KR102105878B1

KR102105878B1 - 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법

Info

Publication number: KR102105878B1
Application number: KR1020180069890A
Authority: KR
Inventors: 리키 오가와
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2020-04-29
Also published as: US20180364472A1; TW201910924A; TWI676085B; KR20180138179A; JP6917208B2; US10444487B2; JP2019002879A

Abstract

본 발명의 한 양태의 편광 이미지 취득 장치는, 대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역에 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 통과 영역의 각도를 변경하는 회전 가능한 조리개와, 통과 영역의 각도마다, 조리개를 통과한, 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하는, 회전형 1/2파장판을 구비한다.

Description

편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법 {POLARIZED IMAGE OBTAINING APPARATUS, PATTERN INSPECTING APPARATUS, POLARIZED IMAGE OBTAINING METHOD AND PATTERN INSPECTING METHOD}

본 발명은, 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 반도체 제조에 이용하는 노광용 마스크 기판의 노광 이미지 생성에 이용 가능한 편광 이미지를 취득하는 장치 및 방법, 그리고 이러한 노광용 마스크 기판의 패턴 결함을 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭이 점점 좁아지고 있다. 이들 반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화 패턴(마스크 혹은 레티클이라고도 함, 이하, 마스크라고 총칭함)을 이용하여, 이른바 스테퍼로 불리는 축소 투영 노광 장치에서 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다. 따라서, 이러한 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위한 마스크의 제조에는, 미세한 회로 패턴을 묘화할 수 있는 전자 빔을 이용한 패턴 묘화 장치를 이용한다. 이러한 패턴 묘화 장치를 이용하여 웨이퍼에 직접 패턴 회로를 묘화하기도 한다. 혹은, 전자 빔 이외에도 레이저 빔을 이용하여 묘화하는 레이저 빔 묘화 장치의 개발이 시도되고 있다.

그리고, 많은 제조 비용이 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 필수적이다. 그러나, 1기가 비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)으로 대표되는 바와 같이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브미크론에서 나노미터의 오더로 되어 있다. 수율을 저하시키는 큰 요인 중 하나로서, 반도체 웨이퍼 상에 초미세 패턴을 포토리소그라피 기술로 노광, 전사할 때 사용되는 마스크의 패턴 결함을 들 수 있다. 최근, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 하는 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 이 때문에, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀도화가 필요해지고 있다.

검사 수법으로는, 확대 광학계를 이용하여 리소그라피 마스크 등의 시료 상에 형성되어 있는 패턴을 소정의 배율로 촬상한 광학 화상과, 설계 데이터, 혹은 시료 상의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 패턴 검사 방법으로서, 동일 마스크 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상 데이터끼리를 비교하는 "die to die(다이-다이) 검사"나, 패턴 설계된 CAD 데이터를 마스크에 패턴을 묘화할 때 묘화 장치가 입력하기 위한 장치 입력 포맷으로 변환한 묘화 데이터(설계 패턴 데이터)를 검사 장치에 입력하고, 이것을 베이스로 설계 화상(참조 화상)을 생성하여, 그것과 패턴을 촬상한 측정 데이터가 되는 광학 화상을 비교하는 "die to database(다이-데이터베이스) 검사"가 있다. 이러한 검사 장치에 있어서의 검사 방법에서는, 시료는 스테이지 상에 재치되고, 스테이지가 움직임으로써 광속이 시료 상을 주사하여, 검사가 행해진다. 시료에는, 광원 및 조명 광학계에 의해 광속이 조사된다. 시료를 투과 혹은 반사한 광이 광학계를 개재하여, 센서 상에 결상된다. 센서로 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로에 보내진다. 비교 회로에서는, 화상끼리의 위치 맞춤 후, 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라서 비교하여, 일치하지 않을 경우에는 패턴 결함 있음으로 판정한다.

제품 사이클이 짧은 반도체 제품에 있어서, 제조 소요 시간을 단축하는 것은 중요한 항목이다. 결함이 있는 마스크 패턴을 웨이퍼에 노광 전사하면, 그 웨이퍼로 만들어진 반도체 장치는 불량품이 된다. 이 때문에, 마스크의 패턴 결함 검사를 행하는 것은 중요하다. 그리고, 결함 검사로 발견된 결함은 결함 수정 장치로 수정된다. 그러나, 발견된 결함을 모두 수정하면 제조 소요 시간이 증가되어, 제품 가치가 떨어지는 것으로 이어진다. 검사 장치의 개발이 진행됨에 따라, 검사 장치에서는, 매우 작은 어긋남이 발생해도 패턴 결함 있음으로 판정한다. 그러나, 실제 노광 장치에서 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사할 때, 웨이퍼 상에서 회로의 단선 혹은/및 단락 등이 이러한 결함에 의해 발생하지 않는 것이라면, 집적 회로로는 사용 가능하다. 따라서, 노광 장치에서 웨이퍼 상에 노광되는 노광 이미지를 취득하는 것이 요구된다. 그러나, 노광 장치에서는 마스크 패턴을 축소하여 웨이퍼에 결상하는 것에 반해, 검사 장치에서는 마스크 패턴을 확대하여 센서에 결상한다. 따라서, 마스크 기판에 대하여 2차측의 광학계의 구성이 원래 상이하다. 따라서, 아무리 조명광의 상태를 노광 장치에 맞추어도, 그대로는 노광 장치에서 전사되는 경우의 패턴 화상을 검사 장치에서 재현하는 것은 어렵다.

여기서 공중 화상인 상을 이용하여, 노광 장치에서 노광 전사되는 노광 이미지를 검사하는 전용기기에 대하여 개시되어 있다(예를 들어, 특개 2001-235853호 공보 참조).

상술한 바와 같이, 노광 장치에서 전사되는 경우의 패턴 화상을 재현하는 것이 요구되고 있다. 이에, 발명자는, 노광 장치에서 전사되는 경우의 노광 이미지 화상을 작성하기 위하여, 본원의 우선권 주장의 기초가 되는 일본 특허 출원 2017-119850호의 출원시에 있어서 아직 공지되지 않은, P편광파와 S편광파를 나누어 촬상하는 수법에 대해 일본 특허 출원(일본 특허 출원 2015-218287호)을 행하였다. 일본 특허 출원 2015-218287호의 내용은 포함(incorporate)된다. 이러한 수법에 의해, P편광파와 S편광파를 동시에 촬상할 수 있게 되었는데, P편광파와 S편광파를 나누어 촬상하는 수법은 이것으로 한정되지 않는다. 이로 인해, 각각의 구성으로의 P편광파와 S편광파를 나누어 촬상하는 수법의 개발도 요망되고 있다.

또한, 상술한 수법에 의해, P편광파와 S편광파를 동시에 촬상할 수 있게 되었는데, 편광 이미지가 아니라, 패턴상을 촬상하여, 비교하는 통상의 패턴 검사를 행함에 있어서는, 투과 검사와 반사 검사를 동시에 행하는 것이 곤란해졌다. 투과 검사와 반사 검사에서는, 동시에 시료면 상의 상이한 위치에 각각 검사광을 조명하여, 이러한 상이한 위치에서의 패턴을 일방에서는 투과상으로 하고, 타방에서는 반사상으로 하여 촬상한다. 이로 인해, 상이 투과와 반사로 겹쳐지지 않으므로, 각각의 상을 고정밀도로 촬상할 수 있다. 그러나, P편광파와 S편광파를 나누어 촬상하는 수법에서는, 동일한 위치의 상을 P편광파와 S편광파로 나누기 때문에, 동일한 결상 광학계를 이용하면, 투과 검사와 반사 검사를 동시에 행하는 경우의 상과는 결상 위치가 어긋난다. 이 때문에 바람직하게는, 편광 이미지의 취득과 통상의 패턴 검사간에 결상 광학계를 공유 가능한 편광 이미지를 취득하는 새로운 기구의 개발이 요망되고 있다.

나아가, 얻어지는 화상을 노광 이미지 화상에 가능한 한 근접시키기 위해서는, P편광파의 화상과 S편광파의 화상의 2개의 화상뿐만 아니라, 향상된 자유도가 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 양태는, 노광 장치에서 전사되는 경우의 노광 이미지 화상을 자유도를 높여 작성하기 위해서 이용 가능한 편광 이미지를 취득하는 장치 및 방법을 제공한다. 또한 본 발명의 다른 양태는, 결상 광학계를 편광 이미지의 취득과 통상의 패턴 검사의 사이에서 공용 가능한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 한 양태의 편광 이미지 취득 장치는,

패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판을 재치하는 이동 가능한 스테이지와,

마스크 기판을 투과한 투과광을 입사하는 대물 렌즈와,

대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역에 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 통과 영역의 각도를 변경하는 회전 가능한 조리개와,

통과 영역의 각도마다, 조리개를 통과한, 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하는, 회전형 1/2파장판과,

제1 방향의 편광파의 궤도와 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하는 로션 프리즘(Rochon prism)과,

로션 프리즘을 통과한 제1 방향의 편광파와 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상한 결상 렌즈와,

제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 제2 방향의 편광파를 반사하는 미러와,

제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제1 이미지 센서와,

제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제2 이미지 센서,

를 구비한다.

본 발명의 한 양태의 패턴 검사 장치는,

마스크 기판을 투과한 투과광을 입사하는 대물 렌즈와,

조리개를 통과한, 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하는, 회전형 1/2파장판과,

제1 방향의 편광파의 궤도와 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하는 로션 프리즘과,

제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제2 이미지 센서와,

조명광을 대물 렌즈에 분기함과 함께, 대물 렌즈를 개재하여, 마스크 기판을 반사한 반사광을 통과시키는 빔 스플리터와,

조리개와 1/2파장판과 로션 프리즘을 광로 상과 광로 외의 사이에서 이동시키는 제1 반송 기구와,

빔 스플리터를 광로 상과 광로 외의 사이에서 이동시키는 제2 반송 기구,

를 구비하고,

편광 이미지를 취득하는 경우에, 조리개와 1/2파장판과 로션 프리즘이 빔 스플리터 대신에 광로 상에 배치되고, 패턴 검사를 행하는 경우에, 빔 스플리터가 조리개와 1/2파장판과 로션 프리즘 대신에 광로 상에 배치되고,

결상 렌즈는, 패턴 검사를 행하는 경우에, 투과광과 반사광의 일방을 제1 방향의 편광파의 결상 위치에 결상함과 함께, 투과광과 반사광의 타방을 제2 방향의 편광파의 결상 위치에 결상하고,

미러는, 패턴 검사를 행하는 경우에, 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 투과광과 반사광 중의 타방을 반사하고,

제1 이미지 센서는, 패턴 검사를 행하는 경우에, 투과광과 반사광 중의 일방의 상을 촬상하고,

제2 이미지 센서는, 패턴 검사를 행하는 경우에, 투과광과 반사광 중의 타방의 상을 촬상한다.

본 발명의 한 양태의 편광 이미지 취득 방법은,

패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판에 조명광을 결상하고,

조명광이 마스크 기판을 투과한 투과광을 대물 렌즈에 입사하고,

대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역이 개구한 회전 가능한 조리개를 이용하여, 2개의 영역에 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 통과 영역의 각도를 변경하고,

회전형 1/2파장판을 이용하여, 통과 영역의 각도마다, 조리개를 통과한, 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하고,

로션 프리즘을 이용하여 제1 방향의 편광파의 궤도와 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하고,

결상 렌즈를 이용하여, 로션 프리즘을 통과한 제1 방향의 편광파와 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상하고,

미러를 이용하여, 제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 제2 방향의 편광파를 반사하고,

제1 이미지 센서를 이용하여, 제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하고,

제2 이미지 센서를 이용하여, 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상한다.

