KR102330722B1

KR102330722B1 - 촬상 장치 및 촬상 방법

Info

Publication number: KR102330722B1
Application number: KR1020170135454A
Authority: KR
Inventors: 아키오 이시카와; 켄 오자와; 김광수; 박상봉; 미츠노리 누마타
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2021-11-26
Also published as: JP7115826B2; JP2019020585A; KR20190009228A

Abstract

촬상 시간을 길게 하지 않고 광학 해상도를 향상시킨다.
본 실시예의 촬상 장치는, 조명광을 출력하는 조명 광원, 조명 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 제1 회절격자, 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광이 시료에서 반사 또는 투과된 광을 투과시키는 제2 회절격자, 상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지, 및 상기 시료에서 반사된 광을 상기 제2 회절격자를 통해 수광하고 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상하는 촬상부를 포함한다.

Description

촬상 장치 및 촬상 방법{IMAGING APPARATUS AND IMAGING METHOD}

본 발명은 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스가 미세화됨에 따라, 광학식 반도체 검사 장치가 검출해야 할 결함 사이즈도 미세해지고 있다. 결함 사이즈가 미세해짐으로써, 결함 신호는 매우 미소해져서 검출이 곤란해지고 있다. 광학식 반도체 검사 장치에 있어서, 광학 해상도를 향상시키는 것이 결함 신호의 강조에 효과적이다.

광학 해상도는 일반적으로, 사용하는 광의 단파장화와 대물렌즈의 대(大)NA(Numerical Aperture; 개구수)화에 따라 향상된다. 단파장화에 대하여, 기존의 광학식 반도체 검사 장치에 있어서는, 현상(現狀) 260nm 부근의 심자외선 영역이 사용되고 있다. 또한, 경우에 따라서는 400nm 부근의 자외선 영역까지의 넓은 파장대역을 동시에 사용할 수 있도록 할 필요가 있다.

광학계에 있어서는, 충분한 투과율을 광파장 대역에서 확보하는 것은 매우 곤란하다. 광원에 있어서는, 심자외 영역을 포함하는 광파장 대역을 갖고, 또한 충분한 휘도를 갖는 광원을 확보하는 것은 매우 곤란하다. NA에 대해서는, 실제로 예를 들면 0.9에 가까운 고NA의 대물렌즈가 사용되고 있다. 고해상도를 유지하기 위해서는 수차를 극한까지 억제할 필요가 있고, 고NA에서 상기와 같은 광파장 대역에 걸쳐 수차를 억제하는 것은 매우 곤란하다. 상기의 이유에 의해 단파장화ㅇ고NA화는 한계에 가깝고, 대폭적인 해상도의 향상은 바랄 수 없다.

단파장화ㅇ고NA화 이외의 광학적인 고해상도화 방법으로서, 구조화 조명법(Structure Illumination Microscope: SIM)이 있다(예를 들면 특허문헌 1). 이 방법은, 주기적인 줄무늬 모양을 시료 상에 조명했을 때에 발생하는 모아레(Moire) 간섭 효과를 이용한다. 시료 패턴의 고주파 성분은 모아레 간섭 효과에 의해 조명 패턴의 주파수분 저주파측으로 시프트한다. 원래 광학계에서 해상되지 않는, 컷오프 주파수 이상의 주파수를 컷오프 주파수 이하로 시프트시킴으로써 해상 가능하게 하는 기술이다. 위상이 다른 줄무늬 모양의 조명에 의한 복수의 촬상 화상으로부터, 모아레 간섭 성분을 분리ㅇ주파수 공간 내에서 재배치하여 상을 재생한다. 또한, 복수 방향의 줄무늬 모양에 대해서 마찬가지로 행함으로써, 전체 방향에 대하여 분해능을 향상시킬 수 있다. 구체적인 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 회절격자를 조명계의 관찰 시료공역위치(試料共役位置)에 설치하여 주기적인 줄무늬 모양을 시료 상에 조명한다. (2) 복수 방향, 복수 위상의 조명에 의한 화상을 취득한다. (3) 화상 처리에 의해 상을 재생한다. (4) 화상 처리에 의해 복수 방향ㅇ위상의 화상을 합성한다.

