JP3404134B2

JP3404134B2 - 検査装置

Info

Publication number: JP3404134B2
Application number: JP16284894A
Authority: JP
Inventors: 一実芳賀
Original assignee: 株式会社ニュークリエイション
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH085571A; US5583632A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料の表面状態等を
２次元または３次元的に観測するための検査装置に関す
るもので、例えば、鏡面ウェーハ等の試料の表面（以
下、「試料表面」という）の状態の検出や、試料表面に
形成されたＩＤ（Identification）番号（識別番号）な
どの指標の検出を行うのに適した検査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の、試料表面の状態、例えば、う
ねり、ディンプル、突起、洗浄不良またはバフダメージ
などを検出したり、ＩＤ番号の検出をしたりする検査装
置として、出願人は、（１）光を試料に照射する照射光
学系と、（２）試料を透過した光または試料で反射した
光を集束する光学素子を含み、その光学素子の後像空間
焦平面またはその近傍に設置した開口絞りを有するシュ
リーレン光学系と、（３）開口絞りを通過した光を観測
する観測部とを備えるものを既に提案している（特願平
４−１８７４５０）。

【０００３】この従来の検査装置で用いられるシュリー
レン光学系は、試料表面の凹凸または試料の内部状態に
よる、屈折率変化、反射率変化および透過率変化などを
明暗の差として表す代表的な光学部の１つである。そし
て、従来の検査装置のシュリーレン光学系は、例えば、
試料表面からの反射光をコリメートレンズによって集束
し、その後像空間焦平面に設置されたナイフエッジ（開
口絞り）によって、試料表面で散乱された光の一部を遮
断すると共に、コリメートレンズによって、その後方の
空中に形成された試料表面等の空中像を、肉眼やカメラ
等（観測部）によって観測するように構成されている。

【０００４】この従来の検査装置によれば、試料表面に
凹凸があるとその部分で光が散乱されるが、この散乱光
のうちナイフエッジに当たった部分は遮断され、観測部
に到達しない。その結果、ナイフエッジの後方では、そ
のナイフエッジで遮られた散乱光に対応する部分は暗く
なり、それ以外の部分は相対的に明るくなる。この明暗
パターンは試料表面の状態に対応しているので、その明
暗パターンから試料表面の状態が観測できることにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
検査装置にあっては、ナイフエッジのすぐ後ろの、空中
像が形成された位置に観測部を一律的に設置しているた
め、必ずしも観測者にとって観測し易いとはいえない。
また、互いに異なった倍率の観測部を複数設けたいとき
には、空中像が形成される位置に複数の観測部が密集す
ることになり、その配置自由度が極めて低くなってい
る。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、第１に、観測者が観測し易い任意の位置に観測部を
設置することができる、第２に、互いに異なった倍率の
複数の観測部を任意の位置に自由にそれぞれ設置するこ
とができる検査装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の検査装置
は、レーザー光以外の光を出射する一般光源からの光を
平行光にして試料に照射する照射光学系と、試料を透過
した光または試料で反射した光を集束させる光学素子を
含み、光学素子の後像空間焦平面またはその近傍に設置
した開口絞りを有するとともに、開口絞りを通過した光
を平行光に変換するテレセントリック光学部を備える観
測光学系と、前記テレセントリック光学部により空中に
形成された空中像を観測するように構成される観測手段
とを備える検査装置であって、前記観測手段は、平行光
を分岐させる少なくとも１つの分岐光学部と、分岐光学
部により分岐された各平行光に基づく空中像をそれぞれ
観測するための複数の観測部とを備えていることを特徴
とする。

【０００８】請求項２記載の検査装置は、請求項１記載
の検査装置において、前記分岐光学部は、プリズムで構
成されていることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の検査装置は、請求項１記載
の検査装置において、前記照射光学系は、レーザー光を
出射するレーザー光源を備え、分岐光学部は、レーザー
光と一般光とを分離する選択フィルタを備え、複数の観
測部のうちの少なくとも１つは、レーザー光により形成
された空中像をモアレまたは干渉縞により観測するよう
に構成されていることを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の検査装置は、請求項１記載
の検査装置において、前記照射光学系は、レーザー光を
出射するレーザー光源を備え、分岐光学部は、レーザー
光と一般光とを分離する選択フィルタを備え、複数の観
測部のうちの少なくとも１つは、レーザー光の強度分布
を測定するための一次元ＣＣＤを備えていることを特徴
とする。

【００１１】請求項５記載の検査装置は、請求項１から
４のいずれかに記載の検査装置において、前記観測手段
は、空中像を回転させるための像回転手段を備え、像回
転手段により回転された空中像を観測するように構成さ
れていることを特徴とする。

【００１２】請求項６記載の検査装置は、請求項１から
４のいずれかに記載の検査装置において、前記観測部
は、平行光を集束させる他のテレセントリック光学部を
備えていることを特徴とする。

【００１３】請求項７記載の検査装置は、請求項１から
６のいずれかに記載の検査装置において、前記観測手段
は、空中像を撮像する撮像素子と、撮像素子からの画像
信号に基づいて画像処理を行う画像処理部を備えている
ことを特徴とする。

