KR101843055B1

KR101843055B1 - 검사 방법 및 템플릿

Info

Publication number: KR101843055B1
Application number: KR1020160046946A
Authority: KR
Inventors: 히데오 츠치야
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2018-03-28
Also published as: US20160305892A1; KR20160124029A; US9797846B2

Abstract

본 발명은, 포커스 오프셋을 적절히 조절하여 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있는 검사 방법 및 템플릿을 제공한다.
템플릿의 전사면(Sf1)에는, 광원의 파장으로는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴(P1-1)과, 제1 패턴(P1-1)과 동일 면에 배치되며 제1 패턴(P1-1)과 방향이 동일하고 광원의 파장으로는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴(P1-2)과, 제2 패턴(P1-2)에 마련되고 광원의 파장으로는 해상할 수 없는 모의 결함(D1)과, 제1 패턴(P1-1)과 동일 면에 배치되며 제1 패턴(P1-1)의 방향을 반영한 형상의 제3 패턴(P1-3)이 마련되어 있다. 전사면(Sf1)과 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 모의 결함(D1)의 광학 화상을 촬상하여 포커스 오프셋을 조절한다.

Description

검사 방법 및 템플릿 {INSPECTION METHOD AND TEMPLATE}

본 발명은 검사 방법 및 템플릿에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치의 집적도의 증가에 수반하여 개개의 소자의 치수는 미소화가 진행되고, 각 소자를 구성하는 배선 또는 게이트 등의 폭도 미세화되고 있다.

이러한 미세 패턴을 형성하는 기술로서 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 또는 나노 임프린트 리소그래피(Nanoimprintlithography; NIL)가 주목받고 있다. EUV 리소그래피는 광원으로 극단 자외광을 사용하기 때문에, 종래의 ArF 광을 사용한 노광 장치보다 미세한 패턴의 형성이 가능하다. 한편, 나노 임프린트 리소그래피는 웨이퍼 상에 형성된 레지스트에 나노 스케일의 미세 패턴 구조를 가지는 템플릿(몰드)을 압압함으로써 광경화성 레지스트에 미세한 패턴을 전사 형성하는 것이다. 이들 기술 모두 원판이 되는 마스크 또는 템플릿에 형성되는 패턴은 지금까지의 ArF 리소그래피와 비교했을 때 미세해져, 그 검사에는 높은 정밀도가 요구된다.

EUV 리소그래피에 의한 마스크의 전사 공정에서는 스테퍼 또는 스캐너로 불리는 노광 장치가 이용된다. 노광 장치는 전사 광원으로서 광을 사용하여 마스크에 마련된 회로 패턴을 4 분의 1에서 5 분의 1 정도로 축소해 웨이퍼에 투영시킨다. 즉, 마스크에서는 웨이퍼에 형성되는 회로 치수의 4 배 ~ 5 배의 치수의 패턴이 형성된다. 이에 반해, 나노 임프린트 리소그래피에서의 템플릿에서는, 회로 치수와 등배(等倍)의 치수의 패턴이 소정의 깊이의 홈을 수반하여 판면에 형성된다. 예를 들면, 선단 반도체 디바이스의 경우, 패턴 또는 패턴 간의 스페이스의 선폭은 수십 nm 이상 수십 nm 이하 정도, 홈의 깊이는 수십 nm 이상 백 nm 이하 정도로 예상된다.

템플릿의 패턴은 회로 치수와 동일하다는 점에서, 템플릿에 결함이 있으면 그것이 웨이퍼에 전사될 패턴에 미치는 영향은 마스크의 패턴의 경우보다 커진다. 또한, 템플릿은 복수 회의 전사에서 사용되므로, 패턴과 함께 결함도 모든 웨이퍼에 전사된다. 따라서, 템플릿의 패턴을 검사함에 있어서는 마스크의 패턴을 검사하는 경우보다 더 높은 정밀도가 필요해진다. 예를 들면 일본특허공개공보 제2012-26977호에는 템플릿의 결함을 검출하는 검사 장치가 개시되어 있다.

그런데, 템플릿에 형성된 패턴이 검사 장치의 광원의 파장보다 미세해지면 패턴을 해상할 수 없게 된다. 일반적으로 그 한계 치수는 레일리의 해상 한계로서 알려져 있다. 회로 패턴의 미세화가 진행되는 최근에는 검사 장치에서의 광학계의 해상 한계보다 패턴 치수가 미세해질 수 있다.

검사 장치의 광학계의 개구 계수를 NA, 광원의 파장을 λ로 하면, 광학계의 해상 한계(R)는 식(1)에 의해 나타내어진다. 여기서, 통상적으로 개구 계수(NA)는 0.7 내지 0.8 정도의 값이다. 또한, k₁은 결상의 조건에 의존하는 계수로서 0.5 내지 1 정도의 값이다.

현재 주력이 되고 있는 선단 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼로의 회로 패턴의 축소 투영 노광에 이용되는 마스크의 검사에서는, 노광 장치의 광원의 파장에 가까운 200 nm 정도의 파장의 연속광을 마스크에 조사하고 있다. 그리고, 마스크를 투과한 광 또는 마스크에서 반사된 광을 적절한 확대 광학계를 거쳐 센서에서 수광하여 마스크의 광학 화상이 되는 전기 신호를 얻고 있다. 마스크에 형성되는 패턴의 치수는 웨이퍼에 형성되는 패턴의 선폭(수십 nm)의 4 배 정도, 즉 백 nm 이상 수백 nm 이하 정도이다.

그래서, 식(1)에서 광원의 파장을 200 nm로 하고 개구 계수를 0.7로 하면,

가 된다. 따라서, 이 경우의 해상 한계 치수는 143 nm이다. 즉, 마스크의 패턴이 143 nm보다도 근접하면 그 패턴에 대응된 휘도 진폭의 전기 신호가 센서에서 얻어지지 않게 된다. 이는 템플릿의 패턴에 대해서도 동일하다. 템플릿의 패턴은 웨이퍼에 형성되는 회로 치수와 등배이므로, 원칙적으로 해상할 수 없다. 또한, 일부의 인출선 또는 게이트선으로 불리는 반복적이지 않은 약간 굵은 편의 패턴인 경우에는 그 형상을 식별할 수 있는 경우가 있다.

이러한 미세한 패턴을 해상하여 결함을 식별하는 방법으로서, 상기와 같은 광원을 이용한 검사 광학계 대신에 전자선 또는 원자간력을 응용하는 패턴의 채취 원리를 고려할 수 있다. 그러나, 전자선 또는 원자간력을 이용한 검사의 경우, 스루풋이 낮아 양산에 적합하지 않다고 하는 문제가 있다.

그런데, 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이 형성되어 있는 템플릿에서 그 반사 광학 화상을 취득하면, 패턴이 배치되어 있지 않은 개소의 광학 화상(전기 신호상)은 템플릿의 막질에 따른 휘도가 된다. 예를 들면, 캘리브레이션으로 결정된 백 레벨에 가까운 균일한 휘도의 광학 화상이 된다. 또한, 패턴이 배치되어 있는 개소의 광학 화상에서는 패턴이 배치되어 있지 않은 개소와는 상이한 휘도, 예를 들면 백 레벨과 흑 레벨의 중간 정도의 균일한 회색 화상으로서 관찰된다.

한편, 소정의 패턴이 주기성을 가지고 형성되어 있는 개소에 결함이 있으면, 그 주기성에 흐트러짐이 발생하여, 광학 화상은 균일한 회색 상에 결함의 정도에 따른 휘도 변화를 가지는 상이 된다. 이 휘도 변화는 예를 들면, 고립된 백점 또는 흑점이 되어 관찰된다.

상기와 같은 주기성의 흐트러짐에 따른 휘도 변화를 검출함으로써, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 이러한 결함은, 동일한 템플릿에서 복수의 다이의 광학 화상끼리를 비교하는 다이 - 다이 비교 방식, 또는 동일한 패턴이 형성되어 있는 영역의 광학 화상끼리를 비교하는 셀 비교 방식 등을 이용하여 검출된다. 예를 들면, 무결함이면 균일한 회색 화상으로 보이는 2 개의 다이를 비교하여, 주기성의 흐트러짐에 따른 휘도 변화를 수반하고 있는 쪽의 화상을 결함이 있다고 판정한다.

여기서, 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴에 대해 패턴과 광학계의 초점 위치를 변경하여 광학 화상을 촬상하면, 각 광학 화상에는 상기의 휘도 변화, 즉 계조치의 불균일이 보여지는데, 이 불균일의 크기는 초점 위치에 따라 변한다. 불균일이 최대가 되는 초점 위치가 광학 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 곳, 즉 합초점 위치이다. 그러나 결함 검사에서는, 합초점 위치에 대하여 의도적으로 일정한 거리(포커스 오프셋)를 마련하여 검사하는 편이, 결함 검사의 신호 / 노이즈(S / N) 비가 개선되는 경우가 있다는 것이 알려져 있다. 그래서, 광학 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 합초점 위치를 구하고, 이어서 이 합초점 위치에 포커스 오프셋의 분을 보정한 위치를 최적의 초점 위치로서 검사한다.

또한, 포커스 오프셋에도 최적값이 있으며, 또한 그 최적값은 결함의 종류, 형상, 치수 등에 의해 변화된다.

예를 들면, 일정한 주기성을 가지고 규칙적으로 배열되어 있는 라인·앤드·스페이스 패턴을 고려한다. 이 패턴에 단선에 의한 결함 개소가 있다고 하고, 이 결함 개소를 어느 포커스 오프셋으로 관찰하면, 균일한 회색 화상에 결함 개소가 흰 휘점이 되어 보인다. 이 상태에서 포커스 오프셋을 변경해 가면 균일한 회색 화상에 결함 개소가 검은 휘점이 되어 보이게 된다. 또한, 그 중간의 포커스 오프셋으로는 화상 센서에서 결함 신호의 진폭이 얻어지지 않아 결함을 관찰할 수 없게 된다.

또한 예를 들면, 상기의 라인·앤드·스페이스 패턴에서 인접하는 라인 패턴의 일부가 연결되어 단락되어 있는 결함이 있으면, 그 결함이 보여지는 방식은 단선에 의한 결함이 보여지는 방식과는 흑백 반전된다. 즉, 단선에 의한 결함으로는 흰 휘점이 되어 보여지는 포커스 오프셋을 단락에 의한 결함에 적용하면, 단선인 경우와 흑백 반전되어, 단락에 의한 결함은 검은 휘점이 되어 보여진다. 또한, 단선에 의한 결함으로 검은 휘점이 되어 보여지는 포커스 오프셋에서는, 단락에 의한 결함은 흰 휘점이 되어 보여진다.

또한, 상기 예에서 단락 또는 단선의 형상 또는 크기가 상이하면, 결함의 휘도, 즉 흰 휘점 또는 검은 휘점의 휘도가 변화되거나, 휘도가 최대가 되는 포커스 오프셋이 변화된다.

이러한 점에서, 템플릿을 검사할 때에는 먼저 예비 검사를 행하여 결함을 검출하고, 이어서 그 결함으로 포커스 오프셋을 조절하여 결함을 검출하는데 최적의 포커스 오프셋을 찾아낸 후에 본검사를 행하는 것이 좋다. 그러나, 예비 검사에서 결함이 검출되지 않으면 포커스 오프셋을 조절할 수 없게 된다. 이 때문에, 그 후의 본검사에서도 결함이 검출되지 않는 경우, 이것이 실제로 결함이 없기 때문인지 혹은 포커스 오프셋이 적당하지 않아 결함을 검출할 수 없기 때문인지 구별이 가지 않아 결과적으로 검사의 품질을 보증할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 포커스 오프셋을 적절히 조절하여 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있는 검사 방법 및 템플릿을 제공한다.

본 발명의 일 태양은, 광원으로부터 출사된 광을 광학계를 거쳐 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 광학계를 거쳐 센서에 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로서,

상기 기판은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과, 상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지고 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수의 제3 패턴을 구비하고 있으며, 상기 제1 패턴이 마련된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 베이스가 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절하는 공정과,

상기 포커스 오프셋으로 조절한 후에 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 상기 스크라이브 라인 영역에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며, 상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제2 패턴과, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고, 상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크를 겸하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 복수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에 치수차가 있는 경우, 또는, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴이 모두 라인·앤드·스페이스 패턴이며, 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비가 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이 차이가 있는 경우에, 상기 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상으로부터 구한 포커스 오프셋이 상기 제1 패턴에서 최적이 되도록 환산하는 공정을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지며, 상기 포커스 오프셋을 조절한 후에 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 편광 빔 스플리터로 반사시키고, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고,

상기 기판에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시킨 후에 상기 센서에 입사시켜 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻는 공정과,

상기 모의 결함의 광학 화상으로부터 화소마다의 계조치를 구하여,

(1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는

(2) 상기 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 모의 결함의 광학 화상에서의 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 상태로 상기 제1 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,

상기 제1 패턴의 광학 화상을 이용하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지며,

상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴이고,

상기 모의 결함에는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 및 라인이 단선되는 오픈 결함 중 적어도 일방과, 엣지 러프니스에 의한 결함이 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 태양은, 광원으로부터 출사된 광을 광학계를 거쳐 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 광학계를 거쳐 센서에 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로서,

상기 기판은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과, 상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지고 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수의 제3 패턴을 구비하고 있으며,

상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴이고, 상기 모의 결함에는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 및 라인이 단선되는 오픈 결함 중 적어도 일방과, 엣지 러프니스에 의한 결함이 있으며,

상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지며, 상기 포커스 오프셋을 조절한 후에 상기 광원으로부터 출사된 광을 이용하여 상기 편광 빔 스플리터로 반사시키고, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시킨 후에 상기 센서에 입사시켜 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻도록 구성되어 있고,

상기 포커스 오프셋의 조절을 위해 포커스 오프셋의 조건 범위를 설정하는 공정과,

상기 기판을 조명하는 상기 광의 편광면의 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대한 각도를 조절하기 위해 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건 범위를 설정하는 공정과,

상기 포커스 오프셋의 조건 범위 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건 범위의 각각의 범위 내에서, 상기 포커스 오프셋의 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건을 변경하면서 복수 조건의 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하는 공정과,

상기 촬상된 복수의 광학 화상을 해석하고, 각각에 대해 상기 모의 결함의 상기 쇼트 결함 및 오픈 결함 중 일방의 신호 강도를 상기 엣지 러프니스에 기인하는 노이즈의 신호 강도로 나누어 평가 척도를 산출하는 공정과,

상기 평가 척도를 이용하여 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻기 위한 상기 포커스 오프셋의 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건을 추출하고, 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하기 위한 상기 포커스 오프셋의 검사 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 검사 조건을 결정하는 공정과,

상기 포커스 오프셋의 검사 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 검사 조건에 따라 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며,

상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 상기 스크라이브 라인 영역에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제2 패턴과, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고,

상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크를 겸하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 복수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 태양은, 제1 패턴이 마련된 패턴 영역과 상기 패턴 영역의 주위에 마련된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역을 전사면에 가지고,

상기 스크라이브 라인 영역은, 얼라인먼트 마크가 배치된 얼라인먼트 마크 영역과, 상기 얼라인먼트 마크 영역 이외의 영역에 마련된 제2 패턴 및 제3 패턴과, 상기 제2 패턴에 마련된 모의 결함을 가지며,

상기 제1 패턴은, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 결함의 유무를 검사하는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이고,

상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이고,

상기 모의 결함은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세하고,

상기 제3 패턴은, 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지며 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수인 것을 특징으로 하는 템플릿에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 태양은, 제1 패턴이 마련된 패턴 영역 및 상기 패턴 영역의 주위에 마련된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역을 전사면에 가지고,

상기 스크라이브 라인 영역에는 얼라인먼트 마크 영역이 마련되며,

상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과,

상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과,

상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고,

상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수이며, 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 템플릿에 관한 것이다.

