JPH08159726A

JPH08159726A - パターン検出装置

Info

Publication number: JPH08159726A
Application number: JP6323929A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高速で且つ高精度なパターン検出が可能なパタ
ーン検出装置の提供。【構成】走査手段が、光源手段からの入射光束を１８０
度偏向させて射出させるための互いに直交した少なくと
も２つの反射面を有し、入射光束に対して射出光束を所
定方向に沿って平行変位させるための移動反射手段と、
移動反射手段の少なくとも２つの反射面により形成され
る交線と移動反射手段の少なくとも２つの反射面に対す
る入射光束と射出光束を含む面との交点に関する所定方
向に沿った移動量を計測するための計測手段とを備え、
被検面上で空間的に分離された２つの走査用光束を形成
するために、移動反射手段からの射出光束に基づいて、
空間的に分離され且つ互いに異なる偏光状態の２つの光
束を生成する２光束生成手段を走査手段と集光光学系と
の間の光路中に配置し、検出手段が、集光光学系、２光
束生成手段および移動反射手段を介したパターンからの
光を、被検面と光学的に共役な位置に固定された２つの
開口部をそれぞれ介して光電検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパターン検出装置に関
し、特に微細パターンのエッジを検出する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば半導体素子や液晶表示素子の製
造において、基板に形成された微細パターンのエッジを
検出するのにパターン検出装置が使用される。従来のパ
ターン検出装置では、たとえばProceeding（会報）ＳＰ
ＩＥ第７７５巻第１２０頁乃至第１２５頁に記載されて
いるように、スリット像を振動ミラーを経て分岐させ、
一方の像を９０°回転させた後に再び合成させている。
したがって、１つの走査光学系によりｘ方向およびｙ方
向の二次元同時走査が可能である。

【０００３】また、上述のパターン検出装置では、振動
ミラーの回転に伴ってモニタ用のビームがマルチスリッ
ト上を移動し、マルチスリットを透過する光量変化を読
み取ることによって、振動ミラーの回転角をモニタする
ことができる。サンプルからの反射光は、振動ミラーの
裏面で反射されてｘ方向およびｙ方向の光検出器に達す
る。そして、光検出器での光電変換により得られた信号
強度に基づき、ｘ方向およびｙ方向のパターンエッジを
検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のパ
ターン検出装置では、走査用の振動ミラーの回転角モニ
タにおける角度分解能を向上させようとすると、振動ミ
ラーの大きさを大きくしたり、回転角モニター光学系の
集光レンズを明るく（すなわち開口数ＮＡを大きく）し
たり、集光レンズ焦点距離を長くしなければならない。
このように、振動ミラーの回転角の読取り分解能を向上
させて高精度なパターン検出を行おうとすると、装置は
大型化し製造コストが大幅に上昇するという不都合があ
った。

