KR20170086420A - 패턴 검사 장치 - Google Patents

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리키 오가와
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 태양의 패턴 검사 장치는, 패턴이 형성된 기판에 반사 조명광을 조명하는 반사 조명 광학계와, 반사 조명 광학계의 광로 중에 배치되며, 반사 조명광의 일부의 조사를 받는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제1 기준 패턴이 형성된 제1 조리개와, 제1 기준 패턴을 통과한 기준 패턴상의 일부를 반사시키는 반투과 반사판과, 기판의 패턴상을 결상시키는 결상 광학계와, 결상 광학계의 광로 중에 배치되며, 반투과 반사판에 의해 반사된 기준 패턴상의 전술한 일부가 투영되는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제2 기준 패턴이 형성된 제2 조리개와, 제2 기준 패턴을 통과한 기준 패턴상의 전술한 일부를 수광하는 타임 · 딜레이 · 인테그레이션 센서(TDI 센서)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

패턴 검사 장치 {PATTERN INSPECTION APPARATUS}
본 발명은 패턴 검사 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 반도체 제조에 이용할 시료가 되는 물체의 패턴 결함을 검사하는 패턴 검사 기술에 관한 것으로, 반도체 소자 또는 액정 디스플레이(LCD)를 제작할 때에 사용되는 노광용 마스크 기판을 검사하는 검사 장치에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 더 좁아지고 있다. 이들 반도체 소자는 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 혹은 레티클이라고도 함. 이하, 마스크로 총칭함)을 이용해 이른바 스테퍼로 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다. 따라서, 이러한 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위한 마스크의 제조에는, 미세한 회로 패턴을 묘화할 수 있는 전자빔을 이용한 패턴 묘화 장치를 이용한다. 이러한 패턴 묘화 장치를 이용하여 웨이퍼에 직접 패턴 회로를 묘화하기도 한다. 혹은, 전자빔 이외에도 레이저빔을 이용하여 묘화하는 레이저빔 묘화 장치의 개발이 시도되고 있다.
그리고, 다대한 제조 비용이 드는 LSI의 제조에 있어서 수율의 향상은 빠뜨릴 수 없다. 그러나, 1 기가비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)으로 대표되는 바와 같이, LSI를 구성하는 패턴은 서브미크론에서부터 나노미터의 오더가 되려 하고 있다. 수율을 저하시키는 큰 요인 중 하나로서, 반도체 웨이퍼 상에 초미세 패턴을 포토리소그래피 기술로 노광, 전사할 때에 사용되는 마스크의 패턴 결함을 들 수 있다. 최근, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 하는 치수도 매우 작아지고 있다. 이 때문에, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀화가 필요해지고 있다.
검사 방법으로는, 확대 광학계를 이용하여 리소그래피 마스크 등의 시료 상에 형성되어 있는 패턴을 소정의 배율로 촬상한 광학 화상과, 설계 데이터 혹은 시료 상의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 패턴 검사 방법으로서, 동일 마스크 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상 데이터끼리를 비교하는 'die to die(다이 - 다이) 검사' 또는, 패턴 설계된 CAD 데이터를 마스크에 패턴을 묘화할 때에 묘화 장치가 입력하기 위한 장치 입력 포맷으로 변환한 묘화 데이터(설계 패턴 데이터)를 검사 장치에 입력하고, 이를 베이스로 설계 화상(참조 화상)을 생성하여, 이것과 패턴을 촬상한 측정 데이터가 되는 광학 화상을 비교하는 'die to database(다이 - 데이터베이스) 검사'가 있다. 이러한 검사 장치에서의 검사 방법에서는, 시료는 스테이지 상에 재치되고 스테이지가 움직임으로써 광속(光束)이 시료 상을 주사하여 검사가 행해진다. 시료에는 광원 및 조명 광학계에 의해 광속이 조사된다. 시료를 투과 혹은 반사한 광은 광학계를 거쳐 센서 상에 결상된다. 센서에서 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로로 보내진다. 비교 회로에서는 화상끼리의 위치 조정 후에 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라 비교하여, 일치하지 않는 경우에는 패턴 결함 있음으로 판정한다.
일반적으로, 고해상의 화상을 취득하기 위하여 검사 장치의 촬상계는 확대계로 되어 있다. 이 때문에, 초점 거리가 긴 렌즈를 조합할 필요가 있어 필연적으로 광로 길이가 길어진다. 이 때문에, 공기 흔들림의 영향을 받기 쉬운 상황이 된다. 공기 흔들림은 광로 중의 굴절률 분포의 변화에 상당하기 때문에, 광선을 굴절시키는 효과로서 작용한다. 이 때문에, 촬상 센서 상에서 패턴상이 변위하는 결과가 된다. 이 변위는 기준 화상과 비교했을 때에 오차가 되기 때문에, 고정밀도의 검사를 방해하는 요인이 된다. 이 때문에, 이러한 변위를 계측하는 것이 바람직하다. 이러한 문제에 관해서, 변위를 계측하기 위한 센서로서 마스크 패턴의 촬상용과는 별도의 4 분할 센서 등을 설치하고, 이러한 4 분할 센서 등으로 측정용 십자 패턴을 촬상하여 변위량을 구하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2011-257164호 참조).
본 발명은 검사용의 광학 화상의 공기 흔들림의 영향에 기인하는 변위량을 구하는 것이 가능한 패턴 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 태양의 패턴 검사 장치는,
패턴이 형성된 기판에 반사 조명광을 조명하는 반사 조명 광학계와,
반사 조명 광학계의 광로 중에 배치되며, 반사 조명광의 일부의 조사를 받는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제1 기준 패턴이 형성된 제1 조리개와,
제1 기준 패턴을 통과한 기준 패턴상의 일부를 반사시키는 반투과 반사판과,
기판의 패턴상을 결상시키는 결상 광학계와,
결상 광학계의 광로 중에 배치되며, 반투과 반사판에 의해 반사된 기준 패턴상의 전술한 일부가 투영되는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제2 기준 패턴이 형성된 제2 조리개와,
제2 기준 패턴을 통과한 기준 패턴상의 전술한 일부를 수광하는 타임 · 딜레이 · 인테그레이션 센서(TDI 센서)
를 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에서의 검사 장치의 광학계의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 실시 형태 1에서의 TDI 센서의 촬상 방법과 얻어지는 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4(a)와 도 4(b)는 실시 형태 1에서의 기준 패턴의 조합의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 실시 형태 1에서의 조리개의 구성과 마스크면 상의 조사 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에서의 2 개의 기준 패턴의 중첩 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에서의 투과 검사용의 센서의 수광면 위의 상의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 실시 형태 1에서의 필터 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시 형태 1에서의 비교 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 11(a)와 도 11(b)는 실시 형태 1에서의 변위 보정을 설명하기 위한 도면이다.
