JP2007086610A - 微分干渉顕微鏡及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】方向性を有する欠陥であっても、欠陥の方向性に依存することなく欠陥像を撮像できる微分干渉顕微鏡を提供する。
【解決手段】本発明による微分干渉顕微鏡は、試料の微分干渉像を撮像装置(11)により撮像し、その映像信号を画像処理装置に出力する。画像処理装置において、第１のシャーリング方向の第１の微分干渉像と第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向の第２の微分干渉像とを画像合成する。画像合成に際し、第１の微分干渉像と第２の微分干渉像とを２乗和処理して画像合成を行う。２乗和処理により、画像の輝度情報の符号が反転するので、欠陥のエッジの周囲にそって明のリング状の画像部分が形成され、方向性の無い欠陥像が撮像される。
【選択図】図１

Description

本発明は微分干渉顕微鏡、特に欠陥のエッジを鮮明に撮像できる微分干渉顕微鏡に関するものである。
また、本発明は微分干渉顕微鏡を用いた欠陥検査装置、特に半導体ウェハやフォトマスク等の表面に存在する方向性を有する欠陥を高精度に検出できる欠陥検査装置に関するものである。

微分干渉顕微鏡は、光軸方向すなわち試料の深さ方向に高い検出感度を有し、数μｍ程度の微細な凹凸を正確に検出することができ、半導体ウェハやフォトマスク等の表面領域に存在する微細な欠陥を検出する欠陥検査装置に用いることができる。一方、微分干渉顕微鏡は、２本の干渉光の離間方向（横ずらし方向ないしシャーリング方向）にだけしか検出感度を有しないため、シャーリング方向にそって延在する細長い線状欠陥や楕円形状の欠陥を検出するのが困難になる欠点があった。この欠点を解消する微分干渉顕微鏡として、照明光から２本の干渉光を発生させる偏光分離プリズム及び検光子を光軸のまわりで回転できるように設定した微分干渉顕微鏡が既知である（例えば、「特許文献１」参照）。この既知の微分干渉顕微鏡では、偏光分離プリズム及び検光子が光軸のまわりで回転できるため、シャーリング方向を自在に設定でき、多方向から試料の微分干渉像を撮像できる利点がある。

別の微分干渉顕微鏡を用いた欠陥検査装置として、欠陥部の斜面において微分干渉像の輝度が変化する点に着目し、欠陥像の明暗の変化に基づいて欠陥検査を行うことが既知である（例えば、特許文献２参照）。この既知の欠陥検査方法では、微分干渉顕微鏡から出力される微分干渉像について微分処理及び２値化処理を行い、凹状欠陥のエッジ部を除く欠陥内部の輝度変化を検出して欠陥検査が行われている。

特開平５−３０３０４０号公報 特開２００２−３６５２３６号公報

特許文献１に記載の微分干渉顕微鏡では、試料の微分干渉像を多方向から観察できる利点を有するものの、方向性を有する線状欠陥を観察する場合、欠陥の延在方向とシャーリング方向とが一致した場合、欠陥の形状に対応した欠陥像が撮像されない欠点があった。すなわち、微分干渉像は、試料表面に存在する位相差により形成され、１個の欠陥について明部と暗部とが結合された濃淡画像として撮像されるため、細長い線状欠陥の場合明部と暗部とが離間してしまい、欠陥の形状に対応した欠陥像が撮像されない欠点があった。また、このような欠陥については、シャーリング方向を欠陥の形状や方向に対応するように設定し直す必要があった。

