JP5900187B2

JP5900187B2 - 表面傷検査装置及び表面傷検査方法

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Publication number: JP5900187B2
Application number: JP2012144795A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　健司; 健司佐藤; 杉原　淳; 杉原　　淳
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-06-27
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Description

本発明は、物体表面の傷を検査する表面傷検査装置及び表面傷検査方法に関し、特に、物体表面に光を当てたときに撮像装置が撮像する物体表面の画像に基づいて物体表面の傷を検査する表面傷検査装置及び表面傷検査方法に関する。

従来、水晶ブランク等の透明基板の平滑な表面にある傷をＣＣＤカメラで撮像し、撮像した画像に基づいてその表面にある傷を検査する傷検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この傷検査装置は、リング状照明手段によって、透明基板の表面に対して比較的小さい照射角度で四方八方から同時に光を当て、その表面にある傷を光学的に浮かび上がらせたところをＣＣＤカメラで撮像する。そのため、この傷検査装置は、その透明基板の表面にある傷の方向にかかわらず、その傷を光学的に強調することができ、確実にその傷を検出できるようにする。

特開平９−２８８０６３号公報

しかしながら、特許文献１の傷検査装置は、透明基板の裏面が粗面である場合に対処することができない。透明基板の裏面が粗面である場合、その裏面がリング状照明手段からの光を散乱し、表面にある傷による散乱光と裏面による散乱光との区別を困難にしてしまうためである。

上述の点に鑑み、本発明は、物体表面の画像に基づいて物体表面の傷をより高感度に検査できる表面傷検査装置及び表面傷検査方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る表面傷検査装置は、検査対象の表面を斜めから照らす照明手段と、前記検査対象の表面に垂直な光軸を有し、前記検査対象の表面を撮像する１つの撮像手段と、前記照明手段及び前記撮像手段を制御する制御手段と、備え、前記制御手段は、前記撮像手段による撮像の度に、前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変えて前記照明手段を発光させ、前記照明手段が照らす前記検査対象の表面を前記撮像手段に撮像させ、前記撮像手段が撮像した、複数の前記相対位置に対応する複数の画像に基づいて前記検査対象の表面における傷を検査する。

また、本発明の実施例に係る表面傷検査方法は、検査対象の表面を斜めから照らす照明手段と、前記検査対象の表面に垂直な光軸を有し、前記検査対象の表面を撮像する１つの撮像手段と備える表面傷検査装置による表面傷検査方法であって、前記撮像手段による撮像の度に、前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変えて前記照明手段を発光させ、前記照明手段が照らす前記検査対象の表面を前記撮像手段に撮像させるステップと、前記撮像手段が撮像した、複数の前記相対位置に対応する複数の画像に基づいて前記検査対象の表面における傷を検査するステップと、を有する。

上述の手段により、本発明は、物体表面の画像に基づいて物体表面の傷をより高感度に検査できる表面傷検査装置及び表面傷検査方法を提供することができる。

本発明の実施例に係る表面傷検査装置の構成例を示すブロック図である。図１の表面傷検査装置における撮像装置及び照明装置の設置例を示す正面図である。最小入射角と限界入射角の関係を示す図である。図２に示す撮像装置及び照明装置の設置例の上面図である。検査対象としてのウェハの拡大断面図である。検査対象画像生成部が検査対象画像を生成する処理を示す図である。第１表面傷判定処理の流れを示すフローチャートである。撮像装置及び照明装置の設置例の別の１例を示す正面図である。図８に示す撮像装置及び照明装置の設置例の上面図である。撮像装置及び照明装置の設置例のさらに別の１例を示す正面図である。図１０に示す撮像装置及び照明装置の設置例の上面図である。第２表面傷判定処理の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施例に係る表面傷検査装置１００の構成例を示す機能ブロック図である。本実施例において、表面傷検査装置１００は、例えば、透明の検査対象の表面、又は、透光性を有する検査対象の表面にある傷を検査する。検査対象の表面は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）でできた片面研磨ウェハの研磨面である。

本実施例において、表面傷検査装置１００は、主に、制御装置１、撮像装置２、照明装置３、及び出力装置４を有する。

制御装置１は、表面傷検査装置１００を制御するための制御手段の１例であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non-volatile ＲＡＭ）等を備えたコンピュータである。制御装置１は、例えば、検査対象画像生成部１０及び傷判定部１１のそれぞれの機能要素に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開しながら、各機能要素に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

撮像装置２は、制御装置１で処理される画像を取得するための撮像手段の１例であり、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ(Charge Coupled Device)等の撮像素子と、撮像素子に結像するための結像レンズとを備えたカメラである。

