JPH0610656B2 - Surface defect detector - Google Patents
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- JPH0610656B2 JPH0610656B2 JP61043368A JP4336886A JPH0610656B2 JP H0610656 B2 JPH0610656 B2 JP H0610656B2 JP 61043368 A JP61043368 A JP 61043368A JP 4336886 A JP4336886 A JP 4336886A JP H0610656 B2 JPH0610656 B2 JP H0610656B2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、半導体ウエハ等の被検査体について、その
表面に存在する微小な凹凸などの欠陥を光学的に検出す
る装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for optically detecting defects such as minute irregularities existing on the surface of an object to be inspected such as a semiconductor wafer.
(従来の技術とその問題点) 半導体ウエハや、ビデオディスク等においては、その表
面に存在する凹凸や傷などの欠陥によって製品の品質が
大きく左右されるため、これらの欠陥を検出することに
よって製品の品質管理を行なう必要がある。このような
表面欠陥検出装置としては種々の装置が提案されている
が、非破壊検査として代表的なものは光学方式の検出装
置であり、その従来例(特開昭57−131039号)
を第23図に示す。(Prior art and its problems) In semiconductor wafers, video discs, etc., defects such as irregularities and scratches on the surface greatly affect product quality. Quality control is required. Various devices have been proposed as such a surface defect detecting device, but a typical nondestructive inspection is an optical detecting device, which is a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 57-131039).
Is shown in FIG.
同図において、レーザ光源51からの直線偏向レーザビ
ームLは、ミラー52によって反射され、ビームエキス
パンダ53によって光束径が拡大された後に、偏光ビー
ムスプリッタ54に至る。そして、この偏光ビームスプ
リッタ54を透過して1/4波長板55を通り、集束レン
ズ56によって被検査体57の表面上に集束される。In the figure, a linearly polarized laser beam L from a laser light source 51 is reflected by a mirror 52, a beam diameter is expanded by a beam expander 53, and then reaches a polarizing beam splitter 54. Then, the light passes through the polarization beam splitter 54, passes through the quarter-wave plate 55, and is focused on the surface of the inspection object 57 by the focusing lens 56.
レーザビームLが被検査体57の表面で反射されること
によって得られる反射光Rは、被検査体57の表面の平
坦部で反射されてレーザビームLの入射光束と同じ光路
を戻る正反射光(0次回折光)R0と、表面欠陥で散乱
されてレーザビームLの入射光路とは異なる方向へ反射
される散乱光Rdとを含んでいる。そして、これら双方
を含む反射光Rは、上記と逆の経路を通って、再度、偏
光ビームスプリッタ54に至る。この段階における反射
光Rは、1/4波長板55を2度通過しているために、そ
の偏光方向は当初のレーザビームLの偏光方向よりも9
0°回転したものとなっている。このため、反射光Rは
図の右方向に反射される。Reflected light R obtained by reflecting the laser beam L on the surface of the inspection object 57 is specular reflection light that is reflected on the flat portion of the surface of the inspection object 57 and returns along the same optical path as the incident light flux of the laser beam L. It includes (0th-order diffracted light) R 0 and scattered light R d that is scattered by surface defects and reflected in a direction different from the incident optical path of the laser beam L. Then, the reflected light R including both of them reaches the polarization beam splitter 54 again through the route opposite to the above. Since the reflected light R at this stage has passed through the quarter-wave plate 55 twice, its polarization direction is 9 times that of the original polarization direction of the laser beam L.
It has been rotated by 0 °. Therefore, the reflected light R is reflected to the right in the figure.
このうち、正反射光R0は、ミラー58によって反射さ
れて、レンズ59,円柱レンズ60を通った後に、第1
の光電変換素子61に入射する。また、散乱光Rdは、
レンズ62を通って第2の光電変換素子63に入射す
る。第1の光電変換素子61は、第24図に示す領域α
1〜α4へと4分割された受光面を有しており、その対
角方向に隣接する領域の光電変換出力の和の差; (α1+α4)−(α2+α3) …(1) が求められて第23図のフォーカシングエラー信号とな
る。Of these, the regular reflection light R 0 is reflected by the mirror 58, passes through the lens 59 and the cylindrical lens 60, and
Is incident on the photoelectric conversion element 61. Further, the scattered light R d is
The light enters the second photoelectric conversion element 63 through the lens 62. The first photoelectric conversion element 61 has an area α shown in FIG.
It has a light-receiving surface divided into 1 to α 4 and the sum of the photoelectric conversion outputs of the regions adjacent to each other in the diagonal direction; (α 1 + α 4 ) − (α 2 + α 3 ) ... ( 1) is obtained and becomes the focusing error signal of FIG.
一方、被検査体57の表面に欠陥が存在すると、正反射
光R0は減少し、散乱光Rdは増加する。このため、上
記第1の光電変換素子61の受光面を形成する全領域の
和; α1+α2+α3+α4 …(2) を求め、これを第1の欠陥検出回路64で処理すること
によって、正反射光R0の減少による欠陥検出を行な
う。また、第2の光電変換素子63の出力は第2欠陥検
出回路65で処理して、散乱光Rdの増加による欠陥検
出を行なう。これらの2種類の欠陥信号はそれぞれ単独
で使用されることもあり、また、それらの差をとってS
/N比を向上させることもある。On the other hand, when there is a defect on the surface of the inspection object 57, the specular reflection light R 0 decreases and the scattered light R d increases. Therefore, the sum of all the regions forming the light receiving surface of the first photoelectric conversion element 61; α 1 + α 2 + α 3 + α 4 (2) is obtained and processed by the first defect detection circuit 64. The defect detection is performed by reducing the specular reflection light R 0 . The output of the second photoelectric conversion element 63 is processed by the second defect detection circuit 65 to detect a defect due to an increase in the scattered light R d . These two types of defect signals are sometimes used independently, and the difference between them is used to obtain S
The / N ratio may be improved.
ところが、このような装置では、散乱性欠陥すなわち入
射光を各方向へと散乱させるような欠陥を検出できるに
すぎない。したがって、偏向性欠陥つまり入射光を特定
の方向に偏向させた反射を生ずるような欠陥(たとえば
食込み状欠陥)が被検査体表面に存在する場合には、こ
れを上記のような装置で検出することは不可能である。
このため、散乱性欠陥と偏向性欠陥とをあわせて検出す
るためには、それぞれについての検出装置を別個に設け
ねばならないことになり、コストアップを招くほか、光
学系のアラインメントの調整が複雑になるという問題が
ある。However, such a device can only detect a scattering defect, that is, a defect that scatters incident light in each direction. Therefore, when a deflectable defect, that is, a defect that causes reflection by deflecting incident light in a specific direction (for example, a bite-like defect) is present on the surface of the object to be inspected, this is detected by the above-mentioned device. Is impossible.
For this reason, in order to detect the scattering defect and the deflecting defect together, it is necessary to separately provide a detection device for each of them, which leads to an increase in cost and complicated alignment adjustment of the optical system. There is a problem of becoming.
また、上記装置では、表面欠陥の有無については検出す
ることができるものの、その欠陥の種類の判別までは行
うことができない。Further, although the above device can detect the presence or absence of a surface defect, it cannot judge the type of the defect.
(発明の目的) この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、低コストかつコンパクトな構成で、散乱性欠陥
および偏向性欠陥の双方を検出することのでき、しかも
表面欠陥の種類を正確に判定することができる表面欠陥
検出装置を提供することを目的とする。OBJECT OF THE INVENTION The present invention is intended to overcome the above-mentioned problems in the prior art, is capable of detecting both scattering defects and deflecting defects in a low cost and compact configuration, and is capable of detecting surface defects. An object of the present invention is to provide a surface defect detection device capable of accurately determining the type.
(目的を達成するための手段) 上述の目的を達成するため、この発明にかかる表面欠陥
検出装置では、まず、光ビームを被検査体表面に略垂直
に照射する。そして被検査体表面で反射された光を、偏
向性反射光を含んだ第1の反射光と、散乱性反射光を含
んだ第2の反射光とに分離する光分離手段を設ける。(Means for Achieving the Object) In order to achieve the above object, the surface defect detecting apparatus according to the present invention first irradiates the surface of the inspected object with a light beam substantially perpendicularly. Then, a light separating means is provided for separating the light reflected on the surface of the object to be inspected into first reflected light containing deflective reflected light and second reflected light containing diffuse reflected light.
