JP2003075359A - 表面検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面状をなす検査対象面の走査移動に伴って
正反射光の位置がずれる場合、この検査対象面の凹凸状
態を正確に把握し得ない。 【解決手段】 検査対象物１１の検査対象面２０に対し
て膜状の測定光１４を傾斜状態で照射する投光手段１５
と、検査対象面２０に対して測定光１４の正反射位置に
配されて測定光１４の正反射光１６を受光するための受
光手段１７と、検査対象面２０に形成される測定光１４
の投影線２７に沿った正反射光１６の強度分布に基づ
き、投影線２７に沿った検査対象面２０の凹凸状態を識
別する識別手段と、投影線２７に対して直交する方向に
検査対象物１１を走査移動させる走査移動手段と、検査
対象面２０の走査移動に伴って生ずる正反射光１６の位
置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検
出手段による正反射光１６の位置ずれに応じて受光手段
１７または投光手段１５の位置を修正する位置修正手段
とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面状をなす検査
対象面の凹凸状態を光学的に検査する方法およびその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ほぼ平面状をなす検査対象面の欠陥、す
なわち微小な凹凸の有無を検査する表面検査方法とし
て、膜状のスリット光を検査対象面に照射し、その反射
光の強度分布に基づいて検査対象面の凹凸状態を把握す
る方法が知られている。このような従来の表面検査方法
の概念を図５に示す。すなわち、平面状をなす検査対象
面１に対して図示しない光源から膜状のスリット光を測
定光２として傾斜状態で照射し、その正反射光３を受光
センサ４にて受光し、検査対象面１に形成される測定光
２の投影線５に沿った正反射光３の強度分布に基づき、
検査対象面１の投影線５に沿った凹凸状態を識別するこ
とができる。従って、検査対象面１を投影線５に対して
直交する矢印で示す方向に走査移動することにより、こ
の走査移動方向に沿った検査対象面１の凹凸状態を把握
することが可能となる。

【０００３】通常、受光センサ４は一次元のラインセン
サであり、上述した検査対象面１の一部に欠陥がある場
合の正反射光３の光路の変化を図６に示す。すなわち、
検査対象面１の表面に欠陥６がない場合には、正反射光
３が一点鎖線で示すように受光センサ４の集光レンズ７
に入射するが、検査対象面１の一部に欠陥６がある場
合、正反射光３は集光レンズ７に到達しないため、受光
センサ４からの出力信号は例えば図７に示すような特性
を持つ。図７中の矢印Ｄで示した出力の急変部分が欠陥
６に相当する部分であり、この受光センサ４からの出力
信号を処理することによって検査対象面１の投影線５に
沿った欠陥６の有無およびその位置を把握することが可
能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の欠
陥検査方法において、検査対象面１に存在する欠陥６の
深さが浅い場合、このような場合における正反射光３の
光路の変化を図８に示す。すなわち、検査対象面１に存
在する欠陥６の深さが浅い場合、正反射光３の位置ずれ
が欠陥６が存在しない一点鎖線で示したものに対して僅
かであるため、欠陥６が存在するにも拘らず、正反射光
３が集光レンズ７に到達してしまい、欠陥６の存在を把
握することができなくなる。

【０００５】このような不具合を防止するためには、集
光レンズ７の開口数を小さくすることが有効であり、欠
陥６の存在によって正反射光３の位置ずれが発生した場
合、集光レンズ７にこの正反射光３を入射させないよう
にすることが可能となる。

【０００６】しかしながら、集光レンズ７の開口数を小
さくすると、検査対象面１に大きなうねりや緩やかな傾
きなどが存在する場合、欠陥６の有無に拘らず正反射光
３の位置ずれが大きく発生して欠陥６の検出を行うこと
自体不可能になってしまう。例えば、大きなうねりを持
つ検査対象面１を走査移動させた場合、その正反射光３
の位置ずれの状態を表す図９に示すように、正反射光３
の光路が二点鎖線で示すように平行移動してしまい、集
光レンズ７の開口数が小さな場合には正反射光３を集光
レンズ７から入射させることができなくなる。また、緩
やかな傾きを持つ検査対象面１を走査移動させた場合、
この時の正反射光３の位置ずれの状態を表す図１０に示
すように、正反射光３の光路が二点鎖線で示すように傾
いてしまい、集光レンズ７の開口数が小さな場合には正
反射光３を集光レンズ７から入射させることができなく
なる。

