JP6587822B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、外観検査装置に関し、特に液晶や有機ＥＬ等のフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられる中−大型フォトマスクを検査する外観検査装置に関する。

ディスプレイの高精細化に伴ってその原版となる中−大型フォトマスクに対する検査精度の要求は高まる一方である。これらのフォトマスクの欠陥を検査するための技術も種々提案されている。

特開平８−１３７０９３号公報

特許文献１に開示されているように、フォトマスクの欠陥を検査するためにはフォトマスクに光を透過させる透過系の検査と、フォトマスクで光を反射させる反射系の検査等が有効である。しかしながら、透過系の検査と反射系の検査とは別々の撮像工程を要するため、検査に時間がかかったり、複数の撮像装置が必要となったりする。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォトマスクの検査を迅速化する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の外観検査装置は、フォトマスクを透過させる光を照射する透過照明光源と、フォトマスクに反射させる光を、透過照明光源の照射中に照射する反射照明光源と、フォトマスクを透過した透過光とフォトマスクで反射した反射光とを平行光に変換する対物レンズと、対物レンズが変換した平行光を、透過光と反射光とに分離する分光部と、分光部が分離した透過光を結像する透過光用結像レンズと、分光部が分離した反射光を結像する反射光用結像レンズと、透過光用結像レンズが結像した透過光と、反射光用結像レンズが結像した反射光とを撮像する撮像部とを備える。

撮像部は、透過光用結像レンズが結像した透過光と反射光用結像レンズが結像した反射光とを、それぞれ同一の撮像素子の異なる領域で撮像させてもよい。

透過光用結像レンズが結像した透過光と反射光用結像レンズが結像した反射光とのクロストークを抑制する遮光部材をさらに備えてもよい。

対物レンズは、倍率の異なる複数のレンズを有してもよい。外観検査装置は、複数のレンズを切り替える対物レンズ切替部をさらに備えてもよい。透過光用結像レンズと反射光用結像レンズとはそれぞれ、対物レンズ切替部によるレンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備えてもよい。

反射光用結像レンズと透過光用結像レンズとはそれぞれ、レンズ切替部による切替と連動して色倍率を調整する色倍率調整機能を備えてもよい。

対物レンズと反射光用結像レンズからなる光学系の光学特性と、対物レンズと透過光用結像レンズからなる光学系の光学特性とは、通過する光の波長λを第１軸、焦点位置シフトｓを第２軸とするグラフにおいて、透過光の波長をλｇ、反射光の波長のλｅ、ｄを微分演算子、Ｔを所定の閾値として、（ｄｓ／ｄλ）λｇ＜Ｔ かつ （ｄｓ／ｄλ）λｅ＜Ｔが成立してもよい。

本発明によればフォトマスクの検査を迅速化する技術を提供できる。

実施の形態に係る外観検査装置の内部構成を模式的に示す図である。 図２（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る外観検査装置が撮像したフォトマスクの画像を模式的に示す図である。 実施の形態に係る外観検査装置が撮像した画像において、フォトマスクにおける欠陥の見え方を表形式で示す図である。 実施の形態に係る結像レンズの内部構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る対物レンズと結像レンズとを合わせた系の光学特性を模式的に示す図である。 実施の形態に係る対物レンズの種類と、各レンズの焦点距離及び拡大率を表形式で示す図である。 実施の形態の第１の変形例に係る外観検査装置の内部構成を模式的に示すである。 第２の変形例に係る分光部の断面を模式的に示す図である。 第３の変形例に係る結像レンズの光学特性を模式的に示す図である。

本発明の実施の形態に係る外観検査装置の概要を述べる。実施の形態に係る外観検査装置は、液晶や有機ＥＬ等のフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられるフォトマスクの欠陥検査、特に中−大型フォトマスクの検査に好適に用いられる。実施の形態に係る外観検査装置は、フォトマスクを透過させるための透過光と、フォトマスクで反射させるための反射光とをフォトマスクに対して同時に射出し、フォトマスクの透過光と反射光とを同一の撮像素子の異なる領域で同時に撮像する。これにより、フォトマスクの透過光では撮像されにくい欠陥や、フォトマスクの透過光を撮像した画像では欠陥か否かを判別しづらい欠陥を、反射光を撮像した画像から検査することが容易となる。特に、実施の形態に係る外観検査装置は、一度の撮像でフォトマスクの透過光と反射光とを画像化できるため、フォトマスクの外観検査の迅速化に資する。

図１は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置１００の内部構成を模式的に示す図であり、特にイメージングヘッド部の光学系を示す模式図である。実施の形態に係る外観検査装置１００は、透過照明光源１０、反射照明光源１２、フォトマスク１４、第１の対物レンズ１６ａ、第２の対物レンズ１６ｂ、対物レンズ切替部１８、分光部２０、透過光用結像レンズ２６ａ、反射光用結像レンズ２６ｂ、撮像部２８、反射照明視野絞り３０、コリメータレンズ３２、遮光部材３４、１／４波長板３６、及び光学部材３８を備える。分光部２０は、第１ダイクロイックミラー２２ａ、第２ダイクロイックミラー２２ｂ、及び反射部２４を備える。

