JP6587822B2 - Appearance inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、外観検査装置に関し、特に液晶や有機EL等のフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられる中−大型フォトマスクを検査する外観検査装置に関する。 The present invention relates to an appearance inspection apparatus, and more particularly to an appearance inspection apparatus for inspecting a medium-large photomask used in a manufacturing process of a flat panel display such as a liquid crystal or an organic EL.
ディスプレイの高精細化に伴ってその原版となる中−大型フォトマスクに対する検査精度の要求は高まる一方である。これらのフォトマスクの欠陥を検査するための技術も種々提案されている。 With the increase in definition of displays, the demand for inspection accuracy for medium-large photomasks that are the originals of the displays is increasing. Various techniques for inspecting defects of these photomasks have been proposed.
特許文献1に開示されているように、フォトマスクの欠陥を検査するためにはフォトマスクに光を透過させる透過系の検査と、フォトマスクで光を反射させる反射系の検査等が有効である。しかしながら、透過系の検査と反射系の検査とは別々の撮像工程を要するため、検査に時間がかかったり、複数の撮像装置が必要となったりする。 As disclosed in Patent Document 1, in order to inspect defects in a photomask, a transmissive inspection that transmits light to the photomask and a reflective inspection that reflects light by the photomask are effective. . However, since the inspection for the transmission system and the inspection for the reflection system require separate imaging processes, the inspection takes time and a plurality of imaging devices are required.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォトマスクの検査を迅速化する技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for speeding up inspection of a photomask.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の外観検査装置は、フォトマスクを透過させる光を照射する透過照明光源と、フォトマスクに反射させる光を、透過照明光源の照射中に照射する反射照明光源と、フォトマスクを透過した透過光とフォトマスクで反射した反射光とを平行光に変換する対物レンズと、対物レンズが変換した平行光を、透過光と反射光とに分離する分光部と、分光部が分離した透過光を結像する透過光用結像レンズと、分光部が分離した反射光を結像する反射光用結像レンズと、透過光用結像レンズが結像した透過光と、反射光用結像レンズが結像した反射光とを撮像する撮像部とを備える。 In order to solve the above problems, an appearance inspection apparatus according to an aspect of the present invention irradiates a transmission illumination light source that emits light that is transmitted through a photomask and light that is reflected by the photomask during irradiation of the transmission illumination light source. A reflected illumination light source, an objective lens that converts the transmitted light that has passed through the photomask and the reflected light that has been reflected by the photomask into parallel light, and a spectroscope that separates the parallel light converted by the objective lens into transmitted light and reflected light An imaging lens for transmitted light that forms an image of the transmitted light separated by the spectroscopic unit, an imaging lens for reflected light that images the reflected light separated by the spectroscopic unit, and an imaging lens for the transmitted light And an imaging unit that images the reflected light formed by the reflected light imaging lens.
撮像部は、透過光用結像レンズが結像した透過光と反射光用結像レンズが結像した反射光とを、それぞれ同一の撮像素子の異なる領域で撮像させてもよい。 The imaging unit may cause the transmitted light imaged by the transmitted light imaging lens and the reflected light imaged by the reflected light imaging lens to be captured in different regions of the same imaging device.
透過光用結像レンズが結像した透過光と反射光用結像レンズが結像した反射光とのクロストークを抑制する遮光部材をさらに備えてもよい。 You may further provide the light-shielding member which suppresses the crosstalk of the transmitted light which the imaging lens for transmitted light imaged, and the reflected light which the imaging lens for reflected light imaged.
対物レンズは、倍率の異なる複数のレンズを有してもよい。外観検査装置は、複数のレンズを切り替える対物レンズ切替部をさらに備えてもよい。透過光用結像レンズと反射光用結像レンズとはそれぞれ、対物レンズ切替部によるレンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備えてもよい。 The objective lens may include a plurality of lenses having different magnifications. The appearance inspection apparatus may further include an objective lens switching unit that switches a plurality of lenses. The transmitted light imaging lens and the reflected light imaging lens may each have a focus adjustment function for adjusting the focal position in conjunction with the lens switching by the objective lens switching unit.
反射光用結像レンズと透過光用結像レンズとはそれぞれ、レンズ切替部による切替と連動して色倍率を調整する色倍率調整機能を備えてもよい。 Each of the reflected light imaging lens and the transmitted light imaging lens may have a color magnification adjustment function for adjusting the color magnification in conjunction with the switching by the lens switching unit.
対物レンズと反射光用結像レンズからなる光学系の光学特性と、対物レンズと透過光用結像レンズからなる光学系の光学特性とは、通過する光の波長λを第1軸、焦点位置シフトsを第2軸とするグラフにおいて、透過光の波長をλg、反射光の波長のλe、dを微分演算子、Tを所定の閾値として、(ds/dλ)λg<T かつ (ds/dλ)λe<Tが成立してもよい。 The optical characteristic of the optical system consisting of the objective lens and the imaging lens for reflected light and the optical characteristic of the optical system consisting of the objective lens and the imaging lens for transmitted light are based on the wavelength λ of the passing light as the first axis and the focal position. In the graph with the shift s as the second axis, the wavelength of transmitted light is λg, the wavelength of reflected light is λe, d is a differential operator, and T is a predetermined threshold, (ds / dλ) λg <T and (ds / dλ) λe <T may be satisfied.
本発明によればフォトマスクの検査を迅速化する技術を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for speeding up the inspection of a photomask.
