(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光を光入射面から入射し、内部で多重反射させた後、光出射面から出射する多重反射素子と、
前記光源と前記多重反射素子との間の光路中に配置され、前記光の光線角度分布を変化させる光学素子と、を備え、
前記光学素子は、少なくとも対となる２つの円錐レンズを含み、
前記２つの円錐レンズの間を前記光が通過する間に、前記光の瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わり、
更に、前記光の波長を切り替える波長切替機構と、
前記波長切替機構により切り替わった光の波長に応じて、前記２つの円錐レンズのうち少なくとも１つの円錐レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記２つの円錐レンズに入射する前の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に低く、
前記２つの円錐レンズに入射した後の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に高いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明装置を備えることを特徴とする光学検査装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の照明装置を備えることを特徴とする光学顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、光学検査装置及び光学顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ウェハの検査には、光学検査装置が一般的に用いられる。光学検査装置では、検査対象となる半導体ウェハに照明光を照射し、半導体ウェハの表面で反射した光によって得られる画像を撮像し、この画像から欠陥の有無等を検査することが行われている。また、光学顕微鏡においても、観察対象に照明光を照射し、その透過光又は反射光によって得られる画像を撮像することがある。
【０００３】
光学検査装置では、半導体ウェハに対する欠陥の検出感度を上げる方法として、半導体ウェハの表面に照射される照明光の光量や光線角度分布、波長、偏光方向などのパラメータを調整することが行われている。半導体ウェハには、様々な回路パターンが存在するため、ウェハ毎に最適なパラメータが存在する。その中でも、半導体ウェハに入射する照明光の光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことで検出感度が上がる回路パターンがある。
【０００４】
光学検査装置用の照明装置では、光源として超高圧水銀（ＵＶ）ランプを用い、この光源から出射された光をリフレクターにより反射して、後段の光学系に向かって集光させる。しかしながら、半導体ウェハに照射される照明光の光量分布は、上述した光学系に入射する光の光線角度を反映して不均一なものとなる。すなわち、この照明光の瞳面における光量分布は、図６に示すように、超高圧水銀ランプのバルブの影により中心部の光量が最も小さくなり、影を抜けた位置で光量が最も高く、そこから外周部に向かって光線強度が徐々に低下したものとなる。なお、図６は、照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。
【０００５】
そこで、駆動電圧のオン／オフにより傾きが変化する微細なミラーが複数配列されたＤＭＤ(Digital Micromirror Device)素子を用いて、各ミラーにより照明光の光線角度分布を変化させることが提案されている（特許文献１を参照。）。しかしながら、ＤＭＤ素子を用いた場合、ミラーの反射率が低いために、光量が全体的に低下したものとなる。
【０００６】
照明光の光量は、あらゆる半導体パターンを検査する際に必要となるパラメータである。このため、半導体ウェハの検査を行う上で、十分な光量を確保することは必須である。したがって、ＤＭＤ素子を用いた場合は、検出感度を上げるのに十分な光量を確保することは困難である。
【０００７】
一方、同心円方向に透過率を異ならせた光学素子を用いて、照明光の光線角度分布を変化させることが提案されている（特許文献２を参照。）。しかしながら、このような光学素子を用いた場合も、光量の損失によって検出感度が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００５／０２６８４３号
