JPH07325036A

JPH07325036A - 検査用光学系および検査装置

Info

Publication number: JPH07325036A
Application number: JP6141118A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Haga; 一実芳賀
Original assignee: NEW KURIEISHIYON KK
Current assignee: NEW KURIEISHIYON KK
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JP3385442B2; US5745236A

Abstract

(57)【要約】【目的】被写界深度を大きくして試料の観測部分がフ
ォーカスの合う範囲の中に入り易い検査装置を提供する
ことを目的とする。【構成】照射光学系Ｋにより平行光を試料８に照射
し、その透過光または反射光を観測光学系６により集束
し、その後方の観測部７で試料８の観測を行うための検
査用光学系Ｋにおいて、観測光学系Ｋは、テレセントリ
ック光学部６と、テレセントリック光学部６の後像空間
焦平面またはその近傍に配設された開口絞り１２とを備
えていることを特徴とする検査用光学系Ｋ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料の表面状態等を
２次元的に観測するための検査装置に関するもので、例
えば、鏡面ウェーハ等の試料の表面（以下、「試料表
面」という）の状態や、試料表面に形成された指標、特
にＩＤ（Identification）番号（識別番号）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試料
表面に形成されたＩＤ番号や、試料表面の状態、例え
ば、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、従来、点光源に
変換したハロゲン光（照射光学系）をハーフミラーによ
り反射させ、その反射光をコリメートレンズにより平行
光に変換し、その平行光を試料表面にその法線方向から
照射し、試料表面で反射する光を、再びコリメートレン
ズを介してシュリーレン光学部に入射してコリメートレ
ンズおよびシュリーレン光学部により集束することによ
り、試料表面状態を検出するものが知られている。

【０００３】この検査装置で用いられるシュリーレン光
学部は、試料表面の凹凸または試料の内部状態による屈
折率変化、反射率変化および透過率変化などを明暗の差
として表す代表的な光学部の１つである。この光学部
は、例えば、試料表面からの反射光を前記コリメートレ
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、試料表面で散乱された光の一部
を遮断すると共に、その後方の観測部において肉眼やカ
メラ等によって試料表面等の反射像を観測するようにし
たものである。

【０００４】この光学部によれば、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、観測部に到達し
ない。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
れ以外の部分は相対的に明るくなる。この明暗パターン
は試料表面の状態に対応しているので、その明暗パター
ンから試料表面の状態が観測できることになる。

【０００５】

【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。

【０００６】すなわち、シュリーレン光学部を用いた検
査装置では、試料表面からの反射光を集束するコリメー
トレンズが試料表面に近い距離にあるので被写界深度が
浅く、試料表面上に大きな反りやうねり等があると、試
料表面の観測部分がフォーカスの合う範囲の中にうまく
入らないおそれがある。これは、試料を透過して観測す
る場合にも同様である。このため、観測部分がフォーカ
スの合う範囲の中に入りやすい検査装置の提供が望まれ
ていた。

【０００７】また、照射光学系についても、ハロゲン光
を点光源に変換するリフレクタおよびリフレクタの焦点
位置に配設するピンホールと、照射光としての光の波長
を制限するための波長選択フィルタと、光源像をなくす
ためにハロゲン光を散乱させるためのディフューザー
と、散乱光の通過を制限するための偏光板とが必要とさ
れる。このため、装置のコストダウンを図る上で部品点
数の削減等が望まれていた。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、第１に、被写界深度を大きくして試料の観測部分が
フォーカスの合う範囲の中に入り易い検査用光学系およ
び検査装置を提供することを目的とする。また第２に、
コストの低減を図ることができる検査用光学系および検
査装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の検査用光
学系は、照射光学系により平行光を試料に照射し、その
透過光または反射光を観測光学系により集束し、その後
方の観測部で試料の観測を行うための検査用光学系にお
いて、観測光学系は、テレセントリック光学部と、テレ
セントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍に
配設された開口絞りとを備えていることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の検査用光学系は、照射光学
系により拡散光を試料に照射し、その透過光または反射
光を観測光学系により集束し、その後方の観測部で試料
の観測を行うための検査用光学系において、観測光学系
は、テレセントリック光学部と、テレセントリック光学
部の後像空間焦平面またはその近傍に配設された開口絞
りとを備えていることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の検査用光学系は、照射光学
系により平行光および拡散光を試料に照射し、その透過
光または反射光を観測光学系により集束し、その後方の
観測部で試料の観測を行うための検査用光学系におい
て、観測光学系は、テレセントリック光学部と、テレセ
ントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍に配
設された開口絞りとを備えていることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の検査用光学系は、請求項１
から３のいずれかに記載の検査用光学系において、観測
光学系が、その光学軸を透過光または反射光の光路に対
して傾斜させる傾き調整手段を備えていることを特徴と
する。

