JP4411382B2 - ビーム偏向装置及び欠陥検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する平行光ビームを出射させるビーム偏向装置に関するものである。さらに、本発明は、このようなビーム偏向装置を具える突起検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフイルタ等の薄膜体の欠陥として高さ数μｍ程度の微小突起欠陥がある。このような突起欠陥の検出方法として、検査すべき試料に向けて垂直入射ビームを投射し、突起欠陥からの散乱光による回折像を検出する方法が既知であり、本願人から出願された特開平６−２６５８１１号公報に記載されている。この既知の突起検出方法では、互いに対向する平行な光学面を２対以上有する回転プリズム体を用い、この回転プリズム体を回転させ、レーザ光源から出射した光ビームを光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光ビームとして出射させている。
【０００３】
別のビーム偏向装置として、ポリゴンミラーとｆ・θレンズとの組合せも既知であり、レーザビームプリンタ等の種の用途に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した本願人から提案された突起検出装置は、微小突起を正確に検出できる利点があり、相当な技術的効果が達成されている。しかしながら、スキャン幅が短いため、１個のカラーフィルタの全面を走査するのに試料をジッグザッグ状に移動させながら走査しなければならず、全面走査するのに長時間かかる欠点があった。
【０００５】
さらに、カラーフイルタの欠陥検査装置として、最終的に完成した製品の品質を検査するのではなく、生産ラインの途中の製造工程においてリアルタイムで欠陥検査することが強く要請されている。この量産ラインでは、カラーフイルタが印刷されている例えば７５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度のガラス基板が順次移送されるため、欠陥検査を短時間で行うことが要求されている。従って、この要求を満たすにはビーム偏向装置によるスキャン幅を一層長く、例えば１８０ｍｍ程度のスキャン幅が必要となる。この課題を解決する方法として、ポリゴンミラーとｆ・θレンズとを組み合わせたビーム偏向装置を用いることが考えられる。しかしながら、このポリゴンミラーとｆ・θレンズとを組合せたビーム偏向装置では、たとえテレセントリックｆ・θ光学系を用いても、ｆ・θレンズとの関連においてポリゴンミラーの振れ角に限界があるため、光ビームが垂直入射するスキャン幅を長くしようとすると全体の光路長も長くしなければならず、スキャン長に限界がある。従って、製造工程の途中の生産ラインでの欠陥検査での突起検査に対応するだけの十分なスキャン幅が得られないのが実情である。
【０００６】
さらに、ｆ・θレンズは通常３枚のレンズで構成されるが、３個の球面レンズを用いることは６個の球面を形成しなければならず、その製造コストは高価であるため、ビーム偏向装置のコストが高価になってしまう。特に、スキャン幅を長くしようとすればするほどｆ・θレンズの価格は高価になってしまう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、装置が大型化することなく一層長いスキャン幅を達成することができるビーム偏向装置を実現することにある。
【０００８】
さらに、本発明の目的は、ｆ・θレンズを用いる場合よりも製造コストを一層安価することができるビーム偏向装置を実現することにある。
【０００９】
さらに、本発明の別の目的は、製造工程の生産ライン中で短時間でリアルタイムで微小な突起を正確に検出できる突起検出装置を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるビーム偏光装置は、検査すべき試料表面に垂直に検査ビームを投射し、試料表面を垂直入射する検査ビームにより走査し、試料表面で発生した散乱光を受光して欠陥を検出する検査装置に用いられるビーム偏向装置であって、
複数の回転反射面を有し、出射ビームの伝搬軸線を時間と共に回転させるポリゴンミラーと、球面凹面鏡及び収差補正レンズを有するコリメータ光学系とを具え、
前記球面凹面鏡は軸外し球面凹面鏡として構成され、前記収差補正レンズは単一の軸外しメニスカスレンズにより構成され、
前記ポリゴンミラーから出射した光ビームは、前記軸外し球面凹面鏡を介して軸外しメニスカスレンズに入射し、
前記軸外しメニスカスレンズは、入射した光ビームを、光軸に平行なビームであって光軸からの距離が時間と共に変化する収差補正された光ビームとして試料表面に向けて投射すると共に試料表面で発生した散乱光を受光し、
