JP2008026226A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面検査装置において、簡素な構成により色ムラや明るさの不均一性を低減して被検体の画像を良好に観察することができるようにする。
【解決手段】表面検査装置１を、光源ユニット２と、ウエハ７を照明するための光ファイバ３、照明レンズ４からなる照明手段と、ウエハ７の表面からの表面放射光１２を撮像するラインＣＣＤ１０と、表面放射光１２をラインＣＣＤ１０に導く観察光学系とを有し、観察光学系は、ウエハ７の表面を物体面として、物体面側から直交する２軸方向でパワーが異なる反射面を少なくとも１つ含むことにより物体面側をテレセントリック光学系とする補正光学系６と、補正光学系６により導かれた表面放射光１２をラインＣＣＤ１０に結像する撮像光学系９が配置された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は表面検査装置に関する。例えば、ウエハあるいは液晶ガラス基板等のように表面に薄膜を備えた基板や表面に周期的なパターンが形成された基板等の被検体の表面の欠陥を検査する表面検査装置に関する。

従来、例えば、ウエハや液晶ガラス基板等の製造プロセスラインにおいて、これらウエハや液晶ガラス基板を被検体として、その表面の欠陥を検査する表面検査装置が知られている。
このような表面検査装置として、例えば、特許文献１には、被検体の直前に観察視野と略等しい大きさを有するコリメータレンズを配し、光源からの光を略平行光束として被検体に入射し、被検体からの反射光、散乱光のうち、コリメータレンズを透過した光を結像レンズでＣＣＤ上に結像して、被検体の表面を検査する表面欠陥検査装置が記載されている。
また、特許文献２には、表面検査装置と技術分野は異なるが、関連性のある技術として、マイクロデバイスを製造するための露光装置における反射屈折型の投影光学系において、偏心配置した２つのレンズからなる補償光学素子を備えることで物体側のテレセントリシティの誤差を良好に補償するようにした照明光学装置が記載されている。
特開平７−２７７０９号公報 特開２００４−３４２７１１号公報

しかしながら、上記のような従来の表面検査装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、被検体を観察するための光学系として、ある拡大率を持って被検体面上の画像をＣＣＤ等の像面に投影する結像光学系と、物体面である被検体面に対して取り込む光束の光軸が略平行にするための手段としてのコリメータレンズとを用いている。
このコリメータレンズのように、物体面側をテレセントリック光学系にするためのレンズは、少なくともメリジオナル面内においてパワーを有し、像高によって屈折する角度を大きく変化させることが要求される。したがって、レンズ単体のメリジオナル方向の厚さ（SAG量）が大きくなり、大きな色収差が発生してしまう。特に、このレンズで発生した瞳の色収差は、撮像レンズで補正することが難しいため、色収差の少ない像を観察するには、色補正用の他の光学系を設けることが必要となる。その結果、部品コストが増大してしまうという問題がある。
一方、特許文献２には、物体側のテレセントリシティの誤差を良好にした反射屈折型の投影光学系の技術が記載されているが、偏心配置する補償光学素子は屈折光学系であり、反射素子は光束を光軸からずらして入射するために用いられているもので、光束を折り曲げるパワーを有しない反射面である。
また、光学系として、表面検査装置に用いるフィールド光学系の構成とは異なっており、フィールド光学系の色収差補償に適用できる技術ではない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、色ムラや明るさの不均一性を低減して被検体の画像を良好に観察することができる簡素な構成の表面検査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の表面検査装置は、光源と、該光源から出射される光により被検体を照明する少なくとも１つの照明手段と、該照明手段で照明された前記被検体の表面からの光を撮像する撮像手段と、前記被検体の表面からの光を前記撮像手段に導く観察光学系とを有し、前記観察光学系は、前記被検体表面を物体面として、物体面側から直交する２軸方向でパワーが異なる反射面を少なくとも１つ含むことにより物体面側をテレセントリック光学系とする補正光学系と、該補正光学系により導かれた前記被検体の表面からの光を前記撮像手段に結像する撮像光学系とが配置された構成を備える。
この発明によれば、直交する２軸方向でパワーが異なる反射面を少なくとも１つ含む補正光学系により、被検体表面を物体面として、物体面側をテレセントリック光学系とするので、被検体表面からの光が視野内にわたって同一の入射角度で入射し、視野内の光強度が均一となる。またテレセントリック光学系を屈折光学系のみで構成した場合に比べて、瞳の色収差の発生を抑制することができる。

本発明の表面検査装置によれば、直交する２軸方向でパワーが異なる反射面を少なくとも１つ含む補正光学系により物体側をテレセントリック光学系とするので、屈折光学系を用いる場合に比べて簡素な構成によって、色ムラや明るさの不均一性を低減して被検体の画像を良好に観察することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の平面図である。図３、４は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視および正面視の光路図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。

本実施形態の表面検査装置１は、表面に薄膜を備えた基板や表面に周期的なパターンが形成された基板などの被検体の表面の欠陥を検査するための装置である。表面検査装置１は、被検体上を平面的に照明して被検体を２次元的に撮像することにより、被検体像を得るように構成してもよいが、本実施形態では、被検体上のライン状または一方向に延びる帯状の領域（以下、単に、ライン状領域と称する）を照明し、被検体を１次元的に撮像し、撮像領域を長手方向に直交する方向に順次移動して、被検体の２次元的画像を取得するようにしている。
被検体としては、例えば、半導体ウエハ、液晶ガラス基板などが挙げられるが、以下では、一例として被検体が円板状のウエハ７の場合で説明する。
表面検査装置１の概略構成は、図１、２に示すように、移動ステージ８、光源ユニット２（光源）、光ファイバ３（照明手段）、照明レンズ４（照明手段）、ハーフミラー５、補正光学系６、平行平板Ｇ１（偏心収差補正素子）、撮像光学系９、およびラインＣＣＤ１０（撮像手段）からなる。この他、特に図示、説明はしないが、表面検査装置において周知の構成、例えば、装置動作を制御する制御手段や、ラインＣＣＤ１０が撮像した画像データを画像処理して欠陥検出を行う画像処理部などを備えている。

