KR20190134689A - 결함 검사 장치 및 패턴 칩 - Google Patents

Abstract

검출계의 충분한 위치 조정을 신속히 행함으로써, 결함 검사의 처리 효율을 향상시키는 기술을 제공한다. 결함 검사 장치로서, 시료 및 패턴 기판을 올려서 이동하는 스테이지와, 스테이지 상의 물체에 대하여 패턴 기판의 법선 방향으로부터 경사진 방향으로부터 조사하는 조명 광학계와, 법선 방향의 산란광을 검출하는 제1 검출 광학계와, 제1 검출 광학계가 검출하는 산란광과는 다른 방향의 산란광을 검출하는 제2 검출 광학계와, 양 산란광의 신호를 처리하는 신호 처리부와, 제어부를 구비하고, 제어부는 산란광의 신호를 이용해서, 제1 또는 제2 검출 광학계의 초점 위치 및 조명 영역에 대한 각 검출기의 삼차원 위치를 조정하는 제1 조정 처리와, 제1 또는 제2 검출 광학계의 검출기의 광축 방향의 위치 및 스테이지의 높이 방향의 위치를 변경해서 초점을 조정하는 제2 조정 처리를 실시하고, 제2 조정 처리를 제1보다 높은 빈도로 실시한다.

Description

결함 검사 장치 및 패턴 칩

본 발명은, 결함 검사 장치 및 패턴 칩에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 「검사 대상의 시료와 패턴 칩을 재치(載置)해서 이동 가능한 테이블부와, 당해 테이블부에 재치된 상기 시료의 표면 또는 상기 패턴 칩의 표면에 선 형상으로 성형된 조명광을 조사하는 조명광 조사부와, 대물 렌즈와 이미지 센서를 구비한 검출 광학계를 상기 테이블부의 위쪽의 복수의 개소에 배치하고 상기 조명광 조사부에 의해 상기 선 형상으로 성형된 조명광이 조사된 상기 시료로부터 발생한 산란광 중 상기 복수의 개소에 배치한 복수의 검출 광학계의 각각의 대물 렌즈에 입사한 산란광에 의한 상(像)을 각각의 이미지 센서 상에 결상(結像)시켜서 검출하는 검출 광학계부와, 당해 검출 광학계부의 복수의 검출 광학계에 있어서 검출한 신호를 처리해서 상기 시료 표면의 결함을 검출하는 신호 처리부를 구비해서 시료를 검사하는 결함 검사 장치로서, 상기 패턴 칩에는, 상기 조명광 조사부에 의해 상기 선 형상으로 성형된 조명광이 조사되었을 때에 상기 검출 광학계부의 복수의 검출 광학계의 각각의 대물 렌즈의 위치에 따른 산란광을 발생시키기 위한 복수의 반복 패턴이 주기적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치」가 기재되어 있다.

일본 특개2014-174052호 공보

상기 기술에 있어서는, 검출계의 위치 조정을 행할 때에, 산란광을 발생시키기 위한 복수의 반복 패턴을 이용한다. 그러나, 위치 조정은 계측 시마다 행할 필요가 있어, 만약 상기 기술의 패턴을 이용한다고 하더라도, 치밀하게 위치 조정을 행하기에는 과도하게 시간이 걸릴 우려가 있다. 특히, 대상물의 패턴에 발생한 결함을 검사하는 결함 검사 장치, 결함 검사 장치에서 사용하는 패턴 칩, 및, 결함 검사 장치에서 실행되는 결함 검사 방법에 있어서는, 검사 대상물의 흐름에 맞춰서 대량으로 정밀도 좋게 검사를 행할 필요가 있기 때문에, 위치 조정에 필요한 시간이 길면, 검사 공정으로서 성립하지 않을 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 검출계의 충분한 위치 조정을 신속히 행함으로써, 결함 검사의 처리 효율을 향상시키는 기술을 제공하는 것에 있다.

본원은, 상기 과제의 적어도 일부를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 예를 든다면, 이하와 같다. 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 결함 검사 장치는, 검사 대상의 시료 및 패턴 기판을 올려서 이동하는 스테이지와, 상기 스테이지 상의 물체에 대하여 상기 패턴 기판의 법선 방향으로부터 경사진 방향으로부터 입사하고 상기 패턴 기판 상에 있어서 제1 방향으로 연신(延伸)하는 형상의 조명광을 조사하는 조명 광학계와, 상기 조명광의 조사에 의해서 상기 법선 방향으로 발생하는 산란광을 제1 검출기에 결상시켜서 검출하는 제1 검출 광학계와, 상기 산란광 중 상기 제1 검출 광학계가 검출하는 산란광과는 다른 방향으로 방사되는 산란광을 제2 검출기에 결상시켜서 검출하는 제2 검출 광학계와, 상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계가 검출하는 산란광의 신호를 처리하는 신호 처리부와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 각각에 있어서 얻어지는 상기 산란광의 신호를 이용해서, 상기 제1 검출 광학계 또는 제2 검출 광학계의 초점 위치 및 상기 조명광의 조명 영역에 대한 각 검출기의 삼차원 위치를 조정하는 제1 조정 처리와, 상기 산란광의 신호를 이용해서 상기 제1 검출 광학계 또는 상기 제2 검출 광학계의 검출기의 광축 방향의 위치 및 상기 스테이지의 높이 방향의 위치를 변경해서 초점을 조정하는 제2 조정 처리를 실시하고, 상기 제어부는, 상기 제2 조정 처리를, 상기 제1 조정 처리보다 높은 빈도로 실시한다.

본 발명에 따르면, 실태에 따른 표준으로 되는 데이터를 학습해서 이상(異常)의 통지를 행할 수 있다. 상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.

도 1은 실시예 1에 따른 결함 검사 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 실시예 1에 따른 조명 광학계와 수직 검출 광학계의 상세 구성을 나타내는 측면도.
도 3은 실시예 1에 있어서의 검출 광학계의 구성과 배치를 나타내는 측면도.
도 4는 검사 대상 기판에의 사방(斜方) 조명의 입사 방향과 복수의 검출 광학계의 검출 방향의 위치 관계를 나타내는 사시도.
도 5는 실시예 1에서 사용하는 패턴 칩의 구성예를 나타내는 평면도.
도 6은 실시예 1에서 사용하는 도트 일렬 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도.
도 7은 실시예 1에서 사용하는 패턴 칩의 도트에 의한 산란광 분포 계산 결과의 컬러맵과 검출 광학계의 개구 위치를 나타내는 도면.
도 8은 실시예 1에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도.
도 9는 실시예 1에 따른 패턴 칩의 도트 L&S 패턴 영역으로부터 얻어지는 검출 신호의 파형을 나타내는 도면.
도 10은 실시예 1에서 사용하는 L&S 패턴 영역의 단차를 나타내는 평면도 및 단면도.
도 11은 실시예 1에 따른 패턴 칩을 이용한 광학계의 전체 조정 수순을 나타내는 플로차트.
도 12는 실시예 1에 따른 패턴 칩을 이용한 광학계의 부분 조정 수순을 나타내는 플로차트.
도 13은 실시예 1에 따른 결함 검사 장치에 의한 광학계의 조정을 포함한 검사 수순을 나타내는 플로차트.
도 14는 실시예 2에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도.
도 15는 실시예 2에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역에 의한 회절광 분포와 검출 광학계의 개구 위치의 관계를 나타내는 모식도.
도 16은 실시예 3에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 신호 재구성에 의해서 얻어지는 검출 신호의 파형을 나타내는 도면.
도 17은 실시예 4에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도.
도 18은 실시예 5에서 사용하는 굴곡 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도.
도 19는 실시예 5에서 사용하는 굴곡 L&S 패턴의 에지 각도 최적화의 설명도.

이하에, 본 발명에 따른 제1 실시형태를 도 1 내지 도 5에 의거해서 설명한다. 또, 제1 실시형태에 한정하지 않고, 실시형태를 설명하기 위한 전도면에 있어서, 동일한 부재에는 원칙으로서 동일한 부호를 부여하고, 그 반복의 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함한다)는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백히 필수라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수인 것이 아닌 것은 물론이다. 또한, 「A로 이루어지는」, 「A로부터 이루어지는」, 「A를 갖는」, 「A를 포함하는」이라고 언급할 때는, 특별히 그 요소만인 취지를 명시한 경우 등을 제외하고, 그 이외의 요소를 배제하는 것이 아닌 것은 물론이다. 마찬가지로, 이하의 실시형태에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등에 언급할 때는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백히 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다.

예를 들면 반도체 디바이스, 액정 표시 소자, 혹은 프린트 기판 등에서는, 기판 상에 패턴을 형성하는 제조 공정이 있다. 그 제조 공정에서는, 패턴의 형성 시에 발생하는 결함을 검사해서 대책을 실시하기 위하여, 결함의 발생 상황을 검출하는 결함 검사 장치가 검사 공정에 사용된다. 전술과 같이, 특허문헌 1에는, 조명광의 초점 및 복수의 검출계의 초점을 각각의 초점 심도 내에 안정되게 일치시키는 것이 가능한 결함 검사 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 패턴 칩은 사선 방향의 검출계에 대응하는 패턴을 구비하고, 동(同)패턴은 일 방향으로 긴 조명빔의 장변 방향에 대해서 직교하여 있지 않은 라인 앤드 스페이스 패턴(이하, L&S 패턴으로 표기하는 경우가 있다)이다.

특허문헌 1에 기재된 패턴 칩을 이용해서 초점 위치 조정을 행하는 경우에는, 사선 방향의 검출계의 초점 위치 조정 동작에 있어서는, 소정의 폭을 갖는 선 형상의 조명광의 조명 영역과 상기 라인 앤드 스페이스 패턴이 겹친 유한의 폭을 갖는 영역이 상으로서 검출되는 것으로 된다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 조정에는 상의 디포커스에 의한 퍼짐이나 피크 강도의 변화를 계측할 필요가 있지만, 사선 방향의 검출계에서 얻어지는 상에서는 조정에 요하는 상의 폭이 적절하지 않은 경우도 있고, 디포커스양이 작기 때문에 상의 변화가 작아져 버려서, 고정밀도로 조정을 행할 수 없을 우려가 있었다.

(1) 실시예 1 도 1에, 본 실시예에 따른 결함 검사 장치(1000)의 구성예를 나타낸다. 결함 검사 장치(1000)는, 광원부(101), TTL 조명 광학계(111), 사방 조명 광학계(112), 대물 렌즈(102a), 대물 동(瞳) 광학부(103a), 편광자(104a), 결상 렌즈(105a), 검출기(106a), 신호 처리부(200), 전체 제어부(301), 표시부(302), 연산부(303), 기억부(304), 스테이지 구동부(151), X-Y-Z-θ 스테이지(152)(이하 「스테이지(152)」라 한다), 패턴 칩(191)을 갖고 있다. 또, 대물 렌즈(102a), 대물 동 광학부(103a), 편광자(104a), 결상 렌즈(105a), 검출기(106a)에 대해서는, 검사 대상 기판(2)을 그 법선 방향으로부터 관찰하기 위하여, 광로가 검사 대상 기판(2)의 법선 방향으로 되도록 배치된다.

