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JP2003307465A - Apparatus and method for inspection of grating - Google Patents

Apparatus and method for inspection of grating

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JP2003307465A
JP2003307465A JP2002111995A JP2002111995A JP2003307465A JP 2003307465 A JP2003307465 A JP 2003307465A JP 2002111995 A JP2002111995 A JP 2002111995A JP 2002111995 A JP2002111995 A JP 2002111995A JP 2003307465 A JP2003307465 A JP 2003307465A
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Japan
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grating
light
optical system
inspection
light source
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JP2002111995A
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Japanese (ja)
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Masayuki Morita
昌幸 森田
Shin Hotta
慎 堀田
Yutaka Imai
裕 今井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly inspect a specimen containing a fine grating by using a simple inspection apparatus and a simple inspection method without using a transmission electron microscope. <P>SOLUTION: From among diffracted light by the fine grating in the specimen (a mask for an EB aligner), information (a coupling efficiency) measured as a transmittance or a reflectance regarding 0-order diffracted light as direct light is acquired, the information is compared with an analytical result regarding the grating, and a shape of the grating is quantified. As a measuring priciple, the coupling efficiency at the grating which is unequvocally decided by an optical constant of an inspection apparatus, a mask physical property, a mask structure and the shape of the grating is measured, the shape of the grating, a duty especially in a very small grating part and a line width of an isolated line are measured, and a defect is inspected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的手段を用い
た検査装置及び方法において、回折限界以下の周期構造
を持つ微小なグレーティングの計測及び検査技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inspection apparatus and method using optical means, and relates to a technique for measuring and inspecting a minute grating having a periodic structure below the diffraction limit.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体製造プロセスにおける、
光学式結像手段を持つ微細パターン検査手段として、光
学式顕微鏡が良く知られている。光学式顕微鏡におけ
る、限界解像力「D」については、光源波長を「λ」、
対物レンズの開口数を「NA」、光学定数を「K1」と記す
とき、「D=K1・λ/NA」の関係式が成り立つ。
2. Description of the Related Art Generally, in the semiconductor manufacturing process,
An optical microscope is well known as a fine pattern inspection means having an optical image formation means. For the limiting resolution “D” in the optical microscope, the light source wavelength is “λ”,
When the numerical aperture of the objective lens is written as “NA” and the optical constant is written as “K 1 ”, the relational expression of “D = K 1 · λ / NA” is established.

【0003】従って、限界解像力Dの向上には、下記に
示すアプローチが考えられる。
Therefore, in order to improve the limiting resolution D, the following approach can be considered.

【0004】(I)光学定数K1を小さくすること (II)光源波長λを短くすること (III)開口数NAを大きくすること。(I) To reduce the optical constant K 1 (II) To shorten the light source wavelength λ (III) To increase the numerical aperture NA.

【0005】ここで、(I)の光学定数K1については、
一般の光学式顕微鏡では結像を行う為に必要な、1次回
折光の集光限界である、0.5乃至0.6程度が限界と
されている。尚、半導体に代表されるリソグラフプロセ
スにおいては、超解像技術と称して、マスク透過光に位
相差を設け、像面上のコントラストを向上させる手法等
を使って、K1を0.35程度にまで小さくする事に成功
し、物理限界であるK1=0.25にせまりつつある。こ
の技術は、光学式結像手段を持つ微細パターン検査装置
への応用も可能であるが、例えば、位相シフト法では測
定するサンプル条件毎に最適化が必要であり、特定のパ
ターンに対してのみ有効である。この為、汎用性を求め
られる検査装置への実用化は困難である。
Here, regarding the optical constant K 1 of (I),
In a general optical microscope, the limit of about 0.5 to 0.6, which is the focusing limit of the first-order diffracted light necessary for forming an image, is set. Note that in the lithographic process typified by semiconductor is referred to as super-resolution technique, a phase difference provided to mask the transmitted light, using a technique such as to improve the contrast on the image plane, a K 1 of about 0.35 It succeeded in making it as small as, and is approaching the physical limit of K 1 = 0.25. This technique can be applied to a fine pattern inspection apparatus having an optical image forming means, but for example, the phase shift method requires optimization for each sample condition to be measured, and only for a specific pattern. It is valid. For this reason, it is difficult to put it into practical use in an inspection device that requires versatility.

【0006】従って、限界解像力を向上させるには、一
般に、光源波長λの短波長化、対物レンズの大NA化が広
く行われている。
Therefore, in order to improve the limiting resolution, generally, the wavelength of the light source λ is shortened and the NA of the objective lens is increased.

【0007】即ち、上記(II)の光源波長に関して
は、エキシマレーザー、水銀ランプ、固体レーザーの波
長変換技術等を駆使して、193〜266nm(ナノメ
ートル)の深紫外領域での検査装置が普及しており、光
学式顕微鏡における対物レンズの開口数NAが0.95
程度のものまで実用化されてきている。また、上記(I
II)については、屈折液を利用した液浸等の技術によ
りNAを1.0以上に高める事は可能であるが、検査装
置の実用化に関する障害は大きい。
That is, regarding the light source wavelength of the above (II), an inspection apparatus in the deep ultraviolet region of 193 to 266 nm (nanometers) is widely used by making full use of the wavelength conversion technology of an excimer laser, a mercury lamp, and a solid laser. The numerical aperture NA of the objective lens in the optical microscope is 0.95.
It has been put to practical use to a certain degree. In addition, the above (I
Regarding II), although it is possible to increase the NA to 1.0 or more by a technique such as liquid immersion using a refracting liquid, there are serious obstacles to the practical use of the inspection device.

【0008】ところで、近年、これら高解像力化の流れ
が進む速さ以上に、半導体回路パターンの微細化が急速
に進み、光学式による微細パターン検査が限界を迎えよ
うとしている。このことは、特に、次世代半導体プロセ
スにおいて最先端デザインルールを担う、等倍マスクを
用いた、低電圧電子線露光装置マスク検査等の分野にお
いて、より顕著であり、要求される解像力は、現状で実
現し得る光学式顕微鏡の解像力を大きく超えている。こ
の為、電子線を用いた透過型電子顕微鏡を利用した微小
グレーティングマスクパターン検査装置の導入が進めら
れている。
By the way, in recent years, the miniaturization of semiconductor circuit patterns has progressed more rapidly than the speed at which the trend toward higher resolution has progressed, and optical fine pattern inspection is reaching its limit. This is particularly remarkable in the field of low-voltage electron beam exposure apparatus mask inspection, etc., which uses a 1 × mask, which bears the most advanced design rules in the next-generation semiconductor process, and the required resolution is at present. It greatly exceeds the resolution of optical microscopes that can be realized with. Therefore, introduction of a fine grating mask pattern inspection device using a transmission electron microscope using an electron beam is being promoted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、透過型電子
顕微鏡(透過型電子線走査型顕微鏡)を用いた計測で
は、製造コスト等に関して下記の問題がある。
However, in the measurement using the transmission electron microscope (transmission electron beam scanning microscope), there are the following problems in terms of manufacturing cost and the like.

【0010】即ち、この計測方法では、サンプルを透過
した電子ビームを拡大するために、電子対物レンズ、電
子投写レンズが必要であり、また、蛍光可視化の為に高
感度高速減衰型シンチレータ等が必要となるので、非常
に高価である。さらに、解像力の面では光学式を凌駕し
ているが、レジストサンプルに対するダメージ、コンタ
ミネーション汚染、真空中での観察が必要な為に、処理
速度が遅い等の問題を抱えている。
That is, in this measuring method, an electron objective lens and an electron projection lens are required to expand the electron beam that has passed through the sample, and a highly sensitive high-speed decay type scintillator and the like are required for visualization of fluorescence. Therefore, it is very expensive. Furthermore, although it surpasses the optical type in terms of resolution, it has problems such as slow processing speed because damage to the resist sample, contamination contamination, and observation in vacuum are required.

【0011】そこで、本発明は、透過型電子顕微鏡を用
いることなく、簡易な検査装置及び方法を用いて、グレ
ーティングを含む被検査物について迅速に検査を行える
ようにすることを課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to quickly inspect an object to be inspected including a grating by using a simple inspecting apparatus and method without using a transmission electron microscope.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係るグレーティ
ング検査装置は、上記した課題を解決するために、単一
波長を有する光源と、被検査物に係る観察面に光源から
の光を照射するための照明光学系と、光源からの光のう
ち被検査物を透過した光又は当該被検査物で反射した光
を検出する検出光学系とを備え、被検査物のグレーティ
ングによる回折光のうち、直接光である0次回折光に係
る透過率又は反射率として計測される情報を取得すると
ともに、当該情報を、グレーティングに係る解析結果と
比較することによりグレーティングの形状について定量
化するための計測処理手段を設けたものである。
In order to solve the above problems, a grating inspection apparatus according to the present invention irradiates a light source having a single wavelength and an observation surface of an object to be inspected with light from the light source. An illumination optical system for, and a detection optical system for detecting the light transmitted through the inspection object or the light reflected by the inspection object among the light from the light source, among the diffracted light by the grating of the inspection object, Measurement processing means for obtaining information measured as the transmittance or the reflectance of the 0th-order diffracted light which is direct light, and quantifying the shape of the grating by comparing the information with the analysis result of the grating. Is provided.

【0013】また、本発明に係るグレーティング検査方
法は、単一波長を有する光源からの光を、被検査物に係
る観察面に照射し、被検査物を透過した光又は当該被検
査物で反射した光を検出光学系によって画像信号として
検出するとともに、被検査物のグレーティングによる回
折光のうち、直接光である0次回折光に係る透過率又は
反射率としてカップリング効率を計測する工程と、その
計測結果を、グレーティングに係る解析結果と比較する
ために当該計測結果又は解析結果について演算処理を行
うとともに、両結果の比較によって当該グレーティング
の形状について定量化する工程を備えたものである。
In the grating inspection method according to the present invention, the light from the light source having a single wavelength is applied to the observation surface of the inspection object, and the light transmitted through the inspection object or reflected by the inspection object is reflected. A step of detecting the generated light as an image signal by a detection optical system, and measuring the coupling efficiency as the transmittance or reflectance of the 0th-order diffracted light that is direct light among the diffracted light by the grating of the object to be inspected; In order to compare the measurement result with the analysis result related to the grating, a calculation process is performed on the measurement result or the analysis result, and a step of quantifying the shape of the grating by comparing the two results is provided.

【0014】本発明では、光学式の微細パターン検査装
置及び方法として、結像を用いた空間分離による顕微観
察では無く、検査対象を、微細な繰り返しパターン又は
周期性の構造(微小グレーティング構造)に限定して、
そのグレーティング部を光導波路とみたて、当該光導波
路における照明光のカップリング効率、即ち透過率や反
射率を知ることにより、グレーティングの形状に関する
情報を得ることができる。
In the present invention, as an optical fine pattern inspection apparatus and method, the inspection object is not a microscopic observation by spatial separation using image formation, but an inspection target is a fine repetitive pattern or a periodic structure (fine grating structure). Limited
By regarding the grating portion as an optical waveguide and knowing the coupling efficiency of the illumination light in the optical waveguide, that is, the transmittance and the reflectance, information on the shape of the grating can be obtained.

【0015】そして、本発明によれば、光学式顕微鏡で
議論される、限界解像力という概念から解放され、微細
構造観察で必要とされていた、短波長光源、高開口対物
レンズ、高感度撮像装置を必須要件とせずに、微小グレ
ーティング構造を観察するための装置を、比較的入手の
し易い光学素子のみで構成することが可能となり、透過
型電子線走査型顕微鏡を用いることなく、計測や検査を
行うことができる。
According to the present invention, the short-wavelength light source, the high-aperture objective lens, and the high-sensitivity image pickup device, which are required for fine structure observation, are released from the concept of limiting resolution discussed in optical microscopes. It becomes possible to configure the device for observing the micro-grating structure with only relatively easy-to-obtain optical elements, without making the essential requirement, and to perform measurement and inspection without using a transmission electron beam scanning microscope. It can be performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明は、微細な繰り返しパター
ン構造又は周期性の構造をもったグレーティング(回折
格子)を含む被検査物について、当該グレーティングの
形状を光学的に検査するための検査装置及び検査方法に
関するものであり、例えば、EB(電子線)露光装置用
マスクの検査に適用することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is an inspection apparatus for optically inspecting the shape of a grating (diffraction grating) having a fine repeating pattern structure or a periodic structure. And an inspection method, and can be applied to inspection of a mask for an EB (electron beam) exposure apparatus, for example.

【0017】つまり、EB露光装置用マスク製造工程に
おいては、これまで簡易な検査手法が無い為、非常に高
価な、透過型電子線走査型顕微鏡を頻繁に使用する必要
があり、よって、EB露光装置用マスク製造のコストに
占める、検査費用の割合が高いことが問題となってい
る。従って、検査工程においては、簡易な測定装置を導
入し、不良個所を速やかに検出することで、不良品が次
工程へ流されてしまうのを防ぎ、EB露光装置用マスク
製造コストを引き下げる事が求められており、本発明を
用いることによって、問題の根本的な解決が可能とな
る。
That is, in the mask manufacturing process for the EB exposure apparatus, since there is no simple inspection method so far, it is necessary to frequently use a very expensive transmission electron beam scanning microscope. The problem is that the inspection cost accounts for a high proportion of the cost for manufacturing the device mask. Therefore, in the inspection process, by introducing a simple measuring device and promptly detecting a defective portion, it is possible to prevent a defective product from flowing to the next process and reduce the mask manufacturing cost for the EB exposure device. There is a need, and the use of the present invention enables a fundamental solution to the problem.

【0018】尚、本発明をEB露光装置用マスク検査装
置に適用する場合において、その測定原理については、
検査装置の光学定数、マスク物性、マスク構造並びに微
小グレーティング形状によって、一意に定まる量(微小
グレーティングでのカップリング効率)を測定すること
で、微小グレーティングの形状、特に微小グレーティン
グ部のデューティー、孤立線の線幅、ピンホール径の測
定、欠陥の検査を行うことが可能となり、これによっ
て、簡易な検査装置を提供することができる。
When the present invention is applied to a mask inspection apparatus for an EB exposure apparatus, the measuring principle is as follows:
By measuring the amount that is uniquely determined by the optical constants of the inspection device, the physical properties of the mask, the mask structure, and the shape of the micrograting (coupling efficiency in the micrograting), the shape of the micrograting, especially the duty of the micrograting, the isolated line It is possible to measure the line width, pinhole diameter, and inspect for defects, thereby providing a simple inspection device.

【0019】本発明は、グレーティングを含む各種対象
物(被検査物)の光学的検査に広く使用することが可能
であるが、以下では、EB露光装置用マスクを対象にし
て、その検査に用いる装置の構成形態について説明す
る。
The present invention can be widely used for optical inspection of various objects (objects to be inspected) including a grating. In the following, a mask for an EB exposure device is used for the inspection. The configuration of the device will be described.