半導体ウェハやフォトマスクの表面に形成された欠陥を検査する欠陥検査においては、欠陥の生成要因を分析及び解析するため、欠陥の存在だけを検出するのではなく、欠陥の形状や大きさを正確に検出できることが要求される。しかしながら、特許文献２に記載の欠陥検査装置では、試料の微分干渉像について微分処理及び２値化処理を対としておこなっているため、２値化処理により欠陥のエッジ部分の画像情報が除去されてしまい、欠陥の形状や大きさに対応した画像情報が得られない欠点があった。また、予め定めた１つのシャーリング方向の微分干渉像しか撮像されないため、シャーリング方向によっては欠陥が検出されたり又は検出されない場合があり、欠陥の個数を正確に計数できない欠点もあった。このように、欠陥の形状や大きさ並びに欠陥の個数を正確に検出できないことは、微細な欠陥を観察する微分干渉顕微鏡として致命的な欠点である。

本発明の目的は、方向性を有する欠陥であっても、欠陥の方向性に依存することなく欠陥像を撮像できる微分干渉顕微鏡を提供することにある。
本発明の別の目的は、欠陥の大きさ及び形状を正確に検出できる微分干渉顕微鏡を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、欠陥の個数を正確に計数できる微分干渉顕微鏡を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、方向性を有する欠陥であっても高精度に欠陥検出することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。

本発明による微分干渉顕微鏡は、
照明光を発生する光源装置と、
前記照明光から所定のシャーリング方向に離間した２つの照明ビームを発生すると共に試料から出射した2つのビームを合成して干渉光を発生する微分干渉光学系と、
微分干渉光学系から出射した２つの照明ビームを試料に向け投射する対物レンズと、
前記微分干渉光学系から出射した干渉光を検出する検光子と、
検光子からの出射光を受光して試料の微分干渉像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置から出力される映像信号について画像処理を行い、画像処理されたビデオ信号を出力する画像処理装置とを具え、
前記画像処理装置は、第１のシャーリング方向の第１の微分干渉像と第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向の第２の微分干渉像とを合成して合成画像を出力する画像合成手段を有し、当該画像合成手段は、前記第１の微分干渉像と第２の微分干渉像について２乗和処理を行うことを特徴とする。

凹状及び凸状の欠陥の微分干渉像は、シャーリング方向にそって明及び暗の濃淡画像として撮像される。そこで、本発明では、シャーリング方向が互いに直交する第１及び第２のシャーリング方向の微分干渉像を撮像する。これら微分干渉像は、画像処理装置において、２乗和処理を用いて画像合成する。この２乗和処理により、画像の符号成分が除去されるため、暗の画像部分は反転して明の画像部分に変換される。この結果、欠陥のエッジにそって明のリング状の画像が形成され、欠陥の周縁部が鮮明な欠陥像を出力することができる。特に重要なことは、一方向に延在する方向性欠陥の場合、２乗和処理を行うことにより、方向性が除去された欠陥像が形成されることである。この結果、線状及び楕円状の欠陥についても、欠陥の方向性に依存することなく実際の欠陥の形状及び大きさに対応した形状及び大きさの欠陥像を鮮明に撮像することができる。

本発明による微分干渉顕微鏡の好適実施例は、リターデーション量をπ／２に設定して微分干渉像を撮像することを特徴とする。リターデーション量をπ／２に設定して微分干渉像を撮像することにより、２乗和処理により得られる明の画像部分と暗の画像部分の輝度成分がほぼ等しくなる利点がある。

本発明による微分干渉顕微鏡の好適実施例は、第１及び第2のシャーリング方向でそれぞれ撮像された画像の輝度をそれぞれＩx及びＩyとし、中立値をそれぞれＩxo及びＩyoとした場合、前記画像合成手段は、式
Ｉ＝（Ｉx−Ｉxo）^２＋（Ｉy−Ｉyo）^２
に基づいて2乗和処理を実行することを特徴とする。上記式より明らかなように、２乗和処理により欠陥の方向性に依存しない欠陥像を出力することができる。

本発明による微分干渉顕微鏡の別の好適実施例は、画像処理装置は、さらに、前記合成画像について２値化処理する手段を有し、２値化された合成画像を出力することを特徴とする。

