(57)【要約】【課題】ビーム形状を測定して補正することにより、センサーの出力変動を補償できるようにする。【解決手段】レーザ発生装置１から発振されたレーザ光の光軸の傾き、及びビーム径を測定するビーム形状モニタ２８，２９と、このビーム形状モニタ２８，２９によって測定された測定値に基づいて光軸の傾きと、ビーム径を所定値に補正する補正ミラー２２、補正レンズ２３と、この補正ミラー２２、補正レンズ２３によって補正されたレーザ光を被検査パターン３４に導き照射させるとともに、被検査パターン３４から反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系Ｋと、この光学系Ｋによって導かれてくるレーザ光を入力して被検査パターン３４の画像を読み取るセンサー３７とを具備する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、
この共振器を支持する支持ベースとを具備し、
前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力することを特徴とするレーザ発生装置。
【請求項２】
光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、
このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光軸の傾き、及びビーム径を測定する測定手段と、
この測定手段によって測定された測定値に基づいて前記光軸の傾き及びビーム径を所定値に補正する補正手段と、
この補正手段によって補正されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、
この光学系によって導かれてくるレーザ光を受光して前記被検査パターンの画像を読み取る読取手段と
を具備することを特徴とする画像読取装置。
【請求項３】
前記測定手段は、前記レーザ発生手段から発振されるレーザ光の光路に沿って所定距離離れて配置された第１及び第２のモニタを有し、これら第１及び第２のモニタによりレーザ光のビーム形状を測定することを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記補正手段は、光軸の傾きを補正する補正ミラーと、ビーム径を補正する補正レンズとを有することを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
【請求項５】
光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、
このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光軸の傾き、及びビーム径を測定する測定手段と、
この測定手段によって測定された測定値に基づいて前記光軸の傾き及びビーム径を所定値に補正する補正手段と、
この補正手段によって補正されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、
この光学系によって導かれてくるレーザ光を入力して前記被検査パターンの画像を読み取る読取手段と、
この読取手段によって読み取られた画像情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段と
を具備することを特徴とする画像検査装置。
【請求項６】
光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、
このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光量を測定する光量センサーと、
この光量センサーによって光量が測定されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、
この光学系によって導かれてくるレーザ光を受光して前記被検査パターンの画像を読み取り、その読取情報を出力する読取手段と、
この読取手段から出力される出力値を前記読取手段の受光時間に対応する時間分の光量変動値に基づいて補正する補正手段と、
この補正手段によって補正された出力情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段と
を具備することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記読取手段の受光時間に対応する時間分の前記光量センサーの出力値を蓄積する蓄積回路と、この蓄積回路で蓄積された出力値に基づいて前記読取手段から出力される出力値を補正する補正回路とを有することを特徴とする請求項８記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、フォトマスク、ウエハ等の微細なパターンを高精度に検査するパターン検査装置に備えられるレーザ発生装置、このレーザ発生装置を備える画像読取装置、及び画像検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のパターン検査装置としては、例えば、図９に示すようなものが知られている。
【０００３】
図中１は、紫外域の光源としてのレーザ発生装置である。このレーザ発生装置１から発生されたレーザの光路中には、所定間隔を存して偏光プリズム２、第１乃至第３のハーフミラー３〜５が配設されている。
【０００４】
