサーレンズ175によって、フォトマスク80に集光する。開口絞り174の開口径は絞り機構によって可変であり、照明光学系17の開口数N1を調整することができる。視野絞り172および開口絞り174の絞り機構は制御部50によって制御されてもよい。 Light L2 from the output end of the light guide 16 is collected by a collecting lens 171 and passes through a field stop 172. The aperture diameter of the field stop 172 is variable by an aperture mechanism, allowing the illumination range to be adjusted. Light L2 that passes through the field stop 172 is collected by a collecting lens 173 and passes through an aperture stop 174. Light L2 that passes through the aperture stop 174 is collected onto the photomask 80 by a condenser lens 175. The aperture diameter of the aperture stop 174 is variable by an aperture mechanism, allowing the numerical aperture N1 of the illumination optical system 17 to be adjusted. The aperture mechanisms of the field stop 172 and aperture stop 174 may be controlled by the control unit 50.

<検出部>
フォトマスク80の透過部を透過したパターン状の光L2は検出部20に入射する。検出部20は、結像光学系21と、イメージセンサ25とを含む。
<Detection unit>
The patterned light L2 transmitted through the transmitting portion of the photomask 80 is incident on the detecting unit 20. The detecting unit 20 includes an imaging optical system 21 and an image sensor 25.

結像光学系21は、フォトマスク80の透過部を透過したパターン状の光L2をイメージセンサ25の受光面に結像させる。図2の例では、結像光学系21は、対物レンズ22と、開口絞り23と、結像レンズ24とを含む。対物レンズ22、開口絞り23および結像レンズ24はZ軸方向においてフォトマスク80から離れるにしたがって、この順で設けられている。対物レンズ22の開口数は、露光装置1000における対物レンズ1210の開口数以上である。フォトマスク80を透過した光は対物レンズ22および結像レンズ24を介して拡大される。開口絞り23の開口径は絞り機構によって可変であり、結像光学系21の開口数を調整することができる。開口絞り23の絞り機構は制御部50によって制御されてもよい。 The imaging optical system 21 forms an image of the patterned light L2 that has passed through the transparent portions of the photomask 80 on the light-receiving surface of the image sensor 25. In the example of FIG. 2, the imaging optical system 21 includes an objective lens 22, an aperture stop 23, and an imaging lens 24. The objective lens 22, aperture stop 23, and imaging lens 24 are arranged in this order, increasing in distance from the photomask 80 in the Z-axis direction. The numerical aperture of the objective lens 22 is equal to or greater than the numerical aperture of the objective lens 1210 in the exposure apparatus 1000. The light that has passed through the photomask 80 is enlarged via the objective lens 22 and the imaging lens 24. The aperture diameter of the aperture stop 23 is variable via an aperture mechanism, allowing the numerical aperture of the imaging optical system 21 to be adjusted. The aperture mechanism of the aperture stop 23 may be controlled by the control unit 50.

結像レンズ24を透過した光L2はイメージセンサ25の受光面に入射する。イメージセンサ25は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。イメージセンサ25は、自身の受光面に入射した光に基づいて撮像画像IM1を生成し、その撮像画像IM1を制御部50に出力する。制御部50はこの撮像画像IM1に基づいてフォトマスク80を検査する。 Light L2 transmitted through the imaging lens 24 is incident on the light receiving surface of the image sensor 25. The image sensor 25 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. The image sensor 25 generates a captured image IM1 based on the light incident on its light receiving surface and outputs the captured image IM1 to the control unit 50. The control unit 50 inspects the photomask 80 based on the captured image IM1.

<移動機構>
移動機構40は保持部90をXY平面内で移動させる。これにより、保持部90に保持されたフォトマスク80もXY平面内で移動する。移動機構40は例えばボールねじ機構を有しており、制御部50によって制御される。フォトマスク80がXY平面内で移動することにより、照明部10および検出部20をフォトマスク80に対して走査させることができる。このため、照明部10はフォトマスク80の各測定領域に光L2を照射し、イメージセンサ25はフォトマスク80の各測定領域における撮像画像IM1を生成することができる。したがって、制御部50はフォトマスク80の複数の測定領域に対する検査を行うことができる。なお、移動機構40は、照明部10および検出部20に対してフォトマスク80を相対的に移動させる機能および構造を有していればよく、例えば、照明部10および検出部20を一体的に移動させてもよい。
<Movement mechanism>
The moving mechanism 40 moves the holding unit 90 within the XY plane. As a result, the photomask 80 held by the holding unit 90 also moves within the XY plane. The moving mechanism 40 has, for example, a ball screw mechanism and is controlled by the control unit 50. As the photomask 80 moves within the XY plane, the illumination unit 10 and the detection unit 20 can be scanned relative to the photomask 80. As a result, the illumination unit 10 irradiates each measurement area on the photomask 80 with light L2, and the image sensor 25 can generate an image IM1 of each measurement area on the photomask 80. Therefore, the control unit 50 can inspect multiple measurement areas on the photomask 80. Note that the moving mechanism 40 only needs to have the function and structure to move the photomask 80 relative to the illumination unit 10 and the detection unit 20. For example, the illumination unit 10 and the detection unit 20 may be moved integrally.

