JP6513980B2

JP6513980B2 - 撮像装置及び撮像方法

Info

Publication number: JP6513980B2
Application number: JP2015051639A
Authority: JP
Inventors: 山根　武; 武山根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: JP2016170133A; US20160274033A1

Description

本発明の実施形態は、撮像装置及び撮像方法に関する。

半導体装置の製造に使用されるマスク基板の欠陥検査では、高い欠陥検出感度と短い検査時間が要求される。高い欠陥検出感度及び短い検査時間を実現するためには、高性能の撮像装置が必要である。

しかしながら、高性能の撮像装置を得ることは容易ではない。特に、撮像対象に十分な光量の照明光を供給でき、しかも短時間で撮像対象の撮像を行うことが可能な撮像装置を得ることは容易ではない。

特許第３７２８４９５号公報

S. Vives et al., "New technological developments in integral field spectroscopy,"Proceeding of SPIE 7018, 70182N (2008)

撮像対象に十分な光量の照明光を供給でき、しかも短時間で撮像を行うことが可能な撮像装置及び撮像方法を提供する。

実施形態に係る撮像装置は、光源と、撮像対象が載置され、所定方向に走査されるステージと、前記光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に供給する照明光学系と、前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出する検出器と、を備え、前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、前記複数のミラーは、異なった傾きを有し、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する。

第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。第１の実施形態に係り、照明領域について示した図である。第１の実施形態に係り、検出器の検出領域について示した図である。第１の実施形態に係り、検出器の検出領域の構成を示した図である。第１の実施形態に係り、照明領域の変更例について示した図である。第１の実施形態に係り、照明領域の他の変更例について示した図である。第２の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。第２の実施形態に係り、入射光の光軸方向から見た複数のミラーの配列を示した図である。第２の実施形態に係り、出射光の光軸方向から見た複数のミラーの配列を示した図である。第２の実施形態に係り、照明領域について示した図である。第２の実施形態に係り、検出器の検出領域について示した図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。なお、図１では、説明を容易にするため、水平方向をＸ軸方向、垂直方向をＹ軸方向、紙面に垂直な方向をＺ軸方向とする。

以下、図１等を参照して、本実施形態の撮像装置及び撮像方法を説明する。

撮像対象１１には、半導体装置の製造工程で用いられるリソグラフィ用のマスク基板を想定する。マスク基板１１には、回路パターンを有するマスクの他、マスクブランクも含まれる。本実施形態では、マスク基板１１としてマスクブランクを用いる。マスクブランク１１は、Ｘ軸方向（所定方向）に走査されるステージ１２上に載置される。

ステージ１２上に載置されたマスクブランク１１には、光源１３からの光が照明光学系によって供給される。光源１３には、例えばＥＵＶ（extreme ultraviolet）光源が用いられる。照明光学系は、楕円鏡１４、分割平面鏡１５、楕円鏡１６及び平面鏡１７によって構成されている。なお、照明光学系は、光源１３の像がマスクブランク１１の表面上に結像されるクリティカル照明光学系である。

分割平面鏡１５は、所定位置に配置された複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを含んでいる。所定位置は、照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に対応する。瞳位置とは、光源１３の全ての点から一定の方向に発せられた光が集光される位置である。所定位置は、理想的には瞳位置であることが好ましいが、照明光学系の機能に影響を及ぼさない程度であれば瞳位置の近傍でもよい。

複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃは、異なった傾きを有している。すなわち、複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃは、異なる方向に傾いている（異なる角度で傾いている）。具体的には、複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃは、入射光の光軸Ａ１を回転軸として、異なる角度で傾いている。より具体的には、中央のミラー１５ｂに対して、ミラー１５ａとミラー１５ｃとは互いに逆の回転方向に傾いている。

複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを上記のように配置することにより、ミラー１５ａで反射した光は紙面の手前側に傾いた方向に進み、ミラー１５ｃで反射した光は紙面の後ろ側に傾いた方向に進む。その結果、複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃにより、ステージ１２の走査方向（所定方向）であるＸ軸方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域１８が、マスクブランク（撮像対象）１１の表面に形成される。

図２は、照明領域１８について示した図である。図２では、水平方向、垂直方向及び紙面に垂直な方向がそれぞれ、図１のＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対応する。図２に示すように、Ｘ軸方向から見て間隙のない複数の照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃで形成された照明領域１８が、マスクブランク１１の表面に形成される。複数の照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃは、所定方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｚ軸方向）に直線状に配列されている。なお、照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃはそれぞれ、ミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃに基づくものである。

