JPH11108636A

JPH11108636A - 光学式表面検査装置

Info

Publication number: JPH11108636A
Application number: JP26855897A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Hara; 徳隆原; Shoichi Inoue; 昌一井上; Toshiji Takei; 利治武居
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】散乱光測定型であっても測定装置と被検査
物との間のワーキングディスタンスを十分に採れ、搬送
装置の組込みを容易にしてインライン検査可能にすると
ともに、同じ光学装置を表面粗さ測定と表面傷検査とに
兼用可能にできるようにした光学式表面検査装置を提供
することを課題とする。【解決手段】コヒーレント光を出射するレーザ光源
と、出射されたコヒーレント光を被検査物表面に照射す
るレンズと、前記被検査物表面に照射されたコヒーレン
ト光の入射角と同一角度で反射する正反射光を受光しな
い位置に配置した散乱光を受光する受光素子と、を有す
る光学式表面検査装置において、前記受光素子の前に配
置して前記レーザ光源から出射されたコヒーレント光の
みを透過する光フィルタを備え、前記レンズを前記レー
ザ光源の出射側直近に配置して光軸方向に移動可能に設
けるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被検査物表面の粗さ
や傷の有無等を光学的に検査する光学式表面検査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハードディスク、シリコンウエ
ハ、液晶表示画面等の平板状被測定物の表面の粗さや傷
の有無等を検査する装置としては、接触型と非接触型の
検査装置がある。このうち、接触型の検査装置は、細い
針により表面をなぞり、表面の凹凸の程度を計測するも
のであり、その代表としてタリステップがある。この接
触型の検査装置では、検査の計測時間がかかり、被測定
物が柔らかな場合には傷を付けてしまい、また、表面の
粗さが細かいと測定精度が針先の形状に影響されること
になり、さらには、移動装置と組み合わせた場合には移
動装置の振動に影響されて測定が困難になる。

【０００３】このような短所を補う装置が非接触型の検
査装置である。非接触型の装置では、その１つに、参照
面と被測定物との干渉縞のコントラストと位相情報より
被測定物の表面状態を計測する干渉型の検査装置があ
り、他の１つに、被測定物の表面で反射した散乱光を測
定して表面状態を計測する散乱光測定型の検査装置があ
る。

【０００４】〔問題点〕しかし、これらの非接触型の検
査装置にもそれぞれに短所がある。すなわち、干渉型の
装置では、干渉計が振動の影響を受け易く、また、計測
結果が参照面の状態に依存することになり、そして、散
乱光測定型の装置では、全散乱光および正反射光を測定
する必要があり、受光素子自体を走査する機構の付与や
光学系が複雑になるため、信頼性に問題があった。

【０００５】このため、これらの検査装置では、加工工
程中で被測定物の表面状態を検査するインライン検査に
適用することが困難であった。特に、散乱光測定型の装
置では、測定装置と被検査物との間のワーキングディス
タンスを十分に採ることができないため、支持部材を組
み込んで搬送する装置側からの測定が難しく、両面検査
できるように構成することができなかった。

【０００６】そして、このような散乱光測定型の装置で
は、表面粗さ測定と表面傷検査ではそれぞれに適合する
光束が異なるため、同一光学装置を使用することができ
ず、インライン検査として被検査物の表面粗さと表面傷
とを同一光学装置で実施することができなかった。この
ように非接触型、特に散乱光測定型の装置では種々の問
題点があり、散乱光測定型の検査装置によりインライン
検査を実行することはできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における問題点に鑑みて成されたものであり、この問題
点を解消するために具体的に設定された課題は、散乱光
測定型であっても測定装置と被検査物との間のワーキン
グディスタンスを十分に採れるようにし、搬送装置の組
み込みを容易にしてインライン検査可能にするととも
に、同じ光学装置を表面粗さ測定と表面傷検査とに兼用
可能にすることができる信頼性の高い光学式表面検査装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
に係る光学式表面検査装置は、コヒーレント光を出射す
るレーザ光源と、出射されたコヒーレント光を被検査物
表面に照射するレンズと、前記被検査物表面に照射され
たコヒーレント光の入射角と同一角度で反射する正反射
光を受光しない位置に配置した散乱光を受光する受光素
子と、を有する光学式表面検査装置において、前記受光
素子の前に配置して前記レーザ光源から出射されたコヒ
ーレント光のみを透過する光フィルタを備え、前記レン
ズを前記レーザ光源の出射側直近に配置して光軸方向に
移動可能に設けたことを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２に係る光学式表面検査装置
は、前記受光素子が正反射光に対して垂直な面内の正反
射光と交叉する線上で放射方向へ１列状に２個以上並べ
られていることを特徴とする。

【００１０】また、請求項３に係る光学式表面検査装置
は、前記レンズを光軸方向へ自動調節可能かつ位置固定
可能なレンズ位置調節器に連結したレンズホルダに取り
付け、前記コヒーレント光の被検査物表面におけるビー
ム径を変えるため、前記レンズ位置調節器により前記レ
ンズの光軸方向の位置を自動的に調節することを特徴と
する。

【００１１】また、請求項４に係る光学式表面検査装置
は、前記レンズを光軸方向への移動可能かつ位置固定可
能に形成したレンズホルダに取り付け、前記コヒーレン
ト光の被検査物表面におけるビーム径を変えるため、前
記レンズの光軸方向の位置を手動調節することを特徴と
する。

