(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点調整が可能な欠陥検査装置を提供する。【解決手段】対物レンズで捉えられる被検査体上の映像取得領域Ａと，これに対応する結像レンズで映し出される領域Ｂにおいて，結像レンズで映し出される領域Ｂの一部を使用する撮像素子Ｔを用い，照射手段および反射素子のうちの少なくとも一方の角度を変えることによって，対物レンズで捉えられる被検査体上の映像取得領域Ａのうちの撮像素子Ｔに対応する画像取得領域Ｔ’を除く領域にレーザービームのスポットＳが位置するようにし，これにより撮像素子Ｔを除く領域にレーザービームのスポットの像Ｓ’が位置するようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。【選択図】図４
2018136200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと結像レンズを備える結像光学系を有し、
前記結像光学系の光軸であって前記対物レンズと前記結像レンズとの間に位置する前記光軸上に反射素子を有し、前記反射素子にレーザービームを照射する照射手段を有し、
前記反射素子にレーザービームを照射し、前記反射素子で反射されたレーザービームは前記光軸を通り前記対物レンズを通して被検査体の表面に照射され、その反射光は前記光軸を通り前記対物レンズを通して前記反射素子に入射され、その反射光は対物レンズと結像レンズとの間から取り出され、この取り出された反射光はシリンドリカルレンズを通して４分割フォトディテクタに入射される光学系を有し、
前記被検査体と前記結像光学系との距離の変動に応じて変化する前記４分割フォトディテクタの光量変化に基づいて、前記被検査体と前記結像光学系との距離が一定に保たれるように、前記結像光学系を駆動する非点収差法を用いたオートフォーカス手段を有すると共に、
前記対物レンズで捉えられる前記被検査体上の映像取得領域と、これに対応する、前記結像レンズで映し出される領域において、
前記結像レンズで映し出される領域の一部を使用する撮像素子を用い、
前記照射手段および前記反射素子のうちの少なくとも一方の角度を変えることによって、前記対物レンズで捉えられる前記被検査体上の前記映像取得領域のうちの前記撮像素子に対応する画像取得領域、を除く領域に前記レーザービームのスポットが位置するようにし、これにより、前記撮像素子を除く領域に前記レーザービームのスポットの像が位置するようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記反射素子は、前記レーザービームを反射する素子であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記撮像素子はＴＤＩセンサであり、
前記結像光学系は、ＴＤＩカメラを含み、
前記被検査体とＴＤＩカメラとを、一定速度で一定方向に相対的に移動させる手段を有し、
被検査体上の撮像領域の移動方向および速度とＴＤＩセンサにおけるＣＣＤの電荷転送の方向および速度を合わせることで、ＣＣＤの垂直段の数だけ前記撮像領域を繰り返し露光し撮影する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記欠陥検査装置は、焦点尤度が±０．１ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備え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欠陥検査装置。
【請求項５】
前記結像光学系の照明光は、複数のＬＥＤを円環状に配置するとともに、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが前記結像光学系の焦点位置を中心とした画像取得領域に集まるようにしたリング照明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欠陥検査装置。
【請求項６】
前記リング照明は、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが基板表面に対して鋭角に照射され、その反射光が、前記対物レンズに直接入らないように構成した反射の暗視野リング照明であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記リング照明は、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが基板裏面に対して鋭角に照射され、前記基板中を屈折を経て透過した透過光が、前記対物レンズに直接入らないようにした透過の暗視野リング照明であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記被検査体の前記光学系とは反対側に設置されると共に、前記結像光学系の光軸と同軸の透過のスポット照明をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査装置に関するものである。また、本発明は、ガラス基板、マスクブランク（薄膜付き基板）、レジスト付きマスクブランク（レジスト付き基板）などの欠陥検査に適し、ＦＰＤなどの表示装置用の大型基板の欠陥検査に適する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＰＤなどの表示装置用の大型基板の欠陥検査においては、焦点（フォーカス、ピント）の正しく合った良好な視野で欠陥検査を実施するために（例えば特許文献１の００５６段落参照）、被検査基板と結像光学系との距離を一定に保つ必要がある。このため、レーザー変位計により被検査基板までの距離を測定し、測定結果に応じて結像光学系全体を動かして被検査基板と結像光学系との距離を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高精度な欠陥検査には、高精度な焦点調整が必須となる。大型基板は高精度の基板垂直保持が難しく、０．０５°程度の傾きは発生する。この傾きは、１０００ｍｍ長では約０．９ｍｍのズレとなる。レーザー変位計と結像光学系の光軸が１００ｍｍ離れていると約０．０９ｍｍの測定誤差が発生する。高精度の結像光学系では焦点尤度が±０．０３ｍｍ程度のため、焦点がずれた状態（焦点尤度を超えた状態）での画像取得となり、大幅な欠陥検出力の低下が起こる可能性がある。
【０００５】
上記の問題点は、焦点尤度が充分大きい場合（焦点深度が充分深い場合）は、結像光学と基板との距離の測定誤差はあまり問題とならず、現状ではあまり問題とならない。詳しくは、例えば、現状の欠陥サイズ５μｍの場合に対応する結像光学系では焦点尤度は±０．２ｍｍ程度であり、欠陥サイズ３μｍの場合に対応する焦点尤度は±０．１５ｍｍ程度である。次世代の欠陥サイズ２μｍの場合に対応する結像光学系では焦点尤度は±０．１ｍｍ程度であり、２世代先の欠陥サイズ１μｍの場合に対応する焦点尤度は±０．０５ｍｍ程度であり、３世代先の欠陥サイズ０．５μｍの場合に対応する焦点尤度は±０．０２５ｍｍ程度であり、その先の世代の欠陥サイズ０．３μｍの場合に対応する焦点尤度は±０．０１５ｍｍ程度である。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、画像取得位置での極めて正確な焦点調整が可能となり、基板姿勢に依存しない安定した高い欠陥検出力を発揮できる欠陥検査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明者は、鋭意研究開発を行った。その結果、対策として、基板の垂直保持の精度を高め、基板の傾きを小さくすることがまず考えられる。しかし、基板が大型であり、重量も大きいため（例えば８０ｋｇ）、基板姿勢の微調整（基板のＸＹＺ軸方向への駆動）は容易ではなく、実現のためには大きな投資が必要となるので難しい。
【０００８】
他の対策としては、上記の問題点は、レーザー変位計による測定自体は正確な値が出ている（正しく測定している）としても、欠陥検査する場所と、距離の測定場所とが一致しないことが原因で生じている。そこで、例えば、レーザー変位計の光軸（距離の測定場所）と結像光学系の光軸（欠陥検査する場所）が１００ｍｍ離れている場合、レーザー変位計の光軸の位置において結像光学系と基板との距離を正確に測定し、その測定位置（レーザー変位計の光軸位置）に、結像光学系の光軸を移動し（１００ｍｍ移動し）、結像光学系と基板との距離の測定データに基づいて、結像光学系と基板との距離を調整するというステップを繰り返す方式が考えられる。この場合、画像取得位置での極めて正確な焦点調整が可能となるものの、検査に要する時間、スループットの面で実用にほど遠く実際上の適用は困難である。
【０００９】
本発明者は、さらに鋭意研究開発を行った。その結果、結像光学系と同軸の非点収差法を用いたオートフォーカス機能を有する欠陥検査装置を着想した。非点収差法自体はＤＶＤプレイヤーのピックアップ光学系など光量変化を扱うものでは多く使用されている。欠陥検査装置のように２次元画像を取得する場合には、視野内にレーザービームの映り込みが発生するため、通常、非点収差法は使用されない。本発明では、画像センサーを長方形のセンサ（例えばＴＤＩセンサ）とし、レーザービームの集光位置を光軸から画像センサーの短辺方向に僅かにずらすことで、レーザービームの映り込みを防ぐことに成功した。また、画像取得位置での極めて正確な焦点調整がリアルタイムで可能となる。
【００１０】
本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
対物レンズと結像レンズを備える結像光学系を有し、
前記結像光学系の光軸であって前記対物レンズと前記結像レンズとの間に位置する前記光軸上に反射素子を有し、前記反射素子にレーザービームを照射する照射手段を有し、
前記反射素子にレーザービームを照射し、前記反射素子で反射されたレーザービームは前記光軸を通り前記対物レンズを通して被検査体の表面に照射され、その反射光は前記光軸を通り前記対物レンズを通して前記反射素子に入射され、その反射光は対物レンズと結像レンズとの間から取り出され、この取り出された反射光はシリンドリカルレンズを通して４分割フォトディテクタに入射される光学系を有し、
前記被検査体と前記結像光学系との距離の変動に応じて変化する前記４分割フォトディテクタの光量変化に基づいて、前記被検査体と前記結像光学系との距離が一定に保たれるように、前記結像光学系を駆動する非点収差法を用いたオートフォーカス手段を有すると共に、
