JPH03276049A - 光学式表面検査機の光学ヘッド - 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、磁気ディスク等の検査対象物の表面状態の検
査を行なう光学式表面検査機の光学ヘッドに関するもの
である。

（従来の技術） 従来、この種の光学式表面検査機として第２図に示すも
のが知られている。

この表面検査機はレーザを光源としたシリコンウェハ用
のものであって、図中２１は半導体レーザ、２２はハー
フミラ−２３は受段光レンズ、２４は受光レンズ、２５
．２６は光電子倍増管、２７はシリコンウェハ、２８は
ＸＹテーブルを構成するＸ方向用移動台、２９はＹ方向
用移動台である。

上記表面検査機においてレーザ２１から出た光は、図中
実線矢印で示すようにハーフミラ−２２で反射された後
に受段光レンズ２３て集光され、移動台上のシリコンウ
ェハ２７の表面に照射される。この照射によってシリコ
ンウェハ２７の表面で反射した光は、受段光レンズ２３
とハーフミラ−２２を通過して一方の光電子倍増管２５
に導かれる。

また、シリコンウェハ２７の表面に塵埃や傷がある場合
には照射光がこれらによって散乱され、この散乱光が図
中破線矢印で示すように受光レンズ２４で集光され他方
の光電子倍増管２６に導かれる。

即ち、上記表面検査機では各移動台２８．２９を動かし
ながら各光電子倍増管２５．２６の出力を測定すること
により、シリコンウェハ２７の表面の反射率分布や、該
表面に存在する塵埃や傷等の検査を行なうことが可能で
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の光学式表面検査機ではその検出機
構部の光学系部品点数が多く、しかもその重量が嵩むこ
とから、該検出機構部を移動できるようにして検査時間
を短縮しようとしても、光学系に高速移動に追従できる
程の信頼性がなく、その調整が煩雑になると共に、その
重量に見合うような堅牢なアーム機構が必要になるとい
う欠点がある。

また、検査面に対する光照射角度が一定であるため、特
に塵埃や傷を検査する場合にその散乱光を適切に捕える
ことが難しく、これ等の存在を高感度に検出することが
できないという欠点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、高速検査に好適であり、しかも検査面に
存在する塵埃や傷等の凹凸を高感度に検出可能な光学式
表面検査機の光学ヘッドを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するため、発光素子と受光素子
とを並設し、各素子の前方に集光レンズを配設し、且つ
その中心線上に焦点を結ぶ反射型受発光素子と、発光素
子の照射光光路中心線と受光素子の受光光路中心線を含
む平面上で受発光素子をその焦点位置を中心として傾動
可能な角度調節手段と、受発光素子をその焦点を通り、
且つ検査面と直角な軸を中心として回転可能な回転手段
とから光学式表面検査機の光学ヘッドを構成している。

（作　用） 本発明では、レンズ付きの受発光素子を採用しているの
で、光学系を少ない部品点数にて軽量に構成てき、しか
も光学系に特段の調整を必要としない。

本発明に係る光学ヘッドを用いて検査面の反射率分布を
検査する場合には、検査面に対して受発光素子を垂直に
する。発光素子からの光は集光レンズで集光された後、
検査面に焦点を結ぶように照射され、該検査面で反射し
た光が受光レンズで集光された後、受光素子に導かれる
。

また、同光学ヘッドを用いて検査面に存在する塵埃や傷
等を検査する場合には、角度調節手段及び回転手段を用
い、検査面に対して受発光素子を傾斜させる。発光素子
からの光は集光レンズで集光された後、検査面に焦点を
結ぶように照射され、検査面の塵埃や傷等で散乱した光
が受光レンズで集光された後、受光素子に導かれる。

（実施例） 第１図は本発明を適用した磁気ディスク用の表面検査機
の構成図、第３図はその要部断面図であり、同図におい
て１は反射型の受発光素子、２は受発光素子用角度調節
手段、３は受発光素子用回転手段、４は受発光素子用移
動手段、５は磁気ディスク用回転駆動手段、６は磁気デ
ィスクである。

前記受発光素子１は、後述するスライド部２ｂの下面に
固定された筒形のケース１ａと、ケース１ａ内の上部に
下向きで並設された発光素子１ｂ及び受光素子１ｃと、
ケース１ａ内の発光素子１ｂ及び受光素子１ｃの夫々の
下方に並設された投光レンズ１ｄ及び受光レンズ１ｅと
、発光素子１ｂ及び受光素子１ｃ夫々の上端に設けられ
た電極１ｆとから構成されている。また、この受発光素
子１はその中心線上に、詳しくはその中心線が磁気ディ
スク６の表面と交差する位置（図中Ｆ位置）に焦点を結
ぶようになっている。