詳細は後述するが、第１の対物レンズ１６ａと第２の対物レンズ１６ｂとは倍率が異なるだけで同様の機能を有する。したがって以下本明細書において、第１の対物レンズ１６ａと第２の対物レンズ１６ｂとを特に区別する場合を除き、単に「対物レンズ１６」と総称する。

透過照明光源１０は、フォトマスク１４を透過させるための光を照射する。透過照明光源１０は、例えば波長が４３５．８４［ｎｍ］の光である、いわゆるｇ線を照射する。透過照明光源１０は、例えば既知の水銀ランプ光源から得られる光束を波長分離することで実現できる。以下本明細書において、透過照明光源１０が照射する光を、単に「ｇ線」と記載することがある。したがって、本明細書において、フォトマスクを透過した透過光はｇ線となる。

反射照明光源１２は、フォトマスク１４に保持されたフォトマスクに反射させるための光を照射する。反射照明光源１２は、例えば波長が５４６．０７［ｎｍ］の光である、いわゆるｅ線を照射する。反射照明光源１２も、透過照明光源１０と同様に、例えば既知の水銀ランプ光源から得られる光束を波長分離することで実現できる。以下本明細書において、反射照明光源１２が照射する光を、単に「ｅ線」と記載することがある。したがって、本明細書において、フォトマスクで反射された反射光はｅ線となる。

なお、反射照明光源１２は、透過照明光源１０がｇ線を照射中にｅ線を照射する。つまり、透過照明光源１０と反射照明光源１２とは、それぞれｇ線とｅ線とを同時に照射する。

対物レンズ１６は、透過照明光源１０の光軸上において、フォトマスク１４を挟んで透過照明光源１０と対向する位置に配置される。対物レンズ１６は、フォトマスクを透過したｇ線を平行光に変換する。すなわち、対物レンズ１６は無限遠補正光学系を構成するレンズである。

対物レンズ１６はまた、反射照明光源１２の光軸上において、フォトマスク１４と反射照明光源１２との間に配置される。反射照明光源１２から照射されたｅ線は、反射照明視野絞り３０及びコリメータレンズ３２を通過して平行光に変換され、第１ダイクロイックミラー２２ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２２ａのうち、ｅ線が入射する面に対して反対側の面には、光学部材３８が配置されている。なお第１ダイクロイックミラー２２ａは、対物レンズを挟んでフォトマスク１４の反対側に配置されている。このため、第１ダイクロイックミラー２２ａ及び光学部材３８を透過したｅ線は、対物レンズ１６に入射する。

光学部材３８は、偏光ビームスプリッタとダイクロイックフィルタとの機能を合わせ持つ膜である。より具体的には、光学部材３８は、反射照明光源１２から照射されたｅ線のうち、Ｓ偏光成分を１００％反射しＰ偏光成分を１００％透過する偏光ビームスプリッタとして機能する。また、光学部材３８は、ｇ線を１００％反射するダイクロイックフィルタとしても機能する。第１ダイクロイックミラー２２ａに入射したｅ線は、光学部材３８の作用によって、全光量の５０％であるＰ偏光成分だけ透過することになる。第１ダイクロイックミラー２２ａと光学部材３８とを合わせると、特定波長での偏光ビームスプリッタ特性を兼ね備えたダイクロイックミラーとなる。

図１に示すように、実施の形態に係る外観検査装置１００においては、第１ダイクロイックミラー２２ａと対物レンズ１６との間に１／４波長板３６が配置されている。このため、第１ダイクロイックミラー２２ａ及び光学部材３８を透過したｅ線（Ｐ偏光）は、１／４波長板３６を通過することによって円偏光に変換される。

１／４波長板３６を透過したｅ線（円偏光）は、対物レンズ１６を通過してフォトマスク１４が保持するフォトマスク１４で反射し、再び対物レンズ１６に戻る。フォトマスク１４で反射されたｅ線（円偏光）は対物レンズ１６で平行光となり、１／４波長板３６を通過することによって直線偏光（Ｓ偏光）に変換される。このｅ線（Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタとしての機能を備える光学部材３８で１００％反射される。

ここで、透過照明光源１０に照射されフォトマスク１４を透過し、対物レンズ１６によって平行光に変換されたｇ線は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との両方の成分を持つ光である。しかしながら、光学部材３８はダイクロイックフィルタとしての機能も備えるため、ｇ線を１００％反射する。

上述したように、透過照明光源１０と反射照明光源１２とはそれぞれｇ線とｅ線とを同時に照射するため、対物レンズ１６を透過した光はｇ線とｅ線とが混ざった光となっている。したがって、対物レンズ１６を透過し光学部材３８で反射された光もｇ線とｅ線とが混ざっている。

