CN1104643C - 异物检查方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的异物检查方法和装置的目的在于，提高异物所发检测光的光强，加大异物和噪声的分辨比，高精度地检测异物。其特征在于，对于检查对象1的检查面1a成S偏振的光束13，以大致平行于所述检查对象1的检查面1a的轴为光轴照射检查面，在与检查面1a所成的交角α为锐角，并且与上述光束的光轴的间的方位角φ在30度以内的光轴上，将上述光束引起的反射光和散射光中的对检查面1a成P偏振的成分18作为异物检测。

Description

异物检查方法及装置

本发明涉及用于检测存在于检查对象表面的异物的异物检查方法及装置，主要是涉及液晶制造工艺和半导体制造工艺中带有线条的基片的外观检查用的方法和装置。

已有的异物检查方法在例如“计测自动制御学会论文集”(Vol.17，No2 237/242，1981)有发表。

图24是已有的异物检查方法的基本结构图。

201是被检查的基片。这里，将包含被检查基片201且垂直于的纸面的面定义为被检查基片201的主面。202是被检查基片201上的线条，203是被检查基片201上的异物，205是照射在和被检查基片201的主面大致平行的方向上的S偏振激光光源(所谓S偏振光表示与纸面垂直方向上的偏振光)，206是以大致垂直于被检查基片201的主面的轴为光轴的物镜，207是设定使P偏振光(与纸面方向平行的偏振光)透过的检偏振器，208是成像透镜，209是光电变换元件。

下面对具有以上结构的已有的基片检查方法的动作加以说明。S偏振激光光源205一旦从大致平行于被检查基片201的方向照射，线条202的反射光210保持偏振光方向不乱地原封不动地反射。总之，S偏振光的反射光210，在透过物镜206后受设计成透过P偏振光、遮住S偏振光的检偏镜207遮挡。而如果S偏振的激光光源205的光照射在异物203上，光因异物203而发生散射，偏振光成分被打乱，成为含有P偏振光成分的散射光211。该散射光211透过物镜206后被检偏镜207遮住S偏振光的成分，只有P偏振光成分透过，由成像透镜208成像于光电变换元件209。借助于该光电变换元件209的输出信号，可检测出异物203的存在位置。

但是，在上述结构中，来自线条202的反射光210的P偏振光成分在物镜206的光轴上完全为0，而和光轴成交角的反射光有P偏振光成分，并且如果线条的反射率大，就会成为强噪声源。

另一方面，异物203的尺寸越小，来自异物203的散射光211的强度就越弱。在图24中，以来自激光光源205的光和物镜206的光轴所成的角为检测角。以光电变换元件209检测出的异物203来的散射光211的P偏振光成分的光强为S(信号)，铝质布线等反射率大的线条202来的反射光210的偏振光成分的光强为N(噪声)，以检测角θ为横轴的S/N值如图25所示。从该图可以看出，检测角为90度，即采用已有结构的情况下，S/N值小于1，无法区别异物203和线条202。

已有的例子还有美国专利No.5,127,726。该例子采取，激光以比较低的角度照射检查对象的检查面，在与检查面所成的角度为锐角的位置上检测的方法。从10度左右以上的角度的位置上照射激光时来自反射率大的线条的N(噪声)分量变大。亦即，在该例子中也是S/N值变小，不能辨别异物和线条。

如上所述，已有的方法中，在线条的反射率高，线条反射来的光强的情况下，或异物尺寸小，异物反射来的光弱的情况下，存在无法辨别异物和线条的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供使来自带有线条的基片等检查对象上的异物检查光光强明显比从线条来的检查光光强大，使异物和线条的鉴别比得以提高，微小的异物都能检查出来的异物检查方法和异物检查装置。

为了达到上述目的，本发明的检查方法具有如下特征。以和检查对象的检查面大致平行或成小交角的轴为光轴将S偏振光束照射于所述检查对象的检查面，在与检查面所成的角为锐角，与所述光束的光轴的差角在30度以内的光轴，检测由所述光束产生的反射光和散射光中的、对检查面成P偏振光的成分，作为异物检测。

所谓对所述检查对象的检查面成S偏振光的光束，是指电矢量垂直于照明侧光轴和所述检查面法线矢量所成的入射面振动的光束，例如图2中13所示。

将所述光束以和检查对象的检查面大致平行或成小交角的轴为光轴照射于所述检查对象的检查面意味着，所述光束照射时其光轴与检查面所成的交角(入射角)大致为0度或小角度。例如，意味着使图2中α所示的入射角为大约0度或小于5度左右。

所谓与所述检查面所成的交角为锐角，意味着检测方的光轴与所述检查面所成的交角(检测角)小于90度，例如，意味着使图2中θ所示的检测角，如下所述，小于60度，最好是小于40度。

所谓与所述光束的差角在30度以内的光轴意味着，检测方光轴在检查面的投影矢量与照明侧光轴在检查面的投影矢量所成的交角(方位角)在30度以内，例如，意味着图2中φ所示方位角(差角)为0至30度。

对所述检查面成P偏振光的成分，意味着在检测方的反射光和散射光中，电矢量成分在检测方光轴与所述检查面的法线矢量所成的检测面内振动的成分，例如图2中18所示。

在上述发明中，检查对象为带有线条的基片时，适于用比较反射光和散射光中的P偏振光成分的光量的方法检测异物。

而且，在上述发明中，成S偏振的光束的光轴与检查对象的检查面所成的交角适于取1至5度。

或者，在上述发明中，适于在与检查对象的检查面成小于60度交角，特别是40度以下交角的光轴上检测。

或者，在上述发明中，适于用配置于检查方光轴上的空间滤光镜除去检查对象的循环线条。

或者，在上述发明中，适于使用由光轴上的，焦距为f，孔径为D的物镜和主平面配置于距离物镜主平面L的位置上，且孔径大于D-2A+AL/f(A为由光电变换元件的检测宽度和物镜、成像透镜之间的倍率关系决定的检查区域)的成像透镜组成的光学系统，用光电变换元件，将反射光和散射光当中对检查面成P偏振光的成分作为异物测出。

