JPH052152A - 光ビーム作成方法、装置、それを用いた寸法測定方法、外観検査方法、高さ測定方法、露光方法および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

光ビーム作成方法、装置、それを用いた寸法測定方法、外観検査方法、高さ測定方法、露光方法および半導体集積回路装置の製造方法

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JPH052152A
JPH052152A JP3276011A JP27601191A JPH052152A JP H052152 A JPH052152 A JP H052152A JP 3276011 A JP3276011 A JP 3276011A JP 27601191 A JP27601191 A JP 27601191A JP H052152 A JPH052152 A JP H052152A
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sample
light beam
shifter
objective lens
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Yoshihiko Okamoto
好彦 岡本
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の波長や対物レンズの特性などによる限界
を超えた微細な光ビームを作成する技術を提供する。 【構成】 光源１と対物レンズ５との間に二つの光透過
領域を有するビーム分配シフタ４を配置すると共に、前
記二つの光透過領域の一方に位相シフト手段を設け、前
記ビーム分配シフタ４を透過した光を二つの光束Ｌ1,Ｌ
2に分割すると共に、前記二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の位相を
互いに逆相とし、次いで前記二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を対物
レンズ５で収光することにより、光の波長や対物レンズ
５の特性などによる限界を超えた微細な光ビームを作成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微細な光ビームの作成
技術に関し、例えば光ディスクや光磁気ディスクの情報
記録密度の向上、光学顕微鏡装置の解像度の向上、試料
の表面の寸法や高さを測定する際の測定精度の向上、試
料の表面の異物や欠陥の有無を検査する際の検査精度の
向上、電子線描画装置や光露光装置における微細なパタ
ーンの転写精度の向上、半導体ウエハあるいは半導体チ
ップの表面を微細加工する際の加工精度の向上などに適
用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク装置や光学顕微鏡装置などの
光学装置においては、光源から放射された光をコリメー
タレンズで平行光とし、これを対物レンズで収光して光
ビームを作成する方式が多く採用されている。
【０００３】この場合、対物レンズによって収光される
光ビームのスポット径を微細化しようとすると、回折現
象のために、光の波長、対物レンズの開口数などによる
限界が生じることは周知となっている。
【０００４】すなわち、対物レンズで収光し得る光ビー
ムの径（Ｗｏ）は、例えば日経技術図書株式会社、１９
８６年１２月１０日発行の「光ファイバ応用技術集成」
Ｐ４３１〜Ｐ４３５に記載されているように、下記の式 ２ＷO ＝ｋλ／ＮＡ により求められる。ここで、ＮＡは対物レンズの開口
数、λは光の波長である。
【０００５】また、ｋは対物レンズの径と光ビームの強
度分布の重なり具合とによって決まる定数であり、下記
の値をとる。
【０００６】ｋ＝0.５（光ビームの半値幅とレンズの直
径とが等しいとき）または、ｋ＝0.８（光ビームのｅ-2
強度幅とレンズの直径とが等しいとき）このように、対
物レンズによって収光される光ビームのスポット径は、
光の波長、対物レンズの特性および光ビームの強度分布
の重なりによってその下限が決められる。
【０００７】従って、この限界値よりも微細な径の光ビ
ームを作成することは不可能とされており、これが光デ
ィスク装置の記録密度の向上や、光学顕微鏡装置の高解
像度化を図る上での制約となっている。
【０００８】微細な光ビームを利用する技術としては、
上記した光ディスク装置や光学顕微鏡装置の他、半導体
ウエハ上に集積回路パターンを転写する露光技術や、試
料の表面に照射したレーザビームの反射光を検出するこ
とによって、試料表面の高さや寸法を測定したり、試料
表面の外観を検査したりする技術などがある。
【０００９】例えば半導体集積回路装置の製造工程（ウ
エハプロセス）では、フォトマスク（レチクル）上に形
成された集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレ
ジストに転写してレジストパターンを形成し、これをマ
スクにして薄膜をエッチングしたり半導体基板に不純物
イオンを注入したりすることによって、所望のＬＳＩを
作成している。
【００１０】このとき、フォトマスク上に形成される集
積回路パターンの寸法精度の良否は、ＬＳＩの製造歩留
りや信頼性を大きく左右する要因となる。
【００１１】従来、フォトマスクに形成された集積回路
パターンの検査工程では、レーザビームを用いた寸法測
定技術が実用化されている。これは、レーザビームをフ
ォトマスク上のパターンに照射して寸法測定方向に走査
し、散乱光のピーク位置や反射率が変化する位置を検出
することによってパターンの寸法を測定する方法であ
る。
【００１２】その際、例えばレーザビームを寸法測定方
向に微小振動させ、この微小振動と同期させて散乱光や
反射光の位置を検出することで測定精度を向上させるな
どの工夫がなされている。
【００１３】ところが、レーザビームを用いる上記の寸
法測定技術は、フォトマスク上に形成される集積回路パ
ターンの寸法が光の波長程度まで微細になってくると、
対物レンズを用いてレーザビームをフォトマスク上に収
光しても、前述した光の波長や対物レンズの開口数など
による限界のためにビームの径が十分に絞れなくなり、
散乱光のピーク位置や反射率の変化する位置が広がって
しまう結果、寸法測定精度が低下してしまうという問題
がある。
【００１４】また、半導体ウエハ上に形成された集積回
路パターンの検査工程では、ウェハ表面へ光ビームを斜
め照射し、その反射光の相対位置をＣＣＤ（電荷結合素
子）などの光センサを用いて計測する高さ測定技術が実
用化されている。
【００１５】その際、例えば発光ダイオードからの光を
収束してウェハ表面に照射すると共に、反射光を振動ミ
ラーを介して光検出器に入射させ、振動ミラーを駆動す
るための変調信号を参照信号として、光検出器において
得られた検出信号を同期検波することで測定精度を向上
させるなどの工夫がなされている。
【００１６】ところが、この高さ測定技術も、集積回路
パターンの寸法が微細になってくると、前述した光の波
長、対物レンズの開口数などによる限界のため、光ビー
ムの径が十分に絞れなくなり、ウェハ表面からの反射光
をセンサ上に収光してもぼけたスポットになってしまう
結果、高さ測定精度が低下してしまうという問題があ
る。
【００１７】また、半導体ウエハやフォトマスクの表面
の欠陥や異物を検査する方法として、それらの表面にレ
ーザビームを照射し、欠陥や異物からの散乱光や反射光
などを検出する外観検査技術が知られている。
【００１８】これは、試料（ウエハまたはフォトマス
ク）の表面に水平な方向からレーザビームを照射し、異
物（または欠陥）からの散乱光を試料の上方に配置した
フォトマルチプライヤなどの検出器によって検出する技
術である。
【００１９】その際、偏光板を用いてレーザビームを偏
光面が互いに垂直な二つの偏光光に分け、試料上に形成
された本来のパターンのエッジからの散乱光と異物（ま
たは欠陥）からの散乱光とを分離することによって検出
精度を向上させるなどの工夫がなされている。
【００２０】ところが、この外観検査技術も、半導体ウ
エハやフォトマスク上に形成される集積回路パターンの
寸法が微細になり、これに伴って検出すべき欠陥や異物
の寸法が微細になってくると、前述した光の波長、対物
レンズの開口数などによる限界のためにビームの径が十
分に絞れなくなり、散乱光のピーク位置や反射率の変化
する位置が広がってしまう結果、欠陥や異物の検出精度
が低下してしまうという問題がある。
【００２１】微細な光ビームを利用する技術としては、
これらの他、レーザビームを使用して半導体ウエハ上の
配線パターンを修正する欠陥救済技術などが知られてい
るが、この場合も、上記した理由によってレーザビーム
の径の微細化に限界があるため、配線パターンの寸法が
微細になってくると、配線加工精度が低下してしまうと
いう問題がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】このように、対物レン
ズによって収光される光ビームのスポット径は、光の波
長、対物レンズの特性および光ビームの強度分布の重な
りによってその下限が決められる。
【００２３】従って、この下限よりも微細な径の光ビー
ムを作成することは不可能とされており、これが微細な
光ビームを利用する多くの技術分野において問題となっ
ている。
【００２４】本発明の目的は、光の波長や対物レンズの
特性などによる限界を超えた極めて微細な光ビームを作
成することのできる技術を提供することにある。
【００２５】本発明の他の目的は、光ディスク装置や光
磁気ディスク装置の記録密度を向上させることのできる
技術を提供することにある。
【００２６】本発明の他の目的は、光学顕微鏡装置の解
像度を向上させることのできる技術を提供することにあ
る。
【００２７】本発明の他の目的は、試料の表面に形成さ
れたパターンの寸法測定精度を向上させることのできる
技術を提供することにある。
【００２８】本発明の他の目的は、試料の表面の高さ測
定精度を向上させることのできる技術を提供することに
ある。
【００２９】本発明の他の目的は、試料の表面の異物や
欠陥の検出精度を向上させることのできる技術を提供す
ることにある。
【００３０】本発明の他の目的は、フォトマスクに形成
された微細なパターンの転写精度を向上させることので
きる技術を提供することにある。
【００３１】本発明の他の目的は、光ビームを使って半
導体基板の表面を微細加工する際の加工精度を向上させ
ることのできる技術を提供することにある。
【００３２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００３３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【００３５】(1) 光源から放射された光を対物レンズに
より収光して光ビームを作成する際、前記光を二つの光
束に分割すると共に、一方の光束の位相を反転させ、次
いで前記二つの光束を合成する光ビーム作成方法であ
る。
【００３６】(2) 前記(1) の光ビーム作成方法におい
て、光源から放射された光を、対物レンズの中心部を透
過する強度の大きい第一の光束と対物レンズの周辺部を
透過する強度の小さい第二の光束とに分割する。
【００３７】(3) 光源と試料とを結ぶ光路上に対物レン
ズを配置し、前記光源から放射された光を前記対物レン
ズにより収光して前記試料上に光ビームを照射する光ビ
ーム作成装置において、二つの光透過領域を有するビー
ム分配シフタを前記光源と前記対物レンズとの間に配置
すると共に、前記二つの光透過領域の一方に位相シフト
手段を設け、前記ビーム分配シフタを透過した光を二つ
の光束に分割すると共に、前記二つの光束の位相を互い
に逆相とし、次いで前記二つの光束を前記対物レンズに
より収光することを特徴とする光ビーム作成装置であ
る。
【００３８】(4) 前記(3) の光ビーム作成装置におい
て、前記位相シフト手段は、ビーム分配シフタを構成す
るガラス基板の表面に形成された透明膜からなり、前記
透明膜の膜厚ｄ1 は、その屈折率をｎ1 、光源から放射
される光の波長をλとして、 ｄ1 ＝λ／２（ｎ1 −１） またはその奇数倍である。
【００３９】(5) 前記(3) の光ビーム作成装置におい
て、前記位相シフト手段は、ビーム分配シフタを構成す
るガラス基板の表面に形成された溝からなり、前記溝の
深さｄ2 は、前記ガラス基板の屈折率をｎ2 、光源から
放射される光の波長をλとして、 ｄ2 ＝λ／２（ｎ2 −１） またはその奇数倍である。
【００４０】(6) 所定のパターンが形成された試料の表
面に光ビームを照射して測定方向に走査し、前記パター
ンからの散乱光または反射光を検出して前記パターンの
寸法を測定する際、前記(1) の光ビーム作成方法によっ
て得られる二つの光束を前記試料の表面に近接させて照
射し、前記二つの光束の軌跡が重なるように走査する寸
法測定方法である。
【００４１】(7) 所定のパターンが形成された試料の表
面に光ビームを照射して測定方向に走査し、前記試料の
表面からの散乱光または反射光を検出して前記試料の表
面の異物または欠陥の有無を検査する際、前記(1) の光
ビーム作成方法によって得られる二つの光束を前記試料
の表面に近接させて照射すると共に、前記二つの光束の
軌跡が重なるように走査して前記試料の表面からの散乱
光または反射光を検出し、前記試料の表面の所定の位置
において検出された信号のうち、指定レベル以上の強度
を有する信号の数が二本である場合は、前記位置に前記
パターンのエッジが存在し、一本である場合は、前記位
置に前記異物または欠陥が存在するものと判定する外観
検査方法である。
【００４２】(8) 試料の表面に斜め方向から照射された
光ビームの反射光の光路の相対位置を検出することによ
って試料の表面の高さを測定する際、前記(1) の光ビー
ム作成方法によって得られる二つの光束を前記試料の表
面に近接させて照射し、前記二つの光束の反射光の光路
の平均位置または両者の間に存在する暗部の位置を検出
する高さ測定方法である。
【００４３】(9) フォトレジストが塗布された試料の表
面に光ビームを照射して前記フォトレジストに所定のパ
ターンの潜像を形成する際、前記(2) の光ビーム作成方
法によって得られる二つの光束を前記フォトレジストの
表面に近接させて照射し、前記光束の量または前記フォ
トレジストの現像条件を最適化することによって前記試
料の表面に強度の大きい光束の照射跡のみを残す露光方
法である。
【００４４】(10)半導体基板の表面に光ビームを照射し
てその表面を加工する際、前記(1) の光ビーム作成方法
によって得られる二つの光束を前記半導体基板の表面に
近接させて照射する半導体集積回路装置の製造方法であ
る。
【００４５】また、本願において開示される発明のう
ち、前記した以外の発明の概要を簡単に説明すれば、次
のとおりである。
【００４６】(11)光源と試料とを結ぶ光路上に対物レン
ズを配置し、前記光源から放射された光を前記対物レン
ズにより収光して前記試料上に光ビームを照射する光ビ