본 발명의 한 양태의 패턴 검사 방법은,

패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판에 제1 조명광을 결상하고,

제1 조명광이 상기 마스크 기판을 투과한 제1 투과광을 대물 렌즈에 입사하고,

회전형 1/2파장판을 이용하여, 통과 영역의 각도마다, 조리개를 통과한 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하고,

제2 이미지 센서를 이용하여, 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 조리개의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하고,

조리개와 1/2파장판과 로션 프리즘을 광로 상으로부터 광로 외로 이동시키고,

빔 스플리터를 광로 외로부터 광로 상으로 이동시키고,

투과 검사 조명 광학계를 이용하여, 마스크 기판에 제2 조명광을 조명하고,

반사 검사 조명 광학계를 이용하여, 마스크 기판에 제3 조명광을 조명하고,

제2 조명광이 마스크 기판을 투과한 제2 투과광과, 제3 조명광이 마스크 기판으로부터 반사된 반사광을 대물 렌즈 및 빔 스플리터를 개재하여 결상 렌즈에 입사하고,

결상 렌즈를 이용하여, 제2 투과광과 반사광의 일방을 제1 방향의 편광파의 결상 위치에 결상함과 함께, 제2 투과광과 반사광의 타방을 제2 방향의 편광파의 결상 위치에 결상하고,

미러를 이용하여, 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 제2 투과광과 반사광 중의 타방을 반사하고,

제1 이미지 센서를 이용하여, 제2 투과광과 반사광 중의 일방의 상을 촬상하고,

제2 이미지 센서를 이용하여, 제2 투과광과 반사광 중의 타방의 상을 촬상한다.

도 1은, 실시의 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2a와 도 2b는, 실시의 형태 1에 있어서의 검사 장치에서의 개구수와 노광 장치에서의 개구수를 비교하기 위한 개념도이다.
도 3은, 실시의 형태 1의 비교예에 있어서의 S편광파와 P편광파의 특성에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 실시의 형태 1 및 비교예에 있어서의 이미지측 개구수와 S편광파와 P편광파의 관계를 비교하기 위한 도면이다.
도 5는, 실시의 형태 1에 있어서의 패턴 검사 방법의 주요부 공정을 나타낸 플로우차트도이다.
도 6은, 실시의 형태 1에 있어서의 편광 이미지 검사 모드에 있어서의 검사 광학계의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7a와 도 7b는, 실시의 형태 1에 있어서의 편광 성분의 상태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 8d는, 실시의 형태 1에 있어서의 회전 조리개의 각도와 P편광 성분 및 S편광 성분과 회전형 1/2파장판 통과 후의 P편광 성분 및 S편광 성분을 나타낸 도면이다.
도 9는, 실시의 형태 1에 있어서의 회전형 1/2파장판의 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 실시의 형태 1에 있어서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은, 실시의 형태 1에 있어서의 비교 회로의 내부 구성의 일부를 나타낸 도면이다.
도 12는, 실시의 형태 1에 있어서의 통상 검사 모드에서의 검사 광학계의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.

이하, 실시의 형태에서는, 노광 장치에서 전사되는 경우의 노광 이미지 화상을, 자유도를 높여 작성하기 위해서 이용 가능한 편광 이미지를 취득하는 장치 및 방법에 대하여 설명한다. 또한, 결상 광학계를 편광 이미지의 취득과 통상의 패턴 검사의 사이에서 공용 가능한 장치 및 방법에 대하여 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은, 실시의 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 1에 있어서, 마스크 기판(101)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)(편광 이미지 취득 장치)는, 광원(103), 투과 검사 조명 광학계(170)(투과 조명 광학계), 반사 검사 조명 광학계(175)(반사 조명 광학계), 이동 가능하게 배치된 XYθ테이블(102), 조리개(173), 확대 광학계(104), 회전 조리개(199), 회전형 1/2파장판(190)(λ/2파장판), 로션 프리즘(192), 미러(174), 빔 스플리터(191), 반송 기구(194, 195, 196,) 2개의 포토다이오드 어레이(105, 205)(센서의 일례), 2개의 센서 회로(106, 206), 2개의 스트라이프 패턴 메모리(123, 223) 및 레이저 측장 시스템(122)을 갖고 있다. XYθ테이블(102) 상에는, 마스크 기판(101)이 재치된다. 마스크 기판(101)으로서, 예를 들어, 웨이퍼 등의 반도체 기판에 패턴을 전사하는 노광용 포토 마스크가 포함된다. 또한, 이 포토 마스크에는, 검사 대상이 되는 복수의 도형 패턴에 의해 구성되는 패턴이 형성되어 있다. 여기서는, 동일한 2개의 패턴이 좌우에 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 마스크 기판(101)은, 예를 들어, 패턴 형성면을 하측을 향하여 XYθ테이블(102)에 배치된다.

투과 검사 조명 광학계(170)는, 투영 렌즈(180), 조명 형상 전환 기구(181) 및 결상 렌즈(182)를 가지고 있다. 또한, 투과 검사 조명 광학계(170)는, 기타 렌즈, 미러 및/또는 광학 소자를 가지고 있어도 상관없다. 반사 검사 조명 광학계(175)는, 광원(103)으로부터 투과 검사 조명광과 분리된 반사 검사 조명광을 조명하는 적어도 1개의 렌즈를 가진다. 반사 검사 조명 광학계(175)는, 기타 렌즈, 미러 및/또는 광학 소자를 가지고 있어도 상관없다.

확대 광학계(104)는, 대물 렌즈(171), 결상 렌즈(172), 및 결상 렌즈(176, 178)를 가지고 있다. 대물 렌즈(171), 결상 렌즈(172) 및 결상 렌즈(176, 178)는, 각각 적어도 1개의 렌즈에 의해 구성된다. 또한, 대물 렌즈(171)와 결상 렌즈(172)의 사이, 결상 렌즈(172)와 결상 렌즈(176)의 사이, 및/또는 결상 렌즈(172)와 결상 렌즈(178)의 사이에, 기타 렌즈 및/또는 미러를 가지고 있어도 상관없다.

제어계 회로(160)에서는, 검사 장치(100) 전체를 제어하는 제어 계산기(110)가, 버스(120)를 개재하여, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 참조 화상 작성 회로(112), 오토 로더 제어 회로(113), 테이블 제어 회로(114), 모드 전환 제어 회로(140), 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉서블 디스크 장치(FD)(116), CRT(117), 패턴 모니터(118), 및 프린터(119)에 접속되어 있다. 또한, 센서 회로(106)는, 스트라이프 패턴 메모리(123)에 접속되고, 스트라이프 패턴 메모리(123)는, 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 센서 회로(206)는, 스트라이프 패턴 메모리(223)에 접속되고, 스트라이프 패턴 메모리(223)는, 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 또한, XYθ테이블(102)은, X축 모터, Y축 모터, θ축 모터에 의해 구동된다.

반송 기구(194)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 회전 조리개(199) 및 회전형 1/2파장판(190)을 광로 상으로부터 광로 외로, 및 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 반송 기구(196)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 로션 프리즘(192)을 광로 상으로부터 광로 외로, 및 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 반송 기구(195)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 빔 스플리터(191)를 광로 상으로부터 광로 외로, 및 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 또한, 도 1의 예에서는, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)이 동일한 반송 기구(194)에 의해 반송되는 경우를 나타내고 있으나, 다른 반송 기구에 의해 반송되어도 상관없다는 것은 말할 필요도 없다. 마찬가지로, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)과 로션 프리즘(192)이 동일한 반송 기구에 의해 반송되어도 상관없다는 것은 말할 필요도 없다.

실시의 형태 1에서는, 편광 이미지를 취득하여, 이러한 편광 이미지를 이용한 검사(편광 이미지 검사 모드(1))와, 고배율의 패턴상을 촬상하여, 이러한 패턴상을 검사하는 검사(통상 검사 모드(2))를 전환 가능하게 구성된다. 편광 이미지 검사 모드(1)에 있어서, 검사 장치(100)에서는, 광원(103), 투과 검사 조명 광학계(170), XYθ테이블(102), 조리개(173), 확대 광학계(104), 회전 조리개(199), 회전형 1/2파장판(190), 로션 프리즘(192), 미러(174), 포토다이오드 어레이(105, 205), 및 센서 회로(106, 206)에 의해 고배율의 검사 광학계가 구성되어 있다. 통상 검사 모드(2)에 있어서, 검사 장치(100)에서는, 광원(103), 투과 검사 조명 광학계(170), 반사 검사 조명 광학계(175), XYθ테이블(102), 확대 광학계(104), 빔 스플리터(191), 미러(174), 포토다이오드 어레이(105, 205), 및 센서 회로(106, 206)에 의해 고배율의 검사 광학계가 구성되어 있다. 예를 들어, 400~500배의 배율의 검사 광학계가 구성되어 있다.

또한, XYθ테이블(102)은, 제어 계산기(110)의 제어 하에 테이블 제어 회로(114)에 의해 구동된다. X방향, Y방향, θ방향으로 구동하는 3축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계에 의해 이동 가능하게 되어 있다. 이들, X모터, Y모터, θ모터는, 예를 들어 리니어 모터를 이용할 수 있다. XYθ테이블(102)은, XYθ 각 축의 모터에 의해 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, 대물 렌즈(171)는, 제어 계산기(110)의 제어 하에 도시하지 않은 오토 포커스(AF) 제어 회로에 의해 동적으로 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 초점 위치(광축 방향: Z축 방향)가 조정된다. 대물 렌즈(171)는, 예를 들어, 도시하지 않은 피에조 소자에 의해 광축 방향(Z축 방향)으로 이동됨으로써, 초점 위치가 조정된다. 혹은 대물 렌즈(171)의 위치를 고정하여, XYθ테이블(102)을 도시하지 않은 오토 포커스(AF) 제어 회로에 의해 동적으로 광축 방향(Z축 방향)으로 이동시킴으로써, 대물 렌즈(171)의 초점 위치가 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 조정되도록 해도 호적하다. XYθ테이블(102) 상에 배치된 마스크 기판(101)의 이동 위치는, 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되고, 위치 회로(107)에 공급된다.

마스크 기판(101)의 패턴 형성의 기초가 되는 설계 패턴 데이터(묘화 데이터)가 검사 장치(100)의 외부로부터 입력되고, 자기 디스크 장치(109)에 저장되어도 된다.

여기서, 도 1에서는, 실시의 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성 부분에 대하여 기재하고 있다. 검사 장치(100)로써, 통상, 필요한 기타 구성이 포함되어도 상관없다는 것은 말할 필요도 없다.

도 2a와 도 2b는, 실시의 형태 1에 있어서의 검사 장치에서의 개구수와 노광 장치에서의 개구수를 비교하기 위한 개념도이다. 도 2a에서는, 마스크 기판(300)에 형성된 패턴을 반도체 기판에 노광 전사하는 스테퍼 등의 노광 장치의 광학계의 일부를 나타내고 있다. 노광 장치에서는, 도시하지 않은 조명광이 마스크 기판(300)에 조명되고, 마스크 기판(300)으로부터의 투과광(301)은, 대물 렌즈(302)에 입사되고, 대물 렌즈(302)를 통과한 광(305)이 반도체 기판(304)(웨이퍼: 피노광 기판)에 결상한다. 또한, 도 2a에서는, 1개의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)를 나타내고 있으나, 복수의 렌즈에 의한 조합이어도 상관없다는 것은 말할 필요도 없다. 여기서 현상의 노광 장치에서는, 마스크 기판(300)에 형성된 패턴을, 예를 들어 1/4로 축소하여 반도체 기판(304)에 노광 전사한다. 그 때의 노광 장치의 반도체 기판(304)에 대한 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, 예를 들어, NAi=1.4로 설정된다. 환언하면, 대물 렌즈(302)를 통과 가능한 대물 렌즈(302)의 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, 예를 들어, NAi=1.4로 설정된다. 노광 장치에서는, 마스크 기판(300)의 투과광상을 1/4로 축소하고 있으므로, 대물 렌즈(302)의 마스크 기판(300)에 대한 감도는 1/4이 된다. 환언하면, 마스크 기판(300)으로부터 대물 렌즈(302)에 투과광이 입사하는 경우의 입사 가능한 대물 렌즈(302)의 개구수(NAo)(물체 o측 개구수)는, NAi의 1/4이 되고, NAo=0.35가 된다. 따라서, 노광 장치에서는, 개구수(NAo)=0.35의 광속의 마스크 기판(300)으로부터의 투과광상을 매우 넓은 개구수(NAi)=1.4의 광속의 상으로서 반도체 기판(304)에 노광 전사하고 있는 것이 된다.

