KR101735403B1

KR101735403B1 - 검사 방법, 템플릿 기판 및 포커스 오프셋 방법

Info

Publication number: KR101735403B1
Application number: KR1020150064440A
Authority: KR
Inventors: 히데오 츠치야; 리키 오가와
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2017-05-15
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: US20180045656A1; KR20150130919A; US20150332452A1; JP6499898B2; JP2015232549A; US10359370B2; US9804103B2

Abstract

본 발명은 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능한 검사 방법, 템플릿 기판 및 포커스 오프셋 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 있어서, 피검사 대상의 기판에는, 검사 장치의 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크가 배치되어 있다. 얼라인먼트 마크는, 제2 패턴(91)과, 제2 패턴(91)에 형성된 모의 결함(93 ~ 96)을 구비하고 있다. 제1 패턴이 형성된 면과, 검사 장치의 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 모의 결함(93 ~ 96)의 광학 화상을 촬상하고, 이 광학 화상에서 베이스가 되는 계조치에 대하여 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절한다. 그 후, 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 결함의 유무를 검사한다.

Description

검사 방법, 템플릿 기판 및 포커스 오프셋 방법{INSPECTION METHOD, TEMPLET SUBSTRATE AND FOCUS OFFSET METHOD}

본 발명은, 검사 방법, 템플릿 기판 및 포커스 오프셋 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치의 집적도의 증가에 수반하여, 개개의 소자의 치수는 미소화가 진행되고, 각 소자를 구성하는 배선 또는 게이트 등의 폭도 미세화되고 있다.

이러한 미세 패턴을 형성하는 기술로서 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 또는 나노 임프린트 리소그래피(Nanoimprintlithography；NIL)가 주목받고 있다. EUV 리소그래피는 광원에 극단 자외광을 사용하기 때문에, 종래의 ArF광을 사용한 노광 장치보다 미세한 패턴의 형성이 가능하다. 한편, 나노 임프린트 리소그래피는 웨이퍼 상에 형성된 레지스트에, 나노 스케일의 미세 패턴 구조를 가지는 템플릿(몰드)을 가압함으로써, 광경화성 레지스트에 미세한 패턴을 전사 형성하는 것이다. 어느 기술도, 원판이 되는 마스크 및 템플릿에 형성되는 패턴은, 지금까지의 ArF 리소그래피와 비교하여 미세해져, 그 검사에는 높은 검사 정밀도가 요구된다.

EUV 리소그래피에 의한 마스크의 전사 공정에서는 스테퍼 또는 스캐너라고 불리는 노광 장치가 이용된다. 노광 장치는 전사 광원으로서 광을 사용하고, 마스크에 형성된 회로 패턴을 4분의 1에서 5분의 1 정도로 축소하여 웨이퍼에 투영한다. 즉, 마스크에 있어서는, 웨이퍼에 형성되는 회로 치수의 4배 ~ 5배의 치수의 패턴이 형성된다. 이에 대하여, 나노 임프린트 리소그래피에 있어서의 템플릿에서는, 회로 치수와 등배의 치수의 패턴이 소정 깊이의 새김을 수반하는 판면에 형성된다. 예를 들면 첨단 반도체 디바이스의 경우, 패턴 또는 패턴 간의 스페이스의 선폭은 십수 nm ~ 수십 nm, 새김의 깊이는 수십 nm ~ 100 nm 정도로 예상된다.

템플릿의 패턴은 회로 치수와 동일하므로, 템플릿에 결함이 있으면, 그것이 웨이퍼에 전사될 패턴에 주는 영향은 마스크의 패턴의 경우보다 커진다. 또한, 템플릿은 복수 회의 전사에 사용되므로, 패턴과 함께 결함도 모든 웨이퍼에 전사된다. 따라서, 템플릿의 패턴을 검사할 때에는 마스크의 패턴을 검사하는 경우보다 더 높은 정밀도가 필요해진다. 일본 특허공개공보 제2012-26977호에는 템플릿의 결함을 검출하는 검사 장치가 개시되어 있다.

그런데, 템플릿에 형성된 패턴이 검사 장치의 광원의 파장보다 미세해지면, 패턴을 해상할 수 없게 된다. 일반적으로, 그 한계의 치수는 레일리의 해상 한계로서 알려져 있다. 회로 패턴의 미세화가 진행되는 요즈음에 있어서는, 검사 장치에 있어서의 광학계의 해상도보다 패턴 치수의 쪽이 미세해질 수 있다.

검사 장치의 광학계의 통로 계수를 NA, 광원의 파장을 λ로 하면, 광학계의 해상도는 식 (1)에 의해 나타내진다. 여기서, 통상적으로 개구 수(NA)는 0.7에서 0.8 정도의 값이다. 또한, k₁은 결상의 조건에 의존하는 계수로 0.5에서 1 정도의 값이다.

현재 주력시되고 있는 첨단 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼로의 회로 패턴의 축소 투영 노광에 이용되는 마스크의 검사에서는, 노광 장치의 광원의 파장에 가까운 200 nm 정도의 파장의 연속광을 마스크에 조사하고 있다. 그리고, 마스크를 투과한 광, 또는 마스크에서 반사한 광을 적절한 확대 광학계를 통하여 센서로 수광하여, 마스크의 광학 화상이 되는 전기 신호를 얻고 있다. 마스크에 형성되는 패턴의 치수는 웨이퍼에 형성되는 패턴의 선폭(십수 nm)의 4배 정도, 즉 백 ~ 수백 nm 정도이다.

따라서, 식 (1)에 있어서, 광원의 파장을 200 nm로 하고, 개구 수를 0.7로 하면,

이 된다. 따라서, 이 경우의 해상 한계 치수는 143 nm이다. 즉, 마스크의 패턴이 143 nm보다 접근하면, 그 패턴에 대응한 휘도 진폭의 전기 신호를 센서에서 얻지 못하게 된다. 이는 템플릿의 패턴에 대해서도 동일하다. 템플릿의 패턴은 웨이퍼에 형성되는 회로 치수와 등배이므로, 원칙적으로 해상할 수 없다. 또한, 일부의 인출선 또는 게이트선이라 불리는, 반복되지 않는 약간 굵은 패턴의 경우는, 그 형상을 식별할 수 있는 경우가 있다.

이러한 미세한 패턴을 해상하여 결함을 식별하는 방법으로서, 상기와 같은 광원을 이용한 검사 광학계 대신에, 전자선 또는 원자간력을 응용하는 패턴의 채취 원리가 고려된다. 그러나, 전자선 또는 원자간력을 이용한 검사의 경우, 스루풋이 낮고, 양산에 적합하지 않다는 문제가 있다.

그런데, 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴이 형성되어 있는 템플릿에 있어서, 그 반사 광학 화상을 취득하면, 패턴이 배치되어 있지 않은 개소의 광학 화상(전기 신호상)은 템플릿의 막질에 따른 휘도가 된다. 예를 들면, 카뷰레이션에서 결정된 백 레벨에 가까운 균일한 휘도의 광학 화상이 된다. 또한, 패턴이 배치되어 있는 개소의 광학 화상에서는, 패턴이 배치되어 있지 않은 개소와는 상이한 휘도, 예를 들면 백 레벨과 흑 레벨의 중간 정도의 균일한 회색 화상으로서 관찰된다.

한편, 소정의 패턴이 주기성을 가지고 형성되어 있는 개소에 결함이 있으면, 그 주기성에 흐트러짐이 생겨, 광학 화상은 균일한 회색 상(像)에 결함의 정도에 따른 휘도 변화를 갖는 상이 된다. 이 휘도 변화는 예를 들면, 고립된 백점이나 흑점이 되어 관찰된다.

상기와 같은 주기성의 흐트러짐에 의한 휘도 변화를 검출함으로써, 광학계의 해상도보다 미세한 패턴의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 이는 구체적으로는, 동일한 템플릿에 있어서, 복수의 다이의 광학 화상끼리를 비교하는 다이 - 다이 비교 방식, 또는 동일한 패턴이 형성되어 있는 영역의 광학 화상끼리를 비교하는 셀 비교 방식 등을 이용하여 행해진다. 예를 들면, 무결함이면 균일한 회색 화상으로 보이는 2 개의 다이를 비교하여, 주기성의 흐트러짐에 의한 휘도 변화를 수반하고 있는 쪽의 화상을 결함이 있다고 판정한다.

여기서, 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴에 대하여, 패턴과 광학계와의 초점 위치를 변경하여 광학 화상을 촬상하면, 각 광학 화상에는 상기의 휘도 변화, 즉 계조치의 불균일이 보이나, 그 불균일의 크기는 초점 위치에 따라 변경된다. 불균일이 최대가 되는 초점 위치가 광학 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 곳, 즉 합초점 위치이다. 그러나, 결함 검사에서는 합초점 위치에 대하여 의도적으로 일정한 거리(포커스 오프셋)를 형성하여 검사하는 편이, 결함 검사의 신호/노이즈(S/N)비가 개선되는 경우가 있음을 알 수 있다. 따라서, 광학 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 합초점 위치를 구하고, 이어서 이 합초점 위치에 포커스 오프셋분(分)을 보정한 위치를 최적의 초점 위치로서 검사한다.

또한, 포커스 오프셋에도 최적값이 있으며, 또한 그 최적값은 결함의 종류, 형상, 치수 등에 의해 변화된다.

예를 들면, 일정한 주기성을 가지고 규칙적으로 배열되어 있는 라인·앤드·스페이스 패턴을 고려한다. 이 패턴에 단선에 의한 결함 개소가 있는 것으로 하고, 이 결함 개소를 어느 포커스 오프셋에서 관찰하면, 균일한 회색 화상에 결함 개소가 흰 휘점이 되어 보인다. 이 상태로부터 포커스 오프셋을 변경하면, 균일한 회색 화상에 결함 개소가 검은 휘점이 되어 보이게 된다. 또한, 그 중간의 포커스 오프셋에서는 화상 센서에서 결함 신호의 진폭이 얻어지지 않아, 결함을 관찰할 수 없게 된다.

또한, 예를 들면 상기의 라인·앤드·스페이스 패턴에 있어서, 인접하는 라인 패턴의 일부가 연결되어 단락하고 있는 결함이 있으면, 그 결함의 외관은, 단선에 의한 결함의 외관과는 흑백 반전한다. 즉, 단선에 의한 결함에서는 흰 휘점이 되어 보이는 포커스 오프셋을 단락에 의한 결함에 적용하면, 단선의 경우와 흑백 반전하여, 단락에 의한 결함은 검은 휘점이 되어 보인다. 또한, 단선에 의한 결함에서 검은 휘점이 되어 보이는 포커스 오프셋에서는, 단락에 의한 결함은 흰 휘점이 되어 보인다.

또한 상기 예에 있어서, 단락이나 단선의 형상 또는 크기가 상이하면, 결함의 휘도, 즉 백휘점 또는 흑휘점의 휘도가 변화되거나, 휘도가 최대가 되는 포커스 오프셋이 변화한다.

따라서, 템플릿을 검사할 때에는, 먼저 예비 검사를 행하여 결함을 검출하고, 이어서, 그 결함에서 포커스 오프셋을 조절하여, 결함을 검출하는데 최적인 포커스 오프셋을 찾아내고 나서 검사를 행하는 것이 좋다. 그러나, 예비 검사에서 결함이 검출되지 않으면, 포커스 오프셋의 조절을 할 수 없게 된다. 그 때문에, 그 후의 검사에 있어서도 결함이 검출되지 않을 경우, 그것이 정말로 결함이 없기 때문인지, 혹은 포커스 오프셋이 적당하지 않아서 결함을 검출할 수 없기 때문인지의 구별을 할 수 없어서, 결과적으로 검사의 품질을 보증할 수 없게 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은 포커스 오프셋을 적절히 조절하여, 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있는 검사 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 포커스 오프셋을 적절히 조절하여, 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있는 검사 방법에 적합한 템플릿 기판을 제공한다.

또한, 본 발명은 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출할 수 있는 검사 방법에 적합한 포커스 오프셋 방법을 제공한다.

본 발명의 일태양의 검사 방법은, 광원으로부터 출사한 광을 광학계를 통하여 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사한 광을 상기 광학계를 통하여 촬상 센서로 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로, 상기 기판은, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고, 상기 제1 패턴이 형성된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 베이스가 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절하는 공정과, 상기 포커스 오프셋으로 조절한 후에 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가진다.

