JP5038963B2 - Spectroscopic optical system and spectrometer - Google Patents

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Description

本発明は、分光光学系および分光測定装置に関し、特に、屈折・回折型レンズを用いたSchupmann光学系配置により広帯域色補正を行う分光光学系および分光測定装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a spectroscopic optical system and a spectroscopic measurement apparatus, and more particularly to a technique effective when applied to a spectroscopic optical system and a spectroscopic measurement apparatus that perform broadband color correction by a Schupmann optical system arrangement using a refractive / diffractive lens. is there.

試料面構造の欠陥検出においては、分光反射率の差が大きく、構造の違いを把握しやすいDUV−UV(200nm〜400nm)領域の広帯域波長を利用した分光測定が必要となってきている。このとき、レンズ系は、広帯域波長および複数波長を使用する場合は色収差補正されている必要がある。色収差補正には、反射型光学系あるいは屈折型光学系を用いる方法がある。   In the defect detection of the sample surface structure, a difference in spectral reflectance is large, and spectroscopic measurement using a broadband wavelength in a DUV-UV (200 nm to 400 nm) region where the difference in structure is easy to grasp has become necessary. At this time, the lens system needs to be corrected for chromatic aberration when using a broadband wavelength and a plurality of wavelengths. For correcting chromatic aberration, there is a method using a reflective optical system or a refractive optical system.

反射型光学系では、シュヴァルツシルド型の色補正レンズ系を備えた紫外領域を対象とした分光光学系が、特開2005−127830号公報(特許文献1)に記載されている。また、屈折型および屈折・反射型光学系では、投射露光レンズのレンズ枚数を最小限に抑え、高開口数、広視野を目的とした157nmおよび193nmの波長が対象のSchupmann光学系で構成される光学系が、特開2001−221950号公報(特許文献2)に記載されている。また、屈折・回折型光学系では、ステッパ用広帯域透過型アライメント系への適用を目的とした、550nm〜650nmの波長が対象の色補正レンズ系とその縦色収差補正の方法が、米国特許第5324953号明細書(特許文献3)に記載されている。
特開2005−127830号公報 特開2001−221950号公報 米国特許第5324953号明細書
In the reflection type optical system, a spectroscopic optical system for the ultraviolet region including a Schwarzschild type color correction lens system is described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-127830 (Patent Document 1). In the refraction type and the refraction / reflection type optical system, the number of lenses of the projection exposure lens is minimized, and the wavelengths of 157 nm and 193 nm for the purpose of high numerical aperture and wide field of view are configured in the target Schupmann optical system. An optical system is described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-221950 (Patent Document 2). In addition, in the refraction / diffractive optical system, a color correction lens system having a wavelength of 550 nm to 650 nm and a method for correcting the longitudinal chromatic aberration for the purpose of application to a broadband transmission alignment system for a stepper are disclosed in US Pat. No. 5,249,953. No. (Patent Document 3).
JP 2005-127830 A JP 2001-221950 A US Pat. No. 5,324,953

特許文献1に記載されているシュヴァルツシルド型で構成される反射型光学系は、広帯域色補正が可能である。しかし、当該光学系で分光測定を行う場合、開口を入れて試料上の繰り返しパターンに対して一方向となるよう構成する必要がある。この理由は、繰り返しパターンの方向に対する入射角度の違いにより、分光波形が大きく変わってしまい、シミュレーション分光波形のデータベースであるライブラリに保持している分光波形との対応が取れなくなることを防ぐためである。   The reflection type optical system described in Patent Document 1 that is of Schwarzschild type can perform broadband color correction. However, when spectroscopic measurement is performed with the optical system, it is necessary to configure the optical system so that it is in one direction with respect to the repetitive pattern on the sample with an opening. The reason for this is to prevent the spectral waveform from being greatly changed due to the difference in the incident angle with respect to the direction of the repetitive pattern and being unable to correspond to the spectral waveform held in the library which is a database of simulation spectral waveforms. .

特許文献1に記載されている反射型光学系では、試料面への照明が斜入射となってしまう。斜入射照明は、試料面が静止している場合には問題ないが、試料面を移動させて試料全面を連続走査するような場合には問題となる。図10は、斜入射照明の場合に試料面の上下震動により位置ずれが発生する状況を示す図である。図10において、斜入射照明1010の場合、連続走査のため試料面が上下に震動し(試料101、101’)、走査対象位置がずれてしまう(走査対象位置1011、1012)という課題があった。   In the reflective optical system described in Patent Document 1, illumination on the sample surface is obliquely incident. The oblique illumination is not a problem when the sample surface is stationary, but becomes a problem when the entire sample surface is continuously scanned by moving the sample surface. FIG. 10 is a diagram illustrating a situation in which positional displacement occurs due to vertical vibration of the sample surface in the case of oblique incidence illumination. In FIG. 10, in the case of the oblique incidence illumination 1010, there is a problem that the sample surface oscillates up and down due to continuous scanning (samples 101 and 101 ′), and the scanning target position shifts (scanning target positions 1011 and 1012). .

特許文献2に記載されている、投影露光用の157nmおよび193nmの波長が対象のSchupmann光学系で構成される屈折型および屈折・反射型光学系は、物体側の結像レンズとその結像面に反射型フィールドレンズを設置することで、垂直落射照明が可能な構成である。図11は、垂直落射照明の場合に試料面の上下震動による位置ずれが低減される状況を示す図である。図11において、垂直落射照明1110の場合、連続走査のため試料面が上下に震動しても(試料101、101’)、走査対象位置のずれは小さくなる(走査対象位置1111、1112)。しかし、特許文献2に記載されている屈折型および屈折・反射型光学系は、157nmおよび193nmという単波長対応の光学系であり、広帯域色補正に対応していないという課題があった。   The refraction type and refraction / reflection type optical system described in Patent Document 2 including a Schupmann optical system having a wavelength of 157 nm and 193 nm for projection exposure includes an object-side imaging lens and its imaging surface. By installing a reflection-type field lens, vertical epi-illumination is possible. FIG. 11 is a diagram illustrating a situation in which the positional deviation due to vertical vibration of the sample surface is reduced in the case of vertical epi-illumination. In FIG. 11, in the case of vertical epi-illumination 1110, even if the sample surface oscillates up and down due to continuous scanning (samples 101 and 101 '), the displacement of the scanning target position becomes small (scanning target positions 1111 and 1112). However, the refractive and refractive / reflective optical systems described in Patent Document 2 are optical systems that support single wavelengths of 157 nm and 193 nm, and have a problem that they do not support broadband color correction.

