(57)【要約】【課題】画素ピクセルよりも小さい欠陥の位置と欠陥の大きさとを検出可能な欠陥検出装置、及び欠陥検出方法を提供する。【解決手段】欠陥検出装置は、照明光を測定対象に照射する照明部と、前記測定対象で反射した前記照明光を撮像する撮像部と、前記撮像部による前記照明光の撮像で得られる撮像画像に基づいて、前記測定対象の表面の欠陥を検出する検出部と、を備え、前記撮像画像は、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含み、前記検出部は、複数の前記分光画像に基づいて、前記照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、前記拡散反射領域が検出された前記分光画像の分光波長に基づいて、欠陥サイズを判定する。【選択図】図１
2020094955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を測定対象に照射する照明部と、
前記測定対象で反射した前記照明光を撮像する撮像部と、
前記撮像部による前記照明光の撮像で得られる撮像画像に基づいて、前記測定対象の表面の欠陥を検出する検出部と、を備え、
前記撮像画像は、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含み、
前記検出部は、複数の前記分光画像に基づいて、前記照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、前記拡散反射領域が検出された前記分光画像の前記分光波長に基づいて、欠陥サイズを判定する
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、
前記照明部は、複数の前記分光波長の光成分を含む前記照明光を前記測定対象に照射し、
前記撮像部は、所定波長の光を透過させ、かつ透過させる光の波長を変更可能な分光素子と、前記分光素子を透過した光を受光する撮像素子と、を含み、前記分光素子を透過させる光の波長を複数の前記分光波長に切り替えることで、複数の前記分光波長に対応する複数の前記分光画像を撮像する
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、
前記照明部は、前記照明光の波長を、複数の前記分光波長に切り替えて前記測定対象に照射し、
前記撮像部は、前記照明部から照射される前記照明光の波長が切り替えられる毎に、前記測定対象で反射された前記照明光を撮像して、複数の前記分光波長に対応する複数の前記分光画像を撮像する
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置において、
前記検出部は、各前記分光画像に対してエッジ検出処理を実施することで、前記拡散反射領域を検出し、複数の前記分光画像を重ね合わせ、かつ、前記欠陥サイズに応じて前記拡散反射領域の表示形態を異ならせた合成画像を生成する
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置において、
前記撮像部は、前記照明部からの前記照明光が前記測定対象で正反射される正反射方向に対して離隔した位置に配置されている
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置において、
前記照明部は、環状に形成されたリング照明である
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置において、
前記照明部は、前記測定対象に対して拡散光を照射する拡散照明である
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項８】
照明光を測定対象に照射する照明ステップと、
前記測定対象で反射した前記照明光を撮像する撮像ステップと、
撮像画像に基づいて、前記測定対象の表面の欠陥を検出する検出ステップと、を実施し、
前記撮像ステップは、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含む前記撮像画像を撮像し、
前記検出ステップは、複数の前記分光画像に基づいて、前記照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、前記拡散反射領域が検出された前記分光画像の前記分光波長に基づいて、欠陥サイズを判定する
