JPH09166519A - 表面観察光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検面の非観察対象部位からの光が観察面に
入射するのを防ぎ、観察面上に形成される被検面の像の
明暗のコントラストを向上させることができる表面観察
光学系を提供する。 【構成】 絞り４を光源部と被検面１との間に設け、被
検面１の観察対象部位１０ａ以外の部位（非観察対象部
位１０ｂ）には照明光が照射されないように照明光３０
ａの照射範囲を制限する。これにより、非観察対象部位
１０ｂからの反射光は存在せず、その結果非観察対象部
位１０ｂからの反射光が像２０ａへの入射するのを防
ぎ、絞り４を設けない場合に比べ像２０ａの明暗のコン
トラストを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被検面であるレ
ンズやミラーなどの表面に照明光を照射し、被検面にお
いて反射した反射光を受けて観察面であるスクリーンや
イメージセンサの受光部などに被検面の像を形成し、こ
の像から被検面の微小な凹凸や傷などを検出する表面観
察光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】古来より、魔鏡と呼ばれる鏡に太陽光な
どを入射した場合、その鏡により反射された光が壁など
に導かれ、その壁面上で明暗の模様を有する像が観察さ
れることが知られている。この明暗模様は、鏡の表面に
形成された微小な凹凸に対応したものである。

【０００３】この魔鏡による現象を利用して、レンズ、
ミラー、半導体ウェハなどの表面についた微小な凹凸や
傷などを検出する方法（以下、「魔鏡法」という。）が
従来より知られている。例えば、特公昭６３−１９００
１号公報では、光源からの光を集光して被検面に照射す
る集光レンズと、この被検面からの反射光を集光して受
光面に被検面の像を形成する受光用レンズとを備えた魔
鏡法による表面の検査装置および検査方法が開示されて
いる。

【０００４】図４は従来の表面観察光学系を示す図であ
る。この表面観察光学系では、図示されない光源部より
平行光である照明光１３０が一様な明るさで平面状の被
検面１０１上に照射され、被検面１０１において反射し
た反射光１３１は平行光のまま観察面１０２に入射し、
被検面１０１の像１２０を形成する。

【０００５】ここで、被検面１０１のうち照明光が照射
された範囲（以下、「照射範囲」という。）１１０に微
小な凹凸や傷などが存在する場合、その微小な凹凸や傷
などで反射した光は反射光１３１と平行ではなくなり、
その凹凸や傷などに対応して像１２０に明暗が現れるこ
ととなる。したがって、像１２０の明暗を観察すること
により、照射範囲１１０における被検面１０１上の微小
な凹凸や傷などを検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】魔鏡法を用いた表面観
察光学系では、図４に示すように、被検面１０１と観察
面１０２とを光学的に非共役な関係に配置にすることに
より、被検面１０１上の微小な凹凸や傷などを観察面１
０２上に形成された像１２０の明暗から検出している。
このとき、照射範囲１１０に、凹凸などの検査を要する
観察対象部位１１０ａと検査の必要がない非観察対象部
位１１０ｂとが存在する場合に問題が生じる。観察対象
部位１１０ａにおいて反射した反射光は観察面１０２に
観察対象部位１１０ａの像１２０ａを形成することか
ら、像１２０ａの明暗を観察することにより、観察対象
部位１１０ａ上の微小な凹凸や傷などを検出することが
できる。しかし、観察対象部位１１０ａのみならず非観
察対象部位１１０ｂにも、照明光１３０が入射するた
め、当該非観察対象部位１１０ｂに存在する微小な凹凸
や傷などで反射した光が観察すべき像１２０ａ上にも入
射してしまい、観察対象部位１１０ａの像１２０ａの明
暗のコントラストを下げ、検査の信頼性を下げるという
問題が生じる。