本発明による微分干渉顕微鏡の別の好適実施例は、画像合成手段と２値化手段との間に空間フィルタを配置し、合成画像についてエッジ強調処理をおこなってから２値化処理を行うことを特徴とする。例えば微分処理のようなエッジ強調処理を行うことにより、エッジ部が一層鮮明な欠陥像を出力することができる。尚、２つの微分干渉像について空間フィルタ処理を行ってエッジ部を一層鮮明に処理してから画像合成処理を行うことも可能である。

本発明による微分干渉顕微鏡の別の好適実施例は、２値化処理の後に埋め込み処理を行い、リング状の画像の内側領域を当該リング状画像とほぼ同一の輝度に修正することを特徴とする。この埋め込み処理を行うことにより、リング状の欠陥像が白又は黒の一様な画像濃度の欠陥像に変換されるため、欠陥の面積が明確になり、欠陥判定処理が一層容易になる。

本発明による微分干渉顕微鏡の別の好適実施例は、微分干渉光学系をノマルスキープリズムで構成したことを特徴とする。

本発明による微分干渉顕微鏡の好適実施例は、微分干渉光学系及び検光子を光軸のまわりで回転させる回転駆動機構を有し、前記第１のシャーリング方向の微分干渉像を撮像し、微分干渉光学系及び検光子を光軸のまわりで９０°回転させて第２のシャーリング方向の微分干渉像を撮像することを特徴とする。

本発明による微分干渉顕微鏡の別の好適実施例は、微分干渉光学系を、第１のシャーリング方向に相互に離間した２つの照明ビームを形成すると共に試料から出射した２つの光を合成して干渉光を形成する第１の微分干渉光学系と、第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向に離間した２つの照明ビームを形成すると共に試料から出射した２つの光を合成して干渉光を形成する第２の微分干渉光学系とが並列配置された光学装置で構成し、
前記光学装置を光路中に挿脱する手段を有し、前記第１及び第２の微分干渉光学系を選択的に光路中に挿脱することにより前記第１及び第２の微分干渉像を撮像することを特徴とする。

本発明による撮像方法は、微分干渉顕微鏡を用いて試料像を撮像する撮像方法であって、
第１のシャーリング方向の第１の微分干渉像を撮像する工程と、
第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向の第２の微分干渉像を撮像する工程と、
前記第１の微分干渉像と第２の微分干渉像とを画像合成する工程とを具え、
前記画像合成工程において、第１の微分干渉像と第２の微分干渉像との２乗和を求めることにより画像合成を行うことを特徴とする。

本発明による撮像方法の好適実施例は、第１及び第２の微分干渉像を、リターデーション量をπ／２に設定して撮像し、
前記画像合成工程により出力される合成画像について２値化する工程を有し、 ２値化された合成画像を出力することを特徴とする。

本発明による欠陥検査装置は、請求項１から９までのいずれか１項に記載の微分干渉顕微鏡を用い、当該微分干渉顕微鏡から出力されるビデオ信号を用いて欠陥判定を行う欠陥判定手段を有することを特徴とする。本発明による微分干渉顕微鏡は、形状及び大きさが実際の欠陥の形状及び大きさにほぼ対応した欠陥像を撮像することができるので、欠陥の生成要因を分析及び解析するために極めて有用な欠陥検査装置を実現することができる。しかも、方向性を有する欠陥であっても、方向性に依存しない欠陥像を撮像できるので、種々の形状やサイズの欠陥について明瞭に欠陥判定することができる。特に重要なことは、実際の欠陥の形状及び大きさに対応した形状及び大きさの欠陥像を撮像することができるので、欠陥検査の際検出感度を高く設定することなく欠陥検出を行うことができ、この結果、疑似欠陥の発生も防止される。尚、欠陥判定手段は、欠陥候補画像の面積を求める手段を有し、欠陥候補の面積を所定の閾値と比較して欠陥判定を行うことが可能である。