【００１４】請求項８記載の検査装置は、請求項７記載
の検査装置において、画像信号における白レベル電圧ま
たは黒レベル電圧を所定値にするための光量制御信号を
生成する光量制御信号生成部と、光量制御信号に基づい
て照射光学系の光量を変化させる光量制御部とをさらに
備えていることを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の検査装置では、光を試料に照射
すると、その透過光または反射光は、光学素子により集
束されると共に、光学素子の後像空間焦平面またはその
近傍に配設された開口絞りを通過して観測手段に入射す
る結果、観測者は、観測手段により、試料の像を観測す
ることができる。この場合、開口絞りの後方に備えたテ
レセントリック光学部が、開口絞りを通過した光を平行
光に変換すると共に、テレセントリック光学部の焦点距
離に応じた所定の位置に空中像を形成する。そして、観
測者は、観測手段のフォーカスを、空中像に合わせれ
ば、試料を観測することができる。したがって、観測部
は、空中像が形成された位置に設置する必要はなく、空
中像にフォーカスを合わせられる位置であれば、空中像
の位置とは別の任意の位置に設置することができる。こ
のため、観測者は、見易い位置で、試料の像を観測する
ことができる。

【００１６】また、分岐光学系が平行光を分岐し、分岐
された平行光に基づく空中像を、複数の観測部で倍率を
変えるなどして、それぞれ観測することができる。この
場合、複数の観測部の各々は、空中像にフォーカスを合
わせることができれば、空中像が形成された位置とは別
の任意の位置に設置することができる。このため、観測
部が複数であっても、観測者が見易い位置に、それらを
設置することができる。

【００１７】請求項２記載の検査装置では、分岐光学部
は、プリズムで構成されているので、ハーフミラーなど
と比較して、平行光を分岐する際の光の損失が少なく、
観測部を複数設けても、感度の低下を極力少なくするこ
とができる。

【００１８】請求項３記載の検査装置では、光源とし
て、レーザー光と、レーザー光以外の一般光を、試料に
照射し、その透過光または反射光に基づいて、試料の観
測をすることができる。この場合、レーザー光は、選択
フィルタで一般光とは分離され、分離されたレーザー光
に基づく空中像を、観測部によりモアレまたは干渉縞に
より観測することができる。このため、試料の三次元的
状態を観測することができる。

【００１９】請求項４記載の検査装置では、選択フィル
タにより分離されたレーザー光に基づく空中像を、一次
元ＣＣＤにより観測することができる。この場合、レー
ザー光は、単一波長で、しかも短波長のため、その透過
光や反射光に基づいて、試料上の微細な凹凸情報等を得
ることができるので、凹凸のピークツーバレーなどを正
確に計測することができる。

【００２０】請求項５記載の検査装置では、例えば、試
料表面の一部を観測するようなときは、回転手段により
空中像を回転させれば、試料を移動させることなく、試
料の任意の箇所を観測することができる。また、試料表
面に形成されたＩＤ番号などを観測するときは、試料を
任意の向きにすることができるので、そのＩＤ番号を見
易い向きにすることができる。

【００２１】請求項６に記載の検査装置によれば、観測
部が平行光を集束させる他のテレセントリック光学部を
備えているので、フォーカスがある程度合わなくても、
倍率を変化させることなく、空中像を観測することがで
きる。

【００２２】請求項７記載の検査装置では、画像処理部
が、観測部の撮像素子からの画像信号に基づいて、画像
処理を行うので、例えば、試料の凹凸のピークツーバレ
ー値を求めたり、より鮮明な画像で観測したりすること
ができる。

【００２３】請求項８記載の検査装置では、光量制御信
号生成部が光量制御部に光量制御信号を出力すれば、光
量制御部は、画像信号の白レベル電圧または黒レベル電
圧を所定値にするように、照射光学系の光量を変化させ
るので、画像信号レベルが飽和しないようにして、試料
を見易い状態で観測することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明に係る検査装置の実施例につい
て説明する。

【００２５】図１には、検査装置１の第１実施例が示さ
れている。この検査装置１は、光学部２、照射部（照射
光学系）３、観測部（観測手段、観測部）４、画像処理
部５、ホストコンピュータ６、モニタ７および搬送装置
８を備えている。

【００２６】この検査装置１について、動作概要を説明
すれば、照射部３から出射された照射光は、光学部２内
に置かれた試料Ｓの試料表面Ｓａにその法線方向から照
射される。試料表面Ｓａで反射した反射光は、照射方向
とは逆方向に進んで、光学部２により集束されると共
に、光学部２内の後述する開口絞り１６を通過して、観
測部４内のＣＣＤにより画像信号に変換される。この場
合、試料表面Ｓａで散乱された反射光は、開口絞り１６
により遮断され、ＣＣＤに入射しないので、試料表面Ｓ
ａで散乱された箇所は、暗パターンの画像信号に、照射
光が正反射した箇所は、明パターンの画像信号に変換さ
れる。そして、この画像信号は、画像処理部５で画像処
理され、ホストコンピュータ６を介してモニタ７に映し
出される。

【００２７】次に、各部の構成について具体的に説明す
る。

【００２８】光学部２は、半導体ウェーハなどの試料Ｓ
に光を照射し、試料表面Ｓａでの反射光により、試料表
面Ｓａの凹凸やＩＤ番号を観測するものであり、第１ハ
ーフミラー１１、反射ミラー１２、レンズユニット（光
学素子）１３、コリメートレンズ（光学素子）１４、チ
ルトステージ１５、開口絞り１６、第１テレセントリッ
ク光学部（テレセントリック光学部）１７および光量フ
ィードバック部１８から構成されている。

