JPH01202645A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体表面に存在する凹凸などの欠陥を光学的
に検査する表面検査装置に関するものである。

〔従来の技術〕

光ビームを被検査物表面または透明体に走査して、これ
ら被検査物内の汚れ、凹凸、シミ等の欠陥を検出する表
面検査装置が知られている。

特に本出願人の出願に係る特開昭６０−２０９１５０号
公報には、レーザを用いたフライングスポット方式の表
面検査装置が開示されている。この表面検査装置では、
被検査物表面からの反射光を集光レンズ及び空間フィル
タを通して受光器に入射させる構造になっており、被検
査物表面からの正常な反射光だけが空間フィルタ通過し
て導光棒に入射する。導光棒に入射した光は光検出器に
導かれるようになっているから、被検査物表面に欠陥部
があるときには正常反射光が減少し、これに伴って光検
出器からの光電出力が低下することになる。

また、第３図は上記の表面検査装置とは逆に、被検査物
からの異常光を導光棒に入射させる表面検査装置を示し
ている。この表面検査装置ではスキャナ９によって光ビ
ーム１０を被検査物１１の表面で幅方向に走査し、その
反射光を光ビーム１０の走査方向に沿って配列した集光
用のスポットレンズ１３を介して導光棒１５内に入射さ
せる。

シリンドリカルレンズで構成されたこれらのスポットレ
ンズ１３の各々は、互に隣接するもの同士がその側面で
接合されている。

そして、個々のスポットレンズ１３の焦点面には、所定
サイズのダークフィールドマスク１４が配置され、各ス
ポットレンズ１３を通ってきた光のうち、被検査物の正
常な表面で反射され、予定した光路にしたがって進行す
る正常光１２ａについてはダークフィールドマスク１４
で吸収し、被検査物１１の表面に存在する欠陥部Ｓによ
って、散乱、あるいは異常な角度で反射された異常光１
２ｂについては導光棒１５に入射させる構造となってい
る。被検査物１１の表面に欠陥部Ｓが存在する場合には
、導光棒１５への入射光量が多くなり、導光棒１５の端
面に接続された光電子増倍管１６からの光電出力が大き
くなる。したがって、光電子増倍管１６からの出力を監
視することによって、被検査物１１の表面欠陥の有無及
び程度を判定することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第３図の表面検査装置においては、端部
側に配置されたスポットレンズ１３ａに対しては、第４
図に示したように正常光１２ａが大きな角度で入射する
ことになる。そして、これらのスポットレンズ１３を同
じ焦点距離をもった同一仕様のレンズで構成した場合に
は、球面収差の影響によって、端部側のスポットレンズ
１３ａの集光位置はレンズ側に接近してくる。したがっ
て、同サイズのダークフィールドマスク１４を導光棒１
５に沿って一直線状に配置した場合には、正常光１２ａ
も導光棒１５に入射することになり、適性な表面検査を
行うことができなくなる。このような弊害を避けるため
にダークフィールドマスク１４のサイズを端部側程大き
くする手法は、まずダークフィールドマスク１４の作製
および配置が煩雑であるだけでなく、検出感度を高くし
ようとする場合に不利である。

また、スポットレンズ１３の個々について、球面収差を
勘案して各々異なった焦点距離のものにする場合には、
これらの設計及び作製に大きなコストがかかり実用性に
乏しいものである。さらに、従来ではこれらのスポット
レンズ１３は導光棒１５に一体的に取り付けられている
ため、スポットレンズ１３の個々に付いて位置調整する
ことができず、スポットレンズ１３のバラツキについて
対処することができなかった。