실시 형태 1.
이하, 실시 형태 1에서는 검사용의 광학 화상의 공기 흔들림의 영향에 기인하는 변위량을 구하는 것이 가능한 패턴 검사 장치에 대해 설명한다.
도 1은 실시 형태 1에서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 1에서 마스크 기판(101)(검사 대상 기판의 일례)에 형성된 패턴의 결함을 검사하는 검사 장치(100)는 광학 화상 취득부(150) 및 제어계 회로(160)(제어부)를 구비하고 있다.
광학 화상 취득부(150)는 광원(103), 투과 조명 광학계(170), 이동 가능하게 배치된 XYθ 테이블(102), 대물 렌즈(104), 반투과 반사판(180), 빔 스플리터(174), 반사 조명 광학계(172), 결상 광학계(176), 미러(73), 결상 광학계(178), 조리개(182, 184), TDI(타임 · 딜레이 · 인테그레이션) 센서(105, 205)(센서의 일례), 센서 회로(106, 206), 스트라이프 패턴 메모리(123, 223) 및 레이저 측장 시스템(122)을 가지고 있다. XYθ 테이블(102) 상에는 마스크 기판(101)(검사 대상 기판의 일례)이 재치된다. 마스크 기판(101)으로서 예를 들면 웨이퍼에 패턴을 전사하는 노광용의 포토마스크가 포함된다. 또한, 이 포토마스크에는 검사 대상이 되는 복수의 도형 패턴에 의해 구성된 패턴이 형성되어 있다. 마스크 기판(101)은 예를 들면 패턴 형성면을 하측을 향하게 하여 XYθ 테이블(102)에 배치된다.
반투과 반사판(180)은, 반사 성능과 투과 성능을 겸비하며, 광의 일부를 반사시키고 반사된 광의 나머지의 전부 또는 일부를 투과시키는 성질을 가지는 판(막)이다. 반투과 반사판(180)으로서 예를 들면 일면이 코팅되지 않은 석영판을 사용할 수 있다. 일면이 코팅되지 않은 석영판 외에도 광의 일부를 반사시키고 나머지(일부)를 투과시키는 판이라면 동일하게 사용할 수 있다. 실시 형태 1에서는 반사율이 예를 들면 5 ~ 15%인 것을 이용하면 적합하다. 더 적합하게는 반사율이 8 ~ 10%인 것을 이용하면 좋다. 단, 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 반사율이 1% 이상 99% 이하(투과율이 99% 이하 1% 이상)인 범위의 반투과 반사판을 사용해도 상관없다.
제어계 회로(160)에서는 컴퓨터가 되는 제어 계산기(110)가 버스(120)를 개재하여 위치 회로(107), 비교 회로(108), 전개 회로(111), 참조 회로(112), 오토 로더 제어 회로(113), 테이블 제어 회로(114), 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉서블 디스크 장치(FD)(116), CRT(117), 패턴 모니터(118) 및 프린터(119)에 접속되어 있다. 또한, 센서 회로(106)는 스트라이프 패턴 메모리(123)에 접속되고, 스트라이프 패턴 메모리(123)는 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 센서 회로(206)는 스트라이프 패턴 메모리(223)에 접속되고, 스트라이프 패턴 메모리(223)는 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 또한, XYθ 테이블(102)은 X 축 모터, Y 축 모터, θ 축 모터에 의해 구동된다. 또한, 반사 조명 광학계(172)에는 대물 렌즈(104)와 빔 스플리터(174)가 포함된다.
검사 장치(100)에서는 광원(103), 투과 조명 광학계(170), 이동 가능하게 배치된 XYθ 테이블(102), 대물 렌즈(104), 반투과 반사판(180), 빔 스플리터(174), 반사 조명 광학계(172), 빔 스플리터(73), 결상 광학계(176), 결상 광학계(178), 조리개(182, 184), TDI 센서(105, 205)(센서의 일례) 및 센서 회로(106, 206)에 의해 고배율의 검사 광학계가 구성되어 있다. 예를 들면, 200 ~ 300 배의 배율의 검사 광학계가 구성되어 있다.
또한, XYθ 테이블(102)은 제어 계산기(110)의 제어하에 테이블 제어 회로(114)에 의해 구동된다. X 방향, Y 방향, θ 방향으로 구동하는 3 축(X - Y - θ) 모터와 같은 구동계에 의해 이동 가능해져 있다. 이들 X 모터, Y 모터, θ 모터는 예를 들면 리니어 모터를 이용할 수 있다. XYθ 테이블(102)은 XYθ 각 축의 모터에 의해 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, 대물 렌즈(104)는 제어 계산기(110)의 제어하에 도시하지 않은 오토 포커스 제어 회로에 의해 동적으로 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 초점 위치(광축 방향 : Z 축 방향)가 조정된다. 예를 들면, 대물 렌즈(104)는 도시하지 않은 피에조 소자에 의해 광축 방향(Z 축 방향)으로 이동됨으로써 초점 위치가 조정된다. XYθ 테이블(102) 상에 배치된 마스크 기판(101)의 이동 위치는 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어 위치 회로(107)에 공급된다.
마스크 기판(101)의 패턴 형성의 기초가 되는 설계 패턴 데이터(묘화 데이터)가 검사 장치(100)의 외부로부터 입력되어 자기 디스크 장치(109)에 저장된다.
여기서, 도 1에서는 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성 부분에 대해 기재하고 있다. 검사 장치(100)에 있어서 통상적으로 필요한 그 외의 구성이 포함되어도 상관없다는 것은 말할 필요도 없다.
도 2는 실시 형태 1에서의 검사 장치의 광학계의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에서 광원(103)으로부터 검사광이 되는 자외역 이하의 파장의 레이저광(예를 들면, DUV 광)이 발생된다. 발생된 광의 일부는 빔 스플리터(61)에 의해 투과 검사 조명용의 광으로서 반사된다. 한편, 발생된 광의 나머지 부분은 반사 검사 조명용의 광으로서 빔` 스플리터(61)를 통과한다.