そして、このようにして分離された反射光のうち、第1
の反射光は、受光位置検出手段の受光面で受光される。
この受光位置検出手段は、偏向性反射光の上記受光面上
での受光位置に応じた受光位置検出信号を出力する手段
であり、この信号に基いて偏向性欠陥が検出される。Then, of the reflected lights thus separated, the first
The reflected light of is received by the light receiving surface of the light receiving position detecting means.
The light receiving position detecting means is a means for outputting a light receiving position detection signal corresponding to the light receiving position of the deflected reflected light on the light receiving surface, and the deflectable defect is detected based on this signal.
一方、第2の反射光は、散乱性反射光を検出する散乱性
反射光検出手段で受光され、その検出出力に基いて散乱
性欠陥が検出される。また、この散乱性反射光検出手段
は、略円径の受光領域を有しており、その一部領域に円
弧状単位素子が同心円状に配置されるとともに、残りの
領域に扇形状単位素子が放射状に配列される。そのた
め、円弧状単位素子により回折パターンの半径方向の強
度分布が、また放射状単位素子により周方向についての
強度分布が同時に検出され、表面欠陥の種類が判別され
る。On the other hand, the second reflected light is received by the scattered reflected light detecting means for detecting the scattered reflected light, and the scattering defect is detected based on the detection output. Further, this scattered reflected light detection means has a light receiving area of a substantially circular diameter, the arc-shaped unit element is arranged concentrically in a partial area thereof, and the fan-shaped unit element in the remaining area. Radially arranged. Therefore, the arc-shaped unit element simultaneously detects the radial intensity distribution of the diffraction pattern and the radial unit element simultaneously detects the circumferential intensity distribution, thereby determining the type of surface defect.
(実施例) A.実施例の光学的全体構成と動作 第1図はこの発明の一実施例である表面欠陥検査装置の
概要図である。同図において、レーザ光源1からのレー
ザビームLは偏光ビームスプリッタ2によって直線偏光
となり、光透過率分布フィルタ4に入射する。この光透
過率分布フィルタ4は、たとえばガラス基板上に金属を
真空蒸着して得られるものであるが、その蒸着厚は、中
心部で厚く、また周辺部で薄くなるように、ステップ状
に変化させてある。このため、第2図(a)に示すよう
に、この光透過率分布フィルタ4の光の透過率は、光透
過率分布フィルタ4の中心位置(r0)付近Aでは小さな値
T0となっており、また、径方向の位置座標rがr0か
ら所定距離(後述する)以上離れた部分Bでは大きな値
T1となっている。そして、中心部分Aがレーザビーム
Lの入射位置となるように、この光透過率分布フィルタ
4を配置する。(Example) A. Overall Optical Configuration and Operation of Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram of a surface defect inspection apparatus which is an embodiment of the present invention. In the figure, the laser beam L from the laser light source 1 is linearly polarized by the polarization beam splitter 2 and enters the light transmittance distribution filter 4. The light transmittance distribution filter 4 is obtained, for example, by vacuum-depositing a metal on a glass substrate, and the vapor deposition thickness thereof changes stepwise such that the central portion is thick and the peripheral portion is thin. I am allowed. Therefore, as shown in FIG. 2A, the light transmittance of the light transmittance distribution filter 4 becomes a small value T 0 near the center position (r 0 ) A of the light transmittance distribution filter 4. Further, the position coordinate r in the radial direction has a large value T 1 at a portion B separated from r 0 by a predetermined distance (described later) or more. Then, the light transmittance distribution filter 4 is arranged so that the central portion A is the incident position of the laser beam L.
このため、第1図のレーザビームLは、光透過率分布フ
ィルタ4のうち、透過率の小さい中心部分A(換言すれ
ば反射率の大きな部分)によってそのほとんどが反射さ
れ、1/4波長板5を通った後、レンズ6を介して、この
レンズ6の焦点距離fの位置にある被検査体表面7に照
射される。このレーザビームLは被検査体表面7で反射
されて反射光Rとなるが、この反射光Rは偏向性反射光
Rtと散乱性反射光Rdとによって形成されている。Therefore, most of the laser beam L in FIG. 1 is reflected by the central portion A of the light transmittance distribution filter 4 having a small transmittance (in other words, the portion having a large reflectance), and the quarter wavelength plate After passing through the lens 5, the surface of the object to be inspected 7 at the position of the focal length f of the lens 6 is irradiated through the lens 6. The laser beam L is reflected by the surface 7 of the object to be inspected to become the reflected light R, which is formed by the deflected reflected light R t and the scattered reflected light R d .
このうち、偏向性反射光Rtは、被検査体表面7に偏向
性欠陥が存在しないときには正反射光R0に一致するも
のであって、第1図中にはこのような場合(つまりRt
=R0)が図示されている。なお、偏向性欠陥の存在に
よって偏向性反射光RtがR0の方向から偏向した場合
については後に詳しくは説明する。Of these, the deflectable reflected light R t corresponds to the specularly reflected light R 0 when there is no deflectable defect on the surface 7 to be inspected, and in such a case (that is, R t
= R 0 ) is shown. The case where the deflectable reflected light R t is deflected from the direction of R 0 due to the presence of the deflectable defect will be described later in detail.
このようにして得られる反射光Rは、レンズ6と1/4波
長板5を介して上記光透過率分布フィルタ4に再入射す
る。上述したように、この光透過率分布フィルタ4はス
テップ状の透過率分布を有しており、偏向性反射光Rt
はこのうちの低透過率部分Aに入射する。したがって、
偏向性反射光Rtのうち、この光透過率分布フィルタ4
を透過して光電変換手段8の受光面に到達する割合は低
いものとなっている。The reflected light R thus obtained re-enters the light transmittance distribution filter 4 via the lens 6 and the quarter-wave plate 5. As described above, the light transmittance distribution filter 4 has a step-like transmittance distribution, and the deflectable reflected light R t
Enters the low transmittance portion A of them. Therefore,
Of the deflectable reflected light R t , this light transmittance distribution filter 4
The ratio of the light passing through to reach the light receiving surface of the photoelectric conversion means 8 is low.
前述したように、レーザ光源1から発したレーザビーム
Lは、光透過率分布フィルタ4の中心部分Aに入射す
る。被検査体表面7からの正反射光R0が、同じく中心
部分Aへ再入射するということは、いうまでもなく、レ
ーザビームLは被検査体表面7へ略垂直に入射されるこ
とを前提としている。すなわち、レーザ光源1、偏光ビ
ームスプリッタ2、光透過率分布フィルタ4、1/4波長
板5、およびレンズ6などの光学系は、レーザビームL
を被検査体表面7へ略垂直に導くような幾何学的位置関
係をもって配置されている。これらは第1図に図示する
通りである。As described above, the laser beam L emitted from the laser light source 1 enters the central portion A of the light transmittance distribution filter 4. Needless to say, the specularly reflected light R 0 from the surface 7 to be inspected is again incident on the central portion A, on the premise that the laser beam L is incident on the surface 7 to be inspected substantially vertically. I am trying. That is, the optical system such as the laser light source 1, the polarization beam splitter 2, the light transmittance distribution filter 4, the 1/4 wavelength plate 5, and the lens 6 has the laser beam L
Are arranged in a geometrical positional relationship that guides to the surface 7 to be inspected substantially vertically. These are as illustrated in FIG.
散乱性反射光Rdは、この光透過率分布フィルタ4のう
ち、透過率の大きさ部分Bに入射するため、その全部ま
たは大部分がこの光透過率分布フィルタ4を透過して光
電変換手段8の受光面に入射する。このため、上記透過
率T0,T1として、たとえばT0=2%,T1=10
0%とすれば、偏向性反射光Rtはその2%のみが、ま
た、散乱性反射光Rdはその全部が、それぞれ光電変換
手段8に入射することになる。Since the scattered reflected light R d is incident on the portion B having a large transmittance in the light transmittance distribution filter 4, all or most of the light is transmitted through the light transmittance distribution filter 4 and photoelectric conversion means. 8 is incident on the light receiving surface. Therefore, the transmittances T 0 and T 1 are, for example, T 0 = 2% and T 1 = 10.