移動ステージ８は、例えば吸着機構やチャック機構などによってウエハ７を保持し、ライン照明光１１が照射されるウエハ７上のライン状領域Ｒに直交する方向に移動できるようにした載置台である。移動ステージ８の移動動作は、不図示の制御手段によりラインＣＣＤ１０の撮像タイミングと同期して制御される。そのため、ラインＣＣＤ１０が１ライン分の画像を撮像する間に、１ラインの画素幅の距離を移動することができるようになっている。

光源ユニット２は、適宜波長のライン照明光１１を発生するためのもので、本実施形態では、ハロゲンランプ２ａをリフレクタで反射し、結合レンズ２ｃで光ファイバ３に結合するように構成されている。また、必要に応じて、単色光または複数の波長光を含むレーザ光源や、ＬＥＤ光源などを採用することもできる。
光ファイバ３は、光源ユニット２によって結合された光を導光し、ライン状に並べられた複数の出射端から放射状のライン照明光１１を照射するものである。
照明レンズ４は、光ファイバ３から放射されたライン照明光１１を集光し、ハーフミラー５、補正光学系６を介して、ウエハ７上のライン状領域Ｒに略一定の入射角θ_２で入射させるシリンドリカルレンズ等の光学素子である。
光ファイバ３と照明レンズ４とは、本実施形態において照明手段を構成している。

このように本実施形態の照明手段は、光ファイバ３を用いて、光源ユニット２からの光を導光するため、照明レンズ４の位置、姿勢を光源ユニット２の光軸に対して容易に変えることができ、それぞれの配置の自由度が高くなるので装置構成が容易となるという利点がある。

ハーフミラー５は、撮像光学系９と補正光学系６との間の光路中に配置され、照明レンズ４によって略平行光束とされたライン照明光１１を反射して撮像光学系９と補正光学系６とから構成される観察光学系の光軸上に導入するものである。

補正光学系６は、ウエハ７上のライン状領域Ｒから略一定の出射角θ_２の方向に放射される表面放射光１２を反射して撮像光学系９に導くもので、ウエハ７の表面を物体面としたときに、物体面側をテレセントリックとする反射光学系である。
本実施形態では、直交する２軸方向でパワーが異なる反射面により構成され、ライン状領域Ｒから出射角θ_２の方向を中心に放射される光を略平行光束に集光し、撮像光学系９の入射瞳に導くようになっている。そのため、撮像光学系９とともに、ライン状領域ＲとラインＣＣＤ１０の撮像面１０ａとを共役の位置とする観察光学系を構成している。

また、本実施形態では、補正光学系６は、撮像領域となるライン状領域Ｒが延びる方向および撮像光学系９の光軸に直交する方向に配置され、補正光学系６で反射される前後の光軸を含む面に対して、面対称となるように配置される。

角度θ_２は、検査の必要に応じて設定することができるが、本実施形態では、次の条件式（２）の範囲に設定する。
０°≦θ_２≦８０° ・・・（２）
この場合、入射角θ_２＝０°では、被検体を真上から観察することになり、被検体の内部まで観察したい場合に有効である。すなわち、ウエハ７に真上から入射するライン照明光１１の正反射光である表面放射光１２を観察することができる。
また、入射角θ_２が、０°より大きいと、被検体に対して斜めから観察することになるため、表面層を観察する場合に有効である。
０°＜θ_２≦８０°では、ウエハ７から斜め方向に放射される光、例えば、ウエハ７からの回折光や散乱光を観察することができる。
ただし、入射角θ_２が８０°より大きくなると、補正光学系から被検体までの光軸と被検体が近接しすぎるため、補正光学系が被検体に干渉してしまう。本実施形態では、角度θ_２が８０°を超えないように設定することで、補正光学系６がウエハ７に近づきすぎないようにしているため、補正光学系６からウエハ７までの距離をあまり長くすることなく、補正光学系６とウエハ７との干渉を避けることができる。そのため、コンパクトな装置を構成することができる。

表面検査装置１では、補正光学系６が、撮像光学系９の光軸に対して傾いて配備され、補正光学系６の反射した前後の光軸のなす角度をθ_１とするとき、次の条件式（１）を満足するようにする。
１０°≦θ_１≦９０° ・・・（１）
この場合、被検体に対する観察手段の各光学系の配置が良好となり、補正光学系で発生する偏心による収差量を小さく抑えることができる。
角度θ_１が１０°より小さくなると、撮像光学系から補正光学系までの光軸と、補正光学系から被検体までの光軸が近接しすぎるため、観察光学系から補正光学系までの光軸と被検体とが干渉してしまう。
角度θ_１が９０°より大きくなると、補正光学系で発生する偏心による収差が大きくなりすぎ、観察像の解像が低下してしまう。

以下では、補正光学系６の反射面の配置角度に関して、補正光学系６で反射される前後の光軸を含む面をエレベーション面と称し、エレベーション面内の角度を、例えばウエハ７表面を基準面として測ってエレベーション角と称する。また、エレベーション面に直交し、撮像光学系９の光軸を含む面をアジマス面と称し、アジマス面内の角度を、例えば撮像光学系９の光軸を基準として測ってアジマス角と称する。
すなわち、補正光学系６の基準軸は、アジマス面内では、アジマス角が０°であってかつ光軸に対して偏心することのないように配置されている。
一方、エレベーション面内の反射面は、光軸に対して傾いて配置されることによる偏心収差を補正するために、光軸に対して適宜シフト偏心、あるいはティルト偏心して配置されることが好ましい。

補正光学系６で反射される前後の光軸の角度θ_１は、上記条件式（１）を満足する配置としている。これにより、エレベーション面内における撮像光学系９の反射面に対する入射角が良好な範囲となり、偏心収差の発生を低減することができるので、偏心収差による解像度低下を抑制することができる。また、反射前後の光軸が互いに近づきすぎることがないので、例えば、反射ミラーなどにより光路を折り曲げたりすることなくレイアウトすることができる。そのため簡素な構成の装置を構成することができる。

