JP4348455B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置、特に連続移動する試料を予め定めた撮像期間中に静止画として撮像することができる撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩや液晶表示装置の微細なパターンの欠陥を検出する光学式パターン欠陥検査装置が実用化されている。このようなパターン欠陥検査装置では、欠陥検査を高速で行うことが強く要請されており、従って検査すべき試料の像を高速で撮像できる撮像装置の開発が急務の課題となっている。
【０００３】
従来、パターン欠陥検査装置に用いられる撮像装置として、試料を間欠的に移動させ、試料の停止期間中に試料をフラット照明し、試料からの反射光を２次元撮像装置で撮像する方法が用いられていた。
【０００４】
別の撮像装置として、連続的に移動する試料に対してストロボ照明を行い、試料像を撮像する方法も用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ストロボ照明を利用する撮像装置では、極めて短い時間パルス中に照明を投射するため、観察すべき試料を連続的に移動させながら撮像でき、従って欠陥検査を高速で行うことができる利点がある。しかしながら、ストロボ照明では、気体の放電を利用しているためワンショット毎の光量のバラツキが大きく、しかも特定の波長光を選択的に使用することができない欠点がある。
【０００６】
試料ステージをステップ送りしながら試料を撮像する方式では、試料ステージを間欠的に移動させるため、ステージの移動速度の制御が困難になる不具合がある。さらに、ステージを静止して撮像するため照明光の利用効率は高い利点があるものの、撮像時間が長くなり検査速度が遅くなる不具合が生じている。このように、従来の撮像装置では、検査速度を上げると共に照明光を有効に利用できる撮像装置は存在していなかった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、照明光を有効に利用できる共に検査速度を上げることができる撮像装置を実現することにある。
【０００８】
本発明による撮像装置は、撮像すべき試料を支持する試料ステージと、
試料ステージを一方向に時間的に連続して移動させるステージ移動装置と、
前記試料ステージの位置を検出するエンコーダと、
照明光を発生する照明光源を含み、試料上でフラット照明を行う照明光学系と、
２次元アレイ状に配置した複数の受光素子を有し、試料像を撮像する光検出器と、
試料からの光を前記光検出器上に結像する結像光学系と、
前記試料と光検出器との間に配置され、一方向にそって連続移動する試料からの光を、試料の同一の部位からの光が撮像期間中にわたって前記光検出器に入射するように偏向する光偏向装置と、
前記エンコーダからの出力信号に基づいて、前記光偏向装置を駆動するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、
前記エンコーダからの出力信号に基づいて、前記光検出器の撮像期間を規定するシャッタ装置とを具え、
一方向に沿って連続的に移動する試料の像を、撮像期間中静止画像として撮像することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、撮像時間を短くし検査速度を高くするため、試料を連続的に移動させながら試料を撮像する。一方、移動する試料をぼけることなく撮像するには、撮像期間を短くして撮像しなければならず、照明光量が大幅に低下してしまう。そこで、本発明では、試料と２次元撮像装置との間の光路中に振動ミラーやガルバノミラーのような光偏向器を配置し、所定の撮像期間にわたって試料からの光を、試料の移動方向に対応する方向に沿って試料の移動速度に対応する速度で偏向する。このように構成すれば、２次元撮像装置から試料を見た場合、撮像期間中試料は静止した状態に見えるので、光量不足になる不具合を解消することができる。
【００１０】