If it is 0%, only 2% of the deflectable reflected light R t and all of the scattered reflective light R d are incident on the photoelectric conversion means 8.
他方、透過率の小さな部分Aに入射した偏向性反射光R
tのうち、透過率分布フィルタ4を透過しなかった成分
(上記の例では偏向性反射光Rtの98%)は、このフ
ィルタ4で反射されて偏光ビームスプリッタ2に至る。
この光は1/4波長板5を2回通っているためにその偏光
方向は入射レーザビームLに対して90°回転したもの
となっており、このため、この光は偏光ビームスプリッ
タ2を通過して輝点位置検出器9に至る。On the other hand, the deflective reflected light R incident on the portion A having a small transmittance
Of t , the component that has not passed through the transmittance distribution filter 4 (98% of the deflectable reflected light R t in the above example) is reflected by this filter 4 and reaches the polarization beam splitter 2.
Since this light passes through the quarter-wave plate 5 twice, its polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the incident laser beam L. Therefore, this light passes through the polarization beam splitter 2. Then, the bright spot position detector 9 is reached.
したがって、被検査体表面7からの反射光Rは、透過率
分布フィルタ4において、偏向性反射光Rtを含む第
1の反射光R1と、散乱性反射光Rdを含む第2の反
射光R2とに分離される。Therefore, the reflected light R from the surface 7 to be inspected is, in the transmittance distribution filter 4, the first reflected light R 1 including the deflective reflected light R t and the second reflected light R 1 including the scattered reflective light R d. It is separated into light R 2 .
このため、上記透過率分布フィルタ4は、反射光Rを第
1の第2反射光R1,R2に分離する光分離手段として
機能することになる。Therefore, the transmittance distribution filter 4 functions as a light separating unit that separates the reflected light R into the first and second reflected lights R 1 and R 2 .
ところで、上述のように、この実施例における第2の反
射光R2は、散乱性反射光Rdのほかに偏向性反射光R
tの一部分も含んでいる。それは、散乱性欠陥が存在す
ると散乱性反射光Rdが増加するだけでなく、偏向性反
射光Rt(正反射光R0)の強度が減少するため、これ
ら双方のデータに基く処理を行なえば散乱性欠陥の検出
精度が向上することによる。しかしながら、偏向性反射
光Rtの強度は散乱性反射光Rdの強度に比べて著しく
大きい(たとえば100:1)ため、偏向性反射光Rt
のかなりの部分を第2の反射光に含ませたのでは、光強
度の違いが大きすぎて単一の光電変換手段のダイナミッ
クレンジでは高精度の検出が困難となる。したがって、
このように偏向性反射光Rtを第2の反射光に含ませる
場合には、偏向性反射光Rtの数%のみを含ませること
が望ましい。By the way, as described above, the second reflected light R 2 in this embodiment includes the deflectable reflected light R 2 in addition to the scattered reflected light R d.
It also contains part of t . The presence of the scattering defect not only increases the scattered reflection light R d, but also decreases the intensity of the deflective reflection light R t (regular reflection light R 0 ), so that processing based on both of these data can be performed. For example, because the detection accuracy of scattering defects is improved. However, since the intensity of the deflected reflected light R t is significantly higher than the intensity of the scattered reflected light R d (for example, 100: 1), the deflectable reflected light R t is
If a considerable part of the above is included in the second reflected light, the difference in light intensity is too large, and it becomes difficult to detect with high precision in the dynamic range of a single photoelectric conversion means. Therefore,
When the deflectable reflected light R t is thus included in the second reflected light, it is desirable to include only a few% of the deflectable reflected light R t .
一方、第1の反射光は偏向性反射光Rtのみが本来必要
な情報であるため、この偏向性反射光Rtをできるだけ
多く含ませ、散乱性反射光Rdは含まないようにするこ
とが望ましい。上記透過率分布フィルタ4はこのような
2つの要請を同時に満足させる光分離手段であって、
A,B各部分の光透過率T0,T1として上述のような
値を用いることにより、これら2つの条件を満すことが
できる。On the other hand, in the first reflected light, since only the deflective reflected light R t is originally necessary information, the deflective reflected light R t should be included as much as possible, and the diffuse reflected light R d should not be included. Is desirable. The transmittance distribution filter 4 is a light separating means that simultaneously satisfies these two requirements.
These two conditions can be satisfied by using the above values as the light transmittances T 0 and T 1 of the A and B portions.
このような状況が、光透過率分布フィルタ4の半径方向
の光強度Iの分布曲線として第3図に示されている。こ
の図において、光透過率分布フィルタ4を透過する前の
反射光(同図(a))と、このフィルタ4を透過して得ら
れる第2の反射光(同図(b))とを比較すると、前者で
は正反射光R0(偏向性反射光Rt)が鋭いピークを作
っているのに対し、後者では正反射光R0と散乱性反射
光Rdとのそれぞれの光強度が同程度となっており、単
一の受光・検出系のダイナミックレンジで対応可能とな
ることがわかる。また、これに応じて散乱性反射光Rd
はそのすべてが第2の反射光に含まれることになるた
め、第1の反射光R1は、偏向性欠陥の検出に本来必要
とされる偏向性反射光Rtのみによって形成されること
になり、後述する偏向性欠陥の検出も高精度となる。Such a situation is shown in FIG. 3 as a distribution curve of the light intensity I in the radial direction of the light transmittance distribution filter 4. In this figure, the reflected light before passing through the light transmittance distribution filter 4 (the same figure (a)) and the second reflected light obtained by passing through this filter 4 (the same figure (b)) are compared. Then, in the former case, the specular reflection light R 0 (deflecting reflection light R t ) forms a sharp peak, whereas in the latter, the specular reflection light R 0 and the scattering reflection light R d have the same light intensity. It can be seen that the dynamic range of a single light receiving / detecting system can be used. Also, according to this, the scattered reflected light R d
Since all of them are included in the second reflected light, the first reflected light R 1 is formed only by the deflectable reflected light R t originally necessary for detecting the deflectable defect. Therefore, the detection of the deflectable defect described later becomes highly accurate.
B.偏向性欠陥検出系の構成と動作 次に、第1の反射光R1に基く偏向性欠陥検出について
説明する。第4図は、第1図のうち、偏向性欠陥検出の
説明に必要な部分のみを取出したものに相当する部分図
である。したがって、この図には散乱性反射光Rdは描
かれておらず、また、入射レーザビームLや偏向性反射
光Rtは、便宜上、幅を有しない直線として描かれてい
る。さらに、被検査体表面7には、その一部分Gを拡大
して示す第5図のように、偏向性欠陥のひとつの態様で
ある食込み状欠陥20が存在しているものとする。ただ
し、基準面7aは、入射レーザビームLに対して直角な
面を示す。B. Configuration and Operation of Deflective Defect Detection System Next, the deflectable defect detection based on the first reflected light R 1 will be described. FIG. 4 is a partial view corresponding to a part of FIG. 1 which is taken out only for explaining the deflective defect detection. Therefore, the scattered reflected light R d is not drawn in this figure, and the incident laser beam L and the deflectable reflected light R t are drawn as straight lines having no width for convenience. Further, it is assumed that the surface 7 to be inspected has a bite-like defect 20, which is one mode of the deflectable defect, as shown in FIG. However, the reference plane 7a is a plane perpendicular to the incident laser beam L.
