(57)【要約】【課題】方位が一様でない周期構造が表面上に形成された被検物に対しても、所望の周期構造が形成されているかどうかを、短時間で評価することができる評価装置を提供する。【解決手段】被検物の表面上に形成された周期構造を評価する評価装置であって、被検物の周期構造に周期パターンの光を照明する照明部と、周期パターンの光が照明された被検物を撮影する撮影部と、撮影部により撮影された画像を処理する処理部と、を備え、処理部は、照明部及び撮影部により周期パターンを互いに異ならせて被検物の照明及び撮影を行って得られる複数の画像を処理することにより、周期構造によって回折された光の強度の面内分布に関連する情報、および、周期構造の方位の面内分布に関連する情報の少なくとも一方を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の表面上に形成された周期構造を評価する評価装置であって、
前記被検物の周期構造に周期パターンの光を照明する照明部と、
前記周期パターンの光が照明された前記被検物を撮影する撮影部と、
前記撮影部により撮影された画像を処理する処理部と、を備え、
前記処理部は、前記照明部及び前記撮影部により前記周期パターンを互いに異ならせて前記被検物の照明及び撮影を行って得られる複数の画像を処理することにより、前記周期構造によって回折された光の強度の面内分布に関連する情報、および、前記周期構造の方位の面内分布に関連する情報の少なくとも一方を取得することを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記撮影部は、少なくとも前記周期構造によって回折された所定の次数の光を撮影することを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記複数の画像の同一座標における周波数成分の強度変化の振幅に基づき、前記回折された光の強度の面内分布に関連する情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記複数の画像の同一座標における周波数成分の強度変化の位相に基づき、前記周期構造の方位の面内分布に関連する情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記複数の画像の同一座標における周波数成分の強度変化の位相に基づき、前記照明部の発光点の座標を取得し、前記発光点の座標と前記被検物の表面上の座標に関連する情報を用いて、前記周期構造の方位の面内分布を取得することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項６】
前記撮影部は、前記照明部から発せられ、前記周期構造によって回折された光が向かう方向に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項７】
前記異ならせた周期パターンは、位相を異ならせた周期パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項８】
前記異ならせた周期パターンは、周期を異ならせた周期パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項９】
前記周期パターンは、縞パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１０】
前記照明部は、ライン状の発光部と、前記ライン状の発光部を移動する駆動部と、を有し、
前記駆動部により前記ライン状の発光部の位置を移動して、異なる位置から前記被検物を照明することにより、異なる照明条件で前記被検物を照明することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１１】
前記照明部は、前記被検物を異なる方位から照明する３つ以上の発光部を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１２】
前記３つ以上の発光部は、それぞれ異なる波長の光で前記被検物を照明し、
前記撮影部は前記被検物のカラー画像を撮影することを特徴とする請求項１１に記載の評価装置。
【請求項１３】
前記３つ以上の発光部は、それぞれ異なる位相で光をシフトさせることを特徴とする請求項１１または１２に記載の評価装置。
【請求項１４】
前記照明部は、発光する光の波長が可変であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１５】
前記処理部は、前記被検物の表面上の法線ベクトルの面内分布の情報に基づいて、前記周期構造の方位の面内分布を取得することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１６】
前記処理部は、前記照明部から発せられ、前記被検物によって反射された０次光を撮影して得た複数の画像を処理して、前記被検物の表面上の法線ベクトルの面内分布を算出することを特徴とする請求項１５に記載の評価装置。
【請求項１７】
前記処理部は、前記回折された光の強度の面内分布に基づき、前記周期構造の欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１８】
被検物の表面上に形成された周期構造を評価する評価方法であって、
前記被検物の周期構造に周期パターンの光を照明する照明工程と、