상기 방법에서는, 같은 관찰 대상의 화상을 복수 조건으로 취득하고, 화상 처리에 의한 상 재생ㅇ합성을 행하기 때문에 촬상 시간이 화상취득 조건분만큼 걸린다. 이 때문에, 상기 방법을 반도체 검사 장치에 이용한 경우, 검사 시간이 길어진다는 것이 과제가 된다.

특허문헌 1: 특개 2006-268004호 공보

본 발명은 촬상 시간을 길게 하지 않고 광학 해상도를 향상시킬 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 촬상 장치는, 조명광을 출력하는 조명 광원, 조명 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 제1 회절격자, 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광이 시료에서 반사 또는 투과된 광을 투과시키는 제2 회절격자, 상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지, 및 상기 시료에서 반사된 광을 상기 제2 회절격자를 통해 수광하고, 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상하는 촬상부를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 광학적으로 등가일 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 상기 반송방향으로 나열된 복수 종류의 격자 패턴을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자가 상기 반송방향에 대하여 경사한 격자 패턴을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 상기 조명 광학계 및 상기 결상 광학계의 개구수와 상기 조명광의 파장으로 결정되는 해상 한계 정도의 주기를 갖는 격자 패턴을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 회절격자와 상기 촬상부가 근접하여 설치될 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 촬상 장치는, 조명광을 출력하는 조명 광원, 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 동시에, 상기 조명광이 시료에서 반사된 광을 투과시키는 회절격자, 상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지, 및 상기 시료에서 반사된 광을 상기 회절격자를 통해 수광하고 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상하는 촬상부를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 촬상 방법에 있어서, 조명광을 출력하는 조명 광원, 조명 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 제1 회절격자, 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광이 시료에서 반사된 광을 투과시키는 제2 회절격자, 및 상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지를 이용하고, 촬상부에 의해, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 제2 회절격자를 통해 수광하고, 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상한다.

상기 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 촬상 방법에 있어서, 조명광을 출력하는 조명 광원, 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 동시에, 상기 조명광이 시료에서 반사된 광을 투과시키는 회절격자, 및 상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지를 이용하고, 촬상부에 의해, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 회절격자를 통해 수광하고, 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상한다.

예시적인 실시예들에 따르면, 촬상 시간을 길게 하지 않고 광학 해상도를 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 개략 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)의 동작예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)의 동작예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 회절격자(12)의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)의 구성예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)의 구성예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)의 구성예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬상 장치의 개략 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 촬상 장치의 개략 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 변형예를 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

<제1 실시예>

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬상 장치(1)의 개략구성을 측면에서 본 상태로 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)는 웨이퍼 등의 시료(50)의 화상을 촬상하는 장치이며, 예를 들면 광학식 반도체 검사 장치의 구성 요소로서 이용할 수 있다.

