KR20140108144A

KR20140108144A - 시료 지지 장치

Info

Publication number: KR20140108144A
Application number: KR20140022591A
Authority: KR
Inventors: 히로무 이노우에; 리키 오가와
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2014-09-05
Also published as: US20140240700A1; US9207189B2; JP6251559B2; JP2014194521A; KR101582239B1

Abstract

시료의 높이(Z) 위치를 목표로 하는 위치로 높은 정밀도로 조정할 수 있는 시료 지지 장치를 제공한다.
시료 지지 장치(1)는, 높이의 기준이 되는 Z 기준면(4) 상에, XY 테이블(5, 6)과 높이 방향을 따라 이동하는 Z 테이블(7)을 배치하고, Z 테이블(7)로 시료(2)를 지지하여 시료(2)를 소정의 높이 위치에 배치하는 시료 지지 장치이다. 시료 지지 장치(1)는, Z 테이블(7)의 이동을 제어하는 높이 보정부(10)를 가지고, Z 기준면(4) 상에 Z 기준면(4)으로부터의 높이를 측정하는 Z 센서(11)를 설치하고, 또한 시료(2)의 측정 위치에 대하여 동일 축 상에 측정면(12)을 형성하고, Z 기준면(4)으로부터의 측정면(12)의 높이를 Z 센서(11)에 의해 측정하고, 그 높이 측정값에 따라 높이 보정부(10)가 Z 테이블(7)을 이동시켜, 시료(2)를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된다.

Description

시료 지지 장치{SAMPLE SUPPORT DEVICE}

본 발명은 시료 지지 장치에 관한 것이다.

대규모 집적 회로(Large Scale Integration; LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 치수는 협소화의 일로를 걷고 있다. 반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 또는 레티클을 가리킴. 이하에서는, 마스크라 총칭함)을 이용하여, 이른바 스텝퍼 또는 스캐너라 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다.

다대한 제조 코스트가 소요되는 LSI의 제조에 있어, 수율의 향상은 빼놓을 수 없다. 한편, 최근의 대표적인 로직 디바이스에서는, 수십 nm의 선폭의 패턴 형성이 요구되는 상황이 되고 있다. 여기서, 수율을 저하시키는 큰 요인으로서, 마스크의 패턴 결함, 또는 노광 전사 시에서의 프로세스의 여러 조건의 변동을 들 수 있다. 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 마스크의 패턴 결함도 치수가 미세화되고 있다. 또한, 마스크의 치수 정밀도를 높임으로써, 프로세스의 여러 조건의 변동을 흡수하고자 해 온 것도 있어, 마스크 검사에서는 매우 작은 패턴의 결함을 검출하는 것이 필요해지고 있다. 이러한 점에서, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 치수를 검사하는 검사 장치에 대해서는, 높은 분해능에 의한 높은 검사 정밀도가 요구되고 있다.

검사 장치는, 검사 대상인 마스크의 패턴의 광학상을 화상 센서로 촬상하여 검사하는 검사 장치가 알려져 있다.

이러한 검사 장치에서, 광원으로부터 출사된 광은, 광학계를 개재하여 검사 대상인 마스크에 조사된다. 마스크는 테이블 상에 재치(載置)되어 있고, 테이블이 이동함으로써 조사된 광이 마스크 상을 주사한다. 마스크를 투과 또는 반사한 광은, 렌즈를 개재하여 화상 센서 상에 결상하고, 화상 센서로 촬상된 광학 화상은, 측정 데이터로서 비교부로 보내진다. 비교부에서는, 측정 데이터와 참조 데이터가, 적절한 검사 알고리즘에 따라 비교된다. 그리고, 이들 데이터가 일치하지 않을 경우에는, 결함 있음으로 판정된다(예를 들면, 일본특허공개공보 2008-112178호 공보).

마스크 상에 형성되는 패턴의 미세화에 대응하여, 패턴의 광학 화상을 촬상하기 위한 검사 광학계에서의 고배율화와 고NA화가 진행되고 있다. 이 때문에, 광학계와 마스크와의 거리의 허용 범위인 초점 심도가 깊어져, 광학계와 마스크와의 거리가 약간 변화한 것만으로, 포커스를 맞출 수 없게 되어, 패턴상이 희미해져 결함 검출 처리에 지장을 초래하게 되었다. 이러한 점에서, 광학계와 마스크와의 거리가 항상 일정하게 되도록 하여 포커스가 맞춰진 상태를 유지할 수 있는 오토 포커스 기구가 이용되고 있다.

일본특허공개공보 2003-294420호에는, 검사용 광학계의 초점 위치를 마스크의 표면에 맞추는 오토 포커스 기구가 개시되어 있다. 그에 따르면, 광원으로부터의 광이 마스크에 조사되면, 마스크에서 반사한 광은 광 센서에 입사한다. 이어서, 입사한 광의 전기 신호는, 디지털 변환된 후, 높이 측정 회로에 입력된다. 높이 측정 회로에서는, 입력된 오프셋 값과 목표로 하는 높이에 대한 차분 신호가 출력된다. 이 차분 신호는, Z 테이블을 Z 방향(높이 방향)으로 구동하기 위한 Z 테이블 구동 회로에 입력된다. 그러면, Z 테이블 구동 회로는, 차분 신호에 따라 Z 테이블을 구동한다. 이에 의해, 광학계와 마스크와의 거리를 일정하게 하여 포커스가 맞춰진 상태를 유지하는 것이 가능해진다.

최근, 검사 대상인 마스크의 패턴은 미세화되고 있고, 패턴의 선폭 또는 피치가, 검사 장치의 광학계에서 사용하는 광의 파장 이하가 되는 경우가 많아지고 있다. 패턴의 선폭 또는 피치가, 결함 검출을 위한 광학계의 광의 파장 이하가 되면, 패턴에서 회절광이 발생하여, 올바른 포커스 위치를 검출할 수 없는 경우가 있다. 특히, 검사 대상이 되는 마스크의 패턴의 선폭이 광학적인 해상도 한계 이하가 될 경우, 패턴이 해상되지 않기 때문에, 패턴에 대하여 포커스를 맞추지 못하는 경우가 있었다. 그 결과, 시료의 검사에서, 포커스 정밀도를 보장할 수 없는 경우가 있었다.

또한, 시료의 미리 결정된 개소에 포커스용의 포커스 측정면을 형성하여 포커스를 맞추고, 그에 기초하여, 마스크의 패턴 내의 검사 위치의 포커스를 맞추는 방법이 있다. 그러나 검사 시에 있어서는, 시료를 X 방향 또는 Y 방향(수평 방향)으로 이동시킬 때 발생하는 기계적인 Z 방향(높이 방향)의 위치(Z 위치)의 변동, 또는 시료의 중력에 의한 휨, 또는 온도 또는 기압 변동에 의한 포커스 변동 등의 영향이 있다. 그 때문에, 시료에 포커스용의 포커스 측정면을 형성하여 그것을 이용하는 것 만으로는, 실제의 시료의 검사에서, 포커스 정밀도를 보장할 수 없는 경우가 있었다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 시료의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있도록, 시료의 높이(Z) 위치를 목표로 하는 위치로 높은 정밀도로 조정할 수 있는 시료 지지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.

