JPH07107346A - 検査装置 - Google Patents

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。 【構成】 光源２からの照射光は、光学素子３によって
平行光束とされた後、試料表面４ａに照射され、試料表
面４ａからの反射光は、光学素子３によってビーム径を
絞られ、ハーフミラー５で照射光から分岐される。光学
素子３の後像空間焦平面またはその近傍には開口絞り６
が設置され、この開口絞り６の直後に形成される反射光
の像が検出装置７に設けられた検出面で検出される。こ
の場合、検出装置７を光学素子３の光軸に垂直な方向に
移動させる移動装置８が設けられているので、照射光の
入射によって光学素子３で生じる迷光が検出装置７の検
出面に導かれて観測の妨げとなるといった事態が防止さ
れる。

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、特
に、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
ウェーハ等の試料に形成された指標の検査装置として、
従来、蛍光灯やハロゲンランプなどで照明された試料を
ＣＣＤカメラで直接観測するものが知られている。ま
た、試料の表面状態（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、シュリーレン光学系を用いたものも知られている。

【０００３】後者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、点光源からの出射光を光学素子（レン
ズ）によって平行光にし、試料表面にその法線方向から
照射し、その反射光を光学素子（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る。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、ＣＣＤカメラで直接観測する検
査装置では、明瞭な画像を得ることが極めて困難であっ
た。

【０００９】また、シュリーレン光学系を用いた検査装
置のうち前者のものでは、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。一方、シュリーレン光学系を
用いた検査装置のうち後者のものでは、観測点を光軸方
向に移動させるのみで、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請
求項１記載の発明は、光源からの照射光を試料表面に導
くとともに、試料表面から戻って来た反射光を集束する
光学素子と、試料表面からの反射光を、この反射光が光
学素子を通過した後に照射光の光路から分岐する分岐手
段と、光学素子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有し、この開口絞りを
通過した反射光の像を検出する検出手段と、この検出手
段を反射光の光路に垂直な方向に移動させる移動手段と
を備えることを特徴とする検査装置である。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、光源からの
照射光を試料表面に導くとともに、試料表面から戻って
来た反射光を集束する光学素子と、試料表面からの反射
光を、この反射光が光学素子を通過した後に照射光の光
路から分岐する分岐手段と、光学素子の後像空間焦平面
に対応する位置またはその近傍に配設される開口絞りを
有し、この開口絞りを通過した反射光の像を検出する検
出手段と、光源を照射光の光路に垂直な方向に移動させ
る移動手段とを備えることを特徴とする検査装置であ
る。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、光源からの
照射光を試料表面に導く照明光学系と、試料表面から戻
ってきた反射光を、この反射光が照明光学系に再入射す
る前に照射光の光路から分岐する分岐手段と、この分岐
手段で分岐された反射光を集束する光学素子を含む観測
光学系と、光学素子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
徴とする検査装置である。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明によれば、試料表面からの
反射光のうち、入射方向と逆向きの所定方向に反射され
る戻り光は、光学素子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、検出手段に設
けられている検出面には、反射光のうちの戻り光によっ
て、試料表面の凹凸、反射率等の状態を反映した２次元
的な明暗パターンが形成される。この明暗パターンの検
出により試料表面の２次元的状態を一時に観測すること
ができるが、この場合、試料にピントを合わせて検出で
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、観測さ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。しかも、検出手段を反射光の光路に
垂直な方向に移動させる移動手段を備えることから、光
学素子で生じる不要な光（迷光）によって明暗パターン
の観測が妨げられるといった問題を回避できる。すなわ
ち、移動手段を適当に調節して検出手段を反射光の光路
に垂直な方向に移動させることにより、照射光の入射に
よって光学素子のいずれかの部分で生じる迷光が開口絞
りを通過して検出手段に設けられた検出面に導かれるこ
とを有効に防止することができ、検出面の局所領域に迷
光が投影されて観測の妨げとなるといった事態が防止さ
れる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、光学素子の
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
れた開口絞りの存在により、試料表面の２次元的状態を
一時に鮮明に観測できる。しかも、光源を照射光の光路
に垂直な方向に移動させる移動手段を備えるので、照射
光の入射によって光学素子で生じる迷光が検出手段に設
けられた検出面に導かれて観測の妨げとなるといった事
態が防止される。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、光学素子の
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
れた開口絞りの存在により、試料表面の２次元的状態を
一時に鮮明に観測できる。しかも、分岐手段が、試料表
面からの反射光をこの反射光が照明光学系に再入射する
前に照射光の光路から分岐するので、照射光が観測光学
系に直接入射することがなく、迷光が検出手段に設けら
れた検出面に導かれて観測の妨げとなるといった事態が
防止される。