特許文献3に記載されている、ステッパ用の550nm〜650nmの波長が対象の屈折・回折型光学系は、物体側の結像レンズとその結像面にフィールドレンズ、その後方にリレーレンズを配置し、さらにリレーレンズ系に回折型レンズを備えることで、垂直落射照明と広帯域色補正が可能である。しかし、特許文献3に記載されている屈折・回折型光学系では、DUV−UV(200nm〜400nm)領域の広帯域色補正に対応していないという課題があった。特に、DUV−UV領域の広帯域色補正では、使用可能な硝材が合成石英と蛍石に限られているため、当該光学系においてDUV−UV領域の広帯域色補正を行う構成とすることは困難である。   The refractive / diffractive optical system for a stepper wavelength 550 nm to 650 nm described in Patent Document 3 has an object-side imaging lens, a field lens on its imaging surface, and a relay lens behind it In addition, by providing the relay lens system with a diffractive lens, vertical epi-illumination and broadband color correction are possible. However, the refractive / diffractive optical system described in Patent Document 3 has a problem that it does not support broadband color correction in the DUV-UV (200 nm to 400 nm) region. In particular, in the broadband color correction in the DUV-UV region, usable glass materials are limited to synthetic quartz and fluorite. Therefore, it is difficult to configure the optical system to perform broadband color correction in the DUV-UV region. is there.

そこで、本発明の目的は、屈折・回折型レンズを用いたSchupmann光学系で配置される分光光学系により、図11に示す垂直落射照明1110を可能とし、かつ、DUV−UV領域の広帯域色補正を行うことを可能とする分光光学系および分光測定装置を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Therefore, an object of the present invention is to enable the vertical epi-illumination 1110 shown in FIG. 11 by the spectroscopic optical system arranged in the Schupmann optical system using a refractive / diffractive lens, and to perform broadband color correction in the DUV-UV region. It is an object of the present invention to provide a spectroscopic optical system and a spectroscopic measurement apparatus that can perform the above. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。   Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の代表的な実施の形態による分光光学系は、垂直落射照明が可能となるように屈折・回折型光学系で構成され、結像レンズ系と、結像レンズ系の結像面に配置したフィールドレンズ系と、フィールドレンズ系を分光器上に結像するリレーレンズ系によるSchupmann光学系で配置され、さらに、リレーレンズ系もしくは結像レンズ系のいずれか一方に回折型レンズを備える分光光学系であって、フィールドレンズ系が2枚以上のレンズで構成され、そのうちの1箇所においてレンズが所定の距離だけ離して配置されていることを特徴とするものである。   A spectroscopic optical system according to a typical embodiment of the present invention is composed of a refractive / diffractive optical system so that vertical epi-illumination is possible, and is disposed on an imaging lens system and an imaging surface of the imaging lens system. Spectral optics with a field lens system and a Schupmann optical system with a relay lens system that forms an image of the field lens system on a spectroscope, and a diffractive lens in either the relay lens system or the imaging lens system In this system, the field lens system is composed of two or more lenses, and the lens is arranged at a predetermined distance from one of them.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明の代表的な実施の形態によれば、結像レンズ系と、結像レンズ系の結像面に配置したフィールドレンズ系と、フィールドレンズ系を分光器上に結像するリレーレンズ系によるSchupmann光学系で配置することにより、横色収差補正が可能となる。また、リレーレンズ系もしくは結像レンズ系のいずれか一方に回折型レンズを備え、フィールドレンズ系が2枚以上のレンズで構成され、そのうちの1箇所においてレンズが所定の距離だけ離して配置されることにより、縦色収差補正が可能となる。その結果、DUV−UV(200nm〜400nm)領域の広帯域色補正が可能となる。   According to a typical embodiment of the present invention, an imaging lens system, a field lens system disposed on an imaging surface of the imaging lens system, and a relay lens system that forms an image of the field lens system on a spectroscope By arranging with the Schupmann optical system, the lateral chromatic aberration can be corrected. In addition, either one of the relay lens system and the imaging lens system is provided with a diffractive lens, and the field lens system is composed of two or more lenses, and the lens is arranged at a predetermined distance from one of them. This makes it possible to correct longitudinal chromatic aberration. As a result, broadband color correction in the DUV-UV (200 nm to 400 nm) region is possible.

また、本発明の代表的な実施の形態によれば、垂直落射照明が可能となり、従来の反射型光学系の斜入射照明における課題であった、デフォーカスによる位置ずれが低減される。これらにより、高精度な分光測定(構造および膜厚測定等)が可能となる。   In addition, according to the representative embodiment of the present invention, vertical epi-illumination is possible, and positional deviation due to defocusing, which is a problem in oblique incidence illumination of the conventional reflective optical system, is reduced. These enable high-precision spectroscopic measurement (structure and film thickness measurement, etc.).

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

まず、図1、図2を用いて、本発明の一実施の形態である分光光学系について説明する。図1は、本発明の一実施の形態である分光光学系の構成例を示した図である。分光光学系は、照明光学系と検出光学系とから構成される。   First, a spectroscopic optical system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a spectroscopic optical system according to an embodiment of the present invention. The spectroscopic optical system includes an illumination optical system and a detection optical system.

照明光学系は、照明光を照射する光源110と、視野絞り111と、折り返し部材120とを有する。さらに、回折型レンズ130を有し、視野絞り111を結像するリレーレンズ系140と、リレーレンズ系140の結像面に、2枚以上の屈折型レンズからなりそのうちの1箇所においてレンズを所定の距離だけ離して配置したフィールドレンズ系150と、フィールドレンズ系150を試料101上に結像する結像レンズ系160とを有する。この構成により、光源110から照射された照明光を、リレーレンズ系140、フィールドレンズ系150、結像レンズ系160を介して、ステージ上の試料101に垂直落射照明する構造である。   The illumination optical system includes a light source 110 that irradiates illumination light, a field stop 111, and a folding member 120. Further, the relay lens system 140 has a diffractive lens 130 and forms an image on the field stop 111. The image forming surface of the relay lens system 140 is composed of two or more refractive lenses, and a lens is set at a predetermined position in one of them. And a field lens system 150 that images the field lens system 150 on the sample 101. With this configuration, the illumination light emitted from the light source 110 is vertically reflected on the sample 101 on the stage via the relay lens system 140, the field lens system 150, and the imaging lens system 160.

同様に、検出光学系は、ステージ上の試料101からの正反射光が試料101を結像する結像レンズ系160と、結像レンズ系160の結像面に、2枚以上の屈折型レンズからなり、そのうちの1箇所においてレンズを所定の距離だけ離して配置したフィールドレンズ系150と、回折型レンズ130を有し、フィールドレンズ系150を分光器170上に結像するリレーレンズ系140とを有する。この構成により、試料101からの正反射光を、結像レンズ系160、フィールドレンズ系150、リレーレンズ系140を介して、分光器170で受光する構造である。なお、試料101の試料面と分光器170の入射面とは、共役の関係になっている。   Similarly, the detection optical system includes an imaging lens system 160 in which specularly reflected light from the sample 101 on the stage forms an image of the sample 101, and two or more refractive lenses on the imaging surface of the imaging lens system 160. A field lens system 150 in which lenses are arranged at a predetermined distance apart from each other, and a relay lens system 140 having a diffractive lens 130 and imaging the field lens system 150 on a spectroscope 170; Have With this configuration, specularly reflected light from the sample 101 is received by the spectroscope 170 via the imaging lens system 160, the field lens system 150, and the relay lens system 140. Note that the sample surface of the sample 101 and the incident surface of the spectroscope 170 have a conjugate relationship.