前記対物レンズで捉えられる前記被検査体上の映像取得領域と、これに対応する、前記結像レンズで映し出される領域において、
前記結像レンズで映し出される領域の一部を使用する撮像素子を用い、
前記照射手段および前記反射素子のうちの少なくとも一方の角度を変えることによって、前記対物レンズで捉えられる前記被検査体上の前記映像取得領域のうちの前記撮像素子に対応する画像取得領域、を除く領域に前記レーザービームのスポットが位置するようにし、これにより、前記撮像素子を除く領域に前記レーザービームのスポットの像が位置するようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【００１１】
（構成２）
前記反射素子は、前記レーザービームを反射する素子であることを特徴とする構成１に記載の欠陥検査装置。
【００１２】
（構成３）
前記撮像素子はＴＤＩセンサであり、
前記結像光学系は、ＴＤＩカメラを含み、
前記被検査体とＴＤＩカメラとを、一定速度で一定方向に相対的に移動させる手段を有し、
被検査体上の撮像領域の移動方向および速度とＴＤＩセンサにおけるＣＣＤの電荷転送の方向および速度を合わせることで、ＣＣＤの垂直段の数だけ前記撮像領域を繰り返し露光し撮影する手段を有することを特徴とする構成１または２に記載の欠陥検査装置。
【００１３】
（構成４）
前記欠陥検査装置は、焦点尤度が±０．１ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備えることを特徴とする構成１から３のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【００１４】
（構成５）
前記結像光学系の照明光は、複数のＬＥＤを円環状に配置するとともに、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが前記結像光学系の焦点位置を中心とした画像取得領域に集まるようにしたリング照明であることを特徴とする構成１から４のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【００１５】
（構成６）
前記リング照明は、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが基板表面に対して鋭角に照射され、その反射光が、前記対物レンズに直接入らないように構成した反射の暗視野リング照明であることを特徴とする構成１から５のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【００１６】
（構成７）
前記リング照明は、前記複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが基板裏面に対して鋭角に照射され、前記基板中を屈折を経て透過した透過光が、前記対物レンズに直接入らないようにした透過の暗視野リング照明であることを特徴とする構成１から６のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【００１７】
（構成８）
前記被検査体の前記光学系とは反対側に設置されると共に、前記結像光学系の光軸と同軸の透過のスポット照明をさらに有することを特徴とする構成１から７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の欠陥検査装置は、結像光学系と同じ光学系（同軸の光学系）に同軸オートフォーカス機能を有することで、画像取得位置での極めて正確な焦点調整が可能となり、基板姿勢に依存しない安定した高い欠陥検出力が発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の欠陥検査装置の主要部分を説明するための模式図である。
【図２】非点収差法を説明するための模式図である。
【図３】同軸オートフォーカスモジュールの構成を示す図である。
【図４】オートフォーカス機能に用いるレーザービームの撮像素子への映り込みを回避する手段を説明するための図である。
【図５】本発明の欠陥検査装置における４分割フォトディテクタによる受光信号をモニタ画面に表示した例を示す図である。
【図６】本発明の欠陥検査装置における４分割フォトディテクタによる受光信号を説明するための模式図である。
【図７】本発明の欠陥検査装置のＸＹＺ駆動系を説明するための図である。
【図８】ロータリー型の基板保持機構を説明するための図である。
【図９】リング照明を説明するための模式図である。
【図１０】リング照明のハウジングを説明するための図である。
【図１１】リング照明の作動距離ｄ、リング照明の半径ｒ、リング照明の照射角度αの関係式を説明するための図である。
【図１２】表面側リング照明の最適設計を説明するための図である。
【図１３】裏面側リング照明の最適設計を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の欠陥検査装置の主要部分を説明するための模式図である。
図１において、紙面に垂直な方向がＸ軸、紙面の上下方向がＹ軸、紙面の左右方向がＺ軸、とする。
被検査体１の表面側（図面右側）には、結像光学系１００が配設される。結像光学系１００はＸＹＺ駆動手段によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に駆動可能に構成されている。
結像光学系１００は、対物レンズ１１、結像レンズ１２および撮像素子１３を備える撮像カメラ（例えばＴＤＩカメラ）１０、対物レンズと結像レンズの間に配置されるオートフォーカスモジュール（同軸ＡＦモジュール）２０、照明手段３１、を有する。照明手段３１は対物レンズ１１に装着される。
被検査体１の裏面側（図面左側）には、照明手段３２、スポット照明手段３３、を有する照明系１０１が配置される。照明系１０１は、結像光学系１００と一体として（または完全に同期して一体的に）、ＸＹＺ駆動手段によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に駆動可能に構成されている。
【００２１】
照明手段３１は、リング照明が好ましい。リング照明は、複数のＬＥＤを円環状に配置するとともに、複数のＬＥＤによるスポット光のそれぞれが撮像カメラ（例えばＴＤＩカメラ）１０の焦点位置を中心とした領域（画像取得領域、検査領域、撮像領域）に集まるように、複数のＬＥＤの指向性および光軸を調整した上で、円環状の部材に固定したものである。照明手段３１であるリング照明は、前記リング照明における円環の中心軸と前記結像光学系１００の光軸Ｏと、を一致させ同軸とすることが好ましい。
照明手段３１であるリング照明は、３つの同心円のそれぞれの円に沿って、ＬＥＤを円環状に３重（３列）に配置した構成を有する（図９参照）。外側および内側のＬＥＤ円環列は、青色ＬＥＤが使用され、真ん中のＬＥＤ円環列は、黄色ＬＥＤまたはオレンジ色ＬＥＤが使用される。ガラス基板およびマスクブランク（薄膜付き基板）を検査する際は、３列すべて（青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤ）が使用される。レジスト付きマスクブランクを検査する際は、真ん中のＬＥＤ円環列（黄色ＬＥＤのみ）が使用される。レジストの感光を避けるためである。
【００２２】
被検査体１の裏面側（図面左側）には、照明手段３２、スポット照明手段３３、を有する。
照明手段３２は、リング照明が好ましい。
照明手段３２であるリング照明は、３つの同心円のそれぞれの円に沿って、ＬＥＤを円環状に３重（３列）に配置した構成を有する（図９参照）。外側、真ん中、内側の各ＬＥＤ円環列は、すべて青色ＬＥＤが使用される。ガラス基板およびマスクブランク（薄膜付き基板）を検査する際は、通常、３列すべて（青色ＬＥＤ）が使用される。照明手段３２であるリング照明は、前記リング照明における円環の中心軸と前記結像光学系１００の光軸Ｏと、を一致させ同軸とすることが好ましい。
スポット照明手段３３は、透過のスポット照明（例えば平行光のスポットライト）が使用され、青色ＬＥＤが使用される。スポット照明手段３３は、マスクブランク（薄膜付き基板）におけるピンホールや、明確なエッジを持たず散乱光の発生が少ないハーフピンホールや、散乱光の発生が少ない膜のへこみ（凹部）や、散乱光の発生がない薄膜のなだらかな曲面の窪み（グラデェーション）などの検出に効果的である。スポット照明手段３３は、スポット照明の中心軸（ＬＥＤの光軸）と前記結像光学系１００の光軸Ｏと、を一致させ同軸とすることが好ましい。
スポット照明手段３３は、平行性が良好で高輝度（高照度）なＬＥＤ光源やランプ光源などによる垂直透過照明である態様や、面発光光源などが含まれる。
【００２３】
なお、本発明において、ＬＥＤは、円環状に１重（１列）、２重（２列）、４重（４列）以上の多重とする態様が含まれる。
また、本発明には、リング照明によって基板上に形成される照明領域の中心と、リング照明における円環の中心軸とは、一致しない態様（リング照明による偏心的な照明の態様）が含まれる。
【００２４】
なお、被検査体１の板厚に応じて、照明手段３２であるリング照明の作動距離ｄ（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を調整できるようになっている。ワーキングディスタンスは、基板表面に対するリング照明の設置距離であり、より詳しくはリング照明の基板側の先端から基板表面までの距離である。
【００２５】
ガラス基板を検査する際は、照明手段３１および照明手段３２が使用されることが好ましく、これらの照明は両方同時に使用されることが好ましい。双方の照明に起因（対応）する欠陥を１度に検出できるからであり、１回の検査で欠陥があるかないかを効率良く検査できるからである。ガラス基板の検査では、キズ、異物、ガラス内部の異物や脈理などの光学的欠陥が検出される。
マスクブランク（薄膜付き基板）を検査する際は、照明手段３１、照明手段３２およびスポット照明手段３３が使用されることが好ましく、これらの照明は全て同時に使用されることが好ましい。全ての照明のそれぞれに起因（対応）する欠陥を１度に検出できるからであり、１回の検査で欠陥があるかないかを効率良く検査できるからである。マスクブランク（薄膜付き基板）の検査では、ピンホール、ハーフピンホール、異物などが検出される。
レジスト付きマスクブランクを検査する際は、照明手段３１における真ん中のＬＥＤ円環列（黄色ＬＥＤのみ）が使用される。レジストの感光を避けるためである。レジスト付きマスクブランクの検査では、基板欠陥に加えて、レジストピンホール、レジストハーフピンホール、異物などが検出される。
