JPH07198620A

JPH07198620A - 検査装置

Info

Publication number: JPH07198620A
Application number: JP35436593A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Haga; 一実芳賀
Original assignee: NEW KURIEISHIYON KK
Current assignee: NEW KURIEISHIYON KK
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-08-01
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3388285B2

Abstract

(57)【要約】【目的】試料表面の状態が実時間でしかも正確に観測
できる検査装置を提供することを目的としている。【構成】点光源２からの照射光を平行光束として試料
表面４ａに導くとともに、試料表面４ａから戻って来た
反射光を集束する凹面反射鏡３と、凹面反射鏡３の後像
空間焦平面に対応する位置またはその近傍に配設された
開口絞り６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料の表面状態を２
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、試料表面に形成された指標を検出するのに適した検
査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造に用いられる鏡面
ウェーハ等の表面状態（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）を検出する検査装置と
して、従来、シュリーレン光学系を用いた検査装置が知
られている。

【０００３】この検査装置で用いられるシュリーレン光
学系は、試料表面の凹凸による屈折率変化や反射率変化
を明暗の差として表す代表的な光学系の１つである。こ
の光学系は、点光源からの照射光をレンズによって平行
光束にし、その平行光束を試料表面にその法線方向から
照射し、その反射光を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によって散乱光の
一部を遮断するようにしているとともに、その後方にお
いて肉眼やカメラ等によって反射像を観測するようにし
たものである。

【０００４】この光学系によれば、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
は試料の表面状態に対応しているので、その明暗パター
ンから試料の表面状態が観測できることになる。

【０００５】なお、ちなみに言えば、このシュリーレン
光学系において、ナイフエッジを用いず散乱光成分を全
く遮断しないものでは、光量が大きいと全体が明るくな
ってしまうため、光量を小さくして明暗パターンを現出
させて観測を行うようになっているが、この明暗パター
ンでは若干のコントラストしか得られないために明暗パ
ターンが極めて見にくいという問題がある。

【０００６】一方、前記シュリーレン光学系において、
ナイフエッジを設置しないで、ピントを僅かにずらすこ
とにより（ピントがあっている場合は、シュリーレン光
学系でナイフエッジを設けないときと同じとなる。）、
比較的コントラストの高い場所で試料の表面状態を観測
するようにした検査装置も知られている。

【０００７】

【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下記のような問題があった。

【０００８】すなわち、前者のシュリーレン光学系を用
いた検査装置では、ナイフエッジ後方で、試料の表面状
態に応じた明暗パターンはできるものの、この明暗パタ
ーンにはナイフエッジによって遮断されなかった散乱光
成分が多く含まれるため、コントラストがまだ低い。ま
た、ナイフエッジ後方で観測できる範囲は試料表面の一
部であって試料表面全体ではないことから、試料表面全
体の状態を観測するためには、試料を光軸を中心に１回
転しなければならない。

【０００９】一方、後者の検査装置のように観測点を光
軸方向に動かすものでは、散乱光がほとんど遮断されな
いことから、コントラストが極めて低く、しかも、凹凸
が生じているエリアをおおよそは判別できるものの、そ
れがどれだけの深さ・高さを持っているのかの判別がで
きないという問題があった。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、試料表面の状態が実時間でしかも正確に観測できる
検査装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明の検査装置は、点光源からの照射光を平行光束とし
て試料表面に導くとともに、その試料表面から戻って来
た反射光を集束する凹面反射鏡と、その凹面反射鏡の後
像空間焦平面に対応する位置またはその近傍に配設され
た開口絞りとを備えることを特徴とするものである。

【００１２】また、上記検査装置において、凹面反射鏡
から試料表面に入射する照射光の光路が、光源から凹面
反射鏡に入射する照射光の光路から、比較的小さな角度
で外されていることが好ましい。

【００１３】さらに、上記検査装置において、光源と凹
面反射鏡との間に凸面の副反射鏡を設け、光源から副反
射鏡に入射する照射光の光路と、凹面反射鏡から試料表
面に入射する照射光の光路とをほぼ平行としていること
が好ましい。

