JP2000081394A

JP2000081394A - 透明体および半透明体の外観検査方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000081394A
Application number: JP10252357A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Ishida; 太石田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】凹状欠陥と付着物を区別し、両方に対して高
感度な検出を行う。【解決手段】透過用光源２により被検査体１の裏面よ
り光を照射し、反射用光源４により被検査体１の表面ま
たは裏面の少なくともいずれか一方に低入射角で光を照
射する。被検査体１の表面側に透過用光源２の光路に概
略平行で、かつ、当該透過用光源２からの光が直接入射
しない位置に配置された検出器６により、透過用光源２
から被検査体１を透過した透過光により被検査体１の凹
状欠陥と付着物を検出するとともに、反射用光源４から
被検査体１を乱反射した反射散乱光により被検査体１の
付着物を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス製ハードデ
ィスク基板、ＬＣＤ用基板、レンズ等の透明体、半透明
体の外観検査方法およびその装置に関する。特に、凹状
欠陥であるキズ（scratch）または窪み（pit）と付着物
である微粉（particle）とを区別して検出する外観検査
方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検査体の凹状欠陥と付着物を検
査する外観検査方法として、特開昭６０−２１９５４２
号公報には、異物による散乱光にＰ偏光成分が含まれる
ことを利用して、ウエハ表面にＳ偏光レーザを低角度で
照射して散乱光に含まれるＰ偏光成分を検出すること
で、ウエハ上の付着物を検出する方法が開示されてい
る。この方法は、ウエハ等の表面の反射率が高い不透明
体を対象としており、透明体や半透明体に対しては分解
能が高くないという問題がある。

【０００３】特開平１−９６５３７号公報には、ガラス
ディスク表面に垂直方向にレーザビームを照射して、該
ガラスディスク上に存在する突起欠陥により散乱する散
乱光を低角度受光器で検出するとともに、ガラスディス
ク上の凹状欠陥により反射して収束する散乱光をハーフ
ミラーで取り出して受光する方法が開示されている。

【０００４】特開平５−５２７６４号公報には、ガラス
基板に斜入射光を照射し、高角度、低角度の２箇所でそ
れぞれ第１と第２の検出光として受光し、第１の検出光
におけるＰ偏光成分の光強度と、第１の検出成分の検出
光に対する第２の検出光の光強度比とに基づき、ガラス
基板上の凹状欠陥と付着物との弁別を行う方法が開示さ
れている。

【０００５】特開平６−１３８０４５号公報には、ガラ
ス基板の表面に垂直に検出光を照射し、基板の表裏面に
存在する微粒子による散乱光を、基板の表面側で基板の
全反射の臨界角近傍以内に配置された検出器で検出する
方法が開示されている。

【０００６】特開平６−２２２０１３号公報には、低入
射角の第１の光ビームの暗視野反射像によりでキズ、小
粒子を検出し、拡散した第２の光ビームの明視野反射像
によりシミを検出し、高入射角の第３のビームの明視野
反射像によりくぼみおよび隆起を検出する方法が開示さ
れている。

【０００７】以上の方法は、いずれも反射光を利用する
ものであり、付着物の検出には有効である。しかしなが
ら、被検査体が透明体、半透明体である場合、コントラ
ストが得られないため、凹状欠陥に対しては不向きであ
る。

【０００８】透過光を利用するものとして、特開平７−
２２５１９８号公報には、ガラス基板にレーザ光を照射
し、その透過光の光路上に配設したセンサで付着物を検
出するとともに、透過光の光路からはずれた位置に配設
したセンサで凹状欠陥を検出する方法が開示されてい
る。しかしながら、このように透過光のみを利用した方
法では、付着物のみならず凹状欠陥も同時に検出してし
まうため、凹状欠陥と付着物の区別がつきにくい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたもので、凹状欠陥と付着物を区別
し、両方に対して高感度な検出を行うことができる透明
体および半透明体の外観検査方法およびその装置を提供
することを課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明にかかる透明体および半透明体の外観検査方
法は、透過用光源により被検査体の裏面より光を照射
し、反射用光源により被検査体の表面または裏面の少な
くともいずれか一方に低入射角で光を照射し、被検査体
の表面側に前記透過用光源の光路に概略平行で、かつ、
当該透過用光源からの光が直接入射しない位置に配置さ
れた検出器により、前記透過用光源から被検査体を透過
した透過光により被検査体の凹状欠陥と付着物を検出す
るとともに、前記反射用光源から被検査体を乱反射した
反射散乱光により被検査体の付着物を検出するようにし
た。