도 1은 검사 장치의 테이블에 템플릿이 배치된 상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 실시 형태 1의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 템플릿의 전사면과 인접하여 전사되는 전사면과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 일부 확대도이다.
도 5는 템플릿의 전사면에 마련된 얼라인먼트 마크 영역과 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 나타내는 도면이다.
도 6은 쇼트 결함을 모의한 예이다.
도 7은 오픈 결함을 모의한 예이다.
도 8은 실시 형태 1의 검사 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 실시 형태 1의 검사 장치의 구성도이다.
도 10은 엣지 러프니스에 의한 결함을 나타내는 도면이다.
도 11은 엣지 러프니스에 의한 결함과 오픈 결함을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 패턴에 공간 주파수 필터를 적용한 도면이다.
도 13은 검사 장치의 광학계에 의해 광의 편광면이 회전하는 모습의 설명도이다.
도 14는 검사 장치의 광학계에 의해 광의 편광면이 회전하는 모습의 설명도이다.
도 15는 템플릿의 피검사 영역과 스트라이프 및 프레임과의 관계를 설명하는 도면이다.
도 16은 실시 형태 2의 템플릿의 전사면의 평면 모식도이다.
도 17은 실시 형태 2의 얼라인먼트 마크 영역의 일례이다.
도 18은 도 17의 일부 확대도이다.
도 19는 실시 형태 2의 얼라인먼트 마크 영역의 다른 예이다.
도 20은 실시 형태 2의 얼라인먼트 마크 영역에 마련된 모의 결함을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시 형태 2의 얼라인먼트 마크 영역의 다른 예이다.
도 22는 패턴의 단락이 인접하여 3 개 발생되어 있는 쇼트 결함의 예이다.
도 23은 패턴의 단락이 인접하여 2 개 발생되어 있는 쇼트 결함의 예이다.
도 24는 패턴의 단락이 인접하여 3 개 발생되어 있는 오픈 결함의 예이다.
도 25는 패턴의 단락이 인접하여 2 개 발생되어 있는 오픈 결함의 예이다.
도 26은 패턴의 선폭 결함이 고립되어 있는 예와 2 개 인접하여 발생한 예이다.
도 27은 패턴의 선폭 결함이 고립되어 있는 예와 2 개 인접하여 발생한 예이다.
도 28은 실시 형태 3의 검사 방법을 나타내는 순서도이다.
도 29는 신호 강도의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 30은 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 신호 강도의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 31은 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.

전술한 바와 같이, 종래법에서는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이 형성된 템플릿을 검사할 때, 먼저 예비 검사를 행하여 적당한 결함을 검출하고, 이어서 그 결함으로 포커스 오프셋을 조절하여 최적의 포커스 오프셋을 찾아낸 후에 본검사를 행하고 있었다. 그러나, 이 방법에서는 예비 검사에서 결함이 검출되지 않으면 포커스 오프셋의 조절을 할 수 없다.

또한, 포커스 오프셋의 최적 위치는 후술하는 바와 같이 피검사 패턴의 반복의 방향성에 의존한다. 이 때문에, 예비 검사에서 포커스 오프셋이 적절하게 조절된 경우라도, 조절 시의 반복 패턴의 방향과 본검사에서 광학 화상을 촬상할 때의 반복 패턴의 방향이 상이하면 최적의 초점 위치에서 광학 화상이 촬상되지 않게 된다. 이 문제에 대해 이하에 상술한다.

템플릿에 형성된 반복 패턴의 광학 화상은, 템플릿을 보지(保持)하는 테이블이 이동하면서 소정 영역마다 순차적으로 촬상된다. 예를 들면, 반복 패턴이 형성된 영역은 스트라이프라고 칭해지는 직사각형 형상의 소영역으로 가상적으로 분할된다. 각 스트라이프는 예를 들면, 길이가 피검사 영역의 X 방향의 전체 길이와 동일하고 Y 방향으로 정렬되어 있다. 테이블이 - X 방향으로 이동하면 1 개의 스트라이프의 광학 화상이 X 방향으로 순차적으로 촬상된다. 스트라이프의 가장자리에 도달하면 테이블은 - Y 방향으로 스텝 이동한다. 그리고, 테이블이 X 방향으로 이동하면 Y 방향으로 인접하는 스트라이프의 광학 화상이 - X 방향으로 순차적으로 촬상된다. 이러한 공정을 반복함으로써 모든 스트라이프의 광학 화상이 촬상된다.

여기서, 템플릿에 형성된 반복 패턴으로서, Y 방향으로 2 개의 엣지가 연장되는 라인 패턴이 X 방향으로 반복되고 있는 라인·앤드·스페이스 패턴을 고려한다. 상기한 바와 같이 1 개의 스트라이프를 촬상할 때의 테이블의 이동 방향은 X 축으로 평행하므로, 패턴의 반복의 방향으로도 평행하다. 또한 이 경우, 합초점 위치에 포커스 오프셋의 분을 보정한 위치가 최적의 초점 위치가 된다.

포커스 오프셋의 최적값은 예비 검사에 의해 구해지며, 본검사를 할 때의 적절한 초점 위치의 결정에 이용된다. 그러나, 예비 검사와 본검사에서의 피검사 패턴이 동일해도 광학 화상을 촬상할 때의 패턴의 방향, 자세하게는 테이블의 이동 방향에 대한 패턴의 반복의 방향이 예비 검사와 본검사에서 상이하면, 포커스 오프셋의 최적값도 상이해진다. 상기 예라면, 템플릿의 방향을 90 도 회전시켜 라인 패턴의 2 개의 엣지가 X 방향으로 연장되고 패턴의 반복의 방향이 Y 방향이 되도록 하면, 포커스 오프셋의 최적값은 상기에서 구한 값과는 상이해진다. 그러나, 피검사 패턴은 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세하므로, 예비 검사시와 본검사시에 패턴의 반복의 방향이 동일하지 않았다고 해도 이를 파악하지 못하여, 결과적으로 최적의 초점 위치에서 광학 화상이 촬상되지 않게 된다.

이상의 점을 감안하여, 본 실시 형태에서는, 템플릿에 미리 모의 결함을 형성해 두고, 이 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행한다. 이와 같이 함으로써, 피검사 패턴에 결함이 있는지 없는지에 상관없이 항상 최적의 포커스 오프셋으로 검사를 행할 수 있게 된다. 또한, 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상과 검사 장치의 광학계의 해상 한계 이상의 치수를 가지는 패턴을 템플릿에 마련한다. 이에 따라, 포커스 오프셋의 최적값을 구했을 때의 피검사 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있으므로, 광학 화상을 촬상할 때의 패턴의 방향을 이와 일치시키면 최적의 초점 위치에서 광학 화상을 촬상할 수 있게 된다.

구체적으로는, 템플릿의 피검사 패턴으로서, 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴을 고려한다. 또한 이 제1 패턴으로는, 레지스트를 개재하여 웨이퍼에 전사되는 기능 소자를 구성하는 라인·앤드·스페이스 패턴 또는 콘택트 홀 패턴 등의 반복 패턴이 상정된다.

또한, 이 템플릿의 제1 패턴과 동일 면이고 또한 제1 패턴이 형성된 영역의 외주부에, 상기 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴을 배치한다. 제2 패턴의 방향은 제1 패턴의 방향과 동일하게 한다. 예를 들면, 제1 패턴이 Y 방향으로 2 개의 엣지(장변)가 연장되는 라인 패턴이 X 방향으로 반복되고 있는 라인·앤드·스페이스 패턴이라면, 제2 패턴도 Y 방향으로 2 개의 엣지(장변)가 연장되는 라인 패턴이 X 방향으로 반복되고 있는 라인·앤드·스페이스 패턴이다. 또한, 제1 패턴이 콘택트 홀 패턴이고 X 방향의 홀 간 거리(Wx)가 Y 방향의 홀 간 거리(Wy)보다 큰 경우에는, 제2 패턴도 X 방향의 홀 간 거리(Wx)가 Y 방향의 홀 간 거리(Wy)보다 큰 콘택트 홀 패턴이다.

또한, 이 제2 패턴에 상기 해상 한계보다 미세한 모의 결함을 마련한다. 또한, 제1 패턴과 동일 면이고 또한 제1 패턴이 형성된 영역의 외주부에, 광학계의 해상 한계 이상의 치수이며 제1 패턴의 방향을 반영한 형상의 제3 패턴을 마련한다.

이어서, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 실시 형태 1에서는, 모의 결함이 배치된 제2 패턴 및 피검사 패턴의 방향을 검지하는 제3 패턴을 템플릿의 전사면에서 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 스크라이브 라인 영역에 마련하는 예에 대해 설명한다. 실시 형태 2에서는, 스크라이브 라인 영역에 배치된 얼라인먼트 마크 영역이, 모의 결함을 가지는 제2 패턴과, 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 피검사 패턴의 방향을 검지하기 위한 제3 패턴을 가지고, 이 제3 패턴이 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 겸하는 예에 대해 설명한다.

그리고 실시 형태 3에서는, 실시 형태 1과 마찬가지로 전술한 제2 패턴 및 전술한 제3 패턴을 전술한 스크라이브 라인 영역에 마련하는 예로서, 이들을 사용하는 템플릿의 검사 방법이 실시 형태 1과 상이한 예에 대해 설명한다.

실시 형태 1.

본 실시 형태의 템플릿은 글라스 기판에 회로 패턴이 새겨진 것으로서, 전사에 필요한 면적에 상당하는 부분을 볼록 형상으로 남기고 그 주위가 파인 대지(臺地)(메사) 구조를 가진다. 도 1은 검사 장치의 테이블에 템플릿이 배치된 상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 또한, 이 도면에서는 템플릿을 부호 T로 나타내고 있으며, 부호 T₁이 볼록 형상부, 부호 T₂가 파인 부분이다. 이 볼록 형상부(T₁)가 전사면이 된다.

회로 패턴은 전사면에 형성되어 웨이퍼에 전사된다. 템플릿의 검사에서는 이 회로 패턴이 피검사 패턴이 된다. 회로 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴 또는 콘택트 홀 패턴 등의 반복 패턴, 즉 주기성을 가지고 반복되는 규칙적인 패턴으로 이루어진다.

도 2는 본 실시 형태에서의 템플릿의 전사면의 평면 모식도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 전사면(Sf1)에서 피검사 패턴이 배치되는 패턴 영역(P1)에는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 치수의 제1 패턴(P1-1)이 형성되어 있다. 제1 패턴(P1-1)은 라인·앤드·스페이스 패턴이며, 이 도면에서는 라인 패턴의 2 개의 엣지가 Y 방향으로 연장되어 있고 X 방향으로 이 라인 패턴이 반복되는 형상으로 되어 있다. 제1 패턴(P1-1)으로는 예를 들면, 반도체 칩의 메모리 매트부에 형성되는 패턴 등을 들 수 있다. 제1 패턴(P1-1)은 글라스 기판을 예를 들면 10 nm 이상 100 nm 이하의 깊이로 새김으로써 형성된다. 또한, 패턴 영역(P1)에는 제1 패턴(P1-1) 외에 광학계의 해상 한계 이상의 치수를 가지는 패턴이 형성되어 있어도 된다.

도 3은 도 2의 템플릿의 전사면(Sf1)과 그 주위에 전사되는 다른 전사면과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3에서 점선으로 도시된 영역(Sf2 ~ Sf5)이 전사면(Sf1)의 주위에 전사되는 다른 전사면이다. 이 도면으로 알 수 있는 바와 같이, 전사면의 윤곽선은 뒤얽힌 요철 형상을 하고 있다. 이는 인접하여 전사되는 전사면끼리가 중첩되지 않도록 서로 끼우기 위한 형상이다.

도 4는 도 3의 전사면(Sf1, Sf2)을 확대하여 나타낸 것이다. 패턴 영역(P1, P2)과 전사면(Sf1, Sf2)의 외연부 사이의 영역은 스크라이브 라인 영역(Sc1, Sc2)이다. 스크라이브 라인 영역(Sc1, Sc2)은 스크라이브 라인이 되는 영역으로서, 전사 시에 패턴 영역(P1, P2)이 서로 중첩되지 않도록 하기 위해 마련되는 중첩몫의 영역이다. 스크라이브 라인 영역(Sc1, Sc2)의 폭은 예를 들면, 50 μm 내지 100 μm 정도로 할 수 있다.

도 2로 되돌아와서, 본 실시 형태에서는 패턴 영역(P1)의 외주부에 마련된 스크라이브 라인 영역(Sc1)에 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1)이 마련되어 있다. 이 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1)에는 제1 패턴(P1-1)을 본뜬 패턴, 즉 제1 패턴과 형상 및 치수가 동등하고 제1 패턴과 동일한 방향성을 가지는 제2 패턴(P1-2)이 마련되어 있다. 자세하게는, 제2 패턴(P1-2)은 제1 패턴(P1-1)과 마찬가지로 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 치수의 라인·앤드·스페이스 패턴이며, 라인 패턴의 2 개의 엣지가 Y 방향으로 연장되어 있고 X 방향으로 이 라인 패턴이 반복되는 형상으로 되어 있다. 제2 패턴(P1-2)은 글라스 기판을 예를 들면 10 nm 이상 100 nm 이하의 깊이로 새김으로써 형성된다. 또한, 도 2에서 제1 패턴(P1-1)을 90 도 회전시키면, 라인 패턴의 2 개의 엣지가 X 방향으로 연장되어 있고 Y 방향으로 이 라인 패턴이 반복되는 형상이 된다. 제2 패턴(P1-2)도 제1 패턴(P1-1)과 마찬가지로 90 도 회전시키면, 라인 패턴의 2 개의 엣지가 X 방향으로 연장되어 있고 Y 방향으로 이 라인 패턴이 반복되는 형상이 된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 패턴(P1-2)에는 모의 결함(D1)이 마련되어 있다. 모의 결함(D1)도 제1 패턴 또는 제2 패턴과 마찬가지로 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세하다.

