JPH07113760A

JPH07113760A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH07113760A
Application number: JP5256601A
Authority: JP
Inventors: Fumitomo Hayano; 史倫早野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】被検物の本来のパターンの密集度や形状等の
条件に依らずに、欠陥のみを検出する。【構成】光ビーム１０６を被検査物１００に照射し、
被検査物１００からの光を受光レンズ１０８、視野絞り
１０９及びレンズ１１０を介してフーリエ変換する。こ
のフーリエ変換面上にシャッター１１１を配置し、シャ
ッター１１１上にそれぞれＶ字形の開口１１６，１１７
を有する遮光板１１２，１１４をＸ方向に移動自在に配
置する。開口１１６，１１７が重なった領域である開口
１２０Ａ，１２０Ｂの内シャッター１１１で選択された
開口を通過した光束を、レンズ１２６により逆フーリエ
変換して撮像素子１２７の撮像面に欠陥像を結像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、欠陥検査装置に関し、
特に例えば半導体素子等をフォトリソグラフィ技術を用
いて製造する際に使用される露光用マスク、レチクル、
若しくは露光後のウエハ、又は光ディスク等のガラス基
板、鉄板、若しくはメッシュ等の規則的（周期的）な構
造を有する被検物上の異物や欠陥等を検査する際に適用
して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体素子等をフォトリソグラ
フィ技術を用いて製造する際に使用される露光用マス
ク、レチクル、若しくは露光後のウエハ、又は光ディス
ク等のガラス基板、鉄板、若しくはメッシュ等の規則的
（周期的）な構造を有する被検物上の欠陥（異物を含
む）を検査する際に欠陥検査装置が使用されている。

【０００３】図１２は、従来の欠陥検査装置を示し、こ
の図１２において、光源１から射出された光ビームＬ１
は、振動ミラー（ガルバノスキャナミラー、又はポリゴ
ンスキャナミラー）２により偏向させられて走査レンズ
３に入射し、この走査レンズ３から射出された光ビーム
Ｌ２が、被検査面４上の走査線５上を走査する。この際
に、光ビームＬ２の走査速度よりも遅い速度で、被検査
面４をその走査線５に垂直なＲ方向に移動させると、光
ビームＬ２により被検査面４上の全面を走査することが
できる。この場合、被検査面４上の異物等の欠陥６が存
在する領域に光ビームＬ２が照射されると、散乱光Ｌ３
が発生する。また、被検査面４上に異物等の欠陥とは異
なる、例えばレチクル上の回路パターン、ウエハ上の回
路パターン、又は光ディスクのグルーブ等の周期的な構
造（以下、「パターン」と総称する）７が存在する領域
に光ビームＬ２が照射されると、そのパターン７から
は、回折光Ｌ４が発生する。

【０００４】しかし、欠陥検査装置で検出すべき対象
は、被検査面４に元々存在するパターン７ではなく、本
来存在すべきでない欠陥６である。従って、パターンと
欠陥とを区別して欠陥のみを検出しなければならない。
そのため、図１２においては、受光器８、９及び１０が
相異なる方向から走査線５に対向するように配置されて
いる。異物等の欠陥６から発生する散乱光Ｌ３はほとん
ど全方向に向かって発生する等方的散乱光であるのに対
して、パターン７から発生する回折光Ｌ４は回折によっ
て生じるために、空間的に離散的な方向に射出される光
（指向性の強い光）である。このような性質の違いを利
用して、受光器８、９及び１０の内で１つでも光を検出
しない受光器が存在する場合には、その光はパターンか
らの回折光であると判断する。これにより、パターン７
と区別して欠陥６のみを検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の欠陥検査装置においては、被検査面４上のパ
ターンの密集度や形状によっては、パターンからの回折
光であっても全ての受光器８、９及び１０に光が入射し
て、誤って欠陥と判断する場合があるという不都合があ
った。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、被検物の本来の
パターンの密集度や形状等の条件に依らずに、欠陥のみ
を検出できる欠陥検査装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による欠陥検査装
置は、例えば図７に示すように、被検物（１００）に検
査用の光を照射する光照射手段（１０５）と、その被検
物からの光を集光する集光光学系とを有し、このように
集光された光を用いてその被検物の欠陥を検査する装置
において、被検物（１００）からの光をフーリエ変換す
る第１変換光学系（１１０）と、この第１変換光学系に
よるフーリエ変換面上の異なる２つの位置に、それぞれ
被検物（１００）からの光を通過させる開口（１２０
Ａ，１２０Ｂ）を設定する開口設定手段（１１２，１１
４）と、それら２つの開口を通過した光をそれぞれ逆フ
ーリエ変換する第２変換光学系（１２６）とを備え、こ
の第２変換光学系により結像された被検物（１００）の
２つの共役像に基づいて、被検物（１００）の欠陥を検
出するものである。

【０００８】この場合、２つの開口（１２０Ａ，１２０
Ｂ）を通過した光を光電変換する光電変換手段（１２１
〜１２３）と、この光電変換手段の出力信号が最小にな
るように、被検物（１００）のフーリエ変換パターンと
２つの開口（１２０Ａ，１２０Ｂ）との相対位置関係を
変化させる相対位置可変手段（１１３，１１５）と、を
設けることが望ましい。

【０００９】また、２つの開口（１２０Ａ，１２０Ｂ）
を、その第１変換光学系によるフーリエ変換面上で、そ
の光照射手段により被検物（１００）に照射される光の
主光線の入射面に対してほぼ対称な位置に設定すること
が望ましい。また、その第２変換光学系は、２つの開口
（１２０Ａ，１２０Ｂ）を通過した光をそれぞれ独立に
逆フーリエ変換する２つの逆フーリエ変換光学系を有す
ることが望ましい。