도 1에 나타내는 촬상 장치(1)는 조명 광원(10), 릴레이 렌즈(11), 회절격자(12), 릴레이 렌즈(13), 빔 스플리터(14), 대물렌즈(15), 릴레이 렌즈(16), 회절격자(17), 릴레이 렌즈(18), TDI(Time Delay Integration; 시간지연 적분방식) 카메라 등의 TDI 촬상부(19), 및 스테이지(30)를 구비한다. 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)에서는 조명 광원(10), 릴레이 렌즈(11), 회절격자(12), 및 릴레이 렌즈(13)가 조명 광학계를 구성할 수 있다. 상기 조명 광학계는 조명 광원(10)이 출력한 조명광(41)을 빔 스플리터(14) 및 대물렌즈(15)를 통해 시료(50)에 조사한다. 또한, 빔 스플리터(14), 릴레이 렌즈(16), 회절격자(17), 릴레이 렌즈(18), 및 TDI 촬상부(19)가 결상 광학계를 구성할 수 있다. 상기 결상 광학계는 대물렌즈(15)로 집광된 시료(50)로부터의 반사광(42)을 TDI 촬상부(19)의 촬상면(191)에 결상한다. 회절격자(12)는 상기 조명 광학계에 있어서 시료공역위치에 설치되어 있다. 또한, 회절격자(17)는 상기 결상 광학계에 있어서 시료공역위치에 설치되어 있다. 또한, 촬상시에 스테이지(30)는 시료(50)를 탑재하고, 스캔방향으로 소정의 일정 속도로 이동한다. 또한, 회절격자(12)와 회절격자(17)는 투과형의 회절격자이며, 서로 동일구조이거나, 또는 적어도 광학적으로 등가인 구조를 갖는다. 또한, 조명 광원(10), 스테이지(30) 및 TDI 촬상부(19)는 도시하지 않은 컴퓨터 등을 갖는 제어부에 의해 제어된다.

도 1에 나타내는 촬상 장치(1)에 있어서, 조명 광원(10)으로부터 사출된 조명광(41)은 릴레이 렌즈(11)를 통과하여, 조명측 시료공역면에 설치되어 있는 회절격자(12)로 유도된다. 회절격자(12)를 투과한 조명광(41)은 릴레이 렌즈(13)를 투과하고, 빔 스플리터(14)에서 반사되고, 대물렌즈(15)를 투과하여 시료(50)를 조명한다. 이 때, 조명광(41)은 회절격자(12)의 격자패턴에 상응한 강도 분포를 갖는다. 시료(50)로부터의 반사광(42)은 대물렌즈(15), 빔 스플리터(14) 및 릴레이 렌즈(16)를 통과하여, 결상측 시료공역면에 설치되어 있는 회절격자(17)로 유도된다. 회절격자(17)를 투과한 반사광(42)은 릴레이 렌즈(18)를 통과하고, TDI 촬상부(19)의 촬상면(191)에 입사하고, TDI 촬상부(19)에 의해 시료(50)의 화상이 촬상된다.

여기서 도 2을 참조하여 TDI 촬상부(19)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다. 도 2는 TDI 촬상부(19)의 동작예를 설명하기 위한 설명도이다. 단, TDI 촬상부(19)의 기본적인 동작을 설명하기 위해 도 2에 나타내는 예는, 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)가 회절격자(12)와 회절격자(17)를 갖지 않는 경우의 동작예로 하고 있다. TDI 촬상부(19)는 수평방향으로 배열된 복수(수평 화소수라 한다)의 CCD(Charge-Coupled Device; 전하결합소자) 화소(190)로 이루어지는 열을 수직방향으로 복수단(TDI 단수라 한다) 나열한 구성을 갖고 있다. TDI 촬상부(19)는 각 화소(190)에 축적한 전하를 1라인 단위로 수직방향으로 순차 전송함으로써 축적한 전하를 TDI 단수분 적분한다. 이 전송 방향(수직방향)을 스테이지(30)의 스캔방향(이동방향)에 일치시키고, 전하의 전송 타이밍을 스테이지(30)의 이동에 동기시킴으로써, 반사광(42)을 TDI 단수분 반복하여 노광할 수 있다. 이 스테이지(30)의 이동에 동기시킨 TDI 촬상부(19)의 전하의 전송 방식을 시간지연 적분방식이라 부른다. 또한, 도 2에서는 설명을 위해 촬상면(191)의 수평 화소수를 4, TDI 단수를 6으로 하고 있지만, 상기 수평 화소수와 상기 TDI 단수는 예를 들면 수백 내지 수천 이상으로 할 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)의 이동에 따라, 촬상면(191)으로 결상하는 화상이 화상 70, 71, 72 및 73으로 변화된 경우, TDI 촬상부(19)로부터 다음과 같은 촬상 결과를 얻을 수 있다. 즉, TDI 촬상부(19)가 스테이지(30)의 이동에 동기시켜서, 일정 간격으로 화소(190)에 축적한 전하를 스캔방향의 다음의 화소(190)로 전송하여, 순차 적분하면, 우단의 열의 각 화소(190)에는 TDI 단수분의 전하가 축적된다. 이와 같이, 전하의 전송을 스캔방향의 수평 화소수분 반복하고, 또한 전하의 전송을 시료(50)의 스테이지(30)로 이동과 동기시킴으로써, 시료(50)를 스캔하면서 스캔방향의 TDI 단수분만큼 노광을 적산한 화상(74)이 얻어진다.