本発明による欠陥検査方法は、試料表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
欠陥検査すべき試料の表面を光ビームで2次元走査して欠陥の候補及びそのアドレスを求める工程と、
微分干渉顕微鏡により、前記欠陥候補のアドレス又はその近傍の表面領域を第１のシャーリング方向で第１の微分干渉像を撮像すると共に第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向で第２の微分干渉像を撮像する工程と、
前記第１及び第２の微分干渉像について２乗和処理を行って画像合成する工程と、
得られた合成画像の面積を所定の閾値と比較することにより欠陥か否か判定することを特徴とする。

本発明による欠陥検査方法の好適実施例は、画像合成処理を行った後、２値化処理及び埋め込み処理を行ってから欠陥判定を行うことを特徴とする。

本発明においては、シャーリング方向が互いに直交する２つの微分干渉像について、２乗和処理により画像合成しているので、画像の輝度に関する符号情報が除去された欠陥像を出力することができる。すなわち、明の画像部分と暗の画像部分とが結合した濃淡の微分干渉像について、暗の画像部分は明の画像部分に反転した画像に変換されるので、欠陥の外周にそって明瞭なリング状の欠陥像を出力することができる。この結果、形状及び大きさが実際の欠陥の形状等にほぼ一致した欠陥像が撮像される。特に、方向性を有する欠陥について、方向性が除去される欠陥像を出力することができる。

初めに、本発明による微分干渉顕微鏡の原理について説明する。図１は本発明による微分干渉顕微鏡の撮像原理を説明するための線図である。図１Ａは撮像すべき欠陥の一例を示すものであり、例えば半導体ウェハのような平坦な試料表面上に微小な凸状の欠陥が存在するものとする。この凸状欠陥の微分干渉像を図１Ｂに示し、左側の図面はシャーリング方向をｘ方向に設定し、右側の図面はシャーリング方向をｘ方向と直交するｙ方向に設定して撮像したものである。撮像時のリターデーション量はπ／２に設定する。微分干渉顕微鏡による凸状欠陥及び凹状欠陥の微分干渉像は、シャーリング方向にそって明（高輝度）の画像部分と暗（低輝度）の画像部分とが結合された濃淡画像として撮像される。すなわち、図１Ｂの左側の図面において、微分干渉像は、ｘ方向にそって明の画像部分１と、暗の画像部分２と、これらの画像部分の中間に位置する中間濃度（グレイ）の画像部分３とから構成される。同様に、図１Ｂの右画像の図面において、微分干渉像は、ｙ方向にそって明の画像部分１と、暗の画像部分２と、これらの画像部分の中間に位置する中間濃度（グレイ）の画像部分３とから構成される。尚、リターデーション量はπ／２に設定しているため、バックグランドも中間濃度（中立値）となる。

本発明では、2次元ＣＣＤから出力されるビデオ信号を処理する画像処理装置において、シャーリング方向が直交する２つの微分干渉像を合成して合成画像を作成する。この画像合成処理において、以下の式に基づいて２乗和処理を実行する。
Ｉ＝{（Ｉx−Ｉxo）^２＋（Ｉy−Ｉyo）^２ }^１／２
ここで、Ｉxはシャーリング方向がｘ方向の微分干渉像の輝度を表し、Ｉyはシャーリング方向がｙ方向の微分干渉像の輝度を表し、Ｉxo及びＩyoは例えばバックグランウドの輝度値に対応する中立値を表す。２乗和処理に基づく画像合成の結果として得られる合成画像を図１Ｃに示す。画像合成処理において、各輝度値Ｉx及びＩyと中立値Ｉxo及びＩyoとの差分が２乗されるため、暗の画像部分３は明の画像に変換される。この結果、凸状欠陥のエッジのほぼ全周にわたってリング状の明の画像部分が形成され、形成される明のリング状画像部分の外周は凸状欠陥のエッジの外周にほぼ対応する。従って、シャーリング方向がｘ及びｙ方向に設定された微分干渉像を２乗和処理を行って画像合成することにより、欠陥のエッジ部の画像情報を明瞭に含む欠陥像を撮像することができる。

