JP2004530947A - 観察対象域を平面的に照明するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学機器において観察対象域を平面的に照明するための装置、並びにこの種装置を有する光学機器に関する。たとえば顕微鏡、そのなかでも、検査対象物に対し平面的な照明、すなわち単一対象物点を越えた広がりのある照明が必要なマイクロリソグラフィ・シミュレーション顕微鏡。
【解決手段】レーザ光源（８）と、レーザ光源（８）の光を観察対象域へ導く少なくとも１本の光ファイバを有する光ケーブル（９）とが備えら、光ファイバは、照明光の強度分布が、光ファイバの断面内部において、つまり入射側端部から射出側端部に到る途上でその均質性を上げるように、および光ファイバの射出端から対象物へ向けられる照明光の強度分布が大きく均質化されるように、形態およびサイズが決められている。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器において観察対象域を平面的に照明するための装置、並びにこの種装置を有する光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光学機器としては、たとえば顕微鏡、そのなかでも、検査対象物に対し平面的な照明、すなわち単一対象物点を越えた広がりのある照明が必要なマイクロリソグラフィ・シミュレーション顕微鏡がある。
この種機器の場合、観察対象域の照明均質性が観察対象域からの撮像品質にとっては特に重要である。しかしながら、照明光生成のためにレーザ光源を使用する場合、ビーム断面内の光の強度分布が不均一であるという問題がある。これは像の品質に不利に作用する。
【特許文献１】
ＵＳ５３９５３６２
【特許文献２】
ＥＰ０４３５８２５
【特許文献３】
ＧＢ２０４９９８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、像品質に、したがって同時に評価結果にも不利に作用する照明輝度の変動に関しては、その原因は、コヒーレント光源の場合、低周波の振幅変調すなわちコヒーレント雑音（スペックル）にある。それゆえ、この妨害による影響をできる限り抑えることが重要なポイントになる。
【０００４】
公知の解決策では、その目的にはレーザ光源と観察対象域間の光路内へ、レーザ光の強度変調を少なくするために回転散光板が配置されている。
以上のほか、光学機器との関連において光ケーブルの使用が知られている。これは、これまで光を可能な限りフレキシブルに光源から対象物まで伝送するために使用されている。通例、光ケーブルは、長波（λ＞４００ｎｍ）から赤外までのスペクトル領域内の照明光を伝送するために使用される。
【０００５】
上記のことから出発して、本発明では、広がりのある観察対象域に対する照明を均質化するための別の可能性を見出すことを基本課題に置いている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
冒頭に掲げた種類の装置では、この目的には、照明光生成のためのレーザ光源と、照明光を対象物へ導く少なくとも１本の光ファイバを有する光ケーブルとが備えられている。ただしその場合、光ファイバは、照明光の強度分布が、光ファイバの断面内部において、つまり入射側端部から射出側端部に到る途上で均質性を上げるように、および光ファイバの射出端から対象物へ向けられる照明光の強度分布が大きく均質化されるように、形態およびサイズが決められている。
【０００７】
これによって、回転する散光板に似た効果が得られる。しかし、回転する散光板とは異なり、本発明に基づく解決法の場合、作動コンポーネントがないため、非常に高い障害安全性を持つ静的システムとなっている。しかも、回転散光板の場合では必要な駆動装置や付属制御装置は不要である。
【０００８】
そのうえ光ケーブルは、設置位置に特別な制限がなくフレキシブルに敷設することができるので、駆動装置を伴う散光板とは異なり、機器構成ではコンパクト性を高めることもできる。
【０００９】