【特許文献２】特開２００７−３３７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の態様の一つは、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、光量の損失を抑えつつ、照明光の光線角度分布を変化させることができる、特に外周からの光線角度を増やすことができる照明装置、並びに、そのような照明装置を備えることによって、検出感度の更なる向上を図ることができる光学検査装置及び光学顕微鏡を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕  本発明の第１の態様に係る照明装置は、光を出射する光源と、前記光を光入射面から入射し、内部で多重反射させた後、光出射面から出射する多重反射素子と、前記光源と前記多重反射素子との間の光路中に配置され、前記光の光線角度分布を変化させる光学素子と、を備え、前記光学素子は、少なくとも対となる２つの円錐レンズを含み、前記２つの円錐レンズの間を前記光が通過する間に、前記光の瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わり、更に、前記光の波長を切り替える波長切替機構と、前記波長切替機構により切り替わった光の波長に応じて、前記２つの円錐レンズのうち少なくとも１つの円錐レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
〔２〕  前記〔１〕に記載の照明装置において、前記２つの円錐レンズに入射する前の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に低く、前記２つの円錐レンズに入射した後の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に高い構成であってもよい。
【００１３】
〔３〕  本発明の第２の態様に係る光学検査装置は、前記〔１〕又は〔２〕に記載の照明装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
〔４〕  本発明の第３の態様に係る光学顕微鏡は、前記〔１〕又は〔２〕に記載の照明装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の一つの態様によれば、光量の損失を抑えつつ、照明光の光線角度分布を変化させることができる、特に外周からの光線角度を増やすことができる照明装置、並びに、そのような照明装置を備えることによって、検出感度の更なる向上を図ることができる光学検査装置及び光学顕微鏡を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る照明装置及び光学検査装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す照明装置が備える光学素子の構成を示す平面図である。
【図３】図１に示す照明装置が備える光拡散素子の構成例を示す側面図である。
【図４】図２に示す光学素子を用いた場合の照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は、図１に示す光学素子の長波長での光学配置を示す平面図、（Ｂ）は、図１に示す光学素子の短波長での光学配置を示す平面図である。
【図６】照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明では、各構成要素を見易くするため、図面において構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１８】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示す照明装置１及び光学検査装置１００について説明する。なお、図１は、照明装置１及び光学検査装置１００の概略構成を示す模式図である。
【００１９】
光学検査装置１００は、図１に示すように、例えば検査対象となる半導体ウェハ（以下、単にウェハという。）Ｗの欠陥の有無等を検査するものである。具体的に、この光学検査装置１００は、光源２と、光学素子３と、多重反射素子４と、光拡散素子５と、リレー光学系６と、光路変換素子７と、集光光学系８と、結像光学系９と、撮像装置１０とを概略備えている。
【００２０】
このうち、光源２と、光学素子３と、多重反射素子４と、光拡散素子５と、リレー光学系６と、光路変換素子７と、集光光学系８とは、第１の光学軸ＡＸ１上において、順次並んで配置されている。一方、光路変換素子７と、結像光学系９と、撮像装置１０とは、第１の光学軸ＡＸ１と直交する第２の光学軸ＡＸ２上において、順次並んで配置されている。
【００２１】
照明装置１は、光源２と、光学素子３と、多重反射素子４と、光拡散素子５と、リレー光学系６と、集光光学系８とを含み、ウェハＷに対して照明光Ｌを照射する照明光学系を構成している。
【００２２】
光源２は、超高圧水銀（ＵＶ）ランプである。光源２の周囲には、リフレクター１１が配置されている。リフレクター１１は、その断面形状が楕円線を描くように形成された内側反射面１１ａを有し、この内側反射面１１ａで光源２から出射された光Ｌａを反射して、後述する多重反射素子４の光入射面４ａに向かって光Ｌｂを集光させる。
【００２３】