【００２９】このうち、第１ハーフミラー１１は、光軸
に対して４５°傾けられており、照射部３からの照射光
を反射させてチルトステージ１５側へ導くと共に、チル
トステージ１５側からの反射光を透過させて観測部４側
へ導く。

【００３０】反射ミラー１２は、ハーフミラー１１で反
射された照射光をチルトステージ１５側へ反射させると
共に、試料Ｓで反射された反射光を観測部４側へ反射さ
せる。

【００３１】レンズユニット１３は、２枚のレンズによ
り構成されており、コリメートレンズ１４の焦点距離を
短くする機能を有している。この結果、チルトステージ
１５から反射ミラー１２までの距離や、光学部２から観
測部４までの距離をそれぞれ短くすることができるの
で、検査装置１を小型化することができる。

【００３２】コリメートレンズ１４は、照射部３からの
照射光を平行光に変換すると共に、試料Ｓでの反射光
を、平行光から集束光に変換する。

【００３３】チルトステージ１５は、試料Ｓを載置する
台であり、搬送装置８によって搬送されてきた試料Ｓを
載置するためのものである。また、このチルトステージ
１５は、照射光が試料表面Ｓａに垂直に入射するよう
に、試料Ｓの傾きを微調整可能に構成されている。

【００３４】開口絞り１６は、開閉機構を備えた二軸直
交形の開口絞りであって、コリメートレンズ１４の後像
空間焦平面に設置され、試料Ｓの試料表面Ｓａ上に形成
された凹凸などで反射した不要な散乱光を除去する。な
お、開口絞り１６、レンズユニット１３およびコリメー
トレンズ１４は、シュリーレン光学系（観測光学系）を
構成する。

【００３５】第１テレセントリック光学部１７は、５枚
のレンズにより構成されており、開口絞り１６を通過し
た反射光を集束光から平行光に変換して、その光軸上の
後方に空中像を形成する。

【００３６】光量フィードバック部１８は、光源２１の
光量を制御するためのものであり、遮光板１９およびフ
ォトディテクタ２０から構成されている。遮光板１９に
は、照射部３からの照射光を通過させるためのピンホー
ル１９ａが設けられている。フォトディテクタ２０は、
ピンホール１９ａを通過した照射光の光量を検出し、検
出した光量データを光量フィードバック回路２６に出力
する。

【００３７】次に、照射部３について説明すると、照射
部３は、試料Ｓに光を照射するもので、光源２１、ライ
トガイドファイバ２２、波長選択フィルタ２３、ピンホ
ール２４、ＤＩ／Ｏ（ディジタルＩ／Ｏ）２５および光
量フィードバック回路２６から構成されている。

【００３８】このうち、光源２１は、ハロゲンランプを
備えている。ハロゲンランプの光量は、フォトディテク
タ２０が検出した光量のレベルが一定になるように、光
量フィードバック回路２６によってフィードバック制御
されることにより、その光量が一定になるように制御さ
れている。なお、光源２１のランプは、ハロゲンランプ
に限定されず、被検査対象物の性質に応じて、キセノン
ランプ、メタルハライドランプを初めとする各種の放電
管が使用される。

【００３９】ライトガイドファイバ２２は、その先端に
光伝導ロッド２２ａが備えられている。この光伝導ロッ
ド２２ａは、ライトガイドファイバ２２中を伝送してき
た光を拡散させると共に、ライトガイドファイバ２２の
バンドル端面のつぶつぶを像を消す役割を果たす。な
お、このライトガイドファイバ２２は、シングルの光フ
ァイバーで構成してもよい。

【００４０】波長選択フィルタ２３は、試料表面Ｓａを
照射する照射光の波長を選択する。この、波長選択フィ
ルタ２４は、各種干渉フィルタを備えるターレット状の
ものであり、試料表面Ｓａを照射する照射光の波長を適
宜変更することを可能にすると共に、検査装置１の光学
系部分の感度調節に用いられ、試料表面Ｓａの凹凸のピ
ークツーバレー値が小さい場合には波長の短い領域が選
択される。

【００４１】ピンホール２４は、ハロゲン光を所定の拡
がり角を有する照射光に変換する。ピンホール２４の開
口からの照射光の拡がり角は、試料Ｓを照射する面積に
合わす必要があるが、これは、光伝導ロッド２２ａとピ
ンホール２４との間隔を調整することにより行われる。

【００４２】ＤＩ／Ｏ２５は、インターフェース回路で
あって、光量フィードバック回路２６および画像処理部
５から出力されるパラレルデータである光量制御信号
を、光源２１に出力することにより、光源２１の光量を
制御する。

【００４３】光量フィードバック回路２６は、光量フィ
ードバック部１８から出力されたアナログの光量信号
を、ディジタルの光量データに変換すると共に、そのデ
ィジタルの光量データと、基準となる基準光量データと
が等しくなるように、ＤＩ／Ｏ２５を介して光源２１の
光量を制御する。これにより、光源２１の光量は、一定
になるように、フィードバック制御される。

【００４４】次に、観測部４について説明すると、観測
部４は、第２〜第５ハーフミラー３１〜３４、第２〜第
６テレセントリック光学部３５〜３９、ＣＣＤ３５ａ〜
３９ａおよびアパーチャ４０〜４４を備えている。

【００４５】第２〜第５ハーフミラー３１〜３４は、入
射した光の約半分を反射させると共に、残りの約半分の
光を通過させることにより、第１テレセントリック光学
部１７から出射された反射光をそれぞれ分岐させる。

