JPH03285106A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコンウェハあるいは光デイスク板等の板状
体の表面検査装置に関する。

（従来の技術） シリコンウェハあるいは光ディスクに用いる基板などは
高精度加工を施すためきわめて高い表面平坦度が要求さ
九でおり、光デイスク用の基板などではさらに基板内部
の欠陥や内部歪み等も問題とされる。

表面精度をだすためたとえばシリコンウェハなとはラッ
ピング等により平滑表面に形成される。

ここで、表面の平坦度がきわめて向上してくるとともに
、被検体表面の凹凸等の性状を正確にとらえて製品の良
否を判断することが非常に困難になるという問題がある
。

従来、たとえば、被検体にレーザ光をあて光散乱を調べ
ることによって表面の性状を検査する方法など種々の方
法があるが、これらのうちで被検体の表面で反射される
光の反射強度を１！察して表面性状を検知する方法（実
公昭６３−１３４４６号、特公昭６３−１９００１号等
）は被検体の表面状態が一目で知ることができる点でき
わめて有効である。この光反射によって表面性状を検知
する方法はいわゆる魔鏡の原理を利用して表面の凹凸等
の性状を知るものである。

（発明が解決しようとする課題） 最近は上記のように、シリコンウェハに限らず、光デイ
スク用の基板あるいは液晶に用いる基板のように透明体
でかつきわめて高度の表面精度を有し、内部欠陥がない
ものが要求されるようになってきた。これら透明体は樹
脂成形等によって板体に形成されるものであるが、樹脂
成形の際のバックダメージや、研磨時の加工軌跡等によ
っているいろな表面の性状となっており、内部欠陥等を
有するものとなっている。

このような透明体の欠陥を検査するような場合も上記の
被検体による光反射強度をＩｌｌする方法が利用できる
が、従来のシリコンウェハのような非透明体を検査する
と同様にして単に反射光のみをＭ２Ｓしただけでは的確
な検査ができないことが判明した。

そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、シリコンウェハ等の
非透明体はもちろん、とくに光ディスクで用いる基板等
のような透明体の表面性状、内部欠陥を容易に検知する
ことのできる表面検査装置を提供しようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。

すなわち、被検体を支持する支持体と、被検体の被検面
に略垂直に平行光を照射すべく、被検体の上方に設置し
た集光レンズおよび該集光レンズの焦点位置に固定した
光源と、前記光源と集光レンズとの中間位置に設けたハ
ーフミラ−および該ハーフミラ−による被検体からの反
射光を受光素子の受光面に投像させる受光光学系とを有
することを特徴とする。

また、前記被検体の下方位置に被検体を透過した光を被
検体に向けて反射させるミラーを設置したことを特徴と
する。

また、前記支持体がＸ−Ｙテーブルであることを特徴と
する。

（作用） 光源からの放射光は集光レンズ通過後平行光となって被
検体に投射される。被検体によって反射された光は集光
レンズを通過後、ハーフミラ−によって反射され受光光
学系を介して受光素子の受光面上に投像される。被検体
の被検面に凹凸等があると反射光が平行光とならず受光
面上の投射像に明暗差となってあられれる。受光像を画
像で見ることにより被検体の性状を知ることができる。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は１本発明に係る表面検査装置の一実施例を示す
説明図である１本実施例に示す装置は矩形状に形成した
透明体基板を検査する装置である。

図で１０は表面検査装置の基台部で、被検体をセットす
るためのＸ−Ｙテーブル１２を収納する箱体状に形成す
る。基台部１０の一つの側面はＸ−Ｙテーブルを出し入
れするため開閉可能に形成されている。

Ｘ−Ｙテーブル１２は、基板１４上で横軸方向に水平移
動する支持テーブル１６上に、縦軸方向に移動する被検
体支持テーブル１８を設置したものである。支持テーブ
ル１６および被検体支持テーブル１８は駆動機構に連繋
されて独立に任意位置に移動制御される。

第２図はＸ−Ｙテーブル１２の平面図を示す。図のよう
に被検体支持テーブル１８は矩形枠状に形成され、被検
体支持テーブル１８の内周縁で被検体２０の外周縁を支
持する。被検体支持テーブル１８の内周縁部の」二面に
は被検体２ｏの外形に合わせて２ｍ＋ｎ程度の段差を設
け、段差内に被検体２０を収容して被検体２０が位置ず
れしないように支持する。