본 발명의 다른 태양의 템플릿 기판은, 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 제2 패턴과, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로, 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 영역을 가진다.

본 발명의 다른 태양의 포커스 오프셋 방법은, 광원으로부터 출사한 광을 광학계를 통하여 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사한 광을 상기 광학계를 통하여 촬상 센서로 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법에 있어서의 포커스 오프셋 방법으로, 상기 기판은, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고, 상기 제1 패턴이 형성된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 베이스가 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절한다.

도 1은 마스크의 얼라인먼트 마크 부분을 확대한 평면도이다.
도 2는 마스크의 얼라인먼트 마크 부분을 확대한 평면도이다.
도 3은 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크의 일례이다.
도 4는 도 3의 일부 영역을 확대한 도이다.
도 5는 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크의 다른 예이다.
도 6은 검사 장치의 테이블에 템플릿이 재치(載置)된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 7은 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크의 일례이며, 그 일부를 확대한 평면도이다.
도 8은 실시 형태 1의 검사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 실시 형태 1의 검사 장치에 있어서의 테이블의 일례이다.
도 10은 Z 맵을 보정하여 이용하는 템플릿의 높이 보정의 제어 방법을 설명한 블록도이다.
도 11은 쇼트 결함의 예이다.
도 12는 오픈 결함의 예이다.
도 13은 엣지 러프니스에 의한 결함의 예이다.
도 14는 실시 형태 1에 있어서의 검사 장치의 구성도이다.
도 15는 결함을 가지는 라인·앤드·스페이스 패턴의 모식도이다.
도 16은 도 15의 패턴에 공간 주파수 필터를 설치한 것이다.
도 17은 검사 장치의 광학계에 의해 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다.
도 18은 검사 장치의 광학계에 의해 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다.
도 19는 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 20은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 21은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 22는 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 23은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 24는 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 25는 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 26은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 27은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 28은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 29는 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 30은 템플릿에 형성하는 모의 결함의 예이다.
도 31은 실시 형태 2에 있어서의 템플릿의 전사면의 평면 모식도이다.
도 32는 실시 형태 2에 있어서의 템플릿의 전사면의 일부 확대도이다.
도 33은 도 31의 전사면(Sf1, Sf3)의 확대도이다.
도 34는 실시 형태 3에 있어서의 템플릿의 전사면의 평면 모식도이다.

(실시 형태 1)

상술한 바와 같이, 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴이 형성된 템플릿을 검사할 때에는, 먼저 예비 검사를 행하여 적당한 결함을 검출하고, 이어서, 그 결함에서 포커스 오프셋을 조절하여, 결함을 검출하는데 최적인 포커스 오프셋을 찾아내고 나서 검사를 행한다. 그러나, 예비 검사에서 결함이 검출되지 않을 경우, 포커스 오프셋의 조절을 할 수 없기 때문에, 그 후의 검사에서도 결함이 검출되지 않으면, 그것이 정말로 결함이 없기 때문인지, 혹은 포커스 오프셋이 적당하지 않아서 결함을 검출할 수 없기 때문인지의 구별을 할 수 없다.

따라서, 본 실시 형태에서는 템플릿에 사전에 모의 결함을 형성하여 두고, 이 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행한다. 모의 결함은, 구체적으로는 템플릿의 전사면(임프린트면)에 형성된다. 본 실시 형태에서는 전사면에 형성된 얼라인먼트 마크에 모의 결함이 형성된다. 이 얼라인먼트 마크는 십자 또는 L자 마크와, 그 주변이 그레이톤으로 보이는 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴을 가지고, 그 반복 패턴의 일부에는 모의 결함이 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크에 있어서, 십자 또는 L자 마크로 보이는 부분은, 패턴이 형성되어 있지 않은 베타 베이스 부분이다. 한편, 십자 또는 L자 마크로 보이는 부분 이외의 부분을 본 실시 형태에서는 '더미·필 영역'이라 정의하고, 이 더미·필 영역에 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴이 형성된다.

일반적으로, 얼라인먼트 마크는 반도체 집적회로의 제조 공정에 있어서의 다양한 얼라인먼트에 이용된다. 그리고, 얼라인먼트의 종류에 따라, 상이한 얼라인먼트 마크가 템플릿의 각각 적당한 개소에 형성된다. 본 실시 형태에서는, 템플릿의 전사면에 배치되는 얼라인먼트 마크에 있어서, 적당한 치수의 직사각형 영역에 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴을 배치한 더미·필 영역에 얼라인먼트에 필요한 형상의 마크와 모의 결함을 형성하고, 이들을 포커스 오프셋의 조절에도 이용한다. 이 때, 얼라인먼트 마크가 본래 목적으로 하고 있는 얼라인먼트의 종류는 임의이다. 즉, 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크에는, 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴과 모의 결함이 형성되고 있으면 되며, 얼라인먼트에 필요한 형상은 특별히 한정되지 않는다.

먼저, 얼라인먼트 마크가 본래 목적으로 하고 있는 얼라인먼트에 대하여 설명한다. 또한, 하기에서는 주로 마스크를 예로 들지만, 템플릿에 대해서도 마찬가지이다.

얼라인먼트 마크는 예를 들면, 웨이퍼와 마스크의 위치 맞춤, 또는 웨이퍼와 템플릿의 위치 맞춤을 목적으로서 형성된다. 또한, 얼라인먼트 마크는 대규모 집적회로(LSI)의 다층 배선의 형성에도 이용된다. LSI의 제조 공정에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 10 종류 정도의 층이 차례로 형성되어, 종횡의 배선 또는 기능 셀이 만들어진다. 여기서, 각 층의 형성에는 상이한 패턴을 가진 마스크가 사용되며, 각 층은 서로 이탈하지 않게 겹쳐진다. 이 때, 하층과 상층의 위치 맞춤을 하는 것에 얼라인먼트 마크가 이용된다. 얼라인먼트 마크는 LSI의 동작에는 필요로 하지 않는 패턴이므로, LSI 패턴에 영향을 주지 않게 LSI 패턴의 형성 영역의 외측에 형성된다. 본 실시 형태에서는, 특히 마스크의 패턴면이나 템플릿의 전사면의 외주부에 형성된다.

또한, 얼라인먼트 마크에는 검사에 사용되는 것도 있다. 검사 시에는, 예를 들면 검사 장치에 설치된 XYθ 테이블 상의 소정 위치에 마스크가 재치되면, 검사 장치는 마스크의 소정 위치로부터의 회전 각도(θ), 또는 온도 등에 의한 패턴의 전체 신축을 자동으로 계산하여 보정 계산을 행한다. 이 때, 회전 각도 또는 신축은 얼라인먼트 마크를 이용하여 산출된다.

검사 장치에서 상기의 보정 계산이 행해지는 경우, 먼저 플레이트 얼라인먼트가 행해진다. 플레이트 얼라인먼트는 마스크의 패턴면의 XY 좌표축과, 검사 장치의 XYθ 테이블의 주행축의 평행 및 직각도를 맞추는 행위이다. 이에 의해, 마스크 패턴의 회전 또는 신축 오차가 검사 장치의 광학계에 대하여 정규화된다. 예를 들면, 마스크에 형성된 설계 상은 수평 또는 수직의 위치 관계가 되는 2 개의 얼라인먼트 마크의 X축 및 Y축이, XYθ 테이블의 주행축에 대하여 수평 및 수직이 되도록 하고, 또한 얼라인먼트 마크를 기준으로 XYθ 테이블의 θ 축을 회전시켜, 마스크가 소정 위치가 되도록 조정한 다음에, 2 개의 얼라인먼트 마크 간의 거리를 측정한다. 그리고, 이 측정값을 사전에 검사 장치에 주어진 이론 상의 얼라인먼트 마크 간의 거리에 대조하여 마스크의 신축율을 산출한다. 얻어진 값을 검사 공정에서 측정한 패턴의 위치 또는 치수의 보정 계산에 반영시킴으로써, 검사 결과의 정밀도를 높일 수 있다.

본 실시 형태의 얼라인먼트 마크는, 적당한 치수의 직사각형 영역에 광학계의 해상도보다 미세한 반복 패턴을 배치한 더미·필 영역과, 얼라인먼트에 필요한 형상의 마크(십자 또는 L자 등의 마크)와 모의 결함을 가진다.

도 1 ~ 도 2에 비교예로서 광마스크용의 얼라인먼트 마크를 나타낸다. 이에 대하여, 도 3 ~ 도 5에 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크를 나타낸다. 또한, 도 3 ~ 도 5에서는 포커스 오프셋의 조절을 위한 모의 결함은 생략되어 있다.

광마스크용의 얼라인먼트 마크는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(81) 상에 정방형의 차광막(82)을 설치하여, 이 차광막(82)으로부터 십자 형상으로 유리 기판(81)을 노출시킴으로써, 베타 베이스와 십자 형상의 마크를 형성할 수 있다. 혹은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차광막(82)으로부터 정방형으로 유리 기판(81)의 베타 베이스를 노출시켜, 이 안에 차광막(82)에 의해 십자 형상의 마크를 형성할 수 있다.

한편, 도 3 ~ 도 5에 나타낸 본 실시 형태에 있어서의 템플릿은 유리 기판에 회로 패턴이 새겨진 것이고, 전사에 필요한 면적에 상당하는 부분을 돌출 형상으로 남겨 그 주위가 파내려 간 대지(메사) 구조를 가진다. 전사될 회로 패턴은, 이 돌출 형상부로 형성되고, 이 돌출 형상부가 웨이퍼 상의 레지스트에 가압됨으로써, 회로 패턴이 전사된다. 템플릿의 얼라인먼트 마크는 차광막이 없으므로, 얼라인먼트 마크는 패턴의 유무에 따른 콘트라스트의 차이를 이용하여 형성된다. 구체적으로는, 웨이퍼에 전사되는 패턴과 동등한 치수 또는 그에 근접한 치수의 미세한 반복 패턴으로서, 검사 장치의 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 패턴이 주기적으로 배치되고, 회색의 계조로 보이는 부분을 형성한다. 예를 들면, 십수 nm의 폭의 라인 패턴, 또는 십수 nm의 직경의 홀 패턴이, 십수 nm의 간격으로 배치된다. 이러한 패턴과, 패턴이 없음에 따라 템플릿의 베이스의 휘도로 보이는 부분과의 콘트라스트의 차이가 이용된다. 이 때, 템플릿의 베이스의 휘도로 보이는 부분을 얼라인먼트에 사용되는 마크의 형상으로 한다. 예를 들면 마스크와 동일하게, 십자 형상, L자 형상, 또는 복수의 바가 조합된 형상 등으로 할 수 있다. 또한, 상기의 미세 패턴의 형성에도 전자빔 묘화 장치가 이용된다.

도 3은 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크의 일례이다. 또한 도 4는, 도 3에 나타낸 영역(85)을 확대한 도이다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 미세한 라인·앤드·스페이스 패턴(84)이 배치된 영역과, 라인·앤드·스페이스 패턴(84)이 배치되어 있지 않음으로써 템플릿의 베이스(83)가 보이는 영역과의 콘트라스트의 차이를 이용하여, 십자 형상의 마크가 형성된다.

도 5는 템플릿에 형성되는 얼라인먼트 마크의 다른 예이다. 이 예에서는, 미세한 홀 패턴을 주기적으로 다수 배치하는 한편, 템플릿의 베이스(83)의 부분을 십자 형상으로 남기고 있다. 이에 의해, 홀 패턴이 형성된 영역과, 템플릿의 베이스(83)의 부분과의 콘트라스트의 차이를 이용하여, 십자 형상의 마크가 만들어진다.

본 실시 형태에 있어서, 포커스 오프셋의 조절에 사용되는 템플릿의 얼라인먼트 마크는, 템플릿의 돌출 형상부의 전사면의 외주의 네 귀퉁이에 가까운 영역에 배치된다. 도 6은 검사 장치의 테이블에 템플릿이 배치된 상태를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 또한, 이 도면에서는 템플릿을 부호 87로 나타내고 있으며, 전사면(89)이 피검사 영역이다. 부호 86은 테이블이며, 템플릿(87)과 테이블(86)이 겹치는 부분은 검사되지 않은 영역이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 템플릿(87)에 형성되는 얼라인먼트 마크(88)는, 템플릿(87)의 전사면(89)의 외주에 가까운 네 귀퉁이에 배치된다.