투과 검사 조명용의 광(제1 검사광)은 투과 조명 광학계(170)에 의해 마스크 기판(101)에 조명된다. 이하, 도 2의 예를 바탕으로 구체예를 설명한다. 투과 조명 광학계(170) 내에서는 빔 스플리터(61)에 의해 분기된 투과 검사 조명용의 광이 렌즈(62)를 통과하여 미러(63)에서 반사되고, 렌즈(64, 65)를 통과하여 미러(67)에서 반사된다. 그리고, 미러(67)에서 반사된 광은 콘덴서 렌즈(68)에 의해 마스크 기판(101)의 패턴 형성면과는 반대인 이면측으로부터 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 결상된다. 마스크 기판(101)을 투과한 투과광은 대물 렌즈(104), 반투과 반사판(180) 및 빔 스플리터(174)를 통과한다. 반투과 반사판(180)을 통과할 때, 일부가 반사되고 나머지 부분이 통과한다. 빔 스플리터(174)를 통과한 광은 렌즈(69)를 통과하여 결상 광학계(176)에 입사한다. 그리고, 결상 광학계(176)에 의해 TDI 센서(105)(센서의 일례)에 결상되고, TDI 센서(105)에 광학상으로서 입사한다. 결상 광학계(176)에 입사한 광은 결상 광학계(176) 내에서는 렌즈(70, 71)를 통과하고 조리개(184)(제2 조리개)를 통과하여 렌즈(72)에 의해 TDI 센서(105)에 결상된다. TDI 센서(105)(센서)는 마스크 기판(101)이 재치된 XYθ 테이블(102)이 이동하고 있는 상태에서 마스크 기판(101)에 형성된 패턴의 광학 화상을 촬상한다. 또한, 투과 검사용의 광은 조리개(184)를 통과할 필요는 없으며, 조리개(184)의 위치에서 벗어난 위치를 통과하도록 조리개(184)를 배치해도 된다.
한편, 반사 검사 조명용의 광(제2 검사광)은 반사 조명 광학계(172)에 의해 마스크 기판(101)에 조명된다. 이하, 도 2의 예를 바탕으로 구체예를 설명한다. 반사 조명 광학계(172) 내에서는 빔 스플리터(61)를 통과한 반사 검사 조명용의 광이 렌즈(80, 81, 82)를 통과하여 조리개(182)(제1 조리개)를 조명한다. 조리개(182)를 통과한 광은, 렌즈(83)를 통과하여 빔 스플리터(174)에서 반사된다. 빔 스플리터(174)에 의해 반사된 광은 반투과 반사판(180)에서 일부가 반사되고 나머지 부분이 투과한다. 반투과 반사판(180)을 통과한 광은 대물 렌즈(104)에 입사하고, 대물 렌즈(104)에 의해 마스크 기판(101)의 패턴 형성면측으로부터 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 결상된다. 이 때, 후술하는 바와 같이, 투과 검사 조명용의 광과는 마스크 기판(101)의 패턴 형성면 상의 상이한 위치에 반사 검사 조명용의 광은 결상된다. 마스크 기판(101)으로부터 반사된 반사광은 대물 렌즈(104), 반투과 반사판(180) 및 빔 스플리터(174)를 통과한다. 반투과 반사판(180)을 통과할 때 일부가 반사되고 나머지 부분이 통과한다. 빔 스플리터(174)를 통과한 광은 렌즈(69)를 통과하여 미러(73)에서 반사된다. 미러(73)에 의해 반사된 광은 결상 광학계(178)에 입사한다. 그리고, 결상 광학계(178)에 의해 TDI 센서(205)(센서의 일례)에 결상되고, TDI 센서(205)에 광학상으로서 입사한다. 결상 광학계(178)에 입사한 광은 결상 광학계(178) 내에서는 렌즈(74, 75)를 통과하고 렌즈(76)에 의해 TDI 센서(205)에 결상된다. TDI 센서(205)(센서)는 마스크 기판(101)이 재치된 XYθ 테이블(102)이 이동하고 있는 상태에서 마스크 기판(101)에 형성된 패턴의 광학 화상(기판의 다른 패턴상의 일례)을 촬상한다.
여기서, 반투과 반사판(180)은 광축에 대하여 비스듬하게 각도를 두고 배치된다. 이 때문에, 빔 스플리터(174)에 의해 반사된 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광은 이때까지의 반사 검사 조명용의 광의 광축과는 상이한 각도(상이한 광로)로 빔 스플리터(174)에 입사하여 통과한다. 빔 스플리터(174)를 통과한 광은 렌즈(69)를 통과하여 결상 광학계(176)에 입사한다. 그리고, 결상 광학계(176)에 의해 TDI 센서(105)(센서의 일례)에 결상되고, TDI 센서(105)에 광학상으로서 입사한다. 결상 광학계(176)에 입사한 광은 결상 광학계(176) 내에서는 렌즈(70, 71)를 통과하고 조리개(184)(제2 조리개)를 통과하여 렌즈(72)에 의해 TDI 센서(105)에 결상된다. TDI 센서(105)에 결상될 때, 후술하는 바와 같이 투과 검사 조명용의 광이 결상되는 TDI 센서(105)의 영역과는 상이한 영역에 결상된다. 즉, TDI 센서(105)에는 투과 검사 조명용의 광과 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광이 결상되게 된다. 조리개(184)는 가능한 한 결상 광학계(176)의 최종 위치에 가까운 위치(TDI 센서(105)의 근처)가 바람직하다.
또한, 실시 형태 1에서는 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광을 투과 검사용의 TDI 센서(105)에 결상시키고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광을 반사 검사용의 TDI 센서(205)에 결상시켜도 된다. 단, 이러한 경우에도 반사 검사에 이용할 반사 검사 조명용의 광이 결상되는 TDI 센서(205)의 영역과는 상이한 영역에 결상된다. 즉, 이러한 경우에는 TDI 센서(205)의 수광 가능 영역 중 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)을 통과한 광과 반사 검사 조명용의 광 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광이 서로 상이한 영역(상이한 수광 소자군)에 결상되게 된다.
검사 장치(100)에서는 이러한 투과광에 의한 검사와 반사광에 의한 검사의 일방 혹은 양방을 행할 수 있다. 투과광에 의한 검사만을 행하는 경우에는 반사 검사용의 TDI 센서(205)의 정보를 이용하지 않고 투과 검사용의 TDI 센서(105)의 정보를 이용하면 된다. 반사광에 의한 검사만을 행하는 경우에는 투과 검사용의 TDI 센서(105)의 정보를 이용하지 않고 반사 검사용의 TDI 센서(205)의 정보를 이용하면 된다. 단, 이러한 경우에도 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광에 대한 TDI 센서(105)의 정보는 이용하게 된다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 실시 형태 1에서의 TDI 센서의 촬상 방법과 얻어지는 화상의 일례를 나타내는 도면이다. TDI 센서(105(205))는 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 광전 변환되는 복수의 수광 소자(16)(포토 다이오드)가 2 차원 형상으로, 바꾸어 말하면 어레이 형상으로 배치되어 있다. 그리고, 각 수광 소자(16)에서 수광된 광의 광량에 따라 변환된 전하가 소정의 타이밍으로 촬상 방향의 반대 방향(예를 들면 x 방향)의 이웃하는 수광 소자(16)에 순차적으로 보내져 축적되어 간다. 따라서, TDI 센서(105(205))의 전하 이송 속도에 동기시켜 XYθ 테이블(102)을 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(촬상 방향의 반대 방향 : 예를 들면 x 방향)으로 이동시킴으로써, 상이한 수광 소자(16)에서 촬상된 마스크 기판(101) 상의 동일한 위치의 전하가 순차적으로 축적되게 된다. 따라서, 마스크 기판(101) 상의 각 위치는 각각 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)으로 합계된 전하로 측정되게 된다.