すると、レーザビームLがこの食込み状欠陥20の傾斜
面21において反射される場合には、この傾斜面21が
基準面7aとなす傾斜角をθとすると、偏向性反射光R
tの偏向角は2θとなる。そして、レンズ6を通過した
後の偏向性反射光Rtは入射レーザビームLに対して平
行となるが、そこでは、入射レーザビームLに対して、 △x=f・tan(2θ) …(3) だけの偏位を生じている。したがって、この場合には、
輝点位置検出器9の受光面10上の基準位置x0から△
xだけ偏位した位置に偏向性反射光Rtが入射すること
になる。ただし、基準位置x0は、被検査体表面7が基
準面7aに一致し、かつ欠陥が存在しないときの偏向性
反射光Rt(つまり正反射光R0)の受光位置である。
このため、この△xを検出することによって、(3)式か
ら傾斜角θを求めることが可能となる。なお、精密加工
面上の微小な食い込みや起伏では傾斜角θは微小である
ため、上記(3)式の近似式として、 △x≒f・tan(2θ) …(4) を用いることができる。Then, when the laser beam L is reflected by the inclined surface 21 of the bite-shaped defect 20, if the inclination angle of the inclined surface 21 with the reference surface 7a is θ, then the deflectable reflected light R
The deflection angle of t is 2θ. Then, the deflectable reflected light R t after passing through the lens 6 is parallel to the incident laser beam L, where Δx = f · tan (2θ) ((θ) with respect to the incident laser beam L. 3) Only the deviation occurs. So in this case,
From the reference position x 0 on the light receiving surface 10 of the bright spot position detector 9
The deflectable reflected light R t is incident on the position displaced by x. However, the reference position x 0 is the light receiving position of the deflectable reflected light R t (that is, the specularly reflected light R 0 ) when the surface 7 to be inspected matches the reference surface 7 a and there is no defect.
Therefore, by detecting this Δx, the inclination angle θ can be obtained from the equation (3). In addition, since the inclination angle θ is small in the case of a slight biting or undulation on the precision machined surface, Δx≈f · tan (2θ) (4) can be used as an approximate expression of the above expression (3). .
このように、偏位量△xは食込み欠陥20等の傾斜角θ
を反映した量となっているため、この偏位量△xが所定
値を超えた場合に、偏向性欠陥が存在すると判定するこ
とが可能となる。Thus, the deviation amount Δx is the inclination angle θ of the bite defect 20 or the like.
Therefore, when the deviation amount Δx exceeds a predetermined value, it is possible to determine that a deflectable defect exists.
したがって、光透過率分布フィルタ4のうち、透過率の
小さな部分Aのサイズは、偏位量△xとしてどの程度の
値まで検出するかによって定められる。それは、部分A
のサイズがあまり小さいと、偏位量△xが少し増加した
だけで部分Bに入射するようになり、第1の反射光とし
て偏向性反射光をとらえられなくなるためである。Therefore, in the light transmittance distribution filter 4, the size of the portion A having a small transmittance is determined by how much the deviation amount Δx is detected. It is part A
This is because if the size is too small, the deviation Δx is slightly increased and the light enters the portion B, and the deflective reflected light cannot be captured as the first reflected light.
上記判定を具体的に行なうためには、まず、上記輝点位
置検出器9において受光した輝点の偏位量△xを、この
△xに比例した電気信号レベルVDへと変換する。その
際、偏位量△xの微細な変化を可能な限り精密にとらえ
得るように、この輝点位置検出器9としては、その受光
面が連続的な広がりを有する受光面となっているものを
使用することが望ましい。そこで、この実施例では、輝
点位置検出器9として、半導体位置検出器(以下、PS
Dと言う。)という名称で知られているセンサを使用す
る。第6図(a)はこのようなPSDのうち、1次元PS
Dを使用して構成された輝点位置検出器9の受光面10
を示しており、電極Xa,Xbのそれぞれから取出され
る光電流値の比をとることによって、受光された輝点S
Pの偏位量△xに応じた信号を、第1図の信号レベルV
Dとして出力する。この動作において、受光面10が離
散的な素子の集合ではなく、連続的な広がりを持ったも
のとなっているため、受光位置検出は高精度で行なわれ
る。In order to make the above determination specifically, first, the deviation amount Δx of the bright spot received by the bright spot position detector 9 is converted into an electric signal level V D proportional to this Δx. At this time, the light-receiving surface of the bright spot position detector 9 is a light-receiving surface having a continuous spread so that minute changes in the deviation amount Δx can be captured as accurately as possible. Is preferred. Therefore, in this embodiment, a semiconductor position detector (hereinafter, PS) is used as the bright spot position detector 9.
Say D. ) Is used. FIG. 6 (a) shows a one-dimensional PS among such PSDs.
Light-receiving surface 10 of bright spot position detector 9 configured using D
And the bright point S received is obtained by taking the ratio of the photocurrent values extracted from each of the electrodes X a and X b.
The signal corresponding to the deviation amount Δx of P is the signal level V in FIG.
Output as D. In this operation, since the light receiving surface 10 is not a set of discrete elements but has a continuous spread, the light receiving position is detected with high accuracy.
この信号レベルVDは第1図の偏向性欠陥検出回路10
0内に設けられた増幅器101によって増幅され、後述
する理由で設けられたバンドパスフィルタ102を介し
て受光位置(偏位)検出信号Vとなる。この信号Vは次
段の比較器103において所定の基準値(しきい値)と
比較され、このしきい値による弁別処理が行なわれる。
そして、受光位置検出信号V(したがって、傾斜角θ)
が上記基準値を超えるときに「欠陥有り」とする欠陥検
出信号が出力される。This signal level V D is the deflectable defect detection circuit 10 of FIG.
It is amplified by the amplifier 101 provided inside 0, and becomes the light receiving position (deviation) detection signal V via the band pass filter 102 provided for the reason described later. This signal V is compared with a predetermined reference value (threshold value) in the comparator 103 at the next stage, and discrimination processing is performed by this threshold value.
Then, the light receiving position detection signal V (hence the inclination angle θ)
When the value exceeds the reference value, a defect detection signal indicating that there is a defect is output.
そこで、以下では、この比較・弁別動作を中心にしてこ
の装置の動作をより詳しく説明する。まず、レーザ光源
1からのレーザビームLを被検査体表面7に照射しつ
つ、レーザビーム走査機構(第1図中には図示せず。)
を用いて、被検査体表面7を順次走査する。このような
走査方法としては、以下のような方法を適宜採用するこ
とができる。Therefore, in the following, the operation of this device will be described in more detail with a focus on this comparison / discrimination operation. First, while irradiating the surface 7 to be inspected with the laser beam L from the laser light source 1, a laser beam scanning mechanism (not shown in FIG. 1).
Is used to sequentially scan the surface 7 to be inspected. As such a scanning method, the following method can be appropriately adopted.
レーザ光源1からのレーザビームを、回転ミラーある
いは振動ミラーを用いて、被検査体表面7上でスキャン
させる方法。A method of scanning a laser beam from the laser light source 1 on the surface 7 to be inspected by using a rotating mirror or a vibrating mirror.
第7図に示すように、被検査体Pがディスク状の場合
には、被検査体Pを矢符A1方向に回転させながら、矢
符B1方向に並進させて被検査体表面5をスキャンさせ
る方法。As shown in FIG. 7, when the test subject P is a disk-shaped, while rotating the inspection object P in an arrow A 1 direction, the inspection object surface 5 by translating the arrow B 1 direction How to scan.
第8図に示すように、被検査体Qがドラム状の場合に
は、被検査体Qを矢符A2方向に回転させながら、矢符
B2方向に並進させて被検査体表面7をスキャンさせる
方法。As shown in FIG. 8, when the inspection object Q is drum-shaped, while rotating the inspection object Q to arrow A 2 direction, the inspection object surface 7 by translating the arrow B 2 direction How to scan.
ただし、の方法は、レーザビームをスキャンする幅の
全体をカバーすることができる大きな受光レンズを設け
る必要があるため、被検査体表面7に微小な傾きを検知
する場合には、,のスキャン法の方が好ましい。ま
た、,のスキャン法では、被検査体P,Qの並進運
動のかわりに、光学系の方を並進運動させてもよい。However, since the method of (1) needs to provide a large light receiving lens capable of covering the entire scanning width of the laser beam, when detecting a slight inclination on the surface 7 to be inspected, the scanning method of (2) is used. Is preferred. Further, in the scanning method of, the optical system may be translated instead of the translational motion of the inspection objects P and Q.