【００１３】請求項５記載の検査用光学系は、請求項１
から４のいずれかに記載の検査用光学系において、照射
光学系の光源は、発散光線束を発するように構成された
ＬＥＤであることを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の検査装置は、請求項１から
３のいずれかに記載の検査用光学系と、観測部からの画
像信号に基づいて画像処理を行う画像処理部とを備えて
いることを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の検査装置は、請求項６記載
の検査装置において、画像信号における白レベル電圧ま
たは黒レベル電圧を所定値にするための光量制御信号を
生成する光量制御信号生成部と、光量制御信号に基づい
て平行光および／または拡散光の光量をそれぞれ独立し
て変化させる光量制御部とをさらに備えていることを特
徴とする。

【００１６】請求項８記載の検査用光学系は、照射光学
系により平行光および／または拡散光を試料に照射し、
試料の被観測部での反射光または透過光を観測光学系に
より集束し、その後方の観測部で被観測部の観測を行う
検査用光学系において、観測光学系は、テレセントリッ
ク光学部と、テレセントリック光学部の後像空間焦平面
またはその近傍に配設された開口絞りとを備え、被観測
部は、試料の表面に溝状またはドット状に形成されたＩ
Ｄ番号であることを特徴とする。

【００１７】請求項９記載の検査装置は、照射光学系に
より平行光および／または拡散光を試料に照射し、試料
の被観測部での反射光または透過光を観測光学系により
集束し、その後方の観測部で被観測部の観測を行う検査
装置において、観測部からの画像信号に基づいて画像処
理を行う画像処理部と、画像信号における白レベル電圧
または黒レベル電圧を所定値にするための光量制御信号
を生成する光量制御信号生成部と、光量制御信号に基づ
いて平行光および／または拡散光の光量をそれぞれ独立
して変化させる光量制御部とをさらに備え、被観測部
は、試料の表面に溝状またはドット状に形成されたＩＤ
番号であることを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１記載の検査用光学系では、平行光を試
料に照射すると、その透過光または反射光は、テレセン
トリック光学部により集束されると共に、テレセントリ
ック光学部の後像空間焦平面またはその近傍に配設され
た開口絞りを通過して観測部に入射する結果、観測者
は、観測部に結像した像を観測することができる。この
場合、テレセントリック光学部を構成するレンズと試料
表面との距離（被写界距離）を任意に定めることがで
き、かつ長くすることができる結果、被写界深度を深く
することができる。したがって、試料表面に大きな反り
等があるときでも、被観測部全体にフォーカスが合う。
また、開口絞りを調整して感度調整をすることで、試料
表面の観測部分の２次元的状態に対応する明暗パターン
の鮮明度を著しく向上することができる。また、平行光
を照射するため、被観測部に照射された光が同一の方向
に反射するような場合、つまり、例えば、断面がＶ字状
の溝（以下、「Ｖ字溝」という）の場合には、その反射
光のみを観測することにより、被観測部を鮮明に観測す
ることができる。

【００１９】請求項２記載の検査用光学系では、拡散光
を試料に照射すると、請求項１記載の検査用光学系と同
じように作用し、被観測部全体にピンとが合うと共に、
明暗パターンの鮮明度を著しく向上することができる。
この場合、拡散光を照射するため、被観測部に照射され
た光は種々の方向に反射する。したがって、被観測部
が、例えば、凹部の場合、凹部の底部で反射して試料表
面の法線方向にのみ反射する光を観測すれば、凹部を鮮
明に観測することができる。

【００２０】請求項３記載の検査用光学系では、平行光
および拡散光を試料に照射すると、請求項１記載の検査
用光学系と同じように作用し、被観測部全体にピンとが
合うと共に、明暗パターンの鮮明度を著しく向上するこ
とができる。この場合、被観測部の種類に応じて、両光
の割合を調整することにより、被観測部を鮮明に観測す
ることができる。

【００２１】請求項４記載の検査用光学系では、観測光
学部が備える傾き調整手段により、観測光学部の光軸
を、透過光または反射光の光路に対して傾斜させること
ができる。このため、試料表面上の凹凸やＶ字溝等によ
り一定方向に反射した反射光がテレセントリック光学系
を通過し、かつ試料表面の法線方向に反射した反射光が
テレセントリック光学系を通過しないように光学部を傾
斜させることにより、試料表面の凹凸等に対応する明暗
パターンの明暗を反転することができるので、見易いパ
ターンで試料表面を観測することができる。

【００２２】請求項５記載の検査用光学系では、照射光
学系の光源は、発散光線束を発するように構成されたＬ
ＥＤのため、リフレクタ、波長選択フィルタ、ディフュ
ーザーおよび偏光板等の装置、つまり指向性を有するラ
ンプ等の光源を点光源に変換するためなどに用いる装置
を不要にすることができる結果、コストの低減を図るこ
とができる。

