高さ検出装置
【目的】対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることが可能な高さ検出装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の高さ検出装置１００は、対象物１０１面に照明光を照明する照明光学系２００と、対象物１０１面から反射された反射光を入射するλ／４板２７０と、λ／４板２７０を通過した反射光を分岐するビームスプリッタ２２２と、ビームスプリッタ２２２によって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する光量センサ２５２と、結像点の後側で受光して、光量を検出する光量センサ２５４と、光量センサ２５２，２５４の出力に基づいて対象物１０１面の高さを演算する演算回路２６０と、を備えたことを特徴とする。
【構成】本発明の一態様の高さ検出装置１００は、対象物１０１面に照明光を照明する照明光学系２００と、対象物１０１面から反射された反射光を入射するλ／４板２７０と、λ／４板２７０を通過した反射光を分岐するビームスプリッタ２２２と、ビームスプリッタ２２２によって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する光量センサ２５２と、結像点の後側で受光して、光量を検出する光量センサ２５４と、光量センサ２５２，２５４の出力に基づいて対象物１０１面の高さを演算する演算回路２６０と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ検出装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査装置のオートフォーカス技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパターン検査装置のオートフォーカス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の表面に光を照射して、その反射光から対象物面の高さを測定するには、以下のような手法が用いられていた。光源からの光を集光して対象物にビームスポットを形成する。そして、この反射光を結像し、結像点の手前で光束を分離して一方は結像点の手前に光束を制限するための円形ピンホールを設置し、他方は結像点の後に光束を制限するための円形ピンホールを設置する。そして、それぞれの円形ピンホールを透過した光量を別個のセンサで検出し、この光量から対象物の高さを検出するといった手法である（例えば、特許文献１参照）。また、ピンホールの代わりにスリットを用いて、それぞれのスリットを透過した光量を別個のセンサで検出し、この光量から対象物の高さを検出するといった手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
これらの技術では、結像点の前側に置かれたピンホール（或いはスリット）を通過した光の強度と後側に置かれたピンホール（或いはスリット）を通過した光の強度からマスクの高さを算出するため、それらのピンホールの手前に光線を分岐するための分岐用ビームスプリッタを必要とする。ここで、ビームスプリッタの反射率は入射する光線の偏光方向に依存する。ほとんどの材料は、Ｓ偏光入射の反射率が高く、Ｐ偏光入射の反射率が低いため、入射する光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率が変化すると反射率が変化する結果になる。そのため、高さ検出手法において、高さ検出を高精度で行なうためには、分岐用ビームスプリッタに入射する光線の偏光がどのようなパターンが形成された対象物の場合でも一定であることが必要となる。
【０００４】
一方、近年のＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴い、露光装置や検査装置で対象となるマスクやシリコンウェハ上に形成されるパターンの微細化が進んできている。このような微細パターンに対して光を入射すると、パターンよる回折や複屈折の影響により偏光が大きく崩れることが知られている。
【０００５】
そのため、ビームスプリッタに入射する光線の偏光がパターンによって一定とならず、従来の高さ検出手法においては、分岐用ビームスプリッタでの分岐比が測定する対象物によって、変化してしまう。その結果、異なる対象物が仮に同じ高さ位置に配置されていた場合であっても、それぞれを測定する際の各センサで得られる光量が同じようには検出できず、高さ位置が異なる結果となってしまう。これでは、高さ検知を高精度で行なうことが困難となってしまう。かかる問題を解消すべく、例えば、分岐用ビームスプリッタの手前に単に偏光子ないしは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設置することにより分岐用ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を一方向にそろえる方法も考えられるが、かかる構成では次の問題が発生する。具体的には、対象物のパターンが極端に微細になると対象物の反射光の偏光方向がほとんど一方向にそろい、その方向がパターン方向に依存する。そのため、対象物の反射光がそのまま偏光子ないしはＰＢＳを通過してしまうと、通過する光量がパターン方向によって著しく変動してしまう。場合によっては光量が実質的に０となってしまう場合もあり得る。これでは、良好なＳ／Ｎを得ることができず、高さ検出が困難になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】公開平５−２９７２６２号公報
【特許文献２】公開２００８−２３３３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることが可能な高さ検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の高さ検出装置は、
対象物面に照明光を照明する照明光学系と、
前記対象物面から反射された反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した前記反射光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する第１の光量センサと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の他方を前記反射光の結像点の後側で受光して、光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力に基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様の高さ検出装置は、
光源と、
系内に配置される対象物と共役な位置に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された照明側開口部と、前記照明側開口部を通過した前記光源から発した照明光を光路内に導入する照明光導入用ビームスプリッタと、前記照明光導入用ビームスプリッタによって導入された前記照明光を前記対象物面に照明する対物レンズとを有する照明光学系と、
前記対象物面から反射され、前記対物レンズと前記照明光導入用ビームスプリッタとを通過した反射光を結像する結像光学系と、
前記照明光導入用ビームスプリッタを通過した反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した反射光を分岐する分岐用ビームスプリッタと、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の一方が前記結像光学系によって結像される結像点の前側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出前側開口部と、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の他方が前記結像光学系によって結像される結像点の後側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出後側開口部と、