さらに、必要に応じて２値化処理を行うことにより、一層鮮明な欠陥像を形成することができる。

尚、当該説明においては、凸状欠陥を例にして説明したが、勿論凹状欠陥の場合も同様である。すなわち、凹状の欠陥も明部と暗部とか結合した微分干渉像が撮像されるので、欠陥のエッジの画像情報を明瞭に含む欠陥像を撮像することができる。

図２は、欠陥の例として、ｘ方向に延在する凹状の線状欠陥を例にしたものである。図２Ａは線状欠陥の形態を示す斜視図であり、図２Ｂはシャーリング方向をｘ方向及びｙ方向に設定した撮像した微分干渉像である。図２の右側に示すように、シャーリング方向と線状欠陥の延在方向とが直交する場合、明の画像部分と暗の画像部分とが結合した微分干渉像が形成される。しかしながら、図２Ｂの左側に示すように、シャーリング方向と欠陥の延在方向とが一致した場合、暗の画像部分と明の画像部分とが離間していまい、欠陥か否か判定することが困難である。

このような方向性を有する線状欠陥であっても、２乗和処理による画像合成を行うことにより、図２Ｃに示すように、線状欠陥のエッジ部の全周にそってリング状の明の画像が形成され、エッジが明瞭にされた線状欠陥像を形成することができる。すなわち、シャーリング方向が互いに直交する２つの方向から撮像した微分干渉像について、２乗和処理による画像合成を行うことにより、欠陥のエッジ部の画像情報が明瞭にされ、方向性の無い欠陥画像を形成することができる。

図３は本発明による微分干渉顕微鏡の第１実施例を示す線図である。レーザ光源１から発生したレーザ光をＸ−Ｙスキャナ２により2次元走査して照明光を形成する。照明光はλ／４板３により円偏光に変換され、レーザ光源から試料に向かう光と試料から出射した光とを分離するビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４で反射した照明光は微分干渉光学系（偏光分離素子）５に入射する。本例では、微分干渉光学系５はノマルスキープリズムで構成し、リターデーション量はπ／２に設定する。微分干渉光学系５から第１の方向（紙面内方向）に所定のシャー量だけ離間した常光線及び異常光線の２本の干渉光が出射する。２本の干渉光は対物レンズ６に入射し、Ｘ−Ｙステージ７上に載置した試料８に垂直に入射する。試料として、例えば微細な欠陥を検査する必要がある半導体ウェハ、ICパターン付きのウェハ、位相シフトマスク、カラーフィルタ、ガラス基板、サラミック基板等とすることができる。試料表面に微細な凹状ないし凸状の欠陥が存在する場合、凹凸の大きさに対応して２本の干渉光間に位相差が発生する。

試料８の表面で反射した２つの反射光は、再び対物レンズ６を経て微分干渉光学系５に入射し、合成されて干渉光となり出射する。干渉光はビームスプリッタ４を透過し、検光子９に入射する。検光子９は任意の方位角に設定することができ、クロスニコル又は平行ニコルとなるように設定する。検光子から出射した光は結像レンズ１０を経て撮像装置である2次元ＣＣＤ１１に入射する。従って、試料表面の微分干渉像が撮像装置１１により撮像され、出力されるビデオ信号は後述する信号処理回路に供給する。

ノマルスキープリズム５及び検光子９の支持枠は平歯車の対を介して回転軸１２にそれぞれ連結し、回転軸１２はモータ１３に連結し、モータの回転量をエンコーダ１４により検出する。従って、モータ１３の回転によりノマルスキープリズム５及び検光子９は光軸のまわりで回転することができ、種々のシャーリング方向に離間した２つの干渉光を用いて試料の微分干渉像を撮像することができる。