【００１１】この本発明による方法では、透過用光源か
ら被検査体を透過した透過光により被検査体の凹状欠陥
と付着物を検出するとともに、反射用光源から被検査体
を乱反射した反射散乱光により被検査体の付着物を検出
するので、凹状欠陥と付着物を区別して検査することが
できる。すなわち、まず透過用光源により凹状欠陥と付
着物の存在位置を確認し、その後に反射用光源により付
着物を検出することで、凹状欠陥を付着物から区別する
ことができる。反射用光源による検出は、暗視野照明で
若干低コントラストになるが、透過用光源による検出で
欠陥位置が予め明らかになっているので、各位置の欠陥
が付着物であるか否かの判定のみ行えばよいので、低コ
ントラストの欠点を補うことができる。

【００１２】反射用光源による検出時には、被検査体上
の付着物による散乱が支配的になり、付着物のみを有効
に検出できる。また、正反射の影響を受けない位置に検
出器を配置するため、高感度に検出できる。一方、透過
用光源による検出時には、明視野照明に近い位置であり
ながら、透過用光源からの光が直接入射しない位置に検
出器を置くため、コントラストの良い暗視野像が得ら
れ、凹状欠陥と付着物を明瞭に検出することができる。

【００１３】本発明による方法では、前記透過用光源と
前記反射用光源の点灯・消灯を組み合わせて被検査体を
照射して、前記透過用光源による凹状欠陥と付着物の検
出と、前記反射用光源による付着物の検出とを別個に行
うことにより、被検査体の凹状欠陥と付着物を区別する
ようにしてもよい。このようにすることで、より明瞭
に、透過用光源による凹状欠陥と付着物の検出と、反射
用光源による付着物の検出とを行うことができる。この
場合、被検査体を裏返すことにより、前記反射用光源に
よる付着物の検出を表面と裏面について行うことが好ま
しい。これにより、被検査体の表面と裏面の付着物を区
別することができる。

【００１４】また、本発明による方法では、前記反射用
光源を被検査体の表面側および裏面側に配置し、前記透
過用光源と前記２つの反射用光源の点灯・消灯を組み合
わせて被検査体を照射して、前記透過用光源による凹状
欠陥と付着物の検出と、前記第１の反射用光源による表
面の付着物の検出と、前記第２の反射用光源による裏面
の付着物の検出とを別個に行うことにより、被検査体の
凹状欠陥と付着物を区別するようにしてもよい。このよ
うにすることで、被検査体を裏返すことなく、表面と裏
面の付着物を区別することができる。

【００１５】次に、前記課題を解決するために、本発明
にかかる透明体および半透明体の外観検査装置は、被検
査体の裏面側に設置され、被検査体の裏面より光を照射
する透過用光源と、被検査体の表面側または裏面側の少
なくともいずれか一方に設置され、被検査体に低入射角
で照射する反射用光源と、被検査体の表面側に前記透過
用光源の光路に概略平行で、かつ、当該透過用光源から
の光が直接入射しない位置に配置され、前記透過用光源
から被検査体を透過した透過光により被検査体の凹状欠
陥と付着物を検出するとともに、前記反射用光源から被
検査体を乱反射した反射散乱光により被検査体の付着物
を検出する検出器とを備えたものである。

【００１６】この装置により、透明体および半透明体の
外観検査を行うことで、前述したように、凹状欠陥と付
着物を区別して検査することができる。

【００１７】本発明による装置では、前記検出器の前記
透過用光源の光路に対する傾斜角度が５±３°であるこ
とが好ましい。また、前記反射用光源の被検査体に対す
る入射角度が約４±３°であることが好ましい。