【００１４】

【作用】上記した手段によれば、試料表面からの反射光
のうち、その入射方向と逆方向に反射される戻り光は、
凹面反射鏡の後像空間焦平面に対応する位置またはその
近傍に配設された開口絞りを通過し、それ以外の方向に
反射される散乱光は、この開口絞りによってそのほとん
どが遮断される。したがって、開口絞りの後方には、試
料表面からの反射光のうちの上記戻り光によって２次元
的な明暗パターンが形成される。この明暗パターンは、
試料表面の凹凸、反射率等の状態を反映しており、この
明暗パターンの測定により試料表面の２次元的状態を一
時に観測することができる。この場合、試料にピントを
合わせて観測できる上、開口絞りによって散乱光のほと
んどが除去できるため、得られる明暗パターンの鮮明度
が著しく向上されることになる。また、点光源からの照
射光を試料表面に導いてこれからの反射光を集束する光
学素子として、凹面反射鏡を用いているので、コリメー
トレンズを用いる場合に比較して、比較的大きな半径の
領域を簡易に低収差で観測することができ、かつ検査装
置を安価なものとすることができる。

【００１５】また、上記検査装置において、凹面反射鏡
から試料表面に入射する照射光の光路が光源から凹面反
射鏡に入射する照射光の光路から、比較的小さな角度で
外されている場合、凹面反射鏡と試料表面との間にハー
フミラー等の光路偏向用の障害物を配置する必要がなく
なり、試料表面の２次元的状態に対応する良好な明暗パ
ターンを得ることができる。しかも、凹面反射鏡に対す
る光源側の照射光の光路と凹面反射鏡に対する試料側の
照射光の光路とが比較的近接した状態で折り重なる構造
となっているので、検査装置を小型なものとし、なおか
つ凹面反射鏡と試料表面との間の距離（ワークディスタ
ンス）を凹面反射鏡の焦点距離程度までに簡易に長くす
ることができる。

【００１６】さらに、上記検査装置において、光源と凹
面反射鏡との間に凸面の副反射鏡を設け、光源から副反
射鏡に入射する照射光の光路と凹面反射鏡から試料表面
に入射する照射光の光路とをほぼ平行としている場合、
試料を載置すべきステージ側でなく凹面反射鏡側に開口
絞りや光源を配置することができるので、検査装置を比
較的小型に保ったままで、試料載置用のステージ、開口
絞り、光源等の装置配置の自由度を増すことができる。

【００１７】

【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。

【００１８】図１には第１実施例の検査装置が示されて
いる。この装置について簡単に説明すれば、図面下方の
光源部２から出射する照射光は、図面上方の凹面反射鏡
３で反射されて一旦平行光束に変換された後、図面下方
の試料４の表面（以下試料表面と称す）４ａにその法線
方向から照射される。この試料表面４ａからの反射光
は、照射光とは逆方向に進んで凹面反射鏡３で再び反射
されて集束され、ペリクルハーフミラー５で照射光側の
光路に対して分岐（図面左方向へ反射）された後、凹面
反射鏡３の後像空間焦平面に対応する位置に開口絞り６
を内蔵する検出装置７で画像として検出される。

【００１９】この装置の動作について簡単に説明する
と、検出装置７内の開口絞り６の存在によって、試料表
面４ａでその法線方向に反射されなかった散乱光のほと
んどが遮断されるので、開口絞り６の後方に、試料表面
４ａでその法線方向に反射された戻り光（正反射光）の
鮮明な画像が形成されることとなる。この画像の明暗パ
ターンは、試料表面４ａの凹凸等の状態を反映したもの
となっているので、検出装置７の画像出力を観察するこ
とにより、試料表面４ａの状態の微小な変化の２次元的
分布を観測することができる。この場合、照射光の平行
化と反射光の集束のために凹面反射鏡３を用いているの
で、この代わりにコリメートレンズを用いている場合に
比較して、試料表面４ａが比較的大きなものであっても
その全体を簡易に低収差で観察することができ、かつ検
査装置の光学系部分のコストを下げることができる。