一方、光偏向器によるビーム偏向を試料の移動に対して独立して行ったのでは、撮像期間中にわたって試料の同一の照明領域を２次元撮像装置に入射させることは困難である。そこで、本発明では、試料を支持する試料ステージにステージの位置情報を検出するエンコーダを設け、このエンコーダからの出力信号を用いて光偏向器駆動信号を発生させ、試料ステージと光偏向器とを連動させる。このように連動させることにより、所定の撮像期間にわたって試料の照明領域を２次元撮像装置に対して静止させることができる。特に、試料ステージの移動速度に変化が生じても、光偏向装置は試料ステージの移動に応じて光偏向動作を行うため、撮像期間中にわたって常時鮮明な画像を撮像することができる。
【００１１】
さらに、本発明では、撮像期間を規定するためにシャッタ装置を設け、エンコーダの出力信号に基づいてシャッタの動作を制御する。振動ミラーのような機械的な駆動機構を用いる偏向器の場合、駆動開始から駆動終了まで全駆動期間中にわたって一定の移動速度に維持することは極めて困難である。このため、エンコーダからの出力信号を用いて振動ミラーの駆動期間中のなかで最も安定な期間を選択して撮像期間として規定する。この結果、機械的な駆動機構を用いて照明光を偏向させても撮像期間中２次元撮像装置に対して試料を常時正確に静止させることができる。このように構成することにより、試料像の歪みの発生等の不具合を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１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。本例では、ＬＳＩのウエファ、フォトマスク、液晶表示装置の基板等の各種のパターンが形成されている基板の欠陥検査に用いられる撮像装置について説明する。例えば、水銀ランプやハロゲンランプのような照明光源１から試料上で面照明を行うための照明光を発生する。この照明光源の出射側には波長選択性フィルタのような種々の光学素子を配置することができる。照明光はハーフミラー２で反射し対物レンズ３を介して試料ステージ４に支持されている試料５に入射する。従って、試料５は一様な照度の照明光によりフラット照明されることになる。本例では、試料ステージ４としてｘｙステージを用い、ｘ及びｙ方向駆動機構（図示せず）により試料ステージ４をｘ及びｙ方向に連続的に移動可能にする。試料ステージ４には、ｘ及びｙ方向の座標位置を検出するエンコーダ６を連結する。この位置検出装置として、種々の形態のものを用いることができ、例えばロータリーエンコーダやリニァエンコーダ並びに光学式のエンコーダをも用いることができる。
【００１３】
本例では、試料ステージ４は矢印ａで示すｘ方向に一定の速度で移動し、試料５は照明光源１からの照明光により一定の照度で照明されることになる。試料５の表面で反射した照明光は再び対物レンズ３及びハーフミラー２を経てリレーレンズ６に入射し、このリレーレンズ６を経て光偏向装置として機能する振動ミラー７に入射する。振動ミラー７はリレーレンズ７の瞳位置に配置し、画像の歪み等の発生を防止する。試料からの反射光は振動ミラー８で反射し、２次元アレイ状に配置され電荷蓄積能力を有する複数の光検出素子を具える光検出器９に入射し、試料表面の２次元画像を光検出器９により撮像する。この光検出器９として、本例ではシャッタ機能を有する２次元ＣＣＤカメラで構成する。
【００１４】
振動ミラー８は入射する光を所定の方向に時間的に連続して偏向する光偏向器として機能し、試料ステージ４の移動速度に対応する速度で矢印ｂ方向に回転し、試料５上の同一の撮像領域からの照明光が撮像期間中に常時光検出器９に入射するように、すなわち撮像期間中光検出器９が試料の同一の領域を撮像するように設定する。この状態を図２に示す。図２において、照明光源１により照明される領域を円形の領域１０として図示し、試料は矩形の領域５で示し、光検出器９により撮像される領域は破線により符号１１で示す。撮像期間の開始時ｔ₁ において試料５は実線で示す位置に位置し、撮像期間中矢印ａ方向に移動し、撮像期間の終了時ｔ₂ において破線５’で示す位置までに移動するものとする。光検出器９により撮像される試料上の撮像領域１１は撮像期間の開始時ｔ₁ において１１で示す位置に存在し、撮像期間中振動ミラー８による試料のａ方向の移動と対応する回動により矢印で示す方向（試料の移動方向と同一の方向）に移動して撮像期間の終了時ｔ₂ において１１’で示す位置に存在する。このように構成することにより、撮像期間中試料からの同一の領域からの照明光だけが光検出器８に入射し、光検出器８は試料の同一の領域の像を静止画として撮像することになる。一方、ＣＣＤカメラは電荷蓄積能力を有しているから、ＣＣＤカメラは撮像期間中にわたって静止物体の像を撮像することになり、試料が移動しても画像のボケ等が発生することなく十分な照明光量を得ることができ、十分に高いＳ／Ｎ比の試料像を撮像することができる。