본 발명은, 시료의 높이(Z) 위치를 목표로 하는 위치로 높은 정밀도로 조정할 수 있는 시료 지지 장치를 제공한다.

본 발명은, 높이의 기준이 되는 Z 기준면 상에, XY 테이블과 높이 방향을 따라 이동하는 Z 테이블을 배치하고, 그 Z 테이블로 시료를 지지하여 그 시료를 소정의 높이 위치에 배치하는 시료 지지 장치로서,

Z 테이블의 이동을 제어하는 높이 보정부를 가지고,

Z 기준면 상에 설치되어 그 Z 기준면으로부터의 높이 측정하는 Z 센서를 가지고, 또한 시료의 측정 위치에 대하여 동일 축 상에 측정면을 형성하여, Z 기준면으로부터의 그 측정면의 높이를 Z 센서에 의해 측정하고, 그 높이 측정값에 따라 높이 보정부가 Z 테이블을 이동시켜, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 시료의 측정 위치의 동일 축 상에 형성된 측정면은, 그 시료의 그 특정 위치를 사이에 두는 제1 측정면과 제2 측정면으로 이루어지고,

Z 센서는, 각각 Z 기준면 상에 설치된 제1 Z 센서와 제2 Z 센서로 이루어지고,

Z 기준면으로부터의 제1 측정면의 높이를 제1 Z 센서에 의해 측정하고, 제2 측정면의 높이를 제2 Z 센서에 의해 측정하여, 각각의 높이 측정값에 따라 높이 보정부가 Z 테이블을 이동시켜, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, Z 테이블은 시료를 3 점에서 지지하도록 구성되고,

또한, 시료 표면이 서로 이간하는 4 개 이상의 기준 위치에서 광을 순차적으로 조사하여 반사된 광을 수광하여 그 4 개 이상의 기준 위치의 각각의 높이를 순차적으로 측정하고, 시료 표면의 높이 분포를 나타내는 Z 맵을 작성하는 측정 기구를 가지고,

Z 센서에 의한 높이 측정값과, 측정 기구에 의한 Z 맵에 따라, 높이 보정부가 Z 테이블을 이동시켜, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 높이 보정부는, 시료의 중력 휨 및 Z 테이블의 높이 방향의 변위를 고려하여, Z 맵을 보정하고, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 측정 기구는, 광을 순차적으로 집광하기 위한 렌즈와 그 렌즈를 보지(保持)하는 보지 기구를 가지고, 또한 Z 센서를 재치하여 그 Z 센서를 Z 기준면 상에 설치하기 위한 대좌(臺座)를 가지고,

높이 보정부는, 보지 기구의 열팽창의 영향에 의해 발생하는 렌즈의 초점 위치의 변동, 및 대좌의 열팽창에 의한 Z 센서의 설치 위치의 변동에 따라, Z 맵을 보정하고, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 높이 보정부는, 기압의 변화에 의한 공기의 굴절률 변동의 영향에 의해 발생하는 렌즈의 초점 위치의 변동에 따라, Z 맵을 보정하고, 시료를 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, Z 센서는 정전 용량 센서, 전자 유도 센서 및 광학적 센서 중 적어도 1 종인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 구성을 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 모식적인 상면도이다.
도 3은 시료를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 시료의 Z(높이) 맵을 설명하는 도이다.
도 5는 시료를 3 점에 지지했을 경우의 중력 휨에 의한 시료면의 높이(Z 높이) 변위를 모식적으로 도시한 도이다.
도 6은 시료를 4 점 지지했을 경우의 중력 휨에 의한 시료면의 높이(Z 높이) 변위를 모식적으로 도시한 도이다.
도 7은 시료에 대하여 제1 Z 센서를 가지는 제1 측정면과, 제2 Z 센서를 가지는 제2 측정면과의 관계를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 8은 시료와 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 주요부 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.
도 9는 Z 방향의 변위와 제1 측정면과 제2 측정면을 이용한 Z 위치의 보정을 설명하는 도이다.
도 10은 Z 맵을 보정하지 않고 이용하는 시료의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명하는 블록도이다.
도 11은 Z 맵을 보정하여 이용하는 시료의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명하는 블록도이다.

도 1은, 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 구성을 도시한 도이다.

도 1에 도시한 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치(1)는, 시료 위치를 조정하는 장치이며, 광학적으로 검사 대상인 시료(2)의 광학상을 확대하여 검사를 행하는 검사 장치(도시되지 않음)에 탑재되어 사용이 가능하다. 시료 지지 장치(1)는, 검사 장치가 시료(2)의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있도록, 시료(2)의 높이(Z) 위치를 원하는 위치로 높은 정밀도로 조정할 수 있다.

도 1에 도시한 시료 지지 장치(1)는, 평탄한 대부(臺部)(3)를 가지고 구성된다. 대부(3)는, 그 상면이 시료 지지 장치(1)의 높이의 기준이 되는 Z 기준면(4)이 된다. 또한 도 1에서, Z 기준면(4)은 두께를 가지는 대부(3)의 부분으로서 도시되어 있지만, 이는 편의적인 기재이며, 실제로는 두께를 가지지 않는 1 개의 면이 된다.

그리고 대부(3)의, 시료 지지 장치(1)의 높이의 기준이 되는 Z 기준면(4) 상에, Y 테이블(5)과 X 테이블(6)이 이 순으로 순차적으로 배치되고, X 테이블(6) 상에 Z 테이블(7)이 배치된다. Z 테이블(7)은, 높이(Z 높이) 방향을 따라 상하(수직)로 움직이도록 구성되고, 또한, Y 테이블(5)과 X 테이블(6)에 의해 수평 방향의 이동이 가능하다.

도 1에 도시한 바와 같이, Z 테이블(7)은, 그 상부에 시료 지지부(8)를 가지고, 이 시료 지지부(8)에는 지지체(9)가 설치되고, 시료(2)를 지지할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는, 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 모식적인 상면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, Z 테이블(7)의 시료 지지부(8)는, 중앙 부근에 도려낸 부분이 되는 개구부가 형성된 평판상(平板狀)의 형상을 가진다. 이 개구부는, 시료 지지부(8)의 길이 방향의 측변을 노치하여 형성한 노치 부분으로서 형성하는 것도 가능하다. 그리고 시료 지지부(8)는, 그 개구부의 주위에 3 개의 지지체(9)를 배치하고, 이 3 개의 지지체(9)에 의해, 시료(2)의 하방으로부터의 3 점 지지가 가능해지도록 구성되어 있다.

지지체(9)는, 예를 들면 시료(2)에 접촉하는 두면(頭面)이 구 형상인 볼 포인트를 이용하여 구성된다. 3 개의 지지체(9) 중 2 개는, 시료(2)의 네 각 중 대각이 아닌, 인접하는 두 각에서 시료(2)에 접한다. 3 개의 지지체(9) 중 남은 1 개는, 다른 2 개가 배치되지 않은 두 각의 사이의 영역에 배치된다.

