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JP6424043B2 - Illumination device, optical inspection device, and optical microscope - Google Patents
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Description

本発明は、照明装置、光学検査装置及び光学顕微鏡に関する。   The present invention relates to an illumination device, an optical inspection device, and an optical microscope.

例えば、半導体ウェハの検査には、光学検査装置が一般的に用いられる。光学検査装置では、検査対象となる半導体ウェハに照明光を照射し、半導体ウェハの表面で反射した光によって得られる画像を撮像し、この画像から欠陥の有無等を検査することが行われている。また、光学顕微鏡においても、観察対象に照明光を照射し、その透過光又は反射光によって得られる画像を撮像することがある。   For example, an optical inspection apparatus is generally used for inspecting a semiconductor wafer. In an optical inspection apparatus, an illumination light is irradiated to a semiconductor wafer to be inspected, an image obtained by light reflected on the surface of the semiconductor wafer is captured, and the presence or absence of defects or the like is inspected from this image. . Also in an optical microscope, an observation object may be irradiated with illumination light and an image obtained by the transmitted light or reflected light may be captured.

光学検査装置では、半導体ウェハに対する欠陥の検出感度を上げる方法として、半導体ウェハの表面に照射される照明光の光量や光線角度分布、波長、偏光方向などのパラメータを調整することが行われている。半導体ウェハには、様々な回路パターンが存在するため、ウェハ毎に最適なパラメータが存在する。その中でも、半導体ウェハに入射する照明光の光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことで検出感度が上がる回路パターンがある。   In the optical inspection apparatus, as a method for increasing the detection sensitivity of defects on a semiconductor wafer, parameters such as the amount of illumination light irradiated on the surface of the semiconductor wafer, the light beam angle distribution, the wavelength, and the polarization direction are adjusted. . Since various circuit patterns exist in semiconductor wafers, there are optimum parameters for each wafer. Among them, there is a circuit pattern in which the detection sensitivity is increased by increasing the light beam angle from the outer periphery in the light beam angle distribution of the illumination light incident on the semiconductor wafer.

光学検査装置用の照明装置では、光源として超高圧水銀(UV)ランプを用い、この光源から出射された光をリフレクターにより反射して、後段の光学系に向かって集光させる。しかしながら、半導体ウェハに照射される照明光の光量分布は、上述した光学系に入射する光の光線角度を反映して不均一なものとなる。すなわち、この照明光の瞳面における光量分布は、図6に示すように、超高圧水銀ランプのバルブの影により中心部の光量が最も小さくなり、影を抜けた位置で光量が最も高く、そこから外周部に向かって光線強度が徐々に低下したものとなる。なお、図6は、照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。   In an illumination device for an optical inspection device, an ultra-high pressure mercury (UV) lamp is used as a light source, and light emitted from the light source is reflected by a reflector and condensed toward a subsequent optical system. However, the light amount distribution of the illumination light irradiated on the semiconductor wafer is non-uniform reflecting the light ray angle of the light incident on the optical system described above. That is, as shown in FIG. 6, the light intensity distribution on the pupil plane of this illumination light has the smallest light quantity at the center due to the shadow of the bulb of the ultrahigh pressure mercury lamp, and the highest light quantity at the position beyond the shadow. The light intensity gradually decreases from the outer periphery toward the outer periphery. FIG. 6 is a graph showing a cross-sectional light amount distribution passing through the center of the pupil plane of the illumination light.

そこで、駆動電圧のオン/オフにより傾きが変化する微細なミラーが複数配列されたDMD(Digital Micromirror Device)素子を用いて、各ミラーにより照明光の光線角度分布を変化させることが提案されている(特許文献1を参照。)。しかしながら、DMD素子を用いた場合、ミラーの反射率が低いために、光量が全体的に低下したものとなる。   Therefore, it has been proposed to use a DMD (Digital Micromirror Device) element in which a plurality of fine mirrors whose inclination changes depending on on / off of the drive voltage, and to change the ray angle distribution of illumination light by each mirror. (See Patent Document 1). However, when a DMD element is used, the amount of light is reduced overall due to the low reflectivity of the mirror.

