JPH06175057A - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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Publication number
JPH06175057A
JPH06175057A JP4325090A JP32509092A JPH06175057A JP H06175057 A JPH06175057 A JP H06175057A JP 4325090 A JP4325090 A JP 4325090A JP 32509092 A JP32509092 A JP 32509092A JP H06175057 A JPH06175057 A JP H06175057A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scanning
vibrating mirror
light beam
scanning direction
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP4325090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Hamada
等史 浜田
Kinya Kato
欣也 加藤
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
Yoshihiro Kimura
義宏 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP4325090A priority Critical patent/JPH06175057A/en
Publication of JPH06175057A publication Critical patent/JPH06175057A/en
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve throughput without making the diameter of a beam spot large or to make the diameter of a beam spot small without lowering throughput. CONSTITUTION:In a scanning optical device scanning a surface to be examined 20 by condensing a luminous flux on the surface to be examined 20, a reflection type scanning means 15 having a rectangular reflection surface 15a is arranged at the condensing position of condensing optical systems 12-14 linearly condensing the luminous flux from a light source means 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、集光された光によって
被検面上の走査を行う走査光学装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical device for scanning a surface to be inspected with condensed light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、集光された光によって被検面上の
装置を行う走査光学装置としては、例えば図9に示すも
のが知られている。この走査光学装置において、光源91
からの平行光束状の光ビームは、負レンズ92と性レンズ
93とからなるビームエキスパンダー92,93 によってその
ビーム径が広がり、ビームエキスパンダー92,93 の光軸
Ax4 に沿った平行ビームとして、振動鏡95に達する。そ
して、平行ビームは、振動鏡95によって偏向され、走査
レンズ97を介して、被検面20上の走査件99上にビームス
ポットを形成する。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a scanning optical device shown in FIG. 9 has been known as a scanning optical device for performing an apparatus on a surface to be inspected by means of condensed light. In this scanning optical device, the light source 91
The parallel light beam from the negative lens 92 and the sex lens
The beam diameter is expanded by the beam expander 92,93 consisting of 93 and the optical axis of the beam expander 92,93.
It reaches the vibrating mirror 95 as a parallel beam along the Ax 4 . Then, the parallel beam is deflected by the vibrating mirror 95 and forms a beam spot on the scanning object 99 on the surface 20 to be inspected via the scanning lens 97.

【0003】そして、振動鏡95は、振動中心軸Ax6 を中
心として、図中矢印方向に振動可能に設けられており、
この振動鏡95の振動に伴って、走査レンズ97に入射する
平行ビームの偏向方向が変化して、被検面20上の走査線
99に沿ってビームスポットが走査される。
The vibrating mirror 95 is provided so as to be able to vibrate in the direction of the arrow in the drawing about the vibration center axis Ax 6 .
With the vibration of the vibrating mirror 95, the deflection direction of the parallel beam incident on the scanning lens 97 changes, and the scanning line on the surface 20 to be inspected
The beam spot is scanned along 99.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き従来の走査光学装置において、被検面上の走査ビー
ムのスポットサイズを小さくする場合には、走査レンズ
の開口数(N.A) を大きくする必要があった。このとき、
振動鏡に入射させる平行ビームの径も大きくする必要が
あるため、振動鏡が大型化していた。
However, in the conventional scanning optical device as described above, in order to reduce the spot size of the scanning beam on the surface to be inspected, it is necessary to increase the numerical aperture (NA) of the scanning lens. was there. At this time,
Since it is necessary to increase the diameter of the parallel beam incident on the vibrating mirror, the vibrating mirror has been enlarged.

【0005】ここで、振動鏡が大型化すると、振動鏡の
慣性モーメントが大きくなるため、振動鏡の振動周期を
早めて走査に要する時間の短縮を図ることが困難にな
り、スループットが低下するといった問題点が生じる。
そこで、本発明は、スループットを低下させることな
く、ビームスポット径の小径化を図ることができる走査
光学装置を提供することを第1の目的とし、ビームスポ
ット径の拡大化を伴わずにスループットの向上を図るこ
とができる走査光学装置を提供することを第2の目的と
する。
Here, when the size of the vibrating mirror becomes large, the moment of inertia of the vibrating mirror becomes large, so that it becomes difficult to speed up the vibration cycle of the vibrating mirror to shorten the time required for scanning, and the throughput decreases. Problems arise.
Therefore, a first object of the present invention is to provide a scanning optical device capable of reducing the beam spot diameter without reducing the throughput, and to improve the throughput without increasing the beam spot diameter. A second object is to provide a scanning optical device that can be improved.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による走査光学装置は、以下の構成を有し
ている。例えば図1に示す如く、被検面(20)上に光束を
集光させ、この光束によって被検面上を走査する走査光
学装置は、光束を供給する光源手段(11)と、光源手段か
らの光束を線状に集光させる集光光学系(12〜14)と、
この集光光学系による光束の集光位置に配置され、光束
を反射させて走査する反射型走査手段(15)とを有し、反
射型走査手段は、長方形状の反射面(15a) を有するよう
に構成される。
In order to achieve the above object, a scanning optical device according to the present invention has the following configuration. For example, as shown in FIG. 1, a scanning optical device that collects a light beam on a surface to be inspected (20) and scans the surface to be inspected by this light beam includes a light source means (11) for supplying a light beam and a light source means. A condensing optical system (12 to 14) that condenses the luminous flux of
The reflection type scanning unit (15) is disposed at the position where the light beam is condensed by the light condensing optical system and reflects the light beam to scan. The reflection type scanning unit has a rectangular reflection surface (15a). Is configured as follows.