【００１０】また、被検物（１００）の２つの共役像を
観察する観察手段（１２７）を設けることが望ましい。
その観察手段（１２７）の一例は、被検物（１００）の
２つの共役像を撮像する撮像手段である。

【００１１】

【作用】図１〜図６を参照して本発明の基礎となる光学
原理につき説明する。図１において、ＸＹ平面上の被検
査面１１に対して光ビームＬが照射される。但し、ここ
では説明を簡略化するため、被検査面１１が少なくとも
部分的に光を透過する物体であり、被検査面１１の裏面
方向から垂直に（Ｚ軸に平行に）光ビームＬが入射する
ものとする。

【００１２】被検査面１１から光ビームＬが射出される
方向に、受光レンズ１２が配置され、受光レンズ１２の
像側の瞳面Ｐ１には、被検査面１１上のパターン１３の
フーリエ変換像１３Ｆが形成される。受光レンズ１２の
瞳面Ｐ１はフーリエ変換面とも呼ばれる。更に、瞳面Ｐ
１から光ビームが射出される方向にレンズ１４が配置さ
れ、レンズ１４により瞳面Ｐ１と共役な第２の瞳面Ｐ２
上にそのフーリエ変換像１３Ｆの縮小像が結像される。
第２の瞳面Ｐ２に受光器１５の受光面が配置され、受光
器１５により、第２の瞳面Ｐ２上の縮小像が光電変換さ
れる。この場合、被検査面１１と、受光レンズ１２及び
レンズ１４に関して共役となる位置１１Ｃは第２の瞳面
Ｐ２とは異なっている。

【００１３】図１では、瞳面Ｐ１の位置には何らかの光
学素子が置かれている訳ではなく、瞳面Ｐ１は仮想的平
面である。即ち、図１の構成では、被検査面１１上の光
学情報の全てが受光器１５に入射するため、このままで
は被検査面１１上の本来のパターン１３の光学情報と共
に、仮に欠陥が存在している場合にはその欠陥の光学情
報も受光器１５に入射する。従って、欠陥とパターンと
を区別して欠陥のみを検出することは困難である。同様
に、被検査面１１と共役な位置１１Ｃにおいても、本来
のパターンと欠陥とが混じって観察されるので、欠陥の
みを観察することはできない。

【００１４】そこで、本発明では図２のように構成す
る。図１と同じ部分に同一符号を付して示す図２におい
て、被検査面１１、受光レンズ１２、瞳面Ｐ１、レンズ
１４、第２の瞳面Ｐ２、及び受光器１５の光学的位置関
係は図１と同じである。図２においては更に開口１６を
有する遮光板１７が瞳面Ｐ１内に設けられている。この
時瞳面Ｐ１に形成されるパターン１３のフーリエ変換像
１３Ｆ（図１参照）と、開口１６との相対位置を変化さ
せると、フーリエ変換変換像１３Ｆの内の光スポットが
開口１６内に存在しない場合や、あるいは、光スポット
が開口１６内に存在してもその光スポットの光量が弱い
場合等が起こり得る。これに対して、被検査面１１上に
存在する異物等の欠陥から生じる散乱光は既述したよう
に等方的に発生するので、そのようにフーリエ変換像１
３Ｆと開口１６との相対位置を変化させても、開口１６
を通過する散乱光の光量の増減は緩やかか、あるいはそ
の開口１６を透過する散乱光の光量はほとんど変化しな
い。この特性を利用して欠陥とパターンとを区別して欠
陥のみを検出する。

【００１５】このとき、開口１６を通過する光は、瞳共
役位置にある受光器１５で検出される。受光器１５の光
電変換信号Ｓが最も小さくなるようにフーリエ変換像１
３Ｆと開口１６との相対位置を決定すれば、そのときに
はフーリエ変換像１３Ｆのスポットが開口１６を通らな
いか、通ってもその光量が少ないことになり、相対的に
フーリエ変換像１３Ｆよりも、欠陥からの光学情報がよ
り多く開口１６を通ることになる。このとき、被検査面
１１とほぼ共役な位置１１Ｃにおいて、その開口１６を
通過した光を用いて被検査面１１の像を観測すれば、欠
陥のみを検出することができる。観測手段としては電荷
結合型撮像デバイス（ＣＣＤ）等の撮像手段を用いても
よく、目視観察でもよい。

【００１６】前記のように、フーリエ変換像１３Ｆと開
口１６との相対位置を変化させる相対位置可変手段には
大別して２つの手段がある。第１の手段は、瞳面Ｐ１の
面内で遮光板１７を動かして開口１６の位置を変化させ
る駆動手段である。第２の手段は、開口１６の位置は固
定したままで光ビームＬの入射ベクトル、即ち被検査面
１１に対する入射方向や入射角度を変化させる入射方向
可変手段である。前者を図３を参照して説明し、後者を
図４を参照して説明する。

【００１７】図３（ａ）は、図１及び図２の瞳面Ｐ１
を、この瞳面Ｐ１に垂直な方向からみた状態を示し、図
３（ａ）において、１３Ｆが図１のパターン１３のフー
リエ変換像であり、開口１６は図２の遮光板１７の一部
である。瞳面Ｐ１上の与えられた原点ＰＯに対する開口
１６の位置を表す位置ベクトル〈Ｃ〉としたとき、図２
の受光器１５の光電変換信号Ｓは、位置ベクトル〈Ｃ〉
の変化に対して、図３（ｂ）に示すように変化する。即
ち、フーリエ変換像１３Ｆの光スポットが開口１６を通
過するときに光電変換信号Ｓは大きくなるが、そうでな
い場合には、パターン１３以外の欠陥情報が、開口１６
を透過するので、光電変換信号Ｓは小さい。