【０００７】このように、欠陥の検出精度を高めようと
すると、集光レンズ７の開口数を小さくすることが好ま
しいものの、検査対象面１に大きなうねりや緩やかな傾
きなどが存在する場合には、逆に集光レンズ７の開口数
を大きく設定しなければならず、集光レンズ７の開口数
に関しては相反する要求があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、ほぼ平面状をなす検査
対象面の走査移動に伴って正反射光の位置がずれても、
これを確実に受光して検査対象面の凹凸状態をより正確
に把握し得る表面検査方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
ほぼ平面状をなす検査対象面に対して膜状の測定光を傾
斜状態で照射するステップと、前記検査対象面からの前
記測定光の正反射光を受光するステップと、前記検査対
象面に形成される前記測定光の投影線に沿った前記正反
射光の強度分布に基づき、前記投影線に沿った前記検査
対象面の凹凸状態を識別するステップと、前記投影線に
対して直交する方向に前記検査対象面を前記測定光に対
して相対的に走査移動するステップと、前記測定光に対
する前記検査対象面の相対的な走査移動に伴って生ずる
前記正反射光の位置ずれを検出するステップと、検出さ
れた前記正反射光の位置ずれに応じてその受光位置また
は前記測定光の照射位置を修正するステップとを具えた
ことを特徴とする表面検査方法にある。

【００１０】本発明の第２の形態は、検査対象物のほぼ
平面状をなす検査対象面に対して膜状の測定光を傾斜状
態で照射する投光手段と、前記検査対象面に対して前記
測定光の正反射位置に配されて前記測定光の正反射光を
受光するための受光手段と、前記検査対象面に形成され
る前記測定光の投影線に沿った正反射光の強度分布に基
づき、前記投影線に沿った前記検査対象面の凹凸状態を
識別する識別手段と、前記投影線に対して直交する方向
に前記検査対象物を前記投光手段および前記受光手段に
対して相対的に走査移動させる走査移動手段と、前記投
光手段および前記受光手段に対する前記検査対象面の相
対的な走査移動に伴って生ずる前記正反射光の位置ずれ
を検出する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段
による前記正反射光の位置ずれに応じて前記操作対象物
に対する前記受光手段または前記投光手段の相対位置を
修正する位置修正手段とを具えたことを特徴とする表面
検査装置にある。

【００１１】本発明においては、ほぼ平面状をなす検査
対象面に対して投光手段から膜状の測定光を傾斜状態で
照射し、この検査対象面からの測定光の正反射光を受光
手段が受光する。検査対象面に形成される測定光の投影
線に沿った正反射光の強度分布に対応した受光手段から
の出力に基づき、投影線に沿った検査対象面の凹凸状態
を識別手段が識別する。このようにして、走査移動手段
により検査対象物を投影線に対して直交する方向に走査
移動させることにより、検査対象物の走査移動方向に沿
った検査対象面の凹凸状態が把握される。

【００１２】検査対象面の走査移動に伴って検査対象面
の姿勢が変化すると、正反射光の位置ずれが生ずるが、
この位置ずれは位置ずれ検出手段により検出され、この
位置ずれ検出手段による検出結果に応じて位置修正手段
が受光手段または投光手段の位置を修正する結果、正反
射光が正確に受光手段に導かれる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による表面検
査方法において、正反射光の位置ずれを検出するステッ
プは、正反射光の一部を分岐させるステップを有するも
のであってよい。

【００１４】本発明の第２の形態による表面検査装置に
おいて、位置ずれ検出手段が、検査対象面と受光手段と
の間に配されて正反射光の一部を反射する半透明鏡と、
この半透明鏡にて反射された正反射光の位置を特定する
ためのラインセンサとを有するものであってよい。

【００１５】

【実施例】本発明による本発明による表面検査方法を実
施し得る表面検査装置の一実施例について、図１〜図４
を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような
実施例のみに限らず、この特許請求の範囲に記載された
本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能で
あり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然
応用することができる。

