JP2000097867A - 透光性基板の欠陥検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透光性基板における極めて微細な欠陥を、明
瞭かつ容易に検出することができる欠陥検出装置及び方
法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る欠陥検出装置１は、透光性
基板Ｏの第１の面に光を照射する照明系２〜５と、透光
性基板Ｏの第１の面で反射した上記照明系からの光を吸
収する光吸収フィルタ１１と、上記照明系からの光によ
り透光性基板Ｏの第２の面に透過される光を入射し、そ
の像を結像するレンズ８と、該結像された像を画像デー
タに変換する撮像手段６と、その像を拡大表示するモニ
タ９を備える。透光性基板Ｏに欠陥が存在する場合、照
明系からの光は該欠陥位置で乱反射され、その位置に対
応する撮像手段６上の対応画素への光量が変化し、これ
がモニタ９上に拡大して反映されることとなる。この場
合において、透光性基板から反射された光は、光吸収フ
ィルタ１１によって吸収されるので、撮像手段に結像さ
れる像は暗視野となりモニタ上で該欠陥が明瞭となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスその他の透
光性を有する基板における欠陥を検出するために用いら
れる欠陥検出装置及び方法に関するものであり、特に、
透光性基板の表面及び内部に形成された極めて微細な傷
や異物の混入などの欠陥を容易に検出するに適した欠陥
検出装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラスその他の透光性基板（以
下、被検査物という）中の極めて微細な欠陥を検出する
には、一般に２通りの方法が採られていた。一つは、肉
眼により検出する方法で、検査員が照明器具からの照明
光を被検査物に照射し、被検査物の向きを変えながら、
直接目視により欠陥を検出する方法である。他の一つ
は、光学顕微鏡を用いた検出方法で、顕微鏡の下に被検
査物を配置し、被検査物に対して照明光を照射して、拡
大された被検査物の像を観察して、欠陥を検出する方法
である。

【０００３】これら従来の検出方法のうち、肉眼により
欠陥を検出する方法による場合、５μｍ以下の微細な欠
陥になると肉眼で発見することは極めて困難である。特
に、その大きさの測定や欠陥種類の判別、すなわち、異
物、点傷、線傷、扱い傷、液だれ、かん、ダスト等の判
別を肉眼により行うことはほとんど不可能であった。そ
のため、検査員による目視によって被検査物上の欠陥を
検出した後、顕微鏡を用いてその欠陥の種類を判別する
必要があった。

【０００４】また、５μｍ以上の欠陥の検出において
も、これを肉眼で発見するためには、検査員の欠陥検出
能力を向上させることが必要であり、そのために種々の
トレー二ングを長期間掛けて行う必要があった。更に、
長期間のトレーニングにより検査員が必要な検査能力を
備えた場合であっても、検査基準には個人差が生じ、検
査結果が一定しないという問題があり、また、強度な光
源下での長時間における欠陥の検出作業は、検査員に極
度の疲労とストレスを引き起こす。更に、肉眼による検
出方法の場合、被検査物における欠陥の位置が照明光か
ら遠くなるほど、欠陥において反射される光が弱くなる
ので、これらの欠陥を見落としやすくなるという問題が
あった。

【０００５】一方、顕微鏡を用いた欠陥の検出方法にお
いては、その焦点を合わせるのが困難であるという問題
がある。すなわち、被検査物に対する欠陥は、その表面
だけでなく、内部にも形成されることがあるので、該内
部の欠陥を検出するためには、被検査物の厚み方向にお
ける適当な深さ位置に細かく焦点を合わせて欠陥を検出
する必要があり、そのためレンズの焦点合わせが極めて
煩雑であり、これを十分に行わない場合には、内部の欠
陥を見落とす危険性があった。

【０００６】また、顕微鏡を使用した欠陥検査において
は、欠陥の種類判別を行えるようにレンズの倍率を高く
すると、レンズの視野が極端に狭くなるという欠点があ
る。そのため、欠陥の検出と、その種類の判別とを同時
に行うことができず、従って低倍率のレンズで欠陥を検
出した後に、高倍率のレンズでその種別を判定する必要
が生じていた。この結果、顕微鏡の調整や操作が煩雑と
なり、欠陥検査の作業に長時間掛かっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、検査員の検査能力に依存することなく、また検査員
に過度の負担を掛けることなく、透光性基板に存在する
極めて微細な欠陥を明瞭かつ容易に検出することができ
る欠陥検出装置及び方法を提供することにある。