【００２０】続いて、図１の第１実施例の検査装置につ
いて詳細に説明する。

【００２１】光源部２は、１００Ｗまたは１５０Ｗのハ
ロゲンランプ２１を発光源として用いている。ハロゲン
ランプ２１は、ＤＣ電源２２によってその出力が制御さ
れている。このハロゲンランプ２１の前方からの出射光
は、コンデンサレンズ２４によって直径２ｍｍのピンホ
ール２５に集光される。ハロゲンランプ２１の後方から
の出射光も、楕円リフレクタであるダイクロイックミラ
ー２６で反射された後、コンデンサレンズ２４を通過し
てピンホール２５に投影される。このピンホール２５
は、試料表面４ａを照明するため照射光の点光源とな
る。ピンホール２５の図面上方の近接した位置には、各
種干渉フィルタを備えるターレット状の波長選択フィル
タ２７が設けられており、試料表面４ａを照明する照射
光の波長を適宜変更することを可能にする。この波長選
択フィルタ２７は検査装置の光学系部分の感度調節に用
いられ、試料表面４ａの凹凸のピークツーバレーが小さ
い場合には波長の短い領域が選択される。

【００２２】ハロゲンランプ２１の後方に出射した照射
光のうち、ダイクロイックミラー２６を透過した成分
は、フォトダイオード２８で検出される。フォトダイオ
ード２８のドライバ２９で検出された光電流は、ＤＣ電
源２２の制御信号としてフィードバックされ、ハロゲン
ランプ２１の輝度を一定に保つために用いられる。

【００２３】ハロゲンランプ２１からの照射光のうち、
ピンホール２５に集光されてここを通過したものは、光
軸に対して４５°傾けられた直径５０ｍｍのペリクルハ
ーフミラー５を透過し、アパーチャ３１を通過した後、
凹面反射鏡３に入射する。この凹面反射鏡３は、光源部
２のピンホール２５からの照射光を平行光束に変換して
試料表面４ａに入射させる。すなわち、この凹面反射鏡
３は、その前像空間焦平面の位置に点光源であるピンホ
ール２５の開口が位置するように設置されている。凹面
反射鏡３は、同軸の放物面ミラーで、有効直径φが約１
００ｍｍ、焦点距離ｆが１０００ｍｍとなっている。ま
た、凹面反射鏡３の光軸は鉛直軸に対して僅かに傾いて
おり、光源部２から凹面反射鏡３に入射する照射光の光
軸は、凹面反射鏡３の光軸に対して角度θ／２をなし、
凹面反射鏡３を出射して試料表面４ａに入射する照射光
の光軸も、凹面反射鏡３の光軸に対して角度θ／２をな
す。したがって、凹面反射鏡３に入射する照射光の光軸
と、凹面反射鏡３を出射する照射光の光軸とは、角度θ
をなす。なお、この角度θは、収差の原因になり、また
大きくなると検査装置のレイアウトを困難にする場合も
あるので、０°〜２０°の範囲とする必要があるが、実
施例ではθ＝５°とした。

【００２４】凹面反射鏡３からの平行光束が入射する平
板状の試料４は、チルトステージ３３上に載置されてい
る。このチルトステージ３３は、照射光の平行光束が試
料表面４ａに垂直に入射するように、試料４の傾きを微
調整する。試料表面４ａで反射された反射光は、再度凹
面反射鏡３に入射してビーム径を絞られる。この際、ア
パーチャ３２によって、試料表面４ａからの大きな散乱
角の反射光がカットされる。なお、試料４を載置したチ
ルトステージ３３と、光源部２および検出装置７との間
には、迷光防止のための遮蔽板８が設けてある。

【００２５】凹面反射鏡３で反射されてビーム径を絞ら
れた反射光は、ペリクルハーフミラー５に入射して、直
角方向に偏向され、入射光の光路から分岐される。この
際、ペリクルハーフミラー５は極めて薄い膜からなるの
で、ゴースト光の影響は殆ど無視できるものとなる。

【００２６】ペリクルハーフミラー５で偏向された反射
光は検出装置７に設けられたカメラレンズ７２に入射す
る。このカメラレンズ７２は、ズームレンズとなってい
て、必要に応じて焦点距離１０〜１００ｍｍ（Ｆ／１．
４）と９．５〜１５２ｍｍ（Ｆ／１．８）との２タイプ
の使用が可能となっている。カメラレンズ７２内部の集
光位置には、開口絞り６が配置されている。すなわち、
開口絞り６は凹面反射鏡３の後像空間焦平面に対応する
位置に配置されていることになる。したがって、試料表
面４ａで散乱された散乱光のほとんどがこの開口絞り６
で遮断される。この開口絞り６は１０枚羽根からなるア
イリス絞りで、可動調節部を動かすことによりその円形
開口の直径を連続的に変化できるようになっている。こ
の円形開口の直径を変化させることにより、検査の種別
（うねりの検査、ディンプルの検査、傷の検査など）に
適した光像が得られる。