【００１６】本実施例の概略構造を図１に示し、その光
学要素のレイアウトを図２に模式的に示す。すなわち、
検査対象物１１が取り外し可能に搭載されるステージ１
２は、テーブル１３に対して第１の方向（図１中、左右
方向）に往復動自在に支持されており、テーブル１３内
にはステージ１２を第１の方向に沿って水平に駆動する
ための図示しないステージ駆動手段が本発明の走査移動
手段として組み込まれている。ステージ１２の上方に
は、膜状の測定光１４をステージ１２の上面に向けて斜
めに照射する投光手段１５と、この投光手段１５からの
正反射光１６を受光するための受光手段１７とが設けら
れており、これら投光手段１５および受光手段１７はそ
れらの光軸面がステージ１２の往復移動方向、すなわち
第１の方向と平行な鉛直面に対して垂直となるように配
されている。

【００１７】受光手段１７は、鉛直軸線回りに旋回可能
なコラム１８に沿って昇降可能な昇降ヘッド１９に対
し、回転自在に突設された図示しない旋回軸の先端部に
取り付けられ、この旋回軸は第１の方向と平行な鉛直面
に対して垂直な水平軸線回りに旋回可能となっている。
つまり、コラム１８には鉛直軸線回りに旋回するための
図示しないコラム旋回手段が取り付けられ、このコラム
１８には昇降ヘッド１９を昇降するための図示しないヘ
ッド昇降手段が組み込まれ、昇降ヘッド１９内には旋回
軸を旋回させるための図示しない軸旋回手段が組み込ま
れている。本発明の位置修正手段として機能するこれら
コラム旋回手段，ヘッド昇降手段および軸旋回手段を操
作することにより、投光手段１５から検査対象物１１の
検査対象面２０に照射された測定光１４の正反射光１６
を受光手段１７に入射させることが可能となる。本実施
例では受光手段１７に３自由度を与えたが、受光手段１
７の姿勢や位置をより正確に調整することが必要な場合
には、制御が面倒ではあるけれども４自由度以上、好ま
しくは６自由度を与えるべきである。

【００１８】投光手段１５は、光源ランプ２１からの光
を線状に収束させるシリンドリカルレンズなどを用いた
コリメート光学系２２と、膜状の測定光１４を出射させ
るスリット２３を形成した遮光板２４とが組み込まれて
いる。また、受光手段１７は、正反射光１６を線状に収
束させるシリンドリカルレンズなどを用いた集光光学系
２５を具え、この集光光学系２５の焦線面には本発明の
識別手段としてのラインセンサ２６が配置されており、
このラインセンサ２６からの出力は検査対象面２０に形
成される測定光１４の投影線２７に沿った正反射光１６
の強度分布を示しており、これによって投影線２７に沿
った検査対象面２０の凹凸状態を識別することが可能と
なる。

【００１９】受光手段１７の集光光学系２５とラインセ
ンサ２６との間の集光光学系２５の光軸面上には、この
集光光学系２５の光軸面に対して傾斜して正反射光１６
の一部を反射すると共に残りをラインセンサ２６側に透
過させる半透明鏡２８が配置されている。この半透明鏡
２８によって反射された正反射光１６を受光する一対の
位置ずれ検出用ラインセンサ２９は、集光光学系２５か
らの光路長が上述したラインセンサ２６までの光路長と
等しく設定され、半透明鏡２８によって反射された光軸
面と直交するように相互に平行に相隔てて配置されてい
る。これらは検査対象面２０の走査移動に伴って生ずる
正反射光１６の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と
して機能する。

【００２０】本実施例におけるラインセンサ２６および
位置ずれ検出用ラインセンサ２９として、すべて一次元
ＣＣＤラインセンサを利用することが可能であり、半透
明鏡２８の透過率は、これらラインセンサ２６のＳ／Ｎ
比が共に良好となるような値に設定することが好まし
い。

【００２１】実際の作業に際しては、検査対象物１１の
検査対象面２０がほぼ水平となるように、この検査対象
物１１をステージ１２に対して固定した後、投光手段１
５から測定光１４を検査対象面２０に照射する。そし
て、受光手段１７の後方に設けられたラインセンサ２６
からの出力が最大となるように、コラム旋回手段，ヘッ
ド昇降手段および軸旋回手段を操作し、測定光１４の正
反射光１６を受光手段１７からラインセンサ２６に入射
させる。