ことを特徴とする欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検出装置、及び欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象の表面に存在する凹凸や異物等の欠陥を検出する欠陥検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の欠陥検出装置は、照明部から測定対象に対して光を照射し、測定対象の表面で反射された光を撮像部で撮像する。照明部から照射される光は、照明部フィルターを介して測定対象に照射される。照明部フィルターは、第１のフィルター及び第２のフィルターを有する。第１のフィルターは、第１の波長の光を遮断する領域と、第１の波長の光を透過する領域とが、第１の周期で交互に形成されたフィルターである。第２のフィルターは、第１の波長とは異なる第２の波長の光を遮断する領域と、第２の波長の光を透過する領域とが、第１の周期とは異なる第２の周期で交互に形成されたフィルターである。そして、この欠陥検出装置では、撮像部で撮像された画像を、第１の波長の光成分の画像と、第２の波長の光成分の画像とに分離して、測定対象の表面の欠陥を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の欠陥検出装置、及び欠陥検出方法では、検出可能な欠陥の最小サイズは撮像部における画素ピクセル単位となる。つまり、画素ピクセルよりも小さい欠陥があった場合、画素信号値の異常を検出すれば欠陥の位置を検出することは可能であるが、その欠陥の大きさまでは検出することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一の適用例に係る欠陥検出装置は、照明光を測定対象に照射する照明部と、前記測定対象で反射した前記照明光を撮像する撮像部と、前記撮像部による前記照明光の撮像で得られる撮像画像に基づいて、前記測定対象の表面の欠陥を検出する検出部と、を備え、前記撮像画像は、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含み、前記検出部は、複数の前記分光画像に基づいて、前記照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、前記拡散反射領域が検出された前記分光画像の分光波長に基づいて、欠陥サイズを判定する。
【０００６】
本適用例の欠陥検出装置では、前記照明部は、複数の前記分光波長の光成分を含む前記照明光を前記測定対象に照射し、前記撮像部は、所定波長の光を透過させ、かつ透過させる光の波長を変更可能な分光素子と、前記分光素子を透過した光を受光する撮像素子と、を含み、前記分光素子を透過させる光の波長を複数の前記分光波長に切り替えることで、複数の前記分光波長に対応する複数の前記分光画像を撮像する。
【０００７】
本適用例の欠陥検出装置では、前記照明部は、前記照明光の波長を、複数の前記分光波長に切り替えて前記測定対象に照射し、前記撮像部は、前記照明部から照射される前記照明光の波長が切り替えられる毎に、前記測定対象で反射された前記照明光を撮像して、複数の前記分光波長に対応する複数の前記分光画像を撮像する。
【０００８】
本適用例の欠陥検出装置では、前記検出部は、各前記分光画像に対してエッジ検出処理を実施することで、前記拡散反射領域を検出し、複数の前記分光画像を重ね合わせ、かつ、前記欠陥サイズに応じて前記拡散反射領域の表示形態を異ならせた合成画像を生成する。
【０００９】
本適用例の欠陥検出装置では、前記撮像部は、前記照明部からの前記照明光が前記測定対象で正反射される正反射方向に対して離隔した位置に配置されている。
本適用例の欠陥検出装置において、前記照明部は、環状に形成されたリング照明であってもよい。
本適用例の欠陥検出装置において、前記照明部は、前記測定対象に対して拡散光を照射する拡散照明であってもよい。
【００１０】
第二の適用例に係る欠陥検出方法は、照明光を測定対象に照射する照明ステップと、前記測定対象で反射した前記照明光を撮像する撮像ステップと、撮像画像に基づいて、前記測定対象の表面の欠陥を検出する検出ステップと、を実施し、前記撮像ステップは、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含む前記撮像画像を撮像し、前記検出ステップは、複数の前記分光画像に基づいて、前記照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、前記拡散反射領域が検出された前記分光画像の前記分光波長に基づいて、欠陥サイズを判定する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施形態の欠陥検出装置の概略構成を示す模式図。
【図２】測定対象に存在する１００ｎｍの欠陥に対して、５００ｎｍの波長の照明光を照射した際の模式図。
【図３】測定対象に存在する１００ｎｍの欠陥に対して、１０００ｎｍの波長の照明光を照射した際の模式図。
【図４】第一実施形態の欠陥検出方法を示すフローチャート。
【図５】第一実施形態での各分光画像に対するエッジ検出結果、及び生成された合成画像の一例を示す図。
【図６】第二実施形態の欠陥検出装置の概略構成を示す模式図。
【図７】第三実施形態における欠陥検出装置の照明部及び撮像部の配置関係を示す図。
