(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面のみが不規則に配列され、前記レーザ光を拡散するレンズアレイと、
前記レンズアレイを回転させる駆動部と、
前記レンズアレイにより拡散された拡散光が入射する円錐型光学部材と、
前記円錐型光学部材からの拡散光が入射し、全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材と、
を備える照明光学系。
【請求項２】
凹凸形状を有する拡散板をエッチングして、前記凹面を形成することで、前記レンズアレイが形成されている請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列され、前記レーザ光を拡散するレンズアレイと、
前記レンズアレイを回転させる駆動部と、
前記レンズアレイにより拡散された拡散光が入射する円錐型光学部材と、
前記円錐型光学部材からの拡散光が入射し、全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材と、
を備える照明光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明光学系と、
前記照明光学系から出射されるレーザ光を被検査物に集光する対物レンズと、
を備える検査装置。
【請求項５】
前記対物レンズは、反射屈折型であることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列されたレンズアレイを回転させ、
回転させた前記レンズアレイにレーザ光を入射させて拡散させ、
前記レンズアレイにより拡散された拡散光を円錐型光学部材に入射させ、
前記円錐型光学部材からの光を導光部材に入射させ、全反射を繰り返しながら内部を伝播させる照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を光源とする照明光学系及び照明方法に関する。また、本発明は、この照明光学系を用いて、半導体製造工程で用いられるフォトマスク（以下、単にマスクと呼ぶ。）における欠陥を検出する際に利用される検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査装置や、プロジェクターなどの光学装置では、レーザ光を光源とする照明光学系が利用されている。このような照明光学系では、レーザ光に特有なスペックルノイズを低減あるいは除去する必要がある。
【０００３】
例えば、レーザテレビの場合、レーザ光のスペックルノイズを除去しないと、スクリーンに投影される映像がチラチラするからである。ただし、レーザテレビでは、多少のスペックルノイズが残っていても目視で気付かなければ問題がない場合がある。
【０００４】
これに対して、マスク検査装置において検査光にレーザ光を用いる場合は、僅かなスペックルノイズでも、実際には欠陥が無いのに欠陥が存在すると誤認される擬似欠陥が検出される場合がある。このため、スペックルノイズを可能な限り除去する必要がある。
【０００５】
従来から、レーザ光を回転する拡散板を通過させることにより、スペックルノイズを除去する方法が知られている（特許文献１、２）。拡散板を通過したレーザ光がロッド型ホモジナイザ（或いはロッド型インテグレータとも呼ばれる。）を通過することで、空間的に均一なビームが形成される。
【０００６】
しかしながら、拡散板を回転させることでスペックルノイズを低減させる方法の場合、光量損失が大きいという問題がある。その理由の一つは、拡散板からの出射光の拡がり角（拡散角）が大きすぎるためである。例えば、拡散板の直後にロッド型ホモジナイザを配置した場合、拡散板からの出射光の拡散角が大きいと、ホモジナイザ内部で全反射を繰り返して進むことができなくなる大きな角度で入射する成分が多く、照明するサンプル面まで効率よく光を伝達することができなかった。
【０００７】
非特許文献１には、拡散板の代わりに、回転位相板を用いてスペックルノイズを低減する方法が記載されている。回転位相板は、ガラスからなる円板の表面全体に深さの異なる小さなピットが彫られたものである。回転位相板を用いることにより、出射光の拡がり角をある程度抑えることができるため、光量損失を低減させることが可能である。しかし、回転位相板は複雑な構造を有しているため、製造が難しく、コストが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−５９７９９号公報
