JPH1152247A - 光照射装置及び表面検査装置 - Google Patents
光照射装置及び表面検査装置Info
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- JPH1152247A JPH1152247A JP9203353A JP20335397A JPH1152247A JP H1152247 A JPH1152247 A JP H1152247A JP 9203353 A JP9203353 A JP 9203353A JP 20335397 A JP20335397 A JP 20335397A JP H1152247 A JPH1152247 A JP H1152247A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料の表面状態を観測する場合などに適した
光照射装置及び表面検査装置を提供する。 【解決手段】 光源からの光を照射用レンズ部を介して
照射するように構成された光照射装置において、前記照
射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収差
による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像面
から結像点までのずれ量が大きくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いることを特徴とする。
光照射装置及び表面検査装置を提供する。 【解決手段】 光源からの光を照射用レンズ部を介して
照射するように構成された光照射装置において、前記照
射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収差
による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像面
から結像点までのずれ量が大きくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光照射装置及び該
光照射装置を有する表面検査装置に関するものである。
光照射装置を有する表面検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】表面検査装置として、本出願人は次のよ
うなものを既に出願している（特願平９−２７８４１４
号）。
うなものを既に出願している（特願平９−２７８４１４
号）。
【０００３】図１２に示すように、この表面検査装置１
０は、光照射装置１１と観測装置１２を備えている。こ
のうち光照射装置１１は、光源１１ａ、開口絞り１１
ｂ、ハーフミラー１１ｃ及び照射用レンズ１１ｄを備え
ている。光源１１ａからの光は開口絞り１１ｂにて実質
的に点光源とされ、この点光源からの光はハーフミラー
１１ｃで反射され、照射用レンズ１１ｄで平行とされ、
試料１３に照射される。一方、観測装置１２は、観測用
レンズ系１２ａ（照射用レンズ１１ｄは観測用レンズ系
１２ａの一部をも構成している。）と、この観測用レン
ズ系１２ａの絞り位置に置かれた開口絞り１２ｂを備え
ており、試料１３で反射した光は観測用レンズ系１２ａ
及び開口絞り１２ｂを通して撮像部１４に結像される。
ここで、観測用レンズ系１２ａ及び開口絞り１２ｂは物
側テレセントリック光学系を構成している。なお、本明
細書において、「点光源」とは、光源が完全に点とみな
せるものばかりでなく、ある程度の大きさを有するもの
も指している。
０は、光照射装置１１と観測装置１２を備えている。こ
のうち光照射装置１１は、光源１１ａ、開口絞り１１
ｂ、ハーフミラー１１ｃ及び照射用レンズ１１ｄを備え
ている。光源１１ａからの光は開口絞り１１ｂにて実質
的に点光源とされ、この点光源からの光はハーフミラー
１１ｃで反射され、照射用レンズ１１ｄで平行とされ、
試料１３に照射される。一方、観測装置１２は、観測用
レンズ系１２ａ（照射用レンズ１１ｄは観測用レンズ系
１２ａの一部をも構成している。）と、この観測用レン
ズ系１２ａの絞り位置に置かれた開口絞り１２ｂを備え
ており、試料１３で反射した光は観測用レンズ系１２ａ
及び開口絞り１２ｂを通して撮像部１４に結像される。
ここで、観測用レンズ系１２ａ及び開口絞り１２ｂは物
側テレセントリック光学系を構成している。なお、本明
細書において、「点光源」とは、光源が完全に点とみな
せるものばかりでなく、ある程度の大きさを有するもの
も指している。
【０００４】この表面検査装置１０によれば、光源が完
全に点とみなせ（照射開口角がほぼ０゜で）、かつ、開
口絞り１２ｂの物側開口角もほぼ０゜であるならば、試
料（表面がほぼ平坦となっているもの）１３を傾けない
状態で観測すると、試料１３の平坦部の像の輝度は１０
０％、試料１３の凹凸部の斜面の像の輝度は０％とな
る。一方、光源が実質的な点光源であって所定の照射開
口角を持ち、かつ、開口絞り１２ｂも所定の物側開口角
を持つならば、例えば、試料１３の平坦部の像の輝度を
１００％となるように設定した場合、試料１３の凹凸部
の斜面の像の輝度は傾斜角度に応じたものとなる。ま
た、試料１３自体を傾けて観測すれば、例えば、試料１
３の平坦部の輝度を０％又は５０％のように任意に変化
させ、試料１３の凹凸部の斜面の輝度を傾斜角度に応じ
た輝度とすることができる。
全に点とみなせ（照射開口角がほぼ０゜で）、かつ、開
口絞り１２ｂの物側開口角もほぼ０゜であるならば、試
料（表面がほぼ平坦となっているもの）１３を傾けない
状態で観測すると、試料１３の平坦部の像の輝度は１０
０％、試料１３の凹凸部の斜面の像の輝度は０％とな
る。一方、光源が実質的な点光源であって所定の照射開
口角を持ち、かつ、開口絞り１２ｂも所定の物側開口角
を持つならば、例えば、試料１３の平坦部の像の輝度を
１００％となるように設定した場合、試料１３の凹凸部
