JPH07110303A - 表面検査方法および表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 被検査物の検査対象表面へ、斜めに光を照射
し、該光の反射光の強度を計測する表面検査方法におい
て、上記反射光の強度を計測する受光部の見込む視野を
制限する。これにより、内部反射光を遮断する。なお、
さらに、上記視野の中心部に遮断部材を置くことが望ま
しい。これにより、直接反射光を遮断し、検査精度を向
上させることができる。 【効果】 被検査物の表面が透視可能であっても、その
表面の検査を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面の異物の有無の検
査、表面状況の違いによる選別などに用いることのでき
る、物体の表面検査方法、および、表面検査装置に係
り、特に、磁気ヘッド、半導体など、表面が透視可能な
物質に覆われている物体の、透視可能な表面の検査に好
適な表面検査方法、および表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の検査方法としては、物体表面
に斜方より光を当て、反射光をとらえて表面の異物や傷
などを検出する方法などの表面検査方法が、従来より知
られている。しかし、この方法では、被検査物の表面が
透明な場合、被検査物内部に存在する界面からの反射光
と、被検査物の表面の異物等からの反射光とを区別する
ことができず、十分な信頼性のある検査結果が得られな
かった。

【０００３】また、透視可能な表面を有する物体の表面
に垂直に光を当てその反射光を落射式光学系（顕微鏡
等）により捕らえて、表面および内部の異物や傷などを
検出する方法が知られている。しかし、この方法でも、
表面の異物と内部の異物とを区別することはできない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、透視可
能な表面を有する物体の、表面のみの検査に用いること
のできる検査方法は、知られていなかった。これは、物
体の透視可能な表面を検査しようとしても、表面からの
反射光の検出信号に、透視物内部の不透視物等による反
射光の信号が重畳してしまい、表面と内部の信号の切り
分けが困難であったためである。ゆえに、従来の方法を
用いて、表面の定量検査を行うことは困難であった。

【０００５】そこで本発明は、被検査物が透視可能な表
面を有していても、該表面の検査に用いることのでき
る、表面検査方法および表面検査装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、被検査物の検査対象表面へ、斜めに光
を照射し、該光の反射光の強度を計測する表面検査方法
において、上記反射光の強度を計測する受光部の見込む
視野を制限する。

【０００７】なお、さらに、上記視野の中心部に遮断部
材を置くことが望ましい。これは、直接反射光を遮断し
て、表面の異物等に起因する散乱光のみを測定すること
により、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるためであ
る。

【０００８】また、本発明では、被検査物の表面に斜め
の入射光を照射する斜方照明系と、上記入射光の反射光
の強度を信号化する受光光学系と、該入射光の照射位置
を変化させるための搬送系と、該受光系より出力された
信号を処理する検出信号処理系と、斜方照明系、搬送
系、および検出信号処理系の動作を制御する制御装置と
を備える表面検査装置が提供される。ここで、上記受光
光学系は、受けた光の強度に応じて電気信号を出力する
光電気変換器を有し、さらに、上記入射光の照射位置か
ら上記光電気変換器までの反射光の光路内に、拡散する
上記反射光を集光するための対物レンズと、検査対象表
面以外の界面からの反射光を遮断する光分離用遮断部材
とを有する。

【０００９】なお、上記受光光学系の、上記入射光の照
射位置から上記光電気変換器までの反射光の光路内に、
検査対象表面からの直接反射光を遮断する直接光遮断部
材を設けることが望ましい。これは、計測対象の反射光
から、直接反射光を除き、表面の異物等により散乱光の
みを計測することにより、検査のＳ／Ｎ比を向上させる
ことができるためである。

【００１０】

【作用】図４に示すように、被検査物２が内部に不透視
物３を含有する透視物である場合、被検査物２の表面１
に垂直に落射照明光４を照射すると、被検査物２の表面
反射光５と、透視物２の内部にある不透視物３の反射光
（内部反射光）６とが同一経路となるため、透視物表面
１の反射光（表面反射光）５のみを内部反射光６から分
離して測定することは困難である。

【００１１】このため、本発明では、図２（ａ）に示す
ように、斜方より光７を照射することで、光７の反射光
を、被検査物２の表面で反射した表面反射光９、１０
と、被検査物２の内部で反射した内部反射光１２とに分
離する。図２（ａ）は、本発明における光の経路を模式
的に表した説明図である。

