KR20180009700A - 패턴 검사 장치 및 패턴 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 형태의 패턴 검사 장치는, 제1 전계 진동 방향의 직선 편광의 자외광을 수광하고, 90°의 정수배 회전시킨 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 제1 1/2 파장판과, 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 반사하여, 제2 전계 진동 방향과 평행 또는 직교하는 제3 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 미러와, 반사된 직선 편광 광의 제3 전계 진동 방향을 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전시키는 제4 전계 진동 방향의 직선 편광 광으로 변환하여 출력하는 제2 1/2 파장판을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

패턴 검사 장치 및 패턴 검사 방법 {PATTERN INSPECTION APPARATUS AND PATTERN INSPECTION METHOD}

본 발명은, 패턴 검사 장치 및 패턴 검사 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 나노임프린트 기술에 사용하는 템플릿에 형성된 검사 광의 해상 한계 미만의 사이즈의 패턴의 결함을 검사하는 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 미세 패턴을 형성하는 기술로서, 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography: NIL)가 주목받고 있다. 이 기술은, 반도체 웨이퍼 상의 레지스트에, 나노 스케일의 미세 구조를 갖는 몰드(형)를 가압함으로써, 레지스트에 미세한 패턴을 형성하는 것이다. 나노임프린트 기술에서는, 원판으로 되는 마스터 템플릿을 사용하여, 복제 템플릿(레플리카 템플릿)을 복수 제작하고, 각 레플리카 템플릿을 상이한 나노임프린트 장치에 장착하여 사용한다. 레플리카 템플릿은, 마스터 템플릿에 정확히 대응하도록 제조될 필요가 있다. 이 때문에, 마스터 템플릿은 물론, 레플리카 템플릿의 패턴을 평가할 때도 높은 정밀도가 요구된다.

한편, 패턴을 웨이퍼 상의 레지스트막에 노광 전사하는 스테퍼 장치로 대표되는 노광 장치에서는, 노광용 마스크 기판에 형성되는 패턴을, 예를 들어 4분의 1로 축소하여 전사한다. 이에 반해, 나노임프린트 기술에서는, 템플릿에 형성되는 패턴을 등배 그대로 전사하므로, 형성되는 패턴의 사이즈 자체가 처음부터 작게 형성된다. 종래, 검사 장치에서는, 자외광을 검사 광으로서 패턴 형성면에 조사하여, 그 패턴의 형상을 특정하고 있었다. 그러나, 최근의 미세화에 수반하여, 템플릿에 형성되는 패턴의 사이즈는, 검사 장치에 사용되는 광의 파장보다도 작아, 해상 한계 미만의 사이즈로 되어 있어, 패턴상을 그대로 특정하는 것이 곤란하게 되어 있다.

여기서, 템플릿에 형성되는 패턴은, 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴으로 대표되는 주기 규칙성이 있는 반복 패턴인 경우가 많다. 이러한 주기 규칙성이 있는 반복 패턴에서는, 패턴 상에 결함이 있으면 주기성에 흐트러짐이 발생한다. 주기성의 흐트러짐이 발생한 결함 부위를 촬상하면, 패턴 상의 광의 편광 상태에 흐트러짐이 발생한다. 따라서, 편광 상태에 흐트러짐이 발생한 촬상 위치를 검출함으로써, 패턴 결함을 검사하는 것이 검토되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2014-157142호 공보 참조).

여기서, 반복 패턴의, 예를 들어 라인 패턴의 길이 방향과 동일한 방향의 편광 방향의 광으로 이러한 반복 패턴을 조명하더라도, 얻어지는 패턴 상의 광의 편광 상태에 흐트러짐은 발생하지 않거나 또는 발생하기 어렵다. 그 때문에, 라인 패턴의 길이 방향과 동일한 방향으로 되지 않도록 조명 광의 편광 각도를 조정한다. 한편, 조명 광학계의 광로 상에는, 미러가 일반적으로 사용된다. 이러한 미러로 상술한 바와 같은 조명 광을 반사시키면, 반사 후의 조명 광의 편광 상태에 흐트러짐이 발생해 버리는 경우가 많다. 이러한 편광 상태에 흐트러짐이 발생한 조명 광으로 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하더라도, 얻어진 패턴 상의 광의 편광 상태의 흐트러짐이, 미러에 기인하는 것인지, 패턴 결함에 기인하는 것인지를 판정하는 것이 곤란해져 버린다.

본 발명은, 광로 상에 미러가 배치된 조명 광학계를 사용하여 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하는 경우에도, 패턴 결함을 검출 가능한 패턴 검사 장치 및 패턴 검사 방법을 제공한다.

본 발명의 일 형태의 패턴 검사 장치는,

제1 전계 진동 방향의 직선 편광의 자외광을 수광하고, 자외광의 제1 전계 진동 방향을 90°의 정수배 회전시킨 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 제1 1/2 파장판과,

제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 반사하여, 제2 전계 진동 방향과 평행 또는 직교하는 제3 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 미러와,

반사된 직선 편광 광의 제3 전계 진동 방향을 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전시키는 제4 전계 진동 방향의 직선 편광 광으로 변환하여 출력하는 제2 1/2 파장판과,

당해 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈의 반복 패턴이 형성된 기판을 적재하고, 반복 패턴이 제3 전계 진동 방향과 평행 또는 직교하는 방향으로 반복되도록 적재하는 스테이지와,

제2 1/2 파장판에 의하여 제4 전계 진동 방향으로 회전된 직선 편광 광을 기판에 형성된 반복 패턴에 조명하는 대물 렌즈와,

제2 1/2 파장판에 의하여 제3 전계 진동 방향이 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전된 제4 전계 진동 방향의 직선 편광 광에 의하여 조명된 해상 한계 미만의 반복 패턴의 투과 광 또는 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광을 수광하는 센서

를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 형태의 패턴 검사 방법은,

직선 편광의 자외광을 미러로 반사시키는 경우에, 상기 미러로의 입사 광의 전계 진동 방향과 상기 미러로부터의 반사 광의 전계 진동 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 제어된 직선 편광의 상기 자외광을 상기 미러로 반사시키고,

상기 반사 광의 전계 진동 방향을 기판 상에 형성된 상기 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복하는 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어하고,

상기 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 상기 각도로 제어된 상기 반사 광을 상기 기판에 조사하고,

상기 기판으로부터 반사된 상기 반복 패턴의 패턴 상을, 상기 미러를 통하여 센서에서 수광하고,

상기 센서에 의하여 수광된 상기 패턴 상을 검사한다.

