(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の角度でレーザビームを照射して被検査物をＸＹのいずれか一方を主走査方向とし、いずれか他方を副走査方向としてＸＹ走査をし、前記被検査物からの散乱光を受光し、この受光光強度に応じた検出信号を得てこの検出信号に応じて前記被検査物の表面の状態を検査する表面状態検査装置において、前記散乱光を画素対応に受光して前記画素対応に前記検出信号を発生する、前記副走査方向に配列された複数の検出部を有する光学センサと、対物レンズを有し前記光学センサと前記被検査物との間に配置された検出光学系レンズと、この検出光学系レンズを通して前記複数の検出部が前記散乱光を受光できる大きさの前記レーザビームを前記被検査物に照射する投光光学系と、前記検出信号を受けて前記被検査物の表面の状態を検査する検査装置とを備え、前記検出光学系レンズと前記光学センサといずれか一方が、前記検出光学系レンズの光軸方向の前記検出光学系レンズの湾曲状態において前記光軸方向に対して対称な湾曲となりかつ前記副走査方向に対して対称な湾曲となるようなシェーディングが少ない受光方向に前記副走査方向において前記光軸方向に直交する面に対して所定の角度回転して取付けられている表面状態検査装置。
【請求項２】
前記光学センサはラインセンサであり、前記所定の角度回転して取り付けられているものであり、前記所定の角度は、前記検出光学系レンズの光軸方向と前記ＸＹのいずれかの軸との二次元の走査により測定された前記検出光学系レンズの透過光量の減衰状態についてのデータに従って決定される角度であり、前記レーザビームの照射光の前記主走査方向の幅は、前記所定の角度回転により前記光学センサが受光できる範囲か、それ以上に設定されている請求項１記載の表面状態検査装置。
【請求項３】
所定の角度でレーザビームを照射して前記被検査物をＸＹのいずれか一方を主走査方向とし、いずれか他方を副走査方向としてＸＹ走査をし、前記被検査物からの散乱光を前記画素対応に前記副走査方向に配列された複数の検出部を有する光学センサで受光し、この受光光強度に応じた検出信号を得てこの検出信号に応じて前記被検査物の表面の状態を検査する表面状態検査装置における表面状態検査方法であって、
点光源像を被検査レンズの焦点位置に形成する光源光学系と、受光器と、前記検出光学系レンズの光軸にその光軸が一致するように前記被検査レンズを着脱可能に接続し前記検出光学系レンズ（被検査レンズ）から前記点光源像の光を受けて前記受光器の受光面に結像させる測定光学系と、前記測定光学系の前記光軸に沿って前記測定光学系を移動させる第１の移動手段と、前記測定光学系の前記光軸に直交する方向に前記測定光学系を直線移動させる第２の移動手段と、前記第１および第２の移動手段を駆動して前記測定光学系を二次元に移動させて、前記受光器から得られる前記点光源像についての受光レベルを前記二次元の各測定点の座標とともに得て前記各測定点における前記受光器の受光レベルについて等しいレベルのデータを出力する演算処理装置とを備える測定装置により前記等しいレベルについてのマップを得るマップ取得段階と、前記マップにより前記測定光学系の光軸に直交する面内において前記検出光学系レンズについてシェーディングが少ない受光方向を示す角度を得る角度取得段階とを備え、
前記被検査系レンズを前記表面状態検査装置における検出光学系のレンズとして使用し、かつ前記被検査系レンズと前記光学センサとの関係がシェーディングが少ない受光方向に所定の角度回転した状態になるように設ける段階とを備え、前記検出信号のレベルに基づいて前記表面の状態を検査する表面状態検査方法。
【請求項４】
前記点光源像はピンホールにより形成され、前記被検査レンズは、テレセントリックレンズ系のレンズユニットであり、前記受光器はＣＣＤカメラであり、前記第１の移動手段は、前記測定光学系をこれの光軸に沿って移動するものであり、前記演算処理装置は、マイクロプロセッサとメモリとを有していて、前記光学センサの検出信号をＡ／Ｄ変換して受けて前記各測定点の前記受光レベルを得るものであり、前記マップは、前記被検査レンズについての透過光量の減衰状態を等高線で表示するものである請求項３記載のウエハ異物検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面状態検査装置および検査方法に関し、詳しくは、ＸＹ走査方式による異物検査装置において、異物検出光学系のシェーディングを低減して高精度に異物検出ができるような異物検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面状態検査装置としては、ウエハやマスク、ディスク基板、液晶基板などについて欠陥を検査する欠陥検査装置や異物を検査する異物検査装置がある。異物検査装置は、ウエハや、マスク，液晶基板など、特に表面にパターンが形成された基板について異物や傷の検査をする装置である。なお、この明細書において、表面状態の検査とは、表面欠陥や表面の傷、表面に付着した異物等の表面として問題が発生するような状態を検査することを意味する。
