JP2017107082A - Optical scanning device, optical scanning method and surface inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、対象物をレーザ光(レーザビーム)で走査する光走査装置および光走査方法と、光走査装置を含む表面検査装置と、に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and optical scanning method for scanning an object with a laser beam (laser beam), and a surface inspection apparatus including the optical scanning apparatus.
対象物に照射され、該対象物によって反射された光や該対象物を透過した光に基づいて対象物を検査する検査装置や、対象物を分析する分析装置などが知られている。例えば、対象物に照射され、該対象物によって反射されたレーザ光または該対象物を透過したレーザ光に基づいて、対象物表面における異物の有無や欠陥の有無などを検出する表面検査装置が知られている。 There are known an inspection apparatus that inspects an object based on light that is irradiated on the object, reflected by the object, or transmitted through the object, and an analysis apparatus that analyzes the object. For example, a surface inspection apparatus that detects the presence or absence of foreign matter or the presence of defects on the surface of an object based on laser light that is irradiated on the object and reflected by the object or transmitted through the object is known. It has been.
上記のような検査装置や分析装置などは、対象物をレーザ光(レーザビーム)で走査する光走査装置を含んでおり、光走査装置は、対象物表面におけるレーザ光の照射位置を直線的に往復移動させて対象物をレーザ光によって走査する。 The inspection apparatus and the analysis apparatus as described above include an optical scanning device that scans an object with a laser beam (laser beam), and the optical scanning device linearly changes the irradiation position of the laser beam on the surface of the object. The object is scanned back and forth by laser light.
従来、対象物表面におけるレーザ光の照射位置を移動させるには、回転駆動されるポリゴンミラーや往復駆動されるガルバノミラーなどが用いられていた。また、対象物表面におけるレーザ光の照射位置移動に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が用いられることもあった。 Conventionally, a polygon mirror that is driven to rotate, a galvano mirror that is driven to reciprocate, and the like have been used to move the irradiation position of the laser beam on the surface of the object. Further, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) may be used for moving the irradiation position of the laser beam on the surface of the object.
ポリゴンミラーを用いて対象物表面におけるレーザ光の照射位置を移動させる場合、つまり対象物表面をレーザ光で走査する場合には、光源から出射されたレーザ光をポリゴンミラーに入射させつつポリゴンミラーを回転させる。すると、ポリゴンミラーの各反射面におけるレーザ光の入射角度が連続的に変化する。これにより、ポリゴンミラーの各反射面によって対象物へ向けて反射されるレーザ光の対象物表面における入射位置、つまり対象物表面におけるレーザ光の照射位置が移動する。 When moving the irradiation position of the laser beam on the surface of the object using the polygon mirror, that is, when scanning the surface of the object with the laser beam, the polygon mirror is moved while the laser beam emitted from the light source is incident on the polygon mirror. Rotate. Then, the incident angle of the laser beam on each reflecting surface of the polygon mirror changes continuously. Thereby, the incident position on the surface of the object of the laser light reflected toward the object by each reflecting surface of the polygon mirror, that is, the irradiation position of the laser light on the object surface is moved.
ガルバノミラーを用いて対象物表面におけるレーザ光の照射位置を移動させる場合、つまり対象物表面をレーザ光で走査する場合には、光源から出射されたレーザ光をガルバノミラーに入射させつつガルバノミラーを揺動させる。すると、ガルバノミラーの反射面におけるレーザ光の入射角度が連続的に変化する。これにより、反射面によって対象物へ向けて反射されるレーザ光の対象物表面における入射位置、つまり対象物表面におけるレーザ光の照射位置が移動する。 When moving the irradiation position of the laser beam on the surface of the object using the galvanometer mirror, that is, when scanning the surface of the object with the laser beam, the galvanometer mirror is placed while the laser beam emitted from the light source is incident on the galvanometer mirror. Rock. Then, the incident angle of the laser beam on the reflecting surface of the galvanometer mirror continuously changes. Thereby, the incident position on the object surface of the laser beam reflected toward the object by the reflecting surface, that is, the irradiation position of the laser beam on the object surface moves.
MEMSを用いて対象物表面におけるレーザ光の照射位置を移動させる場合、その原理は基本的に上記ガルバノミラーを用いる場合と同様である。すなわち、MEMSが備えるマイクロミラーはヒンジによって傾動可能に支持されている。このマイクロミラーを電気信号によってプラス方向とマイナス方向に連続的に傾斜させることによって、マイクロミラーを揺動させる。すると、マイクロミラーによって対象物へ向けて反射されるレーザ光の対象物表面における入射位置、つまり対象物表面におけるレーザ光の照射位置が移動する。 When the irradiation position of the laser beam on the surface of the object is moved using MEMS, the principle is basically the same as the case of using the galvanometer mirror. That is, the micromirror included in the MEMS is supported by the hinge so as to be tiltable. The micromirror is oscillated by continuously inclining the micromirror in the plus direction and the minus direction by an electric signal. Then, the incident position on the object surface of the laser beam reflected toward the object by the micromirror, that is, the irradiation position of the laser beam on the object surface moves.