【００１２】入射光７は、被検査物２の表面１で、一部
が表面反射光９、１０として反射し、残りが、被検査物
２の外界とは屈折率の異なる物質よりなる透視物２内部
に入り、屈折光１１として示した光路を進む。なお、表
面反射光は、検査対象表面１に反射した直接反射光９
と、表面の汚れ（しみ、ゴミ、傷等）により入射光７が
散乱した散乱光１０とよりなる。屈折光１１は、内部の
異物３等、屈折率の異なる物質との界面で反射し、内部
反射光１２となる。このとき、入射光７が斜めに入射す
ることにより、内部反射光１２が表面１から出る位置
は、照射位置３５から離れた場所になる。本発明は、こ
れを利用して、内部反射光１２と表面反射光９、１０と
を分離している。

【００１３】なお、被検査物２として内部に磁気ヘッド
素子を有するアルミナ基板（アルミナは、磁気ヘッド用
アルミナとして一般に知られている組成のアルミナであ
る）を用いる場合、検査対象の表面から内部の磁気ヘッ
ド素子までの深さが２０μｍ以上である場合、入射光７
の入射角（検査対象表面の法線と入射光７とのなす角）
は、６０〜７５°の間にあることが、最適な光分離性能
を得る上で好ましい。なお、ここでアルミナ基板とは、
セラミック板上に、アルミナ膜と磁気ヘッド素子とを順
次焼き付け、アルミナ膜で覆ったものである。ここで
は、アルミナ基板のアルミナ層（内部に磁気ヘッド素子
が存在している）を検査対象として想定した。

【００１４】検査対象表面１に対して斜めに入射光７を
照射することにより、表面反射光９、１０の径路と、内
部反射光１２の経路とを異ならせることができるため、
内部反射光１２の光路に、内部反射光１２を遮断する光
分離用遮断部材１５を設ける事で、受光部（光電気変換
器）の見込む視野を制限し、表面反射光９、１０のみを
光電気変換器１７に受けることができる。

【００１５】なお、上記磁気ヘッド素子を有するアルミ
ナ基板の場合、光電気変換器１７の約２ｍｍ前に、表面
反射光９、１０を通すための１００〜２００μｍ幅のス
リットを有する光分離用遮断部材１５を設けることで、
内部反射光１２を遮断することができる。また、本発明
においては、反射光９、１０、１２の光路に、反射光を
集光するための対物レンズ１３を配置し、反射光強度を
効率よく測定できる。

【００１６】なお、入射光７の照射位置３５から光電気
変換器１７までの反射光の光路内の、光電気変換器の見
込む視野の中心部に、検査対象表面１からの直接反射光
９を遮断する直接光遮断部材１４を設けると、検出精度
を向上させることができる。

【００１７】検査対象表面１が清浄で平らな場合、入射
光７の表面反射光は、すべて直接反射光９として反射さ
れるが、検査対象表面１に汚れ（異物、しみ、傷など）
８があると、入射光７の一部は、汚れ８により乱反射し
て散乱光１０となる。すなわち、表面に汚れ８が存在す
ると、表面反射光は、性質の異なる２種類の光として反
射される。これらの光を対物レンズ１３で集光し、受け
た光の強度に応じて電気信号を出力する光電気変換器１
７に照射すると、光電気変換器１７の出力する信号の電
圧は、図２（ｂ）に示すようになる。汚れ８の存在する
表面の反射光による信号電圧１９は、清浄表面の直接反
射光９による信号電圧１８より低くなる。これは、汚れ
８による散乱光１０の強度が、散乱のため直接反射光９
の強度より低くなることに起因する。

