JP4269378B2

JP4269378B2 - Observation method and observation apparatus

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Publication date: 2009-05-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察方法及び観察装置に関し、特に微細回路パターンをウエハ、ガラス等の基板に焼き付け転写する際に使用するレチクル、マスク原版の表面を光学的に調べる観察方法及び観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｒＦエキシマレーザ（入＝１９３ｎｍ）のような遠紫外光光源を観察用照明光源に使用する検査装置あるいは観察装置における対物レンズでは、上記波長領域においては使用可能な透過光学材料の選択肢が少なく、色収差補正の難度が非常に高いので、光学系で発生する色分散を実質的に考慮不要となる程度まで使用波長を狭帯域に絞り込み、対物光学系は透過率の良好な単一硝種を用いて構成する設計手法が取られる。またＡＦ（オートフォーカス）用光源に可視光又は観察光より波長の長い光を使用する場合、対物光学系の後方に光路分岐のためダイクロイックミラーを配置する。ダイクロイックミラーは観察光を透過、ＡＦ光を反射する。（透過と反射は逆であってもよい。）このような装置では、ＡＦ光は対物光学系を通過すると大きな色収差が生じるので分岐後の光路にはそれを補正するようなリレー光学系を配置する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の観察装置あるいは観察方法によれば、使用する光が、ＡｒＦエキシマレーザのように短い波長の光になると、発生する色収差が非常に大きくなり、後段のＡＦリレー光学系で補正するのが難しくなる。また観察光とＡＦ光の波長差が大きいと対物光学系の屈折力が大きく異なってくる。通常ＡＦ光はＡｒＦ光のような観察光より長波長であるため、硝材の屈折率はＡＦ光に対する場合の方が観察光に対する場合よりも小さい。この傾向により、凸レンズとしての屈折力不足を生じるので、ＡＦ光に必要なＮＡを焦点面で確保するために、観察光で必要な有効径よりもレンズ口径を大きくする必要が生じる。また同一光学系内に異なる波長の光を通すため、光学要素には複数波長に対応した反射防止膜を施す必要があり、技術的な問題となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、観察光とＡＦ光とで色収差が問題とならない、また反射防止膜の選定に関する問題も生じない観察方法及び観察装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による観察方法は、被観察面１３上に形成される対物光学系１、２の視野内に存在する所定の観察領域を所定の波長を有する観察用の照明光で照明する第１照明工程と；対物光学系１、２の視野内において前記所定の観察領域に隣接する焦点検出領域を、前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光で照明する第２照明工程と；前記第１照明工程によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、前記第２照明工程によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、前記対物光学系を介した後でそれぞれに分割する分割工程と；前記分割工程によって分割された焦点検出用の光を用いて、前記対物光学系の焦点面に前記観察面を合わせる合焦工程と；前記分割工程によって分割された観察用の光を用いて、前記観察領域を観察する観察工程とを備える。ここで、観察領域に隣接する焦点検出領域とは、焦点検出領域が観察領域とは異なる領域であり、且つ両者が互いの近傍に配置されていることである。
【０００６】
このように構成すると、第１照明工程の照明光の波長と第２照明工程の照明光の波長との波長差が１００ｎｍ以下であるので、対物光学系の色収差による問題を抑えることができる。
【０００７】
さらに請求項２に記載のように、前記観察方法では、前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下とするのが好ましい。このときは、２６０ｎｍ以下の波長の光を観察用に用いるので、例えば微細なパターンの観察に適している。
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項３に係る発明による観察装置は、例えば図１に示すように、被観察面１３の像を形成する対物光学系１、２と；被観察面１３上に形成される対物光学系１、２の視野内に存在する所定の観察領域へ所定の波長を有する観察用の照明光を導くとともに、対物光学系１、２の視野内において前記観察領域に隣接する焦点検出領域へ前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光を導く照明光学系と；照明光学系によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、照明光学系によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、対物光学系１、２を介して、それぞれに分割する分割部材３と；分割部材３によって分割された焦点検出用の光に基づいて対物光学系１、２の焦点面と前記観察面との整合状態を検出する焦点検出系と；分割部材３によって分割された観察用の光に基づいて前記観察領域を観察する観察光学系とを備える。
【０００９】
さらに請求項４に記載のように、請求項３に記載の観察装置では、照明光学系１、２は、前記観察用の照明光を対物光学系１、２へ導く観察用照明部と、前記焦点検出用の照明光を対物光学系１、２に向けて導く焦点検出用照明部と、対物光学系１、２の結像面またはその近傍の位置において前記観察用照明部からの前記観察用の照明光と前記焦点検出用照明部からの前記焦点検出用の照明光とを合成する合成部材とを有し；前記観察用照明部は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用視野絞り８と、観察用視野絞り８の像を対物光学系１、２の像面に形成する観察用リレー光学系７とを有し；前記焦点検出用照明部は、被観察面１３上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用視野絞り１２と、焦点検出用視野絞り１２の像を対物光学系１、２の像面に形成する焦点検出用リレー光学系１１とを有し；合成部材は、分割部材を兼用させるために、前記合成部材及び前記分割部材の機能を共に有する光学部材３で構成されているものとしてもよい。
【００１０】
