(57)【要約】    【課題】  物体表面の粗面として、入射光の波長より十分に大きい数十ミクロン程度の粗さを持ち、一定以上の面積を持つ粗面について、ミリメートル前後の局所的な不均一性を、高精度に、迅速に検出することができる表面状態検査装置及び表面状態検査方法を得ること。    【解決手段】  被検査対象の表面を照射するためのレーザー光源、及び該表面からの光回折像の一部を集光する光学系を有し、該表面の粗さの均一度を、該表面からの光回折像強度分布の変化から測定する検査装置において、入射光は所定の入射角度でＳ偏光で入射され、該法線から入射面内における所定の角度θＳの方向近傍への回折光を、開口数ＮＡの該光学系で集光し、光学系の近軸像面付近に設置された光束制限手段を介して、光強度検出器で光量変化を測定するときの角度θＳを適切に設定したこと。【選択図】図１
2008002891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
該光源手段から出射した光の光束径を制限する第１の光束制限手段と、
該第１の光束制限手段を通過し、被検査面にはＳ偏光が入射しており、該被検査面より生ずる光回折光を検出する検出光学系と、
該検出光学系の集光面に配置され、通過光束径を制限する第２の光束制限手段と、
該第２の光束制限手段を通過した光を検出する光検出器と、
該光検出器からの信号を用いて該被検査面の粗さを検査する表面状態検査装置であって、
該光源手段からの光の波長をλ、
該光源手段からの光が被検査面に入射するときの入射面内において、該被検査面への入射光束の光束径をＤｐ、
該検出光学系の光入射側の有効径をＷ、
該第２の光束制限手段に対する該検出光学系を介した共役点から該検出光学系の入射瞳までの距離をＬとするとき
λ／（Ｄｐ／Ｌ）２＜Ｗ
なる条件を満足することを特徴とする表面状態検査装置。
【請求項２】
平行でＳ偏光状態の波長λの光を円筒面の一部に、該円筒面の母線と、該円筒面の中心軸とを含む入射面内より入射させる照射工程と、
該円筒面から生ずる光回折像の一部を検出光学系で集光した後、該検出光学系の集光点に配置した光束を制限する光束制限手段を介して光検出器で検出して光回折像の強度分布の変化を求め、それより該円筒面の表面状態を検査する検査工程とを含む表面状態検査方法であって、
該入射面において、該円筒面上の照射領域における表面凹凸部の寸法の入射面内における周波数の平均値をｋｊ、
円筒面へ入射するときの光束の光束径をＤｐ、
該検出光学系の光入射側の有効径をＷ、
該光束制限手段に対する該検出光学系を介した共役点から該検出光学系の入射瞳位置までの距離をＬ
異なる平均値ｋｊの複数の表面から予め測定された複数の回折光分布に関して、相対強度変化が最も大きくなるような、照射点における法線に対する回折角度をθｍ、相対強度変化が最も大きくなる回折角度θｍに対応する光の入射角をθｉ  、光は照射点に入射角度θｉ  で入射しており、該検出光学系は照射点に対して角度θＳ方向の光回折光を集光しており、
このとき
λ／（Ｄp／Ｌ）２＜Ｗ
１／ｋｊ  ＜  Ｄp
θＳ−ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝＜θｍ  ＜θＳ＋ ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝
を満たすことを特徴とする表面状態検査方法。
【請求項３】
平行でＳ偏光状態の波長λの光を円筒面の一部に、該円筒面の母線と、該円筒面の中心軸とを含む入射面内より入射させる照射工程と、
該円筒面から生ずる光回折像の一部を開口数ＮＡの検出光学系で集光した後、該検出光学系の集光点に配置した光束を制限する光束制限手段を介して光検出器で検出して光回折像の強度分布の変化を求め、それより該円筒面の表面状態を検査する検査工程とを含む表面状態検査方法であって、
該円筒面上の粗さが粗と密の異なる２点からの角度θ方向の回折光分布をＩＡ（θ）、ＩＢ（θ）とするとき相対強度変化
