JP2008256953A - 照明装置及びパタン検査装置 - Google Patents

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Abstract

【目的】コヒレント光源ごとのビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、複数のコヒレント光源の実質的なビーム結合を可能にし、十分な光量の照明光を得ることを目的とする。
【構成】本発明の照明装置200は、複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源202,204と、反射面が移動自在に配置され、各コヒレント光を反射する複数の凹面鏡232,234と、複数の凹面鏡232,234により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する凸面鏡240と、凸面鏡240により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導くコリメートレンズ242と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図4

Description

本発明は、照明装置及びパタン検査装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパタン欠陥を検査するパタン検査用の照明技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ(LCD)を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパタン検査用の照明装置及び検査装置に関する。
近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パタンが形成された原画パタン(マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する)を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパタンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パタンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パタンを描画することができるパタン描画装置を用いる。かかるパタン描画装置を用いてウェハに直接パタン回路を描画することもある。パタン描画装置については、電子ビームやレーザビームを用いて描画する装置の開発が試みられている。
そして、多大な製造コストのかかるLSIの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、1ギガビット級のDRAM(ランダムアクセスメモリ)に代表されるように、LSIを構成するパタンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パタンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパタン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるLSIパタン寸法の微細化に伴って、パタン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、LSI製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパタン検査装置の高精度化が必要とされている。
一方、マルチメディア化の進展に伴い、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)は、500mm×600mm、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等のパタンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパタン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積LCDのパタン及び大面積LCDを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査するパタン検査装置の開発も急務となってきている。
ここで、従来のパタン検査装置では、リソグラフィマスク等の試料上に形成されているパタンを撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パタンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行うことが知られている。例えば、パタン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パタンを撮像した光学画像同士を比較する「die to die検査」や、パタン設計されたCADデータをマスクにパタンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データを検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパタンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「die to database検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、照明装置及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、光学画像と参照画像とを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パタン欠陥有りと判定する。
ここで、上述したようなパタン検査装置の照明光としては、コヒレント光が用いられる。従来、照明用にコヒレント光を用いる場合、その光強度はコヒレント光発生装置の能力によって規定されていた。一台のコヒレント光源で達し得ない高照度が必要とされる場合には、複数のコヒレント光源から発生する複数のコヒレント光を結合させるビーム結合系が必要である。例えば、カタディオプトリック光学系に代表される反射型望遠鏡を用いる場合(例えば、特許文献1参照)と、偏光結合による手法などがある。そして、ビーム結合系の出力は、ホモジナイザ等に入力された後、分割され、そして均一照射面に結合される。そして、この出力光がパタン検査装置の照明光として用いられる。
