(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出力された照明光を照明光学系に通して試料に照射し、前記試料を透過した試料像を結像光学系に通して検査用センサに結像し、前記検査用センサから出力される画像信号に基づいて前記試料の検査を行う試料検査装置において、
前記光源から出力された前記照明光の一部を検出用光として分岐し、前記検出用光を前記結像光学系に通して前記試料に照射する入射光学系と、
前記検査用センサを保持し、かつ開口部が形成されたセンサ基板と、
前記検査用センサの近傍に配置され、前記試料で反射して前記結像光学系により結像された前記検出用光を前記開口部に通して受光し、この受光量に応じた信号を出力するフォーカス用センサと、
前記試料と共焦点の関係にあり、前記結像光学系により結像される前記検出用光を通過させて前記フォーカス用センサに入射させる微小なピンホールと、
前記フォーカス用センサから出力される信号を入力し、前記フォーカス用センサの前記受光量が最も高くなるところを前記結像光学系による前記試料像のピントの合ったところとして検出する検出手段と、
を具備したことを特徴とする試料検査装置。
【請求項２】
前記入射光学系は、前記光源から出力された前記照明光の一部を検出用光として分岐する第１のハーフミラーと、
前記第１のハーフミラーにより分岐された前記検出用光を導く光ファイバーと、
前記光ファイバーにより導かれた前記検出用光を平行光に変換する焦点検出投光系と、
前記結像光学系内に配置され、前記焦点検出投光系により平行光に変換された前記検出用光を前記結像光学系の対物レンズを通して前記試料に照射する第２のハーフミラーと、
を有することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハを露光するためのフォトマスク等の試料の検査に際し、この試料に対する焦点の合ったところを検出して試料を検査する試料検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はフォトマスク等の試料に対する検査装置の構成図である。
レーザ光源１から出力されるレーザ光の光路上には、照明光学系２としての拡散板３及び各光学レンズ４〜６が配置されている。なお、光学レンズ４により各光源像７が形成される。
【０００３】
この照明光学系２は、レーザ光源１から出力されたレーザ光をフォトマスク等の試料８に照射する。
この試料８は、試料ステージ９上に載置され、この試料ステージ９の駆動によりレーザ光の光軸方向に対して垂直方向に移動するものとなっている。
【０００４】
このようにレーザ光の照射された試料８の像は、対物レンズ１０及び結像レンズ１１から成る結像光学系１２によりＣＣＤラインセンサ１３上に結像する。
なお、試料８を試料ステージ９の駆動し、試料８の像がＣＣＤラインセンサ１３の各素子の並びと垂直な方向に走査されるようにし、試料８に対する２次元の画像を得る。
【０００５】
画像処理装置１４は、ＣＣＤラインセンサ１３により撮像された試料８の２次元画像データを処理して試料８の検査を行う。
このような検査装置でピントの合った画像を得るために焦点検出が行われている。
【０００６】
すなわち、レーザ光源２０が設けられ、このレーザ光源２０から出力される検出用のレーザ光を結像光学系１２内に配置されたミラー２１で反射し、対物レンズ１０を通して試料８に照射する。
【０００７】
この試料８で反射したレーザ光を、再び対物レンズ１０、ミラー２１を通して戻し、ハーフミラー２２で反射してセンサ２３に導く。
そして、このセンサ２３での受光量が最も高くなるところを画像のピントの合ったところとして検出し、これに応じて結像光学系１２やＣＣＤラインセンサ１３の位置を決めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記焦点検出系では、試料８に対する検査系と全く別の光学系となっているため、例えば機械振動や空気の擾乱により、検査系の焦点と焦点検出系の焦点位置とが別々に変動を起こし、焦点検出系で得られた焦点情報により検査系をオートフォーカスしても、ＣＣＤラインセンサ１３で得られる２次元画像に焦点ぼけが生じる。
【００１０】
本発明は、機械振動や空気の擾乱などの影響を受けずに検査系の焦点を正確に検出して、焦点位置を常に安定して最適な状態に保って安定度の高い検査ができる試料検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源から出力された照明光を照明光学系に通して試料に照射し、試料を透過した試料像を結像光学系に通して検査用センサに結像し、検査用センサから出力される画像信号に基づいて試料の検査を行う試料検査装置において、光源から出力された照明光の一部を検出用光として分岐し、検出用光を結像光学系に通して試料に照射する入射光学系と、検査用センサを保持し、かつ開口部が形成されたセンサ基板と、検査用センサの近傍に配置され、試料で反射して結像光学系により結像された検出用光を開口部に通して受光し、この受光量に応じた信号を出力するフォーカス用センサと、試料と共焦点の関係にあり、結像光学系により結像される検出用光を通過させてフォーカス用センサに入射させる微小なピンホールと、フォーカス用センサから出力される信号を入力し、フォーカス用センサの受光量が最も高くなるところを結像光学系による試料像のピントの合ったところとして検出する検出手段とを備えた試料検査装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はフォトマスク等の試料に対する検査装置の構成図である。