본 발명의 다른 형태의 패턴 검사 방법은,

직선 편광의 자외광을 미러로 반사시키는 경우에, 상기 미러로의 입사 광의 전계 진동 방향과 상기 미러로부터의 반사 광의 진행 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 제어된 직선 편광의 상기 자외광을 상기 미러로 반사시키고,

상기 반사 광의 전계 진동 방향을 기판 상에 형성된 상기 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복하는 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어하고,

상기 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 상기 각도로 제어된 상기 반사 광을 상기 기판에 조사하고,

상기 기판으로부터 반사된 상기 반복 패턴의 패턴 상을, 상기 미러를 통하여 센서로 수광하고,

상기 센서에 의하여 수광된 상기 패턴 상을 검사한다.

본 발명에 의하면, 광로 상에 미러가 배치된 조명 광학계를 사용하여 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하는 경우에도, 패턴 결함을 검출 가능한 패턴 검사 장치 및 패턴 검사 방법이 제공된다.

도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2의 (A) 내지 도 2의 (C)는, 실시 형태 1에 있어서의 검사 대상 기판에 형성되는 반복 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 반복 패턴과 조명 광의 편광 상태의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 광로 상의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5의 (A)와 도 5의 (B)는, 실시 형태 1에 있어서의 미러로 반사시킨 광의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 광로 상의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다.

실시 형태 1.

이하, 실시 형태 1에서는, 광로 상에 미러가 배치된 조명 광학계를 사용하여 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하는 경우에도, 패턴 결함을 검출 가능한 검사 장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다. 도 1에 있어서, 기판(101)(검사 대상 기판의 일례)에 형성된 패턴의 결함을 검사하는 검사 장치(100)는, 광학 화상 취득 기구(150), 및 제어계 회로(160)(제어부)를 구비하고 있다.

광학 화상 취득 기구(150)는, 광원(103), 하나 또는 복수의 렌즈에 의하여 구성되는 반사 조명 광학계(170), 편광 빔 스플리터(172), 1/2 파장판(174), 미러(176), 1/2 파장판(178), 대물 렌즈(104), 이동 가능하게 배치된 XYθ 테이블(102), 하나 또는 복수의 렌즈에 의하여 구성되는 결상 광학계(173), 미러(180), 편광 빔 스플리터(182), 센서(105), 센서 회로(106), 스트라이프 패턴 메모리(123), 및 레이저 측장 시스템(122)을 갖고 있다. XYθ 테이블(102) 상에는, 카세트(300)로부터 반송된 기판(101)(검사 대상 기판의 일례)이 적재된다. 기판(101)으로서, 예를 들어, 반도체 기판으로 되는 웨이퍼에 패턴을 전사하는 나노임프린트용 템플릿이 포함된다. 또한, 이 템플릿에는, 광원(103)으로부터 발생하는 광의 해상 한계 미만의 사이즈의 반복 패턴이 형성되어 있다. 반복 패턴으로서, 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성된다. 또는, 예를 들어, 홀 패턴이 형성된다. 기판(101)은, 예를 들어, 패턴 형성면을 하측을 향하게 하여 XYθ 테이블(102)에 배치된다. 센서(105)로서, 예를 들어, 포토다이오드 어레이가 탑재된 라인 센서 또는 2차원 센서가 적합하다. 더욱 바람직하게는, TDI(Time Delay Integration) 센서가 적합하다.

제어계 회로(160)에서는, 컴퓨터로 되는 제어 계산기(110)가, 버스(120)를 통하여, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 오토 로더 제어 회로(113), 테이블 제어 회로(114), 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉시블 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(106)는, 스트라이프 패턴 메모리(223)에 접속되고, 스트라이프 패턴 메모리(223)는, 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 또한, XYθ 테이블(102)은, x축 모터, Y축 모터, θ축 모터에 의하여 구동된다.

검사 장치(100)에서는, 광원(103), 반사 조명 광학계(170), 편광 빔 스플리터(172), 1/2 파장판(174), 미러(176), 1/2 파장판(178), 대물 렌즈(104), 결상 광학계(173), 미러(180), 편광 빔 스플리터(182), 센서(105), 및 센서 회로(106)에 의하여 고배율의 검사 광학계가 구성되어 있다. 예를 들어, 200 내지 300배의 배율의 검사 광학계가 구성되어 있다.

또한, XYθ 테이블(102)은, 제어 계산기(110)의 제어 하에 테이블 제어 회로(114)에 의하여 구동된다. X 방향, Y 방향, θ 방향으로 구동되는 3축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계에 의하여 이동 가능하게 되어 있다. 이들 X 모터, Y 모터, θ 모터는, 예를 들어 리니어 모터를 사용할 수 있다. XYθ 테이블(102)은, XYθ 각 축의 모터에 의하여 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, XYθ 테이블(102)은, 제어 계산기(110)의 제어 하에 기판(101)의 패턴 형성면과 센서(105)의 초점 위치(광축 방향: Z축 방향)로 조정된다. XYθ 테이블(102) 상에 배치된 기판(101)의 이동 위치는, 레이저 측장 시스템(122)에 의하여 측정되어, 위치 회로(107)에 공급된다.

여기서, 도 1에서는, 실시 형태 1을 설명하는 데 있어서 필요한 구성 부분에 대하여 기재되어 있다. 검사 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 외의 구성이 포함되어도 상관없음은 물론이다.