【００２６】
被検査体１としては、ガラス基板、マスクブランク（薄膜付き基板）、レジスト付きマスクブランクなどが挙げられる。マスクブランクは、バイナリーマスク、グレートーンマスク（階調マスク）、位相シフトマスクなどの作製に用いるマスクブランクが挙げられる。
【００２７】
マスクブランクの検査は、単層膜の状態で検査する態様の他、２層膜や３層以上の積層膜の状態で検査する態様が含まれる。また、マスクブランクの検査は、２層膜や３層以上の積層膜の場合、成膜する毎に検査する態様が含まれる。
【００２８】
被検査体１としては、ＦＰＤなどの表示装置用の大型基板や中型・小型基板が含まれる。
本発明において、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）などの表示装置（表示デバイス）としては、液晶表示装置、プラズマ表示装置、ＥＬ表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＬＥＤ表示装置、ＤＭＤ表示装置が代表的なものである。
【００２９】
遮光マスク４０は、迷光対策として光学系に挿入される。遮光マスク４０は、欠陥像の結像に寄与しないような光（迷光）をカットする。遮光マスク４０は、大きさを変えながら迷光対策に適した位置に適した大きさで設置するとよい。遮光マスク４０は、遮光板を使用してもよく、絞りを使用してもよい。
遮光マスク４０は、例えば、対物レンズ１１と結像レンズ１２との間に設置される。遮光マスク４０は、例えば、対物レンズ１１と被検査体１との間、被検査体１と照明手段３１との間、被検査体１と照明手段３２との間などに設置される。遮光マスク４０は、これらの全ての箇所に設置でき、これらのうちの任意の箇所に設置でき、上記以外の光路の任意の箇所にも設置できる。
【００３０】
本発明において、撮像素子１３としては、ＣＣＤ、ＴＤＩ、ＣＭＯＳ、ＶＭＩＳなどの固体撮像装置が代表的なものである。
被検査体１は、基板保持手段（図示せず）で保持されている。
架台２００は、除振台となっている。除振台は、除振機能をロックする機能があり、ロボットによる基板の装置への着脱の際は除振機能をロックすることで装置の空間位置を固定できる。
【００３１】
図２は、非点収差法を説明するための模式図である。
非点収差法では一般的にシリンドリカルレンズ（円柱レンズ、かまぼこ形状のレンズ）を使用する。被検査体１の表面で反射され、４分割フォトディテクタ（ＰＤ）への戻り光路中にシリンドリカルレンズを挿入すると、シリンドリカルレンズは図のＸ軸方向にのみレンズ効果があるため、Ｘ軸方向の焦点位置とＹ軸方向の焦点位置がずれて非点収差が発生し、ビームの形状は光軸上の距離によって、１（縦長楕円）→２（円形）→３（横長楕円）のように変化する（図２の上方の図）。
ここで、上から時計回りにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに４分割されたフォトディテクタでビームを受光すると、１〜３それぞれの場合にＡ〜Ｄの入射光量のバランスが変化する。
１の場合、ＡおよびＣの入射光量が大きい（図２中の１の下方に示す図）。
２の場合、Ａ．Ｂ．Ｃ．Ｄの４つの入射光量が等しい。
３の場合、Ｂ及びＤの入射光量が大きい。
【００３２】
被検査体１の表面にレーザービームの焦点が合っているときに、４つの入射光量が等しくなり、ビームの形状が円形になるように光学系を調整しておけば、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の演算結果から、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝０となるように結像光学系１００の位置を制御することにより、常に被検査体１の表面にレーザービームの焦点が合っている状態を保つことができる。（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）をフォーカスエラー信号（ＦＥ）という。結像光学系１００の位置は駆動機構（例えば、リニアモータステージ）により動かすことが可能で、高速かつ正確に制御することができる。
ＦＥ＞０の場合は、手前にフォーカスがずれている（被検査体１が近い）。
ＦＥ＝０の場合は、フォーカスが合っている（合焦）。
ＦＥ＜０の場合は、奥側にフォーカスがずれている（被検査体１が遠い）。
【００３３】
図３は、同軸オートフォーカスモジュールの構成を示す図である。
同軸オートフォーカスモジュールは、レーザー光源（レーザーダイオード）２１、絞り２２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３、１／４波長板２４、反射素子（プリズムミラー）２５、集光レンズ２６、シリンドリカルレンズ２７、４分割フォトディテクタ（光検出器）２８で構成される。
【００３４】
レーザー光源（レーザーダイオード）２１から発せられたレーザービームは、絞り２２を介して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３に入射され、その透過光は、１／４波長板２４を透過し、反射素子（プリズムミラー）２５に入射され、反射素子（プリズムミラー）２５で反射されて、結像光学系１００の光軸Ｏに沿って対物レンズ１１を透過し、被検査体１の表面に入射し、反射される。この反射光は、結像光学系１００の光軸Ｏに沿って対物レンズ１１を透過し、反射素子（プリズムミラー）２５に入射され、その反射光は、１／４波長板２４を透過し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３に入射され、その反射光が、集光レンズ２６、シリンドリカルレンズ２７を順次透過して、４分割フォトディテクタ２８に入射される。
【００３５】
本発明は、結像光学系と同軸の非点収差法を用いたオートフォーカス機能を有すると共に、オートフォーカス機能に用いるレーザービーム（参照光）の撮像素子への映り込みを回避した欠陥検査装置である。
図４は、オートフォーカス機能に用いるレーザービームの撮像素子への映り込みを回避する手段を説明するための図である。
詳しくは、図４（１）は、撮像カメラ（例えばＴＤＩカメラ）の結像光学系（対物レンズ）による被検査体１上の映像取得領域と被検査体１上のレーザービームのスポットとの位置関係を説明するための図である。図４（１）は、映像取得領域を正面から見た図（対物レンズを通して見た図）である。
図４（２）は、撮像素子（例えばＴＤＩセンサ）を含む受光平面における、撮像素子（例えばＴＤＩセンサ）領域と、レーザービームが被検査体１で反射され、その反射光が結像光学系を介して撮像素子（例えばＴＤＩセンサ）を含む受光平面上に結像する位置との位置関係を説明するための図である。図４（２）は、受光平面を背面から見た図である。
ＴＤＩセンサは、ＣＣＤを横方向に一列に並べ、更に縦方向にもＣＣＤを複数列並べたものである。複数列のＣＣＤで得られた画像を積分露光することで、高い感度の画像を得ることができるようになる。ＴＤＩセンサについては後述する。
【００３６】
図４に示すように、対物レンズで捉えられる被検査体１上の映像取得領域Ａと（図４（１））、これに対応する、結像レンズで映し出される領域Ｂがある（図４（２））。これらの領域は、結像光学系１００の視野の領域である。
本発明では、図４（２）に示すように、結像レンズで映し出される領域Ｂの一部を使用する撮像素子Ｔを用いる。
そして、本発明では、図４（１）に示すように、対物レンズで捉えられる被検査体１上の映像取得領域Ａのうちの撮像素子に対応する画像取得領域Ｔ’、を除く領域にレーザービームのスポットＳが位置するようにする。これにより、図４（２）に示すように、撮像素子Ｔを除く領域にレーザービームのスポットの像Ｓ’が位置するようにした。
このように、例えば、図４（１）に示すように、レーザービームのスポットＳの位置（レーザービームの集光位置）を、光軸Ｏから僅かにずらすことで（映像取得領域Ａの面上で平行移動させ画像取得領域Ｔ’の外にずらすことで）、レーザービームのスポットの像Ｓ’が撮像素子Ｔに映り込むことを回避する。
【００３７】
このためには、例えば、図３に示す同軸オートフォーカスモジュールにおいて、レーザー光源（レーザーダイオード）２１、または、反射素子（プリズムミラー）２５を、レーザービームが光軸Ｏを通る状態から、僅かに傾ける。
なお、「僅かに」とは、レーザービームのスポットの像Ｓ’が撮像素子Ｔに映り込むことを回避できる程度である。レーザービームのスポットの像Ｓ’は、フォーカスのずれに応じて拡大するので、それを考慮し、撮像素子に映り込むことや、撮像素子に影響を与えること（例えばノイズ）を回避できるようにする。また、レーザービームのスポットの像Ｓ’は、レーザー光源（レーザーダイオード）を置く位置やレーザー光源の太さ（ビームの径）に応じて大きさが変化するので、それを考慮し、撮像素子に映り込むことや、撮像素子に影響を与えること（例えばノイズ）を回避できるように、レーザー光源（レーザーダイオード）の配置や絞り２２を調整する。
【００３８】
なお、非点収差法は、基板とレーザービームとの垂直性の確保が原則である。本発明では、基板に対してレーザービームを「僅かに」傾けた場合であっても、欠陥検査装置において、非点収差法を実用しうる（非点収差法のフィードバックができる）ことを確認した。また、これに加え、大型基板が、例えば図１のＸ軸方向に０．０５°程度傾いている場合（この傾きは、１００ｍｍ長では約０．０９ｍｍのズレとなる）においても非点収差法を実用しうることを確認した。なお、非点収差法を実用に供するためには、基板の傾きは、視野の範囲内でピントが合うような傾きであればよい。視野の真ん中ではピントが合うが視野の周辺ではピントがぼけるような傾きは好ましくない。
なお、非点収差法の合焦位置と結像光学系の焦点位置は、一致させることもできるが、ずらす（オフセットをかける）こともできる。
【００３９】
なお、図４において、撮像素子（画像センサー）を、ＴＤＩセンサから、ラインセンサや、長方形の画像センサー（エリアセンサ）、正方形の画像センサー（エリアセンサ）に替えた場合においてもオートフォーカス機能に用いるレーザービームの撮像素子への映り込みを回避できるが、エリアセンサの場合は、ステップアンドリピート方式（ある領域を停止状態で撮像し、隣の領域に移動して停止状態で撮像するステップを繰り返す方式）による撮像のたびにフォーカッシング（焦点合わせ）を行うことになり、検査時間がかかる。正方形の画像センサー（エリアセンサ）に替えた場合は、図４（１）に示す、レーザービームのスポットＳの位置と、光軸Ｏとの距離が相対的に大きくなる。長方形の画像センサー（エリアセンサ）に替えた場合は、図４（１）に示す、映像取得領域Ａを広く利用できなくなるので、検査時間がかかる。