이에 반해, 실시의 형태 1에 있어서의 검사 장치(100)에서는, 도 2b에 검사 장치(100)의 일부를 나타낸 바와 같이, 도시하지 않은 조명광이 마스크 기판(101)에 조명되고, 마스크 기판(101)으로부터의 투과광(11)은, 대물 렌즈를 포함한 확대 광학계(104)에 입사되고, 확대 광학계(104)를 통과한 광(12)이 포토다이오드 어레이(105)(이미지 센서)에 결상한다. 그 때, 마스크 기판(101)으로부터 확대 광학계(104)에 투과광(11)이 입사하는 경우의 입사 가능한 대물 렌즈의 개구수(NAo)(물체 o측 개구수)는, 예를 들어 NAo=0.9로 설정한다. 검사 장치(100)에서는, 마스크 기판(300)의 투과광상을 검사로 비교 가능하게 하기 위해 200~500배로 확대하고 있으므로, 확대 광학계(104)의 마스크 기판(101)에 대한 감도는 200~500이 된다. 따라서, 확대 광학계(104)의 포토다이오드 어레이(105)에 대한 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, NAo의 1/500~1/200이 되고, 예를 들어 개구수(NAi)=0.004가 된다.

이와 같이, NAo=0.35가 되는 노광 장치의 대물 렌즈(302)가 입수하는 광의 정보량과 예를 들어 NAo=0.9가 되는 검사 장치(100)의 대물 렌즈가 입수하는 광의 정보량은, 원래 상이하다. 따라서, 반도체 기판(304) 상의 상(像)은, 포토다이오드 어레이(105)의 수광면 상의 상과는, 광속수 자체가 상이하기 때문에, 동일한 상을 얻는 것은 곤란하다. 이에, 노광 장치의 대물 렌즈(302)와 동일하게 하기 위해, 조리개(173)로 광속을 모음으로써, 검사 장치(100)의 대물 렌즈(NAo)를 예를 들어 NAo=0.35로 설정한다. 이에 따라, 광속수를 맞출 수 있다. 그러나, 검사 장치(100)에서는, 마스크 기판(300)의 투과광상을 검사로 비교 가능하게 하기 위해 200~500배로 확대하고 있으므로, 확대 광학계(104)의 마스크 기판(101)에 대한 감도는 200~500이 된다. 따라서, 확대 광학계(104)의 포토다이오드 어레이(105)에 대한 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, 노광 장치의 대물 렌즈(302)와 같이 매우 넓은 개구수(NAi)=1.4로는 할 수 없고, NAo의 1/500~1/200이 되고, 예를 들어, 개구수(NAi)=0.001이 된다. 이와 같이, 확대 광학계(104)의 포토다이오드 어레이(105)에 대한 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)보다 충분히 작은 개구수(NAi)가 된다. 또한 도 2b에서는, 확대 광학계(104)밖에 기재되어 있지 않으나, 확대 광학계(104) 내에는 복수의 렌즈가 배치되어 있다. 확대 광학계(104) 내에는, 상술한 바와 같이, 적어도 대물 렌즈(171)와 결상 렌즈(172)와 결상 렌즈(176)(및 결상 렌즈(178))를 가지고 있다.

따라서, 대물 렌즈(171)는, 마스크 기판(101)이 노광 장치에 배치된 경우에 마스크 기판(101)으로부터의 투과광을 입사하여 반도체 기판(304)에 결상하는 노광 장치의 대물 렌즈(302)가 마스크 기판(101)으로부터의 투과광(301)을 입사하는 경우와 동일한 개구수(NAo)(NAo=0.35)로, 마스크 기판(101) 상에 결상된 조명광이 마스크 기판(101)을 투과한 투과광(190)을 입사한다. 또한, 결상 렌즈(176)(및 결상 렌즈(178))는, 확대 광학계(104) 내를 통과한 광을, 노광 장치의 대물 렌즈(302)보다 충분히 작은 개구수(NAi)(NAi=0.001)로 결상시킨다.

도 3은, 실시의 형태 1의 비교예에 있어서의 S편광파와 P편광파의 특성에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는, 비교예가 된 노광 장치의 대물 렌즈(302)를 통과한 광(305)이 반도체 기판(304)에 결상하는 상태의 일례를 나타내고 있다. 대물 렌즈(302)의 반도체 기판(304)에 대한 개구수(NAi)(이미지 i측 개구수)는, 매우 넓은 개구수(NAi)=1.4가 되므로, 광의 간섭 효과로 광(305)의 특히 P편광 성분의 진폭이 감소, 없어지거나, 혹은 반전된다.

도 4는, 실시의 형태 1 및 비교예에 있어서의 이미지측 개구수와 S편광파와 P편광파의 관계를 비교하기 위한 도면이다. 상술한 바와 같이, 노광 장치에서는, 대물 렌즈(302)의 반도체 기판(304)측의 개구수(NAi)가, NAi=1.4로 매우 크기 때문에, 도 4와 같이, P편광 성분의 진폭이 감소, 없어지거나, 혹은 반전된다. 또한, S편광 성분의 진폭에 대해서는, 대물 렌즈(302)의 반도체 기판(304)측의 개구수(NAi)에 상관없이, 동일한 상태를 유지한다.

한편, 상술한 바와 같이, 검사 장치(100)에서는, 확대 광학계(104)의 포토다이오드 어레이(105)측의 개구수(NAi)가, NAi=0.001로 노광 장치의 대물 렌즈(302)에 비해 매우(충분히) 작기 때문에, 이러한 P편광 성분의 진폭의 감소 등이 발생하지 않는다. S편광 성분의 진폭에 대해서는, 마찬가지로 동일한 상태를 유지한다.

노광 장치에 있어서 반도체 기판(304)에 결상되는 마스크 패턴상의 광도, 검사 장치(100)에 있어서 포토다이오드 어레이(105)에 결상되는 마스크 패턴상의 광도, 모두 P편광 성분과 S편광 성분의 합성광이므로, P편광 성분이 상이하면, 얻어지는 광학 화상은 동일한 이미지상으로는 되지 않는다.

이에, 실시의 형태 1에서는, 이러한 현상을 바탕으로, 검사 장치(100)에 있어서, 포토다이오드 어레이(105)에 결상되는 마스크 패턴상을 P편광 성분의 상과 S편광 성분의 상으로 분리하여 취득한다. 이에 따라, P편광 성분과 S편광 성분의 합성의 방법(비율) 등을 조정함으로써, 포토다이오드 어레이(105)로 촬상된 2종류의 화상으로부터 노광 이미지를 생성할 수 있다. 나아가, 실시의 형태 1에서는, P편광 성분의 상과 S편광 성분의 상을 1개씩 취득하는 것이 아니라, 같은 위치의 화상을 각각 복수 취득함으로써, 합성시의 자유도를 높인다.

도 5는, 실시의 형태 1에서의 패턴 검사 방법의 주요부 공정을 나타내는 플로우차트도이다. 도 5에 있어서, 실시의 형태 1에 있어서의 패턴 검사 방법은, 모드 선택 공정(S102)과, 반출 공정(S104)과, 반입 공정(S106)과, 조리개 해제 처리 공정(S108)과, 조명 광학계 전환 공정(S110)과, 스캔 공정(S112)과, 비교 공정(S114)과, 반출 공정(S204)과, 반입 공정(S206)과, 조리개 처리 공정(S208)과, 조명 광학계 전환 공정(S210)과, 회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)과, 스캔 공정(S214)과, 합성 공정(S220)과, 비교 공정(S230)의 각 공정을 실시한다.

모드 선택 공정(S102)에서, 편광 이미지를 취득하고, 이러한 편광 이미지를 이용한 편광 이미지 검사 모드(1)를 선택한 경우, 편광 이미지 검사 모드(1)에서는, 도 5의 각 공정 중, 반출 공정(S204)과, 반입 공정(S206)과, 조리개 처리 공정(S208)과, 조명 광학계 전환 공정(S210)과, 회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)과, 스캔 공정(S214)과, 합성 공정(S220)과, 비교 공정(S230)의 각 공정을 실시한다.

모드 선택 공정(S102)에서, 고배율의 패턴상을 촬상하여, 이러한 패턴상을 검사하는 통상 검사 모드(2)를 선택한 경우, 통상 검사 모드(2)에서는, 도 5의 각 공정 중, 반출 공정(S104)과, 반입 공정(S106)과, 조리개 해제 처리 공정(S108)과, 조명 광학계 전환 공정(S110)과, 스캔 공정(S112)과, 비교 공정(S114)의 각 공정을 실시한다.

따라서, 우선, 모드 선택 공정(S102)에 있어서, 유저로부터 편광 이미지 검사 모드(1)와 재래식 검사 모드(2) 중 일방을 선택시킨다. 예를 들어, 도시하지 않은 키보드, 마우스, 터치 패널 등으로부터, 이러한 검사 모드(1)(2) 중 일방을 선택시키면 된다. 그리고, 이러한 선택된 검사 모드의 정보는, 제어 계산기(110)의 제어 하에, 모드 전환 제어 회로(140)에 출력된다. 모드 전환 제어 회로(140)는, 입력된 검사 모드의 정보에 따라서, 검사 광학계의 배치 등을 전환한다. 우선은, 편광 이미지 검사 모드(1)를 선택한 경우에 대하여 설명한다.

도 6은, 실시의 형태 1에 있어서의 편광 이미지 검사 모드에 있어서의 검사 광학계의 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도 6에서는, 도 1의 구성의 일부를 나타내고 있다. 도 6에 있어서, 점선은 각 렌즈로부터의 동(瞳) 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 1과 도 6의 각 구성의 위치의 축척 등에 대해서는 일치시키지 않았다.

반출 공정(S204)으로서, 반송 기구(195)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 빔 스플리터(191)를 광로 상으로부터 광로 외로 이동시킨다. 원래 빔 스플리터(191)가 광로 외에 배치되어 있었던 경우에는 이러한 동작을 생략하면 된다.

반입 공정(S206)으로서, 반송 기구(194)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 회전 조리개(199), 및 회전형 1/2파장판(190)을 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 회전 조리개(199), 및 회전형 1/2파장판(190)은, 대물 렌즈(171)에 대하여 마스크 기판(101)과는 반대측의 위치에 배치된다. 특히 회전형 1/2파장판(190)은, 대물 렌즈(171)의 동 위치 부근에 배치된다.

또한, 반송 기구(196)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 로션 프리즘(192)을 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 구체적으로는, 빔 스플리터(191)가 광로 내로부터 광로 외로 반출됨으로써 생긴 광로 상의 공간 영역 부근에, 로션 프리즘(192)을 배치한다.

조리개 처리 공정(S208)으로서, 모드 전환 제어 회로(140)는, 조리개(173)의 개구부의 직경을 좁히고, 통과 가능한 광속을 모음으로써, 대물 렌즈(171)의 NAo을 노광 장치의 대물 렌즈(302)와 동일하게 한다. 예를 들어, 검사 장치(100)의 대물 렌즈의 NAo를 예를 들어 NAo=0.35로 설정한다.

조명 광학계 전환 공정(S210)으로서, 조명 형상 전환 기구(181)는, 투과 검사용 조명광(검사광)의 형상이 노광 장치에서 사용하는 조명 형상과 동일한 조명 형상이 되도록 렌즈, 및 미러 등을 포함한 광학 소자를 전환한다. 이러한 광학 소자는, 노광 장치의 조명 조건에 맞추어 미리 전환 가능하게 배치해 두면 된다.

회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)으로서, 모드 전환 제어 회로(140)는, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도를 설정한다. 또한, 모드 전환 제어 회로(140)는, 회전형 1/2파장판(190)의 각도를 설정한다.

도 7a와 도 7b는, 실시의 형태 1에 있어서의 편광 성분의 상태의 일례를 나타낸 도면이다. 실시의 형태 1에서는, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 투과광의 광축을 중심으로 한 원주의 접선 방향으로 편광 방향이 향하고 있는 편광 성분을 S편광 성분으로 한다. 그리고, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 투과광의 광축을 중심으로 한 원의 직경방향(방사방향)으로 편광 방향이 향하고 있는 편광 성분을 P편광 성분으로 한다. 환언하면, 투과광의 진행 방향에 직교하는 면내에 있어서 투과광의 원내의 어느 위치에 있어서도 P편광 성분과 S편광 성분은 직교한다.

