JPH10307011A - 表面検査方法および表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な装置構成で、凹凸部の有無および形状
を精度良く、しかも広い範囲を一度で測定可能な表面検
査方法を提供する。 【解決手段】 測定対象領域の斜方から当該測定対象領
域を照明光で照射する第１のステップと、測定対象領域
への照明光の入射方向と合致する光軸を有し当該測定対
象領域の一点に対する物側開口角が所定角度に設定され
た物側テレセントリック光学系または像物側テレセント
リック光学系で当該測定対象領域での反射光を結像する
第２のステップと、この結像された像を撮像して測定対
象領域の各点の輝度データを収集する第３のステップ
と、輝度データを処理し、明部と暗部とを認識すること
により測定対象領域内の凹凸部の有無と凹凸部の形状と
を求める第４のステップとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象領域の形
状を測定する表面検査方法および表面検査装置に係り、
特に、測定対象領域の表面性状を検査するのに好適な表
面検査方法および表面検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の形状の測定は、物体の性質の
計測や製品としての物品の良否の判定などにあたって用
いられる。物体表面の形状の測定は、特に、略平面状の
物体の表面の凹凸の測定に多用されている。

【０００３】図１４は、略平面状の物体の表面の凹凸形
状を測定する測定装置の代表的な例の構成図である。図
１４に示すように、この装置は、（ａ）略平行光を発生
する光源９１０と、（ｂ）光源９１０から出力された光
を入力し、測定対象物９９０の測定対象領域に向けて出
力するハーフミラー９２０と、（ｃ）測定対象物９９０
の測定対象領域からの反射光を入力して、結像する結像
光学系９３０と、（ｄ）結像光学系９３０の結像面に受
光面９４１が配置された撮像器９４０と、（ｅ）撮像器
９４０から出力された輝度データを収集して、画像処理
する処理器９５０とを備える。

【０００４】この装置を使用して、測定対象領域の形状
測定は以下のようして行なわれる。光源９１０から出力
された略平行光がハーフミラー９２０を介して測定対象
物９９０の測定対象領域に照射される。測定対象領域で
反射された光は結像光学系９３０で結像され、結像され
た像が撮像器９４０で撮像される。撮像結果は輝度デー
タとして撮像器９４０から出力され、処理器９５０によ
って収集される。処理器９５０は、収集した輝度データ
を処理して、測定対象領域の像を再構成する。こうして
再構成された測定対象領域像を観察して、像のぼやけか
ら測定対象領域の凹凸部の有無や凹凸部の位置を測定す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の物体の形状測定
は上記のように行なわれるので、凹凸部の形状のおおよ
そは知りえるが、凹凸部の形状が緩い錘状の場合には、
周囲部から中央部へ向けて徐々にぼやけが進むので、凹
凸部の外縁の判別が困難であり、したがって、凹凸部の
形状が精度良く判別できない。

【０００６】したがって、精度良く凹凸部の形状を測定
するとすれば、走査型共焦点顕微鏡といった大規模、複
雑、かつ、高価な装置を使用せざるを得なかった。

【０００７】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、簡易な装置構成で、凹凸部の有無および形状を精度
良く、しかも広い範囲を一度で測定可能な表面検査方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、本発明
の表面検査方法を好適に実行する、簡易な構成の表面検
査装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の表面検査
方法は、平行光束からなる照明光で、測定対象領域を照
射し、当該測定対象領域の表面状態を検査する表面検査
方法であって、前記測定対象領域の斜方から当該測定対
象領域を前記照明光で照射する第１のステップと、前記
測定対象領域への前記照明光の入射方向と合致する光軸
を有し当該測定対象領域の一点に対する物側開口角が所
定角度に設定された物側テレセントリック光学系または
像物側テレセントリック光学系で当該測定対象領域での
反射光を結像する第２のステップと、この結像された像
を撮像して前記測定対象領域の各点の輝度データを収集
する第３のステップと、前記輝度データを処理し、明部
と暗部とを認識することにより前記測定対象領域内の凹
凸部の有無と凹凸部の形状とを求める第４のステップと
を備えることを特徴とする。なお、本明細書において
「平行光束」とは完全な平行光束だけでなく、擬似点光
源によって作られた平行光束をも含む。

