JPH06504843A - 自動光学的検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自動光学的検査方法および装置 ｌ肌豆１ 本発明は物品を自動的、光学的に検査する方法および装置に関するものである。

本発明は、ことに種々の形態のプリント回路板（ＰＣＢ）　、多重チップモジュ ール（ＭＣＭ）、集積回路（ＩＣ）、網状修飾体（ＲＱ）　、扁平パネルディス プレー（ＦＰＤ）等の欠陥を光学的に検査するために使用され得る。本発明はま た薄層構造体の厚さおよび屈折率を測定するためにも使用され得る。そこで本発 明をこれら両用途に関連して以下に説明する。（発明の背景） ２種類以上の材料から成る表面を有する、上述したような物品を光学的に検査す る場合、物品の表面に光が照射され、照明表面の画像が光センサで捕捉され、欠 陥が分析される。この目的のための各種形態の装置が公知である。

ことに金属導線が印刷されているエポキシ繊維ガラス基板を検査するのに有用な 公知の光学的検査装置は、基板と金属導線との間の蛍光の差違を基礎として、両 材料の画像における顕著なコントラストをもたらす。典型的な基板材料は適当な 光照射下に蛍光を発して明るく見えるが、金属導線は蛍光を発することなく、検 査装置において暗く見える。しかしながら、この類の光学的検査装置は、２種類 の蛍光を発しない材料、例えば２種類の金属層を区別するため、あるいは組成の 故にもしくは厚さが薄いために蛍光を発しない金属層上の薄い絶縁層の像を形成 するためには使用し得ない。

他の形態の光学的検査装置は、２種類の材料の反射率の差違に基礎を置（。しか しながらこの種の装置は、類似する反射率を示す材料の場合には有効でない。

さらに他の光学的検査装置は、上述した反射率式装置を改変したものであって、 像における両材料間のコントラストを、入射光の偏光状態を保持する能力に関す る両者の差違に対応して改善する。この方法は１対の偏光子を利用し、一方を光 源と対象物間に、他方を対象物と光センサの間に使用する。両側光子の相対的な 直交配向を利用することにより、低反射率材料、例えば２種類の散乱性表面（非 鏡面的）の金属ないし積層体の組合わせによりある程度のコントラストをもたら し得る。しかしながら、この種の装置では、入射光の偏光状態保持特性が同じあ るいは類似する２種類の材料を区別することは容易ではない。

（本発明の目的） 本発明の主たる目的は、被検体の表面が類似する反射率を有するか否かに関係な く、被検体を構成する両材料間に高い光学的コントラストを有する画像を形成で きる自動光学的検査方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、検査されるべきフィルムないし層の厚さにおける非均斉性 に対して、あるいは被検体表面の他のパラメータないし状態に対して不適当に感 応することのない自動光学的検査方法および装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、検査自体が行われる前に、像形成装置の光学的特性 を自動的に最善化することを含む自動光学的方法および装置を提供することであ る。

本発明のさらに他の目的は、薄層構造体表面の厚さあるいは屈折率を自動光学的 に測定する方法を提供することである。

側見肌二１ヱ 本発明の特長の一面から、少な（とも２種類の材料から成る物品を光学的に検査 するための「偏光」式方法が提供される。従来のように被検体は光で照射され、 これから反射する光は光センサで捕捉され、光センサで捕捉された光は欠陥分析 される。しかしながら、本発明では、入射光を直線偏光させるため、光源と目的 物の間において、偏光子が光軸上に配置される。従って入射光は被検体に入射す る入射光面に平行な偏光の「Ｐ面成分」と、このＰ面成分に直交する「Ｓ面成分 」とを有する。第２の偏光シートを有する分析器が、目的物と光センサの間にお いて光軸上に配置される。また偏光子と目的物の間に、あるいは目的物と分析器 の間に、位相補償器が配置され、Ｐ面成分とＳ面成分の間に、表面の相違する材 料からの反射により生起せしめられる位相シフトを補償する。さらに偏光子、分 析器および位相補償器を、それぞれの光軸を中心として回転させるための装置が 設けられ、これにより光センサで捕捉された異種両材料の画像における最大限の コントラストをもたらす。

以下においてさらに具体的に説明されるべき「偏光」式装置自体は、フィルムな いし層の屈折率および厚さを測定するためのものは公知である。このような装置 は、屈折率および厚さに対応するこのような層からの偏光の反射による偏光状態 の変化に基礎を置（。すなわち、はとんどの材料の屈折率は既知であり、あるい は測定可能であるから、ある材料の屈折率を偏光計で測定することによりその材 料を同定することができる。しかしながら、本発明者らの知る限り、偏光測定技 術を使用して測定された２種類の材料間の最大限のコントラストが、本発明の重 大な特長としてもたらされるような、光照射の広範囲のスペクトルおよび大きい 角度範囲にわたる検査、また広い観察帯域における照射光の高度の均斉性をもっ てなされる検査における厳重な要件を充足する。物品の欠陥に関する光学的検査 を開示し、あるいは示唆する公知技術は存在しない。

本発明による物品検査方法を行う場合に、検査されるべき物品の表面は、原則的 に照射された光を反射し、従って光源と光センサ間の光軸にはその面における反 射光が存在する。しかしながら、場合により被検体が透明の場合、光軸は物品を 透過する。

本発明検査方法のさらに他の特長によれば、被検目的物表面の２種類の材料間に おける最大限のコントラストは、３種類の素子、すなわち偏光子、分析器および 位相補償器のうちの２者を、第３の素子を不動に保持した状態で、対応する光軸 を中心として回転させることにより得られる。この「偏光光学的装置」は、一方 の材料から反射される偏光の最小限の強さ、他方の材料から反射される偏光の最 大限の強さが検知されるまで、すなわちコントラストが最大限になるまで、回転 せしめられる。

本発明方法は、また偏光分析像における最大限のコントラストをもたらすための さらに１種類もしくは複数種類のパラメータを包含する。このパラメータとして 、光源から放射される光の中央波長、この光のスペクトルバンド幅、入射光の入 射角度および角度範囲が挙げられる。

以下に詳述されるように、本発明の偏光分析コントラストの利用により、従来の 反射コントラストと異なり、欠陥分析されるべき像におけるコントラストは、２ 桁台（すなわち１００倍台）あるいはそれ以上に増強される。

本発明方法のさらに他の利点は、像におけるコントラストが、検査されるべき層 の厚さおよび層表面の若干のパラメータに対して過敏でないことである。

本発明の他の面の特長によれば、薄層構造体の厚さ変化あるいは屈折率変化を自 動的に測定する方法が提供される。すなわち、あらかじめ選定された被検体表面 の特定の個所が光照射され、これから反射される光が光センサにより捕捉され、 像のグレイレベル信号が測定される。

この本発明方法において、入射光は直線偏光に変えられて、入射光面に平行なＰ 平面成分と、このＰ平面に直交するＳ平面成分とがもたらされる。被検体と光セ ンサの間の光軸上に分析器が配置され、偏光子と分析器の間の光軸上に位相補償 器が、薄層構造体により惹起されるＰ平面成分とＳ平面成分間の位相シフトを補 償するために配置される。偏光子、分析器および位相補償器のうちの少なくとも ２者がそれぞれの光軸を中心として回転することにより最少限のグレイレベル信 号がもたらされる。

