JP2005321319A - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物質表面の欠陥の状態を詳細に検出することができる表面検査装置および表面検査方法を提供すること。
【解決手段】検査面４０に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて、検査面４０を検査する表面検査装置および表面検査方法であって、光ファイバ４１および拡散板４２が、検査面４０側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を検査面４０に照射し、ＣＣＤセンサ４４が、照射光が検査面４０により反射された際の反射光の強度を検出する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて物質表面を検査する表面検査装置および表面検査方法に関し、特に、物質表面の欠陥の状態を詳細に検出することができる表面検査装置および表面検査方法に関する。

従来、ネオンガスやキセノンガスなどの高圧ガスに電圧をかけて発光させるプラズマディスプレイは、２つの板状部品を別々に加工し、それらを張り合わせることにより製造されている。図１２に示すように、張り合わせる面には、正常に加工された部品でもサブミクロンレベルの凹凸が存在するが、凹凸の高さが数ミクロンに達すると、張り合わせが不完全となり、不良品が発生してしまう。

また、一方の部品の表面には数ミクロンの凹凸がなかったとしても、数ミクロンの凹凸がある部品と張り合わせてしまうと両方の部品が無駄になり、歩留まりが低くなってしまうので、部品の表面にそのような凹凸があるか否かを張り合わせ前に検査することが非常に重要となってくる。

そのため、被検査物の検査面に光を照射し、その反射光の光強度分布を基にして検査面の品質を判定する品質検査装置が考案されている（特許文献１および特許文献２参照）。図１３は、検査面に凸部２がある場合の光の反射を説明する説明図であり、図１４は、従来の品質検査方法を説明する説明図である。

図１３に示すように、検査面に凸部２がある場合には、凸部２の前部では、平坦面１での反射に比べて光がより上方に反射し、凸部２の後部では、平坦面１での反射に比べて光がより下方に反射する。このように、検査面に凸部２があると、反射光の進行方向が分散することとなる。

そこで、図１４に示すように、照明光４が検査面で反射された反射光を、絞り６を介して集光レンズ７で集光し、光検知器８で反射光の光強度を検知することとすると、検査面が平坦な場合には、光検知器８により検知される光強度が大きくなり、凸部２がある場合には、光検知器８により検知される光強度が小さくなる。

また、検査面に凹部がある場合にも同様に、光検知器８により検知される光強度が小さくなる。このように、光検知器８により検知される反射光強度を観測することにより、検査面に凹凸があるか否かを判定することができる。

さらに、検査面に凹凸がある場合とない場合とで、反射光の強度差を大きくし、微細な欠陥を検出しやすくするため、検査面に対して低角度から光を照射することがおこなわれている。

図１５は、ガラスやセラミック、プラスチックなどの絶縁物に対する光反射率と入射角度との間の関係を説明する説明図である。図１５に示すように、入射角度が８０度程度まで大きくなった場合、すなわち、照明角度が１０度くらいに小さくなった場合に、光の反射率が急激に大きくなる。

特開２０００−５５８２６号公報 特開２００２−３１０９１７号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に代表される従来技術では、検査面に凹凸があることは検出できるが、それが凸部であるのか凹部であるのかを判定することができず、詳細な表面状態の解析を実行できないという問題があった。

すなわち、プラズマディスプレイなどの製造工程において、検査面の欠陥が発見された場合に、検査面がどのような状態であるかを詳細に把握することは、その原因や対処方法を追求するために極めて重要となってくる。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、物質表面の欠陥の状態を詳細に検出することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて前記物質表面を検査する表面検査装置であって、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射する照射手段と、前記照射手段により照射された照射光が前記物質表面により反射された際の反射光の強度を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記照射手段は、前記照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう該物質表面に照射光を照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射手段は、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記光源と光拡散板との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることを特徴とする。

また、本発明は、前記照射手段は、光の透過率が前記物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記検出手段により検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出する高さ算出手段をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記高さ算出手段は、反射光の物質表面に対する角度と該物質表面に対する角度の平均値との差分値を算出し、該差分値に基づいて前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射手段は、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

また、本発明は、物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて前記物質表面を検査する表面検査方法であって、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射する照射工程と、前記照射工程により照射された照射光が前記物質表面により反射された際の反射光の強度を検出する検出工程と、を含んだことを特徴とする。

また、本発明は、前記照射工程は、前記照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう該物質表面に照射光を照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射工程は、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記光源と光拡散板との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることを特徴とする。