【００２７】カメラレンズ７２からの光は、拡大率２倍
のエクステンダレンズ７３を経て５１２×５１２画素の
ＣＣＤ７４上に投影される。ＣＣＤ７４からの画像信号
は、一旦電気信号に変換され、適当な信号処理装置で処
理された後、再構成された画像としてモニター（図示せ
ず）に逐次表示される。ＣＣＤ７４上に投影される画像
は、試料表面４ａの状態に対応する２次元的な明暗パタ
ーンとなっている。

【００２８】詳細に説明すると、ＣＣＤ７４上に投影さ
れる画像の明暗パターンは、試料表面４ａからの反射光
のうち、開口絞り６を通過したもののみによって構成さ
れる。すなわち、試料表面４ａでその法線方向に反射さ
れなかった散乱光のほとんどは、開口絞り６によって遮
断され、試料表面４ａでその法線方向に反射された戻り
光は、この開口絞り６を通過する。しかも、かかる戻り
光によって構成される明暗パターン中の各位置に投影さ
れる光は、試料表面４ａの各位置に１対１で対応したも
のとなっている。したがって、ＣＣＤ７４上に投影され
る画像の明暗パターンは試料表面４ａの凹凸等の微小な
変化を反映したものとなっており、検出装置７の画像出
力を観察することにより、試料表面４ａの状態の微小な
変化の２次元的分布を実時間で正確に観測することがで
きる。

【００２９】この場合、照射光の平行化と反射光の集束
のために、コリメータレンズでなく、凹面反射鏡３を用
いているので、コリメータレンズの場合のような色収差
が全く生じない。また、コリメータレンズの場合のよう
に複数の屈折面若しくは不要な反射面が存在しないので
収差が減少する。さらに、コリメータレンズは、構成要
素が多いこと等から、加工が複雑で、一般に高価なもの
となるが、反射鏡は比較的低価格であり、特に大口径試
料用の検査装置の光学系部分のコストを効果的に下げる
ことができる。

【００３０】図２には第２実施例の検査装置が示されて
いる。この装置は、第１実施例の装置の光源部２と凹面
反射鏡３とに変更を加えたものである。なお、共通する
部分については、同一符号を付して説明を省略する。

【００３１】まず、光源部２０２について説明する。コ
ンデンサレンズ２４で集束された照射光は、ロッドガラ
ス２２８ａを介して光ファイバ２２９に結合され、この
光ファイバ２２９中を伝送してその他端のロッドガラス
２２８ｂに結合される。このロッドガラス２２８ｂから
の出射光は、絞り２５の開口に集光される。絞り２５の
開口からの照射光の広がり角は、凹面反射鏡３のレンズ
画角に合わせる必要があるが、これは、ロッドガラス２
２８ｂと絞り２５との間隔を調整することによって行
う。なお、両ロッドガラス２２８ａ、２２８ｂは、光フ
ァイバ２２９のコアと同じ硝材を円形断面のロッド状に
固めたもので、一方のロッドガラス２２８ａは、フィラ
メント像を消す役割を有し、他方のロッドガラス２２８
ｂは、光ファイバ２２９のバンドル端面のつぶつぶ像を
消す役割を有する。このような光源部２０２とすること
で、光源部２０２の配置その他の自由度を高めることが
できる。

【００３２】次に、凹面反射鏡２０３について説明す
る。光源部２０２からの照射光は、軸外放物面ミラーで
ある凹面反射鏡２０３に入射し、ここで平行光束に変換
され、試料表面４ａに入射する。この凹面反射鏡２０３
は、前述のように軸外放物面ミラーであるので、理論
上、試料表面４ａに入射する照射光は、完全な平行光束
となっており、試料表面４ａを出射する反射光は、開口
絞り６の中心の一点に完全に集束される。