ビーム合成時に、最もよく用いられる偏光結合による手法では、結合される前のコヒレント光は、互いにコヒレントでは無いので、結合後のビームの偏光に対する制御が困難であった。また、同位相のコヒレント光のコヒレント結合が可能であれば、或いはそれぞれの位相の制御が自在であれば、コヒレント加算による結合後の偏光制御が可能になるが、現時点での技術水準は未成熟である。
一方、カタディオプトリック光学系などの反射型望遠鏡を用いる場合、結合されるビーム質が異なる場合には、結合後のビーム質を制御することが出来ず、照明光として不適切となる場合があった。さらに、結合される前のビーム質が、時間的に一定でない場合には、結合後の照明光の品質を維持することが困難であった。特に、結合前のコヒレント光源が、波長変換光源である場合、波長変換素子の経時変化により出力ビーム特性が変化し、この場合のビーム結合は、良好な照明光としての特性を維持できるものではなかった。
特開平9−179309号公報
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、複数のコヒレント光源を用いることにより、コヒレント光発生原理に基づく単一光源の出力制限を受けることなく、十分な光量の照明光を得ることを目的とする。さらに、コヒレント光源ごとのビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、実質的なビーム結合を可能にすることを目的とする。
本発明の一態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
反射面が移動自在に配置され、前記各コヒレント光を反射する複数の第1の反射鏡と、
前記複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
前記第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
前記各コヒレント光を反射し、反射面の形状が可変自在な複数の第1の反射鏡と、
前記複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
前記第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様の照明装置は、
複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
各コヒレント光を反射する複数の第1の反射鏡と、
複数のコヒレント光源の各コヒレント光源と複数の第1の反射鏡の各第1の反射鏡との間に光軸方向に移動自在に配置される複数の第1のレンズと、
複数の第1のレンズの各第1のレンズと複数の第1の反射鏡の各第1の反射鏡との間に配置され、対応する各第1のレンズとの相互作用により、複数の第1の反射鏡により反射された各コヒレント光の焦点距離を変化させる複数の第2のレンズと、
複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様のパタン検査装置は、
上述したいずれかの照明装置と、
前記照明装置からの出力光を均一照射面に結像させる第2の光学系と、
前記第2の光学系の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、単一光源の出力制限を受けることなく、十分な光量の照明光を得ることができる。さらに、コヒレント光源毎のビーム質経時劣化のばらつきに影響されることなく、実質的なビーム結合を可能にすることができる。よって、高精度なパタン検査を行なうことができる。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。
図1において、パタン検査装置300は、パタン検査部100とコヒレント照明装置200を備えている。コヒレント照明装置200は、複数のコヒレント光源202,204,206,208と偏光維持ビーム結合光学系201とデータ処理部162を有している。パタン検査部100は、光学画像取得部150と制御系回路160を有している。光学画像取得部150は、ホモジナイザ330、光量センサ342、及びその他、照明光学系や撮像部を有している。コヒレント光源202,204,206,208とは、レーザー光源及びその波長変換をおこなった光源である。本実施の形態1では、コヒレント光源202,204,206,208として、波長199nmの波長変換光源を用いる。波長変換光源は、波長変換結晶の劣化により経時的にビーム質が変化する。現状では、その変化の挙動は、個々の結晶個体の特性に依存し、規則的な変化をするものではない。ビーム質の変化については後述する。また、偏光維持ビーム結合光学系201については、本実施の形態では最も簡単な例で後述する。そして、各コヒレント光源202,204,206,208からは、それぞれ、コヒレント光であるビーム212,214,216,218が発生する。そして、各ビーム212,214,216,218は、偏光維持ビーム結合光学系201で結合され、結合光となるビーム220がホモジナイザ330に入射する。ホモジナイザ330は、コヒレント照明装置200からの出力光を整形し、均一照射面331に照射する。
図2は、実施の形態1におけるパタン検査部の内部構成を示す概念図である。
図2において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料のパタン欠陥を検査するパタン検査装置200におけるパタン検査部100は、光学画像取得部150と制御系回路160を備えている。光学画像取得部150は、ホモジナイザ330、光量センサ342、照明光学系170、XYθテーブル102、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106、レーザ測長システム122、オートローダ130、及びピエゾ素子142を備えている。XYθテーブル102、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106、レーザ測長システム122、オートローダ130、及びピエゾ素子142は、図1の撮像部に配置される。光量センサ342は、照明光学系170内に配置される。制御系回路160では、コンピュータとなる制御計算機110が、データ伝送路となるバス120を介して、位置回路107、比較回路108、展開回路111、参照回路112、オートフォーカス制御回路140、オートローダ制御回路113、テーブル制御回路114、磁気ディスク装置109、磁気テープ装置115、フレシキブルディスク装置(FD)116、CRT117、パタンモニタ118、プリンタ119に接続されている。また、XYθテーブル102は、X軸モータ、Y軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図1及び図2では、本実施の形態1を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パタン検査装置200にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
