JP4244305B2 - 照明光学系及びこれを用いたパターン欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホトマスクパターンの欠陥(ショート、断線等)や異物を検出するパターン検査、異物検査に使用する照明光学系及びパターン欠陥装置及び光ファイバーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、パターン欠陥検査装置では、高分解能顕微鏡と同等の性能を有する照明光学系を用いてホトマスク等の試料を照明することによりマスクパターン像を形成し、このマスクパターン像をCCDカメラやラインセンサ等の受像センサを用いて画像情報として取得し、予め取得した欠陥・異物のない基準画像又は予め作成してある欠陥・異物のない基準画像と測定により得られた画像情報とを比較し、製造されたホトマスク等に欠陥・異物が存在するか否かの検査が行われている。
【0003】
パターン欠陥検査装置としての例えば高分解能顕微鏡と同等の性能を有するマスクパターン欠陥検査装置では、試料を一括照明し、開口数の大きい対物レンズ、すなわち、高NAの対物レンズでマスクパターン像を形成するようにしている。このようなパターン欠陥検査装置では、近年の半導体デバイスの微細化の進展に伴って、露光や検査に用いられる光の短波長化が進み、深紫外線(DUV)光が利用されるようになってきている。
【0004】
しかしながら、この光の波長領域では、通常のランプ光源(放電ランプ)を用いたのでは、全発光量に占めるDUV光の光量が少なく高出力化を図っても、発光輝点の面積が増加するのみで輝度が高くならないために、レーザーが光源として用いられることが多くなってきている。
【0005】
例えば、高分解能顕微鏡としてレーザー光を試料の表面に集光して走査するレーザー走査型顕微鏡が市販されているので、これを用いて試料を走査照明することが考えられるが、レーザー光を空間的に移動させて走査することが必要で、例えば、AOD(音響光学素子)等の比較的高速な手段を用いても、要求される検査時間内に試料を走査できないという不都合がある。
【0006】
そこで、レーザー光を用いて一括照明を行うことが提案されているが、レーザー光を用いて一括照明を行うと、レーザー光の可干渉性によってスペックルパターンやパターンエッジにおけるリンギングによるオーバーシュート、アンダーシュートが生じ、照明むらとなる。
【0007】
また、照明光束の開口数を向上させると同時に一括照明の均一性を確保するためにインテグレータを照明光学系に用いることがあるが、この場合にもレーザー光の可干渉性によって干渉縞パターンが試料上に形成され、照明むらとなる。この照明むらはコントラストが高く、この状態で試料を撮影すると、撮影画像にむらが生じる。
【0008】
従って、レーザー光の可干渉性を低減するために、インテグレータの集光点でランダム位相板を回転させる、この集光点に拡散板を設置する、インテグレータの各素子に対応させて長さの異なる光ファイバーを並べて配列する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0009】
これらの光学系によれば、インテグレータの各素子を照明光束としてのレーザー光束が通過する間に位相差がコントロールされ、干渉縞パターンによる照明むらが軽減される。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−39960号公報(図11)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ランダム回転位相板を用いたものでは、ランダム回転位相板を回転駆動させる機構が必要であり、拡散板を用いたものでは照明光束が大きく拡散されるため、コンデンサレンズによって試料に投影される照明光束の光量が大幅に減少し、光ファイバーの長さを変えるものでは、レーザー光源の性能が変わると、可干渉距離が変化するため、それに対応してファイバーの長さを変えなければならず、また、装置の大型化を招く不都合がある。
【0012】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、可動機構が不要でかつ照明光束の利用効率を損なうことなくしかも装置の大型化を伴うことなくレーザー光の可干渉性に起因する照明むらの低減を図ることのできる照明光学系及びパターン欠陥検査装置及び光ファイバーを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の照明光学系は、レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、複数個の素子を有しかつ該各素子に入射した照明光を混合してコンデンサレンズに導くインテグレータと、該インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
請求項2に記載のパターン欠陥検査装置は、レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、複数個の素子を有しかつ該各素子に入射した照明光を混合してコンデンサレンズに導くインテグレータと、該インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路と、前記インテグレータから出射された照明光束を集光して試料に照射するコンデンサレンズと、該試料に照射された照明光束を集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光された光束を検出センサに結像させる検出光学系と、前記検出センサに結像されかつ光電変換された信号を処理する信号処理装置と、を備えていることを特徴とする。
