(57)【要約】【課題】誤検出を低減して欠陥検出の精度を高め、しかも検査時間の短縮とコスト低減とを同時に図る。【解決手段】照明光学系は、光を焦点面上に集光して被検査物１００に照射するとともに前記焦点面上の集光点を走査させる。光分割部２０は、被検査物１００から得られる光を分割する。第１の光検出部２１Ａは、集光レンズ３１Ａ、光制限部３２Ａ及び光検出器３３Ａを有し、分割後の一方の光を検出する。第２の光検出部２１Ｂは、集光レンズ３１Ｂ、光制限部３２Ｂ及び光検出器３３Ｂを有し、分割後の他方の光を検出する。光制限部３２Ａと共役な平面と光制限部３２Ｂと共役な平面とは、前記焦点面の付近において、互いに光軸方向にずれている。【選択図】図１
2010002223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を焦点面上に集光して被検査物に照射するとともに前記焦点面上の集光点を走査させる照明光学系と、
前記照明光学系による光の照射によって前記被検査物から得られる光を分割する光分割部と、
前記光分割部により分割された後の１つの光を検出する第１の光検出部と、
前記光分割部により分割された後の他の１つの光を検出する第２の光検出部と、
前記第１及び第２の光検出部からの検出信号に基づいて、前記被検査物の表面における欠陥を検出する処理部と、
を備え、
前記第１の光検出部は、前記１つの光を集光する第１の集光レンズと、前記焦点面付近の第１の平面と共役な位置に配置され前記第１の集光レンズにより集光された光をピンホール状に制限する第１の光制限部と、前記第１の光制限部により制限された後の光を検出する第１の光検出器と、を有し、
前記第２の光検出部は、前記他の１つの光を集光する第２の集光レンズと、前記焦点面付近の第２の平面と共役な位置に配置され前記第２の集光レンズにより集光された光をピンホール状に制限する第２の光制限部と、前記第２の光制限部により制限された後の光を検出する第２の光検出器と、を有し、
前記第１の平面と前記第２の平面とが光軸方向にずれたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第１及び第２の光検出部からの検出信号に基づいて凹部であると判定されることを必要条件として、前記被検査物の表面における欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記第１の光検出部からの検出信号と前記第２の光検出部からの検出信号との差分に応じた差分信号を得る差分処理部を有し、前記差分信号に基づいて前記被検査物の表面における欠陥を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第１の光検出部からの検出信号による画像と前記第２の光検出部からの検出信号による画像との差分をとった差分画像を得て、前記差分画像に基づいて前記被検査物の表面における欠陥を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板などの被検査物の表面の欠陥を検出する表面欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板などの被検査物の表面の欠陥を検出する手法として、被検査物の暗視野像を撮像し、この暗視野像に基づいて欠陥を検出する手法が知られている（例えば、下記特許文献１，２）。
【０００３】
また、従来から、共焦点顕微鏡を用いて、半導体ウエハ表面上等の物体表面上に付着した微小異物を検出する手法も知られている（例えば、下記特許文献３）。この特許文献３に開示された手法では、共焦点顕微鏡の焦点面内での照射光の２次元走査により得られる像が物体表面上の同一高さの面を画像化したものであることから、物体表面に対する焦点面の高さを変えて各高さで像を取得し、これらの像を比較することで、物体表面上に付着した微小異物を検出している。
【０００４】