도 8a 내지 8d는, 실시의 형태 1에 있어서의 회전 조리개의 각도와 P편광 성분 및 S편광 성분과 회전형 1/2파장판 통과 후의 P편광 성분 및 S편광 성분을 나타낸 도면이다. 회전 조리개(199)는, 도 8a~도 8d에 나타낸 바와 같이, 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역으로 나뉘어져 있다. 그리고, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역(40a, 40b)이 광의 통과 영역으로 되어 있다. 도 8a~도 8d의 예에서는, 원이 8등분되고, 그 중의 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역(40a, 40b)이 광의 통과 영역(개구부)으로 되어 있다. 도 8a 내지 8d의 예에서는, 회전 조리개(199)를 0°, 45°, 90°, 및 135°의 4개의 각도로 설정한다. 이에 따라, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역(40a, 40b)에 대물 렌즈(171)를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 회전 조리개(199)의 8개의 영역(4n개 영역)이 2개(영역(40a, 40b))씩 차례로 통과 영역이 된다. 회전 조리개(199)의 각도마다, 다음의 스캔 공정(S214)을 실시한다. 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도는, 중심축을 통과하는 통과 영역의 중심선으로 정의된다.

스캔 공정(S214)으로서, 광학 화상 취득 기구(150)는, 마스크 기판(101) 상에 형성된 패턴의 광학 화상을 취득한다. 구체적으로는, 다음과 같이 동작한다.

도 6에 있어서, 광원(103)으로부터 검사광이 되는 자외역 이하의 파장의 레이저광(예를 들어 DUV광)이 발생한다. 발생된 광은, 투영 렌즈(180)에 의해 조명 형상 전환 기구(181)에 조명되고, 조명 형상 전환 기구(181)에 의해, 조명광(검사광)의 형상을 노광 장치에서 사용하는 조명 형상과 동일한 조명 형상으로 변경된다. 이러한 노광 장치에서 사용하는 조명 형상과 동일한 조명광(제1 조명광)이, 결상 렌즈(182)에 의해, 마스크 기판(101)의 패턴 형성면과는 반대의 이면측으로부터 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 결상된다. 마스크 기판(101)을 투과한 투과광(마스크 패턴상)은, 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)가 마스크 기판(101)으로부터의 투과광을 입사하는 경우와 동일한 개구수(NAo)(NAo=0.35)로 조리개(173)에 의해 모아지고, 대물 렌즈(171)에 입사하고, 대물 렌즈(171)에 의해 평행하게 회전 조리개(199)에 투영된다. 따라서, 검사 장치(100)의 지금까지의 광학 조건은 노광 장치와 동일하게 할 수 있다.

이어서, 회전 조리개(199)는, 대물 렌즈(171)를 통과한 광의 통과 영역을 회전 조리개(199)의 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역(40a, 40b)으로 모아진다. 여기서는, 예를 들어, 통과 영역의 각도가 0°로 설정된다. 이로 인해, 대물 렌즈(171)를 통과한 광을 1/4을 통과시킬 수 있다.

회전형 1/2파장판(190)은, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도마다, 회전 조리개(199)를 통과한, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 예를 들어 0°와 90°(제1과 제2 방향)의 편향파로 변환한다.

도 8a의 예에서는, 회전 조리개(199)의 2개의 영역(40a, 40b)으로 구성되는 통과 영역이 진행 방향(z방향)으로 직교하는 면(x, y면)내의 x축에 대하여, 0°의 위치에 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다. 따라서, 통과 영역이 0°인 상태의 회전 조리개(199)를 통과하는 광(통과광 전체의 1/(2n))의 P편광 성분은 통과 영역의 각도와 동일 방향의 0°의 편광 성분이 되고, S편광 성분은, 통과 영역의 각도와 직교 방향의 90°의 편광 성분이 된다. 이러한 경우에, 회전형 1/2파장판(190)의 광학축을 0°에 45°의 m배(m은 정수)를 가산한 각도로 설정한다. 이에 따라, 회전형 1/2파장판(190)을 통과한 P편광 성분과 S편광 성분을 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)로 변환할 수 있다. 도 8a의 예에서는, P편광 성분이 0°인 편광파(제1 방향의 편광파)가 되고, S편광 성분이 90°인 편광파(제2 방향의 편광파)가 된다.

도 9는, 실시의 형태 1에 있어서의 회전형 1/2파장판의 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다. 회전형 1/2파장판(190)은, 대물 렌즈(171)에 대하여 마스크 기판(101)과는 반대측의 위치로서 대물 렌즈(171)의 동 위치 부근에 배치된다. 회전형 1/2파장판(190)의 위치에서의 광선의 확대는, 대물 렌즈(171)의 동 직경(D)(대물 렌즈(171)를 통과한 축상 평행 광속의 최대경)의 5% 이하가 바람직하다. 이 때문에, 회전형 1/2파장판(190)의 배치 위치의 대물 렌즈(171)의 동 위치로부터의 어긋남량(ΔL)은 대물 렌즈(171)의 동 직경(D), 대물 렌즈(171)의 시야 직경(d), 대물 렌즈(171)의 초점 거리(f)를 이용하여, 이하의 식(1)을 만족시키면 호적하다.

(1) ΔL<0.05·D·f/d

따라서, 회전형 1/2파장판(190)은, 대물 렌즈(171)의 동 위치로부터, 이러한 동 위치의 어긋남량(ΔL) 내에 배치되면 된다.

회전형 1/2파장판(190)을 투과한 투과광은 로션 프리즘(192)에 입사한다. 로션 프리즘(192)은, 투과광의 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)의 궤도와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)의 궤도를 분리한다. 도 6의 예에서는, 투과광의 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)를 그대로 통과시키고, 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)의 궤도를 구부려서 통과시키고 있다. 궤도를 변화시키지 않고 투과시키는 편광 성분과 궤도를 변화시켜 투과시키는 편광 성분의 관계는 반대여도 상관없다. 회전형 1/2파장판(190)에 의해, 편광파의 방향이 0° 혹은 90°로 변환되어 있으므로, 로션 프리즘(192)에 의해, 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)를 분리할 수 있다.

로션 프리즘(192)을 통과한 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)는, 함께 결상 렌즈(172)에 입사한다. 여기서, 실시의 형태 1에서는, 로션 프리즘(192)에 의해 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파) 중의 일방(여기서는 예를 들어 90°의 편광파)의 궤도의 방향을 바꾸고 있으므로, 0°의 편광파와 90°의 편광파는, 결상 렌즈(172)에 입사하는 위치가 상이하다. 따라서, 결상 렌즈(172)는, 로션 프리즘(192)을 통과한 0°의 편광파와 90°의 편광파를 상이한 결상 위치에 각각 결상한다. 도 6의 예에서는, 결상 렌즈(172)는, 0°의 편광파를 결상 위치(A)에 결상한다. 결상 렌즈(172)는, 90°의 편광파를 결상 위치(B)에 결상한다.

미러(174)는, 결상 위치(A) 혹은 결상 위치(B)에 배치된다. 도 6의 예에서는, 결상 위치(B)에 반사면이 위치하도록 배치된다. 그리고, 미러(174)는, 0°의 편광파와 90°의 편광파 중의 일방의 결상 위치와는 상이한 타방의 결상 위치에서 이러한 타방을 반사한다. 도 6의 예에서는, 미러(174)는, 0°의 편광파와 90°의 편광파 중 0°의 편광파의 결상 위치(A)와는 상이한 90°의 편광파의 결상 위치(B)에서 이러한 90°의 편광파를 반사한다.

미러(174)가 광로 상에 배치되지 않은 0°의 편광파와 90°의 편광파 중 일방(도 6의 예에서는 0°의 편광파)은, 결상 위치(A)에서 일단 결상한 후, 그대로 직진하여, 결상 렌즈(176)에 입사한다. 결상 렌즈(176)(제1 결상 렌즈)는, 입사한 광을 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)의 개구수(NAi=1.4)보다 충분히 작은 개구수(NAi=0.001)로 포토다이오드 어레이(105)에 결상시킨다.

포토다이오드 어레이(105)(제1 이미지 센서)는, 0°의 편광파와 90°의 편광파 중 일방의 결상 렌즈(176)에 의해 결상된 상(예를 들어 0°의 편광파의 상)을 촬상한다.

미러(174)가 광로 상에 배치된 0°의 편광파와 90°의 편광파의 타방(도 6의 예에서는 90°의 편광파)은, 결상 위치(B)에서 일단 결상한 후, 미러(174)로 반사되고, 결상 렌즈(178)에 입사한다. 결상 렌즈(178)(제2 결상 렌즈)는, 입사한 광을 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)의 개구수(NAi=1.4)보다 충분히 작은 개구수(NAi=0.001)로 포토다이오드 어레이(205)에 결상시킨다.

포토다이오드 어레이(205)(제2 이미지 센서)는, 0°의 편광파와 90°의 편광파 중의 타방의 결상 렌즈(178)에 의해 결상된 상(예를 들어 90°의 편광파의 상)을 촬상한다.

또한, 포토다이오드 어레이(105, 205)로서, 예를 들어, TDI(타임·딜레이·인터그레이션) 센서 등을 이용하면 호적하다. 포토다이오드 어레이(105, 205)(이미지 센서)는, 마스크 기판(101)이 재치된 XYθ테이블(102)이 이동하고 있는 상태에서, 마스크 기판(101)에 형성된 패턴이 대응하는 편광 성분의 광학 화상을 촬상한다.

도 10은, 실시의 형태 1에 있어서의 검사 영역을 설명하기 위한 개념도이다. 마스크 기판(101)의 검사 영역(10)(검사 영역 전체)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 y방향을 향하여, 스캔 폭(W)의 직사각형 형상의 복수의 검사 스트라이프(20)에 가상적으로 분할된다. 그리고 검사 장치(100)에서는, 검사 스트라이프(20)마다 화상(스트라이프 영역 화상)을 취득한다. 검사 스트라이프(20)의 각각에 대하여, 레이저광을 이용하여, 해당 스트라이프 영역의 길이 방향(x방향)을 향해 해당 스트라이프 영역 내에 배치되는 도형 패턴의 화상을 촬상한다. XYθ테이블(102)의 이동에 의해, 마스크 기판(101)이 x방향으로 이동되고, 그 결과, 포토다이오드 어레이(105, 205)가 상대적으로 -x방향으로 연속 이동하면서 광학 화상이 취득된다. 포토다이오드 어레이(105, 205)에서는, 도 10에 나타낸 바와 같은 스캔 폭(W)의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 환언하면, 센서의 일례가 되는 포토다이오드 어레이(105, 205)는, XYθ테이블(102)과 상대 이동하면서, 검사광을 이용하여 마스크 기판(101)에 형성된 패턴의 광학 화상을 촬상한다. 실시의 형태 1에서는, 1개의 검사 스트라이프(20)에 있어서의 광학 화상을 촬상한 후, y방향으로 다음의 검사 스트라이프(20)의 위치까지 이동하다가 다음에는 반대 방향으로 이동하면서 마찬가지로 스캔 폭(W)의 광학 화상을 연속적으로 촬상한다. 즉, 왕로와 귀로에서 반대방향을 향하는 포워드(FWD)-백포워드(BWD)의 방향으로 촬상을 반복한다.

여기서, 촬상의 방향은, 포워드(FWD)-백포워드(BWD)의 반복으로 한정되는 것은 아니다. 일방의 방향으로부터 촬상해도 된다. 예를 들어, FWD-FWD의 반복이어도 된다. 혹은, BWD-BWD의 반복이어도 된다.

포토다이오드 어레이(105) 상에 결상된 0°의 편광파의 패턴의 상은, 포토다이오드 어레이(105)의 각 수광 소자에 의해 광전 변환되고, 다시 센서 회로(106)에 의해 A/D(아날로그?디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(123)에, 측정 대상인 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, 포토다이오드 어레이(105)의 다이내믹 레인지는, 예를 들어, 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이내믹 레인지를 이용하면 호적하다.

한편, 포토다이오드 어레이(205) 상에 결상된 90°의 편광파의 패턴의 상은, 포토다이오드 어레이(205)의 각 수광 소자에 의해 광전 변환되고, 다시 센서 회로(206)에 의해 A/D(아날로그?디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(223)에, 측정 대상인 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, 포토다이오드 어레이(205)의 다이내믹 레인지는, 예를 들어, 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이내믹 레인지를 이용하면 호적하다.