ポリゴンミラーはその中心に設けられた駆動軸を中心として一方向に回転駆動されるので慣性の影響が少ない。よって、ポリゴンミラーは容易に高速回転させることができる。つまり、ポリゴンミラーを用いれば走査速度の高速化を容易に実現することができる。 Since the polygon mirror is rotationally driven in one direction around a drive shaft provided at the center thereof, the influence of inertia is small. Therefore, the polygon mirror can be easily rotated at a high speed. That is, if a polygon mirror is used, the scanning speed can be easily increased.
しかし、ポリゴンミラーの駆動軸(回転軸)はポリゴンミラーの中心にある一方、各反射面は平面であって、かつ、ポリゴンミラーの外周にある。このため、回転するポリゴンミラーの各反射面にレーザ光を入射させる場合、当該反射面上におけるレーザ光の入射位置は特定の一点とはならない。換言すれば、当該反射面上におけるレーザ光の入射位置は連続的に変化する。この結果、ポリゴンミラーを用いて対象物表面にレーザ光を照射する場合、その照射位置を正確に制御することができない。このような照射位置のズレは“像倒れ”と呼ばれることもある。 However, the drive axis (rotation axis) of the polygon mirror is at the center of the polygon mirror, while each reflecting surface is a flat surface and at the outer periphery of the polygon mirror. For this reason, when a laser beam is incident on each reflecting surface of the rotating polygon mirror, the incident position of the laser beam on the reflecting surface is not a specific point. In other words, the incident position of the laser beam on the reflecting surface changes continuously. As a result, when the surface of the object is irradiated with the laser beam using the polygon mirror, the irradiation position cannot be accurately controlled. Such displacement of the irradiation position is sometimes called “image collapse”.
一方、ガルバノミラーの反射面におけるレーザ光の入射位置は常に特定の一点であり、上記“像倒れ”のような現象は発生しない。しかし、往復駆動されるガルバノミラーは慣性の影響を大きく受ける。このため、ガルバノミラーを高速で揺動させることは容易ではない。つまり、ガルバノミラーを用いた場合、走査速度の高速化は困難である。 On the other hand, the incident position of the laser beam on the reflecting surface of the galvanometer mirror is always a specific point, and the phenomenon such as “image collapse” does not occur. However, the galvanometer mirror driven reciprocally is greatly affected by inertia. For this reason, it is not easy to swing the galvanometer mirror at high speed. That is, when a galvano mirror is used, it is difficult to increase the scanning speed.
MEMSのマイクロミラーは応答性に優れており、走査速度の高速化には適している。しかし、マイクロミラーはその傾動角度が小さいので、MEMSを用いた場合、1ラインで走査できる範囲が狭くなる。また、1ラインで走査できる範囲を広げるためには、MEMSと対象物との距離を長くする必要があり、装置の大型化を招く。 MEMS micromirrors have excellent responsiveness and are suitable for increasing the scanning speed. However, since the tilt angle of the micromirror is small, the range that can be scanned by one line becomes narrow when MEMS is used. Further, in order to widen the range that can be scanned by one line, it is necessary to increase the distance between the MEMS and the object, resulting in an increase in the size of the apparatus.
本発明の目的は、広い範囲を高速かつ正確に走査することができる光走査装置および光走査方法を実現することである。 An object of the present invention is to realize an optical scanning device and an optical scanning method capable of scanning a wide range at high speed and accurately.
本発明の光走査装置は、対象物をレーザ光によって走査する光走査装置であって、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第1光学素子と、前記第1光学素子から出射されたレーザ光の進行方向を変換して回転遮蔽板の内周面に入射させる第2光学素子と、前記回転遮蔽板に設けられ、該回転遮蔽板の回転に伴ってレーザ光の光路を横切る開口部と、前記回転遮蔽板の外周面に設けられ、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第3光学素子と、前記第3光学素子から出射されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第4光学素子と、を有する。そして、前記回転遮蔽板は、前記第2光学素子を取り囲む円筒形状を有し、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転する。 The optical scanning device of the present invention is an optical scanning device that scans an object with a laser beam, the light source emitting a laser beam, and the laser beam emitted from the light source extending in the X-axis direction orthogonal to the optical axis. On the other hand, the first optical element that is not expanded in the Y-axis direction orthogonal to the optical axis and the X-axis direction, and the traveling direction of the laser light emitted from the first optical element are converted to change the rotation shielding plate. A second optical element that is incident on a peripheral surface; provided on the rotation shielding plate; provided on an outer peripheral surface of the rotation shielding plate; an opening that crosses an optical path of a laser beam as the rotation shielding plate rotates; A third optical element that collimates the laser light that has passed through the opening in the X-axis direction, and a fourth optical that condenses the laser light emitted from the third optical element in the X-axis direction and the Y-axis direction. An element. The rotation shielding plate has a cylindrical shape surrounding the second optical element, and rotates around an axis parallel to the optical axis.
