(57)【要約】  平面部を有する被検体４０を保持する揺動機構４６と、被検体４０を照明する照明光６ｂを生成する照明部５０と、照明光６ｂを少なくとも１軸方向に略平行に進む光として被検体４０に照射するコリメートレンズ９２と、被検体４０からの反射光７を被検体４０での反射位置に戻すミラー９３と、反射位置に戻された反射光７による被検体４０での再反射光８を撮像する撮像部とを備える構成とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部を有する被検体を保持する保持部と、
前記被検体を照明する照明光を生成する照明部と、
前記照明光を略一定方向に向けて前記被検体に照射する照射光学系と、
前記被検体からの反射光を前記被検体での反射位置に戻す再入射光学系と、
前記反射位置に戻された反射光による前記被検体での再反射光を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記撮像部が、前記被検体をライン状に撮像するライン撮像部を備え、
該ライン撮像部のライン状の撮像領域の長手方向が、前記照射光学系の前記少なくとも１軸方向と直交する方向に配置され、
前記保持部が、前記ライン撮像部が前記ライン状の撮像領域の長手方向に直交する方向に移動可能に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照射光学系および前記再入射光学系の少なくともいずれかが、前記被検体の表面に対する光軸の角度位置を可変する角度可変機構に保持されたことを特徴とする請求項１または２に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度は、前記撮像部の波長感度特性の下に略一定となるように前記撮像部で受光される光が補正されることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記撮像部が受光する光は、複数の波長にピークを有し、前記複数の波長のピークの強度に対応する前記撮像部が受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように前記撮像部が受光する光の強度が補正されることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
撮像部が受光する光の強度は、前記撮像部の波長感度特性、もしくは前記照明光の波長分布に基づいて補正されることを特徴とする請求項４または５に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記撮像部が受光する光の強度に対応する画像信号の出力強度は、前記撮像部の波長感度特性、もしくは前記照明光の波長分布に基づいて補正する波長感度補正フィルタにより、略一定となるように補正されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
前記照明部の光源が、異なる波長分布を有するとともにそれぞれ独立に光量を可変できる複数の光源からなり、
前記撮像部の波長感度特性に基づいて、前記複数の光源の光強度または光量のバランスは、前記撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように変更されることを特徴とする請求項４〜６いずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項９】
目視観察可能に構成され、
目の波長感度特性の下で観察者の感じる光の強度が略一定となるように、前記照明光の波長分布は、目の標準比視感度特性に対応して補正されることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記照明光が照射された被検体の像を目視観察する光路と、撮像する光路とが設けられるとともに、
前記目視観察する光路と前記撮像する光路とを切り替える光路切替手段を備え、
該光路切替手段の切替動作に同期して、前記照明光の波長分布を切り替えることを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照明部の光源と被検体との間の光路中に設けられた第１の偏光板と、
被検体と前記目または撮像部との間の光路中に設けられた第２の偏光板とを備えることを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記照明光が被検体から最後に反射されて前記目または前記撮像部に入射される光路上に、前記被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子を配置したことを特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１３】
被検体と目視観察する位置との間に、前記被検体の像を位置合わせするための参照パターンが形成された透過スクリーンを備えることを特徴とする請求項４〜１２のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面欠陥検査装置に関する。例えば、半導体ウエハや液晶ガラス基板などの被検体に照明光を照射し、表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体ウエハ、液晶ガラス基板などの製造工程では、その工程中に、シリコンまたはガラス板からなる基板上に成膜層を介してパターン化したレジストを設けた多層膜状の基板が形成される。
ところが、フォト・リソグラフィ・プロセスにおいて、基板表面に塗布したレジストに膜ムラが生じたり、塵埃などが付着したりすると、エッチング後に形成されるパターンの線幅不良やパターン内のピンホールなどの欠陥が生じてしまう。
そのため、通常は、基板をエッチングする前にこのような欠陥の有無を検査している。
検査の方法は、作業者が基板を目視で観察する方法が多く行われているが、クリーンルームにおいても作業者の体から出る塵埃が無視できないことから、できるだけ作業者と基板とを隔離して観察する方法が提案されている。また、作業者が疲労すると判断力にバラツキが生じやすいので、欠陥の判定を装置に行わせることが提案されている。
例えば、特許文献１には、略平行光束の周囲からライン状の光束を照射できるようにした表面欠陥検査装置が記載されている。この照明には、光源として、白色光を生成するためにハロゲンランプと熱線吸収フィルタとコンデンサレンズとを内部に備えたランプハウスとからなる構成が用いられている。これらは、白色光と、干渉フィルタにより白色光を狭帯域光化した光とを照明できるようになっている。干渉フィルタは、波長５５０ｎｍから６５０ｎｍの間において１０ｎｍ間隔で中心波長を選べるようになっている。
また、特許文献２には、ライン状の照明手段とライン状の撮像手段とを互いの角度が可変となるように配置して、被検体表面を移動させ、照明光の反射光、回折光、散乱光を撮像して、それらの画像から画像処理により欠陥を検出する表面欠陥検査装置が記載されている。そして照明手段には、光源として、白色光を生成するためにハロゲンランプと熱線吸収フィルタとコンデンサレンズとを内部に備えたランプハウスとからなる構成が用いられている。また、照明用の光学系として、ランプハウスからの白色光を狭帯域光化する干渉フィルタと収光レンズとファイバ束とからなる構成が用いられている。
これらの装置では、レジストの層厚方向の側面の形状の異常は収束光を照明したときの散乱光により検出される。
また、特許文献３には、検査対象物に入射した照明光を正反射手段により正反射させて検査対象物に再入射させ、光沢のむらを強調した明暗のパターンを得ることにより検査を行う表面検査装置が記載されている。
【特許文献１】特開平７−２７７０９号公報（第５−１０頁、図１）
【特許文献２】特開平９−０６１３６５号公報（第４−６頁、図１−３）
【特許文献３】特開平７−２２９８３２号公報（第３−４頁、図１−５）
【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欠陥検査装置は、以下のようなことが知られている。
一般に、半導体ウエハや液晶ガラス基板などの被検体の表層部には、多層膜が形成されている。これらの多層膜の膜厚や平坦度は製造工程のバラツキなどにより均一にはならない。特に被検体の中心部と周辺部との差は、工程によっては大きくなりがちである。このような膜厚バラツキがあると、均一な照明光を照射しても輝度ムラが生じ、欠陥と誤認したり、欠陥を見逃してしまったりする場合がある。
また、従来の表面欠陥検査装置では、異物付着やキズの検査など、干渉や回折現象を用いずに欠陥検出を行う場合には白色光を用いている。しかしながら、目視観察を行う場合でも、撮像素子により撮像する場合でも、それぞれ比視感度特性、撮像素子の波長感度特性があるので光学的な白色光は色味を帯びて観察される。そのため、膜厚差により、波長ごとに反射率特性が変化すると、特定の波長帯域の光の明暗が強調される。そのため、欠陥を誤認識したり欠陥を見失ったりしやすくなる。
また、特許文献３に記載の表面検査装置では、照明光の正反射光を反射位置に戻すためには、大型で複雑な反射ミラーが必要となるという問題がある。また、平面ミラーを用いる場合には、反射位置に戻される光量が少なくなるので、明るい状態での観察ができなくなるという問題がある。【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、欠陥の検出精度を向上することができる表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。
また他の目的として、波長によらず認識される光の強度を略一定とすることにより、下層の膜厚等の影響を低減した表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の表面欠陥検査装置は、平面部を有する被検体を保持する保持部と、前記被検体を照明する照明光を生成する照明部と、前記照明光を略一定方向に向けて前記被検体に照射する照射光学系と、前記被検体からの反射光を前記被検体での反射位置に戻す再入射光学系と、前記反射位置に戻された反射光による前記被検体での再反射光を撮像する撮像部とを備える構成とする。
この発明によれば、撮像部には、被検体の同一位置で２回以上反射した光が入射されるので、反射率の変化が２乗以上の割合で強調される。そのため反射率の変化をより高感度に検出することができる。
また、照射光学系を備えることにより、照明光を被検体に対して略一定方向に向けて照射して、被検体で反射させ、再入射光学系により反射位置に戻した再反射光を撮像部により撮像するので、再入射光学系が簡素な構成であっても、再反射光を効率的に取得することができる。そのため、明るい再反射光で観察することができる。【０００６】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記撮像部が、前記被検体をライン状に撮像するライン撮像部を備え、該ライン撮像部のライン状の撮像領域の長手方向が、前記照射光学系の前記少なくとも１軸方向と直交する方向に配置され、前記保持部が、前記ライン撮像部が前記ライン状の撮像領域の長手方向に直交する方向に移動可能に設けられることが好ましい。
この場合、撮像部にライン撮像部を用いるので、照射光学系や再入射光学系を簡素かつコンパクトな構成とすることができる。【０００７】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記照射光学系および前記再入射光学系の少なくともいずれかが、前記被検体の表面に対する光軸の角度位置を可変する角度可変機構に保持されることが好ましい。
この場合、角度可変機構により、照射光学系および再入射光学系の少なくともいずれかの角度位置を変えることで、例えば、正反射光観察、散乱光観察、回折光観察、暗視野観察などの種々の観察を行うことができる。【０００８】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度は、前記撮像部の波長感度特性の下に略一定となるように前記撮像部で受光される光が補正されることが好ましい。
このような構成によれば、波長ごとの輝度バラツキを発生させる被検体の下層側の膜厚差や、波長ごとの干渉により干渉縞を発生させる最上層の膜厚差により、被検体からの反射光の輝度分布が生じる場合でも、撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度は、撮像部の波長感度特性の下に略一定となるように前記撮像部で受光される光が補正されるので、波長に依存した輝度ムラが全体として平均化され、ノイズ成分が低減される。【０００９】
ここで、「撮像部の波長感度特性の下に前記撮像部で受光される光が略一定となるように補正される」とは、撮像部固有の波長感度特性に応じて撮像部が受光する光強度が変換された信号出力が、撮像部が感度を有する波長範囲内で、略平坦（略一定）となるように撮像部で受光される光を補正することを意味する。【００１０】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記撮像部が受光する光は、複数の波長にピークを有し、前記複数の波長のピークの強度に対応する前記撮像部が受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように前記撮像部が受光する光の強度が補正されることが好ましい。【００１１】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、撮像部が受光する光の強度は、前記撮像部の波長感度特性、もしくは前記照明光の波長分布に基づいて補正されることが好ましい。【００１２】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記撮像部が受光する光の強度に対応する画像信号の出力強度は、前記撮像部の波長感度特性、もしくは前記照明光の波長分布に基づいて補正する波長感度補正フィルタにより、略一定となるように補正されることが好ましい。【００１３】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記照明部の光源が、異なる波長分布を有するとともにそれぞれ独立に光量を可変できる複数の光源からなり、前記撮像部の波長感度特性に基づいて、前記複数の光源の光強度または光量のバランスは、前記撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように変更されることが好ましい。
この場合、異なる波長分布を有するともにそれぞれ独立に光量を可変できる複数の光源により、撮像部の波長感度特性に基づいて、照明部から照射され、撮像部で受光される光に対応する撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように、複数の光源の光強度または光量のバランスを変更するので、光の強度の補正が容易となる。【００１４】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、目視観察可能に構成され、目の波長感度特性の下で観察者の感じる光の強度が略一定となるように、前記照明光の波長分布は、目の標準比視感度特性に対応して補正される構成とすることが好ましい。【００１５】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記照明光が照射された被検体の像を目視観察する光路と、撮像する光路とが設けられるとともに、前記目視観察する光路と前記撮像する光路とを切り替える光路切替手段を備え、該光路切替手段の切替動作に同期して、前記照明光の波長分布を切り替える構成とすることが好ましい。