【0007】なお、本発明においては、被検面上で走査
される光束の軌跡を「走査線」と称し、この走査線に沿
った方向を「走査方向」、振動鏡で反射された光束の主
光線と走査線とを含む面を「走査面」と称する。そし
て、この走査面に対して垂直な方向を「副走査方向」と
称する。なお、光源手段から振動鏡までの光路において
は、集光光学系の光軸と直交する走査面内の方向を「走
査方向」とし、集光光学系の光軸方向と走査方向とに直
交する方向を「副走査方向」とする。
In the present invention, the locus of the light beam scanned on the surface to be inspected is referred to as a "scanning line", and the direction along this scanning line is the "scanning direction" and the light beam reflected by the vibrating mirror is referred to as "scanning direction". A surface including the chief ray and the scanning line is referred to as a "scanning surface". The direction perpendicular to this scanning plane is called the "sub-scanning direction". In the optical path from the light source means to the vibrating mirror, the direction in the scanning plane orthogonal to the optical axis of the condensing optical system is referred to as "scanning direction", and the optical axis direction of the condensing optical system is orthogonal to the scanning direction. The direction is referred to as the “sub-scanning direction”.

【0008】[0008]

【作用】上述の構成の如く、本発明においては、反射型
走査手段の反射面上に、光束を線状となるように集光し
ている。このため、反射面の幅(副走査方向の長さ)を
広げることなく、走査光学系の開口数を大きくできる。
このとき、反射面の幅が広がらないため、反射型走査手
段の慣性モーメントが増加しない。これにより、スルー
プットを低下させることなく、被検面上のスポットサイ
ズの小径化を図ることが可能となる。
As described above, in the present invention, the light beam is condensed into a linear shape on the reflection surface of the reflection type scanning means. Therefore, the numerical aperture of the scanning optical system can be increased without increasing the width (length in the sub-scanning direction) of the reflecting surface.
At this time, since the width of the reflecting surface does not widen, the moment of inertia of the reflection type scanning means does not increase. This makes it possible to reduce the spot size on the surface to be inspected without lowering the throughput.

【0009】また、本発明による走査光学手段は、走査
光学系の開口数を小さくせずに、反射型走査手段の慣性
モーメントを格段に小さくすることができる。これによ
り、被検面上のビームスポット径の増大を伴わずに、ス
ループットの向上を図ることができる。
The scanning optical means according to the present invention can significantly reduce the moment of inertia of the reflection type scanning means without reducing the numerical aperture of the scanning optical system. Thereby, the throughput can be improved without increasing the beam spot diameter on the surface to be inspected.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図1は、本発明の実施例の構成を示す模式図
であり、この図1において、被検面上で集光された光ビ
ームが走査される方向を走査方向とし、被検面内で走査
方向と直交する方向を副走査方向とする。なお、本発明
による走査光学装置は、図1に示す如く、振動鏡15によ
って光ビームが進行する光路が屈曲されているため、光
源11、集光光学系12〜14、振動鏡15が配置される光路内
において、集光光学系12〜14の光軸Ax1 と直交する走査
面内の方向を走査方向とし、集光光学系12〜14のの光軸
Ax1 と走査方向とに直交する方向を副走査方向とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the scanning direction is the scanning direction of the light beam focused on the surface to be inspected, and scanning is performed within the surface to be inspected. The direction orthogonal to the direction is the sub-scanning direction. In the scanning optical device according to the present invention, as shown in FIG. 1, since the optical path through which the light beam travels is bent by the vibrating mirror 15, the light source 11, the condensing optical systems 12 to 14, and the vibrating mirror 15 are arranged. In the optical path of the condensing optical system 12 to 14, the scanning direction is the direction in the scanning plane orthogonal to the optical axis Ax 1 of the condensing optical system 12 to 14
The direction perpendicular to Ax 1 and the scanning direction is the sub-scanning direction.

【0011】まず、図1〜図3を参照して本実施例の走
査光学装置の説明を行う。ここで、図2は、図1の走査
光学装置を副走査方向から見たときの光路を展開した状
態を示す光路図であり、図3は、図1の走査光学装置を
走査方向から見たときの光路を展開して示す光路図であ
る。まず、図1において、光ビームを供給する光源11の
光ビームの射出方向には、光ビームの進行する光路に沿
って順に、走査方向に負の屈折力を持つ円筒負レンズ12
と、走査方向に正の屈折力を持つ円筒正レンズ13と、副
走査方向に正の屈折力を持つ円筒正レンズ14とで構成さ
れた集光光学系12〜14が配置されている。この集光光学
系12〜14は、光源11からの光ビームを振動鏡15の反射面
15a 上に走査方向に延びた形状の焦線を形成するように
集光する。そして、振動鏡15の反射方向には、走査光学
系として、射影方式がfθである走査レンズ17と、副走
査方向に正の屈折力を持つ円筒正レンズ18とが配置され
ている。
First, the scanning optical device of this embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is an optical path diagram showing a state in which an optical path is developed when the scanning optical device of FIG. 1 is viewed from the sub-scanning direction, and FIG. 3 is a scanning optical device of FIG. 1 viewed from the scanning direction. It is an optical-path figure which expands and shows the optical path at the time. First, in FIG. 1, a cylindrical negative lens 12 having a negative refracting power in the scanning direction is sequentially provided along the optical path in which the light beam travels in the light beam emission direction of the light source 11 for supplying the light beam.
And a condensing optical system 12 to 14 including a cylindrical positive lens 13 having a positive refractive power in the scanning direction and a cylindrical positive lens 14 having a positive refractive power in the sub-scanning direction. This condensing optical system 12 to 14 is a reflection surface of the vibrating mirror 15 for the light beam from the light source 11.
The light is focused so as to form a focal line extending in the scanning direction on 15a. In the reflection direction of the vibrating mirror 15, a scanning lens 17 having a projection method of fθ and a cylindrical positive lens 18 having a positive refractive power in the sub-scanning direction are arranged as a scanning optical system.