도 2의 (A) 내지 도 2의 (C)는, 실시 형태 1에 있어서의 검사 대상 기판에 형성되는 반복 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 기판(101)에는, 도 2의 (A) 내지 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어, 라인 패턴(12)과 스페이스 패턴(14)이 주기성을 갖고 교대로 반복되는 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성된다. 최근의 패턴 미세화에 수반하여, 예를 들어, 50㎚ 이하와 같은 선 폭 사이즈로 이러한 라인 패턴(12)과 스페이스 패턴(14)이 교대로 반복된다. 기판(101)에 형성되는 패턴에는, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 라인 패턴(12)끼리가 연결되어 단락되어 버린 쇼트 결함(A)이나, 도 2B에 도시한 바와 같이, 라인 패턴(12)이 도중에 끊어져서 단선되어 버린 오픈 결함(B)이 발생한다. 그 외에, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 라인 패턴(12)(스페이스 패턴(14))의 에지부의 치수 흐트러짐(에지 러프니스)(C)이 발생한다. 이들 중, 쇼트 결함(A) 및 오픈 결함(B)은 반도체 회로의 고장으로 이어지므로, 검사 장치(100)에서 검출할 필요가 있다. 여기서, 광원(103)으로부터는, 검사 조명 광으로서, 예를 들어, 190 내지 200㎚ 정도의 파장의 레이저 광(예를 들어, DUV 광)(자외광의 일례)이 발생한다. 그러나, 기판(101)에는, 이러한 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복 패턴이 형성된다. 이러한 해상 한계 미만의 사이즈의 반복 패턴에 검사용의 조명 광을 조사하여, 그 투과상 또는 반사 상을 센서(105)로 촬상하더라도, 얻어지는 화상은, 소위 흐릿한 화상으로 되어, 라인 패턴(12)과 스페이스 패턴(14)의 형상을 식별하는 것은 곤란하다.

그래서, 실시 형태 1에서는, 이러한 주기 규칙성이 있는 반복 패턴에서는, 패턴 상에 결함이 있으면 주기성에 흐트러짐이 발생하는 것, 및 주기성의 흐트러짐이 발생한 결함 부위를 촬상하면, 패턴 상의 광의 편광 상태에 흐트러짐이 발생하는 것을 이용하여, 결함 개소를 특정한다. 또한, 쇼트 결함(A) 및 오픈 결함(B)은에지 러프니스(C)에 비하여 치수 오차가 크므로, 주기성의 흐트러짐이 에지 러프니스(C)에 비하여 크게 나타난다. 따라서, 이러한 차를 이용함으로써, 전자 회로의 고장 원인으로 되는 쇼트 결함(A) 및 오픈 결함(B)과, 전자 회로의 고장으로는 되지 않는 에지 러프니스(C)를 구별할 수 있다.

도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 반복 패턴과 조명 광의 편광 상태의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 여기서는, 직선 편광의 조명 광을 조사하는 경우에 대하여 설명한다. 반복 패턴의, 예를 들어 라인 패턴(12)의 길이 방향과 동일한 방향의 편광 방향의 직선 편광 광으로 이러한 반복 패턴을 조명하더라도, 얻어지는 패턴 상의 광의 편광 상태에 흐트러짐은 발생하지 않거나 또는 발생하기 어렵다. 따라서, 반복 패턴의, 예를 들어 라인 패턴(12)의 길이 방향과 동일한 방향(도 3에서는 y 방향)의 편광 방향의 직선 편광 광은 조명 광으로서 사용 불가(NG)로 된다. 반대로, 반복 패턴의, 예를 들어 라인 패턴(12)의 길이 방향과 직교하는 편광 방향(도 3에서는 x 방향)의 직선 편광 광으로 이러한 반복 패턴을 조명하면, 편광 상태의 흐트러짐을 측정할 수 있다. 그러나, 반복 패턴의, 예를 들어 라인 패턴(12)의 길이 방향(반복 방향과 직교하는 방향)이, 검사 대상으로 되는 기판(101)의 어느 방향으로 형성될지, 검사 장치(100)로 판별하는 것은 곤란하다. 따라서, 예를 들어, 도 3에 나타내는 x 방향의 편광 방향의 직선 편광 광을 조명 광으로 하더라도, 만일, 기판(101) 상에 형성된 반복 패턴의 방향이 도 3에 나타내는 방향과 90° 상이하면, 편광 상태의 흐트러짐을 측정하는 것은 곤란해져 버린다. 따라서, 이러한 x 방향의 편광 방향의 직선 편광 광을 조명 광으로서 사용하기에는 위험성이 수반된다. 그러나, 템플릿 등의 기판(101) 상에 형성되는 반복 패턴의 방향은, 통상, 기판(101)에 미리 설정되는 x, y 방향에 대하여 평행 또는 직교하는 방향으로 형성된다. 따라서, 이러한 기판(101)에 미리 설정되는 x, y 방향을 벗어난 각도, 예를 들어, 45°의 편광 방향(도 3에서는 x축으로부터 45° 방향)의 직선 편광 광으로 이러한 반복 패턴을 조명하면, 기판(101)에 형성된 반복 패턴의 방향에 신경 쓰지 않고, 편광 상태의 흐트러짐을 측정할 수 있다.

도 4는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 광로 상의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4에서는, 대물 렌즈(104) 이외의 렌즈에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 4에서는, 직교하는 x, y, z축 중, x, y축으로 구성되는 xy면과 평행으로 기판(101)을 배치함과 함께, 반복 패턴이 y 방향(xy면에 있어서 x축으로부터 90°)으로 반복되는 경우(라인 패턴(12)의 길이 방향이 x 방향(xy면에 있어서 x축으로부터 0°)인 경우)에 대하여 설명한다. 광원(103)은, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(예를 들어 P파)(1'-1)을 발생시킨다. 이러한 자외광(1'-1)은 편광 빔 스플리터(172)에 입사된다. 편광 빔 스플리터(172)에서는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 광(예를 들어 P파)을 통과시킨다. 따라서, 여기서는, 직선 편광의 자외광(1'-1)이 편광 상태를 유지한 채 편광 빔 스플리터(172)를 통과한다. 편광 빔 스플리터(172)를 통과한 직선 편광의 자외광(1'-2)은, xz면에 있어서 x축에 대하여, 예를 들어 결정각 -22.5°로 설정된 1/2 파장판(175)에 입사된다. 결정각 -22.5°로 설정된 1/2 파장판(175)에서는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 광(예를 들어 P파)의 편광 방향을 -45° 회전시킨다. 따라서, 여기서는, 직선 편광의 자외광(1'-2)이 편광 방향을 -45° 회전시킨 상태(xz면에 있어서 x축으로부터 45°)로 1/2 파장판(175)을 통과한다. 이것에 의하여, 1/2 파장판(175)을 통과한 자외광(1'-3)은, 진행 방향이 y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 45°의 편광 방향을 가진 직선 편광 광으로 된다. 이러한 직선 편광의 자외광(1'-3)을 미러(176)에서 z방향으로 반사한다. 그리고, 미러(176)에서 반사된 자외광(1'-4)을 대물 렌즈(104)로 초점을 맞춰 기판(101)면에 조명 광으로서 조명한다. 이상적으로는, 자외광(1'-4)은, 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광으로 되어, 반복 패턴을 조명하게 된다. 이것에 의하여, 기판(101)에 형성된 반복 패턴의 방향에 신경 쓰지 않고, 패턴 결함에 기인하는 편광 상태의 흐트러짐을 반사 상으로부터 측정할 수 있게 된다. 그러나, 이러한 미러(176)로 상술한 바와 같은 직선 편광의 자외광(1'-3)을 반사시키면, 반사 후의 자외광(1'-4)의 편광 상태에 흐트러짐이 발생해 버리는 경우가 많다.

