KR20030019142A - 레티클 검사 장치 - Google Patents

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KR20030019142A
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다다아키후미
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닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

레티클(16) 상의 결함을 걸출하기 위한 레티클 검사 장치는 레티클(16)의 화상 데이터를 생성하기 위한 화상 데이터 생성기(42), 화상 데이터로부터 화상의 선명도를 해석하기 위한 선명도 해석기(44), 화상의 선명도가 미리 정해진 기준 범위 이내인지의 여부를 판정하기 위한 선명도 판정 장치(45), 및 화상의 선명도가 기준 범위 밖인 경우에 위치 센서(33)의 위치를 정정하기 위한 센서 위치 조정 스테이지(34)를 포함한다. 상기와 같이 구성된 레티클 검사 장치는 신뢰성이 높고, 레티클 검사 장치의 변형 등에 기인한 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 기능의 에러를 자동적으로 진단할 수 있다.

Description

레티클 검사 장치{RETICLE INSPECTION APPARATUS}
본 발명은 레티클 상의 결함을 결출하기 위한 레티클 검사 장치에 관한 것으로, 특히 오토 포커싱 장치를 포함하고, 오토 포커싱 장치에서 발생하는 에러를 진단하기 위한 자기 진단 기능 및 이 진단에 기초하여 오토 포커싱 장치의 에러를 자동적으로 보정하기 위한 자동 보정 기능을 갖는 레티클 검사 장치에 관한 것이다.
레이저 광을 레티클에 조사하여 레티클 상의 결함을 검출하기 위한 종래의 레티클 검사 장치는 오토 포커싱 장치를 포함하는 것이 일반적이다. 오토 포커싱 장치는, 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 광학 시스템의 대물 렌즈와 레티클의 검출면 간의 거리를 측정하고 대물 렌즈의 위치를 제어하여 레이저 광의 초점을 레티클의 검출 위치와 일치시키도록 하여, 대물 렌즈와 검출면 간의 거리를 최적으로 유지하는 데 사용된다. 일반적으로, 이러한 오토 포커싱 장치는 레티클의 결함을 검출하기 위한 검출 광을 오토 포커싱 목적으로 사용하는 비점수차법(astigmatic method)아나 나이프 에지법(knife-edge method), 또는 오토 포커싱 전용의 광원을 사용하는 경사 입사법(oblique-incidence) 등에 따라 동작한다.
이러한 오토 포커싱 장치는 카메라, 마이크로스코프 및 반도체 노광 장치 등의 다양한 장치에서 사용된다. 레티클 검사 장치에서는, 최근의 반도체 장치의 미세화에 의해 오토 포커싱 장치의 검사 광학 시스템의 NA(Numerical Aperture: 개구수)의 증가에 기인하여, 0.1㎛ 레벨의 오토 포커싱 동작의 조정 정밀도가 요구된다.
이러한 요구에 부응하기 위해서, 미국특허 제6,052,478호에서는 2개의 광학 시스템을 포함하고 비점수차법에 따라 동작하는 오토 포커싱 장치을 제안하고 있다. 제안된 오토 포커싱 장치에서는, 피검사물로부터 반사된 검사 광을 2개의 검사 광 부분으로 분할하여 각각의 광학 시스템에 입사시키고, 각각의 광학 시스템에서의 빔 스폿의 형상을 비교함으로써 오토 포커싱 동작을 조정한다. 또한, 일본국 특개평10-030988호 및 특개평11-306554호에서는 경사 입사법에 따라 동작하는 오토 포커싱 장치를 각각 제안하고 있다.
이들 종래 기술의 방법 중, 경사 입사법에 대하여 설명한다. 도 1은 경사 입사법에 따라 동작하는 종래의 오토 포커싱 장치를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 레티클 검사 장치는 검사 광학 시스템(10), 오토 포커싱 광학 시스템(30b) 및 컨트롤러 시스템(40b)를 포함한다. 또한, 도 1에서 도면 시트 상의 횡 방향은 X 방향(우측 방향은 +X이고 좌측 방향은 -X임)으로 설정되고, 종 방향은 Z 방향(상측 방향은 +Z이고, 하측 방향은 -Z임)으로 설정되며, 도면 시트의 법선 방향은 Y 방향(들어가는 방향은 +Y이고, 나오는 방향은 -Y임)으로 설정되어 있다.
검사 광학 시스템(10)에서는, 검사 레이저 광(110)을 -X 방향으로 발진하는 검사 레이저 광원(11)이 설치되고, 검사 레이저 광(110)의 광로를 따라서, 검사 레이저 광(110)을 확장하기 위한 텔레스코프(12), 레이저 광(110)을 -Z 방향으로 반사하기 위한 미러(13), 미러(13)에 의해 반사된 레이저 광(110)을 집광하기 위한 대물 렌즈(14) 및 검사할 레티클(16)을 탑재하여 레티클을 X 및 Y 방향으로 이동시키는 X-Y 스테이지(17)가 순서대로 설치되어 있다.
레티클(16) 다음에, 레티클(16)을 투과한 검사 레이저 광(110)인 검사 광(111)을 집광하기 위한 렌즈(18), 및 렌즈(18)에 의해 집광된 검사 레이저 광(111)의 강도를 측정하기 위한 검사 광 센서(19)가 설치되어 있다. 또한, 빔 스플리터(20)가 미러(13)와 대물 렌즈(14) 사이에 설치되어, 미러(13)에 의해 반사된 검사 레이저 광(111)을 대물 렌즈(14)를 통하여 레티클(16)에 투과시키고 레티클(16)에 의해 반사된 검사 레이저 광(112)을 검사 레이저 광(112)으로서 편향시킨다. 빔 스플리터(20) 다음에, 빔 스플리터(20)에 의해 편향된 검사 레이저 광(112)을 집광하기 위한 렌즈(21) 및 렌즈(21)에 의해 집광된 검사 레이저 광(112)의 강도를 측정하기 위한 검사 광 센서(22)가 설치되어 있다. 대물렌즈(14)는 조정 기구(15)에 의해 지지된다. 조정 기구(15)는 레티클(16)에 대하여 대물 렌즈(14)의 높이 또는 레벨을 조정함으로써, 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리를 조정한다.
오토 포커싱 광학 시스템(30b)에서는, 오토 포커싱 레이저 광(310)을 -X 방향으로 발진하기 위한 He-Ne 레이저 광원(31)이 설치되고, He-Ne 레이저 광원(31) 다음에, 오토 포커싱 레이저 광(310)을 반사하기 위한 미러(32)가 설치되어 있다. 미러(32)는 오토 포커싱 레이저 광(310)이 -Z 방향으로 반사되고, 대물 렌즈(14)의 광축(140)에 평행하고 광축(140)으로부터 분리되는 경로를 따라서 진행하고, 그 후 대물 렌즈(14)를 통하여 레티클(16)에 경사지게 입사되도록 배치되어 있다. 또한, 레티클(16) 상에 입사되고 레티클(16)에 의해 반사된 오토 포커싱 레이저 광(310)인 오토 포커싱 레이저 광(311)의 입사 위치를 검출하기 위한 위치 센서(33)가 설치되어 있다.