この場合、光路切替手段により目視観察する光路と、撮像する光路とが切り替えられるとき、その切替動作に同期して照明光の波長分布が切り替えられる。そのため、照明光の波長分布を目視観察と撮像とに応じて最適な波長分布に切り替えることができるので、被検体の像を目視観察する場合でも撮像する場合でも高精度の欠陥検出を行うことができる。【００１６】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記照明部の光源と被検体との間の光路中に設けられた第１の偏光板と、被検体と前記目または撮像部との間の光路中に設けられた第２の偏光板とを備える構成とすることが好ましい。
この場合、第１の偏光板により照明光の偏光特性を制御するので、第１の偏光板に対して第２の偏光板の向きを適宜の向きに合わせることにより、照明光が被検体に反射される際に偏光状態が変化したかどうかを検出することができる。例えば、それぞれの偏光板をクロスニコルの状態に配置することにより、異物や傷などの欠陥により被検体表面で照明光の偏光状態が変化する場合に、偏光状態が変化した反射光のみを透過させ、暗視野中で容易に検出することができる。
また、被検体表面からの反射光のうち、所定方向の偏光成分のみを取り出すことができるので、被検体下層の膜厚の影響を受けにくい偏光成分のみ取り出して被検体上層の反射率の変化による欠陥を高精度に検出することができる。【００１７】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、前記照明光が被検体から最後に反射されて前記目または前記撮像部に入射される光路上に、前記被検体の像を１方向のみに伸縮させるパワーを有する光学素子を配置した構成とすることが好ましい。
この場合、被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子により、被検体の像の１方向への歪みを補正することができるから、被検体の像を被検体の法線に対して斜め方向から取得する場合にも、被検体の像を平面視の像と同等に補正することができる。そのため、欠陥の検出位置を特定することが容易となる。特に、撮像部により画像データを取得して欠陥を自動的に検出する場合に、画像歪みのない画像データが取得されるので、画像処理で複雑な歪み補正などをすることなく、欠陥検出を正確に行うことができる。
ここで、被検体の像を１方向のみに伸縮させるパワーを有する光学素子は、例えばシリンドリカルレンズやシリンドリカルレンズと同様のパワーを有するフレネルレンズ、自由曲面レンズなどを採用することができる。【００１８】
また、本発明の表面欠陥検査装置では、被検体と目視観察する位置との間に、前記被検体の像を位置合わせするための参照パターンが形成された透過スクリーンを備える構成とすることが好ましい。
この場合、目視観察する際に透過スクリーン上の参照パターンと被検体の像とを位置合わせすることにより、欠陥検出位置を特定することが容易となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の表面欠陥検査装置によれば、再反射光を効率的に取得することができ、明るい再反射光で観察することで反射率の変化をより高感度に検出することができるので、欠陥の検出精度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】参考例の目視による表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１Ｂ】参考例の目視による表面欠陥検査装置に用いる透過スクリーンのＡ視の側面説明図である。
【図２】参考例の目視による表面欠陥検査装置の光源の波長分布について説明するためのグラフである。
【図３】参考例の目視による表面欠陥検査装置に用いる波長感度補正フィルタの波長特性について説明するためのグラフである。
【図４】参考例の目視による表面欠陥検査装置の光源の波長分布を示すグラフである。
【図５】参考例の目視による表面欠陥検査装置で観察者に感じられる略白色光の波長分布を示すグラフである。
【図６Ａ】多層膜の反射率について説明するための膜断面方向の模式図である。
【図６Ｂ】多層膜の反射率について説明するための膜断面方向の模式図である。
【図７】多層膜の膜厚による反射率の変化について説明するための数値計算例を示すグラフである。
【図８】多層膜の下層を一定としたときの白色光に対する反射特性を説明するためのグラフである。
【図９】偏光状態に応じた反射率の入射角依存性について説明するためのグラフである。
【図１０Ａ】最上層に形成された正常なパターンについて説明するための膜厚方向の模式断面図である。
【図１０Ｂ】最上層に形成された異常なパターンについて説明するための膜厚方向の模式断面図である。
【図１１】多層膜が屈折率分布を有する場合の反射率の入射角依存性について説明するためのグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１３Ａ】本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いる斜影補正レンズのレンズ構成の一例について説明するための模式的な光路図である。
【図１３Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いる斜影補正レンズの動作について説明するための模式的な光路図である。
【図１４Ａ】本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いるフロントガラスのレチクルマークについて説明するための法線方向視の説明図である。
【図１４Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いるハーフミラーのレチクルマークについて説明するための法線方向視の説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す平面視の模式図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態の第３変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２２Ａ】本発明の第２の実施形態の第５変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２２Ｂ】本発明の第２の実施形態の第５変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す平面視の模式図である。
【図２３Ａ】本発明の第２の実施形態の第６変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２３Ｂ】本発明の第２の実施形態の第６変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す平面視の模式図である。
【図２４Ａ】本発明の第２の実施形態の第７変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２４Ｂ】本発明の第２の実施形態の第７変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す平面視の模式図である。
【図２５Ａ】本発明の第２の実施形態の第８変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２５Ｂ】本発明の第２の実施形態の第８変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す平面視の模式図である。
【図２６】本発明の第２の実施形態の第９変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２７Ａ】本発明の第２の実施形態の第９変形例に係る表面欠陥検査装置の動作について説明する正面視の動作説明図である。
【図２７Ｂ】本発明の第２の実施形態の第９変形例に係る表面欠陥検査装置の動作について説明する正面視の動作説明図である。
【図２８Ａ】本発明の第２の実施形態の第１０変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２８Ｂ】本発明の第２の実施形態の第１１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。
【図２９】本発明の各実施形態に用いることができる他の照明部について説明するための模式的な正面視説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
５、５０、５１、５１Ａ、５２、５３、５３Ａ、５４  照明部
６ａ、６ｂ、６ｃ、１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１５２  照明光
７  反射光
８、１３７ｂ  再反射光
４０  被検体
４１、１２５  照明用ランプ（光源）
４３  補償フィルタ（波長感度補正フィルタ）
４４Ａ  偏光板（第１の偏光板）
４４Ｂ  偏光板（第２の偏光板）
４５、９２  コリメートレンズ（照射光学系）
４６  揺動機構（保持部）
４７、９５  フロントガラス（透過スクリーン）
４７ａ、９７ａ、９７ｂ、９８ａ、９８ｂ  レチクルマーク（参照パターン）
４８  偏光板移動機構
４９  観察者
９１  ハーフミラー（透過スクリーン）
９３、１１３、１２８  ミラー（反射素子）
９４、６０１  斜影補正レンズ（被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子）
１０１  制御部
１０２  ミラー（光路切替手段）
１０４  撮像素子（撮像部）
１０５  レーザ発光ダイオード（光源）
１０７  波長補償板（波長感度補正フィルタ）
１１０、１１１  偏向ミラー
１１２、１２７  フィールドミラー（照射光学系）
１１７  試料台
１１９  画像処理部
１２１  装置制御部
１２３  光検出素子（撮像部）
１２４  波長補償フィルタ（波長感度補正フィルタ）
１２９  補助照明部
１３０  導光部材
１３１  ライン撮像素子（撮像部）
１３２  ライン照明用ランプ（光源）
１４０Ａ、１４０Ｃ  放物ミラー
１４０Ｂ  放物ミラー（反射素子）
１４１  照明集光レンズ
１５０  ＬＥＤ
２００  レーザ光（照明光）
５００、５０１、５０１Ａ、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１０、５１０Ａ  表面欠陥検査装置
６００  斜影補正レンズ駆動部
６０２  電動散乱板
６０３  フィールドレンズ（照射光学系）
６０４  凹面ミラー（反射素子）
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置について説明する前に、目視による表面欠陥検査装置の参考例を用いて欠陥検出精度の低下防止について説明する。
図１Ａは、参考例の目視による表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。図１Ｂは、参考例の目視による表面欠陥検査装置に用いる透過スクリーンの図１ＡにおけるＡ視の側面説明図である。図２は、参考例の目視による表面欠陥検査装置の光源の波長分布について説明するためのグラフである。横軸は波長を示し、単位は（ｎｍ）である（図２〜５に共通）。縦軸は図示左側が光強度を示し、図示右側が比視感度を示す。図３は、参考例の目視による表面欠陥検査装置に用いる波長感度補正フィルタの波長特性について説明するためのグラフである。縦軸は透過率を示し、単位は％である。【００２４】
参考例の表面欠陥検査装置５００は、図１Ａに示すように、例えば半導体ウエハや液晶ガラス基板などの多層膜が形成された基板からなる被検体４０に照明光６ｂを照射し、その反射光７を目視観察することにより被検体４０の表面欠陥を検査するための装置である。被検体４０の外形は、例えば長方形などの適宜の形状でもよいが、以下便宜上、外形が平面視円形の基板であるとして説明する。【００２５】
表面欠陥検査装置５００の概略構成は、照明部５、揺動機構４６（保持部）、および偏光板４４Ｂ（第２の偏光板）が、一部にフロントガラス４７（透過スクリーン）を有する隔壁部４１１により覆われてなる。
照明部５は、発散光である照明光６ａを発生する照明用ランプ４１（光源）と、照明光６ａを集光する集光レンズ４２と、照明光６ａの波長分布を補正して目視したときに略白色光と感じられるようにする補償フィルタ４３（波長感度補正フィルタ）と、偏光板４４Ａ（第１の偏光板）と、照明光６ａを平行光に変換するためのコリメートレンズ４５（照射光学系）とからなり、これらが照明用ランプ４１の光軸上に順次配列されている。【００２６】
照明用ランプ４１は、少なくとも可視波長域（３８０ｎｍ〜７７０ｎｍ）に連続スペクトルを有する光源であり、例えば、ハロゲンランプなどを採用することができる。
照明用ランプ４１の波長分布の概略形状を、図２の曲線６１として示した。すなわち、ハロゲンランプなどの色温度の高い光源では、曲線６１に示すように、可視光の短波長側から長波長側に向けて単調に光強度が増大し、赤外波長でも増大を続けるような波長分布を有する。すなわち白色光よりも赤みが勝る光となっている。
このような照明用ランプ４１から照射される照明光６ａは、目視した場合、人間の標準比視感度が、図２の曲線６０で示すように、約５５０ｎｍにピーク値を有する釣り鐘形の波長感度特性を示すため、図２の曲線６２に示すように、ピーク波長が約５７０ｎｍとやや長波長側に移動した釣り鐘形の波長分布を有する光と感じられる。したがって、照明用ランプ４１の波長特性の光はやや赤みが強くなることにより、目視では黄色がかって見える光と感じられる。【００２７】
補償フィルタ４３は、図３に曲線６３として示すような波長特性を備えるフィルタである。すなわち、可視波長域の短波長側および長波長側で透過率が高く、その中間部で透過率が低くなり、波長約５７０ｎｍで最小値をとるような釣り鐘型を上下反転させた略Ｖ字型のグラフで表される波長特性を備えるものである。【００２８】
偏光板４４Ａ、４４Ｂは、それぞれ照明光６ａ、反射光７の偏光状態を制御するためのものである。
偏光板４４Ａは、照明光６ａがコリメートレンズ４５により平行光とされて照明光６ｂとして被検体４０に入射されるときの、偏光状態を特定の方向に向けるように配置される。例えば、照明光６ｂがｓ偏光として入射するように設ける。
偏光板４４Ｂは、適宜のアクチュエータや回転ステージなどで構成された偏光板移動機構４８により、反射光７の光路への進退、および反射光７の光軸を中心とした回転移動とが可能とされている。
そのため、偏光板４４Ｂを反射光７の光路中に進出させると、偏光板４４Ａとの位置関係により、観察者４９が特定の偏光成分のみを目視観察できるようになっている。【００２９】