【０００５】さらに、振動ミラーを大きくすると、所定
の走査速度を確保するには大きな駆動力（トルク）を必
要とする。その結果、大きな駆動力に起因する発熱によ
り振動ミラーの変形や、振動ミラーの回転角度ドリフト
などの不安定要因が増大し、高速で高精度なパターン検
出を行うことができないという不都合があった。本発明
は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、高速で且
つ高精度なパターン検出が可能なパターン検出装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、光束を供給する光源手段と、パ
ターンが形成された被検面上に前記光束を集光させる集
光光学系と、前記光源手段と前記集光光学系との間の光
路中に設けられて前記被検面上の光束を光学的に走査す
るための走査手段と、前記走査手段によって前記被検面
上の光束を光学的に走査することにより生成される前記
パターンからの光を検出するための検出手段とを備えた
パターン検出装置において、前記走査手段は、前記光源
手段からの入射光束を１８０度偏向させて射出させるた
めの互いに直交した少なくとも２つの反射面を有し、前
記入射光束に対して前記射出光束を所定方向に沿って平
行変位させるための移動反射手段と、前記移動反射手段
の少なくとも２つの反射面により形成される交線と前記
移動反射手段の少なくとも２つの反射面に対する前記入
射光束および前記射出光束を含む面との交点に関する前
記所定方向に沿った移動量を計測するための計測手段と
を備え、前記被検面上で空間的に分離された２つの走査
用光束を形成するために、前記移動反射手段からの射出
光束に基づいて、空間的に分離され且つ互いに異なる偏
光状態の２つの光束を生成する２光束生成手段を前記走
査手段と前記集光光学系との間の光路中に配置し、前記
検出手段は、前記集光光学系、２光束生成手段および移
動反射手段を介した前記パターンからの光を、前記被検
面と光学的に共役な位置に固定された２つの開口部をそ
れぞれ介して光電検出することを特徴とするパターン検
出装置を提供する。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記計測
手段は、計測用の光束を供給する第２光源手段と、前記
第２光源手段からの計測用入射光束を１８０度偏向させ
て射出させるための互いに直交した少なくとも２つの反
射面を有し、前記移動反射手段とともに前記所定方向に
沿って移動可能な第２移動反射手段と、前記第２移動反
射手段の移動に伴う前記計測用の光束の光学的光路長の
変化に基づいて、前記第２移動反射手段の少なくとも２
つの反射面により形成される交線と前記第２移動反射手
段の少なくとも２つの反射面に対する前記入射光束およ
び前記射出光束を含む面との交点に関する前記所定方向
に沿った移動量を測定するための測定手段とを備え、前
記第２移動反射手段の交点は、前記移動反射手段の交点
とほぼ一致する。

【０００８】

【作用】本発明のパターン検出装置では、走査手段とし
て互いに直交する少なくとも２つの反射面を有する移動
反射手段（たとえば移動反射鏡）を備えている。そし
て、走査用移動反射鏡の反射面の交線と、入射ビームお
よび反射ビームを含む面との交点（以下、単に「反射交
点」という）の移動量をたとえば干渉計を使用して計測
する。したがって、後述するように、走査用移動反射鏡
の直線往復運動における軌跡変動が発生しても、計測し
た反射交点の移動量に基づき、走査用移動反射鏡による
ビーム平行変位量を、ひいては被検面上における走査ビ
ームの移動量を正確に求めることができる。その結果、
高精度なパターン検出が可能となる。

【０００９】また、本発明では、走査用移動反射鏡から
の光束から空間的に分離され且つ互いに異なる偏光状態
の２つの光束が生成される。これらの２つの光束は集光
光学系を介して被検面上に集光され、被検面上において
空間的に分離された２つの走査用ビームが形成される。
したがって、被検面上において２つの走査ビームで二次
元同時走査が可能となるばかりでなく、２つのパターン
検出光が互いに混入することなく光電検出される。ま
た、偏光作用により光量損失を最小限に抑えることがで
きる。その結果、高速且つ高精度なパターン検出が可能
となる。

【００１０】さらに、本発明では、被検面からのパター
ン検出光が再び移動反射鏡を経た後、被検面と共役な位
置に固定されたスリットのような開口部を介して光電検
出される。このように、再び移動反射鏡を経ることによ
りパターン検出光は、走査中も見かけ上静止した状態と
なる。すなわち、走査の影響を受けることなく、パター
ン検出光が被検面と共役な面に結像する位置は常に一定
である。このように、本発明では、いわゆる検出手段の
共焦点化が可能になるので、Ｓ／Ｎの良い高精度なパタ
ーン検出が可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例にかかるパターン検
出装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１の装置
は、線状ビームで被検面を走査するための走査光学系を
備えている。走査光学系において、レーザ１からｙ方向
に射出されたビームは、ハーフミラー２によってｘ方向
に反射され、シリンドリカルレンズ３を介してｚ方向に
延びた線状ビーム４となる。なお、必要に応じて、レー
ザ１とシリンドリカルレンズ３との間にビームエクスパ
ンダを配置するのがよい。

