JPS6316964Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は表面検査装置に関するものである。

従来、表面の凹凸などのあらさを測定検査する
ものとして、接触測定法と非接触測定法があつ
た。しかしながら前者は、測定しようとする試料
に接触させて、測定するため、試料面を変形させ
たり、傷を付けたりしてしまう恐れがあつた。ま
た非接触測定法においては、レーザー装置を使用
して、レーザー光を試料面に当て、その反射光を
測定して表面状態を測定検査するものと、顕微鏡
によつて測定検査するものとがあるが、レーザー
の場合、装置の簡素化が難かしという欠点があ
り、また顕微鏡の場合、視野内の部分のみしか測
定できないので測定範囲が狭いという欠点があつ
た。

したがつて、この考案の目的は、試料面を傷付
けることなく、試料の全表面を同時に測定でき、
しかも小形化を図ることができる表面検査装置を
提供することである。

この考案は表面にある曲率半径が大きく微細な
凹凸や歪等の測定検査を対象としており、基本的
構成をまず説明する。第１図において、１は反射
面を有する試料であり、試料の反射側に収束レン
ズ系２を設置し、その同じ側に点光源３を設置す
る。４はそのレンズ系２の焦点であり、点光源３
はレンズ系２の焦点４よりも、レンズ系２側に接
近して設置する。点光源３から出た光線５はレン
ズ系２により光線６のように拡散し、その光線６
は試料１の反射面により、反射光７になつてレン
ズ系２に再入射し、光線８になる。第２図は前記
試料１の拡大図であり、試料１の表面上には幅
L₁が数ミリメートルで、深さL₂がサブミクロン
であるような凹凸Ｐがあり、その凹凸Ｐの曲率半
径Ｒは数メートルないし数十メートルになつて、
表面からその距離離れた位置に曲率中心９が形成
される。このような凹凸Ｐに第３図のように試料
１の表面に直角に平行光線束ａを入射すると、凹
凸Ｐの反射光は収束するが凹凸Ｐ以外の部分の反
射光はほぼ直角に反射し、その結果、凹凸Ｐの収
束反射光の領域ｃを含む位置にたとえばスクリー
ンを置くと他の領域ｄとの間に明暗の差が生じ
る。したがつてこの反射光の明暗の差異を受光す
ることにより、微細な凹凸Ｐを検出することがで
きる。また前記凹凸Ｐの曲率半径が長いため、第
１図に示すように点光源３の位置を焦点４よりレ
ンズ系２側に近ずくように位置させると、より一
層明暗の判断が容易になる。すなわち、点光源３
をレンズ系２の焦点４においた場合と点光源３を
焦点４よりレンズ系２側に近ずいた位置（第１
図）においた場合を比較すると、レンズ系２を通
して試料１に入射しかつ反射してレンズ系２を通
過した反射光は前者の場合、焦点４に収束するの
に対して後者の場合、焦点４よりさらにレンズ系
２から離れた位置に収束する（収束点３′）。その
ため位置１′上に反射光線を写し出した場合を考
えてみると、前者の像l′と後者の像ｌは関係ｌ＞
l′となり、試料１が同じ条件であるにもかかわら
ず、像の分解能を高めることとなる。

この考案の一実施例を第４図および第５図に示
す。すなわち、第４図において１０は入射光軸で
あり、１１は反射光軸である。入射光軸１０上に
一般光源で作つた点光源１２を設置し、点光源１
２とレンズ系２の間に、集光レンズ系１３を入射
光軸１０上に設置する。点光源１２と集光レンズ
系１３によつて点光源装置を構成している。点光
源１２から出た光線は集光レンズ系１３により点
光源１２の実像１４を結ぶ。これにより反射面を
有する試料面１にはあたかも点光源１２の実像１
４より出た光線になる。そしてこの実像１４はレ
ンズ系２の焦点距離よりも短い位置に結ぶよう
に、点光源１２と集光レンズ系１３とが設置され
る。そして、試料面１から反射された光線を集光
レンズ系１５により集光させ試料１の表面から出
た光線を受光面に写し出す。したがつて受光面の
大きさが、試料１の表面の大きさより小さくて
も、集光レンズ系１５により反射光線は集光され
るので受光面上に試料面の全体を写し出すことが
できる。これにより、受光面を小さくすることが
でき、装置のコンパクトが計れる。

ここで、前記のように点光源１２の実像１４を
作り出した理由は、入射光軸１０と反射光軸１１
とをなるべく近づけるためである。たとえば、試
料面を鏡面としてとらえた場合、その鏡面に対
し、垂直から見た場合と、斜めから見た場合にお
ける写し出された像を見た場合、斜めから見た像
の方が、垂直から見た場合よりも、ゆがみが発生
する。このことから、なるべく光軸は、試料面に
対し、垂直にするのが良い。そのためには、入射
光軸と反射光軸を一致させることが良いが、一致
させることができない場合、両光軸は近づけられ
るだけ近づけた方が良い。この場合、点光源１２
は、試料１の表面から反射された光線を遮断しな
い位置に設置する必要があり、なおかつ、レンズ
系２の焦点よりも短い位置に設置しなければなら
ない。そのために、集光レンズ系１３によつて、
点光源１２の実像１４を作り出すことにより、入
射光軸１０と反射光軸１１とを近づけることがで
きる。

