(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、
高さが一定の鏡面を有する平面鏡を用い、前記平面鏡の鏡面に光量が正弦波状に変化する照明パターンが投影された画像を、前記平面鏡の設置高さを変化させ、かつ、同じ前記設置高さごとに前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第３の撮像画像群を取得し、
前記第３の撮像画像群に基づいて、画素ごとの位相を示す第３の位相情報を前記設置高さごとに算出し、
第１の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群と、前記第１の試料の基準となる第２の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群とを取得し、
前記第１の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出するとともに、前記第２の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第２の位相情報を算出し、
前記第１の位相情報と前記第２の位相情報との比較結果に基づいて前記第１の試料における計測面の高さの異常を検出し、
前記第３の位相情報のそれぞれにおける位相の増加率を算出し、前記増加率の間の差分と前記第１の位相情報と前記第２の位相情報とに基づいて、前記第１の試料の計測面における高さが異常の位置での正常値からの高さの差分値を算出する、
表面検査方法。
【請求項２】
前記検出では、前記第１の位相情報と前記第２の位相情報とに含まれる位相を画素ごとに比較し、位相の差が所定の閾値を超えた画素が所定数以上検出された場合に、前記第１の試料を不良と判定する、
請求項１記載の表面検査方法。
【請求項３】
コンピュータが、
第１の試料における鏡面の計測面に光量が正弦波状に変化する照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群と、前記第１の試料の基準となる第２の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相および前記第２の試料の設置高さを変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群とを取得し、
前記第１の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出するとともに、前記第２の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第２の位相情報を前記設置高さごとに算出し、
前記第１の位相情報と前記第２の位相情報との比較結果に基づいて前記第１の試料における計測面の高さの異常を検出し、
前記設置高さごとの前記第２の位相情報のそれぞれにおける位相の増加率を算出し、前記増加率の間の差分と前記第１の位相情報とに基づいて、前記第１の試料の計測面における高さが異常の位置のうち、前記各増加率を基に特定される前記第２の試料における水平領域に対応する位置での正常値からの高さの差分値を算出する、
表面検査方法。
【請求項４】
高さが一定の鏡面を有する平面鏡を用い、前記平面鏡の鏡面に光量が正弦波状に変化する照明パターンが投影された画像を、前記平面鏡の設置高さを変化させ、かつ、同じ前記設置高さごとに前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第３の撮像画像群と、第１の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群と、前記第１の試料の基準となる第２の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群とを取得する画像取得部と、
前記第３の撮像画像群に基づいて、画素ごとの位相を示す第３の位相情報を前記設置高さごとに算出するとともに、前記第１の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出するとともに、前記第２の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第２の位相情報を算出し、前記第１の位相情報と前記第２の位相情報との比較結果に基づいて前記第１の試料における計測面の高さの異常を検出する異常検出部と、
前記第３の位相情報のそれぞれにおける位相の増加率を算出し、前記増加率の間の差分と前記第１の位相情報と前記第２の位相情報とに基づいて、前記第１の試料の計測面における高さが異常の位置での正常値からの高さの差分値を算出する高さ演算部と、
を有する表面検査装置。
【請求項５】
コンピュータに、
高さが一定の鏡面を有する平面鏡を用い、前記平面鏡の鏡面に光量が正弦波状に変化する照明パターンが投影された画像を、前記平面鏡の設置高さを変化させ、かつ、同じ前記設置高さごとに前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第３の撮像画像群を取得し、
前記第３の撮像画像群に基づいて、画素ごとの位相を示す第３の位相情報を前記設置高さごとに算出し、
第１の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群と、前記第１の試料の基準となる第２の試料における鏡面の計測面に前記照明パターンが投影された画像を、前記照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群とを取得し、
前記第１の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出するとともに、前記第２の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第２の位相情報を算出し、
前記第１の位相情報と前記第２の位相情報との比較結果に基づいて前記第１の試料における計測面の高さの異常を検出し、
前記第３の位相情報のそれぞれにおける位相の増加率を算出し、前記増加率の間の差分と前記第１の位相情報と前記第２の位相情報とに基づいて、前記第１の試料の計測面における高さが異常の位置での正常値からの高さの差分値を算出する、
処理を実行させる表面検査プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査方法、表面検査装置および表面検査プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、検査対象物の表面形状を非接触で計測することが行われている。このような表面形状の計測結果は、例えば、表面の傷や歪みの有無を自動的に検査するといった用途に用いられている。表面形状の計測方法としては、位相シフト法が知られている。
【０００３】
位相シフト法では、例えば、正弦波状の照明パターンが計測面に照射され、照明パターンの位相を変えながら計測面の画像が複数枚撮像され、各撮像画像から位相角が算出される。検査対象物の計測面が粗面である場合、例えば、算出された位相角を用い、三角測量の原理に基づいて計測面の高さを計測する方法がある。
【０００４】
一方、検査対象物の表面が鏡面である場合には、例えば、計測面に粉末を撒くなどして計測面を粗面状態にし、計測面における照射光線の拡散反射を利用して表面が粗面の場合と同様に表面形状を計測する方法がある。しかし、この方法では検査対象物が汚染されてしまうという問題がある。