<昇降機構>
昇降機構60は保持部90をZ軸方向に昇降させる。これにより、保持部90に保持されたフォトマスク80も昇降する。昇降機構60は例えばボールねじ機構を有しており、制御部50によって制御される。昇降機構60がフォトマスク80を昇降させることにより、フォトマスク80を対物レンズ22の焦点に移動させることができる。なお、昇降機構60は、検出部20に対してフォトマスク80を相対的に昇降させる機能および構造を有していればよく、例えば、検出部20を昇降させてもよい。
<Lifting mechanism>
The lifting mechanism 60 raises and lowers the holding unit 90 in the Z-axis direction. As a result, the photomask 80 held by the holding unit 90 also raises and lowers. The lifting mechanism 60 has, for example, a ball screw mechanism, and is controlled by the control unit 50. By raising and lowering the photomask 80 with the lifting mechanism 60, the photomask 80 can be moved to the focal point of the objective lens 22. Note that the lifting mechanism 60 only needs to have the function and structure to raise and lower the photomask 80 relative to the detection unit 20, and may raise and lower the detection unit 20, for example.

<制御部>
制御部50はフォトマスク検査装置1を全体的に統括することができる。例えば制御部50は上述のように、照明部10、移動機構40および昇降機構60を制御する。また制御部50は、イメージセンサ25によって生成された撮像画像IM1に基づいてフォトマスク80のマスク特性を求める演算処理部としても機能する。マスク特性とは、例えば、フォトマスク80に形成されるパターンの線幅、パターンどうしの間隔、もしくは、種々の欠陥を含む。マスク特性の求め方については後に詳述する。
<Control unit>
The control unit 50 can control the entire photomask inspection apparatus 1. For example, the control unit 50 controls the illumination unit 10, the moving mechanism 40, and the lifting mechanism 60 as described above. The control unit 50 also functions as an arithmetic processing unit that determines the mask characteristics of the photomask 80 based on the captured image IM1 generated by the image sensor 25. The mask characteristics include, for example, the line width of the pattern formed on the photomask 80, the spacing between patterns, or various defects. How to determine the mask characteristics will be described in detail later.

制御部50は電子回路機器であって、例えば演算処理装置および記憶部を有していてもよい。演算処理装置は例えばCPU(Central Processor Unit)などの演算処理装置であってもよい。記憶部は非一時的な記憶部(例えばROM(Read Only Memory)またはハードディスク)および一時的な記憶部(例えばRAM(Random Access Memory))を有していてもよい。非一時的な記憶部には、例えば制御部50が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部50が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部50が実行する処理の一部または全部がハードウェアによって実行されてもよい。 The control unit 50 is an electronic circuit device and may have, for example, an arithmetic processing unit and a memory unit. The arithmetic processing unit may be, for example, a central processing unit (CPU). The memory unit may have a non-transitory memory unit (for example, a read-only memory (ROM) or a hard disk) and a temporary memory unit (for example, a random access memory (RAM)). The non-transitory memory unit may store, for example, a program that defines the processing to be performed by the control unit 50. The processing unit executes this program, allowing the control unit 50 to perform the processing defined in the program. Of course, some or all of the processing performed by the control unit 50 may be performed by hardware.

<マスク特性の算出方法>
次に、イメージセンサ25によって撮像された撮像画像IM1に基づく、フォトマスク80のマスク特性の算出方法の一例について説明する。
<Mask characteristic calculation method>
Next, an example of a method for calculating the mask characteristics of the photomask 80 based on the captured image IM1 captured by the image sensor 25 will be described.

図6は、撮像画像IM1の一例を概略的に示す図である。撮像画像IM1にはパターン状の光L2が含まれている。この光L2の輝度分布は、フォトマスク80の透過部の投影像に相当する。図6の例では、投影像は、縦方向に延在する縦部分と、縦部分の途中から右方向に延在する横部分とを含んでいる。 Figure 6 is a diagram showing an example of a captured image IM1. The captured image IM1 contains a pattern of light L2. The brightness distribution of this light L2 corresponds to the projected image of the transparent portion of the photomask 80. In the example of Figure 6, the projected image contains a vertical portion extending vertically and a horizontal portion extending to the right from midway along the vertical portion.

図6の例では、縦部分の幅方向に延在するラインAにおける輝度分布の一例も概略的に示されている。制御部50は該輝度分布において、輝度値がゼロから立ち上がる立ち上がりエッジの位置、および、輝度値がゼロに立ち下がる立ち下がりエッジの位置を求め、両位置に基づいて縦部分の幅(投影像幅)を求める。 The example in Figure 6 also shows a schematic example of the luminance distribution along line A, which extends in the width direction of the vertical portion. The control unit 50 determines the position of the rising edge, where the luminance value rises from zero, and the position of the falling edge, where the luminance value falls to zero, in the luminance distribution, and calculates the width of the vertical portion (projected image width) based on these positions.