【００１８】また、本発明による装置では、前記透過用
光源からの光が直接前記検出器に入射するのを防ぐため
の遮光板を、前記透過用光源と被検査体の間または被検
査体と検出器の間に設置することができる。このように
することで、検出器に透過用光源の光が直接入射しなく
なり、分解能が向上する。

【００１９】さらに、本発明による装置では、前記透過
用光源は、被検査体を照射する光の角度が概ね揃ってい
る光源であることが好ましい。これにより、散乱光を無
駄なく検出器に入射させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に従って説明する。

【００２１】＜第１実施形態＞図１（Ａ）は、本発明に
係る透明体または半透明体の外観検査装置の第１実施形
態を示す。

【００２２】この外観検査装置は、被検査体１の一方の
側に設置された透過用光源２および光学系３と、被検査
体１の他方の側に設置された反射用光源４、光学系５、
検出器６、およびモニタ７とから構成されている。以
下、被検査体１の検出器６側の面を表面、透過用光源２
側の面を裏面という。

【００２３】透過用光源２は、その光路が被検査体１の
裏面に配置されて、被検査体１を光学系３を通して照明
できるようになっている。透過用光源２は、ハロゲンラ
ンプとライトガイドからなり、約４ｍｍの口径を有して
いる。光学系３としては、口径５０ｍｍ、焦点距離８０
ｍｍの集光レンズ系が使用されている。光学系３と被検
査体１の間の距離は、２８０ｍｍに設定され、被検査体
１上での照明部が約５０ｍｍになるように、透過用光源
２と光学系３の距離が調節されている。照明部の照度は
約２００ｌｘとされている。

【００２４】反射用光源４は、その光路が被検査体１の
表面に低角度βで交差するように配置され、被検査体１
を光学系５を通して照明できるようになっている。本実
施形態では、角度βは約２°である。反射用光源４は、
ハロゲンランプとライトガイドからなり、紙面に垂直方
向に延びる約１ｍｍ×５０ｍｍのライン状のものが用い
られている。光学系５としては、長さ５０ｍｍのシリン
ドリカルなレンズ系が使用されている。光学系５と被検
査体１の間の距離は、約１００ｍｍに設定されている。
照明部の照度は約１８０ｌｘとされている。

【００２５】前記透過用光源２と反射用光源４とは、図
示しないシャッタ機構により相互に切り換えられるよう
になっている。

【００２６】検出器６は、透過用光源２の透過光の光路
に概ね平行であるが、その透過光が直接入射するのを防
止するために、光路に対し角度αで傾斜して配置される
とともに、検出器６を通り、かつ、光路に平行な線上に
遮光板８が設置されている。この遮光板６は、図に示す
ように透過用光源２と被検査体１の間に設置するほか、
被検査体１と検出器６の間に設置してもよい。本実施形
態では、前記角度αは約５°である。検出器６は、前記
透過用光源２からの透過光、反射用光源４からの反射散
乱光を検出するもので、ＣＣＤカメラ（センサ系２／３
インチ、４１万画素）が使用されている。モニタ７は検
出器６の検出信号を図示しない画像処理装置で処理し、
被検査体１の画像を表示する。

【００２７】次に、前記構成からなる外観検査装置を用
いて、被検査体１の外観を検査する方法について説明す
る。ここでは、被検査体１として厚さ１ｍｍの透明なガ
ラス基板を用い、その凹状欠陥と付着物を区別して検出
する。

【００２８】まず、図１（Ｂ）に示すように、反射用光
源４を遮断して、透過用光源２により被検査体１を照明
する。そして、被検査体１を透過した透過光を検出器６
で検出し、モニタ７に表示させる（画像Ｉ₁）。これに
より、被検査体１の表裏面の凹状欠陥と付着物が同時に
検出される。次に、図１（Ｃ）に示すように、透過用光
源２を遮断して、反射用光源４により被検査体１を低角
度βで照明し、被検査体１で乱反射した反射散乱光を検
出器６で検出し、モニタ７に表示させる（画像Ｉ₂）。
これにより、被検査体１の表面の付着物のみが検出され
る。この結果、透過用光源２による検査時にモニタ７に
表示される画像Ｉ₁において、予め凹状欠陥と付着物の
位置を確認しておくことができ、続いて反射用光源４に
よるモニタ７に表示された画像Ｉ₂において、付着物が
どれかを判別することができ、さらに、被検査体１を裏
返し、反射用光源４を用いて同様に裏面の付着物の検出
を行う。最後に、画像Ｉ₁から付着物を除くことで凹状
欠陥を判別することができる。

