光学フィルタ及び顕微鏡装置
【課題】遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタ、又は阻止波長を変更することが可能な波長フィルタとして利用できる光学フィルタを提供する。
【解決手段】光学フィルタ６０を、その入射光ＬＩの光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され入射光を反射面で反射する第１の光Ｌ１及び反射面を透過する第２の光Ｌ２に分光する半透鏡６１と、第１の光Ｌ１を反対向きに反射して半透鏡６１に再び入射させる第１の反射鏡６２ａと、第２の光Ｌ２を反対向きに反射して半透鏡６１に再び入射させる第２の反射鏡６２ｂと、により構成し、第１及び第２の反射鏡６１、６２の少なくとも一方をその反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイとした。
【解決手段】光学フィルタ６０を、その入射光ＬＩの光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され入射光を反射面で反射する第１の光Ｌ１及び反射面を透過する第２の光Ｌ２に分光する半透鏡６１と、第１の光Ｌ１を反対向きに反射して半透鏡６１に再び入射させる第１の反射鏡６２ａと、第２の光Ｌ２を反対向きに反射して半透鏡６１に再び入射させる第２の反射鏡６２ｂと、により構成し、第１及び第２の反射鏡６１、６２の少なくとも一方をその反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学フィルタに関する。より詳しくは、所定の波長成分を阻止する波長フィルタ、又は透過光を部分的に遮光する空間フィルタとして使用可能な光学フィルタ、及びこれを用いる顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネルなどの半導体デバイス等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの試料の表面に形成されたパターンを光学顕微鏡を用いて観察し、試料表面に存在する欠陥を検出するパターン欠陥検査などの外観検査が広く行われている。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置に用いられる顕微鏡装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などを検査する外観検査装置にも広く適用可能である。
【０００３】
図１は、下記特許文献１にて開示される従来の半導体ウエハ用外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、半導体ウエハ用外観検査装置１は、検査対象である半導体ウエハ２（以下「ウエハ」と示す）を保持するステージ１１と、被検査面であるウエハ２の表面の光学像を投影する対物レンズ１２と、投影されたウエハ２の表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置（イメージセンサ）５０と、対物レンズ１２により投影されたウエハ２の像をさらにイメージセンサ５０上に結像するリレーレンズ２１、２２と、イメージセンサ５０から出力されたアナログ画像信号を処理して多値のデジタル画像データに変換する画像信号処理回路５１と、デジタル画像データを処理してパターンの同一部分を比較し、欠陥を検出するデジタル画像データ処理回路５３と、データ処理のために画像データを記憶する画像データメモリ５２とを有する。
【０００４】
また、ウエハ２の表面を照明する照明光学系は、光源３１と、照明用レンズ３２、３３と、対物レンズ１２の投影光路中に設けられた半透鏡（ビームスプリッタ）４０とを有する。半透鏡４０は、照明用レンズ３２により集光された照明光を対物レンズ１２に向けて反射させるとともに、対物レンズ１２が撮像装置５０の受光面上に結像するウエハ２の表面の光学像の投影光を透過する。
照明用レンズ３２及び３３は、コンデンサレンズとしての対物レンズ１２の瞳面３の位置に光源３１の像を結ぶ。このような照明はケラー照明と呼ばれ対物レンズ１２を通過した照明光は一様なムラのない照明光となる。
【０００５】
撮像装置５０としては、２次元ＣＣＤ素子を使用したＴＶカメラなどを使用することも可能であるが、高精細の画像信号を得るためには１次元ＣＣＤ等のラインセンサを使用することも多い。この場合は、ステージ１１をウエハ２に対して相対移動させ（走査して）、ステージ１１を駆動する駆動パルス信号に同期して、画像信号処理回路５１が撮像装置５０の信号を取り込んで画像を取得することが多い。
【０００６】
次に、半導体ウエハ用外観検査装置の照明光学系について説明する。半導体ウエハ用外観検査装置では金属顕微鏡の照明光学系が使用される。明視野照明系では、対物レンズの光軸を含む垂直方向からウエハ２の表面を照明しその正反射光の像を捕らえる。
一方で、暗視野照明系は、ウエハ２を斜め方向から照明して垂直方向から観察するか、あるいはウエハ２を垂直方向から照明し斜め方向から観察することにより、ウエハ２の表面で正反射された照明光を捉えないでその乱反射光を捉える。このためウエハ２上に存在する欠陥（短絡）部分から生じる回折光が強調される利点があり、近年のウエハ上パターンの微細化により暗視野照明下で検査することが必要な場合が急速に増加している。
【０００７】
このような暗視野照明系を実現するために、照明光学系や結像光学系に空間フィルタを設けた顕微鏡装置が用いられている。例えば下記特許文献２には、落射照明光学系を備えた顕微鏡装置において対物レンズ１２の瞳面３の照明光学系側の共役面４に光束の中心部分を遮蔽する輪帯フィルタを設けることにより、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を結像させ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明する照明光を実現している。
【０００８】
また半導体ウエハ上のメモリセル領域のように周期性を有する反復パターンが被検査面に形成されている場合には、被検査面に対する対物レンズ１２のフーリエ変換面３やその共役面５には被検査面の像の空間周波数スペクトル像が現れる。このようなフーリエ変換面３やその共役面５に空間フィルタを設けることによって、被検査面の反復パターンに起因する空間周波数スペクトル像に現れるスポット像をマスクすると、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における被検査面の反復パターン像の相対強度を弱まり、欠陥像の相対強度を高めることが可能となる。例えば下記特許文献１及び４には、対物レンズ１２のフーリエ変換面である瞳面３の共役面５に空間フィルタを設ける外観検査装置が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平２００６−２３２２１号公報
【特許文献２】特開平２００４−１０１４０６号公報
【特許文献３】特開平２００６−１１３４３７号公報
【特許文献４】米国特許第６，６８６，６０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のウエハ２などの被検査面上には、様々な種類のパターンが様々な材料で形成されており、また観察に使用する照明光も材料に応じて複数種の波長の照明光が使用されている。上述の空間フィルタもまたこれら検査内容に応じて最適なものを選択する必要があり、１種類のフィルタだけで全ての試料に対応することは不可能である。このため従来は、重要な製造工程に伴い行われる検査内容に最も適したフィルタを顕微鏡装置に装着し、その他の工程に伴い行われる検査の際にはフィルタによる感度向上を見送る場合もあった。
また場合によっては試料に応じてフィルタを交換するが、この場合は交換作業とその後の装置調整が必要になるため作業が煩雑となっていた。
【００１１】
また、物体の光学反射率や透過性、表面における散乱状態は、その物体の材質と入射光の波長帯とに依存する。例えば、半導体回路の配線部分に使用される銅は可視光域では反射率が高い性質を示すが、３５０ｎｍ付近の波長帯で反射率が程度で反射率が低下するという性質を有する。したがって固有の材料で形成されたパターンが形成された被検査面上の欠陥を検出する場合には、その材料で強く反射する波長帯の成分を照明光から除去し、欠陥で散乱する回折光を強調することが好適である。