なお、前記公報に記載された表面検査装置においても、
全く同様の原因により、正常光と異常光とを満足し得る
程度に分離することは困難となっているのが実情である
。

本発明は以上に述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、正常光と異常光を空間的に分離す
る空間フィルタやダークフィールドマスクのサイズや取
り付は位置を変更することなく、正常光と異常光を空間
的に正しく分離して測定できるようにした表面検査装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、被検査物表面に光
ビームを照射しながら走査するスキャナと、被検査物表
面から反射または透過した検査光を集光するために、光
ビームの走査方向に沿って配列された複数のレンズから
なる第１レンズ群と、前記複数のレンズに対応してこれ
らの背後に設けられた複数のレンズからなり、前記検査
光のうち予め設定された光路にしたがって進む正常光を
、光ビームの走査位置に係わらず一定位置に収斂させる
第２レンズ群と、光ビームの走査方向に対して平行に設
置され、前記正常光もしくは正常光を除いた検査光の何
れかを受光して電気信号に変換する受光器とから構成さ
れている。

また、本発明を実施する際には、前記第２レンズ群につ
いて、光軸方向及び光軸と垂直な方向に移動調節自在と
し、さらには第１．第２レンズ群を同一仕様のレンズに
するのが好ましい。

〔作用〕

上記構成によれば、被検査物を介して得られる正常光及
び異常光のうちフィルタ手段によって空間的に抽出しよ
うとする一方の光は、第１レンズ群を通過した後に第２
レンズ群に入射し、この第２レンズ群によって球面収差
等の影響による焦点面のずれが補正される。したがって
この光は、光ビームの走査方向と平行に設置されたフィ
ルタ手段に対して、どの走査位置においても一定位置に
集光されるようになり、他方の光と正確に分離すること
ができるようになる。

以下、図面にしたがって本発明の一実施例について説明
する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を示す第１図において、スキャナ９に
は周知のようにレーザ発振器１回転多面鏡などが内蔵さ
れ、被検査物１１に対して、走査角θで光ビーム１０を
照射する。光ビーム１０は被検査物１１の表面に走査線
１１ａを描く。このとき走査角θの二等分線である走査
中心１７と走査線１１ａとは直交する。

この被検査物１１の表面が欠陥のない平坦面であるとき
には、スキャナ９からの光ビーム１０は反射法則に従っ
た一定角度で反射され、正常光１２ａとなって予め設定
された方向に向かって進行する。そして、光ビーム１０
の走査により正常光１２ａは光路平面Ａ上を掃引される
ことになる。

また、被検査物１１の表面に凹凸等の欠陥部Ｓが存在し
、この欠陥部Ｓに照射された光ビーム１０は、破線で示
したように不規則な方向に向かって反射される異常光１
２ｂとなる。

走査線１１ａに対して平行に、６個の第１列レンズ１８
が配置されている。これらの第１列レンズ１８は、それ
ぞれ同じ焦点距離をもった同一仕様のシリンドリカルレ
ンズから構成され、被検査物１１の表面で反射された正
常光１２ａ、異常光１２ｂを受け、これを屈折させる。

この第１列レンズ１８の背後には、やはり同一仕様の６
個のシリンドリカルレンズからなる第２列レンズ１９が
配列されている。これらの第２列レンズ１９は、第１列
レンズ１８を通ってきた正常光１２ａ、異常光１２ｂを
後述する導光棒１５に向けて屈折させる。

走査線１１ａと平行に配置された導光棒１５は例えばア
クリルロンド等の透明ロンドからなり、その前面側には
光吸収体を微小な円板状にした６個のダークフィールド
マスク１４が設けられている。これらのダークフィール
ドマスク１４は、第１列レンズ１８と第２列レンズ１９
を通ってきた正常光１２ａが集光される位置、すなわち
第１゜第２列レンズ１８．１９の合成焦点距離と、第１
列レンズ１８に対する正常光１２ａの入射角によって決
まる位置に配置されている。もちろん、これらのダーク
フィールドマスク１４を、導光棒１５の表面に取り付け
るようにしてもよい。

前記導光棒１５の両端には光電子増倍管１６が取り付け
られている。この光電子増倍管１６は、導光棒１５に入
射して内面反射によって伝播されてきた光を受光し、そ
の受光量に比例した電気信号を出力する。