【特許文献２】特開平６−２０８０８９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】東芝レビュー、第５８巻、第７号、第５８〜６１頁、２００３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、スペックルノイズを低減することができ、かつ光量損失を抑制することができる照明光学系、照明方法及びこれを用いた検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る照明光学系は、入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列され、前記レーザ光を拡散するレンズアレイと、前記レンズアレイを回転させる駆動部とを備えるものである。これにより、コストの増大を抑制することができると共に、スペックルノイズを低減させ、光量損失を抑制することが可能となる。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る照明光学系は、上記の照明光学系において、前記レンズアレイは、入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面のみが不規則に配列されていることを特徴とするものである。これにより、光学部材に対するダメージを抑制することが可能である。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る照明光学系は、上記の照明光学系において、前記レンズアレイにより拡散された拡散光の拡散角度は、前記レンズアレイの出射側に設けられるレンズの開口数に応じて設定されるものである。これにより、光量損失をより効率よく低減することが可能である。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る照明光学系は、上記の照明光学系において、前記レンズアレイにより拡散された拡散光が入射する円錐型光学部材と、前記円錐型光学部材からの拡散光が入射し、全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材とを備えるものである。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記のいずれかに記載の照明光学系と、前記照明光学系から出射されるレーザ光を被検査物に集光する対物レンズとを備えるものである。これにより、検査精度を向上させることが可能である。
【００１６】
本発明の第６の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記対物レンズは、反射屈折型であることを特徴とするものである。本発明は、このような場合に特に有効である。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る照明方法は、入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列されたレンズアレイを回転させ、回転させた前記レンズアレイにレーザ光を入射させて拡散させる。これにより、コストの増大を抑制することができると共に、スペックルノイズを低減させ、光量損失を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ペックルノイズを低減することができ、かつ光量損失を抑制することができる照明光学系、照明方法及びこれを用いた検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係る検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る照明光学系の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る照明光学系において用いられるレンズアレイを説明するための図である。
【図４】実施の形態１におけるレンズアレイの出射光のビーム断面のパターン示す図である。
【図５】一般的な拡散板の出射光のビーム断面のパターンを示す図である。
【図６】実施の形態１におけるロッド型ホモジナイザの出射面でのレーザ光の強度分布を示す図である。
【図７】実施の形態１における検査装置の光学系をシミュレーションすることによって得られる、マスクのパターン面に照射されるレーザ光のＮＡ分布を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る照明光学系の構成を示す図である。
【図９】実施の形態２におけるロッド型ホモジナイザの出射面でのレーザ光の強度分布を示す図である。
【図１０】実施の形態２における検査装置の光学系をシミュレーションすることによって得られる、マスクのパターン面に照射されるレーザ光のＮＡ分布を示す図である。
【図１１】実施の形態３に係る照明光学系の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態３に係る照明光学系の構成の一部を示す図である。
【図１３】実施の形態４に係る照明光学系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について以下に図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態に係る検査装置について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態に係る検査装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、検査装置１０は、光源１１、ミラー１２、１３、偏光ビームスプリッタ１４、λ／４板１５、対物レンズ１６、投影レンズ１７、照明光学系２０Ａを備えている。
【００２２】