【０００９】請求項２記載の表面検査方法は、平行光束
からなる照明光で測定対象領域を照射し、当該測定対象
領域の表面状態を検査する表面検査方法であって、測定
対象物を傾斜させて前記測定対象領域の斜方から当該測
定対象領域を前記照明光で照射する第１のステップと、
前記測定対象領域への前記照明光の入射方向と合致する
光軸を有し当該測定対象領域の一点に対する物側開口角
が所定角度に設定された物側テレセントリック光学系ま
たは像物側テレセントリック光学系で当該測定対象領域
での反射光を当該測定対象領域の各点における入射角に
応じた輝度で結像する第２のステップと、この結像され
た像を撮像して前記測定対象領域の各点の輝度データを
収集する第３のステップと、この輝度データを処理し、
当該輝度データの分布の１次微分結果に基づいて、前記
測定対象物の傾斜方向での前記測定対象領域の傾斜分布
を求めるとともに、前記輝度データの前記傾斜方向につ
いての積分データから得られる回帰曲線と前記積分デー
タとの差に基づいて前記測定対象領域内での凹凸部の有
無と凹凸部の形状とを求める第４のステップとを備える
ことを特徴とする。

【００１０】請求項３記載の表面検査装置は、測定対象
領域を照射し、当該測定対象領域の表面状態を検査する
表面検査装置であって、平行光束からなる照明光で前記
測定対象領域を照射する光照射手段と、前記測定対象領
域の斜方から当該測定対象領域を前記照明光で照射でき
るように測定対象物を傾斜させる角度設定手段と、前記
測定対象領域への前記照明光の入射方向と合致する光軸
を有し当該測定対象領域の一点に対する物側開口角が所
定角度に設定され当該測定対象領域での反射光を結像す
る物側テレセントリック光学系または像物側テレセント
リック光学系と、この結像された像を撮像して前記測定
対象領域の各点の輝度データを収集する撮像部と、この
輝度データを処理し、明部と暗部とを認識することによ
り前記測定対象領域内での凹凸部の有無と凹凸部の形状
とを求める処理部とを備えることを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の表面検査装置は、測定対象
領域を照射し、当該測定対象領域の凹凸部の形状を測定
する表面検査装置であって、平行光束からなる照明光で
前記測定対象領域を照射する光照射手段と、前記測定対
象領域の斜方から当該測定対象領域を前記照明光で照射
できるように測定対象物を傾斜させる角度設定手段と、
前記測定対象領域への前記照明光の入射方向と合致する
光軸を有し当該測定対象領域の一点に対する物側開口角
が所定角度に設定され当該測定対象領域の各点における
入射角に応じた輝度で結像する物側テレセントリック光
学系または像物側テレセントリック光学系と、この結像
された像を撮像して前記測定対象領域の各点の輝度デー
タを収集する撮像部と、この輝度データを処理し、当該
輝度データの分布の１次微分結果に基づいて、前記測定
対象物の傾斜方向での前記測定対象領域の傾斜分布を求
めるとともに、前記輝度データの前記傾斜方向について
の積分データから得られる回帰曲線と前記積分データと
の差に基づいて前記測定対象領域内での凹凸部の有無と
凹凸部の形状とを求める処理部とを備えることを特徴と
する。

【００１２】請求項５記載の表面検査装置は、請求項３
または請求項４記載の表面検査装置において、前記物側
開口角を変化させる開口角可変手段を更に備える、こと
を特徴とする。

【００１３】請求項６記載の表面検査装置は、請求項５
記載の表面検査装置において、前記光照射手段は光源と
開口絞りを含んで構成され、この開口絞りの開口径を前
記物側開口角の変化に応じて変えられる開口径可変手段
を更に備える、ことを特徴とする。

【００１４】請求項７記載の表面検査装置は、請求項３
〜６いずれか記載の表面検査装置において、前記処理部
は、前記照明光の入射方向に直交する基準平面内の軸に
対して前記測定対象物を一の方向に所定角度だけ傾斜さ
せた際の前記測定対象領域の各点の第１の輝度データ
と、前記軸に対して前記測定対象物を反対方向に同じ角
度だけ傾斜させた際の前記測定対象領域の各点の第２の
輝度データとを合算し、この合算して得られた最大値の
１／２を中間の階調とし、前記第１および前記第２の輝
度データのうちの少なくとも一方を処理対象輝度データ
とすることを特徴とする。