이어서, 도 3을 참조하여, 도 1에 나타내는 촬상 장치(1)가 회절격자(12)와 회절격자(17)를 갖고 있는 경우의 TDI 촬상부(19)의 동작예에 대하여 설명한다. 이 경우, 촬상면(191)에는, 예를 들면 회절격자(12)에 의해 발생한 암부(121)(망점부)와 명부(122)의 반복으로 이루어지는 회절격자 줄무늬가 투사된다. 회절격자(12)는 시료공역위치에 고정되어 있기 때문에, 스테이지(30)가 이동함에 따라, 촬상면(191)에 결상하는 화상은 화상 75, 76, 77 및 78로 변화되지만, 암부(121)와 명부(122)의 반복으로 이루어지는 회절격자 줄무늬는 이동하지 않는다. 즉, 조명 광학계의 시료공역위치(조명측 시료공역면)에 회절격자(12)를 설치하여 회절격자 패턴의 조명을 행한 경우, 회절격자(12)는 고정되어 있기 때문에, TDI 촬상부(19)는 시료(50)에 대하여 회절격자 패턴의 위상이 0°, 132°, 265° 및 38°와 같이 시프트한 화상을 적산한 화상(79)을 촬상한다.

또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회절격자(12)에는 스캔방향으로 나열된 격자의 방향이 다른 복수 종류의 격자 패턴(12-1∼12-n)을 배치할 수 있다. 격자 패턴(12-1∼12-n)은, 다른 격자 패턴과 함께 하나의 기초재에 일체적으로 형성되어 있어도 되고, 별개의 기초재에 형성되어 있어도 된다. 격자 패턴(12-1∼12-n)은 스캔방향에 대하여 다른 각도로 경사한 반복 패턴을 포함한다. 또한, 격자패턴(12-1∼12-n)은, 예를 들면 조명 광학계 및 결상 광학계로 배치된 렌즈의 NA(개구수)와 조명광(41)의 파장으로 결정되는 해상한계(회절한계나 분해능이라고도 한다) 정도의 주기의 패턴을 갖는다. 각 격자패턴(12-1∼12-n)의 경사각에 상응하여 백색의 화살표로 나타낸 방향으로 해상도가 향상된다. 회절격자(12)가 스캔방향으로 나열된 복수 종류의 격자 패턴(12-1~12-n)을 갖는 경우, TDI 촬상부(19)는 방향이 다른 격자 패턴과, 시료(50)의 화상을 동시에 적산할 수 있다. TDI 촬상부(19)는 회절격자(12) 상의 모든 방향ㅇ위상의 격자패턴으로부터의 화상을 하나의 적산된 화상으로서 출력할 수 있다. 이로 인해, TDI 촬상부(19)는 자동적으로, 한번의 스캔으로 필요한 복수의 격자 패턴을 통한 시료(50)의 화상을 취득할 수 있다. 또한, TDI 촬상부(19)를 이용함으로써, 화상처리를 실시하지 않고 복수의 격자 패턴을 통한 시료(50)의 화상을 합성할 수 있다.