【図８】第四実施形態における欠陥検出装置の照明部及び撮像部を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態について説明する。
［欠陥検出装置１００の全体構成］
図１は、第一実施形態に係る欠陥検出装置１００の概略構成を示す模式図である。
欠陥検出装置１００は、図１に示すように、照明部１０と、撮像部２０と、照明部１０及び撮像部２０とを制御する制御部３０とを備えている。
この欠陥検出装置１００は、測定対象Ｗの表面の欠陥を定量測定する装置である。なお、ここで述べる欠陥とは、測定対象Ｗの表面の微小な傷や、測定対象Ｗの表面に付着する微小な異物等を含み、測定対象Ｗの表面に微小な凹凸を生じさせるものを指す。
【００１３】
［照明部１０の構成］
照明部１０は、光源１１を有し、光源１１は、所定の発光波長域の照明光を測定対象Ｗに向かって照射する。
本実施形態の欠陥検出装置１００では、測定対象Ｗの表面の欠陥で拡散反射される照明光を検出することで欠陥を検出する。詳細は後述するが、欠陥によって拡散反射されるか否かは、欠陥サイズと照明光の波長との関係によって異なる。よって、光源１１は、検出対象の欠陥のサイズに対応した複数の波長の光成分を含む照明光を照射する。例えば、５０ｎｍから１００ｎｍのサイズの欠陥を検出する場合では、４００ｎｍから８００ｎｍの可視光域を発光波長域とした光源１１を用いる。
また、本実施形態では、図１に示すように、欠陥検出装置１００において、照明部１０は、測定対象Ｗの表面に対して４５°の角度で照明光を照射する。なお、図１では、照明部１０の数は、１つであるが、２つ以上の照明部１０が設けられていてもよい。
【００１４】
［撮像部２０の構成］
撮像部２０は、測定対象Ｗで反射された照明光を撮像する、つまり、照明光により照明された測定対象Ｗを撮像する。この撮像部２０は、測定対象Ｗの表面の法線方向に設けられ、測定対象Ｗから法線方向に反射された照明光を撮像する。つまり、撮像部２０は、照明光の正反射方向に対して、離隔した位置に設けられている。
本実施形態の撮像部２０は、図１に示すように、入射光学系２１と、分光フィルター２２と、撮像素子２３と、ドライバー回路２４と、を含んで構成されている。
【００１５】
入射光学系２１は、例えばテレセントリック光学系等により構成され、測定対象Ｗにより反射された照明光を、分光フィルター２２を介して撮像素子２３に導く。
【００１６】
分光フィルター２２は、測定対象Ｗで反射された照明光から、所定波長の光を分光させて撮像素子２３に出力する分光素子である。この分光フィルター２２は、分光させる光の波長を複数波長に切り替えることが可能に構成されている。例えば、本実施形態では、分光フィルター２２は、互いに対向する一対の反射膜２２１，２２２と、これらの反射膜２２１，２２２の間の距離を変更可能なギャップ変更部２２３とを含む、ファブリーペローエタロン素子により構成されている。なお、ギャップ変更部２２３としては、例えば静電アクチュエーター等を用いることができる。このようなファブリーペローエタロン素子では、ギャップ変更部２２３への印加電圧を制御することで、反射膜２２１，２２２の間のギャップ寸法を変更して、分光フィルター２２を透過する光の波長を変更することが可能となる。
【００１７】
撮像素子２３は、分光フィルター２２を透過した画像光を撮像する装置であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサーにより構成される。
【００１８】
ドライバー回路２４は、分光フィルター２２を駆動させるフィルター駆動回路２４１や、撮像素子２３を駆動させるカメラ駆動回路２４２を含んで構成されている。
フィルター駆動回路２４１は、制御部３０からの指令信号に基づいて、分光フィルター２２のギャップ変更部２２３に駆動電圧を印加し、所定の分光波長の照明光を分光フィルター２２から透過させる。
【００１９】
カメラ駆動回路２４２は、Ｉ−Ｖ変換回路、増幅回路、ＡＤ変換回路、及びＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等により構成されている。
Ｉ−Ｖ変換回路は、撮像素子２３の各画素から入力された電荷信号を電圧信号に変換する。増幅回路は、Ｉ−Ｖ変換回路から出力される電圧信号の電圧を増幅する。増幅回路は、オペアンプを用いた反転増幅回路または非反転増幅回路で構成され、マルチプレクサー等の素子を用いてゲイン切り替えが可能に構成されている。例えば、増幅回路のゲインは、１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍、２４倍、３２倍、及び５０倍の８種類に切り替え可能に構成されている。
ＡＤ変換回路は、増幅回路から出力されたアナログ形式の電圧信号をデジタル形式の電圧信号に変換する。