본 실시 형태에서의 모의 결함의 예로는 도 6 또는 도 7에 나타낸 것을 들 수 있다. 이들 도면에서 모의 결함의 배경이 되는 패턴은 본 실시 형태에서의 제2 패턴이다. 도 6의 영역(a1)에 나타내는 모의 결함은 도 2의 모의 결함(D1)과 동일하며, 패턴이 단락된 쇼트 결함을 모의하고 있다. 한편, 도 7의 영역(a2)에 나타내는 모의 결함은 패턴이 단선된 오픈 결함을 모의한 예이다.

모의 결함은 도 6 또는 도 7의 예에 한정되지 않는다. 다른 종류의 결함을 모의해도 되고, 또한 치수, 형상, 개수 등이 상이한 모의 결함을 마련해도 된다. 또한, 이들 중 적어도 1 개가 상이한 모의 결함을 복수 마련해도 된다.

포커스 오프셋의 최적값은 결함의 종류, 치수, 형상 등에 따라 변화되므로, 이들이 상이한 복수의 모의 결함을 마련함으로써 결함 전체적으로 최적의 포커스 오프셋을 찾아낼 수 있게 된다.

예를 들면, 도 6 및 도 7에서의 결함의 치수는 제2 패턴의 선폭과 동일한 정도이지만, 결함의 치수를 제2 패턴의 절반 정도 또는 2 배 정도로 해도 된다.

또한, 오픈 결함 또는 쇼트 결함에 한정되지 않고 엣지 러프니스 또는 라인 패턴의 선폭이 국소적으로 굵어진 결함, 국소적으로 가늘어진 결함 등을 모의해도 된다.

또한, 결함을 인접하여 2 개 이상 마련해도 된다. 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함을 복수 마련함으로써, 검사 장치의 결함 검출 감도가 변화되었는지 아닌지를 판단하는 기준에 모의 결함을 이용할 수 있다.

예를 들면, 검사 장치로 모의 결함의 광학 화상을 촬상했을 때, 모의 결함의 신호가 그 치수에 의존하여 경시적으로 변화되고 있다고 한다. 이 경우, 본검사를 행하지 않고 예비 검사의 단계에서 검사 공정을 정지하는 것이 바람직하다. 일례로서, 검사 장치가 처음에는 모든 모의 결함을 검출할 수 있었는데 검출 감도가 변화되어, 도 22의 영역(b1)에 나타낸 것과 같은 패턴의 단락이 인접하여 3 개 발생되어 있는 모의 결함을 검출할 수는 있으나, 도 23의 영역(b2)에 나타낸 것과 같은 패턴의 단락이 인접하여 2 개 발생되어 있는 모의 결함을 검출할 수 없어진 경우를 들 수 있다. 또한, 도 22는 패턴의 단락이 3 개 인접하여 발생한 쇼트 결함을 모의한 예이고, 도 23은 패턴의 단락이 2 개 인접하여 발생한 쇼트 결함을 모의한 예이다. 결함 검출 감도가 저하되는 원인으로는 예를 들면, 광원의 광량이 저하되어 있거나 테이블에 진동이 발생되고 있는 것이 고려된다. 그래서, 이러한 경우에는 포커스 오프셋의 조정 단계에서 일련의 검사 공정을 정지하고 검사 장치의 스테이터스 이상의 유무를 조사하는 것이 바람직하다.

도 24 ~ 도 27에 검사 장치의 감도가 변화됨으로써 검출되지 않게 되는 모의 결함의 다른 예를 나타낸다.

도 24의 영역(b3)은 패턴이 단선된 오픈 결함이 인접하여 3 개 발생한 예이고, 도 25의 영역(b4)은 동일한 오픈 결함이 인접하여 2 개 발생한 예이다. 또한, 도 26은 라인 패턴에서 선폭이 국소적으로 굵어져 있는 결함을 모의한 예로서, 영역(b5)에 나타낸 바와 같이 결함이 고립해서 발생되어 있는 경우와 영역(b6)에 나타낸 바와 같이 결함이 2 개 인접하여 발생되어 있는 경우를 함께 마련한 것이다. 한편, 도 27은 라인 패턴에서 선폭이 국소적으로 가늘어져 있는 결함을 모의한 예로서, 영역(b7)에 나타낸 바와 같이 결함이 고립해서 발생되어 있는 경우와 영역(b8)에 나타낸 바와 같이 결함이 2 개 인접하여 발생되어 있는 경우를 함께 마련한 것이다.

검사 장치의 검출 감도가 저하되면, 도 24의 영역(b3), 도 26의 영역(b6), 도 27의 영역(b8)에 나타낸 바와 같은 큰 결함을 검출할 수는 있으나, 도 25의 영역(b4), 도 26의 영역(b5), 도 27의 영역(b7)에 나타낸 바와 같은 작은 결함을 검출할 수는 없게 된다.

도 2로 되돌아와서, 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1)에는 제2 패턴(P1-2) 외에 제3 패턴(P1-3)이 마련되어 있다. 제3 패턴도 글라스 기판을 예를 들면 10 nm 이상 100 nm 이하의 깊이로 새김으로써 형성된다.

이 제3 패턴(P1-3)은 검사 장치의 광학계의 해상 한계 이상의 치수이며, 제1 패턴(P1-1) 또는 제2 패턴(P1-2)과 동일한 방향, 즉 Y 방향으로 2 개의 엣지가 연장된 라인 패턴이다. 따라서, 제3 패턴을 검지할 수 있다면 피검사 대상인 제1 패턴(P1-1)의 방향을 용이하게 알 수 있다.

제3 패턴(P1-3)의 형상은 라인 패턴에 한정되지 않으며, 제1 패턴(P1-1)과 제2 패턴(P1-2)의 방향성을 나타낼 수 있는 것이면 된다. 예를 들면, 상이한 폭 또는 길이의 2 개의 직선을 조합한 십자 형상으로서, 직선의 폭 또는 길이와 제1 패턴(P1-1) 및 제2 패턴(P1-2)의 방향성이 연관되도록 해도 된다. 이들 직선은 예를 들면, 선폭이 2 μm 이상 10 μm 이하, 길이가 10 μm 이상 50 μm 이하로 할 수 있다.

예를 들면, 십자 형상을 구성하는 2 개의 직선의 길이를 변경하여 긴 쪽의 직선의 방향과 제1 패턴(P1-1) 또는 제2 패턴(P1-2)에서 엣지가 연장되는 방향을 일치시킨다. 이 경우, 긴 쪽의 직선이 테이블의 Y 축과 평행하면, 제1 패턴(P1-1) 또는 제2 패턴(P1-2)에서는 라인 패턴의 2 개의 엣지가 Y 방향으로 연장되어 있고 X 방향으로 이 라인 패턴이 반복되는 형상으로 되어 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 제3 패턴(P1-3)은 L 자 형상, T 자 형상 또는 F 자 형상 등이어도 된다. 이러한 형상이라면 정립(正立) 상태와 횡전(橫轉) 상태를 구별할 수 있으므로, 어느 일방의 위치를 제1 패턴(P1-1) 또는 제2 패턴(P1-2)의 방향성과 연관지음으로써, 제3 패턴(P1-3)을 보면 피검사 대상인 제1 패턴(P1-1)의 방향을 용이하게 알 수 있게 된다.

도 5는 템플릿의 전사면에 마련된 얼라인먼트 마크 영역과 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2와 동일한 부호를 이용한 부분은 도 2와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 5에서 패턴 영역(P1)의 외주부에 배치된 스크라이브 라인 영역(Sc1)에는, 얼라인먼트 마크 영역(AM101 ~ AM108)과 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1 ~ FA4)이 마련되어 있다.

얼라인먼트 마크 영역(AM101 ~ AM108)에는, 반도체 집적 회로의 제조 공정에서의 위치 또는 회전의 조정 등의 다양한 얼라인먼트에 이용되는 얼라인먼트 마크가 마련된다. 얼라인먼트 마크 영역(AM101 ~ AM108)은 전사면(Sf1)의 네 모퉁이(또는 네 모퉁이의 주변)의 스크라이브 라인 영역(Sc1)에 배치된다.

포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1)은 도 2에서 설명한 것과 같다. 도 5의 예에서는, 전사면(Sf1)에 이와 동일한 구성을 구비한 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1 ~ FA4)이 마련되어 있다. 이들 포커스 오프셋 조절 패턴 영역(FA1 ~ FA4)이 배치되는 영역은 전사면(Sf1)의 네 모퉁이 또는 그 주변에 한정되지 않으며, 얼라인먼트 마크 영역(AM101 ~ AM108)을 제외한 스크라이브 라인 영역(Sc1)이면 된다.

본 실시 형태의 템플릿에 따르면, 전사면에 마련된 제1 패턴과, 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 마련된 얼라인먼트 마크 영역과, 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 외주부에 마련된 제2 패턴 및 제3 패턴과, 제2 패턴에 마련된 모의 결함을 가지므로, 포커스 오프셋을 적절히 조절하여 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

본 실시 형태에서는 도 5의 예와 같이 템플릿의 전사면에 복수의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 마련하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 예를 들면, 전사면에 오염물이 부착되어 일부의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역이 포커스 오프셋의 조정에 적당하지 않게 된 경우에도, 다른 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 사용함으로써 문제 없이 검사 공정을 진행시킬 수 있다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 템플릿의 검사 방법에 대해 설명한다.

도 8은 본 실시 형태의 검사 방법을 나타내는 순서도이다. 이 도면에서 피검사 대상의 광학 화상을 기초로 하여 결함의 유무를 판정하는 본검사 공정은 S5 및 S6에 대응되고, S1 ~ S4는 본검사 공정에 앞서 행해지는 예비 검사 공정에 대응된다.

또한, 도 9는 본 실시 형태의 검사 장치의 구성도이다. 도 8의 각 공정은 도 9의 검사 장치(100)를 이용하여 실시된다. 그래서, 먼저 검사 장치(100)에 대해 설명한다.

검사 장치(100)는, 광학 화상 취득부를 구성하는 구성부(A)와, 구성부(A)에서 취득된 광학 화상을 이용하여 검사에 필요한 처리 등을 행하는 구성부(B)를 가진다.

구성부(A)에서 템플릿(2)은 테이블(1)에 재치된다. 테이블(1)은 (도시되지 않은) 수평 방향 및 θ 방향으로 이동 가능한 XYθ 테이블과 수직 방향으로 이동 가능한 Z 테이블을 가진다.

한편, 구성부(B)에서는 검사 장치(100)를 제어하는 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), XYθ 테이블 제어 회로(114a), Z 테이블 제어 회로(114b), 기억 장치의 일례가 되는 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉서블 디스크 장치(116), 디스플레이(117), 패턴 모니터(118) 및 프린터(119)에 접속되어 있다.

구성부(A)에서의 테이블(1)은 XYθ 테이블 제어 회로(114a)에 의해 제어된 XYθ 구동 기구(16)에 의해 수평 방향과 θ 방향으로 구동된다. 또한, Z 테이블 제어 회로(114b)에 의해 제어된 Z 구동 기구(15)에 의해 수직 방향으로 구동된다. 테이블(1)의 이동 위치는 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어 위치 회로(107)에 보내진다. 템플릿(2)은 오토 로더 제어 회로(113)에 의해 구동되는 오토 로더(130)로부터 테이블(1)까지 자동적으로 반송되고, 검사 종료 후에는 자동적으로 반출된다.

피검사 대상이 되는 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상은 구성부(A)에서 취득된다. 구체적으로는 다음과 같다.

광원(201)으로부터 출사된 광은 편광 빔 스플리터(202)에서 반사되어 2 분의 1 파장판(203)을 투과한 후, 패러데이 회전자(204)에 입사된다. 패러데이 회전자(204)를 투과한 광은 대물 렌즈(205)에 의해 템플릿(2)의 검사 영역에 결상된다. 이어서, 템플릿(2)에서 반사된 광은 대물 렌즈(205)를 투과한 후, 패러데이 회전자(204), 2 분의 1 파장판(203), 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여 센서(207)에 입사된다. 센서(207)는 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상을 촬상한다.

센서(207)는 템플릿(2)의 미약한 확대 광학상을 전기적으로 축적해 화상 전기 신호로 변환하여 출력한다. 센서(207)에는 예를 들면 TDI(Time Delay Integration) 센서가 이용된다. TDI 센서는 전하가 축적되는 적산 방향으로 N 단의 노광 에어리어가 배치된 에어리어 센서이다. 템플릿(2)의 광학상을 촬상할 때에는, 테이블(1)의 이동 방향과 TDI 센서의 적산 방향을 일치시켜, 템플릿(2)을 주사할 때마다 적산 방향으로 전하를 1 단씩 전송하고, 적산 단수분의 전하를 축적하여 출력한다. 이에 따라, 1 라인으로는 미약한 전하라도 복수 회의 가산에 의해, 가산하지 않은 경우와 동일한 주사 시간으로 그 수십 배의 광량에 필적하는 출력이 얻어진다. 또한, 동일 점을 복수 회 가산함으로써 노이즈가 저감되어 화상 신호의 신호 / 노이즈(S / N) 비가 향상된다.

본 실시 형태의 검사 방법에서는, 먼저 템플릿(2)이 테이블(1) 상에 재치되어 플레이트 얼라인먼트가 행해진다(S1). 플레이트 얼라인먼트는 템플릿(2)의 전사면의 XY 좌표축과 테이블(1)의 주행축과의 평행 및 직각도를 맞추는 행위이다. 이에 따라, 템플릿(2)의 피검사 패턴의 회전 또는 신축 오차가 검사 장치(100)의 광학계에 대하여 정규화된다. 구체적으로는, 다음과 같이 하여 행해진다.

테이블(1) 상의 소정 위치에 템플릿(2)이 재치되면, 검사 장치(100)는 템플릿(2)의 소정 위치로부터의 회전 각도(θ), 또는 온도 등에 따른 패턴의 전체 신축을 자동으로 계산하여 보정 계산을 행한다. 이 때, 회전 각도 또는 신축은 얼라인먼트 마크를 이용하여 산출된다.

먼저, 템플릿(2)에 마련된 설계 상으로는 수평 또는 수직의 위치 관계가 되는 2 개의 얼라인먼트 마크의 X 축 및 Y 축을 테이블의 주행축에 대하여 수평 및 수직이 되도록 한다. 예를 들면, 도 5에서 얼라인먼트 마크 영역(AM102, AM103)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표가 일치한 곳에서 템플릿(2)의 패턴과 테이블(1)의 각 Y 좌표를 맞춘다. 또한, 얼라인먼트 마크 영역(AM101, AM108)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표가 일치한 곳에서 템플릿(2)의 패턴과 테이블(1)의 각 X 좌표를 맞춘다.

또한, 얼라인먼트 마크를 기준으로 테이블(1)의 θ 축을 회전시켜 템플릿(2)이 소정 위치가 되도록 조정한 후에 2 개의 얼라인먼트 마크 간의 거리를 측정한다. 그리고, 이 측정값을 미리 검사 장치(100)에 부여되어 있는 이론 상의 얼라인먼트 마크 간의 거리에 비추어 템플릿의 신축률을 산출한다. 얻어진 값을 검사 공정에서 측정되는 패턴의 위치 또는 치수의 보정 계산에 반영시킴으로써, 검사 결과의 정밀도를 높일 수 있다.

