JP3494762B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents
表面欠陥検査装置Info
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Description
の微小な表面欠陥を良否判定する表面欠陥の検査装置に
関する。
するために各種部品の高密度化が飛躍的に進んでいる。
その結果、磁気ヘッドのサスペンションや光ディスク、
半導体ウエハ、液晶などの精密部品は、加速度的に微細
化し、従来は問題とならなかったようなわずかな表面欠
陥さえも品質に著しく影響するようになってきた。
検出できる表面欠陥検査装置の開発が強く望まれてい
る。
は、対象物に任意の位置から投光手段により光を当て、
その正反射光を検出できる位置に受光手段を配置し、そ
の受光手段により正反射光を検出する。そして、その光
量の変化から対象物の表面欠陥の有無を判定していた。
物表面の凹凸による反射率の変化(例えば、色調の違い
により光の吸収率が変動する場合)があった場合、受光
手段で検出する光量が変化して良品である対象物を不良
品と判定してしまうことがあった。また、欠陥が微小な
場合には、検出する光量変化がわずかなため、不良品で
ある対象物を良品と判定してしまうことがあった。
正確で精度の良い表面欠陥検出を行う装置を提供するこ
とを目的とする。
示す。2は対象1の表面に光を照射する投光装置、3は
検査ポイント10で反射された正反射光を検出する第1
の受光装置、5は乱反射光を検出する第2の受光装置、
4は対象物1の表面で乱反射された光の散逸を防止する
とともに、外乱光の影響による検出力の低下を防ぐため
の遮光装置、6は第1、第2の受光装置3、5における
検出光量の比から表面欠陥の有無を判定する表面欠陥判
定装置である。
れる移動テーブル8上に保持され、表面欠陥判定装置6
により各部位の良否が判定され、表面欠陥検査装置全体
の動作は、全体制御装置9により制御される。
対象物1の表面に検査光が照射され、該表面からの反射
光を第1、第2の受光装置3、5により検出する。第
1、第2の受光装置3、5により検出した光量は表面欠
陥判定装置6で比が取られ、その値で良否判定が行われ
る。
をそれぞれA、Bとした場合、|A−B|/(A+B)
×100を求め、予め実験やシュミレーションといった
手段で得た判定値Kより小さければ、対象物1の表面に
凹凸の変化があったものとして不良と判定する。
K’より小さな時は不良とする従来手法に対する本発明
の有効性は、凹凸変化があればフラットな状態より少な
からず乱反射を引き起こして第2の受光装置5で検出す
る光量が増える点に着目した点にあり、従来の手法では
欠陥でなくても通常の面と反射率の異なる面の場合、不
良と判定しやすかったのに対し、乱反射光量と正反射光
量との比率により良否判定する本発明においては、反射
率が異なっても光量比はほぼ同一となるために、上記欠
点を防止できる上に、微小な傷や凹凸といった欠陥も検
出可能となる。
の遮光装置4内への外乱光の進入を防止する構成とし
て、遮光装置4には、対象物1上を転動する軟質ローラ
40が装着されており、遮光装置4と対象物1とが相対
変位した場合にも、対象物1表面と遮光装置4との間隙
は軟質ローラ40により閉塞され、該間隙からの外乱光
の遮光装置4内への進入が防止される。軟質ローラ40
を使用することにより、対象物1表面を転動する際の対
象物1表面へのダメージの付与が防止される。
乱反射光を効率よく受光することは検査精度を向上させ
るために有効であり、第2の受光装置5は、請求項1記
載の発明において、多面体の上面を除く面にフォトダイ
オードアレイを張り付けて形成され、請求項2記載の発
明において、球体の上部を除く全面にピンフォトダイオ
ードを張り巡らせて形成される。
ト照明装置により構成することができ、第2の受光装置
5としては、フォトマルチプライアを使用することがで
きる。かかる構成により、機器そのものの精度が高めら
れ、装置全体としてもより高精度な検査が可能になる。
第2の受光装置5における集光能力を高めることによ
り、乱反射光の捕捉効率が高くなり、全体の検査精度が
向上する。
受光装置3を提供することができる。すなわち、図3
(a)に示すように、光電変換部30の前段に投光装置
2の照射光のみを透過させるバンドパスフィルタ31を
配置する。バンドパスフィルタ31は、投光装置2から
の照射光のみを透過することにより、外乱光の光電変換
部30への入射を防止し、測定精度の向上に寄与する。
に、第1の受光装置3の光電変換部30の前段に焦点距