ＦＰＧＡは、撮像素子２３から、Ｉ−Ｖ変換機、増幅回路、ＡＤ変換回路を介して入力された各画素の電圧信号をデータ処理して撮像画像の画像データを生成し、制御部３０に出力する。本実施形態では、撮像部２０は、分光フィルター２２を透過する照明光の波長を複数の分光波長に切り替え、撮像素子２３でこれらの複数の分光波長に対応する複数の分光画像を撮像する。したがって、ＦＰＧＡは、撮像素子２３により撮像された複数の分光画像を含む撮像画像を制御部３０に出力する。
【００２０】
［制御部３０の構成］
制御部３０は、照明部１０及び撮像部２０に接続されており、照明部１０及び撮像部２０を制御して測定対象Ｗの表面に対する欠陥検出処理を実施する。
この制御部３０は、各種データや各種プログラムを記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶されたプログラムを読み出し実行することで各種処理を実施する演算回路とを備えている。そして、制御部３０は、演算回路が、記憶装置に記憶されたプログラムを読み出し実行することで、図１に示すように、光源制御部３１、分光制御部３２、撮像制御部３３、検出部３４として機能する。
【００２１】
光源制御部３１は、照明部１０の光源１１の点灯及び消灯を制御する。
分光制御部３２は、撮像部２０の分光フィルター２２の駆動を制御する。本実施形態では、記憶装置に、分光フィルター２２を透過させる光の分光波長と、ギャップ変更部２２３への印加電圧との関係を示した駆動テーブルが記憶されている。分光制御部３２は、フィルター駆動回路２４１に対して、分光フィルター２２を透過させる照明光の分光波長に対応した印加電圧を指令する指令信号を出力する。この際、分光制御部３２は、分光フィルター２２を透過させる照明光の波長を予め設定された複数の分光波長に順次切り替えさせる。なお、ここでは、制御部３０の記憶装置に駆動テーブルが記憶される例を示すが、ドライバー回路２４にメモリー等の記憶部を設けて駆動テーブルを格納しておく構成としてもよい。
【００２２】
撮像制御部３３は、撮像部２０の撮像素子２３の駆動を制御する。つまり、撮像制御部３３は、カメラ駆動回路２４２に対して、撮像素子２３による撮像画像の撮像タイミングを指令する。
上述のように、本実施形態では、分光制御部３２は、分光フィルター２２の分光波長を順次切り替える。撮像制御部３３は、分光フィルター２２により分光波長が切り替えられた後に撮像素子２３による撮像を指令することで、各分光波長に対応する分光画像が取得される。
【００２３】
検出部３４は、撮像部２０により撮像された複数の分光画像に基づいて、測定対象Ｗの欠陥を検出する。具体的には、検出部３４は、反射率算出部３４１、欠陥領域検出部３４２、及び検出結果出力部３４３として機能する。
反射率算出部３４１は、撮像された複数の分光波長に対応する分光画像のそれぞれに対して、各画素の信号値を反射率に変換する。つまり、撮像部２０により撮像された各分光画像の各画素の信号値は、撮像素子２３により受光された光の光量に応じた２５６階調の階調値であり、当該階調値を予め測定された基準値に基づいて反射率に変換する。
【００２４】
欠陥領域検出部３４２は、各画素の信号値を反射率に変換した分光画像に基づいて、測定対象Ｗにおける欠陥の位置、及びその欠陥の大きさ（欠陥サイズ）を検出する。本実施形態では、欠陥領域検出部３４２は、各分光画像におけるエッジ検出処理を実施し、検出されたエッジ領域の画素を、欠陥が存在する画素として検出する。エッジ検出方法としては、公知の技術を用いることができ、例えば、Ｓｏｂｅｌ法、Ｌａｐｌａｃｅ法、Ｃａｎｎｙ法等のエッジ検出手法を用いることができる。
各分光画像に対するエッジ検出によって検出されるエッジ領域の画素は、周囲画素との反射率差が所定の閾値以上となる画素であり、これは、測定対象Ｗにおいて、照明光が拡散反射されることで撮像素子２３に入射する光の光量が増大した拡散反射領域であることを示す。
【００２５】
ここで、測定対象Ｗの表面に欠陥が存在する場合の、欠陥サイズと、測定対象Ｗの表面で反射される照明光とについて説明する。
図２は、測定対象Ｗに存在する１００ｎｍの欠陥に対して、５００ｎｍの波長の照明光を照射した際の模式図である。図３は、測定対象Ｗに存在する１００ｎｍの欠陥に対して、１０００ｎｍの波長の照明光を照射した際の模式図である。
測定対象Ｗの表面に欠陥が存在する場合、所定波長未満の照明光は、欠陥において、拡散反射され、所定波長以上の照明光は、欠陥において正反射される。例えば、図２及び図３の例において、測定対象Ｗの１００ｎｍの欠陥に対して、１０００ｎｍの波長の照明光を照射した場合、照明光は正反射されるが、５００ｎｍの波長の照明光を照射すると、照明光は拡散反射される。
【００２６】
一般に、測定対象Ｗの表面粗さの標準偏差Ｒｈと、測定対象Ｗで正反射する照明光の波長λ能登の関係は次式（１）となる（参考文献：高井信勝、「レーザ光散乱による表面粗さ計測」、精密工学会誌、公益社団法人精密工学会、１９９８年９月５日、６４巻、９号、ｐ．１３０４−１３０７）。
０＜Ｒｈ＜λ／８    ・・・（１）
【００２７】