【００１５】請求項８記載の表面検査装置は、請求項３
〜７いずれか記載の表面検査装置において、前記処理部
は、前記照明光の入射方向に直交する基準平面内の一の
軸に対して前記測定対象物を傾けた場合の輝度データ
と、前記基準平面内で前記一の軸に対して直交する他の
軸に対して前記測定対象物を傾けた場合の輝度データと
の双方を処理対象輝度データし、この２つの処理対象輝
度データを合成して前記測定対象物の凹凸部の有無と凹
凸部の形状とを求めるように構成されていることを特徴
とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の表面検査方法および表面検査装置の実施の形態を説明
する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１７】（第１実施形態）図１は、本発明の表面検
査装置の第１実施形態の構成図である。図１に示すよう
に、この装置は、平行光束とした照明光で測定対象領域
を照射する光照射手段１１０と、測定対象領域の斜方か
ら当該測定対象領域を照明光で照射するように測定対象
領域を傾斜させることができる角度設定手段２００と、
測定対象領域への照明光の入射方向と光軸が合致し測定
対象領域の一点に対して所定の物側開口角を有し測定対
象領域での反射光を結像する物側テレセントリック光学
系３００と、この結像された像を撮像して画素ごと（測
定対象領域の各点）の輝度データを収集する撮像部４０
０と、この輝度データから前記測定対象領域内での凹凸
部の有無と凹凸部の形状とを求める処理部５１０とを備
える。

【００１８】ここで、光照射手段１１０は、光源１１
１、アパーチャ１１２およびハーフミラー１１３および
コリメートレンズ１１４から構成されている。このうち
コリメートレンズ１１４は結像系の一部をも構成してい
る。また、物側テレセントリック光学系３００は、コ
リメートレンズ１１４を含む結像レンズ系３２０と、
物側テレセントリック光学系３００の絞り位置に設けら
れた開口絞りまたはアパーチャなどの光制限手段３１０
と、光制限手段３１０の開口径を変化させて物側テレ
セントリック光学系３００の物側開口角を変える開口角
可変手段３３０とを備える。

【００１９】本実施形態の表面検査装置においては、照
明光がほぼ完全な平行光束であり、かつ、光制限手段３
１０の開口径が微小である場合には、物側テレセントリ
ック光学系３００により結像される像は、測定対象領域
の各点での入射角度に応じた明と暗の２階調の像とな
る。

【００２０】すなわち、図２に示すように、例えば測定
対象領域が平坦部である測定対象物９００にその法線方
向から（つまり入射角＝０で）照明光を照射すると、そ
の照明光は、反射の法則に従って、測定対象領域の法線
方向（入射方向）に（つまり反射角＝０で）反射する。
この場合、本実施形態の表面検査装置では、反射光は物
側テレセントリック光学系３００の光制限手段３１０の
開口に入り、撮像部４００に到達する。その結果、物側
テレセントリック光学系３００により結像された像は輝
度１００％の像となる。一方、図３に示すように、測定
対象領域を、照明光の入射方向に直交する面（基準平
面）に対して傾むけると、その照明光は、測定対象領域
の法線方向（入射方向）へは反射しない。したがって、
その反射光は物側テレセントリック光学系３００の光制
限手段３１０の開口には入らず、撮像部４００に到達し
ない。その結果、物側テレセントリック光学系３００に
より結像された像は輝度０％の像となる。

【００２１】以上のように、本実施形態の表面検査装置
では、測定対象領域のある点にその法線方向から（つま
り入射角＝０で）照明光が照射されたときだけ、そのあ
る点の像は輝度１００％の明るい像となり、それ以外の
点（例えば凹部の斜面上の点）の像は輝度０％の暗い像
となる。

【００２２】本実施形態は、このような特質を利用して
測定対象物９００の測定対象領域の表面性状を検査する
ようになっている。

【００２３】今、物側テレセントリック光学系３００の
物側開口角θがほぼ０であり、また、図４に示すよう
に、測定対象物９００の測定対象領域（ほぼ平面）に円
錐状の凹部が存在すると共に、凹部の斜面の傾斜角＝
θ’／２、直径＝Ｌ、深さ＝ｄとの間にｄ＝（Ｌ／２）
ｔａｎ（θ’／２）の関係がある場合を考える。

【００２４】この場合、測定対象物９００の法線方向か
ら照明光が照射されると、凹部においてはその照明光は
入射方向には反射しないので、その反射光は物側テレセ
ントリック光学系３００の光制限手段３１０の開口には
入らず、撮像部４００に到達しない。その結果、物側テ
レセントリック光学系３００により結像された凹部の像
は輝度０％の像となる。この状態が図４に示されてい
る。

