(57)【要約】【課題】可動機構が不要でかつ照明光束の利用効率を損なうことなくしかも装置の大型化を伴うことなくレーザー光の可干渉性に起因する照明むらの低減を図ることのできる照明光学系を提供する。【解決手段】レーザー光源部１からの照明光Ｐを集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイ９と、インテグレータ１２の各素子に臨まされた出射側レンズアレイ１０と、入射側レンズアレイ９の各レンズ素子に臨む入射面１３ａと出射側レンズアレイ１０の各レンズ素子に臨む出射面１０ｂとを有しかつ圧電物質被膜１４が外周部１３ｃに形成されてその屈折率が変化される光ファイバー１３が複数本整列されてなる光ファイバー配列体１１と、各光ファイバー１３の圧電物質被膜１４を制御する制御回路１５とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路と、前記インテグレータから出射された照明光束を集光して試料に照射するコンデンサレンズと、該試料に照射された照明光束を集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光された光束を検出センサに結像させる検出光学系と、前記検出センサに結像されかつ光電変換された信号を処理する信号処理装置と、を備えていることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
【請求項３】
前記制御回路がランダムな位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、ランダムな位相差パターンに対応する電圧を前記各圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、前記検出センサの光電蓄積時間に同期して前記各光ファイバーを通る照明光束の位相差を制御することにより前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項４】
前記制御回路は規則的な位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、規則的な位相差パターンに対応する電圧を各列間毎の前記圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、各列に存在する光ファイバーを通る照明光束には同一の位相を与えかつその列と異なる列に存在する光ファイバーを通る照明光束には所定の位相差を与えて列間の位相差を保ったままこの位相差を前記検出センサの光電蓄積時間に同期して変化させることにより、前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする請求項２に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項５】
前記検出センサが一次元ラインセンサからなり、前記試料が一次元ラインセンサの延びる方向と直交する方向に可動されることを特徴とする請求項４に記載のパターン欠陥検査装置。
【請求項６】
圧電物質皮膜が外周部に形成されていることを特徴とする光ファイバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホトマスクパターンの欠陥（ショート、断線等）や異物を検出するパターン検査、異物検査に使用する照明光学系及びパターン欠陥装置及び光ファイバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、パターン欠陥検査装置では、高分解能顕微鏡と同等の性能を有する照明光学系を用いてホトマスク等の試料を照明することによりマスクパターン像を形成し、このマスクパターン像をＣＣＤカメラやラインセンサ等の受像センサを用いて画像情報として取得し、予め取得した欠陥・異物のない基準画像又は予め作成してある欠陥・異物のない基準画像と測定により得られた画像情報とを比較し、製造されたホトマスク等に欠陥・異物が存在するか否かの検査が行われている。
【０００３】
パターン欠陥検査装置としての例えば高分解能顕微鏡と同等の性能を有するマスクパターン欠陥検査装置では、試料を一括照明し、開口数の大きい対物レンズ、すなわち、高ＮＡの対物レンズでマスクパターン像を形成するようにしている。このようなパターン欠陥検査装置では、近年の半導体デバイスの微細化の進展に伴って、露光や検査に用いられる光の短波長化が進み、深紫外線（ＤＵＶ）光が利用されるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、この光の波長領域では、通常のランプ光源（放電ランプ）を用いたのでは、全発光量に占めるＤＵＶ光の光量が少なく高出力化を図っても、発光輝点の面積が増加するのみで輝度が高くならないために、レーザーが光源として用いられることが多くなってきている。
【０００５】
例えば、高分解能顕微鏡としてレーザー光を試料の表面に集光して走査するレーザー走査型顕微鏡が市販されているので、これを用いて試料を走査照明することが考えられるが、レーザー光を空間的に移動させて走査することが必要で、例えば、ＡＯＤ（音響光学素子）等の比較的高速な手段を用いても、要求される検査時間内に試料を走査できないという不都合がある。
【０００６】
そこで、レーザー光を用いて一括照明を行うことが提案されているが、レーザー光を用いて一括照明を行うと、レーザー光の可干渉性によってスペックルパターンやパターンエッジにおけるリンギングによるオーバーシュート、アンダーシュートが生じ、照明むらとなる。
【０００７】