2次元ＣＣＤ１１から出力されるビデオ信号を処理する画像処理装置の一例を示す線図である。2次元ＣＣＤ１１から出力されるビデオ信号は増幅器２０により増幅され、スィッチング手段２１を介して第１及び第２の画像メモリ２２及び２３に格納される。例えば、第１の画像メモリ２２には第１のシャーリング方向で撮像した第１の微分干渉像を格納し、第２の画像メモリ２３には第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向で撮像した第２の微分干渉像を格納する。

第１の画像メモリに格納された第１の微分干渉像を表すビデオ信号は第１の減算器２４に供給され、中立値Ｉxoだけ減算され、第２の画像メモリ２３に格納された第２の微分干渉像を表すビデオ信号は第の２減算器２５に供給され、中立値Ｉyoだけ減算される。中立値だけ減算された2つの画像信号は、平方処理手段２６及び２７にそれぞれ供給されて、2乗処理される。2乗された画像信号は加算手段２８において加算され、画像合成される。さらに必要に応じて平方根処理手段２９において平方根処理され、図１Ｃ及び図２Ｃに示す、Ｉ＝{(Ｉx−Ｉxo)^２＋(Ｉy−Ｉyo)^２ }^１／２ の輝度情報が各画素毎に得られる。

平方根処理手段２９から出力される合成画像信号は、欠陥のエッジ部分は明の画像であり、欠陥の内部及びバックグラウンドは中間濃度であるため、２値化手段３０により２値化処理を行い、より鮮明な欠陥像を形成する。

尚、必要に応じて埋め込み処理を行い、欠陥の周囲にそって形成されるリング状の明の画像部分の内側領域をほぼ同一輝度に変換することができる。この埋め込み処理により、欠陥像の大きさを一層鮮明に認識することができ、欠陥検査装置に有用な画像信号を出力することができる。

さらに、２値化手段３０の前段に空間フィルタを配置し、欠陥のエッジ部を一層強調してから２値化処理することも可能である。

次に、本発明による欠陥検査方法について説明する。図５は本発明による欠陥検査方法の一連の工程を示すフローチャートである。初めに、例えばコンフォーカル顕微鏡を用い、欠陥検査すべき試料の全面を光ビームにより2次元走査して欠陥の候補及びそのアドレスを検出する（ステップ１）。

次に、検査すべき試料を図１に示す微分干渉顕微鏡のステージ上に配置する。そして、欠陥候補のアドレスを用い、顕微鏡の視野を欠陥候補が視野内に入るようにステージを設定する。この状態で、第１のシャーリング方向に設定して第１の微分干渉像を撮像する（ステップ２）。

次に、微分干渉光学系及び検光子を回転させて第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向に設定して第２の微分干渉像を撮像する（ステップ３）。

次に、画像処理装置において、第１の微分干渉像と第２の微分干渉像について２乗和処理を行い、画像合成処理を行う（ステップ４）。

画像合成の後、２値化処理を行う。この２値化処理において、リターデーションがπ／２の際の輝度をしきい値として２値化することができる。

２値化処理の後、埋め込み処理を行い、欠陥候補のリング状の画像の内側領域を同一輝度で埋め込む。

２値化処理の後、欠陥判定を行い、欠陥候補が真の欠陥であるか又は疑似欠陥であるかの判定を行う（ステップ７）。欠陥判定に際し、例えば面積比較により欠陥判定を行うことができる。すなわち、埋め込み処理された合成画像を構成する画素数を計数し、閾値と比較する。閾値以上の画素数の場合欠陥であると判定することができる。別の欠陥判定方法として、合成画像の縦軸方向の長さと横軸方向の長さとの比率を求め、求めた縦横比が所定の閾値を超えるか否かを以て欠陥か否か判断することができる。さらに、欠陥像の形状等の特徴に基づいて欠陥判定することができる。