検査の間に選定された複数個所から得られる対応する数のグレイレベル信号が測 定されて、薄層構造体の層厚さないし屈折率を割出す。

本発明はまた、上述した偏光分析法による、物品の欠陥を光学的に検査する装置 、薄層構造の層厚さ、屈折率を光学的に計測する装置を提供する。

本発明の上述以外の特徴および利点は、以下の本発明装置に関する説明から明ら かになされる。

の　な２　■ 以下の添付図面を参照しつつ本発明をさらに具体的に例示する。

図１は本発明の理解に役立ち得る零位性偏光解析装置の操作を説明する略図、 図２は偏光分析パラメータマおよびΔの、不透明シリコン基板上における透明二 酸化珪素薄層を７０’の入射角、６３２．８日ｍ波長光で測定した場合における 、層厚さｄに対する関係を示すグラフ、 図３は、本発明による光学的検査装置の１実施態様を説明するブロック図、 図３ａは自動化された実際の検査処理が行われる前の、本発明光学的測定装置の 設定手順を示すフローチャート、図４は図３の装置における光学的ヘッドを説明 する図面、 図５ａ、ｓｂ、５ｃは、入射光スペクトルバンド幅の、偏光分析コントラストに 及ぼす影響を説明する図面、図６は光照射画像形成装置の長い共役側に、偏光子 、補償器、分析器のすべてが配置されている実施態様における、本発明光学的ヘ ッドを説明する略図、図７は、補償器が反射光軸上に在る場合の図６における光 学的ヘッドを説明する図面、 図８は、被検体が透明である場合の本発明による光学的検査装置の配列を示す説 明図、 図９は顕微鏡式照射装置を具備する本発明光学的ヘッドを説明する図面、 図１Ｏは平面上に配列された一連の光センサを有する検知器を具備した本発明光 学的ヘッドを説明する略図、図１１ａＳｂは本発明により形成される像における 偏光分析的コントラスト増大手順を説明する図面である。

日の＝　な１日 １、　１゛および　・コン　ラス 偏光分析的技術により最大限コントラストをもたらすことにより、物品を光学的 に検査するための本発明方法および装置を説明する前に、まず一般的な零位性偏 光分析ないし解析と偏光分析的コントラストの基本原理を説明する。

友−１光医上 偏光分析とは、被検体表面からの反射光における偏光状態の変化を光学的に測定 する方法である。

偏光分析および本発明において使用される若干の用語および定義を図１に関して 説明する。表面からの反射光における偏光状態変化は、次の両ファクターにより 定義される。まず（１）「振幅ファクターＪｔＦ、すなわち、これはＰ平面成分 （入射光平面に平行な偏光成分）の振りトルＥのＳ平面成分（入射光平面に直交 する成分）における振幅Ｅ　変化に対する割合および（２）「位相フアクタ−」 Δ、すなわちＰおよびＳ両平面成分の位相変化の間の位相シフトである。図１に おいて、Ｐ平面は光軸１１の入射光、光軸１３の反射光および被検体表面１２に 対する法線１２’を含む。

所定の偏光状態に在る光線が被検体表面から反射すると、反射光偏光状態は、通 常、入射光の偏光状態と異なる。

すなわち偏光状態の変化は、定量的に以下の両角度ＷおよびΔにより以下のよう に定義される。

ｔａｎ　−（Ｅ、ｒ／Ｅ、１）／（Ｅ、ｒ／１：、’）Δ雪（５，’　−５ｐｉ ）　−（５，’　−５，ｉ＞よびＳは偏光成分の形態、ｉおよびｒは入射光およ び反射光を意味する。

入射光および反射光の偏光状態における変化は、Ｐおにより表わされる反射表面 の特性に依存する。

偏光分析等式は、（Ｒ，Ｒ３）により示される被検体の算出されるべき光学的特 性と、測定されるべきマ、Δにより表わされる偏光状態の変化との間の関係を決 定する。

基本的な偏光分析等式は以下に示される。

七ａｎ（？）　・ｅｘｐ（ｉΔ）　霧ｉ、１１．　、　ｗｈｅｒｅ　ｉ　ｍ　ｖ ”Ｔ　（２）偏光分析法の対象は、通常、比較的平滑な表面（例えば研磨金属面 ないし蒸着金属面）、半導体基板あるいは１層もしくは複数層の透明層で被覆さ れた基板である。

このような対象物の光学的特性は、基板の屈折率（ｎ）および吸収係数（ｋ）な らびにすべての透明層（ｋ＝ｏ）の屈折率および総厚さにより規制される。最も 簡単な例、例えば清浄な金属基板において、フレスネル係数は、単に基板の数値 ｎおよびｋにのみ依存する。

所定の波長λおよび入射角φに対してｊａｎ（マ）・は以下のように簡単化され る。

上記等式（３）の解は チｍ　ａｒｃｔａｎ　ｌ鴫Δ−ａｒｇ　（ｉ）、　（４）である。

例えばλ＝０．６３μｍ１φ＝７００の入射光について、アルミニウム（ｎ＝１ ．５、ｋ＝７．４）とシリコン（ｎ＝３．８５、ｋ＝０．０２）の偏光分析パラ メータは以下の通りである。

Ａｎ　：ＩＦ＝４１．５８’　、Ａ＝１４３．０３６Ｓｉ：マ＝１０．３４°、 Δ＝１７９．１６゜１層もしくは複数層の薄層で被覆された基板の場合、フレス ネル係数の算出は複雑になる。例えば単層反射構造体の場合、 式中Ｒ１，およびＲ９，は、ｉ媒体およびｉ＋ＩＰｌ＠ｌ＋ｌｓｌ・１＋１ 媒体間の境界におけるフレスネル反射係数である。

基板上の透明薄層の場合、媒体ｉ＝１が雰囲気空気（ｎ　１＝ｌ　ｋ１＝Ｏ）で あり、媒体ｉ＝２が透明薄層（ｎ　２＝ｎｆ１に２＝０、ｄ＝ｄｆ）であり、媒 体ｉ＝３が基板（ｎ　＝ｎ　、に＝に３）であるとする。

Ｓ 透明薄層における干渉によりもたらされるパラメータδ（位相シフト）は、以下 の式により表わされる。

Δ＝ごジＱτ７市 λ　（）） １層構造体の場合であっても、偏光分析等式の解をめることは困難であり、従っ て一般的にこれはコンピュータにより算出される。このような計算の結果は、光 学的パラメータ、例えばｎ　−、ｄ（の関数としての角度Ｗ１Δのグラフにより 示される。

図２はシリコン基板上の透明薄層の層厚さｄｆの関数としての偏光分析パラメー タ（Ｖ、Δ）のグラフを示す。

これから明らかであるように、偏光分析パラメータＷ１Δは、はとんどあらゆる 薄層厚さにおいて、著しく異な゛　る。例えば薄層厚さａｆ−０（透明シリコン 基板）の場合においてＷ〜ｌＯ°、Δ＃１７９°であるが、層厚さｄｆ＝５０ｎ ｍの場合、Ｖ−４０°、Δ＝　１００’である。

このように２種類の異なる反射率を有する構造体、例えば２種類の異なる厚さの 透明層を有する基板の偏光分析パラメータの著しい差違は、表面の光学的反射率 がほぼ等しい場合にも生起する。この事実は本発明の際に見出され、光学的検査 方法および装置のための高コントラスト像形成に利用される。

Ｂ、　゛ 零位性偏光分析は、偏光分析パラメータ測定法の１種である。この零位性偏光分 析装置が図１に示されており、これは検査されるべき物品１２を照射する光源１ ０を光軸１１上に有し、反射光は光軸１３末端で光センサ−４により捕捉される 。入射光平面ｌにはこれらの光軸ｌ１１光軸１３および被検体１２の表面に対す る法線１２’を含む。

図１は偏光光学的装置の主要な３個の光学的素子、すなわち偏光子１５、位相補 償器１６および分析器１７を具備する。一般的にクォーターウェーブプレートを 有する位相補償器１６は光軸１１もしくは光軸１２のいずれの側に在ってもよい 。

零位法偏光分析方法によれば、これら３種類の偏光光学的素子およびこれらの光 軸２１，２２．２３の少な（とも２者は対応する光軸１１および１３を中心とし て、第３の素子を静止状態に保持しつつ、回転せしめられる。

若干の個所において、センサ１４は最少限の反射光強さ、すなわち反射光不存在 を検知するはずである。上述した３個の偏光光学的素子１５．１６．１７が、偏 光子モータＭ　１検知器モ一タＭ　１補償器モ一タＭＣによりそＰ　Ａ れぞれ駆動回転せしめられる。センサ１４により捕捉された反射光は、計測装置 ２０により計測される。

センサ１４により捕捉される反射光の強さは、反射表面１２の特性および３個の 偏光光学的素子の入射光平面ｌに対する角度位置Ｙ　１Ｙ　１Ｙｃにより相違す る。

Ｐ 偏光光学的素子の回転により、出力光が「消滅する」、すなわち最少限強さとな るそれぞれの角度位置がもたらされる。この条件下において、偏光分析パラメー タマおよびΔが、３構成素子の上述角度位置から算出され得る。