補正光学系６のパワーは、エレベーション面内と、エレベーション面に直交する面内とでは、それぞれパワーが異なる構成とされる。このような直交する２軸方向でパワーが異なる反射面としては、例えば、回転非対称面からなる自由曲面、シリンドリカル面、トロイダル面、アナモルフィック面などを採用することができる。
本実施形態では、図３、４に示すように、エレベーション面（図４の紙面）に平行な平面内で基準軸に対して非対称で、エレベーション面に直交する方向（図３参照）で、基準軸に対して面対称となる回転非対称面からなる自由曲面を採用している。このような自由曲面の定義式は、後述する実施例１に示した。
このように、本実施形態では、補正光学系６の回転非対称反射面のパワー配置が、エレベーション面に平行な平面内で光軸に対して非対称になっている。そのため、各光学素子の面形状の非対称性に加えて、面配置の非対称性をも持たせることができる。その結果、補正光学系の光学素子をより簡素な面形状としても、偏心収差を効率的に補正することができるから、自由曲面などにより製作する場合に、より製作の容易な自由曲面を採用することが可能となる。

撮像光学系９は、平行平板Ｇ１からラインＣＣＤ１０の撮像面までの全体で、エレベーション面内でライン状領域Ｒの中心と補正光学系６の基準軸の反射面上の位置によって決まる光軸に対してティルト偏心させることにより、補正光学系６により発生する偏心収差をキャンセルあるいは低減する方向の偏心収差を発生させることができる。平行平板Ｇ１は、撮像光学系のカバーガラスであるが、必要に応じて、波長選択フィルタなどを兼用してもよい。平行平板の代わりに偏心収差を補正するため、例えばクサビ状のプリズム等の光学素子を撮像光学系９と補正光学系６との間に設けてもよい。
本実施形態では、偏心収差の補正を行うため、平行平板Ｇ１の物体側の面と光軸の交わる点を基準軸にしてエレベーション面内でティルト偏心させることで、偏心収差による色収差を低減するようにしている。

撮像光学系９は、補正光学系６で反射されハーフミラー５、平行平板Ｇ１を透過した表面放射光１２を、ラインＣＣＤ１０の撮像面１０ａ上に適宜倍率で結像する光学系である。
例えば、本実施形態では、一例として、図３に示すように、像面側から、レンズＬ１〜Ｌ９が順に配置された構成を採用している。レンズＬ１〜Ｌ９は、それぞれ、像面側が凸の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、像面側が凸の正メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、両凹レンズ、物体面側が凸の正メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体面側が凸の負メニスカスレンズからなる。このうち、レンズＬ１とレンズＬ２、レンズＬ４とレンズＬ５は、それぞれ接合レンズとなっている。絞りＳ１は、レンズＬ５、Ｌ６の間に配置されている。

撮像光学系９の像側のｆナンバｆ_ｎｏは、次の条件式（３）を満足するようにする。
１．４≦ｆ_ｎｏ≦１２ ・・・（３）
この場合、条件式（３）は、撮像光学系の明るさの範囲を規定したものであり、すなわち、撮像する光学系の解像度を規定するものである。
ｆ_ｎｏが１．４より小さくなると、ある程度解像度を保つためには焦点距離が短い光学系とする必要があるため、観察光学系で撮像する範囲が非常に狭くなる。そのため、被検体の全面の表面検査をするためにかかる時間が非常に長くなり、検査効率が著しく低下してしまう。
ｆ_ｎｏが１２を超えて大きくなると、撮像光学系における解像度が低い光学系となり、検査精度が著しく低下してしまう。
これにより、解像度と焦点距離とのバランスがとれた光学系となるので、例えば半導体ウエハなどのように、２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度の撮像範囲であっても良好な検査精度が得られる解像度で被検体の画像を取得することができる。そのため、撮像範囲を細かく分けることで検査のための走査時間が増大することなく、効率的な検査を行うことができる。

ラインＣＣＤ１０は、撮像光学系９により撮像面１０ａ上に結像されたライン状領域Ｒのウエハ７の画像を撮像する１次元撮像素子である。

次に、表面検査装置１の動作について、光路の順に沿って説明する。
ウエハ７は、移動ステージ８により、一定速度でライン状領域Ｒに直交する方向に移動される。この移動速度は、ラインＣＣＤ１０の１ライン分の撮像時間で、ラインＣＣＤ１０の１画素分が移動するように制御される。

光源ユニット２で発生されたライン照明光１１は、光ファイバ３に光結合され、ライン状に配列された光ファイバ３の出射端から放射される。そして、照明レンズ４により集光され、略平行光とされた状態で、ハーフミラー５に入射し、撮像光学系９の光軸上を補正光学系６に向けて進む。
そして、ライン照明光１１は、補正光学系６によって反射される。補正光学系６は、物体面側をテレセントリックとするので、アジマス面垂直方向から見てライン状領域Ｒの長手方向に略直交する方向から入射し、エレベーション面では入射角θ_２でライン状領域Ｒに入射する。
そのため、ライン状領域Ｒを略均一な条件で照明するテレセントリックな照明光学系になっている。また、ハーフミラー５により補正光学系６が照明手段の一部を兼ねる落射照明光学系が形成されている。

ライン状領域Ｒに照射されたライン照明光１１は、一部が正反射光として反射され、ウエハ７の表面の状態により、他の一部が回折光あるいは散乱光として、表面から放射される。そして、入射方向と同方向に放射される表面放射光１２が、補正光学系６に入射し、補正光学系６の反射面で集光され、撮像光学系９に入射する。
撮像光学系９は、物体面側をテレセントリック光学系としているので、ライン状領域Ｒの長手方向に沿って、表面放射光１２の放射方向がそろった状態の光を集光することができる。そのため、ライン状領域Ｒの長手方向の輝度ムラなどの少ない光によりウエハ７の画像が取得することができる。
すなわち、本実施形態は、撮像光学系が、被検体からの光のうち略同一の出射方向の光束のみに基づいて、被検体の表面を撮像できるような構成となっている。
この場合、θ_２を適宜調整することで、例えば、正反射光や回折光など、一定の方向に出射する光によって被検体の像を撮像することができる。そして、被検体表面に膜が形成された場合の膜むら、表面に周期的なパターンが形成された場合のパターンの欠陥、パターン化された層の段差側面に関する欠陥などを検査するための画像を得ることができる。