の斜面の像の輝度は傾斜角度に応じたものとなる。ま
た、試料１３自体を傾けて観測すれば、例えば、試料１
３の平坦部の輝度を０％又は５０％のように任意に変化
させ、試料１３の凹凸部の斜面の輝度を傾斜角度に応じ
た輝度とすることができる。
【０００５】このようにして試料１３の表面状態を観測
すれば、観測される像の輝度から凹凸部の有無や凹凸部
の状態が検出できることになる。
すれば、観測される像の輝度から凹凸部の有無や凹凸部
の状態が検出できることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記した表面検査装置
１０で、試料１３の表面状態を観測したところ、比較的
広い範囲で白抜け又は黒抜けとなる部分（中抜け部分）
があるのが確認された。このような中抜け部分がある
と、試料１３の表面全体を正確に検査できない。
１０で、試料１３の表面状態を観測したところ、比較的
広い範囲で白抜け又は黒抜けとなる部分（中抜け部分）
があるのが確認された。このような中抜け部分がある
と、試料１３の表面全体を正確に検査できない。
【０００７】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、試料の表面状態を観測する場合などに適した光照射
装置及び表面検査装置を提供することを目的としてい
る。
で、試料の表面状態を観測する場合などに適した光照射
装置及び表面検査装置を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】レンズには球面収差が存
在する。この球面収差のため、図１に示すように、レン
ズ１に対してその光軸に平行に入射した光線は該レンズ
１を通過した後には、１点には集まらない。レンズ１の
入射高さに応じて、軸上の結像点にずれが生じる。これ
が球面収差による縦収差である。同図右側部分には、こ
の場合の縦収差図が示されている。観測装置において
は、このような縦収差が存在するレンズを使用する場合
には、複数個のレンズを組み合せて、補正の形が図２に
示すようにフルコレクションとなるようにする一方で、
軸上の結像点群の内方の最良像点位置に撮像面を設けて
いるのが普通である。光照射装置においては、補正の形
をフルコレクションとしないまでも、観測装置における
と同様に、前記最良像点位置に前記撮像面に代えて点光
源を設置しているのが一般的であった。
在する。この球面収差のため、図１に示すように、レン
ズ１に対してその光軸に平行に入射した光線は該レンズ
１を通過した後には、１点には集まらない。レンズ１の
入射高さに応じて、軸上の結像点にずれが生じる。これ
が球面収差による縦収差である。同図右側部分には、こ
の場合の縦収差図が示されている。観測装置において
は、このような縦収差が存在するレンズを使用する場合
には、複数個のレンズを組み合せて、補正の形が図２に
示すようにフルコレクションとなるようにする一方で、
軸上の結像点群の内方の最良像点位置に撮像面を設けて
いるのが普通である。光照射装置においては、補正の形
をフルコレクションとしないまでも、観測装置における
と同様に、前記最良像点位置に前記撮像面に代えて点光
源を設置しているのが一般的であった。
【０００９】図３にはこの光照射装置の例が示されてい
る。同図の右側部分は光源側の縦収差図であり、このレ
ンズ（照射用レンズ）２は、光源側の球面収差による縦
収差を考えた場合、該レンズ２における入射高が大きく
なるに連れて近軸像面からのずれ量が漸減するような特
性を有している。この光照射装置においては、点光源３
が軸上の結像点群の内方位置に設置されている。この光
照射装置において、点光源３側から光線を逆追跡し、レ
ンズ２を通過した後の、光線の光軸に対する傾き角の変
化を、該レンズ２の光軸に直交する方向についてみる
と、傾き角に変曲点が生じていることが分かる。そし
て、この傾き角に変曲点があると、この光で照射された
被照射体（表面がほぼ平坦となっているもの）によって
反射された光の反射角にも変曲点が生じることになる。
この場合、傾き角の変曲点の数と、被照射体の特定方向
における光の反射角の変曲点の数は同じである。ここに
おいて、試料の特定方向での光の反射角に変曲点がある
と、所定方向から観察した場合、照射むらが目に付くこ
とになる。従って、被照射面が均一な明るさであること
が要求される光照射装置としては適切でない。また、表
面検査装置にあっては、試料の表面に照射むらがある
と、表面検査が正確に行えない。特に、開口絞りやアパ
ーチャを通して試料からの反射光を観測するものでは、
中抜けの現象が生じる。これらの場合、被照射体の特定
方向での光の反射角の変曲点が１つであるときには、照
射光学系や観測光学系の絞りの位置を変えたりすること
によって、照射むらを低減させたり、照射むらがある部
分の画像を光学的にカットすることが可能であるが、被
照射体の特定方向での光の反射角の変曲点が２つ以上あ
る場合には、絞り位置の変更等によって、照射むらを低
減させたり、照射むらがある部分の画像を光学的にカッ
トすることが難しい。
る。同図の右側部分は光源側の縦収差図であり、このレ
ンズ（照射用レンズ）２は、光源側の球面収差による縦
収差を考えた場合、該レンズ２における入射高が大きく
なるに連れて近軸像面からのずれ量が漸減するような特
性を有している。この光照射装置においては、点光源３
が軸上の結像点群の内方位置に設置されている。この光
照射装置において、点光源３側から光線を逆追跡し、レ
ンズ２を通過した後の、光線の光軸に対する傾き角の変
化を、該レンズ２の光軸に直交する方向についてみる
と、傾き角に変曲点が生じていることが分かる。そし
て、この傾き角に変曲点があると、この光で照射された
被照射体（表面がほぼ平坦となっているもの）によって
反射された光の反射角にも変曲点が生じることになる。
この場合、傾き角の変曲点の数と、被照射体の特定方向
における光の反射角の変曲点の数は同じである。ここに