さらに請求項５に記載のように、また例えば図４に示すように、請求項３に記載の観察装置では、前記照明光学系は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用開口部と、前記観察面上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用開口部とを有する投光用パターン板１９と、投光用パターン板１９の像を対物光学系１、２の像面に形成するリレー光学系１８とを備えるものとしてもよく、さらに、請求項６に記載のように、前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明による第１の実施の形態による、半導体製造において、微細回路パターンをウエハ、ガラス等の基板に焼き付け転写する際に使用するレチクル、マスク原版の表面を光学的に調べる面観察装置の模式的側面図である。
【００１３】
図中、被観察物（被検物）１３を載置するステージ１６の上方に、第１対物レンズ１、さらにその上方に第２対物レンズ２が配置され、第１、第２対物レンズ１、２に関して、被検物１３とほぼ共役な位置に、分割部材としての視野分割ミラー３が配置されている。視野分割ミラー３は、断面形状がほぼ直角二等辺三角形で、その頂点に対応する稜線が、分割すべき２系統の光の間に位置するように配置されている。前記第１対物レンズ１と第２対物レンズ２から成る対物レンズを含んで、観察光学系が構成されている。
【００１４】
対物レンズ２からの光が、視野分割ミラー３で分割される２つの方向には、それぞれハーフミラー４、４’が配置され、さらにその先にはそれぞれ観察視野結像光学系５、ＡＦ受光光学系９とが配置されている。観察視野結像光学系５の結像面には、観察像受光素子６が、ＡＦ受光光学系９の結像面には、ＡＦ信号光受光素子１０が配置されている。
【００１５】
一方、視野分割ミラー３からの光がハーフミラー４で反射される方向には照野投光光学系７と照野絞り８とがこの順番で配置されており、照野絞り８と視野分割ミラー３の稜線部分とは、照野投光光学系７に関して共役関係にある。
【００１６】
同様に、視野分割ミラー３からの光がハーフミラー４’で反射される方向にはＡＦ投光光学系１１とＡＦ用のスリットの設けられたスリット板１２とがこの順番で配置されており、スリット板１２のスリットと視野分割ミラー３の稜線部分とは、ＡＦ投光光学系１１に関して共役関係にある。
【００１７】
さらに、観察像受光素子６は観察信号処理装置１７と電気的に接続されており、ＡＦ信号光受光素子１０はＡＦ処理回路１４と電気的に接続されており、さらにＡＦ処理回路１４は、ステージ制御装置１５に電気的に接続されている。ステージ制御装置１５はステージ１６を駆動するように、これに機械的に接続されている。
【００１８】
引き続き図１を参照して、以上のような構成の面観察装置の作用、及びそのような面観察装置を使用して面を観察する方法を説明する。光源系（図１には不図示、図７に一例を示す）によって、ステージ１６上に載置された被検物１３を照明するために、照野を規定する照野絞り８を照明する。照野絞り８を通過した照明光は、照野投光光学系７を介して、ハーフミラー４で反射され視野分割ミラー３へ向かう。
【００１９】
一方スリット板１２上のスリットも不図示の光源系によって照明されており、同様に該スリットを介した光束はＡＦ投光光学系１１を介して、ハーフミラー４’で反射され視野分割ミラー３へ向かう。
【００２０】
上記２つの光束は、視野分割ミラー３の稜線上若しくはその近傍にて一旦結像し照野像とＡＦ用スリット像は一つの視野上に融合される。この融合像は第２対物レンズ２の方向に向かい、さらに第１対物レンズ１を経て被検物１３上に投光される。
【００２１】
このようにして照明された被検物１３にＡＦを施し観察する場合の作用を説明する。照明された被検物１３からの光は、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２を介して、第２対物レンズ２の後方、視野分割ミラー３の稜線上若しくはその近傍に被検物（被観察物）１３の拡大像を形成する。その拡大像は、視野分割ミラー３で反射された後、ハーフミラー４を透過し、観察視野結像光学系５を介して、図中右方向の観察像受光素子６に結像する。観察像受光素子６で発生された受光信号は、観察信号処理装置１７に送られる。観察信号処理装置１７で、得られた信号を処理して、被検査物１３に形成されたパターンの観察あるいは検査を行うことができる。
【００２２】
一方、拡大されたＡＦスリット像は、視野分割ミラー３で被検物（被観察物）１３の像から分割され、ハーフミラー４’を透過し、ＡＦ受光光学系９によってＡＦ信号光受光素子１０上に結像する。ＡＦ信号光受光素子１０が発生するＡＦ信号は、ＡＦ処理回路１４により処理された後フイードバック信号としてステージ制御装置１５に送られ、ステージ制御装置１５はそのフイードバック信号に基づいてステージ１６を制御しＡＦが実現される。
【００２３】
図２を参照して、第２の実施の形態である面観察装置を説明する。図１の第１の実施の形態と異なるのは、視野分割ミラー３’が観察領域と焦点検出領域であるＡＦ投光領域との一方からの光を反射、他方からの光を透過させて、各々の光学系に光束を導く点である。図２の例は、観察領域からの光を反射させ、ＡＦ投光領域からの光を透過させる場合である。視野分割ミラー３’は、図１の断面が直角三角形をした視野分割ミラー３の、一辺に相当する反射面を切り出して配置した構造をしている。その他の構造は図１の場合と同様であり、作用も第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００２４】
図３に、第１、第２の実施の形態で使用する照野絞り８及びスリット板１２の具体例の平面図を示す。図３（ａ）は照野絞り８の例である。この照野絞り８は、円板の中央部にほぼ正方形の開口部または透光部が形成されている。図３（ｂ）は、ＡＦスリット板１２の例である。このＡＦスリット板１２は、円板の中央部に細長い帯状のスリット状開口部または透光部が形成されている。これらのパターンが、図３（ｃ）に示されるように、各々照野投光光学系７、ＡＦ投光光学系１１によって、視野選択（視野分割）ミラー３の稜線またはその近傍若しくは視野選択ミラー３′の端部またはその近傍上でひとつに融合される。このときほぼ正方形の観察視野とスリット状のＡＦ実施領域は互いに領域を共有することがない。図中両パターンの間に、両者を分離するように描かれている破線が、視野選択ミラー３の稜線あるいは視野選択（視野分割）ミラー３′の端部に相当する。
【００２５】
以上、視野分離の方法として考えられる２通りの方法のうち、対物レンズで形成される像面近傍に視野を分割するミラーを配置する方法の例を説明した。
【００２６】
もう一つの方法はハーフミラーを光路中に挿入し光を半分に分けた後、観察用、ＡＦ用の再結像光学系で各々形成された像面上で視野絞りを使って観察視野、ＡＦ投光視野を選択する方式である。
【００２７】
いずれの方式においても、観察光とＡＦ光の波長をそろえ、波長差を小さく或いは同一とするので、波長毎に光束を分離するダイクロイックミラーは必要なく、代わりに観察領域とＡＦ投光領域に分離する視野分離機能を有する光学系を配置すればよい。このようにして、対物光学系の色収差を問題とせず、正確なＡＦを行った上で、被検査物の検査あるいは観察を行うことができる。
【００２８】
図４を参照して、上記の第２の方法の例として、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００２９】
