JP2548168B2

JP2548168B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2548168B2
Application number: JP62024875A
Authority: JP
Inventors: 大吉粟村
Original assignee: LASER TEC KK
Current assignee: LASER TEC KK
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS63278023A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は撮像装置、特に試料の光学像及び光ビーム誘
導電流画像（OBIC画像）共に撮像できる撮像装置に関す
るものである。

（従来の技術）微小スポット状に集束した光ビームを２個の偏向手段
で２次元的に偏向して試料を高速で走査し、試料からの
反射光又は透過光をフォトマルで検出し、試料の光学像
を作成する顕微鏡撮像装置が実用化されている。この顕
微鏡撮像装置は種々の利点を有しているが、光ビームを
一定の高速度で主走査方向に偏向するのが困難であり、
走査速度が変動する場合がある。このような場合試料か
ら発した光をフォトマルで受光すると画像歪みが発生し
てしまい、試料像を正確に再現できない欠点があった。

このような欠点を解消する方法として、本願人は、特
開昭61−80215号公報において、撮像すべき試料を微小
スポット状の光ビームで主走査方向及びこれと直交する
副走査方向に走査し、試料からの反射光又は透過光をリ
ニアイメージセンサで順次受光して試料の光学像を作成
する撮像装置を提案している。この撮像装置は、光源か
ら放射した光ビームを音響光学素子により主走査方向に
高速振動させると共に振動ミラーを用いて副走査方向に
偏向し、偏向した光ビームを対物レンズにより微小スポ
ットに集束して試料に投射し、一方試料からの光束を主
走査方向に対応する方向に多数の光電変換素子が直線状
に配列されているリニアイメージセンサで順次受光し、
各素子に蓄積した電荷を所定の読出周波数で順次読み出
して光電出力信号を作成するように構成されている。こ
のように、試料からの反射光又は透過光をリニアイメー
ジセンサで受光し、リニアイメージセンサの各素子に蓄
積された電荷を順次読出す構成とすれば、音響光学素子
により光ビームの主走査速度が変動しても画像歪みのな
い鮮明な画像を得ることができる顕著な利点が達成され
る。

一方、各種集積回路の開発に伴い、半導体基体上に形
成した集積回路の欠陥検査方法の開発が強く要請されて
いる。この集積回路の欠陥を検査する方法として、上記
撮像装置によって集積回路の光学像をモニタ上に表示
し、表示された外観像を目視検査によって欠陥検査する
方法がある。更に、別の方法として半導体材料の光起電
力効果を利用した欠陥検査方法が提案されている。この
方法は、検査すべき半導体基体に向けて光ビームを投射
すると基体に光ビーム誘導電流（OBIC電流）が発生する
ことを利用しており、半導体基体を２次元的に移動可能
な試料台上に載置すると共に光源を固定配置し、試料台
を２次元的に駆動することによって試料を光ビームで２
次元的に走査し、半導体基体中に発生したOBIC電流を２
次元的に検出し、検出したOBIC電流を増幅してOBIC画像
信号を作成し、このOBIC画像信号をモニタ供給してOBIC
画像を表示するように構成されている。更に、表示され
たOBIC画像を光学像と対比させるため、テレビカメラで
半導体基体の外観像を撮像し、この外観像とOBIC画像と
を対応させて欠陥検査を行っている。

（発明が解決しようとする問題点）半導体基体の欠陥を検出する場合、半導体基体の外観
情報と内部情報とに基づいて検査するのが一層好まし
く、例えば撮像装置によって得た外観の光学像及びOBIC
画像を共に同一画面上に重ねて合わせて映出すれば、外
観情報と内部情報との相関関係を得ることができ、欠陥
検査を一層精度よく行うことができる。

しかしながら、上述した本願人が提案した撮像装置で
は半導体基体の光学像だけしか撮影できないため、OBIC
画像撮影装置を別に設け、OBIC画像と光学像とを別々に
見比べなければならなかった。このため、撮像装置の光
ビームの走査位置とOBIC画像撮影装置の光ビームの走査
位置とが正確に対応しない欠点があった。