【００１８】そこで、直接反射光９を遮断し、散乱光１
０のみを通過させる直接光遮断部材１４を反射光の光路
内に設けることで、清浄表面に光を照射したときに得ら
れる信号電圧と、汚れの付着した表面に光を照射したと
きに得られる信号電圧との差を大きくすることが好まし
い。直接光遮断部材１４を設けた場合の、光電気変換器
１７の出力信号の電圧を図２（ｃ）に示す。このように
すれば、清浄表面に光７を照射しても、直接反射光が遮
断されるため、光電気変換器１７に入射する光が僅かに
なり、その光による信号の電圧２１も微小なものにな
る。一方、汚れ８の存在する表面に光７を照射した場
合、汚れ８による散乱光１０は、ほとんど遮断されるこ
となく光電気変換器１７に到達するため、このとき出力
される信号の電圧２２も、清浄表面の信号の電圧２１に
比べてはるかに大きいものになる。ゆえに、信号電圧２
２と、信号電圧２１との比は、直接光遮断部材１４が無
い場合の信号電圧１９と信号電圧１８との比より大きく
なり、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００１９】なお、上記磁気ヘッド用のアルミナ基板の
場合、２〜３ｍｍ幅の帯状の直接光遮断部材を用いれ
ば、直接反射光９を遮断できる。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００２１】（実施例１）本発明の一実施例である表面
検査装置の構成を図５に示す。本実施例の表面検査装置
は、被検査物２の表面１に斜めの入射光７を照射するた
めの斜方照明系と、該入射光７の被検査物２からの反射
光から、内部の非透過物等３による反射光１２を除き、
表面１の直接反射光９と、汚れ（ゴミ、傷、しみなどの
表面の異常）８の凹凸による散乱光１０のみを信号化す
る受光光学系と、被検査物２の表面１の検査箇所を変化
させるための搬送系と、上記受光系より出力された信号
を処理する検出信号処理系と、上記斜方照明系、上記搬
送系、および上記検出信号処理系の動作を制御する制御
装置とを備える。

【００２２】上記斜方照明系は、レ−ザ電源２８と、半
導体レーザ光源２４と、集光レンズ２６とを有し、７５
°の入射角（被検査物２の表面１の法線と入射光７との
なす角）で被検査物表面１の検査箇所３５にレーザー光
７を照射する機能を有する。

【００２３】上記受光光学系は、拡散する反射光を集光
するための対物レンズ１３と、被検査物表面１以外の界
面（被検査物２の検査対象表面１以外の表面や、被検査
物２の内部に存在する異物等との界面）からの反射光
（内部反射光）１２を除くための光分離用遮断部材１５
と、受けた光の強度に応じて電気信号を出力する光電気
変換器であるイメージセンサ１７とを有する。

【００２４】上記搬送系は、被検査物２を定められた方
向に定められた速度で搬送する搬送機構２９と、該搬送
機構２９の搬送速度等に関する制御のための情報の入力
を受け付ける制御盤とを有する。本実施例では、搬送機
構２９は被検査物２を搬送するが、斜方照明系および受
光系を搬送するものであってもよい。

【００２５】上記検出信号処理系は、画像処理装置３１
を有し、上記受光系のイメージセンサ１７より出力され
た信号を受け、該信号を処理して検査結果を得、該検査
結果を出力する機能を有する。

【００２６】上記制御装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）
３２と、入出力装置３３とを有し、上記検出信号処理系
より出力された検査結果、および、入出力装置３３を介
して入力を受け付けた動作指示に応じて、上記斜方照明
系、上記搬送系、および上記検出信号処理系の動作を制
御する。

【００２７】斜方照明としての光源である半導体レ−ザ
２４より照射される半導体レ−ザ光２５は、集光レンズ
２６で集光強化された半導体レ−ザ光７となり、被検査
物２の表面１に、斜めに入射される。本実施例の入射角
は、上述のように約７５°である。

【００２８】本実施例の被検査物２は、滑らかで平らな
表面１を有し、内部を透視可能な物質であるアルミナに
より形成された透明な板（幅１ｍｍ、長さ２ｍｍ）であ
り、内部に不透明な薄膜ヘッド素子である不透視物３を
有している。なお、上記薄膜ヘッド素子は、表面から３
０μｍの深さの位置に設けられている。被検査物２が透
明であるため、入射光７は被検査物２の表面１で、２系
統の光に分離される。すなわち、一部は表面１で反射し
て表面反射光となり、残りは被検査物２の内部に侵入し
て屈折光１１になる。屈折光１１は、被検査物２の内部
の不透視物３や、被検査物２の入射した表面１以外の表
面で反射され、内部反射光１２となる。

【００２９】被検査物２の表面１に、異物（しみ、傷、
汚れなど）８がなければ、表面反射光はほぼすべて直接
反射光９となるが、異物８があると、入射光７の表面反
射光は、一部が直接反射光９となり、残りの一部は表面
１の異物により乱反射し、散乱光１０となる。

【００３０】対物レンズ１３は、表面反射光（９および
１０）および内部反射光１２を入射させることのできる
位置に設置されており、これらの光は、レンズ１３によ
って集光される。この対物レンズ１３への入射光のう
ち、内部反射光１２を除去するため、本実施例では、対
物レンズ１３とイメージセンサ１７との間に、光分離用
遮断部材１５を設け、選別された光（表面反射光）のみ
がイメ−ジセンサ１７に到達するようにしている。