ーム作成装置であって、前記光源と対物レンズとの間に
は、光源から放射された光を二つの光束に分割する光
分割手段、前記光分割手段によって分割された二つの
光束の位相を互いに逆相とする位相シフト手段、前記
位相シフト手段によって互いの位相が逆相とされた二つ
の光束のそれぞれの光路上に配置され、一方のフォトマ
スクの光透過領域を透過した光束と、もう一方のフォト
マスクの光透過領域を透過した光束とが試料の表面で近
接して配置されるように構成された二つのフォトマス
ク、前記二つのフォトマスクのそれぞれを透過した光
束を合成する光合成手段、が設けられている。
【００４７】(12)前記(3) の光ビーム作成装置におい
て、前記ビーム分配シフタは、面積の異なる二つの光透
過領域を有し、前記二つの光透過領域のいずれか一方に
位相シフタが形成されている。
【００４８】(13)前記(3) の光ビーム作成装置におい
て、前記ビーム分配シフタは、面積の等しい二つの光透
過領域を有し、前記二つの光透過領域のいずれか一方に
位相シフタが形成されている。
【００４９】(14)前記(3) の光ビーム作成装置におい
て、前記ビーム分配シフタは、一つの光透過領域の一部
に位相シフタが形成されている。
【００５０】(15)前記(3) の光ビーム作成装置は、試料
の表面に照射された光ビームの有無によって前記試料に
情報を記録する光ディスク装置または光磁気ディスク装
置の一部を構成している。
【００５１】(16)前記(3) の光ビーム作成装置は、試料
の表面に照射された光ビームの反射光または透過光を検
出することによって前記試料を観察する光学顕微鏡装置
の一部を構成している。
【００５２】(17)光ビームの照射の有無によって光ディ
スク基板または光磁気ディスク基板の表面に情報を記録
する際、前記光ディスク基板または光磁気ディスク基板
の表面に塗布されたフォトレジストに請求項２記載の光
ビーム作成方法によって得られる二つの光束を近接させ
て照射し、前記光束の量または前記フォトレジストの現
像条件を最適化することによって前記光ディスク基板ま
たは光磁気ディスク基板の表面に強度の大きい光束の照
射跡のみを残すことを特徴とする情報書き込み方法であ
る。
【００５３】(18)前記(15)の光ディスク装置または光磁
気ディスク装置を用いて情報が記録されている光ディス
ク媒体または光磁気ディスク媒体である。
【００５４】(19)半導体基板上に形成された半導体素子
間の配線にレーザビームを照射して前記配線を電気的に
切断する際、前記(1) の光ビーム作成方法によって得ら
れる光束を用いる半導体集積回路装置の製造方法であ
る。
【００５５】(20)前記(19)の半導体集積回路装置の製造
方法において、前記光束はパルスレーザである。
【００５６】(21)金属化合物のガス雰囲気中で半導体基
板の表面にレーザビームを照射して前記金属化合物を分
解し、前記レーザビームの照射箇所に金属層を析出させ
て半導体素子間の配線を電気的に接続する際、前記(1)
の光ビーム作成方法によって得られる光束を用いる半導
体集積回路装置の製造方法である。
【００５７】(22)前記(7) の外観検査方法において、二
つの光束の間隔を試料の表面に形成されたパターンのエ
ッジの傾斜角に応じて変えるようにしたものである。
【００５８】(23)レーザ光に対して所定の光学変換処理
を施すことによって所望の形状の微細な光束を作成する
微細光束の作成方法において、前記光学変換処理は、実
効的な０次回折光成分を弱めるものである。
【００５９】
【作用】半導体集積回路の微細化が進み、回路素子や配
線の設計ルールがサブミクロンのオーダになってきたこ
とから、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの光を使用してフ
ォトマスク上の集積回路パターンを半導体ウエハに転写
するフォトリソグラフィ工程では、パターンの精度の低
下が深刻な問題となりつつある。
【００６０】すなわち、図５９に示すようなフォトマス
ク（Ｍ）上の一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ2 と遮光領域Ｎと
からなるパターンをウエハ上に転写する場合、光源から
放射される光の位相が揃っているときには、光透過領域
Ｐ1,Ｐ2 のそれぞれを透過した直後の二つの光の位相
は、図６０に示すように、同相となる。
【００６１】そのため、図６１に示すように、ウエハ上
の本来は遮光領域となる箇所でこれら二つの光が干渉し
て強め合い、図６２に示すように、ウエハ上における上
記パターンの投影像のコントラストが低下し、焦点深度
が浅くなる結果、パターンの寸法が光源の波長にほぼ等
しいサブミクロンのオーダになると、転写精度が大幅に
低下してしまうことになる。
【００６２】このような問題を改善する手段として、フ
ォトマスクを透過する光の位相を反転させることによっ
て、投影像のコントラストの低下を防止する位相シフト
技術が注目されている。
【００６３】例えば特公昭６２−５９２９６号公報に
は、フォトマスク上の遮光領域を挟む一対の光透過領域
の一方に透明膜（位相シフタ）を形成し、上記一対の光
透過領域を透過した二つの光の位相を互いに逆相とする
ことによって、ウエハ上の本来は遮光領域となる箇所で
二つの光の干渉光の強度を弱くする位相シフト技術が開
示されている。
【００６４】上記位相シフト技術においては、図６３に
示すようなフォトマスク（Ｍ）上の一対の光透過領域Ｐ
1,Ｐ2 および遮光領域Ｎからなるパターンをウエハ上に
転写する際、光透過領域Ｐ1,Ｐ2 のいずれか一方に所定
の屈折率を有する透明膜からなる位相シフタ８を形成
し、光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した直後の二つの光の位
相が互いに逆相となる（図６４参照）ように位相シフタ
８の膜厚を調整する。
【００６５】このようにすると、ウエハ上では、上記二
つの光が遮光領域Ｎで互いに干渉し合って弱め合う（図
６５参照）ので、上記パターンの投影像のコントラスト
が改善され（図６６参照）、解像度および焦点深度が向
上する結果、微細なパターンの転写精度が良好になる。
【００６６】また、特開昭６２−６７５１４号公報に
は、フォトマスク上の第一の光透過領域の周囲に第二の
微小な光透過領域を設けると共に、これらの光透過領域
のいずれか一方に位相シフタを形成し、二つの光透過領
域を透過した光の位相を互いに逆相とすることによっ
て、第一の光透過領域を透過した光の振幅が横方向に広
がるのを防止する位相シフト技術が開示されている。
【００６７】さらに、特開平２−１４０７４３号公報に
は、光透過領域内の一部に位相シフタを形成し、この位
相シフタが有る箇所と無い箇所とを透過した二つの光の
位相を互いに逆相とすることによって、位相シフタの境
界部を強調させる位相シフト技術が開示されている。
【００６８】上記技術は、フォトマスクに形成された集
積回路パターンの転写技術に関するものであるが、これ
を微細な光ビームの作成に応用することができる。
【００６９】すなわち、上記位相シフト技術によれば、
二つの光束の位相を互いに逆相とし、これを対物レンズ
で収光して試料の表面に照射することにより、試料上に
照射された光ビームは、元の二つの光束の位相が互いに
逆相であるため、ビームの中心部の広がりがビームの周
辺部との干渉によって抑制されたものとなる。
【００７０】そこで、例えば、周辺部の光の強度を中心
部の光の強度よりも小さくするなどの方法によってビー
ム周辺部の影響を抑え、光ビームが照射される試料上に
ビーム中心部の照射跡のみを残すことにより、光の波長
や対物レンズの特性などによって決まる限界値よりも実
効的に微細な径を有する光ビームを作成することができ
る。
【００７１】
【実施例１】図１は、本発明の一実施例である光ビーム
作成装置１０の光学系を示している。
【００７２】光源１と試料２とを結ぶ光路上には、コン
デンサレンズ（またはコリメータレンズ）３、ビーム分
配シフタ４および対物レンズ５が配置されている。コン
デンサレンズ３は、光源１から放射された光を平行光に
変換してビーム分配シフタ４に照射し、ケーラ(Koehle
r) 照明を形成する。
【００７３】ビーム分配シフタ４は、上記平行光をその
中心部を透過する光束Ｌ1 と周辺部を透過する光束Ｌ2
とに分割し、かつこれら二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の位相を互
いに逆相とする。対物レンズ５は、ビーム分配シフタ４
を透過した二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を収光して１つの光ビー
ムを形成し、これを試料２の表面に照射する。
【００７４】ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５の対
物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５の結
像面に配置されている。これにより、ビーム分配シフタ
４の投影像が微細な光ビームとして試料２の表面に結像
する。
【００７５】図２は、上記ビーム分配シフタ４の構成の
一例を示している。このビーム分配シフタ４は、例えば
屈折率が1.４７の合成石英からなる透明なガラス基板６
の一面に光透過領域Ｐ1,Ｐ2 と遮光領域Ｎ1,Ｎ2 とを設
けた構成になっている。
【００７６】遮光領域Ｎ1,Ｎ2 は、ガラス基板６の一面
に堆積された金属薄膜などの遮光膜７によって構成され
ている。光透過領域Ｐ1,Ｐ2 は、ガラス基板６の中心部
に配置された大径の光透過領域Ｐ1 とその周囲に配置さ
れた小径の光透過領域Ｐ2 とからなる。
【００７７】大径の光透過領域Ｐ1 を透過した強度の大
きな光束Ｌ1 は、対物レンズ５の中心部に入射し、小径
の光透過領域Ｐ2 を透過した強度の小さな光束Ｌ2 は、
対物レンズ５の周辺部に入射するようになっている。
【００７８】上記光透過領域Ｐ1,Ｐ2 およびそれらに挟
まれた遮光領域Ｎ1 のそれぞれは、例えば図３に示すよ
うなスポット状のパターンを有しており、それぞれの領
域の加工寸法は、光ビームのスポットの限界寸法などに
対物レンズ５の倍率（Ｍ）を乗じた値よりも小くなるよ
うに設定されている。
【００７９】すなわち、光透過領域Ｐ1 の径（ａ）、光
透過領域Ｐ2 の径（ｂ）および遮光領域Ｎ1 の径（ｃ）
は、例えばａ＝〜0.２μｍ×Ｍ、ｂ≦0.２μｍ×Ｍ、ｃ
＝０〜0.１μｍ×Ｍ程度である。
【００８０】上記光透過領域Ｐ1,Ｐ2 の一方（Ｐ2)の表
面には、透明な薄膜からなる位相シフタ８が設けられて
おり、これにより、光透過領域Ｐ1 を透過した光束Ｌ1
と光透過領域Ｐ2 を透過した光束Ｌ2 とは、それらの位
相が互いに逆相となる。
【００８１】光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した光束Ｌ1,Ｌ
2 の位相を互いに逆相とするには、位相シフタ８を構成
する薄膜材料の屈折率をｎ、光の波長をλとして、その
膜厚（ｄ）を実効的に ｄ＝λ／２（ｎ−１） の関係を満たすように設定する。例えばｎ＝1.５、λ＝
４５８ｎｍの場合は、ｄを４５８ｎｍ程度に設定する。
【００８２】上記ビーム分配シフタ４を作成するには、
まず、スパッタ法などを用いてＣｒなどの金属薄膜から
なる遮光膜７をガラス基板６の全面に堆積した後、電子
線リソグラフィ技術を用いてこの遮光膜７をパターニン
グし、遮光領域Ｎ1,Ｎ2 および光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を形
成する。
【００８３】次に、スピンオングラス(Spin On Glass;S
OG) のような透明な薄膜をガラス基板６の全面にスピン
塗布し、この薄膜を光リソグラフィ技術を用いてパター
ニングし、光透過領域Ｐ2 の表面に位相シフタ８を形成
する。
【００８４】なお、ビーム分配シフタ４の寸法や配置
は、作成される光ビームの用途によって多少変わる。例
えば試料２の表面に塗布されたフォトレジストをスポッ
ト露光するような場合は、試料２の高さ方向の焦点マー
ジンを上げるための操作が必要となる。
【００８５】上記ビーム分配シフタ４の投影像が微細な
光ビームとして試料２の表面に結像するプロセスは、数
学的には、ビーム分配シフタ４による振幅と位相とを持
った光強度の分布関数をフーリエ変換し、対物レンズ５
の瞳関数とのコンボリューションを求め、さらに逆フー
リエ変換することに相当する。この方式による計算によ
って試料２上の光強度分布を求めることができる。
【００８６】試料２の高さ方向の焦点マージンを上げる
ことは、上記の計算を光軸方向にシフトさせて重ね合わ
せることに相当する。この計算結果と上記ビーム分配シ
フタ４の中心部の光透過領域Ｐ1 だけの計算結果とを比
較すると、対物レンズ５の対物像面に位相と光強度とを
有する位相シフタ８を配置するか、対物レンズ５の瞳面
の透過率に分布を持たせることと等価になる。
【００８７】前者の位相と光強度とを有する位相シフタ
８は、ビーム分配シフタ４の中心部の光透過領域Ｐ1 に
よる光の分布関数をフーリエ変換し、これに光軸方向に
シフトさせた２つの像の位相差から、結像面の移動に伴
う位相変化を差し引いた位相差の方向余弦（コサイン）
を乗じて、対物レンズ５の瞳関数とのコンボリューショ
ンを求め、さらにフーリエ逆変換することによって決め
ることができる。
【００８８】上記位相差は、光源１の波長と対物レンズ
５の開口数との比、光軸方向の移動距離などによって決
まる。上記の方式により決まる位相シフタ８は、光透過
率と位相とが関数分布を持ったものとなる。
【００８９】上記ビーム分配シフタ４の作成を簡単にす
るために離散化して近似すると、構造は上記と類似し、
光源、対物レンズの特性に対応して寸法と配置とを最適
なものとすることができる。
【００９０】なお、対物レンズ５の瞳面の透過率に分布
を持たせることで、光軸方向の焦点マージンを上げるこ
とも可能であるが、この場合は、形成される光ビームの
強度が低下し、効率が悪くなるという欠点がある。
【００９１】このようにして、ビーム分配シフタ４の光
透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、互
いの位相が逆相で、かつ中心部の光束Ｌ1 の強度が周辺
部の光束Ｌ2 の強度よりも大きいため、二つの光束Ｌ1,
Ｌ2 を合成した光ビームは、試料２上では図４に示すよ
うな振幅となる。すなわち、試料２上の光ビームは、そ
の中心部の広がりが周辺部との干渉によって抑制された
分布となる。
【００９２】そこで、ビーム分配シフタ４の光透過領域
Ｐ2 の径（ｂ）を光透過領域Ｐ1 の径（ａ）よりも充分
小さくなるように設定してビーム周辺部の影響を無くす
ことにより、図５に示すように、試料２の表面に照射さ
れる光ビームの径は、光の波長や対物レンズ５の特性な
どによって決まる限界値よりも実効的に微小なものとな
る。
【００９３】このように、光源１から放射された光をビ
ーム分配シフタ４を使って強度の異なる二つの光束Ｌ1,
Ｌ2 に分割すると共に、それらの位相を互いに逆相と
