JP2002040329A - コンフォーカル顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンフォーカル光学系によって試料の反射像と
透過像とが高い相関関係で同時に得られるコンフォーカ
ル顕微鏡を提供する。 【解決手段】レーザ３１からのレーザビームを走査ミラ
ー３５によりＸ方向に偏向した後、第１の対物レンズ３
８でスポットとして試料３９に投射し、試料を透過した
レーザビームを第２の対物レンズ４１で収束し、その結
像面に配置されたミラー４４で反射させて試料に戻す。
試料で反射されるレーザビームを走査ミラーでデスキャ
ンした後、反射光受光素子４６に結像させる。試料に戻
されて透過したレーザビームを走査ミラーでデスキャン
した後、透過光受光素子４８に結像させる。これらの受
光素子４６、４８を、第１の対物レンズ３８に対してレ
ーザ３１と共役な位置に配置してコンフォーカル光学系
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンフォーカル顕微
鏡、特に、フォトマスクのような試料の反射像と透過像
とを同時に得ることができるコンフォーカル顕微鏡に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来フォトマスクの欠陥を検査する装置
として、フォトマスクの反射像と透過像とを同時に得る
ようにした装置が提案されている。すなわち、図１に示
すように、レーザ１から放射されるレーザビームを、音
響−光学偏向装置２に入射させてレーザビームを１方向
に高速で偏向し、この偏向されたレーザビームを偏光ビ
ームスプリッタ３の偏光面で反射させ、１／４波長板４
を透過させた後、対物レンズ５によってフォトマスク６
に投射し、フォトマスクで反射されたレーザビームを再
び対物レンズ５で収束し、１／４波長板４を経て偏光ビ
ームスプリッタ３に入射させている。このレーザビーム
は、１／４波長板４を２回透過したものであるので、そ
の偏向面は９０°回転されており、したがって偏光ビー
ムスプリッタ３の偏光面を透過する。このように偏光ビ
ームスプリッタ３の偏光面を透過したレーザビームを第
１の受光素子７で受光することによって、フォトマスク
６の反射像を表す第１の画像信号が得られる。一方、フ
ォトマスク６を透過したレーザビームは、第２の受光素
子８で受光され、フォトマスクの透過像を表す第２の画
像信号が得られる。また、フォトマスク６を載置するス
テージ９を音響−光学偏向装置２の偏向方向と直交する
方向に駆動することにより、フォトマスクの全面を順次
に観察することができる。このようにして得られる反射
像と透過像とを画像処理することによって、反射像およ
び透過像の一方を画像処理する場合に比べて、より高い
感度および精度でフォトマスク６に存在する異物や傷、
パターンの欠損や余分なパターンの付着などの欠陥を検
出することができる。

【０００３】一方、本願人はすでにコンフォーカル光学
系を採用したレーザ顕微鏡を提案しており、その基本的
な構成は、例えば特公平４−３８３２５号公報に記載さ
れている。この従来のコンフォーカル顕微鏡は、図２に
示すような構成を採っている。すなわち、レーザ光源１
１から放射されるレーザビームをビームエキスパンダ１
２によって直径の大きな光束として音響−光学偏向装置
１３に入射させる。この音響−光学偏向装置１３をテレ
ビジョンの水平同期信号と関連した所定の周期で駆動さ
せてレーザビームを主走査方向（水平走査方向）に偏向
するようにしている。このようにして偏向されたレーザ
ビームを、偏向方向にのみ屈折作用を有するシリンドリ
カルレンズ１４に入射させた後、リレーレンズ１５に入
射させて輝線Ａを形成する。この輝線Ａを構成するレー
ザビームをリレーレンズ１６を経て偏光ビームスプリッ
タ１７に入射させ、この偏光ビームスプリッタの偏光面
で反射されたレーザビームを、振動ミラーを有する走査
ミラー１８に入射させる。この走査ミラー１８を、テレ
ビジョンの垂直走査に同期して駆動し、レーザビームを
前記主走査方向と直交する副走査方向（垂直走査方向）
に偏向し、さらにリレーレンズ１９に入射させる。した
がって、このリレーレンズ１９によってレーザビームに
よるラスタＢが形成される。このラスタＢの像を１／４
波長板２０および対物レンズ２１を経て試料２２に結像
し、これによって試料面をラスタ走査するようにしてい
る。

