KR20150088197A - 초점 위치 조정 방법 및 검사 방법 - Google Patents

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KR20150088197A
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Abstract

회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지할 수 있는 초점 위치 조정 방법을 제공한다. 또한, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여, 그에 의해 정확한 검사를 행할 수 있는 검사 방법을 제공한다.
광원(1)으로부터의 광을 시료(9)에 조명하여, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한다. 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향이 문제가 되지 않는 경우에는, 이 광을 이용하여 초점 위치를 검출한다. 한편, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한 결과, 센서(27, 28, 29, 30)에 입사하는 회절광의 양이 초점 위치에 의해 변화하는 경우에는, 광원(2)으로부터의 광을 이용하여 초점 위치를 검출한다. 이 후, 검출한 초점 위치가 시료(9)의 패턴면에 위치하도록 스테이지(31)의 Z 방향의 위치를 조정한다.

Description

초점 위치 조정 방법 및 검사 방법{FOCUS POSITION ADJUSTING METHOD AND INSPECTING METHOD}
본 발명은 초점 위치 조정 방법 및 검사 방법에 관한 것이다.
대규모 집적 회로(Large Scale Integration ; LSI) 등의 반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 또는 레티클을 가리킴. 이하에서는, 마스크라 총칭함)을 이용하여 이른바 스텝퍼 또는 스캐너라 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사함으로써 제조된다.
다대한 제조 코스트가 소요되는 LSI의 제조에 있어, 수율의 향상은 빼놓을 수 없다. 한편, LSI는 고집적화 및 대용량화되고 있고, 이에 수반하여, 요구되는 회로 패턴도 미세화되고 있다. 예를 들면, 최첨단의 디바이스에서는, 수십 nm의 선폭의 패턴 형성이 요구되는 상황이 되고 있다. 여기서, 수율을 저하시키는 큰 요인으로, 마스크 패턴의 결함을 들 수 있다. 웨이퍼 상에 형성되는 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 마스크 패턴의 결함도 미세화되고 있다. 또한, 마스크의 치수 정밀도를 높임으로써, 프로세스의 여러 조건의 변동을 흡수하고자 해 온 것도 있어, 마스크 검사에서는 매우 작은 패턴의 결함을 검출하는 것이 필요해지고 있다. 이러한 점에서, 마스크의 패턴을 검사하는 장치에 대하여 높은 검사 정밀도가 요구되고 있다.
검사 장치에서는, 광원으로부터 출사된 광이 광학계를 거쳐 마스크에 조사된다. 마스크는 스테이지 상에 재치(載置)되어 있고, 스테이지가 이동함으로써, 조사된 광이 마스크 상을 주사한다. 마스크에서 반사된 광은, 렌즈를 거쳐 센서에 결상된다. 그리고, 센서로 촬상된 광학 화상을 기초로 마스크의 결함 검사가 행해진다.
검사 공정에서는, 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿과, 검사 대상물인 마스크 패턴면과, 패턴의 결함 검사를 행하는 센서면은 모두 공역(共役)인 관계, 즉 초점이 합치된 상태에서 검사를 행하고 있으므로, 마스크에 조사되는 광의 초점 위치를 정확하게 검출하여 초점 조정을 하는 것이 중요해진다. 여기서, 초점 위치 조정 방법으로서, 공초점 검출 방식에 의한 것이 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2007-148084호 참조). 이 방법의 경우, 광원으로부터의 광은, 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿을 투과 한 후, 대물 렌즈로 검사 대상물 상에 결상된다. 검사 대상물로부터의 반사광은, 결상 광학계에 의해 센서에 입사한다. 구체적으로, 대물 렌즈를 투과하여, 제1 슬릿과 광학적으로 공역인 위치에 놓여진 제2 슬릿을 투과한 후, 센서로 수광되어 수광량에 따른 출력이 측정된다. 슬릿의 위치에서 상(像)이 포커싱(合焦)되면, 광량이 최대가 되므로, 센서의 출력은 최대가 된다. 한편, 슬릿의 위치로부터 초점이 이탈하면, 광량의 일부가 슬릿으로 차단되기 때문에, 센서의 출력은 저하된다. 따라서, 센서의 출력을 측정함으로써, 포커싱 위치로부터의 검사 대상물의 이탈량을 알 수 있다.
그런데, 미세한 배선 패턴이 형성된 검사 대상물의 표면에 슬릿 형상의 광속이 조사되면, 정반사광과는 상이한 방향으로 회절광이 발생한다. 그 결과, 결상 광학계에 배치된 제2 슬릿을 투과하는 광에는, 정반사광과 회절광의 양방이 포함될 수 있다. 이 때, 제2 슬릿을 투과하는 광의 강도 분포는, 회절광이 슬릿을 투과하는 곳과 슬릿에 의해 차단되는 곳의 경계 부근에서 변화가 커진다. 그리고, 이 강도 분포는, 초점 위치가 포커싱 위치로부터 약간이라도 이탈하면 크게 변화하기 때문에, 센서의 수광면에 형성되는 슬릿 상의 초점이 흐려지는 정도도 크게 변화하여, 대물 렌즈의 초점 위치에 검사 대상물의 패턴면이 맞도록 고정밀도로 조정하는 것이 곤란했다.
상기의 문제는, 검사 대상물의 표면에 형성된 패턴의 치수에 의존한다. 도 1 ~ 도 3은 광축과 평행한 방향에서 본 제2 슬릿의 평면도이다. 이들 도면에서 실선은 눈동자 위치에서의 0 차광을, 점선은 ＋1 차 회절광을, 1 점 파선은 -1 차 회절광을 각각 나타내고 있다.
예를 들면, 대물 렌즈의 개구 수(NA)를 0.75, 광원으로부터의 광의 파장을 200 nm, 슬릿의 개구 직경을 광속 직경의 반, 즉, 눈동자 직경의 반으로 했을 때, 검사 대상물에 형성된 패턴이 1 μm 피치의 L/S(Line and Space)이면, 도 1에 도시한 바와 같이, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광은 0 차광에 대부분(반 초과) 중첩된다. 이 때문에, 슬릿을 투과하는 회절광의 양은, 초점 위치를 바꿔도 그다지 변화하지 않는다. 또한, 예를 들면 검사 대상물에 형성된 패턴이 100 nm L/S보다 작으면, 도 2에 도시한 바와 같이 ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광은 슬릿을 전혀 투과하지 않기 때문에, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향은 고려하지 않아도 된다. 그러나, 예를 들면 패턴이 100 nm ~ 133 nm L/S이면, 도 3에 도시한 바와 같이, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광은 0 차광과 대부분(반 이상) 중첩되지 않고 슬릿을 투과한다. 이 경우, 슬릿을 투과하는 회절광의 양은 초점 위치에 의해 변화하게 되기 때문에, 상술한 문제가 발생한다.
최근, 미세 패턴을 형성하는 기술로서, 나노 임프린트 리소그래피(Nanoimprint Lithography ; NIL)가 주목받고 있다. 이 기술은, 웨이퍼 상의 레지스트에, 나노 스케일의 미세 구조를 가지는 몰드(형)를 압력 인가함으로써, 레지스트에 미세한 패턴을 형성하는 것이다. 나노 임프린트 기술에서는, 생산성을 높이기 위하여, 원판이 되는 마스터 패턴을 이용하여, 복제의 패턴(도터 패턴)을 복수 제작하고, 도터 패턴을 상이한 나노 임프린트 장치에 장착하여 사용한다. 도터 패턴은 마스터 패턴에 정확하게 대응하도록 제조될 필요가 있어, 검사 공정에서는, 마스터 패턴 및 도터 패턴의 쌍방에 대하여 높은 정밀도로의 검사가 요구된다. 이러한 패턴에는 100 nm L/S 이하의 것이 있는가 하면, 100 nm ~ 133 nm L/S의 것도 있기 때문에, 폭 넓은 치수 범위의 패턴을 가지는 시료면에 대하여 정확하게 초점 위치를 조정하는 것이 급선무가 되고 있다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지할 수 있는 초점 위치 조정 방법을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하고, 그에 따라 정확한 검사를 행할 수 있는 검사 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 일태양의 초점 위치 조정 방법은,
제1 광원으로부터의 광 및 상기 광보다 장파장인 제2 광원으로부터의 광 중 적어도 일방을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 가지고, 상기 제1 센서에 결상한 상을 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 장치에서의 초점 위치 조정 방법으로서,
상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하고, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하고,
상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제1 광원으로부터의 광 대신에 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하고, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하는 공정을 가진다.
또한, 본 발명의 다른 태양의 초점 위치 조정 방법은,
광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 가지고, 상기 제1 센서에 결상된 상을 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 장치에서의 초점 위치 조정 방법으로서,
상기 광원으로부터의 광을 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
상기 광 강도 분포로부터 X 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 분기된 광을 적어도 2 개로 더 분기하고, 분기된 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 X 방향에 있는 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제3 센서 및 제4 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
상기 광 강도 분포로부터 Y 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 적어도 2 개로 분기된 다른 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 Y 방향에 있는 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제5 센서 및 제6 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 공정을 가진다.
또한, 본 발명의 일태양의 검사 방법은,
제1 광원으로부터의 광 및 상기 광보다 장파장인 제2 광원으로부터의 광 중 적어도 일방을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 이용하여, 상기 제1 센서에 결상된 상에 의해 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 방법으로서,
상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하여, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하여, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하고,
상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제1 광원으로부터의 광 대신에 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하여, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하는 공정과,
상기 초점 위치가 상기 시료의 상기 패턴이 형성된 면에 있도록 상기 시료의 위치를 조정하는 공정과,
상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 제1 센서에 결상하고, 이 상을 이용하여 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 공정을 가진다.
또한, 본 발명의 다른 태양의 검사 방법은,
광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 이용하여, 상기 제1 센서에 결상된 상에 의해 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 방법으로서,
상기 광원으로부터의 광을 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
상기 광 강도 분포로부터 X 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 분기된 광을 적어도 2 개로 더 분기하고, 분기된 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 X 방향에 있는 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제3 센서 및 제4 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
상기 광 강도 분포로부터 Y 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 적어도 2 개로 분기된 다른 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 Y 방향에 있는 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제5 센서 및 제6 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 공정과,
상기 초점 위치가 상기 시료의 상기 패턴이 형성된 면에 있도록 상기 시료의 위치를 조정하는 공정과,
상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 제1 센서에 결상하고, 이 상을 이용하여 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 공정을 가진다.
