JP4388623B2 - 表面検査方法および表面検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の表面の欠陥を検査する表面検査技術に関し、特に、ポリゴンミラーの表面欠陥を検査するために使用して好適な表面検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の物体の表面を高精度で加工するためには、表面欠陥が発生しないように所望の精度で鏡面に仕上げる必要がある。表面欠陥としては、表面が所定の許容誤差の範囲を超える表面粗さとなっている場合の他、ピット、パーティクルあるいはスクラッチなどと言われる欠陥がある。ピットとは表面に凹状の欠陥が点状あるいは連続して形成されることを言い、パーティクルとは表面に点状の独立して付着した異物を言い、スクラッチとは表面に形成される引っ掻きキズを言う。さらに、表面にシミや汚れが付着した場合も表面欠陥となる。
【０００３】
被検査物を磁気記憶用ディスクとしてその表面の欠陥を検出するために、スポット状のレーザビームを照射し、その反射ビームの強度を検出するようにしたものがある（たとえば、特公平１−１８８０８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被検査物が磁気記憶用ディスクであって、その表面を検査面とする場合には、ディスクを回転させながら、スポットビームの照射位置を径方向に走査することによって、表面全体を連続して検査することができる。
【０００５】
しかしながら、ポリゴンミラーなどの回転体を被検査物として、その外周面に形成された平坦面の欠陥を検査する場合には、スポットビームを照射するようにしたのでは、反射角度が大きく変化してしまうので、被検査物の全体を走査しながらその表面欠陥を検出することができない。また、被検査面の表面欠陥を検査するために、被検査面を２軸方向に走査移動することは、走査機構を含めた検査装置が大型化してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、被検査物の表面のあらゆる種類の表面欠陥を高精度に検査できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面検査方法は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明の表面検査方法は、第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を前記被検査物に照射し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光し、前記第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の表面検査装置は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光する受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の表面検査装置は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタとを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の表面検査装置は、第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記被検査物にスポット状のレーザ光を照射する第２のレーザ光源と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタと、前記第２のレーザ光源から前記被検査物に照射された後、前記被検査物により反射した散乱光を受光する第３の受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、前記被検査物をポリゴンミラーとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態である表面検査装置の基本構成を示す平面図であり、図１には外周面に６つの平坦な反射面を有するポリゴンミラーを被検査物として、その反射面の表面を検査するために本発明が適用されている。
【００１６】
被検査物１０であるポリゴンミラーは、図２および図３に示すように、正六角形となっており、外周面には６つの平坦な面が形成されている。被検査物１０の外周面の欠陥を検査する際には、被検査物１０は駆動部材１１の駆動軸１２に取り付けられるようになっており、駆動軸１２によって矢印Ｒで示すように回転中心軸Ｏを中心に回転駆動されるとともに、矢印Ａで示すように回転中心軸Ｏに沿う方向に軸方向に往復動されるようになっている。
【００１７】
駆動部材１１に隣接して、図１および図２に示すように、第１のレーザ光源２０が配置されており、このレーザ光源２０はスポット状のレーザ光２１を発生させる。このレーザ光２１はビーム拡大レンズ（シリンドリカルレンズ）２２に入射し、このビーム拡大レンズ２２はスポット状のレーザ光２１を一方向に拡大してライン状のレーザ光２３に形成する。なお、レーザ光源２０からのスポット状のレーザ光をその一方向に拡大するものであれば、ビーム拡大レンズ２２に代えてビーム拡大ミラーを用いるようにしても良い。