さらに、従来から、検出系に導波路を用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を利用した微小段差測定方法も知られている（例えば、下記特許文献４）。この微小段差測定方法では、レーザ光源と、該レーザ光源からの光を集光して被検物上に光スポットを形成する照明光学系と、前記被検物からの光束を検出面上に集光する集光光学系と、前記検出面上に集光された光束を検出する検出手段と、前記被検物に対して前記スポットを相対的に移動させるための走査手段とを有し、前記検出手段はチャネル導波路が形成された基板を有し、該チャネル導波路は前記検出面上に入射端面を持つダブルモード導波路領域と該ダブルモード導波路を２本のチャネル導波路に分岐させる導波路分岐領域を有し、さらに前記検出手段は前記分岐された２本のチャネル導波路を伝搬する光を各々検出する検出素子を有し、検出信号によって被検物の情報を得るコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を用いる。そして、前記各々の検出素子の和信号と差信号の比の値から、被検物上に存在する微小な凹凸の段差を定量的に求める。
【特許文献１】特開平４−３４４４４７号公報
【特許文献２】特開平７−１０３９０５号公報
【特許文献３】特開平６−３０８０４０号公報
【特許文献４】特開平６−２４１７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
暗視野像に基づいて欠陥を検出する前記従来の手法によれば、暗い背景上の微小な輝点として欠陥を検出することから、非常に高い検出感度が得られる。しかしながら、この従来の手法では、被検査物表面上の欠陥であるキズ（凹）と、洗浄作業により除去可能であり欠陥とはいえないゴミ（被検査物表面上に付着した微小異物（凸））とは、ほぼ同じ像となってしまい、両者を区別することは困難である。したがって、この従来の手法によれば、ゴミも欠陥として誤検出してしまい、検出精度が低下してしまう。
【０００６】
共焦点顕微鏡を用いて物体表面上に付着した微小異物を検出する前記従来の手法に鑑みれば、次のような表面欠陥検査の手法が考えられる。すなわち、一般的な共焦点顕微鏡を用いて被検査物に対する焦点面の高さを変えて各高さで焦点面内の照射光の２次元走査をそれぞれ行って複数枚の画像を取得し、被検査物の三次元的な観察を行う。これにより、平面に対する凹と凸とを区別することができるため、被検査物表面上の欠陥であるキズ（凹）を、被検査物表面上に付着した微小異物（凸）から区別して検出することができる。したがって、この場合には、ゴミをキズとして誤って検出してしまうような誤検出を低減して欠陥検出の精度を高めることができる。しかしながら、この場合には、被検査物に対する焦点面の高さを相対的に変えて、各高さにおいて焦点面内の照射光の２次元走査を行って複数枚の画像を取得する必要があるため、検査時間が長くなってしまう。
【０００７】
これに対し、検出系に導波路を用いたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を利用した前記従来の微小段差測定方法を、被検査物表面の欠陥検出に利用すれば、被検査物表面上の欠陥であるキズ（凹）を、被検査物表面上に付着した微小異物（凸）から区別して検出することができるのみならず、焦点面の高さを変えた走査が不要となるため検査時間を大幅に短縮することができる。しかしながら、この場合には、検出系に導波路デバイスを使用する必要があるため、導波路デバイスは一般的な光学部品に比べて高価である（特に、生産個数が少ない場合には、単価が著しく高価となる。）ことから、コストが増大してしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、誤検出を低減して欠陥検出の精度を高めることができ、しかも、検査時間の短縮とコスト低減とを同時に図ることができる表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の一態様による表面欠陥検査装置は、光を焦点面上に集光して被検査物に照射するとともに前記焦点面上の集光点を走査させる照明光学系と、前記照明光学系による光の照射によって前記被検査物から得られる光を分割する光分割部と、前記光分割部により分割された後の１つの光を検出する第１の光検出部と、前記光分割部により分割された後の他の１つの光を検出する第２の光検出部と、前記第１及び第２の光検出部からの検出信号に基づいて、前記被検査物の表面における欠陥を検出する処理部と、を備えたものである。