JP3269288B2 - 光学的検査方法および光学的検査装置 - Google Patents

光学的検査方法および光学的検査装置

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JP3269288B2 JP26716894A JP26716894A JP3269288B2 JP 3269288 B2 JP3269288 B2 JP 3269288B2 JP 26716894 A JP26716894 A JP 26716894A JP 26716894 A JP26716894 A JP 26716894A JP 3269288 B2 JP3269288 B2 JP 3269288B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被検査物の内部におけ
る光学的不均一性を光学的に検出する検出方法及び検査
装置に関する。
【０００２】例えば、セラミック基板等において、内部
に達するクラックや内部に閉じこめられた気泡の存在に
よって、そのクラック部分や気泡部分では、光学的反射
率あるいは透過率が局所的に変化しており、光学的不均
一性を有することになる。
【０００３】本願発明では、この様な光学的不均一性を
高感度で検出でき、従って、本願発明は、その応用とし
て、例えばセラミック基板の微細なクラック等の欠陥検
査に用いることができるものである。
【０００４】
【従来の技術】以下、セラミックスの欠陥検査を例に取
り、従来技術について説明する。セラミックスは絶縁体
セラミックス、圧電体セラミックス等の多種があり、電
子部品を初め多くの機械部品にも広く使用されている。
【０００５】このセラミックスには、表面や内部に存在
する微少な欠陥や、サブミクロン程度の微小寸法のクラ
ック開口幅をを有するマイクロクラックが破壊の起点に
なって、亀裂を進行させる脆性破壊挙動が大きな問題と
なっている。
【０００６】一般に欠陥は表面のクラック状欠陥が特に
問題とされ、実用上の限界は長さ３０〜１００μｍ程度
とされている。
【０００７】また検査方法としては、顕微鏡等による目
視検査、浸透探傷法、超音波探傷法、超音波顕微鏡、放
射線探傷法等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】光学顕微鏡等による目
視検査が従来から製造現場に於いて実施されているが、
検出すべきクラック等の欠陥サイズが小さい上に、その
コントラストが低いために、欠陥検査精度に問題があ
る。
【０００９】検査精度の良い検査方法としては浸透探傷
法、超音波探傷法、超音波顕微鏡、放射線探傷法等があ
るが、基板自体の価格が非常に安価で、インラインの検
査装置として高精度、高速、低コストが要求されるため
上記検査技術ではいずれかの点で問題がある。
【００１０】この発明の目的は、セラミック基板等の光
拡散性のある被検査物のクラック欠陥等を高精度、高
速、低コストで検査可能な検査方法及び装置の提供にあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願発明は、被検査物表面に撮像領域と所定距離
分離して長辺が数十ｍｍ以上である略長方形状に光を照
射して走査し、前記被検査物の表面から内部に浸透した
のち前記被検査物表面から放射される光を検出し、前記
検出された光の強度変化を検出することにより被検査物
の光学的不均質を検出する光学的検査方法である。
【００１２】
【作用】上記の手段の作用は、以下の通りである。被検
査物の内部に浸透し、再び被検査物の表面から放出され
る光には、被検査物内部の光学的情報が含まれる。
【００１３】例えば、被検査物内部において、反射率や
透過率等が局所的に異なる様な光学的不均質が存在する
と、この不均質が存在する表面部分から放出される光の
強度は、他の表面部分からの放出光に比べて変化する。
【００１４】従って、この強度の変化を検出することに
より、被検査物の光学的不均質を検出できるのである。
【００１５】以下に更に作用を詳細に説明すＲ。図１５
は被検査物上にあるクラック欠陥の模式図である。図
中、クラック面の傾斜角θ、クラック開口部の方位角φ
でクラック面の方向を表現し、クラックの長さＬ、クラ
ック開口部の長さＳＬ、クラック開口部の幅ＳＷでクラ
ックのサイズを表現するものとして、各発明の作用を説
明する。
【００１６】なお、セラミックの被検査物であれば、一
般にクラック開口部の幅ＳＷがサブミクロン程度、クラ
ックの長さＬが数十ミクロン程度の欠陥以上を検出する
必要がある。
【００１７】被検査物が光拡散性を有している場合、こ
の照明領域に照明された光の一部は被検査物の内部に屈
折して入射し、光強度が指数関数的に減衰しながら被検
査物の内部に拡散する。
【００１８】この被検査物内部での拡散光の一部は撮像
領域に到達し、被検査物の表面から放射される。ここで
は、この放射光を拡散放射光と呼ぶ事にする。
【００１９】この拡散放射光は、被検査物表面の情報で
あるクラック開口部の長さＳＬ、クラック開口部の幅Ｓ
Ｗのみではなく、被検査物内部の情報であるクラックの
長さＬ、クラック面の傾斜角θ、クラック開口部の方位
角φを加えたクラックのサイズとクラック面の方向に影
響されて光強度が変化している。
【００２０】この拡散放射光を検出する事で、被検査物
に存在するクラックのサイズやクラック面の方向に起因
した信号強度変化を検出する。
【００２１】これによって、クラック欠陥による信号強
度の変化を強調し、同時にクラック開口部の近傍領域も
信号変化する領域となるので、クラック開口部の幅ＳＷ