ビーム断面全体にわたる、強度変調の低減化が、光ケーブルのさまざまな構築パラメータを通じて実現することができる。たとえば、光ファイバの長さおよび／または光ファイバの直径および／または光ファイバに使用される材質のプレセットを通じて行うことができるので、レーザ光の空間コヒーレンスは打破される。強度変調の低減化とは、光ケーブル出口の断面における強度のブレを１０％未満に、好ましくは１％未満に縮小させることを意味する。
【００１０】
有利な実施態様では、レーザ光源は、ＵＶ領域の光を、帯域幅それぞれ約±２ｎｍとして、特に波長３８６ｎｍ，３６５ｎｍ，２６６ｎｍ，２５７ｎｍ，２４８ｎｍ，２１３ｎｍ，２１１ｎｍまたは１９３ｎｍの光を生成する。使用される光ファイバは、好ましくは多重モード光導波路である。光伝導部分の直径は、この場合、光源から来る光の波長の何倍もの長さになる。
【００１１】
光ファイバの長さが少なくとも３０ｃｍあれば、有利であることがわかった。長さが長すぎると強度損失が大きすぎるから、最大長は現状技術では、好ましくは約１００ｃｍに制限されねばならない。より耐久性のある、あるいはより損分の少ない光ファイバが利用可能である限り、長さについては、より長いものを選択することができる。
【００１２】
別な本発明の有利な実施態様では、光源にパルスレーザ光源が使用される。散光板に比較して本発明に基づく光ファイバの使用では、少ないパルス数のときからすでに均質化がスムーズに達成されるのが観察できるので、このような照明装置は測定法における測定スループットの最適化に非常に適している。
【００１３】
照明を一段と改良、あるいは均質化するため、１枚または数枚の回転散光板を光ケーブルの前および／または後に補足設置することができる。
２枚の散光板が配置される場合、均質化に関しては、これらが反対方向に回転すると有利である。
【００１４】
散乱作用を達成するため、散光板はたとえば顆粒化されている。パルス化されたレーザ光源を使用する場合、顆粒化粒子すなわち個々の顆粒核のサイズは、パルス数およびパルス幅に、並びに散光板の回転速度に同期させる。特性コヒーレンス長に同期させることも考え得る。同期の目的は、一方では光が１パルスの間、たとえば１０ｎｓの間、散光板においてほぼ同一位置を通過できるようにすること、すなわち散光板をその光学的作用に対して擬似的に静止状態にすること、他方では各２パルス間の時間間隔では確実に継続回転させることである。これによって、散光板の顆粒化も光源のビーム断面における強度不均質性も平均化される。顆粒化の代わりにホログラフィック・プロファイルを使用することもできる。
【００１５】
本発明に基づく光学機器としては、以上に述べたほか、観察対象域に対し調整可能な観察装置と上記した様式の照明装置とを持つ光学機器、特にマイクロリソグラフィ・シミュレーション顕微鏡が提案される。
【００１６】
照明装置は、好ましくは構築ユニットとして観察装置と並置される。その場合、照明装置は導光装置を通じて観察装置と結合している。これは、たとえば転向ミラー、または別の光ケーブルを通じ行うことができる。
もちろん、光を照明装置の光ケーブルを通じて直接観察装置内へ結合させることも可能である。
観察装置内への光の導入は、投射原理に従うか、または透過原理に従って行うことができる。
【００１７】
本発明の別の有利な実施態様では、観察装置は観察対象域内で複数の異なる対象物点を走査するように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施例に基づきより詳しく説明する。その場合、本発明に基づく照明装置付きの顕微鏡が描かれた図面を利用する。
顕微鏡１は、ここでは例示的にマイクロリソグラフィ・シミュレーション顕微鏡として形成されているもので、観察装置２および照明装置３が装備されている。これにより、たとえば半導体、あるいはウェハの製造用マスクのほか、他の対象物の検査もできる。
【００１９】
観察装置２は、検査対象物Ｏの収容部を持つ可動テーブル５の方に向けられた対物レンズ４を有している。そのほか、対象物Ｏの平面的観察対象域を一様に照明するための照明光学系６が配備されている。図示した実施例においては、透過原理による照明装置が配備されている。しかし、対象物Ｏに対し投射原理による照明および検査をすることも可能である。