【００１２】シリンドリカルレンズ３を通過したビーム
は、互いに直交する２つの反射面を有する移動反射鏡４
２に入射する。移動反射鏡４２は、入射ビームに対して
４５°の角度をなしｘｙ平面と直交する第１反射面と、
第１反射面およびｘｙ平面と直交する第２反射面とから
なる。なお、移動反射鏡４２はｘｙ平面と平行なテーブ
ル４１上に固定され、テーブル４１は図中矢印で示すよ
うにｘ方向に往復移動することができるように構成され
ている。

【００１３】こうして、第１反射面に入射したビーム
は、２つの反射面を介してｙ方向に反転された後、上述
のシリンドリカルレンズ３の集光作用により線状ビーム
４として結像する。前述したように、テーブル４１のｘ
方向移動に応じて、線状ビーム４もｘ方向に移動（すな
わち平行変位）する。

【００１４】線状ビーム４からの光は、偏光ビームスプ
リッター５に入射して２つのビームに分離される。すな
わち、偏光ビームスプリッター５を透過した第１ビーム
は、アフォーカルリレーレンズ６ｘおよび７ｘを介して
ミラー８ｘに入射する。一方、偏光ビームスプリッター
５でｘ方向に反射された第２ビームは、アフォーカルリ
レーレンズ６ｙおよび７ｙを介してミラー８ｙに入射す
る。

【００１５】そして、ミラー８ｘで反射された第１ビー
ムは長手方向がｚ方向に延びた線状ビーム９ｘとして、
ミラー８ｙで反射された第２ビームは長手方向がｙ方向
に延びた線状ビーム９ｙとして結像する。図示のよう
に、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙは、長手方向が互
いに直交し且つ空間的に分離されている。すなわち、２
つの線状ビーム９ｘおよび９ｙの中心は、後述する第２
対物レンズ１０の光軸からそれぞれ偏心している。な
お、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙの偏光方向は、共
に線状ビーム９ｙの長手方向と一致している。

【００１６】２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙからの光
は、それぞれ第２対物レンズ１０、ダイクロイックミラ
ー１１、および対物レンズ１２を介して、被検面上に線
状ビーム１３ｘおよび１３ｙとして結像する。図示のよ
うに、線状ビーム１３ｘは長手方向がｘ方向に延び、線
状ビーム１３ｙは長手方向がｙ方向に延びている。そし
て、移動反射鏡４２のｘ方向の往復移動に伴って、線状
ビーム１３ｘはｙ方向に走査され、線状ビーム１３ｙは
ｘ方向に走査されるようになっている。

【００１７】線状ビーム１３ｘに対する被検面からの散
乱光は、検出器１４xaおよび１４xbで検出される。ま
た、線状ビーム１３ｙに対する被検面からの散乱光は、
検出器１４yaおよび１４ybで検出される。一方、線状ビ
ーム１３ｘに対する被検面からの第１正反射光および線
状ビーム１１３ｙに対する被検面からの第２正反射光
は、それぞれ同一光路を戻り偏光ビームスプリッター５
に入射して合成される。

【００１８】合成された２つのパターン検出光（第１正
反射光および第２正反射光）は、さらに往路を戻り、移
動反射鏡４２を介してハーフミラー２に入射する。ハー
フミラー２を透過した合成パターン検出光は、シリンド
リカルレンズ１５を介して偏光ビームスプリッター１６
に入射する。偏光ビームスプリッター１６では、入射し
た合成パターン検出光が第１正反射光および第２正反射
光に再び分離される。すなわち、第１正反射光は偏光ビ
ームスプリッター１６を透過して、被検面と共役な位置
に固定されたスリットのような開口部１７ｘに入射す
る。また、第２正反射光は偏光ビームスプリッター１６
で反射されて、被検面と共役な位置に固定されたスリッ
トのような開口部１７ｙに入射する。