【００１２】
上記の解決課題に鑑み、本発明は、遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタとして利用できる光学フィルタを提供することを目的とする。また本発明は、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタとして利用できる光学フィルタを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、光学フィルタを、その入射光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され入射光を反射面で反射する第１の光及び反射面を透過する第２の光に分光する半透鏡と、第１の光を反対向きに反射して半透鏡に再び入射させる第１の反射鏡と、第２の光を反対向きに反射して半透鏡に再び入射させる第２の反射鏡と、により構成し、第１及び第２の反射鏡の少なくとも一方をその反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイとした。
【００１４】
光学フィルタを上記の通り構成することにより、図２を参照して後述するように、第１の反射鏡で反射した第１の光が半透鏡の反射面を透過して半透鏡を出射する第１の出射光と、第２の反射鏡で反射した第２の光が半透鏡の反射面で反射する第２の出射光とが、半透鏡を同じ方向へ出射する出射光となって合成される。したがって第１及び／又は第２の反射鏡として設けられたマイクロミラーアレイの反射面の法線方向におけるミラー素子の位置を変えることによって、これら合成される第１の出射光と第２の出射光との間の光路差を変更することができる。このとき、ある波長λに対して、第１の出射光と第２の出射光との間の光路差ΔＬが、次式、
【００１５】
ΔＬ＝（ｎ＋１／２）×λ （１）
【００１６】
を満たすように、上記マイクロミラーアレイのミラー素子の位置を調整することにより、第１の出射光及び第２の出射光に含まれる波長をλとする波長成分同士が打ち消し合うために、本光学フィルタは、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタとして利用することが可能である。
【００１７】
また、単一波長の入射光に対して、マイクロミラーアレイの複数のミラー素子のうちの一部分だけを、第１の出射光及び第２の出射光が打ち消し合うような位置に調整することによって、本光学フィルタを、遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタとして利用することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタが実現される。また遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図２は、本発明の実施例による光学フィルタの概略構成図である。
光学フィルタ６０は、その入射光ＬＩの光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡（ビームスプリッタ）６１と、この半透鏡６１によって入射光ＬＩを分光した第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡６１に入射させる第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂと、を備えて構成される。
図２の構成例では、半透鏡６１によって分光された入射光ＬＩの２つの成分のうち、半透鏡６１で反射した成分を第１の光Ｌ１とし、半透鏡６１を透過した成分を第２の光Ｌ２としている。
【００２０】
半透鏡６１から出射した第１の光Ｌ１は、第１の反射鏡６２ａにて反対向きに反射することにより再び半透鏡６１に入射する。そして半透鏡６１の反射面で反射する成分と反射面を透過する成分とに分光される。半透鏡６１の反射面で反射する成分は入射光ＬＩが入射してきた方向に進行する光となり、反射面を透過する成分は光学フィルタ６０から出射する第１の出射光ＬＯ１となる。
一方で、半透鏡６１から出射した第２の光Ｌ２は、第２の反射鏡６２ｂにて反対向きに反射することにより再び半透鏡６１に入射する。そして半透鏡６１の反射面で反射する成分と反射面を透過する成分とに分光される。半透鏡６１の反射面を透過する成分は入射光ＬＩが入射してきた方向に進行する光となり、反射面で反射する成分は光学フィルタ６０から出射する第２の出射光となり、上述の第１の光Ｌ１に合成される。
【００２１】
ここで、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの一方又は両方には、その反射面が微小なミラー素子の配列により構成されるマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。ここで用いられるマイクロミラーアレイデバイスは、このデバイスの反射面である２次元平面上に多数のミラー素子が配列され、かつ各ミラー素子の反射面の方向がマイクロミラーアレイデバイス自体の反射面と同じ方向に配向され、さらに各ミラー素子の位置が、反射面の法線方向について精密に制御することができるデバイスである。このようなミラー素子の駆動機構は、例えば圧電材料を用いた圧電アクチュエータにより実現可能である。
【００２２】
図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）に圧電アクチュエータを駆動機構とする本マイクロミラーデバイスの構成例を示す。図３の（Ａ）は、多数のミラー素子から成るマイクロミラーデバイス７０のうち２×２＝４個のミラー素子７１部分だけを示している。図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示したマイクロミラーデバイス７０のうち、表面に設けられたミラー素子７１を取り除いて、ミラー素子７１を駆動する圧電アクチュエータアレイを露呈させた状態を示す。
【００２３】
図３の（Ａ）に示すように、各ミラー素子７１はそれぞれを支える圧電アクチュエータ７３の上面に設けられ、圧電アクチュエータ７３はセラミック基板７２の上に配列され固定されている。各圧電アクチュエータ７３は、圧電体７３ａと、これを横方向から挟む一対の電極７３ｂ及び７３ｃで構成される。
ここで圧電体７３ａは圧電横効果による変位を生じる素子であり、その分極方向Ｐが、電極対７３ｂ及び７３ｃに電圧が印加されたときに圧電体７３ａ内に生じる電界Ｅと同じ方向に向けられている。
【００２４】
電極対７３ｂ及び７３ｃに電圧を印加することにより、圧電体７３ａにその分極方向Ｐと同じ方向に電界Ｅを加えると、圧電体７３ａはそれらと垂直方向である図示矢印Ｓ方向に伸縮変位を生じる。圧電体７３ａの下端はセラミック基板７２に固定されているので、この伸縮変位は、各ミラー素子７１を反射面の法線方向に駆動する駆動力を生じさせる。
【００２５】
図２に戻り、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの一方又は両方に、上記のマイクロミラーアレイデバイス７０を用いて、反射面をその法線方向について移動させることにより、半透鏡６１で分光され第１の反射鏡６２ａにて反射して光学フィルタ６０から出射する第１の出射光ＬＯ１と、半透鏡６１で分光され第２の反射鏡６２ｂにて反射して光学フィルタ６０から出射する第２の出射光ＬＯ２との間の光路差ΔＬを調整することが可能である。
【００２６】
そして第１の出射光ＬＯ１と第２の出射光ＬＯ２との間の光路差ΔＬが、与えられた波長λについて上式（１）を満たすように、上記マイクロミラーアレイのミラー素子の位置を調整することにより、光学フィルタ６０への入射光ＬＩのうち波長λの波長成分を阻止する。
