(57)【要約】【課題】表面検査装置において、被検体の表面の法線に対して光軸が傾いた観察光学系により撮像や観察を行う場合に、像の歪みや画像の解像度の低下を低減像の歪みや画像の解像度の低下を低減して検査精度を向上することができるようにする。【解決手段】表面検査装置１において、光源４と、光源４から出射される光により基板２を照明する照明手段と、照明手段で照明された基板２の表面からの光を撮像する撮像素子８と、基板２の表面の法線Ｎに対して光軸６ａを傾けることで、基板２から斜め方向に放射される光を撮像素子８に導く観察光学系６を有し、観察光学系６は、光軸６ａの傾き角θＸＺに応じて、直交する２軸方向に異なる倍率を有する構成とする。【選択図】図１
2008076098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源から出射される光により被検体を照明する照明手段と、
該照明手段で照明された前記被検体の表面からの光を撮像する撮像手段と、
前記被検体の表面の法線に対して光軸を傾けることで、前記被検体から斜め方向に放射される光を前記撮像手段に導く観察光学系とを有し、
前記観察光学系は、前記光軸の傾き角に応じて、直交する２軸方向に異なる倍率を有する構成とされたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記観察光学系の前記被検体に対する傾き角を変更する傾き角変更手段と、
該傾き角変更手段によって変更された傾き角に応じて、前記直交する２軸方向の一方の倍率を変更する倍率変更手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記倍率変更手段が、
前記直交する２軸方向にパワーが異なる少なくとも１つの倍率補正光学素子と、
前記傾き角に応じて、前記倍率補正光学素子を前記観察光学系の光路上に選択的に配置する補正素子切替機構とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記倍率補正光学素子が、１軸方向にのみパワーを有する光学素子であることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記倍率補正光学素子が、前記被検体の近傍および前記撮像手段の近傍にそれぞれ配置された少なくとも２群の光学素子からなることを特徴とする請求項３または４に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記倍率補正光学素子が、少なくとも１つのシリンドリカル面を備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記倍率補正光学素子が、正のパワーを有するシリンドリカル光学素子を含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記倍率補正光学素子が、正のパワーを有するシリンドリカル面と、負のパワーを有するシリンドリカル面とを含む少なくとも２つのシリンドリカル面を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記倍率変更手段が、
１軸方向にのみパワーを有する少なくとも１つのプリズム素子と、
該プリズム素子を前記観察光学系の光路上で回動する補正素子回動機構とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記観察光学系が、前記プリズム素子の色収差を補正する回折光学素子を備えることを特徴とする請求項９に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面検査装置に関する。例えば、半導体ウエハあるいは液晶ガラス基板等のように表面に薄膜を備えた基板や表面に周期的なパターンが形成された基板等の被検体の表面の欠陥を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体ウエハや液晶ガラス基板等の製造プロセスラインにおいて、これら半導体ウエハや液晶ガラス基板を被検体として、その表面の欠陥を検査する表面検査装置が知られている。
このような表面検査装置では、被検体の表面の情報を取得するために、被検体から斜め方向に放射される正反射光や回折光によって被検体表面を撮像することにより検査を行うことが多い。その場合、撮像光学系の光軸が被検体表面の法線に対して傾いているため、傾き角の発生する方向の被検体周縁部で、像がぼけ、画像の解像度が低下する結果、検査精度が悪化するという問題がある。
この問題を解決するために、例えば、特許文献１では、レンズの中心と光検出器の中心とを結ぶ主軸を被検査面の法線に対して傾斜させ、かつ被検査面、レンズ面および光検出面を互いに平行に配置して撮像する表面欠陥撮像方法および装置が記載されている。
【特許文献１】特開平８−１５１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の表面検査装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、被検査面と光検出面とを互いに平行に配置するので、像のぼけは解消されるものの、撮像光軸と被検査面とが互いに傾いているため、傾きの方向に倍率が変化し、像の歪みが発生するという問題がある。そのため、被検査面上の位置座標を正確に取得することが難しくなり、欠陥位置の検出精度が劣化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検体の表面の法線に対して光軸が傾いた観察光学系により撮像や観察を行う場合に、像の歪みや画像の解像度の低下を低減して検査精度を向上することができる表面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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の表面検査装置は、光源と、該光源から出射される光により被検体を照明する照明手段と、該照明手段で照明された前記被検体の表面からの光を撮像する撮像手段と、前記被検体の表面の法線に対して光軸を傾けることで、前記被検体から斜め方向に放射される光を前記撮像手段に導く観察光学系とを有し、前記観察光学系は、前記光軸の傾き角に応じて、直交する２軸方向に異なる倍率を有する構成とされた構成とする。
この発明によれば、観察光学系が、被検体の表面の法線に対する傾き角に応じて、直交する２軸方向に異なる倍率を有するため、観察光学系の光軸に対する被検体表面の傾き方向の倍率を、傾き方向に直交する方向の倍率に対して独立に補正することができるので、撮像手段で撮像された画像の歪みやぼけを低減することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の表面検査装置によれば、観察光学系の光軸と被検体表面との傾きに起因する倍率変化が補正されるので、被検体の表面の法線に対して光軸が傾いた観察光学系により撮像や観察を行う場合に、像の歪みや画像の解像度の低下を低減して検査精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【０００８】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＹＺ平面の光路図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＸＺ平面の光路図である。図４は、図２における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【０００９】
本実施形態の表面検査装置１は、被検体である基板２の表面の欠陥を検査するための装置である。基板２としては、表面に薄膜を備えた基板や表面に周期的なパターンが形成された基板、例えば、半導体ウエハ、液晶ガラス基板などを挙げることができる。
表面検査装置１の概略構成は、図１に示すように、載置台３、光源４、ハーフミラー５、観察光学系６、反射ミラー７、および撮像素子８（撮像手段）からなる。
この他、特に図示、説明はしないが、表面検査装置において周知の構成、例えば、装置動作を制御する制御手段や、撮像素子８で撮像した画像データを画像処理して欠陥検出を行う画像処理部などを備えている。
【００１０】
観察光学系６、ハーフミラー５、光源４、および撮像素子８は、筐体１０に一体に保持され、筐体１０を回動駆動する回動機構１１（傾き角変更手段）によって載置台３上の検査位置に対して、少なくとも１軸方向に回動可能に配置されている。