【００２０】
ここに図示された観察装置２は、観察対象域内にある複数の対象物点を走査するために構成されている。この場合、得られた像情報が観察装置２に接続されたビデオカメラ７に記録される。しかし、ビデオカメラ７の代わりに、撮像センサの装備された他の記録媒体を配備することもできる。その上、観察装置２は、然るべき構造を持っている場合、平面的に照明された観察対象域の視覚観察を可能にする。
【００２１】
顕微鏡１には既述の照明装置３が付いているが、ここではこれは分離した構成ユニットとして図示されている。照明装置３は、観察対象域を照明するための光を生成するレーザ光源８を有している。レーザ光源８は、ＵＶ領域のコヒーレント光を生成するが、本例ではパルスレーザ光源として構成されている。
【００２２】
レーザ光源８により生成された光は、対象物Ｏ上に当たるまで光ケーブル９によって導かれる。光ケーブル９は、１本か数本の光ファイバを擁し、レーザ光源８から放射された光のコヒーレンスを打破するのに利用される。
それにはさまざまな可能性が存在する。実際、光ファイバの断面にわたる強度分布の均質化は、その長さ、直径および材質に依存する。構成パラメータの的確な選択により、光ケーブルの入口（入射側端部）と出口（射出側端部）間で、その断面全域にわたり強度分布に明瞭な均質化が現われる。
【００２３】
図示された実施例では、多重モード光導波路として作られた単一光ファイバを擁する光ケーブル９が使用されている。この場合光ファイバの長さは３０〜１００ｃｍ、好ましくは５０〜６０ｃｍとする。光ケーブル９は照明装置３内で随意に敷設することができる。また、あちこちに走るファイバ区分を、いわば多輪状ケーブルとして束ねることができる。
【００２４】
さらに、照明装置３は、必要ならば、レーザ光源８の光を光ケーブル９内へ導入する絞りも備えた、レンズまたは配列レンズの形を取る光学結合装置１０を持つことができる。加えて、光学分岐装置１１も配置されている。これは、ここでも１つまたは複数のレンズから成るが、必要なら絞りも追加される。
【００２５】
別の光ケーブル１２が、照明装置３から光学分岐装置１１を通じて発せられた光を対象物Ｏへ導くのに用いられる。照明光学系６および照明装置３へ接続するために、別の光ケーブル１２の端部にはそれぞれ適当な光カプラ１３および１４が設置されている。
【００２６】
上で説明した構成で、すでに対象物Ｏの観察対象域における高い照明均質性が達成される。特に、コヒーレント雑音の発生は、光ケーブル９によって極度に減少させることができるので、観察対象域の像におけるコヒーレント雑音すなわちスペックルの妨害的影響は低減するか、または完全に回避される。
【００２７】
上に挙げた後続の光ケーブル１２の代わりに、転向ミラーによって光を伝送することもできる。そのうえ、照明装置３を直接照明光学系６へ接続することも可能である。
【００２８】
図示された実施例では、照明装置３内の光学結合装置１０と光ケーブル９間の位置に回転型散光板１５が追加配備されている。散光板１５を旋回移動させる付属駆動装置は、図では省略した。
【００２９】
散光板の回転数は、散光板がレーザパルス幅の間、たとえば１０ｎｓの間擬似的に静止する一方で、しかし他方２つのレーザパルス間、次のレーザパルスが発せられるまでの時間間隔内で次へ移動するように選択されている（反復周波数はたとえば２００Ｈｚ）。それゆえ、順次続くパルスは散光板１５の異なった部分を通って行く。
【００３０】
上に挙げた反復周波数の場合、毎秒数センチメートル程度の速度で十分である。顆粒核のサイズは０．１ｍｍの領域内にある。
【００３１】
散光板１５によりもたらされる均質化効果を強めるために、第２の散光板（図示されていない）を追加配置することもできるが、これは本発明の構成次第で静止させておくか、あるいは反対方向に回転させる。第２の散光板が静止であれば、好ましくは、ビーム方向に見て回転散光板の前に配置する。
【００３２】