なお、対物レンズによる映像取得領域のうちの撮像素子に対応する画像取得領域が、検査領域に対応し、撮像素子による撮像領域に対応する。
【００４０】
なお、本発明の課題を解決しうる一態様として、照明波長を例えば青にして、非点収差法で用いるレーザー光（参照光）の波長を赤にしておき、赤い波長だけをカットするフィルタを撮像素子の前面に入れておく構成においても、参照光は撮像素子に映り込まない（映り込み回避手段に該当する）。この構成の場合は、撮像素子と参照光の像の位置をずらす必要はない。しかし、赤い波長だけをカットするフィルタは青い波長に対しても影響を及ぼす（悪影響が出る）ので、このようなフィルタを入れない方法である、撮像素子と参照光の像の位置をずらす方式の本発明は優れる。
【００４１】
本発明には以下の構成が含まれる。
対物レンズ、結像レンズおよび撮像素子を備える結像光学系を有し、
前記対物レンズを利用（共用）し、レーザービーム（参照光）を用いて、オートフォーカス手段を構築（構成）すると共に、
前記オートフォーカス手段に用いる前記レーザービーム（参照光）の前記撮像素子への映り込みを回避する手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【００４２】
本発明において、非点収差法で用いるレーザービームのスポットＳの位置と結像光学系の光軸Ｏとの距離は、レンズの倍率により異なるため一概に言えないが、例えば、１倍の対物レンズの場合、２ｍｍ以上７ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以上６ｍｍ以下がさらに好ましく、４ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００４３】
上記のように、本発明は、結像光学系と同軸の非点収差法を用いたオートフォーカス機能を有すると共に、オートフォーカス機能に用いるレーザービームの撮像素子への映り込みを回避した欠陥検査装置である。
通常、画像取得領域Ａおよび撮像素子Ｔの領域は、その中心位置（重心位置）と光軸Ｏとが一致するよう設定される。レンズの中心（光軸）に近い程、解像性などの光学特性に優れるためである（図４（１）、（２）参照）。これに対し、光軸Ｏに対し、撮像素子Ｔの領域をずらすことも可能だが、光学特性は不利となる。
本発明では、レーザービームのスポットＳの位置を、光軸Ｏの位置からずらし、画像取得領域Ｔ’を除く領域に位置するようにし、これにより、レーザービームのスポットの像Ｓ’が撮像素子Ｔに映り込むことを回避する（図４参照）。レーザービームのスポットＳの位置と、レーザービームのスポットの像Ｓ’の位置は、結像光学系の共役の位置関係にある。
本発明では、ＴＤＩセンサを含む受光平面に到達したレーザービームのスポットの像Ｓ’が、ＴＤＩセンサＴを避けた位置に到達する（結像される）ようにする。このための手段としては、具体的には、例えば、レーザー光源（レーザーダイオード）２１、または、反射手段（プリズムミラー）２５、を所定の方向に僅かに傾ける。
なお、例えば、反射手段（プリズムミラー）２５を、光軸と平行な位置にずらす（平行移動させる）だけでは、レーザービームのスポットＳの位置は光軸Ｏ上で変わらないが、これと同時に反射手段（プリズムミラー）２５、を所定の方向に僅かに傾けることで、レーザービームのスポットの像Ｓ’が、ＴＤＩセンサＴを避けた位置に到達する（結像される）ようにすることができる。
【００４４】
ＤＶＤ、ブルーレイ、ＣＤなどのプレーヤー関係のピックアップ光学系は光量変化を見ているだけである。これに対し、本発明では、光量変化に基づくフォーカッシング（オートフォーカス：ＡＦ）をやりながら、同じ光学系で検査している場所の像を撮像素子（センサ）上に、作るという部分が大きく異なっている。その際、非点収差法で用いるレーザービームのスポット像が、撮像素子（センサ）に映り込まないように工夫している。
【００４５】
本発明は、１つの光学系（同じ光学系、同軸の光学系）に、欠陥検査の結像系と、非点収差法の結像系を組み込んだものである。非点収差法の結像系は、対物レンズと結像レンズを備える結像光学系において、対物レンズを使用（共用）して、組み込まれる。欠陥検査の結像系は、対物レンズと結像レンズを備える結像光学系を使用する。この際、非点収差法で用いるレーザービームのスポットが対物レンズの映像取得領域内（視野内）に映り込んでしまう。このレーザービームのスポットの場所を光軸から僅かにずらすという工夫と、ＴＤＩセンサ（縦長の細いセンサ）を使用し、レーザービームのスポットの像が、ＴＤＩセンサ（縦長の細いセンサ）に映り込まないようにするという工夫によって、１つの光学系（同じ光学系、同軸の光学系）で、欠陥検査と、欠陥検査の光学系のフォーカッシング（オートフォーカス：ＡＦ）を実現できる。
また、本発明によれば、ＴＤＩセンサでつくる２次元像に悪影響を与えずに常にフォーカッシング（オートフォーカス：ＡＦ）ができるという利点がある。さらには、常にフォーカッシングしつつＴＤＩセンサでデータを取得することによって、ＴＤＩセンサでつくる２次元像の精度が向上する。これにより、欠陥検出精度の向上をより図ることが可能となる。
上記のように、本発明は、欠陥検査装置の結像光学系を共用し、欠陥検査装置の結像光学系に非点収差法を用いたオートフォーカス機能を組み込んだものである。例えば、ＴＤＩカメラなどの像をつくるもの（結像光学系）に対して非点収差法を用いたオートフォーカス機能を組み込んだものである点が一番の特徴である。
【００４６】
本発明の欠陥検査装置は、
前記撮像素子はＴＤＩセンサであり、
前記結像光学系は、ＴＤＩカメラを含み、
前記被検査体とＴＤＩカメラとを、一定速度で一定方向に相対的に移動させる手段を有し、
被検査体上の撮像領域（撮像対象物）の移動方向および速度とＴＤＩセンサにおけるＣＣＤの電荷転送の方向および速度を合わせることで、ＣＣＤの垂直段の数だけ前記撮像領域（撮像対象物）を繰り返し露光し撮影する手段を有することが好ましい。
ここで、被検査体上の撮像領域の移動方向および速度とＣＣＤの電荷転送の方向および速度を合わせることで、ＣＣＤの垂直段の数だけ前記撮像領域を繰り返し露光し撮影する手段は、例えば、ＴＤＩカメラ内蔵の制御装置（制御回路、ＣＰＵ、ソフトウエアなど）で行うことができる。
【００４７】
通常のラインセンサは、ＣＣＤを一列に並べたものである。ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサー（素子）では、ライン上に配列されたＣＣＤ（一列）が、更に前記ラインに沿った方向に対し垂直な方向にも複数列配置されている。複数列のＣＣＤで得られた画像を積分露光することで、高い感度の画像を得ることができるようになる。
一定速度、一定方向に移動する撮影対象物ならば、撮影対象物の移動方向・速度とＣＣＤの電荷転送の方向・速度を合わせることで、ＣＣＤの垂直段の数だけ対象物（１列分のＣＣＤに対応する対象物の同一領域）を繰り返し露光・撮影させる。
１列目のＣＣＤで得られた撮像は、そのまま２列目のＣＣＤに転送される。２列目のＣＣＤでは、前列から送られてきた撮像に、２列目のＣＣＤで得られた撮像を加算して蓄積し、更に３列目のＣＣＤに転送される。ｎ列目のＣＣＤでは、ｎ列目のＣＣＤで得られた撮像を、（ｎ−１）列目までで累積された撮像に加算して、（ｎ＋１）列目に転送する。すなわち、ｘ列のＣＣＤを並べたＴＤＩセンサでは、得られた撮像はｘ倍となって蓄積されることになる。ｘ列の積分露光を行う場合、ｘ倍の光量と√ｘ（ルートｘ）のノイズ軽減が期待できる。
この結果、格段に高い感度が得られ、高速性と高感度を両立できる。
従来のＣＣＤでは、高解像度であるがゆえの感度不足の低輝度の画像しか得られなかったが、積分露光することにより、高解像度でありながら明るく鮮明な画像が得られるようになる。明るさ不足を補うために、撮影対象物の移動速度を落とす、あるいは停止させてしまうなどの従来方式と比べると、高速かつ短時間で処理ができるようになる。
尚、ＴＤＩでは、移動しながら対象を撮影するという性格上、カメラ技術だけでなく。光学技術、搬送技術なども含めた、トータルなソリューション力が必要となる。
【００４８】
ＴＤＩはコピー機のように流し撮りができる。普通のエリアセンサのように、ある領域を停止状態で撮像し、隣の領域に移動して停止状態で撮像するステップを繰り返すステップアンドリピート方式ではない。ＴＤＩの方がトータルスループットは３倍から４倍という状態をつくれる。ステップアンドリピート方式では、重量のある結像光学系の駆動と停止（加速と減速）を高速で繰り返すので、振動が生じるが、ＴＤＩではこのような振動は生じ難い。
【００４９】
ＴＤＩセンサは、例えば、縦長（２４ｍｍ×１．５ｍｍ（１２８段））で１．５ｍｍ幅なので、縦長のＴＤＩセンサの長辺の脇に少し（例えば３ｍｍ）ずらして測長レーザスポットの像が来るようにすることは容易である。このためには、測長レーザスポットを光軸に対し僅かに傾ければよい。
本発明はラインセンサにも適用可能である。ラインセンサでは、ＴＤＩと同様に流し撮りができる。ＴＤＩセンサは１２８段で、ラインセンサの１２８倍の光量がとれる。光量が取れる分１２８倍検査スピードを上げることができる。
ＣＣＤエリアセンサの場合、例えば、１５ｍｍ角より外側に測長レーザスポットを無理してずらせば適用できなくはない。但し流し撮りはできないし、感度がよくない。同軸からのずれも大きくなる。
本発明では、ＴＤＩセンサが好ましい。ラインセンサや、エリアセンサでは２世代先の欠陥検査は難しい。
【００５０】
本発明の欠陥検査装置は、焦点尤度が±０．１ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備えることが好ましい。
【００５１】
前述したように、高精度の欠陥検査装置に用いる結像光学系では焦点尤度が±０．０３ｍｍ程度であり、焦点尤度が小さいことは大きな課題の１つである。
本発明は、高精度の結像光学系を備える欠陥検査装置に適する。高精度な欠陥検査には、高精度な結像光学系で検査することが必要だからである。本発明の欠陥検査装置は、焦点尤度が±０．１ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備える欠陥検査装置に適し、焦点尤度が±０．０５ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備える欠陥検査装置に適し、焦点尤度が±０．０３ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備える欠陥検査装置に適し、焦点尤度が±０．０２ｍｍより小さい高精度の結像光学系を備える欠陥検査装置に適する。