照明光の光量は、あらゆる半導体パターンを検査する際に必要となるパラメータである。このため、半導体ウェハの検査を行う上で、十分な光量を確保することは必須である。したがって、DMD素子を用いた場合は、検出感度を上げるのに十分な光量を確保することは困難である。   The amount of illumination light is a parameter required when inspecting all semiconductor patterns. For this reason, it is indispensable to ensure a sufficient amount of light when inspecting a semiconductor wafer. Therefore, when a DMD element is used, it is difficult to secure a sufficient amount of light to increase detection sensitivity.

一方、同心円方向に透過率を異ならせた光学素子を用いて、照明光の光線角度分布を変化させることが提案されている(特許文献2を参照。)。しかしながら、このような光学素子を用いた場合も、光量の損失によって検出感度が低下することがある。   On the other hand, it has been proposed to change the light beam angle distribution of illumination light by using optical elements having different transmittances in the concentric direction (see Patent Document 2). However, even when such an optical element is used, the detection sensitivity may be reduced due to the loss of light quantity.

国際公開第2005/026843号International Publication No. 2005/026843 特開2007−33790号公報JP 2007-33790 A

本発明の態様の一つは、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、光量の損失を抑えつつ、照明光の光線角度分布を変化させることができる、特に外周からの光線角度を増やすことができる照明装置、並びに、そのような照明装置を備えることによって、検出感度の更なる向上を図ることができる光学検査装置及び光学顕微鏡を提供することを目的の一つとする。   One of the aspects of the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and is capable of changing the light beam angle distribution of the illumination light while suppressing the loss of the light amount. An object is to provide an illumination apparatus capable of increasing the angle, and an optical inspection apparatus and an optical microscope capable of further improving detection sensitivity by including such an illumination apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕 本発明の第1の態様に係る照明装置は、光を出射する光源と、前記光を光入射面から入射し、内部で多重反射させた後、光出射面から出射する多重反射素子と、前記光源と前記多重反射素子との間の光路中に配置され、前記光の光線角度分布を変化させる光学素子と、を備え、前記光学素子は、少なくとも対となる2つの円錐レンズを含み、前記2つの円錐レンズの間を前記光が通過する間に、前記光の瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わり、更に、前記光の波長を切り替える波長切替機構と、前記波長切替機構により切り替わった光の波長に応じて、前記2つの円錐レンズのうち少なくとも1つの円錐レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] A lighting device according to a first aspect of the present invention includes a light source that emits light, and a multiple reflection element that emits the light from the light incident surface, and after multiple reflection inside thereof, emits the light from the light emission surface. And an optical element that is arranged in an optical path between the light source and the multiple reflection element and changes a light beam angle distribution of the light, and the optical element includes at least two pairs of conical lenses. the between two conical lens while the light passes through, Ri optical path of the light beam between the inner and outer circumferential sides of the pupil plane of the light swapped further wavelength switching mechanism for switching the wavelength of the light And a lens moving mechanism for moving at least one of the two conical lenses in the optical axis direction according to the wavelength of the light switched by the wavelength switching mechanism .

〔2〕 前記〔1〕に記載の照明装置において、前記2つの円錐レンズに入射する前の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に低く、前記2つの円錐レンズに入射した後の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に高い構成であってもよい。 [2] In the illumination device according to [1], the light intensity on the outer peripheral side is relatively higher than the light intensity on the inner peripheral side on the pupil plane of the light before entering the two conical lenses. The light intensity on the outer peripheral side may be relatively higher than the light intensity on the inner peripheral side on the pupil plane of the light after entering the two conical lenses.

〕 本発明の第2の態様に係る光学検査装置は、前記〔1〕又は〔2〕に記載の照明装置を備えることを特徴とする。 [ 3 ] An optical inspection apparatus according to the second aspect of the present invention includes the illumination device according to [1] or [2] .

〕 本発明の第3の態様に係る光学顕微鏡は、前記〔1〕又は〔2〕に記載の照明装置を備えることを特徴とする。 [ 4 ] An optical microscope according to a third aspect of the present invention includes the illumination device according to [1] or [2] .