図2(a)は、試料101として用いるパターンドメディアを模式的に示した斜視図である。パターンドメディア200は、ディスク上に磁性粒子が人工的に規則正しく並べられた記録媒体であり、例えば、ハードディスク装置などに用いられる磁気記憶媒体である。パターンドメディア200の表面には、例えば、ユーザデータを書き込むデータ部210と、バースト信号、アドレス、プリアンブルなどを含む、トラッキング制御やデータアクセス制御のためのサーボ部220とが存在する。図2(a)では、ディスク面におけるデータ部210とサーボ部220の配置を模式的に線で示している。   FIG. 2A is a perspective view schematically showing a patterned medium used as the sample 101. The patterned medium 200 is a recording medium in which magnetic particles are artificially regularly arranged on a disk. For example, the patterned medium 200 is a magnetic storage medium used in a hard disk device or the like. On the surface of the patterned medium 200, for example, there are a data unit 210 for writing user data and a servo unit 220 for tracking control and data access control including burst signals, addresses, preambles, and the like. In FIG. 2A, the arrangement of the data part 210 and the servo part 220 on the disk surface is schematically shown by lines.

図2(b)は、図2(a)のパターンドメディア200におけるデータ部210とサーボ部220のパターンの例を拡大して示した平面図である。図2(b)のサーボ部221では、凹凸加工を施した基板の凸部上の磁性薄膜パターンが、パターンドメディア200のサーボパターンに対応している。また、サーボ部221には、トラッキング制御を行うためのバースト信号222が含まれている。一方、データ部211には、周方向に連続したトラックを形成する磁性薄膜が凹部によって分離された状態で形成されている。このタイプのパターンドメディア200は、ディスクリートトラックメディアと呼ばれている。   FIG. 2B is an enlarged plan view showing an example of the pattern of the data part 210 and the servo part 220 in the patterned medium 200 of FIG. In the servo unit 221 of FIG. 2B, the magnetic thin film pattern on the convex portion of the substrate subjected to the uneven processing corresponds to the servo pattern of the patterned medium 200. The servo unit 221 includes a burst signal 222 for performing tracking control. On the other hand, in the data portion 211, a magnetic thin film forming a continuous track in the circumferential direction is formed in a state separated by a concave portion. This type of patterned media 200 is called a discrete track media.

図2(c)も同様に、図2(a)のパターンドメディア200におけるデータ部210とサーボ部220のパターンの例を拡大して示した平面図である。図2(c)のデータ部212では、データビットを形成する磁性薄膜が凹部によって分離された状態で形成されている。このタイプのパターンドメディア200はビットパターンドメディアと呼ばれている。   Similarly, FIG. 2C is an enlarged plan view showing an example of the pattern of the data part 210 and the servo part 220 in the patterned medium 200 of FIG. In the data portion 212 of FIG. 2C, the magnetic thin film forming the data bit is formed in a state separated by the concave portion. This type of patterned media 200 is called bit patterned media.

データ部210に照明光を照射し、分光波形を検出して試料面を検査するような場合、サーボ部220に照明光スポットがかかると正確な分光波形が検出できなくなる。特に、図10で示すような斜入射照明の場合、パターンドメディア200のデータ部210の全面を連続走査する場合には、試料101の試料面が上下に震動し、その結果、走査対象位置1011、1012がずれ、サーボ部220にかかる可能性が高くなる。   When illuminating the data part 210 with illumination light and detecting the spectral waveform to inspect the sample surface, if an illumination light spot is applied to the servo part 220, an accurate spectral waveform cannot be detected. In particular, in the case of oblique incidence illumination as shown in FIG. 10, when the entire surface of the data portion 210 of the patterned medium 200 is continuously scanned, the sample surface of the sample 101 oscillates up and down, and as a result, the scan target position 1011. Therefore, the possibility that the servo unit 220 is applied is increased.

以下では、本実施の形態の分光光学系を用いた分光測定装置の例であるハードディスク検査装置について説明する。図3は、本実施の形態の分光光学系を用いたハードディスク検査装置の構成例を示した図である。   Hereinafter, a hard disk inspection apparatus which is an example of a spectroscopic measurement apparatus using the spectroscopic optical system of the present embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a hard disk inspection apparatus using the spectroscopic optical system of the present embodiment.

ハードディスク検査装置は、試料101に照明光を照射し、試料101からの正反射光を分光検出する分光光学系300と、検査対象である試料101を搭載し、試料101上の任意の位置で分光検出できるように、試料101の位置を分光光学系300に対して相対的に移動させることができるステージ部310と、分光器170やステージ部310の動作を制御する制御部320と、分光器170において検出した分光波形のデータに基づいて試料101に形成されたパターンの形状または形状異常を検出するデータ処理部330とで構成される。   The hard disk inspection apparatus includes a spectroscopic optical system 300 that irradiates a sample 101 with illumination light and spectrally detects specularly reflected light from the sample 101, and the sample 101 to be inspected, and performs spectroscopic analysis at an arbitrary position on the sample 101. A stage unit 310 that can move the position of the sample 101 relative to the spectroscopic optical system 300, a control unit 320 that controls the operation of the spectroscope 170 and the stage unit 310, and the spectroscope 170 so that detection is possible. And a data processing unit 330 that detects the shape or shape abnormality of the pattern formed on the sample 101 on the basis of the spectral waveform data detected in step (1).

分光光学系300は、図1に示した分光光学系と同様の構成である。このとき、分光器170の入射口位置を結像位置としておくと、入射口の大きさによって試料101において分光検出する領域の大きさを制御することができる。例えば、入射口の大きさをφ200μmとし、結像面での倍率を20倍とすると、分光検出領域の大きさは検査対象ディスク(試料101)上でφ10μmとなる。   The spectroscopic optical system 300 has the same configuration as the spectroscopic optical system shown in FIG. At this time, if the position of the entrance of the spectroscope 170 is set as the image formation position, the size of the region to be spectrally detected in the sample 101 can be controlled by the size of the entrance. For example, when the size of the entrance is φ200 μm and the magnification on the image plane is 20 times, the size of the spectral detection region is φ10 μm on the inspection target disk (sample 101).