つまり、波長λの照明光を測定対象Ｗに照射した場合、表面粗さの標準偏差Ｒｈがλ／８以上となる欠陥において拡散反射が発生し、撮像部２０で観察することが可能となる。
本実施形態では、上記のように複数の分光波長に対応した分光画像に対してエッジ検出処理を実施して欠陥の位置を検出することで、同時に各欠陥の欠陥サイズをも判別することが可能となる。
【００２８】
検出結果出力部３４３は、欠陥領域検出部３４２により検出された各欠陥領域を出力する。検出結果出力部３４３の欠陥出力方式は特に限定されないが、例えば、各分光画像により得られた拡散反射領域を、分光波長毎に色分けして合成した合成画像を生成して出力する。
【００２９】
［欠陥検出装置１００を用いた欠陥検出方法］
次に、上述した欠陥検出装置１００を用いた欠陥検出方法について説明する。
図４は、本実施形態の欠陥検出方法を示すフローチャートである。
欠陥検出装置１００において、測定対象Ｗの表面を測定する場合、まず、光源制御部３１が、照明部１０の光源１１を点灯させる（ステップＳ１；照明ステップ）。これにより、光源１１から、検出対象の欠陥サイズに応じた複数の波長を含む照明光が測定対象Ｗに照射される。
【００３０】
次に、分光制御部３２は、フィルター駆動回路２４１に指令信号を出力し、分光フィルター２２を透過させる照明光の波長を、複数の分光波長に順次切り替えさせる。また、撮像制御部３３は、カメラ駆動回路２４２を制御して、分光フィルター２２の分光波長が切り替えられる毎に、撮像素子２３に入射する照明光を撮像させる。つまり、分光制御部３２及び撮像制御部３３は、複数の分光波長に対応した複数の分光画像を撮像する（ステップＳ２；撮像ステップ）。
【００３１】
この後、反射率算出部３４１は、各分光画像の各画素の反射率を算出し、各画素の信号値を算出した反射率に置き換える（ステップＳ３）。つまり、撮像部２０により撮像された各分光画像では、各画素の信号値は、照明光の受光量に応じた値であり、例えば２５６階調の階調値で表されている。しかしながら、撮像素子２３で照明光を受光した際の受光量は、照明光に含まれる各波長の光量等が考慮されていない値であり、測定対象Ｗの表面での拡散反射を受光したものであるか否かを適正に判定できない。そこで、反射率算出部３４１は、拡散反射の有無を適正に判定するために、各画素の階調値を反射率に変換する。
反射率の算出では、予め白色基準板に対する複数の分光波長の分光画像を基準分光画像として撮像しておき、ステップＳ２で撮像された各分光画像の各画素の階調値と、基準分光画像の各画素の階調値との比により算出する。なお、白色基準板の測定は、測定対象Ｗの測定前に実施するキャリブレーション処理により予め測定しておいてもよく、白色基準板の測定結果が記憶装置に記憶されていてもよい。
【００３２】
そして、欠陥領域検出部３４２は、各分光波長の分光画像に対してエッジ検出処理を実施し、エッジ領域を検出する（ステップＳ４；検出ステップ）。
上述したように、欠陥サイズによって、欠陥で拡散反射される照明光の波長が異なるため、各分光画像で検出されたエッジ領域により、測定対象Ｗの表面の欠陥位置のみならず、欠陥サイズを判別することができ、欠陥の定量測定が可能となる。
【００３３】
この後、検出結果出力部３４３は、ステップＳ４で検出された各分光画像を合成した合成画像を生成して出力する（ステップＳ５）。
測定対象Ｗの表面に存在する欠陥のうち、欠陥サイズが小さい欠陥は、短波長の照明光でしか拡散反射を観察できず、逆に欠陥サイズが大きい欠陥は、短波長から長波長の照明光で拡散反射を観察できる。これにより、測定対象Ｗの表面に存在する欠陥に加え、その欠陥サイズを定量測定することが可能となる。
【００３４】
図５は、各分光画像に対するエッジ検出結果、及び生成された合成画像の一例を示す図である。
図５に示す例では、可視光域の照明光を用い、４００ｎｍから８００ｎｍまでの８０ｎｍ間隔の分光画像を撮像し、各分光画像に対するエッジ検出処理を実施している。
つまり、４００ｎｍの分光画像Ｄ１で検出されるエッジ領域は、５０ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥の位置を示す。４８０ｎｍの分光画像Ｄ２で検出されるエッジ領域は、６０ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥がある位置を示す。５６０ｎｍの分光画像Ｄ３で検出されるエッジ領域は、７０ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥の位置を示す。６４０ｎｍの分光画像Ｄ４で検出されるエッジ領域は、８０ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥の位置を示す。７２０ｎｍの分光画像Ｄ５で検出されるエッジ領域は、９０ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥の位置を示す。８００ｎｍの分光画像Ｄ６で検出されるエッジ領域は、１００ｎｍ以上の欠陥サイズの欠陥の位置を示す。