照明光学系によって照明されたマスクブランク１１の像、すなわち照明領域１８によって照明されたマスクブランク１１の像は、凹面鏡１９及び凸面鏡２０で構成された結像光学系によって結像される。結像光学系によって結像されたマスクブランク１１の像は、検出器２１によって検出される。

図３は、検出器２１の検出領域２２について示した図である。図３では、水平方向、垂直方向及び紙面に垂直な方向がそれぞれ、図１のＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対応する。検出領域２２には、照明領域１８に対応して結像領域２３が形成される。すなわち、複数の照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃに対応して、複数の結像部分２３ａ、２３ｂ及び２３ｃが形成される。図３に示すように、結像領域２３には照明領域１８の倒立像が投影されるため、結像部分２３ａ、２３ｂ及び２３ｃは照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃに対して上下が反転しており、検出領域２２の長手方向は結像部分２３ａ、２３ｂ及び２３ｃの配列方向に対応する。言い換えると、検出領域２２の長手方向は、照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの配列方向に対応する。

図４は、検出器２１の検出領域２２の構成を示した図である。図４に示すように、検出器２１には、検出領域２２の長手方向に複数の画素２２ｐが配列された１次元検出器が用いられる。

検出器２１では、マスクブランク１１が載置されたステージ１２をＸ軸方向に走査しながら、マスクブランク１１の像の像強度を取得する。具体的には、検出器２１の各画素２２ｐに対応してマスクブランク１１の表面上の位置座標を規定し、各画素２２ｐで検出された像強度を位置座標の関数としてプロットすることにより、マスクブランク１１の暗視野像が取得される。さらに、取得された暗視野像を解析することで、マスクブランク１１の欠陥検査を行うことができる。

以上のように、本実施形態では、所定位置（照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍）に複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを設け、複数のミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃが異なった傾きを有するように配置している。これにより、所定方向（ステージ１２の走査方向）から見て間隙のない複数の照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを有する照明領域１８が、撮像対象（マスクブランク１１）の表面に形成される。したがって、ステージ１２を走査しながら検出器２１で撮像対象の像を取得することで、欠落部分のない（間隙のない）撮像対象の像を確実に取得することができる。また、検出器２１の検出領域２２の長手方向を照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの配列方向に対応させることで、効率的な照明を行うことができ、効率的に撮像対象の像を取得することができる。

仮に、本実施形態の構成を用いずに撮像対象の像を検出しようとすると、例えば、図２の照明領域１８の長さと同じ直径を有する円状の照明領域が必要となる。このような円状の照明領域を用いて、図３及び図４に示すような１次元検出器によって撮像対象の像を検出する場合には、撮像に不要な無駄な照明領域の割合が大きくなる。すなわち、低い照明効率（低い照明密度）で照明を行うことになる。

本実施形態では、上述したような構成を用いているため、無駄な照明領域の割合を最小限に抑えることができる。そのため、高い照明効率（高い照明密度）で照明を行うことができる。したがって、撮像対象に十分な光量の照明光を供給でき、しかも短時間で撮像を行うことが可能となる。

なお、上述した実施形態では、図２に示すように、照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃがＺ軸方向に直線状に配列するようにしたが、ミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃそれぞれの角度を調整して、図５に示すように、照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃが互いに離間するようにしてもよい。このような配列であっても、照明領域１８が所定方向（Ｘ軸方向）から見て間隙のない照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを有していれば、上述した効果と同様の効果を得ることが可能である。

また、図６に示すように、隣接する照明部分（１８ａと１８ｂ、１８ｂと１８ｃ）が互いにオーバーラップするようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、３つのミラー１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを用いて３つの照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを形成するようにしたが、ミラー及び照明部分の数は適宜変更可能である。

また、上述した実施形態では、検出器２１として１次元検出器を用いたが、検出領域２２の長手方向が複数の照明部分１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの配列方向に対応するような２次元検出器を用いることも可能である。

（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な構成は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で述べた事項の説明は省略する。

図７は、第２の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した図である。なお、図７では、第１の実施形態と同様、水平方向をＸ軸方向、垂直方向をＹ軸方向、紙面に垂直な方向をＺ軸方向としている。