도 1은 결상 광학계에 배치된 슬릿과, 이를 투과하는 정반사광 및 회절광과의 위치 관계를 도시한 모식도의 일례이다.
도 2는 결상 광학계에 배치된 슬릿과, 이를 투과하는 정반사광 및 회절광과의 위치 관계를 도시한 모식도의 다른 예이다.
도 3은 결상 광학계에 배치된 슬릿과, 이를 투과하는 정반사광 및 회절광과의 위치 관계를 도시한 모식도의 다른 예이다.
도 4는 실시예 1에서 초점 위치의 조정에 사용되는 광학계의 일례이다.
도 5는 실시예 2에서 초점 위치의 조정에 사용되는 광학계의 일례이다.
도 6은 실시예 2에서 조명 광학계에 배치된 슬릿의 평면도의 일례이다.
도 7은 실시예 2에서 결상 광학계에 배치된 슬릿의 평면도의 일례이다.
도 8은 실시예 2에서 결상 광학계에 배치된 슬릿의 평면도의 다른 예이다.
도 9는 실시예 3에서의 검사 장치의 개략 구성도이다.
도 10은 시료에 형성된 패턴의 광학 화상의 취득 순서를 설명하는 도이다.
실시예 1.
도 4를 이용하여, 본 실시예에 의한 초점 위치 조정 방법을 설명한다.
도 4는 초점 위치의 조정에 사용되는 광학계의 모식도의 일례이다. 이 광학계는, 검사 대상이 되는 패턴이 형성된 시료(9)를 조명하는 조명 광학계(a)와, 시료(9)로부터의 반사광을 센서(25, 26, 27, 28, 29, 30)의 각 수광면에 결상 또는 집광시키는 결상 광학계(b)를 가진다. 여기서, 센서(25)는 시료(9)의 패턴의 결함 검사용의 광학 화상을 촬상하는데 이용된다. 또한, 센서(26, 27, 28, 29, 30)는 시료(9)를 조명하는 광의 초점 위치를 조정하는데 이용된다.
검사 대상이 되는 시료에는, 통상, 치수가 상이한 복수의 패턴이 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 회절광에 따른 초점 위치 조정의 문제는 패턴의 치수에 의존한다. 즉, 도 1 또는 도 2를 이용하여 기술한 바와 같은 치수를 가지는 패턴에 대해서는, 회절광의 영향을 고려하지 않아도 된다. 그러나, 도 3에서 기술한 바와 같은 치수를 가지는 패턴의 경우는, 회절광이 0 차광과 대부분(반 이상) 중첩되지 않고 슬릿을 투과하기 때문에, 초점 위치가 바뀌면 회절광의 양도 변화하여 초점 위치의 조정이 곤란해진다.
슬릿의 개구 직경과, 시료에 형성된 패턴의 치수가 정해져 있을 때, 회절광이 슬릿을 투과하는지 여부는 조명광의 파장에 의존한다. 따라서, 도 3의 예와 같이, 초점 위치의 조정에 회절광이 영향을 주는 경우에는, 조명광의 파장을 바꿈으로써, 도 1 또는 도 2의 예와 같이 하여, 회절광의 영향을 고려하지 않아도 되도록 할 수가 있다.
본 실시예에서는, 도 4의 센서(26)에서, 도 1 ~ 도 3에 도시한 바와 같은 눈동자의 강도 분포를 관찰한다. 이 때문에, 센서(26)로서는, 2 차원 센서인 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서가 바람직하게 이용된다.
여기서, 133 nm L/S의 패턴을 예로 들어 설명한다. 대물 렌즈가 도입하는 광선의 각도(θ)는 개구 수(NA)를 이용하여 정의되고, 식(1)으로 나타내진다.
Figure pat00001
따라서, 예를 들면 NA = 0.75로 하면, θ = ±48.59 도가 된다.
한편, 라인·앤드·스페이스 패턴과 같이, 방향성이 있는 반복 패턴에서는, 식(2)의 관계가 성립할 때의 각도(θ)로 1 차광이 회절한다.
Figure pat00002
식(2)의 λ은 광원으로부터의 광의 파장을 나타낸다. 또한, P는 반복 패턴의 주기이며, (L/S)의 2 배의 값에 상당한다. 도 3의 예에서는, 광원으로부터의 광의 파장(λ)이 200 nm이며, (L/S)이 133 nm이므로, 식(3)의 관계가 성립한다.
Figure pat00003
식(3)의 값 0.75는 대물 렌즈의 개구 수(NA)와 일치한다. 따라서, 도 3의 실선으로 그려진 원, 즉 눈동자의 중심에 있는 0 차광에 대하여, ＋1 차광과 -1 차광은 각각 눈동자의 가장자리까지 이동하게 된다.
한편, 광원으로부터의 광의 파장(λ)을 크게 하면, 식(2)에서 반복 패턴의 주기(P)를 작게 한 것과 동일해진다. 따라서, 파장을 크게 하면, 도 2의 예와 같이, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광이 슬릿을 투과하지 않게 되어, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향을 고려하지 않아도 되게 된다. 또한, 결상 광학계(b)의 해상력은 (λ／NA)에 비례하므로, 파장(λ)이 커지면 해상할 수 있는 패턴의 주기가 커져 해상력은 저하된다. 그러나, 2 파장으로부터 선택 가능하도록 파장이 상이한 광원을 2 개 마련하고, 초점 위치의 조정에만 파장(λ)이 큰 광을 이용하고, 검사용의 광학 화상 취득에는 파장(λ)이 작은 광을 이용하는 것으로 하면, 해상력의 저하를 초래하지 않고, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 도 4의 광학계는, 파장(λ1)의 광을 출사하는 광원(1)과, 파장(λ2)의 광원을 출사하는 광원(2)을 가진다. 본 실시예에서는, 파장(λ1)을 200 nm로 하고, 파장(λ2)을 266 nm로 할 수 있다. 여기서는, 특정의 패턴에 대하여 파장(λ1)의 광을 조명하면, 회절광이 0 차광과 대부분(반 이상) 중첩되지 않고 슬릿을 투과하게 되어, 초점 위치의 조정이 곤란해지는 것을 상정하고 있다. 조명광을 파장(λ2)(λ1＜λ2)으로 바꾸면, 식(2)에서 반복 패턴의 주기(P)를 작게 한 것과 동일해진다. 즉, 회절광이 슬릿을 투과하지 않게 되므로, 초점 위치의 조정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 파장(λ1)에 대하여, 파장(λ2)을 어떻게 설정할지는 상기한 바와 같다. 즉, 대물 렌즈가 도입하는 광선의 각도(θ)는, 개구 수(NA)를 이용하여 식(1)으로 나타내진다. 한편, 라인·앤드·스페이스 패턴과 같이, 방향성이 있는 반복 패턴에서는, 식(2)의 관계가 성립할 때의 각도(θ)로 1 차광이 회절한다. 따라서, 광원으로부터의 광의 파장이 λ1(λ1 = 200 nm)이며, 라인·앤드·스페이스 패턴이 (L/S) = 133 nm이면, 식(3)의 관계로부터, sinθ = 0.75가 되어, 대물 렌즈의 개구 수(NA)와 동일한 값이 되므로, 눈동자의 중심에 있는 0 차광에 대하여, ＋1 차광과 -1 차광은, 각각 눈동자의 가장자리까지 이동하게 된다. 따라서, 이론적으로는 200 nm보다 긴 파장이면 ＋1 차광과 -1 차광은 투과하지 않게 되지만, 실제로는, 원하는 마진을 고려하여, 예를 들면 본 실시예와 같이 λ2 = 266 nm로 설정된다.
예를 들면, 광원(1)으로부터 파장 200 nm의 광을 시료(9)에 조명하고, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자(구체적으로, 대물 렌즈(8)의 눈동자 또는 이와 공역인 위치에서의 눈동자를 말함. 이하 동일)의 광 강도 분포를 관찰한다. 그 결과, 광 강도 분포가 도 1에 도시한 것과 같은 것일 경우에는, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광이 0 차광에 대부분(반 초과) 중첩된다고 생각되고, 슬릿(21, 22, 23, 24)을 투과하여, 센서(27, 28, 29, 30)에 입사하는 회절광의 양은, 초점 위치를 바꾸어도 그다지 변화하지 않는다. 따라서, 이 광을 이용하여 초점 위치를 검출하고, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후, 센서(25)에서 시료(9)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
또한, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한 결과, 도 2에 도시한 것과 같은 것일 때는, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광은 슬릿을 전혀 투과하지 않으므로, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향은 고려하지 않아도 된다. 따라서, 이 경우에도, 광원(1)으로부터의 광을 이용하여 초점 위치를 검출하고, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후, 센서(25)에서 시료(9)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
한편, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한 결과, 도 3에 도시한 것과 같은 것일 때는, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광이 0 차광과 대부분(반 이상) 중첩되지 않고 슬릿(21, 22, 23, 24)을 투과한다. 이 때문에, 이들 슬릿을 투과하여, 센서(27, 28, 29, 30)에 입사하는 회절광의 양은, 초점 위치에 따라 변화하게 된다. 따라서, 이러한 경우에는, 시료(9)를 조명하는 광을 광원(1)으로부터가 아닌 광원(2)으로부터로 한다. 그러면, 센서(26)에서 관찰되는 광 강도 분포는, 도 2에 도시한 바와 같이 되어, ＋1 차 회절광과 -1 차 회절광은 슬릿(21, 22, 23, 24)을 전혀 투과하지 않게 된다. 따라서, 광원(2)으로부터의 광을 이용하여 초점 위치를 검출하고, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후, 센서(25)에서 시료(9)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
이어서, 본 실시예에 따른 초점 위치 조정 방법에 대하여 상술한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 조명 광학계(a)는, 제1 광원으로서의 광원(1) 및 제2 광원으로서의 광원(2)과, 다이클로익 미러(3)와, 렌즈(4, 6)와, 제1 슬릿으로서의 슬릿(5)과, 하프 미러(7)와, 대물 렌즈(8)를 가진다. 한편, 결상 광학계(b)는, 대물 렌즈(8)와, 하프 미러(7, 17, 19, 20)와, 렌즈(10, 11, 12, 13, 14, 15)와, 미러(16)와, 다이클로익 미러(18)와, 제2 슬릿으로서의 슬릿(21), 제3 슬릿으로서의 슬릿(22), 제4 슬릿으로서의 슬릿(23), 제5 슬릿으로서의 슬릿(24)과, 제1 센서로서의 센서(25), 제2 센서로서의 센서(26), 제1 초점 위치 조정용 센서로서의 센서(27), 제2 초점 위치 조정용 센서로서의 센서(28), 제3 초점 위치 조정용 센서로서의 센서(29), 제4 초점 위치 조정용 센서로서의 센서(30)를 가진다. 조명광의 광로와, 시료(9)에서 반사된 광의 광로는, 시료(9)로부터 하프 미러(7)까지 공통되어 있다. 다이클로익 미러(3, 18)는 모두 광원(1)으로부터의 광을 투과하고, 광원(2)으로부터의 광을 반사하는 광 분리 수단이다. 또한, 광원(1)으로부터의 광을 반사하고, 광원(2)으로부터의 광을 투과하는 다이클로익 미러여도 된다. 또한, 광 분리 수단은 다이클로익 미러에 한정되지 않고, 예를 들면 컬러 CCD 등이어도 된다.