表面状態検査装置の一例としてウエハ異物検査装置を例に採ると、ウエハ異物検査装置は、ウエハの表面にレーザビームを照射してＸ，Ｙ方向にウエハを走査するＸＹ走査方式と、レーザビームを照射してウエハを回転させ、スパイラル状にまたは同心円にウエハを走査する回転走査方式とがある。
【０００３】
ＸＹ走査方式は、回転走査方式に比べて異物検出の位置を正確に捉えることができる利点があるが、その反面回転走査方式に比べて検査効率が落ちる。そこで、ＸＹ走査方式において検査効率を上げるために、この出願人は、レーザビームをライン状に収束させてライン状の異物検出領域をウエハ上に形成し、一次元の光学センサ（例えばＣＣＤイメージセンサ）の受光面に異物検出領域の像を検出光学系のレンズを通して結像させ、ＸＹ走査により異物検出を行う異物検査装置についての発明を特願平７−２９６０６５号，「異物検査装置」として出願している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ライン状に異物検出領域を形成して、検出光学系のレンズを通して光学センサに結像させると、検出光学系の対物レンズあるいは結像レンズにおけるシェーディングの影響で、光学センサの受光位置に応じて検出信号のレベルに差が発生する。そのため、精度の高い異物検出ができない。
例えば、５０００画素で３５ｍｍの長さのＣＣＤセンサについてシェーディングの影響を測定したところ、中心部に配置される画素に対して周辺部に配置される画素の検出信号のレベルは、５０％程度にまで落ちてしまう。
このような検出光学系のシェーディングの影響は、他の同様な構成を採る表面状態検査装置にあっても同様に問題になる。
【０００５】
この発明の目的は、検出光学系のレンズによるシェーディングを低減することができる表面状態検査装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、異物検出光学系のレンズによるシェーディングを低減することができ、かつ、検査についてスループットを向上させることができる異物検査装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、検出光学系のシェーディングを低減することができる表面状態検査方法を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、異物検出光学系のシェーディングを低減することができ、かつ、検査についてスループットを向上させることができる異物検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明の表面状態検査装置の特徴は、所定の角度でレーザビームを照射して被検査物をＸＹのいずれか一方を主走査方向とし、いずれか他方を副走査方向としてＸＹ走査をし、前記被検査物からの散乱光を受光し、この受光光強度に応じた検出信号を得てこの検出信号に応じて前記被検査物の表面の状態を検査する表面状態検査装置において、前記散乱光を画素対応に受光して前記画素対応に前記検出信号を発生する、前記副走査方向に配列された複数の検出部を有する光学センサと、対物レンズを有し前記光学センサと前記被検査物との間に配置された検出光学系レンズと、この検出光学系レンズを通して前記複数の検出部が前記散乱光を受光できる大きさの前記レーザビームを前記被検査物に照射する投光光学系と、前記検出信号を受けて前記被検査物の表面の状態を検査する検査装置とを備え、前記検出光学系レンズと前記光学センサといずれか一方が、前記検出光学系レンズの光軸方向の前記検出光学系レンズの湾曲状態において前記光軸方向に対して対称な湾曲となりかつ前記副走査方向に対して対称な湾曲となるようなシェーディングが少ない受光方向に前記副走査方向において前記光軸方向に直交する面に対して所定の角度回転して取付けられているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
このように、この発明では、光学センサあるいは検出光学系レンズが副走査の方向に対してシェーディングが少ない受光方向に所定の角度回転して取付けられ、かつ、投光光学系からの照射光による散乱光が光学センサの複数の検出部で受光できるようになっている。したがって、複数の検出部で散乱光を受光して表面状態を検出する表面検査装置は、その検出光学系のレンズによるシェーディングが低減され、これにより精度の高い検査を効率よく行うことができる。