【００１９】こうして、被検面からのパターン検出光
は、往路を戻る際に再び移動反射鏡を介することによ
り、走査中も見かけ上静止するので、走査の影響を受け
ることなく被検面と共役な位置に固定された共焦点スリ
ットの同じ位置に結像する。そして、開口部１７ｘおよ
び開口部１７ｙをそれぞれ透過した第１正反射光および
第２正反射光は、図示を省略した受光手段によって光電
検出される。このように、被検面上においてｘ方向およ
びｙ方向に二次元同時走査が可能となるばかりでなく、
２つの走査ビームに対応する２つのパターン検出光が互
いに混合することなく光電検出される。その結果、高速
且つ高精度なパターン検出が可能となる。

【００２０】また、図１の装置は、被検面を観察するた
めの観察光学系を備えている。観察光学系では、光ファ
イバーのようなライトガイド２１から射出された光が、
コレクターレンズ２２を介した後ハーフミラー２３によ
って反射され、ダイクロイックミラー１１に入射する。
ダイクロイックミラー１１で反射された光は、対物レン
ズ１２を介して、被検面上を照明する。照明光に対する
被検面からの光は、対物レンズ１２およびダイクロイッ
クミラー１１を介した後、ハーフミラー２３に入射す
る。ハーフミラー２３を透過した光は、観察用第２対物
レンズ２４を介して撮像素子２５に達する。こうして、
観察光学系により、被検面の像を観察することができ
る。

【００２１】さらに、図１の装置は、移動反射鏡４２の
反射交点のｘ方向移動量を計測するための干渉光学系を
備えている。干渉光学系において、レーザ３１から射出
されたビームは、偏光ビームスプリッター３２によっ
て、移動裏面反射鏡４３に向かう第１ビームと、固定鏡
である直角プリズム３６に向かう第２ビームとに分離さ
れる。移動裏面反射鏡４３は、ｘ方向入射ビームに対し
て４５°の角度をなしｘｙ平面と直交する第１反射面
と、第１反射面およびｘｙ平面と直交する第２反射面と
からなる。なお、移動裏面反射鏡４３もテーブル４１上
に固定され、移動裏面反射鏡４３の反射交点は、移動反
射鏡４２の反射交点と一致するように構成されている。

【００２２】偏光ビームスプリッター３２を介して移動
裏面反射鏡４３に向かう第１ビームは、１／４波長板３
３を介して移動裏面反射鏡４３に入射する。移動裏面反
射鏡４３に入射した第１ビームは、第１反射面および第
２反射面で反射され、１／４波長板３３を介して再び偏
光ビームスプリッター３２に入射する。一方、偏光ビー
ムスプリッター３２を介して固定反射鏡である直角プリ
ズム３６に向かう第２ビームは、１／４波長板３５を介
して直角プリズム３６に入射する。直角プリズム３６に
入射した第２ビームは、２つの反射面で反射された後、
１／４波長板３５を介して再び偏光ビームスプリッター
３２に入射する。

【００２３】移動裏面反射鏡４３から入射した第１ビー
ムは、偏光ビームスプリッター３２で反射される。ま
た、直角プリズム３６から入射した第２ビームは、偏光
ビームスプリッター３２を透過する。すなわち、偏光ビ
ームスプリッター３２に入射した第１ビームおよび第２
ビームは合成された後、コーナーキューブ３４に入射す
る。コーナーキューブ３４で反転された２つのビーム
は、再び偏光ビームスプリッター３２に入射する。偏光
ビームスプリッター３２において、第１のビームは透過
し、１／４波長板３５を介して直角プリズム３６に入射
する。直角プリズム３６に入射した第１ビームは、２つ
の反射面で反射された後、１／４波長板３５を介して再
び偏光ビームスプリッター３２に入射する。