【０００８】また本発明の別の目的は、透光性基板の表
面及び内部における欠陥を適性に検出することができる
欠陥検出装置及び方法を提供することにある。

【０００９】さらに本発明の別の目的は、検査員が欠陥
の検出と、その種類の判別を容易に行えるように透光性
基板を表示することができる欠陥検出装置及び方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性基板の
欠陥を検出するための欠陥検出装置に関する。本発明の
欠陥検出装置は、透光性基板の第１の面に光を照射する
照明系と、上記透光性基板の第１の面で反射した上記照
明系からの光を吸収する光吸収フィルタと、上記照明系
からの光により上記透光性基板の第２の面に透過される
光を入射し、上記透光性基板の像を結像するレンズと、
上記レンズによって結像された像を画像データに変換す
る撮像手段と、上記画像データに変換された透光性基板
の像を拡大表示するモニタとを備えて構成される。

【００１１】上記欠陥検出装置を用いた透光性基板の欠
陥検出において、該透光性基板に欠陥が存在する場合、
照明系からの光は該欠陥位置で乱反射され、その位置に
対応する撮像手段上の対応画素への光量が変化し、これ
がモニタ上に拡大して反映されることとなる。この場合
において、上記透光性基板から反射された光は、光吸収
フィルタによって吸収されるので、撮像手段に結像され
る像は暗視野、すなわち欠陥の位置が白く、他が黒くな
るので、モニタ上で該欠陥が明瞭となる。

【００１２】この場合に、上記照明系が、上記透光性基
板の第１の面側に設置され、上記透光性基板の第１の面
に反射した光を通過させる開口を備えたリング状照明を
備え、上記光吸収フィルタが上記開口を通過する光を吸
収するよう設置されることが好ましい。この配置構成に
よって、透光性基板に均一に光を照射することを妨げず
に上記光吸収フィルタの設置が可能となる。

【００１３】また、上記光吸収フィルタが400〜750nmの
領域の光を吸収するニュートラルデンシティフィルタで
あることが好ましい。

【００１４】更に、上記リング状照明と上記透光性基板
の第１の面との間に、上記リング状照明からの光を集光
して上記透光性基板の第１の面に照射させる集光フィル
タを備えることができる。集光フィルタによって透光性
基板の欠陥を検出するに十分な光量が容易に得られるこ
ととなる。

【００１５】また、本発明においては、上記レンズをテ
レセントリック系レンズとすることが好ましい。テレセ
ントリック系レンズは焦点深度が深いので、設定を変え
ることなく、透光性基板の表面及び内部における異なる
深さ位置の欠陥に焦点を合わせることが可能となる。

【００１６】本発明はまた、透光性基板の欠陥を検出す
るための欠陥検出方法に関する。本発明の欠陥検出方法
は、透光性基板の第１の面に光を照射する工程と、上記
透光性基板の第１の面で反射した光を光吸収フィルタで
吸収する工程と、上記照射された光により上記透光性基
板の第２の面に透過される光をレンズに入射し、上記透
光性基板の像を撮像手段に結像する工程と、上記レンズ
によって結像された像を上記撮像手段で画像データに変
換する工程と、上記画像データに変換された透光性基板
の像をモニタに拡大表示する工程とを備えて構成され
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に沿って詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
係る欠陥検出装置の概略図である。本実施形態において
は、ＣＣＤカメラのカバーガラス等に用いられるガラス
基板における欠陥を検出するに適した欠陥検出装置に沿
って、本発明を説明する。もっとも、本発明がこのよう
なガラス基板に限らず他の透光性基板、例えばマスクブ
ランク、ガラス製磁気ディスク基板、ガラス製プリント
配線基板等における欠陥を検出するための欠陥検出装置
に広く適用できることは、以下の説明から明らかにされ
るであろう。

【００１８】本実施形態に係る欠陥検出装置１は、基本
的に、透光性基板である被検査物Ｏに光を照射する照明
系、照射された光によって被検査物Ｏの像を撮影する撮
影系、及び撮影された像を観察するための観察系を備え
て構成される。図に示すように、欠陥検出装置１は、そ
の照明系として、ハロゲンランプからなる光源２、リン
グ状光ファイバ３、光ファイバケーブル４及び集光フィ
ルタ５を備える。光源２から発生された光は、光ファイ
バケーブル４を介して、リング状光ファイバ３に導かれ
る。後に詳細に説明するように、リング状光ファイバ３
は、その周端縁から上方に向けて均一の光を照射可能に
するもので、その上に設置された集光フィルタ５を介し
て、均一な光を被検査物Ｏの下面側に照射する。