請求項3に記載のパターン欠陥検査装置は、前記制御回路がランダムな位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、ランダムな位相差パターンに対応する電圧を前記各圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、前記検出センサの光電蓄積時間に同期して前記各光ファイバーを通る照明光束の位相差を制御することにより前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする。
請求項4に記載のパターン欠陥検査装置は、前記制御回路は規則的な位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、規則的な位相差パターンに対応する電圧を各列間毎の前記圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、各列に存在する光ファイバーを通る照明光束には同一の位相を与えかつその列と異なる列に存在する光ファイバーを通る照明光束には所定の位相差を与えて列間の位相差を保ったままこの位相差を前記検出センサの光電蓄積時間に同期して変化させることにより、前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする。
請求項5に記載のパターン欠陥検査装置は、前記検出センサが一次元ラインセンサからなり、前記試料が一次元ラインセンサの延びる方向と直交する方向に可動されることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係わるパターン欠陥検査装置の概要図を示すものであって、図1において、1はレーザー光源部、2は照明光学系、3はコンデンサレンズ、4は試料、5は対物レンズ、6は検出光学系、7は検出センサ(センサ)、8は信号処理装置である。
【0020】
レーザー光源部1は、図示を略すビームエキスパンダー光学系を有し、レーザー光源部1から出射されたレーザー光Pはそのビーム径が拡大されて照明光学系2に入射される。
【0021】
照明光学系2は、図2に拡大して詳細に示すように、入射側フライアイレンズアレイ9、出射側フライアイレンズアレイ10、光ファイバー配列体11、インテグレータ12から構成されている。
【0022】
入射側フライアイレンズアレイ9、出射側フライアイレンズアレイ10は規則的に配列されたレンズ素子9a、10aを有する。入射側フライアイレンズアレイ9はレーザー光源部1からの照明光Pを集光して複数個の疑似光源を生成する。出射側フライアイレンズアレイ10はインテグレータ12の各素子12aに臨まされている。光ファイバー配列体11は複数個の規則的に配列された光ファイバー13からなっている。ここでは、光ファイバー配列体11は縦横に3個づつ配列された9個の光ファイバー13から構成されている。ここで、符号13Aは第1列目の光ファイバーの横列を示し、符号13Bは第2列目の光ファイバーの横列を示し、符号13Cは第3列目の光ファイバーの横列を示している。
【0023】
各光ファイバー13は入射側レンズアレイ9の各レンズ素子9aに臨む入射面13aと出射側レンズアレイ10の各レンズ素子10aに臨む出射面13bとを有する。その各光ファイバー13の外周部13cには圧電物質被膜14が形成されている。各光ファイバー13はその圧電物質被膜14の膨張収縮により歪みが与えられて、その屈折率が変化される。
【0024】
その各圧電物質被膜14には制御回路15によって周期的に電圧が印加される。その制御回路15は位相差パターン発生回路16と電圧制御回路17とから構成される。位相差パターン発生回路16は各光ファイバー13に与える位相差を算出する機能を有する。電圧制御回路16は、位相差パターン発生回路15からの位相差信号に対応する印加電圧をそれぞれ発生し、各圧電物質被膜14にその位相差信号に対応する印加電圧を印加する。
【0025】
これによって、各光ファイバー13にはその圧電物質被膜14に加えられた印加電圧に対応する歪みが与えられる。これによって、照明光束Pには各光ファイバー13を通過する間に位相差が与えられる。その位相差は、光の1波長の位相差(2π)を与える程度が、圧電物質被膜14の大型化、ひいては、光ファイバー配列体11の大型化を避けるうえで好ましい。
【0026】
ここでは、位相差パターン発生回路15は、ランダム位相差パターンを発生するものとされている。照明光束Pには各光ファイバー13を通過する際にランダムな位相差が与えられてインテグレータ12に入射される。この照明光束Pはこのインテグレータ12によって混合されてコンデンサレンズ3に導かれる。照明光束はこのコンデンサレンズ3によって集光され、試料4はこの照明光束Pによって照明される。この照明光学系2によれば、従来のランダム位相板と同等の効果が得られる。
【0027】
その試料4を透過した照明光束Pは、対物レンズ5によって集光されて、検出光学系6に導かれ、この検出光学系6によって検出センサ7に結像される。その検出センサ7はここではエリアセンサから構成され、このエリアセンサの出力は、信号処理装置8に入力されて従来と同様の方法で画像処理される。
【0028】