或者，在上述发明中，适于使用远心光学系统，将反射光和散射光中对检查面成P偏振光的成分作为异物测出。

或者，在上述发明中，适于在检测方光轴根据检查对象附加使偏振光旋转的1/2波长片，以此将反射光和散射光中对检查面成S偏振光的成分变换成P偏振光成分，作为异物测出。

或者，在上述发明中，适于用按照改变与点阵平行的方向上像的倍率的要求配置的柱状透镜，将多个点光源来的光束设定为线状光束。

本发明的异物检查装置的特征在于，配置成与检查对象的检查面大致平行的轴为光轴；具备照射对所述检查对象的检查面成S偏振光的光束的照明部、在与检查面成锐角，且与所述照明部的光轴的差角在30度以内的光轴上检测所述照明部发生的反射光和散射光中对检查面成P偏振光的成分并进行光电变换的检测部、以及用所述检测部得到的信号作为异物判断的信号处理部。

本发明采用所述结构，以对所述检查对象的检查面大致成平行或成小交角的轴为光轴，对所述检查对象的检查面照射对该检查面成S偏振光的光束，在与检查面成锐角，且与所述光束的光轴的差角在30度以内的光轴上，将由所述光束产生的反射光和散射光中对检查面成P偏振光的成分作为异物检测，以此使来自异物的检测光的光强明显高于来自线条等的检测光的光强，提高异物与线条等噪声成分的分辨率，并使检测微小的异物成为可能。

而且，将所述光束的光轴和检查对象的检查面所成的角度定为1至5度，以使异物与线条有良好的分辨率，因而，有可能提高检查异物的精度。

又是在与检查面成小于60度交角的光轴上检测，因而，异物和线条的分辨率较好，所以有可能高精度地检测异物。

由于在与检查面成小于40度的交角的光轴上检测，即使在光轴外，异物和线条也有良好的分辨率，因而有可能高精度地检测异物。

再者，由于在检测部设置去除循环线条的空间滤光镜，从而能够除去来自检测对象的线条的光线，因此更加能够以高精度检测出异物。

而且，在检测部设置光学系统，并使其在光轴外有共焦点光学系统以上的开口，即使在光轴外也能够大量地接收来自异物的光线，因而光轴外也能够高精度地检测异物。

还由于在检测部设置远心光学系统，即使检测对象弯曲也不会损害倍率关系，所以能够高精度地进行异物检测。

又由于在检测部设置1/2波长片和根据检测对象的种类拔出和插入1/2波长片的波长片移动控制部，借助于此，可以选择光强大的偏振光方向，所以能够对异物进行高灵敏度的检测。

还由于在照明部设置多个点光源、和配置得使与该点光源阵平行的方向上的像倍率发生变化的柱状透镜，以此可照射出照度很均匀的线状光束，所以能够高精度地检测异物。

又配置成以大致平行于检查对象的检查面的轴为光轴，设置照射出对所述检查对象的检查面成S偏振光的光束的照明部、在与检查面成锐角且与所述照明部的光轴的差角小于30度的光轴上检测所述照明部产生的反射光和散射光中对检查面成P偏振光的成分并进行光电变换的检测部、以及用所述检测部得到的信号判断异物的信号处理部，以此可构成几乎完全不接收检测对象的线条等噪声成分的光线的异物检测装置，从而能够对异物进行高精度的检查。

图1表示本发明第1实施例的结构图。

图2为同上实施例的说明图。

图3为同上实施例的矢量说明图。

图4为同上实施例的线条反射光的说明图。

图5(a)是说明检测角度的不同的结构图。

图5(b)是检测角度为90°时的线条的反射光的强度分布图。

图5(c)为检测角度40°时的线条的反射光的强度分布图。

图6为同上实施例的异物散射光的强度分布图。

图7为同上实施例中检测角为0度时的结构图。

图8为同上实施例的检测角与信号噪声比(S/N)的关系图。

图9为同上实施例的入射角与信号噪声比的关系图。

图10为本发明第2实施例的结构图。

图11为同上实施例中离光轴的距离与信号噪声比的关系图。

图12为本发明第3实施例的结构图。

图13为本发明第4实施例的结构图。

图14为同上实施例的光学系统说明图。

图15为同上实施例中对光轴的距离与信号噪声比的关系图。

图16为本发明第5实施例的结构图。

图17为本发明第6实施例的结构图。

图18为同上实施例中1/2波长片的配置的说明图。

图19为本发明第7实施例的结构图。

图20为同上实施例中只使用阵列状激光光源的照明部的结构图。

图21为同上实施例中使用阵列状激光光源和柱状透镜的照明部的结构图。

图22为同上实施例中照明光成像面上的强度分布图。

图23为本发明第8实施例的结构图。

图24为已有的异物检查方法的结构图。

图25为检测角与信号噪声比的关系图。

图1是本发明第1实施例的异物检查方法的基本结构图。图2是用于说明图1的，而图3是图2中的矢量的说明图。

在图中，1为被检查基片(检查对象)，2为激光光源，3为将来自激光光源的光线变成平行光的准直透镜，4为起偏镜，5是使平行光成线状像，并以被检查基片1为后侧的焦点面的柱状透镜。而6是以柱状透镜5的后侧焦点面为前侧的焦点面的物镜，7为检偏镜、8为成像透镜，9为配置在成像透镜8的成像面上的线性传感器(光电变换元件)。