なお、光学センサ側を回転させて装置に取り付ける場合には、前記レーザビームの照射光により被検査物の表面に形成される検査領域は、主走査方向に広く採り、その幅が前記の所定の角度回転により傾斜した前記光学センサの全体に亘って受光できる範囲か、それ以上の大きさに設定する。このようにすることで、投光光学系を光学センサの回転に合わせて回転させなくて済む利点がある。
【０００８】
表面状態検査方法の発明は、前記の光学センサあるいは検出光学系レンズに設定する前記の所定の回転角を次のような工程を経て求め、前記光学センサあるいは検出光学系レンズを求めた角度分回転させて取り付けた後に表面状態の検査を行うものである。
前記所定の回転角を求める方法は、点光源像を被検査レンズの焦点位置に形成する光源光学系と、受光器と、前記検出光学系レンズの光軸にその光軸が一致するように前記被検査レンズを着脱可能に接続し前記検出光学系レンズ（被検査レンズ）から前記点光源像の光を受けて前記受光器の受光面に結像させる測定光学系と、前記測定光学系の前記光軸に沿って前記測定光学系を移動させる第１の移動手段と、前記測定光学系の前記光軸に直交する方向に前記測定光学系を直線移動させる第２の移動手段と、前記第１および第２の移動手段を駆動して前記測定光学系を二次元に移動させて、前記受光器から得られる前記点光源像についての受光レベルを前記二次元の各測定点の座標とともに得て前記各測定点における前記受光器の受光レベルについて等しいレベルのデータを出力する演算処理装置とを備える測定装置により前記等しいレベルについてのマップを得るマップ取得段階と、前記マップにより前記測定光学系の光軸に直交する面において前記検出光学系レンズについてシェーディングが少ない受光方向を示す角度を得る角度取得段階とを備え、前記角度取得段階で得られた角度を前記所定の回転角とするものである。
【０００９】
このように、方法の発明における測定装置は、点光源を検出光学系レンズに受光させてこの受光光を測定光学系を介して受光器の受光面に点光源像として結像させ、その上で、この測定光学系をその光軸に沿って移動させて、かつ、その光軸に直交する１軸方向に移動させる。そして、光軸を含む２軸方向の二次元走査において各測定点で受光器が点光源を受光したときの受光レベルを採取し、受光レベルの等しいところを、例えば、等高線のマップとして出力する。このことにより前記検出光学系レンズの光軸方向（Ｚ軸）とＸＹのいずれかの軸に沿ったＸＺ面あるいはＹＺ面における検出光学系レンズの透過光量の減衰状態についてマップを得ることができる。このマップは、レンズの湾曲状態を表している。
その結果、検出光学系レンズについて、シェーディングの影響の少ない、適正な角度をこのマップから得ることができる。そこで、このマップにより得られる角度に光学センサあるいは検出光学系レンズのいずれかについてその光軸に直行する軸を回転させて副走査方向に合わせて表面検査装置に取り付けることで、光学センサの検出位置の相違によって生じる検出光学系レンズによるシェーディングの影響を低減させることができる。その結果、検査精度を向上させることができる。さらに、副走査方向に比較的長い幅の検出領域を設定することがでるので、これにより検査精度を低下させることなく、ＸＹ走査において表面状態検査のスループットを向上させることができる。
【００１０】
【実施例】
図１は、この発明の表面状態検査装置を適用したウエハ異物検査装置の一実施例の検出光学系を中心とする構成図であり、図２は、検出光学系のレンズの湾曲状態測定装置の構成図、図３は、レンズの湾曲状態の測定処理のフローチャート、図４は、レンズの湾曲状態の測定結果、そして、図５は、補正値テーブルに記憶されるデータと１ラインセンサの画素との関係の説明図である。
図１に示す、１０は、異物検査装置であって、異物検査光学系１１とその下側に配置された検査テーブル１２、データ処理・制御装置１３、テーブル駆動回路１４、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）１７、Ｘ移動機構１８、制御回路１９、そしてインタフェース２０とからなり、検査テーブル１２にはウエハ１が載置されている。また、制御回路１９は、インタフェース２０を介してデータ処理・制御装置１３からの信号に応じてＸ移動機構１８やＣＣＤ制御・信号読出回路１５５に対して駆動のための各種制御信号を発生する。
【００１１】
異物検査光学系１１は、その内部を図示するように、検出光学系１５と投光学系１６とからなり、投光光学系１６が副走査方向に所定の幅を持つ、ウエハ１上の検査領域３（異物検出領域）にレーザビームを照射する。そして、その上方散乱光を検査テーブル１２の鉛直方向で上部に設けられた検出光学系１５で受光して検出する。異物検査光学系１１は、Ｘ方向移動機構１８に固定されていて、Ｘ方向にシフトする。なお、検査領域３のＸ方向の長さが主走査方向の１ラインの幅になっている。したがって、副走査方向（Ｘ方向）の移動ピッチはこの幅に対応している。さらに、後述するように、この検査領域３の主走査方向の幅は、ＣＣＤセンサ１５４がＸ軸方向（副走査方向）からθ傾いて取付けられたときに、ＣＣＤセンサ１５４の受光長さ全域に亘ってその傾きを含む範囲まで結像させる幅を有している（図４の結像範囲３ａ参照）。
