JPH0610656B2

JPH0610656B2 - 表面欠陥検出装置

Info

Publication number: JPH0610656B2
Application number: JP61043368A
Authority: JP
Inventors: 康秀中井; 善郎西元; 康司米田; 弘行高松; 秀司三木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS62200251A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、半導体ウエハ等の被検査体について、その
表面に存在する微小な凹凸などの欠陥を光学的に検出す
る装置に関する。

（従来の技術とその問題点）半導体ウエハや、ビデオディスク等においては、その表
面に存在する凹凸や傷などの欠陥によって製品の品質が
大きく左右されるため、これらの欠陥を検出することに
よって製品の品質管理を行なう必要がある。このような
表面欠陥検出装置としては種々の装置が提案されている
が、非破壊検査として代表的なものは光学方式の検出装
置であり、その従来例（特開昭５７−１３１０３９号）
を第２３図に示す。

同図において、レーザ光源５１からの直線偏向レーザビ
ームＬは、ミラー５２によって反射され、ビームエキス
パンダ５３によって光束径が拡大された後に、偏光ビー
ムスプリッタ５４に至る。そして、この偏光ビームスプ
リッタ５４を透過して1/4波長板５５を通り、集束レン
ズ５６によって被検査体５７の表面上に集束される。

レーザビームＬが被検査体５７の表面で反射されること
によって得られる反射光Ｒは、被検査体５７の表面の平
坦部で反射されてレーザビームＬの入射光束と同じ光路
を戻る正反射光（０次回折光）Ｒ_０と、表面欠陥で散乱
されてレーザビームＬの入射光路とは異なる方向へ反射
される散乱光Ｒ_ｄとを含んでいる。そして、これら双方
を含む反射光Ｒは、上記と逆の経路を通って、再度、偏
光ビームスプリッタ５４に至る。この段階における反射
光Ｒは、1/4波長板５５を２度通過しているために、そ
の偏光方向は当初のレーザビームＬの偏光方向よりも９
０°回転したものとなっている。このため、反射光Ｒは
図の右方向に反射される。

このうち、正反射光Ｒ_０は、ミラー５８によって反射さ
れて、レンズ５９，円柱レンズ６０を通った後に、第１
の光電変換素子６１に入射する。また、散乱光Ｒ_ｄは、
レンズ６２を通って第２の光電変換素子６３に入射す
る。第１の光電変換素子６１は、第２４図に示す領域α
_１〜α_４へと４分割された受光面を有しており、その対
角方向に隣接する領域の光電変換出力の和の差；（α_１＋α_４）−（α_２＋α_３） …(1) が求められて第２３図のフォーカシングエラー信号とな
る。

一方、被検査体５７の表面に欠陥が存在すると、正反射
光Ｒ_０は減少し、散乱光Ｒ_ｄは増加する。このため、上
記第１の光電変換素子６１の受光面を形成する全領域の
和； α_１＋α_２＋α_３＋α_４ …(2) を求め、これを第１の欠陥検出回路６４で処理すること
によって、正反射光Ｒ_０の減少による欠陥検出を行な
う。また、第２の光電変換素子６３の出力は第２欠陥検
出回路６５で処理して、散乱光Ｒ_ｄの増加による欠陥検
出を行なう。これらの２種類の欠陥信号はそれぞれ単独
で使用されることもあり、また、それらの差をとってＳ
／Ｎ比を向上させることもある。

ところが、このような装置では、散乱性欠陥すなわち入
射光を各方向へと散乱させるような欠陥を検出できるに
すぎない。したがって、偏向性欠陥つまり入射光を特定
の方向に偏向させた反射を生ずるような欠陥（たとえば
食込み状欠陥）が被検査体表面に存在する場合には、こ
れを上記のような装置で検出することは不可能である。
このため、散乱性欠陥と偏向性欠陥とをあわせて検出す
るためには、それぞれについての検出装置を別個に設け
ねばならないことになり、コストアップを招くほか、光
学系のアラインメントの調整が複雑になるという問題が
ある。

また、上記装置では、表面欠陥の有無については検出す
ることができるものの、その欠陥の種類の判別までは行
うことができない。

（発明の目的）この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、低コストかつコンパクトな構成で、散乱性欠陥
および偏向性欠陥の双方を検出することのでき、しかも
表面欠陥の種類を正確に判定することができる表面欠陥
検出装置を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段）上述の目的を達成するため、この発明にかかる表面欠陥
検出装置では、まず、光ビームを被検査体表面に略垂直
に照射する。そして被検査体表面で反射された光を、偏
向性反射光を含んだ第１の反射光と、散乱性反射光を含
んだ第２の反射光とに分離する光分離手段を設ける。

