JP4084580B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面欠陥検査装置に関し、詳しくは、磁気ディスクあるいはそのガラス基板（ガラスサブストレート）等の面板の表面欠陥検査装置において、面板表面の凹部欠陥あるいは凸部欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出できるような表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータシステムの記録媒体に使用されるハード磁気ディスクは、素材としての基板ディスク（サブストレート）、または磁気膜が塗布された磁気ディスク（便宜上これらを総称して磁気ディスクまたは単にディスクという）の段階で、表面に存在する欠陥とその大きさとがそれぞれ検査される。
近年、ディスクの大きさは、３．３インチか、これ以下のものが主流となり、その記録密度もＧＭＲヘッドの採用により飛躍的に伸びている。この種のディスクでは、アルミサブストレートから、より熱膨張率の小さなガラスディスクが使用され、その厚さも、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度と薄いものである。
【０００３】
従来の表面欠陥検査装置は、通常、ディスクをレーザビームで螺旋走査して、欠陥検出を行うが、凹部欠陥（例えば、皿状欠陥や、ピット欠陥、スクラッチ欠陥など）と凸部欠陥（例えば、バンプ, 異物等の微粒子による欠陥，ステイン欠陥など）のサイズを良好に検出するためには、投光系のレーザビームの投射角度や、受光系の受光角度、受光器（ＡＰＤ）に印加する電圧をそれぞれに設定することが必要である。従来の表面欠陥検査装置は、さらに受光信号を受けて欠陥を検出する信号処理回路に内蔵されたアンプのゲイン、ノイズ除去用の閾値電圧、レーザ光源のレーザ出力など、検出感度に関係する要素についてコントロールパネルを介してそれぞれ最適に設定する必要がある。なお、感度調整は、大きさが既知の皿状欠陥や、ピット欠陥、スクラッチ欠陥など、サンプルとしての欠陥を持つ実際のディスクあるいは特定の高さの突起を持つ実際のディスクをサンプルとして使用することで行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、最近では、表面欠陥検査装置に対して凹凸の形状測定や分類する精度の向上が要求されているが、感度較正用のディスクを使用しての欠陥検査では、十分精度の高い分類ができなくなってきている。
この種の問題を解決するものとして出願人は、特願平１１−３５８７６９号「欠陥検出光学系および表面欠陥検査装置」を出願済みである。
この出願の発明は、受光器をＡＰＤ多素子からなる配列センサを設け、さらにこれの手前に千鳥状の縞パターンを素子対応に設けて凹凸に応じたピーク信号を隣接受光素子の受光量の差から得て凹凸欠陥を検出するものである。
しかし、これは、千鳥の縞パターンが必要であり、隣接素子同士の差を検出する回路が多数必要になる問題がある。
この発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するものであって、面板表面の凹部欠陥あるいは凸部欠陥の大きさを精度よく検出することができる表面欠陥検査装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明の表面欠陥検査装置の特徴は、面板の表面を光ビームにより走査し、光ビームによる表面からの反射光を受光器により受光してその受光信号に基づいて欠陥を検出する表面欠陥検査装置において、
主走査方向に対して直角な方向に幅のある光ビームを面板の表面に照射して面板を相対的に走査する投光系と、一方向に配列されたｎ個（ただしｎは２以上の整数）の受光素子を有する受光器と、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとして配列方向の両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像させる光学系と、ｎ個の受光素子のすくなくとも１つが受光領域の中央を基準として実質的に対称となる位置にそれぞれ配置されていて、この対称の位置にあるそれぞれの受光素子から受光信号を得てそのうちの一方の受光信号のレベルと他方の受光信号のレベルとの差を欠陥検出信号として欠陥を検出する欠陥検出装置とを備えていて、
主走査方向の走査に応じて受光器が凹部欠陥あるいは凸部欠陥から反射光を受けたときに結像が配列方向に移動して戻ることにより欠陥検出信号が凹部欠陥あるいは凸部欠陥の前後の側面傾斜部に対応して所定距離離れた２つのピーク信号として発生し、
面板はディスクであり、受光領域の受光量の特性は、受光素子の配列方向に沿った長楕円形の結像により得られるものであり、
受光器を第１として、さらにこの第１の受光器と同様にｍ個（ただしｍは２以上の整数）の受光素子が配列されてｍ個の受光信号を発生する第２の受光器が設けられ、第１の受光器に対する長楕円形の結像は、その長径がディスクの円周に沿った方向に対応し、第２の受光器に対する長楕円形の結像は、その長径がディスクの半径方向に対応しているものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
前記の構成のように、この発明にあっては、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとしてその両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像するようにしているので、面板の表面に欠陥がなければ受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルは、実質的に等しく、大きな差は生じない。しかし、面板表面の走査位置に凹部欠陥あるいは凸部欠陥があると、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部からの反射光により受光領域の結像が受光素子の配列方向においてその中央からいずれか一方にシフトする。これにより対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルの差が大きくなるので、この差が所定値以上あることをもって欠陥を検出するものである。なお、所定値は、ノイズ等を排除するための値である。
【０００７】
以上の場合、ｎが２で２個の受光素子とする場合には、受光素子配列方向の対称位置に１個の受光素子がそれぞれ配置されることになる。
対称位置に配置される受光素子が複数の場合には、中央を基準として対称位置の一方の複数の受光素子の受光信号のレベルの合計値（例えば受光素子の配列が垂直方向にあれば上下の一方の合計値、受光素子の配列が水平方向にあれば左右の一方の合計値）と他方の複数の受光素子の受光信号のレベルの合計値（上下あるいは左右の他方の合計値）の差を採ることになる。面板の表面に欠陥がなければ合計値の差は、実質的にゼロか、これに近い値となる。
一方、凹部欠陥あるいは凸部欠陥があるときには、前記したように、受光素子の受光面に形成される結像が配列方向において中央からいずれかの方向にシフトするので、対称の位置にある複数の受光素子の片側づつの合計値において、上下あるいは左右の一方の片側の合計値と、上下あるいは左右の他方の片側の合計値の差を採ると、その差は、所定値以上の正あるいは負の値となる。これにより、一方と他方の合計値の差を欠陥検出信号とすることができ、凹部欠陥あるいは凸部欠陥を合計値の差で検出することができる。
【０００８】
ここで、対称位置にある受光素子の受光レベルの差により発生する欠陥検出信号は、通常、凹部欠陥および凸部欠陥ともにそれぞれ正と負の２つのピークを発生する。このことから、これらのピーク間の距離により欠陥の大きさを検出することができる。
なお、凹部欠陥あるいは凸部欠陥が２つのピークを発生する理由は、いずれの欠陥もＲ，θの走査方向において側面傾斜部が通常前後一対あるからである。
この欠陥検出信号の正のピークと負のピークの発生した走査位置（座標位置）を検出すれば、これらの間の距離が得られ、これと走査位置との関係から欠陥の大きさに応じた面積が容易に算出できる。
さらに、この発明は、検出された多数の欠陥について欠陥検出座標位置とピーク間の距離との関係から検出した欠陥の連続性を容易に判定できる。この判定をすれば、凹部欠陥や凸部欠陥のうち多少変形した状態の欠陥についても面積を容易に算出できる。さらに、この発明は、正、負の２つのピーク値の絶対値の平均値を採ることで、凹部欠陥の深さあるいは凸部欠陥の高さを精度よく検出することができる。
その結果、この発明は、面板表面の凹凸欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには、面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出することもでき、欠陥の分類が容易な表面欠陥検査装置を実現することができる。
【０００９】
【実施例】
図１において、５０は、その検出光学系である。５１は、検出光学系５０の投光系であり、投光系５１は、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴをコリメータレンズ５１２で受け、図面において紙面に垂直なＲ方向にレーザビームを拡大することで、焦点位置を手前にずらせる。ここで拡大されたビームは、波長板５１３、シリンドリカルレンズ５１４、ピンホール５１５、フォーカスシングレンズ（対物レンズ）５１６を経て、Ｒ方向のビームウエストにオフセットΔｄ（図３（ａ）参照）だけ焦点位置を後ろにずらせてディスク１の表面に集束されて長楕円形にビームスポットＳｐとして拡大される（図３（ｃ）参照）。
図１において、図面の紙面に平行なθ方向では、シリンドリカルレンズ５１４を経た光ビームＬTは、フォーカスシングレンズ５１６を経てディスク１の表面の検査点Ｓに点状に集束される（図３（ｃ）の◆点参照）。その投射角は、図３（ｃ）に示すように、θ方向ではディスク１上の法線に対して約３０゜である。そして、光ビームＬTは、紙面に垂直な方向（Ｒ方向）では、一定の幅Ｗ（例えば、約１００μｍ〜約１５０μｍ）の光となる。この幅Ｗが結像面でのＲ方向に対応するｎ個の受光素子の配列範囲に実質的に対応する長さになっている。
なお、ここでは、主走査方向をθ方向とし、副走査方向をＲ方向として、ディスク１が光ビームＬTにより、螺旋走査されるものとする。
【００１０】
受光系５２は、対物レンズ５２１を有していて、このレンズによりディスク１の検査点Ｓからの正反射光を受光して、それを平行光にしてビームスプリッタ５２４を経てシリンドリカルレンズ（結像レンズ）５２２へと導く。シリンドリカルレンズ５２２は、Ｒ方向に対応するＡＰＤアレーセンサ５２３の受光面に検査点Ｓの映像を長楕円形で結像させる（図４（ａ）参照）。
ＡＰＤアレーセンサ５２３は、図４（ａ）に示すように、長楕円形の結像においてディスク１のＲ方向（長楕円の長径）に沿って受光素子がｎ個（例えば、２３個）配列されたものであって、このｎ個の受光素子により受光領域が形成されている。
前記した幅Ｗ（約１００μｍ〜約１５０μｍ）が受光素子の配列長約１１．５ｍｍの範囲に対応していて、ＡＰＤアレーセンサ５２３には、図４（ａ）の状態でビームスポットＳｐが結像する。このとき、各受光素子の配列方向の各受光素子の幅としては、例えば、受光素子上で０．５ｍｍであり、ディスク１の表面上では、それは５μｍ程度である。
また、ＡＰＤアレーセンサ５２３は、受光素子配列方向に直角な方向の幅が０．８７ｍｍであって、ディスク１の表面上では、それは９μｍ程度である。
【００１１】
以上がＲ方向に対応する反射光の受光系であるが、これとは別に、この実施例ではθ方向に対応する反射光の受光系が設けられている。