【0020】本発明に係る装置や方法を説明する前に、
「カップリング効率」として導入される概念について説
明する。
Before describing the apparatus and method according to the present invention,
The concept introduced as "coupling efficiency" will be described.

【0021】この「カップリング効率」とは、対象物に
照明光を照射した場合の光学的結合状態について定量化
するための透過効率や反射効率を含むものである。具体
的には、透過率や反射率を意味するが、一般に、これら
の用語は、例えば、回折現象において、0次光の他、1
次以上の高次光を含めて定義されることが多いので、本
明細書では、0次光のみの場合における透過率や反射率
を包含する表現として、「カップリング効率」という用
語を使用している。尚、後述するように、本発明では、
観察対象物の0次光(直接光)に係る透過率又は反射率
として計測されるカップリング効率の情報を用い、1次
以上の高次光についての結像現象を測定上では利用して
いない。従って、本明細書の説明において、カップリン
グ効率に関して次数を示す必要がある場合(特に、0次
回折光の場合)には、特定の次数を明示している。
The "coupling efficiency" includes the transmission efficiency and the reflection efficiency for quantifying the optical coupling state when the object is irradiated with the illumination light. Specifically, it means transmittance and reflectance, but in general, these terms mean, for example, in the diffraction phenomenon, in addition to 0th-order light, 1
The term "coupling efficiency" is used in this specification as an expression that includes the transmittance and reflectance in the case of only zero-order light, because it is often defined to include higher-order light of the order and higher. . As will be described later, in the present invention,
The information of the coupling efficiency, which is measured as the transmittance or the reflectance of the 0th-order light (direct light) of the observation target, is used, and the imaging phenomenon for the 1st or higher order light is not used in the measurement. Therefore, in the description of the present specification, when it is necessary to indicate the order with respect to the coupling efficiency (particularly, in the case of the 0th order diffracted light), the specific order is specified.

【0022】図1は、本発明を適用した光学式測定装置
として、グレーティング検査装置1の構成例について概
要を示したものである。
FIG. 1 shows an outline of a configuration example of a grating inspection device 1 as an optical measuring device to which the present invention is applied.

【0023】このグレーティング検査装置1は、被検査
物100(本例では、EB露光用マスク)を観察対象と
し、EB露光用マスク上の微小グレーティングの一面に
レーザー光を照射し、当該微小グレーティングの背面側
に導波した直接光の光量を測定する事で、観察対象上に
存在する微小グレーティングの各種情報を検査し、計測
するための検査装置である。
This grating inspection apparatus 1 targets an object to be inspected 100 (EB exposure mask in this example) as an observation target, irradiates one surface of the minute grating on the EB exposure mask with a laser beam, and the minute grating It is an inspection device for inspecting and measuring various information of the minute grating existing on the observation target by measuring the amount of direct light guided to the back side.

【0024】グレーティング検査装置1は、下記に示す
構成要素を備えている。 ・単一波長を有する光源 ・照明光学系 ・検出光学系。
The grating inspection device 1 has the following components.・ A light source with a single wavelength, an illumination optical system, and a detection optical system.

【0025】尚、光源LSについては、単色性を有するレ
ーザー光源、又は放電灯(水銀ランプ等)のスペクトル
輝線を、ダイクロイックミラー、干渉フィルター等の光
学的手段で波長半値全幅10ナノメートル程度に狭搾化
した光源が挙げられ、本例では、所定の光量及びビーム
径の平行光ビームを出射するレーザー光源1Lを用いて
いる(短波長レーザーとして、ArFエキシマレーザーや
YAG4倍波レーザー等が挙げられる。)。
Regarding the light source LS, the spectral emission line of a monochromatic laser light source or a discharge lamp (such as a mercury lamp) is narrowed to about 10 nm full width at half maximum by an optical means such as a dichroic mirror and an interference filter. A squeezed light source can be used. In this example, a laser light source 1L that emits a parallel light beam having a predetermined light amount and a beam diameter is used (as an short-wavelength laser, an ArF excimer laser or
YAG quadruple wave laser and the like can be mentioned. ).

【0026】また、照明光学系LOは、被検査物100に
係る観察面に光源LSからの光を照射するための光学系で
あり、検出光学系DOは、光源LSからの光のうち被検査物
100を透過した光又は当該被検査物で反射した光を検
出するための光学系である。
The illumination optical system LO is an optical system for irradiating the observation surface of the inspected object 100 with light from the light source LS, and the detection optical system DO is one of the light from the light source LS to be inspected. It is an optical system for detecting the light transmitted through the object 100 or the light reflected by the inspection object.

【0027】先ず、照明光学系LOについて説明すると、
レーザー光源1Lから出射された光は、ビームスプリッ
ター2で2つに分岐し、その一方の光がシャッターユニ
ット3を通ってスキャン(走査)ミラー4、リレー光学
系5を経てスキャンミラー6に到達する。尚、スキャン
ミラー4、6は、レーザー光源1Lから出射した平行ビ
ームを被検査物(EB露光装置用マスク)100の下面
(以下、図1の上方を装置の上方と定義する。)におい
て、その観察領域の任意位置にてコヒーレント照明を行
う為にビーム走査を行うものである。また、リレー光学
系5や後述のリレー光学系7は、スキャンミラー4、6
の表面を結像共役状態に保つためのアフォーカルリレー
光学系である。
First, the illumination optical system LO will be described.
The light emitted from the laser light source 1L is split into two by the beam splitter 2, and one of the lights passes through the shutter unit 3 and reaches the scan mirror 6 via the scan (scanning) mirror 4 and the relay optical system 5. . The scan mirrors 4 and 6 form a parallel beam emitted from the laser light source 1L on the lower surface of the inspection object (mask for EB exposure apparatus) 100 (hereinafter, the upper side of FIG. 1 is defined as the upper side of the apparatus). Beam scanning is performed to perform coherent illumination at an arbitrary position in the observation area. In addition, the relay optical system 5 and the relay optical system 7 described later include scan mirrors 4 and 6.
Is an afocal relay optical system for maintaining the surface of the image forming conjugate state.

【0028】スキャンミラー6とミラーRFとの間には、
リレー光学系7が配置されており、ミラーRFで光路変更
を受けた光は、λ/2波長板(2分の1波長板)調整ユ
ニット8、ビームスプリッター9、λ/2波長板調整ユ
ニット10、さらには、λ/4波長板(4分の1波長
板)調整ユニット11を経て、集光レンズ13を透過し
て被検査物100に照射される。つまり、集光レンズ1
3は、EB露光装置用マスクの下面上への結像用に設け
られる。
Between the scan mirror 6 and the mirror RF,
The relay optical system 7 is arranged, and the light whose optical path has been changed by the mirror RF is λ / 2 wavelength plate (half wavelength plate) adjustment unit 8, beam splitter 9, λ / 2 wavelength plate adjustment unit 10 Further, the light passes through the λ / 4 wavelength plate (quarter wavelength plate) adjustment unit 11, passes through the condenser lens 13, and is irradiated to the inspection object 100. That is, the condenser lens 1
3 is provided for imaging on the lower surface of the mask for the EB exposure apparatus.

【0029】尚、瞳12は、集光レンズ13の入射瞳で
あり、また、λ/2波長板調整ユニット8は、直線偏光
状態で出射されたレーザー光の偏光状態を任意に回転さ
せるために、λ/2波長板(2分の1波長板)及びこれ
を光軸回りに回転させる機構を備えている。
The pupil 12 is the entrance pupil of the condenser lens 13, and the λ / 2 wavelength plate adjusting unit 8 is used to arbitrarily rotate the polarization state of the laser light emitted in the linear polarization state. , Λ / 2 wave plate (half wave plate) and a mechanism for rotating the wave plate around the optical axis.

【0030】ビームスプリッター9で分かれた光のう
ち、その一方は、結像レンズ21を透過してファインダ
ー用の撮像装置22に到達し、他方の光がλ/2波長板
調整ユニット10、λ/4波長板調整ユニット11を通
り、集光レンズ13によって結像される。つまり、ビー
ムスプリッター9、結像レンズ21、撮像装置22は、
ファインダー用顕微鏡を構成している。
One of the light beams split by the beam splitter 9 passes through the imaging lens 21 and reaches the image pickup device 22 for the finder, and the other light beam passes through the λ / 2 wavelength plate adjusting unit 10, λ /. An image is formed by the condenser lens 13 through the four-wave plate adjusting unit 11. That is, the beam splitter 9, the imaging lens 21, and the imaging device 22 are
It constitutes a finder microscope.

【0031】λ/2波長板調整ユニット10、λ/4波
長板調整ユニット11については、レーザー光源1Lか
ら出射したレーザー光を、任意の偏光状態で、EB露光
装置用マスク上の、微小グレーティングにカップリング
(光学的結合)させる為に設けられたものである。尚、
各調整ユニットは、それぞれの波長板と、それらを光軸
回りに回転させる機構を備えている。
With respect to the λ / 2 wavelength plate adjusting unit 10 and the λ / 4 wavelength plate adjusting unit 11, the laser light emitted from the laser light source 1L is formed into a fine grating on the mask for the EB exposure device in an arbitrary polarization state. It is provided for coupling (optical coupling). still,
Each adjustment unit includes a respective wave plate and a mechanism for rotating them around the optical axis.

【0032】次に、検出光学系DOについて説明すると、
被検査物100の直ぐ上方にピックアップレンズ14が
配置されている。即ち、EB露光装置用マスクの下面に
おいて微小グレーティングとのカップリングの後、EB
露光装置用マスクの上面へと導波された、レーザー光を
検出するためにピックアップレンズ14が設けられてい
て、当該レンズ14を透過した光が、λ/4波長板調整
ユニット16、λ/2波長板調整ユニット17、さらに
は、ビームスプリッター18、結像レンズ19を経て撮
像装置20に到達して検出される(本例では、被検査物
の透過光を検出する構成形態を採用している。)。
Next, the detection optical system DO will be described.
The pickup lens 14 is arranged immediately above the inspection object 100. That is, after coupling with the minute grating on the lower surface of the mask for the EB exposure apparatus, the EB
A pickup lens 14 is provided for detecting the laser light guided to the upper surface of the mask for the exposure apparatus, and the light transmitted through the lens 14 has a λ / 4 wavelength plate adjusting unit 16 and a λ / 2. The wave plate adjusting unit 17, the beam splitter 18, and the imaging lens 19 reach the image pickup device 20 for detection (in this example, a configuration for detecting the transmitted light of the inspection object is adopted. .).

【0033】尚、瞳15はピックアップレンズ14の出
射瞳であり、また、λ/4波長板調整ユニット16や、
λ/2波長板調整ユニット17は、ピックアップレンズ
14を透過した光の偏光状態を調整する為に設けられて
おり、これらは上記のλ/2波長板調整ユニット10
や、λ/4波長板調整ユニット11と同様の構成を備え
ている。
The pupil 15 is the exit pupil of the pickup lens 14, and the λ / 4 wavelength plate adjusting unit 16 and
The λ / 2 wavelength plate adjusting unit 17 is provided to adjust the polarization state of the light transmitted through the pickup lens 14, and these are provided in the λ / 2 wavelength plate adjusting unit 10 described above.
Also, it has the same configuration as the λ / 4 wavelength plate adjusting unit 11.

【0034】被検査物(EB露光装置用マスク)を上面
から、落射照明にて顕微観察するための照明光学系につ
いては、ビームスプリッター2で分かれた光の一方が、
シャッターユニット23、光路変更用のミラー24、2
4を経てから、スペックル雑音除去用の回転拡散板2
5、ケーラー照明光学系26及び開口絞り27と視野絞
り28、さらには、λ/2波長板調整ユニット29を経
てビームスプリッター18に到達する。尚、λ/2波長
板調整ユニット29は、直線偏光状態で出射されたレー
ザー光の偏光状態を任意に回転させる役目をもち、λ/
2波長板及びその回転機構を備えている。
Regarding the illumination optical system for microscopically observing the object to be inspected (the mask for the EB exposure device) from the upper surface with epi-illumination, one of the lights split by the beam splitter 2 is
Shutter unit 23, optical path changing mirrors 24, 2
Rotating diffuser plate 2 for speckle noise removal after 4
5, the Koehler illumination optical system 26, the aperture stop 27, the field stop 28, and the beam splitter 18 via the λ / 2 wavelength plate adjusting unit 29. The λ / 2 wavelength plate adjusting unit 29 has a function of arbitrarily rotating the polarization state of the laser light emitted in the linearly polarized state, and
It is equipped with a two-wave plate and its rotating mechanism.

【0035】また、図1に示したグレーティング検査装
置1では図示を省略しているが、レーザー光源を用いて
コヒーレント照明を行う手段と共に、インコヒーレント
照明及び部分コヒーレント照明を行う手段を排他的に使
用することができる構成とされている。
Although not shown in the figure, the grating inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 exclusively uses the means for performing coherent illumination using a laser light source and the means for performing incoherent illumination and partial coherent illumination. It is configured to be able to.

【0036】グレーティング検査装置1では、EB露光
装置用マスクへのカップリング光の伝播に、コヒーレン
ト照明手段を用いており、上記したように、コヒーレン
ト照明光のスキャニング機構として、スキャンミラー
4、6を用いているが、これに限らず各種のスキャニン
グ機構(例えば、音響光学素子や、ポリゴンミラー、ニ
ッポウディスク等)を用いることができる。
In the grating inspection apparatus 1, the coherent illumination means is used to propagate the coupling light to the mask for the EB exposure apparatus. As described above, the scan mirrors 4 and 6 are used as the scanning mechanism of the coherent illumination light. However, the present invention is not limited to this, and various scanning mechanisms (for example, an acousto-optic device, a polygon mirror, a Nippon disc, etc.) can be used.

【0037】尚、インコヒーレント照明もしくは部分コ
ヒーレント照明では、ある領域を一括して照明すること
になる為、後述するカップリング効率の検出を行う際
に、周辺パターンからの回折光との干渉の影響を受ける
ので、視野による制限を加える必要がある。視野を微小
なグレーティング領域に合せ込む事で、周辺パターンと
の干渉を防ぐ機構を、視野絞りに持たせる等の対策を施
せば、カップリング光伝播手段として、インコヒーレン
ト照明もしくは部分コヒーレント照明手段を用いても構
わない。
In the incoherent illumination or the partial coherent illumination, since a certain area is illuminated at once, the influence of interference with the diffracted light from the peripheral pattern is detected when the coupling efficiency described later is detected. Therefore, it is necessary to add a restriction by the field of view. Incoherent illumination or partially coherent illumination means can be used as the coupling light propagation means by providing a field diaphragm with a mechanism that prevents interference with surrounding patterns by matching the field of view to a minute grating area. You can use it.