し、次いでこの二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を対物レンズ５で合
成して試料２の表面にスポット状の光ビームとして照射
する本実施例の光ビーム作成方法によれば、光源１から
放射される光の波長や対物レンズ５の特性が従来と同一
の場合であっても、従来よりも微細な径を有する光ビー
ムを作成することができる。
【００９４】なお、前記ビーム分配シフタ４の光透過領
域Ｐ1,Ｐ2 （および遮光領域Ｎ）のパターンは、スポッ
ト状に限定されるものではなく、例えば図６に示すよう
なスリット状のパターンであってもよい。この場合は、
試料２上にスリット状のパターンを有する微細な光ビー
ムを作成することができる。
【００９５】上記のビーム分配シフタ４は、光透過領域
Ｐ1,Ｐ2の一方に位相シフタ８を形成した構成になって
いるが、例えば図７および図８に示すように、光透過領
域Ｐ2 のガラス基板６を加工して溝９を形成することに
より、この溝９（光透過領域Ｐ2)を透過する光束Ｌ2 の
位相と残余の光透過領域Ｐ1 を透過する光束Ｌ1 の位相
を互いに逆相とすることができる。
【００９６】この場合は、ガラス基板６の屈折率をｎ、
光の波長をλとして、上記溝９の深さ（ｄ）を実効的に ｄ＝λ／２（ｎ−１） の関係を満たすように設定する必要がある。
【００９７】上記溝９は、イオンビームを用いたスパッ
タリングやリソグラフィ技術（エッチング）によって形
成することができる。イオンビームを用いたスパッタリ
ングで溝９を形成する場合は、光透過率の低下を防ぐた
め、ＣＦ4 ガスなどを用いたプラズマ処理によってガラ
ス基板６の加工面を平坦化するとよい。
【００９８】上記の説明では、ビーム分配シフタ４の周
辺部の光透過領域Ｐ2 の径を中心部の光透過領域Ｐ1 の
径よりも小さくすることによって周辺部の光束Ｌ2 の強
度を中心部の光束Ｌ1 の強度よりも小さくしたが、例え
ばビーム分配シフタ４と対物レンズ５との間に光強度変
換手段を設けることによって周辺部の光束Ｌ2 の強度を
小さくしてもよい。この場合は、中心部の光透過領域Ｐ
1 の径と周辺部の光透過領域Ｐ2 の径とは同じでよい。
【００９９】また、上記の説明では、ビーム分配シフタ
４を透過した二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を対物レンズ５で合成
して一つの光ビームを作成したが、複数の光ビームを作
成することもできる。複数の光ビームを作成するビーム
分配シフタ４の構成については、後に詳細に説明する。
【０１００】図９は、本実施例の光ビーム作成装置１０
の光学系の別例を示している。
【０１０１】この光学系の光源１と試料２とを結ぶ光路
上には、ビームエクスパンダ１１、ミラー１２，１３，
１４、ハーフミラー（またはビームスプリッタ）１５，
１６、レンズ１７，１８および対物レンズ５が配置され
ている。また、この光学系のアライメント系（図示せ
ず）には、フォトマスク１９が位置決めされている。
【０１０２】図１０は、上記フォトマスク１９の要部の
断面図を示している。
【０１０３】例えば透明な合成石英などのガラス基板６
からなるフォトマスク１９の一面には、二つのパターン
Ｑ1,Ｑ2 が形成されている。パターンＱ1 は、光透過領
域Ｐ1,Ｐ2 および遮光領域Ｎ1 からなり、もう一方のパ
ターンＱ2 は、光透過領域Ｐ3,Ｐ4 および遮光領域Ｎ1,
Ｎ2 からなる。
【０１０４】遮光領域Ｎ1,Ｎ2 は、例えばＣｒなどの金
属薄膜からなる遮光膜７によって構成されている。上記
一対のパターンＱ1,Ｑ2 は、フォトマスク１９の所定の
箇所に所定の間隔をおいて配置されている。
【０１０５】図１１は、上記パターンＱ1 の平面図を示
し、図１２はパターンＱ2 の平面図を示している。
【０１０６】これらの図に示すように、パターンＱ2 の
光透過領域Ｐ3 は、パターンＱ1 の光透過領域Ｐ1 の径
を拡大し、かつその内部に光透過領域Ｐ1 とほぼ同一寸
法の遮光領域Ｎ2 を配置したパターンとなっている。
【０１０７】また、パターンＱ1 の光透過領域Ｐ2 とパ
ターンＱ2 の光透過領域Ｐ4 とは、形状、寸法共に同一
であり、かつパターンＱ1 の光透過領域Ｐ1 の中心から
光透過領域Ｐ2 の中心までの距離とパターンＱ2 の遮光
領域Ｎ2 の中心から光透過領域Ｐ4 の中心までの距離も
同一である。この一対の光透過領域Ｐ2,Ｐ4 は、光透過
領域Ｐ1 と光透過領域Ｐ3 とを高精度で位置合わせする
ための位置合わせマークとして用いられる。
【０１０８】次に、上記光学系を備えた光ビーム作成装
置１０を用いた光ビームの作成方法を説明する。
【０１０９】前記図９に示すように、光源１から放射さ
れた光は、ビームエクスパンダ１１によって拡大され、
ミラー１２によってフォトマスク１９の主面と垂直な方
向に屈折された後、ハーフミラー１５によって二つの光
束Ｌ1,Ｌ2 に分割される。
【０１１０】二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の一方（Ｌ1)は、その
まま直進し、フォトマスク１９の所定の箇所に入射す
る。また、もう一方の光束Ｌ2 は、光束Ｌ1 と直交する
方向に進み、その光路上に配置された位相シフト手段２
０によって位相が１８０度反転された後、ミラー１４に
よってフォトマスク１９の主面と垂直な方向に屈折さ
れ、フォトマスク１９の他の箇所に入射する。
【０１１１】このとき、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の一方（Ｌ
1)がフォトマスク１９に形成された前記パターンＱ1 に
入射し、もう一方（Ｌ2)が前記パターンＱ2 に入射する
ようにフォトマスク１９の位置合わせが行われる。
【０１１２】光束Ｌ2 の光路上に配置された上記位相シ
フト手段２０は、電界を加えた際にポッケルス(Pockel
s) 効果により電界に比例して屈折率が変わる、例えば
リン酸二水素カリウムの正方晶系結晶からなる電気光学
素子を有している。すなわち、この電気光学素子に適当
な電界を加えることにより、位相シフト手段２０を透過
した光Ｌ2 の位相を１８０度反転させることができる。
【０１１３】位相シフト手段２０の電気光学素子として
は、上記リン酸二水素カリウムの他、例えばＬｉＴａＯ
3 やＬｉＮｂＯ3 などの一軸性３ｍ結晶（三方晶系）を
用いることができる。これらの結晶は、入射光と直交す
る方向に電界が加わると光の位相を変える性質を備えて
いる。
【０１１４】このようにして、フォトマスク１９に形成
されたパターンＱ1の光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した光
束Ｌ1 と光透過領域Ｐ3,Ｐ4 を透過した光束Ｌ2 とは、
レンズ１７，１８をそれぞれ透過した後、ミラー１３お
よびハーフミラー１６によって合成され、次いで対物レ
ンズ５によって微小なスポット状の光ビームとなり、Ｘ
Ｙテーブル２１上に位置決めされた試料２の表面に照射
される。
【０１１５】フォトマスク１９の位置決めおよび二つの
光束Ｌ1,Ｌ2 の位相差の調整が正確になされている場合
は、フォトマスク１９の光透過領域Ｐ2 を透過した光束
Ｌ1 と光透過領域Ｐ4 を透過した光束Ｌ2 とは、合成
後、互いに干渉し合って完全に消失する。従って、試料
２の表面には、光透過領域Ｐ2,Ｐ4 の投影像ができるこ
とはない。
【０１１６】すなわち、試料２上で光透過領域Ｐ2,Ｐ4
（位置合わせマーク）の投影像の有無を識別することに
より、フォトマスク１９の位置決めや二つの光束Ｌ1,Ｌ
2 の位相差の調整が正確になされているか否かを容易に
判定することができる。
【０１１７】図１３は、上記フォトマスク１９に形成さ
れたパターンＱ1 の光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した直後
の光束Ｌ1 の振幅を示し、図１４は、パターンＱ2 の光
透過領域Ｐ3,Ｐ4 を透過した直後の光束Ｌ2 の振幅を示
している。
【０１１８】前述したように、光透過領域Ｐ3 は、光透
過領域Ｐ1 の径を拡大し、かつその内部に光透過領域Ｐ
1 とほぼ同一寸法の遮光領域Ｎ2 を配置したパターンと
なっている。また、光透過領域Ｐ2 を透過した光束Ｌ1
と光透過領域Ｐ4 を透過した光束Ｌ2 とは、合成後、互
いに干渉し合って消失する。
【０１１９】従って、合成された直後の光ビームの振幅
は、図１５に示すようになり、試料２の表面に照射され
た光ビームの振幅は、図１６に示すようになる。すなわ
ち、試料２の表面における光ビームの振幅は、その中心
部の広がりが周辺部との干渉によって抑制された分布と
なる。
【０１２０】そこで、一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ3 の外径
の差を充分小さく設定してビーム周辺部の影響を無くす
ことにより、図１７に示すように、試料２の表面に照射
される光ビームの径は、光の波長や対物レンズ５の特性
などによって決まる限界値よりも実効的に微小なものと
なる。
【０１２１】すなわち、光源１から放射される光の波長
や対物レンズ５の特性が従来と同一の場合であっても、
従来よりも微細な径を有する光ビームを作成することが
できる。
【０１２２】上記の説明では、ハーフミラー１５によっ
て二分割された光束Ｌ1,Ｌ2 の一方（Ｌ2)の光路上に位
相シフト手段２０を配置することによって二つの光束Ｌ
1,Ｌ2 の位相を互いに逆相としたが、例えばハーフミラ
ー１５によって二分割された光束Ｌ1,Ｌ2 のいずれか一
方の光路上に光路長可変手段を設けることによって光束
Ｌ1,Ｌ2 の位相を互いに逆相とすることもできる。
【０１２３】上記の説明では、スポット状の光ビームを
作成したが、フォトマスク１９の一対の光透過領域Ｐ1,
Ｐ3 のパターンを変えることによってスリット状その他
任意の形状の光ビームを作成することができる。
【０１２４】
【実施例２】図１８は、前記実施例１の光ビーム作成方
法を利用した光ディスク装置３０を示している。
【０１２５】この光ディスク装置３０は、試料に照射し
たスポット光ビームの照射跡の有無によって試料に情報
を記録する情報書込み用光ディスク装置である。
【０１２６】光源１から放射されたＡｒレーザは、光変
調器３１を通過し、信号源３２からの電気信号によって
変調された後、レンズ３３によって拡大され、さらにコ
ンデンサレンズ３によって平行光となり、偏光ビームス
プリッタ３４によって光ディスクの原盤となるガラス円
盤（試料）３５の主面と垂直な方向に屈折される。
【０１２７】偏光ビームスプリッタ３４と対物レンズ５
との間の光路上には、前記実施例１で説明したビーム分
配シフタ４が配置されている。このビーム分配シフタ４
を透過したＡｒレーザは、互いの位相が逆相となった二
つの光束Ｌ1,Ｌ2 に分割され、その一方（Ｌ1)は対物レ
ンズ５の中心部に入射し、他方（Ｌ2)は周辺部に入射す
る。
【０１２８】上記二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、対物レンズ５
を透過する際に合成され、例えばスポット状の光ビーム
となってディスク３５の表面に照射される。この光ビー
ムは、元の二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の位相が逆相で、かつ中
心部の光束Ｌ1 の強度が周辺部の光束Ｌ2 の強度よりも
大きいため、その中心部の広がりが周辺部との干渉によ
って抑制された分布となる。
【０１２９】光ディスクの原盤となる前記ガラス円盤３
５は、その表面にフォトレジストが塗布されており、サ
ーボモータ３６の駆動によって、例えば１８００rpm 程
度の定速で回転している。また、光ビームは、光学系に
設けられたモータ３７の駆動によってＸ，Ｙ方向に走査
される。
【０１３０】図１９は、上記光ディスク装置３０を用い
た光ディスクの製造フローの一例を示している。
【０１３１】光ディスク装置３０を用いて光ディスクを
製造するには、まず、光ディスクの原盤となるガラス円
盤３５を用意し、その表面を研磨、洗浄する＜１＞。続
いて、このガラス円盤３５の表面にフォトレジスト（下
層）、スピンオングラス（中間層）およびフォトレジス
ト（上層）からなる三層レジスト３８をスピン塗布した
後、所定の温度でベークする＜２＞。
【０１３２】次に、ガラス円盤３５を光ディスク装置３
０に位置決めした後、所定の速度で回転させながらその
表面の所定の箇所に前記光ビームを照射してフォトレジ
スト３８に潜像を形成する＜３＞。続いて、このフォト
レジスト３８を現像することにより、上層のフォトレジ
ストの光ビーム照射箇所には、ビーム中心部の照射跡と
共に、その周辺部に強度の小さいビームの照射跡が僅か
に残る。
【０１３３】次に、上層のフォトレジストをマスクにし
て中間層のスピンオングラスをエッチング加工し、さら
にこのスピンオングラスをマスクにして下層のフォトレ
ジストをエッチング加工することにより、下層のフォト
レジストの光ビーム照射箇所に微細なピット３９を形成
し、光ディスクの原盤を作成する＜４＞。
【０１３４】このとき、光ビームの照射量、フォトレジ
ストの現像条件、エッチング条件などを最適化して下層
のフォトレジストの光ビーム照射箇所にビーム中心部の
照射跡のみを残すことにより、光の波長や対物レンズの
特性が従来と同一の場合であっても、従来より微細なピ
ット３９を形成することができる。
【０１３５】次に、上記のようにして得られた原盤の表
面にＮｉメッキなどを施すことによって光ディスクの金
型となるスタンパ４０を作成し＜５＞、続いて、このス
タンパ４０に合成樹脂を流し込んで光ディスクのレプリ
カ４１を作成し＜６＞、最後にこのレプリカ４１の表面
に反射膜や保護膜を被着することにより、ビデオディス
クやＣＤ（コンパクトディスク）などの光ディスクが完
成する＜７＞。
【０１３６】上記の説明では、三層レジストを塗布した
ガラス円盤の表面に光ビームを照射したが、例えばガラ
ス円盤の表面にスパッタ法などによって金属薄膜を堆積
し、その上にフォトレジストを一層だけ塗布して光ビー
ムを照射してもよい。この場合は、フォトレジストをマ
スクにして下層の金属薄膜をエッチング加工してピット
を形成する。
【０１３７】その際、光ビームの照射量、フォトレジス
トの現像条件、エッチング条件などを最適化し、金属薄
膜の光ビーム照射箇所にビーム中心部の照射跡のみを残
すことにより、光の波長や対物レンズの特性が従来と同
一の場合であっても、従来より微細なピットを形成する
ことができる。
【０１３８】このように、本実施例の光ディスク装置３
０によれば、光ディスクの情報記録密度を大幅に向上さ
せることができる。
【０１３９】本発明の光ビーム作成方法は、上記光ディ
スク装置３０のみならず、光ビームと磁気とを併用して
試料に情報を記録する光磁気ディスク装置に適用するこ
ともできる。
【０１４０】光磁気ディスク装置は、例えばＴｂ−Ｆ
ｅ，Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅなどの光磁気
記録材料を基板に蒸着してその磁化方向を一定に揃えて
おき、これに光ビームを照射して加熱した際、照射部の