第２列レンズ１９は、第１図から明らかなように、端部
側のものほど導光棒１５に近く、しかも端部側に寄せて
配置されている。すなわち、第１列レンズ１８．第２列
レンズ１９について、端部側から順に１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃとしたとき、第１列レ
ンズ１８ａと第２列レンズ１９ａとのレンズ中心間隔が
最も広く、第２列レンズ１９ａの光軸と第１列レンズ１
８ａのレンズ光軸とのずれ量が最も大きくなっている。

このような第２列レンズ１９ａ、１９ｂ。

１９ｃの位置は、予め設定されている正常光１２ａ（７
）光路及び第１列レンズ１８ａ、１３ｂ、１３Ｃの球面
収差を考慮して決められたものである。

これによって、第１列レンズ１８ａ、１３ｂ、１３ｃに
入射した正常光１２ａは、第２列レンズ１９ａ、１９ｂ
、１９ｃごとに対応して設けられたダークフィールドマ
スク１４に正しく集光されるようになる。

第２図に示したように、第２列レンズ１９の各々は、調
節機構３０を介してベース３１に取り付けられている。

調節機構３０は、第２列レンズ１９を個々に保持したレ
ンズホルダ３２と、このレンズホルダ３２をベース３１
に取り付けるための台座３３とからなる。レンズホルダ
３２には、第２列レンズ１９の光軸と平行な２対のスロ
ット３２ａが形成され、ビス３４がこれらのスロット３
２ａを通して台座３３に螺合される。したがってビス３
４を緩めた状態では、レンズホルダ３２ごと第２列レン
ズ１９を光軸方向に移動調節することができる。

一方、台座３３には第２列レンズ１９の光軸と直交する
方向に２対のスロット３５がが形成され、ビス３６がこ
れらのスロット３５を通してベース３１に螺合される。

したがってビス３５を緩めた状態では、レンズホルダ３
２ごと第２列レンズ１９を光軸と垂直な方向に移動調節
することができる。

以下、上記のような構成からなる本実施例の作用につい
て説明する。

スキャナ９から光ビーム１０が被検査物１１の表面に走
査され、被検査物１１が欠陥部のない良品であると、そ
の反射光は正常光１２ａのみからなる。正常光１２ａは
、光路平面Ａを上を所定の光路に沿って進行する。そし
て、これらの正常光１２ａは第１列レンズ１日によって
屈折された後、さらに第２列レンズ１９で屈折されてダ
ークフィールドマスク１４上に集光する。このため、正
常光１２ａは導光棒１５には入射されることがない。

ところで、端部側の第１列レンズ１８ａ、１３ｂに対し
ては、正常光１２ａは大きな角度をもって入射するため
、これらを近軸光線とは見做すことができない。したが
って、第１列レンズ１８だけではこれらの正常光１２ａ
を第１列レンズ１８から一定の位置に集光させることが
できなくなる。

しかし、上記のように第１列レンズ１８の後段に、光軸
方向及び光軸と垂直な方向で各々位置調節された第２列
レンズ１９を設けることによって、端部側の第１列レン
ズ１８ａ、１３ｂで屈折された正常光１２ａについても
、第２列レンズ１９から一定距離となる位置にダークフ
ィールドマスク１４を設けても、正常光１２ａの全てを
これらのダークフィールドマスク１４上に集光すること
が可能となる。

しかも、第１列レンズ１８だけで正常光１２ａを集光さ
せるときよりも、その集光スポットを小さくすることが
できるとともに、集光位置をレンズ側に寄せ、さらに端
部側の集光位置を走査中心１７側に寄せることができる
ため、ダークフィールドマスク１４を小さ（、さらに第
１列レンズ１８からダークフィールドマスク１４までの
距離及び導光棒１５の長さを短くすることができるよう
になる。

上述した正常光１２ａに対し、被検査物１１の表面に欠
陥部Ｓが存在すると、これにより散乱反射される異常光
１２ｂは不規則な角度で反射される。一般に異常光１２
ｂは正常光１２ａが掃引する光路平面Ａ内を進行せず、
第１列レンズ１９の中心線を離れた部位に入射する。し
たがって第１列レンズ１８及び第２列レンズ１９で屈折
されてもダークフィールドマスク１４上には集光せず、
導光棒１５へ入射する。そして、導光棒１５に入射した
後は、異常光１２ｂは導光棒１５内で全反射を繰り返し
、その両端に配設された光電子増倍管１６で受光され電
気信号に変換されて欠陥検出が行われる。