ところで、フォトマスク80に対する対物レンズ22の位置が焦点位置からZ軸方向にずれると、撮像画像IM1において投影像は変動し得る。つまり、昇降機構60が保持部90を焦点位置からずれた位置で停止させると、投影像は焦点位置における投影像と異なり得る。 However, if the position of the objective lens 22 relative to the photomask 80 shifts in the Z-axis direction from the focal position, the projected image in the captured image IM1 may vary. In other words, if the lifting mechanism 60 stops the holder 90 at a position shifted from the focal position, the projected image may differ from the image projected at the focal position.

基板Wがフラットパネルディスプレイ用の基板である場合、露光装置1000における結像部1200の開口数は0.1程度と小さいので、結像部1200の焦点深度は大きい。しかしながら、後に詳述するように、焦点位置からの10μm程度のわずかなずれでも、撮像画像IM1における投影像の幅は変動してしまう。 When the substrate W is a substrate for a flat panel display, the numerical aperture of the imaging unit 1200 in the exposure apparatus 1000 is small, at approximately 0.1, and therefore the depth of focus of the imaging unit 1200 is large. However, as will be described in detail later, even a slight deviation of approximately 10 μm from the focal position will cause the width of the projected image in the captured image IM1 to fluctuate.

そこで、ここでは、対物レンズ22に対する保持部90のZ軸方向の位置(以下、Z軸位置と呼ぶ)を順次に変更し、その都度、イメージセンサ25が撮像画像IM1を生成し、制御部50はこれら複数の撮像画像IM1に基づいて、検査を行う。以下、検査方法の一例を具体的に述べる。 Here, the Z-axis position of the holder 90 relative to the objective lens 22 (hereinafter referred to as the Z-axis position) is sequentially changed, and each time, the image sensor 25 generates a captured image IM1, and the control unit 50 performs inspection based on these multiple captured images IM1. An example of an inspection method will be described in detail below.

図7は、フォトマスク検査装置1の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、移動機構40は保持部90を所定の測定位置に移動させている。制御部50は複数の光源12に光L1を照射させる(ステップS1)。これにより、露光装置1000における光に模した光L2がフォトマスク80の所定の測定領域内の透過部を透過し、パターン状の光L2が結像光学系21を通じてイメージセンサ25の受光面に入射する。 Figure 7 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection apparatus 1. Here, the moving mechanism 40 moves the holder 90 to a predetermined measurement position. The control unit 50 causes the multiple light sources 12 to emit light L1 (step S1). As a result, light L2 simulating the light in the exposure apparatus 1000 passes through the transparent portions in the predetermined measurement area of the photomask 80, and the pattern-shaped light L2 passes through the imaging optical system 21 and is incident on the light-receiving surface of the image sensor 25.

次に、制御部50は昇降機構60およびイメージセンサ25を制御して、各Z軸位置における撮像画像IM1をイメージセンサ25に生成させる(ステップS2)。例えば、昇降機構60は、焦点位置を含む所定の昇降範囲(フォーカス範囲)内で保持部90を移動させつつ、イメージセンサ25が順次に撮像画像IM1を生成する。なお、昇降機構60は撮像タイミングにおいて保持部90を停止させてもよい。これにより、複数のZ軸位置に対応した複数の撮像画像IM1を得ることができる。 Next, the control unit 50 controls the lifting mechanism 60 and the image sensor 25 to generate captured images IM1 at each Z-axis position (step S2). For example, the lifting mechanism 60 moves the holding unit 90 within a predetermined lifting range (focus range) that includes the focal position, while the image sensor 25 sequentially generates captured images IM1. Note that the lifting mechanism 60 may also stop the holding unit 90 at the image capture timing. This makes it possible to obtain multiple captured images IM1 corresponding to multiple Z-axis positions.

次に、制御部50は複数の撮像画像IM1に基づいてマスク特性を求める(ステップS3)。ここでは、マスク特性として投影像幅を求める。図8は、各撮像画像IM1のラインAにおける投影像の輝度分布を示している。より具体的には、図8は、焦点位置における輝度分布LD1と、焦点位置から+Z側および-Z側に10μmずつ離れたZ軸位置での輝度分布を示している。図8から理解できるように、焦点ずれが生じると、輝度分布が焦点ずれ量に応じて変動する。このため、各輝度分布に基づいて求められた投影像幅は互いに相違する。 Next, the control unit 50 calculates mask characteristics based on the multiple captured images IM1 (step S3). Here, the projected image width is calculated as the mask characteristic. Figure 8 shows the luminance distribution of the projected image on line A of each captured image IM1. More specifically, Figure 8 shows the luminance distribution LD1 at the focal position and the luminance distribution at Z-axis positions 10 μm away from the focal position on the +Z and -Z sides. As can be seen from Figure 8, when defocus occurs, the luminance distribution fluctuates depending on the amount of defocus. As a result, the projected image widths calculated based on each luminance distribution differ from each other.