여기서 시료(2)는, 예를 들면 판상(板狀)의 형상을 구비한다. 그리고 시료(2)는, 외주부보다 중앙 부분이 돌출된 메사 구조를 가지는 구조로 할 수 있다. 시료(2)의 검사 대상이 되는 패턴(도시되지 않음)은, 직사각형 형상의 메사부(랜드부라고도 칭함) 상에 형성된다. 예를 들면 시료(2)로서는, 나노 임프린트 기술에서 이용되는 레플리카 템플릿 등을 들 수 있다. 본 실시예에서, 시료(2)의, 패턴이 형성된 메사부는, 시료 지지 장치(1)의 하방측이 되는, 대부(3)의 Z 기준면(4)측을 향하도록 하방을 향해 배치된다.

또한 본 실시예의 시료 지지 장치(1)는, 시료(2)에 대하여, 상술한 메사부를 설치하지 않고, 검사 대상이 되는 패턴(도시되지 않음)이 형성된 판상 형상의 것에 대해서도 적용이 가능하다.

또한 Z 테이블(7)은, 시료(2)를 4 점으로 지지하는 구성으로 하는 것도 고려되는데, 시료(2)를 4 점으로 지지할 경우에는, 지지체(9)에 대하여 고정밀도의 높이 조정이 필요해진다. 또한, 높이 조정이 불충분하면 시료(2)가 변형될 우려가 있다. 이에 대하여, 시료 지지 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, Z 테이블(7)에 의해 시료(2)의 3 점 지지가 가능하게 되어 있다. 3 점 지지에 의하면, 시료(2)의 변형을 최소한으로 억제하면서, 시료(2)를 지지할 수 있다.

그리고 도 2에 도시한 바와 같이, Z 테이블(7)은, 시료 지지부(8)에서 지지체(9)의 배치에 대응하도록, 3 개의 Z 구동 기구(15)를 배치하여 가지고 있다. Z 테이블(7)에서는, Z 구동 기구(15)에 의해 시료 지지부(8)를 높이 방향을 따라 상하로 이동시킬 수 있다.

또한 Z 테이블(7)의 3 개의 Z 구동 기구(15)는, 후술하는 높이 보정부(10)의 제어에 의한, 각각 독립된 구동이 가능하며, 시료 지지부(8)의 Z 구동 기구(15) 설치 부분을 상하로 움직일 수 있다. 따라서, 3 개의 지지체(9)에 지지되는 시료(2)가 변형되지 않도록, 시료 지지부(8), 나아가서는 지지체(9) 각각의 높이를 조정함으로써, 시료(2)의 높이를 조정하고, 또한 시료(2)의 패턴 형성면을 수평면에 일치시키도록 시료(2)를 경사지게 하는 것도 가능하다.

그리고 시료 지지 장치(1)는, 높이 보정부(10)를 가지고, Z 테이블(7)의 움직임을 제어할 수 있다.

또한 Z 기준면(4) 상에는, 시료 지지 장치(1)에서의 높이, 즉 Z 기준면(4)으로부터의 높이를 측정하기 위한 Z 센서(11)가 설치되어 있다. 그리고 시료 지지 장치(1)에서는, 시료(2)의 검사 위치가 되는 측정 위치에 대하여 동일 축 상에 측정면(12)이 형성되어 있다.

시료 지지 장치(1)의 측정면(12)은 Z 테이블(7)에 형성된다. 보다 구체적으로는, Z 테이블(7)의 시료 지지부(8)의 Z 기준면(4)과 대향하는 면에 제1 측정면(12a)과 제2 측정면(12b)으로 이루어지는 2 개의 측정면(12)이 형성되어 있다. 제1 측정면(12a)과 제2 측정면(12b)은, 시료(2)의 검사 위치가 되는 측정 위치를 사이에 두고, 그들이 동일 축 상이 되도록 형성된다. 또한 도 1에서, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)은, 두께를 가지는 시료 지지부(8)의 부분으로서 도시되어 있지만, 이는 편의적인 기재이며, 그들은 모두 두께를 가지지 않는 면이 된다.

따라서 Z 센서(11)도, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)의 배치에 대응하도록, 각각 Z 기준면(4) 상에 설치된 제1 Z 센서(11a)와 제2 Z 센서(11b)를 가지고 구성된다.

제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)는 각각, 높이가 기존의 대좌(13a, 13b) 상에 재치된 상태에서, Z 기준면(4) 상에 설치된다. 그리고, Z 기준면(4)과 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b) 간의 거리를 측정한다. 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)와 대좌(13a, 13b)의 높이 치수(Z 높이 방향의 치수)는 각각 이미 알고있다. 따라서 그러한 값을 이용하고, 또한 Z 기준면(4)으로부터의 제1 측정면(12a)의 높이를 제1 Z 센서(11a)에 의해 측정함으로써, 제2 측정면(12b)의 높이를 제2 Z 센서(11b)에 의해 측정할 수 있다.

구체적으로, 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)로부터 출력된 신호는, 그들에 각각 접속하는 Z 측정부(21)에서, 내장되는 I / V 변환 앰프에서 전류값으로부터 전압값으로 변환된다. 이 후, 비반전 증폭 앰프에 의해 적절한 전압 레벨로 증폭된 후, A / D 변환부에서 디지털 데이터로 변환되고, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b) 각각의 높이에 관한 높이 데이터가 작성된다.

시료 지지 장치(1)에서 Z 센서(11), 즉 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)에는, 정전 용량 센서, 전자 유도 센서 및 광학적 센서 중 적어도 1 종을 이용할 수 있다. Z 센서(11)에, 그러한 센서를 이용함으로써, 시료 지지 장치(1)는, Z 기준면(4)으로부터의 측정면(12)의 고정밀도의 높이 측정을 행할 수 있다. 즉, 시료 지지 장치(1)에서는, Z 기준면(4)으로부터의 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)의 높이를 고정밀도로 측정할 수 있다.

도 1에서, Z 측정부(21)에서 작성된 제1 측정면(12a)의 높이 데이터 및 제2 측정면(12b)의 높이 데이터는 각각, Z 측정부(21)에 접속되는 상술한 높이 보정부(10)로 보내져, 상술한 Z 테이블(7)의 이동의 제어에 이용된다.

이어서, 도 1에 도시한 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치(1)에서는, 시료(2)의 하방에 광학계(24)가 배치되어 있다. 광학계(24)는, 시료 지지 장치(1)를 이용하여 검사 장치를 구성할 경우에, 광학적으로 시료(2)의 검사를 행하기 위한 것이다. 그리고, 광학계(24)의 일부의 구성 요소는, 시료(2)의 높이의 측정용에도 이용된다. 공통되는 광학계(24)를 이용함으로써, 시료 지지 장치(1)에서는, 시료(2)의 높이(Z 높이) 위치를, 목표로 하는 위치로 높은 정밀도로 조정 가능하게 하고, 또한 시료 지지 장치(1)를 탑재한 검사 장치에서, 시료(2)의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있도록 한다.