【００１９】欠陥検出装置１は、その撮影系として、Ｃ
ＣＤカメラ６、その電源７及びテレセントリックズーム
レンズ８を備える。ＣＣＤカメラ６は、受光素子をチッ
プ上に二次元的に配列して形成した半導体撮像素子を用
いたカメラである。ＣＣＤカメラ６は、テレセントリッ
クズームレンズ８によって結像された被検査物Ｏの像を
画像データ、すなわちデジタル処理可能な２値データに
変換する。ＣＣＤカメラ６の解像能力は、内蔵されたチ
ップの画素数と画素サイズにより決まるが、検出しよう
とする欠陥の最小サイズを考慮してこれらの値を決定す
ることが好ましい。

【００２０】テレセントリックズームレンズ８は、上記
ＣＣＤカメラ６の前方に固定されたテレセントリック系
のレンズである。このレンズの光学的な特徴は、焦点深
度が深く、焦点合せの誤差によって結像倍率に変化が生
じない点にある。従って、テレセントリックズームレン
ズ８をＣＣＤカメラ６に対する結像レンズとして用いる
ことにより、被検査物Ｏに存在する欠陥の深さ位置に拘
わらず、概略その焦点を合わせることが可能となる。す
なわち、一度このレンズの焦点位置をセットすれば、ど
の深さにある欠陥に対しても焦点調整を行うことなく、
その欠陥の存在及び具体的な形状を、後に説明するモニ
タ９上で明瞭にすることができる。このことは逆に、最
初の焦点設定に多少のずれがあっても、欠陥の検出上支
障がないことを意味する。テレセントリックズームレン
ズ８は、被検査物Ｏの像を縮小倍率でとらえて、被検査
物Ｏの全体像をＣＣＤカメラ６上に結像する。

【００２１】欠陥検出装置１は、その観察系として、モ
ニタ９を備える。モニタ９は、ＣＣＤカメラ６で取得さ
れた被検査物Ｏの全体像を拡大表示し、検査員による目
視検査を可能にするためのものである。ＣＣＤカメラ６
で生成された画像データは、ＢＣＮケーブル１０を介し
てモニタ９に伝送され、ここで所定の画像処理を施され
てその表示サイズに応じて伸長されモニタ９上に表示さ
れる。例えば、１／２インチのＣＣＤチップ（対角長約
9mm）を有するＣＣＤカメラ６で取得した被検査物Ｏの
画像データを１４インチサイズ（対角長約355.6mm）の
モニタ９上で全画面表示した場合、被検査物Ｏにおける
欠陥は、約２０倍に拡大されてモニタ９上に表示され
る。すなわち、被検査物Ｏの欠陥は、テレセントリック
ズームレンズ８で１／２に縮小してとらえられるが、Ｃ
ＣＤチップの４０倍の対角サイズを有するモニタ９に映
し出されることによって２０倍となる。そのため、５μ
ｍの欠陥は0.1mmほどに拡大され、検査員による目視が
容易となる。

【００２２】本発明において欠陥検出装置１は、更に、
光吸収フィルタとしてのニュートラルデンシティフィル
タ１１を備える。ニュートラルデンシティフィルタ１１
は、上記リング状光ファイバ３の下方、すなわち被検査
物Ｏに関し、上記撮影系の対向側に設置されている。ニ
ュートラルデンシティフィルタ１１は、上記リング状光
ファイバ３から被検査物Ｏに照射されその下面で反射さ
れた可視光、すなわち400〜750nmの領域の光を吸収し、
ＣＣＤカメラ６に結像される像を暗視野にするよう機能
する。すなわち、リング状光ファイバ３から照射された
光は、透光性を有する被検査物Ｏの上面側に透過しテレ
セントリックズームレンズ８に導かれる一方で、被検査
物Ｏの下面側で反射される。この反射光は、後に説明す
る集光フィルタ５の開口５ａを通過し、ニュートラルデ
ンシティフィルタ１１に投射される。ここでニュートラ
ルデンシティフィルタ１１は、光の入射角に対しそのフ
ィルタ面が約４５度になるように設置されており、ここ
に入射した光は完全に吸収され、被検査物Ｏへの反射光
が全面的にカットされることとなる。その結果、ＣＣＤ
カメラ６に結像される被検査物Ｏの像は全体的に暗くな
り、その欠陥の箇所だけが白く明瞭に浮かび上がるよう
になる。