【００２４】一方、偏光ビームスプリッター３２におい
て、第２のビームは反射され、１／４波長板３３を介し
て移動裏面反射鏡４３に入射する。移動裏面反射鏡４３
に入射した第２ビームは、第１反射面および第２反射面
で反射され、１／４波長板３３を介して再び偏光ビーム
スプリッター３２に入射する。移動裏面反射鏡４３から
入射した第２ビームは、偏光ビームスプリッター３２を
透過する。また、直角プリズム３６から入射した第１ビ
ームは、偏光ビームスプリッター３２で反射される。す
なわち、偏光ビームスプリッター３２に入射した第１ビ
ームおよび第２ビームは再び合成された後、検出器３７
に入射する。検出器３７では、２つのビームによって形
成された干渉縞を観測し、フリンジカウントを行って、
移動裏面反射鏡４３の反射交点すなわち走査用移動反射
鏡４２の反射交点のｘ方向移動量を求めることができ
る。このように、図示の干渉光学系は、ダブルパス干渉
計を構成している。

【００２５】図２は、図１の走査光学系および干渉光学
系の動作原理を示す図である。図示のように、走査用移
動反射鏡４２の反射交点と計測用移動反射鏡４３の反射
交点とが一致し、走査用移動反射鏡４２への入射ビーム
と計測用移動反射鏡４３への計測用入射ビームとが直交
している。このように構成された走査用移動反射鏡４２
の作用によるビーム平行変位量は、走査用移動反射鏡４
２の回転やｙ方向移動量に依存することなく、走査用移
動反射鏡４２の反射交点のｘ方向移動量Δのみに依存す
る。

【００２６】また、図２の移動裏面反射鏡４３を用いた
ダブルパス干渉計において、移動裏面反射鏡４３の反射
交点すなわち走査用移動反射鏡４２の反射交点のｘ方向
移動量Δを光路長差に基づいて一次近似の範囲で正確に
計測することができる。したがって、走査用移動反射鏡
４２の反射交点のｘ方向の移動量Δを図示のダブルパス
干渉計で計測することによって、走査用移動反射鏡によ
るビーム平行変位量２Δを正確に求めることができる。

【００２７】さらに、第２対物レンズ１０の焦点距離を
ｆ２とし、対物レンズ１２の焦点距離をｆ１とすると、
被検面上での線状ビームの移動量δと移動反射鏡４２の
反射交点の移動量Δとの間には、以下の式（１）に示す
関係が成立する。 δ＝２Δ・ｆ１／ｆ２（１）

【００２８】このように、走査用移動反射鏡４２の反射
交点の移動量Δを干渉光学系で計測すれば、この移動量
Δに基づいて被検面上における走査ビームの移動量δを
正確に求めることができる。すなわち、走査用移動反射
鏡４２の反射交点の移動量Δだけに着目することによ
り、移動反射鏡の軌跡変動の影響を受けることなく、被
検面上における走査ビームの位置を正確に求めることが
できるので、高精度なビーム走査が可能となる。

【００２９】図３は、図２の移動裏面反射鏡における表
面反射光を遮断可能にする条件を説明する図である。図
３において表面反射光を遮断するための遮光手段は、た
とえば計測用移動裏面反射鏡４３の２つの反射面の間に
配置された遮光板３９である。この遮光板３９は、表面
反射光５１だけを遮断し、裏面反射光５２を遮断しない
ように構成することが望ましい。

【００３０】計測用ビーム径をφとし、反射鏡の厚さを
ｄとし、反射鏡の屈折率をｎとし、表面への入射角をθ
とすると、表面反射光と裏面反射光との距離Ｄは、次の
式（２）で表される。Ｄ＝ｄsin ２θ／｛（ｎ²−sin²θ）｝^1/2 （２）ここで、θ＝４５°であるから、式（２）を次の式
（３）のように表すことができる。Ｄ＝ｄ／｛（ｎ²−１／２）｝^1/2 （３）