즉 광학계(24)는, 제1 광원(25)이 시료(2)에 대하여 결함 검사용의 광을 조사한다. 제1 광원(25)으로부터 출사된 광은 렌즈(26)를 투과하여, 미러(27)에 의해 방향을 바꾼 후, 렌즈(28a, 28b)에 의해 시료(2) 상의 검사 위치에 집광된다. 또한 시료 지지 장치(1)는, 렌즈(26, 28a, 28b) 및 미러(27)를 보지하는 보지 기구(도시되지 않음)를 가지고, 그들이 소정의 위치에 설치되도록 구성되어 있다.

또한 시료(2)의 하방에는, 미러(41), 렌즈(42), TDI(Time Delay and Integration) 센서(43), A / D 변환 회로(44), 결함 검출 회로(45) 등이 배치되고, 시료(2)에서 하방측으로 반사된 광은 TDI 센서(43)에 집광되어 결상하고, 검사 장치에서 검사에 이용되는 광학 화상이 생성된다.

검사 장치에서 광학 화상은, 측정 데이터로서 검사 장치의 비교부로 보내진다. 비교부에서는, 측정 데이터와 참조 데이터가 적당한 알고리즘에 따라 비교된다. 그리고, 이들 데이터가 일치하지 않을 경우에는, 검사 결과로서 결함 있음으로 판정된다.

또한 광학계(24)에서, 제2 광원(29)은, 시료(2)에 대하여 높이 측정용의 광을 조사한다. 제2 광원(29)으로부터 출사된 광은 미러(30)에 의해 방향을 바꾸어, 시료(2) 상의 검사 위치에 조사된다. 이어서 이 광은, 시료(2) 상에서 반사된 후, 미러(31)에 의해 기울기 측정부(32)에 입사한다. 또한 도 1에서는, 제2 광원(29)으로부터 출사된 광을 시료(2) 상에 수속시키는 투광 렌즈와, 시료(2) 상에서 반사된 광을 받아 수속시키는 수광 렌즈를 생략하고 있다.

기울기 측정부(32)는, 도시되지 않은 수광 소자를 가지고 있다. 수광 소자로서는, 예를 들면 위치 검출 소자(Position Sensitive Detector ; PSD)가 이용된다. 이는, PIN형 포토다이오드와 같은 구조로서, 광 기전력 효과에 의해 광전류를 측정하여, 수광한 광의 중심 위치 계측을 실현하는 것이다.

기울기 측정부(32)에서, 수광 소자로부터 출력된 신호는, I / V 변환 앰프에서 전류값으로부터 전압값으로 변환된다. 이 후, 비반전 증폭 앰프에 의해 적절한 전압 레벨로 증폭된 후, A / D 변환부에서 디지털 데이터로 변환되고, 수광 소자로 검출한 광의 위치에 따른 시료(2)의 표면의 높이 데이터가 작성된다.

높이 데이터의 작성 방법의 구체예를 든다.

제2 광원(29)으로부터 출사한 광은, 투광 렌즈에 의해 시료(2)의 표면 상에 수속한다. 수속한 광은, 시료(2)의 표면에서 반사되어 수광 렌즈에 입사한 후, 기울기 측정부(32)의 PSD에 수속한다. PSD로 스폿광이 입사하면, 입사 위치에는 광 에너지에 비례한 전하가 발생하고, 균일한 저항값을 가지는 저항층(P 층)을 통과하여, PSD 상의 2 단면에 설치된 전극으로 흐른다. 이 때의 전류량은, 전극까지의 거리에 반비례하여 분할된 것이 된다. 일방의 단면에 설치된 전극으로부터의 출력 전류를 I1로 하고, 타방의 단면에 설치된 전극으로부터의 출력 전류를 I2로 하면, 스폿광의 PSD 중심으로부터의 중심 위치(X)는, 식 (1)로 구할 수 있다. 단, L은 수광면의 길이이다. PSD의 수광 강도를 나타내는 전광 전류는, I1와 I2의 합으로 얻어진다.

입사한 광의 중심 위치는, 2 개의 미약한 전류 변화량을 계측함으로써 구해진다. 이 때문에, 통상은, I / V 변환 회로를 구성하고, PSD로부터의 출력 전류 변화(I1, I2)를 출력 전압 변화(V1, V2)로서 개개로 변환하여, 광의 중심 위치의 계측을 행한다. 이 때, 수광 소자의 암전류, 회로 상의 누설 전류 및 I / V 변환 앰프의 오프셋 전류가 제작상의 오차로서 존재하기 때문에, 이들 전류량의 총 합이, 회로 전체의 오프셋 전압(V10, V20)으로서 출력 전압에 작용한다. 즉, 전압 변환 후의 출력 전압을 V1, V2로 하면, 측정되는 높이(Z)는 식 (2)로 구해진다. 여기서, α는 시료 높이의 측정 범위와, PSD 상에서의 광의 중심 이동 범위로 결정되는 계수이다.

단, 오프셋 전압을 고려하면, 실제로 측정되는 높이(Z')는 식 (3)으로 나타난다. 식 (3)에서 V10, V20는 각각 오프셋 전압이다.

기울기 측정부(32)는, Z 맵 측정부(도시되지 않음)를 가지고 구성되어 있다. 기울기 측정부(32)의 Z 맵 작성부는, 이 높이 데이터를 기초로, 시료(2)의 시료면의 기울기 상태 또는 뒤틀림 또는 굴곡 상태를 나타내는 높이 분포를 나타내는 것으로서, Z 맵(Z 높이의 맵)을 작성한다.

도 1에 도시한 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치(1)에서, 광학계(24)의 구성 요소인 제2 광원(29), 렌즈(28b), 미러(30, 31), (도시되지 않은) 투광 렌즈와 수광 렌즈, 및 기울기 측정부(32)는, 시료(2)의 높이 측정을 위한 측정 기구를 구성한다.

도 3은, 시료를 모식적으로 도시한 사시도이다.

시료(2)는, 상술한 바와 같이 그 표면에 메사부(2a)를 가지고, 이것이 시료(2)의 검사 영역이 된다. 이 시료(2)의 메사부(2a)의 네 각에 있는 4 개의 화살표는, 서로 이간하는 4 개의 기준 위치를 나타내고, 각각의 위치에서, 렌즈(28b)에 의해 제2 광원(29)으로부터의 광이 집광되고, 높이 측정이 행해지는 높이 측정 위치가 된다. 또한 각 화살표의 길이의 차는, 각 높이 측정 위치에서의 높이 데이터의 차를 반영한 것으로 되어 있다.

여기서, 높이 측정 위치는 주연부이면 네 각에 한정되지 않고, 측정수도 4 점에 한정되지 않는다. 즉, 높이 측정 위치는, 주연부이면 네 각에 한정되지 않고, 네 각 이상으로 하는 것이 가능하며, 그에 대응하여, 측정수도 4 점 이상으로 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 보다 복잡한 시료(2)의 표면의 높이 분포에 대하여 적절하게 대응할 수 있다.

또한, 시료(2)가 메사부(2a)를 가지지 않을 경우라도, 패턴이 형성된 검사 영역 주연의, 예를 들면 네 각을 기준 위치로서 Z 맵을 작성할 수 있다.