【００１２】また、請求項５に係る光学式表面検査装置
は、前記レンズの光軸方向の位置を変更することによっ
て、前記レーザ光源から出射されたコヒーレント光の前
記被検査物表面におけるビーム径を、表面粗さ測定時に
は直径１ｍｍ以上、表面傷検査時には直径１ｍｍ未満に
設定させることを特徴とする。

【００１３】また、請求項６に係る光学式表面検査装置
は、前記被検査物を支持し移動させる移動装置を備え、
前記レーザ光源および前記受光素子を移動させることな
く、前記被検査物の移動によって検査面全面の検査を実
行可能にしたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明をよ
り良く理解させるため具体的に説明するものであり、特
に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。

【００１５】〔光学装置および測定方法〕この実施の形
態における表面検査の光学的測定部は、図１に例示する
ように、被検査物１の測定面に対して一定距離離れた位
置にレーザ光源を有する発光部２とこの発光部２に並設
した受光部３，３とを配置し、受光部３，３はレーザ光
２ａが被検査物１の測定面から反射するとき、その正反
射光２ｂが受光されず散乱反射光２ｃのみが受光される
ように、正反射光２ｂから少しずれた位置の少なくとも
２か所に配置し、その受光部３，３の前面には発光部２
のレーザ光源の波長を持つ光のみを透過し、他の波長の
光を遮断する光フィルタ４を設ける。

【００１６】この光学的測定部では、発光部２からレー
ザ光２ａが照射され、被検査物１の測定面から反射し、
光フィルタ４を介して受光部３，３に受光させるとき、
受光部３，３の前面に配置された光フィルタ４により微
弱な散乱反射光２ｃの測定に影響を及ぼす余分な等方性
背景散乱光（外来光）２ｄを排除して、受光部３に測定
面から反射された散乱反射光２ｃのみを精度良く受光さ
せる。

【００１７】測定面からの反射光は、正反射光２ｂに垂
直に交わる平面に投影すると、図２に示すように、正反
射光２ｂを中心としｘ軸を測定方向としｙ軸を測定方向
に垂直な方向とするｘ−ｙ座標で表すと、等方性背景散
乱光２ｄは正反射光２ｂを示す原点を中心とする円形に
散乱して投影され、研磨傷等により生じる散乱反射光２
ｃは原点を通り横軸ｘに対して対称で中心から離れるに
従い幅が広がる２本の直線に投影される。

【００１８】この座標の中で受光部３，３を示すと、２
本の直線で示される散乱反射光２ｃの両方に跨がる位置
に、受光部３，３に設けられた受光素子ＰＤ１，ＰＤ２
の受光面が配設される。測定面により反射される反射光
の強度は、図３に示すように、縦軸を反射光の強度、横
軸を空間周波数にしたグラフによって表示すると、正反
射光２ｂはバラツキが狭くピークが高い分布であるのに
対して、等方性背景散乱光２ｄは正反射光２ｂのピーク
より非常に低いピークを有する略標準的な正規分布を示
し、研磨傷等により生じる散乱反射光２ｃは極めて低い
ピークを有し裾野が広いバラツキの分布を示す。この散
乱反射光２ｃの強度を示す分布関数はガウス関数で表さ
れる。

【００１９】研磨傷等のように表面上に無数についてい
る凹凸によって散乱される散乱反射光２ｃに対して得ら
れる表面粗さは、統計的な情報であり、この統計的な情
報がガウス関数で表される分布をしている情報であるか
ら、この分布を示す異なる２点で測定された反射光の強
度から表面粗さを定量的に求めることができる。

【００２０】また、研磨傷等により生じる散乱反射光２
ｃは、研磨傷等の大きさや深さによって特徴付けられ、
逆に、この散乱反射光２ｃの状態を測定することによっ
て研磨傷等の大きさや深さが測定される。そこで、引掻
き傷等の特に大きく深い傷がある場合には、図４に示す
ように、縦軸を散乱光の光量、横軸をスキャン方向とし
たグラフによって表示すると、大きく深い傷の位置で
は、その散乱反射光２ｅが通常の表面粗さを測定してい
る場合の光量よりも飛び抜けて強い光量を示すようにな
るため、閾値を設定しておき、その閾値を超える強い光
量を示す場合には大きな傷があるものとして製造ライン
から排除するようにすれば、表面に大きな傷のある製品
を出荷させずに済むようになる。

【００２１】表面粗さを定量的に求めるには、製品表面
の凹凸の様子を示す平均自乗平方根粗さＲ_rmsによって
表すことにすると、

【数１】ただし、Ａ，Ｂ … ２つの異なる受光部３に組み込ま
れた受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を配置した位置における散
乱光強度ｋ₁… ＰＤ１を配置した位置における空間周波数ｋ₂… ＰＤ２を配置した位置における空間周波数である。

【００２２】このように、表面粗さや表面傷に対するセ
ンサには、受光部３の前面に、照射されるレーザ光源の
波長を有する光のみを透過し、その他の波長の光を遮断
する光フィルタ４を配置したことにより、微弱な散乱反
射光の光量測定に影響を及ぼす余分な外来光を排除する
ことができて精密な測定ができるようになる。

【００２３】このため、従来のように外来光を排除する
ために受光部３を被検査物１に接近させる必要がなくな
り、センサと被検査物とのワーキングディスタンスを十
分に採ることができるようになる。この結果、正対させ
た２個のセンサの間に、移動機構に固定された被検査物
１を挿入させるための空間を設けることができるように
なり、両面同時の検査ができるようになる。