被検物１３を載置するステージ１６の上方に第１対物レンズ１、ハーフミラー４、第２対物レンズ２がこの順番に配置されている。第１対物レンズ方向からの光がハーフミラー４で反射される方向には、投光光学系１８、その先に投光系パターン１９が配置されている。投光系パターン１９には照野を規定する照野絞り窓とＡＦのためのスリットパターンが同一基板上に設けられている（図５を参照して後述）。
【００３０】
なお、投光系パターン１９は、不図示の光源系によって照明され、この光源系は、例えば、１９３ｎｍの波長のレーザ光を発振するＡｒＦエキシマレーザを光源として含む光源部と、その光源部からのレーザ光を投光系パターン１９へ導く導光光学系とを有している。
【００３１】
ここで、エキシマレーザを光源として含む光源部は、エキシマレーザからのレーザ光を所定の波長幅（所定の半値幅）となるように狭幅化する狭幅化手段（プリズム、回折格子等）を有しており、光源系は、光源部から所定の波長幅（所定の半値幅）に狭帯化されたレーザ光が導光光学系を介して投光系パターン１９を照明するように構成されている。このように、光源系により投光系パターン１９が照明されると、投光系パターン１９の視野分割の作用によって観察光およびＡＦ光とが生成される。
【００３２】
一方、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２に関して被検物１３と共役な位置には、視野選択絞り２１が配置されている。視野選択絞り２１に関して、第２対物レンズと反対側には、観察視野結像光学系５が配置されている。観察視野結像光学系５に関して視野選択絞り２１と共役な位置、即ち観察視野結像光学系５の結像面には、観察像受光素子６が配置されている。観察像受光素子６は観察信号処理装置１７と電気的に接続されている点は第１、第２の実施の形態と同様である。第１、第２の実施の形態と同様に、第１対物レンズ１、ハーフミラー４、第２対物レンズ２から成る対物レンズを有して、観察光学系が構成されている。
【００３３】
また、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２の間にはハーフミラー４’が配置されており、第２対物レンズからの光がハーフミラー４’で反射される方向には、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２に関して被検物１３と共役な位置に、視野選択絞り２２が配置されている。視野選択絞り２２に関して、ハーフミラー４’と反対の側には、ＡＦ受光光学系９が配置されている。ＡＦ受光光学系９に関して視野選択絞り２２と共役な位置、即ちＡＦ受光光学系９の結像面には、ＡＦ信号光受光素子１０が配置されている。ＡＦ信号光受光素子１０はＡＦ処理回路１４と電気的に接続されており、さらにステージ制御装置１５に電気的に接続されている。ステージ制御装置１５はステージ１６を駆動するように、これに機械的に接続されている点は、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００３４】
図５は、第３の実施の形態に使用する投光パターン及び視野選択絞り１９の具体例の平面図である。図５（ａ）に示すように、視野絞り１９は円板でありそのほぼ中心部に観察視野に相当するほぼ正方形の開口部または透光部が設けられている。その正方形の開口部の正方形の一つの対角線の延長上に、他方の対角線に平行に配置されたスリット状の開口部が、正方形の開口部の両側に、且つ正方形の開口部に関してほぼ対称に開けられている。これらの開口部が投光パターンを形成している。正方形の開口部が観察視野に、スリット状の開口部がＡＦ実施領域に対応する。
【００３５】
このような投光パターンの例から判るとおり、観察視野とＡＦ実施領域は互いに領域を共有することがない。図５（ｂ）に視野選択絞り２１の平面図を、（ｃ）に視野選択絞り２２の平面図を示す。視野選択絞り２１は、（ａ）のスリット状開口部を遮蔽する遮蔽部を有するので、観察視野に対応する光のみを通過させ、視野選択絞り２２は、（ａ）の観察視野を遮蔽する遮蔽部を有するので、ＡＦ実施領域に対応する光のみを通過させる。即ち、視野選択絞り２１は図５（ｂ）に示されるような遮光部に限らず、観察視野に対応する光を通過させ、ＡＦ実施領域に対応する光を遮断するのに十分な遮光部を有していればよく、視野選択絞り２２は、図５（ｃ）に示されるような遮光部に限らず、ＡＦ実施領域に対応する光を通過させ、観察視野に対応する光を遮断するのに十分な遮光部を有していればよい。
【００３６】
図４に戻り、第３の実施の形態の作用を説明する。前述した不図示の光源系によって照野を規定する投光系パターン１９を照明し、その照明光は投光光学系１８を介して、ハーフミラー４へ向かう。ハーフミラー４で反射された照明光は、第１対物レンズ１を経て被検物１３上に投光される。
【００３７】
照明された被検物１３からの光は、第１対物レンズ１、ハーフミラー４’を透過し、第２対物レンズ２の後方に被観察物の拡大像を形成する。拡大像はハーフミラー４’を透過して観察光学系へ、反射光はＡＦ光学系へ送られる。観察光学系では、拡大像は視野選択絞り２１の位置に結像し、ここで観察光のみが選択される。選択された光束は観察視野結像光学系５によって観察像受光素子６上に結像される。観察像受光素子６からの受光信号は観察信号処理装置１７に送られる。
【００３８】
一方ＡＦ光学系では、拡大像は視野選択絞り２２の位置に結像し、ここでＡＦ光のみが選択される。選択された光束はＡＦ受光光学系９によってＡＦ信号光受光素子１０上に結像される。続いて、第１、第２の実施の形態と同様に、ＡＦ信号はＡＦ処理回路１４により処理された後、フイードバック信号としてステージ制御装置１５に送られ、ステージ制御装置１５はそのフイードバック信号に基づいてステージ１６を制御しＡＦが実現される。
【００３９】
図６は、ＡＦ方式の一例を説明するための観念図である。図中、被ＡＦ対象物３０、対物レンズ３１、ＡＦ系レンズ３２、バイプリズム３３、スリット像受光用ＣＣＤ３４の順に配列されている。（ａ）はピントがあっている状態である。バイプリズム３３によってＡＦスリットの像は２重像となってＣＣＤ撮像面上に結像している。（ｂ）はδだけピントがずれている状態である。このとき（ｃ）に示すようにスリット投光光の反射面がずれることにより、スリット像がＣＣＤ撮像面上で横ずれを生じる。
【００４０】
バイプリズム３３で２つに分けられる光束で片方の重心に相当する線の入射角をθ、被検物−ＣＣＤ間の結像倍率をβとすると、ＣＣＤ撮像面上でのスリット二重像間距離の変化量は４δβｔａｎθと表せる。この量を検知することで被検物に対するフォーカスずれを測定し、その結果をステージ制御系へフイードバックすることで被検物である被ＡＦ対象物３０を光軸方向に再位置決めしてオートフォーカスを実現する。
【００４１】
なお、第３の実施の形態においては、前述した不図示の光源系によって、投光系パターン１９を狭帯化された光で照明して、投光系パターン１９の視野分割の作用によって観察光およびＡＦ光とを生成している例を示した。しかしながら、波長差が１００ｎｍ以下となる観察光とＡＦ光とをそれぞれ供給する２つの独立した光源系を用いて、投光系パターン１９でのＡＦスリット（ＡＦ用開口部）をＡＦ光で照明し、投光系パターン１９での観察視野（観察用開口部）を観察光で照明しても良い。但し、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、独立の光源系を用いたとしても、観察光とＡＦ光の波長を同一波長の光とし、しかもその同一波長の光（観察光及びＡＦ光）の波長幅（半値幅）がプリズムや回折格子等の狭幅化手段によって１ｐｍ以下となるように狭幅化されることがより一層望ましい。