以上のように、本発明の一つの態様によれば、光量の損失を抑えつつ、照明光の光線角度分布を変化させることができる、特に外周からの光線角度を増やすことができる照明装置、並びに、そのような照明装置を備えることによって、検出感度の更なる向上を図ることができる光学検査装置及び光学顕微鏡を提供することが可能である。   As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to change the light beam angle distribution of the illumination light while suppressing the loss of the light amount, and particularly to the illumination device capable of increasing the light beam angle from the outer periphery, and By providing such an illumination device, it is possible to provide an optical inspection device and an optical microscope capable of further improving detection sensitivity.

本発明の一実施形態に係る照明装置及び光学検査装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the illuminating device and optical inspection apparatus which concern on one Embodiment of this invention. 図1に示す照明装置が備える光学素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical element with which the illuminating device shown in FIG. 1 is provided. 図1に示す照明装置が備える光拡散素子の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the structural example of the light-diffusion element with which the illuminating device shown in FIG. 1 is provided. 図2に示す光学素子を用いた場合の照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。It is a graph which shows the cross-sectional light quantity distribution which passes along the center of the pupil plane of illumination light at the time of using the optical element shown in FIG. (A)は、図1に示す光学素子の長波長での光学配置を示す平面図、(B)は、図1に示す光学素子の短波長での光学配置を示す平面図である。(A) is a top view which shows the optical arrangement in the long wavelength of the optical element shown in FIG. 1, (B) is a top view which shows the optical arrangement in the short wavelength of the optical element shown in FIG. 照明光の瞳面の中心を通る断面光量分布を示すグラフである。It is a graph which shows the cross-sectional light quantity distribution which passes along the center of the pupil plane of illumination light.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明では、各構成要素を見易くするため、図面において構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, in order to make each component easy to see, the scale of the dimension may be changed depending on the component in the drawings.

(第1の実施形態)
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図1に示す照明装置1及び光学検査装置100について説明する。なお、図1は、照明装置1及び光学検査装置100の概略構成を示す模式図である。
(First embodiment)
First, as an embodiment of the present invention, for example, an illumination device 1 and an optical inspection device 100 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device 1 and the optical inspection device 100.

光学検査装置100は、図1に示すように、例えば検査対象となる半導体ウェハ(以下、単にウェハという。)Wの欠陥の有無等を検査するものである。具体的に、この光学検査装置100は、光源2と、光学素子3と、多重反射素子4と、光拡散素子5と、リレー光学系6と、光路変換素子7と、集光光学系8と、結像光学系9と、撮像装置10とを概略備えている。   As shown in FIG. 1, the optical inspection apparatus 100 inspects, for example, the presence or absence of defects in a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) W to be inspected. Specifically, the optical inspection apparatus 100 includes a light source 2, an optical element 3, a multiple reflection element 4, a light diffusion element 5, a relay optical system 6, an optical path conversion element 7, and a condensing optical system 8. The imaging optical system 9 and the imaging device 10 are roughly provided.

このうち、光源2と、光学素子3と、多重反射素子4と、光拡散素子5と、リレー光学系6と、光路変換素子7と、集光光学系8とは、第1の光学軸AX1上において、順次並んで配置されている。一方、光路変換素子7と、結像光学系9と、撮像装置10とは、第1の光学軸AX1と直交する第2の光学軸AX2上において、順次並んで配置されている。   Among these, the light source 2, the optical element 3, the multiple reflection element 4, the light diffusion element 5, the relay optical system 6, the optical path conversion element 7, and the condensing optical system 8 include the first optical axis AX1. Above, they are arranged side by side. On the other hand, the optical path conversion element 7, the imaging optical system 9, and the imaging device 10 are sequentially arranged side by side on the second optical axis AX2 orthogonal to the first optical axis AX1.

照明装置1は、光源2と、光学素子3と、多重反射素子4と、光拡散素子5と、リレー光学系6と、集光光学系8とを含み、ウェハWに対して照明光Lを照射する照明光学系を構成している。   The illumination device 1 includes a light source 2, an optical element 3, a multiple reflection element 4, a light diffusion element 5, a relay optical system 6, and a condensing optical system 8. The illumination optical system to irradiate is comprised.