【０００７】そこで、この発明の目的は、上記課題に鑑
みなされたもので、被検面のうち観察対象部位以外の部
位（非観察対象部位）からの光が観察面に入射するのを
防ぐことにより、観察面上に形成される被検面の像の明
暗のコントラストを上げ、検査の信頼性を向上させるこ
とができる表面観察光学系を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明に係る表面観察光学系は、観察対象である
観察対象部位を有する被検面に向けて照明光を照射する
光源部と、前記被検面において反射した反射光を受けて
前記被検面の像を形成する観察面とを備え、前記被検面
と前記観察面とを光学的に非共役な関係に配置した表面
観察光学系において、前記光源部と前記被検面との間
に、前記被検面への照明光の照射範囲を前記観察対象部
位に制限する絞りを配置している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００１０】図１はこの発明に係る表面観察光学系の第
１の実施形態を示す図である。この表面観察光学系は、
平面状の被検面１の観察対象部位１０ａにおける微小な
凹凸や傷などを検出するものであり、図示されない光源
部、光源部と被検面１との間に配置された絞り４および
被検面１からの反射光を受けて被検面１の像を形成する
観察面２を備えている。この表面観察光学系では、図示
されない光源部から平行光またはほぼ平行光である照明
光３が被検面１に向かって照射される。照明光３は絞り
４により絞られ、照明光３０ａとなってほぼ被検面１の
観察対象部位１０ａに一様に入射する。そして、被検面
１が平面であれば、観察対象部位１０ａにおいて反射し
た反射光３１は平行光のまま観察面２に入射し像２０ａ
を形成する。

【００１１】ここで、観察対象部位１０ａに微小な凹凸
や傷などが存在した場合、その微小な凹凸や傷などで反
射した光は反射光３１と平行ではなくなり、その結果、
凹凸などに対応して像２０ａに明暗が現れることとな
る。したがって、像２０ａの明暗を観察することによ
り、被検面１の観察対象部位１０ａにおける微小な凹凸
や傷などの存在を検出することができる。

【００１２】また、図１に示される表面観察光学系で
は、絞り４を図示されない光源部と被検面１との間に設
けることにより、被検面１の観察対象部位１０ａ以外の
部位、つまり非観察部位１０ｂには照明光が照射されな
いよう照射範囲が制限されるため、非観察対象部位１０
ｂからの反射光は存在せず、その結果、たとえ非観察対
象部位１０ｂに微小な凹凸や傷などが存在したとして
も、像２０ａへの悪影響は全くない。したがって、絞り
４を設けない場合に比べ、像２０ａの明暗のコントラス
トを上げることができ、検査の信頼性を向上させること
ができる。

【００１３】図２はこの発明に係る表面観察光学系の第
２の実施形態を示す図である。この表面観察光学系は、
凸球面状の被検面１の観察対象部位１０ａにおける微小
な凹凸や傷などを検出するものであり、光源部５、絞り
４、レンズ６０、ハーフミラー６１および観察面２を備
えている。光源部５は光源５０、レンズ５１およびピン
ホール板５２により構成されている。光源５０およびピ
ンホール板５２は光学的にほぼ共役な関係に配置されて
おり、光源５０から発せられた光はレンズ５１により、
ピンホール板５２に設けられたピンホール５３の位置に
集光した後、このピンホール５３から照明光３となって
被検面１側に出射される。照明光３は絞り４により絞ら
れ、レンズ６０により集光された後、照明光３０ａとな
ってハーフミラー６１を透過し、被検面１の観察対象部
位１０ａに入射する。観察対象部位１０ａおいて反射し
た反射光３１はハーフミラー６１においてさらに反射
し、観察面２に入射して像２０ａを形成する。ただし、
このとき、反射光３１が平行光となるようにするため
に、レンズ６０による照明光３０ａの集光点７２が、光
軸ＯＡと被検面１とが交わる点（鏡心）７０と被検面１
の球面の中心（球心）７１との中点（球面における焦
点）となるようにレンズ６０を設定する。

【００１４】ここで、観察対象部位１０ａに微小な凹凸
や傷などが存在した場合、その微小な凹凸や傷などで反
射した光は反射光３１と平行ではなくなり、その結果、
凹凸などに対応して像２０ａに明暗が現れることとな
る。したがって、像２０ａの明暗を観察することによ
り、被検面１の観察対象部位１０ａにおける微小な凹凸
や傷などを検出することができる。

【００１５】また、図２に示される表面観察光学系で
は、絞り４を光源部５とレンズ６０との間に設けること
により、被検面１のうち観察対象部位１０ａ以外の部
位、つまり非観察対象部位には照明光が照射されないよ
う照射範囲が制限されるため、非観察対象部位１０ｂか
らの反射光は存在せず、その結果、たとえ非観察対象部
位１０ｂに微小な凹凸や傷などが存在したとしても、像
２０ａへの悪影響は全くない。したがって、絞り４を設
けない場合に比べ、像２０ａの明暗のコントラストを上
げることができ、検査の信頼性を向上させることができ
る。