【００１８】そのため、図３（ｂ）の光電変換信号Ｓの
最小値Ｓ_min を検出すれば欠陥のみを検出することがで
きる。具体的には、所定の欠陥に対する１対の閾値Ｓ
_TH1 及びＳ_TH2(Ｓ_TH2 ＞Ｓ_TH1 ＞０）を定めておき、そ
の光電変換信号Ｓの最小値Ｓ_mi _n が次式を充たすときに
は、その欠陥があるものと判定する。Ｓ_TH1 ≦Ｓ_min ≦Ｓ_TH2 この際に、最小値Ｓ_min には被検査面１１の本来のパタ
ーン１３の影響がほとんど無いため、そのパターン１３
に依らず正確に欠陥のみを検出することができる。

【００１９】次に、図４を参照して光ビームＬの入射ベ
クトルが変化した場合について説明する。図４におい
て、光ビームＬの初期の入射ベクトル（被検査面１１に
入射する光ビームＬに平行な単位長さのベクトル）を
〈ｅ₀ 〉としたときに、瞳面Ｐ１上にはパターン１３の
０次回折光のスポット１８が形成される。瞳面Ｐ１上に
固定された開口１６に対するスポット１８の位置ベクト
ルを〈Ｃ₀ 〉とする。

【００２０】そして、入射する光ビームＬの被検査面１
１に対する入射方向や入射角度を変えると、入射ベクト
ルは〈ｅ′〉となる。このとき、瞳面Ｐ１上の０次回折
光のスポットは１８′となり、そのスポット１８′の開
口１６に対する位置ベクトルは、〈Ｃ′〉となるが、
〈Ｃ₀ 〉≠〈Ｃ′〉である。即ち、図３に示したような
開口１６の位置を変えた場合と全く同様に、位置ベクト
ル〈Ｃ₀ 〉が変化するので、入射ベクトル、即ち入射方
向を変えることによっても欠陥の光学情報のみを得るこ
とができる。

【００２１】また、図２において、被検査面１１を回転
させると、瞳面Ｐ１上で被検査面１１のパターン１３の
フーリエ変換パターン１３Ｆが回転する。従って、被検
査面１１を回転させることによっても、図３の位置ベク
トル〈Ｃ〉が変化することになり、欠陥の光学情報のみ
を得ることができる。次に、図３（ａ）に示すように、
被検査面上のパターン１３のフーリエ変換像１３Ｆの光
スポット間に開口１６が設けられる場合は多くない。例
えば、パターン１３の周期ピッチが大きい（パターンが
粗い）場合は、フーリエ変換面での回折光のスポットの
間隔は、そのピッチにほぼ反比例して小さくなるため、
開口１６を通過する光スポットが存在する。従って、単
に開口１６を通過する光量が最小になるようにフーリエ
変換像１３Ｆと開口１６との相対位置を変えても、開口
１６内に常に本来のパターン１３からの回折光のスポッ
ト光が存在して、欠陥からの光のみを抽出することが困
難になる。

【００２２】これを回避する有効な手法としては、開口
１６を回折光のなるべく高次側に設ける手法がある。こ
れは、光学の回折理論から明らかなように、回折光は０
次光が最も光量が強く、高次になる程回折光量は小さく
なるため、開口１６を通過した回折光も次数が高ければ
光量が弱く、従って、同じく開口１６を通過してくる欠
陥からの光学情報に比べてパターン１３からの回折光の
影響を小さくして、欠陥の検出能力を上げることができ
るからである。

【００２３】しかし、これでも依然として残る問題のあ
ることが、本発明者によって確認された。第１の問題
は、欠陥によっては光を照射したときに発生する散乱光
に方向依存性（これを「散乱指向性」という）を有する
ものがあり、等方的に光が散乱しない欠陥もあるという
ことである。このため、欠陥からの散乱光量に応じて、
欠陥の大きさを判定する際、大きい欠陥でも開口１６を
通る散乱光量が弱くなり、小さいサイズの欠陥と判定し
てしまう場合があるという不都合が生ずる。

【００２４】第２の問題は、図５（ａ）のような同心円
パターン２１が被検物上の光照射領域２２中に含まれて
いる場合、この同心円パターン２１の回折光に埋もれ
て、本来のパターン上の欠陥の検出が困難になることで
ある。図５（ａ）のように、本来のパターンである格子
パターン２０と同心円パターン２１とが１つの光照射領
域２２の中に含まれると、フーリエ変換パターンは、図
５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）において、格子点２
３の集合が、格子パターン２０からの回折光のフーリエ
変換像であり、円弧パターン２４の集合が同心円パター
ン２１からの回折光のフーリエ変換像である。図５
（ｂ）のフーリエ変換面上で、開口２５Ａの位置をこの
開口を通過する光量が最小となるように決定し、それが
破線で示す位置であったとき、開口２５Ａを僅かながら
でも同心円パターン２１からの回折光が通る。従って、
逆フーリエ変換（即ち、再結像された）後の像には、図
５（ｃ）のように、同心円パターンの内の或る角度成分
のパターン２８のみが残ってしまい、仮に、残像として
のパターン２８の中に欠陥の像２７が存在していた場合
は、その欠陥の像２７の検出が難しくなる。なお、図５
（ｃ）及び（ｄ）において、図５（ａ）の光照射領域２
２と共役な領域を領域２２Ｐで表している。