照明装置３は、検査対象の表面を照らすための照明手段の１例であり、主に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点光源と、点光源が発した光を検査対象の表面に向ける集光レンズとで構成される。

出力装置４は、各種情報を出力するための装置であり、例えば、制御装置１による検査対象の表面の検査結果を表示するためのディスプレイ、又は、その検査結果を音声出力するためのスピーカ等である。

図２及び図３は、撮像装置２及び照明装置３の設置例を示す正面図であり、図４は、その上面図である。なお、図２〜図４では、明瞭化のため、制御装置１及び出力装置４の図示を省略する。

図２で示すように、撮像装置２の結像レンズ２ａは、一点鎖線で示す光軸Ｌ１が検査対象であるウェハＷの表面に対してほぼ垂直となり、且つ、光軸Ｌ１がウェハＷの中心を通るように設置される。また、撮像装置２は、制御装置１からの制御信号に応じてウェハＷの表面全体を撮像し、撮像した画像を制御装置１に対して出力する。なお、破線で示す領域Ｒ１は、撮像装置２の撮像範囲を示す。

また、照明装置３の光源は、二点鎖線で示す光軸Ｌ２が撮像装置２の光軸Ｌ１との間で角度（入射角）αを形成するように設置され、ウェハＷの表面全体を照らす。なお、点線で示す領域Ｒ２は、照明装置３の光源の照明範囲を示す。

また、入射角αが大きくなるほど、ウェハＷの表面の傷で反射する光が撮像装置２に入り難くなり、撮像装置２は傷を撮像し難くなる。そのため、入射角αは、４５度以下の角度であることが望ましく、２０度以下の角度であることがより望ましい。

一方、入射角αが小さくなるほど、ウェハWの表面の傷のない平坦部で正反射する光が撮像装置２に入り易くなり、撮像装置２はハレーションを起こし易くなる。また、平坦部で正反射する光は傷で反射する光より強く、平坦部で正反射する光が撮像装置２に入ると、傷で反射する光を検出不能にする。そのため、入射角αは、平坦部で正反射する光が撮像装置２に入らないよう、照明装置３からウェハＷの表面に入射する光の最小入射角が限界入射角よりも大きくなるように設定される。

図３は、最小入射角θ_ＭＩＮと限界入射角θ_ＬＭＴの関係を示す図であり、図２に対応する。また、図３において、距離Ｄａは、結像レンズ２ａの絞りの有効径を表し、距離Ｄｂは、検査対象であるウェハＷの最大径を表し、距離Ｄｃは、ウェハＷと結像レンズ２ａの絞りとの間の距離を表す。また、距離Ｄｄは、ウェハＷと照明装置３との間の距離を表し、距離Ｄｅは、一点鎖線で示す撮像装置２の光軸Ｌ１と照明装置３との間の距離を表す。

最小入射角θ_ＭＩＮは、照明装置３からウェハＷの表面に入射する光の入射角のうちで最小の入射角であり、以下の式（１）で表される。

また、限界入射角θ_ＬＭＴは、仮想的な照明装置３_ＬＭＴからウェハＷの表面に入射する光の入射角のうちで最小の入射角であり、且つ、ウェハＷの表面で正反射して撮像装置２に入る光の入射角のうちで最大の入射角であって、以下の式（２）で表される。

図３は、照明装置３の光軸Ｌ２（二点鎖線）が入射角αでウェハＷに入射する様子を示す。また、図３は、最小入射角θ_ＭＩＮを有する光（点線）がウェハＷの右端で正反射して撮像装置２の左側を通過する様子、及び、最大入射角θ_ＭＡＸを有する光（破線）がウェハＷの左端で正反射して撮像装置２の左側を通過する様子を示す。なお、最大入射角θ_ＭＡＸは、照明装置３からウェハＷの表面に入射する光の入射角のうちで最大の入射角である。また、図３は、最小入射角θ_ＭＩＮを有する光に対応する正反射光（点線）と、最大入射角θ_ＭＡＸを有する光に対応する正反射光（破線）との間に、反射光が届く範囲が形成される様子を示す。

さらに、図３は、撮像装置３_ＬＭＴが発する限界入射角θ_ＬＭＴを有する光がウェハＷの右端で正反射して撮像装置２に入る様子を示す。なお、撮像装置３_ＬＭＴの光軸（図示せず。）が形成する入射角は、照明装置３の光軸Ｌ２が形成する入射角αより小さい。

