KR101707842B1 - 촬상 장치, 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는, 패러데이 회전자를 구비한 촬상 장치에 있어서, 패러데이 회전자의 주위에 배치된 소자로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있는 촬상 장치를 제공한다.
광원(1001)으로부터의 광을 편광 빔 스플리터(1002)를 통하여 마스크(1006)에 조명하고, 마스크(1006)에서 반사한 광을 편광 빔 스플리터(1002)를 통하여 센서(1007)로 유도하며, 센서(1007)로 마스크(1006)의 패턴을 촬상한다. 편광 빔 스플리터(1002)와 마스크(1006)의 사이에는, 패러데이 회전자(1004)가 배치된다. 패러데이 회전자(1004)는, 편광 빔 스플리터(1002)에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 편광 빔 스플리터(1002)로부터 이간하여 배치된다.

Description

촬상 장치, 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법 {IMAGING DEVICE, DEFFECT INSPECTION DEVICE AND DEFFECT INSPECTION METHOD}
본 발명은 촬상 장치, 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 집적도의 증가에 수반하여, 개개의 소자의 치수는 미소화가 진행되고, 각 소자를 구성하는 배선 또는 게이트 등의 폭도 미세화되고 있다.
반도체 집적 회로의 제조에 있어서는, 회로 원판(마스크 또는 레티클을 가리킴. 이하에서는, 마스크로 총칭함.)을 감광성 수지에 전사하여 웨이퍼를 가공하는 공정이 기본이 된다. 그리고, 이 기본 공정을 반복함으로써, 반도체 집적 회로가 제조된다.
전사 공정에서는, 스테퍼 또는 스캐너라 불리는 노광 장치가 이용된다. 노광 장치는, 전사 광원으로서 광을 사용하고, 레티클 상의 회로 패턴을 4 분의 1에서 5 분의 1 정도로 축소하여 웨이퍼 상에 투영한다. 반도체 집적 회로의 미세화를 위해서는, 이 전사 공정에서의 해상 성능을 향상시키는 것이 중요해진다. 여기서, 결상 광학계의 개구 계수를 NA, 광원의 파장을 λ로 하면, 해상 치수는 (λ／NA)에 비례한다. 따라서, 개구 계수(NA)의 향상 또는 파장(λ)의 단파장화를 도모함으로써, 노광 해상도를 작게 할 수 있다.
또한, 미세 패턴을 형성하는 기술로서, EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피, 나노 임프린트 리소그래피(Nanoimprintlithography;NIL)가 주목받고 있다. EUV 리소그래피는, 광원으로서 극단 자외광을 사용함으로써, 종래의 ArF광을 사용한 노광 장치보다 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 나노 임프린트 리소그래피는, 웨이퍼의 레지스트에, 나노 스케일의 미세 구조를 가지는 몰드(형)를 압력 인가함으로써, 레지스트에 미세한 패턴을 형성하는 것이다. 어떤 기술도, 원판이 되는 마스크 및 템플릿에 형성되는 패턴은, 지금까지의 ArF 리소그래피와 비교하여 미세해져, 그 검사에는 높은 검사 정밀도가 요구된다.
이러한 반도체 집적회로의 제조 공정에서는 많은 코스트가 소요되므로, 수율의 향상을 빼놓을 수 없다. 여기서, 수율을 저하시키는 큰 요인으로서, 마스크 또는 템플릿의 패턴 결함을 들 수 있다. 그러므로, 검사에 있어서는, 지극히 작은 패턴 결함을 검출할 것이 요구되고 있다. 일본 특허 제4236825호 공보에는, 마스크 상에 있어서의 미세한 결함을 검출할 수 있는 결함 검사 장치가 개시되어 있다.
마스크의 검사에서는, 마스크를 이동시키면서 마스크에 광을 조사하고, 센서로 마스크 상에 형성된 패턴을 촬상한다. 이어서, 얻어진 광학 화상을 기준 화상과 비교하여, 차이가 임계치를 초과한 경우에, 그 개소를 결함으로서 검출하고 있다.
검사를 행함에 있어서는, 센서로 입사하는 광의 광량을 충분히 확보하는 것이 필요하고, 광량이 부족하면, 검사 정밀도의 저하 또는 검사 시간의 장시간화를 초래한다. 여기서, 반사 광학계에서는, 광원으로부터의 광을 하프 미러로 반사시켜 마스크에 조사한 후, 마스크에서 반사한 광을 이 하프 미러에 투과시키고, 이어서 이 광을 센서로 입사시켜 광학 화상을 촬상하고 있다. 이 때, 먼저, 하프 미러에서 반사한 광만을 마스크로의 조명광으로서 이용함으로써, 광원으로부터의 광의 광량은 2 분의 1이 된다. 이어서, 마스크로부터의 반사광 중, 하프 미러를 투과한 광만을 센서로의 입사광으로서 이용함으로써, 광의 광량은 또한 2 분의 1이 된다. 즉, 이 광학계에서는, 센서로 입사하는 광은, 광원으로부터의 광의 광량의 4분의 1이 된다.
반사광학계에 있어서의 광원으로부터의 광의 광량 감소에 대해서는, 패러데이 회전자를 이용함으로써 개선 가능하다. 그러나, 패러데이 회전자는, 그 주위에 강력한 자계를 발생시키기 때문에, 패러데이 회전자에 인접하는 소자에 패러데이 회전을 일으킬 우려가 있다.
본 발명은, 패러데이 회전자를 구비한 촬상 장치에 있어서, 패러데이 회전자의 주위에 배치된 소자로의 영향을 최소한으로 억제할 수 있는 촬상 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은, 이러한 촬상 장치를 이용하여, 반사 광학계에서의 광량의 저하를 최소한으로 억제하면서 검사를 행할 수 있는 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법을 제공한다.
본 발명의 촬상 장치는,
광원과,
상기 광원으로부터의 광을 대상물에 조명하는 편광 빔 스플리터와,
상기 대상물에서 반사한 광이 상기 편광 빔 스플리터를 통해 입사함으로써 상기 대상물을 촬상하는 센서와,
상기 편광 빔 스플리터와 상기 대상물의 사이로서, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치된 패러데이 회전자
를 가진다.
본 발명의 결함 검사 장치는,
소정의 파장의 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사한 광을 반사하는 편광 빔 스플리터와, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사한 광을 투과하는 2 분의 1 파장판과, 상기 2 분의 1 파장판과 검사 대상이 되는 시료의 사이에 배치되어 상기 2 분의 1 파장판을 투과한 광을 투과하는 패러데이 회전자를 가지고, 상기 시료에 형성된 반복 패턴의 반복 방향에 대하여 -5도 이상 5도 이하와 85도 이상 95도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 상기 시료를 조명하는 조명 광학계와,
상기 시료에 형성된 패턴의 광학 화상을 얻는 센서와,
상기 시료에서 반사한 광을, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시켜, 상기 센서에 결상하는 결상 광학계와,
상기 광학 화상에 대하여 화소마다의 계조치를 구하고, (1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는 (2) 상기 회전 각도를 바꾸어 취득한 복수의 광학 화상에 있어서의 상기 계조치의 표준 편차를, 상기 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 화상 처리부와,
상기 화상 처리부에서 취득한 상기 회전 각도가 되도록, 상기 패러데이 회전자에 자계를 인가하는 각도 제어부와,
상기 패러데이 회전자에 상기 자계가 인가된 상태에서 촬상된 광학 화상에 기초하여, 상기 시료의 결함 검출을 행하는 결함 검출부를 가지고,
상기 광원의 파장과 상기 패러데이 회전자를 투과한 광을 상기 시료에 조명하는 대물 렌즈의 개구 수에 의해 정해지는 해상 한계는, 상기 패턴을 해상하지 않는 값이며,
상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치된다.
본 발명의 결함 검사 방법은,
소정의 파장의 광을 출사하는 광원으로부터 출사한 광을, 편광 빔 스플리터에서 반사시키고, 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자를 투과시켜, 검사 대상이 되는 시료에 형성된 반복 패턴의 반복 방향에 대하여 -5도 이상 5도 이하와 85도 이상 95도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하고, 상기 패러데이 회전자를 투과한 광을 대물 렌즈로 집광하여 상기 시료를 조명하고, 상기 시료에서 반사한 광을, 상기 패러데이 회전자와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 편광 빔 스플리터를 투과시켜 촬상 센서에 결상하고, 상기 시료에 형성된 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 광학 화상에 대하여 화소마다의 계조치를 구하고, (1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는 (2) 상기 회전 각도를 바꾸어 취득한 복수의 광학 화상에 있어서의 상기 계조치의 표준 편차를, 상기 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 공정과,
상기 취득한 회전 각도가 되도록, 상기 패러데이 회전자에 자계를 인가하는 공정과,
상기 패러데이 회전자에 상기 자계가 인가된 상태에서 촬상된 광학 화상에 기초하여, 상기 시료의 결함 검출을 행하는 공정을 가지고,
상기 광원의 파장과 상기 대물 렌즈의 개구 수에 의해 정해지는 해상 한계는, 상기 패턴을 해상하지 않는 값이며,
상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치된다.
