JPH061178B2 - 欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

欠陥検査方法及びその装置

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JPH061178B2
JPH061178B2 JP409085A JP409085A JPH061178B2 JP H061178 B2 JPH061178 B2 JP H061178B2 JP 409085 A JP409085 A JP 409085A JP 409085 A JP409085 A JP 409085A JP H061178 B2 JPH061178 B2 JP H061178B2
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秀明 土井
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光学的に透明な物体(以下「被検査物体」とい
う)の欠陥検査方法に係り、特に、被検査物体表面上の
微小凹凸欠陥を検出するのに好適な欠陥検査方法及びそ
の装置に関する。
〔発明の背景〕
被検査物体を透過する光は、被検査物体の厚みに応じた
位相変化を受ける。位相差顕微鏡は、この位相変化量を
測定することにより、生の細胞や菌あるいは透明基板上
の微小凹凸等の透明で明暗、色調の差に乏しい物体を観
察できるようになつている(参考文献:吉原邦夫著「物
理光学」共立出版1966年131〜135頁)。
第7図は位相差顕微鏡の光学系の原理図であり、被検査
物体7の透過率によつて変調される0次回折光1を背景
強度とし、前述の被検査物体7の屈折率変化あるいは厚
みの変化という位相差量に応じて変調される1次以上の
高次回折光2に位相板9を用いて既述の0次回折光1と
干渉するように1/4波長の位相変化を与え、像面10で被
検査物体7による位相変化を明暗コントラストで観察で
きるようにしたものである。尚、第7図において、3は
光源、4はコレクタレンズ、6はコンデンサレンズ、8
は対物レンズである。
前述の0次回折光1と高次回折光2とを干渉させるため
に、振幅の大きな0次回折光はリングスリット5及び吸
収膜11によつて減衰される。このうち、吸収膜11の吸収
率は、生体観察等の位相差顕微鏡の主たる用途からいつ
て、被検査物体7の忠実度(通常の光学的顕微鏡で観察
した像との類似性)を大きく損わないように90%程度に
してある。このため、被検査物体7の微小な凹凸に対し
て弱いコントラストしか得られないという欠点がある。
前述の吸収膜11の吸収率を高くすると、位相差量すなわ
ち被検査物体7の凹凸量の大きな部分のまわりにハロー
と呼ばれる光環12が生じる。このハローは、前述の吸収
膜11の吸収量が大きい程、また検出物(微小凹凸)の大
きさが小さい程大きく生じる。第8図は、位相差量の小
さい検出物Aに比し、位相差量の大きい検出物Bに大き
なハロー12が生じているところを示している。
透明基板上に例えば回路パターンを描く場合、微小凹凸
が存在すると回路は不良品となる。そこで、微小凹凸存
在有無の確認のためにハローを調べることは有効であ
る。しかし、ハローは、通常、背景信号レベル14に対
する検出信号レベル13と逆のレベルに発生するので、検
出ビデオ信号に対し単一の閾値を設定し信号2値化を行
ったのでは、検出信号レベル13とハロー12の両者を背景
信号レベル14と分離することができない。
この検出信号レベル13とハロー12の両者を背景信号レベ
ル14と分離する方法として、第9図に示すように、高レ
ベル閾値18と低レベル閾値19の2つの閾値を用いて検出
信号を3値化する手法がある。しかし、この3値化を用
いた場合、前記検出信号レベル13とハロー12の両者を背
景信号レベル14と分離することができるが、通常、背景
信号レベルは第10図に示すようなシェーディングと呼
ばれる照明むらの影響を受けるので、雑音等を発生しな
い閾値レベルを設定するのは困難である。
これに対し、アイイ-イ-イ- トランザクション コミュニケ-ションズ シオ-エム(IEE
E Trans.Comm., Com)-26(5),611(1978年)におけるT.フ
キヌキ(Fukinuki)による"ノッチレス バイ レベル クォンタイザ- フォ- ファクシミ
リ アンド イッツ エフェクト オン コ-ディング エッフィシャンシィ(Notchless Bi-l
evel Qnantizer for Facamile and Its Effect on Codi
ng Efficieney)"と題する文献において論じられている
浮動閾値の手法を用いる方法がある。しかし、この浮動
閾値による2値化は、第11図に示すように、シェーデ
ィング等の影響を除去することができるが、このままで
は前記検出信号レベル13とハロー12の両者の背景信号レ
ベル14と分離できないという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、通常の光学顕微鏡では識別不可能な光
学的に透明な被検査物体の表面に存在する平面的に大き
な微小凹凸および小さな微小凹凸の両方を位相差顕微鏡
を用いて顕在化して、しかもシェーディング等の影響を
受けることなく、高感度に検出できるようにした欠陥検
査方法及びその装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、被検査物体を照
明し、該被検査物体の厚さ若しくは屈折率に基づく位相
差量に応じて変調されて得られる回折光の内、0次回折
光をほぼ完全に吸収膜で遮蔽すると共に高次回折光を位