等を空間的に拡大して検出ができる。
【００２２】従って低い撮像倍率の撮像系で、撮像系の
分解能より微小なクラック開口幅ＳＷのクラックを検出
可能となり、高精度かつ高速な欠陥検査を行える。
【００２３】この検出方法では、例えばクラック開口幅
ＳＷが０．３μｍであり、撮像系の光学的な分解能限界
よりも微小なクラック開口幅のクラックでも、それを前
記のように空間的に拡大して検出する事で、光学的な撮
像系によって検出が可能である。
【００２４】以上説明した欠陥検出方法に対して、従来
の光学顕微鏡等のように被検査物の撮像領域及び周辺部
全てを照明して、クラック情報を検出する方法では、各
照明領域からの拡散放射光が積分されてクラックでの信
号変化は微弱になるので、前述の欠陥強調は出来ない。
【００２５】
【実施例】以下に本発明の実施例を順次説明する。
【００２６】（実施例１）図１に、請求項１記載の検査
方法の一実施例を具現化した検査装置の主要構成図を示
す。
【００２７】図１に於いて、白色光源１、コンデンサー
レンズ２、長方形状のスリットを有する遮光板３、投影
レンズ４にて照明系が構成されている。
【００２８】また対物レンズ５、ラインセンサ６にて撮
像系が構成されている。また８は試料台移動系で、１４
は、ラインセンサ６の信号と試料台移動の信号から画像
を形成する前処理部、１５は画像処理部である。
【００２９】また１２は被検査物７上の幅ｗｌの照明領
域、９は照明系の光軸の角度α、１１は撮像系の光軸の
角度β、１０は照明系の光軸と撮像系の光軸の被検査物
上に於ける間隔ｄ、１３は被検査物上の幅ｗｓの撮像領
域である。
【００３０】ここで、撮像系にあるラインセンサ６の各
画素が、撮像光学系を介して撮像領域上で撮像する領域
を画素分解能と呼ぶ事にすれば、画素分解能は画素サイ
ズを撮像倍率で除したものになる。
【００３１】本実施例では幅ｗｓの撮像領域１３は、ラ
インセンサ６上の一画素で撮像する事になるので、この
幅ｗｓは画素分解能に対応する。
【００３２】かかる構成装置に於いて、白色光源１から
の光がコンデンサレンズ２を通り遮光板３を照明し、こ
の遮光板３のスリットの像が投影レンズ４によって被検
査物７上にスリットと相似形の幅ｗｌを有する照明領域
１２となる。
【００３３】本実施例では、被検出物の内部情報を含ん
だ被検査物７の表面からの放射光を検出するために、そ
の最も簡単な手段として、放射光の検出領域を、照明領
域１２と重ならないようにしている。この様にすること
で、ラインセンサ６では、照明領域１２からの反射光が
紛れ込むことが防止され、放射光のみの検出が可能とな
る。
【００３４】具体的には、撮像領域１３に照明光が入射
しないようにするため、照明領域１２と撮像領域１３の
最小距離（ｄ−ｗｓ／２−ｗｌ／２）が正値となるよう
に設定している。
【００３５】照明領域１２から被検査物７の内部を拡散
して撮像領域１３から放射される拡散放射光は、撮像系
の対物レンズ５を介してラインセンサ６上に結像する。
【００３６】次に試料台移動系８で被検査物７を順次移
動させながら、ラインセンサ６の信号と試料台移動の信
号から、画像を形成する前処理部１４を介して画像処理
部１５に入力された画像信号を画像処理する事で被検査
物７上のクラック欠陥２４を検出する。
【００３７】図２は被検査物７上の幅ｗｌの照明領域１
２から幅ｗｓの撮像領域１３への光拡散例を示した模式
図である。
【００３８】上記の検査装置を用いて、長方形状の照明
光２０によって撮像領域１３近傍の照明領域１２を照明
し、撮像領域１３には照明光を照射していない。
【００３９】被検査物７が光拡散性を有している場合、
この照明領域１２に照明された光２０の一部は、被検査
物７の内部に屈折して入射し、光強度が指数関数的に減
衰しながら被検査物７の内部に拡散する。
【００４０】この被検査物７内部での拡散光２１の一部
は、撮像領域１３に到達する拡散光となり、被検査物７
の表面から放射される。ここでは、この放射光を拡散放
射光２２と呼ぶ事にする。
【００４１】ここで、例えば図３の様に、照明領域１２
と撮像領域１３の間にクラック欠陥２４の開口部２３が
有る場合には、照明領域１２から被検査物７の内部を拡
散して撮像領域１３に到達する拡散光２１の一部は、ク
ラック欠陥２４を透過した後に撮像領域１３に到達する
こととなる。
【００４２】クラック欠陥２４を透過した拡散光の強度
は一層減衰するので、撮像領域１３から放射される拡散
放射光２２の強度は、クラック欠陥２４の無い場合に比
較して低下する。
【００４３】一方、例えば図４に示す位置にクラック欠
陥２４が存在し、照明光２０の入射する照明領域１２と
撮像領域１３の間にはクラック欠陥２４の開口部２３が
無い場合には、まずクラック欠陥２４の無い場合と同様
に、拡散光２１の一部が撮像領域１３の表面から拡散放
射光として放射される。
【００４４】更にこれに加えて、照明領域１２からの拡
散光の一部２５が、クラック欠陥２４によって反射され
て撮像領域１３に到達する。
【００４５】この結果、図４に示す位置にクラックがあ
る場合は、結局、撮像領域１３から放射される拡散放射
光２２の強度は、図２、図３の場合に比べて増加するこ
ととなる。
【００４６】以上の点を踏まえて、クラック欠陥の検出
例を以下に説明する。図１の被検査物７の右側にクラッ
ク欠陥２４がある。この被検査物７を試料台を順次左側
に移動させて、撮像した場合を例として図５を用いて検
出例を説明する。
【００４７】上記の方法によれば、図５（ａ）に示す被
検査物７は、左側よりラインセンサによって右方向に順
次撮像される事になる。