【００５２】
本発明では、対物レンズの倍率は、例えば０．５以上３倍以下の範囲である。
本発明では、対物レンズの開口数（ＮＡ）、例えば０．２以上０．５以下の範囲である。
本発明では、基板の裏面近くの内部にある脈理に関しては、基板の厚さが薄い場合（例えば  ４〜６ｍｍ程度）、検出可能である。
本発明では、基板の裏面近くの内部にある脈理に関しては、基板の厚さが厚い場合（例えば１０ｍｍ程度）、例えば対物レンズ１倍だと検出できないが、対物レンズ０．３倍や０．１倍であれば焦点深度が深く検出可能である。
【００５３】
本発明は、基板を垂直保持するタイプの欠陥検査装置に適する。本発明では、基板の傾きは大きな課題の１つである。
基板を基板支持部に供給し基板を支持する際に、基板の底辺を支持する支持部（基板保持接触部２７１）が図１に示すように湾曲していることにより自重による基板の傾きの修正作用が働く。具体的には、基板の重量が大きいため（例えば８０ｋｇ）、Ｘ軸周りおよびＹ軸周りの回転が生じ、自重による基板の傾きの修正作用が働く。
なお、基板の傾きは、欠陥検査装置における理想的な基板の支持姿勢（空間的な支持位置）に対し、実際の基板の支持姿勢がずれることによって生じる。
基板の傾きは、基板を基板支持部に供給し基板を支持する際に、ロボットアームによる基板の支持姿勢の誤差、並びに、ロボットアームによる基板の供給位置精度の誤差、および、装置の基板支持部による基板の支持姿勢の誤差、などによって生じる。
【００５４】
図７は、本発明の一実施の形態に係る欠陥検査装置を説明するための平面図である。架台２００上に設置された本体フレーム２０１の内部に、欠陥検査を行う被検査体（基板）１を垂直に立てた状態に取り付け固定するための（保持手段）（図示せず、後述する）、結像光学系１００（欠陥検査を行うための光学系）および観察光学系（欠陥の拡大観察を行うための光学系）を含むヘッド部３００、該ヘッド部３００をＸＹＺの三方向に移動させるためのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各ステージ２１１、２１２、２１３などを配して構成されている。
Ｘ軸ステージ２１１は、Ｙ軸ステージ２１２をＸ軸方向（紙面上で左右方向）に移動させることで、ヘッド部３００をＸ軸方向に駆動する。
Ｙ軸ステージ２１２は、Ｚ軸ステージ２１３をＹ軸方向（紙面上で上下方向）に移動させることで、ヘッド部３００をＹ軸方向に駆動する。
Ｚ軸ステージ２１３は、ヘッド部３００をＺ軸方向（紙面に垂直な方向）に移動させることで、ヘッド部３００をＺ軸方向に駆動する。
【００５５】
本発明の欠陥検査装置では、ヘッド部３００において、例えば、３台のＴＤＩカメラを、例えば図７のＹ軸方向に連続して互いに接して配置することが好ましい。これにより、Ｘ軸方向に３台（３連）のＴＤＩカメラで走査（スキャン）し、３台分の領域を一度に検査できる。ＴＤＩカメラが１台の場合に比べ、検査スピードは３倍（検査時間は１／３）になる。ＴＤＩカメラの台数は任意の台数に適宜増減できる。
本発明の装置では、ヘッド部３００において、例えば図７のＸ軸方向に互いに隣接してＴＤＩカメラと観察光学系（顕微鏡）を配置することができる。
【００５６】
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各ステージ２１１、２１２、２１３は、結像光学系（例えばＴＤＩカメラ）によるスキャンの時に動く方向に対してのリニアロック機構を有することが好ましい。これは、高精度の観察用の機構で、顕微鏡で像を見るときに非常に細かい振動が残ると像がぶれるので、その非常に細かい振動を、ステージをロックすることでなくす。
【００５７】
本発明の装置では、本体のベースとなる部分（架台）に高い剛性を持った材料を採用することが好ましい。架台は、振動の影響を低減する除振機能を有することが好ましい。
また、本発明の装置では、被検査体（基板）１は固定し、結像光学系１００を被検査体（基板）１上の所望位置へ移動させることで欠陥検査を実施する構造が好ましい。被検査体（基板）１の方を移動させる構造の場合は、その分の移動スペースが必要となる。また、被検査体（基板）１は重量が非常に大きいので、被検査体（基板）１の移動や反転・停止の際に振動が生じ易い。
【００５８】
また、結像光学系１００および観察光学系には、欠陥検査中に欠陥位置とその周辺を照明するための照明装置を備える。実際の異物欠陥は、その形状や材質から照明の種類によっては観察することが難しい場合も有るため、照明は反射照明である同軸落射照明や暗視野照明、微分干渉照明、透過照明（例えば同軸垂直透過照明）等と、光の質を変化させるためのカラーフィルター、偏光フィルターなどを装備して、様々な欠陥をよりはっきりと観察できるものを装備することが望ましい。
【００５９】
また、フォーカスの正しく合った良好な視野で欠陥検査を実施するために、被検査体（基板）１とレンズ先端の距離を一定に保ち、被検査体（基板）１にレンズ先端が接触することの無いように、オートフォーカスの手段を具備することが望ましい。例えば、オートフォーカスの種類には、レーザーの反射を利用したもの、フォーカス表面の画像コントラストを利用したものなどがあるが、被検査体（基板）１の場合はコントラストを持った部分が存在しないことがあるため、レーザーの反射を利用したものなどが本発明には好ましい。
オートフォーカスでは、非点収差法の他、ナイフエッジ法、などが利用できる。
【００６０】
また、欠陥箇所を観察するための観察光学系（図示せず、ヘッド部３００内に装備される）は、欠陥箇所の大まかな位置を掴むための低倍率レンズと、微小欠陥を観察する際の高倍率レンズと、それらの中間的な使い方をするいくつかの中倍率レンズとによって構成されている。これらの光学レンズは複数の単レンズをレボルバーなどを用いて切り替える方法が好適である。
また、本発明においては、光学系と被検査体（基板）１との間の空間において、光学系に用いる光学レンズは極力作動距離の長いものが好適である。少なくとも数ｍｍ、できれば４ｍｍ以上の作動距離（レンズのワーキングディスタンス）のものが好適である。
【００６１】
観察光学系における照明装置で用いる光源の波長としては、３８０〜８００ｎｍの範囲を用いることが好ましい。３８０ｎｍより小さい波長の紫外域の光を含むと、紫外域対応の光学部品が必要となり高価となる。また８００ｎｍより大きい赤外域の光を含むと、熱をもつことから、被検査体や観察装置に対し悪影響を及ぼす危険性がある。光源の波長は、同様の観点からさらに好ましくは４００〜７５０ｎｍである。波長帯の選択は、光源装置内において、波長フィルタを設けて選択することが好ましい。
【００６２】
また、用いる波長又は波長帯により、欠陥の種類によって欠陥が顕在化され易い場合がある等の理由により、光の波長又は波長帯をさらに選択したい場合には、光源と被検査体の間、又は被検査体と観察装置との間に、波長フィルタを設けることもできる。
【００６３】
光源として、平行性が良好である光源を用いることにより欠陥の顕在化をより安定的にすることができる。しかも、高輝度（高照度）な光源を用いることによって、受光光学系に受光される光量が増えるため、観察可能なピンホールのサイズが広がる。また、観察可能な欠陥が、ハーフピンホールや薄膜の凹部などの欠陥まで広がる。
【００６４】
次に、本発明に係る基板保持機構について説明する。
【００６５】
高精度な欠陥検査には、基板保持接触部からの発塵対策が必須となる。
従来は、ガラス基板、マスクブランク（薄膜付き基板）、レジスト付きマスクブランク（レジスト付き基板）などの基板の種類および、基板の板厚の種類、基板の端面形状の種類の全ての組み合わせにおいて、同一の基板保持接触部を使用している。このため、レジスト付き基板の検査後に、基板保持接触部によって削られたレジスト（レジストのかす）が基板保持接触部に付着する。この後、他の基板の検査を行うと、基板保持接触部に付着したレジストが、他の基板の被保持部に移り、さらに基板表面等に移動してしまう問題がある。これをクロスコンタミと呼んでいる。また、クロスコンタミのある基板は成膜装置（真空チャンバー）自体をよごすという非常にやっかいな問題が起きる。
レジスト付き基板の検査後は基板保持接触部の清掃メンテナンスを行うことで品質低下を回避することができるが、工程の負荷が大きく装置の稼働率が落ち大幅な生産性低下が起こる。
設備投資効率の観点から、同一装置での基板種に依存しない装置利用が望まれる。
【００６６】
本発明に係る基板保持機構は、上記の問題を解決するもので、以下の（１）〜（３）の構成を有する。
（１）本発明では、複数の基板保持接触部を提供するロータリー型の基板保持機構により、基板種に応じて基板保持接触部を切り替えることでクロスコンタミ（主にはレジスト）を回避する。つまり、レジスト基板検査用の基板保持接触部と、他の基板検査用の基板保持接触部とを、別々とすることでクロスコンタミを回避する。より詳しくは、レジストの有無が異なり基板の厚さが同じ場合は、同じ形状（形態）の基板保持接触部を２つ用意し、レジスト付き基板用と、レジストなし基板用（例えば、ガラス基板、マスクブランク（薄膜付き基板））とで、基板保持接触部を切り替える。
本発明では、上記構成により、クロスコンタミを回避できるので、欠陥品質の向上に成功した。
【００６７】
（２）また、板厚種、端面形状種に応じて基板保持接触部を切り替えることで基板保持位置の変動を制御する。
図８（３）に示すように、基板保持機構は、基板１を垂直に立てて保持する。基板１の図中の左右の辺は、基板保持機構２５０によって横から挟む構造になっている。基板１の底辺は、基板保持機構２７０によって下から支える構造になっている。
図８（２）に示すように、基板保持接触部２５１は、基板１を溝ｂを有する部材ａで挟んで保持する。このとき基板の厚さのセンターを基準に合わせる保持では、基板１の厚さのセンター（半分の厚さ）は、溝ｂの真ん中（センター）ｃにくる。基板の寸法は、中判とよばれる小さなものや、大判とよばれる大きなもの（短辺１ｍ以上）があり、大きいものほど厚さが大きくなる傾向がある。同じ基板保持接触部２５１だと厚みの違いで溝ｂにおける基板の当たる場所ｄが変わってしまい、基板の保持される場所が一定にならないという問題がある。厚みに応じて基板保持接触部２５１切り替えることで、厚みに応じた溝ｂを有する部材ａで基板１を挟むことで、溝ｂにおける基板の当たる場所ｄが一定となる（略Ｖ字形状の溝ｂにおける溝の深さ方向の位置ｄが一定となる）。基板保持接触部２５１は、位置決めの作用（機能）があり、略Ｖ字形状の溝ｂにならうように基板１がはまり込むことで、基板姿勢を修正できる。