【００２５】上記第１及び第２の問題を解決するため、
本発明では、図５（ｂ）に示すようにフーリエ変換面上
に２個の開口２５Ａ及び２５Ｂを設けた。しかも、これ
らの開口２５Ａ，２５Ｂはフーリエ変換面において、必
ず入射光の主光線（このフーリエ変換面への投影像を図
５（ａ）の像２６で示す）の入射面に対して対称な位置
関係を保ちながら、且つそれら開口を通過する光量が最
小となるように位置が決定される。

【００２６】このように２個の開口２５Ａ，２５Ｂが使
用されるため、上述の第１の問題点はほぼ解消される。
なぜなら、そもそも開口２５Ａ，２５Ｂは、既述したよ
うに高次数の回折光側に設けられる。つまり、フーリエ
変換面上に設けられる開口２５Ａ，２５Ｂは、入射光の
入射面から離れる方向に設けられるので、２個の開口の
間隔は自ずと離れる。従って、２個の開口２５Ａ，２５
Ｂは、入射面に対して対称ではあるが、フーリエ変換面
上の原点（０次光）に比較的開いた異なる方向から臨む
ことになる。従って、散乱指向性のある欠陥に対して
は、たとえ片方の開口２５Ａに入る散乱光が欠陥の大き
さの割合に弱くても、もう一方の開口２５Ｂには欠陥の
大きさに応じた散乱光が入るので、２つの開口を通過す
る散乱光量から正確な欠陥サイズを判定できる。

【００２７】その様子を図６に示す。図６において、被
検物３０に検査用の光３１を斜めに照射する。光３１の
主光線の成す入射面をＸＺ平面とする。被検物３０上の
欠陥からの散乱光は集光レンズ３２で集められ、フーリ
エ変換面上に設けられた遮光板３５上の２つの開口３３
Ａ，３３Ｂを通る。開口３３Ａ，３３Ｂは、Ｘ軸に対し
て対称に位置決めされている（図６では位置決めされた
後の状態を示す）。開口３３Ａ，３３Ｂをそれぞれ通過
する光束３４Ａ，３４Ｂは、ＸＺ平面に対称な方向に被
検物３０から射出されているので、光束３４Ａ及び３４
Ｂとの間に欠陥からの散乱光量に差があっても、何れか
一方の光束には欠陥サイズに応じた散乱光が入ることに
なる。

【００２８】次に、第２の問題も解消される理由を再び
図５を参照して説明する。図５（ａ）において、像２６
で示す方向から光ビームが斜めに入射しているとする。
そして、フーリエ変換面上では、その光ビームの主光線
の入射面とフーリエ変換面との交線を、図５（ｂ）のＸ
軸であるとする。このとき、開口２５ＡとＸ軸に関して
対称に開口２５Ｂが存在しているとき、開口２５Ａのみ
を通った光を再結像すると、既述したように図５（ｃ）
のような像になるが、開口２５Ｂのみを通った光を再結
像すると、図５（ｄ）に示すように、同心円パターンの
内で図５（ｃ）とは入射面に対して対称な部分が光る像
２９になる。即ち、開口２５Ａを通過した光束と開口２
５Ｂを通過した光束とを交互に結像すると、同心円パタ
ーン２１の像の内の或る部分が光るが、その光る部分
（同心円パターン２１の像の或る方向の部分パターン、
又は或る開き角を有する扇状の部分）が互いに異なるた
め、図５（ｃ）ではパターン２８中に埋もれていた欠陥
の像２７を、図５（ｄ）では正確に検出することができ
る。

【００２９】また、図５（ａ）の同心円パターン２１上
に指向性欠陥が存在している場合も想定できる。この場
合、図５（ｃ）の状態の方が図５（ｄ）の状態よりも欠
陥の像２７の光量が大きいか、又は逆になることが考え
られる。このときは、開口２５Ａ及び２５Ｂを交互に開
閉したり、開口２５Ａ及び２５Ｂを両方とも開ける（光
を通す状態にする）ようにすると、同心円パターン２１
と区別して、欠陥の存在が分かる。また、欠陥の大きさ
も、単独に５図（ｃ）の状態を観察したり、図５（ｄ）
の状態を観察するときに比べて判断し易くなる。また、
２つの開口２５Ａ，２５Ｂを交互に開閉することによ
り、欠陥が指向性を有しているか否かが分かり、欠陥の
種類の判別ができると共に、更に高い観察倍率に切り換
えて欠陥を観察するかどうかを判断するのに役立つ。

【００３０】また、例えば図６において、２つの開口３
３Ａ及び３３Ｂを通過した光をそれぞれ独立にフーリエ
変換する逆フーリエ変換光学系を設けると、２つの開口
３３Ａ及び３３Ｂを通過した光束により被検物の２つの
共役像が得られる。これら２つの共役像は、結像に寄与
するフーリエ変換成分が異なるため、何れかの共役像に
より欠陥を識別することができる。また、２つの共役像
の相違からその欠陥からの散乱光の指向性の有無等を評
価できる。

【００３１】更に、２つの開口３３Ａ，３３Ｂを通過し
た光による被検物３０の共役像を観察する観察手段を設
けた場合には、実際の共役像の状態を観察しながら例え
ば２つの開口３３Ａ，３３Ｂの位置を最適化できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明による欠陥検査装置の一実施例
につき図７〜図１０を参照して説明する。図７は本実施
例の欠陥検査装置の構成を示し、この図７において、被
検査物１００の表面には回路パターン等のパターン１０
１が形成されている。被検査物１００は、駆動部１０２
及び１０３を用いて、それぞれＸ方向及びＹ方向に移動
自在なステージ１０４上に載置されている。被検査物１
００の表面の検査領域１０７には、光源１０５から射出
された光ビーム１０６が照射され、光ビーム１０６の主
光線の入射面はＸＺ平面となっている。