컨트롤러 시스템(40b)은 검사 광 센서(투과용)(19) 및 검사 광 센서(반사용)(22)의 출력 신호 및 X-Y 스테이지(17)의 좌표 데이터가 입력되고, 투과 검사 광(111) 및 반사 검사 광(112)의 광 강도의 측정 데이터에 기초하여 레티클(16)의 패턴의 화상 데이터를 생성하기 위한 화상 데이터 생성기(42), 화상 데이터 생성기(42)로부터의 화상 데이터에 응답하여, 화상 데이터에 기초하여 레티클(16)의 결함을 추출하기 위한 결함 추출기(43), 화상 데이터 생성기(42) 및 X-Y 스테이지(17)에 접속되어, X-Y 스테이지(17)의 동작을 제어하고 X-Y 스테이지(17)의 좌표 데이터를 화상 데이터 생성기(42)로 출력하기 위한 X-Y 스테이지 컨트롤러(46), 위치 센서(33)로부터의 신호를 연산 처리하기 위한 오토 포커싱(AF) 컨트롤러(48), 및 오토 포커싱 컨트롤러(48)로부터 입력된 신호에 기초하여 조정 기구(15)를 작동시켜 대물 렌즈(14)의 위치를 조정하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49)를 포함한다. 또한, 컨트롤러 시스템(40b)은 화상 데이터 생성기(42) 및 결함 추출기(43)에 접속되어, 컨트롤러 시스템(40b) 내의 각 종의 장치에 지시하고 검사 결과를 출력하기 위한 입출력 장치(41)를 포함한다. 또한,이 레티클 검사 장치 내의 오토 포커싱 장치는 오토 포커싱 광학 시스템(30b), 오토 포커싱 컨트롤러(48) 및 렌즈 위치 컨트롤러(49)로 구성되어 있다.
도 1에 나타낸 종래의 레티클 검사 장치의 동작을 설명한다. 우선, 검사 레이저 광원으로부터 -X 방향으로 발진된 검사 레이저 광(110)이 텔레스코프(12)에 의해 확대되고, 미러(13)에 의해 -Z 방향으로 반사된 후, 대물 렌즈(14)에 의해 집광되어 X-Y 스테이지(17) 상에 탑재된 레티클(16)을 조사한다. 이 경우, 레티클(16)은 실질적으로 최소 빔 스폿을 갖는 검사 레이저 광(110)으로 조사된다. X-Y 스테이지 컨트롤러(46)로부터의 신호에 따라서 레티클(16)을 탑재하는 X-Y 스테이지(16)를 X 및 Y 방향으로 이동시킴으로써, 레티클(16) 상의 검사 레이저 광(110)의 조사 스폿이 레티클(16) 상에서 상대적으로 이동된다. X-Y 스테이지 컨트롤러(46)는 X-Y 스테이지(17)의 좌표 데이터를 화상 데이터 생성기(42)로 출력한다. 레티클(16)을 투과한 검사 레이저 광(110)인 검사 레이저 광(111)이 렌즈(18)에 의해 검사 광 센서(19) 상에 집광되고, 이 검사 광 센서(19)에 의해 그 강도가 측정된다. 한편, 레티클(16)에 의해 반사된 검사 레이저 광(110)인 검사 레이저광(112)은 빔 스플리터(20)에 의해 -X 방향으로 편향되어 렌즈(21)에 의해 검사 광 센서(22) 상에 집광된다. 검사 광 센서(22)는 그 광 강도를 측정한다.
화상 데이터 생성기(42)는 검사 광 센서(19) 및 검사 광 센서(22)로부터의 광 강도 신호 및 X-Y 스테이지 컨트롤러(46)로부터의 좌표 데이터를 처리하여 화상 데이터를 생성하고, 화상 데이터를 결함 추출기(43)로 출력한다. 결함 추출기(43)는 레티클(16)의 설계 데이터 등과 비교하여 레티클(16)의 결함을 검출한다.
한편, He-Ne 레이저(31)에 의해 -X 방향으로 발진된 오토 포커싱 레이저 광(310)은 미러(32)에 의해 -Z 방향으로 반사되어, 대물 렌즈(14)의 광축(140)에 평행하고 그로부터 분리되는 광로를 따라서 통과한다. 그 후, 오토 포커싱 레이저 광(310)은 미러(13) 및 빔 스플리터(20)를 투과하고, 대물 렌즈(14)에서 굴절하여, 레티클(16) 상에 경사지게 입사된다. 오토 포커싱 레이저 광(310)은 반사된 오토 포커싱 광(311)으로서 레티클(16)에 의해 반사된다. 반사된 오토 포커싱 광(311)은 대물 렌즈(14)에 의해 +Z 방향에 대하여 굴절되고, 빔 스플리터(20) 및 미러(13)를 투과하여, 위치 센서(33) 상에 입사된다. 위치 센서(33)는 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치를 검출한다.
도 1에 나타낸 레티클 검사 장치에서는, 위치 센서(33) 상의 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와 대물 렌즈(14)의 높이 간의 관계가 간단히 결정된다. 즉, 대물 렌즈(14)의 높이 또는 레벨이 최적화되고 검사 레이저 광(110)이 레티클(16) 상에 포커싱된 경우, 오토 포커싱 광(311)은 미리 정해진 위치에서 위치 센서(33) 상에 입사된다. 이에 반해, 레티클(16)의 위치가 +Z 방향의 시프트되거나 대물 렌즈(14)의 위치가 -Z 방향으로 시프트되는 경우, 즉 레티클(16) 및/또는 대물 렌즈(14)의 위치가 상호 근접하는 방향으로 쉬프트되는 경우, 위치 센서(33) 상의 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치는 +X 방향으로 시프트된다. 레티클(16)의 위치가 -Z 방향으로 시프트되거나 대물 렌즈(14)의 위치가 +Z 방향으로 시프트되는 경우, 즉 레티클(16) 및/또는 대물 렌즈(14)가 상호 분리되는 방향으로 시프트되는 경우, 위치 센서(311) 상의 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치는 -X 방향으로 시프트된다.
위치 센서(33)에 의해 출력되고 위치 센서(33) 상의 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치를 나타내는 신호가 오토 포커싱 컨트롤러(48)에서 처리되어 시프트를 제거하는 데 필요한 신호를 생성한다. 후자의 신호는 대물 렌즈의 높이를 조정하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49)로 출력된다. 렌즈 위치 컨트롤러(49)는 입력 신호에 따라서 조정 기구(15)를 조작하여, 위치 센서(33) 상의 반사된 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치가 미리 정해진 위치가 되도록 대물 렌즈(14)의 높이 또는 레벨을 조정한다. 따라서, 대물 렌즈(14)는 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 조정된다. 그 결과, 검사 레이저 광(110)의 스폿 직경은 레티클(16)의 검사 위치 부근에서 항상 최소로 된다.
