JP2008216149A - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の凹凸が形成された表面を、簡単な構成によって、高精度に、かつ容易に検査することができる、表面検査装置及び表面検査方法を提供する。
【解決手段】（ａ）被検査物２の表面２ａに斜め方向から光束１５ａを照射し、照射位置１５ｓを線状に移動させる発光部１４と、（ｂ）被検査物２に関して発光部１４と同じ側において照射位置１５ｓに対向して線状に延在する受光窓１６ｓを有し、受光窓１６ｓを通った光束成分の強度を検出する受光部と、（ｃ）受光部が検出した光束成分の強度に基づいて被検査物２の表面２ａの照射位置１５ｓについて良否判定を行う判定部と、を備える。受光窓１６ｓは、光束成分として、光束１５ａが被検査物２の表面２ａで正反射され、被検査物２の表面２ａに形成された凹凸によって向きが変動する正反射光１５ｂの全てが通るように、広げられている。
【選択図】図２

Description

本発明は表面検査装置及び表面検査方法に関し、詳しくは、凹凸が形成された表面を検査するための表面検査装置及び表面検査方法に関する。

従来、被検査物の表面に斜め方向から光を照射し、表面からの正反射光を受光しない位置に配置した受光部で、表面の欠陥や異物付着等による散乱光を受光することにより、表面を検出する表面検査装置が提案されている。このような散乱光を受光するタイプの表面検査装置は、散乱光を集光するための光学系を設け、１次元又は２次元の受光センサーによって散乱光の位置を特定するように構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平７−４３３１１号公報 特開平１０−２９３１０３号公報

散乱光を受光するタイプの表面検査装置は、被検査物の表面に焦点を合わせ、受光センサーの受光面上に結像する結像光学系が必要であり、構成が複雑になる上、装置の組立・調整も難しい。

特に、被検査物の凹凸が形成された表面を検査する場合、表面の凹凸により散乱光のばらつきが大きくなる等の影響で、検出精度が低下しやすい。

さらに、透明な被検査物の表面を検査する場合、被検査物の裏面に形成されたパターン等からの散乱光の影響を受けないように結像光学系の焦点深度を調整する必要があり、一層、構成が複雑になり、装置の組立・調整も難しくなる。

本発明は、かかる実情に鑑み、被検査物の凹凸が形成された表面を、簡単な構成によって、高精度に、かつ容易に検査することができる、表面検査装置及び表面検査方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成された表面検査装置を提供する。

表面検査装置は、（ａ）被検査物の表面に斜め方向から光束を照射し、該光束の照射位置を線状に移動させる発光部と、（ｂ）前記被検査物に関して前記発光部と同じ側において前記照射位置に対向して線状に延在する受光窓を有し、該受光窓を通った光束成分の強度を検出する受光部と、（ｃ）該受光部が検出した前記光束成分の強度に基づいて前記被検査物の前記表面の前記照射位置について良否判定を行う判定部と、を備える。前記受光窓は、前記光束成分として、前記光束が前記被検査物の前記表面で正反射され、前記被検査物の前記表面に形成された凹凸によって向きが変動する正反射光の全てが通るように、広げられている。

上記構成において、被検査物を、発光部及び受光窓に対して相対的に移動させることにより、被検査物の表面を連続的に検査することができる。

上記構成によれば、光束の照射位置において被検査物の表面に欠陥や異物付着等がなければ、受光窓には正反射光の全てが通るので、受光部が受光する正反射光の強度は、最大かつ一定となる。一方、光束の照射位置において被検査物の表面に欠陥や異物付着等があれば、散乱光の発生に伴って、あるいは正反射光の向きが受光窓から外れることによって、受光部が受光する正反射光の強度が低下する。このような正反射光の強度の低下があれば、被検査物の表面の照射位置は不良個所であると判定することができる。

上記構成によれば、散乱光よりも光量レベルが高い正反射光に基づいて良否判定を行うため、散乱光の影響を無視することができ、被検査物の表面に焦点を合わせる結像光学系を用いることなく、表面を検査することができる。そのため、受光窓を照射位置、すなわち、被検査物の表面に接近して配置し、構成を簡素化、小型化することができる。また、組立・調整も容易である。

好ましくは、前記被検査物が透明である。

この場合、被検査物の裏面に形成されているパターン等の影響を受けることなく、被検査物の表面のみを検査することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成された表面検査方法を提供する。