【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、点光源であ
る光源装置２から出射する照射光は、ハーフミラー５で
直角方向（図面下側）に偏向され、コリメートレンズ３
によって一旦平行にされた後、平板状の試料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
方向に進んでコリメートレンズ３によって集束され、分
岐手段としての機能を有するハーフミラー５を透過して
照射光側の光路から分岐された後、コリメートレンズ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（検出手段）に入射し、この開口絞り６の
後方の検出面７１ａ上への投影像として検出される。な
お、検出装置７には、移動手段である微動機構８が設け
られており、検出装置７の位置および傾きを調節する。

【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、検出装置７の検出面７１ａ上
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）の鮮明な投影像が形成されることとなる。
この投影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。さら
に、検出装置７用の微動機構８が設けられているので、
検出装置７をコリメートレンズ３の光軸から外した状態
とすることができる。この結果、コリメートレンズ３で
生じた迷光が検出装置７に入射し開口絞り６を通過して
検出面７１ａ上に光点を形成するといった事態を回避で
き、このような光点によって観測が妨げられるといった
問題が生じない。

【００２０】続いて、図１の検査装置について詳細に説
明する。

【００２１】光源装置２は、ハロゲンランプ２１を発光
源としている。このハロゲンランプ２１からの出射光
は、ダイクロイックミラーからなる楕円リフレクタ２２
で反射された後、熱線吸収フィルタ２３を透過し、直径
２ｍｍのピンホール２４に集光される。このピンホール
２４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２４の前方には、複数の干渉フィルタ
を備えるターレット状の波長選択フィルタ２５が設けら
れており、試料表面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２５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４
ａ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】光源装置２からの照射光は、ハーフミラー
５で反射された後コリメートレンズ３に入射する。この
コリメートレンズ３は、特殊低分散ガラスを用いた直径
６インチ（Ｆ７．１）のアポクロマートレンズであり、
光源装置２のピンホール２４から拡散する照射光を平行
光束に変換して試料表面４ａに入射させる。すなわち、
このコリメートレンズ３は、その前像空間焦平面の位置
にピンホール２４が位置するように設置されている。

【００２３】コリメートレンズ３からの平行光束が入射
する試料４は、チルトステージ４１上に載置されてい
る。このチルトステージ４１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からの反射光は、再度コリメー
トレンズ３に入射してビーム径を絞られる。

【００２４】コリメートレンズ３でビーム径を絞られた
反射光は、ハーフミラー５を透過して、入射光の光路か
ら分岐されれる。ハーフミラー５は、平板ビームスプリ
ッタであるが、その２平面間に所定の微小角が設けられ
たウェッジ付きのハーフミラーである。したがって、そ
の上側の透過面での反射に起因して発生する不要なゴー
スト光は、反射光の光路、すなわちコリメートレンズ３
の光軸から外れる。この結果、ゴースト光は検出装置７
で検出されなくなる。ハーフミラー５に設けられる微小
角は、例えばゴースト光が検出装置７に入射しないよう
に（ゴースト光が検出装置７のカメラレンズ７２の入射
瞳によって遮られるように）設定する。

【００２５】ハーフミラー５で照射光の光路から分岐さ
れた必要な反射光は、検出装置７に設けられたズームタ
イプのカメラレンズ７２に入射する。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はコリメートレンズ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。