【００２５】次に、測定対象領域を図４の状態からθ”
だけ傾けた場合を考えると、図５に示すように、凹部の
一方の斜面の、照明光の入射方向と直交する平面（基準
平面）に対する傾きは（（θ’／２）−θ”）となり、
他方の斜面の基準平面に対する傾きは（（θ’／２）＋
θ”）となる。この場合、傾きを（（θ’／２）−
θ”）＝０、つまり（θ’／２）＝θ”に設定すれば、
（（θ’／２）−θ”）の傾きを持つ斜面の反射光は、
物側テレセントリック光学系３００の光制限手段３１０
の開口に入り、その他の部分の反射光は光制限手段３１
０の開口に入らない。したがって、撮像部４００の撮像
面には、（（θ’／２）−θ”）の傾きを持つ斜面が輝
度１００％の明部、それ以外の部分が輝度０％の暗部と
なった像が形成される。このことは、傾き角θ”を変え
ることによって、任意の傾斜角を持つ凹凸部を検出でき
ることを意味する。つまり、様々な凹凸部を検出する場
合には、測定対象領域の傾きを様々に変えて、凹凸部を
検出すれば良いことを意味する。

【００２６】以上の説明からも明らかなように、角度設
定部２００によって、照明光の測定対象領域への傾斜角
θ”を調整することにより、所望の凹部または凸部の有
無および形状の測定が可能となる。なお、開口角可変手
段３３０によって光制限手段３１０の物側開口角を変化
させれば、凹凸部の検出感度を変えることが可能であ
る。

【００２７】（第２実施形態）図６は、本発明の表面検
査装置の第２実施形態の構成図である。同図に示すよう
に、この装置は、疑似点光源を用いて作られた平行光束
からなる照明光で測定対象領域を照射する光照射手段１
２０と、測定対象領域の斜方からその測定対象領域を照
明光で照射できるように測定対象物９００を傾斜させる
ことができる角度設定手段２００と、測定対象領域への
照明光の入射方向と光軸が合致し測定対象領域の一点に
対して所定の物側開口角を有し当該測定対象領域での反
射光を測定対象領域の各点における入射角に応じた輝度
で結像する物側テレセントリック光学系３００と、この
結像された像を撮像して画素ごと（測定対象領域の各
点）の輝度データを収集する撮像部４００と、この輝度
データを処理し、当該輝度データの分布の１次微分結果
に基づいて、前記測定対象物の傾斜方向での測定対象領
域の傾斜分布を求めるとともに、輝度データの前記傾斜
方向についての積分データから得られる回帰曲線と前記
積分データとの差に基づいて測定対象領域内での凹凸部
の有無と凹凸部の形状とを求める処理部５２０とを備え
る。

【００２８】ここで、光照射手段１２０は、光源１２
１、開口絞り１２２およびハーフミラー１２３およびコ
リメートレンズ１２４から構成されている。このうちコ
リメートレンズ１２４は結像系の一部をも構成してい
る。また、物側テレセントリック光学系３００は、第１
実施形態と同様に、コリメートレンズ１２４を含む結
像レンズ系３２０と、物側テレセントリック光学系３
００の絞り位置に設けられた開口絞り（光制限手段）３
１０と、開口絞り３１０の開口径を変化させて物側テ
レセントリック光学系３００の物側開口角を変える開口
角可変手段３３０とを備える。

【００２９】本実施形態の表面検査装置は、照明光の照
射に伴う測定対象領域での反射光が、物側テレセントリ
ック光学系３００により、照明光の測定対象領域の各点
における入射角（平均入射角）に応じた輝度で結像され
ることを利用して、測定対象物９００の測定対象領域の
表面性状を検査するように構成されている。

【００３０】ここで、結像された像の各点の輝度が、測
定対象領域の対応する各点における入射角に応じた輝度
となるのは次の理由による。

【００３１】通常、コリメートレンズ１２４で平行光束
を作る場合、光源１２１とアパーチャまたは開口絞り１
２２によって点光源を作ることが行われている。しか
し、アパーチャや開口絞り１２２の開口はある程度の大
きさを有するので、完全には点光源とはならない。した
がって、コリメートレンズ１２４で作られる平行光束は
完全な平行光束でなく、測定対象領域の各点にはアパー
チャまたは開口絞り１２２の開口径に応じた様々な角度
成分をもった光線が照射される。つまり、照明光はある
照明開口角をもって測定対象領域に照射される。その結
果、測定対象領域が平坦部であっても、反射の法則に従
って、各点では所定の角度範囲で広がる反射光が生成さ
れる。この場合、照明光の入射方向（平均入射方向）に
直交する平面（基準平面）と平行な面での反射光全てが
ちょうど開口絞り３１０の開口に入るように物側開口角
θを設定した場合（照射開口角と物側開口角θが等しい
場合）を考えると、図７（ａ）のように入射した照明光
は測定対象領域で反射し、その反射光は同図（ｂ）に示
すように物側開口角θの範囲一杯に拡がるように反射す
る。この場合、反射光は全て開口絞り３１０の開口に取
り込まれ、撮像部４００に到達するので、その面の像は
輝度１００％の明るい像となる。