例えば、ＰＣＳＡ配置（すなわち、偏光光学的素子が、図１に示されるように偏 光子、補償器、被検試料、分析器の順序における配置）において、補償器を固定 した場合、等しいマ消滅状態の１状態は以下の通りである。

Ｙ　＝４５＠、マ＝Ｙ　、Δ＝２ＹＰ＋９０’ＣＡ 零位性偏光分析装置が消滅状態に調節されると、換言すれば特定の被検試料につ いて最少限の出力かもたらされる場合、これら素子のいずれか１者の角度位置変 化（すなわちＹ　、Ｙ　、Ｙｃのいずれかの変化が、反射光強Ｐ さを増大させる。

上述のＰＣ５Ａ配置において、Ｙｃ＝４５°　（すなわち補償器が完全なりオー ターウェーブプレートである場合）とすると、出力光および入力光強さＩ、Ｉｏ は下式％式％ 本発明によれば、等式（９）によるＩ／Ｉ　が広い範囲で変化する事実が、２種 類の異なる材料から成る物品表面の像において極めて著しいコントラストをもた らすために利用される。すなわち、Ｉ／Ｉ　が２種類の材料の一方に関して出来 る限り零に近いように調節される。

はと゛んどすべての被検材料のための偏光分析がパラメータは著しく相違するの で、他方の材料のＩ／ｌ　はほとんどすべての場合にＯより著しく大きくなる。

本発明方法は、偏光分析パラメータが被検層厚さに対して変化するので、透明薄 層厚さの変化を像形成のためにも利用され得る。従って、これによりもたらされ る像は、２種類の材料間で高いコントラストを示す。

例えば検査されるべき物品が、一方はアルミニウム、他方はシリコンのような２ 種類の材料表面を有する場合に、偏光分析パラメータを、アルミニウムからの反 射光がほぼ消滅するように調節（ｔＦＡｌ−４１，５８°、嶋、陶１４３．０４ °、ＹＡ−４１，５８°、ＹＰ−２６，５２ａ、Ｉ／Ｉ　−０）Ｌ／た場合、シ リコン表面からの反射光強さはＩ／Ｉｏ−０，３となる。装置ノイズ（光学的素 子の非精密性、出力光における復元の存在、反射面の非均斉性などにより生起せ しめられる）がｌｏ−３程度に低く抑えられるならば、これら材料間の本発明に よりもたらされる偏光分析的な光強さのコントラスト割合は、はぼ３００にも達 する。これは同一材料の可視光線に対する反射率間のコントラストより２桁台以 上の良好なコントラストに四速する。平滑表面基板がシリコン、アルミニウムな どであり、透明薄層で被覆された同じ基板と比較すれば、零位法偏光分析的コン トラストと反射的にコントラストの割合は、さらに太き（なる。

２、　しい　日 ・な　・ 図３は本発明による光学的検査装置の主要構成部材を示す。この装置は３個の主 要サブシステム、すなわぢ像監視サブシステム３０、像処理、分析サブシステム ４゜および全インターフェースサブシステム５０を有する。

画像監視サブシステム３０は、検査表面帯域を照射し、光学的画像を電気信号に 転化して、画像処理、分析サブシステム４０の画像処理装置４１に転送する。画 像監視サブシステム３０は、被検体を保持しており、サブシステム４０の主コン ピユータ４２により制御されるサーボ制御装置３２によって駆動されるＸ−Ｙテ ーブル３１を有する。画像監視サブシステム３０は、さらに光学的ヘッド３３を 具備し、これは光源、光センサおよびＸ−Ｙテーブル３１上の被検体を照射し、 画像形成するための光学的素子を含有する。ヘッド３３の光センサは、リニア電 荷結合素子（ＣＯＤ）センサあるいは遅延積分（ＴＤＩ）センサのようなりニア アレイセンサであってもよく、被検体はこれにより走査される。あるいはまた光 学的ヘッド３３のセンサは、被検体を段階的に走査するＣＣＤもしくはＶｉｄｉ ｃｏｎのような扁平アレイセンサであってもよい。

光学的ヘッド３３は、特定の被検体における光学的偏光分析コントラストをもた らすための光学的素子を移動させる機械装置を駆動するべき制御回路３４を有す る。

この制御回路３４は画像処理、分析サブシステム４ｏにおける主コンピユータ４ ２により制御され、光学的素子を物理的に移動させて、最大限の偏光分析コント ラストが得られるまで、それぞれのパラメータを変化させる。

制御回路３４は、基本的にスペクトルバンド幅（Δλ）と光源中央波長（λ）を 選定するための回路３４ａと、分析器（ＹＡ）の最善の回転角度を選定するため の回路（３４ｂ）と、補償器（Ｙｏ）の最善の回転角度を選定するための回路（ ３４ｃ）と、偏光子（Ｙ、）の最善の回転角度を選定するための回路（３４ｄ） と、最善の入射角（φ）を選定するための回路（３４ｅ）と、最善の角度範囲（ ２α）を選定するための回路（３４ｆ）とを具備すると理解すればよい。

画像処理、分析サブシステム４０は、画像処理装置４１と主コンピユータ４２の ほか、さらに被検体材料の零位性偏光分析による最善のコントラストをもたらす ためのパラメータを記憶しているデータベース４３を具備する。

画像処理装置４１は、被検体の特徴、例えばプリント回路板の場合、ライン、パ ッドなどを認識し、分析するために、ヘッド３３の光センサから供与される画像 信号を処理する。分析は、画像の特徴を記憶されている画像と対比することを包 含し、あるいはいわゆる「設計ルール」対比を包含する。画像処理は画像走査と 同時にリアルタイムで行われる。画像処理、分析サブシステム４ｏにおいては、 画像データを高速処理するための専用のハードウェアとソフトウェアを使用する のが好ましい。全インターフェースサブシステム５０は、オペレータ用インター フェース装置５１．ネットワーク用インターフェース装置５２を有する。オペレ ータ用インターフェース装置５１は、情報入力用キーボード、情報表示用ディス プレー、処理された情報の「ハードコピー」を出力するためのプリンターなどを 具備する。ネットワーク用インターフェース装置５２は、主コンピユータ４２に 情報を入力するための外部コンピュータに接続される。いずれのインターフェー ス装置も、適宜情報を主コンピユータ４２に入力し、これによりデータベース４ ３に蓄積されたデータと共に、それぞれの被検体の零位法偏光分析による最大限 のコントラストをもたらすように、画像監視装置を制御するために使用され得る 。

図３ａは図３に示される典型的操作を示すフローチャートであって、さらに具体 的には、被検体の種々相違する材料間における偏光分析コントラストを最大限な らしめるため、この装置により検査パラメータが選定され、次いで被検体の欠陥 を検査するために使用される態様を示す。

まずステップ５３において、被検体のタイプ（すなわち検査されるべき表面材料 、「設計ルール」データ等）が例えばオペレータ用インターフェース５１（図３ ）がら主コンピユータに入力される。ステップ５４では、あらかしめ選定された パラメータ、すなわち入射角（ステップ５４ａ）、角度範囲（ステップ５４ｂ） 、スペクトル特性（ステップ５４　ｃ　）　、光学的強さくステップ５４ｄ）、 回転されるべきでない偏光分析パラメータの同定（ステップ５４ｅ）が入力され る。これらパラメータは、オペレータによりインターフェースを経て供与され、 あるいは類似する材料などのこれまでに検査されて蓄積されているものをデータ ベースから選定される。

次いでステップ５５において、被検体の検査されるべき部分が選定される。プリ ント回路板などの場合、この部分はコントラストをもたらすべき部分であって、 基板と導電体を包含する。次いで例えば偏光子をステップ５６で回転させ、材料 の一方、例えば導電体から、選定された部分の画像における最低限のグレーレベ ル信号を生起せしめ、次いでステップ５１において分析器を回転させて、同じ材 料からの最低限グレーレベル信号をさらに低減させる。

