JPS60135808A - 欠陥検査装置 - 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】 この発明は、例えば測角用ロータリエンコーダの主目盛
板等の微細目盛を有する被検体に生じた欠陥を検出する
ための欠陥検査装置に関するものである。

近年、被検物体の微紹目盛即ち規則的に配列さ、ｔｔた
規則パターンの欠陥を探すのに、目視検査に替ってコヒ
ーレントな光と空間周波数フィルタとを用いた欠陥検査
装置として、規則パターンの周期情報と欠陥による非周
期情報とを分離して欠陥位置、大きさ等を検出表示する
装置が開発されている。

従来、この種の装置として規則パターンのフーリエ変換
像が格子状に規則的に分布する性質を利用して、格子状
に分布する光不透過領域を有する空間周波数フィルタを
用いて、ＪＡ則パターンの周期情報を遮断し、空間周波
数フィルタの透視部分から非周期的な欠陥情報を検出す
るものかある。

この種の装置には、第１図に示すような透過型の欠陥検
査装置がある。

この欠陥検査装置はレーザ光源１から射出されたコヒー
レントな光をビームエキスパンダ２で平行な光にかえ、
平行光で被検物体の規則パターン３を透過照明し、規則
パターン３で回折した光を対物レンズ４で結像させ、対
物レンズ４の焦点位置に配置させられた空間周波数フィ
ルタ５によって周期情報と非周期情報とを分離するよう
にしたものである。空間周波数フィルタ５によって分離
された非周期情報、即ち、火陥情報は、接眼レンズ６、
リレーレンズ７、ＴＶ撮像管８及びＴＶモニタ９からな
る欠陥観察装置１０によってｍ祭される。

ところで、被検物体の規則パターンには透過照明できな
いものもあり、透過型の欠陥検査装置ではそのような被
検物体の規則パターンに生じた欠陥を検出することがで
きない。そこで、被検物体の規則パターンに落射照明を
行なって規則パターンから回折した光を得るようにした
第２図に示すような反射型の欠陥検査装置がある。

この欠陥検査装置はレーザ光源１１から射出されたコヒ
ーレントな光を照明レンズ２で平行な光にかえ、平行光
を規則パターン１４と対物レンズ１５との間に斜設さ肛
た斜設ハーフミラ−１３で反射させて被検物体の規則パ
ターン１４を落射照明し、規則パターン１４に反射して
回折した光を斜設ハーフミラ−１３を通過させて対物に
ンズ１５で結像させ、対物レンズ１５の焦点位置に配置
させられた空間周波数フィルタ１６によって周期情報と
非周期情報とを分離するようにしたものである。１０は
欠陥Ｉｌｌ察装置で前述と同様に接眼レンズ６、結像レ
ンズ７、ＴＶカメラ８及θＴＶモニタ９からなる。

しかしながら、このような従来の反射型の欠陥検査装置
にあっては、規則パターン１４と対物レンズ１５との間
に斜設ハーフミラ−１３を配置させるようになっていた
ため、対物レンズ１５の作動距離１ｉ１０を大きくとる
ことが必要である。

殊に近年益々被検体の微細目盛が微細化され、それに伴
い高倍率の欠陥検査装置が要求されるが、欠陥検査装置
を高倍率化するには、対物レンズ１５を高倍率化しなけ
ればならす、対物レンズ１５は高倍率化に伴って対物レ
ンズ１５を構成するレンズ群が複雑化し、全長が長くな
るとともに、光学設計上の諸要求から対物レンズ１５の
作動距離ｔｙｏは増々制約されて短くなり、対物レンズ
１５と規則パターン１４との間に斜設ハーフミラ−１３
を配置するのが非常に困難となるため、より高倍率化し
た欠陥検査装置の提供が増々しにくくなるという問題点
があった・ この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、コヒーレント光を射出する光射出体と、コヒ
ーレント光で照射された規則パターンを有する被検物体
からの反射回折像を結像させるための対物レンズと、対
物レンズの焦点位置に配置させケれた空間周波数フィル
タとからなり、光射出体を空間周波数フィルタ上に配設
した欠陥検査装置を提供することにより、上記問題点を
解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第３図及び第４図はこの発明の第１実施例を示す図であ
る。この実施例の欠陥検査装置は透過型のものである。

図中、符号２１は反射タイープの被検物体上に形成され
た規則パターン、２２は規則パターン２１からの反射回
折光を結像させるための対物レンズ、２３は対物レンズ
２２の焦点位置に配置させら゛れた空間周波数フィルタ
である。