図3は、実施の形態1におけるホモジナイザ330の作用を説明するための概念図である。ホモジナイザ330は、入射したビーム220を分割レンズ334で分割して、フィールドレンズ332を通過させることで、それぞれを均一照射面331に結像して重ね合わせる。ホモジナイザ330は、このように光学系を構成する。これにより、照射強度を均一化するものである。ここで、図3からわかるように、ホモジナイザ330の入射口径よりもビーム220が大きく入射された場合には、入射した部分のみ分割されて、結像面で重ねあわされて、均一化される。すなわち、入射開口からはみ出した光量は、損失となる。他方、入射開口よりも小さいビームサイズで入射したビーム220は、分割レンズ334の周辺部への入射がなくなり、ビーム分割数が小さくなり、ビーム重ねあわせ回数がその分だけ減少し、均一化の効果が小さくなる。すなわち、入射するビーム220は、ホモジナイザ330の口径に対して、常に適切なサイズに保たれる必要がある。そこで、本実施の形態では、複数の入射ビームサイズの制御を自動で行い、常に十分な照明光量を与えるものである。
図4は、実施の形態1における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図4では、コヒレント光源からの出力ビームの偏光を維持したまま結合する最も簡単な構成として、2台のコヒレント光源202,204と、反射鏡構成による偏光維持ビーム結合光学系201を示す。偏光維持ビーム結合光学系201は、凹面鏡232,234、凸面鏡240、コリメートレンズ242、直進ステージ252,254、及び回転ステージ262,264を有している。直進ステージ252,254、及び回転ステージ262,264は移動機構の一例である。図4では、2台のコヒレント光源202,204を用いているので、凹面鏡232,234、直進ステージ252,254、及び回転ステージ262,264は、それぞれ2つずつであるが、コヒレント光源が3つ以上であれば、その数に合わせて配置される。回転ステージ262は、直進ステージ252上に配置される。同様に、回転ステージ264は、直進ステージ254上に配置される。しかし、これにかぎるものではなく、配置関係はどちらが上でも構わない。ここで、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。また、これにより、2台のコヒレント光源202,204は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
図4において、コヒレント光源202からのビーム212が最初に反射される凹面鏡232(反射鏡)は、放物面鏡で、直進ステージ252及び回転ステージ262上に配置される。そして、直進ステージ252により凹面鏡232の位置は、入射光軸上を移動することができる。この際、凸面鏡240後のコリメートレンズ242出射後の光軸を維持するため、直線移動をする際には、回転ステージ262も同時に作動する。そして、凹面鏡232の向きを移動させる。同様に、コヒレント光源204からのビーム214が最初に反射される凹面鏡234(反射鏡)は、放物面鏡で、直進ステージ254及び回転ステージ264上に配置される。そして、直進ステージ254により凹面鏡234の位置は、入射光軸上を移動することができる。この際、凸面鏡240後のコリメートレンズ242出射後の光軸を維持するため、直線移動をする際には、回転ステージ264も同時に作動する。そして、凹面鏡234の向きを移動させる。この直線および回転運動の制御に関しては、後述する。このように、複数の凹面鏡232,234は、反射面が移動自在に配置され、各コヒレント光のビーム212,214を反射する。そして、凸面鏡240は、凹面鏡232,234により反射された複数のビーム212,214を同一面で反射する。そして、コリメートレンズ242は、凸面鏡240により反射された複数のビーム212,214を同軸方向に導く。ここでは、凸面鏡240の出力後の光学系をコリメートレンズ242だけで形成しているが、これに限るものではなく、その他のレンズ等を組合せても構わないことは言うまでもない。
図1では、コヒレント光源からの複数出力が、偏光を維持したまま同一光軸上に出射され、ホモジナイザ330を経由して光量が平面的に平坦化された照明光を形成する。そして、均一照射面331または、その光学的リレー面、すなわち、共役面で被照明試料を照明し、撮影され、その撮影データから、被照明試料の検査をすることが示されている。
本実施の形態1では、均一照明面331での光量を光量センサ342でモニターし、その光量を最大にするように、図4に示す直進ステージ252,254および回転ステージ262,264のそれぞれを制御する。なお、このモニターは、図1または図2に示すような独立した光量センサ342による測定に限るものではなく、均質なモニター用試料を撮影する際の撮影電子データそのものを用いて実行可能である。
さて、2台のコヒレント光源202,204を用いた本実施の形態1を説明する。コヒレント光源202,204のビーム質は、特定位置におけるビーム径と、波面曲率で示すことができる。図4に示す2台のコヒレント光源202,204は、同質のものを用意した。それぞれの出力はともに、波長199nm、出力120mWであり、2台の出力を結合することで、240mWのビームを形成する。これらのコヒレント光源202,204の出力ビームの特性は、経時劣化を経ていない場合には、出力部で、半径0.5mm、波面の曲率半径は無限大であった。時間経過とともに、ビーム質は劣化し、出力ビームの径および波面曲率は変化する。