すなわち、対物レンズ５２１と結像レンズ５２２との間には、光軸に対して４５°の角度でビームスプリッタ５２４が設けられている。ビームスプリッタ５２４は、検査点Ｓからの正反射光の一部を光軸に対して９０°の方向に反射する。この反射光は、シリンドリカルレンズ（結像レンズ）５２５、平凸レンズ５２６で経てθ方向に延びた長楕円形の映像となり、この映像がシリンドリカルレンズ５２５による結像位置に配置されたＡＰＤアレーセンサ５２７の受光面に検査点Ｓの映像として長楕円形に結像される。ＡＰＤアレーセンサ５２７は、図４（ｂ）に示すように、長楕円形の結像においてディスク１のθ方向（長楕円の長径）に沿って受光素子がＲ方向と同様にｎ個（例えば、２３個）配列されたものであって、このｎ個の受光素子により受光領域が形成されている。
各受光素子の形状は、Ｒ方向の受光素子と同様なものであって、これら受光素子に対する長楕円形の結像は、図４（ａ）とは縦横が逆転している。すなわち、図４（ａ）で横側のθ方向の受光素子の０．８７ｍｍの幅に対応する方向の受光範囲が縦の配列長約１１．５ｍｍの幅で受光される範囲まで拡大されている。図４（ａ）で縦方向の配列長約１１．５ｍｍ対応する方向の受光範囲が横方向の約０．８７ｍｍの幅において受光される範囲まで圧縮されている。その結果、全体の結像形状は、検査点Ｓの映像が図４（ａ）と同様な長楕円形になる。
そして、これらＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子の受光信号とＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子の受光信号とは、それぞれ欠陥検出装置４０に入力される。
【００１２】
図３は、紙面に平行な方向（θ方向）と紙面に垂直な方向（Ｒ方向）の受光系の展開説明図であって、上側にＲ方向を、下側にθ方向を示す。
投光系では、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴがＲ方向ではフォーカスシングレンズ５１６を経てフォーカスシングレンズ５１６によりディスク１の表面からオフセットΔｄだけ後ろの位置を焦点として検査点Ｓに長楕円形に幅Ｗをもって集束される（図３（ｃ）の検査点ＳとビープスポットＳＰ参照）。この検査点Ｓからの正反射光は、図３（ａ）に示すように、対物レンズ５２１、ビームスプリッタ５２４（図示せず）、シリンドリカルレンズ５２２を経てＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎで受光される。これにより、これら受光素子の配列方向に沿って検査点Ｓの映像が結像される（図４（ａ）参照）。
【００１３】
一方、θ方向では、実質的なオフセットはなく、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴが検査点Ｓにスポット（図３（ｃ）の◆点参照）として集束される（図３（ｃ）の検査点Ｓ参照）。この検査点Ｓからの正反射光は、対物レンズ５２１、ビームスプリッタ５２４（図示せず）、シリンドリカルレンズ５２５、平凸レンズ５２６を経てＡＰＤアレーセンサ５２７の受光面に至る。これによりθ方向に延びた長楕円形の映像を生成し、この映像がＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの配列方向に沿って検査点Ｓ映像として結像する（図４（ｂ）参照）。
なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｆは、凹部欠陥である。
【００１４】
図３（ａ）のＲ方向の場合には、長楕円の結像により中央から外れるに従って受光量が漸次対称に低下するガウス近似の分布をし、反射光は、欠陥の底面では、ａとｂとが合わさって受光素子の中央部の受光位置がピークとなる。このガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆを走査したときに欠陥の側面傾斜部からの反射光をＡＰＤアレーセンサ５２３が受けることで図面上ではｐ点から上下に移動する。
図３（ｂ）のθ方向の場合も同様であって、ガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆが走査されたときにｃの状態から上下に移動し、例えばｄの状態へと移る。このθ方向の場合も長楕円の結像により受光素子の中央部の受光位置がピークとなり、中央から外れるに従って受光量が対称に低下するガウス近似の分布をするので、このガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆが走査されたときに、欠陥の側面傾斜部からの反射光をＡＰＤアレーセンサ５２７が受けることで図面上では上下に移動する。
ここでは、Ｒ方向、θ方向ともに、検査点Ｓの映像を長楕円形にしている。そして、図５（ａ）は、説明上、図３（ａ），（ｂ）の各受光素子の配列方向を上下から左右に変えて示してある。
【００１５】
この図５（ａ）を参照して、各受光素子の受光状態と受光信号との関係を説明すると、黒色でマスクとして示すように、Ｒ方向、θ方向ともに２３個の受光素子のうち、第１番目、第２番目、第１１番目〜第１３番目、第２２番目、第２３番目の受光素子がマスクされていて、これらの受光信号が除外される。したがって、これらの受光素子は存在していなくてもよい。この実施例では、第３番目から第１０番目までと第１４番目から第２１番目までの受光素子を利用する。そして、第３番目から第１０番目の受光素子の受光信号のレベルを加算した左加算値Ｌと、第１４番目から第２１番目の受光素子の受光信号のレベルを加算した右加算値Ｒとがそれぞれ算出される。
なお、このようなマスク処理をする検出は、実際に受光素子の検出信号を破棄することで行われる。このマスク処理は、θ方向あるいはＲ方向だけであってもよく、後述する例は、Ｒ方向では検査点Ｓの映像をそのまま２３個の受光素子に投影してこのマスク処理をしていない。これにより各受光素子対応に欠陥検出をしてＲ方向の欠陥検出の分解能を向上させている。
【００１６】
さて、左加算値Ｌ−右加算値Ｒを算出してこれら２つの加算値の差値Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）を得ると、それは、図５（ａ）の左側の複数の受光素子３〜受光素子１０までの合計の受光量と右側の複数の受光素子１４〜受光素子２１までの合計の受光量の差となる。すなわち、左加算値Ｌと右加算値Ｒとは、受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある複数の受光素子の受光信号のレベルの片側づつの合計値になっている。ここでは、これら合計値の差Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）が欠陥検出信号となる。
ここで、欠陥がない平坦面と欠陥Ｆの底面での長楕円のＲ方向とθ方向の各受光素子の受光量は、図５（ｂ）の実線Ａの受光特性カーブで示すように、それぞれガウス分布あるいはガウス近似の実質的に左右対称な分布となる。実線Ａにおいては、対称な両側の傾斜形状は左右ほぼ等しい。そこで、欠陥が存在しないときの傾斜部分のレベルの合計値の差、すなわち、左加算値Ｌ−右加算値Ｒの差は、実質的にゼロか、小さい値を採る。
【００１７】
一方、受光のピーク点が左側にシフトすれば、左加算値Ｌ−右加算値Ｒは、ピークのシフトした量に応じてその値が大きくなる、正の値を採る。これは、例えば、図５（ｂ）の点線で示す受光特性カーブＢ1において、第３番目から第１０番目までの受光素子の受光信号のレベルを加算した合計値Ｌと、第１４番目から第２１番目までの受光素子の受光信号のレベルを加算した合計値Ｒとの差になるからである。逆に、受光量のピーク点が右側にシフトすれば、左加算値Ｌ−右加算値Ｒの差値Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）は、シフト量に応じた負の値を採る。これは、例えば、図５（ｂ）の一点鎖線で示す受光特性カーブＢ2において、第３番目から第１０番目までの受光素子の信号のレベルを加算した値と、第１４番目から第２１番目までの受光素子の信号のレベルを加算した値との差となるからである。
すなわち、前記の各受光特性カーブの傾斜部分の差を採ることでピーク部分の左右のシフト量を検出することができる。欠陥Ｆにおいては、図３（ａ）、（ｂ）に示す受光状態から理解できるように、シフトは、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部がレーザビームＬTにより走査されたときに発生する。そして、Ｒ方向、θ方向ともに、そのシフト量は、欠陥Ｆの深さあるいは高さに対応している。
【００１８】
これを図３との関係において、具体的に説明する。まず、図５（ａ）の第１番目の受光素子が図３（ａ）の上側の受光素子５２３ａに対応し、第２３番目の受光素子が下側の受光素子５２３ｎに対応しているとする。図３（ｂ）の場合も同様とする。
通常、受光信号の中心部のピークは、各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎの配列の中央部の受光素子にあって、凹部欠陥Ｆの立ち下がりの側面傾斜部が走査されてそこにレーザビームＬTが照射されると、受光信号の中心部のピークは、この中央部の受光素子から右側（図３（ａ）では下側）の受光素子に移動する。その後凹部欠陥の底面が走査されて、受光信号の中心部のピークは、中央部の受光素子に戻る。その後、凹部欠陥の立ち上がりの側面傾斜部が走査されてそこにレーザビームＬTが照射されると、左側（図３（ａ）では上側）の受光素子に移動する。その後、レーザビームＬTが凹部欠陥Ｆの走査から外れて、受光信号の中心部のピークは中央部の受光素子に戻る。
このときの欠陥検出信号Ｄをアナログ信号として示すと、Ｒ方向，θ方向ともに図６（ａ）のように、負のピークが先になる欠陥検出信号になる。
逆に、凸部欠陥のときには、前記の場合と逆になり、凸部欠陥の立ち上がりの側面傾斜部が走査されて、受光信号の中心部のピークは、各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの配列の中央部の受光素子から左側（図３（ｂ）では上側）の受光素子に移動し、その後中央部の受光素子に戻る。その後、立ち下がりの側面傾斜部が走査されて右側（図３（ｂ）では下側）の受光素子に移動して、その後中央部の受光素子に戻る。この場合の欠陥検出信号Ｄは、Ｒ方向，θ方向ともに図６（ｂ）のような、正のピークが先になる欠陥検出信号が得られる。
【００１９】
このようなことから、図６（ａ）、（ｂ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク間の距離Ｌは、それぞれ欠陥の大きさ（幅）となる。また、図６（ａ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク値は、凹部欠陥の深さに対応し、図６（ｂ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク値は、凸部欠陥の高さに対応している。
このように、凹部欠陥あるいは凸部欠陥には、側面傾斜部が一対存在していて、これら側面傾斜部は、垂直線を基準として傾きが実質的に対称の関係にあるので、欠陥が走査されたときには左右の方向において受光のピークは、逆方向にシフトして中央に戻る２回のシフトを生じる。このとき、このシフトに応じて欠陥信号として正と負の２つのピークが発生する。しかも、凹部欠陥と凸部欠陥とは、側面傾斜部が逆方向の傾斜になっているのでシフトする方向の順序が左右逆転する。
その結果、欠陥信号の２つのピークは、凹部欠陥と凸部欠陥とでは、それぞれ正側が先になるか、負が先になるかのいずれか一方であって相互に相違がある。そして、最初のピークと次のピークとの間隔が欠陥の大きさを与える。