第２ダイクロイックミラー２２ｂは、光学部材３８で１００％反射された光の光軸上に配置されている。第２ダイクロイックミラー２２ｂは、ｇ線を１００％反射、ｅ線を１００％透過する。このため、対物レンズ１６を透過し光学部材３８で反射された光は、第２ダイクロイックミラー２２ｂで、透過光であるｇ線と反射光であるｅ線とに分離される。すなわち、第２ダイクロイックミラー２２ｂは、対物レンズ１６が変換した平行光を透過光と反射光とに分離する。

反射部２４は、第２ダイクロイックミラー２２ｂを透過したｅ線の光軸上に配置されている。反射部２４は例えば通常のミラーであり、第２ダイクロイックミラー２２ｂを透過したｅ線を１００％反射する。

透過光用結像レンズ２６ａは、第２ダイクロイックミラー２２ｂで反射されたｇ線の光軸上に配置される。透過光用結像レンズ２６ａは、第２ダイクロイックミラー２２ｂが分離した平行光であるｇ線を集光し、撮像部２８が備える撮像素子にフォトマスク１４の透過光を結像させる。また反射光用結像レンズ２６ｂは、反射部２４で反射されたｅ線の光軸上に配置される。反射光用結像レンズ２６ｂは、第２ダイクロイックミラー２２ｂが分離した平行光であるｅ線を集光し、撮像部２８が備える撮像素子にフォトマスク１４の反射光を結像させる。詳細は後述するが、透過光用結像レンズ２６ａと反射光用結像レンズ２６ｂとはともに同様のレンズ構成であり、焦点位置の調整と色倍率の調整とが可能となっている。以下本明細書において、透過光用結像レンズ２６ａと反射光用結像レンズ２６ｂとを特に区別しない場合は、単に「結像レンズ２６」と総称する。

撮像部２８は、透過光用結像レンズ２６ａが結像した透過光と、反射光用結像レンズ２６ｂが結像した反射光とを撮像する。このように、実施の形態に係る外観検査装置１００は、フォトマスク１４の透過光と反射光とを同時に撮像することができる。これにより、フォトマスク１４の欠陥検査に要する時間を短縮することができる。

図２（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る外観検査装置１００が撮像したフォトマスク１４の画像を模式的に示す図である。より具体的に、図２（ａ）は、フォトマスク１４の透過画像を示す模式図であり、図２（ｂ）は、フォトマスク１４の反射画像を示す模式図である。

図２（ａ）−（ｂ）に示す画像は、ガラス基板２００の上に形成されたクロムパターン２０２を例示している。また図２（ａ）−（ｂ）において斜線で示す領域はいわゆるハーフトーンマスク２０４を示す領域である。

フォトマスク１４上の欠陥には様々な種類が存在するが、代表的な欠陥として「クロム欠陥」、「ピンホール」、「異物」、および「ウォーターマーク」について説明する。

「クロム欠陥」は、本来あるべきでない場所にクロムが付着している状態を示す。このためクロム欠陥はガラス基板２００上、またはハーフトーン上に生じる欠陥である。図２（ａ）−（ｂ）において、符号２０６ａで示す領域はガラス上のクロム欠陥であり、符号２０６ｂで示す領域はハーフトーン上のクロム欠陥である。クロムは金属であるため光を反射する一方で、光の透過を妨げる。このため、図２（ａ）に示すようにクロム欠陥は透過画像において黒く撮像される。反対に、図２（ｂ）に示すようにクロム欠陥は反射画像において白く撮像される。

「ピンホール」は、クロムやハーフトーンが微小領域において欠落している状態を示す。本来あるべき場所にクロムやハーフトーンが存在せず、小さな穴となっている状態がピンホールの欠陥である。図２（ａ）−（ｂ）においては、符号２０６ｃで示す領域はクロム上に生じたピンホールであり、符号２０６ｄで示す領域はハーフトーン上に生じたピンホールである。ピンホールは光を透過するため、ピンホールにおいて光が反射されるｋとはない。このため、図２（ａ）に示すようにピンホールは透過画像において白く撮像される。反対に、図２（ｂ）に示すようにピンホールは反射画像において黒く撮像される。

「異物」は、フォトマスク１４の構成材料であるガラス、クロム、またはハーフトーン以外の物質であり、例えばフォトマスク１４に付着した微細な埃等である。図２（ａ）−（ｂ）においては、符号２０６ｅで示す領域はガラス上の異物である。一方図２（ｂ）において符号２０６ｆで示す領域はクロム上の異物である。異物は光を散乱する性質がある。このため図２（ａ）に示すようにガラス上の異物は透過画像において黒く撮像される。また図２（ｂ）に示すようにガラス上の異物は反射画像においても黒く撮像される。なお、クロムは光を遮断するため、クロム上の異物は透過画像には撮像されない。一方図２（ｂ）に示すようにクロム上の異物は反射画像において黒く撮像される。