おいて、試料の特定方向での光の反射角に変曲点がある
と、所定方向から観察した場合、照射むらが目に付くこ
とになる。従って、被照射面が均一な明るさであること
が要求される光照射装置としては適切でない。また、表
面検査装置にあっては、試料の表面に照射むらがある
と、表面検査が正確に行えない。特に、開口絞りやアパ
ーチャを通して試料からの反射光を観測するものでは、
中抜けの現象が生じる。これらの場合、被照射体の特定
方向での光の反射角の変曲点が１つであるときには、照
射光学系や観測光学系の絞りの位置を変えたりすること
によって、照射むらを低減させたり、照射むらがある部
分の画像を光学的にカットすることが可能であるが、被
照射体の特定方向での光の反射角の変曲点が２つ以上あ
る場合には、絞り位置の変更等によって、照射むらを低
減させたり、照射むらがある部分の画像を光学的にカッ
トすることが難しい。
【００１０】このような点を踏まえ、本発明者は、照射
される試料の特定方向での光の反射角の変曲点が１つと
なるように、具体的には、照射用レンズとして、該照射
用レンズの光源側における球面収差による縦収差に関
し、該照射用レンズにおける入射高が大きくなるに連れ
て近軸像面から結像点までのずれ量が漸増又は漸減する
ような特性のレンズを使用し、一方、点光源を軸上の結
像点群の外方位置に設けた。そして、試料からの反射光
を開口絞りやアパーチャを通して観測した。その結果、
中抜け現象は生じなかった。
される試料の特定方向での光の反射角の変曲点が１つと
なるように、具体的には、照射用レンズとして、該照射
用レンズの光源側における球面収差による縦収差に関
し、該照射用レンズにおける入射高が大きくなるに連れ
て近軸像面から結像点までのずれ量が漸増又は漸減する
ような特性のレンズを使用し、一方、点光源を軸上の結
像点群の外方位置に設けた。そして、試料からの反射光
を開口絞りやアパーチャを通して観測した。その結果、
中抜け現象は生じなかった。
【００１１】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、請求項１記載の光照射装置は、光源からの
光を照射用レンズ部を介して照射するように構成された
光照射装置において、前記照射用レンズ部は、該照射用
レンズ部の光源側の球面収差による縦収差に関し、入射
高の大きい光線ほど近軸像面から結像点までのずれ量が
大きくなるような特性を有し、一方、前記光源は結像点
群の外方位置に設けられていることを特徴とする。ま
た、請求項２記載の光照射装置は、光源からの光を照射
用レンズ部を介して照射するように構成された光照射装
置において、前記照射用レンズ部は、該照射用レンズ部
の光源側の球面収差による縦収差に関し、入射高の大き
い光線ほど近軸像面から結像点までのずれ量が小さくな
るような特性を有し、一方、前記光源は結像点群の外方
位置に設けられていることを特徴とする。
ものであり、請求項１記載の光照射装置は、光源からの
光を照射用レンズ部を介して照射するように構成された
光照射装置において、前記照射用レンズ部は、該照射用
レンズ部の光源側の球面収差による縦収差に関し、入射
高の大きい光線ほど近軸像面から結像点までのずれ量が
大きくなるような特性を有し、一方、前記光源は結像点
群の外方位置に設けられていることを特徴とする。ま
た、請求項２記載の光照射装置は、光源からの光を照射
用レンズ部を介して照射するように構成された光照射装
置において、前記照射用レンズ部は、該照射用レンズ部
の光源側の球面収差による縦収差に関し、入射高の大き
い光線ほど近軸像面から結像点までのずれ量が小さくな
るような特性を有し、一方、前記光源は結像点群の外方
位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】なお、この中抜け現象は、点光源を照射レ
ンズの軸外に設けた場合や、光源が面光源の場合（点光
源を軸上及び軸外に並設した場合に相当）にも生じる。
この場合に問題となるのはコマ収差である。このコマ収
差の影響が無視できない場合には、請求項３記載の光照
射装置のように、請求項１又は２記載の前記照射用レン
ズ部は球面収差とコマ収差とがほぼ同じ形となるような
特性を有していることが好ましい。ほぼ同じ形であれ
ば、光源位置は球面収差図から決めることができるから
である。
ンズの軸外に設けた場合や、光源が面光源の場合（点光
源を軸上及び軸外に並設した場合に相当）にも生じる。
この場合に問題となるのはコマ収差である。このコマ収
差の影響が無視できない場合には、請求項３記載の光照
射装置のように、請求項１又は２記載の前記照射用レン
ズ部は球面収差とコマ収差とがほぼ同じ形となるような
特性を有していることが好ましい。ほぼ同じ形であれ
ば、光源位置は球面収差図から決めることができるから
である。
【００１３】請求項４記載の光照射装置は、請求項１又
は２記載の光照射装置において、前記照射用レンズ部に
より光を実質的に平行光とするように構成されているこ
とを特徴とする。
は２記載の光照射装置において、前記照射用レンズ部に
より光を実質的に平行光とするように構成されているこ
とを特徴とする。
【００１４】請求項４記載の表面検査装置は、請求項３
記載の光照射装置と、観測装置とを備え、試料の表面を
前記光照射装置で照射し、前記試料で反射した光を前記
観測装置で観測することによって、前記試料の表面状態
を検査するように構成されていることを特徴とする。
記載の光照射装置と、観測装置とを備え、試料の表面を
前記光照射装置で照射し、前記試料で反射した光を前記
観測装置で観測することによって、前記試料の表面状態
を検査するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】請求項５記載の表面検査装置は、請求項４
記載の表面検査装置において、前記観測装置は、物側テ
レセントリック光学系又は像物側テレセントリック光学
