JP2015225015A - 欠陥判定装置及び欠陥判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料からの散乱光を撮像した画像に現れる輝度の高い部分（判定対象）が試料の内部の欠陥に対応するものかそれ以外の原因によるものかを判定することのできる欠陥判定装置及び欠陥判定方法を提供する。
【解決手段】レーザ光を試料１に照射するレーザ発生部２及び照射用光学系３と、当該試料１からの散乱光を撮像する撮像部５及び観察用光学系４と、照射用光学系３及び観察用光学系４と試料１とを相対的に移動させる移動機構と、撮像部５により時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行う欠陥判定部６３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を試料に照射し、当該試料からの散乱光を撮像して、当該当該撮像画像に含まれる判定対象が試料内部の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定装置及び欠陥判定方法に関するものである。

従来、レーザ光を試料に照射し、当該試料からの散乱光を撮像し、撮像した画像に対して所定の画像処理を施し、この画像処理結果に基づいて試料の内部の欠陥の密度分布などを判定する欠陥判定装置及び欠陥判定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この欠陥判定装置及び欠陥判定方法は、９０度散乱法を用いるものであり、試料の内部に欠陥がある場合には、この欠陥によって光が散乱し、他の部分よりも輝度が高くなることから、この散乱光を撮像することによって欠陥粒子などの二次元配置を反映した二次元画像を得るようになっている。

特許第２６０４６０７号公報

しかしながら、試料からの散乱光を撮像した画像には、試料の内部の欠陥によって光が散乱して輝度が高くなっている部分と、試料表面の凹凸等に起因する迷光のように、試料の内部の欠陥以外の原因によって輝度が高くなっている部分とがある。
単に散乱光を１つの画像として撮像しただけでは、輝度の高い部分が、試料の内部の欠陥に起因するものか、それ以外の迷光等に起因するものかの判別がしにくい。
このため、散乱光を撮像した画像から欠陥の位置や密度等を正確に把握することができないという問題がある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、試料からの散乱光を撮像した画像に現れる輝度の高い部分（判定対象）が試料の内部の欠陥に対応するものかそれ以外の原因によるものかを判定することのできる欠陥判定装置及び欠陥判定方法を提供することを目的とするものである。

第１の手段は、
レーザ発生部と照射用光学系とを備えレーザ光を試料に照射するレーザ照射手段と、
観察用光学系と撮像部とを備え当該試料からの散乱光を撮像する撮像手段と、
前記照射用光学系及び前記観察用光学系と前記試料とを相対的に移動させる移動機構と、
前記撮像手段により時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が前記試料の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行う欠陥判定手段と、
を備えていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記欠陥判定手段は、前記判定対象の輝度値の変化がガウス分布を示す場合に当該判定対象を前記試料の内部の欠陥に対応するものであると判定することを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、前記照射用光学系は、レーザ光のビーム径を絞る集光用レンズを備え、
前記観察用光学系は、観察用レンズを介して前記試料からの散乱光を撮像するものであって、
前記試料、前記観察用レンズ及び前記集光用レンズを液体で浸漬して、前記試料と前記観察用レンズとの間、及び前記集光用レンズと前記試料との間を前記液体で満たしたことを特徴とする。

第４の手段は、
レーザ照射手段及び撮像手段の光学系と試料とを相対的に移動させながら、
前記レーザ照射手段によりレーザ光を試料に照射して、
前記撮像手段により当該試料からの散乱光を撮像し、
時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が前記試料の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行うことを特徴とする。

本発明に係る欠陥判定装置及び欠陥判定方法によれば、取得タイミングの異なる複数の画像に現れる判定対象の試料からの散乱光を撮像した画像に現れる輝度の高い部分が試料の内部の欠陥に対応するものかそれ以外の原因によるものかを判定することができる。

本発明の一実施形態である欠陥判定装置の要部構成を示すブロック図である。 ９０度散乱法の原理を説明する概略図である。 本実施形態における撮像部により取得される画像の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図３に示す関心領域から抽出した分割画像を示す図である。 図４（ａ）〜（ｆ）に示す各分割画像に現れた判定対象の走査方向における位置を合わせた様子を示す説明図である。 （ａ）は、判定対象αの三次元的な輝度値を示す模式図であり、（ｂ）は、判定対象βの三次元的な輝度値を示す模式図である。 本実施形態における欠陥判定処理を示すフローチャートである。