回動機構１１は、本実施形態では、基板２の表面上で図示紙面直交方向に延びる検査領域の中心軸を中心として、筐体１０を図示紙面内で回動することにより、観察光学系６の光軸６ａが基板２の法線Ｎに対して角度θＸＺだけ傾いた配置とすることができるようになっている。
光軸６ａの傾き角θＸＺは、検査の種類に応じて、一定の角度に固定してもよいし、適宜値を入力するなどして可変できるようにしてもよい。また、傾き角の変化は、回動機構１１により連続的に変化されるものであってもよいし、予め複数の傾き角θＸＺを設定し、それらの角度を選択的に切り替えるものであってもよい。いずれの場合でも、傾き角θＸＺに対応する回動位置は、例えば位置検出センサなどの検出手段（不図示）によって検出され制御手段に記憶され、必要に応じて参照できるようになっている。
【００１１】
載置台３は、基板２の被検査面を上側に向けて略水平に載置し、検査を行う間、保持するためのものであり、例えば吸着機構やチャック機構などの被検体保持手段を備えている。
また、本実施形態では、水平面に沿う一定方向（図示左右方向）に移動する移動機構を備えている。載置台３の移動動作は、不図示の制御手段により撮像素子８の撮像タイミングと同期して制御される。そのため、撮像素子８が１ライン分の画像を撮像する間に、１ラインの画素幅の距離を移動することができるようになっている。
【００１２】
光源４は、適宜波長の照明光を発生し、後述する観察光学系６を通して光源４の被検査面のライン状の検査領域を照明するための略平行光束を形成するものである。例えば、ハロゲンランプ、単色光または複数の波長光を含むレーザ光源や、ＬＥＤ光源などの光源からなり、必要に応じて略平行光束を形成する導光手段や光学系などを備える。
ハーフミラー５は、光源４から出射された照明光束を反射して観察光学系６の光軸上に導入するものであり、観察光学系６と撮像素子８との間の光路中に配置されている。
【００１３】
観察光学系６は、基板２と撮像素子８との間に配置され、基板２のライン状の検査領域の観察像を撮像素子８の撮像面上に形成する結像光学系である。本実施形態では、ハーフミラー５で反射された照明光束を基板２の表面のライン状の検査領域にテレセントリックな状態で入射させる落射照明の照明手段を兼ねている。
観察光学系６の構成は、基板２側から順に、第１補正レンズ６Ａ（倍率補正光学素子）、撮像レンズ６Ｂ、および第２補正レンズ６Ｃ（倍率補正光学素子）からなる。これらは、光軸６ａ上に配置されたレンズまたはレンズ群からなる。以下では、これらの具体的な構成について図２、３を参照して説明する。
【００１４】
図２の座標系は、物体（被検体）位置から撮像素子８に向かう光線追跡で、軸上主光線５０を、基板２の検査領域の中心Ｏを通り、撮像素子８の中心に至る光線で定義する。そして、光線追跡において、基板２の検査領域の中心Ｏを観察光学系６の原点として（ただし、図示の座標軸は光路との重なりを避けるために原点位置をずらしている）、軸上主光線５０に沿う方向をＺ軸方向とし、被検体側から観察光学系６に向かう方向をＺ軸正方向とし、図２の面をＹＺ平面とし、原点Ｏを通りＹＺ平面に直交し、紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
ここで、Ｙ軸は、基板２の検査領域の長手方向に沿って配置される。また、Ｚ軸は、基板２の法線Ｎから角度θＸＺだけ傾けられた光軸６ａと一致している。
図３は、図２のＸＺ平面を断面とした光路図になっている。
この座標系の定義は、他の光路図も同様である。
【００１５】
第１補正レンズ６Ａは、基板２の検査領域の近傍に配置され、略テレセントリックな状態で放射された光束を撮像レンズ６Ｂに導くとともに、ＸＺ面内の倍率を変化させるためにＸＺ面内とＹＺ面内と異なるパワーを有するフィールドレンズＬ１からなる。
フィールドレンズＬ１は、基板２に近接してＹ軸方向に延ばして配置されたレンズであり、物体側の面である第１面に、ＹＺ面内で正のパワーを有し、ＸＺ面内ではパワーを有しない凸シリンドリカル面が形成され、第２面に、ＹＺ面内でパワーを有さず、ＸＺ面内では負のパワーを有する凹シリンドリカル面が形成されたものである。
第１面の凸シリンドリカル面のＹＺ面内のパワーは、照明光を略テレセントリック状態で出射するとともに、基板２からＺ軸方向に沿って出射される光を撮像レンズ６Ｂに導くように設定されている。
第２面の凹シリンドリカル面のＸＺ面内のパワーは、第２補正レンズ６Ｃと組み合わせることで、傾き角θＸＺに応じて、観察光学系６のＹＺ面内の倍率に対してＸＺ面内の倍率を変化させるために付与されている。
【００１６】
第１補正レンズ６Ａは、略テレセントリックな光を入出射するため、レンズ口径が基板２の大きさと同等以上になり、基板２のサイズによっては、きわめて大口径になるが、このような湾曲方向が異なる２枚のシリンドリカル面の組み合わせることでレンズ面の加工が容易となる。そのため、レンズ径が増大しても、２軸方向に異なるパワー有する光学素子を高精度かつ安価に製作することができる。
【００１７】
撮像レンズ６Ｂは、第１補正レンズ６Ａから入射された光を撮像素子８の撮像面に適宜倍率で結像するための軸対称のレンズ群であり、不図示のレンズ筐体に一体化され、ユニット化されている。
撮像レンズ６Ｂの構成は、物体側から順に、平行平板Ｆ１、像側が凹面の負のメニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３、物体側が凸面の正のメニスカスレンズＬ４、像側が凹面の平凹レンズＬ５、両凹レンズＬ６、両凸レンズＬ７、物体側が凹面の正のメニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９、物体側が凹面の負のメニスカスレンズＬ１０、および平行平板Ｆ２が配置されてなる。
ここで、両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７と、および両凸レンズＬ９とメニスカスレンズＬ１０とは、それぞれ接合レンズとして製作されている。
平行平板Ｆ１は、撮像レンズ６Ｂを防塵するためのカバーガラスであるが、必要に応じて、例えば、波長選択フィルタなどを兼用する部材であってもよい。
【００１８】
第２補正レンズ６Ｃは、２軸方向に異なるパワーを有するレンズ群であり、フィールドレンズＬ１の凹シリンドリカル面と合わせて、観察光学系６のＸＺ面内の倍率βＸＺを、ＹＺ面内の倍率βＹＺと独立に設定するための光学素子である。そして、補正レンズ切替機構９（補正素子切替機構、図１参照）により光路上に進退可能な状態で保持されている。
本実施形態では、物体側から順に、ＸＺ面内で負のパワーを有し、ＹＺ面内ではパワーを有しないシリンドリカルレンズＬ１１と、ＸＺ面内で正のパワーを有し、ＹＺ面内ではパワーを有しないシリンドリカルレンズ１２とが配置された構成を有する。
シリンドリカルレンズ１１、１２の構成は、例えば、それぞれ、像側が凹面とされた平凹シリンドリカルレンズ、物体側が凸面とされた凸平シリンドリカルレンズを採用することができる。
シリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２は、不図示の保持部材に一体化されたレンズユニットが構成される。
【００１９】
補正レンズ切替機構９は、観察光学系６の光軸６ａの傾き角θＸＺに応じて、手動または自動で、第２補正レンズ６Ｃを観察光学系６の光路上に進退させ、観察光学系６のＸ方向の倍率を切り替えるものである。すなわち、本実施形態では、倍率補正光学素子と補正素子切替手段との組み合わせによって、倍率変更手段が構成されている。
光軸６ａを基板２に対して傾けると、観察光学系６に対して、物体面が回転することになるので、像の歪み、ぼけが発生することになる。
本実施形態では、これを補正するためには、傾き角θＸＺの大きさに応じて、光軸を回転した面内（ＸＺ面内）の倍率を、光軸を含みそれに直交する面内（ＹＺ面内）の倍率に対して増大させる。例えば、後述する実施例１に示すように、θＸＺ＝５１．９°の場合、βＸＺ／βＹＺ＝１．６２とすればよい。
補正レンズ切替機構９では、パワーの異なる複数の第２補正レンズ６Ｃを保持し、それらを手動または自動で直線移動または回転移動することで、倍率を選択的に切り替えられるようにしている。
切替を自動的に行う場合には、アクチュエータやモータなどの駆動手段を設け、筐体１０の回動手段の位置情報から光軸６ａの傾き角θＸＺを検出し、予め制御手段に記憶されたデータテーブルに基づいて、傾き角θＸＺに対応するパワーを有する第２補正レンズ６Ｃに切り替えるようにする。
【００２０】
反射ミラー７は、第１補正レンズ６Ａから基板２の検査領域に照射された照明光の主光線の反射光を１８０°折り返して、基板２の検査領域に再入射させるものである。
これにより、照明光が有効利用される。また、検査領域の情報を持った反射光が同一の反射位置で再反射して観察光学系６に導かれ、撮像素子８上に結像するため、検査領域の画像のＳ／Ｎ比を向上することができる。