기울기 측정부(32)가 가지는 Z 맵 작성부에서는, 기울기 측정부(32)에서 작성된 검사 영역인 메사부(2a)의 네 각의 높이 데이터를 선형 보간하여, 메사부(2a)의 기울기 상태를 나타내는 Z 맵을 작성한다.

도 4는, 시료의 Z(높이) 맵을 설명하는 도이다.

도 4에 나타낸 검은색 원은, 기울기 측정부(32)에서 측정된 높이 데이터이다. 한편, 도 4의 흰색 원은, 측정값을 기초로 선형 보간에 의해 얻어진 높이 데이터이다. 그리고, 네 각에서 측정한 높이 데이터와, 선형 보간에 의해 얻어진 높이 데이터를 이은 점선이 Z 맵이다.

도 1에서, 기울기 측정부(32)의 Z 맵 작성부에서 작성된 Z 맵의 데이터는, 기울기 측정부(32)에 접속되는, 상술한 높이 보정부(10)로 보내진다. 또한 높이 보정부(10)에는, 도시되지 않은 레이저 간섭계 등에 의해 측정된 Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 위치 정보도 각각 보내진다.

높이 보정부(10)에는, 도 1의 기울기 측정부(32)의 Z 맵 작성부로부터 Z 맵의 데이터가 입력된다. Z 맵을 이용하여 높이 보정을 함으로써, 시료(2)의 메사부(2a)의 패턴면이 수평면에 대하여 일방향으로 기울어져 있는 기울기 상태를 나타낼 경우, 또는 패턴면이 뒤틀려 있는 상태를 나타낼 경우라도, 광학계(24)와 시료(2)의 거리가 일정하게 되도록 조정할 수 있다.

즉, Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 XY 위치 정보로부터, Z 맵을 이용하여 시료(2)의 검사 위치의 목표가 되는 높이(Z 맵 목표값)의 데이터가 얻어지고, 높이 보정부(10)에 접속되는 Z 높이 제어부(34)로 보내진다. 그리고 Z 높이 제어부(34)는, 높이 보정부(10)로부터의 높이 데이터에 기초하여 Z 테이블(7)의 각 Z 구동 기구(15)를 제어하여, 시료(2)의 높이를 목표가 되는 높이로 조정한다.

또한 상술한 바와 같이, 높이 보정부(10)에는, 도 1의 Z 측정부(21)에서 작성된 제1 측정면(12a)의 높이 데이터 및 제2 측정면(12b)의 높이 데이터가 각각 보내진다.

이 때, 측정면(12)의 높이, 즉 제1 측정면(12a)의 높이 및 / 또는 제2 측정면(12b)의 높이가, 시료 지지 장치(1)에서 미리 정해진 값으로부터 벗어나 있을 경우, 아울러 높이 보정부(10)에 의한 보정이 행해진다. 즉, 높이 보정부(10)에 의해 Z 맵의 보정이 이루어져, Z 맵 목표값이 보정된다. 그 결과, Z 높이 제어부(34)는, 높이 보정부(10)로부터의 보정된 높이 데이터에 기초하여 Z 테이블(7)의 각 Z 구동 기구(15)를 제어하여, 시료(2)의 높이를 조정한다.

이와 같이 함으로써, 시료(2)의 검사 시에, 시료(2)를 X 방향 또는 Y 방향(수평 방향)으로 이동시켰을 때 Z 방향(높이 방향)의 위치(Z 위치)의 변동이 있어도, 시료의 높이(Z 높이) 위치를 목표로 하는 위치로 보다 높은 정밀도로 조정할 수 있어, 시료(2)의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있다.

또한, Z 맵 목표값의 보정에 대해서는, 상술한 측정면(12)의 높이 위치에 대한 것만은 아니다.

예를 들면, 시료(2)의 중력 휨, 또는 Z 테이블(7)의 시료 지지부(8)의 중력 휨 등에 의한 Z 방향의 변위의 영향에 대해서도, Z 맵 목표값을 보정할 때 고려되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서, Z 테이블(7)의 중력 휨, 또는 측정면(12)의 면 정밀도, 또는 장착 시의 기울기, 시료(2)를 X 방향 또는 Y 방향(수평 방향)으로 이동시켰을 때 기계적인 요인으로 발생하는 변동 등의 의도하지 않은 Z 방향의 변동을 상술한 바와 같이 'Z 방향의 변위' 또는 '높이 방향의 변위'라고 칭하고, 시료(2)의 Z 테이블에 의한 의도된 Z 방향의 이동과는 구별하여 이용한다.

도 5 및 도 6은, 중력 휨에 의한 시료면의 높이 변위를 모식적으로 설명하는 도이다.

즉 도 5는, 시료를 3 점에 지지했을 경우의 중력 휨에 의한 시료면의 높이(Z 높이) 변위를 모식적으로 도시한 도이다.

또한 도 6은, 시료를 4 점 지지했을 경우의 중력 휨에 의한 시료면의 높이(Z 높이) 변위를 모식적으로 도시한 도이다.

도 5 및 도 6에서는, Z 높이를 나타내는 등고선을 모식적으로 도시하고, 지지체(9)에 의해 지지된 시료(2)가 휘어지는 상황을 모식적으로 나타내고 있다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 지지체(9)에 의해 지지된 시료(2)는, 중앙부 부근이 하방측(Z 기준면(4)측)으로 오목하도록 휘어지는 것을 알 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시한, 지지체(9)에 의한 시료(2)의 3 점 지지 또는 4 점 지지에 의해 발생하는 시료(2)의 중력 휨의 영향, 즉 각 부의 높이의 변위는, 공지의 구조 계산에 의해 산출할 수 있다. 그 경우, 4 점 지지에서는, 4 점이 균등하게 지지되는 것은, 시료(2)의 Z 높이 방향의 형상 불균일, 또는 지지체(9)의 높이 조정 정밀도의 불균일에 의해 곤란한 경우가 있다. 따라서 3 점 지지가, 지지체(9)에 의한 균등한 지지가 실현되어, 시료(2)의 중력 휨의 영향을 평가함에 있어 적합하게 된다.

또한, 시료(2)의 개체 차에 의해 시료(2) 자체의 강성에 불균일이 있을 경우에는, 휨량은 각각 상이한 것이 되기 때문에, 그 경우에는, 실제로 지지된 시료(2)의 중앙 부분의 Z 높이를 측정하고, Z 맵 목표값의 보정에 이용할 수도 있다.

이와 같이, 중력 휨의 영향을 고려하여 Z 맵의 목표값을 미리 보정해 둠으로써, Z 위치의 정밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있어, 시료(2)의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있다.

도 7은, 시료에 대하여 제1 Z 센서를 가지는 제1 측정면과, 제2 Z 센서를 가지는 제2 측정면과의 관계를 모식적으로 설명하는 도이다.

도 7에서, 시료(2)에서 대물 렌즈의 중심 위치, 즉 검사하고 있는 위치(이하, 측정 위치라고 기술함)의 높이(Z 높이) 방향의 위치에 대해서는, 상술한 바와 같이, 시료(2)의 네 각(도 7 중, 네 각 측정 위치로서 나타남)의 높이 측정에 의한 Z 맵 작성이 행해진다. 그리고, 도시되지 않은 Y 스테이지(5) 및 X 스테이지(6)의 제어에 의해 정해지는 측정 위치의 XY 위치로부터, Z 맵을 이용하여 목표가 되는 Z 높이(Z 맵 목표값)의 데이터가 얻어진다.

