JPS6378008A - パタ−ン検査装置 - 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】 〔概　　　要〕 本発明は、光切断法を用いてパターンの三次元形状を検
出するパターン検査装置において、超音波偏向器の駆動
により光ビーム走査を行うとともに、その駆動信号に周
波数変動を与えてレンズ効果を生じさせて、光ビームの
焦点距離を変化させるようにしたことにより、光ビーム
の焦点位置をラインセンサの検知方向に合わせて正確な
パターン検知ができるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばＩＣやＬＳＩ等のウェハ上に形成され
ている微細パターン、プリント板の配線パターン、それ
にプリント板上におけるチップ部品の実装パターン等の
各種パターンを光切断法を用いて自動検査するパターン
検査装置に関する。

〔従来の技術〕

光切断法を用いた従来のパターン検査装置に係る光学系
の構成を第５図に示す。同図の装置は、まず、レーザ１
で出力された光ビームを、互いに直交するｘ、Ｘ方向に
偏向可能な第１、第２の超音波偏向器２．３で振り、こ
れをビームスプリッタ４および対物レンズ５を介して、
パターンの形成された被検査対象Ｍ上に照射する。この
ことにより、被検査対象Ｍ上では、Ｘ方向に沿ったライ
ン上を順次Ｘ方向に移動しながら光ビーム走査が行われ
る。次に、そこから一定方向への反射光を上記対物レン
ズ５を介してビームスプリッタ４で反射させ、これを結
像用のレンズ６を介してＣＯＤ等のラインセンサ７で各
ライン毎に順次検知していくことにより、上記パターン
の三次元形状を検出する。

次に、上記Ｘ方向の超音波偏向器３による光ビーム走査
について、具体的に述べる。一般に超音波偏向器は、与
えられた駆動信号の周波数に対応した互いに等間隔の回
折格子が超音波媒体中に形成され、その間隔に応じた角
度で入射光が偏向される。よって、超音波偏向器３には
、第６図（ｂ）に示すように、Ｘ方向の超音波偏向器２
による１ライン毎の各走査と対応して、ｆ、、ｆ２、ｆ
、、・・・　（ｆ、＞ｆ、＞ｒ、＞・・・）というよう
に階段状に変化する周波数を持つ駆動信号を与えて、各
周波数に応じて回折角を順次変化させるようにしている
。このようにすれば、Ｘ方向への１ライン分の走査中（
すなわち、Ｘ方向の同一位置にある間）は、第６図（ａ
ｌに示すように超音波偏向器３の超音波媒体中には等間
隔の回折格子が形成されることにより、媒体のどの位置
を通過した光も同じ角度だけ偏向される。そして、駆動
信号の周波数がｆＩｓｆＺ、ｆ：Ｉ、・・・と変化する
に従い、そこを通過した光ビームはレンズ５の光軸と直
交する面内をａ、、ａｚ、　　ａ３、・・・というよう
に順次Ｘ方向に移動しながら走査されていく。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図に示したビームスプリッタ４、レンズ５．６およ
びラインセンサ７からなる光学系を第７図に示す。する
と、同図に明らかなように、ラインセンサ７による検知
方向（矢印Ａ方向）と上記超音波偏向器３による光ビー
ムの走査方向（Ｘ方向）とが食い違うため、ラインセン
サ７が光ビームの焦点位置以外のぼけた部分を検知して
しまう場合（破線で示した状態）が生じる。そのため、
ラインセンサ７で得られる検知画像の精度が落ち、正確
なパターン検知ができなくなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、被検査対象上における光
ビームの焦点位置をラインセンサの検知方向に合わせる
ことができ、よって正確なパターン検知を実現できるパ
ターン検査装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ライン上の光ビーム走査をそのライン方向と
は直交する方向に順次移動させるための偏向手段として
用いた超音波偏向器に対して、所定の周波数変動を持た
せた駆動信号を与え、その周波数変動の状態に応じて焦
点距離の変化するレンズ効果を生じさせるようにしたも
のである。