系を含んで構成されていることを特徴とする。
記載の表面検査装置において、前記観測装置は、物側テ
レセントリック光学系又は像物側テレセントリック光学
系を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１６】これら光照射装置および表面検査装置によ
れば、照射用レンズを通過した光線を該照射用レンズの
光軸に直交する方向についてみると、光線の光軸に対す
る傾き角が変曲する点（変曲点）が１つとなる。その結
果、変曲点が２以上のものに比べて照射むらが少ないも
のとなり、照明として好適なものとなる。また、表面検
査装置として使用する場合には、中抜けも少ないものと
なる。特に、照射光学系や観測光学系の絞りの位置を変
えたりすることによって、照射むらをなくしたり、照射
むらがある部分の画像をカットすることができる。
れば、照射用レンズを通過した光線を該照射用レンズの
光軸に直交する方向についてみると、光線の光軸に対す
る傾き角が変曲する点（変曲点）が１つとなる。その結
果、変曲点が２以上のものに比べて照射むらが少ないも
のとなり、照明として好適なものとなる。また、表面検
査装置として使用する場合には、中抜けも少ないものと
なる。特に、照射光学系や観測光学系の絞りの位置を変
えたりすることによって、照射むらをなくしたり、照射
むらがある部分の画像をカットすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図４には、本発明の表面検査装置
の第１実施形態の構成が示されている。この表面検査装
置は、試料１００に光を照射する光照射装置２００と、
試料１００で反射した光を観測する観測装置３００とを
備えている。また、この表面検査装置は、試料１００の
傾斜角度を変える角度設定手段４００を備えている。
の第１実施形態の構成が示されている。この表面検査装
置は、試料１００に光を照射する光照射装置２００と、
試料１００で反射した光を観測する観測装置３００とを
備えている。また、この表面検査装置は、試料１００の
傾斜角度を変える角度設定手段４００を備えている。
【００１８】光照射装置２００は、光源２０１、開口絞
り２０２、ハーフミラー２０３及びコリメートレンズ
（照射用レンズ）２０４とを備えている。開口絞り２０
２は点光源を作るために用いられる。この開口絞り２０
２の開口径は開口角可変手段２０５によって調整でき、
これによって、試料１００の一点に対する照射開口角を
変えることができるようになっている。なお、開口を可
変のものとして構成する必要がない場合には、開口絞り
２０２の代わりに、開口径が一定なアパーチャ等の光制
限手段を用いても良い。
り２０２、ハーフミラー２０３及びコリメートレンズ
（照射用レンズ）２０４とを備えている。開口絞り２０
２は点光源を作るために用いられる。この開口絞り２０
２の開口径は開口角可変手段２０５によって調整でき、
これによって、試料１００の一点に対する照射開口角を
変えることができるようになっている。なお、開口を可
変のものとして構成する必要がない場合には、開口絞り
２０２の代わりに、開口径が一定なアパーチャ等の光制
限手段を用いても良い。
【００１９】ここで、光源２０１としては、発光素子、
ハロゲンランプ又はキセノンランプ等が用いられるが、
それに限定されるものでないことはいうまでもない。例
えば、発光素子、ハロゲンランプ又はキセノンランプ等
からの光を導くグラスファイバの出射口を多数結束して
面光源とし、この多数のグラスファイバのうちから１以
上のグラスファイバを選択し、そこから光を出射させる
ようにしても良い。この場合には、グラスファイバの選
択によって所定の照射開口角を持つ点光源が直ちに構成
できるので、開口絞り２０２が不要となる。
ハロゲンランプ又はキセノンランプ等が用いられるが、
それに限定されるものでないことはいうまでもない。例
えば、発光素子、ハロゲンランプ又はキセノンランプ等
からの光を導くグラスファイバの出射口を多数結束して
面光源とし、この多数のグラスファイバのうちから１以
上のグラスファイバを選択し、そこから光を出射させる
ようにしても良い。この場合には、グラスファイバの選
択によって所定の照射開口角を持つ点光源が直ちに構成
できるので、開口絞り２０２が不要となる。
【００２０】コリメートレンズ２０４は、開口絞り２０
２からの光を実質的な平行光とするためのものである。
このコリメートレンズ２０４としては、光源側の球面収
差による縦収差を考えた場合、該コリメートレンズ２０
４における入射高が大きくなるに連れて近軸像面からの
ずれ量が漸減するような特性を有するものが使用され
る。
２からの光を実質的な平行光とするためのものである。
このコリメートレンズ２０４としては、光源側の球面収
差による縦収差を考えた場合、該コリメートレンズ２０
４における入射高が大きくなるに連れて近軸像面からの
ずれ量が漸減するような特性を有するものが使用され
る。
【００２１】開口絞り２０２の設置位置は、コリメート
レンズ２０４の光源側の球面収差による縦収差を考えた
際の軸上の結像点群の外方である。具体的には、試料１
００側から光軸に平行な光線がコリメートレンズ２０４
に入射したと仮定した場合に、そのコリメートレンズ２
０４を通過した光線の結像点群の外方位置に開口絞り２
０２は設置される。この設置の仕方としては図５（ａ）
のように縦収差曲線の近軸像面からの曲がり方向とは逆
の方向に開口絞り２０２を設置しても良いし、図５
（ｂ）のように縦収差曲線の近軸像面からの曲がり方向
と同じ方向に開口絞り２０２を設置しても良い。
レンズ２０４の光源側の球面収差による縦収差を考えた
際の軸上の結像点群の外方である。具体的には、試料１
００側から光軸に平行な光線がコリメートレンズ２０４
に入射したと仮定した場合に、そのコリメートレンズ２
０４を通過した光線の結像点群の外方位置に開口絞り２
０２は設置される。この設置の仕方としては図５（ａ）
