JP4834363B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、共焦点法によって検査対象の表面形状を計測する表面検査装置に係り、特に、光軸を自動調整する機構を備えた表面検査装置に関する。

表面検査装置として、光軸の調整機構を備えている共焦点顕微鏡が提案されてきた（特許文献１参照）。この共焦点顕微鏡は、光路長の位置に配置された位置検出手段で受光面上における検査光の受光位置をそれぞれ計測し、演算処理手段によって双方の受光位置の相違から光軸の角度ずれおよび位置ずれを演算する共焦点顕微鏡である。そして、この演算結果に基づき光軸調整手段を駆動して検査光の光軸を元に戻すことにより、照射光の光軸ずれが発生した場合に光軸を自動的に元の光軸に調整するようになっている。

すなわち、光軸調整された検査光がレンズによって検査対象へ集光照射される。検査対象の検査部位で反射した検査光が、レンズ、走査手段を介し、分岐手段でレンズの方向へ進む。そして、レンズの焦点位置にはピンホールが配置され、ピンホールの開口部を通過した検査光が、光検出器で受光されるようになっている。受光量は、共焦点の原理により、検査対象の位置がレンズの焦点と一致した場合に最大になる。レンズを焦点方向に走査し、受光量が最大になった場合のレンズの走査量から検査部位の表面形状を求める。
特開２００１−３２４６７８号公報

従来の共焦点顕微鏡においては、光軸ずれを元の正常な光軸に戻すため、光軸ずれが疑われる装置内部の各光学系に対し取出手段および光軸調整手段が各々必要であり、装置構成が複雑かつ煩雑になるという問題があった。

また、取出手段および光軸調整手段が必要な時にはその都度取り付けなければならないという問題があった。

本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、簡単な構成で光軸ずれを迅速に調整して検査対象の表面形状を求めることができる表面検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る表面検査装置は、検査対象の表面検査を行うための検査光を発光する光源と、前記検査光を検査対象物に照射する照射手段と、検査対象物の検査部位から反射する検査光を受光する受光手段と、前記受光手段の共焦点を生成し、この共焦点位置に開口を設置した開口手段およびこの開口手段を通過した検査光を検出する検出手段を備え、前記共焦点位置における検査光の形状を計測する形状検出手段と、記開口手段を通過する検査光の開口に対する光軸ずれ量を求めるために前記受光手段からの検査光を取り出す取出手段と、前記取出手段から取り出された検査光の光軸位置を検出する位置検出手段と、光軸位置から光軸ずれ量を求める演算手段と、光軸ずれ量に従って前記開口手段の位置を変えて開口を光軸に一致させる位置調整手段と、前記受光手段を走査する走査手段と、前記受光手段を走査して計測される検査光の形状から検査部位の表面形状を求める形状演算手段と、検査光の形状から計測安定性を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る表面検査装置によると、光軸ずれが発生した場合であっても、形状の歪みを修正し検査対象面の形状を容易かつ高精度に画像計測することが可能となる。

本発明に係る表面検査装置の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１〜図３は、本発明に係る表面検査装置の第１実施形態を示すものである。

表面検査装置１は、検査対象物に照射する検査光を走査する照射光走査光学系２と、検査対象物において反射した検査光を走査する検出光走査光学系３とを備える。

照射光走査光学系２は、検査対象物の被検査面となる検査対象面Ｄの表面検査を行うための検査光を発光する光源４と、検査光を検査対象面Ｄの検査部位に収束させるように照射する照射手段５とを備える。

また、検出光走査光学系３は、検査対象面Ｄの検査部位から反射する検査光を受光する受光手段８と、検査光から検査対象面Ｄの形状を検出する形状検出手段２６とを備える。形状検出手段２６は、受光手段８の共焦点を生成しその共焦点位置に開口を設置した開口手段１１と、開口手段１１を通過した検査光を検出する検出手段１４とからなる。

また、検出光走査光学系３は、開口手段１１を通過する検査光の開口に対する光軸ずれ量を求めるために受光手段４及び開口手段１１間にて検査光の一部を取り出す取出手段１５と、取り出された検査光の光軸位置を検出する位置検出手段１６と、光軸位置から光軸ずれ量を求める演算手段１７と、演算手段１７により算出された光軸ずれ量に従って開口手段１１の位置を変え、開口を光軸に一致させる位置調整手段１８と、共焦点法を実現するために受光手段４を検査対象面Ｄの垂直方向に走査させる垂直方向走査手段２０と、受光手段４を走査して検出される検査光の強度から共焦点法によって検査部位の表面形状を求める形状演算手段１９とを備える。

