(57)【要約】【課題】高温条件下の装置内部であっても温度による影響を回避することのできる光学系を提供する。【解決手段】本発明の光学系２、３、４は、少なくともレンズ系を含む光学素子群を気密に包囲するカバー部材１２が設けられ、カバー部材１２には冷却用空気を取り入れるための導入口１３と、冷却用空気が送流するための冷却用通路１５と、冷却用空気を取り出すための排出口１４とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともレンズ系を含む光学素子群を気密に包囲するカバー部材が設けられ、該カバー部材には冷却用空気を取り入れるための導入口と、冷却用空気が送流するための冷却用通路と、前記冷却用空気を取り出すための排出口とを備えていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記冷却用通路を流通後の冷却空気を前記排出口に向けて環流させる環流通路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記カバー部材が内筒と外筒とから構成され、前記冷却用通路が内筒と外筒との間に設けられ、前記内筒の内部に前記光学素子群が配列されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記冷却用通路を流通する冷却用空気の温度を測定する温度センサを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記カバー部材は前記光学素子群を支承することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の光学系。
【請求項６】
前記冷却用空気は、前記光学素子群の光軸方向に沿って送流されることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
前記カバー部材は前記光学素子群と共に光源を包囲し、前記導入口は光源側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記レーザー光源部から発生した照射光を照射対象物に向けて照射レンズ系を少なくとも有する照射光学系と、前記照射対象物により反射又は散乱された光を受光する受光レンズ系を有する受光光学系とが設けられ、該受光光学系により受光した反射又は散乱光に基づき前記照射対象物の検査を行う装置において、
前記照射光学系は、前記レーザー光源部と前記照射レンズ系とを気密に包囲するカバー部材が設けられ、該カバー部材には冷却用空気を取り入れるための導入口と、冷却用空気が送流するための冷却用通路と、冷却用空気を取り出すための排出口とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記カバー部材が内筒と外筒とから構成され、前記冷却用通路が内筒と外筒との間に設けられ、前記内筒の内部に前記光源部と前記レンズ系とが配列されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記冷却用空気が清浄空気であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のうちのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともレンズ系を含む光学素子群への熱による影響を低減することのできる光学系及びこの光学系を用いた半導体製造装置等の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスでは、半導体膜の膜形成工程でウエーハに半導体を焼き付け等により形成し、この半導体が形成されたウエーハを次工程に移送して、各種の検査工程で検査を行っている。
【０００３】
その検査工程には、膜厚検査装置により半導体膜の厚さを検査する膜厚検査工程、パターン形状検査装置によりウエーハ面上に形成された半導体のパターン形状を検査する外観検査工程、表面検査装置によりウエーハ面上に形成された半導体膜の表面欠陥を検査する表面検査工程等がある。
【０００４】
これらの各検査装置には、照射光学系と受光光学系とが設けられ、例えば、表面検査装置には、レーザー光源部から発生した照射光を照射対象物としての高速回転中のウエーハに向けて照射する光学素子群としての照射レンズ系を有する照射光学系と、高速回転中のウエーハにより反射又は散乱された光を受光する光学素子群としての受光レンズ系を有する受光光学系とが設けられ、受光光学系により受光した反射光又は散乱光に基づき照射対象物の表面の欠陥検査を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
従来、この半導体製造プロセスでは、ウエーハ面上への膜形成工程と各検査工程とは別個独立であり、各検査装置の光学系は装置内部が清浄で環境温度が略一定に保たれたいわゆるクリーンルーム内に設置されている。例えば、その装置内部は、空調により２０°Ｃ前後の温度に制御され、装置内部は密閉されて清浄な空気が循環するようにされているので、装置内部の光学系を構成する光学素子群や検出素子等が温度変化による膨張・収縮等の影響を受けずに安定に保たれている。