【００４２】
図７を参照して、第１と第２の実施の形態に適する光源系の例を説明する。光源系は、図示のように、例えばＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）のような短波長の光を発生する光源部５１、ビーム整形光学系５２、フライアイレンズのようなオプティカルインテグレータ５４、コンデンサー光学系５５の順番に配置されており、照明光が照野絞り８を一様に照明するように構成されている。なお、光源部５１は、エキシマレーザ等を含む光源と、この光源からの光を所定の波長幅（半値幅）の光に狭幅化するプリズムや回折格子等の狭幅化手段とを含み、光源部５１からは、波長幅（半値幅）が１ｐｍ以下となる狭幅化されたレーザ光が供給される。
【００４３】
一方、ビーム整形光学系５２とフライアイレンズ５４との間には、ハーフミラーのようなビーム分割部５３が配置されている。さらにビーム分割部５３の反射方向には、ミラー５６が配置されており、ミラー５６で反射された光が、それを透過した光と平行になり、スリット板１２のスリットを照明するように構成されている。
【００４４】
ここで、ミラー５６とスリット板１２との間にも、照野絞り８の照明系と同様に、フライアイレンズとコンデンサー光学系とを配置してもよい。しかしながら、スリット板１２のスリットは幅が狭く、観察系ほどの良質の照明が不要であるので、その代わりにコンデンサーレンズを挿入配置してもよい。
【００４５】
このようにして、照野絞り８とスリット板１２とは、同一波長の短波長光で照明できる。所定の波長である観察用の照明光の波長を、２６０ｎｍ以下とすることによって、微細な回路パターンを基板に焼き付け転写するためのレチクルやマスク等の原版を検査観察するのに適する観察装置を得ることができる。特に、ＡｒＦエキシマレーザーに代表されるような短波長レーザー光が適している。
【００４６】
また観察用の照明光と焦点検出用の照明光との、波長の差は１００ｎｍとするのが好ましい。これは、図７に示したように同一光源を用いた光源系を用いれば実現できる。このとき照明光の波長帯域は狭ければ狭いほどよく、特に１ｐｍ（ピコメートル）以下とするのが好ましい。このときは、前記波長差は実質的に零である。波長の差が１００ｎｍ以下であり、さらには波長帯域が１ｐｍ以下であれば、対物光学系の色収差が殆ど、あるいは全く問題とならない。
【００４７】
なお、第１及び第２の実施の形態に係る光源系としては、狭帯化された観察光を２分割して、一方の光を観察用の視野絞り８へ、他方の光をＡＦ用のスリット板１２へそれぞれ照明する例を示した。しかしながら、波長差が１００ｎｍ以下となる観察光とＡＦ光とをそれぞれ供給する２つの独立した光源系を用いて、観察用の視野絞り８を観察光で照明し、ＡＦ用のスリット板１２をＡＦ光で照明する構成としても良い。但し、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、独立の光源系を用いたとしても、観察光とＡＦ光の波長を同一波長の光とし、しかもその同一波長の光（観察光及びＡＦ光）の波長幅（半値幅）がプリズムや回折格子等の狭幅化手段によって１ｐｍ以下となるように狭幅化されることがより一層望ましい。
【００４８】
第３の実施の形態では、図７に示す光源系において、ハーフミラー５３、ミラー５６を省いた、光源系を用いればよい。
【００４９】
以上の各実施の形態では、光源系における光源として、１９３ｎｍの光を発振するＡｒＦエキシマレーザを用いた例を示したが、これに限ることはなく、例えば、２４８ｎｍの光を発振するＫｒＦエキシマレーザ、１５７ｎｍの光を発振するＦ₂ レーザ、さらには、レーザと非線型光学素子とを組み合わせた高調波により形成される短波長の光を光源として用いることも可能である。
【００５０】
また、以上にて述べたように、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、上記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の観察方法および照明方法においては、前記観察用の照明光と前記焦点検出用の照明光とは、波長幅（半値幅）が１ｐｍ以下となるように狭帯化された同一波長の光とすることが好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１照明工程の照明光の波長と第２照明工程の照明光の波長との波長差が１００ｎｍ以下であるので、観察とＡＦとで色収差を問題とせず、高い精度で自動焦点検出を行い、ひいては高い精度で合焦し、被検査面を観察することが可能となる。
【００５２】
また、対物光学系の視野内において観察領域に隣接する焦点検出領域へ観察用の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光を導く照明光学系を備えるので、色収差を問題とせず、高い精度で自動焦点検出を行い、ひいては高い精度で合焦し、被検査面を観察することができる高性能な観察装置を提供することが可能となる。
また、装置内における反射防止膜の選定に関する問題も最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図３】第１、第２の実施の形態で使用する照野選択絞り及びスリット板の具体例の平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図５】第３の実施の形態で使用する照野選択絞りの具体例の平面図である。
【図６】ＡＦ方式の一例を説明するための観念図である。
【図７】第１と第２の実施の形態に適する光源系の例を示す模式的側面図である。
【符号の説明】
１第１対物レンズ
２第２対物レンズ
３視野分割ミラー
４、４’ ハーフミラー
５観察視野結像光学系
６観察像受光素子
７照野投光光学系
８照野絞り
９ＡＦ受光光学系
１０ＡＦ信号光受光素子
１１ＡＦ投光光学系
１２スリット板
１３被観察物（被検物）
１４ＡＦ処理回路
１５ステージ制御装置
１６ステージ
１７観察信号処理装置
１８投光光学系
１９投光系パターン
２１、２２視野選択絞り
３０被ＡＦ対象物
３１対物レンズ
３２ＡＦ系レンズ
３３バイプリズム
３４スリット像受光用ＣＣＤ
５０光源系
５１光源
５２ビーム整形光学系
５３ハーフミラー
５４フライアイレンズ
５５コンデンサー光学系
５６ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an observation method and an observation apparatus, and more particularly to an observation method and an observation apparatus for optically examining the surface of a reticle and mask original plate used when printing and transferring a fine circuit pattern onto a substrate such as a wafer or glass. .