【００３１】上記光分離用遮断部材１５として、本実施
例では、１次元の信号取り込みのため中央に幅１００μ
m、長さ３０ｍｍのスリットを有する板材（厚さ５０μ
ｍ、縦２ｍｍ、横１２．８ｍｍ）を使用した。なお、本
実施例では、該板材として、黒色アルマイト処理を施し
たアルミニウム板を用いたが、表面が黒色で、無反射の
部材であり、所定の形状を維持できるものであれば、ど
のような素材を用いてもよい。また、上記光分離用遮断
部材１５の形状は、信号取り込み形態に合わせ、上記機
能を満たすものであれば、スリット構造ではなくてもよ
い。

【００３２】イメ−ジセンサ１７に到達した光は、電気
信号に変換される。本実施例では、イメージセンサ１７
として、ラインセンサ（縦０．５ｍｍ、横１２．８ｍ
ｍ）を使用している為、信号は１次元の採り込みとな
る。被検査物２表面の全域に亘り信号を採り込むため、
本実施例では搬送機構２９により被検査物２を、あらか
じめ定められた一定速度（本実施例では６０ｍｍ／秒）
で搬送する。搬送機構２９により、被検査物２が一定の
速度で移動するため、検査箇所（入射光７の照射箇所）
３５が一定速度で移動する。これにより、画像処理装置
３１には、一定時間ごとに測定された反射光の強度が順
次蓄積されることになる。この被測定物全域の情報につ
いて、画像処理装置３１は、例えば２値化処理（あるレ
ベルより大きいものを１とし、小さいものを０とする２
種類の信号に分ける処理）し、異物の部分の信号のみの
取り出しを行なう。この信号数をカウントすることで、
ＣＰＵ３２は汚れレベルを判定し、入出力装置３３に出
力する。

【００３３】本実施例では、表面１上の上記異物８とし
て、加工残渣、加工液、ワックス等が付着している被検
査物２を用い、表面反射光の強度を測定することにより
Ｓ／Ｎ比を測定したところ、その値は約１であった。

【００３４】斜方から照明し、反射光を斜方で検出する
ことで、被検査物表面１での反射光と被検査物内部から
の反射光との光路が分離される。さらに、光分離用遮断
部材１５を反射光の光路内に配置することで、被検査物
２内部からの反射光を除き、表面反射光のみを抽出する
ことができる。これにより、たとえ被検査物２が透明な
ものであっても、被検査物２内部の影響を受けずに、被
検査物２の表面１のみを検査できる。

【００３５】（実施例２）本実施例では、Ｓ／Ｎ比を向
上させるため、表面反射光（９および１０）のうち、直
接反射光９を除き、散乱光１２のみがイメージセンサ１
７に到達するようにした。本実施例の構成を図３に示
す。直接反射光９を除くため、本実施例では、レンズ１
３とイメージセンサ１７との間に、直接光遮断部材１４
を設けた。他の構成は実施例１と同様である。本実施例
における受光光学系の各部材の配置を図１に示す。図１
（ａ）は、各部材の配置関係を示す模式的外観斜視図で
あり、図１（ｂ）は、各部材間の距離を示す説明図であ
る。図１（ａ）に示すように、本実施例の受光光学系に
は、反射光（表面反射光および内部反射光）の光路に、
レンズ１３、直接光遮断部材１４、光分離用遮断部材１
５、イメージセンサ１７が、この順で設けられている。
また、各部材間の距離は、図１（ｂ）に示すように、本
実施例では、入射光７の照射箇所３５からレンズ１３ま
での距離は３３ｍｍであり、レンズ１３から直接光遮断
部材１４までの距離は１８ｍｍであり、直接光遮断部材
１４から光分離用遮断部材１５までの距離は１９２ｍｍ
であり、光分離用遮断部材１５からイメージセンサ１７
までの距離は２ｍｍである。なお、図１では、図を見や
すくするために内部反射光１２の図示は省略した。