【0038】上記検出光学系DOの撮像装置20によっ
て検出される画像情報については、計測処理手段30に
送られて処理される。この計測処理手段30は、コンピ
ュータ等の情報処理手段を用いて画像処理や光学計測、
解析の処理を行うものであり、被検査物100のグレー
ティングによる回折光のうち、直接光である0次回折光
についての情報から当該グレーティング形状の検査に必
要な処理を行う。具体的には、0次回折光に係る透過率
又は反射率として計測されるカップリング効率の情報を
取得するとともに、当該情報をグレーティングに係る解
析結果と比較することにより、グレーティング形状につ
いて定量化するための処理を行い(測定原理や処理につ
いては後で詳述する)、その結果を出力処理部40に送
出して、検査結果についての判定表示等を行うが、その
前に、被検査物である、EB露光装置用マスクについ
て、図2に示す概略図を用いて説明する。
The image information detected by the image pickup device 20 of the detection optical system D0 is sent to the measurement processing means 30 and processed. The measurement processing means 30 uses an information processing means such as a computer to perform image processing, optical measurement,
The analysis process is performed, and the process necessary for inspecting the grating shape is performed based on the information about the 0th-order diffracted light that is direct light among the diffracted light by the grating of the inspection object 100. Specifically, in order to quantify the grating shape by acquiring the information of the coupling efficiency measured as the transmittance or the reflectance of the 0th-order diffracted light and comparing the information with the analysis result of the grating. Is performed (the measurement principle and processing will be described in detail later), and the result is sent to the output processing unit 40 to perform a judgment display and the like of the inspection result, but before that, it is the inspected object. , EB exposure apparatus mask will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG.

【0039】EB露光装置用マスクには、有限領域を持
つ微小なグレーティング部分(あるいはグレーティング
領域)101が形成されているが、図2の右側に分けて
示すように、純粋なグレーティング201と、当該グレ
ーティングの存在する矩形領域202、そして、個々の
グレーティングを構成する導波路203(つまり、当該
導波路203が光の通路であって、図には、その1つを
抽出して示しているが、多数の導波路が所定の間隔をも
って配置された集まりによって、グレーティング201
が形成されている。)に分けて考える必要がある。
A minute grating portion (or a grating area) 101 having a finite area is formed on the mask for the EB exposure apparatus. As shown separately on the right side of FIG. The rectangular region 202 where the grating exists, and the waveguides 203 that form the individual gratings (that is, the waveguides 203 are optical paths, and one of them is extracted and shown in the figure, The grating 201 is formed by a group of a large number of waveguides arranged at a predetermined interval.
Are formed. ).

【0040】その理由は、グレーティング部分101を
導波するように、マスクに対して照射された照明光が、
ピックアップレンズ14にて集光された後、撮像装置2
0により検出されるが、その際、撮像装置20で得られ
る画像信号については、グレーティングの存在する矩形
領域202(以下、単に「領域202」という。)で発
生する回折像及び導波路203にて発生するモード光の
影響を受けるからである。
The reason is that the illumination light applied to the mask so as to guide the light through the grating portion 101 is
After being collected by the pickup lens 14, the imaging device 2
However, regarding the image signal obtained by the image pickup device 20, the diffraction image generated in the rectangular region 202 where the grating exists (hereinafter, simply referred to as “region 202”) and the waveguide 203 are detected. This is because it is affected by the generated mode light.

【0041】領域202で発生する回折像の影響は、特
に、照明光学系の形態、即ち、集光レンズのNAや、臨
界照明であるかケーラー照明であるかといった、照明の
コヒーレンスファクターによって異なる。
The influence of the diffracted image generated in the region 202 depends on the form of the illumination optical system, that is, the NA of the condenser lens and the coherence factor of the illumination such as critical illumination or Koehler illumination.

【0042】このように、実際のグレーティング部分
(101)が有限領域内に形成されること及び有限領域
のエッジ部(縁)における回折像の影響が存在し、さら
には、個々のグレーティングについて、その形状や、照
明光学系の開口数、微小グレーティングの分光特性や膜
厚等により定まる決定方程式に従った、導波路モード光
を併せて観察することになる(これらの影響が、上記撮
像装置20によって取得される画像情報に反映され
る。)。
As described above, the fact that the actual grating portion (101) is formed in the finite area and the influence of the diffraction image at the edge portion (edge) of the finite area exists, and further, for each grating, Waveguide mode light according to a deterministic equation determined by the shape, the numerical aperture of the illumination optical system, the spectral characteristics of the micro-grating, the film thickness, etc. is also observed (these influences are caused by the imaging device 20). It is reflected in the acquired image information.).

【0043】図3は、マスクのうち、上記グレーティン
グ部分101を主にして、集光レンズ13及びピックア
ップレンズ14を模式的に示した概略図であり、図中に
示すZ方向が光軸方向を示し、これに直交するX方向が
グレーティングの形成方向を示している(図示は省略す
るが、Y方向が図の紙面に垂直であって、かつX、Zの
各方向に対して直交する方向である。)。
FIG. 3 is a schematic view schematically showing the condenser lens 13 and the pickup lens 14 of the mask, mainly the grating portion 101. The Z direction in the drawing is the optical axis direction. The X direction perpendicular to this is the grating formation direction (although not shown, the Y direction is perpendicular to the plane of the drawing and is perpendicular to the X and Z directions). is there.).

【0044】集光レンズ13を透過したレーザー光は、
グレーティング部分101の下面でビームウエスト位置
となるように照明され、当該位置における波面が平行波
の状態でグレーティング部分101へ伝播される。
The laser light transmitted through the condenser lens 13 is
The lower surface of the grating portion 101 is illuminated so as to be at the beam waist position, and the wavefront at that position is propagated to the grating portion 101 in a parallel wave state.

【0045】このような微小グレーティングをもつマス
クパターン面に対して、任意波長を持つ単色光を照射す
ると、当該グレーティングによって回折される、各次数
における回折角については、グレーティングピッチおよ
び光源波長の一次式で容易に求める事が出来るが、任意
次数における回折効率、即ち、カップリング効率は、マ
クスウェル方程式を解く事で与えられる。
When monochromatic light having an arbitrary wavelength is irradiated onto a mask pattern surface having such a minute grating, the diffraction angle at each order, which is diffracted by the grating, can be calculated by the linear expression of the grating pitch and the light source wavelength. Although it can be easily obtained with, the diffraction efficiency in an arbitrary order, that is, the coupling efficiency is given by solving the Maxwell equation.

【0046】伝播光としてFar Field(遠方距離)にて
観察可能な回折光は、前方及び後方(図1では撮像装置
20に向かう方向を前方と定義する。)へ伝播光として
観察される。一方、グレーティング内においては、エバ
ネッセント波が発生しており、エバネッセント波はNear
Field(近距離)のみでしか観察されない。従って、グ
レーティングのカップリング効率を正しく計算するに
は、エバネッセント光も含めて、マクスウェル方程式を
解く必要がある。
Diffracted light that can be observed in a far field (far distance) as propagating light is observed as propagating light to the front and the rear (the direction toward the image pickup device 20 is defined as the front in FIG. 1). On the other hand, an evanescent wave is generated in the grating, and the evanescent wave is near
Only observed in the Field (short distance). Therefore, to correctly calculate the coupling efficiency of the grating, it is necessary to solve the Maxwell equation including the evanescent light.

【0047】図4及び図5は、グレーティング部分10
1に対して平行波を照射した場合の概念的な説明図であ
る。
4 and 5 show the grating portion 10
It is a conceptual explanatory view at the time of irradiating a parallel wave with respect to 1.

【0048】図4は、グレーティングピッチ「d」が光
源波長λよりも大きい場合(d>λ)を示し、0次回折
光(直接光)の他、+1次、−1次等の回折光が現れ
る。
FIG. 4 shows the case where the grating pitch "d" is larger than the light source wavelength λ (d> λ). In addition to 0th-order diffracted light (direct light), + 1st-order, -1st-order, etc. diffracted light appears. .

【0049】これに対して、図5は、dがλよりも小さ
い場合(d<λ)を示しており、0次光と、グレーティ
ング内を伝播するエバネッセント波(図には、左右方向
をそれぞれ向いた矢印で示す。)が発生する。
On the other hand, FIG. 5 shows the case where d is smaller than λ (d <λ), and the 0th-order light and the evanescent wave propagating in the grating (in the figure, the left and right directions are shown respectively). This is indicated by the arrow pointing to the right).

【0050】ところで、本発明に係るグレーティング検
査装置では、主な観察対象として、光学的な結像限界以
下の周期構造を持つサンプル、即ち、一次以上の回折光
が伝播光として発生しない様な微小グレーティングを対
象としている訳であるから、観察される回折光は0次回
折光(即ち、透過又は反射の直接光)である。
By the way, in the grating inspection apparatus according to the present invention, as a main observation target, a sample having a periodic structure below the optical image formation limit, that is, a minute amount such that diffracted light of the first order or higher is not generated as propagating light. Since the target is the grating, the diffracted light that is observed is the 0th-order diffracted light (that is, direct light that is transmitted or reflected).

【0051】後述するように、カップリング効率につい
ては、光源波長、照射NA、集光NA、サンプル物質の
誘電率ε、透磁率μといった物性、グレーティングピッ
チ、グレーティングデューティー、膜厚や階層構造とい
ったサンプル構造等から一意に定まる。よって、このカ
ップリング効率を測定するとともに、さらに、サンプル
に関する既知の情報からマクスウェル方程式を解き、得
られた値と観察結果(上記撮像装置20により得られる
画像情報)を比較する事が可能となる。即ち、0次回折
光に関して、観察値(あるいは観測値)とサンプルに関
する既知の情報から得られるマクスウェル方程式の解析
結果とを比較することによって、光学的な結像限界を超
えた、即ち、空間分離が不可能な周期構造をもつ微細パ
ターンの計測及び検査を実現することが可能となる。
As will be described later, regarding the coupling efficiency, the light source wavelength, the irradiation NA, the condensing NA, the physical properties such as the permittivity ε and the permeability μ of the sample substance, the grating pitch, the grating duty, the sample such as the film thickness and the hierarchical structure. It is uniquely determined from the structure. Therefore, it is possible to measure the coupling efficiency and further solve the Maxwell equation from known information about the sample, and compare the obtained value with the observation result (image information obtained by the imaging device 20). . That is, regarding the 0th-order diffracted light, by comparing the observed value (or the observed value) with the analysis result of the Maxwell equation obtained from known information about the sample, the optical imaging limit is exceeded, that is, the spatial separation is It is possible to realize measurement and inspection of a fine pattern having an impossible periodic structure.

【0052】以下では、上記したグレーティング検査装
置1の測定原理について詳細に説明する。
The measurement principle of the above-described grating inspection device 1 will be described in detail below.

【0053】先ず、レーザー光源1Lについては、検出
光学系DOの解像力を考慮すると、例えば、266ナノメ
ートルの波長を持つYAG4倍波レーザーや、244ナ
ノメートルの波長をもつアルゴンイオンレーザー2倍波
等が挙げられるが、レーザー光源に求められる光源波長
については、観察対象、つまり、EB露光装置用マスク
の材料物性によって決定されるべきである。即ち、EB
露光装置用マスク上の微小グレーティングにてカップリ
ングされるカップリング効率、並びにEB露光装置用マ
スク中を導波するカップリング効率については、集光レ
ンズ13の開口数、照明のコヒーレンスファクター、E
B露光装置用マスク上の微小グレーティングの形状のみ
ならず、当該マスクの材料物性、特に、材料の分光特性
(誘電率ε、透磁率μ)に大きく左右されるからであ
る。
First, regarding the laser light source 1L, in consideration of the resolving power of the detection optical system DO, for example, a YAG quadruple wave laser having a wavelength of 266 nanometers, an argon ion laser double wave having a wavelength of 244 nanometers, etc. However, the light source wavelength required for the laser light source should be determined depending on the physical properties of the material to be observed, that is, the mask for the EB exposure apparatus. That is, EB
Regarding the coupling efficiency of coupling by the fine grating on the mask for the exposure apparatus and the coupling efficiency for guiding in the mask for the EB exposure apparatus, the numerical aperture of the condenser lens 13, the coherence factor of illumination, E
This is because not only the shape of the minute grating on the mask for the B exposure apparatus but also the material physical properties of the mask, in particular, the spectral characteristics (dielectric constant ε, magnetic permeability μ) of the material are greatly influenced.

【0054】グレーティング検査装置1においては、レ
ーザー光源1Lの光源波長、微小グレーティングマスク
の材質及び厚みによって決定されるEB露光装置用マス
クの非グレーティング部(隣り合う導波路203同士の
間に存在する部分)の透過率が、グレーティング部分の
光検出(カップリング効率の検出)にとって、ノイズに
なるのを避ける為に、マスク材料としては、半導体製造
プロセスからの流用が可能であるシリコン(Si)を想定
している。よって、図6で示される通り、垂直入射の際
にレーザー光源1Lの光源波長が所定厚のEB露光装置用
マスクを透過しない波長領域、即ち、光源波長400ナ
ノメートル以下のレーザー光源が好ましい。
In the grating inspection apparatus 1, the non-grating portion of the mask for the EB exposure apparatus (the portion existing between the adjacent waveguides 203) is determined by the light source wavelength of the laser light source 1L, the material and the thickness of the minute grating mask. ) Transmittance is assumed to be silicon (Si) that can be diverted from the semiconductor manufacturing process as the mask material in order to avoid becoming noise for optical detection (coupling efficiency detection) of the grating part. is doing. Therefore, as shown in FIG. 6, it is preferable that the laser light source 1L has a wavelength range in which the light source wavelength of the laser light source 1L does not pass through the mask for the EB exposure device having a predetermined thickness, that is, a light source wavelength of 400 nanometers or less.

【0055】図6は、上記非グレーティング部に対し
て、垂直に入射した光線の透過率に関する波長依存性を
例示したものであり、横軸に波長(単位:nm)をと
り、縦軸に透過率(百分率)をとっている。
FIG. 6 exemplifies the wavelength dependence of the transmittance of a light beam that is vertically incident on the non-grating part. The horizontal axis represents wavelength (unit: nm) and the vertical axis represents transmission. The rate (percentage) is taken.

【0056】グラフに示すように、波長400nm付近
から透過率が次第に上昇していくことが分かる。
As shown in the graph, it can be seen that the transmittance gradually increases from around the wavelength of 400 nm.