離fの集光レンズ32と、ピンホール33とを配置す
る。ピンホール33と集光レンズ32との距離は集光レ
ンズ32の焦点距離fに等しく、対象物1の表面におけ
る正反射光は、集光レンズ32を通ってピンホール33
に至り、さらに光電変換部30に入射される。集光レン
ズ32とピンホール33の存在により、正反射光のみが
集光レンズ32上に集焦した後、ピンホール33を通っ
て第1の受光装置3に入射されるために、第1の受光装
置3の光電変換部30への外乱光の進入が防止される。
て、投光装置2は対象物1表面への照射光路に沿って移
動可能とされる。投光装置2の位置は、第1の受光装置
3における正反射光量がピークになるように自動補正さ
れる結果、投光装置2からの照射光の焦点は常に対象物
1表面上の検査ポイント10に合致することとなり、正
確な良否判定が行われる。
ローの防止に有効な構成を提供することができる。すな
わち、図5に示すように、第1の受光装置3により受光
される正反射光量が常に一定量となるように、投光装置
2からの光量を自動制御する。正反射光量が一定となる
ように投光装置2からの照射光量を電圧、あるいは電流
により制御することにより、正反射光が第1の受光装置
3での受光可能な光量範囲を超えることが防止され、正
確な測定が可能となる。
の受光装置3における光量を検出することで正反射光量
を監視し、光電変換部30の前段にPLZTシャッタ3
4を配置する。PLZTシャッタ34は、印加電圧を制
御することにより光透過率を連続的にコントロール可能
であり、入射光量が光電変換部30の受光可能な光量を
超えた場合には、PLZTシャッタ34の光透過率を連
続的にコントロールし、第1の受光装置3における受光
量を一定に保持する。
量の調整は回転可変式NDフィルタ35のセレクトによ
り行うことができる。回転可変式NDフィルタ35は、
透過率の異なる複数のNDフィルタを同一円周上に配置
して形成され、フィルタを保持する板を回転させて任意
のNDフィルタにより光路を遮ることにより光透過量が
制御される。
て、第1の受光装置3を対象物1の測定ポイントに向け
るために有効な構成が提供される。すなわち、第1の受
光装置3は、対象物1の表面における正反射光の光路上
に配置されるハーフミラー36と、ハーフミラー36で
反射した光を捉えるCCDカメラ37を備える。CCD
カメラ37の画像情報から第1の受光装置3に入射する
正反射光の位置が判断され、第1の受光装置3側の位置
を、正反射光の位置情報に基づいて自動補正することに
より、正確な正反射光の捕捉が可能となる。
レーザスリット照明装置を用いて構成することができ、
第1および第2の受光装置3、5としてはラインCCD
センサを使用することができる。レーザスリット照明装
置を使用することにより、1ラインを一括して検査する
ことが可能となり、検査効率が向上する。
状ビームを得るためのレーザスリット照明装置を提供す
ることができる。すなわち、図10(a)に示すよう
に、レーザスリット照明装置を、半導体レーザ20とビ
ームエキスパンダ21と光学スリット22とスリット縮
小結像光学系23により構成する。ビームエキスパンダ
21からの光をスリット幅の大きな光学スリット22に
通すことにより、光の回折の影響が少なくなり、この状
態の光を縮小結像光学系によって絞ることにより、回折
の影響が防止される。
に、光学スリット22を使用しないレーザスリット照明
装置を提供することができ、半導体レーザ20とスリッ
ト結像光学系23と凹形シリンドリカルレンズ24によ
り構成する。
でなくフライングビームの使用も可能であり、図11
(a)に示すようにガルバノミラー25により、図11
(b)に示すようにポリゴンミラー26により走査ビー
ムを形成することができる。
て、表面欠陥の検出力をより高めるために、投光装置2
と第1の受光装置3が複数セット配置され、それら全て
の正反射光と乱反射光の受光量の比率を算出して良否判
定が行われる。
明において、投光装置2と第1の受光装置3の配置角度
は、自動で同時に変更可能とされ、投光装置2と第1の
受光装置3の前段にそれぞれ電動スリット7が付加され
る。
種々の角度からの照射が可能であり、第1の受光装置3
は、検査ポイント10からの正反射角度に対応する位置
に移動するように構成される。良否判定は、種々の照射
角度における対象表面からの正反射光と乱反射光の受光
量の総和を求め、その比率を算出することにより行われ
るために、表面欠陥の検出力をより高めることが可能に
なる。
て、乱反射光の効率的な捕捉に有利な遮光装置4が提供
される。すなわち、遮光装置4は半楕円球形に形成さ