検査装置１０は、半導体製造工程で用いられるフォトマスクにおける欠陥を検出する際に利用されるマスク検査装置である。検査装置１０には、検査用光源である光源１１が設けられている。光源１１としては、例えば、直線偏光で発振する紫外レーザ装置が用いられる。なお、光源１１の波長は、照明する用途に応じて適宜変更することができる。ここでは、光源１１は、例えば、直径１ｍｍのレーザ光を出射するものとする。
【００２３】
光源１１からのレーザ光Ｌ１は、ミラー１２、１３で折り返され、照明光学系２０Ａに入射する。検査装置１０には、入射するレーザ光のスペックルノイズを低減させ、かつ光量損失を抑制するため、照明光学系２０Ａが設けられている。照明光学系２０Ａの構成については、後に説明する。
【００２４】
照明光学系２０Ａから出射されるレーザ光Ｌ２は、Ｓ波となっている。レーザ光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ１４に入射すると下方に反射され、λ／４板１５を通過して円偏光に変換される。ここでは、右偏光とする。
【００２５】
円偏光に変換されたレーザ光は、対物レンズ１６を通り、検査対象であるマスク３０のパターン面の検査領域に集光するように照射される。対物レンズ１６は、凹面鏡１６ａ、凸面鏡１６ｂを備える、反射屈折型の対物レンズである。
【００２６】
なお、図１においては、検査対象であるマスク３０として、ペリクル付きのフォトマスクの例を示しているが、これに限定されるものではない。また、パターンは、遮光パターンの他、ハーフトーンパターンや位相シフトパターン等であってもよい。
【００２７】
マスクパターン面で反射した光、すなわち、検査領域から発生する検査光は、反対方向の左偏光になる。検査光は、対物レンズ１６を通過した後、λ／４板１５を通過するとＰ偏光となる。このため、検査光は、偏光ビームスプリッタ１４を通過して上方に進む。上方に進む検査光は、投影レンズ１７を通過した後、光検出器１８で受講される。光検出器１８としては、例えば、ＴＤＩ（Time Delay Integration）カメラ等が用いられる。
【００２８】
ここで、実施の形態１に係る照明光学系２０Ａの構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る照明光学系２０Ａの構成を示す図である。図２に示すように、照明光学系２０Ａは、レンズアレイ２１、駆動部２２、レンズ２３ａ〜２３ｃ、ロッド型ホモジナイザ２４を備えている。
【００２９】
レンズアレイ２１は、入射するレーザ光Ｌ１を拡散する。レンズアレイ２１は、例えば、石英からなる円板である。レンズアレイ２１の一方の表面には、入射するレーザ光Ｌ１の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列されている。
【００３０】
一般的な、略同一の径の凸レンズが等間隔に並べられたマイクロレンズアレイを用いた場合、干渉性が高まって回折光が発生してしまう。その結果、照射させるサンプル面では、光の強弱が生じることになり、均一な強度分布で照明させることは困難である。
【００３１】
本実施の形態では、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面が不規則に配列されている。すなわち、凹面、凸面の位置及び大きさは、ランダムである。レンズアレイ２１は、回転可能に保持されている。レンズアレイ２１には、駆動部２２が接続されている。駆動部２２は、レンズアレイ２１を回転させる。レンズアレイ２１を回転させた状態でレーザ光を通過させることで、スペックルノイズを効率的に低減することができる。
【００３２】
レンズアレイ２１の凹面及び凸面が形成された面を通過する際に、入射するレーザ光は屈折して広がる。レンズアレイ２１により拡散されたレーザ光の拡散角度は、レンズアレイ２１の出射側に設けられるレンズ２３ａの開口数に応じて設定される。すなわち、レンズアレイ２１により拡散されたレーザ光の略全部がレンズ２３ａに入射するように、拡散角及びレンズ２３ａの開口数、レンズアレイ２１とレンズ２３ａとの距離が設定される。レンズアレイ２１の拡散角は９０度以下であることが好ましく、４０度以下であることがより好ましい。このように、拡散角を小さくすることにより、さらに光量損失を抑制することが可能となる。
【００３３】
凹面、凸面のいずれもが形成された場合、レンズアレイ２１の表面は滑らかな凹凸面となっている。なお、レンズアレイ２１としては、入射するレーザ光の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面のみが不規則に配列されているほうが好ましい。レンズアレイ２１の表面に微小な凸面が形成されている場合、例えば、フラット面側からレーザ光を入射させると、レンズアレイ２１を通過した後に、レーザ光が集光して焦点を結ぶことがあるからである。
【００３４】
この場合、レンズアレイ２１の直後に他の光学部材が配置されていると、当該光学部材にダメージが生じることがある。また、凸面が配置されている側からレーザ光を入射すると、レンズアレイ２１の内部でレーザ光が集光し、レンズアレイ２１自体にダメージが生じることもある。表面に凹面のみが形成されているレンズアレイ２１を用いることにより、このようなダメージが生じることなく、スペックルノイズを効率的に低減することが可能となる。
【００３５】