【００３１】一方、表面反射光だけを遮断することがで
きる条件は、表面反射光５１と裏面反射光５２とが重な
ることなく互いに離間することに他ならないから、次の
条件式（４）で与えられる。Ｄ＞φ （４）式（４）に式（３）を代入し、たとえば屈折率ｎ＝１．
５と仮定すると、表面反射光だけを遮断可能にする条件
は、次の条件式（５）で規定される。ｄ＞ φ｛（ｎ²−１／２）｝^1/2≒１．３φ （５）

【００３２】図４は、本発明の第２実施例にかかるパタ
ーン検出装置の構成を概略的に示す斜視図である。図４
のパターン検出装置では、干渉光学系および観察光学系
が図１の干渉光学系および観察光学系と全く同じ構成を
有し、走査光学系も図１の走査光学系と類似している。
したがって、図４において、図１の構成要素と基本的に
同じ機能を有する要素には、同じ参照符号が付されてい
る。以下、図４のパターン検出装置の走査光学系につい
て、図１の構成との基本的な相違点に着目して説明す
る。

【００３３】図４の走査光学系において、レーザ１０１
から射出されたビームは、シリンドリカルレンズ１０２
を介して線状ビーム１０３となる。シリンドリカルレン
ズ１０２を通過したビームは、互いに直交する２つの反
射面すなわち第１反射面および第２反射面を有する移動
反射鏡１４２に入射する。なお、移動反射鏡１４２がテ
ーブル１４１上に固定され、テーブル１４１がひいては
移動反射鏡１４２が図中矢印で示すｘ方向に往復移動す
ることができるように構成されている点は第１実施例と
同じである。

【００３４】こうして、移動反射鏡１４２から反射され
たビームは、上述のシリンドリカルレンズ１０２の集光
作用により線状ビーム１０３として結像する。さらに、
線状ビーム１０３からの光は、偏光ビームスプリッター
１０４で２つのビームに分離される。偏光ビームスプリ
ッター１０４を透過した第１ビームは、リレーレンズ１
０５ｘおよび１０６ｘを介してミラー１０７ｘに入射す
る。一方、偏光ビームスプリッター１０５で反射された
第２ビームは、リレーレンズ１０５ｙおよび１０６ｙを
介してミラー１０７ｙに入射する。

【００３５】ミラー１０７ｘで反射された第１ビーム
は、長手方向がｚ方向に延びた線状ビーム１０８ｘとし
て結像する。また、ミラー１０７ｙで反射された第２ビ
ームは、長手方向がｙ方向に延びた線状ビーム１０８ｙ
として結像する。図示のように、２つの線状ビーム１０
８ｘおよび１０８ｙは、長手方向が互いに直交し且つ空
間的に分離されている。すなわち、２つの線状ビーム１
０８ｘおよび１０８ｙの中心は、後述する第２対物レン
ズ１０９の光軸からそれぞれ偏心している。なお、２つ
の線状ビーム１０８ｘおよび１０８ｙの偏光方向は、共
に線状ビーム１０８ｙの長手方向と一致している。

【００３６】２つの線状ビーム１０８ｘおよび１０８ｙ
からの光は、それぞれ第２対物レンズ１０９、１／４波
長板１１０、ダイクロイックミラー１１１、および対物
レンズ１１２を介して、被検面上に線状ビーム１１３ｘ
および１１３ｙとして結像する。図示のように、線状ビ
ーム１１３ｘは長手方向がｘ方向に延び、線状ビーム１
１３ｙは長手方向がｙ方向に延びている。そして、移動
反射鏡１４２の往復移動に伴って、線状ビーム１１３ｘ
はｙ方向に走査され、線状ビーム１１３ｙはｘ方向に走
査されるようになっている。