前記検出前側開口部を通過した前記反射光の一方の光量を検出する第１の光量センサと、
前記検出後側開口部を通過した前記反射光の他方の光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力の差と和とに基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における高さ検出装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるλ／４板の前後における光の偏光方向を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１におけるλ／４板とビームスプリッタの設置条件を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１における高さ信号と光量センサの出力との関係の一例を示す図である。
【図５】実施の形態２における高さ検出装置の構成を示す概念図である。
【図６】実施の形態２における高さ検出装置の他の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における高さ検出装置の構成を示す概念図である。図１において、高さ検出装置１００は、照明光学系２００、結像レンズ２２０、１／４波長板（λ／４板）２７０、ビームスプリッタ２２２（分岐用ビームスプリッタ）、照明スリット２１０、前側検出スリット２３０、後側検出スリット２４０、前側光量センサ２５２、後側光量センサ２５４、及び演算回路２６０を備えている。照明光学系２００は、光源２０１、ビームエキスパンダ２０２、分割レンズ２０４、回転位相板２０６、コリメータレンズ２０８、照明レンズ２１２、偏光ビームスプリッタ２１４（照明光導入用ビームスプリッタ）、及び対物レンズ２１８を有している。高さ検出装置１００では、照明光学系２００、結像レンズ２２０、λ／４板２７０、及びビームスプリッタ２２２を用いて光学系を構成する。この光学系は、照明スリット２１０を通過した照明光となる光１０４を対象物１０１面に照明し、対象物１０１面からの反射光を結像する。以下、詳細について説明する。照明スリット２１０はスリット状に開口された照明側開口部の一例である。照明側開口部は、照明スリット２１０の代わりに、ピンホール状に開口された照明ピンホールであっても構わない。前側検出スリット２３０は、スリット状に開口された前側検出開口部の一例である。前側検出開口部は、前側検出スリット２３０の代わりに、ピンホール状に開口された前側検出ピンホールであっても構わない。同様に、後側検出スリット２４０は、スリット状に開口された後側検出開口部の一例である。後側検出開口部は、後側検出スリット２４０の代わりに、ピンホール状に開口された後側検出ピンホールであっても構わない。但し、照明側開口部と前側検出開口部と後側検出開口部は、スリット或いはピンホールに統一されることが望ましい。
【００１３】
光源２０１から発せられた光１０２をビームエキスパンダ２０２で拡大し、分割レンズ２０４で面光源を生成する。その後、回転位相板２０６を通すことによって空間コヒーレンシーが低減される。その後、コリメータレンズ２０８によって面光源のフーリエ面を生成し、このフーリエ面の位置に照明スリット２１０を設置する。照明スリット２１０を通過した光１０４は、照明レンズ２１２及び対物レンズ２１８によって対象物１０１面上に結像される。照明光学系２００は、光源２０１から発した光１０２を対象物１０１面に均一に照明する。照明スリット２１０と対象物１０１面とが共役関係になるようにレンズ系を配置する。照明スリット２１０を通過した光１０４（照明光）は、偏光ビームスプリッタ２１４によって対象物１０１面側に導かれる。すなわち、偏光ビームスプリッタ２１４は、光１０４を光路内に導入する。偏光ビームスプリッタ２１４の配置位置はここに限らず、照明スリット２１０以降で配置できるところがあれば、どこであっても構わない。そして、偏光ビームスプリッタ２１４によって導入された照明光となる光１０４は対物レンズ２１８によって対象物１０１面に照明される。
【００１４】
対象物１０１に照明光となる光１０４を照明した対物レンズ２１８は、対象物１０１からの反射光を集光する。そして、対象物１０１面で反射された反射光となる光１０７は対物レンズ２１８、及び偏光ビームスプリッタ２１４を経た後、結像レンズ２２０（結像光学系）によって結像される。このようにして、結像レンズ２２０は、対物レンズ２１８と組み合わせて対象物１０１の像を形成する。結像レンズ２２０後には、λ／４板２７０及びビームスプリッタ２２２が配置され、ビームスプリッタ２２２によって光１０７を２つに分岐する。図１では、結像レンズ２２０によって結像光学系が構成される。但し、結像光学系は、これに限るものではなく、その他のレンズやミラー等を用いて構成しても構わない。
【００１５】
ここで、対象物１０１に形成されるパターンによって偏光方向が変化している、偏光ビームスプリッタ２１４を経た後の反射光となる光１０７をそのままビームスプリッタ２２２に、或いは結像レンズ２２０を介しただけで入射させてしまうと、ビームスプリッタ２２２の分割比が変化してしまう。そこで、実施の形態１では、ビームスプリッタ２２２の手前にλ／４板２７０を設置することにより、ビームスプリッタ２２２の手前における光１０７の偏光方向が変化したとしても、ビームスプリッタ２２２の分割比（分岐比）が変わらないようにする。言い換えれば、ビームスプリッタ２２２の反射率が変わらないようにする。
【００１６】
図２は、実施の形態１におけるλ／４板の前後における光の偏光方向を説明するための概念図である。例えば、直線偏光がλ／４板２７０に入射する場合、その方向によって、出射光の偏光は直線、円、楕円のいずれかに変化する。入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度が０度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は進相軸１０と同方向に延びる直線偏光となる。また、入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度が４５度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は円偏光となる。そして、入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度がこれらの角度の間の角度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は進相軸１０と同方向へと長軸が延びる楕円偏光となる。
【００１７】
例えば、ｘ軸、ｙ軸は共に光線方向（ｚ軸）と直行し、かつｘ軸とｙ軸は互いに直行するものとすると、ｘ，ｙ面において、λ／４板２７０の進相軸１０とｘ軸とｙ軸の一方との角度が４５°になる場合、直線偏光、円偏光、及び楕円偏光のいずれの場合でも、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率が１：１になる。かかる特性により、実施の形態１では、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率を１：１に保つことができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１におけるλ／４板とビームスプリッタの設置条件を説明するための概念図である。実施の形態１では、ビームスプリッタ２２２の反射面とビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７とがなす角度が４５度になるようにビームスプリッタ２２２を設置する。そして、さらに、ビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６で形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす図３におけるｘ，ｙ面上の角度が４５±５度になるようにλ／４板２７０を設置する。実施の形態１ではかかる２つの設置条件を示しているが、少なくともビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６で形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす図３におけるｘ，ｙ面上の角度が４５±５度になる設置条件が満たされることにより、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、ビームスプリッタ２２２へ入射する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合が１：１に保たれるため、ビームスプリッタ２２２の分割比が変わらないようにできる。