また、補正光学系６は、エレベーション面に直交する方向では、テレセントリック性を得るために光軸に対して対称なパワーを有する回転非対称な反射面とされている。一方、エレベーション面内では、それとは異なるパワーを有する反射面を用いて、補正光学系６を光軸に対して傾けたことによる偏心収差を低減するような反射面が形成されている。そのため、光軸に対して傾いた反射面であっても、偏心収差による解像度の劣化などを防止することができる。
また、補正光学系６を反射光学素子で構成するので、表面放射光１２が複数の波長を含んでいても色収差が発生しないため、従来のフィールドレンズなどのような屈折光学系を用いる場合のように、瞳の色収差が発生しないものである。そのため、色収差によって解像度が劣化することなく高精度の検査が可能となる。

撮像光学系９では、このような表面放射光１２を撮像面１０ａ上に結像し、ラインＣＣＤ１０により、ライン状領域Ｒの縮小画像が取得される。
こうして、ウエハ７が１画素分移動する間に、移動方向に直交する１ラインの画像が撮像され、順次、ウエハ７の移動とともに、ウエハ７の表面が走査され、ウエハ７の表面の２次元画像が取得される。
この２次元画像データは、不図示のモニタに表示されるとともに、欠陥抽出、欠陥判定などの検査工程を行う不図示の画像処理部などに送出される。
このようにして、表面検査装置１により、ウエハ７の表面欠陥の検査を行うことができる。

以上に説明したように、本実施形態の表面検査装置１によれば、色ムラや明るさの不均一性を低減して被検体の画像を良好に観察することができる。

次に、本実施形態の第１変形例の表面検査装置について説明する。
図６、７は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視および正面視の光路図である。図８は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。

本変形例の表面検査装置１Ａは、図１、２に示すように、上記第１の実施形態の補正光学系６、平行平板Ｇ１、撮像光学系９に代えて、それぞれ補正光学系６Ａ、平行平板Ｇ４（偏光収差補正素子）、撮像光学系９Ａを備えたものである。角度θ_１、θ_２、ｆ_ｎｏなどの条件は、上記第１の実施形態と同様である。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
補正光学系６Ａは、光軸に対してエレベーション面（図７の紙面）内でのみ傾いた母線を有するシリンドリカル反射面である。すなわち、エレベーション面に平行な平面内でパワーを有しないが、エレベーション面に直交する面内ではパワーを有する。そのため、直交する２軸方向でパワーが異なる反射面となっている。

平行平板Ｇ４は、撮像光学系９Ａと補正光学系６Ａとの間の光路上において、撮像光学系９Ａに近い側で、エレベーション面内で光軸に対してティルト偏心させることにより、補正光学系６Ａにより発生する偏心収差をキャンセルまたは低減する方向の偏心収差を発生させるための偏心収差補正素子である。

撮像光学系９Ａは、図６に示すように、像側から平行平板Ｇ２、Ｇ３、レンズＬ１０〜Ｌ１８が順に配置されている。レンズＬ１０〜Ｌ１８は、それぞれ、像面側が凸の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凸レンズ、像面側が凸の正メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、両凹レンズ、物体面側が凸の正メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体面側が凸の負メニスカスレンズからなる。このうち、レンズＬ１０とレンズＬ１１、レンズＬ１２とレンズＬ１３が、それぞれ接合レンズとなっている。絞りＳ２は、レンズＬ１４、Ｌ１５の間に配置されている。

本変形例によれば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を有する。
さらに、補正光学系６Ａを１軸方向のみにパワーを有するシリンドリカル反射面としているので、加工が容易となり製作費を低減することができる。

次に、本実施形態の第２変形例の表面検査装置について説明する。
図９、１０は、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視および正面視の光路図である。図１１は、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。

本変形例の表面検査装置１Ｂは、図１、２に示すように、上記第１の実施形態の補正光学系６、平行平板Ｇ１、撮像光学系９に代えて、それぞれ補正光学系６Ｂ、平行平板Ｇ７（偏心収差補正素子）、撮像光学系９Ｂを備えたものである。角度θ_１、θ_２、ｆ_ｎｏなどの条件は、上記第１の実施形態と同様である。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
補正光学系６Ｂは、エレベーション面（図１０の紙面）に直交する軸回りに形成されたトロイダル反射面をエレベーション内において偏心した状態で傾けたものである。そのため、エレベーション面に平行な平面内の曲率半径と、エレベーション面に直交する面での曲率半径が異なる反射面が構成されている。

平行平板Ｇ７は、撮像光学系９Ｂと補正光学系６Ｂとの間の光路上において、撮像光学系９Ａに近い側で、エレベーション面内で光軸に対してティルト偏心させることにより、補正光学系６Ｂにより発生する偏心収差をキャンセルする方向の偏心収差を発生させるための偏心収差補正素子である。

撮像光学系９Ｂは、図６に示すように、像面側から平行平板Ｇ５、Ｇ６、レンズＬ２０〜Ｌ２７が順に配置されている。レンズＬ２０〜Ｌ２７は、それぞれ、像面側が凸の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凸レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、物体面側が平面の平凹レンズ、物体面側が凸の正メニスカスレンズ、物体面側が凸面の負のメニスカスレンズからなる。このうち、レンズＬ２０とレンズＬ２１、レンズＬ２２とレンズＬ２３はそれぞれ接合レンズとなっている。絞りＳ３は、レンズＬ２４、Ｌ２５の間に配置されている。

本変形例によれば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を有する。
さらに、補正光学系６Ｂをトロイダル反射面としているので、２軸方向にそれぞれ異なる値のパワーを持たせることができるので、シリンドリカル反射面などに比べて、より良好な収差補正を行うことができる。

次に、本実施形態の第３変形例の表面検査装置について説明する。
図１２、１３は、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視および正面視の光路図である。図１４は、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。