【００３２】一方、基準平面に対して傾斜している面を
考えると、図８または図９に示すように入射した照明光
は測定対象領域で反射し、反射光の全部または一部は開
口絞り３１０の開口に取り込まれなくなるので、その部
分は輝度０％の暗い像となるか、あるいは開口絞り３１
０の開口を通過する光量に応じた輝度の像となる。次
に、測定対象物９００の測定対象領域（ほぼ平面）に円
錐状の凹部が存在すると共に、凹部の斜面の傾斜角＝
θ’／２、直径＝Ｌ、深さ＝ｄとの間にｄ＝（Ｌ／２）
ｔａｎ（θ’／２）の関係があるときを考える。

【００３３】この場合、基準平面と平行な面での反射光
全てがちょうど開口絞り３１０の開口に入るように物側
開口角θを設定し、しかも、照明光が測定対象領域の法
線方向から照射されている場合を考えると、図１０に示
すように、斜面の傾斜角（θ’／２）が（θ／２）より
も大きい凹部のときには、その斜面での反射光は全て開
口絞り３１０の開口を通過しないので、凹部の像の輝度
は０％、測定対象領域のその他の部分（平坦部）の像の
輝度は１００％となる。

【００３４】一方、測定対象領域を図１０の状態から傾
き角θ”（＝θ／４）だけ傾けさせる場合を考えると、
図５に示すように、凹部の一方の斜面（Ａ面）の基準平
面に対する傾き角は（（θ’／２）−（θ／４））とな
り、他方の斜面（Ｂ面）の基準平面に対する傾き角は
（（θ’／２）＋（θ／４））となる。この場合、斜面
の傾斜角（θ’／２）＝（θ／４）であるとすると、一
方の斜面（Ａ面）は基準平面と平行となるので、この部
分の反射光は全て開口絞り３１０の開口に入る。したが
って、その部分の像の輝度は１００％となる。また、他
方の斜面（Ｂ面）は基準平面に対して（θ／２）の傾き
となり、その斜面での反射光は全て開口絞り３１０の開
口を通過しないので、その斜面（Ｂ面）の像の輝度は０
％となる。さらに、この場合、平坦部の基準平面に対す
る傾きは（θ／４）となり、その平坦部での反射光は開
口絞り３１０の開口を約半分しか通過しないので、その
平坦部の像の輝度は約５０％となる。その様子が図１２
（ｂ）に示されている。

【００３５】他方、測定対象領域の平坦部での反射光の
広がり角度範囲の２倍となるように物側開口角θを設定
した場合（照明開口角の２倍が物側開口角θである場
合）には、測定対象領域を図１０の状態から傾き角θ”
（＝θ／４）だけ傾けさせたときに平坦部が５０％の輝
度の像となり、斜面の傾斜角（θ’／２）が（θ／４）
である凹部の一方の斜面（Ｃ面）が１００％の輝度、他
方の斜面（Ｄ面）が０％の輝度の像となる。

【００３６】このように、本実施形態の表面検査装置で
は、測定対象領域の入射角度に応じた輝度で像を結像さ
せるが、測定対象領域の平坦部での反射光の広がり角度
範囲つまり照射開口角を変えたり、あるいは物側開口角
θを変えれば、凹部の検出感度を自由に調整できること
は明らかである。そこで、本実施形態では、開口絞り３
１０の開口角可変手段３３０を設けて物側開口角θを自
由に変えられるようにした。なお、開口絞り１２２の開
口径を変化させる開口径可変手段１２５をも設けて、そ
れらが連動するような構成とすれば、感度調整が極めて
容易に行えることになる。

【００３７】また、本実施形態の表面検査装置において
は、撮像部４００は、物側テレセントリック光学系３０
０で結像された像を撮像し、さらに、処理部５２０は画
素ごと（測定対象領域の各点）の輝度データを収集する
が、この輝度データの収集にあたっては、例えば２５６
階調で輝度データを収集する。

【００３８】ここで、処理部５２０は、収集した輝度デ
ータを測定対象物の傾斜方向の画素ごとに処理して、測
定対象領域の形状等を求める。この場合の輝度データの
処理の仕方を、測定対象領域が図１０と同様の形状を有
する測定対象物９００を傾けた場合を例に説明する。