空間周波数フィルタ２３の中央部上即ち対物レンズ２２
の焦点位置には光フアイバ光学素子２４の一端部である
光射出端部２４ａがその端面を対物レンズ２２に向けて
配設されている。この光射出端部２４ａがコヒーレント
な光を射出する光射出体となる。

光フアイバ光学素子２４の他端部である入射光端部２４
ｂはその端面がレーザ光源２５から射出されたコヒーレ
ン１−な光を錐先させる集光レンズ２６の焦点位置に臨
むように配設されている。２７はレーザ光源２５と集光
レンズ２６との間に介装されているシャッタである。光
フアイバ光学素子２４はコア径が出来るだけ小さく、且
つ開口数（ＮＡ）が大きく、伝送損失の少ないものが使
用されており、光フアイバ光学素子２４の射出端部２４
ａ及び入射端部２４ｂの端面は研磨仕上げされている。

また、２８は規則パターン２１０目視観察時の照明のた
めのタングステン電球からなる照明用光源で、照明用光
源２８から射出された照明光は照明レンズ２９で集光さ
れ、図において空間周波数フィルタ２３の上方に配置さ
れたハーフミラ−３０で反射され、空間周波数フィルタ
２３を通過し、対物レンズ２２で平行な光にかえられ、
平行光で規則パターン２１を照明する。３１は照明用光
源２８と照明レンズ２９との間に介□装されているシャ
ッタである。

更に、３５は空間周波数フィルタ２３によって分離され
た非周期情報即ち欠陥情報を観察する欠陥観察装置で、
接眼レンズ３６、結像レンズ３７、ＴＶ撮像管３８及び
ＴＶモニタ３９からなる。

次に作用を説明する。

レーザ光源２５から射出されたコヒーレントな光である
レーザ光は集光レンズ２６で集光されて光フアイバ光学
素子２４の入射端部２４ｂの端面で受光され、光ンアイ
バ光学素子２４によって導光され、光フアイバ光学素子
２４の光射出端部２４ａの端面から対物レンズ２２に向
けて射出される。このとき、光フアイバ光学素子２４に
よって導光されたレーザ光源２５のレーザ光は対物レン
ズ２２の焦点位置より開口数分だけ広がる。

そして、対物レンズ２２を透過した光は平行光となって
規則パターン２１を平行に照射する。規則パルーン２１
に平行光が照射されると、回折現黴を起こし５規則パタ
ーン２１で反射した第４図に矢印で示す回折光は対物レ
ンズ２２によって回折像として結像される。このとき、
規則パターン２１が第４図に示すようなパターンである
とすると、対物レンズ２２による回折像■１は第４図に
示す如く、規則的に一列に並ぶ。空間周波数フィルタ２
３は対物レンズ２２の焦点位置に配置させられているの
で、−列に規則的に並ぶ回折像１１即ちフーリエ変換像
は光不透過領域を有する空間周波数フィルタ２３によっ
て遮断され、接眼レンズ３６、ＴＶ撮像管３８の方へい
くことはない。

また、規則パターン２１の欠陥部分がある場合には、規
則パターン２Ｉで反射し、対物レンズ２２によって結像
された回折像は空間周波数フィルタ２３に規則パターン
２１のような一直線に並ばず不規則にその周囲に出る、
即ち規則パターン２１の欠陥部分からは方向性を持たな
い回折光が発せられるため、フーリエ変換像も複雑にな
って空間周波数フィルタの空間周波数面内に散らばる。

従って、欠陥のない規則パターン２１によるフーリエ変
換像は空間周波数フィルタ２３によって遮断され、その
空間周波数フィルタ２３から漏れた欠陥部分の光のみが
透過する。そこで、この欠陥部分の光のみがＴＶ撮像管
３８に接眼レンズ３６と結像レンズ３７によって欠陥部
分の回折像Ｉ２として結像され、ＴＶ撮像管３８に接続
されたＴＶモニタ３９により、欠陥部分の回折像■２を
画面でＭＯすることができる。

この実施例の欠陥検査装置は空間周波数フィルタ２３上
にレーザ光を射出する光フアイバ光学素子２４の入射端
部２４ｂが配設され、レーザ光が照射される規則パター
ン２１と対物レンズ２２との間に、従来のように斜設ハ
ーフミラ−１３を設けていないため、対物レンズ２２の
作動距離１１０が小さい高倍率の対物レンズ２２を使用
することができ、欠陥検査装置の高倍率化を図ることが
できる。

また、光フアイバ光学素子２４を使用することによって
従来の斜設ハーフミラ−１３を用いるものに比べて光エ
ネルギ伝達効率が良好となり、光路がフレキシブルとな
ることから、レーザ光源２５及び集光レンズ２６の設置
場所が限定されることがない。