相板により位相の変化を与えて干渉された光像を光電変
換手段で受光して前記被検査物体の厚さ若しくは屈折率
に基づく位相差量に応じて平面的に大きな微小凹凸およ
び小さな微小凹凸を顕在化した位相差濃淡画像信号を検
出し、該検出された位相差濃淡画像信号に対して平均化
信号処理手段により部分的に平均化処理を施すことによ
つて得られた背景を示す滑らかな濃淡画像信号に対して
所定の正および負の閾値を付与して生成した第1および
第2の閾値信号を形成し、該形成された第1および第2
の閾値信号により前記位相差濃淡画像信号に対して閾値
処理して平面的に大きな微小凹凸欠陥および小さな微小
凹凸欠陥の両方を検出することを特徴とする欠陥検査方
法である。また本発明は、被検査物体を照明し、該被検
査物体の厚さ若しくは屈折率に基づく位相差量に応じて
変調されて得られる回折光の内、0次回折光をほぼ完全
に吸収膜で遮蔽すると共に高次回折光を位相板により位
相の変化を与えて干渉された光像を光電変化手段で受光
して前記被検査物体の厚さ若しくは屈折率に基づく位相
差量に応じて平面的に大きな微小凹凸および小さな微小
凹凸を顕在化した位相差濃淡画像信号を検出する位相差
顕微鏡光学系と、該相差顕微鏡光学系の光電変換手段で
検出された位相差濃淡画像信号に対して部分的に平均化
処理を施して背景を示す滑らかな濃淡画像信号を得る平
均化信号処理手段を有し、該平均化信号処理手段によっ
て得られた背景を示す滑らかな濃淡画像信号に対して所
定の正および負の閾値を付与して生成した第1および第
2の閾値値信号形成手段により形成された第1および第
2の閾値信号により前記相差顕微鏡光学系の光電変換手
段で検出された位相差濃淡画像信号に対して閾値処理し
て平面的に大きな微小凹凸欠陥および小さな微小凹凸欠
陥の両方を検出する微小凹凸欠陥検出手段とを備えたこ
とを特徴とする欠陥検査装置である。即ち、本発明で
は、透明な被検査物体の表面上に微小凹凸欠陥が存在し
ていた場合、この欠陥による濃淡画像を明瞭にして、欠
陥検出信号とハローとを背景信号レベルと分離しやすく
し、更に、シェーディング等の影響を受けにくくする。
そこで、微小凹凸欠陥による画像の明暗コントラストを
明瞭とする為、被検査物体を透過照明して得られる回折
光のうち0次回折光を減衰あるいは完全に遮蔽した。そ
して、少なくとも1次あるいはそれ以上の高次回折光に
より被検査物体の像を得、この像から欠陥を検出するよ
うにした。
本発明の実施態様として、検出像を光電変換して欠陥信
号を背景から分離する。これは、例えば第1図に示すよ
うに、背景レベルに対応した閾値レベルから若干高いレ
ベルにシフトした閾値レベルと若干低いレベルにシフト
した閾値レベルの2つの閾値を作成し、これによつて検
出した電気信号を背景と欠陥とに分離すれば、雑音なく
高精度に分離を行うことができる。この分離のための判
定は、検出信号レベルが高レベル閾値より大きいか、あ
るいは低レベル閾値より小さいかを判定すればよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第2図乃至第6図により説明
する。
第2図は検出光学系の構成図である。この検出光学系30
において、透過照明光源22より発せられた透過照明光33
は、コレクタレンズ23、リングスリット24、コンデンサ
レンズ25を通つて被検査物体26を照明する。透過照明光
33によつて、被検査物体26の透過率に基づき主として振
幅変調された0次回折光37と、被検査物体26の厚さある
いは屈折率に基づいて主として試料の位相差量に応じて
振幅変調された高次回折34とが被検査物体26から発せら
れる。高次回折光34は、位相板28によって1/4波長また
は−1/4波長分の位相変化を受け、0次回折光37は、吸
収膜29によって著しく減衰あるいは完全に遮蔽される。
これにより、光電変換素子31の像面上には、主として被
検査物体26の位相差量に応じた濃淡画像が得られ、被検
査物体26上の微小凹凸欠陥を光電変換することができ
る。
この光電変換された信号33は、2値化回路33によって背
景と欠陥とに分離され、検出出力34として出力される。
第3図は2値化回路32の一例を示す。この2値化回路32
は、光電変換信号33順次部分的に積分し、該信号33の平
均値を出力する積分回路40と、積分回路40の出力値及び
閾値レベルVHの和と光電変換信号33とを比較する比較回
路41と、積分回路40の出力値から閾値レベルVLを減じた
値を光電変換信号33と比較してその結果の反転値を出力
する比較回路42と、両比較回路41と42の出力の論理和を
とり検出出力34を出力する論理和回路43とから構成して
ある。
比較回路41は、第4図に示すように、信号33の平均値よ
りレベルVHだけ高い値に設定された高レベル閾値以上の
入力光電変換信号があつたとき、欠陥有りとする検出信
号を出力する。
比較回路42は、信号33の平均値よりレベルVLだけ低い値
に設定された低レベル閾値以下の入力光電変換信号があ
つたとき、欠陥有りとする検出信号を出力する。
このため、両比較回路41,42の出力の論理和をとること
により、欠陥の有無が判定される。
第5図は第2図に示す2値化回路32の第2実施例回路で
ある。
本実施例における2値化回路32は、比較回路45、遅延回
路46等で構成した第1欠陥検出回路47と、比較回路48、
遅延回路49、反転回路50等で構成した第2欠陥検出回路
51と、論理和回路52とで成る。
第1欠陥検出回路47は、比較回路45の入力端子と入
力端子に光電変換信号33が供給され、入力端子には更
に比較回路45の出力が遅延回路46を介して帰還され、