また、照明光束の開口数を向上させると同時に一括照明の均一性を確保するためにインテグレータを照明光学系に用いることがあるが、この場合にもレーザー光の可干渉性によって干渉縞パターンが試料上に形成され、照明むらとなる。この照明むらはコントラストが高く、この状態で試料を撮影すると、撮影画像にむらが生じる。
【０００８】
従って、レーザー光の可干渉性を低減するために、インテグレータの集光点でランダム位相板を回転させる、この集光点に拡散板を設置する、インテグレータの各素子に対応させて長さの異なる光ファイバーを並べて配列する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
これらの光学系によれば、インテグレータの各素子を照明光束としてのレーザー光束が通過する間に位相差がコントロールされ、干渉縞パターンによる照明むらが軽減される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３９９６０号公報（図１１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ランダム回転位相板を用いたものでは、ランダム回転位相板を回転駆動させる機構が必要であり、拡散板を用いたものでは照明光束が大きく拡散されるため、コンデンサレンズによって試料に投影される照明光束の光量が大幅に減少し、光ファイバーの長さを変えるものでは、レーザー光源の性能が変わると、可干渉距離が変化するため、それに対応してファイバーの長さを変えなければならず、また、装置の大型化を招く不都合がある。
【００１２】
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、可動機構が不要でかつ照明光束の利用効率を損なうことなくしかも装置の大型化を伴うことなくレーザー光の可干渉性に起因する照明むらの低減を図ることのできる照明光学系及びパターン欠陥検査装置及び光ファイバーを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の照明光学系は、レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載のパターン欠陥検査装置は、レーザー光源からの照明光を集光して複数個の疑似光源を生成する入射側レンズアレイと、インテグレータの各素子に臨まされた出射側レンズアレイと、前記入射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む入射面と前記出射側レンズアレイの各レンズ素子に臨む出射面とを有しかつ圧電物質被膜が外周部に形成されてその屈折率が変化される光ファイバーが複数本整列されてなる光ファイバー配列体と、前記各光ファイバーの圧電物質被膜を制御する制御回路と、前記インテーグレータから出射された照明光束を集光して試料に照射するコンデンサレンズと、該試料に照射された照明光束を集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光された光束を検出センサに結像させる検出光学系と、前記検出センサに結像されかつ光電変換された信号を処理する信号処理装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載のパターン欠陥検査装置は、前記制御回路がランダムな位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、ランダムな位相差パターンに対応する電圧を前記各圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、前記検出センサの蓄積時間に同期して前記各光ファイバーを通る照明光束の位相差を制御することにより前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載のパターン欠陥検査装置は、前記制御回路が規則的な位相差パターンを発生する位相差パターン発生回路と、規則的な位相差パターンに対応する電圧を各列間毎の前記圧電物質皮膜に印加する電圧制御回路とからなり、各列に存在する光ファイバーを通る照明光束には同一の位相を与えかつその列と異なる列に存在する光ファイバーを通る照明光束には所定の位相差を与えて列間の位相差を保ったままこの位相差を前記検出センサの光電蓄積時間に同期して変化させることにより、前記検出センサ上での照明光束の光量分布の平均化を図ることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載のパターン欠陥検査装置は、前記検出センサが一次元ラインセンサからなり、前記試料が一次元ラインセンサの延びる方向と直交する方向に可動されることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載のパターン欠陥検査装置は、圧電物質皮膜が外周部に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わるパターン欠陥検査装置の概要図を示すものであって、図１において、１はレーザー光源部、２は照明光学系、３はコンデンサレンズ、４は試料、５は対物レンズ、６は検出光学系、７は検出センサ（センサ）、８は信号処理装置である。
【００２０】
レーザー光源部１は、図示を略すビームエキスパンダー光学系を有し、レーザー光源部１から出射されたレーザー光Ｐはそのビーム径が拡大されて照明光学系２に入射される。
【００２１】
照明光学系２は、図２に拡大して詳細に示すように、入射側フライアイレンズアレイ９、出射側フライアイレンズアレイ１０、光ファイバー配列体１１、インテグレータ１２から構成されている。
【００２２】