〔作　　　用〕

超音波偏向器に対して上述したようなレンズ効果を生じ
させるようにすれば、その超音波偏向器は、入射ビーム
の進行方向を上記周波数に応じた角度だけ曲げてやる偏
向器として作用するとともに、上記周波数変動に応じた
焦点距離を持つ凸レンズもしくは凹レンズとしても作用
する。すなわち、光ビーム走査と焦点深度の変更が同時
に行えるようになる。従って、各走査位置にある光ビー
ムの焦点位置を所望の方向の直線上に合わせることがで
き、よってラインセンサの検知方向上にも、上記焦点位
置を容易に合わせることができるようになる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同図
の構成において、レーザ１１から出力された光ビームβ
。は、光シャッタ１２を介してミラー１３で反射され、
第１の超音波偏向器１４に入射する。この超音波偏向器
１４はＸ方向の偏向方向を持ち、ここに入射した光ビー
ムは上記Ｘ方向に繰返し走査される。このＸ方向に走査
された光ビーム１１は、ビームスプリッタ１５を通過し
、第２の超音波偏向器１６に入射する。この超音波偏向
器１６は、上記Ｘ方向とは直交するＸ方向の偏向方向を
持ち、しかも詳しくは後述するがレンズとしての機能を
も有しており、ここに入射した光ビームは上記Ｘ方向へ
の１回の走査毎にＸ方向に順次偏向角度が変えられると
ともに、焦点距離も変更される。このようにして走査さ
れた光ビーム１２は、対物レンズ１７を介して光ビーム
β３となり、被検査対象Ｍ上に照射される。このことに
より、液検知対象Ｍ上では、Ｘ方向に沿ったライン上で
順次Ｘ方向に焦点深度を変えて移動しながら光ビーム走
査が行われる。

一方、被検査対象Ｍ上からの一定方向（詳しくは後述す
るが、この一定方向上に光ビームｌ！３の焦点位置が合
うようにしである）への反射光β。

は、再度対物レンズ１７および超音波偏向器１６を介し
てビームスプリッタ１５で反射され、結像用のレンズ１
８によってＣＯＤ等のラインセンサ１９に導かれる。す
なわち、上記被検査対象Ｍ上に上記光ビーム走査によっ
て順次できる光切断線を、上記一定方向からラインセン
サ１９で検知することにより、被検査対象Ｍ上の三次元
パターンを読取っている。

なお、第１、第２の超音波偏向器１４．１６と光シャフ
タ１２は、コントローラ２３からの命令により、それぞ
れの駆動回路２０．２１．２２によっ駆動される。

次に、第２の超音波偏向器１６の駆動の仕方と、それに
伴う光シャッタ１２の駆動の仕方について、第２図に基
づき具体的に説明する。第２図（ａ）は超音波偏向器１
６のレンズ効果を示す図であり、第２図（ｂ）、（Ｃ）
はそれぞれ超音波偏向器１６、光シャッタ１２に駆動回
路２１．２２によって与えられる駆動信号を示す波形図
である。

同図（ａ）において、時間ｔに対して周波数ｆが連続的
に変化する駆動信号を超音波偏向器１６のトランスデユ
ーサ１６ａに与えると、その周波数変化を持つ超音波が
媒体内を矢印方向に伝搬されるので、その媒体内には上
記周波数変化に対応して粗から密に（もくしは密から粗
に）変化する間隔を持つ回折格子が形成されていく。例
えば、同図のように密から粗に連続的に変化した状態で
は、密の部分を通過した光は大きく回折され、粗の部分
を通過した光は小さく回折されるので、全体として光束
は集束する。すなわち、この場合は、超音波偏向器１６
は凸レンズとして作用する。一方、粗から密に連続的に
変化した状態では、逆に光束は破線で示すように発散す
ることになり、凹レンズとして作用する。

上記の点を考慮し、本実施例では、駆動信号に第２図（
ｂ）に示すような周波数変動を与えた。すなわち、第６
図（ｂ）に示した各周波数（ｆ＋　、ｆｚ、ｆ３、・・
・）を基準として、その前後に連続的な変動を与えたも
のである。これらの周波数変動の大きさを、周波数ｆＩ
、ｆ２、ｆ３、・・・と対応させてｇｌ　、ｇ２　、ｇ
３　、・・・と呼ぶこととする。このようにすれば、光
ビームｌ、の焦点のｙ方向の位置は上記基準の周波数ｆ
、、ｆ２、ｆ３、・・・によって決まり、一方、その焦
点深度は周波数変動の大きさｇｌ　、ｇｚ　、ｇ３、・
・・によって決まる。即ち基準の周波数をｆ、、ｆＺ、
ｆｆｆ、・・・　（ｆ、＞ｆ２＞ｆ、　　・・・）と変
化させる毎に大きさｇｌ　、ｇｚ　、ｇｚ　、・・・・
　（ｇｌ　　〉ｇｚ　、ｇｓ　、・・・・）の周波数変
動を与えることにより、ｙ方向に対して任意の角度を持
つ１つの直線り上に光ビーム！！３の焦点す、、ｂ、、
ｂ、、・・・を結ばせることができる。