그리고, 측정 위치를 사이에 두고 동일 축 상에 배치된, 제1 측정면(12a)에 장착된 제1 Z 센서(11a)로 측정한 제1 측정면(12a)에서의 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z1)와, 제2 측정면(12b)에 장착된 제2 Z 센서(11b)로 측정한 제2 측정면(12b)에서의 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z2)로부터, 시료(2)의 측정 위치의 Z 높이가 산출된다. 구체적으로, 측정 위치의 Z 높이는 {(Z1 ＋ Z2) / 2}로 나타난다. 이 Z 높이의 데이터는, 상술한 바와 같이, 시료(2)의 검사 시 등에서, 시료(2)를 X 방향 또는 Y 방향(수평 방향)으로 이동시켰을 때 기계적인 요인으로 Z 방향(높이 방향)의 위치(Z 위치)의 변동(Z 방향의 변위)이 있었을 경우 등에서, Z 맵 목표값을 보정할 때 이용된다.

도 8은, 시료와 본 발명의 실시예의 시료 지지 장치의 주요부 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 8은, 시료(2)와, 도 1에 도시한 본 실시예의 시료 지지 장치(1)의 주요부 구성을 나타낸다. 즉 도 8에는, 시료(2)와 지지체(9)를 이용하여 시료(2)를 지지하는 Z 테이블(7)의 시료 지지부(8)와, 시료 지지부(8)에 형성된 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)과, 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)의 배치에 대응하도록 각각 설치된 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)가 도시되어 있다. 그리고 도 8은, 그들의 관계를 나타내고 있다.

도 9는, Z 방향의 변위와 제1 측정면과 제2 측정면을 이용한 Z 위치의 보정을 설명하는 도이다.

도 9는, 도 8에 도시한, 시료(2)와, 지지체(9), 시료 지지부(8), 제1 측정면(12a), 제2 측정면(12b), 제1 Z 센서(11a) 및 제2 Z 센서(11b)에서, Z 방향의 변위가 발생한 경우의 상태를 나타내고 있다.

즉, 시료(2)를 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시켰을 때, 예를 들면 도 8에 도시한 상태로부터, 기계적인 요인으로 Z 방향(높이 방향)의 위치(Z 위치)의 변동, 즉 Z 방향의 변위가 있어, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이, 제2 측정면(12b)의 높이가 변화하는 경우가 있다. 이러한 Z 방향의 변위가 있었다 하더라도, 측정 위치를 사이에 두고 동일 축 상에 배치된, 제1 측정면(12a)에 장착된 제1 Z 센서(11a)로 측정한 제1 측정면(12a)에서의 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z1)와, 제2 측정면(12b)에 장착된 제2 Z 센서(11b)로 측정한 제2 측정면(12b)에서의 측정 위치와 대응하는 위치의 높이(Z2)로부터, 시료(2)의 측정 위치의 Z 높이를 산출할 수 있다. 즉 상술한 바와 같이, {(Z1 ＋ Z2) / 2}를 산출함으로써, 측정 위치의 Z 높이를 구할 수 있다.

이 때 도 7에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 Z 테이블(7)의 시료 지지부(8) 상의 제1 측정면(12a) 및 제2 측정면(12b)에도 각각, 측정면의 면 정밀도, 또는 장착 시의 기울기, 또한 중력에 의한 휨의 영향에 의해, 측정면 자체에 Z 방향의 변위가 발생하는 경우가 있다. 이러한 측정면(12) 자체의 Z 방향의 변위의 영향은, 미리 패턴이 묘화되지 않은 기준의 플레이트를 사용하여, 측정면(12)에서 필요한 검사 영역에 상당하는 범위에서 측정해 두면, 그들을 보정값으로서 산출할 수 있다. 측정의 방법은, 예를 들면 기준의 플레이트를, 종래의 광 오토 포커스(AF)를 이용하여 초점 조정을 하면서, 측정면(12)에서의 Z 센서(11)의 값을 복수회 측정하여 기준 데이터를 작성하면 된다. 그 때, 기준 플레이트의 중력 휨의 영향을 제거하면, 중력 휨이 없는 가상적인 Z 기준면에 대하여, 측정면(12)에서 필요한 검사 영역에 상당하는 범위의, 측정면(12)의 Z 위치의 보정 테이블을 작성할 수 있다. 그러면, 측정면(12) 자체의 높이 보정을 행할 수 있다.

따라서, 측정면(12)에 대한 Z 방향의 변위의 영향을 보정값(Z1 보정값 및 Z2 보정값)으로서, 상술한 제1 측정면(12a)의 높이(Z1)와 제2 측정면(12b)의 높이(Z2)를 각각 보정하여, 보다 고정밀도의 측정 위치의 Z 높이를 구할 수 있다. 구체적으로, 측정 위치의 Z 높이는 [{(Z1 ＋ Z1 보정값) ＋ (Z2 ＋ Z2 보정값)} / 2]로 나타낼 수 있다. 그리고, [{(Z1 ＋ Z1 보정값) ＋ (Z2 ＋ Z2 보정값)} / 2]로부터 목표로 하는 Z 맵 목표값을 뺌으로써, Z 위치의 보정량을 산출할 수 있다. 또한 실제로는, Z측정면(12)에서의 Z 측정값은, 설치 위치로부터 정해지는 일정한 Z 오프셋를 가지기 때문에, 그 Z 오프셋의 값을 미리 고려해 두는 것이 필요하다.

또한 도 7에 도시한 바와 같이, 중력 휨의 영향은 시료(2)에서도 발생한다. 이러한 시료(2)에의 중력 휨의 영향은, 상술한 바와 같이 공지의 구조 계산에 의해 산출된다. 그리고, Z 휨 보정값으로서, 측정 위치의 Z 맵 목표값을 보정하여, 보다 고정밀도의 특정 위치의 Z 맵 목표값을 구할 수 있다. 그 경우, 상술한 측정면 자체의 높이 보정과 합쳐져, 보정의 양은 '[{(Z1 ＋ Z1 보정값) ＋ (Z2 ＋ Z2 보정값)} / 2] - Z 맵 목표값 ＋ Z 휨 보정값'으로 나타낼 수 있다.

또한, 검사 장치에 의한 시료 지지 장치(1)를 이용한 검사에서, 기압 또는 온도가 변화하면, 시료(2)의 메사부(2a)의 측정 위치에 조사되는 광의 초점 위치가 바뀌어, 시료(2)의 표면의 높이 데이터가 변동한다.

