JP5820729B2 - 光束分岐素子、およびマスク欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光束分岐素子、およびマスク欠陥検査装置に係り、特に入射光に対して傾斜して配置され、入射面からの入射光を射出面の射出位置から射出する本光束と、射出位置から離れた分岐位置から射出する本光束より小光量の分岐光束とに分ける光束分岐素子、およびこの光束分岐素子を備えるマスク欠陥検査装置に関する。

従来、光束分岐素子として、平行透明平面板の一面に、光束を入射させる光束透過部と、光束透過部から入射した光束を全部または一部反射させる光束反射部とを備えるとともに、反射率の異なる光束分岐膜を設けた光束分岐素子（光学素子）が知られている。

特許文献１には、平行平面板の一面に、光束を入射させる光束透過部と、この光束透過部から該平行平面板内に入射した光束を全部または一部反射させる光束反射部とを設け、平行平面板の他面に、光束透過部から入射し該他面と光束反射部との間で繰り返し反射する光束の到達位置にそれぞれ位置させて、反射率の異なる光束分割膜を設けたものが記載されている。（例えば特許文献１参照）。

また、他の光束分岐素子として、以下のものが知られている。図３および図４は従来の光束分岐素子を示す模式図である。図３に示す光束分岐素子４０は、例えば光学ガラス製の平板で形成した透光部材４１の入射面４２および射出面４３に、透過率７０％、反射率３０％の光分岐（ビームスプリッター、ＢＳ）コート４５、４６を蒸着している。この光束分岐素子４０では、本光束光量：分岐光束光量をおよそ１０：１に分割する。

また、図４に示す光束分岐素子５０は、例えば光学ガラス製の平板で形成した透光部材５１の入射面５２にＡＲコート５４とミラーコート５５を、射出面４３には一部の範囲にＡＲコート５６を蒸着している。この場合、入射光がＳ偏光であれば、本光束光量：分岐光束光量をおよそ１０：１に分割する。

特開平７−３１１３０２号公報

しかし、特許文献１に示すような一般的な光束分岐素子は、それぞれの分岐光束の光量をある程度均一にする理由でコートにグラデーションをつけている。この光束分岐素子は、径が小さい光束を分岐することに適しているが、それぞれの分岐光束内で光量むらが大きくなる傾向にあるため、径が大きい光束を分岐することには適していない。

また、図３に示した光束分岐素子４０は、全体光量の４５％を反射光としてロスしてしまい、照明効率がよくない。さらに、図４に示した光束分岐素子５０は、ＡＲコート５４とミラーコート５５の境界のむらが０．１〜１ｍｍにもなり、本光束と分岐光束の間隔が小さいときは分岐できない、もしくは調整が困難になる。

ところで、このような光束分岐素子を使用する拡大観察装置としてマスク検査装置がある。このマスク検査装置では、分岐した２つの光束を、マスク検査用の光束と、オートフォーカス用の光束として使用する。この場合、オートフォーカス用の光束はその光量が小さいが、マスク欠陥検出照明領域とは別の領域に形成する必要があり、さらにこの領域は、マスク欠陥検出照明領域と所定の距離を離す必要がある。

このため、マスク欠陥検出照明領域とオートフォーカス領域とを一括して照明するとき、反射照明領域を大きくする必要があり、光量を有効に使用できない。よって、センサーへ面への到達光量が少なくなり、検査スループットも遅れることが問題となっている。

本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであり、光量のロスが少なく、かつ入射光束を容易に分岐することができる光束分岐素子、およびマスク欠陥検査装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の光束分岐素子は、光軸に傾斜して配置され、互いに平行な入射面と射出面とが形成された透明なベース部材を備え、前記入射面からの入射光を射出面の射出位置から射出する本光束と、前記射出位置から離れた分岐位置から射出する前記本光束より小光量の分岐光束と、に分ける光束分岐素子であって、前記入射面に前記射出面からの反射光を前記入射面で反射させる反射部材を配置し、前記入射面からの入射光が到達する前記射出面の領域に反射防止処理を施さないノンコート領域を形成し、前記ノンコート領域を除く前記射出面、および前記入射面に反射防止処理を施したことを特徴とする。本発明によれば、光量のロスが少なく調整が容易な光束分岐素子を簡単な構成で実現できる。

また、同じく請求項２に記載の光束分岐素子は、前記入射面に該入射面の一部を遮る遮光部材を配置し、前記遮光部材と前記反射部材との間に前記入射光が入射する入射領域を形成したことを特徴とする。本発明によれば、光束の大きさを制限することにより、ノンコート領域で反射した分岐光束が多重反射ミラーの外側に漏れないようにすること、および本光束と分岐光束とが重ならないようにすること、を実現することができる。

また、同じく請求項３に記載の光束分岐素子は、前記分岐光束の経路に光路長を補正する補正手段を配置し、前記本光束と前記分岐光束のピント位置を同じ箇所にすることを特徴とする。本発明によれば、本光束と、分岐光束とが同じピント位置とできるので、光束分岐素子を含む光学装置の構成を複雑なものしない。