本発明の実施の形態に係る外観検査装置の概要を述べる。実施の形態に係る外観検査装置は、液晶や有機EL等のフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられるフォトマスクの欠陥検査、特に中−大型フォトマスクの検査に好適に用いられる。実施の形態に係る外観検査装置は、フォトマスクを透過させるための透過光と、フォトマスクで反射させるための反射光とをフォトマスクに対して同時に射出し、フォトマスクの透過光と反射光とを同一の撮像素子の異なる領域で同時に撮像する。これにより、フォトマスクの透過光では撮像されにくい欠陥や、フォトマスクの透過光を撮像した画像では欠陥か否かを判別しづらい欠陥を、反射光を撮像した画像から検査することが容易となる。特に、実施の形態に係る外観検査装置は、一度の撮像でフォトマスクの透過光と反射光とを画像化できるため、フォトマスクの外観検査の迅速化に資する。 An outline of an appearance inspection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The appearance inspection apparatus according to the embodiment is preferably used for defect inspection of a photomask used in a manufacturing process of a flat panel display such as a liquid crystal or an organic EL, particularly for inspection of a medium-large photomask. An appearance inspection apparatus according to an embodiment simultaneously emits transmitted light for transmitting through a photomask and reflected light for reflecting by the photomask to the photomask, and transmits the transmitted light and reflected light of the photomask. Are simultaneously imaged in different regions of the same image sensor. This makes it easy to inspect defects that are difficult to image with the transmitted light of the photomask, or defects that are difficult to determine whether the image is imaged with the transmitted light of the photomask, from the image captured with the reflected light. . In particular, the appearance inspection apparatus according to the embodiment can image the transmitted light and reflected light of the photomask with a single imaging, which contributes to speeding up the appearance inspection of the photomask.
図1は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置100の内部構成を模式的に示す図であり、特にイメージングヘッド部の光学系を示す模式図である。実施の形態に係る外観検査装置100は、透過照明光源10、反射照明光源12、フォトマスク14、第1の対物レンズ16a、第2の対物レンズ16b、対物レンズ切替部18、分光部20、透過光用結像レンズ26a、反射光用結像レンズ26b、撮像部28、反射照明視野絞り30、コリメータレンズ32、遮光部材34、1/4波長板36、及び光学部材38を備える。分光部20は、第1ダイクロイックミラー22a、第2ダイクロイックミラー22b、及び反射部24を備える。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of an
詳細は後述するが、第1の対物レンズ16aと第2の対物レンズ16bとは倍率が異なるだけで同様の機能を有する。したがって以下本明細書において、第1の対物レンズ16aと第2の対物レンズ16bとを特に区別する場合を除き、単に「対物レンズ16」と総称する。
Although the details will be described later, the first
透過照明光源10は、フォトマスク14を透過させるための光を照射する。透過照明光源10は、例えば波長が435.84[nm]の光である、いわゆるg線を照射する。透過照明光源10は、例えば既知の水銀ランプ光源から得られる光束を波長分離することで実現できる。以下本明細書において、透過照明光源10が照射する光を、単に「g線」と記載することがある。したがって、本明細書において、フォトマスクを透過した透過光はg線となる。
The transmitted
反射照明光源12は、フォトマスク14に保持されたフォトマスクに反射させるための光を照射する。反射照明光源12は、例えば波長が546.07[nm]の光である、いわゆるe線を照射する。反射照明光源12も、透過照明光源10と同様に、例えば既知の水銀ランプ光源から得られる光束を波長分離することで実現できる。以下本明細書において、反射照明光源12が照射する光を、単に「e線」と記載することがある。したがって、本明細書において、フォトマスクで反射された反射光はe線となる。
The reflected
なお、反射照明光源12は、透過照明光源10がg線を照射中にe線を照射する。つまり、透過照明光源10と反射照明光源12とは、それぞれg線とe線とを同時に照射する。
The reflected
対物レンズ16は、透過照明光源10の光軸上において、フォトマスク14を挟んで透過照明光源10と対向する位置に配置される。対物レンズ16は、フォトマスクを透過したg線を平行光に変換する。すなわち、対物レンズ16は無限遠補正光学系を構成するレンズである。
The objective lens 16 is disposed on the optical axis of the transmissive
対物レンズ16はまた、反射照明光源12の光軸上において、フォトマスク14と反射照明光源12との間に配置される。反射照明光源12から照射されたe線は、反射照明視野絞り30及びコリメータレンズ32を通過して平行光に変換され、第1ダイクロイックミラー22aに入射する。第1ダイクロイックミラー22aのうち、e線が入射する面に対して反対側の面には、光学部材38が配置されている。なお第1ダイクロイックミラー22aは、対物レンズを挟んでフォトマスク14の反対側に配置されている。このため、第1ダイクロイックミラー22a及び光学部材38を透過したe線は、対物レンズ16に入射する。
The objective lens 16 is also disposed between the
光学部材38は、偏光ビームスプリッタとダイクロイックフィルタとの機能を合わせ持つ膜である。より具体的には、光学部材38は、反射照明光源12から照射されたe線のうち、S偏光成分を100%反射しP偏光成分を100%透過する偏光ビームスプリッタとして機能する。また、光学部材38は、g線を100%反射するダイクロイックフィルタとしても機能する。第1ダイクロイックミラー22aに入射したe線は、光学部材38の作用によって、全光量の50%であるP偏光成分だけ透過することになる。第1ダイクロイックミラー22aと光学部材38とを合わせると、特定波長での偏光ビームスプリッタ特性を兼ね備えたダイクロイックミラーとなる。
The
図1に示すように、実施の形態に係る外観検査装置100においては、第1ダイクロイックミラー22aと対物レンズ16との間に1/4波長板36が配置されている。このため、第1ダイクロイックミラー22a及び光学部材38を透過したe線(P偏光)は、1/4波長板36を通過することによって円偏光に変換される。
As shown in FIG. 1, in the
