JPH07198622A - Optical inspection system having optical telecentric scanning system combined with telecentric condenser lens - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide an optical system used for detecting a flaw, blister, dust, foreign matter, etc., of a liquid crystal display glass plate, a semiconductor wafer, a reticule or a mask glass blanks at high speed and at high S/N ratio. CONSTITUTION:A laser is used as a light source, a telecentric scanning optical system is disposed, and an object to be, inspected is placed in the focal position of the optical system. A telecentric condenser lens 4 is disposed in such a manner that the focal plane is directed to the focal plane of a first telecentric scanning optical system and aligned therewith. In the rear side outgoing pupil of the condenser lens 4, zero-order diffracted light is missed by filtering, and only the scattered light is taken in. The telecentric scanning optical system and the telecentric condenser lens are combined together.

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、液晶ディスプレイ用ガ
ラス板、半導体ウェーハ、レチクルないしマスク用ガラ
スブランクス、等の、きず、泡、ゴミ、異物等を、高
速、高Ｓ／Ｎ比で検出するために使用される光学系に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects flaws, bubbles, dust, foreign matters and the like on glass plates for liquid crystal displays, semiconductor wafers, glass blanks for reticles or masks, etc. at high speed and high S / N ratio. It relates to an optical system used for this.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の検査法では、顕微鏡対物レンズで
拡大して検査するため、微小な視野しか一時に検査でき
ず、そのため、検査対象物をＸＹステージに載せ、ステ
ージをＸＹに駆動して対象物全面を検査していた。2. Description of the Related Art In the conventional inspection method, since the inspection is performed by enlarging with a microscope objective lens, only a small visual field can be inspected at a time. Therefore, an inspection object is placed on an XY stage and the stage is driven in XY. The entire surface of the object was inspected.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来法の問題点は、大
きなものが二つある。第一は、検査スピードが遅いこ
と、すなわち検査に時間がかかりすぎる点である。検査
を大幅にスピードアップすることにより、生産性を格段
にアップし、トータルコストをさげることが、緊急の課
題である。第二は、顕微鏡で拡大しても、検出したいキ
ズ、異常、異物、ゴミ、等によるシグナルのＳ／Ｎ比が
低く、誤検出や検出漏れが起きやすい点である。すなわ
ち、Ｓ／Ｎ比の改善がもとめられている。本発明は、こ
れらの問題点を解決するという課題にこたえるものであ
る。There are two major problems with the conventional method. First, the inspection speed is slow, that is, the inspection takes too long. It is an urgent task to significantly increase productivity by significantly speeding up inspections and reduce total cost. Secondly, even if it is magnified with a microscope, the signal S / N ratio due to scratches, abnormalities, foreign matter, dust, etc. to be detected is low, and erroneous detection and detection omission are likely to occur. That is, improvement of the S / N ratio is required. The present invention addresses the problem of solving these problems.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】まず、検出の原理を従来
法とは根本的に改める。レーザビームをコリメータレン
ズにより拡大した平行光とし、これをスキャナーとテレ
セントリックＦ−θレンズにより絞り込んだスポット
を、対象物上を高速にスキャンする。レーザ光は、指向
性が高く極めて高輝度なスポットに絞り込めるため、対
象物上のキズ、異物、ゴミ等による散乱光は、十分高い
Ｓ／Ｎ比で検出し得る。ここでスキャンレンズをテレセ
ントリックとしておく理由は、主光線が常に対象物に子
午断面内で垂直に入射させるためである。またスキャン
レンズを、同時にＦ−θレンズとしておくほうが、スキ
ャンの直前のトリガー信号からの経過時間の計測によっ
て、キズ等の位置を特定するにあったて、位置精度が高
まるため、より好ましい。こうして対象物上に形成され
たスポット光は、キズ等により一部が散乱し、残部は透
過する。この散乱光を、つぎに置くテレセントリックコ
ンデンサーレンズによって集光する。このコンデンサー
レンズは、逆向きにおき、焦点面を先のテレセントリッ
クＦ−θレンズの焦点面に重ねる。コンデンサーレンズ
の開口数ＮＡ（Ｃ）は、Ｆ−θレンズのＮＡ（Ｆ）より
相当程度大きくしておく。すなわち、 ＮＡ（Ｃ）＞＞ＮＡ（Ｆ） として、対象物上のキズ等による散乱光を拾い込む。ま
た、Ｆ−θレンズ、コンデンサーレンズ、ともにテレセ
ントリックにしてあるので、レーザスポットが光軸上に
あっても軸外にあっても、スキャン範囲のどこにあって
も、レーザビームは対象物に光学系の子午面内で垂直に
入射し、コンデンサーレンズに拾い込まれた光も、主光
線は、コンデンサーレンズを通過後、その後側瞳面の中
心を通る。従ってこの位置に、０次回折光を遮断する輪
帯状の絞りを置き、散乱光のみを後方に通すことが可能
となる。または、輪帯状の絞りのかわりに、輪帯状のガ
ラスファイバー束によって、散乱光のみを拾い込む方法
もある。First, the principle of detection is fundamentally changed from the conventional method. The laser beam is expanded into parallel light by a collimator lens, and a spot narrowed by a scanner and a telecentric F-θ lens is scanned at high speed on an object. Since the laser light can be narrowed down to a spot having high directivity and extremely high brightness, scattered light due to scratches, foreign matter, dust, etc. on the object can be detected with a sufficiently high S / N ratio. The reason why the scan lens is made telecentric is that the chief ray always enters the object vertically in the meridional section. Further, it is more preferable to use the F-θ lens at the same time as the scan lens, because the position accuracy is improved when the position of a flaw or the like is specified by measuring the elapsed time from the trigger signal immediately before the scan. A part of the spot light thus formed on the object is scattered by scratches and the like, and the rest is transmitted. This scattered light is condensed by a telecentric condenser lens placed next. This condenser lens is placed in the opposite direction, and the focal plane is superposed on the focal plane of the telecentric F-θ lens. The numerical aperture NA (C) of the condenser lens is set to be considerably larger than the NA (F) of the F-θ lens. That is, as NA (C) >> NA (F), the scattered light due to scratches on the object is picked up. Further, since both the F-θ lens and the condenser lens are telecentric, the laser beam is directed to the object regardless of whether the laser spot is on the optical axis, off-axis, or in the scan range. The light that is vertically incident on the meridian plane and is picked up by the condenser lens has the chief ray that passes through the condenser lens and then passes through the center of the rear pupil surface. Therefore, it is possible to place a ring-shaped stop for blocking the 0th-order diffracted light at this position and allow only the scattered light to pass backward. Alternatively, instead of a ring-shaped stop, a ring-shaped glass fiber bundle may be used to pick up only scattered light.