여기서, 실시 형태 1에서는 조리개(182)에 패턴 검사용의 개구부와는 별도로 공기 흔들림에 의한 위치 변동을 측정하기 위한 기준 패턴을 형성한다. 그리고, 이러한 기준 패턴상을 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 광을 사용하여 TDI 센서(105)로 측정한다. 조리개(182)에 형성된 기준 패턴은 XYθ 테이블(102) 상에 재치된 마스크 기판(101)과 상이하여 이동하지 않는다. 따라서, TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)으로 나열된 수광 소자(16)열에 의해 축적되는 각 전하는 기준 패턴이 상이한 위치끼리의 전하가 된다.
여기서, 기준 패턴이 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)을 따라 변화하지 않는 형상의 패턴, 예를 들면 y 방향을 향해 교호로 나열된 x 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴인 경우를 상정한다. 이러한 y 방향을 향해 교호로 나열된 x 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴을 TDI 센서(105)로 촬상한다. 이러한 경우, x 방향으로 나열되는 수광 소자(16)열은 예를 들면 동일한 라인 패턴 상을 계속 촬상하므로, 결과적으로 도 3(b)에 나타낸 y 방향을 향해 교호로 나열된 x 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴이 얻어진다. 만약 공기 흔들림이 발생하였다면, 도 3(c)에 나타낸 것와 같이 공기 흔들림에 따른 위치 이탈분(y 방향 변위(Δy))만큼 패턴의 위치가 y 방향으로 이탈되므로 측정 가능하다. 예를 들면, 동일한 상 내에서 왜곡 방식이 상이한 것 같다면, 공기 흔들림에 따른 위치 이탈분(y 방향 변위(Δy))만큼 y 방향으로 번지는 영역이 발생하므로 측정 가능하다.
한편, 기준 패턴이 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)을 따라 변화하는 형상의 패턴, 예를 들면 x 방향을 향해 교호로 나열된 y 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴인 경우를 상정한다. 이러한 x 방향을 향해 교호로 나열된 y 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴을 TDI 센서(105)로 촬상한다. 이러한 경우, x 방향으로 나열되는 수광 소자(16)열은 라인 패턴 부분을 촬상하는 수광 소자(16)와 스페이스 패턴 부분을 촬상하는 수광 소자(16)가 혼재한다. 따라서, 누적 가산된 패턴상은 도 3(e)에 나타낸 바와 같이 화상 전체가 예를 들면 50% 계조의 그레이 패턴이 된다. 따라서, 라인 앤드 스페이스 패턴을 식별 불가능해진다. 이 때문에, 공기 흔들림이 발생해도 공기 흔들림에 따른 위치 이탈분을 측정하는 것은 곤란하다.
이상과 같이, TDI 센서(105(205))로 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)을 따라 변화하는 형상의 패턴을 정지한 상태로 촬상하는 것은 곤란하다. 따라서, TDI 센서(105(205))에 의해 기준 패턴상의 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)의 공기 흔들림에 기인한 변위(예를 들면 Δx)를 측정하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 종래에 TDI 센서(105(205))와는 별도로 4 분할 센서 등을 설치하여 공기 흔들림에 기인한 변위를 측정하는 것이 검토되고 있었다. 그러나, 실시 형태 1에서는 이하에 설명하는 방법을 이용함으로써 패턴 측정에 이용하는 TDI 센서(105(205))를 이용하여 TDI 센서(105(205))의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)의 공기 흔들림에 기인한 변위를 측정한다.
도 4(a)와 도 4(b)는 실시 형태 1에서의 기준 패턴의 조합의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4(a)와 도 4(b)에서는 TDI 센서(105(205))의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)의 변위(Δx)를 측정하기 위한 기준 패턴의 일례를 나타내고 있다. 조리개(182, 184)의 일방에 도 4(a)에 나타낸 기준 패턴(32)(제1 기준 패턴)이 형성되고, 조리개(182, 184)의 타방에 도 4(b)에 나타낸 기준 패턴(34)(제2 기준 패턴)이 형성된다. 기준 패턴(32, 34)의 일방은 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴이 반대의 패턴 종류가 접속되도록 배치되고, 타방은 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴이 배치된다. 도 4(b)의 예에서는, 기준 패턴(34)은 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴(35, 36)(사선부가 라인 패턴, 공백부가 스페이스 패턴)이 반대의 패턴 종류가 접속되도록 배치된다. 기준 패턴(32)은 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴(사선부가 라인 패턴, 공백부가 스페이스 패턴)이 배치된다. 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴인 기준 패턴(32)의 높이(y 방향 높이)는 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴(35, 36)의 합계 높이(y 방향 높이) 이상으로 형성된다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 실시 형태 1에서의 조리개의 구성과 마스크면 상의 조사 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1, 2에 나타낸 바와 같이, 조리개(182)(제1 조리개)는 반사 조명 광학계(172)의 광로 중에 배치된다. 그리고 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 조리개(182)에는 반사 검사용의 광이 통과하는 반사 검사용 개구부(24)와, TDI 센서(105(205))의 전하 이동 방향과 직교하는 방향(예를 들면 y 방향)의 변위(Δy)를 측정하기 위한 기준 패턴(26)과, TDI 센서(105(205))의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)의 변위(Δx)를 측정하기 위한 기준 패턴(32(34))이 형성된다. 이러한 반사 검사용 개구부(24)와 기준 패턴(26)과 기준 패턴(32(34))의 전체 면이 반사 검사 조명용의 광에 의해 조명된다. 바꾸어 말하면, 기준 패턴(32(34))은 반사 조명광의 일부의 조사를 받는다. 변위(Δy)에 대해서는, 도 3(b)와 도 3(c)에서 설명한 바와 같이 TDI 센서(105(205))로 패턴 위치를 식별 가능한 상으로서 촬상 가능하므로, 기준 패턴(26)으로서 y 방향으로 나열된 x 방향으로 연장되는 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되면 된다. 반사 검사용 개구부(24)와 기준 패턴(26)과 기준 패턴(32(34))을 통과한 광(상)은 빔 스플리터(174)에 의해 반사되고, 반투과 반사판(180)을 통과하여 마스크 기판(101)의 패턴 형성면의 영역(22)에 결상된다. 마찬가지로, 투과 검사용의 광도 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 조사되지만 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 반사 검사용의 광과는 다른 영역(21)에 결상된다. 영역을 나눔으로써 투과 검사와 반사 검사에서 측정 패턴이 혼합되는 것을 없앨 수 있다.