図１から図７を参照しつつ、本発明に係る欠陥判定装置及び欠陥判定方法の一実施形態について説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態である欠陥判定装置の構成を示すブロック図である。
同図において、符号１は欠陥判定装置１００による欠陥判定の対象である試料（被検物体）を指示している。
本実施形態では、円板状のシリコンウェーハをほぼ半分に劈開したものを試料１とする場合を例として説明している（図２等参照）。
なお、欠陥判定装置１００によって欠陥判定を行うことが可能な試料１は、半分に劈開されたシリコンウェーハに限定されず、各種の試料について欠陥判定を行うことができる。

欠陥判定装置１００は、試料１に照射すべきレーザ光を発生するレーザ発生部２と、レーザ発生部２で発生したレーザ光を試料１に照射する照射用光学系３と、試料１の内部の欠陥によって散乱された散乱光を観察するための観察用光学系４と、観察用光学系４を経た光を結像させる撮像部５と、装置各部を制御する制御部６とを備えている。
また、この欠陥判定装置１００は、試料１を載せるためのＸＹＺステージ７と、駆動部８ａ，８ｂ，８ｃと、制御部６の各種制御処理に用いられる各種プログラム及びデータを記憶する記憶部９と、液晶ディスプレイ等によって構成され欠陥判定のために必要な各種画像等を表示するための表示部１０と、マウスやキーボード等によって構成され各種指令を入力するための入力部１１とを備えている。

本実施形態において、レーザ発生部２は、例えば１〜１．４μｍ程度の波長のレーザ光を照射するものである。
レーザ発生部２によって照射可能なレーザ光は、ここに例示したものに限定されないが、試料１がシリコンウェーハである場合、この内部を観察するためには、シリコンの内部を透過するレーザ光を用いる必要があり、これにはシリコン内を透過した際の吸収の少ない１〜１．４μｍ程度の波長のレーザ光が有効である。

照射用光学系３は、レーザ発生部２から照射されたレーザ光を、光量をそのままに絞る（Focusing）、すなわちレーザ光のビーム径を細くするものである。
照射用光学系３は、試料１に対向する集光用レンズ３ａを備えている。レーザ発生部２から照射され照射用光学系３に入射したレーザ光は、この集光用レンズ３ａによって絞られ、ビーム径が細くなる。これにより、試料１に照射されるレーザ光の単位面積当たりの光強度を上げることができる。
本実施形態では、レーザ発生部２及び照射用光学系３により、レーザ光を試料１に照射するレーザ照射手段が構成されている。

観察用光学系４は、例えばオートフォーカス機構を装備した顕微鏡である。観察用光学系４は、試料１に対向する観察用レンズ（対物レンズ）４ａを備えている。
撮像部５は、観察用光学系４を介して入射する光を受光する撮像部受光面５ａを有し、試料１内の欠陥等によって散乱された散乱光の画像を撮像するカメラである。
撮像部受光面５ａは、光電変換素子（フォトダイオード）等で構成される撮像素子（半導体のイメージセンサ）であり、入射した光を検出して電荷を発生させ、電気信号として出力させる。
本実施形態では、観察用光学系４及び撮像部５により試料１からの散乱光を撮像する撮像手段が構成されている。
撮像部５から出力された電気信号は、後述する制御部６の画像処理部６２に送られる。
本実施形態では、撮像部５は、レーザ光による走査（スキャン）が行われている間、連続的に撮像を行うようになっている。なお、撮像部５は、連続的に撮像を行うものに限定されず、所定間隔で静止画像を取得するものであってもよい。
なお、前述のように、レーザ発生部２から照射されるレーザ光は、シリコン内での吸収の少ない１〜１．４μｍ程度の波長であることが好ましく、この場合、シリコンを用いたＣＣＤ撮像素子ではこの波長のレーザ光の吸収が少なくなってしまう。このため、撮像部５には、１〜１．４μｍ程度の波長のレーザ光でも光の吸収が大きいＩｎＧａＡｓを撮像素子に用いた方がＱＥ（量子効率）が高く、欠陥判定を行うのに有利である。
なお、仮にＩｎＧａＡｓを撮像素子に用いることで撮像部５で生じるノイズが多くなったとしても、例えば試料１のある状態で撮像した画像から試料１のない状態で撮像した画像を差し引きして撮像部５に起因するノイズをカットする等の画像処理を後述の画像処理部６２において行うことにより、ノイズによる画像の劣化を改善することができる。