そこで、これを欠陥検出装置４０のデータ処理装置４１０により検出する。データ処理装置４１０は、Ｒ方向の各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎの各受光信号と、θ方向の各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの各受光信号とをこれらの受光素子からＡ／Ｄ変換回路を介してデジタル値として得て所定の演算処理をして前記の差値Ｓ＝Ｌ−Ｒを算出する。これにより欠陥検出信号Ｄを得て、この差値Ｓの正，負のピークをそれぞれ検出して、そのレベル値、正と負のピークの間隔Ｌ、正ピークが先か、負ピークが先かを判定する。このことにより、凹部欠陥か、凸部欠陥かの欠陥の種別を決定し、さらに欠陥の高さあるいは深さの程度を差値Ｓの大きさにより判定をする。以下、このような決定および判定と欠陥検出処理をする欠陥検出装置４０について図２に従って説明する。
【００２０】
なお、前記したように、投光系５１は、Ｒ方向については、ディスク表面上の焦点に対してΔｄのオフセットを持たせている。そこで、データ処理装置４１０は、欠陥のレンズ効果を利用して差値Ｓを算出することで凹凸欠陥を検出することができる。しかし、この凹凸欠陥の検出は、θ方向もできるので、ここでは、投光系５１は、Ｒ方向については、オフセットΔｄの値を変更して、レンズ効果を低減する。そして、図３（ｃ）のビームスポットＳｐで形成されるＲ方向Ｗ幅の検査領域の映像をそのままＲ方向のｎ個の受光素子５２３ａ〜５２３ｎに投影して受光させる。これによりＲ方向の受光系は、１素子対応で各素子の分解能において欠陥を検出することができる。次に説明する欠陥検出装置４０は、このような条件で欠陥の検出をしている。
このようにすれば、データ処理装置４１０は、Ｒ方向において各素子単位の解像度で微小な欠陥を検出できる。θ方向の検出感度よりも高い感度で欠陥の検出が可能になる。しかし、この場合、Ｒ方向の検出では凹部欠陥か、凸部欠陥かの区分けができない。そこで、凹凸欠陥の区分けができるθ方向の検出結果と合わせる。これにより、その凹凸欠陥の判別ができる上に欠陥検出の解像度も高くすることができる。
【００２１】
さて、図２において、ＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子５２３ａ、５２３ｂ、…５２３ｎの２３個の受光信号は、２３チャネルの配線を通してそれぞれに対応する２３個のプリアンプ４０１ａ、４０１ｂ、…４０１ｎで増幅され、各受光信号が２３個のバンドバスフィルタ（ＢＰＦ）４０２ａ、４０２ｂ、…４０２ｎを介して２３個のＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４０３ａ、４０３ｂ、…４０３ｎに加えられる。ここでそれぞれの受光信号のレベルがデジタル値に変換される。デジタル値に変換された２３個の各受光信号のレベルは、欠陥メモリ４０４の対応するアドレス位置にそれぞれ入力される。各Ａ／Ｄ４０３ａ、４０３ｂ、…４０３ｎと欠陥メモリ４０４には、サンプリングクロック発生回路４０８からクロックＣＬＫが供給されている。そこで、このクロックＣＬＫに応じて受光信号のレベルがデジタル値に変換され、このクロックＣＬＫに応じて各受光信号のレベルがデータとして欠陥メモリ４０４に記憶される。
同様に、ＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子５２７ａ、５２７ｂ、…５２７ｎの２３個の受光信号は、２３チャネルの配線を通してそれぞれに対応する２３個のプリアンプ４０５ａ、４０５ｂ、…４０５ｎ、２３個のバンドバスフィルタ（ＢＰＦ）４０６ａ、４０６ｂ、…４０６ｎ、２３個のＡ／Ｄ変換回路４０７ａ、４０７ｂ、…４０７ｎを経て欠陥メモリ４０４の対応するアドレス位置に入力される。そこで、ＡＰＤアレーセンサ５２７の２３個の各受光素子から得られる受光信号のレベルがデータとして欠陥メモリ４０４に記憶される。
【００２２】
また、欠陥メモリ４０４には、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９から現在の走査位置が座標位置データとして入力されている。この座標位置データは、そのときのビームスポットＳＰのＲとθの二次元示される走査座標位置ＰＯＳ（欠陥検出位置）として各受光信号のレベルを示すデータとともに欠陥メモリ４０４に記憶される。
ここで、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９は、欠陥が検出されたときの位置信号を発生する回路であって、座標位置データは、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９がθエンコーダ４０９ａからθ方向の回転量を示す角度パルスと、Ｒエンコーダ４０９ｂからＲ方向の移動量を示すパルスとを受けて生成される。
欠陥メモリ４０４のデータは、トラック２周分のデータ記憶容量をもっていて、１周分が記憶された時点で他の１周分の記憶領域に切換が行われるとともに、記憶されたトラック１周分のデータがインタフェース４１４を介してデータ処理装置４１０側に転送される。次のトラック１周分のデータは、残りの１周分の領域に続いて記憶される。トラック１周分のデータが転送されると、その領域のデータは消去され、次のトラック１周分の記憶に備える。このようにしてトラック１周分のデータが交互に記憶されて、データ処理装置４１０に順次転送される。
【００２３】
以下、そのデータ処理装置４１０の処理について説明する。
データ処理装置４１０は、ＭＰＵ４１１とメモリ４１２、ＣＲＴディスプレイ４１３、インタフェース４１４等により構成され、これらがバス４１５により相互に接続されている。
メモリ４１２には、欠陥検出プログラム４１２ａと、欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂ、連続性判定プログラム４１２ｃ、欠陥面積算出プログラム４１２ｄ、欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅ、高さ／深さ分類プログラム４１２ｆ、そして螺旋走査プログラム４１２ｇ等が格納され、作業領域４１２ｈが設けられている。また、インタフェース４１４を介して接続されたＨＤＤ（ハードディスク装置）等の外部記憶装置４１６には分類のための各種のデータファイルが格納されている。
なお、４１７は、データ処理装置４１０に接続されたプリンタ（ＰＲＴ）である。
【００２４】
欠陥検出プログラム４１２ａは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、インタフェース４１４を介してトラック１周分のデータを受けてメモリ４１２の作業領域４１２ｈに記憶する。そして、作業領域に記憶されたトラック１周分のデータのうちＲ方向の検出データについては、各受光素子対応に所定値以上のものを欠陥として検出する処理が行われる。ここで検出された欠陥は、このときの走査座標位置ＰＯＳとともに外部記憶装置４１６にＲ方向の欠陥検出データとして記憶される。
作業領域に記憶されたトラック１周分のデータのうちθ方向については、第３番目から第１０番目までの受光素子の信号のレベルを加算した合計値Ｌと、第１４番目から第２１番目までの受光素子の信号のレベルを加算した合計値値Ｒとを算出する。さらに差値Ｓ（図６のアナログの欠陥検出信号に相当）をそれぞれ算出して、差値Ｓが所定値Ｐ以上にあるときに、欠陥と判定して差値Ｓの極性（正か、負か）と差値Ｓにおけるピーク値（図６参照）とを得て、その極性、ピーク値、そしてこのピーク値が得られた走査座標位置ＰＯＳ（検出座標位置）とを外部記憶装置４１６にθ方向の欠陥検出データとして記憶する。なお、前記の所定値Ｐは、ノイズと欠陥とを区分けするレベル値である。
次に、ＭＰＵ４１１は、全トラック分のこれらデータを外部記憶装置４１６に記憶したか否かを判定して、全トラック分の処理が終了後に、欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂをコールしてＭＰＵ４１１に実行させる。
【００２５】
欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、外部記憶装置４１６に記憶されたθ方向の欠陥検出データのうち各ピーク値の欠陥データを読出して、それぞれについて、隣接する２つの正と負のピーク値のデータの検出座標ＰＯＳから距離を算出する。そして、その距離Ｌが基準値Ｑ以内か否かの判定をして基準値Ｑ以内のときには、図６に対応する欠陥信号として、１つの欠陥についてのピーク値のペアと決定する。これらピーク値をペアデータとして記憶することでペア化する。さらに、ＭＰＵ４１１は、算出した距離Ｌと欠陥が検出された座標位置ＰＯＳとからその中心座標Ｃを算出する。そして、ペアデータに対応して算出した距離Ｌ（欠陥の長さに対応）とその中心座標値Ｃとを順次欠陥データとしてメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。ＭＰＵ４１１は、θ方向の欠陥検出データすべてについて隣接するピーク値に対して同様な処理を行う。
なお、次のピークの位置が基準値Ｑを超えているときには、ＭＰＵ４１１は、ペアとして扱わずに、そのピークを１つの欠陥データとして長さゼロでその座標値を中心座標として単にメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。
次に、ＭＰＵ４１１は、ペアとなった２つのピーク値についてその正負の順序から凹部欠陥か、凸部欠陥かの判定をする（図６参照）。この判定結果に応じてデータの欠陥の種別（凹部か、凸部かの別）を示すフラグをペアのピーク値に対応してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。
すべてのデータのペア化と凹凸判定を行った後に、ＭＰＵ４１１は、連続性判定処理プログラム４１２ｃをコールする。
【００２６】
連続性判定処理プログラム４１２ｃは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、θ方向の欠陥データすべてについて算出された距離Ｌに基づいて欠陥の連続性判定処理をする。これは、θ方向のある欠陥データ（連続性判定をする元となる欠陥）について、凹部欠陥と凸部欠陥それぞれについて中心座標Ｃと長さ（距離Ｌ）とを読出して、螺旋走査におけるトラック１周について主走査のＲ方向の幅（受光素子１つの検出幅×２３＝５μｍ×２３＝１１５μｍ）に従って実質的に１１５μｍ幅でＲ方向にずれた座標位置にある同種の欠陥データを検索する処理となる。
そして、ＭＰＵ４１１は、連続性判定をする元となる欠陥に対して、検索された欠陥データのうち、欠陥データの検出座標位置が元となる欠陥のθ方向の距離Ｌの範囲でθ方向の検出座標位置が重なるか否かの判定を行う。これによりＲ方向において前記主走査のＲ方向の幅で隣接する欠陥データとの間で欠陥の連続性の判定をする。なお、実際に検出座標位置が重なる範囲は、正確には距離Ｌ＋９μｍとする。前記したように９μｍは、受光素子のθ方向の検出幅である。検出座標位置が距離Ｌ＋９μｍの範囲にある欠陥を、元の欠陥に対して連続する欠陥として判定する。この連続する欠陥を元の欠陥とグルーピングして１つの欠陥データとしてディスクの最内周あるいは最外周から順次検出された欠陥順に番号を付して記憶する。なお、このとき凹部欠陥と凸部欠陥との関係での連続性が存在しないものは連続性の判定から除外される。
【００２７】
次に、ＭＰＵ４１１は、同様にＲ方向の欠陥データすべてについて連続性判定処理をする。これは、θ方向で検出された凹部欠陥と凸部欠陥のそれぞれについてその中心座標Ｃと長さ（距離Ｌ）とから、これに対応するＲ方向の欠陥を中心としてＲ方向の受光素子１つの検出幅（この実施例ではＲ方向に５μｍ程度，θ方向に９μｍ程度）との関係によりＲ方向に５μｍ幅，θ方向に９μｍ幅でＲ方向，θ方向にずれた位置で欠陥検出座標があるか否かの判定をする処理をする。これにより、Ｒ方向の２３受光素子の欠陥検出データについても隣接する欠陥データとの間で欠陥の連続性の判定が行われる。そして、凹部欠陥は凹部欠陥で、凸部欠陥は凸部欠陥で連続するものをグルーピングして１つの欠陥データとしてディスクの最内周あるいは最外周から順次検出された欠陥順に番号を付してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する。