磁化方向が周辺の磁界によって逆転する現象を利用して
情報の記録を行う装置である。
【０１４１】情報の読み出しは、光ビームを直線偏向の
弱いスポットとして上記記録部に照射した際にその反射
光の偏向面が記録部の磁化方向によって回転するカー(K
err)効果を利用し、反射光の光路上に設けた直線偏向板
を透過する光の強度を検出することによって行う。
【０１４２】そこで、上記光磁気記録材料に光ビームを
スポット照射する際、本発明によって作成される微細な
光ビームを用いることにより、光磁気ディスクの情報記
録密度を大幅に向上させることができる。
【０１４３】
【実施例３】図２０は、本発明の光ビーム作成方法を利
用した光学顕微鏡装置５０を示している。
【０１４４】この光学顕微鏡装置５０は、試料２に照射
した光ビームの反射光と光誘起電流とを検出することに
よって、試料２の表面のプロファイルあるいは試料２の
内部欠陥などを観察する走査型光学顕微鏡装置である。
【０１４５】この光学顕微鏡装置５０は、共焦点型の光
学系を備えている。検出用のセンサとしては、ＣＣＤ
（電荷結合素子）などのイメージセンサの他、レーザ光
照射による試料２内の光励起電流検出器などを用いるこ
とができる。
【０１４６】光源１から放射されたレーザ光は、レンズ
１７を透過し、ミラー１２によって試料２と垂直な方向
に屈折された後、レンズ１８によって平行光となり、対
物レンズ５によって収光された後、例えばスポット状の
レーザビームとなって試料２の表面に照射される。
【０１４７】上記レンズ１８と対物レンズ５とを結ぶ光
路上には、前記実施例１と同じ構成のビーム分配シフタ
４が配置されている。このビーム分配シフタ４を透過し
たレーザ光は、位相が互いに逆相となった二つの光束Ｌ
1,Ｌ2 に分割され、その一方（Ｌ1)は対物レンズ５の中
心部に入射し、他方（Ｌ2)は周辺部に入射する。
【０１４８】ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５の対
物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５の結
像面に配置されている。これにより、ビーム分配シフタ
４の投影像が微細な光ビームとして試料２の表面に結像
する。
【０１４９】試料２の表面に照射されたレーザビーム
は、元の光束Ｌ1,Ｌ2 の位相が互いに逆相で、かつ対物
レンズ５の中心部に入射する光束Ｌ1 の強度が周辺部に
入射する光束Ｌ2 の強度よりも大きいため、中心部の広
がりが周辺部との干渉によって抑制された分布となる。
【０１５０】この場合も、ビーム周辺部の影響を無くす
ことにより、試料２の表面に照射されるレーザビームの
径が、レーザ光の波長や対物レンズ５の特性などによっ
て決まる限界値よりも実効的に微小なものとなるので、
レーザ光の波長や対物レンズ５の特性が従来と同一の場
合でも、光学顕微鏡装置５０の解像度を従来より大幅に
向上させることができる。
【０１５１】
【実施例４】図２１は、本発明の光ビーム作成方法を利
用したレーザビーム加工装置６０の光学系を示してい
る。
【０１５２】この光学系の基本構成は、前記実施例１と
同じである。すなわち、光源１と試料２とを結ぶ光路上
には、コンデンサレンズ３、ビーム分配シフタ４を装着
したアパーチャ６１および対物レンズ５が配置されてい
る。
【０１５３】光源１は、例えばＹＡＧレーザのような、
波長が短く、高出力で、かつ安定したレーザ光源からな
る。コンデンサレンズ３は、光源１から放射されたレー
ザ光を平行なレーザ光に変換してビーム分配シフタ４に
照射する。
【０１５４】ビーム分配シフタ４は、コンデンサレンズ
３により得られた平行なレーザ光を対物レンズ５の中心
部に入射する光束Ｌ1 とその周辺部に入射する光束Ｌ2
とに分割し、かつそれらの位相を互いに逆相とする。対
物レンズ５は、ビーム分配シフタ４を透過した光束Ｌ1,
Ｌ2を合成して１つのレーザビームを形成し、これを試
料２の表面に照射する。
【０１５５】上記アパーチャ６１に装着されたビーム分
配シフタ４は、対物レンズ５の対物像面に配置されてい
る。すなわち、対物レンズ５により、ビーム分配シフタ
４の投影像が微細なレーザビームとして試料２の表面に
形成される。
【０１５６】なお、図示はしていないが、上記ビーム分
配シフタ４に微小移動機構を設け、パターンマッチング
などの画像処理機構を付加することによって、試料２と
レーザビームとの合わせ精度を向上させることができ
る。
【０１５７】図２２は、上記ビーム分配シフタ４の要部
平面図を示し、図２３は、同じく要部断面図を示してい
る。
【０１５８】ビーム分配シフタ４は、透明なガラス基板
６の一面に光透過領域Ｐ1,Ｐ2 と遮光領域Ｎとを設けた
構成になっている。遮光領域Ｎは、ガラス基板６の一面
に堆積されたＣｒなどの遮光膜７によって構成されてい
る。
【０１５９】光透過領域Ｐ1,Ｐ2 は、ガラス基板６の中
心部に配置された大面積の光透過領域Ｐ1 とその周囲を
囲むように配置された複数の小面積の光透過領域Ｐ2 と
からなる。小面積の光透過領域Ｐ2 のそれぞれには、ス
ピンオングラスのような透明な薄膜からなる位相シフタ
８が形成されている。
【０１６０】本実施例では、矩形のレーザビームを形成
するため、上記光透過領域Ｐ1,Ｐ2 は、図２２に示すよ
うな矩形のパターンになっている。また、大面積の光透
過領域Ｐ1 を透過した強度の大きな光束Ｌ1 は、対物レ
ンズ５の中心部に入射し、小面積の光透過領域Ｐ2 を透
過した強度の小さな光束Ｌ2 は、対物レンズ５の周辺部
に入射するようになっている。
【０１６１】上記光透過領域Ｐ1 の寸法（ａ）、光透過
領域Ｐ2の寸法（ｂ）およびそれらの間の遮光領域Ｎの
寸法（ｃ）は、例えばａ＝〜４０μｍ、ｂ≦３０μｍ、
ｃ＝〜２０μｍである。対物レンズ５の倍率は、〜１０
０倍と大きくしてある。
【０１６２】上記ビーム分配シフタ４は、矩形ビームを
形成するために大面積の光透過領域Ｐ1 の形状を矩形に
してあることに加えて、矩形の角部での光強度の低下を
少なくするために、この角部に微小矩形の光透過領域Ｐ
3を追加している。
【０１６３】なお、ビーム分配シフタ４の光透過領域Ｐ
2 に位相シフタ８を設ける上記の手段に代えて、この光
透過領域Ｐ2 のガラス基板６に溝を設け、この溝（光透
過領域Ｐ2)を透過する光束Ｌ2 の位相と光透過領域Ｐ1
を透過する光束Ｌ1 の位相とを互いに逆相としてもよい
ことは、前記実施例１と同様である。
【０１６４】このようにして、ビーム分配シフタ４の光
透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、互
いの位相が逆相で、かつ中心部の光束Ｌ1 の強度が周辺
部の光束Ｌ2の強度よりも大きいため、試料２上のレー
ザビームは、その中心部の広がりが周辺部との干渉によ
って抑制された分布となる。
【０１６５】そこで、ビーム分配シフタ４の光透過領域
Ｐ2 の幅（ｂ）を光透過領域Ｐ1 の幅（ａ）よりも充分
小さくなるように設定してビーム周辺部の影響を無くす
ことにより、試料２の表面に照射されるレーザビームの
径は、レーザ光の波長や対物レンズ５の特性などによっ
て決まる限界値よりも実効的に微小なものとなる。
【０１６６】本実施例のレーザビーム加工装置６０は、
例えば半導体メモリの欠陥救済などに適用することがで
きる。
【０１６７】半導体メモリの欠陥救済とは、半導体チッ
プの余領域に予備の回路（冗長回路）を設けておき、正
規の回路の一部に欠陥があった場合には、この欠陥回路
を冗長回路に切替えて不良チップを救済する技術であ
る。
【０１６８】欠陥回路と冗長回路との切替えは、通常、
多結晶シリコンなどで構成されたプログラム素子（リン
クという）をパルス状のレーザビームで溶断（開回路形
成）することによって行う。
【０１６９】図２４は、半導体チップ６２ａの要部の断
面図を示している。
【０１７０】シリコン単結晶からなる半導体チップ６２
ａの主面上には、酸化珪素からなる素子分離用の絶縁膜
６３が形成されている。絶縁膜６３の上部には、図示し
ない欠陥回路と冗長回路とを切替えるためのリンク６４
が形成されている。
【０１７１】上記リンク６４は、ＰＳＧ(Phospho Silic
ateGlass)などからなる層間絶縁膜６５に開孔されたス
ルーホール６６ａ，６６ｂを通じてＡｌ配線６７ａ，６
７ｂと接続されている。
【０１７２】上記リンク６４の材料は、多結晶シリコ
ン、または多結晶シリコンと高融点金属シリサイド（Ｗ
ＳｉX , ＭｏＳｉX など）とを積層したポリサイドで構
成されている。また、リンク６４の幅および長さは、そ
れぞれ２μｍ、１０μｍ程度である。
【０１７３】上記したリンク６４の寸法は、近年、製品
開発が進められている超高集積半導体集積回路装置（６
４メガビットＤＲＡＭなど）の最小パターン寸法（0.４
μｍ以下）に比べて数倍大きい。これは、現状のレーザ
ビーム加工装置では、最小２μｍ程度のパターンしか加
工できないことに起因している。
【０１７４】これに対し、本実施例のレーザビーム加工
装置６０は、レーザ光の波長や対物レンズの特性などに
よって決まる限界値よりも微小な径のレーザビームを作
成することができるため、上記リンク６４の寸法を現状
の数分の一程度に縮小することができる。また、高さ方
向のビーム強度分布の変化も低減させることができるの
で、リンク６４の上部に堆積する層間絶縁膜６５の制約
も低減することができる。
【０１７５】上記の説明では、一本のレーザビームを作
成する場合について説明したが、図２５および図２６に
示すようなマルチビーム作成用のビーム分配シフタ４を
使用することにより、複数本のレーザビームを作成する
ことができる。
【０１７６】図２５、図２６に示すように、マルチビー
ム作成用のビーム分配シフタ４は、ガラス基板６の中心
部に配置された面積の大きい一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ1
と、それらの周囲を囲むように配置された複数の小面積
の光透過領域Ｐ2 とを有している。
【０１７７】上記一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ1 の一方に
は、位相シフタ８が形成されている。
【０１７８】また、位相シフタ８が形成されていないも
う一方の光透過領域Ｐ1 の周囲の光透過領域Ｐ2 にも位
相シフタ８が形成されている。
【０１７９】大面積の光透過領域Ｐ1,Ｐ1 を透過した強
度の大きな光束Ｌ1,Ｌ1 は、対物レンズ５の中心部に入
射し、小面積の光透過領域Ｐ2 を透過した強度の小さな
光束Ｌ2 は、対物レンズ５の周辺部に入射するようにな
っている。
【０１８０】このようなビーム分配シフタ４にレーザビ
ームを照射すると、位相シフタ８が形成された光透過領
域Ｐ1 を透過した光束Ｌ1 と、その周囲の位相シフタ８
が形成されていない光透過領域Ｐ2 を透過した光束Ｌ2
とは、互いの位相が逆相となり、かつ光束Ｌ1 の強度が
光束Ｌ2 の強度よりも大きくなる。
【０１８１】また、位相シフタ８が形成されていないも
う一方の光透過領域Ｐ1 を透過した光束Ｌ1 と、その周
囲の位相シフタ８が形成された光透過領域Ｐ2 を透過し
た光束Ｌ2 とは、互いの位相が逆相となり、かつ光束Ｌ
1 の強度が光束Ｌ2 の強度よりも大きくなる。
【０１８２】さらに、二つの光透過領域Ｐ1,Ｐ1 のそれ
ぞれを透過した二つの光束Ｌ1,Ｌ1 は、互いの位相が逆
相で、かつそれらの強度が等しくなる。
【０１８３】そこで、ビーム分配シフタ４の光透過領域
Ｐ2 の面積を光透過領域Ｐ1 の面積よりも充分小さくな
るように設定してビーム周辺部の影響を無くすことによ
り、図２７に示すように、試料２上には、周辺部の広が
りが抑制され、かつ境界部のコントラストが向上した二
本の微細なレーザビームが形成される。
【０１８４】また、これら二本のレーザビームの径およ
び間隔は、レーザ光の波長や対物レンズ５の特性などに
よって決まる限界値よりも実効的に微小なものとなる。
【０１８５】なお、上記図２５、図２６に示すビーム分
配シフタ４は、二本のレーザビームを作成する構成にな
っているが、ガラス基板６の中心部に面積の大きい多数
の光透過領域を配置すると共に、それらの周囲を囲むよ
うに面積の小さい多数の光透過領域を配置し、所定の光
透過領域に位相シフタを形成することにより、レーザ光
の波長や対物レンズ５の特性などによって決まる限界値
よりも実効的に微小な径および間隔を有する多数本のレ
ーザビームを作成することができる。
【０１８６】このようなマルチレーザビームを半導体メ
モリの欠陥救済に適用することにより、複数本のリンク
を同時に溶断することができるので、溶断作業のスルー
プットを向上させることができる。
【０１８７】また、リンクの寸法および間隔を縮小する
ことができるので、冗長回路の面積を小さくすることが
できる。
【０１８８】
【実施例５】図２８は、本発明の光ビーム作成方法を利
用したレーザＣＶＤ装置７０を示している。
【０１８９】このレーザＣＶＤ装置７０は、処理系と制
御系とからなり、処理系は、同図の上方にレーザ光源１
を設けた処理室１７２を備えている。レーザ光源１は、
例えばレーザ出力２００ｍＷ、連続発信高出力のＡｒレ
ーザ光からなり、室外のレーザ光学系コントローラ１７
３によってその出力などが制御されている。
【０１９０】上記処理室１７２は、真空コントローラ１
７４によって制御されるターボ分子ポンプ１７５ａを介
して所定の真空条件（例えば１０Ｐａ程度）に設定され
るようになっている。処理室１７２の内部中央には、室
外のＸＹステージコントローラ１７６およびＸＹステー
ジドライバ１７７によって水平方向に駆動されるＸＹス
テージ１７８が設置されている。
【０１９１】半導体ウエハなどの試料２は、自動搬送コ
ントローラ１７９によって制御される自動搬送機構２７
０を介して処理室１７２の一端の予備室２７１からシャ
ッタ機構２７２を通じてＸＹステージ１７８上に搬送さ
れる。
【０１９２】予備室２７１は、ターボ分子ポンプ１７５
ｂによって処理室１７２とは独立に真空状態を実現でき
る構造となっている。また、ＸＹステージ１７８は、そ
の内部にヒータなどの加熱手段２７３が設けられ、試料
２の表面を所望の温度に加熱できる構造になっている。
【０１９３】上記処理室１７２の上部のレーザ光源１か
らＸＹステージ１７８上に照射されるレーザビームＬB
の光路の途中には、ビーム偏光器２７４、ビーム分配シ
フタ４および対物レンズ５からなるビーム偏光集束光学
系が設けられている。
【０１９４】本実施例では、上記ビーム偏光器２７４と
して、例えばＡＯモジュレータ（Acoust-Optic Modulat
or）を用いている。ビーム偏光器２７４は、室外のＡＯ
スキャンコントローラ２７５によって制御されるように
なっている。
【０１９５】上記ビーム分配シフタ４の構成は、前記実
施例１と同じである。すなわち、レーザ光源１から放射
されたレーザビームＬB は、ビーム分配シフタ４を透過
した後、互いの位相が逆相となった二つの光束Ｌ1,Ｌ2
に分割され、その一方（Ｌ１）は対物レンズ５の中心部
に入射し、他方（Ｌ２）は周辺部に入射する。