例えば、マイクロミラーアレイデバイスの圧電体７３ａに駆動電圧を印加しない状態において、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの各々の反射面を、半透鏡６１の反射面に対して対称な位置に配置し、出射光ＬＯ１と第２の出射光ＬＯ２との間に光路差がない状態（ΔＬ＝０）にしておき、波長λの波長成分を阻止するときだけミラー素子７１を変位させることにより上式（１）を満たす光路差ΔＬを与えてよい。
【００２７】
図４は、本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第１実施例の概略構成図である。図４に示す半導体ウエハ外観検査装置１は、図１に示す半導体ウエハ用外観検査装置に類似する構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照番号を付すこととし同様の機能については説明を省略する。
本半導体ウエハ外観検査装置１は、照明光学系として、光源３１と、光源３１からの光を平行光とするコリメートレンズ３４と、第１の光学フィルタ８１を備える。コリメートレンズ３４により平行光にされた照明光は、第１の光学フィルタ８１を通過した後に、半透鏡４０で反射して対物レンズ１２に入射しウエハ２の表面を照明する。
【００２８】
第１の光学フィルタ８１は、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有している。すなわち、第１の光学フィルタ８１は、入射する照明光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡８１ａと、この半透鏡８１ａによって照明光を分光した第１の照明光及び第２の照明光を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡８１ａに入射させる第１の反射鏡８１ｂ及び第２の反射鏡８１ｃと、を備えて構成され、第１の反射鏡８１ｂ及び第２の反射鏡８１ｃの一方又は両方には、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）を参照して説明したマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。
以下の第１の光学フィルタ８１の説明において、半透鏡８１ａで分光され第１の反射鏡８１ｂにて反射して第１の光学フィルタ８１から出射する出射光を「第１の出射光」と示し、半透鏡８１ａで分光され第２の反射鏡８１ｃにて反射して光学フィルタ８１から出射する出射光を「第２の出射光」と示す。
【００２９】
ここで、光源３１として多数の波長域の波長成分を含む光源（例えば白色光源）が用いられる場合に、本半導体ウエハ外観検査装置１は、所定の波長の波長成分を照明光から除く波長フィルタとして使用する。
例えば、ウエハ２の被検査面に所定の材料でパターンが形成され、波長λの照明光がこの所定材料で強く反射し、欠陥で散乱する回折光の相対強度が低下する場合には、照明光に含まれる波長λの成分を阻止するよう第１の光学フィルタ８１がマイクロミラーアレイデバイスの反射面の位置を制御する。
具体的には、例えば所定の材料に応じて定めた波長λに対して上記第１の出射光と第２の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように、第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの反射面の位置決めする。
【００３０】
また、光源３１として単一の波長域λの波長成分を含む光源（例えば発光ダイオードやレーザーダイオード）が用いられる場合には、本半導体ウエハ外観検査装置１は、第１の光学フィルタ８１をコリメートレンズ３４により平行光束にされた照明光の一部を遮蔽する空間フィルタとして使用する。
図５を参照して、第１の光学フィルタ８１を空間フィルタとして使用する場合における、第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの駆動方法を説明する。図５は、第１の反射鏡８１ｂ及び／又は第２の反射鏡８１ｃとして第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを示しており、図のマス目の各々はマイクロミラーアレイデバイスの表面に設けられた個々の微小ミラー素子を表している。また、図示の点線９０で囲まれた領域は、マイクロミラーアレイデバイスの反射面のうち第１の光学フィルタ８１に入射した平行光束が照射される領域を示している。
【００３１】
例えば、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じさせ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明して暗視野観察像を得る場合には、マイクロミラーアレイデバイスの反射面に設けられた全てのミラー素子のうち、平行光束の中央部分が照射されるミラー素子（図５において梨地でハッチングしたミラー素子）の位置だけを、波長λに対して上記第１の出射光と第２の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように位置決めする。
【００３２】
そしてそれ以外のミラー素子（図５において白地のままにしたミラー素子）の位置を、第１の出射光と第２の出射光との光路差がなくなるように位置決めする。
このようにマイクロミラーアレイデバイスのミラー素子の反射面を位置決めすることにより、第１の光学フィルタ８１は入射する平行光束の照明光の中央部分だけを遮光し、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じる。
【００３３】
図４に戻り、本半導体ウエハ外観検査装置１は、結像光学系に設けられたリレーレンズ２１と２２との間に、第２の光学フィルタ８２を備える。
第２の光学フィルタ８２は、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有している。すなわち、第２の光学フィルタ８２は、リレーレンズ２１を通過した対物レンズ１２からの投影光（入射光）の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡８２ａと、この半透鏡８２ａによって照明光を分光した第１の投影光及び第２の投影光を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡８２ａに入射させる第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃと、を備えて構成され、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの一方又は両方には、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）を参照して説明したマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。
以下の第２の光学フィルタ８２の説明において、半透鏡８２ａで分光され第３の反射鏡８２ｂにて反射して第２の光学フィルタ８２から出射する出射光を「第３の出射光」と示し、半透鏡８２ａで分光され第４の反射鏡８２ｃにて反射して光学フィルタ８２から出射する出射光を「第４の出射光」と示す。
【００３４】
また、第２の光学フィルタ８２の位置は、第４の反射鏡８２ｃの反射面５が、ウエハ２の被検査面に対する対物レンズ１２のフーリエ変換面（すなわち対物レンズ１２の瞳面３）の共役面となるように位置付けられており、また第３の反射鏡８２ｂは、その反射面５’が第４の反射鏡８２ｃの反射面５に対して、半透鏡８２ａの反射面について対称となる位置に設けられている。
したがって、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの各々の反射面には、該被検査面のパターンの空間周波数スペクトル像（フーリエ変換像）が現れる。
【００３５】
例えば、被検査面に現れるパターンが図６の（Ａ）に示すような図のＹ方向に周期性を有する反復パターンである場合には、この反復パターンに対応して、図６の（Ｂ）に示すような図のＹ方向に連続するスポット像の列からなる空間周波数スペクトル像が、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの各々の反射面に生じる。