一方、従来のOBIC画像撮影装置では、光源を固定配置
し、試料台を２次元的に駆動してビーム走査を行ってい
るため高精度に位置決めできる機械的走査装置が必要で
あり、装置の構造が複雑化する欠点もあった。更に、OB
IC画像上に表れた欠陥部分の位置を特定するためテレビ
カメラで外観像を撮影しなければならず、装置の構造が
一層複雑化すると共に、OBIC画像とテレビカメラによる
外観像とが正確に対応しない欠点もあった。

また、光ビームを主走査する手段として音響光学素子
が広く用いられている。しかし、リニアな走査特性を有
する音響光学素子を製造するのは困難であり、多くの音
響光学素子には非線形な走査特性を有するものが多い。
このような非線形な特性を有する音響光学素子を用いて
光ビームを振動させた場合、上述した撮像装置では画像
歪みのない鮮明な画像を再生できるが、OBIC画像撮影装
置では音響光学素子の非線形な走査特性に応じて画像歪
みが発生してしまい、モニタ上において光学像とOBIC画
像とが正確に一致しない不都合が生じてしまう。

従って、本発明の目的は上述した欠点を除去し、同一
の光ビーム走査により光学像及びOBIC画像を共に表示す
ることができると共に、音響光学素子が非線形な走査特
性を有していても光学像とOBIC画像とをモニタ上におい
て正確に一致させることができる撮像装置を提供するも
のである。

（問題点を解決するための手段）本発明による撮像装置は、少なくとも１本の光ビーム
を放射する光源と、この光源から放射される光ビームを
主走査方向に偏向させる第１の偏向手段と、この光ビー
ムを第１偏向手段による走査方向と直交する副走査方向
に偏向する第２の偏向手段と、第１および第２の偏向手
段によって偏向された光ビームを微小スポットに収束し
て走査面に位置する試料に投射する対物レンズと、光ビ
ームの照射により試料に生ずる光ビーム誘導電流を検出
する手段と、前記主走査方向と対応する方向に１次元的
に配列された複数の受光素子を有し、試料からの反射光
または透過光を前記第２偏向手段を介して受光するリニ
アイメージセンサと、リニアイメージセンサからの光電
出力信号及び前記光ビーム誘導電流検出手段からの出力
信号を受けて試料の、互いに位置的に対応した光学像及
び光ビーム誘導電流画像を再生する画像再生手段とを具
えることを特徴とするものである。

（作用）光源から放射した光ビームを、主走査方向に偏向する
第１の偏向手段及び副走査方向に偏向する第２の偏向手
段によりＸ及びＹ方向に偏向し、光起電力効果を有する
試料に向けて投射する。光ビーム照射により試料にOBIC
電流が誘導され、こののBIC電流をOBIC電流検出手段に
より検出し、この出力信号をモニタ装置の画像信号入力
端子に供給する。同時に試料からの反射光又は透過光を
リニアイメージセンサで１ライン毎に受光し、この光電
出力信号をモニタの別の画像信号入力端子に供給する。
そして、同期信号発生回路で作成した各同期信号を第１
及び第２の偏向手段、リニアイメージセンサ及びモニタ
にそれぞれ供給してこれらの手段及び装置をそれぞれ同
期して駆動する。この結果、モニタ上に試料の光学像及
びOBIC画像を重畳して表示することができる。

また、主走査を行う第１の偏向手段として音響光学素
子を用いる場合、音響光学素子の非線形な走査特性を補
正する手段を設ける。この補正方法としては、音響光学
素子を駆動するための偏向信号又はOBIC信号検出手段か
らの出力信号を音響光学素子の非線形量に対応させて補
正することにより画像歪みのないOBIC画像をモニタに表
示でき、従って光学像及びOBIC画像を画面上で正確に一
致させることができる。