前記第１の光検出部は、前記１つの光を集光する第１の集光レンズと、前記焦点面付近の第１の平面と共役な位置に配置され前記第１の集光レンズにより集光された光をピンホール状に制限する第１の光制限部と、前記第１の光制限部により制限された後の光を検出する第１の光検出器と、を有する。前記第２の光検出部は、前記他の１つの光を集光する第２の集光レンズと、前記焦点面付近の第２の平面と共役な位置に配置され前記第２の集光レンズにより集光された光をピンホール状に制限する第２の光制限部と、前記第２の光制限部により制限された後の光を検出する第２の光検出器と、を有する。前記第１の平面と前記第２の平面とは光軸方向にずれている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誤検出を低減して欠陥検出の精度を高めることができ、しかも、検査時間の短縮とコスト低減とを同時に図ることができる表面欠陥検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による表面欠陥検査装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態による表面欠陥検査装置１を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態による表面欠陥検査装置１は、レーザ光源１１と、レーザ光源１１からのレーザ光を所定ビーム径に広げるビームエキスパンダ１２と、走査ユニット１３と、走査レンズ１４と、リレーレンズ１５と、ミラー１６と、対物レンズ１７と、ガラス基板やシリコン基板やその他の基板などの被検査物１００を保持する被検査物ホルダ１８と、を備えている。ビームエキスパンダ１２と走査ユニット１３との間には、ハーフミラー１９が設けられている。被検査物ホルダ１８は、被検査物１００の上面（被検査面）が対物レンズ１７の光軸Ｌとほぼ直交するように、被検査物１００を保持する。被検査物ホルダ１８は、図示しない移動機構によって、必要に応じて、光軸Ｌの方向及び光軸Ｌと直交する面内方向に移動し得るようになっている。本実施の形態では、前述した各要素１１〜１７が、光を被検査物１００の上面付近の焦点面上に集光して被検査物に照射するとともに前記焦点面上の集光点を走査させる照明光学系を、構成している。
【００１３】
レーザ光源１１からの光は、ビームエキスパンダ１２で必要なビーム径まで広げられた後に、ハーフミラー１９を介して、走査ユニット１３に入る。走査ユニット１３は、２組の可動式のミラー１３ａ，１３ｂを有し、互いに直交する２方向（対物レンズ１７の光軸Ｌと直交する面内において互いに直交する２方向に対応する２方向）で、レーザ光源１１からの光を走査する。走査ユニット１３によって走査された光は、走査レンズ１４によって一次像面２００でスポット状に結像され、その後、リレーレンズ１５、ミラー１６を介して偏向され、対物レンズ１７によって被検査物１００の上面付近の焦点面においてスポット状に結像され、被検査物１００に照射される。なお、ミラー１６は、単純に光の方向を変化させるだけであり、必須のものではない。
【００１４】
被検査物１００の上面付近の焦点面において結像されるレーザビームの像は点像となり、対物レンズのＮＡで決まる大きさに集光されるため、その大きさとほぼ同程度の被検査物１００上のスポット領域が光により照射される。このスポット領域における被検査物１００の光学的な特性によって、検出光（反射光、蛍光、散乱光等）がほぼこのスポット領域で生じる。被検査物１００上のスポット領域（照射領域）で生じた検出光（反射光、蛍光、散乱光等）は、再び対物レンズ１７によって集められ、照射されたレーザ光と同じ光路を逆方向に進み、リレーレンズ１５によってほぼ一次像面２００に結像され、その後、走査レンズ１４及び走査ユニット１３を経てハーフミラー１９に達する。