このようなスキャンを行ないつつ上記偏向性反射光Rt
の入射位置を輝点位置検出器9で検出すると、受光位置
検出信号Vは第9図のように変化する。この第9図のう
ち、(a)は被検査体表面7が平坦な場合であり、(b)は偏
向性欠陥が存在する場合をそれぞれ示す。ただし、この
実施例では、偏向性反射光Rtの受光位置が第1図の基
準位置x0となっているときの信号レベルがV=0とな
るように構成している。この第9図からわかるように、
被検査体表面9に偏向性欠陥が存在する場合には、受光
位置検出信号Vがこの欠陥の傾斜角θに応じた振幅で変
動する。While performing such a scan, the deflectable reflected light R t
When the incident position of is detected by the bright spot position detector 9, the light receiving position detection signal V changes as shown in FIG. In FIG. 9, (a) shows the case where the surface 7 of the object to be inspected is flat, and (b) shows the case where a deflectable defect exists. However, in this embodiment, the signal level is V = 0 when the light receiving position of the deflectable reflected light R t is the reference position x 0 in FIG. As you can see from Figure 9,
When the surface 9 to be inspected has a deflectable defect, the light receiving position detection signal V changes with an amplitude according to the inclination angle θ of this defect.
第10図は、このような偏向性欠陥によって生ずる受光
位置検出信号Vの変動を、単一の食込み状欠陥の場合に
ついてモデル化して示した図である。この図に示すよう
に、被検査体表面に欠陥が存在すると、受光位置検出信
号Vは一度(+)または(−)方向に変動した後、これ
と反対符号方向に変動して基準レベル(V=0)へと戻
る。それは、第5図中に示したように、欠陥20におい
てひとつの方向に傾斜した傾斜面21が存在すれば、反
対の方向に傾斜した傾斜面22がこれに伴って存在する
ため、輝点位置検出器9の受光面10における輝点位置
は、(+)(−)の双方向に順次変動した後にx0へと
戻るためである。FIG. 10 is a diagram showing variations in the light receiving position detection signal V caused by such a deflective defect, modeled for a single bite-like defect. As shown in this figure, if there is a defect on the surface of the object to be inspected, the light receiving position detection signal V once fluctuates in the (+) or (-) direction and then fluctuates in the opposite sign direction to the reference level (V). = 0). As shown in FIG. 5, if there is an inclined surface 21 inclined in one direction in the defect 20, an inclined surface 22 inclined in the opposite direction is also present, so that the bright spot position This is because the position of the bright spot on the light receiving surface 10 of the detector 9 sequentially returns to x 0 after sequentially changing in both directions (+) and (−).
そこでこの実施例では、第1図の比較器103に設定す
るしきい値として、第10図に示すようなVH,VLの
2つの値を用いる。ただし、これらのしきい値VH,V
Lは、VH>0,VL<0であって、許容される欠陥の
限界値に応じて定められる値である。そして、VがVH
以上となるか、またはVL以下となったときには「欠陥
有り」と判定し、その判定出力を欠陥検出信号として出
力する。Therefore, in this embodiment, as the threshold value set in the comparator 103 in FIG. 1, two values V H and V L as shown in FIG. 10 are used. However, these threshold values V H , V
L is V H > 0, V L <0, and is a value determined according to the limit value of the allowable defect. And V is V H
When it becomes the above or becomes VL or less, it is judged that "there is a defect", and the judgment output is output as a defect detection signal.
次に、第11図に示すように、被検査体表面7が全体と
して基準面7aから角度φだけ傾いている場合の処理を
説明する。このときには、欠陥が存在しない場合でも、
レーザビームLがこの角度φに応じた反射角で反射さ
れ、受光面上の偏向性反射光Rtの受光位置がx0から
ずれたものとなる。このため、位置検出信号Vは第12
図(a)のようなオフセットレベルVBを持ったものとな
り、このオフセットレベルVBが大きくなると、上記し
きい値VH,VLによる欠陥の存在の判定が困難とな
る。Next, as shown in FIG. 11, a process when the surface 7 to be inspected is tilted by an angle φ from the reference plane 7a as a whole will be described. At this time, even if there is no defect,
The laser beam L is reflected at a reflection angle corresponding to this angle φ, and the light receiving position of the deflective reflected light R t on the light receiving surface is displaced from x 0 . Therefore, the position detection signal V is
It becomes one having an offset level V B as shown in FIG. (A), when the offset level V B is increased, the threshold value V H, the determination of the presence of defects due to V L becomes difficult.
そこで、このような場合には、第1図の比較器103の
前段に微分器(図示せず)を設け、位置検出信号Vの時
間微分△V/△tを求める。この装置においては被検査
体表面7を走査しつつ検出信号を取込んでいることを考
慮すれば、これは、第12図(a)中に示した微小走査区
間△sについての差分△V/△sをとっていることと等
価である。Therefore, in such a case, a differentiator (not shown) is provided in front of the comparator 103 in FIG. 1 to determine the time derivative ΔV / Δt of the position detection signal V. Considering that this apparatus captures the detection signal while scanning the surface 7 to be inspected, this is the difference ΔV / V for the minute scanning section Δs shown in FIG. It is equivalent to taking Δs.
このようにして得られる信号が第12図(b)に示されて
おり、この図からわかるように、被検査体表面7のうち
欠陥が存在しない位置では、傾きφの有無にかかわらず
△V/△s=0となるため、欠陥が存在する位置のみに
おいて信号レベル△V/△sが(+)(−)に変動す
る。したがって、これをしきい値VH′,VL′によっ
て弁別することによって欠陥検出が可能となる。つま
り、この発明における偏向性欠陥の検出は、受光位置の
偏位そのものだけでなく、この例における差分のよう
に、偏位に応じた量を求めることによって一般に実現可
能である。The signal thus obtained is shown in FIG. 12 (b). As can be seen from this figure, at the position on the surface 7 to be inspected where no defect exists, ΔV is obtained regardless of the presence or absence of the inclination φ. Since / Δs = 0, the signal level ΔV / Δs fluctuates to (+) (−) only at the position where the defect exists. Therefore, it is possible to detect defects by discriminating the threshold values V H ′ and V L ′. That is, the detection of the deflectable defect in the present invention can be generally realized not only by the deviation itself of the light receiving position but also by obtaining the amount according to the deviation like the difference in this example.
さらに、第13図のように、被検査体Pを回転させて走
査を行なうような場合には、被検査体表面5が、図中矢
符Eで示すような面触れを起こし、それによって偏向性
反射光の反射方向が図中のRt〜Rt′の範囲で動揺し
てしまう。この場合、第1図の輝点位置検出器9の出力
VDを増幅してそのまま位置検出信号Vとすると、第1
4図(a)のように被検査体Pの回転周期に応じた周期を
持った変動VCが生ずることになる。このため、しきい
値VH,VLによる欠陥検出がやはり困難となる。Further, as shown in FIG. 13, when the object P to be inspected is rotated for scanning, the surface 5 of the object to be inspected causes a surface contact as indicated by an arrow E in the figure, which causes the deflection property. The reflection direction of the reflected light fluctuates within the range of R t to R t ′ in the figure. In this case, if the output V D of the bright spot position detector 9 of FIG.
As shown in FIG. 4 (a), a fluctuation V C having a cycle corresponding to the rotation cycle of the inspection object P is generated. For this reason, it is still difficult to detect defects by the threshold values V H and V L.
これに対応するために、第1図の偏向性欠陥検出回路1
00にはバンドパスフィルタ102が設けられており、
このバンドパスフィルタ102によって被検査体Pの回
転周期に応じた周波数成分を除去する。こうすることに
よって、第14図(b)のような適正な受光位置検出信号
Vが得られることになる。In order to deal with this, the deflectable defect detection circuit 1 of FIG.
00 is provided with a bandpass filter 102,
The bandpass filter 102 removes the frequency component corresponding to the rotation cycle of the inspection object P. By doing so, an appropriate light receiving position detection signal V as shown in FIG. 14 (b) can be obtained.