【００１９】
そして、ビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６とで形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす角度が４５±１度になるようにλ／４板２７０を設置するとさらに好適である。さらに、より好ましくは、ビームスプリッタ２２２の反射面とビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７とがなす角度が４５度になるようにビームスプリッタ２２２を設置すると良い。
【００２０】
かかる条件では、ビームスプリッタ２２２の入射面内にｘ軸とｙ軸の一方（図３の例ではｘ軸）が含まれるような位置関係でλ／４板２７０が設置され、ｘ軸とｙ軸の他方（図３の例ではｙ軸）がλ／４板２７０の進相軸に対して理想的には４５度の角度をなすことになる。言い換えれば、反射光となる光１０７とビームスプリッタ２２２の反射面とで形成される入射面の法線方向をｙ軸とすれば、ｙ軸がλ／４板２７０の進相軸に対して理想的には４５度の角度をなすことになる。かかる設置条件により、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率が１：１になる。よって、ビームスプリッタ２２２に入射する光のＳ成分とＰ成分を１：１にすることができる。また、この関係はλ／４板２７０に入射する偏光の方向によらず一定に保たれるため、この関係を高さ検知方式に適用した場合、対象物１０１のパターン方向によらず、分岐用のビームスプリッタ２２２の分割比を一定に保つことができる。
【００２１】
以下、λ／４板２７０の特徴を解析的に証明する。電磁波の電場Ｐは一般的に次の式（１）のように表される。
（１） Ｐ＝Ｅ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｉ＋Ｅ・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ
【００２２】
ここで、Ｅは電場の振幅、θはｘ軸を０度としたときの回転角度であり、ｉ、ｊはそれぞれｘ軸、ｙ軸方向の単位ベクトルである。λ／４板２７０を通過すると電場の進相軸成分の位相が９０度進むため、これを表現するために、式（１）の座標系を回転し、進相軸方向をｘ’軸、それと直行する方向をｙ’軸とすると、λ／４板２７０に入射する電場Ｐは式（２）のように定義できる。
（２） Ｐ＝Ｅ・（ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°−ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°）・ｉ’＋Ｅ・（ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°＋ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°）・ｊ’
＝１／√２・Ｅ・（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｉ’＋１／√２・Ｅ・（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ’
【００２３】
ここで、ｉ’、ｊ’はそれぞれｘ’軸、ｙ’軸方向の単位ベクトルである。λ／４板２７０の効果によりｘ’軸成分が９０度進むため、λ／４板２７０の出射光の電場Ｐ’は以下の式（３）で定義できる。
（３） Ｐ’＝１／√２・Ｅ・（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｉ’＋１／√２・Ｅ・（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ’
【００２４】
式（３）をｘｙ座標系に戻すと、次の式（４）になる。
（４） Ｐ’＝（１／√２）・Ｅ・｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°｝・ｉ
−（１／√２）・Ｅ・｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°−（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°｝・ｊ
＝（１／２）・Ｅ・√｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）２＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）２｝・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｉ
−（１／２）・Ｅ・√｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）２＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）２｝・ｓｉｎ（ωｔ＋β））・ｊ
＝（１／√２）・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｉ−（１／√２）・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋β））・ｊ
【００２５】
ここで、α、βはθによって定まる定数である。式（４）に示すように、λ／４板２７０を出射する光の電場Ｐ’のｘ成分とｙ成分の振幅がθによらず等しくなることが明らかとなった。
【００２６】
このようなλ／４板２７０の特徴により、分岐用のビームスプリッタ２２２に入射するＰ成分とＳ成分の比率を１：１に保つことができる。
【００２７】
以上のように、ビームスプリッタ２２２に入射するＰ成分とＳ成分の比率を１：１に保つことでビームスプリッタ２２２の分割比を対象物１０１に形成されるパターンによらず一定にすることができる。ここで、λ／４板２７０は、ビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７の偏向方向を制御する目的から、偏光ビームスプリッタ２１４と分岐用のビームスプリッタ２２２との間に配置されることが好適である。
【００２８】
そして、ビームスプリッタ２２２によって分岐された一方の光１０６の結像点より手前には、前側の検出スリット２３０が配置される。そして、検出スリット２３０の後側に検出用の前側光量センサ２５２が配置される。そして、光量センサ２５２が検出スリット２３０を通過した反射光となる光１０６の光量を検出する。また、分岐された他方の光１０８の結像点より後側には、後側の検出スリット２４０が配置される。そして、検出スリット２４０の後側に検出用の後側光量センサ２５４が配置される。そして、光量センサ２５４が検出スリット２４０を通過した反射光となる光１０８の光量を検出する。
【００２９】