이어서, 템플릿(2)의 광학 화상을 취득하는 센서(207)의 광량 진폭을 최적화시킨다(S2). 구체적으로는, 센서(207)의 각 화소의 신호 진폭이 균등해지도록 각 화소의 앰프의 게인을 조정한다. 또한, 템플릿(2)의 광학 화상의 흑백 진폭의 다이나믹 레인지를 최대한으로 활용하여 결함 신호를 가능한 한 높게 검출할 수 있도록 휘도의 오프셋과 진폭을 조정한다.

이어서, 템플릿(2)의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 마련된 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋을 조절한다(S3).

구체적으로는, 템플릿(2)의 전사면과 대물 렌즈(205)의 초점 거리를 변경하여 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 이 모의 결함을 검출하는데 최적의 초점 거리, 즉 화상 신호의 신호 / 노이즈(S / N) 비가 최대가 되는 초점 거리를 구한다. 이러한 초점 거리는 합초점 위치에서 포커스 오프셋의 분만큼 이탈된 위치가 된다. 또한, 초점 거리는 테이블(1)의 높이를 변경함으로써 조절할 수 있다.

여기서, 모의 결함은 제2 패턴에 마련되어 있으므로, 모의 결함의 광학 화상이란, 자세하게는 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상이 된다. 제2 패턴은 제1 패턴과 동일한 반복 패턴이므로, 모의 결함의 광학 화상을 촬상할 때의 테이블(1)의 이동 방향이 제1 및 제2 패턴의 반복의 방향에 대하여 평행 및 수직 중 어느 것으로 되어 있는지를 제3 패턴의 방향으로 파악해 둔다.

일례로서, 템플릿(2)의 일부분 또는 전체에 동일한 구성을 가지는 복수의 칩 패턴이 배치되어 있는 경우를 고려한다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼에 전사될 동일한 집적 회로의 반복 패턴이 배치되어 있는 경우이다. 여기서, 반복 단위는 동일한 크기의 직사각형을 나타내고 있으며, 서로 분리되면 다이(Die)라고 칭해진다. 1 개의 다이에는 통상적으로 1 단위의 집적 회로가 형성되어 있다. 다이 - 투 - 다이(Die to Die) 비교 방식에 의해 이 반복 패턴을 검사할 때에는, 상이한 칩에서의 동일 패턴의 광학 화상끼리가 비교된다.

예를 들면, n 번째의 칩의 광학 화상을 피검사 대상으로 하면, (n - 1) 번째의 칩의 광학 화상이 비교되어야 할 기준 화상이 된다. 이 때, 반복 패턴이 검사 장치의 광원의 파장으로 해상할 수 없는 패턴이면, 검사 영역의 대부분에서는 균일한 회색 계조의 광학 화상끼리를 비교하게 된다. 그러나, 패턴에 결함을 가지는 광학 화상에서는 결함 개소가 그 종류 또는 형상에 따라 흰 휘점 또는 흑점이 되어 관찰된다.

예를 들면, 템플릿(2)에 광을 조사하고 그 반사광을 센서(207)에 입사시킴으로써 반복 패턴의 광학 화상을 취득하는 경우에 있어서, 인접하는 패턴끼리가 연결되어 단락되어 있으면, 그 결함 개소에서는 광이 다른 곳보다 넓은 면적에서 반사되기 때문에, 결함은 흰 휘점이 되어 관찰된다. 한편, 패턴에 단선이 발생되어 있으면, 그 부분에서 패턴이 결여되어 있기 때문에, 광의 반사 면적이 작아져 결함은 흑점이 되어 관찰된다. 이들 예에서 포커스 오프셋을 변화시키면, 결함 개소의 휘점 또는 흑점의 형상이 변화되거나 결함 신호의 극대 및 극소의 신호 진폭이 변화된다.

포커스 오프셋의 조절 공정에서는 결함을 검출하는데 최적의 포커스 오프셋이 탐색된다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이 포커스 오프셋을 변경하면서, 즉 템플릿(2)의 전사면과 대물 렌즈(205)와의 초점 거리를 변경하면서 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 마련된 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 베이스가 되는 회색 계조에 대하여 결함 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋을 탐색한다. 예를 들면, 회색 계조의 신호 레벨에 대한 결함의 휘도 신호 레벨을 소정의 알고리즘으로 산출하는 방법이 채용된다.

포커스 오프셋에 영향을 주는 인자로는, 결함의 종류, 형상, 크기 외에도 템플릿(2)에 형성된 웨이퍼에 전사될 패턴의 치수, 전사면에서의 홈의 깊이, 템플릿(2)의 표면의 코팅의 조건 등을 들 수 있다. 또한, 검사 장치(100)에서 광원(201)으로부터의 광을 템플릿(2)에 조명하는 조명 광학계, 또는 템플릿(2)을 투과 또는 반사한 광을 결상시켜 센서(207)에 입사시키는 결상 광학계의 상태에 따라서는, 단선과 같은 결함에 대한 포커스 오프셋의 최적 위치와 단락과 같은 결함에 대한 포커스 오프셋의 최적 위치가 상이할 수 있다. 그래서, 이러한 경우에는 예를 들면, 단선에 대하여 최적의 포커스 오프셋으로 검사를 행하고, 계속해서 단락에 대하여 최적의 포커스 오프셋으로 검사를 행하는 것과 같이 각각의 포커스 오프셋으로 2 회 검사를 행하는 것이 바람직하다.

탐색의 결과, 최적의 포커스 오프셋이 정해지면, 그 포커스 오프셋이 되도록 템플릿(2)의 전사면과 대물 렌즈(205)의 초점 거리를 조절한다.

포커스 오프셋의 조절을 행한 후에는 도 8에 나타내는 S4 ~ S6의 각 공정을 행한다. 즉, 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편향면의 회전 각도를 결정하고(S4), 이어서 검사를 위한 광학 화상을 취득하고(S5), 그리고 S5에서 취득한 광학 화상을 기초로 하여 결함 판정을 행한다(S6).

패러데이 회전자(204)는, 패러데이 효과에 의해 광의 편광면을 회전시키는 것이다. 또한 패러데이 효과란, 광학 재료에 직선 편광을 입사시키고 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 자계를 가하면, 직선 편광의 2 개의 성분(시계 방향의 원편광과 반시계 방향의 원편광)의 위상 속도에 오차가 발생하여, 그 결과, 출구에서의 위상차에 의해 광학 재료로부터 나오는 광(직선 편광)의 편광면이 회전하는 현상을 말한다.

패턴 결함 중에서 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 또는 라인이 단선되는 오픈 결함은 템플릿의 성능에 심각한 영향을 미친다. 이에 반해, 도 10의 영역(D1)에 보여지는 것과 같은 엣지 러프니스에 대해서는 템플릿에 미치는 영향이 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 비교했을 때 한정적이기 때문에, 검사에서 반드시 검출될 필요는 없다.

그러나, 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스 모두가 광학계의 해상 한계보다 작고, 또한 이들이 동일한 패턴, 구체적으로는 해상 한계보다 미세한 주기의 동일한 반복 패턴에 혼재하는 경우, 이 광학계에 의한 관찰로는 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 명암과 엣지 러프니스에 의한 명암의 구별이 되지 않는다. 그 이유로서, 패턴의 광학 화상에서는 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스 모두가 동일한 사이즈, 즉 해상 한계 정도의 사이즈로 전개된다는 것을 들 수 있다.

도 11은 템플릿에 마련된 라인·앤드·스페이스 패턴을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 11에서 패턴의 치수는 광학계의 해상 한계보다 작은 것으로 한다. 이 도면의 영역(D2)에서는 라인 패턴의 일부가 결여되어 있어 오픈 결함이 되어 있다. 또한, 영역(D3)에서는 패턴의 엣지 러프니스가 커져 있다.

오픈 결함과 엣지 러프니스에 의한 결함은, 도 11에 나타낸 바와 같이 템플릿 상에서는 차이가 분명하므로 명확하게 구별할 수 있다. 그러나, 검사 장치의 광학계를 개재하여 관찰하면 구별이 곤란해진다. 이는 광학계가 광원의 광의 파장(λ)과 개구 계수(NA)로 결정되는 공간 주파수 필터로서 기능하기 때문이다.

도 12는 도 11의 패턴에 공간 주파수 필터를 적용한 것이다. 도 12부터는 영역(D2)에서의 결함과 영역(D3)에서의 결함이 동일한 정도의 사이즈로 전개되어 형상의 차이를 판별하기 어려워져 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 해상 한계보다 작은 사이즈의 오픈 결함과 엣지 러프니스를 광학계에 의해 구별하는 것은 원리적으로 곤란하다. 이러한 것은 쇼트 결함과 엣지 러프니스에 의한 결함과의 사이에서도 동일하다.

그런데, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 사이즈는 엣지 러프니스에 의한 결함과 비교하면 크다. 그러므로, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에서는 조명광의 편광 상태에 미치는 영향이 엣지 러프니스에 의한 결함보다 크다. 예를 들면 쇼트 결함의 경우, 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 세로 방향과 가로 방향이 상이하다. 구체적으로는 다음과 같다.

템플릿에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우를 고려한다. 직선 편광의 편광 방향이 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지를 따르는 방향에 대하여 45 도일 때, 입사광의 전기장은 세로 성분과 가로 성분이 동일한데 반해, 쇼트 결함에 의한 반사광의 전기장은 세로 성분보다 가로 성분이 커진다. 그 결과, 쇼트 결함으로 반사된 광의 편광 방향은 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지를 따르는 방향과 직교하는 방향으로 기울게 된다. 또한, 동일한 예로 오픈 결함의 경우에는, 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지를 따르는 방향으로 기울게 된다.

이에 반해, 엣지 러프니스에 의한 결함의 경우, 결함의 크기, 즉 엣지 러프니스에서의 요철의 사이즈는 쇼트 결함 또는 오픈 결함보다 미세하다. 그러므로, 조명광의 전기장 성분의 가로 방향과 세로 방향에 대한 감수성의 차는 그다지 크지 않다. 따라서, 템플릿에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우에 있어서 직선 편광의 편광 방향이 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지를 따르는 방향에 대하여 45 도일 때, 엣지 러프니스에 의해 산란된 광의 편광 방향은 입사광의 편광 방향인 45 도에 가까운 값이 된다. 단, 주기적인 반복을 가지는 베이스 패턴의 영향을 받음으로써 편광 방향은 완전하게는 45 도가 되지 않고, 45 도에서 약간 어긋난 값을 취한다.

상기한 바와 같이, 템플릿(2) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 45 도의 편광면을 가지는 광이 조사되면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같은 큰 결함과 엣지 러프니스와 같은 작은 결함 간에 광의 전기장 성분에 대한 감수성에 차이가 나타난다. 한편, 광의 편광면이 템플릿(2) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 0 도 또는 90 도라면, 광의 감수성은 결함 간에 동일해지기 때문에 구별할 수 없다. 즉, 광의 편광면은 패턴의 반복의 방향에 대하여 반드시 45 도일 필요는 없으나, 0 도 또는 90 도가 아닐 것이 중요하다. 환언하면, 템플릿(2)에 입사되는 광의 편광면은 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 엣지 러프니스에 의한 결함은 조명광의 편광 상태에 미치는 영향이 상이하다. 따라서, 이 차이를 이용함으로써 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴이어도 결함을 분류하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 조명광의 편광 상태와 템플릿에서 반사된 광을 결상시키는 광학계에서의 편광 제어 소자, 즉 본 실시 형태의 패러데이 회전자(204)의 조건을 제어함으로써, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 편광 제어 소자로 제거하고 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 진폭 변화만을 추출할 수 있다.

본 실시 형태에서는 도 8의 S4에서 패러데이 회전자의 회전 각도를 결정한다. S4의 공정은, 소정의 요건에서 촬상된 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상에 대해 화소마다의 계조치를 구하여 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도를 결정하는 공정이다. 혹은, 경우에 따라 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 광학 화상에서의 계조치의 표준 편차를 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 공정으로 할 수 있다. 어느 것에서든 광학 화상은 템플릿(2)에 마련된 모의 결함의 광학 화상으로 하는 것이 바람직하다.

S4에서는, 검사 장치(100)에서 광원(201)으로부터 출사되어 템플릿(2)을 조명한 광 중 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 될 때의 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))를 결정한다. 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 엣지 러프니스를 모의한 결함을 마련하면, 그 광학 화상에서 엣지 러프니스로 산란된 명암의 얼룩이 제거되는 조건, 즉 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 구할 수 있다. 상기의 광학 화상에는 S3의 포커스 오프셋의 조절 공정에서 이용한 광학 화상을 적용할 수 있다.

검사 장치(100)에서 템플릿(2)의 엣지 러프니스로 산란된 광이 센서(207)에 입사되는 것이 방해되도록 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))가 변경되면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란된 광이 엣지 러프니스로 산란된 광과 분리되어 2 분의 1 파장판(203)과 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여 센서(207)에 입사된다. 그러면, 센서(207)에서 촬상되는 광학 화상은 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 된다. 따라서, 이 광학 화상에 따르면 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사가 용이해진다. 즉, 센서(207)에서 촬상된 광학 화상을 이용하여 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴을 검사할 수 있게 된다.

도 13 및 도 14는 검사 장치(100)의 광학계에 의해 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명하는 도면이다.

도 13 또는 도 14에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자(204)는 광을 투과시키는 광학 재료(204a)과 그 주위에 감긴 코일(204b)을 가진다. 광학 재료(204a)로는 광원(201)으로부터의 광에 대하여 높은 투과율을 가지는 재료를 이용한다. 예를 들면, 광원(201)으로서 DUV 광을 출사시키는 것을 이용한 경우, DUV 광에 대하여 높은 투과율을 가지는 SiO₂, CaF₂ 또는 MgF₂ 등의 자기 광학 결정이 광학 재료(204a)로서 이용된다. 코일(204b)은 전류를 흐르게 함으로써 광학 재료(204a)에 광의 진행 방향을 따라 평행한 방향으로 자계가 가해지도록 감겨 있다.

패러데이 회전자(204)에서는 코일(204b)에 흐르는 전류가 변하면 광학 재료(204a)에 인가되는 자계의 강도가 변한다. 따라서, 이 자계의 강도를 제어함으로써 패러데이 회전자(204)를 투과하는 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))를 변경시킬 수 있다.

패러데이 회전각(θ)은 식(3)으로 나타내어진다. 또한, H는 자계의 강도를 나타내고, l는 편광이 통과하는 물질의 길이를 나타낸다. 또한, V는 물질의 종류, 편광의 파장 및 온도에 의존하는 상수로서, 베르데 상수라고 칭해진다.

상기에서 광학 재료(204a)로서 예시한 SiO₂, CaF₂ 또는 MgF₂ 등은 모두 자발 자화를 가지지 않기 때문에, 원하는 패러데이 회전각(θ)을 얻기 위해서는 이들에 큰 자계를 인가할 필요가 있다.