예를 들면, 기압이 변화하면 공기의 굴절률이 변화한다. 이에 의해, 물체의 결상면, 즉 초점 위치가 변화하여 포커스 변위를 일으킨다. 이 때문에, 상술한 방법에 의해 Z 맵을 작성하고, 그에 따라 시료(2)의 검사 위치의 높이 설정을 행하여 포커스 변위량을 일정하게 하고자 해도, 기압의 변화로 포커스 변위량이 변동해 버린다. 따라서 기압의 변화량을 측정하고, 그 값으로부터 포커스 변위량을 구하여, Z 맵을 보정할 필요가 있다

여기서, 기압 변화와 포커스 변위의 변화 간에는 상관성이 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 기압 변화를 측정함으로써, 포커스 변위량을 예측할 수 있다. 따라서, 도시되지 않은 기압계를 시료 지지 장치(1)에 설치하고, 기압계의 측정 결과를 기압 정보로서, 높이 보정부(10)에서 처리하고, 기압 정보로부터 포커스 변위량을 구한다. 이어서, 이 포커스 변위량을 이용하여 기압 보정량을 구하고, 측정 위치의 Z 맵 목표값을 보정하여, 더 높은 정밀도의 측정 위치의 Z 맵 목표값을 구할 수 있다. 그 경우, 상술한 다른 보정과 합쳐져, 보정의 양은 '[{(Z1 ＋ Z1 보정값) ＋ (Z2 ＋ Z2 보정값)} / 2] - Z 맵 목표값 ＋ Z 휨 보정값 ＋ 기압 보정량'으로 나타낼 수 있다.

또한 온도 변화에 대해서는, 온도가 변화하면, 예를 들면 제2 광원(29)으로부터의 광을 시료(2)의 4 개의 기준 위치에 집광하는 렌즈(28b)의 보지 기구가 열팽창 또는 열수축하고, 초점 위치가 변화하여 포커스 변위를 일으킨다. 또한, Z 센서(11)의 대좌(13)가 열팽창 또는 열수축하고, 초점 위치가 변화하여 포커스 변위를 일으킨다.

이 때문에, 상술한 방법에 의해 Z 맵을 작성하고, 그에 따라, 시료(2)의 검사 위치의 높이 설정을 행하여 포커스 변위량을 일정하게 하고자 해도, 온도의 변화로 포커스 변위량이 변동해 버린다. 이 때, 온도 변화에 의한 렌즈(28b)의 보지 기구 또는 Z 센서(11)의 대좌(13)의 열팽창 또는 열수축량은, 미리 구성 재료의 물성치 등으로부터 계산하고, 또는 실제로 계측하여, 온도와 열팽창의 관계를 데이터화해 두는 것이 가능하다.

따라서 온도의 변화를 측정하고, 미리 데이터화되어 있는 열팽창에 의한 보지 기구 또는 대좌(13)의 치수 변화를 참조하여, 포커스 변위량을 구하여, Z 맵 목표값을 보정할 수 있다.

따라서, 온도 변화를 측정함으로써, 포커스 변위량을 예측할 수 있다. 따라서, 도시되지 않은 온도계를 시료 지지 장치(1)에 설치하고, 온도계에서의 측정 결과를 온도 정보로서 높이 보정부(10)에서 처리하고, 온도 정보로부터 포커스 변위량을 구한다. 이어서, 이 포커스 변위량을 이용하여 온도 보정량을 구하고, 측정 위치의 Z 맵 목표값을 보정하여, 더 높은 정밀도의 측정 위치의 Z 맵 목표값을 구할 수 있다. 그 경우, 상술한 다른 보정과 합쳐져, 보정의 양은 '[{(Z1 ＋ Z1 보정값) ＋ (Z2 ＋ Z2 보정값)｝ / 2〕 - Z 맵 목표값 ＋ Z 휨 보정값 ＋ 기압 보정량 ＋ 온도 보정량'으로 나타낼 수 있다.

이상으로부터, 시료 지지 장치(1)의 높이 보정부(10)에 의해 Z 테이블 구동 기구를 제어하여 행해지는, 시료(2)의 높이 위치의 조정에 대하여 정리하면 도 8 및 도 9에 도시한 것이 된다.

도 10 및 도 11은, 시료 지지 장치의 높이 보정부에 의한 시료의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명하는 블록도이다.

즉 도 10은, Z 맵을 보정하지 않고 이용하는 시료의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명하는 블록도이다.

또한 도 11은, Z 맵을 보정하여 이용하는 시료의 높이(Z) 보정의 제어 방법을 설명하는 블록도이다.

도 10 및 도 11은, 시료 지지 장치(1)의 높이 보정부(10)의 기능을 설명하는 것으로 되어 있고, 시료 지지 장치(1)가 시료(2)를 목표로 하는 높이 위치로 조정하는 방법을 설명하고 있다.

시료(2)는, 도 1에 도시한 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.

도 10에 나타낸 바와 같이, 시료 지지 장치(1)의 높이 보정부(10)는, Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 XY 위치 정보로부터, Z 맵을 이용하여 시료(2)의 검사 위치가 되는 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, 시료(2)의 높이를 목표가 되는 높이(Z 맵 목표값)로 조정한다.

그리고, 시료(2)의 높이(Z) 위치를 목표로 하는 위치에 의해 높은 정밀도로 조정하고자 할 경우에는, 도 11에 나타낸, Z 맵 목표값의 보정과 그에 기초하는 시료(2)의 Z 높이의 조정이 행해진다.

즉, 그 경우에도, 도 10에 나타낸 경우와 마찬가지로, 시료(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이 Z 테이블(7) 상에 재치된다. Z 테이블(7)은, Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하며, 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.

그리고 도 11에 나타낸 바와 같이, 시료 지지 장치(1)의 높이 보정부(10)는, Y 테이블(5) 및 X 테이블(6)의 XY 위치 정보로부터, Z 맵을 이용하여 시료(2)의 검사 위치가 되는 측정 위치의 목표가 되는 높이(Z 맵 목표값)의 데이터를 얻는다. 그 다음, 그 Z 맵 목표값의 보정이 행해진다.

즉, 보정의 하나로서, 도 1에 나타낸 측정면(12)을 이용한 보정이 행해진다.

우선, 높이 보정부(10)가 가지는, 도시되지 않은 연산 회로에 의해, 측정면(12)이 되는, Z 테이블(7)의 제1 측정면(12a)에서의, 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)에서의, 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 도시되지 않은 연산 회로에 의해, 그들 제1 측정면(12a)에 관한 보정값과 제2 측정면(12b)에 관한 보정값의 평균값(측정면(12)에 관한 보정값이라고 함)이 산출되고, 측정면(12)을 이용한 보정의 보정량이 된다.

그리고 다른 보정으로서, 상술한 바와 같이, 시료(2)의 중력 휨을 고려한 Z 휨 보정값이 산출된다.

또 다른 보정으로서, 상술한 바와 같이, 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)에 가지는, 도시되지 않은 연산 회로에 의해 가산되어, 보정 데이터가 산출된다.

그리고 높이 보정부(10)에서는, 그것이 가지는 연산 회로에 의해, 시료(2)의 측정 위치의 Z 맵 목표값의 데이터와, 상술한 보정 데이터의 사이에서 차분이 구해지고, 보정된 Z 맵 목표값을 얻을 수 있다.

