JP2732123B2 - パターン検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばフィルムマスク、プリント基板等
のパターンを観察するのに使用する投影装置に関し、特
に複数の照明手段を有する検査装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来から、不透明なチャートであるプリント基板上の
傷の発見等の用途には、テーブル上に載置したプリント
基板を上方から照明し、プリント基板からの反射光を結
像レンズによりスクリーン上に結像させて検査する反射
照明型のパターン検査装置が用いられている。

また、半導体製造用、あるいはプリント基板製造用の
露光パターンが印刷されたマスク等の透明チャートを検
査する場合には、マスクの下方から照明光を投影し、マ
スクを透過した光束を結像レンズによってスクリーン上
に結像させて検査する透過照明型のパターン検査装置が
用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の検査装置では、不透明
なチャートを検査する場合と透明なチャートを検査する
場合とで異なる装置を用いなければならない。

一方、チャートの種類によっては、反射照明と透過照
明とを切り替えつつ、あるいは同時に使用して検査する
ことによって良好な検査を行い得るものもあるが、従来
の検査装置では、このような用途に対応することができ
なかった。

また、従来は、投影レンズ外から斜方反射照明手段に
よりチャートを照明して、チャート上の傷を確実に発見
するためには、チャート自身を回転させる必要があった
ために、操作性が悪く簡易に傷を発見するのは難しいも
のであった。

［発明の目的］ そこで、第１の目的は、上記の課題に鑑みてなされた
ものであり、透明チャートと不透明チャートとの双方の
検査を行うことができ、かつ、複数の照明を切り替えて
検査を行うことができるパターン検査装置を提供するこ
とにある。

また、第２の目的は、チャート自身を回転させること
なく、チャートにあらゆる方向からの斜め照明をして、
チャート上の傷を発見することのできるパターン検査装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この第１の目的を達成するため、請求項１の発明は、
照明されたチャートからの光束をスクリーン上に投影す
る投影レンズと、該投影レンズを介してチャートを照明
する垂直反射照明手段、前記投影レンズ側でかつ該レン
ズ外からチャートを照明する斜方反射照明手段、前記投
影レンズの反対側からチャートを照明する透過照明手段
の少なくとも１つを選択して照明を行う照明手段とを有
するパターン検査装置において、前記垂直反射照明手段
は、光源と、前記投影レンズから前記スクリーンに到る
光路中に挿入されて前記光源からの光束を投影レンズへ
入射させる反射部材と、該反射部材を垂直反射照明手段
の不使用時に前記光路中から退避させる退避手段を備え
るパターン検査装置としたことを特徴とする。

また、上述した第１の目的を達成するため請求項２の
発明は、照明されたチャートからの光束をスクリーン上
に投影する投影レンズと、該投影レンズを介してチャー
トを照明する垂直反射照明手段、前記投影レンズ側でか
つ該レンズ外からチャートを照明する斜方反射照明手
段、前記投影レンズの反対側からチャートを照明する透
過照明手段の少なくとも１つを選択して照明を行う照明
手段とを有するパターン検査装置において、前記垂直反
射照明手段は、光源と、前記投影レンズから前記スクリ
ーンに到る光路中に挿入されて前記光源からの光束を投
影レンズへ入射させる反射部材とを有すると共に、前記
光源から前記反射部材に到る光路中に光束が平行光束と
してほぼ前記投影レンズの光軸方向に進む平行光束部を
有し、該平行光束部から前記投影レンズまでの光学素子
を一体に移動させる焦点合わせ機構を有するパターン検
査装置としたことを特徴とする。

さらに、上述した第２の目的を達成するため、請求項
３の発明は、照明されたチャートからの光束をスクリー
ン上に投影する投影レンズと、前記投影レンズ側でかつ
該レンズ外からチャートを照明する斜方反射照明手段と
を有するパターン検査装置において、前記斜方向反射照
明手段は前記チャートへの照明を前記投影レンズの回り
の任意の位置から行うことが可能な照明方向変更のため
の手段を有するパターン検査装置としたことを特徴とす
る。