【０１９６】上記ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５
の対物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５
の結像面に配置されている。これにより、ビーム分配シ
フタ４の投影像が微細なレーザビームＬB として試料２
の表面に結像する。このレーザビームＬB は、上記ビー
ム偏光集束光学系により、試料２の主面の任意の位置に
指定時間照射される。
【０１９７】試料２の表面に照射されたレーザビームＬ
B は、元の光束Ｌ1,Ｌ2 の位相が互いに逆相で、かつ対
物レンズ５の中心部に入射する光束Ｌ1 の強度が周辺部
に入射する光束Ｌ2 の強度よりも大きいため、中心部の
広がりが周辺部との干渉によって抑制された分布となっ
ている。
【０１９８】この場合も、ビーム周辺部の影響を無くす
ことにより、試料２の表面に照射されるレーザビームＬ
B の径は、レーザ光の波長や対物レンズ５の特性などに
よって決まる限界値よりも実効的に微小なものとなる。
【０１９９】上記試料２が載置されたＸＹステージ１７
８の斜め上方には、ガス銃コントローラ２７６によって
制御されるガス銃（反応ガス供給手段）２７７が設置さ
れている。このガス銃２７７は、ＸＹステージ１７８上
の試料２の表面にモリブデンカルボニル（Ｍｏ（Ｃ
Ｏ)6）のような金属化合物からなる反応ガスＧｓを供給
するためのものである。
【０２００】上記各コントローラは、ハードディスクな
どの大容量記憶装置やＣＰＵなどを内蔵した制御用コン
ピュータ２７８によって制御されている。この制御用コ
ンピュータ２７８には、試料２に対するレーザビームＬ
B の照射位置、レーザビームＬB のスポット径などに関
する図形情報が格納されており、制御プログラムによっ
て適宜選択された図形情報が必要に応じて上記各コント
ローラへと転送されるようになっている。
【０２０１】試料２の位置座標の検出は、試料２の表面
の位置合わせマークをレーザビームＬB で走査し、ＸＹ
ステージ１７８の位置をレーザ測長することによって行
う。
【０２０２】また、試料２の高さの検出は、試料２の表
面に光を斜め照射し、その反射光を検出することによっ
て行う。
【０２０３】上記レーザＣＶＤ装置７０は、例えば半導
体チップ間や半導体チップ内の配線の接続などに適用す
ることができる。
【０２０４】図２９は、半導体チップ６２ｂの要部の断
面図を示している。
【０２０５】シリコン単結晶からなる半導体チップ６２
ｂの主面上には、酸化珪素からなる絶縁膜６３が形成さ
れており、絶縁膜６３の上部には、第一層目のＡｌ配線
６７ｃが形成されている。また、ＰＳＧなどからなる層
間絶縁膜６５の上部には、第二層目のＡｌ配線６７ｄが
形成されている。
【０２０６】半導体チップ６２ｂの表面には、窒化珪素
などからなるパッシベーション膜６８が形成されてい
る。このパッシベーション膜６８には、第一層目のＡｌ
配線６７ｃに達するスルーホール６６ｃおよび第二層目
のＡｌ配線６７ｄに達するスルーホール６６ｄが形成さ
れている。
【０２０７】上記スルーホール６６ｃ，６６ｄを形成す
るには、パッシベーション膜６８の上部に塗布した電子
線レジストの所定領域を電子線で露光した後、この電子
線レジストを現像してレジストマスクを作成し、このレ
ジストマスクを用いてパッシベーション膜６８（および
層間絶縁膜６５）をエッチングする。
【０２０８】上記半導体チップ６２ｂのＡｌ配線６７
ｃ，６７ｄ間を電気的に接続するには、まず、半導体ウ
エハを前記図２８に示すレーザＣＶＤ装置７０の処理室
１７２に搬送し、ＸＹステージ１７８上に位置決めす
る。
【０２０９】半導体ウエハの位置決めは、前述したよう
に、半導体チップ６２ｂに形成された位置合わせマーク
をレーザビームＬB で走査し、ＸＹステージ１７８の位
置をレーザ測長することによって行う。また、半導体ウ
エハの高さの検出は、ウエハの表面に光を斜め照射し、
その反射光を検出することによって行う。
【０２１０】上記位置決めが行われると、真空コントロ
ーラ１７４によって制御されるターボ分子ポンプ１７５
ａが作動して処理室１７２の内部が１０Ｐａ程度の真空
に設定され、続いて、ガス銃２７７が作動して半導体ウ
エハ（半導体チップ６２ｂ）の表面がＭｏ（ＣＯ)6から
なる反応ガスＧｓの雰囲気で覆われる。
【０２１１】次に、レーザ光学系コントローラ１７３か
らの信号によってレーザ光源２１が点灯され、半導体チ
ップ６２ｂのスルーホール６６ｃの底部に露出している
第一層目のＡｌ配線６７ｃの表面にレーザビームＬB が
照射される。
【０２１２】すると、レーザビームＬB のエネルギーに
よってＭｏ（ＣＯ)6が分解され、図３０に示すように、
Ａｌ配線６７ｃの表面にＭｏが析出する。このＭｏ層７
１は、レーザビームＬB の照射を続けることによって次
第に成長し、スルーホール６６ｃの頂部にまで達する。
【０２１３】次に、ＸＹステージ１７８が水平移動さ
れ、レーザビームＬBがスルーホール６６ｄの方向に移
動されることにより、図３１に示すように、レーザビー
ムＬB の軌跡に沿ってパッシベーション膜６８の表面に
Ｍｏ層７１が析出する。
【０２１４】ＸＹステージ１７８の移動は、前記制御用
コンピュータ２７８に格納された結線情報ファイルに基
づき、半導体チップ６２ｂの位置合わせマークを測定し
ながら行われる。
【０２１５】続いて、レーザビームＬB がもう一方のス
ルーホール６６ｄまで移動され、その底部に露出した第
二層目のＡｌ配線６７ｄの表面にレーザビームＬB が照
射される。これにより、Ａｌ配線６７ｄの表面にＭｏが
析出する結果、図３２に示すように、Ｍｏ層７１からな
る配線を介してＡｌ配線６７ｃ，６７ｄ間が電気的に接
続される。
【０２１６】このようにして、Ａｌ配線６７ｃ，６７ｄ
間を電気的に接続した後、ＸＹステージ１７８を３００
℃程度に加熱し、接続用配線を構成するＭｏ層７１をア
ニールしてその抵抗値を下げる。最後に、半導体チップ
６２ｂの表面を図示しないパッシベーション膜で被覆す
ることにより、配線接続工程が完了する。
【０２１７】本実施例のレーザＣＶＤ装置７０によれ
ば、スルーホール６６ｃ，６６ｄのより深くまでレーザ
ビームを照射することができるので、半導体素子間をよ
り微細な配線で接続することができる。
【０２１８】上記の説明では、半導体チップ内の配線接
続に適用した場合について説明したが、本実施例のレー
ザＣＶＤ装置７０は、半導体チップ間の配線接続や半導
体ウエハ間の配線接続などに適用することもできる。
【０２１９】
【実施例６】図３３は、本発明の光ビーム作成方法を利
用した高さ測定装置８０の光学系を示している。
【０２２０】水平面内において移動自在なＸＹテーブル
などからなる試料台８１の上には、試料２が載置されて
いる。この試料２は、例えばシリコン単結晶からなる半
導体ウエハである。
【０２２１】上記試料台８１の斜め上方には、光源１が
配置されており、試料２の表面に所定の傾斜角度をなし
て光ビームが照射されるようになっている。この光源１
は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザである。
【０２２２】上記試料２を挟んで光源１と対向する位置
には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）からなる光ポジシ
ョンセンサ８２が配置されており、試料２の表面から反
射されるレーザビームの光路の位置が検出されるように
なっている。
【０２２３】光源１から試料２に到るレーザビームの入
射光の光路上には、コンデンサレンズ３、ビーム分配シ
フタ４および投影レンズ８３が配置されている。ビーム
分配シフタ４は、投影レンズ８３の対物像面に配置され
ており、試料２は、投影レンズ８３の結像面に配置され
ている。
【０２２４】試料２から光ポジションセンサ８２に到る
レーザビームの反射光の光路上には、受光レンズ８４が
配置されている。上記コンデンサレンズ３、ビーム分配
シフタ４、投影レンズ８３および受光レンズ８４は、レ
ーザビームの入射光路と反射光路とが同一平面に含まれ
るように配置されている。
【０２２５】図３４は、上記ビーム分配シフタ４の要部
の平面図を示し、図３５は、同じく要部の断面図を示し
ている。
【０２２６】ビーム分配シフタ４は、透明なガラス基板
６の一面に遮光領域Ｎによって囲まれた矩形の光透過領
域Ｐ1 を設けた構成になっている。遮光領域Ｎは、Ｃｒ
などの遮光膜７で構成されている。
【０２２７】上記光透過領域Ｐ1 の一部には、例えばス
ピンオングラスのような透明な薄膜からなる位相シフタ
８が形成されている。この位相シフタ８は、光透過領域
Ｐ1 の内部に占めるその面積が、光透過領域Ｐ1 全体の
面積のほぼ半分になるように設定されている。
【０２２８】このような位相シフタ８を設けたことによ
り、ビーム分配シフタ４の光透過領域Ｐ1 を透過したレ
ーザビームは、互いの位相が逆相となった二つの光束Ｌ
1,Ｌ2 に分割される。また、位相シフタ８の無い領域を
透過した光束Ｌ1 の強度と位相シフタ８の有る領域を透
過した光束Ｌ2 の強度とはほぼ等しくなる。
【０２２９】二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の位相を互いに逆相と
するには、位相シフタ８を構成する薄膜材料の屈折率を
ｎ、レーザ光の波長をλとして、その膜厚（ｄ）を実効
的に ｄ＝λ／２（ｎ−１） の関係を満たすように設定する。例えばｎ＝1.５、λ＝
６３３ｎｍ（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）のとき、ｄを６３３ｎ
ｍ程度に設定する。
【０２３０】図３６に示すように、上記二つの光束Ｌ1,
Ｌ2 は、互いの位相が逆相で、かつそれぞれの一端が境
界部で接している。従って、投影レンズ８３を介して二
つの光束Ｌ1,Ｌ2 を収束し、試料２の上に照射すると、
図３７に示すように、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の境界部が干
渉し合って弱め合い、境界部のコントラストが向上する
結果、極めて近接した二本の微細なレーザビームが得ら
れる。
【０２３１】すなわち、互いの位相が逆相で、かつそれ
ぞれの端部が境界部で接している二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を
試料２の上に照射することにより、レーザ光の波長や投
影レンズ８３の開口数などによって決まる光学的な限界
値よりも微細な径を有するレーザビームを作成すること
ができる。
【０２３２】なお、光透過領域Ｐ1 に位相シフタ８を設
ける上記の手段に代えて、図３８に示すように、光透過
領域Ｐ1 のガラス基板６の一部に溝９を設け、この溝９
を透過する光束Ｌ2 の位相と残余の光透過領域Ｐ1 を透
過する光束Ｌ1 の位相とを互いに逆相としてもよいこと
は、前記実施例１と同様である。
【０２３３】所定の傾斜角度で試料２の表面に入射した
二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、相互の位置関係を維持したまま
反射され、試料２の反射部位の高さを反映した光路を通
り、受光レンズ８４を介して光ポジションセンサ８２に
入射する。
【０２３４】従って、上記光ポジションセンサ８２にお
いては、前記図３７に示した光束Ｌ1,Ｌ2 のそれぞれの
強度のピーク位置が上下方向に検出され、両者の中間位
置には、強度の極めて小さな領域が検出される。
【０２３５】そこで、光束Ｌ1,Ｌ2 のそれぞれの強度の
ピーク位置の平均値、あるいは両者間に存在する強度の
極めて小さい領域の位置を検出することにより、単一の
レーザビームの反射光を検出する場合よりも高精度に試
料２の反射部位の高さを測定することができる。
【０２３６】図３９は、本実施例の高さ測定装置８０の
光学系の別例を示している。
【０２３７】光源１から試料２に到るレーザビームの入
射光の光路上には、コンデンサレンズ３、ビーム分配シ
フタ４、ミラー８５および対物レンズ５が配置されてい
る。
【０２３８】ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５の対
物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５の結
像面に配置されている。ビーム分配シフタ４の構成は、
前記図３４および図３５に示したものと同じである。
【０２３９】光源１から放射されたレーザビームは、ビ
ーム分配シフタ４を透過した後、互いの位相が逆相で、
かつそれぞれの端部が接している二つの光束Ｌ1,Ｌ2 に
分割される。この二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、ミラー８５に
よって反射された後、対物レンズ５によって収束され、
試料２の表面に斜め方向から入射する。
【０２４０】試料２の表面で反射した光束Ｌ1,Ｌ2 は、
受光レンズ８４、駆動機構８６によって駆動される振動
ミラー８７およびアパーチャ８８を経てフォトディテク
タ８９に入射する。
【０２４１】上記フォトディテクタ８９は、増幅器１８
１およびＡ／Ｄ変換器１８２を介して検出回路１８３に
接続されている。この検出回路１８３は、振動ミラー８
７を振動させる発振器１８４から振動ミラー８７の振動
周波数を参照信号として取り込むと共に、振動ミラー８
７の振動によって検出レベルが経時的に所定周期で変動
する、フォトディテクタ８９から得られる光束Ｌ1,Ｌ2
の位置検出信号に対して周知の同期検波動作を行うもの
である。
【０２４２】上記の光学系を備えた高さ測定装置８０に
よれば、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の照射による反射光の位置
検出精度の向上と、振動ミラー８７を利用した同期検波
による反射光の位置検出精度の向上との相乗効果によっ
て、単一のレーザビームを使用した場合における波長な
どによる理論的な制約を超えた高い精度で試料２の高さ
を測定することができる。
【０２４３】図４０は、高さ測定装置８０の全体構成の
一例を示している。
【０２４４】この高さ測定装置８０は、例えば半導体集
積回路装置の製造工程で使用される電子線描画装置の一
部を構成している。
【０２４５】試料２を載置した試料台８１の直上方に
は、図示しない鏡筒が設けられ、その頂部には、電子線
源１８０が配置されている。電子線源１８０と試料２と
を結ぶ光路上には、ビーム成形器１８５、副偏向器１８
６、主偏向器１８７および対物レンズ３８４が配置され
ている。試料２は、表面に電子線レジストがスピン塗布
された半導体ウエハである。
【０２４６】全体の制御を行う制御計算機２８０には、
半導体ウェハに描画すべき集積回路パターンなどの描画
データを格納する大記憶容量の描画データ格納部３８０
が設けられており、実際の描画動作に必要な描画データ
がバッファメモリ１８８に転送され、演算部１８９によ
って処理されるようになっている。
【０２４７】上記演算部１８９は、成形信号発生部２８
１および成形器制御部２８２を介してビーム成形器１８
５を制御し、電子線の光電子面の形状を所望の状態に制