この場合、４００ｎｍの分光画像Ｄ１にのみ検出され、その他の分光画像Ｄ２〜Ｄ６で検出されない欠陥は、５０ｎｍ以上６０ｎｍ未満の欠陥サイズの欠陥である。４００ｎｍ及び４８０ｎｍの分光画像Ｄ１，Ｄ２に検出され、その他の分光画像Ｄ３〜Ｄ６に検出されない欠陥は、６０ｎｍ以上７０ｎｍ未満の欠陥サイズの欠陥である。以降、同様に欠陥を判定すれば、５０ｎｍから１００ｎｍまでの欠陥の欠陥サイズを１０ｎｍ間隔で判別することが可能となる。なお、本実施形態では、５０ｎｍ未満、及び１００ｎｍ以上の欠陥サイズを判別することができないが、４００ｎｍ未満の紫外域や、８００ｎｍ以上の近赤外域または赤外域の分光画像を撮像すれば、判別可能な欠陥サイズの範囲をさらに拡大することができる。
【００３５】
そして、ステップＳ５では、検出結果出力部３４３は、各分光画像Ｄ１〜Ｄ６を重ね合わせ、かつ、エッジ領域を欠陥サイズに応じて、それぞれ異なる表示形態で表示させた合成画像Ｄ７を生成する。
欠陥サイズに応じた表示形態としては、例えば、図５に示すように、欠陥サイズが小さくなる程、色の濃淡を薄くしたグラデーション画像としてもよい。また、欠陥サイズに応じて、エッジ領域の色をそれぞれ異ならせてもよい。さらに、欠陥サイズが異なる２つの欠陥が隣接している場合、その境界に境界線を表示させてもよく、欠陥サイズに応じた等高線を表示させてもよい。
【００３６】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の欠陥検出装置１００は、照明光を測定対象Ｗに照射する照明部１０と、測定対象Ｗで反射した照明光を撮像する撮像部２０と、制御部３０とを備える。制御部３０は、撮像部２０による照明光の撮像により得られる撮像画像に基づいて、測定対象Ｗの表面の欠陥を検出する検出部３４として機能する。そして、撮像部２０により撮像される撮像画像は、分光波長がそれぞれ異なる複数の分光画像を含み、検出部３４は、各分光波長に対応する分光画像について、照明光が拡散反射された拡散反射領域を検出し、拡散反射領域が検出された分光画像の分光波長に基づいて、欠陥の欠陥サイズを判定する。
つまり、波長λの照明光は、表面粗さの標準偏差ＲｈがＲｈ≧λ／８のときに拡散反射され、０＜Ｒｈ＜λ／８の際に正反射（全反射）される。したがって、各分光画像に対して拡散反射領域を検出すれば、λ／８以上の欠陥サイズを有する欠陥を検出することが可能となる。このため、各分光波長に対応した各分光画像について、拡散反射領域であるエッジ領域を検出すれば、撮像素子２３の画素サイズ以下の欠陥であっても、欠陥サイズを定量測定することができる。
【００３７】
本実施形態では、照明部１０から欠陥サイズに応じた波長域の照明光を測定対象Ｗに照射させる。つまり、照明部１０は、欠陥サイズに応じた複数の波長の光成分を有する照明光を測定対象Ｗに照射する。
そして、撮像部２０は、分光波長を切り替え可能な分光フィルター２２を有し、分光フィルター２２により分光される分光波長を順次切り替えて、切り替えられた分光波長の光を撮像素子２３で撮像することで、複数の分光波長に対応した複数の分光画像を撮像する。
つまり、本実施形態では、測定対象Ｗによって反射された光を分光して、分光画像を撮像する。この場合、所定の分光波長の光を測定対象Ｗに照射し、その反射光を撮像素子２３で撮像する場合に比べて、測定の対象となる分光波長以外の光が撮像素子２３に入射する不都合を抑制できる。よって、精度の高い分光画像を得ることができ、欠陥検出精度を向上させることができる。
【００３８】
本実施形態では、検出部３４は、各分光波長の分光画像に対して、エッジ検出処理を実施して、拡散反射領域をエッジ領域として検出する。そして、検出されたエッジ領域を重ね合わせて、欠陥サイズ毎にエッジ領域の表示形態を異ならせた合成画像を生成する。
これにより、測定者は、測定対象Ｗに存在する欠陥と、その欠陥の欠陥サイズとを容易に確認することができる。
【００３９】
本実施形態では、撮像部２０は、照明部１０からの照明光が測定対象Ｗで正反射される正反射方向に対して離隔した位置に配置されている。例えば図１に示すように、照明部１０は、測定対象Ｗの表面に対して４５°の角度で照明光を照射し、測定対象Ｗの表面の法線方向に撮像部２０が配置されている。
これにより、測定対象Ｗで正反射された照明光が撮像部２０で撮像されず、測定対象Ｗで拡散反射された照明光を精度よく撮像することができる。
【００４０】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、測定対象Ｗで反射された光を撮像部２０の内部に設けられた分光フィルター２２で分光することで、複数の分光波長に対応する複数の分光画像を撮像する、いわゆる後分光処理を実施した。これに対して、照明部からの照明光を分光素子に入射させ、所定の分光波長の照明光を透過させて測定対象Ｗに照射する、いわゆる前分光処理を実施してもよい。第二実施形態では、前分光処理を用いた欠陥検出装置について説明する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００４１】
