(57)【要約】【課題】コヒーレント光を使用した照明装置において、干渉を低減し、均一な照明光を得ること。【解決手段】コヒーレント光の光束を反射により複数に分割する第１分割部と、分割された光束が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第１迂回光路と、少なくとも１つの第１迂回光路の一部に配置され、配置されない該第１迂回光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる光路差形成材と、第１迂回光路を通過してきた複数の光束を一体にする第１合成部と、を備え、一体になった光束を照明対象物に照射する、照明装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光の光束を反射により複数に分割する第１分割部と、
分割された光束が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第１迂回光路と、
少なくとも１つの第１迂回光路の一部に配置され、配置されない該第１迂回光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる光路差形成材と、
第１迂回光路を通過してきた複数の光束を一体にする第１合成部と、を備え、
一体になった光束を照明対象物に照射する、照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
第１合成部で一体になった光束を、第１分割部による光束の分割方向とは別方向に、複数に分割する第２分割部と、
第２分割部で分割された光束が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第２迂回光路と、
第２迂回光路を通過してきた光束を一体にする第２合成部と、を備え、
第２合成部で一体になった光束を照明対象物に照射する、照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
照明対象物の前方の光路に配置される、オプティカルインテグレータとコンデンサレンズとを備える、照明装置。
【請求項４】
コヒーレント光の光束を複数に分割する第１分割ステップと、
分割された複数の光束に対して、光路の長短により可干渉距離以上の光路差を発生させる第１迂回ステップと、
分割された少なくとも１つの光束の光路の一部に配置し、配置しない光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる第１光路差形成ステップと、
第１分割ステップで分割された光束を一体にする第１合成ステップと、を備え、
一体になった光束を照明対象物に照射する、照明方法。
【請求項５】
請求項４に記載の照明方法において、
第１合成ステップで一体になった光束を、第１分割ステップによる光束の分割方向とは別方向に、複数に分割する第２分割ステップと、
第２分割ステップで分割された複数の光束に対して、光路の長短により可干渉距離以上の光路差を発生させる第２迂回ステップと、
第２分割ステップで分割された光束を一体にする第２合成ステップと、を備え、
第２合成ステップで一体になった光束を照明対象物に照射する、照明方法。
【請求項６】
マスクのパターンを検査するパターン検査装置において、
コヒーレント光の光束を出力する光源と、
該光束を反射により複数に分割する第１分割部と、
分割された光束が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第１迂回光路と、
少なくとも１つの第１迂回光路の一部に配置され、配置されない該第１迂回光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる光路差形成材と、
第１迂回光路を通過してきた複数の光束を一体にする第１合成部と、
一体になった光束が照射される、パターンを有するマスクと、
パターン画像を受光するセンサと、