散光板１５の配置もまた、光ケーブル９、光学結合装置１０および光学分岐装置１１との関連において比較的自由に選択することができる。すなわち散光板１５はこれらのコンポーネントのそれぞれ前または後に接続することができる。このことは、必要に応じて照明装置３内に設置される別の散光板についても当てはまる。顆粒化された散光板の代わりに、ホログラフィ模様の付いた散光板も使用することができる。なお、その模様は均質化効果の観点からビーム断面全体にわたるように構成されている。
【００３３】
実施例の別な変化態様では、光学分岐装置１１は照明光学系６内に統合することも可能で、その場合は、光ケーブル９が別の光ケーブル１２の作用も同時に受け持つことになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
顕微鏡１との関連において記述された照明装置３は、他の目的にも使用することができる。つまり、たとえば光学機器において、広がりのある観察対象域もしくは測定フィールドを可能な限り均質に、平面的に照明することが望まれるあらゆる場合に使用できる。その一例が、半導体基板もしくはウェハをフォトリソグラフィ照明するための装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の照明装置付き顕微鏡構成図
【符合の説明】
【００３６】
１ 顕微鏡
２ 観察装置
３ 照明装置
４ 観察用対物レンズ
５ 可動テーブル
６ 照明光学系
７ ビデオカメラ
８ レーザ光源
９ 光ケーブル
１０ 光学結合装置
１１ 光学分岐装置
１２ 光ケーブル
１３,１４ 連結カプラ
１５ 散光板
Ｏ 対象物

Claims (9)

1. 対象物観察のための光学機器、特に顕微鏡（１）の観察対象域を平面的に照明するための装置であって、
   照明光生成のためのレーザ光源（８）と照明光を対象物（Ｏ）へ導く少なくとも１本の光ファイバを有する光ケーブル（９）とが備えられていて、
   照明光の強度分布が、光ファイバの断面内部において、つまり入射側端部から射出側端部に到る途上で均質性を上げるように、
   および光ファイバの射出端から対象物へ向けられる照明光の強度分布が大きく均質化されるように、
   光ファイバの形態およびサイズが決められている装置。
2. レーザ光源（８）が、ＵＶ領域、特に波長３８６ｎｍ，３６５ｎｍ，２６６ｎｍ，２５７ｎｍ，２４８ｎｍ，２１３ｎｍ，２１１ｎｍまたは１９３ｎｍの光を放射すること、
   および光ファイバが多重モード光導波路として形成されていて、所定の長さおよび／または所定の直径を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 光ファイバの長さが、３０ｃｍ〜１００ｃｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. レーザ光源（８）が、パルスレーザ光源として作動することを特徴とする前出請求項のうち１項に記載の装置。
5. 少なくとも１枚の回転散光板（１５）が、光ケーブル（９）の前および／または後に設置されていることを特徴とする前出請求項のうち１項に記載の装置。
6. 逆方向に回転する２枚の散光板（１５）が配備されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 一方が回転し、他方が静止している２枚の散光板（１５）が配備されていて、その静止している散光板が、ビーム方向に見て回転散光板の前に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 散光板（１５）が、顆粒化構造またはホログラフィによる光学作用構造を有していることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 観察対象域に向けることのできる観察装置（２）および観察対象域を照明するための装置（３）を有する請求項１〜７のうちの１項に記載の、特にマイクロリソグラフィ・シミュレーション顕微鏡などの光学機器であって、
   光ケーブル（９）の射出側端部から対象物（Ｏ）表面への照明光伝送のために、強度分布の均質性を少なくとも保持させる別の光ケーブル（１２）が配備されている光学機器。

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