前記軸外しメニスカスレンズにより受光された散乱光は、前記軸外し球面凹面鏡を介して前記ポリゴンミラーの回転反射面に入射することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、ｆ・θレンズの代わりに球面凹面鏡と収差補正レンズとを組み合わせたコリメータ光学系を用いる。ポリゴンミラーをその回転反射面が球面凹面鏡の焦点に位置するように配置することにより、伝搬軸線が時間と共に回転する光ビームを球面凹面鏡により光軸に平行な光ビームとして出射させることができる。この場合、ポリゴンミラーと凹面鏡との間の距離は固定されているので、光路長が長くなることなく一層幅の広いスキャン長を得ることができる。特に、球面凹面鏡を用いる光学系の場合、ｆ・θレンズを用いる場合とは異なり、ポリゴンミラーの振れ角を一層広く利用することができるので、光路長が長くなることなく、一層広いスキャン幅を実現することができる。
【００１２】
さらに、球面凹面鏡と収差補正レンズとの組合せた光学系は、製造に当たって３個の球面を形成するだけですむため、その製造コストは、ｆ・θレンズを用いる場合よりも一層安価になる。
【００１３】
本発明による欠陥検出装置は、光ビームを放出する光源と、複数の反射面を有し、光源から出射したビームを、出射ビームの伝搬軸線が時間と共に回転する光ビームに変換するポリゴンミラーと、軸外し球面凹面鏡及び単一の軸外しメニスカスレンズを有し、ポリゴンミラーから出射したビームを光軸に平行なビームであって光軸からの距離が時間と共に変化する収差補正された光ビームに変換し、当該収差補正された光ビームを試料表面に垂直入射する検査ビームとして投射するコリメータ光学系と、検査すべき試料の表面に存在する突起欠陥により発生する散乱光パターンに対応した光透過部分を有する遮光マスクと、遮光マスクを通過した散乱光を受光する第１の光検出器とを具え、
前記試料表面で発生した散乱光は前記軸外しメニスカスレンズにより受光され、軸外しメニスカスレンズにより受光された散乱光は、前記軸外し球面凹面鏡、前記ポリゴンミラーの回転反射面、及び遮光マスクを介して前記第１の光検出器に入射することを特徴とする。この場合、検査すべき物体を検査ビームのスキャン方向と直交する方向に移送することにより検査すべき物体の全面を垂直入射する検査ビームでスキャンすることができる。
【００１４】
本発明による突起検出装置の好適実施例は、物体を透過した検査ビームを用いて前記第２の光検出器により検査すべき物体に表示されているアラインメントマークを検出し、このアラインメントマークの検出を表す出力信号を検査開始信号として用いことを特徴とする。このように、検査ビームをアラインメントマーク検出にも用いることにより、生産工程中において移送されてくる被検査物体をリアルタイムで検査することができる。
【００１５】
本発明による欠陥検出装置の好適実施例は、欠陥検出装置を検査すべき物体の移送方向と直交する方向に沿って複数個配置し、順次移送されてくる被検査物体についてリアルタイムで突起検出することを特徴とする。このように構成すれば、例えば６５０×６５０ｍｍ程度の大きさのカラーフィルタであっても複数台の欠陥検出装置を用いることによりリアルタイムで検査を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明によるビーム偏向装置を具える突起検出装置の光学系の一例の構成を示すものであり、図１は全体構成を示す線図、図２はポリゴンミラーから試料までの光路を示す線図であり、図３はポリゴンミラーから光検出器までの光学系を示す線図である。レーザ光源１から直線偏光した光ビームを発生し、エキスパンダ光学系（図示せず）を介して拡大光ビームに変換し、この光ビームを角度調整ミラー２を経てビームスプリッタ３に入射させる。このビームスプリッタ２は偏光ビームスフリッタとし、レーザ光源から出射したビームと試料から出射したビームとを分離するように作用する。ビームスプリッタ２に１／４波長板４を取り付け、この１／４波長板により直線偏光した光ビームを円偏光した光ビームに変換する。
【００１７】
円偏光した光ビームはポリゴンミラー５に入射する。ポリゴンミラー５は複数の反射面を有する多面鏡５ａとこれに結合したモータ５ｂとを有し、モータ５ｂを回転させて多面鏡を回転させることにより入射した光ビームをその伝搬軸線が時間と共に回転する光ビームに変換する。本例では、回転多面鏡５ａは４面とする。ポリゴンミラー５からの光ビームは平面ミラー６を経てコリメータ光学系７に入射する。コリメータ光学系７は球面凹面鏡８及び補正レンズ９を具える。図２に示すように、球面凹面鏡８は、球面鏡から切り出した軸外し凹面鏡とし、収差補正レンズ９も同様に軸外しメニスカスレンズとする。ポリゴンミラー５は、各回転反射面が球面凹面鏡８の焦点に位置するように配置する。従って、図２に示すように、ポリゴンミラー５からの光ビームは球面凹面鏡８により光軸に平行なビームに変換される。ここで、球面凹面鏡に入射する光ビームはその入射位置が時間と共に光軸を含む面内で変化するから、球面凹面鏡８から光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光が出射する。この平行ビームは収差補正レンズ９により収差補正がされた集束ビームとなり、突起検出されるべき試料１０に垂直入射ビームとして入射する。従って、試料１０は、ポリゴンミラー５の回転に伴って垂直入射ビームにより１次元的にスキャンされることになる。
