JPS6326321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光の回折現象を利用して規則性パ
ターン中の欠陥を検出するレーザ光回折パターン
空間周波数フイルタリング方式の検査装置に関
し、特に逆フーリエ変換面上に生ずる輝点から単
位矩形開口の規則的配列で成る被検査パターン中
の欠陥の有無及び種類を認識するための装置に関
する。

各種メタルフイルタ、ICマスク等に代表され
る規則性を持つたパターン中の欠陥を検出する方
法として、近年レーザ光を用いたレーザ光回折パ
ターン空間周波数フイルタリング方式（以下、単
に空間フイルタリング方式とする）が実用化され
ている。この空間フイルタリング方式は、２次元
画像の処理において従来行なわれている微小光ビ
ームで２次元画像を走査し、得られた出力信号を
電子計算機で処理する方式が処理の複雑さ、長い
処理時間、高価という問題点を持つているのに対
し、２次元画像の空間的並列処理が簡単で、しか
も安価な光学系で高速に達成できるといつた利点
を有している。このため、主に規則性２次元パタ
ーンを持つ工業製品たとえばメタルフイルタ、
ICマスク、繊維等の欠陥検査装置として実用化
されている。

次に、このような空間フイルタリング方式を利
用した欠陥検査装置の光学系の基本構成を第１図
に示して説明する。すなわち、レーザ発振器１を
出たレーザビーム２は、コリメータ３によつて拡
大された平行光４となつて被検査物５に当てられ
る。しかして、被検査物５はフーリエ変換レンズ
７の前焦点面上に置かれており、後焦点面上には
被検査物５を通過する時に回折した光６によつて
被検査物５のフーリエ変換スペクトルが現われ
る。また、フーリエ変換レンズ７の後焦点面上に
は空間フイルタ８（たとえばフーリエ変換スペク
トルの強度分布を記録したネガ写真フイルム、方
向性ハイカツト空間フイルタ等）が配設されてお
り、被検査物５のフーリエ変換スペクトルのう
ち、正常パターンに相当するスペクトルのみが空
間フイルタ８によつて吸収され、欠陥パターンに
相当するスペクトルは透過される。ところで、こ
の空間フイルタ８は逆フーリエ変換レンズ１０の
前焦点面上に配置されているため、空間フイルタ
８を透過した光９はフーリエ変換レンズ１０によ
り逆フーリエ変換され、逆フーリエ変換レンズ１
０の後焦点面上に空間フイルタリングされた逆フ
ーリエ変換像、すなわち被検査物５の欠陥部分だ
けの像となつて現われ、これが光検出器１１によ
つて検出される。しかして、逆フーリエ変換レン
ズ１０の後焦点面上に光検出器１１の代りにスク
リーンを置けば、スクリーン上に欠陥部分が明る
い点となつて現われるため、視覚的に欠陥を認識
することもできる。以上が空間フイルタリング方
式の基本構成である。

次に、第２図は単位矩形開口２０の規則的配列
で成る被検査パターンの一例を示すものであり、
かかる被検査パターンの欠陥には第３図Ａ，Ｂに
示すように、下限幅ａ及び下限高さｂで規定され
る高さ型欠陥２１Ａ及び２１Ｂと、第３図Ｃ，Ｄ
に示すように下限高さｂ以下のものでも欠陥が長
い場合には、下限幅ｃ（＞ａ）及び下限高さｄ（＜
ｂ）で規定される長さ型欠陥２１Ｃ及び２１Ｄと
がある。しかして、従来はこのような高さ型欠陥
や長さ型欠陥を確実に検査することができず、迅
速確実に規則性パターンを検査することができる
装置の出現が望まれていた。この発明はかかる要
求を十分に満足し得るものである。