【００２３】次に、図２に沿って上記照明系の詳細につ
いて説明する。図２は、リング状光ファイバ３及び集光
フィルタ５をその光軸に沿って切断した拡大端面図であ
る。リング状光ファイバ３は、光ファイバケーブル４と
一体成形され、光ファイバケーブル４を介して導かれた
光源２からの光を、ここから外部へ照射する。すなわ
ち、リング状光ファイバ３は、その上側周端面３ａを照
射面とし、そこから光が斜め上方へ照射され、テレセン
トリックズームレンズ８の光軸に集光するよう設計され
ている。

【００２４】一方、集光フィルタ５は、上記リング状光
ファイバ３の上部に設置されたガラス部材である。集光
フィルタ５は、リング状光ファイバ３に対し、その下端
を螺合して一体にされ、相互の接合部分から光が外部に
漏れないようにされている。集光フィルタ５は、その上
部中央を開口５ａとし、またその内周面側にはそこにア
ルミニウム又はクロムをめっきしてなる光の反射面５ｂ
が形成されている。上記リング状光ファイバ３から上部
へ照射された光は、集光フィルタ５の反射面５ｂに反射
され、図において矢印で示すように、開口５ａの上部へ
集光される。従って、この位置に被検査物Ｏを配置する
ことによって、被検査物Ｏには集光された光が均一に照
射されることとなる。このように、集光フィルタ５は、
リング状光ファイバ３からの光を効率的に被検査物Ｏに
集め、光を無駄なく欠陥検出のために使用することを可
能とする。

【００２５】次に、上記欠陥検出装置を用いて被検査物
Ｏ内の欠陥を検出する方法について説明する。照明光
は、光源２により光ファイバケーブル４を介してリング
状光ファイバ３に伝えられる。リング状光ファイバ３に
伝えられた光は、その上側周端面３ａから照射され、集
光フィルタ５の反射面５ｂで反射され、開口５ａからそ
の上部に集光される。検査員がピンセットその他の器具
を用いて、この光が集光される位置に被検査物Ｏを配置
することによって、被検査物Ｏの下面全域に均一で強い
光が照射される。基本的に、被検査物Ｏの下方から照射
された光は、被検査物Ｏを透過してテレセントリックズ
ームレンズ８に導かれる。

【００２６】図３で模式的に示すように、被検査物Ｏの
表面或いは内部に欠陥Ｘがある場合、その位置に入射し
た光は、乱反射されテレセントリックズームレンズ８に
導かれない。テレセントリックズームレンズ８は光軸に
平行な光のみを選択的に透過し結像するので、テレセン
トリックズームレンズ８においては、欠陥のある部分と
ない部分とで光の強弱によるコントラストが生じる。

【００２７】一方で、被検査物Ｏに集光された光の一部
は、被検査物Ｏで反射される。反射された光は、上記集
光フィルタ５の開口５ａを通過し、その下方に設置され
たニュートラルデンシティフィルタ１１に入射され、吸
収される。その結果、上記テレセントリックズームレン
ズ８に入射された光が暗い像となり、光が入射されてい
ない部分の像が白くなる。このとき、テレセントリック
ズームレンズ８における被検査物Ｏの二重写しも防止で
きる。

【００２８】テレセントリックズームレンズ８に入射さ
れた光、すなわち被検査物Ｏの像は、電源７をオンする
ことにより起動されたＣＣＤカメラ６の撮像面に結像さ
れる。ＣＣＤカメラ６に結像された被検査物Ｏの像は、
ここで画像データに変換され、ＢＣＮケーブル１０を介
してモニタ９に入力される。モニタ９に入カされた画像
データは、ここで所定の画像処理を施されてその表示サ
イズに応じて伸長され表示される。検査員は、モニタ９
上に拡大された被検査物Ｏの像を観察することによっ
て、その上の欠陥を検出し、その種類判別を行う。

【００２９】

【実施例】３８万画素、チップサイズ１／２インチのＣ
ＣＤカメラ、光学倍率が０．５倍のテレセントリックズ
ームレンズ、１４インチのモ二タ、５０万ルクスのコー
ルドライ光源（被検査物近傍では１５万ルクス）及び直
径３０ｍｍのリング状光ファイバを使用して上記欠陥検
出装置を作成し、１１．２ｍｍ角、厚さ０．８ｍｍの表
面研磨されたガラス基板５０８枚について、欠陥検出を
行った。その結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示すように、５０８枚中、１４２枚
（２８．５％）のガラス基板について欠陥が認められ
た。表１に示した欠陥は、ほとんどが２〜５μｍのもの
であったが、本欠陥検出装置を用いることにより、これ
らの種別を容易に判別することができた。