そこで、第３の反射鏡８２ｂ及び／又は第４の反射鏡８２ｃとして設けられたマイクロミラーアレイデバイスの各ミラー素子の反射面の位置を制御することにより、空間周波数スペクトル像に現れるスポット像の部分をマスクし、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における被検査面の反復パターン像の相対強度を弱めて、欠陥像の相対強度を高める。
【００３６】
図６の（Ｃ）を参照して、図６の（Ｂ）に示す空間周波数スペクトル像に現れるスポット像の部分をマスクする空間フィルタとして第２の光学フィルタ８２を使用する場合における、第２の光学フィルタ８２に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの駆動方法を説明する。図６の（Ｃ）は、第３の反射鏡８２ｂ及び／又は第４の反射鏡８２ｃとして第２の光学フィルタ８２に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを示している。
【００３７】
マイクロミラーアレイデバイスの反射面に配置された全てのミラー素子のうち、空間周波数スペクトル像のスポット像が生じるミラー素子（図６の（Ｃ）において梨地でハッチングしたミラー素子）の位置だけを、照明光の波長λに対して上記第３の出射光と第４の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように位置決めする。
そしてそれ以外のミラー素子（図６の（Ｃ）において白地のままにしたミラー素子）の位置を、第３の出射光と第４の出射光との光路差がなくなるように反射面の位置決めする。
【００３８】
このようにマイクロミラーアレイデバイスのミラー素子の反射面を位置決めすることにより、第２の光学フィルタ８２に入射した投影光のうち、被検査面に現れる反復パターンに起因して生じる周波数成分のみがマスクされ、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における欠陥像の相対強度を高められる。
【００３９】
図７は、本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第２実施例の概略構成図である。図７に示す構成例では、照明光学系としてケーラー照明を使用し、照明用レンズ３２と３３との間に、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有する第１の光学フィルタ８１を備える。
そして、第１の光学フィルタ８１の位置は、第１の反射鏡８１ｂの反射面４が、対物レンズ１２の瞳面３の共役面となるように位置付けられており、また第２の反射鏡８１ｃは、その反射面４’が第１の反射鏡８１ｂの反射面４に対して、半透鏡８１ａの反射面について対称となる位置に設けられている。
【００４０】
したがって、第１の反射鏡８１ｂ及び／又は第２の反射鏡８１ｃとして第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを、図５を参照して上述の説明と同様に制御すると、第１の光学フィルタ８１は入射する平行光束の照明光の中央部分だけを遮光し、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明して暗視野観察像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、通過光の所定の波長成分をカットする波長カットフィルタ、又は透過光を部分的に遮光する空間フィルタとして使用可能な光学フィルタ、及びこれを用いる顕微鏡装置に利用可能であり、特に半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの表面の撮像画像に基づき、これらの表面に形成されたパターンの欠陥を検出する外観検査装置において、試料表面の撮像画像を取得するために使用される顕微鏡装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の半導体ウエハ用外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】発明の実施例による光学フィルタの概略構成図である。
【図３】（Ａ）は圧電アクチュエータを駆動機構とする本マイクロミラーデバイスの構成例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すミラーを駆動する圧電アクチュエータアレイの構成例を示す図である。
【図４】本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第１実施例の概略構成図である。
【図５】図４に示す半導体ウエハ用外観検査装置の照明光学系に設けられた光学フィルタにより実現される空間フィルタの例を示す図である。
【図６】（Ａ）は被検査面に形成される反復パターンを示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のパターンを有する被検査面からの反射光を捉えた対物レンズのフーリエ変換面に生じる空間周波数スペクトル像であり、（Ｃ）は（Ｂ）の空間周波数スペクトル像を遮蔽するのに好適な光学フィルタにより実現される空間フィルタの例を示す図である。
【図７】本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第２実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
６０、８１、８２ 光学フィルタ
６１ 半透鏡
６２ａ 第１の反射鏡
６２ｂ 第２の反射鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学フィルタに関する。より詳しくは、所定の波長成分を阻止する波長フィルタ、又は透過光を部分的に遮光する空間フィルタとして使用可能な光学フィルタ、及びこれを用いる顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネルなどの半導体デバイス等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの試料の表面に形成されたパターンを光学顕微鏡を用いて観察し、試料表面に存在する欠陥を検出するパターン欠陥検査などの外観検査が広く行われている。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用外観検査装置に用いられる顕微鏡装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などを検査する外観検査装置にも広く適用可能である。
【０００３】
図１は、下記特許文献１にて開示される従来の半導体ウエハ用外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、半導体ウエハ用外観検査装置１は、検査対象である半導体ウエハ２（以下「ウエハ」と示す）を保持するステージ１１と、被検査面であるウエハ２の表面の光学像を投影する対物レンズ１２と、投影されたウエハ２の表面の光学像を電気的な画像信号に変換する撮像装置（イメージセンサ）５０と、対物レンズ１２により投影されたウエハ２の像をさらにイメージセンサ５０上に結像するリレーレンズ２１、２２と、イメージセンサ５０から出力されたアナログ画像信号を処理して多値のデジタル画像データに変換する画像信号処理回路５１と、デジタル画像データを処理してパターンの同一部分を比較し、欠陥を検出するデジタル画像データ処理回路５３と、データ処理のために画像データを記憶する画像データメモリ５２とを有する。
【０００４】
また、ウエハ２の表面を照明する照明光学系は、光源３１と、照明用レンズ３２、３３と、対物レンズ１２の投影光路中に設けられた半透鏡（ビームスプリッタ）４０とを有する。半透鏡４０は、照明用レンズ３２により集光された照明光を対物レンズ１２に向けて反射させるとともに、対物レンズ１２が撮像装置５０の受光面上に結像するウエハ２の表面の光学像の投影光を透過する。