のように縦収差曲線の近軸像面からの曲がり方向とは逆
の方向に開口絞り２０２を設置しても良いし、図５
（ｂ）のように縦収差曲線の近軸像面からの曲がり方向
と同じ方向に開口絞り２０２を設置しても良い。
【００２２】観測装置３００は、試料１００への光の平
均入射方向と光軸が合致するようにして設けられた物側
テレセントリック光学系３０１と、この物側テレセント
リック光学系３０１により結像された光像を撮像する撮
像部３０２と、この撮像部３０２から送られてきた、試
料１００の各点の輝度データを処理するデータ処理部３
０３と、試料１００の表面状態を映し出すディスプレイ
（図示せず）とを備えている。
均入射方向と光軸が合致するようにして設けられた物側
テレセントリック光学系３０１と、この物側テレセント
リック光学系３０１により結像された光像を撮像する撮
像部３０２と、この撮像部３０２から送られてきた、試
料１００の各点の輝度データを処理するデータ処理部３
０３と、試料１００の表面状態を映し出すディスプレイ
（図示せず）とを備えている。
【００２３】物側テレセントリック光学系３０１は、観
測レンズ系３０１ａ（前記コリメートレンズ２０４は観
測レンズ系３０１ａの一部をも構成している。）と、こ
の観測レンズ系３０１ａの絞り位置に設けられた開口絞
り３０１ｂとを備えている。この開口絞り３０１ｂの開
口径は開口角可変手段３０１ｃによって調整でき、これ
によって、試料１００の一点に対する物側開口角を変え
ることができるようになっている。なお、開口を可変の
ものとして構成する必要がない場合には、開口絞り３０
１ｂの代わりに、開口径が一定なアパーチャ等の光制限
手段を用いても良い。
測レンズ系３０１ａ（前記コリメートレンズ２０４は観
測レンズ系３０１ａの一部をも構成している。）と、こ
の観測レンズ系３０１ａの絞り位置に設けられた開口絞
り３０１ｂとを備えている。この開口絞り３０１ｂの開
口径は開口角可変手段３０１ｃによって調整でき、これ
によって、試料１００の一点に対する物側開口角を変え
ることができるようになっている。なお、開口を可変の
ものとして構成する必要がない場合には、開口絞り３０
１ｂの代わりに、開口径が一定なアパーチャ等の光制限
手段を用いても良い。
【００２４】ここで、撮像部３０２は、物側テレセント
リック光学系３０１を介して試料１００の光像を撮像
し、その輝度データをデータ処理部３０３へ送る。
リック光学系３０１を介して試料１００の光像を撮像
し、その輝度データをデータ処理部３０３へ送る。
【００２５】データ処理部３０３は、試料１００の各点
の輝度データを収集する。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こと
が好ましい。このデータ処理部３０３は、輝度データの
分布を一次微分して試料１００の傾斜分布を求めたり、
輝度データから積分データを求めたり、その積分データ
から回帰曲線を求めたりする。そして、回帰曲線と積分
データとを用いて試料１００上の凹凸状態を求めたりす
る。また、このデータ処理部３０３は、試料１００の各
点の輝度データを、試料１００の所定の方向についてフ
ーリエ変換することにより、各種の周波数成分を検出し
たり、この各種の周波数成分のうちから所定の周波数成
分を抽出して合成し、その結果を逆フーリエ変換したり
して、任意の周波数成分を持つ凹凸を検出したりする。
なお、フーリエ変換するにあたっては、高速フーリエ変
換装置（ＦＦＴ）を好適に採用できるが、フーリエ変換
のそもそもの目的は周波数分解をすることにあるから、
輝度データを周波数分解し得るものであるならばＦＦＴ
以外の装置を用いても良いことはもちろんである。例え
ば、離散コサイン変換装置（ＤＣＴ）などや、最大エン
トロピー法により周波数分解する装置を用いることがで
きる。
の輝度データを収集する。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こと
が好ましい。このデータ処理部３０３は、輝度データの
分布を一次微分して試料１００の傾斜分布を求めたり、
輝度データから積分データを求めたり、その積分データ
から回帰曲線を求めたりする。そして、回帰曲線と積分
データとを用いて試料１００上の凹凸状態を求めたりす
る。また、このデータ処理部３０３は、試料１００の各
点の輝度データを、試料１００の所定の方向についてフ
ーリエ変換することにより、各種の周波数成分を検出し
たり、この各種の周波数成分のうちから所定の周波数成
分を抽出して合成し、その結果を逆フーリエ変換したり
して、任意の周波数成分を持つ凹凸を検出したりする。
なお、フーリエ変換するにあたっては、高速フーリエ変
換装置（ＦＦＴ）を好適に採用できるが、フーリエ変換
のそもそもの目的は周波数分解をすることにあるから、
輝度データを周波数分解し得るものであるならばＦＦＴ
以外の装置を用いても良いことはもちろんである。例え
ば、離散コサイン変換装置（ＤＣＴ）などや、最大エン
トロピー法により周波数分解する装置を用いることがで
きる。
【００２６】本実施形態の表面検査装置によれば、試料
１００での反射光を、物側テレセントリック光学系３０
１により、試料１００の各点における基準平面からの傾
きに応じた輝度で結像させることができる。
１００での反射光を、物側テレセントリック光学系３０
１により、試料１００の各点における基準平面からの傾
きに応じた輝度で結像させることができる。
【００２７】この点について説明すれば、コリメートレ
ンズ２０４で平行光束を作る場合、光源２０１と開口絞
り２０２によって点光源を作ることが行われている。し
かし、開口絞り２０２の開口はある程度の大きさを有す
るので、完全な点光源とはならない。従って、コリメー
トレンズ２０４で作られる平行光は完全な平行光でな
く、試料１００の各点には開口絞り２０２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、試料１００の一点にはある照射開口角をもって光が