レーザ光源１から出力されるレーザ光の光路上には、レーザ光源１から出力されたレーザ光をフォトマスク等の試料８に照射する照明光学系２として拡散板３及び各光学レンズ４〜６が配置されている。
【００２０】
試料８は、試料ステージ９上に載置され、この試料ステージ９の駆動によりレーザ光の光軸方向に対して垂直方向に移動するものとなっている。
又、試料８を透過した試料８の像の光路上には、結像光学系１２として対物レンズ１０及び結像レンズ１１が配置されている。
【００２１】
そして、この結像光学系１２の結像位置には、ＣＣＤラインセンサ１３が配置されている。このＣＣＤラインセンサ１３は、結像された試料８の画像信号を出力するもので、この画像信号は画像処理装置１４に送られている。
【００２２】
この画像処理装置１４は、ＣＣＤラインセンサ１３により撮像された試料８の２次元画像データを処理して試料８の検査を行う機能を有している。
一方、この検査装置には、ピントの合った画像を得るために焦点検出系が備えられている。
【００２３】
入射光学系３０は、試料８に対する照明光と同一波長の検出用光を結像光学系１２を通して試料８に照射するものである。
この入射光学系３０の具体的な構成は、レーザ光源１から出力されるレーザ光の光路上に第１のハーフミラー３１が配置されている。
【００２４】
この第１のハーフミラー３１は、レーザ光源１から出力されるレーザ光の一部を検出用光（以下、検出用レーザ光と称する）として分岐するものである。
この第１のハーフミラー３１の分岐光路上には、光学レンズ３２を介して光ファイバー３３の一端が配置されている。
【００２５】
この光ファイバー３３は、レーザ光源１から出力されて分岐された検出用レーザ光を検査装置の結像光学系１２の近傍、すなわち結像光学系１２を構成する対物レンズ１０と結像レンズ１１との間まで導くものである。
【００２６】
この光ファイバー３３の他端から出射される検出用レーザ光の光路上には、焦点検出投光光学系３４が配置されている。
この焦点検出投光光学系３４は、光ファイバー３３により導かれた検出用レーザ光を平行光に変換して対物レンズ１０と結像レンズ１１との間に送るものである。
【００２７】
これら対物レンズ１０と結像レンズ１１との間には、第２のハーフミラー３５が配置されており、この第２のハーフミラー３５は、焦点検出投光光学系３４により平行光に変換された検出用レーザ光を対物レンズ１０を通して試料８に照射するものである。
【００２８】
そして、検出用レーザ光を対物レンズ１０を通して試料８に照射され、その反射検出用レーザ光の結像光学系１２による結像位置は、ＣＣＤラインセンサ１３の近傍に設定されている。
【００２９】
この反射検出用レーザ光の結像光学系１２による結像位置には、フォーカス用センサ３６が配置されている。
このフォーカス用センサ３６は、試料８で反射して結像光学系１２により結像された検出用レーザ光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する機能を有している。
【００３０】
このフォーカス用センサ３６の配置位置は、図２に具体的に示すようにＣＣＤラインセンサ１３の近傍で、かつこのＣＣＤラインセンサ１３を保持するセンサ基板３７に開口部３８を形成し、この開口部３８の結像光学系１２側に微小なピンホール３９を取り付け、かつその反対側にフォーカス用センサ３６を配置したものとなっている。
【００３１】
ここで、ピンホール３９の光軸方向の高さ位置は、ＣＣＤラインセンサ１３の光電面と略同一高さ位置となっている。
又、試料８とピンホール３９とは、共焦点の関係にあり、これによりフォーカス用センサ３６での受光量が最も高くなるところが試料８の像のピントが最も合ったところとなる。
【００３２】
このフォーカス用センサ３６の配置位置は、平面から見ると、図３に示すようにＣＣＤラインセンサ１３の長手方向を直径とする円の内側となっている。
検出装置４０は、フォーカス用センサ３６から出力される電気信号を入力し、フォーカス用センサ３６の受光量が最も高くなるところを試料８の像のピントの合ったところとして検出する機能を有している。
【００３３】
なお、この検出装置４０の機能は、画像処理装置１４内に備えるようにしてもよい。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【００３４】
レーザ光源１から出力されたレーザ光は、第１のハーフミラー３１を透過して照明光学系２に入り、この照明光学系２の拡散板３及び各光学レンズ４〜６を通して試料ステージ９上の試料８に照射される。
【００３５】
このようにレーザ光の照射されたときの試料８の像は、対物レンズ１０及び結像レンズ１１から成る結像光学系１２によりＣＣＤラインセンサ１３上に結像する。
【００３６】
このとき試料８は、試料ステージ９上に載置され、この試料ステージ９の駆動によりレーザ光の光軸方向に対して垂直方向に移動する。
すなわち、試料８を試料ステージ９の駆動し、試料８の像がＣＣＤラインセンサ１３の各素子の並びと垂直な方向に走査されるようにし、試料８に対する２次元の画像を得る。