【０００６】
ところで、近年、半導体の製造プロセスの分野では、他品種少量生産の要請、コスト低減の要請、製造効率の向上の要請に伴って、同一装置の内部で膜形成工程から各検査工程までの一連の作業を行うＡＰＣ（Ａｄｖａｎｎｃｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）という概念が普及しつつある。
【０００７】
すなわち、従来、別々の装置で行われていたウエーハへの膜形成工程から各種検査工程までの一連の作業を一つの装置内でまとめて行うことができるようにし、自動化の推進を図り、コスト低減、製造効率の向上を図ることが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２３５４２９号公報（第５−７頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、膜形成工程では、例えば、気相成長により膜を形成するＣＶＤ（化学蒸着法）が用いられている。このＣＶＤ（化学蒸着法）は、特殊ガスをウエーハ表面に供給して炉内で化学反応を起こさせ、その反応で生成された分子層をウエーハ上に形成するものであるが、化学反応をスムーズに進行させるために、熱エネルギー、プラズマエネルギーを加えている。これにより、酸化シリコン層膜、窒化シリコン層膜、金属層膜、シリコン・金属化合物層膜等が形成される。
【００１０】
この膜形成工程では、ウエーハや炉が高温になるため、製造装置内の温度が上昇する。
【００１１】
このため、検査装置内に設置される照射光学系、受光光学系を構成する光学素子群、光源部が温度変化、熱輻射による影響、例えば、膨張・収縮を起こし、また、レーザー光源部の場合には波長変化等が生じ、表面検査装置の場合には、半導体ウエーハに照射するレーザー光の波長や照射角度が変化し、ひいては検出精度が低下する。
【００１２】
装置内部の温度が自然に低下するまで待って、検査を行うことも考えられるが、装置内部の温度が自然冷却されるまで待つことにすると、待ち時間を設けなければならず、その分スループットが減少して生産効率が著しく低下し、急速に装置内部を冷却すると、ウエーハに好ましくない物性変化が生じる。
【００１３】
また、装置内部を飛来する原子・分子が照射光学系、受光光学系を構成する各光学素子に付着し、光学素子群が汚損するおそれもある。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、高温条件下の装置内部であっても温度による影響を回避することのできる光学系及びこれを用いた装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光学系は、少なくともレンズ系を含む光学素子群を気密に包囲するカバー部材が設けられ、該カバー部材には冷却用空気を取り入れるための導入口と、冷却用空気が送流するための冷却用通路と、前記冷却用空気を取り出すための排出口とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の光学系は、前記冷却用通路を流通後の冷却空気を前記排出口に向けて環流させる環流通路を備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の光学系は、前記カバー部材が内筒と外筒とから構成され、前記冷却用通路が内筒と外筒との間に設けられ、前記内筒の内部に前記光学素子群が配列されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の光学系は、前記冷却用通路を流通する冷却用空気の温度を測定する温度センサを設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の光学系は、前記カバー部材は前記光学素子群を支承することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の光学系は、前記冷却用空気は、前記光学素子群の光軸方向に沿って送流されることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の光学系は、前記カバー部材は前記光学素子群と共に光源を包囲し、前記導入口は光源側に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の装置は、前記レーザー光源部から発生した照射光を照射対象物に向けて照射レンズ系を少なくとも有する照射光学系と、前記照射対象物により反射又は散乱された光を受光する受光レンズ系を有する受光光学系とが設けられ、該受光光学系により受光した反射又は散乱光に基づき前記照射対象物の検査を行う装置において、