よって上記基準の周波数ｆ１、ｆ２、ｆｌ、・・・と周
波数変動の大きさｇｌ、ｇ２、ｇｌ、・・・・とを適宜
設定することにより、第３図に示すように、上記直線り
の方向をラインセンサ１９による検知方向Ａと一敗させ
ることができる。

また、超音波は媒体内を進行していくので、上記周波数
変動に応じた所望のレンズ効果が生じた時だけ光ビーム
が光シャッタ１２を通過できるように、第２図（Ｃ）に
示すような駆動信号により光シャッタ１２をオン、オフ
するようにした。すなわち、トランスデユーサ１６ａか
ら発生した超音波がウィンドウ部１６ｂに丁度達した時
に、光シャッタ１２にオン信号を与えるようにした。例
えば、時間１＝１０に超音波が発生し、速度Ｖで進行し
て、距離！の位置にあるウィンドウ部１６ｂにｔ＝１．
で到達するものとすれば、上記オン信号を発生させる最
初のタイミングΔｔｏ（＝ｔ＋　　　ｔｏ）はｌ／■で
与えられる。

従って、本実施例では、ラインセンサ１９は常に光ビー
ムβ３の焦点位置を検知することができ、よって非常に
正確なパターン検知が可能になる。

また、従来では、第７図に示すように、被検査対象Ｍか
らの反射光をラインセンサ７に導（ための光学系として
、焦点距離の固定された２つのレンズ５．６を用いてい
たので、例えばａ点とｂ点のように検知点の位置が光軸
方向に異なる場合、上記レンズ５および６による結像位
置も異なってしまう。そのためラインセンサ７では、ａ
点についてははっきりした検知画像が得られるが、それ
以外の点（例えばｂ点）についてはぼやけた検知画像し
か得られないという問題点もあった。ところが本実施例
では、反射光２４は、上述したように各光ビームβ３の
焦点深度に対応した可変の焦点距離を持つレンズとして
作用する超音波偏向器１６を再度通過した後に、ライン
センサ１９に導かれている。よって、第３図に示すよう
に、ａ点からの光であってもｂ点からの光であっても、
ラインセンサ１９の受光面に正確に結像され、従来のよ
うにぼやけた検知画像が得られることはなくなる。

次に、本発明の他の実施例に係る光学系の主要部を第４
図に示す。本実施例は、第１図に示した超音波偏向器１
６と対物レンズ１７との間に、照明用の２つの光ビーム
を作るための光ビーム分割部３０を配置するとともに、
もう１個のラインセンサ３７を設けて、それぞれ偏向ビ
ームスプリッタ３５およびレンズ１８．３６を介してラ
インセンサ１９．３７で検知するようにしたものである
。

なお、図中の方向指示マークは、光ビームの偏光方向を
示している。

上記光ビーム分割部３０は、偏光ビームスリッタ３１、
ミラー３２、シリンドリカルレンズ３３および１／２波
長板３４から構成されており、前述した超音波偏向器１
６から出た光ビーム２２が、まず偏光ビームスプリッタ
３工によって２つの光ビームｊｌ’１１％　！、２に分
割される。

偏光ビームスプリッタ３１を透過した方の光ビーム”Ｉ
＋は、シリンドリカルレンズ３３によってＸ方向に広げ
られ、更に１／２波長板３４を通過することによって偏
光方向が９０６回転された後、対物レンズ１７によって
被検査対象Ｍ上に斜め上方から照射される（光ビームβ
３．）。その照射方向とは異なる所定方向への反射光２
１４は、対物レンズ１７、シリンドリカルレンズ３３、
およびミラー３２を介して再び偏光ビームスプリッタ３
１に導かれ、ここで反射される。このようにして得られ
た光７！１５は、上記実施例と同様に超音波偏向器１６
を再び通過し、ビームスプリッタ１５で反射された後、
偏光ビームスプリッタ３５を透過し、レンズ１８を介し
てラインセンサ１９によって検知される。