【００３３】検査領域１０７から発生するパターン１０
１の回折光、及び不図示の欠陥から発生する散乱光は、
先ず受光レンズ１０８で集光され、結像面（検査領域１
０７と共役な面）に設けられた視野絞り１０９の開口を
通過した後、レンズ１１０に入射する。受光レンズ１０
８及びレンズ１１０よりなるレンズ系の瞳面（フーリエ
変換面）、又はその瞳面の近傍の位置にシャッター１１
１が設けられている。そのシャッター１１１の上に密着
するように、２枚の遮光板１１２及び１１４がＸ方向に
移動自在に配置され、遮光板１１２及び１１４にはそれ
ぞれ互いに逆方向のＶ字状の開口１１６及び１１７が形
成されている。開口１１６及び１１７が重なった２箇所
の部分が、被検査物１００からの光のフーリエ変換パタ
ーンの光束が通過する開口１２０Ａ及び１２０Ｂとなっ
ている。そして、駆動部１１３及び１１５がそれぞれ遮
光板１１２及び１１４をＸ方向に移動させることによ
り、開口１２０Ａ及び１２０ＢのＸ方向の位置、及びＸ
方向に垂直なＹ方向の間隔が変化する。

【００３４】また、シャッター１１１は、受光レンズ１
０８の光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線で分割された２
枚のシャッター板１１１Ａ，１１１Ｂ及びシャッター駆
動部１３０Ａ，１３０Ｂから構成されている。シャッタ
ー駆動部１３０Ａ及び１３０Ｂは、Ｚ軸に平行な軸を中
心としてそれぞれシャッター板１１１Ａ及び１１１Ｂを
矢印ＲＡ及びＲＢの方向（又は逆方向に）に開閉する。
駆動部１３０Ａ及び１３０Ｂの制御は、それぞれシャッ
ター制御部１３１に設けられたスイッチ１３２Ａ及び１
３２Ｂにより行われる。スイッチ１３２Ａをオンにする
と、シャッター駆動部１３０Ａによりシャッター板１１
１Ａが矢印ＲＡの方向に回転して開口１２０Ａを光が通
過する状態（以下、「開状態」と呼ぶ）になる。逆に、
スイッチ１３２Ａをオフにすると、シャッター板１１１
Ａは矢印ＲＡと逆の方向に回転して閉じ、開口１２０Ａ
を光が通れない状態（以下、「閉状態」と呼ぶ）にな
る。

【００３５】一方、スイッチ１３２Ｂはシャッター板１
１１Ｂに対して同様の制御を行い、スイッチ１３２Ｂを
オンにすると開口１２０Ｂが開状態になり、スイッチ１
３２Ｂをオフにすると開口１２０Ｂが閉状態になる。ス
イッチ１３２Ａと１３２Ｂとは独立している。従って、
シャッター板１１１Ａ及び１１１Ｂは互いに独立して動
作するため、開口１２０Ａ及び１２０Ｂは互いに独立に
開状態又は閉状態になる。

【００３６】ここで、本実施例において遮光板１１２及
び１１４により形成される２個の開口１２０Ａ及び１２
０Ｂの位置の制御方法につき図８を参照して説明する。
先ず、上述のように本実施例では、Ｖ字形の開口１１６
を有する遮光板１１２、この遮光板１１２をＸ方向に駆
動する駆動部１１３、開口１１６と逆方向のＶ字形の開
口１１７を有する遮光板１１４、及びこの遮光板１１４
をＸ方向に駆動する駆動部１１５から開口設定移動手段
が構成されている。

【００３７】図７と同一部材に同一符号を付した図８に
おいて、Ｖ字形の開口１１６及び１１７はそれぞれ図７
の光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線に対称にＶ字形を成
しているが、開口１１６及び１１７は互いにＶ字の上下
が逆になっている。遮光板１１２及び１１４は瞳面上で
重なり合っており、駆動部１１３及び１１５はそれぞれ
独立に遮光板１１２及び１１４をＸ方向に駆動できる。
この際、Ｖ字形の開口１１６及び１１７が重なり合った
領域、即ち光が透過する矩形（より正確には菱形）の開
口１２０Ａ，１２０Ｂが必ず存在する領域内で遮光板１
１２，１１４は駆動される。即ち、図９に示すように、
Ｖ字形の開口１１６，１１７が重なり合わないと光は全
て遮光されてしまうが、この図９に示すような状態が起
こらないように駆動部１１３，１１５が制御される。

【００３８】例えば、図８（ａ）の状態から矩形の開口
１２０Ａ，１２０Ｂの位置を対称にＹ方向に移動させた
いときは（開口１２０Ａ，１２０Ｂの間隔を変えたいと
きは）、駆動部１１３，１１５を介して、図８（ｂ）の
ように遮光板１１２と遮光板１１４とのＸ方向の位置関
係を変えればよい。また、図８（ａ）の状態から矩形の
開口１２０Ａ，１２０ＢをＸ方向に移動させたいとき
は、図８（ｃ）に示すように、遮光板１１２及び１１４
を一体としてＸ方向に移動すればよい。何れの場合で
も、図７の光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線に対称にＶ
字形の開口１１６，１１７が設けられるため、矩形の開
口１２０Ａ，１２０Ｂもそれらの位置に依らず、光軸Ａ
Ｘを通りＸ軸に平行な直線、即ち、光ビーム１０６の入
射面に対して対称な位置関係を保って移動する。