上述の関係より、限界入射角θ_ＬＭＴより大きい入射角を有する光の正反射光は、撮像装置２に入らないことが分かる。すなわち、照明装置３の最小入射角θ_ＭＩＮが限界入射角θ_ＬＭＴより大きければ、照明装置３からの光がウェハＷの表面の傷のない平坦部で正反射して撮像装置２に入ることがないことが分かる。

このようにして、入射角αは、照明装置３からウェハＷの表面に入射する光の最小入射角θ_ＭＩＮが限界入射角θ_ＬＭＴよりも大きくなるように設定される。

また、図４で示すように、照明装置３は、ウェハＷを取り囲む円Ｃを描くように、角度βずつ間隔を空けて設置される複数の光源３_１、３_２、３_３・・・で構成される。角度βは、例えば、３度以下であり、角度βが３度の場合、ウェハＷの周りに１２０個の光源が設置される。

制御装置１は、１２０個の光源のそれぞれに対して順番に制御信号を送信し、１２０個の光源のそれぞれ３を順番に発光させる。また、制御装置１は、光源のそれぞれを発光させるのと同時に撮像装置２に対して制御信号を送信し、１２０個の光源のそれぞれがウェハＷの表面を照らす毎に、ウェハＷの表面を撮像装置２に撮像させる。

図５は、ウェハＷの拡大断面図であり、照明装置３の光源の１つが発する光がウェハＷの表面にある傷Ｆで正反射して撮像装置２の結像レンズ２ａに至る様子を示す。

図５で示すように、ウェハＷは、鏡面で構成される表面Ｗａと、粗面で構成される裏面Ｗｂとを有し、水平面に対して傷角度γを形成する傷面Ｆｓを含む傷Ｆを表面Ｗａ上に有する。

照明装置３の光源の１つが発した光は、傷面Ｆｓの垂線ＰＬに対して傷角度γと同じ角度を形成するように傷面Ｆｓに入射すると、傷面Ｆｓで正反射し、傷面Ｆｓの垂線ＰＬに対して傷角度γと同じ角度を形成する反射光となって撮像装置２の結像レンズ２ａに至る。この場合、撮像装置２の光軸Ｌ１と照明装置３の光軸Ｌ２との間に形成される入射角αは、α＝２γで表される。すなわち、表面傷検査装置１００は、撮像装置２の光軸Ｌ１と照明装置３の光軸Ｌ２との間の入射角αが、傷角度γの２倍の大きさとなる場合に、傷Ｆを強く光らせることができる。正反射光は散乱光に比べ明るいためである。このことは、複数の光源のうち、上述の条件を満たす状態、或いはそれに近い状態をもたらす１つの光源が発光させられた場合に、傷Ｆを強く光らせることができることを意味する。また、１つの光源が強く光らせることのできる傷は限られるとしても、設置位置の異なる多数の光源を順番に発光させることによってそれを補うことができる。また、複数の光源のそれぞれを１つずつ発光させて撮像装置２による撮像を繰り返すことによって、多数の光源を同時に発光させる場合に比べ、撮像した画像におけるノイズを低減させることができる。具体的には、多数の光源を同時に発光させた場合、多数の光源からの光のそれぞれがウェハＷの裏面（粗面）で乱反射し、撮像した画像内のウェハＷの表面における傷のない部分であるバックグラウンドを過度に明るくしてしまう。これに対し、複数の光源のそれぞれを１つずつ発光させた場合には、１つの光源が発する光はウェハＷの裏面（粗面）で乱反射するものの、多数の光源を同時に発光させた場合に比べその頻度が低いため、バックグラウンドを過度に明るくすることがないためである。

次に、制御装置１が有する機能要素である検査対象画像生成部１０及び傷判定部１１にについて説明する。

検査対象画像生成部１０は、撮像装置２が撮像した画像から検査対象画像を生成するための機能要素であり、例えば、撮像装置２が撮像した複数の画像を合成して検査対象画像を生成する。

具体的には、検査対象画像生成部１０は、ウェハＷの周りに設置される光源の数と同じ数の画像を合成して検査対象画像を生成する。撮像装置２が撮像する画像は何れも、撮像時におけるウェハＷに対する光源の相対位置が異なるだけで、ウェハＷの表面全体を含む同じ領域を同じ位置から撮像した画像である。そのため、撮像装置２が撮像した画像のそれぞれにおける互いに対応する画素は、ウェハＷの表面上の同じ位置に対応する。

そこで、検査対象画像生成部１０は、撮像装置２が撮像した画像のそれぞれにおける互いに対応する画素の輝度値のうち最も高い輝度値を抽出し、抽出した輝度値をその画素の代表値として記憶する。以下では、この処理を最大輝度値抽出処理と称する。検査対象画像生成部１０は、この最大輝度値抽出処理を全ての画素に対して実行し、互いに対応する画素のうちで最も高い輝度値を有する画素ばかりを集めた画像を検査対象画像として生成する。