【0057】尚、一般に、微細パターンの観察を行うに
は、短波長光源の方が好ましいとされるが、EB露光装
置用マスク材料として、今後広く用いられることが予想
されているシリコンを想定して、図7に示すシミュレー
ションを行った結果からは、光源波長193ナノメート
ルのArFエキシマレーザーよりも光源波長266ナノ
メートルのYAG4倍波レーザーの方が、より多くの0
次回折光を導波する事が分かっている。
Generally, a short-wavelength light source is preferable for observing a fine pattern, but it is assumed that silicon, which is expected to be widely used in the future, as a mask material for an EB exposure apparatus. As a result of the simulation shown in FIG. 7, the YAG quadruple wave laser having a light source wavelength of 266 nm has a larger number of 0 than the ArF excimer laser having a light source wavelength of 193 nm.
It is known to guide second-order diffracted light.

【0058】上記グレーティング検査装置1では、透過
光量計測を行うので、微小グレーティングのマスクサン
プルにおける非グレーティング部の透過率が高い場合
(即ちサンプル自体が光源波長の光に対して透磁率が低
い物質である場合)に、グレーティング部の導波光との
変調が取り難く、測定精度の確保が困難であるため、光
源波長として、サンプルの非グレーティング部が光源光
を遮蔽するか、又は透過率の低い範囲の光源波長を用い
ている。
Since the above-mentioned grating inspection device 1 measures the amount of transmitted light, when the transmittance of the non-grating part in the mask sample of the minute grating is high (that is, the sample itself is a substance having a low magnetic permeability with respect to the light of the light source wavelength). In some cases), because it is difficult to obtain the modulation with the guided light of the grating part and it is difficult to secure the measurement accuracy, the non-grating part of the sample blocks the source light or the range of low transmittance as the light source wavelength. The light source wavelength of is used.

【0059】図7は、無限周期の微小グレーティングに
ついて、ある条件下における光源波長毎の透過率(即
ち、前方に出射される0次回折光の透過率)を示してお
り、横軸には、グレーティングピッチ(単位:μm)を
とり、縦軸にはカップリング効率(この場合には、0次
回折光の透過率であり、百分率で示す。)をとって光源
波長の違いによる影響を示している。
FIG. 7 shows the transmittance for each light source wavelength (that is, the transmittance of the 0th-order diffracted light emitted forward) under a certain condition for a minute grating with an infinite period, and the horizontal axis shows the grating. Pitch (unit: μm) is taken, and the vertical axis shows the coupling efficiency (in this case, the transmittance of the 0th-order diffracted light, which is shown as a percentage), showing the influence of the difference in the light source wavelength.

【0060】尚、グラフ曲線「g(λ)」は、波長λ
(nm)の場合の特性を表しており、λ=193、24
8、266、355nmについて例示している。
The graph curve "g (λ)" is the wavelength λ
(Nm) represents the characteristic, and λ = 193, 24
8, 266, 355 nm are illustrated.

【0061】例えば、λ=193nmの場合には、グレ
ーティングピッチ(間隔)が小さい範囲でカップリング
効率が低く、0.09μm付近から透過率が上昇するの
に対して、λ=266nmの場合には、広範囲に亘って
カップリング効率が比較的高いことが分かる(尚、λ=
248nm、355nmでは、λ=266nmの場合に
比べて、カップリング効率が少し低い。)。
For example, in the case of λ = 193 nm, the coupling efficiency is low in the range where the grating pitch (spacing) is small, and the transmittance increases from around 0.09 μm, whereas in the case of λ = 266 nm. , The coupling efficiency is relatively high over a wide range (where λ =
At 248 nm and 355 nm, the coupling efficiency is slightly lower than when λ = 266 nm. ).

【0062】この様に、求められる光源波長について
は、観察対象の物性、開口径や厚さ等の微小グレーティ
ング形状に応じて決定することが望ましい。具体的に
は、本例に示すグレーティング検査装置1で、EB露光
装置用マスクの材料としてシリコンを想定した場合に、
図6及び図7に示す結果から最適であることが示された
266ナノメートルのYAG4倍波レーザーを用いてい
る。また、本例では、EB露光装置用マスクの非グレーテ
ィング部がレーザー光源1Lの波長に対して非透明であ
る波長を選択しているが、これは、検出感度を高める為
である。従って、EB露光装置用マスクの非グレーティン
グ部が、レーザー光源1Lの波長に対して透過性があっ
ても構わない。さらには、400ナノメートル以下の紫
外線光源として、検出感度の差はあるが、他の光源波長
を用いることも可能である。
As described above, it is desirable to determine the required light source wavelength according to the physical properties of the object to be observed and the shape of the minute grating such as the aperture diameter and the thickness. Specifically, in the grating inspection apparatus 1 shown in this example, when silicon is assumed as the material of the mask for the EB exposure apparatus,
A 266-nanometer YAG quadruple wave laser, which is shown to be optimum from the results shown in FIGS. 6 and 7, is used. Further, in this example, the non-grating portion of the mask for the EB exposure apparatus selects a wavelength that is non-transparent to the wavelength of the laser light source 1L, but this is to increase the detection sensitivity. Therefore, the non-grating portion of the mask for the EB exposure device may be transparent to the wavelength of the laser light source 1L. Furthermore, it is also possible to use other light source wavelengths as the ultraviolet light source of 400 nm or less, although there is a difference in detection sensitivity.

【0063】図8は、無限周期の微小グレーティングに
ついて、グレーティング厚、グレーティングピッチ、光
源波長、照明条件を固定し、グレーティングデューティ
ーを変数にした際の透過光、即ち、前方0次回折光のカ
ップリング効率を示す解析結果を示すものである。尚、
この図では、横軸にグレーティングデューティー(百分
率)をとり、縦軸には透過カップリング効率(0次回折
光の透過率であり、百分率で示す。)をとって、両者の
関係を表している。
FIG. 8 shows the coupling efficiency of transmitted light when the grating thickness, the grating pitch, the light source wavelength, and the illumination conditions are fixed and the grating duty is used as a variable, that is, the forward 0th-order diffracted light, for a minute grating with an infinite period. The results of the analysis are shown. still,
In this figure, the horizontal axis represents the grating duty (percentage), and the vertical axis represents the transmission coupling efficiency (transmittance of the 0th-order diffracted light, which is shown in percentage), showing the relationship between the two.

【0064】図中に示すグラフ曲線「gg(λ)」(λ
=193、248、266、355nm)は、光源波長
の違いをそれぞれ示しており、波長の選定については、
図7の場合と同じである。また、「グレーティングデュ
ーティー」については、1ピッチ内でグレーティングが
占める幅の割合を百分率で表したものに相当し、例え
ば、グレーティングの縞模様を、コントラストの高低
(あるいは明暗)で表す場合において、コントラストの
高い透過部分の幅を1周期分の幅で割った値を100倍
して百分率で表したものである。
The graph curve "gg (λ)" (λ
= 193, 248, 266, 355 nm) respectively indicate the difference in the light source wavelength. Regarding the selection of the wavelength,
This is the same as the case of FIG. 7. The “grating duty” corresponds to a percentage of the width occupied by the grating within one pitch, and, for example, when the stripe pattern of the grating is represented by high or low contrast (or light and dark), Is a value obtained by dividing the width of the high transmission portion by the width of one cycle and multiplying it by 100, and expressing it as a percentage.

【0065】図8から明らかな通り、グレーティング
厚、グレーティングピッチ、光源波長、照明条件を固定
した場合、グレーティングデューティーは、一意に定ま
る事が分かる。一般に、半導体露光マスクに代表される
微小グレーティング形状において、グレーティングピッ
チの不均一性(ムラ)、グレーティング厚の変動は製造
プロセス上、グレーティングデューティーの不均一性
(ムラ)に比べると、十分に小さい事が良く知られてお
り、同一プロセス内において、グレーティング厚、グレ
ーティングピッチは一定と近似して良い。この特徴を利
用する事により、本発明に係るグレーティング検査装置
1では、光学的な検出手段を用いながら、光学解像力以
下の繰り返しパターンや周期性を持つ微小グレーティン
グについてグレーティングデューティーの定量化を可能
としている。
As is clear from FIG. 8, when the grating thickness, grating pitch, light source wavelength, and illumination conditions are fixed, the grating duty is uniquely determined. Generally, in a minute grating shape represented by a semiconductor exposure mask, the unevenness of the grating pitch (unevenness) and the fluctuation of the grating thickness are sufficiently smaller than the unevenness (unevenness) of the grating duty in the manufacturing process. Is well known, and the grating thickness and the grating pitch can be approximated to be constant in the same process. By utilizing this feature, the grating inspection device 1 according to the present invention can quantify the grating duty for a minute grating having a repetitive pattern or periodicity equal to or less than the optical resolution, while using an optical detecting means. .

【0066】尚、各グラフ曲線gg(λ)については、
いずれもグレーティングデューティーの増加に伴ってカ
ップリング効率が増加する傾向をもっているが、中でも
曲線gg(266nm)の場合に、カップリング効率が
高いことが分かる。
Regarding each graph curve gg (λ),
In both cases, the coupling efficiency tends to increase as the grating duty increases, but it can be seen that the coupling efficiency is high especially in the case of the curve gg (266 nm).

【0067】また、本発明の対象となる微小グレーティ
ングについては、繰り返しパターンに限定されることな
く、例えば、孤立線、コンタクトホール等に関しても、
周辺パターンとの間隔において、周期性が存在していれ
ば、カップリング効率を導く事が可能である。従って、
露光装置用マスクパターンに限らず、実配線パターン等
を検査対象としても構わない。
Further, the minute grating which is the object of the present invention is not limited to the repetitive pattern, and, for example, isolated lines, contact holes, etc.
If there is periodicity in the interval with the peripheral pattern, it is possible to derive the coupling efficiency. Therefore,
The inspection target is not limited to the mask pattern for the exposure apparatus and may be an actual wiring pattern or the like.

【0068】次に、上記グレーティング検査装置1にお
いて、EB露光装置用マスク上のグレーティング部分1
01に照射されたレーザー光が、どの様にピックアップ
レンズ14へとカップリングするかについて説明する。
Next, in the above-mentioned grating inspection apparatus 1, the grating portion 1 on the mask for the EB exposure apparatus
A description will be given of how the laser light emitted to 01 is coupled to the pickup lens 14.

【0069】レーザー光源1Lから出射されたレーザー
光は、上記のように、グレーティング部分101の下面
で収束され集光される。当該部分101におけるカップ
リング効率を求める為には、図2に示したように、有限
領域内のグレーティング201、矩形領域202、個々
の導波路203による影響を考慮する必要があり、やや
複雑である。
The laser light emitted from the laser light source 1L is converged and condensed on the lower surface of the grating portion 101 as described above. In order to obtain the coupling efficiency in the portion 101, as shown in FIG. 2, it is necessary to consider the influence of the grating 201 in the finite area, the rectangular area 202, and the individual waveguides 203, which is rather complicated. .

【0070】そこで、先ずは、無限周期構造のグレーテ
ィングにおける、カップリング効率の解析方法について
説明する。
Therefore, first, a method of analyzing coupling efficiency in a grating having an infinite periodic structure will be described.

【0071】無限周期構造のグレーティングに収束され
て集光されたレーザー光は、ガウス分布の光場特性を持
つ。この光について入射角毎に平面波展開を行い、角度
スペクトル分布を求める。平面波展開する事で、微小グ
レーティングへのカップリングについて、平面波として
取り扱う事ができ、グレーティングにおけるカップリン
グ効率に関して、RCW法を用いた電磁場解析手法を使用
することができる。この方法は、マクスウェル(Maxwel
l)方程式を厳密に解く手法の一つであって、「Rigorou
s Coupled-Wave Analysis」法を指し、グレーティング
に入射した平面波の任意次数の回折効率を厳密に求める
解析手法の一つである。尚、本発明に用いる解析法につ
いては、RCW法に限定されるものではなく、実用上問題
の無い近似手法を用いても構わない。
The laser light converged and condensed in the grating having the infinite period structure has the optical field characteristic of Gaussian distribution. A plane wave expansion is performed for each incident angle of this light to obtain an angular spectrum distribution. By expanding the plane wave, the coupling to the minute grating can be treated as a plane wave, and the electromagnetic field analysis method using the RCW method can be used for the coupling efficiency in the grating. This method is based on Maxwell (Maxwel
l) One of the methods to solve equations exactly,
"s Coupled-Wave Analysis" method, which is one of the analytical methods for exactly obtaining the diffraction efficiency of an arbitrary order of a plane wave incident on a grating. The analysis method used in the present invention is not limited to the RCW method, and an approximation method that poses no practical problems may be used.

【0072】入射開口内で、各平面波毎に微小グレーテ
ィングへカップリングされるカップリング効率、即ち、
複素振幅透過率及び複素振幅反射率を求め、全平面波成
分を足し合わせる計算を行えば良い。
In the entrance aperture, the coupling efficiency of coupling each plane wave to the minute grating, that is,
It suffices to calculate the complex amplitude transmittance and the complex amplitude reflectance and add all the plane wave components.

【0073】近年、グレーティング理論は、RCW法の
発達等によってその近似収束性が急速に高まってきてお
り、無限周期におけるグレーティングの電磁場解析手法
は、ほぼ確立されてきている。RCW法によれば、電磁
場をTEモードとTMモードそれぞれに分割し、それぞ
れに任意次数における前方への複素透過率Tと後方への
複素反射率Rを解く。尚、TE波、TM波がそれぞれ相
関のある状態、即ち円偏光等の状態では、位相項を加え
て解けば良い。また、相間の位相整合状態については、
波数ベクトルのうち、グレーティング方向の波数ベクト
ル成分を各次数にて整合させる。
In recent years, the approximate convergence of the grating theory has rapidly increased due to the development of the RCW method and the like, and the electromagnetic field analysis method of the grating in an infinite period has been almost established. According to the RCW method, the electromagnetic field is divided into TE mode and TM mode, and the forward complex transmittance T and the backward complex reflectance R at an arbitrary order are solved for each. In addition, in the state where the TE wave and the TM wave are correlated with each other, that is, in the state of circularly polarized light or the like, the phase term may be added to solve. Also, regarding the phase matching state between the phases,
Among the wave number vectors, wave number vector components in the grating direction are matched in each order.

【0074】電磁場解析により求めた、無限周期グレー
ティングにおけるカップリング効率の解析結果は、無限
周期グレーティングの上面の複素振幅分布として表現で
き、この複素振幅分布を、ピックアップレンズ14の開
口に対応したローパスフィルターを通した後でフーリエ
変換し、即ち、瞳面上でのフラウンホーファー回折像の
強度分布を求め、それから逆フーリエ変換する事で、グ
レーティング部に関して、撮像装置20上の像強度と等
価な像強度が得られることになる。
The analysis result of the coupling efficiency in the infinite period grating obtained by the electromagnetic field analysis can be expressed as a complex amplitude distribution on the upper surface of the infinite period grating, and this complex amplitude distribution corresponds to the low pass filter corresponding to the aperture of the pickup lens 14. After passing through, the Fourier transform is performed, that is, the intensity distribution of the Fraunhofer diffraction image on the pupil plane is obtained, and then the inverse Fourier transform is performed to obtain an image intensity equivalent to the image intensity on the imaging device 20 with respect to the grating part. Will be obtained.