本発明の光走査方法は、対象物をレーザ光によって走査する光走査方法であって、光源からレーザ光を出射させる第1工程と、前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第2工程と、レーザ光の進行方向を変換して、回転駆動される円筒形状の遮蔽板の内周面にレーザ光を入射させる第3工程と、前記遮蔽板の前記内周面に入射したレーザ光を該内周面に設けられている開口部を通して前記遮蔽板の外に出射させる第4工程と、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第5工程と、前記第5工程によって平行化されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第6工程と、を有し、前記遮蔽板は、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転駆動される。 The optical scanning method of the present invention is an optical scanning method for scanning an object with laser light, the first step of emitting laser light from a light source, and the laser light emitted from the light source orthogonal to the optical axis X A second step that extends in the axial direction but does not extend in the Y-axis direction orthogonal to the optical axis and the X-axis direction; and a cylindrical shielding plate that is driven to rotate by changing the traveling direction of the laser light. A third step of causing laser light to enter the inner peripheral surface; and a fourth step of emitting laser light incident on the inner peripheral surface of the shielding plate to the outside of the shielding plate through an opening provided in the inner peripheral surface. A step, a fifth step of collimating the laser light that has passed through the opening in the X-axis direction, and condensing the laser light collimated by the fifth step in the X-axis direction and the Y-axis direction. And a sixth step, Plate is rotationally driven an axis parallel with the optical axis as a rotation axis.
本発明の表面検査装置は、対象物をレーザ光によって走査する光走査装置と、前記対象物によって反射され、または、前記対象物を透過したレーザ光に基づいて前記対象物の表面における異物の有無を検出する検出装置と、を備える。そして、前記光走査装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第1光学素子と、前記第1光学素子から出射されたレーザ光の進行方向を変換して回転遮蔽板の内周面に入射させる第2光学素子と、前記回転遮蔽板に設けられ、該回転遮蔽板の回転に伴ってレーザ光の光路を横切る開口部と、前記回転遮蔽板の外周面に設けられ、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第3光学素子と、前記第3光学素子から出射されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第4光学素子と、を有し、前記回転遮蔽板は、前記第2光学素子を取り囲む円筒形状を有し、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転する。 The surface inspection apparatus of the present invention includes an optical scanning device that scans an object with laser light, and the presence or absence of foreign matter on the surface of the object based on laser light reflected by the object or transmitted through the object. And a detecting device for detecting. The optical scanning device includes a light source that emits laser light and a laser light emitted from the light source that extends in the X-axis direction orthogonal to the optical axis, while the optical axis and the Y-axis orthogonal to the X-axis direction. A first optical element that is not expanded in the axial direction; a second optical element that changes the traveling direction of the laser light emitted from the first optical element and enters the inner peripheral surface of the rotation shielding plate; and the rotation shielding plate An opening that crosses the optical path of the laser beam as the rotary shielding plate rotates, and a laser beam that is provided on the outer peripheral surface of the rotary shielding plate and passes through the opening is made parallel in the X-axis direction. And a fourth optical element that condenses the laser light emitted from the third optical element in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the rotation shielding plate includes the first optical element. Has a cylindrical shape that surrounds two optical elements Rotates an axis parallel with the optical axis as a rotation axis.
本発明の一態様では、複数の前記開口部と、それぞれの前記開口部に対応する複数の前記第3光学素子と、が設けられる。 In one aspect of the present invention, a plurality of the openings and a plurality of the third optical elements corresponding to the openings are provided.
本発明の他の態様では、複数の前記開口部および前記第3光学素子は、前記回転遮蔽板の回転方向において等間隔で配置される。 In another aspect of the invention, the plurality of openings and the third optical element are arranged at equal intervals in the rotation direction of the rotation shielding plate.
本発明の他の態様では、前記開口部は、前記回転遮蔽板を貫通するピンホールまたはスリットである。 In another aspect of the present invention, the opening is a pinhole or a slit that penetrates the rotation shielding plate.
本発明の他の態様では、前記第1光学素子,第3光学素子および第4光学素子は屈折光学素子であり、前記第2光学素子は、反射光学素子である。 In another aspect of the invention, the first optical element, the third optical element, and the fourth optical element are refractive optical elements, and the second optical element is a reflective optical element.
本発明の他の態様では、前記第1光学素子はラインジェネレータレンズであり、前記第2光学素子は反射ミラーであり、前記第3光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記第4光学素子はテレセントリックレンズである。 In another aspect of the invention, the first optical element is a line generator lens, the second optical element is a reflecting mirror, the third optical element is a cylindrical lens, and the fourth optical element is a telecentric lens. It is.
本発明によれば、広い範囲を高速かつ正確に走査することができる光走査装置および光走査方法が実現される。 According to the present invention, an optical scanning device and an optical scanning method capable of scanning a wide range at high speed and accurately are realized.
以下、本発明の表面検査装置の実施形態の一例について説明する。本実施形態に係る表面検査装置は、対象物としてのワークをレーザ光によって走査する光走査装置と、ワークを透過したレーザ光に基づいてワーク表面における異物の有無を検出する検出装置と、を備えている。 Hereinafter, an example of an embodiment of the surface inspection apparatus of the present invention will be described. The surface inspection apparatus according to the present embodiment includes an optical scanning device that scans a workpiece as an object with laser light, and a detection device that detects the presence or absence of foreign matter on the workpiece surface based on the laser light transmitted through the workpiece. ing.
本実施形態に係る表面検査装置を構成する光走査装置は、ワークにレーザ光を照射するとともに、ワークに対するレーザ光の照射位置を直線的に高速移動させる。つまり、ワークをレーザ光によってライン走査する。また、本実施形態に係る表面検査装置を構成する検出装置は、光走査装置によってワークに照射され、該ワークを透過したレーザ光に基づいてワーク表面における異物の有無を検出する。このように、本実施形態に係る表面検査装置は、レーザ光が透過可能なワークを検査対象としている。 The optical scanning device constituting the surface inspection apparatus according to the present embodiment irradiates a workpiece with laser light and linearly moves the irradiation position of the laser beam on the workpiece. That is, the workpiece is line-scanned by laser light. In addition, the detection device constituting the surface inspection apparatus according to the present embodiment detects the presence or absence of foreign matter on the surface of the workpiece based on the laser beam irradiated to the workpiece by the optical scanning device and transmitted through the workpiece. As described above, the surface inspection apparatus according to the present embodiment uses a workpiece that can transmit laser light as an inspection target.