｜ＩＢ（θ）／ＩＡ（θ）−１｜
が最も大きくなる回折角度をθｍ、回折光分布の相対強度変化が最も大きくなる回折角度θｍのときの光の入射角度をθｉとするとき、光は照射点に入射角度θｉ  で入射しており、該検出光学系は照射点に対して角度θＳ方向の光回折光を集光しており、
このとき
θｍ−ｓｉｎ−１（ＮＡ）＜θｓ＜θｍ＋ｓｉｎ−１（ＮＡ）
を満たすことを特徴とする表面状態検査方法。
【請求項４】
前記検出光学系が光回折光を検出するときの角度θｓは、該角度θｓへの拡散反射光強度Ｅ（ｋｊ  ，θＳ）が、ある平均値ｋ１、ｋ２の値（ｋ１＜ｋ２）に対して、
Ｅ（ｋ１  ，θＳ）  ＜  Ｅ（ｋ２  ，θＳ）
であることを特徴とする請求項２又は３の表面状態検査方法。
【請求項５】
光の入射角度θｉは、平均値ｋ１、ｋ２の値（ｋ１  ＜  ｋ２）に対して、
Ｅ（ｋ２，θｓ）／  Ｅ（ｋ１，θｓ）  
が最大になる角度であることを特徴とする請求項４の表面状態検査方法。
【請求項６】
前記円筒面を一定の角速度で回転させながら、該円筒面の軸方向に該円筒面と入射光とが一定の速度で相対的に平行移動するようにし、一定の時間おきに前記光検出器で光量測定を行うことにより、該円筒面上の２次元での表面状態を検査しており、このとき該円筒面上の測定点間の距離Δが、
Δ＜  Ｄp
となるようにしていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項の表面状態検査方法。
【請求項７】
前記照射工程では前記円筒面上の異なった領域に各々光を照明しており、前記検査工程では、該円筒面上の異なった領域から生ずる光回折光を各々検出して、該円筒面上の複数の領域の表面状態を検査していることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項の表面状態検査方法。
【請求項８】
前記入射面内において、前記光束制限手段の光束が通過する幅をＨ、前記集光光学系が前記円筒面の一部を該光束制限手段面上に結像するときの近軸横倍率をβ、該円筒面上の検出すべき凹凸部の最小の長さをｄとするとき
Ｈ≦β・ｄ
を満足することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項の表面状態検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面状態検査装置及び表面状態検査方法に関し、例えば円筒面の表面の粗面（粗さ）の均一度を、高精度に測定する際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体表面に存在する微小な欠損（キズや異物の付着）の有無を検出する方法として、レーザー光を微細なスポットに集光して、被検査面を照射し、そこから発生する散乱光（光回折光）を検出する方法が知られている。
【０００３】
また、物体表面の粗面の粗さ状態を検出する方法として、入射光の波長や入射角を変化させたときの、物体表面からスペックル回折像分布の相互相関関数を求める方法や、干渉計によって位相差を検出する干渉計方法などが知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、測定対象物の表面物質の特性を利用して表面粗さを測定する検査装置が知られている（特許文献２、３）。
【０００５】
一方、一定以上の面積を持つ面を光で走査して表面状態を検査する走査測定方法が知られている。この方法では偏向器と走査光学系の組合せで測定対象の面を走査して検査している。
【特許文献１】特開平５−５２５４０号公報
【特許文献２】特開平１１−２９５２４０号公報
【特許文献３】特開２０００−０８１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、物体表面に存在する欠損として、入射光の波長より十分に大きい数十ミクロン程度の粗さ（凹凸）をもち、一定以上の面積を持つ粗面について、ミリメートル前後の局所的な不均一性として高速に検出することができる装置が要請されている。