그런데, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란된 광을 엣지 러프니스로 산란된 광과 분리하기에 적당한 패러데이 회전각(θ)은 패턴의 구조에 따라 상이하다. 이 때문에, 검사 장치(100)에서는 템플릿(2)의 패턴에 따라 패러데이 회전각(θ)이 변경되게 되어 있다. 구체적으로는, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 변경하고, 그에 따라 광학 재료(204a)에 인가되는 자계의 강도를 변화시켜, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 되도록 하고 있다.

패러데이 회전자(204)에 영구 자석을 사용하는 경우, 자계의 강도가 상이한 복수의 영구 자석을 준비해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 될만한 영구 자석을 선택하여 광학 재료에 필요한 자계가 인가되도록 한다.

또한, 패러데이 회전각(θ)은 광학 재료의 두께를 변경함으로써도 변화된다. 따라서, 두께가 상이한 광학 재료를 복수 준비해 두고, 이 중에서 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)을 실현 가능한 광학 재료를 선택하도록 해도 된다. 이 경우, 광학 재료에 인가하는 자계의 크기는 광학 재료에 따르지 않고 동일하게 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 템플릿(2)에 입사되는 광의 편광면은 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태에서는, 광이 패러데이 회전자(204)를 2 회 투과함으로써 그 편광면이 왕복으로 90 도 회전하는 것이 바람직하다. 즉, 광학 재료에는 광이 왕복으로 90 도 회전하도록 자계가 인가되는 것이 바람직하다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 직선 편광(L)의 편광면은 2 분의 1 파장판(203)을 투과함으로써 45 도 회전한다. 이어서, 패러데이 회전자(204)를 투과함으로써 이 직선 편광(L)의 편광면은 추가로 45 도 회전한다. 그 후, 직선 편광(L)은 대물 렌즈(205)를 거쳐 (도 13에서는 도시되지 않은) 템플릿 상에 결상된다.

이어서, 도 14에서 (도 14에서는 도시되지 않은) 템플릿에서 반사된 직선 편광(L)은 대물 렌즈(205)를 투과하고, 이어서 패러데이 회전자(204)에 입사된다. 패러데이 회전자(204)를 투과함으로써 직선 편광(L)의 편광면은 45 도 회전한다. 이어서, 2 분의 1 파장판(203)을 투과함으로써 직선 편광(L)의 편광면은 - 45 도 회전한다.

이와 같이, 패러데이 회전자(204)를 2 회 투과함으로써 광의 편광 방향은 90 도 회전한다. 이에 따라, 도 9에서 광원(201)으로부터 출사된 광은 편광 빔 스플리터(202)에서 반사되어 템플릿(2)을 향하는데, 템플릿(2)에서 반사된 광은 편광 방향이 90 도 회전함으로써 편광 빔 스플리터(202)를 투과하게 되어, 광원(201)이 아니라 센서(207)로 향한다. 그리고, 센서(207)에 광이 입사됨으로써, 센서(207)는 템플릿(2)의 광학 화상을 촬상한다.

이어서, 도 8의 S4에서 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 결정하는 방법을 설명한다. 이에 따라, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 제거하는 조건이 발견된다.

일반적으로, 검사 대상이 되는 템플릿에서 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 극히 조금밖에 존재하지 않는데 반해, 엣지 러프니스는 전체 면에 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 근소하다. 즉, 이 영역 내에서의 광학 화상의 대부분은 엣지 러프니스에 기인하는 것이다. 따라서, 엣지 러프니스에 의한 결함을 배제하는 조건은 100 μm × 100 μm 정도의 크기의 광학 화상 1 개로부터 구해진다.

기술한 바와 같이, 광학 화상에서의 엣지 러프니스에 의한 계조치의 변화는, 센서(207)에 입사되는 광의 편광 방향을 제어함으로써 제거할 수 있다. 구체적으로는, 패러데이 회전자(204)에 의한 패러데이 회전각(θ)을 제어함으로써 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스에 의한 산란광의 광량을 변화시켜, 광학 화상에서의 명암의 진폭을 변경할 수 있다.

광학 화상에서의 명암의 진폭은 화소마다의 계조치의 표준 편차로 나타내어진다. 예를 들면, 검사 장치의 광학계의 화소 분해능이 50 nm일 때, 100 μm × 100 μm의 영역의 광학 화상은 400 만 화소로 표현된다. 즉, 이 광학 화상 1 개로부터 400 만 개의 계조치의 표본이 얻어진다.

암시야 조명계에서는 상기 표본에 대해 표준 편차를 구하고, 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하여, 이 값이 최소가 되도록 결상 광학계측의 편광 상태, 즉 패러데이 회전각(θ)을 조정한다. 이와 같이 함으로써, 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 광량을 최소한으로 할 수 있다.

한편, 명시야 조명계에서의 광학 화상의 경우, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도는 0 차 광의 영향을 받는다. 그 이유는 다음과 같다. 검사 대상에는 해상 한계 이하의 미세한 주기 패턴이 있기 때문에, 구조성 복굴절에 따른 위상차의 효과에 의해 0 차 광의 편광 상태가 변화된다. 그러므로, 엣지 러프니스에 기인하는 반사광을 제거할 목적으로 패러데이 회전각(θ)을 변경하면, 베이스가 되는 광량도 변화된다. 명시야상은 쇼트 결함 또는 오픈 결함, 엣지 러프니스로부터의 산란광의 전기장 진폭과 0 차 광의 전기장 진폭과의 곱이므로, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도가 0 차 광의 강도의 영향을 받는 결과가 된다.

엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 영향을 제거하고 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 감도를 향상시키기 위해서는, 0 차 광에 기인하는 함수(구체적으로는, 0 차 광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건이 아니라 엣지 러프니스에 기인하는 함수(구체적으로는, 엣지 러프니스에 의한 산란광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건을 찾아낼 필요가 있다. 0 차 광에 기인하는 함수가 극소가 되는 것은 단지 베이스 광량이 최소가 되는 조건에 불과하며, 엣지 러프니스에 의한 영향을 다 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 이루어지는데, 특히 엣지 러프니스에 의한 명암의 영향을 크게 받는다. 또한, 광학 화상의 평균 계조치(A)는 베이스 광량, 즉 0 차 광의 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 변경하여 광학 화상을 취득하고, 얻어진 광학 화상에서의 계조치의 표준 편차를 평균 계조치의 제곱근으로 나눈 값

을 산출한다. 그리고, 이 값이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 구하면 된다.

전술한 바와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같이 큰 결함은 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 세로 방향과 가로 방향이 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 되지는 않는다. 따라서, 엣지 러프니스에 기인하는 명암의 진폭에 묻히지 않고 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란된 광을 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리하기에 적당한 패러데이 회전각(θ)이 패턴의 구조에 따라 상이한 것에 대해서는 기술하였으나, 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, 홈의 깊이, 라인과 스페이스의 비율 등이 변화되면 전기장 진폭이 극소가 되는 패러데이 회전각(θ)도 변화된다. 따라서, 피검사 패턴의 구조에 따라 패러데이 회전각(θ)을 구할 필요가 있다. 즉, 템플릿에 동일한 피검사 패턴이 마련되어 있는 경우에는 미리 구한 패러데이 회전각(θ)을 검사 공정에서 계속 사용할 수 있으나, 템플릿에 구조가 상이한 복수의 피검사 패턴이 마련되어 있는 경우에는 패턴마다 패러데이 회전각(θ)을 변경할 필요가 있다. 또한, 설계 상으로는 동일한 패턴이어도 다양한 오차 요인에 의해 홈의 깊이 또는 라인과 스페이스의 비율이 미소하게 변화되어 산란광의 전기장 진폭을 최소로 하는 패러데이 회전각(θ)이 템플릿 상에서 불균일해질 수 있다. 이 때문에, 이러한 불균일에도 추종시켜 패러데이 회전각(θ)을 변화시킬 필요가 있다.

엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 제거할만한 패러데이 회전자(204)의 회전 각도는 도 9의 검사 장치(100)에서 다음과 같이 하여 구해진다.

먼저, 패러데이 회전각(θ)을 변경하면서 템플릿(2)의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 배치된 모의 결함의 광학 화상을 센서(207)에서 촬상한다. 구체적으로는, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 변경하고, 그에 따라 광학 재료에 인가되는 자계의 강도를 변화시켜 소정의 패러데이 회전각(θ)이 되도록 한다. 이 경우, 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 통해 화상 처리 회로(108)에 보내진다.

화상 처리 회로(108)에서는 광학 화상이 화소마다의 계조치로 나타내어지므로, 암시야 조명계의 경우에는 예를 들면, 1 개의 광학 화상에 대해 표준 편차를 구하여 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하고, 이 값이 최소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 구한다. 한편, 명시야 조명계의 경우에는 패러데이 회전각(θ)을 변경하여 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. 이상과 같이 하여 구한 패러데이 회전각(θ)에 따르면, 템플릿(2)으로부터의 광 중 엣지 러프니스로 산란된 광이 센서(207)에 입사 되는 것을 방해할 수 있다.

화상 처리 회로(108)에서 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(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 제어한다. 이에 따라, 패러데이 회전자(204)의 광학 재료에 인가되는 자계의 강도가 변화되어, 패러데이 회전각(θ)을 화상 처리 회로(108)에서 구해진 값으로 할 수 있다.

이상과 같이 하여 패러데이 회전자의 회전 각도를 결정한 후에는 템플릿(2)의 광학 화상을 취득하고(S5), 이를 기초로 하여 결함의 유무를 판정한다(S6).

먼저, 각도 제어 회로(14)가 화상 처리 회로(108)로부터의 정보에 따라 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 제어하여, 패러데이 회전각(θ)이 S4에서 구한 값이 되도록 한다. 이 상태로 템플릿(2)의 전사면에 마련된 피검사 패턴, 즉 웨이퍼에 전사될 제1 패턴(도시하지 않음)의 광학 화상을 취득한다(S5).

S5의 공정에서의 광학 화상의 취득은, 구체적으로는 다음과 같이 하여 행해진다.

검사 장치(100)에서 광원(201)으로부터 출사된 광은 편광 빔 스플리터(202)에서 반사되어 템플릿(2)을 향하는데, 템플릿(2)에서 반사된 광은 편광 방향이 90 도 회전함으로써 편광 빔 스플리터(202)를 투과하게 되어, 광원(201)이 아니라 센서(207)로 향한다. 그리고, 센서(207)에 광이 입사됨으로써, 센서(207)는 템플릿(2)의 광학 화상을 촬상한다.

템플릿(2)의 피검사 영역은 복수의 스트라이프로 가상적으로 분할된다. 각 스트라이프는 예를 들면, 폭이 수백 μm이고 길이가 피검사 영역의 X 방향의 전체 길이에 대응되는 100 mm 정도의 영역으로 할 수 있다. 그리고, 각 스트라이프에는 격자 형상으로 분할된 복수의 피촬상 단위(이하, 개개의 피촬상 단위를 '프레임'이라고 표기함)가 가상적으로 설정된다. 개개의 프레임의 사이즈는 스트라이프의 폭, 또는 스트라이프의 폭을 4 분할한 정도의 정방형으로 하는 것이 적당하다.

도 15는 템플릿(2)의 피검사 영역과 스트라이프 및 프레임과의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 이 예에서는, 피검사 영역은 4 개의 스트라이프(St1 ~ St4)에 의해 가상적으로 분할되어 있고, 또한 개개의 스트라이프(St1 ~ St4)에는 45 개의 프레임(F)이 가상적으로 설정되어 있다.

각 스트라이프(St1 ~ St4)는 X 방향으로 긴 직사각형 형상이고 Y 방향으로 정렬되어 있다. 한편, 각 프레임은 예를 들면 수십 μm 정도의 직사각형을 나타낸다. 여기서, 촬상 누락을 방지하기 위해, 인접하는 2 개의 프레임 간에서는 일방의 프레임의 가장자리부와 타방의 프레임의 가장자리부가 소정의 폭으로 중첩되도록 설정된다. 소정의 폭은 예를 들면, TDI 센서의 화소 사이즈를 기준으로 하면 그 20 화소분 정도의 폭으로 할 수 있다. 또한, 스트라이프도 마찬가지이며 인접하는 스트라이프의 가장자리부가 서로 중첩되도록 설정된다.

템플릿(2)의 광학 화상은 스트라이프마다 촬상된다. 즉, 도 15의 예에서 광학 화상을 촬상할 때에는 각 스트라이프(St1, St2, St3, St4)가 연속적으로 주사되도록 테이블(1)의 동작이 제어된다. 구체적으로는, 먼저 테이블(1)이 도 15의 - X 방향으로 이동하면서 스트라이프(St1)의 광학 화상이 X 방향으로 차례로 촬상되고, TDI 센서에 광학 화상이 연속적으로 입력된다. 스트라이프(St1)의 광학 화상의 촬상이 종료되면 스트라이프(St2)의 광학 화상이 촬상된다. 이 때, 테이블(1)은 - Y 방향으로 스텝 이동한 후, 스트라이프(St1)에서의 광학 화상의 촬상 시의 방향(- X 방향)과는 반대 방향(X 방향)으로 이동해 간다. 촬상된 스트라이프(St2)의 광학 화상도 TDI 센서에 연속적으로 입력된다. 스트라이프(St3)의 광학 화상을 촬상하는 경우에는, 테이블(1)이 - Y 방향으로 스텝 이동한 후, 스트라이프(St2)의 광학 화상을 촬상하는 방향(X 방향)과는 반대 방향, 즉 스트라이프(St1)의 광학 화상을 촬상한 방향(- X 방향)으로 테이블(1)이 이동한다. 마찬가지로 하여 스트라이프(St4)의 광학 화상도 촬상된다.

S5의 광학 화상의 촬상 공정에서는, S3의 포커스 오프셋의 조절 공정에서 광학 화상을 촬상했을 때의 테이블(1)의 이동 방향과 제1 및 제2 패턴의 반복의 방향과의 관계가 유지되도록 한다. 제1 및 제2 패턴의 반복의 방향은 제3 패턴의 방향으로부터 용이하게 파악된다. 이에 따라, 포커스 오프셋의 최적값을 구했을 때의 제1 패턴의 방향과 본검사에서 광학 화상을 촬상할 때의 제1 패턴의 방향을 일치시켜 최적의 초점 위치에서 광학 화상을 촬상할 수 있다.

센서(207)에서 촬상된 템플릿(2)의 패턴의 상은 광학 화상 데이터로 변환되어 검사에 이용된다. 이 과정은, 구체적으로는 다음과 같이 된다.

센서(207)에 입사된 패턴의 광학상은 광전 변환된 후, 추가로 센서 회로(106)에 의해 A / D(아날로그 디지털) 변환되어 광학 화상 데이터가 된다. 그 후, 이 광학 화상 데이터는 화상 처리 회로(108)로 보내진다. 이 광학 화상은 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거되어 있으므로, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 유무를 판정하기 쉬운 것으로 되어 있다.