コリメートレンズ４５は、凸レンズで構成してもよいが、本実施形態では、図１Ａに示すように、レンズ厚さを薄くすることができるフレネルレンズを採用している。【００３０】
フロントガラス４７は、隔壁部４１１に設けられた光学的な開口部であり、反射光７を透過させて観察者４９被検体４０の像を隔壁部４１１の外側から目視観察できるようにしたものである。
そして、図１Ｂに示すように、観察された欠陥の位置が、被検体４０上の位置として容易の特定できるように、被検体４０の形状や大きさに合わせて、例えば格子状、十字状、円状、楕円状などの目盛線や、位置合わせマークなどからなるレチクルマーク４７ａ（参照パターン）が形成されている。【００３１】
次に、目視による表面欠陥検査装置５００の動作について説明する。
図４は、参考例の目視による表面欠陥検査装置の光源の波長分布を示すグラフである。図５は、参考例の目視による表面欠陥検査装置で観察者に感じられる光の強度（出力強度）が略均一の波長分布を示すグラフである。ここで、横軸は波長を示し、単位は（ｎｍ）である（図４、５共通）。図４の図示左側は光源の相対光強度および透過率、図５の縦軸は人が感じる光の強度を示す。【００３２】
図１Ａに示すように、照明用ランプ４１から出射された照明光６ａは集光レンズ４２より集光され、補償フィルタ４３を透過して、波長分布が補正される。すなわち、図４に示すように、曲線６１で示される光強度の波長分布が、補償フィルタ４３の透過波長特性（曲線６３参照）により、曲線６４で示されるように、約５１０ｎｍで極大値をとり、約５５５ｎｍで最小となる極小値をとり、それより高波長側で光強度が単調増加するような特性に補正される。【００３３】
照明光６ａは、次に偏光板４４Ａを透過することにより光の振動面が紙面垂直方向に揃えられ、被検体４０に対してｓ偏光である偏光状態となる。そして、コリメートレンズ４５により平行光とされ、照明光６ｂとして、被検体４０に入射する。【００３４】
被検体４０で反射された反射光７は、偏光板４４Ｂが光路に進出されている場合、偏光板４４Ｂにより特定の偏光成分のみが透過し、フロントガラス４７を通して隔壁部４１１の外部に出射される。そのため、観察者４９は、反射光７により被検体４０の像を目視観察することができる。
なお、偏光板４４Ｂは、欠陥検出の目的などにより偏光状態を制御する必要がない場合には、偏光板移動機構４８により反射光７の光路から退避させ、反射光７が偏光板４４Ｂを透過しないようにしてもよい。【００３５】
観察者４９は、必要に応じて揺動機構４６を操作して、被検体４０を揺動移動し、欠陥が見やすくなるように配置することができる。
フロントガラス４７には、レチクルマーク４７ａが形成されているので、被検体４０の外形や画像をレチクルマーク４７ａに位置合わせしておくことにより、欠陥が観察された位置を特定したり、観察すべき位置の目安をつけたりしやすくなる。
また、フロントガラス４７と揺動機構４６との間に透明なガラス板を配置し、フロントガラス４７のレチクルマーク４７ａと同じレチクルマークを形成し、光軸上の位置が一致するよう配置してもよい。このレチクルマークとレチクルマーク４７ａとが重なるように目を移動させて観察することにより、目の位置を再現性よく配置して観察することができる。
外形が円形の被検体４０は、図１Ａのように、斜め方向から観察すると楕円形に見えるから、レチクルマーク４７ａとして、よく使う揺動角度の位置に配置したときの楕円形やその長径や短径を位置合わせできるようにした格子状などのマークとしてもよい。【００３６】
観察者４９が観察する光が正反射光である場合には、反射光７には被検体４０の表面パターンの形状変化が輝度の情報として入っており、表面の欠陥情報をそのような表面パターンの輝度情報と関連づけて観察することができるが、そのような情報が失われる暗視野像などを観察する場合でも、レチクルマーク４７ａにより欠陥の観察位置を特定したり、観察すべき位置の目安をつけやすくなるという利点がある。【００３７】
このような目視観察において、参考例では、照明光６ｂが、補償フィルタ４３により標準比視感度特性と照明用ランプ４１の波長分布とに基づいて補正される。そのため。観察者４９には、照明光６ｂが可視域にわたって光の強度が略一定に感じられるものである。すなわち、照明光６ｂの波長特性が、図４の曲線６４のような波長特性に補正され、観察者４９には、図５に曲線６５に示すような略一定の光の強度分布であると感じられる。
曲線６５は、ピーク強度Ｓ０に対して、半値強度となる波長をλ１、λ２としたとき、λ１＝約５００ｎｍ、λ２＝約６４０ｎｍとなる強度傾斜部６５ｂ、６５ｃと、その中間部で大部分がＳ０に近い平坦部６５ａとからなる略矩形波状の分布を有している。すなわち、波長λ１とλ２との間で、大部分の波長光が略同程度の強度を有していると感じる。【００３８】
このように参考例の表面欠陥検査装置５００は、照明光６ｂが、観察者４９の視覚にとって可視域にわたって略一定強度の光と感じられ、偏光状態が制御されてｓ偏光とされている。それぞれの作用について以下に説明する。【００３９】
例えば、被検体４０がシリコン基板上にＳｉ３Ｎ４の膜を形成し、その上にフォトレジスト膜を形成した場合を例にとって説明する。
図６Ａ、６Ｂは、このような多層膜の反射率について説明するための膜断面方向の模式図である。図７は、多層膜の膜厚による反射率の変化について説明するための数値計算例を示すグラフである。横軸は変化させた膜厚、縦軸は反射率を示す。図８は、多層膜の下層を一定としたときの白色光に対する反射特性を説明するためのグラフである。横軸は波長を示し、単位は（ｎｍ）である。縦軸は多層膜としての反射率を示す。【００４０】
図６Ａに示すように、屈折率ｎ０の空気層１中に置かれた屈折率ｎ１の第１誘電体層２に波長λの光を入射したときの第１誘電体層２の表面の反射係数ｒ１は、フレネルの公式により次式で表される。
ｒ１＝（ｎ０−ｎ１）／（ｎ０＋ｎ１）                      ・・・（１）【００４１】
同様に、図６Ｂに示すように、例えばシリコン（屈折率ｎ３、厚さｄ３）で形成された基板４上に、Ｓｉ３Ｎ４からなる第２誘電体層３（屈折率ｎ２、膜厚ｄ２）、フォトレジストからなる第１誘電体層２（屈折率ｎ１、膜厚ｄ１）が順次積層して形成された場合を考える。この場合は、空気層１に接した第１誘電体層２の表面、第１誘電体層２と第２誘電体層３との境界面、第２誘電体層３と基板４との境界面のそれぞれの反射係数をｒ１、ｒ２、ｒ３と表すと、以下のようになる。ここで、ｎ０＝１を用いた。
ｒ１＝（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）                          ・・・（１ａ）
ｒ２＝（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）                      ・・・（２）
ｒ３＝（ｎ２−ｎ３）／（ｎ２＋ｎ３）                      ・・・（３）【００４２】
これらを用いて、第１誘電体層２と第２誘電体層３との境界面での反射率Ｒ１２は、フレネルの反射係数より、次式のように表すことができる。【００４３】
【数１】
2006126596.tif 000002
【００４４】
ただし、β２は次式の通りである。
β２＝２π・（ｄ２／λ）・ｎ２・ｃｏｓθ１                ・・・（５）
ここで、角度θ１は、第１誘電体層２から第２誘電体層３に入射する光の第２誘電体層３に対する入射角を表す。【００４５】
また、空気層１と接する第１誘電体層２の反射率Ｒ０１は、同様に次式のように表すことができる。【００４６】
【数２】
2006126596.tif 000003
【００４７】
ただし、β１は次式の通りである。
β１＝２π・（ｄ１／λ）・ｎ１・ｃｏｓθ０                ・・・（７）
ここで、角度θ０は、空気層１から第１誘電体層２に入射する光の第１誘電体層２に対する入射角を表す。【００４８】
式（６）から理解されるように、第１誘電体層２の表面の反射率Ｒ０１は、第１誘電体層２の膜厚ｄ１と、第２誘電体層３の膜厚ｄ２との両方の膜厚の影響を受ける。
図７に、具体的な数値計算例を示した。図７の計算では、第１誘電体層２、第２誘電体層３、基板４として、それぞれフォトレジスト、Ｓｉ３Ｎ４、シリコンを想定し、ｎ１＝１．６３、ｄ１＝１０００ｎｍ、ｎ２＝２．０２、ｎ３＝３．９４７とした。また、入射光の波長λ＝６００ｎｍ、入射角θ０＝４５°とした。そして、第２誘電体層３の膜厚ｄ２を９０００ｎｍから１１０００ｎｍまで変化させたときのｓ偏光の反射率Ｒｓ、ｐ偏光の反射率Ｒｐ、無偏光の反射率Ｒをそれぞれプロットした。【００４９】
図７に示すように、反射率Ｒｓ、Ｒ、Ｒｐは、Ｒｓ≧Ｒ≧Ｒｐの関係を保って、第２誘電体層３の膜厚の変化に応じて、同一周期で正弦波状に変化していることが分かる。したがって、第１誘電体層２の膜厚が均一であっても、第２誘電体層３の膜厚変化の影響を受けて照明光の反射光の輝度がばらついてしまうものである。【００５０】
また、このような多層膜に波長λの光を反射させた場合には、下層から反射された光との光路差に応じて干渉が起こり、明暗が観察される。例えば、膜厚をＤ、光が薄膜中を進む傾角をφ、膜の屈折率をｎとした場合、次の式（８）は、干渉により明るくなる条件であり、式（９）は、干渉により暗くなる条件である。
Ｄ＝λ・ｍ・ｃｏｓφ／（２・ｎ）                          ・・・（８）
Ｄ＝λ・（ｍ＋１）・ｃｏｓφ／（２・ｎ）                  ・・・（９）
ここで、ｍ＝１，２，３，４，…である。
また、薄膜への入射角をθとすると、傾角φとの間には、次式の関係がある。
ｓｉｎθ＝ｎ・ｓｉｎφ                                    ・・・（１０）
式（８）、（９）によれば、傾角φと屈折率ｎとが一定の場合、膜厚Ｄと波長λにより反射光の干渉現象により輝度ムラが生じることが分かる。【００５１】
図８は、図６Ｂの場合について、ｄ２＝１００００ｎｍとして、波長λを５００ｎｍから７００ｎｍまで変化させたときの反射率の計算例である。他の条件は、図７の場合と同様である。
図８に示すように、反射率Ｒｓ、Ｒ、Ｒｐは、Ｒｓ≧Ｒ≧Ｒｐの関係を保って、相対的に狭い波長帯域と、相対的に広い波長帯域とで、それぞれ略周期的に反射率が変動している。【００５２】
このように、多層膜の反射光は、下層の膜厚変化や入射光の波長分布に応じて波長ごとに発生する干渉の結果として輝度ムラが生じる。
すなわち、図７に示すように下層の膜厚の変化量により反射する光が明るくなったり暗くなったりするとともに、図８に示すように、波長領域においても明暗が発生する。
ここで、図８において、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの光を一様に照射することを考える。この場合、波長範囲にわたって明暗の緩やかな周期変化が略二巡以上する波長域を持つことになるから、平均された明るさが得られることが分かる。
式（９）において、波長λの値が変化することによりｍの値が１以上異なる値に相当する波長域を持っているとすると、膜厚Ｄが変化したのと同様の輝度変化が加算されることとなり、入射光はすべての波長が加算された平均光量として検出されることになる。
この平均化された明るさは、波長帯域が広いため、膜厚の変化に係わらず常に一定である。そのため、波長域の広い光を入射することにより、前記のような膜厚の変化の影響を抑制することが可能となる。
つまり、反射率を変動させる波長サイクルを少なくとも１つ以上含む広範囲の波長光を含むことにより平均化されることが期待される。【００５３】
しかし、このような広帯域の波長を含む入射光として、光学的な白色光を照射すると、例えば観察者４９には約５５０ｎｍに感度のピーク値を有する比視感度があるので、視覚的には輝度バラツキを平均化することができず、干渉による輝度ムラを含んだ像が観察される。そのため、欠陥が存在しない領域を欠陥と誤認識したり、輝度ムラがノイズとなって欠陥の検出精度が低下したりする場合が出てくる。【００５４】
参考例では、照明光６ｂを、補償フィルタ４３を用いることにより照明用ランプ４１の波長分布と標準比視感度とのそれぞれの逆特性を有する波長分布に補正するから、観察者４９にとって、図５に示すような、認識される光の強度が略一定と感じられる光が被検体４０に入射される。そのため、下層の膜厚や入射光の波長に起因する干渉による輝度ムラを平均化することができ、欠陥がない場合の反射光量を平均光量として略一定とすることができる。すなわち下層の膜厚の影響を受けない観察や欠陥検出が可能となる。
したがって、欠陥が存在しない領域を欠陥と誤認識したり、輝度ムラがノイズとなって欠陥の検出精度が低下したりすることを防止できる。【００５５】
次に、偏光状態が制御されていることの作用について説明する。
図９は、偏光状態に応じた反射率の入射角依存性について説明するためのグラフである。図１０Ａ、１０Ｂは、最上層に形成された正常なパターンと異常なパターンとについて説明するための膜厚方向の模式断面図である。図１１は、多層膜が屈折率分布を有する場合の反射率の入射角依存性について説明するためのグラフである。図９、１１において、横軸は入射角を示し、単位は（°）である。また縦軸は反射率を示す。【００５６】
一般に反射面に対してｓ偏光として入射する光に対する反射率は、図９の曲線７１に示すように、入射角０°でｒ０（ただし、０＜ｒ０＜１）となり、入射角０°から９０°に向けて入射角が増えるにつれてより傾斜が大きくなるような単調増加をして角度９０°で１に達する。一方、ｐ偏光として入射する光に対する反射率は、図９の曲線７２に示すように、入射角が０°でｓ偏光と同様にｒ０となり、０°からθｂまで入射角が増えるにつれて負の傾きが大きくなるように単調に漸減して、入射角θｂで０となる。そして、入射角θｂから９０°に向けて反射率が０から１まで単調に増加する。角度θｂはブリュースター角または偏光角と呼ばれており、ブリュースター角で入射する光のｐ偏光成分はすべて反射面に対する透過光となってしまうことが知られている。【００５７】
このように、ｐ偏光の光は、広範囲の入射角度範囲でｓ偏光の光に比べて反射面を透過しやすい傾向を持っている。そのため、表面層の形状異常などによる反射光の変化もｓ偏光の光に比べて変化が少なくなる傾向がある。このような特性により、図７、８に示したように輝度ムラを有する場合でもＲｓ≧Ｒｐの関係がある。
参考例では、照明光６ｂを偏光板４４Ａによりｓ偏光としている。ｓ偏光では、ｐ偏光や無偏光の場合に比べて反射率が高くなるために反射率変化を鋭敏に検知することができるという利点がある。
例えば、図１０Ａに示すように、基板４上に幅Ｗ０、膜厚ｄのパターン形成層２０Ａ（屈折率ｎ４）がピッチＷ０で形成されたラインとスペースとの繰り返しパターン（デューティ比５０％）を形成する場合を考える。この場合の欠陥として、例えば、製造装置のトラブルなどにより幅Ｗ０が太ってしまうことが考えられる。例えば、図１０Ｂに示すように根元が幅Ｗ１（ただし、Ｗ１＞Ｗ０）となっているものとする。【００５８】
このような欠陥は、膜厚ｄが照明光６ｂの波長と近い場合には、厚さ方向に屈折率が傾斜している欠陥と見なせるので、屈折率の傾斜に依存した反射率の異常として検出することができる。