【０００７】
このとき、数〜数十ミクロンの微細なスポット光を物体表面に照射すると回折像は乱れてしまい、そこから微量を検出することが困難となる。
【０００８】
前述したスペックルの相関関数を用いる方法は、表面の粗さが入射光の波長より短いことが前提である。このため、広い範囲において多数の点、各々において相関関数を求めることは、時間の制限から現実的でない。
【０００９】
前述した、測定方法のうち干渉計方式では、複雑で精密な光学系が必要となる。基本的に粗い表面上から生ずる可視域のレーザー光線によって生成されるスペックルパターンは、２πより大きい標準偏差のランダム位相を有する。このため、通常は得られる位相差には粗い表面のプロファイルに関して有効な情報を含んでいない。
【００１０】
これらの各測定方法では、各偏光成分を分岐する分岐手段、あるいは被検査面上の複数の位置で測定する測定手段が必要となり、光の検出、その結果を判定するための各部材より成る装置全体が複雑なものになる傾向があった。
【００１１】
また、走査測定方法は高速に精度良く走査することでは優れているが、装置全体が複雑であること、また走査画角によって照射点に対する入射角が異なるため、同じ条件で物体表面全面を照射することが困難となる。
【００１２】
このため被走査面上の位置による相対的な変化量を精密に検出することが難しい。検出光学系としてテレセントリックな光学系を用いれば、入射角を一定にすることは可能となるが、測定対象と同程度の大きさの光学部品が必要となり、装置全体が大型化してくる。
【００１３】
本発明は、物体表面の粗面として、入射光の波長より十分に大きい数十ミクロン程度の粗さを持ち、一定以上の面積を持つ粗面について、高精度に、迅速に検出することができる表面状態検査装置及び表面状態検査方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の表面状態検査装置は、
光源手段と、
該光源手段から出射した光の光束径を制限する第１の光束制限手段と、
該第１の光束制限手段を通過し、被検査面にはＳ偏光が入射しており、該被検査面より生ずる光回折光を検出する検出光学系と、
該検出光学系の集光面に配置され、通過光束径を制限する第２の光束制限手段と、
該第２の光束制限手段を通過した光を検出する光検出器と、
該光検出器からの信号を用いて該被検査面の粗さを検査する表面状態検査装置であって、
該光源手段からの光の波長をλ、
該光源手段からの光が被検査面に入射するときの入射面内において、該被検査面への入射光束の光束径をＤｐ、
該検出光学系の光入射側の有効径をＷ、
該第２の光束制限手段に対する該検出光学系を介した共役点から該検出光学系の入射瞳までの距離をＬとするとき
λ／（Ｄｐ／Ｌ）２＜Ｗ            ‥‥‥（１）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の表面状態検査方法は、
平行でＳ偏光状態の波長λの光を円筒面の一部に、該円筒面の母線と、該円筒面の中心軸とを含む入射面内より入射させる照射工程と、
該円筒面から生ずる光回折像の一部を検出光学系で集光した後、該検出光学系の集光点に配置した光束を制限する光束制限手段を介して光検出器で検出して光回折像の強度分布の変化を求め、それより該円筒面の表面状態を検査する検査工程とを含む物体表面検査方法であって、
該入射面において、該円筒面上の照射領域における表面凹凸部の寸法の入射面内における周波数の平均値をＫｊ、
円筒面へ入射するときの光束の光束径をＤｐ、
該検出光学系の光入射側の有効径をＷ、
該光束制限手段に対する該検出光学系を介した共役点から該検出光学系の入射瞳位置までの距離をＬ
異なる平均値ｋｊの複数の表面から予め測定された複数の回折光分布に関して、相対強度変化が最も大きくなるような、照射点における法線に対する回折角度をθｍ、相対強度変化が最も大きくなる回折角度θｍに対応する光の入射角をθｉ  、光は照射点に入射角度θｉ  で入射しており、該検出光学系は照射点に対して角度θＳ方向の光回折光を集光しており、