【0075】本発明における検査方法について、基本的
な処理手順を箇条書きにしてまとめると下記のようにな
る。 (1) 微小グレーティングにおける任意次数の回折光
についてカップリング効率を解析によって求める工程 (2) (1)の解析結果を、計測結果と比較するため
の演算処理を行う工程 (3) (2)で得られた結果と、計測結果とを比較す
る工程。
Regarding the inspection method according to the present invention, the basic processing procedure is summarized as itemized as follows. (1) In the step (2) of calculating the coupling efficiency of the diffracted light of arbitrary order in the minute grating by analysis, in the step (3) of performing the arithmetic processing for comparing the analysis result with the measurement result (2) A step of comparing the obtained result with the measurement result.

【0076】先ず、(1)では、図8で説明したよう
に、光源波長、光学定数、グレーティング材料の物性や
形状特性、グレーティング周期、グレーティング領域、
グレーティング厚を既知とおいた場合、0次回折光のカ
ップリング効率が、グレーティングデユーティー毎に一
意に定まることを利用する。つまり、微小グレーティン
グにおける任意次数の回折光カップリング効率をRCW
法もしくはFDTD(Finite Difference Time Domai
n)法等の解析手法、又はスカラー解析による近似解析
により求める。
First, in (1), as described with reference to FIG. 8, the light source wavelength, the optical constants, the physical properties and shape characteristics of the grating material, the grating period, the grating region,
When the thickness of the grating is known, the fact that the coupling efficiency of the 0th-order diffracted light is uniquely determined for each grating duty is used. That is, the diffracted light coupling efficiency of an arbitrary order in the minute grating can be calculated by RCW
Law or FDTD (Finite Difference Time Domai
n) Analysis method such as method, or approximate analysis by scalar analysis.

【0077】(2)では、この解析より得られたグレー
ティングの上記検出光学系DO側の界面における複素振幅
分布に基いて、当該検出光学系と等価な伝達関数を用い
た演算手法により、検出光学系DOで得られる画像信号と
等価な強度分布を求める。
In (2), based on the complex amplitude distribution at the interface of the above-mentioned detection optical system DO of the grating obtained by this analysis, the detection optical system is calculated by a calculation method using a transfer function equivalent to the detection optical system. Obtain the intensity distribution equivalent to the image signal obtained by the system DO.

【0078】(3)では、(2)の結果と、グレーティ
ング検査装置1における計測値とを比較する事で、被検
査物に係るグレーティングデューティーの定量化を行
う。
In (3), the result of (2) is compared with the measurement value of the grating inspection apparatus 1 to quantify the grating duty of the object to be inspected.

【0079】ところで、上記グレーティング検査装置1
において、被検査物であるEB露光装置用マスクについ
ては、上記したように有限領域を持つパターンである。
By the way, the above-mentioned grating inspection device 1
In the above, the mask for the EB exposure apparatus, which is the inspection object, is a pattern having a finite area as described above.

【0080】従って、カップリング効率の厳密解を求め
るには、前述の通り、マクスウェル方程式を厳密に解く
必要があり、その為には非常に多くの計算量を要する。
特に有限領域を持つグレーティング解析においては、現
時点で知られている手法によると莫大な計算量を要する
(但し、グレーティング部分101の解析を有限構造に
て行える場合には、後述するような、有限領域のエッジ
部による回折像や導波路モード光成分に応じた周波数応
答成分に係る、U2およびU3の算出は不要であ
る。)。
Therefore, in order to obtain the exact solution of the coupling efficiency, it is necessary to solve the Maxwell equation exactly, as described above, which requires a very large amount of calculation.
Particularly, in a grating analysis having a finite area, a huge amount of calculation is required according to the method known at the present time (however, if the analysis of the grating portion 101 can be performed in a finite structure, a finite area as described below is used). It is not necessary to calculate U2 and U3 related to the frequency response component corresponding to the diffraction image and the waveguide mode light component due to the edge portion of.

【0081】そこで、本発明に係る上記グレーティング
検査装置1では、EB露光装置用マスク上のグレーティン
グ部分101に関して、図2に示すように、グレーティ
ング201と、矩形領域202と導波路203の各要素
(構成領域)に分け、それぞれの領域毎に解析より求め
たグレーティング界面の複素振幅分布から、検出光学系
における周波数応答を求め、瞳面上にてコンボリューシ
ョンを求める処理を行い、これによって、解析結果を検
査結果とを単純に比較することができるように工夫して
いる。
Therefore, in the above-described grating inspection apparatus 1 according to the present invention, with respect to the grating portion 101 on the mask for the EB exposure apparatus, as shown in FIG. 2, each element of the grating 201, the rectangular region 202 and the waveguide 203 ( (Composition region), calculate the frequency response in the detection optical system from the complex amplitude distribution of the grating interface obtained by analysis for each region, and perform convolution on the pupil plane. Is devised so that it can be simply compared with the inspection result.

【0082】尚、有限領域を持つグレーティング部分1
01について、撮像装置20により得られる画像信号
は、これを画像表示した場合に、図9に示すように、不
明瞭ではあるが横筋が認められ、濃淡のある分布を示す
(カップリング効率としての透過率のムラを表してい
る。)。これは、上記したように、領域202で発生す
る回折像及び導波路203にて発生するモード光の影響
を受けることに依る。
The grating portion 1 having a finite area
Regarding No. 01, the image signal obtained by the image pickup apparatus 20 has an unclear lateral stripe as shown in FIG. 9 when it is displayed as an image, and shows a distribution with shading (as the coupling efficiency. It represents the unevenness of the transmittance.). This is due to the influence of the diffraction image generated in the region 202 and the mode light generated in the waveguide 203 as described above.

【0083】領域202で発生する回折像の影響は、特
に、照明のコヒーレンスファクターによって異なり、ま
た、導波路203で発生するモード光の影響に関して
は、特に導波路203の形状、分光特性、光源波長、導
波路開口数、導波路内の表面ラフネスによって異なる。
一般に、導波路解析には、処理速度及び近似値の妥当性
からFDTD法が広く用いられており、本例でも同手法
を用いている。
The influence of the diffracted image generated in the region 202 depends on the coherence factor of the illumination, and the influence of the mode light generated on the waveguide 203 particularly depends on the shape of the waveguide 203, the spectral characteristics, and the wavelength of the light source. , The numerical aperture of the waveguide and the surface roughness in the waveguide.
In general, the FDTD method is widely used for the waveguide analysis because of the validity of the processing speed and the approximate value, and this method is also used in this example.

【0084】グレーティング検査装置1では、以下に示
す処理によって、グレーティング部分101に関して、
領域202で発生する回折像の影響及び導波路203に
て発生するモード光の影響を除去し、グレーティング2
01の部分のみに係るカップリング効率の算出を行って
いる。
In the grating inspection apparatus 1, the grating portion 101 is processed by the following processing.
The influence of the diffraction image generated in the region 202 and the influence of the mode light generated in the waveguide 203 are removed, and the grating 2
The coupling efficiency for only the part 01 is calculated.

【0085】(1)グレーティング201による、ピッ
クアップレンズ14のフーリエ面でのフラウンホーファ
ー像を求めること (2)領域202による、ピックアップレンズ14のフ
ーリエ面でのフラウンホーファー像を求めること (3)導波路203にて発生するモード光の、瞳面での
フラウンホーファー像強度分布を求めること (4)解析結果と、撮像装置20による計測結果とを比
較することができるように処理すること。
(1) Obtaining the Fraunhofer image on the Fourier plane of the pickup lens 14 by the grating 201 (2) Obtaining the Fraunhofer image on the Fourier plane of the pickup lens 14 by the area 202 (3) Waveguide Obtaining the Fraunhofer image intensity distribution on the pupil plane of the mode light generated at 203 (4) Processing so that the analysis result and the measurement result by the imaging device 20 can be compared.

【0086】先ず、(1)では、グレーティング201
におけるカップリング効率を求めるため、前述の電磁場
解析手法を用いて各平面波毎に、任意回折次数での複素
透過率及び複素反射率を求め、これからグレーティング
201の集光光学系側界面(本例では、集光レンズ14
による光が図1の下方から照射されるので、マスク上面
に相当する。)における複素振幅分布を求める。この集
光光学系側界面における複素振幅分布から、ピックアッ
プレンズ14のフーリエ面でのフラウンホーファー像を
求め、これを「U1」とする。
First, in (1), the grating 201
In order to obtain the coupling efficiency in, the complex transmittance and the complex reflectance at an arbitrary diffraction order are obtained for each plane wave using the above-mentioned electromagnetic field analysis method, and from this, the interface of the grating 201 on the focusing optical system side (in this example, , Condenser lens 14
Since the light is emitted from the lower side of FIG. 1, it corresponds to the upper surface of the mask. ) To obtain the complex amplitude distribution. The Fraunhofer image on the Fourier plane of the pickup lens 14 is obtained from the complex amplitude distribution at the interface on the side of the condensing optical system, and this is designated as "U1".

【0087】次に、(2)では、領域202によるピッ
クアップレンズ14のフーリエ面でのフラウンホーファ
ー像を求め、これを「U2」とする。尚、このU2を求
める際には、偏光依存性を考慮すれば、電磁場解析が適
しているが、近似的には、スカラー解析手法を用いても
構わない。
Next, in (2), the Fraunhofer image on the Fourier plane of the pickup lens 14 by the area 202 is obtained, and this is designated as "U2". Incidentally, when the U2 is obtained, the electromagnetic field analysis is suitable in consideration of the polarization dependence, but approximately, a scalar analysis method may be used.

【0088】上記(3)では、導波路203にて発生す
るモード光の瞳面でのフラウンホーファー像強度分布を
求め、これを「U3」とする。上述のように、このU3
に関しては、FDTD法による解析法が広く知られてお
り、本例でもFDTD法による近似を用いている。
In the above (3), the Fraunhofer image intensity distribution on the pupil plane of the mode light generated in the waveguide 203 is obtained and designated as "U3". As mentioned above, this U3
Regarding the above, the analysis method by the FDTD method is widely known, and the approximation by the FDTD method is also used in this example.

【0089】図10は、グレーティング部分101の各
要素について、フーリエ面上での像のイメージを示す概
念図である。尚、太い矢印で示す方向が照射光の方向を
示しており、「Sf」がフーリエ面(ピックアップレン
ズ14)を、「So」が逆フーリエ面(撮像装置20で
の観察像面)をそれぞれ表している。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an image of an image on the Fourier plane for each element of the grating portion 101. The direction indicated by the thick arrow indicates the direction of the irradiation light, "Sf" indicates the Fourier plane (pickup lens 14), and "So" indicates the inverse Fourier plane (observation image plane in the image pickup device 20). ing.

【0090】また、「f(X)」(X=101,201,202,203)
は、要素毎の裏面における複素振幅分布を表し、「F
(X)」(X=101,201,202,203)は、要素毎のフーリエ変
換について表している。例えば、Xの値が各要素の符号
を示し、F(201)が上記U1に、F(202)が上記U2
に、F(203)が上記U3にそれぞれ相当し、記号
「*」によってコンボリューション(畳み込み演算)を
表記するとき、「F(101)=F(201)*F(202)*
F(203)」の関係が成立する。つまり、符号201乃
至203に示す各要素(領域)の影響が合わさって、F
(101)に反映されることになる。
Also, "f (X)" (X = 101,201,202,203)
Represents the complex amplitude distribution on the back side of each element,
(X) ”(X = 101, 201, 202, 203) represents the Fourier transform for each element. For example, the value of X indicates the sign of each element, F (201) is the above U1, and F (202) is the above U2.
In addition, when F (203) corresponds to U3 and the convolution (convolution operation) is represented by the symbol “*”, “F (101) = F (201) * F (202) *
The relationship of "F (203)" is established. That is, the influences of the respective elements (regions) denoted by reference numerals 201 to 203 are combined, and F
It will be reflected in (101).

【0091】また、「F-1(101)」はグレーティング
部分101についての、逆フーリエ変換を表しており、
逆フーリエ面上の観察画像が撮像装置20において得ら
れる(画像表示例については、図9を参照された
い。)。
"F -1 (101)" represents the inverse Fourier transform of the grating portion 101,
An observation image on the inverse Fourier plane is obtained by the imaging device 20 (see FIG. 9 for an image display example).

【0092】尚、逆フーリエ面上の観察画像について、
そのままの形では(1)乃至(3)で得られる解析結果
と比較することができないので、上記(4)では、両者
の比較を行えるように処理する必要がある。
Regarding the observation image on the inverse Fourier plane,
Since it cannot be compared with the analysis results obtained in (1) to (3) as it is, it is necessary to perform processing in (4) so that both can be compared.

【0093】そのためには、例えば、観察画像に対して
必要な演算処理を施して得られる結果を、解析結果と比
較する構成形態が挙げられる。
For that purpose, for example, there is a configuration mode in which the result obtained by performing the necessary arithmetic processing on the observed image is compared with the analysis result.

【0094】撮像装置20で観察される画像について、
その画像信号(検査結果)を、フーリエ変換し、ピック
アップレンズ14のフーリエ面での強度分布を求め、前
述したU2、U3にてデコンボリューションにより領域
202で発生する回折像の影響や導波路203によるモ
ード光の影響を取り除いた後、逆フーリエ変換を行う事
で、修正された検査結果(以下、「修正検査結果」とい
う。)を得て、グレーティング部分101におけるグレ
ーティング201のみのカップリング効率の算出を行
い、その結果と解析結果(無限周期構造の解析解)との
間で単純比較を行うことが可能である。
Regarding the image observed by the image pickup device 20,
The image signal (inspection result) is Fourier-transformed to obtain the intensity distribution on the Fourier surface of the pickup lens 14, and the influence of the diffraction image generated in the region 202 due to the deconvolution in U2 and U3 described above and the waveguide 203 After removing the influence of the mode light, an inverse Fourier transform is performed to obtain a corrected inspection result (hereinafter referred to as “correction inspection result”), and the coupling efficiency of only the grating 201 in the grating portion 101 is calculated. It is possible to perform a simple comparison between the result and the analysis result (analysis solution of infinite periodic structure).

【0095】図11は、上記計測処理手段30における
処理形態の説明図であり、実際にはソフトウェア処理で
行う部分を、説明の便宜上、ブロック要素として概略的
に示したものである。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a processing form in the measurement processing means 30. In FIG. 11, a portion actually performed by software processing is schematically shown as a block element for convenience of explanation.