［作用］ 上記請求項1,2の発明においては、チャートの種類に
応じて照明方式を切り替え、あるいは組み合わせて使用
して、より多様なチャートの検査を行われることにな
る。

しかも、請求項１の発明において垂直反射照明手段の
光源によりチャートを照明する場合には、退避手段によ
り反射部材を光路中に挿入する。また、反射部材を垂直
反射照明手段の不使用時には、即ち、斜方反射照明手段
や透過照明手段を使用する場合には反射部材を退避手段
により光路中から退避させる。これにより、チャートか
らスクリーンに至る光路途中に光量を低下させる反射部
材がないので、チャートから反射する反射光或はチャー
トを透過する透過光が光量低下なしにスクリーンに至る
ことになる。

また、請求項２の発明では、平行光束部から前記投影
レンズまでの光学素子を焦点合わせ機構により一体に移
動させることにより、垂直反射照明のテレセントリック
性を確保しつつチャートへの焦点合せが行われることに
なる。

さらに、請求項３の発明では、チャート自身を回転さ
せることなく、照明位置変更のための手段でチャートへ
の照明を前記投影レンズの回りの任意の位置から行う。

［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１図〜
第10図は、この発明の一実施例を示したものである。

このパターン検査装置は、第１図に示したように、上
面にチャート載置用のテーブル11を備えるベース部10
と、このベース部10に対して図中左側の支柱12を介して
支持される投影部20とを備えている。

投影部は、光学系を収納する箱体21と、この箱体21の
図中右側となる正面側に鉛直方向に設けられたスクリー
ン30と、照明されたチャートからの光束をスクリーン30
に投影する投影レンズ40と、投影レンズ40からスクリー
ン30まで光束を導く投影系ミラーと、垂直反射照明手
段、斜方反射照明手段とを備えている。

ベース部の下面の４角にはローラーが設けられ、テー
ブル11の下方には後述する透過照明手段が設けられてい
る。テーブル11は、ベース部10に対して水平２方向にス
ライド自在に設けられており、その一部は透過照明手段
による照明光が投影レンズ40側へ透過するよう一部透明
とされている。

投影系ミラーは、第１ミラー50、第２ミラー51、第３
ミラー52の３枚のミラーから構成されている。第１、第
２ミラー50,51は平面ミラーであり、第３ミラー52は投
影レンズの光軸を境として垂直に交差して貼合わされた
ダハミラーである。なお、ダハミラーは、第３ミラー52
の位置のみでなく、第１、第２ミラー50,51の位置に設
けてもよい。

第２図は、投影光学系の光路を示すものである。チャ
ートからの反射光束は、投影レンズ40を透過した後、上
下方向には３回反射で正立となり、第３ミラー52によっ
て左右正立像となってスクリーン上には正立像として投
影される。

スクリーン30は、第３図に拡大して示した通り２枚の
アクリル板31,32と、その間に挟まれた光拡散フィルム3
3とから構成されており、内方フランジを有する枠体22
に填め込まれ、当接片23により外側から固定されてい
る。光拡散フィルム33は、片面に光拡散層が形成されて
おり、この光拡散層にチャート像投影の焦点を合わせる
ことができるため、高倍率での観察を行う際にも像の焦
点を正確に合わせることができる。

投影レンズ40を介してテーブル11に載置されたチャー
トを照明する垂直反射照明手段60は、光源としてのキセ
ノンランプ61と、このキセノンランプ61からの照明光を
ほぼ平行光束とする放物ミラー62と、互いに平行な状態
で設けられて照明光を投影レンズ40側へ導く垂直反射照
明系第１、第２ミラー63,64と、照明光束の径を規制す
る照明系視野絞り65と、キセノンランプ61の発光光束中
に含まれる赤外成分を吸収する熱線吸収フィルター66
と、垂直反射照明の不使用時にキセノンランプ61のON/O
FFに拘らず照明光をON/OFFさせるシャッター67と、照明
光を集光するフレネルレンズ68と、キセノンランプ61か
らの照明光を投影レンズへ入射させる垂直反射照明系ハ
ーフサイズミラー53とを有している。