【００１２】
投光学系１６は、半導体レーザ光源１６１と、結像レンズ系１６２，１６３，１６４、そして反射ミラー１６５とからなり、レーザビームを検査領域３に対応する長円形の形に集束させてほぼウエハ１からみた仰角が３０°でウエハ１の検査領域３に照射する。
検出光学系１５は、ウエハ１の検査領域３に対峙する対物レンズ１５１とその後ろに配置された空間フィルタ１５２、その後方に配置された結像レンズ系１５３、結像レンズ系１５３により結像された検査領域３の映像全体を受けるＣＣＤセンサ１５４、そしてＣＣＤセンサ１５４からの検出信号を読み出す、ＣＣＤ制御・信号読出回路１５５とからなる。なお、空間フィルタ１５２とＣＣＤセンサ１５４を除いた検出光学系のレンズユニット１５ａ（以下レンズユニット１５ａ）は、対物レンズ１５１と結像レンズ系１５３とが一体的に形成されたレンズユニットであって、その前焦点がウエハ１に対する合焦位置に設定され、その後焦点がＣＣＤセンサ１５４の受光面に一致するようなテレセントリック系のユニットである。
【００１３】
ＣＣＤ制御・信号読出回路１５５は、データ処理・制御装置１３からインタフェース２０，制御回路１９を介して制御され、受光強度に応じて検出された検出信号をシリアルに読出してこれをＡ／Ｄ１７送出し、これによりデジタル値に変換してインタフェース２０を介してデータ処理・制御装置１３に検出信号（デジタル値）として送出する。
ここで、検出光学系１５は、主走査方向（Ｙ方向）において、ウエハ１の移動開始位置における先頭部分に対応するＹ方向の位置に検査領域３が対応するように配置されている。なお、検査領域３は、ウエハ１が円形であり、検査領域３の一部がウエハ１の外径から外れるので、これを図示して説明する都合上、図では先頭位置より少し内側に入ったところに検査領域３を描いている。
ＣＣＤセンサ１５４は、前記したようにＸ軸方向（副走査方向）からθ傾いて取付けられている。この傾きθは、図２に示すレンズの湾曲状態測定装置１００によりＸ軸を基準として測定された検出光学系１５の最適受軸に一致している。また、ＣＣＤセンサ１５４の中央位置の画素は、検出光学系１５から受ける光のうち最大レベルを受光する位置にほぼ一致している。
【００１４】
データ処理・制御装置１３は、通常、ＭＰＵ１３１とメモリ１３２等により構成され、前記のＡ／Ｄ１７からの信号をインタフェース２０，バス１３３を介して受けてメモり１３２に記憶する。そして、メモリ１３２には、異物検出プログラム１３４，ウエハ走査プログラム１３５、焦点合わせプログラム１３６等をはじめとして各種のプログラムが格納されている。また、補正値テーブル１３７が設けられている。
テーブル駆動回路１４は、ＭＰＵ１３１によるウエハ走査プログラム１３５の実行に応じて、検査テーブル１２をＹ方向に往復移動させる駆動回路である。さらに、Ｙ方向にウエハ１の直径Ｄ＋α分（αは、走査余裕分）の移動が終了した時点で、Ｚθテーブル１４２を１８０°回転させて、Ｙ方向に直径Ｄ＋α分の帰りの移動をさせる駆動を行う。すなわち、これは、Ｙ方向の往復走査と回転とを行うための駆動回路である。
なお、ＭＰＵ１３１は、異物検出プログラム１３４を実行して処理する過程でウエハ走査プログラム１３５や焦点合わせプログラム１３６をコールしてそれぞれのプログラムを実行する。さらに、ＭＰＵ１３１は、異物検出プログラム１３４の実行過程で補正値テーブル１３７の値を参照して検出信号のレベルを補正する処理をする（この場合の補正については後述する。）。
【００１５】
検査テーブル１２は、Ｙテーブル１２１とＺθテーブル１２２と、このＺθテーブル１２２に設けられた中心位置決め機構１２３とからなる。中心位置決め機構１２３は、ウエハ１の周囲外側に円形に配置された複数のローラ１２４，１２４，…からなる絞り機構である。いわゆるシャッタの絞りと同様にローラ１２４，１２４，…が外側から内側に連動して回動することで、検査テーブル１２の中心にこれに載置されたウエハ１の中心を位置決めする。
Ｙテーブル１２１は、ベース板１２５と、これに設けられたレール１２６，１２６上をＹ方向にスライドするテーブル１２７とから構成されている。
Ｚθテーブル１２２は、テーブル１２７に載置されたテーブルであって、そのＺ方向の移動は、内部に設けられテーブル１２７上に固定された昇降機構に行われる。この昇降機構は、主として焦点合わせのためにウエハ１を上下方向に移動させて、ウエハの上下方向の位置設定を行うためのものである。