上述したように、200nm付近の波長を利用しようとする場合、適用できる光学素子等は限られたものとなる。光源110には、波長200nm付近以上の光を射出するキセノンランプや重水素ランプ等を用いることができる。ただし、試料101によっては波長400nm程度以上でも十分性能を発揮できる場合もあり、その場合はハロゲンランプ等の可視光から赤外光の光を射出する光源110を用いてもよい。   As described above, when a wavelength near 200 nm is to be used, the applicable optical elements are limited. As the light source 110, a xenon lamp, a deuterium lamp, or the like that emits light having a wavelength of about 200 nm or more can be used. However, depending on the sample 101, sufficient performance may be exhibited even at a wavelength of about 400 nm or more. In that case, a light source 110 that emits infrared light from visible light such as a halogen lamp may be used.

次に、図4〜図7を用いて分光光学系300の色収差補正の原理について説明する。まず、図4を用いて、横色収差を補正するSchupmann光学系の原理について説明する。横色収差を補正するSchupmann光学系については、例えば、Abe Offner, "Field Lenses and Secondary Axial Aberration", Applied Optics, vol.8, No.8, pp.1735-1736, Aug.1969に記載されている。Schupmann光学系では、図4に示すように、物体401が、試料101(物体401)を結像する結像レンズ460と、結像レンズ460の結像面に配置したフィールドレンズ450と、フィールドレンズ450を像面402上に結像するリレーレンズ440とを介して、像面402上に結像する構成となっている。   Next, the principle of chromatic aberration correction of the spectroscopic optical system 300 will be described with reference to FIGS. First, the principle of the Schupmann optical system for correcting lateral chromatic aberration will be described with reference to FIG. The Schupmann optical system for correcting lateral chromatic aberration is described in, for example, Abe Offner, "Field Lenses and Secondary Axial Aberration", Applied Optics, vol.8, No.8, pp.1735-1736, Aug.1969. . In the Schupmann optical system, as shown in FIG. 4, an object 401 forms an imaging lens 460 that forms an image of the sample 101 (object 401), a field lens 450 disposed on the imaging surface of the imaging lens 460, and a field lens. The image is formed on the image surface 402 via the relay lens 440 that forms an image 450 on the image surface 402.

図4(a)に示すように、主光線403は、結像レンズ460の中心、フィールドレンズ450の縁、リレーレンズ440の中心を通過し、像面402で結像する。また、図4(b)に示すように、周縁光線404は、結像レンズ460の縁、フィールドレンズ450の中心、リレーレンズ440の縁を通過する。従って、横色収差の補正については以下の式で表すことができる。   As shown in FIG. 4A, the principal ray 403 passes through the center of the imaging lens 460, the edge of the field lens 450, and the center of the relay lens 440, and forms an image on the image plane 402. Also, as shown in FIG. 4B, the peripheral ray 404 passes through the edge of the imaging lens 460, the center of the field lens 450, and the edge of the relay lens 440. Therefore, the lateral chromatic aberration correction can be expressed by the following equation.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここで、v、v、v、φ、φ、φ、hp,1、hp,2、hp,3、hm,1、hm,2、hm,3は、それぞれ結像レンズ460、フィールドレンズ450、リレーレンズ440のアッベ数、屈折力、主光線403の像高、周縁光線404の像高である。 Here, v 1, v 2, v 3, φ 1, φ 2, φ 3, h p, 1, h p, 2, h p, 3, h m, 1, h m, 2, h m, 3 Are the Abbe number, refractive power, image height of principal ray 403, and image height of peripheral ray 404, respectively, of imaging lens 460, field lens 450, and relay lens 440.

結像レンズ460、フィールドレンズ450、リレーレンズ440の主光線403の像高は、それぞれhp,1=0、hp,2≠0、hp,3=0である。また、図4(b)に示すように、結像レンズ460、フィールドレンズ450、リレーレンズ440の周縁光線404の像高はそれぞれhm,1≠0、hm,2=0、hm,3≠0である。以上より数1式は無条件に成立するため、Schupmann光学系では横色収差は自動的に補正されることになる。 The image heights of the principal rays 403 of the imaging lens 460, the field lens 450, and the relay lens 440 are h p, 1 = 0, h p, 2 ≠ 0, h p, 3 = 0, respectively. Further, as shown in FIG. 4B, the image heights of the peripheral ray 404 of the imaging lens 460, the field lens 450, and the relay lens 440 are hm , 1 ≠ 0, hm , 2 = 0, hm , 3 ≠ 0. As described above, Equation (1) is satisfied unconditionally, and thus the lateral chromatic aberration is automatically corrected in the Schupmann optical system.

一方、縦色収差の補正については以下の式で表される。   On the other hand, correction of longitudinal chromatic aberration is expressed by the following equation.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここで、結像レンズ460、フィールドレンズ450、リレーレンズ440の周縁光線404の像高はそれぞれhm,1≠0、hm,2=0、hm,3≠0であることから、数2式は以下の式のようになる。 Here, the image heights of the peripheral ray 404 of the imaging lens 460, the field lens 450, and the relay lens 440 are hm , 1 ≠ 0, hm , 2 = 0, hm , 3 ≠ 0, respectively. The two formulas are as follows.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここで、結像レンズ460とリレーレンズ440の周縁光線404の像高hm,1、hm,3は、結像レンズ460とフィールドレンズ450との間隔Bと、フィールドレンズ450とリレーレンズ440との間隔Cと相似の関係にあるため、以下の式が成立する。 Here, the image heights hm , 1 , hm , 3 of the peripheral rays 404 of the imaging lens 460 and the relay lens 440 are the distance B between the imaging lens 460 and the field lens 450, and the field lens 450 and the relay lens 440. Therefore, the following equation is established.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

また、結像レンズ460とリレーレンズ440の屈折力φ、φは、以下の式のように屈折率n(λ)と曲率半径rで表される。 Further, the refractive powers φ 1 and φ 3 of the imaging lens 460 and the relay lens 440 are expressed by a refractive index n (λ) and a radius of curvature r as in the following equations.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

さらに、結像レンズ460とリレーレンズ440のアッベ数v、vは、数5式より、以下の式で表される。 Furthermore, the Abbe numbers v 1 and v 3 of the imaging lens 460 and the relay lens 440 are expressed by the following formula from the formula 5.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

数3式に、数4式と数6式を代入することで、縦色収差の補正について以下の式が得られる。   By substituting Equation 4 and Equation 6 into Equation 3, the following equation can be obtained for correction of longitudinal chromatic aberration.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

Schupmann光学系を用いた場合、上述のように数1式が自動的に成立し、横色収差は自動的に補正される。そのため、縦色収差の補正についての数7式が成立する光学系を検討する。   When the Schupmann optical system is used, Equation 1 is automatically established as described above, and lateral chromatic aberration is automatically corrected. Therefore, an optical system that satisfies Equation 7 for correcting longitudinal chromatic aberration will be examined.