【0012】以下、図2、図3を参照して、本発明の走
査光学装置の光路を説明する。まず、図2において、光
源11からの光ビームのビーム径は、円筒負レンズ12と円
筒正レンズ13とを通過して走査方向に拡大する。この光
ビームは、図3に示す如く、円筒正レンズ14を介して振
動鏡15の反射面15a 上に集光される。このとき、反射面
15a 上には、走査方向に延びた線状の焦線が形成され
る。そして、線状に集光された光ビームは、反射面14a
にて偏向され、走査レンズ17により集光され、円筒正レ
ンズ18に達する。ここで、走査レンズ17を介した光ビー
ムは、走査方向において収斂光束の状態となり、円筒正
レンズ18を介した光ビームは、副走査方向においても収
斂光束の状態となって、被検面20上の走査線19上の一点
に集光し、ビームスポットを形成する。
The optical path of the scanning optical device of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, in FIG. 2, the beam diameter of the light beam from the light source 11 passes through the cylindrical negative lens 12 and the cylindrical positive lens 13 and is expanded in the scanning direction. As shown in FIG. 3, this light beam is focused on the reflecting surface 15a of the vibrating mirror 15 via the cylindrical positive lens 14. At this time, the reflective surface
A linear focal line extending in the scanning direction is formed on 15a. Then, the linearly condensed light beam is reflected by the reflecting surface 14a.
It is deflected by, is condensed by the scanning lens 17, and reaches the cylindrical positive lens 18. Here, the light beam that has passed through the scanning lens 17 is in a convergent light beam state in the scanning direction, and the light beam that has passed through the cylindrical positive lens 18 is in a convergent light beam state in the sub-scanning direction as well. The beam spot is formed by converging on one point on the upper scanning line 19.

【0013】そして、図1に戻って、振動鏡15は、軸Ax
3 を中心軸として揺動可能に設けられており、図示なき
駆動部によって等速度(角速度一定)で振動するように
構成されている。ここで、走査レンズ17の射影方式は、
走査線19での走査範囲の1/2(像高) をyとし、走査レン
ズ17の焦点距離をf、走査レンズ17の光軸Ax2 に対する
光ビームの入射角(半画角)をωとしたとき、 y=f・ω ‥‥(1) で示される。従って、被検面20上では、振動鏡15の等速
振動により、ビームスポットが走査方向に沿って等速で
走査される。なお、振動鏡15の振動は、角速度一定の等
速振動とは限らず、単振動であっても良い。
Then, returning to FIG. 1, the vibrating mirror 15 has an axis Ax.
It is swingably provided about 3 as a central axis, and is configured to vibrate at a constant velocity (constant angular velocity) by a drive unit (not shown). Here, the projection method of the scanning lens 17 is
Let 1/2 be the scanning range on the scanning line 19 (image height) be y, the focal length of the scanning lens 17 be f, and the incident angle (half angle of view) of the light beam with respect to the optical axis Ax 2 of the scanning lens 17 be ω. Then, y = f · ω (1) Therefore, on the surface 20 to be inspected, the beam spot is scanned at a constant velocity in the scanning direction by the constant velocity vibration of the vibrating mirror 15. The vibration of the vibrating mirror 15 is not limited to the constant velocity vibration with a constant angular velocity, and may be a simple vibration.

【0014】さて、本発明においては、集光光学系12〜
14により振動鏡15上に走査方向に延びた焦線が形成され
ており、この振動鏡15は、走査方向に延びた矩形形状に
構成されている。以下、振動鏡15の形状について、図4
を参照して説明する。まず、図4は、円筒正レンズ14に
よって、振動鏡15に焦線を形成したときの光路を副走査
方向から見た状態を示す光路図である、この図4におい
て、基準位置43a とは、集光光学系12〜14の光軸Ax1
沿って入射する光ビーム40が振動鏡15により走査レンズ
17の光軸Ax2 に沿って反射されるたとの振動鏡15の位置
である。また、図中破線で示す如く、振動鏡15が走査レ
ンズ17の半画角の1/2 だけ基準位置43a から回転した状
態を位置43b とする。そして、基準位置43a に位置する
振動鏡15の法線をN15し、光軸Ax1 と法線N15との成す
角を光ビームの入射角θとする。
In the present invention, the condensing optical system 12-
A focal line extending in the scanning direction is formed on the vibrating mirror 15 by the vibrating mirror 15, and the vibrating mirror 15 has a rectangular shape extending in the scanning direction. The shape of the vibrating mirror 15 is shown in FIG.
Will be described with reference to. First, FIG. 4 is an optical path diagram showing the optical path when the focal line is formed on the vibrating mirror 15 by the cylindrical positive lens 14, as viewed from the sub-scanning direction. In FIG. 4, the reference position 43a is The light beam 40 incident along the optical axis Ax 1 of the condensing optical system 12 to 14 is scanned by the vibrating mirror 15.
This is the position of the vibrating mirror 15 when reflected along the optical axis Ax 2 of 17. Further, as indicated by a broken line in the figure, the state in which the vibrating mirror 15 is rotated from the reference position 43a by half the half angle of view of the scanning lens 17 is defined as a position 43b. Then, the normal vibration mirror 15 located at the reference position 43a N 15, and the angle between the optical axis Ax 1 and the normal N 15 and the incident angle θ of the light beam.