【００１８】
このライン状のレーザ光２３は反射ミラー２４により反射された後に、被検査物１０であるポリゴンミラーの表面に、円周方向に沿うライン状となって照射されることになる。図２において符号Ｌは、被検査物１０の表面にライン状に照射されたレーザ光２３を示す。
【００１９】
ライン状のレーザ光２３の被検査物１０からの正反射の反射光２３ａを受光するために、第１および第２の２つのフォトディテクタつまり受光器２５，２６が駆動部材１１に隣接して配置されており、反射光２３ａをそれぞれの受光器２５，２６に分離するために、被検査物１０とそれぞれの受光器２５，２６との間の光路には、ビームスプリッタ２７が配置され、ビームスプリッタ２７とそれぞれの受光器２５，２６との間には、スリット２８，２９が配置されている。
【００２０】
被検査物１０の表面にライン状となって照射されるレーザ光２３は、被検査物１０に形成された６つの被検査面のうちの１つの面の全体に照射されるような長さを有しており、１つの面からのライン状の反射光２３ａはビームスプリッタ２７に向けて反射することになる。被検査物１０を駆動軸１２によって回転させると、レーザ光２３の被検査物１０に対する入射角度がラインに沿う方向に走査移動する。つまり、レーザ光２３は被検査物１０の表面に対して図１のレーザ光のラインに沿う方向に時々刻々と変化することになり、反射光の方向が入射角度αの変化に伴って変化する。これにより、反射光２３ａは図１においてレーザ光のラインに沿う方向に走査移動することになる。それぞれのスリット２８，２９は、ライン状の反射光２３ａのラインに対してほぼ直角方向を向く隙間を有しており、反射光２３ａの一部がそれぞれの受光器２５，２６に入射する。
【００２１】
第１の受光器２５のためのスリット２８の隙間寸法よりも第２の受光器２６のためのスリット２９の隙間寸法の方が大きく設定されている。
【００２２】
図示する場合には、被検査物１０を回転することによって、ライン状のレーザ光２３の被検査物１０の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査するようにしているが、被検査物１０とこれに入射するレーザ光２３とをラインに沿う縦方向に相対移動させるようにすれば、反射ミラー２４を回動させることにより入射角度を走査するようにしても良い。なお、ビーム拡大レンズ２２とビームスプリッタ２７との間の光路にレンズを設けることにより、ビームスプリッタ２７に入射するライン状の反射光２３ａを平行光とするようにしても良い。
【００２３】
このように、第１のレーザ光源２０からそれぞれの受光器２５，２６までの光路によって第１の欠陥検出ユニットＵ1 が形成されており、このユニットＵ1 の部分が図２に示されている。
【００２４】
駆動部材１１に隣接して、図１および図３に示すように、第２のレーザ光源３０が配置されており、このレーザ光源３０はスポット状のレーザ光３１を発生させる。このスポット状のレーザ光３１は反射ミラー３２により反射された後に、被検査物１０であるポリゴンミラーの表面に、そのままスポット状となって照射されることになる。図３において符号Ｓは、被検査物１０の表面にスポット状に照射されたレーザ光３１を示す。
【００２５】
被検査物１０の表面に照射されたレーザ光３１は、被検査物１０の表面では、正反射の反射光３１ａと散乱光３１ｂとなって反射することになる。反射光のうち散乱光３１ｂを反射するために、散乱光集光ミラー３３が被検査物１０に隣接して配置されており、この集光ミラー３３により集光された散乱光３１ｂは、集光レンズ３４を介して受光器３５に入射することになる。なお、正反射の反射光３１ａを受光する第４の受光器を設けるようにしても良い。
【００２６】
このように、第２のレーザ光源３０から第３の受光器３５までの光路によって第２の欠陥検出ユニットＵ2 が形成されており、このユニットＵ2 の部分が図３に示されている。なお、それぞれのレーザ光源２０，３０としては、He-Ne のレーザチューブ（λ＝632.8nm)のものが使用されており、受光器２５，２６および３５としては、PIN フォトダイオードが使用されているが、これに限られるものではない。
【００２７】
２つのレーザ光源２０，３０からレーザ光を被検査物１０に照射し、その反射光を受光器２５，２６および３５により検出し、その検出波形を処理することによって、その検出波形に基づいて被検査物１０の表面欠陥を検出することができる。それぞれの受光器の検出信号の出力タイミングを検出するために、同期信号検出部３６が設けられている。被検査物１０からの反射光２３ａが同期信号検出部３６に照射されてから、所定のタイミングで検出信号が受光器から出力されることになる。なお、レーザ光源３０から照射されて被検査物１０から反射した反射光３１ａが照射される位置に同期信号検出部を設けるようにしても良い。
【００２８】
図４は図１に示した表面検査装置の制御回路を示すブロック図であり、それぞれの受光器２５，２６および３５からの検出信号は、それぞれ増幅器４１ａ〜４１ｃに送られて増幅された後に、受光器からの信号に基づいて表面欠陥の識別などの処理を行うための処理回路４２に送られるようになっている。