【００１６】
さて、図２における検出光学系１５のレンズユニット１５ａは、先に述べたように、空間フィルタ１５２が除かれた対物レンズ１５１と結像レンズ系１５３とが１つのユニットになったものである。このレンズユニット１５ａが図２に示すレンズの湾曲状態測定装置１００の測定対象である。
図２において、レンズの湾曲状態測定装置１００は、光源光学系２１と測定レンズ系２２、撮像系２３、データ処理装置２４、そしてＸＹＺ駆動装置２５とからなる。なお、Ｌは、光源光学系２１と測定レンズ系２２、そして撮像系２３の光学レンズに共通の光軸であり、これは、図示するＸＹＺ座標系のＺ軸に一致するように配置されている。
【００１７】
光源光学系２１は、レーザ発光ダイオード（ＬＤ）２１１とこの光を集光する結像レンズ２１２、ピンホール板２１３からなり、光軸Ｌ（Ｚ軸）の焦点位置Ｆ１に点光源を形成する。
レンズユニット１５ａは、通常、Ｘ軸あるいはＹ軸を示す取付基準の位置あるいはマーク等が機械的に刻印されている。レンズユニット１５ａは、この刻印に従って測定レンズ系２２のマウント２２２に装着されて前記の焦点Ｆ１にその前焦点が位置するように配置されている。測定レンズ系２２は、測定レンズ２２１とマウント２２２とからなる。マウント２２２は、測定レンズ２２１とレンズユニット１５ａとを所定の結像関係に保持してかつそれらの光軸を一致させて一体的に結合する。所定の結像関係は、レンズユニット１５ａの後焦点に結像される点光源の像を測定レンズ２２１の前焦点で受けて測定レンズ２２１の後焦点に点光源の像を結像させるものである。
なお、レンズユニット１５ａも測定レンズ２２１もその前後の焦点距離は既知であるので、レンズユニット１５ａは、これの後焦点が測定レンズ２２１の前焦点と一致するようにマウント２２２に取り付けられる。これにより前記の所定の結像関係が成立する。また、光源光学系２１による点光源の位置Ｆ１も既知であり、ＣＣＤカメラ２３１の焦点距離も既知である。
【００１８】
マウント２２２はＸＹＺ駆動装置２５に固定されている。そこで、ＸＹＺ駆動装置２５によりマウント２２２を移動させることにより測定レンズ系２２は、レンズユニット１５ａとともに一体的にＸＹＺ方向に移動する。
測定レンズ２２１は、その後焦点（焦点位置Ｆ２）に結像した点光源をカメラ側の焦点Ｆ２上に位置付けるものであって、球面歪みが少なく、所定の球面に沿った形で一様でかつ高精度に形成されたレンズ系である。したがって、これの球面状態の歪みによる測定への影響は実質的に無視できるものである。撮像系２３は、ＣＣＤカメラ２３１とこのＣＣＤカメラ２３１が搭載されたＺ駆動装置２３２とを有している。このＺ駆動装置２３２は、Ｚ軸（光軸Ｌ）上においてＣＣＤカメラ２３１を前後移動させて測定レンズ系２２の焦点位置Ｆ２にカメラのＣＣＤ結像面（受光器）を位置付けるものである。そのＺ方向の移動は、データ処理装置２４からの制御信号により行われる。
【００１９】
データ処理装置２４は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）２４１とメモリ２４２、８ビット２５６階調でアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２４３、バッファメモリ２４４、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）２４５、プリンタ２４６等から構成されていて、これら各回路，装置は、相互にバス２４７を介してＭＰＵ２４１と接続され、ＭＰＵ２４１との間でデータの授受を行い、それぞれがＭＰＵ２４１により制御される。
なお、図では、バス２４７とＸＹＺ駆動装置２５とＺ駆動装置２３２とを結合するインタフェースは省略してある。また、ＸＹＺ駆動装置２５とＺ駆動装置２３２は、それぞれ、ＭＰＵ２４１からの信号に応じて移動機構を駆動する駆動制御回路（図示せず）と、移動機構（図示せず）とを内蔵している。
メモリ２４２は、ＸＹＺ駆動装置２５を制御してＸＺ走査をするＸＺ走査プログラム２４８と、ＸＹＺ駆動装置２５とＺ駆動装置２３２とを制御して焦点合わせをする焦点合わせプログラム２４９、測定データ採取プログラム２５０、そして、マップ出力プログラム２５１とを格納している。
【００２０】
ＸＺ走査プログラム２４８は、ＭＰＵ２４１がこれを実行することにより、ＸＹＺ駆動装置２５を駆動してマウント２２２をＸ方向に移動し、さらにＺ方向にも駆動して測定レンズ系２２をＺ方向に前後移動させる。これにより、光源光学系２１による点光源からの光を受けてその光を結像させるレンズユニット１５ａが点光源からの光によってＸＺ方向に走査される。