1/4波長板36を透過したe線(円偏光)は、対物レンズ16を通過してフォトマスク14が保持するフォトマスク14で反射し、再び対物レンズ16に戻る。フォトマスク14で反射されたe線(円偏光)は対物レンズ16で平行光となり、1/4波長板36を通過することによって直線偏光(S偏光)に変換される。このe線(S偏光)は、偏光ビームスプリッタとしての機能を備える光学部材38で100%反射される。
The e-line (circularly polarized light) transmitted through the quarter-
ここで、透過照明光源10に照射されフォトマスク14を透過し、対物レンズ16によって平行光に変換されたg線は、P偏光成分とS偏光成分との両方の成分を持つ光である。しかしながら、光学部材38はダイクロイックフィルタとしての機能も備えるため、g線を100%反射する。
Here, the g-line irradiated to the transmitted
上述したように、透過照明光源10と反射照明光源12とはそれぞれg線とe線とを同時に照射するため、対物レンズ16を透過した光はg線とe線とが混ざった光となっている。したがって、対物レンズ16を透過し光学部材38で反射された光もg線とe線とが混ざっている。
As described above, since the transmitted
第2ダイクロイックミラー22bは、光学部材38で100%反射された光の光軸上に配置されている。第2ダイクロイックミラー22bは、g線を100%反射、e線を100%透過する。このため、対物レンズ16を透過し光学部材38で反射された光は、第2ダイクロイックミラー22bで、透過光であるg線と反射光であるe線とに分離される。すなわち、第2ダイクロイックミラー22bは、対物レンズ16が変換した平行光を透過光と反射光とに分離する。
The second
反射部24は、第2ダイクロイックミラー22bを透過したe線の光軸上に配置されている。反射部24は例えば通常のミラーであり、第2ダイクロイックミラー22bを透過したe線を100%反射する。
The
透過光用結像レンズ26aは、第2ダイクロイックミラー22bで反射されたg線の光軸上に配置される。透過光用結像レンズ26aは、第2ダイクロイックミラー22bが分離した平行光であるg線を集光し、撮像部28が備える撮像素子にフォトマスク14の透過光を結像させる。また反射光用結像レンズ26bは、反射部24で反射されたe線の光軸上に配置される。反射光用結像レンズ26bは、第2ダイクロイックミラー22bが分離した平行光であるe線を集光し、撮像部28が備える撮像素子にフォトマスク14の反射光を結像させる。詳細は後述するが、透過光用結像レンズ26aと反射光用結像レンズ26bとはともに同様のレンズ構成であり、焦点位置の調整と色倍率の調整とが可能となっている。以下本明細書において、透過光用結像レンズ26aと反射光用結像レンズ26bとを特に区別しない場合は、単に「結像レンズ26」と総称する。
The transmitted
撮像部28は、透過光用結像レンズ26aが結像した透過光と、反射光用結像レンズ26bが結像した反射光とを撮像する。このように、実施の形態に係る外観検査装置100は、フォトマスク14の透過光と反射光とを同時に撮像することができる。これにより、フォトマスク14の欠陥検査に要する時間を短縮することができる。
The
図2(a)−(b)は、実施の形態に係る外観検査装置100が撮像したフォトマスク14の画像を模式的に示す図である。より具体的に、図2(a)は、フォトマスク14の透過画像を示す模式図であり、図2(b)は、フォトマスク14の反射画像を示す模式図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating an image of the
図2(a)−(b)に示す画像は、ガラス基板200の上に形成されたクロムパターン202を例示している。また図2(a)−(b)において斜線で示す領域はいわゆるハーフトーンマスク204を示す領域である。
The images shown in FIGS. 2A to 2B illustrate the
フォトマスク14上の欠陥には様々な種類が存在するが、代表的な欠陥として「クロム欠陥」、「ピンホール」、「異物」、および「ウォーターマーク」について説明する。
There are various types of defects on the
「クロム欠陥」は、本来あるべきでない場所にクロムが付着している状態を示す。このためクロム欠陥はガラス基板200上、またはハーフトーン上に生じる欠陥である。図2(a)−(b)において、符号206aで示す領域はガラス上のクロム欠陥であり、符号206bで示す領域はハーフトーン上のクロム欠陥である。クロムは金属であるため光を反射する一方で、光の透過を妨げる。このため、図2(a)に示すようにクロム欠陥は透過画像において黒く撮像される。反対に、図2(b)に示すようにクロム欠陥は反射画像において白く撮像される。
“Chromium defects” indicate a state where chromium is attached to a place where it should not be. For this reason, the chromium defect is a defect generated on the
「ピンホール」は、クロムやハーフトーンが微小領域において欠落している状態を示す。本来あるべき場所にクロムやハーフトーンが存在せず、小さな穴となっている状態がピンホールの欠陥である。図2(a)−(b)においては、符号206cで示す領域はクロム上に生じたピンホールであり、符号206dで示す領域はハーフトーン上に生じたピンホールである。ピンホールは光を透過するため、ピンホールにおいて光が反射されるkとはない。このため、図2(a)に示すようにピンホールは透過画像において白く撮像される。反対に、図2(b)に示すようにピンホールは反射画像において黒く撮像される。
“Pinhole” indicates a state in which chrome or halftone is missing in a minute region. A pinhole defect is a state where there is no chrome or halftone in the place where it should be, and it is a small hole. In FIGS. 2A and 2B, the area indicated by
「異物」は、フォトマスク14の構成材料であるガラス、クロム、またはハーフトーン以外の物質であり、例えばフォトマスク14に付着した微細な埃等である。図2(a)−(b)においては、符号206eで示す領域はガラス上の異物である。一方図2(b)において符号206fで示す領域はクロム上の異物である。異物は光を散乱する性質がある。このため図2(a)に示すようにガラス上の異物は透過画像において黒く撮像される。また図2(b)に示すようにガラス上の異物は反射画像においても黒く撮像される。なお、クロムは光を遮断するため、クロム上の異物は透過画像には撮像されない。一方図2(b)に示すようにクロム上の異物は反射画像において黒く撮像される。
The “foreign matter” is a substance other than glass, chromium, or halftone that is a constituent material of the
「ウォーターマーク」は、フォトマスク14の洗浄に用いた液体が乾燥する際に、液体に溶解していた無機物または有機物がフォトマスク14上に堆積した状態を示す。ウォーターマークはガラス上、クロム上、およびハーフトーン上のいずれにも存在しうる。一方で、洗浄に用いた液体はフォトマスク14上の狭い領域、例えばハーフトーン上に凝集することが多く、結果としてウォーターマークはハーフトーン上および一部クロム上にはみ出して存在することが多い。
The “watermark” indicates a state in which an inorganic substance or an organic substance dissolved in the liquid is deposited on the