前記角度調節手段２は、後述する回転部３ｂの下面に固
定されたガイド部２ａと、該ガイド部２ａの下部に一曲
率軌道で移動自在に取（＝ｉけられたスライド部２ｂと
から構成されており、スライド部２ｂは、受発光素子１
の発光素子１ｂの照射光光路中心線と受光素子１ｃの受
光光路中心線を含む平面上で、しかもその焦点位置Ｆを
中心にして±６°以上傾動できるようになっている。

この角度調節手段の調節機構としてはスライド部２ｂを
容易に傾動でき、且つ傾動位置で制動できるものが望ま
しく、例えばスライド部２ｂの円弧上面にラックを、ガ
イド部２ａに調節ネジ付きのピニオンを夫々設けた機構
等が採用される。また、ガイド部２ａ或いはスライド部
２ｂに傾斜角度を表示する目盛を設け、角度調節操作の
指針になるようにしてもよい。

前記回転手段３は、受発光素子１の焦点を含む線上にお
いて後述する移動部４ａの端部に垂設された回転軸３ａ
と、該回転軸３ａに回転自在に軸支された回転部３ｂと
から構成されている。つまり、前記受発光素子１はこの
回転手段３によって、その焦点位置を通る中心線を軸と
して３６０°回転できるようにもなっている。

この回転手段の回転機構としては回転部３ｂを容易に回
転でき、且つ回転位置で制動できるものが望ましく、例
えば回転部３ｂをバネ付勢によって移動部４ａに圧接さ
せ、両者の対向面夫々に放射状の南合溝を形成したり、
または両者間に摩擦抵抗部材を介装した機構等が採用さ
れる。また、回転部３ｂ或いは移動部４ａに回転角度を
表示する目盛を設け、回転操作の指針になるようにして
もよい。

前記移動手段４は、磁気ディスク６の半径方向に往復移
動可能な移動部４ａと、該移動部４ａを駆動する駆動部
４ｂとから構成されている。つまり、前記受発光素子１
はこの回転手段３によって、磁気ディスク６の半径方向
に移動できるようにもなっている。

この移動手段４の移動機構としては移動部４ａを高精度
で、且つ高速で移動できるものか望ましく、例えばモー
タ駆動されるボールネジのナツトに移動部４ａを固定し
た機構等が採用される。

前記回転駆動手段５は、モータ等の回転駆動源５ａと、
該回転駆動源５ａの回転軸に固定された磁気ディスク支
持台５ｂとから構成されている。

次に、前述の表面検査機における検査方法について説明
する。

第３図に示すように、受発光素子１の中心線が磁気ディ
スク６の表面と乗直な状態では、図中実線矢印で示すよ
うに発光素子１ａからの光は投光レンズ１ｄで集光され
た後、磁気ディスク６の表面に焦点（図中Ｆ位置）を結
ぶように照射される。

この照射によって磁気ディスク６の表面で反射した光は
受光レンズ１ｅで集光された後、受光素子ＩＣに導かれ
ることになる。

−に述の垂直ＭＩＪ定では、受光素子１ｃの出力強度を
測定することによって磁気ディスク６の表面の反射率分
布は勿論のこと、該表面の色調変化や、該表面に設けら
れた炭素系保護膜等の不透明膜の膜厚変化を高感度に検
出できる。

また、第４図に示すように、受発光素子１の中心線を磁
気ディスク６の表面に対して傾斜させた状態では、図中
実線矢印で示すように発光素子１ａからの光は投光レン
ズ１ｄで集光された後、前記同様磁気ディスク６の表面
に焦点（図中Ｆ位置）を結ぶように照射されるが、該表
面で反射した光は直接受光レンズ１ｅに入ることはない
。しかし、磁気ディスク６の表面に塵埃や傷等がある場
合には照射光がこれらによって散乱され、この散乱光か
図中破線矢印で示すように受光レンズ１ｅで集光された
後、受光素子］Ｃに導かれることになる。

上述の傾斜測定では、受光素子１ｃの出力強度を測定す
ることによって磁気ディスク６の表面に存在する塵埃や
傷等を高感度に検出できる。また、上述の傾斜測定では
、磁気ディスク６の表面に形成された多数のスクラッチ
の加工均一性を検査する場合にも最適である。