【００３７】
画像処理装置１４は、ＣＣＤラインセンサ１３により撮像された試料８の２次元画像データを処理して試料８の検査を行う。
このような検査装置でピントの合った画像を得るために焦点検出が行われている。
【００３８】
すなわち、レーザ光源１から出力されたレーザ光の一部は、第１のハーフミラー３１により検出用レーザ光として分岐される。
この検出用レーザ光は、光学レンズ３２を通して光ファイバー３３の一端に入射し、この光ファイバー３３内を伝搬し、結像光学系１２を構成する対物レンズ１０と結像レンズ１１との間まで導かれる。
【００３９】
この光ファイバー３３の他端から出射される検出用レーザ光は、焦点検出投光光学系３４により平行光に変換され、対物レンズ１０と結像レンズ１１との間に配置された第２のハーフミラー３５に送られる。
【００４０】
そして、検出用レーザ光は、第２のハーフミラー３５で反射し、対物レンズ１０を通して試料８に照射される。
この試料で反射した検出用レーザ光は、再び対物レンズ１０から第２のハーフミラー３５を通り、さらに結像レンズ１１を通ってＣＣＤラインセンサ１３の近傍に結像する。
【００４１】
そして、この検出用レーザ光は、図２に示すように微小なピンホール３９を通り、さらにセンサ基板３７に形成された開口部３８を通ってフォーカス用センサ３６に入射する。
【００４２】
このフォーカス用センサ３６は、試料８で反射して結像光学系１２により結像された検出用レーザ光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する。
検出装置４０は、フォーカス用センサ３６から出力される電気信号を入力し、フォーカス用センサ３６の受光量が最も高くなるところを試料８の像のピントの最も合ったところとして検出する。
【００４３】
このように上記一実施の形態においては、レーザ光源１からのレーザ光で照明された試料８からの像を結像光学系１２を通してＣＣＤラインセンサ１３に結像し、その画像信号に基づいて試料８の検査を行う場合、試料８を照明するレーザ光の一部を検出用レーザ光として光ファイバー３３により焦点検出投光光学系３４に導き、ここで検出用光を平行光に変換し、この検出用光を結像光学系１２内に配置された第２のハーフミラー３５で反射して対物レンズ１０を通して試料８に照射し、この試料８で反射した検出用レーザ光を結像光学系１２により結像し、それをフォーカス用センサ３６で受光し、その受光量が最も高くなるところを試料８の像のピントの最もたったところとして検出するので、焦点検出での検出用レーザ光を試料８を照明するレーザ光の波長と同一にでき、かつ試料８からの反射検出用レーザ光を試料８の像を得る光路と同一の結像光学系１２を通すことができ、これにより焦点検出系と試料８の検査系とを共通して使用することができ、例えば機械振動や空気の擾乱、又、温度、気圧等の変動が生じても、同一条件で焦点検出と検査とができ、ＣＣＤラインセンサ１３で得られる２次元画像に焦点ぼけが生じることはない。
【００４４】
すなわち、機械振動や空気の擾乱、温度、気圧等の変動が焦点検出系と試料８の検査系とに対して同様に作用するので、焦点位置の変化も同様に変化するからである。
【００４５】
従って、機械振動や空気の擾乱などの影響を受けずに検査系の焦点を正確に検出でき、焦点位置を常に安定して最適な状態に保つことができ、安定度の高い試料８の検査ができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよい。
例えば、試料８の検査は、試料８の透過画像により検査に限らず、試料８の反射光による画像等の焦点検出が必要な検査装置の全般に適用してもよい。
【００４７】
又、レーザ光源１から出力されるレーザ光と同一波長のレーザ光を出力する検出用のレーザ光源を別途設け、このレーザ光源から出力されるレーザ光を焦点検出投光光学系３４から第２のハーフミラー３５、対物レンズを通して試料８に照射してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、同一条件で焦点検出と試料の検査とができ、かつ機械振動や空気の擾乱などの影響を受けずに検査系の焦点を正確に検出して、焦点位置を常に安定して最適な状態に保って安定度の高い検査ができる試料検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる焦点検出装置を適用した試料に対する検出装置の一実施の形態を示す構成図。
【図２】フォーカス用センサの配置位置を示す図。
【図３】フォーカス用センサの配置位置を平面的に見た示す図。
【図４】従来のフォトマスク等の試料に対する検査装置の構成図。
【符号の説明】
１…レーザ光源、
２…照明光学系、
８…試料、
１２…結像光学系、
１０…対物レンズ、
１１…結像レンズ、
１３…ＣＣＤラインセンサ、
１４…画像処理装置、
３０…入射光学系、
３１…第１のハーフミラー、
３３…光ファイバー、
３４…焦点検出投光光学系、
３５…第２のハーフミラー、
３６…フォーカス用センサ、
４０…検出装置。
【図１】
0003754164.tif 000002
【図２】
0003754164.tif 000003
【図３】
0003754164.tif 000004
【図４】
0003754164.tif 000005