[0002]
[Prior art]
In an inspection device or an objective lens in an observation device that uses a far-ultraviolet light source such as an ArF excimer laser (on = 193 nm) as an illumination light source for observation, there are few choices of transmissive optical materials that can be used in the above wavelength region, and chromatic aberration Since the difficulty of correction is very high, the wavelength used is narrowed to a narrow band so that the chromatic dispersion generated in the optical system is not substantially considered, and the objective optical system is configured using a single glass type with good transmittance. The design method to take is taken. When using light having a wavelength longer than that of visible light or observation light as an AF (autofocus) light source, a dichroic mirror is arranged behind the objective optical system for branching the optical path. The dichroic mirror transmits observation light and reflects AF light. (Transmission and reflection may be reversed.) In such an apparatus, a large amount of chromatic aberration occurs when AF light passes through the objective optical system, so a relay optical system is arranged in the branched optical path to correct it. To do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional observation apparatus or observation method as described above, when the light to be used becomes light with a short wavelength such as an ArF excimer laser, the generated chromatic aberration becomes very large and is corrected by the AF relay optical system at the subsequent stage. It becomes difficult to do. Further, when the wavelength difference between the observation light and the AF light is large, the refractive power of the objective optical system is greatly different. Since AF light usually has a longer wavelength than observation light such as ArF light, the refractive index of the glass material is smaller for AF light than for observation light. This tendency causes a shortage of refractive power as a convex lens. Therefore, it is necessary to make the lens diameter larger than the effective diameter necessary for the observation light in order to ensure the NA necessary for the AF light in the focal plane. Further, in order to pass light of different wavelengths in the same optical system, it is necessary to apply an antireflection film corresponding to a plurality of wavelengths to the optical element, which has been a technical problem.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an observation method and an observation apparatus in which chromatic aberration is not a problem between the observation light and the AF light, and a problem relating to the selection of the antireflection film does not occur.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the observation method according to the first aspect of the present invention has a predetermined observation region existing in the field of view of the objective optical systems 1 and 2 formed on the observation surface 13 with a predetermined wavelength. A first illumination step of illuminating with illumination light for observation; and a focus detection region adjacent to the predetermined observation region in the field of view of the objective optical systems 1 and 2, the wavelength difference from the predetermined wavelength is 100 nm or less A second illumination step of illuminating with illumination light for focus detection; observation light from the predetermined observation region illuminated by the first illumination step, and the focus detection region illuminated by the second illumination step A splitting step of splitting the focus detection light from each after passing through the objective optical system; and using the focus detection light split by the splitting step, the focal plane of the objective optical system Align the viewing surface with A step; using light for observation divided by the dividing step, and a observation step of observing the observation area. Here, the focus detection area adjacent to the observation area means that the focus detection area is an area different from the observation area and both are arranged in the vicinity of each other.
[0006]
If comprised in this way, since the wavelength difference of the wavelength of the illumination light of a 1st illumination process and the wavelength of the illumination light of a 2nd illumination process is 100 nm or less, the problem by the chromatic aberration of an objective optical system can be suppressed.
[0007]
Further, in the observation method, it is preferable that the predetermined wavelength is 260 nm or less. At this time, since light having a wavelength of 260 nm or less is used for observation, it is suitable for observation of a fine pattern, for example.
[0008]
In order to achieve the above object, an observation apparatus according to a third aspect of the present invention includes an objective optical system 1 or 2 that forms an image of an observation surface 13; The illumination light for observation having a predetermined wavelength is guided to a predetermined observation region existing in the field of the objective optical systems 1 and 2 to be formed, and is adjacent to the observation region in the field of the objective optical systems 1 and 2. An illumination optical system for guiding illumination light for focus detection having a wavelength difference of 100 nm or less from the predetermined wavelength to the focus detection area; and observation light from the predetermined observation area illuminated by the illumination optical system; A splitting member 3 for splitting the focus detection light from the focus detection area illuminated by the illumination optical system into the splitting members 3 via the objective optical systems 1 and 2; and for focus detection split by the splitting member 3 Objective optical system 1 based on the light of Focal plane of the 2 and the focus detection system for detecting the alignment of the observation plane; based on the light for observation divided by the dividing member 3 and a viewing optical system for observing the observation area.
[0009]
Furthermore, as described in claim 4, in the observation apparatus according to claim 3, the illumination optical systems 1 and 2 are configured to include the observation illumination unit that guides the observation illumination light to the objective optical systems 1 and 2, and A focus detection illumination unit for guiding focus detection illumination light toward the objective optical systems 1 and 2 and the observation illumination unit from the observation illumination unit at a position near the imaging plane of the objective optical systems 1 and 2 or in the vicinity thereof. And a synthesis member that synthesizes the focus detection illumination light from the focus detection illumination unit; and the observation illumination unit is configured to form the observation region on the observation surface. An observation field stop 8 and an observation relay optical system 7 that forms an image of the observation field stop 8 on the image planes of the objective optical systems 1 and 2; A focus detection field stop 12 for forming the focus detection region thereon, and a focus detection field stop 1 And a focus detection relay optical system 11 for forming the image of the objective optical system 1 or 2 on the image planes of the objective optical systems 1 and 2; It is good also as what is comprised with the optical member 3 which has.
[0010]
Furthermore, as described in claim 5 and, for example, as shown in FIG. 4, in the observation apparatus according to claim 3, the illumination optical system is used for observation to form the observation region on the observation surface. A projection pattern plate 19 having an opening and a focus detection opening for forming the focus detection region on the observation surface, and images of the projection pattern plate 19 are obtained by using the objective optical systems 1 and 2. A relay optical system 18 formed on the image plane may be provided. Further, as described in claim 6, the predetermined wavelength is preferably 260 nm or less.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol or a similar code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0012]
FIG. 1 shows a surface observation for optically examining the surface of a reticle and mask original plate used in printing and transferring a fine circuit pattern onto a substrate such as a wafer or glass in semiconductor manufacturing according to the first embodiment of the present invention. It is a typical side view of an apparatus.
[0013]
In the figure, a first objective lens 1 is disposed above a stage 16 on which an object to be observed (test object) 13 is placed, and a second objective lens 2 is disposed above the first objective lens 1. 2, a field dividing mirror 3 as a dividing member is disposed at a position substantially conjugate with the test object 13. The field dividing mirror 3 is arranged so that the cross-sectional shape is a substantially right-angled isosceles triangle and the ridge line corresponding to the apex thereof is positioned between the two systems of light to be divided. An observation optical system is configured including an objective lens composed of the first objective lens 1 and the second objective lens 2.
[0014]
Half mirrors 4 and 4 ′ are arranged in two directions in which light from the objective lens 2 is divided by the field dividing mirror 3, respectively, and further there are an observation field imaging optical system 5 and AF light receiving optics, respectively. A system 9 is arranged. An observation image light receiving element 6 is disposed on the image forming surface of the observation field image forming optical system 5, and an AF signal light receiving element 10 is disposed on the image forming surface of the AF light receiving optical system 9.
[0015]
On the other hand, the illumination field projection optical system 7 and the illumination field stop 8 are arranged in this order in the direction in which the light from the field division mirror 3 is reflected by the half mirror 4, and the illumination field stop 8 and the field division mirror are arranged in this order. The ridge line portion 3 is conjugated with respect to the illumination field projection optical system 7.
[0016]
Similarly, an AF light projecting optical system 11 and a slit plate 12 provided with AF slits are arranged in this order in the direction in which the light from the field dividing mirror 3 is reflected by the half mirror 4 ′. The slit of the slit plate 12 and the ridge line portion of the field division mirror 3 are in a conjugate relationship with respect to the AF light projecting optical system 11.
[0017]
Further, the observation image light receiving element 6 is electrically connected to the observation signal processing device 17, the AF signal light receiving element 10 is electrically connected to the AF processing circuit 14, and the AF processing circuit 14 further includes a stage. It is electrically connected to the control device 15. The stage controller 15 is mechanically connected to the stage 16 so as to drive the stage 16.