第１ミラー63と第２ミラー64との間は、光束がほぼ平
行光束として投影レンズの光軸方向に進む平行光束部で
ある。

従来の垂直反射照明による検査装置は、チャートから
スクリーンへ到る光路中にハーフミラーを設け、このハ
ーフミラーによって光源からの光束をチャートへ導くと
共に、チャートからの反射光をスクリーン側へ透過させ
ている。

しかしながら、このような構成をとる場合には光源か
ら発する光量のうち、投影用に生かされるのはチャート
の反射率が100％であるとしても最大25％に過ぎず、ロ
スが大きいという問題があった。

そこで、この装置では、投影レンズ40の直径を境とし
て光路の半分を覆うハーフサイズミラー53を、チャート
像の投影光線の出射瞳となる位置に設けている。

これにより、光源からの光束は全て投影レンズ40に入
射させることができる。また、このとき投影レンズ40が
チャート側にテレセントリックであれば、垂直反射照明
系もチャート側にテレセントリックな系となる。

垂直反射照明の光路は、第４図に示した通りである。
なお、第４図では、垂直反射照明系の第１、第２ミラー
による光路の折曲を省略して示している。

キセノンランプ61から発する発散光は放物ミラー62に
よりほぼ平行光束とされ、２枚のミラー63,64、絞り6
5、フィルター66、シャッター67を介してフレネルレン
ズ68によりハーフサイズミラー53上に集光される。フレ
ネルレンズ68は、ハーフサイズミラー53上に２次光源像
を形成する。

照明光束は、ハーフサイズミラー53によってその全量
がチャート側へ反射され、しかも、投影レンズ40を介し
てチャートに到達した光束の正反射成分は、再度投影レ
ンズ40を透過してハーフサイズミラー53が設けられてい
ない側を透過する。

透過した光束は、投影系ミラー50,51,52を介してスク
リーン30上に高コントラストでチャートの像を形成す
る。

垂直反射照明は、正反射した成分が投影レンズに戻っ
てチャート像を形成するため、傷のない部分がスクリー
ン上で明るく見える明視野照明である。

上記の構成によれば、チャートでの光量損失は正反射
成分については０となり、光量の有効利用を図ることが
できる。実験においても、スクリーン上の照度は、ハー
フミラーを用いた従来の装置と比較して他の条件が同一
である場合、２倍程度とからなり改善がみられた。な
お、この実施例においては、光量アップを目的としてハ
ーフサイズミラーを用いているが、この発明の適用範囲
はこれに限られず、従来と同様なハーフミラーを用いる
ことも可能である。

ところで、チャート像のスクリーン30に対するフォー
カシングを行うためには、投影レンズ40をその光軸方向
に移動させる必要があるが、上記の構成で投影レンズの
みを移動させた場合には垂直反射照明系のテレセントリ
ック性が崩れてしまう。

そこで、この装置では、垂直反射照明系第２ミラー64
からフレネルレンズ68までの光学素子と、ハーフサイズ
ミラー53及び投影レンズ40をスライドベース24に取り付
け、投影部20の箱体21に対して投影レンズ40の光軸Ax1
方向に移動できるよう構成している。焦点合わせ機構と
して一体に移動されるのは、第５図中の破線で囲まれた
部分である。

第１ミラー63と第２ミラー64との間では、光束はほぼ
平行となるため、スライドベース24が移動した場合に
も、垂直反射照明系のテレセントリック性を確保しつつ
焦点調節を行うことができる。