【００２９】
処理回路４２は検査装置を構成する部材の作動を制御する制御回路４３に送られるようになっており、この制御回路４３には中央演算処理装置などが設けられている。この制御回路４３部からは被検査物１０をＲ方向に回転駆動するためのモータなどからなる回転手段１１ａと、被検査物１０を中心軸Ｏに沿う方向Ａに往復動するためのモータなどからなる往復動手段１１ｂとに作動信号が送られるようになっており、被検査物１０を中心軸Ｏに沿う方向に移動させると、ライン状のレーザ光は被検査物に対してラインに直交する方向に走査される。
【００３０】
制御回路４３には、被検査物１０の回転角度を検出する回転角度検出手段４４と、被検査物１０の往復動位置を検出する往復動位置検出手段４５からの検出信号が入力されるようになっている。回転角度検出手段４４は駆動軸１２の回転角度を検出するエンコーダにより形成されており、ここからの信号によって反射光２３ａの走査角度を検出することができる。往復動位置検出手段４５は駆動軸１２をＡ方向の位置を検出するエンコーダなどにより形成されており、ここからの信号によってライン状のレーザ光２３のラインの横方向つまりラインに直交する方向の走査位置を検出することができる。これらの検出信号によって、検出された表面欠陥が被検査物１０のどの位置にあるかを検出することができる。
【００３１】
図５は表面検査装置の第１の欠陥検出ユニットＵ1 によって被検査物１０の表面を検査した際における表面欠陥の一例を示す図である。スリット２８の隙間よりもスリット２９の隙間の方が大きい寸法に設定されているので、第１の受光器２５からの検出波形が図５（Ａ）に示す波形となった場合には、第２の受光器２６からの検出信号により得られた検出波形は図５（Ｂ）のようになる。これらの検出波形を処理回路４２で加減算すると、図５（Ｃ）のような波形となる。
【００３２】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は全体的に被検査物１０の表面に面歪みがあることを示しており、表面の全体の歪みやうねりを検出することができる。また、図５（Ｃ）は表面粗さを示す波形となり、被検査面の表面粗さを検出することができる。
【００３３】
図６は表面検査装置の第１の欠陥検出ユニットＵ1 によって被検査物１０の表面を検査した際における表面欠陥の他の例を示す図であり、この場合には、被検査物１０の表面にピットが発生した場合に相当する。図６（Ａ）は第１の受光器２５からの検出波形を示し、図６（Ｂ）は第２の受光器２６からの検出波形を示し、図６（Ｃ）はこれらの検出波形を処理回路４２で加減算した波形を示す。
【００３４】
被検査物１０の表面にピットが発生していると、他の部分に比して光量が大きく減少するので、２つの受光器２５，２６のいずれか一方からの検出波形と、回転角度検出手段４４および往復動位置検出手段４５からの検出信号とに基づいて、ピットが発生している位置を検出することができる。図６（Ｃ）に示すように、両方の受光器２５，２６からの検出波形を加減算することによって、表面粗さをも検出することができる。
【００３５】
図７は表面検査装置の第２の欠陥検出ユニットＵ2 によって被検査物１０に発生していたパーティクルを検出した場合の検出波形の一例を示す図であり、表面に異物が付着してパーティクルが発生していると、第３の受光器３５による散乱光３１ｂの光量が他の部分に比較して大きく変化することになり、この検出波形と回転角度検出手段４４および往復動位置検出手段４５からの検出信号とに基づいて、パーティクルが発生している位置を検出することができる。
【００３６】
図８は表面検査装置の第２の欠陥検出ユニットＵ2 によって被検査物１０に発生していたスクラッチを検出した場合の検出波形の一例を示す図であり、表面にスクラッチが発生していると、第３の受光器３５による散乱光３１ｂの光量が他の部分に比較して大きく変化することになり、この検出波形によってスクラッチが発生している位置を検出することができる。
【００３７】
図７および図８に示す場合においては、反射光３１ａを第４の受光器によって検出することによって、その検出波形を組み合わせて欠陥検出を行うようにしても良い。
【００３８】
なお、前記した実施の形態では、２つのレーザ光源２０，３０を用い、第１のレーザ光源２０からのスポット状のレーザ光２１を一方向に拡大して形成したライン状のレーザ光２３と、第２のレーザ光源３０からのスポット状のレーザ光３１とを用いて、被検査物の表面欠陥を検出する方法について説明したが、２つのレーザ光源を用いることなく、１つのレーザ光源を用いて、そのレーザ光源からのスポット状のレーザ光をビームスプリッタを介して２つのレーザ光に分離し、一方のレーザ光を前記実施の形態と同様に、一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物にライン状のレーザ光を照射し、他方のスポット状のレーザ光を前記実施の形態と同様に、被検査物に照射することで、前記２つのレーザ光源２０，３０を用いた場合と同様に被検査物の表面欠陥を検出することができる。
【００３９】