例えば、ｎ４＝１．３、Ｗ０＝４５ｎｍ、屈折率の傾斜率を４．５％、すなわち（Ｗ１−Ｗ０）／ｄ＝０．０４５としたときの、反射率の入射角依存性についてシミュレーションした結果を図１１に示した。
図１１において、実線で示した曲線８１、８２は、屈折率傾斜のないパターン形成層２０Ａの場合に対応するｓ偏光成分、ｐ偏光成分の反射率をそれぞれ示す。また、破線で示した曲線８３、８４は、屈折率傾斜を有するパターン形成層２０Ｂの場合に対応するｓ偏光成分、ｐ偏光成分の反射率をそれぞれ示す。【００５９】
偏光成分同士の変化を比較すると、ｓ偏光成分の反射率を示す曲線８１、８３は、図９の曲線７１と略同様の変化を示し、ｐ偏光成分の反射率を示す曲線８２、８４は、図９の曲線７２と略同様な変化を示している。図９の入射角０°の反射率ｒ０は、図１１の反射率ｒＡ、ｒＢに対応する。ブリュースター角θｂは、６０°と７０°の中間の値となっている。
一方、屈折率傾斜の有無を比較すると、ｓ偏光成分では、曲線８１、８３から分かるように、９０°を除くすべての入射角において、屈折角傾斜を有する場合には反射率が低下している。特に入射角６０°の近傍での低下が著しい。
また、ｐ偏光成分では、屈折率傾斜がある場合、入射角０°〜３０°において、反射率がやや低下しているものの、入射角５０°以上では、ほとんど屈折率傾斜の影響が見られない。
したがって、照明光６ｂの入射角を６０°程度に設定して、ｓ偏光で照明すると、屈折率傾斜を有する領域では、ｓ偏光の反射率が顕著に低下し、暗くなる領域として検出することができる。その場合、偏光板４４Ａを回転するなどして、ｐ偏光に切り替えれば、正常領域に対して輝度変化がないので、他の輝度ムラによるノイズでないことが確認できる。
このように偏光状態を制御することにより、屈折率傾斜として現われるような欠陥を高精度に検出することができるという利点がある。【００６０】
このような屈折率傾斜は、上記に述べたパターンの側面の傾斜によっても形成されるが、側面の傾斜がない場合でもパターン形成層２０Ａの厚さが場所によりばらつくと発生するので、そのような欠陥がある場合も同様に検出することができる。【００６１】
なお、被検体４０の多層膜によっては、反射光７が楕円偏光となる場合があるが、この場合、偏光板４４Ｂを適宜回転させることによりｓ偏光成分のみを観察することができるので、上記のようなｓ偏光成分の反射特性を利用した欠陥検出を行うことができる。【００６２】
また、偏光板４４Ａは、偏光板４４Ｂと組み合わせて用いることにより、偏光状態を変える欠陥を容易に検出することができる。
すなわち、偏光板移動機構４８により光軸まわりに回転させることにより、反射光７から種々の偏光状態の光を選択的に取り出し、反射光７が散乱光となるキズ、異物、結晶異常などの欠陥を検出することができる。
偏光板４４Ａ、４４Ｂをクロスニコルの状態に配置して正常部分からの反射光７が消光状態となるようにすれば、暗視野中で偏光状態の異常部のみが光るため、より効率的に検出することができる。【００６３】
このように、参考例の目視による表面欠陥検査装置５００によれば、照明光６ｂとして、標準比視感度特性の下で光の強度が略一定と感じられる波長分布を備えるようにするので、多層膜が形成された被検体を検査する場合に、下層膜の膜厚差があっても、表面の輝度ムラや色ムラが起こりにくくなり、欠陥の検出精度を向上することができる。
この参考例の目視による欠陥検査の欠陥検出精度の低下の防止方法は、ＣＣＤカメラなど撮像装置を用いた表面欠陥検査装置に適用することが可能である。【００６４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。図１３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いる斜影補正レンズのレンズ構成の一例について説明するための模式的な光路図である。図１３Ｂは、同じく斜影補正レンズの動作について説明するための模式的な光路図である。図１４Ａ、１４Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る表面欠陥検査装置に用いるフロントガラスおよびハーフミラーのレチクルマークについて説明するための法線方向視の説明図である。【００６５】
本実施形態の表面欠陥検査装置５０１は、図１２に示すように、被検体４０に照明光６ｂを照射し、その反射光７を被検体４０に再入射させた再反射光８を目視観察または撮像することにより被検体４０の表面欠陥を検査するための装置である。【００６６】
表面欠陥検査装置５０１の概略構成は、照明部５０、ハーフミラー９１、コリメートレンズ９２（照射光学系）、揺動機構４６、ミラー９３（反射素子）、斜影補正レンズ９４（被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子）、偏光板４４Ｂ、ミラー１０２（光路切替手段）、結像レンズ群１０３、撮像素子１０４（撮像部）、および制御部１０１が、一部にフロントガラス９５（透過スクリーン）を有する隔壁部４１１により覆われてなる。
照明部５０は、参考例の照明部５からコリメートレンズ４５を削除した構成を有する。すなわち、照明用ランプ４１、集光レンズ４２、補償フィルタ４３、および偏光板４４Ａからなる。そして、照明用ランプ４１から出射される照明光６ａが集光レンズ４２により集光され、やや発散度合が低下された照明光６ｃが出射されるようになっている。【００６７】
ハーフミラー９１は、照明光６ｃの略５０％を反射して、照明光６ｃの光路を折り曲げるとともに、被検体４０により再反射された再反射光８を透過させる光路分岐手段である。したがって、再反射光８に対しては透過スクリーンとして機能するものである。そして、図１４Ｂに示すように、目視観察時に観察位置を合わせ易くするために、レチクルマーク９８ａ、９８ｂ（参照パターン）が設けられている。レチクルマーク９８ａ、９８ｂは、適宜の形状、位置で設けることができるが、例えば、レチクルマーク９８ａとしてハーフミラー９１の略中央に入射光の光軸に一致するように設けられた十字マークと、レチクルマーク９８ｂとして周辺部に設けられた十字マークとを採用することができる。【００６８】
コリメートレンズ９２は、ハーフミラー９１により反射された照明光６ｃを平行光として、照明光６ｂを形成するものである。
揺動機構４６は、参考例と同様に、照明光６ｂにより照射できる位置で被検体４０を揺動可能に保持している。
ミラー９３は、再入射光学系として被検体４０で反射された反射光７が法線方向から入射するような位置に設けられた反射素子である。
揺動機構４６、ミラー９３は、後述する制御部１０１により照明光６ｂ、反射光７の光路に対する角度姿勢が制御できるようになっている。【００６９】
斜影補正レンズ９４は、ミラー９３で反射された反射光７が被検体４０により反射された再反射光８を観察する際に、被検体４０の斜め方向に反射されることによる歪みを補正するレンズ群である。そして、コリメートレンズ９２、ハーフミラー９１を透過した後の光路上に配置されている。【００７０】
斜影補正レンズ９４の具体的な構成としては、図示上下方向に光束を収束させるようなパワーを有するシリンドリカルレンズ群を採用することができる。例えば、図１３Ａに示すように、再反射光８の入射方向から順に、凸断面を有する第１レンズ９４ａ、および凸断面を有する第２レンズ９４ｂからなる第１レンズ群Ｇ１と、凹断面を有する第３レンズ９３ｃ、および凸断面を有する第４レンズ９４ｄからなる第２レンズ群Ｇ２とが、第１レンズ群Ｇ１の焦点位置と第２レンズ群Ｇ２の焦点位置が一致するように配置されている。そして、移動機構９４Ａにより、第１レンズ群Ｇ１の前側焦点位置を一定位置に保った状態で、第１レンズ９４ａ、第２レンズ９４ｂは光軸方向の位置を移動できるようになっている。移動機構９４Ａは、制御部１０１に電気的に接続されている。
第２レンズ群Ｇ２は、第３レンズ９４ｃと第４レンズ９４ｄとのレンズ間距離がＬ２で、合成焦点距離がｆ２とされる。
第１レンズ群Ｇ１は、例えば、第１レンズ９４ａと第２レンズ９４ｂとのレンズ間距離が可変とされ、例えば距離Ｌ１のとき、合成焦点距離がｆ１（ただし、ｆ１＞ｆ２となる値を有する）となっている。また、図１３Ｂに示すように、レンズ間距離がＬ１’のとき、前側合成焦点距離がｆ１’となっている。【００７１】
合成焦点距離ｆ１は、第１レンズ９４ａ、第２レンズ９４ｂの焦点距離をそれぞれｆａ、ｆｂとすると、次式のように表される。
１／ｆ１＝１／ｆａ＋１／ｆｂ−Ｌ１／（ｆａ・ｆｂ）        ・・・（１１）
ここで、ｆ１、Ｌ１に代えて、ｆ１’、Ｌ１’としても式（１１）を満足する。
すなわち、第１レンズ９４ａ、第２レンズ９４ｂを移動して、レンズ間距離をＬ１’（ただし、Ｌ１’＜Ｌ１）とすると、ｆ１’＜ｆ１となる。このｆ１’の位置を第２レンズ群Ｇ２の合成焦点位置と同一になるように、第１レンズ９４ａと第２レンズ９４ｂとの位置を調整する。その結果、焦点距離ｆ１’の変化に応じて図示上下方向の光束幅が変化し、例えば、入射光が図示上下方向に主軸を有する楕円光束の場合、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を適宜値に調整することにより、円光束として出射することができる。【００７２】
斜影補正レンズ９４の像側の光路上には、偏光板４４Ｂが進退可能に設けられている。
ミラー１０２は、斜影補正レンズ９４から出射され、必要に応じて偏光板４４Ｂを透過した光束の光路を切り替えて結像レンズ群１０３に導くための反射素子であり、移動機構１０２Ａにより光路に対して進退可能、もしくは必要に応じて着脱可能に設けられている。【００７３】
フロントガラス９５は、参考例のフロントガラス４７と略同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、目視観察時に、観察者４９が観察位置を位置合わせするレチクルマーク９７ａ、９７ｂ（参照パターン）を備える。
レチクルマーク９７ａ、９７ｂは、ハーフミラー９１のレチクルマーク９８ａ、９８ｂにそれぞれ対応して、例えばフロントガラス９５の中央部および周辺部に十字マークなどとして設けられている（図１４Ａ参照）。
すなわち、中央部に設けられたレチクルマーク９７ａは、光軸上に設けられ、周辺部に設けられたレチクルマーク９７ｂは、光軸上の結像位置から観察すると、同じく周辺部に設けられたレチクルマーク９８ｂの像とちょうど一致するような位置関係に設けられている。【００７４】
結像レンズ群１０３は、ミラー１０２が光路内に進出されたときに反射される光束により、被検体４０の表面を撮像素子１０４の撮像面に結像するためのものである。被検体４０は揺動により傾くが、十分に被写界深度が深くなるよう結像レンズ群に明るさ絞りを入れてもよい。またフォーカス機能を設け、見たい位置にピント合せできるようにしてもよい。
撮像素子１０４は、例えばＣＣＤなど、２次元画像を撮像する撮像素子からなり、被検体４０の像を撮像し、画像データを取得するものである。
制御部１０１は、操作部９９を介した観察者４９の操作入力に応じて、表面欠陥検査装置５０１の全体制御や、画像処理制御を行うものである。
すなわち、制御部１０１は、ミラー９３、斜影補正レンズ９４、偏光板４４Ｂのそれぞれ移動機構９３Ａ、９４Ａ、４４０、および揺動機構４６に電気的に接続され、それぞれの移動動作を行う制御信号を送出できるようになっている。
また、撮像素子１０４に電気的に接続され、画像データを取得し、例えば、特開２００１−９１４７３等に開示されているように、欠陥画像の表示、抽出などの画像処理を行うことができるようになっている。【００７５】
本実施形態の表面欠陥検査装置５０１の動作について説明する。
図１２に示すように、照明部５０からは、出射光が発散光である点以外は、参考例と同様とされた照明光６ｃがハーフミラー９１に向けて出射される。すなわち、照明光６ｃは、標準比視感度特性を有する観察者４９が目視する場合に光の強度が略一定と感じられるように補正されている。また、偏光状態は、被検体４０に対してｓ偏光となっている。
そして、照明光６ｃは、ハーフミラー９１により略５０％が反射され、コリメートレンズ９２の光軸に沿って偏向される。そして、コリメートレンズ９２により略平行光束とされた照明光６ｂとして略一方向に向けて被検体４０に照射される。
被検体４０に入射した照明光６ｂは、被検体４０により反射され、反射光７として、ミラー９３に導かれる。ここで、反射光７の反射輝度は、式（６）に示す反射率により決まる。
また被検体４０の表面状態によっては偏光状態が変化する。【００７６】
ミラー９３は、制御部１０１により反射光７が法線方向から入射するように位置制御されるので、ミラー９３に入射した反射光７は、ミラー９３により反射されて光路を逆進し、被検体４０に再入射し、再反射光８としてコリメートレンズ９２に向けて反射される。
再反射光８の輝度Ｉ８は、照明光６ｂの輝度をＩ６ｂ、ミラー９３の反射率をＲｍとするとき、次式のように表される。
Ｉ８＝（Ｒ０１）２・Ｒｍ                                  ・・・（１２）
すなわち、被検体４０により２回反射されるため、多層膜反射の膜厚変化や屈折率傾斜の影響が２乗された顕著な輝度変化を示す。ただし、補償フィルタ４３の作用により、観察者４９にとっての略白色光とされるため膜厚変化に応じた輝度ムラは相殺されるので、屈折率傾斜による輝度ムラのみが顕著に現われる。
そのため、屈折率傾斜の検出感度を参考例に比べて向上できるという利点がある。【００７７】
再反射光８は、コリメートレンズ９２を透過すると収束光とされ、ハーフミラー９１を透過する。そして、斜影補正レンズ９４により、図示上下方向の光束径が調整され、例えば被検体４０を平面視したのと同様な観察方向による歪みのない形状、本実施形態の場合は、外形が円形となるようなに画像歪みが修正されて出射される。
偏光板４４Ｂが光路に進出され、かつミラー１０２が光路から退避されている場合、偏光板４４Ｂにより特定の偏光成分のみが透過し、フロントガラス９５を通して隔壁部４１１の外部に出射される光路が形成される。そのため、観察者４９は、再反射光８により被検体４０の像を目視観察することができる。【００７８】
このとき、ハーフミラー９１、フロントガラス９５にレチクルマーク９７ａ、９７ｂ、９８ａ、９８ｂが設けられているので、観察者４９は、視野の略中央に観察されるレチクルマーク９７ａ、９８ａが一致するように光軸方向に直交する方向に移動し、さらに、周辺部のレチクルマーク９７ｂ、９８ｂが一致するように、光軸方向に観察位置を移動することにより、再反射光８の結像位置での目視観察を行うことができる。【００７９】
また観察者４９は、必要に応じて操作部９９から操作を行い、制御部１０１により揺動機構４６を動作させ、被検体４０を揺動移動し、欠陥が見やすくなるように配置することができる。
その際、制御部１０１は、揺動機構４６の揺動位置に合わせてミラー９３の姿勢を制御して、反射光７の入射方向を一定に保つようにする。また、制御部１０１は、揺動機構４６の揺動位置に合わせて斜影補正レンズ９４の焦点距離を変化させ、斜影補正レンズ９４から出射される光束径が一定となるように制御する。
そのため、被検体４０を欠陥が見やすい揺動位置に移動しても、観察者４９は、被検体４０を平面視するのと同様な状態で観察できるので、欠陥位置の特定が容易となるという利点がある。【００８０】