また、本発明は、前記照射工程は、光の透過率が前記物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

また、本発明は、前記検出工程により検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出する高さ算出工程をさらに含んだことを特徴とする。

また、本発明は、前記高さ算出工程は、反射光の物質表面に対する角度と該物質表面に対する角度の平均値との差分値を算出し、該差分値に基づいて前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射工程は、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする。

本発明によれば、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射し、照射された照射光が物質表面により反射された際の反射光の強度を検出することとしたので、物質表面の凹凸に応じて反射光の強度を大きく変化させることができ、物質表面の欠陥の状態をより詳細に検出することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう物質表面に照射光を照射することとしたので、物質表面の凹凸に応じて反射光の強度をさらに大きく変化させることができ、物質表面の欠陥の状態をより詳細に検出することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することとしたので、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を効率的に生成することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光源と光拡散板との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることとしたので、光源から発光された光を適切に拡散させることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光の透過率が物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することとしたので、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を効率的に生成することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、物質表面の凹部または凸部の高さを算出することとしたので、高さを算出することにより、物質表面の欠陥の状態をより詳細に検出することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、反射光の物質表面に対する角度と物質表面に対する角度の平均値との差分値を算出し、差分値に基づいて物質表面の凹部または凸部の高さを算出することとしたので、物質表面全体の変動の影響を除去し、局所的な凹凸の高さを算出することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を物質表面に照射することとしたので、輝度の高い光を広い範囲に照射することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る表面検査装置および表面検査方法の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、本発明に係る表面検査処理において、物質の検査面に照射される照射光の特徴について説明する。図１は、本発明に係る照射光の特徴を説明する説明図である。図１に示すように、この表面検査処理においては、検査面に対して光を照射し、検査面により反射された反射光の強度をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどにより検知する。

ただし、この表面検査処理においては、一様な強度の光を検査面に照射するのではなく、検査面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を照射する。図１において、各矢印は光の進路を表しており、矢印の線が太いほど光の強度が大きいことを示している。

図１に示すように、検査面が平坦な場合には、角度φで検査面に照射され、検査面により角度φで正反射された光が、位置が固定されたＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

ところが、検査面に凸部がある場合には、検査面に対してより低角度で照射された、強度の大きい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。逆に、検査面に凹部がある場合には、検査面に対してより高角度で照射された、強度の小さい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

本発明では、上記原理を利用して、表面検査処理を実行する。図２は、表面検査処理の概念を説明する説明図である。図２には、検査面に凸部がある場合の反射断面２０ａ、反射光強度２０ｂおよび欠陥高さ２０ｃの概念図と、検査面に凹部がある場合の反射断面２１ａ、反射光強度２１ｂおよび欠陥高さ２１ｃの概念図とが示されている。

検査面に凸部がある場合には、反射断面２０ａに示すように、検査面を図の右方向に移動させながら光を照射すると、凸部の前部では、検査面が平坦な場合に比べて、光がより上方に反射される。そのため、低角度で照射された強度の大きい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

一方、凸部の後部では、検査面が平坦な場合に比べて、光がより下方に反射される。そのため、高角度で照射された強度の小さい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

したがって、検査面に凸部がある場合には、反射強度２０ｂに示すような強度分布が検出されることになる。さらに、反射光強度と光の反射角度との間の関係をあらかじめ求めておき、反射角度の情報から欠陥高さ２０ｃを算出する処理をおこなう。この欠陥高さ２０ｃの算出処理については後に詳しく説明する。

検査面に凹部がある場合には、反射断面２１ａに示すように、検査面を図の右方向に移動させながら光を照射すると、凹部の前部では、検査面が平坦な場合に比べて、光がより下方に反射される。そのため、高角度で照射された強度の小さい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

一方、凹部の後部では、検査面が平坦な場合に比べて、光がより上方に反射される。そのため、低角度で照射された強度の大きい光がＣＣＤカメラに到達し、検知されることになる。

したがって、検査面に凹部がある場合には、反射強度２１ｂに示すような強度分布が検出されることになる。このように、検査面に凸部がある場合と凹部がある場合とでは、反射光強度の位相が逆転する。さらに、反射光強度と光の反射角度との間の関係から欠陥高さ２１ｃを算出する処理がおこなわれる。

また、図１に示したような照射光を検査面に対して低角度で照射することとすると、検査面に凸部がある場合に、より照明角度の小さい光、すなわち、入射角度の大きい光が検知されることになる。入射角度が大きい光に対しては、図１５に示したように、光反射率が大きくなるため、検知される光強度がさらに大きくなる。