【0015】ここで、振動鏡15が位置43b に位置すると
きに形成される光ビーム40の照射領域41は、図5に斜線
で示すように、光軸Ax1 から離れるに従ってコマ状に広
がる形状となる。そして、この照射領域41の走査方向の
長さa0 、及び副走査方向の幅b0 は、振動鏡15が位置
15b に位置するときに最大となる。従って、振動鏡15の
走査方向の長さ及び副走査方向の幅は、上述のa0 、及
びb0 以上であれば良い。
Here, the irradiation region 41 of the light beam 40 formed when the vibrating mirror 15 is located at the position 43b has a shape that spreads in a coma shape with increasing distance from the optical axis Ax 1 , as shown by the diagonal lines in FIG. Becomes The length a 0 of the irradiation area 41 in the scanning direction and the width b 0 of the sub-scanning direction are set so that the vibrating mirror 15 is positioned.
Maximum when located at 15b. Therefore, the length in the scanning direction and the width in the sub-scanning direction of the vibrating mirror 15 may be at least a 0 and b 0 described above.

【0016】以下、走査方向の長さa0 及び副走査方向
の幅b0 を求める。なお、説明を簡単にするために、円
筒正レンズ13及び円筒正レンズ14の間での光ビームの断
面形状を実際の楕円形状に外接する矩形とする。図6に
示すように、矩形断面形状の光ビームが位置43b に位置
する振動鏡15に照射されると、振動鏡15の反射面15a 上
には、斜線で示す如く振動中心軸Ax3 に対称な2つの二
等辺三角形形状の光ビーム照射領域42が形成される。
Below, the length a 0 in the scanning direction and the width b 0 in the sub-scanning direction are obtained. In order to simplify the description, the cross-sectional shape of the light beam between the cylindrical positive lens 13 and the cylindrical positive lens 14 is a rectangle circumscribing an actual elliptical shape. As shown in FIG. 6, when a light beam having a rectangular cross-section is applied to the vibrating mirror 15 located at the position 43b, the reflecting surface 15a of the vibrating mirror 15 is symmetrical with respect to the vibration center axis Ax 3 as indicated by the diagonal lines. Two isosceles triangular light beam irradiation regions 42 are formed.

【0017】そして、図4に戻って、光ビーム40が作る
焦線44と位置43b に位置する振動鏡15との成す角はθ+
ω/2である。ここで、光ビーム40の走査方向の径をφ
1 とすると、振動鏡15の走査方向に沿った長さa0 は、 a0 =φ1 /cos(θ+ω/2) ‥‥(2) で表される。そして、位置43b にある振動鏡15の光軸Ax
1 方向に沿った長さL43 b は、図示の如く、 L43b =φ1 ・tan(θ+ω/2) ‥‥(3) である。
Then, returning to FIG. 4, the angle formed by the focal line 44 formed by the light beam 40 and the vibrating mirror 15 located at the position 43b is θ +.
ω / 2. Where the diameter of the light beam 40 in the scanning direction is φ
If the length is 1 , the length a 0 of the vibrating mirror 15 in the scanning direction is represented by a 0 = φ 1 / cos (θ + ω / 2) (2). Then, the optical axis Ax of the vibrating mirror 15 at the position 43b is
The length L 43 b along one direction is L 43b = φ 1 · tan (θ + ω / 2) (3) as shown in the figure.

【0018】また、位置43b に位置する振動鏡15を走査
方向から見た図7に示すように、振動中心軸Ax3 方向に
沿った振動鏡15の幅b0 は、図示の如く、 b0 =L43b ・tanα ‥‥(4) であり、円筒正レンズ14の副走査方向の開口数をNA14
とすると、十分良い近似で、NA14=tanαとなるの
で、振動鏡15の走査方向の幅b0 は、 b0 =φ1 ・tan(θ+ω/2)・NA14 ‥‥(5) で示される。
Further, as shown in FIG. 7 in which the vibrating mirror 15 located at the position 43b is viewed from the scanning direction, the width b 0 of the vibrating mirror 15 along the vibration center axis Ax 3 direction is as shown in the figure, b 0 = L 43b · tan α (4) and the numerical aperture of the cylindrical positive lens 14 in the sub-scanning direction is NA 14
Then, since NA 14 = tan α is a sufficiently good approximation, the width b 0 of the vibrating mirror 15 in the scanning direction is represented by b 0 = φ 1 · tan (θ + ω / 2) · NA 14 (5) Be done.