以下にこの発明を説明する。

第１図に従つて説明した空間フイルタリング方
式を利用した欠陥検査装置において、第２図に示
したような規則性パターンを持つ被検査物５を、
光軸に直角な面内において矢印１２の方向に等速
平行移動させると、その移動に伴なつて第３図Ａ
〜Ｄに示す欠陥２１Ａ〜２１Ｄの部分だけが明る
い点となつて再回折像面上を矢印１２と反対の方
向に移動するが、この発明ではこれを検出する光
検出器１１の代りに以下に説明するフオトデイテ
クタアレイを用いる。すなわち、第４図に示すよ
うな配置に、フオトデイテクタアレイ４０を規則
性パターン２０に対して設ける。しかして、直線
長形状のフオトデイテクタアレイ４０を構成する
各単位フオトデイテクタ４１はそれぞれ矩形の開
口面を有し、その辺４２及び４３の長さは、高さ
型欠陥２１Ａ及び２１Ｂの下限幅ａと同下限高さ
ｂのうちの大きい方よりも長くなつているが、辺
４２の長さと辺４３の長さが等しい必要はない。
デイテクタ４１を、矩形開口面の同一方向の辺が
互いに接するように一列に配列してフオトデイテ
クタアレイ４０を構成し、このフオトデイテクタ
アレイ４０を被検査パターン２０の移動方向を示
す矢印１２の方向に直角な方向で逆フーリエ変換
された面上に配設する。また各単位フオトデイテ
クタ４１からの各出力は第５図Ａ及びＢに示すよ
うな処理回路で処理される。今、フオトデイテク
タアレイ４０が、ｎ個の単位フオトデイテクタ４
１によつて構成されているとすると、単位フオト
デイテクタ４１の検出信号PS１〜PSnは増幅器
５０で増幅され、その増幅信号PSがスレツシヨ
ルド設定値ST１のコンパレータ５１に入力され
ると共に、スレツシヨルド設定値ST２のコンパ
レータ５２に入力されコンパレータ５２の出力
PSC１２はゲート回路５３に入力される。しかし
て、ゲート回路５３には一定周波数のクロツクパ
ルスCPが入力されており、ゲート回路５３が開
いた時にクロツクパルスCPはカウンタ５４に入
力されて計数されるようになつている。また、コ
ンパレータ５１の出力PSC１１及びカウンタ５４
の計数出力CNはそれぞれ選択回路５５に入力さ
れ、その出力がコンピユータの割込処理のための
割込信号及び割込アドレス発生回路５６に入力さ
れるようになつている。また、以上説明した動作
と平行して、次の動作も行なわれる。すなわち単
位フオトデイテクタ４１の検出信号PS１〜PSn
は増幅された後に、コンパレータ５１及び５２と
並列に配置されるスレツシヨルド設定値ST３の
コンパレータ５７に入力される。このコンパレー
タ５７の出力AN１〜ANnは、第５図Ｂに示すよ
うな多入力アンド回路（図では一例として３入
力）の配列より成る検出回路を経て、前述の割込
信号及び割込アドレス発生回路に入力される。か
くして、パターン２０の欠陥が検出される。