광원부(101)로부터 발사된 조명광은 미러(110)에서 반사되고, 그 광로가 미러(113)의 방향으로 절곡된다. 미러(113)에 입사한 조명광은 더 반사되고, 사방 조명 광학계(112)에 입사된다. 사방 조명 광학계(112)는, 입사한 조명광을 선 형상으로 집광한다. 선 형상으로 집광된 조명광은, 검사 대상 기판(2)을 그 사선 위쪽으로부터 조사한다. 여기에서, 미러(110)는 광원부(101)로부터 발사되는 조명광의 광로에 대해서 넣고 꺼내기 가능하다. 미러(110)가 조명광의 광로로부터 벗어난 위치로 이동하여 있을 경우, 조명광은, TTL 조명 광학계(111)에 입사한다. TTL 조명 광학계(111)에 입사한 조명광은 선 형상으로 집광되어 대물 동 광학부(103)에 입사하고, 그 광로가 대물 렌즈(102)의 방향으로 절곡된다. 대물 렌즈(102)를 통과한 조명광은, 검사 대상 기판(2)을 그 법선 방향으로부터 조사한다.

사방 조명 광학계(112)를 통과한 사방 조명광, 또는, TTL 조명 광학계(111)를 통과한 수직 조명광이 검사 대상 기판(2)을 조사함에 의해 발생한 정반사광, 회절광, 산란광(이하, 이들을 총칭해서 「반사광」이라 한다)은, 대물 렌즈(102)에 입사해서 집광된 후, 대물 동 광학부(103), 편광자(104), 결상 렌즈(105)를 순서대로 통해서, 검출기(106)의 검출면 상에 결상되고, 전기 신호로 변환된다. 또, 편광자(104)는, 결상 렌즈(105)와 검출기(106) 사이이며, 검출기(106)의 직전에 배치해도 된다. 또한, 편광자(104)는, 회전 기구와 광축 외로 퇴피(退避)하는 기구를 갖고 있다. 회전 기구에 의해, 편광자(104)를 임의의 검광(檢光) 각도로 설정할 수 있다. 퇴피하는 기구에 의해, 편광자(104)의 사용과 미사용을 전환할 수 있다.

검출기(106)로부터 출력된 전기 신호는 신호 처리부(200)에 입력된다. 신호 처리부(200)는, 컴퓨터를 기본 구성으로 한다. 즉, 신호 처리부(200)는, 입출력 장치, 기억 장치, 제어 장치, 연산 장치 등으로 구성된다. 신호 처리부(200)는, 검사 영역에 대응하는 전기 신호와 검사 대상 기판(2) 상의 다른 영역으로부터 얻어진 전기 신호의 비교에 의해 결함의 유무 등을 판별하고, 검출한 결함의 정보를 출력한다. 신호 처리부(200)에서 검출된 결함의 신호 강도를 포함하는 결함의 특징량과 위치 정보는, 전체 제어부(301)를 통해서 기억부(304)에 기억됨과 함께, 표시부(302)에 표시된다. 검사 대상 기판(2)은, 스테이지 구동부(151)에 의해서 구동되는 스테이지(152)에 의해서 주사되고, 전면(全面)이 검사된다.

도 1에서는, 결함 검사 장치(1000)의 검출 광학계(대물 렌즈(102), 대물 동 광학부(103), 결상 렌즈(105), 검출기(106)에 의해서 구성된다)를 일 계통만 도시하고 있지만, 실제로는, 복수의 검출 광학계가 서로의 대물 렌즈(102)가 기계적으로 간섭하지 않도록 설치된다. 도면 중의 부호의 후단의 "a"는, 대물 렌즈(102), 대물 동 광학부(103), 결상 렌즈(105), 검출기(106)가 어느 일 계통(검사 대상 기판(2)의 법선 방향의 "계통 a")의 검출 광학계에 속하는 것을 나타내고 있다. 따라서, 실제로는, 신호 처리부(200)는, 복수의 검출 광학계를 통해서 검출된 복수의 전기 신호를 처리해서 결함을 판정한다.

조명 광학계, 검출 광학계가 설치된 장치 내 공간(2001)에는, 온도나 기압을 모니터하는 온도계(2002)와 기압계(2003)가 설치되고, 장치 내 공간(2001)의 환경 상태의 계측값이 전체 제어부(301)에 상시 출력된다. 조명 광학계와 검출 광학계의 보다 상세한 구성을 도 2에 나타낸다.

도 2는, 실시예 1에 따른 조명 광학계와 수직 검출 광학계의 상세 구성을 나타내는 측면도이다. 광원부(101)는, 레이저 광원(1011), 어테뉴에이터(1012), ND 필터(1013), 파장판(1014), 빔 익스팬더(1015)를 갖고 있다. 레이저 광원(1011)으로부터 발진 출력된 레이저는, 어테뉴에이터(1012)에서 출력이 조정되고, ND 필터(1013)에서 광량이 조정되고, 파장판(1014)에서 편광 상태가 조정되고, 빔 익스팬더(1015)에서 빔경 및 형상이 조정 및 제어되어, 조명광으로서 발사된다.

광원부(101)로부터 발사된 조명광의 광로는, 미러(110)의 유무에 의해, TTL 조명 광학계(111) 또는 사방 조명 광학계(112)에 인도된다. 즉, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 이동된 미러(110)가, 조명광의 광로로부터 벗어난 위치에 설치되어 있을 경우, 광원부(101)로부터 발사된 조명광은, 미러 유닛(1102)을 통해서 TTL 조명 광학계(111)에 입사한다. 한편, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 이동된 미러(110)가, 조명광의 광로 상에 설치되어 있을 경우, 광원부(101)로부터 발사된 조명광은, 미러(110)에서 반사되어 미러 유닛(1101)에 입사하고, 미러 유닛(1101)에서 더 반사되어 사방 조명 광학계(112)에 입사한다. TTL 조명 광학계(111) 또는 사방 조명 광학계(112)에 입사한 조명광은, 각각 일 방향으로 긴 광속(光束)으로 성형된 후, TTL 조명 광학계(111) 또는 사방 조명 광학계(112)로부터 출사된다.

레이저 광원(1011)은, 단파장, 고출력, 고휘도, 고안정인 것이 적합하고, YAG 레이저의 제3, 제4, 혹은 제5 고조파(高調波)(각각 파장이 355, 266, 213㎚)를 이용한 것 등이 이용된다. 사방 조명 광학계(112) 또는 TTL 조명 광학계(111)에 입사하는 조명광의 각도와 위치는, 각각 미러 유닛(1101 또는 1102)에 의해서 제어되고, 검사 대상 기판(2) 상에서 원하는 위치에 조명광이 조사되도록 조정된다. 미러 유닛(1101 및 1102)은, 각각 복수의 평면 미러로 구성되고, 그 평면 미러의 각도와 위치의 조정에 의해서 조명광의 각도와 위치가 조정된다.

도 3은, 실시예 1에 있어서의 검출 광학계의 구성과 배치를 나타내는 측면도이다. 도 3에는, 복수의 검출 광학계의 배치 관계가 나타나 있다. 수직 검출 광학계(170a)는, 대물 렌즈(102a), 편광자(104a), 결상 렌즈(105a), 검출기(106a)를 갖고 있다. 수직 검출 광학계(170a)는, 검사 대상 기판(2)으로부터 발생된 후, 대물 렌즈(102a)에서 집광된 반사광에 의한 상을 검출기(106a)에 결상함에 의해 반사광을 검출한다. 좌측 사방 검출 광학계(170b)는, 대물 렌즈(102b), 편광자(104b), 결상 렌즈(105b), 검출기(106b)를 갖고 있다. 좌측 사방 검출 광학계(170b)는, 검사 대상 기판(2)으로부터 발생된 후, 대물 렌즈(102b)에서 집광된 반사광에 의한 상을 검출기(106b)에 결상함에 의해 반사광을 검출한다. 우측 사방 검출 광학계(170c)는, 대물 렌즈(102c), 편광자(104c), 결상 렌즈(105c), 검출기(106c)를 갖고 있다. 우측 사방 검출 광학계(170c)는, 검사 대상 기판(2)으로부터 발생된 후, 대물 렌즈(102c)에서 집광된 반사광에 의한 상을 검출기(106c)에 결상함에 의해 반사광을 검출한다.

수직 검출 광학계(170a)는 대물 동 광학부(103)를 갖고, 수직 조명광을 검사 대상 기판(2)에 유도한다. 수직 검출 광학계(170a)는 또한, 광로에 대해서 넣고 빼기 가능한 미러(108)와, 검출기(106a)와 공역 위치에 있는 이차원 검출기(109)를 갖고 있다. 이차원 검출기(109)는, 검출기(106a)와 실질적으로 동일한 상면(像面)의 이차원상을 검출할 수 있다. 미러(108)는 하프 미러 또는 전반사 미러이고, 하프 미러를 이용한 경우는 검출기(106a)와 이차원 검출기(109)의 신호의 동시 검출이 가능하다.

검출기(106a, 106b, 106c)는, 각각 스테이지(107a, 107b, 107c)에 의해 유지되어 있다. 검출기(106a, 106b, 106c)는, CCD 리니어 이미지 센서, CMOS 리니어 이미지 센서 등의 일차원 검출기이다. 스테이지(107a, 107b, 107c)는, X, Y, Z의 병진(竝進) 기구와 이축의 회전 기구를 갖고, 이들에 의해 검출기의 위치 및 자세(방위각, 기울기각)를 조정한다. 이 조정은, 후술하는 조명 영역 RI를 각각의 검출 광학계가 결상해서 형성하는 상의 장변 방향의 방위 및 상면과, 검출기(106a, 106b, 106c)의 장변 방향의 방위 및 수광면이 일치하도록 행해진다. 방위각은 각 검출 광학계의 광축에 수직인 면 내의 회전각이고, 기울기각은 동광축에 수직인 면에 대한 경사각이다.

도 4는, 검사 대상 기판에의 사방 조명의 입사 방향과 복수의 검출 광학계의 검출 방향의 위치 관계를 나타내는 사시도이다. 도 4에는, 사방 조명광의 검사 대상 기판(2)에의 조사 방향과, 검출 광학계의 검출 방향(검출 개구 위치)의 관계가 나타나 있다. 사방 조명 광학계(112)가 출력하는 사방 조명광의 검사 대상 기판(2)에의 입사 방향을 LI, 검사 대상 기판(2)에 의한 반사 방향을 LR로 한다. 사방 조명광 또는 수직 조명광이 조사되는 검사 대상 기판(2) 상의 조명 영역을 RI로 한다. 수직 검출 광학계(170a)는 개구(검사 대상 기판(2)으로부터의 반사광 중 대물 렌즈(102a)가 집광하는 반사광의 방향의 범위)(102A), 좌측 사방 검출 광학계(170b)는 개구(102B), 우측 사방 검출 광학계(170c)는 개구(102C)로 각각 표기한다.