一方、偏光板４４Ｂが光路に進出され、かつミラー１０２が光路中に進出されている場合、偏光板４４Ｂにより特定の偏光成分のみが透過し、ミラー１０２で偏向されて、結像レンズ群１０３に導かれ、撮像素子１０４により再反射光８が撮像される光路が形成される。そのため、被検体４０の像が撮像され、光電変換されて、制御部１０１に画像データとして取り込まれる。このとき、撮像素子１０４の波長（分光）感度特性が人間の比視感度特性と異なる場合、補償フィルタ４３は撮像素子１０４の出力強度が感度を有する波長域にわたって略一定となる特性に設定される必要がある。そのためミラー１０２が光路に進出するとき補償フィルタ４３が切り替わるように構成されていることが望ましい。
制御部１０１では、目視画像と同一の画像を用いて適宜の欠陥検出動作などを行ったり、また画像自体、あるいは画像処理された画像をモニタ１６０などに表示したりすることができる。
このように、本実施形態では、ミラー１０２を光路中に進退させて光路を切り替えることにより、観察者４９の感じる光の強度が波長によらず略一定または撮像素子からの画像信号の出力強度が波長によらず略一定となる照明光６ｂが被検体４０を２回反射した再反射光８により目視観察を行ったり、撮像したりすることができる。【００８１】
なお、本実施形態の偏光板４４Ａ、４４Ｂの作用については参考例と同様である。
また目視観察および撮像のいずれの場合でも、欠陥検出の目的などにより偏光成分を規制する必要がない場合には、偏光板４４Ｂを制御部１０１により再反射光８の光路から退避させ、再反射光８が偏光板４４Ｂを透過しないようにしてもよい。【００８２】
このように、表面欠陥検査装置５０１によれば、照明光６ｂを観察者４９または撮像素子１０４にとって波長によらず光の強度が略一定と感じるようにすることにより、膜厚変化の影響を除去し、被検体４０を２回反射させた再反射光８を観察することできるため、屈折率傾斜のある欠陥の検出効率を向上することができる。つまり、再入射光学系のミラー９３を導入したのみでは、膜厚変化等の影響によるノイズ成分も同時に強調してしまうのに対して、ノイズ成分を低減した上でミラー９３を導入したことにより、より精度の高い欠陥検出を行うことができる。
また、斜影補正レンズ９４により、被検体４０を常に歪みのない状態で観察することができるので、欠陥観察や、欠陥位置の特定が容易となり、検出精度が向上し、かつ検査時間を短縮できるので欠陥検査の効率を向上することができる。【００８３】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【００８４】
本変形例の表面欠陥検査装置５０１Ａは、図１５に示すように、上記第１の実施形態の斜影補正レンズ９４を削除し、斜影補正レンズ６０１（被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子）、電動散乱板６０２を追加したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。【００８５】
斜影補正レンズ６０１は、斜影補正レンズ９４と同様、ミラー９３で反射された反射光７が被検体４０により反射された再反射光８を観察する際に、被検体４０の斜め方向に反射されることによる歪みを補正するレンズ群であり、被検体４０とコリメートレンズ９２との間の光路中に設けられている。
斜影補正レンズ６０１の構成としては、揺動機構４６の揺動方向に一致する方向、例えば、図示上下方向に光束を収束させるようなパワーを有するシリンドリカルレンズ群である第１補正レンズ６０１Ａ、第２補正レンズ６０１Ｂが、被検体４０側から順次配列され、斜影補正レンズ駆動部６００により光軸方向に移動可能に保持された構成を採用することができる。
本変形例の実施態様では、第１補正レンズ６０１Ａは平凹断面のシリンドリカルレンズからなり、第２補正レンズ６０１Ｂは凸平断面のシリンドリカルレンズからなり、それぞれの凹面、凸面が同一の曲率半径を有している。したがって、これら凹凸面がそれぞれ密着した状態では平板が形成され、各レンズのパワーが打ち消される。また、各レンズが離間され、空気間隔が設けられた状態では、被検体４０からの平行光束が上下方向に拡大されるようになっている。【００８６】
電動散乱板６０２は、入力電圧に応じて散乱板となったり、透過板になったりすることができる機構であり、例えば液晶散乱板などから構成される。そして、ミラー９３とともに、揺動機構４６の揺動角度の変化に応じて移動機構９３Ａによって回動できるようになっている。
なお、電動散乱板６０２は、液晶偏光板を利用して遮光状態も形成できる構造となっていることが好ましい。【００８７】
本変形例の表面欠陥検査装置５０１Ａによれば、制御部１０１によって、揺動機構４６の揺動角度が検出されると、その揺動角度に応じて斜影補正レンズ駆動部６００が駆動され、第１補正レンズ６０１Ａと第２補正レンズ６０１Ｂとの間のレンズ間距離が制御される。すなわち、揺動方向に沿う図示上下方向の光束が拡大されることにより被検体４０の歪みを補正される。そのため、被検体４０が観察者４９に対して平行な位置に正対しているかのように観察することができる。
このとき、斜影補正レンズ６０１をコリメートレンズ９２と被検体４０との間の光路中に設けるので、揺動角度が変化しても、被検体４０に照射される照明光６ｂの幅を変化させて、被検体４０上を効率的に照明することができる。そのため、明るさが略一定の状態で観察することができるので、検査精度を安定させることができる。【００８８】
また、電動散乱板６０２を設けることにより、ミラー９３の反射光７の散乱度合いを容易に変化させることができる。そのため、膜厚変化に応じた輝度ムラを除去する程度を変化させた状態で観察することができる。
なお、このような観察を行う必要がなければ、電動散乱板６０２は削除してもよい。【００８９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る表面欠陥検査装置について説明する。
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。図中に記載したＸＹＺ直角座標系は方向参照の便宜のために設けたものであり、紙面垂直に手前から奥側に向かうＸ軸と、紙面内で左側から右側に向かうＺ軸と、紙面内で下側から上側に向かうＹ軸により構成される。【００９０】
本実施形態の表面欠陥検査装置５０２は、図１６に示すように、被検体４０にビーム光源により走査し、その反射光を被検体４０に再入射させて、再反射光８を形成し、再反射光８を撮像することにより被検体４０の表面欠陥を検査するための装置である。【００９１】
表面欠陥検査装置５０２の概略構成は、照明部５１、偏光板４４Ａ、ビームスプリッタ１０９、偏向ミラー１１０、１１１、斜影補正レンズ９４、フィールドミラー１１２、ミラー１１３（反射素子）、偏光板４４Ｂ、結像レンズ群１０３、光検出素子１２３（撮像部）、装置制御部１２１、撮像制御部１１８、画像処理部１１９、モニタ１２０、および操作部１２２からなる。【００９２】
照明部５１は、複数の波長のレーザ光２００（照明光）を発生することができる複数のレーザ光源からなるレーザ発光ダイオード１０５（光源）と、レーザ発光ダイオード１０５から出射されたレーザ光を被検体４０の面積に比べて小径の平行ビームとするコリメートレンズ１０６と、波長補償板１０７（波長感度補正フィルタ）とからなる。
レーザ発光ダイオード１０５の複数の波長は、それらをコンバイナーなどで合成したときに、白色光または白色光に近い強度分布を形成できるような波長帯域に設定される。例えば、多数の波長のレーザ発光ダイオードを設置して、可視波長域に全域にわたって分散する複数の波長のレーザ光としてもよい。また、単色による検査に比べ、２波長や３波長になれば、条件によっては、下層の膜ムラの影響を除却できるので、例えば、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの中心帯域の波長に近い波長光をそれぞれ含んだ複数のレーザ光としてもよい。【００９３】
波長補償板１０７は、レーザ発光ダイオード１０５により発光され、コリメートレンズ１０６を透過した複数のレーザ光の波長ごとの強度分布を、光検出素子１２３の波長感度特性により逆補正して略白色光として撮像できるようにした光学部材である。
波長補償板１０７は、補正すべき波長帯が複数の単色光または狭帯域光である点と、逆補正すべき波長特性が光検出素子１２３の波長感度特性である点が異なるものの、参考例の補償フィルタ４３と略同様にして補償特性を設定することができる。
波長補償板１０７は、多層膜コーティングにより必要な補償特性を構築した光学フィルタとして形成することができる。また、レーザ光２００に含まれる複数の波長光に対してのみ、補償特性を設定すればよいので、波長光ごとの強度を調整する複数のフィルタを組み合わせて用いてもよい。【００９４】
ビームスプリッタ１０９は、光路分岐手段であり、偏光板４４Ａを透過したレーザ光２００を、例えば図示Ｚ軸正方向に配置された偏向ミラー１１０に向けて反射するとともに、偏向ミラー１１０により図示Ｚ軸負方向に反射されて戻るレーザ光を透過して、偏光板４４Ｂに導くものである。
偏向ミラー１１０、１１１は、いずれも装置制御部１２１により制御される回動機構１１０Ａ、１１１Ａにより回動可能に支持され、互いに異なる２軸方向に回動することにより、入射ビームを２次元走査するビーム走査機構である。
偏向ミラー１１０は、ビームスプリッタ１０９により反射されたレーザ光２００を、図示ＸＹ平面内で、Ｙ軸正方向を中心として一定の走査画角の範囲で走査できるようになっている。
偏向ミラー１１１は、偏向ミラー１１０により偏向走査されたレーザ光２００を、図示ＺＸ平面に直交する面内で、ＺＸ平面に沿う方向を中心にして一定の走査画角の範囲で走査できるようになっている。
偏向ミラー１１０、１１１は、例えばガルバノミラーなどの偏向走査素子を採用することができる。【００９５】
偏向ミラー１１１により偏向走査されたレーザ光２００は、斜影補正レンズ９４を透過して、フィールドミラー１１２に到達するようになっている。
フィールドミラー１１２は、偏向ミラー１１０、１１１により２次元走査されるレーザ光２００を反射し、再入射光学系として被検体４０に対して一定角度で入射させる反射素子である。つまり、偏向ミラー１１０、１１１によりどの方向に偏向走査しても、被検体４０に対して、どの光束同士も平行となっている。フィールドミラー１１２の反射面の曲面形状は、放物面形状や、非点収差などの収差補正を入れた自由曲面などの形状を採用することができる。
なお、図１５に描いた破線は、偏向ミラー１１０、１１１により偏向される範囲を示すための線である。【００９６】
試料台１１７は、被検体４０をフィールドミラー１１２の反射光の出射方向に対して一定角度に保持するための保持機構である。試料台１１７は、装置制御部１２１の制御信号にしたがって、被検体４０の配置位置をフィールドミラー１１２に対して調整するために、適宜の移動機構を備えることが好ましい。
ミラー１１３は、被検体４０により反射されたレーザ光２００の正反射方向が法線方向となるように配置された平面ミラーである【００９７】
結像レンズ群１０３は、ビームスプリッタ１０９を挟んで偏向ミラー１１０に対向する位置に設けられ、偏向ミラー１１０で反射されたレーザ光２００のうち、ビームスプリッタ１０９を透過した光を光検出素子１２３の受光面上に結像する結像素子である。
光検出素子１２３は、結像レンズ群１０３により結像面でレーザ光２００を受光して光電変換するものである。光検出素子１２３としては、フォトダイオードや光電子倍増管などを採用することができる。
ビームスプリッタ１０９と結像レンズ群１０３との間には、レーザ光２００の偏光状態を制御するための偏光板４４Ｂが設けられている。【００９８】
装置制御部１２１は、表面欠陥検査装置５０２の全体制御を行うもので、操作部１２２により操作可能とされる。そして、レーザ発光ダイオード１０５、偏光板４４Ｂを移動する移動機構４４０、偏向ミラー１１０、１１１、斜影補正レンズ９４を移動する移動機構９４Ａ、試料台１１７などに電気的に接続され、適宜の制御信号を送出できるようになっている。【００９９】
移動機構４４０に対しては、偏光板４４Ｂを光路中に進退させる制御信号を送出する。
偏向ミラー１１０、１１１に対しては、レーザ光２００を被検体４０上の所定位置に走査するための制御信号を送出する。
移動機構９４Ａに対しては、歪みのない被検体４０の画像を取得できるようにレンズ間隔を調整する制御信号を送出する。
試料台１１７に対しては、被検体４０の位置調整を行う制御信号を送出する。【０１００】
撮像制御部１１８は、装置制御部１２１による偏向ミラー１１０、１１１に対する走査位置に関する制御信号に応じて、走査位置ごとの画像データを取得する撮像動作を行う制御信号を送出し、画像データを取得し、画像処理部１１９に走査位置データとともに、画像データを画像処理部１１９に送出するものである。【０１０１】
画像処理部１１９は、撮像制御部１１８から送出された画像データを記憶して、画像処理により異常な輝度ムラを抽出して、欠陥の位置、大きさ、種類などを判定するための手段である。画像処理および欠陥抽出のアルゴリズムは、表面検査に用いられる周知のいかなる手段を採用してもよい。
例えば、被検体４０に対応して予め記憶された補正データに基づき、表面欠陥検査装置５０２内の光学系や光検出素子１２３の特性に応じて発生する輝度ムラを画像データの画素ごとに補正するシェーディング補正、校正データに基づき光学系による画像歪みを除去する歪み補正、被検体４０の位置ずれ情報を検出して画像データの位置ずれを補正する位置ずれ補正などの、画像補正を行う。そして、補正後の画像データを予め記憶されている良品の画像と比較処理して被検体４０の欠陥を抽出する。また必要に応じて、被検体４０の画像データを細分化し多く含まれている部分を良品と判断して良品画像を構築し、この構築画像と被検体４０の画像データとを比較して欠陥を抽出できるようにしてもよい。
抽出された欠陥は、欠陥の発生工程と原因とを特定することができるように分類され、欠陥辞書として記憶された情報と比較して、欠陥種類が特定されるようになっている。【０１０２】
モニタ１２０は、画像処理部１１９により処理された画像や、欠陥の画像などを表示したり、操作部１２２により操作入力するための操作メニュー画面などを表示したりするための表示手段である。【０１０３】
次に、表面欠陥検査装置５０２の動作について説明する。
レーザ発光ダイオード１０５で発生されたレーザ光２００は、コリメートレンズ１０６により平行ビーム化され、波長補償板１０７により、光検出素子１２３の波長感度特性に応じて、複数の波長光の波長分布が略一定の光の強度を持つものとして受光されるような分布に調整される。
そして偏光板４４Ａにより、被検体４０に対してｓ偏光となるように偏光状態が制御されて図示Ｙ軸正方向側のビームスプリッタ１０９に入射される。【０１０４】
ビームスプリッタ１０９に入射したレーザ光２００は、ビームスプリッタ１０９により反射され、偏向ミラー１１０に入射し、図示ＸＹ平面内で走査される。これはＺＸ平面に沿って配置される被検体４０上では、図示Ｘ軸方向へのビーム走査に対応する。
偏向ミラー１１０により走査されるレーザ光２００は、偏向ミラー１１１により、ＺＸ平面に直交する平面内で走査される。これは被検体４０上では、図示Ｚ軸方向へのビーム走査に対応する。