【００１５】
本実施の形態による表面欠陥検査装置１は、前記照明光学系による光の照射によって被検査物１００から得られる光（検出光）を分割する光分割部としてのハーフミラー２０と、ハーフミラー２０により分割された後の１つの光を検出する第１の光検出部２１Ａと、ハーフミラー２０により分割された後の他の１つの光を検出する第２の光検出部２１Ｂと、第１及び第２の光検出部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号に基づいて、被検査物１００の表面における欠陥を検出する処理部２２とを、更に備えている。
【００１６】
被検査物１００からハーフミラー１９に至った検出光は、ハーフミラー１９で折り曲げられた後に、ハーフミラー２０により２つに分割され、一方の検出光が第１の光検出部２１Ａにより検出され、他方の検出光が第２の光検出部２１Ｂにより検出される。
【００１７】
第１の光検出部２１Ａは、分割後の一方の検出光を集光する第１の集光レンズ３１Ａと、第１の集光レンズ３１Ａにより集光された光をピンホール状に制限する第１の光制限部としての第１のピンホール板３２Ａと、ピンホール板３２Ａにより制限された後の光を検出する第１の光検出器３３Ａと、を有している。
【００１８】
ここで、第１の集光レンズ３１Ａは、照射レーザ光が集光される焦点面（被検査面である被検査物１００の上面）付近の第１の平面と共役な位置に配置されている。以下、説明の便宜上、この第１の平面を「第１のピンホール共役面」と呼ぶ。
【００１９】
また、第１のピンホール板３２Ａのピンホール（開口）は、第１の集光レンズ３１Ａの光軸上に形成され、そのピンホールの大きさは、例えば、第１のピンホール板３２Ａ上に形成される光スポット径と同程度の大きさになるよう設定されている。第１のピンホール板３２Ａのピンホールを通過した光は、第１の光検出器３３Ａで検出され、第１の光検出器３３Ａは受光光量に応じた強度（レベル）の電気信号を出力するようになっている。
【００２０】
同様に、第２の光検出部２１Ｂは、分割後の他方の検出光を集光する第２の集光レンズ３１Ｂと、第２の集光レンズ３１Ｂにより集光された光をピンホール状に制限する第２の光制限部としての第２のピンホール板３２Ｂと、ピンホール板３２Ｂにより制限された後の光を検出する第２の光検出器３３Ｂと、を有している。
【００２１】
ここで、第２の集光レンズ３１Ｂは、照射レーザ光が集光される焦点面（被検査面である被検査物１００の上面）付近の第２の平面と共役な位置に配置されている。以下、説明の便宜上、この第２の平面を「第２のピンホール共役面」と呼ぶ。
【００２２】
また、第２のピンホール板３２Ｂのピンホール（開口）は、第２の集光レンズ３１Ｂの光軸上に形成され、そのピンホールの大きさは、例えば、第２のピンホール板３２Ｂ上に形成される光スポット径と同程度の大きさになるよう設定されている。第２のピンホール板３２Ｂのピンホールを通過した光は、第２の光検出器３３Ｂで検出され、第２の光検出器３３Ｂは受光光量に応じた強度（レベル）の電気信号を出力するようになっている。
【００２３】
そして、本実施の形態では、前記第１のピンホール共役面と前記第２のピンホール共役面とは、光軸Ｌの方向にずれている。これらのピンホール共役面の光軸Ｌ方向の高さの設定例について、図２（ａ）を参照して説明する。図２（ａ）中の上下方向が光軸Ｌの方向と一致している。図２（ａ）は、光軸Ｌ方向の各高さ位置ａ〜ｅを模式的に示すとともに、光軸Ｌを含む断面における被検査物１００の上面の面形状の一例を実線で模式的に示す図である。本実施の形態では、照射レーザ光が集光される焦点面の高さが図２（ａ）中の高さｃに設定され、第１の光検出部２１Ａの第１のピンホール共役面の高さが高さｃよりも上側の図２（ａ）中の高さａに設定され、第２の光検出部２１Ｂの第２のピンホール共役面の高さが高さｃよりも下側の図２（ａ）中の高さｅに設定されている。もっとも、前記焦点面並びに第１及び第２のピンホール共役面の高さの位置関係は図２（ａ）に示す例に限定されるものではなく、第１のピンホール共役面の高さと第２のピンホール共役面の高さとが異なっていれば、第１及び第２のピンホール共役面の高さを両方とも前記焦点面の高さよりも上側及び下側のいずれか一方に設定してもよいし、第１及び第２のピンホール共役面のいずれか一方の高さを前記焦点面の高さと一致させてもよい。