ここで、屈折力はレンズの屈折率に依存する。図5は、波長に対するレンズの屈折力特性の例を示した図である。数7式が成立するためには、図5に示すように、結像レンズ460が、短波長ほど大きい屈折力φ(λ)の理論曲線501をもち、一方でリレーレンズ440が長波長ほど大きい屈折力φ(λ)の理論曲線502をもつ必要がある。あるいは、リレーレンズ440が、短波長ほど大きい屈折力φ(λ)の理論曲線501をもち、一方で結像レンズ460が長波長ほど大きい屈折力φ(λ)の理論曲線502をもつ必要がある。 Here, the refractive power depends on the refractive index of the lens. FIG. 5 is a diagram showing an example of the refractive power characteristic of the lens with respect to the wavelength. In order for Formula 7 to hold, as shown in FIG. 5, the imaging lens 460 has a theoretical curve 501 with a larger refractive power φ 1 (λ) as the wavelength is shorter, while the relay lens 440 is as the longer wavelength. It is necessary to have a theoretical curve 502 with a large refractive power φ 3 (λ). Alternatively, it is necessary that the relay lens 440 has a theoretical curve 501 of larger refractive power φ 1 (λ) as the shorter wavelength, while the imaging lens 460 has a theoretical curve 502 of larger refractive power φ 3 (λ) as the longer wavelength. There is.

そこで、波長に対して逆の屈折力特性をもつレンズを検討する必要がある。図6は、屈折型レンズ610と回折型レンズ620の波長に対する屈折力特性を示した図である。図6(a)に示す屈折型レンズ610の場合、短波長611の焦点距離が短く、長波長612の焦点距離が長くなる。一方、図6(b)に示す回折型レンズ620の場合、短波長621の焦点距離が長く、長波長622の焦点距離が短くなる。すなわち、屈折型レンズ610と回折型レンズ620は、波長に対して逆の屈折力特性をもつことになる。   Therefore, it is necessary to examine a lens having a refractive power characteristic opposite to the wavelength. FIG. 6 is a diagram showing refractive power characteristics with respect to wavelengths of the refractive lens 610 and the diffractive lens 620. In the case of the refractive lens 610 shown in FIG. 6A, the focal length of the short wavelength 611 is short and the focal length of the long wavelength 612 is long. On the other hand, in the case of the diffractive lens 620 shown in FIG. 6B, the focal length of the short wavelength 621 is long and the focal length of the long wavelength 622 is short. That is, the refractive lens 610 and the diffractive lens 620 have opposite refractive power characteristics with respect to the wavelength.

従って、屈折型レンズ610と回折型レンズ620とを組合せたハイブリッドレンズにより数7式を成立させることが可能となる。本実施の形態の分光光学系300では、結像レンズ系160には屈折型レンズを用い、リレーレンズ系140には屈折型レンズに加えて回折型レンズ130を用いることによってハイブリッドレンズの構成としている。なお、上述したように、回折型レンズ130はリレーレンズ系140と結像レンズ系160のいずれか一方に有していればよいため、リレーレンズ系140には屈折型レンズを用い、結像レンズ系160に回折型レンズ130を有する構成であってもよい。   Therefore, Formula 7 can be established by a hybrid lens in which the refractive lens 610 and the diffractive lens 620 are combined. In the spectroscopic optical system 300 of the present embodiment, a refractive lens is used for the imaging lens system 160, and a diffractive lens 130 is used for the relay lens system 140 in addition to the refractive lens, thereby forming a hybrid lens configuration. . As described above, since the diffractive lens 130 only needs to be included in one of the relay lens system 140 and the imaging lens system 160, a refractive lens is used for the relay lens system 140, and the imaging lens is used. The system 160 may have a diffractive lens 130.

しかし、上記ハイブリッドレンズを用いても、実際に数7式を完全に成立させることは困難であり、数3式の左辺の縦色収差を0に近づけることはできても、完全に0とすることは難しい。そこで、本実施の形態の分光光学系300では、図1、図3に示すように、フィールドレンズ系150のレンズを2枚以上のレンズで構成し、そのうちの1箇所においてレンズを所定の距離だけ離して配置する。   However, even if the above hybrid lens is used, it is difficult to actually establish Equation 7 completely, and even though the longitudinal chromatic aberration on the left side of Equation 3 can be brought close to 0, it should be completely zero. Is difficult. Therefore, in the spectroscopic optical system 300 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the lens of the field lens system 150 is composed of two or more lenses, and the lens is placed at a predetermined distance at one of the lenses. Place them apart.

図7は、フィールドレンズ系150の2枚のレンズを間隔を空けて配置したときのレンズ間隔(横軸)と、照明視野上におけるDUV−UV(200nm〜400nm)領域の波長の色ずれ(縦軸)との関係を算出したものを示した図である。なお、色ずれはパターンドメディア200の回転方向(θ)に対して評価するため、回転方向に平行な軸をX軸とし、X軸方向の検出視野ずれを指標にしている。ここで、全体の色ずれは、以下の式より求めることができる。   FIG. 7 shows a lens interval (horizontal axis) when two lenses of the field lens system 150 are arranged at an interval, and a color shift (vertical) of a wavelength in the DUV-UV (200 nm to 400 nm) region on the illumination field of view. It is the figure which showed what computed the relationship with an axis | shaft. Since the color shift is evaluated with respect to the rotation direction (θ) of the patterned medium 200, the axis parallel to the rotation direction is taken as the X axis, and the detected visual field shift in the X axis direction is used as an index. Here, the overall color shift can be obtained from the following equation.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここでΔxは各波長の色ずれ(%)、Max.(Xλ)は各波長λの色ずれのうちの最大幅、Min.(Xλ)は各波長λの色ずれのうちの最小幅、Ave.(Xλ)は各波長λの色ずれの平均幅を示す。このとき、波長の色ずれは片側で評価するため2で割っている。 Here, Δx is the color shift (%) of each wavelength, Max. (X λ ) is the maximum width of color shifts at each wavelength λ, and Min. (X λ ) is the minimum width of color shifts of each wavelength λ, and Ave. (X λ ) represents the average width of color shifts at each wavelength λ. At this time, the color shift of the wavelength is divided by 2 in order to evaluate on one side.