【００２６】カメラレンズ７２を通過した試料表面４ａ
からの反射光は、１／２インチタイプのＣＣＤカメラ７
１の検出面７１ａ上に投影される。ＣＣＤカメラ７１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。この場合、ＣＣＤ
カメラ７１の検出面７１ａ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。

【００２７】詳細に説明すると、ＣＣＤカメラ７１の検
出面７１ａ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、
ＣＣＤカメラ７１の検出面７１ａ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、ＣＣＤカメラ７１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次元的分布を正確に観測することができる。

【００２８】図２には、ＣＣＤカメラ７１およびカメラ
レンズ７２からなる検出装置７と、この検出装置７の位
置および傾きを調節するための微動装置８とが示されて
いる。この微動装置８によって、コリメートレンズ３か
らの迷光に起因する光点を、ＣＣＤカメラ７１の画像出
力から除去することができる。微動装置８は、検出装置
７をコリメートレンズ３の光軸９に対して所望の傾きに
調節する２軸あおり機構と、検出装置７をコリメートレ
ンズ３の光軸９に垂直な面内で所望の位置に調節する２
軸ｘｙ移動機構とを備える。これら２軸あおり機構およ
び２軸ｘｙ移動機構を適当に操作すれば、ＣＣＤカメラ
７１やカメラレンズ７２さらに開口絞り６を、コリメー
トレンズ３の光軸９に対して適宜傾けたり、それに垂直
な方向に移動させることとなる。ＣＣＤカメラ７１やカ
メラレンズ７２の移動量等が適切であれば、光源装置２
からの照射光が試料表面４ａに入射する前にコリメート
レンズ３を構成する各レンズの表面で反射されることに
よって生じた迷光が、ＣＣＤカメラ７１の検出面７１ａ
に到達することを有効に防止できる。すなわち、コリメ
ートレンズ３で生じる迷光はコリメートレンズ３の光軸
９に沿って進むものであることから、かかる迷光は、２
軸あおり機構などの操作によってＣＣＤカメラ７１の検
出面７１ａ外に到達し、或いは光軸から外れた位置にあ
る開口絞り６、カメラレンズ７２等によって遮断され
る。この結果、コリメートレンズ３からの迷光に起因す
る光点が検出面７１ａに投影されて観測の妨げとなると
いった事態が防止される。

【００２９】微動装置８を用いた調整によって検出面７
１ａに光点が投影されることを防止する光点除去の具体
的な方法について説明する。

【００３０】図３（ａ）は、微動装置８を用いた調整前
における、ＣＣＤカメラ７１の画像出力を示した図であ
る。半導体ウェーハ１００のオリエンテーションフラッ
トの近傍には、指標であるＩＤ番号１０１が刻印されて
いる。検査装置の光軸が正確であれば、画面中央に光点
１０２が現れてしまう。このため、ＩＤ番号１０１の識
別が困難或いは不可能となる。

【００３１】図３（ｂ）は、微動装置８を用いた調整後
における、ＣＣＤカメラ７１の画像出力を示した図であ
る。微動装置８の２軸あおり機構によって検出装置７を
所望の角度まで傾けることにより、検出装置７の光軸
を、照射光用の照明光学系の光軸であるコリメートレン
ズ３の光軸から意図的にずらす。この結果、画面中央に
現れていた光点１０２を画面外に除去することができ、
ＩＤ番号１０１の識別が容易となる。なお、２軸のあお
りを可能にしたことで、光点１０２を図示のように上方
向に移動させるのみならず、左右方向にも移動させるこ
とができる。

【００３２】ところが、図３（ｂ）に示すように、２軸
あおり機構のみでは、カメラレンズ７２等の光軸が傾く
ため、画面下部にケラレを生じる場合がある。このケラ
レを防止するため２軸ｘｙ移動機構を調整する。検出装
置７をコリメートレンズ３の光軸に垂直な面内で移動さ
せると、ケラレの問題を解消できる。しかし、光点が再
び画面上に入ってくるので、２軸あおり機構を再度調節
する。さらに必要であれば、チルトステージ４１を調整
して、試料画像の明度、コントラスト等を所望のものと
する。