前記周期パターンの光が照明された前記被検物を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程において撮影された画像を処理する処理工程と、を有し、
前記処理工程は、前記照明工程及び前記撮影工程において前記周期パターンを互いに異ならせて前記被検物の照明及び撮影を行って得られる複数の画像を処理することにより、前記周期構造によって回折された光の強度の面内分布に関連する情報、および、前記周期構造の方位の面内分布に関連する情報の少なくとも一方を取得することを特徴とする評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価装置、および、評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面上に微細な周期構造を形成することで、摩擦率・摩耗の低減、薄膜密着性の向上、パーティクルの付着防止、濡れ性の制御など、表面に様々な機能を付与できることが知られている。
【０００３】
微細周期構造は、例えば超短パルスレーザー加工装置によって被検物の表面上に加工される。超短パルスレーザー加工装置を用いることによって、レーザーの波長と一致する微細周期構造を表面上に加工することができる。微細周期構造の方位はレーザー光の偏光によって制御できるため、方位が一様でない微細周期構造を表面上に形成することができる。微細周期構造が形成された領域には、副次的に光の回折現象が生じるため、回折光の強度を測定することによって、微細周期構造が形成されているかどうかを確認することが可能である。
【０００４】
一方、微細周期構造によって付与される機能は、微細周期構造の方位に敏感である。例えば、微細周期構造の向きによって、摩擦率や摩耗が異なることが知られている。したがって、加工面の機能を確認するためには、表面上に微細周期構造が形成されているかどうかだけではなく、微細周期構造の方位を測定することも重要である。
【０００５】
特許文献１において、回折格子の回折効率を測定する効率測定器が公開されている。この効率測定器では、的部材への回折光の照射位置を目視しながら、回折格子の向きを調整することによって、回折効率を精度良く測定することができる。
また、特許文献２には、カラーフィルタ用の基板上に形成されたストライプのピッチムラを検査する、ピッチムラ検査装置が公開されている。特許文献２には、ストライプと直交する方向から白色光で基板を照明して回折光をカメラで撮影し、画像の色変化の度合いからピッチムラを検査する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１６９８９７号公報
【特許文献２】特許第４７４３３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２はいずれも微細周期構造の方位が一様であることを前提としている。このため、例えば特許文献１の効率測定器を用いて、微細周期構造の方位が一様でないサンプルに対して回折効率を測定しようとすると、それぞれの測定点でサンプルの向きを調整する必要があり、測定に多大な時間を要する。また、特許文献２の検査方法では、微細周期構造の方位が一様でないサンプルに対して、微細周期構造の方位やピッチを検査することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、方位が一様でない周期構造が表面上に形成された被検物に対しても、所望の周期構造が形成されているかどうかを、短時間で評価することができる評価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】
【０００９】
上記課題を解決するために、被検物の表面上に形成された周期構造を評価する評価装置であって、被検物の周期構造に周期パターンの光を照明する照明部と、周期パターンの光が照明された被検物を撮影する撮影部と、撮影部により撮影された画像を処理する処理部と、を備え、処理部は、照明部及び撮影部により周期パターンを互いに異ならせて被検物の照明及び撮影を行って得られる複数の画像を処理することにより、周期構造によって回折された光の強度の面内分布に関連する情報、および、周期構造の方位の面内分布に関連する情報の少なくとも一方を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、方位が一様でない周期構造が表面上に形成された被検物に対しても、所望の周期構造が形成されているかどうかを、短時間で評価することができる評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る評価装置の構成を示す概略図であるである。
【図２】カメラの方向から見た、照明部および対象物の概略図である。
【図３】第１実施形態に係る評価装置を用いた評価処理のフローチャートである。
【図４】微細周期構造の方位の測定原理を説明する図である。
【図５】評価装置を用いた欠陥検査処理のフローチャートである。
【図６】第２実施形態の評価装置２について説明するための概略図である。
【図７】微細周期構造の方位と回折光強度の測定原理を説明する図である。
【図８】第３実施形態に係る評価装置を説明する概略図である。