【００４８】この時のラインセンサ６上の各画素におい
て、左側より右方向に被検査物７を順次撮像する時に、
被検査物７の一部にあるクラック欠陥２４が撮像領域を
通過する前後での撮像信号を図５（ｂ）に示す。
【００４９】さて、図中の被検査物７上に撮像領域Ａ、
Ｂ、Ｃを考える。撮像領域Ａではクラック欠陥の影響を
受けない領域であり、従って、この場合の光拡散は前述
した図２の様になるので、ラインセンサ６の信号は、ク
ラックに影響されない基準レベルである。
【００５０】次に撮像領域Ｂでは、撮像される拡散放射
光は、前述した図４の様にクラック界面における反射光
をも含むこととなり、拡散放射光の強度増加に対応して
ラインセンサ６の信号が増加する。
【００５１】さらに撮像領域Ｃでは、撮像される拡散放
射光は、前述した図３の様にクラックで遮られて強度が
低下したものとなり、それに応じてラインセンサ６の信
号が低下する。
【００５２】また図５（ｂ）において、撮像領域Ａ、Ｂ
での信号の様に撮像領域の近傍にクラックが有れば、撮
像領域内にクラック開口部２３が無くても信号変化をし
ている。
【００５３】この様な信号特性は、表面情報としてのク
ラックの開口部２３のみではなく、被検査物内部の情報
も加えたクラックのサイズやクラック面の方向に起因し
ている。
【００５４】図５（ｂ）に示す信号変化は、クラック幅
がサブミクロン程度であっても確実に発生し、また通常
の使用状態においては、この信号変化を検出するため
に、特別の高感度、高Ｓ／Ｎの信号検出技術を必要とし
ない。
【００５５】例えば、この信号変化は、通常の市販のＣ
ＣＤ撮像装置によって明確に撮像することができる。つ
まり、図５（ｂ）に示す信号変化は、市販のＣＣＤ撮像
装置において、明確なコントラストの比としてモニター
画面上で確認することができるのである。
【００５６】従って、この場合、サブミクロン幅のクラ
ックの有無、またその存在位置は、モニター画面におい
て明確なコントラストの比として明確に認識、検出され
るのである。
【００５７】もっとも、図５（ｂ）の信号に対して、図
１の画像処理部１５によって適当なしきい値２６を設定
して、２値化して図５（ｃ）の様に検出を行い、欠陥強
調クラック１６として検出することも勿論可能である。
【００５８】この場合、欠陥強調クラック１６は、クラ
ック欠陥２４の表面情報であるクラック開口部２３より
も大きな寸法を有する欠陥として検出、表示できる。
【００５９】以上のように、この信号特性はクラック欠
陥２４による信号強度の変化を強調し、またクラックの
近傍も信号変化する領域となるので、クラック欠陥が拡
大強調されて検出できる。
【００６０】なお例えば、クラックの開口部幅ＳＷがサ
ブミクロン程度であっても、前記の信号特性は得られ、
数μｍ〜数十μｍの画素分解能で検出が可能である。
【００６１】従って撮像系の画素分解能が、検出すべき
クラックの寸法に比較して大きくなる低撮像倍率の撮像
系でも、画素分解能より微小なクラックを検出可能とな
る。
【００６２】また一括処理での撮像領域は撮像倍率の自
乗に反比例するので、撮像倍率を低くした撮像系では一
括して検査する領域を拡大して、検査速度を向上させる
事が出来る。この結果、高精度かつ高速な欠陥検査を行
う事が出来る。
【００６３】なお、２値化処理の前に微分処理を行えば
１次微分値が最大となる位置が撮像領域にクラック開口
部２３が位置している場合であるので、クラック開口部
２３の位置を精度良く特定できる。
【００６４】また本実施例では、撮像手段としてＣＣＤ
素子をライン状に配置したラインセンサ６を用いたが、
この撮像手段はＣＣＤ素子以外でも良い。
【００６５】（実施例２） 図６は、請求項２記載の検査方法の一実施例を具現化し
た検査装置の主要構成を示すものである。
【００６６】図６に於いて、白色光源１、コンデンサー
レンズ２、波長帯ａのバンドパスフィルタ２７、長方形
状のスリット３、投影レンズ４にて構成される照明系が
撮像光軸の左側に配置され、また同様の構成で波長帯ｂ
のバンドパスフィルタ２９をもった照明系が撮像光軸に
ついて対象となる位置に配置されている。
【００６７】また５は対物レンズ、３１は波長ａと波長
ｂの光を分離するダイクロイックミラー、各波長帯ａ、
ｂの信号に対応する２つのラインセンサ６にて色分解撮
像系が構成されている。
【００６８】また８は試料台移動系で、１４はラインセ
ンサの信号と試料台移動の信号から波長ａと波長ｂの各
画像を形成する前処理部、１５は画像処理部である。
【００６９】ここで２８は被検査物７上の波長ａによる
幅ｗｌの照明領域、また３０は被検査物７上の波長ｂに
よる幅ｗｌの照明領域、９は照明系の光軸の角度α、１
０は照明系の光軸と撮像系の光軸の被検査物７上に於け
る間隔ｄ、１３は被検査物７上の幅ｗｓの撮像領域であ
る。この幅ｗｓは画素分解能に対応する。
【００７０】かかる構成の装置に於いて、白色光源１か
らの光はバンドパスフィルタ２７、２９により波長帯ａ
あるいは波長帯ｂが選択透過され、コンデンサレンズ２
を通りスリット３を照明し、このスリット３の像が投影
レンズ４によって被検査物７上にスリットと相似形の幅
ｗｌを有する照明領域２８及び３０となる。
【００７１】ここで撮像領域１３に照明光が入射しない
ようにするため、各照明領域と撮像領域の最小距離（ｄ
−ｗｓ／２−ｗｌ／２）が正値となるように設定する。
【００７２】照明領域２８から被検査物７の内部を拡散
して撮像領域１３から放射される波長帯ａの拡散放射
光、及び照明領域３０から被検査物７の内部を拡散して
撮像領域１３から放射される波長帯ｂの拡散放射光は、