그러나, 상술한 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 레티클 검사 장치를 장시간에 걸쳐 사용하는 경우, 검사 장치가 설치되는 환경의 온도 변화 및/또는 기압 변화에 기인하여 검사 장치 자체가 점진적으로 변형된다. 또한, 검사장치 자체의 중량에 의해서도 검사 장치 구조의 점진적인 변형이 생긴다. 레티클 검사 장치의 이러한 변형에 따라서, 도 1에 나타낸 검사 광학 시스템(10)과 오토 포커싱 광학 시스템(30b) 간의 위치 관계, 및 검사 광학 시스템(10)의 각 구성 부품과 오토 포커싱 광학 시스템(30b)의 각 구성 부품 간의 위치 관계가 초기에 설정된 관계로부터 점진적으로 변화된다. 그 결과, 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 기능이 점진적으로 열화되어, 레티클의 화상 데이터에 오프 포커스(off-focus) 문제가 생겨 레티클 검사가 정상적으로 수행될 수 없다.
레티클(16)의 검사가 수행될 수 없는 경우에는, 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 기능에 어떠한 에러가 있는지의 여부를 판단할 필요가 있다. 이러한 판단을 행하기 위해서는, 레티클 검사 장치 자체를 상세히 검사할 필요가 있다. 따라서, 레티클 검사 장치를 유저 측의 공장에 설치한 경우에는, 레티클 검사 장치의 제조자의 엔지니어가 유저 공장을 방문하여 레티클 검사 장치의 상세한 검사를 수행해야만 하는 또 다른 문제가 있다. 이는 취급이 곤란하고 시간이 걸린다.
본 발명은 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 장치의 변형 등에 기인한 오토 포커싱 기능의 에러를 자동적으로 진단할 수 있는 신뢰성이 있는 레티클 검사 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 경사 입사법에 따라 동작 가능한 종래의 오토 포커싱 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레티클 검사 장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 레티클(16)의 라인 앤드 스페이스(line-and-space) 패턴의 단면도.
도 4는 가로 좌표에 레티클 기판 상의 라인 앤드 스페이스 패턴의 배열 방향에서의 위치를 갖고, 세로 좌표에 제1 실시예에 따른 레티클 검사 장치에 의해 라인 앤드 스페이스 패턴을 검출하여 얻어진 화상의 광 강도를 갖는 레티클의 화상 데이터의 광 강도 분포를 나타낸 그래프.
도 5는 가로 좌표에 1mm 당 라인수를 갖고 세로 좌표에 MTF(Modulation Transfer Function)를 갖는, 공간 주파수 특성, 즉 MTF 특성을 나타낸 그래프.
도 6의 (a)는 위치 센서 상의 레티클에 의해 반사된 오토 포커싱 레이저 광의 입사 위치와 레티클에 대한 대물 렌즈의 위치 간의 관계를 자동적으로 정정하기 위한 자동 정정 동작을 도시한 도면으로서, 상기 관계가 초기에 조정된 상태이고 레티클 검사 장치가 정상인 경우를 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 나타낸 관계가 장시간에 걸친 검사 장치의 구조적 변형에 기인하여 시프트되어 화상 데이터의 선명도가 허용 범위 밖으로 된 것을 제외하고는 도 6의 (a)와 동일한도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레티클 검사 장치를 나타낸 블럭도.
도 8은 가로 좌표에 대물 렌즈의 위치를 갖고 세로 좌표에 레티클의 화상 데이터의 선명도를 갖는, 레티클에 대한 대물 렌즈의 위치와 레티클 화상의 선명도 간의 관계를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 검사 광학 시스템
11 : 검사 레이저 광원
12 : 텔레스코프
13 : 미러
14 : 대물 렌즈
16 : 레티클
17 : X-Y 스테이지
18, 21 : 렌즈
19 : 투과 검사 광 센서
20 : 빔 스플리터
22 : 반사 검사 광 센서
30, 30a, 30b : 오토 포커싱 광학 시스템
31 : He-Ne 레이저 광원
33 : 위치 센서
41 : 입출력 장치
42 : 화상 데이터 생성기
43 : 결함 추출기
44 : 선명도 해석기
45 : 선명도 판정 장치
46 : X-Y 스테이지 컨트롤러
47 : 스테이지 컨트롤러
48 : 오토 포커싱 컨트롤러
49 : 렌즈 위치 컨트롤러
본 발명의 레티클 검사 장치는, 검사 레이저 광원, 대물 렌즈, 화상 생성기, 오토 포커싱 레이저 광원, 위치 센서, 렌즈 위치 조정기, 및 레티클 화상의 선명도를 해석하여 선명도가 허용 범위 이내인지의 여부를 평가하기 위한 선명도 평가 장치를 포함한다. 검사 레이저 광원은 검사용 레이저 광을 발진하는 데 사용된다. 대물 렌즈는 검사 레이저 광을 집광하여 집광된 광으로 레티클을 조사하는 데 사용된다. 화상 생성기는 레티클에 의해 반사된 검사 레이저 광 및 레티클을 투과한 검사 레이저 광에 기초하여 레티클의 화상을 생성하여 레티클의 결함을 검출하는 데 사용된다. 오토 포커싱 레이저 광원은 오토 포커싱 레이저 광을 대물 렌즈를 통하여 대물 렌즈의 광측에 대하여 경사진 방향으로 레티클에 발진하는 데 사용된다. 위치 센서는 대물 렌즈를 통하여 레티클에 의해 반사된 오토 포커싱 광을 수신하여 반사된 오토 포커싱 레이저 광의 입사 위치를 검출하는 데 사용된다. 렌즈 위치 조정기는 위치 센서의 검출 결과에 기초하여 대물 렌즈와 레티클 간의 거리를 연산함으로써 대물 렌즈의 초점 위치가 레티클 상의 검사 위치와 일치하도록 하여 레티클에 대하여 대물 렌즈의 위치를 조정하는 데 사용된다.
본 발명에서는, 검사 레이저 광원으로부터 검사 레이저 광을 발진하고, 대물 렌즈에 의해 검사 레이저 광을 집광하며, 집광된 레이저 광을 레티클에 조사하고, 레티클에 의해 반사된 검사 레이저 광 및 레티클을 투과한 검사 레이저 광에 기초하여 화상 생성기에 의해 레티클의 화상을 생성함으로써 레티클 상의 결함을 검출한다. 이 때, 오토 포커싱 레이저 광원으로부터 발진된 오토 포커싱 레이저 광은 대물 렌즈에 의해 굴절되어 레티클을 경사지게 조사한다. 레티클 상에 경사지게 입사된 조사 레이저 광이 레티클에 의해 반사되고 대물 렌즈에 의해 재차 위치 센서로 굴절된다. 레티클 상의 레이저 광의 입사 위치와, 레티클과 대물 렌즈 간의 거리와의 관계는 일정하다. 따라서, 위치 센서는 오토 포커싱 레이저 광의 입사위치를 검출하고, 렌즈 위치 조정기는 레티클과 대물 렌즈 간의 거리를 일정하게 유지하도록 검출된 입사 위치에 기초하여 대물 렌즈의 높이를 조정하여, 대물 렌즈의 초점을 항상 레티클 상에 설정할 수 있다. 선명도 평가 장치는 레티클 화상의 선명도를 평가하여 오토 포커싱 장치가 정상적으로 기능하는지의 여부를 진단한다. 또한, 오토 포커싱 장치는 오토 포커싱 레이저 광원, 위치 센서 및 대물 렌즈의 렌즈 위치 조정기로 구성된다. 레티클 검사 장치의 이러한 구성에 따라서, 장치의 일부분의 변형에 기인하여 오토 포커싱 장치에 에러가 발생하여 레티클 화상의 선명도가 열화된 경우, 선명도의 열화 정도를 자동적으로 평가하고 오토 포커싱 장치가 정상적으로 동작되는지의 여부를 진단할 수 있다. 그 결과, 레티클 검사의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레티클 검사 장치는 위치 센서의 위치를 조정하기 위한 위치 센서 조정기를 포함하는 것이 바람직하다. 레티클 화상의 선명도가 허용 범위 밖으로 열화되면, 위치 센서 조정기에 의해 위치 센서의 위치를 조정할 수 있다. 그 결과, 선명도를 허용 범위 내로 복원할 수 있다.