【図９】第３実施形態に係る評価装置を用いた評価処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る評価装置１について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る評価装置１の構成を示す概略図である。評価装置１は、例えば、ストライプ模様（縞パターン）などの周期パターンの光を対象物１０に照明する照明部１０１と、照明された対象物１０を撮影するカメラ１０２（撮影部）と、を含む。
【００１４】
カメラ１０２は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど、画素が２次元状に配置されたイメージセンサを備える。カメラ１０２は、対象物１０の表面と正対するように配置されている。図２は、カメラ１０２の方向（＋Ｚ方向）から見た、照明部１０１および対象物１０の概略図である。照明部１０１は、３つのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）１０１ａ乃至１０１ｃからを含む。３つのＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃは、対象物１０の中心から等距離に、それぞれ１２０°の間隔で配置されている。
【００１５】
本実施形態では、３つのＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃは、表示面が対象物１０の表面と垂直となるように配置されている。しかし、必ずしも垂直である必要はなく、配置が分かっていれば、異なる角度でＬＣＤを配置しうる。例えば、対象物１０を高い照度で照明するために、ＬＣＤのディスプレイ面の法線が、対象物１０の中心方向に向かうような角度にＬＣＤを配置しても良い。
【００１６】
カメラ１０２の露光時間を短縮し、短時間で測定を完了するためには、デジタルサイネージなどで用いられる高輝度タイプのＬＣＤを照明部１０１に用いることが好ましい。ただし、それには限らず、照明部１０１には、ＬＣＤよりも高いコントラストが得られる有機ＥＬディスプレイやブラウン管を用いたディスプレイなどを用いても良い。
【００１７】
また、照明部１０１として、ＬＥＤなどの光源と、例えば、縞パターン状の反射部を用い、反射部によってＬＥＤからの光を反射させることにより、対象物１０に縞パターン光を照射させてもよい。さらに、ＬＥＤなどの光源とＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）とを用いて、対象物１０に縞パターン光を照射させてもよい。
【００１８】
ＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃは、ディスプレイ上にストライプ状のパターンを表示することにより、対象物１０を照明する。ＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃによって対象物１０に照射され、対象物１０によって回折された光は、カメラ１０２へ向かう。カメラ１０２は、対象物１０の評価面上にある微細周期構造によって回折された１次（または−１次）回折光を撮影することで、対象物１０の画像を取得する。つまり、カメラ１０２は、微細周期構造によって回折された光が向かう方向に配置される。本実施形態では、カメラ１０２は１次（または−１次）回折光を撮影することで対象物１０の画像を取得しているが、０次光以外であれば、特定の次数の回折光（例えば２次または−２次の回折光など）を撮影しても良い。
【００１９】
図１に戻り、評価装置１はさらに、照明部１０１およびカメラ１０２の動作を制御する制御部１０３を含みうる。制御部１０３は、例えばＣＰＵやメモリなどを有する基板を含み、照明部１０１とカメラ１０２を同期して制御する。制御部１０３は、照明部１０１を制御することにより、ＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃのディスプレイ上に表示されたストライプ模様の位相をそれぞれ２π／Ｎａ、２π／Ｎｂ、２π／Ｎｃずつシフトさせる。これによって、それぞれのＬＣＤについてＮａ個、Ｎｂ個、Ｎｃ個（Ｎａ≧３、Ｎｂ≧３、Ｎｃ≧３）の異なる照明条件が創り出される。同時に、制御部１０３は、カメラ１０２を制御して、カメラ１０２に複数の画像を撮影させる。照明部１０１とカメラ１０２の好ましい制御方法については、実施例の中で詳述する。
【００２０】
なお、本発明は制御の方法に限定されるものではなく、例えば、手動にてＬＣＤに異なる位相のストライプ模様を表示させた後、マニュアルトリガーでカメラ１０２にて対象物１０を撮影しても良い。
【００２１】
評価装置１は、さらに画像処理部としてのＰＣ１０４、及びモニタ１０５を含みうる。本実施形態のＰＣ１０４は、カメラ１０２で得られた画像に基づいて対象物１０の表面上に形成された微細周期構造を評価する機能を有する。なお、ＰＣ１０４と制御部１０３は別体でなくてもよく、当該画像処理部を制御部１０３と一体的に設けてもよい。また、画像処理部は汎用的なＰＣではなく、画像処理専用のマシンであっても良い。カメラ１０２で撮影された画像は、ケーブルを経由してＰＣ１０４に転送される。
【００２２】
図３を用いて、評価装置１によって、微細周期構造を光学的に評価するフローについて説明する。図３は、第１実施形態に係る評価装置１を用いた評価処理のフローチャートである。
【００２３】