LI, LR이 YZ면 내에 존재하도록 XYZ 좌표계를 설정하면, 개구(102A)는 중심이 Z축 방향으로 된다. 이때, 개구(102B와 102C)는, 중심이 XZ면 내에 존재하고, Z축으로부터 θD만큼 경사진 방향으로 배치된다. 사방 조명 광학계(112) 및 TTL 수직 조명 광학계(111)는, 검사 대상 기판(2) 상에서 Y축에 평행한 선 형상의 조명빔(조명 영역 RI)을 형성한다. 이 배치에 의해, 검출 광학계(170a, 170b, 170c)에 사방 조명광의 정반사광(LR)이 입사하지 않는다. 또한, 검출 광학계(170a, 170b, 170c) 모두 그 광축이 조명 영역 RI의 장변 방향에 직교하기 때문에, 조명 영역 RI의 전역에 걸쳐서 상의 초점을 맞출 수 있다. 검출 광학계(170a, 170b, 170c)가 정반사광을 검출하지 않고, 회절광 및 산란광만을 검출함으로써, 검사 대상 기판(2) 상의 평탄한 영역은 암흑 상태로 되고, 회절광이나 산란광을 발하는 요철 형상(회로 패턴이나 이물 등)만이 검출되기 때문에, 고감도의 결함 검사가 가능하다. 또한, 조명 영역 RI의 전역에 걸쳐서 상의 초점이 맞음으로써, 조명 영역 RI의 전역에 걸쳐서 흐려짐이 없는 명료한 상이 얻어지기 때문에, 고속이며 또한 고감도의 결함 검사가 가능하다.

검출 광학계의 검출 분해능은, 검출 광학계의 개구수(NA : Numerical Aperture)와 검출 파장(λ)에 의존한다. 검출 분해능은 에어리 디스크 직경 기준으로는 1.22λ/NA이고, 물체 상에서 공간적인 퍼짐을 갖지 않는 점이 검출 분해능 정도의 퍼짐을 가진 점상으로서 검출된다. 단파장, 고개구수에 의해 고분해능을 실현할 수 있다. 심자외 파장에서 개구수 0.4 정도의 대물 렌즈를 이용했을 경우, 0.8㎛ 정도의 분해능이 얻어진다.

오토포커스(AF : Autofocus) 조명계(181)로부터 출사하는 AF용의 조명빔은, 광로 LAI를 통과해서 검사 대상 기판(2)에서 반사하고, 광로 LAR을 통과해서 AF 수광계(182)에서 수광된다. AF 조명계(181)는, 광원과 투영 렌즈를 갖고, 검사 대상 기판(2)에 슬릿 형상의 상을 투영한다. AF 수광계(182)는, 수광 렌즈와 위치 검출 소자(PSD : Position Sensitive Detector)를 갖고, 슬릿상의 위치를 계측한다. 검사 대상 기판(2)의 상하동에 의한 슬릿상의 변위를 계측함으로써, 검사 대상 기판(2)의 상하동이 계측된다. 계측 신호는 전체 제어부(301)와 스테이지 구동부(151)에 입력되고, 결함 검사 장치(1000)의 조명 광학계 및 검출 광학계의 조정, 그리고 스테이지(152)에 의한 검사 대상 기판(2)의 높이(Z) 조정에 이용된다.

AF 조명계(181)와 AF 수광계(182) 대신에, AF 조명계(181)의 위치에 광원, 투영 렌즈, 수광 렌즈, 위치 검출 소자를 갖는 AF 조명·수광계를 배치하고, AF 수광계(182)의 위치에 반사 미러를 배치하고, AF 조명·수광계가 발한 AF용의 조명빔을 반사 미러로 반사해서 AF 조명·수광계에서 재수광하고, 왕복 시의 슬릿상의 변동을 계측함으로써, 보다 고정밀도로 검사 대상 기판(2)의 높이를 계측하는 것도 가능하다.

상기한 조명 광학계 및 검출 광학계의 배치의 경우, 조명 영역 RI 중에 요철 패턴이 존재하지 않으면, 검출 광학계에 있어서 조명광에 의한 신호를 검출할 수 없고, 그 신호에 의거해서 조명 광학계 및 검출 광학계의 조정을 행할 수 없다. 한편, 요철 패턴을 구비하는 시료를 검사 대상 기판(2)과 실질적으로 같은 위치에 설치해서 그 검출 신호를 계측하면, 조명 영역 RI로부터 발생하는 회절광 및 산란광을 검출 광학계에 의해서 검출할 수 있고, 조명 광학계 및 검출 광학계를 조정할 수 있다. 이 요철 패턴을 갖는 구조체가 패턴 칩(191)이다.

도 5는, 실시예 1에서 사용하는 패턴 칩의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 5에는, 패턴 칩(191)의 구성예가 나타나 있다. 패턴 칩(191)이 갖는 요철 패턴을 이용해서 조명 광학계와 검출 광학계를 조정함에 의해, 검사 대상 기판(2)의 패턴에 관계없이, 조명 광학계와 검출 광학계의 조정을 같은 조건에서 행할 수 있고, 광학계를 장기간 안정한 상태로 유지할 수 있다.

검사 대상 기판(2)의 검사 시와 비슷한 조건에서 광학계를 조정하기 위해서는, 패턴 칩(191)은 검사 대상 기판(2)의 근방에 설치하고, 그 표면의 높이가 검사 대상 기판(2)과 실질적으로 동등하게 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 검사 대상 기판(2)과 패턴 칩(191)의 표면 높이가 서로 다를 경우, 각각의 표면의 높이의 차를 이용해서 스테이지(152)의 높이 Z를 보정함에 의해, 패턴 칩(191)을 이용한 조정 시와 검사 대상 기판(2)의 검사 시에 검출 대상 패턴의 높이를 실질적으로 동등하게 한다.

패턴 칩(191)은, 표면의 패턴 영역(601) 내에, 회절광이나 산란광을 발생하는 요철 패턴을 갖는다. 도 5에 있어서는, 선 형상으로 성형된 조명 영역 RI의 장변 방향을 Y 방향으로 하고, 조명 영역 RI의 폭 방향(장변 방향과 직교하는 방향)을 X 방향으로 한다. 패턴 영역(601)에는, Y 방향으로 나열되는 복수의 패턴 소(小)영역(602a, 602b, 602c, …)을 갖는다.

패턴 소영역(602a, 602b, 602c, …)의 영역 사이즈 및 그 내부에 형성되는 패턴은 서로 공통된다. 이하, 이들 패턴 소영역(602a, 602b, 602c, …)을 총칭할 때에는, 「패턴 소영역(602)」이라 한다. 패턴 소영역(602)의 개개의 영역의 Y 방향의 길이는, 조명 영역 RI의 Y 방향의 길이보다 짧다(예를 들면 1/4 이하). 따라서, 조명 영역 RI의 Y 방향의 범위 내에는, 복수의 패턴 소영역(602)이 포함된다. 예를 들면 4개 이상의 패턴 소영역(602)이 조명 영역 RI의 내부에 포함된다. 이것에 의해, 조명 영역 RI의 Y 방향의 복수 개소(4개소 이상)에 있어서, 공통의 기하 패턴을 이용하여, 후술하는 조명 광학계 및 검출 광학계의 조정을 실시할 수 있다. 이 때문에, 조명 영역 RI 내의 Y 방향의 위치(즉, 검출 시야 내의 위치)에 의한 조정 상태의 불균일을 억제해서 감도의 불균일을 억제할 수 있다.

패턴 소영역(602)은, 복수의 기하 패턴을 갖고 있고, 도트 일렬 패턴 영역(611), 라인 앤드 스페이스 패턴 영역(612), 도트 L&S 패턴 영역(613)을 갖고 있다.

도 4 및 도 5에 있어서, 조명 영역 RI는, 편의적으로 타원형으로 나타내고 있지만, 실제로는, 조명광의 강도 분포가 Y 방향으로 긴 타원 형상의 가우스 분포이고, 분포 중심에 대한 상대 강도가 1/e² 이상으로 되는 영역이 조명 영역 RI에 상당한다. 조명 영역 RI의 폭은, X 방향으로 집광한 가우스 분포의 집광폭이고, 조명 영역 RI가 좁고 가는 선 형상의 조명광을 이용함으로써 X 방향의 검출 분해능 및 조명 파워 밀도를 높게 할 수 있어, 고감도의 결함 검사를 실현할 수 있다. 조명 영역 RI의 X 방향의 폭은 0.5㎛ 내지 1.5㎛가 이용된다. 폭을 가늘게 할수록 고감도화에는 유리하지만, 조명을 집광하는 개구각을 크게 취할 필요가 있고, 초점 심도가 좁아지기 때문에, 검사의 안정성을 유지하는 것이 어려워진다. 실용적으로는 0.8㎛ 정도가 적당하다.

도 6은, 실시예 1에서 사용하는 도트 일렬 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 6에는, 도트 일렬 패턴 영역(611)의 구성예가 나타나 있다. 도트 일렬 패턴 영역(611)은, 도트 패턴을, X 방향으로 소정의 간격으로 직선 형상으로 일렬만 나열한 것이다. 개개의 흑색 동그라미가 도트(1903)에 대응한다. 도트 일렬 패턴 영역(611) 내에 있어서의 도트(1903)의 X 방향의 간격 dx는, 조명 영역 RI의 폭 및 검출기(106a, 106b, 106c)의 X 방향의 화소 치수보다 작다. 이 때문에, 도트열에 대한 조명 영역 RI의 X 방향의 상대 위치에 관계없이, 어느 하나의 도트의 신호가 검출되고, 검출기(106a, 106b, 106c) 각각에 의한 도트열의 Y 방향의 검출 위치가 계측된다.

도 7은, 실시예 1에서 사용하는 패턴 칩의 도트에 의한 산란광 분포 계산 결과의 컬러맵과 검출 광학계의 개구 위치를 나타내는 도면이다. 도트 일렬 패턴 영역(611)의 도트 패턴의 산란광은, 도 7에 나타내는 바와 같이 전방위에 대해서 거의 균등하게 나타나기 때문에, 검출 광학계(170a, 170b, 170c)의 전부에서 검출할 수 있다. 검출기(106a, 106b, 106c)에 있어서는, Y 방향으로 복수 나열된 도트 일렬 패턴 영역(611)의 신호의 Y 방향의 간격은, 각각의 검출 광학계의 배율에 비례한다. 이 때문에, 검출된 도트 일렬 패턴 영역(611)의 Y 방향의 간격을 기준으로, 각각의 검출 광학계의 배율을 원하는 값으로 조정할 수 있다.

또한, 검출기(106a, 106b, 106c)에 있어서의 도트 일렬 패턴 영역(611)의 신호의 Y 방향의 위치를 계측하고, 복수의 검출기 사이에 맞춰 넣음으로써, 검출기(106a, 106b, 106c)의 Yp 방향의 위치(패턴 칩(191) 상에서의 검출 대상 영역의 Y 방향 위치)를 맞출 수 있다. 이것에 의해, 검사 대상 기판(2) 상의 동일 개소를 검출기(106a, 106b, 106c)에서 검출한 신호를 비교, 통합 처리하는 것이 가능하게 되어, 검사 감도를 향상시킬 수 있다.