또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는, 결상 광학계의 시료공역위치(결상측 시료공역면)에도, 회절격자(12)와 동일한 구조(혹은 광학적으로 등가인 구조)를 갖는 회절격자(17)가 설치되어 있다. 따라서, 회절격자(17)의 격자 패턴을 조명측의 회절격자(12)의 격자 패턴과 일치하도록 조정함으로써, TDI 촬상부(19)의 촬상 화상에 있어서, 상 재생은 광학적으로 자동으로 행하여진다. 여기서, 상 재생이란, 모아레 간섭의 원인이 된 조명계 격자 패턴(12)과 동일한 주파수ㅇ위상의 격자 패턴(17)과 다시 간섭시키면, 모아레 간섭에 의해 대물 렌즈를 통과할 수 있게 된 초해상((0005)에서 설명)으로서의 주파수 성분이 원래의 주파수 성분으로 복귀하는 것이다. 또한, 조명계 격자만으로는 잔류하는 모아레 간섭 성분의 제거도 동시에 실현된다(비특허문헌 「W. Lukosz, M.Marchand, "Optischen Abbildung Unter Uberschreitung der Beugungsbedingten Auflosungsgrenze", J. Opt. ica Acta 10(1963) 241-255」 참조). 따라서, TDI 촬상부(19)가 촬상한 화상에 있어서, 화상처리를 실시하지 않고 상 재생을 할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 촬상 장치(1)는 조명광을 출력하는 조명 광원(10), 조명 광학계의 시료공역위치에 설치되고 조명광(41)을 시료측으로 투과시키는 회절격자(12)(제1 회절격자), 결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 조명광(41)이 시료에서 반사된 반사광(42)(광)을 투과시키는 회절격자(17)(제2 회절격자), 시료(50)를 소정의 스캔방향(반송방향)으로 이동시키는 스테이지(30), 및 시료(50)에서 반사된 반사광(42)을 회절격자(17)를 통해 수광하고, 스테이지(30)에 의한 시료(50)의 이동에 동기하여 TDI 방식(시간지연 적분방식)으로 촬상하는 TDI 촬상부(19)(촬상부)를 구비한다. 본 실시예의 촬상 장치(1)에 의하면, 촬상 시간을 길게 하지 않고 광학 해상도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 촬상 장치(1)에 있어서, 회절격자(12)와 회절격자(17)는 조명 광학계 및 결상 광학계의 NA(개구수)와 조명광(41)의 파장으로 결정되는 해상한계 정도의 주기를 갖는 격자패턴을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 회절격자(12)와 회절격자(17)는 광학적으로 등가이다. 또한, 회절격자(12)와 회절격자(17)는 스캔방향(반송방향)으로 나열된 복수 종류의 격자 패턴을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 회절격자(12) 및 회절격자(17)는 스캔방향에 대하여 경사한 격자 패턴을 갖는 것으로 할 수 있다.

본 실시예의 촬상 장치(1)는 TDI 촬상부(19)를 사용하고, 조명계와 결상계의 시료공역위치에 회절격자(12)와 회절격자(17)를 설치함으로써, 구조화 조명을 실현한다. 즉, 본 실시예의 촬상 장치(1)는 조명계ㅇ결상계의 각 시료공역위치(시료공역면)에 임의의 패턴과 피치의 회절격자를 설치하고, TDI 촬상부(19)를 이용하여, 2매의 회절격자(12 및 17)을 통과한 광을 적산ㅇ영상화한다. 또한, 회절격자(12 및 17)는 광학계의 파장ㅇNA로 결정되는 해상도 정도의 주기를 갖는 패턴으로 할 수 있다. 또한, 시야 내의 스캔방향으로 방향이 다른 격자 패턴(혹은 회절격자)를 나열하고, TDI 촬상부(19)에서 적산함으로써, 복수 방향의 회절격자 패턴 화상을 한번의 스캔으로 적산하여 1매의 화상으로서 출력한다. 또한, 결상 광학계의 릴레이 렌즈는 대물렌즈의 NA와 결상계 시료공역위치까지의 중간 배율로 결정되는 결상계 시료공역면 직전의 NA 이상의 가능한 한 큰 NA를 갖게 하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 촬상 장치(1)에 의하면, 회절격자의 피치를 대물 렌즈의 해상한계 피치로 했을 때에, 종래의 광학계에 대하여 최대 2배의 NA에 상당하는 해상도 향상 효과가 얻어진다. 또한, 종래의 구조화 조명에 대하여, 한번의 화상 취득으로 복수 방향ㅇ위상의 화상을 취득하는 것이 가능하며, 상 재생ㅇ합성이 화상처리가 아니고 광학적으로 자동적으로 행해진다. 그 때문에 촬상 속도나 검사 속도를 저하시키지 않는다.