図7に示されるように、フィールドレンズ系150のレンズ間隔が10mm〜30mmの間、特に20mm〜25mmの間で、DUV−UV領域の波長の色ずれが小さくなることが分かる。このように、フィールドレンズ系150のレンズを2枚以上のレンズで構成し、そのうちの1箇所において、レンズを照明視野上におけるDUV−UV領域の波長の色ずれが最小となる間隔で配置する。これにより、DUV−UV領域での縦色収差補正が可能となる。   As shown in FIG. 7, it can be seen that when the lens interval of the field lens system 150 is between 10 mm and 30 mm, particularly between 20 mm and 25 mm, the color shift of the wavelength in the DUV-UV region becomes small. Thus, the lens of the field lens system 150 is composed of two or more lenses, and at one of the lenses, the lenses are arranged at an interval that minimizes the color shift of the wavelength in the DUV-UV region on the illumination field. This makes it possible to correct longitudinal chromatic aberration in the DUV-UV region.

上述のように、本実施の形態の分光光学系300では、ハイブリッドレンズの構成とするために、図1、図3に示すようにリレーレンズ系140は回折型レンズ130を有する。そこで以下に一般的な回折型レンズの設計方法を示しておく。図8は、回折型レンズの構造の例を示す図である。図8において、回折型レンズ810、820では、図8(a)に示す球面811あるいは図8(b)に示す非球面821の連続放物面を、2πの高さ毎に切り取って等位相分(2πの倍数)を差し引くことにより不連続な位相分布の起伏形状を形成する。   As described above, in the spectroscopic optical system 300 of the present embodiment, the relay lens system 140 includes the diffractive lens 130 as shown in FIGS. Therefore, a general diffractive lens design method will be described below. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the structure of a diffractive lens. In FIG. 8, in the diffractive lenses 810 and 820, the continuous paraboloid of the spherical surface 811 shown in FIG. 8A or the aspherical surface 821 shown in FIG. By subtracting (a multiple of 2π), a undulating shape having a discontinuous phase distribution is formed.

以下に、図8(a)の回折型レンズ810を例にとって詳細を説明する。図8(a)に示す回折型レンズ810の各輪帯の最大光路差は1波長であり、m番目の輪帯半径rは以下の式で表される。 The details will be described below by taking the diffractive lens 810 of FIG. 8A as an example. Maximum optical path difference of each ring-shaped zone of the diffractive lens 810 shown in FIG. 8 (a) is 1 wavelength, m-th ring zone radius r m is expressed by the following equation.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここでλは設計波長、fは焦点距離を示す。このとき、回折型レンズ810の厚さdは以下の式で表される。 Here, λ 0 represents the design wavelength, and f represents the focal length. At this time, the thickness d of the diffractive lens 810 is expressed by the following equation.

Figure 0005038963
Figure 0005038963

ここで、λは設計波長、nは回折型レンズの屈折率である。数9式、数10式により、設計波長λ、焦点距離f、屈折率nのパラメータを与えることにより、回折型レンズ810の形状を設計することができる。 Here, λ 0 is the design wavelength, and n is the refractive index of the diffractive lens. The shape of the diffractive lens 810 can be designed by giving parameters of the design wavelength λ 0 , the focal length f, and the refractive index n according to the equations (9) and (10).

最後に、本実施の形態のハードディスク検査装置におけるステージ部310、制御部320、データ処理部330について説明する。図3において、ステージ部310は、試料101の試料面と平行な方向に移動するXステージ311と、試料101の試料面に垂直な方向に移動するZステージ312および試料101のディスク(パターンドメディア200)を回転させるθステージ313によって構成される。Zステージ312は、分光光学系300のフォーカス位置に試料101を移動させるためのものであり、Xステージ311とθステージ313は、試料101の試料面の任意の位置に分光光学系300を移動させるためのものである。   Finally, the stage unit 310, the control unit 320, and the data processing unit 330 in the hard disk inspection device of the present embodiment will be described. In FIG. 3, a stage unit 310 includes an X stage 311 that moves in a direction parallel to the sample surface of the sample 101, a Z stage 312 that moves in a direction perpendicular to the sample surface of the sample 101, and a disk (patterned media) of the sample 101. 200) is rotated by a θ stage 313. The Z stage 312 is for moving the sample 101 to the focus position of the spectroscopic optical system 300, and the X stage 311 and the θ stage 313 move the spectroscopic optical system 300 to an arbitrary position on the sample surface of the sample 101. Is for.

試料101の試料面の任意の位置に分光光学系300を移動させる方法としては、XYステージを用いる方法も考えられるが、試料101がディスクであり試料面におけるパターンも同心円状または同心円上に形成されていることからXθステージの方が適している。さらに、ディスク表面全面を高速に検査することを目的とした場合、XYステージよりもXθステージの方が単純な動作となるためより適している。よって、本実施の形態のハードディスク検査装置では、Xステージ311とθステージ313によるXθステージの構成をとっている。   As a method of moving the spectroscopic optical system 300 to an arbitrary position on the sample surface of the sample 101, a method using an XY stage is also conceivable. However, the sample 101 is a disk, and the pattern on the sample surface is formed concentrically or concentrically. Therefore, the Xθ stage is more suitable. Furthermore, when the purpose is to inspect the entire surface of the disk at high speed, the Xθ stage is more suitable than the XY stage because the operation is simpler. Therefore, the hard disk inspection apparatus according to the present embodiment adopts the Xθ stage configuration of the X stage 311 and the θ stage 313.

図9は、データ処理部330での処理の概要について説明した図である。データ処理部330は、大きく分けて次の二つの処理を実行する。一つは分光反射率の算出であり、もう一つはパターン形状・欠陥検出処理である。上述の通り、本実施の形態のハードディスク検査装置では、試料101表面の分光反射率に基づいて試料101のパターン形状・欠陥を検出するものである。   FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of processing in the data processing unit 330. The data processing unit 330 roughly executes the following two processes. One is calculation of spectral reflectance, and the other is pattern shape / defect detection processing. As described above, in the hard disk inspection device of the present embodiment, the pattern shape / defect of the sample 101 is detected based on the spectral reflectance on the surface of the sample 101.

分光光学系300で検出が可能なのは、試料101表面の分光強度分布である。そこで、予め異なるパターン形状910を有する試料101に対して光学シミュレーションを行い、算出された分光反射率の波長依存性のグラフ920をデータベース940に格納しておく。次に、パターンが繰り返し形成された試料101の試料面に光源110からの照明光を分光光学系300を通して照射し、試料面からの正反射光を分光器170で受光する。   The spectral optical system 300 can detect the spectral intensity distribution on the surface of the sample 101. Therefore, an optical simulation is performed on the sample 101 having different pattern shapes 910 in advance, and the calculated wavelength dependence graph 920 of the spectral reflectance is stored in the database 940. Next, illumination light from the light source 110 is irradiated through the spectroscopic optical system 300 onto the sample surface of the sample 101 on which the pattern is repeatedly formed, and specular reflection light from the sample surface is received by the spectroscope 170.