次に、投影レンズ側でかつレンズ外からチャートを照
明する斜方反射照明手段について説明する。斜方照明ユ
ニット70は、投影レンズ40の下方に取り付けられてい
る。

従来の検査装置に設けられた斜方反射照明ユニット
は、照明方向の変更ができない固定式であった。そのた
め、チャート上の傷の方向によってはチャートを固定し
たままでは発見し難い場合があり、チャートを回転させ
ることによって傷の見落としを防止していた。

しかしながら、チャートを回転させた場合にはスクリ
ーン上でのチャート像も回転してしまうために検査が行
い難く、また、回転は投影レンズの光軸を中心として行
わなければならないために操作に手間がかかるという不
具合があった。

そこで、この装置は、斜方反射照明ユニット70を投影
レンズ40の光軸Ax1回りに回転可能とし、あらゆる方向
性の傷に対してもチャート自身を回転させずに発見する
ことを可能としている。

以下、投影レンズ40及び斜方照明ユニットの構成を第
６図に基づいて説明する。

投影レンズ40の各レンズが固定された鏡筒41は、投影
部20内のスライドベース24に固定された円筒状のレンズ
ホルダー42内に固定されており、このレンズホルダー42
の外周には、軸受43を介して回転ホルダー44が回転可能
に設けられている。回転ホルダー44は、固定ネジ45を締
めることによりその回転が規制され、レンズホルダー42
に固定される。

斜方照明ユニット70は、ハロゲンランプ71、熱線吸収
フィルター72及びシャッター73から構成されており、投
影レンズ40を挟んで一対が回転ホルダー44に固定されて
いる。これにより、斜方照明ユニット70は、投影レンズ
の光軸Ax1まわりに回転可能とされ、チャートを回転さ
せなくとも種々の方向からの照明による観察を行うこと
ができる。

斜方反射照明の際の光路は、第７図に示した通りであ
る。

すなわち、斜方照明ユニット70から発した照明光はチ
ャートで反射される。このとき、チャートにおける正反
射成分は投影レンズに入射せず、傷等による乱反射成分
のみが投影レンズに入射してスクリーンに投影されるこ
ととなる。

このように、斜方反射照明は、正反射成分が投影レン
ズから外れ、傷のある部分での乱反射成分の一部が投影
レンズによってスクリーンに導かれるため、傷のない部
分が暗く、傷の部分のみが明るい暗視野照明である。

なお、上記の斜方反射照明回転機構は、手動によるも
のであってもよいし、モータにより自動的に行われるも
のであってもよい。また、斜方照明光の照射方向の変更
は、上述したような２つの独立した光源を回転させる構
成のみでなく、以下のような変形も考えられる。

第１には、投影レンズ40の周囲にリング状の光源を設
けると共に、この光源の一部のみを露出させて所定方向
からの光をチャートに照射するスリット付カバーを設
け、このカバーを回転させて照射方向を変える構成が考
えられる。

第２には、斜方照明ユニット70を投影レンズの周囲に
多数設け、これらのユニットのON/OFFを切り替えること
によって照射方向を変える構成も考えられる。

投影レンズの反対側からチャートを照明する透過照明
手段80は、第１図に示したように、光源としてのハロゲ
ンランプ81と、ハロゲンランプ81からの照明光をほぼ平
行光束とする放物ミラー82と、熱線吸収フィルター83及
びシッャター84とを備えている。

なお、図中の符号85は、光源装置内の熱気を放出する
冷却ファンである。冷却ファンは、図示を略すが他の光
源についても同様に設けられている。

透過照明使用時の光路は、第８図に示した通りであ
る。

透過照明は、前記の反射照明によっては観察できない
透明なチャートを下側から照明して透過光により像を形
成する際に利用される。

このパターン検査装置は、上述した３種類の照明手段
を有するため、チャートに生じた傷の種類や方向性によ
って、見え易い照明方式を１つまたは複数選択して使用
することにより、多様なチャートに対応することができ
る。