本変形例の表面検査装置１Ｃは、図１、２に示すように、上記第１の実施形態の補正光学系６、平行平板Ｇ１、撮像光学系９に代えて、それぞれ補正光学系６Ｃ、平行平板Ｇ１０（偏心収差補正素子）、撮像光学系９Ｃを備えたものである。角度θ_１、θ_２、ｆ_ｎｏなどの条件は、上記第１の実施形態と同様である。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
補正光学系６Ｃは、エレベーション面（図１０の紙面）内の曲率半径と、反射面の基準軸を含みエレベーション面に直交する面内での曲率半径とを独立に変えたアナモルフィック反射面からなる。そのため、直交する２軸方向でパワーが異なる反射面が形成されている。
本変形例では、特にそれぞれの方向の反射面形状が、回転対称な非球面成分と、回転非対称な非球面成分とを含む非球面から構成されたものを採用している。このようなアナモルフィック面の定義式は、後述する実施例４に示した。

平行平板Ｇ７は、撮像光学系９Ｂと補正光学系６Ｂとの間の光路上において、撮像光学系９Ａに近い側で、エレベーション面内で光軸に対してティルト偏心させることにより、補正光学系６Ｂにより発生する偏心収差をキャンセルする方向の偏心収差を発生させるための偏心収差補正素子である。

撮像光学系９Ｃは、図６に示すように、像面側から平行平板Ｇ５、Ｇ６、レンズＬ２０〜Ｌ２７が順に配置されている。レンズＬ２０〜Ｌ２７は、それぞれ、像面側が凸の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凸レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、物体面側が平面の平凹レンズ、物体面側が凸の正メニスカスレンズ、物体面側が凸面の負のメニスカスレンズからなる。このうち、レンズＬ２０とレンズＬ２１、レンズＬ２２とレンズＬ２３はそれぞれ接合レンズとなっている。絞りＳ３は、レンズＬ２４、Ｌ２５の間に配置されている。

本変形例によれば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を有する。
さらに、補正光学系６Ｃを２軸方向に形状が異なる回転非対称な非球面成分を含む非球面のアナモルフィック反射面としているので、２軸方向のパワーを変える自由度が大きくなり、収差を良好に補正することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す正面図である。

本実施形態の表面検査装置５０は、上記第１の実施形態の表面検査装置１の光源ユニット２、光ファイバ３、照明レンズ４、ハーフミラー５を削除し、照明ユニット２０Ａ、２０Ｂを備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

照明ユニット２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ光源２ａ、リフレクタ２ｂ、リフレクタ２ｂで反射された光をライン状領域Ｒ上に照射する照明レンズ２０ｃからなる光源が一体化した照明手段である。
照明ユニット２０Ａ、２０Ｂは、上記第１の実施形態の照明手段と異なり、観察光学系の視野外において、出射角θ_２と異なる角度の斜め方向に配置される。本実施形態では、照明ユニット２０Ａ、２０Ｂは、ウエハ７の表面の法線に対して、出射角θ_２と同方向側、逆方向側に、それぞれ入射角が略θ_Ａ、θ_Ｂとなるように配置されている。
照明ユニット２０Ａ、２０Ｂは、必要に応じて、同時に照明してもよいし、いずれか一方のみで照明してもよい。また、角度θ_Ａ、θ_Ｂは、観察光学系の視野外となる範囲で変化させることができるようにしてもよい。

本実施形態の表面検査装置５０によれば、ライン照明光１１がライン状領域Ｒに対して入射角がθ_Ａ、θ_Ｂで入射するので、それら入射角に応じて、ライン状領域Ｒから正反射光、回折光、散乱光などとして、表面放射光１２が放射される。そして、表面放射光１２のうち、出射角θ_２の方向に放射される光が、上記第１の実施形態と同様にして、ラインＣＣＤ１０の撮像面１０ａ上に結像される。
したがって、観察光学系の視野外から照明光を入射して、被検体の観察を行うことができる。
例えば、照明ユニット２０Ｂのみを用い、θ_Ｂ＝θ_２とすれば、正反射光による観察を効率的に行うことができる。
また、照明ユニット２０Ａ、２０Ｂのいずれかを用い、角度θ_Ａ、θ_Ｂをθ_２以外の角度に設定すれば、出射角θ_２方向に回折する回折光または散乱光の観察を行うことができる。
この場合、特に、角度θ_Ａ、θ_Ｂを角度θ_２に比べて十分大きく設定することで、暗視野照明を形成することができ、暗視野観察を行うことにより、例えば被検体表面の塵埃や傷などを検出することができる。
したがって、本実施形態の表面検査装置５０によれば、上記第１の実施形態の表面検査装置１と照明光の入射方向が異なる場合において、上記第１の実施形態と同様に、色ムラや明るさの不均一性を低減して被検体の画像を良好に観察することができる。

なお、上記の説明において、観察手段と被検体との相対移動は、ウエハ７を移動ステージ８で移動する場合の例で説明したが、ウエハ７を固定して、ライン状領域Ｒが移動するような構成としてもよい。例えば、光源、照明手段、および観察手段を筐体などに一体化して、ウエハ７に対して１軸方向に移動する移動機構を備える構成としてもよい。

また、上記の説明では、撮像素子が１次元撮像素子からなる場合の例で説明した。そのため、それに対応して撮像領域、照明領域がライン状領域Ｒであるような構成としている。しかしながら、本発明の補正光学系によれば、直交する２軸方向にパワーが異なっているため、このようなライン状の撮像範囲の短手方向幅を広げることは容易であり、エレベーション面内方向の反射面を適宜設定することにより、２次元的な画像を良好に取得することも可能である。その場合、撮像素子をＣＣＤやＣＭＯＳ素子などの２次元撮像素子を採用することができる。
この場合、２次元の撮像範囲と被検体の検査範囲との関係において、被検体の移動量を変えた構成や、被検体との位置関係を固定した構成を採用することができる。

また、上記の説明では、撮像光学系と補正光学系との間に、偏心補正素子を配置した場合の例で説明したが、補正光学系の反射面により発生する偏心収差をキャンセルまたは低減する方向に偏心収差を発生させることができれば、偏心補正素子はどこに配置してもよい。例えば、撮像光学系内の光路や、撮像素子と撮像光学系の間に配置してもよい。
また、偏心補正素子は、平行平板とは限らず、色収差など偏心収差以外の収差が許容できる場合に、パワーを有する素子を偏心または傾けて配してもよい。したがって、撮像光学系を構成する光学素子を光軸から偏心または傾けて配置して偏心補正素子を兼ねるようにしてもよい。