【００３７】線状ビーム１１３ｘに対する被検面からの
散乱光は、検出器１１４xaおよび１１４xbで検出され
る。また、線状ビーム１１３ｙに対する被検面からの散
乱光は、検出器１１４yaおよび１１４ybで検出される。
一方、線状ビーム１１３ｘに対する被検面からの第１正
反射光および線状ビーム１１３ｙに対する被検面からの
第２正反射光は、それぞれ同一光路を戻り偏光ビームス
プリッター１０４に入射して合成される。

【００３８】合成された２つのパターン検出光（第１正
反射光および第２正反射光）は、偏光ビームスプリッタ
ー１０４で反射され、往路とは異なる経路を通って線状
ビーム１０５となる。線状ビーム１０５からの光は、再
び移動反射鏡１４２を介することにより、走査中も見か
け上静止した状態となる。そして、シリンドリカルレン
ズ１１６および１１７を介した合成パターン検出光は、
偏光ビームスプリッター１１８に入射する。偏光ビーム
スプリッター１１８では、入射した合成パターン検出光
が第１正反射光および第２正反射光に再び分離される。
すなわち、第１正反射光は偏光ビームスプリッター１１
８で反射されて、被検面と共役な位置に固定されたスリ
ットのような開口部１１９ｘに入射する。また、第２正
反射光は偏光ビームスプリッター１１８を透過して、被
検面と共役な位置に固定されたスリットのような開口部
１１９ｙに入射する。

【００３９】こうして、被検面からのパターン検出光
は、往路を戻る際に再び移動反射鏡１４２を介すること
により走査中も見かけ上静止するので、走査の影響を受
けることなく被検面と共役な位置に固定された共焦点ス
リットの同じ位置に結像する。そして、開口部１１９ｘ
および開口部１１９ｙをそれぞれ透過した第１正反射光
および第２正反射光は、図示を省略した受光手段によっ
て光電検出される。このように、第２実施例では、１／
４波長板１１０を介することにより、光束は円偏光で被
検面に入射する。したがって、被検面による偏光の影響
を受けにくく、光量損失もほとんどないという利点を有
する。

【００４０】なお、第２実施例にかかるパターン検出装
置では、２つのシリンドリカルレンズ１１６および１１
７が線状ビーム１０５を共焦点スリット１１９ｘおよび
１１９ｙに結像させる作用を有する。したがって、２つ
のシリンドリカルレンズ１１６および１１７に代えて結
像レンズを用いてもよい。なお、上述の実施例におい
て、走査光学系および干渉光学系の移動反射手段とし
て、互いに直交した２つの反射面を有する反射鏡を使用
している。しかしながら、移動反射手段として、互いに
直交した３つの反射面を有するコーナーキューブミラー
を用いることも可能である。この場合、２組のコーナー
キューブミラーの頂点が重なるように配置すれば良い。
また、互いに直交した２つの反射面を有する直角プリズ
ムのような反射プリズムを用いることもできる。

【００４１】

【効果】以上説明したように、本発明のパターン検出装
置では、計測した走査用移動反射手段の反射交点の移動
量に基づき、被検面上における走査ビームの位置を正確
に求めることができるので、走査用反射手段の直線往復
運動における軌跡変動が発生しても、高精度なビーム走
査が可能となる。また、本発明では、光束が偏光分離に
よって偏光状態の互いに異なる２つの光束に空間的に分
離された後に被検面上に集光されるので、被検面の二次
元同時走査が可能となるばかりでなく、２つのパターン
検出光が互いに混入することがない。また、偏光作用に
より光量損失を最小限に抑えることができる。したがっ
て、高速且つ高精度なパターン検出が可能となる。

【００４２】さらに、本発明では、被検面からのパター
ン検出光が再び移動反射鏡を経ることによって、走査中
も見かけ上静止した状態で共焦点スリットを介して光電
検出されるので、Ｓ／Ｎの良い高精度なパターン検出が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるパターン検出装置
の構成を概略的に示す斜視図である。