光源４は、固体、気体、液体、半導体等の連続発振のレーザ光源で構成される。また、ＬＥＤやランプ等の指向性の低い光源に関しては、ピンホール、光学レンズ、光学フィルタ等と組み合わせて構成してもよい。

照射手段５は、入射光を分岐させる一方で透過させる光学素子６と、透過した入射光を集光させる集光レンズ等の光学レンズ７とから構成される。光学レンズ７は、例えば、単一レンズや複数枚で構成されるレンズ、アクロマート、アポクロマート、アプラナート、アナスチグマート、非球面レンズ、フレネルレンズ等で構成する。そして、構成される光学レンズが収差の無い理想的な場合、検査部位に集光される検査光の焦点の集光直径：φは、式（１）となる。

また、光学素子６は、検査光を二分岐して透過光と反射光に分ける光学素子であり、例えば、ハーフミラー、ビームスプリッタ、ビームサンプラー、偏光ビームスプリッタ等で構成する。

受光手段８は、反射光を平行光にする集光レンズ等の光学レンズ９と、入射光を分岐する光学素子１０とから構成される。第１実施形態では、光学レンズ９は照射手段５の光学レンズ７と同一のものであり、また、光学素子１０は照射光走査光学系２の光学素子６と同一のものである。

なお、光学素子１０を偏光ビームスプリッタで構成する場合は、光源４として直線偏光のものを用い、図２に示すように、偏光ビームスプリッタ２２に１／２波長板２１および１／４波長板２３を挿入する。

第１実施形態では、照射手段５と受光手段８とを同一のもので構成しているが、それぞれ別々のものを用いてもよい。

一方、検出光走査光学系３の開口手段１１は、光学レンズ１２とピンホールプレート１３とから構成される。光学レンズ１２は、照射手段５の光学レンズ７と同様のものである。ピンホールプレート１３は、微小開口を金属基板に加工したピンホールを有する。微小開口は、その直径：φであり、検査部位に集光される検査光の焦点の集光直径：φとほぼ同一である。そして、この微小開口が、開口手段１１の光学レンズ１２の焦点に位置するように共焦点位置に設置されている。

検出手段１４は、光検出器であり、例えば、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシュフォトダイオード、光電管、光電子増倍管等で構成する。光検出器は、開口手段１１の光軸上に配置され、ピンホールプレート１３のピンホールを通過した検査光を受光するようになっている。計測された受光強度は、電気信号に変換されて出力される。

取出手段１５は、光学素子６（１０）と同様であり、例えば、ビームスプリッタ、ビームサンプラー、偏光ビームスプリッタ等で構成する。なお、偏光ビームスプリッタで構成する場合は、直線偏光の光源４を用い、図３に示すように偏光ビームスプリッタ２４に１／２波長板２５を挿入する。

位置検出手段１６は、受光面上の検査光の受光位置を計測する素子であり、例えば、半導体位置検出素子、ＣＣＤ、分割型フォトダイオード、ラインセンサアレイやフォトダイオードアレイ等で構成する。半導体位置検出素子では、受光位置の水平方向位置および垂直方向位置に比例するそれぞれの電気信号を出力する。ＣＣＤでは、受光画像から受光中心の水平方向位置および垂直方向位置を求め、それぞれの電気信号を出力する。また、分割型フォトダイオード、ラインセンサアレイ、フォトダイオードアレイは、単一素子をアレイ状に並べた検出素子であり、中心の受光素子の位置から受光位置を特定し、受光位置の水平方向位置および垂直方向位置のそれぞれの電気信号を出力する。

演算手段１７では、位置検出手段１６が出力する受光位置の電気信号を取り込み、必要に応じて位置調整手段１８を移動させる電気信号を位置調整手段１８へ出力する。また、演算手段１７は、位置調整手段１８の動作状態を示す電気信号を形状演算手段１９へ出力する。このような演算手段１７は、アナログ信号およびデジタル信号の入出力デバイスを複数備えたＰＣ等で構成する。ＰＣは、デスクトップＰＣ、ラップトップＰＣ、ノートＰＣ等の汎用ＰＣが適用可能である。