【００３６】上記直接光遮断部材１４として、本実施例
では、帯状の部材（厚さ５０μｍ、幅２ｍｍ、長さ８．
５ｍｍ）を使用した。なお、本実施例では、該帯状部材
として、黒色アルマイト処理を施したアルミニウム板を
用いたが、表面が黒色で、無反射の部材であり、所定の
形状を維持できるものであれば、どのような素材を用い
てもよい。また、上記直接光遮断部材１４の形状は、信
号取り込み形態に合わせ、上記機能を満たすものであれ
ば、いかなる形状でもよく、帯状部材ではなくてもよ
い。

【００３７】対物レンズ１３に入射した光のうち、直接
光遮断部材１４および光分離用遮断部材１５とを通過す
るのは、散乱光１０の一部のみである。この、遮断部材
１４、１５を通過した反射光１６のみを測定すること
で、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。本実施例にお
けるＳ／Ｎ比は、約１５であった。また、信号強度は、
５〜７μｍ程度の凹凸を有する異物８の検査において、
０．３Ｖであった。

【００３８】本実施例２のように、直接光遮断部材１４
を反射光の光路内に設けることで、直接反射光９の遮断
が可能となるため、散乱光１０のみの信号を測定するこ
とができＳ／Ｎ比を向上させることができる。

【００３９】（実施例３）実施例２と同様の表面検査装
置を用いて、不透視物の表面の検査を行なったところ、
同様の結果が得られた。これは、被検査物内部からの反
射光１２が存在する表面が透明な物体の場合も、内部反
射光１２が光分離用遮断部材１５により除かれるため、
内部反射光１２が存在しない不透視物と同様に異物によ
る散乱光１０を測定できるからであると考えられる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、被検査物の表面が透視
可能であっても、その表面の検査を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】受光光学系の各部材の配置を示す説明図であ
る。

【図２】斜方照明と光分離用遮断部材および直接光遮断
部材とによる散乱光の抽出の説明図である。

【図３】光分離用遮断部材および直接光遮断部材を有す
る表面検査装置の構成図である。

【図４】従来方法（透視物落射照明方法）を示す説明図
である。

【図５】光分離用遮断部材を有する表面検査装置の構成
図である。

【符号の説明】

１…被検査物表面、 ２…被検査物、 ３…被検査物内
部の不透視物、 ４…落射照明光、 ５…被検査物表面
の反射光、 ６…不透視物反射光、 ７…斜方照明光、
８…異物、 ９…直接反射光、 １０…異物による散
乱光、 １１…被検査物表面での屈折光、 １２…被検
査物内部の不透視物による反射光、 １３…対物レン
ズ、 １４…直接光遮断部材、 １５…光分離用遮断部
材、 １６…遮断部材を通過した反射光、 １７…イメ
−ジセンサ、 １８…清浄表面の直接反射光による信号
電圧（直接光遮断部材無し）、 １９…異物部の信号電
圧（直接光遮断部材無し）、 ２１…清浄表面の直接反
射光による信号電圧（直接光遮断部材有り）、 ２２…
異物部の信号電圧（直接光遮断部材有り）、 ２４…半
導体レ−ザ、 ２５…半導体レ−ザ光、 ２６…集光レ
ンズ、 ２８…半導体レ−ザ電源、 ２９…搬送機構、
３０…制御盤、 ３１…画像処理装置、 ３２…ＣＰ
Ｕ、 ３３…入出力装置、 ３５…検査箇所。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 光義 東京都千代田区大手町２丁目６番２号 日 立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 愛甲 健二 東京都千代田区大手町２丁目６番２号 日 立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鈴木 信男 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査物の検査対象表面へ、斜めに光を照
   射し、該光の反射光の強度を計測する表面検査方法にお
   いて、 上記反射光の強度を計測する受光部の見込む視野を制限
   することを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記視野の中心部に遮断部材を置くことを特徴とする表
   面検査方法。
3. 【請求項３】被検査物の表面に斜めの入射光を照射する
   斜方照明系と、 上記入射光の反射光の強度を信号化する受光光学系と、 上記入射光の照射位置を変化させるための搬送系と、 上記受光系より出力された信号を処理する検出信号処理
   系と、 上記斜方照明系、上記搬送系、および上記検出信号処理
   系の動作を制御する制御装置とを備え、 上記受光光学系は、 受けた光の強度に応じて電気信号を出力する光電気変換
   器を有し、 さらに、上記入射光の照射位置から上記光電気変換器ま
   での反射光の光路内に、 拡散する上記反射光を集光するための対物レンズと、 検査対象表面以外の界面からの反射光を遮断する光分離
   用遮断部材とを有することを特徴とする表面検査装置。