そして、このようにして分離された反射光のうち、第１
の反射光は、受光位置検出手段の受光面で受光される。
この受光位置検出手段は、偏向性反射光の上記受光面上
での受光位置に応じた受光位置検出信号を出力する手段
であり、この信号に基いて偏向性欠陥が検出される。

一方、第２の反射光は、散乱性反射光を検出する散乱性
反射光検出手段で受光され、その検出出力に基いて散乱
性欠陥が検出される。また、この散乱性反射光検出手段
は、略円径の受光領域を有しており、その一部領域に円
弧状単位素子が同心円状に配置されるとともに、残りの
領域に扇形状単位素子が放射状に配列される。そのた
め、円弧状単位素子により回折パターンの半径方向の強
度分布が、また放射状単位素子により周方向についての
強度分布が同時に検出され、表面欠陥の種類が判別され
る。

（実施例）Ａ．実施例の光学的全体構成と動作第１図はこの発明の一実施例である表面欠陥検査装置の
概要図である。同図において、レーザ光源１からのレー
ザビームＬは偏光ビームスプリッタ２によって直線偏光
となり、光透過率分布フィルタ４に入射する。この光透
過率分布フィルタ４は、たとえばガラス基板上に金属を
真空蒸着して得られるものであるが、その蒸着厚は、中
心部で厚く、また周辺部で薄くなるように、ステップ状
に変化させてある。このため、第２図(a)に示すよう
に、この光透過率分布フィルタ４の光の透過率は、光透
過率分布フィルタ４の中心位置(r₀)付近Ａでは小さな値
Ｔ_０となっており、また、径方向の位置座標ｒがｒ_０か
ら所定距離（後述する）以上離れた部分Ｂでは大きな値
Ｔ_１となっている。そして、中心部分Ａがレーザビーム
Ｌの入射位置となるように、この光透過率分布フィルタ
４を配置する。

このため、第１図のレーザビームＬは、光透過率分布フ
ィルタ４のうち、透過率の小さい中心部分Ａ（換言すれ
ば反射率の大きな部分）によってそのほとんどが反射さ
れ、1/4波長板５を通った後、レンズ６を介して、この
レンズ６の焦点距離ｆの位置にある被検査体表面７に照
射される。このレーザビームＬは被検査体表面７で反射
されて反射光Ｒとなるが、この反射光Ｒは偏向性反射光
Ｒ_ｔと散乱性反射光Ｒ_ｄとによって形成されている。

このうち、偏向性反射光Ｒ_ｔは、被検査体表面７に偏向
性欠陥が存在しないときには正反射光Ｒ_０に一致するも
のであって、第１図中にはこのような場合（つまりＲ_ｔ
＝Ｒ_０）が図示されている。なお、偏向性欠陥の存在に
よって偏向性反射光Ｒ_ｔがＲ_０の方向から偏向した場合
については後に詳しくは説明する。

このようにして得られる反射光Ｒは、レンズ６と1/4波
長板５を介して上記光透過率分布フィルタ４に再入射す
る。上述したように、この光透過率分布フィルタ４はス
テップ状の透過率分布を有しており、偏向性反射光Ｒ_ｔ
はこのうちの低透過率部分Ａに入射する。したがって、
偏向性反射光Ｒ_ｔのうち、この光透過率分布フィルタ４
を透過して光電変換手段８の受光面に到達する割合は低
いものとなっている。

前述したように、レーザ光源１から発したレーザビーム
Ｌは、光透過率分布フィルタ４の中心部分Ａに入射す
る。被検査体表面７からの正反射光Ｒ_０が、同じく中心
部分Ａへ再入射するということは、いうまでもなく、レ
ーザビームＬは被検査体表面７へ略垂直に入射されるこ
とを前提としている。すなわち、レーザ光源１、偏光ビ
ームスプリッタ２、光透過率分布フィルタ４、1/4波長
板５、およびレンズ６などの光学系は、レーザビームＬ
を被検査体表面７へ略垂直に導くような幾何学的位置関
係をもって配置されている。これらは第１図に図示する
通りである。

散乱性反射光Ｒ_ｄは、この光透過率分布フィルタ４のう
ち、透過率の大きさ部分Ｂに入射するため、その全部ま
たは大部分がこの光透過率分布フィルタ４を透過して光
電変換手段８の受光面に入射する。このため、上記透過
率Ｔ_０，Ｔ_１として、たとえばＴ_０＝２％，Ｔ_１＝１０
０％とすれば、偏向性反射光Ｒ_ｔはその２％のみが、ま
た、散乱性反射光Ｒ_ｄはその全部が、それぞれ光電変換
手段８に入射することになる。