図４は、実施の形態１における高さ信号と光量センサの出力との関係の一例を示す図である。横軸は対象物１０１面の実際の高さｚ０、縦軸は対象物１０１面の高さ信号ｚを示す。演算回路２６０は、光量センサ２５２，２５４の出力に基づいて対象物１０１面の高さを演算する。具体的には、対象物１０１面の高さ信号ｚは、前側の検出用光量センサ２５２の出力Ａ、後側の検出用光量センサ２５４の出力Ｂ、及び比例定数ｋ１を用いて、次の式（５）で演算することができる。
（５） ｚ＝ｋ１・（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）
【００３０】
図４に示すように、対象物１０１面の実際の高さｚ０と対象物１０１面の高さ信号ｚは、０近傍で直線性が確保できる。よって、直線領域で位置検出を行なうことで１次比例の関係で高さ信号ｚから実際の高さｚ０を求めることができる。すなわち、比例定数ｋ２を用いて、ｚ０＝ｋ２・ｚで実際の高さｚ０を求めることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【００３１】
式（５）に示すように、光量センサ２５２，２５４の出力の差を和で除する演算を行なうことで対象物１０１の高さを算出することができる。そして、検出された結果は、図示しない外部或いはモニタ等に出力される。
【００３２】
以上のように、実施の形態１によれば、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１で説明した式（４）から導きだせるλ／４板２７０の特徴は、λ／４板２７０が常光と異常光の間に理想的には９０度の位相差を与えることができる場合には成り立つが、実際には誤差を持ち得る。そのため、実施の形態２では、さらに精度を上げることが可能な構成について説明する。
【００３４】
図５は、実施の形態２における高さ検出装置の構成を示す概念図である。図５における高さ検出装置１００は、λ／４板２７０とビームスプリッタ２２２との間に、偏光ビームスプリッタ２７２を配置した点以外は、図１と同様である。λ／４板２７０とビームスプリッタ２２２との間に、偏光ビームスプリッタ２７２を配置することで、偏光方向を揃えることができる。これにより誤差を排除できる。かかる構成では、λ／４板２７０の効果でビームスプリッタ２２２による反射光となる光１０７の分割比を１：１に近い状態で作ることができているため、偏光ビームスプリッタ２７２で一方向に偏光方向を揃えたとしても、ビームスプリッタ２２２の分割比が、対象物１０１のパターンによらず一定となる。常にビームスプリッタ２２２の分割比が一定であれば、高精度に高さ検出を行なうことができる。
【００３５】
図６は、実施の形態２における高さ検出装置の他の構成を示す概念図である。図６では、高さ検出装置１００の構成を一部省略しているが、偏光ビームスプリッタ２７２の代わりに偏光子２７４を配置した点以外は、図５と同様である。偏光ビームスプリッタ２７２の代わりに偏光子２７４を配置した場合でも偏光方向を揃えることができる。これにより誤差を排除できる。
【００３６】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００３７】
また、各実施の形態で説明した高さ検出装置は、反射光を用いているが、透過光を用いる構成にしてもよい。また、高さ検出装置は、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパターン検査装置に用いることができる。その際のパターン検査装置は、検査基準パタンデータとなる参照画像を設計データから生成するｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査装置でも、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パターンのデータを用いるｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査装置でも構わない。また、パターン検査装置は、透過光を用いて検査する装置しても、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いて検査する装置でもよい。
【００３８】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００３９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての高さ検出装置及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 進相軸
２０ 偏光方向
１００ 高さ検出装置
１０１ 対象物
１０２，１０４，１０６，１０７，１０８ 光
２００ 照明光学系
２０１ 光源
２０２ ビームエキスパンダ
２０４ 分割レンズ
２０６ 回転位相板
２０８ コリメータレンズ
２１０ 照明スリット
２１２ 照明レンズ
２１４，２７２ 偏光ビームスプリッタ
２１８ 対物レンズ
２２０ 結像レンズ
２２２ ビームスプリッタ
２３０，２４０ 検出スリット
２５２，２５４ 光量センサ
２６０ 演算回路
２７０ λ／４板
２７４ 偏光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ検出装置に係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査装置のオートフォーカス技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパターン検査装置のオートフォーカス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の表面に光を照射して、その反射光から対象物面の高さを測定するには、以下のような手法が用いられていた。光源からの光を集光して対象物にビームスポットを形成する。そして、この反射光を結像し、結像点の手前で光束を分離して一方は結像点の手前に光束を制限するための円形ピンホールを設置し、他方は結像点の後に光束を制限するための円形ピンホールを設置する。そして、それぞれの円形ピンホールを透過した光量を別個のセンサで検出し、この光量から対象物の高さを検出するといった手法である（例えば、特許文献１参照）。また、ピンホールの代わりにスリットを用いて、それぞれのスリットを透過した光量を別個のセンサで検出し、この光量から対象物の高さを検出するといった手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
これらの技術では、結像点の前側に置かれたピンホール（或いはスリット）を通過した光の強度と後側に置かれたピンホール（或いはスリット）を通過した光の強度からマスクの高さを算出するため、それらのピンホールの手前に光線を分岐するための分岐用ビームスプリッタを必要とする。ここで、ビームスプリッタの反射率は入射する光線の偏光方向に依存する。ほとんどの材料は、Ｓ偏光入射の反射率が高く、Ｐ偏光入射の反射率が低いため、入射する光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率が変化すると反射率が変化する結果になる。そのため、高さ検出手法において、高さ検出を高精度で行なうためには、分岐用ビームスプリッタに入射する光線の偏光がどのようなパターンが形成された対象物の場合でも一定であることが必要となる。
【０００４】
一方、近年のＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴い、露光装置や検査装置で対象となるマスクやシリコンウェハ上に形成されるパターンの微細化が進んできている。このような微細パターンに対して光を入射すると、パターンよる回折や複屈折の影響により偏光が大きく崩れることが知られている。
【０００５】