（実施例）第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を示す線
図である。レーザ光源１から放射した光ビームをエキス
パンダ２により拡大光束とし、コリメータレンズ３によ
って平行光束としてから第１の偏向素子である音響光学
素子４に入射させる。この音響光学素子４は光ビームを
高速振動させるものであり、光ビームは高速振動して試
料面をＸ方向（主走査方向）に走査周波数f₁で高速走査
する。音響光学素子４で偏向された光ビームはシリンド
リカルレンズ５によって一方向に拡大されて円形の光ビ
ームとされ、集光レンズ６に入射する。集光レンザ６で
集光された光ビームはビームスプリッタとして作用する
ハーフミラー７を透過しガルバノミラー８に入射する。
このガルバノミラー８は駆動装置９に連結されて光ビー
ムを試料のＸ方向と直交するＹ方向に偏向する。ガルバ
ノミラー８で反射された光ビームは対物レンズ10により
微小スポット状に集束され試料11に入射する。この結
果、試料11は微小スポット状の光ビームによりＸ及びＹ
方向に所定の走査周波数で走査されることになる。本例
では、試料11を半導体基体上に各種の電子デバイスを形
成した集積回路とする。この半導体基体上に光ビームが
入射すると、半導体材料の光起電力効果により光ビーム
誘導電流が発生する。従って、半導体基体の各領域のリ
ード端子にリード線を接続して外部回路を形成すれば、
外部回路によってOBIC電流を検出することができる。す
なわち、例えば基体とベース領域とを接続しベース領域
に光ビームを投射すればベース電流を検出でき、ベース
領域とエミッタ領域とを接続してエミッタ領域に光ビー
ムを投射すればベース・エミッタ間電流を検出すること
ができる。そして、検出した電流を増幅器12で増幅して
画像信号としてモニタ13のレッド端子に入力する。尚、
この誘導電流の形成については各種の方法が既知であ
り、検査すべき半導体材料の種類や検査項目等に応じて
適切な方法を採用することができる。一方、試料11で反
射した光ビームは再び対物レンズ10によって集光され、
ガルバノミラー８を経てハーフミラー７で反射され微小
スポット状に集束した状態でリニアイメージセンサ14に
入射する。このリニアイメージセンサ14は対物レンズ10
の結像位置に配置され、試料11からの反射光を主走査方
向の１ライン毎に受光するように各素子を試料のＸ方向
と対応する方向に１次元的に配列し、試料11からの反射
光を各素子により順次受光して光電変換を行い、一定の
読出周波数で各素子に蓄積した電荷を順次読出す。この
リニアイメージセンサ14は電荷蓄積能力を有しているか
ら、試料11の画素とリニアイメージセンサ14を構成する
各受光素子とは常に1:1の関係となり、音響光学素子４
によって主走査方向の走査速度にムラが生じても受光量
が若干変化するにすぎず画像歪みが発生することはな
い。

次に画像表示方法について説明する。水平同期信号及
び垂直同期信号を発生する同期信号発生回路20を設け、
水平同期信号を可変偏向回路21に供給する。この可変偏
向回路21は、供給された水平同期信号に基づき偏向信号
を作成し、この偏向信号をAO駆動回路22に供給する。AO
駆動回路22は偏向信号に基づき音響光学素子４を駆動す
るための駆動信号を作成し、この駆動信号を音響光学素
子４に供給して音響光学素子を所定の走査周波数で駆動
する。また、同期信号発生回路20からCCD駆動回路23に
水平同期信号を供給し、リニアイメージセンサ14の各素
子に蓄積された電荷を順次読出すための駆動信号を作成
し、この駆動信号の制御のもとで各素子に蓄積された電
荷を順次読出し、この光電出力信号を増幅器24で増幅し
て画像信号としてモニタ13のグリーン端子に供給する。
更に同期信号発生回路20から垂直同期信号を駆動回路25
に供給してガルバノミラー用の駆動信号を作成し、この
駆動信号を駆動装置９に供給してガルバノミラー８を所
定の周波数で駆動する。更に、水平同期信号及び垂直同
期信号をモニタ13に供給し、OBIC画像信号及びリニアイ
メージセンサから供給される画像信号をモニタ13に供給
して画像表示を行う。このように構成すれば、モニタ13
上に半導体基体の光学像がグリーンで表示されOBIC画像
がレッドで表示され、従って光学像及びOBIC画像が同一
画面上に色分けされた状態で重ね合わせて表示される。