本実施形態の欠陥判定装置１００においては、試料１と、照射用光学系３のうち試料１に対向する集光用レンズ３ａと、観察用光学系４のうち試料１に対向する観察用レンズ４ａとが液体Ｌによって浸漬されている。すなわち、集光用レンズ３ａと試料１との間、及び、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体Ｌで満たされている。このような構成を実現するため、図１に示すように、ＸＹＺステージ７上に液体Ｌを入れた浴槽１２を設置し、この液体Ｌ内に試料１、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを浸漬させている。
この場合、使用される液体としては水や油が挙げられ、好適には、試料１の屈折率により近い屈折率の高い油が使用される。例えば、試料１がシリコンの場合に使用される液体の具体的を挙げれば、純水（屈折率１．３３）、イマージョンオイル（屈折率１．５１）やアニソール（屈折率１．５１）等が挙げられる。勿論、液体はこれらに限定されるものではない。

また、本実施形態の欠陥判定装置１００は、９０度散乱法によって試料１にレーザ光を照射した際に生じる散乱光の画像を取得し、当該画像に含まれる判定対象が試料１内部の欠陥に対応するものか否かを判定する欠陥判定処理を行うものである。
画像に含まれる判定対象とは、画像中の他の部分の背景輝度とは明らかに異なる輝度値を示す部分である。
試料１の内部に欠陥が存在すると、外部から照射されたレーザ光がこの欠陥で散乱し、試料１から散乱した散乱光を撮像した場合、画像中、当該内部欠陥に対応する部分が特に高い輝度値を示す。また、試料１にレーザ光を照射した場合、主として試料表面でのレーザ光の散乱（例えば、試料１の表面に存在する凹凸や試料１の角部等によるレーザ光の散乱等）に起因する迷光等が生じた場合にも高い輝度値を示す。
このため、判定対象には、試料１内に存在する欠陥によって散乱された散乱光に対応する部分の他に、こうした試料１の内部の欠陥以外に起因する迷光等に対応する部分が含まれている。
欠陥判定装置１００は、このように各種要因で生ずる輝度値の高い部分（判定対象）の中から試料１内部の欠陥に対応するものを判別する。

ここで、欠陥判定装置１００によって実行される９０度散乱法の原理を簡単に説明する。
この９０度散乱法においては、図１及び図２に示すように、レーザ発生部２により発生し試料１の第１の面Ｆ１に照射されるレーザ光の照射方向と、試料１の第２の面Ｆ２から出た散乱光を撮像部５に導く観察用光学系４のレンズの光軸とがほぼ直交するように、照射用光学系３や観察用光学系４等が配置される。
例えば、本実施形態における試料１である半分に劈開されたシリコンウェーハでは、第１の面Ｆ１としてはウェーハ面である面、第２の面Ｆ２としては劈開面である面が選択される。そして、レーザ発生部２により発生し照射用光学系３の集光用レンズ３ａによりビーム径が絞られたレーザ光が試料１の第１の面Ｆ１に照射され、レーザ光の照射によって試料１の第２の面Ｆ２から出た散乱光が観察用光学系４の観察用レンズ４ａを介して撮像部５に入射し、光電変換素子で構成される撮像部５の撮像部受光面５ａの上に結像される。
なお、この９０度散乱法においては、レーザ光を試料１に対して走査（スキャン）させなければならないことから、試料１と光学系とを相対移動させる必要がある。そこで、本実施形態の欠陥判定装置１００では、試料１を液体Ｌが満たされた浴槽１２内に基台１３を介して固定し、光学系である照射用光学系３及び観察用光学系４の一部を浴槽１２の上方から浴槽１２内の液体Ｌに浸漬し、ＸＹＺステージ７にて試料１を移動（図２において−Ｘ方向に沿って移動）させることにより、試料１に対して照射用光学系３及び観察用光学系４を相対移動させることができる構造としている。なお、試料１と光学系（すなわち、照射用光学系３及び観察用光学系４）とを相対的に移動させることが可能な構造であるならば、この構造に限定されないことは言うまでもない。