入射側フライアイレンズアレイ９、出射側フライアイレンズアレイ１０は規則的に配列されたレンズ素子９ａ、１０ａを有する。入射側フライアイレンズアレイ９はレーザー光源部１からの照明光Ｐを集光して複数個の疑似光源を生成する。出射側フライアイレンズアレイ１０はインテグレータ１２の各素子１２ａに臨まされている。光ファイバー配列体１１は複数個の規則的に配列された光ファイバー１３からなっている。ここでは、光ファイバー配列体１１は縦横に３個づつ配列された９個の光ファイバー１３から構成されている。ここで、符号１３Ａは第１列目の光ファイバーの横列を示し、符号１３Ｂは第２列目の光ファイバーの横列を示し、符号１３Ｃは第３列目の光ファイバーの横列を示している。
【００２３】
各光ファイバー１３は入射側レンズアレイ９の各レンズ素子９ａに臨む入射面１３ａと出射側レンズアレイ１０の各レンズ素子１０ａに臨む出射面１３ｂとを有する。その各光ファイバー１３の外周部１３ｃには圧電物質被膜１４が形成されている。各光ファイバー１３はその圧電物質被膜１４の膨張収縮により歪みが与えられて、その屈折率が変化される。
【００２４】
その各圧電物質被膜１４には制御回路１５によって周期的に電圧が印加される。その制御回路１５は位相差パターン発生回路１６と電圧制御回路１７とから構成される。位相差パターン発生回路１６は各光ファイバー１３に与える位相差を算出する機能を有する。電圧制御回路１６は、位相差パターン発生回路１５からの位相差信号に対応する印加電圧をそれぞれ発生し、各圧電物質被膜１４にその位相差信号に対応する印加電圧を印加する。
【００２５】
これによって、各光ファイバー１３にはその圧電物質被膜１４に加えられた印加電圧に対応する歪みが与えられる。これによって、照明光束Ｐには各光ファイバー１３を通過する間に位相差が与えられる。その位相差は、光の１波長の位相差（２π）を与える程度が、圧電物質被膜１４の大型化、ひいては、光ファイバー配列体１１の大型化を避けるうえで好ましい。
【００２６】
ここでは、位相差パターン発生回路１５は、ランダム位相差パターンを発生するものとされている。照明光束Ｐには各光ファイバー１３を通過する際にランダムな位相差が与えられてインテグレータ１２に入射される。この照明光束Ｐはこのインテグレータ１２によって混合されてコンデンサレンズ３に導かれる。照明光束はこのコンデンサレンズ３によって集光され、試料４はこの照明光束Ｐによって照明される。この照明光学系２によれば、従来のランダム位相板と同等の効果が得られる。
【００２７】
その試料４を透過した照明光束Ｐは、対物レンズ５によって集光されて、検出光学系６に導かれ、この検出光学系６によって検出センサ７に結像される。その検出センサ７はここではエリアセンサから構成され、このエリアセンサの出力は、信号処理装置８に入力されて従来と同様の方法で画像処理される。
【００２８】
以上、発明の実施の形態では、各光ファイバー１３を通過する照明光束にランダムな位相差を与えることにしたが、各光ファイバー１３の列毎、例えば、横列１３Ａを形成する各光ファイバー１３、横列１３Ｂを形成する各光ファイバー１３、横列１３Ｃを形成する各光ファイバー１３にはそれぞれ同一の位相を与え、かつ、横列１３Ａを形成する光ファイバー１３と横列１３Ｂを形成する光ファイバー１３とには所定の位相差を与え、また、横列１３Ａ、横列１３Ｂを形成する光ファイバー１３と横列１３Ｃを形成する光ファイバーとにも異なる所定の位相差を与えて、エリアセンサ７の光電蓄積時間に同期させて列間の位相差を保ったまま位相を０から２πまで変化させることにより、位相をスィープさせるようにしても良い。
【００２９】
また、検出センサ７をエリアセンサの代わりにラインセンサを用いてかつ試料４をラインセンサの延びる方向と直交する方向に移動させて２次元画像を捕捉するように構成すれば、各光ファイバー１３の列１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ毎に同一の位相差を与えて、エリアセンサの光電蓄積時間に同期させて列間の位相差を保ったまま位相を０から２πまで変化させることにより、図３（ａ）に示すように、検出センサ７に形成された干渉縞に対応する光量分布Ｑを１ピッチ分づつ連続的に移動させることができ、このように構成すると、図３（ｂ）に示すように干渉縞に対応する光量分布Ｑを平均化することにより、照明むらを除去することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係わる照明光学系及びパターン欠陥検査装置は、可動機構が不要でかつ照明光束の利用効率を損なうことなくしかも装置の大型化を伴うことなくレーザー光の可干渉性に起因する照明むらの低減を図ることのできる。
【００３１】
また、本発明に係わる光ファイバーによれば、屈折率分布を容易に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるパターン欠陥検査装置の概要図である。
【図２】本発明に係わる照明光学系の詳細構成を示す光学図である。
【図３】本発明に係わる照明光学系の作用の一例を示す説明図であり、（ａ）は干渉縞に対応する光量分布の移動状態を示す図であり、（ｂ）はその光量分布が蓄積時間内に平均化された状態を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザー光源部
９…入射側レンズアレイ
１０…出射側レンズアレイ
１１…光ファイバー配列体
１２…インテグレータ
１３…光ファイバー
１４…圧電物質被膜
１３ａ…入射面
１３ｂ…出射面
１３ｃ…外周部
１５…制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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