JPH03226187A - 画像取り込み装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はパルス化されたレーザー光を照明光として使用
する画像取り込み装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、照明光にレーザー光を使用する画像取り込み装置
において、照度むらを軽減するための手段としては、特
開昭６０−１６６９５２号公報で示されているように観
察物体上をレーザービームで走査し、イメージセンサ−
の光蓄積時間をその走査回数で制御して画像を取り込む
方法が用いられていた。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、最近ではエキシマレーザ−のようなパル
ス光源が照明光として使用されるようになり、従来のよ
うにイメージセンサ−の光蓄積時間をレーザービームの
走査回数で制御して画像を取り込むだけでは、 １、パルス光の発光タイミングがビームの走査タイミン
グに同期していないため、１パルス分の照度むらが生じ
てしまう、 ２、エキシマレーザ−の発光周波数が数１００Ｈｚと低
いため、ビーム１走査に要する時間がＣＣＤの蓄積可能
時間よりも大きくなることが発生し、イメージセンサ−
の光蓄積時間を走査回数で制御することが出来なくなる
、 などの理由から照度むらの少ない最適画像を得ることは
不可能であった。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
画像取り込み装置において、照度むらの少ない最適画像
が得られるようにすることにある。

［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の画像取り込み装置は、
パルス化されたレーザ光である照明光を受光し、そのビ
ームを揺動して出射する揺動手段と、揺動手段が出射す
る揺動ビームにより照明された画像の情報を電気信号と
して取り込む撮像手段と、撮像手段が取り込んだ電気信
号を積算して１つの画像データとする画像積算手段と、
撮像手段の画像情報取り込みタイミングに同期させて前
記パルスレーザ−の発光繰り返し周波数及び揺動手段の
揺動周期を制御する手段とを備えている。

画像積算手段は画像積算タイミングが外部から制御可能
であり、更に画像積算回数を設定可能であることが好ま
しい。

また、画像積算手段の画像積算タイミングを前記パルス
レーザ−の発光タイミングに同期させて制御する手段を
有することが好ましい。

［作用］ エキシマレーザ−等のパルス化されたレーザ光の出射パ
ルス光は一般的に水銀ランプの様な連続光に比べてビー
ム内照度むらが大きいため、ビームを固定したままで照
明したのでは、複数パルスを要して照明しても画像上に
おける照度むらを許容範囲以内に抑えることはできない
。そのため本発明では、イメージシフタ等の揺動手段に
よってビームを例えば円周状に揺動しながら、その揺動
周期に同期をとってエキシマレーザ−を発光させる。こ
のようにすることで、ビーム光軸中心の軌跡は例えば円
形を描き、レーザーの発光は常にその円周上を等分した
複数の固定された地点で起こるようになる。そして、光
軸中心の例えば１回転に要する発光パルス数を１セツト
として、これを単位にして照明を行うことにより照度む
らを最少にし、許容範囲内に納めている。

しかし、ＣＯＤカメラ等の撮像装置における画像取り込
み周期は、例えばインターレーススキャンの場合、１フ
イールド１／６０秒で固定されているため、そのまま画
像取り込みをしたのでは照度むらが大きくて処理画像と
しては使えない。そのため、レーザーの発光タイミング
と揺動手段の揺動周期を、さらに撮像手段による画像取
り込み周期に同期させ、それによって得られた画像を揺
動手段の数回転量積算することによって照度むらが最少
にされる。

［実施例］ 第１図は本発明の特徴を最も良く表す構成図である。エ
キシマレーザ−１はＫｒＦなどが封入されたガスレーザ
ーで、パルス化されたレーザー光を発生する光源である
。ここで発生されたパルス光はビーム整形光学系２で所
望のビームサイズに整形されたあと、イメージシフタ３
に入射する。

イメージシフタ３は入射したビームを出力において円周
状に揺動させるための光学系で、例えばウェッジをモー
ターによって回転することで実現される。イメージシフ
タ３によって揺動されたビームはハーフミラ−４を通過
し、ミラー５で反射されてレチクル６に達する。レチク
ル６には集積回路パターンが形成されており、このパタ
ーンはレチクル６に達したビームにより投影レンズ７を
通してウェハ８上に投影露光される。

エキシマレーザ−１の出射パルス光は一般的に水銀ラン
プの様な連続光に比べてビーム内照度むらが大きいため
、ビームを固定したままで露光したのでは、複数パルス
を要して露光してもウェハ８上の照度むらを許容範囲以
内に抑えることは出来ない。そのため本実施例では、イ
メージシフタ３によってビームを円周状に揺動しながら
、その揺動周期に同期をとってエキシマレーザ−を発光
させている。この様にすることで、ハーフミラ−４以降
における光軸中心の軌跡は第２図のように円形を描き、
レーザーの発光は常にその円周上を等分した複数の固定
された地点で起こるようになる。よって、光軸中心１回
転に要する発光パルス数を１セツトとして、これを単位
にして露光を行うことにより照度むらを最少にし、許容
範囲内に納めている。