ＭＰＵ４１１は、最後にθ方向のグループとＲ方向のグループとで欠陥の座標が重なる領域のそれぞれの欠陥をさらに１つのグループとして１つの欠陥とする。θ方向のグループのうち、Ｒ方向で１つの欠陥としてグループ化されていないものは、θ方向のグループの連続性から除外する。
これにより改めて欠陥順に番号を付してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する。欠陥の面積の大きさに応じてＲ方向に配列した受光素子の検出された欠陥がθ方向の受光素子でも検出されるので、これにより、Ｒ−θの検出座標が同じになるものの重複検出を排除し、かつ、検出精度を高める。この処理の後にＭＰＵ４１１は、欠陥面積算出プログラム４１２ｄをコールする。
【００２８】
欠陥面積算出プログラム４１２ｄは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、面積算出処理として、グルーピングされた１つの欠陥についてその面積を算出する。なお、１つのピークしかない検出信号の欠陥は、面積を５μｍとして孤立欠陥として長さＬ×５μｍにより面積を算出する。そして、ＭＰＵ４１１は、欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅをコールする。
欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、前記のようにして算出された面積について大きさ分類判定処理として、分類基準に従って、特大、大、中、小、極小の５段階に分類して欠陥番号に対応させて分類結果を記憶する。その後に、ＭＰＵ４１１は、高さ／深さ分類プログラム４１２ｆをコールする。
【００２９】
高さ／深さ分類プログラム４１２ｆは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、欠陥番号順にメモリ４１２に記憶された１つにグループ化された欠陥データの多数の正、負のピーク値についてそれらの絶対値の平均値を算出する。また、グループ化されない２つのピークを持つ欠陥については正、負のピーク値についてそれらの絶対値の平均値を算出する。そして、ＭＰＵ４１１は、これらの算出値の大きさに応じて大、中、小に分類して欠陥番号に対応してメモリ４１２に記憶する。なお、１つのピークしかない欠陥は平均値を採らない。グループ化されて検出されたほとんどの欠陥データは、１つの凹部欠陥、凸部欠陥について３つか、それ以上の多数のピーク値を持つので、各欠陥は、平均値により深さ、高さを算出することができる。これにより検出精度は向上する。
【００３０】
図７は、以上の前記した各プログラムによるθ方向の欠陥の検出処理を中心とするフローチャートである。
まず、螺旋走査プログラム４１２ｇをＭＰＵ４１１が実行して、螺旋走査を開始して（ステップ１０１）、１トラック分のデータを採取し（ステップ１０２）、図５（ａ）に示す左右の複数の受光素子からの受光信号の合計値としてそれぞれの合計値Ｌと合計値Ｒを算出して、欠陥検出信号として差値ＳをＳ＝Ｌ−Ｒにより算出する（ステップ１０３）。さらに、ピーク値と極性を検出して（ステップ１０４）、これらの検出データをピークに対応する検出座標位置とともに記憶する（ステップ１０５）。そして、全トラックの走査が終了しているか否かを判定して（ステップ１０６）、終了していないときにはステップ１０２へと戻り、走査終了しているときには、欠陥検出信号としてペアとなるピークの検出をする（ステップ１０７）。
次に、ペアピーク間の距離Ｌを算出し、さらに中心座標Ｃを算出する（ステップ１０８）。これらデータが算出された時点でそのデータを記憶しておき、凹凸欠陥の判定を２つのピークの極性（正，負の順）から判定し（ステップ１０９）、距離Ｌと中心座標Ｃから欠陥の連続性を判定して欠陥のグルーピングをする。さらに、前記したようにＲ方向の欠陥データすべてについても他の欠陥データとの間の連続性を判定してグルーピングする。これにより１つの欠陥を検出する（ステップ１１０）。
そして、グルーピングされた１つの欠陥の面積を算出する（ステップ１１１）。算出された欠陥の面積から欠陥の大きさを分類して（ステップ１１２）、次に、ピーク値から欠陥の高さ／深さを分類する（ステップ１１３）。最後に、これらの検出欠陥をディスプレイ４１３あるいはプリンタ４１７に出力する（ステップ１１４）。
【００３１】
以上説明してきたが、前記したように、図５で示したマスクした受光素子は、本来存在していなくてもよい。しかし、ここでの実施例は、これら受光素子を設けている。それは、全受光素子の光レベルをデータ処理装置４１０で加算してトータル受光レベルを算出するためである。これにより、より大きな欠陥について検出することができる。また、誤検出の判定もトータル受光レベルの算出値で可能となる。
この発明において本来必要な受光素子は、受光特性の傾斜部分の受光信号が得られるものだけでよい。それは、好ましくは、受光素子の配列の中央を基準としてその両側で対称となる位置に２個づつ、合計で４個かそれ以上は必要になる。そして、受光素子を所定間隔で配列してかつ基準となる中央部と左右の両端に１個づつ受光素子を配置すると、受光素子の数は最低７個必要になる。
しかし、この発明は、必ずしも対称位置に複数個の受光素子を設けて、それらの受光信号のレベルを合計する必要はない。両側で対称となる位置に１個ずつ受光素子が配置されているだけでもよい。したがって、最低で合計２個の受光素子が配列の中央を基準として対称に配置されればよい。
【００３２】
実施例は、Ｒ方向とθ方向において、それぞれ受光素子をｎ個配列して欠陥検出の処理を行っているが、受光素子の配列数は、Ｒ方向とθ方向とで相違していてもよく、その受光信号は、Ｒ方向とθ方向のいずれか一方の配列から得るだけであってもよい。
また、実施例は、ディスクの検査面に照射する照射光としてレーザビームの例を挙げているが、レーザビームを用いる場合には、特に、レーザビームは、Ｓ偏光を用いるとよい。しかし、この発明は、レーザビームに限定されるものではなく、照射光としては白色光であってもよいことはもちろんである。
さらに、実施例は、ディスクの表面欠陥検査装置を中心に説明しているが、この発明は、ディスクに限定されるものではなく、ＬＣＤ基板，フォトマスク、半導体ウエハ等の検査にも適用できることはもちろんである。さらに、実施例では、ディスクの走査としてＲθの螺旋走査で説明しているが、走査は、ＸＹの二次元走査であってもよいことはもちろんであり、螺旋走査に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、この発明にあっては、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとしてその両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像するようにしているので、面板の表面に欠陥がなければ受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルは、実質的に等しく、大きな差は生じないが、面板表面の走査位置に凹部欠陥あるいは凸部欠陥があると、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部からの反射光により受光領域の結像が受光素子の配列方向においてその中央からいずれか一方にシフトする。これにより対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルの差が大きくなるので、この差が所定値以上あることをもって欠陥を検出する。
その結果、面板表面の凹凸欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには、面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出することもでき、欠陥の分類が容易な表面欠陥検査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明を適用した表面欠陥検査装置の一実施例の検出光学系の説明図である。
【図２】図２は、この発明を適用した表面欠陥検査装置の一実施例の欠陥検出処理部分のブロック図である。
【図３】図３は、検出光学系におけるディスクの円周方向に沿う方向（θ方向）とディスクの半径方向に沿う方向（Ｒ方向）の受光系の展開説明図である。
【図４】図４は、検査領域の受光面での結像映像とＡＰＤアレーセンサの関係との説明図である。
【図５】図５は、ＡＰＤアレーセンサのｎ個の受光素子の反射光の受光状態とその受光信号の説明図である。
【図６】図６は、凹部欠陥の正反射光の発生とその検出波形と凸部欠陥の正反射光の発生とその検出波形の説明図である。
【図７】図７は、図１の表面欠陥検査装置の欠陥検出と種別判定処理のフローチャトである。
【符号の説明】
１…ディスク、２１…スピンドル、２２…モータ、
５０…検出光学系、
３１，５１…投光系、３１１，５１１…レーザ光源、
５１２…コリメータレンズ、
５１４…シリンドリカルレンズ、
５１６…フォーカスシングレンズ、
５２１…対物レンズ、５２２…結像レンズ、
５２３…ＡＰＤアレーセンサ、
５２…受光系、４０…欠陥検出装置、
４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｎ、４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｎ…プリアンプ、
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｎ、４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｎ…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
４０４…欠陥メモリ、４０８…サンプリングクロック発生回路、
４０９…Ｒ−θ座標位置生成回路４０９、
４１０…データ処理装置、４１１…ＭＰＵ、
４１７…プリンタ（ＰＲＴ）、４１２…メモリ、
４１２ａ…欠陥検出プログラム、
４１２ｂ…欠陥距離算出・凹凸判定プログラム、
４１２ｃ…連続性判定プログラム、
４１２ｄ…欠陥面積算出プログラム、
４１２ｅ…欠陥大きさ分類プログラム、
４１２ｆ…高さ／深さ分類プログラム、
４１３…ＣＲＴディスプレイ、
４１４…インタフェース、４１５…バス、
４１６…外部記憶装置、
ＳＰ…ビームスポット。
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面欠陥検査装置に関し、詳しくは、磁気ディスクあるいはそのガラス基板（ガラスサブストレート）等の面板の表面欠陥検査装置において、面板表面の凹部欠陥あるいは凸部欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出できるような表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータシステムの記録媒体に使用されるハード磁気ディスクは、素材としての基板ディスク（サブストレート）、または磁気膜が塗布された磁気ディスク（便宜上これらを総称して磁気ディスクまたは単にディスクという）の段階で、表面に存在する欠陥とその大きさとがそれぞれ検査される。
近年、ディスクの大きさは、３．３インチか、これ以下のものが主流となり、その記録密度もＧＭＲヘッドの採用により飛躍的に伸びている。この種のディスクでは、アルミサブストレートから、より熱膨張率の小さなガラスディスクが使用され、その厚さも、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度と薄いものである。
【０００３】