又，10为被检查基片1的表面(检查面)1a的法线矢量，11是表示由激光光源2、准直透镜3、柱状透镜5组成的光轴的入射方向矢量，该入射方向矢量11与被检查基片1所成的角作为入射角α，入射角α大致设定为0度。而12是由法线矢量10与入射方向矢量11构成的入射面。13为如图3所示，电矢量成分垂直于入射面12振动的S偏振激光，14为电矢量成分在入射面12内振动的P偏振激光，起偏镜4被设定得只使S偏振激光13透过。15是表示由物镜6和成像透镜8构成的光轴的检测方向矢量，以该检测方向矢量15与被检查基片1所成的角度作为检测角θ，而以入射方向矢量11与检测方向矢量15各自在被检查板1上的投影矢量所成的角作为方位角(差角)φ，设定检测角θ为锐角，而设定方位角φ为0至30度。16为法线矢量10与检测方向矢量15所成的检测面，17为，如图3所示，电矢量成分垂直于检测面16振动的S偏振激光，18为电矢量成分在检测面16内振动的P偏振激光，检偏镜7被设定为只让P偏振激光18透过。

下面对具有如上结构的本实施例的异物检查方法的动作进行说明。用准直透镜3将来自激光光源2的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振激光13透过的要求设定方位的起偏镜4，使入射面的S偏振激光13透过，用柱状透镜5以对被检查基片大致平行的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。入射面12的S偏振激光13由被检查基片1表面的线条23反射或被异物24散射。

被检查基片1上的线条23反射的反射光矢量102示于图4。将线条23当作许多微小平面的集合，则在各平面有反射光矢量102。这由入射方向矢量11和某微小平面的法线矢量101决定。而某平面的法线矢量101由该平面的倾角δ和与入射面12所成的交角η决定，因此，反射光矢量102的方向受反射平面的倾角δ和与入射面12所成的交角η左右。在某一检测角θ，射入S偏振激光时，图5表示线条23所反射的光的P偏振光成分以怎样的强度、入射于检测系统的物镜6的什么位置上。

图5(a)是说明检测角度的不同的结构图，图5(b)是检测角度为90°时的线条的反射光的强度分布图。图5(c)为检测角度40°时的线条的反射光的强度分布图。图5(b)、图5(c)表示出在图4中与某入射面12所成的交角为η时，使构成线条23的微小平面的倾角δ从0度到90度连续变化的入射光的位置，那时的入射光强度按比例以线条的粗细表示。由此可以看出，检测角θ＝90度时入射的η的角度范围大，而检测角θ＝40度时η的角度范围小。而且，在η＝0度附近几乎不发生P偏振光，因此，强度也弱。由于以上的原因，将检测角θ放低，从被检查基板1上的线条23来的反射光的P偏振光成分就变得微弱。

还有，图5(b)、图5(c)的“0°、3°、6°、9°、12°、15°”是与入射面形成的角度η。

另一方面，由异物24散射的激光具有如图6所示的强度分布。其中向后散射的光线一部分射入检测部的物镜6的开口。该散射光，如图所示，在前方和后方绝对强度大，因而，在侧方等方向上设定检测方向矢量15的情况下可得到较高的信号强度。

这样，射入物镜6的光线，由于检偏镜7的作用，只使检测面16的P偏振激光18透过，由成像透镜8在线性传感器9上成像。检测面16的P偏振激光18可以由线性传感器9进行光电变换，用检测信号高精度地进行异物24的判断。

下面说明使用S偏振激光13作为入射偏振光的理由。

表1取入射角α为2度，检测角θ为30度，方位角φ为0度，将使用入射面12的S偏振激光13以检测面的P偏振激光18检测异物24的情况、与使用入射面的P偏振激光14以检测面16的S偏振激光17检测异物24的情况通过实验加以比较。并且，各照明光的强度是相同的。

                     表1

	用入射面的S偏振激光照明用检测面的P偏振激光检测	用入射面的P偏振激光照明用检测面的S偏振激光检测
			异物的信号S	5	6
来自线条的噪声N	1(基准值)	3
			异物检测S/N	5	2

由表1可知，使用入射面12的S偏振激光13，以检测面16的P偏振激光18检查，能够以高信号噪声比检查异物24。

而且由于异物24的信号量大，光源的功率可以用得小，所以可用价格便宜的小输出功率激光器。

还由于异物24的信号量大，物镜6的NA(数值孔径)小也能够确保异物检测的信号噪声比，因此可以将检测部的焦点深度加深，消除被检测基片表面的凹凸引起的散焦的影响。

还由于异物检测信号噪声比好，和已有的其他方式相比，可以采取简单的结构，可实现检查机器小型化和降低价格，同时也可以提高可靠性。在“计测自动制御学会论文集”(Vol.25.No.9,954/961，1989)有已有方法的例子。这种方法用以入射角不同的两种照明得到的反射光量判断异物。已有方法的其他例子还示于“计测自动制御学会论文集”(Vol.17.No.2,237/242，1981)。这使用入射角相同但方向不同的2至4个照明得到的反射光量进行异物判断。