【００３９】図７に戻り、矩形の開口１２０Ａ，１２０
Ｂを透過した後の光束は、光路中に設けられたハーフミ
ラー１２１で２分割され、ハーフミラー１２１で反射さ
れた光束はレンズ１２２を透過した後、ＳＰＤ（シリコ
ンフォトダイオード）やフォトマルチプライアー等の光
電検出器１２３の受光面に入射する。光電検出器１２３
の受光面は矩形の開口１２０Ａ及び１２０Ｂとほぼ共役
な位置に配置されている。但し、光電検出器１２３で
は、矩形の開口１２０Ａ及び１２０Ｂの内の一方の開口
を通ってくる光束だけを受光するような構成にしてもよ
い。なぜならば、パターン１０１からの回折光は、例え
ば図５（ｂ）に示したように、光ビーム１０６の入射面
に対称であるからである。

【００４０】そして、光電検出器１２３の出力信号（入
射した光量に比例した電気信号）Ｓ１に基づいて、出力
信号Ｓ１が最小となるように駆動部１１３及び１１５を
介して、矩形の開口１２０Ａ及び１２０Ｂの瞳面上での
位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置）を決定し、その位置で遮
光板１１２及び１１４を固定する。この状態が、矩形の
開口１２０Ａ及び１２０Ｂを通るパターン１０１からの
回折光が最も弱くなる位置である。

【００４１】一方、ハーフミラー１２１を透過した２光
束（矩形の開口１２０Ａ及び１２０Ｂを通った光束）
は、レンズ１２６により２次元ＣＣＤ等の撮像素子１２
７の撮像面に欠陥の像を結像する。また、レンズ１２６
と撮像素子１２７との間にハーフミラー１２８が配置さ
れ、ハーフミラー１２８で反射された光束が接眼レンズ
１２９に向かう。位置Ａから接眼レンズ１２９を介して
欠陥の像を観察することができる。これと並行して、撮
像素子１２７の撮像信号を処理することにより欠陥の位
置、及び大きさの検出もできる。

【００４２】例えば、撮像素子１２７の撮像信号（２次
元に配列した撮像画素の各撮像画素の光電変換信号）に
対し、所定の閾値（電圧）以上の信号を有効とするよう
にしておけば、欠陥部のみを検出することができる。そ
のときの撮像素子１２７上の欠陥位置（撮像素子１２７
の視野内のＸ座標、Ｙ座標）とその視野の位置（ステー
ジ１０４のＸ座標、Ｙ座標）とにより、被検査物１００
上の欠陥の位置が分かる。また、欠陥の大きさと、欠陥
から発生する散乱光量とには相関があり、大きい欠陥程
散乱光量が大きいので、撮像信号の大小により、欠陥の
大小が判定できる。従って、欠陥の位置と大きさとを不
図示のＣＲＴディスプレイ上に２次元マップとして表示
することができる。この際に、欠陥の大小は色分けした
り、Ａ，Ｂ，Ｃのアルファベット等でランク分けするこ
と等により識別する。また、検出結果をプリンタに出力
してもよい。勿論、欠陥の位置と大きさとをテーブルと
して表示、ないしは出力してもよい。

【００４３】その他に、撮像素子１２７の撮像信号に、
更に高度な画像処理を施してもよい。例えば、画像処理
の一般的手法であるフィルタリングによる平均化処理の
後、微分によりオフセット分（本実施例の場合、除去し
きれず僅かに残るパターン像に依る小さい信号）の除去
を行うと、欠陥のみの画像を抽出することができる。次
に、本実施例では２つの開口１２０Ａ，１２０Ｂが設け
られているため、２つの欠陥情報が得られる。これら２
つの欠陥情報を以下のような２つの手法で比較すること
ができる。（１）開口１２０Ａ，１２０Ｂを単独又は交互に開状態
又は閉状態にする。この場合、例えば接眼レンズ１２９
を介して、開口１２０Ａ及び／又は１２０Ｂを通過した
光束による欠陥像を目視観察する。勿論、この場合には
開口１２０Ａ及び１２０Ｂを同時に開状態にする場合も
含まれる。

【００４４】この場合の別の観察方法として、撮像素子
１２７を用いて不図示のディスプレイ（ＴＶモニタ等）
により欠陥像を観察する方法がある。このとき、開口１
２０Ａが開状態のときは、ディスプレイ上の像を赤色の
画像とし、開口１２０Ｂが開状態のときは、ディスプレ
イ上の像を緑色の像の画像とする。そして、開口１２０
Ａ，１２０Ｂを交互に開状態にすると、指向性の弱い欠
陥の像は赤色と緑色との間で色が変わるが、指向性の強
い欠陥の像は、赤色か緑色かの何れか一方の色が強く見
えるので、指向性の強弱が区別できる。

【００４５】（２）開口１２０Ａ及び１２０Ｂを共に常
時開状態にする。この場合の比較方法として以下の〜
の３つの方法がある。開口１２０Ａ及び１２０Ｂを通過した光束による欠陥
像を、それぞれ異なる接眼レンズを介して別々に右目及
び左目で目視観察する。このための機構の一例を図１０
を参照して説明する。