更に、光フアイバ光学素子２４はファイバコア径の小さ
なものを使用することにより、光源は点光源に近づき、
対物レンズ２２を通して良好な平行光を得ることができ
る。

一方、規則パターン２１を目視観察したい場合には、レ
ーザ光源２５から射出したレーザ光をシャッタ２７で遮
光し、照明用光源２８側のシャッタ３１を開いて、照明
用光源２８から射出した光で、規則パターン２１を照明
する。即ち、照明用光源２８から射出した照明光は、照
明レンズ２９で集光された後、ハーフミラ−３０で反射
され、空間周波数フィルタ２３を透過して対物レンズ２
２により規則パターン２１で焦点を結び照明する。規則
パターン２１によって反射した光は再び対物レンズ２２
によって集光されて、今度はハーフミラ−３０を透過す
る。そして、ハーフミラ−３０を透過した光はＴＶ撮像
管３８に接眼レンズ３６とリレーレンズ３７によって結
像され、ＴＶモ二り３９によって、規則パターン２１の
像を画面で目視観察することができる。

第５図はこの発明の第１実施例に用いられている空間周
波数フィルタ２３の変形例を示す。

第１実施例の空間周波数フィルタ２３は第３図及び第４
図に示すように、ある巾をもった一直線状のものが用い
られているが、被検物体の規則パターン２１が直角方向
に設けられているものもあるので、その規則パターン２
１で反射した回折光も直角方向に並ぶことになる。従っ
て、これを遮断するには空間周波数フィルタ２３を９０
°回転させなければならない。そこで、予め十字型の空
間周波数フィルタ３３を作っておけば、規則パターン２
１の方向が９０＠回転したものであっても、空間周波数
フィルタ３３を回転させなくても済むことになる。この
。

ために、第５図に示すような十字型をした空間周波数フ
ィルタ３３が対物レンズ２２の焦点位置に配設されてい
る。

第６図〜第８図はこの発明の第２実施例を示し、スペッ
クルノイズ低減装置４０と欠陥判別回路４１とを備えた
ブロック図である。図において、第１実施例と同一もし
くは均等な部位又は部材には同一符号を伺して重複した
説明を省略する。欠陥判別回路４１は、規則パターン２
１の欠陥の有無を判別しその欠陥を記憶しておくと共に
、欠陥部分の位置、大きさ、形の判別を行なうためのも
のである。

この実施例に使用されるスペックルノイズ低減装置４０
の構成は第７図と第８図に示されている。

スペックルノイズ低減装置４０は光フアイバ光学素子２
４をレーザ光源２５から射出されたレーザ光が通過する
ときにレーザ光にスペックルノイズが発生し、平行照明
を対物レンズ２２で行なったとしても、スペックルノイ
ズにより生じる光の強度ムラをなくすようにした装置で
ある。第７図に示すスペックルノイズ低減装＠４０１は
、高周波発振器４２によって光フアイバ光学素子２４を
振動させ、スペックルノイズを低減化させるものである
。また、第８図に示すスペックルノイズ低減装置４０２
はモータ４３によって回転させられる拡散板４４をレー
ザ光源２５と集光レンズ２６との間に介装させ、回転す
る拡散板４４によってスペックルノイズを低減化させる
ものである。第６図中のスペックルノイズ低減装置！４
０には第７図又は第８図に示されているいずれかのスペ
ックルノイズ低減装置４０ｚ　、４０２が使用されてい
る。

次に、第６図に示す欠陥判別回路４１について説明する
。

ＴＶ撮像管３８に結像された規則パターン２１の欠陥部
の回折像はカメラコントロールユニット（以下ＣＣＵと
いう）４５を介したＴＶモニタ３９で観察することがで
きる。第９図はその回折像を示している。また、ＣＣＵ
４５から回折像のビデオ信号を取り出すことができ、第
１０図はそのビデオ信号を示している。

第９図で略円形の部分が規則パターン２１の欠陥部分で
ある。第１０図で波形が立ち上がっている部分が欠陥部
の回折像の位置と輝度に対応して９３られるピーク電圧
である。従って、欠陥部分の大小に応じたピーク電圧を
あるレベル以上、以下と分けることによって欠陥のレベ
ル分けが可能となる。

欠陥のレベル分けは次のようにして行なわれる。

まず、処理制御装置４６はステージコントローラ４７を
句動させてステージ４８上に配設された被検物体である
例えば測角用ロータリエンコーダの規則パターン２１を
有する目盛板４９をＸ−Ｙ方向に移動させると共にθ方
向に回転させ、○位置に設定する。