【００２４】また、表面粗さと表面傷との検査におい
て、受光素子を２個以上配置すると、表面粗さについて
は定量的な測定ができ、表面傷検査においてはどのよう
な方向についた傷でも検出可能となる。さらに、発光部
２から照射するレーザ光を測定対象によって適正なビー
ム径に調節することにより、例えば、表面粗さ測定時で
は検査位置における平均的な粗さを算出する適当な検査
面積を確保することができるように被検査物１の表面に
おけるビーム径を１ｍｍ以上に広げ、表面傷検査時では
製品として望ましくない個々の表面傷を明確に捉えるた
めに被検査物１の表面におけるビーム径を１ｍｍ未満に
絞ることによって、表面粗さ測定と表面傷検査とのそれ
ぞれについて良好な測定結果が効率良く得られる。

【００２５】

【実施例】以下、各種の表面検査装置について具体例を
説明する。〔実施例１〕実施例１における基板の表面検査装置の構
成を図５に、この装置のブロック図を図６に示す。

【００２６】この装置は、基板１１の表面と裏面とにレ
ーザ光２ａを照射して粗さまたは傷の有無を検査する光
学装置としての各センサ１２，１２と、各センサ１２，
１２により得られた検出信号を処理して各部へ制御信号
を出力する制御装置としてのパーソナルコンピュータ
（以下、パソコンという）１３と、パソコン１３からの
制御信号に基づき表面粗さと表面傷の検査における各セ
ンサ１２，１２の発光・受光を最適な状態に調節するコ
ントローラ１４と、パソコン１３からの制御信号に基づ
き基板１１の位置を移動させる移動装置１５とからな
る。

【００２７】パソコン１３は、各センサ１２，１２から
の信号を処理する信号処理回路１３ａと、信号処理回路
１３ａからの出力信号に基づき画面表示するディスプレ
イ１３ｂと、同じく出力信号に基づき印刷する印刷機１
３ｃと、信号処理回路１３ａの処理した信号に基づき基
板１１の位置や各センサ１２，１２の発光・受光を制御
させる制御信号を出力する制御回路１３ｄと、パソコン
１３に対してオペレータからの指示を与えるキーボード
１３ｅとを具備する。

【００２８】コントローラ１４は、パソコン１３の制御
回路１３ｄからの出力信号に基づきセンサ１２に組み込
まれたレーザダイオード（以下、ＬＤと略称する）１２
ａの出力を調節するＬＤドライバ１４ａと、パソコン１
３の制御回路１３ｄからの出力信号に基づきセンサ１２
に組み込まれたレンズ１２ｂの位置調節を行いビーム径
を調節するレンズ位置調節回路１４ｂと、パソコン１３
の制御回路１３ｄからの出力信号に基づきセンサ１２に
組み込まれた受光素子１２ｃの受光レベルを切り換える
切換回路１４ｃとを具備する。

【００２９】移動装置１５は、パソコン１３の制御回路
１３ｄからの出力信号に基づき基板１１の位置を移動さ
せるための電力を供給するステージ駆動回路１５ａと、
ステージ駆動回路１５ａにより駆動されて基板１１の位
置をＸ−Ｙ方向へ平面的に移動し、センサ１２からのレ
ーザ光を基板１１の表面全体に照射させることができる
ようにする直角方向に向けた二対のリニアベアリング１
５ｂによって支持させたステージ１５ｃとを具備する。

【００３０】センサ１２は、コントローラ１４のＬＤド
ライバ１４ａによって励起されてレーザ光を照射するＬ
Ｄ１２ａと、コントローラ１４のレンズ位置調節回路１
４ｂにより駆動されて位置調節して照射光のビーム径を
変更するレンズ１２ｂとを１セットにして発光部２を形
成し、この発光部２の周囲を二重に取り巻くリング状フ
ォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２からなる受光素子１２ｃ
と、この受光素子１２ｃからの出力信号を増幅してパソ
コン１３の信号処理回路１３ａに出力する増幅器（Ａｍ
ｐ）１２ｄとをまとめて受光部３を形成し、１つの筐体
１２ｅ（図７参照）に収容して表面検査用センサにまと
めたものである。

【００３１】図７に示すように、表面検査用センサの筐
体１２ｅには、被検査物１１側に位置する面を正面とし
て、その正面に丸孔を穿設してその丸孔の位置に光フィ
ルタ４を設け、その光フィルタ４に向けてＬＤ１２ａの
発光面とリング状フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受
光面とを配置する。また、筐体１２ｅの側面には出力端
子１２ｆと入力端子１２ｇとを設けて必要な配線ができ
るようにする。

【００３２】図８に示すように、筐体１２ｅの内部で
は、ＬＤ１２ａを有する発光部２と、その周囲に形成し
たリング状フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２を有する受
光部３とを収容した残りの空き部分に増幅器１２ｄを含
む内部回路１２ｈを収容し、この内部回路１２ｈと発光
部２、受光部３、各端子１２ｆ，１２ｇとの間を配線し
て接続し、パソコン１３やコントローラ１４等の外部装
置との間で信号の入出力ができるようにする。

【００３３】発光部２と受光部３とは、図９に示すよう
に、発光部２のＬＤ１２ａとレンズ１２ｂとを前後に配
置して収容したケース（ホルダ）１２ｉには、内部にレ
ンズ１２ｂを保持するレンズホルダ１２ｋを光軸方向へ
移動可能に設ける。このケース１２ｉを内嵌して固定す
る環状体のＰＤマウント１２ｌには、前面側にリング状
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２を同心円状に固着して
位置固定する。