【００３３】図３には第３実施例の検査装置が示されて
いる。この装置は、第１実施例の装置の検出装置７に変
更を加えたものである。なお、簡単のため、共通する部
分については、同一符号を付して説明を省略する。

【００３４】凹面反射鏡３でビーム径を絞られた反射光
は、ペリクルハーフミラー５で反射されて照射光側の光
路から分岐され、凹面反射鏡３の後像空間焦平面に配置
されたナイフエッジタイプの開口絞り３０６に入射す
る。この開口絞り３０６は、一対のナイフエッジ対向さ
せたタイプのスリットを直交させたもので、開口の大き
さの調節を容易とし、また微小な開口の形成によって解
像度を高めることができる。この開口絞り３０６を通過
した反射光は、検出装置３０７で画像として検出され
る。すなわち、開口絞り３０６を通過した反射光は、コ
リメータレンズ３７６で平行光束に変換され、結像レン
ズ３７７でビーム径を絞られた後、ＣＣＤ７４に投影さ
れる。この場合、凹面反射鏡３の後像空間焦平面に配置
された開口絞り３０６の前にレンズが設けられていない
ので、検査装置の光学系部分の性能がカメラレンズの性
能によって大きく左右されるといった問題が生じない。
また、開口絞り３０６の開口の大きさを調整することで
直接的に検査装置の光学系部分の検出性能（感度）を制
御できる。なお、原理上、開口絞り３０６の開口の大き
さに反比例して試料表面４ａの凹凸の検出能力が高ま
る。

【００３５】参考のため、図３中に、第３実施例の検査
装置を構成する検出装置３０７の変形例を示す。検出装
置３０７’内のコリメータレンズ３７６と結像レンズ３
７７との間には、ペリクルハーフミラー３７８が配置さ
れ、開口絞り３０６を通過した反射光の一部を５ｋビッ
トの一次元アレイセンサ３７９に入射させる。この一次
元アレイセンサ３７９をスキャンさせることで、得られ
る画像を微細に高精度で数値化することができる。この
場合、ＣＣＤ７４は、目視がわりのモニターとして使用
する。

【００３６】図４には第４実施例の検査装置が示されて
いる。この装置は、第１実施例の装置のペリクルハーフ
ミラー５の位置に双曲凸面ミラーである副反射鏡４３５
を配置して光源部２や検出装置７の配置を変更したもの
である。

【００３７】副反射鏡４３５は、水平から僅かに傾いて
おり、光源部２から副反射鏡４３５に入射する照射光の
光軸は、副反射鏡４３５の光軸に対して角度θ／２をな
し、副反射鏡４３５を出射して凹面反射鏡３に入射する
照射光の光軸も、副反射鏡４３５の光軸に対して角度θ
／２をなす。したがって、光源部２から副反射鏡４３５
に入射する照射光の光軸と、凹面反射鏡３から試料表面
４ａに入射する照射光の光軸とは、互いに平行となって
いる。このように副反射鏡４３５を設けることで、凹面
反射鏡３側に光源部２や検出装置７を配置できるので、
検査装置の光学系部分を比較的小型に保ったままで、光
源部２や検出装置７のみならず、チルトステージ３３等
の配置の自由度を増すことができる。なお、迷光の影響
を防ぐため、アパーチャを備える遮蔽体４３１が光源部
２や検出装置７を覆っている。

【００３８】図５には第５実施例の検査装置が示されて
いる。この装置は、第４実施例の装置の凹面反射鏡３や
副反射鏡４３５を変更したものである。

【００３９】光源部２からの照射光は、ペリクルハーフ
ミラー５で偏向されて双曲凸面ミラーである副反射鏡５
３５の周辺部（図面右端）に入射し、ここで反射された
後、軸外放物面ミラーの凹面反射鏡５０３に入射し、こ
こで平行光束に変換され、試料表面４ａに入射する。こ
の場合、副反射鏡５３５と凹面反射鏡５０３の光軸が互
いに一致し、これら副反射鏡５３５および凹面反射鏡５
０３の光軸上に開口絞り６が配置されているので、理論
上、試料表面４ａに入射する照射光は、完全な平行光束
となっており、かつ試料表面４ａを出射する照射光は、
開口絞り６の開口の中心の一点に完全に集束される。た
だし、試料表面４ａに入射する照射光の光軸と光源部２
および検出装置７の光軸とが厳密には平行でなくなり、
調整等が困難となる。