【０００４】試料２２で反射されたレーザビームを対物
レンズ２１、１／４波長板２０、リレーレンズ１９、走
査ミラー１８を経て偏光ビームスプリッタ１７に入射さ
せる。ここで、走査ミラー１８を通ることによって副走
査方向の偏向は相殺されてなくなる（すなわちデスキャ
ンされる）。また、１／４波長板２０を２度通ることに
よりレーザビームの偏光面は９０°回転するので、偏光
ビームスプリッタ１７の偏光面を透過することになる。
このようにして偏光ビームスプリッタ１７を透過したレ
ーザビームを結像レンズ２３によって予定焦点面に配置
された１次元イメージセンサアレイ２４に収束させ、こ
の１次元イメージセンサアレイから試料２２の反射像を
表す画像信号を得るようにしている。ここで、輝線Ａと
ラスタＢとは共役であるとともにラスタＢと試料２２上
に形成されるラスタも共役であり、さらにラスタＢとイ
メージセンサアレイ２４とが共役であるので、コンフォ
ーカル光学系が構成されている。

【０００５】このようなコンフォーカル顕微鏡を用いる
ことによって、試料の反射像をきわめて高い分解能で得
ることができ、したがってこのように高い分解能を有す
るコンフォーカル光学系を、図１に示したようなフォト
マスクの反射像のみでなく、透過像も取り出すようにし
たフォトマスク検査装置に適用することによって、高い
感度および精度を有するとともに高い分解能を有するき
わめて有効なフォトマスク検査装置を提供できる可能性
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示したようにフォトマスクの反射像と透過像とを同時に
得ることができるフォトマスク検査装置に、図２に示し
たコンフォーカル光学系を適用しようとする場合には、
フォトマスクで反射されたレーザビームは、入射レーザ
ビームを偏向する偏向装置に反対方向に通すことによっ
てデスキャンすることができるが、フォトマスクを透過
したレーザビームをデスキャンするためには偏向装置を
別個に設ける必要がある。しかしながら、フォトマスク
で反射されるレーザビームと、フォトマスクを透過する
レーザビームとをこれらの偏向装置で同期してデスキャ
ンするためには、これらの偏向装置を完全に同期して動
作させることはきわめて難しい。

【０００７】また、上述した２台の偏向装置を完全に同
期して駆動できたとしても、反射像と透過像とを正確に
相関させるためには、フォトマスクで反射されるレーザ
ビームの光軸と、フォトマスクを透過するレーザビーム
の光軸とを一致させる必要があるが、この光軸調整は非
常に困難である。フォトマスクで反射されるレーザビー
ムの光軸とフォトマスクを透過したレーザビームの光軸
との間にずれがあると、反射像と透過像との相関関係が
くずれてしまい、有用な画像情報を得ることできず、そ
の結果としてフォトマスクの欠陥を精度良く検出するこ
とができなくなる問題がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は、試料の反射
像と透過像とを同時に得ることができる顕微鏡にコンフ
ォーカル光学系を適用し、反射像と透過像とのデスキャ
ンを完全に同期して行うことができ、しかも光軸調整を
容易かつ正確に行うことができ、その結果として良好な
相関関係を有する反射像と透過像とを同時に得ることが
できるコンフォーカル顕微鏡を提供しようとするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のコンフォーカル
顕微鏡は、少なくとも１本の光ビームを発する光源手段
と、この光源手段からの光ビームを少なくとも１方向に
偏向する偏向手段と、この偏向手段によって偏向された
光ビームをスポットとして試料に投射する第１の対物レ
ンズと、この試料を透過した光ビームを収束する第２の
対物レンズと、この第２の対物レンズの結像面に配置さ
れた反射部材と、前記第１の対物レンズで試料に投射さ
れ、試料から反射された後、前記偏向手段で偏向される
第１の光ビームと、前記反射部材で反射され、前記第２
の対物レンズによって試料上に再びスポットとして投射
され、試料を透過後、前記第１の対物レンズで収束さ
れ、前記偏向手段によって偏向される第２の光ビームと
を受け、これら第１および第２の光を分離する光分割手
段と、前記第１の対物レンズに対して前記光源手段と共
役な位置に配置され、前記光分割手段で分割された第１
の光ビームを受けて、試料の反射像を表す第１の画像信
号を出力する第１の受光手段と、前記第１の対物レンズ
に対して前記光源手段と共役な位置に配置され、前記光
分割手段で分割された第２の光ビームを受けて、試料の
透過像を表す第２の画像信号を出力する第２の受光手段
と、を具えることを特徴とするものである。