位置調整手段１８は、入力されるアナログ信号またはデジタル信号に基づき、開口手段１１の光軸の垂直平面における水平方向および垂直方向にピンホールプレート１３を移動させる２軸の駆動機構で構成される。このような駆動機構としては、ステッピングモータやサーボモータ、ピエゾアクチュエータが挙げられる。

垂直方向走査手段２０は、入力されるアナログ信号またはデジタル信号に基づき、光学レンズ７（９）を検査対象面Ｄの垂直方向に走査する１軸の駆動機構で構成される。このような駆動機構としては、位置調整手段１８と同様、ステッピングモータやサーボモータ、ピエゾアクチュエータが挙げられる。

形状演算手段１９は、検出手段１４からの出力情報を取り込み、検査対象面Ｄにおいて反射した検査光の強さと位置と情報から検査対象物の形状を導き出す。また、形状演算手段１９は、垂直方向走査手段２０を走査する電気信号を垂直方向走査手段２０へ出力する。また、位置調整手段１８の動作状態を示す電気信号を演算手段１７から受け取る。形状演算手段１９は、アナログ信号およびデジタル信号の入出力デバイスを複数備えたＰＣで構成される。ＰＣは、演算手段１７と同様に、デスクトップＰＣ、ラップトップＰＣ、ノートＰＣ等の汎用ＰＣが適用可能である。また、演算手段１７と形状演算手段１９とは、一つの汎用ＰＣで代用することもできる。

次に、表面検査装置１の作用を説明する。

光源４から発光された検査光のうちの光学素子６を透過した検査光は、光学レンズ７により検査対象面Ｄへ集光される。検査対象面Ｄの検査部位で反射した検査光は、受光手段８の光学レンズ９及び光学素子１０を通って開口手段１１に進む。そして、この反射した検査光は、開口手段１１の光学レンズ１２で集光され、ピンホールプレート１３のピンホールを抜けて検出手段１４に入射する。

この際、被検査物の検査対象面Ｄ、光源４、照射手段５、受光手段８、取出手段１５、開口手段１１のいずれかに位置ずれや傾き等がある場合、光軸ずれが発生して光学レンズ１２の焦点とピンホールプレート１３の微小開口との位置が一致しなくなり、正確な計測が困難になる。

そこで、正確な計測を行うために、受光手段８の光学素子１０から出てきた検査光を、取出手段１５を通過させ、その検査光が取出手段１５を通過する際に取出手段１５において検査光を二方向に分岐させることにより、検査光の一部を取り出す。

取出手段１５により取り出された検査光は、位置検出手段１６により受光され、その受光位置から受光面上の光軸位置が計測される。光軸位置の計測結果は演算手段１７へ伝送され、光学レンズ１２の光軸の垂直平面上におけるピンホールプレート１３の微小開口の位置が、位置検出手段１６の受光面上の光軸位置と一致するように位置調整手段１８はピンホールプレート１３を移動させる。この移動により、ピンホールプレート１３の微小開口の位置と光学レンズ１２によって集光されるもう一方の検査光の焦点とが一致する。

そして、ピンホールプレート１３の微小開口における検査光の集光直径は、共焦点の原理より、検査部位における検査光のスポット径と等しくなっている。このため、垂直方向走査手段２０を走査して検査部位におけるスポット径を変えるとピンホールプレート１３の微小開口における検査光の集光直径が変わり、微小開口を通過して検出手段１４で検出される検査光の受光強度が変化することになる。

ここで、検査光の集光直径は、検査部位が検査光の焦点に位置した場合に最小の集光直径：φとなり、他方、ピンホールプレート１３の微小開口は、直径：φになっている。このため、検査部位が検査光の焦点に位置した場合に限り、全ての検査光が微小開口を通過でき、検出手段１４の受光強度が最大となる。そこで、形状演算手段１９において、ピンホールプレート１３の微小開口の位置が光学レンズ１２の焦点と一致していることを確認した後、垂直方向走査手段２０を走査することにより、検出手段１４の受光強度が最大となる場合の照射手段５の光学レンズ７の位置から検査部位の表面形状を求めることができる。

第１実施形態によると、光軸ずれが発生した場合であっても、位置検出手段１６によって光軸ずれ量を計測し、位置調整手段１８を用い、その光軸に対してピンホールプレート１３の微小開口の位置を移動して合わせることにより、光学レンズ１２の焦点とピンホールプレート１３の微小開口の位置とを一致させることができ、微小開口を通過する検査光を正確に計測し、検査対象面Ｄの表面形状を求めることができる。