本発明では、上記構成により、基板保持位置の安定性の向上に成功した。また、清掃メンテナンスを行う必要がないので、生産性の向上に成功した。
【００６８】
（３）特殊Ｃ面と呼ばれる端面が片側だけ大きいような基板は、図８（２）に示すような溝ｂを有する部材ａで基板を挟んで保持しようとすると、溝ｂの真ん中（センター）ｃと、特殊Ｃ面を有する基板のセンターとがずれることが起こる。特殊Ｃ面形状に応じた溝ｂを有する部材ａで基板１を挟むことで、このような位置ずれの弊害をなくす。特殊Ｃ面を有する基板専用の基板保持接触部２５１を作製し、これに切り替えて特殊Ｃ面を有する基板を保持する。
【００６９】
本発明に係る基板保持機構では、上記（１）〜（３）を実現するために、一番コンパクトで実現可能な方法として、ロータリー式基板保持機構を案出した。
【００７０】
図８（１）は、ロータリー型の基板保持機構の斜視図である。図８（２）は、基板保持接触部で基板を保持している状態（部分拡大）を示す図である。図８（３）は、基板保持接触部で基板を保持している状態（装置全体）を示す図である。
【００７１】
図８（１）および図８（３）において、ロータリー型の基板保持機構２５０は、基板１が倒れないように横から挟む（つかむ）ための機構である。
ロータリー型の基板保持機構２５０は、支柱２３０に取り付けられる（図８（３））。
ロータリー型の基板保持機構２５０は、複数の基板保持接触部２５１が円板状の部材２５２の円周に沿って取り付けられている。基板保持接触部２５１は、断面略Ｖ字形状の溝ｂを有する部材ａで基板１を挟んで保持する。円板状の部材２５２は、回転軸２５３で回転可能であり、複数の基板保持接触部２５１のうちの所望の基板保持接触部２５１を、ロータリー式（回転式）で切り替え（選択）可能に構成されている。円板状の部材２５２は、所望の回転位置で固定可能に構成されている。回転の際は固定は解除される。回転軸２５３は、回転軸駆動（制御）機構２５４に取り付けられている。回転軸駆動（制御）機構２５４は、支柱への取り付け部材２５５によって支柱２３０に取り付けられる。
支柱２３０は、図中左右方向（Ｘ軸方向）に駆動可能に構成されている。
【００７２】
図８（３）において、ロータリー型の基板保持機構２７０は、基板１の底辺を、下から支える構造になっている。
ロータリー型の基板保持機構２７０は、長方形であり、長方形の重心を中心に１８０°回転し上下反転できるようになっている。長方形の短辺の部分（２箇所）は、基板と接触し基板を受けて支えて保持する基板保持接触部２７１を有する。レジスト付き基板用と、レジストなし基板用とで、基板保持接触部２７１を切り替える。これにより、クロスコンタミが起こらないようにしている。
ロータリー型の基板保持機構２７０は、装置への取り付け部材２７５に取り付けられた回転軸駆動（制御）機構（図示せず）および回転軸（図示せず）によって、ロータリー式（回転式）で切り替わる方式になっている。
基板保持接触部２７１は、基板の下端（底辺）を受けるだけで、基板が動けるように（ロボットハンドの誤差も吸収できるように）ゆるやかな円弧状（基板の厚み方向の断面形状）になっている（図１参照）。基板の下端（底辺）を固定する保持機構であると、基板を横から挟む際に基板が割れるおそれがある。
【００７３】
ロータリー型の基板保持機構においては、ガラス基板、マスクブランク（薄膜付き基板）、レジスト付きマスクブランク（レジスト付き基板）などの基板種および、板厚種、端面形状種の全ての組み合わせにそれぞれ対応した複数の基板保持接触部を準備（作製）し、これらを切り替えて使用することが可能となる。
これにより、レジストのクロスコンタミによる品質低下の回避とレジスト清掃メンテナンスによる大幅な生産性低下の回避を両立できる。また、ガラス基板の保持位置（保持姿勢）を安定させることが可能となり、重量物である大型基板の搬入搬出の安定性向上と、欠陥検査の検出力の安定性向上に寄与する。
【００７４】
特に、ロータリー型の基板保持機構を用いると、基板サイズによらず基板の保持位置（保持姿勢）を安定させることが可能となる。これにより、基板の傾きを相対的に低減する効果がある。例えば、基板の傾きを、例えば図１のＸ軸方向またはＹ軸方向に０．０５°程度傾きの範囲内（この傾きは、１０００ｍｍ長では約０．９ｍｍのズレとなる）に収めることが可能となる。
【００７５】
図８（３）において、図中の高さ方向（上段、中段、下段）でロータリー型の基板保持機構２５０における基板保持接触部２５１の数が違うのは、大きい基板だと厚みの数も限られるのでより高い位置（上段）では基板保持接触部２５１の数は少なくなることに対応している。中段は、特殊Ｃ面を有する基板のサイズにも対応している。低段は全ての基板に対応するため基板保持接触部２５１の数は最大となる。上段に行くほど基板の種類が限定されてくるので基板保持接触部２５１の数も少なくなる。
【００７６】
本発明に係る基板保持機構では、基板情報を入力すると、基板保持接触部２５１および基板保持接触部２７１が切り替わる構成とすることができる。また、サイズ、種別の自動判別に応じて、基板保持接触部２５１および基板保持接触部２７１が切り替わる構成とすることもできる。
【００７７】
本発明に係る基板保持機構では、例えば、ロボットハンドで基板をつかんで欠陥検査装置の下部にある基板保持接触部２７１に基板の底辺を置いて、倒れない程度にロボットハンドを少し緩めて、基板が自由度を持った状態にしておいて、図中左右方向に退避させておいた支柱２３０を基板側に移動させ、基板を横から基板保持接触部２５１で挟み込む。基板をしっかり挟んだことを確認し、ロボットハンドが開いてロボットハンドが退避していく、という手順にすることができる。
【００７８】
ロボットによる基板の受け渡しに関しもう一工夫ある。欠陥検査機なので振動を抑える必要がある。このため、架台は、光学定盤がエアー浮上になっている。ロボットによる受け渡しの時にエアー浮上で位置が定まらないと危険なので、受け渡しの時は除振台の機能を停止（ロック）する空間ロックという機能を持っている。空間ロックは、例えば、床と相対的に移動しない足の部分からスピンドルを突き上げて行うことができる。このように、定盤を空間的にロックした状態でロボットでのガラス基板の受け渡しを行う工夫をすることができる。
【００７９】
基板保持接触部２５１および基板保持接触部２７１の材質は、特に制限されないが、例えば、スーパーエンジニアリングプラスチックなどのエンジニアリングプラスチックが使用される。基板保持接触部（特に基板と当接する箇所の材質）は、例えば、ＰＥＥＫ（ピーク）（Poly Ether Ether Ketone： ポリエーテルエーテルケトン）が挙げられる。
詳しくは、例えば、基板保持接触部２５１における基板と接触する箇所（溝ｂを有する部材ａ）の材質、および、基板保持接触部２７１における基板と接触する箇所（基板を受けて支える箇所）の材質は、例えば、ＰＥＥＫ（ピーク）（Poly Ether Ether Ketone： ポリエーテルエーテルケトン）を使用すると、基板にダメージを与えないので好ましい。
【００８０】
次に、ＬＥＤ照明について説明する。
【００８１】
ピント（焦点、フォーカス）が合っている状態を維持するオートフォーカシング技術と、良好に欠陥が検出できるように照明する技術は別である。
高速で高精度な検査を実現するためには高い精度のオートフォーカシング技術が必要でそれをするための技術として同軸オートフォーカス（ＡＦ）がある。同軸ＡＦで常にフォーカシングしている状態だとしても、照明が優れた照明でないと期待する高い効果が得られないので、期待する高い効果が得られるように設計した優れたリング照明が必要となる。
また、照明やその光源のほうがいくら優秀な照明やその光源でも、結像のほうがピンぼけの状態だと期待する高い性能が出せない。このため、ピントの合う位置を常時フォーカシング（焦点合わせ）し続けるという技術と併せて、期待する高い効果が得られるように設計したリング照明を適用することが好ましい。
【００８２】
リング照明では、ＬＥＤの波長、ＬＥＤの広がり角、ＬＥＤの直径（寸法）、ＬＥＤの照射角度などを設計する。これらの値は欠陥検出力の向上の観点から決定される。
ＬＥＤの波長は、例えば可視域の範囲に設計される。例えば、ＬＥＤの波長は、青色（４６５ｎｍ）、黄色（５９２ｎｍ）、オレンジ色（６１０ｎｍ）などに設計される。
ＬＥＤの広がり角は、例えば、照射角が狭いタイプ（半値角±５度）、通常タイプ（半値角±２０度）、パワーＬＥＤタイプ（半値角±６０度）、などから選択できる。
ＬＥＤの直径（寸法）は、例えば数mmの範囲に設計される。例えば、ＬＥＤの直径（サイズ）は、狭角５．０ｍｍや、超狭角３．１ｍｍなどに設計される。
ＬＥＤの照射角度は、例えば１０度から４０度などの範囲に設計される。
【００８３】
リング照明のハウジングは、内径Ｒ１、外径Ｒ２、厚さｔ、などを設計する（図１０参照）。これらの値は欠陥検出力の向上の観点から決定される。リング照明のハウジングは、円環状であり、円環の内周面にはＬＥＤを取り付けるための傾斜部３５が形成されている。ハウジング寸法Ｒ３（胴部の厚み）は強度を考慮し設計する（図１０参照）。
リング照明のハウジングにおいては、面取り（図示せず）や、遮光板取り付け穴（図示せず）、などを設計できる。これらは、例えば、傾斜部３５における検査基板側の面に形成できる。
【００８４】
リング照明では、設計で定めた個数の各ＬＥＤの光軸の位置出しを行い（方向制御を行い）、ハウジングに固定する。例えば、ハウジング３４の内周面の傾斜部３５に貼り付けたフレキシブルプリント基板３６に各ＬＥＤ３７を埋め込んでいく（図１０参照）。
ＬＥＤの指向性（広がり範囲）の方が位置出し精度より大きいので、このことを考慮して位置出し精度を調整するとよい。
【００８５】
本発明において、ＬＥＤの指向特性（広がり範囲）は、ＬＥＤの直径（サイズ）によって違っている。ＬＥＤの直径（サイズ）自体はあまり重要なパラメータではなく、指向特性の方を重視して設計することが好ましい。
ＬＥＤの照射角度は、例えば、超狭角：±５．５°や、 ±４．０°などでは、狙ったところだけ光を当てるようにコントロールすることが可能となる。
狭角や超狭角タイプのＬＥＤの直径（サイズ）は、例えば、５．５ｍｍ、３．８ｍｍが主流であるが、指向特性の方を重視して設計すると、例えば、狭角５．０ｍｍや、超狭角３．１ｍｍなどに設計される。
【００８６】
例えば、ＬＥＤの直径（サイズ）が超狭角３．１ｍｍである場合は、ＬＥＤ素子は最密配置でピッチｂは４ｍｍとなる（図１０参照）。ＬＥＤ素子の配置個数は概ね１２０素子となる。これにより、３６０°全ての方向から同時に照明することが可能となる。