선명도 평가 장치에 의해 얻어진 평가 결과에 기초하여 렌즈 위치 조정기에 의해 대물 렌즈의 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 레티클 화상의 선명도가 허용 범위 밖으로 열화되면, 위치 센서의 위치를 조정하기 위한 위치 센서 조정기의 필요없이, 오토 포커싱 기능의 에러를 정정하고 화상 선명도를 허용 범위 내로 복원할 수 있다.
따라서, 장시간의 경과에 따라 장치의 케이싱 등의 구조물의 변화에 기인하여 오토 포커싱 장치의 각 구성 부품의 위치 관계가 초기 설정으로부터 변경된 경우, 위치 관계의 변화의 초기 단계에서, 이것을 자동적으로 진단하고 정정함으로써 레티클 검사 장치가 소망의 검사를 행할 수 없는 상황을 피할 수 있다. 따라서, 장시간 동안 안정하게 동작할 수 있는 레티클 검사 장치를 제공할 수 있게 된다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레티클 검사 장치를 나타낸다. 도 2에서, 도 1에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 도 1에서 사용한 것과 동일한 번호를 각각 붙인다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 레티클 검사 장치는 검사 광학 시스템(10), 오토 포커싱 광학 시스템(30) 및 컨트롤러 시스템(40)으로 구성된다. 또한, 도 2에서는 도 1과 마찬가지로, 도면 시트의 가로 방향은 X 방향(우측 방향은 +X이고 좌측 방향은 -X임)으로 설정되고, 세로 방향은 Z 방향(상측 방향은 +Z이고 하측 방향은 -Z임)으로 설정되어 있다.
검사 광학 시스템(10)은 -X 방향으로 검사 레이저 광(110)을 발진하는 검사 레이저 광원(11)을 포함하고, 또한 검사 레이저 광(110)의 광로를 따라서, 레이저 광(110)을 확대하기 위한 텔레스코프(12), 레이저 광(110)을 -Z 방향으로 반사하기 위한 미러(13), 미러(13)에 의해 반사된 레이저 광(110)을 집광하기 위한 대물 렌즈(14), 및 검사할 레티클(16)을 탑재하고 레티클(16)을 X 및 Y 방향으로 이동시키는 X-Y 스테이지(17)를 이 순서대로 포함한다. 레티클(16)이 탑재되는 X-Y 스테이지(17)는 Z 방향에 수직이다.
도 3은 레티클(16)의 일례를 나타낸 단면도로서, 레티클(16) 상에 라인 앤드스페이스(line-and-space) 패턴이 형성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 레티클(16)은 투명한 유리 재료로 형성된 레티클 기판(16a) 상에 직사각형 차광부, 즉 라인(16b)을 등간격으로 형성하여 형성된다. 레티클 기판(16a) 상의 직사각형 차광부(16b)의 배열 방향은 직사각형 차광부(16b)의 길이 방향에 직교한다. 인접한 직사각형 차광부(16b) 사이의 레티클 기판(16a) 부분은 투명부, 즉 스페이스(16c)로 된다. 따라서, 라인 앤드 스페이스 패턴이 레티클 기판(16a) 상에 형성된다. 차광부(라인)(16b) 및 투명부(스페이스)(16c)는 일정간 주기 d로 교대로 배열되어 있다.
레티클(16) 다음에, 투과 검사 광(111)으로서 레티클(16)을 투과하는 검사 레이저 광(110)을 집광하기 위한 렌즈(18), 및 렌즈(18)에 의해 집광된 투과 검사 광(111)의 강도를 측정하기 위한 투과 검사 광 센서(19)가 설치되어 있다. 또한, 미러(13)와 대물 렌즈(14) 사이에, 미러(13)에 의해 반사된 검사 레이저 광(110)을 투과하여, 반사 검사 광(112)으로서 레티클(16)에 의해 반사되는 검사 레이저 광(110)을 -X 방향으로 편향시키기 위한 빔 스플리터(20), 빔 스플리터(20)에 의해 편향된 반사 검사 광(112)을 집광하기 위한 렌즈(21), 및 반사 검사 광(112)의 강도를 측정하기 위한 반사 검사 광 센서(22)가 설치되어 있다. 또한, 대물 렌즈(14)를 지지하고, 레티클(16)에 대한 대물 렌즈(14)의 위치를 Z 방향으로 조정하여 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리를 조정하기 위한 렌즈 위치 조정기(15)가 설치되어 있다.
오토 포커싱 광학 시스템(30)에서는, 오토 포커싱 레이저 광원(310)을 -X 방향으로 발진하기 위한 He-Ne 레이저 광원(31)이 설치되어 있고, He-Ne 레이저 광원(31) 다음에, 오토 포커싱 레이저 광(310)을 반사하기 위한 미러(32)가 설치되어 있다. 미러(32)는 오토 포커싱 레이저 광(310)이 -Z 방향으로 반사되고, 대물 렌즈(14)의 광축(140)에 평행하고 광축(140)으로부터 분리된 경로를 따라서 진행한 다음, 대물 렌즈(16)를 통하여 레티클(16)에 경사지게 입사되도록 배열되어 있다. 또한, 레티클에 의해 반사되는 오토 포커싱 레이저 광(311)으로서의 오토 포커싱 레이저 광(310)의 입사 위치를 검출하기 위한 위치 센서(33), 및 위치 센서(33)의 위치를 X 방향으로 조정하기 위한 센서 위치 조정 스테이지(34)가 설치되어 있다. 오토 포커싱 광학 시스템(30)은 검사 광학 시스템(10) 상에 설치되고, 대물 렌즈(14)의 광축(140)을 따라서, 센서 위치 조정 스테이지(34), 위치 센서(33), 미러(32), 미러(13), 빔 스플리터(20), 대물 렌즈(14), 레티클(16), X-Y 스테이지(17), 렌즈(18) 및 투과 검사 광 센서(19)를 순서대로 포함한다. 그러나, 그들 중에서 미러(32), 센서 위치 조정 스테이지(34) 및 위치 센서(34)는 광축(140)으로부터 약간 어긋난 위치에 배열된다. He-Ne 레이저 광원(31)은 미러(32)에서 보았을 때 +X 방향으로 배열되고, 텔레스코프(12) 및 검사 레이저 광원(11)은 미러(13)에서 보았을 때 +X 방향으로 배열되며, 렌즈(21) 및 반사 검사 광 센서(22)는 빔 스플리터(20)에서 보았을 때 -X 방향으로 배열되어 있다.