还有，本实施例中检测部使用线性传感器9，但是不用说检测部也可以用光电二极管和光电倍增管等光电变换元件。

又，本实施例中照明部使用柱状透镜5，但是不用说也可以使用狭缝等形成线状照明光。

而且，在本实施例中将入射方向矢量11和检测方向矢量15各自在被检查基片1上的投影矢量所成的角设定为使方位角φ为0度，但是30度以内即可。

还有，在本实施例中，检测部的光学系统由物镜6、检偏镜7、成像透镜8构成，但是，当然也可以用物镜和检偏镜构成。

这里，图7表示照明系统与检测系统实现空间干涉的检测角θ＝0度的情况的结构。从激光光源2射出的激光，通过准直透镜3、偏振光束分离器111和物镜110，以线状照明照射于被检查基片1上。这时，设定偏振光束分离器111的方位，使得只有激光的电矢量垂直于入射面的S偏振成分光路弯曲，照射于被检查基片1上。被检查基片1上的异物散射的光，或线条反射的光由物镜110聚焦，由于如上所述设定的偏振光束分离器111的作用只使P偏振光成分通过，由成像透镜8成像于线性传感器9。

如上所述，借助于偏振光束分离器111，可使照明系统和检测系统的光轴接近，而且，偏振光束分离器111兼有照明系统的起偏镜4和检测系统的检偏镜7的作用，可得到和图2所示的实施例相同的性能。因而，能够将检测角设定于0度，当然，也可以将检测角设定于0度以上。

下面揭示希望将检测角设定于60度以下的理由。以线性传感器9检测出的异物24散射的偏振光中的P偏振光成分的光强为S(信号)，以铝布线等反射率大的线条23的反射光的P偏振光成分的光强为N(噪声)，以检测角θ为横轴的S/N测定值示于图8。

根据这一结果，要测出异物，S/N就必须在1以上，也就是检测角θ必须在60度以下。

而希望将入射角α设定于1至5度的理由如下。

在检测角θ设定于40度以下的条件下测定的入射角α与S/N值的关系曲线示于图9。在入射角α小于1度的情况下，实现困难，而且从试样端面射来激光光束，里侧来的反射光等噪声成分大为增加，所以不可取。而在入射角α大于5度的情况下，如图所示，S/N小于1，即噪声成分大，无法检测。因而，入射角α最好设定于1至5度。

图10为本发明第2实施例的异物检查方法的基本结构图。在图10中，和图2相同的编号表示相同的东西。

本实施例与第1实施例的不同点在于，入射角α的范围设定于1至5度，检测角θ的范围设定于0至40度。

具有如上结构的本实施例的异物检查方法的动作与第1实施例的动作相同。

这里揭示将检测角θ设定于40度以下的理由。

首先考虑在整个视野的S/N值。图11表示物镜的数值孔径0.3，选定远心光学系统的情况下，光轴外的S/N值。纵轴上是与光轴上的S/N值的相对比值，横轴是像高。根据图11，在视野的端部，即像高h的地方S/N值减半。

这是由于如下原因造成的。随着偏离光轴，即，越是在光轴外，线性传感器9能够接收光线的角度减小，所以来自异物24的光量减小。另一方面，来自线条23的反射光由于是镜面反射，不是分布于整个物镜6，而是集中于某一部分，所以，即使能够接收光线的角度减小，来自线条23的反射光也不减弱。因此，就有越偏到光轴外，S/N越低的问题。

将这一结果和图8所示的结果一起考虑，要使整个视野S/N值在1以上，必须使光轴上S/N值在2以上，检测角θ在40度以下。而入射角α设定为1至5度的理由在第1实施例已有说明。

如上所述采用本实施例可得到和第1实施例相同的效果。并且，采用本实施例，由于在整个视野都有良好的检测异物的S/N值。所以能够高精度地检测异物。

在本实施例中，检测部使用线性传感器9，但是，当然检测部也可以使用光电二极管和光电倍增管等光电变换元件。

而且，在本实施例中，照明部使用柱状透镜5，但是当然也可以使用狭缝等形成线性照明光。

在本实施例中，还将入射方向矢量11和检测方向矢量15各自在被检查基片1的投影矢量所成的方位角φ设定为0度，但是，在30度以内当然也可以。

又，在本实施例中，检测部的光学系统由物镜6、检偏镜7、成像透镜8构成，但是，当然也可以用物镜和检偏镜构成。

图12是本发明的第3实施例的异物检查方法的基本结构图。在图12，与图2相同的编号表示相同的东西。本实施例与第1实施例不同的地方在于，为了切断循环线条的噪声，在物镜和成像透镜之间设置空间滤光镜25。该空间滤光镜25可按如下方法制成。利用被检查基片1的循环线条的CAD数据作成该线条的傅利叶变换像，记录于照相干板上作成能够遮住循环线条的光线的空间滤光镜。或是把光线照射在被检查基片1的循环线条上，在物镜后的空间滤光镜设置位置上设置照相干板记录该线条的反射光，作成能够遮住循环线条的空间滤光镜。

下面对具有上述结果的本实施例的异物检查方法的动作加以说明。用准直透镜3将来自激光光源2的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振激光13通过的要求设定方位的起偏镜4使入射面12的S偏振激光13通过，使用柱状透镜5以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1的表面的线状区域。

这样照射的光线由被检查基片1表面上的线条23反射后，入射于物镜6的光线，如第1实施例所述，由于在某特定方向的平面产生偏振变化，所以极其微弱，但却是存在的。这种来自线条23的反射光因线条23的循环变化而周期性发生。这样的光线的存在使异物检测的S/N下降。

另一方面，异物24散射的光线比线条23来的光线强。在这种线条23来的反射光和异物24来的散射光中，入射于物镜6的光线只有检测面16的P偏振激光18能透过检偏器7。

这样，透过检偏器7的，来自线条23的反射光和来自异物24的散射光借助于空间滤光镜25只将线条23的特定方向的循环线条除去，因此透过该空间滤光镜25的光线被成像透镜8成像于线性传感器9上。检测面16的P偏振激光18由线性传感器进行光电变换，可用检测信号进行高精度的异物判断。