前記照射光学系は、前記レーザー光源部と前記照射レンズ系とを気密に包囲するカバー部材が設けられ、該カバー部材には冷却用空気を取り入れるための導入口と、冷却用空気が送流するための冷却用通路と、冷却用空気を取り出すための排出口とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の装置は、前記カバー部材が内筒と外筒とから構成され、前記冷却用通路が内筒と外筒との間に設けられ、前記内筒の内部に前記光源部と前記レンズ系とが配列されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の装置は、前記冷却用空気が清浄空気であることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は表面検査装置の光学系の概要図であって、この図１において、１は膜形成装置と同一筐体の内部に配設された表面検査装置である。この表面検査装置１は、照射光学系２と第１受光光学系３と第２受光光学系４と変位装置５とを備えている。
【００２６】
照射光学系２は半導体レーザー光源部６、第１照射レンズ系７、偏向ミラー８、第２照射レンズ系９から大略構成されている。これらの半導体レーザー光源部６、第１照射レンズ系７、偏向ミラー８、第２照射レンズ系９は光学素子群を構成しており、符号Ｏ１はその照射光学系２の照射光軸である。
【００２７】
第１受光光学系３は光学素子群としての受光レンズ系１０と検出素子（符号を略す）とを有し、第２受光光学系４は光学素子群としての受光レンズ系１１と検出素子（符号を略す）とを有する。
【００２８】
照射光学系２は照射対象物としての半導体ウエーハＱの検査点Ｐに向けてレーザー光を照射し、第１受光光学系３は半導体ウエーハＱの表面の検査点Ｐにおいて反射又は散乱された散乱光を第１散乱方向から受光し、第２受光光学系４は半導体ウエーハＱの表面の検査点Ｐにおいて反射又は散乱された散乱光を第２散乱方向から受光する。変位装置５は半導体ウエーハＱを照射光学系２の照射光軸Ｏ１に対して相対的に直線・回転変位させる。
【００２９】
その照射光学系２には図２に示すように半導体レーザー光源部６、第１照射レンズ系７、偏向ミラー８、第２照射レンズ系９を気密に包囲するカバー部材１２が設けられている。このカバー部材１２は、耐熱性を有する熱硬化性樹脂材料により形成され、照射光軸Ｏ１の方向に沿って延びている。また、カバー部材１２に断熱性を持たせることにより、より一層熱による影響を防止することができる。そのカバー部材１２は内部に空気だまりが生じないように滑らかな内形状とされている。また、カバー部材１２は光学素子群を支承するようにしても良い。
【００３０】
そのカバー部材１２には半導体レーザー光源部６に近い側に冷却用空気の導入口１３と排出口１４とが設けられている。そのカバー部材１２は光軸方向に沿って冷却用空気を送流するための冷却用通路１５とカバー部材１２の先端部で流れの方向が反転された冷却用空気を排出口１４に向けて環流させる環流通路１６とが設けられている。
【００３１】
その冷却用通路１５と環流通路１６とは、仕切り板１７によって仕切られている。その冷却用通路１５には半導体レーザー光源部６、第１照射レンズ系７、偏向レンズ８、第２照射レンズ系９が配設されている。カバー部材１２の先端部には透明板１８が設けられている。冷却用通路１５と環流通路１６とはその透明板１８の設置個所で合流されている。照射光学系２のレーザー光はその透明板１８を介して半導体ウエーハＱに照射される。
【００３２】
透明板１８には、ウエーハＱからの輻射を反射するコーティング処理を施すと良い。また、照射レンズ系９を構成するレンズの１枚を兼ねても良い。
【００３３】
その導入口１３と排出口１４とには、フィルター部材１９、２０が設けられ、清浄な冷却空気がその導入口１３から冷却用通路１５に取り入れられるようになっている。その冷却用空気の送流には、空気ポンプ、冷却ファン等の空気供給源を用いる。
【００３４】
この照射光学系２によれば、この照射光学系２を構成する光学素子群が冷却用空気によって常時一定の温度に保たれるので、装置内部が高温条件下にあっても、温度による影響を受けることを避けることができる。
【００３５】
図２では、環流通路１６を下部に配置することにより、環流通路１６を流れて排出される冷却空気により、ウエーハＱ等からの輻射によるカバーの温度上昇が照射光学系に対して影響することを防止している。また、カバー部材１２に断熱系部材を配置しても良い。
【００３６】
また、図２における環流通路１６を冷却用通路１５の上方に配置することにより、冷却空気の流通をより円滑にすることも可能である。この場合、カバー部材１２の下部にはウエーハＱからの輻射による温度変化を防止する手段を用いることが望ましい。
【００３７】
図２では、半導体レーザー光源部６が１個の場合について説明したが、図３に示すように、照射光学系２が半導体レーザー光源部６を２個有する場合には、冷却用通路１５の導入口１９を二カ所設け、光軸Ｏ１の途中で冷却用通路１５を合流させる構成とすることもできる。なお、その図３において、２１は偏向ミラー、２２は光軸合成用のハーフミラーである。