第１のハーフミラー３の下方部には、レーザ光の角度ずれを検出するＰＳＤ６が設けられている。ＰＳＤ６には出力回路を介して制御機構７が接続されている。制御機構７には偏光プリズム２が接続され、ＰＳＤ６からの出力に応じて偏光プリズム２が動作されるようになっている。
【０００５】
第３のハーフミラー５の上方部には被検査パターン８にレーザビームを照射する対物レンズ９が設けられている。第３のハーフミラー５の下方部には被検査パターン８からの反射光学像を結像する投影レンズ１１と、光学像を画像信号にするラインセンサー等のセンサー１２と、画像信号をＡ／Ｄ変換してセンサーデータを出力するＡ／Ｄ変換器１３と、後述する光量センサー１７の出力レベルに対して逆数補正する逆数補正機構１４と、データ比較装置１６が配設されている。第２のハーフミラー４の下方部には、レーザビームの光量を測定する光量センサー１７が設けられている。
【０００６】
レーザ発生装置１から発生されたレーザ光は、ＰＳＤ６によりその位置が検出され、その検出出力に応じて制御機構７により偏光プリズム２が動作されてレーザビームの角度が補正される。
【０００７】
また、センサー１２から出力される出力値は、光量センサー１７によって検出された光量変動に応じて補正機構１４により逆数補正され、この補正されたセンサー出力がデータ比較装置１６に入力されて欠陥の有無が検出される。
【０００８】
ところで、紫外線のレーザ発生装置１を検査装置の光源に用いた場合、レーザ発生装置１の出力不安定性により光軸変動や光量変動が生じ、安定した検査や測定が期待できなくなるという問題がある。
【０００９】
そこで、従来においては、上記したように、レーザ発生装置１のビームの角度変動を測定して補正する機能や、レーザビームの光量を測定して、ラインセンサーの出力変動を補正する機能を組み込んで、レーザー出力の不安定性に対応するようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来における補正機構では、レーザビームの形状の変化は補正することができないという不都合があった。
【００１１】
また、従来の補正機構では、紫外線の検査、測定で使用される感度が高いＴＤＩ（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサや、露光時間が光量変動に対して長い条件で撮像するセンサーに対しては光量補正が出来ないという問題がある。
【００１２】
さらに、レーザ光源からのレーザビームの出射角度が変動し易いという問題もあった。
【００１３】
これらのことから、従来においては、センサー１２の出力変動を良好に補正することができず、画像読取精度、画像検査精度が低下してしまうという不都合があった。
【００１４】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ビーム形状を補正でき、また、露光時間の長さ等に関係なく光量補正でき、しかも、レーザ光源からのレーザビームの出射角度の変動を極力抑えることができるようにしたレーザ発生装置、画像読取装置及び画像検査装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを具備し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光軸の傾き、及びビーム径を測定する測定手段と、この測定手段によって測定された測定値に基づいて前記光軸の傾き及びビーム径を所定値に補正する補正手段と、この補正手段によって補正されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、この光学系によって導かれてくるレーザ光を受光して前記被検査パターンの画像を読み取る読取手段とを具備する。
【００１７】
請求項５記載の発明は、光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光軸の傾き、及びビーム径を測定する測定手段と、この測定手段によって測定された測定値に基づいて前記光軸の傾き及びビーム径を所定値に補正する補正手段と、この補正手段によって補正されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、この光学系によって導かれてくるレーザ光を入力して前記被検査パターンの画像を読み取る読取手段と、この読取手段によって読み取られた画像情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段とを具備する。
【００１８】
請求項６記載の発明は、光源から発振されたレーザ光を可動ミラーと出力ミラーとの間で共振させる共振器と、この共振器を支持する支持ベースとを有し、前記支持ベースに前記出力ミラーを固定し、この固定した出力ミラーからレーザ光を出力するレーザ発生手段と、このレーザ発生手段から発振されたレーザ光の光量を測定する光量センサーと、この光量センサーによって光量が測定されたレーザ光を被検査パターンに導き照射させるとともに、前記被検査パターンから反射され、または透過するレーザ光を所定方向に導く光学系と、この光学系によって導かれてくるレーザ光を受光して前記被検査パターンの画像を読み取り、その読取情報を出力する読取手段と、この読取手段から出力される出力値を前記読取手段の受光時間に対応する時間分の光量変動値に基づいて補正する補正手段と、この補正手段によって補正された出力情報に基づいて前記被検査パターンの欠陥の有無を検査する検査手段とを具備する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図８に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態であるフォトマスク、ウエハなどのパターンを検査するパターン検査装置を示す構成図である。