【００２４】
図２（ａ）に示す例では、被検査物１００の上面の標準的な高さが図２（ａ）中の高さｃ（すなわち、前記焦点面の高さ）と一致し、被検査物１００の上面の凸部（微小異物）の高さが図２（ａ）中の高さａ，ｃ間の高さｂとなり、被検査物１００の上面の凹部（キズ）の高さが図２（ａ）中の高さｃ，ｅ間の高さｄとなっている。もっとも、被検査物１００の上面の標準的な高さ、凸部の高さ及び凹部の高さと、前記第１及び第２のピンホール共役面並びに前記焦点面の高さとの位置関係は、図２（ａ）に示す例に限定されるものではない。
【００２５】
前記第１及び第２のピンホール共役面並びに前記焦点面の高さが前述したように設定されているので、図２（ａ）の実線で示す被検査物１００の上面の面形状に対応して、第１の光検出部２１Ａ（すなわち、第１の光検出器３３Ａ）から図２（ｂ）に示す検出信号が得られるとともに、第２の光検出部２１Ｂ（すなわち、第２の光検出器３３Ｂ）から図２（ｃ）に示す検出信号が得られる。図２（ｂ）及び図２（ｃ）において、縦軸は信号強度を示し、横軸は図２（ａ）の被検査物１００の上面の面形状に対応する横方向位置を示している。この点は後述する図２（ｄ）についても同様である。第１の光検出部２１Ａからの検出信号では、図２（ｂ）に示すように、被検査物１００の上面の標準的な高さに対応して得られる標準的なレベルと比較して、被検査物１００の上面の凸部に対応して得られるレベルは高くなる一方、被検査物１００の上面の凹部に対応して得られるレベルは低くなっている。これとは逆に、第２の光検出部２１Ｂからの検出信号では、図２（ｃ）に示すように、被検査物１００の上面の標準的な高さに対応して得られる標準的なレベルと比較して、被検査物１００の上面の凸部に対応して得られるレベルは低くなる一方、被検査物１００の上面の凹部に対応して得られるレベルは高くなっている。
【００２６】
本実施の形態では、処理部２２は、第１及び第２の光検出部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号に基づいて凹部であると判定されることを必要条件として、被検査物１００の上面における欠陥を検出する。本実施の形態では、処理部２２は、第１の光検出部２１Ａからの検出信号と第２の光検出部２１Ｂからの検出信号との差分に応じた差分信号を得る差分処理部としての、差動増幅器４１と、差動増幅器４１の出力信号（差分信号）に基づいて、凹部であると判定されることを必要条件として、被検査物１００の上面における欠陥を検出するデータ処理を行う、データ処理部４２と、を有している。
【００２７】
図２（ａ）の実線で示す被検査物１００の上面の面形状に対応して、第１及び第２の光検出部２１Ａ，２１Ｂからの検出信号がそれぞれ図２（ｂ）に示す信号及び図２（ｃ）に示す信号となる場合、差動増幅器４１の出力信号（差分信号）は図２（ｄ）に示す信号となる。差動増幅器４１の出力信号（差分信号）では、図２（ｄ）に示すように、被検査物１００の上面の標準的な高さに対応して得られる標準的なレベル（例えば、ゼロレベル）と比較して、被検査物１００の上面の凸部に対応して得られるレベルは低くなる一方、被検査物１００の上面の凹部に対応して得られるレベルは高くなっている。そして、図２（ｄ）に示すような差動増幅器４１の出力信号（差分信号）における、標準的なレベル、凸部に対応して得られるレベル、及び、凹部に対応して得られるレベル間の大小関係は、前記焦点面並びに前記第１及び第２のピンホール共役面の高さに対して被検査物１００の光軸Ｌ方向の相対的な位置（すなわち、被検査物１００の上面の標準的な高さ、凸部の高さ及び凹部の高さ）がずれたり、凸部の突出量（凸部の高さと標準的な高さとの差）や凹部の窪み量（凹部の高さと標準的な高さとの差）が変わったとしても、保たれる。