【００１６】図３はこの発明に係る表面観察光学系の第
３の実施形態を示す図である。この表面観察光学系は、
凹球面状の被検面１の観察対象部位１０ａにおける微小
な凹凸や傷などを検出するものであり、その基本構成は
図２に示す表面観察光学系と同じである。ただし、反射
光３１が平行光となるようにするために、レンズ６０を
介して被検面１に照射される照明光３０ａを逆延長した
仮想的な集光点７２が、光軸ＯＡと被検面１とが交わる
点（鏡心）７０と被検面１の球面の中心（球心）７１と
の中点（球面における焦点）となるようにレンズ６０を
設定する。

【００１７】図３に示す表面観察光学系では、図２に示
す表面観察光学系と同様の理由により、像２０ａの明暗
を観察することにより、被検面１の観察対象部位１０ａ
における微小な凹凸や傷などを検出することができる。

【００１８】また、絞り４を光源部５とレンズ６０との
間に設けることにより、被検面１のうち観察対象部位１
０ａ以外、つまり非観察対象部位１０ｂには照明光が照
射されないよう照射範囲が制限されるため、非観察対象
部位１０ｂからの反射光は存在せず、その結果、たとえ
非観察対象部位１０ｂに微小な凹凸や傷などが存在した
としても、像２０ａへの悪影響は全くない。したがっ
て、絞り４を設けない場合に比べ、像２０ａの明暗のコ
ントラストを上げることができ、検査の信頼性を向上さ
せることができる。

【００１９】以上、図１、図２および図３に示される実
施形態について説明したが、この発明は、上記実施形態
に限定されるものではない。例えば、図１、図２および
図３に示される実施形態において、絞り４は光源部５と
被検面１との間であればどこに設けてもよく、図２およ
び図３においては、レンズ６０と被検面１との間、また
は光源部５内の光源５０とピンホール板５２の間に設け
るなどしてもよい。

【００２０】また、図１、図２および図３に示される実
施形態において、絞り４の大きさおよび形状については
固定であってもよいし、あるいは可変であってもよい。
特に、観察面２がイメージセンサの受光部である場合、
一般に観察面２は長方形となるため、絞り４の開口形状
を長方形にすることにより、イメージセンサの受光部を
有効に利用しつつ像２０ａのコントラストを上げること
ができる。

【００２１】さらに、図１、図２および図３に示される
実施形態では、反射光３１が平行光となるようにしてい
るが、像２０ａの大きさが観察に適した大きさの範囲内
であれば、反射光３１が集束光あるいは発散光となるよ
うな光学系に設定してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、光源部と被検面との間に絞りを設けて被検面へ
の照明光の照射範囲を観察対象部位に制限するので、被
検面の観察対象部位以外の部位（非観察対象部位）に照
明光を照射することがない。その結果、非観察対象部位
からの不要な光が観察面に入射するのを防ぐことができ
る。これにより、観察面上に形成される被検面の像の明
暗のコントラストを上げることができ、検査の信頼性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる表面観察光学系の第１の実施
形態を示す図である。

【図２】この発明にかかる表面観察光学系の第２の実施
形態を示す図である。

【図３】この発明にかかる表面観察光学系の第３の実施
形態を示す図である。

【図４】従来の表面観察光学系を示す図である。

【符号の説明】

１ 被検面 ２ 観察面 ４ 絞り ５ 光源部 １０ａ 観察対象部位 １０ｂ 非観察対象部位 ２０ａ 像 ３０ａ 照明光 ３１ 反射光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察対象である観察対象部位を有する被
   検面に向けて照明光を照射する光源部と、前記被検面に
   おいて反射した反射光を受けて前記被検面の像を形成す
   る観察面とを備え、前記被検面と前記観察面とを光学的
   に非共役な関係に配置した表面観察光学系において、 前記光源部と前記被検面との間に、前記被検面への照明
   光の照射範囲を前記観察対象部位に制限する絞りを配置
   したことを特徴とする表面観察光学系。