センサで受光した画像と基準画像とを比較する比較部と、を備える、パターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光源を使用し、レチクルなどの照明対象物に光を照射する照明装置、照明方法、及び、照明装置を備えたパターン検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケーラー照明では、オプティカルインテグレータにて光束を分割し、これらをコンデンサレンズにて照射対象物面に重畳する構成をとるのが一般的である。このような照明光学系の光源として、例えばレーザのようなコヒーレンシーの高い光源を使用すると、照射対象物面での波面の重ね合わせにより干渉縞が生じ、均一な照明が実現できない問題がある。このような干渉縞の低減を目的として、光源から発した光を複数の領域に分割し、各々の光路中にミラーで迂回光路を形成し、可干渉距離以上の光路差を与えたのちに、それらを合成することでコヒーレンシー（干渉性）を低減する光学系が既に提案されている（特許文献１参照）。また、同様の迂回光路を高屈折率材によって実現する光学系についても提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
しかし、コヒーレンシー低減効果を上げるためには、光束の分割数を増やす必要があるが、ミラーのみで構成する場合、角度、位置合わせ作業が困難となり、生産性が落ちることがある。また、高屈折率材のみで構成する場合、光路差を与えるために長くする必要があり、また、紫外光源の場合は光量損失や高屈折率材のダメージが起こり易くなる。
【特許文献１】特開平１１−３４４６８３
【特許文献２】特開２００５−３３７８５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）本発明は、コヒーレント光を使用して、均一な照明を行えるようにすることにある。
（２）又は、本発明は、コヒーレント光による干渉を低減することにある。
（３）又は、本発明は、コヒーレント光の光束の分割数を簡単な構成で増大できるようにすることにある。
（４）又は、本発明は、コヒーレント光を使用した照明装置やパターン検査装置において、調整が容易な装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、コヒーレント光の光束を反射により複数に分割する第１分割部と、分割された光束が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第１迂回光路と、少なくとも１つの第１迂回光路の一部に配置され、配置されない該第１迂回光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる光路差形成材と、第１迂回光路を通過してきた複数の光束を一体にする第１合成部と、を備え、一体になった光束を照明対象物に照射する、照明装置にある。
（２）また、本発明は、コヒーレント光の光束を複数に分割する第１分割ステップと、分割された複数の光束に対して、光路の長短により可干渉距離以上の光路差を発生させる第１迂回ステップと、分割された少なくとも１つの光束の光路の一部に配置し、配置しない光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる第１光路差形成ステップと、第１分割ステップで分割された光束を一体にする第１合成ステップと、を備え、一体になった光束を照明対象物に照射する、照明方法にある。
（３）また、本発明は、マスクのパターンを検査するパターン検査装置において、コヒーレント光の光束を出力する光源と、該光束を反射により複数に分割する第１分割部と、分割された光が通り、可干渉距離以上の光路差を有する複数の第１迂回光路と、少なくとも１つの第１迂回光路の一部に配置され、配置されない該第１迂回光路との間で可干渉距離以上の光路差を生じさせる光路差形成材と、第１迂回光路を通過してきた複数の光束を一体にする第１合成部と、一体になった光束が照射される、パターンを有するマスクと、パターン画像を受光するセンサと、センサで受光した画像と基準画像とを比較する比較部と、を備える、パターン検査装置にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態による照明装置、照明方法とパターン検査装置について説明する。
【０００７】
（照明装置）