照明用レンズ３２及び３３は、コンデンサレンズとしての対物レンズ１２の瞳面３の位置に光源３１の像を結ぶ。このような照明はケラー照明と呼ばれ対物レンズ１２を通過した照明光は一様なムラのない照明光となる。
【０００５】
撮像装置５０としては、２次元ＣＣＤ素子を使用したＴＶカメラなどを使用することも可能であるが、高精細の画像信号を得るためには１次元ＣＣＤ等のラインセンサを使用することも多い。この場合は、ステージ１１をウエハ２に対して相対移動させ（走査して）、ステージ１１を駆動する駆動パルス信号に同期して、画像信号処理回路５１が撮像装置５０の信号を取り込んで画像を取得することが多い。
【０００６】
次に、半導体ウエハ用外観検査装置の照明光学系について説明する。半導体ウエハ用外観検査装置では金属顕微鏡の照明光学系が使用される。明視野照明系では、対物レンズの光軸を含む垂直方向からウエハ２の表面を照明しその正反射光の像を捕らえる。
一方で、暗視野照明系は、ウエハ２を斜め方向から照明して垂直方向から観察するか、あるいはウエハ２を垂直方向から照明し斜め方向から観察することにより、ウエハ２の表面で正反射された照明光を捉えないでその乱反射光を捉える。このためウエハ２上に存在する欠陥（短絡）部分から生じる回折光が強調される利点があり、近年のウエハ上パターンの微細化により暗視野照明下で検査することが必要な場合が急速に増加している。
【０００７】
このような暗視野照明系を実現するために、照明光学系や結像光学系に空間フィルタを設けた顕微鏡装置が用いられている。例えば下記特許文献２には、落射照明光学系を備えた顕微鏡装置において対物レンズ１２の瞳面３の照明光学系側の共役面４に光束の中心部分を遮蔽する輪帯フィルタを設けることにより、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を結像させ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明する照明光を実現している。
【０００８】
また半導体ウエハ上のメモリセル領域のように周期性を有する反復パターンが被検査面に形成されている場合には、被検査面に対する対物レンズ１２のフーリエ変換面３やその共役面５には被検査面の像の空間周波数スペクトル像が現れる。このようなフーリエ変換面３やその共役面５に空間フィルタを設けることによって、被検査面の反復パターンに起因する空間周波数スペクトル像に現れるスポット像をマスクすると、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における被検査面の反復パターン像の相対強度を弱まり、欠陥像の相対強度を高めることが可能となる。例えば下記特許文献１及び４には、対物レンズ１２のフーリエ変換面である瞳面３の共役面５に空間フィルタを設ける外観検査装置が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平２００６−２３２２１号公報
【特許文献２】特開平２００４−１０１４０６号公報
【特許文献３】特開平２００６−１１３４３７号公報
【特許文献４】米国特許第６，６８６，６０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のウエハ２などの被検査面上には、様々な種類のパターンが様々な材料で形成されており、また観察に使用する照明光も材料に応じて複数種の波長の照明光が使用されている。上述の空間フィルタもまたこれら検査内容に応じて最適なものを選択する必要があり、１種類のフィルタだけで全ての試料に対応することは不可能である。このため従来は、重要な製造工程に伴い行われる検査内容に最も適したフィルタを顕微鏡装置に装着し、その他の工程に伴い行われる検査の際にはフィルタによる感度向上を見送る場合もあった。
また場合によっては試料に応じてフィルタを交換するが、この場合は交換作業とその後の装置調整が必要になるため作業が煩雑となっていた。
【００１１】
また、物体の光学反射率や透過性、表面における散乱状態は、その物体の材質と入射光の波長帯とに依存する。例えば、半導体回路の配線部分に使用される銅は可視光域では反射率が高い性質を示すが、３５０ｎｍ付近の波長帯で反射率が程度で反射率が低下するという性質を有する。したがって固有の材料で形成されたパターンが形成された被検査面上の欠陥を検出する場合には、その材料で強く反射する波長帯の成分を照明光から除去し、欠陥で散乱する回折光を強調することが好適である。
【００１２】
上記の解決課題に鑑み、本発明は、遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタとして利用できる光学フィルタを提供することを目的とする。また本発明は、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタとして利用できる光学フィルタを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、光学フィルタを、その入射光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され入射光を反射面で反射する第１の光及び反射面を透過する第２の光に分光する半透鏡と、第１の光を反対向きに反射して半透鏡に再び入射させる第１の反射鏡と、第２の光を反対向きに反射して半透鏡に再び入射させる第２の反射鏡と、により構成し、第１及び第２の反射鏡の少なくとも一方をその反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイとした。
【００１４】
光学フィルタを上記の通り構成することにより、図２を参照して後述するように、第１の反射鏡で反射した第１の光が半透鏡の反射面を透過して半透鏡を出射する第１の出射光と、第２の反射鏡で反射した第２の光が半透鏡の反射面で反射する第２の出射光とが、半透鏡を同じ方向へ出射する出射光となって合成される。したがって第１及び／又は第２の反射鏡として設けられたマイクロミラーアレイの反射面の法線方向におけるミラー素子の位置を変えることによって、これら合成される第１の出射光と第２の出射光との間の光路差を変更することができる。このとき、ある波長λに対して、第１の出射光と第２の出射光との間の光路差ΔＬが、次式、
【００１５】
ΔＬ＝（ｎ＋１／２）×λ （１）
【００１６】
を満たすように、上記マイクロミラーアレイのミラー素子の位置を調整することにより、第１の出射光及び第２の出射光に含まれる波長をλとする波長成分同士が打ち消し合うために、本光学フィルタは、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタとして利用することが可能である。
【００１７】
また、単一波長の入射光に対して、マイクロミラーアレイの複数のミラー素子のうちの一部分だけを、第１の出射光及び第２の出射光が打ち消し合うような位置に調整することによって、本光学フィルタを、遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタとして利用することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、阻止波長を変更することが可能な波長フィルタが実現される。また遮蔽部分の形状を変更することが可能な空間フィルタが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図２は、本発明の実施例による光学フィルタの概略構成図である。
光学フィルタ６０は、その入射光ＬＩの光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡（ビームスプリッタ）６１と、この半透鏡６１によって入射光ＬＩを分光した第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡６１に入射させる第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂと、を備えて構成される。
図２の構成例では、半透鏡６１によって分光された入射光ＬＩの２つの成分のうち、半透鏡６１で反射した成分を第１の光Ｌ１とし、半透鏡６１を透過した成分を第２の光Ｌ２としている。