【0096】撮像装置20によって取得される画像信号
「G」が、フーリエ変換処理部31に送られた後、デコ
ンボリューション処理部32に送出される。
The image signal “G” acquired by the image pickup device 20 is sent to the Fourier transform processing section 31 and then to the deconvolution processing section 32.

【0097】解析部(あるいはモデル解析処理部)33
は、上記(1)乃至(3)の処理を担当するものであ
り、グレーティング部の設計仕様に基く解析に必要な情
報については、入力/操作部34から入力したり、設定
又は選択することができるようになっている。解析部3
3は、上記U1、U2、U3の算出処理を行い、U2、
U3に係るデータについてはデコンボリューション処理
部32に送出し、また、U1に係るデータについては比
較部35に送出する。
Analysis unit (or model analysis processing unit) 33
Is responsible for the processing of the above (1) to (3), and information necessary for analysis based on the design specifications of the grating unit can be input, set or selected from the input / operation unit 34. You can do it. Analysis unit 3
3 performs the above U1, U2, and U3 calculation processing, and U2,
The data related to U3 is sent to the deconvolution processing unit 32, and the data related to U1 is sent to the comparison unit 35.

【0098】デコンボリューション処理部32では、解
析部33からのU2、U3に係るデータに基いて、有限
領域202のエッジにて発生する回折像に応じた周波数
応答成分、上記導波路モード光成分に応じた周波数応答
成分を瞳空間にてデコンボリューションにより除去し、
その結果を比較部35に送出する。
In the deconvolution processing unit 32, based on the data relating to U2 and U3 from the analysis unit 33, the frequency response component corresponding to the diffraction image generated at the edge of the finite area 202 and the above-mentioned waveguide mode light component are obtained. The corresponding frequency response component is removed by deconvolution in the pupil space,
The result is sent to the comparison unit 35.

【0099】比較部35では、デコンボリューション処
理部32及び解析部33からそれぞれ送られる結果をそ
のままで又はフーリエ変換を経た上で比較し、両者の相
違が許容範囲内であるか否かを判定する。そして、判定
結果を、図示しない表示装置に表示させ又は警報等を発
したり、あるいは、被検査物を次工程に移送させる場合
の許否や、使用停止等について制御する。例えば、設計
通りにグレーティングが製造されているならば、検査結
果と解析結果との差異は許容誤差の範囲内であると判定
され、その旨(検査合格)や誤差が表示等で通知される
が、検査結果と解析結果との差異が顕著である場合に
は、その旨(検査不合格)や誤差が表示等で通知され
る。
In the comparison unit 35, the results sent from the deconvolution processing unit 32 and the analysis unit 33 are compared as they are or after undergoing a Fourier transform to determine whether the difference between them is within an allowable range. . Then, the judgment result is displayed on a display device (not shown) or an alarm or the like is issued, or permission or denial when transferring the inspection object to the next step, stop of use, etc. are controlled. For example, if the grating is manufactured as designed, it is determined that the difference between the inspection result and the analysis result is within the allowable error range, and that effect (inspection passed) or error is notified by a display or the like. When the difference between the inspection result and the analysis result is significant, the fact (inspection failure) or error is notified by a display or the like.

【0100】このように、解析結果と、有限領域を持つ
微小グレーティングにおける検査結果とを単純比較する
為には、有限領域を持つ微小グレーティングから、グレ
ーティング(201)のみのカップリング効率の情報を
抽出する必要がある。フーリエ変換処理部31やデコン
ボリューション処理部32は、そのための抽出手段36
を構成しており、これによって画像信号Gに基いて、グ
レーティングのみのカップリング効率を抽出することが
可能となる。
As described above, in order to simply compare the analysis result with the inspection result of the minute grating having the finite area, information on the coupling efficiency of only the grating (201) is extracted from the minute grating having the finite area. There is a need to. The Fourier transform processing unit 31 and the deconvolution processing unit 32 have extraction means 36 for that purpose.
This makes it possible to extract the coupling efficiency of only the grating based on the image signal G.

【0101】尚、上記(1)乃至(3)については、上
記(4)までに求めておけば良いので、それらの順序の
如何は問わない。
The above (1) to (3) may be obtained by the above (4), so that the order of them does not matter.

【0102】以上に説明した処理例では、修正検査結
果、つまり、計測結果に加工を施してその結果をこれに
対応する解析結果と比較したが、この方法に限らず、例
えば、解析結果を修正した結果を、計測結果と比較する
形態が挙げられる。即ち、解析結果より求めた瞳面での
像強度分布に、上記U2、U3をコンボリューションに
より畳込んだ後、フーリエ変換を行うことで、修正され
た解析結果(修正解析結果)を得て、これを計測結果
(検査結果)と単純比較できるようにする方法を用いて
も構わない。
In the processing example described above, the correction inspection result, that is, the measurement result is processed and the result is compared with the corresponding analysis result. However, the present invention is not limited to this method and, for example, the analysis result is corrected. There is a mode in which the result of the comparison is compared with the measurement result. That is, after the above U2 and U3 are convoluted by convolution with the image intensity distribution on the pupil plane obtained from the analysis result, Fourier analysis is performed to obtain a corrected analysis result (correction analysis result), A method that allows this to be simply compared with the measurement result (inspection result) may be used.

【0103】そのための処理手順を箇条書きにまとめる
と、下記の通りである。
The processing procedure therefor is summarized as follows.

【0104】(1) 解析結果のフーリエ変換像に対し
て、有限領域を持つグレーティング部分101に応じた
周波数応答成分(U2)及びグレーティングの導波路モ
ード光成分に応じた周波数応答成分(U3)を瞳空間に
てコンボリューションにより付加する。 (2) (1)で得た結果を、逆フーリエ変換する(こ
れは、撮像装置20による画像が、(1)の結果に対す
るフーリエ変換の関係に対応するため。)ことにより、
計測結果との比較が可能な状態、つまり、両者が対等の
関係をもつように変換する。 (3) (2)で得た修正解析結果を、計測結果と比較
する。
(1) A frequency response component (U2) corresponding to the grating portion 101 having a finite region and a frequency response component (U3) corresponding to the waveguide mode light component of the grating are added to the Fourier transform image of the analysis result. It is added by convolution in the pupil space. (2) By performing an inverse Fourier transform on the result obtained in (1) (because the image by the imaging device 20 corresponds to the relationship of the Fourier transform with respect to the result in (1)),
It is converted so that it can be compared with the measurement result, that is, the two have an equal relationship. (3) The correction analysis result obtained in (2) is compared with the measurement result.

【0105】また、このようにして得られる修正解析結
果や、撮像装置による画像情報については、図9に示し
たように、そのままの状態では人間の視覚で判断し難い
ので、解析結果を利用した加工処理によって、純粋にグ
レーティングに依存する成分だけを抽出して画像表示装
置に映し出して映像化し、解析結果と計測結果を対比さ
せながら視覚的に確認したり、グレーティングデューテ
ィー等を表示するといった、各種形態での実施が可能で
ある。
As to the correction analysis result and the image information obtained by the image pickup device, it is difficult for human eyes to judge the correction analysis result and the image information obtained by the image pickup device as they are, as shown in FIG. By processing, only the components that are purely dependent on the grating are extracted and displayed on an image display device to be visualized, and the results can be visually confirmed while comparing the analysis results with the measurement results, and various types such as displaying the grating duty can be displayed. It can be implemented in the form.

【0106】尚、グレーティング検査において、電磁場
解析による参照手法の整合性を確認するとともに、実際
のデータとの補間を行う為には、透過型電子顕微鏡を補
助的に使用することが好ましい。これは、より解像力の
高いTEM(Transmission Electron Microscope)の測
定値を参照値として、サンプル条件毎にルックアップテ
ーブル(参照テーブル)を作成したり、データの比較及
び参照を行うためであり、よって、透過型電子顕微鏡の
使用を前提として本発明が成り立つ訳ではないが、測定
の高精度化のために付加的な機能を検査装置に設けるこ
とについては、何ら問題ない。
In the grating inspection, it is preferable to use a transmission electron microscope as an auxiliary in order to confirm the consistency of the reference method by the electromagnetic field analysis and to perform the interpolation with the actual data. This is because a lookup table (reference table) is created for each sample condition, or data comparison and reference are performed using a measurement value of a TEM (Transmission Electron Microscope) having a higher resolution as a reference value. Although the present invention does not work on the assumption that a transmission electron microscope is used, there is no problem in providing the inspection device with an additional function in order to improve measurement accuracy.

【0107】また、上記に説明した処理は、計測処理手
段30における信号処理(あるいは情報処理)として行
われたが、その一部を光学的な手段によって実現しても
構わない。例えば、上記した、ピックアップレンズ1
4、結像レンズ19を、フーリエ変換レンズとする事
で、フーリエ面の情報、即ち、周波数スペクトルを観察
し、その中からDC(直流)成分のみを抽出する光学的
フィルタ又は電気的フィルター(ローパスフィルタやバ
ンドパスフィルタ)を用いる。これにより、上記領域2
02にて発生する周波数応答成分及び各導波路203に
て発生する周波数応答成分を除去する事ができる。即
ち、上記に詳しく説明した処理では、要するに、グレー
ティング部分101に係る周波数応答像の直流成分だけ
を抽出している訳であるから、フーリエ変換レンズを検
出光学系に設け、直流成分を光学的に又は電気的に抜き
出すためのフィルターを用いることは、処理の高速化
や、画像情報の処理負担の軽減等にとって有効である。
Further, although the processing described above is performed as signal processing (or information processing) in the measurement processing means 30, a part of it may be realized by optical means. For example, the pickup lens 1 described above
4. By using the Fourier transform lens as the imaging lens 19, an optical filter or an electrical filter (low-pass filter) for observing the information of the Fourier plane, that is, the frequency spectrum, and extracting only the DC (direct current) component from it Filter or bandpass filter). As a result, the area 2
The frequency response component generated in 02 and the frequency response component generated in each waveguide 203 can be removed. That is, in the process described in detail above, in short, since only the DC component of the frequency response image of the grating portion 101 is extracted, a Fourier transform lens is provided in the detection optical system to optically extract the DC component. Alternatively, use of a filter for electrically extracting is effective for speeding up processing, reducing processing load of image information, and the like.

【0108】さらに、上記導波路モード光については、
例えば、複数の単色波長光源又は縦マルチモードレーザ
ー光源又は白色光源を用い、相互の波長による導波路モ
ード光を相殺させるようにすると、当該導波路モード光
の影響を排除できる(当該モード光が発生しない。)。
但し、この場合、上記した解析手法による計算処理で
は、光源の波長全域について解析を行って、結果を足し
合わせることが必要となる。
Further, regarding the waveguide mode light,
For example, when a plurality of monochromatic wavelength light sources, vertical multimode laser light sources, or white light sources are used to cancel the waveguide mode light due to the mutual wavelengths, the influence of the waveguide mode light can be eliminated (the mode light is generated). do not do.).
However, in this case, in the calculation processing by the above-mentioned analysis method, it is necessary to analyze the entire wavelength range of the light source and add the results.

【0109】あるいは、集光レンズ13の開口数を「N
A1」とし、ピックアップレンズ14の開口数を「NA
2」として、これらと光源波長「λ」及び導波路モード
光のモード間の間隔L(周期)との間で、「λ/(NA
1+NA2)>L」の条件が成立する様に、開口数の組
み合わせを選択する事で、モード光の発生する基本波情
報を除去することができる(上記導波路モード光の解像
を回避できる)。そして、電磁場解析等の処理にかかる
時間を短縮することが可能である。
Alternatively, the numerical aperture of the condenser lens 13 is set to "N
A1 ”and the numerical aperture of the pickup lens 14 is“ NA ”.
2 ”between these and the light source wavelength“ λ ”and the interval L (cycle) between the modes of the waveguide mode light,“ λ / (NA
By selecting the combination of numerical apertures so that the condition of 1 + NA2)> L ”is satisfied, the fundamental wave information generated by the mode light can be removed (the resolution of the waveguide mode light can be avoided). . Then, it is possible to shorten the time required for processing such as electromagnetic field analysis.

【0110】ところで、上記グレーティング検査装置1
では、グレーティング部101に入射するレーザー光の
偏光状態について、直線偏光状態での任意偏光角度の調
整や、円偏光状態及び任意の楕円偏光状態の調整を行う
ことができるように構成している。これは、グレーティ
ング方向と直交する偏光成分の透過効率(あるいは透過
率)が、グレーティング方向の偏光成分の透過効率より
も高いと言う電磁波の特性を用いるためである。本例で
は、上記グレーティング部101を観察する際に、λ/
2波長板調整ユニット10と、λ/4波長板調整ユニッ
ト11で、各波長板を所定角度回転させる事で、入射す
る直線偏光状態の光について、その偏光方向を、グレー
ティング部101のグレーティング方向に対して、0度
乃至90度の範囲内で回転させ、さらには、円偏光入射
状態で計測する事ができるように配慮しており、測定精
度の向上を図っている。このように、照明光学系での偏
光状態を調整するための偏光光学素子(2分の1波長
板、4分の1波長板等を含む。)及びその調整機構を設
けることによって、最適な照明条件(偏光状態)を実現
することができる。
By the way, the above-mentioned grating inspection device 1
With respect to the polarization state of the laser light incident on the grating unit 101, the arbitrary polarization angle in the linear polarization state, the circular polarization state and the arbitrary elliptical polarization state can be adjusted. This is because the electromagnetic wave characteristics that the transmission efficiency (or the transmittance) of the polarization component orthogonal to the grating direction is higher than the transmission efficiency of the polarization component in the grating direction are used. In this example, when observing the grating portion 101, λ /
By rotating each wavelength plate by a predetermined angle in the two-wave plate adjusting unit 10 and the λ / 4 wavelength plate adjusting unit 11, the polarization direction of the incident linearly polarized light is changed to the grating direction of the grating unit 101. On the other hand, the measurement accuracy is improved by rotating it within a range of 0 ° to 90 ° so that the measurement can be performed in a circularly polarized light incident state. As described above, by providing the polarization optical element (including the half-wave plate and the quarter-wave plate, etc.) for adjusting the polarization state in the illumination optical system and the adjusting mechanism thereof, the optimum illumination can be obtained. The condition (polarization state) can be realized.

【0111】さらに、上記検出光学系DOにおいて、撮像
装置20によって得られる画像信号には、光学系固有の
波面収差、複屈折等の光学系の位相及び偏光誤差の影響
が含まれることになるので、それらを含めて解析するた
めには、瞳空間に、光学系の収差、複屈折に相当する位
相フィルター関数及び偏光フィルター関数を有する瞳フ
ィルター関数を設定して、当該関数を用いて解析処理を
行うことが好ましい。
Furthermore, in the detection optical system DO, the image signal obtained by the image pickup device 20 includes the influence of the phase and polarization error of the optical system such as wavefront aberration and birefringence inherent in the optical system. , In order to analyze including them, a pupil filter function having a phase filter function and a polarization filter function corresponding to the aberration of the optical system and birefringence is set in the pupil space, and the analysis process is performed using the function. It is preferable to carry out.