図６は本発明による微分干渉顕微鏡の変形例を示す線図である。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、微分干渉光学系として、シャーリング方向が直交する２つの偏光分離プリズム５０及び５１を用い、これら２つの偏光分離プリズム５０及び５１をアクチュウエータ５２により光路内に挿脱することによりシャーリング方向が異なる２つの微分干渉像を撮像する。すなわち、第１の偏光分離プリズム５０と第２の偏光分離プリズム５１とを支持枠（図示せず）により固定し、連結ロッドを介してアクチュエータ５２に連結する。例えば、第１の偏光分離プリズム５０のし方向を紙面内方向とし、第２の偏光分離プリズム５１のシャーリング方向を紙面と直交する方向に設定する。そして、アクチュエータにより２つの偏光分離プリズムを光路内に挿脱する。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、微分干渉光学系としてノマルスキープリズムを用いたが、例えばウォルストンプリズム等の種々の偏光分離プリズムを用いることができる。
また、上述した実施例では、照明光源としてレーザと2次元スキャナーとの組み合わせを用いたが、キセノンランプや水銀ランプ等の面照明を行う光源装置を用いることも可能である。
さらに、上述した実施例では、２つの微分干渉像を直接画像合成したが、２つの微分干渉像について空間フィルタ処理を行ってエッジ部分について強調処理してから画像合成することも可能である。
さらに、上述した実施例では、微分干渉光学系及び検光子を回転させてシャーリング方向が直交する２つの微分干渉像を撮像したが、試料を支持するステージとして回転可能なｘｙ−θステージを用い、ステージを対物レンズの光軸の周りで９０°回転させてシャーリング方向が直交する２つの微分干渉像を撮像することも可能である。この場合、微分干渉光学系及び検光子を回転させる回転機構は不要である。

凸状欠陥の微分干渉像を本発明による画像処理を行った場合に得られる画像を模式的に示す図である。 線状欠陥の微分干渉像を本発明による画像処理を行った場合に得られる画像を模式的に示す図である。 本発明による微分干渉顕微鏡の一例を示す線図である。 画像処理装置の一例を示す線図である。 本発明による欠陥検査方法の一連の工程を示すフローチャートである。 本発明による微分干渉顕微鏡の変形例を示す線図である。

符号の説明

１ レーザ
２ ＸＹスキャナ
３ １／４波長板
４ ビームスプリッタ
５ 微分干渉光学系
６ 対物レンズ
７ 試料ステージ
８ 試料
９ 検光子
１０ 結像レンズ
１１ 2次元ＣＣＤ
２０ 増幅器
２１ スィッチング素子
２２ 第１の画像メモリ
２３ 第２の画像メモリ
２４ 第１の減算器
２５ 第２の減算器
２６，２７ 平方処理手段
２８ 加算器
２９ 平方根処理手段
３０ ２値化手段

Claims (15)