【００４６】第２〜第６テレセントリック光学部３５〜
３９は、試料表面Ｓａで反射した光を観測するもので、
５枚のレンズと、空中像にフォーカスを合わせるための
フォーカス機構（図示せず）とを内部にそれぞれ備えて
いる。このうち、第２〜第５テレセントリック光学部３
５〜３８は、高倍率用観測部として機能し、試料表面Ｓ
ａの一部を拡大して観測可能に構成されている。具体的
には、第２〜第５テレセントリック光学部３５〜３８
は、各アパーチャ４０〜４３を通過した光のみを、５１
２×５１２画素の各ＣＣＤ３５ａ〜３８ａにより撮像す
る。つまり、ＣＣＤ３５ａ〜３８ａは、ＣＣＤ３９ａと
同一に構成されていても、各ＣＣＤ３５ａ〜３８ａで撮
像される試料表面Ｓａの面積が少ないため、実質的に高
倍率で観測することが可能になる。一方、第６テレセン
トリック光学部３９は、低倍率用観測部として機能し、
第４ハーフミラー３４を透過した光のすべてをＣＣＤ３
９ａで撮像することにより、試料表面Ｓａ全体の観測が
可能に構成されている。なお、ＣＣＤ３５ａ〜３９ａの
すべての画像信号は、画像処理部５に出力される。

【００４７】アパーチャ４０〜４４は、同図に示す空中
像Ｉ１〜Ｉ５が形成される位置にそれぞれ設置されてお
り、試料表面Ｓａで散乱された散乱光やノイズなどの不
要な光を遮断すると共に、第２〜第６テレセントリック
光学部３５〜３９で像を観測する範囲を設定する。

【００４８】次に、画像処理部５について説明すると、
画像処理部５は、観測部４のＣＣＤ３５ａ〜３９ａから
出力される画像信号を増幅した後、ディジタル画像信号
に変換し、そのディジタル画像信号をホストコンピュー
タ６に出力する。また、画像処理部５は、画像信号の白
レベル電圧（画像信号のうち輝度が最大の電圧）が所定
の電圧範囲内に入るように、つまり、白レベル電圧が飽
和しないように、ＤＩ／Ｏ２５に光量制御信号を出力し
て、その光源２１の光量を制御する。具体的には、画像
処理部５が、８ビットのパラレルデータである光量制御
信号を、照射部３内のＤＩ／Ｏ２５に出力し、光源２１
の印加電圧を制御することにより、光源２１の光量を制
御する。この結果、画像信号レベルが飽和しないように
して、試料Ｓを見易い状態で観測することができる。

【００４９】ホストコンピュータ６は、画像処理部５が
出力したディジタル画像信号に基づいて、凹凸状態の観
測やＩＤ番号の検出を行う。具体的には、凹凸の大きさ
や数を検出して試料Ｓの良否の判別や、試料表面Ｓａに
形成されたＩＤ番号を検出し、ＩＤ番号に基づいて、半
導体ウェーハの生産工程のチェックや、種々の統計処理
などを行う。また、ホストコンピュータ６は、凹凸やＩ
Ｄ番号を検出すると、次の試料Ｓをチルトステージ１５
に搬送するために搬送ベルトで構成される搬送装置８を
制御する。なお、画像処理部５が搬送装置８を直接制御
してもよい。

【００５０】次に、第１実施例に係る検査装置１の動作
について説明する。

【００５１】光源２１からの光は、ライトガイドファイ
バ２２内を伝送され、波長選択フィルタ２３により波長
選択された後、ピンホール２４を通過する。これによ
り、ピンホール２４を通過した光は、発散光に変換さ
れ、ハーフミラー１１および反射ミラー１２により反射
され、レンズユニット１３を通過して、コリメートレン
ズ１４により平行光に変換された後、試料表面Ｓａに照
射される。試料表面Ｓａに照射された光は、試料表面Ｓ
ａで反射し、コリメートレンズ１４側に進行する。この
場合、試料表面Ｓａに凹凸があると、その凹凸に照射さ
れた照射光は、凹凸により散乱され、かつ反射される。

【００５２】これらの反射光は、コリメートレンズ１４
により集束され、反射ミラー１２で反射された後、ハー
フミラー１１を透過して、開口絞り１６まで進行する。
この場合、試料表面Ｓａの凹凸により散乱された光は、
開口絞り１６により遮断される。一方、開口絞り１６を
通過した光は、第１テレセントリック光学部１７により
平行光に変換され、第２ハーフミラー３１により反射さ
れたり透過されたりすることにより、２分岐され、分岐
された両平行光に基づいた空中像が、所定の位置にそれ
ぞれ形成される。なお、ここでいう空中像は、第１テレ
セントリック光学部１７の光軸上の後方の空中の所定位
置に、例えば、スクリーンを置くと、そのスクリーン上
に形成されるフォーカスが合った像を言い、その形成さ
れる空中の位置は、第１テレセントリック光学部１７の
レンズの特性により定まる。第２〜第６テレセントリッ
ク光学部３５〜３９のフォーカスをこの空中像に合わせ
ることにより、空中像は、各ＣＣＤ３５ａ〜３９ａによ
り撮像される。この場合、試料表面Ｓａに凹凸がある
と、凹凸で散乱された光が開口絞り１６により遮断され
ているので、各ＣＣＤ３５ａ〜３９ａは、凹凸の像を黒
パターンに、凹凸のない試料表面Ｓａの像を明パターン
に撮像する。