次いでステップ５８において、所望のコントラストがもたらされたか否かを決定 する。結果が否であれば、ステップ５６とステップ５７が反覆される。所望のコ ントラストがもたらされたならば、検査装置による自動光学的検査処理が行われ る。すでに述べたように、自動光学的検査方法自体は、一般的に従来から行われ ているものである。

・へ・・′の　、 図４は本発明装置において図３ａにおける各ステップを実行するために使用され るべき光学的ヘッド３３の１実施態様を概略的に示す図面である。このヘッドは 包括的に６０で示される照射装置と、包括的に７０で示される反射光捕捉ないし 画像形成装置を包含する。

照射装置６０は、白色光、単色光もしくはレーザ光を照射するべき光源６１を包 含し、白色光源が使用される場合には、照射装置６０は可変スペクトルフィルタ もしくは一連のスペクトルフィルタ６２を具備する。照射装置６０はさらに光フ アイバー集合体６１ａおよび被検体１２の表面に光を集中するため、検査装置の 特定の要求に応じ得るようになされた集光レンズ６３ａ、６３ｂおよび口径絞り ６４を具備する。

反射光捕捉装置７０は、光学的ヘッドの反射光軸上に在り、被検体１２からの反 射光を捕捉する撮像レンズ７１および光センサ７２を具備する。

上述した各素子は、慣用の光学的検査装置において一般的なものであって、これ 以上の詳説を省略する。しかしながら、本発明の一面における特長からすれば、 これらの素子および画像における偏光分析コントラストを制御する素子は、略図 的に６９　ａ、　６９　ｂで示されるような光学的アーム部材６９ａ、６９ｂに 装着されるのが好ましい。これらアーム部材は、入射光軸に直交し、被検体表面 上の検査されるべき面に符号する軸線を中心として回転可能である。従って、入 射角φは必要に応じて偏光分析コントラストを最善ならしめるように変えられる ことができる。

被検体１２からの捕捉された反射光における偏光分析による最大限コントラスト をもたらすために、照射装置６０はリニア偏光子６５を具備し、反射光捕捉装置 ７０は分析器７３を具備する。なおこれら両装置の一方は、位相補償器６６を具 備し、これは図４において照射装置６０内に図示されているが、この位相補償器 ６６は、反射光捕捉装置７０内に、すなわち反射光軸上に配置されることもでき る。

本発明によれば前述したように零位法偏光分析による最大限のコントラストをも たらすために、被検体のそれぞれの特定タイプのための光学的装置にパラメータ 中の２者があらかじめ選定するか、あるいは制御回路３４（図３）に対応して光 学的に調節される。これらパラメータは、入射角（φ）と角度範囲（２α）であ る。

入射角（φ）は、最大限偏光分析コントラストをもたらすため、被検体表面の特 定の特性に応じて、制御回路３４ｅ（図３）により制御される。偏光分析コント ラストは、入射角（φ）が、ブリュースター角（誘電性基板の場合）もしくは偽 値ブリュースター角（金属基板の場合）に近い場合に最大限に近ずく。このこと は入射角（φ）が比較的水平方向に近（なるべきことを示唆する。他方において 、入射角の増大は被検体表面の局部的な平坦性の欠除に対する画像の感度を増大 させ、入射光面における基板上の特徴的寸法における歪みを増大させ、光照射装 置の焦点深さを低減させる。

角度範囲（２α）は、検査されるべき表面の画像形成部分を照射する円錐形の光 束の半角度（α）により規制される。必要な角度範囲は反射光捕捉装置７０にお ける撮像レンズ７１における口径角度および被検体面１２の諸特徴のうちの、被 検体表面の平面に対する物理的「勾配」、すなわち例えば基板平面に対して基板 上にプリントされた導電部分「側面」が交叉する角度によって決定される。

光学的角度範囲（２α）は、また被検体表面の緒特性に依存し、ダイアフラム６ ４（図４）の口径を制御する駆動装置３４ｆ（図３）により制御され得る。検査 されるべき表面が鏡面様に著しく平滑であり、平坦である場合には、角度範囲は 少なくとも撮像レンズ７１の口径に等しく、従って撮像ないし画像形成装置の最 大限解像力をもたらすようにしなければならない。一方においては、被検体表面 における弯曲が大きい程、例えば粗面度が大きい程、明視野画像形成装置におけ るように所望角度範囲は太き（なり、また他方においては、角度範囲が大きくな ると、照射装置および光源の光学的設計が複雑になる。

光のスペクトル分布Δλは、照射装置および全画像監視装置の他の重要な特性で ある。異なる材料および薄層構造体が検査されるべき場合には、石英タングステ ン灯、キセノン高圧放電灯などのような白色光光源を使用するのが好ましい。こ のような光源は、通常、光センサの感度より広いスペクトル範囲にわたる高度の 明るさをもたらす。例えばシリコンＣＣＤセンサは、４ｏｏから８００　ｎｍの 範囲においてのみ良好な感度を示すに過ぎない。

しかしながら、被検体表面が、不透明材料、例えば鋼上の金、シリコン上のアル ミニウムなどである場合には、偏光分析による高コントラストは、広いスペクト ルの光、ことに全可視スペクトルを包含する白色光の使用によりもたらされる。

これはこれら材料の光学的パラメータ、ことに偏光分析パラメータおよびΔが、 可視スペクトルの広い範囲にわたりほぼ一定であることによる。

被検体構成材料の少な（とも１材料が、透明薄層で被覆された特定の基板である 場合、偏光分析コントラストの、照射光線のスペクトル特性に対し依存性はさら に複雑である。この点は図５ａ、５ｂ、５ｃに示されている。

５α図に示されているような層において生ずる、所定のスペクトル範囲Δλ（図 ５ｂ）における各波長に対して生ずる多重的な反射のために、偏光分析パラメー タマおよびΔの所定の組合せがもたらされるからである。全スペクトル範囲に対 する光学的構造体の角度ＷおよびΔが測定されると、マおよびΔの変化は、スペ クトルバンド幅のほぼ関数を構成する（図５ｂ）。従って、Δλが１１００ｎで ある図５０の曲線に対して、零位性偏光分析でもたらされる最低限の光強さは、 Δλが２０および５ｎｍである図５ｃの曲線ＢおよびＣで示されるような、単色 光光源あるいは狭いバンド幅光源が使用される場合よりも急勾配ではない。従っ て、画像ノイズはスペクトルバンド幅、Δλを減少させることにより低減され得 る。　被検体の一方の材料が被覆されていない金属層であって、他方の材料が透 明被覆層を有する基板である場合を想定して、光学的装置の偏光分析パラメータ が、本発明により調整されて、基板からの反射光が消滅（すなわち画像が暗黒） になされたとすると、被覆されていない金属層は明るく見える。この検査に単色 光が使用されたとすると、この被検体表面に対応する画像のコントラストは極め て高い。

他方において層厚さが不均斉である場合には、不均斉な画像（光学的ノイズ）が もたらされる。ある被検体について、実際の厚さと多目的な厚さとの間に本質的 な差違が在るならば、そして基板のパラメータマとΔが被覆されていない金属の これらパラメータに類似しているならば、これらの間のコントラストは消失する 。

この問題の解決は非単色光を使用し、コントラストを逆転することである。この 場合、本発明方法により、偏光分析パラメータを調整して、金属層画像を暗黒化 する。

これにより比較的広いスペクトルの光が使用されているので、基板の方は画像に おいて明るく見える。この場合に基板のパラメータマ、Δおよび画像中のそれぞ れのグレイレベル信号は、層厚さ変化（図５０における曲線Ａのような）により 大きな影響を受けず、従って画像は高度のコントラストと均斉性とを有する。

従って、検査されるべきそれぞれの特定の薄層構造体に対して、照射光のスペク トル特性（λ、Δλ）が、光学的画像のコントラストおよび均斉性がもたらされ るように選択されるべきことは、本発明方法を実施するに当たり重要である。検 査されるべき部分の可及的速やかな走査を可能ならしめ、照射光の最大限の明る さをもたらすために、比較的広いスペクトル範囲を有する光を使用することが一 般的に好ましい。従って白色光光源が使用される場合には、図４において６２で 示されるような異なるフィルターの組合わせないし可変スペクトルフィルターを 使用する。本発明方法の実施に当たり、パラメータλ、Δλは、制御回路３４ｂ を介して、主コンピユータ４２（図３）により制御される。