도 8은, 실시예 1에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 8에는, 도트 L&S 패턴 영역(613)의 구성예가 나타나 있다. 도면 중의 흑색 동그라미는, 개개의 도트(1903)에 대응한다. 도트 L&S 패턴 영역(613)은, 최소 반복 단위 영역(1902)을 이차원(X 방향과 Y 방향)으로 반복 나열한 구성을 갖고 있다. 최소 반복 단위 영역(1902)은, Y 방향으로 가늘고 긴 영역이다. 당해 영역 내의 복수의 도트는, Y 방향의 중앙 위치에 대해서 경상(鏡像) 대칭으로 되도록 직선적으로 배치된다. 도 8에서는, 지면(紙面)의 관계상, 최소 반복 단위 영역(1902)을 X 방향으로만 나열한 구성을 묘사하고 있다. 이와 같이, 최소 반복 단위 영역(1902)이 반복의 기본 단위로 된다.

여기에서는, 최소 반복 단위 영역(1902) 내에 있어서의 도트(1903)의 X 방향으로의 최소의 간격을 dx로 하고, Y 방향의 간격을 dy로 한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, dx는, Y 방향으로 나열되는 각 행에 대응하는 복수의 도트의 X 방향으로의 최소의 간격에 해당한다. 또한, 최소 반복 단위 영역(1902)의 X 방향의 길이를 lx로 하고, Y 방향의 길이를 ly로 한다.

도트 L&S 패턴 영역(613)의 크기는, 최소 반복 단위 영역(1902)의 M×N배이다. M은 X 방향의 개수, N은 Y 방향의 개수이다. 통상적으로, M은 2000∼10000, N은 5∼50 정도이다. 바람직한 파라미터의 일례는, dx=0.1㎛, dy=2㎛, (M, N)=(5000, 10)이고, 이때 최소 반복 단위 영역(1902)의 크기는 lx×ly=1㎛×40㎛(X 방향×Y 방향)이고, 도트 L&S 패턴 영역(613)의 크기는 5㎜×400㎛이다.

X 방향의 반복수 M이 클수록 도트 L&S 패턴 영역(613)이 X 방향으로 커져서, 조명 영역 RI의 X 방향의 위치의 미조정이 불필요해진다. 특히, 파장이 짧은 자외선 영역의 조명광을 패턴 칩(191)에 조사하는 경우에는, 패턴 칩(191) 상에 형성된 패턴이 조명광의 조사에 의해 데미지를 받아서 열화(劣化)한다. 이 열화는, 패턴으로부터 발생하는 산란광의 강도나 분포를 변화시키고, 결과적으로, 패턴 칩(191)을 이용한 광학계 조정의 조정 상태를 변화시킨다. 이와 같이, 자외선 영역의 조명광에 의한 조사는, 검사 성능의 안정성을 손상시키는 문제가 있다.

이것에 대하여, 본 실시예에 있어서의 도트 L&S 패턴 영역(613)은 X 방향으로 길고, 또한 같은 패턴(즉, 최소 반복 단위 영역(1902))이 X 방향에 다수 존재한다. 이 때문에, 본 실시예의 패턴 칩(191)의 경우에는, 선 형상의 조명 영역 RI에 대해서 패턴 칩(191)의 설치 위치를 X 방향으로 시프트하는 것만으로, 시프트하기 전과 같은 조정 동작을 실행할 수 있다. 따라서, 정기적으로 패턴 칩(191)의 설치 위치를 X 방향으로 시트프함으로써, 자외선 영역의 조명광의 장시간의 조사에 의한 데미지를 회피할 수 있다. 또는, 패턴 칩(191) 상의 열화한 영역을 사용하지 않고 열화하여 있지 않은 다른 영역을 사용함으로써, 장기간 안정한 조정을 실행할 수 있다.

최소 반복 단위 영역(1902)의 X 방향의 폭 lx는, 조명 영역 RI의 X 방향의 폭(예로서 0.8㎛)보다 크다. 또한, 최소 반복 단위 영역(1902) 내에서, 동일한 Y 좌표에 존재하는 도트(1903)는 하나뿐이다. 이들 조건에 의해, Y 방향으로 긴 리니어 이미지 센서(검출기(106a, 106b, 106c))에서 도트 L&S 패턴 영역(613)을 검출할 때에, 복수의 도트의 신호가 겹쳐서 검출되는 것을 피할 수 있다.

개개의 도트(1903)는, 실리콘 기판 상에 집속 이온빔 가공, 전자빔 가공, 레이저 가공, 또는, 포토리소그래피 등의 방법으로 패터닝된 실질적으로 원형의 오목 혹은 볼록 패턴, 또는, 합성 석영 등의 투명한 기판 상에 형성된 실질적으로 원형의 불투명 패턴 등으로 이루어진다.

사방 조명 광학계에 의한 조명광에 의해서 도트(1903)로부터 산란광이 발생하고, 검출 광학계에 의해서 검출된다. 원형 패턴의 직경은 0.05㎛ 내지 0.3㎛ 정도의 범위 내이면 되며, 예를 들면 0.1㎛ 정도가 바람직하다. 직경 0.1㎛의 원형 패턴은 검출 분해능보다 충분히 작기 때문에, 실질적으로 길이를 갖지 않는 점 패턴과 마찬가지의 상으로서 검출된다.

패턴의 가공에 이용하는 가공 장치가 원형 패턴의 가공에 대응하고 있지 않을 경우, 원형 패턴과 동등한 치수의 정사각형, 정육각형, 또는, 미소한 삼각형이나 사각형을 조합해서 원형에 가깝게 한 형상 등으로 대용하는 것도 가능하다. 이들 대용 형상과 이상적인 원형 패턴의 차이가 조명광의 파장, 검출 시의 공간 분해능, 또는, 가공 장치의 가공 분해능보다 작을 경우, 대용 형상 패턴은 원형 패턴과 마찬가지로 기능한다. 좌우의 사방 검출 광학계(170b, 170c)에 의한 산란광의 강도 증가의 관점에서는, 대용 형상으로서는, 조명의 입사 방향에 대해서 사선 방향의 에지를 갖는 육각형 패턴, 혹은 삼각형 패턴이 바람직하다. 예를 들면 조명광의 입사 방향 LI(XY면 내에서는 +Y축 방향)에 대해서 기운 방향(예를 들면 Y축 방향에 대해서 45° 경사진 방향)의 에지는, 산란광을 ±X 방향으로 향하게 하는 효과가 있기 때문에, 사방 검출 광학계에 의한 검출 강도를 증가하는데 유효하다.

도 7의 설명으로 되돌아간다. 도 7은, 전술한 바와 같이, 도트 패턴에 의한 산란광의 각도 분포를 나타내고 있다. 도 7에 있어서의 대원(大圓)은, 도 4에 나타낸 조명 방향과 검출 광학계의 개구 위치를, 도 4의 XYZ축의 원점을 중심으로 한 천구(天球) 상에 배치하고, 또한, Z가 0 이상인 반구를 XY 평면에 사영(射影)해서 표시한 것이다. 사방 조명광의 정반사광 방향을 나타내는 벡터 LR의 선단, 및, 검출 광학계의 개구(102A, 102B, 102C)의 각 위치를 나타냈다. 도 7은, 직경 0.1㎛, 깊이 0.1㎛의 원통 오목 형상의 도트 패턴의 산란광 강도의 각도 분포(시뮬레이션에 의한 계산값)이다. 조명은, 파장 266㎚, 편광은 S 및 P 편광의 사방 조명이다.

도트 패턴의 산란광을 각 검출 광학계에 의해서 검출해서 조정을 행하기 위해서는, 충분한 검출 신호 강도를 얻을 수 있도록, 검출 광학계의 개구(102A, 102B, 102C)가 전체적으로 넓게 걸쳐서 분포하는 것이 바람직하다. 또한, 검출 광학계의 디포커스를 고정밀도로 검출 및 계측하기 위해서는, 개개의 검출 광학계의 개구(102A, 102B, 102C)의 내부에 있어서 산란광의 분포가 일정하게 퍼져 있는 편이, 개구(102A, 102B, 102C) 중에서 산란광의 분포가 국소적으로 편향되어 있는 경우에 비해서 바람직하다. 도 7에 나타낸 산란광의 분포는, 이들 조건을 충족시키고 있다. 도트 패턴의 산란광의 분포가 천구 상에서 거의 일정하게 분포하고 있는 것은, 도트 패턴의 치수가 파장보다 짧고, 레일리 산란에 근사할 수 있는 산란이 일어나 있기 때문이다.

조명광의 편광은, P 편광의 편이 S 편광에 비해서 산란광 강도가 크다. 이 때문에, 도트 패턴에 사방 조명광을 조사해서 조정을 행할 때에는 P 편광을 이용하는 것이 바람직하다. 같은 원통 형상의 볼록 패턴을 고려할 경우, P 편광 조명의 편이 S 편광에 비해서 산란 강도가 커지지만, 정반사(LR)의 주변에 산란광 강도가 편향되는 것을 알 수 있다. 한편, 오목 패턴의 경우, 산란광 강도가 큰 P 편광 조명에 있어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 개구(102A) 위치를 중심으로 모든 곳에 산란광이 퍼져 있다. 이 때문에, 볼록 패턴에 비해서, 오목 패턴이 보다 바람직하다.

도 9는, 실시예 1에 따른 패턴 칩의 도트 L&S 패턴 영역으로부터 얻어지는 검출 신호의 파형을 나타내는 도면이다. 도 9에는, 도트 L&S 패턴 영역(613)에 수직 조명광 또는 사방 조명광을 조사하고, 검출 광학계(170a, 170b, 또는 170c)에서 검출한 경우에 얻어지는 검출 신호의 파형의 예가 나타나 있다. 도 8에 있어서, 조명 영역 RI의 폭 방향(X 방향)의 중심 위치가 X=5dx의 근방에 있는 상황(도 9의 조정 상태 1)을 생각한다. 전술한 바와 같이, 조명 영역 RI의 X 방향의 폭이 0.8㎛, dx=0.1㎛, dy=2㎛, ly=40㎛일 경우, 검출되는 도트 패턴의 신호는 도트의 위치에 있어서의 조명 강도에 비례하기 때문에, 조명 영역 RI의 중심에 가까운 Y=5dy, 15dy의 도트(1903)의 신호 강도가 가장 커진다. 만약, 조명 영역 RI의 중심이 X=4dx에 위치할 경우(도 9의 조정 상태 2), Y=4dy, 16dy의 도트(1903)가 RI의 중심에 가까워지고, 그들 도트 신호 강도가 최대로 된다. 반대로 말하면, 가장 신호가 큰 개소의 신호가, 조명 영역 RI의 X 방향의 중심에 가장 가까운 도트(1903)의 신호에 대응한다.