【００１０】このような本発明によるコンフォーカル顕
微鏡の好適な実施例においては、前記光源手段に、直線
偏向された光ビームを放射するレーザを設け、前記光分
割手段に、前記第２の対物レンズと前記反射手段との間
に配置された１／４波長板と、前記レーザと前記偏向手
段との間に配置された偏向ビームスプリッタと、この偏
光ビームスプリッタと前記レーザとの間に配置された無
偏向ビームスプリッタと、この無偏光ビームスプリッタ
と前記レーザとの間に配置された１／２波長板とを設け
る。

【００１１】また、本発明によるコンフォーカル顕微鏡
においては、前記偏向手段を、光ビームを第１の方向に
偏向する１次元スキャナで構成し、前記試料を載置する
ステージと、このステージを前記第１の方向と直交する
第２の方向に移動させる駆動手段とを設けるのが好適で
ある。

【００１２】さらに、本発明によるコンフォーカル顕微
鏡においては、例えばフォトマスク検査装置に適用した
場合、フォトマスクの欠陥を効率よく検査するために、
マルチビーム方式とすることができる。この場合には、
前記光源手段を、前記１次元スキャナの偏向方向である
第１の方向と直交し、前記ステージの駆動方向である第
２の方向に分離した複数の光ビームを放射するように構
成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図３は、本発明によるコンフォー
カル顕微鏡の一実施例の構成を示す線図である。本例の
コンフォーカル顕微鏡はフォトマスクの欠陥検査装置に
適用したものであるが、本発明はこのような用途にのみ
限定されるものではない。レーザ３１から放射される直
線偏光されたレーザビームを、１／２波長板３２、無偏
光ビームスプリッタ３３および偏光ビームスプリッタ３
４を経て、レーザビームを１次元方向に偏向する走査ミ
ラー３５へ入射させる。この走査ミラー３５による走査
方向を主走査方向Ｘとする。

【００１４】走査ミラー３５で主走査方向Ｘに偏向され
たレーザビームを、リレーレンズ３６および１／４波長
板３７を経て第１の対物レンズ３８へ入射させて収束さ
せ、試料であるフォトマスク３９上へスポットとして投
射する。このフォトマスク３９は、ステージ４０上に載
置され、このステージを、走査ミラー３５の主走査方向
Ｘと直交する副走査方向Ｙに駆動する。ここまでの構成
は、基本的には通常のコンフォーカル顕微鏡の構成と同
様である。

【００１５】本発明においては、ステージ４０の裏面側
に第２の対物レンズ４１を設け、フォトマスク３９を透
過したレーザビームを収束し、１／４波長板４２および
リレーレンズ４３を経てミラー４４へ入射させる。この
リレーレンズ４３は、ミラー４４へ平行光を入射させる
作用を有しており、したがってミラーで反射されたレー
ザビームは元の光路を辿り、リレーレンズ４３、１／４
波長板４２および第２の対物レンズ４１を経てフォトマ
スク４０の同一位置に入射される。

【００１６】上述したように第１の対物レンズ３８から
フォトマスク３９へ投射され、フォトマスクで反射され
たレーザビームは、第１の対物レンズ３８で収束され、
１／４波長板３７、リレーレンズ３６を経て走査ミラー
３５に入射され、ここでデスキャンされる。このように
デスキャンされたレーザビームは、偏光ビームスプリッ
タ３４に入射するが、このレーザビームは、１／４波長
板３７を２度透過しているので、偏光面は９０°回転さ
れ、したがって偏光ビームスプリッタ３４の偏光面で反
射される。このように、フォトマスク３９で反射された
レーザビームは偏光ビームスプリッタ３４で反射され、
リレーレンズ４５を経て反射光受光素子４６に入射す
る。この反射光受光素子４６は、第１の対物レンズ３８
に関してレーザ３１と共役となっているので、コンフォ
ーカル光学系が構成され、受光素子にはフォトマスクの
スポット像が結像されることになり、フレアがない高い
分解能の反射像が得られる。

【００１７】一方、第１の対物レンズ３８でフォトマス
ク３９に投射され、フォトマスクを透過した後、ミラー
４４で反射され、再びフォトマスクに投射され、これを
透過したレーザビームは、第１の対物レンズ３８によっ
て収束され、１／４波長板３７およびリレーレンズ３６
を経て走査ミラー３５に入射され、デスキャンされる。
本発明では、このようにフォトマスク３９を透過したレ
ーザビームは、フォトマスクで反射されたレーザビーム
と全く同じ光路を辿るので、反射光と透過光との間に光
軸のずれは生じない。また、反射光も透過光も同じ走査
ミラー３５でデスキャンされるので、反射像と透過像と
の間の完全な相関関係が得られることになる。