他方、透過率の小さな部分Ａに入射した偏向性反射光Ｒ
_ｔのうち、透過率分布フィルタ４を透過しなかった成分
（上記の例では偏向性反射光Ｒ_ｔの９８％）は、このフ
ィルタ４で反射されて偏光ビームスプリッタ２に至る。
この光は1/4波長板５を２回通っているためにその偏光
方向は入射レーザビームＬに対して９０°回転したもの
となっており、このため、この光は偏光ビームスプリッ
タ２を通過して輝点位置検出器９に至る。

したがって、被検査体表面７からの反射光Ｒは、透過率
分布フィルタ４において、偏向性反射光Ｒ_ｔを含む第
１の反射光Ｒ_１と、散乱性反射光Ｒ_ｄを含む第２の反
射光Ｒ_２とに分離される。

このため、上記透過率分布フィルタ４は、反射光Ｒを第
１の第２反射光Ｒ_１，Ｒ_２に分離する光分離手段として
機能することになる。

ところで、上述のように、この実施例における第２の反
射光Ｒ_２は、散乱性反射光Ｒ_ｄのほかに偏向性反射光Ｒ
_ｔの一部分も含んでいる。それは、散乱性欠陥が存在す
ると散乱性反射光Ｒ_ｄが増加するだけでなく、偏向性反
射光Ｒ_ｔ（正反射光Ｒ_０）の強度が減少するため、これ
ら双方のデータに基く処理を行なえば散乱性欠陥の検出
精度が向上することによる。しかしながら、偏向性反射
光Ｒ_ｔの強度は散乱性反射光Ｒ_ｄの強度に比べて著しく
大きい（たとえば１００：１）ため、偏向性反射光Ｒ_ｔ
のかなりの部分を第２の反射光に含ませたのでは、光強
度の違いが大きすぎて単一の光電変換手段のダイナミッ
クレンジでは高精度の検出が困難となる。したがって、
このように偏向性反射光Ｒ_ｔを第２の反射光に含ませる
場合には、偏向性反射光Ｒ_ｔの数％のみを含ませること
が望ましい。

一方、第１の反射光は偏向性反射光Ｒ_ｔのみが本来必要
な情報であるため、この偏向性反射光Ｒ_ｔをできるだけ
多く含ませ、散乱性反射光Ｒ_ｄは含まないようにするこ
とが望ましい。上記透過率分布フィルタ４はこのような
２つの要請を同時に満足させる光分離手段であって、
Ａ，Ｂ各部分の光透過率Ｔ_０，Ｔ_１として上述のような
値を用いることにより、これら２つの条件を満すことが
できる。

このような状況が、光透過率分布フィルタ４の半径方向
の光強度Iの分布曲線として第３図に示されている。こ
の図において、光透過率分布フィルタ４を透過する前の
反射光（同図(a)）と、このフィルタ４を透過して得ら
れる第２の反射光（同図(b)）とを比較すると、前者で
は正反射光Ｒ_０（偏向性反射光Ｒ_ｔ）が鋭いピークを作
っているのに対し、後者では正反射光Ｒ_０と散乱性反射
光Ｒ_ｄとのそれぞれの光強度が同程度となっており、単
一の受光・検出系のダイナミックレンジで対応可能とな
ることがわかる。また、これに応じて散乱性反射光Ｒ_ｄ
はそのすべてが第２の反射光に含まれることになるた
め、第１の反射光Ｒ_１は、偏向性欠陥の検出に本来必要
とされる偏向性反射光Ｒ_ｔのみによって形成されること
になり、後述する偏向性欠陥の検出も高精度となる。

Ｂ．偏向性欠陥検出系の構成と動作次に、第１の反射光Ｒ_１に基く偏向性欠陥検出について
説明する。第４図は、第１図のうち、偏向性欠陥検出の
説明に必要な部分のみを取出したものに相当する部分図
である。したがって、この図には散乱性反射光Ｒ_ｄは描
かれておらず、また、入射レーザビームＬや偏向性反射
光Ｒ_ｔは、便宜上、幅を有しない直線として描かれてい
る。さらに、被検査体表面７には、その一部分Ｇを拡大
して示す第５図のように、偏向性欠陥のひとつの態様で
ある食込み状欠陥２０が存在しているものとする。ただ
し、基準面７ａは、入射レーザビームＬに対して直角な
面を示す。