화상 처리 회로(108)에서는 광학 화상 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내어진다. 예를 들면, 256 단계의 계조치를 가지는 그레이 스케일로부터 0 계조 내지 255 계조 중 어느 한 값이 각 화소에 부여된다. 또한, 템플릿(2)의 검사 영역은 소정의 단위 영역으로 분할되고, 각 단위 영역에 대해 평균 계조치가 구해진다. 소정의 단위 영역은 예를 들면, 1 mm × 1 mm의 영역으로 할 수 있다.

화상 처리 회로(108)에서 얻어진 계조치에 관한 정보는 결함 검출 회로(134)로 보내진다. 결함 검출 회로(134)는 템플릿(2)에서의 피검사 패턴의 결함 판정을 행한다(도 8의 S6).

결함 검출 회로(134)는 예를 들면 평균 계조치를 중심으로 하여 상하로 임계치를 가지며, 화상 처리 회로(108)로부터 보내진 계조치가 이 임계치를 초과했을 때에 그 개소를 결함으로서 인식한다. 여기서, 임계치 레벨은 검사 전에 미리 설정된다. 그리고, 결함 검출 회로(134)에서 얻어진 결함 정보는 예를 들면 자기 디스크 장치(109)에 보존된다.

또한, 검사 장치(100)는 검사 기능에 추가로 리뷰 기능을 가지는 것도 가능하다. 여기서 리뷰란, 오퍼레이터에 의해 검출된 결함이 실용상 문제가 되는 것인지 아닌지를 판단하는 동작이다.

예를 들면, 결함 검출 회로(134)에서 결함으로 판정된 개소의 좌표와 그 광학 화상이 리뷰 장치(도시하지 않음)에 보내진다. 오퍼레이터는 이 광학 화상을 표본이 되는 기준 화상과 비교하여 리뷰한다. 리뷰에 의해 판별된 결함 정보는 결함 정보 리스트로서 자기 디스크 장치(109)에 보존할 수 있다. 또한, 기준 화상으로는 예를 들면, 피검사 대상의 패턴의 설계 데이터로부터 작성된 참조 화상이 이용된다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 따르면, 템플릿에 미리 모의 결함을 형성해 두고 이 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행하므로, 항상 최적의 포커스 오프셋 상태로 검사를 할 수 있다. 또한, 그 결과로서 검사 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상과 검사 장치의 광학계의 해상 한계 이상의 치수를 가지는 패턴을 템플릿에 마련한다. 이에 따라, 포커스 오프셋의 최적값을 구했을 때의 피검사 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있으므로, 광학 화상을 촬상할 때의 패턴의 방향을 이와 일치시킴으로써 최적의 초점 위치에서 광학 화상을 촬상할 수 있게 된다.

또한 본 실시 형태에서는, 템플릿에 형성된 모의 결함을 이용하여 엣지 러프니스로 산란된 명암의 얼룩이 제거되는 조건, 즉 센서에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 찾아낸다. 이에 따라, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거된 광학 화상을 취득하여 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사를 행하는 것이 가능해진다.

실시 형태 2.

실시 형태 1에서는, 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 제2 및 제3 패턴을 마련하여 피검사 패턴의 방향을 파악한 후에 포커스 오프셋의 조절을 행하는 것을 설명하였다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는 얼라인먼트 마크 영역(얼라인먼트 마크와 그 주변 영역)에 포커스 오프셋 조절의 기능을 가지게 한다. 본 실시 형태에서 얼라인먼트 마크가 목적으로 하는 얼라인먼트의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 웨이퍼와 템플릿의 위치 맞춤, 다층 배선 형성 시의 하층막과 상층막의 위치 맞춤, 검사 공정에서의 플레이트 얼라인먼트 등에 사용되는 것 등을 들 수 있다.

본 실시 형태의 피검사 패턴은 템플릿의 전사면에 마련된 회로 패턴이다. 회로 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴 등의 반복 패턴, 즉 주기성을 가지고 반복되는 규칙적인 패턴으로 이루어진다. 이 패턴 중 적어도 일부는 검사 장치의 광원의 파장으로는 해상할 수 없는 패턴, 즉 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴(제1 패턴)이다. 제1 패턴으로는 예를 들면, 반도체 칩의 메모리 매트부에 형성되는 패턴 등을 들 수 있다.

얼라인먼트 마크 영역은 회로 패턴의 레이아웃을 방해하지 않도록 스크라이브 라인 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 스크라이브 라인 영역은 템플릿의 피검사 패턴 영역과 전사면의 외연부 사이의 영역이며, 자세하게는, 실시 형태 1에서 도 4를 이용하여 설명한 것과 같다.

얼라인먼트 마크를 검사 공정에서의 플레이트 얼라인먼트에 사용하는 경우, 각 얼라인먼트 마크의 X 좌표는 다른 얼라인먼트 마크의 X 좌표 중 어느 1 개와 일치하고, 각 얼라인먼트 마크의 Y 좌표도 다른 얼라인먼트 마크의 Y 좌표 중 어느 1 개와 일치하고 있는 것이 바람직하다. 그러나, 전사면의 윤곽선은 뒤얽힌 요철 형상을 하고 있으므로, 스크라이브 라인 영역의 형상도 뒤얽힌 것이 된다. 따라서, 얼라인먼트 마크가 이러한 이상적인 배치가 되도록 얼라인먼트 마크 영역을 마련하는 것은 곤란하다. 그래서 예를 들면, 전사면의 외주에 가까운 네 모퉁이(또는 네 모퉁이의 주변)의 스크라이브 라인 영역에 각각 복수의 얼라인먼트 마크 영역을 배치하고, 이 중 2 개의 얼라인먼트 마크 영역에서의 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞추도록 한다. 또한, 다른 2 개의 얼라인먼트 마크 영역에서의 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞추도록 한다.

도 16은 템플릿의 전사면(Sf1)의 평면 모식도이다. 또한, 도 16에서 점선으로 도시된 영역(Sf3)은 전사면(Sf1)에 인접하여 웨이퍼에 전사되는 다른 전사면이다.

얼라인먼트 마크 영역(AM1, AM2, AM5, AM6, AM9, AM10, AM12, AM13)은 전사면(Sf1)에 마련된 것이다. 한편, 얼라인먼트 마크 영역(AM3, AM4, AM7, AM8, AM11, AM14, AM15, AM16)은 전사면(Sf3)에 마련된 것이다.

전사면(Sf1)에 대해서는, 얼라인먼트 마크 영역(AM1, AM2)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표, 또는 얼라인먼트 마크 영역(AM5, AM6)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞춘다. 또한, 얼라인먼트 마크 영역(AM9, AM10)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표, 또는 얼라인먼트 마크 영역(AM12, AM13)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞춘다.

전사면(Sf3)에 대해서는, 얼라인먼트 마크 영역(AM3, AM4)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표, 또는 얼라인먼트 마크 영역(AM7, AM8)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞춘다. 또한, 얼라인먼트 마크 영역(AM11, AM14)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표, 또는 얼라인먼트 마크 영역(AM15, AM16)에 배치된 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표가 일치한 곳에서 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞춘다.

도 17은 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크 영역의 일례이다. 또한, 도 18은 도 17에 나타내는 영역(85)을 확대한 도면이다. 템플릿은 글라스 기판에 회로 패턴이 새겨진 것으로서, 마스크로 보여질만한 차광막이 없다. 따라서, 템플릿에서의 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크는 글라스 기판 상에서의 패턴의 유무에 따른 콘트라스트의 차를 이용하여 형성된다. 도 17 또는 도 18의 예에서는, 미세한 라인·앤드·스페이스 패턴(84)이 배치된 영역(백색)과, 라인·앤드·스페이스 패턴(84)이 배치되어 있지 않음으로써 템플릿의 바탕(83)이 보이는 영역(흑색)과의 콘트라스트의 차를 이용하여 얼라인먼트 마크로서 사용되는 십자 형상의 마크(86)가 형성되어 있다.

라인·앤드·스페이스 패턴(84)은 본 실시 형태에서의 제2 패턴이다. 제2 패턴은 피검사 패턴으로서의 제1 패턴(도시하지 않음)을 본뜬 패턴이며, 제1 패턴과 동등한 형상 및 치수를 가진다. 즉, 제2 패턴도 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴이다.

또한, 제2 패턴의 방향은 제1 패턴과 동일하다. 도 17의 라인·앤드·스페이스 패턴(84)에서는 라인 패턴의 2 개의 장변(엣지)이 Y 방향으로 연장되어 있고 X 방향으로 이 라인 패턴이 반복되고 있다. 따라서, 제1 패턴도 Y 방향으로 2 개의 장변(엣지)이 연장된 라인 패턴이 X 방향으로 반복된 라인·앤드·스페이스 패턴으로 되어 있다. 이러한 제1 패턴을 90 도 회전시키면, 라인 패턴의 2 개의 엣지가 X 방향으로 연장되어 있고 Y 방향으로 이 라인 패턴이 반복된 형상이 된다. 제2 패턴도 제1 패턴과 동일하게 90 도 회전시키면, 라인 패턴의 2 개의 엣지가 X 방향으로 연장되어 있고 Y 방향으로 이 라인 패턴이 반복된 형상이 된다. 제1 패턴 또는 제2 패턴은 글라스 기판을 예를 들면 10 nm 이상 100 nm 이하의 깊이로 새김으로써 형성된다.

제1 패턴 및 제2 패턴은 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세하기 때문에 해상되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 이러한 방향성을 용이하게 파악할 수 있도록 얼라인먼트 마크에 제1 패턴과 제2 패턴의 방향을 반영하는 형상을 가지게 한다. 도 17에서는 십자 형상의 마크(86)가 얼라인먼트 마크이다. 마크(86)를 구성하는 2 개의 직선은 모두 검사 장치의 광학계의 해상 한계 이상의 치수이다. 또한, 이들은 길이가 상이하여 긴 쪽의 직선은 Y 축으로 평행하다. 즉, 긴 쪽의 직선의 방향은 제1 패턴 및 제2 패턴에서 엣지가 연장되는 방향과 일치하고 있다. 따라서, 마크(86)를 보면 제1 패턴 또는 제2 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있다.

본 실시 형태에서 얼라인먼트 마크의 형상은 십자에 한정되지 않으며, 제1 패턴과 제2 패턴의 방향성을 나타낼 수 있는 것이면 된다. 예를 들면, 상이한 폭의 2 개의 직선을 조합한 십자 형상으로서, 직선의 폭과 제1 패턴 및 제2 패턴의 방향성이 연관되도록 해도 된다. 도 19에서는 십자 형상의 마크(87)를 구성하는 2 개의 직선의 폭이 상이하다. 굵은 쪽의 직선은 X 축으로 평행하다. 즉, 굵은 쪽의 직선의 방향은 제1 패턴 및 제2 패턴에서 엣지가 연장되는 방향에 대하여 수직이다. 또한, 가는 쪽의 직선에서 보면 그 방향은 제1 패턴 및 제2 패턴에서 엣지가 연장되는 방향과 평행하다. 따라서, 마크(87)에 의해서도 제1 패턴 또는 제2 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있다.

도 20은 본 실시 형태에서의 얼라인먼트 마크 영역의 일례로서, 그 일부를 확대한 평면도이다. 도 20에서는 제2 패턴으로서의 라인·앤드·스페이스 패턴(91)이 배치된 영역(백색)과, 라인·앤드·스페이스 패턴(91)이 배치되어 있지 않음으로써 템플릿의 바탕이 보이는 영역(흑색)과의 콘트라스트의 차를 이용하여 얼라인먼트 마크로서 사용되는 십자 형상의 마크(92)가 형성되어 있다. 그리고, 마크(92)의 십자 형상을 구성하는 2 개의 직선 중 Y 축으로 평행한 직선이 X 축으로 평행한 직선보다 길어져 있다.

제2 패턴(91)에는 모의 결함(93, 94, 95, 96)이 마련되어 있다. 도 20에서 모의 결함(93, 95)은 패턴의 단락에 의한 쇼트 결함을, 모의 결함(94, 96)은 패턴의 단선에 의한 오픈 결함을 각각 모의하고 있다. 또한, 모의 결함(93, 94)은 모두 제1 패턴의 선폭과 동등한 정도이다. 한편, 모의 결함(95, 96)은 모두 제1 패턴의 선폭의 절반 정도이다. 이와 같이 종류, 형상, 치수 등이 상이한 복수의 모의 결함을 마련하는 것이 바람직하다. 포커스 오프셋의 최적값은 결함의 종류, 형상, 치수 등에 따라 변화되므로, 1 개의 얼라인먼트 마크 영역에 복수의 모의 결함을 마련함으로써 결함 전체적으로 최적의 포커스 오프셋을 찾아내어 검사의 정밀도를 높일 수 있다.

본 실시 형태의 검사 방법은, 포커스 오프셋의 조절에 얼라인먼트 마크 영역에 형성된 모의 결함을 사용하고, 또한 얼라인먼트 마크로 피검사 패턴의 방향을 파악하는 것 이외에는 실시 형태 1에서 설명한 것과 동일하다. 즉, 이 검사 방법은 도 8에 나타내는 S1 ~ S6의 공정에 따라 행해지며, 이들 공정은 도 9의 검사 장치(100)를 이용하여 실시된다. 예를 들면 S4에서는, 검사 장치(100)의 광원(201)으로부터 출사되어 템플릿(2)을 조명한 광 중 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 될 때의 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))를 결정한다. 본 실시 형태에서 얼라인먼트 마크 영역에 엣지 러프니스를 모의한 결함을 마련하면, 그 광학 화상으로부터 엣지 러프니스로 산란된 명암의 얼룩이 제거되는 조건, 즉 센서(207)에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 구할 수 있다. 또한, 상기의 광학 화상에는 S3의 포커스 오프셋의 조절 공정에서 이용한 광학 화상을 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 얼라인먼트 마크 영역에 모의 결함을 마련하고, 또한 얼라인먼트 마크에 피검사 패턴의 방향을 반영한 특징을 가지게 한다. 즉, 본 실시 형태에서는 실시 형태 1의 포커스 오프셋 조절 패턴 영역의 기능을 얼라인먼트 마크 영역이 가지므로, 포커스 오프셋 조절 패턴 영역을 마련할 필요가 없다. 따라서, 템플릿의 스크라이브 라인 영역을 효과적으로 활용할 수 있다.

또한, 얼라인먼트 마크 영역에 마련한 제2 패턴과 제3 패턴과 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행함으로써, 항상 최적의 포커스 오프셋 상태로 검사를 할 수 있다. 또한, 그 결과로서 검사 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 얼라인먼트 마크가 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상을 가지므로, 포커스 오프셋의 최적값을 구했을 때의 피검사 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있다. 따라서, 광학 화상을 촬상할 때의 패턴의 방향을 이와 일치시킴으로써 최적의 초점 위치에서 광학 화상을 촬상할 수 있게 된다.

실시 형태 3.

실시 형태 1에서는, 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 모의 결함이 배치된 제2 및 피검사 패턴의 방향을 검지하는 제3 패턴을 마련하는 것을 설명하였다. 그리고, 피검사 패턴의 방향을 파악한 후에 포커스 오프셋의 조절을 행하는 공정을 마련하고, 그 후 패러데이 회전자의 회전 각도를 결정하는 공정을 마련하여 검사를 행하는 검사 방법에 대해 설명하였다.