如上所述，采用本实施例可得到与第1实施例相同的效果。而且，采用本实施例，由线条23的特定方向的平面周期性产生的反射光被预先为遮住这样的光线而作成的空间滤光镜25所遮挡，因此，可以使噪声变得极小，高精度地检查异物24。

在本实施例中，检测部使用线性传感器9，但是，当然也可以使用光电二极管和光电倍增管等光电变换元件。

还有，在本实施例中，照明部使用柱状透镜5，但是，当然也可以使用狭缝等，形成线状的照明光。

还可以与第2实施例组合，以使检查异物的精度更高。

图13是本发明第4实施例的异物检查方法的基本结构图。在图13，与图2相同的符号表示相同的东西。本实施例与第1实施例的不同在于，设置以柱状透镜5的后侧焦点面为前侧焦点面，且具有焦距f1和直径D1的物镜27和具有焦距f2和直径D2的成像透镜28。其中，成像透镜28满足式(1)。

D2≥D1-2A+AL/f1                      ……(1)

式中A为由线性传感器9的检测宽度和物镜27、成像透镜28的倍率关系决定的检查区域，L表示物镜27和成像透镜28的主平面之间的距离。

下面对具有以上结构的本实施例的异物检查方法的动作加以说明。由准直透镜3将激光光源2来的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振激光13透过的要求设定方位的起偏镜4使入射面的S偏振激光13透过，用柱状透镜5，以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。

这样照射的光线由被检查基片1表面的线条23反射后，射入物镜27的光线，如第1实施例所述，由于特定方向的平面等的作用，极其微弱。

另一方面，异物24引起的散射光比来自线条23的光强。在这样的线条23来的反射光和异物24来的散射光中，射入物镜27的光线只有检测面16的P偏振激光18能透过检偏器，由成像透镜28成像于线性传感器9。

检测面16的P偏振激光18由线性传感器9进行光电变换，用该检测信号可以高精度地判断异物24，这和第1实施例相同。本实施例和第1实施例不同的地方在于，在光轴外的S/N变好。下面对此加以说明。

图14是检测部的鸟瞰图。在图14中，从对光轴的偏离为h的位置上的线条23或异物24来的光线，对于纸面上方，在式(2)所示的ξ1的角度内时，能够在线性传感器9上成像。

ξ1＝tan^-1{(D1/2-h)/f1}                ……(2)

而对于纸面下方，只要在式(3)所示的ξ2的角度内就能够在线性传感器9上成像。

ξ2＝tan^-1{(D2/2+h-hL/f1)/f1}          ……(3)

从式(2)式(3)可知，ξ1只由物镜27决定，而ξ2由成像透镜28的直径D2和主平面间距L决定。

这样，随着与光轴的距离的增大，即越是偏向轴外，线性传感器9能够接收光线的角度越小，因此来自异物24的光量越小。

另一方面，从线条24来的反射是镜面反射，因此，光不是分布于整个物镜27，而是只集中于某一部分，所以，即使能够接收光的角度减小，来自线条23的反射光的强度也不减弱。因此，就有越是偏离光轴S/N值越是低的问题。

对于这样的课题，为了尽可能接收来自异物24的散射光，至少要设定条件，使成象透镜28的消光量不比物镜27的消光量小。即，对于最大像高h＝A/2(A：检查区域)，设定得使ξ2≥ξ1。在这一关系式中代入式(2)、式(3)，整理后即成式(4)，亦即式(1)。

D2≥D1-2A+AL/f1                     ……(4)

而物镜27和成像透镜28的直径取相同的情况很多，为了使说明简单化，下面以D1＝D2加以说明。在这种情况下，式(4)可写成式(5)。

2f1≥L                              ……(5)

即，使主平面之间的距离L为物镜27的焦距f1的2倍以下。

图15表示D1＝D2，主平面之间的距离L和与光轴的距离h改变的情况下S/N的计算机模拟结果。由图15可知，在L≤2f1的情况下，S/N低的比例小，S/N比在L大于2f1的情况下好。

这样，将成像透镜28按式(4)所示设定即可减小在光轴外S/N低的比例。

如上所述，采用本实施例，可得到与第1实施例相同的效果。而且，采用本实施例，将成像透镜28按式(4)设定，即使在光轴外也可以高精度地检测异物24。

在本实施例中，检测部使用线性传感器9，但是检测部当然也可以使用发光二极管和光电倍增管等光电变换元件。

又，在本实施例中，照明部使用柱状透镜5，但是当然也可以使用狭缝等形成线状照明光。

而且，当然也可以将第2实施例和第3实施例组合，从而能够以更高的精度检查异物。

图16是本发明第5实施例的异物检查方法的基本构成图。在图16中，与图2相同的编号表示相同的东西。本实施例与第1实施例的不同之处在于，物镜29和成像透镜30是由两个远心光学系统构成的。例如，可以采用将成像透镜30的前侧焦点面作为物镜29的后侧焦点面的结构。

下面就具有上述结构的本实施例的异物检查方法的动作加以说明。用准直透镜3将来自激光光源2的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振光13透过的要求设定方位的起偏镜4使入射面的S偏振光13透过，借助于柱状透镜5以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。

这样照射的入射光由被检查基片1表面上的线条23反射后，射入物镜的光线，如第1实施例所述，由于特定方向平面等的作用，只是极少量的。

另一方面，被异物24散射的光比来自线条23的光强。这样的来自线条23的反射光和来自异物24的散射光中，射入物镜29的光线只有检测面16的P偏振激光能透过检偏镜7，由成像透镜30在线性传感器9上成像。检测面16的P偏振激光18由线性传感器9进行光电变换，用该检测信号，可以高精度地判断异物24。这和第1实施例相同。