【０００５】[0005]

【作用】レーザ光は、指向性が高く、極めて高い輝度に
絞り込むことができる。従って対象物上のキズ、ゴミ、
異物等により散乱した光も、十分に高いＳ／Ｎ比のレベ
ルで、信号光として取り出すことができることは、知ら
れていた。ただ、検査対象を一点ではなく、レーザスポ
ットをある範囲スキャンし一本の線にした時、信号光の
みを取り出す、光学系の工夫が知られていなっかた。本
発明では、上記のごとく、スキャンレンズをテレセント
リックＦ−θレンズとし、かつ、コンデンサーレンズを
テレセントリックコンデンサーレンズとすることによっ
て、コンデンサーレンズの後側瞳位置で、散乱光のみを
取り出す、フィルタリングが可能となった。また、スキ
ャンにより線上の検査を可能としたため、スキャン方向
の直角方向に、対象物を載せたステージを移動すること
によって、二次限平面上の検査が可能となった。さら
に、これによって、高いＳ／Ｎ比を保持したまま検査ス
ピードが格段に向上できることになった。The laser beam has a high directivity and can be narrowed down to an extremely high brightness. Therefore, scratches, dust,
It has been known that the light scattered by a foreign substance or the like can also be extracted as signal light at a sufficiently high S / N ratio level. However, it has not been known to devise an optical system in which only the signal light is taken out when the inspection target is not a single point but a range of the laser spot is scanned to form a single line. In the present invention, as described above, by using the telecentric F-θ lens as the scan lens and the telecentric condenser lens as the condenser lens, it is possible to perform filtering by extracting only scattered light at the rear pupil position of the condenser lens. became. Further, since the line inspection can be performed by the scan, the inspection on the quadratic plane can be performed by moving the stage on which the object is placed in the direction perpendicular to the scan direction. Furthermore, this has made it possible to significantly improve the inspection speed while maintaining a high S / N ratio.

【０００６】[0006]

【実施例】本発明の実施例としての光学系を図１および
表１、表２に示す。図１において２は、テレセントリッ
ク走査レンズである。本実施例では、これは、テレセン
トリックＦ−θレンズとしてある。１は、当該レンズの
入射瞳をしめす。３は、検査対象物。本実施例では、透
過物体の場合を示す。４は、テレセントリックコンデン
サーレンズ。５は、当該レンズの後側瞳位置を示す。EXAMPLE An optical system as an example of the present invention is shown in FIG. 1 and Tables 1 and 2. In FIG. 1, 2 is a telecentric scanning lens. In this example, this is a telecentric F-θ lens. 1 indicates the entrance pupil of the lens. 3 is the inspection object. In this embodiment, the case of a transparent object is shown. 4 is a telecentric condenser lens. Reference numeral 5 indicates the rear pupil position of the lens.