即ち、磁気ディスク６の表面の周方向に多数のスクラッ
チが形成されている場合には、角度調節手段２を用いて
受発光素子１の中心線かスクラッチ方位に直交するよう
に傾ける。また、磁気ディスク６の表面の半径方向にス
クラッチが形成されている場合には、回転手段３を用い
て受発光素子１−を９０°回転させ、且つ角度調節手段
２を用いて受発光素子１の中心線がスクラッチ方位に直
交するように傾ければよい。何れの場合も発光素子１ｂ
からの光をスクラッチに照射することで、スクラッチの
存在を高感度に検出することができる。

以下に、前述の傾斜測定の検証例を第５図及び第６図を
参照して説明する。

第５図はその概要を示すもので、１は反射型の受発光素
子、２は角度調整手段、３は回転手段、４は移動手段、
５は磁気ディスク用回転駆動手段、１６は磁気ディスク
、１６ａは磁気ディスク１６の表面の周方向に形成され
たスクラッチ、１７は磁気ディスク１６から切り出した
小形磁気ディスクである。本検証で使用した受発光素子
１の発光素子の照射スポット径は０．１８ｍｍ以下で作
動距離は４．５ｍｍである。

検証方法としては、小形磁気ディスク１７に対する受発
光素子１の傾斜角度θを種々変化させた状態で、小形磁
気ディスク１７を回転させて受光素子の出力を測定した
。また、図に示すように受発光素子１の発光素子からの
照射光は小形磁気ディスク１７のスクラッチ１６ａの１
つにＡ位置とＢ位置で夫々直交するようにした。

受発光素子１の傾斜角度θをパラメータとし、θ＝０°
　、　２°　、４°　、６°　、８°　　１０°　。

１２°、１５°の夫々で測定を行なった結果を第６図に
示しである。尚、各グラフのＸ軸は回転角度を、またＹ
軸は受光素子の出力強度を夫々示しである。

傾斜角度θ＝００では垂直測定（反射光測定）のため、
小形磁気ディスク１７の１周における反射率分布や色調
変化が観測される。この場合は１周当り１か所に反射率
の低い領域（第５図のほぼＢ位置）が存在することが分
る。

傾斜角度θを大きくするに従い、傾斜角度θ＝６°以上
で１周当り２か所にピークが現れるようになる。このピ
ーク位置は、受発光素子１とスクラッチ１６ａが直交す
る第５図のＡ位置とＢ位置に該当する。また、照射光と
スクラッチ１６ａとが平行になる中間位置では散乱光が
小さくなっている。以上から、受発光素子１を６°以上
傾けた傾斜測定によって直交するスクラッチ１６ａが充
分に検出可能であることが分かる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、レンズ付きの受
発光素子の採用によって光学系を少ない部品点数にて軽
量に構成できるので、光学系に特段の調整を必要とせず
、しかも簡易なアーム機構の使用が可能で、高速検査に
極めて好適な光学式表面検査機の光学ヘッドを提供でき
る。

また、検査面に対する受発光素子の傾きを角度調節手段
及び回転手段を用いて任意に変更することで、検査面に
存在する塵埃や傷等の凹凸による散乱光を適切に捕えて
これらを高感度に検出できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した磁気ディスク用の表面検査機
の構成図、第２図は従来の表面検査機の構成図、第３図
は第１図の要部断面図、第４図は受発光素子の傾斜状態
を示す要部断面図、第５図は検証方法を示す概要図、第
６図は第５図の検証結果を示すグラフである。 図中、１・・・反射型受発光素子、１ｂ・・・発光素子
、ＩＣ・・・受光素子、１ｄ・・・投光レンズ、１ｅ・
・・受光レンズ、２・・・角度調節手段、３・・・回転
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光素子と受光素子とを並設し、各素子の前方に集光レ
   ンズを配設し、且つその中心線上に焦点を結ぶ反射型受
   発光素子と、 発光素子の照射光光路中心線と受光素子の受光光路中心
   線を含む平面上で受発光素子をその焦点位置を中心とし
   て傾動可能な角度調節手段と、受発光素子をその焦点を
   通り、且つ検査面と直角な軸を中心として回転可能な回
   転手段とを具備した、 ことを特徴とする光学式表面検査機の光学ヘッド。