「ウォーターマーク」は、フォトマスク１４の洗浄に用いた液体が乾燥する際に、液体に溶解していた無機物または有機物がフォトマスク１４上に堆積した状態を示す。ウォーターマークはガラス上、クロム上、およびハーフトーン上のいずれにも存在しうる。一方で、洗浄に用いた液体はフォトマスク１４上の狭い領域、例えばハーフトーン上に凝集することが多く、結果としてウォーターマークはハーフトーン上および一部クロム上にはみ出して存在することが多い。

クロム上に存在するウォーターマークは異物と同様に透過画像には撮像されず、反射画像にのみ写る。またハーフトーン上のウォーターマークは反射画像においても観察しづらい場合がある。一方、クロム上のウォーターマークは反射画像において黒く撮像される。このためクロム上に存在するウォーターマークを観察することにより、オペレータはハーフトーン上にウォーターマークが存在することを推測することができる。

図３は、実施の形態に係る外観検査装置１００が撮像した画像において、フォトマスク１４における欠陥の見え方を表形式で示す図であり、図２（ａ）−（ｂ）を参照して上述した各欠陥の見え方をまとめた図である。図３において、（白）または（黒）は、それぞれ撮影条件によって白または黒で撮像されることを示している。したがって、撮影条件を変更すると撮像されないか、撮像されてもオペレータには視認しづらいものとなることが多い。

図３に示すように、例えばガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とはともに、透過画像では黒く撮像される。したがって、反射画像を観察するだけではオペレータはガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とを判別することができない。一方、反射画像においてはガラス上のクロム欠陥は白く撮像され、一方ガラス上の異物は黒く撮像される。このため、反射画像と透過画像とを比較することにより、オペレータはガラス上のクロム欠陥とガラス上の異物とを判別することができる。

さらに、例えばクロム上の異物やクロム上のウォーターマークは透過画像に撮像されない。したがってオペレータは透過画像を観察するだけでは、クロム上の異物やクロム上のウォーターマークを視認することすらできない。一方クロム上の異物やクロム上のウォーターマークは反射画像上で黒く撮像される。このため透過画像・反射画像での自動検査を行った後オペレータは反射画像を観察することにより、クロム上の異物やクロム上のウォーターマークをはじめて視認することができる。

実施の形態に係る外観検査装置１００は反射画像と透過画像とを同時に撮像する。このため実施の形態に係る外観検査装置１００によれば、あらためて反射画像を撮像する手間を省略し、より精度の高い欠陥検査のための画像情報を提供することができる。

図１の説明に戻る。撮像部２８は、例えば既知のＴＤＩセンサ（Time Delay Integrationセンサ）で実現される。実施の形態に係る撮像部２８は、撮像素子として６ｋ画素（６０００画素）のＴＤＩセンサを備える。いま、ＴＤＩセンサにおける１画素のサイズを１０．４［μｍ］とすると、ＴＤＩセンサの撮像素子自体のサイズは、１０．４［μｍ］×６０００＝６２．４［ｍｍ］となる。撮像素子の電源や冷却機構等を含めると、撮像部２８の幅、すなわちＴＤＩセンサの長軸方向の長さは９０［ｍｍ］程度となる。

ここで、透過光用結像レンズ２６ａが結像した透過光と、反射光用結像レンズ２６ｂが結像した反射光とを、それぞれ異なるＴＤＩセンサで撮像する態様も考えられる。仮に、透過光と反射光とを、それぞれ２ｋ画素（２０４８画素）のＴＤＩセンサを備える２つの撮像部で撮像する場合、２つの撮像部をＴＤＩセンサの長軸方向に並べて配置する必要がある。

２ｋ画素のＴＤＩセンサにおいても１画素のサイズが１０．４［μｍ］とすると、ＴＤＩセンサの撮像素子自体のサイズは、１０．４［μｍ］×２０４８＝２１．３［ｍｍ］となる。このため、撮像素子の冷却機構等を含めると、２ｋセンサを備える撮像部の幅、すなわちＴＤＩセンサの長軸方向の長さは６０［ｍｍ］程度となる。結果として、２つの撮像部をＴＤＩセンサの長軸方向に並べて配置すると１２０［ｍｍ］程度の空間を要することになる。

そこで実施の形態に係る撮像部２８は、透過光用結像レンズ２６ａが結像した透過光と反射光用結像レンズ２６ｂが結像した反射光とを、それぞれ同一の撮像素子の異なる領域で撮像する。これにより、透過光と反射光とを異なる撮像部で撮像する場合と比較して、撮像部２８を配置するための空間を小さくすることができる。結果として、外観検査装置１００の省スペース化、省電力化、及び軽量化を実現することができる。

撮像部２８は、ＴＤＩセンサの一端から２０４８画素を透過光用の撮像素子として用い、他端から２０４８画素を反射光用の撮像素子として用いる。このように透過光と反射光とを同一の撮像素子の異なる領域で撮像する場合、各領域では撮像対象としない光線のクロストークが発生する可能性がある。そこで実施の形態に係る外観検査装置１００は、透過光用結像レンズ２６ａが結像した透過光と反射光用結像レンズ２６ｂが結像した反射光とのクロストークを抑制するための遮光部材３４を備える。