このように、バンドパスフィルタ102を設けることに
よって、無用の低周波成分がカットされるが、さらに、
これによって欠陥検出帯域以上の高周波成分もカットさ
れるため、製品の品質に影響しないような極めて小さな
凹凸やホコリによる信号、それに種々のノイズ等の影響
も防止されることになる。なお、このバンドパスフィル
タ102は、第12図(a)のオフセットレベルVB(直
流成分)を除去する効果もある。Thus, by providing the bandpass filter 102, unnecessary low frequency components are cut off.
As a result, high-frequency components above the defect detection band are also cut, so that signals due to extremely small irregularities and dust that do not affect the quality of the product and various noises can be prevented. The bandpass filter 102 also has an effect of removing the offset level V B (DC component) of FIG. 12 (a).
このように、受光位置検出信号Vの変動補正手段を設け
ることによって、種々の状況に対処可能な装置となる。As described above, by providing the fluctuation correction means for the light receiving position detection signal V, the device can cope with various situations.
第15図は偏向性欠陥検出系の他の構成例を示す部分概
略図である。この例では、輝点位置検出器9′として、
偏向性反射光Rtの受光位置を2次元的に検出可能な2
次元PSDを使用する。この2次元PSDの受光面1
0′が第6図(b)に示されており、1次元PSDにおけ
る電極の組Xa,Xbに直交する方向に、第2の電極に
組Ya,Ybをさらに設けて、入射した輝点SPの2次
元的な偏位量△x,△yが求められるようになってい
る。そして、x,y両方向のそれぞれの偏位量に応じた
出力レベルVx,Vyを第15図の二乗増幅器101
a,101bでそれぞれ二乗増幅し、その結果を加算器
104で加算する。FIG. 15 is a partial schematic diagram showing another configuration example of the deflectable defect detection system. In this example, as the bright spot position detector 9 ',
2 where the light receiving position of the polarized reflected light R t can be two-dimensionally detected
Use the dimension PSD. Light receiving surface 1 of this two-dimensional PSD
0'is shown in FIG. 6 (b), and the set Y a , Y b is further provided on the second electrode in the direction orthogonal to the set X a , X b of the electrodes in the one-dimensional PSD, and is incident. The two-dimensional deviation amounts Δx and Δy of the bright spot SP are obtained. Then, the output levels V x and V y corresponding to the deviation amounts in both the x and y directions are set to the square amplifier 101 in FIG.
Square amplification is carried out at a and 101b, and the result is added at the adder 104.
このようにして得られた信号(Vx 2+Vy 2)は、バ
ンドパスフィルタ105を通して位置検出信号V2とな
り、これと基準値(しきい値)VH 2,VL 2とが比較
器106で比較される。そして、第1の実施例と同様
に、V2>VH 2またはV2<VL 2のときには「欠陥
有り」と判定するわけである。こうすれば、食込み欠陥
は起伏の傾斜の方向にかかわらず、これらを精度良く検
出することが可能となる。The signal (V x 2 + V y 2 ) thus obtained becomes the position detection signal V 2 through the bandpass filter 105, and this and the reference values (threshold values) V H 2 and V L 2 are compared. The comparison is made at 106. Then, as in the first embodiment, when V 2 > V H 2 or V 2 <V L 2 , it is determined that there is a defect. By doing so, it becomes possible to detect bite defects with high accuracy regardless of the direction of the slope of the undulations.
また、欠陥や起伏の方向をも検出したいときには、比:
Vy/Vxを求め、tan-1(Vy/Vx)を計算すれば
よい。If you also want to detect the direction of defects or undulations, the ratio:
V y / V x may be obtained and tan −1 (V y / V x ) may be calculated.
このように、1次元PSD、2次元PSDのいずれを用
いた場合にも欠陥検出が高精度かつ容易となるが、PS
Dを使用することによって、起伏面上や欠陥の傾斜面上
に存在する極めて小さなホコリなどの影響を防止するこ
とができるという効果もある。それは、PSDの受光面
に入射する輝点の強度分布は一般に第16図(a)のよう
な分布形態を有しているが、PSDの出力(たとえばV
D)は、この分布の重心位置XSMを偏位量△xとして
出力するような特性を有していることに起因する。すな
わち、微細なホコリの存在等によって第16図(b)のよ
うに強度分布に乱れが生じても、その重心位置X
SM(したがって検出値△x)はほとんど変化せず、製
品の品質に影響の少ない微細なホコリ等による誤検出を
防止することができるわけである。As described above, the defect detection can be performed with high accuracy and easily using either one-dimensional PSD or two-dimensional PSD.
By using D, there is also an effect that it is possible to prevent the influence of extremely small dust existing on the undulating surface or the inclined surface of the defect. The intensity distribution of the bright spots incident on the light receiving surface of the PSD generally has a distribution form as shown in FIG. 16 (a), but the output of the PSD (for example, V
D ) is due to the fact that the barycentric position X SM of this distribution is output as the deviation amount Δx. That is, even if the intensity distribution is disturbed as shown in FIG. 16 (b) due to the presence of fine dust, etc.
SM (hence the detection value Δx) hardly changes, and it is possible to prevent erroneous detection due to minute dust or the like that has little influence on the product quality.
C.散乱性欠陥検出系の構成と動作 次に、第2の反射光R2に基く散乱性欠陥検出について
説明する。この散乱性欠陥検出は従来の装置を変形使用
することによっても構成可能であるが、この実施例で
は、欠陥の存在のみでなく、その種類も容易に識別可能
な新規な装置を利用する。そこでは、まず、第1図の光
電変換手段8として、第17図に示すように、単位光電
変換素子D1,D2,D3,…(以下、「単位素子」と
言う。)を所定の規則に従って空間的に配列した光電変
換素子アレイ80を使用し、これによって、第2の反射
光R2の回折パターンの空間的強度分布の形態を検出す
る。そして、この強度分布の形態に関するデータによっ
て散乱性欠陥の種類の判別をも行なう。C. Configuration and Operation of Scattering Defect Detection System Next, the scattering defect detection based on the second reflected light R 2 will be described. Although this scattering defect detection can be configured by using a modified conventional device, this embodiment uses a novel device that can easily identify not only the presence of a defect but also its type. Here, first , as the photoelectric conversion means 8 in FIG. 1, as shown in FIG. 17, unit photoelectric conversion elements D 1 , D 2 , D 3 , ... (Hereinafter, referred to as “unit element”) are predetermined. The photoelectric conversion element array 80 spatially arranged according to the above rule is used to detect the form of the spatial intensity distribution of the diffraction pattern of the second reflected light R 2 . Then, the type of scattering defect is also discriminated based on the data on the form of the intensity distribution.
第17図に示した各種光電変換素子アレイ80のうち、
同図(a)は単位光電変換素子D1,D2,…をマトリク
ス状に配列したものである。そして、この方法では、各
単位素子から得られる光電変換出力パターンを、事前に
想定される種類の欠陥についてあらかじめ求めておいた
回折パターン分布の形態と比較し、その一致度によって
欠陥の種類を判別する。Of the various photoelectric conversion element arrays 80 shown in FIG. 17,
FIG. 1A shows unit photoelectric conversion elements D 1 , D 2 , ... Arranged in a matrix. Then, in this method, the photoelectric conversion output pattern obtained from each unit element is compared with the form of the diffraction pattern distribution obtained in advance for the type of defect assumed in advance, and the type of defect is determined by the degree of coincidence. To do.
ところが、表面欠陥は大別して線状(筋状)欠陥(第1
8図(a))と点状(ピット状)欠陥(第19図(a))とに
大別され、それらの回折パターンは、前者では線状回折
パターン(第18図(b))となり、後者ではスペック状
回折パターン(第19図(b))となる。そして、このよ
うな表面欠陥からの回折パターン(散乱パターン)は、
正反射光の位置を中心にした極座標系における対称性や
周期性を有していることが多いにもかかわらず、第17
図(a)のような単位素子のマトリクス配列は直角座標系
における対称性を有している。このため、これらの対称
性の相違に起因して、上記マトリクス配列では、光電変
換出力の処理がある程度複雑にならざるを得ない。However, surface defects are roughly classified into linear (streak) defects (first
8 (a)) and point-like (pit-like) defects (Fig. 19 (a)). The diffraction patterns of them are linear diffraction patterns (Fig. 18 (b)) in the former case. In the latter case, the specular diffraction pattern (FIG. 19 (b)) is obtained. And the diffraction pattern (scattering pattern) from such a surface defect is
Although it often has symmetry and periodicity in a polar coordinate system centered on the position of specularly reflected light,
The matrix arrangement of the unit elements as shown in FIG. 3A has symmetry in the Cartesian coordinate system. Therefore, due to the difference in these symmetries, the processing of photoelectric conversion output must be complicated to some extent in the matrix array.