図1は、光走査装置100の全体構成を示す模式図である。図示されているように、光走査装置100は、光源10,第1光学素子20,第2光学素子30,回転遮蔽板40,第3光学素子50および第4光学素子60を有する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the
図示されている光源10は、所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源であり、より具体的には半導体レーザである。そこで、以下の説明では、光源10を“半導体レーザ10”と呼ぶ。
The illustrated
図示されている第1光学素子20,第3光学素子50および第4光学素子60は屈折光学素子である。より具体的には、第1光学素子20はラインジェネレータレンズであり、第3光学素子50はシリンドリカルレンズであり、第4光学素子60はテレセントリックレンズである。また、図示されている第2光学素子30は反射光学素子であり、より具体的には反射ミラーである。そこで、以下の説明では、第1光学素子20、第3光学素子50および第4光学素子60のそれぞれを“ラインジェネレータレンズ20”、“シリンドリカルレンズ50”および“テレセントリックレンズ60”と呼ぶ。また、第2光学素子30を“反射ミラー30”と呼ぶ。
The illustrated first
つまり、本実施形態に係る光走査装置100は、半導体レーザ10,ラインジェネレータレンズ20,反射ミラー30,回転遮蔽板40,シリンドリカルレンズ50およびテレセントリックレンズ60を少なくとも有する。
That is, the
半導体レーザ10は、波長632.8[nm]のレーザ光を出射する。換言すれば、半導体レーザ10によって、光源からレーザ光を出射させる第1工程が実行される。もっとも、半導体レーザ10の発振波長は632.8[nm]に限れるものではなく、任意に設定することができる。半導体レーザ10とラインジェネレータレンズ20との間には、半導体レーザ10から出射されたレーザ光を効率よくラインジェネレータレンズ20に入射させるための光学モジュールを配置することが好ましく、本実施形態ではビームエキスパンダ11が配置されている。つまり、半導体レーザ10から出射されるレーザ光の光路上にビームエキスパンダ11が配置されており、半導体レーザ10から出射されたレーザ光はビームエキスパンダ11を介してラインジェネレータレンズ20に入射する。
The
ラインジェネレータレンズ20は、入射したレーザ光を所定の一軸方向にのみ伸張させてレーザ光の強度分布を均一化させる。本実施形態におけるラインジェネレータレンズ20は、図2に示されるように、レーザ光を該レーザ光の光軸Zと直交するX軸方向に伸張させる一方、光軸ZおよびX軸方向と直交するY軸方向には伸張させない。以下の説明では、レーザ光の光軸Zの方向を“Z軸方向”と呼ぶ場合がある。
The
半導体レーザ10から出射されたレーザ光は、ラインジェネレータレンズ20の上記光学作用により、X軸方向に広がる扇形の光であって、かつ、強度分布が略均一な光に変換される。換言すれば、ラインジェネレータレンズ20によって、光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、光軸およびX軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第2工程が実行される。
Laser light emitted from the
図1に示されるように、ラインジェネレータレンズ20から出射されたレーザ光は反射ミラー30に入射する。反射ミラー30は全反射ミラーであって、入射したレーザ光を所定方向へ向けて反射する。図3に示されるように、本実施形態における反射ミラー30は、レーザ光の光軸Zに対して45度で傾斜している。よって、反射ミラー30に入射したレーザ光は、その進行方向が90度変換される。
As shown in FIG. 1, the laser light emitted from the
再び図1を参照する。回転遮蔽板40は、円形の底板41と筒形の側板42とを有し、全体として円筒形状を呈する。反射ミラー30は回転遮蔽板40の内側に配置されおり、回転遮蔽板40の側板42によって取り囲まれている。したがって、反射ミラー30によって進行方向が90度変換されたレーザ光は、回転遮蔽板40の側板42の内面、つまり内周面42aに入射する。このように、反射ミラー30は、ラインジェネレータレンズ20から出射されたレーザ光の光路を変換して回転遮蔽板40の内周面42aに入射させる光路変換用ミラーとして機能する。換言すれば、反射ミラー30は、ラインジェネレータレンズ20から出射されたレーザ光を折り返して回転遮蔽板40の内周面42aに入射させる折り返し用ミラーとして機能する。
Refer to FIG. 1 again. The
回転遮蔽板40の底板41の背後には駆動源である電動モータ43が設けられている。電動モータ43は、反射ミラー30に入射するレーザ光の光軸Zと同心の出力軸(不図示)を備えており、この出力軸の先端が回転遮蔽板40の底板41の中心に接続されている。よって、電動モータ43が作動すると、回転遮蔽板40は、反射ミラー30に入射する光軸Zと平行な軸(本実施形態では、光軸Zと一致する軸)を回転軸として回転する。つまり、反射ミラー30によって、レーザ光の進行方向を変換して、回転駆動される円筒形状の遮蔽板の内周面にレーザ光を入射させる第3工程が実行される。
An
図4に示されるように、回転遮蔽板40の側板42には、開口部としてのピンホール44が複数設けられている。本実施形態では、側板42を貫通する4つのピンホール44が回転遮蔽板40の回転方向において等間隔(90度間隔)で設けられている。これらピンホール44は、回転遮蔽板40の回転に伴って、反射ミラー30によって反射されたレーザ光の光路を次々と横切る。そして、ピンホール44が光路を横切っている間、レーザ光はピンホール44を通過して回転遮蔽板40の外に出射される。換言すれば、遮蔽板の内周面に入射したレーザ光が該内周面に設けられている開口部を通して遮蔽板の外に出射される第4工程が実行される。
As shown in FIG. 4, the
ここで、レーザ光はラインジェネレータレンズ20(図1)の光学作用によってX軸方向に伸張され、扇形に広がっている。よって、ピンホール44が扇形に広がっているレーザ光の一端P1から他端P2に至るまでの間、当該レーザ光がピンホール44を通過して回転遮蔽板40の外に出射される。このように、レーザ光は回転移動するピンホール44を通過して回転遮蔽板40の外に出射されるので、回転遮蔽板40の外に出射されるレーザ光は恰もピンホール44と一緒に移動しているように見える。
Here, the laser light is expanded in the X-axis direction by the optical action of the line generator lens 20 (FIG. 1) and spreads in a fan shape. Therefore, the laser beam passes through the
さらに、回転遮蔽板40には、それぞれのピンホール44に対応する複数のシリンドリカルレンズ50が設けられている。具体的には、回転遮蔽板40の外周面42bに、4つのシリンドリカルレンズ50が90度間隔で設けられており、それぞれのピンホール44を通過したレーザ光は、該ピンホール44に対応するシリンドリカルレンズ50に入射する。
Further, the