【００５３】次に、各ＣＣＤ３５ａ〜３９ａの撮像範囲
について説明する。ＣＣＤ３９ａは、試料表面Ｓａの全
体を一時に撮像する。一方、ＣＣＤ３５ａ〜３８ａは、
アパーチャ４０〜４３により撮像範囲を狭められてお
り、かつ、その狭められた撮像範囲を各ＣＣＤ３５ａ〜
３８ａの画素全体によって撮像することにより、試料表
面Ｓａの一部をそれぞれ拡大して観測している。そし
て、各ＣＣＤ３５ａ〜３８ａの各撮像範囲が合成される
ことにより、同図の符号Ａ（斜線部分の範囲）に示す試
料表面Ｓａの一部である被観測部が撮像されている。よ
り具体的には、同図に示す符号Ｂ〜Ｅは、ＣＣＤ３５ａ
〜３８ａのそれぞれの撮像範囲を示している。この各撮
像範囲Ｂ〜Ｅと被観測部Ａとの重複範囲の各々が、各Ｃ
ＣＤ３５ａ〜３８ａによりそれぞれ撮像され、画像処理
部５がその撮像信号を合成することにより、被観測部Ａ
が拡大して撮像されている。

【００５４】以上のように、第１実施例では、互いに異
なった倍率の複数のテレセントリック光学部３５〜３９
およびＣＣＤ３５ａ〜３９ａを、任意の位置に自由にそ
れぞれ設置することができる。また、各ＣＣＤ３５ａ〜
３８ａが、各々の画素全体で試料表面Ｓａの一部を撮像
するので、試料表面Ｓａの拡大像を観測することができ
る。加えて、画像処理部５が、５つの画像信号を並列的
に信号処理することにより、１つの試料Ｓの画像信号を
処理するための処理時間を短縮することができる。

【００５５】次に、図３を参照して、第２実施例につい
て説明する。

【００５６】この実施例は、第１実施例における観測部
４を変更したもので、他の構成については、第１実施例
と同様な構成を備えている。同図に示すように、第２実
施例の観測部６１は、ハーフミラー６２、ダブプリズム
６３、第１アパーチャ６４、高倍率用テレセントリック
光学部６５、第１ＣＣＤ６６、第２アパーチャ６７、低
倍率用テレセントリック光学部６８および第２ＣＣＤ６
９を備えている。

【００５７】ハーフミラー６２は、入射側に配置されて
いる第１テレセントリック光学部１７からの入射光を、
透過および反射させることにより、２分岐する。

【００５８】ダブプリズム６３は、長さ方向の鉛直断面
が台形に形成された、いわゆる像回転プリズムである。
このダブプリズム６３は、入射した平行光を透過させる
ことによって出力側に現れる像を、自身を回転させた回
転角の２倍の角度で回転させることができるようになっ
ている。なお、ダブプリズム６３を回転させるための駆
動部６３ａが設けられており、この駆動部６３ａは、画
像処理部５により、その回転が制御されている。

【００５９】第１アパーチャ６４および第２アパーチャ
６７は、第１テレセントリック光学部１７によって空中
像が形成される位置にそれぞれ配置されている。また、
第１アパーチャ６４は、ダブプリズム６３の出力側に現
れた光の一部が通過するように、その幅が制限されてい
る。この結果、第１ＣＣＤ６６は、空中像の拡大像を撮
像できるようになっている。第２アパーチャ６７は、空
中像の全体が第２ＣＣＤ６９によって撮像されるよう
に、その幅を制限可能に構成されている。

【００６０】両テレセントリック光学部６５および６８
は、それぞれ、第１実施例におけるテレセントリック光
学部３５〜３９と同一に構成されている。

【００６１】次に、第２実施例の動作について説明す
る。なお、観測部６１を除き他の構成要素は同一のた
め、観測部６１の動作についてのみ説明する。

【００６２】第１テレセントリック光学部１７によって
変換された平行光のうちハーフミラー６２を通過した光
は、ダブプリズム６３に入射する。この場合、空中像の
一部が、第１ＣＣＤ６６によって撮像されるので、同一
画素数のＣＣＤを使用した場合に比較して、単位画素当
たりに撮像される空中像の大きさが小さくなり、実質的
に、高感度で拡大像を撮像することができる。また、ダ
ブプリズム６３を１／２回転させると、空中像を１回転
させることができるので、試料表面Ｓａの観測したい部
分を、迅速に撮像することができる。

【００６３】この場合、同一の大きさで同一画素数のＣ
ＣＤを使用して高感度に撮像する方法として、Ｘ−Ｙ方
向に移動可能な試料ステージに試料Ｓを載置し、試料ス
テージをＸおよびＹ方向にそれぞれ移動することにより
試料表面Ｓａの各部の拡大像を観測する方法があるが、
試料表面Ｓａ全体を観測するために、試料ステージを、
ＸおよびＹ方向へそれぞれ何度も移動させなければなら
ず、極めて煩雑である。しかし、本実施例では、ダブプ
リズム６３を回転させることにより、試料表面Ｓａの各
部を、第１ＣＣＤ６６で連続して撮像することができる
ので、試料表面Ｓａ全体の拡大像を撮像する時間を、極
めて短時間にすることができる。なお、この場合にも、
低倍率用テレセントリック光学部６９で、試料表面Ｓａ
を同時に観測することができるのは勿論である。