２１は被検体支持テーブル１８の下方に設けたミラーテ
ーブルである。ミラーテーブル２１は基板１４の中央部
に固定し１円形状のミラー２２を被検体２０と同様に水
平に支持する。被検体２０は透明体であり、被検体支持
テーブル１８は矩形枠状に形成しているから被検体２０
をとおしてミラーテーブル２１のミラー２２が透視され
る状態になる。

第１図で３０は基台部１０の上面中央に設けた開口部の
縁部に後述する光学系を支持するために立設した支持筒
である。支持筒３０の基部と基台部１０とは調節ボルト
３２で固定され、調節ボルト３２によって支持筒３０の
基台部１０との取付角度が微調整できる。

３４は支持筒３０の下部開口部に固定した集光レンズで
ある。前記ミラーテーブル２１は図のように集光レンズ
３４と中心を一致して設置され。

被検体２０は集光レンズ３４の下方にセットされる。

集光レンズ３４は被検体２０に対して平行光を投射する
ために用いるもので、いちどにかなり広い範囲にわたっ
て検査できるようにするため大径のレンズを用いる。実
施例の集光レンズは１００闘径以上のものである。また
、後述するように集光レンズ３４は焦点距離が長いほど
被検体２０の測定精度が上がるからできるだけ焦点距離
の長いものを用いるのがよい。

３６は支持筒３０内の上部に設置した発光ダイオードで
ある１発光ダイオード３６は光源として用いるもので、
集光レンズ３４の中心軸上の集光レンズ３４の焦魚位置
に設置する。

３８は発光ダイオード３６と集光レンズ３４の中間にセ
ットするハーフミラ−である。発光ダイオード３６の光
強度を有効に利用するため発光ダイオード３６はハーフ
ミラ−３８に接近させて設置する。

４０はハーフミラ−３８による反射光を受ける側方に設
けた受光光学系である。受光光学系４０の後方には受光
部としてＣＣＤカメラ４２を固定する。　ＣＣＤカメラ
４２は別に設けたＣＲＴに接続され、受光像はＣＩ？Ｔ
の画像として見ることができる。

第３図は上記実施例で用いた光学系の具体的な構成を示
す。すなわち、集光レンズ３４は焦点距ｆｉ６９０ｍｍ
の凸レンズで、発光ダイオード３６は集光レンズ３４か
ら６９０ｍｍ離した焦点位置にセットしている。発光ダ
イオード３６は光軸方向に±Ｉ５闘の範囲で可動とした
。

ハーフミラ−３８の側方に設ける受光光学系は５０．５
１．５２の３枚のレンズからなるレンズ系とフォーカス
調節用の平行プリズム５４から成る。レンズ５０は焦点
距離６０ｍｍ、レンズ５１は焦点距離８０ｍｍ、レンズ
５２は焦点距離１００ｍｍ　、平行プリズム５３の厚さ
は２５ｍｍである。なお、レンズ５１．５２および平行
プリズム５３は光軸方向に可動であってレンズ５１は光
軸方向に±３０＋ｎｍ、レンズ５２は±２０ｍｍ、平行
レンズ５３は±２ｍｍの範囲で微調整可能である。

この光学系によると、発光ダイオード３６から放射され
た光は集光レンズ３４によって平行光となって被検体２
０に投射され、被検体２０に投射された光は一部被検体
２０の表面で反射され、−部は被検体２０を透過してミ
ラーテーブル２１上のミラー２２で反射され再度被検体
２０を透過した後、集光レンズ３４で集光され、ハーフ
ミラ−３８によって反射された後、受光光学系４０を介
してＣＣＤカメラ４２の受光面上に投像される。

被検体２０の表面が完全な平坦面である場合あるいは内
部欠陥や傷、内部歪みなどがない場合は被検体２０での
反射光は入射光と同様に平行光となるから、ＣＣＤカメ
ラ４２で受ける像は均一な輝度のものとなるが、被検体
２０の表面に凹凸があったり、内部欠陥があったりする
と反射光が平行光にならず反射光が収束したり発散した
りする。

この場合は＋　ＣＣＤカメラ４２の受光面の像は輝度の
高いところと輝度の低いところが混在した像となり、縞
模様など種々の像があられれる。

こうして、ＣＣＤカメラ４２によって得られた像は被検
体２０の性状をあられした像となり、ＣＲＴの画像を見
ることによって簡単に被検体の良否を判断することがで
きる。

なお、上記実施例の検査検査は支持テーブル１６および
被検体支持テーブル１８を動かすことによって被検体２
０の全体にわたって検査できるよう構成している。集光
レンズ３４およびミラーテーブル２１は固定しであるか
ら、被検体２０を動かすことによって全範囲を検査する
。