すると、レーザビームＬがこの食込み状欠陥２０の傾斜
面２１において反射される場合には、この傾斜面２１が
基準面７ａとなす傾斜角をθとすると、偏向性反射光Ｒ
_ｔの偏向角は２θとなる。そして、レンズ６を通過した
後の偏向性反射光Ｒ_ｔは入射レーザビームＬに対して平
行となるが、そこでは、入射レーザビームＬに対して、 △ｘ＝ｆ・ｔａｎ（２θ） …(3) だけの偏位を生じている。したがって、この場合には、
輝点位置検出器９の受光面１０上の基準位置ｘ_０から△
ｘだけ偏位した位置に偏向性反射光Ｒ_ｔが入射すること
になる。ただし、基準位置ｘ_０は、被検査体表面７が基
準面７ａに一致し、かつ欠陥が存在しないときの偏向性
反射光Ｒ_ｔ（つまり正反射光Ｒ_０）の受光位置である。
このため、この△ｘを検出することによって、(3)式か
ら傾斜角θを求めることが可能となる。なお、精密加工
面上の微小な食い込みや起伏では傾斜角θは微小である
ため、上記(3)式の近似式として、 △ｘ≒ｆ・ｔａｎ（２θ） …(4) を用いることができる。

このように、偏位量△ｘは食込み欠陥２０等の傾斜角θ
を反映した量となっているため、この偏位量△ｘが所定
値を超えた場合に、偏向性欠陥が存在すると判定するこ
とが可能となる。

したがって、光透過率分布フィルタ４のうち、透過率の
小さな部分Ａのサイズは、偏位量△ｘとしてどの程度の
値まで検出するかによって定められる。それは、部分Ａ
のサイズがあまり小さいと、偏位量△ｘが少し増加した
だけで部分Ｂに入射するようになり、第１の反射光とし
て偏向性反射光をとらえられなくなるためである。

上記判定を具体的に行なうためには、まず、上記輝点位
置検出器９において受光した輝点の偏位量△ｘを、この
△ｘに比例した電気信号レベルＶ_Ｄへと変換する。その
際、偏位量△ｘの微細な変化を可能な限り精密にとらえ
得るように、この輝点位置検出器９としては、その受光
面が連続的な広がりを有する受光面となっているものを
使用することが望ましい。そこで、この実施例では、輝
点位置検出器９として、半導***置検出器（以下、ＰＳ
Ｄと言う。）という名称で知られているセンサを使用す
る。第６図(a)はこのようなＰＳＤのうち、１次元ＰＳ
Ｄを使用して構成された輝点位置検出器９の受光面１０
を示しており、電極Ｘ_ａ，Ｘ_ｂのそれぞれから取出され
る光電流値の比をとることによって、受光された輝点Ｓ
Ｐの偏位量△ｘに応じた信号を、第１図の信号レベルＶ
_Ｄとして出力する。この動作において、受光面１０が離
散的な素子の集合ではなく、連続的な広がりを持ったも
のとなっているため、受光位置検出は高精度で行なわれ
る。

この信号レベルＶ_Ｄは第１図の偏向性欠陥検出回路１０
０内に設けられた増幅器１０１によって増幅され、後述
する理由で設けられたバンドパスフィルタ１０２を介し
て受光位置（偏位）検出信号Ｖとなる。この信号Ｖは次
段の比較器１０３において所定の基準値（しきい値）と
比較され、このしきい値による弁別処理が行なわれる。
そして、受光位置検出信号Ｖ（したがって、傾斜角θ）
が上記基準値を超えるときに「欠陥有り」とする欠陥検
出信号が出力される。

そこで、以下では、この比較・弁別動作を中心にしてこ
の装置の動作をより詳しく説明する。まず、レーザ光源
１からのレーザビームＬを被検査体表面７に照射しつ
つ、レーザビーム走査機構（第１図中には図示せず。）
を用いて、被検査体表面７を順次走査する。このような
走査方法としては、以下のような方法を適宜採用するこ
とができる。

レーザ光源１からのレーザビームを、回転ミラーある
いは振動ミラーを用いて、被検査体表面７上でスキャン
させる方法。

第７図に示すように、被検査体Ｐがディスク状の場合
には、被検査体Ｐを矢符Ａ_１方向に回転させながら、矢
符Ｂ_１方向に並進させて被検査体表面５をスキャンさせ
る方法。

第８図に示すように、被検査体Ｑがドラム状の場合に
は、被検査体Ｑを矢符Ａ_２方向に回転させながら、矢符
Ｂ_２方向に並進させて被検査体表面７をスキャンさせる
方法。