실시 형태 1의 검사 방법에서는, 화상 신호의 신호 / 노이즈(S / N) 비가 최대가 되어 결함을 검출하는데 최적이 되도록 포커스 오프셋의 조절을 행한다. 그 후, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 제거하도록 패러데이 회전자의 회전 각도를 결정하였다.

이에 반해, 실시 형태 3의 검사 방법에서는 예비 검사 공정에서 결함 신호의 강도와 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 강도를 함께 고려한 새로운 평가 척도를 도입한다. 그리고, 이 새로운 평가 척도에 따라 모의 결함을 포함하는 피검사 대상의 광학 화상을 평가한다. 이에 따라, 예비 검사 공정에서 최적의 포커스 오프셋의 조절과 패러데이 회전자의 회전 각도의 결정을 함께 행할 수 있다. 그리고, 이어지는 본검사 공정에서 실시 형태 1과 마찬가지로 피검사 대상의 광학 화상을 기초로 하여 결함의 유무를 판정한다.

본 실시 형태의 검사 대상은 예를 들면, 도 1 ~ 도 7 등에 나타낸 실시 형태 1의 피검사 대상과 동일한 것으로 한다. 즉, 본 실시 형태의 검사 대상은 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며, 제2 패턴 및 제3 패턴은 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 스크라이브 라인 영역에 마련되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 도 16 ~ 도 20 등에 나타낸 실시 형태 2의 피검사 대상을 마찬가지로 피검사 대상으로 할 수도 있다. 즉, 본 실시 형태의 검사 대상은 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며, 얼라인먼트 마크 영역은, 제2 패턴과, 그 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 그 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고, 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크를 겸하도록 하는 것도 가능하다.

따라서, 본 실시 형태의 검사 대상에서는 실시 형태 1 및 실시 형태 2와 마찬가지로 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 복수 있어도 된다.

또한, 사용하는 검사 장치에 대해서는 실시 형태 1과 마찬가지로 도 9에 나타낸 검사 장치(100)를 이용할 수 있다.

즉, 본 실시 형태에서 사용하는 검사 장치(100)의 광학계는 편광 빔 스플리터(202)와 2 분의 1 파장판(203)과 패러데이 회전자(204)와 대물 렌즈(205)를 가진다. 그리고 전술한 바와 같이, 포커스 오프셋을 조절한 후에 광원(201)으로부터 출사된 광을 이용하여 편광 빔 스플리터(202)에서 반사시켜 2 분의 1 파장판(203)과 패러데이 회전자(204)와 대물 렌즈(205)를 투과시킨다. 그 결과, 광원(201)으로부터의 광을 전술한 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 예를 들면 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 템플릿(2)을 조명한다. 그리고, 템플릿(2)에서 반사된 광을 대물 렌즈(205)와 2 분의 1 파장판(203)과 패러데이 회전자(204)와 편광 빔 스플리터(202)를 투과시킨 후에 센서(207)에 입사시켜 모의 결함의 광학 화상을 얻도록 구성되어 있다.

이하, 본 실시 형태에 대해 검사 장치(100)를 사용하여 실시 형태 1과 동일한 템플릿(2)을 피검사 대상으로 하는 예를 설명한다. 따라서, 실시 형태 1과 공통되는 피검사 대상 또는 검사 장치 등의 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 28은 본 실시 형태의 검사 방법을 나타내는 순서도이다. 이 도면에서 피검사 대상의 광학 화상을 기초로 하여 결함의 유무를 판정하는 본검사 공정은 S18 및 S19에 대응되고, S11 ~ S17은 본검사 공정에 앞서 행해지는 예비 검사 공정에 대응된다.

그리고 본 실시 형태의 검사 방법에서는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 실시 형태 1의 도 8에 나타낸 검사 방법의 S1과 마찬가지로 먼저 템플릿(2)이 검사 장치(100)의 테이블(1) 상에 재치되어 플레이트 얼라인먼트가 행해진다(S11).

이어서 도 28에 나타낸 바와 같이, 실시 형태 1의 도 8에 나타낸 검사 방법의 S2와 마찬가지로 템플릿(2)의 광학 화상을 취득하는 센서(207)의 광량 진폭을 최적화시킨다(S12).

이어서 본 실시 형태의 검사 방법에서는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 모의 결함의 광학 화상을 촬상하기 위한 포커스 오프셋의 조건 범위를 설정한다(S13).

구체적으로는, 최적의 포커스 오프셋이 해로서 포함된다고 추정되는 조건 범위를 결정한다. 예를 들면, - 0.5 μm 이상 + 0.5 μm 이하를 변동 범위로서 결정한다. 그리고, 합초점 위치를 중심으로 하여 - 0.5 μm 이상 + 0.5 μm 이하까지의 범위를 포커스 오프셋의 조건 범위로서 설정할 수 있다.

이어서, 도 28에 나타낸 바와 같이, 모의 결함의 광학 화상을 촬상하기 위한 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건 범위를 설정한다. 그 결과, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도에 대응하여 패러데이 회전자(204)를 투과하는 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))의 조건 범위를 설정할 수 있다(S14).

구체적으로는, 도 9에 나타낸 검사 장치(100)의 패러데이 회전자(204)에 대하여 최적의 회전 각도가 해로서 포함된다고 추정되는 조건 범위를 결정한다. 예를 들면, - 5 도 이상 + 5 도 이하를 변동 범위로서 결정한다. 그리고, 템플릿(2) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 45 도가 되는 각도를 중심의 값으로 하여 - 5 도 이상 + 5 도 이하의 범위를 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건 범위로서 설정할 수 있다. 즉, 전술한 반복의 방향에 대하여 40 도 이상 50 도 이하의 범위를 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건 범위로서 설정할 수 있다. 그 결과, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건 범위에 대응하여 동일하게 패러데이 회전각(θ)의 조건 범위를 설정할 수 있다.

이어서, 도 28에 나타낸 바와 같이, 포커스 오프셋 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건을 S13 및 S14에서 설정된 각각의 설정 범위 내에서 변경하면서 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상을 취득한다(S15).

즉, 포커스 오프셋에 대해서는, 합초점 위치를 중심으로 하여 예를 들면, - 0.5 μm 이상 + 0.5 μm 이하까지의 범위 내에서 포커스 오프셋의 조건을 변화시킨다. 이 때, 템플릿(2)의 전사면과 대물 렌즈(205)의 초점 거리를 변경함으로써 포커스 오프셋의 조건을 변화시킬 수 있다.

또한, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도에 대해서는, 전술한 템플릿(2)의 반복 패턴의 반복의 방향에 대하여 45 도가 되는 각도를 중심의 값으로 하여 - 5도 이상 + 5 도 이하의 범위 내에서 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 변화시킨다. 즉, 전술한 반복의 방향에 대하여 40 도 이상 50 도 이하의 범위에서 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 변화시킨다. 이 때, 패러데이 회전자(204)로의 인가 자계의 강도를 제어함으로써 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 변화시킬 수 있다. 그리고, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 변화에 대응하여 패러데이 회전자(204)를 투과하는 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))를 변경할 수 있다. 그 결과, 패러데이 회전각의 조건을 변화시킬 수 있다.

도 28의 S15에서의 모의 결함의 광학 화상의 촬상에 대해서는, 예를 들면, 포커스 오프셋의 조건을 전술한 설정 범위 내에서 복수 선택하고, 또한 패러데이 회전각의 조건을 전술한 설정 범위 내에서 복수 선택한다. 이 때 예를 들면, 포커스 오프셋의 조건을 5 조건으로 하고, 또한 패러데이 회전각의 조건을 5 조건으로 할 수 있다.

그리고, 도 28의 S15의 모의 결함의 광학 화상의 촬상에서는 전체 조건의 모의 결함의 광학 화상을 취득한다. 즉, 전술한 경우, 포커스 오프셋의 5 조건 및 패러데이 회전각의 5 조건에 따라 25 조건(5 조건 × 5 조건)의 전체 조건에서 템플릿(2)의 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상을 촬상할 수 있다.

이 때, 포커스 오프셋에 관한 5 조건의 선택 방법으로는 예를 들면, (합초점 위치 - 0.5 μm), (합초점 위치 - 0.25 μm), (합초점 위치), (합초점 위치 + 0.25 μm) 및 (합초점 위치 + 0.5 μm)의 5 조건과 같이 5 조건이 등간격이 되도록 설정할 수 있다.

또한, 패러데이 회전자의 회전 각도에 관한 5 조건의 선택 방법으로는 예를 들면, (반복의 방향에 대하여 40 도가 되는 각도), (반복의 방향에 대하여 42.5 도가 되는 각도), (반복의 방향에 대하여 45 도가 되는 각도), (반복의 방향에 대하여 47.5 도가 되는 각도) 및 (반복의 방향에 대하여 50 도가 되는 각도)의 5 조건과 같이 5 조건이 등간격이 되도록 설정할 수 있다.

또한, 전술한 모의 결함의 광학 화상의 촬상 조건은 포커스 오프셋의 5 조건 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 5 조건에 따른 25 조건에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 포커스 오프셋의 3 조건 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 3 조건에 따른 9 조건(3 조건 × 3 조건)으로 하는 것도 가능하다. 또한, 포커스 오프셋의 4 조건 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 5 조건에 따른 20 조건(4 조건 × 5 조건)으로 하는 것 등도 가능하다. 즉, 포커스 오프셋의 조건 수 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 조건 수를 각각 따로 상이한 수로 하여 설정하는 것도 가능하다.

이어서, 도 28에 나타낸 바와 같이, 각각 상이한 조건에서 촬상된 전체 화상을 각각 해석하고 서로의 비교를 행하여 결함의 유무를 판정하는 본검사 공정을 위한 조건을 추출한다(S16). 즉, S16에서는 촬상된 전체 화상을 각각 해석하고 그 해석 결과에 따라 새로운 평가 척도로서 신호 / 노이즈(S / N) 비를 산출한다. 이 때, 이 S16에서 산출되는 신호 / 노이즈(S / N) 비는 전술한 실시 형태 1의 검사 방법의 S3 등에서 최적의 초점 거리를 구하는 척도에 이용된 것과는 상이하다. 따라서, 이하, 편의상 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비라고 칭한다. 그리고, 산출된 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비에 기초하여 이후의 본검사 공정의 조건을 추출한다.

화상의 해석과 전술한 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비의 산출에 대해서는 검사 장치(100)의 화상 처리 회로(108)를 이용하여 이하와 같이 행할 수 있다.

예를 들면, 전술한 템플릿(2)의 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상을 촬상하는 공정(S15)에서는, 포커스 오프셋 3 조건 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도 3 조건의 9 조건에서 광학 화상의 촬상이 행해지는 것으로 한다. 그리고, 촬상된 9 조건 전체 화상에서 제2 패턴에 마련된 모의 결함은 예를 들면, 도 12의 영역(D2)에서의 결함과 같이 광학 화상 중에서 흰 휘점으로서 보여지는 것으로 한다. 또한, 포커스 오프셋의 조건 및 패러데이 회전각의 조건에 따라서는, 모의 결함에 기인하는 흰 휘점과 함께 예를 들면, 도 12의 영역(D3)에서의 결함과 같이 그레이 레벨이 불균일하게 진한 회색 영역과 옅은 회색 영역이 혼재된 명암의 얼룩으로서 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈가 보여지는 것으로 한다.

그리고, 전술한 9 조건의 전체 화상 중에서 모의 결함에 기인하는 흰 휘점과 배경과의 콘트라스트가 높고 또한 엣지 러프니스에 기인한 배경 노이즈가 억제된 결함 화상을 최선의 촬상 조건에 따른 결함 화상으로서 추출한다. 그리고, 추출된 결함 화상의 촬상 조건으로서 포커스 오프셋의 조건 및 패러데이 회전각으로서의 패러데이 회전자의 회전 각도의 조건을 이후의 본검사 공정에서의 광학 화상의 취득의 조건으로서 결정한다.

이 본검사 공정을 위한 광학 화상의 취득 조건의 추출은, 촬상된 9 조건의 전체 화상을 해석하고 전술한 제2 화상 신호의 신호 / 노이즈(S / N) 비를 산출하여 행하는데, 구체적으로는 이하와 같이 행할 수 있다.

먼저, 촬상된 전체 화상 각각에 대해 해석을 행하여, 전술한 바와 같이 템플릿(2)의 제2 패턴에 마련되어 흰 휘점으로서 보여지는 모의 결함의 신호 강도를 산출한다.

도 29는 신호 강도의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 29에 나타낸 바와 같이, 그래프의 세로축은 흰 휘점으로 보여지는 모의 결함의 신호 강도를 나타내고, 가로축은 포커스 오프셋의 조건 범위를 나타낸다. 그리고, 포커스 오프셋의 구체적인 조건을 3 조건(F1, F2, F3)으로 하고, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 3 조건(P1, P2, P3)으로 하여 얻어지는 9 조건의 모의 결함의 신호 강도를 그래프 상에 플롯한다. 이에 따라, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 3 조건(P1, P2, P3)에 대응하여 9 조건의 전체 화상의 평가 결과를 포함하는 3 종의 꺾은선 그래프가 얻어진다.

도 29에서 각 플롯의 신호 강도는 모의 결함에 기초하는 흰 휘점의 휘도가 얼마나 높은지를 나타내고 있다. 이 때, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P3인 조건에서 결함 신호의 강도가 높아, 모의 결함에 기초하는 흰 휘점은 가장 고휘도로 보여지기 쉽다는 것을 알 수 있다.

이어서, 촬상된 9 종의 전체 화상 각각에 대해 해석을 행하여 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 강도를 산출한다. 이 때, 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 강도는 모의 결함에 기초하는 흰 휘점을 제외한 주위의 영역의 그레이 레벨의 불균일의 정도를 산출한 것이다.

도 30은 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 신호 강도의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 30에 나타낸 바와 같이, 그래프의 세로축은 배경 노이즈의 강도를 나타내고, 가로축은 포커스 오프셋의 조건 범위를 나타낸다. 그리고, 포커스 오프셋의 구체적인 조건을 3 조건(F1, F2, F3)으로 하고, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 3 조건(P1, P2, P3)으로 하여 얻어지는 9 조건의 모의 결함의 신호 강도를 그래프 상에 플롯한다. 이에 따라, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 3 조건(P1, P2, P3)에 대응하여 9 조건의 전체 화상의 평가 결과를 포함하는 3 종의 꺾은선 그래프가 얻어진다.

이 때, 도 30에 나타내는 배경 노이즈의 강도는 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈가 얼마나 높은 강도인지를 나타내고 있다. 따라서, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P3인 조건에서 가장 배경 노이즈의 강도가 높다는 것을 알 수 있다. 한편, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P2인 조건에서 가장 배경 노이즈의 강도가 낮다는 것을 알 수 있다.