そのため、ビームスプリッタに入射する光線の偏光がパターンによって一定とならず、従来の高さ検出手法においては、分岐用ビームスプリッタでの分岐比が測定する対象物によって、変化してしまう。その結果、異なる対象物が仮に同じ高さ位置に配置されていた場合であっても、それぞれを測定する際の各センサで得られる光量が同じようには検出できず、高さ位置が異なる結果となってしまう。これでは、高さ検知を高精度で行なうことが困難となってしまう。かかる問題を解消すべく、例えば、分岐用ビームスプリッタの手前に単に偏光子ないしは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設置することにより分岐用ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を一方向にそろえる方法も考えられるが、かかる構成では次の問題が発生する。具体的には、対象物のパターンが極端に微細になると対象物の反射光の偏光方向がほとんど一方向にそろい、その方向がパターン方向に依存する。そのため、対象物の反射光がそのまま偏光子ないしはＰＢＳを通過してしまうと、通過する光量がパターン方向によって著しく変動してしまう。場合によっては光量が実質的に０となってしまう場合もあり得る。これでは、良好なＳ／Ｎを得ることができず、高さ検出が困難になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】公開平５−２９７２６２号公報
【特許文献２】公開２００８−２３３３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることが可能な高さ検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の高さ検出装置は、
対象物面に照明光を照明する照明光学系と、
前記対象物面から反射された反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した前記反射光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する第１の光量センサと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の他方を前記反射光の結像点の後側で受光して、光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力に基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様の高さ検出装置は、
光源と、
系内に配置される対象物と共役な位置に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された照明側開口部と、前記照明側開口部を通過した前記光源から発した照明光を光路内に導入する照明光導入用ビームスプリッタと、前記照明光導入用ビームスプリッタによって導入された前記照明光を前記対象物面に照明する対物レンズとを有する照明光学系と、
前記対象物面から反射され、前記対物レンズと前記照明光導入用ビームスプリッタとを通過した反射光を結像する結像光学系と、
前記照明光導入用ビームスプリッタを通過した反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した反射光を分岐する分岐用ビームスプリッタと、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の一方が前記結像光学系によって結像される結像点の前側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出前側開口部と、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の他方が前記結像光学系によって結像される結像点の後側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出後側開口部と、
前記検出前側開口部を通過した前記反射光の一方の光量を検出する第１の光量センサと、
前記検出後側開口部を通過した前記反射光の他方の光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力の差と和とに基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における高さ検出装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるλ／４板の前後における光の偏光方向を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１におけるλ／４板とビームスプリッタの設置条件を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１における高さ信号と光量センサの出力との関係の一例を示す図である。
【図５】実施の形態２における高さ検出装置の構成を示す概念図である。
【図６】実施の形態２における高さ検出装置の他の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における高さ検出装置の構成を示す概念図である。図１において、高さ検出装置１００は、照明光学系２００、結像レンズ２２０、１／４波長板（λ／４板）２７０、ビームスプリッタ２２２（分岐用ビームスプリッタ）、照明スリット２１０、前側検出スリット２３０、後側検出スリット２４０、前側光量センサ２５２、後側光量センサ２５４、及び演算回路２６０を備えている。照明光学系２００は、光源２０１、ビームエキスパンダ２０２、分割レンズ２０４、回転位相板２０６、コリメータレンズ２０８、照明レンズ２１２、偏光ビームスプリッタ２１４（照明光導入用ビームスプリッタ）、及び対物レンズ２１８を有している。高さ検出装置１００では、照明光学系２００、結像レンズ２２０、λ／４板２７０、及びビームスプリッタ２２２を用いて光学系を構成する。この光学系は、照明スリット２１０を通過した照明光となる光１０４を対象物１０１面に照明し、対象物１０１面からの反射光を結像する。以下、詳細について説明する。照明スリット２１０はスリット状に開口された照明側開口部の一例である。照明側開口部は、照明スリット２１０の代わりに、ピンホール状に開口された照明ピンホールであっても構わない。前側検出スリット２３０は、スリット状に開口された前側検出開口部の一例である。前側検出開口部は、前側検出スリット２３０の代わりに、ピンホール状に開口された前側検出ピンホールであっても構わない。同様に、後側検出スリット２４０は、スリット状に開口された後側検出開口部の一例である。後側検出開口部は、後側検出スリット２４０の代わりに、ピンホール状に開口された後側検出ピンホールであっても構わない。但し、照明側開口部と前側検出開口部と後側検出開口部は、スリット或いはピンホールに統一されることが望ましい。
【００１３】
光源２０１から発せられた光１０２をビームエキスパンダ２０２で拡大し、分割レンズ２０４で面光源を生成する。その後、回転位相板２０６を通すことによって空間コヒーレンシーが低減される。その後、コリメータレンズ２０８によって面光源のフーリエ面を生成し、このフーリエ面の位置に照明スリット２１０を設置する。照明スリット２１０を通過した光１０４は、照明レンズ２１２及び対物レンズ２１８によって対象物１０１面上に結像される。照明光学系２００は、光源２０１から発した光１０２を対象物１０１面に均一に照明する。照明スリット２１０と対象物１０１面とが共役関係になるようにレンズ系を配置する。照明スリット２１０を通過した光１０４（照明光）は、偏光ビームスプリッタ２１４によって対象物１０１面側に導かれる。すなわち、偏光ビームスプリッタ２１４は、光１０４を光路内に導入する。偏光ビームスプリッタ２１４の配置位置はここに限らず、照明スリット２１０以降で配置できるところがあれば、どこであっても構わない。そして、偏光ビームスプリッタ２１４によって導入された照明光となる光１０４は対物レンズ２１８によって対象物１０１面に照明される。
【００１４】