또한, 검사 스트라이프(20)의 광학 화상을 취득할 때, 레이저 측장 시스템(122)은, XYθ테이블(102)의 위치를 측장한다. 측장된 위치 정보는, 위치 회로(107)에 출력된다. 위치 회로(107)(연산부)는, 측장된 위치 정보를 이용하여, 마스크 기판(101)의 위치를 연산한다.

그 후, 0°의 편광파의 스트라이프 영역 화상은, 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ테이블(102) 상에서의 마스크 기판(101)의 위치를 나타내는 데이터와 함께 비교 회로(108)에 보내진다. 0°의 편광파의 측정 데이터(화소 데이터)는 예를 들어 8비트의 부호가 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다. 비교 회로(108) 내에 출력된 0°의 편광파의 스트라이프 영역 화상은, 후술하는 기억 장치에 저장된다.

마찬가지로, 90°의 편광파의 스트라이프 영역 화상은, 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ테이블(102) 상에서의 마스크 기판(101)의 위치를 나타내는 데이터와 함께 비교 회로(108)에 보내진다. 90°의 편광파의 측정 데이터(화소 데이터)는 예를 들어 8비트의 부호가 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다. 비교 회로(108) 내에 출력된 90°의 편광파의 스트라이프 영역 화상은, 후술하는 기억 장치에 저장된다.

이상과 같이 하여, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도가 0°인 경우에서의 스캔 동작이 종료된다. 이어서, 회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)으로 되돌아가, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도와 1/2파장판의 광학축의 각도를 변경하여, 마찬가지로, 스캔 공정(S214)을 실시한다.

도 8b의 예에서는, 회전 조리개(199)의 2개의 영역(40a, 40b)으로 구성되는 통과 영역이 진행 방향(z방향)으로 직교하는 면(x, y면)내의 x축에 대하여, 45°의 위치에 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다. 따라서, 통과 영역이 45°인 상태의 회전 조리개(199)를 통과하는 광(통과광 전체의 다른 1/(2n))의 P편광 성분은 통과 영역의 각도와 동일 방향의 45°의 편광 성분이 되고, S편광 성분은, 통과 영역의 각도와 직교 방향의 135°의 편광 성분이 된다. 이러한 경우에, 회전형 1/2파장판(190)의 광학축을 22.5°에 45°의 m배(m은 정수)를 가산한 각도로 설정한다. 이에 따라, 회전형 1/2파장판(190)을 통과한 P편광 성분과 S편광 성분을 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)로 변환할 수 있다. 도 8b의 예에서는, S편광 성분이 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)가 되고, P편광 성분이 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)가 된다.

이상과 같이 하여, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도가 45°인 경우에서의 스캔 동작이 종료된다. 이어서, 다시, 회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)으로 되돌아가, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도와 1/2파장판의 광학축의 각도를 변경하여, 마찬가지로, 스캔 공정(S214)을 실시한다.

도 8c의 예에서는, 회전 조리개(199)의 2개의 영역(40a, 40b)으로 구성되는 통과 영역이 진행방향(z방향)으로 직교하는 면(x, y면) 내의 x축에 대하여, 90°의 위치에 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다. 따라서, 통과 영역이 90°인 상태의 회전 조리개(199)를 통과하는 광(통과광 전체의 다른 1/(2n))의 P편광 성분은 통과 영역의 각도와 동일 방향의 90°의 편광 성분이 되고, S편광 성분은, 통과 영역의 각도와 직교 방향인 0°(180°)의 편광 성분이 된다. 이러한 경우에, 회전형 1/2파장판(190)의 광학축을 0°에 45°의 m배(m은 정수)를 가산한 각도로 설정한다. 이에 따라, 회전형 1/2파장판(190)을 통과한 P편광 성분과 S편광 성분을 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)로 변환할 수 있다. 도 8c의 예에서는, S편광 성분이 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)가 되고, P편광 성분이 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)가 된다.

이상과 같이 하여, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도가 90°인 경우에서의 스캔 동작이 종료된다. 이어서, 다시, 회전 조리개 및 1/2파장판의 각도 설정 공정(S212)으로 되돌아가, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도와 1/2파장판의 광학축의 각도를 변경하고, 마찬가지로, 스캔 공정(S214)을 실시한다.

도 8d의 예에서는, 회전 조리개(199)의 2개의 영역(40a, 40b)으로 구성되는 통과 영역이 진행방향(z방향)으로 직교하는 면(x, y면)내의 x축에 대하여, 135°의 위치에 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다. 따라서, 통과 영역이 135°인 상태의 회전 조리개(199)를 통과하는 광(통과광 전체의 다른 1/(2n))의 P편광 성분은 통과 영역의 각도와 동일 방향의 135°의 편광 성분이 되고, S편광 성분은, 통과 영역의 각도와 직교 방향의 45°의 편광 성분이 된다. 이러한 경우에, 회전형 1/2파장판(190)의 광학축을 22.5°에 45°의 m배(m은 정수)를 가산한 각도로 설정한다. 이에 따라, 회전형 1/2파장판(190)을 통과한 P편광 성분과 S편광 성분을 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)와 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)로 변환할 수 있다. 도 8d의 예에서는, P편광 성분이 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)가 되고, S편광 성분이 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)가 된다.

이상과 같이, 포토다이오드 어레이(105)(제1 이미지 센서)는, 0°의 편광파(제1 방향의 편광파)의 광학 화상으로서, P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상한다. 마찬가지로, 포토다이오드 어레이(205)(제2 이미지 센서)는 90°의 편광파(제2 방향의 편광파)의 광학 화상으로서, S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상한다.

이상과 같이, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)의 각도를 바꾸면서, 회전 조리개(199)의 각도마다, 마스크 기판(101) 상에 형성된 패턴의 광학 화상을 취득한다. 그 결과, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도가 0°, 45°, 90°, 135°에서의 4개(2n개)의 P편광 성분의 편광파의 광학 화상과, 4개(2n개)의 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 취득할 수 있다. 따라서, P편광파의 광학 화상과 S편광파의 광학 화상을 1개씩 촬상하여 합성하는 경우에 비해, 합성 요소의 수가 많으므로, 합성의 자유도를 대폭 향상시킬 수 있다. 나아가, 이들 합계 8개(2×2n개)의 광학 화상을 얻기 위한 광의 광량은, 회전 조리개(199)에 의해 촬상 때마다 광을 모으고 있으므로, 랜덤 편광(자연 편광)광에 의한 1개의 광학 화상을 얻기 위한 광의 광량과 마찬가지로 할 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 1에 따르면, 노광 장치에서 전사되는 경우의 노광 이미지 화상을 작성하기 위한 기본이 되는 2n개(예를 들어 4개)의 S편광파와 2n개(예를 들어 4개)의 P편광파의 각각의 편광 이미지를 취득할 수 있다. 그리고, 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)에 의해, 진폭이 감소, 없어지거나, 혹은 반전되는 P편광 성분의 상태에, 취득된 2n개의 P편광파의 편광 이미지를 맞추고 나서 2n개의 S편광파의 편광 이미지와 합성함으로써, 노광 이미지 화상을 작성할 수 있다. 실시의 형태 1에 따르면, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도마다, S편광파와 P편광파를 분리한 상태로 촬상하고 있으므로, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도마다의 각 편광 성분 화상의 조정을 가능하게 할 수 있다.

실시의 형태 1의 검사 장치(100)는, 또한, 이러한 2n개의 S편광파와 2n개의 P편광파의 각각의 편광 이미지를 이용하여, 마스크 기판(101)의 패턴 검사를 행한다.

도 11은, 실시의 형태 1에서의 비교 회로의 내부 구성의 일부를 나타낸 도면이다. 도 11에 있어서, 비교 회로(108) 내에는, 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(50, 52, 58, 60, 66, 68), 프레임 분할 회로(54, 56), 합성 회로(64), 위치 맞춤 회로(70) 및 비교 처리 회로(72)가 배치된다. 도 11에서는, 편광 이미지 검사 모드(1)에 있어서 필요한 구성에 대하여 나타내고 있다. 통상 검사 모드(2)에 있어서 필요한 구성에 대해서는 종래의 구성과 동일해도 상관없으므로, 도시를 생략하고 있다.

비교 회로(108) 내에서는, 검사 스트라이프(20)의 2n개(예를 들어 4개)의 P편광파의 스트라이프 영역 화상(SP1~SP4)(광학 화상)은 기억 장치(50)에 저장된다. 그리고, 프레임 분할 회로(54)(분할부)는, 각 P편광파의 스트라이프 영역 화상을 읽어내고, 각각의 P편광파의 스트라이프 영역 화상을 x방향으로 소정의 사이즈(예를 들어, 스캔 폭(W)과 동일한 폭)로 분할한다. 예를 들어 512×512화소의 프레임 화상으로 분할한다. 이에 따라, 검사 스트라이프(20)가, 예를 들어, 스캔 폭(W)과 동일한 폭으로 분할된 복수의 프레임 영역(30)(도 10)에 대하여, 각 프레임 영역(30)의 2n개(예를 들어, 4개)의 P편광파의 프레임 화상(P1~P4)을 취득할 수 있다. 2n개(예를 들어, 4개)의 P편광파의 프레임 화상(P1~P4)은 기억 장치(58)에 저장된다.

마찬가지로, 검사 스트라이프(20)의 2n개(예를 들어, 4개)의 S편광파의 스트라이프 영역 화상(SS1~SS4)(광학 화상)은 기억 장치(52)에 저장된다. 그리고, 프레임 분할 회로(56)(구분)는, 각 S편광파의 스트라이프 영역 화상을 읽어내고, 각각 S편광파의 스트라이프 영역 화상을 x방향으로 소정의 사이즈(예를 들어, 스캔 폭(W)과 동일한 폭)로 분할한다. 예를 들어, 512×512화소의 프레임 화상으로 분할한다. 이에 따라, 각 프레임 영역(30)의 2n개(예를 들어, 4개)의 S편광파의 프레임 화상(S1~S4)을 취득할 수 있다. S편광파의 프레임 화상(S1~S4)은 기억 장치(60)에 저장된다.

합성 공정(S220)으로서, 합성 회로(64)(합성부)는, 회전 조리개(199)의 통과 영역의 각도마다 촬상된, P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상을 합성한다. 이러한 경우에, 2×2n개의 각 광학 화상의 계조치에 각각 가중치를 부여하여 합성한다. 2×2n개의 각 광학 화상에 부여하는 가중치의 비율은, 예를 들어, 노광 장치의 대물 렌즈(302)(축소 광학계)에 의해, 감소, 없어지거나, 혹은 반전되는 P편광 성분의 진폭량(비) 등을 고려하여, 가능한한 노광 이미지 화상에 근접하도록 설정하면 된다. 실시의 형태 1에서는, 합성할 수 있는 광학 화상의 수가 4n개(2×2n개)로 많으므로, 각 광학 화상에 부여하는 가중치의 값을 조정할 수 있는 자유도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 작성되는 합성 프레임 화상을 보다 노광 이미지 화상에 근접시킬 수 있다.

이상에 의해, 검사 대상이 되는 다이(1)(제1 다이)에서의 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)이 생성된다. 다이(1)의 합성 프레임 화상은, 기억 장치(66)에 저장된다.

실시의 형태 1에서는, 동일 마스크 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상 데이터끼리를 비교하는 "die to die(다이-다이)검사"를 행한다. 예를 들어, 상술한 스트라이프 영역 화상에는, 동일한 패턴이 형성된 2개의 다이의 화상이 포함된다. 이에, 다이(1)의 합성 프레임 화상의 프레임 영역(30)에 대응하는, 다이(2)(제2 다이)의 프레임 영역(30)의 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)을 마찬가지로 생성한다. 즉, 다이(1)와 동일한 패턴이 형성된 다이(2)(제2 다이)에서의 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된, 다이(1)의 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)에 대응하는 다이(2)의 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)이 생성된다. 다이(2)의 합성 프레임 화상은, 기억 장치(68)에 저장된다.