従来の表面欠陥検査装置は、通常、ディスクをレーザビームで螺旋走査して、欠陥検出を行うが、凹部欠陥（例えば、皿状欠陥や、ピット欠陥、スクラッチ欠陥など）と凸部欠陥（例えば、バンプ, 異物等の微粒子による欠陥，ステイン欠陥など）のサイズを良好に検出するためには、投光系のレーザビームの投射角度や、受光系の受光角度、受光器（ＡＰＤ）に印加する電圧をそれぞれに設定することが必要である。従来の表面欠陥検査装置は、さらに受光信号を受けて欠陥を検出する信号処理回路に内蔵されたアンプのゲイン、ノイズ除去用の閾値電圧、レーザ光源のレーザ出力など、検出感度に関係する要素についてコントロールパネルを介してそれぞれ最適に設定する必要がある。なお、感度調整は、大きさが既知の皿状欠陥や、ピット欠陥、スクラッチ欠陥など、サンプルとしての欠陥を持つ実際のディスクあるいは特定の高さの突起を持つ実際のディスクをサンプルとして使用することで行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、最近では、表面欠陥検査装置に対して凹凸の形状測定や分類する精度の向上が要求されているが、感度較正用のディスクを使用しての欠陥検査では、十分精度の高い分類ができなくなってきている。
この種の問題を解決するものとして出願人は、特願平１１−３５８７６９号「欠陥検出光学系および表面欠陥検査装置」を出願済みである。
この出願の発明は、受光器をＡＰＤ多素子からなる配列センサを設け、さらにこれの手前に千鳥状の縞パターンを素子対応に設けて凹凸に応じたピーク信号を隣接受光素子の受光量の差から得て凹凸欠陥を検出するものである。
しかし、これは、千鳥の縞パターンが必要であり、隣接素子同士の差を検出する回路が多数必要になる問題がある。
この発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するものであって、面板表面の凹部欠陥あるいは凸部欠陥の大きさを精度よく検出することができる表面欠陥検査装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明の表面欠陥検査装置の特徴は、面板の表面を光ビームにより走査し、光ビームによる表面からの反射光を受光器により受光してその受光信号に基づいて欠陥を検出する表面欠陥検査装置において、
主走査方向に対して直角な方向に幅のある光ビームを面板の表面に照射して面板を相対的に走査する投光系と、一方向に配列されたｎ個（ただしｎは２以上の整数）の受光素子を有する受光器と、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとして配列方向の両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像させる光学系と、ｎ個の受光素子のすくなくとも１つが受光領域の中央を基準として実質的に対称となる位置にそれぞれ配置されていて、この対称の位置にあるそれぞれの受光素子から受光信号を得てそのうちの一方の受光信号のレベルと他方の受光信号のレベルとの差を欠陥検出信号として欠陥を検出する欠陥検出装置とを備えていて、
主走査方向の走査に応じて受光器が凹部欠陥あるいは凸部欠陥から反射光を受けたときに結像が配列方向に移動して戻ることにより欠陥検出信号が凹部欠陥あるいは凸部欠陥の前後の側面傾斜部に対応して所定距離離れた２つのピーク信号として発生し、
面板はディスクであり、受光領域の受光量の特性は、受光素子の配列方向に沿った長楕円形の結像により得られるものであり、
受光器を第１として、さらにこの第１の受光器と同様にｍ個（ただしｍは２以上の整数）の受光素子が配列されてｍ個の受光信号を発生する第２の受光器が設けられ、第１の受光器に対する長楕円形の結像は、その長径がディスクの円周に沿った方向に対応し、第２の受光器に対する長楕円形の結像は、その長径がディスクの半径方向に対応しているものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
前記の構成のように、この発明にあっては、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとしてその両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像するようにしているので、面板の表面に欠陥がなければ受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルは、実質的に等しく、大きな差は生じない。しかし、面板表面の走査位置に凹部欠陥あるいは凸部欠陥があると、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部からの反射光により受光領域の結像が受光素子の配列方向においてその中央からいずれか一方にシフトする。これにより対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルの差が大きくなるので、この差が所定値以上あることをもって欠陥を検出するものである。なお、所定値は、ノイズ等を排除するための値である。
【０００７】
以上の場合、ｎが２で２個の受光素子とする場合には、受光素子配列方向の対称位置に１個の受光素子がそれぞれ配置されることになる。
対称位置に配置される受光素子が複数の場合には、中央を基準として対称位置の一方の複数の受光素子の受光信号のレベルの合計値（例えば受光素子の配列が垂直方向にあれば上下の一方の合計値、受光素子の配列が水平方向にあれば左右の一方の合計値）と他方の複数の受光素子の受光信号のレベルの合計値（上下あるいは左右の他方の合計値）の差を採ることになる。面板の表面に欠陥がなければ合計値の差は、実質的にゼロか、これに近い値となる。
一方、凹部欠陥あるいは凸部欠陥があるときには、前記したように、受光素子の受光面に形成される結像が配列方向において中央からいずれかの方向にシフトするので、対称の位置にある複数の受光素子の片側づつの合計値において、上下あるいは左右の一方の片側の合計値と、上下あるいは左右の他方の片側の合計値の差を採ると、その差は、所定値以上の正あるいは負の値となる。これにより、一方と他方の合計値の差を欠陥検出信号とすることができ、凹部欠陥あるいは凸部欠陥を合計値の差で検出することができる。
【０００８】
ここで、対称位置にある受光素子の受光レベルの差により発生する欠陥検出信号は、通常、凹部欠陥および凸部欠陥ともにそれぞれ正と負の２つのピークを発生する。このことから、これらのピーク間の距離により欠陥の大きさを検出することができる。
なお、凹部欠陥あるいは凸部欠陥が２つのピークを発生する理由は、いずれの欠陥もＲ，θの走査方向において側面傾斜部が通常前後一対あるからである。
この欠陥検出信号の正のピークと負のピークの発生した走査位置（座標位置）を検出すれば、これらの間の距離が得られ、これと走査位置との関係から欠陥の大きさに応じた面積が容易に算出できる。
さらに、この発明は、検出された多数の欠陥について欠陥検出座標位置とピーク間の距離との関係から検出した欠陥の連続性を容易に判定できる。この判定をすれば、凹部欠陥や凸部欠陥のうち多少変形した状態の欠陥についても面積を容易に算出できる。さらに、この発明は、正、負の２つのピーク値の絶対値の平均値を採ることで、凹部欠陥の深さあるいは凸部欠陥の高さを精度よく検出することができる。
その結果、この発明は、面板表面の凹凸欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには、面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出することもでき、欠陥の分類が容易な表面欠陥検査装置を実現することができる。
【０００９】
【実施例】
図１において、５０は、その検出光学系である。５１は、検出光学系５０の投光系であり、投光系５１は、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴをコリメータレンズ５１２で受け、図面において紙面に垂直なＲ方向にレーザビームを拡大することで、焦点位置を手前にずらせる。ここで拡大されたビームは、波長板５１３、シリンドリカルレンズ５１４、ピンホール５１５、フォーカスシングレンズ（対物レンズ）５１６を経て、Ｒ方向のビームウエストにオフセットΔｄ（図３（ａ）参照）だけ焦点位置を後ろにずらせてディスク１の表面に集束されて長楕円形にビームスポットＳｐとして拡大される（図３（ｃ）参照）。
図１において、図面の紙面に平行なθ方向では、シリンドリカルレンズ５１４を経た光ビームＬTは、フォーカスシングレンズ５１６を経てディスク１の表面の検査点Ｓに点状に集束される（図３（ｃ）の◆点参照）。その投射角は、図３（ｃ）に示すように、θ方向ではディスク１上の法線に対して約３０゜である。そして、光ビームＬTは、紙面に垂直な方向（Ｒ方向）では、一定の幅Ｗ（例えば、約１００μｍ〜約１５０μｍ）の光となる。この幅Ｗが結像面でのＲ方向に対応するｎ個の受光素子の配列範囲に実質的に対応する長さになっている。
なお、ここでは、主走査方向をθ方向とし、副走査方向をＲ方向として、ディスク１が光ビームＬTにより、螺旋走査されるものとする。
【００１０】
受光系５２は、対物レンズ５２１を有していて、このレンズによりディスク１の検査点Ｓからの正反射光を受光して、それを平行光にしてビームスプリッタ５２４を経てシリンドリカルレンズ（結像レンズ）５２２へと導く。シリンドリカルレンズ５２２は、Ｒ方向に対応するＡＰＤアレーセンサ５２３の受光面に検査点Ｓの映像を長楕円形で結像させる（図４（ａ）参照）。
ＡＰＤアレーセンサ５２３は、図４（ａ）に示すように、長楕円形の結像においてディスク１のＲ方向（長楕円の長径）に沿って受光素子がｎ個（例えば、２３個）配列されたものであって、このｎ個の受光素子により受光領域が形成されている。
前記した幅Ｗ（約１００μｍ〜約１５０μｍ）が受光素子の配列長約１１．５ｍｍの範囲に対応していて、ＡＰＤアレーセンサ５２３には、図４（ａ）の状態でビームスポットＳｐが結像する。このとき、各受光素子の配列方向の各受光素子の幅としては、例えば、受光素子上で０．５ｍｍであり、ディスク１の表面上では、それは５μｍ程度である。
また、ＡＰＤアレーセンサ５２３は、受光素子配列方向に直角な方向の幅が０．８７ｍｍであって、ディスク１の表面上では、それは９μｍ程度である。
【００１１】
以上がＲ方向に対応する反射光の受光系であるが、これとは別に、この実施例ではθ方向に対応する反射光の受光系が設けられている。
すなわち、対物レンズ５２１と結像レンズ５２２との間には、光軸に対して４５°の角度でビームスプリッタ５２４が設けられている。ビームスプリッタ５２４は、検査点Ｓからの正反射光の一部を光軸に対して９０°の方向に反射する。この反射光は、シリンドリカルレンズ（結像レンズ）５２５、平凸レンズ５２６で経てθ方向に延びた長楕円形の映像となり、この映像がシリンドリカルレンズ５２５による結像位置に配置されたＡＰＤアレーセンサ５２７の受光面に検査点Ｓの映像として長楕円形に結像される。ＡＰＤアレーセンサ５２７は、図４（ｂ）に示すように、長楕円形の結像においてディスク１のθ方向（長楕円の長径）に沿って受光素子がＲ方向と同様にｎ個（例えば、２３個）配列されたものであって、このｎ個の受光素子により受光領域が形成されている。
各受光素子の形状は、Ｒ方向の受光素子と同様なものであって、これら受光素子に対する長楕円形の結像は、図４（ａ）とは縦横が逆転している。すなわち、図４（ａ）で横側のθ方向の受光素子の０．８７ｍｍの幅に対応する方向の受光範囲が縦の配列長約１１．５ｍｍの幅で受光される範囲まで拡大されている。図４（ａ）で縦方向の配列長約１１．５ｍｍ対応する方向の受光範囲が横方向の約０．８７ｍｍの幅において受光される範囲まで圧縮されている。その結果、全体の結像形状は、検査点Ｓの映像が図４（ａ）と同様な長楕円形になる。
そして、これらＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子の受光信号とＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子の受光信号とは、それぞれ欠陥検出装置４０に入力される。
【００１２】
図３は、紙面に平行な方向（θ方向）と紙面に垂直な方向（Ｒ方向）の受光系の展開説明図であって、上側にＲ方向を、下側にθ方向を示す。