【０００７】本実施例ではテレセントリックＦ−θレン
ズ２は波長：λ＝０．６３２８μｍ、焦点距離：ｆ＝４
００ｍｍ、Ｆｎｏ＝１１．７、であり、１／ｅ２での直
径が、３２ｍｍのガウスビームをなすレーザ光を入射さ
せたとき、１０μｍのスポットを焦点面上に結ぶ。この
ときレーザ光の実効Ｆｎｏは、１２．５である。このス
ポットが検査対象物、３のうえを走査する。走査幅は、
Ｗ＝３００ｍｍである。一方、テレセントリックコンデ
ンサーレンズ、４は、焦点距離：ｆ＝２８０ｍｍ、後側
瞳、５の直径は２００ｍｍ、であり、Ｆｎｏは、１．４
である。In this embodiment, the telecentric F-θ lens 2 has a wavelength of λ = 0.6328 μm and a focal length of f = 4.
00 mm, Fno = 11.7, and when a laser beam forming a Gaussian beam having a diameter of 1 / e2 of 32 mm is incident, a spot of 10 μm is formed on the focal plane. At this time, the effective Fno of the laser light is 12.5. This spot scans over the inspection object, 3. The scan width is
W = 300 mm. On the other hand, the telecentric condenser lens 4 has a focal length of f = 280 mm, the rear pupil 5 has a diameter of 200 mm, and Fno is 1.4.
Is.

【０００８】本発明の原理については、上記、手段と作
用のところで概略を述べたが、ここで原理をしめす模式
図、図３を用いて、詳細に説明する。図３において、１
は、テレセントリック走査レンズ２の入射瞳で、実際に
はここでポリゴンミラー等の反射面が回転する。３は、
検査対象物。ここでは、透過物体の場合を示す。２は、
再三述べるように、テレセントリックであるため、２か
ら射出するビームの主光線は、軸上であれ軸外であれ、
常に焦点面に垂直に入射する。次に、本発明では、コン
デンサーレンズ４も、テレセントリックとしてあるた
め、検査ビームの０次回折光は、対象物を垂直に通り抜
け、軸上を通る光も、軸外を通る光も、その主光線はコ
ンデンサーレンズ４を通過後は、その後側瞳５の中心を
通る。後側瞳５の中心付近、０次回折光の範囲を、マス
キングするか、ないしは、リング状のファイバー束１６
によって、取りこぼし、対象物上のキズ、異物等による
散乱光のみ受光する。こうして、高速、高Ｓ／Ｎ比での
検査が可能となった。The principle of the present invention has been outlined above in terms of means and action, but will be described in detail with reference to the schematic diagram showing the principle and FIG. In FIG. 3, 1
Is the entrance pupil of the telecentric scanning lens 2, and the reflecting surface of the polygon mirror or the like actually rotates here. 3 is
Inspection object. Here, the case of a transparent object is shown. 2 is
As we will see again, because it is telecentric, the chief ray of the beam exiting from 2, whether on-axis or off-axis,
It always enters the focal plane perpendicularly. Next, in the present invention, since the condenser lens 4 is also telecentric, the 0th-order diffracted light of the inspection beam passes vertically through the object, and the principal ray of both the on-axis light and the off-axis light is After passing through the condenser lens 4, the light passes through the center of the rear pupil 5. In the vicinity of the center of the rear pupil 5, the range of 0th-order diffracted light is masked or a ring-shaped fiber bundle 16 is provided.
Therefore, only the scattered light due to missing, scratches on the object, foreign matter, etc. is received. In this way, inspection at high speed and high S / N ratio became possible.

【０００９】図２で、未説明の番号につき説明する。６
は、レーザ光源、７は、所望の直径までビームを広げる
ための、コリメータレンズ、８は、ビームを走査するた
めのポリゴンミラー、９は、たとえばリング状のファイ
バー束と光電変換素子、１０は、ミラー、１１は、光を
受けた瞬間パルス信号をだすための、受光素子で、この
パルス信号からの経過時間によって、対象物上の走査位
置を特定する。主走査方向に直角な方向には、対象物３
を載せたステージ（図には描いていない）を、移動さ
せ、対象物の全面を検査する。An unexplained number will be described with reference to FIG. 6
Is a laser light source, 7 is a collimator lens for expanding the beam to a desired diameter, 8 is a polygon mirror for scanning the beam, 9 is, for example, a ring-shaped fiber bundle and photoelectric conversion element, 10 is The mirror 11 is a light-receiving element for outputting an instantaneous pulse signal that receives light, and specifies the scanning position on the object by the elapsed time from this pulse signal. In the direction perpendicular to the main scanning direction, the object 3
The stage (not shown) on which is mounted is moved to inspect the entire surface of the object.

【００１０】次に、実施例のレンズデータを表１、表２
にしめす。Next, the lens data of the examples are shown in Tables 1 and 2.
Name it.