【００６４】次に、第３実施例について、図４を参照し
て説明する。

【００６５】第３実施例は、第１実施例における観測部
４を変更したもので、他の構成については、第１実施例
と同様な構成を備えている。同図に示すように、第３実
施例の観測部７１は、３つのプリズム７２〜７４と、１
／３インチＣＣＤであるＣＣＤ７５と、１／２インチＣ
ＣＤであるＣＣＤ７６と、２／３インチＣＣＤであるＣ
ＣＤ７７とから構成されている。なお、プリズム７２と
第１テレセントリック光学部１７との間には、図示しな
いテレセントリック光学部（特に限定されず、集光レン
ズであればよい）が配設されており、第１テレセントリ
ック光学部１７により変換された平行光を集光してプリ
ズム７２に出力する。

【００６６】プリズム７２は、Ｆ方向（第１テレセント
リック光学部１７からの方向）から入射した光の一部を
透過させると共に、残りの光を反射させ、かつ、端面７
２ａで反射させた光を、端面７２ｂで反射させるように
構成されている。また、プリズム７３は、プリズム７２
を透過した光の一部を透過させると共に、残りの光を端
面７３ａで反射させ、かつ、端面７３ａで反射させた光
を、端面７３ｂで反射させるように構成されている。さ
らに、プリズム７４は、プリズム７３を透過した光のす
べてが、そのまま直進して透過するように構成されてい
る。したがって、Ｆ方向から平行光が入射すると、平行
光は、３分岐され、分岐した光は、それぞれＣＣＤ７５
〜７７に入射される。なお、各ＣＣＤ７５〜７７は、第
１テレセントリック光学部１７により空中像が形成され
る位置に設置され、フォーカスの合った空中像を撮像す
る。

【００６７】この第３実施例によれば、第１テレセント
リック光学部１７から入射した平行光は、プリズム７２
〜７４によって、３分岐されるので、第１および第２実
施例とは異なり、光を分岐するためのハーフミラーを必
要としない。したがって、ハーフミラーによる分岐の際
の光の損失（約２０％）がなくなる結果、観測部を複数
設けても、感度の低下を極力少なくすることができる。
また、ＣＣＤ７５〜７７のそれぞれのサイズが互いに異
なっているので、異なった倍率で試料Ｓを同時に観測す
ることができる。この場合、ＣＣＤ７５〜７７の中心部
を入射光の光軸と一致させておくことにより、被観測部
の中心部分を異なった倍率で観測することもできるし、
入射光の光軸と垂直方向にＣＣＤ７５〜７７をシフトさ
せるシフト機構を設けてＣＣＤ７５〜７７をシフトさせ
ることにより、被観測部の異なる範囲を異なる倍率で観
測することもできる。また、使用部品点数が少なくなる
ため、部品配置が容易になると共にコストの低減を図る
こともできる。

【００６８】次に、第４実施例について、図５を参照し
て説明する。

【００６９】本実施例に係る検査装置１００が第１実施
例の検査装置１と異なるのは、光源２１に加えてＨｅ−
Ｎｅ（ヘリウム−ネオン）レーザーの光源１０１を有す
ると共に、観測部１０４の構成が異なっている点にあ
る。その他の構成要素で、第１実施例における構成要素
と同一のものは、同一の符号を使用し、その説明を省略
する。

【００７０】この検査装置１００は、ハロゲン光とレー
ザー光の両者を試料Ｓに照射する。照射された光は、試
料表面Ｓａで反射し、反射した光は、観測部１０４で、
ハロゲン光とレーザー光とに分離される。そして、ハロ
ゲン光に基づく空中像を撮像した画像信号により、生画
像がモニタ７に映し出される。一方、レーザー光に基づ
く空中像を撮像した画像信号は、画像処理部５により信
号処理され、信号処理した後のビデオ信号に基づいて、
ホストコンピュータ６が、試料表面Ｓａに形成された小
さな凹凸や、うねり等の大きさなどを計測する。

【００７１】次に、各構成要素について、具体的に説明
する。

【００７２】最初に光源１０１について説明すると、こ
の光源１０１は、第１実施例における照射部３とは別に
設置されており、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１１、音響光学
素子１１２、ビームエキスパンダー１１３、対物レンズ
１１４、ピンホール１１５およびハーフミラー１１６を
備えている。

【００７３】Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１１は、６３２．８
ｎｍの単一波長のレーザー光を出力するもので、試料Ｓ
の凹凸のピークツーバレーなどを計測するための計測用
光源として使用される。

【００７４】音響光学素子（ＡＯＭ）１１２は、ノイズ
等による外乱を防止する。

【００７５】ビームエキスパンダー１１３は、２枚の凸
レンズにより構成され、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１１の放
射ビーム口径を対物レンズ１１４の口径に合わせて大き
くする。

【００７６】対物レンズ１１４は、ビームエキスパンダ
ー１１３から出力された平行光を集光する。

【００７７】ピンホール１１５は、対物レンズ１４の後
像空間焦平面に設置され、その開口を通過した光を所定
の拡がり角を有する照射光に変換する。

【００７８】次に、観測部１０４について説明する。観
測部１０４は、第１〜第３ハーフミラー１２１〜１２
３、反射ミラー１２４、第１〜第５アパーチャ１２５〜
１２９、第１〜第３テレセントリック光学部１３１〜１
３３、一次元ＣＣＤ１３４、三次元計測用光学ユニット
１３５、および第１〜第３ＣＣＤ１３６〜１３８を備え
ている。