本発明は前記実施の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ことはいうまでもない。
【００４０】
たとえば、本発明の実施の形態においては、被検査物をポリゴンミラーとしてその外周面に形成された複数の平坦な表面の欠陥を検査するようにしているが、被検査物としてはこれに限られるものではなく、被検査面が平坦となっており、それに照射されたライン状のレーザ光のラインに沿う方向の入射角度を走査すれば、円板状のものでも表面検査を行うことができる。
【００４１】
被検査物の種類や検出すべき欠陥の種類によっては、図１に示すように、２つのレーザ光源２０，３０を用いて表面検査を行うことなく、図２に示される第１の欠陥検出ユニットＵ1 のみ、あるいは図３に示される第２の欠陥ユニットＵ2 のみによって表面検査を行うことができる。
【００４２】
レーザ光源２０から照射されたレーザ光の反射光を図２に示すように、ビームスプリッタ２７を用いて２つの受光器２５，２６に反射光を受光させるようにしているが、検出すべき欠陥の種類によっては、１つの受光器によって表面検査を行うようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ライン状のレーザ光あるいはスポット状のレーザ光を被検査物に照射することにより、あらゆる種類の表面欠陥を高精度に検出することができる。被検査面における面歪みつまり周期的あるいはランダムな凹凸形状、面粗さを検出することができ、ピットつまり独立もしくは連続した凹状の欠陥を検出することができ、表面に付着した点状の異物であるパーティクルを検出することができる。また、表面に発生した引っ掻きキズであるスクラッチを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である表面検査装置の基本構成を示す平面図である。
【図２】図１に示された第１の欠陥検出ユニットを示す斜視図である。
【図３】図１に示された第２の欠陥検出ユニットを示す斜視図である。
【図４】表面検査装置の制御部を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は表面欠陥がある場合における検出波形の一例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【図７】表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【図８】表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 被検査物（ポリゴンミラー）
１１ａ 回転手段
１１ｂ 往復動手段
２０ 第１のレーザ光源
２１ スポット状のレーザ光
２２ ビーム拡大レンズ（ライン状レーザ光形成手段）
２３ ライン状のレーザ光
２３ａ 反射光
２５ 第１の受光器
２６ 第２の受光器
２７ ビームスプリッタ
２８，２９ スリット
３０ 第２のレーザ光源
３１ スポット状のレーザ光
３１ａ 反射光
３１ｂ 散乱光
３３ 集光ミラー
３４ 集光レンズ
３５ 第３の受光器
４２ 処理回路
４３ 制御回路
４４ 回転角度検出手段
４５ 往復動位置検出手段
Ｕ1 第１の欠陥検出ユニット
Ｕ2 第２の欠陥検出ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の表面の欠陥を検査する表面検査技術に関し、特に、ポリゴンミラーの表面欠陥を検査するために使用して好適な表面検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の物体の表面を高精度で加工するためには、表面欠陥が発生しないように所望の精度で鏡面に仕上げる必要がある。表面欠陥としては、表面が所定の許容誤差の範囲を超える表面粗さとなっている場合の他、ピット、パーティクルあるいはスクラッチなどと言われる欠陥がある。ピットとは表面に凹状の欠陥が点状あるいは連続して形成されることを言い、パーティクルとは表面に点状の独立して付着した異物を言い、スクラッチとは表面に形成される引っ掻きキズを言う。さらに、表面にシミや汚れが付着した場合も表面欠陥となる。
【０００３】
被検査物を磁気記憶用ディスクとしてその表面の欠陥を検出するために、スポット状のレーザビームを照射し、その反射ビームの強度を検出するようにしたものがある（たとえば、特公平１−１８８０８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被検査物が磁気記憶用ディスクであって、その表面を検査面とする場合には、ディスクを回転させながら、スポットビームの照射位置を径方向に走査することによって、表面全体を連続して検査することができる。
【０００５】