【００３３】以上、本発明を第１実施例に即して説明し
たが、本発明は、かかる第１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。

【００３４】例えば、上記第１実施例の検査装置では、
微動装置８として、２軸あおり機構と２軸ｘｙ移動機構
との組み合わせを用いたが、２軸あおり機構を用いない
で、ＣＣＤカメラ７１とカメラレンズ７２のそれぞれに
２軸ｘｙ移動機構を備える平行移動光学系としてもよ
い。図４（ａ）は、このような平行移動型の微動装置に
よる調整前の基本配置を示した概略図である。この基本
配置では、図３（ａ）に示す光点１０２と同様の光点が
画面上に現れてしまう。図４（ｂ）は、微動装置を用い
た調整後における配置を示した図である。この配置で
は、コリメートレンズ３からの迷光が検出装置に入射せ
ず、光点が画面中央に現れない。なお、図面右上方向に
厚くなっているウェッジタイプのハーフミラー５の裏面
反射に起因するゴースト光を効果的に排除するため、Ｃ
ＣＤカメラ７１とカメラレンズ７２の移動方向は、図示
のように図面左側方向としている。

【００３５】図４（ｂ）に示すような平行移動光学系と
した場合、画角範囲の広い検出装置７を用いなければケ
ラレが生じてしまうという問題がある。この問題は、例
えばＣＣＤカメラ７１として、１／２インチのＣＣＤを
より大きな２／３インチ画角のカメラに装着したものを
用いることにより解決する。或いは、カメラレンズ７２
としてＣＣＤ用でなく３５ｍｍカメラ用を用いることに
より解決する。

【００３６】さらに、微動装置８として、検出装置７用
の２軸あおり機構のみを備えるものを使用し、そのあお
りの回転中心をコリメートレンズ３の光軸上の適当な位
置に予め設定しておくことで、ケラレを防止しつつ光点
を画面外に除去することができる。

【００３７】さらに、開口絞り６のみの２軸ｘｙ移動機
構、或いはＣＣＤカメラ７１のみの２軸ｘｙ移動機構を
備えるものであってもよい。すなわち、必要な試料像に
対して光点を相対的に移動させ得る各種機構の使用が可
能である。

【００３８】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
検出装置７の位置および傾きを調節するための微動装置
８を設けているが、この代わりに、光源装置２の位置を
調節するための微動装置を設けてもよい。光源装置２用
の微動機構を適当に調節することで、点光源をコリメー
トレンズ３の光軸から外した状態とすることができる。
この結果、コリメートレンズ３で生じた迷光がこのコリ
メートレンズ３の光軸上に配置された検出装置７に入射
してその検出面７１ａ上に光点を形成するといった事態
を回避でき、このような光点によって観測が妨げられる
といった問題が生じない。

【００３９】その他の部分についても様々な変更が可能
である。例えば、光源装置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、光源装置２から
の照射光を、ハーフミラー５を透過させた後コリメート
レンズ３に導き、試料表面４ａからの反射光を、コリメ
ートレンズ３によって集束し、ハーフミラー５で偏向し
た後、微動装置８を備える検出装置７に導く構成として
もよい。

【００４０】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
光源装置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。

【００４１】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
光源装置２を、楕円リフレクタ２２でピンホール２４に
集光するものとしたが、楕円リフレクタ２２の代わりに
パラボラリフレクタを用いてもよい。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の所に集束させるようにすればよ
い。また、楕円リフレクタ２２のかわりにコンデンサレ
ンズを用い、このコンデンサレンズをハロゲンランプ２
１とピンホール２４との間に配設することもできる。

【００４２】さらに、入出射端にロッドレンズを備える
ライトガイドファイバを用いて光源装置２を構成するこ
ともできる。この場合、楕円リフレクタ２２の一方の焦
点にハロゲンランプ２１が設置され、楕円リフレクタ２
２の他方の焦点に入射側ロッドレンズの端面が配置され
る。ハロゲンランプ２１からの出射光は、楕円リフレク
タ２２で集束されて入射側ロッドレンズに入射した後、
ライトガイドファイバに結合されてこれを伝送してその
他端の出射側ロッドレンズに結合される。出射側ロッド
レンズからの出射光は、ピンホール２４に集光される。