そこで、制御部50は複数の撮像画像IM1の各々の焦点評価値を算出する。焦点評価値とは、焦点がどの程度あっているかを示す指標であり、焦点評価値が高いほど、焦点があっている。焦点評価値は、例えば、撮像画像IM1の輝度分布をフーリエ変換して得られる周波数成分のうち、高周波成分で示される指標であってもよい。高周波成分が高いほど、輝度分布は急峻に変化しているので、投影像の輪郭は明瞭であり、焦点が合っていることになる。あるいは、焦点評価値として、撮像画像IM1のコントラストおよびシャープネスなどの種々の指標を採用してもよい。 The control unit 50 then calculates a focus evaluation value for each of the multiple captured images IM1. The focus evaluation value is an index that indicates the degree of focus, with the higher the focus evaluation value, the better the focus. The focus evaluation value may be, for example, an index indicated by the high-frequency components among the frequency components obtained by Fourier transforming the luminance distribution of the captured image IM1. The higher the high-frequency components, the more abruptly the luminance distribution changes, and therefore the clearer the contours of the projected image and the better the focus. Alternatively, various indices such as the contrast and sharpness of the captured image IM1 may be used as the focus evaluation value.

複数の撮像画像IM1は複数のZ軸位置に対応しているので、各撮像画像IM1の輝度分布に基づいて算出される焦点評価値もZ軸位置に対応している。同様に、各撮像画像IM1のラインAにおける輝度分布に基づいて算出される投影像幅もZ軸位置に対応している。図9は、Z軸位置と焦点評価値との関係、および、Z軸位置と投影像幅との関係を示すグラフである。図9の例では、近似曲線G1および近似曲線G2も示されている。近似曲線G1は、Z軸位置と焦点評価値との関係を示すプロット点に基づいて算出され、近似曲線G2は、Z軸位置と投影像幅との関係を示すプロット点に基づいて算出される。 Since multiple captured images IM1 correspond to multiple Z-axis positions, the focus evaluation value calculated based on the luminance distribution of each captured image IM1 also corresponds to the Z-axis position. Similarly, the projected image width calculated based on the luminance distribution on line A of each captured image IM1 also corresponds to the Z-axis position. Figure 9 is a graph showing the relationship between the Z-axis position and the focus evaluation value, and the relationship between the Z-axis position and the projected image width. The example of Figure 9 also shows approximate curves G1 and G2. Approximate curve G1 is calculated based on plot points showing the relationship between the Z-axis position and the focus evaluation value, and approximate curve G2 is calculated based on plot points showing the relationship between the Z-axis position and the projected image width.

焦点評価値は、Z軸位置が焦点位置P0となるときに最大値をとる。そこで、まず、制御部50は焦点評価値が最大値となるZ軸位置(つまり、焦点位置P0)を求める。例えば、制御部50は複数のZ軸位置にそれぞれ対応した複数の焦点評価値に基づいて、最小二乗法などの近似手法により、近似曲線G1を算出する。そして、制御部50は近似曲線G1において焦点評価値が最大値FmaxとなるときのZ軸位置を焦点位置P0として算出する。 The focus evaluation value reaches its maximum value when the Z-axis position is the focus position P0. Therefore, the control unit 50 first determines the Z-axis position (i.e., the focus position P0) at which the focus evaluation value reaches its maximum value. For example, the control unit 50 calculates an approximate curve G1 using an approximation method such as the least squares method based on multiple focus evaluation values corresponding to multiple Z-axis positions. The control unit 50 then calculates the Z-axis position on the approximate curve G1 at which the focus evaluation value reaches its maximum value Fmax as the focus position P0.

次に、制御部50は焦点位置P0における投影像幅LWを求める。まず、制御部50は撮像画像IM1ごとに投影像幅を求める。これにより、複数のZ軸位置にそれぞれ対応した複数の投影像幅を得ることができる。次に、制御部50は複数のZ軸位置および複数の投影像幅に基づいて、最小二乗法などの近似手法により、近似曲線G2を算出する。そして、制御部50は近似曲線G2と焦点位置P0とに基づいて、焦点位置P0における投影像幅LWを算出する。 Next, the control unit 50 calculates the projected image width LW at the focal position P0. First, the control unit 50 calculates the projected image width for each captured image IM1. This makes it possible to obtain multiple projected image widths corresponding to multiple Z-axis positions. Next, the control unit 50 calculates an approximation curve G2 based on the multiple Z-axis positions and multiple projected image widths using an approximation method such as the least squares method. Then, the control unit 50 calculates the projected image width LW at the focal position P0 based on the approximation curve G2 and the focal position P0.

次に、制御部50はマスク特性(ここでは投影像幅LW)に基づいてフォトマスク80の良否を判定する(ステップS4)。例えば、制御部50は、投影像幅LWと目標幅との差が所定の幅許容値以下であるか否かを判定し、該差が幅許容値よりも大きいときに、フォトマスク80は不良品であると判定する。幅許容値は例えば予め設定され、記憶部に記憶される。 Next, the control unit 50 determines whether the photomask 80 is good or bad based on the mask characteristics (here, the projected image width LW) (step S4). For example, the control unit 50 determines whether the difference between the projected image width LW and the target width is equal to or less than a predetermined width tolerance, and if the difference is greater than the width tolerance, determines that the photomask 80 is defective. The width tolerance is, for example, set in advance and stored in the memory unit.