また、上記の説明では、補正光学系が反射面のみからなる場合の例で説明したが、少なくとも１つの反射面を含んでいれば、複数の反射面や屈折光学素子などを含む光学系であってもよい。

また、上記の説明では、条件式（１）、（２）、（３）をすべて満足する場合の例で説明したが、被検体の大きさ、観察倍率、必要な解像度などに応じて、これらの条件式を満足しなくても、各構成要素の配置ができるようであれば、これらの条件式の一部を満たす構成、またはすべてを満たさない構成としてもよい。

また、上記の各実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の各変形例の撮像光学系、補正光学系は、第２の実施形態にも好適に適用することができる。

次に、上記に説明した第１の実施形態の補正光学系６、撮像光学系９を用いた観察光学系の実施例である第１の数値実施例について説明する
下記に第１の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。図３〜５に表記されたｒ_ｉ、ｄ_ｉ（ｉは整数）は、下記に示す光学系の構成パラメータのｒ_ｉ、ｄ_ｉに対応する。また屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記している。これらの表記は以下の参照図面すべてに共通である。

座標系は、物体（被検体）位置からラインＣＣＤ１０に向かう光線追跡で、図３、４に示すように、軸上主光線３０を、被検体面であるウエハ７のライン状領域Ｒの中心を通り、ラインＣＣＤ１０の中心に至る光線で定義する。そして、光線追跡において、被検体面の中心を反射光学系の反射光学面の原点Ｏとして（ただし、図示の座標軸は光路との重なりを避けるために原点位置をずらしている）、軸上主光線３０に沿う方向をＺ軸方向とし、被検体面側から反射光学系に面した面に向かう方向をＺ軸正方向とし、図４の紙面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、下記（ａ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。ここで、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。
なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

本実施例に用いる自由曲面の面の形状は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いて、以下の定義式（ａ）により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。球面項中、Ｒは頂点の近軸曲率半径、ｋはコーニック定数（円錐定数）であり、ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）である。

自由曲面項は、

ただし、Ｃ_ｊ（ｊは１以上の整数）は係数である。

上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本実施形態ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

以下に示す構成パラメータにおいて、長さの単位は（ｍｍ）、角度の単位は（°）である。また、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。
また、以下に示す実施例１〜３では、直径３００ｍｍのウエハが測定できる例として、被検体の大きさは３１０ｍｍを想定している。したがって、光学系の物体高さはその半分の１５５ｍｍで定義される。

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ d₀ = 96.42 偏心[1]
1 FFS[1] d₁ = -552.77 偏心[2]
2 r₂ = ∞ d₂ = -4.00 偏心[3] n₁ = 1.5229 ν₁ = 59.9
3 r₃ = ∞ d₃ = -10.00
4 r₄ = -66.36 d₄ = -6.53 n₂ = 1.5307 ν₂ = 51.9
5 r₅ = -34.49 d₅ = -1.76
6 r₆ = -47.44 d₆ = -8.28 n₃ = 1.7440 ν₃ = 44.8
7 r₇ = 241.15 d₇ = -0.12
8 r₈ = -28.27 d₈ = -6.57 n₄ = 1.7140 ν₄ = 47.4
9 r₉ = -41.49 d₉ = -2.36
10 r₁₀= -482.76 d₁₀= -3.47 n₅ = 1.7510 ν₅ = 27.7
11 r₁₁= -21.51 d₁₁= -9.90
12 絞り面 d₁₂= -3.40
13 r₁₃= 17.68 d₁₃= -2.77 n₆ = 1.5697 ν₆ = 43.1
14 r₁₄= -73.35 d₁₄= -5.38 n₇ = 1.7443 ν₇ = 43.9
15 r₁₅= 27.04 d₁₅= -0.10
16 r₁₆= 116.57 d₁₆= -3.41 n₈ = 1.7428 ν₈ = 44.9
17 r₁₇= 38.49 d₁₇= -8.14
18 r₁₈= -61.84 d₁₈= -7.93 n₉ = 1.6382 ν₉ = 57.0
19 r₁₉= 36.57 d₁₉= -4.56 n₁₀= 1.7552 ν₁₀= 27.6
20 r₂₀= 522.20 d₂₀= -41.89
像 面 ∞ d₂₁= 0.00

ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -2.0622x10^-4 Ｃ₆ -3.8939x10^-4 Ｃ₇ -5.2205x10^-6
Ｃ₉ 5.1196x10^-8 Ｃ₁₃ -2.9869x10^-8 Ｃ₁₅ -1.7854x10^-9
Ｃ₁₆ -7.7489x10^-7 Ｃ₁₈ 1.6741x10^-9 Ｃ₂₀ -7.7732x10^-12
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 90.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 34.91 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -10.07 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 33.51 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -0.16 γ 0.00

本実施例における上記条件式（１）、（２）、（３）の値は、θ_１＝１９．８３°、θ_２＝７０．０１°、ｆ_ｎｏ＝２．６２である。
図１６、１７には、本実施例の横収差図を示した。図１６はメリジオナル光線（Ｙ方向）、図１７はサジタル光線（Ｘ方向）を表しており、それぞれ物体高さは、各図とも添字（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の順に、それぞれ、１５５ｍｍ、１３９．５ｍｍ、１０８．５ｍｍ、７７．５ｍｍ、０ｍｍである。

次に、上記に説明した第１の実施形態の補正光学系６Ａ、撮像光学系９Ａを用いた観察光学系の実施例である第２の数値実施例について説明する（図６〜８参照）。
下記に第２の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、CYLは、シリンドリカル面を表す。