【００４６】図１０は、図７の装置の内、開口１２０
Ａ，１２０Ｂとその後の光学系に相当する部分のみを示
し、ハーフミラー１２１等は省略している。図１０にお
いて、入射面（図７のＸＺ平面に相当する面）と対称に
１対の接眼レンズ１４０Ａ，１４０Ｂを設け、開口１２
０Ａ，１２０Ｂを通ってきた光による欠陥の像を別々に
右目と左目とで観察できるようにしてある。即ち、この
光学系は実体顕微鏡（異なる方向から同一の物体を見て
視差により実体的に観察する顕微鏡）と同一の光学系と
なる。

【００４７】例えば、図５（ａ）のパターンの欠陥を検
査する場合を考える。図５（ａ）において、格子パター
ン２０は入射面に対して対称な回折パターンをフーリエ
変換面上に形成するので、２つの開口１２０Ａ，１２０
Ｂの両方共に同じ光学情報が入る。従って、接眼レンズ
１４０Ａ，１４０Ｂにより目視観察される欠陥像は、僅
かに光っている平面（以下、「残像」と呼ぶ）となる。
指向性の弱い欠陥も同様で、格子パターンの残像と同一
平面に存在しているように（実際もその通りである）見
える。ところが、図５（ａ）の同心円パターン２１の共
役像は右目と左目とで見える部分が異なるので、奥行き
感があるように錯覚する（指向性の強い欠陥も同様であ
る）。

【００４８】このとき、更に入射光を白色光として開口
１２０Ａに赤色のフィルター、開口１２０Ｂに緑色のフ
ィルターを付けて、右目と左目とで、見える像に色の違
いを付けると、その色の違いにより、図５（ｃ）の同心
円パターンの残像２８と図５（ｄ）の同心円パターンの
残像２９とで奥行き感が出る。従って、格子パターン、
同心円パターン、無指向性欠陥、又は指向性欠陥等の種
々の観察対象に対し、目視観察とはいえ、識別能力が著
しく高まる。

【００４９】上述のの方法における目視観察の代わ
りに、２つの撮像素子でそれぞれ開口１２０Ａ及び１２
０Ｂを通過した光束による欠陥像を観察する。この場
合、単色光を照明光として用いた場合でも、２つの撮像
素子に対応する２つの別のディスプレイ上で色を変えて
表示したり、１つのディスプレイ上で開口１２０Ａを通
ってきた光と開口１２０Ｂを通ってきた光とを色分けし
て、同時に同画面に表示したりする。

【００５０】図７の被検査物１００をＺ方向に微動可
能な構成として、僅かにデフォーカスさせる。この被検
査物１００の共役像を目視観察、又は撮像素子による画
像観察で観察すると、２つの開口１２０Ａ，１２０Ｂの
間隔方向（即ちＹ方向）にずれた２つの像となる。その
被検査物１００上に無指向性欠陥があると、その無指向
性欠陥の共役像はＹ方向にずれた２つの点像として観察
される。一方、被検査物１００上に指向性のある欠陥が
あると、その欠陥の共役像は強さの異なるＹ方向にずれ
た２つの点像となる。また、同心円パターンの共役像は
Ｙ方向にずれることがない。即ち、図５（ｃ）の像と図
５（ｄ）の像とが同時に見えるだけである。従って、欠
陥とパターンとの識別能力は向上する。

【００５１】なお、上述実施例では、開口１２０Ａ，１
２０Ｂは矩形（菱形）であるが、それら開口１２０Ａ，
１２０Ｂを例えば円形又は対称な半円形等にしてもよ
い。また、開口１２０Ａ，１２０Ｂの大きさは固定さて
いるが、それら開口１２０Ａ，１２０Ｂの大きさをも可
変にして、被検査物１００上に形成されている周期的な
パターンのピッチ等に応じて、それら開口１２０Ａ，１
２０Ｂの大きさを変更するようにしてもよい。具体的に
開口１２０Ａ，１２０Ｂの大きさを変えるためには、例
えば図８（ａ）に示すように、遮光板１１２及び１１４
上に形成されているＶ字形の開口１１６及び１１７のＸ
方向の幅を可変にすればよい。

【００５２】また、光ビームの主光線の入射面に関して
対称に２つの開口の位置を決める手段として、図１１の
ような構成も取り得る。図１１は、図７のレンズ１１０
とハーフミラー１２１との間の光学系に対応する光学系
を示し、この図１１において、図７のレンズ１１０を通
った光束がプリズムミラー１５０で±Ｙ方向に分岐さ
れ、それぞれフーリエ変換面上の遮光板１５１Ａ，１５
１Ｂ中の開口１５７Ａ，１５７Ｂに入射する。遮光板１
５１Ａ及び１５１Ｂを駆動部１６０を介してＸＺ平面内
で移動させることにより、開口１５７Ａ及び１５７Ｂは
一体となってＸ方向、及びＺ方向に動く。

【００５３】図１１では、開口１５７Ａ及び１５７Ｂを
通過した光束の主光線１６１Ａ及び１６１Ｂを破線で示
している。このように、左側の開口１５７Ａを通過した
光束は、リレーレンズ１５２Ａ、ミラー１５３Ａ、ミラ
ー１５４Ａ、リレーレンズ１５５Ａ、及びプリズムミラ
ー１５６の一方の反射面を経て光軸ＡＸに平行な状態に
戻り、右側の開口１５７Ｂを通過した光束は、リレーレ
ンズ１５２Ｂ、ミラー１５３Ｂ、ミラー１５４Ｂ、リレ
ーレンズ１５５Ｂ、及びプリズムミラー１５６の他方の
反射面を経て光軸ＡＸに平行な状態に戻る。これ以外の
構成は図７と同様である。