【００４０】図６に、参考のため、図５の検査装置の光
学系のモデルを示す。凹面反射鏡５０３の焦点距離をｆ
₁ とし、副反射鏡４３５の焦点距離をｆ₂ とし、これら
反射鏡の間隔をｄとすると、全体としての合成焦点距離
ｆは、ｆ＝ｆ₁ ・ｆ₂ ／（ｆ₁ ＋ｆ₂ −ｄ）となる。なお、副反射鏡４３５の図面左右の像距離を
ｐ、ｐ’とした場合、この副反射鏡４３５の焦点距離ｆ
₂ ＝ｐ・ｐ’／（ｐ−ｐ’）、その離心率ｅ＝ｐ＋ｐ’
／（ｐ−ｐ’）、その長半径ａ＝（ｐ−ｐ’）／２とな
っている。

【００４１】ここで近似のため、近軸域での結像につい
て考える。凹面反射鏡５０３の曲率半径をｒ₁ （−）と
し、副反射鏡４３５の曲率半径をｒ₂ （−）とした場
合、ｆ₁ ＝ｒ₁ ／２、ｆ₂ ＝−ｒ₂ ／２関係を考慮し
て、実像を得る条件は、（ｒ₁ −２ｄ）・ｒ₂ ／２（ｒ₁ −ｒ₂ −２ｄ）＞０である。ここで、ｒ₂ ＜０を考慮して、 −（ｒ₁ ）／２＞−ｄ＞−（ｒ₁ ／２）＋（ｒ₂ ／２） −（２／ｒ₁ ）＞（１／ｆ）＞０の条件を得る。

【００４２】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。

【００４３】例えば、第１実施例で、光源部２と検出装
置７との位置関係は置き換えることができる。すなわ
ち、光源部２からの照射光を、ペリクルハーフミラー５
で偏向して凹面反射鏡３に導き、試料表面４ａで反射さ
れて凹面反射鏡３によって集束される反射光を、ペリク
ルハーフミラー５を透過させた後、開口絞り６を備える
検出装置７に導く構成としてもよい。もっとも、この場
合、試料表面４ａから検出装置７に至るまでに一回の反
射面を経るだけなので、正立像を得ることができない。

【００４４】また、上記実施例の検査装置では、ペリク
ルハーフミラー５を光源部２と凹面反射鏡３との間に配
置する場合について説明したが、ペリクルハーフミラー
５を凹面反射鏡３と試料４との間に配置することもでき
る。この場合、ペリクルハーフミラー５の直径をアパー
チャ３２、すなわち試料４の直径以上に大きくしなけれ
ば、均質な画像を得ることができない。

【００４５】さらに、上記実施例の検査装置では、光源
部２の発光源としてハロゲンランプ２１を用いる場合に
ついて説明したが、発光源としてキセノンランプなどを
用いることもできる。発光源として何を用いるかは、検
査対象物（試料４）の性質によって決定される。例え
ば、半導体ウェーハなどのように反射率の比較的高いも
のを検査する場合には、ハロゲンランプまたはキセノン
ランプのいずれを用いることとしても良いが、ガラス基
板のように反射率の比較的低いものを検査する場合に
は、輝度の大きいキセノンランプを用いることが好まし
い。したがって、検査対象物の性質によって発光源を適
宜変更できるような構成にしておいてもよい。

【００４６】さらに、上記実施例の検査装置では、光源
部２にコンデンサレンズ２４を組み込んだ場合について
説明したが、コンデンサレンズ２４を除いた構成とする
こともできる。この場合、楕円リフレクタ２６の一方の
焦点にハロゲンランプ２１が設置され、その他方の焦点
にピンホール２５が設置される。その結果、楕円ミラー
の性質から楕円リフレクタ２６で反射された光はピンホ
ール２５の位置で集束され、この集束点に点光源を置い
たのと同じ状態となる。なお、楕円リフレクタ２６の代
わりにパラボラリフレクタを用いても良い。この場合に
は、パラボラリフレクタを出た光はその光軸に平行に進
むので、コリメートレンズを別途設け、このコリメート
レンズによりピンホール２５の位置に集束するようにす
ればよい。

