JP2002169268A - 光学式レチクル基板検査装置及びそのビーム走査方法 - Google Patents

光学式レチクル基板検査装置及びそのビーム走査方法

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JP2002169268A JP2000364551A JP2000364551A JP2002169268A JP 2002169268 A JP2002169268 A JP 2002169268A JP 2000364551 A JP2000364551 A JP 2000364551A JP 2000364551 A JP2000364551 A JP 2000364551A JP 2002169268 A JP2002169268 A JP 2002169268A
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acousto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長が短いレーザ光源を使用した場合におけ
る走査の安定性を向上することができる光学式レチクル
基板検査装置及びそのビーム走査方法を提供する。 【解決手段】 トランスデューサ１９から、波長が時間
の経過に連れて線形的に短くなるように掃引した一連の
超音波を出力させる。この一連の超音波の最前部２６と
最後部２５との間隔は、レーザビーム３０の幅に一致し
ている。レーザビーム３０が音響光学素子４に入射する
と、最前部２６から最後部にかけて波長が線形的に短く
なるように周波数掃引された超音波パルスによってレー
ザビーム３０の回折が生じる。このとき、レーザビーム
３０の空間位置に応じて超音波の波長が相違するため、
ブラッグ角も相違し、この結果、凹レンズ効果が起き
る。このため、音響光学素子４が凹レンズとして作用
し、シリンドリカル凹レンズ群５との協働作用によって
レーザビーム３０の入射側に真円の虚像１４が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レチクル基板の欠
陥及び線幅を検査する光学式レチクル基板検査装置及び
そのビーム走査方法に関し、特に、波長が短いレーザ光
源を使用した場合の安定性の向上を図った光学式レチク
ル基板検査装置及びそのビーム走査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レチクル基板の欠陥及び線幅を検査する
光学式のレチクル基板検査装置において、基板上に検査
光を集光し、透過光又は反射光にて欠陥及び線幅を検出
する装置がある。このような装置では、レチクル基板の
表面に平行な一方向（以下、この方向をｙ軸方向とい
う。）においてレーザビームのスポット（ビームスポッ
ト）を走査し、レチクル基板の表面に平行な方向であっ
てｙ軸方向に直交する方向（以下、この方向をｘ軸方向
という。）においてレチクル基板が載置されたステージ
を等速移動させることで、レチクル基板の欠陥等を検査
する。ビームスポットを走査する方法としては、検査を
短時間に処理するため、光学的に走査する方法が一般的
であり、従来、音響光学素子を用いたビーム走査方法が
採用されている。
【０００３】このようなビーム走査方法においては、通
常のシリンドリカルレンズで集光した場合、走査ビーム
の角度に対し収差が発生し、レチクル基板面での焦点ず
れが生じる。そこで、音響光学素子によるレンズ効果を
用いて集光し、焦点ずれを低減させる方法が採られてい
る。このように２個の音響光学素子を用いてビームを集
光する技術は、例えば米国特許第３，８５１，９５１に
記載されている。また、この技術を適用した基板検査装
置が、例えば特開平６−２９４７５０号公報に記載され
ている。図４は従来の光学式レチクル基板検査装置を示
す模式図である。
【０００４】光学式レチクル基板検査装置には、レーザ
光源１、音響光学素子２及びシリンドリカルレンズ群３
が、レーザ光源１から出力されたレーザビームが直進す
る方向に、この順で配置されている。音響光学素子２
は、レーザ光源１から出力されたレーザビームを、周波
数変調によって前記直線に垂直な方向に走査することが
でるように配置され、シリンドリカルレンズ群３は、音
響光学素子２から出力されたレーザビームを、音響光学
素子２による走査方向のみに拡大することができるよう
に配置されている。
【０００５】光学式レチクル基板検査装置には、更にシ
リンドリカルレンズ群３から出力されたレーザビーム
を、シリンドリカルレンズ効果を示す音響光学素子４ａ
が設けられている。音響光学素子４ａの一端部には音響
光学素子４ａに超音波を発振するトランスデューサ１９
が取り付けられている。音響光学素子４ａは、トランス
デューサ１９が取り付けられた側、即ち超音波の入力側
がシリンドリカルレンズ群３に近くなるようにして配置
されている。また、光学式レチクル基板検査装置には、