以下、図７等を参照して、本実施形態の撮像装置及び撮像方法を説明する。

第１の実施形態と同様、撮像対象１１のマスク基板にはマスクブランクを用いる。本実施形態では、マスクブランク１１が載置されたステージ１２は、Ｚ軸方向（所定方向）に走査される。

図７に示すように、分割平面鏡３１は、所定位置に配置された複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを含んでいる。所定位置は、光源１３の共役位置又は共役位置の近傍に対応する。共役位置とは、光源１３上の任意の点から放射される光が１点に集光される位置である。所定位置は、理想的には共役位置であることが好ましいが、照明光学系の機能に影響を及ぼさない程度であれば共役位置の近傍でもよい。

図８は、Ｘ軸方向（入射光の光軸Ｂ１の方向）から見たミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの位置を示している。図９は、Ｙ軸方向（出射光の光軸Ｂ２の方向）から見たミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの位置を示している。

図７、図８及び図９に示すように、複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、入射光の光軸Ｂ１の方向に互いにずれている。また、複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、互いに平行であり、出射光の光軸Ｂ２の方向（Ｙ軸方向）から見てステップ状に配列されている。また、ミラー３１ａはミラー３１ｂよりも紙面の後ろ側に配置され、ミラー３１ｃはミラー３１ｂよりも紙面の手前側に配置されている。

複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを上記のように配置することにより、ステージ１２の走査方向（所定方向）であるＺ軸方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域３２が、マスクブランク（撮像対象）１１の表面に形成される。

図１０は、照明領域３２を示した図である。図１０では、水平方向、垂直方向及び紙面に垂直な方向がそれぞれ、図７のＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対応する。

図１０に示すように、Ｚ軸方向から見て間隙のない複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃで形成された照明領域３２が、マスクブランク１１の表面に形成される。複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃはそれぞれ、複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃに基づくものであり、出射光の光軸Ｂ２の方向から見た複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの配列に対応した配列を有している。したがって、複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃはステップ状に配列している。また、照明領域３２には分割平面鏡３１の倒立像が投影されるため、上下左右が反転している。

照明領域３２によって照明されたマスクブランク１１の像は、第１の実施形態と同様にして、検出器３３によって検出される。

図１１は、検出器３３の検出領域３４について示した図である。図１１では、水平方向、垂直方向及び紙面に垂直な方向がそれぞれ、図７のＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対応する。検出領域３４には、照明領域３２に対応して結像領域３５が形成される。すなわち、検出領域３４は複数の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃを有し、複数の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃに対応して複数の結像部分３５ａ、３５ｂ及び３５ｃが形成される。また、複数の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃの配列は、複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの配列に対応している。したがって、複数の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃはステップ状に配列している。また、検出領域３４には照明領域３２の倒立像が投影されるため、上下左右が反転している。なお、検出器３３の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃにはそれぞれ、複数の画素が長手方向（Ｘ方向）に配列された１次元検出器を用いることができる。

検出器３３では、マスクブランク１１が載置されたステージ１２をＺ軸方向に走査しながら、マスクブランク１１の像の像強度を取得する。そして、第１の実施形態と同様にして、マスクブランク１１の暗視野像を解析することで、マスクブランク１１の欠陥検査を行うことができる。

以上のように、本実施形態では、所定位置（光源の共役位置又は共役位置の近傍）に複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを設け、複数のミラー３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを入射光の光軸方向に互いにずれるように配置している。これにより、所定方向（ステージ１２の走査方向）から見て間隙のない複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃで形成された照明領域３２が、撮像対象（マスクブランク１１）の表面に形成される。したがって、第１の実施形態と同様に、ステージ１２を走査しながら検出器３３で撮像対象の像を取得することで、欠落部分のない（間隙のない）撮像対象の像を確実に取得することができる。また、検出器３３の検出領域３４の検出部分３４ａ、３４ｂ及び３４ｃの配列を照明領域３２の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの配列に対応させることで、効率的な照明を行うことができ、効率的に撮像対象の像を取得することができる。

したがって、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、高い照明効率（高い照明密度）で照明を行うことができる。そのため、撮像対象に十分な光量の照明光を供給でき、しかも短時間で撮像を行うことが可能となる。

なお、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、照明領域３２が所定方向（Ｚ軸方向）から見て間隙のない複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃを有していれば、複数の照明部分３２ａ、３２ｂ及び３２ｃが互いに離間するようにしてもよい。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、隣接する照明部分（３２ａと３２ｂ、３２ｂと３２ｃ）が互いにオーバーラップするようにしてもよい。