次に、目盛板４９が０位置に設定されると、処理制御装
置４６からの測定スタート信号により１゛ｖ撮像管３８
が作動させられて０位置に設定された目盛板４９におけ
る規則パターン２１の欠陥の有無を検出する。即ち、Ｔ
Ｖ撮像管３８に規則パターン２１の欠陥部の回折像を結
像させ、その回折像をＣＣＵ４５でビデオ信号に変換し
、ＣＣＵ４５から送られてきたビデオ信号を受けとった
コンパレータ５０でビデオ信号におけるピーク電圧が予
め定めたレベル以上（欠陥像あり）が、レベル以下（欠
陥像なし）かを比較させて欠陥の有無を検出する。そし
て、コンパレータ５０からの出力を次段の欠陥用メモリ
５１で記憶させる。

このようにして、Ｏ位置に設定された目盛板４９におけ
る規則パターン２１の欠陥の有無が検出されたら、再び
処理制御装置４６がステージコントローラ４７を駆動さ
せて、ステージ４８上の目盛板４９を所定角度回転させ
、目盛板４９における次のエリアの規則パターン２１の
欠陥の有無を前述と同様にして検出し、コンパレータ５
０からの出力を対応する欠陥用メモリ５１に記憶させる
。

こうして欠陥の有無を目盛板４９の全周にわたって行な
い、それぞれのエリアに対応した規則パターン２１の欠
陥情報を欠陥用メモリ５１の対応番地に記憶させる。

次に、処理制御装置４６は欠陥用メモリ５１からの情報
を′読み取り、目盛板４９の欠陥があったエリアを探し
出し、そのエリアにおける規則パターン２１の欠陥の位
置、大きさ、形を判定し、陰極線管５２上に画像表示さ
せる。このとき、そのデータをプリンタ５３によって印
刷することもできる。これと共に、処理制御装置４６は
ステージコントローラ４７を駆動させて欠陥のあったエ
リアがＴＶ撮像管３８に結像されるように目盛板４９を
回転させる。

目盛板４９が所定の位置まで回転したら、シャッタコン
トローラ５４を駆動させて、今まで開いていたレーザ光
源２５側のシャッタ２７を閉じてレーザ光を遮光し、照
明用光源２８側のシャッタ３１を開いて照明用光源２８
から射出した光で目盛板４９を照明する。即ち、照明用
光源２８の照明光は、照明レンズ２９で集光された後、
ハーフミラ−３０で反射され、空間周波数フィルタ２３
を透過して対物レンズ２２により目盛板４９で焦点を結
び照明する。目盛板４９で反射した光は再び対物レンズ
２２によって集光されて今度はハーフミラ−３０を透過
する。そして、ハーフミラ−３０を透過した光はＴＶ撮
像管３８に接眼レンズ３６と結像レンズ３７によって結
像され、ＣＣＵ４５を介したＴＶモニタ３９によって目
盛板４９の像を画面で目視観察する。

第１１図はこの発明の第３実施例を示す。

この実施例では、空間周波数フィルタ２３の中央部上即
ち対物レンズ２２の焦点位置には第１実施例にように光
フアイバ光学素子２４の光射出端部２４ａではなく、コ
ヒーレントな光を射出する光射出体である半導体レーザ
６０が配設されている。それ以外の構成は第１実施例と
同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

この半導体レーザ６０のコヒーレントな光を射出する光
射出部は対物レンズ２２に向けられている。

６１は半導体レーザ６０に接続されたコード、６２はコ
ード６１に設けられたコネクタである。この半導体レー
ザ６０は通電によってレーザ光を光射出部から射出する
。

この実施例では第１実施例のような光フアイバ光学素子
２４を使用せずに直接対物レンズ２２の焦点位置に光源
を置くものであるので、光フアイバ光学素子２４による
光エネルギー伝達損失がなく、光エネルギー伝達効率は
良好である。また、光フアイバ光学素子２４を使用した
時のようなスペックルノイズ対策も不要となる。従って
、スペックルノイズ対策にためにスペックルノイズ低減
装置４０が設けられていた場合、欠陥を高速で検出した
い時にスペックルノイズ低減装置４０による光ムラをな
くすための平均化に時間がかかり、測定時間が長くなっ
て欠陥を高速で検出できないということもなくなる。更
に、半導体レーザ６０は空間周波数フィルタ２３に設け
られ、空間周波数フィルタ２３は対物レンズ２２の焦点
位置にあることから、対物レンズ２２と空間周波数フィ
ルタ２３とは図示しない対物レンズ鏡筒５組み込まれ、
空間周波数フィルタ２３駁設けられている半導体レーザ
６０に接続されているコード６１、コネクタ６２が対物
レンズ鏡筒に取り付けられることになるので、対物レン
ズ２２の着脱は、空間周波数フィルタ２３に光フアイバ
光学素子２４が設けられている第１実施例のものに比べ
て対物レンズ鏡筒を着脱することにより容易に行なうこ
とができる。