一方、光ビームの主走査を行う音響光学素子４は、製
造上リニアな特性が得にくい不具合がある。すなわち、
例えば第２図に示すように走査が進むに従って徐々に走
査速度が遅くなったり速くなったりする特性がある。こ
のように走査速度が変動するとOBIC画像に画像歪みが発
生してしまう。一方、光学像は、リニアイメージセンサ
が常に一定の読出速度で各素子に蓄積された電荷を読出
すため画像歪みがなく発生せず、この結果OBIC画像が光
学像と正確に対応しない不具合が生じてしまう。この不
具合を第３図を用いて説明する。第２図に示す走査特性
を有する音響光学素子に、第３図ｂに示す通常の偏向信
号を供給して駆動する場合、試料上の走査位置は第３図
ｃに示すようになる。一方、リニアイメージセンサから
出力される画像信号の試料上の位置は第３図ｄに示され
る。この結果、OBIC画像と光学像との間に第３図ｅに示
す位置誤差が生じてしまう。このような音響光学素子の
走査速度変動による光学像とOBIC画像の画像上の不一致
を解消するため、本例ではOBIC画像の画像歪みを補正す
る手段を設ける。本例では音響光学素子４を駆動するた
めの偏向信号に補正を加えてOBIC画像を光学像に一致さ
せる。すなわち、音響光学素子４が第２図に示す特性を
有する場合、可変偏向回路21において第４図ｂに示す音
響光学素子の走査特性とは逆特性となる偏向信号を作成
して音響光学素子４を駆動する。この結果、試料上にお
ける光ビームの走査位置は第４図ｃに示されるようにな
り、リニアイメージセンサ14からの出力信号の走査位置
と一致することになる。

第５図に可変偏向回路の一例を示す。同期信号を関数
発生器30に供給し、この関数発生器30において音響光学
素子４の走査速度変動を補正する関数を作成し電圧制御
型発振器31に供給する。一方、この電圧制御型発振器の
他方の入力端子から基準の偏向信号を供給し、関数発生
器30から供給される補正信号に基づいて第４図ｂに示す
偏向信号を出力する。このように構成すれば、簡単な構
成で音響光学素子の特性に応じた偏向信号を作成するこ
とができる。

第６図は本発明による撮像装置の変形例の構成を示す
線図である。第１図で用いた部材と同一の部材には同一
符号を付して説明する。本例では偏向信号を発生する偏
向回路として第３図ａに示す通常の偏向信号を発生する
偏向回路40を用い、一方半導体基体11から発生するOBIC
信号を増幅器12を経て可変タイミング回路41に入力し、
この可変タイミング回路41において画像信号に補正を加
えOBIC画像を光学像に一致させる。第７図に可変タイミ
ング回路41の一例の構成を示し、第８図にその動作を線
図的に示す。同期信号の到来に伴い第８図ｂに示す偏向
信号をAO駆動回路を経て音響光学素子４に供給する。こ
のとき第８図ｃに示すような歪みが生じた画像信号がシ
フトレジスタ50に入力する。一方、リニアイメージセン
サ14から第８図ｄに示す歪みのない画像信号が出力され
る。従って、第８図ｄに示すリニアイメージセンサ14か
らの画像信号に対するOBIC画像信号の歪み量に対応して
逆特性となる信号を関数発生器51で作成し、この信号を
電圧制御型発振器52に供給して第８図ｅに示す書込信号
を作成する。そして、この書込信号の制御のもとでOBIC
画像信号をシフトレジスタ50に書き込み、書き込まれた
信号を第８図ｆに示すように一定速度で読出しモニタ13
に供給する。この結果、可変タイミング回路41から第８
図ｇに示す信号が出力され、第８図ｈに示すようにOBIC
画像信号をリニアイメージセンサ14からの出力に一致さ
せることができる。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形
が可能である。例えば、上述した実施例では試料として
半導体基体上に作成した集積回路の画像を撮像する例を
以て説明したが、光起電力効果を有する全て材料を試料
として用いることができる。