【０００５】
これに対して、表面が鏡面である検査対象物についても、正弦波状の照明パターンを用いた位相シフト法で表面形状を計測することが考えられている。例えば、計測面を異なる方向から撮像する２台のカメラを用いて表面形状を計測する方法が提案されている。また、位相画像の一次微分画像に基づいて表面の欠陥を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１６７４６４号公報
【特許文献２】特開２００７−３２２１６２号公報
【特許文献３】特開２０１４−２０８７０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、位相画像の一次微分画像を用いた上記方法では、平坦な表面上で傾きが変わる箇所といった特定の異常箇所を検出できるのみであり、表面の高さそのものが異常か否かを判別できないという問題がある。
【０００８】
１つの側面では、本発明は、鏡面の高さの異常を検出可能な表面検査方法、表面検査装置および表面検査プログラム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】
１つの案では、コンピュータが次のような処理を実行する表面検査方法が提供される。この表面検査方法では、コンピュータは、第１の試料における鏡面の計測面に光量が正弦波状に変化する照明パターンが投影された画像を、照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群と、第１の試料の基準となる第２の試料における鏡面の計測面に照明パターンが投影された画像を、照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群とを取得する。また、コンピュータは、第１の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出するとともに、第２の撮像画像群に基づいて画素ごとの位相を示す第２の位相情報を算出する。そして、コンピュータは、第１の位相情報と第２の位相情報との比較結果に基づいて第１の試料における計測面の高さの異常を検出する。
【００１０】
また、１つの案では、上記の表面検査方法と同様の処理を実行する表面検査装置が提供される。
さらに、１つの案では、上記の表面検査方法と同様の処理をコンピュータに実行させる表面検査プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
１つの側面では、鏡面の高さの異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る表面検査装置の構成例および処理例を示す図である。
【図２】撮像画像に基づく位相情報の算出方法について説明するための第１の図である。
【図３】撮像画像に基づく位相情報の算出方法について説明するための第２の図である。
【図４】第２の実施の形態に係る検査システムの構成例を示す図である。
【図５】制御装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図６】制御装置の処理機能の構成例を示すブロック図である。
【図７】高さの良否判定方法について説明するための図である。
【図８】高さのキャリブレーションについて説明するための図である。
【図９】検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャート（その１）である。
【図１０】検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャート（その２）である。
【図１１】位相画像の算出手順の例を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施の形態における高さのキャリブレーションについて説明するための図である。
【図１３】位相の増加率の決定方法について説明するための図である。
【図１４】検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャート（その１）である。
【図１５】検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る表面検査装置の構成例および処理例を示す図である。図１に示す表面検査装置１０は、照明光源２と撮像装置３とを含む計測部による計測結果に基づいて、被検試料が備える鏡面の計測面における高さの異常を検出可能な装置である。計測部においては、照明光源２は、光量が正弦波状に変化する照明パターンを、試料１の上面（計測面）に照射する。撮像装置３は、試料１の計測面に照明パターンが投影された画像を撮像する。計測面は鏡面なので、撮像装置３には、照明光源２が照射する照明パターンの虚像が写り込む。
【００１４】
照明パターンは、照明光源２の照射面における１方向に対して、光量が正弦波状に変化するようなパターンであればよい。本実施の形態では、照明パターンは、１方向に対して光量が正弦波状に変化し、それと直交する方向の光量が同一となるようなパターンとされる。また、照明光源２は、照射する照明パターンの位相を変化させることが可能になっている。
【００１５】
撮像装置３は、例えば、試料１の計測面が水平面である（すなわち、高さが一様に同じである）場合に、照明光源２から照射される照明パターンを、垂直方向および水平方向に対して歪むことなく撮像できるように構成されている。このような構成は、例えば、シフトレンズを用いることで実現される。このような構成により、本実施の形態では、試料１の計測面が水平面である場合に、照明パターンを、撮像画像の水平方向に対して光量が正弦波状に変化し、垂直方向の光量が同一であるパターンとして撮像可能になっている。
【００１６】
なお、撮像装置３の撮像対象となる試料１としては、高さの異常の検出対象である被検試料の他、被検試料の基準となる基準試料が用いられる。基準試料は、計測面の高さが正しく形成された、被検試料に対応する良品である。
【００１７】
表面検査装置１０は、画像取得部１１と異常検出部１２とを有する。画像取得部１１および異常検出部１２の処理は、例えば、表面検査装置１０が備えるプロセッサが所定のプログラムを実行することで実現される。
【００１８】
画像取得部１１は、撮像装置３によって撮像された撮像画像を取得する。具体的には、画像取得部１１は、被検試料の計測面に照明パターンが投影された画像を、照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第１の撮像画像群を取得する。また、画像取得部１１は、基準試料の計測面に照明パターンが投影された画像を、照明パターンの位相を変化させて複数回撮像することで得られる第２の撮像画像群を取得する。
【００１９】
例えば、位相が異なる４つの照明パターン２１ａ〜２１ｄが用いられる。そして、照明パターン２１ａ〜２１ｄをそれぞれ被検試料に照射した状態で撮像画像３１ａ〜３１ｄが撮像される。また、照明パターン２１ａ〜２１ｄをそれぞれ基準試料に照射した状態で撮像画像３２ａ〜３２ｄが撮像される。画像取得部１１は、第１の撮像画像群として撮像画像３１ａ〜３１ｄを取得し、第２の撮像画像群として撮像画像３２ａ〜３２ｄを取得する。
【００２０】