【００３９】図１３は、輝度データの処理の説明図であ
る。傾斜方向に並んだ画素の輝度データ（図１３（ａ）
参照）から、隣接画素の輝度データの差（Ｉ_i+1−Ｉ_i）
を演算することにより、傾斜方向に沿う１つのライン
（データ処理における走査ライン）について輝度データ
の分布の１次微分を得る（図１３（ｂ）参照）。この１
次微分によって求められたデータは測定対象領域の傾斜
量を反映しているので、１次微分結果から、前記走査ラ
インに沿った傾斜分布が求まる。

【００４０】また、前記走査ライン方向について、輝度
データの初期位置の画素（通常は端の画素）から各画素
までの輝度データを積算し（Ｉ₁＋…＋Ｉ_i）、各位置の
積分データを求める（図１３（ｃ）参照）。

【００４１】そして、この積分データから得られる回帰
曲線と積分データとの差に基づいて測定対象領域の凹凸
を求める。

【００４２】なお、各回帰曲線（１次回帰直線を含む）
と積分データとの差に基づいて得られた結果を所定の階
調表示（例えば８階調表示あるいは１６階調表示など）
でもって、ディスプレイに任意の周波数の凹凸部だけを
表示させるようにすることもできる。

【００４３】以上の説明からも明らかなように、輝度デ
ータから任意の凹凸を容易に見いだすことができる。例
えばシリコンウェーハの場合には、積分データと１次回
帰直線との差から、ウネリやソリといった低次成分を抽
出できる。更に、３次、５次、７次といった高次の回帰
曲線との差から、マウンド、ディンプル、スリップライ
ンを抽出できる。

【００４４】なお、この第２実施形態の場合、測定対象
領域を一の方向（Ｘ方向）に傾けた場合の輝度データ
と、それと交差する方向（Ｙ方向）に傾けた場合の輝度
データとを収集しておくことが望ましい。

【００４５】一般に、測定対象領域を基準平面に対して
傾斜させると、前述したように、各点の基準平面からの
傾きに応じて各点の輝度が変化する。この輝度の変化を
利用して凹凸部の有無や形状を求めるようにしたのが、
本実施形態の表面検査装置であるが、この場合、基準平
面に沿う１つの軸に対して測定対象領域を傾斜させるだ
けでは、山や谷が該軸に沿って延びる凹凸部（ウネリや
スリップ）を的確に把握できない場合も生じる。

【００４６】そこで、基準平面内の互いに交差する２方
向に沿う軸（Ｘ，Ｙ）それぞれに対して測定対象領域を
傾斜させて（好ましくは同角度だけ傾斜させて）、各々
について輝度データを収集しておき、この両輝度データ
を利用して凹凸部の有無や形状を求めるようにする。こ
のようにすれば、山や谷が該軸に沿って延びる凹凸部の
有無および形状も正確に把握することができる。

【００４７】また、照明光の入射方向に直交する基準平
面内の軸に対して測定対象物を一の方向に所定角度だけ
傾斜させた際の測定対象領域の各点の第１の輝度データ
と、前記軸に対して測定対象物を反対方向に同じ角度だ
け傾斜させた際の測定対象領域の各点の第２の輝度デー
タとを合算し、この合算して得られた最大値の１／２を
中間の階調とし、第１および第２の輝度データのうちの
少なくとも一方を処理部５２０での処理対象輝度データ
とするようにすることが好ましい。

【００４８】これを図１２（ａ），（ｂ）に基づいて説
明すれば、測定対象領域を図１０の状態から傾き角θ”
（＝θ／４）だけ右側に傾けた場合を考えると、図１２
（ａ）のように、輝度は平坦部では５０％、左側傾斜部
では０％、右側傾斜部では１００％となる。一方、測定
対象領域を図１０の状態から傾き角θ”（＝θ／４）だ
け左側に傾けた場合を考えると、輝度は平坦部では５０
％、左側傾斜部では１００％、右側傾斜部では０％とな
る。そして、ここから得られた輝度データを合算し、得
られた最大値の１／２を中間の階調とし、図１２（ａ）
の状態および図１２（ｂ）の状態から得られた輝度デー
タのうち少なくとも一方を処理部５２０での処理対象輝
度データとする。このようにすれば、図１２（ａ）およ
び（ｂ）について云えば、輝度５０％の所（平坦部）が
中間の階調となる。このようにすれば平坦部を基準とし
て輝度データの処理が行えるので、輝度データの処理が
容易となる。また、中間の階調が決まったなら、処理対
象輝度データとされた輝度データのうちの最小のものか
ら最大のものまでが所定の階調（例えば２５６階調）内
に納まるように処理対象輝度データを処理することが好
ましい。このようにすれば、凹凸部の検出感度がより高
まることになる。