一方、第１図において、ウェハ８で反射されたビームは
投影レンズ７、レチクル６を通り、ミラー５、ハーフミ
ラ−４で反射されてＣＣＤカメラ９の撮像面に入射する
。このためＣＣＤカメラ９ではウェハ８上及びレチクル
６上に形成されている２つのパターンを同時に観察する
ことができ、この画像を処理することでウェハ８及びレ
チクル６の相対位置を知ることができる。

しかし、ＣＣＤカメラ９の画像取り込み周期はインター
レーススキャンの場合、１フイールド１／６０秒で固定
されているため、そのまま画像取り込みをしたのでは照
度むらが大きくて処理画像としては使えない。そのため
、画像取り込み時においても露光時と同様にエキシマレ
ーザ−１の発光タイミングとイメージシフタ３の回転数
をＣＣＤカメラ９の取り込み周期に同期させ、そこで得
られた画像を第２図の光軸中心の数回転量（数セット分
）、画像積算することによって照度むらを最少にするこ
とが必要となる。この画像積算を行う部分が画像積算装
置１０であり、画像取り込みの同期制御及び画像処理を
行うため、マイクロコンピュータ１１が画像積算装置１
０に接続されている。また、マイクロコンピュータ１１
は画像取り込みの同期制御のため、イメージシフタコン
トローラ１２を通してイメージシフタ３に接続され、イ
メージシフタ３の回転数を制御すると共にカメラから垂
直同期（ＶＤ倍信号を得るためＣＣＤカメラ９にも接続
されている。

ここで、照度むらを最少にする画像取り込み方法の詳細
について説明する。第３図はＣＣＤカメラ９に入射する
ビームの光軸中心の軌跡を表す。

イメージシフタ３が１回転すると光軸中心の軌跡は円周
上を１回転する。このとき、イメージシフタ３の回転数
がエキシマレーザ−１の繰り返し周波数に同期している
と第３図のようにレーザーの発光タイミングは常に円周
上を等分した位置に固定される。ここでは例として光軸
中心１回転で２５パルスのレーザー発光が行われる場合
を考える。このとき、ＣＣＤカメラ９の１回のフィール
ド取り込み期間に５パルスの発光が入るように、エキシ
マレーザ−１の繰り返し周波数を３００Ｈ２に設定する
と、光軸中心１回転の間に５回のフィールド取り込みを
行うことになる。

この５回の取り込み期間を各々■〜■として、画像取り
込みのタイミングを第４図で説明する。

第４図において、ＣＣＤカメラ９のＶＤ信号ＳＶＤはフ
ィールド取り込みタイミングＴ３に同期してカメラから
出力される信号である。任意のＶＤ信号ＳＶＯの立ち上
がりエツジからエキシマレーザ−１をタイミングＴ１で
示されるように３００Ｈｚで発光させ、その時点での光
軸中心の移動角度θを０°とすると、光軸中心が３６０
°まで移動する間にＶＤ信号ＳＶＯは５回出力される。

ＶＤ信号ＳＶＤの立ち上がりエツジからＣＣＤカメラ９
の電荷取り込みタイミングＴ２までは一般に数１０μｓ
であるため、レーザー発光パルスＴ＋の１番初めの発光
パルスはそのすぐ後にある電荷の取り込みタイミングＴ
２で取り込まれる。そして、エキシマレーザ−１の最大
繰り返し周波数は一般的に１ｋＨｚ程度であるため、レ
ーザーの発光周期は１ｍＳ以上となり、そのあとの５パ
ルスはその次の電荷取り込みタイミングＴ２で確実に取
り込まれる。ここで取り込まれた電荷は取り込み期間の
における５パルスの発光に対応するものである。そして
、この電荷が偶数フィールドとして読み出されると仮定
すると、ＣＣＤカメラの出力フィールドＴ３に示される
様に次の読み出しでは■の奇数フィールドが読み出され
、その後順次、■が偶、■が奇、■が偶、と光軸中心の
移動角度θが３６０°となるまでに画像信号を取り込む
ことができる。しかし、ここまでの５フイールドの画像
積算では奇数、偶数のフィールドの各々について光軸中
心１回転分の積算画像が得られたことにならず、そのた
め、もう１回転分の画像を更に連続して積算することに
よりこれを実現することができる。但し、このとき１回
転目と２回転目で各取り込み期間でフィールドがそれぞ
れ奇遇反転しなければならないため、１回転における画
像取り込みフィールド数は奇数としなければならない。