異常検出部１２は、撮像画像３１ａ〜３１ｄに基づいて、画素ごとの位相を示す第１の位相情報を算出する。また、異常検出部１２は、撮像画像３２ａ〜３２ｄに基づいて、画素ごとの位相を示す第２の位相情報を算出する。異常検出部１２は、第１の位相情報と第２の位相情報とを比較し、その比較結果に基づいて被検試料における計測面の高さの異常を検出する。
【００２１】
ここで、表面検査装置１０では、位相シフト法を用いて位相情報が算出される。以下、図２、図３を用いて、位相シフト法を用いた位相情報の算出方法について説明する。
図２は、撮像画像に基づく位相情報の算出方法について説明するための第１の図である。また、図３は、撮像画像に基づく位相情報の算出方法について説明するための第２の図である。
【００２２】
図２では、水平な計測面を有する試料１ａを撮像したケースを示す。前述のように、撮像装置３には、照明光源２から試料１ａの計測面に照射された照明パターンの虚像２ａが写り込む。図２に示す画像３３は、このような状態で撮像された画像の一例である。この画像３３のように、水平方向（Ｘ軸方向）に対して輝度が正弦波状に変化し、垂直方向（Ｙ軸方向）の輝度が同一になるような画像が観測される。
【００２３】
位相シフト法では、照明パターンの位相を変化させて複数の撮像画像が撮像される。典型的には、照明パターンの位相がπ／２（ｒａｄ）ずつシフトされた４枚の撮像画像が撮像される。図３のグラフ５は、４枚の撮像画像のそれぞれにおけるＸ軸方向の位置と明るさとの関係の例を示す。
【００２４】
撮像画像上のある１点における明るさＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、下記の式（１−１）〜（１−４）のように表わされる。なお、明るさＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、照明パターンの位相シフト量がそれぞれ０，π／２，π，３π／２の場合に対応する。
Ｉ１＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ）      ・・・（１−１）
Ｉ２＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋π／２）      ・・・（１−２）
Ｉ３＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋π）      ・・・（１−３）
Ｉ４＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋３π／２）      ・・・（１−４）
式（１−１）〜（１−４）から、位相シフト量が０の場合に、ある１つの画素で観測される明るさに対応する照明パターンの位相φは、次の式（２）のように表わされる。
φ＝ａｔａｎ｛（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）｝      ・・・（２）
図３のグラフ６に示す直線は、式（２）に基づくＸ軸方向の位相の変化を示す。ただし、式（２）から直接的に求められる位相の変化は、グラフ６の破線のようになる。表面検査装置１０の異常検出部１２は、この破線のように得られる位相値を連続化することで、グラフ６の直線のような位相値を算出する。このような位相値の連続化処理は「アンラップ（unwrap）」と呼ばれる。以下の説明において、位相シフト法を用いて撮像画像を基に算出される位相とは、アンラップされた位相を示す。
【００２５】
ここで、試料１ａの計測面の高さが高いほど、撮像画像に現れる照明パターンの周期は長くなり、逆に高さが低いほど、撮像画像に現れる照明パターンの周期は短くなる。このため、グラフ６における位相の変化率は、試料１ａの計測面の高さに応じて変化し、式（２）で表わされる各画素の位相φも、試料１ａの計測面の高さに応じて変化する。本実施の形態の表面検査装置１０は、この原理を利用して、被検試料の計測面における高さの異常を検出する。
【００２６】
以下、図１に戻って説明する。
位相の異なる複数の照明パターン２１ａ〜２１ｄを用いて得られた複数の撮像画像を基に上記の位相が算出されたとき、その位相φは試料の計測面の高さに応じた値となる。そこで、表面検査装置１０の異常検出部１２は、被検試料を撮像した撮像画像３１ａ〜３１ｄを基に算出された第１の位相情報と、基準試料を撮像した撮像画像３２ａ〜３２ｄを基に算出された第２の位相情報とを比較する。なお、位相情報は、例えば、各画素に対して算出された位相φをプロットした位相画像として得ることができ、これは撮像画像における位相の分布を示す。図１に示すグラフ４において、曲線４ａは、撮像画像３１ａ〜３１ｄを基に算出された第１の位相情報を示し、曲線４ｂは、撮像画像３２ａ〜３２ｄを基に算出された第２の位相情報を示す。
【００２７】
被検試料の測定面の高さが１カ所でも基準試料と一致しない場合、第１の位相情報と第２の位相情報とは一致しない。このため、異常検出部１２は、これらの位相情報が一致しない場合に、被検試料の高さに異常があることを検出できる。異常検出部１２は、例えば、計測誤差などの影響を考慮して、第１の位相情報と第２の位相情報とを画素ごとに比較し、位相の差が所定の閾値を超える画素が所定数（ただし１以上）以上検出された場合に、被検試料を不良と判定してもよい。また、異常検出部１２は、例えば、位相の差が閾値を超える画素を、被検試料の測定面における高さの異常箇所と判定することもできる。
【００２８】
以上のように、第１の実施の形態に係る表面検査装置１０によれば、被検試料の鏡面における高さの異常を検出することができる。表面検査装置１０による上記の高さの異常検出方法は、良品との比較によって被検試料の高さの異常を検出するものである。このため、例えば、位相の増加率が変化するといった特定の条件を満たす欠陥領域を検出する方法とは異なり、位相の増加率の変化に関係なく、ある箇所が異常か否かを判別できる。また、被検試料の計測面が平面であっても高さの異常を検出できる。例えば、被検試料の計測面全体の高さが、基準試料より一定量だけ異なる場合でも、高さが異常であることを検出できる。
【００２９】
また、第１の実施の形態によれば、撮像装置３を１台だけ使用して検査できるので、検査のための構成を簡易化でき、検査システムのコストや規模を削減できる。
さらに、例えば、鏡面の表面形状の計測法としては、光干渉法がある。この方法は、サブミクロンオーダでの計測が可能である反面、計測領域が数ミリ平方程度に限定され、また、高さ変化が大きい（例えば１ミリ以上）場合には計測できない。第１の実施の形態によれば、少なくとも数十ミリ平方以上といったより広い領域について、高さの異常を一度に検出できる。しかも、光干渉法よりも簡易なシステム構成によって高さの異常を検出できる。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態として、被検試料の表面の高さが異常か否かだけでなく、正常な高さからどれだけ違っているかを示す高さ差分値も計測可能な検査システムについて説明する。
【００３１】
図４は、第２の実施の形態に係る検査システムの構成例を示す図である。図４に示す検査システムは、ステージ５１、照明光源５２、撮像装置５３、ステージコントローラ５４、照明コントローラ５５、撮像コントローラ５６、制御装置１００および出力装置１００ａを有する。
【００３２】
ステージ５１は、試料６０が配置される水平な上面を有する。また、ステージ５１は、図示しない移動機構によって上下に移動可能になっている。なお、後述するように、ステージ５１の上面には、検査対象となる被検試料、良否判定の基準となる良品の試料（基準試料）の他、高さ算出の基準となる平面鏡が配置される場合がある。