音響光学素子４ａから出力されたレーザビームを集光す
るシリンドリカル凸レンズ群１８が設けられている。更
に、シリンドリカル凸レンズ群１８により形成される集
光スポットよりも離間した位置には、集光スポットを通
過したレーザビームを後段の光学系（図示せず）に伝搬
するリレーレンズ２４が配置されている。また、光学系
と検査対象であるレチクル基板との間には、対物レンズ
（図示せず）が配置され、更にレチクル基板を透過した
レーザビームの強度等を検出する検出器（図示せず）が
設けられている。
【０００６】このように構成された光学式レチクル基板
検査装置においては、レーザ光源１から出力されたレー
ザビームに対し、１個目の音響光学素子２による周波数
変調を利用して入射方向と出力方向とがなす角度を走査
する。この工程により、レーザビームの光路は経路１２
から経路１３へと遷移する。レーザビームが経路１２を
光路とする場合、レーザビームはシリンドリカルレンズ
群３により拡大されて走査方向に幅を備えたレーザビー
ム３０として出力される。
【０００７】また、トランスデューサ１９からは、波長
が時間の経過に連れて線形的に長くなるように、即ち最
前部２８における波長が最後部２７における波長よりも
短くなるように掃引した一連の超音波を出力させる。図
４中の最後部２０と最前部２１との間の複数の平行線
は、間隔が広いほど波長が長いことを示している。レー
ザビーム３０が入射された２個目の音響光学素子４ａは
トランスデューサ１９から発振される超音波によってシ
リンドリカル凸レンズとしてレーザビーム３０を集光し
ながら出力する。音響光学素子４ａから出力されたレー
ザビーム３０は、更にシリンドリカル凸レンズ群１８に
よって集光され、集光スポット２２を形成する。レーザ
ビームが経路１３を光路とする場合には、集光スポット
２２から走査方向にずれた位置に集光スポット２３を形
成する。集光スポット２２を通過したレーザビーム３０
は、再びその幅を拡大しながらリレーレンズ２４に入射
される。その後、光学系及び対物レンズを経由して集光
スポット２２がレチクル基板に結像され、その透過光の
強度等が検出器によって検出される。
【０００８】なお、音響光学素子４ａを超音波の入力側
がシリンドリカルレンズ群３から遠くなるようにして配
置し、波長が時間の経過に連れて線形的に短くなるよう
に掃引しても、同様の検出を行うことは可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
パターン微細化の要求に伴い、レチクル基板を検査する
装置にも高分解能化が求められているが、上述の従来の
光学式レチクル基板検査装置では、十分な高分解能を得
ることができないという問題点がある。
【００１０】高分解能を得るための一つの方法として、
検査光の波長をより短波長化することで、レチクル基板
面での集光スポットサイズを小さくする方法が考えられ
る。また、技術の進歩により露光の分野においても短波
長化が進んでいる。検査波長により欠陥の現れ方が変化
するため、検査光の波長も露光光の波長に近づけること
が重要でなる。しかし、検査光を短波長化する場合、従
来の音響光学素子で集光する走査方法では、材料吸収の
問題から使用できる音響光学素子の材料に制限がある。
例えば、従来、音響光学素子として一般的に使用されて
きた二酸化テルル製では３００ｎｍ以下の波長の検査光
を透過しないため、音速が５９６０ｍ／秒と二酸化テル
ル製に比べ約１０倍速い石英製の音響光学素子を用いる
必要がある。しかし、音響光学素子によるシリンドリカ
ルレンズ効果の焦点距離は、光源から出力される光の波
長に逆比例し、音速の２乗に比例することから、石英製
の音響光学素子を使用した場合には、焦点距離が長くな
るという問題点がある。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、波長が短いレーザ光源を使用した場合にお
ける走査の安定性を向上することができる光学式レチク
ル基板検査装置及びそのビーム走査方法を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光学式レチ
クル基板検査装置は、レーザ光源と、このレーザ光源か
ら出力されたレーザビームを走査する第１の音響光学素
子と、この第１の音響光学素子から出力されたレーザビ
ームに対し凹レンズ効果によって虚像を形成する第２の
音響光学素子と、この第２の音響光学素子のレーザビー
ム出力側に配置され前記レーザビームを走査の方向に対
して直交する方向に拡大する凹レンズと、前記虚像を検
査対象であるレチクル基板に結像する光学系と、を有す
ることを特徴とする。
【００１３】本発明においては、第１の音響光学素子に
よりレーザビームの走査が行われる。また、第２の音響
光学素子によりレーザビームに対して収差が低減された
虚像が形成され、凹レンズによりその虚像の形状が、例
えば真円に調整される。そして、光学系により虚像がレ