【００５４】この図１１の構成によれば、遮光板１５１
Ａ及び１５１Ｂを一体として移動させるだけで、２つの
開口１５７Ａ及び１５７Ｂを、検出用の光の主光線の入
射面に対して対称な位置関係を保って移動させることが
できる。なお、本発明は上述実施例に限定されず、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ること
は勿論である。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、被検物のフーリエ変換
面上の２つの開口を通過した光による共役像を用いて欠
陥検出を行うようにしているため、被検物の本来のパタ
ーンの密集度や形状等の条件に依らずに、欠陥のみを検
出できる利点がある。また、それら２つの開口を通過し
た光を光電変換する光電変換手段と、この光電変換手段
の出力信号が最小になるように、被検物のフーリエ変換
パターンとそれら２つの開口との相対位置関係を変化さ
せる相対位置可変手段とを設けた場合には、本来のパタ
ーンによるフーリエ変換パターンの影響を最小にするこ
とができる。

【００５６】また、それら２つの開口を、被検物のフー
リエ変換面上で、光照射手段により被検物に照射される
光の主光線の入射面に対してほぼ対称な位置に設定する
場合には、特に散乱指向性を有する欠陥の検出ができ、
欠陥と同心円パターンとを弁別できる利点がある。ま
た、第２変換光学系が、それら２つの開口を通過した光
をそれぞれ独立に逆フーリエ変換する２つの逆フーリエ
変換光学系を有する場合には、２つの開口を通過した光
束による欠陥像から独立に欠陥検出ができる利点があ
る。

【００５７】また、被検物の２つの共役像を観察する観
察手段を設けた場合には、目視又は画像観察により欠陥
像を観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による欠陥検査装置の原理説明に供する
斜視図である。

【図２】本発明においてフーリエ変換面に設ける開口の
作用の説明に供する斜視図である。

【図３】（ａ）はフーリエ変換像と開口との相対位置関
係を変化させる場合を示す図、（ｂ）はそのように相対
位置関係を変化させる場合に得られる光電変換信号の変
化を示す図である。

【図４】光ビームの入射方向を変えることにより、フー
リエ変換像と開口との相対位置関係を変化させる方法の
説明図である。

【図５】フーリエ変換像と開口との相対位置関係を変え
た場合に起こり得る問題の説明図であり、（ａ）は被検
査物上のパターンの例を示す拡大平面図、（ｂ）は図５
（ａ）のパターンのフーリエ変換パターンを示す図、
（ｃ）は開口２５Ａを用いた場合の共役像を示す図、
（ｄ）は開口２５Ｂを用いた場合の共役像を示す図であ
る。

【図６】フーリエ変換面上に２つの開口を設けた場合の
動作の説明に供する斜視図である。

【図７】本発明による欠陥検査装置の一実施例の構成を
示す斜視図である。

【図８】図７中の２つの開口１２０Ａ及び１２０Ｂの位
置を変える動作の説明図である。

【図９】図７中の２つの開口１２０Ａ及び１２０Ｂが重
ならない場合を示す平面図である。

【図１０】図７の実施例の変形として２つの開口１２０
Ａ及び１２０Ｂを異なる接眼レンズで観察する場合を示
す要部の断面図である。

【図１１】図７の欠陥検査装置のレンズ１１０とハーフ
ミラー１２１との間に入れる光学系の変形例を示す断面
図である。

【図１２】従来の欠陥検査装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１００被検査物１０１パターン１０４ステージ１０５光源１０８受光レンズ１０９視野絞り１１０レンズ１１１シャッター１１１Ａ，１１１Ｂシャッター板１１２，１１４遮光板１１６，１１７Ｖ字形の開口１２０Ａ，１２０Ｂ開口１２１，１２８ハーフミラー１２２，１２６レンズ１２３光電検出器１２７撮像素子１２９接眼レンズ１３１シャッター制御部１４０Ａ，１４０Ｂ接眼レンズ１５０，１５６プリズムミラー１５７Ａ，１５７Ｂ開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物に検査用の光を照射する光照射手
段と、前記被検物からの光を集光する集光光学系とを有
し、該集光された光を用いて前記被検物の欠陥を検査す
る装置において、前記被検物からの光をフーリエ変換する第１変換光学系
と、該第１変換光学系によるフーリエ変換面上の異なる２つ
の位置に、それぞれ前記被検物からの光を通過させる開
口を設定する開口設定手段と、前記２つの開口を通過した光をそれぞれ逆フーリエ変換
する第２変換光学系と、を備え、該第２変換光学系により結像された前記被検物の２つの
共役像に基づいて、前記被検物の欠陥を検出することを
特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】前記２つの開口を通過した光を光電変換
する光電変換手段と、該光電変換手段の出力信号が最小になるように、前記被
検物のフーリエ変換パターンと前記２つの開口との相対
位置関係を変化させる相対位置可変手段と、を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】前記２つの開口を、前記第１変換光学系
によるフーリエ変換面上で、前記光照射手段により前記
被検物に照射される光の主光線の入射面に対してほぼ対
称な位置に設定することを特徴とする請求項１又は２記
載の欠陥検査装置。
【請求項４】前記第２変換光学系は、前記２つの開口
を通過した光をそれぞれ独立に逆フーリエ変換する２つ
の逆フーリエ変換光学系を有することを特徴とする請求
項１、２又は３記載の欠陥検査装置。
【請求項５】前記被検物の２つの共役像を観察する観
察手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか
一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】前記観察手段は、前記被検物の２つの共
役像を撮像する撮像手段であることを特徴とする請求項
５記載の欠陥検査装置。