遮光部材３４は、撮像部２８が備えるＴＤＩセンサの中央部において、透過光用結像レンズ２６ａ及び反射光用結像レンズ２６ｂと、ＴＤＩセンサとの間に配置される。遮光部材３４は、透過光用の撮像素子に向かう反射光を遮断し、反射光用の撮像素子に向かう透過光を反射するように配置される。結果として撮像部２８が備えるＴＤＩセンサ中央に配置された２０４８画素は撮像に寄与することができなくなる。しかしながら、遮光部材３４を配置することにより、透過光用結像レンズ２６ａが結像した透過光と反射光用結像レンズ２６ｂが結像した反射光とのクロストークを抑制し、撮像部２８が撮像する画像を明りょうにすることができる。

上述したように、実施の形態に係る対物レンズ１６は、互いに倍率が異なる第１の対物レンズ１６ａと第２の対物レンズ１６ｂとを備える。限定はしないが、一例として、第１の対物レンズ１６ａの倍率は２０．８［倍］であり、第２の対物レンズ１６ｂの倍率は１０．４［倍］である。対物レンズ切替部１８は例えば既知のレボルバで実現されており、第１の対物レンズ１６ａと第２の対物レンズ１６ｂとを切り替えることが可能である。

一般に、対物レンズ１６の倍率を変更すると、軸上色収差特性も変更される。このため、例えば外観検査装置１００のユーザであるオペレータが対物レンズ１６を切り替えると、軸上色収差特性が変更されてしまう。そこで透過光用結像レンズ２６ａと反射光用結像レンズ２６ｂとはそれぞれ、対物レンズ切替部１８による対物レンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備える。

図４は、実施の形態に係る結像レンズ２６の内部構成を模式的に示す図である。図４に示すように、実施の形態に係る結像レンズ２６は、第１レンズ４０と第２レンズ４２とを含む。第１レンズ４０は、対物レンズ１６が変換した平行光を結像させるための例えば凸レンズである。また第２レンズ４２は、例えば色消しを実現するためのアクロマートレンズである。図４に示すように、結像レンズ２６は、光の入射する側から第１レンズ４０、第２レンズ４２の順序で配置されている。

図４において、結像レンズ２６の光の入射する側から第２レンズ４２までの距離Ｌ１が変更されると、結像レンズ２６の焦点位置も変更される。そこで、結像レンズ２６は、当該結像レンズ２６を通過する光が撮像部２８で結像するように、対物レンズ１６の倍率に応じて距離Ｌ１を変更する。結像レンズ２６が調整すべき距離Ｌ１は、あらかじめ実験により決定しておけばよい。結像レンズ２６は、例えば対物レンズ切替部１８であるレボルバの回転に連動して第１レンズ４０とが移動するように、図示しない弾性部材やストッパを用いることで焦点調整機能を実現できる。

ここで、透過光用結像レンズ２６ａと反射光用結像レンズ２６ｂとはともに、同様の第１レンズ４０と第２レンズ４２とを備える。一般に、結像レンズ２６は通過する光の波長によって倍率が異なる倍率色収差という現象が知られている。具体的には、ｅ線はｇ線と比較してレンズによって屈折されにくい性質がある。このため、同一の被写体を撮像する場合であっても、ｇ線を用いて撮像された画像の方が、ｅ線を用いて撮像された画像と比較して小さく撮像される。

そこで実施の形態に係る反射光用結像レンズ２６ｂと透過光用結像レンズ２６ａとはそれぞれ、対物レンズ切替部１８による切替と連動して、色倍率を調整する色倍率調機能を備える。図４において、第１レンズ４０と第２レンズ４２との距離Ｌ２が変更されると、結像レンズ２６の拡大率も変更される。そこで結像レンズ２６は、透過光を用いて撮像された画像と反射光を用いて撮像された画像とが同じ倍率となるように、第１レンズ４０と第２レンズ４２との距離Ｌ２を変更する。結像レンズ２６が調整すべき距離Ｌ２は、あらかじめ実験により決定しておけばよい。結像レンズ２６は、例えば対物レンズ切替部１８であるレボルバの回転に連動して第１レンズ４０と第２レンズ４２とが移動するように、図示しない弾性部材やストッパを用いることで色倍率調整機能を実現できる。

ここで、結像レンズ２６の焦点距離も光の波長に依存して異なる。図５は、実施の形態に係る対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系の光学特性を模式的に示す図であり、焦点距離の波長依存性を示すグラフである。図５において横軸は対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系における焦点位置シフトｓであり、縦軸は対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系を通過する光の波長λを示す。図５において、ｇ線の波長（およそ４３６［ｎｍ］）はλｇで示され、ｅ線の波長（およそ５４６［ｎｍ］）はλｅで示されている。