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ d₀ = 91.42 偏心[1]
1 CYL[1] d₁ = -260.00 偏心[2]
2 r₂ = ∞ d₂ = -4.00 偏心[3] n₁ = 1.5229 ν₁ = 59.9
3 r₃ = ∞ d₃ = -10.00
4 r₄ = -72.78 d₄ = -4.00 n₂ = 1.5816 ν₂ = 40.5
5 r₅ = -32.69 d₅ = -3.36
6 r₆ = -44.40 d₆ = -5.82 n₃ = 1.7725 ν₃ = 49.7
7 r₇ = 217.00 d₇ = -2.22
8 r₈ = -29.38 d₈ = -6.17 n₄ = 1.7725 ν₄ = 49.6
9 r₉ = -47.02 d₉ = -2.03
10 r₁₀= ∞ d₁₀= -2.70 n₅ = 1.5989 ν₅ = 38.6
11 r₁₁= -23.09 d₁₁= -7.09
12 絞り面 d₁₂= -9.39
13 r₁₃= 22.47 d₁₃= -3.44 n₆ = 1.5389 ν₆ = 47.1
14 r₁₄= -85.25 d₁₄= -5.82 n₇ = 1.6148 ν₇ = 39.3
15 r₁₅= 40.03 d₁₅= -0.57
16 r₁₆= 78.42 d₁₆= -4.86 n₈ = 1.7725 ν₈ = 49.6
17 r₁₇= 37.71 d₁₇= -0.78
18 r₁₈= -85.50 d₁₈= -7.01 n₉ = 1.7725 ν₉ = 49.6
19 r₁₉= 32.85 d₁₉= -3.31 n₁₀= 1.7511 ν₁₀= 27.7
20 r₂₀= 353.98 d₂₀= -3.00
21 r₂₁= ∞ d₂₁= -25.00 n₁₁= 1.5167 ν₁₁= 62.2
22 r₂₂= ∞ d₂₂= -20.00
23 r₂₃= ∞ d₂₃= -2.80 n₁₂= 1.5229 ν₁₂= 59.9
24 r₂₄= ∞ d₂₄= -6.87
像 面 ∞ d₂₅= 0.00

ＣＹＬ[1]
Ｘ方向曲率半径 0.00
Ｙ方向曲率半径 -500.56
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -53.24 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 71.46 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -30.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 71.38 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -2.52 γ 0.00

本実施例における上記条件式（１）、（２）、（３）の値は、θ_１＝４６．５°、θ_２＝０°、ｆ_ｎｏ＝２．８１である。

次に、上記に説明した第１の実施形態の補正光学系６Ｂ、撮像光学系９Ｂを用いた観察光学系の実施例である第３の数値実施例について説明する（図９〜１１参照）。
下記に第３の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、TORは、トロイダル面を表す。

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ d₀ = 49.59 偏心[1]
1 TOR[1] d₁ = -319.97 偏心[2]
2 r₂ = ∞ d₂ = -4.00 偏心[3] n₁ = 1.5229 ν₁ = 59.9
3 r₃ = ∞ d₃ = -10.00
4 r₄ = -43.98 d₄ = -3.33 n₂ = 1.5033 ν₂ = 61.9
5 r₅ = -27.06 d₅ = -9.68
6 r₆ = -35.21 d₆ = -6.44 n₃ = 1.7467 ν₃ = 38.8
7 r₇ = -221.33 d₇ = -17.87
8 r₈ = ∞ d₈ = -1.50 n₄ = 1.4875 ν₄ = 70.4
9 r₉ = -16.85 d₉ = -7.09
10 絞り面 d₁₀= -3.82
11 r₁₁= 20.64 d₁₁= -4.24 n₅ = 1.7552 ν₅ = 27.6
12 r₁₂= -81.03 d₁₂= -5.95 n₆ = 1.6480 ν₆ = 55.4
13 r₁₃= 25.53 d₁₃= -0.10
14 r₁₄= -224.72 d₁₄= -9.09 n₇ = 1.6508 ν₇ = 55.0
15 r₁₅= 50.14 d₁₅= -2.33
16 r₁₆= -70.47 d₁₆= -7.57 n₈ = 1.7169 ν₈ = 47.1
17 r₁₇= 39.13 d₁₇= -4.56 n₉ = 1.7552 ν₉ = 27.6
18 r₁₈= 70.42 d₁₈= -5.09
19 r₁₉= ∞ d₁₉= -25.00 n₁₀= 1.7552 ν₁₀= 27.6
20 r₂₀= ∞ d₂₀= -20.00
21 r₂₁= ∞ d₂₁= -2.80 n₁₁= 1.5229 ν₁₁= 59.9
22 r₂₂= ∞ d₂₂= -2.25
像 面 ∞ d₂₃= 0.00

ＴＯＲ[1]
Ｘ方向曲率半径 -4749.004
Ｙ方向曲率半径 -676.86174
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 80.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 55.15 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -27.72 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 59.87 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -0.75 γ 0.00

本実施例における上記条件式（１）、（２）、（３）の値は、θ_１＝５４．１７°、θ_２＝４５．０７°、ｆ_ｎｏ＝３．１０である。

次に、上記に説明した第１の実施形態の補正光学系６Ｃ、撮像光学系９Ｃを用いた観察光学系の実施例である第４の数値実施例について説明する（図１２〜１４参照）。
本実施例に用いるアナモルフィック面は、回転非対称面の１つであり、その形状は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いて、以下の定義式（ｂ）により定義される。

ここで、Ｃｘ、ＣｙはＸ、Ｙ方向の曲率、Ｋｘ、ＫｙはＸ、Ｙ方向の円錐係数、Ａｒ、Ｂｒ、Ｃｒ、Ｄｒは非球面成分のうちＺ軸に対して回転対称な成分の非球面係数、Ａｐ、Ｂｐ、Ｃｐ、Ｄｐは非球面成分のうちＺ軸に対して回転非対称な非球面係数である。
このようなアナモルフィック面により、Ｘ軸方向とＹ軸方向の形状、光学的パワーが異なる面が形成されている。さらに、ＫｘとＫｙあるいは高次の非球面成分もＸ、Ｙ方向で、それぞれ独立な値をとることができるので、さらに、設計の自由度が大になり収差を良好に補正することができる。
本実施例では、上記実施例１〜３と同様に直径３００ｍｍのウエハが測定できる例として、被検体の大きさは３１０ｍｍを想定しているが、光学系の物体高さは１７０ｍｍとしている。
下記に第４の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、ANAは、アナモルフィック面を表す。

