JP2012068433A - 光学系調整方法及び調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準面と、基準面と同一の光路内にある対象面を良好に調整できる、光学系調整方法を提供する。
【解決手段】光学系調整方法は、観察対象の像を投影する投影面、パタンが形成されたマスク、及び、マスクと観察対象との間に設置され観察対象からの光を投影面に向けて反射するハーフミラーを有する光学系のマスクの表面を観察対象の方向から撮像する調整用カメラと、光学系に対する調整用カメラの位置を調整するステージと、投影面の位置を調整する調整手段とを有する調整装置における調整方法であって、投影面が取り付けられる前に、調整用カメラに撮像されたマスクの画像を基に調整用カメラの位置を調整するステップと、投影面が取り付けられた後に、調整用カメラに撮像された投影面の位置を調整するステップと、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点光源からの照射光でマスクに形成されたパタンを標的に照射し、ハーフミラーを用いて投影パタンを投影面で観察する光学系において、マスクとハーフミラーと投影面の位置を調整する、調整方法及び調整装置に関する。

最近、半導体ウエハ或は基板等上に形成された回路パタン或は配線パタンは、ますます微細化が図られている。これらのパタンを検査するためのパタン検査装置に要求される精度はますます高くなっている。

特許文献１は、半導体基板上のパタンを検出する欠陥検査方法およびその装置を開示する。図８は、特許文献１が開示する欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。すなわち、ランプハウス１０２４は、キセノンランプ１００３、楕円鏡１００４、マスク１００５とからなり、輪帯状の照明を形成し、輪帯状の照明光を、ステージ１００２上に載置された非検査対象物１００１に対して、コリメータレンズ１００６、光量調整用フィルタ１０１４及びコンデンサレンズ１００７を介して、円又は楕円偏光変換素子により円又は楕円偏光させて、対物レンズ１００９を介して照明し、その反射光を、ハーフミラー１００８ａ、１００８ｂ、ズームレンズ１０１３を介して、反射光の画像をイメージセンサ１０１２ａにより検出する。ステージを移動させて、センサ１０１２ａにより走査すると、画像信号が得られる。この画像出力をＡ／Ｄ変換器１０１５ａにより変換して基準画像と比較し、不一致が欠陥として検出される。

このような光学系、或は、同様の構成で、点光源からの照射光でマスクに形成されたパタンをターゲット上に投影する投光光学系と、同一光路をターゲットから反射して戻る投影パタンをハーフミラーにて分岐し、分岐先で投影面に結像した投影パタンを確認する観察光学系を保有する装置は、マスクからターゲットの直前までを平行光に変換しターゲットの直前に設置された集光レンズにより投光光学系の設計自由度を確保している。

特許文献２は、点光源から発した光を、集光レンズを通してマスクの表面で結像させ、ハーフミラーを透過し、変換レンズにより平行光にして標的に照射する、光学式変位測定器を開示する。照射される光は、マスクの表面に形成されたパタンを投影する。照射された光は標的表面で反射し、同じ光路を通って投光光学系に戻るが、一部は、ハーフミラーにより反射して観察光学系に入射する。観察光学系に入射した光は、観察光学系に備えられた投影面で結像する。撮像素子は顕微鏡ユニットを介して投影面に結像した光を取得する。

さらに、撮像素子で取得した画像を用いて、標的の表面で反射した光とマスクの表面に形成されたパタンとの照合により、変換レンズについての評価が行われる。

特開平８−１６２５１１号公報 特開２００９−３００２６４号公報

しかしながら、このような装置においては、ハーフミラーがその表面を光軸に対して傾けて設置されている。このため、マスクとハーフミラー及びハーフミラーと投影面の距離を合わせることが困難であった。上記のような評価には高い精度のパタン取得が要求される。このため、この距離の設定が重要であり、少ない労力での正確な位置合わせの方法が望まれてきた。

さらに、このような装置は、平行光に変換するレンズやターゲット直前に集光レンズを内蔵する。これらの部品は装置のコストを引き上げ、また、装置全体の大きさを増加させるため、検査対象に対する制約が大きかった。また、平行光に変換するレンズの位置合わせが必要であり、検査に要する時間と労力を増大させる、等の課題があった。