対象物１０１に照明光となる光１０４を照明した対物レンズ２１８は、対象物１０１からの反射光を集光する。そして、対象物１０１面で反射された反射光となる光１０７は対物レンズ２１８、及び偏光ビームスプリッタ２１４を経た後、結像レンズ２２０（結像光学系）によって結像される。このようにして、結像レンズ２２０は、対物レンズ２１８と組み合わせて対象物１０１の像を形成する。結像レンズ２２０後には、λ／４板２７０及びビームスプリッタ２２２が配置され、ビームスプリッタ２２２によって光１０７を２つに分岐する。図１では、結像レンズ２２０によって結像光学系が構成される。但し、結像光学系は、これに限るものではなく、その他のレンズやミラー等を用いて構成しても構わない。
【００１５】
ここで、対象物１０１に形成されるパターンによって偏光方向が変化している、偏光ビームスプリッタ２１４を経た後の反射光となる光１０７をそのままビームスプリッタ２２２に、或いは結像レンズ２２０を介しただけで入射させてしまうと、ビームスプリッタ２２２の分割比が変化してしまう。そこで、実施の形態１では、ビームスプリッタ２２２の手前にλ／４板２７０を設置することにより、ビームスプリッタ２２２の手前における光１０７の偏光方向が変化したとしても、ビームスプリッタ２２２の分割比（分岐比）が変わらないようにする。言い換えれば、ビームスプリッタ２２２の反射率が変わらないようにする。
【００１６】
図２は、実施の形態１におけるλ／４板の前後における光の偏光方向を説明するための概念図である。例えば、直線偏光がλ／４板２７０に入射する場合、その方向によって、出射光の偏光は直線、円、楕円のいずれかに変化する。入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度が０度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は進相軸１０と同方向に延びる直線偏光となる。また、入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度が４５度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は円偏光となる。そして、入射光の偏光方向２０とλ／４板２７０の進相軸１０のなす角度がこれらの角度の間の角度である場合はλ／４板２７０を通過した出射光は進相軸１０と同方向へと長軸が延びる楕円偏光となる。
【００１７】
例えば、ｘ軸、ｙ軸は共に光線方向（ｚ軸）と直行し、かつｘ軸とｙ軸は互いに直行するものとすると、ｘ，ｙ面において、λ／４板２７０の進相軸１０とｘ軸とｙ軸の一方との角度が４５°になる場合、直線偏光、円偏光、及び楕円偏光のいずれの場合でも、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率が１：１になる。かかる特性により、実施の形態１では、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率を１：１に保つことができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１におけるλ／４板とビームスプリッタの設置条件を説明するための概念図である。実施の形態１では、ビームスプリッタ２２２の反射面とビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７とがなす角度が４５度になるようにビームスプリッタ２２２を設置する。そして、さらに、ビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６で形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす図３におけるｘ，ｙ面上の角度が４５±５度になるようにλ／４板２７０を設置する。実施の形態１ではかかる２つの設置条件を示しているが、少なくともビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６で形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす図３におけるｘ，ｙ面上の角度が４５±５度になる設置条件が満たされることにより、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、ビームスプリッタ２２２へ入射する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合が１：１に保たれるため、ビームスプリッタ２２２の分割比が変わらないようにできる。
【００１９】
そして、ビームスプリッタ２２２に入射する光１０７とビームスプリッタ２２２で反射された反射光の光１０６とで形成される入射面の法線方向とλ／４板２７０の進相軸方向とがなす角度が４５±１度になるようにλ／４板２７０を設置するとさらに好適である。さらに、より好ましくは、ビームスプリッタ２２２の反射面とビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７とがなす角度が４５度になるようにビームスプリッタ２２２を設置すると良い。
【００２０】
かかる条件では、ビームスプリッタ２２２の入射面内にｘ軸とｙ軸の一方（図３の例ではｘ軸）が含まれるような位置関係でλ／４板２７０が設置され、ｘ軸とｙ軸の他方（図３の例ではｙ軸）がλ／４板２７０の進相軸に対して理想的には４５度の角度をなすことになる。言い換えれば、反射光となる光１０７とビームスプリッタ２２２の反射面とで形成される入射面の法線方向をｙ軸とすれば、ｙ軸がλ／４板２７０の進相軸に対して理想的には４５度の角度をなすことになる。かかる設置条件により、λ／４板２７０への入射偏光方向がいかなる方向であっても、出射光の電場のｘ振動成分とｙ振動成分の比率が１：１になる。よって、ビームスプリッタ２２２に入射する光のＳ成分とＰ成分を１：１にすることができる。また、この関係はλ／４板２７０に入射する偏光の方向によらず一定に保たれるため、この関係を高さ検知方式に適用した場合、対象物１０１のパターン方向によらず、分岐用のビームスプリッタ２２２の分割比を一定に保つことができる。
【００２１】
以下、λ／４板２７０の特徴を解析的に証明する。電磁波の電場Ｐは一般的に次の式（１）のように表される。
（１） Ｐ＝Ｅ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｉ＋Ｅ・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ
【００２２】
ここで、Ｅは電場の振幅、θはｘ軸を０度としたときの回転角度であり、ｉ、ｊはそれぞれｘ軸、ｙ軸方向の単位ベクトルである。λ／４板２７０を通過すると電場の進相軸成分の位相が９０度進むため、これを表現するために、式（１）の座標系を回転し、進相軸方向をｘ’軸、それと直行する方向をｙ’軸とすると、λ／４板２７０に入射する電場Ｐは式（２）のように定義できる。
（２） Ｐ＝Ｅ・（ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°−ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°）・ｉ’＋Ｅ・（ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°＋ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°）・ｊ’
＝１／√２・Ｅ・（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｉ’＋１／√２・Ｅ・（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ’
【００２３】
ここで、ｉ’、ｊ’はそれぞれｘ’軸、ｙ’軸方向の単位ベクトルである。λ／４板２７０の効果によりｘ’軸成分が９０度進むため、λ／４板２７０の出射光の電場Ｐ’は以下の式（３）で定義できる。