尚、図1に示されるように、反射ミラー30に入射したレーザ光は、反射ミラー30によって光路が90度変換される。また、図4では、反射ミラー30および回転遮蔽板40を反射ミラー30に対するレーザ光の入射方向と反対側から見ている。このため、図4中では、紙面上下方向がZ軸方向であり、紙面左右方向がX軸方向であり、紙面に対して垂直な方向がY軸方向である。
As shown in FIG. 1, the optical path of the laser light incident on the
ピンホール44を通過してシリンドリカルレンズ50に入射したレーザ光は、シリンドリカルレンズ50の光学作用によって平行化(コリメート)される。換言すれば、シリンドリカルレンズ50によって、遮蔽板の開口部を通過したレーザ光をX軸方向において平行化する第5工程が実行される。
Laser light that has passed through the
尚、本実施形態では、シリンドリカルレンズ50と該シリンドリカルレンズ50に入射するレーザ光(X軸方向に広がる扇形の光)の中心Oとの間の距離と、シリンドリカルレンズ50の焦点距離と、を一致させてある。換言すれば、シリンドリカルレンズ50と反射ミラー30との間の距離と、シリンドリカルレンズ50の焦点距離と、を一致させてある。よって、シリンドリカルレンズ50から出射されるレーザ光は断面円形の平行光となる。つまり、シリンドリカルレンズ50からは、ビーム形状が円形のレーザ光が出射される。
In the present embodiment, the distance between the
再び図1を参照すると、シリンドリカルレンズ50から出射されたレーザ光は、テレセントリックレンズ60に入射する。テレセントリックレンズ60は、片側テレセントリックレンズであって、焦点を有する。よって、図5に示されるように、シリンドリカルレンズ50から出射された断面円形のレーザ光は、テレセントリックレンズ60の光学作用より、該テレセントリックレンズ60の焦点位置に集光される。換言すれば、テレセントリックレンズ60によって、前記第5工程によって平行化されたレーザ光をX軸方向およびY軸方向において集光させる第6工程が実行される。
Referring to FIG. 1 again, the laser light emitted from the
本実施形態では、不図示の搬送機構によって、テレセントリックレンズ60の下方にワークWが搬送される。具体的には、ワークWはその表面位置がテレセントリックレンズ60の焦点位置と一致する位置に搬送される。したがって、ワーク表面Wsにレーザ光が集光される。
In the present embodiment, the workpiece W is transported below the
ここで、ピンホール44およびシリンドリカルレンズ50は回転遮蔽板40の回転に伴って移動する。よって、図6に示されるように、テレセントリックレンズ60によってワーク表面Wsに集光されるレーザ光の位置、つまりワーク表面Wsにおけるレーザ光の入射位置は、回転遮蔽板40の回転(=ピンホール44およびシリンドリカルレンズ50の移動)に伴って直線的に移動する。換言すれば、ワーク表面Wsがレーザ光によって走査される。
Here, the
冒頭で述べたとおり、本実施形態に係る表面検査装置は、これまでに説明した光走査装置100に加えて、ワークWを透過したレーザ光に基づいてワーク表面Wsにおける異物の有無を検出する検出装置を備えている。図7に、本実施形態に係る表面検査装置1の構成の概略を示す。表面検査装置1を構成する光走査装置100と検出装置200とは、ワークWを挟んで対向するように配置されている。換言すれば、ワークWは、不図示の搬送装置によって光走査装置100と検出装置200との間に搬送される。さらに換言すれば、ワークWが光走査装置100と検出装置200との間に搬送されると、光走査装置100はワークWの上方に位置し、検出装置200はワークWの下方に位置する。このとき、ワーク表面Wsの位置が光走査装置100のテレセントリックレンズ60の焦点位置と一致することは既述のとおりである。そして、光走査装置100によってワークWに照射されたレーザ光は、ワークWを透過して検出装置200に入射する。
As described at the beginning, the surface inspection apparatus according to the present embodiment detects the presence or absence of foreign matter on the workpiece surface Ws based on the laser beam transmitted through the workpiece W, in addition to the
検出装置200は、一対の第1レンズ201および第2レンズ202と、第1レンズ201と第2レンズ202との間に設けられた空間フィルタ203と、集光器204と、光検出器205と、を有する。ワークWを透過したレーザ光は、まず第1レンズ201に入射する。第1レンズ201は、入射したレーザ光をコリメートして第2レンズ202に導く。
The
もっとも、第1レンズ201と第2レンズ202との間には空間フィルタ203が配置されている。この空間フィルタ203は、ワークWを透過したレーザ光の主光線(メインビーム)を遮蔽する。よって、ワーク表面Wsに異物が存在しない場合、ワークWを透過したレーザ光は空間フィルタ203によって遮られ、第2レンズ202に到達しない。一方、ワーク表面Wsに異物が存在し、この異物にレーザ光が照射されると、散乱光が発生する。散乱光は空間フィルタ203によって遮られることなく、第2レンズ202に到達する。第2レンズ202に入射した散乱光は、第2レンズ202および集光器204を介して光検出器205に導かれる。光検出器205は、入射した散乱光の強度に応じた電気信号(検出信号)を不図示の表示装置に出力する。
However, a
ここで、散乱光の強度はワーク表面Wsに存在する異物の大きさによって変化する。具体的には、異物が大きいほど散乱光の強度も大きくなり、光検出器205から出力される検出信号のレベルが高くなる。表示装置は、光検出器205から出力される検出信号のレベルを視覚化して表示する。例えば、表示装置は、検出信号のレベルを示すグラフを生成して液晶モニタに表示する。したがって、液晶モニタに表示されたグラフ中に所定レベルよりも高レベルの検出信号が示された場合、ワーク表面Wsに所定サイズよりも大きな異物が存在していることになる。このようにしてワーク表面Wsにおける異物の有無が検査される。
Here, the intensity of the scattered light varies depending on the size of the foreign matter existing on the workpiece surface Ws. Specifically, the greater the foreign matter, the greater the intensity of the scattered light, and the level of the detection signal output from the
尚、表面検査装置1とワークWとを相対移動させてワーク表面Wsの全域または所定領域を検査することは勿論である。また、表面検査装置1とワークWの相対移動の方向は、光走査装置100による走査方向と交差する方向である。例えば、図7に示されている光走査装置100は紙面左右方向にワークWを走査する。この場合、光走査装置100を含む表面検査装置1とワークWとの少なくとも一方を紙面に対して垂直な方向に移動させながらワーク表面Wsを検査する。