撮像系の対物レンズ５を介して、ダイクロイックミラー
３１によって色分解されて、各ラインセンサ６上に結像
する。
【００７３】試料台移動系８で被検査物７を順次移動さ
せながら、各ラインセンサ６の信号と試料台移動の信号
から、波長帯ａと波長帯ｂの各画像を形成する前処理部
１４を介して画像処理部１５に入力された画像信号を画
像処理する事でクラック欠陥を検出する。
【００７４】図７は図６の検査装置を用いて、被検査物
７上に波長帯ａの照明光３２で略長方形状の領域２８を
照射し、波長帯ａと重複しない波長帯ｂの照明光３３
で、領域２８と重複しない略長方形状の領域３０を照射
した場合の、撮像領域１３への光拡散例を示した模式図
である。
【００７５】被検査物７が光拡散性を有している場合、
この各照明領域２８、３０に照射された照明光の一部
は、被検査物７の内部に屈折して入射し、減衰しながら
被検査物７の内部に拡散してゆく。
【００７６】さらに、この内部拡散光の一部が、撮像領
域１３の表面から波長帯ａの拡散放射光３４及び波長帯
ｂの拡散放射光３５として放射される。
【００７７】被検査物７上にクラック欠陥２４がある
と、照明領域２８からの波長帯ａの拡散光の一部は、ク
ラック欠陥２４によって反射または透過されて撮像領域
１３に到達する。
【００７８】一方、照明領域３０からの波長帯ｂの拡散
光の一部も、クラック欠陥７によって反射または透過さ
れて撮像領域１３に到達する。
【００７９】波長帯ａと波長帯ｂの照明光では、撮像領
域１３に達する拡散経路が異なるため、各拡散光がクラ
ック欠陥７によって受ける反射、屈折による強度変化の
影響が違う。
【００８０】この結果、各拡散放射光３４、３５のクラ
ック欠陥７による強度変化については、クラック面の傾
斜角θ、クラック長さＬ等によって、図８に例示するよ
うな定性的な関係がある。
【００８１】以上の点を踏まえて、本実施例におけるク
ラック欠陥の検出について、以下に説明する。
【００８２】図６の被検査物７の右側にクラック欠陥２
４がある。この被検査物７を試料台を順次左側に移動さ
せて、撮像した場合を例として図９を用いて検出例を説
明する。
【００８３】上記の方法によれば、図９（ａ）に示す被
検査物７は、左側よりラインセンサによって右方向に順
次撮像される事になる。
【００８４】この時のラインセンサ上の各画素におい
て、左側より右方向に被検査物７を順次撮像する時に、
被検査物７の一部にあるクラック欠陥２４を撮像する画
素についての撮像信号の例として、波長帯ａの撮像信号
を図９（ｂ）、波長帯ｂの撮像信号を図９（ｃ）に示
す。
【００８５】いずれの信号も、クラック欠陥２４の開口
部２３の相対位置によって変化する特性を持つ。
【００８６】しかし、図７で説明したように、各波長で
は照明領域が違い、撮像領域への光拡散に影響するクラ
ック面の方向やクラックのサイズが異なるので、これら
の信号では変化特性、変化量が違う。
【００８７】この各信号に対して図６の画像処理部１５
によって適当なしきい値２６により２値化して欠陥検出
を行い、波長帯ａでは図９（ｄ）、波長帯ｂでは図９
（ｅ）を得る。
【００８８】この場合では、波長帯ａでの信号ではクラ
ック欠陥を検出できるが、波長帯ｂの信号ではクラック
欠陥を検出できず、各信号でのクラック検出精度には差
が生じる。
【００８９】そのため最終的判定は、各波長での欠陥判
定結果の論理和を、図９（ｆ）の様に取る事によって、
各種の形状を持ったクラック欠陥２４を精度良く検査す
る事が可能である。
【００９０】以上説明したように、波長帯ａ及び波長帯
ｂの拡散放射光３４、３５を撮像し、各波長帯別の撮像
信号の内で強度変化の大きい方を信号処理して欠陥検出
する事で、各種のクラック面の傾斜角θ、クラック長さ
Ｌの欠陥について、クラック欠陥２４による信号強度の
変化を強調し、同時にクラックの近傍領域も信号変化す
る領域となるので、クラック欠陥２４を拡大強調して検
出できる。
【００９１】従って撮像系の画素分解能が、検出すべき
クラックの寸法に比較して大きくなる低撮像倍率の撮像
系でも、画素分解能より微小なクラックを検出可能とな
る。
【００９２】また一括処理での撮像領域は撮像倍率の自
乗に反比例するので、撮像倍率を低くした撮像系では一
括して検査する領域を拡大して、検査速度を向上させる
事が出来る。この結果、高精度かつ高速な欠陥検査を行
う事が出来る。
【００９３】なお、２値化処理の前に各撮像信号の差信
号を取る事によって、クラック欠陥による信号変化を強
調して、検出精度を向上させる事もできる。
【００９４】なお、２値化処理の前に微分処理を行えば
１次微分値が最大となる位置が撮像領域にクラック開口
部８が位置している場合であるので、クラック開口部８
の位置を精度良く特定できる。
【００９５】また図６に示す色分解光学系に代わって、
波長帯ａのバンドパスフィルタ２７及び波長帯ｂのバン
ドパスフィルタ２９と１つのラインセンサ６を用いて、
各バンドパスフィルタを順次交換しながら撮像する面順
次撮像方式によってもよい。
【００９６】また図６に示す色分解光学系に代わって、
ラインセンサ６上の各画素に、少なくとも波長帯ａ、波
長帯ｂの各バンドパスフィルタを規則的に配置した単板
式撮像方式によってもよい。
【００９７】また本実施例では撮像手段として、ＣＣＤ
素子をライン状に配置したラインセンサ６を用いたが、
この撮像素子はＣＣＤ素子以外でも良い。
【００９８】（実施例３） 図１０は、請求項４記載の検査方法の一実施例を具現化
した検査装置の主要構成を示すものである。
【００９９】図１０に於いて、白色光源１、コンデンサ