れ、楕円が持つ2つの焦点のうち一つを投光装置2の光
軸と対象物1表面とが交わるポイントにおき、さらにも
う一つの焦点位置に第2の受光装置5の受光中心が設定
される。
いて8はXYテーブル等の移動テーブル、80は移動テ
ーブル8の移動速度、移動方向等を制御するための駆動
制御装置であり、検査対象物1は、図示しない固定手段
により移動テーブル8上に載置、固定される。
装置であり、対象物1の上面を覆うように配置される。
図示の遮光装置4は、ボックス形状に形成されており、
内面にはミラー面が構成される。ミラー面を有する遮光
装置4の形成は、筺体内にミラー体を貼設したり、ある
いは遮光装置4を複数のミラー体を組み立てることによ
り行われる。
置されており、該投光装置2からの照射光が、遮光装置
4の一側壁に開設された透孔41から遮光装置4内に導
光され、移動テーブル8上に保持された対象物1の検査
ポイント10に対して所定角度θで照射される。投光装
置2には、レーザ発振器等を使用した微小レーザスポッ
ト照明装置の使用が可能である。
光を受光するために、遮光装置4に対して投光装置2と
対称位置に第1の受光装置3が配置されるとともに、検
査ポイント10での乱反射光を受光するための第2の受
光装置5が遮光装置4内に設けられる。第1、第2の受
光装置3、5には、シリコン光ディテクタの使用が可能
であるが、フォトマルチプライアを使用することによ
り、検出光量を増幅させることも可能である。
で、シリコン光ディテクタ等の光電変換部30と、集光
レンズ32と、投光装置2の照射光のみを透過するバン
ドパスフィルタ31により構成され、外乱光はバンドパ
スフィルタ31により遮断され、図において矢印で示す
正反射光のみが光電変換部30に入射して光量測定が行
われる。
において、光電変換部30の前段には、焦点距離fの集
光レンズ32と、該集光レンズ32の焦点位置に配置さ
れるピンホール33体が配置され、集光レンズ32に対
して平行に入射される対象物1からの正反射光以外はピ
ンホール33部材の中心に形成されたピンホール33に
より遮断されるために、外乱光の光電変換部30への入
射が妨げられる。
めることは検査精度の向上に有効であり、上述したよう
に第2の受光装置5にフォトマルチプライアを使用する
以外に、第2の受光装置5を直方体、あるいは立方体等
の多面体形状に形成し、信号取り出し用の配線が接続さ
れる一面以外の全ての面にフォトダイオードアレイを張
り付けたり、第2の受光装置5を球形に形成し、信号と
りだ仕様の配線が接続される一点以外の全ての面にピン
フォトダイオードを張り付け、あらゆる方向からの光を
検出可能なように構成することが可能である。
からの照射光、および検査ポイント10からの反射光へ
の外乱光の混入を防止するために設けられるもので、投
光装置2から遮光装置4までの光路、および遮光装置4
から第1の受光装置3までの正反射光の光路を覆うため
のボックス体43と、対象物1の表面と遮光装置4との
間隙を閉塞するための軟質ローラ40とから構成され
る。軟質ローラ40としては、合成ゴム、軟質合成樹脂
等が使用可能である。
2から照射した光は透孔を通って対象物1の検査ポイン
ト10を照射し、乱反射光は直接、あるいは遮蔽装置内
のミラー面により反射を繰り返しつつ第2の受光装置5
に捕捉されてその光量が測定される。一方、検査ポイン
ト10により正反射した光は遮光装置4の他方の透孔を
通って第1の受光装置3により捕捉されてその光量が測
定され、これらの光量の比を元に表面欠陥装置により検
査ポイント10における表面状態の良否が判定される。
8を駆動することにより行われ、移動テーブル8の駆
動、すなわち対象物1の移動により遮光装置4に設けら
れた軟質ローラ40は対象物1上を転動しながら遮光装
置4と対象物1との相対変位を許容し、かつ、遮光装置
4内への外乱光の進入を防止する。
0により移動テーブル8を駆動しながら行われ、表面欠
陥判定装置6、および駆動制御装置80、さらには投光
装置2等の装置全体の制御は、全体制御装置9により行
われる。
お、以下の説明において、上述した実施例と同一の構成
要素は、図中に同一の符号を付して説明を省略する。こ
の実施例は、投光装置2からの照射光の焦点を対象物1
の検査ポイント10に合わせ、検査精度を高めるために
有効な変形であり、投光装置2は、入射角度θを一定に
した状態で投光装置2を対象物1の検査ポイント10に
対して進退させることができるように、投光装置2の光
軸に沿って移動する投光装置移動テーブル271上に保
持される。投光装置移動テーブル271の動作は投光装