【００３３】
照明光源５２は、照明光源５２の一方向に対する光量が正弦波状に変化する照明パターンを、ステージ５１の上の試料６０に照射する。また、照明光源５２は、照明コントローラ５５の制御の下で、照明パターンの位相を変化させることが可能になっている。照明光源５２は、例えば、プロジェクタや液晶ディスプレイなどの表示装置として実現可能である。撮像装置５３は、ステージ５１の上の試料６０を撮像する。試料６０における高さの計測面は鏡面になっており、撮像装置５３は、試料６０の計測面に照射された照明パターンの虚像を撮像する。撮像装置５３は、例えばシフトレンズを備えることで、試料６０の計測面を歪みを発生させずに撮像できるようになっている。
【００３４】
なお、ステージ５１の高さの上下限やステージ５１の上面の大きさ、照明光源５２の照射面の大きさは、ステージ５１がどの高さであっても、照明光源５２からの照明パターンが試料６０に反射して撮像装置５３に写り込むように設定されている。
【００３５】
ステージコントローラ５４は、制御装置１００の制御の下で、ステージ５１を上下に移動させ、ステージ５１の高さを制御する。照明コントローラ５５は、制御装置１００の制御の下で、照明光源５２に照射させる照明パターンの位相を変化させる。撮像コントローラ５６は、制御装置１００の制御の下で、撮像装置５３の撮像動作を制御し、撮像によって得られた撮像画像を制御装置１００に供給する。
【００３６】
制御装置１００は、検査システム全体を統括的に制御する。制御装置１００は、撮像コントローラ５６から取得した撮像画像に基づいて、試料６０の計測面における高さの異常の有無の判定や、正常な高さとの差分値の演算を実行する。なお、制御装置１００は、図１に示した表面検査装置１０の一例である。出力装置１００ａは、制御装置１００による検査結果を出力する。出力装置１００ａは、例えば、表示装置として実現可能である。
【００３７】
図５は、制御装置のハードウェア構成例を示す図である。制御装置１００は、例えば、図５に示すようなコンピュータとして実現される。
制御装置１００は、プロセッサ１０１によって装置全体が制御されている。プロセッサ１０１は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。また、プロセッサ１０１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＧＰＵ、ＰＬＤのうちの２以上の要素の組み合わせであってもよい。
【００３８】
プロセッサ１０１には、バス１０８を介して、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２と複数の周辺機器が接続されている。
ＲＡＭ１０２は、制御装置１００の主記憶装置として使用される。ＲＡＭ１０２には、プロセッサ１０１に実行させるＯＳ（Operating System）プログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ１０２には、プロセッサ１０１による処理に必要な各種データが格納される。
【００３９】
バス１０８に接続されている周辺機器としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、読み取り装置１０６および通信インタフェース１０７がある。
【００４０】
ＨＤＤ１０３は、制御装置１００の補助記憶装置として使用される。ＨＤＤ１０３には、ＯＳプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、補助記憶装置としては、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの他の種類の不揮発性記憶装置を使用することもできる。
【００４１】
グラフィック処理装置１０４には、表示装置１０４ａが接続されている。グラフィック処理装置１０４は、プロセッサ１０１からの命令にしたがって、画像を表示装置１０４ａの画面に表示させる。表示装置１０４ａとしては、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイなどがある。なお、表示装置１０４ａは、図４の出力装置１００ａの一例である。
【００４２】
入力インタフェース１０５には、入力装置１０５ａが接続されている。入力インタフェース１０５は、入力装置１０５ａから出力される信号をプロセッサ１０１に送信する。入力装置１０５ａとしては、キーボードやポインティングデバイスなどがある。ポインティングデバイスとしては、マウス、タッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボールなどがある。
【００４３】
読み取り装置１０６には、可搬型記録媒体１０６ａが脱着される。読み取り装置１０６は、可搬型記録媒体１０６ａに記録されたデータを読み取ってプロセッサ１０１に送信する。可搬型記録媒体１０６ａとしては、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどがある。
【００４４】
通信インタフェース１０７は、ステージコントローラ５４、照明コントローラ５５、撮像コントローラ５６との間でデータを送受信する。
以上のようなハードウェア構成によって、制御装置１００の処理機能を実現することができる。
【００４５】
図６は、制御装置の処理機能の構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、制御部１２１、位相演算部１２２、良否判定部１２３、高さ演算部１２４および記憶部１２５を有する。制御部１２１、位相演算部１２２、良否判定部１２３および高さ演算部１２４の処理は、例えば、プロセッサ１０１が所定のプログラムを実行することで実現される。記憶部１２５は、例えば、ＲＡＭ１０２の記憶領域として実現される。
【００４６】
制御部１２１は、制御装置１００による試料の検査処理全般を統括的に制御する。例えば、制御部１２１は、撮影条件を設定し、撮像装置５３に画像を撮像させるように撮像コントローラ５６に指示する。撮像条件の設定処理としては、照明光源５２に照射させる照明パターンの位相の設定を照明コントローラ５５に指示する処理や、ステージ５１の高さの設定をステージコントローラ５４に指示する処理がある。制御部１２１は、撮像装置５３によって撮像された撮像画像を撮像コントローラ５６から受信し、記憶部１２５に格納する。
【００４７】
位相演算部１２２は、位相が異なる照明パターンを用いて試料の計測面を撮像した複数の撮像画像に基づいて、各画素の位相を算出する。
良否判定部１２３は、基準試料を撮像した撮像画像を基に算出された位相と、被検試料を撮像した撮像画像を基に算出された位相とに基づいて、被検試料の計測面から高さが異常である位置を検出する。また、良否判定部１２３は、これらの位相に基づいて、被検試料の良否を判定してもよい。例えば、良否判定部１２３は、被検試料の計測面から１カ所でも高さが異常の位置が検出された場合に、被検試料が不良であると判定してもよい。
【００４８】
高さ演算部１２４は、平面鏡を撮像した撮像画像、基準試料を撮像した撮像画像、被検試料を撮像した撮像画像を基にそれぞれ算出された位相に基づいて、被検試料の計測面のうち高さが異常と判定された位置における高さ差分値を算出する。
【００４９】