시료(9)는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 이동 가능한 스테이지(31) 상에 재치되어 있다. 시료(9)로서는, 예를 들면 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 또는 글라스 기판 등에 전사할 시 사용되는 마스크, 나노 임프린트 리소그래피 기술에서 사용되는 마스터 패턴 또는 도터 패턴 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 마스크 상의 패턴이 전사된 웨이퍼 또는 글라스 기판 등으로 할 수도 있다.
광원(1, 2)은 각각 레이저 광원으로 할 수 있다. 본 실시예에서는, 광원(1)으로부터 출사하는 광의 파장을 200 nm로 하고, 광원(2)으로부터 출사하는 광의 파장을 266 nm로 한다.
광원(1)으로부터 출사된 광은 광축(32)을 따라 전파해 간다. 그리고, 이 광은, 다이클로익 미러(3) 및 렌즈(4)를 투과하여 슬릿(5)을 조사한다. 이 후, 광의 일부는 슬릿(5)을 투과하고, 렌즈(6)에 입사한다. 슬릿(5)의 폭은 선광원에 근접시키기 위하여 가능한 한 가늘게 한다.
렌즈(6)에서 굴절된 광은 하프 미러(7)에 입사한다. 하프 미러(7)는, 예를 들면 광축(32)에 대하여 45 도 기울어 배치되어 있다. 하프 미러(7)는 입사한 광 중 약 반을 반사하고, 나머지 반을 투과한다. 따라서, 렌즈(6)로부터 하프 미러(7)에 입사한 광의 일부는 시료(9)의 방향으로 반사된다. 즉, 광축(32)은 하프 미러(7)에 의해 90 도 꺾이게 된다.
하프 미러(7)에서 반사된 조명광은 대물 렌즈(8)에 입사한다. 대물 렌즈(8)는 경통 내에 복수의 렌즈가 배치된 구조로 할 수 있다. 대물 렌즈(8)의 눈동자는 광원(1)의 상을 결상한다. 대물 렌즈(8)는 입사한 광을 굴절시킨 후, 시료(9)를 조명한다. 상기한 바와 같이, 조명광의 일부는 슬릿(5)을 투과하고 있다. 따라서, 슬릿(5)의 상이 시료(9)에 투영되고 있다. 이 때, 슬릿(5)의 상은 검사 시야와는 상이한 영역에 투영된다.
시료(9)에서 반사된 광은, 하프 미러(7)까지는 조명광과 공통의 광로를 전파해 간다. 즉, 반사광은 대물 렌즈(8)에서 굴절되어 하프 미러(7)에 입사한다. 대물 렌즈(8)에서 굴절된 광은 대략 평행한 광속이 된다. 그리고, 이 광의 일부는 하프 미러(7)를 투과하여 렌즈(10)에 입사한다.
렌즈(10)를 투과한 광의 일부는 미러(16)에서 반사되어 광로가 꺾여, 렌즈(13)에 입사한다. 여기서, 미러(16)에서 반사되는 것은, 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상의 반사광이 되도록 한다. 렌즈(13)는 입사한 광을 굴절시켜 하프 미러(17)에 입사시킨다. 그리고, 하프 미러(17)에서 반사된 광은 센서(26)에 입사한다. 센서(26)는, 상기한 바와 같이 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하기 위한 것이다. 관찰된 광 강도 분포가, 도 1 또는 도 2에 도시한 것과 같은 것일 때는, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향은 문제가 되지 않기 때문에, 광원(1)으로부터의 광에 의해 이하와 같이 하여 초점 위치를 조절한다.
미러(16)에서 반사되어, 렌즈(13)에 의해 하프 미러(17)에 입사하고, 하프 미러(17)를 투과한 광은, 다이클로익 미러(18)를 투과하여, 렌즈(15)에 의해 하프 미러(20)에 입사한다. 여기서, 광은 하프 미러(20)에 의해 분기된다. 하프 미러(20)를 투과한 광은 또한 슬릿(23)을 투과한 후, 센서(29)에 입사한다. 한편, 하프 미러(20)에서 반사된 광은 슬릿(24)을 투과한 후, 센서(30)에 입사한다. 여기서, 슬릿(23, 24)을 투과하여, 센서(29, 30)에 입사하는 것은, 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상의 반사광이다.
슬릿(23)은 시료(9)의 공역 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(24)은 시료(9)의 공역 위치의 뒤측에 위치하도록 한다(후 핀). 또한, 슬릿(24)을 시료(9)의 공역 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(23)을 시료(9)의 공역 위치의 뒤측에 위치하도록 해도 된다(후 핀). 슬릿(23, 24)의 폭은 대물 렌즈(8)의 개구 수(NA)에서 확장되는 광속의 반, 즉, 대물 렌즈(8)의 눈동자 직경의 반에 상당하는 값으로 한다. 센서(29, 30)에는, 예를 들면 포토 다이오드 또는 광전자 증배관 등이 바람직하게 이용된다.
센서(29)는 전 핀의 광량을 검출한다. 한편, 센서(30)는 후 핀의 광량을 검출한다. 광의 초점 위치를 바꾸어 센서(29)의 광량과 센서(30)의 광량을 비교하면, 초점 위치의 이동량에 따라, 센서(29)와 센서(30)의 광량비가 변화한다. 광량비가 1 : 1이 된 곳이 최적의 초점 위치이며, 콘트라스트는 최대가 된다.
일반적으로, 전 핀이 되는 센서의 출력을 α, 후 핀이 되는 센서의 출력을 β, 슬릿이 없는 센서의 출력을 γ로 하면, 물체의 포커싱 위치로부터의 변위량(Z)은 식(4)으로 부여된다.
Figure pat00004
식(4)에서, γ는 하프 미러(20)에 의해 광로가 분기된 후의 전광량에 대한 센서의 출력이며, 각 초점 위치에서의 정규화 광량이 (α ／ γ), (β ／ γ)이다. 물체의 포커싱 위치로부터의 변위량(Z)은, 이 정규화 광량의 함수로서 부여된다. 함수(f)는, 변위량(Z)에 대한 각 초점 위치에서의 초점 흐림을 기하학적으로 구하여, 슬릿을 투과하는 비율을 계산함으로써 구할 수 있다. 또한, 변위량이 이미 알려진 테스트 샘플을 사용한 실험에 의해 구할 수도 있다.
그리고, 식(4)을 이용하여 얻어진 변위량(Z), 즉, 시료(9)의 포커싱 위치로부터의 변위량을 기초로 스테이지(31)의 높이를 조정한다.
한편, 센서(26)에서 관찰된 광 강도 분포가, 도 3에 도시한 것과 같은 것일 때는, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향이 문제가 되므로, 조명을 광원(1)으로부터 광원(2)으로 전환한다.
광원(2)으로부터 출사된 광은 광축(32)을 따라 전파해 간다. 그리고, 이 광은 다이클로익 미러(3)에서 반사되고, 또한 렌즈(4)를 투과하여 평행광이 된다. 그 후에는, 광원(1)으로부터 출사된 광과 마찬가지로, 슬릿(5)을 투과하여, 렌즈(6)에 입사한 후, 하프 미러(7)에서 반사되어 대물 렌즈(8)에 입사한다. 대물 렌즈(8)는 입사한 광을 굴절시킨 후, 시료(9)를 조명한다. 조명광은 슬릿(5)을 투과하고 있으므로, 슬릿(5)의 상이 시료(9)에 투영된다. 이 때, 시료(9)에서, 슬릿(5)의 상은 검사 시야와는 상이한 영역에 투영된다.
시료(9)에서 반사된 광은, 하프 미러(7)까지는 조명광과 공통의 광로를 전파해 간다. 그리고, 하프 미러(7)를 투과한 광은, 렌즈(10)를 투과한 후, 미러(16)에서 반사되어 광로가 꺾인다. 여기서, 미러(16)에서 반사되는 것은, 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상의 반사광이 되도록 한다. 이어서, 렌즈(13)를 투과하고, 또한 하프 미러(17)를 투과한 후, 다이클로익 미러(18)에서 반사되어, 광로가 꺾인다. 즉, 광원(2)으로부터 출사된 광은, 다이클로익 미러(18)에 의해, 광원(1)으로부터 출사된 광과는 상이한 광로를 나아간다.
다이클로익 미러(18)에서 반사된 광은 렌즈(14)에 의해 하프 미러(19)에 입사한다. 여기서, 광은 하프 미러(19)에 의해 분기된다. 하프 미러(19)를 투과한 광은 또한 슬릿(21)을 투과한 후, 센서(27)에 입사한다. 한편, 하프 미러(19)에서 반사된 광은 슬릿(22)을 투과한 후, 센서(28)에 입사한다. 이 때, 슬릿(21, 22)을 투과하여, 센서(27, 28)에 입사하는 것은, 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상의 반사광이다.
슬릿(21)은 시료(9)의 공역 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(22)을 시료(9)의 공역 위치의 뒤측에 위치하도록 한다(후 핀). 또한, 슬릿(22)을 시료(9)의 공역 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(21)을 시료(9)의 공역 위치의 뒤측에 위치하도록 해도 된다(후 핀). 센서(27, 28)에는, 예를 들면 포토 다이오드 또는 광전자 증배관 등이 바람직하게 이용된다.