第５図は、集光レンズ系１５の結像点にテレビ
カメラ１６を設置した例を示す。集光レンズ系１
５により、反射光線を集光させてテレビカメラ１
６に試料面全体の反射光線の全部を写し出すこと
ができ、それにより画像処理が可能になる。また
テレビカメラ１６を、集光レンズ系１５の近くに
設置できるので、装置の小形化が計れる。また集
光レンズ系１３と、集光レンズ系１５を各光軸方
向に移動可能な機構にすることにより、反射面を
有する試料１の大きさに変化があつても、テレビ
カメラ１６に入る画像を一定にすることもでき
る。

第６図は第５図の装置により得られた試料１の
表面の映像である（別紙写真参照）。この条件と
して、レンズ系２の焦点距離１ｍ、点光源１２と
して3Wの豆電球、集光レンズ系１３および集光
レンズ系１５の焦点距離50cm、テレビカメラ１６
として焦点距離が35cmの撮像管、試料１として３
インチシリコンウエハを用いた。また点光源１２
から試料１までの距離を1.3ｍ、試料１からテレ
ビカメラ１６までの距離も同程度である。この第
６図を観察すると、明るい横線Ａと、明線および
暗線よりなる横線Ｂが見られる。一方この３イン
チシリコンウエハの表面状態を触針による検査法
（タリステツプ）により測定したところ、横線Ａ
は第７図ａのように深さH₁が0.38μｍ、幅H₂が８
mmの微細な凹部が対応し、横線Ｂの明暗は第７図
ｂのように、5.6mmの幅Ｌ内に0.05μｍの凹部（明
部）Q₁と0.12μｍの凹部（明部）Q₂およびそれら
の間の凸部（暗部）Q₃が対応することがわかつ
た。こうしてテレビカメラ等で観測される明部が
試料の凹みを表わし、暗部が凸を表わし、もつて
凹凸が検査できることとなる。

以上のように、この考案の表面検査装置は、反
射性試料面の前方に配置された収束レンズ系と、
この収束レンズ系の前記反射性試料面の反対側に
配置されてその焦点距離よりも収束レンズ系に接
近して実像点を有する点光源装置と、前記収束レ
ンズ系に対し前記点光源装置と同じ側に設けた受
光面と、前記収束レンズ系と受光面との間に配置
した集光レンズ系とを備え、前記点光源装置の光
線が前記収束レンズ系を通して前記反射性試料面
に入射しかつ前記試料面から反射した反射光を、
前記収束レンズ系を通し、前記集光レンズ系で集
光して前記受光面に入射させる構成としたことを
特徴とするため、つぎの作用効果がある。すなわ
ち、試料に対し非接触検査となるので試料を傷付
けることなく、小形でしかも試料の表面全面を同
時に検査できるという効果があり、装置全体を暗
室内に設置して使用するとさらに測定精度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の基本構成の概略図、第２図
は試料面の拡大断面図、第３図は試料面上の凹部
に光線を与えた時の光線の状態を示す試料の断面
図、第４図および第５図はこの考案の一実施例の
概略図、第６図は第５図の装置で得られた試料表
面の映像図、第７図は試料表面をタリステツプに
より実測した試料の部分拡大断面図である。 １……反射面を有する試料面、２……レンズ
系、１２……点光源、１３……集光レンズ系、１
４……点光源の実像、１５……集光レンズ系、１
６……テレビカメラ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 反射性試料面の前方に配置された収束レンズ
   系と、この収束レンズ系の前記反射性試料面の
   反対側に配置されてその焦点距離よりも収束レ
   ンズ系に接近して実像点を有する点光源装置
   と、前記収束レンズ系に対し前記点光源装置と
   同じ側に設けた受光面と、前記収束レンズ系と
   受光面との間に配置した集光レンズ系とを備
   え、前記点光源装置の光線が前記収束レンズ系
   を通して前記反射性試料面に入射しかつ前記試
   料面から反射した反射光を、前記収束レンズ系
   を通し、前記集光レンズ系で集光して前記受光
   面に入射させる構成としたことを特徴とする表
   面検査装置。 (2) 前記点光源装置はその実像点を前記収束レン
   ズ系の焦点距離よりも収束レンズ系に接近した
   位置に形成させる集光レンズ系を有する実用新
   案登録請求の範囲第(1)項記載の表面検査装置。