【００４９】さらにまた、前記したように、基準平面内
の互いに交差する２方向に沿う軸（Ｘ，Ｙ）それぞれに
対して測定対象領域を傾斜させて（好ましくは同角度だ
け傾斜させて）、各々について輝度データを収集してお
き、この両輝度データを利用して凹凸部の有無や形状を
求めるようにするには、照明光の入射方向に直交する基
準平面内の互いに交差する２方向に沿う軸（Ｘ，Ｙ）、
好ましくは互いに直交する２軸それぞれに対して測定対
象領域を互いに反対の方向に同角度だけ傾斜させた際の
測定対象領域の輝度データを収集しておき、各軸につい
ての２つの輝度データの和の最大値の１／２を中間の階
調とすることが好ましい。

【００５０】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可
能であることはいうまでもない。

【００５１】例えば、前記第２実施形態においては、光
源およびアパーチャによって点光源を作る場合を例に説
明したが、アパーチャを用いずにＬＥＤ等のように光源
自体を点光源とする場合にも適用できる。

【００５２】また、測定対象領域が一定の曲率のソリを
持っている場合には、測定対象物９００裏面の真空吸着
によって裏面を基準にして測定するようにしても良い
し、アパーチャ１１２や開口絞り１２２をハーフミラー
１１３や１２３に対して接近あるいは離反する方向に移
動させて、測定対象領域の各点にその法線方向から光を
照射し、その反射光を物側テレセントリック光学系３０
０で結像するようにしても良い。前者の場合には、１次
回帰直線を求めた場合、裏面を基準とした凹凸が求めら
れることになる。また、後者の場合には、１次回帰直線
を求めた場合、ソリを持った面を基準にした凹凸が求め
られることになる。

【００５３】さらに、第２実施形態においては、第１実
施形態と同様に、基準平面に対する測定対象領域の傾き
角θ”を（θ／４）に設定したが、それ以外の傾き角と
して凹部や凸部の検出感度を変えることもできる。

【００５４】また、前記実施形態では、物側テレセント
リック光学系３００を用いたが、像側と物側が共にテレ
セントリック光学系（像物側テレセントリック光学系）
を構成するようにしても良い。要は、少なくとも、物側
がテレセントリック光学系となっていることである。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の表
面検査方法によれば、テレセントリック光学系と照明光
学系とを組合わせることによって、簡易に精度良く測定
できることになる。また、本発明の表面検査装置によれ
ば、光源から出力された照明光の測定対象領域での反射
光を物側テレセントリック光学系または像物側テレセン
トリック光学系で結像して撮像するので、本発明の表面
検査方法を好適に実施でき、精度良く測定対象領域の形
状を測定することができる。さらに、開口絞りの開口径
を変化させる開口角可変手段を更に備えることにより、
物側開口角に応じた感度で表面検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の表面検査装置の構成図
である。

【図２】第１実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図３】第１実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図４】第１実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図５】第１実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図６】本発明の第２実施形態の表面検査装置の構成図
である。

【図７】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図８】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図９】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説明
図である。