한편, 반사 검사용 개구부(24)와 기준 패턴(26)과 기준 패턴(32(34))을 통과한 광(상) 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 일부의 광은, 결상 광학계(176)의 광로 중에 배치된 조리개(184)(제2 조리개)에 입사한다. 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 조리개(184)에는 반사 검사용의 광과 변위(Δy)를 측정하기 위한 기준 패턴(26)의 상이 통과하는 개구부(25)와, TDI 센서(105(205))의 전하 이동 방향(예를 들면 x 방향)의 변위(Δx)를 측정하기 위한 기준 패턴(32(34))의 상이 투영되는 기준 패턴(34(32))이 형성된다.
도 6은 실시 형태 1에서의 2 개의 기준 패턴의 중첩 상태의 일례를 나타내는 도면이다. 기준 패턴(32(34))의 상은 도 6에 나타낸 바와 같이 라인 패턴끼리의 일부가 서로 중첩되도록 예를 들면 위치가 절반 이탈되도록 기준 패턴(34(32))에 투영시킨다.
도 7은 실시 형태 1에서의 투과 검사용의 센서의 수광면 위의 상의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 투과 검사용의 TDI 센서(105)에 투과 검사용의 광과, 반사 검사용 개구부(24)와 기준 패턴(26)과 기준 패턴(32(34))을 통과한 광(상) 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 일부의 광이 입사한다. 이 때, 투과 검사용의 광과, 반사 검사용 개구부(24)와 기준 패턴(26)과 기준 패턴(32(34))을 통과한 광(상) 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 일부의 광이 상이한 영역의 수광 소자(16)에 의해 수광되도록(듯이) 입사 위치를 조정한다. 도 7의 예에서는 TDI 센서(105)의 복수의 수광 소자(16)가 어레이 배치된 수광면 중 영역(14)에 투과 검사용의 광이 입사한다. 그리고, 영역(11)에 변위(Δy)를 측정하기 위한 기준 패턴(26)을 통과한 광이 입사한다. 그리고, 영역(12)에 변위(Δx)를 측정하기 위한 광 중 도 6에 나타낸 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴 중 상단의 라인 앤드 스페이스 패턴(35)(P1 영역)을 통과한 광이 입사한다. 그리고, 영역(13)에 변위(Δx)를 측정하기 위한 광 중 도 6에 나타낸 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴 중 하단의 라인 앤드 스페이스 패턴(36)(P2 영역)을 통과한 광이 입사한다. 그리고, 반사 검사용 개구부(24)를 통과한 광은 TDI 센서(105)의 수광면에서 벗어난 영역(24)에 조사된다.
이상에 의해, TDI 센서(105)의 복수의 수광 소자(16) 중 영역(14)에 배치되는 복수의 수광 소자(16)에 의해 투과 검사용의 패턴이 촬상된다. 또한, 영역(11)에 배치되는 복수의 수광 소자(16)에 의해 변위(Δy)를 측정하기 위한 기준 패턴(26)의 상이 촬상된다. 영역(12)에 배치되는 복수의 수광 소자(16)에 의해 상단의 라인 앤드 스페이스 패턴(35)(P1 영역)을 통과한 상이 촬상된다. 영역(13)에 배치되는 복수의 수광 소자(16)에 의해 하단의 라인 앤드 스페이스 패턴(36)(P2 영역)을 통과한 상이 촬상된다.
이러한 위치 관계는 기준 패턴(32, 34)의 위치와 반투과 반사판(180)의 배치 각도를 조정함으로써 달성할 수 있다.
이상과 같이 검사광을 수광하도록 조정한 후에 패턴 검사를 개시한다.
광학 화상 취득 공정(스캔 공정)으로서, 마스크 기판(101) 상에 형성된 패턴의 광학 화상을 촬상한다. 또한 동시에, 공기 흔들림에 기인하는 변위를 연산하기 위한 변위 측정용의 데이터(변위(Δy)를 측정하기 위한 기준 패턴(26)의 상과, 상단의 라인 앤드 스페이스 패턴(35)(P1 영역)을 통과한 상과, 하단의 라인 앤드 스페이스 패턴(36)(P2 영역)을 통과한 상)를 측정한다.
도 8은 실시 형태 1에서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다. 마스크 기판(101)의 검사 영역(10)(검사 영역 전체)은 도 8에 나타낸 바와 같이 예를 들면 y 방향을 향해 스캔 폭(W)의 직사각형 형상의 복수의 검사 스트라이프(20)로 가상적으로 분할된다. 또한, 실시 형태 1에서는 검사 스트라이프(20) 상의 패턴 외에 변위 측정용의 조리개(182, 184)에 형성된 기준 패턴의 상을 동시에 측정하기 때문에, TDI 센서(105(205))의 복수의 수광 소자(16) 중 이러한 변위 측정용으로 사용되는 영역의 수광 소자(16)를 제외한 수광 소자(16)에 의해 측정 가능한 폭을 스캔 폭(W)으로 한다.
그리고, 검사 장치(100)에서는 검사 스트라이프(20)마다 화상(스트라이프 영역 화상)을 취득해 간다. 검사 스트라이프(20) 각각에 대해 레이저광을 이용하여 당해 스트라이프 영역의 길이 방향(x 방향)을 향해 당해 스트라이프 영역 내에 배치되는 도형 패턴의 화상을 촬상한다. XYθ 테이블(102)이 x 방향으로 이동되고, 그 결과, TDI 센서(105, 205)가 상대적으로 x 방향으로 연속 이동하면서 광학 화상이 취득된다. TDI 센서(105, 205)에서는 도 8에 나타낸 것과 같은 스캔 폭(W)의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 바꾸어 말하면, 센서의 일례가 되는 TDI 센서(105, 205)는 XYθ 테이블(102)과 상대 이동하면서 검사광을 이용하여 마스크 기판(101)에 형성된 패턴의 광학 화상을 촬상한다. 실시 형태 1에서는, 1 개의 검사 스트라이프(20)에서의 광학 화상을 촬상한 후, y 방향으로 다음의 검사 스트라이프(20)의 위치까지 이동하여 이번에는 반대 방향으로 이동하면서 마찬가지로 스캔 폭(W)의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 즉, 왕로와 귀로에서 반대 방향을 향하는 포워드(FWD) - 백 포워드(BWD)의 방향으로 촬상을 반복한다.
여기서, 촬상의 방향은 포워드(FWD) - 백 포워드(BWD)의 반복에 한정되지 않는다. 일방의 방향으로 촬상해도 된다. 예를 들면, FWD - FWD의 반복이어도 된다. 혹은, BWD - BWD의 반복이어도 된다.