ーレンズ２、長方形状のスリット３、投影レンズ４にて
照明系が構成されている。また対物レンズ５、ラインセ
ンサ３６にて構成された第１の撮像系は、前記の照明光
軸の左側に配置し、また対物レンズ５、ラインセンサ３
８にて構成された第２の撮像系は、前記の照明光軸に対
して、第１の撮像系と対象配置にされている。
【０１００】また８は試料台移動系で、１４はラインセ
ンサの信号と試料台移動の信号から画像を形成する前処
理部、１５は画像処理部である。
【０１０１】３７は第１の撮像系による被検査物上の幅
ｗｓの撮像領域、３９は第２の撮像系による被検査物上
の幅ｗｓの撮像領域、１１は撮像系の光軸の角度β、１
０は照明系の光軸と撮像系の光軸の被検査物上に於ける
間隔ｄ、１３は被検査物上の幅ｗｌの照明領域である。
ここで、各撮像領域の幅ｗｓは画素分解能に対応する。
【０１０２】かかる構成装置に於いて、白色光源１から
の光はコンデンサレンズ２を通りスリット３を照明し、
このスリット３の像が、投影レンズ４によって被検査物
７上にスリットと相似形の幅ｗｌを有する照明領域１２
となる。
【０１０３】ここで撮像領域３７及び３９に照明光を照
射しないようにするため、照明領域と撮像領域の最小距
離（ｄ−ｗｓ／２−ｗｌ／２）が正値となるように設定
する。
【０１０４】照明領域１２から被検査物の内部を拡散し
て撮像領域３７から放射される拡散放射光は、第１の撮
像系の対物レンズ５を介して、ラインセンサ３６上に結
像する。
【０１０５】また同様に、照明領域１２から被検査物の
内部を拡散して撮像領域３９から放射される拡散放射光
は、第２の撮像系の対物レンズ５を介して、ラインセン
サ３８上に結像する。
【０１０６】試料台移動系８で被検査物７を順次移動さ
せながら、各ラインセンサ３６、３８の信号と試料台移
動の信号から画像を形成する前処理部１４を介して画像
処理部１５に入力された画像信号を画像処理する事でク
ラック欠陥を検出する。
【０１０７】図１１は、前記の検査装置を用いて、被検
査物７上に照明光２０によって長方形状の照明領域１２
を照射し、この照明領域１２の左側を撮像領域３７、ま
た照明領域１２の右側を撮像領域３９とした場合の、各
撮像領域への光拡散例を示した模式図である。
【０１０８】被検査物７が光拡散性を有している場合、
この照明領域１２に照射された照明光２０の一部は被検
査物７の内部に屈折して入射し、減衰しながら被検査物
７の内部に拡散してゆく。
【０１０９】さらに、この内部拡散光の一部が撮像領域
３７から拡散放射光４０、また撮像領域３９から拡散放
射光４１として放射される。
【０１１０】図１１の位置にクラック開口部２３がある
場合、照明領域１２からの内部拡散光の一部４２は、ク
ラック欠陥２４に影響されず撮像領域３７に到達し、こ
れに加えて拡散光の一部４３はクラック欠陥２４によっ
て反射されて撮像領域３７に到達する。この結果、撮像
領域３７から放射される拡散放射光４０の強度は増加す
る。
【０１１１】一方、内部拡散光の一部４４は、クラック
欠陥２４を透過して撮像領域３９に到達するため、拡散
光の強度はさらに減衰し、撮像領域３９から放射される
拡散放射光４１の強度は減少する。
【０１１２】この様に各撮像領域３７、３９に到達する
内部拡散光は拡散経路が異なるため、各拡散光がクラッ
ク欠陥２４によって受ける反射、屈折による強度変化の
影響が違う。
【０１１３】この結果、各拡散放射光４０、４１のクラ
ック欠陥２４による強度変化は、実施例２の説明で用い
た図８と同様の関係がある。
【０１１４】このため、実施例２におけると同様に、各
ラインセンサの撮像信号はクラックの開口部の相対位置
によって変化し、それら信号変化はクラック面の傾斜角
θ、クラック長さＬによって異なり、各撮像信号でのク
ラック検出精度には差が生じる。
【０１１５】この各撮像信号に対して図１０の画像処理
部１５によって適当なしきい値を設定して２値化して欠
陥強調して欠陥検出を行う。
【０１１６】最終的に各撮像信号での欠陥判定結果の論
理和を取る事によって、各種のクラック面の傾斜角θ、
クラック長さＬの欠陥について、クラック欠陥２４によ
る信号強度の変化を強調し、同時にクラック近傍領域も
信号変化する領域となるので、クラック欠陥２４を拡大
強調して検出できる。
【０１１７】従って撮像系の画素分解能が、検出すべき
クラックの寸法に比較して大きくなる低撮像倍率の撮像
系でも、画素分解能より微小なクラックを検出可能とな
る。
【０１１８】また一括処理での撮像領域は撮像倍率の自
乗に反比例するので、撮像倍率を低くした撮像系では一
括して検査する領域を拡大して、検査速度を向上させる
事が出来る。この結果、高精度かつ高速な欠陥検査を行
う事が出来る。
【０１１９】なお、２値化処理の前に各撮像信号の差信
号を取る事によって、クラック欠陥による信号変化を強
調して、検出精度を向上させる事もできる。
【０１２０】なお、２値化処理の前に微分処理を行えば
１次微分値が最大となる位置が撮像領域にクラック開口
部２３が位置している場合であるので、クラック開口部
２３の位置を精度良く特定できる。
【０１２１】また本実施例では撮像手段として、ＣＣＤ
素子をライン状に配置したラインセンサ６を用いたが、
この撮像手段はＣＣＤ素子以外でも良い。
【０１２２】なお、実施例２では、照明光が波長帯ａと
波長帯ｂを用いるので、被検査物の色によっては被検査
物内部の拡散光強度が極端に減衰するので使用可能な波
長帯が制約がある。
【０１２３】これに対して、本実施例によれば、被検査
物の色に制限されず同一照明光で同等以上の高精度検査
が可能である。