〔第２実施形態〕
本発明に係る表面検査装置の第２実施形態を図４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

表面検査装置１Ａは、検査対象物に照射する検査光を走査する照射光走査光学系２Ａと、検査対象物において反射した検査光を走査する検出光走査光学系３Ａとを備える。

照射光走査光学系２Ａは、検査対象物の被検査面となる検査対象面Ｄの表面検査を行うための照射光を発光する光源４と、検査対象面Ｄの検査部位に検査光を集光して照射する照射手段５とから構成される。

検出光走査光学系３Ａは、検査対象面Ｄの検査部位から反射する検査光を受光する受光手段８と、受光手段８の共焦点を生成してその共焦点位置における検査光の形状を計測する形状検出手段２６と、照射手段５を走査して計測される検査光の形状から共焦点法によって検査部位の表面形状を求める形状演算手段１９Ａと、共焦点法を用いるため、照射手段５を検査対象面の垂直方向に走査する垂直方向走査手段２０とから構成される。

形状検出手段２６には、検査光の形状が正常であるか否か、すなわち、計測状態が安定しているか否かを判定する判定手段２９が接続される。

また、光源４及び照射手段５の光学素子６間には、光源４から発光された検査光のビーム強度分布を均一化する均一化手段３０が備えられる。

形状検出手段２６は、光学レンズ２７と撮像素子２８とから構成される。光学レンズ２７は、照射手段５の光学レンズ７と同一の光学レンズである。撮像素子２８は、検査光のビーム形状を画像計測する撮像素子であり、例えば、ＣＣＤ、冷却ＣＣＤ、ＭＣＰ付ＣＣＤ、ラインセンサアレイやフォトダイオードアレイ等で構成する。なお、撮像素子２８は、その受光面が光学レンズ２７の焦点に位置するように設置される。

また、撮像素子２８は、ピンホール、スリット、ナイフエッジ等の開口を受光面に備えた光検出器で構成されてもよい。開口は、光学レンズ２７の焦点に設置され、光検出器の受光平面と平行に開口を２次元走査することによって検査光の形状を画像計測する。画像計測された検査光の形状は、電気信号として出力される。

判定手段２９は、撮像素子２８から画像情報を取り込み、画像の輝度分布、輪郭、輝度ヒストグラム等から検査光の形状を認識する。そして、その形状が、所定の形状に含まれるかどうかを比較判定し、その判定結果を電気信号として形状演算手段１９Ａへ出力する。

このような判定手段２９は、アナログ信号およびデジタル信号の入出力を複数備えたＰＣで構成される。ＰＣは、演算手段１７や形状演算手段１９Ａと同様、デスクトップＰＣ，ラップトップＰＣ，ノートＰＣ等の汎用ＰＣが適用可能である。また、判定手段２９と形状演算手段１９Ａは、一つの汎用ＰＣで代用することもできる。

第２実施形態の形状演算手段１９Ａでは、垂直方向走査手段２０を走査する電気信号を垂直方向走査手段２０へ出力し、撮像素子２８から画像を取り込み、画像の輝度分布、輪郭、輝度ヒストグラム等から検査光の形状を演算する。また、判定手段２９から判定結果の電気信号を受け取るようになっている。

均一化手段３０は、検査光のビーム強度分布を面方向に均一化する光学素子であり、例えば、積分球やフライアイレンズ等で構成する。

第２実施形態の作用は、光源４から照射されるともに均一化手段３０によってビーム強度分布が均一化された後は、第１実施形態と同様である。そして、検査部位の検査光が、光学レンズ２７により撮像素子２８の受光面上に集光され、検査光の形状が画像計測される。

撮像素子２８において画像計測された検査光の形状は、その受光面が光学レンズ２７の焦点にあるため、共焦点の原理によって検査部位における検査光のスポット形状と等しくなる。このため、垂直方向走査手段２０を走査して検査部位におけるスポット形状を変えると、画像計測される検査光の形状が変わることになる。

そして、検査光の形状は、検査部位が検査光の焦点に位置した場合に最小になる。これは、光軸ずれによって検査光の形状が歪んでいる場合でも同様であり、検査光の形状は、円形とは異なるが、やはり、検査部位が検査光の焦点に位置した場合に最小になる。