이어서, 도 5를 참조하여, 회절격자(12)의 격자 패턴의 경사 각도에 대하여 설명한다. 도 5는 회절격자(12)의 격자 패턴의 경사 각도와 TDI 촬상부(19)에 있어서의 적산 광량의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 TDI 적산방향과 회절격자 줄무늬의 암부(121)와 명부(122)의 방향(이하, 회절격자 줄무늬 방향이라 한다)이 이루는 각 θ가 0°인 경우를 나타낸다. 도 5(b)는 TDI 적산방향과 회절격자 줄무늬 방향이 이루는 각 θ가 (Aㆍtanθ<B)인 경우를 나타낸다. 여기서, A는 TDI 적산방향의 촬상면(191)의 폭이며, B는 회절격자 줄무늬의 암부(121)의 폭이다. 그리고, 도 5(c)는 TDI 적산방향과 회절격자 줄무늬의 방향이 이루는 각 θ가 (Aㆍtanθ>B)인 경우를 나타낸다.

도 5에 나타내는 바와 같이, TDI 적산방향과 회절격자 줄무늬의 방향이 이루는 각 θ에 의해, 촬상면(191) 상에 생기는 불감영역(촬상 중, 암부(121)와 항상 겹쳐 있는 영역)(192)의 크기가 변화된다. 도 5(a)에 나타내는 θ=0°의 경우가 불감영역(192)이 최대이며, 적산광량은 직사각형파상으로 변화된다. 도 5(b)에 나타내는 θ=Aㆍtanθ<B인 경우는 불감영역(192)이 존재하고, 적산광량은 사다리꼴파 형상으로 변화된다. 그리고, 5(c)에 나타내는 θ=Aㆍtanθ>B인 경우는 불감영역(192)이 존재하지 않고, 적산광량은 톱니파형으로 변화된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 이루는 각 θ가 Aㆍtanθ<B인 경우는 적산할 때에 수광할 수 없는 장소가 생긴다. 이 때문에, 회절격자 줄무늬의 경사각(이루는 각) θ는 Aㆍtanθ>B를 만족시키는 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 6을 참조하여, TDI 촬상부(19)의 화소(190)의 사이즈에 대하여 설명한다. 도 6은 횡축을 도 2 및 도 3에 나타내는 수직방향 또는 수평방향으로 하여 위에서부터 순서대로, 시료(50) 상의 형상의 변화와, 촬상면(191) 상에 결상한 광학상과, TDI 촬상부(19)가 촬상한 화상 1 및 2의 화소마다의 화소값을 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 시료(50) 상의 촬상 대상의 형상이 패턴 주기 L의 직방체 형상이며, 주기 L이 결상 광학계의 해상도 한계 이상이었다고 하면, 광학상은 예를 들면 2개의 산형상의 상이 된다. 이에 대하여, 촬상 화상(1)은 화소 사이즈≥L의 경우에서, 화소 사이즈가 시료 패턴의 간격 이상일 때, 광학적으로 해상해도 촬상 화상에서는 해상하지 않는다. 한편, 촬상 화상(2)은 화소 사이즈≤L/2의 경우이며, 화소 사이즈가 시료의 패턴 주기의 1/2 이하일 때, 촬상 화상으로도 해상한다. 즉, 화소 사이즈는 광학계의 해상 한계의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 7은 도 6에 나타내는 패턴 주기 L과 현미경의 촬상면에서 관찰할 수 있는 광학상의 콘트라스트의 관계를 나타내는 도면이다. 통상 현미경에 대하여, 구조화 조명 현미경에서는, 해상 한계가 패턴 주기로 약 1/2이 된다. 따라서, 구조화 조명 현미경에서의 화소 사이즈는 향상된 해상 한계의 패턴 사이즈의 1/2 이하의 화소 사이즈의 사용이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성은 상기의 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 촬상 장치(1)에 있어서, 릴레이 렌즈의 매수를 늘리거나, 표시장치나 기억장치, 혹은 시료(50) 상의 결함 패턴을 인식하는 화상처리장치 등을 설치할 수 있다.