【００２３】請求項６記載の検査装置では、観測用光学
系と、観測部からの画像信号に基づいて画像処理を行う
画像処理部とを備えているため、画像処理により、より
鮮明な画像で観測することができる。

【００２４】請求項７記載の検査装置によれば、光量制
御信号生成部が光量制御部に光量制御信号を出力すれ
ば、光量制御部は、画像信号の白レベル電圧または黒レ
ベル電圧を所定値にするように、平行光および／または
拡散光の光量をそれぞれ独立して変化させるので、画像
信号レベルが飽和しないようにして、被観測部を観測す
ることができる。

【００２５】請求項８記載の検査用光学系では、被観測
部としての溝状またはドット状のＩＤ番号に応じて、平
行光および／または拡散光を照射すれば、ＩＤ番号をよ
り鮮明に観測することができる。

【００２６】請求項９記載の検査装置では、請求項７記
載の検査装置と同じように作用してＩＤ番号をより鮮明
に観測することができる。

【００２７】

【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。

【００２８】図１には検査装置１が示されている。この
検査装置１は、光学系Ｋと、画像処理ユニット（画像処
理部、光量制御信号生成部）７１と、インターフェース
７２と、光源Ｉコントローラ（光量制御部）７３と、光
源ＩＩコントローラ（光量制御部）７４と、ホストコン
ピュータ７５と、モニタ７６と、搬送装置７７とから構
成されている。また、光学系Ｋは、図２に示すように、
照明部２、ハーフミラー３、補助照明部４、チルトステ
ージ５、テレセントリック光学部６および観測部７から
構成されている。なお、テレセントリック光学部６は、
鏡筒１１により保持されている。

【００２９】この検査装置１について、具体的に説明す
れば、光学系Ｋは、半導体ウェーハなどの試料８に平行
光や拡散光を照射し、試料表面８ａでの反射光により、
試料表面８ａの凹凸やＩＤ番号を観測するものである。
画像処理ユニット７１は、観測部７内のＣＣＤから出力
される画像信号を増幅した後、ビデオ信号としてモニタ
７６に出力したり、ディジタル信号に変換したディジタ
ル画像信号をホストコンピュータ７５に出力したりす
る。また、画像処理ユニット７１は、画像信号の白レベ
ル電圧（画像信号のうち輝度が最大の電圧）が所定の電
圧範囲内に入るように、つまり、白レベル電圧が飽和し
ないように、光源Ｉコントローラ７３および光源ＩＩコ
ントローラ７４に光量制御信号を出力して、光学系Ｋ内
の光源の光量を制御する。具体的には、画像処理ユニッ
ト７１は、８ビットのシリアルデータである光量制御信
号を、ＲＳ−２３２Ｃ回線を介してインターフェース７
２に出力し、インターフェース７２が、シリアルデータ
を８ビットのパラレル信号に変換すると共に、両光源コ
ントローラ７３，７４に出力する。そして、両光源コン
トローラ７３，７４は、照明部２および補助照明部４の
光量をそれぞれ制御する。

【００３０】ホストコンピュータ７５は、画像処理ユニ
ット７１が出力するディジタル画像信号から、試料表面
８ａに形成されたＩＤ番号を認識し、ＩＤ番号に基づい
て、半導体ウェーハの生産行程のチェックや、種々の統
計処理などを行う。また、ホストコンピュータ７５は、
ＩＤ番号を認識すると、次の試料８をチルトステージ５
に搬送するために搬送装置および搬送用ロボット７７を
制御する。なお、搬送装置および搬送用ロボット７７
を、画像処理ユニット７１が直接制御してもよい。

【００３１】次に、光学系Ｋの動作について、図２を参
照して概略を説明する。照明部２から出射される照射光
は、ハーフミラー３で反射されて、チルトステージ５上
に置かれた試料８の試料表面８ａにその法線方向から照
射される。この試料表面８ａからの反射光は、照射光と
は逆方向に進んでハーフミラー３を透過し、後述するよ
うに鏡筒１１内のテレセントリック光学部６で集束され
ると共に開口絞り１２を通過して、観測部７で画像とし
て検出される。この場合、テレセントリック光学部６と
試料表面８ａとの間には反射光を集束させるためのレン
ズがないため、被写界距離を大きくすることができる結
果、被写界深度が深くなる。このため、フォーカスの合
う範囲が広くなるので、試料表面８ａに大きな反りがあ
っても、被観測部全体がフォーカスの合う範囲内に入り
易くなる。