ただし、の方法は、レーザビームをスキャンする幅の
全体をカバーすることができる大きな受光レンズを設け
る必要があるため、被検査体表面７に微小な傾きを検知
する場合には、，のスキャン法の方が好ましい。ま
た、，のスキャン法では、被検査体Ｐ，Ｑの並進運
動のかわりに、光学系の方を並進運動させてもよい。

このようなスキャンを行ないつつ上記偏向性反射光Ｒ_ｔ
の入射位置を輝点位置検出器９で検出すると、受光位置
検出信号Ｖは第９図のように変化する。この第９図のう
ち、(a)は被検査体表面７が平坦な場合であり、(b)は偏
向性欠陥が存在する場合をそれぞれ示す。ただし、この
実施例では、偏向性反射光Ｒ_ｔの受光位置が第１図の基
準位置ｘ_０となっているときの信号レベルがＶ＝０とな
るように構成している。この第９図からわかるように、
被検査体表面９に偏向性欠陥が存在する場合には、受光
位置検出信号Ｖがこの欠陥の傾斜角θに応じた振幅で変
動する。

第１０図は、このような偏向性欠陥によって生ずる受光
位置検出信号Ｖの変動を、単一の食込み状欠陥の場合に
ついてモデル化して示した図である。この図に示すよう
に、被検査体表面に欠陥が存在すると、受光位置検出信
号Ｖは一度（＋）または（−）方向に変動した後、これ
と反対符号方向に変動して基準レベル（Ｖ＝０）へと戻
る。それは、第５図中に示したように、欠陥２０におい
てひとつの方向に傾斜した傾斜面２１が存在すれば、反
対の方向に傾斜した傾斜面２２がこれに伴って存在する
ため、輝点位置検出器９の受光面１０における輝点位置
は、（＋）（−）の双方向に順次変動した後にｘ_０へと
戻るためである。

そこでこの実施例では、第１図の比較器１０３に設定す
るしきい値として、第１０図に示すようなＶ_Ｈ，Ｖ_Ｌの
２つの値を用いる。ただし、これらのしきい値Ｖ_Ｈ，Ｖ
_Ｌは、Ｖ_Ｈ＞０，Ｖ_Ｌ＜０であって、許容される欠陥の
限界値に応じて定められる値である。そして、ＶがＶ_Ｈ
以上となるか、またはＶ_Ｌ以下となったときには「欠陥
有り」と判定し、その判定出力を欠陥検出信号として出
力する。

次に、第１１図に示すように、被検査体表面７が全体と
して基準面７ａから角度φだけ傾いている場合の処理を
説明する。このときには、欠陥が存在しない場合でも、
レーザビームＬがこの角度φに応じた反射角で反射さ
れ、受光面上の偏向性反射光Ｒ_ｔの受光位置がｘ_０から
ずれたものとなる。このため、位置検出信号Ｖは第１２
図(a)のようなオフセットレベルＶ_Ｂを持ったものとな
り、このオフセットレベルＶ_Ｂが大きくなると、上記し
きい値Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｌによる欠陥の存在の判定が困難とな
る。

そこで、このような場合には、第１図の比較器１０３の
前段に微分器（図示せず）を設け、位置検出信号Ｖの時
間微分△Ｖ／△ｔを求める。この装置においては被検査
体表面７を走査しつつ検出信号を取込んでいることを考
慮すれば、これは、第１２図(a)中に示した微小走査区
間△ｓについての差分△Ｖ／△ｓをとっていることと等
価である。

このようにして得られる信号が第１２図(b)に示されて
おり、この図からわかるように、被検査体表面７のうち
欠陥が存在しない位置では、傾きφの有無にかかわらず
△Ｖ／△ｓ＝０となるため、欠陥が存在する位置のみに
おいて信号レベル△Ｖ／△ｓが（＋）（−）に変動す
る。したがって、これをしきい値Ｖ_Ｈ′，Ｖ_Ｌ′によっ
て弁別することによって欠陥検出が可能となる。つま
り、この発明における偏向性欠陥の検出は、受光位置の
偏位そのものだけでなく、この例における差分のよう
に、偏位に応じた量を求めることによって一般に実現可
能である。

さらに、第１３図のように、被検査体Ｐを回転させて走
査を行なうような場合には、被検査体表面５が、図中矢
符Ｅで示すような面触れを起こし、それによって偏向性
反射光の反射方向が図中のＲ_ｔ〜Ｒ_ｔ′の範囲で動揺し
てしまう。この場合、第１図の輝点位置検出器９の出力
Ｖ_Ｄを増幅してそのまま位置検出信号Ｖとすると、第１
４図(a)のように被検査体Ｐの回転周期に応じた周期を
持った変動Ｖ_Ｃが生ずることになる。このため、しきい
値Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｌによる欠陥検出がやはり困難となる。