【図１０】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説
明図である。

【図１１】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説
明図である。

【図１２】第２実施形態の表面検査装置の結像動作の説
明図である。

【図１３】第２実施形態の表面検査装置の輝度データ処
理の説明図である。

【図１４】従来の表面検査装置の構成図である。

【符号の説明】

１１０，１２０… 光源 ２００…角度設定部 ３００…物側テレセントリック光学系 ３１０…開口絞り ３２０…物側テレセントリックレンズ ４００…撮像部 ５１０，５２０…処理部 ６１０…位置設定手段 ６２０…測定対象領域移動手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行光束からなる照明光で測定対象領域
   を照射し、当該測定対象領域の表面状態を検査する表面
   検査方法であって、前記測定対象領域の斜方から当該測
   定対象領域を前記照明光で照射する第１のステップと、
   前記測定対象領域への前記照明光の入射方向と合致する
   光軸を有し当該測定対象領域の一点に対する物側開口角
   が所定角度に設定された物側テレセントリック光学系ま
   たは像物側テレセントリック光学系で当該測定対象領域
   での反射光を結像する第２のステップと、この結像され
   た像を撮像して前記測定対象領域の各点の輝度データを
   収集する第３のステップと、前記輝度データを処理し、
   明部と暗部とを認識することにより前記測定対象領域内
   の凹凸部の有無と凹凸部の形状とを求める第４のステッ
   プとを備えることを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】 平行光束からなる照明光で測定対象領域
   を照射し、当該測定対象領域の表面状態を検査する表面
   検査方法であって、測定対象物を傾斜させて前記測定対
   象領域の斜方から当該測定対象領域を前記照明光で照射
   する第１のステップと、前記測定対象領域への前記照明
   光の入射方向と合致する光軸を有し当該測定対象領域の
   一点に対する物側開口角が所定角度に設定された物側テ
   レセントリック光学系または像物側テレセントリック光
   学系で当該測定対象領域での反射光を当該測定対象領域
   の各点における入射角に応じた輝度で結像する第２のス
   テップと、この結像された像を撮像して前記測定対象物
   の各点の輝度データを収集する第３のステップと、この
   輝度データを処理し、当該輝度データの分布の１次微分
   結果に基づいて前記測定対象領域の傾斜分布を求めると
   ともに、前記輝度データの積分データから得られる回帰
   曲線と前記積分データとの差に基づいて前記測定対象領
   域内での凹凸部の有無と凹凸部の形状とを求める第４の
   ステップとを備えることを特徴とする表面検査方法。
3. 【請求項３】 測定対象領域を照射し、当該測定対象領
   域の表面状態を検査する表面検査装置であって、平行光
   束からなる照明光で前記測定対象領域を照射する光照射
   手段と、前記測定対象領域の斜方から当該測定対象領域
   を前記照明光で照射できるように測定対象物を傾斜させ
   る角度設定手段と、前記測定対象領域への前記照明光の
   入射方向と合致する光軸を有し当該測定対象領域の一点
   に対する物側開口角が所定角度に設定され当該測定対象
   領域での反射光を結像する物側テレセントリック光学系
   または像物側テレセントリック光学系と、この結像され
   た像を撮像して前記測定対象領域の各点の輝度データを
   収集する撮像部と、この輝度データを処理し、明部と暗
   部とを認識することにより前記測定対象領域内での凹凸
   部の有無と凹凸部の形状とを求める処理部とを備えるこ
   とを特徴とする表面検査装置。
4. 【請求項４】 測定対象領域を照射し、当該測定対象領
   域の凹凸部の形状を測定する表面検査装置であって、平
   行光束からなる照明光で前記測定対象領域を照射する光
   照射手段と、前記測定対象領域の斜方から当該測定対象
   領域を前記照明光で照射できるように測定対象物を傾斜
   させる角度設定手段と、前記測定対象領域への前記照明
   光の入射方向と合致する光軸を有し当該測定対象領域の
   一点に対する物側開口角が所定角度に設定され当該測定
   対象領域の各点における入射角に応じた輝度で結像する
   物側テレセントリック光学系または像物側テレセントリ
   ック光学系と、この結像された像を撮像して前記測定対
   象領域の各点の輝度データを収集する撮像部と、この輝
   度データを処理し、当該輝度データの分布の１次微分結
   果に基づいて前記測定対象領域の傾斜分布を求めるとと
   もに、前記輝度データの積分データから得られる回帰曲
   線と前記積分データとの差に基づいて前記測定対象領域
   内での凹凸部の有無と凹凸部の形状とを求める処理部と
   を備えることを特徴とする表面検査装置。
5. 【請求項５】 前記物側開口角を変化させる開口角可変
   手段を更に備える、ことを特徴とする請求項３または請
   求項４記載の表面検査装置。
6. 【請求項６】 前記光照射手段は光源と開口絞りを含ん
   で構成され、この開口絞りの開口径を前記物側開口角の
   変化に応じて変えられる開口径可変手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項５記載の表面検査装置。
7. 【請求項７】 前記処理部は、前記照明光の入射方向に
   直交する基準平面内の軸に対して前記測定対象物を一の
   方向に所定角度だけ傾斜させた際の前記測定対象領域の
   各点の第１の輝度データと、前記軸に対して前記測定対
   象物を反対方向に同じ角度だけ傾斜させた際の前記測定
   対象領域の各点の第２の輝度データとを合算し、この合
   算して得られた最大値の１／２を中間の階調とし、前記
   第１および前記第２の輝度データのうちの少なくとも一
   方を処理対象輝度データとすることを特徴とする請求項
   ３〜６いずれか記載の表面検査装置。
8. 【請求項８】 前記処理部は、前記照明光の入射方向に
   直交する基準平面内の一の軸に対して前記測定対象物を
   傾けた場合の輝度データと、前記基準平面内で前記一の
   軸に対して直交する他の軸に対して前記測定対象物を傾
   けた場合の輝度データとの双方を処理対象輝度データ
   し、この２つの処理対象輝度データを合成して前記測定
   対象物の凹凸部の有無と凹凸部の形状とを求めるように
   構成されていることを特徴とする請求項３〜７いずれか
   記載の表面検査装置。