도 5의 (A)와 도 5의 (B)는, 실시 형태 1에 있어서의 미러에서 반사된 광의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이 45°의 편광 방향의 직선 편광 광이 미러(176)에서 직교 방향으로 반사되면, 45°의 편광 방향의 직선 편광의 편광 상태가 흐트러진다. 예를 들어, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이 45°의 편광 방향의 직선 편광과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 조합된 편광 상태로 되어 버린다. 무편광 미러를 제조하는 것도 기술상으로는 있을 수 있지만, 막대한 비용이 들기 때문에 현실적이지는 않다. 따라서, 도 4에 도시한 미러(176)에 의하여 반사된 후의 자외광(1'-4)의 편광 상태는, 예를 들어, 45°의 직선 편광과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 조합된 편광 상태로 된다. 이러한 편광 상태가 45°인 직선 편광으로부터 흐트러진 자외광(1'-4)으로 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하면, 기판(101)으로부터 반사된 자외광(2'-1)에는, 패턴 결함에 기인하는 편광 상태의 흐트러짐(점선)이 더 가산된다. 그리고, 기판(101)으로부터의 복로에 있어서, 이러한 자외광(2'-1)이 미러(176)에서 반사됨으로써, 반사 후의 자외광(2'-2)의 편광 상태는 더욱 흐트러지게 된다.

다음으로, 복로에 있어서, 자외광(2'-2)은 1/2 파장판(175)에 입사된다. 따라서, 여기서는, 자외광(2-2)이 편광 방향을 45° 회전시킨 상태(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)로 1/2 파장판(175)을 통과한다. 이것에 의하여, 1/2 파장판(175)을 통과한 자외광(2-3)은, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 조합된 편광 상태의 자외광으로 된다.

다음으로, 복로에 있어서, 자외광(2'-3)은 편광 빔 스플리터(172)에 입사된다. 자외광(2'-3) 중, xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분에 대해서는, 편광 빔 스플리터(172)를 통과한다. 한편, 편광 상태의 흐트러짐을 발생시킨, 예를 들어 타원 편광 성분에 대해서는, 편광 빔 스플리터(172)에서 그 일부(xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 직선 편광 성분: S파 성분)가 반사된다. 편광 빔 스플리터(172)에서 반사된 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 직선 편광 성분의 자외광(2'-4)은 센서(105)에 입사된다. 이것에 의하여, 센서(105)는, 편광 상태의 흐트러짐을 발생시킨 성분에 의하여 형성되는 상에 대하여 촬상할 수 있다.

그러나, 비교예의 구성에서 센서(105)에 의하여 촬상된 상에는, 왕로의 미러(176)에서 발생한 편광 상태의 흐트러짐과, 기판(101)에서 발생한 편광 상태의 흐트러짐과, 복로의 미러(176)에서 발생한 편광 상태의 흐트러짐이 혼합된 편광 상태에 기인하는 상밖에 얻어지지 않는다. 따라서, 얻어진 패턴 상이, 미러에 의하여 발생한 편광 상태의 흐트러짐에 기인하는 것인지, 패턴 결함에 의하여 발생한 편광 상태의 흐트러짐에 기인하는 것인지 판정하기가 곤란해져 버린다.

이에 반해, 실시 형태 1에서는, 왕로에 있어서, 미러(176)에서 조명 광의 편광 상태에 흐트러짐을 발생시키지 않도록 구성한다.

도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 광로 상의 편광 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에서는, 대물 렌즈(104) 이외의 렌즈에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 6에서는, 검사 광으로 되는 당해 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈의 반복 패턴이 형성된 기판(101)을, 직교하는 x, y, z축 중, xy면과 평행으로 배치함과 함께, 반복 패턴이, x 방향(xy면에 있어서 x축으로부터 0°)(제3 전계 진동 방향)과 평행 또는 직교하는 방향으로 반복되도록 XYθ 테이블(102)(스테이지) 상에 적재한다. 도 6의 예에서는, 직교하는 x, y, z축 중, x, y축으로 구성되는 xy면과 평행으로 기판(101)을 배치함과 함께, 반복 패턴이 y 방향(xy면에 있어서 x축으로부터 90°)으로 반복되는 경우(라인 패턴(12)의 길이 방향이 x 방향(xy면에 있어서 x축으로부터 0°)인 경우)에 대하여 설명한다.

광원(103)은, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(예를 들어 P파)(1-1)을 발생시킨다. 이러한 자외광(1-1)의 편광 상태는, 광원(103)을 사출한 후에 도시하지 않은 편광 소자를 사용하여 조정되어도 상관없다.

이러한 자외광(1-1)은, 광원(103)과 1/2 파장판(174)(제1 1/2 파장판) 사이의 광로 상에 배치된 편광 빔 스플리터(172)에 입사된다. 편광 빔 스플리터(172)에서는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 광(예를 들어 P파)을 통과시킨다. 따라서, 여기서는, 직선 편광의 자외광(1-1)이 편광 상태를 유지한 채 편광 빔 스플리터(172)를 통과한다.