이어서, 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크에 형성되는 모의 결함을 설명한다.

광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사에서는, 라인끼리 단락하는 쇼트 결함, 또는 라인이 단선하는 오픈 결함의 검출이 목적이 된다. 도 11에 쇼트 결함의 예를 나타낸다. 영역(a1)에서는 인접하는 2 개의 라인끼리 연결되어 있고, 쇼트 결함이 되어 있다. 또한, 도 12는 오픈 결함의 예이다. 영역(a2)에서는 라인의 일부가 단선하고 있다. 이러한 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 템플릿의 성능에 심각한 영향을 미친다. 따라서, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 모의한 결함을 얼라인먼트 마크에 형성하는 것이 좋다.

도 7은, 템플릿의 전사면의 네 귀퉁이에 형성되는 얼라인먼트 마크의 일례이며, 그 일부를 확대한 평면도이다. 얼라인먼트 마크는 템플릿의 전사면에 형성된 피검사 대상이 되는 패턴, 즉 웨이퍼에 전사되는 제1 주기적 패턴(도시하지 않음)을 본뜬 것으로, 제1 패턴과 치수 및 주기성이 동등하고 검사 장치의 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 미세한 제2 패턴(91)과, 이 제2 패턴(91)이 배치되어 있지 않은 영역으로, 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트하기 위한 마크(92)를 형성하는 영역을 가진다. 제2 패턴(91)은 웨이퍼에 전사한 후에 물리적으로 절단되는 영역(스크라이브 영역)에 형성되는 비기능 회로이다.

제2 패턴(91)이 형성된 영역에는 모의 결함(93, 94, 95, 96)이 형성되어 있다. 도 7에 있어서, 모의 결함(93, 95)은 패턴의 단선에 의한 오픈 결함을, 모의 결함(94, 96)은 패턴의 단락에 의한 쇼트 결함을 각각 모의하고 있다. 또한, 모의 결함(93, 94)은 모두 제1 패턴의 선폭과 동등한 정도이다. 한편, 모의 결함(95, 96)은 모두 제1 패턴의 선폭의 반분 정도이다. 전술한 바와 같이, 포커스 오프셋의 최적값은 결함의 종류, 형상, 치수 등에 따라 변화되므로, 1 개의 얼라인먼트 마크에, 결함의 종류, 형상, 치수가 상이한 복수의 모의 결함을 형성함으로써, 결함 전체적으로 최적이 되는 포커스 오프셋을 찾아내, 검사의 정밀도를 높일 수 있다.

도 19 ~ 도 30에 얼라인먼트 마크에 형성되는 모의 결함의 다른 예를 나타낸다. 또한, 모의 결함의 배경이 되는 제2 패턴은, 모두 웨이퍼에 전사되는 제1 패턴을 본뜬 것으로, 제1 패턴과 동등한 치수를 가진다고 한다.

도 19의 영역(c1)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭의 반분 정도로 하여, 패턴이 단락한 쇼트 결함을 모의한 예이다. 도 20의 영역(c2)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭의 반분 정도로 하여, 패턴이 단선한 오픈 결함을 모의한 예이다.

도 21의 영역(c3)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 동등 정도로 하여, 패턴의 단락이 2 개 인접하여 생긴 쇼트 결함을 모의한 예이다. 도 22의 영역(c4)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 동등 정도로 하여, 패턴의 단선이 2 개 인접하여 생긴 오픈 결함을 모의한 예이다. 도 23의 영역(c5)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 반분 정도로 하여, 패턴의 단락이 2 개 인접하여 생긴 쇼트 결함을 모의한 예이다. 도 24의 영역(c6)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 반분 정도로 하여, 패턴의 단선이 2 개 인접하여 생긴 오픈 결함을 모의한 예이다.

도 21 ~ 도 24는 결함이 인접하여 2 개 생긴 경우를 모의한 예이지만, 이 이외에도 인접하는 결함 수를 3개 혹은 4 개 정도까지 증가시킨 모의 결함을 함께 형성해도 된다. 이와 같이, 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함을 복수 형성함으로써, 검사 장치의 결함 검출 감도가 변화하고 있는지 아닌지를 판단하는 기준으로 모의 결함을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 검사 장치에서 모의 결함의 광학 화상을 촬상했을 때, 모의 결함의 신호가 그 치수에 의존하여 경시적으로 변화하고 있는 경우는, 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 결함의 유무를 검사하는 공정을 행하지 않고 검사를 정지하는 것이 바람직하다. 일례로서, 검사 장치가, 처음에는 모든 모의 결함을 검출할 수 있었는데, 경시적으로 검출 감도가 변화되고, 패턴의 단락이 인접하여 3개 발생하고 있는 모의 결함을 검출할 수는 있으나, 패턴의 단락이 인접하여 2 개 발생하고 있는 모의 결함을 검출할 수가 없게 된 경우를 들 수 있다. 이와 같이 결함 검출 감도가 저하되는 원인으로서는, 예를 들면 광원의 광량이 저하되거나, 테이블에 진동이 발생하는 것이 고려된다. 따라서, 이러한 경우에는, 검사 공정을 속행하지 않고 포커스 오프셋의 조정 공정에서 정지하여, 검사 장치의 진단을 행하는 것이 바람직하다.

도 25는 라인 패턴에서 선폭이 국소적으로 굵어진 결함을 모의한 예이며, 영역(c7)에 나타낸 바와 같이 결함이 고립되어 발생하고 있는 경우와, 영역(c8)에 나타낸 바와 같이 결함이 2 개 인접하여 발생하고 있는 경우를 함께 마련한 것이다. 한편, 도 26은 라인 패턴에서 선폭이 국소적으로 가늘어진 결함을 모의한 예이며, 영역(c9)에 나타낸 바와 같이 결함이 고립되어 발생하고 있는 경우와, 영역(c10)에 나타낸 바와 같이 결함이 2 개 인접하여 발생하고 있는 경우를 함께 마련한 것이다.

도 25 또는 도 26의 예에서는, 또한 라인 패턴을 구성하는 2 개의 엣지가 연장되는 방향으로 설계 치수와 상이한 다양한 사이즈의 결함을 배치해도 된다. 이에 의해, 도 21 ~ 도 24를 이용하여 설명한 바와 마찬가지로, 검사 장치의 결함 검출 감도가 변화하고 있는지 아닌지를 판단하는 기준으로 모의 결함을 이용할 수 있다.

설계 치수와 상이한 다양한 사이즈의 결함을 배치하여, 검사 장치의 결함 검출 감도의 변화를 볼 경우, 기준이 되는 결함의 크기를 결정한 다음에, 이보다 큰 결함과 작은 결함을 마련하는 것이 좋다.

도 27의 영역(c11)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 동일 정도로 하여, 패턴이 단락한 쇼트 결함을 모의한 예이다. 도 28의 영역(c12)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭과 동일 정도로 하여, 패턴이 단선한 오픈 결함을 모의한 예이다. 이러한 제1 패턴의 선폭과 등배의 치수를 가지는 결함을 기준으로서, 이보다 큰 결함과 작은 결함을 결정할 수 있다. 도 29의 영역(c13)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭의 2배 정도로 하여, 패턴이 단락한 쇼트 결함을 모의한 예이다. 도 30의 영역(c14)에 나타낸 모의 결함은, 결함의 치수를 제1 패턴의 선폭의 2배 정도로 하여, 패턴이 단선한 오픈 결함을 모의한 예이다. 도 29 또는 도 30에 나타낸 결함은 큰 치수를 가지는 예이다. 또한, 상술한 도 21 또는 도 22에 나타낸 결함도 큰 치수를 가지는 예로 할 수 있다. 한편, 도 19 또는 도 20에 나타낸 결함은 작은 치수를 가지는 예로 할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태에 의한 검사 방법을 설명한다. 도 8은 검사 방법을 나타낸 순서도이다.

템플릿의 피검사 영역에는 라인·앤드·스페이스 패턴 등의 반복 패턴, 즉 주기성을 가지고 반복되는 규칙적인 패턴이 형성되어 있다. 이 패턴의 적어도 일부는 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴(제1 패턴)이다. 이러한 패턴으로서는, 예를 들면 반도체 팁의 메모리매트부에 형성되는 패턴 등을 들 수 있다. 여기서, 검사 장치에 있어서의 광학계의 해상 한계(R)는, 광원으로부터의 광의 파장(λ)과, 이 광을 템플릿의 검사 영역에 결상하는 대물 렌즈의 개구 수(NA)를 이용하여, 식 (3)에 의해 나타내진다.

또한, 템플릿의 전사면의 네 귀퉁이에는 얼라인먼트 마크가 배치되어 있다. 얼라인먼트 마크는 피검사 영역에 형성된 광학계의 해상 한계보다 미세한 제1 패턴을 본뜬 제2 패턴과, 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로, 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 영역을 가진다. 제2 패턴이 형성된 영역에는 모의 결함이 형성되어 있다. 제2 패턴, 얼라인먼트를 위한 마크, 및 모의 결함의 구체적인 예는, 도 7을 이용하여 설명한 바와 같다.

본 실시 형태에 의한 검사 방법에서는, 먼저 피검사 대상이 되는 템플릿을 검사 장치의 테이블 상에 재치하여, 상술한 플레이트 얼라인먼트를 행한다(S1).

이어서, 템플릿의 광학 화상을 취득하는 검사 장치의 센서에 대하여, 그 광량 진폭을 최적화한다(S2). 센서로서, 예를 들면 촬상 소자인 CCD 카메라를 일렬로 늘어놓은 라인 센서를 이용했을 경우, 라인 센서의 각 화소의 신호 진폭이 균등해지게, 각 화소의 앰프의 게인을 조정한다. 또한, 템플릿의 광학 화상의 흑백 진폭의 다이나믹 레인지를 최대한으로 활용하여, 결함 신호를 가능한 한 높게 검출할 수 있게, 휘도의 오프셋과 진폭을 조정한다.

이어서, 템플릿의 전사면에 형성된 얼라인먼트 마크의 모의 결함을 이용하여, 포커스 오프셋을 조절한다(S3). 구체적으로는, 템플릿의 전사면과, 검사 장치의 광학계(대물 렌즈)와의 초점 거리를 변경하여 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 이 모의 결함을 검출하는데 최적인 초점 거리, 즉 S/N가 최대가 되는 초점 거리를 구한다. 이러한 초점 거리는 합초점 위치로부터 포커스 오프셋의 분만큼 이탈된 위치가 된다.

일례로서, 템플릿의 일부분 또는 전체에 동일한 구성을 가지는 복수의 팁 패턴이 배치되어 있는 경우를 고려한다. 보다 구체적으로는, 반도체 웨이퍼에 전사되는 동일 집적 회로의 반복 패턴이 배치되어 있는 경우이다. 여기서, 반복 단위는 동일 크기의 직사각형을 나타내고 있으며, 서로 분리되면 다이(Die)라고 불린다. 1 개의 다이에는, 통상적으로 1 단위의 집적 회로 등이 형성되어 있다. 다이 투 다이(Die to Die) 비교 방식에 따라 이 반복 패턴을 검사할 때에는, 상이한 팁에 있어서의 동일 패턴의 광학 화상끼리 비교된다. 예를 들면, n 번째의 팁의 광학 화상을 피검사 대상으로 하면, (n-1) 번째의 팁의 광학 화상이 비교될 기준 화상이 된다. 이 때, 반복 패턴이 검사 장치의 광원의 파장에서 해상할 수 없는 패턴이면, 검사 영역의 대부분에서는, 똑같은 회색 계조의 광학 화상끼리를 비교하게 된다. 그러나, 패턴에 결함을 가지는 광학 화상에서는, 결함 개소가 그 종류나 형상에 따라 흰 휘점 또는 흑점이 되어 관찰된다.