このような構成において、単位矩形開口パター
ンを有する被検査物２０を等速平行移動装置によ
つて、光軸に直角かつフオトデイテクタアレイ４
０の長さ方向に直角に一定速度で平行移動させる
と、欠陥２１Ａ〜２１Ｄによつて生ずる逆フーリ
エ変換面上の輝点もそれに伴つて一定速度で平行
移動してフオトデイテクタアレイ４０を横切る。
この場合、フオトデイテクタアレイ４０中の欠陥
に対応する単位フオトデイテクタ４１の検出信号
PS１〜PSnは、第６図Ａ〜Ｃに示すようになる。
ここに、第６図Ａは第３図Ａ，Ｂに示すような高
さ型欠陥に対応するものであり、第６図Ｂは第３
図Ｃ，Ｄに示すような長さ型欠陥のうち、矢印１
２に平行な単位矩形開口２０の辺に生じたものに
対応するものであり第６図Ｃは第３図Ｃ，Ｄに示
すような長さ型欠陥のうち、矢印１２に直角な辺
に生じたものに対応するものであり、コンパレー
タ５１のスレツシヨルド設定値ST１は第６図Ａ
に示すようなレベルに設定され、コンパレータ５
２のスレツシヨルド設定値ST２は第６図Ｂに示
すようなレベルに設定され、コンパレータ５７の
スレツシヨルド設定値ST３は第６図Ｃに示すよ
うなレベルに設定されている。このような単位フ
オトデイテクタ４１からの検出信号PS１〜PSn
は増幅器５０で増幅され、この増幅された信号
PSがコンパレータ５１，５２及び５７に入力さ
れる。しかして、コンパレータ５１のスレツシヨ
ルド設定値ST１は第６図Ａに示すような高さ型
欠陥の下限サイズST１に設定されており、検出
信号PSがこの下限サイズST１を越えると、コン
パレータ５１から高さ型欠陥認識パルスPSC１１
が出力され、この認識パルスPSC１１が選択回路
５５に入力される。また、コンパレータ５２のス
レツシヨルド設定値ST２は第６図Ｂに示すよう
に、高さ型欠陥の下限サイズST１よりも低い辺
２２の長さ型欠陥の下限サイズST２に設定され
ており、検出信号PSがこの下限サイズST２を越
えると、コンパレータ５２からパルス信号PSC１
２が出力され、これがゲート回路５３に入力され
る。パルス信号PSC１２がゲート回路５３に入力
されると、ゲート回路５３はクロツクパルスCP
をカウンタ５４に入力する。カウンタ５４はクロ
ツクパルスCPを計数することによつて辺２２の
長さ型欠陥に基づく信号波形の時間的長さを測定
し、長さ型欠陥認識パルスCNを選択回路５５に
入力する。つまり、カウンタ５４は辺２２の長さ
型欠陥の下限長さに相当する数のクロツクパルス
CPを計数した時に、認識パルスCNを出力する。
このように、コンパレータ５１から出力される高
さ型欠陥認識パルスPSC１１及びカウンタ５４か
ら出力される辺２２の長さ型欠陥認識パルスCN
はそれぞれ選択回路５５に入力されるが、この選
択回路５５は辺２２の長さ型欠陥のサイズが高さ
型欠陥の下限サイズST１を越えることによつて
認識パルスPSC１１及びCNが同時に発生された
場合、長さ型欠陥認識パルスCNを無視する機能
を有している。

すなわち、長さ型欠陥と高さ型欠陥との双方が
検出された場合、高さ型欠陥の方のみを出力し、
長さ型欠陥の検出結果を無視することになる。こ
れは、両欠陥の検出信号をそのまま出力すると、
後の割込信号発生回路以降の処理において、もと
もと長さ型と高さ型の両方の性質をもつた１つの
欠陥しか存在しないのにもかかわらず、２つの欠
陥が認識されてしまうという不都合が生じるため
に、一方のみを選択して出力するようにしたもの
である。一般に単位矩形開口で構成される規則性
パターンの欠陥検査では、長さ型欠陥よりも高さ
型欠陥の方が重要な欠陥であるため、長さ型欠陥
の検出を無視して高さ型欠陥の検出のみを選択的
に出力するようにしている。このように選択回路
５５で処理された認識パルスPSC，CNはそれぞ
れDSA１〜DSAn，DSA１′〜DSAn′となつて割
込信号及び割込アドレス発生回路５６に入力され
る。以上までが高さ型欠陥及び辺２２の長さ型欠
陥の検出に関する説明であるが、一方、規則性パ
ターンの矩形開口の辺２３に生じた長さ型欠陥の
検出は次のように行なう。

第７図Ａ，Ｂは単位矩形開口２０の辺２３に生
じた長さ型欠陥２１Ｃ，２１Ｄを示している。同
図における欠陥サイズｃ及びｄは長さ型欠陥の下
限サイズを表わすものであるが、通常、サイズｃ
は高さ型欠陥の下限を示すサイズ（第４図ａ及び
ｂ）の数倍以上の大きさに規定される。