【００２０】
半透鏡６１から出射した第１の光Ｌ１は、第１の反射鏡６２ａにて反対向きに反射することにより再び半透鏡６１に入射する。そして半透鏡６１の反射面で反射する成分と反射面を透過する成分とに分光される。半透鏡６１の反射面で反射する成分は入射光ＬＩが入射してきた方向に進行する光となり、反射面を透過する成分は光学フィルタ６０から出射する第１の出射光ＬＯ１となる。
一方で、半透鏡６１から出射した第２の光Ｌ２は、第２の反射鏡６２ｂにて反対向きに反射することにより再び半透鏡６１に入射する。そして半透鏡６１の反射面で反射する成分と反射面を透過する成分とに分光される。半透鏡６１の反射面を透過する成分は入射光ＬＩが入射してきた方向に進行する光となり、反射面で反射する成分は光学フィルタ６０から出射する第２の出射光となり、上述の第１の光Ｌ１に合成される。
【００２１】
ここで、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの一方又は両方には、その反射面が微小なミラー素子の配列により構成されるマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。ここで用いられるマイクロミラーアレイデバイスは、このデバイスの反射面である２次元平面上に多数のミラー素子が配列され、かつ各ミラー素子の反射面の方向がマイクロミラーアレイデバイス自体の反射面と同じ方向に配向され、さらに各ミラー素子の位置が、反射面の法線方向について精密に制御することができるデバイスである。このようなミラー素子の駆動機構は、例えば圧電材料を用いた圧電アクチュエータにより実現可能である。
【００２２】
図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）に圧電アクチュエータを駆動機構とする本マイクロミラーデバイスの構成例を示す。図３の（Ａ）は、多数のミラー素子から成るマイクロミラーデバイス７０のうち２×２＝４個のミラー素子７１部分だけを示している。図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示したマイクロミラーデバイス７０のうち、表面に設けられたミラー素子７１を取り除いて、ミラー素子７１を駆動する圧電アクチュエータアレイを露呈させた状態を示す。
【００２３】
図３の（Ａ）に示すように、各ミラー素子７１はそれぞれを支える圧電アクチュエータ７３の上面に設けられ、圧電アクチュエータ７３はセラミック基板７２の上に配列され固定されている。各圧電アクチュエータ７３は、圧電体７３ａと、これを横方向から挟む一対の電極７３ｂ及び７３ｃで構成される。
ここで圧電体７３ａは圧電横効果による変位を生じる素子であり、その分極方向Ｐが、電極対７３ｂ及び７３ｃに電圧が印加されたときに圧電体７３ａ内に生じる電界Ｅと同じ方向に向けられている。
【００２４】
電極対７３ｂ及び７３ｃに電圧を印加することにより、圧電体７３ａにその分極方向Ｐと同じ方向に電界Ｅを加えると、圧電体７３ａはそれらと垂直方向である図示矢印Ｓ方向に伸縮変位を生じる。圧電体７３ａの下端はセラミック基板７２に固定されているので、この伸縮変位は、各ミラー素子７１を反射面の法線方向に駆動する駆動力を生じさせる。
【００２５】
図２に戻り、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの一方又は両方に、上記のマイクロミラーアレイデバイス７０を用いて、反射面をその法線方向について移動させることにより、半透鏡６１で分光され第１の反射鏡６２ａにて反射して光学フィルタ６０から出射する第１の出射光ＬＯ１と、半透鏡６１で分光され第２の反射鏡６２ｂにて反射して光学フィルタ６０から出射する第２の出射光ＬＯ２との間の光路差ΔＬを調整することが可能である。
【００２６】
そして第１の出射光ＬＯ１と第２の出射光ＬＯ２との間の光路差ΔＬが、与えられた波長λについて上式（１）を満たすように、上記マイクロミラーアレイのミラー素子の位置を調整することにより、光学フィルタ６０への入射光ＬＩのうち波長λの波長成分を阻止する。
例えば、マイクロミラーアレイデバイスの圧電体７３ａに駆動電圧を印加しない状態において、第１の反射鏡６２ａ及び第２の反射鏡６２ｂの各々の反射面を、半透鏡６１の反射面に対して対称な位置に配置し、出射光ＬＯ１と第２の出射光ＬＯ２との間に光路差がない状態（ΔＬ＝０）にしておき、波長λの波長成分を阻止するときだけミラー素子７１を変位させることにより上式（１）を満たす光路差ΔＬを与えてよい。
【００２７】
図４は、本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第１実施例の概略構成図である。図４に示す半導体ウエハ外観検査装置１は、図１に示す半導体ウエハ用外観検査装置に類似する構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照番号を付すこととし同様の機能については説明を省略する。
本半導体ウエハ外観検査装置１は、照明光学系として、光源３１と、光源３１からの光を平行光とするコリメートレンズ３４と、第１の光学フィルタ８１を備える。コリメートレンズ３４により平行光にされた照明光は、第１の光学フィルタ８１を通過した後に、半透鏡４０で反射して対物レンズ１２に入射しウエハ２の表面を照明する。
【００２８】
第１の光学フィルタ８１は、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有している。すなわち、第１の光学フィルタ８１は、入射する照明光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡８１ａと、この半透鏡８１ａによって照明光を分光した第１の照明光及び第２の照明光を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡８１ａに入射させる第１の反射鏡８１ｂ及び第２の反射鏡８１ｃと、を備えて構成され、第１の反射鏡８１ｂ及び第２の反射鏡８１ｃの一方又は両方には、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）を参照して説明したマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。
以下の第１の光学フィルタ８１の説明において、半透鏡８１ａで分光され第１の反射鏡８１ｂにて反射して第１の光学フィルタ８１から出射する出射光を「第１の出射光」と示し、半透鏡８１ａで分光され第２の反射鏡８１ｃにて反射して光学フィルタ８１から出射する出射光を「第２の出射光」と示す。
【００２９】
ここで、光源３１として多数の波長域の波長成分を含む光源（例えば白色光源）が用いられる場合に、本半導体ウエハ外観検査装置１は、所定の波長の波長成分を照明光から除く波長フィルタとして使用する。
例えば、ウエハ２の被検査面に所定の材料でパターンが形成され、波長λの照明光がこの所定材料で強く反射し、欠陥で散乱する回折光の相対強度が低下する場合には、照明光に含まれる波長λの成分を阻止するよう第１の光学フィルタ８１がマイクロミラーアレイデバイスの反射面の位置を制御する。
具体的には、例えば所定の材料に応じて定めた波長λに対して上記第１の出射光と第２の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように、第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの反射面の位置決めする。
【００３０】
また、光源３１として単一の波長域λの波長成分を含む光源（例えば発光ダイオードやレーザーダイオード）が用いられる場合には、本半導体ウエハ外観検査装置１は、第１の光学フィルタ８１をコリメートレンズ３４により平行光束にされた照明光の一部を遮蔽する空間フィルタとして使用する。