【0112】即ち、検出光学系の透過波面収差、複屈折
量を、それぞれ単体にて計測し、ピックアップレンズ1
4の瞳面において、測定したピックアップレンズ14の
透過波面収差を位相誤差関数及び偏光誤差関数として持
たせ、これによって撮像装置20で検出された画像情報
に含まれる、光学系の誤差を除去することができる。
That is, the transmitted wavefront aberration and the birefringence amount of the detection optical system are individually measured, and the pickup lens 1
In the pupil plane of No. 4, the measured transmitted wavefront aberration of the pickup lens 14 is provided as a phase error function and a polarization error function, thereby eliminating the error of the optical system included in the image information detected by the imaging device 20. You can

【0113】尚、上記瞳フィルター関数については、光
学的なフィルター手段として設ける形態と、電気的なフ
ィルター手段として設ける形態、あるいは、コンピュー
タ上でのソフトウェア処理で実現する形態等が挙げられ
る(複雑化の度合いや処理時間、コスト等を考慮して選
択すべきである。)。
The pupil filter function may be provided as optical filter means, electrical filter means, or realized by software processing on a computer (complexization). Should be selected in consideration of the degree, processing time, cost, etc.).

【0114】以上に示した方法については、グレーティ
ング部分101の周期に関して特に制限が無いので、検
出光学系DOにおいて直接光である0次回折光のみを検出
する様に構成する事で、すべてのグレーティングへの応
用が可能であることは明らかである。
In the method described above, since there is no particular limitation on the period of the grating portion 101, the detection optical system DO is configured so as to detect only the 0th-order diffracted light so that all the gratings can be detected. It is obvious that the application of is possible.

【0115】上記グレーティング検査装置1を用いた観
察と、従来型の光学式顕微鏡を用いた解像限界内の微細
寸法観察とを比較した場合に、前者では、装置パラメー
ター、即ち、レーザー光源1Lの光源波長、集光レンズ
13及びピックアップレンズ14の開口数、照明のコヒ
レーンスファクター、サンプルである微小グレーティン
グに関する既知の物性情報、グレーティング領域やグレ
ーティングピッチの情報、グレーティング厚さの情報を
用いるとともに、検出光学系DOにおいて観察した直接光
のカップリング効率から、グレーティングデューティー
に係る形状等を定量化できることが、明らかな相違点で
ある(つまり、これまでは、1次以上の回折光に関する
結像現象に固執した装置構成から離れられないため、解
像力という観点からのアプローチだけでは、自ずと限界
に直面してしまう結果となる。)。
When the observation using the above-mentioned grating inspection apparatus 1 and the fine dimension observation within the resolution limit using the conventional optical microscope are compared, in the former case, the apparatus parameter, that is, the laser light source 1L While using the light source wavelength, the numerical apertures of the condenser lens 13 and the pickup lens 14, the coherence factor of the illumination, the known physical property information about the sample small grating, the information of the grating region and the grating pitch, and the information of the grating thickness, It is an obvious difference that the shape related to the grating duty can be quantified from the coupling efficiency of the direct light observed in the detection optical system DO (that is, until now, the imaging phenomenon for the diffracted light of the first order or higher) From the viewpoint of resolution, it is not possible to leave the device configuration sticking to Only approach results in would naturally faced to the limit.).

【0116】上記に説明した方法を用いれば、スキャニ
ングステッパーに代表される光学式半導体露光用のマス
ク検査や、軟X線を用いた半導体露光用反射マスク等へ
の各種応用が可能であり、例えば、下記に示す適用形態
が挙げられる。
The method described above can be used for various applications such as a mask inspection for optical semiconductor exposure typified by a scanning stepper and a reflective mask for semiconductor exposure using soft X-rays. The following application forms can be given.

【0117】・半導体露光用マスク製造プロセスに用い
る、エッチング工程において、上記グレーティング検査
装置1を、エッチング条件のインラインモニターとして
用いる為に、エッチング装置内に設置し又は付加的に配
置する形態。 ・オゾンにより半導体露光用マスク表面を酸化させ、そ
の後、強酸にてエッチングする事によりマスクに付着し
た異物等の洗浄を行うマスク洗浄工程において、洗浄に
よる、グレーティングの高さ、および幅方向の変形状態
をモニターするために、グレーティング検査装置1を用
いる形態。 ・半導体露光装置内にグレーティング検査装置1を設置
し又は付加的に配置し、露光用マスクの搬入時に微小グ
レーティング形状をモニターする形態。
In the etching step used in the semiconductor exposure mask manufacturing process, the grating inspection apparatus 1 is installed or additionally arranged in the etching apparatus so as to be used as an in-line monitor of etching conditions.・ In the mask cleaning process, in which the surface of the semiconductor exposure mask is oxidized by ozone, and then foreign matter attached to the mask is cleaned by etching with a strong acid, the height of the grating and the state of deformation in the width direction due to the cleaning. A mode in which the grating inspection device 1 is used to monitor the. A mode in which the grating inspection apparatus 1 is installed or additionally arranged in the semiconductor exposure apparatus, and the fine grating shape is monitored when the exposure mask is carried in.

【0118】以上、詳細に説明した様に、上記グレーテ
ィング部分101におけるカップリング効率に関して、
EB露光装置用マスクの物性や、集光レンズ13、ピッ
クアップレンズ14の光学定数は既知であり、また、グ
レーティング部分101に係るグレーティング周期、パ
ターン長さ、パターン幅については、設計データから引
用する事で知る事ができる。従って、膜構造(厚み方向
における構造)を、他のプロセス等にて測定することが
できれば、カップリング効率を決定するのに必要なパラ
メータは、グレーティング部分101のデューティーの
みとなる。計測結果と解析結果の一方又は両方について
修正を施して両者を対等のレベルで比較できるようにし
た上で、その比較結果から、グレーティング部分101
の形状について定量化又は検査(合否判断等)を行うこ
とができる。例えば、解析結果や測定によって、図8に
示す特性が得られているのであれば、光源波長毎に、グ
レーティングデューティーを変数としたカップリング効
率(この場合には0次回折光の透過率)のデータをテー
ブル化しておき(参照用テーブルを事前に作成してお
く。)、その後において、検出光学系DOにより得られる
画像情報からカップリング効率の計測データを得た場合
に、当該データを、テーブル化しておいたデータを参照
して容易に比較することができる。つまり、グレーティ
ング部分101のグレーティングデューティーについて
は設計値として与えられるので、その値を指定すること
で参照されるテーブルデータ(比較基準値を示す。)
と、上記カップリング効率の計測データとの差が、許容
範囲内である場合には検査合格と判定し、許容範囲から
逸脱している場合には、検査不合格と判定すれば良い。
勿論、複数回の検査に基づく多数決決定等の論理に従っ
て判定することも可能であり、また、上記許容範囲内に
ついては、許容上限又は下限を予め設定しておく形態
と、条件等に応じて上下限を動的に変更する形態等、各
種の実施態様が可能である。
As described above in detail, regarding the coupling efficiency in the grating portion 101,
The physical properties of the mask for the EB exposure apparatus and the optical constants of the condenser lens 13 and the pickup lens 14 are known, and the grating period, pattern length, and pattern width of the grating portion 101 should be quoted from the design data. Can be found at. Therefore, if the film structure (structure in the thickness direction) can be measured by another process or the like, the only parameter required to determine the coupling efficiency is the duty of the grating portion 101. After correcting one or both of the measurement result and the analysis result so that they can be compared at an equal level, the grating portion 101 can be obtained from the comparison result.
Can be quantified or inspected (pass / fail judgment, etc.). For example, if the characteristics shown in FIG. 8 are obtained from the analysis result and the measurement, the data of the coupling efficiency (in this case, the transmittance of the 0th order diffracted light) with the grating duty as a variable for each light source wavelength. In the form of a table (a reference table is created in advance), and after that, when the measurement data of the coupling efficiency is obtained from the image information obtained by the detection optical system DO, the data is converted into a table. The saved data can be referred to and compared easily. That is, since the grating duty of the grating portion 101 is given as a design value, table data referred to by designating that value (comparison reference value is shown).
Then, if the difference between the coupling efficiency measurement data and the measured data is within the allowable range, it is determined that the inspection has passed, and if the difference deviates from the allowable range, it is determined that the inspection has failed.
Of course, it is also possible to make a judgment according to a logic such as a majority decision based on a plurality of inspections. Further, within the allowable range, the upper limit or the lower limit is set in advance, and the upper limit is set according to the conditions. Various embodiments such as a form in which the lower limit is dynamically changed are possible.

【0119】尚、上記の説明では、理解し易いように、
透過カップリング効率、即ち、直接光の透過率を検出す
る場合の構成形態及び方法を例にして詳述したが、これ
に限らず、反射回折光を上記した測定の為に用いても構
わないことは勿論であり、基本的な原理において何ら変
わりはない。
In the above description, for easy understanding,
The transmission coupling efficiency, that is, the configuration form and method for detecting the direct light transmittance has been described in detail as an example, but the present invention is not limited to this, and the reflected diffracted light may be used for the above-described measurement. Of course, there is no change in the basic principle.

【0120】しかして、EB露光装置用マスク製造工程
において、これまで簡易な検査手法が無いために、非常
に高価な、透過型電子線走査型顕微鏡を頻繁に使用する
必要があり、その結果、EB露光装置用マスクの製造コ
ストに占める、検査費用が問題となっていたが、上記グ
レーティング検査装置1を、簡易な測定装置として導入
することができ、これによって、マスクの不良個所等を
速やかに検出するとともに、EB露光装置用マスクの製
造コストを引き下げることができる。
However, in the mask manufacturing process for the EB exposure apparatus, it is necessary to frequently use a very expensive transmission electron beam scanning microscope because there is no simple inspection method so far, and as a result, Although the inspection cost, which accounts for the manufacturing cost of the mask for the EB exposure apparatus, has been a problem, the grating inspection apparatus 1 can be introduced as a simple measuring apparatus, whereby the defective portion of the mask can be promptly confirmed. It is possible to detect and reduce the manufacturing cost of the mask for the EB exposure apparatus.

【0121】[0121]

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項1や請求項10に係る発明によれば、被検査
物(のグレーティング)による回折光のうち、直接光で
ある0次回折光に係る透過率又は反射率の情報を計測し
て、グレーティングの解析結果との比較に基いてグレー
ティングの形状を定量化することができるとともに、結
像による空間分離の観察に伴う解像力限界という制約を
受けない。そして、透過型電子顕微鏡を用いることな
く、簡易な検査手法を用いて、グレーティングを含む被
検査物について計測及び形状検査を迅速に行うことがで
きる。
As is apparent from the above description, according to the inventions of claims 1 and 10, the 0th order diffracted light, which is direct light, among the diffracted light by (the grating of) the object to be inspected. It is possible to quantify the shape of the grating based on the comparison with the analysis result of the grating by measuring the information of the transmittance or the reflectance related to, and to limit the resolution limit associated with the observation of spatial separation by imaging. I do not receive it. Then, without using the transmission electron microscope, the measurement and the shape inspection can be quickly performed on the inspection object including the grating by using a simple inspection method.

【0122】請求項2、請求項3、請求項12に係る発
明によれば、有限領域をもつグレーティング部分につい
て、有限領域のエッジ部での回折像や導波路モード光の
影響を排除することにより、計測結果と解析結果との比
較を容易に行うことができる。
According to the second, third and twelfth aspects of the invention, the influence of the diffraction image and the waveguide mode light at the edge portion of the finite region is eliminated for the grating portion having the finite region. , It is possible to easily compare the measurement result with the analysis result.

【0123】請求項4に係る発明によれば、フーリエ変
換について光学的フィルターを用い、直流成分の抽出に
ついては光学的又は電気的フィルターを用いることによ
って、計測処理の負担を軽減し、また、処理時間を短縮
することができる。
According to the invention of claim 4, an optical filter is used for the Fourier transform and an optical or electrical filter is used for extracting the direct current component, thereby reducing the load of the measurement processing, and also processing. The time can be shortened.

【0124】請求項5に係る発明によれば、被検査物の
グレーティング部分について限定された照明を行えるの
で、周辺域からの回折光の影響を受け難く、また、視野
を制限する必要がなくなる。
According to the fifth aspect of the invention, since the limited illumination can be performed on the grating portion of the object to be inspected, it is difficult to be influenced by the diffracted light from the peripheral area, and it is not necessary to limit the visual field.

【0125】請求項6に係る発明によれば、グレーティ
ングに係る導波路モード光を発生させないようにするこ
とができる。
According to the invention of claim 6, it is possible to prevent the generation of the waveguide mode light related to the grating.

【0126】請求項7や請求項15に係る発明によれ
ば、グレーティングが回折条件を満たさないための条件
を規定して、当該グレーティングに係る導波路モード光
の解像を防ぐことができる。
According to the seventh and fifteenth aspects of the present invention, it is possible to prevent the resolution of the waveguide mode light related to the grating by defining the condition for the grating not satisfying the diffraction condition.

【0127】請求項8に係る発明によれば、被検査物の
グレーティングについて適正な照明条件が得られるよう
に、照明光学系における偏光状態を調整することができ
る。
According to the eighth aspect of the invention, the polarization state in the illumination optical system can be adjusted so that an appropriate illumination condition can be obtained for the grating of the object to be inspected.

【0128】請求項9に係る発明によれば、半導体露光
用マスクの検査に適用することで、検査費用の低減及び
検査時間の短縮等にとって有効である。
According to the invention of claim 9, by applying to the inspection of the semiconductor exposure mask, it is effective in reducing the inspection cost and the inspection time.

【0129】請求項11に係る発明によれば、グレーテ
ィングデューティーを変数としてカップリング効率の計
測結果と解析結果の比較を行うことができるので、グレ
ーティングデューティーの定量化が可能になる。
According to the eleventh aspect of the present invention, since the measurement result of the coupling efficiency and the analysis result can be compared using the grating duty as a variable, the grating duty can be quantified.

【0130】請求項12や請求項13に係る発明によれ
ば、計算処理を部分的に簡略化することによって、処理
負担を軽減することができる。
According to the twelfth and thirteenth aspects of the present invention, the processing load can be reduced by partially simplifying the calculation processing.

【0131】請求項14に係る発明によれば、正確な解
析結果を得ることで、検査判定の信頼性を高めることが
できる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the reliability of the inspection determination can be improved by obtaining the accurate analysis result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るグレーティング検査装置の構成例
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a grating inspection device according to the present invention.