図５において、焦点位置シフトｓが０のとき対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系の焦点が、撮像部２８が備える撮像素子の位置となることを示す。焦点位置シフトｓが０より大きくなると、対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系の焦点は撮像部２８が備える撮像素子を超えて先で結ぶことを示す。反対に、焦点位置シフトｓが０未満となると、対物レンズ１６と結像レンズ２６とを合わせた系の焦点は撮像部２８が備える撮像素子の手前に結ぶことを示す。

図５に示すように、ｇ線の焦点位置とｅ線の焦点位置とは異なる。より具体的には、ｅ線の焦点位置は、ｇ線の焦点位置を超えた先にある。そこで、実施の形態に係る反射光用結像レンズ２６ｂと透過光用結像レンズ２６ａとは、それぞれを通過する光が撮像部２８で結像するように、それぞれの距離Ｌ１が調整されている。

図６は、実施の形態に係る対物レンズ１６の種類と、各レンズの焦点距離及び拡大率を表形式で示す図である。図６に示すように、１０．４［倍］の対物レンズ１６のｇ線の焦点距離をａ［ｍｍ］、結像レンズ２６のｇ線の焦点距離をＡ［ｍｍ］としたとき、ｇ線の拡大率はＡ／ａ［倍］となる。ここで、２０．８［倍］の対物レンズ１６のｇ線の焦点距離をｂは、１０．４［倍］の対物レンズ１６のｇ線の焦点距離をａ［ｍｍ］とは異なる。このため、結像レンズ２６のｇ線の焦点距離がＡ［ｍｍ］とすると、ｇ線の拡大率はＡ／ｂ［倍］となる。ａとｂとは異なる値であるから、Ａ／ａとＡ／ｂも異なる値となる。

そこで図４における距離Ｌ２を変更し、結像レンズ２６のｇ線の焦点距離をＡ’＝Ａ×ｂ／ａに変更する。これによりＡ／ａとＡ’／ｂとが同じ倍率となる。ｅ線についても同様である。このように、図６に示す表の構成要素をあらかじめ実験により決定して外観検査装置１００を設計することにより、対物レンズ１６の倍率変更や画像形成に用いる光の波長の違いに起因する光学特性を吸収し、欠陥検査のしやすい画像を提供することができる。

以上説明したように、実施の形態に係る外観検査装置１００によれば、フォトマスク１４の検査を迅速化することができる。特に、フォトマスク１４の透過画像と反射画像とを同時にオペレータに提供できるため、フォトマスク１４の欠陥検査の精度を向上することができる。さらに、フォトマスク１４の透過画像と反射画像とを同一の撮像素子で撮像することにより、外観検査装置１００のイメージングヘッド部の小型化及び軽量化を実現できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下そのような変形例について説明する。

（第１の変形例）
図７は、実施の形態の第１の変形例に係る外観検査装置１０２の内部構成を模式的に示すであり、特にイメージングヘッド部の光学系を示す模式図である。第１の変形例に係る外観検査装置１００は、透過照明光源１０、反射照明光源１２、フォトマスク１４、第１の対物レンズ１６ａ、第２の対物レンズ１６ｂ、対物レンズ切替部１８、分光部２０、透過光用結像レンズ２６ａ、反射光用結像レンズ２６ｂ、撮像部２８、反射照明視野絞り３０、及びコリメータレンズ３２を備える。分光部２０は、第１ダイクロイックミラー２２ａ、第２ダイクロイックミラー２２ｂ、及び反射部２４を備える。以下第１の変形例に係る外観検査装置１０２において、実施の形態に係る外観検査装置００と重複する部分については。適宜省略または簡略化して説明する。

第１の変形例に係る外観検査装置１０２は、実施の形態に係る外観検査装置１００とは異なり、１／４波長板３６及び光学部材３８を備えていない。その代わり、第１の変形例に係る第１ダイクロイックミラー２２ａは、ｇ線を１００％反射、ｅ線を５０％反射／５０％通過する。第２ダイクロイックミラー２２ｂ及び反射部２４は、それぞれ実施の形態に係る第２ダイクロイックミラー２２ｂ及び反射部２４と同様である。

このため、反射照明光源１２から照射されたｅ線は、第１ダイクロイックミラー２２ａにおいて５０％透過し、対物レンズ１６を通過してフォトマスク１４で反射される。フォトマスク１４で反射されたｅ線は、再び対物レンズ１６を通過して第１ダイクロイックミラー２２ａに到達する。第１ダイクロイックミラー２２ａに到達したｅ線は、第１ダイクロイックミラー２２ａでさらに５０％だけ反射され、第２ダイクロイックミラー２２ｂに向かう。