まず、制御部１０３は、ストライプ模様の位相を２π／Ｎずつシフトさせて、位相の異なるストライプ模様を照明部１０１によって照射させ、カメラ１０２によってＮ枚の画像を撮影させる（Ｓ１００１）。それぞれのＬＣＤを用いて撮影した画像に対して、画像処理の方法は同一であるから、添字は省略することとする。ｎ番目に撮影した画像の強度をＩｎ（ｘ’，ｙ’）と定義する。ここで、（ｘ’，ｙ’）は対象物１０の表面上の座標を表す。
【００２４】
次に、以下の式を用いて、ＰＣ１０４上で、複数の画像の同一座標における周波数成分の強度変化の振幅と位相に基づき、振幅画像Ａ（ｘ’，ｙ’）と位相画像Φ（ｘ’，ｙ’）を算出して取得する（Ｓ１００２）。
【数１】
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【００２５】
振幅画像は、微細周期構造による回折光の強度の面内分布を表す。微細周期構造にパターンのつぶれなどの欠陥がある場合、欠陥部で回折光が低減するため、振幅画像上で欠陥は暗く可視化される。したがって、振幅画像によって、所望の構造を有する微細周期構造が形成できているかどうかを検査することができる。ＰＣ１０４は公知の画像処理技術を用いて、評価面上の微細周期構造の欠陥の有無を判定する。
【００２６】
次に、ＰＣ１０４上で、位相画像からスクリーン座標（ＬＣＤの発光点の座標）を算出して取得する（Ｓ１００３）。なお、スクリーン座標の定義については後述する。まず、位相画像において、位相の飛びが発生している場合は、アンラップ処理を行う。アンラップ処理は、“Ｉｔｏｈ  Ｍｅｔｈｏｄ”など公知の方法を用いることができる。あるいは、複数の異なる周期のストライプ模様で照明・撮影した画像から複数の位相画像を算出し、両者の関係から位相の次数を決定してもよい。
【００２７】
スクリーン座標は、アンラップされた位相画像から、以下の式により算出することができる。
【数２】
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ここで、Φｙ（ｘ’，ｙ’）、Φｚ（ｘ’，ｙ’）はそれぞれ、ＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃのディスプレイ上にＹ方向およびＺ方向のストライプ模様を表示させて測定した位相である。また、Ｐｙ、Ｐｚはそれぞれ、Ｙ方向およびＺ方向のストライプ模様の周期である。
【００２８】
次に、ＰＣ１０４上で、スクリーン座標から微細周期構造の方位を算出して取得する（Ｓ１００４）。ここで、図４を用いて、評価装置１により、微細周期構造の方位を光学的に評価しうる理由を説明する。図４は、微細周期構造の方位の測定原理を説明する図である。まず簡単のため、カメラ１０２がテレセントリックで、対象物１０の表面が平面である場合について考える。カメラ１０２の光軸が対象物１０の中心位置（原点）と交わるように、カメラ１０２は配置されている。ＬＣＤ１０１ａは、カメラ１０２の光軸から距離Ｌの位置に配置されている。分かりやすくするため、図４には残りの２つのＬＣＤ（１０１ｂおよび１０１ｃ）は示していない。
【００２９】
微細周期構造の周期をｄとすると、１次回折光の回折角θは以下の式により算出することができる。
【数３】
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１次回折光がカメラ１０２の方向に回折されるために必要な照明の方向は、微細周期構造の方位φによって異なるが、照明光は図４の円錐稜線のどこかを必ず通過する。１次回折光をカメラ１０２の方向に回折するために必要な照明光線の単位ベクトルｉ＝（ｉｘ,ｉｙ,ｉｚ)は、以下の式により算出することができる。
【数４】
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上式において、φは微細周期構造の方位を表し、微細周期構造の長手方向がＹ軸方向と一致するとき、φ＝０と定義する。対象物１０の表面上の点（ｘ’，ｙ’，０）を通過する照明光線と、ＬＣＤ１０１ａのディスプレイ面と、の交点をスクリーン座標を(Ｌ,ｙ,ｚ)と定義すると、スクリーン座標は以下の式により表される。
【数５】
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対象物１０の表面上の座標（ｘ’，ｙ’，０）は、使用するカメラ１０２の倍率やディストーションにより決定される。したがって、予めカメラ１０２の光軸とＬＣＤ１０１ａとの距離Ｌが分かっていれば、Ｙ方向のスクリーン座標を測定することにより、微細周期構造の方位φの面内分布が得られる。あるいは、微細周期構造の周期ｄが既知の一定の値であれば、Ｚ方向のスクリーン座標を測定することによっても、微細周期構造の方位φの面内分布が得られる。
【００３０】
一方、微細周期構造の周期ｄが一様でなく未知の場合、２方向のスクリーン座標（ｙおよびｚ）を測定することで、微細周期構造の周期ｄと方位φの面内分布が得られる。
【００３１】
また、上式から、カメラ１０２がテレセントリックで、対象物１０の表面が平面である場合、Ｙ方向のスクリーン座標は回折角θに依存しないことが分かる。このため、微細周期構造の周期ｄや照明部１０１が発光する光の波長が変わっても、Ｙ方向のスクリーン座標は変化しない。
【００３２】