【００１８】走査ミラー３５でデスキャンされた透過レ
ーザビームは、１／４波長板を４回透過したものである
ので、偏光ビームスプリッタ３４の偏光面を透過し、無
偏光ビームスプリッタ３３で一部分の進路が変えられ、
リレーレンズ４７を経て透過光受光素子４８へ入射す
る。この透過光受光素子４８は、第１の対物レンズ３８
に関してレーザ３１と共役の位置に配置されており、コ
ンフォーカル光学系を構成しており、フレアがなく、高
い分解能を持った透過像を得ることができる。

【００１９】上述したように、透過光受光素子４８で受
光するレーザビームは、フォトマスク３９の同じ位置を
２度透過しているので、その光量の変化はこの部分の透
過率の２乗となり、きわめてコントラストの高い透過像
を得ることができる。これにより、コンフォーカル光学
系が本来持っている高いコントラストと相俟ってきわめ
てコントラストの高い透過像を得ることができ、半透明
な異物などのコントラストの低い欠陥がフォトマスクに
存在していても、これを容易に検出することができる。
勿論、本発明では、フォトマスクの透過像と高い相関関
係を有するフォトマスクの反射像を同時に得ることがで
きるので、これら透過像および反射像の相関処理を行う
ことによって欠陥を高精度で検出することができる。

【００２０】反射光受光素子４６から出力されるフォト
マスク３９の反射像を表す第１の画像信号と、透過光受
光素子４８から出力されるフォトマスクの透過像を表す
第２の画像信号とを画像処理回路４９へ供給する。この
画像処理回路４９では、これら第１および第２の画像信
号を別々に処理して、フォトマスクの反射像および透過
像をそれぞれモニタ５０および５１上に表示すると共
に、反射像と透過像との相関処理を施すことによってフ
ォトマスク上の欠陥を検出し、これを何れか一方または
双方のモニタ上に表示する。このように、本発明による
コンフォーカル顕微鏡をフォトマスク検査装置に適用し
た場合には、フォトマスクの反射像と透過像との相関処
理を行うことによって正常なパターンと異物との差異の
判定を正確に行うことができる。

【００２１】さらに画像処理回路４９の動作を制御する
制御回路５２を設け、フォトマスク３９の欠陥検出動作
を制御する。さらに、この制御回路５２によって、走査
ミラー３５の駆動を制御するミラー制御回路５３の動作
およびフォトマスク３９を載置するステージ４０を駆動
するステージ駆動回路５４の動作をも制御する。

【００２２】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、レーザ３１から１本のレーザ
ビームを発生させ、これをフォトマスク３９へ投射する
ようにしたが、レーザから放射されるレーザビームを回
折格子へ入射させて主走査方向Ｘへ分離された複数本の
レーザビームを取り出し、これを走査ミラー３５によっ
て同時に主走査方向Ｘへ偏向させ、このように偏向され
た複数のレーザビームを第１の対物レンズ３８によって
フォトマスク３９へ同時に投射するように構成すること
もできる。本発明においては、反射像を得るための光路
と、透過像を得るための光路とが共通となっているの
で、上述したようにマルチビーム化することも容易とな
る。

【００２３】さらに、上述した実施例においては、偏向
手段として反射ミラーを回転させるタイプの走査ミラー
を用いたが、反射ミラーを振動させるなどの他の既知の
走査手段を用いることもできる。さらに、試料であるフ
ォトマスクを透過したレーザビームをミラーによって反
射させるようにしたが、コーナーキューブやインミラー
レンズなどを用いることもできる。また、上述した実施
例では、本発明によるコンフォーカル顕微鏡をフォトマ
スク検査装置へ適用したが、本発明によるコンフォーカ
ル顕微鏡はフォトマスク以外の光学的な検査装置に適用
することができると共に、検査装置以外の画像処理装置
にも適用することができる。

【００２４】上述したように、本発明によるコンフォー
カル顕微鏡においては、試料の反射光と透過光が同一の
光路上を通るので、照明側の光軸と、試料と透過側の光
軸とのずれが発生しない。その結果、光軸調整が容易と
なり、安定したコンフォーカル顕微鏡を提供することが
できる。また、反射像と透過像とが同時に得られるの
で、これらの画像の相関処理によって、正常なパターン
と異物などの欠陥との判別を正確に行うことができる。
さらに、これら反射像および透過像は、コンフォーカル
光学系によって得られたものであるので、フレアがな
く、高い分解能を有するものとなる。また、透過像を構
成する光ビームは、試料の同じ位置を２度透過したもの
であるので、その光量変化は、試料の透過率の２乗にな
り、半透明な異物のようにコントラストが低い欠陥に対
しても高い画像信号強度が得られる。以上の総合的な効
果として、従来のフォトマスク検査装置と比較して、同
じ波長の光および同じＮＡの対物レンズを使用した場
合、きわめて高い欠陥検査感度が得られる。また、マル
チビーム化することが容易であるので、高速の欠陥検査
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、反射像の外に透過像も得ることがで
きる従来のフォトマスク検査装置の構成を示す線図であ
る。