【００４７】さらに、第２実施例のロッドガラス２２８
ｂを円錐ミラーに置き換えた構成も可能である。この場
合、ライトガイドファイバ２２９からの出射光は、円錐
ミラーの内面で反射つつ進み、ピンホール２５の開口に
集光される。

【００４８】さらに、上記以外の光源部２として、ロッ
ドガラス２２８ａ、２２８ｂを用いないで、ライトガイ
ドファイバ２２９の出射端側から凹面反射鏡３に直接照
射するタイプのものも使用可能である。

【００４９】さらに、上記実施例の検査装置では、点光
源形成のためにピンホール２５を用いたが、これをスリ
ットとすることもできる。この場合、光源からの照射光
の出射角度を広くとることができる。

【００５０】さらに、上記実施例の検査装置では、波長
選択フィルタ２７として干渉フィルタを用いる場合につ
いて説明したが、波長選択フィルタ２７として例えば色
ガラスフィルタを用いることもできる。また、波長選択
フィルタ２７は不可欠の要素ではなく、その設置場所は
ペリクルハーフミラー５と凹面反射鏡３との間であって
もよい。

【００５１】さらに、上記実施例の検査装置では、波長
選択フィルタ２７のみを用いる場合について説明した
が、波長選択フィルタ２７とともに、或いは波長選択フ
ィルタ２７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４ａ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４ａ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２１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。

【００５２】さらに、上記実施例の検査装置では、ペリ
クルハーフミラー５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
ースト光が検出装置７内で検出されることを防止でき
る。

【００５３】さらに、上記実施例の検査装置では、凹面
反射鏡３の口径および焦点距離を１００ｍｍおよび１０
００ｍｍとしたが、これに限定されるものではなく、検
査装置の用途に応じて各種口径及び焦点距離の凹面反射
鏡３を用いることができる。例えば、大口径（〜１００
０ｍｍ程度）の液晶デバイス等の試料であっても、これ
に対応させて凹面反射鏡３の直径を大きくすることによ
り、試料全体を一度に観測することもできる。また、凹
面反射鏡３の焦点距離も任意に設定できるが、原理上
は、焦点距離が長いほど検出性能が高まる。さらに、検
査精度を維持するため、凹面反射鏡３の研磨面精度は限
界値としてλ／４よりも良い方が望ましい。さらに、同
軸の放物面ミラーを用いる場合、斜めから入射させるこ
とに起因する非点収差、コマ収差等を除去することがで
きないので、Ｆ値を１０以上として収差が極端に増大す
ることを防止する必要がある。

【００５４】さらに、凹面反射鏡３と試料表面４ａとの
間隔も任意に設定できる。ただし、この間を凹面反射鏡
３の焦点距離以下の範囲で相当短くした場合、照射光を
斜めから入射させる角度を大きくする必要が生じ、収差
の原因が増大する。なお、原理上、凹面反射鏡３の焦点
距離凹面反射鏡３と試料表面４ａとの間隔が長いほど光
学系部分の検出性能（感度）が高まるが、装置の光学系
部分が大型化してしまうといった問題がある。

【００５５】さらに、第４および第５実施例で使用する
副反射鏡４３５、５３５の焦点距離も任意である。ただ
し、凹面反射鏡３との合成焦点距離を長くした方が、光
学系部分をコンパクトにしたままでその検出性能（感
度）を高めることができる。なぜなら、この合成焦点距
離の大きさに比例して試料表面４ａの凹凸の検出能力が
高まるからである。また、副反射鏡４３５、５３５から
離れた位置に集光する方が、光源部２、検出装置７の配
置設計、遮光が簡単となる。

【００５６】さらに、第５実施例で使用する凹面反射鏡
５０３は、軸外放物面ミラーであるが、ドーナッツ型の
同軸の放物面ミラーとすることもできる。この際、ドー
ナッツ型の放物面鏡の光軸と副反射鏡５３５の光軸とは
一致させる。

【００５７】さらに、ペリクルハーフミラー５と開口絞
り６との間に格子状フィルタを設けることができる。こ
の格子状フィルタは縞格子状の溝が形成されたものであ
って、光を回折する働きをする。この格子状フィルタに
よって比較的大きな散乱角をもって散乱された光が開口
絞り６の開口に導かれることになる。同様の目的を達成
するため、格子状フィルタを用いずに、開口絞り６およ
び必要ならばＣＣＤ７４を光軸に対して偏心させるよう
にしてもよい。