【００３２】また、試料表面８ａ上の大きな反り等のさ
らにその上にある微細な凹凸を観測するような場合に
は、開口絞り１２を調整したり、後述するあおり機構に
より鏡筒１１を傾けたりすることにより、感度調整をす
ることができる。具体的には、Ｖ字溝状のＩＤ番号（被
観測部）や、複数のドットからなるＩＤ番号（被観測
部）の上に、アルミニウム膜、ハッシュベーション膜ま
たはフォットレジスト膜などの被膜が形成されていると
きであって、被膜を観測しないでＩＤ番号のみを観測し
たいときは、あおり機構により鏡筒１１を傾けることに
より、画像信号の白レベル電圧または黒レベル電圧の飽
和を防止し、ＩＤ番号が形成された試料８の形成面（Ｉ
Ｄ番号形成面）からの反射光のみが開口絞り１２を通過
するように開口絞り１２を絞ることにより、試料表面８
ａでの乱反射成分を除去することができる。これによ
り、試料８のＩＤ番号の鮮明な画像を観測部７で観測す
ることができる。また、この画像の明暗パターンは、試
料表面８ａに形成されたＩＤ番号や凹凸等の状態を反映
したものとなっているので、観測部７の画像出力を観測
することにより、試料表面８ａ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。

【００３３】続いて、図１の検査装置１について詳細に
説明する。

【００３４】照明部２は、スポットファイバライトガイ
ド２１、ディフューザー２２、アパーチャ２３、波長選
択フィルタ２４およびコリメートレンズ２５から構成さ
れている。スポットファイバライトガイド２１は、光源
Ｉコントローラ７３により、その光量を制御されている
１００Ｗまたは１５０Ｗのハロゲンランプ（図示せず）
の光を集光し、その先端からハロゲン光を出射する。

【００３５】スポットファイバライトガイド２１からの
出射光は、ディフューザー２２により拡散された後、ア
パーチャ２３によりその輝度および照射角を設定される
と共に、波長選択フィルタ２４により波長選択され、コ
リメートレンズ２５により平行光に変換されてハーフミ
ラー３に照射される。なお、アパーチャ２３は、スポッ
トファイバライトガイド２１からの出射光を点光源に変
換する機能を有している。また、波長選択フィルタ２４
は、各種干渉フィルタを備えるターレット状のものであ
り、試料表面８ａ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と共に、検査装置１のテレセントリ
ック光学部６の感度調節に用いられ、試料表面８ａの凹
凸のピークツーバレー値が小さい場合には波長の短い領
域が選択される。

【００３６】ハーフミラー３は、光軸に対して４５°傾
けられており、照明部２からの出射光を反射してチルト
ステージ５に照射すると共に、チルトステージ５上の試
料表面８ａで反射された反射光をテレセントリック光学
部６に透過する。

【００３７】補助照明部４は、本体が円筒状に形成され
ている。そして、この本体の下縁部には、その下縁部に
沿って、それぞれドーナツ状の、リングファイバライト
ガイド２６、ディフューザー２７および波長選択フィル
タ２８がその順序で取り付けられている。リングファイ
バライトガイド２６は、照明部２の補助的な光源であっ
て、光源ＩＩコントローラ７４によりその光量を制御さ
れているハロゲンランプ（図示せず）から集光したハロ
ゲン光を、チルトステージ５に向かって照射する。この
照射光は、ディフューザー２７により拡散され、波長選
択フィルタ２８により波長選択された後に、チルトステ
ージ５上に置かれた試料８の試料表面８ａを照射し、試
料表面８ａに対応する明暗パターンのコントラストを向
上させる。

【００３８】チルトステージ５は、照射光としての平行
光が試料表面８ａに垂直に入射するように、試料８の傾
きを微調整可能に構成されている。

【００３９】鏡筒１１は、その内壁に、散乱角の大きな
散乱光の影響を防ぐための遮蔽体３６が設けられ、内部
には、５枚のレンズ３１〜３５からなるテレセントリッ
ク光学部６と、円形開口の直径を連続的に可変可能な開
口絞り１２とを備えて構成されている。テレセントリッ
ク光学部６は、全体として、焦点距離が６６ｍｍ、Ｆナ
ンバが４（可変可能）、倍率が０．３２倍に構成されて
いる。また、鏡筒１１は、観測部７における結像の大き
さを調整するために、全体として交換できるような構造
になっており、図３および図４に、縮小像を結像させる
ときの鏡筒１１、および拡大像を結像させるときの鏡筒
１１をそれぞれ示している。鏡筒１１は、試料表面８ａ
からレンズ３１までの距離が長くなると、遮蔽体３６に
よる散乱光の遮蔽効果をより大きくする。また、レンズ
系移動機構を設け、観測部７に対してレンズ３１〜３５
および開口絞り１２を一体的に移動させることにより、
１つの鏡筒１１で縮小像から拡大像まで連続して結像可
能に構成してもよい。さらに、鏡筒１１には、レンズ３
１〜レンズ３５の位置関係を変更せずに、試料表面８ａ
からレンズ３１までの距離を調整するフォーカス機構４
１が設けられており、このフォーカス機構４１は結像の
フォーカスを微調整する。また、絞りを調整する絞り機
構４２が開口絞り１２とは別に設けられており、これら
により、結像の明度を変化させることができる。