본 실시예에서는, X 방향의 도트의 간격 dx가 0.1㎛이고, 조명 영역 RI의 X 방향의 폭보다 충분히 작기 때문에, 조명 영역 RI의 중심에 위치하는 모든 도트에서 거의 동등한 신호 강도(최대값)를 계측할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도트의 Y 방향의 간격 dy가 1㎛, 최근방 도트 사이의 간격 d가 2.005㎛이고, 모두 검출 광학계의 공간 분해능(파장과 검출 광학계의 개구수에 의존, 예로서 파장 266㎚에서 0.7∼0.9㎛)보다 크기 때문에, 근방 도트끼리의 검출 신호가 겹치지 않고, 도 9에 나타내는 바와 같이 개개의 도트의 검출 강도를 고정밀도로 계측할 수 있다.

상기와 같이 이상적으로는 근방 도트끼리의 검출 신호가 겹치지 않지만, 검출 광학계의 점상 분포 함수의 끝쪽이 인접 도트에 걸리기 때문에, 인접 도트의 배치가 개개의 도트의 검출 신호에 영향을 끼칠 가능성이 있다. 또한, 실제의 조정의 도중 단계에서는, 디포커스한 상태에서 검출 광학계의 공간 분해능이 낮음에 의해, 어느 도트의 산란광에 대해서 가까운 도트의 산란광이 간섭해서 영향을 끼치는 경우가 있다. 간섭의 영향의 나타나는 방식은 도트의 배열에 의존하기 때문에, 도트의 배열이 좌우 비대칭일 경우, 좌측 사방 검출 광학계(170b)와 우측 사방 검출 광학계(170c)에서 조정 상태에 차이가 날 리스크가 있다.

그런데, 본 실시예의 최소 반복 단위 영역(1902)은, Y 방향에 대하여, 0 내지 10dy의 영역의 도트 패턴과, 10dy 내지 20dy의 영역의 도트 패턴이 서로 경상 대칭의 배열 관계에 있다. 이 때문에, 근방 도트 간의 간섭의 영향이 나온 경우에도, 좌우 비대칭의 영향이 사라지고, 좌측 사방 검출 광학계(170b)와 우측 사방 검출 광학계(170c)에서 조정 상태에 차이가 나는 것을 피할 수 있다.

도 9의 경우, 조정 상태 1에서는, 조명 영역 RI의 중심이 X=5dx이고, 검출 광학계의 초점이 맞는 상태인데 반하여, 조정 상태 2에서는, 조명 영역 RI의 중심이 X=4dx이고, 검출 광학계의 초점이 맞지 않는 상태이다. 검출 광학계의 초점이 맞음으로써, 도트의 검출 신호의 파형이 샤프해지고, 피크 강도가 증가한다. 이것은, 도트 검출 신호의 최대 강도(도 9에 동그라미로 도시한 개소)가, 조정 상태 1>조정 상태 2로 되어 있는 것으로부터 판별할 수 있다.

만약, 도트 배열의 X 방향의 간격 dx가 조명 영역 RI의 폭과 동등 이상일 경우, 또는, 고립된 도트의 신호를 조정 기준으로서 이용하는 경우에는, 도트의 피크 강도의 상승, 저하가 검출 광학계의 초점 어긋남에 의한 것인지, 조명 영역 RI에 대한 도트의 X 방향의 상대 위치 변화에 의한 것인지의 판별이 곤란하고, 검출 광학계의 초점 조정을 고정밀도로 행하는 것이 어렵다.

이것에 대하여, 본 실시예의 도트 L&S 패턴 영역(613)에서는, X 방향의 간격 dx가 충분히 작은 도트 패턴 배열이기 때문에, 조명 영역 RI의 위치 변동의 영향을 받지 않고, 고정밀도로 검출 광학계의 조정을 행할 수 있다.

개개의 도트 검출 신호는, 센서의 노이즈나 검출 광학계의 결상 상태의 약간의 변동에 의해 피크 강도가 변동해서 안정하지 않는 케이스가 있다. 그러나, 도트 L&S 패턴 영역(613) 내에는, 조명 영역 RI의 중심 위치의 최근방의 도트가 2M 개소 존재하기 때문에, 예를 들면 도트 신호 강도의 상위 M'(M'는 2 이상 2M 이하) 개소의 도트 신호 강도의 평균값을 평가값으로 함으로써, 개개의 도트 신호의 피크 강도가 변동하는 경우에도, 그 영향을 저감해서 안정한 조정 결과를 얻을 수 있다.

L&S 패턴 영역(612)은, 도시하지 않지만, Y 방향으로 소정의 피치로 나열되는, X 방향으로 긴 복수의 라인 패턴으로 구성된다. 즉, 조명 광학계에 의한 조명광의 입사 방향과 직교하는 방향인 X 방향의 라인 패턴에 대해서 사방 조명광 또는 수직 조명광을 조사하면, 라인 패턴의 에지부로부터, XZ면 내의 방향으로 강한 회절광 및 산란광이 발생한다. L&S 패턴 영역(612)의 신호는, 수직 검출 광학계(170a)에 있어서 강하게 검출되기 때문에, 수직 검출 광학계(170a)의 조정, 및, 수직 검출 광학계(170a)에서 검출되는 신호에 의거한 사방 조명 광학계(112) 및 TTL 조명 광학계(111)의 조정에 이용된다.

한편, L&S 패턴 영역(612)의 신호는, 사방 검출 광학계(170b, 170c)에서는 미약하다. 이 때문에, 사방 검출 광학계(170b, 170c)의 조정은, 도트 일렬 패턴 영역(611)과 도트 L&S 패턴 영역(613)의 신호를 이용해서 실시된다.

도 10은, 실시예 1에서 사용하는 L&S 패턴 영역의 단차를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도트 일렬 패턴 영역(611), 도트 L&S 패턴 영역(613), L&S 패턴 영역(612)의 각각은, 각각의 영역 내에, 스테이지(152)의 표면의 법선 방향의 높이가 서로 다른 인접하는 단차 형상의 영역을 갖는다. 도 10에는, L&S 패턴 영역(612)의 단차 형상의 예가 나타나 있다. 표면 높이가 서로 다른 복수의 영역 각각에 공통의 패턴을 갖는 배열 영역을 형성함으로써, 스테이지(152)를 물리적으로 이동시키고 패턴 신호를 계측하는 것을 반복해서 실행하지 않고, 복수의 스테이지 높이에 상당하는 패턴 신호가 얻어지기 때문에, 최적 포커스 위치를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다.

일단당의 단차량은 조명 광학계 및 검출 광학계의 초점 심도와 동등 이하로 설정한다. 도 10에 나타낸 바와 같이 삼단의 단차 영역을 설치함으로써, 단차 영역을 설치하지 않는 경우와 비교해서, 최적 포커스 위치를 탐색하기 위한 스테이지(152)의 Z 이동 및 화상 도입의 횟수가 1/3배로 저감한다.

도 11은, 실시예 1에 따른 패턴 칩을 이용한 광학계의 전체 조정 수순을 나타내는 플로차트이다. 도 11에는, 패턴 칩(191)을 이용한 조명 광학계 및 검출 광학계의 전체 조정 수순이 나타나 있다. 여기에서는, 사방 조명 광학계와 검출 광학계의 조정 수순을 예로서 나타내지만, 수직 조명 광학계와 검출 광학계의 조합도 마찬가지의 수순으로 조정이 가능하다. 도 11의 각 스텝에는, 각 단계에서 실행되는 조정의 내용, 계측을 행할 때에 이용하는 패턴 영역, 검출 신호를 얻는 검출 광학계를 기재하고 있다. 이하에 순서대로 수순을 설명한다. 또, 일련의 처리는, 전체 제어부(301)가 실행한다.

우선, 전체 제어부(301)는, 패턴 칩(191)을 스테이지(152)에 의해 이동하고, 조명 광학계의 조명 영역 RI(즉, 검출 광학계에 의한 검사 대상 위치)에 설치한다(스텝S100). 다음으로, 전체 제어부(301)는, L&S 패턴 영역(612)을 수직 검출 광학계(170a)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 수직 검출 광학계(170a)의 초점을 조정한다(스텝S101). 다음으로, 전체 제어부(301)는, L&S 패턴 영역(612)을 수직 검출 광학계(170a)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 사방 조명 광학계(112)에 의한 조명 영역 RI의 X 방향 위치를 조정한다(스텝S102). 계속해서, 전체 제어부(301)는, L&S 패턴 영역(612)을 수직 검출 광학계(170a)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 사방 조명 광학계(112)에 의한 조명광의 포커스를 조정한다(스텝S103).

또한, 전체 제어부(301)는, 도트 L&S 패턴 영역(613)을 수직 검출 광학계(170a) 및 사방 검출 광학계(170b, 170c)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 수직 검출 광학계(170a) 및 사방 검출 광학계(170b, 170c)의 검출기(106a, 106b, 106c)의 X 방향 위치를 조정한다(스텝S104). 다음으로, 전체 제어부(301)는, 도트 L&S 패턴 영역(613)을 수직 검출 광학계(170a) 및 사방 검출 광학계(170b, 170c)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 수직 검출 광학계(170a) 및 사방 검출 광학계(170b, 170c)의 포커스(즉 검출기(106a, 106b, 106c)의 Z 방향 위치)를 조정한다(스텝S105). 다음으로, 전체 제어부(301)는, 도트 일렬 패턴 영역(611)을 검출 광학계(170a, 170b, 170c)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 검출 광학계(170a, 170b, 170c)의 광학 배율을 조정한다(스텝S106). 계속해서, 전체 제어부(301)는, 도트 일렬 패턴 영역(611)을 수직 검출 광학계(170a) 및 사방 검출 광학계(170b, 170c)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 검출 광학계(170a, 170b, 170c)의 검출기(106a, 106b, 106c)의 Y 방향 위치를 조정한다(스텝S107).

이 후, 전체 제어부(301)는, L&S 패턴 영역(612)을 수직 검출 광학계(170a)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 조명광의 파워 계측 및 조정을 행한다(스텝S108). 다음으로, 전체 제어부(301)는, 도트 L&S 패턴 영역(613)을 검출 광학계(170a, 170b, 170c)에서 검출해서 얻어지는 신호를 이용하여, 스테이지(152)의 높이 Z의 미조정을 행한다(스텝S109). 그 후, 전체 제어부(301)는, 검사 대상 기판(2)을 조명 영역 RI로 이동한다(스텝S110).

즉, 전체 조정 수순은, 수직 검출 광학계 및 사방 검출 광학계의 각각에 있어서 얻어지는 산란광의 신호를 이용해서, 수직 검출 광학계 및 사방 검출 광학계의 각각의 초점 위치 및 조명광의 조명 영역에 대한 각 검출기의 삼차원 위치를 조정하는 처리라고 할 수 있다.