센서(27)는 전 핀의 광량을 검출한다. 한편, 센서(28)는 후 핀의 광량을 검출한다. 광의 초점 위치를 바꾸어 센서(27)의 광량과 센서(28)의 광량을 비교하면, 초점 위치의 이동량에 따라, 센서(27)와 센서(28)의 광량비가 변화한다. 광량비가 1 : 1이 된 곳이 최적의 초점 위치이며, 콘트라스트는 최대가 된다.
상기한 바와 같이, 물체의 포커싱 위치로부터의 변위량(Z)은, 식(4)으로 부여된다.
Figure pat00005
그리고, 식(4)을 이용하여 얻어진 변위량(Z), 즉, 시료(9)의 포커싱 위치로부터의 변위량을 기초로 스테이지(31)의 높이를 조정한다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 파장(λ1)의 광을 출사하는 광원(1)과, 파장(λ2)의 광원을 출사하는 광원(2)을 마련하고, 광원(1)으로부터 파장 200 nm의 광을 시료(9)에 조명하여, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한다. 그 결과, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향이 문제가 되지 않는 경우에는, 광원(1)으로부터의 광을 이용하여 초점 위치를 검출하고, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후, 센서(25)에서 시료(9)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
한편, 센서(26)에서 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한 결과, 초점 위치의 조정에 이용하는 센서(27, 28, 29, 30)에 입사하는 회절광의 양이 초점 위치에 따라 변화하는 경우에는, 시료(9)를 조명하는 광을 광원(1)으로부터가 아닌 광원(2)으로부터로 한다. 그리고, 광원(2)으로부터의 광을 이용하여 초점 위치를 검출하고, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후, 센서(25)에서 시료(9)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
또한, 센서(25)에 결상하는 광의 광로는 다음과 같이 된다. 광원(1) 또는 광원(2)으로부터 출사되고, 렌즈(4, 6)를 투과하여 하프 미러(7)에서 반사된 광은, 대물 렌즈(8)에 의해, 검사 대상이 되는 시료(9)의 패턴이 형성된 영역을 조명한다. 또한, 이 조명광은 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상과는, 시료(9) 상에서 중첩되어 있지 않다. 이 후, 시료(9)에서 반사된 광은, 하프 미러(7)까지는 조명광과 공통의 광로를 전파해 간다. 그리고, 하프 미러(7)를 투과한 광은, 렌즈(10)를 투과한 후, 또한 렌즈(11, 12)를 투과하여 센서(25)에 결상한다. 센서(25)로서는, 예를 들면 촬상 소자인 CCD 카메라를 일렬로 배열한 라인 센서를 들 수 있다. 라인 센서에는, 예를 들면 TDI(Time Delay Integration) 센서를 이용할 수 있다.
이상과 같이 함으로써, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여 초점 위치를 조정하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시예에서는, 결상 광학계(b)에서, 광원(1)으로부터의 광의 광로와 광원(2)으로부터의 광의 광로를, 다이클로익 미러(18)에 의해 분리하고, 광원(1)으로부터의 광을 슬릿(21, 22)으로 유도하여, 슬릿(21)을 투과한 광을 검출하는 센서(27)와, 슬릿(22)을 투과한 광을 검출하는 센서(28)에 의해, 시료(9)에 투영된 슬릿(5)의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 초점 위치를 조정했다. 또한, 광원(2)으로부터의 광을 슬릿(23, 24)으로 유도하여, 슬릿(23)을 투과한 광을 검출하는 센서(29)와, 슬릿(24)을 투과한 광을 검출하는 센서(30)에 의해, 마찬가지로 초점 위치를 조정했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 광원(1)으로부터의 광의 광로와, 광원(2)으로부터의 광의 광로를 분기하지 않아도 되다. 이 경우, 초점 위치 조정용의 센서와 이에 대응하는 슬릿은, 광원(1)으로부터의 광과 광원(2)으로부터의 광에서 공통이 되므로, 장치가 콤팩트해진다고 하는 이점이 얻어진다. 한편, 본 실시예의 구성이면, 다이클로익 미러(18)에 의해 광로가 나뉘므로, 2 파장 동시 조명이 가능해진다.
실시예 2.
이미 기술한 바와 같이, 미세한 배선 패턴이 형성된 검사 대상물의 표면에 슬릿 형상의 광속이 조사되면, 정반사광과는 상이한 방향으로 회절광이 발생한다. 그 결과, 결상 광학계에 배치된 슬릿을 투과하는 광에는, 정반사광과 회절광의 양방이 포함될 수 있다. 이 때, 제2 슬릿을 투과하는 광의 강도 분포는, 회절광이 슬릿을 투과하는 곳과, 슬릿에 의해 차단되는 곳의 경계 부근에서 커진다. 그리고, 이 강도 분포는, 초점 위치가 포커싱 위치로부터 약간이라도 이탈하면 크게 변화하기 때문에, 센서의 수광면에 형성되는 슬릿 상의 초점이 흐려지는 정도도 크게 변화하여, 대물 렌즈의 초점 위치에 대한 검사 대상물의 패턴면의 상대 위치를 고정밀도로 조정하는 것이 곤란해진다.
그런데, 검사 대상물의 표면에는, 서로 직교하는 2 방향으로 패턴이 형성되어 있는 경우가 많아, 회절광은 이 2 방향으로 발생하기 쉽다. 따라서, 회절광의 영향을 받기 어렵게 하기 위해서는, 패턴이 형성되어 있는 방향과, 슬릿 형상의 조명 영역의 길이 방향이 일치하지 않도록 하면 된다.
도 5는 본 실시예에 의한 초점 위치 조정 방법을 설명하기 위한 광학계이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 조명 광학계(a')는, 광원(101)과, 렌즈(401, 601)와, 제1 슬릿으로서의 슬릿(501)과, 하프 미러(701)와, 대물 렌즈(801)를 가진다. 한편, 결상 광학계(b')는, 대물 렌즈(801)와, 하프 미러(701, 1701, 1801, 1901, 2001)와, 렌즈(1001, 1101, 1201, 1301, 1401, 1501)와, 미러(1601)와, 제2 슬릿으로서의 슬릿(2101), 제3 슬릿으로서의 슬릿(2201), 제4 슬릿으로서의 슬릿(2301), 제5 슬릿으로서의 슬릿(2401)과, 제1 센서로서의 센서(2501), 제2 센서로서의 센서(2601), 제3 센서로서의 센서(2701), 제4 센서로서의 센서(2801), 제5 센서로서의 센서(2901), 제6 센서로서의 센서(3001)를 가진다. 조명광의 광로와 시료(901)에서 반사된 광의 광로는, 시료(901)로부터 하프 미러(701)까지 공통되어 있다.
시료(901)는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 이동 가능한 스테이지(3101) 상에 재치되어 있다. 시료(901)로서는, 예를 들면 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 또는 글라스 기판 등에 전사할 시 사용되는 마스크, 나노 임프린트 리소그래피 기술에서 사용되는 마스터 패턴 또는 도터 패턴 등을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 마스크 상의 패턴이 전사된 웨이퍼 또는 글라스 기판 등으로 할 수도 있다.
광원(101)은 레이저 광원으로 할 수 있다. 광원(101)으로부터 출사하는 광의 파장은 예를 들면 200 nm로 할 수 있다.
광원(101)으로부터 출사된 광은, 광축(3201)을 따라 전파해 간다. 그리고, 이 광은 렌즈(401)를 투과하여 평행광이 된 후, 그 일부가 슬릿(501)을 투과하여 렌즈(601)에 입사한다. 렌즈(601)는 입사한 광을 굴절시켜 집광하는 결상 렌즈이며, 광원(101)의 상을 결상한다. 즉, 렌즈(601)는 대물 렌즈(801)의 눈동자의 위치에, 광원(101)의 상을 결상한다.
슬릿(501)은, 도 6에 도시한 바와 같이 X 방향과 Y 방향으로 직교하는 2 개의 개구부가 조합된 십자 형상으로 한다. 또한, 개구부의 폭은 선광원에 근접시키기 위하여 가능한 한 가늘게 한다. 구체적으로, 1 μm 이하로 하는 것이 바람직하다.
렌즈(601)에서 굴절된 광은 하프 미러(701)에 입사한다. 하프 미러(701)는, 예를 들면 광축(3201)에 대하여 45 도 기울어 배치되어 있다. 하프 미러(701)는 입사한 광의 약 반을 반사하고, 나머지의 반을 투과한다. 따라서, 렌즈(601)로부터 하프 미러(701)에 입사한 광의 일부는 시료(901)의 방향으로 반사된다. 즉, 광축(3201)은 하프 미러(701)에 의해 90 도 꺾어지게 된다.
하프 미러(701)에서 반사된 조명광은 대물 렌즈(801)에 입사한다. 대물 렌즈(801)는 경통 내에 복수의 렌즈가 배치된 구조로 할 수 있다. 대물 렌즈(801)의 눈동자는 광원(101)의 상을 결상한다. 대물 렌즈(801)는 입사한 광을 굴절시킨 후, 시료(901)를 조명한다. 상기한 바와 같이, 조명광의 일부는 슬릿(501)을 투과하고 있다. 따라서, 슬릿(501)의 상이 시료(901)에 투영되어 있다. 이 때, 시료(901)에서 슬릿(501)의 상은, 검사 시야와는 상이한 영역에 투영된다.
렌즈(1001)를 투과한 광의 일부는 미러(1601)에서 반사되어 광로가 ?여, 렌즈(1301)에 입사한다. 여기서, 미러(1601)에서 반사되는 것은, 시료(901)에 투영된 슬릿(501)의 상의 반사광이 되도록 한다. 렌즈(1301)는, 입사한 광을 굴절시켜 하프 미러(1701)에 입사시킨다. 그리고, 하프 미러(1701)에서 반사된 광은, 센서(2601)에 입사한다.
한편, 미러(1601)에서 반사되어, 렌즈(1301)에 의해 하프 미러(1701)에 입사하고, 하프 미러(1701)를 투과한 광은 하프 미러(1801)에 의해 2 개로 분기된다.