クロム上に存在するウォーターマークは異物と同様に透過画像には撮像されず、反射画像にのみ写る。またハーフトーン上のウォーターマークは反射画像においても観察しづらい場合がある。一方、クロム上のウォーターマークは反射画像において黒く撮像される。このためクロム上に存在するウォーターマークを観察することにより、オペレータはハーフトーン上にウォーターマークが存在することを推測することができる。 Like a foreign object, a watermark present on chrome is not captured in a transmission image, but appears only in a reflection image. Further, the watermark on the halftone may be difficult to observe even in the reflected image. On the other hand, the watermark on chrome is captured black in the reflected image. Therefore, by observing the watermark present on the chrome, the operator can infer that the watermark exists on the halftone.
図3は、実施の形態に係る外観検査装置100が撮像した画像において、フォトマスク14における欠陥の見え方を表形式で示す図であり、図2(a)−(b)を参照して上述した各欠陥の見え方をまとめた図である。図3において、(白)または(黒)は、それぞれ撮影条件によって白または黒で撮像されることを示している。したがって、撮影条件を変更すると撮像されないか、撮像されてもオペレータには視認しづらいものとなることが多い。
FIG. 3 is a diagram showing the appearance of defects in the
図3に示すように、例えばガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とはともに、透過画像では黒く撮像される。したがって、反射画像を観察するだけではオペレータはガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とを判別することができない。一方、反射画像においてはガラス上のクロム欠陥は白く撮像され、一方ガラス上の異物は黒く撮像される。このため、反射画像と透過画像とを比較することにより、オペレータはガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とを判別することができる。
As shown in FIG. 3, for example, both a chromium defect on glass and a foreign substance on glass are captured black in a transmission image. Therefore, the operator cannot distinguish between the chromium defect on the glass and the foreign material on the glass only by observing the reflection image. On the other hand, in the reflection image, the chromium defect on the glass is imaged white, while the foreign matter on the glass is imaged black. Thus, by comparing the transmitted image and the reflection image, the operator can determine the foreign matter on the glass and chrome defects on glass.
さらに、例えばクロム上の異物やクロム上のウォーターマークは透過画像に撮像されない。したがってオペレータは透過画像を観察するだけでは、クロム上の異物やクロム上のウォーターマークを視認することすらできない。一方クロム上の異物やクロム上のウォーターマークは反射画像上で黒く撮像される。このため透過画像・反射画像での自動検査を行った後オペレータは反射画像を観察することにより、クロム上の異物やクロム上のウォーターマークをはじめて視認することができる。 Further, for example, foreign matters on chrome and watermarks on chrome are not captured in the transmission image. Therefore, the operator cannot even visually recognize the foreign matter on the chrome or the watermark on the chrome simply by observing the transmission image. On the other hand, foreign matters on chrome and watermarks on chrome are imaged black on the reflected image. For this reason, after performing the automatic inspection with the transmission image and the reflection image, the operator can visually recognize the foreign matter on the chromium and the watermark on the chromium for the first time by observing the reflection image.
実施の形態に係る外観検査装置100は反射画像と透過画像とを同時に撮像する。このため実施の形態に係る外観検査装置100によれば、あらためて反射画像を撮像する手間を省略し、より精度の高い欠陥検査のための画像情報を提供することができる。
The
図1の説明に戻る。撮像部28は、例えば既知のTDIセンサ(Time Delay Integrationセンサ)で実現される。実施の形態に係る撮像部28は、撮像素子として6k画素(6000画素)のTDIセンサを備える。いま、TDIセンサにおける1画素のサイズを10.4[μm]とすると、TDIセンサの撮像素子自体のサイズは、10.4[μm]×6000=62.4[mm]となる。撮像素子の電源や冷却機構等を含めると、撮像部28の幅、すなわちTDIセンサの長軸方向の長さは90[mm]程度となる。
Returning to the description of FIG. The
ここで、透過光用結像レンズ26aが結像した透過光と、反射光用結像レンズ26bが結像した反射光とを、それぞれ異なるTDIセンサで撮像する態様も考えられる。仮に、透過光と反射光とを、それぞれ2k画素(2048画素)のTDIセンサを備える2つの撮像部で撮像する場合、2つの撮像部をTDIセンサの長軸方向に並べて配置する必要がある。
Here, a mode in which the transmitted light imaged by the transmitted
2k画素のTDIセンサにおいても1画素のサイズが10.4[μm]とすると、TDIセンサの撮像素子自体のサイズは、10.4[μm]×2048=21.3[mm]となる。このため、撮像素子の冷却機構等を含めると、2kセンサを備える撮像部の幅、すなわちTDIセンサの長軸方向の長さは60[mm]程度となる。結果として、2つの撮像部をTDIセンサの長軸方向に並べて配置すると120[mm]程度の空間を要することになる。 Even in a 2k pixel TDI sensor, if the size of one pixel is 10.4 [μm], the size of the image sensor itself of the TDI sensor is 10.4 [μm] × 2048 = 21.3 [mm]. For this reason, including the cooling mechanism of the image sensor and the like, the width of the image pickup unit including the 2k sensor, that is, the length of the TDI sensor in the long axis direction is about 60 mm. As a result, if two image pickup units are arranged side by side in the long axis direction of the TDI sensor, a space of about 120 [mm] is required.