【００８７】
本発明では、上述した各種の設計および各種の調整を組み合わせることで、現状で提供されているリング照明およびそれに改良を加え簡易に作製したリング照明に比べ、格段に優れたリング照明の開発に成功した。また、この格段に優れたリング照明を用いることによって、３６０°全ての方向から同時に照明することが可能となり欠陥の方向性に依存しない欠陥検出が可能となることに加え、現状で提供されているリング照明およびそれに改良を加え簡易に作製したリング照明を使用した場合に比べ、格段に安定した高い欠陥検出力が発揮でき、期待する高い効果が得られる。このリング照明は、次世代はもとより、２世代先、３世代先、その後の次々の世代についても対応能力のある照明系である。このリング照明は、発熱の問題、寿命の問題、耐久性の問題についても何ら問題がないことを確認した。
【００８８】
本発明では結像光学系の集光特性と光源となる複数のＬＥＤ素子の発光特性から求められる理想的な暗視野照明の配置を定式化した。本発明では機械的な大きさ制限と照明効率から最適な設計に成功した。
【００８９】
本発明では、メカ的要請、暗視野要請（光学的要請）および効率要請（照射密度）の３つの要請（制限要素）から、制限範囲や不等式が規定され、ＬＥＤの設計が決まる。このとき、作りやすさや制作費用等を考慮し、制限範囲や不等式の範囲内でＬＥＤの設計が決定される。なお、以下で説明する各値は、個別の機械により異なるが、各値の一例を挙げて説明する。
【００９０】
（表面側：反射の暗視野リング照明）
メカ的要請（寸法制限）の第１点は、リング照明の作動距離ｄ（ワーキングディスタンス：ＷＤ）であり、これは、基板表面に対するリング照明の設置距離であり、より詳しくはリング照明の基板側の先端から基板表面までの距離である。基板保持部とのクリアランスを確保するため、リング照明の作動距離ｄ＞１５ｍｍである。
メカ的要請（寸法制限）の第２点は、リング照明の外形（半径）である。３台のＴＤＩカメラを連続して互いに接して配置する際の配置ピッチを１３０ｍｍとしているのでリング照明の外形は１２８ｍｍが限度となる。これは、リング照明を装着した結像光学系を基板の端から端まで検査のため走査する際に、リング照明の外周部が、基板の端の基板保持機構（特に通常裏面側に配置されるロータリー型基板保持ユニット）や装置のフレームなどと衝突や接触が起こらないように、リング照明の外形寸法を所定範囲内に収める必要からの要請である。リング照明の半径ｒ＜６２ｍｍである。
【００９１】
暗視野要請（光学的要請）は、リング照明の照射角度αである。リング照明の照射角度αは、ＬＥＤの光線が基板に入射（照射）される際、光線と基板表面とのなす角である。暗視野照明では、対物レンズに直接照明光が入らないようにする。
暗視野照明の実現には、結像レンズ系を含めた照明設計が必要になる。結像レンズには高開口数（ＮＡ）のレンズを使用するため、暗視野照明とするには基板表面に対して鋭角の照射が必要となる。そのため、作動距離の確保には、リング外径を大きくする必要がある。結像光学系における対物レンズの倍率およびＮＡにより照射角度αの上限が決まる。例えば、対物レンズの倍率が１倍、ＮＡが０．５であるとき、照射角度αの上限は５０°になる。また、迷光低減のため、より安全な角度に照射角度を設定するという観点から、照射角度αの上限は３０°以下であると好ましい。
【００９２】
効率要請は、リング照明による照射密度ｐである。照射密度を高くする（照明を明るくする）に従い欠陥検出の時間を短くでき、検査効率が高まるので、照射密度は高い程よい。照射密度を高くする観点からは、照射角度αは大きい程よいのだが、上記の暗視野要請から照射角度αの上限は制限される。これにより、照射密度ｐも制限される。照射密度ｐの観点からは、照射角度αは２０°以上が好ましい。
【００９３】
図１１に示す位置的な関係から、表面側リング照明では、ｄ＝rｔａｎ（α）（式１）の関係がある。図１２（１）は式１を示す。照射密度ｐは、ＬＥＤ光源からの距離の二乗に反比例するので、図１２の（式２）の関係がある。この３Ｄグラフを図１２（２）に示す。これらの３Ｄグラフを重ね合わせて図１２（３）に示す。図１２（３）で、濃い色のグラフ（曲面）は式１を示し、薄い色のグラフ（曲面）は式２を示す。
図１２（３）に示すｒｄαの３Ｄ図から、照射密度ｐを考慮しつつ、作りやすさや制作費用等を考慮し、図１２（４）に示すように、ｒ：５４．０ｍｍ、α：２５．５°、ｄ：２５．０ｍｍに決定した。
なお、表面側の反射のリング照明において、暗視野要請を維持するためには、反射のリング照明は、対物レンズと連動させる必要ある。
【００９４】
（裏面側：透過の暗視野リング照明）
裏面側の透過のリング照明では、メカ的要請、暗視野要請（光学的要請）および効率要請（照射密度）の各関係式（不等式）に関しては、上記表面側の反射のリング照明と同じである。
透過のリング照明では、ｄの式は、ガラスの厚さｇと、裏面からの屈折光となる点が上記反射のリング照明と異なり、これによりｄの式も変わる。図１１に示す位置的な関係から、透過のリング照明では、図１３の（式３）の関係がある。この３Ｄグラフを図１３（１）に示す。図１３（２）で、濃い色のグラフ（曲面）は式３を示し、薄い色のグラフ（曲面）は式２を示す。なお、図１３（３）は図１３（２）の拡大図である。
透過の照明では、ブリュースター角で入射の要請、すなわち、α：３３．０°の要請が加わる。ブリュースター角は、Ｐ偏光の反射率がゼロになる入射角である。ブリュースター角の現象を利用することにより、ガラス表面に到達する有効な照明に対する反射損失を極めて小さくできる。
図１３（２）に示すｒｄαの３Ｄ図から、照射密度ｐを考慮しつつ、作りやすさや製作費用等を考慮し、図１３（３）に示すように、ｒ：５０．０ｍｍ、α：３３．０°、ｄ：２０．０ｍｍに決定した。
なお裏面側の透過の暗視野リング照明は、結像レンズの倍率と連動させる必要がある。このような連動の必要性のため、顕微鏡等では、裏面側照明による透過の暗視野は一般的ではない。同様の理由から、反射及び透過両面同時暗視野も例が見られない。
【００９５】
本発明では、上記設計で決定した値に基づいて（若干の数値変更はある）、例えば、表面側（反射側）リング照明は、照射角度αが２５°、ハウジングの外径Ｒ２が１２８ｍｍ、ハウジングの厚さｔが２２ｍｍや２０ｍｍ、などに最終設計される。
裏面側（透過側）リング照明は、照射角度αが３１°、ハウジングの外径Ｒ２が１２５ｍｍ、ハウジングの厚さｔが２２ｍｍや１９ｍｍ、などに最終設計される。
【００９６】
本発明では、上記の具体的な表面側の反射の暗視野リング照明について、リング照明の作動距離ｄ（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を、例えば、１８ｍｍ、２０ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ、２７ｍｍなどと変化させて、基板上にある半径を持った照明領域にける輝度分布（明るいほどよい）や光量のプロファイル（フラットで光量が高いほどよい）を調べることで、最適なリング照明の作動距離ｄを求めることができる。これにより、撮像カメラの視野内で均一な照明が作れる。裏面側の透過の暗視野リング照明についても同様である。
【００９７】
本発明では、反射の暗視野リング照明および透過の暗視野リング照明の双方を備える両面同時暗視野照明（反射透過複合の暗視野リング照明）により、前方散乱と後方散乱の双方を同時検出できる。これにより、例えば、前方散乱あるいは後方散乱に偏りのある散乱光が生じるタイプの欠陥に対しても安定した検出ができる。このため、どちらか一方のリング照明を用いる場合に比べ、欠陥検出力が向上する。
このように、本発明では、格段に優れたリング照明と両面同時暗視野の構成によって、欠陥の方向性に依存しない安定した高い欠陥検出力を達成できるとともに、薄いキズや白もや（ホワイトスティン）などのコントラストの低い欠陥に対する高い欠陥検出力が達成できる。
なお、反射の暗視野リング照明と透過の暗視野リング照明を比べた場合、後者の方が欠陥検出力が高い。これは、散乱理論から言うと、前方散乱と後方散乱とでは、一般的には前方散乱の方がより強度が取れるからである。透過の暗視野リング照明による基板の裏面側から入射し、透過される光は前方散乱になる。
【００９８】
本発明では、高い欠陥検出力が得られるが、これは、本発明に係るリアルタイムオートフォーカスの適用、ＴＤＩカメラの適用、高ＮＡの光学系の適用、優れた照明系の適用、などの相乗効果による。
本発明では、リアルタイムオートフォーカスの適用により、画像取得位置での極めて正確な焦点調整が可能となり、基板姿勢に依存しない安定した高い欠陥検出力を発揮できる。
本発明では、高精度の結像光学系（高ＮＡで明るく高解像で焦点尤度が極小）を用いた検査における上述した焦点尤度の問題を解消した点で、高精度の結像光学系を用いるが本願発明のリアルタイムオートフォーカスを用いない場合（この場合上記焦点尤度の問題のためピントが合わない場合がある）に比べ欠陥検出の精度が高精度である。
本発明では、ＴＤＩカメラの適用で高感度検査に対応できる。これに加え、本発明では、画像取得位置での極めて正確な焦点調整の適用で高感度検査に対応できる。
本発明では、優れた照明系で照明しつつ、常にフォーカッシングしつつＴＤＩセンサでデータを取得することによって、ＴＤＩセンサでつくる２次元像の精度が向上する。これにより、欠陥検出精度の向上をより図ることが可能となる。
また、本発明では、ＴＤＩカメラの適用で高速検査に対応できる。これに加え、本発明では、リアルタイムオートフォーカス制御にて高速検査に対応できる。
本発明では、高精度の結像光学系（高ＮＡにより明るく高解像で焦点尤度が極小）を用いることによって、このような光学系を用いない場合に比べ、欠陥検出の精度が高精度であり、検出可能な欠陥サイズが相対的に小さくなる点で高精度である。
本発明では、上述したように、格段に優れたリング照明を用いることによって、３６０°全ての方向から同時に照明することが可能となり欠陥の方向性に依存しない欠陥検出が可能となることに加え、現状で提供されているリング照明を使用した場合に比べ、格段に安定した高い欠陥検出力が発揮できる。
【実施例】
【００９９】
以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
［欠陥検査装置の製造］
【０１００】
図５は、図１に示す欠陥検査装置に、図３に示す同軸オートフォーカスモジュールを組み込み、検証した結果を示す。