【００１８】
本例では、試料１０は透明なガラス基板に印刷されたカラーフィルタとする。このカラーフィルタは図２の紙面と直交する方向、すなわち垂直入射する走査ビームの走査方向と直交する方向にコンベアベルト等の移送装置により等速度で移送されるものとする。よって、試料１０すなわちカラーフィルタは垂直入射ビームにより２次元的に走査されることになる。尚、１個のビーム偏向装置のスキャン長が１８０ｍｍで、カラーフィルタのガラス基板の大きさが例えば７００×８００ｍｍの場合でも、４個の装置をヘッドとしてカラーフィルタの移送方向と直交する方向に配列することによりカラーフィルタの全面をリアルタイムで２次元走査することができる。
【００１９】
図２に示すように、球面凹面鏡８と補正レンズ９との間の光路中のビームスキャンの限界位置に光検出器１１を配置し、１スキャン毎に光検出器１１に光ビームが入射するように構成し、この光検出器１１からの出力信号を水平同期信号として利用する。
【００２０】
カラーフィルタ１０の表面で発生した散乱光は、再び収差補正レンズ９を通過し、球面凹面鏡８及び平面ミラー６で反射し、さらににポリゴンミラー５の回転反射面で反射し、１／４波長板を透過してビームスプリッタ３に入射する。この光ビームは１／４波長板４を２回通過しているので、その偏光面が９０°回転している。このため、図３に示すように、ビームスプリッタ３の偏光面で反射し、遮光マスク１２を経て、集光レンズ１３で集光され、光検出器１４に入射する。光検出器１４に入射する光は、ポリゴンミラーの回転反射面を経ているので、光検出器１４上では静止したビームとして入射する。
【００２１】
図４はカラーフィルタ１０から反射光による回折像を示す線図であり、図４（ａ）はカラーフィルタに突起欠陥がない場合の回折パターンを示し、同図（ｂ）はカラーフィルタに突起欠陥がある場合回折パターンを示す。突起欠陥がない場合、十字状の回折パターンが形成され、突起欠陥がある場合十字状のパターンの周辺に円形のパターンが付加された回折パターンが形成される。従って、遮光マスクが図４（ａ）に示すような遮光部分を有しこれ以外の部分が光透過性の遮光マスクを用いることにより、突起欠陥が存在する場合光検出器１４への入射光量が増大し、光検出器１４からの出力信号から突起欠陥の存在を検出することができる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、検査すべきカラーフィルタ１０の背後、すなわちコリメータ光学系７と反対側に結像レンズ１５及び光検出器又は画像検出器１６を配置する。カラーフィルタには検査の位置決めの基準となるアラインメントマークが形成されており、このアラインメントマークを検出することにより検査の開始位置を指示することができる。従って、カラーフィルタに垂直入射する検査ビームの透過光をアラインメントマーク検出に用いることにより、光検出器１６からの出力信号を検査の開始位置を特定する垂直同期信号として利用することができる。特に、カラーフィルタは透明基板上にカラーフィルタが印刷されているため、基板からの反射光を用いてアラインメントマークを検出することは困難なものである。一方、透過光を用いることによりアラインメントマークを容易に検出することができる。従って、検査ビームを突起検出と共にアラインメントマーク検出にも用いることにより、検査ビームの有効利用を図ることができ、欠陥のアドレス特定に極めて有益である。また、透過光を検出することにより、本来存在すべきでない位置に不透明な部分が存在すると、欠陥として判別することができ、透過光検出を行うことにより突起欠陥以外の欠陥を検出することもでき、１本の検査ビームによる反射光及び透過光の両方を用いることにより欠陥検査の精度も一層向上する。
【００２３】
図５は試料１０に入射する平行光ビームの光軸からの変位量と時間との関係を示すと共に、スキャンと水平同期信号の関係を示す。Ｎ面のポリゴンミラーが１回転する毎にＮ回スキャンが行われ、各スキャンの開始時に光検出器１１からの出力信号が水平同期信号として発生する。
【００２４】
光検出器１４からの出力信号は増幅器（図示せず）を介して信号処理回路（図示せず）に供給する。又は別の光検出器１１からの出力信号は水平同期信号として同様に信号処理回路に供給し、光検出器１６からの出力信号も垂直同期信号として信号処理回路に供給する。従って、これらの信号を用いることにより、欠陥のアドレスを正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるビーム偏向装置を具える突起検出装置の一例の構成を示線図である。
【図２】 本発明によるビーム偏向装置のポリゴンミラーから試料までの光学系を示す線図である。