一方、検査面に凹部がある場合には、図１に示したような照射光を検査面に対して低角度で照射することとすると、より照明角度の大きい光、すなわち、入射角度の小さい光が検知されることになる。入射角度が小さい光に対しては、図１５に示したように、光反射率が小さくなるため、検知される光強度がさらに小さくなる。

このように、検査面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を低角度で照射することにより、検査面の凹凸に応じて反射光の強度が大きく変化するため、検査面にある微細な凹凸を容易に検知して、凸部および凹部の欠陥の状態を詳細に検出することができるようになる。なお、照射光を照射する角度の範囲は、５度から２０度程度が望ましい。

図３は、反射光強度と光の検知角度との間の関係を示す図である。ここで、検知角度とは、検査面に対する反射光のなす角度である。図３に示すように、検査面側ほど強度を大きくした重み付き照明３０により光を照射した場合には、一様な強度の平行光照明３１により光を照射した場合に比べて、検知角度に対する反射光強度の変化が大きく、わずかな検知角度の変化を検出することができるようになる。上記方法に基づいて、実際の表面検査処理を実行したところ、１／１０，０００ｒａｄの検知角度の変化を読み取ることが可能であった。

つぎに、本発明に係る表面検査装置の構成について説明する。図４は、表面検査装置の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、この表面検査装置は、光ファイバ４１、拡散板４２、集光レンズ４３、ＣＣＤセンサ４４、テーブル駆動部４５、画像蓄積部４６、画像処理部４７およびコントローラ４８を有する。

光ファイバ４１は、検査面４０に光を照射するライン状に形成されたファイババンドルである。光ファイバ４１は、検査面４０に対して、ラインの中心が平行になるように配置される。そのため、光ファイバ４１から照射された光は、ラインの中心に直行する方向に対しては、ある程度指向性をもって空間に広がっていくが、ラインの中心に沿った方向においては光量の変化はない。

この光ファイバ４１の一端には、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、キセノンランプなどが配置される。このような光ファイバ４１を用いることにより、蛍光灯などの光源に比べて輝度の高い光を、３００ｍｍ程度の広い範囲に照射することができるようになる。

拡散板４２は、光ファイバ４１により照射された光を拡散させる。この拡散板４２を、光ファイバ４１により照射された光が透過することにより、光ファイバ４１によりある程度の指向性をもって空間に照射された光がさらに拡散され、照射面積の広い光源から照射された光と同等の光を検査面４０に照射することができるようになる。

集光レンズ４３は、検査面４０により反射された反射光を集光する。ＣＣＤセンサ４４は、集光レンズ４３により集光された反射光を受光し、反射光の強度を検出するラインＣＣＤセンサである。

図５は、図４に示した光学系の詳細な構成を示す図である。図５に示すように、この光学系においては、光ファイバ４１を、照射光が平坦な検査面４０において正反射してＣＣＤセンサ４４に到達する場合の光軸５０よりも、検査面４０側に数ミリメートルずれた位置に光ファイバ４１の中心がくるように配置する。

そして、光ファイバ４１により発光された光が透過するように、拡散板４２を光ファイバ４１から２〜３センチメートル離れた位置に設置して、検査面４０側の光照射源から照射される光ほど強度が大きい光強度の指向特性５１を実現するとともに、照射面積の広い光源から照射された光と同等の光を検査面４０に照射する。

図４の説明に戻ると、テーブル駆動部４５は、検査面４０を有する部品を載せたテーブルを駆動させ、反射光を検知する光学系に対して、検査面４０を移動させる駆動部である。

画像蓄積部４６は、ＣＣＤセンサ４４により検出された反射光の強度の情報を、検査面４０の移動に合わせて、強度画像としてハードディスク装置などの記憶デバイスに蓄積する。図６は、表面検査装置が検出する反射光の強度画像を説明する説明図である。

図６に示すように、ＣＣＤセンサ４４は、テーブル駆動部４５により検査面４０を光学系に対して移動させながら反射光の強度を検出し、画像蓄積部４６は、ＣＣＤセンサ４４により検出された反射光の強度分布を強度画像６０として記憶する。

ここで、画像のｘ方向の画素数は、ＣＣＤセンサ４４の画素数（たとえば、４０９６画素）に対応し、画像のｙ方向の画素数は、移動距離に対応して決定される。この強度画像６０では、強度が大きい部分は濃く（階調値が大きく）、強度が小さい部分は薄く（階調値が小さく）表される。