컨트롤러 시스템(40)의 화상 데이터 생성기(42)에 투과 검사 광 센서(19) 및 반사 검사 광 센서(22)의 출력 신호 및 후술하는 X-Y 스테이지 컨트롤러(46)의 출력 신호가 입력되고, 화상 데이터 생성기(42)는 투과 검사 광(111) 및 반사 검사광(112)의 측정 강도 및 레티클(16)의 좌표 데이터에 기초하여 레티클(16)의 패턴의 화상 데이터를 생성하고, 화상 데이터의 광 강도 분포를 측정한다.
도 4는 레티클(16)의 화상 데이터의 광 강도 분포를 나타낸 그래프로서, 가로 좌표는 레티클 기판(16a) 상의 라인 앤드 스페이스 패턴의 배열 방향에서의 위치를 나타내고, 세로 좌표는 제1 실시예에 따른 레티클 검사 장치에 의해 라인 앤드 스페이스 패턴을 검출하여 얻어진 화상의 광 강도를 나타낸다. 화상 데이터 생성기(42)가 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같이 레티클의 라인 앤드 스페이스 패턴의 화상 데이터를 생성하면, 이에 대응하는 광 강도 분포는 도 4에 나타낸 바와 같이 된다.
컨트롤러 시스템(40)의 결함 추출기(43)는 화상 데이터 생성기(42)로부터의 화상 데이터를 입력받아, 화상 데이터로부터 레티클(16)의 결함을 추출한다. 또한, X-Y 스테이지 컨트롤러(46)는 화상 데이터 생성기(42) 및 X-Y 스테이지(17)에 접속되어 X-Y 스테이지(17)의 동작을 제어하고 X-Y 스테이지(17)의 좌표 데이터를 화상 데이터 생성기(42)로 출력한다. 또한, 오토 포커싱 컨트롤러(48)는 반사된 오토 포커싱 광(311)을 검출하는 위치 센서(33)의 출력 신호를 연산 처리한다. 레티클에 대하여 대물 렌즈의 위치를 조정하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49)는 오토 포커싱 컨트롤러(48)의 출력 신호를 입력받아, 이렇게 입력된 신호에 기초하여 렌즈 위치 조정기(15)의 동작을 제어하여 대물 렌즈(14)의 위치를 조정한다.
선명도 해석기(44)는 화상 데이터 생성기(42)로부터 출력된 화상 데이터의 광 광도 분포를 입력받아(도 4 참조), 이 광 강도 분포에 기초하여 레티클의 화상선명도를 해석한다. 선명도 해석기(44)에 대하여 상세히 설명한다. 선명도 해석기(44)는 광 강도 분포로부터 최대 광 강도 Imax 및 최소 광 강도 Imin를 구하여, 다음 식 (1)에 따라서 MTF(Modulation Transfer Function)를 산출한다. 또한, 도 3에 나타낸 주기 d를 구하고, 다음 식 (2)에 따라서 1mm 당 라인 수(Line (mm-1))를 산출한다.
MTF = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)(1)
Line (mm-1) = 1/d (mm)(2)
도 5는 공간 주파수 특성, 즉 MTF 특성을 나타낸 그래프로서, 가로 좌표는 1mm 당 라인 수(Line)를 나타내고, 세로 좌표는 MTF를 나타낸다. 선명도 해석기(44)는 서로 다른 라인 수를 갖는 라인 앤드 스페이스 패턴의 화상 데이터에 대하여 MTF를 산출하여 도 5에 나타낸 바와 같은 MTF 특성 데이터를 얻는다. 이 MTF 특성 데이터는 선명도 데이터로 된다.
선명도 평가 장치(45)는 선명도 해석기(44)로부터 선명도 데이터를 입력받아, 선명도 데이터와 사전에 입력된 기준 데이터를 비교하여, 레티클의 화상 선명도가 레티클 검사 장치의 성능을 보증할 수 있는 미리 정해진 기준 범위 이내인지의 여부를 판단한다. 스테이지 컨트롤러(47)는 선명도 평가 장치(45)의 출력 신호를 입력받아, 화상 선명도가 기준 범위 밖일 때에 센서 위치 조정 스테이지(34)를 조작하여 위치 센서(33)의 위치를 정정한다. 입출력 장치(41)는 화상 데이터 생성기(42) 및 결함 추출기(43)에 접속되어, 컨트롤러 시스템(40)의 각종 장치에 지시하여 검사 결과를 출력한다. 또한, 본 실시예에 따른 레티클 검사 장치에서의 오토 포커싱 장치는 오토 포커싱 광학 시스템(30), 오토 포커싱 컨트롤러(48) 및 대물 렌즈의 위치를 조정하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49)로 구성된다.
본 실시예에 따른 레티클 검사 장치의 동작을 설명한다. 우선, 검사 레이저 광(110)에 의한 레티클의 검사 및 및 이 검사에서의 신호 처리를 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 검사 레이저 광원(11)으로부터 -X 방향으로 발진된 검사 레이저 광(110)이 텔레스코프(12)에 의해 확대되고, 미러(13)에 의해 -Z 방향으로 반사된 후, 빔 스플리트(20)을 투과하고 대물 렌즈(14)에 의해 집광되어 레티클(16)을 조사한다. 이 경우, 검사 레이저 광(110)의 빔 스폿의 직경이 최소로 되는 레티클 상의 위치 부근에서 검사 레이저 광(110)으로 레티클을 조사한다. 또한, 레티클(16)을 조사하는 검사 레이저 광(110)의 스폿 직경이 최소로 되도록 레티클의 위치를 조정하기 위한 오토 포커싱 동작에 대해서는 후술한다.
레티클(16)은 X-Y 스테이지(17) 상에 탑재되어 있다. 레티클(16)이 탑재되는 X-Y 스테이지의 표면은 대물 렌즈(14)의 광축에 실질적으로 수직이다. X-Y 스테이지(17)는 X-Y 스테이지 컨트롤러(46)로부터의 신호에 응답하여 레티클(16)을 X 및 Y 방향으로 이동시킨다. 따라서, 레티클(16) 상의 검사 레이저 광(110)의 조사 스폿은 상대적으로 레티클(16) 상으로 이동된다. X-Y 스테이지 컨트롤러(46)는 X-Y 스테이지(17)의 좌표 데이터를 화상 데이터 생성기(42)로 출력한다. 레티클에 집광 조사되는 검사 레이저 광(110)의 일부는 렌즈(18)에 의해 검사 광 센서(19) 상에 집광되고, 투과 검사 광 센서(19)에 의해 그 강도를 측정한다. 레티클(16)에의해 반사되는 반사 검사광(112)으로서의 검사 레이저 광(110)의 다른 부분은 빔 스플리터(20)에 의해 -X 방향으로 편향되어, 렌즈(21)에 의해 반사 검사 광 센서(22) 상에 집광된다. 검사 광 센서(22)로 반사 검사 광(112)의 강도를 측정한다.