偏向ミラー１１０、１１１の走査は連続的に行われるが、以下の説明では、そのうちの１つの方向にレーザ光２００が走査されているものとして説明する。すなわち、レーザ光２００は、被検体４０の特定の走査位置に向けて偏向ミラー１１１から反射され、斜影補正レンズ９４に入射する。【０１０５】
斜影補正レンズ９４では、レーザ光２００が被検体４０上に照射されたとき、被検体４０上の略円形の範囲を照射できるように、レーザ光２００の光束径が図示Ｙ軸方向に調整される。例えば、レーザ光２００が円形ビームであれば、被検体４０に対し斜投影されるため被検体４０上で図示Ｚ方向に長径を有する楕円領域を照射することになるので、画像データに歪みが生じることになる。この場合、図示Ｙ軸方向に短軸を有する楕円ビームに調整することにより、被検体４０上で円形領域を照射することができ、走査位置と画像データの画素が一対一に対応した歪みのない画像が取得できる。
斜影補正レンズ９４の動作については、参考例に説明した通りである。【０１０６】
斜影補正レンズ９４を透過したレーザ光２００は、フィールドミラー１１２により、被検体４０に対して一定角度で入射するような光路上に反射される。そして、被検体４０により反射され、ミラー１１３に垂直に入射する。
そのため、レーザ光２００は、ミラー１１３により正反射されて入射光路を逆進し、被検体４０上の同一の反射位置に再入射し、再反射され、上述した光路を順次逆進して、円形ビームに戻された状態でビームスプリッタ１０９に到達する。そして、ビームスプリッタ１０９の分岐面を透過し、偏光板４４Ｂにより偏光状態を制御され、結像レンズ群１０３により光検出素子１２３上に結像され、輝度レベルに応じた検出信号が撮像制御部１１８に送出され、被検体４０上の特定位置の輝度レベルに対応した画像信号が発生される。【０１０７】
偏向ミラー１１０、１１１の走査に伴って上記の過程が繰り返され、レーザ光２００により被検体４０が２次元的に走査され、被検体４０の画像データが取得される。
そして、画像処理部１１９により画像データの画像処理を行い、欠陥を抽出し、欠陥の種類などの判定を行う。【０１０８】
このように、本実施形態の表面欠陥検査装置５０２では、画像データが、レーザ光２００が波長補償板１０７により光検出素子１２３の波長感度特性において複数の波長のレーザ光が略一定の光の強度を持つように出力され、認識されるので、参考例で説明したのと同様に、被検体４０の下層の膜厚の影響による輝度ムラが平均化され、下層の影響が除去されている。
また、レーザ光２００が被検体４０に対してｓ偏光として入射されるため、屈折率傾斜として現われる欠陥が高精度に検出できるものとなっている。
また、被検体４０で２回反射された反射光により取得された画像データとなっているので、欠陥による輝度変化が反射率の２乗に比例して顕著となっている。
これらの結果、画像処理部１１９により欠陥検出を行う場合に、欠陥部分の画像データがノイズに埋もれることなく、また正常データから際だった状態とされているため、欠陥抽出の精度をより向上することができるものである。【０１０９】
また、本実施形態では、被検体４０をビーム状のレーザ光２００により２次元走査することにより画像データを取得するので、光検出素子１２３を簡素な構成とすることができるという利点がある。
ここで光検出素子１２３はそれ単体では撮像を行うものではないが、ガルバノミラーとの組合せにより実質的に撮像を行っているので、撮像部として記載した。【０１１０】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１１１】
本変形例の表面欠陥検査装置５０３は、図１７に示すように、被検体４０の全面に照明光を照射して撮像することにより検査するための装置であり、上記第２の実施形態の照明部５１、光検出素子１２３、波長補償板１０７に代えて、照明部５２、２次元ＣＣＤなどの撮像素子１０４、波長補償フィルタ１２４（波長感度補正フィルタ）を備え、ハーフミラー９１を用いて斜影補正レンズ９４とフィールドミラー１１２との間の光路から照明光を入射するようにしたものである。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、装置制御部１２１を初めとする制御手段は、略同様のため、図示を省略している（以下の図１８〜２８Ｂでも同様）。【０１１２】
照明部５２は、照明用ランプ１２５（光源）、集光レンズ４２、および偏光板４４Ａがこの順に配置されたものである。
照明用ランプ１２５は、白色ＬＥＤ光源からなり、光学的に略白色の波長分布を有する照明光１２６ａを発生する。ただし、ＲＧＢの三原色に相当する３つのＬＥＤを組み合わせてもよい。
集光レンズ４２は、照明光１２６ａを集光して発散する範囲を所定範囲に整えた照明光１２６ｂを形成する。
ハーフミラー９１は、斜影補正レンズ９４とフィールドミラー１１２との間の光路中に配置されている。そのため、偏光板４４Ａを透過して偏光状態が被検体４０に対してｓ偏光とされた照明光１２６ｂが、ハーフミラー９１により反射されると、フィールドミラー１１２に入射し、一定方向に反射されて被検体４０の全面を略照射できるようになっている。
フィールドミラー１１２および撮像素子１０４までの光学系は、被検体４０と光学系の光軸との交点の位置で、かつ光軸１００と垂直な面を物体面として撮像素子１０４に結像できるように設計されている。このとき、被検体４０が傾いているが、被写界深度を十分とれるように絞るか、ピント調整機構を設けることにより対応する。
波長補償フィルタ１２４は、照明用ランプ１２５の波長分布を、撮像素子１０４の波長感度特性に対して略白色光となるような波長分布に逆補正するものである。そして、斜影補正レンズ９４と結像レンズ群１０３との間に配置されている。このように本変形例は、波長感度補正フィルタが、被検体での反射後の光路に配置されていてもよい例となっている。【０１１３】
本変形例の構成によれば、照明部５２により形成された照明光１２６ｂを、ハーフミラー９１、フィールドミラー１１２を経て被検体４０の全面を平行光で照射することができる。被検体４０で反射された照明光１２６ｂは、ミラー１１３により反射されて被検体４０に再反射されて、フィールドミラー１１２に戻り、ハーフミラー９１を透過する。そして、斜影補正レンズ９４、波長補償フィルタ１２４、偏光板４４Ｂを経て、結像レンズ群１０３で結像され、撮像素子１０４により撮像される。したがって、被検体４０の画像データを１回で取得することができるという利点がある。
また、本変形例によれば、照明部５２が、レーザ光源よりも安価な白色ＬＥＤ光源から構成され、偏向ミラー１１０、１１１などの回動機構も不要のため、安価な構成とすることができるという利点がある。【０１１４】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図１８は、本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。図１９は、同じく平面視の模式図である。ただし、図１９は見易さのため適宜部品や光線を省略している。【０１１５】
本変形例の表面欠陥検査装置５０４は、図１８、１９に示すように、被検体４０をライン状の照明光を照射して撮像することにより検査するための装置であり、上記第２の実施形態の第１変形例の照明部５２、撮像素子１０４、フィールドミラー１１２、ミラー１１３に代えて、照明部５３、ライン撮像素子１３１（撮像部）、フィールドミラー１２７、ミラー１２８（反射素子）を備え、さらに、補助照明部１２９、導光部材１３０を追加したものである。そして、試料台１１７には図示Ｚ軸方向の移動機構が設けられ、Ｚ軸方向への移動が可能となっている。以下、上記第２の実施形態の第１変形例と異なる点を中心に説明する。【０１１６】
照明部５３は、被検体４０上で図示Ｘ軸方向に延びるライン状の領域を照射するためのものであり、ライン照明用ランプ１３２（光源）、シリンドリカルレンズ１３３、偏光板４４Ａがこの順に配置されている。
ライン照明用ランプ１３２は、第２の実施形態の第１変形例の照明用ランプ１２５と同様な波長分布特性を有する白色ＬＥＤ光源が図示Ｘ軸方向に複数配列されたものである。
シリンドリカルレンズ１３３は、ライン照明用ランプ１３２により発生された照明光１２６ａをフィールドミラー１２７（照射光学系）とでＹＺ平面で平行光として照射させる光学素子である。また平行光とせずに一度被検体４０面で反射し、ミラー１２８で反射した後の被検体４０面にライン状に結像させるようにしてもよい。これにより、光学系は被検体４０面上に照明光がライン状に結像された領域をライン撮像素子１３１に結像させるよう設計されるのでより明るい画像を取得できる。
なお、偏光板４４Ａは、照明光１２６ａの透過範囲に合わせて図示Ｘ軸方向に長い帯状の構成とされる。【０１１７】
ライン撮像部であるライン撮像素子１３１は、図示Ｘ軸方向にセンサ面が延びるライン撮像素子であり、例えば、撮像素子１０４と同様な波長感度特性を備えたラインＣＣＤなどを採用することができる。もし、撮像素子１０４と異なる波長感度特性のＣＣＤを用いる場合には、波長補償フィルタ１２４の補償特性をその波長感度特性に応じて変更するようにする。
フィールドミラー１２７は、照明部５３から出射された図示Ｘ軸方向にライン状に照射される照明光１２６ｃを被検体４０に対して図示ＹＺ平面内で一定角度で入射させるとともに、照明光１２６ｃの主光線が被検体４０上で図示Ｘ軸に対して直交する方向に入射するための反射面を有する長尺ミラーである。
本変形例では、光路の一部を媒質で満たし裏面ミラーを形成する自由曲面プリズムとしている。ここでフィールドミラー１２７は、フィールドミラー１１２の光軸１００と交差する付近を残して、Ｙ軸方向の上下部分を切り取ったＸ軸方向に長尺のミラーとしてもよい。また、断面が放物線形状のシリンドリカルミラーを用いてもよい。
ミラー１２８は、ミラー１１３と同様に被検体４０で反射された照明光を正反射するためのミラーであり、ミラー１１３とは、照射領域の形状の違いによる大きさのみが異なる。【０１１８】
補助照明部１２９は、被検体４０上に付着した異物などの検出感度を向上するためにライン照明を行うための光源である。例えば、ライン照明用ランプ１３２と同様の構成を採用することができるが、照明光１２６ｃとのコントラストが付きやすいように、異なる波長分布を有する光源を採用してもよい。
導光部材１３０は、補助照明部１２９で発生する照明光を被検体４０の近傍まで導光して、被検体４０に８５°〜９０°程度の大きな入射角（図示の角度α）で照射するための部材である。例えば、補助照明部１２９で発生した照明光が内部を全反射して導光されるようなガラス平面板を用い、被検体４０に近接する側の端部を適宜角度にカットして上記入射角に対応する出射方向が得られるようにした構成を採用することができる。【０１１９】
このような構成によれば、第２の実施形態の第１変形例と被検体４０上の照明光の照射領域がライン状となる点のみが異なるから、ライン状の照射領域に関して、第１変形例と同様の作用効果を有することは明らかである。そこで、本変形例では、試料台１１７を図示Ｚ方向に移動させて、被検体４０上で照明光の照射領域を移動させることにより、被検体４０の全面画像を取得するようにする。
本変形例によれば、照明光１２６ａ、１２６ｃ、およびその反射光がライン状に分布する光路が形成されるので、例えば波長補償フィルタ１２４、フィールドミラー１２７、ミラー１２８、ハーフミラー９１、偏光板４４Ａ、４４Ｂなどの各光学素子を小型化することができるため、装置の小型化を図ることができる。また、各光学素子の製作が容易となるため、それらを安価に製造することができる。【０１２０】
また、本変形例では、補助照明部１２９、導光部材１３０を備えるので、照明光１２６ｃによる照明に合わせて、補助照明部１２９による照明を行うことができる。
補助照明部１２９による照明光は、入射角が大きいため、一般には照明光１２６ｃと混じって観察されることはないが、例えば被検体４０上に異物など付着しているとその散乱光が観察される。すなわち、このような被検体４０上の表面異物から、照明光１２６ｃに比べてコントラスト差の大きい反射光（散乱光）を発生させることができるので、異物検出感度を向上することができるという利点がある。【０１２１】
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図２０は、本発明の第２の実施形態の第３変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１２２】
本変形例の表面欠陥検査装置５０５は、図２０に示すように、上記第２の実施形態の第２変形例において、被検体４０に照明光１２６ｃを入反射させるための光学系を変更し、被検体４０で２回反射されるとき、それぞれ被検体４０に対して異なる入射角で入射できるようにしたものである。なお、補助照明部１２９、導光部材１３０は、備えていてもいなくてもよいが、図２０では図示を省略している。
すなわち本変形例の概略構成は、第２の実施形態の第２変形例のミラー１２８に代えて、ハーフミラー１３４、放物ミラー１４０Ａ、１４０Ｃ、放物ミラー１４０Ｂ（反射素子）、平面ミラー１３６からなる光学系を備えたものである。以下、上記第２の実施形態の第２変形例と異なる点を中心に説明する。【０１２３】
ハーフミラー１３４は、フィールドミラー１２７と被検体４０との間で、光路を分岐するための光路分岐部材である。
放物ミラー１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃは、いずれもハーフミラー１３４を透過して被検体４０に入射する照明領域１３５を焦点位置とする放物面を反射面として備えている。
放物ミラー１４０Ａは、ミラー１２８と同様の位置に設けられ、照明光１２６ｃによる被検体４０からの反射光１３７ａを平行光１３８ａとして被検体４０側に反射するものである。
被検体４０の上方の平行光１３８ａの光路上には、平行光１３８ａを斜め上方（図示Ｙ軸正方向）に反射する平面ミラー１３６が設けられている。
放物ミラー１４０Ｂは、平行光１３８ｂを照明領域１３５に向けて収束光１３９ａとして反射することができる位置に配置されている。
放物ミラー１４０Ｃは、収束光１３９ａが被検体４０により再反射された再反射光１３７ｂをハーフミラー１３４に向けて平行光１３８ｃとして反射するとともに、平行光１３８ｃがハーフミラー１３４により照明光１２６ｃと同一の光路に沿って進むような位置に配置されている。【０１２４】
このような構成によれば、照明光１２６ｃは、ハーフミラー１３４を透過して、照明領域１３５で反射されて反射光１３７ａとなる。そして、放物ミラー１４０Ａにより反射された平行光１３８ａとして平面ミラー１３６に入射し、平行光１３８ｂとして放物ミラー１４０Ｂに向けて反射される。そして、放物ミラー１４０Ｂにより平行光１３８ｂが収束されて収束光１３９ａとして、照明領域１３５に再入射される。
このとき、被検体４０への入射角は、図２０に示すように、照明光１２６ｃの入射角と異なる角度とされている。
被検体４０により再反射された再反射光１３７ｂは、放物ミラー１４０Ｃにより平行光１３８ｃとしてハーフミラー１３４に向けて反射される。そして、平行光１３８ｃが照明光１２６ｃの光路を逆進して、第２変形例と同様にライン撮像素子１３１に結像される。こうして１ライン分の画像データが取得され、試料台１１７をＺ軸方向に移動して以上の過程を繰り返すことにより、被検体４０の全面の画像データが取得される。【０１２５】