図６は、検査対象画像生成部１０が検査対象画像ＧＥを生成する処理を示す図である。図６で示すように、撮像装置２が撮像した１２０枚の画像Ｇ_１、Ｇ_２、・・・、Ｇ_１２０は何れも、ウェハＷの表面全体を含む同じ領域を同じ位置から撮像した画像である。また、画像Ｇ_１、Ｇ_２、・・・、Ｇ_１２０のそれぞれにおける互いに対応する画素の輝度値のうちで最も高い輝度値を有する画素は、典型的には、ウェハＷの表面上にある傷Ｆに対応する画素である。図５を参照して説明したように、ウェハＷの表面上に傷Ｆが存在する場合には、照明装置３が発する光が傷Ｆで反射して撮像装置２の結像レンズ２ａに至るのに対し、ウェハＷの表面上に傷が存在しない場合には、照明装置３が発する光は、ウェハＷの表面で反射して撮像装置２の撮像範囲外に至るためである。

また、図６は、光源３_１（図４参照。）が発する光がウェハＷの表面を照らしたときに撮像装置２が撮像した画像Ｇ_１を示す。なお、画像Ｇ_１は、光源３_１からの光が傷Ｆ_１で反射した状態を捉えている。また、図６は、光源３_２（図４参照。）が発する光がウェハＷの表面を照らしたときに撮像装置２が撮像した画像Ｇ_２を示す。なお、画像Ｇ_２は、光源３_２からの光が傷Ｆ_２で反射した状態を捉えている。さらに、図６は、光源３_１２０（図示せず。）が発する光がウェハＷの表面を照らしたときに撮像装置２が撮像した画像Ｇ_１２０を示す。なお、画像Ｇ_１２０は、光源３_１２０からの光が傷Ｆ_１２０で反射した状態を捉えている。なお、図６は、輝度値が高い画素を黒色で示す。

検査対象画像生成部１０は、上述のようにして得られた１２０枚の画像Ｇ_１、Ｇ_２、・・・、Ｇ_１２０のそれぞれにおける互いに対応する画素の輝度値のうち最も高い輝度値を抽出し、抽出した輝度値をその画素の代表値として記憶する。そして、検査対象画像生成部１０は、この最大輝度値抽出処理を全ての画素に対して実行し、互いに対応する画素のうちで最も高い輝度値を有する画素ばかりで構成される画像を検査対象画像ＧＥとして生成する。

その結果、検査対象画像ＧＥは、図６の場合、画像Ｇ_１における傷Ｆ_１に対応する画素と、画像Ｇ_２における傷Ｆ_２に対応する画素と、画像Ｇ_１２０における傷Ｆ_１２０に対応する画素とを含む画像として生成される。

傷判定部１１は、画像中の検査対象の表面に傷が存在するか否かを判定する機能要素である。傷判定部１１は、例えば、検査対象画像生成部１０が生成する検査対象画像ＧＥを構成する画素のそれぞれにおける輝度値と所定の閾値とを比較し、所定の閾値を上回る輝度値を有する画素が存在する場合に検査対象であるウェハＷの表面に傷が存在すると判定する。

なお、傷判定部１１は、撮像装置２が撮像する個々の画像（例えば、画像Ｇ_１である。）を構成する画素のそれぞれにおける輝度値と所定の閾値とを比較し、所定の閾値を上回る輝度値を有する画素が存在する場合にウェハＷの表面に傷が存在すると判定してもよい。この場合、表面傷検査装置１００は、個々の画像の全ての画素と所定の閾値とを比較する必要があるものの、検査対象画像ＧＥを生成することなく、ウェハＷの表面に傷が存在するか否かを判定することができる。

また、傷判定部１１は、ウェハＷの表面に傷が存在すると判定した場合に、傷の有無の判定に用いた検査対象画像ＧＥを出力装置４としてのディスプレイ上に表示する。この場合、傷判定部１１は、傷に対応する画素を強調表示させてもよく、傷が存在することを表す文字や図形を検査対象画像ＧＥ上に重畳表示させてもよい。また、傷判定部１１は、出力装置４としてのスピーカを用いて、傷を発見した旨を音声出力してもよい。なお、傷判定部１１は、ウェハＷの表面に傷が存在しないと判定した場合にも、傷の有無の判定に用いた検査対象画像ＧＥをディスプレイ上に表示し、傷が存在しないことを表す文字や図形を検査対象画像ＧＥ上に重畳表示させ、或いは、傷を発見しない旨を音声出力してもよい。