そこで、形状演算手段１９Ａにより、垂直方向走査手段２０を走査し、画像計測される検査光の形状から特徴量を抽出して数値化する。特徴量としては、直径、面積、輝度密度、輝度度数、輪郭の長さ等が挙げられる。

このとき、均一化手段３０によって検査光のビーム強度分布が面方向に均一であるため、画像計測される検査光のビーム強度分布が均一となっており、容易かつ高精度に検査光の形状の特徴量を抽出して数値化することが可能となる。そして、数値化された特徴量が最小または特徴量によっては最大となる場合の垂直方向走査手段２０の位置から検査部位の表面形状を求めることが可能となる。

一方、検査対象面Ｄの平面方向の変化が、検査光の集光直径：φより細かいため、検査対象面Ｄの表面形状が安定して計測されていない場合がある。このような場合に備え、判定手段２９では、検査光の形状を常時あるいは適宜認識する。検査光の形状は、安定して計測されている場合、円形、歪んだ円形もしくは円形に準じる形状になる。

検査光の形状がこれら円形等以外の形状である場合は、安定して計測されない恐れがあるため、判定手段２９において認識された検査光の形状から安定して計測されているかどうかの計測安定性を常時あるいは適宜判定する。

そして、判定手段２９は判定結果を形状演算手段１９Ａへ伝送し、必要に応じて計測を中止する。なお、再計測が必要な場合は、照射手段５及び受光手段８を、焦点距離が短くなるよう変更する等により、集光直径：φを小さくして再計測するようにする。

第２実施形態によると、光軸ずれが発生した場合であっても、形状検出手段２１の受光面を光学レンズ２７の焦点の位置に設置することにより、形状に歪みを生じるが検査光の形状を画像計測することができる。そして、形状演算手段１９Ａによって検査光の形状から特徴量を抽出して数値化することにより、検査対象面Ｄの表面形状を求めることが可能となる。

また、均一化手段３０によって検査光のビーム強度分布を均一にすることにより、画像計測される検査光のビーム強度分布を均一にすることができ、容易かつ高精度に検査光の形状の特徴量を抽出して数値化することが可能となる。

さらに、判定手段２９により、検査光の形状から安定して計測されているかどうかの計測安定性を常時あるいは適宜判定することが可能になる。

〔第３実施形態〕
本発明に係る表面検査装置の第３実施形態を図５に基づいて説明する。なお、実施例１および２と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

表面検査装置１Ｂは、検査対象物に照射する検査光を走査する照射光走査光学系２Ｂと、検査対象物において反射した検査光を走査する検出光走査光学系３Ｂとを備える。

照射光走査光学系２Ｂは、検査対象面Ｄの表面検査を行うための検査光を発光する光源４と、検査光をパルス光に変調する変調手段３３と、検査光を検査対象物に照射する照射手段５Ｂとを備える。照射手段５Ｂは、検査光を複数に分割して検査対象面の検査部位に集光し照射するアレイレンズ３１と、第１実施形態に用いられた光学素子６とからなる。

検出光走査光学系３Ｂは、検査対象面Ｄの検査部位から反射する検査光を受光する受光手段８Ｂと、検査光から検査対象面Ｄの形状を検出する形状検出手段２６Ｂとを備える。形状検出手段２６Ｂは、受光手段８Ｂの共焦点を複数生成しその共焦点位置に開口を設置した開口手段１１Ｂと、開口手段１１Ｂを通過した検査光に対し一定時間に限定して検査光の強度あるいは形状を得るためのシャッタ手段３４と、一定時間に限定された検査光の強度あるいは形状を検出する検出手段１４Ｂとからなる。

受光手段８Ｂは、アレイレンズ３１と同様のアレイレンズ３２と光学素子６とからなる。

開口手段１１Ｂは、複数に分割された検査光の各光軸を求めるためにアレイレンズ３２と第１実施形態と同様のピンホールプレート１３とからなる。

また、検出光走査光学系３Ｂは、受光手段８Ｂの光学素子６からの検査光を取り出す取出手段１５と、取り出された各検査光の光軸位置を検出する位置検出手段１６と、光軸位置から光軸ずれ量を求める演算手段１７と、演算手段１７によって算出された光軸ずれ量に従って開口手段１１の位置を変え、開口を光軸に一致させる位置調整手段１８と、共焦点法を実現するために受光手段８Ｂのアレイレンズ３１を検査対象面Ｄの垂直方向に走査する垂直方向走査手段２０と、アレイレンズ３１を走査して検出される検査光の強度から共焦点法によって検査部位の表面形状を求める形状演算手段１９とを備える。