置駆動制御装置272により制御されており、投光装置
2は、第1の受光装置3における検出光量が最大となる
位置、すなわち、投光装置2からの照射光が対象物1の
検査ポイント10上に焦点を結ぶように自動制御され
る。
実施例は、対象物1からの正反射光量が第1の受光装置
3の受光可能な光量範囲を超えないようにしたもので、
特に、対象物1を変更したり、あるいは局部的に性状の
大きく異なる対象物1を検査する場合に有効な変形で、
第1の受光装置3からの出力値は常に監視され、該出力
値が一定となるように光量制御装置28にフィードバッ
クがかけられる。なお、投光装置2における照射光量の
調整は、電流、あるいは電圧を制御することにより行わ
れる。
象物1からの正反射光の入射光量を直接調整することに
より第1の受光装置3でのオーバーフローを防止するも
ので、第1の受光装置3の光電変換部30の前段には、
印可電圧を制御することにより光透過率を連続的に制御
可能なPLZTシャッタ34が配置される。PLZTシ
ャッタ34の光透過率はシャッタ制御装置340により
制御されており、シャッタ制御装置340は、常に監視
される第1の受光装置3からの出力によりPLZTシャ
ッタ34を制御する。
変えて、図7に示すように、光透過率の異なる複数のN
D(Neutral Density)フィルタ35
0、350・・を基体351に固定した回転可変式ND
フィルタ35を使用することも可能である。
実施例は、第1の受光装置3を常に対象物1の検査ポイ
ント10に向けておくために有効な構成で、遮光装置4
の第1の受光装置3側の壁面は光透過壁面44とされ
る。第1の受光装置3は、光電変換部30と、スリット
の位置がスリット制御装置380により制御され、正反
射光のみを第1の受光装置3に伝えるための電動スリッ
ト38と、ハーフミラー36と、ハーフミラー36から
の反射光を捉えるCCDカメラ37とから構成され、C
CDカメラ37からの出力は画像処理装置370により
処理されて第1の受光装置3に入射する正反射光の位置
が判定される。
は移動装置39により、対象物1の検査ポイント10を
中心とする円周軌道上を移動可能であり、画像処理装置
からの出力に基づいて第1の受光装置3の位置を制御す
ることにより、第1の受光装置3を正反射光の光路上に
位置させる。
実施例は、1ライン上の検査ポイント10、10・・を
一括して検査することを可能にしたもので、投光装置2
としてレーザスリット照明装置が使用されるとともに、
第1、第2の受光装置3、5にラインCCDセンサが使
用される。
に示すように、半導体レーザ20、ビームエキスパンダ
21、光学スリット22、およびスリット結像光学系2
3により構成することが可能であり、半導体レーザ20
からのレーザビームはビームエキスパンダ21によりビ
ーム幅が広げられた後、光学スリット22により回折の
影響の少ないスリット幅の大きなスリットを得、さら
に、スリット結像光学系23により絞ってレーザスリッ
ト光が得られる。
装置は、光学スリット22を使用することなく静止形の
線状ビームを得るもので、半導体レーザ20、スリット
結像光学系23、および凹形シリンドリカルレンズ24
により構成され、スリット結像光学系23により絞られ
たスリット光は凹形シリンドリカルレンズ24により拡
張されてレーザスリット光が得られる。
た検査は、例えば、検査対象ラインの良否を第1、第2
の受光装置3、5での光量の総和の比率から判定し、第
1の受光装置3のCCDセンサにおける各セルでの受光
量の分布からライン上の不良点を特定することができ
る。
る場合のレーザスリット照明装置の変形例を示すもの
で、図11(a)のレーザスリット照明装置は、半導体
レーザ20、スリット結像光学系23、コリメータレン
ズ29、およびガルバノミラー25とから構成され、図
11(b)のレーザスリット照明装置は、ガルバノミラ
ー25に代えて、ポリゴンミラー26が使用される。
の実施例は検査の信頼性をより向上させるための変形
で、検査ポイント10には2組の投光装置2、2から検
査光が照射される。一方、遮光装置4の反対方には、各
々の検査光の正反射光を受光するために2組の第1の受
光装置3、3が配置され、対象物1の良否は各々の第1
の受光装置3における検出光量と第2の受光装置5での
検出光量の比率により判定される。なお、図12におい
ては、投光装置2、および第1の受光装置3が2組使用
される場合が示されているが、それ以上使用することも
もちろん可能である。
の実施例において、遮光装置4の両側壁にはスリット位
置が移動可能な電動スリット7が固定され、内面がミラ
ー面とされる遮光装置4の壁面のうち、上記電動スリッ