【図２】図１の走査光学系および干渉光学系の動作原理
を示す図である。

【図３】図２の移動裏面反射鏡における表面反射光を遮
断可能にする条件を説明する図である。

【図４】本発明の第２実施例にかかるパターン検出装置
の構成を概略的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１レーザ２ハーフミラー３シリンドリカルレンズ４線状ビーム５偏光ビームスプリッター１０第２対物レンズ１１ダイクロイックミラー１２対物レンズ１３走査ビーム１６偏光ビームスプリッター１７共焦点スリット２１ライトガイド２２コレクターレンズ２３ハーフミラー２４観察用第２対物レンズ２５撮像素子３１レーザ３２偏光ビームスプリッター３３１／４波長板３４コーナーキューブ３５１／４波長板３６検出器４２移動反射鏡４３移動裏面反射鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束を供給する光源手段と、パターンが
形成された被検面上に前記光束を集光させる集光光学系
と、前記光源手段と前記集光光学系との間の光路中に設
けられて前記被検面上の光束を光学的に走査するための
走査手段と、前記走査手段によって前記被検面上の光束
を光学的に走査することにより生成される前記パターン
からの光を検出するための検出手段とを備えたパターン
検出装置において、前記走査手段は、前記光源手段からの入射光束を１８０度偏向させて射出
させるための互いに直交した少なくとも２つの反射面を
有し、前記入射光束に対して前記射出光束を所定方向に
沿って平行変位させるための移動反射手段と、前記移動反射手段の少なくとも２つの反射面により形成
される交線と前記移動反射手段の少なくとも２つの反射
面に対する前記入射光束および前記射出光束を含む面と
の交点に関する前記所定方向に沿った移動量を計測する
ための計測手段とを備え、前記被検面上で空間的に分離された２つの走査用光束を
形成するために、前記移動反射手段からの射出光束に基
づいて、空間的に分離され且つ互いに異なる偏光状態の
２つの光束を生成する２光束生成手段を前記走査手段と
前記集光光学系との間の光路中に配置し、前記検出手段は、前記集光光学系、２光束生成手段およ
び移動反射手段を介した前記パターンからの光を、前記
被検面と光学的に共役な位置に固定された２つの開口部
をそれぞれ介して光電検出することを特徴とするパター
ン検出装置。
【請求項２】前記計測手段は、計測用の光束を供給する第２光源手段と、前記第２光源手段からの計測用入射光束を１８０度偏向
させて射出させるための互いに直交した少なくとも２つ
の反射面を有し、前記移動反射手段とともに前記所定方
向に沿って移動可能な第２移動反射手段と、前記第２移動反射手段の移動に伴う前記計測用の光束の
光学的光路長の変化に基づいて、前記第２移動反射手段
の少なくとも２つの反射面により形成される交線と前記
第２移動反射手段の少なくとも２つの反射面に対する前
記入射光束および前記射出光束を含む面との交点に関す
る前記所定方向に沿った移動量を測定するための測定手
段とを備え、前記第２移動反射手段の交点は、前記移動反射手段の交
点とほぼ一致することを特徴とする請求項１に記載のパ
ターン検出装置。
【請求項３】前記移動反射手段は互いに直交する２つ
の反射面を有する表面反射鏡であり、前記第２移動反射
手段は互いに直交する２つの反射面を有する裏面反射鏡
であって、前記第２移動反射手段の一方の反射面は前記移動反射手
段の２つの反射面の一方とほぼ一致し、前記第２移動反
射手段の他方の反射面は前記移動反射手段の２つの反射
面の他方とほぼ同一平面内にあることを特徴とする請求
項２に記載のパターン検出装置。
【請求項４】前記第２移動反射手段の２つの反射面の
間には、前記第２移動反射手段の表面による反射光を遮
断するための遮光手段が設けられていることを特徴とす
る請求項３に記載のパターン検出装置。