투과 검사용으로 TDI 센서(105) 상에 결상된 패턴의 상은 TDI 센서(105)의 각 수광 소자(16)에 의해 광전 변환되고, 또한 센서 회로(106)에 의해 A / D(아날로그 · 디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(123)에 측정 대상의 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터와 이러한 측정 대상의 검사 스트라이프(20)를 촬상했을 때의 변위 측정용의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, TDI 센서(105)의 다이나믹 레인지는 예를 들면 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이나믹 레인지를 이용한다. 또한, 검사 스트라이프(20)의 광학 화상을 취득할 때, 레이저 측장 시스템(122)은 XYθ 테이블(102)의 위치를 측장한다. 측장된 위치 정보는 위치 회로(107)에 출력된다. 위치 회로(107)(연산부)는 측장된 위치 정보를 이용하여 마스크 기판(101)의 위치를 연산한다.
마찬가지로, 반사 검사용으로 TDI 센서(205) 상에 결상된 패턴의 상은 TDI 센서(205)의 각 수광 소자(16)에 의해 광전 변환되고, 또한 센서 회로(206)에 의해 A / D(아날로그 · 디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(223)에 측정 대상의 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, TDI 센서(205)의 다이나믹 레인지는 예를 들면 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이나믹 레인지를 이용한다. 또한, 검사 스트라이프(20)의 광학 화상을 취득할 때, 레이저 측장 시스템(122)은 XYθ 테이블(102)의 위치를 측장한다. 측장된 위치 정보는 위치 회로(107)에 출력된다. 위치 회로(107)(연산부)는 측장된 위치 정보를 이용하여 마스크 기판(101)의 위치를 연산한다.
그 후, 각 스트라이프 영역 화상과 측정 대상의 검사 스트라이프(20)를 촬상했을 때의 변위 측정용의 화소 데이터는 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ 테이블(102) 상에서의 포토마스크(101)의 위치를 나타내는 데이터와 함께 비교 회로(108)로 보내진다. 측정 데이터(화소 데이터)는 예를 들면 8 비트의 부호 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다. 비교 회로(108) 내에 출력된 각 스트라이프 영역 화상과 측정 대상의 검사 스트라이프(20)를 촬상했을 때의 변위 측정용의 화소 데이터는 후술하는 기억 장치에 저장된다.
참조 화상 작성 공정으로서, 먼저, 전개 회로(111)(참조 화상 작성부의 일례)는 마스크 기판(101)의 패턴 형성의 기초가 되는 설계 패턴 데이터에 기초해 화상 전개하여 설계 화상을 작성한다. 구체적으로는, 자기 디스크 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통해 설계 데이터를 독출하고, 독출된 설계 데이터에 정의된 대상 프레임(30)의 영역의 각 도형 패턴을 2 치 내지는 다치의 이미지 데이터로 변환(화상 전개)하여 설계 화상을 작성한다.
여기서, 설계 패턴 데이터에 정의되는 도형은 예를 들면 직사각형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것이며, 예를 들면, 도형의 기준 위치에서의 좌표(x, y) 및 변의 길이, 직사각형 또는 삼각형 등의 도형 종류를 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터(벡터 데이터)가 저장되어 있다.
이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴의 정보가 전개 회로(111)에 입력되면 도형마다의 데이터로까지 전개되어, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타내는 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 칸 내에 배치되는 패턴으로서 2 치 내지는 다치의 설계 화상 데이터를 전개하여 출력한다. 바꾸어 말하면, 설계 데이터를 판독하고, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 칸으로서 가상 분할하여 생긴 칸마다 설계 패턴에서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하여 n 비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들면, 1 개의 칸을 1 화소로서 설정하면 적합하다. 그리고, 1 화소에 1/28(= 1/256)의 분해능을 가지게 한다고 하면, 화소 내에 배치되어 있는 도형의 영역분만큼 1/256의 소영역을 할당하여 화소 내의 점유율을 연산한다. 그리고, 화소마다 8 비트의 점유율 데이터의 설계 화상을 작성한다. 설계 화상의 데이터는 참조 회로(112)에 출력된다.
참조 회로(112)(참조 화상 작성부의 일례)는 설계 화상을 필터 처리하여 참조 화상을 작성한다.
도 9는 실시 형태 1에서의 필터 처리를 설명하기 위한 도면이다. 센서 회로(106)로부터 얻어진 광학 화상으로서의 측정 데이터는 대물 렌즈(104)의 해상 특성 또는 TDI 센서(105)의 애퍼처 효과 등에 의해 필터가 작용한 상태, 바꾸어 말하면 연속 변화되는 아날로그 상태에 있기 때문에, 화상 강도(농담값)가 디지털값의 설계측의 이미지 데이터인 기준 설계 화상 데이터에도 필터 처리를 실시함으로써 측정 데이터에 맞출 수 있다. 이와 같이 하여 프레임 화상(광학 화상)과 비교할 참조 화상을 작성한다. 작성된 참조 화상은 비교 회로(108)에 출력되고, 비교 회로(108) 내에 출력된 참조 화상은 후술하는 기억 장치에 저장된다. 이상에 의해, 검사를 위해 비교될 타방의 화상(참조 화상) 데이터가 생성된다.
도 10은 실시 형태 1에서의 비교 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 10에서 비교 회로(108) 내에는 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(40, 42, 43, 44, 50), y 방향 변위량 연산부(45), x 방향 변위량 연산부(46), 프레임 분할부(48), 위치 보정부(52), 위치 조정부(54) 및 비교부(56)가 배치된다. y 방향 변위량 연산부(45), x 방향 변위량 연산부(46), 프레임 분할부(48), 위치 보정부(52), 위치 조정부(54) 및 비교부(56)와 같은 각 '~ 부'는 처리 회로(processing circuitry)를 가진다. 이러한 처리 회로는 예를 들면 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다. 각 '~ 부'는 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 되고, 혹은 상이한 처리 회로(별도의 처리 회로)를 이용해도 된다. y 방향 변위량 연산부(45), x 방향 변위량 연산부(46), 프레임 분할부(48), 위치 보정부(52), 위치 조정부(54) 및 비교부(56)에 입출력되는 정보 및 연산 중인 정보는 도시하지 않은 메모리에 그때마다 저장된다.
비교 회로(108) 내에 출력된 투과 검사용의 스트라이프 영역 화상은 기억 장치(42)에 저장된다. 비교 회로(108) 내에 출력된 반사 검사용의 스트라이프 영역 화상은 기억 장치(43)에 저장된다. 비교 회로(108) 내에 출력된 참조 화상은 기억 장치(44)에 저장된다. 또한, 비교 회로(108) 내에 출력된 측정 대상의 검사 스트라이프(20)를 촬상했을 때의 변위 측정용의 화소 데이터는 기억 장치(40)에 저장된다.