以下、レンズアレイ２１として、表面に多数の微小な凹面がランダムに配置されているものを用いた例について説明する。図３に、本実施の形態において用いられるレンズアレイ２１の表面の拡大写真を示す。図３に示すように、本実施の形態におけるレンズアレイ２１では、光源１１から出射されるレーザ光の径よりも小さい、直径１００μｍ以下の様々な径の凹面がランダムに配置されている。なお、レンズアレイ２１の表面形状は、コンフォーカル顕微鏡やＡＦＭ（Atomic Force Microscope）を用いて測定することで確かめることができる。
【００３６】
レンズアレイ２１の表面に凹面を一定の間隔で整然と並べると、異なる凹面を通過するレーザ光同士で干渉し合うため、スペックルノイズを効率よく低減できない。上述の様々な径の凹面をランダムに配置したレンズアレイ２１は、フラットな石英板から、電子ビームやレーザビームを用いて、凹レンズ状に彫るように直接加工して形成することができる。又は、ゾル・ゲル法により石英板を合成する際に、凸レンズ状の金型を押し付けることで凹レンズ状に形成してもよい。
【００３７】
或いは、大きさや高さが異なる、ランダムに配置された凹凸形状を有する一般的な拡散板をエッチングすることによって、凹レンズ状に溶かすようにしてもよい。これにより、安価に上述のレンズアレイ２１を実現することができる。
【００３８】
図３に示すレンズアレイ２１に平行なレーザ光を入射させた場合の出射光のビーム断面のパターンを蛍光紙に照射して観察した写真を図４に示す。比較として、一般的な拡散板について、同様に観察した写真を図５に示す。図４、５から分かるように、本実施の形態におけるレンズアレイ２１では、拡散板よりも出射光のビームの拡がり角（拡散角）が低減されている。図３に示すレンズアレイ２１では、全角３０度以内に、出射した全光量の約９９％が含まれることが実測された。
【００３９】
レンズアレイ２１の出射側には、レンズ２３ａが設けられている。駆動部２２により回転させたレンズアレイ２１に入射したレーザ光Ｌ１は、凹面で屈折され、全角３０度程度の緩やかな角度で広がって進む。このため、レンズアレイ２１に入射したレーザ光Ｌ１は、全てレンズ２３ａに入射する。これにより、光量損失を低減することができる。
【００４０】
レンズ２３ａに入射したレーザ光は平行ビームに変換され、次のレンズ２３ｂを通ることで、ロッド型ホモジナイザ２４の入射面に集光する。ロッド型ホモジナイザ２４は、例えば、透明で屈折率が高い材質で形成された四角柱状の導光部材である。ロッド型ホモジナイザ２４における光の伝播方向が長手方向となっている。
【００４１】
ロッド型ホモジナイザ２４の材質は、周囲（例えば、空気）よりも屈折率が高いものであればよい。ロッド型ホモジナイザ２４は、例えば、石英、フッ化物又は樹脂などで形成することができる。ロッド型ホモジナイザ２４に入射したレーザ光は、ロッド型ホモジナイザ２４の側面で全反射を繰り返しながらその内部を伝播し、入射面と反対側の出射面から出射する。ロッド型ホモジナイザ２４の内部において、入射されたレーザ光の空間的な光強度分布が均一化される。
【００４２】
ロッド型ホモジナイザ２４の出射側には、レンズ２３ｃが設けられている。ロッド型ホモジナイザ２４から出射したレーザ光がレンズ２３ｃを通過することにより、平行ビームであるレーザ光Ｌ２が形成される。
【００４３】
本実施の形態に係る検査装置１０では、ロッド型ホモジナイザ２４の出射面が検査対象のマスク３０のパターン面に投影照明される。従って、ロッド型ホモジナイザ２４の出射面でのレーザ光の強度分布は、マスク３０のパターン面の検査領域に照射されるレーザ光の強度分布と等しい。そこで、図６に、ロッド型ホモジナイザ２４の出射面でのレーザ光の強度分布を示す。
【００４４】
図６に示すように、ロッド型ホモジナイザ２４からのレーザ光は、略均一な強度分布となっている。なお、図６では、ロッド型ホモジナイザ２４の断面が正方形であることから、正方形のビームパターンが得られている。
【００４５】
また、図７に照明光学系２０Ａを用いた検査装置１０の光学系をシミュレーションすることによって得られる、マスク３０のパターン面に照射されるレーザ光の角度分布に関するＮＡ分布を示す。図７では、照明パターン内の光の相対強度を示している。図７に示すように、本実施の形態では、円形の照明パターンが形成される。この照明パターン内では、略均一な強度分布が得られている。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態では、入射するレーザ光Ｌ１の径よりも小さい、それぞれ異なる径の複数の凹面及び凸面の少なくともいずれか一方が不規則に配列されているレンズアレイ２１を回転させ、レーザ光を入射させている。これにより、レーザ光のスペックルノイズを低減させることが可能となる。また、レンズアレイ２１の拡散角を小さくすることができ、光量損失を抑制してサンプル面まで導くことが可能となる。
【００４７】
また、レンズアレイ２１の凹面が形成された面をレーザ光の出射面側とした場合でも、その反対に凹面が形成された面をレーザ光の入射面側とした場合でも、レーザ光は、単に広がりながら進むだけであり、集光することはない。このため、レンズアレイ２１自体へのダメージはもちろん、その直後に配置される他の光学部材へのダメージも防止することができる。