しかしながら、ポリゴンミラーなどの回転体を被検査物として、その外周面に形成された平坦面の欠陥を検査する場合には、スポットビームを照射するようにしたのでは、反射角度が大きく変化してしまうので、被検査物の全体を走査しながらその表面欠陥を検出することができない。また、被検査面の表面欠陥を検査するために、被検査面を２軸方向に走査移動することは、走査機構を含めた検査装置が大型化してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、被検査物の表面のあらゆる種類の表面欠陥を高精度に検査できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面検査方法は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明の表面検査方法は、第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を前記被検査物に照射し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光し、前記第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の表面検査装置は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光する受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の表面検査装置は、レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタとを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の表面検査装置は、第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、前記被検査物にスポット状のレーザ光を照射する第２のレーザ光源と、前記ライン状のレーザ光の前記被検査物に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタと、前記第２のレーザ光源から前記被検査物に照射された後、前記被検査物により反射した散乱光を受光する第３の受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、前記被検査物をポリゴンミラーとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態である表面検査装置の基本構成を示す平面図であり、図１には外周面に６つの平坦な反射面を有するポリゴンミラーを被検査物として、その反射面の表面を検査するために本発明が適用されている。
【００１６】
被検査物１０であるポリゴンミラーは、図２および図３に示すように、正六角形となっており、外周面には６つの平坦な面が形成されている。被検査物１０の外周面の欠陥を検査する際には、被検査物１０は駆動部材１１の駆動軸１２に取り付けられるようになっており、駆動軸１２によって矢印Ｒで示すように回転中心軸Ｏを中心に回転駆動されるとともに、矢印Ａで示すように回転中心軸Ｏに沿う方向に軸方向に往復動されるようになっている。
【００１７】
駆動部材１１に隣接して、図１および図２に示すように、第１のレーザ光源２０が配置されており、このレーザ光源２０はスポット状のレーザ光２１を発生させる。このレーザ光２１はビーム拡大レンズ（シリンドリカルレンズ）２２に入射し、このビーム拡大レンズ２２はスポット状のレーザ光２１を一方向に拡大してライン状のレーザ光２３に形成する。なお、レーザ光源２０からのスポット状のレーザ光をその一方向に拡大するものであれば、ビーム拡大レンズ２２に代えてビーム拡大ミラーを用いるようにしても良い。
【００１８】
このライン状のレーザ光２３は反射ミラー２４により反射された後に、被検査物１０であるポリゴンミラーの表面に、円周方向に沿うライン状となって照射されることになる。図２において符号Ｌは、被検査物１０の表面にライン状に照射されたレーザ光２３を示す。
【００１９】
ライン状のレーザ光２３の被検査物１０からの正反射の反射光２３ａを受光するために、第１および第２の２つのフォトディテクタつまり受光器２５，２６が駆動部材１１に隣接して配置されており、反射光２３ａをそれぞれの受光器２５，２６に分離するために、被検査物１０とそれぞれの受光器２５，２６との間の光路には、ビームスプリッタ２７が配置され、ビームスプリッタ２７とそれぞれの受光器２５，２６との間には、スリット２８，２９が配置されている。
【００２０】
被検査物１０の表面にライン状となって照射されるレーザ光２３は、被検査物１０に形成された６つの被検査面のうちの１つの面の全体に照射されるような長さを有しており、１つの面からのライン状の反射光２３ａはビームスプリッタ２７に向けて反射することになる。被検査物１０を駆動軸１２によって回転させると、レーザ光２３の被検査物１０に対する入射角度がラインに沿う方向に走査移動する。つまり、レーザ光２３は被検査物１０の表面に対して図１のレーザ光のラインに沿う方向に時々刻々と変化することになり、反射光の方向が入射角度αの変化に伴って変化する。これにより、反射光２３ａは図１においてレーザ光のラインに沿う方向に走査移動することになる。それぞれのスリット２８，２９は、ライン状の反射光２３ａのラインに対してほぼ直角方向を向く隙間を有しており、反射光２３ａの一部がそれぞれの受光器２５，２６に入射する。
【００２１】