【００２２】この状態における位置ずれ検出用ラインセ
ンサ２９とここに入射する正反射光１６との位置関係を
図３に示し、一対の位置ずれ検出用ラインセンサ２９の
出力状態を図４に示す。正反射光１６が幾何的に正確に
ラインセンサ２６に入射している場合、一対の位置ずれ
検出用ラインセンサ２９に入射する正反射光１６は、実
線で示すようにこれら位置ずれ検出用ラインセンサ２９
の中央に位置し、これら位置ずれ検出用ラインセンサ２
９からの出力のピーク位置が図４における実線で示すよ
うな原点位置で生ずる。

【００２３】この状態からステージ駆動手段を操作して
ステージ１２を投影線２７に対して直交する水平方向に
走査移動させ、投影線２７に沿った検査対象面２０の凹
凸状態をラインセンサ２６からの出力によって識別す
る。検査対象面２０の大きなうねりなどに起因し、ステ
ージ１２の走査移動に伴って検査対象面２０の浮沈や傾
きなどが生じた場合、正反射光１６が正確にラインセン
サ２６に到達しなくなる。例えば、検査対象面２０が初
期状態から下降する（図９参照）と、一対の位置ずれ検
出用ラインセンサ２９に入射する正反射光１６の位置が
図３中の二点鎖線で示すようにずれる結果、これらの出
力は図４中の二点鎖線で示すように原点位置からオフセ
ットした状態になる。従って、出力ピークが原点位置か
らずれないように、コラム旋回手段，ヘッド昇降手段お
よび軸旋回手段が駆動され、この場合にはヘッド昇降手
段が昇降ヘッド１９を下降させるようなフィードバック
制御が行われる。検査対象面２０が投影線２７と平行な
軸線回りに傾斜した場合（図１０参照）にも同様な出力
ピークの位置ずれが見られるが、この場合にも検査対象
面２０の昇降が発生するので、ヘッド昇降手段および軸
旋回手段をフィードバック制御して正反射光１６を正確
にラインセンサ２６に到達させる。また、検査対象面２
０がステージ１２の走査移動方向と平行な軸線回りに傾
斜した場合には、図３中の一点鎖線で示すように一対の
位置ずれ検出用ラインセンサ２９に入射する正反射光１
６の位置が傾くため、一対の位置ずれ検出用ラインセン
サ２９からの出力ピークの位置が図４中の一点鎖線で示
すように原点を中心として対称に形成される（図示例で
は他方の位置ずれ検出用ラインセンサ２９からの出力ピ
ークの位置が二点鎖線で示す位置に重なっている）の
で、コラム１８を鉛直軸線回りに旋回して一対の位置ず
れ検出用ラインセンサ２９からの出力ピークが原点位置
からずれないようにフィードバック制御を行えばよい。

【００２４】このようにして、ステージ１２の走査移動
に伴い、必要に応じて受光手段１７の位置や姿勢を調整
して常に投光手段１５からの測定光１４の正反射光１６
を受光手段１７のラインセンサ２６に正確に入射させる
ことにより、検査対象面２０の欠陥や凹凸状態を正確に
把握することができる。

【００２５】上述した実施例では、受光手段１７側の姿
勢および位置を変更できるようにしたが、投光手段１５
側の姿勢および位置を変更するようにしてもよく、受光
手段１７および投光手段１５の両方を変更できるように
することも可能である。また、本実施例ではステージ１
２を走査移動させるようにしたが、受光手段１７と投光
手段１５とを一体的にステージ１２に対して走査移動さ
せるようにしてもよい。さらに、本実施例では一対の位
置ずれ検出用ラインセンサ２９を用いたが、二次元セン
サを用いることも可能であり、この場合には１つの二次
元センサのみを使用すればよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によると、投光手段および受光手
段に対する検査対象面の相対的な走査移動に伴って生ず
る正反射光の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
この位置ずれ検出手段による正反射光の位置ずれに応じ
て受光手段または投光手段の位置を修正する位置修正手
段とを設け、投光手段及び受光手段に対する検査対象面
の相対的な走査移動に伴って生ずる正反射光の位置ずれ
に応じてその受光位置または測定光の照射位置を修正す
るようにしたので、検査対象面に大きなうねりや緩やか
な傾きなどが存在していても、受光手段を構成する光学
系の開口数を増大させることなく、この検査対象面の微
細な凹凸状態を正確に把握することができる。