<제2 실시예>

도 8은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬상 장치(1a)의 개략 구성을 측면에서 본 상태로 나타내는 모식도이다. 도 8에 있어서, 도 1에 나타내는 제1 실시예의 구성과 동일한 구성에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 적절히 생략한다. 도 8에 나타내는 촬상 장치(1a)는, 도 1에 나타내는 제1 실시예의 촬상 장치(1)와 비교하여 다음 사항이 다르다. 즉, 도 8에 나타내는 촬상 장치(1a)에서는, 회절격자(17)(제2 회절격자)와 TDI 촬상부(19)가 시료공역위치에서 근접하여 설치되어 있다. 또한, 도 8에 나타내는 촬상 장치(1a)에서는, 도 1에 나타내는 릴레이 렌즈(18)가 생략되어 있다. 도 8에 나타내는 촬상 장치(1a)에서는, TDI 촬상부(19)가 시료공역위치에서 결상한 시료(50)를 촬상한다. 다른 구성 및 동작은 도 1에 나타내는 제1 실시예의 촬상 장치(1)와 마찬가지이다.

본 실시예의 촬상 장치(1a)에 의하면, 제1 실시예의 촬상 장치(1)와 마찬가지로, 종래의 광학계에 대하여 최대 2배의 NA에 상당하는 해상도 향상 효과가 얻어진다. 또한, 종래의 구조화 조명에 대하여 한번의 화상취득으로 복수 방향ㅇ위상의 화상을 취득할 수 있으며, 상 재생ㅇ합성이 화상처리는 아니고 광학적으로 자동적으로 행해진다. 그 때문에 촬상 속도나 검사 속도를 저하시키지 않는다.

<제 3실시예>

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 촬상 장치(1b)의 개략구성을 측면에서 본 상태로 나타내는 모식도이다. 도 9에 있어서, 도 1에 나타내는 제1 실시예의 구성과 동일한 구성에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 적절히 생략한다. 도 9에 나타내는 촬상 장치(1b)는 도 1에 나타내는 제1 실시예의 촬상 장치(1)와 비교하여, 다음 사항이 다르다. 즉, 도 9에 나타내는 촬상 장치(1b)에서는, 회절격자(17)(제2 회절격자)와 릴레이 렌즈(13)와 릴레이 렌즈(16)가 생략되는 동시에, 릴레이 렌즈(20)가 새롭게 설치되어 있다. 또한, 도 9에 나타내는 촬상 장치(1b)에서는, 회절격자(12)가 빔 스플리터(14)와 릴레이 렌즈(20) 사이의 시료공역위치에 설치되어 있다. 릴레이 렌즈(20)는 반사광(42)을 시료공역위치에 결상시킨다. 제3 실시예에서는, 조명계ㅇ결상계의 시료공역위치를 동일위치가 되는 광학계로 하고, 조명측ㅇ결상측의 회절격자(12)를 합쳐서 1매로 하고 있다. 이 경우, 조명측ㅇ결상측의 회절격자의 위치맞춤을 행할 필요가 없어진다.