このとき
λ／（Ｄp／Ｌ）２＜Ｗ        ‥‥‥（１）
１／ｋｊ  ＜  Ｄp            ‥‥‥（２）
θＳ−ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝＜θｍ  ＜θＳ＋ ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝
‥‥‥（３）
を満たすことを特徴としている。
【００１６】
この他、本発明の表面状態検査方法は、
平行でＳ偏光状態の波長λの光を円筒面の一部に、該円筒面の母線と、該円筒面の中心軸とを含む入射面内より入射させる照射工程と、
該円筒面から生ずる光回折像の一部を開口数ＮＡの検出光学系で集光した後、該検出光学系の集光点に配置した光束を制限する光束制限手段を介して光検出器で検出して光回折像の強度分布の変化を求め、それより該円筒面の表面状態を検査する検査工程とを含む表面状態検査方法であって、
該円筒面上の粗さが粗と密の異なる２点からの角度θ方向の回折光分布をＩＡ（θ）、ＩＢ（θ）とするとき相対強度変化
｜ＩＢ（θ）／ＩＡ（θ）−１｜
が最も大きくなる回折角度をθｍ、回折光分布の相対強度変化が最も大きくなる回折角度θｍのときの光の入射角度をθｉとするとき、光は照射点に入射角度θｉ  で入射しており、該検出光学系は照射点に対して角度θＳ方向の光回折光を集光しており、
このとき
θｍ−ｓｉｎ−１（ＮＡ）＜θｓ＜θｍ＋ｓｉｎ−１（ＮＡ）    ‥‥‥（４）
を満たすことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、物体表面の粗面として、入射光の波長より十分に大きい数十ミクロン程度の粗さを持ち、一定以上の面積を持つ粗面について、ミリメートル前後の局所的な不均一性を、高精度に、迅速に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１の表面状態検査装置の要部側面図である。図２は図１に示した各部材間の説明図である。図３は実施例１の表面状態検査装置の要部上面図である。
【００２０】
図１〜図３において、１は被検査物体であり、円筒形状より成っている。円筒形状の表面（円筒面）の一部が被検査面１ａとなっている。
【００２１】
２は光源手段であり、Ｈｅ−Ｎｅレーザーより成っている。３は被検査物体１の被検面（照射点）１ｃから生ずる散乱光（光回折光）である。４は光源手段２からの光２ａを制限する光束制限手段（第１の光束制限手段）（スリット）である。５は光源手段２からの光２ａが被検面１ａで正反射したときの正反射光である。
【００２２】
８は開口数ＮＡの検出光学系であり、被検面１ａから生ずる散乱光（光回折光）の一部を光束制限手段（第２の光束制限手段）６上に集光している。
【００２３】
被検面１ａと光束制限手段６とは共役関係又は略共役関係にある。
【００２４】
光束制限手段６は検出光学系８を通過してきた光の通過光を制限している。７は光検出器であり、光束制限手段６を通過した光を検出している。
【００２５】
本実施例における被検査物体１は直径３０ｍｍ（φ３０ｍｍ）、軸方向（Ｘ方向）の長さが４００ｍｍの円筒形状より成り、円筒円形の外側の表面の粗さの周波数の平均値ｋｊが１／（５０μｍ）程度で分布している。
【００２６】
光源手段２からは、波長λが６３２．８ｎｍ、光量が５ｍＷ、被検査物体１上への入射ビーム径がφ１ｍｍ（相対強度１３．５％）の光（レーザー）２ａが出射している。光源手段２からの光２ａはスリット４を介して被検査物体１の被検査面１ａに入射角θｉ＝７０°で入射している。
【００２７】
このとき、光２ａの広がり角は約０．０２°であり、ほぼ平行なビームと見なせるものである。ここでは被検査物体１上の粗面の検出できる最小の異常部の大きさｄを２ｍｍと想定している。被検査物体１への照明光２ａのＸ方向（軸方向）の照射領域（照射エリア）Ｄpは２ｍｍである。
【００２８】