御する。主偏向器１８７は、主偏向制御部２８３および
主偏向信号発生部２８４を介して演算部１８９に制御さ
れ、半導体ウェハに対する電子線の照射領域の軸を定め
る動作を行う。
【０２４８】上記副偏向器１８６は、副偏向制御部２８
５および副偏向信号発生部２８６を介して演算部１８９
に制御され、主偏向器１８７によって定められた照射範
囲内における電子線の照射位置の制御を行う。すなわ
ち、半導体ウェハに対する電子線の照射位置は、主偏向
器１８７と副偏向器１８６とによる偏向量を重畳させる
ことによって制御されるようなっている。
【０２４９】副偏向信号発生部２８６および主偏向信号
発生部２８４は、バッファメモリ２８７を介して制御計
算機２８０に接続されており、演算部１８９から与えら
れる設計データなどに基づいた幾何学的なパターンデー
タに対して種々の補正を施して、副偏向器１８６および
主偏向器１８７の制御を行うようになっている。
【０２５０】半導体ウェハを載置する試料台８１は、試
料台制御部２８８を介して制御計算機２８０により制御
されている。試料台制御部２８８は、試料台８１の変位
量を精密に測定するレーザ干渉計２８９からの計測値に
基づいて、制御計算機２８０から指令された位置に試料
台８１を移動させる動作を行う。
【０２５１】上記試料台８１の側方近傍には、電子検出
器３８１が配置されており、半導体ウェハ上の位置合わ
せマークに電子線を照射した際に発生する二次電子など
を電子線の走査と同期して検出することにより、上記位
置合わせマークの位置を特定する動作を行うようになっ
ている。
【０２５２】上記位置合わせマークの位置情報は、座標
変換部３８２を介して所定の基準座標系における値に変
換されて制御計算機２８０に入力され、全体の動作の制
御などに用いられると共に、バッファメモリ２８７にも
入力され、主偏向器１８７および副偏向器１８６の補正
制御に用いられる。
【０２５３】本実施例の高さ測定装置８０は、上記試料
台８１の近傍に配置されている。光源１は、試料２の表
面に対して所定の傾斜角度でＨｅ−Ｎｅレーザビームを
照射する位置に配置されている。
【０２５４】上記光源１から放射されるレーザビーム
は、ビーム分配シフタ４を透過することによって互いの
位相が逆相で、かつそれぞれの端部が接している二つの
光束Ｌ1,Ｌ2 に分割された後、試料２の目的の部位に照
射される。
【０２５５】このとき、試料２の表面で反射した光束Ｌ
1,Ｌ2 は、光ポジションセンサ８２によって検出され、
照射部位における試料２の高さが精密に測定される。な
お、図示の都合上、前記図３３に示した投影レンズ８
３、受光レンズ８４などの図示は省略してある。
【０２５６】このようにして検出された半導体ウェハに
おける電子線の照射部位の高さ情報は、座標変換部３８
２を介して所定の基準座標系に変換され、バッファメモ
リ２８７に格納される。制御計算機２８０や対物レンズ
制御部３８３は、この高さ情報を参照して対物レンズ３
８４による電子線の半導体ウェハに対する焦点合わせ動
作の制御を行う。
【０２５７】次に、上記電子線描画装置を用いたパター
ンの描画方法を説明する。まず、バッファメモリ１８８
に所定のパターンの描画データが転送されると共に、半
導体ウエハ上の描画位置が、電子光学系の光軸下に位置
決めされると、電子線やレーザビームによる半導体ウェ
ハ上の位置合わせマークなどの走査によって、半導体ウ
ェハの描画位置の座標情報や高さ情報などが座標変換部
３８２を介してバッファメモリ２８７に格納される。
【０２５８】このとき、本実施例の電子線描画装置は、
レーザビームとして前記光束Ｌ1,Ｌ2 を使用するので、
単一のレーザビームを使用する場合に比較して検出光量
のピーク位置のボケなどの影響を少なくすることがで
き、精密な高さ情報の検出を行うことができる。
【０２５９】続いて、前述した座標情報などに基づい
て、電子光学系に対する描画位置の位置決めが行われる
と共に、描画位置の高さ情報などに基づいて、半導体ウ
エハに対する対物レンズ３８４の焦点位置が設定され
る。
【０２６０】その後、演算部１８９は、バッファメモリ
１８８に格納されている描画データに基づいて、電子線
のビーム形状や偏向量などに関する制御信号を算出し、
成形器制御部２８２を介してのビーム成形器１８５の制
御、主偏向制御部２８３、副偏向制御部２８５を介して
の主偏向器１８７、副偏向器１８６の制御および対物レ
ンズ制御部３８３を介しての対物レンズ３８４の制御を
それぞれ行う。
【０２６１】そして、これらの制御に際し、半導体ウェ
ハの表面のパターン位置および高さに対応して、バッフ
ァメモリ２８７にあらかじめ格納されている補正情報な
どが必要に応じて選択的に読み出され、主偏向制御部２
８３、副偏向制御部２８５および対物レンズ制御部３８
３に与えられる。
【０２６２】このように、上記の電子線描画装置によれ
ば、高さ測定装置８０の光束Ｌ1,Ｌ2 を半導体ウエハ上
に照射することにより、単一のレーザビームを照射する
場合よりも反射光の光路の計測による高さ測定をより精
密に行うことができる。
【０２６３】これにより、この測定結果に基づいて対物
レンズ３８４による焦点合わせ動作の制御や、半導体ウ
ェハ上の位置合わせマークの検出位置の補正などを正確
に行うことができるので、より精密なパターンの描画を
実現することができる。
【０２６４】図４１は、本実施例の高さ測定装置８０の
光学系の別例を示している。
【０２６５】この光学系を備えた高さ測定装置８０は、
例えば半導体集積回路装置の製造工程で使用される光露
光装置の一部を構成している。
【０２６６】試料台８１の上方には、その上に載置され
た試料（半導体ウエハ）２に対して図示しないレチクル
などの原版を透過した光を照射するための縮小投影レン
ズ３８５が配置されている。
【０２６７】そして、この縮小投影レンズ３８５の半導
体ウェハに対する焦点合わせのための高さ測定は、前記
測定装置８０の光束Ｌ1,Ｌ2 を半導体ウエハ上に照射す
ることによって行われる。
【０２６８】従って、このような光露光装置によれば、
高さ測定装置８０によって作成される前記光束Ｌ1,Ｌ2
を半導体ウエハ上に照射することにより、単一のレーザ
ビームを照射する場合よりも反射光の光路の計測による
高さ測定をより精密に行うことができる。
【０２６９】これにより、半導体ウェハに対する縮小投
影レンズ３８５の焦点合わせ動作を高精度で行うことが
できるので、半導体ウェハに転写される集積回路パター
ンの寸法精度を向上させることができる。
【０２７０】上記の説明では、本実施例の高さ測定装置
８０を電子線描画装置および光露光装置に適用したが、
これに限定されるものではなく、一般に試料表面への加
工、検査等の処理に際して、試料表面の段差や凹凸歪な
どによって試料表面の高さ検出精度が低下するような場
合において、本実施例の高さ測定装置８０を用いること
により、高さ検出精度を向上させることができる。
【０２７１】
【実施例７】図４２は、本発明の光ビーム作成方法を利
用した寸法測定装置９０の光学系を示している。水平面
内において移動自在なＸＹテーブルなどからなる試料台
８１の上には、試料２が載置されている。試料台８１
は、その一端に接続されたパルスモータなどからなる駆
動部９１によって水平方向に所望の距離だけ移動できる
ようになっている。試料２は、例えば半導体ウエハに集
積回路パターンを転写するフォトマスクである。
【０２７２】上記試料台８１の近傍には、レーザ干渉計
９２が設けられており、ここから試料台８１の端部に取
付けたレーザ干渉ミラー９３に所定波長のレーザ光が照
射され、その反射光とレーザ干渉計９２に内蔵された固
定ミラーからの反射光との間に生じる干渉波の明暗が測
定されることによって、試料台８１の移動量が高精度に
測定されるようになっている。
【０２７３】上記試料台８１の上方には、光源１が設け
られており、この光源１から放射される、例えば波長＝
0.６３３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光が、コリメータレン
ズ３、ビーム分配シフタ４、ミラー９４および対物レン
ズ５を経て試料２の上に照射されるようになっている。
【０２７４】ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５の対
物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５の結
像面に配置されている。
【０２７５】すなわち、光源１から放射されるレーザ光
は、コリメータレンズ３によって平行なビームに変換さ
れ、ビーム分配シフタ４に入射する。ビーム分配シフタ
４を透過したレーザビームは、その略半断面の位相が反
転され、互いの位相が逆相となった二本の光束Ｌ1,Ｌ2
に分割される。光束Ｌ1,Ｌ2 は、対物レンズ５によって
収光され、試料２の所定位置に入射する。
【０２７６】上記試料台８１の上面近傍には、試料２の
上に形成されたパターンのエッジから発生する散乱光を
検出する光センサからなる一対の検出器９５ａ，９５ｂ
が配置されている。
【０２７７】図４３は、上記ビーム分配シフタ４の要部
の平面図を示し、図４４は、同じく要部の断面図を示し
ている。
【０２７８】ビーム分配シフタ４は、透明なガラス基板
６の一面に光透過領域Ｐ1 と遮光領域Ｎとを設けた構成
になっている。遮光領域Ｎは、Ｃｒなどの遮光膜７で構
成されている。
【０２７９】上記光透過領域Ｐ1 の一部には、例えばス
ピンオングラスのような透明な薄膜からなる位相シフタ
８が形成されている。この位相シフタ８は、光透過領域
Ｐ1 の内部に占めるその面積が、光透過領域Ｐ1 全体の
面積のほぼ半分になるように設定されている。
【０２８０】このような位相シフタ８を設けたことによ
り、ビーム分配シフタ４の光透過領域Ｐ1 を透過したレ
ーザビームは、互いの位相が逆相となった二つの光束Ｌ
1,Ｌ2 に分割される。また、位相シフタ８の無い領域を
透過した光束Ｌ1 の強度と位相シフタ８の有る領域を透
過した光束Ｌ2 の強度とはほぼ等しくなる。
【０２８１】図４５に示すように、上記二つの光束Ｌ1,
Ｌ2 は、互いの位相が逆相で、かつそれぞれの一端が境
界部で接している。従って、対物レンズ５を介して二つ
の光束Ｌ1,Ｌ2 を収束し、試料２の上に照射すると、図
４６に示すように、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の境界部が干渉
し合って弱め合い、境界部のコントラストが向上する結
果、極めて近接した二本の微細なレーザビームが得られ
る。
【０２８２】すなわち、互いの位相が逆相で、かつそれ
ぞれの端部が境界部で接している二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を
試料２の上に照射することにより、レーザ光の波長や対
物レンズ５の開口数などによって決まる光学的な限界値
よりも微細な径を有するレーザビームを作成することが
できる。
【０２８３】なお、光透過領域Ｐ1 に位相シフタ８を設
ける上記の手段に代えて、光透過領域Ｐ1 のガラス基板
６の一部に溝を設け、この溝を透過する光束Ｌ2 の位相
と残余の光透過領域Ｐ1 を透過する光束Ｌ1 の位相とを
互いに逆相としてもよいことは、前記実施例１と同様で
ある。
【０２８４】次に、このようにして得られた二つの光束
Ｌ1,Ｌ2を使った寸法測定方法を図４２、図４７および
図４８を用いて説明する。
【０２８５】まず、光源１から放射されたレーザ光をビ
ーム分配シフタ４を介して二つの光束Ｌ1,Ｌ2 に分割
し、これを対物レンズ５で収光して試料２の上に照射す
る。そして、試料台８１を水平方向に移動させることに
よって光束Ｌ1,Ｌ2 を寸法測定方向に走査する。このと
き、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 をそれらの軌跡が重なるように
走査する。
【０２８６】光束Ｌ1,Ｌ2 が試料２上に形成されたパタ
ーンのエッジに入射すると、エッジの段差によって散乱
光が発生する。試料台８１の上面近傍に設けられた一対
の検出器９５ａ，９５ｂによって検出されたこの散乱光
の検出信号は、アンプ９６によって増幅された後、コン
パレータ９７に送られる。
【０２８７】二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、互いの位置が極め
て近接しているため、検出器９５ａ，９５ｂによって検
出された信号は、図４８(b) に示すように、極めて近接
した位置に二つの強度ピーク値を有するパターンとな
る。
【０２８８】コンパレータ９７は、散乱光の検出信号か
らノイズを分離し、ピークパルスを生成する。このピー
クパルスは、第一の光束Ｌ1 に由来するピークパルスと
第二の光束Ｌ2 に由来するピークパルスとからなる極め
て近接した一対のピークパルスによって構成されてい
る。
【０２８９】次に、レーザ干渉計９２によって測定され
た試料台８１の移動量から、上記ピークパルスの位置座
標を導出した後、第一の光束Ｌ1 から得られたピークパ
ルスの位置座標と第二の光束Ｌ2 から得られたピークパ
ルスの位置座標とを平均化するなどの演算処理を行って
エッジの正確な位置を算出し、二つのエッジの位置から
パターンの寸法を算出する。
【０２９０】このように、本実施例の寸法測定方法によ
れば、レーザ光の波長や対物レンズ５の開口数などによ
って決まる光学的な限界値よりも微細な径を有する二つ
の光束Ｌ1,Ｌ2 を用いることにより、微細なパターンの
寸法測定精度を向上させることができる。
【０２９１】上記の説明では、パターンのエッジで発生
する散乱光を検出して寸法測定を行ったが、フォトマス
クからの反射光を検出し、反射率の変化が最大になる位
置を求めることによって寸法測定を行ってもよい。この
方式は、エッジの段差が小さいために散乱光が検出し難
いパターンの寸法測定などに有効である。
【０２９２】上記の説明では、レーザビームの光路に位
相シフタを設けたビーム分配シフタを設けることによっ
て、互いの位相が反転し、かつ互いに近接した二本のレ
ーザビームを作成したが、例えば一本のレーザビームを
光路の異なる二本のビームに分割し、その一方のビーム
の光路に位相シフタを設けて位相を反転させた後、再度
二本のビームを合成してもよい。
【０２９３】また、レーザビームを走査する際、ビーム
を寸法測定方向に微小振動させ、この微小振動と同期さ
せて散乱光または反射光を検出することにより、寸法測
定精度をさらに向上させることができる。
【０２９４】上記の説明では、フォトマスク上に形成さ
れた集積回路パターンの寸法測定に適用した場合につい
て説明したが、本実施例の寸法測定は、それに限定され
るものではなく、例えば半導体ウエハ上に形成された集
積回路パターンや配線基板上に形成された配線パターン
のような微細なパターンの寸法測定に広く適用すること
ができる。
【０２９５】
【実施例８】図４９は、本発明の光ビーム作成方法を利
用した外観検査装置１００の光学系を示している。
【０２９６】水平面内において移動自在なＸＹテーブル
などからなる試料台８１の上には、試料２が載置されて
いる。試料台８１は、その一端に接続されたパルスモー