照明方式を切替えつつ観察を行う際に、照明光源のON
/OFFによって照明方式を切り換えるとすると、光源の立
ち上がり時間が長い場合には検査の作業効率が悪くな
る。例えば、ハロゲンランプには、過電流を防止するた
めに所定の出力に達するまで10秒程度となるようなスロ
ースターターが接続されており、キセノンランプは一度
電源をOFFすると再度ONとするまでに所定の時間をおく
必要がある。

また、一般的に、光源はON/OFF操作を繰り返すと寿命
が短くなるため、照明の切り替えに光源自体をON/OFFす
る構成は好ましくない。

そこで、この装置では、各光源とチャートとの間にシ
ャッターを設け、光源自信をON/OFFしなくとも照明光束
の切り替えを行うことができる。

例えば垂直反射照明系に設けられたシャッター67は、
第９図に示すような公知の５枚羽根シャッターであり、
シャッターレバー67aをシャッター開閉ソレノイド67bで
操作することにより、シャッター羽根67cを駆動して開
閉させることができる。なお、シャッターの開放をソレ
ノイドで行い、閉成はスプリング等を用いることもでき
る。

上記のシャッターを用いることにより、光源の立ち上
がり時間に依存せずに、かつ光源の寿命を短縮せずに照
明の種類を切り替えることができる。

次に、第10図に基づいてハーフサイズミラー53の退避
機構について説明する。

前述したように、反射垂直照明により観察を行う際に
は、チャートで正反射し、スクリーン30へ向かう光束は
ハーフサイズミラー53の設けられていない側を透過する
ため、光量ロスの原因とはならない。しかしながら、透
過照明、斜方反射照明により検査を行う場合には、ハー
フサイズミラー53が投影光束の光路を半分塞いで配置さ
れているために光量ロスの原因となる。

そこで、ハーフサイズミラー53は、第10図に示す退避
機構90によって投影光束の光路中から退避できるよう構
成されている。退避機構90は、スライドベース24に固定
されたミラーベース91と、ハーフサイズミラー53が貼着
されてミラーベース91に対して回動可能に取り付けられ
た回動部材92と、この回動部材92の一端部に接続されて
回動部材92を回動させる直動型ソレノイド93とを有して
いる。回動部材92は、図示せぬ付勢手段により図中反時
計回り方向に回動付勢されており、ミラーベース91には
表面にダンパー94が設けられたストッパー95が取り付け
られている。

回動部材92は、垂直反射照明の使用時には付勢手段の
付勢力により図中実線で示したようにストッパー95に当
接する位置で固定され、ハーフサイズミラー53を光路中
に位置させる。そして、斜方反射照明、透過照明の使用
時には、直動型ソレノイド93のロッドを突出させること
により、回動部材92を付勢力に逆らって回動させ、ハー
フサイズミラー53を図中二点鎖線で示した位置で固定す
る。

これにより、いずれの照明手段を選択した場合にも、
投影レンズを射出してスクリーンへ向かう光束を妨げる
ことなく、スクリーンに達する光量を増加させることが
できる。

［効果］ 以上説明したように、請求項１〜３の発明によれば、
照明方式を切り替えて使用し、あるいは複数の照明方式
を組み合わせて使用することにより、１台の装置で多様
なチャートの観察を行うことができる。