1. 照明光を発生する光源装置と、
   前記照明光から所定のシャーリング方向に離間した２つの照明ビームを発生すると共に試料から出射した2つのビームを合成して干渉光を発生する微分干渉光学系と、
   微分干渉光学系から出射した２つの照明ビームを試料に向け投射する対物レンズと、
   前記微分干渉光学系から出射した干渉光を検出する検光子と、
   検光子からの出射光を受光して試料の微分干渉像を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置から出力される映像信号について画像処理を行い、画像処理されたビデオ信号を出力する画像処理装置とを具え、
   前記画像処理装置は、第１のシャーリング方向の第１の微分干渉像と第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向の第２の微分干渉像とを合成して合成画像を出力する画像合成手段を有し、当該画像合成手段は、前記第１の微分干渉像と第２の微分干渉像について２乗和処理を行うことを特徴とする微分干渉顕微鏡。
2. 請求項１に記載の微分干渉顕微鏡において、リターデーション量をπ／２に設定して微分干渉像を撮像することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
3. 請求項２に記載の微分干渉顕微鏡において、第１及び第2のシャーリング方向でそれぞれ撮像された画像の輝度をそれぞれＩx及びＩyとし、中立値をそれぞれＩxo及びＩyoとした場合、前記画像合成手段は、式
   Ｉ＝（Ｉx−Ｉxo）^２＋（Ｉy−Ｉyo）^２
   に基づいて2乗和処理を実行することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
4. 請求項１、２又は３に記載の微分干渉顕微鏡において、前記画像処理装置は、さらに、前記合成画像について２値化処理する手段を有し、２値化された合成画像を出力することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
5. 請求項４に記載の微分干渉顕微鏡において、前記画像合成手段と２値化手段との間に空間フィルタを配置し、合成画像についてエッジ強調処理をおこなってから２値化処理を行うことを特徴とする微分干渉顕微鏡。
6. 請求項４又は５に記載の微分干渉顕微鏡において、前記２値化処理の後に埋め込み処理を行い、リング状の画像の内側領域を当該リング状画像と同一の輝度に修正することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の微分干渉顕微鏡において、前記微分干渉光学系をノマルスキープリズムで構成したことを特徴とする微分干渉顕微鏡。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の微分干渉顕微鏡において、前記微分干渉光学系及び検光子を光軸のまわりで回転させる回転駆動機構を有し、前記第１のシャーリング方向の微分干渉像を撮像し、微分干渉光学系及び検光子を光軸のまわりで９０°回転させて第２のシャーリング方向の微分干渉像を撮像することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
9. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の微分干渉顕微鏡において、前記微分干渉光学系を、前記第１のシャーリング方向に相互に離間した２つの照明ビームを形成すると共に試料から出射した２つの光を合成して干渉光を形成する第１の微分干渉光学系と、第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向に離間した２つの照明ビームを形成すると共に試料から出射した２つの光を合成して干渉光を形成する第２の微分干渉光学系とが並列配置された光学装置で構成し、
   前記光学装置を光路中に挿脱する手段を有し、前記第１及び第２の微分干渉光学系を選択的に光路中に挿脱することにより前記第１及び第２の微分干渉像を撮像することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
10. 微分干渉顕微鏡を用いて試料像を撮像する撮像方法であって、
    第１のシャーリング方向の第１の微分干渉像を撮像する工程と、
    第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向の第２の微分干渉像を撮像する工程と、
    前記第１の微分干渉像と第２の微分干渉像とを画像合成する工程とを具え、
    前記画像合成工程において、第１の微分干渉像と第２の微分干渉像との２乗和を求めることにより画像合成を行うことを特徴とする撮像方法。
11. 請求項１０に記載の撮像方法において、前記第１及び第２の微分干渉像は、π／２のリターデーション量で撮像され、
    前記画像合成工程により出力される合成画像について２値化する工程を有し、
    ２値化された合成画像を出力することを特徴とする撮像方法。
12. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の微分干渉顕微鏡を用い、当該微分干渉顕微鏡から出力されるビデオ信号を用いて欠陥判定を行う欠陥判定手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
13. 請求項１２に記載の欠陥検査装置において、前記欠陥判定手段は、欠陥候補画像の面積を求める手段を有し、欠陥候補画像の面積を所定の閾値と比較して欠陥判定を行うことを特徴とする欠陥検査装置。
14. 試料表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
    欠陥検査すべき試料の表面を光ビームで2次元走査して欠陥の候補及びそのアドレスを求める工程と、
    微分干渉顕微鏡により、前記欠陥候補のアドレス又はその近傍の表面領域を第１のシャーリング方向で第１の微分干渉像を撮像すると共に第１のシャーリング方向と直交する第２のシャーリング方向で第２の微分干渉像を撮像する工程と、
    前記第１及び第２の微分干渉像について２乗和処理を行って画像合成する工程と、
    得られた合成画像の面積を所定の閾値と比較することにより欠陥か否か判定することを特徴とする欠陥検査方法。
15. 請求項１４に記載の欠陥検査方法において、前記画像合成処理を行った後、２値化処理及び埋め込み処理を行ってから欠陥判定を行うことを特徴とする欠陥検査方法。