焦点合わせプログラム２４９は、ＭＰＵ２４１がこれを実行することにより、ＸＹＺ駆動装置２５をＺ方向に駆動してレンズユニット１５ａの焦点位置を焦点Ｆ１に合わせるとともに、ＸＹ方向に移動させて測定レンズ系２２の中心を光軸ＬであるＺ軸に合わせる。このときのレンズユニット１５ａの位置がＸＺ走査あるいはＹＺ走査におけるＸ、Ｙ方向の原点（Ｘ＝０，Ｙ＝０）になる。さらに、ＭＰＵ２４１は、Ｚ駆動装置２３２を制御してＣＣＤカメラ２３１の結像面を焦点Ｆ２に一致させる。このときのレンズユニット１５ａの位置がＺ方向の走査における原点（Ｚ＝０）になる。
【００２１】
測定データ採取プログラム２５０は、ＭＰＵ２４１がこれを実行することにより、ＣＣＤカメラ２３１の結像面にスポット（点光源像）が結像したときに、ＣＣＤカメラ２３１の映像出力を受けるＡ／Ｄ２４３を起動して、１画面分の映像出力を所定のクロックに応じてＡ／Ｄ変換してバッファメモリ２４４に記憶させる。そして、ＭＰＵ２４１は、バッファメモリ２４４に記憶された１画面分のデータをバッファメモリ２４４から読み出して、そのうちから点光源の光の受光に対応する位置にある測定データ部分を抽出して測定データ部分のピーク値を測定点のＸＺ座標（レンズユニット１５ａの前記の原点位置からの座標値）とともにメモリ２４２に記憶する。なお、前記のＸＺ座標は、データ処理装置２４からＸＹＺ駆動装置２５に与えられる移動のための制御値とレンズユニット１５ａの原点位置との関係から得られる。
【００２２】
マップ出力プログラム２５１は、ＭＰＵ２４１がこれを実行することにより、各測定点のデータからデータの最大値をもって最大受光レベルとその位置とを検出する。そしてこの最大受光レベルのＸＺ座標を読み出してこの位置を中心Ｏ（図４参照）とする。さらに、最大受光レベルを１００％として各測定データのパーセント（％）をそれぞれのＸＺ座標（ＸＺ走査位置）に対応して算出する。さらに、ＸＺ座標を先の中心Ｏを原点とする座標に座標変換して１０％おきの測定データを等高線で結ぶマップデータを生成する。さらに、ＭＰＵ２４１は、このデータを表示データに展開してＣＲＴディスプレイ２４５に表示し、あるいは、プリンタ２４６に出力する。その結果、表示されたデータの一例が図４である。
【００２３】
次に、図４に示すレンズの湾曲状態の測定データを得るためのデータ処理装置２４の測定処理について図３に従って説明する。
まず、測定キー入力割込により測定処理が開始され、走査幅等についての初期値設定が行われる（ステップ１０１）。これにより、走査するＸＺの幅等のデータが入力される。なお、この初期値として既知であるレンズユニット１５ａと測定レンズ２２１の前後の焦点距離、そして光源光学系２１による点光源像の位置Ｆ１とＣＣＤカメラ２３１の焦点距離等も入力される。
ＭＰＵ２４１は、まず、焦点合わせプログラム２４９を実行してレンズユニット１５ａの前焦点を焦点Ｆ１に合わせる。さらにＭＰＵ２４１は、測定レンズ系２２のレンズの中心と光軸Ｌとの位置合せを行い、ＣＣＤカメラ２３１の結像面を焦点Ｆ２に一致させる焦点合わせ処理を行う（ステップ１０２）。
【００２４】
次に、ＭＰＵ２４１は、ＸＺ走査プログラム２４８を実行して測定レンズ系２２をＸＺ方向の走査開始点に位置決めする（ステップ１０３）。この開始点は、例えば、図４における左下隅の位置に当たる。これは、初期値設定で入力されているデータにより決定される。この例では、走査開始点は、図４に示すようにＸ方向の走査範囲の左隅としてＸ＝−１８mmの位置が与えられ、かつ、Ｚ方向の走査範囲の下隅として３００μｍの位置が与えられる。そこで、まず、測定レンズ系２２（マウント２２２）を焦点Ｆ1側に接近させてＺ＝−３００μｍの位置に移動させて前記の開始点に位置決めする。このときにＣＣＤカメラ２３１の結像面に、焦点Ｆ1にある点光源像が投影されてその映像信号がＡ／Ｄ２４３に加えられる。
次に、ＭＰＵ２４１は、測定データ採取プログラム２５０を実行して、この開始点（最初の測定点）における映像信号をＡ／Ｄ２４３によりＡ／Ｄ変換して、Ａ／Ｄ変換された１画面分の受光レベルのデータをバッファメモリ２４４に記憶する（ステップ１０４）。これにより１画面分の測定データが採取される。次に、ＭＰＵ２４１は、バッファメモリ２４４に記憶されたデータのうち所定レベル以上のデータのうちからピーク値を点光源についての測定データとして得て、これをその測定点のＸＺ座標とともに、メモリ２４２の所定領域に記憶する（ステップ１０５）。
【００２５】
次に、ＭＰＵ２４１は、ＸＺ走査プログラム２４８を実行してＸ方向の走査終了か否かの判定をして（ステップ１０６）、走査が終了していないときには、この判定の結果がＮＯとなって、次のＸ方向の測定点に測定レンズ系２２を移動させて（ステップ１０７）、ステップ１０４に戻る。以下、同様の測定を繰り返す。
