(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発生する光源と、
上記照明光の光軸上に配置され、上記照明光を均一光とする複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズを有する照明光学系と、
この照明光学系からの光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサとを具備し、
上記インテグレータユニットの上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて配置し、
上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることを特徴とする均一光学系。
【請求項２】
上記角度αはａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）の±３０％の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の均一光学系。
【請求項３】
照明光を発生する光源と、
上記照明光の光軸上に配置され、上記照明光を均一光とする複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズを有する照明光学系と、
この照明光学系からの光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサと、
上記インテグレータユニットと上記蓄積型ＣＣＤラインセンサとの間に配置され、パターンの検査対象となる試料を保持する試料ステージ及び照明された試料のパターンをセンサに投影する投影レンズを具備し、
上記インテグレータユニットの上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて配置し、
上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項４】
試料に形成されたパターンを検査するパターン検出方法において、
光源から発生した照明光を複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズにより均一光として上記試料に照射する照明工程と、
上記試料を透過した光を上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて蓄積型ＣＣＤラインセンサにより検出する光検出工程とを具備し、
上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることを特徴とするパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源を用いた場合であっても干渉ムラのない照明を行うことができる均一光学系、干渉ムラのない高精度な検査を行うことができるパターン検査装置及びパターン検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路等の検査にはパターン検査装置が用いられている。パターン検査装置では光源の強度分布に影響されずに試料を均一に照明するためにケーラー照明系が用いられている。また、光源としては、短い波長で、かつ、強度の大きいものが求められるため、レーザ光が用いられる。
【０００３】
図３はこのようなパターン検査装置１０の構成を示す図である。すなわち、パターン検査装置１０は、レーザ光Ｌを照射するレーザ光照射部１１と、このレーザ光照射部１１からのレーザ光Ｌを後述する試料Ｗに照射する照明光学系１２と、半導体ウエハ等の試料Ｗを保持する試料ステージ１３と、試料Ｗを透過した光を収束する対物レンズ１４と、対物レンズ１４によって収束された光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサ１５と、この蓄積型ＣＣＤラインセンサ１５からの出力に基づいて試料Ｗの画像を処理する画像処理部１６とを備えている。
【０００４】
照明光学系１２は、レーザ光Ｌの光束を拡大する凸レンズ１２ａ，１２ｂと、入射したレーザ光Ｌを均一な２次光源にするためのインテグレータユニット１２ｃと、このインテグレータユニット１２ｃからの光を試料Ｗの同一場所を照明させるコンデンサレンズ１２ｄとを備えている。また、インテグレータレンズ１２ｃは、小型のレンズ素子２０の集合体であり、図４の（ａ）に示すようにレンズ素子２０を透過した光の強度分布をマクロ的に略均一にする機能を有している。
【０００５】
蓄積型ＣＣＤラインセンサ１５は、複数のラインセンサを多段に並べたものであり、試料ステージ１３の送りに同期して各ラインの信号を転送し、蓄積する。ライン数分信号が足し合わされるため、照明光が微弱でも明るい画像が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のパターン検査装置では、次のような問題があった。すなわち、レーザ光Ｌの可干渉性の良さから図４の（ａ）に示した強度ムラがそのまま試料Ｗ上に反映され、試料Ｗ上に図４の（ｂ）に示すような規則正しく２次元に並んだ干渉縞がパターンに重なって現れる。このため、蓄積型ＣＣＤラインセンサ１５の出力には、図４の（ｃ）に示すような線が残り、試料Ｗ上の本来のパターンと重なり、正しく検査することができない。
【０００７】
一方、従来の露光装置では、このような干渉縞の影響を排除するために、光軸上に振動ミラー等を配置し、干渉縞を規則正しく移動させることで、強度ムラを平均化する手法が用いられていた。しかしながら、この場合干渉縞を規則正しく移動させるためには、精密な駆動機構が必要となる。
【０００８】
そこで本発明は、光源としてレーザ光を使用した場合であっても干渉ムラのない照明を行うことができる均一光学系、干渉ムラのない高精度な検査を行うことができるパターン検査装置及びパターン検査方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、照明光を発生する光源と、上記照明光の光軸上に配置され、上記照明光を均一光とする複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズを有する照明光学系と、この照明光学系からの光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサとを具備し、上記インテグレータユニットの上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて配置し、上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることとした。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記角度αはａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）の±３０％の範囲内に設定されていることとした。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、照明光を発生する光源と、上記照明光の光軸上に配置され、上記照明光を均一光とする複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズを有する照明光学系と、この照明光学系からの光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサと、上記インテグレータユニットと上記蓄積型ＣＣＤラインセンサとの間に配置され、パターンの検査対象となる試料を保持する試料ステージ及び照明された試料のパターンをセンサに投影する投影レンズを具備し、上記インテグレータユニットの上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて配置し、上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることとした。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、試料に形成されたパターンを検査するパターン検出方法において、光源から発生した照明光を複数のレンズ素子からなるインテグレータユニット及びコンデンサレンズにより均一光として上記試料に照射する照明工程と、上記試料を透過した光を上記レンズ素子の並び方向と上記蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを上記照明光の光軸回りに角度αだけ傾けて蓄積型ＣＣＤラインセンサにより検出する光検出工程とを具備し、上記角度αは、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサのライン数をｎ、ラインピッチをｐ、上記蓄積型ＣＣＤラインセンサ上での干渉縞のピッチをｄ、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍＸａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）