도 1은 본 실시예의 촬상 장치의 일례를 나타낸 도이다.
도 2는 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다.
도 3은 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다.
도 4는 본 실시예의 비교예가 되는 촬상 장치의 일례이다.
도 5는 본 실시예에 있어서의 결함 검사 장치의 구성도이다.
도 6은 쇼트 결함의 일례를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 7은 오픈 결함의 일례를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 8은 엣지 러프니스에 의한 결함을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 9는 라인·앤드·스페이스 패턴을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 10은 도 9의 패턴에 공간 주파수 필터를 설치한 예의 모식도이다.
도 11은 시료의 광학 화상의 취득 순서를 설명한 도이다.
도 12는 패러데이 회전자와 편광 빔 스플리터의 거리와, 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각과의 관계를 나타낸 일례이다.
도 13은 패러데이 회전자가 발생하는 자기장이 주위의 광학 소자에 미치는 영향을 모식적으로 나타낸 일례이다.
도 14는 패러데이 회전자가 발생하는 자기장이 주위의 광학 소자에 미치는 영향을 모식적으로 나타낸 다른 예이다.
도 15는 지지 부재가 3 개소에서 시료를 지지하는 상태를 나타낸 도이다.
도 16은 마스크 상에서 복수의 칩 영역이 X 방향과 Y 방향을 따라 배열되어 있는 모습을 나타낸 도이다.
도 17은 본 실시예의 촬상 장치의 다른 예를 나타낸 도이다.
도 1은 본 실시예의 촬상 장치의 일례이며, 그 구성을 나타낸 것이다. 이 촬상 장치는, 마스크(1006)를 조명하는 조명 광학계(OP1)와, 마스크(1006)에서 반사한 광을 센서(1007)에 결상시키는 결상 광학계(OP2)와, 마스크(1006)의 패턴을 촬상하는 센서(1007)를 가진다.
조명 광학계(OP1)는, 광원(1001)과, 빔 성형 광학계(1008)와, 편광 빔 스플리터(1002)와, 2 분의 1 파장판(1003)과, 패러데이 회전자(1004)와, 대물 렌즈(1005)를 가진다. 빔 성형 광학계(1008)는, 광선을 확대하는 익스팬더 렌즈, 면 광원을 생성하는 인티그레이터 렌즈, 마스크면을 원하는 사이즈로 조명하도록 배율이 설정된 릴레이 렌즈 등을 포함한다. 한편, 결상 광학계(OP2)는, 대물 렌즈(1005)와, 패러데이 회전자(1004)와, 2 분의 1 파장판(1003)과, 편광 빔 스플리터(1002)와, 결상 광학계(1009)를 가진다. 결상 광학계(1009)에는, 센서(1007)의 면에 원하는 배율로 마스크(1006)의 상을 결상하기 위한 렌즈군이 포함된다. 편광 빔 스플리터(1002), 2 분의 1 파장판(1003), 패러데이 회전자(1004) 및 대물 렌즈(1005)는, 조명 광학계(OP1)와 결상 광학계(OP2)에 공통되고 있다.
도 1의 광원(1001)으로서는, 레이저 광원을 이용할 수 있다. 본 실시예에서는, DUV(Deep Ultraviolet radiation; 원자외)광을 출사하는 광원을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, EB(Electron Beam; 전자 빔)을 광원에 이용한 경우에 문제가 되는 스루풋의 저하를 일으키지 않고 검사를 할 수 있다.
레이저 광원으로부터 출사된 광은 일반적으로 직선 편광이다. 본 실시예에서는, 이 직선 편광을 이용하여, 검사 대상인 마스크(1006)를 조명하여 검사를 행한다. 이에 의해, 높은 해상도의 광학 화상이 얻어진다. 단, 본 실시예는 이에 한정되는 것이 아니고, 검사 대상을 원 편광에 의해 조명해도 된다. 원 편광에 의하면, 해상 특성에 방향성이 없는 광학 화상이 얻어진다. 또한, 검사 대상을 원 편광으로 조명하기 위해서는, 광원으로부터 출사된 광을 4 분의 1 파장판에 투과시키고, 이 투과광을 검사 대상에 조명하면 된다.
도 1의 조명 광학계(OP1)에 있어서, 광원(1001)으로부터 출사된 직선 편광은, 편광 빔 스플리터(1002)에서 반사하고, 2 분의 1 파장판(1003)을 투과한 후, 패러데이 회전자(1004)에 입사한다.
편광 빔 스플리터(1002)는, 예를 들면, 45도 직각 프리즘의 경사면에 편광막을 코팅하여 접착한 큐브 형상의 빔 스플리터로 할 수 있다.
패러데이 회전자(1004)는, 광을 투과하는 광학 재료(1004a)와, 그 주위에 감은 코일(1004b)을 가진다. 광학 재료(1004a)에는, 광원(1001)으로부터의 광에 대하여 높은 투과율을 가지는 재료를 이용한다. 예를 들면, 광원(1001)으로서 DUV광을 출사하는 것을 이용한 경우, SiO2, CaF2 또는 MgF2 등의 자외광에 투과성을 가지는 재료가 광학 재료(1004a)로서 이용된다. 코일(1004b)은, 전류를 흘림으로써, 광학 재료(1004a)에, 광의 진행 방향을 따라 평행한 방향으로 자기장이 가해지도록 감겨 있다.
패러데이 회전자(1004)는, 패러데이 효과에 의해 광의 편광면을 회전시킨다. 여기서, 패러데이 효과란, 광학 재료에 직선 편광을 입사시켜, 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 자기장을 가하면, 직선 편광의 2 개의 성분(우회전의 원 편광과 좌회전의 원 편광)의 위상 속도에 차이가 생기고, 그 결과, 출구에서의 위상차에 의해, 광학 재료로부터 나오는 광(직선 편광)의 편광면이 회전하는 현상을 말한다.
본 실시예에서는, 광이 패러데이 회전자(1004)를 2 회 투과함으로써, 그 편광면이 왕복으로 90도 회전하는 것이 바람직하다. 즉, 광학 재료로는, 광이 왕복으로 90도 회전하도록 자계가 인가되는 것이 바람직하다. 도 2 및 도 3은, 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다. 또한, 이들 도면에 있어서, 도 1과 동일 부호를 부여한 것은 동일한 것인 것임을 나타내고 있다.
도 2의 예에서는, 2 분의 1 파장판(1003)을 투과함으로써, 직선 편광(L)의 편광면은 45도 회전한다. 이어서, 패러데이 회전자(1004)를 투과함으로써, 이 직선 편광(L)은, 편광면을 45도 더 회전시킨다. 그 후, 이 직선 편광(L)은, 대물 렌즈(1005)에 의해 마스크(도 2에서는 도시되지 않음) 상에 결상된다.
이어서, 도 3에 있어서, 마스크(도 3에서는 도시되지 않음)에서 반사한 직선 편광(L)은, 대물 렌즈(1005)를 투과하고, 이어서, 패러데이 회전자(1004)에 입사한다. 패러데이 회전자(1004)를 투과함으로써, 직선 편광(L)의 편광면은 45도 회전한다. 이어서, 2 분의 1 파장판(1003)을 투과함으로써, 직선 편광(L)의 편광면은 -45도 회전한다.
이와 같이, 도 2 및 도 3의 예에서는, 광원(1001)으로부터 출사된 광은, 패러데이 회전자(1004)를 2 회 투과함으로써, 편광 방향이 90도 회전한다. 이에 의해, 도 1에 있어서, 광원(1001)으로부터 출사된 광은, 편광 빔 스플리터(1002)에서 반사되어, 마스크(1006)를 향하지만, 마스크(1006)에서 반사된 광은, 편광 방향이 90도 회전함으로써, 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하게 되어, 광원(1001)이 아닌 센서(1007)를 향한다. 센서(1007)에 광이 입사함으로써, 센서(1007)는 마스크(1006)의 광학 화상을 촬상한다.
또한, 마스크(1006)를 조명하는 광의 편광 방향은, 패러데이 회전자(1004)와 2 분의 1 파장판(1003)의 쌍방에 의해 변화한다. 여기서, 패러데이 회전자(1004)에 대해서는, 광학 재료에 인가하는 자기장의 크기를 바꿈으로써, 광의 편광 방향의 각도를 변화시킬 수 있다. 한편, 2 분의 1 파장판(1003)에 대해서는, 이에 회전 기구를 설치함으로써, 회전각을 임의로 변화시키는 것이 가능하다.