なお、光源２については、上述した超高圧水銀ランプ以外にも、例えばＬＥＤランプなどを用いることができる。また、光源２には、検出感度の向上を図るため、例えば、ＬＰＰ（Laser Produced Plasma）やＬＤＬＳ（Laser Driven Light Source）などの発光点の小さい点光源を用いてもよい。すなわち、光源２の種類については特に限定されるものではなく、検査対象に合わせて最適な光源を適宜選択して用いることが可能である。
【００２４】
光学素子３は、光源２から多重反射素子４に向かう光Ｌｂの光線角度分布を変化させるものである。具体的に、本実施形態における光学素子３は、図２に示すような構成を有している。なお、図２は、光学素子３の構成を示す平面図である。
【００２５】
図２に示す光学素子３は、２つの円錐レンズ２１，２２と、２つの凸レンズ２３，２４とを含む構成である。２つの円錐レンズ２１，２２は、互いの頂部が形成された面２１ａ，２２ａとは反対側の面２１ｂ，２２ｂを対向させた状態で光軸方向（第１の光学軸ＡＸ１上）に並んで配置されている。２つの凸レンズ２３，２４は、円錐レンズ２１，２２の頂部が形成された面２１ａ，２２ａ側に対向して光軸方向（第１の光学軸ＡＸ１上）に並んで配置されている。なお、２つの円錐レンズ２１，２２の配置については、上述した配置に限らず、例えば、互いの頂部が形成された面２１ａ，２２ａを対向させた状態で配置したり、互いの頂部が形成された面２１ａ，２２ａを同じ方向に向けた状態で配置したりすることも可能である。
【００２６】
光学素子３では、２つの円錐レンズ２１，２２の間を光Ｌｂが通過する間に、光Ｌｂの瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わる。すなわち、光Ｌｂを構成する光線束のうち、円錐レンズ２１の内周側を通過する光線の光路が外周側へと入れ替わる（図２中の２点鎖線を参照。）。一方、円錐レンズ２１の外周側を通過する光線の光路が内周側へと入れ替わる（図２中の破線を参照。）。また、凸レンズ２３，２４は、それぞれの位置において通過する光Ｌｂを集光させる。
【００２７】
なお、光学素子３については、上述した構成に限らず、少なくとも対となる２つの円錐レンズ２１，２２を含む構成であればよく、光源２と多重反射素子４との間の光学設計に応じて、凸レンズ２３，２４を省略したり、別の凸レンズや凹レンズを追加したりすることも可能である。
【００２８】
多重反射素子４は、図１に示すように、ロッドインテグレータからなり、長手方向の一端に光入射面４ａと、長手方向の他端に光出射面４ｂとを有している。多重反射素子４は、光学素子３を通過した光Ｌｃを光入射面４ａから入射し、内部で多重反射させた後、光出射面４ｂから光Ｌｄを出射する。
【００２９】
光拡散素子５は、多重反射素子４の光出射面４ｂから出射された光Ｌｄを拡散させるものである。具体的に、光拡散素子５は、例えば図３に示すように、基材５ａの一面に微細な凹凸パターン５ｂが形成された構造を有している。光拡散素子５は、凹凸パターン５ｂが形成された面を多重反射素子４とは反対側に向けた状態で配置されている。これにより、光拡散素子５は、凹凸パターン５ｂにより拡散された光Ｌｅを出射する。なお、光拡散素子５は、凹凸パターン５ｂが形成された面を多重反射素子４に向けた状態で配置することも可能である。
【００３０】
リレー光学系６は、図１に示すように、第１のリレーレンズ１２と、第２のリレーレンズ１３とを含み、ウェハＷの照射面の大きさに合わせて、光Ｌｆのサイズを調整する。
【００３１】
光路変換素子７は、ダイクロイックミラーからなり、光をウェハＷに向かう光Ｌｆを透過する一方、後述するウェハＷから反射して戻ってくる光Ｌｇを撮像装置１０に向けて反射する。
【００３２】
集光光学系８は、コンデンサーレンズ１４と、対物レンズ１５とを含み、ウェハＷの表面に対して集光された光（照明光Ｌ）を照射する。これにより、ウェハＷの表面で反射した光Ｌｇが、対物レンズ１５及びコンデンサーレンズ１４を通過し、光路変換素子７に入射し、結像光学系９に向かって反射される。
【００３３】
結像光学系９は、集光レンズ１６と、結像レンズ１７とを含み、撮像装置１０の撮像面の大きさに合わせて、光路変換素子７で反射された光Ｌｈを撮像装置１０の撮像面上に結像させる。
【００３４】
撮像装置１０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたデジタルカメラにより構成されている。撮像装置１０は、ウェハＷの表面で反射した光Ｌｇによって得られる画像を撮像する。光学検査装置１００では、この画像からウェハＷの欠陥の有無等を検査することが可能となっている。
【００３５】
本実施形態の照明装置１では、上述した光学素子３によって光源２から多重反射素子４に向かう光Ｌｂの光線角度分布を変化させる。これにより、光量の損失を抑えつつ、ウェハＷに入射する照明光Ｌの光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことができる。