第１の受光器２５のためのスリット２８の隙間寸法よりも第２の受光器２６のためのスリット２９の隙間寸法の方が大きく設定されている。
【００２２】
図示する場合には、被検査物１０を回転することによって、ライン状のレーザ光２３の被検査物１０の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査するようにしているが、被検査物１０とこれに入射するレーザ光２３とをラインに沿う縦方向に相対移動させるようにすれば、反射ミラー２４を回動させることにより入射角度を走査するようにしても良い。なお、ビーム拡大レンズ２２とビームスプリッタ２７との間の光路にレンズを設けることにより、ビームスプリッタ２７に入射するライン状の反射光２３ａを平行光とするようにしても良い。
【００２３】
このように、第１のレーザ光源２０からそれぞれの受光器２５，２６までの光路によって第１の欠陥検出ユニットＵ1 が形成されており、このユニットＵ1 の部分が図２に示されている。
【００２４】
駆動部材１１に隣接して、図１および図３に示すように、第２のレーザ光源３０が配置されており、このレーザ光源３０はスポット状のレーザ光３１を発生させる。このスポット状のレーザ光３１は反射ミラー３２により反射された後に、被検査物１０であるポリゴンミラーの表面に、そのままスポット状となって照射されることになる。図３において符号Ｓは、被検査物１０の表面にスポット状に照射されたレーザ光３１を示す。
【００２５】
被検査物１０の表面に照射されたレーザ光３１は、被検査物１０の表面では、正反射の反射光３１ａと散乱光３１ｂとなって反射することになる。反射光のうち散乱光３１ｂを反射するために、散乱光集光ミラー３３が被検査物１０に隣接して配置されており、この集光ミラー３３により集光された散乱光３１ｂは、集光レンズ３４を介して受光器３５に入射することになる。なお、正反射の反射光３１ａを受光する第４の受光器を設けるようにしても良い。
【００２６】
このように、第２のレーザ光源３０から第３の受光器３５までの光路によって第２の欠陥検出ユニットＵ2 が形成されており、このユニットＵ2 の部分が図３に示されている。なお、それぞれのレーザ光源２０，３０としては、He-Ne のレーザチューブ（λ＝632.8nm)のものが使用されており、受光器２５，２６および３５としては、PIN フォトダイオードが使用されているが、これに限られるものではない。
【００２７】
２つのレーザ光源２０，３０からレーザ光を被検査物１０に照射し、その反射光を受光器２５，２６および３５により検出し、その検出波形を処理することによって、その検出波形に基づいて被検査物１０の表面欠陥を検出することができる。それぞれの受光器の検出信号の出力タイミングを検出するために、同期信号検出部３６が設けられている。被検査物１０からの反射光２３ａが同期信号検出部３６に照射されてから、所定のタイミングで検出信号が受光器から出力されることになる。なお、レーザ光源３０から照射されて被検査物１０から反射した反射光３１ａが照射される位置に同期信号検出部を設けるようにしても良い。
【００２８】
図４は図１に示した表面検査装置の制御回路を示すブロック図であり、それぞれの受光器２５，２６および３５からの検出信号は、それぞれ増幅器４１ａ〜４１ｃに送られて増幅された後に、受光器からの信号に基づいて表面欠陥の識別などの処理を行うための処理回路４２に送られるようになっている。
【００２９】
処理回路４２は検査装置を構成する部材の作動を制御する制御回路４３に送られるようになっており、この制御回路４３には中央演算処理装置などが設けられている。この制御回路４３部からは被検査物１０をＲ方向に回転駆動するためのモータなどからなる回転手段１１ａと、被検査物１０を中心軸Ｏに沿う方向Ａに往復動するためのモータなどからなる往復動手段１１ｂとに作動信号が送られるようになっており、被検査物１０を中心軸Ｏに沿う方向に移動させると、ライン状のレーザ光は被検査物に対してラインに直交する方向に走査される。
【００３０】
制御回路４３には、被検査物１０の回転角度を検出する回転角度検出手段４４と、被検査物１０の往復動位置を検出する往復動位置検出手段４５からの検出信号が入力されるようになっている。回転角度検出手段４４は駆動軸１２の回転角度を検出するエンコーダにより形成されており、ここからの信号によって反射光２３ａの走査角度を検出することができる。往復動位置検出手段４５は駆動軸１２をＡ方向の位置を検出するエンコーダなどにより形成されており、ここからの信号によってライン状のレーザ光２３のラインの横方向つまりラインに直交する方向の走査位置を検出することができる。これらの検出信号によって、検出された表面欠陥が被検査物１０のどの位置にあるかを検出することができる。
【００３１】
図５は表面検査装置の第１の欠陥検出ユニットＵ1 によって被検査物１０の表面を検査した際における表面欠陥の一例を示す図である。スリット２８の隙間よりもスリット２９の隙間の方が大きい寸法に設定されているので、第１の受光器２５からの検出波形が図５（Ａ）に示す波形となった場合には、第２の受光器２６からの検出信号により得られた検出波形は図５（Ｂ）のようになる。これらの検出波形を処理回路４２で加減算すると、図５（Ｃ）のような波形となる。