チクル基板に結像される。このように、本発明では、集
光スポットではなく、虚像がレチクル基板に結像されて
その走査が行われるので、短波長のレーザビームを使用
した場合であっても、安定した走査が可能となる。
【００１４】なお、前記凹レンズの開口数を、前記第２
の音響光学素子の凹レンズ効果による開口数と一致させ
ることによって虚像の形状を真円にしてもよい。また、
前記レーザビームの波長は３００ｎｍ以下であることが
好ましく、この場合、前記第２の音響光学素子を石英製
とすることができる。
【００１５】本発明に係る光学式レチクル基板検査装置
のビーム走査方法は、レーザビームに対し音響光学素子
によって虚像を形成する工程と、前記虚像をレチクル基
板に結像する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】本発明方法においても、前記レーザビーム
の波長は３００ｎｍ以下であることが好ましく、前記音
響光学素子を石英製とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る光学
式レチクル基板検査装置及びそのビーム走査方法につい
て、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本
発明の第１の実施例に係る光学式レチクル基板検査装置
の構造を示す模式図である。
【００１８】第１の実施例に係る光学式レチクル基板検
査装置には、従来の装置と同様に、レーザ光源１、音響
光学素子２及びシリンドリカルレンズ群３が、レーザ光
源１から出力されたレーザビームが直進する方向に、こ
の順で配置されている。レーザ光源１のレーザ波長は、
例えば３００ｎｍ以下である。音響光学素子２は、例え
ば石英製であり、レーザ光源１から出力されたレーザビ
ームを、周波数変調によって前記直線に垂直な方向に走
査することがでるように配置されている。シリンドリカ
ルレンズ群３は、音響光学素子２から出力されたレーザ
ビームを、音響光学素子２による走査方向のみに拡大す
ることができるように配置されている。なお、音響光学
素子２による走査方向はｙ軸方向に相当している。
【００１９】本実施例には、更にシリンドリカルレンズ
群３から出力されたレーザビームに対し、レンズ効果を
示す音響光学素子４が設けられている。音響光学素子４
の一端部にはトランスデューサ１９が取り付けられてい
る。音響光学素子４は、トランスデューサ１９が取り付
けられた側、即ち超音波の入力側がシリンドリカルレン
ズ群３に近くなるようにして配置されている。また、本
実施例には、音響光学素子４から出力されたレーザビー
ムを走査方向に直交する方向のみに拡大して出力するシ
リンドリカル凹レンズ群５が設けられている。シリンド
リカル凹レンズ群５の開口数は、音響光学素子４がシリ
ンドリカル凹レンズとして作用するときの開口数に一致
している。従って、音響光学素子４及びシリンドリカル
凹レンズ群５によって形成される虚像の形状は真円とな
る。
【００２０】更に、シリンドリカル凹レンズ群５から出
力されたレーザビームを結像する光学系８が設けられ、
シリンドリカル凹レンズ群５と光学系８との間には、シ
リンドリカル凹レンズ群５から出力されたレーザビーム
を後段の光学系８に伝搬するリレーレンズ７が配置され
ている。光学系８は従来のものと同様の構造を有し、例
えば結像に必要なレンズ群、レーザビームの強度等の変
動を検出する測定器、マルチビーム検査方式に必要な分
割部、及びレチクル基板反射光を検出する測定器等が含
まれている。また、光学系８と検査対象であるレチクル
基板１０との間には、理論スポット限界近くまで集光す
る対物レンズ９が配置され、更にレチクル基板１０を透
過したレーザビームの強度等を検出する検出器１１が設
けられている。
【００２１】音響光学素子２、シリンドリカルレンズ群
３、音響光学素子４及びシリンドリカル凹レンズ群５か
ら凹レンズ型走査部６が構成されている。
【００２２】なお、シリンドリカルレンズ群３の倍率
は、例えばトランスデューサ１９から発振された一連の
超音波の音響光学素子４を伝搬する際の最前部と最後部
との間隔に一致するように設定しておく。
【００２３】次に、上述のように構成された第１の実施
例に係る光学式レチクル検査装置のビーム走査方法につ
いて説明する。図２は本発明の第１の実施例に係る光学
式レチクル検査装置のビーム走査方法を示す模式図であ
る。図２には、レーザ光源１からリレーレンズ７までを
示す。
【００２４】このビーム走査方法では、レーザ光源１か
ら出力されたレーザビームに対し、音響光学素子２によ
る周波数変調を利用して入射方向と出力方向とがなす角
度を走査する。このとき、角度の走査のために音響光学
素子２で変調する周波数帯域は、音響光学素子４により
形成される虚像の大きさ、走査に伴う虚像の移動距離、
及びレチクル基板１０の表面に結像されるスポットの大
きさに基づいて任意に決定することができる。この走査
により、レーザビームの光路は経路１２から経路１３へ