光源2は、超高圧水銀(UV)ランプである。光源2の周囲には、リフレクター11が配置されている。リフレクター11は、その断面形状が楕円線を描くように形成された内側反射面11aを有し、この内側反射面11aで光源2から出射された光Laを反射して、後述する多重反射素子4の光入射面4aに向かって光Lbを集光させる。   The light source 2 is an ultra high pressure mercury (UV) lamp. A reflector 11 is disposed around the light source 2. The reflector 11 has an inner reflection surface 11a formed so that its cross-sectional shape draws an elliptical line, and the inner reflection surface 11a reflects the light La emitted from the light source 2 so as to be described later. The light Lb is condensed toward the light incident surface 4a.

なお、光源2については、上述した超高圧水銀ランプ以外にも、例えばLEDランプなどを用いることができる。また、光源2には、検出感度の向上を図るため、例えば、LPP(Laser Produced Plasma)やLDLS(Laser Driven Light Source)などの発光点の小さい点光源を用いてもよい。すなわち、光源2の種類については特に限定されるものではなく、検査対象に合わせて最適な光源を適宜選択して用いることが可能である。   For the light source 2, for example, an LED lamp can be used in addition to the above-described ultrahigh pressure mercury lamp. In order to improve detection sensitivity, a point light source having a small light emitting point such as LPP (Laser Produced Plasma) or LDLS (Laser Driven Light Source) may be used as the light source 2. That is, the type of the light source 2 is not particularly limited, and an optimal light source can be appropriately selected and used according to the inspection object.

光学素子3は、光源2から多重反射素子4に向かう光Lbの光線角度分布を変化させるものである。具体的に、本実施形態における光学素子3は、図2に示すような構成を有している。なお、図2は、光学素子3の構成を示す平面図である。   The optical element 3 changes the ray angle distribution of the light Lb from the light source 2 toward the multiple reflection element 4. Specifically, the optical element 3 in the present embodiment has a configuration as shown in FIG. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the optical element 3.

図2に示す光学素子3は、2つの円錐レンズ21,22と、2つの凸レンズ23,24とを含む構成である。2つの円錐レンズ21,22は、互いの頂部が形成された面21a,22aとは反対側の面21b,22bを対向させた状態で光軸方向(第1の光学軸AX1上)に並んで配置されている。2つの凸レンズ23,24は、円錐レンズ21,22の頂部が形成された面21a,22a側に対向して光軸方向(第1の光学軸AX1上)に並んで配置されている。なお、2つの円錐レンズ21,22の配置については、上述した配置に限らず、例えば、互いの頂部が形成された面21a,22aを対向させた状態で配置したり、互いの頂部が形成された面21a,22aを同じ方向に向けた状態で配置したりすることも可能である。   The optical element 3 shown in FIG. 2 includes two conical lenses 21 and 22 and two convex lenses 23 and 24. The two conical lenses 21 and 22 are aligned in the optical axis direction (on the first optical axis AX1) with the surfaces 21b and 22b opposite to the surfaces 21a and 22a on which the tops of the conical lenses are formed facing each other. Has been placed. The two convex lenses 23 and 24 are arranged side by side in the optical axis direction (on the first optical axis AX1) so as to face the surfaces 21a and 22a on which the apexes of the conical lenses 21 and 22 are formed. The arrangement of the two conical lenses 21 and 22 is not limited to the arrangement described above. For example, the two conical lenses 21 and 22 are arranged in a state where the surfaces 21a and 22a on which the tops are formed face each other, or the tops of the two conical lenses 21 and 22 are formed. It is also possible to arrange the surfaces 21a and 22a in the same direction.