【００７９】第１ハーフミラー１２１は、いわゆるダイ
クロイックフィルターであり、第１テレセントリック光
学部１７からの平行光に含まれるハロゲン光のみを反射
させると共に、光源１０４のレーザー光のみを透過させ
る。第２ハーフミラー１２２は、レーザー光を、反射お
よび透過させることにより２分岐する。第３ハーフミラ
ー１２３は、第１ハーフミラー１２１で反射されたハロ
ゲン光を、反射および透過させることにより２分岐す
る。反射ミラー１２４は、ハーフミラー１２３で反射し
たハロゲン光を、第３テレセントリック光学部１３３側
にさらに反射させる。

【００８０】第１〜第５アパーチャ１２５〜１２９は、
試料表面Ｓａで散乱された散乱光やノイズなどの不要な
光を遮断する。

【００８１】一次元ＣＣＤ１３４は、約５０００画素の
ＣＣＤ素子が一列に配列されたもので、同図において上
下にスキャンし、試料表面Ｓａでの反射光の一次元デー
タとしての明暗情報を画像処理部５に出力する。

【００８２】三次元計測用光学ユニット１３５は、例え
ば、内部に２つの格子を有し、両格子を通過する光によ
り、いわゆるモアレ縞を形成するものである。このモア
レ縞を形成する光は、第１テレセントリック光学部１３
１に入力され、第１ＣＣＤ１３６によって撮像される。
この第１ＣＣＤ１３６の画像信号は、試料表面Ｓａのう
ねり等をマクロ的に観測するのに適しており、画像処理
部５に入力されて信号処理された後、ホストコンピュー
タ６を介してモニタ７にビデオ信号が入力されることに
より、試料表面Ｓａのうねり等の明暗パターンが映像と
して映し出される。なお、モアレ縞の代わりに干渉縞に
より明暗パターンを映し出すように構成してもよい。

【００８３】第２テレセントリック光学部１３２は、試
料表面Ｓａの一部を拡大して観測するためのものであ
る。この第２テレセントリック光学部１３２、第４アパ
ーチャ１２８および第２ＣＣＤ１３７は、位置関係をず
らさないで、空中像ＩＢ（後述する）に対してＸ−Ｙ方
向に移動することができるように構成されており、この
結果、観測者は、第２ＣＣＤ１３７の画像信号に基づい
て、空中像ＩＡの任意の一部分を観測することができ
る。なお、これらを移動させるためのＸ−Ｙ方向への移
動手段（図示せず）が設けられている。

【００８４】第３テレセントリック光学部１３８は、試
料表面Ｓａ全体の生画像を観測するためのものである。

【００８５】次に、検査装置１００の動作について説明
する。

【００８６】この検査装置１００では、光源２１から出
射されたハロゲン光が、ハーフミラー１１６を透過し、
Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１１から出射されたレーザー光
が、ハーフミラー１１６で反射することにより、両光
が、一体となって試料Ｓを照射する。試料表面Ｓａで反
射した光は、逆方向に向かって進行し、第１テレセント
リック光学部１７に入射して平行光に変換される。そし
て、この平行光に基づく空中像が所定の位置に形成され
る。この場合、第１ハーフミラー１２１によりハロゲン
光とレーザー光が分離され、ハロゲン光に基づく空中像
ＩＡと、レーザー光に基づく空中像ＩＢとが、第１ハー
フミラー１２１の前方および後方にそれぞれ形成され
る。

【００８７】この場合、空中像ＩＡは、試料表面Ｓａの
生画像を観測するのに適している。一方、空中像ＩＢ
は、単一波長のレーザー光に基づいて形成されるので、
各種の波長が含まれるハロゲン光に基づいて形成された
空中像ＩＡよりも、余分な光がない。このため、試料表
面Ｓａに形成された小さな凹凸やうねり等の被観測部
が、くっきりとモニタ７に映し出されると共に、ホスト
コンピュータ６は、その大きさなどの測定を正確に行う
ことができる。

【００８８】以上、本発明を具体的実施例に即して説明
したが、本発明は、かかる実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能で
あることはいうまでもない。

【００８９】例えば、第２実施例のダブプリズム６３
を、第１実施例のテレセントリック光学部３５〜３８や
第４実施例の一次元ＣＣＤ１３４などの前方に配置する
ようにしてもよいし、上記実施例の各構成要素を任意に
組み合わせてもよい。

【００９０】また、実施例の検査装置１では、波長選択
フィルタ２３を用いる場合について説明したが、波長選
択フィルタ２３と共に、あるいは波長選択フィルタ２３
の代わりに、ＮＤフィルタを設置してもよい。ＮＤフィ
ルタは入射光の分光特性を変化させずに減光する目的で
使用されるものである。この場合の減光は、例えば試料
表面Ｓａのうねりなどの検出において必要となる。うね
りなどなだらかな表面の形状変化の場合には、光の正反
射成分が極めて多くなることから試料表面Ｓａの輝度が
高過ぎて、減光しないと反射像全体が明るくなり過ぎ観
測しにくくなるからである。なおこの場合、ハロゲンラ
ンプを輝度の小さいものに代えてもよいが、ＮＤフィル
タを用いる方が作業が簡単である。