하프 미러(1801)를 투과한 광은, 렌즈(1501)에 의해 하프 미러(2001)에 입사한 후, 하프 미러(2001)에 의해 더 분기된다. 하프 미러(2001)를 투과한 광은 슬릿(2301)을 투과한 후, 센서(2901)에 입사한다. 한편, 하프 미러(2001)에서 반사된 광은 슬릿(2401)을 투과한 후, 센서(3001)에 입사한다. 여기서, 슬릿(2301, 2401)을 투과하여 센서(2901, 3001)에 입사하는 것은, 시료(901)에 투영된 슬릿(501)의 상의 반사광이다.
슬릿(2301)은, 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(2401)은 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 뒤측에 위치하도록 한다(후 핀). 또한, 슬릿(2401)을 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(2301)을 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 뒤측에 위치하도록 해도 된다(후 핀). 슬릿(2301, 2401)의 폭은 대물 렌즈(801)의 개구 수(NA)에서 확장되는 광속의 반, 즉, 대물 렌즈(801)의 눈동자 직경의 반에 상당하는 값으로 한다. 센서(2901, 3001)에는, 예를 들면 포토 다이오드 또는 광전자 증배관 등이 바람직하게 이용된다.
한편, 하프 미러(1801)에서 반사된 광은, 렌즈(1401)에 의해 하프 미러(1901)에 입사한다. 여기서, 광은 하프 미러(1901)에 의해 더 분기된다. 하프 미러(1901)를 투과한 광은 슬릿(2101)을 투과한 후, 센서(2701)에 입사한다. 한편, 하프 미러(1901)에서 반사된 광은 슬릿(2201)을 투과한 후, 센서(2801)에 입사한다. 이 때, 슬릿(2101, 2201)을 투과하여, 센서(2701, 2801)에 입사하는 것은, 시료(901)에 투영된 슬릿(501)의 상의 반사광이다.
슬릿(2101)은 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(2201)을 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 뒤측에 위치하도록 한다(후 핀). 또한, 슬릿(2201)을 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 앞측에 위치하도록 하고(전 핀), 슬릿(2101)을 대물 렌즈(801)의 초점 위치의 뒤측에 위치하도록 해도 된다(후 핀). 슬릿(2101, 2201)의 폭은 대물 렌즈(801)의 개구 수(NA)에서 확장되는 광속의 반, 즉, 대물 렌즈(801)의 눈동자 직경의 반에 상당하는 값으로 한다. 센서(2701, 2801)에는, 예를 들면 포토 다이오드 또는 광전자 증배관 등이 바람직하게 이용된다.
센서(2601)는 조명 광학계(a')의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는데 이용된다. 센서(2601)에서 관찰된 광 강도 분포가, 도 3에 도시한 것과 같은 것일 때는, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향이 문제가 된다. 여기서, 도 3의 예에서는, X 방향으로 회절광이 발생하고 있다. 즉, 검사 대상이 라인·앤드·스페이스 패턴이라고 하면, 이 패턴은 Y 방향으로 길게 연장되는 패턴이라고 상정된다. 초점 위치 조정에서의 회절광의 영향을 받기 어렵게 하기 위해서는, 패턴이 형성되어 있는 방향과, 슬릿 형상의 조명 영역의 길이 방향이 일치하지 않도록 하면 된다. 따라서, 이 경우는, 슬릿 형상의 조명 영역의 길이 방향이 X 방향에 있도록 하면 된다. 한편, Y 방향으로 회절광이 발생되어 있는 경우에는, 슬릿 형상의 조명 영역의 길이 방향이 Y 방향에 있도록 하면 된다.
도 7은 도 5의 슬릿(2301, 2401)의 평면도이다. 한편, 도 8은 도 5의 슬릿(2101, 2201)의 평면도이다. 또한, 시료(901)에 투영된 슬릿(501)의 상의 반사광의 광축은 도 7 및 도 8의 Z 방향에 일치한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 슬릿(2301, 2401)의 길이 방향은 X 방향이므로, 도 3의 예와 같이 X 방향으로 회절광이 발생되어 있는 경우에는, 슬릿(2301, 2401)을 투과하는 광을 센서(2901, 3001)에 입사시켜 초점 위치를 조정함으로써, 회절광의 영향을 저감시킬 수 있다.
이에 대하여, 도 8에 도시한 바와 같이, 슬릿(2101, 2201)의 길이 방향을 Y 방향으로 하면, Y 방향으로 회절광이 발생되어 있는 경우에 유효하다. 즉, 이 경우는, 슬릿(2101, 2201)을 투과하는 광을 센서(2701, 2801)에 입사시켜, 조명 광학계(a)의 초점 위치를 조정함으로써, 회절광의 영향을 저감시킬 수 있다.
센서(2901)는 전 핀의 광량을 검출한다. 한편, 센서(3001)는 후 핀의 광량을 검출한다. 광의 초점 위치를 바꾸어 센서(2901)의 광량과 센서(3001)의 광량을 비교하면, 초점 위치의 이동량에 따라, 센서(2901)와 센서(3001)의 광량비가 변화한다. 광량비가 1 : 1이 된 곳이 최적의 초점 위치이며, 콘트라스트는 최대가 된다.
또한, 센서(2701)는 전 핀의 광량을 검출한다. 한편, 센서(2801)는 후 핀의 광량을 검출한다. 광의 초점 위치를 바꾸어 센서(2701)의 광량과 센서(2801)의 광량을 비교하면, 초점 위치의 이동량에 따라, 센서(2701)와 센서(2801)의 광량비가 변화한다. 광량비가 1 : 1이 된 곳이 최적의 초점 위치이며, 콘트라스트는 최대가 된다.
실시예 1에서 기술한 바와 같이, 전 핀이 되는 센서의 출력을 α, 후 핀이 되는 센서의 출력을 β, 슬릿이 없는 센서의 출력을 γ로 하면, 물체의 포커싱 위치로부터의 변위량(Z)은 식(4)으로 부여된다.
Figure pat00006
식(4)을 이용하여 얻어진 변위량(Z), 즉, 시료(901)의 포커싱 위치로부터의 변위량을 기초로 스테이지(3101)의 높이를 조정함으로써, 광원(101)으로부터 출사된 조명광의 초점 위치가 시료(901)의 패턴면에 위치하도록 조정할 수 있다. 이 후, 센서(2501)에서 시료(901)의 광학 화상을 촬상하고, 얻어진 광학 화상을 이용하여 결함 검사를 행한다.
또한, 센서(2501)에 결상하는 광의 광로는 다음과 같이 된다. 광원(101)으로부터 출사되고, 렌즈(401, 601)를 투과하여 하프 미러(701)에서 반사된 광은, 대물 렌즈(801)에 의해, 검사 대상이 되는 시료(901)의 패턴이 형성된 영역을 조명한다. 또한, 이 조명광은, 시료(901)에 투영된 슬릿(501)의 상과는, 시료(901) 상에서 중첩되어 있지 않다. 이 후, 시료(901)에서 반사된 광은, 하프 미러(701)까지는 조명광과 공통의 광로를 전파해 간다. 그리고, 하프 미러(701)를 투과한 광은, 렌즈(1001)를 투과한 후, 또한 렌즈(1101, 1201)를 투과하여 센서(2501)에 결상한다. 센서(2501)로서는, 예를 들면 촬상 소자인 CCD 카메라를 일렬로 배열한 라인 센서를 들 수 있다. 라인 센서에는 예를 들면 TDI(Time Delay Integration) 센서를 이용할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여 초점 위치를 조정하는 것이 가능해진다.
실시예 3.
본 실시예에서는, 다이 투 데이터베이스 방식에 의한 검사 방법을 기술한다. 따라서, 검사 대상의 광학 화상과 비교되는 기준 화상은, 설계 패턴 데이터로부터 생성된 참조 화상이다. 단, 본 발명은 다이 투 다이 방식에 의한 검사 방법에도 적용 가능하며, 그 경우의 기준 화상은, 검사 대상과는 상이한 광학 화상이 된다. 또한, 나노 임프린트 리소그래피(Nanoimprint Lithography ; NIL)에서의 템플릿의 검사와 같이, 1 개의 화상 내에서 주목하는 화소와 그 주변의 화소를 비교하는 방식이어도 된다.
도 9는 본 실시예에서의 검사 장치의 개략 구성도이다. 도 9의 점선으로 둘러싸인 부분(a, b)은 각각 도 4의 조명 광학계(a)와 결상 광학계(b)에 대응한다. 도 9에서는, 도 4의 센서(25) 이외의 부분을 생략하고 있다. 또한, 도 4의 조명 광학계(a)와 결상 광학계(b) 대신에, 도 5의 조명 광학계(a')와 결상 광학계(b')를 도 9의 검사 장치에 적용해도 된다.
도 9에서는, 본 실시예에서 필요한 구성부를 기재하고 있지만, 검사에 필요한 다른 공지의 구성부가 포함되어 있어도 된다. 또한, 본 명세서에서 '~부' 또는 '~회로'라고 기재한 것은, 컴퓨터에서 동작 가능한 프로그램에 의해 구성할 수 있는데, 소프트웨어가 되는 프로그램뿐 아니라, 하드웨어와 소프트웨어와의 조합 또는 펌 웨어와의 조합에 의해 실시되는 것이어도 된다. 프로그램에 의해 구성될 경우, 프로그램은 자기 디스크 장치 등의 기록 장치에 기록된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 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)는, 실시예 1에서 설명한 도 4의 광학계, 즉, 초점 위치의 조정에 사용되는 광학계로서, 검사 대상이 되는 패턴이 형성된 시료(9)를 조명하는 조명 광학계(a)와, 조명된 시료(9)의 패턴의 상을 센서(25)의 수광면에 결상하는 결상 광학계(b)를 가진다.
또한, 구성부(A)는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 이동 가능한 스테이지(31)와, 센서 회로(106)와, 레이저 측장 시스템(122)과, 오토 로더(130)를 가진다. 시료(9)가 재치되는 스테이지(31)는, 수평 방향(X 방향, Y 방향)으로 이동 가능한 XY스테이지와, 이 XY스테이지 상에 재치되어 수직 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 Z 스테이지로 이루어진다. 또한, XY스테이지는 회전 방향(θ 방향)으로도 이동 가능한 구성으로 할 수도 있다.
시료(9)로서는, 예를 들면 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 또는 글라스 기판 등에 전사할 시 사용되는 마스크, 나노 임프린트 리소그래피 기술에서 사용되는 마스터 패턴 또는 도터 패턴 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 마스크 상의 패턴이 전사된 웨이퍼 또는 글라스 기판 등으로 할 수도 있다.