【0019】ここで、振動鏡15の慣性モーメントI
15は、振動鏡15の面密度をρ(g/cm2) とすると、 I15=1/12・ρa0 30 ‥‥(6) である。一方、図9に示す従来の走査光学装置における
慣性モーメントを考える。ここで、ビームエキスパンダ
ー92,93 から平行光束の状態で射出した光ビーム100 が
振動鏡95にて反射されて走査レンズ17に達する光路を走
査方向側から示す図10において、ビームエキスパンダー
92,93 の光軸Ax4 に沿って入射する光ビーム100が振動
鏡95にて反射されて走査レンズ17の光軸Ax5 に沿って反
射される位置を振動鏡95の基準位置93a とする。そし
て、振動鏡95が基準位置93a から走査レンズ17の半画角
ωの1/2 だけ回転した位置を位置93b とし、この振動鏡
95が位置43bに位置する場合における振動鏡95上の照射
領域96を示す図11の如く、照射領域96は、走査方向に延
びた楕円形状となる。ここで、振動鏡95に照射される光
ビーム100 の直径をφ2 とすると、振動鏡95の副走査方
向の長さb1 は、φ2 となり、振動鏡95の走査方向に沿
った長さa1 は、 a1 =φ2 /cos(θ+ω/2) ‥‥(7) で示される。そして、振動鏡95の面密度をρ(g/cm2) と
したとき、振動鏡95の慣性モーメントI95は、 I95=1/12・ρa1 31 ‥‥(8) と表される。
Here, the moment of inertia I of the vibrating mirror 15
If the surface density of the vibrating mirror 15 is ρ (g / cm 2 ), then 15 is I 15 = 1/12 · ρa 0 3 b 0 (6). On the other hand, consider the moment of inertia in the conventional scanning optical device shown in FIG. Here, in FIG. 10, which shows the optical path of the light beam 100 emitted from the beam expanders 92 and 93 in the state of parallel light flux to reach the scanning lens 17 after being reflected by the vibrating mirror 95, the beam expander is shown in FIG.
The position where the light beam 100 incident along the optical axis Ax 4 of 92, 93 is reflected by the vibrating mirror 95 and is reflected along the optical axis Ax 5 of the scanning lens 17 is the reference position 93a of the vibrating mirror 95. . Then, the position where the vibrating mirror 95 is rotated from the reference position 93a by half the half angle of view ω of the scanning lens 17 is defined as a position 93b.
As shown in FIG. 11, which shows the irradiation region 96 on the vibrating mirror 95 when the position 95 is located at the position 43b, the irradiation region 96 has an elliptical shape extending in the scanning direction. Here, if the diameter of the light beam 100 with which the vibrating mirror 95 is irradiated is φ 2 , the length b 1 of the vibrating mirror 95 in the sub-scanning direction is φ 2 , which is the length along the scanning direction of the vibrating mirror 95. a 1 is represented by a 1 = φ 2 / cos (θ + ω / 2) (7) When the surface density of the vibrating mirror 95 is ρ (g / cm 2 ), the moment of inertia I 95 of the vibrating mirror 95 is expressed as I 95 = 1/12 · ρa 1 3 b 1 (8) It

【0020】ここで、本実施例の振動鏡15の慣性モーメ
ントI15を従来の走査光学装置の振動鏡95の慣性モーメ
ントI95よりも増加させないためには、 I95≧I15 ‥‥(9) を満足することが望ましく、これより、 1/12・ρa1 31 ≧1/12・ρa0 30 ‥‥(10) となる。
Here, in order to prevent the moment of inertia I 15 of the vibrating mirror 15 of this embodiment from increasing more than the moment of inertia I 95 of the vibrating mirror 95 of the conventional scanning optical apparatus, I 95 ≧ I 15 (9) ) Is satisfied, and therefore, 1/12 · ρa 1 3 b 1 ≧ 1/12 · ρa 0 3 b 0 (10).

【0021】そして、上記条件式より、振動鏡15の走査
方向の長さa0 は、 a0 ≦{NA14・tan(θ+ω/2)}-1/4・a1 ‥‥(11) を満足することが望ましい。ここで、長さa0 が(1
1)式の範囲から外れると、振動鏡15の慣性モーメント
15の増加を招くため好ましくない。そして、(11)
式より、慣性モーメントを従来のものよりも増加させな
い条件では、走査レンズ17の開口数NA17を〔NA14
tan(θ+ω/2)〕-1/4倍大きくできることが分か
る。これにより、被検面20上のビームスポットサイズを
〔NA14・tan(θ+ω/2)〕1/4 倍小さくでき
る。
From the above conditional expression, the length a 0 of the vibrating mirror 15 in the scanning direction is a 0 ≦ {NA 14 · tan (θ + ω / 2)} −1 / 4 · a 1 (11) It is desirable to be satisfied. Here, the length a 0 is (1
When the value is out of the range of the equation (1), the moment of inertia I 15 of the vibrating mirror 15 increases, which is not preferable. And (11)
From the formula, under the condition that the moment of inertia is not increased as compared with the conventional one, the numerical aperture NA 17 of the scanning lens 17 is [NA 14
tan (θ + ω / 2)] −1/4 times larger. As a result, the beam spot size on the surface 20 to be inspected can be reduced to [NA 14 · tan (θ + ω / 2)] 1/4 times.

【0022】例えば、振動鏡の有効領域を考慮した場合
において、走査レンズの焦点距離fが230mm 、Fナンバ
ーが1:14のときには、被検面20上のビームスポットの直
径を2倍程度小さくすることができる。さて、上述の如
く走査レンズ17の開口数NA17を大きくした場合には、
被検面20上でのビームスポットの走査に従って、このビ
ームスポットの直径が変化して被検面上での走査が不正
確になる恐れがある。以下、これについて図8を参照し
て説明する。
For example, in consideration of the effective area of the vibrating mirror, when the focal length f of the scanning lens is 230 mm and the F number is 1:14, the diameter of the beam spot on the surface 20 to be inspected is reduced by about twice. be able to. Now, when the numerical aperture NA 17 of the scanning lens 17 is increased as described above,
As the beam spot is scanned on the surface 20 to be inspected, the diameter of the beam spot may change, and the scanning on the surface to be inspected may be inaccurate. Hereinafter, this will be described with reference to FIG.