記憶部１２５は、撮像画像や、高さ差分値を算出するための数式の係数など、制御装置１００の処理で使用される各種のデータを記憶する。
次に、図７は、高さの良否判定方法について説明するための図である。本実施の形態の検査システムでは、第１の実施の形態と同様に、位相シフト法を用いて基準試料６１および被検試料６２のそれぞれについての位相が算出される。
【００５０】
まず、ステージ５１に基準試料６１が配置された状態で、照明光源５２から照明パターンが照射され、撮像装置５３による撮像が行われる。このとき、照明パターンの位相をπ／２（ｒａｄ）ずつシフトしながら、その都度撮像が行われる。制御装置１００の制御部１２１は、照明パターンの位相シフト量が０，π／２，π，３π／２の場合にそれぞれ撮像された撮像画像７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを、撮像コントローラ５６を介して受信する。
【００５１】
また、検査システムでは、ステージ５１に被検試料６２が配置された状態で、照明光源５２から照明パターンが照射され、撮像装置５３による撮像が行われる。このとき、上記と同様に、照明パターンの位相をπ／２（ｒａｄ）ずつシフトしながら、その都度撮像が行われる。制御部１２１は、照明パターンの位相シフト量が０，π／２，π，３π／２の場合にそれぞれ撮像された撮像画像７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを、撮像コントローラ５６を介して受信する。
【００５２】
位相演算部１２２は、撮像画像７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＡが算出されるものとする。なお、プロットされる位相は、アンラップされた位相である。
【００５３】
また、位相演算部１２２は、撮像画像７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＢが算出されるものとする。なお、プロットされる位相は、アンラップされた位相である。
【００５４】
良否判定部１２３は、位相画像ＰＡの位相値と位相画像ＰＢの位相値とを画素ごとに比較する。基準試料６１と被検試料６２とで計測面のある位置の高さが同じであれば、その位置に対応する画素の位相値も同じになる。一方、その位置の高さが異なる場合には、対応する画素の位相値も異なる。
【００５５】
良否判定部１２３は、位相値の差が所定の閾値を超える画素が所定数以上検出された場合に、被検試料６２を不良品と判定する。この判定に用いられる閾値は、例えば、計測誤差の影響などを考慮して決定される。また、良否判定部１２３は、位相値の差が閾値を超えた画素を、高さの異常箇所として抽出することもできる。
【００５６】
図７の例では、基準試料６１の計測面が水平であるが、被検試料６２の計測面の中央付近に凹部が形成されているものとする。図７に示すグラフ８１の破線は、撮像画像７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを基に算出された位相のうち、中央付近での水平ラインに沿った位相の推移を示している。一方、グラフ８１の実線は、撮像画像７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを基に算出された位相のうち、上記と同じ水平ラインに沿った位相の推移を示している。これらの位相の比較により、被検試料６２の計測面に形成された凹部の領域において、高さが異常であることが検出される。
【００５７】
次に、高さの異常が発生した位置における高さ差分値の演算方法について説明する。高さ差分値とは、前述のように、その位置の高さが正しい高さからどれだけ違っているかを示す値である。高さ差分値の演算のためには、まず、算出された位相の情報から高さを算出するための基準を算出する「高さのキャリブレーション」が実行される。
【００５８】
図８は、高さのキャリブレーションについて説明するための図である。第２の実施の形態では、上面の高さが一定である平面鏡を用いてキャリブレーションが実行される。キャリブレーションでは、平面鏡６３が配置されたステージ５１の高さを複数段階に変更し、高さを変更するごとに、位相の異なる照明パターンを用いた撮像が行われる。高さは、最小で２段階に変更されればよい。
【００５９】
例えば、図８の左上に示すように、平面鏡６３の上面の高さ（すなわち、Ｚ軸方向の座標）がｚ１に設定される。この状態において、照明光源５２から照明パターンが照射され、撮像装置５３による撮像が行われる。このとき、照明パターンの位相をπ／２（ｒａｄ）ずつシフトしながら、その都度撮像が行われる。制御装置１００の制御部１２１は、照明パターンの位相シフト量が０，π／２，π，３π／２の場合にそれぞれ撮像された撮像画像７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを、撮像コントローラ５６を介して受信する。
【００６０】
次に、図８の左下に示すように、平面鏡６３の上面の高さがｚ２に設定される。図８の例では、ｚ２＜ｚ１であるものとする。この状態において、照明光源５２から照明パターンが照射され、撮像装置５３による撮像が行われる。このとき、上記と同様に、照明パターンの位相をπ／２（ｒａｄ）ずつシフトしながら、その都度撮像が行われる。制御部１２１は、照明パターンの位相シフト量が０，π／２，π，３π／２の場合にそれぞれ撮像された撮像画像７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを、撮像コントローラ５６を介して受信する。
【００６１】
位相演算部１２２は、撮像画像７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＣ１が算出されるものとする。また、位相演算部１２２は、撮像画像７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＣ２が算出されるものとする。なお、位相画像ＰＣ１，ＰＣ２にそれぞれプロットされる位相は、アンラップされた位相である。
【００６２】
図８に示すグラフ８２において、直線８２ａは、撮像画像７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄに基づいて算出された位相のうち、Ｘ軸方向に対する位相の推移を示している。また、直線８２ｂは、撮像画像７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄに基づいて算出された位相のうち、Ｘ軸方向に対する位相の推移を示している。平面鏡６３の上面は水平であるので、直線８２ａ，８２ｂのように、Ｘ軸方向に対して位相は一定の増加率で増加する。
【００６３】
ここで、撮像画像７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄから算出された位相画像ＰＣ１では、Ｘ軸方向に対する位相の増加率はすべての画素で同一であり、この増加率をｄ１とする。また、撮像画像７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄから算出された位相画像ＰＣ２でも、Ｘ軸方向に対する位相の増加率はすべての画素で同一であり、この増加率をｄ２とする。なお、図８のようにｚ１＞ｚ２の関係がある場合、ｄ１＜ｄ２となる。
【００６４】