光学素子3では、2つの円錐レンズ21,22の間を光Lbが通過する間に、光Lbの瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わる。すなわち、光Lbを構成する光線束のうち、円錐レンズ21の内周側を通過する光線の光路が外周側へと入れ替わる(図2中の2点鎖線を参照。)。一方、円錐レンズ21の外周側を通過する光線の光路が内周側へと入れ替わる(図2中の破線を参照。)。また、凸レンズ23,24は、それぞれの位置において通過する光Lbを集光させる。   In the optical element 3, while the light Lb passes between the two conical lenses 21 and 22, the optical path of the light beam is switched between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the pupil plane of the light Lb. That is, the optical path of the light beam passing through the inner peripheral side of the conical lens 21 in the light beam constituting the light Lb is switched to the outer peripheral side (see the two-dot chain line in FIG. 2). On the other hand, the optical path of the light beam passing through the outer peripheral side of the conical lens 21 is switched to the inner peripheral side (see the broken line in FIG. 2). Moreover, the convex lenses 23 and 24 condense the light Lb that passes at each position.

なお、光学素子3については、上述した構成に限らず、少なくとも対となる2つの円錐レンズ21,22を含む構成であればよく、光源2と多重反射素子4との間の光学設計に応じて、凸レンズ23,24を省略したり、別の凸レンズや凹レンズを追加したりすることも可能である。   The optical element 3 is not limited to the above-described configuration, and may be any configuration that includes at least two paired conical lenses 21 and 22, and depends on the optical design between the light source 2 and the multiple reflection element 4. The convex lenses 23 and 24 can be omitted, or another convex lens or concave lens can be added.

多重反射素子4は、図1に示すように、ロッドインテグレータからなり、長手方向の一端に光入射面4aと、長手方向の他端に光出射面4bとを有している。多重反射素子4は、光学素子3を通過した光Lcを光入射面4aから入射し、内部で多重反射させた後、光出射面4bから光Ldを出射する。   As shown in FIG. 1, the multiple reflection element 4 is composed of a rod integrator, and has a light incident surface 4a at one end in the longitudinal direction and a light exit surface 4b at the other end in the longitudinal direction. The multiple reflection element 4 causes the light Lc that has passed through the optical element 3 to be incident from the light incident surface 4a, undergoes multiple reflection inside, and then emits the light Ld from the light emitting surface 4b.

光拡散素子5は、多重反射素子4の光出射面4bから出射された光Ldを拡散させるものである。具体的に、光拡散素子5は、例えば図3に示すように、基材5aの一面に微細な凹凸パターン5bが形成された構造を有している。光拡散素子5は、凹凸パターン5bが形成された面を多重反射素子4とは反対側に向けた状態で配置されている。これにより、光拡散素子5は、凹凸パターン5bにより拡散された光Leを出射する。なお、光拡散素子5は、凹凸パターン5bが形成された面を多重反射素子4に向けた状態で配置することも可能である。   The light diffusing element 5 diffuses the light Ld emitted from the light emitting surface 4 b of the multiple reflecting element 4. Specifically, the light diffusing element 5 has a structure in which a fine concavo-convex pattern 5b is formed on one surface of a substrate 5a as shown in FIG. 3, for example. The light diffusing element 5 is arranged with the surface on which the concave / convex pattern 5 b is formed facing the side opposite to the multiple reflection element 4. Thereby, the light diffusing element 5 emits the light Le diffused by the concavo-convex pattern 5b. The light diffusing element 5 can also be arranged with the surface on which the concave / convex pattern 5 b is formed facing the multiple reflection element 4.

リレー光学系6は、図1に示すように、第1のリレーレンズ12と、第2のリレーレンズ13とを含み、ウェハWの照射面の大きさに合わせて、光Lfのサイズを調整する。   As shown in FIG. 1, the relay optical system 6 includes a first relay lens 12 and a second relay lens 13, and adjusts the size of the light Lf according to the size of the irradiation surface of the wafer W. .

光路変換素子7は、ダイクロイックミラーからなり、光をウェハWに向かう光Lfを透過する一方、後述するウェハWから反射して戻ってくる光Lgを撮像装置10に向けて反射する。   The optical path conversion element 7 is composed of a dichroic mirror, and transmits light Lf directed toward the wafer W, while reflecting light Lg reflected back from the wafer W described later toward the imaging device 10.