被検材料の異なる組合わせの数が限定され、従ってただ１種類の特定スペクトル 範囲の光が必要である場合、照射装置の効率は、特定の光源、例えば発光ダイオ ード（Ｌ　Ｅ　Ｄ）の使用により改善される。

被検体表面が極めて平坦かつ均斉である場合には、例えばＨｅ−Ｎｅガスレーザ のようなレーザ光源が使用される。単色光レーザ照射により、薄層構造体、こと に層厚さが数オングストロームから数ｎｍの範囲である薄層構造体における最善 のコントラストがもたらされる。

図４に示されるように、反射光光軸に沿って設けられている、本発明装置の反射 光捕捉部分７０は、原則的に撮像レンズ７１、光センサ７２、分析器７３を具備 する。

撮像レンズ７１は、対象物平面に在る被検体１２の被照射面を、画像平面に在る 光センサ７２の感光性部分に画像形成する。

光学的検査自動走査装置において、通常、センサ７２としてはリニアＣＯＤのよ うなりニアアレイセンサが使用される。このような光センサは、検査されている 対象物上の線に沿って各画素、すなわち「ビクセル」のための画像の個々の点の 光強さに比例する電気信号をもたらす。解像力は、一般的にレンズ７１の倍率お よび解像力ならびに光センサ７２の能力に依存する。

リニアアレイセンサは、Ｘ−Ｙテープ３１（図３）に対し、その面に直交する方 向に、極めて精密に制御された態様で移動する。従って、上記の線は、対象物に 対する光学的ヘッドの物理的運動により、対象物に沿って移動せしめられる。被 検体表面の極めて狭い範囲の照射で足りるので、照射装置の高収率をもたらしつ つ、高度の解像力がこの検査装置により達成される。しかしながらリニアアレイ センサ（例えばリニアＣ０Ｄ）には、センサの各感光素子、すなわち画像の各画 素に対応する素子には、一定の最少限の集積が必要であるという点で制約がある 。

走査速度を高め、従って検査時間を短縮するためには、ＴＤＩ（遅延集積）セン サが使用され得る。感光素子の扁平集積体から成り、ステップバイステップで走 査されるこの公知センサは、センサにおける数本の平行線集積体で、対象物から 検知された光に対応する電荷を捕捉する。しかしながら、このＴＤＩセンサの主 たる物理的制約は、単一本数の集積センサに比し、変調伝達関数（ＭＴＦ）が減 小することである。このＭＴＦは機械的振動により生起せしめられる対象物対セ ンサの振動により有効的に減小せしめられる。

前述したように、偏光分析による最大限のコントラストをもたらすため、本発明 においては少なくとも３個の偏光素が使用される。図４に示されるように、この ３個の装置は、リニア偏光子６５、補償器６６および分析器７３である。偏光子 ６５は、入射光面に平行なＰ平面成分と、このＰ平面に直交するＳ平面成分とを 有する、直線的に偏光された光をもたらすリニア偏光子である。補償器６６は反 射偏光のＰ平面成分とＳ平面成分の間の位相シフトを補償する。分析器７３は、 「補償された」反射光の偏光面に対して直交する、その偏光面に順応するとき、 反射光を有効に消失させる。

これと異なるタイプの補償器も使用可能であるが、雲母もしくは液晶四分の一波 長板が好ましい。これらの材料は光速角度の収斂ないし拡散に対する最良の許容 度を有し、スペクトル範囲の問題となる微量光を吸収するからである。

偏光子６５および分析器７３も、プリズム、グイクロイックシートを含む数種類 のタイプが使用され得る。プリズム偏光子は、最も良好な反射光消滅率、すなわ ち平行偏光子および交叉偏光子を通る光束強さ間の割合をもたらす。しかしなが ら、このプリズム偏光子は、適当な光学的装置に組込むのが困難である。ダイク ロイックシート偏光子および分析器は、組込まれた装置のデザインを簡単にする 点で好ましい。このようなシート状装置は、照射／反射光の収斂、放散角度およ びスペクトル分布に対する許容度が太き（、照射、画像形成装置における偏差の 誘発が少なく、寸法が極めて小さく、整列、回転が容易である。

図４に示される光学装置の欠点は、偏光光学素子全部が被検体近くに配置され、 従って撮像レンズと照射光学素子の両者とも長い作用間隔を設けねばならない点 である。このため例えば顕微鏡対物レンズを使用して高倍率の像を形成するのが 困難である。さらに他の欠点は、光軸の短い両側（すなわち照射側の集光レンズ ６３ｂと対象物１２との間、反射側の対象物１２と集光レンズ７１との間）に偏 光光学的素子が配置されており、これらの光学的素子を通過する光が拡散し、収 斂するので、これらの作用が劣化することである。偏光光学的素子を光が直線的 に通過する配置が好ましい。

図６はこの問題に対処する本発明による偏光光学的素子の他の配列を示す。この 場合、偏光子６５と補償器６６は、照射系６０の長い距離、すなわちレンズ６３ ａと６３ｂとの間に配置され、また分析器７３は反射光捕捉系７０の長い距離、 すなわちレンズ７１と光センサ７２の間に配置されている。このような配置によ り図４の配置に関して上述した欠点が回避されるが、これは照射系６０において 集光レンズ６３ｂを、また反射光捕捉系７０において撮像レンズ７１の使用を必 要とするが、両者共に偏光分析コントラストに影響を及ぼし得る複屈折を回避す るため少ない内部歪みを有するガラスで形成するのが好ましい。

図６の配置においても、照射系６０ではな（、像形成系７０に補償器を設けるの が好ましい。この改変配置が図７に示されている。すなわち、位相補償器７４が 照射系６０内に、あるいは画像形成系７０内に設けられる。

前者がＰＣ３Ａ　（偏光子／補償器／試料／分析器）配列、後者がＰＳＣＡＳＣ 上称される。

ＰＣＳＡ配列にあっても、ＰＳＣＡ配列にあっても、偏光分析コントラストには 悪影響を及ぼさず、これら両者間の選択は、主として光学的設計およびその機能 を考慮してなされる。例えば画像形成系の光学的機能が臨界的であるならば、図 ４の６６で示されるように、補償器を照射系中に設けて、反射光軸７０の反射光 捕捉系において誘起されるべき追加的偏差を回避するのが好ましい。

他方において、被検体の被照射部分が比較的太き（、従って大きい光学的素子を 必要とし、反射光捕捉系の作用が臨界的でないならば、あるいは偏差が撮像レン ズにおける設計のために補正されるならば、図７に示されるように、補償器７４ が反射光光軸における反射捕捉系７０に設けられているＰＳＣＡ配列を使用する のが好ましい。

なお上述した零位性分析手法を特定の用途に適合させるため、光学的ヘッドの他 の変形例を説明して置（のが適当であろう。

このような用途は、基板としてガラスを使用し、可視光線範囲において透明であ ってもよい複数層の薄層を有する扁平表示パネルの検査である。図４に示される 基本的な光学的構造は、被検体上の異なる材料を区別する目的のために使用され 得るが、透明薄層構造の場合には、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、これら材料の必 然的に低い反射率のために低（なる。

図８はこのような透明、低反射率物品を検査するための使用され得る装置を示す 。図８の装置において、構成素子は例えば図７の反射光部分におけると同様であ り、従って同じ参照符号で示される。ただし照射系６ｏは、透明被検体を透過す る入射光を転送する位置に設けられ、反射光捕捉系７０は被検体に関し反対側に 設けられる。

これら両者の配列において、暗黒レベル信号（反射光消滅位置からの信号）は、 はぼ同じであるが、図８の転送された光の明るさレベルは、図７の装置の反射光 におけるそれよりも明らかに著しく高い。

図８における転送光間において、偏光分析による最大限のコントラストをもたら すための処理のすべては、反射処理（例えば図７における）と同様であるが、基 本的な偏光分析等式（前述の等式２）は、下記のように若干修正されねばならな い。