そこで実施の形態に係る撮像部28は、透過光用結像レンズ26aが結像した透過光と反射光用結像レンズ26bが結像した反射光とを、それぞれ同一の撮像素子の異なる領域で撮像する。これにより、透過光と反射光とを異なる撮像部で撮像する場合と比較して、撮像部28を配置するための空間を小さくすることができる。結果として、外観検査装置100の省スペース化、省電力化、及び軽量化を実現することができる。
Therefore, the
撮像部28は、TDIセンサの一端から2048画素を透過光用の撮像素子として用い、他端から2048画素を反射光用の撮像素子として用いる。このように透過光と反射光とを同一の撮像素子の異なる領域で撮像する場合、各領域では撮像対象としない光線のクロストークが発生する可能性がある。そこで実施の形態に係る外観検査装置100は、透過光用結像レンズ26aが結像した透過光と反射光用結像レンズ26bが結像した反射光とのクロストークを抑制するための遮光部材34を備える。
The
遮光部材34は、撮像部28が備えるTDIセンサの中央部において、透過光用結像レンズ26a及び反射光用結像レンズ26bと、TDIセンサとの間に配置される。遮光部材34は、透過光用の撮像素子に向かう反射光を遮断し、反射光用の撮像素子に向かう透過光を反射するように配置される。結果として撮像部28が備えるTDIセンサ中央に配置された2048画素は撮像に寄与することができなくなる。しかしながら、遮光部材34を配置することにより、透過光用結像レンズ26aが結像した透過光と反射光用結像レンズ26bが結像した反射光とのクロストークを抑制し、撮像部28が撮像する画像を明りょうにすることができる。
The
上述したように、実施の形態に係る対物レンズ16は、互いに倍率が異なる第1の対物レンズ16aと第2の対物レンズ16bとを備える。限定はしないが、一例として、第1の対物レンズ16aの倍率は20.8[倍]であり、第2の対物レンズ16bの倍率は10.4[倍]である。対物レンズ切替部18は例えば既知のレボルバで実現されており、第1の対物レンズ16aと第2の対物レンズ16bとを切り替えることが可能である。
As described above, the objective lens 16 according to the embodiment includes the first
一般に、対物レンズ16の倍率を変更すると、軸上色収差特性も変更される。このため、例えば外観検査装置100のユーザであるオペレータが対物レンズ16を切り替えると、軸上色収差特性が変更されてしまう。そこで透過光用結像レンズ26aと反射光用結像レンズ26bとはそれぞれ、対物レンズ切替部18による対物レンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備える。
Generally, when the magnification of the objective lens 16 is changed, the longitudinal chromatic aberration characteristic is also changed. For this reason, for example, when an operator who is a user of the
図4は、実施の形態に係る結像レンズ26の内部構成を模式的に示す図である。図4に示すように、実施の形態に係る結像レンズ26は、第1レンズ40と第2レンズ42とを含む。第1レンズ40は、対物レンズ16が変換した平行光を結像させるための例えば凸レンズである。また第2レンズ42は、例えば色消しを実現するためのアクロマートレンズである。図4に示すように、結像レンズ26は、光の入射する側から第1レンズ40、第2レンズ42の順序で配置されている。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of the
図4において、結像レンズ26の光の入射する側から第2レンズ42までの距離L1が変更されると、結像レンズ26の焦点位置も変更される。そこで、結像レンズ26は、当該結像レンズ26を通過する光が撮像部28で結像するように、対物レンズ16の倍率に応じて距離L1を変更する。結像レンズ26が調整すべき距離L1は、あらかじめ実験により決定しておけばよい。結像レンズ26は、例えば対物レンズ切替部18であるレボルバの回転に連動して第1レンズ40とが移動するように、図示しない弾性部材やストッパを用いることで焦点調整機能を実現できる。
In FIG. 4, when the distance L1 from the light incident side of the
ここで、透過光用結像レンズ26aと反射光用結像レンズ26bとはともに、同様の第1レンズ40と第2レンズ42とを備える。一般に、結像レンズ26は通過する光の波長によって倍率が異なる倍率色収差という現象が知られている。具体的には、e線はg線と比較してレンズによって屈折されにくい性質がある。このため、同一の被写体を撮像する場合であっても、g線を用いて撮像された画像の方が、e線を用いて撮像された画像と比較して小さく撮像される。
Here, both the transmitted
そこで実施の形態に係る反射光用結像レンズ26bと透過光用結像レンズ26aとはそれぞれ、対物レンズ切替部18による切替と連動して、色倍率を調整する色倍率調機能を備える。図4において、第1レンズ40と第2レンズ42との距離L2が変更されると、結像レンズ26の拡大率も変更される。そこで結像レンズ26は、透過光を用いて撮像された画像と反射光を用いて撮像された画像とが同じ倍率となるように、第1レンズ40と第2レンズ42との距離L2を変更する。結像レンズ26が調整すべき距離L2は、あらかじめ実験により決定しておけばよい。結像レンズ26は、例えば対物レンズ切替部18であるレボルバの回転に連動して第1レンズ40と第2レンズ42とが移動するように、図示しない弾性部材やストッパを用いることで色倍率調整機能を実現できる。
Thus, the reflected
ここで、結像レンズ26の焦点距離も光の波長に依存して異なる。図5は、実施の形態に係る対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系の光学特性を模式的に示す図であり、焦点距離の波長依存性を示すグラフである。図5において横軸は対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系における焦点位置シフトsであり、縦軸は対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系を通過する光の波長λを示す。図5において、g線の波長(およそ436[nm])はλgで示され、e線の波長(およそ546[nm])はλeで示されている。
Here, the focal length of the
図5において、焦点位置シフトsが0のとき対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系の焦点が、撮像部28が備える撮像素子の位置となることを示す。焦点位置シフトsが0より大きくなると、対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系の焦点は撮像部28が備える撮像素子を超えて先で結ぶことを示す。反対に、焦点位置シフトsが0未満となると、対物レンズ16と結像レンズ26とを合わせた系の焦点は撮像部28が備える撮像素子の手前に結ぶことを示す。
In FIG. 5, when the focus position shift s is 0, the focus of the system including the objective lens 16 and the
図5に示すように、g線の焦点位置とe線の焦点位置とは異なる。より具体的には、e線の焦点位置は、g線の焦点位置を超えた先にある。そこで、実施の形態に係る反射光用結像レンズ26bと透過光用結像レンズ26aとは、それぞれを通過する光が撮像部28で結像するように、それぞれの距離L1が調整されている。