【００２１】
図中２１は紫外域の光源としてのレーザ発生装置で、このレーザ発生装置２１から発生されるレーザ光の光路中には、レーザーの光軸を補正する補正手段としての光軸補正ミラー２２、及びレーザーのビーム径を補正するビーム径補正レンズ２３、さらに、第１乃至第４のハーフミラー２４〜２７が配設されている。
【００２２】
第１及び第２のハーフミラー２４，２５の上方部には、レーザビームの位置と形状を測定する測定手段としての第１及び第２のビーム形状モニター２８，２９が配設され、これら第１及び第２のビーム形状モニター２８，２９には、送信回路を介して制御回路３０が接続されている。この制御回路３０により、レーザビームの光軸ずれとビーム径が算出され、この算出値に基づいて光軸補正ミラー２２とビーム径補正レンズ２３が駆動制御される。
【００２３】
第４のハーフミラー２７の上方部にはレーザビームを被検査パターン３４に照射する対物レンズ３３が設けられ、この第４のハーフミラー２７と対物レンズ３３により光学系Ｋが構成されている。
【００２４】
第４のハーフミラー２７の下方部には被検査パターン３４からの反射光学像を結像する投影レンズ３６、この結像された光学像を受光して画像信号とする読取手段としてのセンサー３７、画像信号をＡ／Ｄ変換してセンサーデータを出力するＡ／Ｄ変換器３８、補正手段としての逆数補正回路３９、検査手段としてのデータ比較装置４０が配設されている。
【００２５】
第３のハーフミラー２６の下方部には、レーザビームの光量を測定する光量センサー４２が設けられ、光量センサー４２にはその出力をセンサー露光時間分蓄積する光量蓄積回路４３を介して補正回路３９が接続されている。
【００２６】
図２は紫外レーザ発生装置２１を示す構成図である。
【００２７】
紫外レーザ発生装置２１は基準台４５を備え、この基準台４５上に共振器４６が設けられている。共振器４６は離間対向して配置される可動ミラーとしてのアライメントミラー４７と出力ミラー４８とを有し、アライメントミラー４７と出力ミラー４８との間にはレーザ活性部４９が設けられている。アライメントミラー４７はアライメントアクチェータ５０に取付けられ、出力ミラー４８は基準台４５に固定されている。
【００２８】
図示しない光源から発振された紫外レーザは共振器４６内に導入されてアライメントミラー４７と出力ミラー４８との間で共振される。そして、アライメントアクチェータ５０によってアライメントミラー４７の角度が調整され、出力モニターによって出力が検出される。出力モニターによって検出される検出値がピーク値になると、共振器４６がロックされる。このロック後、出力モニターからの出力信号によりフィードバックコントローラ５１が動作し、制御された励起電力がレーザ活性部４９に入力されて出力ミラー４８からレーザが出力される。
【００２９】
上記したように出力ミラー４８を基準台４５に固定するため、レーザビームの出射角度変動を極力抑えてレーザ出力を安定化できるようになっている。
【００３０】
図３及び図４は、ビーム形状モニター２８，２９によるレーザビームの形状と位置の測定方法を示すものである。
【００３１】
図３は、距離ｄだけ隔てられて配置された２台のビーム形状モニター２８，２９に対するビームの入射角がレーザビームの角度変動により変化することを示している。
【００３２】
図４（ａ）は、第１のビーム形状モニター２８でのレーザビーム形状の測定例を示し、図４（ｂ）は第２のビーム形状モニター２９でのレーザビーム形状の測定例を示している。
【００３３】
第１のビーム形状モニター２８でのレーザビームの中心位置をｘｌ、ｙ１、第２のビーム形状モニター２９でのレーザビームの中心位置をｘ２、ｙ２とすると、Ｘ方向とＹ方向のビームの光軸の傾きは、Ｘ軸傾き＝（ｘ２−ｘｌ）／ｄ、Ｙ軸傾き＝（ｙ２−ｙ１）／ｄとなる。
【００３４】
一方、ビーム形状モニター２８，２９でのレーザビーム径は、ビーム形状のプロファイルから１／ｅなどの閾値でビーム径を測定することができる。
【００３５】
図５は、第１及び第２のビーム形状モニター２８，２９でのレーザビーム径の測定例を示したもので、ビーム形状モニター２８，２９でのレーザビーム径をφ１とφ２とすると、ビーム径の拡がりは（φ２一φ１）／ｄとなる。
【００３６】
図６はレーザービームの光軸の傾きと、ビーム径を補正する方法を示すものである。
【００３７】
レーザービームの光軸の傾きは、Ｘ方向とＹ方向の角度を補正するミラー２２ａ，２２ｂを用いて実施する。ビーム径の補正方法は、レンズ２３ａ，２３ｂの間隔を制御できるレンズ系により、ビーム径を補正する。
【００３８】
このようにビーム光軸傾きの補正、及びビーム径の補正は、ミラー２２ａ，２２ｂ、レンズ２３ａ，２３ｂを機械的に動かすことが必要で、精度、応答性の良いピエゾなどを用いたアクチュエータが用いられる。
【００３９】
上記したように、ビーム形状測定モニター２８，２９でレーザーのビーム形状、つまりビームの中心位置とビーム径を求め、その結果から光軸の傾きや、ビーム径の補正量を算出する。そして、この算出値に基づいて補正用のミラー２２ａ，２２ｂやレンズ２３ａ，２３ｂを制御して、レーザビームの光軸とビーム径を安定化させるため、センサー出力を安定化することが可能となる。