그 결과, 도 11에 나타낸 바와 같이, 높이 보정부(10)는, 그 보정된 Z 맵 목표값에 기초하여, Z 높이 제어부(34)를 이용하여 Z 테이블(7)의 Z 구동 기구(15)를 제어하고, 시료(2)의 높이를 목표가 되는 높이로 고정밀도로 조정한다. 이에 의해, 시료 지지 장치(1)를 구비한 검사 장치에서는, 광학계(24)와 시료(2)가 일정한 바람직한 거리로 유지된 상태로 검사를 행할 수 있다.

즉 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 광원(25)으로부터 조사되어 시료(2)에서 반사된 광은, 시료(2)의 하방에 배치된 포토다이오드 어레이(예를 들면, TDI 센서(43))에 광학상으로서 결상한다.

그리고, 포토다이오드 어레이 상에 결상한 패턴의 상은, 포토다이오드 어레이에 의해 광전 변환되고, 또한 센서 회로(도 1의 A / D 회로(44))에 의해 A / D(아날로그 디지털) 변환된다. 포토다이오드 어레이에는 화상 센서가 배치되어 있다. 화상 센서로서는, 예를 들면 촬상 소자로서의 CCD 카메라를 일렬로 배열한 라인 센서가 이용된다. 라인 센서의 예로서는, TDI(Time Delay Integration) 센서(43)를 들 수 있다. 검사 장치에서는, 예를 들면 도 1의 X 테이블(6)이 X 축 방향으로 연속적으로 이동하면서, TDI 센서(43)에 의해 시료(2)의 패턴을 촬상한다.

시료 지지 장치(1)를 가지는 검사 장치에서 얻어진 광학 화상은, 그것이 가지는 결함 검출 회로(45)로 보내진다. 보다 구체적으로, 그 광학 화상은, 결함 검출 회로(45)를 구성하는 비교 회로로 보내진다. 또한, 시료(2)의 설계 패턴 데이터도, 검사 장치가 가지는 결함 검출 회로(45)로 보내진다. 보다 구체적으로, 결함 검출 회로(45)를 구성하는 전개 회로 및 참조 회로에 의해 참조 화상 데이터로 변환되어 비교 회로로 보내진다.

비교 회로에서는, 센서 회로(A / D 회로(44))로부터 보내진 광학 화상과, 참조 회로에서 생성한 참조 화상이, 적절한 비교 판정 알고리즘을 이용하여 비교되고, 오차가 소정의 값을 초과했을 경우에 그 개소는 결함으로 판정된다. 이어서, 결함의 좌표와, 결함 판정의 근거가 된 광학 화상 및 참조 화상이, 검사 결과로서, 검사 장치가 가지는 자기 디스크 장치에 보존된다. 이렇게 하여, 시료 지지 장치(1)를 가지는 검사 장치는, 시료(2)의 검사 위치를 높은 포커스 정밀도로 검사할 수 있다.

본 발명은 상기 각 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

또한 상기 각 실시예에서는, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분에 대한 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 그 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 검사 방법 또는 검사 장치는 본 발명의 범위에 포함된다.

1 : 시료 지지 장치
2 : 시료
2a : 메사부
3 : 대부
4 : Z 기준면
5 : Y 테이블
6 : X 테이블
7 : Z 테이블
8 : 시료 지지부
9 : 지지체
10 : 높이 보정부
11 : Z 센서
11a : 제1 Z 센서
11b : 제2 Z 센서
12 : 측정면
12a : 제1 측정면
12b : 제2 측정면
13, 13a, 13b : 대좌
15 : Z 구동 기구
21 : Z 측정부
24 : 광학계
25 : 제1 광원
26, 28a, 28b : 렌즈
27, 30, 31 : 미러
29 : 제2 광원
32 : 기울기 측정부
34 : Z 높이 제어부

Claims

높이의 기준이 되는 Z 기준면 상에, XY 테이블과 높이 방향을 따라 이동하는 Z 테이블을 배치하고, 상기 Z 테이블로 시료를 지지하여 상기 시료를 소정의 높이 위치에 배치하는 시료 지지 장치로서,
상기 Z 테이블의 이동을 제어하는 높이 보정부를 가지고,
상기 Z 기준면 상에 설치되어 상기 Z 기준면으로부터의 높이를 측정하는 Z 센서를 가지고, 또한 상기 시료의 측정 위치에 대하여 동일 축 상에 측정면을 형성하여, 상기 Z 기준면으로부터의 상기 측정면의 높이를 상기 Z 센서에 의해 측정하고, 그 높이 측정값에 따라 상기 높이 보정부가 상기 Z 테이블을 이동시켜, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 시료의 측정 위치의 동일 축 상에 형성된 상기 측정면은, 상기 시료의 상기 측정 위치를 사이에 두는 제1 측정면과 제2 측정면으로 이루어지고,
상기 Z 센서는, 각각 상기 Z 기준면 상에 설치된 제1 Z 센서와 제2 Z 센서로 이루어지고,
상기 Z 기준면으로부터의 상기 제1 측정면의 높이를 상기 제1 Z 센서에 의해 측정하고, 상기 제2 측정면의 높이를 상기 제2 Z 센서에 의해 측정하여, 각각의 높이 측정값에 따라 상기 높이 보정부가 상기 Z 테이블을 이동시켜, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 Z 테이블은, 상기 시료를 3 점에서 지지하도록 구성되고,
또한, 측정 시료 표면이 서로 이간하는 4 개 이상의 기준 위치에서 광을 순차적으로 조사하여 반사된 광을 수광하여 상기 4 개 이상의 기준 위치의 각각의 높이를 순차적으로 측정하고, 상기 시료 표면의 높이 분포를 나타내는 Z 맵을 작성하는 측정 기구를 가지고,
상기 Z 센서에 의한 높이 측정값과, 상기 측정 기구에 의한 상기 Z 맵에 따라, 상기 높이 보정부가 상기 Z 테이블을 이동시켜, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 높이 보정부는, 상기 시료의 중력 휨 및 상기 Z 테이블의 높이 방향의 변위를 고려하여, 상기 Z 맵을 보정하고, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 측정 기구는, 상기 광을 순차적으로 집광하기 위한 렌즈와 상기 렌즈를 보지하는 보지 기구를 가지고, 또한 상기 Z 센서를 재치하여 상기 Z 센서를 상기 Z 기준면 상에 설치하기 위한 대좌를 가지고,
상기 높이 보정부는, 상기 보지 기구의 열팽창의 영향에 의해 발생하는 상기 렌즈의 초점 위치의 변동, 및 상기 대좌의 열팽창에 의한 상기 Z 센서의 설치 위치의 변동에 따라, 상기 Z 맵을 보정하고, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 높이 보정부는, 기압의 변화에 의한 공기의 굴절률 변동의 영향에 의해 발생하는 상기 렌즈의 초점 위치의 변동에 따라, 상기 Z 맵을 보정하고, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 높이 보정부는, 기압의 변화에 의한 공기의 굴절률 변동의 영향에 의해 발생하는 상기 렌즈의 초점 위치의 변동에 따라, 상기 Z 맵을 보정하고, 상기 시료를 상기 소정의 높이 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.
제1 항에 있어서,
상기 Z 센서는 정전 용량 센서, 전자 유도 센서 및 광학적 센서 중 적어도 1 종인 것을 특징으로 하는 시료 지지 장치.