【００４０】また、鏡筒１１は、試料表面８ａからの法
線方向の反射光の光軸に対して傾きを変化させるあおり
機構を備えている。このあおり機構は、特に限定されな
いが、鏡筒１１の円筒状のベース４４の縁部分に１２０
°間隔に配設された３つの整準ネジ４５，４５，４５で
構成されている。この整準ネジ４５を微調整して鏡筒１
１の鏡筒の傾きを変化させることにより、明暗パターン
を反転させることができる。なお、あおり機構は、ハー
フミラー３の傾き、照明部２からの照射光の光軸、およ
びチルトステージ５の傾きを変えてもよい。ただし、試
料８が製造ライン上を通過する際に、試料８に形成され
たＩＤ番号を観測するような場合には、チルトステージ
を使用することができないため、鏡筒１１の傾きなどを
変えることが好ましい。

【００４１】鏡筒１１の開口絞り１２は、１０枚羽根か
らなるアイリス絞りで、図示しない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させる
ことが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、感度調整をすることができるよ
うになっている。なお、この開口絞り１２は、テレセン
トリック光学部６の後像空間焦平面に配設されており、
レンズ系移動機構を備えたときには、レンズ３１〜３５
の移動に応じて開口絞り１２を後像空間焦平面に移動さ
せるように構成する。

【００４２】観測部７は、特に限定されないが、５１２
×５１２画素のＣＣＤにより構成され、試料表面８ａの
状態に対応する２次元的な明暗パターンを表示する。そ
して、ＣＣＤからの画像信号は、同軸ケーブルにより画
像処理ユニット７１に出力される。

【００４３】次に、検査装置１の動作について説明す
る。

【００４４】スポットファイバライトガイド２１から出
射した光のうち、ディフューザー２２により散乱されア
パーチャ２３および波長選択フィルタ２４を通過したも
のは、コリメートレンズ２５により平行光に変換され
て、ハーフミラー３に入射する。そして、ハーフミラー
３により反射された平行光は、試料表面８ａを照射して
ハーフミラー３方向に反射する。この場合、リングファ
イバライトガイド２６からの出射光を試料表面８ａで反
射させることにより、試料表面８ａに対応する明暗パタ
ーンのコントラストを向上させている。

【００４５】反射光は、ハーフミラー３を通過して鏡筒
１１に入射し、テレセントリック光学部６の後像空間焦
点の後ろの結像面、つまり観測部７のＣＣＤ上に結像す
る。この場合、試料表面８ａの凹凸により散乱された反
射光は、鏡筒１１の遮蔽体３６により遮蔽され、試料表
面８ａのフラット面でその法線方向に反射された反射光
は、テレセントリック光学１１により集束され開口絞り
１２をそのまま通過する。このため、試料表面８ａの凹
凸の部分は輝度が低い暗パターンを生成し、フラット面
は輝度が高い明パターンを生成する。しかも、かかる反
射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８ａ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上に投影される
画像の明暗パターンは試料表面８ａの凹凸等の微小な変
化を反映したものとなっており、観測部７の画像出力を
観測することにより、試料表面８ａの状態の微小な変化
の２次元的分布を実時間で正確に観測することができ
る。

【００４６】この場合、フォーカス機構４１を調整する
ことで、観測部のフォーカスの合う位置を調整し、開口
絞り１２の開口の大きさを調整することで、フォーカス
の微調整を行うことができる。また、テレセントリック
光学部６と試料表面８ａまでの距離を変えても、テレセ
ントリック光学部６の後像空間焦平面に開口絞り１２が
配設され、かつ、テレセントリック光学部６と観測部７
との距離が一定に維持されているので、観測像をぼかす
ことなく、かつ、明暗パターンの大きさや倍率を変更し
ないで、観測者が見易い高さに観測部７を移動すること
ができる。

【００４７】また、整準ネジ４５を微調整することによ
り、前述した明暗パターンを反転させることができる。
つまり、整準ネジ４５を調整することにより、試料表面
８ａの凹凸により散乱して反射した散乱光と垂直な光軸
になるように、鏡筒１１の傾きを変化させると、散乱光
が開口絞り１２をそのまま通過し、かつ試料表面８ａの
フラット面での法線方向に反射した反射光のうち殆どが
遮蔽体３６および開口絞り１２により遮蔽、遮断される
結果、凹凸の部分が明パターンを、フラット面の部分が
暗パターンをそれぞれ生成する。これは、例えば、ＩＤ
番号のように試料表面８ａに溝状に形成され、その溝部
での反射光が一定方向に進行するような観測対象物を観
測する場合に、特に見易くなる効果を有する。