図６は、第二実施形態における欠陥検出装置１００Ａの概略構成を示す模式図である。
本実施形態では、図６に示すように、照明部１０Ａと、撮像部２０Ａと、制御部３０とを備えている。
照明部１０Ａは、光源１１と、光源１１から出射された照明光から所定の分光波長の光を透過させる分光フィルター１２と、フィルター駆動回路１３とを備える。
分光フィルター１２は、光源１１から出射された照明光から所定の分光波長の光を透過させる分光素子である。この分光フィルター１２は、第一実施形態の分光フィルター２２と同様であり、例えば、一対の反射膜１２１，１２２と、ギャップ変更部１２３とを備えたファブリーペローエタロンを用いることができる。また、フィルター駆動回路１３は、第一実施形態のフィルター駆動回路２４１と同様であり、分光フィルター１２の駆動を制御する。
【００４２】
一方、本実施形態では、測定対象Ｗに対して所定の分光波長の照明光を照射するため、外光が入射しない環境下では、その反射光をさらに分光する分光フィルターは不要である。このため、本実施形態の撮像部２０Ａは、図６に示すように、分光フィルター２２が設けられていない。
【００４３】
また、本実施形態では、測定対象Ｗの法線方向に照明部１０Ａが設けられ、測定対象Ｗの表面に対して４５°の角度で反射した照明光を撮像部２０Ａで撮像している。この場合でも、第一実施形態と同様、測定対象Ｗで正反射された光が撮像部２０Ａに入射されないため、拡散反射された光を精度よく検出することが可能となる。
【００４４】
以上のような第二実施形態の欠陥検出装置１００Ａでは、照明部１０Ａに分光フィルター１２が設けられ、測定対象Ｗに、所定の分光波長の照明光が照射され、測定対象Ｗで反射された反射光を撮像部２０Ａで撮像する。この場合でも、第一実施形態と同様に、複数の分光波長に対応する分光画像を撮像することができ、測定対象Ｗの表面の欠陥の欠陥サイズを定量測定することができる。
【００４５】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、光源１１が点光源である照明部１０，１０Ａを用い、撮像部２０，２０Ａを照明光の正反射方向から離隔した位置に配置する例である。
これに対して、第三実施形態では、照明部として、リング照明を用いる点で上記第一及び第二実施形態と相違している。
【００４６】
図７は、第三実施形態における欠陥検出装置１００Ｂの照明部１０Ｂ及び撮像部２０Ｂの配置関係を示す図である。
本実施形態の照明部１０Ｂは、図７の上図のように、測定対象Ｗの法線方向から見た際に、円環形状に形成されたリング照明であり、図７の下図のように、撮像部２０Ｂの撮像軸と測定対象Ｗとの交点である測定中心に向かって照明光を照射する。
なお、図７には、照明部１０Ｂが円環形状である例を示すが、照明部１０Ｂは、環状に形成されていればよく、例えば多角形の環状であってもよい。照明部１０Ｂの環形状を多角形とする場合、より好ましくは、正方形、正六角形、正八角形等の偶数の正多角形状である。つまり、測定対象Ｗの法線方向から見た際に、撮像軸と測定対象Ｗとの交点を中心点とした点対称形状となることで、測定対象Ｗに対して均一に光を照射することができる。
【００４７】
以上のような本実施形態では、リング照明である照明部１０Ｂは、測定対象Ｗの測定中心に対して周方向から照明光を照射することができる。この場合、照明光によって拡散反射が生じた際の光量が増大する。よって、検出部３４によるエッジ検出処理で、拡散反射領域と、拡散反射が生じていない領域とで輝度差が大きくなり、高精度に欠陥位置及び欠陥サイズを検出することができる。
【００４８】
［第四実施形態］
次に、第四実施形態について説明する。
上記第三実施形態において、照明部１０Ｂとして、リング照明を用いる例を示した。これに対して、第四実施形態では、拡散照明（ドーム照明）を用いる。
【００４９】
図８は、第四実施形態における欠陥検出装置１００Ｃの照明部１０Ｃ及び撮像部２０Ｃを示す模式図である。
本実施形態の照明部１０Ｃは、図８のように、円環状の枠体に沿って複数配置された光源１４から出射された光を、半球状の反射曲面を有するドーム１５で反射させることで拡散光とし、測定対象Ｗに照射する。
また、ドーム１５の測定対象Ｗの法線方向には、測定対象Ｗで反射された光を通過させる孔部１６が設けられ、孔部１６を通過した測定対象Ｗでの反射光が撮像部２０Ｃにより撮像される。
【００５０】
このような本実施形態では、照明部１０Ｃがドーム照明であり、測定対象Ｗに対して光量分布が均一な照明光を照射する。この場合、照明光の光量分布の不均一によって生じる分光画像の輝度むらを抑制でき、欠陥検出精度の向上を図ることができる。
【００５１】
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
［変形例１］