特許文献２において、変換レンズについての評価を行う際には、結像されるマスクの表面とハーフミラーとの距離、及び、投影面とハーフミラーとの距離を共役にすることが必要である。しかし、光軸に対して傾いて設置されるハーフミラーとマスクの表面との距離を精度よく求めることは困難である。レーザ変位計等を用いても距離の測定は不可能である。そのため、特許文献２では、受光素子を多数設置して、平行光の受光強度を演算することにより、対象となる物体の傾きを測定している。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、投光光学系のマスク或は観察光学系の投影面の角度に拠らず、ハーフミラーとマスクとの距離及びハーフミラーと投影面との距離を容易に設定する、光学系調整方法およびその調整装置を提供する。

本発明の光学系調整方法は、観察対象の像を投影する投影面、パタンが形成されたマスク、及び、マスクと観察対象との間に設置され観察対象からの光を投影面に向けて反射するハーフミラーを有する光学系のマスクの表面を観察対象の方向から撮像する調整用カメラと、光学系に対する調整用カメラの位置を調整するステージと、投影面の位置を調整する調整手段とを有する光学系調整装置における調整方法であって、投影面が取り付けられる前に、調整用カメラに撮像されたマスクの画像を基に調整用カメラの位置を調整するステップと、投影面が取り付けられた後に、調整用カメラに撮像された投影面の位置を調整するステップとを有することを特徴とする光学系調整方法。

本発明の調整装置は、観察対象の像を投影する投影面と、パタンが形成されたマスクと、マスクと観察対象の間に設置され観察対象からの光を投影面に向けて反射するハーフミラーとを有し、投影面上で観察対象及びパタンの像が結像される光学系を調整する調整装置であって、観察対象の方向からマスクを撮像する調整用カメラと、光学系に対する調整用カメラの位置を調整する第１のステージと、投影面の位置を調整する第２のステージと、を有することを特徴とする調整装置。

第１の効果として、調整用カメラで取得したハーフミラーを透過して投光光学系のマスク画像と、ハーフミラーで反射する観察光学系の投影面画像に基づいて調整を行うことで、光軸に対してハーフミラーが傾いて設置されている場合、または、例えば投光光学系のマスクまたは観察光学系の投影面が光路の光軸に対して垂直に配置されていない場合であっても、ハーフミラーの位置及び姿勢を厳密に測定または調整することなく、マスク及び投影面の距離を合わせることができる。

第２の効果として、投光光学系内部や観察光学系内部に平行光に変換するレンズや集光レンズを備える必要がなくなり、低コスト化及び構造のコンパクト化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の動作を示す流れ図である。 本発明の第１の実施形態において、観察光学系の投影面の調整を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、光学装置に設置された調整用装置の位置の調整を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、光学装置に設置された観察光学系の位置の調整を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、観察光学系の光軸及び投光光学系のマスクの面が傾いた場合の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 関連技術を説明するための図である。

（第１の実施形態）
次に、発明を実施するための形態について、図面を参照して、詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による調整用装置１０を備えた、光学系装置１の概略図を示す。

光学系装置１は、観察対象の像を投影する投影面３１を有する観察光学系３と、パタンが形成されたマスク２１を有する投光光学系２と、マスク２１と観察対象との間に設置され観察対象からの光を投影面３１に向けて反射するハーフミラー４を有する。

投光光学系２はさらに、ＬＥＤやファイバ等の点光源２２と、点光源２２から投写された光をマスク２１の表面で結像するように集光する集光レンズ２３とを備える。

観察光学系３はさらに、顕微鏡ユニット３２と、顕微鏡ユニット３２が取得する画像を撮像可能な撮像手段３３を備える。

光学系装置１はさらに、マスク２１の表面を観察対象の方向から撮像する調整用カメラ１０２、調整用レンズ１０１、光学系装置１に対して集光レンズ２３の光軸方向の調整用カメラ１０２の位置を調整する第１のステージ１０３、及び、投影面３１の位置を調整する第２のステージ３４とを有する調整用装置１０を備える。

次に、図２乃至５を参照して、本発明の第１の実施形態による光学系の調整方法を説明する。

評価或は調整に使用する調整用カメラ１０２の被写界深度が取得済みでなければ（Ｓ１０１ＮＯ）被写界深度を取得する（Ｓ１０２）。被写界深度の取得方法は、公知の方法を用いてよいので、詳細な説明は省略する。