ただし、光量が十分に足りている場合や、画像のＳ／Ｎ比が十分である場合には、反射ミラー７を備えない構成としてもよい。
【００２１】
撮像素子８は、観察光学系６により撮像面上に結像された検査領域の画像を撮像するものである。本実施形態では、基板２の検査領域がライン状であるため、例えば、ラインＣＣＤなどの１次元撮像素子を採用している。ただし、必要に応じて２次元撮像素子を用い、ライン状の検査領域の短手方向を複数画素で撮像する構成としてもよい。
【００２２】
次に、表面検査装置１の動作について説明する。
まず、検査の種類に応じて傾き角θＸＺが初期設定され、回動手段１１により筐体１０が回動されて観察光学系６の光軸６ａの傾き角θＸＺの設定が行われる。
そして、基板２が、載置台３上に搬送され、検査位置に対して位置決めされた後、載置台３上の位置が固定される。
基板２は、載置台３により、一定速度でライン状の検査領域に直交する方向に移動される。この移動速度は、撮像素子８の１ライン分の撮像時間で、１画素分が移動するように制御される。
【００２３】
光源４で発生された照明光束は、ハーフミラー５に入射し、観察光学系６の光軸６ａ上を撮像レンズ６Ｂに向けて進む。
照明光束は、撮像レンズ６Ｂ、第１補正レンズ６Ａにより集光され、略テレセントリックな状態で、検査領域上に照射される。
【００２４】
基板２の検査領域上に照射された照明光束は、一部が正反射光として反射され、基板２の表面の状態により、他の一部が回折光あるいは散乱光として、表面から放射される。そして、入射方向と同方向に放射される光が、第１補正レンズ６Ａに入射する。
本実施形態の場合、正反射光は、反射ミラー７で１８０°折り返され、検査領域上の反射位置で再反射され、第１補正レンズ６Ａに入射する。
こうして、基板２上の検査領域の画像情報を含む光が、第１補正レンズ６Ａに入射すると、第１補正レンズ６Ａの直交する２軸方向に異なるパワーにより、ＸＺ面内、ＹＺ面内においてそれぞれ異なる度合いで集光される。
すなわち、本実施形態では、フィールドレンズＬ１の第１面によりＹＺ面内で集光され略テレセントリックな光線が、撮像レンズ６Ｂの瞳に向けて集光され、フィールドレンズＬ１の第２面によりＸＺ面内で発散されることで、ＸＺ面内とＹＺ面内との倍率が独立に変化される。
【００２５】
撮像レンズ６Ｂに入射した光は、撮像レンズ６Ｂの倍率に応じて２軸方向に均等に縮小される。そして、撮像レンズ６Ｂから出射した光は、ＹＺ面内では、撮像レンズ６Ｂのパワーにより撮像素子８の撮像面上に結像され、ＸＺ面内では、第２補正レンズ６ＣのシリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２により倍率が補正された状態で、撮像素子８の撮像面に結像される。
このように、予め入射を何度で使用するか分かっている場合、第２補正レンズ６Ｃを選択して、傾き角θＸＺに対して、βＸＺ／βＹＺが適切になるように設定しておくことにより、物体面の回転の影響が除去され、検査領域の画像が、光軸の傾き角により撮像面上で傾き角の方向にぼけたり歪んだりすることなく結像される。そのため、走査方向の画質を向上することができる。
【００２６】
こうして、基板２が１画素分移動する間に、移動方向に直交する１ラインの画像が撮像され、順次、基板２の移動とともに、基板２の表面が走査され、基板２の表面の２次元画像が取得される。
この２次元画像データは、不図示のモニタに表示されるとともに、欠陥抽出、欠陥判定などの検査工程を行う不図示の画像処理部などに送出される。
このようにして、表面検査装置１により、基板２の表面欠陥の検査を行うことができる。
【００２７】
特定の傾き角θＸＺの検査が終了すると、検査の種類の必要に応じて、傾き角θＸＺを変化させ、次の検査を行う。その際、傾き角θＸＺの変化に応じて補正レンズ切替機構９により第２補正レンズ６Ｃを切り替える。
例えば、回折光を用いた検査では、検査する回折光の次数に応じた傾き角に設定する。また、基板２の膜厚などに応じて、検査領域を観察しやすくなる傾き角に設定する。
この切り替えは、第２補正レンズ６Ｃを他の構成の第２補正レンズ６Ｃに交換してもよいし、第２補正レンズ６Ｃの隣接位置に他の第２補正レンズ６Ｃを追加してもよい。また、観察光学系６から第２補正レンズ６Ｃを除去し、倍率補正光学素子を第１補正レンズ６Ａのみとすることで倍率を切り替えてもよい。
また、傾き角θＸＺ＝０°の場合には、βＸＺ／βＹＺ＝１となるように、倍率補正素子を組み合わせる。
【００２８】
このように本実施形態では、傾き角θＸＺを変えるごとに、βＸＺ／βＹＺを最適化するよう第２補正レンズ６Ｃを選択することにより、傾き角θＸＺの変化によらず、一定の画質の２次元画像データを取得することができる。そのため、検査の種類に応じて画質の変化による検査精度のバラツキを抑制することができる。
【００２９】
次に、本実施形態の第１変形例の表面検査装置について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。ただし、傾き角θＸＺ＝０°にセットされた場合を描いている。
【００３０】
本変形例の表面検査装置１Ａは、図５に示すように、上記第１の実施形態の表面検査装置１に照明光学系１２を追加し、ハーフミラー５を第１補正レンズ６Ａと撮像レンズ６Ｂとの間の光路上に配置したものである。反射ミラー７は、上記第１の実施形態と同様備えていてもよいし、削除してもよい。反射ミラー７は、図５に示すように、θＸＺ＝０°の検査を行う場合には不要である。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３１】
本変形例は、上記第１の実施形態の照明手段を、光源４、照明光学系１２、および第１補正レンズ６Ａにより構成した場合の例となっている。
照明光学系１２は、光源４で発生する照明光を第１補正レンズ６Ａを通して基板２の検査領域に照射するための光学系である。例えば、検査領域の延びる方向に直交する平面内で正のパワーを有するシリンドリカルレンズなどの光学素子を採用することができる。
ハーフミラー５は、照明光学系１２を透過した照明光束を反射して、光軸６ａ上に入射させ、第１補正レンズ６Ａに導くように配置される。
【００３２】
本変形例によれば、観察光学系６に関しては、上記第１の実施形態と同様の作用効果を有する。
さらに、ハーフミラー５を第１補正レンズ６Ａと撮像レンズ６Ｂとの間に配置するので、ハーフミラー５を撮像素子８に近い光路上に配置する場合に比べてハーフミラー５の影響による光量低下を低減することができる。
また、第２補正レンズ６Ｃと撮像素子８との間に配置する場合に比べて、広いスペースに配置することができるため、光源４、照明光学系１２のレイアウトが容易となる。
【００３３】
次に、本実施形態の第２変形例の表面検査装置について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【００３４】
本変形例の表面検査装置１Ｂは、図６に示すように、上記第１の実施形態の表面検査装置１の光源４、ハーフミラー５、反射ミラー７を削除し、基板２に対する観察光学系６の軸上主光線が反射される方向から基板２の検査領域を照明する光源１３を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３５】
本変形例は、上記第１の実施形態における落射照明を行う照明手段に代えて、基板２の近傍に配置された光源１３を照明手段とするものである。
光源１３は、光源４と同様な構成を備えるが、観察光学系６またはその一部を照明光学系として兼用せず、基板２の近くで照明するものであり、例えば検査領域に沿って延びるライン状の発光体による照明や、多数の点光源をライン状に配置したり、光ファイバなどで導光する照明を採用することができる。また、必要に応じて、反射ミラー、集光レンズなどの照明光学系を備えてもよい。
【００３６】
本変形例によれば、観察光学系６に関しては、上記第１の実施形態と同様の作用効果を有する。
さらに、照明手段を筐体１０に一体化しないため、筐体１０内の構成やレイアウトを簡素化することができる。また、照明方向を観察光学系６の光軸６ａと無関係に設定して検査を行うことができる。
【００３７】
次に、観察光学系の構成を変形した本実施形態の第３変形例の表面検査装置について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態の第３変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。図８は、本発明の第１の実施形態の第３変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図７、８における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【００３８】