以上、発明の実施の形態では、各光ファイバー13を通過する照明光束にランダムな位相差を与えることにしたが、各光ファイバー13の列毎、例えば、横列13Aを形成する各光ファイバー13、横列13Bを形成する各光ファイバー13、横列13Cを形成する各光ファイバー13にはそれぞれ同一の位相を与え、かつ、横列13Aを形成する光ファイバー13と横列13Bを形成する光ファイバー13とには所定の位相差を与え、また、横列13A、横列13Bを形成する光ファイバー13と横列13Cを形成する光ファイバーとにも異なる所定の位相差を与えて、エリアセンサ7の光電蓄積時間に同期させて列間の位相差を保ったまま位相を0から2πまで変化させることにより、位相をスィープさせるようにしても良い。
【0029】
また、検出センサ7をエリアセンサの代わりにラインセンサを用いてかつ試料4をラインセンサの延びる方向と直交する方向に移動させて2次元画像を捕捉するように構成すれば、各光ファイバー13の列13A、13B、13C毎に同一の位相差を与えて、エリアセンサの光電蓄積時間に同期させて列間の位相差を保ったまま位相を0から2πまで変化させることにより、図3(a)に示すように、検出センサ7に形成された干渉縞に対応する光量分布Qを1ピッチ分づつ連続的に移動させることができ、このように構成すると、図3(b)に示すように干渉縞に対応する光量分布Qを平均化することにより、照明むらを除去することができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明に係わる照明光学系及びパターン欠陥検査装置は、可動機構が不要でかつ照明光束の利用効率を損なうことなくしかも装置の大型化を伴うことなくレーザー光の可干渉性に起因する照明むらの低減を図ることのできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるパターン欠陥検査装置の概要図である。
【図2】 本発明に係わる照明光学系の詳細構成を示す光学図である。
【図3】 本発明に係わる照明光学系の作用の一例を示す説明図であり、(a)は干渉縞に対応する光量分布の移動状態を示す図であり、(b)はその光量分布が蓄積時間内に平均化された状態を示す図である。
【符号の説明】
1…レーザー光源部
9…入射側レンズアレイ
10…出射側レンズアレイ
11…光ファイバー配列体
12…インテグレータ
13…光ファイバー
14…圧電物質被膜
13a…入射面
13b…出射面
13c…外周部
15…制御回路
Claims (5)
- レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、複数個の素子を有しかつ該各素子に入射した照明光を混合してコンデンサレンズに導くインテグレータと、該インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする照明光学系。
- レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、複数個の素子を有しかつ該各素子に入射した照明光を混合してコンデンサレンズに導くインテグレータと、該インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路と、前記インテグレータから出射された照明光束を集光して試料に照射するコンデンサレンズと、該試料に照射された照明光束を集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光された光束を検出センサに結像させる検出光学系と、前記検出センサに結像されかつ光電変換された信号を処理する信号処理装置と、を備えていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
- 前記制御回路がランダムな位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、ランダムな位相差パターンに対応する電圧を前記各圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、前記検出センサの光電蓄積時間に同期して前記各光ファイバーを通る照明光束の位相差を制御することにより前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする請求項2に記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記制御回路は規則的な位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、規則的な位相差パターンに対応する電圧を各列間毎の前記圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、各列に存在する光ファイバーを通る照明光束には同一の位相を与えかつその列と異なる列に存在する光ファイバーを通る照明光束には所定の位相差を与えて列間の位相差を保ったままこの位相差を前記検出センサの光電蓄積時間に同期して変化させることにより、前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする請求項2に記載のパターン欠陥検査装置。
- 前記検出センサが一次元ラインセンサからなり、前記試料が一次元ラインセンサの延びる方向と直交する方向に可動されることを特徴とする請求項4に記載のパターン欠陥検査装置。
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