一方、Ｚ方向のスクリーン座標は、微細周期構造の周期ｄや照明部１０１が発光する光の波長によって変化する。このため、周期が異なる微細周期構造を同じ装置で測定する場合には、ＬＣＤのディスプレイ面の異なる領域を発光させる必要がある。しかし、ＬＣＤが小型の場合には、ディスプレイサイズが不足する可能性がある。これを避けるために、照明部１０１はＺ方向に移動可能となっていても良い。また、照明部１０１に波長可変の光源を用いることによって、対象物１０の周期に合わせて、波長を変更して測定できるようにしても良い。
【００３３】
ところで、ＬＣＤ１０１ａのＹ方向のスクリーン座標は、ｔａｎφに比例する。したがって、φが４５°を超える場合に、ＬＣＤ１０１ａによる照明光だけで１次回折光を撮影しようとすると、必要なディスプレイサイズが急激に大きくなる。実用的なディスプレイサイズのＬＣＤを用いるために、本実施形態では対象物の周りに３つのＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃを配置している。これによって、微細周期構造がどの方位であっても、１次回折光をカメラ１０２によって撮影することができる。
【００３４】
具体的には、ＬＣＤ１０１ａによる照明光によって、−３０°≦φ≦＋３０°の方位の微細周期構造からの１次回折光を、カメラ１０２で撮影することができる。また、ＬＣＤ１０１ｂによる照明光によって、＋３０°≦φ≦＋９０°の方位の微細周期構造からの１次回折光を、カメラ１０２で撮影することができる。また、ＬＣＤ１０１ｃによる照明光によって、―９０°≦φ≦−３０°の方位の微細周期構造からの１次回折光を、カメラ１０２で撮影することができる。
【００３５】
なお、ＬＣＤを配置する数については、−９０°≦φ≦＋９０°の方位を網羅できればよく３つに限られるものではないが、奇数であることが望ましい。さらに、対象物１０を回転させ、−３０°≦φ≦＋３０°の方位、＋３０°≦φ≦＋９０°の方位、および、−９０°≦φ≦−３０°の方位の微細周期構造からの１次回折光を、それぞれカメラ１０２で撮影してもよい。この場合、１つのＬＣＤを配置すればよいため、装置構成を簡易にすることが可能となる。
【００３６】
これら３つのＬＣＤを用いて撮影した画像を統合することで、あらゆる方位の微細周期構造に対して、微細周期構造の方位と回折光の強度の面内分布を測定することができる。振幅画像の統合方法の一例として、以下の方法がある。
Ａ(ｘ',ｙ')＝ｍａｘ(Ａａ（ｘ',ｙ'),Ａb(ｘ',ｙ'),Ａｃ(ｘ',ｙ'))
ここで、Ａａ（ｘ',ｙ'),Ａb(ｘ',ｙ'),Ａｃ(ｘ',ｙ')はそれぞれ、ＬＣＤ１０１ａ、ＬＣＤ１０１ｂ、ＬＣＤ１０１ｃを用いて撮影した画像から得られた振幅画像である。上式は、各画素（ｘ',ｙ')において、３つの振幅画像の強度を比較して、最も強度が大きい値をその画素の振幅値として採用することを意味する。
【００３７】
また、位相画像の統合方法の一例としては、各画素（ｘ',ｙ')において、３つの振幅画像の強度を比較し、最も強度が大きい画像の位相値を、その画素の位相値として採用する方法がある。
【００３８】
ところで、本実施形態では、あらゆる方位の微細周期構造の測定に対応するために、３つのＬＣＤを１２０°の間隔で配置しているが、同様の効果を得るためには、別の構成も採用しうる。例えば、５つのＬＣＤを７２°の間隔で配置しても良い。
また、あらゆる方位の微細周期構造について、方位と回折光の強度の面内分布を測定するために、複数のＬＣＤを配置するのではなく、対象物１０と照明部１０１の相対的な角度を回転させても良い。例えば、ＬＣＤ１０１ａによって＋４５°≦φ≦＋４５°の方位の微細周期構造に対して、方位と回折光の強度の面内分布が測定可能だとする。この場合、ワークを９０°回転させれば、あらゆる方位の微細周期構造に対して、方位と回折光の強度の面内分布が測定可能となる。
【００３９】
次に、カメラ１０２がテレセントリックでない場合について考える。この場合、主光線のＸ軸周りの角度をα、Ｙ軸周りの角度をβとすると、照明光線ベクトルは以下の式により表される。
【数６】
2020176993.tif 000008
このとき、Ｙ方向のスクリーン座標は、１次回折光の角度θおよび微細周期構造の方位φと、以下の式により関連付けられる。
【数７】
2020176993.tif 000009
上式を展開すると、以下の式により微細周期構造の方位φを算出することができる。
【数８】
2020176993.tif 000010
同様に、Ｚ方向のスクリーン座標は、１次回折光の角度θと微細周期構造の方位φと、以下の式により関連付けられる。
【数９】
2020176993.tif 000011
2020176993.tif 000012
カメラ１０２がテレセントリックの場合と同様に、微細周期構造の周期ｄが既知の一定の値であれば、Ｙ方向またはＺ方向のどちらかのスクリーン座標を測定することにより、微細周期構造の方位φの面内分布が得られる。微細周期構造の周期ｄが一様でなく未知の場合、２方向のスクリーン座標（ｙおよびｚ）を測定することで、微細周期構造の周期ｄと方位φの面内分布が得られる。
【００４０】
最後に、対象物１０の表面が曲面の場合について考える。対象物１０の形状情報が、ＣＡＤモデルやディフレクトメトリなど公知の方法による測定により、予め与えられているとする。この場合、対象物１０と評価装置１を位置決めすれば、対象物１０を撮影した画像上の各点で、表面の法線ベクトルを算出することができる。法線ベクトルの面内分布が分かっていれば、幾何的な計算により、スクリーン座標の測定値から、微細周期構造の方位を求めることができる。したがって、対象物１０が曲面であっても、その形状情報を元にＰＣ１０４上で計算処理を行うことにより、微細周期構造の方位の面内分布を取得することができる。