[0018]
With reference to FIG. 1 again, the operation of the surface observation apparatus configured as described above and the method of observing the surface using such a surface observation apparatus will be described. In order to illuminate the object 13 placed on the stage 16 by a light source system (not shown in FIG. 1, an example is shown in FIG. 7), an illumination field stop 8 that defines the illumination field is illuminated. The illumination light that has passed through the illumination field stop 8 is reflected by the half mirror 4 via the illumination field projection optical system 7 and travels toward the field dividing mirror 3.
[0019]
On the other hand, the slit on the slit plate 12 is also illuminated by a light source system (not shown). Similarly, the light beam passing through the slit is reflected by the half mirror 4 ′ via the AF projection optical system 11 and directed to the field dividing mirror 3. Head.
[0020]
The two light beams are once formed on or near the ridgeline of the field dividing mirror 3, and the illumination field image and the AF slit image are fused on one field of view. This fused image is directed in the direction of the second objective lens 2, and further projected onto the test object 13 through the first objective lens 1.
[0021]
An operation in the case where observation is performed by applying AF to the object 13 thus illuminated will be described. Illuminated light from the test object 13 passes through the first objective lens 1 and the second objective lens 2 to the rear of the second objective lens 2, on the ridge line of the field dividing mirror 3, or in the vicinity thereof. An enlarged image of the object to be observed) 13 is formed. The magnified image is reflected by the field dividing mirror 3, passes through the half mirror 4, and forms an image on the observation image light receiving element 6 in the right direction in the drawing via the observation field imaging optical system 5. The light reception signal generated by the observation image light receiving element 6 is sent to the observation signal processing device 17. The observation signal processing device 17 can process the obtained signal to observe or inspect the pattern formed on the inspection object 13.
[0022]
On the other hand, the enlarged AF slit image is divided from the image of the object to be examined (observed object) 13 by the field dividing mirror 3, passes through the half mirror 4 ′, and is sent to the AF signal light receiving element 10 by the AF light receiving optical system 9. Image on top. The AF signal generated by the AF light receiving element 10 is processed by the AF processing circuit 14 and then sent to the stage controller 15 as a feedback signal. The stage controller 15 controls the stage 16 on the basis of the feedback signal and performs AF. Is realized.
[0023]
With reference to FIG. 2, the surface observation apparatus which is 2nd Embodiment is demonstrated. The difference from the first embodiment of FIG. 1 is that the field dividing mirror 3 ′ reflects light from one of the observation region and the AF light projection region, which is the focus detection region, and transmits light from the other, This is the point of guiding the light beam to each optical system. The example of FIG. 2 is a case where light from the observation region is reflected and light from the AF light projection region is transmitted. The field division mirror 3 ′ has a structure in which a reflection surface corresponding to one side of the field division mirror 3 whose cross section in FIG. The other structure is the same as that in the case of FIG. 1 and the operation is the same as that of the first embodiment.
[0024]
FIG. 3 shows a plan view of a specific example of the illumination field stop 8 and the slit plate 12 used in the first and second embodiments. FIG. 3A shows an example of the illumination field stop 8. The illumination field stop 8 is formed with a substantially square opening or translucent portion at the center of the disk. FIG. 3B is an example of the AF slit plate 12. The AF slit plate 12 has an elongated strip-shaped slit-like opening or translucent portion formed at the center of the disc. As shown in FIG. 3 (c), these patterns are formed by the illumination field projection optical system 7 and the AF projection optical system 11, respectively, or the ridgeline of the field selection (field division) mirror 3 or its vicinity or the field selection mirror. They are fused together at or near the 3 'end. At this time, the substantially square observation visual field and the slit-shaped AF execution region do not share the same region. A broken line drawn so as to separate both patterns corresponds to the ridge line of the field selection mirror 3 or the end of the field selection (field division) mirror 3 ′.
[0025]
The example of the method of arranging the mirror that divides the field of view in the vicinity of the image plane formed by the objective lens among the two methods considered as the field separation method has been described above.
[0026]
Another method is to insert a half mirror into the optical path and divide the light in half, and then use the field stop on the image plane formed by the re-imaging optical system for observation and AF to observe the field of view, AF This is a method for selecting a projection field of view.
[0027]
In either method, the observation light and AF light have the same wavelength, and the wavelength difference is made small or the same, so there is no need for a dichroic mirror that separates the light flux for each wavelength. Instead, the observation area and the AF projection area are separated. An optical system having a visual field separation function may be disposed. In this way, the inspection object can be inspected or observed after performing accurate AF without causing chromatic aberration of the objective optical system.
[0028]
With reference to FIG. 4, a third embodiment of the present invention will be described as an example of the second method.
[0029]
The first objective lens 1, the half mirror 4, and the second objective lens 2 are arranged in this order above the stage 16 on which the test object 13 is placed. In the direction in which the light from the first objective lens direction is reflected by the half mirror 4, a light projecting optical system 18 and a light projecting system pattern 19 are disposed beyond the light projecting optical system 18. The projection system pattern 19 is provided with an illumination field stop window for defining an illumination field and a slit pattern for AF on the same substrate (described later with reference to FIG. 5).
[0030]
The light projection system pattern 19 is illuminated by a light source system (not shown). The light source system includes, for example, a light source unit including an ArF excimer laser that oscillates a laser beam having a wavelength of 193 nm as a light source, and the light source unit. A light guide optical system for guiding the laser light to the light projecting system pattern 19.
[0031]
Here, the light source unit including the excimer laser as a light source includes narrowing means (prism, diffraction grating, etc.) for narrowing the laser light from the excimer laser so as to have a predetermined wavelength width (predetermined half width). The light source system is configured such that laser light narrowed to a predetermined wavelength width (predetermined half width) from the light source unit illuminates the light projecting system pattern 19 via the light guide optical system. ing. Thus, when the light projection system pattern 19 is illuminated by the light source system, the observation light and the AF light are generated by the action of the visual field division of the light projection system pattern 19.
[0032]
On the other hand, a field selection stop 21 is disposed at a position conjugate with the test object 13 with respect to the first objective lens 1 and the second objective lens 2. An observation field imaging optical system 5 is arranged on the opposite side of the field selection diaphragm 21 from the second objective lens. An observation image light receiving element 6 is arranged at a position conjugate with the field selection diaphragm 21 with respect to the observation field imaging optical system 5, that is, at the imaging surface of the observation field imaging optical system 5. The observation image light receiving element 6 is electrically connected to the observation signal processing device 17 in the same manner as in the first and second embodiments. As in the first and second embodiments, the observation optical system is configured by including an objective lens including the first objective lens 1, the half mirror 4, and the second objective lens 2.