このため、表面欠陥による回折パターンの極座標系での
対称性や周期性を考慮することによって、より少ない単
位素子数で、より正確に欠陥の種類の判別ができるよう
な光電変換素子アレイを使用することが望ましい。Therefore, by using the symmetry and the periodicity of the diffraction pattern due to the surface defect in the polar coordinate system, a photoelectric conversion element array that can more accurately determine the defect type with a smaller number of unit elements is used. Is desirable.
第17図(b)〜(d)は、このような配列例を示す図であっ
て、このうち、同図(b)は、円環状の単位素子81を同
心円状に配列したものであり、同図(c)は扇形状の単位
素子82を放射状に配列したものである。また、同図
(d)は上記(b),(c)を組合わせたものである。これらのう
ち、同心円状配列は回折パターンの半径方向の強度分布
を知るために適しており、また放射状配列は周方向につ
いての強度分布を知るために適している。双方を組合わ
せた第17図(d)では、これらの利点を兼ね備えてい
る。すなわち、光電変換素子アレイ80では、同図に示
すように、略円形の受光領域の一部領域に円弧状単位素
子が同心円状に配置されるとともに、残りの領域に扇形
状単位素子が放射状に配列されている。そのため、円弧
状単位素子により回折パターンの半径方向の強度分布
を、また放射状単位素子により周方向についての強度分
布を同時に検出することができ、少ない素子で、より正
確に表面欠陥の種類を判別することができる。FIGS. 17 (b) to 17 (d) are views showing such an arrangement example, in which FIG. 17 (b) shows an annular unit element 81 arranged concentrically. FIG. 7C shows fan-shaped unit elements 82 arranged radially. Also, the same figure
(d) is a combination of (b) and (c) above. Of these, the concentric array is suitable for knowing the intensity distribution in the radial direction of the diffraction pattern, and the radial array is suitable for knowing the intensity distribution in the circumferential direction. FIG. 17 (d), which is a combination of both, has these advantages. That is, in the photoelectric conversion element array 80, as shown in the figure, arc-shaped unit elements are arranged concentrically in a partial area of a substantially circular light receiving area, and fan-shaped unit elements are radially arranged in the remaining area. It is arranged. Therefore, the intensity distribution in the radial direction of the diffraction pattern can be simultaneously detected by the arc-shaped unit element, and the intensity distribution in the circumferential direction can be simultaneously detected by the radial unit element, and the type of the surface defect can be more accurately determined with a small number of elements. be able to.
なお、これらの配列においては、正反射光が入射する位
置が、同心円状配列ないし放射状配列の中心となるよう
に配列が行なわれる。In these arrangements, the arrangement is such that the position where the specularly reflected light enters is the center of the concentric arrangement or radial arrangement.
第1図に戻って、このような光電変換素子アレイ80に
反射光Rが入射することによって得られる光電変換出力
は、散乱性欠陥検出回路200内の光電変換信号処理回
路201によって処理されて、各単位素子ごとの出力レ
ベルが直列または並列に検出・増幅される。この結果と
して得られる単位素子出力強度分布を第20図に例示す
る。この第20図は、第17図(b)のような同心円状配
列をなした光電変換素子アレイ80を使用し、第18図
(a)のような線状欠陥が規則的に配列している被検査体
表面7についての検出を行なった場合のものである。た
だし、光電変換素子アレイ80内の単位素子数は32個
とされている。Returning to FIG. 1, the photoelectric conversion output obtained when the reflected light R enters such a photoelectric conversion element array 80 is processed by the photoelectric conversion signal processing circuit 201 in the scattering defect detection circuit 200, The output level of each unit element is detected and amplified in series or in parallel. The unit element output intensity distribution obtained as a result is illustrated in FIG. This FIG. 20 uses the photoelectric conversion element array 80 having the concentric array as shown in FIG. 17 (b), and FIG.
This is a case where the surface 7 to be inspected in which linear defects are regularly arranged as in (a) is detected. However, the number of unit elements in the photoelectric conversion element array 80 is 32.
第20図からわかるように、透過率分布フィルタ4を用
いていることによって得られる出力は、正反射光R
0(単位素子D1〜D8)と散乱性反射光Rd(同D9
〜D32)とでほぼ同程度のレベルを有しており、単一
の受光・信号処理系でこれらを同時に処理可能であるこ
とがわかる。また、散乱性反射光Rdの回折パターン分
布の形態から、欠陥の種類の判別も可能である。これ
は、第20図の分布などをそのまま表示機器等に表示さ
せ、これを、オペレータが、あらかじめ種々の欠陥につ
いて求めておいた回折パターンと比較して判断してもよ
い。また、より能率化するためには、回折パターンの各
ピークの高さ(最大値)Ip0,Ip1,…やその位
置、それにピークの広がりなどの特性値を、第1図の特
性値抽出回路202によって定量的に抽出し、各欠陥の
種類ごとにあらかめ決定された回折パターン判別基準
(種々しきい値)と比較器203で比較することによっ
て自動判別させるようにしてもよい。上記ピークの広が
りとしては、ピークを与える単位素子からn個(nは整
数)離れた単位素子の検出値や、ピーク半値幅、標準偏
差などを利用することができる。As can be seen from FIG. 20, the output obtained by using the transmittance distribution filter 4 is the specular reflection light R
0 (unit elements D 1 to D 8 ) and scattered reflected light R d (the same D 9
.About.D 32 ) have almost the same level, and it is understood that these can be processed simultaneously by a single light receiving / signal processing system. Further, the type of defect can be determined from the form of the diffraction pattern distribution of the scattered reflected light R d . This may be judged by displaying the distribution etc. of FIG. 20 as it is on a display device or the like and comparing this with the diffraction pattern obtained by the operator in advance for various defects. In order to make it more efficient, the characteristic values such as the height (maximum value) I p0 , I p1 , ... Of each peak of the diffraction pattern, its position, and the spread of the peak are extracted as the characteristic value of FIG. The circuit 202 may quantitatively extract, and the comparator 203 may compare the diffraction pattern determination reference (various threshold values) determined in advance for each defect type with the comparator 203 for automatic determination. As the spread of the peak, it is possible to use the detected value of the unit element n (n is an integer) away from the unit element giving the peak, the peak half value width, the standard deviation, and the like.
たとえば、第20図の例では、散乱性反射光のピークが
しきい値ITHを越えるときには欠陥ありと判断し、幅
の広い散乱性反射光のピークが複数個存在するときには
第19図(b)のスペック状散乱パターンであるために、
点状欠陥が存在すると判断される。また、正反射光と散
乱性反射光との強度比ないしは強度差を所定のしきい値
と比較することによって、散乱性欠陥の程度などを知る
こともできる。For example, in the example of FIG. 20, it is determined that there is a defect when the peak of the scattered reflected light exceeds the threshold value I TH, and when there are a plurality of broad scattered reflected light peaks, FIG. ) Spec-like scattering pattern,
It is judged that there is a point defect. Further, by comparing the intensity ratio or the intensity difference between the specularly reflected light and the scattered reflected light with a predetermined threshold value, the degree of the scattering defect can be known.
D.変形例 以上、この発明の実施例について説明したが、この発明
は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次の
ような変形も可能である。D. Modifications The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and the following modifications are possible, for example.
上記実施例では透過率分布フィルタ4を光分離手段と
して用いたが、たとえば第21図(a)に示すような小型
ミラー31や、同図(b)の小型プリズム32によって分
離を行なうことも可能である。この場合には、第2の反
射光R2は散乱性反射光Rdのみを含むため、散乱性反
射光検出手段としては、散乱性反射光Rdのみによって
欠陥検出を行なう検出系を使用する。In the above embodiment, the transmittance distribution filter 4 is used as the light separating means, but it is also possible to perform the separation by the small mirror 31 shown in FIG. 21 (a) or the small prism 32 shown in FIG. 21 (b). Is. In this case, since the second reflected light R 2 is containing only scattered reflection light R d, as the scattered reflection light detecting means, using a detection system for performing only the defect detection scattering reflected light R d .