図５は、４分割フォトディテクタによる受光信号をモニタ画面に表示した例を示す図である。
図５で左下の小さい矩形図は、４分割フォトディテクタによる受光の様子を示すモニタ画面であり、図５で右側の大きな矩形図は、４分割の各領域の信号をオシロスコープで観測した様子を示すモニタ画面である。
図５（１）は、フォーカスエラー信号ＦＥ＞０の場合に相当し、手前にフォーカスがずれている。４分割フォトディテクタによる受光の様子を示すモニタ画面では（縦横に４分割し、右上から時計回りにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ領域とする）、ＡおよびＣの入射光量が大きいことに対応してＡ、Ｃの領域にまたがる右肩上がりの縦長楕円の受光信号像が得られている。また、オシロスコープのモニタ画面では、ＡおよびＣの入射光量が大きいことに対応してＡ、Ｃの領域の各受光信号が上側の２本の信号線として得られている。Ｂ、Ｄの領域の受光信号は下側の２本の信号線が対応する。
図５（２）は、ＦＥ＝０の場合に相当し、フォーカスが合っている。４分割フォトディテクタによる受光の様子を示すモニタ画面では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの入射光量が等しいことに対応してＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ領域の中心に均等にまたがる円形の受光信号像が得られている。また、オシロスコープのモニタ画面では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの入射光量が等しいことに対応してＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの領域の各受光信号(４本）が重なって１本に見える太い信号線が得られている。
図５（３）は、ＦＥ＜０の場合に相当し、奧側にフォーカスがずれている。４分割フォトディテクタによる受光の様子を示すモニタ画面では、ＢおよびＤの入射光量が大きいことに対応してＢ、Ｄの領域にまたがる右肩下がりの縦長楕円の受光信号像が得られている。また、オシロスコープのモニタ画面では、ＢおよびＤの入射光量が大きいことに対応してＢ、Ｄの領域の各受光信号が上側の２本の信号線として得られている。Ａ、Ｃの領域の受光信号は下側の２本の信号線が対応する。
以上のことから、本発明の欠陥検査装置において、非点収差法の動作が確認され、実用上十分なレベルの受光信号像およびその形状変化が得られることを検証した。
【０１０１】
図６は、図１に示す欠陥検査装置に、図３に示す同軸オートフォーカスモジュールを組み込み、検証した結果を示す。
図６は、４分割フォトディテクタによる受光信号を説明するための模式図である。
詳しくは、図６は、４分割フォトディテクタで被検査体（基板）１の表面からのレーザービームの反射光を受光したときの、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）および合計受光量の信号（ＳＵＭ）を示す図である。
フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）は、ＦｏｃｕｓΔＺが０．０（ｍｍ）のとき（フォーカスが合っているとき）ゼロ（０．０）で、奧側にフォーカスがずれているときＦＥ＜０（マイナス）となり、手前にフォーカスがずれているときＦＥ＞０（プラス）となる信号が得られている。この実施の形態の構成では、実際にフィードバックとして使えるのは−１．０〜１．０のリニアに変わっている領域ということになる。
合計受光量の信号（ＳＵＭ）は、４つのフォトディテクタによるトータルの光量であり、フォーカス位置からずれ（−１．０〜１．０の範囲から外れ）ていくに従い、受光信号像がフォトディテクタからはみ出すのでトータル光量が減ることがわかる。
以上のことから、本発明の欠陥検査装置において、非点収差法の動作が確認され、実用上十分なレベル（ノイズレベル、信号の変動幅）のフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）が得られることを検証した。
【０１０２】
（実施例２）
実施例２では、実施例１において、焦点尤度が±０．０２ｍｍのＴＤＩカメラを用いた。ＴＤＩカメラの対物レンズの倍率は１倍、ＮＡは０．３とした。
基板の傾きは、図１のＸ軸方向に０．０５度であり、図１のＸ軸方向上で１００ｍｍ離れていると約０．０９ｍｍのＺ軸方向のずれが生じる。ＴＤＩカメラの走査の方向はＸ軸方向である。
【０１０３】
照明手段は、図１および図９で説明した照明手段３１および照明手段３２であるリング照明であって、図１２で説明した表面側の反射の暗視野リング照明、図１３で説明した裏面側の透過の暗視野リング照明、図１で説明したスポット照明手段３３のすべて装備した。
【０１０４】
照明手段３１である反射の暗視野リング照明（表面側）は、３つの同心円のそれぞれの円に沿って、ＬＥＤを円環状に３重（３列）に配置した構成を有する（図９参照）。外側および内側のＬＥＤ円環列は、青色ＬＥＤ（波長４６５ｎｍ）を使用し、真ん中のＬＥＤ円環列は、オレンジ色ＬＥＤ（波長６１０ｎｍ）を使用した。
ＬＥＤの直径（サイズ）は超狭角３．１ｍｍとした。ＬＥＤ素子の配置個数は１２０素子とした。
図１０に示すハウジングを用いた。照射角度αは２５°（暗視野照明）、ハウジングの外径Ｒ２は１２８ｍｍ、ハウジングの厚さｔは２０ｍｍとした。照明手段３１である反射の暗視野リング照明（表面側）の作動距離ｄは、２５．０ｍｍとした。作動距離ｄは、ＬＥＤ照明の基板側の先端から基板表面までの距離である。
【０１０５】
照明手段３２である透過の暗視野リング照明（裏面側）は、３つの同心円のそれぞれの円に沿って、ＬＥＤを円環状に３重（３列）に配置した構成を有する（図９参照）。外側、真ん中、内側の各ＬＥＤ円環列は、すべて青色ＬＥＤ（波長４６５ｎｍ）を使用した。
ＬＥＤの直径（サイズ）は超狭角３．１ｍｍとした。ＬＥＤ素子の配置個数は１２０素子とした。
図１０に示すハウジングを用いた。照射角度αは３１°（暗視野照明）、ハウジングの外径Ｒ２は１２５ｍｍ、ハウジングの厚さｔは１９ｍｍとした。
照明手段３２である透過の暗視野リング照明（裏面側）の作動距離ｄは、２０．０ｍｍとした。作動距離ｄは、ＬＥＤ照明の基板側の先端から基板表面までの距離である。
【０１０６】
スポット照明手段３３は、平行光のスポットライト（高輝度（高照度）なＬＥＤ光源）を使用し、青色ＬＥＤを使用した（図１参照）。
【０１０７】
（比較例１）
比較例１では、実施例１において、同軸オートフォーカスモジュールを作動させなかった。それ以外は、実施例１と同様とした。
【０１０８】
［欠陥検査］
実施例２、比較例１の欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。
ガラス基板を検査する際は、照明手段３１および照明手段３２を両方同時に使用した。
マスクブランク（薄膜付き基板）を検査する際は、照明手段３１、照明手段３２およびスポット照明手段３３の全てを同時に使用した。
レジスト付きマスクブランクを検査する際は、照明手段３１における真ん中のＬＥＤ円環列（オレンジ色ＬＥＤのみ）を使用した。
【０１０９】
［欠陥検査の結果］
実施例２では、ガラス基板の検査において、キズ、異物、ガラス内部の異物や脈理などの光学的欠陥が非常によく検出でき、高い欠陥検出力が得られた。
比較例１では、欠陥検出の出来る部分と出来ない部分の差が大きかった。
【０１１０】
実施例１では、マスクブランク（薄膜付き基板）の検査において、ピンホールや、明確なエッジを持たず散乱光の発生が少ないハーフピンホールや、散乱光の発生が少ない膜のへこみ（凹部）や、散乱光の発生がない薄膜のなだらかな曲面の窪み（グラデェーション）などの検出を行うことができた。比較例１では、これらの欠陥のうち微小な欠陥は検出できなかった。薄膜上の異物に関しては、実施例２では、高い欠陥検出力が得られたが、比較例１では、見落とす欠陥が発生した。
【０１１１】
実施例２では、レジスト付きマスクブランクを検査において、異物などの欠陥が非常によく検出でき、高い欠陥検出力が得られた。比較例１では、見落とす欠陥が発生した。
【０１１２】
（参考例１）
参考例１では、現状で提供されている市販のリング照明を用いた。それ以外は、実施例２と同様とした。
ＬＥＤの直径（サイズ）は１２０ｍｍであった。ＬＥＤ素子の配置個数は１２０素子であった。照射角度αは概ね３０°であった。明視野光と暗視野光が含まれる複合照明となり、欠陥部分のコントラストが低下した。
参考例１では、実施例２に比べ、見落とす欠陥が多く発生した。
【０１１３】
（参考例２）
参考例２では、現状で提供されているリング照明に改良を加え簡易に作製したリング照明を用いた。それ以外は、実施例２と同様とした。
ＬＥＤの直径（サイズ）は１２０ｍｍであった。ＬＥＤ素子の配置個数は１２０素子であった。照射角度αは概ね２５°であった。明視野光と暗視野光が含まれる複合照明となり、欠陥部分のコントラストが低下した。
参考例２では、実施例２に比べ、見落とす欠陥が多く発生した。
【０１１４】
（実施例３）
実施例３では、実施例２において、透過側照明リングのみを点灯させた。
実施例３では、実施例２に比べ、異物の検出が劣っていた。
【０１１５】
（実施例４）
実施例４では、実施例２において、反射側照明リングのみを点灯させた。
実施例４では、実施例２に比べ、キズ及びピンホールの検出が劣っていた。
なお、実施例３では、実施例４に比べ、得意とする欠陥の種類に差があった。
【０１１６】
（実施例５）
実施例５では、実施例２において、スポット照明手段のみを点灯させた。
実施例５では、実施例２に比べ、異物、ハーフピンホールの検出が劣っていた。
【符号の説明】
【０１１７】
１      被検査体
１０    撮像カメラ（例えばＴＤＩカメラ）
１１    対物レンズ
１２    結像レンズ
１３    撮像素子
２０    オートフォーカスモジュール
３１    照明手段
３２    照明手段
３３    照明手段
１００  結像光学系
２００  架台
３００  ヘッド部
【図１】
2018136200.tif 000003
【図２】
2018136200.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018136200.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2018136200.tif 000014
【図１３】
2018136200.tif 000015