【００４８】次に、図５〜７を参照して、被観測部の種
類毎の具体的な観測方法について説明する。

【００４９】図５は、フォトエッチングにより試料８上
にＶ字溝状に形成されたＩＤ番号を観測する場合の原理
図を示す。この場合には、試料表面８ａの法線方向か
ら、照射部２からの平行光のみを照射する。平行光は、
同図に示すように、前記他方の壁で反射し、一定の方向
に進行する。したがって、あおり機構により鏡筒１１を
傾け、ＩＤ番号により反射した光のみをテレセントリッ
ク光学部６に入射させると共に、試料表面８ａで反射し
た光をテレセントリック光学部６に入射させないように
すると、ＩＤ番号は白パターンの画像に、試料表面８ａ
のＩＤ番号が形成されていない部分は黒パターンの画像
にそれぞれ映り出される。

【００５０】図６は、試料８上にドット状に形成された
ＩＤ番号を観測する場合の原理図を示す。このＩＤ番号
は、レーザー光線により試料８にＵ字状の凹部を形成し
たものである。この場合には、鏡筒１１をチルトステー
ジ５に対して垂直にしておき、補助照明部４から拡散光
のみを照射する。拡散光は、同図に示すように、凹部で
反射することにより、その一部が試料表面８ａの法線方
向に進行してテレセントリック光学部６に入射し、試料
表面８ａで反射した光はテレセントリック光学部６に入
射しない。したがって、この場合には、ＩＤ番号（凹
部）は白パターンの画像に、試料表面８ａのＩＤ番号が
形成されていない部分は黒パターンの画像にそれぞれ映
り出される。

【００５１】図７は、図６において観測したＩＤ番号の
明暗パターンを反転して観測する場合の原理図を示す。
この場合には、照明部２からの平行光と、補助照明部４
からの拡散光を同時に照射し、鏡筒１１を傾けて観測す
る。具体的には、平行光（図示しない）のうち、凹部で
反射する光がテレセントリック光学部６に入射しないよ
うに（凹部のパターンが黒くなるように）、鏡筒１１を
傾ける。すると、ＩＤ番号は、ＩＤ番号形成面での反射
光が多少入射するため、やや黒いパターンの画像に、Ｉ
Ｄ番号が形成されていない試料表面８ａの他の部分は、
ＩＤ番号が形成されていない試料表面８ａでの反射光の
うちある程度が入射しないため、やや白いパターンの画
像になる。そして、拡散光を照射すると、試料表面８ａ
の凹部が形成されていない他の部分で乱反射してテレセ
ントリック光学部６に入射し、凹部での反射光は試料表
面８ａの法線方向に反射して、テレセントリック光学部
６には入射しない。このため、凹部のパターンは相対的
に白くなり、試料表面８ａの凹部の形成されていない他
の部分は相対的に黒くなる結果、明暗パターンのコント
ラストが向上する。この場合、画像処理ユニット７１
が、コントラストが最大になるように、光量制御信号を
出力して、照明部２および補助照明部４の光量を自動的
に調整する。

【００５２】次に、前述した照明部２の第２実施例につ
いて、図８，９を参照して説明する。なお、前述した実
施例と同一の構成要素は同一の符号を使用し、その説明
を省略する。図８に示すように、この第２実施例におけ
る照明部５１は、前述した実施例におけるハロゲンラン
プの代わりにＬＥＤ５２を用いている点が異なってお
り、ＬＥＤ５２、開口絞り５３およびコリメートレンズ
２５から構成されている。

【００５３】ＬＥＤ５２は、ガリウム・アルミニウム・
ヒ素系で中心波長が約６６０ｎｍの赤色点光源である。
なお、このＬＥＤ５２は、緑色や青色の発光波長を有す
るものであってもよく、観測対象物の反射度、透過度に
応じてＬＥＤの発光波長を適宜選択することにより、結
像のコントラストを向上させることができる。また、同
図に示すように、ＬＥＤ５２の発光部（ＬＥＤチップ発
光部）５４を覆うエポキシ樹脂で形成されたカバー５５
の上部がフラットな鏡面に形成されており、発光部５４
から出射する光が乱反射しないように構成されている。
また、ＬＥＤ５２は、図示しないＤＣ電源によってその
輝度を調整することができるようになっている。なお、
ＬＥＤ５２は、カバー５５を設けなくてもよく、また、
レンズとして機能しないガラスで覆うように構成しても
よい。