変調手段３３は、検査光をパルス光に変調して瞬時強度を高くするための素子であり、例えば、電気光学素子や音響光学素子を用いたＱスイッチ素子等で構成する。また、変調手段３３は、アナログ信号またはデジタル信号として変調周波数を外部出力するようになっている。

アレイレンズ３１、３２は、複数の光学レンズをアレイ状に構成した光学素子である。構成される各光学レンズは、第１実施形態の照射手段５の光学レンズ７と同様であり、例えば、単一レンズや複数枚で構成されるレンズ、アクロマート、アポクロマート、アプラナート、アナスチグマート、非球面レンズ、フレネルレンズ等で構成する。

なお、開口手段１１Ｂのピンホールプレート１３は、複数の微小開口を金属基板に加工したピンホールで構成することもできる。また、検査光の瞬時強度が大きいため、検査光の瞬時強度が大きくなる場合は、金や銅等の反射率が高い材料で金属基板を構成し、開口手段１１Ｂの損傷を防止するようにする。

シャッタ手段３４は、一定時間の間だけ光を通過させる素子であり、例えば、遮蔽体を動作させる機械シャッタ、電気光学素子等による光シャッタ、液晶シャッタ、電子シャッタ等で構成する。他方、前述のシャッタではなく、検出手段１４Ｂを一定時間だけ電気的に動作させるようにして構成してもよい。そして、シャッタ手段３４は、外部入力のアナログ信号またはデジタル信号に同期して動作し、任意の時間の間だけ開状態および閉状態にする。

なお、シャッタ手段３４を用いる場合、変調手段３３は、電気回路的に検査光をオンオフしてパルス光に変調する電気回路、または機械的に検査光をオンオフしてパルス光に変調する機械シャッタ、光シャッタ、液晶シャッタ、電子シャッタ等のシャッタで構成することもできる。また、図５では、シャッタ手段３４および検出手段１４は、それぞれ一つであるが、複数のシャッタ手段３４および検出手段１４で構成することもできる。

次に、表面検査装置１Ｂの作用について説明する。

光源４から発光された検査光は、変調手段３３によりパルス光に変調された後、照射手段５Ｂのアレイ受光手段３１により、第１〜第ｎの検査光に分割して検査対象面Ｄの各検査部位に集光される。また、検査対象面Ｄのそれぞれの検査部位から反射した第１〜第ｎの検査光が受光手段８Ｂにおいて受光される。そして、第１〜第ｎの検査光は、取出手段１５へ進み二方向に分岐され、入射した検査光の一部が取り出される。

ここで、第１〜第ｎの検査光の各光軸を求めるため、取り出された第１〜第ｎの検査光は、位置検出手段１６により受光され、各受光位置から受光面上の第１〜第ｎの検査光の光軸位置が計測される。この場合、検査光がパルス光で瞬時強度が高いため、第１〜第ｎの検査光もパルス光で瞬時強度が高くなり、高ＳＮで光軸位置を計測する。

演算手段１７で、まず、取出手段１５により取り出された第１の検査光の光軸位置の計測結果に基づき、第１実施形態と同様に、開口手段１１の微小開口の位置と、アレイレンズ３２によって集光される正規の第１の検査光の焦点とを一致させる。これらを一致させることにより、第１の検査光が選択され、さらに第１の検査光に関する光軸ずれがなくなる。

開口手段１１の微小開口の位置と正規の第１の検査光の焦点とを一致させた後、形状演算手段１９によって垂直方向走査手段２０を走査する。変調手段３３の変調周波数と同期したタイミングで一定時間の間に限定してシャッタ手段３４を開状態にして、開口手段１１の微小開口を通過する第１の検査光の受光強度を検出手段１４で検出する。

受光強度の検出時に垂直方向走査手段２０を静止させ、シャッタ手段３４を複数回動作させて第１の検査光を複数検出し、これらを平均して受光強度とすることもできる。受光強度を複数回検出して平均をとることにより、検出手段１４で受光されるノイズを低減することができ、第１の検査光の受光強度を高ＳＮでの検出が可能となる。