구성부(A)에서는, 시료(9)의 광학 화상, 즉 마스크 채취 데이터가 취득된다. 마스크 채취 데이터는, 시료(9)의 설계 패턴 데이터에 포함되는 도형 데이터에 기초하는 도형이 묘화된 마스크의 화상이다. 예를 들면, 마스크 채취 데이터는 8 비트의 부호가 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조를 표현한 것이다.
시료(9)는, 오토 로더(130)에 의해 스테이지(31) 상에 재치된다. 또한, 오토 로더(130)는 오토 로더 제어 회로(113)에 의해 구동된다. 또한, 오토 로더 제어 회로(113)는 제어 계산기(110)에 의해 제어된다. 시료(9)가 스테이지(31) 상에 재치되면, 시료(9)에 형성된 패턴에 대하여, 스테이지(31)의 하방에 배치된 결상 광학계(a)로부터 광이 조사된다. 그리고, 시료(9)에서 반사된 광은, 결상 광학계(b)에 의해 센서(25)에 결상한다.
검사에 적합한 광학 화상을 얻기 위해서는, 시료(9)에 조사되는 광의 초점 위치를 정확하게 검출하여 초점 조정을 하는 것이 중요해진다. 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 검사 장치(100)는, 조명 광학계(a)와 결상 광학계(b)를 가짐으로써, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여, 조명광의 초점 위치가 시료(9)의 패턴면에 위치하도록 조정하는 것이 가능하다.
또한, 검사 장치(100)는, 시료(9)의 상방으로부터 광을 조사하고, 투과광을 센서(25)로 유도하는 구성으로 해도 된다. 이 구성과 도 9에 도시한 구성을 겸비함으로써, 투과광과 반사광에 의한 각 광학 화상을 동시에 취득하는 것이 가능하다.
센서(25)에 결상한 시료(9)의 패턴 상은 광전 변환된 후, 센서 회로(106)에 의해 A / D(아날로그 디지털) 변환된다. 센서(25)로서는, 예를 들면 TDI(Time Delay Integration) 센서 등을 들 수 있다.
검사 장치(100)의 구성부(B)에서는, 검사 장치(100) 전체의 제어를 담당하는 제어부로서의 제어 계산기(110)가, 데이터 전송로가 되는 버스(120)를 개재하여, 위치 회로(107), 비교부의 일례가 되는 비교 회로(108), 참조 화상 생성부의 일례가 되는 참조 회로(112), 전개 회로(111), 초점 위치 검출부의 일례가 되는 초점 위치 검출 회로(125), 오토 로더 제어 회로(113), 스테이지 제어 회로(114), 보존부의 일례가 되는 자기 디스크 장치(109), 네트워크 인터페이스(115) 및 플렉시블 디스크 장치(116), 액정 디스플레이(117), 패턴 모니터(118) 및 프린터(119)에 접속되어 있다. 스테이지(31)는, 스테이지 제어 회로(114)에 의해 제어된 X 축 모터, Y 축 모터 및 Z 축 모터에 의해 구동된다. 이들 구동 기구에는, 예를 들면 에어 슬라이더와, 리니어 모터 또는 스텝 모터 등을 조합하여 이용할 수 있다.
도 8에서 ' ~회로'라고 기재한 것은, 이미 기술한 바와 같이, 컴퓨터에서 동작 가능한 프로그램에 의해 구성할 수 있는데, 소프트웨어가 되는 프로그램뿐 아니라, 하드웨어와 소프트웨어와의 조합 또는 펌 웨어와의 조합에 의해 실시되는 것이어도 된다. 프로그램에 의해 구성되는 경우, 프로그램은 자기 디스크 장치(109)에 기록될 수 있다. 예를 들면, 센서 회로(106), 오토 로더 제어 회로(113), 스테이지 제어 회로(114), 초점 위치 검출 회로(125), 전개 회로(111), 참조 회로(112), 비교 회로(108) 및 위치 회로(107) 내의 각 회로는 전기적 회로로 구성되어도 되고, 제어 계산기(110)에 의해 처리할 수 있는 소프트웨어로서 실현되어도 된다. 또한, 전기적 회로와 소프트웨어의 조합에 의해 실현되어도 된다.
초점 위치 검출 회로(125)는, 센서 회로(106)로부터의 정보를 수취하여, 초점 위치를 검출한다. 구체적으로, 결상 광학계(b)에 배치된 초점 위치 검출용의 센서(도 4의 27, 28, 29, 30)에서 검출된 슬릿 상(도 4의 슬릿(5)의 광학 상)으로부터 조명광의 초점 위치를 검출한다.
제어 계산기(110)는, 초점 위치 검출 회로(125)로부터의 정보에 기초하여 스테이지 제어 회로(114)를 제어하여, 검출한 초점 위치가 시료(9)의 패턴면에 위치하도록 스테이지(31)를 Z 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 초점 위치가 정확하게 포커싱 위치가 되도록 할 수 있다.
또한, 제어 계산기(110)는 스테이지 제어 회로(114)를 제어하여, 스테이지(31)를 X 방향 및 Y 방향으로도 구동한다. XY 방향에서의 스테이지(31)의 이동 위치는, 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어 위치 회로(107)로 보내진다.
또한 제어 계산기(110)는, 오토 로더 제어 회로(113)를 제어하여, 오토 로더(130)를 구동한다. 오토 로더(130)는 시료(9)를 자동적으로 반송하고, 검사 종료 후에는 자동적으로 시료(9)를 반출한다.
데이터베이스 방식의 기준 데이터가 되는 설계 패턴 데이터는 자기 디스크 장치(109)에 저장되어 있고, 검사의 진행에 맞추어 독출되어 전개 회로(111)로 보내진다. 구체적으로는 다음과 같다.
설계자(유저)가 작성한 CAD 데이터는, OASIS 등의 계층화된 포맷의 설계 중간 데이터로 변환된다. 설계 중간 데이터에는 레이어(층)마다 작성되어 시료에 형성되는 설계 패턴 데이터가 저장된다. 여기서, 일반적으로 검사 장치는, OASIS 데이터를 직접 판독할 수 있도록은 구성되어 있지 않다. 즉, 검사 장치의 제조 메이커마다, 독자적인 포맷 데이터가 이용되고 있다. 이 때문에, OASIS 데이터는, 레이어마다 각 검사 장치에 고유의 포맷 데이터로 변환된 후에 검사 장치에 입력된다. 포맷 데이터는 검사 장치에 고유의 데이터로 할 수 있지만, 시료에 패턴을 묘화하는데 사용되는 묘화 장치와 호환성이 있는 데이터로 할 수도 있다.
도 9에서, 상기의 포맷 데이터는 자기 디스크 장치(109)에 입력된다. 즉, 시료(9)의 패턴 형성 시에 이용한 설계 패턴 데이터는 자기 디스크 장치(109)에 기억된다.
설계 패턴에 포함되는 도형은 직사각형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것이다. 자기 디스크 장치(109)에는, 예를 들면 도형의 기준 위치에서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형 또는 삼각형 등의 도형 종류를 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로서, 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장된다.
또한 수백 μm 정도의 범위에 존재하는 도형의 집합을 일반적으로 클러스터 또는 셀이라고 칭하는데, 이를 이용하여 데이터를 계층화하는 것이 행해지고 있다. 클러스터 또는 셀에는, 각종 도형을 단독으로 배치하거나, 소정 간격으로 반복 배치할 경우의 배치 좌표 또는 반복 기술도 정의된다. 클러스터 또는 셀 데이터는, 또한 스트라이프라고 칭해지는, 폭이 수백 μm로, 길이가 시료(9)의 X 방향 또는 Y 방향의 전체 길이에 대응하는 100 mm 정도의 직사각형 형상 영역에 배치된다.
상술한 바와 같이, 자기 디스크 장치(109)에 입력된 포맷 데이터에는 설계 패턴 데이터가 저장되어 있다. 이 설계 패턴 데이터는 자기 디스크 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통하여 전개 회로(111)에 의해 독출된다.
전개 회로(111)에서는, 설계 패턴 데이터가 이미지 데이터(비트 패턴 데이터)로 변환된다. 즉, 전개 회로(111)는 설계 패턴 데이터를 도형마다의 데이터에까지 전개되고, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타내는 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 매스눈 내에 배치되는 패턴으로서, 2 치 내지는 다치의 이미지 데이터로 전개된다. 또한, 센서 화소에 상당하는 영역(매스눈)마다 설계 패턴에서의 도형이 차지하는 점유율이 연산되고, 각 화소 내의 도형 점유율이 화소값이 된다.
전개 회로(111)에서 변환된 이미지 데이터는 참조 화상 생성부로서의 참조 회로(112)로 보내져, 참조 화상(참조 데이터라고도 칭함)의 생성에 이용된다.
센서 회로(106)로부터 출력된 마스크 채취 데이터는, 위치 회로(107)로부터 출력된 스테이지(31) 상에서의 시료(9)의 위치를 나타내는 데이터와 함께, 비교 회로(108)로 보내진다. 또한, 상술한 참조 화상도 비교 회로(108)로 보내진다.
비교 회로(108)에서는, 마스크 채취 데이터와 참조 데이터가, 적절한 비교 판정 알고리즘을 이용하여 비교된다. 도 9의 구성이면, 반사 화상끼리에서의 비교가 되는데, 투과 광학계를 이용한 구성이면, 투과 화상끼리에서의 비교, 혹은 투과와 반사를 조합한 비교 판정 알고리즘이 이용된다. 비교 결과, 양자의 차이가 소정의 임계치를 초과한 경우에는, 그 개소가 결함으로 판정된다.
상술한 스트라이프는, 적당한 사이즈로 분할되어 서브 스트라이프가 된다. 그리고, 마스크 채취 데이터로부터 잘라내진 서브 스트라이프와, 마스크 채취 데이터에 대응하는 참조 화상으로부터 잘라내진 서브 스트라이프가, 비교 회로(108) 내의 비교 유닛에 투입된다. 투입된 서브 스트라이프는, 또한 검사 프레임이라 칭해지는 직사각형의 소영역으로 분할되고, 비교 유닛에서 프레임 단위로 비교되어 결함이 검출된다. 비교 회로(108)에는, 복수의 검사 프레임이 동시에 병렬로 처리되도록, 수십 개의 비교 유닛이 장비되어 있다. 각 비교 유닛은, 1 개의 검사 프레임의 처리가 종료되는 대로, 미처리의 프레임 화상을 도입한다. 이에 의해, 다수의 검사 프레임이 순차 처리된다.