【００５８】さらに、上記実施例の検査装置では、ＣＣ
Ｄ７４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な光学系としてもよい。さら
に、ＣＣＤ７４のかわりにフォトマルなどの光電管を用
いてもよい。

【００５９】さらに、ＣＣＤ７４から入力したビデオ信
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
凹凸部等の輪郭部分の内側の状態や輪郭部分自体を観察
する場合、映像を見易い輝度で観察することができるこ
ととなる。

【００６０】さらに、上記実施例の検査装置では、開口
絞り６としてアイリス絞り等を用いたが、固定的な円形
開口部が設けられた開口絞りを設け、この開口絞りを光
軸方向に移動させるようにして使用するようにしてもよ
い。

【００６１】さらに、上記実施例の検査装置では、後像
空間焦平面に対応する位置そのものに開口絞り６を設け
たが、その設置位置は後像空間焦平面に対応する位置の
近傍であってもよい。

【００６２】さらに、上記実施例の検査装置では、一組
の光源部２、凹面反射鏡３および検出装置７を用いて検
査装置を構成しているが、さらに別の一組以上の光源
部、凹面反射鏡および検出装置を併設して検査装置を構
成することができる。さらに、試料表面４ａの局所を観
測する等の場合には、新たな凹面反射鏡にかえて、照射
光の平行化と反射光の集束のため小径で高精度のコリメ
ートレンズを用いることもできる。この場合、凹面反射
鏡３からの照射光が投影される位置と、別設のコリメー
トレンズからの照射光が投影される位置との間でチルト
ステージ３３を移動させる必要を生じる。或いは、一組
の光源部２、凹面反射鏡３および検出装置７と、別の一
組の光源部、凹コリメートレンズおよび検出装置とを必
要に応じてチルトステージ３３に対向させる必要が生じ
る。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、試料表面からの反射光
のうち、その入射方向と逆方向に反射される戻り光は、
凹面反射鏡の後像空間焦平面に対応する位置またはその
近傍に配設された開口絞りを通過し、それ以外の方向に
反射される散乱光は、この開口絞りによってそのほとん
どが遮断される。したがって、開口絞りの後方には、試
料表面からの反射光のうちの上記戻り光によって２次元
的な明暗パターンが形成される。この明暗パターンは、
試料表面の凹凸、反射率等の状態を反映しており、この
明暗パターンの測定により試料表面の２次元的状態を一
時に観測することができる。この場合、試料にピントを
合わせて観測できる上、開口絞りによって散乱光のほと
んどが除去できるため、得られる明暗パターンの鮮明度
が著しく向上されることになる。また、点光源からの照
射光を試料表面に導いてこれからの反射光を集束する光
学素子として、凹面反射鏡を用いているので、コリメー
トレンズを用いている場合に比較して、比較的大きな半
径の領域を簡易に低収差で観測することができ、かつ検
査装置を安価なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の検査装置の概略構成図である。

【図２】第２実施例の検査装置の概略構成図である。

【図３】第３実施例の検査装置の概略構成図である。

【図４】第４実施例の検査装置の概略構成図である。

【図５】第５実施例の検査装置の概略構成図である。

【図６】図５の検査装置の光学系のモデルを示す図であ
る。

【符号の説明】

２光源３凹面反射鏡４ａ試料表面５ペリクルハーフミラー６開口絞り７検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点光源からの照射光を平行光束として試
料表面に導くとともに、その試料表面から戻って来た反
射光を集束する凹面反射鏡と、その凹面反射鏡の後像空
間焦平面に対応する位置またはその近傍に配設された開
口絞りとを備える検査装置。
【請求項２】前記凹面反射鏡から試料表面に入射する
照射光の光路が、前記光源から前記凹面反射鏡に入射す
る照射光の光路から、比較的小さな角度で外されている
ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】前記光源と前記凹面反射鏡との間に凸面
の副反射鏡を設け、前記光源から前記副反射鏡に入射す
る照射光の光路と、前記凹面反射鏡から試料表面に入射
する照射光の光路とをほぼ平行としていることを特徴と
する請求項２記載の検査装置。