これに対応するために、第１図の偏向性欠陥検出回路１
００にはバンドパスフィルタ１０２が設けられており、
このバンドパスフィルタ１０２によって被検査体Ｐの回
転周期に応じた周波数成分を除去する。こうすることに
よって、第１４図(b)のような適正な受光位置検出信号
Ｖが得られることになる。

このように、バンドパスフィルタ１０２を設けることに
よって、無用の低周波成分がカットされるが、さらに、
これによって欠陥検出帯域以上の高周波成分もカットさ
れるため、製品の品質に影響しないような極めて小さな
凹凸やホコリによる信号、それに種々のノイズ等の影響
も防止されることになる。なお、このバンドパスフィル
タ１０２は、第１２図(a)のオフセットレベルＶ_Ｂ（直
流成分）を除去する効果もある。

このように、受光位置検出信号Ｖの変動補正手段を設け
ることによって、種々の状況に対処可能な装置となる。

第１５図は偏向性欠陥検出系の他の構成例を示す部分概
略図である。この例では、輝点位置検出器９′として、
偏向性反射光Ｒ_ｔの受光位置を２次元的に検出可能な２
次元ＰＳＤを使用する。この２次元ＰＳＤの受光面１
０′が第６図(b)に示されており、１次元ＰＳＤにおけ
る電極の組Ｘ_ａ，Ｘ_ｂに直交する方向に、第２の電極に
組Ｙ_ａ，Ｙ_ｂをさらに設けて、入射した輝点ＳＰの２次
元的な偏位量△ｘ，△ｙが求められるようになってい
る。そして、ｘ，ｙ両方向のそれぞれの偏位量に応じた
出力レベルＶ_ｘ，Ｖ_ｙを第１５図の二乗増幅器１０１
ａ，１０１ｂでそれぞれ二乗増幅し、その結果を加算器
１０４で加算する。

このようにして得られた信号（Ｖ_ｘ ^２＋Ｖ_ｙ ^２）は、バ
ンドパスフィルタ１０５を通して位置検出信号Ｖ^２とな
り、これと基準値（しきい値）Ｖ_Ｈ ^２，Ｖ_Ｌ ^２とが比較
器１０６で比較される。そして、第１の実施例と同様
に、Ｖ^２＞Ｖ_Ｈ ^２またはＶ^２＜Ｖ_Ｌ ^２のときには「欠陥
有り」と判定するわけである。こうすれば、食込み欠陥
は起伏の傾斜の方向にかかわらず、これらを精度良く検
出することが可能となる。

また、欠陥や起伏の方向をも検出したいときには、比：
Ｖ_ｙ／Ｖ_ｘを求め、tan^-1（Ｖ_ｙ／Ｖ_ｘ）を計算すれば
よい。

このように、１次元ＰＳＤ、２次元ＰＳＤのいずれを用
いた場合にも欠陥検出が高精度かつ容易となるが、ＰＳ
Ｄを使用することによって、起伏面上や欠陥の傾斜面上
に存在する極めて小さなホコリなどの影響を防止するこ
とができるという効果もある。それは、ＰＳＤの受光面
に入射する輝点の強度分布は一般に第１６図(a)のよう
な分布形態を有しているが、ＰＳＤの出力（たとえばＶ
_Ｄ）は、この分布の重心位置Ｘ_ＳＭを偏位量△ｘとして
出力するような特性を有していることに起因する。すな
わち、微細なホコリの存在等によって第１６図(b)のよ
うに強度分布に乱れが生じても、その重心位置Ｘ
_ＳＭ（したがって検出値△ｘ）はほとんど変化せず、製
品の品質に影響の少ない微細なホコリ等による誤検出を
防止することができるわけである。

Ｃ．散乱性欠陥検出系の構成と動作次に、第２の反射光Ｒ_２に基く散乱性欠陥検出について
説明する。この散乱性欠陥検出は従来の装置を変形使用
することによっても構成可能であるが、この実施例で
は、欠陥の存在のみでなく、その種類も容易に識別可能
な新規な装置を利用する。そこでは、まず、第１図の光
電変換手段８として、第１７図に示すように、単位光電
変換素子Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３，…（以下、「単位素子」と
言う。）を所定の規則に従って空間的に配列した光電変
換素子アレイ８０を使用し、これによって、第２の反射
光Ｒ_２の回折パターンの空間的強度分布の形態を検出す
る。そして、この強度分布の形態に関するデータによっ
て散乱性欠陥の種類の判別をも行なう。