照明装置は、レチクルなどの照明対象物に光を照射する装置である。照明装置は、例えば、レチクルなどの検査対象物のパターンを検査するパターン検査装置、半導体ウェーハや液晶用ガラスにパターンを形成する露光装置に使用される。
【０００８】
図１は、照明装置１０のブロック図を示している。照明装置１０は、レーザ光源１２、第１光学系１６、第１分割部１８、複数の第１迂回光路２０、第１迂回光路２０に配置された光路差形成材２２、第１合成部２４、第２光学系２６を備え、照明対象物２８に光を照射する。レーザ光源１２は、コヒーレント光の光束１４を出力するものである。第１光学系１６は、レーザ光源１２から出力された光束１４を処理する光学系であり、例えば、コリメータレンズを備え、光束１４を拡大するものである。第１分割部１８は、光束１４を複数の光束に分割するものである。複数の第１迂回光路２０は、各光路を光が通過すると、可干渉距離（ｌ）以上の光路差（Ｌ）を生じさせるものである。第１迂回光路２０は、光路の一部に光路差形成材２２を配置する。光路差形成材２２を配置してある光路と、光路差形成材２２を配置していない光路との間で、可干渉距離以上の光路差（Ｌ）を生じている。第１合成部２４は、第１迂回光路２０を通過し、一部光路差形成材２２を通過し、可干渉距離以上の光路差（Ｌ）を生じた複数の光束を分割前の状態に一体にし、合成光束１４０を作成するものである。第２光学系２６は、可干渉距離以上の光路差（Ｌ）を生じた光を照明対象物２８に照射するものであり、例えば、インテグレータやコンデンサレンズから成っている。インテグレータは、フライアイレンズなどにより合成光束１４０を混合するものである。コンデンサレンズは、混合された光を集光して、照明光束として照明対象物２８に照射するものである。このようにして、コヒーレンス光の光束を分割し、コヒーレンシー（干渉性）を低減し、混合して、照射対象物面に重畳することができる。
【０００９】
図２は、コヒーレンス光の光束１４、第１分割部１８、複数の第１迂回光路２０、第１合成部２４、合成光束１４０などを示している。図２（Ａ）は、第１迂回光路２０の側面の摸式図を示している。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の右方向から光路を見た時の合成光束１４０の断面摸式図を示している。光束１４は、第１分割部１８により第１迂回光路２０ａと２０ｂに分割される。第１迂回光路２０ｂは、光路長を調整するミラー３０ａ、３０ｂを備えている。そのため、第１迂回光路２０ｂは、第１迂回光路２０ａよりも光路が長くなり、第１迂回光路２０ａとの光路差は、可干渉距離よりも長くなっている。図２のミラー３０ａ、３０ｂの配置により、第１迂回光路２０ｂは、第１迂回光路２０ａに比して、２倍の可干渉距離以上の光路差（２Ｌ）を持っている。なお、第１分割部１８は、光束を複数に分けることができる部材であれば、どのようなものでもよく、例えばミラーを使用することができる。ミラーの端部を光束１４の途中に配置し、一部の光束１４は、反射することなく第１迂回光路２０ａを通り、他の光束１４は、第１迂回光路２０ｂを通る。
【００１０】
第１迂回光路２０ａと２０ｂの少なくとも一方の光路の一部に光路差形成材２２を配置する。図２では、第１迂回光路２０ａと２０ｂの両方に光路差形成材２２ａ、２２ｂを配置する。光路差形成材２２は、第１迂回光路２０に配置した光路と配置していない光路との間で、可干渉距離以上の光路差（Ｌ）が生ずるものであればよい。光路差形成材２２は、例えば、第１迂回光路２０が真空や空気中などの屈折率の小さな空間であれば、石英板など屈折率の大きい透明材料を使用できる。その場合、屈折率が大きいほど、短い光路差形成材２２を使用することができる。
【００１１】