투과 검사 광 센서(19) 및 반사 검사 광 센서(22)에 의해 얻어진 광 강도 신호가 화상 데이터 생성기(42)에 입력된다. 화상 데이터 생성기(42)는 투과 검사 광 센서(19) 및 반사 검사 광 센서(22)로부터의 강도 신호와 X-Y 스테이지 컨트롤러(46)로부터의 레티클(16)의 좌표 데이터를 처리하여 생성된 레티클(16)의 화상 데이터로부터 광 강도 분포를 구한다. 예를 들면 도 3에 나타낸 라인 앤드 스페이스 패턴이 레티클(16) 상에 형성된 경우, 레티클(16)의 화상 데이터의 광 강도 분포는 도 4에 나타낸 바와 같이 된다. 화상 데이터는 결함 추출기(43)로 출력되고, 광 강도 분포 데이터는 선명도 해석기(44)로 출력된다. 결함 추출기(43)는 화상 데이터를 레티클(16)의 설계 데이터 등과 비교하여 레티클(16)의 결함을 검출한다. 레티클(16)의 화상 데이터 및 이렇게 생성된 결함 데이터는 입출력 장치(41)를 통하여 출력된다.
다음에, 레티클(16)과 대물 렌즈(14) 간의 최적 거리를 유지하기 위한 오토 포커싱 동작을 설명한다. He-Ne 레이저(31)에 의해 -X 방향으로 발진된 오토 포커싱 레이저 광(310)은 미러(32)에 의해 -Z 방향으로 반사되어, 대물 렌즈(14)의 광축(140)에 평행하고 오프셋을 갖는 경로를 통과한다. 그 후, 오토 포커싱 레이저 광(310)은 미러(13) 및 빔 스플리터(20)를 투과하고, 대물 렌즈(14)에 의해 집광되어, 광축(140)에 대하여 경사지게 레티클(16)을 조사한다. 오토 포커싱 레이저 광(310)은 레티클(16)에 의해 반사되고, 광축(140)에 평행하고 광축(140)으로부터 분리되는 경로를 통해 +Z 방향으로 진행하는 반사 오토 포커싱 광(311)으로서 재차 대물 렌즈(14)를 투과한다. 반사 오토 포커싱 광(311)은 빔 스플리터(20) 및 미러(13)를 투과하여 위치 센서(33) 상에 입사된다. 위치 센서(33)는 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치를 검출한다.
본 실시예에 따른 레티클 검사 장치에서는, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와 레티클에 대한 대물 렌즈(14)의 위치 간의 관계가 간단하게 결정된다. 즉, 대물 렌즈(14)의 위치가 최적이고 검사 레이저 광(110)이 레티클(16) 상에 포커싱되면, 반사 오토 포커싱 광(311)은 미리 정해진 위치에서 위치 센서(33) 상에 입사된다. 이에 반해, 레티클(16)의 위치가 +Z 방향으로 시프트되거나,또는 대물 렌즈(14)의 위치가 -Z 방향으로 시프트된 경우, 즉 레티클(16) 또는 대물 렌즈(14)의 위치가 서로 근접하는 방향으로 시프트된 경우, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치는 +X 방향으로 시프트된다. 한편, 레티클(16)의 위치가 -Z 방향으로 시프트되거나, 또는 대물 렌즈(14)의 위치가 +Z 방향으로 시프트된 경우, 즉 레티클(16) 및 대물 렌즈(14)가 서로 분리 방향으로 시프트된 경우, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치는 -X 방향으로 시프트된다. 따라서, 위치 센서(33)에 의해 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치를 측정함으로써 레티클(16)과 대물 렌즈(14) 간의 거리가 최적인지의 여부를 판정할 수 있다.
위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치를 나타내는 위치 센서(33)로부터의 신호는 오토 포커싱 컨트롤러(48)에서 처리된다. 레티클(16)과 대물 렌즈(14) 간의 거리가 최적값으로부터 편위된 경우, 오토 포커싱 컨트롤러(48)는 대물 렌즈의 위치를 조정하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49)로 출력되는 상기 편위 제거용 신호를 생성한다. 렌즈 위치 컨트롤러(49)는 입력 신호에 따라서 렌즈 위치 조정기(15)의 동작을 제어하여, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치가 미리 정해진 위치와 일치하도록 대물 렌즈(14)의 위치를 조정한다. 따라서, 대물 렌즈(14)의 위치는 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 위치가 항상 일정하게 유지되도록 조정된다. 그 결과, 레티클(16)의 위치는 검사 레이저 광(110)의 최소 스폿 직경 근방으로 유지된다.
다음에, 장시간의 사용에 의해 생기는 레티클 검사 장치의 변형 등에 기인하여 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와, 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리와의 관계가 변화되는 지의 여부를 진단하기 위한 진단 동작에 대하여 설명한다. 선명도 해석기(44)는 화상 데이터 생성기(42)에 의해 공급된 레티클(16)의 화상 데이터의 광 강도 분포 데이터를 처리하여 선명도 데이터를 제공한다. 선명도 데이터는 레티클(16) 상의 각종의 라인 앤드 스페이스 패턴(도 3 참조)으로부터 얻어진 MTF 데이터로 표현될 수 있다.
선명도 데이터의 생성 방법에 대하여 설명한다. 화상 데이터 생성기(42)로부터 출력된 라인 앤드 스페이스 패턴(도 3 참조)의 화상 데이터의 광 강도 분포가 선명도 해석기(44)에 입력된다. 화상 데이터의 광 강도 분포는 도 4에 나타낸 것일 수 있다. 선명도 해석기(44)는 도 4에 나타낸 강도 분포의 최대 광 강도 Imax 및 최소 광 강도 Imin을 구하여, 식 (1)에 따라서 MTF를 산출한다. 또한, 선명도 해석기(44)는 라인 앤드 스페이스 패턴(도 3 참조)의 주기 d를 구하여, 식 (2)에 따라서 1mm 당 라인 수(Line (mm-1))를 산출한다. 도 5에 나타낸 MTF 특성 데이터는 MTF 및 1mm 당 라인 수로 구해진다. 이 MTF 특성 데이터가 선명도 데이터로 된다.
그 후, 선명도 해석기(44)(도 2 참조)는 선명도 데이터를 선명도 판정 장치(45)로 출력한다. 선명도 판정 장치(45)는 미리 설정된 기준 데이터와 선명도 데이터를 비교하여 선명도 데이터가 허용 범위 내인지의 여부를 판단한다. 선명도 데이터가 허용 범위 내인 경우, 선명도 판정 장치는 오토 포커싱 장치가 정상적으로 동작하는 것으로 판정한다. 한편, 선명도 데이터가 허용 범위 밖인 경우, 선명도 판정 장치는 오토 포커싱 장치가 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판정한다. 판정 결과는 선명도 판정 장치(45) 내에 저장되고, 입출력 장치(41)를 통하여 외부 장치로 출력된다. 상술한 바와 같이, 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 기능의 진단은 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와, 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리와의 관계가 초기 설정으로부터 변화되었는지의 여부를 판정하여 수행된다.
다음에, 레티클 검사 장치의 자동 정정 동작에 대하여 설명한다. 레티클 검사 장치는 장치의 장기간 사용에 의한 레티클 검사 장치의 구조적 변형 등에 기인한 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와, 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리와의 상술한 관계의 변화를 자동적으로 정정하는 기능을 갖는다. 도 6의 (a) 및 (b)는 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311)의 입사 위치와 대물 렌즈(14)의 높이 간의 관계의 변화를 자동적으로 정정하기 위한 레티클 검사 장치의 자동 정정 동작을 나타낸 도면으로서, 도 6의 (a)는 상기 관계가 초기 설정 상태이고 레티클 검사 장치가 정상인 경우를 나타내고, 도 6의 (b)는 장치의 장기간의 사용에 의한 레티클 검사 장치의 구조적 변형 등에 의해 초기 설정으로부터 변화되어 화상 데이터의 선명도가 허용 범위 밖으로 된 경우를 나타낸다.