【００４３】この場合、ロッドレンズを用いないで、ラ
イトガイドファイバのコアと同じ硝材を円形断面のロッ
ド状に固めた光導波ロッド棒を用いることもできる。こ
の光導波ロッド棒をライトガイドファイバの入出射端に
配置することにより、ハロゲンランプ２１からの出射光
をライトガイドファイバに結合することができるととも
に、ライトガイドファイバを伝送した後にピンホール２
４を通過した照射光を十分大きな広がり角で発散させる
ことができる。

【００４４】さらに、ロッドレンズ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
イバからの出射光は、円錐ミラーによってピンホール２
４に集光される。

【００４５】さらに、ロッドレンズを用いないで、ライ
トガイドファイバの出射側からコリメートレンズ３に直
接照射するタイプのものも使用可能である。

【００４６】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
点光源形成のためにピンホール２４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。

【００４７】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
波長選択フィルタ２５として干渉フィルタを用いる場合
について説明したが、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２５は不可欠の
要素でなく、その設置場所も任意である。

【００４８】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
波長選択フィルタ２５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２５とともに、或いは波長選択
フィルタ２５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難くなるからである。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。

【００４９】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
光源装置２からの照射光の出力を一定に保つ特別の装置
を設けていなかったが、光源装置２からの照射光のうち
ウェッジタイプのハーフミラー５で反射されないでこれ
を透過してしまうものをフォトダイオードなどで検出
し、このフォトダイオードの検出出力に基づいてハロゲ
ンランプ２１の電源電圧等を制御することで、光源装置
２からの照射光の出力の安定化を図ることができる。

【００５０】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
コリメートレンズ３としてアポクロマートレンズを用い
る場合について説明したが、コリメートレンズ３として
アクロマートレンズを用いることもできる。もっとも、
狭帯域の単色光を用いて検査する場合、色消しは必ずし
も要しない。ただし、コリメートレンズ３は、光のロス
を可及的に防止するため諸収差の小さいものを使用する
ことが好ましい。

【００５１】さらに、検査装置の用途に応じて各種口径
及び焦点距離のコリメートレンズ３を用いることができ
る。ただし、半導体ウェーハなどの表面に形成された指
標等を検出する用途では、一般にＦ４〜Ｆ１５の範囲で
用いることが好ましい。

【００５２】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
平板状の試料４を検査する場合を説明したが、円柱など
の表面検査の場合にはシリンドリカルレンズを用いて、
また、球体などの表面検査の場合には平凸レンズを用い
て、試料表面に法線方向から光を照射するようにすれば
よい。また、場合によっては、平板状の試料４のときで
もシリンドリカルレンズを用い、ある方向の凹凸状態を
強調させて観測するようにすることも可能である。

【００５３】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
ウェッジタイプのハーフミラー５として平板ビームスプ
リッタを用いる場合を説明したが、平板状或いは薄膜状
の各種ハーフミラーを用いることができる。例えば、ハ
ーフミラー５として、ペリクルミラーを用いることもで
きる。さらに、キューブタイプのビームスプリッタを用
いることもできる。

【００５４】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
ＣＣＤカメラ７１で観測するようにしたが、スクリーン
やスチルカメラで観測するような光学系としてもよい。
さらに、ＣＣＤカメラ７１のかわりにフォトマルなどの
光電管を用いてもよい。

【００５５】さらに、ＣＣＤカメラ７１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。

【００５６】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
開口絞り６としてズームレンズ７２に内蔵されたアイリ
ス絞りを用いたが、固定的な円形開口部からなる開口絞
りを設け、この開口絞りを後像空間焦平面に対応する位
置の近傍で光軸方向に前後に移動させるようにして使用
するようにしてもよい。

【００５７】さらに、上記第１実施例の検査装置では、
ズームタイプのカメラレンズ７２を使用する場合につい
て説明したが、このかわりに固定焦点レンズを用いるこ
ともできる。例えば、市販の一眼レフ用カメラレンズの
使用が可能である。