조명광의 위치와 포커스를 조정하기 위해서는, 검출 광학계의 포커스가 맞아 있을 필요가 있다. 이 때문에, 전술한 바와 같이, 전체 제어부(301)는, 검출 광학계의 포커스 조정(스텝S101)을 최초로 행한다. 사방 검출 광학계는, 광축이 패턴 칩(191)에 대해서 경사져 있어, 특정의 X 방향 위치에서만 포커스가 맞는다. 이 때문에, 전체 제어부(301)는, 수직 검출 광학계의 포커스를 조정해서 조명광의 상태의 계측에 이용한다. 수직 검출 광학계에 의해 L&S 패턴 영역(612), 도트 L&S 패턴 영역(613)의 양쪽의 패턴 신호의 검출이 가능하지만, L&S 패턴 영역(612)을 이용한 경우는, 도 9에서 설명한 바와 같은 조명 영역 RI의 중심 근방에 위치하는 도트를 추출하는 신호 처리가 불필요한 이점이 있다.

이차원 검출기(109)를 대물 렌즈(102a)와 결상 렌즈(105a)에 의한 설계상의 상면 위치에 고정하고, 이차원 검출기(109)에 의한 L&S 패턴 영역(612)의 검출 신호보다도, 라인 패턴의 에지에 상당하는 Y 방향의 강도 변화가 보다 명료하게 되도록, 전체 제어부(301)가 패턴 칩(191)의 Z 위치를 조정함으로써, 수직 검출 광학계(170a)의 포커스가 조정된다.

또, 이차원 검출기(109)의 Z 위치 및 그것에 연동해서 검출기(106a)의 Z 위치를 조정해도 된다. 스텝S101의 실시에 의해, 패턴 칩(191)의 Z 위치가 수직 검출 광학계(170a)의 포커스가 맞는 위치에 고정된다.

스텝S102에서는, 전체 제어부(301)는, 미러 유닛(1101)에 의한 광축 조정에 의해 조명 영역 RI의 X 위치를 조정해서 검출기(106a)의 신호가 최대로 되는 위치에 맞춘다. 스텝S103에서는, 전체 제어부(301)는, 스테이지(1103)에 의해 사방 조명 광학계(112)를 광축 방향으로 이동해서 포커스를 조정하고, 이차원 검출기(109)에서 계측되는 조명 영역 RI의 폭이 기정값 이하로 되도록 맞춘다.

스텝S109에서는, 전체 제어부(301)는, 패턴 칩(191)의 표면 높이를 스테이지(152)에 의해서 주사하고, 검출 광학계(170a, 170b, 170c)에 의해서 도트 L&S 패턴 영역(613)의 신호를 취득한다. 전체 제어부(301)는, 각 검출기에 있어서 신호가 최대로 되는 스테이지(152)의 Z 높이를 구하고, 그들의 평균값을 스테이지 높이의 기준값으로 한다. 전체 제어부(301)는, 스테이지 높이의 기준값을 AF 조명계(181), AF 수광계(182)에 의한 높이 계측값, 혹은 스테이지(152)의 높이 Z 설정값으로서 기록한다.

전술의 스텝S100∼S110에 의해, 조명 광학계에 의한 조명 영역 RI와 검출 광학계의 검출 시야(검출기(106a, 106b, 106c)의 X 방향 위치)가 일치하며, 또한, 조명 영역 RI에 있어서 검출 광학계 각각의 포커스가 맞은 상태가 실현된다.

이 상태에서 AF 조명계(181), AF 수광계(182)에 의한 검사 대상 기판(2)의 높이 계측값, 스테이지(152)의 높이 Z 설정값, 사방 조명 광학계의 조정 기구(미러 유닛(1101), 스테이지(1103))의 설정값, 검출기(106a, 106b, 106c)의 위치 설정값, 및 조정 완료 시각, 그 시점에서의 환경 조건(장치 내 공간(2001)의 온도, 기압 등) 등의 조정 파라미터가 기록되고, 전체 제어부(301)에 입력, 보존된다.

도 12는, 실시예 1에 따른 패턴 칩을 이용한 광학계의 부분 조정 수순을 나타내는 플로차트이다. 도 12에는, 패턴 칩(191)을 이용한 조명 광학계 및 검출 광학계의 부분 조정 수순의 예가 나타나 있다. 부분 조정 수순은, 도 11에 나타낸 전체 조정 수순에 포함되는 조정 수순의 일부를 추출한 수순, 혹은 그것을 간략화한 수순으로 구성된다.

전체 조정 실시 후에도, 시간 경과와 함께, 미소한 온도 변동이나 기압 변동에 기인하는 기계 부품의 팽창 수축, 매체의 굴절률 변동 등이 원인으로, 검출 광학계(170a, 170b, 170c), AF 조명계(181), AF 수광계(182)의 광축 및 포커스 위치, 및 스테이지(152)의 Z 높이가 서서히 어긋나 간다(드리프트). 어긋남양은 미소하지만 검출 감도에 영향을 끼치기 때문에, 검사 감도를 안정하게 유지하기 위해서는, 고빈도의 재조정에 의해서 어긋남을 보정하는 것이 유효하다.

도 12에 나타낸 부분 조정 수순에서는, 전체 제어부(301)는, 도트 일렬 패턴 영역(611)을 이용한 검출 광학계 배율 조정(스텝S106), 도트 일렬 패턴 영역(611)을 이용한 검출 광학계 검출기 위치 조정(Y)(스텝S107), 및 도트 L&S 패턴 영역(613)을 이용한 스테이지 높이 미조정(스텝S109)을 실시한다. 부분 조정 수순에 포함되는 이들 조정 항목은 미소한 어긋남양에 민감하고 고빈도로 조정이 필요한 항목이 선택된다. 전체 조정 수순에 비해서 조정 항목수가 적기 때문에, 단시간에 조정을 완료할 수 있다. 전체 조정 수순에 대해서 부분 조정 수순을 고빈도로 실시함으로써, 장치 광학계의 드리프트에 의한 어긋남을 보정하고 검사 감도를 안정하게 유지하면서, 토탈 조정 소요 시간을 저감할 수 있다.

즉, 부분 조정 수순은, 산란광의 신호를 이용해서 수직 검출 광학계 또는 사방 검출 광학계의 검출기의 광축 방향의 위치 및 스테이지의 높이 방향의 위치를 변경해서 초점을 조정하는 처리라고 할 수 있다.

도 13은, 실시예 1에 따른 결함 검사 장치에 의한 광학계의 조정을 포함한 검사 수순을 나타내는 플로차트이다. 도 13에는, 결함 검사 장치(1000)에 있어서 실행되는 검사 수순의 예가 나타나 있다. 이 처리는, 신호 처리부(200) 및 전체 제어부(301)가 검사 시마다, 실행한다. 우선, 검사 대상물(검사 대상 기판(2))을 장치에 투입하고, 스테이지(152)에 설치한다(스텝S702). 다음으로, 검사 조건을 설정한다(스텝S703). 검사 조건에는, 조명 조건(예로서 조명 각도 : 사방/수직/사방과 수직 양쪽), 및, 검출 조건(예로서 수직 검출 광학계, 좌측 사방 검출 광학계, 우측 사방 검출계를 각각 사용하는지의 여부)이 포함된다. 다음으로, 조명 광학계, 검출 광학계의 조정 및 설정이 행해진다(스텝S704∼S707, S710).

조정 및 설정의 대상은, 스텝S703에서 사용하는 것을 선택한 조명 광학계 및 검출 광학계이다. 우선, 대상의 광학계를 전회 조정하고 나서 경과한 시간을 구하고, 조정 완료 후에 상태를 유지 가능한 소정의 시간을 초과하여 있는지의 여부를 판정한다(스텝S704). 소정 시간이 경과하여 있는 경우는 스텝S710으로 옮긴다. 소정 시간을 경과하여 있지 않을 경우, 전회 조정 시 이후의 환경 조건의 변화(장치 내 공간(2001)의 온도 변화, 기압 변화 등)가 소정의 문턱값을 초과하여 있는지의 여부를 판정한다(스텝S705). 변화가 문턱값을 초과하여 있는 경우는 스텝S710으로 옮긴다. 초과하여 있지 않은 경우는, 도 8에 나타낸 패턴 칩을 이용한 부분 조정(스텝S706)이 실행된다. 다음으로, 전회 조정 시에 보존된 조정 파라미터에 의거하여 조명 광학계, 검출 광학계를 설정한다(스텝S707). 그 후, 검사가 실행되고(스텝S708), 검사 결과가 보존, 표시되고(스텝S709), 검사가 종료된다(스텝S720).

스텝S704 및 스텝S705의 판정에 있어서, 어느 하나가 Yes일 경우, 도 10에 나타낸 패턴 칩을 이용한 광학계의 전체 조정이 행해지고, 조정 파라미터가 갱신된다. 스텝S704 및 스텝S705가 모두 No일 경우, 전회 이전의 검사 시에 패턴 칩(191)을 이용한 조정에서 얻어진 조정 파라미터를 이용해서 광학계가 설정된다.

이상의 방법에 의해, 시간의 경과나 환경 조건의 변화에 의해 조정 상태가 어긋나서 본래의 검사 성능이 얻어지지 못할 우려가 있는 경우에는, 패턴 칩(191)을 이용한 조정이 행해지고, 충분히 조정된 상태에서 검사를 행할 수 있다. 또한, 전회의 조정 시로부터의 조정 상태의 어긋남이 문제가 되지 않을 정도로 작다고 기대되는 경우에는 패턴 칩(191)을 이용한 전체 조정이 생략되어 부분 조정만이 이루어지기 때문에, 필요 이상의 조정에 시간을 들이는 것을 회피하여, 검사의 스루풋을 높일 수 있다.

(2) 실시예 2 도 14는, 실시예 2에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 14에는, 도트 L&S 패턴 영역(613)의 다른 구성예가 나타난다. 도면 중의 흑색 동그라미는, 개개의 도트(1903)에 대응한다. 도트 L&S 패턴 영역(613)은, 도트를 X 방향의 직선 상에 등간격으로 나열한 것을, Y 방향으로 등간격으로 나열한 패턴 배치이다.

도트 L&S 패턴 영역(613) 내에 있어서의 도트(1903)의 X 방향의 간격 dx는, 도트 일렬 패턴 영역(611)과 마찬가지이고, 조명 영역 RI의 폭 및 검출 광학계(170a, 170b, 170c)의 분해능보다 작다. 이 때문에, 도트열에 대한 조명 영역 RI의 X 방향의 상대 위치에 관계없이, 동일한 Y 위치의 각 행마다 어느 하나의 도트의 신호가 검출된다. 검출기(106a, 106b, 106c)에 있어서 도트 L&S 패턴의 신호는 Y 방향으로 나열되는 등간격의 휘점으로서 검출된다.

상기한 간격 dx의 설정에 의해서 도트에 대한 조명 영역 RI의 X 방향의 상대 위치에 관계없이 도트 신호의 검출이 가능하게 되지만, RI의 중심과 최근방 도트의 거리에 따른 신호 강도의 강약이 발생한다. 도 14에 나타낸 바와 같이, Y 방향으로 나열되는 행마다 도트의 X 방향의 위치를 도트의 X 방향의 간격 dx보다 좁은 거리(도 14의 예에서는 도트의 간격 dx의 절반)만큼 어긋나게 하고, 얻어진 신호 중에서 신호 강도가 강한 도트 신호를 추출함으로써, 상기 신호 강도의 강약의 불균일이 억제되어, 고정밀도의 조정이 가능하게 된다.