ある試料の撮像画像から位相画像が算出され、その位相画像から座標（ｉ，ｊ）におけるＸ軸方向の位相の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）が得られたとき、試料の計測面における座標（ｉ，ｊ）に対応する位置の高さｚ（ｉ，ｊ）は、例えば次の式（３）にしたがって算出される。
ｚ（ｉ，ｊ）＝（ｚ２−ｚ１）＊ｄｘ（ｉ，ｊ）／（ｄ２−ｄ１）−（ｚ２−ｚ１）＊ｄ１／（ｄ２−ｄ１）＋ｚ１      ・・・（３）
制御装置１００の高さ演算部１２４は、基準試料６１を用いて算出された位相画像ＰＣ１を基に、式（３）にしたがって高さｘ（ｉ，ｊ）を算出する。具体的には、位相画像ＰＣ１における座標（ｉ，ｊ）でのＸ軸方向に対する位相の増加率が、式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に代入される。また、高さ演算部１２４は、被検試料６２を用いて算出された位相画像ＰＣ２を基に、式（３）にしたがって高さｘ（ｉ，ｊ）を算出する。具体的には、位相画像ＰＣ２における座標（ｉ，ｊ）でのＸ軸方向に対する位相の増加率が、式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に代入される。高さ演算部１２４は、算出された一方の高さｘ（ｉ，ｊ）から他方の高さｘ（ｉ，ｊ）を減算することで、座標（ｉ，ｊ）における高さ差分値を絶対的な値として算出できる。
【００６５】
次に、制御装置１００における検査制御処理の手順についてフローチャートを用いて説明する。
図９〜図１０は、検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャートである。
【００６６】
［ステップＳ１１］ステージ５１に基準試料がセットされる。
［ステップＳ１２］制御部１２１の制御の下で、照明光源５２から位相が異なる照明パターンが照射され、照明パターンごとに画像が撮像される。制御部１２１は、照明パターンごとの撮像画像を撮像コントローラ５６から受信し、記憶部１２５に格納する。位相演算部１２２は、受信された各撮像画像を基に位相画像ＰＡを算出し、記憶部１２５に格納する。
【００６７】
［ステップＳ１３］ステージ５１に平面鏡がセットされる。
［ステップＳ１４］制御部１２１は、ステージ５１の高さを、あらかじめ決められた複数段階のうちの１つに設定するようにステージコントローラ５４に指示する。ステージコントローラ５４は、ステージ５１の高さを指示された高さに設定する。
【００６８】
［ステップＳ１５］制御部１２１の制御の下で、照明光源５２から位相が異なる照明パターンが照射され、照明パターンごとに画像が撮像される。制御部１２１は、照明パターンごとの撮像画像を撮像コントローラ５６から受信し、記憶部１２５に格納する。位相演算部１２２は、受信された各撮像画像を基に、ｎ番目の高さの段階に対応する位相画像ＰＣｎを算出し、記憶部１２５に格納する。
【００６９】
本実施の形態では、ステージ５１の高さは（ｚ１−ｚ０）と（ｚ２−ｚ０）の２段階に変更されるものとする。ｚ０は、平面鏡の厚さである。これにより、ステップＳ１５が２回繰り返され、高さ（ｚ１−ｚ０）に対応する位相画像ＰＣ１と、高さ（ｚ２−ｚ０）に対応する位相画像ＰＣ２とが算出される。
【００７０】
［ステップＳ１６］高さ演算部１２４は、位相画像ＰＣｎの画素でのＸ軸方向に対する位相の増加率ｄｎを算出する。本実施の形態では、位相画像ＰＣ１から増加率ｄ１が算出され、位相画像ＰＣ２から増加率ｄ２が算出される。
【００７１】
［ステップＳ１７］制御部１２１は、ステージ５１の高さをあらかじめ決められたすべての段階に設定したかを判定する。未設定の段階がある場合、処理がステップＳ１４に進められ、制御部１２１は、ステージ５１の高さが次の段階に変更されるように制御する。一方、すべての段階について設定済みの場合、図１０のステップＳ２１の処理が実行される。
【００７２】
［ステップＳ２１］ステージ５１に被検試料がセットされる。また、制御部１２１は、ステージ５１の高さをステップＳ１１と同じ高さにするようにステージコントローラ５４に指示する。ステージコントローラ５４は、ステージ５１の高さを指示された高さに設定する。
【００７３】
［ステップＳ２２］制御部１２１の制御の下で、照明光源５２から位相が異なる照明パターンが照射され、照明パターンごとに画像が撮像される。制御部１２１は、照明パターンごとの撮像画像を撮像コントローラ５６から受信し、記憶部１２５に格納する。位相演算部１２２は、受信された各撮像画像を基に位相画像ＰＢを算出し、記憶部１２５に格納する。
【００７４】
［ステップＳ２３］制御部１２１は、処理対象の画素を選択する。
［ステップＳ２４］良否判定部１２３は、記憶部１２５に格納された位相画像ＰＡ，ＰＢの情報を参照し、処理対象の画素に対応する位相値を位相画像ＰＡ，ＰＢから抽出する。良否判定部１２３は、位相画像ＰＡから抽出した位相値から、位相画像ＰＢから抽出した位相値を減算することで、位相値の差分を算出する。
【００７５】
［ステップＳ２５］良否判定部１２３は、算出された位相値の差分が所定の閾値を超えているか否かによって、処理対象の画素における高さが異常か否かを判定する。位相値の差分が閾値を超えた場合に、高さが異常であると判定される。高さが異常であると判定された場合、ステップＳ２６の処理が実行され、高さが異常でないと判定された場合、ステップＳ２８の処理が実行される。
【００７６】
［ステップＳ２６］高さ演算部１２４は、位相画像ＰＡの処理対象の画素における、Ｘ軸方向に対する位相の増加率を算出する。高さ演算部１２４は、高さｚ１，ｚ２と増加率ｄ１，ｄ２を用いて生成される式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に対して、算出された増加率を代入する。これにより、基準試料の計測面における、処理対象の画素に対応する位置での高さｚｂ１が算出される。
【００７７】
また、高さ演算部１２４は、位相画像ＰＢの処理対象の画素における、Ｘ軸方向に対する位相の増加率を算出する。高さ演算部１２４は、式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に対して、算出された増加率を代入する。これにより、被検試料の計測面における、処理対象の画素に対応する位置での高さｚｂ２が算出される。
【００７８】
［ステップＳ２７］高さ演算部１２４は、高さｚｂ１から高さｚｂ２を減算することで、処理対象の画素に対応する高さ差分値を算出する。
［ステップＳ２８］制御部１２１は、位相画像におけるすべての画素について処理済みかを判定する。未処理の画素がある場合、処理がステップＳ２３に進められ、未処理の画素が選択される。一方、すべての画素について処理済みの場合、ステップＳ２９の処理が実行される。
【００７９】
［ステップＳ２９］制御部１２１は、ステップＳ２１でセットされた被検試料についての検査結果を、出力装置１００ａを介して出力する。具体的には、制御部１２１は、ステップＳ２５で所定回数以上（すなわち、所定個数以上の画素で）高さが異常と判定された場合に、被検試料が不良品であることを示す情報を出力する。また、この場合、制御部１２１は、高さが異常と判定された各画素について算出された高さ差分値を出力する。
【００８０】
［ステップＳ３０］制御部１２１は、検査を終了するかを判定する。例えば、他の被検試料を用いて検査が行われる場合、処理がステップＳ２１に進められる。一方、検査を終了する場合、制御部１２１は処理を終了する。
【００８１】