図4において、反射鏡である凹面鏡232,234は、放物面鏡であり、一例として、最大曲率500mmを用いる。反射鏡である凸面鏡240は、例えば、曲率400mmの双曲面の凸面鏡を用いる。凹面鏡232と凸面鏡240の光学距離は、直進ステージ252及び回転ステージ262の動作により可変である。同様に、凹面鏡234と凸面鏡240の光学距離は、直進ステージ254及び回転ステージ264の動作により可変である。また、例えば、図4における凸面鏡240とホモジナイザ330の入り口までの距離を3000mmに設定する。ホモジナイザ330の入射開口は直径2.2mmとする。この開口に対し、ガウシアンモードで99.3%のパワー透過率を持つビームサイズは、半径0.7mmである。これ以上のビームサイズの入射は、開口での回折等により損失を受ける。これより小さすぎるビームサイズは、図3に示す概念図からわかるようにホモジナイザ330でのビーム分割回数が減少し、照射面でのビーム平坦度が劣化する。
シミュレーションの結果、コヒレント光源202,204の経時劣化が無い場合には、凹面鏡232と凸面鏡240の光学距離、及び凹面鏡234と凸面鏡240の光学距離は、50mmが最適であった。このときのホモジナイザ330入射時のビームサイズは半径0.7mmであった。時間とともに、コヒレント光源の劣化が進み、照明画質も劣化した。そこで、実施の形態1では、撮影前に均一照射面での平坦度が±5%以内になるように、凹面鏡232と凸面鏡240の光学距離と凹面鏡234と凸面鏡240の光学距離を自動調整した。これは、被写体の無い場合の白色像の光量分布が±5%以内になり、かつ、最大光量になるように、直進ステージ252,254及び回転ステージ262,264を作動させることにより行ったものである。実際のパタン検査の際は、光量センサ342の出力をデータ処理部162が入力し、最大光量になるように直進ステージ252,254及び回転ステージ262,264を制御すればよい。このように、コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各反射面の向きと位置を移動させた。このステージ作動量の調整の詳細は、ここでは省くが、遺伝的アルゴリズムを用いて行うことができる。
図5は、実施の形態1におけるコヒレント光源(1)の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
図6は、実施の形態1におけるコヒレント光源(2)の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。
それぞれの光源出力の時間変化が異なるのに対し、図5及び図6に示すように、反射鏡位置の調整動作を行なうことにより、ビーム質の経時変化によらず、均一な照射強度が得られるようになった。
そして、パタン検査部100は、ホモジナイザ330の出力光を照明光として、被検査試料のパタンを検査する。
光学画像取得工程として、光学画像取得部150は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク101における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク101は、XYθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたXYθテーブル102上に載置され、フォトマスク101に形成されたパタンには、XYθテーブル102の上方に配置されているホモジナイザ330によって光が照射される。ホモジナイザ330から照射される光束は、照明光学系170を介して試料となるフォトマスク101を照射する。フォトマスク101の下方には、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105及びセンサ回路106が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク101を透過した光は拡大光学系104を介して、フォトダイオードアレイ105に光学像として結像し、入射する。フォトマスク101のたわみやXYθテーブル102のZ方向への変動を吸収するため,オートフォーカス制御回路140により制御されるピエゾ素子142を用いてフォトマスク101への焦点合わせを行なう。
図7は、実施の形態1における光学画像の取得手順を説明するための図である。
被検査領域は、図7に示すように、Y方向に向かって、スキャン幅Wの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにXYθテーブル102の動作が制御され、X方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ105では、図7に示されるようなスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第1の検査ストライプにおける画像を取得した後、第2の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第3の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第2の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第1の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
フォトダイオードアレイ105上に結像されたパタンの像は、フォトダイオードアレイ105によって光電変換され、更にセンサ回路106によってA/D(アナログデジタル)変換される。フォトダイオードアレイ105には、TDI(タイムディレイインテグレータ)センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるXYθテーブル102をX軸方向に連続的に移動させることにより、TDIセンサは試料となるフォトマスク101のパタンを撮像する。深紫外光源となるホモジナイザ330を含め、これらの照明光学系170、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106により高倍率の検査光学系が構成されている。