<実施の形態における効果>
以上のように、フォトマスク検査装置1によれば、照明部10は、露光装置1000の光に模した光L2を出射しており、また、フォトマスク検査装置1のシグマが露光装置1000のシグマと同じに設定される。これにより、露光装置1000における基板W上の光(投影像)を、イメージセンサ25の受光面で疑似的に再現することができる。このため、フォトマスク検査装置1は、基板W上の投影像に基づいて、フォトマスク80の良否を判定することができる。
<Effects of the embodiment>
As described above, according to the photomask inspection apparatus 1, the illumination unit 10 emits light L2 that simulates the light of the exposure apparatus 1000, and the sigma of the photomask inspection apparatus 1 is set to be the same as the sigma of the exposure apparatus 1000. This allows the light (projected image) on the substrate W in the exposure apparatus 1000 to be reproduced in a pseudo manner on the light receiving surface of the image sensor 25. Therefore, the photomask inspection apparatus 1 can determine the quality of the photomask 80 based on the projected image on the substrate W.

しかも、フォトマスク検査装置1によれば、混合部14が、互いに異なるピーク波長を有する複数の光L1を混合する。そして、照明部10がその混合光である光L2を、フォトマスク80に照射し、フォトマスク80を透過した光L2がイメージセンサ25の受光面に入射する。よって、撮像画像IM1には、複数のピーク波長を有する光L2によるフォトマスク80の投影像が含まれる。つまり、一度の撮像により、複数のピーク波長を有する光L2による投影像を含んだ撮像画像IM1を得ることができる。 Furthermore, according to the photomask inspection device 1, the mixing unit 14 mixes multiple light beams L1 having different peak wavelengths. The illumination unit 10 then irradiates the photomask 80 with light beam L2, which is the mixed light, and the light beam L2 that passes through the photomask 80 is incident on the light receiving surface of the image sensor 25. Therefore, the captured image IM1 includes a projected image of the photomask 80 formed by the light beams L2 having multiple peak wavelengths. In other words, a single image capture can obtain the captured image IM1 that includes a projected image formed by the light beams L2 having multiple peak wavelengths.

このため、特許文献1のように、互いに異なるピーク波長を有する光を順次に照射して得られた複数の撮像画像を合成する必要がない。よって、特許文献1とは異なって、撮像画像IM1においてピーク波長ごとの位置ばらつきが原理的に生じない。したがって、制御部50は高い精度で投影像幅を算出することができ、より高い検査精度でフォトマスク80を検査することができる。 As a result, there is no need to combine multiple captured images obtained by sequentially irradiating light with different peak wavelengths, as in Patent Document 1. Therefore, unlike Patent Document 1, positional variation for each peak wavelength does not occur in principle in the captured image IM1. Therefore, the control unit 50 can calculate the projected image width with high accuracy, and the photomask 80 can be inspected with even higher inspection accuracy.

しかも、フォトマスク検査装置1によれば、各光源12が単一の半導体発光素子121を含んでいる。このため、特許文献2のようなダイオードアレイでの波長または位相のばらつきが原理的に生じず、各光源12はよりコヒーレントな光L1を出射することができる。よって、露光装置1000における回折現象と同等な回折現象を、フォトマスク80を透過する光L2に生じさせることができる。したがって、制御部50はより高い検査精度でフォトマスク80を検査することができる。 Furthermore, according to the photomask inspection apparatus 1, each light source 12 includes a single semiconductor light-emitting element 121. Therefore, wavelength or phase variations, such as those in a diode array as in Patent Document 2, do not occur in principle, and each light source 12 can emit more coherent light L1. As a result, a diffraction phenomenon equivalent to that in the exposure apparatus 1000 can be caused in the light L2 passing through the photomask 80. This allows the control unit 50 to inspect the photomask 80 with higher inspection accuracy.

また、単一の半導体発光素子121を含む光源12には、出射方向のばらつきも原理的に生じないので、ライトガイド16に入射する光のばらつきも抑制することができる。これによっても、制御部50はより高い検査精度でフォトマスク80を検査することができる。しかも、光源12の信頼性も高い。 Furthermore, since the light source 12, which includes a single semiconductor light-emitting element 121, does not, in principle, have any variation in the emission direction, it is possible to suppress variation in the light incident on the light guide 16. This also allows the control unit 50 to inspect the photomask 80 with higher inspection accuracy. Furthermore, the light source 12 is highly reliable.

<マスク特性:欠陥輝度>
上述の例では、マスク特性として投影像幅を採用して、検査方法を説明した。しかしながら、マスク特性として、欠陥輝度を採用してもよい。図10は、欠陥D1を含む撮像画像IM1の一例を概略的に示す図である。図10では、欠陥D1は、フォトマスク80に形成された遮光膜の欠陥である。具体的には、欠陥D1は、遮光膜が適切に形成されずに光L2が透過した欠陥であり、白欠陥とも呼ばれる。
<Mask characteristics: defect brightness>
In the above example, the inspection method was described using the projected image width as the mask characteristic. However, the defect brightness may also be used as the mask characteristic. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of a captured image IM1 including a defect D1. In FIG. 10, the defect D1 is a defect in the light-shielding film formed on the photomask 80. Specifically, the defect D1 is a defect in which the light-shielding film is not properly formed and light L2 passes through, and is also called a white defect.