【００４８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る照明光学系２０Ｂの構成について、図８を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係る照明光学系２０Ｂの構成を示す図である。図８において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態に係る照明光学系２０Ｂは、図１に示す照明光学系２０Ａの代わりに用いられるものである。
【００４９】
照明光学系において、照明光を照射させるサンプル面における照明光のＮＡ分布を様々な分布に変形することがある。例えば、マスク検査装置において、検出感度を高めるために、ＮＡの小さい成分、すなわちサンプル面に垂直に入射する成分をカットした輪帯照明と呼ばれる照明パターンを用いることがある。
【００５０】
輪帯照明にすることで、サンプル面から垂直に進む０次光が抑制される。その結果、観察するための拡大投影面では、例えば＋１次と−１次との干渉で結像することから、０次を含む３つの回折光による結像の場合に比べて鮮明に結像するからである。
【００５１】
本実施の形態では、照明光学系２０Ｂが輪帯照明を形成する例について説明する。図８に示すように、照明光学系２０Ｂは、レンズアレイ２１、駆動部２２、レンズ２３ａ〜２３ｃ、ロッド型ホモジナイザ２４、円錐レンズ（アキシコンレンズ）２５ａ、２５ｂを備えている。
【００５２】
輪帯照明パターンを形成するためには、レンズアレイ２１とロッド型ホモジナイザ２４との間に、円錐光学部材を配置すればよい。本実施の形態では、円錐光学部材として２つの円錐レンズ２５ａ、２５ｂを設けた例について説明する。具体的には、レンズ２３ａとレンズ２３ｂとの間に、円錐レンズ２５ａ、２５ｂが設けられている。
【００５３】
円錐レンズ２５ａ、２５ｂは、円錐面とこれに対向する平面を有している。円錐レンズ２５ａ、２５ｂは、それぞれの平面が対向するように、互いに反対側の向きに並べられている。すなわち、レンズ２３ａには円錐レンズ２５ａの円錐面が対向しており、レンズ２３ｂには円錐レンズ２５ｂの円錐面が対向している。
【００５４】
レーザ光がこれらの２つの円錐レンズ２５ａ、２５ｂを通過することにより、リングビームが形成される。すなわち、リングビームでは、光軸と平行に進む成分が除外される。このリングビームは、レンズ２３ｂによりロッド型ホモジナイザ２４の入射面に集光される。ロッド型ホモジナイザ２４内を通過することにより、ロッド型ホモジナイザ２４の出射面での光強度分布は、図９に示すように略均一になる。なお、図９においても、ロッド型ホモジナイザ２４の断面が正方形であることから、正方形のビームパターンが得られている。
【００５５】
また、図１０に照明光学系２０Ｂ用いた場合において、シミュレーションすることによって得られるＮＡ分布を示す。本実施の形態では、リングビームをロッド型ホモジナイザ２４内にレンズ２３ｂで絞って入射させている。上述のように、リングビームには、光軸に平行に進む光線の成分が無い。このため、図１０に示すように、ロッド型ホモジナイザ２４の出射面でのＮＡ分布は中空、すなわち輪帯照明になっている。つまり、ＮＡがに近い成分が除外された照明光が形成される。
【００５６】
従来、例えば、米国特許第７３０４７３１号明細書に記載されているように、照明パターンを輪帯状に変更する場合、所定の形状の遮光板を瞳面に配置して、ビームの中心部をブロックしていた。この場合、レーザ光の一部がカットされるため、光量損失が大きいという問題があった。しかしながら、本発明によれば、円錐レンズ２５ａ、２５ｂにより入射されるレーザ光の光量損失を伴わずに、輪帯照明パターンを実現することができる。これにより、レーザ光のパワーを有効に利用できる。
【００５７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る照明光学系２０Ｃについて、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施の形態に係る照明光学系２０Ｃの構成を示す図である。図１１において、図２、８と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態に係る照明光学系２０Ｃは、図１に示す照明光学系２０Ａの代わりに用いられるものである。
【００５８】
照明光学系２０Ｃは、照明光学系２０Ｂと同様に輪帯照明パターンを形成する。図１１に示すように、照明光学系２０Ｃは、レンズアレイ２１、駆動部２２、レンズ２３ａ〜２３ｃ、ロッド型ホモジナイザ２４、円錐レンズ２５を備えている。
【００５９】
照明光学系２０Ｃでは、円錐レンズ２５が、ロッド型ホモジナイザ２４の直前に配置されている。レンズアレイ２１から広がって進むレーザ光は、最初のレンズレンズ２３ａで平行光にされる。そして、平行光は、次のレンズ２３ｂで絞られながら進み、円錐レンズ２５の円錐面に入射する。
【００６０】
図１２に、照明光学系２０Ｂにおける円錐レンズ２５とロッド型ホモジナイザ２４の部分の拡大図を示す。図１２に示すように、レンズ２３からのレーザ光は、その中心（光軸）が円錐レンズ２５の円錐面の頂点を通過するように、円錐レンズ２５に入射する。円錐レンズ２５に入射するレーザ光は、レンズ２３ｂによってそのビーム径が小さくなりながら進む。このレーザ光が円錐レンズ２５に入射すると、光軸を中心として半径方向に均等に屈折する。これにより、光軸に平行な成分がなくなり、輪帯照明パターンが形成される。