本変形例の観察光学系６は、図７〜９に示すように、上記第１の実施形態の第１補正レンズ６Ａ、第２補正レンズ６Ｃに代えて、第１補正レンズ６Ｄ、第２補正レンズ６Ｅ（倍率補正光学素子）を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
第１補正レンズ６Ｄは、フィールドレンズＬ１と同様な凸シリンドリカル面を第１面に備え、第２面として、ＸＹ平面に平行な平面を備えたフィールドレンズＬ２０からなる。そのため、第１補正レンズ６Ｄは、直交する２軸方向に異なる倍率を有する光学素子であるが、ＹＺ面内ではパワーを有しないため、物体側を略テレセントリック状態にする機能のみを備え、倍率補正光学素子の機能を有しないものである。
第２補正レンズ６Ｅは、第２補正レンズ６ＣのシリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２と同様の構成を有するシリンドリカルレンズＬ２１、２２からなる。
【００３９】
このような構成によれば、観察光学系６のβＹＺは、上記第１の実施形態と同様となり、βＸＺは、第２補正レンズ６Ｅのパワーにより決定される。そして、第２補正レンズ６Ｅのパワーに応じて、βＹＺ／βＸＺを変更することができ、補正レンズ切替機構９が第２補正レンズ６Ｅを光路中に進出させた状態で、一定の傾き角θＸＺに対する倍率の補正を行うことができる。すなわち、本変形例は、倍率補正光学素子が観察光学系内に１群のみ含まれる場合の例となっている。
したがって、補正レンズ切替機構９により、第２補正レンズ６Ｅを観察光学系６の光路中から退避させれば、第１補正レンズ６Ｄと撮像レンズ６Ｂとで構成される観察光学系により、ＹＺ面内およびＸＺ面内の倍率が略等しい状態で基板２の検査領域を撮像することができる。そのため、傾き角θＸＺ＝０°の検査を行う必要がある場合にも対応できる表面検査装置を構成することができる。
【００４０】
次に、観察光学系の構成を変形した本実施形態の第４変形例の表面検査装置について説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態の第４変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。図１１は、本発明の第１の実施形態の第４変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。図１２は、図１０における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【００４１】
本変形例の観察光学系６は、図１０、１１に示すように、上記第１の実施形態の第１補正レンズ６Ａ、撮像レンズ６Ｂ、第２補正レンズ６Ｃに代えて、第１補正レンズ６Ｈ（倍率補正光学素子）、撮像レンズ６Ｉ、第２補正レンズ６Ｊ（倍率補正光学素子）を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４２】
第１補正レンズ６Ｈは、第１面がＹＺ面内では正のパワー、ＸＺ面内では負のパワーを有するアナモルフィック面、第２面が平面から構成されたフィールドレンズＬ４０からなる。アナモルフィック面の形状としては、例えば、後述する実施例３に示す（ａ）式で表されるようなアナモルフィック非球面などを採用することができる。
【００４３】
撮像レンズ６Ｉは、第１補正レンズ６Ｈから入射された光を撮像素子８の撮像面に適宜倍率で結像するための軸対称のレンズ群であり、不図示のレンズ筐体に一体化され、ユニット化されている。
撮像レンズ６Ｉの構成は、物体側から順に、平行平板Ｆ１、物体側が凸面の正のメニスカスレンズＬ４１、物体側が凸面の正のメニスカスレンズＬ４２、像側が凹面の平凹レンズＬ４３、両凹レンズＬ４４、両凸レンズＬ４５、Ｌ４６、Ｌ４７、および両凹レンズＬ４８が配置されてなる。
ここで、両凹レンズＬ４４と両凸レンズＬ４５と、および両凸レンズＬ４７と両凹レンズＬ４８とは、それぞれ接合レンズとして製作されている。
【００４４】
第２補正レンズ６Ｊは、第２補正レンズ６ＣとシリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２と同様の面構成を有し、それぞれのシリンドリカル面の曲率半径を第１補正レンズ６ＨのＸＺ面内のパワーに応じて変えた、シリンドリカルレンズＬ４９、Ｌ５０からなる。
【００４５】
このような構成によれば、第１の実施形態のフィールドレンズＬ１の凸シリンドリカル面、凹シリンドリカル面の機能を、それぞれフィールドレンズＬ４０のＹＺ面内、ＸＺ面内で異なる曲率有する１枚のアナモルフィック面によって実現することができる。そして、上記第１の実施形態と同様の作用効果を備える。
本変形例では、アナモルフィック面を、高次非球面項を含むアナモルフィック非球面としているため、収差を良好に補正することが可能となる。
【００４６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＹＺ平面の光路図である。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＸＺ平面の光路図である。図１５は、図１３における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【００４７】
本実施形態の表面検査装置１Ｄは、載置台３を移動することなく被検体の２次元画像を撮像できるようにした装置である。
表面検査装置１Ｄは、図１に示すように、上記第１の実施形態の表面検査装置１において、表面検査装置１の第１補正レンズ６Ａ、撮像レンズ６Ｂ、第２補正レンズ６Ｃ、撮像素子８に代えて、それぞれ、第１補正レンズ６Ｍ（倍率補正光学素子）、撮像レンズ６Ｎ、第２補正レンズ６Ｐ（倍率補正光学素子）、２次元撮像素子８Ｄ（撮像手段）を備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、検査領域の形状は、撮像素子８Ｄの撮像面の形状や配置に合わせて適宜変更することができるが、以下では、図１の紙面奥行き方向が長手方向となるアスペクト比４：３の矩形状の検査領域の場合で説明する。
そして、図１３〜１５の座標系のＹ軸は、上記の光路図と同様、検査領域の長手方向に沿って配置されているものとする。
【００４８】
第１補正レンズ６Ｍは、第１面がＹＺ面内では正のパワー、ＸＺ面内では負のパワーを有するトロイダル面、第２面が平面から構成されたフィールドレンズＬ７０からなる。トロイダル面の形状としては、例えば、ＸＺ面内が後述する実施例４に示す式（ｂ）で表されるようなトロイダル非球面などを採用することができる。
【００４９】
撮像レンズ６Ｎは、第１補正レンズ６Ｍから入射された光を撮像素子８Ｄの撮像面に適宜倍率で結像するための軸対称のレンズ群であり、不図示のレンズ筐体に一体化され、ユニット化されている。
撮像レンズ６Ｎの構成は、物体側から順に、平行平板Ｆ１、正のメニスカスレンズＬ７１、正のメニスカスレンズＬ７２、平凹レンズＬ７３、両凹レンズＬ７４、両凸レンズＬ７５、Ｌ７６、Ｌ７７、および両凹レンズＬ７８が配置されてなる。
これらのレンズ構成、形態、配置順序は、構成パラメータの違いだけで、上記第１の実施形態の第４変形例の撮像レンズ６Ｉと同様である。
【００５０】
第２補正レンズ６Ｐは、物体側から、第２補正レンズ６ＣのシリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２と同様の面構成を有し、それぞれのシリンドリカル面の曲率半径を第１補正レンズ６ＭのＸＺ面内のパワーに応じて変えた、シリンドリカルレンズＬ７９、Ｌ８０からなる。本実施形態では、シリンドリカルレンズＬ８０のシリンドリカル面としては、後述する実施例４に示す式（ｂ）で表されるようなシリンドリカル非球面を採用している。
【００５１】
このような構成により、後述する実施例４に示すように、例えば、傾き角θＸＺ＝３５．７９°に対応して、βＸＺ／βＹＺ＝１．２３とすることができ、例えば、アスペクト比４：３程度の矩形状の検査領域に対しても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を備える。
また、この場合、撮像された画像は、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれの倍率比が補正されることで、検査領域の縦横比が再現されるので、２次元画像データ上の画素位置が、検査領域上の位置座標と正確に対応する。そのため欠陥位置などを高精度に測定することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の観察光学系の変形例について説明する。