XYθテーブル102は、制御計算機110の制御の下にテーブル制御回路114により駆動される。X方向、Y方向、θ方向に駆動する3軸(X−Y−θ)モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Xモータ、Yモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。そして、XYθテーブル102の移動位置はレーザ測長システム122により測定され、位置回路107に供給される。また、XYθテーブル102上のフォトマスク101はオートローダ制御回路113により駆動されるオートローダ130から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。
センサ回路106から出力された測定データ(光学画像)は、位置回路107から出力されたXYθテーブル102上におけるフォトマスク101の位置を示すデータとともに比較回路108に送られる。測定パタンデータは例えば8ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。
一方、フォトマスク101のパタン形成時に用いた設計データは、記憶装置(記憶部)の一例である磁気ディスク装置109に記憶される。
そして、磁気ディスク装置109から制御計算機110を通して展開回路111に読み出される。
そして、展開工程として、展開回路111は、読み出された被検査試料となるフォトマスク101の設計図形データを2値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路112に送られる。そして、参照回路112は、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理を施す。センサ回路106から得られた光学画像としての測定パタンデータは、拡大光学系104の解像特性やフォトダイオードアレイ105のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言える。この状態では両者の特性に差異があるので、設計側のイメージデータにもフィルタ処理を施すことにより、測定パタンデータに合わせることができる。このようにして光学画像と比較する参照画像を作成する。
そして、比較工程として、比較回路108は、試料となるフォトマスク101から得られる透過画像に基づいてセンサ回路106で生成された被検査パタン画像となる光学画像と、展開回路111と参照回路112で生成した検査基準パタン画像となる参照画像とを取り込み、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。そして、判定結果を出力する。
以上のように構成することで、利用効率の高い照明光を用いて信頼性の高いパタン検査方法を実現することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、凹面鏡232,234自体を移動させることで、各ビーム212,214の焦点距離を変化させていたが、実施の形態2では、レンズを用いて変化させる場合について説明する。
図8は、実施の形態2における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図8では、レンズ272,273,274,275をさらに備えた点と、凹面鏡232,234を移動させる直進ステージ252,254及び回転ステージ262,264の代わりレンズ272を光軸方向に移動させる直進ステージ253とレンズ274を光軸方向に移動させる直進ステージ255とをさらに備えた点以外は、図4の構成と同様である。レンズ272は、コヒレント光源202と凹面鏡232との間に光軸方向に移動自在に配置される。レンズ273は、レンズ272と凹面鏡232との間に配置される。そして、レンズ272,273は、相互作用により凹面鏡232により反射されたビームの焦点距離を変化させる。同様に、レンズ274は、コヒレント光源204と凹面鏡234との間に光軸方向に移動自在に配置される。レンズ275は、レンズ274と凹面鏡234との間に配置される。そして、レンズ274,275は、相互作用により凹面鏡234により反射されたビームの焦点距離を変化させる。図8でも、2台のコヒレント光源202,204を用いているので、凹面鏡232,234、レンズ272,274、レンズ273,275、直進ステージ253,255は、それぞれ2つずつであるが、コヒレント光源が3つ以上であれば、その数に合わせて配置される。レンズ272は、直進ステージ253上に配置される。同様に、レンズ274は、直進ステージ255上に配置される。偏光維持ビーム結合光学系201の内部構成の一部が異なる以外は、実施の形態1と同様である。ここでも、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。よって、2台のコヒレント光源202,204は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
実施の形態1では、凹面鏡232,234の直進回転運動の制御により目的を達したが、実施の形態2では凹面鏡232,234位置は固定されており、図8に示すような固定レンズ273,275と直進運動するレンズ272,274を用いて目的を達成させる。ビーム質の変化に合わせてレンズ272,274の直進運動を実施の形態1と同様に制御することにより目的は達せられる。ここでは、例えば、レンズ272,273,274,275についてそれぞれ焦点距離200mmのものを用いた。もちろん、本方式では焦点距離は200mmに限定されるものではなく、全体の光学系が成立する値が選ばれればよい。他の光学系や、ホモジナイザ330、光量センサ342及びデータ処理部162等のモニター系は、実施の形態1と同じものを用いた。コヒレント光源の劣化が見られないときには、レンズ間隔は400mmであり、焦点距離200mmのレンズ2枚とこの距離の組み合わせは、1:1の望遠鏡を構成し、実施の形態1と同じ機能を持つ。それぞれのコヒレント光源の劣化にあわせて最適なレンズ間距離を与え、均一照明品質を維持するように制御する。すなわち、各ビーム212,214のビーム質変化に基づいて、各レンズ272,274を移動させる。具体的には、光量センサ342で最大光量が検出されるようにレンズ272,274を移動させればよい。
図9は、実施の形態2におけるコヒレント光源(1)の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
図10は、実施の形態2におけるコヒレント光源(2)の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。
図9と図10に示されるようなレンズ間隔の制御により、±5%の平坦度で常に最大照明強度が得られるようにすることができた。
実施の形態3.