우선, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광의 입사 위치와, 대물 렌즈(14)와 레티클(16) 간의 거리와의 관계가 초기 설정이고 레티클 검사 장치가 정상인 경우에 대하여 도 6의 (a)를 참조하여 설명한다. 대물 렌즈(14)가 레벨 또는 위치(14a)에 있고 레티클(16)의 검사 레이저 광(110)의 빔 스폿의 직경이 최소인 경우, 즉 검사 레이저 광(110)이 레티클(16) 상에 포커싱된 경우, 레티클(16)에 의해 반사된 검사 레이저 광(110)인 오토 포커싱 광(311a)이 위치 센서(33)의 위치 pa 상에 입사된다. 이 상태가 기준 상태이다. 레티클(16)의 위치가 +Z 방향으로 시프트되면, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311a)의 입사 위치는 위치 pa로부터 +X 방향으로 시프트되고, 레티클(16)의 위치가 -Z 방향으로 시프트되면, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311a)의 입사 위치는 위치 pa로부터 -X 방향으로 시프트된다. 반사 오토 포커싱 광(311a)의 입사 위치의 시프트 방향이 위치 센서(33)에 의해 검출되고, 대물 렌즈의 위치가 시프트에 따라서 자동적으로조정되어 검사 레이저 광(110)이 항상 레티클(16) 상에 포커싱된다.
그러나, 장치의 장기간 사용에 의한 레티클 검사 장치의 구조적 변형에 기인하여 위치 센서(33)의 위치가 거리 m만큼 -X 방향으로 시프트된 경우, 위치 센서(33) 상의 반사 오토 포커싱 광(311b)의 입사 위치는 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 거리 m만큼 +X 방향으로 상대적으로 시프트된다. 따라서, 검사 레이저 광(310)이 레티클(16) 상에 포커싱되면, 레티클(16)에 의해 반사된 오토 포커싱 레이저 광(310)인 반사 오토 포커싱 광(311b)의 입사 위치는 위치 pc로 시프트된다. 위치 센서(33)에서 본 경우, 위치 pc는 도 6의 (a)에 나타낸 위치 pa로부터 +X 방향으로 거리 m만큼 편위된다.
한편, 위치 센서(33) 상의 위치 pa 및 pb는 위치 센서(33)에서 보았을 때 동일하다. 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반사 오토 포커싱 광(311b)의 입사 위치가 위치 pc인 경우, 오토 포커싱 컨트롤러(48)는 레티클(16)이 +Z 방향으로 시프트되는지 또는 대물 렌즈가 -Z 방향으로 시프트되는지의 이러한 상황을 고려하고, 렌즈 위치 조정기(15)를 동작시켜, 반사 오토 포커싱 광(311b)의 입사 위치가 위치 센서(33) 상의 위치 pb로 되도록 대물 렌즈(14)의 위치를 +X 방향으로 조정한다. 그 결과, 대물 렌즈(14)의 위치는 위치 또는 레벨(14b)로 된다. 대물 렌즈(14)가 위치(14b)에 있으면, 검사 레이저 광(110)의 최소 스폿이 레티클(16) 상에 위치하지 않게 되어, 검사 레이저 광(110)이 레티클(16) 상에 포커싱되지 않는다. 따라서, 화상 데이터 생성기(42)(도 2 참조)에 의해 생성되는 레티클(16)의 화상 데이터의 선명도가 열화된다.
그 결과, 선명도 해석기(44)(도 2 참조)가 화상 데이터의 선명도 데이터를 생성하여 이것을 선명도 판정 장치(45)로 출력한 경우, 선명도 판정 장치(45)는 선명도 데이터를 기준 데이터와 비교하여, 화상 데이터의 선명도가 허용 범위 밖인 것으로 판정하고, 이 판정을 센서 위치 조정 스테이지 컨트롤러(47)로 출력한다. 센서 위치 조정 스테이지 컨트롤러(47)는 이 판정에 따라서 센서 위치 조정 스테이지(34)를 작동시켜 위치 센서(33)를 +X 방향으로 거리 m만큼 시프트시킨다. 위치 센서(33)의 위치는 이 동작에 의해 도 6의 (a)에 나타낸 위치 pa로 복귀하여, 대물 렌즈(14)가 위치(14a)로 복귀되고, 검사 광(110)의 최소 스폿이 레티클(16) 상에 위치하게 된다. 이와 같이, 위치 센서(33)의 위치 시프트는 자동적으로 정정되고 레티클 검사 장치의 정상적인 오토 포커싱 기능이 유지된다. 또한, 센서 위치 조정 스테이지(34)의 제어 결과가 선명도 판정 장치(45) 등에 저장되고, 입출력 장치(41)에 의해 외부로 출력된다.
본 실시예에 따른 레티클 검사 장치는 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 기능이 상술한 바와 같이 정상적으로 이루어지는지의 여부를 판단하기 위한 자기 진단 기능을 갖기 때문에, 잘못된 검사가 발생하기 전에 오토 포커싱 기능의 비정상의 발생을 예측할 수 있다. 또한, 레티클 검사 장치의 메인티넌스(maintenance) 타이밍을 예측할 수 있기 때문에, 유저와 사전 상담을 통하여 메인티넌스 타이밍을 판단하여 준비할 수 있다. 따라서, 레티클 검사 장치가 메인티넌스를 위해서 정지되는 시간 주기를 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 레티클 검사 장치는 자동 정정 기능을 갖기 때문에,장치의 장시간 사용에 의한 레티클 검사 장치의 구조물의 변형 등에 기인한 위치 센서(33)의 위치 편위를 정정하여, 장시간 동안 포커스 시프트의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 메인티넌스의 빈도를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레티클 검사 장치를 나타낸 블럭도이다. 제1 실시예에 따른 레티클 검사 장치(도 2 참조)의 것과 동일한 본 실시예의 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예에 따른 레티클 검사 장치는 검사 광학 시스템(10), 오토 포커싱 광학 시스템(30a) 및 컨트롤러(40a)로 구성된다. 본 실시예의 레티클 검사 장치의 검사 광학 시스템(10)은 제1 실시예의 검사 광학 시스템(10)과 동일하다. 또한, 제2 실시예의 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 광학 시스템(30a)은 위치 센서(33)의 위치를 조정하기 위한 센서 위치 조정 스테이지(34)(도 2 참조)를 제거한 것을 제외하고는 제1 실시예의 레티클 검사 장치의 오토 포커싱 광학 시스템(30)과 동일하다. 또한, 제2 실시예의 레티클 검사 장치의 컨트롤러 시스템(40a)은 제1 실시예의 스테이지(34)를 제어하기 위한 스테이지 컨트롤러(47)(도 2 참조)를 제거한 것을 제외하고는 제1 실시예의 컨트롤러 시스템(40)과 동일하다. 그 대신에, 제2 실시예는 선명도 판정 장치(45)로부터의 판정 신호가 대물 렌즈의 위치를 제어하기 위한 렌즈 위치 컨트롤러(49a)에 입력되도록 구성되어 있고, 렌즈 위치 컨트롤러(49a)는 선명도 판정 장치(45)로부터의 판정 신호에 기초하여 대물 렌즈(14)의 위치 또는 레벨에 오프셋을 추가하는 기능을 갖는다. 제2 실시예에 따른 레티클 검사 장치의다른 구성은 제1 실시예의 레티클 검사 장치의 것과 동일하다.