図１６は、本発明の第２の実施形態の変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。図１７は、本発明の第２の実施形態の変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。図１８は、図１６における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【００５３】
本変形例の観察光学系６は、図１６〜１８に示すように、上記第２の実施形態の第１補正レンズ６Ｍ、撮像レンズ６Ｎ、第２補正レンズ６Ｐに代えて、第１補正レンズ６Ｑ（倍率補正光学素子）、撮像レンズ６Ｒ、第２補正レンズ６Ｓ（倍率補正光学素子）を備えたものである。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５４】
第１補正レンズ６Ｑは、物体側の第１面がＹＺ面内でパワーが得られるように係数が選ばれた自由曲面、第２面がＸＺ面内でパワーが得られるよう係数が選ばれた自由曲面であるフィールドレンズＬ９０からなる。自由曲面の形状としては、例えば、後述する実施例５に示す（ｃ）式で表されるような自由曲面などを採用することができる。
【００５５】
撮像レンズ６Ｒは、第１補正レンズ６Ｑから入射された光を撮像素子８Ｄの撮像面に適宜倍率で結像するための軸対称のレンズ群であり、不図示のレンズ筐体に一体化され、ユニット化されている。
撮像レンズ６Ｒの構成は、物体側から順に、平行平板Ｆ１、正のメニスカスレンズＬ９１、正のメニスカスレンズＬ９２、平凹レンズＬ９３、両凹レンズＬ９４、両凸レンズＬ９５、Ｌ９６、Ｌ９７、および両凹レンズＬ９８が配置されてなる。
これらのレンズ構成、形態、配置順序は、構成パラメータの違いだけで、上記第１の実施形態の第４変形例の撮像レンズ６Ｉと同様である。
【００５６】
第２補正レンズ６Ｓは、物体側から、第２補正レンズ６ＣのシリンドリカルレンズＬ１１、Ｌ１２と同様の面構成を有し、それぞれのシリンドリカル面の曲率半径を第１補正レンズ６ＱのＸＺ面内のパワーに応じて変えた、シリンドリカルレンズＬ９９、Ｌ１００からなる。本実施形態では、シリンドリカルレンズＬ９０のシリンドリカル面としては、後述する実施例４に示す（ｂ）式で表されるようなシリンドリカル非球面を採用している。
【００５７】
本変形例では、フィールドレンズＬ９０に自由曲面を２面用いることによって、第１面のＹＺ面内ではテレセントリックの補正を行い、第１面と第２面とのＸＺ面内では倍率設定及び収差補正を行うことになり、２次元画像であっても収差が良好に補正することが可能となる。
このような構成により、後述する実施例５に示すように、例えば、傾き角θＸＺ＝４１．４５°に対応して、βＸＺ／βＹＺ＝１．３４とすることができ、例えば、アスペクト比４：３程度の矩形状の検査領域に対しても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を備える。
【００５８】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２０は、本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の倍率補正光学素子の作用を説明するための光路図である。
【００５９】
本実施形態の表面検査装置１Ｅは、倍率変更手段として、１軸方向にのみパワーを有するプリズム素子と、そのプリズム素子を観察光学系の光路上で回動する補正素子回動機構を備えるもので、図１９に示すように、上記第１の実施形態の第２変形例の表面検査装置１Ｃの観察光学系６に代えて、観察光学系２０を備えたものである。以下、上記第１の実施形態の第２変形例と異なる点を中心に説明する。
なお、観察光学系２０の光路図は特に図示しないが、以下では方向や面を参照する場合に誤解のおそれがない限り、上記第１の実施形態と同様な座標系を援用して説明する。すなわち、光軸２０ａは、光軸６ａと同様Ｚ軸に対応し、図１９の紙面がＹＺ平面となっているものとする。ＸＺ平面は、光軸２０ａを含み、光軸２０ａとともに屈折する紙面に垂直な平面である。
【００６０】
観察光学系２０は、物体側から順に、フィールドレンズ２１、補助レンズ２２、プリズム２３（倍率補正光学素子）、回折光学素子２４、撮像レンズ２５、および撮像素子８を備えるものである。ここで、撮像素子８は、必要に応じて２次元撮像素子８Ｄを用いてもよい。
フィールドレンズ２１は、物体側を略テレセントリックな状態として基板２の検査領域からの光を集光する光学素子であり、例えば、上記第１の実施形態の第３変形例のフィールドレンズＬ２０と同様の構成を採用することができる。
補助レンズ２２は、プリズム２３に入射する光束の広がりをコントロールするもので、例えば、凹レンズなどにより構成される。
【００６１】
プリズム２３は、補助レンズ２２を透過した光束のＸＺ方向の光束径を、光軸２０ａの傾き角θＸＺに応じて変化させるためのもので、ＹＺ平面にプリズムのパワーを有し、ＸＺ面内でプリズムのパワーを有しないように配置されたくさび状部分を有するものである。例えば、図２０（ａ）に示すように、物体側からの光束を入射角φ１で入射させる第１面２３ａと、入射した光束を像側に出射する第２面２３ｂとが、プリズム頂角φ２をなしているような三角プリズムを採用することができる。
本実施形態では、プリズム２３のパワーにより光束径を変えるため、プリズム２３を回動機構２６（補正素子回動機構）によって、ＸＺ面内で回動可能に保持している。
【００６２】
なお、本実施形態では、プリズム２３の回動により、プリズム２３透過後の光軸２０ａの方向も変化するため回動機構２６は、光軸２０ａの方向変化に合わせて、筐体２７に一体に保持された撮像レンズ２５、撮像素子８の光軸を合わせるような回動動作も同時に行えるようになっている。
ただし、光軸２０ａの変化に対応する手段は、これに限定されるものではなく、例えば、プリズム２３と撮像レンズ２５との間に、例えば回動ミラーなどにより光軸合わせを行う手段を採用することもできる。
【００６３】
回折光学素子２４は、プリズム２３の角分散特性によって発生する色収差を補正するような回折特性が備えている。そのため、本実施形態では、回折光学素子２４により、プリズム２３によって発生する色収差が低減され、撮像素子８で撮像される画像を高解像のものとすることができる。
なお、プリズム２３によって発生する色収差が許容範囲である場合には、回折光学素子２４を削除した構成としてもよい。
【００６４】
撮像レンズ２５は、倍率に異方性を有しない軸対称光学系を用いた適宜のカメラレンズを用いた撮像光学系を採用することができる。
【００６５】
次に、表面検査装置１Ｅの動作について、倍率変更手段の作用を中心に説明する。
本実施形態では、基板２に対して、光軸２０ａの傾き角θＸＺに応じて、プリズム２３のプリズムパワーを可変し、撮像レンズ２５に入射するＸ軸方向の光束径を変えることで、ＸＺ面内の倍率を変化させる。
例えば、図２０（ａ）には、プリズム２３の媒質として、光学ガラスＳＢＳＬ７（OHARA S-BSL7）を用い、プリズム頂角φ２＝２５°、光束の入射角φ１＝８０°の場合のＸ軸方向の光束径の変化の様子を示している。第１面２３ａに入射する光束径Ｄ１＝２ｍｍの場合、第２面２３ｂから出射する光束径Ｄ２は、Ｄ２＝８．３ｍｍである。
図２０（ｂ）に示すように、回動機構２６によって、ＸＺ平面内で図示時計回りに１４°だけ、プリズム２３を回転すると、φ１＝６６°、Ｄ２＝３．８ｍｍとなる。
すなわち、この操作によりβＸＺは、４．１５倍から１．９倍に変化し、βＹＺの方は一定である。
このため、回動機構２６の回転量により、βＸＺを連続的に変化させることができるから、傾き角θＸＺが連続的に変化しても、その変化に応じて、ＸＺ面内の倍率を補正することができる。
【００６６】
プリズムのパワーは、プリズム頂角φ２、プリズム媒質の屈折率によっても変化する。そのため、検査に用いる傾き角θＸＺを複数の所定値の間で選択的に切り替える構成とする場合には、プリズム頂角や屈折率が異なる複数のプリズムを光路中に進退させて切り替えるようにしてもよい。
例えば、図２０（ｃ）に、プリズム２３と同材質で、プリズム頂角φ２＝３０°としたプリズム３０の第１面３０ａに、Ｄ１＝２ｍｍの光束をφ１＝８０°で入射させた場合の光路図を示す。この場合、第２面３０ｂからの出射される光束の光束径Ｄ２は、Ｄ２＝８．６ｍｍとなり、βＸＺは、４．３倍となる。
【００６７】
なお、上記の説明では、傾き角変更手段を備える場合の例で説明したが、光軸と被検体表面の法線とが一定の傾きを有する場合に、本発明の光軸の傾き角に応じて、直交する２軸方向に異なる倍率を有する観察光学系を適用してもよい。