このとき、照射点１ｃからの回折光３の一部が、粗面の法線１ｂから正反射方向にθS＝１５°の角度で出射する。
【００２９】
本実施例では、照射点１ｃから距離Ｌ＝２０ｍｍの位置に瞳（入射瞳）が設置された焦点距離１２ｍｍ、有効径Ｗ＝１０ｍｍ（ＮＡ０．３８４）の検出光学系８で取り込まれ、光束制限手段６を介して光検出器７に集められる。また集光光学系８の倍率βは１．５である。
【００３０】
光束制限手段８は、検出光学系８の像面に配置され、その開口幅Ｈは幅Ｈ＝１．５ｍｍである。尚、迷光を防ぐため、検出光学系８と光検出器７の間は遮光されていることが望ましい。
【００３１】
本実施例で測定した結果を２次元画像化したデータを図１３に示す。肉眼で観察、あるいは撮像手段で撮影した場合に、非常に視認が難しい微妙な表面粗さの差異に対して、異常部が鮮明に得られていることがわかる。
【００３２】
本実施例では被検査物体１の円筒形状の表面（被検査面）１ａを光源手段２からの光（ビーム）２ａで照明している。円筒形状の表面１ａからの光回折像の一部を所定のＮＡの検出光学系８で検出している。このとき光２ａの波長よりも十分に大きい粗さを持つ円筒形状の表面１ａの粗さの均一度を、該円筒形状の表面１ａからの光回折像の強度分布（光量）の変化から測定している。
【００３３】
光源手段２からの光は略平行ビームで円筒面の母線と中心軸を含む平面（ＸＹ平面）を入射面として、照射点１ｃにおける法線１ｂに対し、θｉの角度でＳ偏光状態で入射している。
【００３４】
Ｓ偏光で入射させるには、例えば偏光板を用いる方法がある。入射面内で法線１ｂから角度θｓの方向へ拡散する拡散反射光を検出光学系８で集光している。そして検出光学系８の近軸像面付近に配置した光束制限手段６を介して、光検出器７で光量変化を測定している。
【００３５】
このとき得られる光検出器７からの信号に基づいて表面１ａの粗さの均一度を求めている。
【００３６】
ここで
λを光源手段２からの光２ａの波長とする。
ｋｊを光２ａの照射エリアＤpでの表面の凹凸の面方向の周波数の平均値とする。
Ｄpを光２ａの入射ビーム径（規格化強度13.5%となる径）の、表面１ａ上の円筒面母線方向への射影寸法とする。
Ｌを検出光学系８の瞳位置から被検査物体１の表面上の照射点１ｃまでの距離とする。
Ｗを検出光学系８の有効径とする。
θｓを入射面内での法線１ｂからの拡散反射光の角度とする。
θｍを異なる平均値ｋｊの複数の表面から予め測定された複数の回折光分布に関して、相対強度変化が最も大きくなるような、照射点１ｃにおける法線１ｂに対する回折角度とする。
【００３７】
ここで円筒面上の粗さが粗と密の異なる２点からの角度θ方向の回折光分布をＩＡ（θ）、ＩＢ（θ）とするとき相対強度変化ＰＬは
ＰＬ＝｜ＩＢ（θ）／ＩＡ（θ）−１｜              ‥‥‥（５）
である。回折角度θｍは相対強度変化ＰＬの値が最も大きくなる角度である。
【００３８】
入射角θｉは相対強度変化ＰＬが最も大きくなる回折角度θｍのときのビーム入射角度である。
【００３９】
このとき
λ／（Ｄp／Ｌ）２＜Ｗ        ‥‥‥（１）
１／ｋｊ  ＜  Ｄp            ‥‥‥（２）
θＳ−ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝＜θｍ  ＜θＳ＋ ｔａｎ−１｛（Ｗ／２）／Ｌ｝
‥‥‥（３）
のうち１以上を満たしている。
【００４０】
又は光が照射点に入射角度θｉ  で入射しており、ＮＡの検出光学系８は照射点に対して角度θＳ方向の光回折光を集光している。
【００４１】
このとき
θｍ−ｓｉｎ−１（ＮＡ）＜θｓ＜θｍ＋ｓｉｎ−１（ＮＡ）        ‥‥‥（４）
を満たしている。
【００４２】
条件式（１）、（２）、（３）又は条件式（４）を満足するように各部材を設定すると、被検査面１ａの粗面の中で局所的に粗さの異なる領域に可干渉性の高いレーザービームを入射したときの回折像パターンは、他の均一な部分からの回折像パターンに比べ変化が顕著に現れる。