ここでは、欠陥D1の輝度値を求める。以下では、欠陥D1の輝度値を欠陥輝度とも呼ぶ。この欠陥輝度も保持部90のZ軸方向の位置によって変動するので、制御部50は、投影像幅と同様に、複数の撮像画像IM1に基づいて欠陥輝度を求めるとよい。 Here, the brightness value of defect D1 is calculated. Hereinafter, the brightness value of defect D1 will also be referred to as defect brightness. This defect brightness also varies depending on the position of the holder 90 in the Z-axis direction, so the control unit 50 may calculate the defect brightness based on multiple captured images IM1, similar to the projected image width.

具体的には、ステップS3において、まず、制御部50は欠陥輝度および焦点評価値を撮像画像IM1ごとに求める。これにより、複数のZ軸位置にそれぞれ対応した複数の欠陥輝度、および、複数のZ軸位置にそれぞれ対応した複数の焦点評価値を得ることができる。図11は、Z軸位置と焦点評価値との関係、および、Z軸位置と欠陥輝度との関係を示すグラフである。図11の例では、近似曲線G1および近似曲線G3も示されている。近似曲線G3は、Z軸位置と欠陥輝度とのプロット点に基づいて算出される。 Specifically, in step S3, the control unit 50 first calculates the defect brightness and focus evaluation value for each captured image IM1. This makes it possible to obtain multiple defect brightness values corresponding to multiple Z-axis positions, and multiple focus evaluation values corresponding to multiple Z-axis positions. Figure 11 is a graph showing the relationship between the Z-axis position and the focus evaluation value, and the relationship between the Z-axis position and the defect brightness. The example in Figure 11 also shows approximate curves G1 and G3. Approximate curve G3 is calculated based on the plot points of the Z-axis position and the defect brightness.

制御部50は上記と同様に、近似曲線G1に基づいて焦点評価値が最大値Fmaxとなる焦点位置P0を求める。次に、制御部50は複数のZ軸位置および複数の欠陥輝度に基づいて、最小二乗法などの近似手法により、近似曲線G3を算出する。そして、制御部50は近似曲線G3と焦点位置P0とに基づいて、焦点位置P0における欠陥輝度DLを算出する。 As described above, the control unit 50 determines the focal position P0 where the focus evaluation value reaches the maximum value Fmax based on the approximate curve G1. Next, the control unit 50 calculates the approximate curve G3 based on multiple Z-axis positions and multiple defect intensities using an approximation method such as the least squares method. The control unit 50 then calculates the defect intensity DL at the focal position P0 based on the approximate curve G3 and the focal position P0.

次に、ステップS4にて、制御部50はマスク特性(ここでは欠陥輝度DL)に基づいてフォトマスク80の良否を判定する。例えば、制御部50は、欠陥輝度DLが所定の欠陥許容値以下であるか否かを判定し、欠陥輝度DLが欠陥許容値よりも大きいときに、フォトマスク80は不良品であると判定する。 Next, in step S4, the control unit 50 determines whether the photomask 80 is good or bad based on the mask characteristics (here, the defect brightness DL). For example, the control unit 50 determines whether the defect brightness DL is equal to or less than a predetermined defect tolerance, and determines that the photomask 80 is defective if the defect brightness DL is greater than the defect tolerance.

以上のように、フォトマスク検査装置1は欠陥D1の輝度値に基づいてフォトマスク80の良否を判定することができる。なお、上述の例では、欠陥D1として白欠陥を採用して説明したが、欠陥D1として例えば黒欠陥などの種々の欠陥を採用することもできる。 As described above, the photomask inspection device 1 can determine the quality of the photomask 80 based on the brightness value of the defect D1. Note that in the above example, a white defect was used as the defect D1, but various other defects, such as a black defect, can also be used as the defect D1.

<露光装置1000における投影像のばらつき>
フォトマスク検査装置1は、露光装置1000における基板W上のパターン状の光の輝度分布(投影像)を、イメージセンサ25の受光面に疑似的に再現する。つまり、フォトマスク検査装置1において焦点ずれが生じたときの撮像画像IM1は、露光装置1000において同様の焦点ずれが生じたときの基板W上の投影像に相当する。このため、焦点ずれに起因した基板W上の投影像のばらつきを、フォトマスク検査装置1で評価することもできる。
<Variations in Projected Images in Exposure Apparatus 1000>
The photomask inspection apparatus 1 artificially reproduces the luminance distribution (projected image) of the patterned light on the substrate W in the exposure apparatus 1000 on the light receiving surface of the image sensor 25. In other words, the captured image IM1 when defocus occurs in the photomask inspection apparatus 1 corresponds to the projected image on the substrate W when a similar defocus occurs in the exposure apparatus 1000. Therefore, the photomask inspection apparatus 1 can also evaluate the variation in the projected image on the substrate W caused by defocus.