次に、図７を参照しながら、表面傷検査装置１００が検査対象としてのウェハWの表面の傷の有無を判定する処理（以下、「第１表面傷判定処理」とする。）について説明する。なお、図７は、第１表面傷判定処理の流れを示すフローチャートであり、表面傷検査装置１００は、新しいウェハＷが撮像装置２の撮像範囲内に配置される毎に自動的にこの第１表面傷判定処理を実行する。なお、表面傷判定装置１００は、操作者による操作入力に応じてこの第１表面傷判定処理を開始させてもよい。

最初に、表面傷検査装置１００の制御装置１は、第１表面傷判定処理で利用するパラメータを初期化する（ステップＳ１）。具体的には、制御装置１は、照明装置３の光源の発光順を表すパラメータＮを値「１」に設定する。また、制御装置１は、最大輝度値抽出処理の対象となる画素を特定する画素番号を表すパラメータＭを値「１」に設定する。

その後、制御装置１は、Ｎ番目（１番目）の光源３_Ｎ（光源３_１）を発光させ、光源３_Ｎ（光源３_１）によって照らされたウェハＷの表面を撮像装置２に撮像させて画像Ｇ_Ｎ（画像Ｇ_１）を取得する（ステップＳ２）。

その後、制御装置１は、パラメータＮに値「１」を加算し（ステップＳ３）、パラメータＮの値と光源の総数（例えば、１２０個である。）とを比較する（ステップＳ４）。

パラメータＮの値が光源の総数以下であると判断した場合（ステップＳ４のＮＯ）、制御装置１は、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を繰り返す。

一方、パラメータＮの値が光源の総数を上回ると判断した場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御装置１は、検査対象画像生成部１０により、１２０枚の画像Ｇ_１〜画像Ｇ_１２０に基づく検査対象画像ＧＥの生成を開始する。

具体的には、検査対象画像生成部１０は、１２０枚の画像Ｇ_１〜画像Ｇ_１２０における互いに対応する画素のうちのＭ番目（１番目）の画素に対して最大輝度値抽出処理を実行する（ステップＳ５）。

その後、検査対象画像生成部１０は、パラメータＭに値「１」を加算し（ステップＳ６）、パラメータＭの値と画素の総数とを比較する（ステップＳ７）。

パラメータＭの値が画素の総数以下であると判断した場合（ステップＳ７のＮＯ）、検査対象画像生成部１０は、ステップＳ５〜ステップＳ７の処理を繰り返す。

一方、パラメータＭの値が画素の総数を上回ると判断した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、検査対象画像生成部１０は、全ての画素に対して最大輝度値抽出処理を実行したとしてステップＳ８に進む。

その後、検査対象画像生成部１０は、互いに対応する画素のうちで最も高い輝度値を有する画素ばかりを集めた画像を検査対象画像ＧＥとして生成する（ステップＳ８）。

その後、制御装置１は、傷判定部１１により、検査対象画像生成部１０が生成した検査対象画像ＧＥを用いて、ウェハＷの表面に傷が存在するか否かを判定する。

具体的には、傷判定部１１は、検査対象画像ＧＥを構成する画素のそれぞれにおける輝度値と所定の閾値とを比較し、検査対象画像ＧＥに所定の閾値を上回る輝度値を有する画素が存在するか否かを判定する（ステップ９）。

検査対象画像ＧＥに所定の閾値を上回る輝度値を有する画素が存在すると判定した場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、傷判定部１１は、ウェハＷの表面に傷が存在するとして検査対象画像ＧＥを出力装置４としてのディスプレイに表示する（ステップＳ１０）。なお、傷判定部１１は、傷の存在を知らせる音声メッセージを出力装置４としてのスピーカから音声出力してもよい。

一方、検査対象画像ＧＥに所定の閾値を上回る輝度値を有する画素が存在しないと判定した場合（ステップＳ９のＮＯ）、傷判定部１１は、検査対象画像ＧＥをディスプレイに表示することなく、今回の第１表面傷判定処理を終了させる。

以上の構成により、表面傷検査装置１００は、複数の光源のそれぞれを１つずつ発光させる度に撮像装置２でウェハＷの表面を撮像して得られる複数の画像に基づいてウェハＷの表面の傷の有無を判定する。そのため、表面傷検査装置１００は、多数の光源から同時に発せられる光がウェハＷの裏面（粗面）で乱反射し、撮像した画像におけるバックグラウンドが過度に明るくなってしまうのを防止することができる。すなわち、表面傷検査装置１００は、撮像した画像におけるバックグラウンドが明るくなり過ぎるのを抑えながら、ウェハＷの表面の傷のみを選択的に明るくすることができる。最大輝度値抽出処理を実行したとしても、傷のない部分に対応する画素の輝度値は小さいまま維持されるためである。