【００４３】
本実施例では、その中でも特に変化の大きい回折角度θｍが集光光学系８で取り込み角θｓに含まれるように測定することによって、被検査面１ａの僅かな粗さの差も、より感度よく（高精度に）検出している。
【００４４】
このとき、被検査面１ａの表面の凹凸の大きさは、光２ａの波長よりも十分に大きい。このため、照射する領域（光２ａのビーム径の表面上の円筒面母線方向（Ｘ方向）への射影）Ｄpが凹凸の表面方向のオーダーを示す１／ｋｊと同等又はそれ以下であると、照射された少数の凹凸部が曲面ミラーのように働く。この結果、図４に示すように回折像（スペックル像）４１の粒径が大きく乱れたパターンとなる。
【００４５】
図５に示すような回折像が得られるのが良い。そこでスペックルの粒径を小さくして、全体の包絡線を滑らかで安定したものにするためには、被検査面１ａのある程度の凹凸の数を含む領域を光照射する必要がある。すなわち、凹凸の寸法を示す１／ｋｊより十分に大きな領域Ｄp（１／ｋｊ＜Ｄp）を光２ａで照射する必要がある。
【００４６】
更に、スペックルの粒径は、図２に示す回折像の位置から照射点１ｃまでの距離をＬとすると、λ／（Ｄp／Ｌ）２で表されるが、検出光学系８の開口Ｗは少なくともこの粒径以上でなければならない。
【００４７】
粒径が開口Ｗに比べて小さいほど、全体の回折像分布は滑らかなものになり、測定の安定性が増すことになる。
【００４８】
ビーム径をある程度太くする際、収束若しくは発散ビームを用い、その中で適当な照射スポットとなる位置に被検査面１ａの粗面の位置を合わせるという方法もある。その場合、照射されるビームの波面はビームウエスト径が小さいほど曲率の大きい波面となる。このときは照射領域Ｄpの中で幾何学的入射角を一定にすることができない。
【００４９】
したがって、ビームウエスト径は光２ａの照射径と同等、すなわち略平行ビームとなるような値に設定することが望ましい。
【００５０】
これにより入射ビーム２ａが平面波となり、照射領域Ｄp内の全域で一定の入射角を確保することができ、異なる条件の回折光が発生するのを防ぐことができる。
【００５１】
入射方向に関しては、被検査面としての対象となる粗面が平面でなく図６に示すような円筒面であるとする。このとき、入射面が円筒面９１の軸に垂直な面となるように光２ａを入射すると、円筒面９１が凸面鏡の作用を持ち、回折パターンが入射面内で大きく広がってしまう。
【００５２】
また、照射面１ａの光２ａの入射位置によって入射角θｉが異なり、異なる条件の回折光が混在した状態となって、検出感度を落とす。このため、図７に示すように入射面は円筒面の母線１０１と軸１０２を含む平面１０２に一致するように設定し、入射面１０２内では光２ａの照射エリア全域Ｄpで入射角が一定となるようにする。
【００５３】
更に、光検出器７での測定値のＳ／Ｎを確保するため、入射ビームの偏光状態については、反射率の絶対値が大きくなるＳ偏光としている。
【００５４】
また検出方向については、同様の方法で回折像分布の変化から粗さの変化を調べる例として、回折分布の全域を光検出器でスキャンし、回折分布の空間低周波相当部と、空間高周波相当部の２点で光強度を測定し、その比から求める例がある（図８、第１８回ＳＩＣＥ学術講演会予稿集ｐ１５７）。
【００５５】
この方法では、回折光分布形状の変化の仕方によっては変化がないか、非常に小さい結果となる場合がある。これに対し、本実施例では、粗面の状態が変化したときの感度が最も大きくなる回折角度θｍが、集光光学系８の取り込み角θｓに含まれるような条件、すなわち条件式（３）又は条件式（４）を満たすような特定の１方向θＳで測定している。
【００５６】
回折角度θｍは、図９に示すように予め複数の異なる平均値ｋｊの面に対してあるビーム入射角の条件で測定された複数の回折光分布に対して、相対強度変化（回折光強度）ＰＬが最も大きくなる回折角度である。入射角θｉは、図１１に示すように、その回折角度θｍにおける相対強度変化ＰＬが最も大きくなるように決められる。
【実施例２】
【００５７】