図４の説明に戻ると、画像処理部４７は、画像蓄積部４６により蓄積された強度画像６０に基づいて、図６に示した注目線６１ごとに検査面４０の凸部および凹部の高さを算出する処理をおこなう。この画像処理部４７は、支持台のゆがみなどにより検査面４０に生じる全体的な変動の影響を除外し、局所的な凹凸についての高さを算出する。

図７は、局所的な凹凸を検出する処理を説明する説明図である。図７に示した検知角度は、図３に示したような反射光強度と検知角度との関係に基づいて、反射光強度から変換された値である。

図７に示すように、画像処理部４７は、検知角度の検出値７０から検知角度の平均値７１を算出する。具体的には、まず、画像処理部４７は、図６に示した注目線６１上の各点において、各点を中心とした平均領域７２ａ、７２ｂを設定する。この平均領域７２ａ、７２ｂは、検知角度の増減の周期の２〜３倍程度の幅とするのが望ましい。

そして、画像処理部４７は、各平均領域７２ａ、７２ｂに含まれる検出値７０の平均値７３ａ、７３ｂをそれぞれ算出し、平均領域７２ａ、７２ｂの中心点に対応する平均値７１とする。このようにして得られた平均値７１と検出値７０との間の差分値を求めることにより、全体的な変動の影響を除外した反射光の検知角度を算出することができる。

図８は、図７で説明した方法にしたがって得られた検知角度の差分値を基にして、凹凸の高さを算出する処理を説明する説明図である。図８に示す各点の検知角度の差分値をΔφとし、図６に示した検出面４０の移動方向（ｙ方向）の水平分解能をｒとすると、各点の検知角度の差分値Δφは、凸部または凹部の傾斜角度を表しているので、以下の近似積分式により位置ａにおける凸部または凹部の高さｈ（ａ）を算出することができる。

ｈ（ａ）＝ΣΔφ・ｒ

ここで、Σは、ｈが０となる位置ｙ＝０から位置ｙ＝ａに含まれる各点の、検知角度Δφと水平分解能ｒとの積Δφ・ｒを足し合わせることを意味する。これにより、図８に示すように、凸部または凹部の高さを算出することができる。なお、検知角度の差分値の位相と高さの位相とは９０度ずれることとなる。

図４の説明に戻ると、コントローラ４８は、テーブル駆動部４５を制御して検知面４０を移動させるとともに、画像蓄積部４６や画像処理部４７を制御して、反射光の強度画像を蓄積し、検査面４０の凹凸の高さを算出させる。

つぎに、本発明に係る表面検査処理の処理手順について説明する。図９は、本発明に係る表面検査処理の処理手順を示すフローチャートである。図９に示すように、まず、表面検査装置のＣＣＤセンサ４４は、光ファイバ４１および拡散板４２により検査面４０に照射された光の反射光強度を検知して、画像蓄積部４６は、ＣＣＤセンサ４４により検知された反射光強度を反射光強度画像として蓄積する（ステップＳ１０１）。

そして、画像処理部４７は、画像蓄積部４６に蓄積された反射光強度の強度値を、検知角度に変換する（ステップＳ１０２）。その後、画像処理部４７は、検知角度の平均値を算出し、その平均値と検知角度との差分値を算出することにより、検査面の全体的な変動の影響を除去する処理をおこなう（ステップＳ１０３）。

続いて、画像処理部４７は、全体的な変動の影響が除去された検知角度を基にして、凹凸の高さを算出し（ステップＳ１０４）、その算出結果を出力して（ステップＳ１０５）、この表面検査処理を終了する。

上述してきたように、本実施例１では、光ファイバ４１および拡散板４２が、検査面４０側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を検査面４０に照射し、ＣＣＤセンサ４４が、照射光が検査面４０により反射された際の反射光の強度を検出することとしたので、検査面４０の凹凸に応じて反射光の強度を大きく変化させることができ、検査面４０に生じた欠陥の状態を詳細に検出することができる。

また、本実施例１では、光ファイバ４１および拡散板４２が、照射光の光軸と検査面４０とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう検査面４０に照射光を照射することとしたので、検査面４０の凹凸に応じて反射光の強度をさらに大きく変化させることができ、検査面４０に生じた欠陥の状態をより詳細に検出することができる。