タなどからなる駆動部９１によって水平方向に所望の距
離だけ移動できるようになっている。試料２は、例えば
半導体ウエハや、半導体ウエハに集積回路パターンを転
写するフォトマスクである。
【０２９７】上記試料台８１の近傍には、レーザ干渉計
９２が設けられており、ここから試料台８１の端部に取
付けたレーザ干渉ミラー９３に所定波長のレーザ光を照
射し、その反射光とレーザ干渉計９２に内蔵された固定
ミラーからの反射光との間に生じる干渉波の明暗を測定
することによって、試料台８１の移動量が高精度に測定
されるようになっている。
【０２９８】上記試料台８１の斜め上方には、光源１が
設けられており、この光源１から放射される、例えば波
長＝0.６３３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光が、コリメータ
レンズ３、ビーム分配シフタ４、ポリゴンミラー９４お
よび対物レンズ５を経て試料２の上に照射されるように
なっている。
【０２９９】ビーム分配シフタ４は、対物レンズ５の対
物像面に配置されており、試料２は、対物レンズ５の結
像面に配置されている。
【０３００】すなわち、光源１から放射されるレーザ光
は、コリメータレンズ３によって平行なビームに変換さ
れ、ビーム分配シフタ４に入射する。ビーム分配シフタ
４を透過したレーザビームは、その略半断面の位相が反
転され、互いの位相が逆相となった二本の光束Ｌ1,Ｌ2
に分割される。光束Ｌ1,Ｌ2 は、対物レンズ５によって
収光され、試料２上の所定位置に入射する。
【０３０１】試料２の上に照射された光束Ｌ1,Ｌ2 は、
ポリゴンミラー１０１の回転によって所定の方向に走査
される。この走査は一軸方向に限定されるので、この方
向と直交する方向に試料台８１を移動することにより、
光束Ｌ1,Ｌ2 を試料２の全面に走査することができる。
【０３０２】上記試料台８１の上面近傍には、試料２の
上に形成されたパターンのエッジから発生する散乱光を
検出する光センサからなる一対の検出器９５ａ，９５ｂ
が配置されている。
【０３０３】図５０は、上記ビーム分配シフタ４の要部
の平面図を示し、図５１は、同じく要部の断面図を示し
ている。
【０３０４】ビーム分配シフタ４は、透明なガラス基板
６の一面に光透過領域Ｐ1 と遮光領域Ｎとを設けた構成
になっている。遮光領域Ｎは、Ｃｒなどの遮光膜７で構
成されている。
【０３０５】上記光透過領域Ｐ1 の一部には、例えばス
ピンオングラスのような透明な薄膜からなる位相シフタ
８が形成されている。この位相シフタ８は、光透過領域
Ｐ1 の内部に占めるその面積が、光透過領域Ｐ1 全体の
面積のほぼ半分になるように設定されている。
【０３０６】このような位相シフタ８を設けたことによ
り、ビーム分配シフタ４の光透過領域Ｐ1 を透過したレ
ーザビームは、互いの位相が逆相となった二つの光束Ｌ
1,Ｌ2 に分割される。また、位相シフタ８の無い領域を
透過した光束Ｌ1 の強度と位相シフタ８の有る領域を透
過した光束Ｌ2 の強度とはほぼ等しくなる。
【０３０７】上記二つの光束Ｌ1,Ｌ2 は、互いの位相が
逆相で、かつそれぞれの一端が境界部で接している。従
って、対物レンズ５を介して二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を収束
し、試料２の上に照射すると、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 の境
界部が干渉し合って弱め合い、境界部のコントラストが
向上する結果、極めて近接した二本の微細なレーザビー
ムが得られる。
【０３０８】すなわち、互いの位相が逆相で、かつそれ
ぞれの端部が境界部で接している二つの光束Ｌ1,Ｌ2 を
試料２の上に照射することにより、レーザ光の波長や対
物レンズ５の開口数などによって決まる光学的な限界値
よりも微細な径を有するレーザビームを作成することが
できる。
【０３０９】次に、このようにして得られた二つの光束
Ｌ1,Ｌ2を使った外観検査方法を図４９、図５２および
図５３を用いて説明する。
【０３１０】まず、光源１から放射されたレーザ光をビ
ーム分配シフタ４を介して二つの光束Ｌ1,Ｌ2 に分割
し、これを対物レンズ５で収光して試料２の上に照射す
る。そして、ポリゴンミラー１０１を回転させることに
よって光束Ｌ1,Ｌ2 を所定の方向に走査する。このと
き、二つの光束Ｌ1,Ｌ2 をそれらの軌跡が重なるように
走査する。
【０３１１】光束Ｌ1,Ｌ2 が試料２上に形成されたパタ
ーンのエッジに入射すると、エッジの段差によって散乱
光が発生する。試料台８１の上面近傍に設けられた一対
の検出器９５ａ，９５ｂによって検出されたこの散乱光
の検出信号は、アンプ９６によって増幅された後、コン
パレータ９７に送られる。
【０３１２】光束Ｌ1,Ｌ2 は、互いの位置が極めて近接
しているため、検出器９５ａ，９５ｂによって検出され
た信号は、図５２(b)に示すように、極めて近接した位
置に二つの強度ピーク値を有するパターンとなる。
【０３１３】そこで、この検出信号をアンプ９６で増幅
し、コンパレータ９７によって指定レベル以上の強度を
有する信号のみを取出すと、図５２(c) に示すように、
パターンのエッジの位置に相当する箇所に極めて近接し
た二本のピークパルスが現れる。
【０３１４】他方、光束Ｌ1,Ｌ2 が試料２上の異物また
は欠陥に入射すると、同じく散乱光が発生するが、この
散乱光は、異物または欠陥のほぼ全面で発生するため、
検出器９５ａ，９５ｂによって検出された信号は、図５
２(e) に示すように、光束Ｌ1 に由来する信号の強度ピ
ーク値と光束Ｌ2 に由来する信号の強度ピーク値とが重
なったパターンとなる。
【０３１５】そこで、この検出信号をアンプ９６で増幅
し、コンパレータ９７によって指定レベル以上の強度を
有する信号のみを取出すると、図５２(f) に示すよう
に、異物または欠陥の位置に相当する箇所に一本のピー
クパルスが得られる。
【０３１６】次に、これらのピークパルスと、ポリゴン
ミラー９の回転量および試料台８１の移動量とから、そ
れぞれのピークパルスの検出位置を求めた後、判別回路
１０２によって所定の位置において検出されたピークパ
ルスの数が一本である場合は、その位置にパターンのエ
ッジが存在するものと判別し、二本である場合は、その
位置に異物または欠陥が存在するものと判別する。
【０３１７】このように、本実施例の外観検査方法によ
れば、レーザ光の波長や対物レンズ５の開口数などによ
って決まる光学的な限界値よりも微細な径を有する二つ
の光束Ｌ1,Ｌ2 を用いることにより、微細なパターンの
外観検査精度を向上させることができる。
【０３１８】ところで、半導体ウエハ上に形成された集
積回路パターンなどにおいては、図５４(a) に示すよう
に、パターンのエッジに緩い傾斜が存在する場合があ
る。
【０３１９】光束Ｌ1,Ｌ2 がこのようなエッジに入射す
ると、傾斜の全面で散乱光が発生するため、検出器９５
ａ，９５ｂによって検出された信号は、図５４(b) に示
すように、光束Ｌ1 に由来する信号の強度ピーク値と光
束Ｌ2 に由来する信号の強度ピーク値とがほぼ重なった
パターンとなる。
【０３２０】そのため、この検出信号をアンプ９６で増
幅し、コンパレータ９７によって指定レベル以上の強度
を有する信号のみを取出すと、ほぼ一本となったピーク
パルスしか得られないため、異物または欠陥から得られ
る一本のピークパルスとの区別が困難となる。
【０３２１】そこで、このような場合には、図５５およ
び図５６に示すようなビーム分配シフタ４を使って外観
検査を行う。このビーム分配シフタ４は、所定の幅の遮
光領域Ｎを挟んで配置された一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ2
の一方に、スピンオングラスのような透明な薄膜からな
る位相シフタ８を形成した構成になっている。
【０３２２】図５７に示すように、上記位相シフタ８の
光透過領域Ｐ1,Ｐ2 を透過した二本の光束Ｌ1,Ｌ2 は、
互いの位相が反転していると共に、互いの距離が僅かに
離れている。
【０３２３】そのため、この二本の光束Ｌ1,Ｌ2 を対物
レンズ５で収光して試料２の上に照射すると、図５８に
示すように、互いの間隔が僅かに広がった二本の微細な
光束Ｌ1,Ｌ2 が得られる。この光束Ｌ1,Ｌ2 の間隔は、
一対の光透過領域Ｐ1,Ｐ2 の間の遮光領域Ｎの幅を変え
ることによって任意の値に設定することができる。
【０３２４】なお、光透過領域Ｐ1,Ｐ2 の間の遮光領域
Ｎの幅を変える上記手段に代えて、レーザビームを波長
を変えることによって光束Ｌ1,Ｌ2 の間隔を変えること
もできる。この場合は、レーザビームの波長を短くする
程、光束Ｌ1,Ｌ2 の間隔を狭くすることができる。
【０３２５】このようなビーム分配シフタ４を透過した
光束Ｌ1,Ｌ2 が傾斜のあるエッジに入射すると、傾斜の
全面で散乱光が発生するが、光束Ｌ1,Ｌ2 の間隔が離れ
ているため、検出器９５ａ，９５ｂによって検出された
信号は、図５４(e) に示すように、近接した位置に二つ
の強度ピーク値を有するパターンとなる。
【０３２６】これにより、パターンのエッジから得られ
るピークパルスと異物または欠陥から得られる一本のピ
ークパルスとの判別を容易に行うことができる。ただ
し、この方法は、光束Ｌ1,Ｌ2 の間隔が大きくなるた
め、その分、微細な異物または欠陥の検出が困難になる
という不利益がある。
【０３２７】上記の説明では、パターンのエッジや異物
または欠陥の表面で発生する散乱光を検出したが、試料
の表面からの反射光あるいは試料を透過した透過光を検
出し、この反射率あるいは透過率の変化が最大になる位
置を求める外観検査方法に適用することもできる。これ
らの方式は、エッジの段差が小さいためにエッジからの
散乱光が検出し難いパターンを有する試料の外観検査に
特に有効である。
【０３２８】上記の説明では、レーザビームの光路に位
相シフタを備えたビーム分配シフタを配置することによ
って、互いの位相が逆相し、かつ互いに近接した二本の
レーサビームを作成したが、例えば一本のレーザビーム
を光路の異なる二本のビームに分割し、その一方のビー
ムの光路にビーム分配シフタを配置してレーザビームの
位相を反転させた後、再度二本のビームを合成してもよ
い。
【０３２９】上記の説明では、ポリゴンミラー１０１の
回転によってレーザビームを走査したが、例えば圧電素
子を用いて振動を与えることによってガラス体の屈折率
を周期的に変化させるＡＯ（音響光学効果）素子などを
用いてレーザビームを走査してもよい。
【０３３０】また、レーザビームを走査する際、ビーム
を走査方向に微小振動させ、この微小振動と同期させて
散乱光または反射光を検出することにより、外観検査精
度をさらに向上させることができる。
【０３３１】上記の説明では、フォトマスクや半導体ウ
エハ上に形成された集積回路パターンの外観検査に適用
したが、これに限定されるものではなく、例えば微細な
配線パターンを形成した配線基板の外観検査などに広く
適用することができる。
【０３３２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例を基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０３３３】前記各実施例においては、主として物面に
おいて光束の一部の位相を変化させることによって、微
細な光束を作成する方法について説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。
【０３３４】すなわち、投影光学系の瞳面またはその物
面に対するフーリエ変換面に０次回折光を遮蔽または減
少させるフィルタ手段、さらには二重焦点フィルタを置
くことによって、微細な光束を作成してもよい。
【０３３５】また、これらの代わりに照明系のアパーチ
ャ面に輪環帯のみを通過させるフィルタまたは開口を置
いてもよい（いわゆる輪環帯照明）。
【０３３６】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【０３３７】(1) 光源から放射された光をビーム分配シ
フタを使って二つの光束に分割すると共に、それらの位
相を互いに逆相とし、次いでこの二つの光束を対物レン
ズで合成して試料の表面に光ビームとして照射する本発
明の光ビーム作成方法によれば、光源から放射される光
の波長や対物レンズの特性による制約を超えた微細な光
ビームを作成することができる。
【０３３８】(2) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
光ディスクや光磁気ディスクの原盤上に従来よりも微細
なピットを形成することができるので、光ディスクや光
磁気ディスクの情報記録密度を大幅に向上させることが
できる。
【０３３９】(3) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
試料の表面に従来よりも微細なレーザビームを照射する
ことができるので、光学顕微鏡装置の解像度を大幅に向
上させることができる。
【０３４０】(4) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
半導体ウエハの表面に従来よりも微細なレーザビームを
照射することができる。これにより、半導体メモリの欠
陥救済技術において、欠陥回路と冗長回路との切替えに
用いるリンクの寸法を縮小することができるので、メモ
リＬＳＩの微細化を促進することができる。
【０３４１】また、本発明の光ビーム作成方法によれ
ば、半導体ウエハの表面に従来よりも微小な径および間
隔を有する多数のレーザビームを照射することができ
る。これにより、半導体ウエハ上に形成された複数本の
リンクを同時に溶断することができるので、リンク溶断
作業のスループットを向上させることができる。
【０３４２】また、リンクの寸法および間隔を縮小する
ことができるので、メモリＬＳＩの微細化を促進するこ
とができる。
【０３４３】(5) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
半導体チップの表面に開孔されたスルーホールの内部に
従来より深くまでレーザビームを照射することができ
る。これにより、半導体チップ間や半導体ウエハ間を微
細な配線で接続することができるので、ＬＳＩの微細
化、高集積化を促進することができる。
【０３４４】(6) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
両者の間隔が極めて近接した二本の微細なレーザビーム
を作成することができる。これにより、この二本の微細
なレーザビームを試料の表面に斜め方向から照射してそ
の反射光を検出し、二本のレーザビームのそれぞれの強
度のピーク位置の平均値、あるいは両者間に存在する強
度の極めて小さい領域の位置を検出することにより、単
一のレーザビームの反射光を検出する場合よりも高精度
に試料の表面の高さを測定することができる。
【０３４５】これにより、例えば電子線描画装置におい
ては、対物レンズによる焦点合わせ動作の制御や半導体