次に本発明の実施例２について説明する。
【００５８】
本実施例は、拡散反射光の角度θsが該角度への拡散反射光強度Ｅ（ｋｊ  ，θＳ）が、ｋ１  ＜  ｋ２  のとき、
Ｅ（ｋ１  ，θＳ）  ＜  Ｅ（ｋ２  ，θＳ）
であるような角度となるように各部材を設定している。
【００５９】
本実施例のような条件下では、図９に示すように凹凸の周波数の平均値ｋｊが大きい方（凹凸の粗密が「密」の場合で異常部）ＩＢ（θ）が、小さい場合（正常部）ＩＡ（θ）に比べ、凹凸面のフーリエ変換で表される回折分布は、空間低周波成分（正反射方向に近い方向）の強度は弱くなり、空間高周波成分の強度が強くなる。
【００６０】
このとき相対的な変化量としては、絶対量の小さい高周波成分の方が大きくなり、粗面状態の僅かな変化に対しても、感度良く検出することができる。
【００６１】
図９において、ＩＡ（θ）は粗さが粗（正常部であり平均値Ｋｊが小さい）のときの回折光分布である。
【００６２】
ＩＢ（θ）は粗さが密（異常部であり平均値Ｋｊが大きい）のときの回折光分布である。
【００６３】
検出光学系８で検出するときの角度θｓは
ＩＢ（θ）／ＩＡ（θ）＜１
を満足する角度である。
【００６４】
前述の条件式（５）の相対強度変化ＰＬは図１０に示す如く
相対強度変化ＰＬ＝｜異常部の光量／正常部の光量−１｜
＝｜ＩＢ（θ）／ＩＡ（θ）−１｜    ‥‥‥（５）
である。
【実施例３】
【００６５】
次に本発明の実施例３について説明する。
【００６６】
本実施例では、ビーム入射角度θｉが、ある平均値ｋ１、ｋ２の値（ｋ１＜ｋ２）に対して、
Ｅ（ｋ２，θＳ）／  Ｅ（ｋ１，θＳ）  
が略最大になるような角度となるように設定している。
【００６７】
入射角θｉについても、ある粗面の条件となる平均値ｋｊにおいて、適当なビーム入射角θｉを設定することによって、前項の相対強度変化ＰＬを最も大きくすることができる。入射角度θｉを変えたときの、測定結果のコントラストの変化は図１１に示すとおりである。
【実施例４】
【００６８】
次に本発明の実施例４について説明する。
【００６９】
実施例４では被検査面として円筒面を用い、円筒面上の粗さを測定している。
【００７０】
実施例４では、図１２に示すように円筒面１を一定の角速度で回転させながら、円筒面１の軸方向（Ｘ方向）に円筒面１もしくは光源と測定器の測定ユニットＳＢが一定の速度で平行移動している。そして一定の時間おきに円筒面１からの反射光を検出して光量測定を行うことで円筒面１の２次元の測定値を得ている。
【００７１】
このとき、円筒面１上の測定点間の距離をΔは、
Δ＜  Ｄp                                            ‥‥‥（６）
としている。
【００７２】
これにより測定対象面の全域について、全く同じ入射角、照射領域寸法の条件で走査することが可能になり、位置による厳密な相対変化量を検出することができる。
【００７３】
又、ビーム照射域よりも高い空間分解能でデータを得ることができる。
【００７４】
特に図１２に示すように、円筒面１を回転させながら軸方向（Ｘ方向）に移動することで、入射面を円筒面１の母線と軸を含む平面に一致するように設定し、円筒面１全体に関して同じ条件で測定を行っている。
【実施例５】
【００７５】
次に本発明の実施例５について説明する。
【００７６】
実施例５では、レーザー光源からの光を、１つもしくは２つ以上の半透鏡で複数の光に分岐し、１つの円筒面の複数の位置もしくは複数の円筒面に同時に照射して、各々に対応した複数の測定器で同時に光量測定を行っている。
【００７７】
本実施例では、走査光学系を用いて測定時間の短縮化を図り、より高速に測定するのに好適である。
【００７８】
本実施例では円筒面を高速に回転させなくても高速な測定が容易となる。特に単一の測定対象の複数の場所、或いは複数の測定対象面に同時に光を照射して、そこからの拡散光を測定することで、単位面積あたりの測定時間を短縮している。
【００７９】