【００２８】
したがって、差動増幅器４１の出力信号が標準的なレベルよりも高くなっているか否か低くなっているかによって、その部分が凸部であるか否かを判定することができる。
【００２９】
本実施の形態では、データ処理部４２は、例えば、差動増幅器４１の出力信号による画像（２次元位置ごとの差動増幅器４１の出力信号の強度値からなる画像であり、この画像は、走査ユニット１３の動作に同期させて差動増幅器４１の出力信号の強度値を取り込むことで得られる。）を取得し、その画像を、差動増幅器４１の出力信号の標準的なレベルよりも所定値だけ低いレベルを閾値として２値化処理してラベリングし、そのラベリング領域の形状の特徴抽出を行い、その特徴を予め設定した特徴と比較することで、被検査物１００の上面の欠陥を検出する。この場合、差動増幅器４１の出力信号の標準的なレベルよりも所定値だけ低いレベルを閾値として２値化処理することが、凹部であると判定したことに相当している。
【００３０】
なお、図面には示していないが、処理部２２（特に、データ処理部４２）は、欠陥の有無、欠陥の数や位置などを、検査結果として外部へ出力するとともに、必要に応じて図示しない表示部に表示させる。検査結果としては、欠陥の有無のみを出力してもよい。
【００３１】
本実施の形態による表面欠陥検査装置１では、先の説明からわかるように、被検査物表面上の欠陥であるキズ（凹）を、被検査物表面上に付着した微小異物（凸）から区別して検出することができるので、ゴミをキズとして誤って検出してしまうような誤検出を低減して欠陥検出の精度を高めることができる。そして、本実施の形態では、被検査物１００に対して前記焦点面等の高さをある高さにして焦点面内のレーザ光の２次元走査を１回行なうだけですむので、被検査物１００に対する前記焦点面等の高さを相対的に変えて、各高さにおいて焦点面内のレーザ光の２次元走査をそれぞれ行って複数枚の画像を取得するような場合に比べて、検査時間を大幅に短縮することができる。さらに、本実施の形態による表面欠陥検査装置１は、導波路デバイスを用いる必要がなく、一般的な共焦点顕微鏡で用いられているような一般的な光学部品で構成されているので、導波路デバイスを要する場合に比べてコストを大幅に低減することができる。このように、本実施の形態によれば、誤検出を低減して欠陥検出の精度を高めることができ、しかも、検査時間の短縮とコスト低減とを同時に図ることができる。
【００３２】
なお、検出系に導波路を用いた場合では、極めて小さな段差についての検出感度が高いが、波長程度以上の段差については、凹凸による信号が反転する場合がある。
【００３３】
なお、本実施の形態では、前記第１のピンホール共役面の高さの調整は例えば第１の光検出部２１Ａの光軸方向の位置を調整することによって行うことができ、前記第２のピンホール共役面の高さの調整は例えば第２の光検出部２１Ｂの光軸方向の位置を調整することによって行うことができるので、第１及び第２のピンホール共役面の高さの設定の自由度が高い。
【００３４】
図３は、本実施の形態による表面欠陥検査装置１と比較される比較例による表面欠陥検査装置５１を示す概略構成図であり、図１に対応している。図３において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００３５】
この比較例による表面欠陥検査装置５１が本実施の形態による表面欠陥検査装置１と異なる所は、第１及び第２の光検出部２１Ａ，２１Ｂに代えて１つの光検出部２１が用いられている点と、ハーフミラー２０が除去されている点と、処理部２２（差動増幅器４１及びデータ処理部４２）に代えてデータ処理部５２が用いられている点のみである。これにより、この比較例による表面欠陥検査装置５１は、一般的な走査型共焦点顕微鏡と同一の構成を有している。
【００３６】