【００４１】
図３に戻り、このようにして微細周期構造の方位の面内分布を取得したら、ＰＣ１０４は、次の対象物となる被検物があるか判定する（Ｓ１００５）。次の対象物が存在する場合（Ｙｅｓ）は、次の対象物に対してＳ１００１〜１００５の工程をくり返す。次の対象物が存在しない場合（Ｎｏ）処理を終了する。
【００４２】
なお、評価装置１を欠陥検査の用途で使用し、欠陥としてリファレンス（良品）との違いだけを判定すれば良い場合には、必ずしも微細周期構造の方位の面内分布を算出する必要はない。このような場合には、対象物とリファレンスの両者に対して、微細周期構造の方位に関連する情報として位相画像またはスクリーン座標の面内分布を算出して取得する、それらを比較することにより、微細周期構造の方位の欠陥を判定することができる。
【００４３】
具体的には、図５を用いて説明する。図５は、評価装置１を用いた欠陥検査処理のフローチャートである。Ｓ１００１〜１００３は、図３と同様であるため説明を省略する。スクリーン座標を取得（Ｓ１００３）後、ＰＣ１０４は、対象物１０の位相画像またはスクリーン座標の面内分布を算出して取得する（Ｓ１１０１）。その後、ＰＣ１０４は、リファレンスとの比較を行う（Ｓ１１０２）。例えば、リファレンスとの差異が所定量を超えた場合など、比較の結果、欠陥があると判定した場合（Ｓ１１０３、Ｙｅｓ）、ＰＣ１０４は、モニタ１０５上に欠陥有りの表示をする（Ｓ１１０４）。欠陥がないと判定した場合（Ｓ１１０３、Ｎｏ）、ＰＣ１０４は、モニタ１０５上に欠陥無しの表示をする（Ｓ１１０５）。その後、ＰＣ１０４は、次の対象物となる被検物があるか判定する（Ｓ１００５）。次の対象物が存在する場合（Ｙｅｓ）は、次の対象物に対してＳ１００１〜１００５の工程をくり返す。次の対象物が存在しない場合（Ｎｏ）処理を終了する。
【００４４】
なお、それぞれのフローにおいて算出された微細周期構造による回折光の強度、および微細周期構造の方位の面内分布、微細周期構造の欠陥の有無は、モニタ１０５上に表示される。
【００４５】
このように、本実施形態の評価装置１により、方位が一様でない微細周期構造が表面上に形成された対象物に対しても、所望の向きに所望の構造を有する微細周期構造が形成されているかどうかを、短時間で評価することができる。
【００４６】
なお、照明部１０１によって対象物１０に照射される周期パターンは、ストライプ模様であることが好ましいが、例えば、チェッカーボード状のパターンやドットパターンであっても良い。さらに、周期の異なる周期パターンを対象物１０に照射しても良い。このようにする場合、対象物１０上に周期の異なる複数種類の周期構造が形成されている場合であってもそれぞれの周期構造の評価を行うことが可能となる。
【実施例１】
【００４７】
本実施例では、制御部１０３は３つのＬＣＤをシーケンシャルに発光させて、画像を撮影する。最初に、制御部１０３はＬＣＤ１０１ａ上にスクリーン模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を４枚撮影する。次に、制御部１０３はＬＣＤ１０１ｂ上にスクリーン模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を４枚撮影する。最後に、制御部１０３はＬＣＤ１０１ｃ上にスクリーン模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を４枚撮影する。
【００４８】
次に、ＰＣ１０４は、ＬＣＤ１０１ａを用いて撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。次に、ＰＣ１０４は、ＬＣＤ１０１ｂを用いて撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。最後に、ＰＣ１０４は、ＬＣＤ１０１ｃを用いて撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。
【００４９】
ＰＣ１０４はこれらの画像を統合して、最終的に微細周期構造の方位と回折光強度の面内分布を算出し、モニタ１０５上に表示する。
【実施例２】
【００５０】
本実施例では、３つのＬＣＤ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃはそれぞれ異なる波長で発光する。具体的には、ＬＣＤ１０１ａは赤色で、ＬＣＤ１０１ｂは緑色で、ＬＣＤ１０１ｃは青色で、ストライプ模様を表示する。また、カメラ１０２はカラーカメラであり、カラー画像を撮影する。カラーカメラを用いることで、３つのＬＣＤによって表示されたストライプ模様を、ＲＧＢの異なるチャンネルで撮影することができる。
【００５１】
３つのＬＣＤで波長が異なるため、微細周期構造によって回折される光の角度に違いが生じる。このため、それぞれのＬＣＤで、波長による回折角の違いに応じてディスプレイ面上でのストライプ模様の表示範囲をシフトさせる。これにより、３つのＬＣＤのいずれについても、対象物１０の評価面にある微細周期構造による１次（または−１次）の回折光のみがカメラに撮影されるようにすることができる。あるいは、ディスプレイ面上でのストライプ模様の表示領域をシフトする代わりに、回折角の違いに応じて３つのＬＣＤを本体ごと異なる位置に配置しても良い。