Of course, the entire surface of the workpiece surface Ws or a predetermined region is inspected by relatively moving the
再び図4を参照すると、回転遮蔽板40には4つのピンホール44が90度間隔で設けられている。よって、回転遮蔽板1回転あたりの走査回数は4回である。しかし、回転遮蔽板40に設けられるピンホール44の数は4つに限れるものではなく、3つ以下でもよく、5つ以上であってもよい。つまり、回転遮蔽板40に設けるピンホール44の数を増減させれば、回転遮蔽板1回転あたりの走査回数を変更することができる。また、回転遮蔽板40の回転速度を増減させれば、走査速度を変更することができる。
Referring to FIG. 4 again, the
回転遮蔽板40は円筒形状を有するので慣性の影響を受け難く高速回転させ易いが、回転遮蔽板40をよりスムーズに高速回転させる観点からは、複数のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を回転方向において等間隔で配置することが好ましい。例えば、2組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を設ける場合には、各組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を180度間隔で配置することが好ましい。また、3組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を設ける場合には、各組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を120度間隔で配置し、8組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を設ける場合には、各組のピンホール44およびシリンドリカルレンズ50を45度間隔で配置することが好ましい。但し、2つ以上のピンホール44が同時にレーザ光の光路を横切ることがないように、回転遮蔽板40の内周面42aにおけるレーザ光の照射範囲と隣接するピンホール44の間隔とを設定する必要がある。つまり、図4に示されるP1とP2との間に、2つのピンホール44が同時に入ることは避ける必要がある。換言すれば、図4に示されるP1とP2との間隔を拡大すれば、1ラインにおける走査範囲を拡大することができる。
Since the
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図1に示される光源10は半導体レーザに限られるものではなく、ガスレーザ,固体レーザその他のレーザに置換することができる。また、光源10から出射されるレーザ光の波長は上記波長に限定されるものではない。図1に示されるビームエキスパンダ11は、同様の光学作用を有する他の光学モジュール、例えばビームフォーカスレンズに置換することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the
上記実施形態におけるラインジェネレータレンズ20,反射ミラー30,シリンドリカルレンズ50およびテレセントリックレンズ60は、それぞれ第1光学素子,第2光学素子,第3光学素子および第4光学素子の一例であり、同様の光学作用を有する他の光学素子に置換することができる。
The
上記実施形態に係る光走査装置は、光源からレーザ光を出射させる第1工程と、前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第2工程と、レーザ光の進行方向を変換して、回転駆動される円筒形状の遮蔽板の内周面にレーザ光を入射させる第3工程と、前記遮蔽板の前記内周面に入射したレーザ光を該内周面に設けられている開口部を通して前記遮蔽板の外に出射させる第4工程と、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第5工程と、前記第5工程によって平行化されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第6工程と、を含む光走査方法を実行する。具体的には、半導体レーザ10によって上記第1工程が実行され、ラインジェネレータレンズ20によって上記第2工程が実行され、反射ミラー30によって上記第3工程が実行され、シリンドリカルレンズ50によって上記第5工程が実行され、テレセントリックレンズ60によって上記第6工程が実行される。また、回転遮蔽板40を回転させつつ上記第3工程を実行することによって、上記第4工程が実行される。もっとも、ラインジェネレータレンズ20,反射ミラー30,シリンドリカルレンズ50およびテレセントリックレンズ60は、上記第2工程、第3工程、第5工程および第6工程を実行する手段の一例である。
The optical scanning device according to the embodiment includes a first step of emitting laser light from a light source, and extending the laser light emitted from the light source in an X-axis direction perpendicular to the optical axis, while the optical axis and the X A second step that does not extend in the Y-axis direction orthogonal to the axial direction, and a third step that changes the traveling direction of the laser beam and causes the laser beam to be incident on the inner peripheral surface of the rotationally driven cylindrical shielding plate; A fourth step of emitting laser light incident on the inner peripheral surface of the shielding plate to the outside of the shielding plate through an opening provided in the inner peripheral surface; and the laser light that has passed through the opening is An optical scanning method including a fifth step of collimating in the X-axis direction and a sixth step of condensing the laser light collimated in the fifth step in the X-axis direction and the Y-axis direction is executed. . Specifically, the first step is executed by the
