JPH0786473B2

JPH0786473B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH0786473B2
Application number: JP2695488A
Authority: JP
Inventors: 一平高橋; 教尋中井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH01202645A

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12b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15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、適正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
り付け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，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12
b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
ルロッド等の透明ロッドからなり、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1
9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18a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の光路及び第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
応した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32aを通して台座33に螺合され
る。したがってビス34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32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18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18
a,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を小さく、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12b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、棒光棒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32及び台座33を
移動調節して第２列レンズ19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ド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1,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、導光棒も短く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

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。