【００５２】
本実施例では、制御部１０３は３つのＬＣＤを同時に発光させて、画像を撮影する。制御部１０３は３つのＬＣＤ１０１ａ乃至１０１ｃ上に波長が異なるスクリーン模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を４枚撮影する。
【００５３】
次に、ＰＣ１０４は、ＲＥＤチャンネルで撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。次に、ＰＣ１０４は、ＧＲＥＥＮチャンネルで撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。最後に、ＰＣ１０４は、ＢＬＵＥチャンネルで撮影した４枚の画像から、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。
【００５４】
ＰＣ１０４はこれらの画像を統合して、最終的に微細周期構造の方位と回折光強度の面内分布を算出し、モニタ１０５上に表示する。実施例１と比較して、本実施例は画像の撮影枚数が少なく、測定時間を短縮できるメリットがある。
【実施例３】
【００５５】
本実施例では、制御部１０３は３つのＬＣＤのディスプレイ上に表示されたストライプ模様を異なる位相でシフトさせて、画像を撮影する。制御部１０３はＬＣＤ１０１ａ上にスクリーン模様を表示させ、その位相を２π／４ずつシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を６枚撮影する。同時に、制御部１０３はＬＣＤ１０１ｂ上にスクリーン模様を表示させ、その位相を２π／５ずつシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を６枚撮影する。同時に、制御部１０３はＬＣＤ１０１ｃ上にスクリーン模様を表示させ、その位相を２π／６ずつシフトさせながら、カメラ１０２により対象物１０の画像を６枚撮影する。
【００５６】
それぞれのＬＣＤで位相シフト量が異なることから、６枚の画像から異なる周波数成分を抜き出すことにより、３つのＬＣＤのそれぞれに対応する振幅画像および位相画像を分離することができる。まず、ＰＣ１０４は、撮影した６枚の画像から２π／４で位相シフトする成分を抜き出し、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。つぎに、ＰＣ１０４は、撮影した６枚の画像から２π／５で位相シフトする成分を抜き出し、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。つぎに、ＰＣ１０４は、撮影した６枚の画像から２π／６で位相シフトする成分を抜き出し、振幅画像と位相画像と生成し、位相画像から微細周期構造の方位の面内分布を算出する。
【００５７】
ＰＣ１０４はこれらの画像を統合して、最終的に微細周期構造の方位と回折光強度の面内分布を算出し、モニタ１０５上に表示する。実施例１と比較して、本実施例は画像の撮影枚数が少なく、測定時間を短縮できるメリットがある。
【００５８】
＜第２実施形態＞
次に、図６および図７に基づいて第２実施形態の評価装置２について説明する。図６は、第２実施形態の評価装置２について説明するための概略図である。第２実施形態の評価装置２は、照明部としてライン状に発光する発光部であるライン照明２０１を備えている。図６には、対象物１０と、第２実施形態の評価装置２に含まれる、カメラ２０２およびライン照明２０１が示してある。ライン照明２０１は、不図示の駆動部により、ライン状の発光部の短手方向（図のＹ方向）に移動可能となっている。ライン照明２０１は、直線状である方が後述する算出処理が簡単となるため好ましいが、曲線状であってもよい。
【００５９】
評価装置２は、カメラ２０２、駆動部を同期して制御する不図示の制御部２０３を備えている。制御部２０３は、駆動部を制御して、ライン照明２０１をＹ方向に走査させながら、カメラ２０２を制御して、複数の画像を撮影させる。
【００６０】
ライン照明２０１には、例えば、高輝度なＬＥＤ光源を使用するのが好ましい。高輝度なＬＥＤ光源を用いることで、カメラ２０２の露光時間を短縮し、対象物１０の微細周期構造を短時間で評価することが可能となる。
【００６１】
図７を用いて、評価装置２により、微細周期構造を光学的に評価しうる理由を説明する。図７は、微細周期構造の方位と回折光強度の測定原理を説明する図である。図７は、ライン照明２０１のＹ方向の座標に対して、カメラ２０２で撮影した画像上の１点における強度をプロットした図である。ライン照明２０１をＹ方向に走査させながらカメラ２０２で画像を撮影すると、カメラ２０２の方向に１次回折光を回折する位置にライン照明２０１が来たときに、画像の強度が大きくなる。したがって、画像強度のピーク位置（位相）を算出することにより、スクリーン座標を求めることができる。スクリーン座標を高精度に測定するためには、２次曲線などによりピーク位置を補間して算出することが好ましい。スクリーン座標が求まれば、第１実施形態と同様の方法により、対象物１０に表面上に形成された微細周期構造の方位の面内分布を算出することができる。また、ピークの値から、微細周期構造による１次回折光の強度を測定することができる。
【００６２】