上記実施形態では、図4に示されるシリンドリカルレンズ50と該シリンドリカルレンズ50に入射する扇形の光の中心Oとの間の距離と、シリンドリカルレンズ50の焦点距離と、を一致させて断面円形の平行光を得た。しかし、図示されているシリンドリカルレンズ50を焦点距離が異なる他のシリンドリカルレンズに置換して断面形状が円形以外(例えば、楕円形)の平行光を得ることもできる。また、シリンドリカルレンズ50を省略し、ピンホール44を通過した光をそのままテレセントリックレンズ60(図5)に入射させてもよい。また、ピンホール44はスリットその他の開口部に置換することができる。
In the above embodiment, the distance between the
上記実施形態に係る表面検査装置1は、対象物を透過した光に基づいて対象物表面を検査するものであった。しかし、対象物によって反射された光に基づいて対象物表面を検査する表面検査装置も本発明の表面検査装置に含まれる。
The
本発明の光走査装置は、表面検査装置以外の各種検査装置においても利用可能である。さらに、本発明の光走査装置は、検査装置以外の装置においても利用可能であり、例えば、対象物の成分を分析する分析装置においても利用可能であり、また、光改質や光洗浄などの用途に用いることもできる。加えて、受光側にPSD(Position Sensing Detector)などのビームの位置変化が検出可能な検出器を設ければ、対象物の表面形状や平坦度などの検査に用いることもできる。 The optical scanning device of the present invention can be used in various inspection apparatuses other than the surface inspection apparatus. Furthermore, the optical scanning apparatus of the present invention can be used in apparatuses other than the inspection apparatus, for example, can be used in an analysis apparatus for analyzing a component of an object, and can be used for photo-modification and optical cleaning. It can also be used for applications. In addition, if a detector such as a PSD (Position Sensing Detector) capable of detecting a change in the position of the beam is provided on the light receiving side, it can also be used for inspection of the surface shape and flatness of the object.
1 表面検査装置
10 光源(半導体レーザ)
11 ビームエキスパンダ
20 第1光学素子(ラインジェネレータレンズ)
30 第2光学素子(反射ミラー)
40 回転遮蔽板
41 底板
42 側板
42a 内周面
42b 外周面
43 電動モータ
44 ピンホール
50 第3光学素子(シリンドリカルレンズ)
60 第4光学素子(テレセントリックレンズ)
100 光走査装置
200 検出装置
201 第1レンズ
202 第2レンズ
203 空間フィルタ
204 集光器
205 光検出器
W ワーク
Ws ワーク表面
Z 光軸
1
11
30 Second optical element (reflection mirror)
40
60 Fourth optical element (telecentric lens)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第1光学素子と、
前記第1光学素子から出射されたレーザ光の進行方向を変換して回転遮蔽板の内周面に入射させる第2光学素子と、
前記回転遮蔽板に設けられ、該回転遮蔽板の回転に伴ってレーザ光の光路を横切る開口部と、
前記回転遮蔽板の外周面に設けられ、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第3光学素子と、
前記第3光学素子から出射されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第4光学素子と、を有し、
前記回転遮蔽板は、前記第2光学素子を取り囲む円筒形状を有し、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転する、
光走査装置。 An optical scanning device that scans an object with laser light,
A light source that emits laser light;
A first optical element that expands the laser light emitted from the light source in the X-axis direction orthogonal to the optical axis, but does not extend in the Y-axis direction orthogonal to the optical axis and the X-axis direction;
A second optical element that converts the traveling direction of the laser light emitted from the first optical element and enters the inner peripheral surface of the rotation shielding plate;
An opening that is provided in the rotation shielding plate and that crosses the optical path of the laser light as the rotation shielding plate rotates;
A third optical element that is provided on the outer peripheral surface of the rotary shielding plate and parallelizes the laser light that has passed through the opening in the X-axis direction;
A fourth optical element for condensing the laser light emitted from the third optical element in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The rotation shielding plate has a cylindrical shape surrounding the second optical element, and rotates around an axis parallel to the optical axis.