この比較例では、被検査物１００からハーフミラー１９に至った検出光は、ハーフミラー１９で折り曲げられた後に、光検出部２１により検出される。
【００３７】
光検出部２１は、検出光を集光する集光レンズ３１と、照射レーザ光が集光される焦点面（被検査物１００の上面付近の焦点面）と共役な位置に配置され集光レンズ３１により集光された光をピンホール状に制限するピンホール板３２と、ピンホール板３２のピンホールを通過した光を検出する光検出器３３と、を有している。光検出器３３は、受光光量に応じた強度の電気信号を出力するようになっている。なお、ピンホール板３２のピンホールは、集光レンズ３１の光軸上に形成され、そのピンホールの大きさは、ピンホール板３２上に形成される光スポット径と同程度の大きさになるよう設定されている。
【００３８】
この比較例において、ピンホール板３２と共役な平面をピンホール共役面と呼ぶとすれば、先の説明からわかるように、ピンホール共役面は照射レーザ光が集光される焦点面と一致している。この点について、図４（ａ）を参照して説明する。図４（ａ）は、光軸Ｌ方向の各高さ位置ｂ〜ｄを模式的に示すとともに、光軸Ｌを含む断面における被検査物１００の上面の面形状の一例を実線で模式的に示す図である。図４（ａ）における高さ位置ｂ〜ｄは、図２（ａ）における高さ位置ｂ〜ｄとそれぞれ同一であるとともに、図４（ａ）に示す被検査物１００の上面の面形状は図２（ａ）に示す被検査物１００の上面の面形状と同一である。この比較例では、照射レーザ光が集光される焦点面のみならずピンホール共役面も高さｃに設定されている。
【００３９】
この比較例では、前記焦点面もピンホール共役面も高さｃに設定されているので、周知の共焦点顕微鏡の原理に従って、図４（ａ）の実線で示す被検査物１００の上面の面形状に対応して、光検出部２１（すなわち、光検出器３３）から図４（ｂ）に示す信号が得られる。図４（ｂ）において、縦軸は信号強度を示し、横軸は図２（ａ）の被検査物１００の上面の面形状に対応する横方向位置を示している。光検出部２１からの検出信号では、図４（ｂ）に示すように、被検査物１００の上面の標準的な高さに対応して得られる標準的なレベルと比較して、被検査物１００の上面の凸部に対応して得られるレベルも、被検査物１００の上面の凹部に対応して得られるレベルも、両方とも低くなっている。
【００４０】
したがって、図４（ａ）に示すような凹凸のある被検査物１００の表面に対して、前記焦点面及びピンホール共役面の高さをある高さにして焦点面内のレーザ光の２次元走査を１回行なうだけでは、図４（ｂ）に示すように凹凸が存在する場所では光検出部２１からの検出信号の強度が弱くなるので凹凸の場所は検知することができるが、それが凹か凸かは判別できない。よって、２次元走査を１回行なうだけでは、被検査物表面上の欠陥であるキズ（凹）のみならず、洗浄作業により除去可能であり欠陥とはいえないゴミ（被検査物表面上に付着した微小異物（凸））も欠陥として誤検出してしまい、検出精度が低下してしまう。
【００４１】
そこで、この比較例では、被検査物１００に対する前記焦点面及びピンホール共役面の高さを変えて、各高さで焦点面内のレーザ光の２次元走査を焦点面内の照射光の２次元走査をそれぞれ行う。そして、データ処理部５２が、各高さに対応した光検出部２１からの検出信号による複数枚の画像を取得し、被検査物１００の３次元的な観察を行うことで、凹凸判別を行い、被検査物１００の表面上の欠陥であるキズ（凹）を、被検査物１００の表面上に付着した微小異物（凸）から区別して検出する。これにより、誤検出が低減されて欠陥検出の精度が高まる。
【００４２】
しかし、この比較例によれば、被検査物１００に対する前記焦点面の高さを相対的に変えて、各高さにおいて焦点面内のレーザ光の２次元走査を行って複数枚の画像を取得する必要があるため、検査時間が長くなってしまう。
【００４３】
これに対し、本実施の形態では、前述したように、被検査物１００に対して前記焦点面等の高さをある高さにして焦点面内のレーザ光の２次元走査を１回行なうだけですむので、検査時間を大幅に短縮することができるのである。