以上のようにして、照度むらの最少な画像を取り込むこ
とが可能となる。

このときのマイクロコンピュータ１１の処理フローを第
５図に示す。

ただし、同図中、ステップＳＴＩのレーザーの繰り返し
周波数の設定は、レーザーの繰り返し周波数を変化させ
ては１画像を取り込み、その画像のヒストグラムが最適
となった時の繰り返し周波数を設定する。また、レーザ
ーの光量が少なく繰り返し周波数を最大まで上げてもＣ
ＣＤの入射光量が不足している場合には、繰り返し周波
数を最大に設定し、画像積算数をイメージシフタ（Ｉ／
Ｓ）の４回転分、６回転分と増加させることによって光
量不足をカバーすることができる。

ステップＳＴ２の処理において、光軸中心１回転での最
低発光パルス数は光学系の特性と照度むらの許容範囲か
ら一般的に決定され、本実施例では数１０パルスである
。

また、一般的にレーザーの光量はほぼ一定しているため
、ステップＳＴＩ〜３の処理は最初だけ行えば、以後光
量が大きく変化しない限り不要である。

なお、ＣＣＤカメラがノンインターレーススキャン方式
の場合には１／３０秒間隔で１フレ一ム分の画像を１度
に取り込むため、光軸中心１回転分だけの画像積算をす
ることにより実施例と同様な照度むらの少ない画像を取
り込むことが可能である。

また、外部同期可能でかつ画像の取り込み周波数が可変
なＣＣＤカメラを使用するのであれば、逆にレーザーの
繰り返し周波数に同期させてＣＣＤカメラの取り込みタ
イミング及びイメージシフタの回転数を設定することに
よって実施例と同様の画像取り込みを実現できる。この
場合、レーザーの繰り返し周波数を常に最大に固定でき
るため、画像の取り込みを高速に行うことが可能となる
。

また、実施例のように厳密に画像の取り込みタイミング
をレーザーの発光タイミング及びイメージシフタの回転
に同期させなくても照度むらが許容範囲内に入る場合に
は、イメージシフタの回転軸にエンコーダを設けてイメ
ージシフタの回転角をモニターしておき、所望の回転角
に達したときに画像の取り込み指令がでるようにしてお
き、その指令が出たタイミングからすぐあとのＣＣＤカ
メラの出力画像信号を１フレーム分取り込み、画像積算
できるようにしておけば、光軸中心が数回転量の画像を
自由に積算することができるようになり、照度むらが許
容範囲内の画像を取り込むことが可能となる。この場合
、レーザーの発光タイミングをＣＣＤカメラの画像取り
込み周期に同期させる必要がないため、レーザーの繰り
返し周波数を最大に設定することが可能となり画像の取
り込みを高速化できる。また、画像積算装置として、連
続して画像積算が可能なタイプでないものも用いること
ができるようになる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ＣＣＤカメラの画
像取り込み周期に同期させてエキシマレーザ−の繰り返
し周波数及びイメージシフタの回転数を設定するように
したため、例えば、インターレーススキャンの場合、揺
動手段による揺動２回分について連続して画像積算をす
ることにより、以下の効果がある。

（１）照度むらの大きいパルス光で照明された画像につ
いて、照度むらの少ない画像を得ることができる。

（２）光源自体の光量が小さいときにも画像積算数を増
やすことで光量不足をカバーし、最適画像を得ることが
できる。

（３）ＣＣＤカメラ等の撮像手段の最適光量を自動的に
設定することができる。

（４）画像積算をすることによるスムージング効果によ
り画像におけるノイズ除去が可能。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成図。 第２図は、イメージシフタによるレーザービームの光軸
中心の軌跡。 第３図は、第１図の装置により画像取り込みをした時の
光軸の動きと画像取り込み タイミング、を示す図。 第４図は、第１図の装置による画像取り込み時のタイミ
ングチャート。 第５図は、第１図の装置における処理のフローチャート
。 １、エキシマレーザ−５２：ビーム整形光学系３：イメ
ージシフタ、４：ハーフミラ−，５：ミラー、６：レチ
クル、７：投影レンズ、８．ウェハ、９：ＣＣＤカメラ
、１０：画像積算装置、１１：マイクロコンピュータ、
１２；イメージシフタコントローラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス化されたレーザ光である照明光を受光し、
   そのビームを揺動して出射する揺動手段と、揺動手段が
   出射する揺動ビームにより照明された画像の情報を電気
   信号として取り込む撮像手段と、撮像手段が取り込んだ
   電気信号を積算して１つの画像データとする画像積算手
   段と、撮像手段の画像情報取り込みタイミングに同期さ
   せて前記パルスレーザーの発光繰り返し周波数及び揺動
   手段の揺動周期を制御する手段とを具備することを特徴
   とする画像取り込み装置。
2. （２）画像積算手段は画像積算タイミングが外部から制
   御可能であり、更に画像積算回数を設定可能であること
   を特徴とする請求項１記載の画像取り込み装置。