また、同じく請求項４に記載の光束分岐素子は、前記ベース部材と前記反射部材との間に空気間隔部を設けることを特徴とする。本発明によれば、ベース部材と反射部材との位置を精密かつ容易に調整できる。

また、同じく請求項５に記載の光束分岐素子は、前記ノンコート領域では、フレネル反射により入射光の一部を反射することを特徴とする。本発明によれば、入射光をＳ偏光とすることで、ベース部材に特殊な蒸着処理を行うことなく本光束と分岐光束との光量比を所望の値とすることができる。

そして、前記課題を解決する請求項６に記載のマスク欠陥検査装置は、前記光束分岐素子と、マスク欠陥検査を行う欠陥検査手段と、前記欠陥検査手段の合焦を行うオートフォーカス手段と、を備え、前記光束分岐素子からの本光束に基づいてマスク欠陥検査用照明を行い、前記光束分岐素子からの前記分岐光束に基づいてオートフォーカス用照明を行うことを特徴とする。

本発明によれば、マスク欠陥検査装置に前記光束分岐素子を使用したので、本光束と分岐光束との光量比と離間距離とを適切なものとでき、光源からの光のロスを防止し、光学系の構成を複雑なものとすることがない。

本発明に係る光束分岐素子によれば、光量のロスが少なく調整が容易な光束分岐素子を簡単な構成で実現できる。
また、本発明に係るマスク欠陥検査装置によれば、光源からの光のロスを防止し、光学系の構成を複雑なものとすることがない。

実施形態に係る光束分岐素子を示す模式図である。 実施形態に係るマスク欠陥検査装置の光学系を示す模式図である。 従来の光束分岐素子を示す模式図である。 従来の光束分岐素子を示す模式図である。

本発明を実施するための形態（以下では単に実施形態と記載する）に係る光束分岐素子、およびマスク欠陥検査装置について説明する。

＜実施形態１＞
まず実施形態に係る光束分岐素子を図面に基づいて説明する。図１は実施形態に係る光束分岐素子を示す模式図である。実施形態に係る光束分岐素子３０は、例えば光学ガラス、合成石英製平行平面板であるベース部材３１の第１面（入射面）３２の中央部に形成した入射領域３７を挟んで下部に反射部材として多重反射ミラー３４を、上部に遮光部材３５を配置する。光は入射領域３７を透過して第２面（射出面）３３に向かう。

また、入射面３２と射出面３３とは、射出面３３の上部に設定したノンコート領域３６を除いて、反射防止コート（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎコート：ＡＲコート）を蒸着する。これにより、入射光の光軸Ｏに対して４５°傾けた状態で、入射面３２からの入射光はノンコート領域３６で一部が反射され、入射面３２に向かう。そして、ノンコート領域３６からの光は多重反射ミラー３４で反射され、射出面３３から射出される。

ここで、ベース部材３１と多重反射ミラー３４との間には、空気間隔部３８を形成し、ベース部材３１と多重反射ミラー３４とを分離することにより、ベース部材３１に対する多重反射ミラー３４の配置調整が容易とし、境界面精度を０．１ｍｍ程度と改善することができる。このように、ベース部材３１と多重反射ミラー３４の間に空気間隔部３８を設け、反射光の位置調整をできるようにしたので、従来の反射ミラーと同様の反射率特性を備えた４５°反射ミラーとすることができる。

入射面３２の遮光部材３５と多重反射ミラー３４の間の入射領域分を透過した光は、大半がベース部材３１を透過して、本光束となる。

一方、ベース部材３１の射出面３３で反射された一部の光は、多重反射ミラー３４で反射され、射出面３３から射出され分岐光束となる。実施形態に係る光束分岐素子３０では、分岐光束の光路上に光路長補正プレート１２を配置することで、本光束と分岐光束の光路長を同一にする。

一般にこのような光束分岐素子３０を使用するマスク検査装置では、光束分岐素子３０の本光束と分岐光束との比率をおおよそ１０：１に分ける必要があり、蒸着に工夫が必要となる。そこで、ベース部材３１に入る前に入射光をＳ偏光に変え、ベース部材３１のノンコート領域３６においてフレネル反射させることで、本光束と分岐光束の強度の比率をおおよそ１０：１とすることができ、ベース部材３１への蒸着工程を減らすことができる。なお、Ｓ偏光の反射率Ｒｓは下式で表される。

ここで、中心波長λ１９８．５ｎｍ、合成石英屈折率ｎ＝１．５５２６とする。上式より多重反射プレートのノンコート領域３６のＳ偏光反射率は１０．４４％となり、ノンコート領域３６での反射後のＡＲ膜、多重反射ミラー３４、ベース部材３１での吸収を考慮すると光量比率の計算値は、おおよそ本光束強度：分岐光束強度＝１０：１となる。