위치 맞춤 회로(70)는, 비교 대상이 되는 다이(1)의 합성 프레임 화상(광학 화상)과, 비교 대상이 되는 다이(2)의 합성 프레임 화상(참조 화상)에 대하여, 소정의 알고리즘으로 위치 맞춤을 행한다. 예를 들어, 최소 제곱법을 이용하여 위치 맞춤을 행한다.

비교 공정(S230)으로서, 비교 처리 회로(72)(비교부)는, 다이(1)에서의 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)과, 다이(1)와 동일한 패턴이 형성된 다이(2)에서의 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)을 비교한다.

여기서, 실시의 형태 1에 의해 생성되는 합성 프레임 화상은, 굳이 노광 장치와 동일한 조건에 맞추어 대물 렌즈(171)의 개구수(NAo)를 설정하고 있다. 이 때문에, 대물 렌즈(171)의 개구수(NAo)가, 종래의 고분해능의 패턴 결함 검사 장치에서 사용하는 대물 렌즈의 개구수(NAo)보다 작다. 따라서, 대물 렌즈(171)에 입사하는 광속이 적으므로, 상의 분해능이 종래의 고분해능의 패턴 결함 검사 장치에 비해 나쁘다. 한편, 실제의 노광 장치에서 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사할 때, 웨이퍼 상에서 회로의 단선 또는/및 단락 등이 결함에 의해 발생하지 않는다면, 이러한 패턴은 집적 회로로서 사용 가능하다. 실시의 형태 1에 의해 생성되는 합성 프레임 화상은, 굳이 노광 장치에서 웨이퍼 상에 노광되는 노광 이미지에 맞추어 작성되어 있으므로, 회로의 단선 또는/및 단락 등을 웨이퍼 상에 발생시키지 않는지 여부를 검사하면 된다. 이에, 비교 처리 회로(72)는, 개개의 도형 패턴의 개별의 형상 결함을 검사하는 것이 아니라, 인접하는 패턴간 거리를 검사한다. 이러한 경우, 비교 처리 회로(72)는, 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)내의 각 패턴의 패턴간 거리를 측정하고, 마찬가지로, 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)내의 각 패턴의 패턴간 거리를 측정한다. 그리고, 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)의 패턴간 거리로부터, 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)이 대응하는 패턴간 거리를 뺀 차분이 판정 임계치보다 큰지 여부를 판정하고, 크면 결함으로 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 자기 디스크 장치(109), 자기 테이프 장치(115), 플렉서블 디스크 장치(FD)(116), CRT(117), 패턴 모니터(118), 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.

이상과 같이, 실시의 형태 1에 따르면, 2n개의 S편광파와 2n개의 P편광파의 각각의 편광 이미지가 얻어지므로, 이러한 2n개의 S편광파와 2n개의 P편광파의 각각의 편광 이미지를 이용하여, 노광 이미지에서의 마스크 기판(101)의 패턴 검사가 가능하다.

이어서, 모드 선택 공정(S102)에 있어서, 통상 검사 모드(2)를 선택한 경우에 대하여 설명한다.

도 12는, 실시의 형태 1에서의 통상 검사 모드에서의 검사 광학계의 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도 12에서는, 도 1의 구성의 일부를 나타내고 있다. 또한, 도 1과 도 12의 각 구성의 위치의 축척 등에 대해서는 일치시키지 않았다.

반출 공정(S104)으로서, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)과 로션 프리즘(192)을 광로 상과 광로 외의 사이에서 이동시키는 반송 기구를 이용하여, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)과 로션 프리즘(192)을 광로 상으로부터 광로 외로 이동시킨다. 구체적으로는, 반송 기구(194)(제1 반송 기구의 일부)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)을 광로 상으로부터 광로 외로 이동시킨다. 원래 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)이 광로 외에 배치되어 있었던 경우에는 이러한 동작을 생략하면 된다.

또한, 반송 기구(196)(제1 반송 기구의 다른 일부)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 로션 프리즘(192)을 광로 상으로부터 광로 외로 이동시킨다. 원래 로션 프리즘(192)이 광로 외에 배치되어 있었던 경우에는 이러한 동작을 생략하면 된다.

반입 공정(S106)으로서, 빔 스플리터(191)를 광로 상과 광로 외의 사이에서 이동시키는 반송 기구를 이용하여, 빔 스플리터(191)를 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 구체적으로는, 반송 기구(195)(제2 반송 기구)는, 모드 전환 제어 회로(140)에 의한 제어 하에, 빔 스플리터(191)를 광로 외로부터 광로 상으로 이동시킨다. 구체적으로는, 로션 프리즘(192)이 광로 내로부터 광로 외로 반출됨으로써 생긴 광로 상의 공간 영역 부근에, 빔 스플리터(191)를 배치한다. 빔 스플리터(191)는, 편광 빔 스플리터여도 되고, 무편광 빔 스플리터여도 된다. 편광 빔 스플리터를 이용하는 경우에는, 1/4파장판(197)(λ/4파장판)을 함께 이용하면 호적하다. 이러한 경우, 1/4파장판(197)은, 빔 스플리터(191)와 대물 렌즈(171)의 사이에 배치되면 호적하다. 1/4파장판(197)을 배치함으로써, 편광 빔 스플리터를 통과한 직선 편광광을 원편광의 조명광으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 조명광의 편광 방향과 패턴 형상의 관계를 고려할 필요를 없앨 수 있다. 또한, 마스크 기판(101)으로부터의 원편광의 반사광을 직선 편광으로 변환할 수 있으므로, 1/4파장판(197)의 배치 각도를 조정함으로써, 센서측을 향하여 편광 빔 스플리터를 통과할 때의 반사광의 광량의 손실을 억제할 수 있다. 원편광의 투과광에 대해서도 직선 편광으로 변환할 수 있으므로, 센서측을 향하여 편광 빔 스플리터를 통과시킬 때의 투과광의 광량의 손실을 억제할 수 있다.

조리개 해제 처리 공정(S108)으로서, 모드 전환 제어 회로(140)는, 조리개(173)의 개구부의 직경을 크게 하고, 통과 가능한 광속을 늘림으로써, 대물 렌즈(171)의 NAo를 통상의 고해상의 검사시와 동일하게 한다. 예를 들어 검사 장치(100)의 대물 렌즈의 NAo를 예를 들어 NAo=0.9로 설정한다. 혹은, 조리개(173)의 개구 부를 완전 개방해도 된다.

조명 광학계 전환 공정(S110)으로서, 조명 형상 전환 기구(181)는, 투과 검사용 조명광(검사광)의 형상이, 통상의 검사시에 사용하는 조명 형상이 되도록, 노광 장치의 조명용의 광학 소자를 광로 상으로부터 광로 외로 이동시킨다. 혹은, 통상 검사용으로, 렌즈 및 미러 등을 포함한 광학 소자를 전환한다.

스캔 공정(S112)으로서, 광학 화상 취득 기구(150)는, 마스크 기판(101) 상에 형성된 패턴의 광학 화상을 취득한다. 구체적으로는, 다음과 같이 동작한다.

도 12에 있어서, 광원(103)으로부터 검사광이 되는 자외역 이하의 파장의 레이저광(예를 들어, DUV광)이 발생한다. 발생된 광은, 도시하지 않은 하프 미러 등에 의해, 투과 검사용의 검사광과 반사 검사용의 검사 등으로 분기된다. 투과 검사용의 검사광은, 투과 검사 조명 광학계(170)의 투영 렌즈(180)에 의해 조명 형상 전환 기구(181)를 통과하여, 결상 렌즈(182)에 입사한다. 이러한 투과 검사용의 검사광(제2 조명광)이, 투과 검사 조명 광학계(170)의 결상 렌즈(182)에 의해, 마스크 기판(101)의 패턴 형성면과는 반대의 이면측으로부터 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 결상된다. 마스크 기판(101)을 투과한 투과광(마스크 패턴상)은, 조리개가 해제된 대물 렌즈(171)에 입사하고, 대물 렌즈(171)에 의해 평행하게 빔 스플리터(191)를 개재하여 결상 렌즈(172)에 투영된다.

한편, 반사 검사용의 검사광(제3 조명광)은, 반사 검사 조명 광학계(175)에 의해 빔 스플리터(191)에 투영된다. 빔 스플리터(191)로 반사된 반사 검사용의 검사광은, 대물 렌즈(171)에 입사하고, 대물 렌즈(171)에 의해 마스크 기판(101)의 패턴 형성면측으로부터 마스크 기판(101)의 패턴 형성면에 결상된다. 그 때, 반사 검사용의 검사광은, 패턴 형성면 중, 투과 검사용의 검사광과는 상이한 위치에 결상된다. 환언하면, 반사 검사 조명 광학계(175)는, 마스크 기판(101)의 패턴 형성면 상에서 투과 검사용의 검사광과는 상이한 위치에 반사 검사용의 검사광이 결상되도록, 반사 검사용의 검사광을 빔 스플리터(191)에 투영한다. 실제로는, 투과 검사용의 검사광과 반사 검사용의 검사광은, 동일한 스트라이프 영역(20)내의 서로 아주 가까운 위치를 조명한다. 마스크 기판(101)으로부터 반사된 반사광(마스크 패턴상)은, 조리개가 해제된 대물 렌즈(171)에 입사하고, 대물 렌즈(171)에 의해 평행하게 빔 스플리터(191)를 개재하여 결상 렌즈(172)에 투영된다. 이와 같이, 빔 스플리터(191)는, 조명광을 대물 렌즈(171)에 분기함과 함께, 대물 렌즈(171)를 개재하여, 마스크 기판(101)을 반사한 반사광을 통과시킨다.

이상과 같이, 투과 검사용의 검사광(제2 조명광)이 마스크 기판(101)을 투과한 투과광(제2 투과광)과, 반사 검사용의 검사광(제3 조명광)이 마스크 기판(101)으로부터 반사된 반사광을 대물 렌즈(171) 및 빔 스플리터(191)를 개재하여 결상 렌즈(172)에 입사한다. 이러한 경우에, 투과 검사용의 검사광과 반사 검사용의 검사광은, 마스크 기판(101) 상의 서로 상이한 위치를 조명하고 있으므로, 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광은, 대물 렌즈(171)에 입사하는 경우에 광로가 상이하다. 따라서, 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광은, 대물 렌즈(171)에 의해 투영되는 결상 렌즈(172)에의 입사 위치도 상이한 위치로 할 수 있다.

실시의 형태 1에서는, 결상 렌즈(172)는, 통상 패턴 검사를 행하는 경우에, 투과광과 반사광의 일방(여기서는 예를 들어 투과광)을 편광 이미지 검사 모드(1)에서의 0°편광파와 90°편광파 중 일방(여기서는 예를 들어 0°편광파)의 결상 위치(A)에 결상함과 함께, 투과광과 반사광의 타방(여기서는 예를 들어 반사광)을 0°편광파와 90°편광파 중의 타방(여기서는 예를 들어 90°편광파)의 결상 위치(B)에 결 상한다.

미러(174)는, 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광의 일방의 결상 위치와는 상이한 타방의 결상 위치에서 이러한 타방을 반사한다. 도 12의 예에서는 미러(174)는, 편광 이미지 검사 모드(1)에서의 0°편광파와 90°편광파 중 0°편광파의 결상 위치(A)와는 상이한 90°편광파의 결상 위치(B)에서 이러한 마스크 기판(101)의 반사광을 반사한다.

미러(174)가 광로 상에 배치되지 않은 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광의 일방(도 12의 예에서는 투과광)은, 편광 이미지 검사 모드(1)에서의 0°편광파의 결상 위치(A)에서 일단 결상한 후, 그대로 직진하여, 결상 렌즈(176)에 입사한다. 결상 렌즈(176)(제1 결상 렌즈)는, 입사한 광을 통상 검사용의 개구수(NAi=0.004)로 포토다이오드 어레이(105)에 결상시킨다.

포토다이오드 어레이(105)(제1 이미지 센서)는, 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광 중의 일방의 결상 렌즈(176)에 의해 결상된 상(예를 들어 마스크 기판(101)의 투과광의 상)(제3 상)을 촬상한다.

미러(174)가 광로 상에 배치된 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광의 타방(도 12의 예에서는 반사광)은, 90°편광파의 결상 위치(B)에서 일단 결상한 후, 미러(174)로 반사되고, 결상 렌즈(178)에 입사한다. 결상 렌즈(178)(제2 결상 렌즈)는, 입사한 광을 통상 검사용의 개구수(NAi=0.004)로 포토다이오드 어레이(205)에 결상시킨다.