【００６８】
また、上記の各実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例１】
【００６９】
次に、上記に説明した第１の実施形態の観察光学系の実施例である第１の数値実施例について説明する
下記に第１の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。図２〜４に表記されたｒｉ、ｄｉ（ｉは整数）は、下記に示す光学系の構成パラメータのｒｉ、ｄｉに対応する。また屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記している。これらの表記は以下の参照図面すべてに共通である。
以下に示す構成パラメータにおいて、座標系は、上記に説明したＸＹＺ直交座標系を用い、長さの単位は（ｍｍ）である。また、CYSはシリンドリカル面を表す。
【００７０】
本実施例では、物体高さはＹ方向が約１８０ｍｍ、Ｘ方向が０ｍｍ、ＮＡ＝０．１８５、撮像素子８の受光面は、Ｙ方向が約２９ｍｍの高さを有する（実施例１〜３に共通）。
また、以下では、ＸＺ面内、ＹＺ面内の曲率半径を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向の曲率半径と称している（各実施例に共通）。
【００７１】
面番号    曲率半径        面間隔              屈折率        アッベ数
物体面      ∞          d0 =   25.00
1      CYS[1]        d1 =   35.00        n1 = 1.5163     ν1 = 64.1
2      CYS[2]        d2 =  349.46
3    r3 =  ∞        d3 =    4.00        n2 = 1.5229     ν2 = 59.9
4    r4 =  ∞        d4 =   10.00
5    r5 =   63.37    d5 =    4.00        n3 = 1.5814     ν3 = 40.7
6    r6 =   27.90    d6 =    0.57
7    r7 =   28.24    d7 =    7.00        n4 = 1.7292     ν4 = 54.7
8    r8 =  342.32    d8 =    0.20
9    r9 =   32.70    d9 =    6.60        n5 = 1.7725     ν5 = 49.6
10    r10=   48.73    d10=    3.45
11    r11=  ∞        d11=    3.10        n6 = 1.6034     ν6 = 38.0
12    r12=   21.45    d12=    8.00
13      絞り面        d13=    4.50
14    r14=  -25.71    d14=    2.70        n7 = 1.5317     ν7 = 48.8
15    r15=   56.84    d15=    5.00        n8 = 1.7200     ν8 = 46.0
16    r16=  -38.63    d16=    0.20
17    r17= -667.42    d17=    3.30        n9 = 1.7725     ν9 = 49.6
18    r18=  -73.87    d18=    0.20
19    r19=   98.73    d19=    7.00        n10= 1.7725     ν10= 49.6
20    r20=  -41.01    d20=    3.30        n11= 1.7552     ν11= 27.5
21    r21= -766.80    d21=    3.00
22    r22=  ∞        d22=   25.00        n12= 1.5163     ν12= 64.1
23    r23=  ∞        d23=    5.00
24    r24=  ∞        d24=    2.80        n13= 1.5229     ν13= 59.9
25      CYS[3]        d25=    3.00
26      CYS[4]        d26=    4.00        n14= 1.5229     ν14= 59.9
27    r27=  ∞        d27=   13.00
像  面      ∞          d28=    0.00
ＣＹＳ[1]
Ｘ方向曲率半径      ∞
Ｙ方向曲率半径    228.07
ＣＹＳ[2]
Ｘ方向曲率半径     50.00
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[3]
Ｘ方向曲率半径     35.00
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[4]
Ｘ方向曲率半径     25.00
Ｙ方向曲率半径      ∞
【００７２】
本実施例におけるＸＺ面内の倍率βＸＺ、ＹＺ面内の倍率βＹＺ、倍率比βＸＺ／βＹＺ、本実施例を好適に採用できる傾き角θＸＺの値を他の実施例の結果とともに、次の表１に示す。
【００７３】
【表１】
2008076098.tif 000003
【実施例２】
【００７４】
次に、上記に説明した第１の実施形態の第３変形例の観察光学系の実施例である第２の数値実施例について説明する（図７〜９参照）。
下記に第２の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。
【００７５】
面番号    曲率半径        面間隔              屈折率        アッベ数
物体面      ∞          d0 =   25.00
1      CYS[1]        d1 =   35.00        n1 = 1.5163     ν1 = 64.1
2    r2 =  ∞        d2 =  349.46
・
・  （面番号3〜23の構成パラメータは、実施例１と共通）
・
24    r24=  ∞        d24=    2.80        n13= 1.5229     ν13= 59.9
25      CYS[2]        d25=    3.00
26      CYS[3]        d26=    4.00        n14= 1.5229     ν14= 59.9
27    r27=  ∞        d27=   13.00
像  面      ∞          d28=    0.00
ＣＹＳ[1]
Ｘ方向曲率半径      ∞
Ｙ方向曲率半径    228.07
ＣＹＳ[2]
Ｘ方向曲率半径     35.00
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[3]
Ｘ方向曲率半径     25.00
Ｙ方向曲率半径      ∞
【実施例３】
【００７６】
次に、上記に説明した第１の実施形態の第４変形例の観察光学系の実施例である第３の数値実施例について説明する（図１０〜１２参照）。
本実施例に用いるアナモルフィック面は、回転非対称面の１つであり、その形状は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いて、以下の定義式（ａ）により定義される。
【００７７】
【数１】
2008076098.tif 000004
【００７８】
ここで、Ｃｘ、ＣｙはＸ、Ｙ方向の曲率、Ｋｘ、ＫｙはＸ、Ｙ方向の円錐係数、Ａｒ、Ｂｒ、Ｃｒ、Ｄｒは非球面成分のうちＺ軸に対して回転対称な成分の非球面係数、Ａｐ、Ｂｐ、Ｃｐ、Ｄｐは非球面成分のうちＺ軸に対して回転非対称な非球面係数である。
このようなアナモルフィック面により、Ｘ軸方向とＹ軸方向の形状、光学的パワーが異なる面が形成されている。さらに、ＫｘとＫｙあるいは高次の非球面成分もＸ、Ｙ方向で、それぞれ独立な値をとることができるので、さらに、設計の自由度が大になり収差を良好に補正することができる。
下記に第３の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、ANAはアナモルフィック面を表す。また、データが記載されていない（ａ）式の係数は０である。
【００７９】