【００４４】
また、前記比較例では、光検出部２１からの検出信号の信号強度によって凹凸観察する場合に、信号強度が被検査物１００の反射率に依存することの影響を受け易い上に、凹凸が焦点深度以内の大きさであれば、信号の変化量が小さいため、検出感度が良くない。
【００４５】
これに対し、本実施の形態では、差動増幅器４１によって、第１の光検出部２１Ａからの検出信号と第２の光検出部からの検出信号との差分に応じた差分信号を得るので、信号強度が被検査物１００の反射率に依存することの影響を受け難くなるとともに、差分信号における凹部及び凸部での信号の変化量が大きくなって凹部や凸部の検出能力が高まる。
【００４６】
本実施の形態による表面欠陥検査装置１は、例えば、以下に説明するように変形してもよい。
【００４７】
第１のピンホール板３２Ａに代えて、前記光制限部として、例えば、第１のピンホール板３２Ａのピンホールと同程度の大きさのコアを有する光ファイバを用いてもよい。この場合、前記光ファイバの一方端面を光軸上に配置し、前記光ファイバの他端から射出される光を光検出器３３Ａで検出するようにすればよい。同様に、第２のピンホール板３２Ｂに代えて、前記光制限部として光ファイバを用いてもよい。
【００４８】
また、処理部２２において差動増幅器４１を取り除き、データ処理部４２は、第１の光検出部２１Ａからの検出信号による画像と第２の光検出部２１Ｂからの検出信号による画像をそれぞれ取り込み、それらの画像の差分をとった差分画像を得て、前記差分画像に基づいて前記被検査物の表面における欠陥を検出してもよい。この場合、データ処理部４２は、例えば、その差分画像を、標準的な値（凹凸のない場所の値に相当する値）よりも所定値だけ低いレベルを閾値として２値化処理してラベリングし、そのラベリング領域の形状の特徴抽出を行い、その特徴を予め設定した特徴と比較することで、被検査物１００の上面の欠陥を検出すればよい。この場合も、実質的には、本実施の形態による表面欠陥検査装置１で用いられている差動増幅器４１及びデータ処理部４２からなる処理部２２の処理と実質的に同様の処理が行われることになる。ただし、Ｓ／Ｎの観点からは、本実施の形態の方がより好ましい。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、前記実施の形態では、落射型顕微鏡構成が採用されているが、本発明では、透過型顕微鏡構成を採用することもできる。本実施の形態のような落射型顕微鏡構成では、照射光による被検査物１００からの光学的な応答のうち反射、蛍光、散乱光などを捉えることができるのに対し、透過型顕微鏡構成では、照射光による被検査物１００からの光学的な応答のうち蛍光、散乱光、光の位相変化の程度などを捉えることができる。
【００５１】
また、被検査物１００は、ガラス基板やシリコン基板やその他の基板などに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態による表面欠陥検査装置を示す概略構成図である。
【図２】被検査物の表面の面形状及び図１に示す実施の形態における検出信号等の例を示す図である。
【図３】比較例による表面欠陥検査装置を示す概略構成図である。
【図４】被検査物の表面の面形状及び図２に示す比較例における検出信号等の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  表面欠陥検査装置
１１  レーザ光源
１２  ビームエキスパンダ
１３  走査ユニット
１４  走査レンズ
１７  対物レンズ
２０  ハーフミラー（光分割部）
２１Ａ，２１Ｂ  光検出部
２２  処理部
３１Ａ，３１Ｂ  集光レンズ
３２Ａ，３２Ｂ  ピンホール板（光制限部）
３３Ａ，３３Ｂ  光検出器
４１  差動増幅器（差分手段）
１００  被検査物
【図１】
2010002223.tif 000003
【図２】
2010002223.tif 000004
【図３】
2010002223.tif 000005
【図４】
2010002223.tif 000006