ところで、ここで単位フオトデイテクタ４１の
長さｆについて検討する。第４図において、高さ
型欠陥２１Ｂを検出するためには、単位フオトデ
イテクタ４１の図の横方向の長さｆは、 ｆ≧ａ (1) でなければならない。ｆ＜ａであると、第６図Ａ
のような出力が得られないためである。また、同
様の理由から、高さ型欠陥２１Ａを検出するため
には、 ｆ≧ｂ (2) でなければならない。このように、高さ型欠陥を
検出するためには、式(1)，(2)のような条件を満た
すように単位フオトデイテクタ４１の長さｆを定
める必要があるが、第７図Ａ，Ｂに示すような長
さ型欠陥２１Ｃ，２１Ｄを検出するためには、更
に次の式を満足するように単位フオトデイテクタ
４１の長さｆを定める必要がある。

mf＝ｃ (3) ここで、ｃは前述のように長さ型欠陥の下限サ
イズを表し、ｍは２以上の整数であり、連続して
隣合つたｍ個の単位フオトデイテクタ４１の出力
により長さ型欠陥の検出がなされることになる。

この変数ｍの意味は、第５図Ｂの回路図を説明
すればより明らかになろう。前述のように、各単
位フオトデイテクタの出力は、第５図Ａに示すよ
うにコンパレータ５７に与えられ、所定レベル以
上であれば信号AN１〜ANnが出力される。この
Ｎ本の出力は、第５図Ｂに示すように、隣接する
３本ごとに１つのAND回路の入力となる。この
AND回路の入力信号線の数が変数ｍに相当する。
すなわち、第５図Ｂの回路は、ｍ＝３の場合に相
当する（隣接する５本ごとに１つのAND回路の
入力とする回路ではｍ＝５となる）。このAND回
路611〜61（ｎ―２）は、入力した３つの値がすべ
て論理“１”のときに欠陥検出を示す出力DSB
１〜DSB（ｎ―２）を出力する。別言すれば、隣
接する３つの単位フオトデイテクタの出力が３つ
ともコンパレータ５７の設定レベル以上であれ
ば、これに対応するAND回路から欠陥検出を示
す出力が出されることになる。

以上のことを念頭において、第７図Ａを参照す
る。この図で、フオトデイテクタアレイ４０内の
中央部分に隣接して位置する３つの単位フオトデ
イテクタ４１が、長さｃをもつた長さ型欠陥２１
Ｃを検出しうることがわかるであろう。式(3)にお
いて、ｍ＝３とすれば、3f＝ｃなる条件が得られ
る。このように、3f＝ｃなる条件を満足するよう
に単位フオトデイテクタの長さｆを設定しておけ
ば、次のような検出が可能になる。

長さがｃ未満の長さ型欠陥については、その
欠陥によつて、連続した１つまたは２つの単位
フオトデイテクタ４１の出力がともに検出レベ
ル以上になるということは起こり得ても、連続
した３つの出力がともに検出レベル以上とはな
らない。したがつて、AND回路はいずれも出
力DSBを出さず、この欠陥は検出されない。

長さがｃ以上の長さ型欠陥については、その
欠陥によつて、連続した３つ以上の単位フオト
デイテクタ４１の出力がともに検出レベル以上
となり、少なくとも１つのAND回路が出力
DSBを出し、この欠陥が検出される。

すなわち、下限サイズをｃとした長さ型欠陥の
検出が可能になる。一方、3f＜ｃのようにフオト
デイテクタの長さｆを設定すると、長さがｃ未満
の長さ型欠陥を検出してしまう場合が生じ、逆
に、3f＞ｃのように設定すると、長さがｃ以上の
長さ欠陥の検出が行われない場合が生じ、いずれ
の場合も好ましくない。もつとも、式(3)の条件は
理想的な条件であり、実際には、 mf≒ｃ (4) となるようにｆを設定すればよい。理想的な条件
から多少ずれたとしても、コンパレータ５７にお
いて設定される検出レベルを調整することによつ
て十分に対処することができる。一般に、市販の
フオトデイテクタは規格品であり、所望のサイズ
どおりのものを入手するのが困難であるから、実
際には式(4)を満足するようなフオトデイテクタを
用いればよい。