一方、光ビーム２□を偏光ビームスプリッタ３１で分割
して得られた（反射された）もう一方の光ビーム”１ｇ
は、上述した光ビーム”１１の進行した光路をまったく
逆方向に進行した後、同様に超音波偏向器１６を通過し
、ビームスプリッタ１５で反射される。このようにして
得られた光は偏光ビームスプリッタ３５で反射され、レ
ンズ３６を介してもう一方のラインセンサ３７で検知さ
れる。この際、被検査対象Ｍ上へ照射される光ビームβ
１．は、上述した反射光１．と同一光路上を逆方向に進
行する光となり、また被検査対象Ｍ上からの反射光１．
、は、上述した光ビームｌＩ３と同一光路上を逆方向に
進行する光となる。すなわち被検査対象Ｍ上の同一箇所
を２つのライセンサ１９．３７で互いに異なる２つの方
向から検知することになる。

従って、本実施例では前記実施例と同様な効果が得られ
るとともに、被検査対象Ｍ上の表面凹凸部であっても、
陰のない正確な検知が可能になる。

なお、第１図に示した光シャッタ１２の配置位置は、同
図の位置に限定されることはなく、レーザ１１からライ
ンセンサ１９．３７までの間で光ビームをオン、オフで
きる位置であればどこでもよく、また上記光シャッタ１
２を設ける代わりにラインセンサ１９．３７の検知タイ
ミングを制御するようにしてもよい。

また、第２図（ｂｌに示した超音波偏向器１６の駆動信
号波形は一例であり、その他必要に応じて適宜変化させ
てもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波偏向器にレンズ効果を持たせ、
その焦点距離を変化させることができるので、被検査対
象上における光ビームの焦点位置をラインセンサの検知
方向に容易に合わせることができ、従って、正確なパタ
ーン検知が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図（ａｌ
は超音波偏向器１６のレンズ効果を説明するための図、 第２図（ｂｌ、（Ｃ１はそれぞれ超音波偏向器１６、光
シャッタ１２に与えられる駆動信号の波形図、第３図は
上記実施例の効果を示す図、 第４図は本発明の他の実施例に係る光学系の主要部を示
す構成図、 第５図は従来のパターン検査装置の光学系を示す構成図
、 第６図ｆａ）は上記従来の装置に係る超音波偏向器３の
作用を示す図、 第６図（ｂ）は上記超音波偏向器３に与えられる駆動信
号の波形図、 第７図は従来の問題点を示す図である。 １１・・・レーザ、 １２・・・光シャッタ、 １４．１６・・・超音波偏向器、 １９・・・ラインセンサ、 ２０．２１．２２・・・駆動回路、 ２３・・・コントローラ、 ３１．３５・・・偏光ビームスプリッタ、３７・・・ラ
インセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光ビームを出力する光源（１１）と、 それぞれ互いに直交する第１、第２の偏向方向を持ち、
   被検査対象上で前記光ビームを前記第１の偏向方向にラ
   イン状に繰返し走査するとともに、該走査毎に前記第２
   の偏向方向に順次移動させる、それぞれ第１、第２の超
   音波偏向器（１４、１６）と、 該第１、第２の超音波偏向器に対し、これらを駆動する
   ための所定周波数の駆動信号を与える超音波偏向器駆動
   手段（２０、２１、２３）と、 前記被検査対象上から前記走査に応じて得られる反射光
   を所定方向からラインセンサ（１９）で検知する光検知
   手段とを有するパターン検査装置において、 前記超音波偏向器駆動手段の前記駆動信号に所定の周波
   数変動を持たせ、前記第２の超音波偏向器（１６）に前
   記周波数変動の状態に応じて焦点距離の変化するレンズ
   効果を生じさせたことを特徴とするパターン検査装置。 ２）前記周波数変動に応じた所定のレンズ効果が前記第
   ２の超音波偏向器に生じたときだけ前記光ビームを通過
   させる光シャッタ（１２）を備えたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のパターン検査装置。 ３）前記被検査対象上からの前記反射光を前記第２の超
   音波偏向器（１６）を介して前記ラインセンサ（１９）
   で検知することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のパターン検査装置。 ４）前記光検知手段は前記ラインセンサを２組備え（１
   ９、３７）、前記検知を互いに異なる２方向から行うこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れか１つに記載のパターン検査装置。 ５）前記第１、第２の超音波偏向器を介して得られた光
   ビームを２つに分離する偏光ビームスプリッタ（３１）
   を備え、分離されたそれぞれの光ビームを前記被検査対
   象上に互いに異なる方向から入射させるとともに、その
   それぞれ異なる方向への反射光を前記偏光ビームスプリ
   ッタを介して前記２組のラインセンサでそれぞれ検知す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のパター
   ン検査装置。 ６）前記ラインセンサはＣＣＤラインセンサであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれ
   か１つに記載のパターン検査装置。