이어서, 도 9의 검사 장치(100)를 이용하여 시료(9)를 검사하는 방법의 일례를 기술한다.
＜초점 위치 조정 공정＞
먼저, 실시예 1에서 기술한 바와 같이 하여, 조명 광학계(a)에 설치된 광원으로부터의 광을 시료(9)에 조사하여 초점 위치를 검출하고, 검출한 위치가 포커싱 위치가 되도록 조정한다.
구체적으로, 조명 광학계(a)에 형성된 슬릿(도 4의 슬릿(5))의 투영 패턴을 시료(9)의 패턴면에 투영하고, 이 투영 패턴의 디포커스 상, 실제로는 광량을 센서(29, 30) 또는 센서(27, 28)에서 검출한다.
예를 들면, 파장 200 nm의 광을 출사하는 광원(도 4의 광원(1))으로부터의 광을 시료(9)에 조명하여, (도 4의 센서(26)에서) 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한다. 그 결과, 초점 위치의 변화에 따른 회절광의 영향이 문제가 되지 않는 경우에는, 이 광을 이용하여 초점 위치를 조정한다.
한편, (도 4의 센서(26)에서) 조명 광학계(a)의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰한 결과, 초점 위치의 검출에 이용하는 센서(도 4의 센서(27, 28, 29, 30))에 입사하는 회절광의 양이 초점 위치에 따라 변화할 경우에는, 시료(9)를 조명하는 광의 파장을 바꾼다. 즉, (도 4의 광원(2)으로부터) 파장 266 nm의 광을 조사하여 초점 위치를 검출한다.
이어서, 검출한 초점 위치가 시료(9)의 패턴면에 위치하도록 조정한다. 구체적으로, 초점 위치 검출 회로(125)가, 검출한 초점 위치가 시료(9)의 패턴면에 위치하도록, 스테이지 제어 회로(114)를 개재하여, 스테이지(31)의 Z 방향의 위치를 조정한다.
초점 위치 검출 회로(125)에서는, 실시예 1에서 설명한 식(4)에 의해, 시료(9)의 포커싱 위치로부터의 변위량(Z)이 구해진다.
Figure pat00007
함수(f)는, 미리, 변위량(Z)에 대한 각 초점 위치에서의 초점 흐림을 기하학적으로 구하고, 슬릿을 투과하는 비율을 계산함으로써 구할 수 있다. 또한, 변위량이 이미 알려진 테스트 샘플을 사용한 실험에 의해 구해도 된다.
그리고, 식(4)을 이용하여 얻어진 변위량(Z)를 기초로 스테이지(31)의 높이를 조정한다. 구체적으로, 제어 계산기(110)가, 초점 위치 검출 회로(125)로부터 변위량(Z)을 독출한다. 그리고, 이 변위량(Z)에 기초하여, 스테이지 제어 회로(114)를 제어하여, 스테이지(31)를 Z 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 초점 위치가 정확하게 포커싱 위치가 되도록 할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여 초점 위치를 조정하는 것이 가능하다.
＜광학 화상 취득 공정＞
상기와 같이 하여, 초점 위치를 검출하여, 시료(9)의 패턴면에 초점 위치가 포커싱되도록 시료(9)의 위치를 조정한 후에는, 도 9의 구성부(A)에서 시료(9)의 광학 화상을 취득한다.
도 10은 시료(9)에 형성된 패턴의 광학 화상의 취득 순서를 설명하는 도이다.
도 10에서 시료(9)는, 도 9의 스테이지(31) 상에 재치되어 있는 것으로 한다. 또한, 시료(9) 상의 검사 영역은, 도 10에 도시한 바와 같이 직사각형 형상의 복수의 검사 영역, 즉 스트라이프(201, 202, 203, 204, ···)로 가상적으로 분할되어 있다. 각 스트라이프는, 예를 들면 폭이 수백 μm이고, 길이가 시료(9)의 X 방향 또는 Y 방향의 전체 길이에 대응하는 100 mm 정도의 영역으로 할 수 있다.
광학 화상은 스트라이프마다 취득된다. 즉, 도 10에서 광학 화상을 취득할 시에는, 각 스트라이프(201, 202, 203, 204, ···)가 연속적으로 주사되도록, 스테이지(31)의 동작이 제어된다. 구체적으로, 스테이지(31)가 도 10의 -X 방향으로 이동하면서, 시료(9)의 광학 화상이 취득된다. 그리고, 도 9의 센서(25)에, 도 10에 도시한 것과 같은 주사 폭(W)의 화상이 연속적으로 입력된다. 즉, 제1 스트라이프(201)에서의 화상을 취득한 후, 제2 스트라이프(202)에서의 화상을 취득한다. 이 경우, 스테이지(31)가 -Y 방향으로 스텝 이동한 후, 제1 스트라이프(201)에서의 화상의 취득 시의 방향(-X 방향)과는 반대 방향(X 방향)으로 이동하면서 광학 화상을 취득하고, 주사 폭(W)의 화상이 센서(25)에 연속적으로 입력된다. 제3 스트라이프(203)에서의 화상을 취득하는 경우에는, 스테이지(31)가 -Y 방향으로 스텝 이동한 후, 제2 스트라이프(202)에서의 화상을 취득하는 방향(X 방향)과는 반대 방향, 즉, 제1 스트라이프(201)에서의 화상을 취득한 방향(-X 방향)으로 스테이지(31)가 이동한다. 또한, 도 10의 화살표는 광학 화상이 취득되는 방향과 순서를 나타내고 있고, 사선 부분은 광학 화상의 취득이 종료된 영역을 나타내고 있다.
도 9의 센서(25) 상에 결상한 패턴의 상은 광전 변환되고, 또한 센서 회로(106)에 의해 A / D(아날로그 디지털) 변환된다. 이 후, 광학 화상은 센서 회로(106)로부터 도 9의 비교 회로(108)로 보내진다.
또한, A / D 변환된 센서 데이터는, 화소마다 오프셋·게인 조정 가능한 디지털 앰프(도시하지 않음)에 입력된다. 디지털 앰프의 각 화소용의 게인은, 캘리브레이션 공정에서 결정된다. 예를 들면, 투과광용의 캘리브레이션 공정에서는, 센서가 촬상하는 면적에 대하여 충분히 넓은 시료(9)의 차광 영역을 촬영 중에, 흑레벨을 결정한다. 이어서, 센서가 촬상하는 면적에 대하여 충분히 넓은 시료(9)의 투과광 영역을 촬영 중에, 백레벨을 결정한다. 이 때, 검사 중의 광량 변동을 예측하여, 예를 들면 백레벨과 흑레벨의 진폭이 8 비트 계조 데이터의 약 4 %로부터 약 94 %에 상당하는 10 ~ 240에 분포하도록, 화소마다 오프셋과 게인을 조정한다.
＜참조 화상 생성 공정＞
(1) 기억 공정
다이 투 데이터베이스 비교 방식에 의한 검사의 경우, 결함 판정의 기준이 되는 것은, 설계 패턴 데이터로부터 생성하는 참조 화상이다. 검사 장치(100)에서는, 시료(9)의 패턴 형성 시에 이용한 설계 패턴 데이터가 자기 디스크 장치(109)에 기억된다.
(2) 전개 공정
전개 공정에서는, 도 9의 전개 회로(111)가, 자기 디스크 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통하여 설계 패턴 데이터를 독출하고, 독출된 시료(9)의 설계 패턴 데이터를 2 치 내지는 다치의 이미지 데이터(설계 화상 데이터)로 변환한다. 이 이미지 데이터는 참조 회로(112)로 보내진다.
(3) 필터 처리 공정
필터 처리 공정에서는, 도 9의 참조 회로(112)에 의해, 도형의 이미지 데이터인 설계 패턴 데이터에 적절한 필터 처리가 실시된다. 그 이유는 다음과 같다.
시료(9)의 패턴은, 그 제조 공정에서 코너의 라운딩 또는 선폭의 마감 치수 등이 가감(상태)되어 있어, 설계 패턴과 엄밀하게는 일치하지 않는다. 또한, 도 9의 센서 회로(106)로부터 얻어진 광학 화상으로서의 마스크 채취 데이터는, 광학계의 해상 특성 또는 센서(13)의 애퍼처(aperture) 효과 등에 의해 초점이 흐려진 상태, 환언하면, 공간적인 로우패스 필터가 작용한 상태에 있다.
따라서, 검사에 앞서 검사 대상이 되는 마스크를 관찰하고, 그 제조 프로세스 또는 검사 장치의 광학계에 의한 변화를 모의한 필터 계수를 학습하여, 설계 패턴 데이터에 2 차원의 디지털 필터를 한다. 이와 같이 하여, 참조 화상에 대하여 광학 화상처럼 보이게 하는 처리를 행한다.
필터 계수의 학습은, 제조 공정에서 결정된 기준이 되는 마스크의 패턴을 이용하여 행해도 되고, 또한 검사 대상이 되는 마스크(본 실시예에서는 시료(9))의 패턴의 일부를 이용하여 행해도 된다. 후자이면, 학습에 이용된 영역의 패턴 선폭 또는 코너의 라운딩의 마감 상태에 근거한 필터 계수가 취득되고, 마스크 전체의 결함 판정 기준에 반영되게 된다.
또한, 필터 계수의 학습에 검사 대상이 되는 마스크를 사용하는 경우, 제조 로트의 불균일, 또는 검사 장치의 컨디션 변동과 같은 영향을 배제한 필터 계수의 학습을 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 마스크 면내에서 치수 변동이 있으면, 학습에 이용한 개소에 대해서는 최적인 필터 계수가 되지만, 다른 영역에 대해서는 반드시 최적인 계수가 되지는 않기 때문에, 유사 결함을 일으키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 면내에서의 치수 변동의 영향을 받기 어려운 마스크의 중앙 부근에서 학습하는 것이 바람직하다. 혹은, 마스크 면내의 복수의 개소에서 학습을 행하여, 얻어진 복수의 필터 계수의 평균치를 이용해도 된다.