このようにしてＸ方向の走査が終了すると、Ｚ方向の走査終了か否かの判定をする（ステップ１０８）。ここでＺ方向の走査が終了していないときには、ここで判定結果がＮＯとなって、Ｚ方向へ１測定点分移動して（ステップ１０９）、ステップ１０４へと戻り、再び前記のＸ方向の走査を行う。そして、ＭＰＵ２４１は、ステップ１０６において前記と同様にＸ方向の走査が終了か否かの判定をする。
このようにしてレンズユニット１５ａについて点光源によるＸＺ走査が行われていく。この走査の過程で前記のステップ１０８の判定においてＺ方向の走査も終了すると、ここでの判定結果がＹＥＳとなる。
【００２６】
次に、ＭＰＵ２４１は、マップ出力プログラム２５１を実行してメモリ２４２に記憶されたデータから最大受光レベルを検出して（ステップ１１０）、そのＸＺ座標の位置を中心Ｏとする。この最大受光レベルを１００％として採取したＸＺ座標を最大受光レベルの位置を原点Ｏとして換算した座標データを生成して、各測定データの％をそれぞれの換算した座標位置に対応して算出して（ステップ１１１）、１０％おきの測定データを等高線で結ぶマップデータを生成する（ステップ１１２）。そして、ＭＰＵ２４１は、ＣＲＴディスプレイ２４５にこのマップのデータを表示し、プリンタ２４６にも出力する（ステップ１１３）。
このようにして出力されたマップが図４である。なお、図４に示す例では、ＸＺ走査の原点と最大受光レベルとしての原点Ｏとの座標とが一致する例を示している。ＸＺ走査の原点と最大受光レベルとしての原点Ｏとがずれている例を示すと、ずれが微少である関係で図が繁雑になるので割愛する。したがって、図４では、Ｘ＝０，Ｚ＝０の走査位置に最大レベルがあって、この点が原点Ｏの位置になっている。
【００２７】
ところで、湾曲が一様で対称的に形成されたレンズ系では、図４のマップとして得られる等高線の分布図形は、Ｚ軸に対して左右対称で、かつ、Ｘ軸に対して上下対称の一様な長楕円の等高線になるはずである。そこで、このマップからそのような等高線になる軸の位置あるいはこれに近い受光に適切な軸を決定する。それが軸Ｘｏである。軸Ｘと軸Ｘｏとのなす角がθであり、これが取付角度になる。また、ＸＺ走査の原点と最大受光レベルとしての原点Ｏとの座標のずれがＣＣＤセンサ１５４の中心を移動させる量になる。この移動によりＣＣＤセンサ１５４の中心を最大受光レベルとしての原点Ｏに一致させることができる。
なお、図４において、１５４は、ＣＣＤセンサ１５４の画素配列そのものを示している。また、点線で示す枠部分３ａが異物検出領域３をＣＣＤセンサ１５４の面に結像した範囲である。また、測定レンズ系２２に湾曲が多少あって、その歪み状態が分かっている場合には、湾曲による歪み分について測定データを補正してからＭＰＵ２４１が前記マップを出力するようにしてもよい。
【００２８】
図４のマップに従って、中心位置Ｏと取付回転角θとを求める。そして、検出光学系１５とＣＣＤセンサ１５４とのいずれか一方の中心位置を、ＸＺ走査の原点と最大受光レベルとしての原点Ｏとの座標のずれ分だけ移動させて、かつ、θ分回転させて異物検査装置１０に取り付ける。これにより検出光学系１５のレンズユニット１５ａとＣＣＤセンサ１５４とを図４の位置関係にする。この場合、レンズユニット１５ａのＸ，Ｙ，Ｚ方向の取付位置は、通常、固定されているので、後から微調整ができないので、ＣＣＤセンサ１５４を傾斜させて固定する方がよい。図１のＣＣＤセンサ１５４はこの例である。このとき、ＣＣＤセンサ１５４の中央の画素は、最大受光レベルになる原点Ｏの位置に一致させる。当然のことであるが、レンズユニット１５ａが異物検査装置に取付けられたときには、ＣＣＤセンサ１５４の位置は、レンズユニット１５ａの後焦点の位置に配置されている。
なお、異物検査装置におけるＣＣＤセンサ１５４の取付けは、ねじあるいは接着剤等を介して行えばよい。異物検査装置のＣＣＤセンサ１５４の取付位置に角度と中心移動についての位置微調整機構を設けるとよい。
【００２９】
以上は、ＸＺ走査における中心位置と取付角度の測定である。次に、９０度測定レンズ系２２を回転させてＸ軸をＹ軸にして同様なデータを採取することもできる。
特に、ＸＺ走査とＹＺ走査の測定を行った場合には、回転角θは、それぞれの回転各の平均値θｍ（＝（θｘ＋θｙ）／２）を採り、取付位置をＸＹ面においてθｍだけＸ軸（副走査方向の軸）を回転させることになる。ただし、θｘはＸＺ走査で測定された取付角度、θｙはＹＺ走査で測定された取付角度である。
実際にこのレンズ系を測定光学系に取り付けるときに、このようにして得たデータに従って、光学センサ側の軸をθ回転させて軸Ｘｏに合わせるようにする。また、中心位置にずれがあるときには、取付位置に対してθ回転させ、かつ、Ｘ，Ｙ方向にずらせて、最大受光レベルの位置Ｏと受光の中心とが一致するように取付けることにより、シェーディングが少ない結像を光学センサに投影することができる。
【００３０】