As shown in FIG. 5, the focal position of the g line is different from the focal position of the e line. More specifically, the focal position of the e line is beyond the focal position of the g line. Therefore, the distance L1 of the reflected
図6は、実施の形態に係る対物レンズ16の種類と、各レンズの焦点距離及び拡大率を表形式で示す図である。図6に示すように、10.4[倍]の対物レンズ16のg線の焦点距離をa[mm]、結像レンズ26のg線の焦点距離をA[mm]としたとき、g線の拡大率はA/a[倍]となる。ここで、20.8[倍]の対物レンズ16のg線の焦点距離をbは、10.4[倍]の対物レンズ16のg線の焦点距離をa[mm]とは異なる。このため、結像レンズ26のg線の焦点距離がA[mm]とすると、g線の拡大率はA/b[倍]となる。aとbとは異なる値であるから、A/aとA/bも異なる値となる。
FIG. 6 is a table showing the types of the objective lens 16 according to the embodiment and the focal lengths and magnifications of the respective lenses in a tabular format. As shown in FIG. 6, when the focal length of the 10.4 [times] objective lens 16 is a [mm] and the focal length of the
そこで図4における距離L2を変更し、結像レンズ26のg線の焦点距離をA’=A×b/aに変更する。これによりA/aとA’/bとが同じ倍率となる。e線についても同様である。このように、図6に示す表の構成要素をあらかじめ実験により決定して外観検査装置100を設計することにより、対物レンズ16の倍率変更や画像形成に用いる光の波長の違いに起因する光学特性を吸収し、欠陥検査のしやすい画像を提供することができる。
Therefore, the distance L2 in FIG. 4 is changed, and the focal length of the g-line of the
以上説明したように、実施の形態に係る外観検査装置100によれば、フォトマスク14の検査を迅速化することができる。特に、フォトマスク14の透過画像と反射画像とを同時にオペレータに提供できるため、フォトマスク14の欠陥検査の精度を向上することができる。さらに、フォトマスク14の透過画像と反射画像とを同一の撮像素子で撮像することにより、外観検査装置100のイメージングヘッド部の小型化及び軽量化を実現できる。
As described above, according to the
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下そのような変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. . Such modifications will be described below.
(第1の変形例)
図7は、実施の形態の第1の変形例に係る外観検査装置102の内部構成を模式的に示すであり、特にイメージングヘッド部の光学系を示す模式図である。第1の変形例に係る外観検査装置100は、透過照明光源10、反射照明光源12、フォトマスク14、第1の対物レンズ16a、第2の対物レンズ16b、対物レンズ切替部18、分光部20、透過光用結像レンズ26a、反射光用結像レンズ26b、撮像部28、反射照明視野絞り30、及びコリメータレンズ32を備える。分光部20は、第1ダイクロイックミラー22a、第2ダイクロイックミラー22b、及び反射部24を備える。以下第1の変形例に係る外観検査装置102において、実施の形態に係る外観検査装置00と重複する部分については。適宜省略または簡略化して説明する。
(First modification)
FIG. 7 is a schematic diagram showing an internal configuration of the
第1の変形例に係る外観検査装置102は、実施の形態に係る外観検査装置100とは異なり、1/4波長板36及び光学部材38を備えていない。その代わり、第1の変形例に係る第1ダイクロイックミラー22aは、g線を100%反射、e線を50%反射/50%通過する。第2ダイクロイックミラー22b及び反射部24は、それぞれ実施の形態に係る第2ダイクロイックミラー22b及び反射部24と同様である。
Unlike the
このため、反射照明光源12から照射されたe線は、第1ダイクロイックミラー22aにおいて50%透過し、対物レンズ16を通過してフォトマスク14で反射される。フォトマスク14で反射されたe線は、再び対物レンズ16を通過して第1ダイクロイックミラー22aに到達する。第1ダイクロイックミラー22aに到達したe線は、第1ダイクロイックミラー22aでさらに50%だけ反射され、第2ダイクロイックミラー22bに向かう。
For this reason, the e-line irradiated from the reflected
このように、第1の変形例に係る外観検査装置102においては、反射照明光源12から照射されたe線のうち、撮像部28に到達するe線は25%となる。これは、実施の形態に係る外観検査装置100の場合は、撮像部28に到達するe線が50%であるのと比較すると効率は低下することになる。しかしながら、第1の変形例に係る外観検査装置は1/4波長板36及び光学部材38が不要となるため、製造コストを抑えることができる。また、撮像部28はe線の方がg線と比較して受光感度が高いため、撮像部28に到達するe線の線量低下を補うこともできる。
As described above, in the
(第2の変形例)
上記の説明では、分光部20において、第1ダイクロイックミラー22a、第2ダイクロイックミラー22b、及び反射部24が分離して存在する場合につて説明した。これに代えて、第1ダイクロイックミラー22a、第2ダイクロイックミラー22b、及び反射部24を一体にして分光部20を形成してもよい。
(Second modification)
In the above description, the case where the first
図8は、第2の変形例に係る分光部21の断面を模式的に示す図である。第2の変形例に係る分光部21は、三角プリズム44a、第1ロンボイドプリズム44b、第2ロンボイドプリズム44c、光学部材38、及びダイクロイックフィルタ46を備える。図8に示すように、第2の変形例に係る分光部21は、三角プリズム44aと第1ロンボイドプリズム44bとで光学部材38を固定しており、また第1ロンボイドプリズム44bと第2ロンボイドプリズム44cとでダイクロイックフィルタ46を固定している。このように構成部材を一体形成することにより、各部材が分離している場合と比較して、分光部21の光軸のずれを抑制することが可能となる。また、平行光が通過する領域の多くが屈折率の高いガラスで満たされるため、像面湾曲を抑制することもできる。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a cross section of the
(第3の変形例)