データ処理部330では、分光器170で検出された分光強度分布に基づいて分光反射率の波長依存性のグラフ930を得る。最後に、データベース940に格納されている、光学シミュレーションによって算出された分光反射率の波長依存性のグラフ920から、測定によって得られた分光反射率の波長依存性のグラフ930と近似するものを、分光反射率の波形比較950によって選定することで、試料101の試料面の形状を特定することができる。   The data processing unit 330 obtains a wavelength dependence graph 930 of the spectral reflectance based on the spectral intensity distribution detected by the spectroscope 170. Finally, from the wavelength dependence graph 920 of the spectral reflectance calculated by optical simulation stored in the database 940, an approximation to the wavelength dependence graph 930 of the spectral reflectance obtained by measurement, By selecting the spectral reflectance waveform comparison 950, the shape of the sample surface of the sample 101 can be specified.

以上のように、本実施の形態の分光光学系300によれば、屈折型レンズで構成される結像レンズ系160と、結像レンズ系160の結像面に配置したフィールドレンズ系150と、フィールドレンズ系150を分光器170上に結像するリレーレンズ系140のSchupmann光学系の配置とすることにより、横色収差補正が可能となる。また、リレーレンズ系140に回折型レンズ130を備え、フィールドレンズ系150を2枚以上のレンズで構成し、そのうちの1箇所においてレンズを所定の距離だけ離して配置することにより、縦色収差補正が可能となり、DUV−UV領域の波長の広帯域色補正が可能となる。   As described above, according to the spectroscopic optical system 300 of the present embodiment, the imaging lens system 160 composed of a refractive lens, the field lens system 150 arranged on the imaging surface of the imaging lens system 160, By arranging the field lens system 150 as the Schupmann optical system of the relay lens system 140 that forms an image on the spectroscope 170, it is possible to correct lateral chromatic aberration. In addition, the relay lens system 140 includes a diffractive lens 130, and the field lens system 150 is composed of two or more lenses, and the lens is arranged at a predetermined distance from one of them, thereby correcting longitudinal chromatic aberration. This makes it possible to perform broadband color correction of wavelengths in the DUV-UV region.

また、垂直落射照明とすることで、反射型光学系の斜入射照明において課題であった、デフォーカスによる位置ずれが低減される。さらに、広帯域色補正により、波長毎の照明位置が一致し、高精度な分光測定(構造や膜厚測定等)が可能となる。   In addition, the vertical epi-illumination reduces the positional shift due to defocus, which is a problem in the oblique incidence illumination of the reflective optical system. Further, the broadband color correction makes the illumination position for each wavelength coincide and enables high-precision spectroscopic measurement (structure, film thickness measurement, etc.).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、本実施の形態の分光光学系300および分光測定装置では、分光測定により、パターンドメディア200の表面のパターン形状・欠陥を検出する構成となっているが、試料101はパターンドメディア200に限らず、表面に構造やパターンを有する試料101であれば、その構造をデータ処理部330での分光反射率のマッチングによって検出することが可能である。また、試料101の表面の構造に限らず、分光測定による薄膜の膜厚測定等にも用いることができる。   For example, the spectroscopic optical system 300 and the spectroscopic measurement apparatus according to the present embodiment are configured to detect the pattern shape / defect on the surface of the patterned medium 200 by spectroscopic measurement. Not limited to the sample 101 having a structure or pattern on the surface, the structure can be detected by spectral reflectance matching in the data processing unit 330. Further, the present invention can be used not only for the structure of the surface of the sample 101 but also for measuring the thickness of a thin film by spectroscopic measurement.

本発明の分光光学系および分光測定装置は、屈折・回折型レンズを用いたSchupmann光学系配置により広帯域色補正を行う分光光学系および分光測定装置に利用可能である。   The spectroscopic optical system and spectroscopic measurement apparatus according to the present invention can be used in a spectroscopic optical system and a spectroscopic measurement apparatus that perform broadband color correction using a Schupmann optical system arrangement using a refractive / diffractive lens.

本発明の一実施の形態である分光光学系の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the spectroscopic optical system which is one embodiment of this invention. (a)は本発明の一実施の形態における試料として用いるパターンドメディアを模式的に示した斜視図であり、(b)、(c)は、パターンドメディアにおけるデータ部とサーボ部のパターンの例を拡大して示した平面図である。(A) is the perspective view which showed typically the patterned media used as a sample in one embodiment of this invention, (b), (c) is the pattern of the data part and servo part in patterned media It is the top view which expanded and showed the example. 本発明の一実施の形態である分光光学系を用いたハードディスク検査装置の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the hard disk test | inspection apparatus using the spectroscopic optical system which is one embodiment of this invention. 横色収差を補正するSchupmann光学系の原理について説明する図である。It is a figure explaining the principle of the Schupmann optical system which corrects lateral chromatic aberration. 波長に対するレンズの屈折力特性の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the refractive power characteristic of the lens with respect to a wavelength. 屈折型レンズと回折型レンズの波長に対する屈折力特性を示した図である。It is the figure which showed the refractive power characteristic with respect to the wavelength of a refraction type lens and a diffraction type lens. 本発明の一実施の形態におけるフィールドレンズ系の2枚のレンズを間隔を空けて配置したときのレンズ間隔と、照明視野上における200nm〜400nm領域の波長の色ずれとの関係を算出したものを示した図である。What calculated the relationship between the lens space | interval when arrange | positioning two lenses of the field lens system in one embodiment of this invention at intervals, and the color shift of the wavelength of 200 nm-400 nm area | region on an illumination visual field. FIG. 回折型レンズの構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of a diffraction type lens. 本発明の一実施の形態におけるデータ処理部での処理の概要について説明した図である。It is the figure explaining the outline | summary of the process in the data processing part in one embodiment of this invention. 斜入射照明の場合に試料面の上下震動により位置ずれが発生する状況を示す図である。It is a figure which shows the condition where position shift generate | occur | produces by the vertical vibration of a sample surface in the case of oblique incidence illumination. 垂直落射照明の場合に試料面の上下震動による位置ずれが低減される状況を示す図である。It is a figure which shows the condition where the position shift by the vertical vibration of a sample surface is reduced in the case of vertical epi-illumination.