【００３４】そして、ＰＤマウント１２ｌの背面側に
は、ケース１２ｉの側面に沿わせてレンズ位置調節器１
２ｍを配置し、このレンズ位置調節器１２ｍにはケース
１２ｉの側面に貫通した光軸方向に長い孔から突出させ
たレンズホルダ１２ｋの一端を、レンズホルダ１２ｋを
光軸方向へ前進後退させることができるように結合し、
レンズホルダ１２ｋを動作させることによりレンズ１２
ｂを光軸方向へ移動させ、レンズ１２ｂを介して被検査
物表面に照射されるレーザ光のビーム径を自動調節する
ことができるようにする。レンズ位置調節器１２ｍは小
型モータまたはＰＺＴ（ピアゾアクチュエータ）等の駆
動装置を内蔵し、レンズホルダ１２ｋを光軸方向へ動作
させることができるようにする。

【００３５】このようにセンサ１２を構成したことによ
って、測定時には、図１０に示すように、発光部２のＬ
Ｄ１２ａから基板１１に対して垂直に入射光２ａを照射
し、正反射光２ｂが入射光２ａと同じ軌跡をとおってＬ
Ｄ１２ａ側に反射するのに対し、散乱反射光２ｃは正反
射光２ｂを軸とする同心円状に散乱して光フィルタ４を
透過し、リング状フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に達
して受光される。

【００３６】このようなリング状フォトダイオードＰＤ
１，ＰＤ２による受光では、ＰＤ１，ＰＤ２により受光
した散乱反射光の強度比（ＰＤ１／ＰＤ２）に対する表
面粗さは図１１に示すように変化し、また、受光された
散乱反射光の強度に対する傷の大きさは図１２に示すよ
うに変化する。

【００３７】このように構成すると、製造ラインにおい
て、製造された基板１１をステージ１５ｃにセットし、
各センサ１２，１２からレーザ光を照射してステージ１
５ｃを所定の移動方法によって平面的に移動させ、レー
ザ光を基板１１の表面と裏面のそれぞれ全面に照射し
て、その散乱反射光２ｃ，２ｃを光フィルタ４を介して
リング状フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に受光させる
ことができる。

【００３８】これにより、位置固定されたセンサ１２，
１２によって基板１１の表面と裏面が同時に測定でき、
表面粗さおよび大きな傷の有無について一度に検査する
ことができる。また、表面粗さと大きな傷の有無の切換
えには、パソコン１３の制御回路１３ｄからコントロー
ラ１４の切換回路１４ｃおよびレンズ位置調節回路１４
ｂを起動して、受光素子１２ｃの受光レベルを切り換え
るとともに、レンズ位置調節器１２ｍを動作させてレン
ズホルダ１２ｋを駆動し、レンズホルダ１２ｋに取り付
けられたレンズ１２ｂを移動させてレーザ光のビーム径
を調節することにより行い、表面粗さの測定と傷の検査
のそれぞれに最適な測定条件を整えて精度良く検査でき
るとともに表面と裏面とを同時に検査してインラインに
おける基板１１の表面検査の検査効率を向上させること
ができる。

【００３９】インラインで両面を同時に検査できるため
検査時間が短縮されるとともに、表面粗さと傷検査とが
同一のセンサ１２によって行えることにより基板１１等
の取換え作業が省略されて作業効率が向上し、さらに、
傷検査によって大きな傷のないことが確認できた基板１
１に対して綿密な表面粗さの測定を迅速に行うことがで
きる。また、測定方法には光散乱方式を採用しているの
で、振動に強く、測定時間が短縮でき、小型で信頼性が
高く効率の良いインライン表面検査装置が実現できる。

【００４０】〔実施例２〕実施例２におけるフィルムの
表面検査装置の構成を図１３に、この装置のブロック図
を図１４に示す。図中、実施例１と同じ部分については
同一の符号を付して説明を省略する。

【００４１】この装置は、フィルム状の被検査物２１の
表面と裏面とにレーザ光２ａを照射して粗さを測定する
実施例１と同じ構成のセンサ１２，１２からなる対と、
このセンサ１２，１２の対に並設させた傷を測定するセ
ンサ１２，１２の対と、これら２組のセンサ１２，１２
の対により得られた各検出信号を処理して表示するパソ
コン１３と、パソコン１３からの指示に基づき表面粗さ
と表面傷の検査における２組のセンサ１２，１２の対の
発光・受光を最適な状態に調節するとともに被検査物２
１を一定速度で移動させることにより照射したレーザ光
２ａ，２ａを相対的に移動させるコントローラ２２と、
このコントローラ２２からの制御信号に基づき被検査物
２１の位置を移動させる搬送装置２３，２３とからな
る。

【００４２】パソコン１３は、各センサ１２，１２の対
からの信号を処理する信号処理回路１３ａと、信号処理
回路１３ａからの出力信号に基づき画面表示するディス
プレイ１３ｂと、同じく出力信号に基づき印刷する印刷
機１３ｃと、パソコン１３を介してオペレータからの支
持をコントローラ２２側に与えるキーボード１３ｅとを
具備する。

【００４３】コントローラ２２は、パソコン１３のキー
ボード１３ｅからの出力信号に基づき起動される演算制
御回路２２ａと、同じくキーボード１３ｅからの出力信
号に基づき起動されて各センサ１２，１２に組み込まれ
たＬＤ１２ａを表面粗さ測定用かまたは傷検出用のいず
れかに調節するとともに各センサ１２，１２をフィルム
状の被検査物２１の長手方向と直交する方向へ移動させ
るセンサ駆動回路２２ｂと、傷検出用のセンサ１２から
の出力信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して演
算制御回路２２ａに伝送するＡ／Ｄコンバータ２２ｃ
と、演算制御回路２２ａからの制御信号に基づき搬送装
置２３の動作を制御する搬送制御装置２２ｄと、演算制
御回路２２ａからの制御信号に基づき加工装置の動作を
制御する加工制御装置２２ｅとを具備する。