본 실시예의 촬상 장치(1b)에 의하면, 제1 실시예의 촬상 장치(1)와 마찬가지로, 종래의 광학계에 대하여 최대 2배의 NA에 상당하는 해상도 향상 효과가 얻어진다. 또한, 종래의 구조화 조명에 대하여, 한번의 화상취득으로 복수 방향ㅇ위상의 화상을 취득하는 것이 가능하며, 상 재생ㅇ합성이 화상처리가 아니고 광학적으로 자동적으로 행해진다. 그 때문에 촬상 속도나 검사 속도를 저하시키지 않는다.

<변형예>

이어서, 도 10을 참조하여 상술한 회절격자(12)나 회절격자(17)가 갖는 격자 패턴의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 설명에서는, 회절격자(12)의 격자 패턴이 예를 들면 도 4에 나타내는 라인ㅇ앤드ㅇ스페이스의 주기적 구조를 갖고 있다고 했다. 그러나, 회절격자(12)나 회절격자(17)가 갖는 격자 패턴은 라인ㅇ앤드ㅇ스페이스로 한정되지 않는다. 회절격자(12)나 회절격자(17)가 갖는 격자 패턴은, 예를 들면 도 10(a)에 나타내는 복수의 삼각 격자(91)로 이루어지는 격자 패턴이어도 된다. 이 경우, 삼각 격자(91)의 각 변의 수직 방향으로 해상도를 향상시킬 수 있다. 즉, 도 10(b)에 나타내는 바와 같은 3종류의 라인ㅇ앤드ㅇ스페이스의 주기적 구조를 갖는 격자 패턴 92, 93 및 94와 동등한 해상도 향상 효과가 얻어진다. 한편, 격자 패턴은 삼각 격자로 한정되지 않고, 예를 들면, 복수의 타원 격자로 이루어지는 격자패턴 등이어도 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1, 1a, 1b: 촬상 장치 10: 조명 광원
11, 13, 16, 18, 20: 릴레이 렌즈 12, 17: 회절격자
14: 빔 스플리터 19: TDI 촬상부
15: 대물렌즈 30: 스테이지
41: 조명광 42: 반사광
50: 시료

Claims

조명광을 출력하는 조명 광원;
조명 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 제1 회절격자;
결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광이 시료에서 반사 또는 투과된 광을 투과시키는 제2 회절격자;
상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지; 및
상기 시료에서 반사된 광을 상기 제2 회절격자를 통해 수광하고, 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상하는 촬상부를 포함하고,
상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 상기 조명 광학계 및 상기 결상 광학계의 개구수와 상기 조명광의 파장으로 결정되는 해상 한계 정도의 주기를 갖는 격자 패턴을 갖는 촬상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 광학적으로 등가인 촬상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 회절격자와 상기 제2 회절격자가 상기 반송방향으로 나열된 복수 종류의 격자 패턴을 갖는 촬상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자가 상기 반송방향에 대하여 경사한 격자 패턴을 갖는 촬상 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제2 회절격자와 상기 촬상부가 근접하여 설치되어 있는 촬상 장치.
조명광을 출력하는 조명 광원;
결상 광학계의 시료공역위치에 설치되고 상기 조명광을 시료측으로 투과시키는 동시에 상기 조명광이 시료에서 반사된 광을 투과시키는 회절격자;
상기 시료를 소정의 반송방향으로 이동시키는 스테이지; 및
상기 시료에서 반사된 광을 상기 회절격자를 통해 수광하고, 상기 스테이지에 의한 상기 시료의 이동에 동기하여 시간지연 적분방식으로 촬상하는 촬상부를 포함하고,
상기 회절격자는 상기 결상 광학계의 개구수와 상기 조명광의 파장으로 결정되는 해상 한계 정도의 주기를 갖는 격자 패턴을 갖는 촬상 장치.
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