９０度散乱法においては、まず、試料１にレーザ光を照射し撮像部５の撮像部受光面５ａに一定時間露光し、散乱情報を得る。その後試料１を−Ｘ方向に移動させ、相対的に試料１に対してレーザ光をＸ方向に沿って１ライン分スキャンさせる。そして、同様に一定時間露光する。このような動作を繰り返して所定の領域をスキャンさせる。この間、試料１の表面Ｆ１とＦ２を、例えばオートフォーカス機構によって、一定に保つようにする。
なお、図２にはレーザ光の走査方向が矢印Ａで示されており、試料１を図２の−Ｘ方向に移動させることにより、Ａ方向に走査（スキャン）を行う場合を図示している。また、図２では撮像部受光面５ａで結像された散乱光の画像の一例を示している。
以上のようにして、図３に示すような、試料１の内部の欠陥によって散乱された散乱光に対応する画像部分等、判定対象となる部分を含む画像が得られる。これが９０度散乱法の原理である。そして、後述するように、制御部６の欠陥判定部６３によりこの画像に基づいて欠陥の判定が行われる。

制御部６は、ＣＰＵ等によって構成され、記憶部９に記憶された各種プログラムやデータに従って各種処理や制御を行う。
図１に示すように、本実施形態では、制御部６は、機能的に見た場合、本体制御部６１、画像処理部６２、欠陥判定部６３を備えている。これらの機能は、制御部６のＣＰＵと記憶部９に記憶されたプログラムとの共働によって実現される。

本体制御部６１は、駆動部８ａ，８ｂ，８ｃ、記憶部９、表示部１０及び入力部１１を統括制御する。
駆動部８ａは、本体制御部６１の制御下で、ＸＹＺステージ７を駆動させる。本実施形態において、駆動部８ａは、試料１が載置されたＸＹＺステージ７を光学系（すなわち、照射用光学系３及び観察用光学系４）に対して相対的に移動させるようになっており、照射用光学系３及び観察用光学系４と試料１とを相対的に移動させる移動機構として機能する。
また、駆動部８ｂは、本体制御部６１の制御下で、レーザ発生部２を駆動させる。
さらに、駆動部８ｃは、本体制御部６１の制御下で、観察用光学系４を駆動させるとともに、撮像部５を駆動させる。

画像処理部６２は、撮像部５の撮像動作により、撮像部受光面５ａの光電変換素子によって光電変換され、電気信号として出力された画像のデータについて所定の画像処理を行うものである。
画像処理部６２は、例えば、画像中、欠陥判定を阻害する背景輝度を削減させたり、撮像部５に起因するノイズを除去する等の画像処理を行う。
画像処理部６２は、画像のデータについて画像処理を行うと、これを記憶部９等に記憶させる。

欠陥判定部６３は、撮像結果（すなわち、撮像部５の撮像部受光面５ａに結像され画像処理部６２において処理された画像のデータ）に基づいて、画像に含まれている判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものであるか否かを判定する欠陥判定処理を行うものである。
すなわち、欠陥判定部６３は、撮像手段である撮像部５により時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行う欠陥判定手段である。
具体的には、欠陥判定部６３は、記憶部９等に記憶されている画像のデータ内に他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在するか否かを判断し、明らかに輝度値の異なる部分がある場合には、これを判定対象とする。そして、当該判定対象を含む所定領域を関心領域（図３において「ＲＯＩ」とする。）とし、当該関心領域について取得された画像から取得タイミングの異なる複数の画像を抽出して、当該複数の画像に現れる判定対象の経時的変化を見ることによって当該判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものか否かを判定する。

レーザ光が試料１の内部の欠陥を通過する際には、欠陥部分において大きな光の散乱が生じる。このため、散乱光を撮像した画像のうち、欠陥部分の中央部に対応する部分では輝度が高く、周辺部にいくに従って徐々に輝度が低下しており、全体として点対称のような分布を示す。そして、この場合の輝度分布は、一次元的にはガウス分布（Gaussian distribution）又はこれに近似する分布を示す。
これに対して、迷光等、試料１の内部の欠陥以外の原因により輝度が高くなっている場合には、周辺部では輝度が低下するが、中央部の輝度が必ずしも高いわけではない。また、その輝度分布の規則性は明確でなく、点対称のような分布を示すわけではない。
欠陥判定部６３は、このような輝度分布の違いから、欠陥判定を行うものであり、画像中の判定対象の輝度値の変化がガウス分布を示す場合には、試料１の内部の欠陥に対応するものであると判定し、画像中の判定対象の輝度値の変化がガウス分布を示さない場合には、迷光等、試料１の内部の欠陥以外に起因するものであると判定する。