また、表面傷検査装置１００は、撮像装置２がウェハＷの表面を撮像する毎に、ウェハＷに対する光源の相対位置を変化させるため、特定の方向から光を照らした場合にしか光らない傷の検出漏れを低減させ或いは防止することができる。この効果は、採用する相対位置の数が多いほど高いものとなる。

なお、表面傷検査装置１００は、バックグラウンドを過度に明るくしない限りにおいて、複数の光源のうちの２つ以上を１組として１組ずつ発光させてもよい。この場合、表面傷検査装置１００は、１組の光源を発光させる度に撮像装置２でウェハＷの表面を撮像して得られる複数の画像に基づいてウェハＷの表面の傷の有無を判定する。なお、１組を構成する光源のそれぞれは、隣り合うものであってもよく、所定の角度間隔を空けて設置されるものであってもよい。

また、表面傷検査装置１００は、照明装置３を構成する光源３_１、３_２、３_３、・・・を円Ｃに沿って時計回りに順番に発光させるが、発光順は任意であり、円Ｃに沿って反時計回りに順番に発光させてもよく、ランダムに発光させてもよい。

次に、図８及び図９を参照しながら、本発明に係る表面傷検査装置の別の構成例１００Ａについて説明する。なお、図８は、表面傷検査装置１００Ａにおける撮像装置２及び照明装置３の設置例を示す正面図である。また、図９は、表面傷検査装置１００Ａにおける撮像装置２及び照明装置３の設置例を示す上面図である。なお、図８及び図９では、明瞭化のため、制御装置１及び出力装置４の図示を省略する。

表面傷検査装置１００Ａは、ウェハＷを取り囲む円Ｃを描くように設置される複数の光源３_１、３_２、３_３・・・で構成される照明装置３と、円Ｃの内側の同心円Ｃａを描くように設置される複数の光源３ａ_１、３ａ_２、３ａ_３・・・で構成される照明装置３ａとを有する点で、照明装置３のみを有する表面傷検査装置１００と相違する。なお、表面傷検査装置１００Ａは、その他の点において、表面傷検査装置１００と共通する。そのため、共通部分の説明を省略しながら、相違部分を詳細に説明する。

図８で示すように、照明装置３ａの光源は、二点鎖線で示す光軸Ｌ３が撮像装置２の光軸Ｌ１との間で角度（入射角）δを形成するように設置され、ウェハＷの表面全体を照らす。なお、点線で示す領域Ｒ３は、照明装置３ａの光源の照明範囲を示す。また、入射角δは、照明装置３の光源の光軸Ｌ２が撮像装置２の光軸Ｌ１との間に形成する入射角αと異なる角度であり、本実施例では、入射角αよりも小さい角度である。

表面傷検査装置１００Ａにおいて、検査対象画像生成部１０は、照明装置３を構成する光源３_１、３_２、３_３、・・・を順番に発光させ、発光の度に撮像装置２にウェハＷの表面を撮像させる。そして、照明装置３を構成する光源３_１、３_２、３_３、・・・の全てを発光させた後で、検査対象画像生成部１０は、照明装置３ａを構成する光源３ａ_１、３ａ_２、３ａ_３、・・・を順番に発光させ、発光の度に撮像装置２にウェハＷの表面を撮像させる。

なお、光源の発光順は任意であり、表面傷検査装置１００Ａは、照明装置３に属する光源と、照明装置３ａに属する光源とを混在させて発光順を決めるようにしてもよい。

以上の構成により、表面傷検査装置１００Ａは、入射角αの光に加え、入射角δ（＜α）の光によってウェハＷが照らされるように照明装置３ａを追加的に設置するため、傷角度が傷角度γ（図５参照。）よりも小さい傷面を含む傷をも強く光らせることができる。すなわち、表面傷検査装置１００Ａは、表面傷検査装置１００に比べ、より多くの種類の傷を検出可能となる。

なお、表面傷検査装置１００Ａは、入射角αを有する光と入射角δを有する光とがウェハＷを照らすように照明装置３及び３ａを設置するが、それぞれ異なる入射角を有する３種類以上の光がウェハＷを照らすように照明装置を設置してもよい。