（３） Ｐ’＝１／√２・Ｅ・（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｉ’＋１／√２・Ｅ・（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｊ’
【００２４】
式（３）をｘｙ座標系に戻すと、次の式（４）になる。
（４） Ｐ’＝（１／√２）・Ｅ・｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°｝・ｉ
−（１／√２）・Ｅ・｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ）・ｓｉｎ４５°−（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）・ｓｉｎ（ωｔ）・ｃｏｓ４５°｝・ｊ
＝（１／２）・Ｅ・√｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）２＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）２｝・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｉ
−（１／２）・Ｅ・√｛（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）２＋（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）２｝・ｓｉｎ（ωｔ＋β））・ｊ
＝（１／√２）・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｉ−（１／√２）・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋β））・ｊ
【００２５】
ここで、α、βはθによって定まる定数である。式（４）に示すように、λ／４板２７０を出射する光の電場Ｐ’のｘ成分とｙ成分の振幅がθによらず等しくなることが明らかとなった。
【００２６】
このようなλ／４板２７０の特徴により、分岐用のビームスプリッタ２２２に入射するＰ成分とＳ成分の比率を１：１に保つことができる。
【００２７】
以上のように、ビームスプリッタ２２２に入射するＰ成分とＳ成分の比率を１：１に保つことでビームスプリッタ２２２の分割比を対象物１０１に形成されるパターンによらず一定にすることができる。ここで、λ／４板２７０は、ビームスプリッタ２２２に入射する反射光となる光１０７の偏向方向を制御する目的から、偏光ビームスプリッタ２１４と分岐用のビームスプリッタ２２２との間に配置されることが好適である。
【００２８】
そして、ビームスプリッタ２２２によって分岐された一方の光１０６の結像点より手前には、前側の検出スリット２３０が配置される。そして、検出スリット２３０の後側に検出用の前側光量センサ２５２が配置される。そして、光量センサ２５２が検出スリット２３０を通過した反射光となる光１０６の光量を検出する。また、分岐された他方の光１０８の結像点より後側には、後側の検出スリット２４０が配置される。そして、検出スリット２４０の後側に検出用の後側光量センサ２５４が配置される。そして、光量センサ２５４が検出スリット２４０を通過した反射光となる光１０８の光量を検出する。
【００２９】
図４は、実施の形態１における高さ信号と光量センサの出力との関係の一例を示す図である。横軸は対象物１０１面の実際の高さｚ０、縦軸は対象物１０１面の高さ信号ｚを示す。演算回路２６０は、光量センサ２５２，２５４の出力に基づいて対象物１０１面の高さを演算する。具体的には、対象物１０１面の高さ信号ｚは、前側の検出用光量センサ２５２の出力Ａ、後側の検出用光量センサ２５４の出力Ｂ、及び比例定数ｋ１を用いて、次の式（５）で演算することができる。
（５） ｚ＝ｋ１・（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）
【００３０】
図４に示すように、対象物１０１面の実際の高さｚ０と対象物１０１面の高さ信号ｚは、０近傍で直線性が確保できる。よって、直線領域で位置検出を行なうことで１次比例の関係で高さ信号ｚから実際の高さｚ０を求めることができる。すなわち、比例定数ｋ２を用いて、ｚ０＝ｋ２・ｚで実際の高さｚ０を求めることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【００３１】
式（５）に示すように、光量センサ２５２，２５４の出力の差を和で除する演算を行なうことで対象物１０１の高さを算出することができる。そして、検出された結果は、図示しない外部或いはモニタ等に出力される。
【００３２】
以上のように、実施の形態１によれば、対象物のパターンに依存することなくビームスプリッタの反射率を安定させることができる。その結果、高精度な高さ検出を行なうことができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１で説明した式（４）から導きだせるλ／４板２７０の特徴は、λ／４板２７０が常光と異常光の間に理想的には９０度の位相差を与えることができる場合には成り立つが、実際には誤差を持ち得る。そのため、実施の形態２では、さらに精度を上げることが可能な構成について説明する。
【００３４】
図５は、実施の形態２における高さ検出装置の構成を示す概念図である。図５における高さ検出装置１００は、λ／４板２７０とビームスプリッタ２２２との間に、偏光ビームスプリッタ２７２を配置した点以外は、図１と同様である。λ／４板２７０とビームスプリッタ２２２との間に、偏光ビームスプリッタ２７２を配置することで、偏光方向を揃えることができる。これにより誤差を排除できる。かかる構成では、λ／４板２７０の効果でビームスプリッタ２２２による反射光となる光１０７の分割比を１：１に近い状態で作ることができているため、偏光ビームスプリッタ２７２で一方向に偏光方向を揃えたとしても、ビームスプリッタ２２２の分割比が、対象物１０１のパターンによらず一定となる。常にビームスプリッタ２２２の分割比が一定であれば、高精度に高さ検出を行なうことができる。
【００３５】
図６は、実施の形態２における高さ検出装置の他の構成を示す概念図である。図６では、高さ検出装置１００の構成を一部省略しているが、偏光ビームスプリッタ２７２の代わりに偏光子２７４を配置した点以外は、図５と同様である。偏光ビームスプリッタ２７２の代わりに偏光子２７４を配置した場合でも偏光方向を揃えることができる。これにより誤差を排除できる。
【００３６】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００３７】
また、各実施の形態で説明した高さ検出装置は、反射光を用いているが、透過光を用いる構成にしてもよい。また、高さ検出装置は、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作する際に使用するリソグラフィ用マスクの欠陥を検査するためのパターン検査装置に用いることができる。その際のパターン検査装置は、検査基準パタンデータとなる参照画像を設計データから生成するｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査装置でも、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パターンのデータを用いるｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査装置でも構わない。また、パターン検査装置は、透過光を用いて検査する装置しても、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いて検査する装置でもよい。
【００３８】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００３９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての高さ検出装置及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 進相軸