上記では、結像レンズ26の焦点距離の波長依存性が図5に示すグラフの場合について説明した。図5に示すグラフは、透過光の波長をλgにおける焦点位置シフトsの変化率、すなわち(ds/dλ)λgがほぼ0である。同様に、反射光の波長のλeにおける焦点位置シフトsの変化率、すなわち(ds/dλ)λeもほぼ0である。この場合、透過照明光源10が照射する光の波長がλgを中心として多少振れ幅があったとしても、その焦点距離fgはほぼ変わらないことを意味する。同様に、反射照明光源12が照射する光の波長がλeを中心として多少の振れ幅があったとしても、その焦点距離feはほぼ変わらないことも意味する。
(Third Modification)
In the above description, the case where the wavelength dependency of the focal length of the
一般に、レンズ群から構成される系の光学特性は、系を構成する各レンズの屈折率やアッベ数によって決まる。このため、対物レンズ16と結像レンズ26との組み合わせによっては、図5に示すような光学特性を実現することが難しい場合もあり得る。
In general, the optical characteristics of a system composed of lens groups are determined by the refractive index and Abbe number of each lens constituting the system. Therefore, depending on the combination of the objective lens 16 and the
そこで第3の変形例に係る外観検査装置において、対物レンズ16と結像レンズ26との系は、当該系を通過する光の波長λを第1軸、焦点位置シフトsを第2軸とするグラフにおいて、
(ds/dλ)λg<T かつ (ds/dλ)λe<T (1)
が成立するような光学特性を備える。ここで、λgは透過光の波長、λeは反射光の波長、dは微分演算子、Tを所定の閾値である。
Therefore, in the visual inspection apparatus according to the third modification, the system of the objective lens 16 and the
( Ds / dλ) λg <T and (ds / dλ) λe <T (1)
It has an optical characteristic that holds. Here, λg is the wavelength of transmitted light, λe is the wavelength of reflected light, d is a differential operator, and T is a predetermined threshold.
図8は、第3の変形例に係る結像レンズ26の光学特性を模式的に示す図である。図9に示すように、第3の変形例に係る結像レンズ26も、実施の形態に係る結像レンズ26と同様に、透過光の波長をλgにおける焦点距離の変化率、すなわち(ds/dλ)λgがほぼ0である。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating optical characteristics of the
一方、第3の変形例に係る結像レンズ26は、図9に示すように、実施の形態に係る外観検査装置100とは異なり、反射光の波長のλeにおける焦点位置シフトsの変化率の絶対値が0より大きな値を持つ。このため反射照明光源12が照射する光の波長がλeを中心として多少の振れ幅があると、波長によって焦点feの位置に多少の誤差が生じることになる。しかしながら、式(1)に示すように(ds/dλ)λeが所定の閾値T未満であれば、焦点feの誤差は無視できる範囲となる。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the
したがって、「所定の閾値T」とは、光源の波長帯行きに幅があることに起因する結像レンズ26の焦点距離fの誤差が許容範囲にあるか否かを決定するための基準閾値である。閾値Tの値は、透過照明光源10または反射照明光源12の帯域幅と、外観検査装置100の検査対象の大きさ等を考慮して実験により定めればよい。本願の発明者の実験によると、第3の変形例に係る外観検査装置では、閾値Tの値は5000〜8000程度、より好ましくは6000〜7000程度、さらに好ましくは6670程度とすればよいことが分かった。
Therefore, the “predetermined threshold value T” is a reference threshold value for determining whether or not the error in the focal length f of the
このように、第3の変形例に係る結像レンズ26は、実施の形態に係る結像レンズ26と比較して、光学設計が容易となる点で効果がある。
As described above, the
(第4の変形例)
上記では、色倍率の調整機能を結像レンズ26のレンズ構成で実現する場合について説明した。これに代えて、色倍率の調整は画像処理によって実現してもよい。これは例えば図示しない画像処理プロセッサを設け、対物レンズ16の倍率と光の波長とを示す情報をもとに、撮像部28が撮像した画像を拡大/縮小することで実現できる。画像の拡大/縮小は、既知のバイリニア、バイキュービック、スプライン補間アルゴリズムあるいは線形補間アルゴリズムを用いればよい。これにより結像レンズ26のレンズ構成を簡素化でき、光学系全体としてのロバスト性を向上することができる。
(Fourth modification)
The case where the color magnification adjustment function is realized by the lens configuration of the
10 透過照明光源、 12 反射照明光源、 14 フォトマスク、 16 対物レンズ、 16a 第1の対物レンズ、 16b 第2の対物レンズ、 18 対物レンズ切替部、 20,21 分光部、 22a 第1ダイクロイックミラー、 22b 第2ダイクロイックミラー、 24 反射部、 26 結像レンズ、 26a 透過光用結像レンズ、 26b 反射光用結像レンズ、 28 撮像部、 32 コリメータレンズ、 34 遮光部材、 36 1/4波長板、 38 光学部材、 40 第1レンズ、 42 第2レンズ、 44a 三角プリズム、 44b 第1ロンボイドプリズム、 44c 第2ロンボイドプリズム、 46 ダイクロイックフィルタ、 100,102 外観検査装置、 200 ガラス基板、 202 クロムパターン、 204 ハーフトーンマスク。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フォトマスクに反射させる光を、前記透過照明光源の照射中に照射する反射照明光源と、
前記フォトマスクを透過した透過光と前記フォトマスクで反射した反射光とを平行光に変換する対物レンズと、
前記対物レンズが変換した平行光を、透過光と反射光とに分離する分光部と、
前記分光部が分離した透過光を結像する透過光用結像レンズと、
前記分光部が分離した反射光を結像する反射光用結像レンズと、
前記透過光用結像レンズが結像した透過光と、前記反射光用結像レンズが結像した反射光とを撮像する撮像部とを備え、
前記透過光の波長と前記反射光の波長は互いに異なり、
前記分光部は第1のダイクロイックミラー及び第2のダイクロイックミラーを備え、前記第1のダイクロイックミラーの前記反射照明光源が照射した前記フォトマスクに反射させるための光が入射する面に対して反対側の面に光学部材が配置され、
前記光学部材は前記フォトマスクで反射した反射光及び前記反射照明光源が照射した前記フォトマスクに反射させるための光に対して偏光ビームスプリッタとして機能し、かつ、前記透過光を100%反射するダイクロイックフィルタとして機能し、