また、透過率分布フィルタを用いる場合においても、
第2図(a)のようなステップ状の透過率分布を有する透
過率分布フィルタではなく、同図(b)のように連続的な
透過率分布を持ったフィルタを用いることもできる。こ
の場合には、透過率の急峻な変化による光の回折を防止
し、検出される回折パターンとして、このような無用の
回折による部分を含まないようにすることができるとい
う効果もある。Also, when using the transmittance distribution filter,
Instead of the transmittance distribution filter having the stepwise transmittance distribution as shown in FIG. 2A, a filter having a continuous transmittance distribution as shown in FIG. 2B can be used. In this case, there is also an effect that it is possible to prevent the diffraction of light due to the abrupt change of the transmittance, and to prevent the detected diffraction pattern from including such unnecessary diffraction portion.
この発明は、半導体ウエハやビデオディスクなどだけ
でなく、光反射を生ずる種々の被検査体の欠陥検出に適
用可能である。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied not only to semiconductor wafers and video discs, but also to defect detection of various inspected objects that cause light reflection.
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、被検査体表面
からの反射光を、偏向性反射光を含む第1の反射光と散
乱性反射光を含む第2の反射光とに分離する光分離手段
を設け、これらの各反射光に基いて偏向性欠陥と散乱性
欠陥を検出するため、光学系のアライメントを複雑にす
ることもなく、低コストかつコンパクトな構成で、偏向
性欠陥と散乱性欠陥との双方を検出することのできる表
面欠陥検出装置を得ることができる。しかも、この散乱
性反射光検出手段では、略円形の受光領域のうちの一部
領域に円弧状単位素子を同心円状に配置するとともに、
残りの領域に扇形状単位素子を放射状に配列しているの
で、回折パターンの半径方向および周方向についての強
度分布を同時に検出することができ、表面欠陥の種類を
正確に判別することができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the reflected light from the surface of the object to be inspected is the first reflected light including the deflective reflected light and the second reflected light including the scattered reflected light. By providing a light separating means for separating into, and detecting a deflecting defect and a scattering defect based on each of these reflected lights, without complicating the alignment of the optical system, with a low cost and compact configuration, It is possible to obtain a surface defect detection device capable of detecting both a deflectable defect and a scattering defect. Moreover, in this scattered reflected light detection means, arc-shaped unit elements are arranged concentrically in a partial area of the substantially circular light-receiving area, and
Since the fan-shaped unit elements are radially arranged in the remaining area, the intensity distributions in the radial direction and the circumferential direction of the diffraction pattern can be simultaneously detected, and the type of surface defect can be accurately determined.
第1図は、この発明の一実施例の概略構成図、 第2図は、透過率分布フィルタの透過率分布を示す図、 第3図は、透過率分布フィルタ透過前後の反射光強度を
示す図、 第4図は、偏向性欠陥検出についての説明図、 第5図は、第4図の部分Gの拡大図、 第6図は、PSDの受光面を示す図、 第7図および第8図は、走査方法の説明図、 第9図ないし第14図は、偏向性欠陥検出の原理を説明
するための図、 第15図は、偏向性欠陥検出系の変形例を示す図、 第16図は、PSDの特性説明図、 第17図は、光電変換素子アレイの例を示す図、 第18図および第19図はそれぞれ、線状欠陥と点状欠
陥についての散乱パターン説明図、 第20図は、散乱性欠陥検出系中で得られる信号レベル
の説明図、 第21図および第22図は、この発明の変形例を示す
図、 第23図および第24図は、従来の表面欠陥検査装置の
説明図である。 1……レーザ光源、4……透過率分布フィルタ、 7……被検査体表面、8……光電変換手段、 9……輝点位置検出器、 100……偏向性欠陥検出回路、 200……散乱性欠陥検出回路FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a transmittance distribution of a transmittance distribution filter, and FIG. 3 is a reflected light intensity before and after passing through the transmittance distribution filter. 4 and FIG. 4 are explanatory views for detecting a deflectable defect, FIG. 5 is an enlarged view of a portion G of FIG. 4, FIG. 6 is a view showing a light receiving surface of a PSD, FIG. 7 and FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining the scanning method. FIGS. 9 to 14 are diagrams for explaining the principle of the deflectable defect detection. FIG. 15 is a diagram showing a modified example of the deflectable defect detection system. FIG. 17 is a diagram for explaining PSD characteristics, FIG. 17 is a diagram showing an example of a photoelectric conversion element array, FIGS. 18 and 19 are diagrams for explaining scattering patterns for linear defects and point defects, respectively. The figure is an explanatory view of the signal level obtained in the scattering defect detection system, and FIGS. 21 and 22 show this. FIG. 23 and FIG. 24 showing a modification of the invention are explanatory views of a conventional surface defect inspection apparatus. 1 ... Laser light source, 4 ... Transmittance distribution filter, 7 ... Inspected object surface, 8 ... Photoelectric conversion means, 9 ... Bright spot position detector, 100 ... Deflective defect detection circuit, 200 ... Scattering defect detection circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 秀司 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町2−3− 1 (56)参考文献 特開 昭60−13247(JP,A) 特開 昭60−122358(JP,A) 特開 昭51−122464(JP,A) 実開 昭59−35048(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuji Miki 2-3-1 Nonomachi, Shinohara, Nada-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture (56) References JP-A-60-13247 (JP, A) JP-A-60- 122358 (JP, A) JP-A-51-122464 (JP, A) Actually developed 59-35048 (JP, U)
Claims (1)
前記被検査体表面からの反射光を検出することによって
前記被検査体表面に存在する欠陥を検出する装置であっ
て、 前記光源からの前記ビーム光を前記被検査体の表面に略
垂直に照射する手段と、 前記反射光を、偏向性反射光を含んだ第1の反射光と、
散乱性反射光を含んだ第2の反射光とに分離する光分離
手段と、 前記第1の反射光を受光する受光面を有し、かつ前記偏
向性反射光の前記受光面上での受光位置に応じた受光位
置検出信号を出力する受光位置検出手段と、 略円形の受光領域のうちの一部領域に円弧状単位素子を
同心円状に配置するとともに、残りの領域に扇形状単位
素子を放射状に配列してなり、前記第2の反射光を受光
して前記散乱性反射光を検出する散乱性反射光検出手段
とを備え、 前記被検査体表面に存在する欠陥のうち、偏向性欠陥を
前記受光位置検出信号に基いて検出し、散乱性欠陥を前
記散乱性反射光検出手段の検出出力に基いて検出するこ
とを特徴とする表面欠陥検出装置。1. An object to be inspected is irradiated with a light beam from a light source,
A device for detecting a defect existing on the surface of the object to be inspected by detecting reflected light from the surface of the object to be inspected, wherein the light beam from the light source is irradiated substantially perpendicularly to the surface of the object to be inspected. Means for converting the reflected light into first reflected light including deflectable reflected light,
Light separating means for separating into second reflected light containing scattered reflected light, and a light receiving surface for receiving the first reflected light, and light reception of the deflectable reflected light on the light receiving surface. The light receiving position detecting means for outputting a light receiving position detection signal corresponding to the position, and the arc-shaped unit elements are concentrically arranged in a part of the substantially circular light receiving area, and the fan-shaped unit elements are arranged in the remaining area. A diffused defect among the defects present on the surface of the object to be inspected, which is arranged in a radial pattern, and which comprises a scattered reflected light detecting means for receiving the second reflected light and detecting the scattered reflected light. Is detected based on the light receiving position detection signal, and the scattering defect is detected based on the detection output of the scattering reflected light detecting means.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61043368A JPH0610656B2 (en) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | Surface defect detector |
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ID=12661901
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|---|---|---|---|
| JP61043368A Expired - Lifetime JPH0610656B2 (en) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | Surface defect detector |
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