【００４４】搬送装置２３はセンサ位置の前後にそれぞ
れ１つ配置して対をなすように構成する。搬送装置２
３，２３からなる対では、センサ位置の前後の位置で回
転する複数のロール２３ａ，２３ａを検査側の側面から
突出させ、各ロール２３ａ，２３ａの間に被検査物２１
を挟持してセンサ位置における被検査物２１の平面を保
持し、搬送装置２３，２３からなる対により被検査物２
１の長手方向への送りを行う。

【００４５】各搬送装置２３，２３は、各搬送装置２
３，２３のロール２３ａ，２３ａにフィルム状の被検査
物２１を挟み込んだときには、センサ位置前後に配置さ
れたロール２３ａ，２３ａとロール２３ａ，２３ａとの
間では被検査物２１がピンと張った状態になるように各
ロール２３ａ，２３ａの回転速度と挟持力とを調節し、
センサ１２，１２の移動との調整を計りつつ被検査物２
１をその長手方向へ移動させ、傷検出による停止の指示
があったときには搬送を中止する機能を有する。

【００４６】加工装置２４はフィルム状の被検査物２１
を所定の工程によって製造するもので、製造したフィル
ム状の被検査物２１をロール状に巻き取らず、そのまま
搬送装置２２に送って、搬送装置２３に設けられたロー
ル２３ａ，２３ａに挟持させる。

【００４７】センサ１２は、実施例１と同様な構成のセ
ンサを、表面粗さ測定用センサ１２Ａと傷検出用センサ
１２Ｂとに分け、１つずつ組み合せて一対として用い
る。この一対のセンサ１２，１２をフィルム状の被検査
物２１の表面側と裏面側とにそれぞれ配置して被検査物
２１の両面を同時に検査できるようにする。そして、各
面の測定用に配置した一対のセンサ１２，１２を、被検
査物２１の長手方向と直交する方向へ移動可能に形成し
たスライドステージ２５，２５に取り付ける。このスラ
イドステージ２５，２５の動作はコントローラ２２のセ
ンサ駆動回路からの制御信号によって制御される。

【００４８】このように構成すると、加工装置２４によ
って製造されたフィルムをそのまま搬送装置２３のロー
ル２３ａ，２３ａに挟持させて搬送させると、スライド
ステージ２５，２５に取り付けられたセンサ１２，１２
がフィルムの長手方向と直交する方向に移動して全幅に
つき検査し、元の位置に戻ると、その後に被検査物２１
が次に検査する位置に送られ、再度センサ１２，１２が
スライドステージ２５，２５の動作に従いフィルムの長
手方向と直交する方向に移動し、この動作を続けること
により面的に検査することができ、この動作を大きな傷
が検出されて停止させられるまで続け、傷検出による停
止指令がでないかぎり、フィルム全長の検査が終了する
まで続行させることができる。また、ラインが停止した
場合、管理者が被検査物２１および装置の調査を行い、
異常箇所を修正した後、再び、パソコン１３によってラ
インの稼働および測定の開始を指示することにより、製
造および表面検査を再開する。

【００４９】この装置では、被検査物に傷が見付けられ
た場合には、自動的にラインを停止させることができ、
傷のある不良品となるフィルムの製造を続けさせずに済
むようになる。検出された表面粗さと表面傷とはパソコ
ン１３に取り込まれ、数値化、図式化することができ
る。図式化した表面粗さと表面傷の測定結果をそぞれ図
１５（Ａ），（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）に示すよう
に、測定面における表面粗さを、下方の色調を示す帯状
の評価用標準色調に対する濃淡の度合いによって表示さ
れる。図１５（Ｂ）に示すように、測定面における傷の
大きさを、下方の色調を示す帯状の評価用標準色調に対
する濃淡の度合いによって表示し、大きな引っ掻き傷が
４本あったとすると、その該当する色調の線が図中に表
示される。

【００５０】〔実施例３〕実施例３におけるディスクの
表面検査装置の構成を図１６に、この装置のブロック図
を図１７に示す。図中、実施例１，２と同じ部分は同一
の符号を付して説明を省略する。

【００５１】この装置は、ディスク３１の表面と裏面と
にレーザ光２ａを照射して表面粗さを測定するセンサ３
２Ａと傷を検査するセンサ３２Ｂと、各センサ３２Ａ，
３２Ｂにより得られた検出信号を処理して各部へ制御信
号を出力する制御装置としてのパソコン１３と、パソコ
ン１３からの制御信号に基づき表面粗さと表面傷の検査
における各センサ３２Ａ，３２Ｂの発光・受光を最適な
状態に調節するコントローラ１４と、パソコン１３から
の制御信号に基づきディスク３１の位置を移動させる移
動装置３５とからなる。

【００５２】移動装置３５は、パソコン１３の制御回路
１３ｄからの出力信号に基づきディスク３１を回転させ
るための電力を供給するモータ駆動回路３５ａと、モー
タ駆動回路３５ａにより駆動されてディスク３１を回転
させるモータ３５ｂと、パソコン１３の制御回路１３ｄ
からの出力信号に基づきディスク３１の回転中心の位置
を直線的に移動させるための電力を供給するステージ駆
動回路３５ｃと、ステージ駆動回路３５ｃにより駆動さ
れてディスク３１の回転中心の位置を直線的に移動し、
センサ３２Ａ，３２Ｂからのレーザ光を回転するディス
ク３１の表面全体に照射させることができるようにする
ステージ３５ｄと、ステージ３５ｄを直線的に移動させ
るスクリュー式移動装置３５ｅとを具備する。