如上所述，采用本实施例，可得到和第1实施例相同的效果。而且，采用本实施例，由于物镜29和成像透镜30为两个远心光学系统，即使在被检查基片1起伏不平，由于倍率关系不变，也能够正确测定异物的大小。

本实施例中，检测部使用线性传感器9，但是当然也可以在检测部使用光电二极管和光电倍增管等光电变换元件。

而且，在本实施例中，照明部使用柱状透镜5，但是当然也可以使用狭缝等，形成线状照明光。

当然还可以将本实施例和第2实施例以及第3实施例加以组合，从而能够以更高的精度检查异物。

图17是本发明的第6实施例的异物检查方法的基本结构图。在图17，与图2相同的编号表示相同的东西。本实施例与第1实施例的不同之处在于，在物镜6和检偏器7之间设置1/2波长片31，和用于插入、拔出该1/2波长片31的波长片移动控制部32。但是，如图18所示，1/2波长片31被设定为，晶体光轴和检测面16的S偏振激光17的偏振面所成的角度为45度，将S偏振激光17变换为P偏振光，使得能够透过按照只使P偏振激光18透过的要求设定方位的检偏镜7。

下面对具有上述结构的本实施例的异物检查方法的动作加以说明。这里说明在检查未形成线条的被检查基片，或早期工序中线条较平的被检查基片的情况下，在检测系统插入1/2波长片31时的动作。用准直透镜3将来自激光光源2的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振激光13透过的要求设定方位的起偏镜4，使入射面12的S偏振激光13透过，借助于柱状透镜5以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。

这样照射的光线由被检查基片1表面的线条23反射，但是这里设定的被检查基片1的线条中的台阶状变形小，因而，线条的具有向物镜6反射的反射面的线条边缘部微小，几乎没有来自线条23的反射光射入物镜6，线条23的噪声几乎没有。

另一方面，异物24引起的散射光，由于偏振成分混乱，成了包含检测面16的S偏振激光17和P偏振激光18的反射光。

该检测面16的S偏振激光17的强度为P偏振激光18的强度的大约5倍以上。该反射光在射入物镜6后透过1/2波长片31，该1/2波长片31设定为晶体光轴与检测面16的S偏振激光17的偏振面所成的角度为45度。这时，射入1/2波长片31的高强度S偏振激光17作为高强度P偏振激光18射出，而射入波长片31的低强度P偏振激光18作为低强度S偏振激光17射出。

只有高强度的P偏振激光18能透过检偏镜7，由成像透镜8成像于线性传感器9。检测面16的P偏振激光18由线性传感器9进行光电变换，使用该检测信号，可以高精度地判定异物，这和第1实施例相同。和第1实施例不同的是，在检查未形成线条的被检查基片1，或早期工序中线条的台阶状变形小的被检查基片1的情况下，可以以更高的灵敏度检测异物24。下面对此加以说明。

相对于入射面12的S偏振激光13的照明强度，异物24产生的后方散射光中，落在检测面16的P偏振激光18的强度非常弱。因此，在检查未形成线条的被检查基片1，或早期工序中的，线条的台阶状变形小的被检查基片1的情况下，由于照明系统的强度有限，异物检测的S/N不取决于线条23的噪声，而是取决于线性传感器9等检测系统本身决定的噪声。

如上所述，采用本实施例可以得到和实施例1同样的效果。而且，在检查未形成线条的被检查基片1，或早期工序中的，线条的台阶状变形小的被检查基片1等的情况下，在检测系统插入1/2波长片31，检测异物24产生的、具有较高后方散射强度的、检测面16的S偏振激光17，由于异物检测S/N高，可以提高异物检测灵敏度。

在上述实施例的检测系统中，用插入1/2波长片31的方法，将后方散射强度大的S偏振激光17变换为P偏振激光18，由方位设定为只让P偏振激光18透过的检偏镜7进行检测，但是也可以改变，按照只让S偏振激光透过的要求将检测系统的检偏镜加以旋转，检测S偏振激光。这旋转最好是90度左右。

在本实施例中，检测系统使用线性传感器9，但是当然也可以在检测系统中同时使用发光二极管和光电倍增管等光电变换元件。

还有，在本实施例中，各照明系统使用柱状透镜5，但是当然也可以使用狭缝等形成线状照明光。

而且，当然也可以将本实施例和第2实施例、第3实施例、第4实施例以及第5实施例加以组合，因此能以更高的精度检查异物。

图19是本发明第7实施例的异物检查方法的基本结构图。在图19中，与图2相同的符号表示相同的东西。本实施例和第1实施例的不同之处在于，具备照明部由多个点光源构成的阵列状激光光源34，和在使阵列方向像倍率变化的方向上配置的柱状透镜35。

下面对具有上述结构的本实施例的异物检查方法的动作加以说明。用准直透镜3将阵列状激光光源34来的一些激光变成平行光，用柱状透镜35将这些激光的平行光变成线状的平行光，再借助于按照使入射面12的S偏振激光13透过的要求设定方位的起偏镜4，使入射面的S偏振激光13透过，借助于柱状透镜5，以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。

这样照射的光，由被检查基片1上的线条23反射而射入物镜6的光，如第1实施例所述，由于特定方向平面等的作用，是极其微弱的。

另一方面，由异物24散射的光比由线条23散射的光强。在这样的来自线条23的反射光和来自异物24的散射光当中，射入物镜6的光只有检测面16的P偏振激光18能透过检偏器7，由成像透镜8成像于线性传感器9。检测面16的P偏振激光18由线性传感器9进行光电变换，用该检测输出信号，可以高精度地判定异物24，这和第1实施例相同。