第１７図に示した各種光電変換素子アレイ８０のうち、
同図(a)は単位光電変換素子Ｄ_１，Ｄ_２，…をマトリク
ス状に配列したものである。そして、この方法では、各
単位素子から得られる光電変換出力パターンを、事前に
想定される種類の欠陥についてあらかじめ求めておいた
回折パターン分布の形態と比較し、その一致度によって
欠陥の種類を判別する。

ところが、表面欠陥は大別して線状（筋状）欠陥（第１
８図(a)）と点状（ピット状）欠陥（第１９図(a)）とに
大別され、それらの回折パターンは、前者では線状回折
パターン（第１８図(b)）となり、後者ではスペック状
回折パターン（第１９図(b)）となる。そして、このよ
うな表面欠陥からの回折パターン（散乱パターン）は、
正反射光の位置を中心にした極座標系における対称性や
周期性を有していることが多いにもかかわらず、第１７
図(a)のような単位素子のマトリクス配列は直角座標系
における対称性を有している。このため、これらの対称
性の相違に起因して、上記マトリクス配列では、光電変
換出力の処理がある程度複雑にならざるを得ない。

このため、表面欠陥による回折パターンの極座標系での
対称性や周期性を考慮することによって、より少ない単
位素子数で、より正確に欠陥の種類の判別ができるよう
な光電変換素子アレイを使用することが望ましい。

第１７図(b)〜(d)は、このような配列例を示す図であっ
て、このうち、同図(b)は、円環状の単位素子８１を同
心円状に配列したものであり、同図(c)は扇形状の単位
素子８２を放射状に配列したものである。また、同図
(d)は上記(b),(c)を組合わせたものである。これらのう
ち、同心円状配列は回折パターンの半径方向の強度分布
を知るために適しており、また放射状配列は周方向につ
いての強度分布を知るために適している。双方を組合わ
せた第１７図(d)では、これらの利点を兼ね備えてい
る。すなわち、光電変換素子アレイ８０では、同図に示
すように、略円形の受光領域の一部領域に円弧状単位素
子が同心円状に配置されるとともに、残りの領域に扇形
状単位素子が放射状に配列されている。そのため、円弧
状単位素子により回折パターンの半径方向の強度分布
を、また放射状単位素子により周方向についての強度分
布を同時に検出することができ、少ない素子で、より正
確に表面欠陥の種類を判別することができる。

なお、これらの配列においては、正反射光が入射する位
置が、同心円状配列ないし放射状配列の中心となるよう
に配列が行なわれる。

第１図に戻って、このような光電変換素子アレイ８０に
反射光Ｒが入射することによって得られる光電変換出力
は、散乱性欠陥検出回路２００内の光電変換信号処理回
路２０１によって処理されて、各単位素子ごとの出力レ
ベルが直列または並列に検出・増幅される。この結果と
して得られる単位素子出力強度分布を第２０図に例示す
る。この第２０図は、第１７図(b)のような同心円状配
列をなした光電変換素子アレイ８０を使用し、第１８図
(a)のような線状欠陥が規則的に配列している被検査体
表面７についての検出を行なった場合のものである。た
だし、光電変換素子アレイ８０内の単位素子数は３２個
とされている。

第２０図からわかるように、透過率分布フィルタ４を用
いていることによって得られる出力は、正反射光Ｒ
_０（単位素子Ｄ_１〜Ｄ_８）と散乱性反射光Ｒ_ｄ（同Ｄ_９
〜Ｄ_３２）とでほぼ同程度のレベルを有しており、単一
の受光・信号処理系でこれらを同時に処理可能であるこ
とがわかる。また、散乱性反射光Ｒ_ｄの回折パターン分
布の形態から、欠陥の種類の判別も可能である。これ
は、第２０図の分布などをそのまま表示機器等に表示さ
せ、これを、オペレータが、あらかじめ種々の欠陥につ
いて求めておいた回折パターンと比較して判断してもよ
い。また、より能率化するためには、回折パターンの各
ピークの高さ（最大値）Ｉ_ｐ０，Ｉ_ｐ１，…やその位
置、それにピークの広がりなどの特性値を、第１図の特
性値抽出回路２０２によって定量的に抽出し、各欠陥の
種類ごとにあらかめ決定された回折パターン判別基準
（種々しきい値）と比較器２０３で比較することによっ
て自動判別させるようにしてもよい。上記ピークの広が
りとしては、ピークを与える単位素子からｎ個（ｎは整
数）離れた単位素子の検出値や、ピーク半値幅、標準偏
差などを利用することができる。