ｔａｎｌＦ・ｅｘｐ　（ｉΔ）＝Ｔ　／Ｔ　（１０）Ｓ 式中のＴ、およびＴ８は被検体のフレスネル複合転送係数である。本発明装置に よる反射装置に対する参照符号は、内容的に許容される限り、このような転送装 置をも示すものと解されるべきである。

図９はすでに述べた光学的ヘッドと同様の光学的ヘッドを示すが、この場合には 視野ないし口径制限部材６８およびレンズ６９　ａ、　６９　ｂ、　６９　ｃを 具備する、顕微鏡式照射装置を使用している。本発明によるこの実施態様は、他 の点においては前述した各実施態様と同じである。

ＣＣＤマトリックスのような扁平アレイ光センサが使用される場合、光センサは ステップバイステップで走査される。このような走査モードは、検知後に欠陥を 実証し、表示するための自動光学的検査装置に従来から使用されていた。この場 合、光センサは光学的に拡大された倍率で欠陥位置周辺の被検体表面を「観察」 する。実証は視覚的に、例えば高解像度ビデオモニターを使用して自動的に行わ れる。

部分センサが使用される場合、人の程度を問わず被検体表面の明瞭な画像をもた らすために、センサの面を光軸に対して傾斜させることが必要である。これは、 光学的配列は図９と同様であるが、光センサ７２′が感光素子の扁平集合体を有 する部分センサである、図１０に示されている。図１０において部分センサ７２ ′の面は、対象物１２の面に対して角度βで傾斜されている。この角度は下記関 係式から算出され得る。

・　β＝φ＋ａｒｃｔａｎ　［Ｍ−（ｔａｎφ）］　（１１）式中Ｍは画像形成 装置の光学的倍率を意味する。

の“ 前述したように、本発明により、２種類の材料から成る被検体表面の画像におい て最大限の偏光分析コントラストをもたらすために、３個の偏光素子（偏光子、 補償器、分析器）のうちの少な（とも２個を、被検体材料の一方の画像を消滅（ 光強さの最小環化）させるために、回転させる。従ってこれには以下の３種類の 選択があり得る。

Ａ、偏光子の角度位置を定常的に保持し、補償器および分析器を回転させる。こ の選択は例えば長（幅の小さい帯片をリニアＣＣＤカメラで走査する場合、偏光 子を光軸中心に回転させるには余りにも大きい場合などに好ましい。偏光子の角 度位置は、この場合ＹＰ＝±４５″が好ましい。

Ｂ１分析器の角度位置を定常的に保持し、補償器および偏光子を回転させる。こ の選択はプリズム偏光子が分析器として使用され、その光軸を中心として回転す る間に、機械的不斉合が対象物の画像を画像面において移動させ、撮像レンズの 自由間隔が、あたかも分析器回転機構の配置を許さないような場合に有利である 。

Ｃ０補償器の角度位置を定常的−に保持し、偏光子および分析器が回転される。

これら３種類のうちの１種類の選択による３者のうちの２者の回転は、被検体両 材料の一方が像中において消滅するまで、あるいは両材料のいすも像中において 消滅している場合には、両材料間に最大限のコントラストがもたらされるまで継 続する。

この処理は手動的もしくは自動的に行われ得る。いずれの場合にも、この処理は 、限定された角度範囲（例えば分析器の場合Ｏ≦ＹＡ≦π／２、偏光子の場合Ｏ ≦Ｙ。

≦π、補償器の場合Ｙｃ＝π／４＝定常位置）で、３個の偏光光学的素子のうち の２個をそれぞれ継続的にかっステップバイステップに回転させ、各ステップに おいて両材料の一方の像中における最少限の光強さをもたらす。

いずれの場合にも１個の光学的素子の回転は、前回の最少限値（すなわち他方の 光学的素子に関して最少限と判定）を変え、両光学的素子の交互の調整により反 射光の像中における最大限の消滅を実現することが必要である。

この処理が、補償器を定常位置に保持したＰＣ５Ａ配置の場合について、図１１ ａに示されている。

偏光器および分析器の当初位置がＹＡ　、Ｙｐで示される。偏光子を０≦Ｙ、≦ πの角度範囲で回転させることにより、第１部分の最少限光強さポイントｌ　（ 図１１　ａ）が、対象物の一方材料からの画像中量低信号を認識することにより 決定される。この最少限値座標がＹＡ（０）　（１）で表わされる。角度Ｙ　を 定常位置、ＹＰ　、（１） に保持して、今度は偏光子を、０≦ＹＡ≦π／２の角度範囲でＹ、の第２部分最 少限光強さ、ポイント２（座標（１）　（１）が見出されるまで回転させる。さ らＹＡ　、ＹＰ （１）　（２）ヵ。現れ に像中新たな最少限ポイントＹＡ　ＳＹ。

るまで、０からπの角度範囲におけるＹ、の回転による変化を反覆する。この一 連の作業を全体的最少限値がもたらされるまで、例えばポイント６、Ｙ　（３） 、ＹＡ（３）が見出されるまで多数回反覆する。

どの時点で全体的最少限値が達成されたかを決定する基準は、種々の態様で定義 され得る。全体的最少限値は、例えば特定の閾値より低くなることで決定され、 あるいは実行されるべき上述した局部的最少限値発見工程の最多工程数により決 定され得る。あるいはこれら両者の結合によっても決定され得る。

上述した全体的最少限値の決定処理は、上述した相連続する局部的最少限値の達 成まで各偏光光学的素子の物理的回転を制御するように、主コンピユータ４２を プログラミングすることにより自動化され得る。最終値を発見するための、若干 の数値的公知方法を利用することもできる。

前述したステップバイステップ発見法に基づいて、光強さの相似を平方べきタイ プの目的関数に対する角度マ、Δの関数とする、全体的光強さ最少限発見をさら に迅速に行うためのアルゴリズムが図１１ｂに例示されている。

はぼ同様な複数曲線が示されているが、これらは同じ光強さＩの曲線であって、 全体的最少限値Ｉ　・　が座標ＹＡ１１ｎ １、Ｙ、　のＭ点に在る。上述した局部的最少限値発見の手順を３図（０・・・ ・〉ｌ・・・・〉２・・・・〉３）行い、次いで、以下の等式によるポイントｌ およびポイント３を通過する直線に沿って、ＹＡｌＹＰの回転角を同時に変化さ せることにより全体的最少限値Ｉ　、の座標ＹＰ＊、ｌｎ Ｙ　８を見出し得る。

このようにして、全体的最少限値発見は、常に最大限４図の発見処理工程を経て 完了する。

被検体表面の２薄層構造を対比する場合において、場合によりこれらの層が均斉 な厚さを持たない場合がある。

このような場合、反射光最少限光強さのレベルが、同一構造体において場所によ り相違し、従って光学的装置は、走査処理の間リアルタイムで自動的に同じ全体 的最少限値に調節されねばならない。この自動的調節は、特定個所において検知 された実際の最少限値を比較して、全体的最少限値偏差とし、これを光学的素子 制御回路３４（図３）のためのフィードバックパラメータとして利用して行われ る。

光学的素子、例えばＹ　、ＹＡの角度位置をリアルタイムでフィードバック調節 することは、極めて効率的に行われ得る。すなわち、層厚さと偏光分析パラメー タマ、Δとの間の関係をあらかじめ算出して置けば、出力光強さ偏差値は、受入 れられた各目的角度値Ｙ１、ＹＡにおける層厚さの関数として、前述の等式（９ ）から決定され得る。

この手順は逆に行うこともできる。すなわち、まず全体的最少限値から仮強さの 偏差を測定し、その名目値から層厚さの変化で相対的光強さの変化を知ることに より、被検体表面に沿って層厚さの偏差をめることができる。

この方法は、シリコン基板上でエツチング処理した後の誘電性層（例えば二酸化 珪素層）におけるいわゆる「ウィンドウ」を、図２に示されるような層厚さのバ ラメータマ、Δと無関係に検査する場合において特に有効である。本発明方法に より選定される角度Ｙ　１ＹＡが、純珪素についてのものであるならば、完全開 放ウィンドウはすべて像中にて完全に消滅（暗色）しているはずである。ウィン ドウの若干のものが完全にエツチング処理されていない場合には、これらは明る く見え、従って欠陥として認識され得る。さらに、これらの個所において相対的 光強さくグレイレベル信号）を測定することにより、このようなウィンドウ全体 の残渣層厚さを容易に計算し、その統計的分布を知ることができる。