도 29에 나타내는 산출 결과로부터는, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 P3로 하는 조건이 모의 결함에 기초하는 흰 휘점을 가장 고휘도로 할 수 있어 가장 효과적인 조건이라고 해석된다. 그러나, 도 30에 나타내는 산출 결과도 함께 고려하면, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P3인 조건은 배경 노이즈의 강도가 강하기 때문에, 실제로는 진짜 결함을 판별하기 어려운 조건이라는 것을 알 수 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는 결함 신호의 강도와 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈를 함께 고려하는 새로운 평가 척도를 산출하여 사용한다. 그리고, 모의 결함을 포함하는 피검사 대상에 대하여 보다 효과적인 광학 화상의 평가를 행한다.

즉, 예를 들면, 도 29에 나타낸 모의 결함의 신호 강도를 도 30에 나타낸 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 신호 강도로 나눈 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비를 산출한다. 그리고, 이 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비를 새로운 평가 척도로서 이용하여 피검사 대상의 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상을 평가한다.

도 31은 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비의 산출 결과를 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 31에 나타낸 바와 같이, 그래프의 세로축은 전술한 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비를 나타내고, 가로축은 포커스 오프셋의 조건 범위를 나타낸다. 그리고, 포커스 오프셋의 구체적인 조건을 3 조건(F1, F2, F3)으로 하고, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도를 3 조건(P1, P2, P3)으로 하여 얻어지는 9 조건의 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비를 그래프 상에 플롯한다. 이에 따라, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도의 3 조건(P1, P2, P3)에 대응하여 9 조건의 전체 화상의 평가 결과를 포함하는 3 종의 꺾은선 그래프가 얻어진다.

도 31에 나타내는 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비는 모의 결함에 기초하는 흰 휘점이 얼마나 보여지기 쉬운지를 나타내고 있다. 그리고, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P2인 조건에서 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비가 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 포커스 오프셋의 조건이 F2인 조건에서 제2 신호 / 노이즈(S / N) 비가 높다는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 모의 결함의 광학 화상의 평가에서는 결함 신호의 강도의 높이와 함께 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈가 적은 것이 효과적으로 작용한다. 그 결과, 패러데이 회전자의 회전 각도가 P2이고 포커스 오프셋의 조건이 F2인 조건이, 모의 결함에 기인하는 흰 휘점과 배경과의 콘트라스트가 높고 또한 엣지 러프니스에 기인한 배경 노이즈가 억제된 바람직한 촬상 조건이 된다. 즉, 피검사 대상의 결함 검출에 가장 효과적인 조건으로 판단할 수 있다.

이어서 본 실시 형태의 검사 방법에서는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 포커스 오프셋의 조건 및 패러데이 회전자(204)의 회전 각도로서의 패러데이 회전각에 대해 전술한 바람직한 촬상 조건을 피검사 대상의 결함 검출에 가장 효과적인 조건으로서 결정한다(S17).

즉 도 31에 나타내는, 패러데이 회전자(204)의 회전 각도가 P2이고 포커스 오프셋의 조건이 F2인 촬상의 조건이, 본검사 공정의 광학 화상의 취득 조건으로서 확정된다.

이어서 도 28에 나타낸 바와 같이, 실시 형태 1의 도 8의 검사 방법의 S5와 마찬가지로, 템플릿(2)의 광학 화상을 취득한다(S18). 그 후, 실시 형태 1의 검사 방법의 S6과 마찬가지로, 템플릿(2)의 광학 화상을 기초로 하여 결함의 유무를 판정한다(S19).

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 템플릿에 미리 모의 결함을 형성해 둔다. 그리고 또한, 결함 신호의 강도와 엣지 러프니스에 기인하는 배경 노이즈의 강도를 함께 고려한 새로운 평가의 척도를 도입하여, 모의 결함을 포함하는 피검사 대상의 광학 화상의 취득 조건을 보다 바람직한 조건으로 한다.

본 실시 형태의 검사 방법은 전술한 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행하므로, 항상 바람직한 포커스 오프셋의 상태로 검사를 할 수 있다. 또한, 그 결과로서 검사 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 모의 결함을 이용하여 엣지 러프니스로 산란된 명암의 얼룩이 제거되는 조건, 즉 센서에 입사되는 엣지 러프니스로 산란된 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 찾아낸다. 이에 따라, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제거된 광학 화상을 취득하여 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 이상으로 설명한 본 실시 형태의 예에서는 검사 장치(100)를 사용하고 실시 형태 1과 동일한 템플릿(2)을 피검사 대상으로 하였으나, 전술한 바와 같이 검사 장치(100)를 사용하고 실시 형태 2와 동일한 피검사 대상으로 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는 제1 패턴과 제2 패턴이 라인·앤드·스페이스 패턴인 예에 대해 설명하였으나, 라인·앤드·스페이스 패턴 이외의 패턴, 예를 들면 직사각형 패턴 또는 홀 패턴으로 할 수도 있다. 이 경우, 쇼트 결함은 직사각형끼리 또는 홀끼리가 단락되는 결함이며, 오픈 결함은 직사각형 또는 홀이 결락되는 결함이다.

직사각형 패턴 또는 홀 패턴에서 인접하는 직사각형 또는 홀 간의 치수가 X 축에 평행한 방향과 Y 축에 평행한 방향이 상이한 경우에는, 포커스 오프셋을 조정했을 때의 피검사 패턴의 방향과 본검사에서 광학 화상을 취득할 때의 피검사 패턴의 방향을 일치시킬 필요가 있다.

도 21은 제2 패턴(97)이 홀 패턴이며 얼라인먼트 마크가 십자 형상인 예이다. 영역(a3)에서는 홀이 결락된 오픈 결함이 모의된 모의 결함(98)이 마련되어 있다.

또한, 홀 패턴은 X 방향의 홀 간 거리(Wx)와 Y 방향의 홀 간 거리(Wy)가 상이하므로, 포커스 오프셋의 최적값은 홀 패턴의 방향에 따라 상이하다. 즉, X 방향의 홀 간 거리(Wx)가 Y 방향의 홀 간 거리(Wy)보다 커지도록 템플릿이 테이블 상에 재치되었을 때의 포커스 오프셋의 최적값과, Y 방향의 홀 간 거리(Wy)가 X 방향의 홀 간 거리(Wx)보다 커지도록 템플릿이 테이블 상에 재치되었을 때의 포커스 오프셋의 최적값은 상이하다. 그래서 예를 들면, 도 21과 같이 십자 형상의 마크를 구성하는 2 개의 직선의 폭을 변경하여, 굵은 쪽의 직선의 방향과, 제2 패턴(97)에서 Y 방향의 홀 간 거리(Wy)가 X 방향의 홀 간 거리(Wx)보다 커지는 방향이 일치하도록 한다. 이에 따라, 포커스 오프셋의 최적값을 구했을 때의 피검사 패턴의 방향을 용이하게 파악할 수 있으므로, 광학 화상을 촬상할 때의 패턴의 방향과 일치시킴으로써 최적의 초점 위치에서 광학 화상을 촬상할 수 있게 된다.

또한, 실시 형태 1, 2 및 3에서는 제2 패턴의 형상 또는 치수를 제1 패턴과 동등하게 하였다. 그러나, 제2 패턴은 이에 한정되지 않는다. 제1 패턴과 제2 패턴의 치수가 상이한 경우에는, (제2 패턴을 배경 패턴으로 하는) 모의 결함을 이용하여 구한 포커스 오프셋의 최적값 또는 패러데이 회전각(θ)의 최적값이 제1 패턴의 결함에서의 최적값과 일치하지 않을 수 있다. 구체적으로는, 라인·앤드·스페이스 패턴에서의 선폭 또는 선 간 거리가 상이한 경우, 홀 패턴에서의 홀 직경 또는 홀 간 거리가 상이한 경우, 라인·앤드·스페이스 패턴에서의 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비가 포커스 오프셋 조절 패턴 영역 또는 얼라인먼트 마크 영역과 피검사 영역에서 상이한 경우 등이다. 이러한 경우에는, 제2 패턴에서의 최적값을 제1 패턴에서의 최적값으로 환산 또는 보정하는 계수를 준비해 두는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 템플릿 기판 이외의 기판, 예를 들면 마스크 기판에도 적용하는 것이 가능하다. 실시 형태 1 및 2에서는, 템플릿에 마련된 패턴을 피검사 대상으로 하고, 이 템플릿에 모의 결함 또는 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상을 가지는 패턴을 마련하였으나, 마스크에 마련된 패턴을 피검사 대상으로 하는 경우, 이 피검사 패턴과 동일 면에 모의 결함 또는 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상을 가지는 패턴을 배치한다. 이 때, 모의 결함은 실시 형태 1 또는 2와 마찬가지로 피검사 패턴을 본뜬 패턴으로 마련된다. 또한, 모의 결함 또는 피검사 패턴의 방향을 반영하는 형상을 가지는 패턴은, 실시 형태 1과 같이 포커스 오프셋 조절 패턴 영역에 마련해도 되고, 또한 실시 형태 2와 같이 얼라인먼트 마크 영역에 마련해도 된다. 이러한 구성에 따르면, 포커스 오프셋을 적절히 조절하여 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 마스크의 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 실시 형태 1, 2 및 3에서는 장치 구성 또는 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대한 기재를 생략하였으나, 검사 장치 또는 검사 방법에 필요해지는 장치 구성 또는 제어 수법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 그 외에 본 발명의 요소를 구비하며 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 검사 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

광원으로부터 출사된 광을 광학계를 거쳐 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 광학계를 거쳐 센서에 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로서,
상기 기판은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과, 상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지고 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수의 제3 패턴을 구비하고 있으며, 상기 제1 패턴이 마련된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 베이스가 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절하는 공정과,
상기 포커스 오프셋으로 조절한 후에 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며,
상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 상기 스크라이브 라인 영역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며,
상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제2 패턴과, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고,
상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크를 겸하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 복수 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과에 치수차가 있는 경우, 또는, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴이 모두 라인·앤드·스페이스 패턴이며, 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비가 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이 차이가 있는 경우에, 상기 제2 패턴에 마련된 모의 결함의 광학 화상으로부터 구한 포커스 오프셋에 미리 정해진 계수를 적용하여 상기 제1 패턴을 위한 포커스 오프셋으로 환산하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지며, 상기 포커스 오프셋을 조절한 후에 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 편광 빔 스플리터로 반사시키고, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고,
상기 기판에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시킨 후에 상기 센서에 입사시켜 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 모의 결함의 광학 화상으로부터 화소마다의 계조치를 구하여,
(1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는
(2) 상기 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 모의 결함의 광학 화상에서의 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 상태로 상기 제1 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 제1 패턴의 광학 화상을 이용하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지며,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴이고,
상기 모의 결함에는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 및 라인이 단선되는 오픈 결함 중 적어도 일방과, 엣지 러프니스에 의한 결함이 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제5항에 있어서,
상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지며, 상기 포커스 오프셋을 조절한 후에 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 편광 빔 스플리터로 반사시키고, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고,
상기 기판에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시킨 후에 상기 센서에 입사시켜 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 모의 결함의 광학 화상으로부터 화소마다의 계조치를 구하여,
(1) 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는
(2) 상기 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 모의 결함의 광학 화상에서의 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 상태로 상기 제1 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 제1 패턴의 광학 화상을 이용하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지며,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴이고,
상기 모의 결함에는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 및 라인이 단선되는 오픈 결함 중 적어도 일방과, 엣지 러프니스에 의한 결함이 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
광원으로부터 출사된 광을 광학계를 거쳐 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 광학계를 거쳐 센서에 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로서,
상기 기판은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과, 상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치되며 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지고 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수의 제3 패턴을 구비하고 있으며,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴이고, 상기 모의 결함에는, 라인끼리가 단락되는 쇼트 결함 및 라인이 단선되는 오픈 결함 중 적어도 일방과, 엣지 러프니스에 의한 결함이 있으며,
상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2 분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지며, 포커스 오프셋을 조절한 후에 상기 광원으로부터 출사된 광을 이용하여 상기 편광 빔 스플리터로 반사시키고, 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 - 5 도 이상 5 도 이하와 85 도 이상 95 도 이하의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고, 상기 기판에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈와 상기 2 분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시킨 후에 상기 센서에 입사시켜 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻도록 구성되어 있고,
상기 포커스 오프셋의 조절을 위해 포커스 오프셋의 조건 범위를 설정하는 공정과,
상기 기판을 조명하는 상기 광의 편광면의 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대한 각도를 조절하기 위해 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건 범위를 설정하는 공정과,
상기 포커스 오프셋의 조건 범위 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건 범위의 각각의 범위 내에서, 상기 포커스 오프셋의 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건을 변경하면서 복수 조건의 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하는 공정과,
상기 촬상된 복수의 광학 화상을 해석하고, 각각에 대해 상기 모의 결함의 상기 쇼트 결함 및 오픈 결함 중 일방의 신호 강도를 상기 엣지 러프니스에 기인하는 노이즈의 신호 강도로 나누어 평가 척도를 산출하는 공정과,
상기 평가 척도를 이용하여 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻기 위한 상기 포커스 오프셋의 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 조건을 추출하고, 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하기 위한 상기 포커스 오프셋의 검사 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 검사 조건을 결정하는 공정과,
상기 포커스 오프셋의 검사 조건 및 상기 패러데이 회전자의 각도의 검사 조건에 따라 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제8항에 있어서,
상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며,
상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크 영역을 제외한 상기 스크라이브 라인 영역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제8항에 있어서,
상기 기판은, 상기 제1 패턴이 마련된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역에 얼라인먼트 마크 영역을 가지며,
상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제2 패턴과, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고,
상기 제3 패턴은 상기 얼라인먼트 마크를 겸하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제8항에 있어서,
상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 복수 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1 패턴이 마련된 패턴 영역과, 상기 패턴 영역의 주위에 마련된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역을 전사면에 가지고,
상기 스크라이브 라인 영역은,
얼라인먼트 마크가 배치된 얼라인먼트 마크 영역과,
상기 얼라인먼트 마크 영역 이외의 영역에 마련된 제2 패턴 및 제3 패턴과,
상기 제2 패턴에 마련된 모의 결함을 가지며,
상기 제1 패턴은, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 결함의 유무를 검사하는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이고,
상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이고,
상기 모의 결함은, 상기 광학계의 해상 한계보다 미세하고,
상기 제3 패턴은, 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지며 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수인 것을 특징으로 하는 템플릿.
제1 패턴이 마련된 패턴 영역 및 상기 패턴 영역의 주위에 마련된 스크라이브 라인이 되는 스크라이브 라인 영역을 전사면에 가지고,
상기 스크라이브 라인 영역에는 얼라인먼트 마크 영역이 마련되며,
상기 얼라인먼트 마크 영역은, 상기 제1 패턴과 방향이 동일하고, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 결함의 유무를 검사하는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과,
상기 제2 패턴에 마련되고 상기 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함과,
상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로서, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차에 의해 얼라인먼트를 위한 얼라인먼트 마크를 형성하는 영역을 가지고,
상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광학계의 해상 한계 이상의 치수이며, 상기 제1 패턴의 방향을 반영한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 템플릿.