符号の説明Explanation of symbols

101、101’…試料、110…光源、111…視野絞り、120…折り返し部材、130…回折型レンズ、140…リレーレンズ系、150…フィールドレンズ系、160…結像レンズ系、170…分光器、
200…パターンドメディア、210〜212…データ部、220〜221…サーボ部、222…バースト信号、
300…分光光学系、310…ステージ部、311…Xステージ、312…Zステージ、313…θステージ、320…制御部、330…データ処理部、
401…物体、402…像面、403…主光線、404…周縁光線、440…リレーレンズ、450…フィールドレンズ、460…結像レンズ、
501〜502…屈折力の理論曲線、
610…屈折型レンズ、611…短波長、612…長波長、620…回折型レンズ、621…短波長、622…長波長、
810…回折型レンズ、811…球面、820…回折型レンズ、821…非球面、
910…パターン形状、920、930…分光反射率の波長依存性のグラフ、940…データベース、950…分光反射率の波形比較、
1010…斜入射照明、1011〜1012…走査対象位置、
1110…垂直落射照明、1111〜1112…走査対象位置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101, 101 '... Sample, 110 ... Light source, 111 ... Field stop, 120 ... Folding member, 130 ... Diffractive lens, 140 ... Relay lens system, 150 ... Field lens system, 160 ... Imaging lens system, 170 ... Spectroscope ,
200 ... Patterned media, 210-212 ... Data part, 220-221 ... Servo part, 222 ... Burst signal,
300 ... Spectral optical system, 310 ... Stage unit, 311 ... X stage, 312 ... Z stage, 313 ... θ stage, 320 ... Control unit, 330 ... Data processing unit,
401 ... Object, 402 ... Image plane, 403 ... Main ray, 404 ... Edge ray, 440 ... Relay lens, 450 ... Field lens, 460 ... Imaging lens,
501 to 502: theoretical curve of refractive power,
610: refractive lens, 611: short wavelength, 612: long wavelength, 620: diffractive lens, 621: short wavelength, 622: long wavelength,
810 ... Diffraction type lens, 811 ... Spherical surface, 820 ... Diffraction type lens, 821 ... Aspherical surface,
910 ... Pattern shape, 920, 930 ... Wavelength dependence graph of spectral reflectance, 940 ... Database, 950 ... Waveform comparison of spectral reflectance,
1010 ... Oblique incident illumination, 1011 to 1012 ... Scan target position,
1110: Vertical epi-illumination, 1111-1112: Scanning target position.

Claims (8)

光源と、視野絞りと、該視野絞りを結像するリレーレンズ系と、該リレーレンズ系の結像面に配置されるフィールドレンズ系と、該フィールドレンズ系を試料上に結像する結像レンズ系と、前記試料からの正反射光を分光する分光器とを有し、
前記リレーレンズ系、前記フィールドレンズ系および前記結像レンズ系は、屈折型レンズおよび/または回折型レンズによるSchupmann光学系で配置され、かつ、前記リレーレンズ系と前記結像レンズ系のいずれか一方に回折型レンズを有する分光光学系であって、
前記フィールドレンズ系が2枚以上のレンズで構成され、そのうちの1箇所においてレンズが前記光源の波長の領域における色ずれが最小となるような距離だけ離して配置されていることを特徴とする分光光学系。
A light source, a field stop, a relay lens system that forms an image on the field stop, a field lens system that is disposed on an image forming surface of the relay lens system, and an imaging lens that forms an image on the field lens system on a sample A system and a spectroscope for spectroscopically analyzing specularly reflected light from the sample,
The relay lens system, the field lens system, and the imaging lens system are arranged in a Schupmann optical system using a refractive lens and / or a diffractive lens, and one of the relay lens system and the imaging lens system A spectroscopic optical system having a diffractive lens,
The field lens system is composed of two or more lenses, and at one of the lenses, the lenses are arranged at a distance that minimizes the color shift in the wavelength region of the light source. Optical system.
請求項1に記載の分光光学系において、
前記フィールドレンズ系と前記結像レンズ系は屈折型レンズで構成され、前記リレーレンズ系は屈折型レンズと回折型レンズで構成されることを特徴とする分光光学系。
The spectroscopic optical system according to claim 1,
The spectroscopic optical system, wherein the field lens system and the imaging lens system are configured by a refractive lens, and the relay lens system is configured by a refractive lens and a diffractive lens.
請求項1に記載の分光光学系において、
前記光源は、200nm〜400nm領域の光を射出するものであることを特徴とする分光光学系。
The spectroscopic optical system according to claim 1,
The spectroscopic optical system, wherein the light source emits light in a 200 nm to 400 nm region.
請求項3に記載の分光光学系において、
前記光源の波長の領域における色ずれが最小となるような距離は10mm〜30mmであることを特徴とする分光光学系。
In the spectroscopic optical system according to claim 3,
The spectral optical system characterized in that the distance that minimizes the color shift in the wavelength region of the light source is 10 mm to 30 mm.
請求項1に記載の分光光学系と、
試料を搭載し、前記試料の位置を前記分光光学系に対して相対的に移動させることができるステージ部と、
前記分光光学系内の分光器および前記ステージ部の動作を制御する制御部と、
前記分光器において検出した分光強度分布に基づいて前記試料に形成されたパターンの形状または形状異常を検出するデータ処理部とを有する構成であることを特徴とする分光測定装置。
The spectroscopic optical system according to claim 1;
A stage portion on which a sample is mounted and the position of the sample can be moved relative to the spectroscopic optical system;
A control unit for controlling the operation of the spectroscope and the stage unit in the spectroscopic optical system;
A spectroscopic measurement apparatus comprising: a data processing unit that detects a shape or shape abnormality of a pattern formed on the sample based on a spectral intensity distribution detected by the spectroscope.
請求項5に記載の分光測定装置において、
前記ステージ部は、前記分光光学系によって前記試料の全面が連続走査されるように、前記試料を移動させることを特徴とする分光測定装置。
The spectrometer according to claim 5, wherein
The spectroscopic measurement apparatus, wherein the stage unit moves the sample so that the entire surface of the sample is continuously scanned by the spectroscopic optical system.
請求項5に記載の分光測定装置において、
前記試料は、パターンドメディアであることを特徴とする分光測定装置。
The spectrometer according to claim 5, wherein
The spectroscopic measurement apparatus, wherein the sample is a patterned medium.
請求項5に記載の分光測定装置において、
前記データ処理部は、前記試料における異なるパターン形状に対して予め算出した分光反射率の波長依存性のグラフを格納するデータベースを有し、
前記分光器において検出した分光強度分布に基づいて、前記試料について測定した分光反射率の波長依存性のグラフを取得し、
前記データベースに格納されている分光反射率の波長依存性のグラフから、前記試料について測定した分光反射率の波長依存性のグラフと近似するものを、分光反射率の波形の比較により選定することによって、前記試料に形成されたパターン形状を特定することを特徴とする分光測定装置。
The spectrometer according to claim 5, wherein
The data processing unit has a database for storing a graph of wavelength dependence of spectral reflectance calculated in advance for different pattern shapes in the sample,
Based on the spectral intensity distribution detected in the spectroscope, obtain a graph of the wavelength dependence of the spectral reflectance measured for the sample,
By selecting, from the spectral dependence graph stored in the database, the one that approximates the spectral dependence graph measured for the sample by comparing the spectral reflectance waveforms. A spectroscopic measurement device that identifies a pattern shape formed on the sample.
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