【００９１】さらに、上記実施例の検査装置１では、ハ
ーフミラーを用いているが、これに代えて、ウェッジタ
イプの平板ビームスプリッタを用いることができる。こ
の場合、平板ビームスプリッタの２平面間に所定の微小
角αを設ける。これにより、平板ビームスプリッタの透
過面での反射によって生じるゴースト光を、その反射面
で反射される必要な反射光の光路から外し、ゴースト光
が観測部４内で検出されることを防止できる。

【００９２】さらに、上記実施例の検査装置では、ＣＣ
Ｄで観測するものとしたが、スクリーンやカメラあるい
は肉眼で観測するようにしてもよい。さらに、ＣＣＤの
かわりに、フォトマルなどの光電管を初めとしてすべて
の撮像素子を用いることができる。

【００９３】さらに、画像処理部５では、ＣＣＤから入
力した画像信号に含まれる映像信号（原映像信号）を微
分し、得られた微分信号と原映像信号とを加算して新た
な映像信号とするなどの微分処理によって、微弱なコン
トラスト差を強調して映像表示することができる。さら
に、加算された新たな映像信号の輝度を任意に設定可能
な輝度調整回路を設けることもできる。この輝度調整に
より、例えば凹凸等の輪郭部分の内側の状態や輪郭部分
自体を観測する場合、映像を見易い輝度で観測すること
ができることとなる。

【００９４】

【発明の効果】本発明の代表的なものの効果について説
明すれば、観測手段が、テレセントリック光学系により
形成された空中像を観測するように構成されているの
で、観測手段を、空中像が形成されている位置とは別の
任意の位置に設置することができる。このため、観測者
は見易い位置で試料を観測することができる。また、分
岐光学系が平行光を分岐し、分岐された平行光に基づく
空中像を、複数の観測部で倍率を変えるなどして、それ
ぞれ観測することができる。この場合、複数の観測部の
各々は、空中像にフォーカスを合わせることができれ
ば、空中像が形成された位置とは別の任意の位置に設置
することができる。このため、観測部が複数であって
も、観測者が見易い位置に、それらを設置することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の検査装置の構成図である。

【図２】実施例のＣＣＤの撮像範囲を示す図である。

【図３】第２実施例の観測部の構成図である。

【図４】第３実施例の観測部の構成図である。

【図５】第４実施例の検査装置の構成図である。

【符号の説明】１，６１，７１，１００検査装置２光学部３照射部４観測部５画像処理部１３レンズユニット１４コリメートレンズ１６ナイフエッジ１７第１テレセントリック光学部３１〜３４ハーフミラー３５〜３９テレセントリック光学部６３ダフプリズム７２〜７４プリズム１１１Ｈｅ−Ｎｅレーザー１２１ハーフミラー１３４一次元ＣＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−274283（ＪＰ，Ａ) 特開平６−3625（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−213207（ＪＰ，Ａ) 特開平５−249656（ＪＰ，Ａ) 特開平４−278555（ＪＰ，Ａ) 実開平１−181019（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−63614（ＪＰ，Ｕ) 特公昭64−10761（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/956 G01B 11/00 G06T 1/00 G06T 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光以外の光を出射する一般光源か
らの光を平行光にして試料に照射する照射光学系と、試料を透過した光または試料で反射した光を集束させる
光学素子を含み、光学素子の後像空間焦平面またはその
近傍に設置した開口絞りを有するとともに、開口絞りを
通過した光を平行光に変換するテレセントリック光学部
を備える観測光学系と、前記テレセントリック光学部により空中に形成された空
中像を観測するように構成される観測手段とを備える検
査装置であって、前記観測手段は、平行光を分岐させる少なくとも１つの
分岐光学部と、分岐光学部により分岐された各平行光に
基づく空中像をそれぞれ観測するための複数の観測部と
を備えていることを特徴とする請求項１記載の検査装
置。
【請求項２】前記分岐光学部は、プリズムで構成されて
いることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】前記照射光学系は、レーザー光を出射する
レーザー光源を備え、分岐光学部は、レーザー光と一般
光とを分離する選択フィルタを備え、複数の観測部のう
ちの少なくとも１つは、レーザー光により形成された空
中像をモアレまたは干渉縞により観測するように構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項４】前記照射光学系は、レーザー光を出射する
レーザー光源を備え、分岐光学部は、レーザー光と一般
光とを分離する選択フィルタを備え、複数の観測部のう
ちの少なくとも１つは、レーザー光の強度分布を測定す
るための一次元ＣＣＤを備えていることを特徴とする請
求項１記載の検査装置。
【請求項５】前記観測手段は、空中像を回転させるため
の像回転手段を備え、像回転手段により回転された空中
像を観測するように構成されていることを特徴とする請
求項１から４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】前記観測部は、平行光を集束させる他のテ
レセントリック光学部を備えていることを特徴とする請
求項１から４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】前記観測手段は、空中像を撮像する撮像素
子と、撮像素子からの画像信号に基づいて画像処理を行
う画像処理部を備えていることを特徴とする請求項１か
ら６のいずれかに記載の検査装置。
【請求項８】画像信号における白レベル電圧または黒レ
ベル電圧を所定値にするための光量制御信号を生成する
光量制御信号生成部と、光量制御信号に基づいて照射光
学系の光量を変化させる光量制御部とをさらに備えてい
ることを特徴とする請求項７記載の検査装置。