以上述べたように、この発明の規則性パターン
の欠陥検査装置によれば、２次元矩形開口より成
る規則性パターンを有する工業製品の欠陥検査に
おいて、単位矩形開口の縦辺、横辺にかかわら
ず、またそこに生じた欠陥の高さ型、長さ型にか
かわらず、迅速確実に欠陥を検出できることはも
ちろん、その種類も識別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空間フイルタリング方式を用いた欠陥
検査装置の基本構成図、第２図はこの発明が対象
とする規則性パターンの例を示す図、第３図Ａ，
Ｂは高さ型欠陥の例を示す図、第３図Ｃ，Ｄは長
さ型欠陥の例を示す図、第４図はこの発明のフオ
トデイテクタアレイの配設例を示す図、第５図は
この発明の処理回路の一例を示すブロツク図、第
６図Ａは高さ型欠陥の検出信号の例を示すグラ
フ、第６図Ｂ，Ｃは長さ型欠陥の検出信号の例を
示すグラフ、第７図Ａ，Ｂは規則性パターンのフ
オトデイテクタアレイに平行な辺の長さ型欠陥の
例を示す図である。 １……レーザ発振器、３……コリメータ、５…
…被検査物、７……フーリエ変換レンズ、８……
空間フイルタ、１０……逆フーリエ変換レンズ、
２０……規則性パターン、４０……フオトデイテ
クタアレイ、５１，５２，５７……コンパレー
タ、５３……ゲート回路、５４……カウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単位矩形開口の規則的配列でなる規則性パタ
   ーン中の欠陥を、レーザ光回折パターン空間周波
   数フイルタリング方式を用いて検査する装置にお
   いて、 ａ 前記規則性パターンを光軸に直角に、前記単
   位矩形開口の一辺に平行に等速平行移動させる
   装置と、 ｂ 逆フーリエ変換面上に、前記平行移動方向に
   直角で光軸に直角に配置された高さ型欠陥の下
   限サイズ以上の矩形開口を有する複数の単位フ
   オトデイテクタで成るフオトデイテクタアレイ
   と、 ｃ 前記単位フオトデイテクタからの検出信号を
   入力し、高さ型欠陥の下限サイズに相当するス
   レツシヨルドを有する前記単位フオトデイテク
   タに対応する数の第１のコンパレータと、 ｄ 前記単位フオトデイテクタからの検出信号を
   入力し、高さ型欠陥の下限サイズに相当するス
   レツシヨルドよりも低い前記平行移動方向に平
   行な前記単位矩形開口の辺に生じた長さ型欠陥
   の下限サイズに相当するスレツシヨルドを有す
   る前記単位フオトデイテクタに対応する数の第
   ２のコンパレータと、 ｅ この第２のコンパレータの信号出力時に所定
   周波数のクロツクパルスを計数するカウンタ
   と、 ｆ 前記第１のコンパレータ及び前記カウンタの
   各出力を入力して、この２つの出力が重複した
   場合に前者出力を選択し、欠陥検出パルスを出
   力する選択回路と、 ｇ 前記単位フオトデイテクターからの検出信号
   を入力し、高さ型欠陥の下限サイズに相当する
   スレツシヨルドよりも低い前記平行移動方向に
   直角な前記単位矩形開口の辺に生じた長さ型欠
   陥の下限サイズに相当するスレツシヨルドを有
   する前記単位フオトデイテクタに対応する数の
   第３のコンパレータと、 ｈ アンド回路の配列より成り、前記第３のコン
   パレータ群の隣接する少なくとも３つの出力が
   重複した場合に欠陥検出パルスを出力する信号
   処理回路と、 を備えることにより、単位矩形開口の規則的配列
   で成る規則性パターン中の欠陥の有無及び種類を
   検出することを特徴とする規則性パターンの欠陥
   検査装置。