このデータによりオペレータは追加的エツチングを施す必要があるか否かを決定 することができ、これが必要である場合、処理の必要条件、例えば追加エツチン グ時間を知ることができる。

本発明による零位性偏光分析技術は、従って単に高コントラストの画像をもたら すのみでなく、「消滅せしめられた」信号と、その全体的最少限値との処理中の 対比を可能ならしめる。これは、またさらに層厚さのその名目的数値からの偏差 の認識を可能ならしめる。さらにまた、このような偏差のある面積および統計的 分布も容易に算出され得る、これは方法制御に極めて重要な情報である。

上述した偏光分析コントラスト技術による光学的検査法は、独立した検査法とし て使用することもでき、また他の検査方法、例えば欠陥存在の検証方法と併用す ることもできる。この偏光分析方法は、高コントラスト画像をもたらし得る能力 のほかに、逆方向コントラストを使用して別の画像を形成し得る利点を有する。

すなわちこの方法の過程において、偏光光学的素子を被検体表面両材料の一方か らの信号を消滅させるように設定し、次いで他方の材料が消失している第２の画 像を形成するように光学的素子を再設定し、このようにしてもたらされる両画像 を比較することができる。このようにして、実際の欠陥、例えば何らかの不足、 空白、局部的酸化もしくは汚染のような現象、表面傾斜など、画像における光強 さの不規則性をもたらすが、対象物の適当な機能を阻害しない欠陥の間の区別が 可能である。

ｔ゛いし　、　の 上述した方法および装置は、また薄層構造体の厚さおよび屈折率を自動、光学的 に測定するために使用され得る。これは上述した装置により構造体表面を照射し 、反射光を光センサで捕捉し、画像のグレイレベル信号を測定して行われる。前 述したように被検体表面に入射する光を直線的に偏光して、入射光に平行なＰ平 面成分と、これに直交するＳ平面成分とをもたらす、分析器を像形成光軸上に配 置し、位相補償器を、Ｐ平面成分とＳ平面成分との間において被検体からの反射 光により生起せしめられる位相シフトを補償するため、入射光軸あるいは像形成 光軸、すなわち反射光軸のいずれかに配置する。

このような方法ないし装置において、偏光子、分析器および補償器の相対的角度 位置が、最少限グレイレベル信号をもたらすように調節され、このグレイレベル 信号が測定される。この測定により被検体の層厚さおよび屈折率が直ちに得られ る。

本発明のこの特長による薄層の層厚さおよび屈折率の自動光学的測定は、偏光分 析パラメータの測定において行われたと同様の手順で行われ、被検体の欠陥を自 動的に検査する前に、その表面両材料の一方からの反射光を消滅させることによ り行われる。

本発明方法および装置を、好ましい若干の実施態様につき上述したが、これは単 に例示的に説明されたものであって、具体的にはさらに他の変更、修正、改善が なされ得る。従って上述明細書中のすべての説明はすべて例示的なものであり、 本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ規制されるべきである。