【０１２４】（実施例４） 図１２は、請求項４記載の検査方法の一実施例を具現化
した検査装置の主要構成を示すものである。
【０１２５】図１２に於いて、白色光源１、コンデンサ
ーレンズ２、長方形状スリット３、投影レンズ４にて照
明系が構成されている。また対物レンズ５、ラインセン
サ６にて撮像系が構成されている。
【０１２６】また８は試料台ｘｙ移動系で、４５は試料
台の回転系、１４はラインセンサの信号と試料台移動の
信号から画像を形成する信号処理部、１５は画像処理
部、４６は座標変換計算部である。
【０１２７】ここで１２は被検査物上の幅ｗｌの照明領
域、９は照明系の光軸の角度α、１１は撮像系の光軸の
角度β、１０は照明系の光軸と撮像系の光軸の被検査物
上に於ける間隔ｄ、１３は被検査物上の幅ｗｓの撮像領
域を示す。
【０１２８】かかる構成装置に於いて、白色光源１から
の光がコンデンサレンズ２を通りスリット３を照明し、
このスリット３の像が投影レンズ４によって被検査物７
上にスリットと相似形の幅ｗｌを有する照明領域１２と
なる。
【０１２９】ここで撮像領域１３に照明光が入射しない
ようにするため、照明領域と撮像領域の最小距離（ｄ−
ｗｓ／２−ｗｌ／２）が正値となるように設定する。
【０１３０】照明領域１２から被検査物７の内部を拡散
して撮像領域１３から放射される拡散放射光は、撮像系
の対物レンズ５を介してラインセンサ６上に結像する。
【０１３１】試料台ｘｙ移動系８によって被検査物７を
順次移動させながら、ラインセンサ６の信号と試料台移
動の信号から画像を形成する前処理部１４を介して画像
処理部１５に入力された画像信号を画像処理する事でク
ラック欠陥を検出する。
【０１３２】次に試料台回転系４５によって被検査物７
を任意角度δ回転させる事で、被検査物７の撮像領域１
３に対しての照明領域を移動させ、前記手順と同様にし
てクラック欠陥を検出する。
【０１３３】以降、順次被検査物７を任意角度δずつ回
転してクラック欠陥を検出して、最終的に（３６０−
δ）゜回転させて検査する。
【０１３４】図１３は上記の検査装置を用いて、被検査
物７上に照明光２０によって長方形状の照明領域１２を
照射し、この照明領域１２から撮像領域１３への光拡散
例を示した模式図である。
【０１３５】被検査物７が光拡散性を有している場合、
この照明領域１２に照射された照明光２０の一部は被検
査物７の内部に屈折して入射し、減衰しながら被検査物
７の内部に拡散してゆく。
【０１３６】さらに、この内部拡散光の一部が撮像領域
１３から拡散放射光２２として放射される。以降、照明
領域１２を領域４７の様に被検査物７の撮像領域１３に
対して順次回転移動させて、被検査物７の表面から放射
される拡散放射光２２を個別に撮像しておき、最大の信
号変化が得られるものを信号処理して欠陥検出を行う。
【０１３７】クラック欠陥の検出例を以下に説明する。
図１２の被検査物７の右側にクラック欠陥２４がある。
この被検査物７を試料台を順次左側に移動させて、撮像
した場合を例として図１４を用いて検出例を以下に説明
する。
【０１３８】図１４（ａ）の被検査物７には、クラック
開口部の方位角φ、クラック面の傾斜角θ、クラック長
さＬのクラック欠陥がある。
【０１３９】図中のｙ軸方向はラインセンサの長手方向
である。またｘ軸は画像入力時に試料台を移動する方向
である。
【０１４０】この被検査物７を、上記検査装置で被検査
物の左側から順次試料台をｘ軸方向に移動させて撮像
し、次に被検査物を任意角度δ（図の場合は９０゜）ず
つ回転させて撮像を行う。
【０１４１】この時のラインセンサ６上の各画素におい
て、左側より右方向に被検査物７を順次撮像する時に、
被検査物７の一部にあるクラック欠陥２４を撮像する画
素についての撮像信号例を、図１４（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）に示す。
【０１４２】各照明領域では、撮像領域への光拡散に影
響するクラック面の方向やクラックのサイズが異なるの
で、各信号では変化の程度が違う。
【０１４３】従って、クラック欠陥２４の開口部２３の
相対位置によってラインセンサの各信号は大きく変化す
るが、各信号の変化はクラック開口部の方位角φ、クラ
ック面の傾斜角θ、クラック長さＬ等によって大きく異
なり、クラック検出精度に差を生じる。
【０１４４】この各信号に対して、図１２の画像処理部
１５によって適当なしきい値を設定して２値化して欠陥
強調して欠陥検出を行い、最終的に各回転角度での欠陥
判定結果の論理和を取る事によって欠陥検査を行う。
【０１４５】これにより各種のクラック開口部の方位角
φ、クラック面の傾斜角θ、クラック長さＬ等の欠陥に
ついて、クラック欠陥２４による信号強度の変化を強調
し、同時にクラック近傍領域は信号変化する領域となる
ので、クラック欠陥２４を拡大強調して検出し、高精度
のクラック欠陥検査が可能である。
【０１４６】従って撮像系の画素分解能が、検出すべき
クラックの寸法に比較して大きくなる低撮像倍率の撮像
系でも、画素分解能より微小なクラックを検出可能とな
る。
【０１４７】また一括処理での撮像領域は撮像倍率の自
乗に反比例するので、撮像倍率を低くした撮像系では一
括して検査する領域を拡大して、検査速度を向上させる
事が出来る。この結果、高精度かつ高速な欠陥検査を行
う事が出来る。
【０１４８】なお、上記では試料台回転系４５によって
被検査物７を回転させているが、この代替え手段とし
て、照明系と撮像系を一体として回転させても良い。
【０１４９】なお、各欠陥の被検査物上の位置は、座標
変換計算部４６によって基準とする被検査物７の回転角