왕로에 있어서, 편광 빔 스플리터(172)를 통과한 직선 편광의 자외광(1-2)은, xz면에 있어서 x축에 대하여, 예를 들어 결정각 0° 또는 45°로 설정된 1/2 파장판(174)에 입사된다. 1/2 파장판(174)(제1 1/2 파장판)은, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(제1 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(1-2)을 수광하고, 자외광(1-2)의 편광 방향(제1 전계 진동 방향)을 90°의 정수배 회전시킨 편광 방향(제2 전계 진동 방향)의 직선 편광 광을 출력한다. 예를 들어, 결정각 45°로 설정된 1/2 파장판(174)에서는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 광(예를 들어 P파)의 편광 방향을 90° 회전시킨다. 따라서, 여기서는, 직선 편광의 자외광(1-2)이 편광 방향을 90° 회전시킨 상태(xz면에 있어서 x축으로부터 0°(또는 180°))로 1/2 파장판(174)을 통과한다. 이것에 의하여, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(1-3)은, 진행 방향이 y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향을 가진 직선 편광 광으로 된다.

예를 들어, 결정각 0°로 설정된 1/2 파장판(174)에서는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(전계 진동 방향)의 광(예를 들어 P파)의 편광 방향을 0° 회전시킨다. 달리 말하면, 편광 방향을 유지한다. 따라서, 여기서는, 직선 편광의 자외광(1-2)이 편광 방향을 유지한 상태(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)로 1/2 파장판(174)을 통과한다. 이것에 의하여, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(1-3)은, 진행 방향이 y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 편광 방향을 가진 직선 편광 광으로 된다. 단, 이하, 1/2 파장판(174)에서 편광 방향을 90° 회전시킨 경우를 전제로 하여 설명을 계속한다.

이러한 직선 편광의 자외광(1-3)을 미러(176)로 z방향으로 반사시킨다. 미러(176)는, 진행 방향이 y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향(제2 전계 진동 방향의 일례)의 직선 편광 광을 반사시켜, xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향(제2 전계 진동 방향의 일례)과 평행 또는 직교하는 편광 방향(제3 전계 진동 방향)의 직선 편광 광을 출력한다. 예를 들어, z방향으로 반사하는 미러(176)에, 진행 방향이 y 방향이며 x 방향(xz면에 있어서 x축으로부터 0°)인 편광 방향(제2 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(1-3)을 입사시킨다. 여기서, z방향으로 반사하는 미러(176)에, 진행 방향이 y 방향이며 x 방향(xz면에 있어서 x축으로부터 0°)인 편광 방향(제2 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(1-3)을 입사시킴으로써, 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)에 편광 상태의 흐트러짐을 일으키지 않도록 할 수 있다. z방향으로 반사하는 경우, 축 대칭으로 반사되므로, 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)에서는, 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 0°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향)의 직선 편광으로 된다. 따라서, 입사 전후에 위상차는 발생하지 않아, 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)에 편광 상태의 흐트러짐을 일으키지 않는다. 이것에 의하여, 실시 형태 1에서는, 왕로에서의 미러(176)에 의한 편광 상태의 흐트러짐을 억제할 수 있다. 이상과 같이, 직선 편광의 자외광을 미러(176)로 반사시키는 경우에, 미러(176)에서의 입사 광의 전계 진동 방향과 미러(176)로부터의 반사 광의 전계 진동 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 직선 편광의 자외광(1-3)을 제어하고 있다. 그리고, 제어된 직선 편광의 자외광(1-3)을 미러(176)로 반사시킨다. 이러한 효과는, 진행 방향이 y 방향이며 z방향(xz면에 있어서 x축으로부터 90°)인 편광 방향(제2 전계 진동 방향의 다른 예)의 직선 편광의 자외광(1-3)을 입사하는 경우에도 마찬가지로 얻어진다. 이러한 경우, 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)에서는, 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 90°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향의 다른 예)의 직선 편광으로 된다. 이러한 경우에는, 직선 편광의 자외광(1-3)을 미러(176)로 반사시키는 경우에, 미러(176)에서의 입사 광의 전계 진동 방향과 미러(176)로부터의 반사 광의 진행 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 직선 편광의 자외광(1-3)을 제어하고 있게 된다.

그러나, z방향으로 반사하는 미러(176)에, 진행 방향이 y 방향이며 x 방향(xz면에 있어서 x축으로부터 0°)인 편광 방향(제2 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(1-3)을 입사시키는 경우, 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)에서는, 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 0°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향)의 직선 편광으로 된다. 그 때문에, 이대로라면, 반복 패턴의 반복 방향(y 방향)에 대하여 직교하는(또는 라인 패턴(12)의 길이 방향(x 방향)에 대하여 평행인) 상태로 되어 버린다. 그래서, 실시 형태 1에서는, 1/2 파장판(178)을 사용하여, 편광 방향을 어긋나게 한다. 달리 말하면, 미러(176)의 반사 광의 전계 진동 방향을 기판 상에 형성된 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복하는 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어한다. 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 90°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향의 다른 예)의 직선 편광의 자외광(1-4)을 사용하는 경우에 있어서도, 마찬가지로, 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어한다.

왕로에 있어서, 미러(176)에서 반사된 직선 편광의 자외광(1-4)은, xy면에 있어서 x축에 대하여, 예를 들어 결정각 22.5°로 설정된 1/2 파장판(178)에 입사된다. 1/2 파장판(178)(제2 1/2 파장판)은, 반사된 직선 편광 광의 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 0°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향)을 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전시키는 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(1-5)으로 변환하여 출력한다. 예를 들어 결정각 22.5°이면, xy면에 있어서 x축으로부터 0°의 편광 방향을 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향으로 회전시킬 수 있다.

왕로에 있어서, 1/2 파장판(178)을 통과한 자외광(1-5)을 대물 렌즈(104)에 입사한다. 대물 렌즈(104)는, 1/2 파장판(178)에 의하여 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향의 일례)으로 회전된 직선 편광의 자외광(1-5)을 기판(101)에 형성된 반복 패턴에 조명한다. 구체적으로는, 대물 렌즈(104)는, 1/2 파장판(178)을 통과한 자외광(1-5)을 대물 렌즈(104)에서 초점을 맞춰 기판(101)면에 조명 광으로서 조명한다. 이것에 의하여, 자외광(1-5)은, 진행 방향이 z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광으로 되어, 반복 패턴을 조명할 수 있다. 따라서, 기판(101)에 형성된 반복 패턴의 방향에 신경 쓰지 않고, 패턴 결함에 기인하는 편광 상태의 흐트러짐을 반사 상으로부터 측정할 수 있다.