照射される。その結果、試料１００が平坦であっても、
試料１００の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、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３０１ｂ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、所定の照射開口角をもって入射
した光は、試料１００で反射し、図６のように、反射光
は全て開口絞り３０１ｂの開口に取り込まれ、撮像部３
０２に到達するので、その面の像は輝度１００％の明る
い像となる。
ンズ２０４で平行光束を作る場合、光源２０１と開口絞
り２０２によって点光源を作ることが行われている。し
かし、開口絞り２０２の開口はある程度の大きさを有す
るので、完全な点光源とはならない。従って、コリメー
トレンズ２０４で作られる平行光は完全な平行光でな
く、試料１００の各点には開口絞り２０２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、試料１００の一点にはある照射開口角をもって光が
照射される。その結果、試料１００が平坦であっても、
試料１００の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、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３０１ｂ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、所定の照射開口角をもって入射
した光は、試料１００で反射し、図６のように、反射光
は全て開口絞り３０１ｂの開口に取り込まれ、撮像部３
０２に到達するので、その面の像は輝度１００％の明る
い像となる。
【００２８】また、基準平面に対して試料１００が傾斜
している面を考えると、図７又は図８に示すように、光
は試料１００で反射し、反射光の全部又は一部は開口絞
り３０１ｂ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３０１
ｂの開口を通過する光量に応じた輝度の像となる。
している面を考えると、図７又は図８に示すように、光
は試料１００で反射し、反射光の全部又は一部は開口絞
り３０１ｂ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３０１
ｂの開口を通過する光量に応じた輝度の像となる。
【００２９】従って、試料（ほぼ平面）１００に凹部が
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と、次のようになる。
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と、次のようになる。
【００３０】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、光が試料１００の法線方向から照射さ
れている場合、図９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３０１ｂの開口を通過し
ないので、凹部の像の輝度は０％、試料のその他の部分
（平坦部）の像の輝度は１００％となる。この状態が図
１０に示されている。
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、光が試料１００の法線方向から照射さ
れている場合、図９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３０１ｂの開口を通過し
ないので、凹部の像の輝度は０％、試料のその他の部分
（平坦部）の像の輝度は１００％となる。この状態が図
１０に示されている。
【００３１】一方、試料１００を図９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、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３０１ｂの開口に入る。従って、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３０１ｂ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３０１ｂ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。この状態が図１１に示されている。
θ”（＝θ／４）だけ傾けさせる場合を考えると、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３０１ｂの開口に入る。従って、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３０１ｂ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３０１ｂ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。この状態が図１１に示されている。
【００３２】他方、試料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
（照射開口角の２倍が物側開口角θである場合）には、
試料を図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。
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
（照射開口角の２倍が物側開口角θである場合）には、
試料を図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。