また、本実施例１では、光が平坦な検査面４０において正反射して検出される場合の光の光軸より検査面４０側にずれた位置に光ファイバ４１の光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板４２を配置した光学系を用いて、検査面４０側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光が検査面４０に照射されるようにすることとしたので、検査面４０側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を効率的に生成することができる。

また、本実施例１では、光ファイバ４１の光源と光拡散板４２との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることとしたので、光源から発光された光を適切に拡散させることができる。

また、本実施例１では、画像処理部４７が、検出された反射光の強度と反射光の検査面４０に対する角度との間の関係に基づいて、検査面４０の凹部または凸部の高さを算出することとしたので、高さを算出することにより、検査面４０に生じた欠陥の状態をより詳細に検出することができる。

また、本実施例１では、画像処理部４７が、反射光の検査面４０に対する角度の検出値７０と、角度の検出値７０の平均値７１との差分値を算出し、差分値に基づいて検査面４０の凹部または凸部の高さを算出することとしたので、検査面４０全体の変動の影響を除去し、局所的な凹凸の高さを算出することができる。

また、本実施例１では、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、検査面４０側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光が検査面４０に照射されるようにすることとしたので、輝度の高い光を広い範囲に照射することができる。

ところで、上記実施例１では、光ファイバを、照射光が平坦な検査面において正反射してＣＣＤセンサに到達する場合の光軸よりも、検査面側にずれた位置に光ファイバの中心がくるように配置することとしたが、光ファイバと拡散板との間に、光の透過率が検査面側の部分ほど大きくなる透過率変化フィルタを挿入することにより、検査面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を生成するようにしてもよい。

そこで、本実施例２では、光ファイバと拡散板との間に、光の透過率が検査面側の部分ほど大きくなる透過率変化フィルタを挿入し、検査面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を生成する場合について説明する。

まず、実施例２に係る光学系の詳細な構成について説明する。図１０は、実施例２に係る光学系の詳細な構成を示す図である。図１０に示すように、この光学系においては、光を照射する光ファイバ１０１と、光ファイバ１０１から２〜３センチメートル離れた位置に配置された拡散板１０３との間に、光の透過率が検査面１００側の部分ほど大きくなる透過率変化フィルタ１０２が挿入される。

そして、光ファイバ１０１により発光された光が透過率変化フィルタ１０２を透過することにより、検査面１００側ほど強度が大きくなる光強度の指向特性１０７が実現されるとともに、その光が拡散板１０３を透過することにより、照射面積の広い光源から照射された光と同等の光が生成される。

図１１は、図１０に示した透過率変化フィルタ１０２の構造を説明する説明図である。図１１に示すように、この透過率変化フィルタ１０２は、検査面１００とは反対側に配置される面から検査面１００側に配置される面に向かって、光の透過率が大きくなるように形成される。このような透過率変化フィルタ１０２は、ガラスやプラスチックフィルムで形成することができる。

図１０の説明に戻ると、集光レンズ１０４は、検査面１００により反射された光を集光する。ＣＣＤセンサ１０５は、集光レンズ１０４により集光された光を受光し、光の強度を検出するラインＣＣＤセンサである。

なお、実施例２では、光ファイバ１０１と拡散板１０３との間に透過率変化フィルタ１０２を挿入して、検査面１００側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を生成することとしたが、実施例１で示した照射光の生成方法と実施例２の方法とを併用して照射光を生成することとしてもよい。

上述してきたように、本実施例２では、光ファイバ１０１、拡散板１０３および光の透過率が検査面１００側の部分ほど大きくなる透過率変化フィルタ１０２を用いて、検査面１００側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光が検査面１００に照射されるようにすることとしたので、検査面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を効率的に生成することができる。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。

例えば、本実施例では、光ファイバを光源として用いることとしたが、発光ダイオード（LED, Light Emitting Diode）をライン状に並べて形成した光源を用いることとしてもよい。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示した表面検査装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、表面検査装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

さらに、表面検査装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

（付記１）物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて前記物質表面を検査する表面検査装置であって、
前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射する照射手段と、
前記照射手段により照射された照射光が前記物質表面により反射された際の反射光の強度を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする表面検査装置。

（付記２）前記照射手段は、前記照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう該物質表面に照射光を照射することを特徴とする付記１に記載の表面検査装置。

（付記３）前記照射手段は、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記１または２に記載の表面検査装置。

（付記４）前記光源と光拡散板との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることを特徴とする付記３に記載の表面検査装置。