また、正常光１２ａがダークフィールドマスク１４上で
正しく集光されないような場合には、調節機構３０によ
って第２列レンズ１９の各々を位置調節すればよい。し
たがって、例えば第１．第２列レンズ１８．１９の個々
のレンズにバラツキがあったとしても、レンズホルダ３
２及び台座３３を移動調節して第１列レンズＩ９の位置
を最適位置に決めることによって、良好な表面検査を行
うことができるようになる。

なお、上記の実施例においては第１列レンズ１８と第２
列レンズ１９とを同一仕様シリントリカルレンズとした
が、これらを別仕様の凸レンズとしてもよい。また、被
検査物１１が透明体である場合には、その透過光を上記
第１列レンズ１８及び第２列レンズ１９を介して集光さ
ればよい。さらに、導光棒１５内に入射させるのは、散
乱反射光等の異常光に限らず、正反射光等の正常光のみ
を入射させ、その強度変化を検出するようにしてもよい
ことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では正常光または異常光のいずれ
か一方をフィルタ手段上に集光させるにあたり、この光
を第１レンズ群と、その背後に設けられた第２レンズ群
とで集光させるようにしている。したがって、フィルタ
手段上に集光させる光が近軸光線とは見做し得ない場合
でも、所定位置に配置したフィルタ手段上に正しく集光
することができるようになり、表面検査装置の検出精度
を上げることができる。また、第工、第２レンズ群によ
ってバックフォーカスを短く、しかも集光位置を中央側
に寄せることができるため、表面検査装置をコンパクト
化し、導光棒も短（することが可能となり、ローコスト
化に寄与するところも大きい。

さらに、第２レンズ群を構成する個々のレンズを移動調
節自在に構成することによって、レンズのバラツキや被
検査物の種類によって集光位置にズレが生じた場合には
、前記個々のレンズを各々位置調節して最適条件で表面
検査を行うことができるようになる。また、第１．第２
レンズ群を同一仕様のレンズにすれば、レンズ枚数が増
えてもコスト的な負担を伴うことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る表面検査装置の一実施例を示す平
面図である。 第２図は第１図の実施例の部分拡大平面図である。 第３図は従来の表面検査装置の一例を示す外観図である
。 第４図は第３図に示した従来の表面検査装置の平面図で
ある。 ９・・・スキャナ １０・・光ビーム １２ａ・正常光 １２ｂ・異常光 １４・・ダークフィールドマスク １８・・第１列レンズ １９・・第２列レンズ ３０・・調節機構。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査物表面に光ビームを走査しながら照射する
   スキャナと、被検査物表面から反射または透過した検査
   光を検出するために、光ビームの走査方向に沿って配列
   された複数のレンズからなる第１レンズ群と、前記複数
   のレンズに対応してこれらの背後に設けられた複数のレ
   ンズからなり、前記検査光のうち予め設定された光路に
   したがって進む正常光を、光ビームの走査位置に係わら
   ず一定位置に収斂させる第２レンズ群と、光ビームの走
   査方向に対して平行に設置され、前記第２レンズ群によ
   って収斂されてくる正常光を空間的に分離するフィルタ
   手段と、このフィルタ手段の背後に設置され、前記正常
   光もしくは正常光を除いた検査光のいずれかを受光して
   電気信号に変換する受光器とから構成されたことを特徴
   とする表面検査装置。
2. （２）前記第２レンズ群を構成する各々のレンズは、光
   軸方向及び光軸と直交する方向に移動調節自在であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面検査装
   置。
3. （３）前記第１及び第２レンズ群を構成している各レン
   ズは、焦点距離が等しい同一仕様のレンズであることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の表面検査装置。