【００６１】
なお、円錐レンズ２５から出射されるレーザ光は、伝播するとリング状に広がっていく。このため、大きく広がる前に、ロッド型ホモジナイザ２４内に全て入射できるように、円錐レンズ２５とロッド型ホモジナイザ２４とが近接配置されている。本実施の形態は、実施の形態２と比較すると円錐レンズ２５が１枚で済み、コスト的に有利である。
【００６２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る照明光学系２０Ｄについて、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施の形態に係る照明光学系２０Ｄの構成を示す図である。図１３において、図２、８と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態に係る照明光学系２０Ｄは、図１に示す照明光学系２０Ａの代わりに用いられるものである。
【００６３】
照明光学系２０Ｄでは、円錐光学部材として、円錐レンズ２５の代わりに同心二重円錐鏡２６を用いている。同心二重円錐鏡２６は、凸型の円錐面と凹型の円錐面とが、中心軸が一致するように、対向配置され一体化された反射性部材である。同心二重円錐鏡２６は、レンズ２３ａとレンズ２３ｂとの間に配置されている。
【００６４】
レンズアレイ２１から広がって進むレーザ光は、レンズ２３ａで平行光となる。この平行光が同心二重円錐鏡２６に入射する。同心二重円錐鏡２６では、入射するレーザ光はまず凸型の円錐面で反射され、凹型の円錐面のほうへ反射される。そして、レーザ光は、凹型の円錐面で反射されてリングビームとなり、レンズ２３ｂに入射する。これにより、実施の形態２、３と同様に、光量損失を伴わずに、輪帯照明パターンを形成することができる。
【００６５】
ところで、上述したように、検査装置１０では、対物レンズ１６に反射屈折型のものを用いている。対物レンズ１６の上方側から入射するレーザ光は、対物レンズ１６の凸面鏡１６ｂに当たり、広がりながら上方に配置された凹面鏡１６ａの方向に進む。そして、レーザ光は、凹面鏡１６ａで反射されて集光しながら進み、マスク３０のパターン面で集光される。
【００６６】
対物レンズ１６に入射するレーザ光が普通のビーム（すなわち、中実ビーム）の場合、ビーム断面の中心部周辺が凸面鏡１６ｂで反射して、入射した進路と逆方向に戻される。その結果、偏光ビームスプリッタ１４を透過して、光検出器１８に当たることがある。この場合、フレアが発生して、検査装置１０の検出精度が悪化してしまう。
【００６７】
これに対して、輪帯照明を用いることで、凸面鏡１６ｂから直接性反射するレーザ光が除外される。照明光学系２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを用いることにより、光量損失なく輪帯照明を形成することができるため、光源１１からのレーザ光の略全てをマスク３０のパターン面に照射させることができる。なお、反射屈折柄の対物レンズ１６に関しては、例えば、米国特許第６８４２２９８号明細書、米国特許第６８０１３５７号明細書等に記載されている。
【００６８】
以上説明したように、本発明よれば、光量損失なくスペックルノイズを低減できる。さらに、円錐光学部材を用いることにより、光量損失なく輪帯照明を形成できる。このため、多くの光量が必要なマスク検査装置の照明光学系に最適である。マスク検査装置に本発明に係る照明光学系を用いることにより、光源であるレーザ装置のレーザパワーを増やさなくても、マスクのパターン面に十分な光量で照明できるようになる。これにより、ＳＮ比を高めることができ、欠陥検出感度を向上させることができる。
【００６９】
また、レーザを光源としたディスプレイに適用した場合、レーザ光のパワーを有効に利用できる本発明に係る照明光学系を用いることにより、装置の小型化を実現することが可能となる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明に係る照明光学系は、上述したように検査装置に適用できるだけでなく、プロジェクター、露光装置などの光学装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  検査装置
１１  光源
１２  ミラー
１３  ミラー
１４  偏光ビームスプリッタ
１５  λ／４板
１６  対物レンズ
１６ａ  凹面鏡
１６ｂ  凸面鏡
１７  投影レンズ
１８  光検出器
２０  照明光学系
２１  レンズアレイ
２２  駆動部
２３  レンズ
２４  ロッド型ホモジナイザ
２５  円錐レンズ
２６  同心二重円錐鏡
３０  マスク
【図１】
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【図２】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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