【0023】図8において、振動鏡15が基準位置43a に
位置している場合には、集光光学系12〜14からの光ビー
ム40は、振動鏡15により走査レンズ17の光軸Ax2 に沿っ
て反射される。このとき、図中破線で示される如く、振
動鏡15の軸Ax3 の位置には焦線44が形成される。そし
て、焦線44は、基準位置43a に位置する振動鏡15の反射
により焦線の像44a となる。ここで、焦線の像44a と、
走査線19の中心位置(走査線19と光軸Ax2 とが交わる位
置)とは、走査レンズ17と円筒レンズ18とからなる走査
光学系17,18 によって共役関係になっている。
In FIG. 8, when the vibrating mirror 15 is located at the reference position 43a, the light beam 40 from the condensing optical systems 12 to 14 is directed to the optical axis Ax 2 of the scanning lens 17 by the vibrating mirror 15. Is reflected along. At this time, a focal line 44 is formed at the position of the axis Ax 3 of the vibrating mirror 15 as shown by the broken line in the figure. Then, the focal line 44 becomes an image 44a of the focal line due to the reflection of the vibrating mirror 15 located at the reference position 43a. Here, the image 44a of the focal line,
The center position of the scanning line 19 (the position where the scanning line 19 and the optical axis Ax 2 intersect) has a conjugate relationship by the scanning optical systems 17 and 18 including the scanning lens 17 and the cylindrical lens 18.

【0024】そして、振動鏡15が図中矢印方向に移行す
ると、焦線44は、振動鏡15の反射により焦線の像44b と
なる。この焦線の像44b は、走査線19と共役な位置から
δだけずれる。これにより、被検面20上では、ビームス
ポットの走査に従って、その副走査方向の大きさが変化
してしまう。ここで、被検面20上でのビームスポット径
を変化させないためには、円筒正レンズ14の副走査方向
の開口数NA14が以下の条件を満たすことが望ましい。
When the vibrating mirror 15 moves in the direction of the arrow in the figure, the focal line 44 becomes an image 44b of the focal line due to the reflection of the vibrating mirror 15. The image 44b of the focal line deviates from the position conjugate with the scanning line 19 by δ. As a result, the size of the surface to be inspected 20 in the sub-scanning direction changes as the beam spot is scanned. Here, in order not to change the beam spot diameter on the surface 20 to be inspected, it is desirable that the numerical aperture NA 14 of the cylindrical positive lens 14 in the sub scanning direction satisfies the following condition.

【0025】 NA14≦(φS /2ky)1/2 ,0.6 ≦k≦1.0 ‥‥(12) 但し、NA14:円筒正レンズ14の射出側の開口数、 φS :被検面上でのビームスポット直径、 y :被検面上でのビームの走査範囲の1/2、 k :定数、 である。NA 14 ≤ (φ S / 2ky) 1/2 , 0.6 ≤ k ≤ 1.0 (12) where NA 14 is the numerical aperture on the exit side of the cylindrical positive lens 14, φ S is the surface to be inspected Beam spot diameter, y: 1/2 of the scanning range of the beam on the surface to be inspected, k: constant.

【0026】以下、この条件式(12)について詳述す
る。走査レンズ17の開口数をNA17、走査レンズ17の開
口数をfとすると、走査レンズ17に達する光ビームの走
査方向の半径は、f・NA17で表される。そして、半画
角ωがあまり大きくないとき、この半径と半画角との積
とが共役ずれδとなる。すなわち、共役ずれδは、 δ=f・NA17・ω ‥‥(13) で表される。
The conditional expression (12) will be described in detail below. Assuming that the numerical aperture of the scanning lens 17 is NA 17 and the numerical aperture of the scanning lens 17 is f, the radius of the light beam reaching the scanning lens 17 in the scanning direction is represented by f · NA 17 . When the half angle of view ω is not so large, the product of this radius and the half angle of view becomes the conjugate shift δ. That is, the conjugate shift δ is represented by δ = f · NA 17 · ω (13)

【0027】そして、共役ずれδを無視するには、この
共役ずれが集光光学系12〜14の焦点深度の範囲内であれ
ば良い。ここで、円筒正レンズ14の走査方向における射
出側の開口数をNA14としたとき、共役ずれδが、 δ≦λ/(2NA14 2 ) ‥‥(14) を満足すれば、円筒正レンズ14の焦点深度内に収まる。
In order to ignore the conjugate shift δ, it is sufficient that the conjugate shift is within the range of the focal depth of the focusing optical systems 12-14. Here, when the numerical aperture on the exit side of the cylindrical positive lens 14 in the scanning direction is NA 14 , if the conjugate deviation δ satisfies δ ≦ λ / (2NA 14 2 ) (14), the cylindrical positive lens It fits within the depth of focus of 14.

【0028】また、被検面上におけるビームスポットの
直径φS は、kを定数(0.6≦k≦1.0)とし、ビ
ームの波長をλとしたとき、 φS =k・λ/NA17 ‥‥(15) で示される。ここで、この定数kは、走査レンズ17にお
けるビームのけられ具合によって定まる定数である。
The diameter φ S of the beam spot on the surface to be inspected is φ S = k · λ /, where k is a constant (0.6 ≦ k ≦ 1.0) and the wavelength of the beam is λ. NA 17 (15) Here, this constant k is a constant determined by the degree of beam deviation in the scanning lens 17.

【0029】そして、前述の条件式(1)及び上述の条
件式(13)〜(15)により、上記条件式(12)が
算出される。ここで、円筒正レンズ14が条件式(12)
を満足する場合には、被検面20上でのビームスポット直
径が一定となり、走査レンズ17の開口数NA17が極めて
大きい場合でも、正確な走査が実現できる。
Then, the conditional expression (12) is calculated by the conditional expression (1) and the conditional expressions (13) to (15). Here, the cylindrical positive lens 14 is conditional expression (12).
If the above condition is satisfied, the beam spot diameter on the surface 20 to be inspected becomes constant, and accurate scanning can be realized even when the numerical aperture NA 17 of the scanning lens 17 is extremely large.