本変形例によれば、第２の実施形態の第２変形例と同様に、ライン状の照明光を被検体４０に２回反射させて画像データを取得することができるが、さらに、２回の反射における入射角を異なる角度とすることができる。
これは、式（１０）から分かるように、式（８）、（９）において、光が薄膜中を進む傾角φを変えたことに相当する。そのため、２回の反射における干渉縞が異なるものとなるため、全体として干渉縞が平均化される。そのため干渉による輝度ムラを低減することができる。したがって、屈折率傾斜や膜厚ムラの影響をより低減することができ、欠陥検出精度を向上することができる。【０１２６】
次に、本実施形態の第４変形例について説明する。
図２１は、本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１２７】
本変形例の表面欠陥検査装置５０６は、図２１に示すように、被検体４０をライン状の照明光を照射して撮像することにより検査するための装置であり、上記第２の実施形態の第２変形例において、被検体４０とミラー１２８との間の反射光１３７ａの光路上に照明集光レンズ１４１を設けたものである。以下、上記第２変形例と異なる点を中心に説明する。【０１２８】
照明集光レンズ１４１は、照明領域１３５を撮像するライン撮像素子１３１の画素に対応したレンズを図示Ｘ軸方向に並べたレンズアレイである。そして、照明領域１３５上の撮像画素に対応する領域からの反射光を集光してミラー１２８上に結像できるようになっている。すなわち、ミラー１２８と照明領域１３５とは共役の関係に配置されている。【０１２９】
本変形例の構成によれば、反射光１３７ａが照明集光レンズ１４１によりライン撮像素子１３１の画素に対応する領域の反射光ごとに集光されてミラー１２８上に結像される。
ミラー１２８は鏡面からなるので、ミラー１２８の反射光は略すべて照明集光レンズ１４１により集光され、被検体４０上に再結像される。
したがって、照明光１２６ｃは撮像される方向に効率よく照明されるため、明るい画像を取得することができる。また、照明光１２６ｃは、ライン撮像素子１３１の画素に正確に対応する照明領域１３５上で２回反射されて、最終的にライン撮像素子１３１により撮像されるので、各画素により取得された画像情報が、例えば隣接画素の領域など他の照射領域の情報をほとんど含まないため、被検体４０の画像情報を高精度に取得することができ、欠陥の検出感度を向上することができる。【０１３０】
次に、本実施形態の第５変形例について説明する。
図２２Ａ、２２Ｂは、本発明の第２の実施形態の第５変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視および平面視の模式図である。【０１３１】
本変形例の表面欠陥検査装置５０７は、図２２Ａ、２２Ｂに示すように、被検体４０をライン状の照明光を照射して撮像することにより検査するための装置であり、上記第２の実施形態において、偏向ミラー１１１、回動機構１１１Ａ、斜影補正レンズ９４を削除し、上記第２の実施形態の照明部５１、フィールドミラー１１２、ミラー１１３に代えて、それぞれ照明部５１Ａ、フィールドミラー１２７、ミラー１２８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。【０１３２】
照明部５１Ａは、上記第２の実施形態の照明部５１の光検出素子１２３に代えて、ライン撮像素子１３１を備えるものであり、偏向ミラー１１０で反射されたレーザ光２００を図示ＺＸ平面内でＸ軸方向に走査するために、レーザ発光ダイオード１０５からレーザ光２００を図示Ｚ軸正方向に照射し、ビームスプリッタ１０９で図示Ｙ軸正方向に反射させ、偏向ミラー１１０に導くようにしている。そのため、ライン撮像素子１３１は、ビームスプリッタ１０９から図示Ｙ軸負方向に透過する光を撮像できるようになっている。
フィールドミラー１２７、ミラー１２８の配置位置、および試料台１１７がＺ軸方向に移動して被検体４０の移動を行うことは、上記第２の実施形態の第２変形例と同様である。
すなわち、本変形例は、上記第２の実施形態の第２変形例のライン照明用ランプ１３２を有する照明部５３を、偏向ミラー１１０の１次元走査による照明部５１Ａに変形したのと同様の実施態様を備える例となっている。【０１３３】
本変形例によれば、偏向ミラー１１０に導かれたレーザ光２００が、図示ＺＸ平面内で走査され、フィールドミラー１２７で、被検体４０上の図示Ｘ軸上のライン状の照射領域にレーザ光２００が照射され、その反射光がミラー１２８で反射されて反射位置で再反射された後、光路を逆進してライン撮像素子１３１に結像され撮像される。それに同期して、試料台１１７が図示Ｚ軸方向に移動することで、被検体４０が２次元走査される。【０１３４】
次に、本実施形態の第６変形例について説明する。
図２３Ａ、２３Ｂは、本発明の第２の実施形態の第６変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視および平面視の模式図である。【０１３５】
本変形例の表面欠陥検査装置５０８は、図２３Ａ、２３Ｂに示すように、上記第２の実施形態の第５変形例のフィールドミラー１２７に代えて、フィールドレンズ６０３（照射光学系）を備え、それに対応して、各構成要素の配置位置を適宜変更したものである。すなわち、照明部５１Ａから出射されるレーザ光２００が、被検体４０に対して上記第５変形例のフィールドミラー１２７反射後の光路を通って同一の入射の角度で入射するように、偏向ミラー１１０を適宜角度傾けて配置し、レーザ光２００を走査せしめる。そして、偏向ミラー１１０と被検体４０との間の光路中にフィールドレンズ６０３を配置して、被検体４０上において、図示Ｘ軸方向に沿うライン状の照射領域が照明されるようにする。以下、上記第２の実施形態の第５変形例と異なる点を中心に説明する。【０１３６】
フィールドレンズ６０３は、レーザ光２００の主光線が各走査位置で、ライン状の照射領域に直交する方向に進むようにする長尺レンズであり、非球面レンズから構成される。
図２３Ａ、２３Ｂでは、偏向ミラー１１０とフィールドレンズ６０３との間の光路が折り畳まれていない構成を示したが、反射ミラーを配置して、適宜光路を折り畳み、よりコンパクトな構成としてもよい。【０１３７】
本変形例の表面欠陥検査装置５０８は、フィールドミラー１２７に代えてフィールドレンズ６０３を備えるので、上記第５変形例と同様な作用効果を有する。【０１３８】
次に、本実施形態の第７変形例について説明する。
図２４Ａ、２４Ｂは、本発明の第２の実施形態の第７変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視および平面視の模式図である。【０１３９】
本変形例の表面欠陥検査装置５０９は、図２４Ａ、２４Ｂに示すように、被検体４０をライン状の照明光を照射して撮像することにより検査するための装置であり、上記第２の実施形態の第４変形例において、シリンドリカルレンズ１３３、偏光板４４Ａ、ハーフミラー９１、斜影補正レンズ９４を削除し、ミラー１２８と照明集光レンズ１４１とに代えて、凹面ミラー６０４を備え、ハーフミラーキューブ６０５を追加したものである。なお、補助照明部１２９は省略した構成としてもよい。以下、上記第２の実施形態の第４変形例と異なる点を中心に説明する。【０１４０】
凹面ミラー６０４は、被検体４０で反射された光を同一反射位置に再結像する非球面形状の反射面を有する長尺ミラーである。そのため、上記第２の実施形態の第４変形例のミラー１２８と照明集光レンズ１４１との機能を１部品で兼用する構成となっている。【０１４１】
ハーフミラーキューブ６０５は、ライン撮像素子１３１と結像レンズ群１０３との間の光路中に配置された光路合成手段であり、ライン照明用ランプ１３２からの光を反射して、結像レンズ群１０３の光軸に沿って入射させ、被検体４０から反射されて結像レンズ群１０３に戻る光を透過してライン撮像素子１３１上に導くようなハーフミラー面を備えるものである。
これらライン撮像素子１３１、ハーフミラーキューブ６０５、結像レンズ群１０３は、ライン撮像素子１３１からなる撮像部と一体化された照明部５３Ａを構成する。
このような構成により、シリンドリカルレンズ１３３を削除しても、ライン撮像素子１３１とライン照明用ランプ１３２とを光学的共役の位置に配置することができる。そのため、部品点数を削減し、小型化を図ることができるとともに、光量損失を低減することができる。【０１４２】
次に、本実施形態の第８変形例について説明する。
図２５Ａ、２５Ｂは、本発明の第２の実施形態の第８変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視および平面視の模式図である。【０１４３】
本変形例の表面欠陥検査装置５１０は、図２５Ａ、２５Ｂに示すように、上記第２の実施形態の第７変形例のフィールドミラー１２７に代えて、フィールドレンズ６０３を備え、それに対応して、各構成要素の配置位置を適宜変更したものである。すなわち、照明用ランプ１３２から出射される照明光１２６ｃが、被検体４０に対して上記第７変形例の凹面ミラー６０４反射後の光路を通って同一の入射角度で入射するように配置する。そして、波長補償フィルタ１２４と被検体４０との間の光路中にフィールドレンズ６０３を配置して、被検体４０上において、図示Ｘ軸方向に沿うライン状の照射領域が照明されるようにする。
補助照明部１２９は、図示を省略したが、上記第７変形例と同様の位置に設けられている。【０１４４】
図２５Ａ、２５Ｂでは、結像レンズ群１０３とフィールドレンズ６０３との間の光路が折り畳まれていない構成を示したが、反射ミラーを配置して、適宜光路を折り畳み、よりコンパクトな構成としてもよい。【０１４５】
本変形例の表面欠陥検査装置５１０は、フィールドミラー１２７に代えてフィールドレンズ６０３を備えるので、上記第７変形例と同様な作用効果を有する。【０１４６】
次に、本実施形態の第９変形例について説明する。
図２６は、本発明の第２の実施形態の第９変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１４７】
本変形例の表面欠陥検査装置５１０Ａは、図２６に示すように、上記第２の実施形態の第８変形例の表面欠陥検査装置５１０において、照明部５３Ａ、偏光板４４Ｂ、波長補償フィルタ１２４、フィールドレンズ６０３、およびライン撮像素子１３１を、適宜の筐体に保持して、光学ユニット６１０を形成し、回動機構６１１によりライン状の照射領域を中心として図示ＹＺ平面内で回動可能に保持するとともに、凹面ミラー６０４を回動機構６１２によりライン状の照射領域を中心として図示ＹＺ平面内で回動可能に保持したものである。
回動機構６１１、６１２は、いずれも図示を省略している制御部１０１に接続され、回動位置が制御されるようになっている。すなわち、光学ユニット６１０から出射される光の被検体４０に対する入射角をθＬ、その反射光の出射角をθＭとすると、角度θＬ、θＭがそれぞれ独立に制御可能とされている。【０１４８】
本変形例の表面欠陥検査装置５１０Ａの動作について説明する。
図２７Ａ、２７Ｂは、本発明の第２の実施形態の第９変形例に係る表面欠陥検査装置の動作について説明する正面視の動作説明図である。【０１４９】
表面欠陥検査装置５１０Ａによれば、回動機構６１１、６１２により、角度θＬ、θＭを制御することで、種々の表面検査を切り替えて行うことができる。
例えば、図２７Ａに示す動作例は、θＬ＝０°に設定した場合を示す。
この場合、入射角および反射角が０°となる同軸落射光学系を実現することができる。このような同軸落射光学系は、斜入射でないため撮像部の取得する画像の縦横比が同じ画像となり、斜影補正が不要となる。また、回折光の影響を受けず正反射光のみを撮像することができる。また、ｓ偏光、ｐ偏光の区別がなくなるため、偏光板４４Ｂを光路から外すことができるので、明るい画像で観察を行うことができるという利点がある。
なお、この場合、凹面ミラー６０４には、光を入射させないので、θＭの角度は適宜の角度でよい。【０１５０】
また、図２７Ｂに示す動作例は、θＬを０°〜９０°の間に設定し、θＭをθＬと異なる角度、例えばθＬ＞θＭなどに設定した場合の例を示す。
この場合、被検体４０に入射した光は、凹面ミラー６０４によって同一光路を戻って光学ユニット６１０に再入射することがない。そのため、例えば、被検体４０の表面に異物や傷などがある場合、その散乱光のみが、光学ユニット６１０に再入射してライン撮像素子１３１により撮像される。したがって、試料台１１７を図示Ｚ軸方向に移動して、このような散乱光による画像を取得することにより、暗視野観察に対応する撮像を行うことができる。
また、このとき、角度θＬを被検体４０の表面に形成されたパターンに応じて適切な角度に設定することにより、被検体４０の表面のパターンから発生する回折光を撮像することが可能となる。このような回折光は、被検体４０の表面のパターンの周期や形状により、回折角度や輝度値が大きく変化する特性を有しており、このような特性を用いてパターンの欠陥検出を行うことができる。
なお、この場合、凹面ミラー６０４には、観察に不要な光を入射させないような角度に退避させておく。
なお、本変形例および上記第８変形例において、必要に応じて、凹面ミラー６０４の代わりにミラー１２８を用いるようにしてもよい。【０１５１】
次に、本実施形態の第１０変形例について説明する。
図２８Ａは、本発明の第２の実施形態の第１０変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１５２】
本変形例の表面欠陥検査装置５１１は、図２８Ａに示すように、上記第２の実施形態の第８変形例の表面欠陥検査装置５１０において、凹面ミラー６０４に代えてミラー１２８を備え、ミラーキューブ６１４と散乱板６１６とを追加したものである。以下、上記第８変形例と異なる点を中心に説明する。【０１５３】
ミラーキューブ６１４は、フィールドレンズ６０３と被検体４０との間の光路（以下入射光路と称する）に対して進退機構６１５により進退可能に保持され、この入射光路中に進出された状態で、照明光１２６ｃを反射して、被検体４０の垂直に入射するように配置した長尺の反射部材である。そして、ミラーキューブ６１４がこの入射光路から退避されると、被検体４０で反射された光が、ミラー１２８に垂直に入射するようになっている。
ミラーキューブ６１４が入射光路中に進出されると照明光１２６ｃは、被検体４０で正反射して光路を逆進する。すなわち、同軸落射光学系が形成される。
ミラーキューブ６１４の位置は、光路長を調整して、ライン撮像素子１３１に結像される光が、結像レンズ群１０３の焦点深度内にくるように設定する。【０１５４】
散乱板６１６は、電動散乱板６０２と同様な構成により、その光学特性を、透過板、散乱板、遮光板に切り替えることができるようにしたものである。そして、ミラー１２８と被検体４０との間の光路（以下、再入射光路と称する）に対して進退機構６１７により進退可能に保持されている。
進退機構６１５、６１７は、それぞれ、図示を省略している制御部１０１によって制御される。【０１５５】
例えば、散乱板６１６を散乱板に設定すると、ミラーキューブ６１４を入射光路から退避させ、散乱板６１６を再入射光路へ進出させることにより、被検体４０にミラー１２８から再入射する光を、散乱光とすることができる。
そして、散乱板６１６を再入射光路から退避させるか、もしくは透過板に設定することで、散乱板への入射光がミラー１２８によって正反射され、被検体４０の反射位置に再入射して反射されて、ライン撮像素子１３１に撮像される状態とすることができる。