[0033]
In addition, a half mirror 4 ′ is disposed between the first objective lens 1 and the second objective lens 2, and the first objective is in the direction in which the light from the second objective lens is reflected by the half mirror 4 ′. A field selection diaphragm 22 is disposed at a position conjugate with the test object 13 with respect to the lens 1 and the second objective lens 2. An AF light receiving optical system 9 is arranged on the side opposite to the half mirror 4 ′ with respect to the field selection diaphragm 22. An AF signal light receiving element 10 is disposed at a position conjugate with the field-selection diaphragm 22 with respect to the AF light receiving optical system 9, that is, at an image forming surface of the AF light receiving optical system 9. The AF signal light receiving element 10 is electrically connected to the AF processing circuit 14 and further electrically connected to the stage control device 15. The stage controller 15 is mechanically connected to the stage 16 so as to drive the stage 16 as in the first and second embodiments.
[0034]
FIG. 5 is a plan view of a specific example of the light projection pattern and the field-selection diaphragm 19 used in the third embodiment. As shown in FIG. 5 (a), the field stop 19 is a disc, and a substantially square opening or translucent part corresponding to the observation field is provided at substantially the center thereof. On the extension of one diagonal of the square opening, slit-like openings arranged parallel to the other diagonal open on both sides of the square opening and approximately symmetrically with respect to the square opening. It has been. These openings form a light projection pattern. The square opening corresponds to the observation field, and the slit-shaped opening corresponds to the AF execution area.
[0035]
As can be seen from the example of such a projection pattern, the observation visual field and the AF execution area do not share the area. FIG. 5B shows a plan view of the field selection diaphragm 21, and FIG. 5C shows a plan view of the field selection diaphragm 22. Since the field selection diaphragm 21 has a shielding part that shields the slit-shaped opening of (a), only the light corresponding to the observation field is allowed to pass, and the field selection diaphragm 22 shields the observation field of view (a). Therefore, only the light corresponding to the AF execution area is allowed to pass through. That is, the field selection diaphragm 21 is not limited to the light shielding portion as shown in FIG. 5B, but has a light shielding portion sufficient to pass the light corresponding to the observation visual field and block the light corresponding to the AF execution region. The field-selection diaphragm 22 is not limited to the light-shielding portion as shown in FIG. 5C, but allows the light corresponding to the AF execution region to pass and blocks the light corresponding to the observation field. It is only necessary to have a sufficient light shielding part.
[0036]
Returning to FIG. 4, the operation of the third embodiment will be described. The light projection system 19 that defines the illumination field is illuminated by the light source system (not shown) described above, and the illumination light travels toward the half mirror 4 via the light projection optical system 18. The illumination light reflected by the half mirror 4 is projected onto the object 13 through the first objective lens 1.
[0037]
The illuminated light from the object 13 passes through the first objective lens 1 and the half mirror 4 ′, and forms an enlarged image of the object to be observed behind the second objective lens 2. The magnified image is transmitted through the half mirror 4 'and sent to the observation optical system, and the reflected light is sent to the AF optical system. In the observation optical system, the magnified image is formed at the position of the field selection stop 21, and only the observation light is selected here. The selected light beam is imaged on the observation image light receiving element 6 by the observation field imaging optical system 5. The light reception signal from the observation image light receiving element 6 is sent to the observation signal processing device 17.
[0038]
On the other hand, in the AF optical system, an enlarged image is formed at the position of the field selection diaphragm 22, and only AF light is selected here. The selected light beam is imaged on the AF signal light receiving element 10 by the AF light receiving optical system 9. Subsequently, as in the first and second embodiments, the AF signal is processed by the AF processing circuit 14 and then sent to the stage control device 15 as a feedback signal. The stage control device 15 is based on the feedback signal. Thus, the stage 16 is controlled to realize AF.
[0039]
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an example of the AF method. In the figure, an AF target object 30, an objective lens 31, an AF lens 32, a biprism 33, and a slit image light receiving CCD 34 are arranged in this order. (A) is a state in focus. The biprism 33 forms an image of the AF slit on the CCD imaging surface as a double image. (B) shows a state where the focus is shifted by δ. At this time, as shown in (c), the reflection surface of the slit projection light is shifted, so that the slit image is laterally shifted on the CCD imaging surface.
[0040]
When the incident angle of the line corresponding to the center of gravity of one of the light beams divided into two by the biprism 33 is θ and the imaging magnification between the test object and the CCD is β, the slit double image on the CCD imaging surface is between The amount of change in distance can be expressed as 4δβ tan θ. By detecting this amount, the focus deviation with respect to the test object is measured, and the result is fed back to the stage control system, thereby repositioning the test object AF object 30 as the test object in the optical axis direction and performing autofocus. Realize.
[0041]
In the third embodiment, the light projection system 19 is illuminated with the narrow band light by the light source system (not shown), and the observation light is divided by the visual field division of the light projection system pattern 19. An example of generating AF light and AF light is shown. However, using two independent light source systems that respectively supply observation light and AF light having a wavelength difference of 100 nm or less, the AF slit (AF opening) in the light projection pattern 19 is illuminated with AF light. The observation visual field (observation opening) in the light projection pattern 19 may be illuminated with observation light. However, in order to solve the problem of chromatic aberration of the objective optical system more sufficiently, even if an independent light source system is used, the observation light and the AF light have the same wavelength, and the light having the same wavelength. It is even more desirable that the wavelength width (half-value width) of (observation light and AF light) be narrowed to be 1 pm or less by a narrowing means such as a prism or a diffraction grating.
[0042]
An example of a light source system suitable for the first and second embodiments will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the light source system includes a light source unit 51 that generates light having a short wavelength such as an ArF excimer laser (λ = 193 nm), a beam shaping optical system 52, an optical integrator 54 such as a fly-eye lens, and condenser optics. It arrange | positions in order of the system | strain 55, and it is comprised so that illumination light may illuminate the illumination field stop 8 uniformly. The light source unit 51 includes a light source including an excimer laser and the like, and narrowing means such as a prism or a diffraction grating that narrows light from the light source into light having a predetermined wavelength width (half-value width), The light source 51 supplies a narrowed laser beam having a wavelength width (half width) of 1 pm or less.
[0043]
On the other hand, a beam splitting unit 53 such as a half mirror is disposed between the beam shaping optical system 52 and the fly-eye lens 54. Further, a mirror 56 is arranged in the reflection direction of the beam splitting unit 53, and the light reflected by the mirror 56 is parallel to the light transmitted therethrough so as to illuminate the slit of the slit plate 12. ing.
[0044]
Here, a fly-eye lens and a condenser optical system may be disposed between the mirror 56 and the slit plate 12 as in the illumination system of the illumination field stop 8. However, since the slit of the slit plate 12 is narrow and does not require high quality illumination as the observation system, a condenser lens may be inserted and disposed instead.
[0045]
In this way, the illumination field stop 8 and the slit plate 12 can be illuminated with short-wavelength light having the same wavelength. By setting the wavelength of the illumination light for observation, which is a predetermined wavelength, to 260 nm or less, an observation apparatus suitable for inspecting and observing an original plate such as a reticle or mask for printing a fine circuit pattern on a substrate is obtained. be able to. In particular, a short wavelength laser beam typified by an ArF excimer laser is suitable.