＜다이 투 데이터베이스 비교 공정＞
광학 화상 취득 공정에서 취득된 마스크 채취 데이터는, 센서 회로(106)로부터 비교 회로(108)로 보내진다. 또한, 참조 회로(112)로부터는, 참조 데이터가 비교 회로(108)로 보내진다. 비교 회로(108)에서는, 마스크 채취 데이터와 참조 데이터가, 다이 투 데이터베이스 방식에 의해 비교된다. 구체적으로, 촬상된 스트라이프 데이터가 검사 프레임 단위로 잘려, 검사 프레임마다, 결함 판정의 기준이 되는 데이터와 적절한 비교 판정 알고리즘을 이용하여 비교된다. 그리고, 양자의 차가 소정의 임계치를 초과할 경우에 결함으로 판정된다. 결함에 관한 정보는, 마스크 검사 결과로서 보존된다. 예를 들면, 제어 계산기(110)에 의해 결함의 좌표, 결함 판정의 근거가 된 광학 화상 등이 자기 디스크 장치(109)에 보존된다.
예를 들면, 시료(9)에 격자 형상의 칩 패턴이 형성되어 있다고 하자. 검사 대상으로서 n 번째의 칩을 상정하면, 다이 투 데이터베이스 비교 방식에서는, n 번째의 칩의 광학 화상에서의 패턴과, n 번째의 칩의 참조 화상에서의 패턴의 차가 소정의 임계치를 초과할 경우에 결함으로 판정된다.
결함 판정은, 보다 구체적으로는 다음의 2 종류의 방법에 의해 행할 수 있다. 하나는, 참조 화상에서의 윤곽선의 위치와, 광학 화상에서의 윤곽선의 위치와의 사이에, 소정의 임계치 치수를 초과하는 차가 인정되는 경우에 결함으로 판정하는 방법이다. 다른 하나는, 참조 화상에서의 패턴의 선폭과 광학 화상에서의 패턴의 선폭과의 비율이 소정의 임계치를 초과하는 경우에 결함으로 판정하는 방법이다. 이 방법에서는, 참조 화상에서의 패턴 간의 거리와 광학 화상에서의 패턴 간의 거리와의 비율을 대상으로 해도 된다.
＜리뷰 공정 및 수정 공정＞
보존된 마스크 검사 결과는 리뷰 장치로 보내진다. 리뷰 장치는 검사 장치의 구성 요소 중 하나여도 되고, 또한 검사 장치의 외부 장치여도 된다. 리뷰는, 오퍼레이터에 의해, 검출된 결함이 실용상 문제가 되는 것인지 여부를 판단하는 동작이다. 오퍼레이터는, 예를 들면 결함 판정의 근거가 된 기준 화상과, 결함이 포함되는 광학 화상을 비교하여, 수정의 필요한 결함인지 여부를 판단한다.
리뷰 공정을 거쳐 판별된 결함 정보는, 도 9의 자기 디스크 장치(109)에 보존된다. 리뷰 장치에서 하나라도 수정해야 할 결함이 확인되면, 시료(9)는 결함 정보 리스트와 함께, 검사 장치(100)의 외부 장치인 수정 장치로 보내진다. 수정 방법은, 결함의 타입이 볼록계의 결함인지 오목계의 결함인지에 따라 상이하므로, 결함 정보 리스트에는 요철의 구별을 포함하는 결함의 종별과 결함의 좌표가 첨부된다.
이상 기술한 본 실시예의 검사 방법에 의하면, 회절광에 따른 초점 위치 조정 정밀도의 저하를 방지하여 초점 위치를 조정할 수 있으므로, 정확한 검사를 행하는 것이 가능해진다.
본 발명은 상기 각 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 행할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분에 대한 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 그 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 초점 위치 조정 방법, 검사 장치 또는 검사 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
a, a' : 조명 광학계
b, b' : 결상 광학계
1, 2, 101 : 광원
4, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 401, 601, 1001, 1101, 1201, 1301, 1401, 1501 : 렌즈
5, 21, 22, 23, 24, 501, 2101, 2201, 2301, 2401 : 슬릿
9, 901 : 시료
3, 18 : 다이클로익 미러
7, 17, 19, 20, 701, 1701, 1801, 1901, 2001 : 미러
8, 801 : 대물 렌즈
16, 1601 : 미러
25, 26, 27, 28, 29, 30, 2501, 2601, 2701, 2801, 2901, 3001 : 센서
31, 3101 : 스테이지
32, 3201 : 광축
201, 202, 203, 204 : 스트라이프
100 : 검사 장치
106 : 센서 회로
107 : 위치 회로
108 : 비교 회로
109 : 자기 디스크 장치
110 : 제어 계산기
111 : 전개 회로
112 : 참조 회로
113 : 오토 로더 제어 회로
114 : 스테이지 제어 회로
115 : 네트워크 인터페이스
116 : 플렉시블 디스크 장치
117 : 액정 디스플레이
118 : 패턴 모니터
119 : 프린터
120 : 버스
122 : 레이저 측장 시스템
125 : 초점 위치 검출 회로
130 : 오토 로더

Claims (10)

  1. 제1 광원으로부터의 광 및 상기 광보다 장파장인 제2 광원으로부터의 광 중 적어도 일방을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 가지고, 상기 제1 센서에 결상된 상을 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 장치에서의 초점 위치 조정 방법으로서,
    상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
    상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하고, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제1 광원으로부터의 광 대신에 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하여, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 초점 위치 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원으로부터의 광과 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 광로와 상기 제2 광원으로부터의 광의 광로를, 상기 결상 광학계에 설치된 광 분리 수단에 의해 분리하고,
    상기 제1 광원으로부터의 광이 투과하는 상기 2 개의 슬릿을, 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 하고,
    상기 제2 광원으로부터의 광이 투과하는 상기 2 개의 슬릿을, 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 하여,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 상기 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 제2 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제1 초점 위치 조정용 센서 및 상기 제3 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제2 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 상기 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제4 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제3 초점 위치 조정용 센서 및 상기 제5 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제4 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 초점 위치 조정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 분리 수단은 다이클로익 미러인 것을 특징으로 하는 초점 위치 조정 방법.
  4. 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 가지고, 상기 제1 센서에 결상된 상을 이용하여, 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 장치에서의 초점 위치 조정 방법으로서,
    상기 광원으로부터의 광을 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
    상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
    상기 광 강도 분포로부터 X 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 분기된 광을 적어도 2 개로 더 분기하고, 분기된 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 X 방향에 있는 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제3 센서 및 제4 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터 Y 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 적어도 2 개로 분기된 다른 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 Y 방향에 있는 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제5 센서 및 제6 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 초점 위치 조정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 X 방향과 Y 방향으로 직교하는 2 개의 개구부가 조합된 십자 형상인 것을 특징으로 하는 초점 위치 조정 방법.
  6. 제1 광원으로부터의 광 및 상기 광보다 장파장인 제2 광원으로부터의 광 중 적어도 일방을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 이용하여, 상기 제1 센서에 결상된 상에 의해 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 방법으로서,
    상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 조명 광학계에 배치된 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
    상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하여, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 제1 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하여, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제1 광원으로부터의 광 대신에 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 2 개의 슬릿으로 유도하여, 일방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 초점 위치 조정용 센서와, 타방의 슬릿을 투과한 광을 검출하는 다른 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 조명 광학계의 초점 위치를 조정하는 공정과,
    상기 초점 위치가 상기 시료의 상기 패턴이 형성된 면에 있도록 상기 시료의 위치를 조정하는 공정과,
    상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 제1 센서에 결상하고, 이 상을 이용하여 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광원으로부터의 광과 상기 제2 광원으로부터의 광을 상기 시료에 조명하고, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 광로와 상기 제2 광원으로부터의 광의 광로를, 상기 결상 광학계에 설치된 광 분리 수단에 의해 분리하고,
    상기 제1 광원으로부터의 광이 투과하는 상기 2 개의 슬릿을, 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 하고,
    상기 제2 광원으로부터의 광이 투과하는 상기 2 개의 슬릿을, 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 하여,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되는 경우, 또는 상기 회절광이 상기 결상 광학계에 배치된 상기 슬릿을 투과하지 않는다고 판단한 경우에는, 상기 제2 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제1 초점 위치 조정용 센서 및 상기 제3 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제2 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터, 상기 시료에서 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광의 회절광이 0 차광과 대부분 중첩되지 않고 상기 결상 광학계에 배치된 상기 슬릿을 투과한다고 판단한 경우에는, 상기 제4 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제3 초점 위치 조정용 센서 및 상기 제5 슬릿을 투과한 광을 검출하는 제4 초점 위치 조정용 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광 분리 수단은 다이클로익 미러인 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  9. 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 거쳐 시료에 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 제1 센서에 결상하는 결상 광학계를 이용하여, 상기 제1 센서에 결상된 상에 의해 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 검사 방법으로서,
    상기 광원으로부터의 광을 제1 슬릿을 투과시킨 후에 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 시료에 조명하는 공정과,
    상기 시료에서 반사되어 상기 대물 렌즈를 투과한 상기 광원으로부터의 광을 분기하여, 상기 결상 광학계에 배치된 제2 센서에 집광하고, 상기 조명 광학계의 눈동자의 광 강도 분포를 관찰하는 공정과,
    상기 광 강도 분포로부터 X 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 분기된 광을 2 개로 더 분기하고, 분기된 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 X 방향에 있는 제2 슬릿과 제3 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제3 센서 및 제4 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하고,
    상기 광 강도 분포로부터 Y 방향으로 회절광이 발생되어 있다고 판단된 경우는, 상기 적어도 2 개로 분기된 다른 광 중 1 개를 개구부의 길이 방향이 Y 방향에 있는 제4 슬릿과 제5 슬릿으로 유도하여, 이들 슬릿을 각각 투과한 광을 검출하는 제5 센서 및 제6 센서에 의해, 상기 시료에 투영된 상기 제1 슬릿의 상의 전 핀과 후 핀의 각 광량을 얻어 상기 초점 위치를 조정하는 공정과,
    상기 초점 위치가 상기 시료의 상기 패턴이 형성된 면에 있도록 상기 시료의 위치를 조정하는 공정과,
    상기 시료에서 반사된 광을 상기 대물 렌즈를 거쳐 상기 제1 센서에 결상하고, 상기 상을 이용하여 상기 시료에 형성된 패턴의 결함 검사를 행하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 X 방향과 Y 방향으로 직교하는 2 개의 개구부가 조합된 십자 형상인 것을 특징으로 하는 검사 방법.
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