表面検査方法は、（１）被検査物の表面に斜め方向から光束を照射し、該光束の照射位置を線状に移動させる第１の工程と、（２）前記照射位置に対向して線状に延在する受光窓を通った光束成分の強度を検出する第２の工程と、（３）前記第２の工程において検出した前記光束成分の前記強度に基づいて前記被検査物の良否判定を行う第３の工程と、を備える。前記受光窓は、前記光束成分として、前記光束が前記被検査物の前記表面で正反射され、前記被検査物の前記表面に形成された凹凸によって向きが変動する正反射光の全てが通るように、広げられている。

上記方法において、被検査物を、発光部及び受光窓に対して相対的に移動させることにより、被検査物の表面を連続的に検査することができる。

上記方法によれば、光束の照射位置において被検査物の表面に欠陥や異物付着等がなければ、受光窓には正反射光の全てが入射されるので、第２の工程で検出する正反射光の強度は、最大、かつ略一定となる。一方、光束の照射位置において被検査物の表面に欠陥や異物付着等があれば、散乱光の発生に伴って、あるいは正反射光の向きが受光窓から外れることによって、第２の工程で検出する正反射光の強度が低下する。このような正反射光の強度の低下があれば、第３の工程において、被検査物の表面の照射位置は不良個所であると判定することができる。

上記方法によれば、散乱光よりも光量レベルが高い正反射光に基づいて良否判定を行うため、散乱光の影響を無視することができ、被検査物の表面に焦点を合わせた結像光学系を用いることなく、表面を検査することができる。そのため、構成を簡素化することができる。また、受光窓を照射位置、すなわち、被検査物の表面に接近して配置し、小型化することができる。さらに、組立・調整も容易である。

好ましくは、前記被検査物が透明である。

この場合、被検査物の裏面に形成されているパターン等の影響を受けることなく、被検査物の表面のみを検査することができる。

本発明によれば、被検査物の凹凸が形成された表面を、簡単な構成によって、高精度に、かつ容易に検査することができる。

以下、本発明の実施の形態として実施例について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１の斜視図に示すように、表面検査装置１０は、搬送装置４によって矢印３で示す方向に搬送されている被検査物２の表面２ａに、発光部１４からレーザービーム１５ａを照射し、反射光１５ｂが受光部本体１６に入射するようになっている。

発光部１４は、所望のスポット径に絞った平行光束であるレーザービーム１５ａを矢印１５ｐで示すように扇状に移動させる。レーザービーム１５ａの照射位置１５ｓは、被検査物２の表面２ａにおいて線状に移動する。受光部本体１６は、線状の照射位置１５ｓに対向して平行に配置されている。

制御部１２は、符号１３，１９で示すように、発光部１４と、光検出器１８とに接続され、光検出器１８で検出した正反射光１５ｂの受光量を、発光部１４が照射するレーザービーム１５ａの照射角度１５ｐと対応付けて信号処理することにより、不良の位置を特定する。制御部１２は、所定のプログラムに従って信号処理を行い、被検査物２の表面２ａの良否判定を行う。

図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である図２に模式的に示すように、筒状の受光部本体１６には、照射位置１５ｓに対向して線状に延在する受光窓１６ｓが形成され、レーザービーム１５ａが被検査物２の表面２ａの照射位置１５ｓで反射した正反射光１５ｂが通るようになっている。受光部本体１６の内部には、略柱状のライトガイド１７が配置され、受光窓１６ｓを通った正反射光１５ｂが入射されるようになっている。

ライトガイド１７の一端に対向して、光検出器１８（図１参照）が配置され、ライトガイド１７に入射された光がライトガイド１７の一端から出射し、ライトガイドの一端から出射した光の強度が、光検出器１８で検出される。

光検出器１８には、Ｓ／Ｎ特性が極めて良好な光電子増倍管（ホトマル）を用いることが好ましいが、これに限るものではない。

なお、ライトガイド１７の他端にも光検出器を設け、両方の光検出器の出力を足し合わせるようにしてもよい。

被検査物は、例えばマイクロレンズアレイであり、表面２ａには、基準面２ｓに対して凹凸が形成されている。図示したように、表面２ａの接線が基準面２ｓにして±θの角度範囲内で変動する場合、反射光１５ｂの角度も±θの角度範囲内で変動する。なお、厳密には、表面２ａの凹凸の高さによる変動もあるが、受光窓２ａの大きさと比べると、実質的に無視できる。