また、透明体の場合はシリコンウェハなどの表面反射に
よるものとは光路長が若干変化するから、たとえば平行
プリズム５３を前後させる等によフて受光光学系を微調
整して受光像が明瞭にあられれるようにする。

この装置の場合は上述したように被検体２０を透過した
光をミラー２２で反射して被検体２０を再度透過するよ
うにしているから、単に被検体からの反射光を見る場合
とくらべて、被検体２０が透明体の場合に内部欠陥等を
検査するのにきわめて効果的である。実際、表面反射の
みによる方法で透明体を検査した場合と、上記のように
反射光を利用して透明体を検査した場合とでは検査結果
が大きく異なる。透明体の内部欠陥、歪み等を目視等で
識別することはきわめて困難であるが、この装置を用い
た場合はきわめて容易に表面性状、内部欠陥、内部歪み
、傷等を判別することができる。

また、この装置による場合は非接触による検査であるの
で、検査によって被検体を傷めることがなく全品検査を
行うことができ、これによってあらかじめ良品、不良品
の判別を行うことができるという利点がある。

第４図は被検体の表面に球面状の四部があった場合に上
記光反射強度による凹部の分解能がどのようになるかを
２次元モデルで計算した場合のモデル図である。図でｐ
は被検体の凹部、Ｌは四部の幅、Δｄは四部の深さ、Ｃ
は四部の曲率中心、Ｒは凹部の曲率半径、Ｅは観察面、
ｒは被検体と観察面との距離、■は観察面における四部
の測定幅である。

モデル計算によると、Δｄは近似して次式で表すことが
できる。

Δｄ、＝ＬＸ　（Ｌ−１）／　（８ｘｒ）この式は、Δ
ｄの分解能を上げるためには、ｒすなわち被検体とｗｔ
察面との距離をより大きくすること、被検体上の凹部幅
と観察面での凹部の測定幅の差をできるだけ小さくすれ
ばよいことを示している。

上記実施例において、集光レンズ３４の焦点距離をかな
り大きくとるとともに、受光光学系を被検体２０から離
して設置したのはできるだけ分解能を上げるためであり
、また受光光学系を微調整することによってより分解能
を上げることができる。

なお、上記実施例では被検体が透明体である場合につい
て述べたが被検体がシリコンウェハ等の非透明体の場合
も同様にその表面性状を容易に検査することができるも
のである。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが１本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明に係る表面検査装置によれば、上述したように、
シリコンウェハなどの非透明体はもちろん光ディスクに
用いる透明体の基板等の表面性状。

内部欠陥、内部歪み、きす等を容易に判別することがで
き、これによって良品、不良品の判別をきわめて容易に
行うことができる。また、良否の判別も画像を見ること
によって短時間ででき、検査能率があがるとともに、加
工前に良品のみを選択でき、加工後の不良品の発生を抑
えることができ、製品製造を効率的に行うことができる
等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１＠は本発明に係る表面検査装置の一実施例を示す説
明図、第２図は表面検査装置に用いるＸ−Ｙテーブルの
平面図、第３図は実施例の光学系の構成を示す説明図、
第４図は凹部の分解能を計算するモデル図である。 １０・・・基台部、　１２・・・Ｘ−Ｙテーブル、１６
・・・支持テーブル、　　１８・・・被検体支持テーブ
ル、　２０・・・被検体、　　２１・・・ミラーテーブ
ル、　　２２・・・ミラー、　　３ｏ・・・支持筒、　
３２・・・調節ボルト、　３４・・・集光レンズ、　　
３６・・・発光ダイオード。 ３８・・・ハーフミラ−１４０・・・受光光学系、４２
・・・ＣＣＤカメラ、　５３・・・平行プリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体を支持する支持体と、 被検体の被検面に略垂直に平行光を照射す べく、被検体の上方に設置した集光レンズおよび該集光
   レンズの焦点位置に固定した光源と、 前記光源と集光レンズとの中間位置に設け たハーフミラーおよび該ハーフミラーによる被検体から
   の反射光を受光素子の受光面に投像させる受光光学系と を有することを特徴とする表面検査装置。 ２、被検体の下方位置に被検体を透過した光を被検体に
   向けて反射させるミラーを設置したことを特徴とする請
   求項１記載の表面検査装置。 ３、前記支持体がＸ−Ｙテーブルであることを特徴とす
   る請求項１または２記載の表面検査装置。