で示されることとした。
【００１３】
上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。すなわち、請求項１に記載された発明では、インテグレータユニットのレンズ素子の並び方向と蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを照明光の光軸回りに所定の角度αだけ傾けて配置することで、蓄積型ラインセンサの並び方向における干渉縞の出現量が均一となる。このため、蓄積型ラインセンサの出力において干渉縞の影響を打ち消すことができる。
【００１４】
請求項２に記載された発明では、角度αはａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）の±３０％の範囲内で設定されていれば、干渉縞の出現量をほぼ均一化することができる。
【００１５】
請求項３に記載された発明では、インテグレータユニットのレンズ素子の並び方向と蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを照明光の光軸回りに所定の角度αだけ傾けて配置することで、蓄積型ラインセンサの並び方向における干渉縞の出現量が均一となる。このため、蓄積型ラインセンサの出力において干渉縞の影響を打ち消すことができる。
【００１６】
請求項４に記載された発明では、インテグレータユニットのレンズ素子の並び方向と蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを照明光の光軸回りに所定の角度αだけ傾けて配置することで、蓄積型ラインセンサの並び方向における干渉縞の出現量が均一となる。このため、蓄積型ラインセンサの出力において干渉縞の影響を打ち消すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係るパターン検査装置３０の構成を示す図である。すなわち、パターン検査装置３０は、レーザ光Ｌを照射するレーザ光照射部３１と、このレーザ光照射部３１からのレーザ光Ｌを後述する試料Ｗに照射する照明光学系３２と、半導体ウエハ等の試料Ｗを保持する試料ステージ３３と、試料Ｗを透過した光を収束する対物レンズ３４と、対物レンズ３４によって収束された光の強度を検出する蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５と、この蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５からの出力に基づいて試料Ｗの画像を処理する画像処理部３６とを備えている。
【００１８】
照明光学系３２は、レーザ光Ｌの光束を拡大する凸レンズ３２ａ，３２ｂと、入射したレーザ光Ｌを均一な２次光源にするためのインテグレータユニット３２ｃと、このインテグレータユニット３２ｃからの光を試料Ｗの同一場所を照明させるコンデンサレンズ３２ｄとを備えている。また、インテグレータユニット３２ｃは、小型のレンズ素子４０の集合体である。
【００１９】
蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５は、光検出素子が図２中矢印Ｙ方向に並べられて形成されたラインセンサ３５ａを矢印Ｘ方向にｎ段並べたものであり、試料ステージ３３の送りに同期して各ラインセンサ３５ａの信号を矢印Ｘ方向に転送し、蓄積する。この蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５からの出力において干渉縞Ｋを打ち消すために、レンズ素子４０の並び方向を調整して、蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５上の干渉縞Ｋを光軸Ｃ回りに傾ける。すなわち、図２中矢印Ａで示すレンズ素子４０の並び方向を図２中矢印Ｘで示す蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５の並び方向に対し、照明光の光軸Ｃ回りに角度αだけ傾ける。
【００２０】
なお、角度αは、蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５のライン数をｎ、ラインピッチをｐ、蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５上での干渉縞のピッチをｄとしたときに、次式で与えられる。すなわち、
α＝ａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）                          …（１）
このため、試料Ｗ上に現れる干渉縞Ｋはラインセンサの素子の並び方向に対して角度αだけ傾く。このとき、これを蓄積型ＣＣＤラインセンサ３５で撮像すると、干渉縞Ｋが平滑化され、ムラのない像が得られる。
【００２１】
なお、角度αから外れていくと均一度は次第に劣っていくが、ａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）の±３０°以内であれば、ほぼパターン検査には支障がない。また、干渉縞Ｋが平滑化される角度αは、周期的に存在するため、自然数をｍとしたときに、ｍとａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）との積、すなわち、
α＝ｍ×ａｒｃｓｉｎ（ｄ／ｎｐ）                      …（２）
である場合にも同様の効果を得ることができる。
【００２２】
上述したように本実施の形態に係るパターン検査装置３０によれば、レーザ光Ｌを用いた照明系を用いた場合であっても、干渉縞による強度変動ムラのないパターン像を得られる。このため、高精度のパターン検査を行うことができる。また、高精度の駆動機構等を必要としないので、低コストで製造が可能である。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述したパターン検査装置では、光軸に対してインテグレータレンズを光軸回りに傾けるようにしたが、蓄積型ＣＣＤラインセンサを光軸回りに傾けてもよい。また、角度αの許容値は必要とされる画像強度の均一性の度合いに基づいて適宜定めるようにしてもよい。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、インテグレータユニットのレンズ素子の並び方向と蓄積型ＣＣＤラインセンサの並び方向とを照明光の光軸回りに所定の角度αだけ傾けて配置することで、蓄積型ラインセンサの並び方向における干渉縞の出現量が均一となる。このため、蓄積型ラインセンサの出力において干渉縞の影響を打ち消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るパターン検査装置の構成を示す図。
【図２】同パターン検査装置における干渉縞と蓄積型ＣＣＤラインセンサとの関係を示す模式図。
【図３】従来のパターン検査装置の構成を示す図。
【図４】同パターン検査装置における干渉縞についての説明図及び顕微鏡写真。
【符号の説明】
３０…パターン検査装置
３１…レーザ光照射部
３２…照明光学系
３２ｃ…インテグレータユニット
３２ｄ…コンデンサレンズ
３３…試料ステージ
３４…対物レンズ
３５…蓄積型ＣＣＤラインセンサ
３６…画像処理部
【図１】
0003998316.tif 000002
【図２】
0003998316.tif 000003
【図３】
0003998316.tif 000004
【図４】
0003998316.tif 000005