【００５８】図５には第２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、点光源であ
る光源装置２から出射する照射光は、照明光学系である
楕円ミラー３０によって一旦平行にされた後、全反射ミ
ラー３２およびハーフミラー５０で反射され、試料表面
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み、分岐手段で
あるハーフミラー５０を透過して照射光側の光路から分
岐された後、観測用の光学素子であるコリメートレンズ
３１によって集束され、このコリメートレンズ３１の後
像空間焦平面に対応する位置に開口絞り６０を内蔵する
カメラレンズ７２に入射し、このカメラレンズ７２の後
方のＣＣＤカメラ７１で検出される。

【００５９】この装置の動作について簡単に説明する
と、カメラレンズ７２内の開口絞り６０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、ＣＣＤカメラ７１の
検出面上に、試料表面４ａからの正反射光によって鮮明
な投影像が形成されることとなる。この投影像の明暗パ
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、ＣＣＤカメラ７１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。さらに、コリメー
トレンズ３１と試料表面４ａとの間にハーフミラー５０
が設けられた光学系となっており、光源装置２からの強
い照射光が直接コリメートレンズ３１に入射することが
ないので、迷光の発生を抑制できる。したがって、光源
からの直接光に起因する迷光が開口絞り６０を通過して
ＣＣＤカメラ７１の検出面上に光点を形成し、このよう
な光点によって観測が妨げられるといった問題が生じな
い。このような構成とすることで、光学系部分の全長、
幅等のサイズが増してしまうが、第１実施例のような微
動装置をなくした簡単な構造とすることができ、光点を
除去するための調整等に要していた操作を省略すること
ができる。

【００６０】続いて、図５の検査装置について詳細に説
明する。なお、図１の第１実施例と共通する部分につい
ては同一符号を付してその説明を省略する。

【００６１】光源装置２の発光源であるハロゲンランプ
２１からの照射光は、楕円リフレクタ２２で反射され、
熱線吸収フィルタ２３を透過し、ピンホール２４に集光
される。ピンホール２４を通過した照射光は、インテグ
レータ２７で拡散される。

【００６２】光源装置２から出射して拡散される照射光
は、楕円ミラー３０で反射されて平行光束に変換され、
全反射ミラー３２で光路を偏向された後、ハーフミラー
５０に入射する。このハーフミラー５０で反射されて偏
向された照射光は、平行光束として試料表面４ａに入射
する。

【００６３】試料表面４ａで逆方向に反射された反射光
は、ハーフミラー５０を透過して入射光の光路から分岐
された後、アポクロマートタイプのコリメートレンズ３
１に入射する。ハーフミラー５０は、２平面間に微小角
が設けられたウェッジタイプの平板ビームスプリッタで
ある。したがって、その上側の透過面での反射に起因し
て発生するゴースト光は、反射光の光路、すなわちコリ
メートレンズ３１の光軸から外れる。この結果、ゴース
ト光は検出装置７側で検出されなくなる。

【００６４】コリメートレンズ３１でビーム径を絞られ
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。カメラレンズ７２内部の集光位置には、開
口絞り６０が配置されている。この開口絞り６０は、ナ
イフエッジタイプの一対のスリットを直交するように配
置したものである。これにより、開口の大きさの調整が
容易となり、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。

【００６５】カメラレンズ７２を出射した光は、ＣＣＤ
カメラ７１の検出面上に投影される。この検出面上に投
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。この場合、コリメート
レンズ３１等に起因する光点は生じない。

【００６６】詳細に説明すると、コリメートレンズ３１
と試料表面４ａとの間にハーフミラー５０が設けられ、
このハーフミラー５０で反射された照射光が直接試料表
面４ａに入射するので、光源装置２からの強い照射光が
直接コリメートレンズ３１に入射することがなく、コリ
メートレンズ３１での迷光の発生を抑制できる。すなわ
ち、コリメートレンズ３１に入射する光は、試料表面４
ａからの比較的微弱な反射光のみであるので、コリメー
トレンズ３１で迷光が発生し難く、仮に発生した場合に
もＣＣＤカメラ７１の検出面上に光点が形成されず、こ
のような光点によって観測が妨げられるといった問題が
生じない。