【図２】 図２は、従来のコンフォーカル顕微鏡の構成
を示す線図である。

【図３】 図３は、フォトマスク検査装置に適用した本
発明によるコンフォーカル顕微鏡の一実施例の構成を示
す線図である。

【符号の説明】

３１ レーザ、 ３２ １／２波長板、 ３３ 無偏光
ビームスプリッタ、 ３４ 偏光ビームスプリッタ、
３５ 走査ミラー、 ３６ リレーレンズ、 ３７ １
／４波長板、 ３８ 第１の対物レンズ、 ３９ フォ
トマスク、 ４０ステージ、 ４１ 第２の対物レン
ズ、 ４２ １／４波長板、 ４３ リレーレンズ、
４４ ミラー、 ４５ リレーレンズ、 ４６ 反射光
受光素子、４７ リレーレンズ、 ４８ 透過光受光素
子、 ４９ 画像処理回路、 ５０、 ５１ モニタ、
５２ 制御回路、 ５３ 走査ミラー駆動回路、 ５
４ステージ駆動回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB02 BB29 CC18 GG04 JJ01 JJ05 LL04 LL35 LL36 LL37 LL46 MM03 MM16 MM26 MM28 PP24 QQ21 QQ32 SS13 UU07 2H052 AA08 AB24 AC04 AC05 AC15 AC27 AC34 AD19 AF13 AF14 AF25 2H095 BD04 BD05 BD13 BD17 BD24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１本の光ビームを発する光源
   手段と、 この光源手段からの光ビームを少なくとも１方向に偏向
   する偏向手段と、 この偏向手段によって偏向された光ビームをスポットと
   して試料に投射する第１の対物レンズと、 この試料を透過した光ビームを収束する第２の対物レン
   ズと、 この第２の対物レンズの結像面に配置された反射部材
   と、 前記第１の対物レンズで試料に投射され、試料から反射
   された後、前記偏向手段で偏向される第１の光ビーム
   と、前記反射部材で反射され、前記第２の対物レンズに
   よって試料上に再びスポットとして投射され、試料を透
   過後、前記第１の対物レンズで収束され、前記偏向手段
   によって偏向される第２の光ビームとを受け、これら第
   １および第２の光を分離する光分割手段と、 前記第１の対物レンズに対して前記光源手段と共役な位
   置に配置され、前記光分割手段で分割された第１の光ビ
   ームを受けて、試料の反射像を表す第１の画像信号を出
   力する第１の受光手段と、 前記第１の対物レンズに対して前記光源手段と共役な位
   置に配置され、前記光分割手段で分割された第２の光ビ
   ームを受けて、試料の透過像を表す第２の画像信号を出
   力する第２の受光手段と、を具えることを特徴とするコ
   ンフォーカル顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記光源手段に、直線偏向された光ビー
   ムを放射するレーザを設け、前記光分割手段に、前記第
   ２の対物レンズと前記反射手段との間に配置された１／
   ４波長板と、前記レーザと前記偏向手段との間に配置さ
   れた偏向ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッ
   タと前記レーザとの間に配置された無偏向ビームスプリ
   ッタと、この無偏光ビームスプリッタと前記レーザとの
   間に配置された１／２波長板とを設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載のコンフォーカル顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記偏向手段を、光ビームを第１の方向
   に偏向する１次元スキャナで構成し、前記試料を載置す
   るステージと、このステージを前記第１の方向と直交す
   る第２の方向に移動させる駆動手段とを設けたことを特
   徴とする請求項１または２に記載のコンフォーカル顕微
   鏡。
4. 【請求項４】 前記光源手段を、前記１次元スキャナの
   偏向方向である第１の方向と直交し、前記ステージの駆
   動方向である第２の方向に分離した複数の光ビームを放
   射するように構成したことを特徴とする請求項３に記載
   のコンフォーカル顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記試料をフォトマスクとし、このフォ
   トマスクの反射像および透過像を相関処理してフォトマ
   スクの欠陥を検出するフォトマスク検査装置に適用した
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のコンフ
   ォーカル顕微鏡。