たとえば、第２０図の例では、散乱性反射光のピークが
しきい値Ｉ_ＴＨを越えるときには欠陥ありと判断し、幅
の広い散乱性反射光のピークが複数個存在するときには
第１９図(b)のスペック状散乱パターンであるために、
点状欠陥が存在すると判断される。また、正反射光と散
乱性反射光との強度比ないしは強度差を所定のしきい値
と比較することによって、散乱性欠陥の程度などを知る
こともできる。

Ｄ．変形例以上、この発明の実施例について説明したが、この発明
は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次の
ような変形も可能である。

上記実施例では透過率分布フィルタ４を光分離手段と
して用いたが、たとえば第２１図(a)に示すような小型
ミラー３１や、同図(b)の小型プリズム３２によって分
離を行なうことも可能である。この場合には、第２の反
射光Ｒ_２は散乱性反射光Ｒ_ｄのみを含むため、散乱性反
射光検出手段としては、散乱性反射光Ｒ_ｄのみによって
欠陥検出を行なう検出系を使用する。

また、透過率分布フィルタを用いる場合においても、
第２図(a)のようなステップ状の透過率分布を有する透
過率分布フィルタではなく、同図(b)のように連続的な
透過率分布を持ったフィルタを用いることもできる。こ
の場合には、透過率の急峻な変化による光の回折を防止
し、検出される回折パターンとして、このような無用の
回折による部分を含まないようにすることができるとい
う効果もある。

この発明は、半導体ウエハやビデオディスクなどだけ
でなく、光反射を生ずる種々の被検査体の欠陥検出に適
用可能である。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、被検査体表面
からの反射光を、偏向性反射光を含む第１の反射光と散
乱性反射光を含む第２の反射光とに分離する光分離手段
を設け、これらの各反射光に基いて偏向性欠陥と散乱性
欠陥を検出するため、光学系のアライメントを複雑にす
ることもなく、低コストかつコンパクトな構成で、偏向
性欠陥と散乱性欠陥との双方を検出することのできる表
面欠陥検出装置を得ることができる。しかも、この散乱
性反射光検出手段では、略円形の受光領域のうちの一部
領域に円弧状単位素子を同心円状に配置するとともに、
残りの領域に扇形状単位素子を放射状に配列しているの
で、回折パターンの半径方向および周方向についての強
度分布を同時に検出することができ、表面欠陥の種類を
正確に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の概略構成図、第２図は、透過率分布フィルタの透過率分布を示す図、第３図は、透過率分布フィルタ透過前後の反射光強度を
示す図、第４図は、偏向性欠陥検出についての説明図、第５図は、第４図の部分Ｇの拡大図、第６図は、ＰＳＤの受光面を示す図、第７図および第８図は、走査方法の説明図、第９図ないし第１４図は、偏向性欠陥検出の原理を説明
するための図、第１５図は、偏向性欠陥検出系の変形例を示す図、第１６図は、ＰＳＤの特性説明図、第１７図は、光電変換素子アレイの例を示す図、第１８図および第１９図はそれぞれ、線状欠陥と点状欠
陥についての散乱パターン説明図、第２０図は、散乱性欠陥検出系中で得られる信号レベル
の説明図、第２１図および第２２図は、この発明の変形例を示す
図、第２３図および第２４図は、従来の表面欠陥検査装置の
説明図である。１……レーザ光源、４……透過率分布フィルタ、７……被検査体表面、８……光電変換手段、９……輝点位置検出器、１００……偏向性欠陥検出回路、２００……散乱性欠陥検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三木秀司兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町２−３− １ (56)参考文献特開昭60−13247（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−122358（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−122464（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−35048（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からのビーム光を被検査体に照射し、
前記被検査体表面からの反射光を検出することによって
前記被検査体表面に存在する欠陥を検出する装置であっ
て、前記光源からの前記ビーム光を前記被検査体の表面に略
垂直に照射する手段と、前記反射光を、偏向性反射光を含んだ第１の反射光と、
散乱性反射光を含んだ第２の反射光とに分離する光分離
手段と、前記第１の反射光を受光する受光面を有し、かつ前記偏
向性反射光の前記受光面上での受光位置に応じた受光位
置検出信号を出力する受光位置検出手段と、略円形の受光領域のうちの一部領域に円弧状単位素子を
同心円状に配置するとともに、残りの領域に扇形状単位
素子を放射状に配列してなり、前記第２の反射光を受光
して前記散乱性反射光を検出する散乱性反射光検出手段
とを備え、前記被検査体表面に存在する欠陥のうち、偏向性欠陥を
前記受光位置検出信号に基いて検出し、散乱性欠陥を前
記散乱性反射光検出手段の検出出力に基いて検出するこ
とを特徴とする表面欠陥検出装置。