実施の形態1では、凹面鏡232,234自体を移動させることで、各ビーム212,214の焦点距離を変化させていたが、実施の形態3では、凹面鏡232,234の反射面形状を変化させることで各ビーム212,214の焦点距離を変化させる場合について説明する。
図11は、実施の形態3における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。図11では、凹面鏡232,234の代わりに、デフォーマブル凹面鏡233,235を備えた点、及び直進ステージ252,254及び回転ステージ262,264を省略した点以外は、図4の構成と同様である。図11でも、2台のコヒレント光源202,204を用いているので、デフォーマブル凹面鏡233,235は、2つであるが、コヒレント光源が3つ以上であれば、その数に合わせて配置される。偏光維持ビーム結合光学系201の内部構成の一部が異なる以外は、実施の形態1と同様である。ここでも、それぞれのコヒレント光源からの出力は、同一方向に偏光し、かつそれぞれ同一平面内で伝播し反射されるので、出力の偏光は維持される。よって、2台のコヒレント光源202,204は、同一面内での偏光とすることができる。すなわち、偏光を維持したまま、光ビームは結合される。
実施の形態3では、図11に示すようにデフォーマブルミラーを用いて、コヒレント光源の劣化にあわせて、放物面鏡の曲率を変化させることで目的を達するものである。デフォーマブル凹面鏡233は、形状が可変自在な反射面でビーム212を反射する。同様に、デフォーマブル凹面鏡235は、形状が可変自在な反射面でビーム214を反射する。実施の形態3の構成は、実施の形態1における凹面鏡232,234の位置を固定し、それぞれデフォーマブルミラーとしたものと等価となる。デフォーマブルミラーは、ミラー裏面に設置された1つまたは複数のアクチエータを動作させ、ミラー(反射面)形状を制御するものである。実施の形態3、一例として、電歪素子の印加電圧を制御することによりミラー形状を制御するものを用いた。そして、各コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各反射面の形状を変化させる。具体的には、光量センサ342で最大光量が検出されるように各反射面の形状を変化させればよい。
図12は、実施の形態3におけるコヒレント光源(1)の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
図13は、実施の形態2におけるコヒレント光源(2)の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
±5%の平坦度で常に最大照明強度が得られるように制御した結果、制御された凹面鏡の曲率は、光源の劣化特性により、コヒレント光源1では図12のように、コヒレント光源2では図13のようになった。
以上の説明において、上述した各実施の形態では、いずれの構成も、照明装置としては、結合前のコヒレント光源のビーム質の変化に対応して、光路中の第一の曲率を変化させることと等価である。
以上のように、上述した各実施の形態によれば、複数のコヒレント光源出力を適切に結合させ照明光として使用することが出来、所望の照明強度を得ることができる。さらに、結合前のそれぞれのコヒレント光源の経時変化に伴う、ビーム質の変化が独立に生じた場合でも、照明品質を維持することが出来る。
以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、FD、或いはROM(リードオンリメモリ)等の記録媒体に記録される。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路114、展開回路111、参照回路112、比較回路108等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機110によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、図1では、簡単のため2ビームの結合を説明しているが、配置できる限りのコヒレント光源で本発明が成立することは、言うまでも無い。さらに、説明を容易にするため、ビーム質変化が極端に異なる2光源のビーム結合を示したが、メンテナンス経過時間が異なり、それぞれのビーム質特性が異なる、同等の複数のコヒレント光源の結合に適用することができる。また、等価的に反射曲率の変化手法として、文中に記述のある電歪素子以外のいかなるデファオーマブルミラーを用いた手法も、本発明に含まれることは言うまでもない。
また、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いる構成にしてもよい。検査基準パタンデータとなる参照画像は設計データから生成しているが、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パタンのデータを用いても良い。言い換えれば、die to die検査でもdie to database検査でも構わない。
また、各実施の形態では、XYθテーブル102が移動することで検査位置が走査されているが、XYθテーブル102を固定してその他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパタン検査装置或いはパタン検査装置用の照明装置は、本発明の範囲に包含される。