또한 상기에서는, 패러데이 회전자의 예로서, 코일에 전류를 흘림으로써, 광학 재료에 자기장이 가해지는 것을 설명했으나, 패러데이 회전자는, 이러한 전자석을 이용한 것에 한정되지 않고, 영구 자석을 이용한 것, 또는 전자석과 영구 자석을 조합한 것이어도 된다. 광의 굴절률은, 온도에 따라 거의 직선적으로 변화한다. 그 때문에, 전자석에서는, 코일에 온도 분포가 생겨 수차가 발생할 우려가 있다. 한편, 영구 자석을 이용한 경우에는 이러한 문제를 회피할 수 있다. 이 경우, 필요로 하는 회전각에 따른 자기장이 발생하도록, 영구 자석의 종류 또는 개수를 변경 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 영구 자석과 전자석을 조합한 것이라면, 기본이 되는 자기장을 발생시키는 영구 자석을 설치한 후에, 필요로 하는 회전각을 발생시키는 데에 필요로 하는 자기장과의 차분만을 전자석으로 발생시키도록 하는 것이 가능하다. 이 구성이라면, 영구 자석의 교환 등이 불필요해지고, 또한 온도 상승을 최소한으로 억제할 수 있다.
그런데, 패러데이 회전자는 자기장을 발생시키기 때문에, 패러데이 회전자로부터의 누설 자기장에 의해, 주위의 소자에도 패러데이 효과가 생길 우려가 있다. 특히, 편광 빔 스플리터(1002)에 패러데이 효과가 생기는 것은 문제이다. 이에 대하여, 이하에 상술한다.
상술한 바와 같이, 도 1에서 광원(1001)으로부터 출사된 광은, 패러데이 회전자(1004)를 2 회 투과함으로써, 편향 방향이 90도 회전한다. 이에 의해, 광원(1001)으로부터 출사된 광은, 편광 빔 스플리터(1002)에서 반사되어, 마스크(1006)를 향하는데, 마스크(1006)에서 반사된 광은, 편향 방향이 90도 회전함으로써, 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하여, 광원(1001)이 아닌 센서(1007)를 향하게 된다. 이 때, 광은, 패러데이 회전자(1004)에 의해 회전한 편향 방향을 유지한 상태로 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하는 것이 필요해진다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 마스크(1006) 의 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광이, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 센서(1007)로 입사하게 되기 때문이다.
그러나, 편광 빔 스플리터(1002)에 패러데이 효과가 생기면, 편광 빔 스플리터(1002)에서도 광의 편향 방향이 변화하므로, 엣지 러프니스로 산란한 광이 투과할 우려가 있다. 그러면, 센서(2007)로 촬상된 광학 화상에 있어서, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 명암과, 엣지 러프니스에 의한 명암과의 구별이 되지 않아, 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사에 지장을 초래하는 결과가 된다.
도 12는 패러데이 회전자와 편광 빔 스플리터 간의 거리와, 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각과의 관계를 나타낸 일례이다. 또한, 상기 거리는, 패러데이 회전자의 자기 광학 결정 또는 자석의 단면부터, 편광 빔 스플리터를 구성하는 프리즘의 단면까지의 길이로 할 수 있다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자와 편광 빔 스플리터의 거리가 커지면, 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각은 작아진다. 여기서, 패러데이 회전각의 변화의 비율은 균일하지 않다. 예를 들면, 도 12에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 경우, 패러데이 회전각이 -1.0도보다 작을 때, 패러데이 회전각은 거리에 대하여 대략 일차함수적으로 변화한다. 패러데이 회전각이 -1.0도보다 커지면 변화의 비율은 감소하고, －0.5도 이하로 더 감소한다. 그리고, 패러데이 회전각이 -0.2도 이하에서는, 패러데이 회전자와 편광 빔 스플리터의 거리에 대하여 거의 변화하지 않게 된다.
도 13 및 도 14는 패러데이 회전자(1004)가 발생하는 자기장이 주위의 광학 소자에 미치는 영향을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 13에서는 패러데이 회전자(1004)의 자기장이, 편광 빔 스플리터(1002), 2 분의 1 파장판(1003) 및 대물 렌즈(1005)에 미치고 있다. 이에 대하여, 도 14와 같이, 패러데이 회전자(1004)로부터 주위의 광학 소자까지의 거리를 크게 하면, 패러데이 회전자의 자기장의 영향은 편광 빔 스플리터(1002) 또는 대물 렌즈(1005)에 미치지 않게 된다.
따라서, 본 실시예에 있어서는, 패러데이 회전자(1004)가 주위의 광학 소자에 미치는 영향이 최소한이 되도록, 패러데이 회전자(1004)와 주위의 광학 소자 간에 소정의 거리를 형성한다. 이 때, 거리가 커질수록 편광 빔 스플리터(1002)로의 영향은 작아지나, 한편으로 촬상 장치 전체의 크기가 커진다. 따라서, 양자를 비교 고려하여 적당한 거리로 하는 것이 좋다. 즉, 편광 빔 스플리터(1002)에 있어서의 패러데이 회전각은 0도인 것이 바람직하지만, 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 0도로 하기 위해서는 패러데이 회전자(1004)와의 거리를 상당히 크게 할 필요가 있어 현실적이지 않다. 따라서, 촬상 장치 전체의 크기도 고려하고, 편광 빔 스플리터(1002)에 있어서의 패러데이 회전각의 절대치가 0.5도 이하, 바람직하게는 0.2도 이하가 되도록, 패러데이 회전자(1004)를 편광 빔 스플리터(1002)로부터 거리를 두고 배치한다. 본 구성에서는, 패러데이 회전자의 내부를 광이 왕복하기 때문에, 패러데이 회전각이 0도일 때는, 대상물로부터 반사된 광이 편광 빔 스플리터를 투과하는 비율은 0%가 된다. 또한, 패러데이 회전각이 45도일 때는, 대상물로부터 반사된 광이 편광 빔 스플리터를 투과하는 비율은 100%가 된다. 따라서, 패러데이 회전각의 설정 범위는 0도에서 45도가 된다. 한편, 광학 소자에 있어서의 패러데이 회전은 오차 요인이 되지만, 이를 0.5도 이하로 억제함으로써, 패러데이 회전각의 설정 오차를 1% 정도로 억제하는 것이 가능해진다.
그런데, 패러데이 회전자(1004)의 자기장의 영향은, 2 분의 1 파장판(1003) 또는 대물 렌즈(1005)에도 미치지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 미쳤다고 해도, 그에 따라 생기는 패러데이 회전각을 고려해서, 패러데이 회전자(1004)에 의한 패러데이 회전각을 조정하는 것이 가능하다.
한편, 편광 빔 스플리터(1002)는, 입사광의 광축에 대하여 경사가 45도가 되도록 배치된다. 이 때문에, 패러데이 회전자(1004)의 자기장의 영향이 편광 빔 스플리터(1002)에 미치면, 편광 빔 스플리터(1002) 내에서 패러데이 회전각의 분포가 가능하다. 예를 들면, 편광 빔 스플리터(1002)는, 45도 직각 프리즘의 경사면에 편광막을 코팅하여 접착한 큐브 형상의 빔 스플리터로 할 수 있지만, 이 경우, 도 13에서 패러데이 회전자(1004)에 가까운 경사면에는 패러데이 회전자(1004)의 자기장의 영향이 미치고 있지만, 패러데이 회전자로부터 먼 경사면에는 자기장의 영향이 미치고 있지 않다. 이러한 패러데이 회전각의 분포를, 사전에 설정되는 패러데이 회전자(1004)의 패러데이 회전각에 의해 조정하는 것은 곤란하다. 따라서, 편광 빔 스플리터(1002)와 패러데이 회전자(1004) 간에 소정의 거리를 형성하여, 패러데이 회전자(1004)의 자기장의 영향이 편광 빔 스플리터(1002)에 미치지 않도록 하는 것이 좋다.
도 4는 본 실시예의 비교예가 되는 촬상 장치의 일례이다. 이 촬상 장치에서는, 광원(2001)으로부터 출사되어, 하프 미러(2002)에서 반사한 광은, 2 분의 1 파장판(2003)을 투과한 후, 대물 렌즈(2005)를 통하여 마스크(2006)를 조명한다. 그리고, 마스크(2006)에서 반사한 광은, 대물 렌즈(2005), 2 분의 1 파장판(2003), 하프 미러(2002)를 투과한 후, 센서(2007)로 입사한다.