図５を参照して、第１の光学フィルタ８１を空間フィルタとして使用する場合における、第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの駆動方法を説明する。図５は、第１の反射鏡８１ｂ及び／又は第２の反射鏡８１ｃとして第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを示しており、図のマス目の各々はマイクロミラーアレイデバイスの表面に設けられた個々の微小ミラー素子を表している。また、図示の点線９０で囲まれた領域は、マイクロミラーアレイデバイスの反射面のうち第１の光学フィルタ８１に入射した平行光束が照射される領域を示している。
【００３１】
例えば、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じさせ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明して暗視野観察像を得る場合には、マイクロミラーアレイデバイスの反射面に設けられた全てのミラー素子のうち、平行光束の中央部分が照射されるミラー素子（図５において梨地でハッチングしたミラー素子）の位置だけを、波長λに対して上記第１の出射光と第２の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように位置決めする。
【００３２】
そしてそれ以外のミラー素子（図５において白地のままにしたミラー素子）の位置を、第１の出射光と第２の出射光との光路差がなくなるように位置決めする。
このようにマイクロミラーアレイデバイスのミラー素子の反射面を位置決めすることにより、第１の光学フィルタ８１は入射する平行光束の照明光の中央部分だけを遮光し、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じる。
【００３３】
図４に戻り、本半導体ウエハ外観検査装置１は、結像光学系に設けられたリレーレンズ２１と２２との間に、第２の光学フィルタ８２を備える。
第２の光学フィルタ８２は、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有している。すなわち、第２の光学フィルタ８２は、リレーレンズ２１を通過した対物レンズ１２からの投影光（入射光）の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向される半透鏡８２ａと、この半透鏡８２ａによって照明光を分光した第１の投影光及び第２の投影光を反対向きにそれぞれ反射して半透鏡８２ａに入射させる第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃと、を備えて構成され、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの一方又は両方には、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）を参照して説明したマイクロミラーアレイデバイスが用いられている。
以下の第２の光学フィルタ８２の説明において、半透鏡８２ａで分光され第３の反射鏡８２ｂにて反射して第２の光学フィルタ８２から出射する出射光を「第３の出射光」と示し、半透鏡８２ａで分光され第４の反射鏡８２ｃにて反射して光学フィルタ８２から出射する出射光を「第４の出射光」と示す。
【００３４】
また、第２の光学フィルタ８２の位置は、第４の反射鏡８２ｃの反射面５が、ウエハ２の被検査面に対する対物レンズ１２のフーリエ変換面（すなわち対物レンズ１２の瞳面３）の共役面となるように位置付けられており、また第３の反射鏡８２ｂは、その反射面５’が第４の反射鏡８２ｃの反射面５に対して、半透鏡８２ａの反射面について対称となる位置に設けられている。
したがって、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの各々の反射面には、該被検査面のパターンの空間周波数スペクトル像（フーリエ変換像）が現れる。
【００３５】
例えば、被検査面に現れるパターンが図６の（Ａ）に示すような図のＹ方向に周期性を有する反復パターンである場合には、この反復パターンに対応して、図６の（Ｂ）に示すような図のＹ方向に連続するスポット像の列からなる空間周波数スペクトル像が、第３の反射鏡８２ｂ及び第４の反射鏡８２ｃの各々の反射面に生じる。
そこで、第３の反射鏡８２ｂ及び／又は第４の反射鏡８２ｃとして設けられたマイクロミラーアレイデバイスの各ミラー素子の反射面の位置を制御することにより、空間周波数スペクトル像に現れるスポット像の部分をマスクし、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における被検査面の反復パターン像の相対強度を弱めて、欠陥像の相対強度を高める。
【００３６】
図６の（Ｃ）を参照して、図６の（Ｂ）に示す空間周波数スペクトル像に現れるスポット像の部分をマスクする空間フィルタとして第２の光学フィルタ８２を使用する場合における、第２の光学フィルタ８２に設けられたマイクロミラーアレイデバイスの駆動方法を説明する。図６の（Ｃ）は、第３の反射鏡８２ｂ及び／又は第４の反射鏡８２ｃとして第２の光学フィルタ８２に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを示している。
【００３７】
マイクロミラーアレイデバイスの反射面に配置された全てのミラー素子のうち、空間周波数スペクトル像のスポット像が生じるミラー素子（図６の（Ｃ）において梨地でハッチングしたミラー素子）の位置だけを、照明光の波長λに対して上記第３の出射光と第４の出射光との光路差ΔＬが上式（１）を満足するように位置決めする。
そしてそれ以外のミラー素子（図６の（Ｃ）において白地のままにしたミラー素子）の位置を、第３の出射光と第４の出射光との光路差がなくなるように反射面の位置決めする。
【００３８】
このようにマイクロミラーアレイデバイスのミラー素子の反射面を位置決めすることにより、第２の光学フィルタ８２に入射した投影光のうち、被検査面に現れる反復パターンに起因して生じる周波数成分のみがマスクされ、撮像装置５０の受光面上に結像する観察画像における欠陥像の相対強度を高められる。
【００３９】
図７は、本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第２実施例の概略構成図である。図７に示す構成例では、照明光学系としてケーラー照明を使用し、照明用レンズ３２と３３との間に、図２を参照して説明した本発明による光学フィルタと同じ構成を有する第１の光学フィルタ８１を備える。
そして、第１の光学フィルタ８１の位置は、第１の反射鏡８１ｂの反射面４が、対物レンズ１２の瞳面３の共役面となるように位置付けられており、また第２の反射鏡８１ｃは、その反射面４’が第１の反射鏡８１ｂの反射面４に対して、半透鏡８１ａの反射面について対称となる位置に設けられている。
【００４０】
したがって、第１の反射鏡８１ｂ及び／又は第２の反射鏡８１ｃとして第１の光学フィルタ８１に設けられたマイクロミラーアレイデバイスを、図５を参照して上述の説明と同様に制御すると、第１の光学フィルタ８１は入射する平行光束の照明光の中央部分だけを遮光し、対物レンズ１２の瞳面３に中空のドーナツ上の照明像を生じ、対物レンズ１２の周辺部からウエハ２を斜めに照明して暗視野観察像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、通過光の所定の波長成分をカットする波長カットフィルタ、又は透過光を部分的に遮光する空間フィルタとして使用可能な光学フィルタ、及びこれを用いる顕微鏡装置に利用可能であり、特に半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの表面の撮像画像に基づき、これらの表面に形成されたパターンの欠陥を検出する外観検査装置において、試料表面の撮像画像を取得するために使用される顕微鏡装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の半導体ウエハ用外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】発明の実施例による光学フィルタの概略構成図である。
【図３】（Ａ）は圧電アクチュエータを駆動機構とする本マイクロミラーデバイスの構成例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すミラーを駆動する圧電アクチュエータアレイの構成例を示す図である。