次に、観察用光学系３が調整済みでなければ（Ｓ１０３ＮＯ）、図３に示すように、観察用光学系３を単体で調整する（Ｓ１０４）。すなわち、投影面３１上の画像を、顕微鏡ユニット３２を介して撮像手段３３が取得するように、投影面３１の顕微鏡ユニット３２に対する位置を調整する。

投影面３１の位置の調整は、例えば、６軸で調整する。本調整は、観察系光学系３においてシム等のスペーサを入れる方法で行ってもよいし、観察系光学系３に備えられる差動マイクロメータを使用する方法を用いてもよい。本調整は主に手動で行われる。

次に、マスク２１を含む投光光学系２、及び、ハーフミラー４を光学系装置１に設置する（Ｓ１０５）。

続いて、調整用装置１０を、光学系装置１内に設置する（Ｓ１０６）。この調整用装置１０は、マスク２１の表面を観察対象の方向から撮像する位置に設置される。

次に、調整用装置１０を調整する。すなわち、調整用カメラ１０２の位置を調整する（Ｓ１０７）。まず、調整用カメラ１０２が取得したマスク２１の画像について、マスク２１の中心と、調整用カメラ１０２の取得した画像の中心とが合うように、調整用カメラ１０２を移動して位置を調整する。

さらに、図４に示すように、調整用カメラ１０２の被写界深度を中心にマスク２１の画像の中央部分が見えるように移動しつつ、調整用カメラ１０２の位置を調整する。

以上により、調整用装置１０の調整を完了する。

次に、観察用光学系３を光学系装置１に設置する（Ｓ１０８）。

続いて、観察用光学系３の位置を調整する（Ｓ１０９）。この調整では、調整用カメラ１０２に撮像された、観察用光学系３の投影面３１の画像を基に、観察用光学系３の位置を調整する。まず、調整用装置１０に含まれる図示しない第２のステージ制御部は、第２のステージ３４を制御して、調整用カメラ１０２が取得した観察用光学系３の投影面３１の画像について、投影面３１の画像の中心が、調整用カメラ１０２の取得した画像の中心に合うよう、観察用光学系３を移動して位置を調整する。さらに、投影面３１の画像の角度と、マスク２１の画像の角度とが合うように、投影面２１を回転する。

さらに、図５に示すように、第２のステージ３４は、調整用カメラ１０２の被写界深度を中心に、投影面３１の画像の中央部分が見えるように移動しつつ観察系光学系３の位置を調整する。

以上により、観察系光学系３の調整を完了する。

最後に、調整用装置１０を光学系装置１から取り外す（Ｓ１１０）。

以上で光学系装置１の調整は終了する。調整された光学系装置１は、評価装置に組込まれて次の処理に供される。

第１の実施形態によれば、投光光学系２とハーフミラー４と観察光学系３を含む光学系装置１に、調整用装置１０を設置し、ハーフミラー４を透過した投光光学系２のマスク２１の画像と、ハーフミラー４で反射された観察光学系３の投影面３１の画像を元にして、観察光学系３の位置を調整する。これにより、ハーフミラー４の位置及び傾きを厳密に調整することなしに、マスク２１及び投影面３１のそれぞれからハーフミラー４への距離を高い精度で調整することができる。従って、図６のように、観察光学系３の光軸が投光光学系２の光軸に垂直でなくても、また、マスク３１の表面が投光光学系２の光軸に直交しなくても、観察光学系３の調整が可能である。これにより、光学装置１での観察光学系３の設置角度の制約が緩和され、また、調整時間が短縮される。

また、投光光学系２や、観察光学系３の内部に、平行光に変換するレンズや集光レンズを設置する必要がなくなり、装置のコストを下げることができ、また、装置のサイズを小さくすることができる。
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態による調整用装置１０を備えた、光学系装置１の概略図を示す。

第２の実施形態に係る光学系装置は、第１の実施形態にかかる光学系装置１に、調整用カメラ１０２が取得した画像のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計算する第１のステージ制御部１１を追加する。そのほかの構成は第１の実施形態と同じであるので、重複部分の説明を省略する。

第１のステージ制御部１１は、取得した画像のＭＴＦに基づいて、合焦度を算出し、この合焦度が高くなるように調整用カメラ１０２を移動しつつ調整用カメラ１０２の位置を調整する。