【００４０】
図７は、画像入力装置内の光量補正回路の構成と、センサー出力の補正方法を示すものである。
【００４１】
センサー３７の出力はＡ／Ｄ変換器３８でＡ／Ｄ変換されて出力補正を行う乗算器５４に入力される。一方、光量センサー４２の出力は、Ａ／Ｄ変換器５５でＡ／Ｄ変換された後、センサー３７の露光時間に対応する時間分の出力値を蓄積する蓄積回路５６に入力され、蓄積した結果（ＳＵＭ）を求める。
【００４２】
ついで、標準で予想される光量センサー４２の蓄積結果を標準値５７として予め設定し、除算器５８において標準値５７を蓄積結果（ＳＵＭ）で除算する。そして、この除算値をセンサー出力補正用の乗算器５４に出力する。
【００４３】
センサー３７のＡ／Ｄ変換後の値と、（標準値／ＳＵＭ）の値とを乗算器５４で乗算することで、光量を補正したセンサー出力を得ることができる。
【００４４】
なお、光量センサー４２のＡ／Ｄ変換のクロックは、検査用センサー蓄積時間に比べ十分に短い間隔で行う。また、センサー３７がＴＤＩセンサーの場合は、クロックとしてＴＤＩセンサーのスキャンクロックを用いればよい。
【００４５】
図８は、光量の補正方法と、従来の補正方法での問題点を説明するものである。
図８（ａ）は光量センサー４２のＡ／Ｄ変換前の出力を示し、図８（ｂ）は光量センサー４２のＡ／Ｄ変換後の出力を示す。
図８（ａ）は、光量センサー４２の出力変動に比べ、センサー３７の露光時間が長い場合の例である。
【００４６】
従来方法による光量補正は、露光時間の終わりなどのある時点での光量モニターの値を用いて光量補正を行う。このとき、露光時間が長かったり、ＴＤＩセンサーを用いた場合には、センサー３７の露光時間内に光量の変動が生じてしまうと、センサー３７の露光時間、つまり蓄積時間に対する光量の平均値と、光量センサー４２の出力値との間に誤差が生じてしまい、正確な光量の補正量を求めることができなくなる。
【００４７】
しかし、この実施の形態では、センサー３７の露光時間に対する光量の値を蓄積して測定するため、センサー３７の露光時間、つまり蓄積時間に対する光量の値を正確に求めることができる。このセンサー３７の露光時間に対する光量の値は、露光時間内に蓄積したセンサー光量のＡ／Ｄ変換値の蓄積結果（ＳＵＭ）となる。つまり、標準で予想される光量センサー４２の蓄積結果を標準値５７として予め設定し、その標準値５７をＳＵＭで割ることにより、光量の補正量を正確に求めることができる。
【００４８】
この光量の補正量を使い、センサー３７の出力を補正することで、レーザー光量の変動をリアルタイムに精度よく補正することが可能となる。
【００４９】
なお、上記した実施の形態においては、センサー３７として、ＴＤＩセンサーを用いたが、これに限られることなく、２次元のＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像デバイスを用いたセンサーでもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では、被検査パターンから反射されるレーザ光を所定方向に導いて読み取るようにしたが、これに限られることなく、被検査パターンを透過するレーザ光を所定方向に導いて読み取るようにしても良い。
【００５１】
その他、本発明はその要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ビーム形状を補正でき、また、露光時間の長さ等に関係なく光量補正できる。従って、レーザー光源に起因するセンサ出力変動の補正が可能となり、画像読取精度、検査精度を向上させることができる。
【００５３】
また、レーザー光源からのレーザビームの出射角度の変動を極力抑えることができるため、補正光学系によるレーザー光軸の補正の精度、追従性が十分でない場合も、レーザー自体の特性を安定化し、レーザー光源に起因する出力変動の影響を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である画像検査装置を示す構成図。
【図２】図１の画像検査装置に備えられる紫外レーザ発生装置を示す構成図。
【図３】レーザビームの角度変動とビーム形状モニターでのビーム位置の変動を示す図。
【図４】（ａ）は第１のビーム形状モニターでのレーザビームの形状を示す図で、（ｂ）は第２のビーム形状モニターでのレーザビームの形状を示す図。
【図５】ビーム形状モニターによるレーザビームの広がり角度の測定を示す図。
【図６】レーザビームのビーム光軸の傾きとビーム径の補正方法を示す図。
【図７】光量補正回路を示す構成図。
【図８】（ａ）はＡ／Ｄ変換前の光量センサーの出力を示す図で、（ｂ）はＡ／Ｄ変換後の光量センサーの出力を示す図。
【図９】従来の画像検査装置を示す構成図。
【符号の説明】
１…レーザ発生装置、２２，２３…補正手段、２２ａ，２２ｂ…補正ミラー、２３ａ，２３ｂ…補正レンズ、Ｋ…光学系、２８，２９…ビーム形状モニター（測定手段）、３４…被検査パターン、３７…センサー（読取手段）、３９…補正回路（補正手段）、４０…データ比較装置（検査手段）、４３…蓄積回路（補正手段）、４５…支持ベース、４６…共振器、４７…アライメントミラー（可動ミラー）、４８…出力ミラー。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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