【００３３】このように、本実施形態の表面検査装置で
は、試料１００の各点への入射角度に応じた輝度で像を
結像させる。この場合、試料１００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。
は、試料１００の各点への入射角度に応じた輝度で像を
結像させる。この場合、試料１００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。
【００３４】以上、本発明の実施形態の表面検査装置に
ついて説明したが、本発明は、かかる実施形態の表面検
査装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
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。
ついて説明したが、本発明は、かかる実施形態の表面検
査装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
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。
【００３５】
【発明の効果】本発明の代表的な光照射装置は請求項１
に記載のように、光源からの光を照射用レンズ部を介し
て照射するように構成された光照射装置において、前記
照射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収
差による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像
面から結像点までのずれ量が大きくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いるので、照射むらが少なくなる。従って、照明として
も適するものとなる。また、本発明の代表的な表面検査
装置は、請求項５に記載のように、請求項３又は４記載
の光照射装置と、観測装置とを備え、試料の表面を前記
光照射装置で照射し、前記試料で反射した光を前記観測
装置で観測することによって、前記試料の表面状態を検
査するように構成されているので、照射領域における照
射むらが少なくなる。従って、試料の表面状態を正確に
検査できることになる。
に記載のように、光源からの光を照射用レンズ部を介し
て照射するように構成された光照射装置において、前記
照射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収
差による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像
面から結像点までのずれ量が大きくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いるので、照射むらが少なくなる。従って、照明として
も適するものとなる。また、本発明の代表的な表面検査
装置は、請求項５に記載のように、請求項３又は４記載
の光照射装置と、観測装置とを備え、試料の表面を前記
光照射装置で照射し、前記試料で反射した光を前記観測
装置で観測することによって、前記試料の表面状態を検
査するように構成されているので、照射領域における照
射むらが少なくなる。従って、試料の表面状態を正確に
検査できることになる。
【図１】球面収差を説明するための図である。
【図２】補正の形がフルコレクションとなっている球面
収差を示す図である。
収差を示す図である。
【図３】従来の点光源の設置位置を示す図である。
【図４】本発明の表面検査装置の構成図である。
【図５】本発明の表面検査装置の点光源の設置位置を示
す図である。
す図である。
【図６】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図であ
る。
る。
【図７】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図であ
る。
る。
【図８】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図であ
る。
る。
【図９】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図であ
る。
る。
【図１０】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の表面検査装置の結像動作の説明図で
ある。
ある。
【図１２】従来の表面検査装置の構成図である。
１００…試料 ２００…光照射装置 ２００…角度設定部 ２０１…光源 ３１０…開口絞り ２０２…開口絞り ２０４…コリメートレンズ ３００…観測装置 ３０１…物側テレセントリック光学系
Claims (6)
- 【請求項１】 光源からの光を照射用レンズ部を介して
照射するように構成された光照射装置において、前記照
射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収差
による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像面
から結像点までのずれ量が大きくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いることを特徴とする光照射装置。 - 【請求項２】 光源からの光を照射用レンズ部を介して
照射するように構成された光照射装置において、前記照
射用レンズ部は、該照射用レンズ部の光源側の球面収差
による縦収差に関し、入射高の大きい光線ほど近軸像面
から結像点までのずれ量が小さくなるような特性を有
し、一方、前記光源は結像点群の外方位置に設けられて
いることを特徴とする光照射装置。 - 【請求項３】 前記照射用レンズ部は球面収差とコマ収
差とがほぼ同じ形となるような特性を有していることを