【表１】 [Table 1]

【００１１】 [0011]

【００１２】コンデンサーレンズのレンズデータについ
ては、面番号の順序を、後側瞳（図１の５）に近い側か
ら付番し、検査対象物（図１の３）にちかずくにつれ
て、面番号が大きくなる方向でしめす。Regarding the lens data of the condenser lens, the order of the surface numbers is numbered from the side closer to the rear pupil (5 in FIG. 1), and the surface number increases as the object to be inspected (3 in FIG. 1) approaches. The direction becomes larger.

【表２】 [Table 2]

【００１３】 [0013]

【００１４】上記、表１、表２のレンズは、単波長で用
いるため本来色消しの必要は全く無いが、それにも係わ
らず色消しの効果をもたせてあるのは、使用波長をより
短くすると、散乱効果は著しく大きくなるので、より短
波長のレーザ光への応用性を考慮してのことである。The lenses shown in Tables 1 and 2 do not need to be achromatic in nature because they are used at a single wavelength, but nevertheless, the effect of achromatization is provided when the wavelength used is shortened. Since the scattering effect is significantly increased, the applicability to shorter wavelength laser light is taken into consideration.

【００１５】[0015]

【発明の効果】本光学系の発明により、Ｆ−θレンズ等
の走査光学系の軸上から軸外にわたって、全像面につい
て、高輝度レーザスポットを走査しながらのフィルタリ
ングが可能となった。それによって、検査対象物の、高
速、高Ｓ／Ｎ比での検査を可能とする検査装置の開発が
可能となったAccording to the invention of the present optical system, it is possible to perform filtering while scanning a high-intensity laser spot on the entire image plane from the on-axis to off-axis of the scanning optical system such as the F-θ lens. As a result, it has become possible to develop an inspection device that enables inspection of inspection objects at high speed and high S / N ratio.

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

【図１】本発明の光学系の配置を、実施例の光学系を用
いてしめす断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the arrangement of an optical system of the present invention using an optical system of an example.

【図２】本発明の光学系を用いた検査装置の、光学系配
置図である。FIG. 2 is an optical system layout diagram of an inspection apparatus using the optical system of the present invention.

【図３】本発明の原理を説明するための、光学系の模式
図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system for explaining the principle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ テレセントリック走査レンズの入射瞳位置 ２ テレセントリック走査レンズ ３ 検査対象物（透過物体の例） ４ テレセントリックコンデンサーレンズ ５ テレセントリックコンデンサーレンズの後側瞳位置 ６ レーザ光源 ７ コリメータレンズ ８ ポリゴンミラー ９ フィルタリング部材（例えばリング状のファイバー
束）と光電変換素子 １０ ミラー １１ 受光素子 １２ 走査用レーザビーム（軸上位置） １３ 散乱光の光束（軸上） １４ 走査用レーザビーム（軸外位置） １５ 散乱光の光束（軸外） １６ リング状ファイバー束1 entrance pupil position of telecentric scanning lens 2 telecentric scanning lens 3 inspection object (example of transmission object) 4 telecentric condenser lens 5 rear pupil position of telecentric condenser lens 6 laser light source 7 collimator lens 8 polygon mirror 9 filtering member (eg ring) Fiber bundle) and photoelectric conversion element 10 Mirror 11 Light receiving element 12 Scanning laser beam (on-axis position) 13 Scattered light beam (on-axis) 14 Scanning laser beam (off-axis position) 15 Scattered light beam (axis) Outer) 16 ring-shaped fiber bundle

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 レーザを光源とし、テレセントリック走
査光学系を配置し、当該光学系の焦点位置に、検査対象
物が置かれ、検査対象物を透過した光、ないしは正反射
した光を、走査光学系の開口数より大なる開口数を有す
るテレセントリックコンデンサーレンズを、その焦点面
を第一のテレセントリック走査光学系の焦点面に向け、
かつ一致させて配置し、当該テレセントリックコンデン
サーレンズの後側射出瞳に於て、０次回折光は、マスキ
ングにより遮断されるか、ないしは、リング状のガラス
ファイバー束により取りこぼされ、散乱光のみ取り込
む、テレセントリック走査光学系とテレセントリックコ
ンデンサーレンズとを組合せた検査用光学系。1. A laser is used as a light source, a telecentric scanning optical system is arranged, an inspection object is placed at a focal position of the optical system, and light transmitted through the inspection object or light specularly reflected is scanned by an optical scanning device. A telecentric condenser lens having a numerical aperture larger than the numerical aperture of the system is directed to the focal plane of the first telecentric scanning optical system,
In the rear exit pupil of the telecentric condenser lens, the 0th-order diffracted light is blocked by masking or is missed by a ring-shaped glass fiber bundle and only scattered light is taken in. An inspection optical system that combines a telecentric scanning optical system and a telecentric condenser lens.