次に、本実施形態に係る欠陥判定方法について、図２から図７を参照しつつ説明する。
この欠陥判定装置１００、及び、この欠陥判定装置１００によって実行される欠陥判定方法によれば、次のようにして欠陥の判定が行われる。
すなわち、レーザ発生部２で発生されたレーザ光は照射用光学系３に入り、照射用光学系３の集光用レンズ３ａによってビーム径が絞られる。ここで、「絞る」とは、前述のように、光量はそのままにビーム径を細くすることを言う。
そして、集光用レンズ３ａによってビーム径が絞られたレーザ光は液体Ｌ中を通り、図２に示すように試料１の第１の面Ｆ１に照射される。
この第１の面Ｆ１に照射されたレーザ光はその一部が第１の面Ｆ１で反射されるが、大部分が試料１の内部に導かれ、試料１の内部の欠陥等で散乱される。
そして、第１の面Ｆ１から入射した光のうち第２の面Ｆ２から出た散乱光は液体Ｌ中を経て観察用レンズ４ａで集められ、観察用光学系４の他の光学素子を経て撮像部５に到達し撮像部受光面５ａに結像される。
そして、この撮像部５で光電変換が行われ、この光電変換により撮像部５で生成された電気信号が画像のデータとして制御部６の画像処理部６２（図１参照）に送られる。
画像処理部６２は、記憶部９に記憶された画像処理用のプログラムやデータに従って、このデータ（電気信号）に所定の画像処理を施し、画像処理後のデータを記憶部９に記憶させる。
なお、本体制御部６１は、当該画像データに基づく画像を表示部１０に表示させてもよい。

図３及び図７に示すように、欠陥判定部６３は、記憶部９に記憶されている画像のデータについて、他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在するか否かを判断する（ステップＳ１）。そして、他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在している場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）には、当該部分を、欠陥判定を行う判定対象とする（ステップＳ２）。
そして、判定対象がある場合には、当該判定対象を含む所定領域を関心領域（図３において「ＲＯＩ」とする。）として設定する（ステップＳ３）。
例えば、図３では、欠陥判定部６３により設定された関心領域内に他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が２か所（図３等において、上方に位置する判定対象を「α」、中央部に位置する判定対象を「β」とする。）存在している。
欠陥判定部６３によって設定される関心領域の画像幅（すなわち、図３におけるＲＯＩの横幅）は特に限定されないが、例えば、撮像部５によって１回に撮像できる撮像可能幅と同じ幅である。

次に、欠陥判定部６３は、当該関心領域について取得された画像から取得タイミングの異なる複数の画像（これを以下「分割画像」という。）を抽出する（ステップＳ４）。
このとき、すべての分割画像中に判定対象が含まれるように、欠陥判定部６３は、例えば判定対象のほぼ中央部にレーザ光が照射された瞬間の画像を中心に、その前後のタイミングで取得された複数の画像を分割画像として抽出する。
１つの判定対象の判定を行うためにどの程度の時間間隔でいくつの分割画像を抽出するかは特に限定されないが、例えば、判定対象の幅方向の中心を挟んだ前後について１msecごとの分割画像を抽出する。なお、どの程度の時間間隔で画像を抽出するかは、判定（検出）したい欠陥の大きさによって異なり、細かい欠陥について判定したい場合にはより長い時間間隔でかつ短い移動間隔で画像を抽出する。
図３では、判定対象α，βの幅方向（図３における横方向）のほぼ中心にレーザ光が照射された時点を「ｄ」とした場合に、「ｄ」よりも３msec前の時点を「ａ」、「ｄ」よりも２msec前の時点を「ｂ」、「ｄ」よりも１msec前の時点を「ｃ」とし、「ｄ」よりも１msec後の時点を「ｅ」、「ｄ」よりも２msec後の時点を「ｆ」とする。
図４（ａ）〜図４（ｆ）は、図３に示した「ａ」〜「ｆ」の各時点における分割画像を示したものである。
本実施形態では、判定対象を含む１つの関心領域について「ａ」〜「ｆ」の各時点における６つの分割画像を抽出する場合を例として説明する。
また、図６（ａ）は判定対象αの三次元的輝度分布を模式的に示した例であり、図６（ｂ）は判定対象βの三次元的輝度分布を模式的に示した例であって、図中の「ａ」〜「ｆ」は、図３に示した「ａ」〜「ｆ」及び図４（ａ）〜図４（ｆ）にそれぞれ対応している。