제2 실시예에 따른 레티클 검사 장치의 동작에 대하여 설명한다. 제2 실시예에서는, 레티클 검사 장치의 구조적 변형 등에 기인하여 위치 센서(33)의 위치가 -X 방향으로 거리 m만큼 시프트된 경우, 오토 포커싱 제어의 초기 설정이 변화하지 않으면, 대물 렌즈(14)의 위치는 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 제1 실시예와 마찬가지로 위치(14b)로 조정된다. 따라서, 검사 레이저 광(110)의 최소 스폿이 레티클(16) 상에 없기 때문에, 화상 데이터의 선명도가 열화된다. 이러한 경우, 선명도 판정 장치(45)는 화상 데이터의 선명도가 허용 범위 밖인 것으로 판정하고, 판정 신호를 대물 렌즈 위치 컨트롤러(49a)로 보낸다. 대물 렌즈 위치 컨트롤러(49a)는 대물 렌즈(14)가 위치(14b)로부터 위치(14a)로 이동되도록 판정 신호에 따라서 대물 렌즈(14)의 위치에 오프셋을 추가하고 대물 렌즈 위치 조정기(15)를 작동시킨다. 따라서, 검사 광(110)의 최소 스폿이 레티클(16) 상에 재차 조사된다.대물 렌즈 위치 조정기(15)의 제어 결과가 선명도 판정 장치(45) 등에 저장되고, 입출력 장치(41)에 의해 외부로 출력된다.
대물 렌즈(14)의 위치에 추가될 오프셋량의 판정은 다음과 같은 방법에 의해 수행된다. 도 8은 대물 렌즈의 레벨 또는 위치와 선명도 간의 관계를 나타낸 그래프로서, 가로 좌표가 대물 렌즈의 위치를 나타내고, 세로 좌표가 레티클(16)의 화상 데이터의 선명도를 나타낸다. 수정 전의 오토 포커싱 위치에 대응하는 레벨을 중심 레벨로서 사용한 대물 렌즈(14)의 수개의 수직 위치 또는 레벨에서 레티클(16)의 패턴을 측정하고, 대물 렌즈(14)의 이들 레벨에서의 선명도 데이터를구한다. 이렇게 구해진 선명도에 따라서, 대물 렌즈의 위치와 선명도 간의 관계가 구해진다. 이 관계를 도 8에 나타낸다. 도 8에서, 선명도가 가장 높은 대물 렌즈의 위치 A와 수정 전의 오토 포커싱 위치에 대응하는 위치 B 간의 차 X가 오프셋양이다.
제2 실시예는 대물 렌즈 위치 컨트롤러(49a)가 대물 렌즈(14)의 레벨에 오프셋을 추가하여 오토 포커싱 동작을 정정하는 점에서, 센서 위치 조정 스테이지(도 2 참조)에 의해 위치 센서(33)를 이동시켜 대물 렌즈(14)의 레벨을 정정하는 제1 실시예와 다르다. 따라서, 오토 포커싱 광학 시스템이 구성 부품의 변형 등에 기인하여 장애가 생긴 경우에도, 이러한 기능적인 장애가 자동적으로 저정된다. 따라서, 제2 실시예는 제1 실시예에 의해 얻을 수 있는 효과 외에도, 제1 실시예에서의 위치 센서(33)의 위치를 조정하기 위한 센서 위치 조정 스테이지(34) 및 스테이지 컨트롤러(47)를 생략할 수 있기 때문에, 레티클 검사 장치의 구조가 간략화될 수 있는 효과를 제공한다.
제2 실시예에서는, 선명도 판정 장치(45)로부터의 판정 신호가 대물 렌즈 위치 컨트롤러(49a)에 입력되고, 대물 렌즈 위치 컨트롤러(49a)는 대물 렌즈(14)의 레벨에 오프셋을 추가한다. 그러나, 선명도 판정 장치(45)의 판정 신호를 오토 포커싱 컨트롤러(48)에 입력하고, 오토 포커싱 컨트롤러(48)에 대물 렌즈(14)의 레벨에 오프셋을 추가하는 기능을 부여하도록 레티클 검사 장치를 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 장치의 구성 부품의 변형에 기인한 오토 포커싱 기능의 에러를 자동적으로 진단할 수 있는 신뢰성이 높은 레티클 검사 장치를 제공할 수 있다. 또한, 오토 포커싱 기능의 에러를 자동적으로 정정할 수 있고, 장시간 동안 안정하게 동작할 수 있는 레티클 검사 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 레티클 검사 장치에 있어서,
    검사 레이저 광을 발진하기 위한 검사 레이저 광원;
    상기 검사 레이저 광을 집광하고, 집광된 검사 레이저 광으로 레티클을 조사하기 위한 대물 렌즈;
    상기 레티클에 의해 반사된 검사 레이저 광 및 상기 레티클을 투과한 검사 레이저 광에 기초하여 상기 레티클의 화상을 생성하고, 상기 레티클의 상기 화상의 결함을 검출하기 위한 화상 생성 수단;
    상기 대물 렌즈를 통하여 상기 대물 렌즈의 광축에 경사진 방향으로 오토 포커싱 레이저 광으로 상기 레티클을 조사하기 위한 오토 포커싱 레이저 광원;
    상기 레티클에 의해 반사되어 상기 대물 렌즈를 통하여 위치 센서에 입사된 오토 포커싱 레이저 광의 입사 위치를 검출하기 위한 위치 센서;
    상기 위치 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 대물 렌즈와 상기 레티클 간의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리에 따라서 상기 대물 렌즈의 위치를 조정하여 상기 검사 레이저 광의 초점 위치가 상기 레티클의 검사 위치와 일치하도록 하기 위한 렌즈 위치 조정 수단; 및
    상기 레티클의 화상의 선명도를 해석하여, 상기 선명도가 허용 범위 이내인지의 여부를 판정하기 위한 선명도 판정 수단
    을 포함하는 레티클 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선명도 판정 수단은, 상기 선명도 판정 수단에 의해 수행된 선명도 판정 결과를 미리 설정된 기준 데이터와 비교하여, 상기 위치 센서의 위치가 허용 범위 이내인지의 여부를 판정하는 레티클 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선명도 판정 수단에 의해 수행된 선명도 판정 결과에 기초하여 상기 위치 센서의 위치를 조정하기 위한 위치 센서 조정 수단을 더 포함하는 레티클 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈의 위치는 상기 선명도 판정 수단에 의해 수행된 선명도 판정 결과에 기초하여 상기 렌즈 위치 조정 수단에 의해 조정되는 레티클 검사 장치.
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