포토다이오드 어레이(205)(제2 이미지 센서)는, 마스크 기판(101)의 투과광과 반사광 중의 타방의 결상 렌즈(178)에 의해 결상된 상(예를 들어 반사광의 상)(제4 상)을 촬상한다.

또한, 포토다이오드 어레이(105, 205)에서는, 도 10에 나타낸 바와 같은 스캔 폭(W)의 광학 화상을 연속적으로 촬상하는 점에서 편광 이미지 검사 모드(1)와 동일하다. 환언하면, 센서의 일례가 되는 포토다이오드 어레이(105, 205)는, XYθ테이블(102)과 상대 이동하면서, 투과용의 검사광과 반사용의 검사광을 이용하여 마스크 기판(101)에 형성된 패턴의 광학 화상을 동시에 촬상한다.

포토다이오드 어레이(105) 상에 결상된 투과광의 패턴의 상은, 포토다이오드 어레이(105)의 각 수광 소자에 의해 광전 변환되고, 다시 센서 회로(106)에 의해 A/D(아날로그?디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(123)에, 측정 대상의 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, 포토다이오드 어레이(105)의 다이내믹 레인지는, 예를 들어, 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이내믹 레인지를 이용하면 호적하다.

한편, 포토다이오드 어레이(205) 상에 결상된 반사광의 패턴의 상은, 포토다이오드 어레이(205)의 각 수광 소자에 의해 광전 변환되고, 다시 센서 회로(206)에 의해 A/D(아날로그?디지털) 변환된다. 그리고, 스트라이프 패턴 메모리(223)에, 측정 대상의 검사 스트라이프(20)의 화소 데이터가 저장된다. 이러한 화소 데이터(스트라이프 영역 화상)를 촬상할 때, 포토다이오드 어레이(205)의 다이내믹 레인지는, 예를 들어, 조명광의 광량이 60% 입사하는 경우를 최대 계조로 하는 다이내믹 레인지를 이용하면 호적하다.

그 후, 투과광의 스트라이프 영역 화상은, 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ테이블(102) 상에서의 마스크 기판(101)의 위치를 나타낸 데이터와 함께 비교 회로(108)에 보내진다. 투과광의 측정 데이터(화소 데이터)는 예를 들어 8비트의 부호가 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다. 비교 회로(108) 내에 출력된 투과광의 스트라이프 영역 화상은, 후술하는 기억 장치에 저장된다.

마찬가지로, 반사광의 스트라이프 영역 화상은, 위치 회로(107)로부터 출력된 XYθ테이블(102) 상에서의 마스크 기판(101)의 위치를 나타낸 데이터와 함께 비교 회로(108)에 보내진다. 반사광의 측정 데이터(화소 데이터)는 예를 들어 8비트의 부호가 없는 데이터이며, 각 화소의 밝기의 계조(광량)를 표현하고 있다. 비교 회로(108) 내에 출력된 반사광의 스트라이프 영역 화상은, 후술하는 기억 장치에 저장된다.

실시의 형태 1의 검사 장치(100)는, 이러한 투과광의 패턴상에 대하여 패턴 검사를 행한다. 마찬가지로, 이러한 반사광의 패턴상에 대하여 패턴 검사를 행한다.

비교 회로(108) 내에는 또한, 도시하지 않은 자기 디스크 장치 등의 기억 장치, 프레임 분할 회로, 위치 맞춤 회로, 및 비교 처리 회로가 배치된다. 비교 회로(108) 내에서는, 도시하지 않은 프레임 분할 회로는, 투과광의 스트라이프 영역 화상을 읽어내고, 투과광의 스트라이프 영역 화상을 x방향으로 소정의 사이즈(예를 들어, 스캔 폭(W)과 동일한 폭)로 분할한다. 예를 들어, 512×512화소의 프레임 화상으로 분할한다. 이에 따라, 검사 스트라이프(20)가, 예를 들어, 스캔 폭(W)과 동일한 폭으로 분할된 복수의 프레임 영역(30)(도 10)에 대하여, 각 프레임 영역(30)의 투과광의 프레임 화상을 취득할 수 있다. 투과광의 프레임 화상은 도시하지 않은 기억 장치에 저장된다.

실시의 형태 1에서는, 동일 마스크 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상 데이터끼리를 비교하는 "die to die(다이-다이)검사"를 행한다. 예를 들어, 상기 스트라이프 영역 화상에는, 동일한 패턴이 형성된 2개의 다이의 화상이 포함된다. 이에, 다이(1)의 프레임 영역(30)에 대응하는, 다이(2)(제2 다이)의 프레임 영역(30)의 프레임 화상을 마찬가지로 생성한다.

그리고, 도시하지 않은 위치 맞춤 회로는, 비교 대상이 되는 다이(1)의 투과광에 의한 프레임 화상(제3 광학 화상)과, 비교 대상이 되는 다이(2)의 투과광에 의한 프레임 화상(제4 광학 화상)에 대하여, 소정의 알고리즘으로 위치 맞춤을 행한다. 예를 들어, 최소 제곱법을 이용하여 위치 맞춤을 행한다.

그리고 도시하지 않은 비교 처리 회로는, 위치 맞춤된 다이(1)의 투과광에 의한 프레임 화상(제3 광학 화상)과 다이(2)의 투과광에 의한 프레임 화상(제4 광학 화상)을 화소마다 비교한다. 소정의 판정 임계치를 이용하여 소정의 판정 조건에 따라서 화소마다 양자를 비교하고, 예를 들어 형상 결함과 같은 결함의 유무를 판정한다. 예를 들어, 화소마다의 계조치 차가 판정 임계치(Th)보다 크면 결함 후보라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 패턴 모니터(118)에 출력되거나, 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.

혹은, 마스크 기판(101)에 패턴을 형성하는 기초가 된 설계 데이터(묘화 데이터)로부터 작성한 참조 화상과 광학 화상을 비교하는 "die to database(다이-데이터베이스) 검사"를 행해도 된다.

이러한 경우, 참조 화상 작성 회로(112)는, 마스크 기판(101)에 패턴을 형성하는 기초가 된 설계 데이터(묘화 데이터)에 정의된 패턴 데이터에 기초하여, 프레임 영역(30)마다 참조 화상을 작성한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 우선, 기억 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통하여 설계 데이터(묘화 데이터)에 정의된 패턴 데이터를 읽어내고, 읽어낸 설계 패턴 데이터에 정의된 각 도형 패턴을 2치 내지는 다치(多値)의 이미지 데이터로 변환한다.

여기서, 설계 패턴 데이터에 정의되는 도형은, 예를 들어 직사각형이나 삼각형을 기본 도형으로 한 것으로, 예를 들어, 도형의 기준 위치에서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형이나 삼각형 등의 도형종을 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장되어 있다.

이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴 데이터가 참조 화상 작성 회로(112)에 입력되면 도형별 데이터까지 전개하고, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타낸 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 눈금 내에 배치되는 패턴으로서 2치 또는 다치의 설계 패턴 화상 데이터에 전개하고, 출력한다. 다시 말하면, 설계 데이터를 읽고, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 눈금으로서 가상 분할하여 생긴 눈금마다 설계 패턴에서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하고, n비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들어, 1개 눈금을 1화소로서 설정하면 호적하다. 그리고, 1화소에 1/2⁸(=1/256)의 분해능을 갖도록 한다고 하면, 화소 내에 배치된 도형의 영역분만큼 1/256의 소영역을 할당하여 화소내의 점유율을 연산하다. 그리고, 8비트의 점유율 데이터로서 참조 회로(112)에 출력한다. 이러한 눈금(검사 화소)은, 측정 데이터의 화소에 맞추면 된다.

이어서, 참조 화상 작성 회로(112)는, 도형의 이미지 데이터인 설계 패턴의 설계 화상 데이터에 적절한 필터 처리를 실시한다. 측정 화상으로서의 광학 화상 데이터는, 광학계에 의해 필터가 작용한 상태, 다시 말하면 연속 변화하는 아날로그 상태에 있으므로, 화상 강도(농담치)가 디지털치의 설계측의 이미지 데이터인 설계 화상 데이터에도 필터 처리를 실시함으로써, 측정 데이터에 맞출 수 있다. 작성된 참조 화상의 화상 데이터는 비교 회로(108)에 출력되고, 도시하지 않은 메모리에 저장된다.

그리고 도시하지 않은 위치 맞춤 회로는, 비교 대상이 되는 투과광에 의한 프레임 화상(제3 광학 화상)과, 비교 대상이 되는 참조 화상에 대하여, 소정의 알고리즘으로 위치 맞춤을 행한다. 예를 들어, 최소 제곱법을 이용하여 위치 맞춤을 행한다.

그리고, 도시하지 않은 비교 처리 회로는, 위치 맞춤된 프레임 화상(제3 광학 화상)과, 비교 대상이 된 참조 화상을, 화소마다 비교한다. 소정의 판정임계치를 이용하여 소정의 판정 조건에 따라서 화소마다 양자를 비교하고, 예를 들어 형상 결함과 같은 결함 유무를 판정한다. 예를 들어, 화소마다 계조치 차가 판정 임계치(Th)보다 크면 결함 후보라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 패턴 모니터(118)에 출력되거나, 혹은 프린터(119)로부터 출력하면 된다.

반사광의 스트라이프 영역 화상에 대해서도, 투과광의 스트라이프 영역 화상에 대하여 행한 처리와 동일한 처리를 행한다. 이에 따라, 투과광에 의한 패턴 검사와 반사광에 의한 패턴 검사를 동시기에 행할 수 있다. 투과 검사와 반사 검사의 양방을 행함으로써, 의사 결함을 배제할 수 있고, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 편광 이미지를 취득하는 경우에, 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)과 로션 프리즘(192)이 빔 스플리터(191) 대신에 광로 상에 배치되고, 통상의 패턴 검사를 행하는 경우에, 빔 스플리터(191)가 회전 조리개(199)와 회전형 1/2파장판(190)과 로션 프리즘(191) 대신에 광로 상에 배치된다. 그리고, 통상 검사 모드(2)에서의 대물 렌즈(171), 결상 렌즈(172) 및 미러(174)의 배치 위치를 바꾸지 않고 그대로 편광 이미지 검사 모드(1)에서 이용할 수 있도록, 예를 들어, 로션 프리즘(192)의 편광면의 각도를 조정한다. 이에 따라, 통상 검사 모드(2)에 있어서 마스크 기판(101) 상에서의 상이한 위치에서의 패턴을 일방에서는 투과상으로 하고, 타방에서는 반사상으로서 촬상하고, 상이한 위치에 결상하는 경우에도, 마스크 기판(101) 상에서의 동일한 위치의 상을 0°편광파와 90°편광파로 나눈 후에, 로션 프리즘(191)으로 궤도를 이동시키기 때문에 투과상의 결상 위치와 반사상의 결상 위치의 일방에 0°편광파의 결상 위치와 90°편광파의 결상 위치의 일방을 맞출 수 있다. 마찬가지로, 투과상의 결상 위치와 반사상의 결상 위치의 타방에 0°편광파의 결상 위치와 90°편광파의 결상 위치의 타방을 맞출 수 있다. 따라서, 편광 이미지 검사 모드(1)가 가능할 뿐만 아니라, 나아가, 통상 검사 모드(2)에서의 투과 검사와 반사 검사의 동시 검사를 가능하게 할 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 1에 따르면, 노광 장치에서 전사되는 경우의 노광 이미지 화상을, 자유도를 높여 작성하기 위하여 이용 가능한 편광 이미지를 취득할 수 있다. 또한, 미러(174)를 포함한 결상 광학계를 편광 이미지의 취득과 통상의 패턴 검사의 사이에서 공용할 수 있다.

이상의 설명에 있어서, 각 "~회로"는, 처리 회로를 가지고, 그 처리 회로로서, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은, 반도체 장치 등을 이용할 수 있다. 또한, 각 "~회로"는, 공통된 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용해도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(각각의 처리 회로)를 이용해도 된다. 프로세서 등을 실행시키는 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD 혹은 ROM(리드 온 리메모리) 등의 기록 매체에 기록되면 된다. 예를 들어, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 참조 화상 작성 회로(112) 등은, 상술한 적어도 1개의 회로로 구성되어도 된다.