도 4의 구성의 촬상 장치에 의해서도, 도 1과 동일한 편광 특성을 가진 광을 마스크(2006)에 조명하고, 또한, 센서(2007)로 입사시키는 것이 가능하다. 그러나, 이 구성에서는, 하프 미러(2002)의 특성에 의해, 광원(2001)으로부터의 광의 광량이 큰 폭으로 저하된다. 즉, 하프 미러(2002)에서 반사한 광만을 마스크(2006)로의 조명광으로서 이용함으로써, 광원(2001)으로부터의 광의 광량은 2 분의 1로 저하된다. 또한, 마스크(2006)로부터의 반사광 중, 하프 미러(2002)를 투과한 광만을 센서로의 입사광으로서 이용함으로써, 광의 광량은 2 분의 1로 더 저하된다. 따라서, 도 4의 촬상 장치의 경우, 센서(2007)로 입사하는 광은, 광원(2001)으로부터의 광의 광량의 4분의 1이 된다.
이에 대하여, 도 1에 나타낸, 본 실시예의 촬상 장치에 의하면, 하프 미러를 사용하지 않기 때문에, 광원(1001)으로부터 출사된 광의 광량 저하를 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 검사를 행함에 있어서 충분한 광량의 광을 센서(1007)로 입사시킬 수 있기 때문에, 결함 검사 장치에 적용했을 경우, 검사 정밀도의 향상을 도모하고, 또한, 검사 시간의 단축을 실현하는 것이 가능하다. 또한, 이 촬상 장치는, 결함 검사 장치 이외의 다른 용도로도 적용 가능하다.
그런데, 회로 패턴의 미세화가 진행됨으로써, 패턴의 치수는, 결함 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세해지고 있다. 예를 들면, 패턴의 선폭이 50 nm보다 작아지면, DUV광을 이용한 광원으로는 해상할 수 없게 된다. 그러나, 도 1의 촬상 장치를 이용한 본 실시예의 결함 검사 장치에 의하면, 이러한 미세한 패턴에 대해서도 정밀도 좋게 검사하는 것이 가능하다. 따라서, 이어서 본 실시예의 결함 검사 장치에 대하여 설명한다.
도 5는, 본 실시예에 있어서의 결함 검사 장치(100)의 구성도이다. 결함 검사 장치(100)는, 도 1에 나타낸 광학계를 구비하고 있다. 또한, 결함 검사 장치(100)는 광학 화상 취득부(A)와 제어부(B)를 가진다.
먼저, 광학 화상 취득부(A)에 대하여 설명한다.
광학 화상 취득부(A)는, 도 1에서 설명한 광학계 외에, 수직 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 Z 테이블(2)과, 수평 방향(X 방향, Y 방향)으로 이동 가능한 XY 테이블(3)과, 센서 회로(106)와, 레이저 측장 시스템(122)과, 오토 로더(130)를 가진다. 또한, XY 테이블(3)은 회전 방향으로도 이동 가능한 구조로 할 수 있다.
검사 대상이 되는 시료(1)는 Z 테이블(2) 상에 재치(載置)된다. Z 테이블(2)은 XY 테이블(3) 상에 설치되어 있다. 시료(1)로서는, 예를 들면, 포토리소그래피 기술에서 이용되는 마스크, 또는 나노 임프린트 기술에서 이용되는 템플릿 등을 들 수 있다.
시료(1)에는, 라인·앤드·스페이스 패턴 등의 반복 패턴, 즉, 주기성을 가지고 반복되는 규칙적인 패턴이 형성되어 있다. 이 패턴의 적어도 일부는, 광학 해상 한계 이하의 패턴이다. 광학 해상 한계 이하의 패턴으로서는, 예를 들면, 반도체 칩의 메모리 매트부에 형성되는 패턴 등을 들 수 있다. 여기서, 해상 한계란, 결함 검사 장치(100)에 있어서의 광학계의 해상 한계, 즉, 광원(1001)으로부터의 광의 파장(λ)과, 대물 렌즈(1005)의 개구 수(NA)에 의해 정해지는 해상 한계(R = λ / 2NA)를 말한다. 본 실시예에 있어서의 해상 한계는, 시료(1)에 형성된 패턴의 적어도 일부를 해상하지 않는 값이다.
시료(1)는 Z 테이블(2)에 설치된 지지 부재에 의해, 3 개소에서 지지되는 것이 바람직하다. 시료(1)를 4 개소에서 지지하는 경우에는, 지지 부재에 대하여 고정밀도의 높이 조정이 필요해진다. 또한, 높이 조정이 불충분하면, 시료(1)가 변형될 우려가 있다. 이에 대하여, 3 개소 지지에 의하면, 시료(1)의 변형을 최소한으로 억제하면서, 시료(1)를 지지할 수 있다. 지지 부재는, 예를 들면, 두면(頭面)이 구상(球狀)인 볼 포인트를 이용하여 구성된다. 또한, 예를 들면 도 15에 나타낸 바와 같이, 3 개의 지지 부재(SM1, SM2, SM3) 중 2 개의 지지 부재(SM1, SM2)는, 시료(1)의 네 귀퉁이 중 대각이 아닌, 인접하는 두 귀퉁이에서 시료(1)에 접한다. 3 개의 지지 부재(SM1, SM2, SM3) 중 남은 1 개의 지지 부재(SM3)는, 다른 2 개의 지지 부재(SM1, SM2)가 배치되지 않은 두 귀퉁이의 사이의 영역에 배치된다.
광원(1001)은, 시료(1)에 대하여, 그 광학 화상을 취득하기 위한 광을 조사한다. 광원(1001)으로부터 출사된 광은, 빔 성형 광학계(1008)에 의해 빔 성형된 후에, 편광 빔 스플리터(1002)에서 반사하고, 2 분의 1 파장판(1003)을 투과한 후, 패러데이 회전자(1004)로 입사한다. 패러데이 회전자(1004)를 투과한 광은, 대물 렌즈(1005)에 의해 시료(1) 상에 조명된다.
시료(1)에서 반사한 광은, 대물 렌즈(1005)를 투과한 후, 패러데이 회전자(1004), 2 분의 1 파장판(1003), 편광 빔 스플리터(1002)를 투과한 후, 결상 광학계(1009)에 의해 소정의 배율로 확대되어 센서(1007)로 입사한다. 센서(1007)는 마스크(1006)의 광학 화상을 촬상한다.
패러데이 회전자(1004)는, 편광 빔 스플리터(1002)에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하, 바람직하게는－0.2도 이상이고 0.2도 이하가 되도록, 편광 빔 스플리터(1002)로부터 이간하여 배치된다. 이에 의해, 패러데이 회전자(1004)가 편광 빔 스플리터(1002)에 미치는 자기장의 영향을 최소한으로 할 수 있다.
그런데, 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사에서는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 또는 라인이 단선되는 오픈 결함의 검출이 목적이 된다. 도 6에 쇼트 결함의 예를 나타낸다. 영역(a1)에서는, 인접하는 2 개의 라인끼리가 연결되어 있고, 쇼트 결함이 되어 있다. 또한, 도 7은 오픈 결함의 예이다. 영역(a2)에서는 라인의 일부가 단선되어 있다. 이러한 쇼트 결함 또는 오픈 결함은, 마스크의 성능에 심각한 영향을 미친다. 또한, 나노 임프린트 리소그래피용 템플릿의 경우, 도 6 또는 도 7에 있어서의 흑의 영역은, 백의 영역에 대하여 수 10 nm의 깊이로 패여 있는 것을 나타내고 있다.
한편, 패턴 결함의 다른 형태로서, 도 8의 영역(a3)으로 보여지는 바와 같이, 엣지 러프니스가 커지는 것이 있다. 이러한 결함이 마스크로서의 성능에 주는 영향은, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과는 달리 한정적이라 여겨진다. 또한, 나노 임프린트 리소그래피용 템플릿의 경우, 도 8에서의 흑의 영역은, 백의 영역에 대하여 수 10 nm의 깊이로 패여 있는 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 결함 중에는, 실질적으로 문제가 되는 결함과 그렇지 않은 결함이 있고, 검사에 있어서는, 문제가 되는 결함만이 검출되면 된다. 구체적으로, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 검출될 필요가 있으나, 엣지 러프니스는 검출되지 않아도 된다. 그러나, 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스 모두가 해상 한계 이하의 크기이며, 또한 이들이 해상 한계 이하의 패턴, 보다 자세하게는, 결함 검사 장치의 광학계의 해상 한계 이하의 주기의 반복 패턴에 혼재하는 경우, 이 광학계에 의한 관찰에서는, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 명암과, 엣지 러프니스에 의한 명암과의 구별이 되지 않는다. 그 이유로서, 패턴의 광학 화상에 있어서는, 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스 모두가, 동일한 사이즈, 즉 해상 한계 정도의 사이즈로 확대되는 것을 들 수 있다.