投光系では、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴがＲ方向ではフォーカスシングレンズ５１６を経てフォーカスシングレンズ５１６によりディスク１の表面からオフセットΔｄだけ後ろの位置を焦点として検査点Ｓに長楕円形に幅Ｗをもって集束される（図３（ｃ）の検査点ＳとビープスポットＳＰ参照）。この検査点Ｓからの正反射光は、図３（ａ）に示すように、対物レンズ５２１、ビームスプリッタ５２４（図示せず）、シリンドリカルレンズ５２２を経てＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎで受光される。これにより、これら受光素子の配列方向に沿って検査点Ｓの映像が結像される（図４（ａ）参照）。
【００１３】
一方、θ方向では、実質的なオフセットはなく、レーザ光源５１１よりのレーザビームＬＴが検査点Ｓにスポット（図３（ｃ）の◆点参照）として集束される（図３（ｃ）の検査点Ｓ参照）。この検査点Ｓからの正反射光は、対物レンズ５２１、ビームスプリッタ５２４（図示せず）、シリンドリカルレンズ５２５、平凸レンズ５２６を経てＡＰＤアレーセンサ５２７の受光面に至る。これによりθ方向に延びた長楕円形の映像を生成し、この映像がＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの配列方向に沿って検査点Ｓ映像として結像する（図４（ｂ）参照）。
なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｆは、凹部欠陥である。
【００１４】
図３（ａ）のＲ方向の場合には、長楕円の結像により中央から外れるに従って受光量が漸次対称に低下するガウス近似の分布をし、反射光は、欠陥の底面では、ａとｂとが合わさって受光素子の中央部の受光位置がピークとなる。このガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆを走査したときに欠陥の側面傾斜部からの反射光をＡＰＤアレーセンサ５２３が受けることで図面上ではｐ点から上下に移動する。
図３（ｂ）のθ方向の場合も同様であって、ガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆが走査されたときにｃの状態から上下に移動し、例えばｄの状態へと移る。このθ方向の場合も長楕円の結像により受光素子の中央部の受光位置がピークとなり、中央から外れるに従って受光量が対称に低下するガウス近似の分布をするので、このガウス近似の分布の受光のピーク点は、欠陥Ｆが走査されたときに、欠陥の側面傾斜部からの反射光をＡＰＤアレーセンサ５２７が受けることで図面上では上下に移動する。
ここでは、Ｒ方向、θ方向ともに、検査点Ｓの映像を長楕円形にしている。そして、図５（ａ）は、説明上、図３（ａ），（ｂ）の各受光素子の配列方向を上下から左右に変えて示してある。
【００１５】
この図５（ａ）を参照して、各受光素子の受光状態と受光信号との関係を説明すると、黒色でマスクとして示すように、Ｒ方向、θ方向ともに２３個の受光素子のうち、第１番目、第２番目、第１１番目〜第１３番目、第２２番目、第２３番目の受光素子がマスクされていて、これらの受光信号が除外される。したがって、これらの受光素子は存在していなくてもよい。この実施例では、第３番目から第１０番目までと第１４番目から第２１番目までの受光素子を利用する。そして、第３番目から第１０番目の受光素子の受光信号のレベルを加算した左加算値Ｌと、第１４番目から第２１番目の受光素子の受光信号のレベルを加算した右加算値Ｒとがそれぞれ算出される。
なお、このようなマスク処理をする検出は、実際に受光素子の検出信号を破棄することで行われる。このマスク処理は、θ方向あるいはＲ方向だけであってもよく、後述する例は、Ｒ方向では検査点Ｓの映像をそのまま２３個の受光素子に投影してこのマスク処理をしていない。これにより各受光素子対応に欠陥検出をしてＲ方向の欠陥検出の分解能を向上させている。
【００１６】
さて、左加算値Ｌ−右加算値Ｒを算出してこれら２つの加算値の差値Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）を得ると、それは、図５（ａ）の左側の複数の受光素子３〜受光素子１０までの合計の受光量と右側の複数の受光素子１４〜受光素子２１までの合計の受光量の差となる。すなわち、左加算値Ｌと右加算値Ｒとは、受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある複数の受光素子の受光信号のレベルの片側づつの合計値になっている。ここでは、これら合計値の差Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）が欠陥検出信号となる。
ここで、欠陥がない平坦面と欠陥Ｆの底面での長楕円のＲ方向とθ方向の各受光素子の受光量は、図５（ｂ）の実線Ａの受光特性カーブで示すように、それぞれガウス分布あるいはガウス近似の実質的に左右対称な分布となる。実線Ａにおいては、対称な両側の傾斜形状は左右ほぼ等しい。そこで、欠陥が存在しないときの傾斜部分のレベルの合計値の差、すなわち、左加算値Ｌ−右加算値Ｒの差は、実質的にゼロか、小さい値を採る。
【００１７】
一方、受光のピーク点が左側にシフトすれば、左加算値Ｌ−右加算値Ｒは、ピークのシフトした量に応じてその値が大きくなる、正の値を採る。これは、例えば、図５（ｂ）の点線で示す受光特性カーブＢ1において、第３番目から第１０番目までの受光素子の受光信号のレベルを加算した合計値Ｌと、第１４番目から第２１番目までの受光素子の受光信号のレベルを加算した合計値Ｒとの差になるからである。逆に、受光量のピーク点が右側にシフトすれば、左加算値Ｌ−右加算値Ｒの差値Ｓ（＝Ｌ−Ｒ）は、シフト量に応じた負の値を採る。これは、例えば、図５（ｂ）の一点鎖線で示す受光特性カーブＢ2において、第３番目から第１０番目までの受光素子の信号のレベルを加算した値と、第１４番目から第２１番目までの受光素子の信号のレベルを加算した値との差となるからである。
すなわち、前記の各受光特性カーブの傾斜部分の差を採ることでピーク部分の左右のシフト量を検出することができる。欠陥Ｆにおいては、図３（ａ）、（ｂ）に示す受光状態から理解できるように、シフトは、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部がレーザビームＬTにより走査されたときに発生する。そして、Ｒ方向、θ方向ともに、そのシフト量は、欠陥Ｆの深さあるいは高さに対応している。
【００１８】
これを図３との関係において、具体的に説明する。まず、図５（ａ）の第１番目の受光素子が図３（ａ）の上側の受光素子５２３ａに対応し、第２３番目の受光素子が下側の受光素子５２３ｎに対応しているとする。図３（ｂ）の場合も同様とする。
通常、受光信号の中心部のピークは、各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎの配列の中央部の受光素子にあって、凹部欠陥Ｆの立ち下がりの側面傾斜部が走査されてそこにレーザビームＬTが照射されると、受光信号の中心部のピークは、この中央部の受光素子から右側（図３（ａ）では下側）の受光素子に移動する。その後凹部欠陥の底面が走査されて、受光信号の中心部のピークは、中央部の受光素子に戻る。その後、凹部欠陥の立ち上がりの側面傾斜部が走査されてそこにレーザビームＬTが照射されると、左側（図３（ａ）では上側）の受光素子に移動する。その後、レーザビームＬTが凹部欠陥Ｆの走査から外れて、受光信号の中心部のピークは中央部の受光素子に戻る。
このときの欠陥検出信号Ｄをアナログ信号として示すと、Ｒ方向，θ方向ともに図６（ａ）のように、負のピークが先になる欠陥検出信号になる。
逆に、凸部欠陥のときには、前記の場合と逆になり、凸部欠陥の立ち上がりの側面傾斜部が走査されて、受光信号の中心部のピークは、各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの配列の中央部の受光素子から左側（図３（ｂ）では上側）の受光素子に移動し、その後中央部の受光素子に戻る。その後、立ち下がりの側面傾斜部が走査されて右側（図３（ｂ）では下側）の受光素子に移動して、その後中央部の受光素子に戻る。この場合の欠陥検出信号Ｄは、Ｒ方向，θ方向ともに図６（ｂ）のような、正のピークが先になる欠陥検出信号が得られる。
【００１９】
このようなことから、図６（ａ）、（ｂ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク間の距離Ｌは、それぞれ欠陥の大きさ（幅）となる。また、図６（ａ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク値は、凹部欠陥の深さに対応し、図６（ｂ）において、欠陥検出信号Ｄのピーク値は、凸部欠陥の高さに対応している。
このように、凹部欠陥あるいは凸部欠陥には、側面傾斜部が一対存在していて、これら側面傾斜部は、垂直線を基準として傾きが実質的に対称の関係にあるので、欠陥が走査されたときには左右の方向において受光のピークは、逆方向にシフトして中央に戻る２回のシフトを生じる。このとき、このシフトに応じて欠陥信号として正と負の２つのピークが発生する。しかも、凹部欠陥と凸部欠陥とは、側面傾斜部が逆方向の傾斜になっているのでシフトする方向の順序が左右逆転する。
その結果、欠陥信号の２つのピークは、凹部欠陥と凸部欠陥とでは、それぞれ正側が先になるか、負が先になるかのいずれか一方であって相互に相違がある。そして、最初のピークと次のピークとの間隔が欠陥の大きさを与える。
そこで、これを欠陥検出装置４０のデータ処理装置４１０により検出する。データ処理装置４１０は、Ｒ方向の各受光素子５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ，〜，５２３ｎの各受光信号と、θ方向の各受光素子５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，〜，５２７ｎの各受光信号とをこれらの受光素子からＡ／Ｄ変換回路を介してデジタル値として得て所定の演算処理をして前記の差値Ｓ＝Ｌ−Ｒを算出する。これにより欠陥検出信号Ｄを得て、この差値Ｓの正，負のピークをそれぞれ検出して、そのレベル値、正と負のピークの間隔Ｌ、正ピークが先か、負ピークが先かを判定する。このことにより、凹部欠陥か、凸部欠陥かの欠陥の種別を決定し、さらに欠陥の高さあるいは深さの程度を差値Ｓの大きさにより判定をする。以下、このような決定および判定と欠陥検出処理をする欠陥検出装置４０について図２に従って説明する。
【００２０】
なお、前記したように、投光系５１は、Ｒ方向については、ディスク表面上の焦点に対してΔｄのオフセットを持たせている。そこで、データ処理装置４１０は、欠陥のレンズ効果を利用して差値Ｓを算出することで凹凸欠陥を検出することができる。しかし、この凹凸欠陥の検出は、θ方向もできるので、ここでは、投光系５１は、Ｒ方向については、オフセットΔｄの値を変更して、レンズ効果を低減する。そして、図３（ｃ）のビームスポットＳｐで形成されるＲ方向Ｗ幅の検査領域の映像をそのままＲ方向のｎ個の受光素子５２３ａ〜５２３ｎに投影して受光させる。これによりＲ方向の受光系は、１素子対応で各素子の分解能において欠陥を検出することができる。次に説明する欠陥検出装置４０は、このような条件で欠陥の検出をしている。
このようにすれば、データ処理装置４１０は、Ｒ方向において各素子単位の解像度で微小な欠陥を検出できる。θ方向の検出感度よりも高い感度で欠陥の検出が可能になる。しかし、この場合、Ｒ方向の検出では凹部欠陥か、凸部欠陥かの区分けができない。そこで、凹凸欠陥の区分けができるθ方向の検出結果と合わせる。これにより、その凹凸欠陥の判別ができる上に欠陥検出の解像度も高くすることができる。
【００２１】