＜実施形態２＞
次に光束分岐素子３０を使用した拡大観察装置であるマスク欠陥検査装置１０について説明する。図２は実施形態に係るマスク欠陥検査装置の光学系を示す模式図である。

マスク欠陥検査装置１０は、検査対象であるマスク１７を検査する。マスク欠陥検査装置１０は、光源（図示していない）と、コリメータレンズ１１と、上述した光束分岐素子３０と、光路長補正プレート１２と、絞り１３と、チューブレンズ１４と、ビームスプリッター１５と、対物レンズ１６と、結像レンズ１８と、マスク欠陥検出センサー１９と、オートフォーカスセンサー２０とを備える。

マスク欠陥検査装置１０では、同一の光源からの光束を、光束分岐素子３０で分岐し、マスク１７の欠陥を検出するためのマスク欠陥検出センサー１９と、マスク１７の高さを微調整するために使用されるオートフォーカスセンサー２０とに照射する。

光源から射出されたレーザー光等の光束は、コリメータレンズ１１により絞り１３の位置を照明する。このとき、コリメータレンズ１１と絞り１３との間において、光束は、光束分岐素子３０で本光束と分岐光束とに分岐される。光束分岐素子３０は、入射した光束を、空間的に本光束と分岐光束に所定の距離だけ分離するとともに、所望の光量比率（例えば本光束：分岐光束＝１０：１）で分ける。このため、照明効率を上げることができる。

そして、本光束はマスク欠陥検査用として、分岐光束はオートファーカス用として使用する。このとき、オートフォーカスセンサー２０で必要とする光束の光量は小さくてよいが、マスク欠陥検出センサー１９で検出するマスク欠陥検出照明とは別の範囲に形成する必要があり、また所定距離を離す必要がある。

さらに、本光束と分岐光束とは、チューブレンズ１４を経てビームスプリッター１５で反射され、反射光束が対物レンズ１６を介してマスク１７のパターン形成面を照射する。

マスク１７のパターン形成面（検査対象面）は絞り１３に対して共役な位置としているため、パターン形成面には絞り１３によって調整された本光束と、分岐光束によるそれぞれの照明領域が形成される。

そして、両光束はマスク１７で反射して、対物レンズ１６と結像レンズ１８を介して、本光束の反射光はマスク欠陥検出センサー１９に、分岐光束の反射光はオートフォーカスセンサー２０に結像する。

以上のように、実施形態に係るマスク欠陥検査装置１０によれば、マスク欠陥検出用の光束と、オートフォーカス用の光束を、光束分岐素子３０で分岐するものとしたので、両光束との光量比と離間距離とを適切なものとでき、光源からの光のロスを防止し、光学系の構成を複雑なものとすることがない。

１０：マスク欠陥検査装置（拡大観察装置）
１１：コリメータレンズ
１２：光路長補正プレート
１３：絞り
１４：チューブレンズ
１５：ビームスプリッター
１６：対物レンズ
１７：マスク
１８：結像レンズ
１９：マスク欠陥検出センサー
２０：オートフォーカスセンサー
３０：光束分岐素子
３１：ベース部材
３２：入射面
３３：射出面
３４：多重反射ミラー（反射部材）
３５：遮光部材
３６：ノンコート領域
３７：入射領域
３８：空気間隔部

Claims (6)

1. 光軸に傾斜して配置され、互いに平行な入射面と射出面とが形成された透明なベース部材を備え、
   前記入射面からの入射光を射出面の射出位置から射出する本光束と、前記射出位置から離れた分岐位置から射出する前記本光束より小光量の分岐光束と、に分ける光束分岐素子であって、
   前記入射面に前記射出面からの反射光を前記入射面で反射させる反射部材を配置し、
   前記入射面からの入射光が到達する前記射出面の領域に反射防止処理を施さないノンコート領域を形成し、
   前記ノンコート領域を除く前記射出面、および前記入射面に反射防止処理を施したことを特徴とする光束分岐素子。
2. 前記入射面に該入射面の一部を遮る遮光部材を配置し、前記遮光部材と前記反射部材との間に前記入射光が入射する入射領域を形成したことを特徴とする請求項１に記載の光束分岐素子。
3. 前記分岐光束の経路に光路長を補正する補正手段を配置し、前記本光束と前記分岐光束のピント位置を同じ箇所にすることを特徴とする請求項１または２に記載の光束分岐素子。
4. 前記ベース部材と前記反射部材との間に空気間隔部を設けることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光束分岐素子。
5. 前記ノンコート領域では、フレネル反射により入射光の一部を反射することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光束分岐素子。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光束分岐素子と、マスク欠陥検査を行う欠陥検査手段と、前記欠陥検査手段の合焦を行うオートフォーカス手段とを備え、前記光束分岐素子からの本光束に基づいてマスク欠陥検査用照明を行い、前記光束分岐素子からの前記分岐光束に基づいてオートフォーカス用照明を行うことを特徴とするマスク欠陥検査装置。