【００２９】モニタ７に表示される画像は、図示しない
画像処理装置を用いて２値化、輪郭強調処理などの処理
を施した後、演算して、凹状欠陥と付着物を分別判定す
る。

【００３０】本実施形態による方法では、以下の欠陥ラ
ンクのうち、Ａランクの欠陥検出が可能であった。ランク Pit，Particle Scratch（幅）Ａ〜３ミクロン〜２ミクロンＢ２〜５ミクロン１〜４ミクロンＣ５〜１０ミクロン３〜１０ミクロンＤ１０〜２０ミクロン１０〜２０ミクロンＥ２０ミクロン以上２０ミクロン以上

【００３１】本発明では、被検査体１に入射する光の角
度が重要である。まず、透過光は、平行光（コリメート
光）であることが望ましい。本実施形態に透過用光源２
は、光の角度で±１０°、好ましくは±５°の範囲で調
整可能である。±１０°の範囲であれば前記ランクＢ、
±５°の範囲であればランクＡのレベルが検出可能であ
る。±１０°よりも角度が大きいと、ランクＣ以下のレ
ベルが検出可能である。一方、反射光は、角度βが小さ
い程、付着物の検出能力が高いが、小さすぎると照明部
の照度分布が悪くなる。そこで、角度βは、４±３°の
範囲で調整を行うことが好ましい。この角度βの範囲で
は、前記ランクＢの検出が可能である。

【００３２】透過用光源２の大きさは、小さいほうが好
ましいが、光量が不足するためある程度の大きさは必要
であり、好ましくはφ８ｍｍ以内である。それ以上大き
いと、光源２の各部からの光が違った角度で被検査体１
の同じ部分に入射して、散乱光の方向が揃わず、分解能
が低下するからである。また、光源２が大きすぎると光
源２からの直接光の遮光が困難になる。光源２の見かけ
の大きさは、光学系３内にピンホール、絞り等を入れて
調節することも可能である。一方、反射用光源４は、斜
め入射なので、前述したようなライン状のものが有効で
ある。ライン状光源４の光路と被検査体１の照明部のな
す角度βは前述のように小さいので、ライン状光源の幅
は小さくてよく、前述したように、本実施形態では約１
ｍｍである。

【００３３】なお、前記実施形態では、光源２，４とし
てハロゲンランプを用いたが、レーザを用いてもよい。
また、光学系３，５は小型化のため、ミラーで折り返す
構成のものでもよい。透過用光源２と反射用光源４は、
別個に設けずに、単一のものを用い、光路を途中で透過
用と反射用に分けるようにしてもよい。光源の形状も、
円形、ライン状に限るものではない。

【００３４】前記実施形態では、検出器６と光路のなす
角度αは、透過用光源２の光路と反射用光源４の光路が
なす平面内で、かつ、透過用光源２の光路に対して反射
用光源４の入射方向と逆にしたが、透過用光源２の光路
に対してどの方向に設定してもよい。また、透過光と反
射光をともに照射した場合には、透過光による照明が支
配的になり、凹状欠陥と付着物を検出することが可能で
ある。従って、反射照明は常時点灯しておき、透過照明
のみを点灯・消灯するという組み合わせでも同様の測定
を行うことができる。