欠陥判定部６３は、関心領域について複数の分割画像を抽出すると、各分割画像を時系列に従って並べ、各分割画像の撮影された時間のずれ量に基づいて、各判定対象α，βの走査方向Ａにおける位置をずらし、図５に示すように、各判定対象α，βの走査方向Ａにおける平面位置が同じとなるように揃える（ステップＳ５）。
そして、欠陥判定部６３は、各判定対象α，βについて、時系列に沿う複数の分割画像に現れる経時的変化を見ることによって当該判定対象α，βが試料１の内部の欠陥に対応するものか否かの判定を行う。
具体的には、欠陥判定部６３は、各判定対象α，βの輝度値の経時的変化が、入射するビーム形に対応した所定のガウス分布を示すか、及び所定の位置近傍でピークを示すか否かを判断する（ステップＳ６）。
例えば、記憶部９等に予めガウス分布のモデルを格納しておき、欠陥判定部６３は、各判定対象α，βの輝度値の変化をこのモデルにフィッティングすることにより、ガウス分布を示すものであるか否かを判断する。
なお、欠陥判定部６３による判断の手法は上記の例に限定されず、例えば各判定対象α，βの輝度値の経時的変化が、ピークとなる点を中心に見た場合にほぼ対称となっているか非対称であるかを判断し、ほぼ対称である場合にはガウス分布を示すものであると判定してもよい。
また、ここでいう輝度値の経時的な変化は、各分割画像における判定対象の全体の輝度値の合計値又は平均値の経時的変化であってもよいし、各分割画像における判定対象の輝度の広がり（輝度分布）の経時的変化であってもよい。

図３、図４（ａ）〜図４（ｆ）及び図６（ａ）に示すように、判定対象αは、分割画像に現れる経時的変化を見た場合に、輝度の低い状態から徐々に輝度が高くなり、「ｄ」の時点においてピークに達した後、再び徐々に輝度が低くなっており、輝度値の変化が全体としてガウス分布を示している。このため、欠陥判定部６３は、判定対象αを試料１の内部の欠陥に対応するものであると判定する（ステップＳ７）。なお、輝度分布として見た場合にも判定対象αは、輝度分布の広がりは変わらず輝度が高くなっていき、「ｄ」の時点においてピークに達した後、再び徐々に輝度が下がっていく、輝度分布の変化が全体としてガウス分布を示している。
欠陥判定部６３によって判定対象が欠陥に対応するものであると判断された場合には、試料１の内部であって当該判定対象の画像に対応する三次元的な位置に欠陥があることが分かる。
試料１の内部に存在する欠陥は、ＸＹＺの全方向に広がりを持つ三次元的なものであり、このような欠陥により散乱した散乱光も三次元的な広がりを持って捉えることができる。本実施形態では、レーザ光が欠陥の周縁部をかすめた時点（例えば「ａ」時点や「ｆ」時点）の画像からレーザ光が欠陥の中央部を貫いた時点（例えば「ｄ」時点）の画像というように、撮影タイミングの異なる複数の画像によって判定対象の輝度値又は輝度分布の変化を見ることにより、疑似的に三次元的な欠陥像を捉えることができる。
これに対して、図３、図４（ａ）〜図４（ｆ）及び図６（ｂ）に示すように、判定対象βは、分割画像に現れる経時的変化を見た場合に、「ｄ」の時点において最も輝度が高くなっているが、必ずしも「ａ」の時点の輝度が最も低いわけではない。また、輝度分布の規則性は明確でなく、輝度値の変化はガウス分布を示さない。このため、欠陥判定部６３は、判定対象βを迷光等、試料１の内部の欠陥以外に起因するものであると判定する（ステップＳ８）。なお、輝度分布として見た場合にも判定対象βは、「ｄ」の時点において最も輝度分布が広がっているが、必ずしも「ａ」の時点の輝度分布の広がりが最も狭いわけではなく、輝度分布の変化はガウス分布を示さない。