例えば、上記第一実施形態において、検出部３４は、各分光画像のエッジ領域を検出し、そのエッジ領域が測定対象Ｗの表面での拡散反射領域であるとして、欠陥の位置とサイズとを検出した。これに対し、複数の分光画像から得られる各画素の階調値または反射率を用いて、分光スペクトル情報を解析する分光分析処理を実施し、分析結果に基づいて欠陥の位置と欠陥サイズとを判定してもよい。
分光分析処理としては、例えば、主成分分析、マハラノビス距離に基づいた分光分析、画素値を波長で微分した微分分析、各画素のスペクトル差に基づいた分析などを例示できる。
【００５２】
主成分分析やマハラノビス距離に基づいた分光分析では、各画素における分光スペクトルを算出することで、拡散反射光の有無を判定する。すなわち、主成分分析やマハラノビス距離に基づいた分光分析では、所定波長域内の各波長の光成分の光量をそれぞれ分析して、精度の高い分光スペクトルを推算することができる。ここで、拡散反射が生じている場合、欠陥サイズに応じた所定の波長未満の波長域で光量が閾値以上となり、当該所定の波長以上の波長域で光量が閾値未満となる。よって、算出した分光スペクトル情報から拡散反射領域に含まれる画素を検出することができる。また、当該所定の波長は、拡散反射を生じさせる光の最小波長となり、拡散反射領域の検出と同時に、欠陥サイズも検出することができる。このような分光分析処理では、分光スペクトルの波形情報に基づいた欠陥検出を行うことができ、より詳細に欠陥サイズを判定することができる。
【００５３】
微分分析を用いる場合、画素値を波長で微分した微分値、つまり波長変化に対する画素値の変化量が所定値以上となる画素を拡散反射光が生じた欠陥の位置とする。画素値は、撮像部２０による撮像により得られる各画素の階調値であってもよく、ステップＳ３により算出される反射率であってもよい。あるいは、画素値を、最大画素値または最小画素値で規格化した後、微分値を算出してもよい。
拡散反射が生じている場合、欠陥サイズに応じた所定の波長の前後で、画素値の変化量が大きくなるため、微分値も大きくなる。したがって、微分値が所定値以上となる画素を、欠陥に対応する画素として検出することができ、その波長により欠陥サイズを検出することができる。
各画素のスペクトル差に基づいた分析結果では、隣り合う画素の分光スペクトル情報を比較することで、拡散反射領域を検出する。測定対象Ｗに欠陥があり、拡散反射が生じている場合、隣り合う画素でスペクトル情報が変化し、欠陥に対応した画素では、欠陥サイズに応じた波長以下において光量が増大する。したがって、隣り合う画素で、スペクトル差を算出し、特定の波長以下で一方の画素の光量が大きい場合、拡散反射と判定することができ、その特定の波長により欠陥サイズを判定することができる。
【００５４】
［変形例２］
第一実施形態では、撮像部２０に分光フィルター２２を設けて後分光処理を実施する例を示し、第二実施形態では、照明部１０Ａに分光フィルター１２を設けて前分光処理を実施する例を示したが、後分光処理及び前分光処理の双方を実施してもよい。
この場合、前分光処理によって測定対象Ｗに照射する照明光の波長を絞ったうえで、さらに、後分光処理により外光の影響をも抑制することができ、所望の分光波長に対する分光画像をより高精度に撮像することが可能となる。
【００５５】
［変形例３］
第二実施形態において、前分光処理を例示したが、照明部が、撮像対象の分光画像の分光波長に対応した発光波長の光源をそれぞれ有していてもよい。例えば、４００ｎｍ、４８０ｎｍ、５６０ｎｍ、６４０ｎｍ、７２０ｎｍ、８００ｎｍの光を、それぞれ単一波長光として出力する、複数の光源が設けられていてもよい。この場合、撮像対象の分光画像の分光波長に応じて、複数の光源を順次切り替えて点灯させればよく、分光フィルター１２が不要となる。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…照明部、１１…光源、１２…分光フィルター（分光素子）、１３…フィルター駆動回路、１４…光源、１５…ドーム、１６…孔部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…撮像部、２１…入射光学系、２２…分光フィルター、２３…撮像素子、２４…ドライバー回路、３０…制御部、３１…光源制御部、３２…分光制御部、３３…撮像制御部、３４…検出部、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…欠陥検出装置、１２１，１２２，２２１，２２２…反射膜、１２３，２２３…ギャップ変更部、２４１…フィルター駆動回路、２４２…カメラ駆動回路、３４１…反射率算出部、３４２…欠陥領域検出部、３４３…検出結果出力部、Ｗ…測定対象。
【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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