这里就使用多个点光源的事加以说明。相对于入射面12的S偏振激光13的照明强度，异物24产生的检测面16的P偏振激光是非常弱的，而且，如果异物24的尺寸小，那就更弱。这样一来，就受到线性传感器9等的检测系统的性能的限制。因此有必要使用多个光源，增加照明光量。

还要对使用柱状透镜35的理由加以说明。图20表示不使用柱状透镜35的情况下的照明。该情况下在成像面36的线状照明的强度分布如图22的实线所示。以某一间隔并排的阵列状激光光源34在成像面36的照明具有以某一间隔相间的峰，可以看出缺点是，对象物的发光方式因视野位置的不同而不同。因此，如图21所示，光源和成像面之间，在阵列状激光光源34的阵列方向像倍率改变的方向上配置柱状透镜35，于是，离散的激光光束阵融合了。结果，如图所示，成像面36上的强度分布可形成均匀的线状。

如上所述地采用本发明，可以得到和第1实施例相同的效果。而且采用本实施例，借助于多个点光源构成的阵列状激光光源34和柱状透镜35，可以实现均匀的、光量大的线状照明，因此，能够高灵敏度地检测出异物24。

在本实施例中，检测部使用线性传感器9，但是，当然也可以在检测部使用发光二极管和光电倍增管等光电变换元件。在本实施例中，照明部使用柱状透镜35，但是当然也可以使用狭缝等形成线状的照明光。

图23是本发明第8实施例的异物检查装置的基本结构图。在图23中，与图2相同的符号表示相同的东西。该装置是实现第1实施例的装置，设置有，由激光光源2、准直透镜3、起偏镜4和柱状透镜5构成的照明部，由物镜6、检偏镜7、成像透镜8和线性传感器9构成的检测部，处理线性传感器9得到的信号的信号处理部，以及装载被检查基片1使其能够进行二维移动的XY移动台。信号处理部由对线性传感器9的输出信号进行A/D变换的A/D变换电路19，存储为检测异物而预先设定的阈值的存储电路20，以及将A/D变换电路19的输出与存储电路20存储的阈值加以比较，检查异物24的信号比较电路21构成。

下面对具有如上所述构成的本实施例的异物检查装置的动作加以说明。用准直透镜3将来自激光光源2的激光变成平行光，借助于按照使入射面12的S偏振激光13透过的要求设定方位的起偏镜4，使入射面12的S偏振激光13透过，再借助于柱状透镜5以大致平行于被检查基片1的入射角α照射被检查基片1表面的线状区域。

这样照明的光，由被检查基片1表面上的线条23反射后射入物镜6的光，如第1实施例所述，由于特定方向平面等的作用，是极其微弱的。

另一方面，由异物24散射的光比线条23来的光强。在这样的线条23来的反射光和异物24来的散射光中，射入物镜的光只有检测面16的P偏振激光18能透过检偏镜7，由成像透镜8成像于线状传感器9上。检测面16的P偏振激光18由线性传感器9进行光电变换，得到检测信号的情况和第1实施例相同。

在本实施例中，检测信号由A/D变换电路19进行A/D变换。然后，该输出信号由信号比较电路21根据对预先设定于存储电路20的阈值和检测信号加以比较的情况进行异物判定。接着，可以使试样的XY移动台移动，依次对被检查基片1的整个表面进行异物检查。

在本实施例中，检测部使用线性传感器9，并使用XY移动台22作为试样移动装置，但是，检测部当然也可以同时使用发光二极管和光电倍增管等光电变换元件，同时使用试样移动装置进行旋转。

而且，在本实施例中，照明部使用柱状透镜5，但是，当然也可以使用狭缝等，形成线状照明光。当然，还可借助于本实施例和第2至第7实施例的组合，以更高的精度检查异物24。

此外，本发明还可以在不离开其要旨的范围内适当变更实施。

本发明的异物检查方法，利用上述结构，使来自异物的检测光的光强明显高于线条等来的检测光的光强，以此提高异物和线条等噪声成分的分辨比，使检测微小的异物也有可能。

又将光束的光轴和检查对象的检查面所成的角度定为1至5度，以使异物与线条的分辨比更好，从而能够以高精度检测异物。

又在与检查面成60度以下交角的光轴上检测，使异物与线条的分辨比更好，从而能够高精度地检测异物。

又在与检查面成40度以下交角的位置上的光轴上检测，从而即使在光轴外，异物和线条也有良好的分辨比，因此能够高精度地检测异物。

还在检测部设置滤除循环线条的空间滤光镜，从而能够除去来自检查对象的线条的光线，以更高的精度检测异物。

又在检测部设置光学系统，在该光学系统的光轴外设有共焦点光学系统以上的开口，从而在光轴外也能够多接收来自异物的光，因此，在光轴外也能够高精度地检测异物。

还在检测部设置远心光学系统，从而，即使在检查对象起伏不平的情况下也不影响倍率关系，因此能够高精度地检测异物。

又在检测部设置1/2波长片和根据检查对象的种类拔出或插入1/2波长片的波长片移动控制部，从而能够选择光强大的偏振方向，因而能够以高精度检查异物。

又在照明部设置多个点光源和柱状透镜，该柱状透镜配置得使与该点光源阵列平行的方向的像倍率变化，从而可以得到照度很均匀的线状光束，能够以高精度检测异物。

而且，本发明的异物检测装置由于使用上述结构，几乎不接收检查对象的线条等噪声成分来的光，因此能够高精度地检查异物。

Claims (16)