이상과 같이, 1/2 파장판(178)에서 자외광(1-4)의 편광 방향을 회전시킴으로써, 반복 패턴의 반복 방향(라인 패턴(12)의 길이 방향의 직교 방향)에 대하여, 평행 또는 직교하는 방향과는 상이한, 어긋나게 한 각도로 편광 방향을 향하게 할 수 있다.

또한, 1/2 파장판(178)에서 자외광(1-4)의 편광 방향을 회전시키는 각도는, 45°가 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. xy면에 있어서 x축으로부터 -5° 내지 5°의 범위와 85° 내지 95°의 범위와 175° 내지 185°의 범위와 265° 내지 275°의 범위의 각 범위로부터 벗어나는 각도로 회전시키면 된다. 이것에 의하여, 전계 진동 방향의 진폭 10%를 벗어나게 할 수 있어, 확실히 반복 패턴에 기인하는 편광 상태의 흐트러짐 성분을 검출 가능하게 할 수 있다.

이상과 같이 구성함으로써, 실시 형태 1에서는, 미러(176)에 기인하는 편광 상태의 흐트러짐이 포함되지 않은 직선 편광의 자외광(1-5)을 반복 패턴에 조명할 수 있다. 따라서, 얻어진 반사 광에 편광 상태의 흐트러짐이 포함되어 있으면, 이러한 흐트러짐은 패턴 결함에 기인하는 것이라고 판단할 수 있다. 또한, 반복 패턴에 결함이 없으면, 얻어진 반사 광에 편광 상태의 흐트러짐이 포함되지 않는다. 따라서, 얻어진 반사 광에 편광 상태의 흐트러짐이 포함되어 있지 않으면, 반복 패턴에 결함이 없다고 판단할 수 있다.

그리고, 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광은, 복로에 있어서, 1/2 파장판(178)과 미러(176)와 1/2 파장판(174)과 편광 빔 스플리터(172)를 순서대로 경유하여, 센서(105)에 수광된다. 이하, 순서대로 설명한다.

기판(101)으로부터의 복로에 있어서, 반복 패턴으로부터의 반사 광으로 되는 자외광(2-1)이 대물 렌즈(104)을 통하여, 1/2 파장판(178)에 입사된다. 반복 패턴에 패턴 결함이 없으면, 자외광(2-1)은, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광의 편광 상태로 된다. 반복 패턴에 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 있으면, 자외광(2-1)은, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광 성분과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태로 된다. 1/2 파장판(178)은, 반복 패턴에 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광의 자외광(2-1)의 편광 방향을 회전시켜, x축으로부터 0°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-2)을 출력한다. 1/2 파장판(178)은, 반복 패턴에 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 있으면, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축으로부터 45°의 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광 성분과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-1)의 편광 방향을 회전시켜, x축으로부터 0°의 편광 방향의 직선 편광 성분과 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-2)을 출력한다.

복로에 있어서, 자외광(2-2)은, 미러(176)에 입사된다. 미러(176)는, 반복 패턴에 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-2)을 반사하여, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-3)을 출력한다. 이와 같이 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 편광 상태의 흐트러짐을 발생시키지 않은 채 반사시킬 수 있다. 이것에 의하여, 실시 형태 1에서는, 복로에서의 미러(176)에 의한 편광 상태의 흐트러짐을 억제할 수 있다. 이러한 효과는, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축에 대하여 90°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-2)을 입사하는 경우에서도 마찬가지로 얻어진다.

미러(176)는, 반복 패턴에 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 있으면, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향의 직선 편광 성분과 타원 편광 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-2)을 반사하여, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향의 직선 편광 성분과 패턴 결함에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분과 미러(176)에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-3)을 출력한다.

다음으로, 복로에 있어서, 자외광(2-3)은 1/2 파장판(174)에 입사된다. 1/2 파장판(174)에 의하여 편광 방향이 0° 또는 90° 회전된다. 여기서는, 왕로에 있어서 90° 회전시켰으므로 복로에 있어서도 90° 회전된다. 따라서, 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 여기서는, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(2-4)은, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광의 자외광으로 된다.

반복 패턴에 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 있으면, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(2-4)은, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분과 패턴 결함에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분과 미러(176)에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-4)으로 된다.

1/2 파장판(174)이 왕로에 있어서 0° 회전된 경우(즉 회전시키지 않는 경우), 자외광(2-3)은, 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광의 자외광으로 되므로, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(2-4)은, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광의 자외광으로 된다. 한편, 자외광(2-3)은, 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 있으면, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분과 패턴 결함에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분과 미러(176)에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광으로 되므로, 1/2 파장판(174)을 통과한 자외광(2-4)은, 진행 방향이 -y 방향이며 xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분과 패턴 결함에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분과 미러(176)에 기인한 타원 편광 등의 편광 흐트러짐 성분이 혼합된 편광 상태의 자외광(2-4)으로 된다.

다음으로, 복로에 있어서, 자외광(2-4)은 편광 빔 스플리터(172)에 입사된다. 자외광(2-4) 중, xz면에 있어서 x축에 대하여 90°의 직선 편광 성분에 대해서는, 편광 빔 스플리터(172)를 통과한다. 따라서, 패턴 결함(및 에지 러프니스)이 없으면, 모든 자외광(2-4)은 편광 빔 스플리터(172)를 통과한다. 따라서, 센서(105)가 상을 수광하지 않게 된다.

한편, 편광 상태의 흐트러짐을 발생시킨, 예를 들어 타원 편광 성분에 대해서는, 편광 빔 스플리터(172)에서 그 일부(xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 직선 편광 성분: S파 성분)가 반사된다. 편광 빔 스플리터(172)에서 반사된 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 직선 편광 성분의 자외광(2-5)은, 실로, 패턴 결함(또는 에지 러프니스)에 의하여 발생한 편광 흐트러짐에 기인한다. 따라서, 이러한 자외광(2-5)을 센서(105)에서 수광하면, 수광한 광의 강도가 역치 이상이면 수광한 위치가 패턴 결함이 발생한 위치라고 판정할 수 있게 된다. 수광한 광의 강도가 역치 미만이면 에지 러프니스가 발생한 위치라고 판정할 수 있게 된다. 단, 실시 형태 1에서는, 센서(105)에 도달하기 전에 광학 소자를 다시 통과한다.