【００３８】
このような構成とすることにより、レーザー光源部２の温度変化をより一層低減できる。
【００３９】
また、図２では、光軸Ｏ１に沿う方向に沿ってカバー部材１２を細長く延びる構成としたが、図４に示すように複数個の偏向ミラー２３〜２６を半導体レーザー光源部６から偏向ミラー８に至る光路途中に設けることにより、照射光学系２の構成のコンパクト化を図ることもできる。
【００４０】
また、図５に示すように、カバー部材１２の冷却用通路１５を構成する構成壁部であって半導体レーザー光源部６と第１照射レンズ系７との間、カバー部材１２の環流通路１６を構成する構成壁部であって透明板１８の近傍部分、カバー部材１２の環流通路１６を構成する構成壁部であって排出口１４に近い部分に温度センサー２７〜２９を設け、この温度センサー２７〜２９により冷却用通路１５を流れる冷却用空気の温度をコントロールするようにしても良い。
【００４１】
このように構成すると、照射光学系２の温度安定化を図ることができる。特に、照射対象物である半導体ウエーハＱの熱輻射の影響を受けて温度上昇し易い透明板１８近傍の温度変化を抑制できる。
【００４２】
更に、図６に示すように、カバー部材１２を内筒１２Ａと外筒１２Ｂとから構成し、内筒１２Ａと外筒１２Ｂとの間に冷却用通路１５と環流通路１６とを形成すると共に、内筒１２Ａの内部に光学素子群を配置する構成とすることもできる。内筒１２Ａの先端には透明板１８に対向する透明板３０が設けられて、内筒１２Ａの内部は気密に保たれている。なお、符号３１は冷却用通路１５と環流通路１６とを連通する通気口である。
【００４３】
このように構成すれば、半導体レーザー光源部６、第１照射レンズ系７、偏向ミラー８、第２照射レンズ系９のより一層の温度安定化を図ることができる。
【００４４】
また、内筒１２Ａの内部は気密に保持されるので、冷却用空気の送流に起因する異物の光学素子群への付着も避けることができる。
【００４５】
ここでは、冷却用通路１５を下部に、環流通路１６を上部に設けることにより、空気が暖められることにより生じる気流によって環流通路１６を冷却空気が円滑に流れるように構成できる。
【００４６】
以上、発明の実施の形態では、照射光学系２についてのみカバー部材１２を設けて、光学素子群の温度安定化を図るようにしたが、図１に示すように、第１受光光学系３、第２受光光学系４についても、カバー部材１２を設けて光学素子群の温度安定化を図ることもできる。
【００４７】
表面検査装置では、装置内部を清浄に保つため、装置内部の上方から下方に向けて清浄空気を流通させる場合があるが、この場合、カバー部材１２の外部断面形状は清浄空気の流れを阻害しない形状であることが望ましい。また、カバー部材１２に設けられる排気口を被照射対象であるウエーハＱにより装置内清浄空気の流れに対して下流に配置することにより、冷却用清浄空気による異物付着を防止するようにしても良い。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項７に記載の光学系によれば、高温条件下の装置内部であっても温度による影響を回避することができる。
【００４９】
特に請求項３に記載の光学系によれば、冷却用空気の送流による冷却条件のもとでも光学素子群への異物の付着を確実に防止できる。
【００５０】
特に、請求項４に記載の光学系によれば、冷却用空気を温度調節できるので、カバー部材の内部の光学素子群の温度を安定して一定に保つことができる。
【００５１】
請求項８ないし請求項１０に記載の装置によれば、高温条件下の装置内部であっても測定精度を劣化させることなく検査を行うことができる。
【００５２】
また、冷却用空気が直接照射対象物に当たらないので、照射対象物の物性的変化を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる表面検査装置の概要図である。
【図２】図１に示す光学系の断面図である。
【図３】図１に示す照射光学系の第１変形例を示す図である。
【図４】図１に示す照射光学系の第２変形例を示す図である。
【図５】図１に示す照射光学系の第３変形例を示す図である。
【図６】図１に示す照射光学系の第４変形例を示す図である。
【符号の説明】
２…照射光学系（光学系）
３…第１受光光学系（光学系）
４…第２受光光学系（光学系）
６…半導体レーザー光源部（光学素子群）
７…第１照射レンズ系（光学素子群）
８…偏向ミラー（光学素子群）
９…第２照射レンズ系（光学素子群）
１２…カバー部材
１３…導入口
１４…排出口
１５…冷却用通路
１６…環流通路
Ｏ１…光軸
【図１】
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【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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