第１迂回光路２０ａと２０ｂを通過してきた複数の光束は、第１合成部２４により一体化され、合成光束１４０となる。合成光束１４０の断面は、分割領域１５０ａ〜１５０ｄを有している。分割領域１５０ａは、第１迂回光路２０ａを通過し、光路差形成材２２ａを通過しない光束を示している。そのため、分割領域１５０ａの光束は、最短の光路を通過している。分割領域１５０ｂは、第１迂回光路２０ａを通過し、光路差形成材２２ａを通過した光束を示している。そのため、分割領域１５０ａの光束は、光路差形成材２２ａを通過した分、分割領域１５０ａの光束に比して、可干渉距離より長い光路差（Ｌ）を余分に伝播している。分割領域１５０ｃは、第２迂回光路２０ｂを通過し、光路差形成材２２ｂを通過しない光束を示している。そのため、分割領域１５０ｃの光束は、分割領域１５０ａの光束に比して、２倍の可干渉距離以上の光路差（２Ｌ）を余分に伝播している。分割領域１５０ｄは、第２迂回光路２０ｂを通過し、光路差形成材２２ｂを通過した光束を示している。そのため、分割領域１５０ｄの光線は、光路差形成材２２ｂを通過した分、分割領域１５０ａの光束に比して、可干渉距離より長い光路差（３Ｌ）を余分に伝播している。このように、光路分割領域１５０ａ〜１５０ｄの光束は、相互に可干渉距離以上の光路差の光路を通過しているため、相互の干渉の低減が図られている。なお、第１合成部２４は、複数の光束を一体にできるものであればよく、例えば、ミラーを使用することができる。
【００１２】
図２において、第１迂回光路２０ａ、２０ｂは、ミラーによる空間の光路であり、ミラーの角度や位置を調整することにより、光路差を任意に設定することができる。また、光路差形成材２２ａ、２２ｂは、光が通過する距離と屈折率によって、光路差を容易に設定することができる。これらを組み合わせることにより、ミラーの個数や位置や角度の調整を少なくでき、単純な構成で多数の分割領域１５０ａ〜１５０ｄを作成することができる。このようにして、光束の分割数を容易に増やすことができ、ミラーの使用枚数を減らせるので角度、位置合わせ作業が容易になり、また、高屈折率材の使用量を減らせるので、光量損失や高屈折率材のダメージを少なくできる。また、第１分割部２０ａ、２０ｂ、光路差形成材２２ａ、２２ｂの配置方法を変化させることにより、分割領域１５０ａ〜１５０ｄの各光束の光量を均等にすることができる。これにより、コヒーレント光の干渉性をより良く低減することができる。
【００１３】
（第２迂回光路を備えた照明装置）
図３と図４は、図１と図２の照明装置１０に第２分割部３２、第２迂回光路３４、第２合成部３８を備えた照明装置１０の例を示している。図４（Ａ）は、第１迂回光路２０と第２迂回光路３４の側面の摸式図側面を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の右方向から光路を見た時の合成光束１４０と合成光束１４２の断面摸式図を示している。
【００１４】
図４において、第２分割部３２は、第１分割部１８による分割方向とは異なった方向に合成光束１４０を分割している。即ち、第２分割部３２は、第１分割部１８に対して、光束１４０を回転軸として所定の回転角度で回転した状態を示している。所定の回転角度は、例えば９０度とする。その場合、図４（Ａ）の第１迂回光路２０ｂは、第２迂回光路３４ｂとは、直交している。図４（Ｂ）の合成光束１４２の断面は、合成光束１４０に対して左に９０度、回転した状態を示している。
【００１５】
図４の第２分割部３２は、合成光束１４０をミラーなどの光束分割手段により複数に分割する。分割された光束は、第２迂回光路３４ａと３４ｂを通過する。第２迂回光路３４ｂは、ミラー３０ｃと３０ｄを備えている。第２迂回光路３４ｂを通過する光束は、ミラー３０ｃと３０ｄで反射して第２合成部３８に到達する。ミラー３０ｃと３０ｄの配置を調整することにより、第２迂回光路３４ａと３４ｂの光路差を任意に設定でき、図４では、光路差を４Ｌとしている。第２合成部３８では、第２迂回光路３４ａと３４ｂを通過してきた光束が一体となり、合成光束１４２が作成される。このように第２迂回光路３４ａと３４ｂとの間の光路差を４Ｌとすることにより、合成光束１４０の分割領域１５０ａ〜１５０ｄを合成光束１４２の分割領域１５２ａ〜１５２ｈとして、分割領域を２倍に増加することができる。合成光束１４２の分割領域１５２ｂは、分割領域１５２ａに対して、可干渉距離（ｌ）以上の光路差（Ｌ）を備えている。同様に、分割領域１５２ｃ〜１５２ｈは、分割領域１５２ａに対して、可干渉距離以上の光路差（２Ｌ〜７Ｌ）を備えている。このように、コヒーレント光の光束１４は、干渉性が低い多数の分割領域を有することになり、全体としても、干渉性を低減することができる。なお、図示していないが、第２迂回光路３４ａと３４ｂに第１迂回光路２０ａと２０ｂと同様に、光路差形成材２２を配置すると、更に多くの分割領域を作成することができる。