Optical scanning device.
複数の前記開口部と、それぞれの前記開口部に対応する複数の前記第3光学素子と、を有する、
光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
A plurality of the openings, and a plurality of the third optical elements corresponding to the openings, respectively.
Optical scanning device.
複数の前記開口部および前記第3光学素子は、前記回転遮蔽板の回転方向において等間隔で配置されている、
光走査装置。 The optical scanning device according to claim 2,
The plurality of openings and the third optical element are arranged at equal intervals in the rotation direction of the rotation shielding plate,
Optical scanning device.
前記開口部は、前記回転遮蔽板を貫通するピンホールまたはスリットである、
光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
The opening is a pinhole or slit that penetrates the rotation shielding plate.
Optical scanning device.
前記第1光学素子,第3光学素子および第4光学素子は屈折光学素子であり、
前記第2光学素子は、反射光学素子である、
光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
The first optical element, the third optical element and the fourth optical element are refractive optical elements,
The second optical element is a reflective optical element;
Optical scanning device.
前記第1光学素子はラインジェネレータレンズであり、
前記第2光学素子は反射ミラーであり、
前記第3光学素子はシリンドリカルレンズであり、
前記第4光学素子はテレセントリックレンズである、
光走査装置。 The optical scanning device according to claim 5,
The first optical element is a line generator lens;
The second optical element is a reflection mirror;
The third optical element is a cylindrical lens;
The fourth optical element is a telecentric lens;
Optical scanning device.
光源からレーザ光を出射させる第1工程と、
前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第2工程と、
レーザ光の進行方向を変換して、回転駆動される円筒形状の遮蔽板の内周面にレーザ光を入射させる第3工程と、
前記遮蔽板の前記内周面に入射したレーザ光を該内周面に設けられている開口部を通して前記遮蔽板の外に出射させる第4工程と、
前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第5工程と、
前記第5工程によって平行化されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第6工程と、を有し、
前記遮蔽板は、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転駆動される、
光走査方法。 An optical scanning method for scanning an object with a laser beam,
A first step of emitting laser light from a light source;
A second step of extending the laser light emitted from the light source in the X-axis direction orthogonal to the optical axis, but not extending in the Y-axis direction orthogonal to the optical axis and the X-axis direction;
A third step of changing the traveling direction of the laser light and causing the laser light to be incident on the inner peripheral surface of the rotationally driven cylindrical shielding plate;
A fourth step of emitting laser light incident on the inner peripheral surface of the shielding plate to the outside of the shielding plate through an opening provided on the inner peripheral surface;
A fifth step of collimating the laser beam that has passed through the opening in the X-axis direction;
A sixth step of condensing the laser light collimated in the fifth step in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The shielding plate is driven to rotate about an axis parallel to the optical axis;
Optical scanning method.
前記光走査装置は、
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光を光軸と直交するX軸方向に伸張させる一方、前記光軸および前記X軸方向と直交するY軸方向には伸張させない第1光学素子と、
前記第1光学素子から出射されたレーザ光の進行方向を変換して回転遮蔽板の内周面に入射させる第2光学素子と、
前記回転遮蔽板に設けられ、該回転遮蔽板の回転に伴ってレーザ光の光路を横切る開口部と、
前記回転遮蔽板の外周面に設けられ、前記開口部を通過したレーザ光を前記X軸方向において平行化する第3光学素子と、
前記第3光学素子から出射されたレーザ光を前記X軸方向および前記Y軸方向において集光させる第4光学素子と、を有し、
前記回転遮蔽板は、前記第2光学素子を取り囲む円筒形状を有し、前記光軸と平行な軸を回転軸として回転する、
表面検査装置。 An optical scanning device that scans an object with laser light, and a detection device that detects the presence or absence of foreign matter on the surface of the object based on laser light reflected by the object or transmitted through the object. A surface inspection device comprising:
The optical scanning device includes:
A light source that emits laser light;
A first optical element that expands the laser light emitted from the light source in the X-axis direction orthogonal to the optical axis, but does not extend in the Y-axis direction orthogonal to the optical axis and the X-axis direction;
A second optical element that converts the traveling direction of the laser light emitted from the first optical element and enters the inner peripheral surface of the rotation shielding plate;
An opening that is provided in the rotation shielding plate and that crosses the optical path of the laser light as the rotation shielding plate rotates;
A third optical element that is provided on the outer peripheral surface of the rotary shielding plate and parallelizes the laser light that has passed through the opening in the X-axis direction;
A fourth optical element for condensing the laser light emitted from the third optical element in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The rotation shielding plate has a cylindrical shape surrounding the second optical element, and rotates around an axis parallel to the optical axis.
Surface inspection device.
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