また、本実施形態でも、ミラー及び照明部分の数は適宜変更可能である。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、１次元検出器の代わりに２次元検出器を用いることも可能である。

以下、上述した実施形態の内容を付記する。

［付記１］
光源と、
撮像対象が載置され、所定方向に走査されるステージと、
前記光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に供給する照明光学系と、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出する検出器と、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、異なった傾きを有し、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像装置。

［付記２］
前記所定位置は、前記照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に対応する
ことを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

［付記３］
前記複数のミラーは、入射光の光軸を回転軸として異なる角度で傾いている
ことを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

［付記４］
前記複数の照明部分は、前記所定方向に垂直な方向に直線状に配列されている
ことを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

［付記５］
前記検出器の検出領域の長手方向は、前記複数の照明部分の配列方向に対応する
ことを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

［付記６］
前記検出器は、前記検出領域の長手方向に複数の画素が配列された１次元検出器である
ことを特徴とする付記５に記載の撮像装置。

［付記７］
前記撮像対象は、リソグラフィ用のマスク基板である
ことを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

［付記８］
光源と、
撮像対象が載置され、所定方向に走査されるステージと、
前記光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に供給する照明光学系と、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出する検出器と、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、入射光の光軸方向に互いにずれており、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像装置。

［付記９］
前記所定位置は、前記光源の共役位置又は共役位置の近傍に対応する
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１０］
前記複数のミラーは、出射光の光軸方向から見てステップ状に配列されている
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１１］
前記複数のミラーは、互いに平行である
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１２］
前記複数の照明部分は、出射光の光軸方向から見た前記複数のミラーの配列に対応した配列を有している
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１３］
前記検出器の検出領域は複数の検出部分を有し、前記複数の検出部分の配列は前記複数の照明部分の配列に対応する
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１４］
前記複数の検出部分は、ステップ状に配列されている
ことを特徴とする付記１３に記載の撮像装置。

［付記１５］
前記撮像対象は、リソグラフィ用のマスク基板である
ことを特徴とする付記８に記載の撮像装置。

［付記１６］
撮像対象が載置されたステージを所定方向に走査することと、
光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に照明光学系によって供給することと、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像光学系によって結像させることと、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出器によって検出することと、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、異なった傾きを有し、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像方法。

［付記１７］
前記所定位置は、前記照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に対応する
ことを特徴とする付記１６に記載の撮像方法。

［付記１８］
撮像対象が載置されたステージを所定方向に走査することと、
光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に照明光学系によって供給することと、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像光学系によって結像させることと、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出器によって検出することと、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、入射光の光軸方向に互いにずれており、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像方法。

［付記１９］
前記所定位置は、前記光源の共役位置又は共役位置の近傍に対応する
ことを特徴とする付記１８に記載の撮像方法。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…マスクブランク（撮像対象）１２…ステージ１３…光源
１４…楕円鏡１５…分割平面鏡１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…ミラー
１６…楕円鏡１７…平面鏡１８…照明領域
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…照明部分１９…凹面鏡
２０…凸面鏡２１…検出器２２…検出領域
２２ｐ…画素２３…結像領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…結像部分
３１…分割平面鏡３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…ミラー
３２…照明領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…照明部分
３３…検出器３４…検出領域３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…検出部分
３５…結像領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…結像部分

Claims

光源と、
撮像対象が載置され、所定方向に走査されるステージと、
前記光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に供給する照明光学系と、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出する検出器と、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、入射光の光軸を回転軸として異なった角度で傾いており、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像装置。
前記所定位置は、前記照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に対応する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
撮像対象が載置されたステージを所定方向に走査することと、
光源からの光を前記ステージ上に載置された撮像対象に照明光学系によって供給することと、
前記照明光学系によって照明された前記撮像対象の像を結像光学系によって結像させることと、
前記結像光学系によって結像された前記撮像対象の像を検出器によって検出することと、
を備え、
前記照明光学系は、所定位置に配置された複数のミラーを含み、
前記複数のミラーは、入射光の光軸を回転軸として異なった角度で傾いており、前記所定方向から見て間隙のない複数の照明部分で形成された照明領域を前記撮像対象の表面に形成する
ことを特徴とする撮像方法。
前記所定位置は、前記照明光学系の瞳位置又は瞳位置の近傍に対応する
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像方法。