【図2】被検査物であるEB露光装置用マスクの概略図
である。
FIG. 2 is a schematic view of a mask for an EB exposure apparatus which is an inspection object.

【図3】被検査物のグレーティング部分と、集光レンズ
及びピックアップレンズを示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a grating portion of an object to be inspected, a condenser lens and a pickup lens.

【図4】グレーティングピッチが光源波長よりも長い場
合の回折光についての説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of diffracted light when the grating pitch is longer than the light source wavelength.

【図5】グレーティングピッチが光源波長よりも短い場
合の0次回折光及びエバネッセント波についての説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of zero-order diffracted light and evanescent waves when the grating pitch is shorter than the light source wavelength.

【図6】非グレーティング部に垂直入射した光線につい
て透過率の波長依存性を一例として示すグラフ図であ
る。
FIG. 6 is a graph showing, as an example, the wavelength dependence of the transmittance of a light beam that is vertically incident on the non-grating part.

【図7】グレーティング部分に係るカップリング効率
を、光源波長毎に比較したグラフ図である。
FIG. 7 is a graph diagram comparing the coupling efficiencies of the grating portion for each light source wavelength.

【図8】グレーティングデューティーをパラメータとし
た場合の、0次回折光のカップリング効率を例示したグ
ラフ図である。
FIG. 8 is a graph illustrating the coupling efficiency of 0th-order diffracted light when the grating duty is used as a parameter.

【図9】検出光学系を構成する撮像装置によって検出さ
れる画像例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of an image detected by an image pickup device which constitutes a detection optical system.

【図10】グレーティング部分を構成する各要素と、各
像との関係について説明するための概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a relationship between each element forming a grating portion and each image.

【図11】計測処理手段における処理形態の説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a processing form in the measurement processing means.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…グレーティング検査装置、LS…光源、LO…照明光学
系、DO…検出光学系、13…集光レンズ、14…ピック
アップレンズ、30…計測処理手段、100…被検査
物、101…グレーティング部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Grating inspection device, LS ... Light source, LO ... Illumination optical system, DO ... Detection optical system, 13 ... Condensing lens, 14 ... Pickup lens, 30 ... Measurement processing means, 100 ... Inspected object, 101 ... Grating part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 裕 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 2G086 EE12 2H049 AA03 AA07 AA31    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yutaka Imai             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F term (reference) 2G086 EE12                 2H049 AA03 AA07 AA31

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 微細な繰り返しのパターン構造又は周期
性の構造をもったグレーティングを含む被検査物につい
て、当該グレーティングの形状を光学的に検査するため
に、単一波長を有する光源と、被検査物に係る観察面に
光源からの光を照射するための照明光学系と、光源から
の光のうち被検査物を透過した光又は当該被検査物で反
射した光を検出する検出光学系とを備えたグレーティン
グ検査装置であって、 上記被検査物のグレーティングによる回折光のうち、直
接光である0次回折光に係る透過率又は反射率として計
測される情報を取得するとともに、当該情報を、上記グ
レーティングに係る解析結果と比較することによりグレ
ーティングの形状について定量化するための計測処理手
段を設けたことを特徴とするグレーティング検査装置。
1. A light source having a single wavelength and an object to be inspected for optically inspecting a shape of the grating for an object to be inspected including a grating having a fine repeating pattern structure or a periodic structure. An illumination optical system for irradiating the observation surface of the object with light from the light source, and a detection optical system for detecting the light transmitted from the object to be inspected or the light reflected by the object to be inspected from the light from the light source. A grating inspection apparatus provided with the above-mentioned information, which is obtained by measuring information as a transmittance or a reflectance of a 0th-order diffracted light which is direct light among the diffracted light by the grating of the object to be inspected. A grating inspection device characterized by being provided with measurement processing means for quantifying the shape of the grating by comparing it with the analysis result of the grating. .
【請求項2】 請求項1に記載したグレーティング検査
装置において、 上記被検査物のうち、有限領域を有するグレーティング
部分について、有限領域のエッジ部での回折像や、導波
路モード光の影響を取り除いた、純粋にグレーティング
のみのカップリング効率に係る情報を抽出する手段を、
上記計測処理手段が備えていることを特徴とするグレー
ティング検査装置。
2. The grating inspection apparatus according to claim 1, wherein, for the grating portion having a finite area in the inspection object, a diffraction image at an edge portion of the finite area and an influence of waveguide mode light are removed. In addition, a means for extracting information relating to the coupling efficiency of purely the grating,
A grating inspection apparatus comprising the measurement processing means.
【請求項3】 請求項2に記載したグレーティング検査
装置において、 上記計測処理手段が、上記検出光学系によって得られる
画像信号をフーリエ変換した後、有限領域のエッジ部に
て発生する回折像に応じた周波数応答成分及びグレーテ
ィングの導波路モード光成分に応じた周波数応答成分を
瞳空間にてデコンボリューションにより除去することで
修正された計測結果を得るとともに、当該計測結果をこ
れに対応する解析結果と比較することを特徴とするグレ
ーティング検査装置。
3. The grating inspection apparatus according to claim 2, wherein the measurement processing means Fourier transforms the image signal obtained by the detection optical system and then responds to the diffraction image generated at the edge portion of the finite area. The frequency response component and the frequency response component corresponding to the waveguide mode light component of the grating are removed by deconvolution in the pupil space to obtain the corrected measurement result, and the measurement result is analyzed with the corresponding analysis result. A grating inspection device characterized by comparison.
【請求項4】 請求項3に記載したグレーティング検査
装置において、 上記グレーティング部分に係る周波数応答像の直流成分
だけを抽出するために、フーリエ変換レンズを上記検出
光学系に設けるとともに、当該検出光学系によって得ら
れる画像信号について直流成分のみを透過させる光学的
又は電気的なフィルタを設けたことを特徴とするグレー
ティング検査装置。
4. The grating inspection apparatus according to claim 3, wherein a Fourier transform lens is provided in the detection optical system and the detection optical system is provided in order to extract only the DC component of the frequency response image related to the grating portion. An optical or electrical filter for transmitting only a DC component of an image signal obtained by the above method is provided.
【請求項5】 請求項1に記載したグレーティング検査
装置において、 単一波長の光源として、単色性を有するレーザー光源又
は放電灯のスペクトル輝線を波長半値全幅10ナノメー
トル程度に狭搾化した光源又はエキシマレーザーを用い
たことを特徴とするグレーティング検査装置。
5. The grating inspection apparatus according to claim 1, wherein the light source having a single wavelength is a laser light source having monochromaticity or a light source obtained by narrowing a spectral emission line of a discharge lamp to a full width at half maximum of about 10 nm. A grating inspection device using an excimer laser.
【請求項6】 請求項2に記載したグレーティング検査
装置において、 複数の単色波長光源又は縦マルチモードレーザー光源又
は白色光源を用い、相互の波長による導波路モード光を
相殺させることを特徴とするグレーティング検査装置。
6. The grating inspection apparatus according to claim 2, wherein a plurality of monochromatic wavelength light sources, longitudinal multimode laser light sources or white light sources are used to cancel the waveguide mode light due to mutual wavelengths. Inspection device.
【請求項7】 請求項2に記載したグレーティング検査
装置において、 上記導波路モード光の周期を「L」、光源波長を
「λ」、上記照明光学系を構成する集光レンズの開口数
を「NA1」、上記検出光学系を構成するピックアップ
レンズの開口数を「NA2」と記すとき、「λ/(NA
1+NA2)>L」の関係が成り立つことを特徴とする
グレーティング検査装置。
7. The grating inspection apparatus according to claim 2, wherein the period of the waveguide mode light is “L”, the light source wavelength is “λ”, and the numerical aperture of the condenser lens that constitutes the illumination optical system is “L”. NA1 ", and the numerical aperture of the pickup lens constituting the detection optical system is referred to as" NA2 "," λ / (NA
1 + NA2)> L ”is established.
【請求項8】 請求項1に記載したグレーティング検査
装置において、 上記照明光学系での偏光状態を調整するために、偏光光
学素子及びその調整機構を有することを特徴とするグレ
ーティング検査装置。
8. The grating inspection apparatus according to claim 1, further comprising a polarization optical element and an adjusting mechanism for adjusting the polarization state of the illumination optical system.
【請求項9】 請求項1に記載したグレーティング検査
装置において、 上記被検査物が、半導体露光用マスクであることを特徴
とするグレーティング検査装置。
9. The grating inspection apparatus according to claim 1, wherein the object to be inspected is a semiconductor exposure mask.
【請求項10】 微細な繰り返しのパターン構造又は周
期性の構造をもったグレーティングを含む被検査物につ
いて、当該グレーティングの形状を光学的に検査するた
めに、単一波長を有する光源からの光を、被検査物に係
る観察面に照射し、被検査物を透過した光又は当該被検
査物で反射した光を検出光学系によって画像信号として
検出するグレーティング検査方法であって、 上記被検査物のグレーティングによる回折光のうち、直
接光である0次回折光に係る透過率又は反射率としてカ
ップリング効率を計測する工程と、 上記工程による計測結果を、上記グレーティングに係る
解析結果と比較するために計測結果又は解析結果につい
て演算処理を行うとともに、両結果の比較によって当該
グレーティングの形状について定量化する工程を備えて
いることを特徴とするグレーティング検査方法。
10. An object to be inspected including a grating having a fine repeating pattern structure or a periodic structure, in order to optically inspect the shape of the grating, light from a light source having a single wavelength is used. A grating inspection method for irradiating an observation surface of an inspection object and detecting light transmitted through the inspection object or reflected by the inspection object as an image signal by a detection optical system, Of the diffracted light from the grating, the step of measuring the coupling efficiency as the transmittance or reflectance of the 0th-order diffracted light which is direct light, and the measurement result of the above step are compared to the analysis result of the grating. A step of performing a calculation process on the result or analysis result and quantifying the shape of the grating by comparing both results Grating inspection method, characterized by that example.
【請求項11】 請求項10に記載したグレーティング
検査方法において、 光源波長及び光学定数、グレーティング材料の物性や特
性を既知として、グレーティングデューティーを変数と
して定まる、上記グレーティングにおける任意次数での
回折光についてカップリング効率を解析によって求める
工程と、 上記の解析から得られる、グレーティングの上記検出光
学系側の界面における複素振幅分布から、当該検出光学
系と等価な伝達関数を用いた演算手法により、当該検出
光学系で得られる上記画像信号と等価な強度分布を求め
る工程と、 上記強度分布の結果と、上記検出光学系による計測結果
とを比較する工程を備えていることを特徴とするグレー
ティング検査方法。
11. The grating inspection method according to claim 10, wherein the light source wavelength and the optical constants, the physical properties and characteristics of the grating material are known, and the grating duty is set as a variable to determine the diffracted light in an arbitrary order in the grating. From the step of obtaining the ring efficiency by analysis and the complex amplitude distribution at the interface of the grating on the side of the detection optical system obtained from the above analysis, the detection optical system is calculated by using a transfer function equivalent to the detection optical system. A grating inspection method comprising: a step of obtaining an intensity distribution equivalent to the image signal obtained by a system; and a step of comparing a result of the intensity distribution and a measurement result by the detection optical system.
【請求項12】 請求項11に記載したグレーティング
検査方法において、 上記グレーティングを無限周期として任意次数での回折
光についてカップリング効率を解析によって求める工程
を備え、 上記解析結果と、有限領域を持つグレーティング部分に
係る計測結果を比較する為に、当該グレーティング部分
から、グレーティングのみによるカップリング効率の情
報を抽出する工程として、上記画像信号をフーリエ変換
した後、有限領域のエッジ部にて発生する回折像に応じ
た周波数応答成分及びグレーティングの導波路モード光
成分に応じた周波数応答成分を瞳空間にてデコンボリュ
ーションにより除去した後、逆フーリエ変換することを
特徴とするグレーティング検査方法。
12. The grating inspection method according to claim 11, further comprising a step of obtaining a coupling efficiency of diffracted light with an arbitrary order by analyzing the grating with an infinite period, and the analysis result and a grating having a finite region. In order to compare the measurement results of the parts, as a step of extracting the information of the coupling efficiency by the grating only from the grating part, after the Fourier transform of the image signal, the diffraction image generated at the edge part of the finite area And a frequency response component corresponding to the waveguide mode light component of the grating are removed by deconvolution in the pupil space, and then inverse Fourier transform is performed.
【請求項13】 請求項11に記載したグレーティング
検査方法において、 上記解析結果のフーリエ変換像に対して、上記有限領域
を持つグレーティング部分に応じた周波数応答成分及び
グレーティングの導波路モード光成分に応じた周波数応
答成分を瞳空間にてコンボリューションにより付加した
後、逆フーリエ変換する工程を備えていることを特徴と
するグレーティング検査方法。
13. The grating inspecting method according to claim 11, wherein the Fourier transform image of the analysis result corresponds to a frequency response component corresponding to a grating portion having the finite region and a waveguide mode light component of the grating. A grating inspection method comprising the step of adding the frequency response component by convolution in the pupil space and then performing an inverse Fourier transform.
【請求項14】 請求項11に記載したグレーティング
検査方法において、 上記検出光学系による画像信号に含まれる、光学系固有
の波面収差、複屈折等の光学系の位相及び偏光誤差の影
響を含めて解析するため、瞳空間に、光学系の収差、複
屈折に相当する位相フィルター関数及び偏光フィルター
関数を有する瞳フィルター関数を設定し、当該関数を用
いて解析処理を行うことを特徴とするグレーティング検
査方法。
14. The grating inspection method according to claim 11, including the influence of the phase error and polarization error of the optical system such as wavefront aberration and birefringence inherent in the optical system included in the image signal from the detection optical system. In order to analyze, a pupil filter function having a phase filter function and a polarization filter function corresponding to the aberration and birefringence of the optical system is set in the pupil space, and the analysis process is performed using the function. Method.
【請求項15】 請求項12に記載したグレーティング
検査方法において、 上記導波路モード光の周期を「L」、光源波長を
「λ」、上記照明光学系を構成する集光レンズの開口数
を「NA1」、上記検出光学系を構成するピックアップ
レンズの開口数を「NA2」と記すとき、「λ/(NA
1+NA2)>L」の関係が成り立つように設定するこ
とで、上記導波路モード光が発生する基本波の情報を除
去することを特徴とするグレーティング検査方法。
15. The grating inspection method according to claim 12, wherein a period of the waveguide mode light is “L”, a light source wavelength is “λ”, and a numerical aperture of a condenser lens that constitutes the illumination optical system is “L”. NA1 ", and the numerical aperture of the pickup lens constituting the detection optical system is referred to as" NA2 "," λ / (NA
1 + NA2)> L ”, so that the information of the fundamental wave generated by the waveguide mode light is removed.
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