【００３２】以上、本発明の一実施形態を図面に沿って
説明した。しかしながら、本発明は上記実施形態に示さ
れた事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づい
てその変更、改良が可能である。例えば、検査する欠陥
画像の倍率を更に上げるためには、２０インチ、４２イ
ンチの大型のモニタを用いればよい。また、本実施形態
においては、被検出物の撮影系として、ＣＣＤ型固体撮
像素子を使ったカメラを用いた例を示したが、他の撮像
手段、例えばチューブ型やＭＯＳ型の撮像素子を用いて
もよい。

【００３３】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、透光性基板
における極めて微細な欠陥を、検査員の検査能力に依存
することなく、また検査員に過度の負担を掛けることな
く、明瞭かつ容易に検出することができる。すなわち、
モニタ上に映し出される透光性基板の像は暗視野とな
り、欠陥が白い像として浮き上がるので、その検出及び
検査が極めて容易となる。

【００３４】また、モニタ上には、透光性基板の全体の
像が拡大して映し出され、その上のすべての欠陥が一度
に検出及び検査可能となり、作業性が極めて向上する。

【００３５】更に、テレセントリック系レンズを用いた
本発明においては、欠陥が透光性基板のどの深さ位置に
あっても、概略その欠陥に焦点を合わせることが可能で
あり、よって、欠陥を確実、正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る欠陥検出装置の概略
図である。

【図２】リング状光ファイバ及び集光フィルタをその光
軸に沿って切断した拡大端面図である

【図３】透光性基板に欠陥がある場合のテレセントリッ
クズームレンズに入射される光の様子を模式的に示した
図である。

【符号の説明】

１ 欠陥検出装置 ２ 光源 ３ リング状光ファイバ ３ａ 上側周端面 ４ 光ファイバケーブル ５ 集光フィルタ ５ａ 開口 ５ｂ 反射面 ６ ＣＣＤカメラ ７ 電源 ８ テレセントリックズームレンズ ９ モニタ １０ ＢＣＮケーブル １１ ニュートラルデンシティフィルタ Ｏ 被検査物

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板の欠陥を検出するための欠陥
   検出装置において、 上記透光性基板の第１の面に光を照射する照明系と、 上記透光性基板の第１の面で反射した上記照明系からの
   光を吸収する光吸収フィルタと、 上記照明系からの光により上記透光性基板の第２の面に
   透過される光を入射し、上記透光性基板の像を結像する
   レンズと、 上記レンズによって結像された像を画像データに変換す
   る撮像手段と、 上記画像データに変換された透光性基板の像を拡大表示
   するモニタと、を備えた欠陥検出装置。
2. 【請求項２】 上記照明系が、上記透光性基板の第１の
   面側に設置され、上記透光性基板の第１の面に反射した
   光を通過させる開口を備えたリング状照明を備え、上記
   光吸収フィルタが上記開口を通過する光を吸収するよう
   設置された請求項１記載の欠陥検出装置。
3. 【請求項３】 上記光吸収フィルタが400〜750nmの領域
   の光を吸収するニュートラルデンシティフィルタである
   請求項１又は２記載の欠陥検出装置。
4. 【請求項４】 上記リング状照明と上記透光性基板の第
   １の面との間に、上記リング状照明からの光を集光して
   上記透光性基板の第１の面に照射させる集光フィルタを
   備えた請求項２又は３記載の欠陥検出装置。
5. 【請求項５】 上記レンズがテレセントリック系レンズ
   である請求項１、２、３又は４記載の欠陥検出装置。
6. 【請求項６】 透光性基板の欠陥を検出するための欠陥
   検出方法において、 上記透光性基板の第１の面に光を照射する工程と、 上記透光性基板の第１の面で反射した光を光吸収フィル
   タで吸収する工程と、 上記照射された光により上記透光性基板の第２の面に透
   過される光をレンズに入射し、上記透光性基板の像を撮
   像手段に結像する工程と、 上記レンズによって結像された像を上記撮像手段で画像
   データに変換する工程と、 上記画像データに変換された透光性基板の像をモニタに
   拡大表示する工程と、を備えた欠陥検出方法。
7. 【請求項７】 上記光吸収フィルタが400〜750nmの領域
   の光を吸収するニュートラルデンシティフィルタである
   請求項６記載の欠陥検出方法。
8. 【請求項８】 上記レンズがテレセントリック系レンズ
   である請求項６又は７記載の欠陥検出方法。