도 9는 검사 대상이 되는 시료에 형성된 라인·앤드·스페이스 패턴을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 9에 있어서 패턴의 치수는 광학계의 해상 한계보다 작은 것으로 한다. 또한, 나노 임프린트 리소그래피용 템플릿의 경우, 도 9에서의 흑의 영역은, 백의 영역에 대하여 수 10 nm의 깊이로 패여 있는 것을 나타내고 있다. 이 도면의 영역(b1)에서는 라인 패턴의 일부가 결여되어 있어, 오픈 결함으로 되어 있다. 또한, 영역(b2)에서는 패턴의 엣지 러프니스가 커져 있다. 이러한 결함의 차이는, 실제의 시료 상에서는 명확하게 구별되지만, 광학계를 통한 관찰에서는 구별할 수 없게 된다. 이는, 광학계가 광원의 광의 파장(λ)과 개구 수(NA)로 정해지는 공간 주파수 필터로서 행하기 때문이다.
도 10은, 도 9의 패턴에 공간 주파수 필터를 설치한 것이다. 이 도면으로부터는, 영역(b1)에서의 결함과, 영역(b2)에서의 결함이, 동일한 정도의 사이즈로 확대되어 있어, 형상의 차이를 판별하기 어렵게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 해상 한계 이하의 오픈 결함과 엣지 러프니스를 광학계에 의해 구별하는 것은 원리적으로 곤란하다. 이는 쇼트 결함과 엣지 러프니스에 대해서도 마찬가지이다.
그런데, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같은 큰 결함은, 엣지 러프니스에 의한 결함과 같은 작은 결함에 비해, 조명광의 편광 상태에 주는 영향이 크다. 구체적으로, 도 6에 나타낸 바와 같은 쇼트 결함의 경우, 인접하는 라인끼리가 접속함으로써, 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 종 방향과 횡 방향에서 상이하게 된다.
예를 들면, 마스크에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우를 상정한다. 직선 편광의 편광 방향이, 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향에 대하여 45도일 때, 입사광의 전기장은, 종 성분과 횡 성분이 동일한데 반해, 오픈 결함 및 쇼트 결함에 의한 반사광의 전기장은, 종 성분과 횡 성분의 차가 커진다. 그 결과, 쇼트 결함에서 반사한 광의 편광 상태는, 입사광의 편광 상태와 상이하게 된다.
이에 대하여, 도 8에 나타낸 바와 같은 엣지 러프니스에 의한 결함의 경우는, 라인끼리가 접속하거나, 라인끼리가 단선되는 경우는 없으며, 또한 결함이라고 해도, 엣지 러프니스에서의 요철(凹凸)의 사이즈는, 쇼트 결함 또는 오픈 결함보다 미세하므로, 조명광의 전기장 성분의 횡 방향과 종 방향에 대한 감수성의 차는 그다지 크지 않다.
이 때문에, 마스크에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우에 있어서, 직선 편광의 편광 방향이 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향에 대하여 45도일 때, 엣지 러프니스에 의해 산란한 광의 편광 방향은, 입사광의 편광 방향인 45도에 가까운 값이 된다. 단, 엣지 러프니스의 방향이 라인·앤드·스페이스의 방향에 의존하므로, 편광에 대한 감수성은 종 방향과 횡 방향에서 완전히 동일해지지는 않으며, 반사광의 편광 방향은 45도에서 약간 벗어난 값을 취한다.
이와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과, 엣지 러프니스는, 조명광의 편광 상태에 주는 영향이 상이하다. 따라서, 이 차를 이용함으로써, 광학계의 해상 한계 이하의 패턴이라도, 결함을 분류하는 것이 가능하다. 구체적으로, 조명광의 편광 상태와, 마스크에서 반사한 광을 결상하는 광학계에서의 편광 제어 소자의 조건을 제어함으로써, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 편광 제어 소자로 제거하고, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 진폭 변화만을 추출할 수 있다.
구체적으로, 도 5에 있어서, 시료(1)의 엣지 러프니스로 산란한 광이, 편광 빔 스플리터(1002)에 의해 반사되고, 센서(1007)로 입사하는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(1004)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))를 바꾼다. 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광은, 엣지 러프니스로 산란한 광과는 상이한 편광각을 가지고, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광은, 편광 빔 스플리터(1002)를 투과 하여 센서(1007)에 도달한다. 이에 의해, 센서(1007)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 되므로, 이 광학 화상에 의하면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사가 용이해진다. 즉, 센서(1007)로 촬상된 광학 화상을 이용하여, 광학 해상 한계 이하의 패턴을 검사할 수 있다.
패러데이 회전각(θ)은, 다음과 같이 하여 바뀐다.
도 2 또는 도 3에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자(1004)는, 광학 재료(1004a)와, 그 주위에 감은 코일(1004b)을 가진다. 코일(1004b)에 흘리는 전류를 바꿈으로써, 광학 재료(1004a)에 인가되는 자기장의 강도를 제어하여, 패러데이 회전각(θ)을 바꿀 수 있다. 여기서, 패러데이 회전각(θ)은, 다음의 식으로 나타내진다. 또한, H는 자기장의 강도, l는 편광이 통과하는 물질의 길이를 나타낸다. 또한, V는 물질의 종류, 편광의 파장 및 온도에 의존하는 정수이며, 베르데 정수라고 칭해진다.
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예를 들면, 광학 재료(1004a)로서, DUV광에 대하여 높은 투과율을 가지는 SiO2, CaF2 또는 MgF2 등을 이용한 경우, 이들은 모두 자발(自發) 자화(磁化)를 가지지 않기 때문에, 원하는 패러데이 회전각(θ)을 얻기 위해서는, 광학 재료(1004a)에 큰 자계를 인가할 필요가 있다.
쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광을, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리하는데 적당한 패러데이 회전각(θ)은, 패턴의 구조에 따라 상이하다. 이 때문에, 결함 검사 장치(100)에서는, 시료(1)의 패턴에 따라, 패러데이 회전각(θ)이 바뀌도록 되어 있다. 구체적으로, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(1004)의 코일로 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 되도록 하고 있다.
또한, 패러데이 회전자에 영구 자석을 사용하는 경우에는, 자계의 강도가 상이한 복수의 영구 자석을 준비한다. 그리고, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 되는 영구 자석을 선택하여, 광학 재료에 필요한 자계가 인가되게 한다.
또한, 패러데이 회전각(θ)은, 광학 재료의 두께를 바꿈으로써도 변화한다. 따라서, 두께가 상이한 광학 재료를 복수 준비하고, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)을 실현 가능한 광학 재료를 선택해도 된다. 이 경우, 광학 재료로 인가하는 자계의 크기는, 광에 주는 패러데이 회전각에 의하지 않고 동일하게 할 수 있다.
도 16은 복수의 칩 영역이 X 방향과 Y 방향을 따라 배열된 예이다. 각 칩 영역 중에는, 반복 패턴이 형성되어 있다. 반복 패턴은, 예를 들면, 라인·앤드·스페이스 패턴 등의 배선 패턴, 구체적으로, 복수의 라인부가 X 방향을 따라 일정한 피치로 배열된 패턴으로 할 수 있다. 이 경우, 라인부의 배열 방향(X 방향)을 '반복 패턴의 반복 방향'이라고 한다.
예를 들면, 시료(1) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 45도의 편광면을 가지는 광이 조사되면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같은 큰 결함과, 엣지 러프니스에 의한 것과 같은 작은 결함과의 사이에서, 광의 전기장 성분에 대한 감수성에 차이가 나타나도록 할 수 있다. 한편, 광의 편광면이 시료(1) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 0도 또는 90도이면, 광의 감수성은 결함 간에서 동일해지므로 구별할 수 없다. 즉, 패턴에 조사되는 광의 편광면은, 패턴의 반복의 방향에 대하여 반드시 45도일 필요는 없으나, 0도 또는 90도가 아닌 것이 중요하다. 환언하면, 광의 편광면은, －5도 이상 5도 이하와, 85도 이상 95도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도로 하는 것이 바람직하다.
마스크(1006)를 조명하는 광의 편광 방향은, 패러데이 회전자(1004)뿐 아니라, 2 분의 1 파장판(1003)에 의해서도 변화한다. 본 실시예에서는, 2 분의 1 파장판(1003)에 회전 기구를 설치하여, 광의 편광면을 임의의 각도로 회전되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 2 분의 1 파장판(1003)은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자(1004)와 마스크(1006), 보다 상세하게는, 패러데이 회전자(1004)와 대물 렌즈(1005) 사이에 배치되어 있어도 된다.
본 실시예에서는, 패러데이 회전자(1004)가 주위의 광학 소자에 미치는 영향이 최소한이 되도록, 패러데이 회전자(1004)와 주위의 광학 소자 간에 소정의 거리를 형성한다. 구체적으로, 편광 빔 스플리터(1002)에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하, 바람직하게는, -0.2도 이상이고 0.2도 이하가 되도록, 패러데이 회전자(1004)를 편광 빔 스플리터(1002)로부터 거리를 두고 배치한다.