また、表面傷検査装置１００Ａは、照明装置３ａを設置する代わりに、照明装置３の光源３_１、３_２、３_３、・・・の高さを調節する機構を備えるようにしてもよい。

次に、図１０〜図１２を参照しながら、本発明に係る表面傷検査装置のさらに別の構成例１００Ｂについて説明する。なお、図１０は、表面傷検査装置１００Ｂにおける撮像装置２及び照明装置３の設置例を示す正面図である。また、図１１は、表面傷検査装置１００Ｂにおける撮像装置２及び照明装置３の設置例を示す上面図である。また、図１２は、表面傷検査装置１００Ｂが検査対象としてのウェハＷの表面の傷の有無を判定する処理（以下、「第２表面傷判定処理」とする。）の流れを示すフローチャートである。なお、図１０及び図１１では、明瞭化のため、制御装置１及び出力装置４の図示を省略する。

表面傷検査装置１００Ｂは、照明装置３が単一の光源３ｂ_１で構成され、且つ、ウェハＷを支持する支持台５ａを回転させる回転機構５ｂと、撮像装置２を回転させる回転機構６とを備える点で、表面傷検査装置１００と相違するが、その他の点において共通する。そのため、共通部分の説明を省略しながら、相違部分を詳細に説明する。

支持台５ａは、撮像装置２がウェハＷの表面を撮像できるようにウェハＷをその上面で支持する台であり、回転機構５ｂに対して回転可能に取り付けられる。

回転機構５ｂは、撮像装置２の光軸Ｌ１回りに支持台５ａを回転させるための機構であり、制御装置１が出力する制御信号に応じて支持台５ａを回転させる。そのため、撮像装置２の光軸Ｌ１と、ウェハＷの中心を通る鉛直軸とが一致するように支持台５ａ上に支持されるウェハＷは、その中心を光軸Ｌ１上に位置させながら光軸Ｌ１回りに回転する。

回転機構６は、撮像装置２の光軸Ｌ１回りに撮像装置２を回転させるための機構であり、制御装置１が出力する制御信号に応じて撮像装置２を回転させる。

なお、本実施例では、制御装置１は、回転機構５ｂによる支持台５ａの回転と、回転機構６による撮像装置２の回転とを同期させる。また、制御装置１は、回転機構５ｂ及び回転機構６のそれぞれを角度εずつ回転させる。そのため、撮像装置２及びウェハＷの回転にかかわらず、撮像装置２が撮像するウェハＷの表面の画像は、常に同じ領域を同じ向きで撮像した画像となる。なお、角度εは、例えば、３度以下であり、角度εが３度の場合、ウェハＷを１回転させるために、回転機構５ｂ及び回転機構６がそれぞれ１２０回駆動されることを意味する。

ここで、図１２を参照すると、図１２の第２表面傷判定処理は、第１表面傷判定処理のステップＳ１〜Ｓ４をステップＳ１１〜Ｓ１４で置き換えたものであり、ステップＳ１５〜Ｓ２０は、第１表面傷判定処理のステップＳ５〜Ｓ１０と共通する。

最初に、表面傷検査装置１００Ｂの制御装置１は、第２表面傷判定処理で利用するパラメータを初期化する（ステップＳ１１）。具体的には、制御装置１は、最大輝度値抽出処理の対象となる画素を特定する画素番号を表すパラメータＭを値「１」に設定する。

その後、制御装置１は、光源３ｂ_１を発光させ、光源３ｂ_１によって照らされたウェハＷの表面を撮像装置２に撮像させて画像を取得する（ステップＳ１２）。

その後、制御装置１は、回転機構５ｂに対して制御信号を出力し、撮像装置２の光軸Ｌ１回りに、支持台５ａ及びウェハＷを角度εだけ回転させ（ステップＳ１３）、ウェハＷの回転角度の合計と所定の閾値（例えば、３６０度である。）とを比較する（ステップＳ１４）。このとき、制御装置１は、回転機構６に対しても制御信号を出力し、撮像装置２の光軸Ｌ１回りに撮像装置２を角度εだけ回転させる。撮像装置２がウェハＷの表面を同じ条件で撮像できるようにするためである。

ウェハＷの回転角度の合計が所定の閾値以下であると判断した場合（ステップＳ１４のＮＯ）、制御装置１は、ステップＳ１２〜ステップＳ１４の処理を繰り返す。

一方、ウェハＷの回転角度の合計が所定の閾値を上回ると判断した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御装置１は、検査対象画像生成部１０により、ウェハＷが３６０度回転するまでウェハＷを３度回転させる度に撮像した１２０枚の画像に基づく検査対象画像ＧＥの生成を開始する。