【0030】次に、被検面20上に形成れれるビームスポ
ットの直径を一定とするときの振動鏡15の慣性モーメン
トI15について考える。ここで、被検面20上のビームス
ポットの直径φS は、条件式(15)より、走査レンズ
17の開口数NA17によって定まり、この開口数NA
17は、走査レンズ17に入射する光ビームの径によって決
定される。すなわち、本実施例の走査光学装置によるビ
ームスポットの直径をφS を図9に示す従来の走査光学
装置によるビームスポットの直径と等しくする場合に
は、図9に示されるビーム径φ2 と、図4に示される副
走査方向の光ビームの径φ1 とを等しくすれば良い。こ
れにより、被検面20上でのビームスポットの直径φS
一定となる。
Next, the moment of inertia I 15 of the vibrating mirror 15 when the diameter of the beam spot formed on the surface 20 to be inspected is constant will be considered. Here, the diameter φ S of the beam spot on the surface to be inspected 20 is calculated by the conditional expression (15) from the scanning lens.
The numerical aperture NA of 17 determines this numerical aperture NA.
17 is determined by the diameter of the light beam incident on the scanning lens 17. That is, when the diameter of the beam spot by the scanning optical device of the present embodiment is made equal to φ S equal to the diameter of the beam spot by the conventional scanning optical device shown in FIG. 9, the beam diameter φ 2 shown in FIG. The diameter φ 1 of the light beam in the sub-scanning direction shown in FIG. 4 may be made equal. As a result, the diameter φ S of the beam spot on the surface 20 to be inspected becomes constant.

【0031】そして、振動鏡15の走査方向の長さa0
び副走査方向の幅b0 は、以下の条件を満たすことが望
ましい。 a0 ≧φ1 /〔cos(θ+ω/2)〕 ‥‥(16) b0 ≧φ1 ・tan(θ+ω/2)・NA14 ‥‥(17) 但し、φ1 :円筒正レンズ14からの光ビームの走査方
向の径、 θ :振動鏡15に入射する光ビームの入射角、 ω :走査レンズ17の半画角、 NA14:円筒正レンズ14の射出側の開口数、 である。
The length a 0 in the scanning direction and the width b 0 in the sub-scanning direction of the vibrating mirror 15 preferably satisfy the following conditions. a 0 ≧ φ 1 / [cos (θ + ω / 2)] (16) b 0 ≧ φ 1 · tan (θ + ω / 2) · NA 14 (17) where φ 1 is from the cylindrical positive lens 14. The diameter of the light beam in the scanning direction, θ: the incident angle of the light beam incident on the vibrating mirror 15, ω: the half angle of view of the scanning lens 17, NA 14 : the numerical aperture on the exit side of the cylindrical positive lens 14.

【0032】ここで、振動鏡15の走査方向の長さa0
び副走査方向の幅b0 が上述の(16),(17)式の
下限を下回る場合には、円筒正レンズ14からの光ビーム
が振動鏡15にて偏向する際に、光量ロスが発生するため
好ましくない。なお、振動鏡15の走査方向の長さa0
び副走査方向の幅b0 は、前述の(7),(10)式よ
り、 a0 30 ≦φ2 4/cos3(θ+ω/2) ‥‥(18) を満足することが望ましい。
When the length a 0 in the scanning direction and the width b 0 in the sub-scanning direction of the vibrating mirror 15 are below the lower limits of the above equations (16) and (17), the cylindrical positive lens 14 outputs When the light beam is deflected by the vibrating mirror 15, a light amount loss occurs, which is not preferable. The length a 0 in the scanning direction and the width b 0 in the sub-scanning direction of the vibrating mirror 15 are calculated from the above equations (7) and (10) as follows: a 0 3 b 0 ≦ φ 2 4 / cos 3 (θ + ω / 2) It is desirable to satisfy (18).

【0033】ここで、振動鏡15の走査方向の長さa0
び副走査方向の幅b0 がこの(18),(17)式の範
囲から外れるときには、振動鏡15の慣性モーメントが増
加するため好ましくない。そして、振動鏡15が上述の
(14),(15)式を満足するとき、従来の振動鏡95
の慣性モーメントI95に対する振動鏡15の慣性モーメン
トI15の比は、 I95/I15=(1/12・ρa1 31)/(1/12・ρa0 30) ={tan(θ+ω/2)・NA14-1 ‥‥(19) で示される。即ち、走査レンズ17の開口数を一定とする
場合には、従来のものに比べて、振動鏡15の慣性モーメ
ントを{tan(θ+ω/2)・NA14-1倍小さくで
きる。これにより、振動鏡15の振動速度を格段に高め
て、被検面20上でのビームスポット走査の走査速度の向
上を図ることが可能となる。
Here, when the length a 0 in the scanning direction and the width b 0 in the sub-scanning direction of the vibrating mirror 15 deviate from the ranges of the equations (18) and (17), the moment of inertia of the vibrating mirror 15 increases. Therefore, it is not preferable. When the vibrating mirror 15 satisfies the above expressions (14) and (15), the conventional vibrating mirror 95
The ratio of the moment of inertia I 15 of the vibrating mirror 15 of the relative moment of inertia I 95, I 95 / I 15 = (1/12 · ρa 1 3 b 1) / (1/12 · ρa 0 3 b 0) = {tan (Θ + ω / 2) · NA 14 } -1 (19) That is, when the numerical aperture of the scanning lens 17 is constant, the moment of inertia of the vibrating mirror 15 can be reduced by {tan (θ + ω / 2) · NA 14 } −1 times as compared with the conventional one. This makes it possible to significantly increase the vibration speed of the vibrating mirror 15 and improve the scanning speed of the beam spot scanning on the surface 20 to be detected.