【００３２】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は全体的に被検査物１０の表面に面歪みがあることを示しており、表面の全体の歪みやうねりを検出することができる。また、図５（Ｃ）は表面粗さを示す波形となり、被検査面の表面粗さを検出することができる。
【００３３】
図６は表面検査装置の第１の欠陥検出ユニットＵ1 によって被検査物１０の表面を検査した際における表面欠陥の他の例を示す図であり、この場合には、被検査物１０の表面にピットが発生した場合に相当する。図６（Ａ）は第１の受光器２５からの検出波形を示し、図６（Ｂ）は第２の受光器２６からの検出波形を示し、図６（Ｃ）はこれらの検出波形を処理回路４２で加減算した波形を示す。
【００３４】
被検査物１０の表面にピットが発生していると、他の部分に比して光量が大きく減少するので、２つの受光器２５，２６のいずれか一方からの検出波形と、回転角度検出手段４４および往復動位置検出手段４５からの検出信号とに基づいて、ピットが発生している位置を検出することができる。図６（Ｃ）に示すように、両方の受光器２５，２６からの検出波形を加減算することによって、表面粗さをも検出することができる。
【００３５】
図７は表面検査装置の第２の欠陥検出ユニットＵ2 によって被検査物１０に発生していたパーティクルを検出した場合の検出波形の一例を示す図であり、表面に異物が付着してパーティクルが発生していると、第３の受光器３５による散乱光３１ｂの光量が他の部分に比較して大きく変化することになり、この検出波形と回転角度検出手段４４および往復動位置検出手段４５からの検出信号とに基づいて、パーティクルが発生している位置を検出することができる。
【００３６】
図８は表面検査装置の第２の欠陥検出ユニットＵ2 によって被検査物１０に発生していたスクラッチを検出した場合の検出波形の一例を示す図であり、表面にスクラッチが発生していると、第３の受光器３５による散乱光３１ｂの光量が他の部分に比較して大きく変化することになり、この検出波形によってスクラッチが発生している位置を検出することができる。
【００３７】
図７および図８に示す場合においては、反射光３１ａを第４の受光器によって検出することによって、その検出波形を組み合わせて欠陥検出を行うようにしても良い。
【００３８】
なお、前記した実施の形態では、２つのレーザ光源２０，３０を用い、第１のレーザ光源２０からのスポット状のレーザ光２１を一方向に拡大して形成したライン状のレーザ光２３と、第２のレーザ光源３０からのスポット状のレーザ光３１とを用いて、被検査物の表面欠陥を検出する方法について説明したが、２つのレーザ光源を用いることなく、１つのレーザ光源を用いて、そのレーザ光源からのスポット状のレーザ光をビームスプリッタを介して２つのレーザ光に分離し、一方のレーザ光を前記実施の形態と同様に、一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物にライン状のレーザ光を照射し、他方のスポット状のレーザ光を前記実施の形態と同様に、被検査物に照射することで、前記２つのレーザ光源２０，３０を用いた場合と同様に被検査物の表面欠陥を検出することができる。
【００３９】
本発明は前記実施の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ことはいうまでもない。
【００４０】
たとえば、本発明の実施の形態においては、被検査物をポリゴンミラーとしてその外周面に形成された複数の平坦な表面の欠陥を検査するようにしているが、被検査物としてはこれに限られるものではなく、被検査面が平坦となっており、それに照射されたライン状のレーザ光のラインに沿う方向の入射角度を走査すれば、円板状のものでも表面検査を行うことができる。
【００４１】
被検査物の種類や検出すべき欠陥の種類によっては、図１に示すように、２つのレーザ光源２０，３０を用いて表面検査を行うことなく、図２に示される第１の欠陥検出ユニットＵ1 のみ、あるいは図３に示される第２の欠陥ユニットＵ2 のみによって表面検査を行うことができる。
【００４２】
レーザ光源２０から照射されたレーザ光の反射光を図２に示すように、ビームスプリッタ２７を用いて２つの受光器２５，２６に反射光を受光させるようにしているが、検出すべき欠陥の種類によっては、１つの受光器によって表面検査を行うようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ライン状のレーザ光あるいはスポット状のレーザ光を被検査物に照射することにより、あらゆる種類の表面欠陥を高精度に検出することができる。被検査面における面歪みつまり周期的あるいはランダムな凹凸形状、面粗さを検出することができ、ピットつまり独立もしくは連続した凹状の欠陥を検出することができ、表面に付着した点状の異物であるパーティクルを検出することができる。また、表面に発生した引っ掻きキズであるスクラッチを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である表面検査装置の基本構成を示す平面図である。
【図２】図１に示された第１の欠陥検出ユニットを示す斜視図である。