第２の実施形態においては、ＭＴＦが与える数値に基づいて、合焦を判定する。このため、作業者の主観を排除することができ、調整処理が効率化される。

また、調整用装置１０及び観察光学系３にそれぞれ位置調整用のサーボモータを備え、第１のステージ制御部１１からのＭＴＦの数値を送信するようにすれば、調整作業を自動化して、短時間で調整を終えるようにすることができる。

なお、上記の実施例では、光学装置に設置する前の、観察用光学系の調整（Ｓ１０４）を手動で行うと記載したが、この調整を自動駆動機構を用いて実施してもよい。

また、調整用装置１０に基づいた、観察用光学系３の位置の調整（Ｓ１０９）を、６軸ステージを用いて実施してもよい。

さらに、光学系装置１に観察用光学系３の位置を調整するためのサーボモータを備え、観察用光学系３の位置の調整時に、調整用カメラ１０２が取得する投影面３１の画像を処理して、自動的に観察用光学系３の位置を調整してもよい。

本発明によれば、変換レンズの評価装置及び標的の表面状態の評価装置などの用途に適用できる。

１ 光学系装置
２ 投光光学系
３ 観察光学系
４ ハーフミラー
１０ 調整用装置
１１ 第１のステージ制御部
２１ マスク
２２ 点光源
２３ 集光レンズ
３１ 投影面
３２ 顕微鏡ユニット
３３ 撮像手段
３４ 第２のステージ
１０１ 調整用レンズ
１０２ 調整用カメラ
１０３ 第１のステージ

Claims (8)

1. 観察対象の像を投影する投影面、パタンが形成されたマスク、及び、前記マスクと前記観察対象との間に設置され前記観察対象からの光を前記投影面に向けて反射するハーフミラーを有する光学系の前記マスクの表面を前記観察対象の方向から撮像する調整用カメラと、前記光学系に対する前記調整用カメラの位置を調整するステージと、前記投影面の位置を調整する調整手段とを有する光学系調整装置における調整方法であって、
   前記投影面が取り付けられる前に、前記調整用カメラに撮像された前記マスクの画像を基に前記調整用カメラの位置を調整するステップと、
   前記投影面が取り付けられた後に、前記調整用カメラに撮像された前記投影面の位置を調整するステップと、
   を有することを特徴とする光学系調整方法。
2. 前記調整用カメラの位置を調整するステップは、
   カメラの被写界深度を中心にマスクの画像の中央部分が見えるように移動しつつ前記調整用カメラの位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の光学系調整方法。
3. 前記投影面の位置を調整するステップは、
   投影面の画像の中心とマスクの画像の中心とが合うよう投影面を移動するステップと、
   投影面の画像の角度とマスクの画像の角度とが合うよう投影面を回転するステップと
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系調整方法。
4. 前記調整用カメラの位置を調整するステップは、
   前記調整用カメラを移動しつつ撮像されたマスク画像から合焦度を算出するステップと、
   最も合焦度が高い位置に前記調整用カメラを移動するステップと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系調整方法。
5. 観察対象の像を投影する投影面と、パタンが形成されたマスクと、前記マスクと前記観察対象の間に設置され前記観察対象からの光を前記投影面に向けて反射するハーフミラーとを有し、前記投影面上で前記観察対象及び前記パタンの像が結像される光学系を調整する調整装置であって、
   前記観察対象の方向から前記マスクを撮像する調整用カメラと、
   前記光学系に対する前記調整用カメラの位置を調整する第１のステージと、
   前記投影面の位置を調整する第２のステージと、
   を有することを特徴とする調整装置。
6. 前記光学系は、前記マスクを照射する光源と、光源から照射された光を前記マスク表面で結像させるレンズと、を有し、
   前記第１のステージは、前記レンズの光軸方向に移動するステージであることを特徴とする請求項５に記載の調整装置。
7. 前記ステージを移動しつつ前記調整用カメラによって撮像されたマスク画像から合焦度を算出し、最も合焦度が高い位置に前記調整用カメラを移動する第１のステージ制御部を有することを特徴とする請求項５に記載の調整装置。
8. 前記投影面の画像の中心とマスクの画像の中心とが合うよう投影面を移動し、
   投影面の画像の角度とマスクの画像の角度とが合うように投影面を回転する第２のステージ制御部を有することを特徴とする請求項５に記載の調整装置。

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