1.一种异物检查方法，以相对于检查对象的检查面成S偏振光的光束照射所述检查对象的检查面，而将所述光束引起的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测，其特征在于，

以与所述检查对象的检查面以1°～5°的角度相交的轴为光轴照射所述检查对象的检查面，在与检查面形成的角度小于60°，且与所述光束的光轴间的方位角在30度以内的光轴上检测所述P偏振光。

2.根据权利要求1所述的异物检查方法，其特征在于，在与检查对象的检查面形成的角度小于40°的光轴上进行检测。

3.根据权利要求1或2所述的异物检查方法，其特征在于，检查对象为带有线条的基片。

4.一种异物检查方法，相对于检查对象的检查面成S偏振光的光束，以大致平行于所述检查对象的检查面或以小角度与该检查面相交的轴为光轴照射检查对象的检查面，在与检查面成锐角，且与所述光束的光轴间的方位角在30度以内的光轴上，将所述光束引起的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测，

其特征在于，借助于配设在检测方光轴上的空间滤光镜，除去检查对象的循环线条。

5.根据权利要求1或2所述的异物检查方法，其特征在于，借助于配设在检测方光轴上的空间滤光镜，除去检查对象的循环线条。

6.一种异物检查方法，相对于检查对象的检查面成S偏振光的光束，以大致平行于所述检查对象的检查面或以小角度与该检查面相交的轴为光轴照射检查对象的检查面，在与检查面成锐角，且与所述光束的光轴间的方位角在30度以内的光轴上，将所述光束引起的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测，

其特征在于，在检测方光轴上，使用由焦距为f且孔径为D的物镜，和在离物镜主平面距离为L的位置上配置主平面的、孔径被设定为大于D-2A+AL/f的成象透镜构成的光学系统，将反射光和散射光中的对检查面成P偏振的成分作为异物用光电变换元件检测；A为由光电变换元件的检测宽度和物镜、成象透镜的倍率关系决定的检查区域。

7.根据权利要求1或2所述的异物检查方法，其特征在于，在检测方光轴上，使用由焦距为f且孔径为D的物镜，和在离物镜主平面距离为L的位置上配置主平面的、孔径被设定为大于D-2A+AL/f的成象透镜构成的光学系统，将反射光和散射光中的对检查面成P偏振的成分作为异物用光电变换元件检测；A为由光电变换元件的检测宽度和物镜、成象透镜的倍率关系决定的检查区域。

8.一种异物检查方法，相对于检查对象的检查面成S偏振光的光束，以大致平行于所述检查对象的检查面或以小角度与该检查面相交的轴为光轴照射检查对象的检查面，在与检查面成锐角，且与所述光束的光轴间的方位角在30度以内的光轴上，将所述光束引起的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测，

其特征在于，使用远心光学系统，将反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测。

9.根据权利要求1或2所述的异物检查方法，其特征在于，使用远心光学系统，将反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分作为异物检测。

10.根据权利要求1或2或6或8所述的异物检查方法，其特征在于，

在检测方光轴上，根据检查对象附加使偏振光旋转的1/2波长板，以此将反射光和散射光中的对检查面成S偏振的成分变换成P偏振成分作为异物检测。

11.根据权利要求10所述的异物检查方法，其特征在于，用柱状透镜将来自多个点光源的光束设定为线状光束，该柱状透镜配置得使与点列平行的方向上的像的倍率发生变化。

12.一种异物检查装置，其特征在于，具备

以与检查对象的检查面形成1°～5°交角的轴作为光轴配置的，照射的光束对所述检查对象的检查面成S偏振光的照明部，

在与检查面所成的角度小于60°，且与所述照明部的光轴所成的方位角小于30度的光轴上，检测由所述照明部产生的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分的检测部，以及

用所述检测部得到的信号判定异物的信号处理部。

13.根据权利要求12所述的异物检查装置，其特征在于，所述检测部的光轴是与检查对象的检查面形成的角度小于40°的光轴。

14.一种异物检查装置，具备

以大致平行于检查对象的检查面的轴为光轴配置的，照射的光束对所述检查对象的检查面成S偏振光的照明部，

在与检查面所成的角度为锐角，且与所述照明部的光轴所成的方位角小于30度的光轴上，检测由所述照明部产生的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分的检测部，以及

用所述检测部得到的信号判定异物的信号处理部，

其特征在于，在检测光轴上配置空间滤光镜。

15.一种异物检查装置，具备

以大致平行于检查对象的检查面的轴为光轴配置的，照射的光束对所述检查对象的检查面成S偏振光的照明部，

在与检查面所成的角度为锐角，且与所述照明部的光轴所成的方位角小于30度的光轴上，检测由所述照明部产生的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分的检测部，以及

用所述检测部得到的信号判定异物的信号处理部，

其特征在于，在检测方光轴上，使用由焦距为f且孔径为D的物镜，和在离物镜主平面距离为L的位置上配置主平面的、孔径被设定为大于D-2A+AL/f的成象透镜构成的光学系统；A为由光电变换元件的检测宽度和物镜、成象透镜的倍率关系决定的检查区域。

16.一种异物检查装置，具备

以大致平行于检查对象的检查面的轴为光轴配置的，照射的光束对所述检查对象的检查面成S偏振光的照明部，

在与检查面所成的角度为锐角，且与所述照明部的光轴所成的方位角小于30度的光轴上，检测由所述照明部产生的反射光和散射光中的对检查面成P偏振光的成分的检测部，

以及用所述检测部得到的信号判定异物的信号处理部，

其特征在于，检查异物的光学系统使用远心光学系统。

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