【図３】図１に示された第２の欠陥検出ユニットを示す斜視図である。
【図４】表面検査装置の制御部を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は表面欠陥がある場合における検出波形の一例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【図７】表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【図８】表面欠陥がある場合における検出波形の他の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 被検査物（ポリゴンミラー）
１１ａ 回転手段
１１ｂ 往復動手段
２０ 第１のレーザ光源
２１ スポット状のレーザ光
２２ ビーム拡大レンズ（ライン状レーザ光形成手段）
２３ ライン状のレーザ光
２３ａ 反射光
２５ 第１の受光器
２６ 第２の受光器
２７ ビームスプリッタ
２８，２９ スリット
３０ 第２のレーザ光源
３１ スポット状のレーザ光
３１ａ 反射光
３１ｂ 散乱光
３３ 集光ミラー
３４ 集光レンズ
３５ 第３の受光器
４２ 処理回路
４３ 制御回路
４４ 回転角度検出手段
４５ 往復動位置検出手段
Ｕ1 第１の欠陥検出ユニット
Ｕ2 第２の欠陥検出ユニット
Claims (6)
- レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、
前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする表面検査方法。 - 第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射し、
第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を前記被検査物に照射し、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査し、
前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査し、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光し、前記第２のレーザ光源からのスポット状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光して前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする表面検査方法。 - レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、
前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、
被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光を受光する受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする表面検査装置。 - レーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物の表面に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、
前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、
被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、
前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタとを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする表面検査装置。 - 第１のレーザ光源からのスポット状のレーザ光を一方向に拡大してライン状のレーザ光を形成して被検査物に前記ライン状のレーザ光を照射するライン状レーザ光形成手段と、
前記被検査物にスポット状のレーザ光を照射する第２のレーザ光源と、
前記ライン状のレーザ光の前記被検査物に対するラインに沿う方向の入射角度を走査する第１の走査手段と、
前記ライン状のレーザ光を前記被検査物に対してラインに直交する方向に走査する第２の走査手段と、
被検査物に照射された前記ライン状のレーザ光の前記被検査物からの反射光をそれぞれ受光する第１と第２の受光器と、
前記反射光を前記第１の受光器と前記第２の受光器とに分離するビームスプリッタと、
前記第２のレーザ光源から前記被検査物に照射された後、前記被検査物により反射した散乱光を受光する第３の受光器とを有し、前記被検査物の表面欠陥を検出することを特徴とする表面検査装置。 - 請求項３、４または５のいずれか１項に記載の表面検査装置において、前記被検査物はポリゴンミラーであることを特徴とする表面検査装置。
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