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ d₀ = 43.99 偏心[1]
1 ANA[1] d₁ = -448.17 偏心[2]
2 r₂ = ∞ d₂ = -4.00 偏心[3] n₁ = 1.5229 ν₁ = 59.9
3 r₃ = ∞ d₃ = -10.00
4 r₄ = -65.35 d₄ = -4.00 n₂ = 1.4875 ν₂ = 70.4
5 r₅ = -33.34 d₅ = -3.20
6 r₆ = -47.59 d₆ = -7.98 n₃ = 1.7464 ν₃ = 39.4
7 r₇ = 277.14 d₇ = -6.84
8 r₈ = -26.19 d₈ = -3.89 n₄ = 1.6478 ν₄ = 55.4
9 r₉ = -49.96 d₉ = -3.08
10 r₁₀= ∞ d₁₀= -4.70 n₅ = 1.7273 ν₅ = 28.8
11 r₁₁= -15.56 d₁₁= -6.54
12 絞り面 d₁₂= -4.02
13 r₁₃= 30.53 d₁₃= -4.25 n₆ = 1.5864 ν₆ = 44.4
14 r₁₄= -22.26 d₁₄= -10.86 n₇ = 1.6956 ν₇ = 42.7
15 r₁₅= 29.51 d₁₅= -3.11
16 r₁₆= -541.24 d₁₆= -15.96 n₈ = 1.6204 ν₈ = 60.3
17 r₁₇= 57.72 d₁₇= -1.34
18 r₁₈= -47.31 d₁₈= -5.64 n₉ = 1.5945 ν₉ = 61.7
19 r₁₉= 42.88 d₁₉= -4.56 n₁₀= 1.7552 ν₁₀= 27.6
20 r₂₀= -584.93 d₂₀= -5.00
21 r₂₁= ∞ d₂₁= -25.00 n₁₁= 1.7552 ν₁₁= 27.6
22 r₂₂= ∞ d₂₂= -12.00
23 r₂₃= ∞ d₂₃= -2.80 n₁₂= 1.5229 ν₁₂= 59.9
24 r₂₄= ∞ d₂₄= -6.04
像 面 ∞ d₂₅= 0.00

ＡＮＡ[1]
Ｘ方向曲率半径（１／Ｃｘ） 1787.35
Ｋｘ 0.0
Ａｒ -2.1605 Ｂｒ -8.0333x10^-2
Ｙ方向曲率半径（１／Ｃｙ） -831.37
Ｋｙ 0.0
Ａｐ 5.7716x10^-9 Ｂｐ -9.2710x10^-13
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 64.24 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 71.52 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -33.08 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 70.31 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β -1.24 γ 0.00

本実施例における上記条件式（１）、（２）、（３）の値は、θ_１＝６２．９９°、θ_２＝２５．７５°、ｆ_ｎｏ＝１．９８である。

本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の正面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の正面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の正面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の平面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る表面検査装置の撮像光学系および補正光学系の正面視の光路図である。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る表面検査装置の撮像光学系の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す正面図である。 実施例１におけるメリジオリナル光線による横収差図である。 実施例１におけるサジタル光線による横収差図である。

符号の説明

１、５０ 表面検査装置
２ 光源ユニット（光源）
２ａ 光源
３ 光ファイバ（照明手段）
４ 照明レンズ（照明手段）
５ ハーフミラー
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 補正光学系
７ ウエハ（被検体）
８ 移動ステージ
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 撮像光学系
１０ ラインＣＣＤ（撮像手段）
１０ａ 撮像面
２０Ａ、２０Ｂ 照明ユニット（照明手段）
Ｇ１、Ｇ４、Ｇ７、Ｇ１０ 平行平板（偏心収差補正素子）

Claims (12)

1. 光源と、
   該光源から出射される光により被検体を照明する少なくとも１つの照明手段と、
   該照明手段で照明された前記被検体の表面からの光を撮像する撮像手段と、
   前記被検体の表面からの光を前記撮像手段に導く観察光学系とを有し、
   前記観察光学系は、前記被検体表面を物体面として、物体面側から
   直交する２軸方向でパワーが異なる反射面を少なくとも１つ含むことにより物体面側をテレセントリック光学系とする補正光学系と、
   該補正光学系により導かれた前記被検体の表面からの光を前記撮像手段に結像する撮像光学系とが配置された構成を備えることを特徴とする表面検査装置。
2. 前記補正光学系が、少なくとも１つの回転非対称反射面を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記撮像手段が、１次元撮像素子からなり、
   前記観察手段と前記被検体とを１軸方向に相対移動しつつ、撮像することができるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. 前記補正光学系が、前記撮像光学系の光軸に対して傾いて配備され、
   前記補正光学系の反射した前後の光軸のなす角度をθ_１とするとき、次式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。
   １０°≦θ_１≦９０° ・・・（１）
5. 前記補正光学系の前記反射面で反射して前記被検体の表面に至る軸上主光線の前記被検体表面に対する入射角をθ_２とするとき、次式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面検査装置。
   ０°≦θ_２≦８０° ・・・（２）
6. 前記少なくとも１つの照明手段が、
   前記光源から出射される光を、前記撮像光学系と同軸になるように入射し、
   前記補正光学系の前記反射面で反射させることにより、前記被検体の表面を照明するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面検査装置。
7. 前記撮像光学系が、
   前記被検体からの光のうち略同一の出射方向の光束のみに基づいて、前記被検体の表面を撮像できるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面検査装置。
8. 前記照明手段が、
   前記被検体の観察視野外に配置され、前記被検体の表面を斜め方向から照明するようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面検査装置。
9. 前記撮像光学系が、
   光軸に対して偏心または傾いて配置された少なくとも１つの光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表面検査装置。
10. 前記撮像光学系の像側のｆナンバをｆ_ｎｏとするとき、ｆ_ｎｏが次式を満足することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の表面検査装置。
    １．４≦ｆ_ｎｏ≦１２ ・・・（３）
11. 前記補正光学系が、
    該補正光学系の反射面による反射前後の光軸を含む平面に対して面対称になるように配置されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表面検査装置。
12. 前記補正光学系が、
    前記補正光学系の反射面による反射前後の光軸を含む平面に平行な面内で、光軸に対して偏心して配置されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の表面検査装置。

Images