공기 흔들림의 x 방향 변위량 연산 공정으로서, x 방향 변위량 연산부(46)(연산부)는 기억 장치(40)로부터 x 방향 변위 측정용 데이터를 독출하여, TDI 센서(105)에 의해 수광되는 기준 패턴상(기준 패턴(32, 34)을 통과한 기준 패턴상 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 기준 패턴상의 일부)의 광량 변화에 계수(k)를 곱함으로써 공기 흔들림의 x 방향 변위량(Δx)을 연산한다. 구체적으로는, x 방향 변위량 연산부(46)(연산부)는 기준 패턴(34)의 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴의 일방의 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)에서 타방의 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)를 뺀 차분(Q2 - Q1)을 일방의 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)과 타방의 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)의 합(Q1 + Q2)으로 나눈 값에 계수(k)를 곱함으로써 x 방향 변위량(Δx)을 연산한다. 즉, x 방향 변위량(Δx)은 이하의 식(1)로 정의된다. 광량(Q1)은 TDI 센서(105)의 수광면 중 영역(12)에 위치하는 복수의 수광 소자(16)에서 촬상된 광량(계조치)의 합계로 정의할 수 있다. 광량(Q2)은 TDI 센서(105)의 수광면 중 영역(13)에 위치하는 복수의 수광 소자(16)에서 촬상된 광량(계조치)의 합계로 정의할 수 있다. 계수(k)는 실험 등에 의해 구해 두면 된다.
(1) Δx = k · (Q2 - Q1) / (Q1 + Q2)
도 6에서 기준 패턴(32)의 상은 기준 패턴(34)에 대하여 오른쪽(+x 방향)으로 라인 패턴(혹은 스페이스 패턴)의 폭의 절반 정도 이탈되어 투영된다. 이러한 상태에서 예를 들면 공기 흔들림에 의해 기준 패턴(32)의 상이 오른쪽(+x 방향)으로 시프트된 경우, 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)은 감소한다. 반대로 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)은 증가한다. 한편, 예를 들면 공기 흔들림에 의해 기준 패턴(32)의 상이 왼쪽(-x 방향)으로 시프트된 경우, 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)은 증가한다. 반대로 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)은 감소한다.
공기 흔들림은 시간에 따라 변화한다. 따라서, 마스크 기판(101)에 형성된 패턴을 스캔하는 중, 동시에 변위 측정용의 화소 데이터를 측정하고 있다면, 스캔 동작의 기간 중의 각 시기의 광량 변화를 측정(연산)할 수 있다. TDI 센서에서는 전하 이동 방향으로 변화되는 패턴에 대해서는 패턴을 정지시킨 상태에서는 패턴을 식별 가능하게 촬상(화상화)하는 것은 곤란하다. 그러나, 미리 설정된 영역 내의 광량의 합계를 연산하는 것은 가능하다. 따라서, 실시 형태 1과 같이 구성함으로써 TDI 센서(105)의 전하 이동 방향의 x 방향 변위량(Δx)을 TDI 센서(105)에 의해 측정할 수 있다.
또한, 전술한 예에서는 조리개(182)에 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴에 따른 기준 패턴(32)을 형성하고, 조리개(184)에 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴에 따른 기준 패턴(34)을 형성하는 경우를 설명하였다. 반대로, 조리개(182)에 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴에 따른 기준 패턴(34)을 형성하고, 조리개(184)에 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴에 따른 기준 패턴(32)을 형성하는 경우, 식(1)의 (Q2 - Q1)은 (Q1 - Q2)가 되면 된다. 예를 들면 공기 흔들림에 의해 기준 패턴(34)의 상이 오른쪽(+x 방향)으로 시프트된 경우, 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)은 증가한다. 반대로 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)은 감소한다. 한편, 예를 들면 공기 흔들림에 의해 기준 패턴(34)의 상이 왼쪽(-x 방향)으로 시프트된 경우, 라인 앤드 스페이스 패턴(35(P1))을 통과한 광량(Q1)은 감소한다. 반대로 라인 앤드 스페이스 패턴(36(P2))을 통과한 광량(Q2)은 증가한다. x 방향 변위량(Δx)은 이하의 식(2)로 정의된다.
(2) Δx = k · (Q1 - Q2) / (Q1 + Q2)
이상과 같이 하여 x 방향 변위량(Δx)을 연산할 수 있다.
공기 흔들림의 y 방향 변위량 연산 공정으로서, y 방향 변위량 연산부(45)는 기억 장치(40)로부터 y 방향 변위 측정용 데이터를 독출하고, TDI 센서(105)에 의해 수광되는 기준 패턴상(기준 패턴(26)을 통과한 기준 패턴상 중 반투과 반사판(180)에 의해 반사된 기준 패턴상의 일부)의 화상을 작성하여, 도 3(c)에서 설명한 바와 같이 화상 상의 라인 패턴(혹은 스페이스 패턴)의 위치 변동량을 연산함으로써 공기 흔들림의 y 방향 변위량(Δy)을 연산한다.
프레임 분할 공정으로서, 프레임 분할부(48)는 기억 장치(42)로부터 투과 검사용의 스트라이프 영역 화상을 독출하고, 검사 스트라이프(20)의 스트라이프 영역 화상(광학 화상) 중에서 대상 프레임 영역(30)의 프레임 화상을 잘라내도록 x 방향으로 소정의 사이즈(예를 들면, 스캔 폭(W)과 동일한 폭)로 스트라이프 영역 화상을 분할한다. 예를 들면, 512 × 512 화소의 프레임 화상으로 분할한다. 마찬가지로, 프레임 분할부(48)는 기억 장치(43)로부터 반사 검사용의 스트라이프 영역 화상을 독출하고, 검사 스트라이프(20)의 스트라이프 영역 화상(광학 화상) 중에서 대상 프레임 영역(30)의 프레임 화상을 잘라내도록 x 방향으로 소정의 사이즈(예를 들면, 스캔 폭(W)과 동일한 폭)로 스트라이프 영역 화상을 분할한다. 바꾸어 말하면, 검사 스트라이프(20)마다의 스트라이프 영역 화상을 각각 검사 스트라이프(20)의 폭과 동일한 폭, 예를 들면 스캔 폭(W)으로 복수의 프레임 화상(광학 화상)으로 분할한다. 이러한 처리에 의해, 복수의 프레임 영역(30)에 따른 복수의 프레임 화상(광학 화상)이 취득된다. 투과 검사용의 복수의 프레임 화상(광학 화상)과 반사 검사용의 복수의 프레임 화상(광학 화상)이 생성된다. 생성된 프레임 화상(광학 화상)은 기억 장치(50)에 저장된다.
변위 보정 공정으로서, 위치 보정부(52)(보정부)는 연산된 공기 흔들림에 기인하는 변위량(Δx, Δy)을 이용하여 마스크 기판(101)의 프레임 화상(패턴상)과 참조 화상과의 상대 위치를 보정한다. 도 10의 예에서는 마스크 기판(101)으로부터 촬상된 프레임 화상(패턴상)의 위치를 보정한다.