欠陥判定部６３は、判定結果を記憶部９等に記憶させ（ステップＳ９）、欠陥判定処理を終了する。
なお、判定結果は表示部１０等に表示させてもよい。
また、画像内に他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在しないと判断する場合（ステップＳ１；ＮＯ）にも、欠陥判定部６３は、欠陥判定処理を終了する。
なお、画像内に他にも他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在する場合には、当該部分を、次に欠陥判定を行う判定対象とし（ステップＳ２）、以下同様の処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態に係る欠陥判定装置１００、及びこの欠陥判定装置１００によって実行される欠陥判定方法によれば、以下のような効果が得られる。
すなわち、本実施形態では、試料１に対してレーザ光を照射してその散乱光を撮像することにより画像を取得し、得られた画像のうち、他の部分の背景輝度と明らかに輝度値の異なる部分が存在するか否かを欠陥判定部６３が判断する。そして、明らかに輝度値の異なる部分（判定対象）がある場合には、当該判定対象が含まれる画像から取得タイミングの異なる複数の画像（分割画像）を抽出し、この複数の分割画像に現れる判定対象の輝度値の経時的変化を見ることによって当該判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものか否かを判定する。
試料１に照射したレーザ光の散乱光を撮像した場合、試料１の内部に欠陥がある場合と、それ以外の原因による迷光が現れた場合とは、いずれも他の部分とは輝度値の異なる部分として現れ、画像上区別しにくい。特に欠陥のサイズが小さい場合には、判定対象が試料１の内部の欠陥に起因するものか迷光等のノイズに起因するものかを判別しづらい。
しかし、試料１の内部に欠陥がある場合と迷光とでは、輝度値の経時的な変化の仕方が明らかに異なる。このため、取得タイミングの異なる複数の画像に現れる判定対象の輝度値の経時的変化を見ることで判定対象が試料１の内部の欠陥に起因するものか迷光等に起因するものかを適切かつ容易に区別でき、仮に欠陥のサイズが小さい場合であっても、試料１の内部に欠陥があるか否かを確実に調べることができる。
また、本実施形態では連続的に取得された１つの画像から複数の分割画像を抽出するため、試料１にレーザ光を照射しながら１回走査を行うだけで、複数回の走査を行った場合と同等の効果が得られ、迅速かつ正確な欠陥検出が可能となる。
また、本実施形態では、試料１の内部の欠陥に起因する場合に、輝度値の変化がガウス分布を示すことに着目し、判定対象の輝度値の経時的な変化が所定のガウス分布の広がりを示すか否かを見ることでそれが試料１の内部の欠陥に対応するものか否かの判定を行っている。このため、判定基準が明確であり、より正確な欠陥判定を行うことができる。
また、本実施形態では、集光用レンズ３ａを出たレーザ光は液体Ｌ中を経て試料１の第１の面Ｆ１に導かれるので、レーザ光が空気中を経て試料１の第１の面Ｆ１に導かれる場合と比べて、第１の面Ｆ１での反射が少なくなり、試料１内に導かれる光量が増大する。これにより、撮像画像に現れる判定対象の輝度値の変化が分かり易く欠陥判定を行うのに有利である。
さらに、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体Ｌで満たされているため、観察用レンズ４ａの開口数ＮＡが向上する。その結果、撮像画像の分解能が向上し、高感度で欠陥判定を行うことができる。
また、観察用レンズ４ａの開口数ＮＡが向上するため、受光量及び欠陥輝度を高めることができる。このことは、逆に言えば、同じ撮像画像の分解能を得ようとするならば、レーザ光の入射光量を低減できることを意味している。そして、入射光量を低減させることとすれば、それに起因するＰＬ光の発生を抑制することができる。
また、レーザ光を集光用レンズ３ａによって絞っているため迷光が生じにくくなる。
さらに、試料１が液体Ｌで浸漬されているため、高屈折率の試料１の場合の表面での反射率を低減することで、試料１の表面での乱反射を低減し、背景輝度の低減を図ることができる。このため、判定対象の輝度値の変化が分かり易く欠陥判定を行うのに有利である。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施形態では、まず画像中に判定対象（他の部分と輝度値が明らかに異なる部分）があるか否かを判断し、判定対象がある場合に、当該判定対象を含む所定の範囲を関心領域と設定する場合を例示したが、関心領域の設定の仕方はこれに限定されない。
例えば、試料１からの散乱光を撮像した画像全体について順次関心領域（ＲＯＩ）を設定し、各関心領域内に判定対象が存在するか否かを判断していってもよい。