例えば、図9のZ軸位置と投影像幅との関係は、露光装置1000におけるZ軸位置と投影像幅との関係とみなすことができる。つまり、露光装置1000において、対物レンズ1210に対するフォトマスク80の位置(Z軸位置)と、基板W上の投影像幅との関係は、図9の関係に相当する。 For example, the relationship between the Z-axis position and the projected image width in Figure 9 can be considered to be the relationship between the Z-axis position and the projected image width in the exposure apparatus 1000. In other words, in the exposure apparatus 1000, the relationship between the position (Z-axis position) of the photomask 80 relative to the objective lens 1210 and the projected image width on the substrate W corresponds to the relationship in Figure 9.

露光装置1000の機械誤差等によって生じ得る焦点ずれ量ΔZ(最大値)は、予め求めることができるので、露光装置1000において生じる投影像幅のばらつきを、図9の関係に基づいて求めることができる。焦点ずれ量ΔZは例えば予め設定されて、記憶部に記憶されてもよく、あるいは、ユーザが不図示の入力デバイス(例えばキーボードもしくはマウス)を用いて焦点ずれ量ΔZを入力してもよい。 The defocus amount ΔZ (maximum value) that can occur due to mechanical errors of the exposure apparatus 1000 can be determined in advance, so the variation in the projected image width that occurs in the exposure apparatus 1000 can be determined based on the relationship in Figure 9. The defocus amount ΔZ may be set in advance and stored in a memory unit, for example, or the user may input the defocus amount ΔZ using an input device (e.g., a keyboard or mouse) not shown.

制御部50は、焦点位置P0から-Z側に焦点ずれ量ΔZだけずれた位置と、焦点位置P0から+Z側に焦点ずれ量ΔZだけずれた位置との間の範囲における、投影像幅の最大値LWmaxと最小値LWminとを、近似曲線G2に基づいて算出する。この最小値LWminから最大値LWmaxまでの範囲が、露光装置1000において生じる投影像幅のばらつきに相当する。 The control unit 50 calculates the maximum value LWmax and minimum value LWmin of the projected image width in the range between a position shifted by the defocus amount ΔZ from the focal position P0 to the -Z side and a position shifted by the defocus amount ΔZ from the focal position P0 to the +Z side, based on the approximation curve G2. The range from the minimum value LWmin to the maximum value LWmax corresponds to the variation in the projected image width that occurs in the exposure apparatus 1000.

制御部50は投影像幅の最小値LWminおよび最大値LWmaxに基づいて、フォトマスク80の良否を判定してもよい。具体的には、制御部50は最小値LWminが基板W上の投影像幅のばらつきの許容下限値以上であるか否か、および、最大値LWmaxが許容上限値以下であるか否かを判定する。制御部50は、最小値LWminが許容下限値未満であるとき、および/または、最大値LWmaxが許容上限値よりも大きいときに、フォトマスク80が不良品であると判定する。 The control unit 50 may determine whether the photomask 80 is defective based on the minimum value LWmin and maximum value LWmax of the projected image width. Specifically, the control unit 50 determines whether the minimum value LWmin is equal to or greater than the allowable lower limit of the variation in the projected image width on the substrate W, and whether the maximum value LWmax is equal to or less than the allowable upper limit. The control unit 50 determines that the photomask 80 is defective when the minimum value LWmin is less than the allowable lower limit and/or when the maximum value LWmax is greater than the allowable upper limit.

同様に、制御部50は、焦点ずれ量ΔZに起因した欠陥輝度のばらつきを算出してもよい。具体的には、制御部50は、焦点位置P0から-Z側に焦点ずれ量ΔZだけずれた位置と、焦点位置P0から+Z側に焦点ずれ量ΔZだけずれた位置との間の範囲における、欠陥輝度の最大値DLmaxと最小値DLminとを、近似曲線G3に基づいて算出する(図11も参照)。この最小値DLminから最大値DLmaxまでの範囲が、露光装置1000において生じる欠陥輝度のばらつきに相当する。 Similarly, the control unit 50 may calculate the variation in defect brightness caused by the defocus amount ΔZ. Specifically, the control unit 50 calculates the maximum value DLmax and minimum value DLmin of the defect brightness in the range between a position shifted by the defocus amount ΔZ from the focal position P0 toward the -Z side and a position shifted by the defocus amount ΔZ from the focal position P0 toward the +Z side, based on the approximation curve G3 (see also Figure 11). The range from the minimum value DLmin to the maximum value DLmax corresponds to the variation in defect brightness that occurs in the exposure apparatus 1000.

制御部50は、欠陥輝度の最大値DLmaxに基づいて、フォトマスク80の良否を判定してもよい。具体的には、制御部50は、最大値DLmaxが欠陥許容値以下であるか否かを判定する。制御部50は、最大値DLmaxが欠陥許容値よりも大きいときに、フォトマスク80が不良品であると判定してもよい。 The control unit 50 may determine whether the photomask 80 is good or bad based on the maximum defect brightness value DLmax. Specifically, the control unit 50 determines whether the maximum value DLmax is equal to or less than the defect tolerance. The control unit 50 may determine that the photomask 80 is defective when the maximum value DLmax is greater than the defect tolerance.