패턴 칩(191)은, 광학계의 조정을 행할 때마다 자외선 조명광의 조사를 받기 때문에, 조명광의 강도가 강한 경우에 표면에 데미지 혹은 열화가 발생하여 표면 상태가 변화하기 때문에, 안정한 조정에 지장을 초래하는 경우가 있다. 수직 검출 광학계에 비해서 사방 검출 광학계의 편이, 조명광의 기판에 의한 정반사 방향으로부터 먼 것과, 기판의 법선 방향으로부터 먼 것으로부터 검출 신호 강도가 약하다. 사방 검출 광학계에 있어서 검출에 충분한 신호 강도가 얻어지는 것을 조건으로, 필요한 조명광 강도가 정해진다. 따라서, 사방 검출 광학계에서 검출되는 신호 강도를 증가시키는 것이, 데미지 억제에 유효하다.

도트 일렬 패턴 영역(611), 및 도트 L&S 패턴 영역(613)의 사방 검출 광학계에 의한 검출 신호를 최대화하기 위하여, 도트의 X 방향의 간격 dx는, 그것에 의한 회절광의 출사 위치가 사방 검출 광학계의 개구(102B, 102C)의 중심 근방으로 되도록 설계된다. 도트 일렬 패턴에 의한 회절광의 패턴과 좌측 사방 검출 광학계의 개구(102B)의 관계를 도 15에 나타낸다.

도 15는, 실시예 2에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역에 의한 회절광 분포와 검출 광학계의 개구 위치의 관계를 나타내는 모식도이다. 도 15에는, 도 4에 나타낸 산란·회절 방향이 평면 상에 투영되어 있다. 검출 광학계의 개구 위치 혹은 광선의 진행 방향을 반경 1의 천구 상의 영역 혹은 점에 대응시키고, 그것을 XY면에 평행한 평면에 투영한다는 방법으로 표시했다. 도 15의 중심으로부터의 거리가, 천정(Z 방향)으로부터의 각도 θ의 정현(sinθ)에 대응한다. 흑백의 분포는, 신호를 최대화하는 X 방향의 간격 dx의 도트 일렬 패턴에 의한 회절광의 강도 분포를 나타내고 있다.

X 방향의 반복 패턴의 간격이 dx, 파장이 λ, XZ면 내에 있어서의 조명의 입사각을 θi, 일차회절광의 각도를 θd로 하면, 조명광축이 YZ면 내를 통과하는 경우는 θi=0이기 때문에, sinθd=λ/dx의 관계식이 성립한다. sinθd가 도 15의 사방 검출 광학계의 개구 중심에 위치하도록, dx를 정하면 된다. λ=266㎚, 사방 검출 광학계의 경사각 θD=45°, 검출 개구수=0.4의 경우, 사방 검출 광학계의 개구의 상단은 sinθ=0.93, 하단은 sinθ=0.37이다. 따라서 sinθd=0.65로 하면 되고, dx=0.41㎛이다. λ=266㎚, θD=60°, 검출 개구수=0.4의 경우, 마찬가지의 계산에 의해 dx=0.34㎛이다. 이와 같은 설계에 의해, 도트 일렬 패턴 영역(611) 및 도트 L&S 패턴 영역(613)의 검출 신호가 최대화된다. 이상이, 제2 실시예이다.

(3) 실시예 3 상기한 패턴 신호의 계측에 있어서, 도트 혹은 라인 패턴의 에지가 휘점 혹은 휘선으로서 검출된다. 그들 휘점 혹은 휘선의 피크 위치가 검출기(106a, 106b, 106c), 이차원 검출기(109)의 검출 화소의 중심에 있는지 화소와 화소의 협간(狹間)에 있는지에 의해서, 영역 내의 최대값으로서 얻어지는 피크 강도의 강약이 변한다. 일반적으로 복수의 도트 또는 라인 에지의 검출 신호를 평균화함으로써 강도의 불균일이 저감하지만, 만약 패턴의 간격이 검출 화소의 간격의 정수배로 되어 있을 경우, 복수의 피크 신호의 검출 화소에 대한 상대 위치가 모든 패턴에 대하여 일치하기 때문에, 복수 피크 신호의 평균화에 의한 변동 저감의 효과가 얻어지지 않는다.

패턴의 Y 방향의 도트의 간격 dy를, 검출기(106a, 106b, 106c), 이차원 검출기(109)의 화소의 간격(화소 피치) py의 정수배로부터 어긋나게 함으로써, 상기한 패턴 강도 변동을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 패턴 간격을 dy=py×(n±1/m)(n은 정수, m은 2 이상의 정수)에 따라서 설정함으로써, 패턴 위치의 검출 화소에 대한 상대 위치가 Y 방향으로 나열되는 패턴 일행마다 1/m화소씩 어긋나 가기 때문에, 복수 행의 검출 신호(피크 강도)를 평균화함으로써, 패턴 대 화소 위치에 의존하는 검출 강도 변동이 평균화되어 안정한 조정이 가능하게 된다.

검출 광학계(170a, 170b, 170c)가 복수의 광학 배율을 구비하고, 설정의 변경에 의해 배율 전환이 가능한 경우는, 복수의 배율에 대해서 상기한 조건을 충족시키도록 패턴 간격을 설정하는 것이 유효하다. 예를 들면 검출기의 화소 간격이 5㎛이고, 광학 배율이 25배, 16.7배의 2가지로 전환 가능할 경우, 물체 상(패턴 칩(191) 상)에서의 화소 간격 py는 각각 0.2㎛, 0.3㎛ 상당이다. 이들 2배율에 대해서 m이 공통으로 되는 패턴의 Y 방향의 도트의 간격 dy는, m=5이며 또한 dy=2∼3㎛의 범위에서는, dy=2.04㎛, 2.16㎛, 2.64㎛, 2.76㎛를 들 수 있다.

평균화에 의한 신호 변동 저감 효과를 최대화하기 위해서는, 패턴을 Y 방향으로 나열하는 행수는 m 이상이 바람직하고, m의 배수가 보다 바람직하다.

상기한 패턴의 Y 방향의 도트의 간격 dy를 이용하여, 검출기의 화소 간격 py의 어긋남양의 관계에 의거한 신호의 재구성을 행함으로써, 검출기의 화소 간격 py의 1/m배의 보다 가는 샘플링 간격으로, 패턴의 피크 신호의 파형을 얻는 것이 가능하다. 이 방법을 이하에 기술한다.

도 16은, 실시예 3에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 신호 재구성에 의해서 얻어지는 검출 신호의 파형을 나타내는 도면이다. 도 16의 (a)에는, dy=2.04㎛, py=0.3㎛(n=7, m=5)로 얻어지는 검출 신호 파형의 예가 나타나 있다. 이 신호 파형은 5개의 피크 신호를 포함하고 있고, 패턴의 Y 방향의 도트의 간격 dy마다 5개의 영역(도면 중의 Pattern : 1∼5)으로 구획하면, 각 영역이 하나의 패턴의 신호에 대응한다. Y 방향으로 나열되는 패턴 일행마다의 검출 화소에 대한 상대 위치의 어긋남양은 py/m=0.6㎛이므로, 영역마다의 위치 어긋남양이 구해진다(도면 중의 deltaY). 각 영역에 대하여 영역 내 좌표(Y=0∼2.04)를 deltaY만큼 어긋나게 한 값을 새로운 Y 좌표(new-Y)로서 신호를 플롯하면, 도 16의 (b)에 나타내는 바와 같은 py/m 간격의 신호 파형이 얻어진다. 이 방법으로 검출기의 화소 간격보다 가는 샘플링 간격의 피크 신호 파형을 얻음으로써, 검출 광학계의 점상 분포 함수의 고정밀도의 계측이 가능하게 되고, 고정밀도의 포커스 조정, 수차(收差) 등을 포함하는 검출 광학계의 성능의 고정밀도의 평가가 가능하게 된다. 나아가서는 고정밀도의 조정과 검사 성능 관리가 가능하게 된다.

(4) 실시예 4 도 17은, 실시예 4에서 사용하는 도트 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 17에는, 실시예 4에서 사용하는 패턴 칩(191)의 도트 L&S 패턴 영역(613)을 구성하는 최소 반복 단위 영역(1902)의 도트 배열예를 나타낸다. 패턴 칩(191)의 구성 이외는, 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예에 있어서의 패턴 칩(191)은, 도트 L&S 패턴 영역(613)의 구성이 실시예 1과 서로 다르다.

본 실시예에 있어서의 최소 반복 단위 영역(1902)을 구성하는 개개의 도트(1903)의 구조, 도트(1903)의 Y 방향의 간격 dy, X 방향의 간격 dx는 실시예 1과 공통이다. 즉, 최소 반복 단위 영역(1902)의 범위 내에서 도트(1903)의 X 방향의 간격 dx가 조명 영역 RI의 폭(예로서 0.8㎛)보다 충분히 작고, 도트(1903)의 Y 방향의 간격 dy 및 최근방 도트 간의 간격이 1㎛ 이상이고, 검출 광학계의 공간 분해능(파장과 검출 광학계의 개구수에 의존, 예로서 파장 266㎚에서 0.7∼0.9㎛)보다 크다. 또한, 최소 반복 단위 영역(1902) 내에 있어서의 도트(1903)는, Y 방향의 위치가 모두 서로 다르다.

이들 도트 간격의 조건을 충족시킨 상태에서, 도트(1903)는, 최소 반복 단위 영역(1902) 내에서 랜덤 배열로 되어 있다. 여기에서 말하는 랜덤이란, 특정의 방향성이나 특정의 상관 거리를 갖지 않는 상태를 가리킨다.

이상의 조건을 충족시키는 도트 배열은, 산란광 분포에 특정의 방향성이나 공간 주파수에 대응하는 치우침이 발생하지 않기 때문에, 좌/우측 사방 검출 광학계의 조정에 있어서 조정 상태에 차이가 나기 어려운 이점이 있다. 또한, 실시예 1의 도트 L&S 패턴 영역(613)과 비교해서, dx, dy는 공통이지만, 좌우 비대칭성의 영향을 없애기 위한 경상 대칭의 패턴을 구비할 필요가 없기 때문에, 최소 반복 단위 영역(1902)의 Y 방향 길이 ly가 작아도 되어서(약 절반), 스페이스 효율이 높은 이점이 있다.

(5) 실시예 5 도 18은, 실시예 5에서 사용하는 굴곡 L&S 패턴 영역의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 18에는, 실시예 5에서 사용하는 패턴 칩(191)의 도트 L&S 패턴 영역(613)에 대체하는 패턴의 형상·배치예를 나타낸다. 패턴 칩(191)의 구성 이외는, 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예에 있어서의 패턴 칩(191)은, 도트 L&S 패턴 영역(613)의 구성이 실시예 1과 서로 다르다.