마찬가지로, 프레임 분할 회로(54, 56), 합성 회로(64), 위치 맞춤 회로(70) 및 비교 처리 회로(72)는, 상술한 처리 회로로 구성되면 된다.

이상, 구체예를 참조하면서 실시의 형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예로 한정되는 것은 아니다. 상술한 예에서는, 노광 이미지에 맞추도록, 2n개의 P편광파의 프레임 화상과 2n개의 S편광파에 의한 프레임 화상의 가중치 가산에 의해 합성하는 경우를 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 다이-다이 검사이므로, 마찬가지로 화상이 합성되어 있으면, 노광 이미지에 맞추지 않아도 상관없다. 따라서, 노광 이미지와는 상이한 비율로 합성해도 된다. 혹은, 합성하지 않고 각각 다이(1)와 다이(2)에서, 각 다이의 2n개의 P편광파의 프레임 화상과 2n개의 S편광파 중의, 대응하는 화상끼리를 독립적으로 검사에 사용해도 된다. 또한, 상술한 예에서는, 인접하는 패턴간 거리를 검사하는 경우를 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)과 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)을 화소마다 계조치를 소정의 알고리즘으로 비교해도 된다. 예를 들어, 합성 프레임 화상(제1 다이 화상)의 계조치로부터 합성 프레임 화상(제2 다이 화상)의 계조치를 뺀 차분이 임계치보다 큰 경우에 결함이라고 판정해도 된다.

또한, 2n개의 P편광파의 프레임 화상과 2n개의 S편광파에 의한 프레임 화상을 동시기에 합성하는 경우를 나타냈지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 2n개의 P편광파의 프레임 화상을 합성하고, 2n개의 S편광파에 의한 프레임 화상을 합성하고, 그 후에, P편광파의 합성 프레임 화상과 S편광파의 합성 프레임 화상을 합성해도 된다.

또한, 장치 구성이나 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 필요시되는 장치 구성이나 제어 수법을 적당히 선택하여 이용할 수 있다.

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

본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명하였으나, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규의 실시 형태는, 기타 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, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims

패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판을 재치하는 이동 가능한 스테이지와,
상기 마스크 기판을 투과한 투과광을 입사하는 대물 렌즈와,
상기 대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역에 상기 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 상기 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 상기 통과 영역의 각도를 변경하는 회전 가능한 조리개와,
상기 통과 영역의 각도마다, 상기 조리개를 통과한, 상기 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하는, 회전형 1/2파장판과,
상기 제1 방향의 편광파의 궤도와 상기 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하는 로션 프리즘(Rochon prism)과,
상기 로션 프리즘을 통과한 상기 제1 방향의 편광파와 상기 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상하는 결상 렌즈와,
상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 제2 방향의 편광파를 반사하는 미러와,
상기 제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제1 이미지 센서와,
상기 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제2 이미지 센서,
를 구비한 편광 이미지 취득 장치.
제1항에 있어서,
상기 통과 영역의 각도마다 촬상된, 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상을 합성하는 합성부와,
제1 다이에 있어서의 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된 제1 다이 화상과, 상기 제1 다이와 동일한 패턴이 형성된 제2 다이에 있어서의 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된, 상기 제1 다이 화상에 대응하는 제2 다이 화상을 비교하는 비교부,
를 더 구비한 것을 특징으로 하는 편광 이미지 취득 장치.
제1항에 있어서,
상기 조리개의 통과 영역의 각도는, 상기 중심축을 통과하는 상기 통과 영역의 중심선으로 정의되는 것을 특징으로 하는 편광 이미지 취득 장치.
제3항에 있어서,
상기 회전형 1/2파장판은, 상기 조리개의 통과 영역의 각도가 상기 제1 방향과 동일한 경우에, 상기 P편광 성분을 상기 제1 방향의 편향파로 변환하고, 상기 S편광 성분을 상기 제2 방향의 편향파로 변환하고,
상기 회전형 1/2파장판은, 상기 조리개의 통과 영역의 각도가 상기 제2 방향과 동일한 경우에, 상기 P편광 성분을 상기 제2 방향의 편향파로 변환하고, 상기 S편광 성분을 상기 제1 방향의 편향파로 변환하는 것을 특징으로 하는 편광 이미지 취득 장치.
패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판을 재치하는 이동 가능한 스테이지와,
상기 마스크 기판을 투과한 투과광을 입사하는 대물 렌즈와,
상기 대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역에 상기 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 상기 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 상기 통과 영역의 각도를 변경하는 회전 가능한 조리개와,
상기 조리개를 통과한, 상기 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하는, 회전형 1/2파장판과,
상기 제1 방향의 편광파의 궤도와 상기 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하는 로션 프리즘(Rochon prism)과,
상기 로션 프리즘을 통과한 상기 제1 방향의 편광파와 상기 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상하는 결상 렌즈와,
상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 제2 방향의 편광파를 반사하는 미러와,
상기 제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제1 이미지 센서와,
상기 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 제2 이미지 센서와,
조명광을 상기 대물 렌즈에 분기함과 함께, 상기 대물 렌즈를 개재하여, 상기 마스크 기판을 반사한 반사광을 통과시키는 빔 스플리터와,
상기 조리개와 상기 1/2파장판과 상기 로션 프리즘을 광로 상과 광로 외의 사이에서 이동시키는 제1 반송 기구와,
상기 빔 스플리터를 상기 광로 상과 상기 광로 외의 사이에서 이동시키는 제2 반송 기구,
를 구비하고,
편광 이미지를 취득하는 경우에, 상기 조리개와 상기 1/2파장판과 상기 로션 프리즘이 상기 빔 스플리터 대신에 상기 광로 상에 배치되고, 패턴 검사를 행하는 경우에, 상기 빔 스플리터가 상기 조리개와 상기 1/2파장판과 상기 로션 프리즘 대신에 상기 광로 상에 배치되고,
상기 결상 렌즈는, 상기 패턴 검사를 행하는 경우에, 상기 투과광과 상기 반사광의 일방을 상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치에 결상함과 함께, 상기 투과광과 상기 반사광의 타방을 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에 결상하고,
상기 미러는, 상기 패턴 검사를 행하는 경우에, 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 투과광과 상기 반사광 중의 상기 타방을 반사하고,
상기 제1 이미지 센서는, 상기 패턴 검사를 행하는 경우에, 상기 투과광과 상기 반사광 중의 상기 일방의 상을 촬상하고,
상기 제2 이미지 센서는, 상기 패턴 검사를 행하는 경우에, 상기 투과광과 상기 반사광 중의 상기 타방의 상을 촬상하는 패턴 검사 장치.
제5항에 있어서,
상기 통과 영역의 각도마다 촬상된, 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상을 합성하는 합성부와,
제1 다이에 있어서의 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된 제1 다이 화상과, 상기 제1 다이와 동일한 패턴이 형성된 제2 다이에 있어서의 상기 P편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 2n개의 편광파의 광학 화상이 합성된, 상기 제1 다이 화상에 대응하는 제2 다이 화상을 비교하는 비교부,
를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
제5항에 있어서,
상기 조리개의 통과 영역의 각도는, 상기 중심축을 통과하는 상기 통과 영역의 중심선으로 정의되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 회전형 1/2파장판은, 상기 조리개의 통과 영역의 각도가 상기 제1 방향과 동일한 경우에, 상기 P편광 성분을 상기 제1 방향의 편향파로 변환하고, 상기 S편광 성분을 상기 제2 방향의 편향파로 변환하고,
상기 회전형 1/2파장판은, 상기 조리개의 통과 영역의 각도가 상기 제2 방향과 동일한 경우에, 상기 P편광 성분을 상기 제2 방향의 편향파로 변환하고, 상기 S편광 성분을 상기 제1 방향의 편향파로 변환하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사 장치.
패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판에 조명광을 결상하고,
상기 조명광이 상기 마스크 기판을 투과한 투과광을 대물 렌즈에 입사하고,
상기 대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역이 개구한 회전 가능한 조리개를 이용하여, 상기 2개의 영역에 상기 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 상기 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 상기 통과 영역의 각도를 변경하고,
회전형 1/2파장판을 이용하여, 상기 통과 영역의 각도마다, 상기 조리개를 통과한, 상기 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하고,
로션 프리즘(Rochon prism)을 이용하여 상기 제1 방향의 편광파의 궤도와 상기 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하고,
결상 렌즈를 이용하여, 상기 로션 프리즘을 통과한 상기 제1 방향의 편광파와 상기 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상하고,
미러를 이용하여, 상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 제2 방향의 편광파를 반사하고,
제1 이미지 센서를 이용하여, 상기 제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하고,
제2 이미지 센서를 이용하여, 상기 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하는 편광 이미지 취득 방법.
패턴이 형성된, 노광용 마스크 기판에 제1 조명광을 결상하고,
상기 제1 조명광이 상기 마스크 기판을 투과한 제1 투과광을 대물 렌즈에 입사하고,
상기 대물 렌즈를 통과한 광의 진행 방향에 직교하는 면내에서 회전 대칭으로 4n등분하는 4n개의 영역 중, 중심축을 사이에 두고 서로 반대측의 위치 관계가 되는 2개의 영역이 개구한 회전 가능한 조리개를 이용하여, 상기 2개의 영역에 상기 대물 렌즈를 통과한 광의 통과 영역을 모음과 함께, 상기 4n개의 영역이 2개씩 차례로 통과 영역이 되도록 상기 통과 영역의 각도를 변경하고,
회전형 1/2파장판을 이용하여, 상기 통과 영역의 각도마다, 상기 조리개를 통과한, 상기 통과 영역의 각도에 대하여 동일 방향의 P편광 성분과 직교 방향의 S편광 성분을 미리 설정된 직교하는 제1과 제2 방향의 편향파로 변환하고,
로션 프리즘(Rochon prism)을 이용하여 상기 제1 방향의 편광파의 궤도와 상기 제2 방향의 편광파의 궤도를 분리하고,
결상 렌즈를 이용하여, 상기 로션 프리즘을 통과한 상기 제1 방향의 편광파와 상기 제2 방향의 편광파를 각각 상이한 결상 위치에 결상하고,
미러를 이용하여, 상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치와는 상이한 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 제2 방향의 편광파를 반사하고,
제1 이미지 센서를 이용하여, 상기 제1 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하고,
제2 이미지 센서를 이용하여, 상기 제2 방향의 편광파의 광학 화상으로서, 상기 S편광 성분의 편광파의 광학 화상과 상기 P편광 성분의 편광파의 광학 화상을 상기 조리개의 상기 통과 영역의 각도에 따라 교체하면서 촬상하고,
상기 조리개와 상기 1/2파장판과 상기 로션 프리즘을 광로 상으로부터 광로 외로 이동시키고,
빔 스플리터를 상기 광로 외로부터 상기 광로 상으로 이동시키고,
투과 검사 조명 광학계를 이용하여, 상기 마스크 기판에 제2 조명광을 조명하고,
반사 검사 조명 광학계를 이용하여, 상기 마스크 기판에 제3 조명광을 조명하고,
상기 제2 조명광이 상기 마스크 기판을 투과한 제2 투과광과, 상기 제3 조명광이 상기 마스크 기판으로부터 반사된 반사광을 상기 대물 렌즈 및 상기 빔 스플리터를 개재하여 상기 결상 렌즈에 입사하고,
상기 결상 렌즈를 이용하여, 상기 제2 투과광과 상기 반사광의 일방을 상기 제1 방향의 편광파의 결상 위치에 결상함과 함께, 상기 제2 투과광과 상기 반사광의 타방을 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에 결상하고,
상기 미러를 이용하여, 상기 제2 방향의 편광파의 결상 위치에서 상기 제2 투과광과 상기 반사광 중의 상기 타방을 반사하고,
상기 제1 이미지 센서를 이용하여, 상기 제2 투과광과 상기 반사광 중의 상기 일방의 상을 촬상하고,
상기 제2 이미지 센서를 이용하여, 상기 제2 투과광과 상기 반사광 중의 상기 타방의 상을 촬상하는 패턴 검사 방법.