更に、上述した実施例では光学像にOBIC画像を同一画
面上で重畳して表示する構成としたが、光学像及びOBIC
画像をそれぞれ単独で表示して使用することもできる。

更に、上述した実施例ではカラーモニタ装置を用い、
OBIC画像信号とリニアイメージセンサからの画像信号と
を別々のカラー端子に供給して色分けして画像表示する
構成としたが、例えばOBIC画像と光学像の輝度をそれぞ
れ変えて表示すればモノクロ型のモニタを用いることも
できる。

更に、R,G,Bの３個の光源を用いてカラーの光学像を
作成し、一方、光誘導電流検出手段からの出力信号を各
カラー画像信号に重畳してカラーの光学像に白のOBIC画
像を重畳して再生することもできる。

更に上述した実施例では試料からの反射光を受光して
反射光学像を再生する構成としたが、試料からの透過光
を受光して透過像を再生することもできる。透過像を撮
像する場合、レーザ光源から試料までの入射側光学系は
第１図に示す光学系と同一の光学系を用いることができ
る、そして、試料を透過した透過光を集光レンズを含む
別の光路を用いて再度ガルバノミラーに入射させ、ガル
バノミラーからの光束をリニアイメージに入射させるこ
とにより反射像と同様に撮像することができる。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、光源から発した
光ビームを主走査方向及びこれと直交する副走査方向に
偏向し、偏向された光ビームによって試料を２次元的に
走査する構成としているので、試料からの反射光又は透
過光によって光学像を形成でき、同時に試料内に生じた
OBIC電流を検出してOBIC画像を同時に形成することがで
きる。これにより１個の撮像装置によって試料の光学像
及びOBIC画像を共にモニタ上に表示することができる。

また、同一の光ビームによって光学像及びOBIC画像を
共に作成する構成としているから、モニタ上において光
学像とOBIC画像とを正確に対応させることができる。

更に、試料からの光束をリニアイメージセンサで受光
し、各素子に蓄積された電荷を一定の読出速度で順次読
出して光学像の画像信号を作成すると共に、音響光学素
子の走査速度変動に基づくOBIC画像の画像歪みを補正す
る手段を設けているから、画像歪みのない光学像及びOB
IC画像を作成することができる。この結果、音響光学素
子が非線形な特性を有していてもOBIC画像と光学像とを
互いに位置的に対応させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を示す線
図、第２図は音響光学素子の特性を示すグラフ、第３図は光学像とOBIC画像との画像上の不一致を説明す
るための線図、第４図は補正作用を説明するための線図、第５図は可変偏向回路の一例の構成を示す回路図、第６図は本発明の撮像装置の変形例の構成を示す線図、第７図は可変タイミング回路の一例の構成を示す回路
図、第８図は補正作用を説明するための線図である。１……レーザ光源、４……音響光学素子８……ガルバノミラー、10……対物レンズ 11……試料、13……モニタ 14……リニアイメージセンサ 20……同期回路、21……可変偏向回路 40……偏向回路 41……可変タイミング回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１本の光ビームを放射する光源
と、この光源から放射される光ビームを主走査方向に偏
向させる第１の偏向手段と、この光ビームを第１偏向手
段による走査方向と直交する副走査方向に偏向する第２
の偏向手段と、第１および第２の偏向手段によって偏向
された光ビームを微小スポットに収束して走査面に位置
する試料に投射する対物レンズと、光ビームの照射によ
り試料に生ずる光ビーム誘導電流を検出する手段と、前
記主走査方向と対応する方向に１次元的に配列された複
数の受光素子を有し、試料からの反射光または透過光を
前記第２偏向手段を介して受光するリニアイメージセン
サと、リニアイメージセンサからの光電出力信号及び前
記光ビーム誘導電流検出手段からの出力信号を受けて試
料の互いに位置的に対応した光学像及び光ビーム誘導電
流画像を再生する画像再生手段とを具えることを特徴と
する撮像装置。
【請求項２】前記第１偏向手段の走査速度を補正する手
段を設け、試料の光学像と光ビーム誘導電流画像とが互
いに位置的に対応するように構成したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項３】前記光ビーム誘導電流検出手段からの出力
信号を補正する手段を設け、試料の光学像と光ビーム誘
導電流画像とが互いに位置的に対応するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮像装
置。