【図４】本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第１実施例の概略構成図である。
【図５】図４に示す半導体ウエハ用外観検査装置の照明光学系に設けられた光学フィルタにより実現される空間フィルタの例を示す図である。
【図６】（Ａ）は被検査面に形成される反復パターンを示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のパターンを有する被検査面からの反射光を捉えた対物レンズのフーリエ変換面に生じる空間周波数スペクトル像であり、（Ｃ）は（Ｂ）の空間周波数スペクトル像を遮蔽するのに好適な光学フィルタにより実現される空間フィルタの例を示す図である。
【図７】本発明による光学フィルタを備える半導体ウエハ用外観検査装置の第２実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
６０、８１、８２ 光学フィルタ
６１ 半透鏡
６２ａ 第１の反射鏡
６２ｂ 第２の反射鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルタであって、
該光学フィルタへの入射光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され、該入射光を前記反射面で反射する第１の光及び前記反射面を透過する第２の光に分光する半透鏡と、
前記第１の光を反対向きに反射して前記半透鏡に再び入射させる第１の反射鏡と、
前記第２の光を反対向きに反射して前記半透鏡に再び入射させる第２の反射鏡と、
を備え、
前記第１及び第２の反射鏡の少なくとも一方は、その反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイであることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御されることにより、前記第１の反射鏡で反射した前記第１の光が前記半透鏡の反射面を透過して前記半透鏡を出射する第１の出射光と、前記第２の反射鏡で反射した前記第２の光が前記半透鏡の反射面で反射し前記第１の出射光と同一方向に出射する第２の出射光と、の間の光路差が可変制御されることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御されることにより、通過光の減衰波長領域が可変制御されることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御された結果、前記複数のミラー素子の一部とそれ以外とで前記法線方向における位置が異なることにより、所定波長の入射光に対する空間フィルタとして作用することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタを備え、
被検査面を照明するための照明光を前記光学フィルタによりフィルタリングすることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタと、
被検査面を照明するための照明光を生じる光源と、
前記光源より生じた光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
前記光学フィルタにより前記平行光をフィルタリングすることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項４に記載の光学フィルタと、
被検査面を照明するための照明光を生じる光源と、
前記照明光により照明された被検査面の像を形成する対物レンズと、
前記対物レンズの瞳面に前記光源の像を形成する照明光学系と、
を備え、
前記マイクロミラーアレイの反射面が、前記対物レンズの瞳面の共役面に位置するように、前記照明光学系に前記光学フィルタを設けることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項４に記載の光学フィルタと、
被検査面で反射した光束を集光し該被検査面に対するフーリエ変換面に空間周波数スペクトル像を発生させる対物レンズを備え、
前記マイクロミラーアレイの反射面が、前記フーリエ変換面又はその共役面に位置するように、前記光学フィルタが配置されることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１】
光学フィルタであって、
該光学フィルタへの入射光の光軸に対して反射面を４５°傾けて配向され、該入射光を前記反射面で反射する第１の光及び前記反射面を透過する第２の光に分光する半透鏡と、
前記第１の光を反対向きに反射して前記半透鏡に再び入射させる第１の反射鏡と、
前記第２の光を反対向きに反射して前記半透鏡に再び入射させる第２の反射鏡と、
を備え、
前記第１及び第２の反射鏡の少なくとも一方は、その反射面の法線方向の位置をそれぞれ制御可能な複数のミラー素子で構成されたマイクロミラーアレイであることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御されることにより、前記第１の反射鏡で反射した前記第１の光が前記半透鏡の反射面を透過して前記半透鏡を出射する第１の出射光と、前記第２の反射鏡で反射した前記第２の光が前記半透鏡の反射面で反射し前記第１の出射光と同一方向に出射する第２の出射光と、の間の光路差が可変制御されることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御されることにより、通過光の減衰波長領域が可変制御されることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光学フィルタにおいて、
前記マイクロミラーアレイの反射面の法線方向における前記ミラー素子の位置が可変制御された結果、前記複数のミラー素子の一部とそれ以外とで前記法線方向における位置が異なることにより、所定波長の入射光に対する空間フィルタとして作用することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタを備え、
被検査面を照明するための照明光を前記光学フィルタによりフィルタリングすることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタと、
被検査面を照明するための照明光を生じる光源と、
前記光源より生じた光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
前記光学フィルタにより前記平行光をフィルタリングすることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項４に記載の光学フィルタと、
被検査面を照明するための照明光を生じる光源と、
前記照明光により照明された被検査面の像を形成する対物レンズと、
前記対物レンズの瞳面に前記光源の像を形成する照明光学系と、
を備え、
前記マイクロミラーアレイの反射面が、前記対物レンズの瞳面の共役面に位置するように、前記照明光学系に前記光学フィルタを設けることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項４に記載の光学フィルタと、
被検査面で反射した光束を集光し該被検査面に対するフーリエ変換面に空間周波数スペクトル像を発生させる対物レンズを備え、
前記マイクロミラーアレイの反射面が、前記フーリエ変換面又はその共役面に位置するように、前記光学フィルタが配置されることを特徴とする顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２００８−５８６４７（Ｐ２００８−５８６４７Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３５９７５（Ｐ２００６−２３５９７５）
【出願日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
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