ウエハ上の位置合わせマークの検出位置の補正などを正
確に行うことができるので、より精密なパターンの描画
を実現することができる。
【０３４６】また、例えば光露光装置においては、半導
体ウエハに対する縮小投影レンズの焦点合わせ動作を高
精度で行うことができるので、半導体ウエハに転写され
る集積回路パターンの寸法精度を向上させることができ
る。
【０３４７】(7) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
試料の表面に形成された微細なパターンの寸法測定精度
を向上させることができる。
【０３４８】(8) 本発明の光ビーム作成方法によれば、
微細なパターンを形成した試料の外観検査精度を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光ビーム作成装置の光
学系を示す構成図である。
【図２】この光ビーム作成装置に設けられたビーム分配
シフタの構成を示す断面図である。
【図３】この光ビーム作成装置に設けられたビーム分配
シフタの構成を示す平面図である。
【図４】試料上における光ビームの振幅を示す図であ
る。
【図５】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図６】ビーム分配シフタの構成の別例を示す平面図で
ある。
【図７】ビーム分配シフタの構成の別例を示す断面図で
ある。
【図８】ビーム分配シフタの構成の別例を示す断面図で
ある。
【図９】本発明の他の実施例である光ビーム作成装置の
光学系を示す構成図である。
【図１０】この光ビーム作成装置に設けられたフォトマ
スクの構成を示す要部断面図である。
【図１１】フォトマスクに形成された第一のパターンを
示す平面図である。
【図１２】フォトマスクに形成された第二のパターンを
示す平面図である。
【図１３】第一のパターンを透過した直後の光の振幅を
示す図である。
【図１４】第二のパターンを透過した直後の光の振幅を
示す図である。
【図１５】合成直後の光の振幅を示す図である。
【図１６】試料上における光ビームの振幅を示す図であ
る。
【図１７】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図１８】本発明の光ビーム作成方法を用いた光ディス
ク装置の全体構成を示す図である。
【図１９】この光ディスク装置を用いた光ディスクの製
造方法を示すフロー図である。
【図２０】本発明の光ビーム作成方法を用いた光学顕微
鏡装置の全体構成を示す図である。
【図２１】本発明の光ビーム作成方法を用いたレーザビ
ーム加工装置の光学系を示す構成図である。
【図２２】このレーザビーム加工装置に設けられたビー
ム分配シフタを示す平面図である。
【図２３】このレーザビーム加工装置に設けられたビー
ム分配シフタを示す断面図である。
【図２４】このレーザビーム加工装置を用いた半導体メ
モリの欠陥救済方法を示す半導体チップの要部断面図で
ある。
【図２５】ビーム分配シフタの構成の別例を示す平面図
である。
【図２６】ビーム分配シフタの構成の別例を示す断面図
である。
【図２７】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図２８】本発明の光ビーム作成方法を用いたレーザＣ
ＶＤ装置の全体構成を示す図である。
【図２９】このレーザＣＶＤ装置を用いた半導体チップ
の配線接続方法を示す要部断面図である。
【図３０】このレーザＣＶＤ装置を用いた半導体チップ
の配線接続方法を示す要部断面図である。
【図３１】このレーザＣＶＤ装置を用いた半導体チップ
の配線接続方法を示す要部断面図である。
【図３２】このレーザＣＶＤ装置を用いた半導体チップ
の配線接続方法を示す要部断面図である。
【図３３】本発明の光ビーム作成方法を用いた高さ測定
装置の光学系を示す構成図である。
【図３４】この高さ測定装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す平面図である。
【図３５】この高さ測定装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す断面図である。
【図３６】ビーム分配シフタを透過した直後の光ビーム
の振幅を示す図である。
【図３７】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図３８】ビーム分配シフタの構成の別例を示す断面図
である。
【図３９】本発明の他の実施例である高さ測定装置の光
学系を示す構成図である。
【図４０】高さ測定装置の全体構成を示す図である。
【図４１】本発明の他の実施例である高さ測定装置の光
学系を示す構成図である。
【図４２】本発明の光ビーム作成方法を利用した寸法測
定装置の光学系を示す構成図である。
【図４３】この寸法測定装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す平面図である。
【図４４】この寸法測定装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す断面図である。
【図４５】ビーム分配シフタを透過した直後の光ビーム
の振幅を示す図である。
【図４６】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図４７】この寸法測定装置を用いた寸法測定方法を示
す図である。
【図４８】この寸法測定装置を用いた寸法測定方法を示
す図である。
【図４９】本発明の光ビーム作成方法を利用した外観検
査装置の光学系の構成を示す図である。
【図５０】この外観検査装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す平面図である。
【図５１】この外観検査装置に設けられたビーム分配シ
フタの構成を示す断面図である。
【図５２】この外観検査装置を用いた外観検査方法を示
す図である。
【図５３】この外観検査装置を用いた外観検査方法を示
す図である。
【図５４】外観検査方法の別例を示す図である。
【図５５】ビーム分配シフタの構成の別例を示す平面図
である。
【図５６】ビーム分配シフタの構成の別例を示す断面図
である。
【図５７】ビーム分配シフタを透過した直後の光ビーム
の振幅を示す図である。
【図５８】試料上における光ビームの強度を示す図であ
る。
【図５９】フォトマスクの要部を示す断面図である。
【図６０】フォトマスクを透過した直後の光の振幅を示
す図である。
【図６１】半導体ウエハ上における光の振幅を示す図で
ある。
【図６２】半導体ウエハ上における光の強度を示す図で
ある。
【図６３】位相シフト用フォトマスクの要部を示す断面
図である。
【図６４】位相シフト用フォトマスクを透過した直後の
光の振幅を示す図である。
【図６５】半導体ウエハ上における光の振幅を示す図で
ある。
【図６６】半導体ウエハ上における光の強度を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 試料 ３ コンデンサレンズ ４ ビーム分配シフタ ５ 対物レンズ ６ ガラス基板 ７ 遮光膜 ８ 位相シフタ ９ 溝 １０ 光ビーム作成装置 １１ ビームエクスパンダ １２ ミラー １３ ミラー １４ ミラー １５ ハーフミラー １６ ハーフミラー １７ レンズ １８ レンズ １９ フォトマスク ２０ 位相シフト手段 ２１ ＸＹテーブル ３０ 光ディスク装置 ３１ 光変調器 ３２ 信号源 ３３ レンズ ３４ 偏光ビームスプリッタ ３５ ガラス円盤（試料） ３６ サーボモータ ３７ モータ ３８ 三層レジスト ３９ ピット ４０ スタンパ ４１ レプリカ ５０ 光学顕微鏡装置 ６０ レーザビーム加工装置 ６１ アパーチャ ６２ａ 半導体チップ ６２ｂ 半導体チップ ６３ 絶縁膜 ６４ リンク ６５ 層間絶縁膜 ６６ａ スルーホール ６６ｂ スルーホール ６６ｃ スルーホール ６６ｄ スルーホール ６７ａ Ａｌ配線 ６７ｂ Ａｌ配線 ６７ｃ Ａｌ配線 ６７ｄ Ａｌ配線 ６８ パッシベーション膜 ７０ レーザＣＶＤ装置 ７１ Ｍｏ層 ８０ 高さ測定装置 ８１ 試料台 ８２ 光ポジションセンサ ８３ 投影レンズ ８４ 受光レンズ ８５ ミラー ８６ 駆動機構 ８７ 振動ミラー ８８ アパーチャ ８９ フォトディテクタ ９０ 寸法測定装置 ９１ 駆動部 ９２ レーザ干渉計 ９３ レーザ干渉ミラー ９４ ミラー ９５ａ 検出器 ９５ｂ 検出器 ９６ アンプ ９７ コンパレータ １００ 外観検査装置 １０１ ポリゴンミラー １０２ 判別回路 １７２ 処理室 １７３ レーザ光学系コントローラ １７４ 真空コントローラ １７５ａ ターボ分子ポンプ １７５ｂ ターボ分子ポンプ １７６ ＸＹステージコントローラ １７７ ＸＹステージドライバ １７８ ＸＹステージ １７９ 自動搬送コントローラ １８０ 電子線源 １８１ 増幅器１８１ １８２ Ａ／Ｄ変換器 １８３ 検出回路 １８４ 発振器 １８５ ビーム成形器 １８６ 副偏向器 １８７ 主偏向器 １８８ バッファメモリ １８９ 演算部 ２７０ 自動搬送機構 ２７１ 予備室 ２７２ シャッタ機構 ２７３ 加熱手段 ２７４ ビーム偏光器 ２７５ ＡＯスキャンコントローラ ２７６ ガス銃コントローラ ２７７ ガス銃（反応ガス供給手段） ２７８ 制御用コンピュータ ２８０ 制御計算機 ２８１ 成形信号発生部 ２８２ 成形器制御部 ２８３ 主偏向制御部 ２８４ 主偏向信号発生部 ２８５ 副偏向制御部 ２８６ 副偏向信号発生部 ２８７ バッファメモリ ２８８ 試料台制御部 ２８９ レーザ干渉計 ３８０ 描画データ格納部 ３８１ 電子検出器 ３８２ 座標変換部 ３８３ 対物レンズ制御部 ３８４ 対物レンズ ３８５ 縮小投影レンズ Ｇｓ 反応ガス Ｌ1 光束 Ｌ2 光束 ＬB レーザビーム Ｍ フォトマスク Ｎ 遮光領域 Ｎ1 遮光領域 Ｎ2 遮光領域 Ｐ1 光透過領域 Ｐ2 光透過領域 Ｐ3 光透過領域 Ｐ4 光透過領域 Ｑ1 パターン Ｑ2 パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 (31)優先権主張番号 特願平3−86462 (32)優先日 平３(1991)４月18日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から放射された光を対物レンズによ
    り収光して光ビームを作成する際、前記光源から放射さ
    れた光を二つの光束に分割すると共に、一方の光束の位
    相を反転させ、次いで前記二つの光束を前記対物レンズ
    により収光することを特徴とする光ビーム作成方法。
  2. 【請求項２】 前記光を強度の異なる二つの光束に分割
    し、強度の大きい光束を対物レンズの中心部に入射させ
    ると共に、強度の小さい光束を対物レンズの周辺部に入
    射させることを特徴とする請求項１記載の光ビーム作成
    方法。
  3. 【請求項３】 光源と試料とを結ぶ光路上に対物レンズ
    を配置し、前記光源から放射された光を前記対物レンズ
    により収光して前記試料上に光ビームを照射する光ビー
    ム作成装置であって、二つの光透過領域を有するビーム
    分配シフタを前記光源と前記対物レンズとの間に配置す
    ると共に、前記二つの光透過領域の一方に位相シフト手
    段を設け、前記ビーム分配シフタを透過した光を二つの
    光束に分割すると共に、前記二つの光束の位相を互いに
    逆相とし、次いで前記二つの光束を前記対物レンズによ
    り収光することを特徴とする光ビーム作成装置。
  4. 【請求項４】 前記位相シフト手段は、ビーム分配シフ
    タを構成するガラス基板の表面に形成された透明膜から
    なり、前記透明膜の膜厚ｄ1 は、その屈折率をｎ1 、光
    源から放射される光の波長をλとして、 ｄ1 ＝λ／２（ｎ1 −１） またはその奇数倍であることを特徴とする請求項３記載
    の光ビーム作成装置。
  5. 【請求項５】 前記位相シフト手段は、ビーム分配シフ
    タを構成するガラス基板の表面に形成された溝からな
    り、前記溝の深さｄ2 は、前記ガラス基板の屈折率をｎ
    2 、光源から放射される光の波長をλとして、 ｄ2 ＝λ／２（ｎ2 −１） またはその奇数倍であることを特徴とする請求項３記載
    の光ビーム作成装置。
  6. 【請求項６】 所定のパターンが形成された試料の表面
    に光ビームを照射して測定方向に走査し、前記パターン
    からの散乱光または反射光を検出して前記パターンの寸
    法を測定する際、請求項１記載の光ビーム作成方法によ
    って得られる二つの光束を前記試料の表面に近接させて
    照射し、前記二つの光束の軌跡が重なるように走査する
    ことを特徴とする寸法測定方法。
  7. 【請求項７】 所定のパターンが形成された試料の表面
    に光ビームを照射して測定方向に走査し、前記試料の表
    面からの散乱光または反射光を検出して前記試料の表面
    の異物または欠陥の有無を検査する際、請求項１記載の
    光ビーム作成方法によって得られる二つの光束を前記試
    料の表面に近接させて照射すると共に、前記二つの光束
    の軌跡が重なるように走査して前記試料の表面からの散
    乱光または反射光を検出し、前記試料の表面の所定の位
    置において検出された信号のうち、指定レベル以上の強
    度を有する信号の数が二本である場合は、前記位置に前
    記パターンのエッジが存在し、一本である場合は、前記
    位置に前記異物または欠陥が存在するものと判定するこ
    とを特徴とする外観検査方法。
  8. 【請求項８】 試料の表面に斜め方向から照射された光
    ビームの反射光の光路の相対位置を検出することによっ
    て試料の表面の高さを測定する際、請求項１記載の光ビ
    ーム作成方法によって得られる二つの光束を前記試料の
    表面に近接させて照射し、前記二つの光束の反射光の光
    路の平均位置または両者の間に存在する暗部の位置を検
    出することを特徴とする高さ測定方法。
  9. 【請求項９】 フォトレジストが塗布された試料の表面
    に光ビームを照射して前記フォトレジストに所定のパタ
    ーンの潜像を形成する際、請求項２記載の光ビーム作成
    方法によって得られる二つの光束を前記フォトレジスト
    の表面に近接させて照射し、前記光束の量または前記フ
    ォトレジストの現像条件を最適化することによって前記
    試料の表面に強度の大きい光束の照射跡のみを残すこと
    を特徴とする露光方法。
  10. 【請求項１０】 半導体基板の表面に光ビームを照射し
    てその表面を加工する際、請求項１記載の光ビーム作成
    方法によって得られる二つの光束を前記半導体基板の表
    面に近接させて照射することを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
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