실시예 5에서는, 도트 L&S 패턴 영역(613)에는, 도트 패턴 배열 대신에, 삼각파 형상의 굴곡이 연속하는 에지를 갖는 X 방향의 L&S 패턴을 사용한다. 이하, 본 패턴을 굴곡 L&S 패턴이라 한다. 사방 검출 광학계의 개구 방향으로 회절광이 나오는 사선의 에지를 X 방향으로 신장한 좁은 띠 형상의 영역 내에 나열함으로써, 도트 일행 패턴 혹은 도트 L&S 패턴과 마찬가지로, 사방 검출 광학계에 있어서 X 방향의 라인 형상의 상으로서(Y 방향으로 긴 일차원 검출기에서는 휘점으로서) 검출된다. X 방향으로 반복되는 삼각파의 일주기(一周期)가 하나의 도트 대신의 기능을 한다.

X 방향으로 반복 배치되는 굴곡 L&S 패턴의 X 방향의 간격 dx는, 도트 일행 패턴 혹은 도트 L&S 패턴과 마찬가지로, 회절광의 출사 각도가 사방 검출의 개구 위치에 맞도록 설정한다. 즉, 도트의 최적한 간격 dx와 공통으로 한다. 도트 라인 패턴의 경우는 도트 간에 패턴이 없는 공간, 즉 산란광을 발생하지 않는 공간이 있는데 반하여, 본 패턴은 좌우 어느 하나의 사방 검출에 의해 검출되는 에지로 X 방향을 극간 없이 메움으로써, 검출 신호 강도를 증가시킬 목적이 있다. 또한, Y 방향의 패턴폭 h를 도트 패턴과 비교해서 짧게 할 수 있기 때문에, 합초(合焦) 위치로부터의 미소한 디포커스에 대해서 보다 민감하게 되는 효과가 있다.

도 19는, 실시예 5에서 사용하는 굴곡 L&S 패턴의 에지 각도 최적화의 설명도이다. XY 평면 내에서의 각도 ψ 방향의 직선 형상의 에지(도 19 좌측 도면)에 의한 회절광의 출사 방향과 사방 검출 광학계의 개구 위치의 관계를 도 19 우측 도면에 나타낸다. 도 19 우측 도면은 도 15와 마찬가지의 도면이다. 도 19 좌측 도면의 에지에 의한 산란광 혹은 회절광의 진행 방향은, 도 19에서는 정반사광의 진행 방향에 대응하는 점을 통과하여 Y축과의 각도가 ψ인 직선 상(도 19의 일점 쇄선으로 나타낸 범위)에 분포한다. 저앙각 조명(도 4에 나타내는 각도 θI가 25도 이하), 사방 검출 광학계의 경사 각도 θd=60도의 경우, 기하학적인 계산에 의해 ψ=약 43도로 구해진다. 굴곡 L&S 패턴의 에지의 경사각 ψ를 상기 각도로 설정하며, 또한 X 방향의 간격 dx를 사방 검출 광학계의 검출 개구 위치에 대응한 값으로 설정함으로써, 사방 검출 광학계에 의한 동패턴의 검출 신호 강도를 최대화할 수 있다.

(6) 다른 실시예 본 발명은, 전술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 전술한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 상호 접속되어 있다고 생각해도 된다.

또한, 상기한 각 구성, 기능, 처리부 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 것 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 대부분의 모든 구성이 상호 접속되어 있다고 생각해도 된다.

또한, 상기한 실시형태의 기술적 요소는, 단독으로 적용되어도 되고, 프로그램 부품과 하드웨어 부품과 같은 복수의 부분으로 나누어져서 적용되도록 해도 된다.

이상, 본 발명에 대하여, 실시형태를 중심으로 설명했다.

101 : 광원부 102 : 대물 렌즈
103 : 대물 동 광학부 104 : 편광자
105 : 결상 렌즈 106 : 검출기
108 : 미러 109 : 이차원 검출기
110 : 미러 111 : TTL 조명 광학계
112 : 사방 조명 광학계 113 : 미러
151 : 스테이지 구동부 152 : X-Y-Z-θ 스테이지
170a : 수직 검출 광학계 170b : 우측 사방 검출 광학계
170c : 좌측 사방 검출 광학계 191 : 패턴 칩
200 : 신호 처리부 301 : 전체 제어부
302 : 표시부 303 : 연산부
304 : 기억부 601 : 패턴 영역
602 : 패턴 소영역 611 : 도트 일렬 패턴 영역
612 : L&S 패턴 영역 613 : 도트 L&S 패턴 영역
1902 : 최소 반복 단위 영역 1903 : 도트

Claims (8)

1. 검사 대상의 시료 및 패턴 기판을 올려서 이동하는 스테이지와,
   상기 스테이지 상의 물체에 대하여 상기 패턴 기판의 법선 방향으로부터 경사진 방향으로부터 입사하고 상기 패턴 기판 상에 있어서 제1 방향으로 연신(延伸)하는 형상의 조명광을 조사하는 조명 광학계와,
   상기 조명광의 조사에 의해서 상기 법선 방향으로 발생하는 산란광을 제1 검출기에 결상(結像)시켜서 검출하는 제1 검출 광학계와,
   상기 산란광 중 상기 제1 검출 광학계가 검출하는 산란광과는 다른 방향으로 방사되는 산란광을 제2 검출기에 결상시켜서 검출하는 제2 검출 광학계와,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계가 검출하는 산란광의 신호를 처리하는 신호 처리부와,
   제어부를 구비하고,
   상기 제어부는,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 각각에 있어서 얻어지는 상기 산란광의 신호를 이용해서, 상기 제1 검출 광학계 또는 제2 검출 광학계의 초점 위치 및 상기 조명광의 조명 영역에 대한 각 검출기의 삼차원 위치를 조정하는 제1 조정 처리와,
   상기 산란광의 신호를 이용해서 상기 제1 검출 광학계 또는 상기 제2 검출 광학계의 검출기의 광축 방향의 위치 및 상기 스테이지의 높이 방향의 위치를 변경해서 초점을 조정하는 제2 조정 처리를 실시하고,
   상기 제어부는, 상기 제2 조정 처리를, 상기 제1 조정 처리보다 높은 빈도로 실시하는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
2. 검사 대상의 시료 및 패턴 기판을 올려서 이동하는 스테이지와,
   상기 스테이지 상의 물체에 대하여 상기 패턴 기판의 법선 방향으로부터 경사진 방향으로부터 입사하고 상기 패턴 기판 상에 있어서 제1 방향으로 연신하는 형상의 조명광을 조사하는 조명 광학계와,
   상기 조명광의 조사에 의해서 상기 법선 방향으로 발생하는 산란광을 제1 검출기에 결상시켜서 검출하는 제1 검출 광학계와,
   상기 산란광 중 상기 제1 검출 광학계가 검출하는 산란광과는 다른 방향으로 방사되는 산란광을 제2 검출기에 결상시켜서 검출하는 제2 검출 광학계와,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계가 검출하는 산란광의 신호를 처리하는 신호 처리부와,
   제어부를 구비하고,
   상기 패턴 기판은,
   상기 제1 검출 광학계에 의해서 검출되는 제1 패턴 영역과, 상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 양쪽에 의해서 검출되는 제2 패턴 영역을 갖고,
   상기 제어부는,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 각각에 있어서 얻어지는 상기 산란광의 신호를 이용해서, 상기 제1 검출 광학계 또는 제2 검출 광학계의 초점 위치 및 상기 조명광의 조명 영역에 대한 각 검출기의 삼차원 위치를 조정하는 제1 조정 처리와,
   상기 산란광의 신호를 이용해서 상기 제1 검출 광학계 또는 상기 제2 검출 광학계의 검출기의 광축 방향의 위치 및 상기 스테이지의 높이 방향의 위치를 변경해서 초점을 조정하는 제2 조정 처리를 실시하고,
   상기 제어부는,
   상기 제1 조정 처리에 있어서는, 상기 제1 패턴 영역에 따른 산란광의 검출 신호를 이용하고,
   상기 제2 조정 처리를, 상기 제1 조정 처리보다 높은 빈도로 실시하는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 패턴 영역은,
   상기 조명 광학계에 의한 조명광의 입사 방향과 직교하는 방향의 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 패턴 영역은,
   상기 조명 광학계에 의한 조명광의 입사 방향과 직교하는 방향의 라인 앤드 스페이스 패턴을 복수 갖고,
   상기 스테이지의 표면의 법선 방향의 높이가 서로 다른 상기 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제2 패턴 영역은, 상기 조명광이 조사되면 산란 또는 회절광을 발생하는 기하 패턴이, 상기 제1 방향인 행 방향과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향인 열 방향으로 복수 나열해서 배열된 영역을 갖고,
   상기 기하 패턴은, 상기 열 방향의 최소의 간격이, 상기 조명광의 폭보다도 좁고,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 어느 것에 대해서도, 상기 행 방향의 간격이 각 검출 광학계의 화소의 피치보다도 크고,
   상기 제어부는,
   상기 제2 조정 처리에 있어서는, 상기 제2 패턴 영역에 따른 산란광의 검출 신호를 이용하는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제2 패턴 영역은, 상기 조명광이 조사되면 산란 또는 회절광을 발생하는 기하 패턴이, 상기 제1 방향인 행 방향과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향인 열 방향으로 복수 나열해서 배열된 배열 영역을 갖고,
   상기 기하 패턴은, 상기 열 방향의 최소의 간격이, 상기 조명광의 폭보다도 좁고,
   상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계의 어느 것에 대해서도, 상기 행 방향의 간격이 각 검출 광학계의 화소의 피치보다도 크고,
   상기 배열 영역에는, 상기 스테이지의 표면의 법선 방향의 높이가 서로 다른 상기 배열 영역을 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 제2 조정 처리에 있어서는, 상기 제2 패턴 영역에 따른 산란광의 검출 신호를 이용하는
   것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
7. 결함 검사 장치의 스테이지에 재치(載置)되고, 조명광이 조사되어 사용되는 패턴 칩으로서,
   상기 스테이지의 표면의 법선 방향에 대해서 경사진 소정의 기준 방향의 직교 방향으로 연신하는 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는 제1 패턴 영역과,
   복수의 기하 패턴을 상기 기준 방향을 따라 배열한 제2 패턴 영역을 갖고,
   상기 제2 패턴 영역에 배열되는 복수의 상기 기하 패턴은,
   상기 기준 방향의 직교 방향에의 최소의 간격이, 상기 조명광의 폭보다도 좁고,
   상기 기준 방향에의 간격이, 검출 광학계의 어느 화소의 피치보다도 크고,
   상기 기하 패턴은, 상기 기준 방향의 상기 조명광의 조사를 받으면, 상기 기준 방향의 직교 방향으로 산란광 혹은 회절광을 방사하는
   것을 특징으로 하는 패턴 칩.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 패턴 영역은, 상기 스테이지의 표면의 법선 방향의 높이를 서로 다르게 해서 인접하도록 복수 설치되어 있는
   것을 특징으로 하는 패턴 칩.

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