【００５３】センサ３２Ａ（３２Ｂ）は、コントローラ
１４のＬＤドライバ１４ａによって励起されてレーザ光
を照射するＬＤ３２ａと、手動により位置調節し照射光
のビーム径を変更するレンズ３２ｂとを１セットにして
発光部２を形成し、この発光部２から離間した位置に２
個のフォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４を並設してなる受
光素子３２ｃと、この受光素子３２ｃからの出力信号を
増幅してパソコン１３の信号処理回路１３ａに出力する
増幅器（Ａｍｐ）３２ｄとをまとめて受光部３を形成
し、１つの筐体３２ｅ（図１８参照）に収容して表面検
査用センサにまとめたものである。

【００５４】図１８に示すように、表面検査用センサの
筐体３２ｅには、ディスク３１側に位置する面を正面と
して、その正面に横長のスリットと矩形状の孔とを穿設
し、そのスリットと孔との位置に光フィルタ４ａ，４ｂ
からなる光フィルタ４を設け、それらの光フィルタ４
ａ，４ｂに向けてそれぞれＬＤ３２ａの発光面とフォト
ダイオードＰＤ３，ＰＤ４の受光面とを配置する。ま
た、筐体３２ｅの側面には出力端子３２ｆと入力端子３
２ｇとを設けて必要な配線ができるようにする。

【００５５】図１９に示すように、筐体３２ｅの内部で
は、ＬＤ３２ａを有する発光部２と、その隣合う位置に
形成したフォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４を有する受光
部３とを収容した残りの空き部分に増幅器３２ｄを含む
内部回路３２ｈを収容し、この内部回路３２ｈと発光部
２、受光部３、各端子３２ｆ，３２ｇとの間を配線して
接続し、パソコン１３やコントローラ１４等の外部装置
との間で信号の入出力ができるようにする。

【００５６】発光部２と受光部３とは、図２０（Ａ），
（Ｂ）に示すように、発光部２のＬＤ３２ａとレンズ３
２ｂとを前後に配置して収容したＬＤホルダ３２ｉに
は、内部にレンズ３２ｂを保持し手動にて光軸方向へ移
動させてレーザ光のビーム径を調節するレンズホルダ３
２ｋを収容し、そのレンズホルダ３２ｋを図示しないボ
ルトなどにより所定位置で位置固定する。また、ＰＤ
（３または４）ホルダ３２ｌには、最奥部にフォトダイ
オードＰＤ３（またはＰＤ４）を固着し、その前に散乱
反射光２ｃをＰＤ３（またはＰＤ４）側に集光するシリ
ンドリカルレンズ３２ｎを固着して位置固定する。そし
て、ＬＤホルダ３２ｉに対してＰＤ（４）ホルダ３２ｌ
を所定距離離して配置し、そのＰＤ（４）ホルダ３２ｌ
にさらに所定距離開けて２つ目のＰＤ（３）ホルダ３２
ｌを配置する。

【００５７】このようにセンサ３２を構成したことによ
って、測定時には、図２１，２２に示すように、発光部
２のＬＤ３２ａからディスク３１に対して所定角度で入
射光２ａを照射するとき、入射光２ａの入射角と同じ角
度で反射する正反射光２ｂに対して散乱反射光２ｃが正
反射光２ｂに交叉する直線状に散乱し、正反射光２ｂの
位置からずれた場所に配置された受光部３のフォトダイ
オードＰＤ３，ＰＤ４によって光フィルタ４を透過した
散乱反射光２ｃが受光される。

【００５８】このような測定では、図２３に示すような
ディスク３１の表面に無数の研磨傷３１ａが生じている
と、フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４により検出された
散乱反射光２ｃの強度が、ディスク３１の内周端３１ｂ
側と外周端３１ｃ側との間では内周端３１ｂに近くなる
ほど表面粗さが大きくなり、図２４に示すように、内周
端３１ｂ（左端）に近接した位置では散乱反射光２ｃの
測定光量がなだらかに分布して、フォトダイオードＰＤ
３，ＰＤ４の間における差が少なく、そして表面粗さが
外周側に近づくに従い低下するのに、中央部では、フォ
トダイオードＰＤ３，ＰＤ４の間における差が広がり、
表面粗さはなだらかに変化し、外周端３１ｃ（右端）の
近傍では、さらにフォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４の間
における差が大きくなるとともに表面粗さが外周端に近
づくほど急激に変化して低下するようになる。（但し、
図２４に示す散乱反射光強度の変化は一例であり、これ
に限るものではない。）

【００５９】これにより、２点の散乱反射光２ｃ，２ｃ
の強度比により、被検査物としてのディスク３１の表面
粗さと傷の有無とを検査することができ、そのときに突
出した大きな傷があれば、閾値を超える散乱反射光の光
量が得られるため、不良品であることが判定できる。こ
の状態をパソコン１３によって図式化すると、図２５
（Ａ）に表面粗さを表示し、図２５（Ｂ）に傷の有無を
表示する。図２５（Ａ），（Ｂ）はともに下方の標準色
調を示す色調に従って表面粗さおよび基部の大きさを表
示する。