[0046]
The difference in wavelength between the observation illumination light and the focus detection illumination light is preferably 100 nm. This can be realized by using a light source system using the same light source as shown in FIG. At this time, the narrower the wavelength band of the illumination light, the better. In particular, it is preferably 1 pm (picometer) or less. At this time, the wavelength difference is substantially zero. If the difference in wavelength is 100 nm or less, and further the wavelength band is 1 pm or less, the chromatic aberration of the objective optical system is hardly or not a problem.
[0047]
In the light source system according to the first and second embodiments, the narrowed observation light is divided into two, one light is supplied to the observation field stop 8 and the other light is used for AF. The example which each illuminates to the slit board 12 was shown. However, the observation field stop 8 is illuminated with the observation light using two independent light source systems that respectively supply observation light and AF light having a wavelength difference of 100 nm or less, and the AF slit plate 12 is It is good also as a structure illuminated with light. However, in order to solve the problem of chromatic aberration of the objective optical system more sufficiently, even if an independent light source system is used, the observation light and the AF light have the same wavelength, and the light having the same wavelength. It is even more desirable that the wavelength width (half-value width) of (observation light and AF light) be narrowed to be 1 pm or less by a narrowing means such as a prism or a diffraction grating.
[0048]
In the third embodiment, a light source system in which the half mirror 53 and the mirror 56 are omitted may be used in the light source system shown in FIG.
[0049]
In each of the above embodiments, an ArF excimer laser that oscillates 193 nm light is used as a light source in the light source system. However, the present invention is not limited to this. For example, a KrF excimer laser that oscillates 248 nm light. F that oscillates light at 157 nm ₂ It is also possible to use, as a light source, a laser or a short-wavelength light formed by harmonics combining a laser and a non-linear optical element.
[0050]
In addition, as described above, in order to more fully solve the problem of chromatic aberration of the objective optical system, the observation method and the illumination method according to any one of claims 1 to 6 described above. Preferably, the illumination light for observation and the illumination light for focus detection are light of the same wavelength narrowed so that the wavelength width (half-value width) is 1 pm or less.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the wavelength difference between the wavelength of the illumination light in the first illumination process and the wavelength of the illumination light in the second illumination process is 100 nm or less, chromatic aberration is not a problem between observation and AF. Thus, it is possible to perform automatic focus detection with high accuracy and to focus with high accuracy and observe the surface to be inspected.
[0052]
In addition, since the illumination optical system that guides the focus detection illumination light whose wavelength difference with the observation wavelength is 100 nm or less to the focus detection region adjacent to the observation region in the field of view of the objective optical system, the chromatic aberration is a problem. Therefore, it is possible to provide a high-performance observation apparatus that can perform automatic focus detection with high accuracy and, in turn, focus with high accuracy and observe the surface to be inspected.
In addition, problems related to the selection of the antireflection film in the apparatus can be minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing a surface observation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing a surface observation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a specific example of an illumination field selection diaphragm and a slit plate used in the first and second embodiments.
FIG. 4 is a schematic side view showing a surface observation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a specific example of an illumination field selection diaphragm used in the third embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an example of an AF method.
FIG. 7 is a schematic side view showing an example of a light source system suitable for the first and second embodiments.
[Explanation of symbols]
1 First objective lens
2 Second objective lens
3 Field division mirror
4, 4 'half mirror
5 Observation field imaging optical system
6 Observation image detector
7 Teruno Projected Optical
8 Teruno iris
9 AF receiving optical system
10 AF signal light receiving element
11 AF projection optical system
12 Slit plate
13 Object to be observed (test object)
14 AF processing circuit
15 Stage controller
16 stages
17 Observation signal processor
18 Projection optics
19 Projection pattern
21, 22 Field selection aperture
30 AF target
31 Objective lens
32 AF lens
33 Biprism
34 CCD for slit image reception
50 Light source system
51 light source
52 Beam shaping optics
53 Half Mirror
54 Fly Eye Lens
55 Condenser optics
56 Mirror

Claims

A first illuminating step of illuminating a predetermined observation region existing in the field of view of the objective optical system formed on the surface to be observed with observation illumination light having a predetermined wavelength;
A second illumination step of illuminating a focus detection region adjacent to the predetermined observation region in the field of view of the objective optical system with focus detection illumination light having a wavelength difference of 100 nm or less from the predetermined wavelength;
The observation optical light from the predetermined observation region illuminated by the first illumination step and the focus detection light from the focus detection region illuminated by the second illumination step are used for the objective optical system. A dividing step of dividing into each after passing through;
A focusing step of aligning the observation surface with the focal plane of the objective optical system using the focus detection light divided by the division step;
An observation step of observing the observation region using the observation light divided by the division step;
Observation method.

The observation method according to claim 1, wherein the predetermined wavelength is 260 nm or less.

An objective optical system for forming an image of the surface to be observed;
The illumination light for observation having a predetermined wavelength is guided to a predetermined observation region existing in the field of view of the objective optical system formed on the surface to be observed, and is applied to the observation region in the field of view of the objective optical system. An illumination optical system for guiding illumination light for focus detection whose wavelength difference from the predetermined wavelength is 100 nm or less to an adjacent focus detection region;
Light for observation from the predetermined observation region illuminated by the illumination optical system and light for focus detection from the focus detection region illuminated by the illumination optical system are passed through the objective optical system. , A dividing member to be divided into each;
A focus detection system that detects the alignment state between the focal plane of the objective optical system and the observation plane based on the focus detection light divided by the division member;
An observation optical system for observing the observation region based on the observation light divided by the division member;
Observation device.

The illumination optical system includes an observation illumination unit that guides the illumination light for observation to the objective optical system, a focus detection illumination unit that guides the illumination light for focus detection toward the objective optical system, and the objective A combining member that synthesizes the observation illumination light from the observation illumination unit and the focus detection illumination light from the focus detection illumination unit at a position near the imaging plane of the optical system or in the vicinity thereof; And
The observation illumination unit includes an observation field stop for forming the observation region on the observation surface, and an observation relay optical system that forms an image of the observation field stop on the image plane of the objective optical system; Having
The focus detection illumination unit includes a focus detection field stop for forming the focus detection region on the surface to be observed, and a focus for forming an image of the focus detection field stop on the image plane of the objective optical system. A relay optical system for detection;
The composite member is composed of an optical member having both functions of the composite member and the split member in order to share the split member;
The observation apparatus according to claim 3.

The illumination optical system includes an observation opening for forming the observation region on the observation surface, and a focus detection opening for forming the focus detection region on the observation surface. The observation apparatus according to claim 3, comprising a pattern plate and a relay optical system that forms an image of the projection pattern plate on an image plane of the objective optical system.

The observation apparatus according to claim 3, wherein the predetermined wavelength is 260 nm or less.