なお、ステップＳ１５以降の処理は、第１表面傷判定処理の場合と同様であるため、その説明を省略する。

以上の構成により、表面傷検査装置１００Ｂは、単一の光源３ｂ_１で構成される照明装置３を用いた場合であっても、表面傷検査装置１００と同様の効果を実現できる。また、表面傷検査装置１００Ｂは、撮像装置２の光軸Ｌ１との間で入射角δを形成する光軸Ｌ３を有する光源を１つ追加した場合には、表面傷検査装置１００Ａと同様の効果を実現できる。なお、表面傷検査装置１００Ｂは、入射角がそれぞれ異なる３つ以上の光源で構成される照明装置を用いるようにしてもよい。

また、表面傷検査装置１００Ｂは、ウェハＷを回転させる代わりに、撮像装置２の光軸Ｌ１回りに光源３ｂ_１を回転させてもよい。

また、表面傷検査装置１００Ｂは、撮像装置２を回転させるための回転機構６を省略してもよい。撮像装置２が撮像する複数の画像におけるウェハＷの向きがそれぞれ異なる場合であっても、画像処理を施すことによってウェハＷの表面上の特定の位置を映す画素同士を対応付けることが可能なためである。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１・・・制御装置２・・・撮像装置２ａ・・・結像レンズ３、３ａ・・・照明装置４・・・出力装置５ａ・・・支持台５ｂ、６・・・回転機構１０・・・検査対象画像生成部１１・・・傷判定部１００・・・表面傷検査装置

Claims

透明であり或いは透光性を有する検査対象の表面を斜めから照らす照明手段と、
前記検査対象の表面に垂直な光軸を有し、前記検査対象の表面を撮像する１つの撮像手段と、
前記照明手段及び前記撮像手段を制御する制御手段と、備え、
前記検査対象の裏面は、前記照明手段からの光を散乱させて散乱光をもたらす粗面であり、
前記撮像手段の光軸と前記照明手段の光軸との間の角度は、前記検査対象の表面の平坦部で正反射する前記照明手段の正反射光が前記撮像手段に入らないように設定され、
前記制御手段は、前記撮像手段による撮像の度に、前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変えて前記照明手段を発光させ、前記照明手段が照らす前記検査対象の表面を前記撮像手段に撮像させ、前記撮像手段が撮像した、複数の前記相対位置に対応する複数の画像に基づいて前記検査対象の表面における傷を検査し、
前記照明手段の明るさは、前記複数の画像における前記散乱光による輝度が所定の閾値以下となるように決定される、
ことを特徴とする表面傷検査装置。
前記制御手段は、前記複数の画像のそれぞれにおける互いに対応する画素の輝度値から最も高い輝度値を抽出して１の検査対象画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面傷検査装置。
前記検査対象に対する前記照明手段の隣り合う２つの相対位置は、光軸間の角度が上面視で３度以下となるように決定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面傷検査装置。
前記照明手段は、前記検査対象の周りに複数設置され、
前記制御手段は、複数の前記照明手段を順次発光させることによって前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の表面傷検査装置。
前記検査対象の表面に垂直な軸回りに前記検査対象を回転させる回転機構を備え、
前記制御手段は、前記回転機構により前記検査対象を回転させることによって前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変える、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の表面傷検査装置。
前記回転機構は、前記検査対象の表面に垂直な軸回りに、前記検査対象と共に、前記撮像手段を回転させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の表面傷検査装置。
前記検査対象は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムである、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の表面傷検査装置。
前記撮像手段の光軸と前記照明手段の光軸との間の角度は、４５度以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の表面傷検査装置。
透明であり或いは透光性を有する検査対象の表面を斜めから照らす照明手段と、前記検査対象の表面に垂直な光軸を有し、前記検査対象の表面を撮像する１つの撮像手段と備え、前記撮像手段の光軸と前記照明手段の光軸との間の角度が、前記検査対象の表面の平坦部で正反射する前記照明手段の正反射光が前記撮像手段に入らないように設定される表面傷検査装置による表面傷検査方法であって、
前記撮像手段による撮像の度に、前記検査対象に対する前記照明手段の相対位置を変えて前記照明手段を発光させ、前記照明手段が照らす前記検査対象の表面を前記撮像手段に撮像させるステップと、
前記撮像手段が撮像した、複数の前記相対位置に対応する複数の画像に基づいて前記検査対象の表面における傷を検査するステップと、を有し、
前記検査対象の裏面は、前記照明手段からの光を散乱させて散乱光をもたらす粗面であり、
前記照明手段の明るさは、前記複数の画像における前記散乱光による輝度が所定の閾値以下となるように決定される、
ことを特徴とする表面傷検査方法。