さて、図２において、ＡＰＤアレーセンサ５２３の各受光素子５２３ａ、５２３ｂ、…５２３ｎの２３個の受光信号は、２３チャネルの配線を通してそれぞれに対応する２３個のプリアンプ４０１ａ、４０１ｂ、…４０１ｎで増幅され、各受光信号が２３個のバンドバスフィルタ（ＢＰＦ）４０２ａ、４０２ｂ、…４０２ｎを介して２３個のＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４０３ａ、４０３ｂ、…４０３ｎに加えられる。ここでそれぞれの受光信号のレベルがデジタル値に変換される。デジタル値に変換された２３個の各受光信号のレベルは、欠陥メモリ４０４の対応するアドレス位置にそれぞれ入力される。各Ａ／Ｄ４０３ａ、４０３ｂ、…４０３ｎと欠陥メモリ４０４には、サンプリングクロック発生回路４０８からクロックＣＬＫが供給されている。そこで、このクロックＣＬＫに応じて受光信号のレベルがデジタル値に変換され、このクロックＣＬＫに応じて各受光信号のレベルがデータとして欠陥メモリ４０４に記憶される。
同様に、ＡＰＤアレーセンサ５２７の各受光素子５２７ａ、５２７ｂ、…５２７ｎの２３個の受光信号は、２３チャネルの配線を通してそれぞれに対応する２３個のプリアンプ４０５ａ、４０５ｂ、…４０５ｎ、２３個のバンドバスフィルタ（ＢＰＦ）４０６ａ、４０６ｂ、…４０６ｎ、２３個のＡ／Ｄ変換回路４０７ａ、４０７ｂ、…４０７ｎを経て欠陥メモリ４０４の対応するアドレス位置に入力される。そこで、ＡＰＤアレーセンサ５２７の２３個の各受光素子から得られる受光信号のレベルがデータとして欠陥メモリ４０４に記憶される。
【００２２】
また、欠陥メモリ４０４には、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９から現在の走査位置が座標位置データとして入力されている。この座標位置データは、そのときのビームスポットＳＰのＲとθの二次元示される走査座標位置ＰＯＳ（欠陥検出位置）として各受光信号のレベルを示すデータとともに欠陥メモリ４０４に記憶される。
ここで、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９は、欠陥が検出されたときの位置信号を発生する回路であって、座標位置データは、Ｒ−θ座標位置発生回路４０９がθエンコーダ４０９ａからθ方向の回転量を示す角度パルスと、Ｒエンコーダ４０９ｂからＲ方向の移動量を示すパルスとを受けて生成される。
欠陥メモリ４０４のデータは、トラック２周分のデータ記憶容量をもっていて、１周分が記憶された時点で他の１周分の記憶領域に切換が行われるとともに、記憶されたトラック１周分のデータがインタフェース４１４を介してデータ処理装置４１０側に転送される。次のトラック１周分のデータは、残りの１周分の領域に続いて記憶される。トラック１周分のデータが転送されると、その領域のデータは消去され、次のトラック１周分の記憶に備える。このようにしてトラック１周分のデータが交互に記憶されて、データ処理装置４１０に順次転送される。
【００２３】
以下、そのデータ処理装置４１０の処理について説明する。
データ処理装置４１０は、ＭＰＵ４１１とメモリ４１２、ＣＲＴディスプレイ４１３、インタフェース４１４等により構成され、これらがバス４１５により相互に接続されている。
メモリ４１２には、欠陥検出プログラム４１２ａと、欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂ、連続性判定プログラム４１２ｃ、欠陥面積算出プログラム４１２ｄ、欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅ、高さ／深さ分類プログラム４１２ｆ、そして螺旋走査プログラム４１２ｇ等が格納され、作業領域４１２ｈが設けられている。また、インタフェース４１４を介して接続されたＨＤＤ（ハードディスク装置）等の外部記憶装置４１６には分類のための各種のデータファイルが格納されている。
なお、４１７は、データ処理装置４１０に接続されたプリンタ（ＰＲＴ）である。
【００２４】
欠陥検出プログラム４１２ａは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、インタフェース４１４を介してトラック１周分のデータを受けてメモリ４１２の作業領域４１２ｈに記憶する。そして、作業領域に記憶されたトラック１周分のデータのうちＲ方向の検出データについては、各受光素子対応に所定値以上のものを欠陥として検出する処理が行われる。ここで検出された欠陥は、このときの走査座標位置ＰＯＳとともに外部記憶装置４１６にＲ方向の欠陥検出データとして記憶される。
作業領域に記憶されたトラック１周分のデータのうちθ方向については、第３番目から第１０番目までの受光素子の信号のレベルを加算した合計値Ｌと、第１４番目から第２１番目までの受光素子の信号のレベルを加算した合計値値Ｒとを算出する。さらに差値Ｓ（図６のアナログの欠陥検出信号に相当）をそれぞれ算出して、差値Ｓが所定値Ｐ以上にあるときに、欠陥と判定して差値Ｓの極性（正か、負か）と差値Ｓにおけるピーク値（図６参照）とを得て、その極性、ピーク値、そしてこのピーク値が得られた走査座標位置ＰＯＳ（検出座標位置）とを外部記憶装置４１６にθ方向の欠陥検出データとして記憶する。なお、前記の所定値Ｐは、ノイズと欠陥とを区分けするレベル値である。
次に、ＭＰＵ４１１は、全トラック分のこれらデータを外部記憶装置４１６に記憶したか否かを判定して、全トラック分の処理が終了後に、欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂをコールしてＭＰＵ４１１に実行させる。
【００２５】
欠陥距離算出・凹凸判定プログラム４１２ｂは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、外部記憶装置４１６に記憶されたθ方向の欠陥検出データのうち各ピーク値の欠陥データを読出して、それぞれについて、隣接する２つの正と負のピーク値のデータの検出座標ＰＯＳから距離を算出する。そして、その距離Ｌが基準値Ｑ以内か否かの判定をして基準値Ｑ以内のときには、図６に対応する欠陥信号として、１つの欠陥についてのピーク値のペアと決定する。これらピーク値をペアデータとして記憶することでペア化する。さらに、ＭＰＵ４１１は、算出した距離Ｌと欠陥が検出された座標位置ＰＯＳとからその中心座標Ｃを算出する。そして、ペアデータに対応して算出した距離Ｌ（欠陥の長さに対応）とその中心座標値Ｃとを順次欠陥データとしてメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。ＭＰＵ４１１は、θ方向の欠陥検出データすべてについて隣接するピーク値に対して同様な処理を行う。
なお、次のピークの位置が基準値Ｑを超えているときには、ＭＰＵ４１１は、ペアとして扱わずに、そのピークを１つの欠陥データとして長さゼロでその座標値を中心座標として単にメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。
次に、ＭＰＵ４１１は、ペアとなった２つのピーク値についてその正負の順序から凹部欠陥か、凸部欠陥かの判定をする（図６参照）。この判定結果に応じてデータの欠陥の種別（凹部か、凸部かの別）を示すフラグをペアのピーク値に対応してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する処理をする。
すべてのデータのペア化と凹凸判定を行った後に、ＭＰＵ４１１は、連続性判定処理プログラム４１２ｃをコールする。
【００２６】
連続性判定処理プログラム４１２ｃは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、θ方向の欠陥データすべてについて算出された距離Ｌに基づいて欠陥の連続性判定処理をする。これは、θ方向のある欠陥データ（連続性判定をする元となる欠陥）について、凹部欠陥と凸部欠陥それぞれについて中心座標Ｃと長さ（距離Ｌ）とを読出して、螺旋走査におけるトラック１周について主走査のＲ方向の幅（受光素子１つの検出幅×２３＝５μｍ×２３＝１１５μｍ）に従って実質的に１１５μｍ幅でＲ方向にずれた座標位置にある同種の欠陥データを検索する処理となる。
そして、ＭＰＵ４１１は、連続性判定をする元となる欠陥に対して、検索された欠陥データのうち、欠陥データの検出座標位置が元となる欠陥のθ方向の距離Ｌの範囲でθ方向の検出座標位置が重なるか否かの判定を行う。これによりＲ方向において前記主走査のＲ方向の幅で隣接する欠陥データとの間で欠陥の連続性の判定をする。なお、実際に検出座標位置が重なる範囲は、正確には距離Ｌ＋９μｍとする。前記したように９μｍは、受光素子のθ方向の検出幅である。検出座標位置が距離Ｌ＋９μｍの範囲にある欠陥を、元の欠陥に対して連続する欠陥として判定する。この連続する欠陥を元の欠陥とグルーピングして１つの欠陥データとしてディスクの最内周あるいは最外周から順次検出された欠陥順に番号を付して記憶する。なお、このとき凹部欠陥と凸部欠陥との関係での連続性が存在しないものは連続性の判定から除外される。
【００２７】
次に、ＭＰＵ４１１は、同様にＲ方向の欠陥データすべてについて連続性判定処理をする。これは、θ方向で検出された凹部欠陥と凸部欠陥のそれぞれについてその中心座標Ｃと長さ（距離Ｌ）とから、これに対応するＲ方向の欠陥を中心としてＲ方向の受光素子１つの検出幅（この実施例ではＲ方向に５μｍ程度，θ方向に９μｍ程度）との関係によりＲ方向に５μｍ幅，θ方向に９μｍ幅でＲ方向，θ方向にずれた位置で欠陥検出座標があるか否かの判定をする処理をする。これにより、Ｒ方向の２３受光素子の欠陥検出データについても隣接する欠陥データとの間で欠陥の連続性の判定が行われる。そして、凹部欠陥は凹部欠陥で、凸部欠陥は凸部欠陥で連続するものをグルーピングして１つの欠陥データとしてディスクの最内周あるいは最外周から順次検出された欠陥順に番号を付してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する。
ＭＰＵ４１１は、最後にθ方向のグループとＲ方向のグループとで欠陥の座標が重なる領域のそれぞれの欠陥をさらに１つのグループとして１つの欠陥とする。θ方向のグループのうち、Ｒ方向で１つの欠陥としてグループ化されていないものは、θ方向のグループの連続性から除外する。
これにより改めて欠陥順に番号を付してメモリ４１２（あるいは外部記憶装置４１６）に記憶する。欠陥の面積の大きさに応じてＲ方向に配列した受光素子の検出された欠陥がθ方向の受光素子でも検出されるので、これにより、Ｒ−θの検出座標が同じになるものの重複検出を排除し、かつ、検出精度を高める。この処理の後にＭＰＵ４１１は、欠陥面積算出プログラム４１２ｄをコールする。
【００２８】
欠陥面積算出プログラム４１２ｄは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、面積算出処理として、グルーピングされた１つの欠陥についてその面積を算出する。なお、１つのピークしかない検出信号の欠陥は、面積を５μｍとして孤立欠陥として長さＬ×５μｍにより面積を算出する。そして、ＭＰＵ４１１は、欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅをコールする。
欠陥大きさ分類プログラム４１２ｅは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、前記のようにして算出された面積について大きさ分類判定処理として、分類基準に従って、特大、大、中、小、極小の５段階に分類して欠陥番号に対応させて分類結果を記憶する。その後に、ＭＰＵ４１１は、高さ／深さ分類プログラム４１２ｆをコールする。
【００２９】
高さ／深さ分類プログラム４１２ｆは、ＭＰＵ４１１により実行されて、ＭＰＵ４１１は、欠陥番号順にメモリ４１２に記憶された１つにグループ化された欠陥データの多数の正、負のピーク値についてそれらの絶対値の平均値を算出する。また、グループ化されない２つのピークを持つ欠陥については正、負のピーク値についてそれらの絶対値の平均値を算出する。そして、ＭＰＵ４１１は、これらの算出値の大きさに応じて大、中、小に分類して欠陥番号に対応してメモリ４１２に記憶する。なお、１つのピークしかない欠陥は平均値を採らない。グループ化されて検出されたほとんどの欠陥データは、１つの凹部欠陥、凸部欠陥について３つか、それ以上の多数のピーク値を持つので、各欠陥は、平均値により深さ、高さを算出することができる。これにより検出精度は向上する。