ト7の設置領域に対応する領域はハーフミラー面45と
される。
動装置39により検査ポイント10を中心とする円周軌
道上を移動可能であり、投光装置2を上記軌道に沿って
移動させるとともに、第1の受光装置3を正反射光の光
路上に位置させながら種々の角度での照射、受光を行
い、第1の受光装置3、および第2の受光装置5による
受光量の総和を算出し、その比率で良否判定がなされ
る。
はボックス形状のものが示されていたが、図14に示す
ように、半楕円球形に形成し、楕円の1つの焦点位置に
第2の受光装置5の受光中心を置き、他の焦点位置に検
査ポイント10を置くようにして第2の受光装置5への
乱反射光の集束を図るように構成することも可能であ
る。
によれば、通常の面と反射率の異なる面においても誤っ
て欠陥と判定するなどの不具合がなくなり、検査精度を
向上させることができる。
Claims (7)
- 【請求項1】対象物の表面に光を照射するための投光装
置と、 対象物の表面で正反射された光の量を検出する第1の受
光装置と、 内面がミラー構造で、対象物の表面で乱反射された光の
散逸を防止する遮光装置と、 対象物の表面で乱反射された光の量を検出する第2の受
光装置と、 前記第1、第2の受光装置に入射した光量の比率から対
象物の表面欠陥の良否を判定する表面欠陥判定装置とを
有する表面欠陥検査装置であって、 前記遮光装置には、対象物上を転動する軟質ローラが装
着され、遮光装置と対象物との間隙から入り込む外乱光
の影響が防がれ、 かつ、前記第2の受光装置は、多面体の上面を除く面に
フォトダイオードアレイを張り付けて形成される 表面欠
陥検査装置。 - 【請求項2】対象物の表面に光を照射するための投光装
置と、 対象物の表面で正反射された光の量を検出する第1の受
光装置と、 内面がミラー構造で、対象物の表面で乱反射された光の
散逸を防止する遮光装置と、 対象物の表面で乱反射された光の量を検出する第2の受
光装置と、 前記第1、第2の受光装置に入射した光量の比率から対
象物の表面欠陥の良否を判定する表面欠陥判定装置とを
有する表面欠陥検査装置であって、 前記遮光装置には、対象物上を転動する軟質ローラが装
着され、遮光装置と対象物との間隙から入り込む外乱光
の影響が防がれ、 かつ、前記第2の受光装置は、球体の上部を除く全面に
ピンフォトダイオードを張り巡らせて形成される 表面欠
陥検査装置。 - 【請求項3】前記投光装置は対象物表面への照射光路に
沿って移動可能であり、前記第1の受光装置における正
反射光量がピークになる位置に投光装置を自動補正する
請求項1または2記載の表面欠陥検査装置。 - 【請求項4】前記第1の受光装置は、対象物の表面にお
ける正反射光の光路上に配置されるハーフミラーと、ハ
ーフミラーで反射した光を捉えるCCDカメラを備え、 CCDカメラによる画像から正反射光の位置を捉え、該
正反射位置に合うように第1の受光装置の位置を自動補
正する請求項1ないし3のいずれかに 記載の表面欠陥検
査装置。 - 【請求項5】前記投光装置と前記第1の受光装置を複数
セットで配置して、それら全ての正反射光と乱反射光の
受光量の比率を算出し良否判定することで、表面欠陥の
検出力を高める請求項1ないし4のいずれかに記載の表
面欠陥検査装置。 - 【請求項6】前記投光装置と第1の受光装置の配置角度
を自動で同時に可変できる構造とし、かつ前記投光装置
と第1の受光装置の前段にそれぞれ電動スリットを付加
することで、種々の照射角度における対象物表面からの
正反射光と乱反射光の受光量の総和を求め、その比率を
算出し良否判定することで、表面欠陥の検出力を高める
請求項1ないし5のいずれかに記載の表面欠陥検査装
置。 - 【請求項7】前記遮光装置は半楕円球形に形成され、 楕円が持つ2つの焦点のうち一つを投光装置の光軸と対
象物表面とが交わるポイントにおき、 さらにもう一つの焦点を第2の受光装置の受光中心位置
とすることで、乱反射した光が全て第2の受光装置に入
射するようにして、微小な欠陥の検出力を高める 請求項
1ないし6のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
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JP18254195A JP3494762B2 (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | 表面欠陥検査装置 |
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