【００１６】
図５は、第２分割部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、第２迂回光路３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、第２合成部３８ａ、３８ｂ、３８ｃとしたものである。光束１４０は、第２分割部３２ａにより第２迂回光路３４ａと第２迂回光路３４ｂ〜３４ｄを通る２つの光束に分割される。第２分割部３２ｂは、第２迂回光路３４ｂと第２迂回光路３４ｃ〜３４ｄを通る２つの光束に分割する。第２分割部３２ｃは、第２迂回光路３４ｃと第２迂回光路３４ｄを通る２つの光束に分割する。第２迂回光路３４ｄは、ミラー３０ｃと３０ｄを備え、第２合成部３８ｃに光束を導く。第２合成部３８ｃは、第２迂回光路３４ｃと３４ｄの光束を合成する。第２合成部３８ｂは、第２迂回光路３４ｃと３４ｄの光束と第２迂回光路３４ｂの光束を合成する。第２合成部３８ａは、第２迂回光路３４ｂ〜３４ｄの光束と第２迂回光路３４ａの光束を合成する。このようにして、第２分割部３２で分割した光束は、第２合成部３８で一体に合成され、合成光束１４４が形成される。第２分割部３２と第２合成部３８は、光束を分割し、合成するものであれば、どのようなものでも良いが、例えばミラーを使用することができる。ミラーの配置や角度の調整により、第２迂回光路３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの光路差を任意に設定できるが、図５では、各々の光路差を４Ｌとしている。
【００１７】
図５（Ｂ）において、光束１４４は、光束１４０を左に９０度回転した図である。図５の第１迂回光路２０で得られた４個の分割領域１５０ａ〜１５０ｄは、第２迂回光路３４により１６個の分割領域１５４ａ〜１５４ｐとなる。各分割領域の光束が通過してきた光路は、各々、光路差（Ｌ）となり、分割領域１５４ａ〜１５４ｐの光路は、分割領域１５４ａに対して、光路差（Ｌ〜１５Ｌ）となる。
【００１８】
図６は、図５の照明装置１０の第１迂回光路２０において、迂回光路を２本から４本に増加したものである。第１分割部１８は、分割部１８ａ〜１８ｃを備え、第１迂回光路２０は、迂回光路２０ａ〜２０ｄを備え、第１合成部２４は、合成部２４ａ〜２４ｄを備えている。第１迂回光路２０ａ〜２０ｄの各光路差は、第１分割部１８、ミラー３０ａと３０ｂ、第１合成部２４の配置により、任意の値に設定できるが、図６では、光路差２Ｌとしてある。各第１迂回光路２０ａ〜２０ｄには、各々、光路差形成材２２ａ〜２２ｄを配置する。合成光束１４６は、分割領域１５６ａ〜１５６ｈの８分割になる。分割領域１５６ｂ〜１５６ｈの光路は、分割領域１５６ａに対して、光路差（Ｌ〜７Ｌ）となっている。図６の第２迂回光路３４は、合成光束１４６を更に４分割して、分割領域１５８ａ〜１５８ｚ、１５８ｚ１、・・、１５８ｚ６の３２個となる。各分割領域の光束が通過してきた光路は、各々、光路差（Ｌ）となり、分割領域の光路は、分割領域１５８ａに対して、光路差（Ｌ〜３１Ｌ）となっている。
【００１９】
（照明方法）
図７は、照明対象物２８に照明光を照射する方法を示している。レーザ光源１２によりコヒーレント光の光束１４が出力される。光束１４は、第１光学系１６により拡大される。拡大された光束１４は、分割部１８により複数の分割領域に分割される（第１分割ステップＳ１０）。分割された複数の光束は、可干渉距離（ｌ）以上の光路差（Ｌ）を備えた第１迂回光路を通過することにより、干渉性が弱められる（第１迂回ステップＳ１１）。第１迂回ステップＳ１１では、分割された光束は光路差形成材２２を配置してある光路と配置していない光路を通過して、相互の干渉性が更に弱められる（第１光路差形成ステップＳ１１１）。可干渉距離以上の光路差を有する光路を通過した複数の光束は、第１合成部２４により合成されて、一体の合成光束となる（第１合成ステップＳ１２）。図１の照明装置１０の場合、この合成光束は第２光学系３６を通して、混合され、重畳されて、照明光として照明対象物２８に照射される。
【００２０】