におけるｘｙ座標に変換して算出が出来る。
【０１５０】なお、２値化処理の前に微分処理を行えば
１次微分値が最大となる位置が撮像領域にクラック開口
部２４が位置している場合であるので、クラック開口部
２４の位置を精度良く特定できる。
【０１５１】また本実施例では撮像手段として、ＣＣＤ
素子をライン状に配置したラインセンサ６を用いたが、
この撮像手段はＣＣＤ素子以外でも良い。
【０１５２】以上説明した図１、６、１０、１２に示す
各欠陥検査装置において、照明系に、長方形状スリット
を透過した光をシリンドリカルレンズによって照明光を
略長方形状に集光させて、被検査物上に略長方形状の照
明領域を形成する方式を用いる事により、入射光強度を
減じないで、照明領域幅ｗｌを小さくして検出信号の変
化をさらに強調出来、クラック検出精度を向上させる事
もできる。
【０１５３】以上、本願発明を実施例に基づき詳細に説
明した。以上の各実施例は、本願発明を、セラミック基
板におけるクラックの検出に適応したものであるが、本
願発明の原理からも明かなように、本願発明は、被検査
物の内部に浸透し、その内部の光学的不均一性の情報を
含んで被検査物の表面から放射される光を検出すること
により、被検査物の光学的不均一性を検出するものであ
り、クラック以外の検出にも適用できるものである。
【０１５４】例えば、内部に局部的に存在する、反射率
の高い界面あるいは透過率の低い界面等を検出すること
が可能である。
【０１５５】
【発明の効果】従来の顕微鏡等では、撮像領域及びその
周辺領域全体が照明されているため、例えば、図１３
（ａ）でのクラックでは、照明領域の異なる図１３の
（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の各信号を積分した様な信号
となる。
【０１５６】このため、図１３（ｂ）と図１３（ｄ）の
様に、ほぼ逆極性の信号が打ち消し合って、クラック部
の信号変化が非常に小さく目視検査が困難であり、これ
は高い撮像倍率にしても改善しない。
【０１５７】これに対して、本発明の欠陥検査方法およ
び検査装置によれば、限定した照明領域から撮像領域へ
光拡散して被検査物表面から放射される拡散放射光が、
撮像領域及びその周辺に存在するクラック欠陥によって
強度が変化する事を利用してクラック欠陥の強調検出を
行う。
【０１５８】このため撮像系が数μｍ〜数十μｍの画素
分解能であっても、クラック開口幅がサブミクロンレベ
ルのマイクロクラックでも検出が可能である。
【０１５９】この結果、光拡散性のある被検査物のクラ
ック欠陥等を高精度、高速、低コストに検査可能になる
と言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学的検査方法の一実施例を具現化し
た装置のブロック図
【図２】同実施例における被検査物上の照明領域と撮像
領域内への光拡散を示す模式図
【図３】同実施例における、照明領域と撮像領域の間に
クラック欠陥が有る場合の光拡散を示す模式図
【図４】同実施例における、照明領域と撮像領域の間以
外にクラック欠陥が有る場合の光拡散を示す模式図
【図５】同実施例に於けるクラック検出信号の模式図
【図６】本発明の光学的検査方法の第２の実施例を示す
ブロック図
【図７】同実施例における、波長帯の重複しない２つの
照明領域からの光拡散を示す模式図
【図８】同実施例における、２つの照明領域からの拡散
放射光とクラック形状の関係図
【図９】同実施例に於けるクラック検出信号の模式図
【図１０】本発明の光学的検査方法の第３の実施例を示
すブロック図
【図１１】同実施例における、照明領域から２つの撮像
領域への光拡散を示す模式図
【図１２】本発明の光学的検査方法の第４の実施例を示
すブロック図
【図１３】同実施例における、被検査物上の照明領域及
び撮像領域とクラック欠陥位置を示す模式図
【図１４】同実施例におけるクラック検出信号の模式図
【図１５】被検査物のクラック欠陥の模式図
【符号の説明】
１ 白色光源 ２ コンデンサーレンズ ３ 長方形状スリット ４ 投影レンズ ５ 対物レンズ ６ ラインセンサ ７ 被検査物 ８ 試料台（ｘｙテーブル） ９ 照明系の光軸の角度α １０ 照明系と撮像系の間隔ｄ １１ 撮像系の光軸の角度β １２ 幅ｗｌの照明領域 １３ 幅ｗｓの撮像領域 １４ 画像形成のための前処理部 １５ 画像処理部 １６ 欠陥強調クラック ２０ 白色照明光 ２１ 被検査物内部の拡散光 ２２ 拡散放射光 ２３ クラックの開口部 ２４ クラック欠陥 ２５ クラック欠陥での拡散光 ２６ ２値化のしきい値 ２７ 波長帯ａのバンドパスフィルタ ２８ 波長ａによる幅ｗｌの照明領域 ２９ 波長帯ｂのバンドパスフィルタ ３０ 波長ｂによる幅ｗｌの照明領域 ３１ ダイクロイックミラー ３２ 波長ａの照明光 ３３ 波長ｂの照明光 ３４ 波長ａの拡散放射光 ３５ 波長ｂの拡散放射光 ３６ 第１の撮像系のラインセンサ ３７ 第１の撮像系による第１の撮像領域 ３８ 第２の撮像系のラインセンサ ３９ 第２の撮像系による第２撮像領域 ４０ 第１の撮像領域の拡散放射光 ４１ 第２の撮像領域の拡散放射光 ４２ 内部拡散光の一部 ４３ 第１の撮像領域に到達する拡散光 ４４ 第２の撮像領域に到達する拡散光 ４５ 試料台回転系 ４６ 座標変換計算部 ４７ 位置を変更した照明領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 厚司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−61653（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87739（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−25972（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01B 11/00 - 11/30