実施の形態1におけるパタン検査装置の全体構成を示す概念図である。 実施の形態1におけるパタン検査部の内部構成を示す概念図である。 実施の形態1におけるホモジナイザ330の作用を説明するための概念図である。 実施の形態1における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態1におけるコヒレント光源(1)の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。 実施の形態1におけるコヒレント光源(2)の、時間劣化による、光源出射位置のビームサイズと波面曲率の変化、凹面鏡と凸面鏡の距離および入射角の自動調整結果を示すグラフである。 実施の形態1における光学画像の取得手順を説明するための図である。 実施の形態2における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態2におけるコヒレント光源(1)の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。 実施の形態2におけるコヒレント光源(2)の時間劣化による曲率の時間変化とレンズ間距離の自動調整結果を示すグラフである。 実施の形態3における偏光維持ビーム結合光学系の内部構成を示す概念図である。 実施の形態3におけるコヒレント光源(1)の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。 実施の形態2におけるコヒレント光源(2)の時間劣化による曲率の時間変化とデフォーマブルミラー曲率の自動調整結果を示すグラフである。
符号の説明
100 パタン検査部
101 フォトマスク
102 XYθテーブル
104 拡大光学系
105 フォトダイオードアレイ
106 センサ回路
107 位置回路
108 比較回路
109 磁気ディスク装置
110 制御計算機
111 展開回路
112 参照回路
150 光学画像取得部
160 制御系回路
170 データ処理部
200 照明装置
201 偏光維持ビーム結合光学系
202,204,206,208 コヒレント光源
212,214,216,218,220 ビーム
232,234 凹面鏡
233,235 デフォーマブル凹面鏡
240 凸面鏡
242 コリメートレンズ
252,253,254,255 直進ステージ
262,264 回転ステージ
272,273,274,275 レンズ
300 パタン検査装置
330 ホモジナイザ
332フィールドレンズ
334 分割レンズ
331 均一照射面
342 光量センサ

Claims (10)

  1. 複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
    反射面が移動自在に配置され、前記各コヒレント光を反射する複数の第1の反射鏡と、
    前記複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
    前記第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  2. 前記複数の第1の反射鏡における各反射面の向きと位置とを移動させる複数の移動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3. 前記コヒレント光のビーム質変化に基づいて、前記各反射面の向きと位置を移動させることを特徴とする請求項2記載の照明装置。
  4. 複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
    前記各コヒレント光を反射し、反射面の形状が可変自在な複数の第1の反射鏡と、
    前記複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
    前記第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  5. 前記コヒレント光のビーム質変化に基づいて、前記各反射面の形状を変化させることを特徴とする請求項4記載の照明装置。
  6. 複数のコヒレント光の各コヒレント光を発生する複数のコヒレント光源と、
    前記各コヒレント光を反射する複数の第1の反射鏡と、
    前記複数のコヒレント光源の各コヒレント光源と前記複数の第1の反射鏡の各第1の反射鏡との間に光軸方向に移動自在に配置される複数の第1のレンズと、
    前記複数の第1のレンズの各第1のレンズと前記複数の第1の反射鏡の各第1の反射鏡との間に配置され、対応する各前記第1のレンズとの相互作用により、前記複数の第1の反射鏡により反射された各コヒレント光の焦点距離を変化させる複数の第2のレンズと、
    前記複数の第1の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同一面で反射する第2の反射鏡と、
    前記第2の反射鏡により反射された複数のコヒレント光を同軸方向に導く光学系と、
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  7. 前記各コヒレント光のビーム質変化に基づいて、各第1のレンズを移動させることを特徴とする請求項6記載の照明装置。
  8. 前記複数の第1の反射鏡は、凹面鏡が用いられることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の照明装置。
  9. 前記第2の反射鏡は、凸面鏡が用いられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか記載の照明装置。
  10. 請求項1〜9のいずれか記載の照明装置と、
    前記照明装置からの出力光を均一照射面に結像させる第2の光学系と、
    前記第2の光学系の出力光を照明光として被検査試料のパタンを検査する検査部と、
    を備えたことを特徴とするパタン検査装置。
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