다음으로, 복로에 있어서, 편광 빔 스플리터(172)에서 반사된 xz면에 있어서 x축에 대하여 0°의 직선 편광 성분의 자외광(2-5)은, 미러(180)에 입사된다. 미러(180)는, 진행 방향이 -z방향이며 xy면에 있어서 x축에 대하여 0°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-5)을 반사하여, 진행 방향이 x 방향이며 yz면에 있어서 y축에 대하여 90°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-6)을 출력한다. y축에 대하여 90°의 편광 방향의 직선 편광 성분뿐이므로, 미러(180)에 의한 편광 상태의 흐트러짐을 억제할 수 있다.

다음으로, 복로에 있어서, 미러(180)에서 반사된 자외광(2-6)은 편광 빔 스플리터(182)(검광자의 일례)에 입사된다. 실시 형태 1에서는, 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 편광 빔 스플리터(172)와 센서(105) 사이의 광로 상에 편광 빔 스플리터(182)(검광자의 일례)가 배치된다. 자외광(2-6)은, 진행 방향이 x 방향이며 yz면에 있어서 y축에 대하여 90°의 편광 방향의 직선 편광의 광이므로, 편광 빔 스플리터(182)를 통과한다. 또한, 편광 빔 스플리터(172)에서 반사된 후에 결상 광학계(173)등에 의하여, 혹시나 편광 흐트러짐이 발생한 경우에, 편광 빔 스플리터(182)를 통과시킴으로써 편광 흐트러짐 성분을 배제할 수 있다. 편광 빔 스플리터(172)에서 반사된 후에 발생한 편광 어긋남은, 기판(101)에서 발생한 편광 어긋남과는 방향이 상이하므로, 편광 빔 스플리터(182)로 분리할 수 있다.

다음으로, 복로에 있어서, 편광 빔 스플리터(182)를 통과한 진행 방향이 x 방향이며 yz면에 있어서 y축에 대하여 90°의 편광 방향의 직선 편광의 자외광(2-7)은, 결상 광학계(173)에 의하여 초점이 합쳐져, 센서(105)면에 결상한다. 이와 같이, 센서(105)는, 1/2 파장판(178)(제2 1/2 파장판)에 의하여 진행 방향이 z축이며 xy면에 있어서의 x축에 대하여 0°의 편광 방향(제3 전계 진동 방향)이 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전된 편광 방향(제4 전계 진동 방향)의 직선 편광 광에 의하여 조명된 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광을 수광한다. 이것에 의하여, 센서(105)에 의하여, 패턴 결함(또는 에지 러프니스)에 의하여 발생한 편광 흐트러짐에 기인하는 자외광(2-7)이 수광된다.

이상과 같이 실시 형태 1에서는, 왕로에 있어서, 미러(176)에서 조명 광의 편광 상태에 흐트러짐을 발생시키지 않도록 구성하므로, 복로에서 얻어진 반사 광에 편광 흐트러짐 성분이 포함되어 있으면, 복로의 미러(176)에 기인한 편광 흐트러짐에 관계없이, 패턴 결함(또는 에지 러프니스)이 발생한 위치를 특정할 수 있다.

도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다. 기판(101)의 검사 영역(10)(검사 영역 전체)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 y 방향을 향하여, 스캔 폭 W의 직사각형의 복수의 검사 스트라이프(20)로 가상적으로 분할된다.

그리고, 검사 장치(100)에서는, 검사 스트라이프(20)마다 화상(스트라이프 영역 화상)을 취득해 간다. 검사 스트라이프(20)의 각각에 대하여 상술한 자외광(1-5)을 사용하여, 당해 스트라이프 영역의 길이 방향(x 방향)을 향하여 당해 스트라이프 영역 내에 배치되는 반복 패턴의 화상을 촬상한다. XYθ 테이블(102)이 x 방향으로 이동되고, 그 결과, 센서(105)가 상대적으로 x 방향으로 연속 이동하면서 광학 화상이 취득된다. 센서(105)에서는, 도 7에 도시한 바와 같은 스캔 폭 W의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 하나의 검사 스트라이프(20)에 있어서의 광학 화상을 촬상한 후, y 방향으로 다음 검사 스트라이프(20)의 위치까지 이동하고, 이번에는 역방향으로 이동하면서 마찬가지로 스캔 폭 W의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 즉, 왕로와 복로에서 역방향을 향하는 포워드(FWD)-백워드(BWD)의 방향으로서 촬상을 반복한다.

여기서, 촬상의 방향은, 포워드(FWD)-백워드(BWD)의 반복에 한정되는 것은 아니다. 한쪽 방향으로부터 촬상해도 된다. 예를 들어, FWD-FWD의 반복이어도 된다. 또는, BWD-BWD의 반복이어도 된다.

센서(105) 상에 결상된 패턴의 상은, 센서(105)의 각 수광 소자에 의하여 광전 변환되고, 나아가 센서 회로(106)에 의하여 A/D(아날로그/디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(123)에, 측정 대상의 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 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)는, 측장된 위치 정보를 이용하여, 기판(101)의 위치를 연산한다.

그 후, 각 스트라이프 영역 화상은, 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ 테이블(102) 상에 있어서의 기판(101)의 위치를 나타내는 데이터와 함께 비교 회로(108)로 보내진다. 측정 데이터(화소 데이터)는, 예를 들어 8비트의 무부호 데이터(256계조)이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다.

비교 회로(108) 내에 출력된 스트라이프 영역 화상은, 도시하지 않은 기억 장치에 기억된다. 그리고, 검사 스트라이프(20)의 스트라이프 영역 화상(광학 화상) 중으로부터 대상 프레임 영역(30)의 프레임 화상을 잘라내도록, x 방향으로 소정의 사이즈(예를 들어, 스캔 폭 W와 동일한 폭)로 스트라이프 영역 화상을 분할한다. 예를 들어, 512×512 화소의 프레임 화상으로 분할된다. 이러한 처리에 의하여, 복수의 프레임 영역(30)에 따른 복수의 프레임 화상(광학 화상)이 취득된다. 프레임 영역(30)의 사이즈는, 스캔 폭 W와 동일한 폭이 아니어도 상관없다.