【００６０】このようにディスクの表面検査装置を構成
すると、製造ラインにおいて、製造されたディスク３１
をモータ３５ｂを直結したステージ３５ｄの所定位置に
セットし、起動して、センサ３２Ａおよびセンサ３２Ｂ
からレーザ光を照射し、モータ３５ｂを回転させるとと
もにステージ３５ｄを所定の移動方向へ移動させると、
レーザ光をディスク３１の表面と裏面のそれぞれ全面に
照射して、その散乱反射光２ｃ，２ｃを光フィルタ４を
介してフォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４に受光させるこ
とができ、これらの散乱反射光２ｃ，２ｃの光量によっ
て表面粗さおよび傷の有無を同時に検査することができ
る。これらの検査はそれぞれ片面ごとに表面粗さおよび
傷の有無を検査するから、反対側の面についてそれぞれ
表面粗さおよび傷の有無を検査するには、ディスク３１
を裏返してセットし直してから、再度、表面検査装置を
起動させて行う。このようにして、ディスク３１の両面
について表面粗さおよび傷の有無を検査することができ
る。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明では、請求項１に係
る光学式表面検査装置では、コヒーレント光を出射する
レーザ光源と、このレーザ光源の出射側直近に配置し光
軸方向に移動可能に設けて出射されたコヒーレント光を
被検査物表面に光束を調節可能に照射するレンズと、前
記被検査物表面に照射されたコヒーレント光の入射角と
同一角度で反射する正反射光を受光しない位置に配置し
た散乱光を受光する受光素子と、この受光素子の前に配
置して前記レーザ光源から出射されたコヒーレント光の
みを透過する光フィルタとを備えたことによって、光フ
ィルタにより外部からの余分な光を受光素子に入射させ
ることがなくなり、被検査物表面から反射した散乱光の
みを正確かつ精密に測定でき、しかも、レンズを移動し
て出射されたコヒーレント光の絞りを調節することによ
り、表面粗さの測定と表面傷の検査にそれぞれ適合する
光束によって被検査物表面を照射することができるよう
になって、同一光学装置を表面粗さ測定と表面傷検査と
に使い分けることができ、また、レーザ光源と受光素子
とをセットにしたセンサを被検査物と離した位置に配置
することができて、そのセンサと被検査物とのワーキン
グディスタンスを十分にとることができるようになり、
散乱反射光を測定する表面検査装置が両面同時検査およ
びインライン検査等に利用することができる。

【００６２】また、請求項２に係る光学式表面検査装置
では、前記受光素子が正反射光に対して垂直な面内の正
反射光と交叉する線上で放射方向へ１列状に２個以上並
べられていることによって、各受光素子による散乱光の
受光量に基づき、被検査面の表面粗さについては定量的
な測定ができ、表面傷の検査においてはどのような方向
についた傷でも検出可能となる。

【００６３】また、請求項３に係る光学式表面検査装置
では、前記コヒーレント光の被検査物表面におけるビー
ム径を変えるために、レンズ位置調節器によりレンズの
光軸方向の位置を自動的に調節することができるように
したことによって、同一光学装置により表面粗さ測定と
表面傷検査との両方について効率良く実行することがで
きる。

【００６４】また、請求項４に係る光学式表面検査装置
では、前記コヒーレント光の被検査物表面におけるビー
ム径を変えるために、光軸方向への移動可能かつ位置固
定可能に形成したレンズホルダを、手動により位置移動
して固定位置を調節することによって、レンズの光軸方
向の位置を変更することができ、光学装置を予め設定す
ることにより表面粗さ測定と表面傷検査とを使い分ける
ことができる。

【００６５】また、請求項５に係る光学式表面検査装置
では、前記レンズの光軸方向の位置を変更することによ
って、前記レーザ光源から出射されたコヒーレント光の
前記被検査物表面におけるビーム径を、表面粗さ測定時
には直径１ｍｍ以上に、表面傷検査時には直径１ｍｍ未
満に設定することによって、同じレーザ光源と受光素子
の組合せからなる光学装置を用いて、表面粗さ測定時で
は検査位置における平均的な粗さを算出するために適当
な検査面積を確保することができ、表面傷検査時では製
品として望ましくない個々の表面傷を明確に捉えること
ができて、被検査物表面における表面粗さ測定と表面傷
検査との両方について精度良く実行することができる。

【００６６】また、請求項６に係る光学式表面検査装置
では、前記被検査物を支持し移動させる移動装置を備
え、前記レーザ光源および前記受光素子を移動させるこ
となく、前記被検査物の移動によって検査面全面の検査
を実行可能にしたことによって、同一被検査物表面を検
査するためにレーザ光源および受光素子からなる光学装
置の位置を移動させることなく被検査物のみを移動させ
ることにより、被検査物表面の全面を検査することがで
き、インライン検査が可能になり、また、ビーム径を変
えるとともにそのビーム径に対して適正な移動速度で被
検査物を移動させることにより、被検査物表面における
表面粗さの測定と表面傷の検査との両方を効率的に実行
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式表面検査装置における光学装置
を示す原理構成図である。

【図２】本発明の光学式表面検査装置における反射光の
投影図と受光素子の配置を示す構成説明図である。

【図３】本発明の光学式表面検査装置における反射光の
強度を示す説明図である。

【図４】本発明の光学式表面検査装置における被検査物
表面に傷のある場合の測定光量と検査結果の識別を示す
説明図である。

【図５】本発明の実施例１における光学式表面検査装置
を示す全体構成図である。

【図６】本発明の実施例１における光学式表面検査装置
の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の実施例１における光学式表面検査装置
の光学装置を示す斜視図である。