面番号    曲率半径        面間隔              屈折率        アッベ数
物体面      ∞          d0 =   29.27
1      ANA[1]        d1 =   32.38        n1 = 1.5163     ν1 = 64.1
2    r2 =  ∞        d2 =  354.14
3    r3 =  ∞        d3 =    4.00        n2 = 1.5229     ν2 = 59.9
4    r4 =  ∞        d4 =   10.00
5    r5 =   37.76    d5 =    7.20        n3 = 1.6935     ν3 = 50.8
6    r6 =  301.75    d6 =    1.23
7    r7 =   32.68    d7 =    5.00        n4 = 1.6385     ν4 = 55.4
8    r8 =   48.79    d8 =    4.20
9    r9 =  ∞        d9 =    2.96        n5 = 1.7174     ν5 = 29.5
10    r10=   20.71    d10=    7.95
11      絞り面        d11=    3.28
12    r12=  -28.18    d12=    2.92        n6 = 1.5814     ν6 = 40.7
13    r13=   35.23    d13=    9.61        n7 = 1.7440     ν7 = 44.8
14    r14=  -44.03    d14=    9.94
15    r15=  130.57    d15=    8.50        n8 = 1.7440     ν8 = 44.8
16    r16=  -83.17    d16=    0.30
17    r17=   50.57    d17=   10.39        n9 = 1.6516     ν9 = 58.5
18    r18=  -41.51    d18=    4.00        n10= 1.7495     ν10= 35.3
19    r19=   94.82    d19=   19.77
20    r20=  ∞        d20=    4.00        n11= 1.5163     ν11= 64.1
21      CYS[1]        d21=    3.00
22      CYS[2]        d22=    5.00        n12= 1.6935     ν12= 50.8
23    r23=  ∞        d23=   11.48
像  面      ∞          d24=    0.00
ＡＮＡ[1]
Ｘ方向曲率半径（１／Ｃｘ）  -291.19
Ｋｘ   0.51621
Ａｒ   0.26170      Ｂｒ   0.27990
Ｙ方向曲率半径（１／Ｃｙ）    233.64
Ｋｙ  0.51621
Ａｐ  6.0281x10-9   Ｂｐ  -6.2158x10-13
ＣＹＳ[1]
Ｘ方向曲率半径     29.01
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[2]
Ｘ方向：
曲率半径     28.16
ｋ    -0.521421 
Ａ    -5.56610x10-6      Ｂ     3.11388x10-7  
Ｙ方向曲率半径  ∞
【実施例４】
【００８０】
次に、上記に説明した第２の実施形態の観察光学系の実施例である第４の数値実施例について説明する（図１３〜１５参照）。
本実施例に用いるトロイダル非球面は、ＹＺ面内の曲率半径が一定値をとり、以下の定義式（ｂ）で与えられる通常の回転対称非球面をＸＺ面内に置き換えた面である。
【００８１】
【数２】
2008076098.tif 000005
【００８２】
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
下記に第４の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、TORはトロイダル面を表す。また、データが記載されていない（ｂ）式の係数は０である。
【００８３】
本実施例では、物体高さはＹ方向が約１８０ｍｍ、Ｘ方向が約１３５ｍｍ（アスペクト比４：３）、ＮＡ＝０．１８５、撮像素子８Ｄの受光面は、Ｙ方向の高さが約２９ｍｍ、Ｘ方向の高さが約２２ｍｍの高さを有する。
【００８４】
面番号    曲率半径        面間隔              屈折率        アッベ数
物体面      ∞          d0 =   25.00
1      TOR[1]        d1 =   37.24        n1 = 1.5163     ν1 = 64.1
2    r2 =  ∞        d2 =  363.65
3    r3 =  ∞        d3 =    4.00        n2 = 1.5229     ν2 = 59.9
4    r4 =  ∞        d4 =   10.00
5    r5 =   37.88    d5 =    7.20        n3 = 1.6935     ν3 = 50.8
6    r6 =  526.18    d6 =    2.06
7    r7 =   31.65    d7 =    5.00        n4 = 1.6385     ν4 = 55.4
8    r8 =   46.23    d8 =    2.57
9    r9 =  ∞        d9 =    4.07        n5 = 1.7174     ν5 = 29.5
10    r10=   21.24    d10=    7.36
11      絞り面        d11=    3.47
12    r12=  -27.74    d12=    2.80        n6 = 1.5814     ν6 = 40.7
13    r13=   38.22    d13=    9.85        n7 = 1.7440     ν7 = 44.8
14    r14=  -41.90    d14=    8.22
15    r15=  118.37    d15=    9.66        n8 = 1.7440     ν8 = 44.8
16    r16=  -98.64    d16=    0.30
17    r17=   50.61    d17=    7.43        n9 = 1.6516     ν9 = 58.5
18    r18=  -49.53    d18=    4.00        n10= 1.7495     ν10= 35.3
19    r19=   86.04    d19=   24.10
20    r20=  ∞        d20=    4.71        n11= 1.5163     ν11= 64.1
21      CYS[1]        d21=    4.20
22      CYS[2]        d22=    2.53        n12= 1.6935     ν12= 50.8
23    r23=  ∞        d23=    8.00
像  面      ∞          d24=    0.00
ＴＯＲ[1]
Ｘ方向：
曲率半径     37.24
ｋ    -5.0 
Ａ     1.30436x10-6      Ｂ    -1.24099x10-10 
Ｙ方向曲率半径    230.99
ＣＹＳ[1]
Ｘ方向曲率半径  -132.94
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[2]
Ｘ方向：
曲率半径  -101.81
ｋ    8.163314 
Ａ    -1.36496x10-5      Ｂ     7.69296x10-8  
Ｙ方向曲率半径  ∞
【実施例５】
【００８５】
次に、上記に説明した第２の実施形態の変形例の観察光学系の実施例である第５数値実施例について説明する（図１６〜１８参照）。
本実施例に用いる自由曲面の面の形状は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いて、以下の定義式（ｃ）により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００８６】