このように、本実施形態の評価装置２により、方位が一様でない微細周期構造が表面上に形成された対象物に対しても、所望の向きに所望の構造を有する微細周期構造が形成されているかどうかを、短時間で評価することができる。
【００６３】
＜第３実施形態＞
次に、図８および図９に基づいて第３実施形態の評価装置３について説明する。図８は、第３実施形態に係る評価装置を説明する概略図である。第３実施形態の対象物３０は、表面が未知の曲面形状を有しており、その表面上に微細周期構造が形成されている。
【００６４】
第３実施形態の評価装置３は、ストライプ模様で発光して対象物３０を照明するＬＣＤ３０１と、対象物３０によって回折された１次回折光を撮影して画像を取得するカメラ３０２と、を備えている。第１実施形態とは異なり、第３実施形態の評価装置３はさらに、ＬＣＤ３０１によって照明され、対象物３０の表面で正反射された０次光を取り込んで画像を撮影する第２のカメラ３１０を備えている。また、評価装置３は、第１のカメラ３０２、第２のカメラ３１０、ＬＣＤ３０２を同期して制御する不図示の制御部３０３を備えている。さらに、評価装置３は、第１のカメラ３０２および第２のカメラ３１０で撮影した複数の画像を処理する画像処理部としてのＰＣ３０４を備える。
【００６５】
図９を用いて、評価装置３によって、微細周期構造を光学的に評価するフローについて説明する。図９は、第３実施形態に係る評価装置３を用いた評価処理のフローチャートである。はじめに、制御部３０３によってＬＣＤ３０１と第２のカメラ３１０を制御する。そして、第１方向と、第１方向と直交する第２方向の２方向のストライプ模様をディスプレイ上に表示させ、その位相をシフトさせながら、カメラ３１０で対象物３０の画像を撮影する（Ｓ３００１）。制御部３０３は、まず、ＬＣＤ３０２のディスプレイ面上に第１方向として、例えば、横方向のストライプ模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、第２のカメラ３１０を制御して、複数の画像を撮影させ、複数の画像を取得する。次に、制御部３０３は、ＬＣＤ３０２のディスプレイ面上に第２方向として例えば、縦方向のストライプ模様を表示させ、その位相をシフトさせながら、第２のカメラ３１０を制御して、複数の画像を撮影させ、複数の画像を取得する。
【００６６】
次に、ＰＣ３０４によって、第２のカメラ３１０で撮影した複数の画像の同一座標における周波数成分の強度変化から、位相の面内分布（位相画像）を算出して取得する（Ｓ３００２）。ＬＣＤ３０２によって２方向のストライプ模様で対象物３０が照明されているため、２方向の位相画像が得られる。
【００６７】
次に、２方向の位相画像から、第２のカメラ３１０のスクリーン座標を算出して取得する（Ｓ３００３）。このとき、必要であれば、位相のアンラップ処理を行う。
【００６８】
次に、第２のカメラ３１０のスクリーン座標に基づき、対象物３０の表面の法線ベクトルを算出して取得する。微細周期構造の周期や方位によって、０次光（正反射光）の向きは影響されない。しかし、０次光の向きは、対象物３０の表面の法線ベクトルの向きによって変化する。このため、第２のカメラ３１０で撮影した複数の画像からスクリーン座標を算出することによって、対象物３０の表面の法線ベクトルを測定することができる。法線ベクトルは２方向のスクリーン座標から、有限差分に基づく最小二乗法など、公知の方法によって算出することができる。
【００６９】
次に、制御部３０３によってＬＣＤ３０２と第１のカメラ３０２を制御し、ストライプ模様をディスプレイ上に表示させ、その位相をシフトさせながら、第１のカメラ３０２で対象物３０の画像を撮影する（Ｓ３００５）。
【００７０】
次に、ＰＣ３０４によって第１のカメラ３０２で撮影した複数の画像を処理して、振幅画像と位相画像を算出して取得する（Ｓ３００６）。次に、ＰＣ３０４によって第１のカメラ３０２の振幅画像と位相画像を処理して、第１のカメラ３０２のスクリーン座標を算出して取得する（Ｓ３００７）。
【００７１】
次に、ＰＣ３０４によって、対象物３０の表面の法線ベクトルの測定結果と、第１のカメラ３０２のスクリーン座標の測定結果を処理して、微細周期構造の方位を算出して取得する（Ｓ３００８）。法線ベクトルの面内分布が分かっていれば、第１のカメラ３０２のスクリーン座標の測定値から、微細周期構造の方位を求めることができる。
【００７２】
なお、本実施形態では０次光を撮影するカメラは１台のみであるが、２台のカメラを配置して三角測量法を組み合わせることにより、対象物３０の表面の法線ベクトルを測定しても良い。
【００７３】
このように本実施形態の評価装置３を用いれば、対象物３０の表面が未知の形状であっても、法線ベクトルを測定して、その結果をＰＣ３０４上で計算処理することにより、微細周期構造の方位の面内分布を算出することができる。
【００７４】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      ：  評価装置
１０    ：  対象物
１０１  ：  ＬＣＤ（照明部）
１０２  ：  カメラ
１０３  ：  制御部
１０４  ：  ＰＣ（画像処理部）
【図１】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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