예를 들면, 템플릿에 광을 조사하고, 그 반사광을 센서로 입사시킴으로써, 반복 패턴의 광학 화상을 취득하는 경우에 있어서, 인접하는 패턴끼리가 연결되어 단락 하고 있으면, 그 결함 개소에서는 광이 더 넓은 면적에서 반사하므로, 결함은 흰 휘점이 되어 관찰된다. 한편, 패턴에 단선이 발생하고 있으면, 그 부분에서 패턴이 빠져 있으므로, 광의 반사 면적이 작아지고, 결함은 흑점이 되어 관찰된다. 이들의 예에 있어서, 포커스 오프셋을 변화시키면, 결함 개소의 휘점 또는 흑점의 형상이 변화되거나, 결함 신호의 극대 및 극소의 신호 진폭이 변화되기도 한다.

포커스 오프셋의 조절 공정에서는, 결함을 검출하는데 최적인 포커스 오프셋이 탐색된다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이 포커스 오프셋을 변경하면서, 즉 템플릿의 전사면과, 검사 장치의 광학계(대물 렌즈)와의 초점 거리를 변경하면서, 얼라인먼트 마크에 형성된 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 베이스가 되는 회색 계조에 대하여 결함 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋을 탐색한다. 예를 들면, 회색 계조의 신호 레벨에 대한 결함의 휘도 신호 레벨을 소정의 알고리즘으로 산출하는 방법이 채택된다.

포커스 오프셋에 영향을 주는 인자로서는, 결함의 종류, 형상, 크기 외에도, 템플릿에 형성된 웨이퍼에 전사되는 패턴의 치수, 전사면에 있어서의 새김의 깊이, 템플릿 표면의 코팅의 조건 등을 들 수 있다. 또한, 검사 장치에 있어서, 광원으로부터의 광을 템플릿에 조명하는 조명 광학계, 또는 템플릿을 투과 또는 반사한 광을 결상하여 센서에 입사시키는 결상 광학계의 상태에 따라서는, 단선과 같은 결함에 대한 포커스 오프셋의 최적 위치와, 단락과 같은 결함에 대한 포커스 오프셋의 최적 위치가 상이한 경우가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는, 예를 들면 단선에 대하여 최적인 포커스 오프셋에서 검사를 행하고, 이어서, 단락에 대하여 최적인 포커스 오프셋에서 검사를 행하는 경우와 같이, 각각의 포커스 오프셋에서 2 회 검사를 행하는 것이 바람직하다.

탐색 결과, 최적의 포커스 오프셋이 정해지면, 그 포커스 오프셋이 되도록, 템플릿의 전사면과, 검사 장치의 광학계(대물 렌즈)와의 초점 거리를 조절한다. 여기서, 초점 거리는, 템플릿이 재치되는 검사 장치의 테이블의 높이를 조절함으로써 변경된다.

도 9에 검사 장치의 테이블의 일례를 나타낸다. 테이블(1)의 대부(3)는, 그 상면이 테이블(1)의 높이의 기준이 되는 Z 기준면(4)이 된다. Z 기준면(4) 상에는, Y 테이블(5)과 X 테이블(6)이 배치되고, 또한 X 테이블(6) 상에 Z 테이블(7)이 배치되어 있다. Z 테이블(7)은 수직 방향으로 이동 가능하며, 또한 Y 테이블(5)과 X 테이블(6)은 수평 방향으로 이동 가능하다. 또한, 도시를 생략하지만, 테이블(1)은 θ 방향으로도 회전 가능하다.

Z 테이블(7)은 그 상부에 지지부(8)를 가진다. 지지부(8)에는 템플릿(2)을 지지하는 지지체(9)가 설치되어 있다. 템플릿(2)은, 패턴이 형성된 메사부가 대부(3)의 Z 기준면(4)의 측을 향하게 배치된다.

Z 테이블(7)은 지지부(8)에서 지지체(9)의 배치에 대응되게 3 개의 Z 구동 기구(15)를 가지고 있다. Z 테이블(7)에서는 Z 구동 기구(15)에 의해 지지부(8)가 높이 방향을 따라 상하로 이동한다.

Z 테이블(7)의 지지부(8)의 Z 기준면(4)과 대향되는 면에는, 제1 측정면(12a)과 제2 측정면(12b)으로 이루어지는 2 개의 측정면(12)이 설치되어 있다. 제1 측정면(12a)과 제2 측정면(12b)은, 템플릿(2)의 검사 위치가 되는 측정 위치를 사이에 두고, 그들이 동일 축 상이 되게 설치된다.

Z 센서(11)도, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)의 배치에 대응되게, 각각 Z 기준면(4) 상에 설치된 제1 Z 센서(11a)와 제2 Z 센서(11b)를 가진다. 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)는, 각각 (대좌(臺座)(13)을 구성함) 대좌(13a, 13b) 상에 재치된 상태로 Z 기준면(4) 상에 설치되어 있다.

제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)와, 대좌(13 a, 13 b)의 높이는 각각 이미 알고 있다. 따라서, 이들 값을 이용하여, 또한 Z 기준면(4)으로부터의 제1 측정면(12a)의 높이를 제1 Z 센서(11a)로 측정하고, 제2 측정면(12b)의 높이를 제2 Z 센서(11b)로 측정한다.

제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)로부터 출력된 신호는, 이들에 각각 접속하는 Z 측정부(21)에 있어서, 전류값에서 전압값으로 변환된다. 그 후, 비반전 증폭 앰프에 의해 적절한 전압 레벨로 증폭된 후, A/D 변환부에서 디지털 데이터로 변환되고, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)의 높이 데이터가 작성된다.

기울기 측정부(32)는, 이 높이 데이터를 기초로, 템플릿(2)의 전사면의 기울기, 뒤틀림, 굴곡 상태를 나타내는 Z 맵을 작성한다.

또한, Z 측정부(21)에서 작성된 제1 측정면(12a)의 높이 데이터 및 제2 측정면(12b)의 높이 데이터는, 각각 Z 측정부(21)에 접속하는 높이 보정부(10)에 보내져, Z 테이블(7)의 이동의 제어에 이용된다. 또한, 도 8의 S3에서 탐색한 포커스 오프셋에 관한 정보도 높이 보정부(10)로 보내진다. Z 높이 제어부(34)는, 높이 보정부(10)로부터의 정보를 기초로 Z 구동 기구(15)를 제어하고, 템플릿(2)이 최적의 포커스 오프셋이 되는 위치에 있도록 Z 테이블(7)의 높이를 조절한다.

템플릿의 전사면이 수평이 아니기 때문에, 도 8의 S3에서 조절한 포커스 오프셋이 X 좌표와 Y 좌표에 의존하여 변화되는 경우는, 기울기 측정부(32)에서 작성된 Z 맵을 기초로 Z 테이블(7)을 제어하고, X 좌표와 Y 좌표의 변화에 따라 Z 좌표를 바꾸어, 포커스 오프셋이 항상 적절한 값을 유지하게 한다.

도 10은 Z 맵을 보정하여 이용하는 템플릿(2)의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명한 블록도이다. 환언하면, 도 10은 도 9의 테이블(1)의 높이 보정부(10)의 기능을 설명하는 것이며, 테이블(1)이 템플릿(2)을 목표로 하는 높이 위치로 조정하는 방법을 설명하고 있다.

템플릿(2)은 도 9에 나타낸 바와 같이 Z 테이블(7) 상에 재치된다. Z 테이블(7)은 Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하다. Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 이동 위치는, 도시되지 않은 레이저 간섭계 등에 의해 측정되고, XY 정보의 데이터로서 높이 보정부(10)로 보내진다.

테이블(1)의 높이 보정부(10)는, Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 XY 위치 정보로부터, Z 맵을 이용하여 템플릿(2)의(검사 위치가 됨) 측정 위치의 목표가 되는 높이(Z 맵 목표값)의 데이터를 얻는다. 그리고, 높이 보정부(10)는, 그 높이 데이터에 기초하여, Z 높이 제어부(34)를 이용하여 Z 테이블(7)의 Z 구동 기구(15)를 제어하고, 템플릿(2)의 높이를 목표가 되는 높이(Z 맵 목표값)로 조정한다.

템플릿(2)의 높이(Z) 위치를 목표로 하는 위치에 의해 높은 정밀도로 조정하고자 할 경우에는, 도 10에 나타낸 Z 맵 목표값의 보정과, 그에 기초하는 템플릿(2)의 Z 높이의 조정이 행해진다.

예를 들면, 높이 보정부(10)의(도시되지 않음) 연산 회로에 의해, Z 테이블(7)의 제1 측정면(12a)에 있어서의, 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z1)와, 제1 측정면(12a)에 대한 중력 휨의 영향을 고려한 보정값(Z1 보정값)이 가산된다. 마찬가지로, Z 테이블(7)의 제2 측정면(12b)에 있어서의, 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z2)와, 제2 측정면(12b)에 대한 중력 휨의 영향을 고려한 보정값(Z2 보정값)이 가산된다. 그리고, 높이 보정부(10)의 연산 회로에 의해, 이들 제1 측정면(12a)에 관한 보정값과 제2 측정면(12b)에 관한 보정값의 평균값이 산출되고, 측정면(12)을 이용한 보정의 보정량이 된다.

또한 다른 보정으로서, 템플릿(2)의 중력 휨을 고려한 Z 휨 보정값이 산출된다. 그리고 또 다른 보정으로서, 기압 보정량 또는 온도 보정량 등이 산출된다.

이들 측정면(12)을 이용한 보정의 양, Z 휨 보정값, 기압 보정량 및 온도 보정량 등은, 높이 보정부(10)의 연산 회로에서 가산되어 보정 데이터가 산출된다.

높이 보정부(10)에서는, 상기 연산 회로에 의해, 템플릿(2)의 측정 위치의 Z 맵 목표값의 데이터와, 상술한 보정 데이터의 사이에서 차분이 구해지고, 보정된 Z 맵 목표값이 얻어진다. 그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, 높이 보정부(10)는, 그 보정된 Z 맵 목표값에 기초하여, Z 높이 제어부(34)에 의해 Z 테이블(7)의 Z 구동 기구(15)를 제어하고, 템플릿(2)의 높이를 목표가 되는 높이로 조정한다.

도 9에 있어서, 템플릿(2)의 하방에는 광학계(24)가 배치되어 있다. 광학계(24)는, 테이블(1)을 이용하여 검사 장치를 구성하는 경우에, 광학적으로 템플릿(2)의 검사를 행하기 위하여 배치된다.

즉, 광학계(24)에 있어서, 제1 광원(25)으로부터 출사된 광은 렌즈(26)을 투과하여, 미러(27)에 의해 방향을 바꾼 후, 렌즈(28a, 28b)에 의해 템플릿(2)의 검사 위치에 집광된다. 템플릿(2)의 하방측으로 반사된 광은, TDI 센서(Time Delay and Integration)에 집광되어 결상하고, 검사 장치에서 검사에 이용되는 광학 화상이 생성된다.

또한 광학계(24)에 있어서, 제2 광원(29)은, 템플릿(2)에 대하여 높이 측정용의 광을 조사한다. 제2 광원(29)으로부터 출사된 광은, 미러(30)에 의해 방향을 바꾸어, 템플릿(2) 상의 검사 위치에 조사된다. 이어서, 이 광은 템플릿(2) 상에서 반사된 후, 미러(31)에 의해 기울기 측정부(32)에 입사한다.

이와 같이, 도 9에서 광학계(24)의 일부의 구성 요소는 템플릿(2)의 높이의 측정용으로도 이용된다. 검사와 높이 측정에 공통되는 광학계(24)를 이용함으로써, 테이블(1)에서는 템플릿(2)을 목표로 하는 높이로 높은 정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 테이블(1)을 탑재한 검사 장치에 있어서는, 템플릿(2)과 광학계(24)가 적절한 포커스 오프셋의 위치로 유지된 상태로 검사할 수 있으므로, 템플릿(2)을 높은 정밀도로 검사하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태의 검사 방법에 있어서, 도 8의 S3에서 포커스 오프셋의 조절을 행하여 템플릿(2)과 대물 렌즈(205)의 초점 거리를 조정한 후에는, 도 8에 나타낸 S4 ~ S6의 각 공정을 행한다. 보다 자세하게는, 도 14의 검사 장치(100)에 있어서의 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편향면의 회전 각도를 결정하고(S4), 이어서, 검사를 위한 광학 화상을 취득하고(S5), 그리고 S5에서 취득한 광학 화상을 기초로 결함 판정을 행한다(S6).