２０ 偏光方向
１００ 高さ検出装置
１０１ 対象物
１０２，１０４，１０６，１０７，１０８ 光
２００ 照明光学系
２０１ 光源
２０２ ビームエキスパンダ
２０４ 分割レンズ
２０６ 回転位相板
２０８ コリメータレンズ
２１０ 照明スリット
２１２ 照明レンズ
２１４，２７２ 偏光ビームスプリッタ
２１８ 対物レンズ
２２０ 結像レンズ
２２２ ビームスプリッタ
２３０，２４０ 検出スリット
２５２，２５４ 光量センサ
２６０ 演算回路
２７０ λ／４板
２７４ 偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物面に照明光を照明する照明光学系と、
前記対象物面から反射された反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した前記反射光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する第１の光量センサと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の他方を前記反射光の結像点の後側で受光して、光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力に基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする高さ検出装置。
【請求項２】
前記１／４波長板と前記ビームスプリッタとの間に配置された、偏光子ないしは偏光ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の高さ検出装置。
【請求項３】
光源と、
系内に配置される対象物と共役な位置に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された照明側開口部と、前記照明側開口部を通過した前記光源から発した照明光を光路内に導入する照明光導入用ビームスプリッタと、前記照明光導入用ビームスプリッタによって導入された前記照明光を前記対象物面に照明する対物レンズとを有する照明光学系と、
前記対象物面から反射され、前記対物レンズと前記照明光導入用ビームスプリッタとを通過した反射光を結像する結像光学系と、
前記照明光導入用ビームスプリッタを通過した反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した反射光を分岐する分岐用ビームスプリッタと、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の一方が前記結像光学系によって結像される結像点の前側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出前側開口部と、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の他方が前記結像光学系によって結像される結像点の後側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出後側開口部と、
前記検出前側開口部を通過した前記反射光の一方の光量を検出する第１の光量センサと、
前記検出後側開口部を通過した前記反射光の他方の光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力の差と和とに基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする高さ検出装置。
【請求項４】
前記分岐用ビームスプリッタに入射する光線と前記分岐用ビームスプリッタの反射光で形成される入射面の法線方向と前記１／４波長板の進相軸方向とがなす角度が４５±５度であることを特徴とする請求項３記載の高さ検出装置。
【請求項５】
前記１／４波長板と前記ビームスプリッタとの間に配置された、偏光子ないしは偏光ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項３又は４記載の高さ検出装置。
【請求項１】
対象物面に照明光を照明する照明光学系と、
前記対象物面から反射された反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した前記反射光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の一方を前記反射光の結像点の前側で受光して、光量を検出する第１の光量センサと、
前記ビームスプリッタによって分岐された反射光の他方を前記反射光の結像点の後側で受光して、光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力に基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする高さ検出装置。
【請求項２】
前記１／４波長板と前記ビームスプリッタとの間に配置された、偏光子ないしは偏光ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の高さ検出装置。
【請求項３】
光源と、
系内に配置される対象物と共役な位置に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された照明側開口部と、前記照明側開口部を通過した前記光源から発した照明光を光路内に導入する照明光導入用ビームスプリッタと、前記照明光導入用ビームスプリッタによって導入された前記照明光を前記対象物面に照明する対物レンズとを有する照明光学系と、
前記対象物面から反射され、前記対物レンズと前記照明光導入用ビームスプリッタとを通過した反射光を結像する結像光学系と、
前記照明光導入用ビームスプリッタを通過した反射光を入射する１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した反射光を分岐する分岐用ビームスプリッタと、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の一方が前記結像光学系によって結像される結像点の前側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出前側開口部と、
前記分岐用ビームスプリッタによって分岐された前記反射光の他方が前記結像光学系によって結像される結像点の後側に配置された、スリット状或いはピンホール状に開口された検出後側開口部と、
前記検出前側開口部を通過した前記反射光の一方の光量を検出する第１の光量センサと、
前記検出後側開口部を通過した前記反射光の他方の光量を検出する第２の光量センサと、
前記第１と第２の光量センサの出力の差と和とに基づいて前記対象物面の高さを演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする高さ検出装置。
【請求項４】
前記分岐用ビームスプリッタに入射する光線と前記分岐用ビームスプリッタの反射光で形成される入射面の法線方向と前記１／４波長板の進相軸方向とがなす角度が４５±５度であることを特徴とする請求項３記載の高さ検出装置。
【請求項５】
前記１／４波長板と前記ビームスプリッタとの間に配置された、偏光子ないしは偏光ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項３又は４記載の高さ検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５３１２０（Ｐ２０１１−５３１２０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３１９５（Ｐ２００９−２０３１９５）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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