と遷移する。レーザビームが経路１２を光路とする場
合、レーザビームはシリンドリカルレンズ群３により拡
大されて走査方向に幅を備えたレーザビーム３０として
出力される。
【００２５】また、トランスデューサ１９からは、波長
が時間の経過に連れて線形的に短くなるように掃引した
一連の超音波を出力させる。図２中の最後部２５と最前
部２６との間の複数の平行線は、間隔が広いほど波長が
長いことを示している。この一連の超音波の最前部２６
と最後部２５との間隔は、レーザビーム３０の幅に一致
している。レーザビーム３０が音響光学素子４に入射す
ると、上述のように最前部２６から最後部にかけて波長
が線形的に短くなるように周波数掃引された超音波パル
スによってレーザビーム３０の回折が生じる。このと
き、レーザビーム３０の空間位置に応じて超音波の波長
が相違するため、ブラッグ角も相違し、この結果、本実
施例では、凹レンズ効果が起きる。このため、音響光学
素子４が凹レンズとして作用し、シリンドリカル凹レン
ズ群５との協働作用によってレーザビーム３０の入射側
に真円の虚像１４が形成される。また、レーザビームが
経路１３を光路とする場合には、虚像１４から走査方向
にずれた位置に真円の虚像１５が形成される。
【００２６】音響光学素子４から出力されたレーザビー
ム３０は、その幅を拡大しながらシリンドリカル凹レン
ズ群５及びリレーレンズ７を経由して、光学系８に入射
する。そして、光学系８によりレーザビーム３０の進行
方向及び絞り等を制御し、対物レンズ９を介して虚像１
４をレチクル基板１０の表面にスポット１７として結像
させる。レチクル基板１０の表面に結像されたスポット
１７は、音響光学素子２による角度走査に伴ってｙ軸方
向に移動し、音響光学素子２から出力されたレーザビー
ムの光路が経路１３となるときには、虚像１５がスポッ
ト１６としてレチクル基板１０の表面に結像される。そ
して、その透過光の強度等が検出器１１によって検出さ
れる。
【００２７】このような走査方法において、音響光学素
子４における超音波の伝搬速度をＶ（ｍ／秒）、レーザ
ビームの波長をλ（ｍ）、トランスデューサ１９におけ
る超音波の掃引時間（一連の超音波の出力時間）をＴ
（秒）、トランスデューサ１９から発振される超音波の
帯域をΔｆ（Ｈｚ）とすると、音響光学素子４がシリン
ドリカル凹レンズ効果を示すときの焦点距離ｆ（ｍ）
は、下記数式１で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】この数式１にも、焦点距離が入射レーザの
波長に逆比例し、超音波速度の２乗に比例することが表
されており、前述のように、超音波の伝搬速度が６２０
（ｍ／秒）の二酸化テルル製の音響光学素子に比べて、
超音波の伝搬速度が５９６０（ｍ／秒）と速い石英製の
音響光学素子を使用した場合に、焦点距離が長くなって
しまうことが理解できる。
【００３０】本実施例においては、音響光学素子４を凹
レンズ効果を起こすように使用して虚像をリレーする構
成としているので、従来のシリンドリカル凸レンズ効果
を用いたビーム走査方法と比して、全体光路長を短くで
きる。特に、現状では、３００ｎｍより短いレーザ波長
においては、音響光学素子に音速（超音波の伝搬速度）
の速い石英製しか使用できないため、大きな効果を発揮
する。例えば、伝搬速度Ｖが５９６０（ｍ／秒）、レー
ザビームの波長λが２４４×１０-9（ｍ）、超音波の掃
引時間（一連の超音波の出力時間）Ｔが２×１０
-6（秒）、超音波の帯域Δｆが８０×１０-6（Ｈｚ）の
場合、上記数式１より、焦点距離ｆは３．６４ｍとな
る。従って、従来のように音響光学素子に凸レンズ効果
を発揮させて集光スポットをリレーして走査した場合に
は、約２×ｆ相当だけ光路が長くなり、安定性を考慮す
ると現実的でない。一方、本実施例によれば、音響光学
素子を凹レンズとして作用するように使用しているの
で、虚像をリレーして走査光学系の光路を短くできる。
このため、超音波の伝搬速度が速い石英製の音響光学素
子を使用した場合であっても、安定した走査が可能とな
る。
【００３１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第１の実施例においては、音響光学素子４の超音
波パルスを最前部２６から最後部２５にかけて波長が短
くなるような構成として周波数の掃引を行っているが、
第２の実施例では、周波数の掃引方向を逆方向にする。
図３は本発明の第２の実施例に係る光学式レチクル基板
検査装置の構造及びそのビーム走査方法を示す模式図で
ある。なお、図３に示す第２の実施例において、図１及
び図２に示す第１の実施例と同一の構成要素には、同一
の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３２】第２の実施例においては、音響光学素子４
が、トランスデューサ１９が取り付けられた側、即ち超
音波の入力側がシリンドリカルレンズ群３から遠くなる