상기 구성으로 함으로써, 편광 빔 스플리터(1002)에 패러데이 효과가 생겨, 편광 빔 스플리터(1002)에서 광의 편향 방향이 변화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 엣지 러프니스로 산란한 광이 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하는 것이 방지되어, 센서(1007)로 촬상된 광학 화상의 검사가 가능해진다.
이어서, 도 5의 제어부(B)에 대하여 설명한다.
제어부(B)에서는, 결함 검사 장치(100) 전체의 제어를 담당하는 제어 계산기(110)가, 데이터 전송로가 되는 버스(120)를 개재하여, 위치 회로(107), 화상 처리 회로(108), 각도 제어 회로(14), 결함 검출 회로(134), 오토 로더 제어 회로(113), XY 테이블 제어 회로(114a), Z 테이블 제어 회로(114b), 기억 장치의 일례가 되는 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉시블 디스크 장치(116), 디스플레이(117), 패턴 모니터(118) 및 프린터(119)에 접속되어 있다.
또한, 도 5에 있어서 '~회로'라고 기재한 것은 '~부'라고도 표현된다. 예를 들면, 화상 처리 회로(108)는 본 발명의 화상 처리부에, 각도 제어 회로(14)는 본 발명의 각도 제어부에, 결함 검출 회로(134)는 본 발명의 결함 검출부에, 각각 대응한다. 이들은 전기적 회로에 의해 구성할 수 있으나, 컴퓨터로 동작 가능한 프로그램에 의해 구성되어도 된다. 또한, 소프트웨어가 되는 프로그램뿐 아니라, 하드웨어와 소프트웨어와의 조합 또는 펌 웨어와의 조합에 의해 실시되는 것이어도 된다. 프로그램에 의해 구성되는 경우, 프로그램은 자기 디스크 장치(109)에 기록될 수 있다. 예를 들면, 도 5의 각 회로는, 전기적 회로로 구성되어도 되고, 제어 계산기(110)에 의해 처리할 수 있는 소프트웨어로서 실현되어도 된다. 또한, 전기적 회로와 소프트웨어의 조합에 의해 실현되어도 된다.
Z 테이블(2)은, Z 테이블 제어 회로(114b)에 의해 제어된 모터(17b)에 의해 구동된다. 또한, XY 테이블(3)은, XY 테이블 제어 회로(114a)에 의해 제어된 모터(17a)에 의해 구동된다. 또한, 상기의 각 모터에는, 예를 들면 스텝 모터를 이용할 수 있다.
이어서, 결함 검사 장치(100)를 이용한 결함 검사 방법의 일례를 설명한다.
시료(1)의 광학 화상의 구체적인 취득 방법의 일례는, 다음과 같다.
시료(1)는, 수직 방향으로 이동 가능한 Z 테이블(2) 상에 재치된다. Z 테이블(2)은 XY 테이블(3) 상에 배치되어 있고, XY 테이블(3)이 이동함으로써, 시료(1)는, 수평 방향 및 수직 방향 모두로 이동 가능하다. XY 테이블(3)의 이동 위치는, 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어 위치 회로(107)로 보내진다. 또한, XY 테이블(3) 상의 시료(1)는, 오토 로더 제어 회로(113)에 의해 구동되는 오토 로더(130)로부터 자동적으로 반송되고, 검사 종료 후에는 자동적으로 배출된다.
광원(1001)은, 시료(1)를 조명하는 광을 출사한다. 광원(1001)으로부터 출사된 직선 편광은, 편광 빔 스플리터(1002)에서 반사하고, 2 분의 1 파장판(1003)을 투과한 후, 패러데이 회전자(1004)로 입사한다. 패러데이 회전자(1004)를 투과한 광은, 대물 렌즈(1005)에 의해 시료(1) 상에 결상된다. 대물 렌즈(1005)와 시료(1)와의 거리는, Z 테이블(2)을 수직 방향으로 이동시킴으로써 조정 가능하다.
이어서, 시료(1)에서 반사한 광은, 대물 렌즈(1005)를 투과한 후, 패러데이 회전자(1004), 2 분의 1 파장판(1003), 편광 빔 스플리터(1002)를 투과한 후, 센서(1007)로 입사한다. 센서(1007)는 마스크(1006)의 광학 화상을 촬상한다.
도 11은 시료(1)에 형성된 패턴의 광학 화상을 취득하는 순서를 설명한 도이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 시료(1) 상의 검사 영역은, 직사각형 형상의 복수의 프레임(201, 202, 203, 204, ···)으로 가상적으로 분할되어 있다. 그리고, 각 프레임(201, 202, 203, 204, ···)이 연속적으로 주사되도록, 도 5의 XY 테이블(3)의 동작이, XY 테이블 제어 회로(114a)에 의해 제어된다. 구체적으로, XY 테이블(3)이 -X 방향으로 이동하면서, 센서(1007)에 도 11에 나타난 바와 같은 주사폭(W)의 화상이 연속적으로 입력된다.
즉, 제1 프레임(201)에서의 화상을 취득한 후, 제2 프레임(202)에서의 화상을 취득한다. 이 경우, XY 테이블(3)이 제1 프레임(201)에서의 화상의 취득 시와는 반대 방향(X 방향)으로 이동하면서 광학 화상을 취득하고, 주사폭(W)의 화상이 센서(1007)에 연속적으로 입력된다. 제3 프레임(203)에서의 화상을 취득하는 경우에는, 제2 프레임(202)에서의 화상을 취득하는 방향과는 반대 방향(-X 방향), 즉, 제1 프레임(201)에서의 화상을 취득한 방향으로 XY 테이블(3)이 이동한다. 또한, 도 11의 사선 부분은, 상기와 같이 하여 광학 화상의 취득이 종료된 영역을 모식적으로 나타낸 것이다.
센서(1007)에 결상한 패턴의 상은, 광전 변환된 후, 또한 센서 회로(106)에 의해 A/D(아날로그 디지털) 변환된다. 또한, 센서(1007)에는, 예를 들면, 촬상 소자로서의 CCD 카메라를 일렬로 배열한 라인 센서가 이용된다. 라인 센서의 예로서는, TDI(Time Delay Integration) 센서를 들 수 있다. 이 경우, XY 테이블(3)이 X 축 방향으로 연속적으로 이동하면서, TDI 센서에 의해 시료(1)의 패턴이 촬상된다.
센서(1007)로 촬상된 후, 센서 회로(106)에서 A/D 변환된 광학 화상 데이터는, 화상 처리 회로(108)로 보내진다. 화상 처리 회로(108)에서는, 광학 화상 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내진다. 예를 들면, 256 단계의 계조치를 가지는 그레이 스케일로부터, 0 계조에서 255 계조 중 어느 하나의 값이 각 화소에 부여된다. 그리고, 이 데이터는, 후술하는 바와 같이, 시료(1)의 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사에 이용된다.
또한, 화상 처리 회로(108)에서는, 시료(1)로부터의 광 중, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(1007)로 입사하는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(1004)에 의한 패러데이 회전각(θ)이 설정된다. 이어서, 이 결과를 각도 제어 회로(14)로 보내, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(1004)의 코일로 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료로 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 화상 처리 회로(108)로 설정된 패러데이 회전각(θ)이 되게 한다. 그리고, 이 상태에서 재차 시료(1)에 광원(1001)의 광을 조명하면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광이, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 2 분의 1 파장판(1003)과 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하여, 센서(1007)로 입사한다. 그 결과, 센서(1007)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 된다. 따라서, 이 광학 화상을 이용함으로써, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사, 즉, 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사를 할 수 있다.
여기서, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 제거하는 조건을 찾아내는 구체적 방법에 대하여 설명한다.
일반적으로, 검사 대상이 되는 마스크 또는 템플릿에 있어서, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 매우 조금밖에 존재하지 않는 것에 반하여, 엣지 러프니스는 전면에 걸쳐 많이 존재한다. 예를 들면, 100 μm × 100 μm의 영역의 광학 화상을 취득했을 때, 이 영역에 쇼트 결함 또는 오픈 결함이 포함될 가능성은 낮으며, 또한 포함되었다고 해도 영역 내에서의 결함의 수는 적다. 즉, 이 영역 내에 있어서의 광학 화상의 대부분은 엣지 러프니스에 기인하는 것이다. 이는, 엣지 러프니스에 의한 결함을 배제하는 조건은, 100 μm × 100 μm 정도의 크기의 광학 화상 1 개로부터 구해지는 것을 의미한다.