【００５４】開口絞り５３は、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させること
が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、開口角つまり試料表面８ａへの照射
面積が決定される結果、試料８の検査の種別（指標の識
別、うねりの検査、ディンプルの検査および傷の検査）
に適した像が観測部７に結像される。

【００５５】この照明部５１の動作について説明する。
ＬＥＤ５２の発光部５４は、カバー５５の上部がフラッ
トのため、指向性を有しない点光源として機能する結
果、ＬＥＤ５２から出射される光は、発散光線束とな
る。この発散光線束は、干渉を生じないで開口絞り５３
を通過し、所定の開口角で拡がってコリメートレンズ２
５に入射し、平行光に変換される。平行光は、ハーフミ
ラー３により反射され、試料表面８ａを照射する。この
場合、試料表面８ａに照射された光は、発散光線束のた
め、試料表面８ａ上に光源像が写ることがないので、デ
ィフューザーにより散乱させる必要がない結果、光源の
光利用効率を高めることができる。また、ＬＥＤ５２か
ら出射された光は、波長帯域が狭いので、波長選択フィ
ルタも不要となる。このため、照明部５１を簡易な構成
にすることができる。しかも、高価な光ファイバーを使
用しないため、コストの低減を図ることができる。

【００５６】なお、光源部５１を検査装置１に用いた場
合、拡散照明部４の光源もＬＥＤを使用することが望ま
しく、その発光波長もＬＥＤ５２の発光波長に合わせる
ことがより望ましい。さらに、ＬＥＤ５２の波長帯域を
さらに制限することにより、観測部７のＣＣＤに結像さ
れた明暗パターンを見易い像にするような場合には、照
明部５１において波長選択フィルタを用いることができ
る。

【００５７】図９は、図８と異なり、ＬＥＤを２つ使用
した場合の光源部５１ａを示している。この光源部５１
ａは、コリメートレンズ２５の光軸と垂直方向にＬＥＤ
５２ｂを配置すると共に、その光軸に対して４５°傾け
たハーフミラー５５を配置している。この光源部５１ａ
では、ＬＥＤ５１ａから出射された光がハーフミラー５
５を通過し、ＬＥＤ５２ｂから出射された光がハーフミ
ラー５５で反射して、両ＬＥＤ５２ａ，５２ｂからの光
が合成される。したがって、ＬＥＤ単体の輝度が低いと
きには、光量を増大させることができる。

【００５８】以上、本発明を具体的実施例に即して説明
したが、本発明は、かかる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。

【００５９】例えば、光源部２または５１と鏡筒１１と
の位置関係は置き換えることができる。すなわち、光源
部２または５１からの照射光がハーフミラー３を通過
し、試料表面８ａでの反射光がハーフミラー３で反射し
て鏡筒１１に入射するように構成してもよい。

【００６０】さらに、上記実施例の検査装置１では、光
源部２の発光源としてハロゲンランプを用いる場合につ
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８）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。

【００６１】さらに、光源部２として、スポットファイ
バライトガイド２１の先端にロッドガラスを使用するタ
イプのものであってもよい。

【００６２】また、照明部２では、点光源形成のために
アパーチャ２３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。

【００６３】さらに、上記実施例の検査装置１では、波
長選択フィルタ２４として干渉フィルタを用いる場合に
ついて説明したが、波長選択フィルタ２４として例えば
色ガラスフィルタを用いることもできる。

【００６４】また、実施例の検査装置１では、波長選択
フィルタ２４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２４と共に、あるいは波長選択フィルタ
２４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８ａ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８ａ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
ぎ観測しにくくなるからである。なおこの場合、ハロゲ
ンランプ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。

【００６５】さらに、上記実施例の検査装置１では、ハ
ーフミラー３を用いているが、これに代えて、ウェッジ
タイプの平板ビームスプリッタを用いることができる。
この場合、平板ビームスプリッタの２平面間に所定の微
小角αを設ける。これにより、平板ビームスプリッタの
透過面での反射によって生じるゴースト光を、その反射
面で反射される必要な反射光の光路から外し、ゴースト
光が観測部７内で検出されることを防止できる。

【００６６】さらに、上記実施例の検査装置では、ＣＣ
Ｄで観測するものとしたが、スクリーンやカメラあるい
は肉眼で観測するような光学部としてもよい。さらに、
ＣＣＤのかわりに、フォトマルなどの光電管を初めとし
てすべての撮像素子を用いることができる。

【００６７】さらに、画像処理ユニット７１では、ＣＣ
Ｄから入力した画像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、例えば凹凸部分等の輪郭部分の内側の状
態や輪郭部分自体を観測する場合、映像を見易い輝度で
観測することができることとなる。