図１１は、位相画像の算出手順の例を示すフローチャートである。この図１１の処理は、図９のステップＳ１２，Ｓ１５および図１０のステップＳ２２のそれぞれにおける処理に対応する。
【００８２】
［ステップＳ４１］制御部１２１は、照明光源５２に照射させる照明パターンの位相を設定するように、照明コントローラ５５に指示する。ステップＳ４１が実行されるたびに、位相がπ／２ずつシフトされるように指示される。照明コントローラ５５は、指示された位相の照明パターンを照明光源５２に照射させる。
【００８３】
［ステップＳ４２］制御部１２１は、撮像コントローラ５６に対して、画像を撮像するように指示する。撮像コントローラ５６は、撮像装置５３に画像を撮像させ、得られた撮像画像を制御装置１００に送信する。制御部１２１は、撮像画像を受信して記憶部１２５に格納する。
【００８４】
［ステップＳ４３］制御部１２１は、あらかじめ決められたすべての位相の照明パターンを設定済みかを判定する。未設定の照明パターンがある場合、ステップＳ４１の処理が実行され、すべて設定済みである場合、ステップＳ４４の処理が実行される。
【００８５】
［ステップＳ４４］位相演算部１２２は、記憶部１２５に格納された各撮像画像を基に、位相画像を算出し、記憶部１２５に格納する。
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、被検試料の鏡面における高さの異常を検出することができる。これに加えて、第２の実施の形態によれば、被検試料の鏡面から高さの異常箇所が検出された場合、その箇所の高さが正しい高さからどれだけずれているかを、絶対的な数値として算出することができる。
【００８６】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態に係る検査システムについて説明する。第３の実施の形態に係る検査システムは、第２の実施の形態での検査手順の一部を変更したものである。例えば、第３の実施の形態では、高さ差分値を求めるためのキャリブレーションが、平面鏡ではなく基準試料を用いて実行される点で、第２の実施の形態とは異なる。
【００８７】
第３の実施の形態に係る検査システムのハードウェアや処理機能の基本的な構成は、第２の実施の形態と同様である。そこで、以下、第３の実施の形態に係る検査システムについて、図４、図６の符号を用いて説明する。
【００８８】
図１２は、第３の実施の形態における高さのキャリブレーションについて説明するための図である。第３の実施の形態では、平面鏡の代わりに、基準試料６１を用いてキャリブレーションが実行される。キャリブレーションでは、基準試料６１が配置されたステージ５１の高さを複数段階に変更し、高さを変更するごとに、位相の異なる照明パターンを用いた撮像が行われる。高さは、最小で２段階に変更されればよい。
【００８９】
なお、本実施の形態で使用される基準試料６１については、その計測面の少なくとも一部に高さが一定の水平領域が存在する。そして、被検試料の計測面のうち、水平領域に対応する領域で高さの異常が検出された場合に、その位置での高さ差分を算出することができる。
【００９０】
例えば、図１２の左上に示すように、ステージ５１に基準試料６１が配置され、基準試料６１の計測面における水平領域の高さがｚ１となるようにステージ５１の高さが設定される。計測面に水平領域が複数存在する場合には、例えば、それらのうち面積が最大の水平領域の高さがｚ１となるように調整されればよい。この状態において、照明光源５２から位相をπ／２ずつシフトした照明パターンが照射され、照明パターンごとに撮像装置５３によって撮像が行われる。これにより、照明パターンの位相シフト量がそれぞれ０，π／２，π，３π／２の場合の撮像画像７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄが撮像される。
【００９１】
次に、図１２の左下に示すように、水平面の高さがｚ２となるようにステージ５１の高さが設定される。そして、上記と同様に、照明光源５２から位相をπ／２ずつシフトした照明パターンが照射され、照明パターンごとに撮像装置５３によって撮像が行われる。これにより、照明パターンの位相シフト量がそれぞれ０，π／２，π，３π／２の場合の撮像画像７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄが撮像される。
【００９２】
位相演算部１２２は、撮像画像７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＢ１が算出されるものとする。また、位相演算部１２２は、撮像画像７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄに基づき、前述した式（２）にしたがって画素ごとに位相を算出する。ここでは例として、撮像画像の画素ごとに位相の値がプロットされた位相画像ＰＢ２が算出されるものとする。なお、位相画像ＰＢ１，ＰＢ２にそれぞれプロットされる位相は、アンラップされた位相である。
【００９３】
図１２に示すグラフ８３において、線８３ａは、撮像画像７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄに基づいて算出された位相のうち、Ｘ軸方向に対する位相の推移を示している。また、線８３ｂは、撮像画像７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄに基づいて算出された位相のうち、Ｘ軸方向に対する位相の推移を示している。
【００９４】
図１３は、位相の増加率の決定方法について説明するための図である。高さ演算部１２４は、算出された位相画像ＰＢ１，ＰＢ２に基づいて、前述の式（３）に適用する位相の増加率ｄ１，ｄ２を決定する。ここで、平面鏡を用いて算出された位相画像では、すべての画素における位相の増加率は同一となる。しかし、基準試料６１の計測面は、平面鏡のようにその前面が同じ高さの水平面になっているとは限らない。このため、画素によって位相の増加率が異なる場合がある。
【００９５】
図１３では例として、位相画像ＰＢ１，ＰＢ２のそれぞれの一部領域における位相の増加率を画素にプロットして示している。図１３（Ａ）は、位相画像ＰＢ１の一部領域について示したものであり、図１３（Ｂ）は、位相画像ＰＢ２の同じ領域について示したものである。図１３（Ａ）によれば、位相画像ＰＢ１には、位相の変化率がＤ１の領域とＤ３の領域とがある。また、図１３（Ｂ）によれば、位相画像ＰＢ２には、位相の変化率がＤ２の領域とＤ４の領域とがある。これは、基準試料６１の計測面には、高さが異なる２つの水平領域が存在していることを示す。
【００９６】
位相画像ＰＢ１，ＰＢ２の両方において位相の増加率が同一の画素が連続している場合、それらの画素は水平領域に存在すると判定できる。高さ差分値の算出対象の位置が水平領域にあると判定される場合には、その領域での位相の増加率を式（３）のｄ１，ｄ２に代入できる。しかし、例えば高さが異なる２つの水平領域の境界など、隣接する画素の位相の増加率が異なる場合には、その位置での位相の増加率は高さ差分値の算出に適さない。このため、高さ演算部１２４は、このような位置を避けて高さ差分値を算出する。
【００９７】
次に、第３の実施の形態に係る制御装置１００における検査制御処理の手順についてフローチャートを用いて説明する。
図１４〜図１５は、検査制御処理全体の手順の例を示すフローチャートである。ここでは、図９〜図１０とは異なる処理内容についてのみ説明し、その他の処理内容の説明を省略する。