また、請求項１の構成によれば、斜方反射照明、透過
照明により観察を行う際の光量ロスを防ぐことができ
る。

請求項２の構成によれば、垂直反射照明のテレセント
リック性を確保しつつ焦点合わせを行うことができる。

更に、請求項３の構成によれば、照明方向を変化させ
ることにより、チャート自身を回転させることなく、あ
らゆる方向の傷も発見することができる。

また、請求項４の発明によれば、斜反射照明手段を投
影レンズの回りに回転させるようにしているので、チャ
ートへの照明方向を無段階に簡易に行うことができると
共に、チャートへの照明方向の変更の為の構造が簡単に
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るパターン検査装置の一実施例を
示す装置全体の説明図、第２図は投影光学系の光路図、
第３図はスクリーンの構成を示す第１図の一部拡大図、
第４図は垂直反射照明の際の光路を示す説明図、第５図
はフォーカシング時の一体移動構成を示す説明図、第６
図は投影レンズ及び斜方反射照明ユニットの構成を示す
説明図、第７図は斜方反射照明の際の光路を示す説明
図、第８図は透過照明の際の光路を示す説明図、第９図
はシャッターの構成を示す説明図、第10図はハーフサイ
ズミラーの退避機構の説明図である。なお、第４図、第
５図及び第８図においては、放物ミラーを同様の機能を
有するレンズとして表している。 30……スクリーン 40……投影レンズ 53……ハーフサイズミラー（反射部材） 60……垂直反射照明手段 61……キセノンランプ 62……放物ミラー 63,64……ミラー 67……シャッター 68……フレネルレンズ 70……斜方照明ユニット（斜方照明手段） 71……ハロゲンランプ 73……シャッター 80……透過照明手段 81……ハロゲンランプ 82……放物ミラー 84……シャッター 90……退避機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 正明 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭 光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−70824（ＪＰ，Ａ) 実公 昭26−8676（ＪＰ，Ｙ１) 森本良雄，「投影器」，日刊工業新聞 社，昭和37年12月25日発行，第82頁

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明されたチャートからの光束をスクリー
   ン上に投影する投影レンズと、 該投影レンズを介してチャートを照明する垂直反射照明
   手段、前記投影レンズ側でかつ該レンズ外からチャート
   を照明する斜方反射照明手段、前記投影レンズの反対側
   からチャートを照明する透過照明手段の少なくとも１つ
   を選択して照明を行う照明手段とを有するパターン検査
   装置において、 前記垂直反射照明手段は、光源と、前記投影レンズから
   前記スクリーンに到る光路中に挿入されて前記光源から
   の光束を投影レンズへ入射させる反射部材と、該反射部
   材を垂直反射照明手段の不使用時に前記光路中から退避
   させる退避手段を備えることを特徴とするパターン検査
   装置。
2. 【請求項２】照明されたチャートからの光束をスクリー
   ン上に投影する投影レンズと、 該投影レンズを介してチャートを照明する垂直反射照明
   手段、前記投影レンズ側でかつ該レンズ外からチャート
   を照明する斜方反射照明手段、前記投影レンズの反対側
   からチャートを照明する透過照明手段の少なくとも１つ
   を選択して照明を行う照明手段とを有するパターン検査
   装置において、 前記垂直反射照明手段は、光源と、前記投影レンズから
   前記スクリーンに到る光路中に挿入されて前記光源から
   の光束を投影レンズへ入射させる反射部材とを有すると
   共に、前記光源から前記反射部材に到る光路中に光束が
   平行光束としてほぼ前記投影レンズの光軸方向に進む平
   行光束部を有し、該平行光束部から前記投影レンズまで
   の光学素子を一体に移動させる焦点合わせ機構を有する
   ことを特徴とするパターン検査装置。
3. 【請求項３】照明されたチャートからの光束をスクリー
   ン上に投影する投影レンズと、前記投影レンズ側でかつ
   該レンズ外からチャートを照明する斜方反射照明手段と
   を有するパターン検査装置において、 前記斜方向反射照明手段は前記チャートへの照明を前記
   投影レンズの回りの任意の位置から行うことが可能な照
   明方向変更のための手段を有することを特徴とするパタ
   ーン検査装置。
4. 【請求項４】前記斜方反射照明手段は、光源と、該光源
   を前記投影レンズ回りで回転可能に保持する回転機構と
   を備えることを特徴とする請求項３記載のパターン検査
   装置。