加えて、第１の検査光がパルス光で瞬時強度が高いため、第１の検査光の受光強度をさらに高ＳＮで検出することができる。そして、垂直方向走査手段２０を走査することにより、検出手段１４の受光強度が最大となる場合の垂直方向走査手段２０の位置から第１の検査光の検査部位の表面形状を求めることが可能となる。続いて、第２、第３、・・・・・第ｎの検査光についても同様の作用により、第２、第３、・・・・第ｎの検査光による検査部位の表面形状を順次求めることができる。この結果、複数の検査部位の表面形状を順次求めることができる。

第３実施形態によると、光軸ずれが発生した場合であっても、アレイレンズ３１及びアレイレンズ３２により、検査光を複数に分割して検査対象面の複数の検査部位に集光し、それぞれの検査部位から反射する各検査光から各々の表面形状を求めることが可能となる。

また、変調手段３３によって照射光をパルス光に変調することにより、瞬時強度が高い検査光を得ることができ、高ＳＮの計測が可能となる。

さらに、シャッタ手段３４によって一定時間の間に限定して検査光の強度を検出手段１４で検出することにより、ノイズを低減して検査光を検出することができ、変調手段３３と組み合わせて、より高ＳＮの計測が可能となる。

本発明に係る表面検査装置の第１実施形態を示す構成図。 図１の表面検査装置を構成する受光手段の構成図。 図１の表面検査装置を構成する取出手段の構成図。 本発明に係る表面検査装置の第２実施形態を示す構成図。 本発明に係る表面検査装置の第３実施形態を示す構成図。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 表面検査装置
２、２Ａ、２Ｂ 照射光走査光学系
３、３Ａ、３Ｂ 検出光走査光学系
４ 光源
５、５Ｂ 照射手段
６、１０ 光学素子
７、９、１２、２７ 光学レンズ
８、８Ｂ 受光手段
１１、１１Ａ、１１Ｂ 開口手段
１３ ピンホールプレート
１４、１４Ｂ 検出手段
１５ 取出手段
１６ 位置検出手段
１７ 演算手段
１８ 位置調整手段
１９、１９Ａ 形状演算手段
２０ 垂直方向走査手段
２１、２５ １／２波長板
２２、２４ 偏光ビームスプリッタ
２３ １／４波長板
２６、２６Ａ、２６Ｂ 形状検出手段
２８ 撮像素子
２９ 判定手段
３０ 均一化手段
３１、３２ アレイレンズ
３３ 変調手段
３４ シャッタ手段
Ｄ 検査対象面

Claims (6)

1. 検査対象の表面検査を行うための検査光を発光する光源と、
   前記検査光を検査対象物に照射する照射手段と、
   検査対象物の検査部位から反射する検査光を受光する受光手段と、
   前記受光手段の共焦点を生成し、この共焦点位置に開口を設置した開口手段およびこの開口手段を通過した検査光を検出する検出手段を備え、前記共焦点位置における検査光の形状を計測する形状検出手段と、
   前記開口手段を通過する検査光の開口に対する光軸ずれ量を求めるために前記受光手段からの検査光を取り出す取出手段と、
   前記取出手段から取り出された検査光の光軸位置を検出する位置検出手段と、
   光軸位置から光軸ずれ量を求める演算手段と、
   光軸ずれ量に従って前記開口手段の位置を変えて開口を光軸に一致させる位置調整手段と、
   前記受光手段を走査する走査手段と、
   前記受光手段を走査して計測される検査光の形状から検査部位の表面形状を求める形状演算手段と、
   検査光の形状から計測安定性を判定する判定手段と
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記照射手段と前記受光手段とが同一の構成である請求項１記載の表面検査装置。
3. 前記開口手段が光学レンズとピンホールとから構成される請求項１または２記載の表面検査装置。
4. 前記照射手段が検査光のビーム強度分布を均一化する均一化手段を備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の表面検査装置。
5. 前記照射手段と前記受光手段と前記開口手段とが、複数の光学レンズをアレイ状に構成した光学素子であるアレイレンズを備えた請求項１〜４のいずれか一項記載の表面検査装置。
6. 前記照射手段が検査光をパルス光に変調する変調手段を備えるとともに、前記検出手段に一定時間の間に限定して検査光の強度あるいは形状を得るためのシャッタ手段を備えた請求項１〜５のいずれか一項記載の表面検査装置。

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