ここで、課題を解決するための手段の欄における用語と、発明を実施するための形態の欄における用語を対応付けておく。第1光源は光源12a~12cのいずれか一つに相当し、第2光源は光源12a~12cのうち第1光源とは異なる一つに相当する。第1半導体発光素子は、第1光源に属する半導体発光素子121に相当し、第2半導体発光素子は、第2光源に属する半導体発光素子121に相当する。第1光は、第1半導体発光素子が出射する光L1に相当し、第2光は、第2半導体発光素子が出射する光L1に相当する。 Here, the terms in the "Means for Solving the Problem" section correspond to the terms in the "Mode for Carrying Out the Invention" section. The first light source corresponds to any one of light sources 12a to 12c, and the second light source corresponds to one of light sources 12a to 12c that is different from the first light source. The first semiconductor light-emitting element corresponds to semiconductor light-emitting element 121 belonging to the first light source, and the second semiconductor light-emitting element corresponds to semiconductor light-emitting element 121 belonging to the second light source. The first light corresponds to light L1 emitted by the first semiconductor light-emitting element, and the second light corresponds to light L1 emitted by the second semiconductor light-emitting element.

以上のように、フォトマスク検査装置1は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。また、上述した各種変形例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない多数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 As mentioned above, the photomask inspection apparatus 1 has been described in detail, but the above description is merely an example in all respects, and this disclosure is not limited thereto. Furthermore, the various modifications described above can be applied in combination as long as they are not mutually inconsistent. It is understood that numerous modifications not illustrated can be envisioned without departing from the scope of this disclosure.

1 フォトマスク検査装置
10 照明部
12,12a~12c 第1光源、第2光源(光源)
121 第1半導体発光素子、第2半導体発光素子
14 混合部
17 照明光学系
21 結像光学系
22 対物レンズ
25 イメージセンサ
50 演算処理部(制御部)
80 フォトマスク
90 保持部
1 Photomask inspection device 10 Illumination unit 12, 12a to 12c First light source, second light source (light source)
121 First semiconductor light emitting element, second semiconductor light emitting element 14 Mixing unit 17 Illumination optical system 21 Imaging optical system 22 Objective lens 25 Image sensor 50 Arithmetic processing unit (control unit)
80 Photomask 90 Holding part

Claims (2)

フォトマスクを保持する保持部と、
第1ピーク波長を有する第1光を出射する単一の第1半導体発光素子を含む第1光源と、
前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2光を出射する単一の第2半導体発光素子を含む第2光源と、
前記第1光源からの前記第1光および前記第2光源からの前記第2光を混合する混合部と、
前記混合部によって前記第1光および前記第2光を混合した光を、前記フォトマスクに導く照明光学系と、
光軸方向において前記フォトマスクと前記照明光学系との相対位置を変化させる移動駆動部と、
対物レンズを含み、前記フォトマスクからの前記光が入射する結像光学系と、
前記結像光学系を通じて入射した前記光を受光して撮像画像を生成するイメージセンサと、
前記撮像画像に基づいて、前記フォトマスクの検査を行う演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、前記フォトマスクと前記照明光学系との間隔を変更しつつ、前記イメージセンサが生成した複数の前記撮像画像の各々の焦点評価値を求め、前記複数の前記撮像画像の各々に基づいてマスク特性を算出し、前記複数の前記撮像画像のうち、前記焦点評価値が最大となる前記相対位置から、前記フォトマスクが用いられる露光装置における所定の焦点ずれ量だけずれた範囲内に対応する前記マスク特性に基づいて、前記フォトマスクの良否を判定する、フォトマスク検査装置。
a holder for holding a photomask;
a first light source including a single first semiconductor light emitting element that emits first light having a first peak wavelength;
a second light source including a single second semiconductor light emitting element that emits second light having a second peak wavelength different from the first peak wavelength;
a mixer that mixes the first light from the first light source and the second light from the second light source;
an illumination optical system that guides the light obtained by mixing the first light and the second light by the mixing unit to the photomask;
a movement drive unit that changes the relative position between the photomask and the illumination optical system in the optical axis direction;
an imaging optical system including an objective lens onto which the light from the photomask is incident;
an image sensor that receives the light incident through the imaging optical system and generates a captured image;
a processing unit that inspects the photomask based on the captured image;
Equipped with
the arithmetic processing unit determines a focus evaluation value for each of the plurality of captured images generated by the image sensor while changing the distance between the photomask and the illumination optical system, calculates mask characteristics based on each of the plurality of captured images, and determines the quality of the photomask based on the mask characteristics corresponding to a range shifted by a predetermined focus shift amount in an exposure apparatus in which the photomask is used from the relative position at which the focus evaluation value is maximum among the plurality of captured images.
請求項に記載のフォトマスク検査装置であって、
前記混合部によって前記第1光および前記第2光を混合した光を、入射端から入射し内部を進み出射端から出射するライトガイドと、
前記ライトガイドから出射された前記光を前記フォトマスクに導く照明光学系とを有する、フォトマスク検査装置。
2. The photomask inspection apparatus according to claim 1 ,
a light guide into which the light obtained by mixing the first light and the second light by the mixing section is incident from an incident end, travels inside, and is emitted from an exit end;
an illumination optical system that guides the light emitted from the light guide to the photomask.
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