（付記５）前記照射手段は、光の透過率が前記物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載の表面検査装置。

（付記６）前記検出手段により検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出する高さ算出手段をさらに備えたことを特徴とする付記１〜５のいずれか１つに記載の表面検査装置。

（付記７）前記高さ算出手段は、反射光の物質表面に対する角度と該物質表面に対する角度の平均値との差分値を算出し、該差分値に基づいて前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出することを特徴とする付記６に記載の表面検査装置。

（付記８）前記照射手段は、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記１〜７のいずれか１つに記載の表面検査装置。

（付記９）物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて前記物質表面を検査する表面検査方法であって、
前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射する照射工程と、
前記照射工程により照射された照射光が前記物質表面により反射された際の反射光の強度を検出する検出工程と、
を含んだことを特徴とする表面検査方法。

（付記１０）前記照射工程は、前記照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう該物質表面に照射光を照射することを特徴とする付記９に記載の表面検査方法。

（付記１１）前記照射工程は、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記９または１０に記載の表面検査方法。

（付記１２）前記光源と光拡散板との間の距離は２センチメートルから３センチメートルの範囲であることを特徴とする付記１１に記載の表面検査方法。

（付記１３）前記照射工程は、光の透過率が前記物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記９〜１２のいずれか１つに記載の表面検査方法。

（付記１４）前記検出工程により検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出する高さ算出工程をさらに含んだことを特徴とする付記９〜１３のいずれか１つに記載の表面検査方法。

（付記１５）前記高さ算出工程は、反射光の物質表面に対する角度と該物質表面に対する角度の平均値との差分値を算出し、該差分値に基づいて前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出することを特徴とする付記１４に記載の表面検査方法。

（付記１６）前記照射工程は、光ファイババンドルまたは発光ダイオードにより構成される光源により光を発光させ、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする付記９〜１５のいずれか１つに記載の表面検査方法。

以上のように、本発明にかかる表面検査装置および表面検査方法は、物質表面の欠陥の状態を詳細に検出することが必要な表面検査システムに有用である。

本発明に係る照射光の特徴を説明する説明図である。 表面検査処理の概念を説明する説明図である。 反射光強度と光の検知角度との間の関係を示す図である。 表面検査装置の構成を示す機能ブロック図である。 図４に示した光学系の詳細な構成を示す図である。 表面検査装置が検出する反射光の強度画像を説明する説明図である。 局所的な凹凸を検出する処理を説明する説明図である。 凹凸の高さを算出する処理を説明する説明図である。 本発明に係る表面検査処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る光学系の構成を示す図である。 図１０に示した透過率変化フィルタの構造を説明する説明図である。 検査面上の欠陥について説明する説明図である。 検査面に凸部がある場合の光の反射を説明する説明図である。 従来の品質検査方法を説明する説明図である。 絶縁物に対する光反射率と入射角度との間の関係を説明する説明図である。

符号の説明

４０，１００ 検査面
４１，１０１ 光ファイバ
４２，１０３ 拡散板
４３，１０４ 集光レンズ
４４，１０５ ＣＣＤセンサ
４５ テーブル駆動部
４６ 画像蓄積部
４７ 画像処理部
４８ コントローラ
５０，１０６ 光軸
６０ 強度画像
１０２ 透過率変化フィルタ

Claims (5)

1. 物質表面に照射された照射光が反射された際の反射光の強度に基づいて前記物質表面を検査する表面検査装置であって、
   前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射する照射手段と、
   前記照射手段により照射された照射光が前記物質表面により反射された際の反射光の強度を検出する検出手段と、
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記照射手段は、前記照射光の光軸と物質表面とのなす角が５度から２０度の範囲となるよう該物質表面に照射光を照射することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記照射手段は、光が平坦な物質表面において正反射して検出される場合の光の光軸より物質表面側にずれた位置に光源の中心を配置し、光源により発光された光が透過するよう光源から離れた位置に光拡散板を配置した光学系を用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. 前記照射手段は、光の透過率が前記物質表面側の部分ほど大きくなるフィルタを用いて、前記物質表面側ほど強度が大きい光強度分布を有する照射光を該物質表面に照射することを特徴とする請求項１、２または３に記載の表面検査装置。
5. 前記検出手段により検出された反射光の強度と反射光の物質表面に対する角度との間の関係に基づいて、前記物質表面の凹部または凸部の高さを算出する高さ算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表面検査装置。

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