入力端子には更にVH<0レベルが加算されている。
ここで、第1欠陥検出回路47の入力電圧をVi(n)、出力
電圧をV0(n)とする。第5図のA点での電圧はV0(n-1)
ある為、比較回路47の入力側の利得を1/2、入力側
の利得を1に調整すれば、 となる。第1項は入力信号33の部分的な平均値となり、
第2項は入力信号33からレベルVHを減じた値となる。こ
の信号レベルと図に示すと第6図の様になる。従って、
第1欠陥検出回路47は、第6図の例ではハローを検出で
きる。第2欠陥検出回路51の動作も第1欠陥回路47と同
様である。
この為、本実施例では比較回路45,48の各側側の利
得を調整すれば、被検査物体26表面上の微小凹凸を精度
良く検出できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、通常の光学顕微鏡では識別不可能な光
学的に透明な被検査物体の表面に存在する平面的に大き
な微小凹凸および小さな微小凹凸の両方を、位相差顕微
鏡を用いて顕在化されたハロー(光環)および検出信号
レベルの両者を背景信号レベルから分離して検出して、
シェーディング等の影響を受けることなく、高感度に検
出することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の説明図、第2図は本発明の一実施
例を適用した検出光学系の構成図、第3図は第2図に示
す2値化回路のブロック回路図、第4図は第3図に示す
回路の動作説明図、第5図は2値化回路の別実施例のブ
ロック回路図、第6図は第5図に示す回路の動作説明
図、第7図は一般の位相差顕微鏡の光学系構成図、第8
図はハローの説明図、第9図は3値化の説明図、第10
図はシェーディングの説明図、第11図は浮動閾値2値
化の説明図である。 26…被検査物体、29…吸収膜、31…光電変換素子、32…
2値化回路、34…高次回折光、37…0次回折光。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検査物体を照明し、該被検査物体の厚さ
    若しくは屈折率に基づく位相差量に応じて変調されて得
    られる回折光の内、0次回折光をほぼ完全に吸収膜で遮
    蔽すると共に高次回折光を位相板により位相の変化を与
    えて干渉された光像を光電変換手段で受光して前記被検
    査物体の厚さ若しくは屈折率に基づく位相差量に応じて
    平面的に大きな微小凹凸および小さな微小凹凸を顕在化
    した位相差濃淡画像信号を検出し、該検出された位相差
    濃淡画像信号に対して平均化信号処理手段により部分的
    に平均化処理を施すことによって得られた背景を示す滑
    らかな濃淡画像信号に対して所定の正および負の閾値を
    付与して生成した第1および第2の閾値信号を形成し、
    該形成された第1および第2の閾値信号により前記位相
    差濃淡画像信号に対して閾値処理して平面的に大きな微
    小凹凸欠陥および小さな微小凹凸欠陥の両方を検出する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
  2. 【請求項2】被検査物体を照明し、該被検査物体の厚さ
    若しくは屈折率に基づく位相差量に応じて変調されて得
    られる回折光の内、0次回折光をほぼ完全に吸収膜で遮
    蔽すると共に高次回折光を位相板により位相の変化を与
    えて干渉された光像を光電変換手段で受光して前記被検
    査物体の厚さ若しくは屈折率に基づく位相差量に応じて
    平面的に大きな微小凹凸および小さな微小凹凸を顕在化
    した位相差濃淡画像信号を検出する位相差顕微鏡光学系
    と、該相差顕微鏡光学系の光電変換手段で検出された位
    相差濃淡画像信号に対して部分的に平均化処理を施して
    背景を示す滑らかな濃淡画像信号を得る平均化信号処理
    手段を有し、該平均化信号処理手段によつて得られた背
    景を示す滑らかな濃淡画像信号に対して所定の正および
    負の閾値を付与して生成した第1および第2の閾値信号
    を形成する閾値信号形成手段と、該閾値信号形成手段に
    より形成された第1および第2の閾値信号により前記相
    差顕微鏡光学系の光電変換手段で検出された位相差濃淡
    画像信号に対して閾値処理して平均的に大きな微小凹凸
    欠陥および小さな微小凹凸欠陥の両方を検出する微小凹
    凸欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装
    置。
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WO2013141539A1 (en) * 2012-03-21 2013-09-26 Korea Research Institute Of Standards And Science Transparent substrate monitoring apparatus and transparent substrate monitoring method
KR101319555B1 (ko) * 2012-03-21 2013-10-21 한국표준과학연구원 두께 변화 측정 장치 및 두께 변화 측정 방법

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久保田広「波動光学」(1971年2月2日)岩波書店P.426−427

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