前記光学部材は前記反射光を反射するとともに前記透過光を反射し、
前記第2のダイクロイックミラーで前記光学部材により反射された前記透過光と前記フォトマスクで反射した反射光を分離する、
前記対物レンズと前記分光部の前記ダイクロイックミラーとの間に1/4波長板が配置される外観検査装置。 A transmission illumination light source for irradiating light that passes through the photomask;
A reflected illumination light source for irradiating light reflected on the photomask during irradiation of the transmitted illumination light source;
An objective lens for converting the transmitted light transmitted through the photomask and the reflected light reflected by the photomask into parallel light;
A spectroscopic unit for separating the parallel light converted by the objective lens into transmitted light and reflected light;
An imaging lens for transmitted light that images the transmitted light separated by the spectroscopic unit;
A reflected light imaging lens that forms an image of the reflected light separated by the spectroscopic unit;
An imaging unit that images the transmitted light imaged by the transmitted light imaging lens and the reflected light imaged by the reflected light imaging lens;
The wavelength of the transmitted light and the wavelength of the reflected light are different from each other,
The spectroscopic unit includes a first dichroic mirror and a second dichroic mirror, and is opposite to a surface on which light to be reflected by the reflected illumination light source of the first dichroic mirror is incident. An optical member is arranged on the surface of
The optical member functions as a polarization beam splitter for the reflected light reflected by the photomask and the light reflected by the reflected illumination light source , and reflects the transmitted light by 100%. Function as a filter,
The optical member reflects the reflected light and reflects the transmitted light;
Separating the transmitted light reflected by the optical member by the second dichroic mirror and the reflected light reflected by the photomask ;
An appearance inspection apparatus in which a quarter-wave plate is disposed between the objective lens and the dichroic mirror of the spectroscopic unit.
前記外観検査装置は、前記複数のレンズを切り替える対物レンズ切替部をさらに備え、
前記透過光用結像レンズと前記反射光用結像レンズとはそれぞれ、前記対物レンズ切替部によるレンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備える請求項1から3のいずれか一項に記載の外観検査装置。 The objective lens has a plurality of lenses with different magnifications,
The appearance inspection apparatus further includes an objective lens switching unit that switches the plurality of lenses,
4. The transmitted light imaging lens and the reflected light imaging lens each include a focus adjustment function for adjusting a focal position in conjunction with lens switching by the objective lens switching unit. An appearance inspection apparatus according to claim 1.
(ds/dλ)λg<T かつ (ds/dλ)λe<T
が成立する請求項1から5のいずれかに記載の外観検査装置。
The optical characteristic of the optical system consisting of the objective lens and the reflected light imaging lens and the optical characteristic of the optical system consisting of the objective lens and the transmitted light imaging lens are obtained by setting the wavelength λ of the passing light to the first wavelength λ. In the graph with the axis and focal position shift s as the second axis, the wavelength of the transmitted light is λg, the wavelengths of the reflected light are λe and d are differential operators, and T is a predetermined threshold value.
( Ds / dλ) λg <T and (ds / dλ) λe <T
The appearance inspection apparatus according to claim 1, wherein:
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