集光光学系8は、コンデンサーレンズ14と、対物レンズ15とを含み、ウェハWの表面に対して集光された光(照明光L)を照射する。これにより、ウェハWの表面で反射した光Lgが、対物レンズ15及びコンデンサーレンズ14を通過し、光路変換素子7に入射し、結像光学系9に向かって反射される。   The condensing optical system 8 includes a condenser lens 14 and an objective lens 15, and irradiates the condensed light (illumination light L) onto the surface of the wafer W. As a result, the light Lg reflected from the surface of the wafer W passes through the objective lens 15 and the condenser lens 14, enters the optical path conversion element 7, and is reflected toward the imaging optical system 9.

結像光学系9は、集光レンズ16と、結像レンズ17とを含み、撮像装置10の撮像面の大きさに合わせて、光路変換素子7で反射された光Lhを撮像装置10の撮像面上に結像させる。   The imaging optical system 9 includes a condenser lens 16 and an imaging lens 17. The imaging device 10 captures the light Lh reflected by the optical path conversion element 7 in accordance with the size of the imaging surface of the imaging device 10. Form an image on the surface.

撮像装置10は、例えばCCDやCMOSなどの撮像素子を用いたデジタルカメラにより構成されている。撮像装置10は、ウェハWの表面で反射した光Lgによって得られる画像を撮像する。光学検査装置100では、この画像からウェハWの欠陥の有無等を検査することが可能となっている。   The imaging device 10 is configured by a digital camera using an imaging element such as a CCD or CMOS. The imaging device 10 captures an image obtained by the light Lg reflected from the surface of the wafer W. In the optical inspection apparatus 100, it is possible to inspect the presence or absence of defects on the wafer W from this image.

本実施形態の照明装置1では、上述した光学素子3によって光源2から多重反射素子4に向かう光Lbの光線角度分布を変化させる。これにより、光量の損失を抑えつつ、ウェハWに入射する照明光Lの光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことができる。   In the illumination device 1 of the present embodiment, the light angle distribution of the light Lb from the light source 2 toward the multiple reflection element 4 is changed by the optical element 3 described above. Thereby, the light ray angle from the outer periphery can be increased in the light ray angle distribution of the illumination light L incident on the wafer W while suppressing the loss of the light amount.

具体的に、上記光学素子32において、2つの円錐レンズ21,22に入射する前(図2中に示す位置A)の光Lbの瞳面における光量分布を図4(A)に示し、前記2つの円錐レンズ21,22に入射した後(図2中に示す位置B)の光Lcの瞳面における光量分布を図4(B)に示す。   Specifically, in the optical element 32, the light quantity distribution on the pupil plane of the light Lb before entering the two conical lenses 21 and 22 (position A shown in FIG. 2) is shown in FIG. FIG. 4B shows the light quantity distribution on the pupil plane of the light Lc after entering the two conical lenses 21 and 22 (position B shown in FIG. 2).

2つの円錐レンズ21,22に入射する前の光Lbの瞳面における光量分布は、図4(A)に示すように、内周側の光線強度よりも外周側の光線強度が相対的に低くなっている。これに対して、2つの円錐レンズ21,22に入射した後の光Lcの瞳面における光量分布は、図4(B)に示すように、内周側の光線強度よりも外周側の光線強度が相対的に高くなっている。   As shown in FIG. 4A, the light intensity distribution on the pupil plane of the light Lb before entering the two conical lenses 21 and 22 is relatively lower on the outer peripheral side than on the inner peripheral side. It has become. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the light quantity distribution on the pupil plane of the light Lc after being incident on the two conical lenses 21 and 22 has a light intensity on the outer peripheral side rather than a light intensity on the outer peripheral side. Is relatively high.

本実施形態の照明装置1では、上述した光学素子3によって、光量の損失を抑えつつ、ウェハWに入射する照明光Lの光線角度分布において、外周からの光線角度を増やすことができる。これにより、そのような照明光により検出感度が上がる回路パターンに対して最適な照明光を得ることできる。   In the illumination device 1 of the present embodiment, the optical element 3 described above can increase the light beam angle from the outer periphery in the light beam angle distribution of the illumination light L incident on the wafer W while suppressing the loss of the light amount. Thereby, the optimal illumination light can be obtained for the circuit pattern whose detection sensitivity is increased by such illumination light.