【００３６】
具体的に、上記光学素子３２において、２つの円錐レンズ２１，２２に入射する前（図２中に示す位置Ａ）の光Ｌｂの瞳面における光量分布を図４（Ａ）に示し、前記２つの円錐レンズ２１，２２に入射した後（図２中に示す位置Ｂ）の光Ｌｃの瞳面における光量分布を図４（Ｂ）に示す。
【００３７】
２つの円錐レンズ２１，２２に入射する前の光Ｌｂの瞳面における光量分布は、図４（Ａ）に示すように、内周側の光線強度よりも外周側の光線強度が相対的に低くなっている。これに対して、２つの円錐レンズ２１，２２に入射した後の光Ｌｃの瞳面における光量分布は、図４（Ｂ）に示すように、内周側の光線強度よりも外周側の光線強度が相対的に高くなっている。
【００３８】
本実施形態の照明装置１では、上述した光学素子３によって、光量の損失を抑えつつ、ウェハＷに入射する照明光Ｌの光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことができる。これにより、そのような照明光により検出感度が上がる回路パターンに対して最適な照明光を得ることできる。
【００３９】
以上のように、本実施形態の光学検査装置１００では、上述した照明装置１を備えることによって、光量の損失を抑えつつ、検出感度の更なる向上を図ることができるため、高分解能での検査が可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の照明装置１では、照明光Ｌの波長を切り替える波長切替機構を備えた構成であってもよい。この波長切替機構については、図示を省略するものの、例えば、照明装置１の何れかの光路中に、照明光Ｌの波長を変換する波長フィルタを配置する。これにより、照明光Ｌの波長を切り替えることが可能である。また、照明装置１では、波長の異なる複数の波長フィルタを入れ替え自在に配置することが可能である。
【００４１】
照明装置１では、照明光Ｌの波長の違いによって、レンズの色収差により光線の光路が変化する。このため、例えば長波長側で光学素子３による光線角度分布の最適化を行ったとしても、短波長側で光線の光路が変化し、光線角度分布の最適な範囲からずれてしまう。
【００４２】
そこで、照明装置１では、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、上述した波長切替機構と共に、レンズ移動機構３０を備えた構成とする。レンズ移動機構３０は、波長切替機構により切り替わった照明光Ｌの波長に応じて、２つの円錐レンズ２１，２２のうち少なくとも１つの円錐レンズ（本実施形態では、円錐レンズ２２及び凸レンズ２４）を光軸方向（第１の光学軸ＡＸ１に沿った方向）に移動させる。
【００４３】
ここで、図５（Ａ）は、光学素子３の長波長での光学配置を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、光学素子３の短波長での光学配置を示す平面図である。
照明装置１では、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、レンズ移動機構３０により円錐レンズ２２及び凸レンズ２４を光軸方向に移動させることによって、照明光Ｌの波長に応じた最適な光線角度分布を得ることが可能である。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、照明装置１を備えた光学検査装置１００において、ウェハＷの検査を行う場合を例示したが、光学検査装置１００により検査可能なものであればよく、検査対象については特に限定されるものではない。
【００４５】
また、照明装置１は、光学検査装置１００の他にも、観察対象に照明光Ｌを照射し、その透過光又は反射光によって得られる画像を撮像する光学顕微鏡に適用することが可能である。このような照明装置１を備えた光学顕微鏡では、光量の損失を抑えつつ、検出感度の更なる向上を図ることができるため、高分解能での観察が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１…照明装置  ２…光源  ３…光学素子  ４…多重反射素子  ５…光拡散素子  ６…リレー光学系  ７…光路変換素子  ８…集光光学系  ９…結像光学系  １０…撮像装置  １１…リフレクター  １２…第１のリレーレンズ  １３…第２のリレーレンズ  １４…コンデンサーレンズ  １５…対物レンズ  １６…集光レンズ  １７…結像レンズ  ２１，２２…円錐レンズ  ２３，２４…凸レンズ  ３０…レンズ移動機構  １００…光学検査装置  Ｗ…半導体ウェハ  Ｌ…照明光
【図１】
0006424043.tif 000002
【図２】
0006424043.tif 000003
【図３】
0006424043.tif 000004
【図４】
0006424043.tif 000005
【図５】
0006424043.tif 000006
【図６】
0006424043.tif 000007