その際、入射光は略平行であるため、光源を多数準備する必要はなく、単一（或いは必要最低限の少ない複数）の光源からの出射光を、半透鏡の機能を持つ光学素子で分岐することにより、おのおのの照射点に導いている。また円筒面の軸方向の移動も単一（或いは必要最低限の少ない複数）の手段で実現可能である。
【実施例６】
【００８０】
次に本発明の実施例６について説明する。
【００８１】
集光光学系８の近軸像面に設けた付近の光束制限手段６の、円筒面１の軸方向への開口幅をＨ、検出したい最も小さい粗さ不均一領域の幅をｄ、検出光学系の近軸横倍率をβとする。このとき、
Ｈ  ≦  β・ｄ        ‥‥‥（７）
を満足している。
【００８２】
照射点１ｃによる回折分布の相対変化を、より感度の高い条件で測定する際、光の入射角θｉを７０°を超えるような非常に大きな角度にしなければならない場合も多い。このとき、照射対象面上に照射される光のスポット径の大きさは、円筒面の軸方向に長く伸びた状態となる。
【００８３】
たとえば、１ｍｍのビーム径で入射角が７０°の場合、照射領域Ｄpは２.９ｍｍにも広がる。
【００８４】
このとき、照射領域内でムラなど検出したい異常部の最小の大きさｄが１ｍｍ程度であった場合、回折像は正常部と異常部の面からの成分が混合されたものとなり、異常部からの情報のみを感度よく得ることができない。
【００８５】
これを解決するため、検出光学系８の像面に設置されるスリットやピンホールなどの光束制限手段６の開口部の幅Ｈを、必要な空間分解能に相当する値に設定している。
【００８６】
たとえば、検出されなければならない最も小さい異常部の大きさのサイズがｄ[ｍｍ]であり、検出光学系８の近軸横倍率がβである場合、光束制限手段６の開口部の幅Ｈ[ｍｍ]はβ・ｄと同等又はそれ以下である必要がある。
【００８７】
これにより、照射領域が必要分解能を超える場合でも、光束を制限することにより、諸条件を満たし必要な情報を持つ回折光のみを取り込んで、空間的にも感度の高い系が実現可能となる。
【００８８】
本実施例では条件式（７）を満足することによって円筒面上の表面の粗さを高精度に測定している。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施例１の要部側面図
【図２】本発明の実施例１の各部材間の説明図
【図３】本発明の実施例１の要部上面図
【図４】照射ビーム径が０．１ｍｍのときの被検査面から生ずる回折像の説明図
【図５】照射ビーム径が０．５ｍｍのときの被検査面から生ずる回折像の説明図
【図６】ビーム入射面が円筒面の軸に垂直となるように入射したときの説明図
【図７】円筒面に光が入射するときの説明図
【図８】従来の測定位置に関する説明図
【図９】粗面の粗さによる回折像分布の説明図
【図１０】粗面状態の変化による回折像分布比の説明図
【図１１】円筒面の軸方向にスキャンしたときの測定結果の説明図
【図１２】スキャン方式を用いた実施例の説明図
【図１３】測定結果の２次元画像化データの説明図
【符号の説明】
【００９０】
１・・・円筒粗面
２・・・レーザー光源
３・・・回折光
４・・・光束制限手段１
５・・・正反射方向
６・・・光束制限手段２
７・・・光検出器
８・・・検出光学系
【図１】
2008002891.tif 000003
【図２】
2008002891.tif 000004
【図３】
2008002891.tif 000005
【図４】
2008002891.tif 000006
【図５】
2008002891.tif 000007
【図６】
2008002891.tif 000008
【図７】
2008002891.tif 000009
【図８】
2008002891.tif 000010
【図９】
2008002891.tif 000011
【図１０】
2008002891.tif 000012
【図１１】
2008002891.tif 000013
【図１２】
2008002891.tif 000014
【図１３】
2008002891.tif 000015