以上のように、本実施形態の光学検査装置100では、上述した照明装置1を備えることによって、光量の損失を抑えつつ、検出感度の更なる向上を図ることができるため、高分解能での検査が可能となる。   As described above, the optical inspection apparatus 100 according to the present embodiment includes the illumination apparatus 1 described above, so that it is possible to further improve the detection sensitivity while suppressing the loss of the light amount. Is possible.

また、本実施形態の照明装置1では、照明光Lの波長を切り替える波長切替機構を備えた構成であってもよい。この波長切替機構については、図示を省略するものの、例えば、照明装置1の何れかの光路中に、照明光Lの波長を変換する波長フィルタを配置する。これにより、照明光Lの波長を切り替えることが可能である。また、照明装置1では、波長の異なる複数の波長フィルタを入れ替え自在に配置することが可能である。   Further, the illumination device 1 of the present embodiment may have a configuration including a wavelength switching mechanism that switches the wavelength of the illumination light L. Although not shown in the figure, for example, a wavelength filter that converts the wavelength of the illumination light L is disposed in any of the optical paths of the illumination device 1. Thereby, the wavelength of the illumination light L can be switched. Moreover, in the illuminating device 1, it is possible to arrange | position the several wavelength filter from which a wavelength differs interchangeably.

照明装置1では、照明光Lの波長の違いによって、レンズの色収差により光線の光路が変化する。このため、例えば長波長側で光学素子3による光線角度分布の最適化を行ったとしても、短波長側で光線の光路が変化し、光線角度分布の最適な範囲からずれてしまう。   In the illumination device 1, the optical path of the light beam changes due to the chromatic aberration of the lens due to the difference in the wavelength of the illumination light L. For this reason, for example, even if the light beam angle distribution is optimized by the optical element 3 on the long wavelength side, the light path of the light beam changes on the short wavelength side and deviates from the optimum range of the light beam angle distribution.

そこで、照明装置1では、図5(A),(B)に示すように、上述した波長切替機構と共に、レンズ移動機構30を備えた構成とする。レンズ移動機構30は、波長切機構により切り替わった照明光Lの波長に応じて、2つの円錐レンズ21,22のうち少なくとも1つの円錐レンズ(本実施形態では、円錐レンズ22及び凸レンズ24)を光軸方向(第1の光学軸AX1に沿った方向)に移動させる。 Therefore, the illumination device 1 is configured to include the lens moving mechanism 30 in addition to the wavelength switching mechanism described above, as shown in FIGS. Lens moving mechanism 30, depending on the wavelength of the illumination light L is switched by the wavelength switching exchange mechanism (in this embodiment, conical lens 22 and convex lens 24) two of the at least one conical lens of the conical lens 21, 22 It is moved in the optical axis direction (direction along the first optical axis AX1).

ここで、図5(A)は、光学素子3の長波長での光学配置を示す平面図であり、図5(B)は、光学素子3の短波長での光学配置を示す平面図である。
照明装置1では、図5(A),(B)に示すように、レンズ移動機構30により円錐レンズ22及び凸レンズ24を光軸方向に移動させることによって、照明光Lの波長に応じた最適な光線角度分布を得ることが可能である。
Here, FIG. 5A is a plan view showing an optical arrangement of the optical element 3 at a long wavelength, and FIG. 5B is a plan view showing an optical arrangement of the optical element 3 at a short wavelength. .
In the illuminating device 1, as shown in FIGS. 5A and 5B, the conical lens 22 and the convex lens 24 are moved in the optical axis direction by the lens moving mechanism 30, so that the optimum according to the wavelength of the illumination light L is obtained. It is possible to obtain a ray angle distribution.

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、照明装置1を備えた光学検査装置100において、ウェハWの検査を行う場合を例示したが、光学検査装置100により検査可能なものであればよく、検査対象については特に限定されるものではない。
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the optical inspection apparatus 100 including the illumination apparatus 1 performs the inspection of the wafer W is exemplified. However, any inspection apparatus that can be inspected by the optical inspection apparatus 100 may be used. It is not limited.