S4는, 상세하게는 소정의 요건으로 촬상된 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상에 대하여 화소마다의 계조치를 구하여 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도를 결정하는 공정이다. 이 공정은, 경우에 따라 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 광학 화상에 있어서의 계조치의 표준 편차를, 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 평방근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 공정으로 할 수 있다. 어느 쪽이든, 광학 화상은 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크에 형성된 모의 결함의 광학 화상으로 하는 것이 바람직하다.

이하에서는, S4 ~ S6의 각 공정을 상세히 설명한다. 또한, 전술한 S1 ~ S3와 상기 S4는 검사에 앞서 행해지는 공정, 즉 검사 전공정에 대응한다.

도 14는 본 실시 형태에 있어서의 검사 장치(100)의 구성도이다. 검사 장치(100)는 광학 화상 취득부를 구성하는 구성부(A)와, 구성부(A)에서 취득된 광학 화상을 이용하여 검사에 필요한 처리 등을 행하는 제어부(B)를 가진다.

구성부(A)에 있어서, 템플릿(2)이 재치되는 테이블에는, 도 9를 이용하여 설명한 테이블(1)이 적용된다. 그러므로, (도 14에서는 도시되지 않으나) 테이블(1)은, 수평 방향 및 θ 방향으로 이동 가능한 XYθ 테이블과 수직 방향으로 이동 가능한 Z 테이블을 가진다. 단, 도 9에서의 광학계(24)는 도 14에서는 상이한 구성의 광학계로 되어 있다.

한편, 제어부(B)에서는 검사 장치(100) 전체의 제어를 담당하는 제어 계산기(110)가, 데이터 전송로가 되는 버스(120)를 개재하여, 위치 회로(107), 화상 처리 회로(108), 각도 제어 회로(14), 결함 검출 회로(134), 오토 로더 제어 회로(113), XYθ 테이블 제어 회로(114a), Z 테이블 제어 회로(114b), 기억 장치의 일례가 되는 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉시블 디스크 장치(116), 디스플레이(117), 패턴 모니터(118) 및 프린터(119)에 접속되어 있다.

구성부(A)에 있어서의 XYθ 테이블은, XYθ 테이블 제어 회로(114 a)에 의해 제어된 XYθ 구동 기구(16)에 의해 구동된다. 또한, Z테이블은 Z테이블 제어 회로(114b)에 의해 제어된 Z 구동 기구(15)에 의해 구동된다. 테이블(1)의 이동 위치는, 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어 위치 회로(107)로 보내진다. 테이블(1) 상의 템플릿(2)은, 오토 로더 제어 회로(113)에 의해 구동되는 오토 로더(130)로부터 자동적으로 반송되고, 검사 종료 후에는 자동적으로 반출된다.

피검사 대상이 되는 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상은 구성부(A)에서 취득된다. 구체적으로는, 다음과 같다.

도 14에 있어서, 구성부(A)의 광원(201)으로부터 출사된 광은, 편광 빔 스플리터(202)에서 반사되어, 2분의 1 파장판(203)을 투과한 후, 패러데이 회전자(204)에 입사한다. 패러데이 회전자(204)를 투과한 광은, 대물 렌즈(205)에 의해 템플릿(2)의 검사 영역에 결상한다. 이어서, 템플릿(2)에서 반사된 광은, 대물 렌즈(205)를 투과한 후, 패러데이 회전자(204), 2분의 1 파장판(203), 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여, 센서(207)로 입사한다. 센서(207)는 템플릿(2)의 패턴의 광학 화상을 촬상한다.

센서(207)에는, 예를 들면 포토다이오드 등의 촬상 소자를 일렬로 배열한 라인 센서가 이용된다. 이 경우, 테이블(1)의 연속 이동 방향과, TDI 센서의 지연 적산 방향을 일치시켜 이용함으로써 템플릿(2)의 패턴이 촬상된다.

패러데이 회전자(204)는 패러데이 효과에 의해 광의 편광면을 회전시키는 것이다. 또한, 패러데이 효과란, 광학 재료에 직선 편광을 입사시켜, 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 자기장을 가하면, 직선 편광의 2 개의 성분(시계 방향의 원 편광과 반시계 방향의 원 편광)의 위상 속도에 편차가 생기고, 그 결과, 출구에서의 위상차에 의해, 광학 재료로부터 나오는 광(직선 편광)의 편광면이 회전하는 현상을 말한다.

전술한 바와 같이 패턴 결함 중에서, 라인끼리 단락하는 쇼트 결함(도 11의 영역(a1)), 또는 라인이 단선하는 오픈 결함(도 12의 영역(a2))은 템플릿의 성능에 심각한 영향을 미친다. 이에 대하여, 도 13의 영역(a3)에 보여지는 것과 같은 엣지 러프니스에 대해서는, 템플릿에 주는 영향이 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 비교해 한정적이므로, 검사에 있어서 반드시 검출될 필요는 없다.

그러나, 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스의 모두가 광학계의 해상 한계보다 작고, 또한 이들이 동일 패턴, 구체적으로는 해상 한계보다 미세한 주기의 동일 반복 패턴에 혼재되는 경우, 이 광학계에 의한 관찰에서는 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 명암과 엣지 러프니스에 의한 명암의 구별이 되지 않는다. 그 이유로서, 패턴의 광학 화상에 있어서는, 쇼트 결함, 오픈 결함, 엣지 러프니스의 모두가 동일 사이즈, 즉 해상 한계 정도의 사이즈로 확대되는 것을 들 수 있다.

도 15는 템플릿에 형성된 라인·앤드·스페이스 패턴을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 15에 있어서, 패턴의 치수는 광학계의 해상 한계보다 작은 것으로 한다. 이 도면의 영역(b1)에서는 라인 패턴의 일부가 결여되어 있어, 오픈 결함으로 되어 있다. 또한, 영역(b2)에서는 패턴의 엣지 러프니스가 커져 있다. 이러한 결함의 차이는, 실제의 템플릿 상에서는 명확하게 구별되지만, 광학계를 통한 관찰에서는 구별할 수 없게 된다. 이는, 광학계가 광원의 광의 파장(λ)과, 개구 수(NA)로 정해지는 공간 주파수 필터로서 작용하기 때문이다.

도 16은 도 15의 패턴에 공간 주파수 필터를 설치한 것이다. 이 도면으로부터는, 영역(b1)에 있어서의 결함과 영역(b2)에 있어서의 결함이, 동일한 정도의 사이즈로 확대되어 있고, 형상의 차이가 판별하기 어려워져 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 해상 한계보다 작은 사이즈의 오픈 결함과 엣지 러프니스를 광학계에 의해 구별하는 것은, 원리적으로 곤란하다. 이는, 쇼트 결함과 엣지 러프니스에 대해서도 마찬가지이다.

그런데, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 사이즈는 엣지 러프니스와 비교하면 크다. 이 때문에, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은, 조명광의 편광 상태에게 주는 영향이 엣지 러프니스보다 크다. 예를 들면, 도 11에 나타낸 쇼트 결함에서는, 인접하는 라인끼리 접속되어 있음으로써, 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 세로 방향과 가로 방향으로 상이해진다. 구체적으로는 다음과 같다.

템플릿에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우를 생각한다. 직선 편광의 편광 방향이 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향에 대해 45도일 때, 입사광의 전기장은 세로 성분과 가로 성분이 동일한데 반해, 쇼트 결함에 의한 반사광의 전기장은 세로 성분보다 가로 성분 쪽이 커진다. 그 결과, 쇼트 결함에서 반사한 광의 편광 방향은 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향과 직교하는 방향으로 기울어진다. 또한, 동일 예로, 도 12에 나타낸 바와 같은 오픈 결함의 경우는, 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향으로 기울어진다.

이에 반해, 도 13에 나타낸 바와 같은 엣지 러프니스에 의한 결함의 경우는, 인접 라인끼리 접촉하거나, 라인이 단선하는 경우는 없고, 또한 결함이라고는 해도, 엣지 러프니스에 있어서의 요철의 사이즈는, 쇼트 결함 또는 오픈 결함보다 미세하므로, 조명광의 전기장 성분의 가로 방향과 세로 방향에 대한 감수성의 차이는 그다지 크지 않다. 따라서, 템플릿에 직선 편광을 수직으로 입사시키는 경우에 있어서, 직선 편광의 편광 방향이 라인·앤드·스페이스 패턴의 엣지에 따른 방향에 대해 45도일 때, 엣지 러프니스에 의해 산란한 광의 편광 방향은, 입사광의 편광 방향인 45도에 가까운 값이 된다. 단, 주기적인 반복을 갖는 베이스 패턴의 영향을 받음으로써, 편광 방향은 완전히 45도로 되지는 않고, 45도에서 약간 벗어난 값을 취한다.

이와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 엣지 러프니스에서는, 조명광의 편광 상태에 주는 영향이 상이하다. 따라서, 이 차이를 이용함으로써, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴이어도 결함을 분류하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 조명광의 편광 상태와, 템플릿에서 반사한 광을 결상하는 광학계에 있어서의 편광 제어 소자, 즉 본 실시 형태의 패러데이 회전자(204)의 조건을 제어함으로써, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 편광 제어 소자로 제거하고, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 의한 진폭 변화만을 추출할 수 있다.

도 8에 있어서의 S4의 공정은, 센서(207)로 입사하는 엣지 러프니스로 산란한 광의 양이 최소가 되는, 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))을 결정하는 공정이다. 본 실시 형태에서는, 템플릿(2)의 전사면에 형성되는 얼라인먼트 마크의 모의 결함으로서, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 더해, 엣지 러프니스도 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 얼라인먼트 마크를 이용하여, 엣지 러프니스로 산란한 명암의 얼룩이 제외되는 조건, 즉 센서(207)로 입사하는 엣지 러프니스로 산란한 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 찾아낼 수 있다. 또한, 모의 결함은 라인끼리 단락하는 쇼트 결함 및 라인이 단선하는 오픈 결함의 적어도 한쪽뿐이어도 괜찮다.

도 14의 검사 장치(100)에 있어서, 템플릿(2)의 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(207)로 입사하는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))가 바뀌면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광이, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 2분의 1 파장판(203)과 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여, 센서(207)로 입사한다. 그러면, 센서(207)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 되므로, 이 광학 화상에 의하면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사가 용이해진다. 즉, 센서(207)로 촬상된 광학 화상을 이용하여, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴을 검사할 수 있다.

도 17 및 도 18은 검사 장치(100)의 광학계에 의해, 광의 편광면이 회전하는 모습을 설명한 도이다.

이들 도면에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자(204)는, 광을 투과하는 광학 재료(204a)와 그 주위에 권장한 코일(204b)을 가진다. 광학 재료(204a)에는, 광원(201)으로부터의 광에 대해 높은 투과율을 갖는 재료를 이용한다. 예를 들면, 광원(201)으로서 DUV 광을 출사하는 것을 이용했을 경우, SiO₂, CaF₂ 또는 MgF₂ 등의 자기 광학 결정이 광학 재료(204a)로서 이용된다. 코일(204b)은 전류를 흘림으로써, 광학 재료(204a)에, 광의 진행 방향을 따라 평행한 방향으로 자기장이 더해지게 권장되어 있다.

패러데이 회전자(204)에 의한 광의 편광면의 회전 각도(패러데이 회전각(θ))은, 다음과 같이 하여 바꿀 수 있다.

도 17 또는 도 18에 나타낸 바와 같이, 패러데이 회전자(204)는, 광학 재료(204a)와 그 주위에 권장한 코일(204 b)을 가진다. 코일(204 b)에 흘리는 전류를 바꿈으로써, 광학 재료(204a)에 인가되는 자기장의 강도를 제어하여, 패러데이 회전각(θ)을 바꿀 수 있다. 여기서, 패러데이 회전각(θ)은 식 (4)로 나타내진다. 또한, H는 자기장의 강도, l는 편광이 통과하는 물질의 길이를 나타낸다. 또한, V는 물질의 종류, 편광의 파장 및 온도에 의존하는 정수이며, 베르데 정수라고 칭해진다.

예를 들면, 광학 재료(204a)로서, DUV광에 대해 높은 투과율을 가지는 SiO₂, CaF₂ 또는 MgF₂ 등을 이용했을 경우, 이들은 모두 자발(自發) 자화(磁化)를 가지지 않으므로, 원하는 패러데이 회전각(θ)을 얻으려면, 광학 재료(204a)에 큰 자계를 인가할 필요가 있다.

쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광을, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리하는데 적당한 패러데이 회전각(θ)은, 패턴의 구조에 따라 상이하다. 이 때문에, 검사 장치(100)에서는, 템플릿(2)의 패턴에 따라, 패러데이 회전각(θ)을 바꿀 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 되도록 하고 있다.

또한, 패러데이 회전자에 영구 자석을 사용하는 경우에는, 자계의 강도가 상이한 복수의 영구 자석을 준비해 둔다. 그리고, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)이 되는듯한 영구자석을 선택하여, 광학 재료에 필요한 자계가 인가되게 한다.

또한, 패러데이 회전각(θ)은, 광학 재료의 두께를 바꾸는 것에 의해도 변화한다. 따라서, 두께가 상이한 광학 재료를 복수 준비해 두고, 패턴의 종류에 따른 패러데이 회전각(θ)을 실현 가능한 광학 재료를 선택해도 된다. 이 경우, 광학 재료에 인가하는 자계의 크기는, 광학 재료에 의하지 않고 동일하게 할 수 있다.

예를 들면, 템플릿(2) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대해 45도의 편광면을 가지는 광이 조사되면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같은 큰 결함과, 엣지 러프니스와 같은 작은 결함의 사이에서, 광의 전기장 성분에 대한 감수성에 차이가 나타난다. 한편, 광의 편광면이 템플릿(2) 상에 형성된 반복 패턴의 반복의 방향에 대해 0도 또는 90도이면, 광의 감수성은 결함 간에서 같아지므로 구별할 수 없다. 즉, 광의 편광면은, 패턴의 반복의 방향에 대해 반드시 45도일 필요는 없으나, 0도 또는 90도가 아닌 것이 중요하다. 환언하면, 광의 편광면은, -5도 ~ 5도와, 85도 ~ 95도의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 광이 패러데이 회전자(204)를 2 회 투과함으로써, 그 편광면이 왕복으로 90도 회전하는 것이 바람직하다. 즉, 광학 재료에는 광이 왕복으로 90도 회전하도록 자계가 인가되는 것이 바람직하다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 직선 편광(L)의 편광면은 2분의 1 파장판(203)을 투과함으로써 45도 회전한다. 이어서, 패러데이 회전자(204)를 투과함으로써, 이 직선 편광(L)의 편광면은 45도 더 회전한다. 그 후, 직선 편광(L)은 대물 렌즈(205)를 통하여, (도 17에서는 도시되지 않은) 템플릿 상에 결상한다.

이어서, 도 18에 있어서, (도 18에서는 도시되지 않은) 템플릿에서 반사한 직선 편광(L)은 대물 렌즈(205)를 투과하고, 이어서, 패러데이 회전자(204)에 입사한다. 패러데이 회전자(204)를 투과함으로써, 직선 편광(L)의 편광면은 45도 회전한다. 이어서, 2분의 1 파장판(203)을 투과함으로써, 직선 편광(L)의 편광면은 -45도 회전한다.

이와 같이, 패러데이 회전자(204)를 2 회 투과함으로써, 광의 편광 방향은 90도 회전한다. 이에 의해, 도 14에 있어서, 광원(201)으로부터 출사된 광은 편광 빔 스플리터(202)에서 반사되어 템플릿(2)으로 향하지만, 템플릿(2)에서 반사된 광은 편광 방향이 90번 회전함으로써, 편광 빔 스플리터(202)를 투과하게 되어, 광원(201)이 아닌 센서(207)로 향한다. 그리고, 센서(207)로 광이 입사함으로써, 센서(207)는 템플릿(2)의 광학 화상을 촬상한다.

또한, 템플릿(2)을 조명하는 광의 편광 방향은 패러데이 회전자(204) 뿐만 아니라, 2분의 1 파장판(203)에 의해서도 변화한다. 패러데이 회전자(204)에 대해서는, 전술한 바와 같이, 광학 재료(204a)에 인가하는 자기장의 크기를 바꿈으로써, 광의 편광 방향을 바꿀 수 있다. 한편, 2분의 1 파장판(203)에 대해서는, 이것에 회전 기구를 설치함으로써, 회전각을 임의로 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 도 14에 있어서, 2분의 1 파장판(203)은 패러데이 회전자(204)와 대물 렌즈(205)의 사이에 배치되어 있어도 된다.

센서(207)로 촬상된(템플릿(2)의) 패턴의 상은, 광학 화상 데이터로 변환되어 검사에 이용된다. 이 과정은, 구체적으로는 다음과 같이 된다.

센서(207)로 입사한 패턴의 상은 광전 변환된 후, 또한 센서 회로(106)에 의해 A/D(아날로그 디지털) 변환되어 광학 화상 데이터가 된다. 그 후, 이 광학 화상 데이터는 화상 처리 회로(108)로 보내진다.

화상 처리 회로(108)에서는, 광학 화상 데이터가 화소 마다의 계조치로 나타내진다. 예를 들면, 256 단계의 계조치를 가지는 그레이 스케일로부터, 0 계조에서 255 계조의 몇 개의 값이 각 화소에 부여된다.

또한, 화상 처리 회로(108)에서는, 템플릿(2)으로부터의 광 중에서, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(207)로 입사하는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(204)에 의한 패러데이 회전각(θ)이 결정된다(도 8의 S4). 이어서, 이 결과를 각도 제어 회로(14)로 보내어, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 화상 처리 회로(108)에서 설정된 패러데이 회전각(θ)이 되게 한다. 그리고, 이 상태에서 재차 템플릿(2)의 광학 화상을 취득한다(도 8의 S5). 즉, 상기의 패러데이 회전자(θ)가 되는 조건으로 템플릿(2)에 광원(201)의 광을 조명하면, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광이, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 2분의 1 파장판(203)과 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여, 센서(207)로 입사한다. 그 결과, 센서(207)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 된다. 따라서, 이 광학 화상을 이용함으로써, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사를 할 수 있다. 즉, 이상의 방법에 의하면, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사가 가능해진다. 특히, 얼라인먼트 마크에 형성한 모의 결함을 이용하여, S4에 있어서의 패러데이 회전각(θ)을 결정하므로, 피검사 패턴의 결함의 유무와는 관계없이 최적의 패러데이 회전각(θ)을 구할 수 있다.

이어서, 도 8의 S4에 있어서, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 제거하는 조건을 찾아내는 구체적 방법을 설명한다.

일반적으로, 검사 대상이 되는 템플릿에 있어서, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 매우 조금밖에 존재하지 않는데 반해, 엣지 러프니스는 전면에 걸쳐 많이 존재한다. 예를 들면, 100μm×100μm의 영역의 광학 화상을 취득했을 때, 이 영역에 쇼트 결함 또는 오픈 결함이 포함될 가능성은 낮고, 또한 포함되었다고 해도 영역 내에서의 결함의 수는 적다. 즉, 이 영역 내에 있어서의 광학 화상의 대부분은, 엣지 러프니스에 기인하는 것이다. 이는, 엣지 러프니스에 의한 결함을 배제하는 조건은, 100μm×100μm 정도의 크기의 광학 화상 1 개로부터 구해지는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 광학 화상에 있어서의 엣지 러프니스에 의한 계조치의 변화는, 센서(207)로 입사하는 광의 편광 방향을 제어함으로써 제외할 수 있다. 구체적으로는, 패러데이 회전자(204)에 의한 패러데이 회전각(θ)을 제어함으로써, 센서(207)로 입사하는 엣지 러프니스에 의한 산란광의 광량을 변화시켜, 광학 화상에 있어서의 명암의 진폭을 바꿀 수 있다.

광학 화상에 있어서의 명암의 진폭은, 화소마다의 계조치의 표준 편차로 나타내진다. 예를 들면, 도 14의 검사 장치(100)에 있어서, 광학계의 화소 분해능이 50 nm일 때, 100μm×100μm의 영역의 광학 화상은 400만 화소로 표현된다. 즉, 이 광학 화상 1 개에서 400만 개의 계조치의 표본을 얻을 수 있다.

암시야 조명계에서는, 상기 표본에 대해 표준 편차를 구하여, 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하고, 이 값이 최소가 되도록 결상 광학계측의 편광 상태, 즉 패러데이 회전각(θ)을 조정한다. 이와 같이 함으로써, 센서(207)로 입사하는, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 광량을 최소한으로 할 수 있다.

한편, 명시야 조명계에 있어서의 광학 화상의 경우, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도는 0 차광의 영향을 받는다. 그 이유는, 다음과 같다. 검사 대상에는, 해상 한계 이하의 미세한 주기 패턴이 있으므로, 구조성 복굴절에 의한 위상차의 효과에 의해, 0 차광의 편광 상태가 변화한다. 그러므로, 엣지 러프니스에 기인하는 반사광을 제거할 목적으로 패러데이 회전각(θ)을 바꾸면, 베이스가 되는 광량도 변화한다. 명시야상은, 쇼트 결함 또는 오픈 결함, 엣지 러프니스로부터의 산란광의 전기장 진폭과, 0 차광의 전기장 진폭과의 곱이므로, 엣지 러프니스에 의한 명암의 정도가 0 차광의 강도의 영향을 받는 결과가 된다.

엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 영향을 제외하고, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 감도를 향상시키려면, 0 차광에 기인하는 함수(구체적으로는, 0 차광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건이 아니라, 엣지 러프니스에 기인하는 함수(구체적으로는, 엣지 러프니스에 의한 산란광의 전기장 진폭을 나타내는 함수)가 극소가 되는 조건을 찾아낼 필요가 있다. 0 차광에 기인하는 함수가 극소가 되는 것은, 단지 베이스 광량이 최소가 되는 조건에 지나지 않고, 엣지 러프니스에 의한 영향을 모두 배제할 수 없기 때문이다.

엣지 러프니스에 기인하는 함수가 극소가 되는 조건은, 광학 화상의 계조치의 표준 편차(σ)와 평균 계조치(A)를 이용한 연산에 의해 구해진다. 여기서, 표준 편차(σ)는, 다양한 노이즈 요인으로 이루어지나, 특히 엣지 러프니스에 의한 명암의 영향을 크게 받는다. 또한, 광학 화상의 평균 계조치(A)는, 베이스 광량, 즉 0 차광의 강도이다. 그리고, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭은, 광학 화상의 표준 편차(σ)를 평균 계조치(A)의 평방근으로 나눈 값에 비례한다. 엣지 러프니스에 기인하는 명암의 진폭을 최소로 하는 조건을 찾아내려면, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸고 광학 화상을 취득하여, 얻어진 광학 화상에 있어서의 계조치의 표준 편차를 평균 계조치의 평방근으로 나눈 값

을 산출한다. 그리고, 이 값

이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 구하면 된다.

상술한 바와 같이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함과 같이 큰 결함은, 조명광의 전기장 성분에 대한 감수성이 세로 방향과 가로 방향으로 다르다. 따라서, 이러한 결함에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)은, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 경우와는 상이하다. 즉, 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 적용해도, 쇼트 결함 또는 오픈 결함에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 되는 경우는 없다. 따라서, 엣지 러프니스에 기인하는 명암의 진폭에 파묻히는 일 없이, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광을, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리하는데 적당한 패러데이 회전각(θ)이 패턴의 구조에 따라 다른 것에 대해서는, 전술하였으나, 이는 다음과 같이 추가로 상술된다.

엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 전기장 진폭이 극소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)은, 검사 대상에 형성된 패턴의 구조에 따라 다르다. 예를 들면, 패턴의 피치, 새김의 깊이, 라인과 스페이스의 비율 등이 변화하면, 전기장 진폭이 극소가 되는 패러데이 회전각(θ)도 변화한다. 따라서, 검사 대상의 패턴의 구조에 따라 패러데이 회전각(θ)을 구할 필요가 있다. 즉, 검사 대상에 동일 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 미리 구한 패러데이 회전각(θ)을 검사공정에서 계속 사용할 수 있으나, 검사 대상에 구조가 다른 복수의 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 패턴에 따라 패러데이 회전각(θ)을 바꿀 필요가 있다. 또한, 설계 상은 같은 패턴이어도, 다양한 오차 요인에 의해, 새김의 깊이 또는 라인과 스페이스의 비율이 미소하게 변화하여, 산란광의 전기장 진폭을 최소로 하는 패러데이 회전각(θ)이 검사 대상 상에서 불균일해지는 경우가 있다. 이 때문에, 이러한 불균일에도 추종시켜, 패러데이 회전각(θ)을 변화시킬 필요가 있다.