特徴とする請求項１又は２記載の光照射装置。 - 【請求項４】 前記照射用レンズ部により光を実質的に
平行光とするように構成されていることを特徴とする請
求項１又は２記載の光照射装置。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の光照射装置と、観
測装置とを備え、試料の表面を前記光照射装置で照射
し、前記試料で反射した光を前記観測装置で観測するこ
とによって、前記試料の表面状態を検査するように構成
されていることを特徴とする表面検査装置。 - 【請求項６】 前記観測装置は、物側テレセントリック
光学系又は像物側テレセントリック光学系を含んで構成
されていることを特徴とする請求項５記載の表面検査装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20335397A JP4105256B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 光照射装置及び表面検査装置 |
| US09/463,656 US6356399B1 (en) | 1997-07-29 | 1998-06-18 | Light projecting method, surface inspection method, and apparatus used to implement these methods |
| EP98928544A EP1008883B1 (en) | 1997-07-29 | 1998-06-18 | Surface examination apparatus and method |
| PCT/JP1998/002694 WO1999006868A1 (fr) | 1997-07-29 | 1998-06-18 | Procede de projection d'un rayonnement lumineux, procede d'inspection d'une surface, et appareil de realisation de ces procedes |
| TW087111532A TW363126B (en) | 1997-07-29 | 1998-07-15 | Light illuminating method, surface examining method, and apparatus for performing the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20335397A JP4105256B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 光照射装置及び表面検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1152247A true JPH1152247A (ja) | 1999-02-26 |
| JP4105256B2 JP4105256B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=16472630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20335397A Expired - Lifetime JP4105256B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 光照射装置及び表面検査装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6356399B1 (ja) |
| EP (1) | EP1008883B1 (ja) |
| JP (1) | JP4105256B2 (ja) |
| TW (1) | TW363126B (ja) |
| WO (1) | WO1999006868A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020095843A1 (ja) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | シーシーエス株式会社 | 同軸照明装置 |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| FI991071A0 (fi) * | 1999-05-10 | 1999-05-10 | Valmet Automation Inc | Menetelmä ja mittausjärjestely mitata paperin pintaa |
| US6850333B1 (en) * | 2000-08-24 | 2005-02-01 | Therma-Wave, Inc. | Optimized aperture shape for optical CD/profile metrology |
| US8605192B2 (en) * | 2007-11-29 | 2013-12-10 | Kyocera Corporation | Imaging apparatus and electronic device including an imaging apparatus |
| US10429313B2 (en) * | 2017-02-08 | 2019-10-01 | Elenion Technologies, Llc | Methods, test structures, and test systems for determining a surface characteristic of a chip facet |
Family Cites Families (27)
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