また、散乱板６１６を遮光板に設定して、再入射光路に進出させることにより、散乱板６１６に入射する光を遮光、吸収し、被検体４０に戻らないようにすることができる。【０１５６】
本変形例では、ミラーキューブ６１４の進退と、散乱板６１６の設定、進退とを組み合わせることにより、表面欠陥検査装置５１１を、同軸落射光学系、斜影正反射光学系、暗視野観察光学系、散乱光観察光学系に切り替えることができ、それぞれを観察すべき欠陥の種類に合わせて切り替えて検査を行うことができる。【０１５７】
次に、本実施形態の第１１変形例について説明する。
図２８Ｂは、本発明の第２の実施形態の第１１変形例に係る表面欠陥検査装置の概略構成を示す正面視の模式図である。【０１５８】
本変形例の表面欠陥検査装置５１１Ａは、図２８Ｂに示すように、上記第２の実施形態の第１０変形例の表面欠陥検査装置５１１において、波長補償フィルタ１２４とフィールドレンズ６０３との間の光路中に、ミラー６１３を設けて、光路を折り曲げ、コンパクトな構成としたものである。【０１５９】
なお、上記の説明では、照明部において、複数の光源を単一の集光レンズで集光する例で説明したが、複数の光源のそれぞれに集光レンズを設ける構成としてもよい。
図２９は、本発明の各実施形態に用いることができる他の照明部について説明するための模式的な正面視説明図である。
このような構成の一例である照明部５４は、図示奥行き方向にわたって２次元的に配列された複数のＬＥＤ１５０と、ＬＥＤ１５０のそれぞれの出射口側にそれぞれ設けられＬＥＤ１５０で発生された照明光１５２…をそれぞれ所定光束径に集光する複数のマイクロレンズ１５１からなる。
ＬＥＤ１５０は、例えばＲＧＢに対応する３種類の波長からなるものが、混合して配置され、アレイ状の白色ＬＥＤ光源を構成している。
各照明光１５２は、補償フィルタ４３、偏光板４４Ａを透過して被検体４０に向けて出射される。その際、図２９では、模式的に互いに重なり合わないようなビーム群として描かれているが、被検体４０の位置では略同一径の範囲を照射できるようにわずかに発散しているものである。【０１６０】
また、上記の説明では、第１の偏光板を用いることにより被検体への入射光の偏光状態をｓ偏光とする例で説明したが、被検体への入射角度をブリュースター角に設定して、第１の偏光板を削除してもよい。ブリュースター角では、図９に示すように、被検体からの反射光がｓ偏光のみとなるので、第１の偏光板を設けなくても被検体の反射光の偏光状態を制御することができる。【０１６１】
また、上記の第１の実施形態の説明では、被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子である斜影補正レンズ９４において、第１レンズ群Ｇ１を移動群とし、第２レンズ群Ｇ２を固定群とした例で説明したが、光学素子の合成パワーを変える構成はこのような構成に限定されない。【０１６２】
また、上記の説明では、被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子として、１方向へのパワーを可変としたシリンドリカルレンズ群で構成される例で説明したが、光学素子の種類はこれに限定されるものではない。例えば、パワーを有さない光学素子の例として、光軸に対する傾斜角を可変できるようにしたプリズムまたはプリズム群からなる光学素子と、色による分散を補正する、例えばＤＯＥなどの光学素子とを採用することができる。【０１６３】
また、上記の説明では、第２の偏光板を観察位置の近傍に配置した例で説明したが、被検体から観察位置の間であれば、どこに配置してもよい。例えば、ハーフミラー９１を用いた表面欠陥検査装置において、ハーフミラー９１に代えて偏光ビームスプリッタとすることにより、偏光状態を制御してもよい。この場合、偏光ビームスプリッタが第２の偏光板を兼ねるので、偏光板４４Ｂを削除した簡素な構成とすることができる。【０１６４】
また、上記の説明のうち、目視観察を行う光路と撮像による観察を行う光路とが切り替え可能な構成では、波長感度補正フィルタとして目視観察に合わせた特性を有するものを用いる例で説明したが、光路の切り替えに対応して、それぞれ観察手段ごとに最適な波長特性を有する波長感度補正フィルタを自動または手動で切り替えられるようにしてもよい。【０１６５】
また、上記の第２の実施形態の説明では、偏向ミラー１１０、１１１によりレーザ光２００を２次元走査することにより、被検体４０の全面画像を取得する例で説明したが、レーザ光２００を１次元走査して、試料台１１７によりそれと直交する方向に被検体４０を移動させるというように、１次元走査の組合せにより２次元走査を実現してもよい。
また、光検出素子１２３の代わりに、一次元ラインセンサを配し、ラインセンサの長手方向と直交する方向に一次元走査する偏向ミラーを配置して撮像するようにしてもよい。【０１６６】
また、上記の説明では、照明光が被検体に１回または２回入射する例で説明したが、３回以上入射する構成としてもよい。反射回数が増えるほど、多層膜反射の膜厚変化や屈折率傾斜の影響が、べき乗で強調されることになるので、より顕著な輝度変化を示すという利点がある。
ただし、この場合、反射回数の増大により反射率や散乱の影響で急激に光量が減少することが考えられる。そのため、光源として、拡散の少ない光源やレーザビームなどを採用することが好ましい。また、前記のように複数条件の入射角度で被検体に入射させてその結合した光線を検出すれば照明光が単色でも下層の膜ムラの影響を低減して観察できるので、例えば単色レーザを用いることも可能である。【０１６７】
また、上記第２の実施形態の第３変形例の説明では、再入射光学系である反射素子として放物ミラーを用いた例で説明したが、平行光と収束光とを変換できる光学系であれば、曲面の形状は放物面とは限らず、適宜の自由曲面を採用することができる。また収差等の影響のない範囲であれば、球面形状を用いたシリンドリカル凹面ミラーとしてもよいし、光量の損失が問題とならなければ平面ミラーとしてもよい。
また、反射素子は、被検体で反射された照明光を照射領域に再入射することができれば、必ずしも収束光として再入射させなくてもよい。【０１６８】
また、上記第２の実施形態の第４変形例の説明では、照明集光レンズ１４１を用いた例で説明したが、ミラー１２８に代えて、被検体からの画素ごとの反射光を反射領域内再入射するような光学作用を備える非球面ミラーを採用してもよい。この場合、部品点数を削減できる利点がある。【０１６９】
なお、本発明の説明では、照明部が光の強度の波長分布を有し、かつ受光側の目や撮像部が波長感度特性を持つ例で説明したが、照明部が一定値の波長特性を持っていれば、受光側の波長感度特性のみに対応した波長感度補正フィルタを備えればよい。例えば、波長感度特性が、ある波長にピークを持つならば、波長感度特性に基づいてそのピークの波長に対応させ極小値を持つ波長感度補正フィルタを備えればよい。また、受光側の波長感度特性が一定値ならば、照明光の波長分布に基づいて照明光を波長特性が一定強度の白色光とするような波長感度補正フィルタを備えればよい。【０１７０】
また、上記の説明では、波長感度補正フィルタの位置を、照明部にあることとしたが、光源から受光側の目や撮像部までの間にあればよく、同様の効果が得られる。
また、光源そのものの波長分布を受光側の目や撮像部の波長感度特性に対応させてもよい。それぞれ異なる波長を持ち、それぞれ独立に光量を可変できる複数の光源で構成し、その光の強度の波長分布を受光側の目や撮像部の波長感度特性を通したとき、光のピークの強度が略一定となるように、各波長の光源の強度を変更してもよい。このとき波長感度補正フィルタを省略することができる。【０１７１】
また、上記の説明の複数の波長のレーザ光を光源として場合は、波長特性が離散的となるが、受光した波長の光が波長感度特性に基づいて各波長の光のピークの強度が略一定となるようにしておけばよい。複数の波長の光を用い、かつそれらの重ね合わせにより下層の膜ムラの影響を減少させることが本発明の本質部分である。そのため、受光側の目や撮像部の波長感度特性の下で他の波長に対して大きく突出して強度が大きい波長がないように調整しておけば、離散的な波長分布であっても下層の膜ムラの影響を減少させることができる。
また、白色ＬＥＤ光源を用いる場合は、出力する光の強度の波長分布を初めから設計により波長感度特性の下で波長毎の光の強度が略一定となるようにしておくこともできる。
また、複数の波長の異なるＬＥＤ、例えばＲＧＢの３つの波長域でそれぞれピークを持つ３つのＬＥＤを用いる場合も、レーザ光の場合と同様に受光側の目や撮像部の波長感度特性に対応させ、波長感度特性の下で各波長の光の強度が略一定となるようにすればよい。ＬＥＤはレーザ光に比べ広帯域を持つので、重ね合わせにより、より一定値に近づけることが容易となる。レーザ光を光源とした場合と同様に、ある波長域で想定した強度値を上回ったり下回ったりする部分があっても、他の波長に対して大きく突出して強度が大きい波長がないようにすれば、ある波長のみが強いために下層による膜ムラの光の強度変化を平均化することを妨げることがなくなり、下層の膜ムラの影響を減少させることができる。
また、撮像部は３板式のＣＣＤカメラなどのように色分解フィルタを備えたプリズムを用いてＲＧＢなどの複数の波長に分岐させ、それらを複数の撮像素子で撮像する構成としてもよい。このときそれぞれの撮像素子の信号出力に対し、波長感度特性に基づいて光のピークの強度が略一定となるように調整すれば、波長感度補正フィルタや照明の光源側の波長域ごとの調整が不要となり、複数の撮像素子からの信号強度のみを電気的に調整すればよいので、調整が容易となる。【０１７２】
また、上記の説明において、反射素子として平面ミラーを用いた場合の実施態様は、他の光学系による歪みを補正するために非球面ミラーで構成するように変形してもよい。【０１７３】
また、上記の説明では、照明光の波長分布を変える波長感度補正フィルタとして、波長補償板、波長補償フィルタなどを用いているが、照明部および撮像部の特性により観察に必要な範囲の波長域において必要な波長特性が得られる場合には、これらの波長感度補正フィルタを削除してもよい。【０１７４】
また、上記の説明では、斜影補正レンズを用いて、画像の歪みを補正する例で説明したが、撮像された画像を画像処理して、走査ライン間の補間を行うことにより、画像の歪みに応じた伸長処理を行うようにしてもよい。ただし、この場合、光学的に得られる情報量が伸長方向とそれに直交する方向では異なるので、斜影補正レンズも併用する構成とすることが好ましい。【０１７５】
また、上記に説明したすべての実施形態および変形例の構成要素、態様は、実現可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。【０１７６】
例えば、多層膜が形成された被検体を検査する場合に、下層膜の膜厚差があっても、下層による輝度ムラや色ムラの影響を低減し、欠陥の検出精度を向上することができる表面欠陥検査装置を提供するために、以下のような構成としてもよい。
［１］表面に多層膜が形成された被検体に、光源により生成された照明光を照射する照明部を備え、被検体の表面欠陥を検査するために前記照明光が照射された被検体を、目視観察するか撮像するかの少なくともいずれかができるようにした表面欠陥検査装置であって、前記照明部から照射され受光される光の目が感じる光の強度、または撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度は、それぞれ目または撮像部の波長感度特性の下に略一定となるように前記目または撮像部で受光される光が補正されることを特徴とする表面欠陥検査装置。
［２］前記照明部から照射される光は、複数の波長にピークを有し、前記複数の波長のピークの強度に対応する目が感じる強度または前記撮像部が受光する光の強度に対応する画像信号の出力強度が略一定となるように前記照明部から照射される光の強度が補正されることを特徴とする［１］に記載の表面欠陥検査装置。
［３］前記照明部から照射され受光される光の目が感じる光の強度、または撮像部が受光する光の強度は、それぞれ目または撮像部の波長感度特性または照明光の波長分布に基づいて補正されることを特徴とする［１］または［２］に記載の表面欠陥検査装置。
［４］前記照明部から照射され受光される光の目が感じる光の強度、または撮像部が受光する光の強度に対応する画像信号の出力強度は、それぞれ目または撮像部の波長感度特性または照明光の波長分布に基づいて補正する波長感度補正フィルタにより、略一定となるように補正されることを特徴とする［１］または［２］に記載の表面欠陥検査装置。
［５］前記照明部の光源が、異なる波長分布を有するとともにそれぞれ独立に光量を可変できる複数の光源からなり、目または撮像部の波長感度特性に基づいて、前記複数の光源の光強度または光量のバランスは、前記照明部から照射され受光される光の目が感じる光の強度、または撮像部の受光する光強度に対応する画像信号の出力強度が、略一定となるように変更されることを特徴とする［１］または［２］に記載の表面欠陥検査装置。
［６］目の波長感度特性の下で観察者が感じる光の強度が略一定となるように、前記照明光の波長分布は、目の標準比視感度特性に対応して補正されることを特徴とする［１］から［５］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
［７］前記照明光が照射された被検体の像を目視観察する光路と、撮像する光路とが設けられるとともに、前記目視観察する光路と前記撮像する光路とを切り替える光路切替手段を備え、該光路切替手段の切替動作に同期して、前記照明光の波長分布を切り替えることを特徴とする［１］から［６］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
［８］前記照明部の光源と被検体との間の光路中に設けられた第１の偏光板と、被検体と前記目または撮像部との間の光路中に設けられた第２の偏光板とを備えることを特徴とする［１］から［７］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
［９］被検体により反射された前記照明光を、前記被検体において反射された位置に再入射させる反射素子を少なくとも１つ設け、被検体の同一位置で２回以上反射した光を前記目または撮像部により観察できるようにしたことを特徴とする［１］から［８］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
［１０］前記照明光が被検体から最後に反射されて前記目または撮像部に入射される光路上に、前記被検体の像を１方向のみに伸縮する光学素子を配置したことを特徴とする［１］から［９］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
［１１］被検体と目視観察する位置との間に、前記被検体の像を位置合わせするための参照パターンが形成された透過スクリーンを備えることを特徴とする［１］から［１０］のいずれか１項に記載の表面欠陥検査装置。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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