【0034】また、本実施例においては、振動鏡15の反
射面15a 上に形成される線像と、被検面20上のビームス
ポットが形成される位置とが副走査方向で共役な関係と
なっている。従って、例えば図3に破線で示す如く、反
射面15a が面倒れを生じている状態(振動鏡15の軸Ax3
と集光光学系12〜14の光軸Ax1 とが垂直でない状態)で
あっても、反射面15a を介した光ビームは、走査線19上
の一点に集光される。これにより、振動鏡15に面倒れが
生じていた場合においても、ビームスポット径の変化な
しに正確な走査ができる。
Further, in this embodiment, the line image formed on the reflecting surface 15a of the vibrating mirror 15 and the position where the beam spot is formed on the surface 20 to be inspected have a conjugate relationship in the sub-scanning direction. Has become. Therefore, for example, as shown by the broken line in FIG. 3, a state in which the reflecting surface 15a is tilted (axis Ax 3
And the optical axis Ax 1 of the condensing optical systems 12 to 14 are not perpendicular to each other, the light beam passing through the reflecting surface 15a is condensed at one point on the scanning line 19. As a result, even if the vibrating mirror 15 is tilted, accurate scanning can be performed without changing the beam spot diameter.

【0035】なお、反射型走査手段としての振動鏡15の
形状は、長方形状に限ることなく、線状に集光された光
束の線状方向に長径を持つ楕円形状や、この線状方向に
長辺を持つ小判形状であっても良いことは言うまでもな
い。
The shape of the vibrating mirror 15 as the reflection type scanning means is not limited to a rectangular shape, but an elliptical shape having a major axis in the linear direction of a linearly condensed light beam, or a linear direction in this linear direction. It goes without saying that it may be an oval shape having long sides.

【0036】[0036]

【発明の効果】上述の如く、本発明による走査光学装置
においては、スループットを低下させることなく、被検
面上のビームスポット径の小径化を図ることができる。
さらに、本発明による走査光学装置においては、被検面
上のビームスポット径の増大を伴わずに、ビームスポッ
ト走査の高速化を図れるため、スループットの向上が実
現できる。
As described above, in the scanning optical device according to the present invention, the beam spot diameter on the surface to be inspected can be reduced without reducing the throughput.
Further, in the scanning optical device according to the present invention, since the beam spot scanning can be speeded up without increasing the beam spot diameter on the surface to be inspected, the throughput can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による走査光学装置の実施例を模式的に
示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a scanning optical device according to the present invention.

【図2】図1の走査光学装置を副走査方向から見たとき
の光路を示す光路図。
2 is an optical path diagram showing an optical path when the scanning optical device of FIG. 1 is viewed from a sub-scanning direction.

【図3】図1の走査光学装置を走査方向から見たときの
光路を示す光路図。
3 is an optical path diagram showing an optical path when the scanning optical device of FIG. 1 is viewed from a scanning direction.

【図4】図1の走査光学装置の振動鏡付近の光路を拡大
して示す光路図。
FIG. 4 is an enlarged optical path diagram showing an optical path near a vibrating mirror of the scanning optical device of FIG.

【図5】振動鏡に照射される光ビームの形状を示す平面
図。
FIG. 5 is a plan view showing the shape of a light beam with which a vibrating mirror is irradiated.

【図6】光束断面が矩形の光ビームを振動鏡に照射した
ときの形状を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing the shape of a vibrating mirror when a light beam having a rectangular cross section is irradiated onto the vibrating mirror.

【図7】振動鏡に集光する光ビームの光路を走査方向か
ら見たときの光路図。
FIG. 7 is an optical path diagram when an optical path of a light beam focused on a vibrating mirror is viewed from a scanning direction.

【図8】振動鏡による光ビームの光路を副走査方向から
見たときの光路図。
FIG. 8 is an optical path diagram when an optical path of a light beam by a vibrating mirror is viewed from a sub scanning direction.

【図9】従来の走査光学装置を模式的に示す図。FIG. 9 is a diagram schematically showing a conventional scanning optical device.

【図10】図9の走査光学装置の振動鏡付近の光路を拡
大して示す図。
10 is an enlarged view showing an optical path near a vibrating mirror of the scanning optical device of FIG.

【図11】図9の走査光学装置の振動鏡に照射される光
ビームの形状を示す平面図。
11 is a plan view showing the shape of a light beam with which the vibrating mirror of the scanning optical device of FIG. 9 is irradiated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 … 光源、 14 … 円筒正レンズ、 15 … 振動鏡、 17 … 走査レンズ、 20 … 被検面、 11… Light source, 14… Cylindrical positive lens, 15… Vibrating mirror, 17… Scan lens, 20… Test surface,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 義宏 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Kimura 3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nikon Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検面上に光束を集光させ、該集光された
光束によって被検面上を走査する走査光学装置におい
て、 前記光束を供給する光源手段と、 該光源手段からの光束を線状に集光する集光光学系と、 該集光光学系による前記光束の集光位置に配置され、前
記光束を反射させて走査する反射型走査手段とを有し、 前記反射型走査手段は、長方形状の反射面を有すること
を特徴とする走査光学装置。
1. A scanning optical device for condensing a light beam on a surface to be inspected and scanning the surface to be inspected by the light beam thus condensed; light source means for supplying the light beam; and light beam from the light source means. A condensing optical system for linearly condensing the light beam, and a reflection type scanning unit arranged at a condensing position of the light beam by the light condensing optical system for reflecting and scanning the light beam. The scanning optical device, wherein the means has a rectangular reflecting surface.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010072645A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Sie Ag Surgical Instrument Engineering Device and method for deflecting laser beam
US8979264B2 (en) 2008-09-16 2015-03-17 Sie Ag, Surgical Instrument Engineering Device and method for deflecting a laser beam

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