그리고, 비교 회로(108)는, 화소마다, 계조값을 역치와 비교하여, 결함의 유무를 판정한다. 대상 화소의 계조값이 역치 이상이면 당해 화소의 위치가 패턴 결함이 발생한 위치라고 판정할 수 있다. 대상 화소의 계조값이 0은 아니지만, 역치 미만이면 에지 러프니스가 발생한 위치(또는 측정 오차)라고 판정할 수 있다. 대상 화소의 계조값이 0이면, 패턴 결함 및 에지 러프니스가 발생하지 않은 정상적인 위치라고 판정할 수 있다.

또한, 에지 러프니스에 기인하는 편광 흐트러짐은, 패턴 결함에 기인하는 편광 흐트러짐에 비하여 작다. 따라서, 센서(105)에서 수광하는 광에는 복로의 미러(176)에서 발생한 편광 흐트러짐 성분도 포함되지만, 에지 러프니스에 기인하는 편광 흐트러짐 성분에 대하여 복로의 미러(176)에서 편광 흐트러짐을 더 발생시켰다고 하더라도 작은 채 그대로라는 점에서 마찬가지이다. 따라서, 센서(105)에서 수광한 광의 강도가 역치 이상이면, 복로의 미러(176)에서의 편광 흐트러짐에 관계없이, 수광한 위치가 패턴 결함이 발생한 위치라고 판정할 수 있다.

그리고, 비교 결과(판정 결과)가 출력된다. 비교 결과는, 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉시블 디스크 장치(FD)(116), CRT(117), 패턴 모니터(118), 또는 프린터(119)로부터 출력되면 된다.

이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 광로 상에 미러가 배치된 조명 광학계를 사용하여 해상 한계 미만의 주기 규칙성이 있는 반복 패턴을 조명하는 경우에도, 패턴 결함을 검출할 수 있다.

이상의 설명에 있어서, 「~회로」라고 기재한 것은, 처리 회로를 갖는다. 이러한 처리 회로는, 예를 들어, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 또는 반도체 장치를 포함한다. 각 「~회로」는, 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 사용해도 되고, 또는 상이한 처리 회로(각각의 처리 회로)을 사용해도 된다. 또한, 프로그램을 사용하는 경우, 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 또는 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록된다.

이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 상술한 예에서는, 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광을 수광하는 경우를 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 해상 한계 미만의 반복 패턴의 투과 광을 수광하도록 해도 된다.

또한, 장치 구성이나 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성이나 제어 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 검사 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는, 기재를 생략했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 물론이다.

그 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 패턴 검사 장치, 및 패턴 검사 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (10)

1. 제1 전계 진동 방향의 직선 편광의 자외광을 수광하고, 상기 자외광의 제1 전계 진동 방향을 90°의 정수배 회전시킨 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 제1 1/2 파장판과,
   상기 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 반사하여, 상기 제2 전계 진동 방향과 평행 또는 직교하는 제3 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 출력하는 미러와,
   반사된 상기 직선 편광 광의 상기 제3 전계 진동 방향을 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전시키는 제4 전계 진동 방향의 직선 편광 광으로 변환하여 출력하는 제2 1/2 파장판과,
   당해 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈의 반복 패턴이 형성된 기판을 상기 반복 패턴이 상기 제3 전계 진동 방향과 평행 또는 직교하는 방향으로 반복되도록 적재하는 스테이지와,
   상기 제2 1/2 파장판에 의하여 상기 제4 전계 진동 방향으로 회전된 직선 편광 광을 상기 기판에 형성된 상기 반복 패턴에 조명하는 대물 렌즈와,
   상기 제2 1/2 파장판에 의하여 상기 제3 전계 진동 방향이 90°의 정수배와는 상이한 각도만큼 회전된 상기 제4 전계 진동 방향의 직선 편광 광에 의하여 조명된 상기 해상 한계 미만의 반복 패턴의 투과 광 또는 상기 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광을 수광하는 센서
   를 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자외광을 발생시키는 광원과,
   상기 광원과 상기 제1 1/2 파장판 사이의 광로 상에 배치된 편광 빔 스플리터
   를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 해상 한계 미만의 반복 패턴으로부터의 반사 광은, 상기 제2 1/2 파장판과 상기 미러와 상기 제1 1/2 파장판과 상기 편광 빔 스플리터를 순서대로 경유하여, 상기 센서에 수광되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 편광 빔 스플리터와 상기 센서 사이의 광로 상에 배치된 검광자를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기판으로서, 나노임프린트용 템플릿이 사용되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전계 진동 방향은, 상기 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광의 진행 방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 미러는, 상기 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광의 진행 방향과 직교하는 방향으로 상기 제2 전계 진동 방향의 직선 편광 광을 상기 제3 전계 진동 방향의 직선 편광 광으로서 반사하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제3 전계 진동 방향은, 상기 제3 전계 진동 방향의 직선 편광 광의 진행 방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
9. 직선 편광의 자외광을 미러로 반사시키는 경우에, 상기 미러로의 입사 광의 전계 진동 방향과 상기 미러로부터의 반사 광의 전계 진동 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 제어된 직선 편광의 상기 자외광을 상기 미러로 반사시키고,
   상기 반사 광의 전계 진동 방향을 기판 상에 형성된 상기 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복하는 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어하고,
   상기 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 상기 각도로 제어된 상기 반사 광을 상기 기판에 조사하고,
   상기 기판으로부터 반사된 상기 반복 패턴의 패턴 상을, 상기 미러를 통하여 센서로 수광하고,
   상기 센서에 의하여 수광된 상기 패턴 상을 검사하는, 패턴 검사 방법.
10. 직선 편광의 자외광을 미러로 반사시키는 경우에, 상기 미러로의 입사 광의 전계 진동 방향과 상기 미러로부터의 반사 광의 진행 방향이 평행으로 되는 전계 진동 방향으로 제어된 직선 편광의 상기 자외광을 상기 미러로 반사시키고,
    상기 반사 광의 전계 진동 방향을 기판 상에 형성된 상기 자외광의 해상 한계 미만의 사이즈로 반복하는 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 각도로 제어하고,
    상기 반복 패턴의 주기 방향과 90°의 정수배와는 상이한 상기 각도로 제어된 상기 반사 광을 상기 기판에 조사하고,
    상기 기판으로부터 반사된 상기 반복 패턴의 패턴 상을, 상기 미러를 통하여 센서로 수광하고,
    상기 센서에 의하여 수광된 상기 패턴 상을 검사하는, 패턴 검사 방법.

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