【数３】
2008076098.tif 000006
【００８７】
ここで、（ｃ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。球面項中、Ｒは頂点の近軸曲率半径、ｋはコーニック定数（円錐定数）であり、ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）である。
自由曲面項は、
【００８８】
【数４】
2008076098.tif 000007
【００８９】
ただし、Ｃｊ（ｊは１以上の整数）は係数である。
下記に第５の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、FFSは自由曲面を表す。また、データが記載されていない（ｃ）式の係数は０である。
【００９０】
面番号    曲率半径        面間隔              屈折率        アッベ数
物体面      ∞          d0 =   30.78
1      FFS[1]        d1 =   33.55        n1 = 1.5163     ν1 = 64.1
2      FFS[2]        d2 =  398.76
3    r3 =  ∞        d3 =    4.00        n2 = 1.5229     ν2 = 59.9
4    r4 =  ∞        d4 =   10.00
5    r5 =   41.04    d5 =    7.20        n3 = 1.6935     ν3 = 50.8
6    r6 =  530.24    d6 =    0.76
7    r7 =   33.35    d7 =    5.00        n4 = 1.6385     ν4 = 55.4
8    r8 =   58.27    d8 =    3.76
9    r9 =  ∞        d9 =    2.55        n5 = 1.7174     ν5 = 29.5
10    r10=   20.63    d10=    4.96
11      絞り面        d11=    5.65
12    r12=  -24.53    d12=    3.54        n6 = 1.5814     ν6 = 40.7
13    r13=   37.98    d13=   11.82        n7 = 1.7440     ν7 = 44.8
14    r14=  -36.25    d14=    5.35
15    r15=  145.02    d15=   10.65        n8 = 1.7440     ν8 = 44.8
16    r16=  -67.41    d16=    0.30
17    r17=   49.96    d17=   10.95        n9 = 1.6516     ν9 = 58.5
18    r18=  -33.72    d18=    4.00        n10= 1.7495     ν10= 35.3
19    r19=   56.63    d19=   25.35
20    r20=  ∞        d20=    2.70        n11= 1.5163     ν11= 64.1
21      CYS[1]        d21=    3.76
22      CYS[2]        d22=    7.84        n12= 1.6935     ν12= 50.8
23    r23=  ∞        d23=    1.69
像  面      ∞          d24=    0.00
ＦＦＳ[1]
Ｃ4    1.0582x10-3     Ｃ6    2.1231x10-3     Ｃ11  -1.3595x10-7  
Ｃ13  -3.3116x10-19    Ｃ15  -4.2404x10-21 
ＦＦＳ[2]
Ｃ4   -3.4115x10-4     Ｃ11  -2.0285x10-7     Ｃ13  -3.0402x10-21 
ＣＹＳ[1]
Ｘ方向曲率半径     14.74
Ｙ方向曲率半径      ∞
ＣＹＳ[2]
Ｘ方向:
曲率半径      8.44
ｋ    -94.703564
Ａ    -3.75109x10-5      Ｂ    5.40451x10-7  
Ｙ方向曲率半径  ∞
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＹＺ平面の光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＸＺ平面の光路図である。
【図４】図２における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第３変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第３変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。
【図９】図７、８における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第４変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第４変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。
【図１２】図１０における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＹＺ平面の光路図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置に用いる観察光学系のＸＺ平面の光路図である。
【図１５】図１３における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態の変形例の観察光学系のＹＺ平面の光路図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態の変形例の観察光学系のＸＺ平面の光路図である。
【図１８】図１６における観察光学系の一部のレンズ構成を示す部分拡大図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る表面検査装置の倍率補正光学素子の作用を説明するための光路図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  表面検査装置
２  基板（被検体）
３  載置台
４、１３  光源
６、２０  観察光学系
６ａ、２０ａ  光軸
６Ａ、６Ｈ、６Ｍ、６Ｑ  第１補正レンズ（倍率補正光学素子）
６Ｂ、６Ｉ、６Ｎ、６Ｒ、２５  撮像レンズ
６Ｃ、６Ｅ、６Ｊ、６Ｐ、６Ｓ  第２補正レンズ（倍率補正光学素子）
６Ｄ  第１補正レンズ
７  反射ミラー
８  撮像素子（撮像手段）
８Ｄ  ２次元撮像素子（撮像手段）
９  補正レンズ切替機構（補正素子切替機構）
１１  回動機構（傾き角変更手段）
１２  照明光学系
２１  フィールドレンズ
２３、３０  プリズム（プリズム素子）
２６  回動機構（補正素子回動機構）
５０  軸上主光線
Ｎ  法線
【図１】
2008076098.tif 000008
【図２】
2008076098.tif 000009
【図３】
2008076098.tif 000010
【図４】
2008076098.tif 000011
【図５】
2008076098.tif 000012
【図６】
2008076098.tif 000013
【図７】
2008076098.tif 000014
【図８】
2008076098.tif 000015
【図９】
2008076098.tif 000016
【図１０】
2008076098.tif 000017
【図１１】
2008076098.tif 000018
【図１２】
2008076098.tif 000019
【図１３】
2008076098.tif 000020
【図１４】
2008076098.tif 000021
【図１５】
2008076098.tif 000022
【図１６】
2008076098.tif 000023
【図１７】
2008076098.tif 000024
【図１８】
2008076098.tif 000025
【図１９】
2008076098.tif 000026
【図２０】
2008076098.tif 000027