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検査物表面に撮像領域と所定距離分離し
    て長辺が数十ｍｍ以上である略長方形状に光を照射して
    走査し、前記被検査物の表面から内部に浸透したのち前
    記被検査物表面から放射される光を検出し、前記検出さ
    れた光の強度変化を検出することにより被検査物の光学
    的不均質を検出する光学的検査方法。
  2. 【請求項２】被検査物表面に、波長帯の重複しない複数
    種の光を重なり合うことなく照射して走査し、各照射光
    が被検査物内部に浸透したのち前記被検査物の表面から
    放射される光を各々検出し、前記検出された光の強度変
    化を検出することにより被検査物の光学的不均質を検出
    する光学的検査方法。
  3. 【請求項３】放射光の検出領域がライン状であり、前記
    検出領域の片側に波長帯ａの光を略長方形状で被検査物
    に照射して走査し、他の片側に波長帯ｂの光を略長方形
    状で被検査物に照射することを特徴とする請求項２に記
    載の光学的検査方法。
  4. 【請求項４】前記被検査物表面から放射される光の検出
    を複数の位置において検出することを特徴とする請求項
    １に記載の光学的検査方法。
  5. 【請求項５】前記被検査物表面から放射される光の検出
    を照射光の両側で検出することを特徴とする請求項４記
    載の光学的検査方法。
  6. 【請求項６】前記被検査物表面への光の照射位置を前記
    被検査物の表面から放射される光の検出位置に対して順
    次回転することを特徴とする請求項１に記載の光学的検
    査方法。
  7. 【請求項７】ラインセンサによる撮像系と、この撮像系
    による被検査物の撮像領域と所定距離分離して長辺が数
    十ｍｍ以上である長方形状スリットを投影して照明する
    照明系と、撮像系及び照明系で構成される画像入力系と
    被検査物を相対的に移動させる駆動系と、この撮像信号
    を信号処理して欠陥検出を行う信号処理系を備えている
    事を特徴とする光学的検査装置。
  8. 【請求項８】波長帯の重複しない波長帯ａ、波長帯ｂを
    分離する手段とラインセンサにより構成される色分解撮
    像系と、この撮像系による縦ライン状の撮像領域の左側
    を波長帯ａで長方形状スリットを投影して照明し、同時
    に撮像領域の右側を波長帯ｂで長方形状スリットを投影
    して照明して、撮像領域内には照明光が照射しない様に
    した照明系と、撮像系及び照明系と被検査物を相対移動
    させる駆動系と、これらの撮像信号を信号処理して欠陥
    検出を行う信号処理系を備えている事を特徴とする光学
    的検査装置。
  9. 【請求項９】撮像手段による被検査物の撮像領域外に長
    方形状スリットを投影して照明する照明系と、この縦長
    の長方形状をした照明領域の左側と右側を独立した２つ
    のラインセンサによつて撮像する撮像系と、撮像系及び
    照明系と被検査物を相対移動させる駆動系と、これらの
    撮像信号を信号処理して欠陥検出を行う信号処理系を備
    えている事を特徴とする光学的検査装置。
  10. 【請求項１０】ラインセンサによる撮像系と、この撮像
    系による被検査物の撮像領域外に長方形状スリットを投
    影して照明する照明系と、撮像系及び照明系と被検査物
    とを相対的に直線移動させる駆動系と、順次撮像系及び
    照明系と被検査物とを相対的に回転移動させる駆動系
    と、各回転移動での前記撮像信号を信号処理して、各撮
    像信号で個別に欠陥検出を行う信号処理系と、次に各欠
    陥検出結果の論理和等を演算して、最終的な欠陥検査結
    果を判定する検査結果判定系とを備えている事を特徴と
    する光学的検査装置。
  11. 【請求項１１】前記長方形状スリットを透過した光をシ
    リンドリカルレンズによつて照明光を略長方形状に集光
    させて、被検査物上に略長方形状の照明領域を形成する
    事を特徴とする請求項７から１０の何れかに記載の光学
    的検査装置。
  12. 【請求項１２】光学的不均質が被検査物の内部に達する
    クラックであることを特徴とする請求項１から６の何れ
    かに記載の光学的検査方法。
  13. 【請求項１３】光学的不均質が被検査物内部の気泡であ
    る請求項１から６の何れかに記載の光学的検査方法。
  14. 【請求項１４】光学的不均質が、被検査物内部における
    光学的反射率の不均一性である請求項１から６の何れか
    に記載の光学的検査方法。
  15. 【請求項１５】被検査物表面から放射される光の強度変
    化の検出が、増加から減少への変化もしくは減少から増
    加への変化として検出されることを特徴とする請求項１
    から６、１２から１４の何れかに記載の光学的検査方
    法。
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