【００３５】＜第２実施形態＞図２は、本発明に係る透
明体または半透明体の外観検査装置の第２実施形態を示
す。この外観検査装置は、被検査体１の裏面側に第２の
反射用光源９とその光学系１０を、被検査体１に対して
第１の反射用光源４と光学系５に対して対称に配置した
以外は、図１の外観検査装置と実質的に同一であり、対
応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００３６】この外観検査装置を用いて、厚さ１ｍｍの
透明なガラス基板からなる被検査体１の外観を検査する
には、まず、図２（Ａ）に示すように、第１と第２の反
射用光源４，９を遮断して、透過用光源２から被検査体
１を透過した透過光を検出器６で検出し、モニタ７に表
示させる（Ｉ₃）。これにより、被検査体１の表裏面の
凹状欠陥と付着物が同時に検出される。次に、図２
（Ｂ）に示すように、透過用光源２と第２の反射用光源
９を遮断して、第１の反射用光源４から被検査体１で乱
反射した反射散乱光を検出器６で検出し、モニタ７に表
示させる（Ｉ₄）。これにより、被検査体１の表面の付
着物のみが検出される。最後に、図２（Ｃ）に示すよう
に、透過用光源２と第１の反射用光源４を遮断して、第
２の反射用光源９から被検査体１で乱反射した反射散乱
光を検出器６で検出し、モニタ７に表示させる
（Ｉ₅）。これにより、被検査体１の裏面の付着物のみ
が検出される。この結果、透過用光源２による検査時に
モニタ７に表示される画像Ｉ₃において、予め凹状欠陥
と付着物の位置を確認しておくことができ、続いて第１
と第２の反射用光源４，９によるモニタ７に表示された
画像Ｉ₄，Ｉ₅において、表面と裏面の付着物がどれかを
判別することができ、さらに画像Ｉ₃から画像Ｉ₄，Ｉ₅
の付着物を除くことで凹状欠陥を判別することができ
る。

【００３７】モニタ７に表示される画像は、前記第１実
施形態と同様に、図示しない画像処理装置を用いて２値
化、輪郭強調処理などの処理を施した後、演算して、凹
状欠陥か付着物かを分別判定する。

【００３８】この第２の実施形態では、被検査体１を裏
返すことなく、同一領域の欠陥の検査が行えるので、凹
状欠陥と付着物のマッピングが可能である。なお、本実
施形態でも、前記ランクＡのレベルの検出が可能であっ
た。また、表裏両面の反射光を同時に照射して、両面の
付着物を同時に検出することも可能である。

【００３９】なお、以上の実施形態では、被検査体１と
してガラス基板を用いたが、プラスチック、樹脂等の半
透明体を用いることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の方法によれば、透過用光源から被検査体を透過した透
過光により被検査体の凹状欠陥と付着物を検出するとと
もに、反射用光源から被検査体を乱反射した反射散乱光
により被検査体の付着物を検出するので、凹状欠陥と付
着物を区別し、両方に対して高感度な検出を行うことが
できる。

【００４１】また、本発明の方法によれば、透過用光源
と反射用光源の点灯・消灯を組み合わせて被検査体を照
射して、透過用光源による凹状欠陥と付着物の検出と、
反射用光源による付着物の検出とを別個に行うようにし
たので、より明瞭に、透過用光源による凹状欠陥と付着
物の検出と、反射用光源による付着物の検出とを行うこ
とができる。

【００４２】また、本発明の方法によれば、被検査体を
裏返すことにより、反射用光源による付着物の検出を表
面と裏面について行うので、被検査体の表面と裏面の付
着物を区別することができる。

【００４３】また、本発明の方法によれば、反射用光源
を被検査体の表面側および裏面側に配置し、透過用光源
と２つの反射用光源の点灯・消灯を組み合わせて被検査
体を照射して、透過用光源による凹状欠陥と付着物の検
出と、第１の反射用光源による表面の付着物の検出と、
第２の反射用光源による裏面の付着物の検出とを別個に
行うので、被検査体を裏返すことなく、表面と裏面の付
着物を区別することができる。

【００４４】次に、本発明の装置によれば、被検査体の
表面側に透過用光源の光路に概略平行で、かつ、当該透
過用光源からの光が直接入射しない位置に配置され、透
過用光源から被検査体を透過した透過光により被検査体
の凹状欠陥と付着物を検出するとともに、反射用光源か
ら被検査体を乱反射した反射散乱光により被検査体の付
着物を検出する検出器を備えたので、凹状欠陥と付着物
を区別して検査することができる。