【図８】本発明の実施例１における光学式表面検査装置
の光学装置の内部構成を示す斜視図である。

【図９】本発明の実施例１における光学式表面検査装置
の発光部と受光部の構成を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施例１における光学式表面検査装
置の光学装置の受光状態を示す側面説明図である。

【図１１】本発明の実施例１の光学式表面検査装置によ
る表面粗さの検査結果を示すグラフである。

【図１２】本発明の実施例１の光学式表面検査装置によ
る表面傷の検査結果を示すグラフである。

【図１３】本発明の実施例２における光学式表面検査装
置を示す全体構成図である。

【図１４】本発明の実施例２における光学式表面検査装
置の構成を示すブロック図である。

【図１５】本発明の実施例１の光学式表面検査装置によ
る表面粗さと表面傷の検査結果をパソコンの表示結果と
して示す説明図であり、（Ａ）は表面粗さを標準色調表
示とともに示す表示図、（Ｂ）は表面傷を標準色調表示
とともに示す表示図である。

【図１６】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置を示す全体構成図である。

【図１７】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の構成を示すブロック図である。

【図１８】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の光学装置を示す斜視図である。

【図１９】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の光学装置の内部構成を示す斜視図である。

【図２０】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の光学部分を示す断面説明図であり、（Ａ）は発光部
の構成を示す断面図、（Ｂ）は受光部の構成を示す断面
図である。

【図２１】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の光学装置の受光状態を示す側面説明図である。

【図２２】本発明の実施例３における光学式表面検査装
置の反射光の投影図と受光素子の配置を示す斜視説明図
である。

【図２３】本発明の実施例３におけるディスクの表面傷
を示す平面説明図である。

【図２４】本発明の実施例３におけるディスクに対する
表面粗さ測定結果を示すグラフである。

【図２５】本発明の実施例１の光学式表面検査装置によ
る表面粗さと表面傷との検査結果をパソコンの表示結果
として示す説明図であり、（Ａ）は表面粗さを標準色調
表示とともに示す表示図、（Ｂ）は表面傷を標準色調表
示とともに示す表示図である。

【符号の説明】

１被検査物２発光部２ａ入射光２ｂ正反射光２ｃ散乱反射光２ｄ等方性背景散乱光２ｅ深い傷からの反射光３受光部４光フィルタ１１基板１２センサ１２ａ，３２ａＬＤ（レーザダイオード）１２ｂ，３２ｂレンズ１２ｃ，３２ｃ受光素子１２ｄ，３２ｄ増幅器１２ｋ，３２ｋレンズホルダ１２ｍレンズ位置調節器１３パソコン（パーソナルコンピュータ）１４，２２コントローラ１４ａＬＤドライバ１４ｂレンズ位置調節回路１４ｃ切換回路１５，３５移動装置１５ａステージ駆動装置１５ｂリニアベアリング１５ｃステージ２１フィルム状の被検査物２２ａ演算制御回路２２ｂセンサ駆動回路２２ｃＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ２２ｄ搬送制御装置２２ｅ加工制御装置２３搬送装置２４加工装置２５スライドステージ３１ディスク３２ｎシリンドリカルレンズ３５ａモータ駆動回路３５ｂモータ３５ｃステージ駆動回路３５ｄステージＰＤ１，ＰＤ２リング状フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４フォトダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレント光を出射するレーザ光源と、
出射されたコヒーレント光を被検査物表面に照射するレ
ンズと、前記被検査物表面に照射されたコヒーレント光
の入射角と同一角度で反射する正反射光を受光しない位
置に配置した散乱光を受光する受光素子と、を有する光
学式表面検査装置において、前記受光素子の前に配置して前記レーザ光源から出射さ
れたコヒーレント光のみを透過する光フィルタを備え、
前記レンズを前記レーザ光源の出射側直近に配置して光
軸方向へ移動可能に設けたことを特徴とする光学式表面
検査装置。
【請求項２】前記受光素子が正反射光に対して垂直な面
内の正反射光と交叉する線上で放射方向へ１列状に２個
以上並べられていることを特徴とする請求項１記載の光
学式表面検査装置。
【請求項３】前記レンズを光軸方向へ自動調節可能かつ
位置固定可能なレンズ位置調節器に連結したレンズホル
ダに取り付け、前記コヒーレント光の被検査物表面にお
けるビーム径を変えるため、前記レンズ位置調節器によ
り前記レンズの光軸方向の位置を自動的に調節すること
を特徴とする請求項１または２記載の光学式表面検査装
置。
【請求項４】前記レンズを光軸方向への移動可能かつ位
置固定可能に形成したレンズホルダに取り付け、前記コ
ヒーレント光の被検査物表面におけるビーム径を変える
ため、前記レンズの光軸方向の位置を手動調節すること
を特徴とする請求項１または２記載の光学式表面検査装
置。
【請求項５】前記レンズの光軸方向の位置を変更するこ
とによって、前記レーザ光源から出射されたコヒーレン
ト光の前記被検査物表面におけるビーム径を、表面粗さ
測定時には直径１ｍｍ以上、表面傷検査時には直径１ｍ
ｍ未満に設定することを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の光学式表面検査装置。
【請求項６】前記被検査物を支持し移動させる移動装置
を備え、前記レーザ光源および前記受光素子を移動させ
ることなく、前記被検査物の移動によって検査面全面の
検査を実行可能に形成したことを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載の光学式表面検査装置。