受光窓１６ａは、±θの角度範囲内で変動する正反射光１５ｂの全てが入射されるように、開口を広げて形成されている。

レーザービーム１５ａは、表面２ａの凹凸のどの部分にも照射され、かつ、正反射光１５ｂが照射位置１５ｓに隣接する表面２ａの凸部分に入射することがないように、表面２ａの基準面２ａに対する傾き角度αを決める。例えば、α＞θとなるようにすることが好ましい。特に被検査物が透明な場合には、レーザービーム１５ａが被検査物の内部に入射しないように、αはできるだけθに近い値とすることが好ましい。

次に、表面検査装置１０の検査の原理について説明する。

レーザービーム１５ａの照射位置１５ｓにおいて被検査物の表面２ａに欠陥や異物付着等がない良品部分であれば、受光窓１６ｓには正反射光１５ｂの全てが入射されるので、図３に示すように、光検出器１８からの出力信号１８ａは、表面２ａの凹凸に対して、略一定となる。

一方、図３（ｂ）に示すように、照射位置１５ｓにおいて被検査物の表面２ａに欠陥や異物付着等の異常部分２ｘがあれば、異常部分２ｘでの散乱光の発生に伴って、あるいは異常部分２ｘで正反射光１５ｂの向きが変わり受光窓１６ｓから外れることによって、光検出器１８からの出力信号１８ａに落ち込み１８ｘが発生する。このような出力信号の落ち込み１８ｘがあれば、被検査物の表面２ａの照射位置１５ｓは不良個所であると判定することができる。

＜まとめ＞ 以上に説明した表面検査は、被検査物の凹凸が形成された表面を、簡単な構成によって、高精度に、かつ容易に検査することができる。

すなわち、散乱光よりも光量レベルが高い正反射光に基づいて良否判定を行うため、散乱光の影響を無視することができ、被検査物の表面に焦点を合わせた集光のための光学系を用いることなく、表面を検査することができる。そのため、受光窓を照射位置、すなわち、被検査物の表面に接近して配置し、構成を簡素化、小型化することができる。また、組立・調整も容易である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様で実施することが可能である。

例えば、不透明な被検査物についても、本発明を適用することができる。また、グレーティングのように階段状に凹凸が形成された表面の場合、レーザービームを斜めから照射すると、凸部の影の中に入る部分については、検査することができない。このような場合には、反対側からレーザービームを照射して検査すれば、全面を検査することが可能となる。

表面検査装置の斜視図である。（実施例） 表面検査装置の要部拡大断面図である。（実施例） 表面と信号の関係を示すグラフである。（実施例）

符号の説明

１０ 表面検査装置
１２ 制御部（判定部）
１４ 発光部
１５ａ レーザービーム（光束）
１５ｂ 正反射光
１５ｓ 照射位置
１６ 受光部本体（受光部）
１６ｂ 受光窓
１７ ライトガイド（受光部）
１８ 光検出器（受光部）

Claims (4)

1. 被検査物の表面に斜め方向から光束を照射し、該光束の照射位置を線状に移動させる発光部と、
   前記被検査物に関して前記発光部と同じ側において前記照射位置に対向して線状に延在する受光窓を有し、該受光窓を通った光束成分の強度を検出する受光部と、
   該受光部が検出した前記光束成分の強度に基づいて前記被検査物の前記表面の前記照射位置について良否判定を行う判定部と、
   を備え、
   前記受光窓は、前記光束成分として、前記光束が前記被検査物の前記表面で正反射され、前記被検査物の前記表面に形成された凹凸によって向きが変動する正反射光の全てが通るように、広げられていることを特徴とする、表面検査装置。
2. 前記被検査物が透明であることを特徴とする、請求項１に記載の表面検査装置。
3. 被検査物の表面に斜め方向から光束を照射し、該光束の照射位置を線状に移動させる第１の工程と、
   前記照射位置に対向して線状に延在する受光窓を通った光束成分の強度を検出する第２の工程と、
   前記第２の工程において検出した前記光束成分の前記強度に基づいて前記被検査物の良否判定を行う第３の工程と、
   を備え、
   前記受光窓は、前記光束成分として、前記光束が前記被検査物の前記表面で正反射され、前記被検査物の前記表面に形成された凹凸によって向きが変動する正反射光の全てが通るように、広げられていることを特徴とする、表面検査方法。
4. 前記被検査物が透明であることを特徴とする、請求項３に記載の表面検査方法。

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