【００６８】さらに、上記実施例の検査装置では、開口
絞り１２，５３としてアイリス絞り等を用いたが、固定
的な円形開口部が設けられた開口絞りを設け、この開口
絞りを光軸方向に移動させるようにして使用するように
してもよい。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、試料表面からの反射光
のうち、試料表面の法線方向に反射される反射光は、テ
レセントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍
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、そのほとんどが遮断される。したがっ
て、開口絞りの後方には、試料表面からの反射光のうち
の上記反射光によって２次元的な明暗パターンが形成さ
れる。この明暗パターンは、試料表面の指標、凹凸、反
射率等の状態を反映しており、この明暗パターンの測定
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。この場合、試料表面にピークツーバレー値の大
きい凹凸等があっても試料表面全体にフォーカスを合わ
せて観測できる上、開口絞りによって感度調整をするこ
とができるので、得ら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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の検査装置の概略構成図である。

【図２】実施例の光学系の構成図である。

【図３】実施例において縮小像を結像させる場合のテレ
セントリック光学部の概略構成図である。

【図４】実施例において拡大像を結像させる場合のテレ
セントリック光学部の概略構成図である。

【図５】Ｖ字溝状のＩＤ番号を観測する場合の原理図で
ある。

【図６】ドット状のＩＤ番号を明パターンにして観測す
る場合の原理図である。

【図７】ドット状のＩＤ番号を暗パターンにして観測す
る場合の原理図である。

【図８】照明部の他の実施例を示す概略構成図である。

【図９】照明部の他の実施例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１検査装置２，５１，５１ａ照明部６テレセントリック光学部７観測部８試料８ａ試料表面１２開口絞り５２，５２ａ，５２ｂＬＥＤ７１画像処理ユニット７３光源Ｉコントローラ７４光源ＩＩコントローラＫ光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射光学系により平行光を試料に照射
し、その透過光または反射光を観測光学系により集束
し、その後方の観測部で前記試料の観測を行うための検
査用光学系において、前記観測光学系は、テレセントリック光学部と、当該テ
レセントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍
に配設された開口絞りとを備えていることを特徴とする
検査用光学系。
【請求項２】照射光学系により拡散光を試料に照射
し、その透過光または反射光を観測光学系により集束
し、その後方の観測部で前記試料の観測を行うための検
査用光学系において、前記観測光学系は、テレセントリック光学部と、当該テ
レセントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍
に配設された開口絞りとを備えていることを特徴とする
検査用光学系。
【請求項３】照射光学系により平行光および拡散光を
試料に照射し、その透過光または反射光を観測光学系に
より集束し、その後方の観測部で前記試料の観測を行う
ための検査用光学系において、前記観測光学系は、テレセントリック光学部と、当該テ
レセントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍
に配設された開口絞りとを備えていることを特徴とする
検査用光学系。
【請求項４】前記観測光学系は、その光学軸を前記透
過光または反射光の光路に対して傾斜させる傾き調整手
段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の検査用光学系。
【請求項５】前記照射光学系の光源は、発散光線束を
発するように構成されたＬＥＤであることを特徴とする
請求項１から４のいずれかに記載の検査用光学系。
【請求項６】請求項１から３のいずれかに記載の検査
用光学系と、前記観測部からの画像信号に基づいて画像
処理を行う画像処理部とを備えていることを特徴とする
検査装置。
【請求項７】前記画像信号における白レベル電圧また
は黒レベル電圧を所定値にするための光量制御信号を生
成する光量制御信号生成部と、当該光量制御信号に基づ
いて前記平行光および／または前記拡散光の光量をそれ
ぞれ独立して変化させる光量制御部とをさらに備えてい
ることを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項８】照射光学系により平行光および／または
拡散光を試料に照射し、当該試料の被観測部での反射光
または透過光を観測光学系により集束し、その後方の観
測部で前記被観測部の観測を行う検査用光学系におい
て、前記観測光学系は、テレセントリック光学部と、当該テ
レセントリック光学部の後像空間焦平面またはその近傍
に配設された開口絞りとを備え、前記被観測部は、試料の表面に溝状またはドット状に形
成されたＩＤ番号であることを特徴とする検査用光学
系。
【請求項９】照射光学系により平行光および／または
拡散光を試料に照射し、当該試料の被観測部での反射光
または透過光を観測光学系により集束し、その後方の観
測部で前記被観測部の観測を行う検査装置において、前記観測部からの画像信号に基づいて画像処理を行う画
像処理部と、当該画像信号における白レベル電圧または
黒レベル電圧を所定値にするための光量制御信号を生成
する光量制御信号生成部と、当該光量制御信号に基づい
て前記平行光および／または前記拡散光の光量をそれぞ
れ独立して変化させる光量制御部とをさらに備え、前記被観測部は、試料の表面に溝状またはドット状に形
成されたＩＤ番号であることを特徴とする検査装置。