【００１５】
次に、振動ミラー８の駆動回路について説明する。振動ミラー８が試料５の移動と正確に対応していない場合ボケた不鮮明な画像しか撮像できないため、振動ミラー８の回転駆動を試料５の移動に高精度に対応させる必要がある。本発明では、試料ステージ４にエンコーダ６に連結し、エンコーダ６によりステージ４の移動位置を検出する。エンコーダ６は位置情報をパルスとして出力するので、この出力パルスをカウンタ２０に供給する。カウンタ２０はエンコーダからの出力パルスをインクリメントしながら計数し、その計数値をＤ／Ａ変換器２１に供給してアナログ信号に変換する。そして、増幅器２２により増幅した後駆動電流として振動ミラー８に供給する。この駆動電流の一例を図３に示す。本例では、駆動電流の１サイクルが掃引期間と戻り期間から構成される三角波を用いる。尚、この駆動電流は一例であり、正弦波等の種々の波形の駆動電流を用いることができる。このように構成すれば、カウンタ２０の計数値が振動ミラーの駆動信号となり、振動ミラーと試料ステージとを正確に連動させることができる。
【００１６】
次に、シャッタ機能について説明する。撮像期間の開始時及びと終了時付近では、振動ミラーに作用する加速度が大きいため誤差が生ずる危険性がある。そのため、本発明では、図３に示す駆動電流の掃引期間中のほぼ中央の一部分の時間期間Ｔ₀ だけを撮像期間として用いる。この動作を図１を参照して説明する。カウンタ２０の出力信号を比較器２３に供給する。比較器２３は、第１及び第２のの基準値ｎ₁ 及びｎ₂ を有し、カウンタの出力が第１の基準値ｎ₁ に到達した時光検出器９に第１のトリガを供給する。ＣＣＤカメラで構成される光検出器９は電子式のシャッタ機能を有しているので、第１のトリガが供給されるとシャッタが開放し、振動ミラーからの照明光を受光する。次に、カウンタ２０の出力が第２の基準値ｎ₂ に到達すると、比較器２３から光検出器９に第２のトリガが供給され、光検出器９は受光動作を終了する。このように構成することにより、振動ミラーが安定して動作する時間期間だけを撮像期間として規定することができ、一層鮮明な画像を得ることができる。
【００１７】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述実施例では、反射型の撮像装置を例にして説明したが、勿論透過型の撮像装置にも適用することができる。また、光偏向器として振動ミラーを用いたが、例えばガルバノミラーのように時間に対して連続して出射方向を変えることができる各種の光偏向器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の一例の構成を示す線図である。
【図２】移動する試料上での照明光及び光検出器の撮像領域を示す線図である。
【図３】振動ミラーの駆動信号の一例を示す線図である。
【符号の説明】
１ 照明光源
２ ハーフミラー
３ 対物レンズ
４ 試料ステージ
５ 試料
６ エンコーダ
７ リレーレンズ
８ 振動ミラー
９ 光検出器
２０ カウンタ
２１ Ｄ／Ａ変換器
２２ 増幅器
２３ 比較器

Claims (1)

1. 撮像すべき試料を支持する試料ステージと、
   試料ステージを一方向に時間的に連続して移動させるステージ移動装置と、
   前記試料ステージの位置を検出するエンコーダと、
   照明光を発生する照明光源を含み、試料上でフラット照明を行う照明光学系と、
   ２次元アレイ状に配置した複数の受光素子を有し、試料像を撮像する光検出器と、
   試料からの光を前記光検出器上に結像する結像光学系と、
   前記試料と光検出器との間に配置され、一方向にそって連続移動する試料からの光を、試料の同一の部位からの光が撮像期間中にわたって前記光検出器に入射するように偏向する光偏向装置と、
   前記エンコーダからの出力信号に基づいて、前記光偏向装置を駆動するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、
   前記エンコーダからの出力信号に基づいて、前記光検出器の撮像期間を規定するシャッタ装置とを具え、
   一方向に沿って連続的に移動する試料の像を、撮像期間中静止画像として撮像することを特徴とする撮像装置。