이미 설명한 바와 같이, 광학 화상에서의 엣지 러프니스에 의한 계조치의 변화는, 센서(1007)로 입사하는 광의 편광 방향을 제어함으로써 제거할 수 있다. 구체적으로, 패러데이 회전자(1004)에 의한 패러데이 회전각(θ)을 제어함으로써, 센서(1007)로 입사하는 엣지 러프니스에 의한 산란광의 광량을 변화시켜, 광학 화상에서의 명암의 진폭을 바꿀 수 있다.
광학 화상에서의 명암의 진폭은, 화소마다의 계조치의 표준 편차로 나타내진다. 예를 들면, 도 5의 결함 검사 장치(100)에서, (도 1에서 설명한) 광학계의 화소 분해능이 50 nm일 때, 100 μm × 100 μm의 영역의 광학 화상은 400만 화소로 표현된다. 즉, 이 광학 화상 1 개에서 400만 개의 계조치의 표본이 얻어진다.
암시야 조명계에서는, 상기 표본에 대하여 표준 편차를 구하여, 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하고, 이 값이 최소가 되도록 결상 광학계측의 편광 상태, 즉 패러데이 회전각(θ)을 조정한다. 이와 같이 함으로써, 센서(1007)로 입사하는, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 광량을 최소한으로 할 수 있다.
한편, 명시야 조명계에서의 광학 화상의 경우, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도는, 0 차광의 영향을 받는다. 그 이유는, 다음과 같다. 검사 대상에는, 해상 한계 이하의 미세한 주기 패턴이 있으므로, 구조성 복굴절에 의한 위상차의 효과에 의해, 0 차광의 편광 상태가 변화한다. 이 때문에, 엣지 러프니스에 기인하는 반사광을 제거할 목적으로 패러데이 회전각(θ)을 바꾸면, 베이스가 되는 광량도 변화한다. 명시야상은, 쇼트 결함 또는 오픈 결함, 엣지 러프니스로부터의 산란광의 전기장 진폭과, 0 차광의 전기장 진폭과의 곱이므로, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도가 0 차광의 강도의 영향을 받는 결과가 된다.
엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 영향을 제외하고, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 감도를 향상시키기 위해서는, 0 차광에 기인하는 함수(구체적으로, 0 차광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건이 아니라, 엣지 러프니스에 기인하는 함수(구체적으로, 엣지 러프니스에 의한 산란광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건을 찾아낼 필요가 있다. 0 차광에 기인하는 함수가 극소가 되는 것은, 단지 베이스 광량이 최소가 되는 조건에 불과하여, 엣지 러프니스에 의한 영향을 모두 배제할 수 없기 때문이다.
엣지 러프니스에 기인하는 함수가 극소가 되는 조건은, 광학 화상의 계조치의 표준 편차(σ)와 평균 계조치(A)를 이용한 연산에 의해 구해진다. 여기서, 표준 편차(σ)는, 다양한 노이즈 요인으로 이루어지나, 특히, 엣지 러프니스에 의한 명암의 영향을 크게 받는다. 또한, 광학 화상의 평균 계조치(A)는, 베이스 광량, 즉 0 차광의 강도이다. 그리고, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭은, 광학 화상의 표준 편차(σ)를 평균 계조치(A)의 제곱근으로 나눈 값에 비례한다. 엣지 러프니스에 기인하는 명암의 진폭을 최소로 하는 조건을 찾아내기 위해서는, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸고 광학 화상을 취득하여, 얻어진 광학 화상에서의 계조치의 표준 편차를 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값
Figure 112015032073768-pat00002
을 산출한다. 그리고, 이 값
Figure 112015032073768-pat00003
이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 구하면 된다.
상술한 바와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같이 큰 결함은, 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 종 방향과 횡 방향에서 상이하다. 따라서, 이러한 결함에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)은, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 경우와는 상이하다. 즉, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 적용해도, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 되는 경우는 없다. 따라서, 엣지 러프니스에 기인하는 명암의 진폭에 묻히는 일 없이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광을, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리하는데 적당한 패러데이 회전각(θ)이 패턴의 구조에 따라 상이한 것에 대해서는, 이미 설명하였으나, 이는 또한 다음과 같이 상술된다.
엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)은, 검사 대상에 형성된 패턴의 구조에 따라 상이하다. 예를 들면, 패턴의 피치, 패임의 깊이, 라인과 스페이스의 비율 등이 변화하면, 전기장 진폭이 극소가 되는 패러데이 회전각(θ)도 변화한다. 따라서, 검사 대상의 패턴의 구조에 따라 패러데이 회전각(θ)을 구할 필요가 있다. 즉, 검사 대상에 동일한 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 사전에 구한 패러데이 회전각(θ)을 검사 공정에서 계속 사용할 수 있으나, 검사 대상에 구조가 상이한 복수의 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 패턴에 따라 패러데이 회전각(θ)을 바꿀 필요가 있다. 또한, 설계 상은 동일한 패턴이어도, 다양한 오차 요인에 의해, 패임의 깊이 또는 라인과 스페이스의 비율이 미소하게 변화하여, 산란광의 전기장 진폭을 최소로 하는 패러데이 회전각(θ)이 검사 대상 상에서 불균일해지는 경우가 있다. 이 때문에, 이러한 불균일에도 추종시켜, 패러데이 회전각(θ)을 변화시킬 필요가 있다.
이상과 같이 하여, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 배제하는 조건, 즉, 패러데이 회전각(θ)을 구할 수 있다. 이 처리는, 시료(1)의 검사의 전단계에서 행해진다. 즉, 엣지 러프니스에 의한 결함을 배제하는 조건을 찾아내기 위하여, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸면서, 시료(1)의 광학 화상을 센서(1007)로 촬상한다. 구체적으로, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(1004)의 코일(1004b)로 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 소정의 패러데이 회전각(θ)이 되게 한다. 예를 들면, 소정의 패러데이 회전각(θ)의 값마다, 100 μm × 100 μm 정도의 크기의 광학 화상이 1 개씩 얻어지면 된다. 취득된 광학 화상의 데이터는, 센서 회로(106)를 통하여 화상 처리 회로(108)로 보내지고, 시료(1)로부터의 광 중, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(1007)로 입사되는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(1004)에 의한 패러데이 회전각(θ)이 설정된다.
이미 설명한 바와 같이, 화상 처리 회로(108)에서는, 광학 화상 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내지므로, 암시야 조명계의 경우에는, 예를 들면, 1 개의 광학 화상에 대하여 표준 편차를 구하고, 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하고, 이 값이 최소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 구한다. 한편, 명시야 조명계의 경우에는, 화상 처리 회로(108)가 계조치의 표준 편차(σ)와 평균 계조치(A)를 취득한다. 구체적으로, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸어 광학 화상을 취득하고, 얻어진 각 광학 화상에서의 계조치의 표준 편차(σ)를 평균 계조치(A)의 제곱근으로 나눈 값을 산출한다. 그리고, 이 값이 최소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 구한다.
화상 처리 회로(108)로 구해진 패러데이 회전각(θ)에 관한 정보는, 각도 제어 회로(14)로 보내진다. 각도 제어 회로(14)는, 화상 처리 회로(108)로부터의 정보에 따라, 패러데이 회전자(1004)의 코일(1004b)로 흐르는 전류의 크기를 제어한다. 이에 의해, 패러데이 회전자(1004)의 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도가 변화하여, 패러데이 회전각(θ)을 화상 처리 회로(108)에서 구해진 값으로 할 수 있다.
패러데이 회전각(θ)을 상기 값으로 함으로써, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(1007)로 입사하는 것이 방지되므로, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광은, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 2 분의 1 파장판(1003)과 편광 빔 스플리터(1002)를 투과하여 센서(1007)로 입사한다. 센서(1007)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 된다. 따라서, 이 광학 화상을 이용함으로써, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사, 즉 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사를 할 수 있다.
(엣지 러프니스에 의한 결함이 제거된) 광학 화상 데이터가 화상 처리 회로(108)로 보내지면, 광학 화상에서의 화소 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내진다.
화상 처리 회로(108)에서 얻어진 계조치에 관한 정보는, 결함 검출 회로(134)로 보내진다. 광학계의 해상 한계 이하의 반복 패턴에, 쇼트 결함 또는 오픈 결함이 있으면, 패턴의 규칙성에 혼란이 생겨, 결함이 있는 개소의 계조치가 주위의 계조치와는 상이하게 된다. 이에 의해, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출할 수 있다. 구체적으로, 결함 검출 회로(134)는, 예를 들면, 평균 계조치를 중심으로 하여 상하로 임계치를 가지고, 화상 처리 회로(108)로부터 보내진 계조치가 이 임계치를 초과했을 때에 그 개소를 결함으로서 인식한다. 또한, 상기의 임계치 레벨은 검사 전에 사전에 설정된다. 결함 검출 회로(134)에서 얻어진 결함 정보는, 예를 들면, 자기 디스크 장치(109)에 보존된다.