また、本実施形態では、連続的に撮像された画像のうち関心領域部分の画像から取得タイミングの異なる複数の画像を抽出して分割画像に現れる判定対象の輝度値の経時的変化を見て欠陥判定を行う場合を例示したが、判定対象の輝度値の経時的変化を見る手法はこれに限定されない。
例えば、画像は所定間隔で取得された静止画像でもよい。
静止画像を取得してこれに基づいて欠陥判定を行う場合には、判定対象を含む画像を時系列に沿って複数枚抽出し、当該複数の画像に現れる判定対象の輝度値の経時的変化を見て欠陥判定を行ってもよい。
この場合にも判定対象の輝度値の経時的変化を見ることにより、判定対象が試料１の内部の欠陥に対応するものであるか否かを判定することができる。

また、本実施形態では、照射用光学系３のうち試料１に対向する集光用レンズ３ａと、観察用光学系４のうち試料１に対向する観察用レンズ４ａとが液体によって浸漬されている。そして、集光用レンズ３ａと試料１との間、及び、試料１と観察用レンズ４ａとの間が液体で満たされており、試料１についてもその全体が液体によって浸漬されている場合が例示したが液浸の手法はこれに限定されない。
例えば、試料１、照射用光学系３及び観察用光学系４が液面に対して傾斜しており、試料１の端部の一部だけが液体に浸漬されている状態で撮影を行ってもよい。

また、本実施形態では、９０度散乱法を用いて撮像を行う場合を例示したが、撮像を行う手法はこれに限定されない。
例えば、液浸の斜入射観察法を用いて撮像を行ってもよい。
この場合には、試料１の表面の斜め上方からレーザ光を試料１に照射し、試料１の表面に垂直な方向に配された観察用光学系４を介して欠陥像を結像させる構成とする。なお、観察用光学系４は試料１の表面に垂直な方向に配置されたものに限定されず、観察用光学系４を試料１の法線方向に対して傾斜して配置してもよい。
そして、この場合にも、集光用レンズ３ａ及び観察用レンズ４ａを液体に浸漬させることで、試料１を移動したことに伴って生じる波面揺れの影響をなくすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態には限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることは言うまでもない。

１００ 欠陥判定装置
１ 試料
２ レーザ発生部
３ 照射用光学系
３ａ 集光用レンズ
４ 観察用光学系
４ａ 観察用レンズ
５ 撮像部
６ 制御部
６２ 画像処理部
６３ 欠陥判定部
７ ＸＹＺステージ
８ａ，８ｂ，８ｃ 駆動部
９ 記憶部

Claims (4)

1. レーザ発生部と照射用光学系とを備えレーザ光を試料に照射するレーザ照射手段と、
   観察用光学系と撮像部とを備え当該試料からの散乱光を撮像する撮像手段と、
   前記照射用光学系及び前記観察用光学系と前記試料とを相対的に移動させる移動機構と、
   前記撮像手段により時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が前記試料の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行う欠陥判定手段と、
   を備えていることを特徴とする欠陥判定装置。
2. 前記欠陥判定手段は、前記判定対象の輝度値の変化がガウス分布を示す場合に当該判定対象を前記試料の内部の欠陥に対応するものであると判定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥判定装置。
3. 前記照射用光学系は、レーザ光のビーム径を絞る集光用レンズを備え、
   前記観察用光学系は、観察用レンズを介して前記試料からの散乱光を撮像するものであって、
   前記試料、前記観察用レンズ及び前記集光用レンズを液体で浸漬して、前記試料と前記観察用レンズとの間、及び前記集光用レンズと前記試料との間を前記液体で満たしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の欠陥判定装置。
4. レーザ照射手段及び撮像手段の光学系と試料とを相対的に移動させながら、
   前記レーザ照射手段によりレーザ光を試料に照射して、
   前記撮像手段により当該試料からの散乱光を撮像し、
   時系列に沿って撮像された画像を複数枚取得して、当該複数枚の画像中、他の部分と異なる輝度値を示す判定対象について、輝度値の経時的な変化を見ることにより、当該判定対象が前記試料の内部の欠陥に対応するものであるか否かの欠陥判定を行うことを特徴とする欠陥判定方法。