이상과 같이 하여, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩을 배제하는 조건, 즉 패러데이 회전각(θ)을 구할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 공정(도 8의 S4)은, 템플릿(2)의 검사(도 8의 S5 및 S6)의 전단계에서 행해진다. 즉, 엣지 러프니스에 의한 결함을 배제하는 조건을 찾아내기 위하여, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸면서, 템플릿(2)에 배치된 얼라인먼트 마크의 모의 결함의 광학 화상을 센서(207)로 촬상한다. 구체적으로는, 각도 제어 회로(14)에서 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 바꾸고, 그에 따라, 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도를 변화시켜, 소정의 패러데이 회전각(θ)이 되도록 한다. 예를 들면, 소정의 패러데이 회전각(θ)의 값마다, 100μm×100μm 정도의 크기의 광학 화상을 1 개씩 얻을 수 있으면 된다. 취득된 광학 화상의 데이터는, 센서 회로(106)를 통해 화상 처리 회로(108)로 보내지고, 템플릿(2)으로부터의 광 중에서, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(207)로 입사하는 것이 방지되도록, 패러데이 회전자(204)에 의한 패러데이 회전각(θ)이 설정된다.

전술한 바와 같이, 화상 처리 회로(108)에서는, 광학 화상 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내지므로, 암시야 조명계의 경우에는, 예를 들면, 1 개의 광학 화상에 대해 표준 편차를 구하고, 얻어진 값을 엣지 러프니스에 기인하는 산란광의 정도로 정의하고, 이 값이 최소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 구한다. 한편, 명시야 조명계의 경우에는, 패러데이 회전각(θ)을 바꾸어 광학 화상을 취득하고, 얻어진 각 광학 화상에 있어서의 계조치의 표준 편차(σ)를 평균 계조치(A)의 평방근으로 나눈 값을 산출한다. 그리고, 이 값이 최소가 될 때의 패러데이 회전각(θ)을 구한다.

화상 처리 회로(108)에서 구해진 패러데이 회전각(θ)에 관한 정보는, 각도 제어 회로(14)로 보내진다. 각도 제어 회로(14)는, 화상 처리 회로(108)로부터의 정보에 따라, 패러데이 회전자(204)의 코일에 흐르는 전류의 크기를 제어한다. 이에 의해, 패러데이 회전자(204)의 광학 재료에 인가되는 자기장의 강도가 변화하여, 패러데이 회전각(θ)을 화상 처리 회로(108)에서 구해진 값으로 할 수 있다.

패러데이 회전각(θ)을 상기 값으로 하여, 템플릿의 전사면에 형성된 피검사 대상이 되는 패턴, 즉 웨이퍼에 전사되는 제1 패턴(도시하지 않음)의 광학 화상을 취득한다(도 8의 S5). 이 공정에서는, 엣지 러프니스로 산란한 광이 센서(207)로 입사하는 것이 방지되므로, 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 산란한 광은, 엣지 러프니스로 산란한 광과 분리되어 2분의 1 파장판(203)과 편광 빔 스플리터(202)를 투과하여, 센서(207)로 입사한다. 따라서, 센서(207)로 촬상되는 광학 화상은, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외되는 한편, 쇼트 결함 또는 오픈 결함은 남겨진 상태의 것이 된다. 그러므로, 이 광학 화상을 이용함으로써, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사, 즉 광학 해상 한계 이하의 패턴의 검사를 할 수 있다.

(엣지 러프니스에 의한 결함이 제외된) 광학 화상 데이터가 화상 처리 회로(108)로 보내지면, 광학 화상에 있어서의 화소 데이터가 화소마다의 계조치로 나타내진다. 또한, 템플릿(2)의 검사 영역은, 소정의 단위 영역으로 분할되고, 각 단위 영역의 평균 계조치가 구해진다. 소정의 단위 영역은, 예를 들면 1mm×1mm의 영역으로 할 수 있다.

화상 처리 회로(108)에서 얻어진 계조치에 관한 정보는, 결함 검출 회로(134)로 보내진다. 결함 검출 회로(134)는, 템플릿(2)에 있어서의 피검사 패턴의 결함 판정을 행한다(도 8의 S6).

전술한 바와 같이, 광학계의 해상 한계보다 미세한 반복 패턴에, 쇼트 결함 또는 오픈 결함이 있으면, 패턴의 규칙성에 혼란이 생겨, 결함이 있는 개소의 계조치가 주위의 계조치와는 상이해진다. 이에 의해, 쇼트 결함 또는 오픈 결함을 검출할 수 있다. 구체적으로는, 결함 검출 회로(134)는, 예를 들면 평균 계조치를 중심으로 하여 상하로 역치를 가지고, 화상 처리 회로(108)로부터 보내진 계조치가 이 역치를 초과했을 때에 그 개소를 결함으로서 인식한다. 여기서, 역치 레벨은 검사 전에 미리 설정된다. 그리고, 결함 검출 회로(134)에서 얻어진 결함 정보는, 예를 들면 자기 디스크 장치(109)에 보존된다.

또한, 검사 장치(100)는 검사 기능에 더하여 리뷰 기능을 갖는 것도 가능하다. 여기서, 리뷰란, 오퍼레이터에 의해 검출된 결함이 실용상 문제가 되는 것인지 여부를 판단하는 동작이다.

예를 들면, 결함 처리 회로(134)에서 결함으로 판정된 개소의 좌표와, 그 광학 화상이 리뷰 장치(도시하지 않음)로 보내진다. 오퍼레이터는, 이 광학 화상을 표본이 되는 기준 화상과 눈으로 비교하여 리뷰한다. 리뷰에 의해 판별된 결함 정보는, 결함 정보 리스트로서 자기 디스크 장치(109)에 보존할 수 있다. 또한, 기준 화상으로서는, 예를 들면, 피검사 대상의 패턴의 설계 데이터로부터 작성된 참조 화상이 이용된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 템플릿에 미리 모의 결함을 형성하여 두고, 이 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행하므로, 항상 최적의 포커스 오프셋 상태로 검사를 할 수 있다. 또한, 결과적으로 검사 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 템플릿에 형성된 모의 결함을 이용하여, 엣지 러프니스로 산란한 명암의 얼룩이 제외되는 조건, 즉 센서(207)로 입사하는 엣지 러프니스로 산란한 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 찾아낸다. 이에 의해, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외된 광학 화상을 취득하여, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사를 행하는 것이 가능해진다.

(실시 형태 2)

실시 형태 1에서는, 검사 영역에 형성된 광학계의 해상 한계보다 미세한 제1 패턴을 본뜬 제2 패턴과, 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역으로, 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 영역과, 제2 패턴이 형성된 영역에 형성된 모의 결함을 가지는 얼라인먼트 마크에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크도 실시 형태 1과 동일한 구성을 가진다. 그러나, 실시 형태 1에서는, 얼라인먼트 마크가 템플릿의 전사면의 네 귀퉁이에 배치되어 있는 것에 반해, 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크는 전사면의 네 귀퉁이로 한정되지 않고 배치되는 점에서 상이하다.

도 31은 웨이퍼 상에 레지스트를 개재하여 복수 회 전사된 템플릿의 전사면의 평면 모식도이다. 도 31에 있어서, 점선으로 나타난 영역(Sf2 ~ Sf5)은, 전사면(Sf1)의 주위에 전사되는 다른 전사면이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전사면의 윤곽선은 복잡한 요철 형상을 하고 있다. 이는, 인접하여 전사되는 전사면끼리 겹치지 않게 끼워 맞추기 위한 형상이다.

도 32는 전사면(Sf1, Sf2)을 확대하여 나타낸 것이다. 사선부(P1, P2)는 기능 회로 패턴이 형성되는 패턴 영역이다. 또한, 패턴 영역(P1, P2)과, 전사면(Sf1, Sf2)의 외연(外緣) 사이의 영역은, 웨이퍼 상에 전사되지만 최종적으로는 팁끼리를 절단하기 위한 스크라이브 영역(Sc1, Sc2)이다. 스크라이브 영역(Sc1, Sc2)은, 전사 시에 패턴 영역(P1, P2)이 서로 겹치지 않게 하기 위해서 형성되는 유격 공간의 영역이다. 스크라이브 영역(P1, P2)의 폭은, 예를 들면 50μm에서 100μm 정도이다.

얼라인먼트 마크는, 회로 패턴의 레이아웃을 방해하지 않게 스크라이브 영역에 배치된다. 여기서, 실시 형태 1과 같이, 얼라인먼트 마크가 전사면의 네 귀퉁이에 배치되어 있을 경우, 각 얼라인먼트 마크의 X 좌표는, 다른 얼라인먼트 마크의 X 좌표의 어느 1 개와 일치하고, 각 얼라인먼트 마크의 Y 좌표도, 다른 얼라인먼트 마크의 Y 좌표의 어느 1 개와 일치한다. 그러나, 전사면의 윤곽선이 복잡한 형상을 하고 있음으로써, 스크라이브 영역의 형상도 복잡해지므로, 얼라인먼트 마크를 전사면의 네 귀퉁이에 배치하는 것은 곤란한 경우가 있다.

따라서, 스크라이브 영역에 복수의 얼라인먼트 마크를 배치하여, 2 개의 얼라인먼트 마크의 각 Y 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞추도록 하여, 다른 2 개의 얼라인먼트 마크의 각 X 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞추도록 한다. 이 경우, 얼라인먼트 마크가 배치되는 영역은 스크라이브 영역이면 되고, 전사면의 네 귀퉁이에 한정되지는 않는다.

도 33은 도 31의 전사면(Sf1, Sf3)을 확대하여 나타낸 것이다. 이 도면에 있어서, 얼라인먼트 마크(AM1, AM2, AM5, AM6, AM9, AM10, AM12, AM13)는 전사면(Sf1)에 형성된 것이다. 한편, 얼라인먼트 마크(AM3, AM4, AM7, AM8, AM11, AM14, AM15, AM16)는 전사면(Sf3)에 형성된 것이다.

전사면(Sf1)에 대해서는, 얼라인먼트 마크(AM1, AM2)의 각 Y 좌표, 또는 얼라인먼트 마크(AM5, AM6)의 각 Y 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞춘다. 또한, 얼라인먼트 마크(AM9, AM10)의 각 X 좌표, 또는 얼라인먼트 마크(AM12, AM13)의 각 X 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞춘다.

전사면(Sf3)에 대해서는, 얼라인먼트 마크(AM3, AM4)의 각 Y 좌표, 또는 얼라인먼트 마크(AM7, AM8)의 각 Y 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 X 좌표를 맞춘다. 또한, 얼라인먼트 마크(AM11, AM14)의 각 X 좌표, 또는 얼라인먼트 마크(AM15, AM16)의 각 X 좌표가 일치한 상태에서, 템플릿의 패턴과 검사 장치의 테이블의 각 Y 좌표를 맞춘다.

본 실시 형태의 얼라인먼트 마크의 구성은, 실시 형태 1의 얼라인먼트 마크와 마찬가지이다. 또한, 검사 방법도 실시 형태 1에서 도 8 및 도 14를 이용하여 설명한 것과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 의하면, 얼라인먼트 마크를 전사면의 네 귀퉁이로 한정하지 않고 마련하므로, 설계의 자유도를 확대할 수 있다. 그리고, 얼라인먼트 마크에 형성된 모의 결함을 이용하여 포커스 오프셋의 조절을 행하므로, 항상 최적의 포커스 오프셋 상태로 검사를 할 수가 있으며, 또한 결과적으로, 검사 결과의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 얼라인먼트 마크에 형성된 모의 결함을 이용하여, 엣지 러프니스로 산란한 명암의 얼룩이 제외되는 조건, 즉 센서로 입사하는 엣지 러프니스로 산란한 광의 양이 최소가 되는 패러데이 회전각(θ)을 찾아낸다. 이에 의해, 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴의 검사를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외된 광학 화상을 취득하여, 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검사를 행하는 것이 가능해진다.