特表千６−５０４８４３　（１Ｂ） 平成０５年０６月３０日

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. １．被検体物品を光源からの光により照射し、これからの反射光を光センサによ り捕捉し、光センサで捕捉された光に対応する画像を形成し、この画像を分析し て欠陥を見出すための、少なくとも２種類の材料から成る物品表面を光学的に検 査する方法において、以下の追加的工程、すなわち 偏光子を光源と物品の間の光軸上に配置して、入射光を直線的に偏光して、入射 光面に平行なＰ平面成分と、このＰ平面に直交するＳ平面成分とをもたらし、分 析器を物品と光センサの間の光軸上に配置し、位相補償器を上記光軸のいずれか 一方の上に配置して、Ｐ平面成分とＳ平面成分の間において上記一方の材料によ り生起せしめられる位相シフトを補償し、上記偏光子、分析器および補償器をそ れぞれの光軸を中心として回転させることにより、上記光センサにより捕捉され た光に対応して形成された上記物品の画像中における両材料間の最大限のコント ラストをもたらす各工程を包含することを特徴とする改善された方法。
2. ２．請求項１による方法であって、上記３光学的素子の２者を回転させ、第３素 子を固定保持して、画像中における両材料の一方の光強さを最少限値にすること を特徴とする方法。
3. ３．請求項１による方法であって、上記光源が非単色光をもって上記物品を照射 することを特徴とする方法。
4. ４．請求項３による方法であって、上記光源により生起せしめられる光の中央波 長を、画像中における両材料間において最大限のコントラストをもたらすように 選択することを特徴とする方法。
5. ５．請求項４による方法であって、上記光源により生起せしめられる光のスペク トルバンド幅を、視野下の画像においてほぼ均斉なコントラストをもたらすよう に選択することを特徴とする方法。
6. ６．請求項１による方法であって、上記光源が上記物品を単色光で照射すること を特徴とする方法。
7. ７．請求項６による方法であって、上記光源が上記物品をレーザ光で照射するこ とを特徴とする方法。
8. ８．請求項２による方法であって、物品への入射光の入射角を、最大限コントラ ストが得られるように選定することを特徴とする方法。
9. ９．請求項２による方法であって、上記光源により生起せしめられる光の角度範 囲を、画像における表面レリーフ効果を最小限ならしめるように選定することを 特徴とする方法。
10. １０．請求項１による方法であって、上記光学的素子のいずれか２個のあらかじ め選定された回転位置に対して、上記材料の少なくとも１材料からの捕捉された 反射光の光強さを測定し、各材料の層厚さもしくは反射率に関する数値をもたら すことを特徴とする方法。
11. １１．請求項１による方法であって、照射される上記物品が反射面を有し、上記 光センサが上記物品からの反射光を捕捉することを特徴とする方法。
12. １２．請求項１による方法であって、上記物品が透明であり、上記光センサが上 記物品を透過した光を捕捉することを特徴とする方法。
13. １３．請求項１による方法であって、上記位相補償器が上記偏光子と上記物品の 間の光軸上に配置されることを特徴とする方法。
14. １４．請求項１による方法であって、上記位相補償器が上記物品と上記解析器の 間の光軸上に配置されていることを特徴とする方法。
15. １５．請求項１による方法であって、上記偏光子および上記分析器の少なくとも 一方が２色性シートであることを特徴とする方法。
16. １６．請求項１による方法であって、上記位相補償器が雲母四分の一波形板体で あることを特徴とする方法。
17. １７．請求項１による方法であって、上記位相補償器が液晶四分の一波形板体で あることを特徴とする方法。
18. １８．請求項１による方法であって、上記光センサがリニアアレイ感光素子を有 し、これが感光素子扁平面に直交する線に沿って上記物品に対し走査せしめられ ることを特徴とする方法。
19. １９．請求項１による方法であって、上記光センサがリニアアレイ感光素子を有 し、これが上記物品に対しステップバイステップ状態で走査せしめられることを 特徴とする方法。
20. ２０．請求項１８による方法であって、感光素子の扁平アレイが、走査される物 品の面に対して傾斜している面内に配置され、これにより感光素子アレイが物品 に対して焦点内に置かれることを特徴とする方法。
21. ２１．構造体を光で照射し、照射された構造体からの反射光を光センサで捕捉し 、形成される画像のグレイレベル信号を測定して、薄層構造体の厚さおよび屈折 率の変化を光学的に測定する方法であって、これが以下の工程、すなわち 偏光子を光源と被検構造体の間の光軸上に配置して、入射光を直線的に偏光して 、入射光面に平行なＰ平面成分と、このＰ平面に直交するＳ平面成分とをもたら し、分析器を被検構造体と光センサの間の光軸上に配置し、位相補償器を上記両 光軸のいずれかに配置して、上記薄層構造体によりＰ平面成分とＳ平面成分との 間に生起せしめられる位相シフトを補償し、 この被検構造体表面に参照点を選定し、上記偏光子、分析器および位相補償器を それぞれの光軸を中心として回転させ、上記のあらかじめ選定された参照点にお ける最少限グレイレベル信号をもたらし、このグレイレベル信号の測定値に対応 して薄層構造体の層厚さないし屈折率を決定する各工程を有することを特徴とす る方法。
22. ２２．薄層構造体の層厚さないし屈折率の変化を自動的に測定する装置であって 、 入射光で薄層構造体を照射するための光源を具備する照射装置、 薄層構造体からの反射光を捕捉して、構造体からの反射光の強さに対応して変化 する電気信号を出力する光センサ、 光センサにより捕捉された光に対応して照射構造体の画像を光学的に形成する画 像形成装置、画像を形成する光のグレイレベル信号を測定する装置を具備し、 上述の照射装置が、入射光を直線的に偏光して入射光面に平行なＰ平面成分と、 このＰ平面成分に直交するＳ平面成分とをもたらし、 上記画像形成装置が反射光を消滅させるための分析器を有し、 上記測定装置がさらにＰ平面成分とＳ平面成分との間において薄層構造体により 生起せしめられる位相シフトを補償し、かつ上記画像形成装置と分析器の間にお いて上記画像形成装置の光軸上に、あるいは上記分析器と薄層構造体の間におい て上記照射装置の光軸上に配置された位相補償装置と、 上記偏光子、補償器および分析器のうちの少なくとも２者をそれぞれの光軸を中 心として回転させて最少限のグレイレベル信号をもたらす装置とを具備すること を特徴とする装置。
23. ２３．少なくとも２種類の材料から成る物品の表面を自動的に検査する装置であ って、これが物品を入射光で照射する光源を有する照射装置、物品からの反射光 を捕捉し、捕捉された光の強さに対応して変化する電気信号を出力する光センサ 、光センサにより捕捉された光に対応して照射された物品の画像を光学的に形成 する画像形成装置、物品の欠陥を示すために上記光センサの出力を処理する処理 装置を具備し、 上記照射装置が入射光を直線的に偏光して、入射光面に平行なＰ平面成分と、こ のＰ平面に直交するＳ平面成分をもたらす偏光子を有し、 上記画像形成装置が反射光を消滅させる分析器を有し、上記検査装置がさらにＰ 平面成分とＳ平面成分の間に、上記材料のうちの１材料により生起せしめられる 位相シフトを補償するため、偏光子と物品の間において照射装置の光軸上、ある いは物品と分析器の間において画像形成装置の光軸上に配置された位相補償器と 、偏光子、分析器および位相補償器のいずれか１個もしくは複数個を回転させる ための装置とを具備することを特徴とする装置。
24. ２４．請求項２３による装置であって、上記回転装置が、偏光子、分析器および 位相補償器のうちの２個を、照射装置または画像形成装置の光軸を中心として回 転させ、その間上記３者中第３者を定常的に保持して、上記材料に対応して光セ ンサにより捕捉された光の強さを最少限にすることを特徴とする装置。
25. ２５．請求項２３による装置であって、上記照射装置が非単色光光源を有するこ とを特徴とする装置。
26. ２６．請求項２５による装置であって、最大限コントラストをもたらすように、 光源から照射される光の中央波長を選定するための装置をさらに具備することを 特徴とする装置。
27. ２７．請求項２５による装置であって、全視野にわたりほぼ均斉なコントラスト をもたらすように、入射のスペクトルバンド幅を選定するための装置をさらに具 備することを特徴とする装置。
28. ２８．請求項２３による装置であって、上記照射装置が単色光光源を有すること を特徴とする装置。
29. ２９．請求項２８による装置であって、上記照射装置がレーザ光光源を有するこ とを特徴とする装置。
30. ３０．請求項２３による装置であって、最大限コントラストをもたらすように、 物品上に照射される入射光の入射角度を選定するための装置をさらに具備するこ とを特徴とする装置。
31. ３１．請求項２３による装置であって、表面レリーフのコントラストに関する効 果を最少限とするように、入射光の角度範囲を選定するための装置をさらに具備 することを特徴とする装置。
32. ３２．請求項２３による装置であって、上記１材料に対応する像に最少限光強さ をもたらすように偏光の回転角度を決定した後に、上記材料の少なくとも１材料 から捕捉された光の強さを測定する装置をさらに具備し、これにより各材料の層 厚さないし反射率の変化を示すことを特徴とする装置。
33. ３３．請求項２３による装置であって、検査されるべき上記物品が反射面を有し 、上記照射装置と光センサが物品に対して同じ側に配置され、これによりセンサ が物品からの反射光を光学的に捕捉することを特徴とする装置。
34. ３４．請求項２３による装置であって、検査されるべき物品が透明であり、上記 光センサと照射装置が物品に対して反対側に配置され、これにより光センサが物 品を透過した光を捕捉することを特徴とする装置。
35. ３５．請求項２３による装置であって、上記位相補償装置が、偏光子と物品の間 において上記照射装置の光軸上に配置されていることを特徴とする装置。
36. ３６．請求項２３による装置であって、上記位相補償装置が、上記物品と分析器 の間において上記像形成装置の光軸上に配置されていることを特徴とする装置。
37. ３７．請求項２３による装置であって、画像における最大限のコントラストをも たらすように変化せしめられるべき照射装置の光学的パラメータを蓄積する記憶 装置と、特定材料の物品検査において最大限のコントラストをもたらすように、 偏光子、分析器および補償器の回転角度を、蓄積されたパラメータにより自動的 に変化させる処理装置とをさらに具備することを特徴とする装置。
38. ３８．請求項２３による装置であって、上記偏光子および分析器の少なくとも一 方が２色性シートであることを特徴とする装置。
39. ３９．請求項２３による装置であって、上記位相補償器が雲母四分の一波形板体 であることを特徴とする装置。
40. ４０．請求項２３による装置であって、上記位相補償器が液晶四分の一波形板体 であることを特徴とする装置。
41. ４１．請求項２３による装置であって、上記光センサが感光素子のリニアルアレ イを有し、これが感光素子リニアルアレイに直交する線に沿って物品に対し連続 的に走査せしめられることを特徴とする装置。
42. ４２．請求項２３による装置であって、上記光センサが感光素子のリニアルアレ イを有し、これが物品に対してステップバイステップで走査せしめられることを 特徴とする装置。
43. ４３．請求項４２による装置であって、上記画像形成装置が物品からの光を光セ ンサに焦点合わせする装置を有し、上記感光素子の扁平アレイが、走査される構 造体の面に対して傾斜する面内に配置され、感光素子アレイ全体が目的物から得 られる画像の焦点幅内に在ることを特徴とする装置。
44. ４４．一定のスペクトルバンド幅および中央波長を有する光束を形成し、 この光束を物品上への照射光路に沿って指向し、物品からの光を画像光路に沿っ て指向し、 上記光束の偏光を制御するため、光束をリニア偏光子を経て上記照射光路を通過 させ、 上記画像光路末端で物品からの光をセンサ上に捕捉し、上記物品と光センサの間 において上記画像光路に分析器を配置し、 偏光された直交両平面成分間における位相シフトを補償するため、上記照射光路 および画像光路のいずれか一方に位相補償器を配置し、 光センサで捕捉された光に対応して物品の画像を形成し、 この物品の画像を分析する各工程を包含し、上記偏光子、分析器、位相補償器の 少なくとも２者を上記両光路のいずれか一方のそれぞれの光軸を中心として回転 させることができ、上記リニア偏光子、分析器、位相補償器の少なくとも２者を 初期モードにおいて上記光軸上で個別的に回転させ、異なる複数材料から成る物 品の各部分に対応する画像中各部分間のコントラストを測定して、コントラスト が最大限となる上記リニア偏光子、分析器および位相補償器の角度位置を決定し 、この角度位置をその後の同様物品ないし類似物品の検査に使用することを特徴 とする、物品の自動、光学的検査方法。
45. ４５．請求項４４による方法であって、上記光束のスペクトルバンド幅、中央波 長、入射角、角度範囲のいずれかを、上記初期モードの間に、別個に調節して、 物品の画像におけるコントラストを最大限ならしめるこれらの数値を決定するこ とを特徴とする方法。