【００３０】
図７は、以上の前記した各プログラムによるθ方向の欠陥の検出処理を中心とするフローチャートである。
まず、螺旋走査プログラム４１２ｇをＭＰＵ４１１が実行して、螺旋走査を開始して（ステップ１０１）、１トラック分のデータを採取し（ステップ１０２）、図５（ａ）に示す左右の複数の受光素子からの受光信号の合計値としてそれぞれの合計値Ｌと合計値Ｒを算出して、欠陥検出信号として差値ＳをＳ＝Ｌ−Ｒにより算出する（ステップ１０３）。さらに、ピーク値と極性を検出して（ステップ１０４）、これらの検出データをピークに対応する検出座標位置とともに記憶する（ステップ１０５）。そして、全トラックの走査が終了しているか否かを判定して（ステップ１０６）、終了していないときにはステップ１０２へと戻り、走査終了しているときには、欠陥検出信号としてペアとなるピークの検出をする（ステップ１０７）。
次に、ペアピーク間の距離Ｌを算出し、さらに中心座標Ｃを算出する（ステップ１０８）。これらデータが算出された時点でそのデータを記憶しておき、凹凸欠陥の判定を２つのピークの極性（正，負の順）から判定し（ステップ１０９）、距離Ｌと中心座標Ｃから欠陥の連続性を判定して欠陥のグルーピングをする。さらに、前記したようにＲ方向の欠陥データすべてについても他の欠陥データとの間の連続性を判定してグルーピングする。これにより１つの欠陥を検出する（ステップ１１０）。
そして、グルーピングされた１つの欠陥の面積を算出する（ステップ１１１）。算出された欠陥の面積から欠陥の大きさを分類して（ステップ１１２）、次に、ピーク値から欠陥の高さ／深さを分類する（ステップ１１３）。最後に、これらの検出欠陥をディスプレイ４１３あるいはプリンタ４１７に出力する（ステップ１１４）。
【００３１】
以上説明してきたが、前記したように、図５で示したマスクした受光素子は、本来存在していなくてもよい。しかし、ここでの実施例は、これら受光素子を設けている。それは、全受光素子の光レベルをデータ処理装置４１０で加算してトータル受光レベルを算出するためである。これにより、より大きな欠陥について検出することができる。また、誤検出の判定もトータル受光レベルの算出値で可能となる。
この発明において本来必要な受光素子は、受光特性の傾斜部分の受光信号が得られるものだけでよい。それは、好ましくは、受光素子の配列の中央を基準としてその両側で対称となる位置に２個づつ、合計で４個かそれ以上は必要になる。そして、受光素子を所定間隔で配列してかつ基準となる中央部と左右の両端に１個づつ受光素子を配置すると、受光素子の数は最低７個必要になる。
しかし、この発明は、必ずしも対称位置に複数個の受光素子を設けて、それらの受光信号のレベルを合計する必要はない。両側で対称となる位置に１個ずつ受光素子が配置されているだけでもよい。したがって、最低で合計２個の受光素子が配列の中央を基準として対称に配置されればよい。
【００３２】
実施例は、Ｒ方向とθ方向において、それぞれ受光素子をｎ個配列して欠陥検出の処理を行っているが、受光素子の配列数は、Ｒ方向とθ方向とで相違していてもよく、その受光信号は、Ｒ方向とθ方向のいずれか一方の配列から得るだけであってもよい。
また、実施例は、ディスクの検査面に照射する照射光としてレーザビームの例を挙げているが、レーザビームを用いる場合には、特に、レーザビームは、Ｓ偏光を用いるとよい。しかし、この発明は、レーザビームに限定されるものではなく、照射光としては白色光であってもよいことはもちろんである。
さらに、実施例は、ディスクの表面欠陥検査装置を中心に説明しているが、この発明は、ディスクに限定されるものではなく、ＬＣＤ基板，フォトマスク、半導体ウエハ等の検査にも適用できることはもちろんである。さらに、実施例では、ディスクの走査としてＲθの螺旋走査で説明しているが、走査は、ＸＹの二次元走査であってもよいことはもちろんであり、螺旋走査に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、この発明にあっては、ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとしてその両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で面板の走査位置の映像を受光領域に結像するようにしているので、面板の表面に欠陥がなければ受光素子の配列の中央を基準としてこれの両側の実質的に対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルは、実質的に等しく、大きな差は生じないが、面板表面の走査位置に凹部欠陥あるいは凸部欠陥があると、凹部欠陥あるいは凸部欠陥の側面傾斜部からの反射光により受光領域の結像が受光素子の配列方向においてその中央からいずれか一方にシフトする。これにより対称の位置にある受光素子の受光信号のレベルの差が大きくなるので、この差が所定値以上あることをもって欠陥を検出する。
その結果、面板表面の凹凸欠陥の大きさを精度よく検出することができ、さらには、面板表面の凹凸欠陥の大きさと深さあるいは大きさと高さの検出が精度よく検出することもでき、欠陥の分類が容易な表面欠陥検査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明を適用した表面欠陥検査装置の一実施例の検出光学系の説明図である。
【図２】図２は、この発明を適用した表面欠陥検査装置の一実施例の欠陥検出処理部分のブロック図である。
【図３】図３は、検出光学系におけるディスクの円周方向に沿う方向（θ方向）とディスクの半径方向に沿う方向（Ｒ方向）の受光系の展開説明図である。
【図４】図４は、検査領域の受光面での結像映像とＡＰＤアレーセンサの関係との説明図である。
【図５】図５は、ＡＰＤアレーセンサのｎ個の受光素子の反射光の受光状態とその受光信号の説明図である。
【図６】図６は、凹部欠陥の正反射光の発生とその検出波形と凸部欠陥の正反射光の発生とその検出波形の説明図である。
【図７】図７は、図１の表面欠陥検査装置の欠陥検出と種別判定処理のフローチャトである。
【符号の説明】
１…ディスク、２１…スピンドル、２２…モータ、
５０…検出光学系、
３１，５１…投光系、３１１，５１１…レーザ光源、
５１２…コリメータレンズ、
５１４…シリンドリカルレンズ、
５１６…フォーカスシングレンズ、
５２１…対物レンズ、５２２…結像レンズ、
５２３…ＡＰＤアレーセンサ、
５２…受光系、４０…欠陥検出装置、
４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｎ、４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｎ…プリアンプ、
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｎ、４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｎ…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
４０４…欠陥メモリ、４０８…サンプリングクロック発生回路、
４０９…Ｒ−θ座標位置生成回路４０９、
４１０…データ処理装置、４１１…ＭＰＵ、
４１７…プリンタ（ＰＲＴ）、４１２…メモリ、
４１２ａ…欠陥検出プログラム、
４１２ｂ…欠陥距離算出・凹凸判定プログラム、
４１２ｃ…連続性判定プログラム、
４１２ｄ…欠陥面積算出プログラム、
４１２ｅ…欠陥大きさ分類プログラム、
４１２ｆ…高さ／深さ分類プログラム、
４１３…ＣＲＴディスプレイ、
４１４…インタフェース、４１５…バス、
４１６…外部記憶装置、
ＳＰ…ビームスポット。
Claims (6)
- 面板の表面を光ビームにより走査し、前記光ビームによる前記表面からの反射光を受光器により受光してその受光信号に基づいて欠陥を検出する表面欠陥検査装置において、
主走査方向に対して直角な方向に幅のある前記光ビームを前記面板の表面に照射して前記面板を相対的に走査する投光系と、一方向に配列されたｎ個（ただしｎは２以上の整数）の受光素子を有する前記受光器と、前記ｎ個の受光素子により形成される受光領域の配列方向での中央をピークとして配列方向の両側に向かって受光量が実質的に対称的に漸次減少する特性で前記面板の走査位置の映像を前記受光領域に結像させる光学系と、前記ｎ個の受光素子のすくなくとも１つが前記受光領域の中央を基準として実質的に対称となる位置にそれぞれ配置されていて、この対称の位置にあるそれぞれの受光素子から受光信号を得てそのうちの一方の前記受光信号のレベルと他方の前記受光信号のレベルとの差を欠陥検出信号として前記欠陥を検出する欠陥検出装置とを備え、
前記主走査方向の走査に応じて前記受光器が凹部欠陥あるいは凸部欠陥から前記反射光を受けたときに前記結像が前記配列方向に移動して戻ることにより前記欠陥検出信号が前記凹部欠陥あるいは前記凸部欠陥の前後の側面傾斜部に対応して所定距離離れた２つのピーク信号として発生し、
前記面板はディスクであり、前記受光領域の受光量の特性は、前記受光素子の配列方向に沿った長楕円形の結像により得られるものであり、
前記受光器を第１として、さらにこの第１の受光器と同様にｍ個（ただしｍは２以上の整数）の受光素子が配列されてｍ個の受光信号を発生する第２の受光器が設けられ、前記第１の受光器に対する前記長楕円形の結像は、その長径が前記ディスクの円周に沿った方向に対応し、前記第２の受光器に対する前記長楕円形の結像は、その長径が前記ディスクの半径方向に対応している表面欠陥検査装置。 - 前記欠陥検出装置は、さらに前記ｍ個の前記受光素子からの前記受光信号をそれぞれ受けてこれら信号を基づいて前記ｍ個の前記受光素子に対応してそれぞれに欠陥を検出する請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記２つのピーク信号は、正のピークと負のピークとして発生し、さらに前記ｎ個の受光信号をそれぞれ増幅するｎ個のアンプと、これらｎ個のアンプにより増幅された信号をそれぞれ受けてそれぞれをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とを有し、前記欠陥検出装置は、前記Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換されたｎ個のデータを受けるデータ処理装置を有し、このデータ処理装置により前記対称の位置にある一方の合計値と前記他方の合計値の差が算出されてこの差に基づいて前記欠陥検出信号の前記正のピークと前記負のピークとが検出される請求項２記載の表面欠陥検査装置。
- さらに前記データ処理装置は、前記走査位置の中間位置と前記走査位置間の距離とを算出して前記連続性を判定して連続するものについてグルーピングして１個の欠陥を決定する請求項３記載の表面欠陥検査装置。
- さらに前記データ処理装置は、前記グルーピングされた１個の欠陥についてその面積を算出し、この面積に基づいて欠陥の大きさを判定する請求項４記載の表面欠陥検査装置。
- 前記２つのピーク信号は、正のピークと負のピークとして発生し、前記ｎ＋ｍ個の受光信号をそれぞれ増幅するｎ＋ｍ個のアンプと、これらｎ＋ｍ個のアンプにより増幅された信号をそれぞれ受けてそれぞれをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換されたｎ＋ｍ個のデータを受けるデータ処理装置とを有し、このデータ処理装置により前記対称の位置にある一方の合計値と前記他方の合計値の差が算出されてこの差に基づいて前記欠陥検出信号の前記正のピークと前記負のピークとが検出される請求項１記載の表面欠陥検査装置。
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