【００２７】正反射光の位置ずれを検出するステップが
この正反射光の一部を分岐させるステップを有する場
合、検査対象面の凹凸形状を測定しながら正反射光の位
置ずれを検出することができる。

【００２８】位置ずれ検出手段が、検査対象面と受光手
段との間に配されて正反射光の一部を反射する半透明鏡
と、この半透明鏡にて反射された正反射光の位置を特定
するためのラインセンサとを有する場合、検査対象面の
凹凸形状を測定しながら正反射光の位置ずれを検出する
ことができる上、この位置ずれ検出手段を簡単な構成に
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面検査装置の一実施例の機構概
念図である。

【図２】図１に示した実施例の概念図である。

【図３】図１に示した実施例における位置ずれ検出用ラ
インセンサに対する正反射光の受光状態を表す概念図で
ある。

【図４】図３に示した位置ずれ検出用ラインセンサの出
力特性を模式的に表すグラフである。

【図５】従来の表面検査装置の概念図である。

【図６】図５に示した表面検査装置における受光センサ
の出力特性の一例を表すグラフである。

【図７】検査対象面の欠陥部における正反射光の反射状
態の一例を表す模式図である。

【図８】検査対象面の欠陥部における正反射光の反射状
態の別な一例を表す模式図である。

【図９】検査対象面に位置ずれが生じた場合、正反射光
の反射状態の一例を表す模式図である。

【図１０】検査対象面の位置ずれが生じた場合、正反射
光の反射状態の別な一例を表す模式図である。

【符号の説明】

１１ 検査対象物 １２ ステージ １３ テーブル １４ 測定光 １５ 投光手段 １６ 正反射光 １７ 受光手段 １８ コラム １９ 昇降ヘッド ２０ 検査対象面 ２１ 光源ランプ ２２ コリメート光学系 ２３ スリット ２４ 遮光板 ２５ 集光光学系 ２６ ラインセンサ ２７ 投影線 ２８ 半透明鏡 ２９ 位置ずれ検出用ラインセンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ平面状をなす検査対象面に対して膜
   状の測定光を傾斜状態で照射するステップと、 前記検査対象面からの前記測定光の正反射光を受光する
   ステップと、 前記検査対象面に形成される前記測定光の投影線に沿っ
   た前記正反射光の強度分布に基づき、前記投影線に沿っ
   た前記検査対象面の凹凸状態を識別するステップと、 前記投影線に対して直交する方向に前記検査対象面を前
   記測定光に対して相対的に走査移動するステップと、 前記測定光に対する前記検査対象面の相対的な走査移動
   に伴って生ずる前記正反射光の位置ずれを検出するステ
   ップと、 検出された前記正反射光の位置ずれに応じてその受光位
   置または前記測定光の照射位置を修正するステップとを
   具えたことを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】 前記正反射光の位置ずれを検出するステ
   ップは、前記正反射光の一部を分岐させるステップを有
   することを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
3. 【請求項３】 検査対象物のほぼ平面状をなす検査対象
   面に対して膜状の測定光を傾斜状態で照射する投光手段
   と、 前記検査対象面に対して前記測定光の正反射位置に配さ
   れて前記測定光の正反射光を受光するための受光手段
   と、 前記検査対象面に形成される前記測定光の投影線に沿っ
   た正反射光の強度分布に基づき、前記投影線に沿った前
   記検査対象面の凹凸状態を識別する識別手段と、 前記投影線に対して直交する方向に前記検査対象物を前
   記投光手段および前記受光手段に対して相対的に走査移
   動させる走査移動手段と、 前記投光手段および前記受光手段に対する前記検査対象
   面の相対的な走査移動に伴って生ずる前記正反射光の位
   置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、 この位置ずれ検出手段による前記正反射光の位置ずれに
   応じて前記操作対象物に対する前記受光手段または前記
   投光手段の相対位置を修正する位置修正手段とを具えた
   ことを特徴とする表面検査装置。
4. 【請求項４】 前記位置ずれ検出手段は、前記検査対象
   面と前記受光手段との間に配されて前記正反射光の一部
   を反射する半透明鏡と、この半透明鏡にて反射された前
   記正反射光の位置を特定するためのラインセンサとを有
   することを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。