図５は、補正値テーブル１３７に記憶されるデータと１ラインセンサの画素との関係を示している。
ここで、図５の下側に示すＣＣＤセンサ１５４において、その画素の上に設けられた数値は、受光素子の画素番号である。この画素番号に対応してＣＣＤセンサ１５４がθ傾斜した状態において各受光素子が受ける受光レベルの％値を比率としてそれぞれの画素位置に示してある。例えば、９０％であるときには比率＝０．９０になる。この値をメモリ１３２の補正値テーブル１３７に画素番号対応に入力する。
データ処理・制御装置１３のＭＰＵ１３１は、異物検出プログラム１３４の実行により、図１のＡ／Ｄ１７から得られたある画素番号に対応する受光素子からの検出信号に対して前記比率で割って得られた検出信号のレベルをその受光素子の検出信号値とする。これにより検出信号のレベルを正しい値に補正する。
【００３１】
実施例では、ＣＣＤカメラ側を光軸に沿ってＺ方向に移動させて焦点合わせをしているが、これは、ＣＣＤカメラ側を固定して測定レンズ系と被検査レンズ、光源光学系等を含めてＺ方向に移動させて焦点合わせをしてもよい。また、検出側の受光器としては、ＣＣＤカメラに限定されるものではない。
ところで、検出光学系は、あらかじめ取付状態が決定されているので、これを回転させるためには高精度な回転機構が必要になるが、前記のようにＣＣＤセンサ側を角度θ分回転させて、投光光学系の照射領域３の幅を大きく採る方が構造が簡単でより精度の高い測定ができる。
なお、画素対応に検出信号を比較して欠陥や異物を検出する場合には、検出信号を光学センサの傾斜に応じて位置がずれた分だけ、遅延回路で遅延させればよく、このような技術については、特願平７−３３２６２２号，「パターン付きウエハの異物検査装置」として出願している。
【００３２】
以上説明してきたが、実施例では、異物検査装置を中心に説明しているが、この発明は、磁気ディスクや光ディスク、マスク基板、ＬＣＤ基板等、各種の表面状態の検査装置に利用できることはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、この発明による表面検査装置および検査方法にあっては、光学センサあるいは検出光学系を副走査の方向に対してシェーディングが少ない受光方向に所定の角度回転して取付けることで、より精度の高い検査を効率よく行うことができる。
その結果、検査精度を低下させることなく、検査についてスループットを向上することができるＸＹ走査方式の異物検査が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の表面状態検査装置を適用したウエハ異物検査装置の一実施例の検出光学系を中心とする構成図である。
【図２】図２は、検出光学系のレンズの湾曲状態測定装置の構成図である。
【図３】図３は、レンズの湾曲状態の測定処理のフローチャートである。
【図４】図４は、レンズの湾曲状態の測定結果である。
【図５】図５は、補正値テーブルに記憶されるデータと１ラインセンサの画素との関係の説明図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、２，１１…異物検査光学系、
３…検査領域、１０…ウエハ異物検査装置、１２…検査テーブル、
１３…データ処理・制御装置、１４…テーブル駆動回路、
１５…検出光学系、１５…投光学系、
１７…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
１８…Ｘ方向移動機構、
１３１，２４１…ＭＰＵ、１３２，２４２…メモリ、
１３３，２４７…バス、１３４…異物検出プログラム、
１３５…ウエハ走査プログラム、
１３６…焦点合わせプログラム、
１５１…対物レンズ、１５２…空間フィルタ、
１５３…結像レンズ系、１５４…ＣＣＤセンサ、
１５５…ＣＣＤ制御・信号読出回路、
１６１…半導体レーザ光源、１６２，１６３，１６４…結像レンズ系、
１６５…反射ミラー、
１００…レンズの湾曲状態測定装置、
２１…投光系、２１１…レーザ発光ダイオード、
２１２…結像レンズ、２１３…ピンホール板、
２２…測定レンズ系、２２１…レンズ、２２２…マウント、
２３…撮像系、２４…データ処理装置、
２５…ＸＹＺ駆動装置、２４３…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
２４４…バッファメモリ、２４５…ＣＲＴディスプレイ、
２４６…プリンタ、
２４８…ＸＺ走査プログラム、２４９…焦点合わせプログラム、
２５０…測定データ採取プログラム、２５１…マップ出力プログラム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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