このように、第１の変形例に係る外観検査装置１０２においては、反射照明光源１２から照射されたｅ線のうち、撮像部２８に到達するｅ線は２５％となる。これは、実施の形態に係る外観検査装置１００の場合は、撮像部２８に到達するｅ線が５０％であるのと比較すると効率は低下することになる。しかしながら、第１の変形例に係る外観検査装置は１／４波長板３６及び光学部材３８が不要となるため、製造コストを抑えることができる。また、撮像部２８はｅ線の方がｇ線と比較して受光感度が高いため、撮像部２８に到達するｅ線の線量低下を補うこともできる。

（第２の変形例）
上記の説明では、分光部２０において、第１ダイクロイックミラー２２ａ、第２ダイクロイックミラー２２ｂ、及び反射部２４が分離して存在する場合につて説明した。これに代えて、第１ダイクロイックミラー２２ａ、第２ダイクロイックミラー２２ｂ、及び反射部２４を一体にして分光部２０を形成してもよい。

図８は、第２の変形例に係る分光部２１の断面を模式的に示す図である。第２の変形例に係る分光部２１は、三角プリズム４４ａ、第１ロンボイドプリズム４４ｂ、第２ロンボイドプリズム４４ｃ、光学部材３８、及びダイクロイックフィルタ４６を備える。図８に示すように、第２の変形例に係る分光部２１は、三角プリズム４４ａと第１ロンボイドプリズム４４ｂとで光学部材３８を固定しており、また第１ロンボイドプリズム４４ｂと第２ロンボイドプリズム４４ｃとでダイクロイックフィルタ４６を固定している。このように構成部材を一体形成することにより、各部材が分離している場合と比較して、分光部２１の光軸のずれを抑制することが可能となる。また、平行光が通過する領域の多くが屈折率の高いガラスで満たされるため、像面湾曲を抑制することもできる。

（第３の変形例）
上記では、結像レンズ２６の焦点距離の波長依存性が図５に示すグラフの場合について説明した。図５に示すグラフは、透過光の波長をλｇにおける焦点位置シフトｓの変化率、すなわち（ｄｓ／ｄλ）_λｇがほぼ０である。同様に、反射光の波長のλｅにおける焦点位置シフトｓの変化率、すなわち（ｄｓ／ｄλ）_λｅもほぼ０である。この場合、透過照明光源１０が照射する光の波長がλｇを中心として多少振れ幅があったとしても、その焦点距離ｆｇはほぼ変わらないことを意味する。同様に、反射照明光源１２が照射する光の波長がλｅを中心として多少の振れ幅があったとしても、その焦点距離ｆｅはほぼ変わらないことも意味する。

一般に、レンズ群から構成される系の光学特性は、系を構成する各レンズの屈折率やアッベ数によって決まる。このため、対物レンズ１６と結像レンズ２６との組み合わせによっては、図５に示すような光学特性を実現することが難しい場合もあり得る。

そこで第３の変形例に係る外観検査装置において、対物レンズ１６と結像レンズ２６との系は、当該系を通過する光の波長λを第１軸、焦点位置シフトｓを第２軸とするグラフにおいて、
（ｄｓ／ｄλ）_λｇ＜Ｔ かつ （ｄｓ／ｄλ）_λｅ＜Ｔ （１）
が成立するような光学特性を備える。ここで、λｇは透過光の波長、λｅは反射光の波長、ｄは微分演算子、Ｔを所定の閾値である。

図８は、第３の変形例に係る結像レンズ２６の光学特性を模式的に示す図である。図９に示すように、第３の変形例に係る結像レンズ２６も、実施の形態に係る結像レンズ２６と同様に、透過光の波長をλｇにおける焦点距離の変化率、すなわち（ｄｓ／ｄλ）_λｇがほぼ０である。

一方、第３の変形例に係る結像レンズ２６は、図９に示すように、実施の形態に係る外観検査装置１００とは異なり、反射光の波長のλｅにおける焦点位置シフトｓの変化率の絶対値が０より大きな値を持つ。このため反射照明光源１２が照射する光の波長がλｅを中心として多少の振れ幅があると、波長によって焦点ｆｅの位置に多少の誤差が生じることになる。しかしながら、式（１）に示すように（ｄｓ／ｄλ）_λｅが所定の閾値Ｔ未満であれば、焦点ｆｅの誤差は無視できる範囲となる。

したがって、「所定の閾値Ｔ」とは、光源の波長帯行きに幅があることに起因する結像レンズ２６の焦点距離ｆの誤差が許容範囲にあるか否かを決定するための基準閾値である。閾値Ｔの値は、透過照明光源１０または反射照明光源１２の帯域幅と、外観検査装置１００の検査対象の大きさ等を考慮して実験により定めればよい。本願の発明者の実験によると、第３の変形例に係る外観検査装置では、閾値Ｔの値は５０００〜８０００程度、より好ましくは６０００〜７０００程度、さらに好ましくは６６７０程度とすればよいことが分かった。