ようにして配置されている。その他の構造は、第１の実
施例のものと同様である。
【００３３】このように構成された第２の実施例に対す
るビーム走査方法では、トランスデューサ１９からは、
波長が時間の経過に連れて線形的に長くなるように掃引
した一連の超音波を出力させる。図３中の最後部２７と
最前部２８との間の複数の平行線は、間隔が広いほど波
長が長いことを示している。この一連の超音波の最前部
２８と最後部２７との間隔は、第１の実施例と同様に、
レーザビーム３０の幅に一致している。レーザビーム３
０が音響光学素子４に入射すると、上述のように波長が
線形的に長くなるように周波数掃引された超音波パルス
によってレーザビーム３０の回折が生じる。この結果、
本実施例においても、凹レンズ効果が起きる。そして、
シリンドリカル凹レンズ群５との協働作用によってレー
ザビーム３０の入射側に真円の虚像１４が形成される。
また、レーザビームが経路１３を光路とする場合には、
虚像１４から走査方向にずれた位置に真円の虚像１５が
形成される。
【００３４】従って、第２の実施例によっても、第１の
実施例と同様の走査を行うことにより、第１の実施例と
同様に、安定した走査を行うことができるという効果が
得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
音響光学素子の凹レンズ効果により、集光スポットでは
なく、収差が低減された虚像がレチクル基板に結像され
てその走査が行われるので、短波長のレーザビームを使
用した場合であっても、安定した走査を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光学式レチクル基
板検査装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る光学式レチクル検
査装置のビーム走査方法を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光学式レチクル基
板検査装置の構造及びそのビーム走査方法を示す模式図
である。
【図４】従来の光学式レチクル基板検査装置を示す模式
図である。
【符号の説明】
１；レーザ光源 ２、４；音響光学素子 ３；シリンドリカルレンズ群 ５；シリンドリカル凹レンズ群 ６；凹レンズ型走査部 ７；リレーレンズ ８；光学系 ９；対物レンズ １０；レチクル基板 １１；検出部 １２、１３；経路 １４、１５；虚像 １６、１７；スポット １８；シリンドリカル凸レンズ群 １９；トランスデューサ ２０、２５、２７；最後部 ２１、２６、２８；最前部 ３０；レーザビーム

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光源と、このレーザ光源から出力
    されたレーザビームを走査する第１の音響光学素子と、
    この第１の音響光学素子から出力されたレーザビームに
    対し凹レンズ効果によって虚像を形成する第２の音響光
    学素子と、この第２の音響光学素子のレーザビーム出力
    側に配置され前記レーザビームを走査の方向に対して直
    交する方向に拡大する凹レンズと、前記虚像を検査対象
    であるレチクル基板に結像する光学系と、を有すること
    を特徴とする光学式レチクル基板検査装置。
  2. 【請求項２】 前記凹レンズの開口数は、前記第２の音
    響光学素子の凹レンズ効果による開口数と一致している
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学式レチクル基板
    検査装置。
  3. 【請求項３】 前記レーザビームの波長は３００ｎｍ以
    下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学
    式レチクル基板検査装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の音響光学素子は、石英製であ
    ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
    載の光学式レチクル基板検査装置。
  5. 【請求項５】 レーザビームに対し音響光学素子によっ
    て虚像を形成する工程と、前記虚像をレチクル基板に結
    像する工程と、を有することを特徴とする光学式レチク
    ル基板検査装置のビーム走査方法。
  6. 【請求項６】 前記レーザビームの波長は３００ｎｍ以
    下であることを特徴とする請求項５に記載の光学式レチ
    クル基板検査装置のビーム走査方法。
  7. 【請求項７】 前記音響光学素子は、石英製であること
    を特徴とする請求項５又は６に記載の光学式レチクル基
    板検査装置のビーム走査方法。
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