【００６７】以上、本発明を第２実施例に即して説明し
たが、本発明は、かかる第２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。

【００６８】例えば、上記第２実施例の検査装置では、
楕円ミラー３０を用いて光源装置２からの照射光を平行
光束に変換したが、別のコリメートレンズを用いて光源
装置２からの照射光を平行光束に変換してもよい。図６
にその構成例を示す。光源装置のハロゲンランプ２１か
らの照射光は、ピンホール（図示せず）を経て拡散しつ
つ全反射ミラー３２で反射された後、遮光壁３４下側の
照明用のコリメートレンズ３３によって平行にされる。
この照射光は、ハーフミラー５０で反射された後、試料
表面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み、ハーフ
ミラー５０を透過して照射光側の光路から分岐された
後、観察用のコリメートレンズ３１によって集束され
る。この反射光は、コリメートレンズ３１の後像空間焦
平面に対応する位置に開口絞りを内蔵するカメラレンズ
７２に入射し、この後方のＣＣＤカメラ７１の検出面上
への投影像として検出される。

【００６９】さらに、楕円ミラー３０や照明用のコリメ
ートレンズ３３のかわりに、放物ミラーや球面ミラーを
用いることができる。放物ミラーの焦点に光源装置２の
ピンホール２４を配置すれば、完全な平行光束の照射光
を得ることができる。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子の後像空間焦
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
りの存在により、試料表面の２次元的状態を一時に鮮明
に観測できる。ここで、検出手段若しくは光源を移動さ
せる移動手段が設けられ、或いは試料表面からの反射光
をこの反射光が照明光学系に再入射する前に照射光の光
路から分岐する分岐手段が設けられているので、照射光
の直接入射によって光学素子で生じる迷光が開口絞りを
通過して検出手段に設けられた検出面に導かれて観測の
妨げとなるといった事態が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の検査装置の構成図である。

【図２】第１実施例の検査装置の部分拡大図である。

【図３】光点除去の具体的方法を示した図である。

【図４】第１実施例の検査装置の変形例を示した概略構
成図である。

【図５】第２実施例の検査装置の構成図である。

【図６】第２実施例の検査装置の変形例を示した概略構
成図である。

【符号の説明】

２ 光源 ３ 光学素子 ３０、３２、３３ 照明光学系 ３１ 観測光学系 ４ａ 試料表面 ５、５０ 分岐手段 ６、６０ 開口絞り ６、７、６０ 検出手段 ８ 移動手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの照射光を試料表面に導くとと
   もに、試料表面から戻って来た反射光を集束する光学素
   子と、試料表面からの前記反射光を、当該反射光が前記
   光学素子を通過した後に前記照射光の光路から分岐する
   分岐手段と、前記光学素子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る開口絞りを有し、当該
   開口絞りを通過した前記反射光の像を検出する検出手段
   と、前記検出手段を前記反射光の光路に垂直な方向に移
   動させる移動手段とを備えることを特徴とする検査装
   置。
2. 【請求項２】 光源からの照射光を試料表面に導くとと
   もに、試料表面から戻って来た反射光を集束する光学素
   子と、試料表面からの前記反射光を、当該反射光が前記
   光学素子を通過した後に前記照射光の光路から分岐する
   分岐手段と、前記光学素子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る開口絞りを有し、当該
   開口絞りを通過した前記反射光の像を検出する検出手段
   と、前記光源を前記照射光の光路に垂直な方向に移動さ
   せる移動手段とを備えることを特徴とする検査装置。
3. 【請求項３】 光源からの照射光を試料表面に導く照明
   光学系と、試料表面から戻ってきた反射光を、当該反射
   光が前記照明光学系に再入射する前に前記照射光の光路
   から分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された前
   記反射光を集束する光学素子を含む観測光学系と、前記
   光学素子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検
   査装置。