このように、第３の変形例に係る結像レンズ２６は、実施の形態に係る結像レンズ２６と比較して、光学設計が容易となる点で効果がある。

（第４の変形例）
上記では、色倍率の調整機能を結像レンズ２６のレンズ構成で実現する場合について説明した。これに代えて、色倍率の調整は画像処理によって実現してもよい。これは例えば図示しない画像処理プロセッサを設け、対物レンズ１６の倍率と光の波長とを示す情報をもとに、撮像部２８が撮像した画像を拡大／縮小することで実現できる。画像の拡大／縮小は、既知のバイリニア、バイキュービック、スプライン補間アルゴリズムあるいは線形補間アルゴリズムを用いればよい。これにより結像レンズ２６のレンズ構成を簡素化でき、光学系全体としてのロバスト性を向上することができる。

１０ 透過照明光源、 １２ 反射照明光源、 １４ フォトマスク、 １６ 対物レンズ、 １６ａ 第１の対物レンズ、 １６ｂ 第２の対物レンズ、 １８ 対物レンズ切替部、 ２０，２１ 分光部、 ２２ａ 第１ダイクロイックミラー、 ２２ｂ 第２ダイクロイックミラー、 ２４ 反射部、 ２６ 結像レンズ、 ２６ａ 透過光用結像レンズ、 ２６ｂ 反射光用結像レンズ、 ２８ 撮像部、 ３２ コリメータレンズ、 ３４ 遮光部材、 ３６ １／４波長板、 ３８ 光学部材、 ４０ 第１レンズ、 ４２ 第２レンズ、 ４４ａ 三角プリズム、 ４４ｂ 第１ロンボイドプリズム、 ４４ｃ 第２ロンボイドプリズム、 ４６ ダイクロイックフィルタ、 １００，１０２ 外観検査装置、 ２００ ガラス基板、 ２０２ クロムパターン、 ２０４ ハーフトーンマスク。

Claims (6)

1. フォトマスクを透過させる光を照射する透過照明光源と、
   前記フォトマスクに反射させる光を、前記透過照明光源の照射中に照射する反射照明光源と、
   前記フォトマスクを透過した透過光と前記フォトマスクで反射した反射光とを平行光に変換する対物レンズと、
   前記対物レンズが変換した平行光を、透過光と反射光とに分離する分光部と、
   前記分光部が分離した透過光を結像する透過光用結像レンズと、
   前記分光部が分離した反射光を結像する反射光用結像レンズと、
   前記透過光用結像レンズが結像した透過光と、前記反射光用結像レンズが結像した反射光とを撮像する撮像部とを備え、
   前記透過光の波長と前記反射光の波長は互いに異なり、
   前記分光部は第１のダイクロイックミラー及び第２のダイクロイックミラーを備え、前記第１のダイクロイックミラーの前記反射照明光源が照射した前記フォトマスクに反射させるための光が入射する面に対して反対側の面に光学部材が配置され、
   前記光学部材は前記フォトマスクで反射した反射光及び前記反射照明光源が照射した前記フォトマスクに反射させるための光に対して偏光ビームスプリッタとして機能し、かつ、前記透過光を１００％反射するダイクロイックフィルタとして機能し、
   前記光学部材は前記反射光を反射するとともに前記透過光を反射し、
   前記第２のダイクロイックミラーで前記光学部材により反射された前記透過光と前記フォトマスクで反射した反射光を分離する、
   前記対物レンズと前記分光部の前記ダイクロイックミラーとの間に１／４波長板が配置される外観検査装置。
2. 前記撮像部は、前記透過光用結像レンズが結像した透過光と前記反射光用結像レンズが結像した反射光とを、それぞれ同一の撮像素子の異なる領域で撮像させる請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記透過光用結像レンズが結像した透過光と前記反射光用結像レンズが結像した反射光とのクロストークを抑制する遮光部材をさらに備える請求項２に記載の外観検査装置。
4. 前記対物レンズは、倍率の異なる複数のレンズを有し、
   前記外観検査装置は、前記複数のレンズを切り替える対物レンズ切替部をさらに備え、
   前記透過光用結像レンズと前記反射光用結像レンズとはそれぞれ、前記対物レンズ切替部によるレンズの切替と連動して、焦点位置を調整する焦点調整機能を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の外観検査装置。
5. 前記反射光用結像レンズと前記透過光用結像レンズとはそれぞれ、前記レンズ切替部による切替と連動して色倍率を調整する色倍率調整機能を備える請求項４に記載の外観検査装置。
6. 前記対物レンズと前記反射光用結像レンズからなる光学系の光学特性と、前記対物レンズと前記透過光用結像レンズからなる光学系の光学特性とは、通過する光の波長λを第１軸、焦点位置シフトｓを第２軸とするグラフにおいて、前記透過光の波長をλｇ、前記反射光の波長のλｅ、ｄを微分演算子、Ｔを所定の閾値として、
   （ｄｓ／ｄλ）_λｇ＜Ｔ かつ （ｄｓ／ｄλ）_λｅ＜Ｔ
   が成立する請求項１から５のいずれかに記載の外観検査装置。
   

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