【図３】 本発明によるビーム偏向装置を具える突起検出装置のビームスプリッタから光検出器までの光学系を示す線図である。
【図４】 試料の突起による散乱光パターンを示す線図である。
【図５】 本発明によるビーム偏向装置の平行ビームの光軸からの距離と時間との関係並びに水平同期信号と時間との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ 角度調整ミラー
３ ビームスプリッタ
４ １／４波長板
５ ポリゴンミラー
６ 平面ミラー
７ コリメータ光学系
８ 球面凹面鏡
９ 収差補正レンズ
１０ 試料
１１，１４，１６ 光検出器

Claims (9)

1. 検査すべき試料表面に垂直に検査ビームを投射し、試料表面を垂直入射する検査ビームにより走査し、試料表面で発生した散乱光を受光して欠陥を検出する検査装置に用いられるビーム偏向装置であって、
   複数の回転反射面を有し、出射ビームの伝搬軸線を時間と共に回転させるポリゴンミラーと、球面凹面鏡及び収差補正レンズを有するコリメータ光学系とを具え、
   前記球面凹面鏡は軸外し球面凹面鏡として構成され、前記収差補正レンズは単一の軸外しメニスカスレンズにより構成され、
   前記ポリゴンミラーから出射した光ビームは、前記軸外し球面凹面鏡を介して軸外しメニスカスレンズに入射し、
   前記軸外しメニスカスレンズは、入射した光ビームを、光軸に平行なビームであって光軸からの距離が時間と共に変化する収差補正された光ビームとして試料表面に向けて投射すると共に試料表面で発生した散乱光を受光し、
   前記軸外しメニスカスレンズにより受光された散乱光は、前記軸外し球面凹面鏡を介して前記ポリゴンミラーの回転反射面に入射することを特徴とするビーム偏向装置。
2. 請求項１に記載のビーム偏向装置において、前記軸外しメニスカスレンズから出射した光ビームは、検査される試料表面に垂直に入射し、当該垂直入射する光ビームにより試料表面を１次元走査することを特徴とするビーム偏向装置。
3. 前記ポリゴンミラーと球面凹面鏡との間に平面ミラーを配置し、前記球面凹面鏡の出射側とは反対側にポリゴンミラーが位置するように光路を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のビーム偏向装置。
4. 光ビームを放出する光源と、複数の反射面を有し、光源から出射したビームを、出射ビームの伝搬軸線が時間と共に回転する光ビームに変換するポリゴンミラーと、軸外し球面凹面鏡及び単一の軸外しメニスカスレンズを有し、ポリゴンミラーから出射したビームを光軸に平行なビームであって光軸からの距離が時間と共に変化する収差補正された光ビームに変換し、当該収差補正された光ビームを試料表面に垂直入射する検査ビームとして投射するコリメータ光学系と、検査すべき試料の表面に存在する突起欠陥により発生する散乱光パターンに対応した光透過部分を有する遮光マスクと、遮光マスクを通過した散乱光を受光する第１の光検出器とを具え、
   前記試料表面で発生した散乱光は前記軸外しメニスカスレンズにより受光され、軸外しメニスカスレンズにより受光された散乱光は、前記軸外し球面凹面鏡、前記ポリゴンミラーの回転反射面、及び遮光マスクを介して前記第１の光検出器に入射することを特徴とする欠陥検出装置。
5. 前記光源とポリゴンミラーとの間の光路中に、前記光源からポリゴンミラーに向かう光ビームと前記コリメータ光学系により受光されポリゴンミラーを介して前記第１の光検出器に向かう散乱光とを分離するビームスプリッタが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の欠陥検出装置。
6. 請求項５に記載の欠陥検出装置において、前記ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタで構成し、当該偏光ビームスプリッタと前記ポリゴンミラーとの間の光路に１／４波長板が配置されていることを特徴とする欠陥検出装置。
7. 請求項４に記載の欠陥検出装置において、前記検査すべき試料が透明基板を有し、この試料の背面側に配置した集光レンズ及び第２の光検出器をさらに有し、前記垂直入射し試料を透過した検査ビームを前記集光レンズを介して第２の光検出器により受光し、検査すべき試料からの散乱光及び透過光の両方を用いて試料について検査を行うことを特徴とする欠陥検出装置。
8. 前記試料を透過した検査ビームを用いて、前記第２の光検出器により検査すべき試料に表示されているアラインメントマークを検出し、このアラインメントマークの検出を表す出力信号を検査開始信号として用いることを特徴とする請求項７に記載の欠陥検出装置。
9. 請求項４から８までのいずれか１項に記載の欠陥検出装置を、検査すべき試料の移送方向と直交する方向に沿って複数個配置し、順次移送されてくる被検査試料についてリアルタイムで突起検出することを特徴とする欠陥検出装置。

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