【００４５】また、本発明の装置によれば、透過用光源
からの光が直接検出器に入射するのを防ぐための遮光板
を、透過用光源と被検査体の間または被検査体と検出器
の間に設置したので、検出器に透過用光源の光が直接入
射しなくなり、分解能が向上する。

【００４６】また、本発明の装置によれば、透過用光源
は、被検査体を照射する光の角度が概ね揃っている光源
であるので、散乱光を無駄なく検出器に入射させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透明体または半透明体の外観検
査装置の第１実施形態を示す。

【図２】本発明に係る透明体または半透明体の外観検
査装置の第２実施形態を示す。

【符号の説明】

１被検査体２透過用光源４反射用光源６検出器９第２の反射用光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過用光源により被検査体の裏面より光
を照射し、反射用光源により被検査体の表面または裏面の少なくと
もいずれか一方に低入射角で光を照射し、被検査体の表面側に前記透過用光源の光路に概略平行
で、かつ、当該透過用光源からの光が直接入射しない位
置に配置された検出器により、前記透過用光源から被検
査体を透過した透過光により被検査体の凹状欠陥と付着
物を検出するとともに、前記反射用光源から被検査体を
乱反射した反射散乱光により被検査体の付着物を検出す
ることを特徴とする透明体および半透明体の外観検査方
法。
【請求項２】前記透過用光源と前記反射用光源の点灯
・消灯を組み合わせて被検査体を照射して、前記透過用光源による凹状欠陥と付着物の検出と、前記反射用光源による付着物の検出とを別個に行うこと
により、被検査体の凹状欠陥と付着物を区別することを
特徴とする請求項１に記載の透明体および半透明体の外
観検査方法。
【請求項３】被検査体を裏返すことにより、前記反射
用光源による付着物の検出を表面と裏面について行うこ
とを特徴とする請求項２に記載の透明体および半透明体
の外観検査方法。
【請求項４】前記反射用光源を被検査体の表面側およ
び裏面側に配置し、前記透過用光源と前記２つの反射用光源の点灯・消灯を
組み合わせて被検査体を照射して、前記透過用光源による凹状欠陥と付着物の検出と、前記第１の反射用光源による表面の付着物の検出と、前記第２の反射用光源による裏面の付着物の検出とを別
個に行うことにより、被検査体の凹状欠陥と付着物を区
別することを特徴とする請求項１に記載の透明体および
半透明体の外観検査方法。
【請求項５】被検査体の裏面側に設置され、被検査体
の裏面より光を照射する透過用光源と、被検査体の表面側または裏面側の少なくともいずれか一
方に設置され、被検査体に低入射角で照射する反射用光
源と、被検査体の表面側に前記透過用光源の光路に概略平行
で、かつ、当該透過用光源からの光が直接入射しない位
置に配置され、前記透過用光源から被検査体を透過した
透過光により被検査体の凹状欠陥と付着物を検出すると
ともに、前記反射用光源から被検査体を乱反射した反射
散乱光により被検査体の付着物を検出する検出器とを備
えたことを特徴とする透明体および半透明体の外観検査
装置。
【請求項６】前記検出器の前記透過用光源の光路に対
する傾斜角度が５±３°であることを特徴とする請求項
５に記載の透明体および半透明体の外観検査装置。
【請求項７】前記反射用光源の被検査体に対する入射
角度が約４±３°であることを特徴とする請求項５また
は６のいずれかに記載の透明体および半透明体の外観検
査装置。
【請求項８】前記透過用光源からの光が直接前記検出
器に入射するのを防ぐための遮光板を、前記透過用光源
と被検査体の間または被検査体と検出器の間に設置した
ことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の透
明体および半透明体の外観検査装置。
【請求項９】前記透過用光源は、被検査体を照射する
光の角度が概ね揃っている光源であることを特徴とする
請求項５から８のいずれかに記載の透明体および半透明
体の外観検査装置。