도 11(a)와 도 11(b)는 실시 형태 1에서의 변위 보정을 설명하기 위한 도면이다. 도 11(a)에 나타낸 바와 같이 예를 들면 x 방향으로 공기 흔들림에 기인하는 변위량(Δx)이 존재하는 경우에, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 프레임 화상 내의 패턴의 위치를 변위량(Δx)이 없어지도록 보정한다. y 방향으로 공기 흔들림에 기인하는 변위량(Δy)이 존재하는 경우에는, 프레임 화상 내의 패턴의 위치를 변위량(Δy)이 없어지도록 보정한다. 공기 흔들림은 시간에 따라 변화하므로, 촬상 시기에 동시에 얻어지는 변위량(Δx, Δy)을 이용하여 프레임 화상 내의 패턴의 위치를 보정한다. 투과 검사용의 복수의 프레임 화상(광학 화상)에 대해서도, 반사 검사용의 복수의 프레임 화상(광학 화상)에 대해서도 마찬가지이다.
위치 조정 공정으로서, 위치 조정부(54)는 비교 대상이 되는 프레임 화상(광학 화상)과 비교 대상이 되는 참조 화상에 대해 소정의 알고리즘으로 위치 조정을 행한다. 예를 들면, 최소제곱법을 이용하여 위치 조정을 행한다.
비교 공정으로서, 비교부(56)는 보정된 위치 관계에서 기판의 프레임 화상(패턴상)과 참조 화상을 비교한다. 여기서는, 소정의 판정 조건에 따라 화소마다 양자를 비교하여 예를 들면 형상 결함과 같은 결함의 유무를 판정한다. 판정 조건으로는 예를 들면 소정의 알고리즘에 따라 화소마다 양자를 비교하여 결함의 유무를 판정한다. 예를 들면 양 화상의 화소값의 차분이 판정 임계치보다 큰지의 여부를 판정하여, 크다면 결함으로 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉서블 디스크 장치(FD)(116), CRT(117), 패턴 모니터(118) 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면 프레임 화상(광학 화상)과 참조 화상의 위치 조정 전에 공기 흔들림에 기인하는 변위량을 보정할 수 있다. 위치 조정시의 이탈 보정량은 마스크 기판(101)에 형성된 패턴 자체의 설계 데이터에 대한 위치 이탈량으로서 이용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 마스크 기판(101)에 형성된 패턴 자체의 설계 데이터에 대한 위치 이탈량으로부터 검사 장치(100) 내, 특히 마스크 기판(101)의 패턴상이 통과하는 결상 광학계에서 발생하는 공기 흔들림에 기인하는 변위량을 배제할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면 검사용의 광학 화상의 공기 흔들림의 영향에 기인하는 변위량을 구할 수 있다. 따라서, 고정밀도의 검사가 가능하다. 또한, 기판의 패턴상을 TDI 센서로 촬상하는 경우, 변위량 측정용의 센서를 별도로 마련할 필요를 없앨 수 있다.
이상의 설명에서 '~ 회로'라고 기재한 것은 처리 회로를 가진다. 이러한 처리 회로는 예를 들면 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다. 각 '~ 회로'는 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 되고, 혹은 상이한 처리 회로(별도의 처리 회로)를 이용해도 된다. 또한 프로그램을 이용하는 경우, 프로그램은 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD 혹은 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록된다. 예를 들면, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 전개 회로(111), 참조 회로(112), 오토 로더 제어 회로(113) 및 테이블 제어 회로(114) 내의 각 회로 등은 처리 회로를 가진다. 이러한 처리 회로는 예를 들면 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다.
이상, 구체예를 참조하여 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않는다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 검사 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 외에 본 발명의 요소를 구비하며 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 패턴 검사 장치는 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였으나, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 패턴이 형성된 기판에 반사 조명광을 조명하는 반사 조명 광학계와,
    상기 반사 조명 광학계의 광로 중에 배치되며, 상기 반사 조명광의 일부의 조사를 받는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제1 기준 패턴이 형성된 제1 조리개와,
    상기 제1 기준 패턴을 통과한 기준 패턴상의 일부를 반사시키는 반투과 반사판과,
    상기 기판의 패턴상을 결상시키는 결상 광학계와,
    상기 결상 광학계의 광로 중에 배치되며, 상기 반투과 반사판에 의해 반사된 상기 기준 패턴상의 상기 일부가 투영되는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 의한 제2 기준 패턴이 형성된 제2 조리개와,
    상기 제2 기준 패턴을 통과한 상기 기준 패턴상의 상기 일부를 수광하는 제1 TDI 센서
    를 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 TDI 센서에 의해 수광되는 상기 기준 패턴상의 상기 일부의 광량 변화에 계수를 곱함으로써 공기 흔들림의 변위량을 연산하는 연산 처리 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기준 패턴의 일방은 2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴이 반대의 패턴 종류가 접속되도록 배치되고, 타방은 1 단의 라인 앤드 스페이스 패턴이 배치되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    2 단의 라인 앤드 스페이스 패턴의 일방의 라인 앤드 스페이스 패턴을 통과한 광량에서 타방의 라인 앤드 스페이스 패턴을 통과한 광량을 뺀 차분을 상기 일방의 라인 앤드 스페이스 패턴을 통과한 광량과 상기 타방의 라인 앤드 스페이스 패턴을 통과한 광량의 합으로 나눈 값에 상기 계수를 곱함으로써 상기 변위량을 연산하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 TDI 센서는 2 차원 형상으로 배열된 복수의 수광 소자를 가지고,
    상기 복수의 수광 소자의 일부에 의해 상기 변위량 연산용의 광이 수광되고, 상기 복수의 수광 소자의 나머지 부분에 의해 상기 기판의 패턴상이 촬상되며,
    연산된 상기 변위량을 이용하여 상기 기판의 패턴상과 참조 화상과의 상대 위치를 보정하는 보정 처리 회로와,
    보정된 위치 관계에서 상기 기판의 패턴상과 상기 참조 화상을 비교하는 비교 처리 회로
    를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 투과 조명광을 조명하는 투과 조명 광학계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 기준 패턴을 통과한 상기 기준 패턴상의 상기 일부는 상기 반사 조명광을 기초로 생성되고,
    상기 기판의 패턴상은 상기 투과 조명광을 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 TDI 센서에는, 상기 투과 조명광을 기초로 생성된 상기 기판의 패턴상과 상기 반사 조명광을 기초로 생성된 상기 제2 기준 패턴을 통과한 상기 기준 패턴상의 상기 일부가 동시에 수광되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 패턴상은 상기 제2 조리개 중 상기 제2 기준 패턴과는 상이한 영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조리개 중 상기 제1 기준 패턴과는 상이한 영역을 통과하는 상기 반사 조명광의 다른 일부를 기초로 생성되는 상기 기판의 다른 패턴상을 수광하는 제2 TDI 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
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