또한, 결함 검사 장치(100)는, 검사 기능에 더하여 리뷰 기능을 갖는 것도 가능하다. 여기서, 리뷰란, 오퍼레이터에 의해, 검출된 결함이 실용상 문제가 되는 것인지 여부를 판단하는 동작이다.
예를 들면, 결함 처리 회로(134)에서 결함으로 판정된 개소의 좌표와, 그 광학 화상이 리뷰 장치(도시하지 않음)로 보내진다. 오퍼레이터는, 이 광학 화상을 표본이 되는 기준 화상과 눈으로 비교하여 리뷰한다. 리뷰에 의해 판별된 결함 정보는, 결함 정보 리스트로서, 자기 디스크 장치(109)에 보존할 수 있다. 또한, 기준 화상으로서는, 예를 들면, 검사 대상의 패턴의 설계 데이터로부터 작성된 참조 화상이 이용된다.
본 실시예에 의하면, 하프 미러로 바꾸어 패러데이 회전자를 이용함으로써, 반사 광학계에 있어서의 광량의 저하를 최소한으로 억제하여 대상물을 촬상할 수 있는 촬상 장치가 제공된다. 또한, 이 촬상 장치를 이용함으로써, 반사 광학계에 있어서의 광량의 저하를 최소한으로 억제하여 검사 대상물을 촬상하고, 그에 따라, 고정밀도의 검사를 행할 수 있는 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법이 제공된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 패러데이 회전각(θ)을 바꿈으로써, 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사를 행할 수 있다. 그리고, 패러데이 회전자가 주위의 광학 소자에 미치는 영향이 최소한이 되도록, 패러데이 회전자와 주위의 광학 소자와의 사이에 소정의 거리를 형성함으로써, 주위의 광학 소자에 패러데이 효과가 생기고, 주위의 광학 소자에 의해 광의 편광 방향이 변화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서로 입사하는 것이 방지되므로, 센서로 촬상된 광학 화상의 검사가 가능해진다. 즉, 본 실시예의 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법에 의하면, 광학 해상 한계 이하의 미세한 패턴을 검사할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않은 부분에 대한 기재를 생략하였으나, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절하게 선택하여 이용할 수 있음은 말할 필요도 없다. 그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 촬상 장치, 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
1 : 시료
2 : Z 테이블
3 : XY 테이블
14 : 각도 제어 회로
17a, 17b : 모터
201, 202, 203, 204 : 프레임
100 : 결함 검사 장치
106 : 센서 회로
107 : 위치 회로
108 : 화상 처리 회로
109 : 자기 디스크 장치
110 : 제어 계산기
113 : 오토 로더 제어 회로
114a : XY 테이블 제어 회로
114b : Z 테이블 제어 회로
115 : 자기 테이프 장치
116 : 플렉시블 디스크 장치
117 : 디스플레이
118 : 패턴 모니터
119 : 프린터
120 : 버스
122 : 레이저 측장 시스템
130 : 오토 로더
134 : 결함 검출 회로
1001, 2001 : 광원
1002 : 편광 빔 스플리터
1003, 2003 : 2 분의 1 파장판
1004 : 패러데이 회전자
1004a : 광학 재료
1004b : 코일
1005, 2005 : 대물 렌즈
1006, 2006 : 마스크
1007, 2007 : 센서
2002 : 하프 미러

Claims (15)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 대상물에 조명하는 편광 빔 스플리터와,
    상기 대상물에서 반사한 광이 상기 편광 빔 스플리터를 통해 입사함으로써 상기 대상물을 촬상하는 센서와,
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 대상물의 사이에 배치되고 상기 광의 편광면을 회전시키는 패러데이 회전자를 가지고,
    상기 패러데이 회전자는 상기 패러데이 회전자에 의한 자기장이 상기 편광 빔 스플리터에 영향을 미침으로써 발생되는 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.2도 이상이고 0.2도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자에는, 상기 패러데이 회전자를 투과하기 전의 광의 편광면이, 상기 패러데이 회전자를 왕복하여 투과함으로써 90도 회전하도록 자계가 인가되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 대상물의 사이에 2 분의 1 파장판이 배치되어 있고,
    상기 2 분의 1 파장판에 의해 상기 대상물을 조명하는 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2 분의 1 파장판은 회전 기구를 가지고,
    상기 회전 기구에 의해 상기 2 분의 1 파장판의 각도를 바꾸어 상기 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 소정의 파장의 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사하는 광을 반사하는 편광 빔 스플리터와, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사한 광을 투과하는 2 분의 1 파장판과, 상기 2 분의 1 파장판과 검사 대상이 되는 시료의 사이에 배치되어 상기 2 분의 1 파장판을 투과한 광을 투과하는 패러데이 회전자를 가지고, 상기 시료에 형성된 반복 패턴의 반복 방향에 대하여 -5도 이상 5도 이하와 85도 이상 95도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 상기 시료를 조명하는 조명 광학계와,
    상기 시료에 형성된 패턴의 광학 화상을 얻는 센서와,
    상기 시료에서 반사한 광을, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시켜, 상기 센서에 결상하는 결상 광학계와,
    상기 광학 화상에 대해 화소마다의 계조치를 구하고, (1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는 (2) 상기 회전 각도를 바꾸어 취득한 복수의 광학 화상에 있어서의 상기 계조치의 표준 편차를, 상기 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 화상 처리부와,
    상기 화상 처리부에서 취득한 상기 회전 각도가 되도록, 상기 패러데이 회전자에 자계를 인가하는 각도 제어부와,
    상기 패러데이 회전자에 상기 자계가 인가된 상태에서 촬상된 광학 화상에 기초하여, 상기 시료의 결함 검출을 행하는 결함 검출부
    를 가지고,
    상기 광원의 파장과 상기 패러데이 회전자를 투과한 광을 상기 시료에 조명하는 대물 렌즈의 개구 수에 의해 정해지는 해상 한계는, 상기 패턴을 해상하지 않는 값이고,
    상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.2도 이상이고 0.2도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자에는, 상기 패러데이 회전자를 투과하기 전의 광의 편광면이, 상기 패러데이 회전자를 왕복하여 투과함으로써 90도 회전하도록 자계가 인가되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 시료의 사이에 2 분의 1 파장판이 배치되어 있고,
    상기 2 분의 1 파장판에 의해 상기 시료를 조명하는 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 2 분의 1 파장판은 회전 기구를 가지고,
    상기 회전 기구에 의해 상기 2 분의 1 파장판의 각도를 바꾸어 상기 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  11. 소정의 파장의 광을 출사하는 광원으로부터 출사한 광을, 편광 빔 스플리터에서 반사시키고, 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자를 투과시켜, 검사 대상이 되는 시료에 형성된 반복 패턴의 반복 방향에 대하여 -5도 이상 5도 이하와 85도 이상 95도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하고, 상기 패러데이 회전자를 투과한 광을 대물 렌즈로 집광하여 상기 시료를 조명하고, 상기 시료에서 반사한 광을, 상기 패러데이 회전자와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 편광 빔 스플리터를 투과시켜 촬상 센서에 결상하고, 상기 시료에 형성된 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,
    상기 광학 화상에 대해 화소 마다의 계조치를 구하고, (1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는 (2) 상기 회전 각도를 바꾸어 취득한 복수의 광학 화상에 있어서의 상기 계조치의 표준 편차를, 상기 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 공정과,
    상기 취득한 회전 각도가 되도록, 상기 패러데이 회전자에 자계를 인가하는 공정과,
    상기 패러데이 회전자에 상기 자계가 인가된 상태에서 촬상된 광학 화상에 기초하여, 상기 시료의 결함 검출을 행하는 공정을 가지고,
    상기 광원의 파장과 상기 대물 렌즈의 개구 수에 의해 정해지는 해상 한계는, 상기 패턴을 해상하지 않는 값이고,
    상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.5도 이상이고 0.5도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자는, 상기 편광 빔 스플리터에 있어서의 패러데이 회전각이 -0.2도 이상이고 0.2도 이하가 되도록 상기 편광 빔 스플리터로부터 이간하여 배치되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 패러데이 회전자에는, 상기 패러데이 회전자를 투과하기 전의 광의 편광면이, 상기 패러데이 회전자를 왕복하여 투과함으로써 90도 회전하도록 자계가 인가되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터와 상기 검사 대상의 사이에 2 분의 1 파장판을 배치하고,
    상기 2 분의 1 파장판에 의해 상기 검사 대상을 조명하는 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 2 분의 1 파장판은 회전 기구를 가지고,
    상기 회전 기구에 의해 상기 2 분의 1 파장판의 각도를 바꾸어 상기 광의 편광 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
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