図３の照明装置１０の場合、合成光束は、再度、複数に分割される（第２分割ステップＳ１３）。第２分割ステップＳ１３は、第１分割ステップによる分割方向とは異なった方向に合成光束１４０を分割する。即ち、第２分割ステップＳ１３は、第１分割ステップに対して、合成光束１４０を回転軸として所定の回転角度で回転する。所定の回転角度は、例えば９０度とする。第２分割ステップＳ１３で分割された複数の光束は、可干渉距離以上の光路差を有する光路を通過する（第２迂回ステップＳ１４）。第２迂回ステップＳ１４において、必要に応じて、分割された光束は光路差形成材２２を配置してある光路と配置していない光路を通過して、相互の干渉性が更に弱められる（第２光路差形成ステップＳ１４１）。第２光路差形成ステップＳ１４１により、更に可干渉距離以上の光路差Ｌを付与することができる。可干渉距離以上の光路差を有する光路を通過した複数の光束は、第２合成部３８により合成されて、一体の合成光束となる（第２合成ステップＳ１５）。合成光束は、第２光学系２６を通して混合され、重畳されて、照明対象物２８に照射される。以上のように各ステップ（Ｓ１０〜Ｓ１５）を取ることにより、コヒーレント光を干渉性の弱い照明光にすることができる。
【００２１】
（パターン検査装置）
図８は、照明装置１０を備えたパターン検査装置５０を示している。パターン検査装置５０は、レチクルなどマスクパターンを有する被検査対象物のパターンの欠陥を検査するものである。パターン検査装置５０は、照明装置１０、マスク５２、対物光学系５４、センサ５６、パターン画像５８と基準画像６４を比較し、欠陥を検出する比較部６６を備えている。マスク５２は、移動制御可能なＸＹθテーブルなどの載置台に載置され、照明装置１０の照射対象物２８である。対物光学系５４は、センサ５６の受光領域にマスクパターンを投影する拡大光学系である。センサ５６は、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤカメラなどマスクパターンを受光して、パターン画像を電気的に取得するものである。パターン画像５８は、メモリに記憶されている。基準画像６４は、ＣＡＤデータ６０をデータ展開部６２で展開してパターン画像５８に類似した画像として作成される。又は、基準画像６４は、パターン画像５８を基準用として使用することもできる。パターン検査装置５０は、コンピュータなど制御系装置と光学画像取得装置を備えている。制御系装置は光学画像取得装置を制御してパターン画像を取得し、また、基準画像６４を作成し、メモリに保存し、比較部６６でパターン画像５８と基準画像６４を比較して、パターンの欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】照明装置のブロック図
【図２】照明装置の光路図と光束の断面図
【図３】第２迂回光路を有する照明装置のブロック図
【図４】第２迂回光路を有する照明装置の光路図と光束の断面図
【図５】第２迂回光路を有する他の照明装置の光路図と光束の断面図
【図６】第２迂回光路を有する他の照明装置の光路図と光束の断面図
【図７】照明対象物に照射光を照射する方法の流れ図
【図８】パターン検査装置のブロック図
【符号の説明】
【００２３】
１０・・照明装置
１２・・レーザ光源
１４・・コヒーレント光の光束
１４０〜１４８・合成光束
１５０〜１５８・合成光束の分割領域
１６・・第１光学系
１８・・第１分割部
２０・・第１迂回光路
２２・・光路差形成材
２４・・第１合成部
２６・・第２光学系
２８・・照明対象物
３０・・ミラー
３２・・第２分割部
３４・・第２迂回光路
３６・・第２光路差形成材
３８・・第２合成部
５０・・パターン検査装置
５２・・マスク
５４・・対物光学系
５６・・センサ
５８・・パターン画像
６０・・ＣＡＤデータ
６２・・データ展開部
６４・・基準画像
６６・・比較部
【図１】
2008002807.tif 000003
【図２】
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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８】
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