また、照明装置1は、光学検査装置100の他にも、観察対象に照明光Lを照射し、その透過光又は反射光によって得られる画像を撮像する光学顕微鏡に適用することが可能である。このような照明装置1を備えた光学顕微鏡では、光量の損失を抑えつつ、検出感度の更なる向上を図ることができるため、高分解能での観察が可能となる。   In addition to the optical inspection apparatus 100, the illumination apparatus 1 can be applied to an optical microscope that irradiates an observation target with illumination light L and captures an image obtained by the transmitted light or reflected light. In the optical microscope provided with such an illuminating device 1, the detection sensitivity can be further improved while suppressing the loss of light quantity, so that observation with high resolution becomes possible.

1…照明装置 2…光源 3…光学素子 4…多重反射素子 5…光拡散素子 6…リレー光学系 7…光路変換素子 8…集光光学系 9…結像光学系 10…撮像装置 11…リフレクター 12…第1のリレーレンズ 13…第2のリレーレンズ 14…コンデンサーレンズ 15…対物レンズ 16…集光レンズ 17…結像レンズ 21,22…円錐レンズ 23,24…凸レンズ 30…レンズ移動機構 100…光学検査装置 W…半導体ウェハ L…照明光   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Illuminating device 2 ... Light source 3 ... Optical element 4 ... Multiple reflection element 5 ... Light diffusing element 6 ... Relay optical system 7 ... Optical path conversion element 8 ... Condensing optical system 9 ... Imaging optical system 10 ... Imaging apparatus 11 ... Reflector DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... 1st relay lens 13 ... 2nd relay lens 14 ... Condenser lens 15 ... Objective lens 16 ... Condensing lens 17 ... Imaging lens 21, 22 ... Conical lens 23, 24 ... Convex lens 30 ... Lens moving mechanism 100 ... Optical inspection device W ... Semiconductor wafer L ... Illumination light

Claims (4)

光を出射する光源と、
前記光を光入射面から入射し、内部で多重反射させた後、光出射面から出射する多重反射素子と、
前記光源と前記多重反射素子との間の光路中に配置され、前記光の光線角度分布を変化させる光学素子と、を備え、
前記光学素子は、少なくとも対となる2つの円錐レンズを含み、
前記2つの円錐レンズの間を前記光が通過する間に、前記光の瞳面の内周側と外周側とで光線の光路が入れ替わり、
更に、前記光の波長を切り替える波長切替機構と、
前記波長切替機構により切り替わった光の波長に応じて、前記2つの円錐レンズのうち少なくとも1つの円錐レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構と、を備えることを特徴とする照明装置。
A light source that emits light;
The light is incident from the light incident surface, and after multiple reflection inside, a multiple reflection element that emits from the light exit surface; and
An optical element that is disposed in an optical path between the light source and the multiple reflection element and changes a light ray angle distribution of the light, and
The optical element includes at least two pairs of conical lenses,
Wherein between the two conical lens while the light passes through, Ri optical path of the light rays swapped between the inner and outer circumferential sides of the pupil plane of the light,
A wavelength switching mechanism for switching the wavelength of the light;
An illumination device comprising: a lens moving mechanism that moves at least one of the two conical lenses in an optical axis direction according to a wavelength of light switched by the wavelength switching mechanism .
前記2つの円錐レンズに入射する前の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に低く、
前記2つの円錐レンズに入射した後の前記光の瞳面において、前記内周側の光線強度よりも前記外周側の光線強度が相対的に高いことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
In the pupil plane of the light before entering the two conical lenses, the light intensity on the outer peripheral side is relatively lower than the light intensity on the inner peripheral side,
2. The illumination device according to claim 1, wherein the light intensity on the outer peripheral side is relatively higher than the light intensity on the inner peripheral side in the pupil plane of the light after entering the two conical lenses. .
請求項1又は2に記載の照明装置を備えることを特徴とする光学検査装置。 Optical inspection apparatus characterized by comprising a lighting device according to claim 1 or 2. 請求項1又は2に記載の照明装置を備えることを特徴とする光学顕微鏡。 Optical microscope, characterized in that it comprises a lighting device according to claim 1 or 2.
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