【００９８】
まず、図１４の処理では、図９に示したステップＳ１２〜Ｓ１７の代わりにステップＳ１４ａ〜Ｓ１７ａが実行される。
［ステップＳ１４ａ］制御部１２１は、基準試料がセットされたステージ５１の高さを、あらかじめ決められた複数段階のうちの１つに設定するようにステージコントローラ５４に指示する。ステージコントローラ５４は、ステージ５１の高さを指示された高さに設定する。
【００９９】
［ステップＳ１５ａ］制御部１２１の制御の下で、照明光源５２から位相が異なる照明パターンが照射され、照明パターンごとに画像が撮像される。制御部１２１は、照明パターンごとの撮像画像を撮像コントローラ５６から受信し、記憶部１２５に格納する。位相演算部１２２は、受信された各撮像画像を基に、ｎ番目の高さの段階に対応する位相画像ＰＡｎを算出し、記憶部１２５に格納する。
【０１００】
本実施の形態では、ステージ５１の高さは（ｚ１−ｚ０’）と（ｚ２−ｚ０’）の２段階に変更されるものとする。ｚ０’は、基準試料の計測面のうち、高さの基準とする水平領域における基準試料の厚さである。これにより、ステップＳ１５ａが２回繰り返され、高さ（ｚ１−ｚ０’）に対応する位相画像ＰＡ１と、高さ（ｚ２−ｚ０’）に対応する位相画像ＰＡ２とが算出される。
【０１０１】
［ステップＳ１６ａ］高さ演算部１２４は、位相画像ＰＡｎの各画素でのＸ軸方向に対する位相の増加率を算出する。
［ステップＳ１７ａ］制御部１２１は、ステージ５１の高さをあらかじめ決められたすべての段階に設定したかを判定する。未設定の段階がある場合、処理がステップＳ１４ａに進められ、制御部１２１は、ステージ５１の高さが次の段階に変更されるように制御する。一方、すべての段階について設定済みの場合、図１５のステップＳ２１ａの処理が実行される。
【０１０２】
次に、図１５の処理では、図１０に示したステップＳ２１，Ｓ２４の代わりにそれぞれステップＳ２１ａ，Ｓ２４ａが実行され、ステップＳ２６の代わりにステップＳ２６ａ，Ｓ２６ｂが実行される。
【０１０３】
［ステップＳ２１ａ］ステージ５１に被検試料がセットされる。また、制御部１２１は、ステージ５１の高さを（ｚ１−ｚ０’）にするようにステージコントローラ５４に指示する。ステージコントローラ５４は、ステージ５１の高さを指示された高さに設定する。
【０１０４】
［ステップＳ２４ａ］良否判定部１２３は、記憶部１２５に格納された位相画像ＰＡ１，ＰＢの情報を参照し、処理対象の画素に対応する位相値を位相画像ＰＡ１，ＰＢから抽出する。良否判定部１２３は、位相画像ＰＡ１から抽出した位相値から、位相画像ＰＢから抽出した位相値を減算することで、位相値の差分を算出する。
【０１０５】
［ステップＳ２６ａ］高さ演算部１２４は、式（３）のｄ１，ｄ２に代入する増加率の値を決定する。この処理では、高さ演算部１２４は、処理対象の画素が水平領域に含まれる場合に、上記の増加率の値を決定する。一方、高さ演算部１２４は、処理対象の画素が水平領域に含まれない場合には、増加率の値の決定と次のステップＳ２６ｂ，Ｓ２７の処理をスキップする。
【０１０６】
処理対象の画素が水平領域に含まれるか否かの判定は、例えば、次のように実行される。高さ演算部１２４は、ステップＳ１６ａで位相画像ＰＡ１から算出された位相の増加率の中から、処理対象の画素と、この画素に対してＸ軸方向に隣接する２つの画素のそれぞれに対応する増加率を抽出する。高さ演算部１２４は、処理対象の画素での増加率が、隣接する各画素での増加率のそれぞれと一致するかを判定する。これとともに、高さ演算部１２４は、ステップＳ１６ａで位相画像ＰＡ２から算出された位相の増加率の中から、処理対象の画素と、この画素に対してＸ軸方向に隣接する２つの画素のそれぞれに対応する増加率を抽出する。高さ演算部１２４は、処理対象の画素での増加率が、隣接する各画素での増加率のそれぞれと一致するかを判定する。
【０１０７】
高さ演算部１２４は、これらのすべての判定で増加率が一致した場合に、処理対象の画素が水平領域に含まれると判定する。この場合、高さ演算部１２４は、位相画像ＰＡ１から算出された、処理対象の画素での増加率を、式（３）のｄ１に代入する値と決定し、位相画像ＰＡ２から算出された、処理対象の画素での増加率を、式（３）のｄ２に代入する値と決定する。
【０１０８】
［ステップＳ２６ｂ］高さ演算部１２４は、ステップＳ１６ａで位相画像ＰＡ１から算出された位相の増加率の中から、処理対象の画素に対応する増加率を抽出する。高さ演算部１２４は、ステップＳ２６ａで決定されたｄ１，ｄ２と、高さｚ１，ｚ２とを用いて生成される式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に対して、抽出された増加率を代入する。これにより、基準試料の計測面における、処理対象の画素に対応する位置での高さｚｂ１が算出される。
【０１０９】
また、高さ演算部１２４は、位相画像ＰＢの処理対象の画素における、Ｘ軸方向に対する位相の増加率を算出する。高さ演算部１２４は、同様の式（３）の増加率ｄｘ（ｉ，ｊ）に対して、算出された増加率を代入する。これにより、被検試料の計測面における、処理対象の画素に対応する位置での高さｚｂ２が算出される。
【０１１０】
以上のような処理により、被検試料の計測面における高さの異常を検出できるとともに、高さが異常と判定された位置での高さが、正しい高さからどれだけずれているかを示す高さ差分値を算出することができる。
【０１１１】
なお、上記の各実施の形態に示した装置（表面検査装置１０および制御装置１００）の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供され、そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記憶装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ（Magneto-Optical disk）などがある。
【０１１２】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【０１１３】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムまたはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムにしたがった処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムにしたがった処理を実行することもできる。また、コンピュータは、ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムにしたがった処理を実行することもできる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  試料
２  照明光源
３  撮像装置
４  グラフ
４ａ，４ｂ  曲線
１０  表面検査装置
１１  画像取得部
１２  異常検出部
２１ａ〜２１ｄ  照明パターン
３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄ  撮像画像
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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