(실시 형태 3)

실시 형태 1 및 2에서는, 얼라인먼트 마크에 모의 결함이 형성되는 경우에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에서는, 얼라인먼트 마크가 없는 템플릿의 전사면에 모의 결함이 형성되는 경우를 설명한다.

실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 얼라인먼트 마크는 전사면의 외주에 가까운 네 귀퉁이(또는 네 귀퉁이의 주변)에 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 실시 형태 2에서 도 31 ~ 도 33을 이용하여 설명한 바와 같이, 전사면의 외주부의 스크라이브 영역은 복잡하게 뒤얽힌 형상을 하고 있다. 따라서, 실시 형태 1 및 2와 같이, 얼라인먼트 마크에 모의 결함을 형성하면, 스크라이브 영역을 유효하게 활용하는 것이 가능해진다. 한편, 모의 결함은, 반드시 전사면의 외주에 가까운 네 귀퉁이(또는 네 귀퉁이의 주변)에 배치될 필요는 없으므로, 본 실시 형태에서 설명하는 바와 같이, 모의 결함을 얼라인먼트 마크와 분리하여 스크라이브 영역에 마련하면, 모의 결함에 관한 설계 상의 제약을 완화할 수 있다.

도 34는 본 실시 형태에 있어서의 템플릿의 전사면(Sf)의 평면 모식도이다.

도 31에 있어서, 사선부(P)는 회로 패턴이 형성된 패턴 영역이고, 검사 영역에 대응한다. 패턴 영역(P)에는, (도시되지 않은) 라인·앤드·스페이스 패턴 등의 반복 패턴, 즉 주기성을 가지고 반복되는 규칙적인 패턴이 형성되어 있다. 이 패턴의 적어도 일부는, 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 패턴(제1 패턴)이다. 또한, 이 제1 패턴은, 실시 형태 1에서 설명한 제1 패턴과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

패턴 영역(P)과 전사면(Sf)의 외연과의 사이의 영역은 스크라이브 영역(Sc)이다. 본 실시 형태에서는, 얼라인먼트 마크(AM101 ~ AM108)를 전사면(Sf)의 네 귀퉁이(또는 네 귀퉁이의 주변)의 스크라이브 영역(Sc)에 배치하고, 또한 얼라인먼트 마크(AM101 ~ AM108)와는 별도로 포커스 오프셋 조절 영역(FA1 ~ FA4)을 배치하여, 포커스 오프셋 조절 영역(FA1 ~ FA4)에 모의 결함을 형성한다. 포커스 오프셋 조절 영역(FA1 ~ FA4)이 배치될 영역은, 전사면의 네 귀퉁이 또는 그 주변으로 한정될 필요는 없으며, 스크라이브 영역이면 된다.

포커스 오프셋 조절 영역(FA1 ~ FA4)에는, 패턴 영역(P)에 형성된 광학계의 해상 한계보다 미세한 제1 패턴을 본뜬 제2 패턴이 형성되어 있다. 또한, 이 제2 패턴에는, 검사 장치의 광학계의 해상 한계보다 미세한 모의 결함, 환언하면, 검사 장치의 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함이 형성되어 있다. 모의 결함의 예로서는, 실시 형태 1에서 설명한 도 19 ~ 도 30에 나타낸 것을 들 수 있다.

본 실시 형태의 구성에 의하면, 모의 결함을 형성하는 영역을, 전사면의 외주에 가까운 네 귀퉁이(또는 네 귀퉁이의 주변)에 상관없이 결정할 수 있으므로, 설계의 자유도를 확대할 수 있다. 또한, 도 34에 나타낸 바와 같이, 포커스 오프셋 조절 영역을 복수 마련하여, 각 포커스 오프셋 조절 영역에 모의 결함을 배치함으로써, 예를 들면 전사면(Sf)에 오염 물질이 부착되어, 일부의 포커스 오프셋 조절 영역이 포커스 오프셋의 조정에 적당하지 않게 된 경우여도, 다른 포커스 오프셋 조절 영역을 사용함으로써, 문제 없이 검사 공정을 진행시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 템플릿의 전사면에 형성된 피검사 대상이 되는 패턴, 즉 웨이퍼에 전사되는 제1 패턴을 본뜬 것으로, 검사 장치의 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 미세한 제2 패턴에 모의 결함을 형성했다. 그러나, 제2 패턴은 반드시 제1 패턴을 본뜬 것일 필요는 없다. 제1 패턴과 제2 패턴의 치수 등이 상이한 경우에 있어서는, (제2 패턴을 배경 패턴으로 하는) 모의 결함을 이용하여 구한 포커스 오프셋의 최적값 또는 패러데이 회전각(θ)의 최적값이, 제1 패턴의 결함에 있어서의 최적값과 일치하지 않을 경우가 있을 수 있다. 구체적으로는, 라인·앤드·스페이스 패턴에 있어서의 선폭 또는 선간 거리가 상이할 경우, 홀 패턴에 있어서의 홀 직경 또는 홀 간 거리가 상이할 경우, 라인·앤드·스페이스 패턴에 있어서의 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비가 얼라인먼트 마크의 개소와 피검사 영역에서 상이할 경우 등이다. 이러한 경우에는, 제2 패턴에 있어서의 최적값을 제1 패턴에 있어서의 최적값으로 환산 또는 보정할 계수를 준비해 두는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에서는 제1 패턴과 제2 패턴이, 라인·앤드·스페이스 패턴인 예에 대하여 설명했지만, 라인·앤드·스페이스 패턴 이외의 패턴, 예를 들면 직사각형 패턴으로 할 수도 있다. 이 경우, 쇼트 결함은 직사각형끼리 단락하는 결함이며, 오픈 결함은 직사각형이 결락하는 결함이다.

또한, 본 발명은 템플릿 기판 이외의 기판, 예를 들면, 마스크 기판에도 적용하는 것이 가능하다. 즉, 상기 실시 형태에서는 템플릿에 형성된 패턴을 피검사 대상으로 하고, 이 템플릿에 얼라인먼트 마크를 형성하는 예에 대하여 설명했으나, 마스크에 형성된 패턴을 검사 대상으로 하는 경우, 마스크 기판 상에서 피검사 대상이 되는 패턴과 동일 면에 본 실시 형태의 얼라인먼트 마크를 배치할 수 있다. 이에 의해, 포커스 오프셋을 적절히 조절하여, 검사 장치의 광학계의 해상도보다 미세한 마스크의 패턴의 결함을 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대한 기재를 생략했으나, 필요로 하게 되는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수가 있음은 말할 필요도 없다. 그 외, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 검사 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

광원으로부터 출사한 광을 광학계를 통하여 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사한 광을 상기 광학계를 통하여 촬상 센서로 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법으로,
상기 기판은, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고, 상기 제1 패턴이 형성된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 기준이 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절하는 공정과,
상기 포커스 오프셋으로 조절한 후에 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 다수 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 라인·앤드·스페이스 패턴 또는 직사각형 패턴이고,
상기 모의 결함은, 라인끼리 또는 직사각형끼리 단락하는 쇼트 결함 및 라인이 단선하는 또는 직사각형이 결락(缺落)하는 오픈 결함의 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은 템플릿 기판이고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 제2 패턴이 배치된 영역 및 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역을 포함하고, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역은 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴의 반복 패턴의 주기가 다른 경우, 또는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴이 모두 라인·앤드·스페이스 패턴이고, 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비(duty ratio)에 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에서 차이가 있을 경우에, 상기 제2 패턴에 형성된 모의 결함의 광학 화상으로부터 구한 포커스 오프셋을 상기 제1 패턴에서 결함이 검출되는 포커스 오프셋으로 환산하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 광학계는, 편광 빔 스플리터와 2분의 1 파장판과 패러데이 회전자와 대물 렌즈를 가지고, 상기 포커스 오프셋을 조절한 후에, 상기 광원으로부터 출사한 광을, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사시키고, 상기 2분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 대물 렌즈를 투과시켜, 상기 제1 패턴의 반복 방향에 대하여 -5도 ~ 5도와 85도 ~ 95도의 각 범위에 있는 각도 이외의 각도의 편광면을 가지는 광으로 하여 상기 기판을 조명하고, 상기 기판에서 반사한 광을, 상기 대물 렌즈와 상기 2분의 1 파장판과 상기 패러데이 회전자와 상기 편광 빔 스플리터를 투과시키고 나서 상기 촬상 센서로 입사시켜, 상기 모의 결함의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 모의 결함의 광학 화상으로부터 화소마다의 계조치를 구하고, 상기 계조치의 표준 편차를 최소로 하는 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 편광면의 회전 각도, 또는 상기 회전 각도를 변경하여 취득한 복수의 모의 결함의 광학 화상에 있어서의 상기 계조치의 표준 편차를, 상기 계조치로부터 구해지는 평균 계조치의 평방근으로 나눈 값이 최소가 될 때의 회전 각도를 취득하는 공정과,
상기 취득한 회전 각도가 되도록, 상기 패러데이 회전자에 자계를 인가하는 공정과,
상기 패러데이 회전자에 상기 자계가 인가된 상태에서, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 얻는 공정과,
상기 제1 패턴의 광학 화상을 이용하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 가지고,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은, 라인·앤드·스페이스 패턴 또는 직사각형 패턴이며,
상기 모의 결함에는, 라인끼리 또는 직사각형끼리 단락하는 쇼트 결함 및 라인이 단선하는 또는 직사각형이 결락하는 오픈 결함의 적어도 한쪽이 있는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴의 반복 패턴의 주기가 다른 경우, 또는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴이 모두 라인·앤드·스페이스 패턴이고, 각 라인의 폭 치수와 피치에 의해 규정되는 듀티비에 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에서 차이가 있을 경우에, 상기 제2 패턴에 형성된 모의 결함의 광학 화상으로부터 구한 회전 각도를 상기 제1 패턴에서 엣지 러프니스에 의한 명암의 얼룩이 제외되는 회전 각도로 환산하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제6항에 있어서,
상기 기판은 템플릿 기판이고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 제2 패턴이 배치된 영역 및 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역을 포함하고, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역은 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제2항에 있어서,
상기 종류가 동일하고 치수가 상이한 모의 결함의 신호가 상기 치수에 의존하여 경시적으로 변화하고 있을 경우에는, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 행하지 않고 검사를 정지하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제6항에 있어서,
상기 모의 결함에는 종류가 동일하고 치수가 상이한 결함이 다수 있고, 상기 결함의 신호가 치수에 의존하여 경시적으로 변화하고 있을 경우에는, 상기 제1 패턴의 광학 화상을 취득하여 상기 제1 패턴의 결함의 유무를 검사하는 공정을 행하지 않고 검사를 정지하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 상기 제1 패턴이 형성된 영역의 외주부에 배치된 스크라이브 영역에 상기 얼라인먼트 마크를 가지는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
제11항에 있어서,
상기 얼라인먼트 마크는 상기 기판의 네 귀퉁이에 배치되는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고,
상기 얼라인먼트 마크는, 상기 제2 패턴이 배치된 영역 및 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역을 포함하고, 상기 제2 패턴이 배치되어 있지 않은 영역은 상기 제2 패턴이 배치된 영역과의 콘트라스트의 차이에 의해 얼라인먼트를 위한 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 템플릿 기판.
광원으로부터 출사한 광을 광학계를 통하여 기판에 조사하고, 상기 기판에서 반사한 광을 상기 광학계를 통하여 촬상 센서로 입사시켜 얻은 광학 화상을 이용하여 결함의 유무를 검사하는 검사 방법에 있어서의 포커스 오프셋 방법으로,
상기 기판은, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴과 동일 면에 배치된 적어도 1 개의 얼라인먼트 마크를 가지고, 상기 얼라인먼트 마크는, 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 반복 패턴으로 이루어지는 제2 패턴과 상기 제2 패턴에 형성된 상기 광원의 파장에서는 해상할 수 없는 모의 결함을 구비하고 있고,
상기 제1 패턴이 형성된 면과 상기 광학계와의 초점 거리를 변경하면서 상기 모의 결함의 광학 화상을 촬상하고, 상기 광학 화상에서 기준이 되는 계조치에 대하여 상기 모의 결함의 신호가 가장 강하게 얻어지는 포커스 오프셋으로 조절하는 것을 특징으로 하는 포커스 오프셋 방법.