第１２図はこの発明の第４実施例を示す。

第１２図は欠陥判別回路４１を備え、空間周波数フィル
タ２３に半導体レーザ６０を設けている欠陥検査装置の
ブロック図である。この実施例ではスペックルノイズ低
減装置４０がないのが第２実施例と相違し、他の構成は
第２実施例と実質的に同一なので、同一符号をイ］シて
説明を省略する。

図中、６３は半導体レーザ６０のレーザ光を遮光するシ
ャッタである。なお、スペックルノイズ低減袋Ｗ１４０
を設けＣいないのは、対物レンズ２２の焦点位置に、レ
ーザ光を直接に射出する半導体レーザ６Ｏを配設したか
ら、第２実施例のように光フアイバ光学素子２４に生じ
るスペックルノイズの問題が生じないからである。

また、前述の実施例において、空間周波数フィルタ２３
．３３は対物レンズ２２の焦点位置に設けなけオｔばな
らない。しかし、対物レンズ２２の焦点位置に空間周波
数フィルタ２３．３３を設けるだけの余裕がない場合、
本来の焦点位置から少しずれた所に設けなければならな
いことになる。空間周波数フィルタ２３．３３の光軸方
向のわずかのずれは、ごくわずかの像のボケと光量の減
少を生じるだけで実用上殆ど影響はない。従って、空間
周波数フィルタ２３　、３３を設ける位置は必ずしも厳
密ではなく、ある程度のずれは許される。

以上説明してきたように、この発明によれば、その構造
を５コヒーレント光を射出する光射出体と、該コヒーレ
ント光で照射された規則パターンを有する被検物体から
の反射回折光を結像させるための対物レンズと、該対物
、レンズの焦点位置に配置させられた空間周波数フィル
タとからなり、前記光射出体を空間周波数フィルタ上に
配設したため、レーザ光が照射される規則パターンと対
物レンズとの間に従来のように斜設ハーフミラ−は設け
なくても済み、対物レンズの作動距離が小さい高倍率の
対物レンズを使用することができ、高倍率化が図れると
いう効果が得られる。

また、光射出体を、レーザ光源を導光した光フアイバ光
学素子の光射出端部とすることにより、。

従来の斜設ハーフミラ−を用いるものに比べて光エネル
ギー伝達効率カマ良好であり、光路がフレキシブルとな
ることから、レーザ光源及び集光レンズの設置場所が限
定されることがないという効果が得られる。

更に、光射出体を半導体レーザとすることにより、光フ
アイバ光学素子によるものに比べてより一層光エネルギ
ー伝達効率が良好となり、スペックルノイズ対策も不要
となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の透過型の欠陥検査装置の概略構成図、第
２図は従来の反射型の欠陥検査装置の概略構成図、第３
図及び第４図はこの発明の欠陥検査装置の第１実施例を
示し、第３図は欠陥検査装置の概略構成図、第４図はレ
ーザ光が通過する規則パターン、対物レンズ及び空間周
波数フィルタの斜視図、第５図は空間周波数フィルタの
変形例を示す第４図と同様な斜視図、第６図〜第１０図
はこの発明の第２実施例を示し、第６図はスペックルノ
イズ低減装置と欠陥判別回路を備えた欠陥検査装置のブ
ロック図、第７図はスペックルノイズ低減装置を示す概
略図、第８図はもう一つのスペックルノイズ低減装置を
示す概略図、第９図は欠陥部の回折像を示す図、第１０
図は欠陥部の回折像のビデオ信号を示す図、第１１図は
この発明の第３実施例を示し、欠陥検査装置の概略構成
図、第１２図はこの発明の第４実施例を示し、欠陥判別
回路を備えた欠陥検査装置のブロック図である。 ２１・・・規則パターン、２２・・・対物レンズ、２３
・・・空間周波数フィルタ、 ２４ａ・・・光ファイバ光学素ｔの光射出端部（光射出
体）２５・・・レーザ光源、６０・・・半導体レーザ（
光射出体）第６図 第７図 ４ ４ど 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光を射出する光射出体と、該コヒー
   レント光で照射された規則パターンを有する被検物体か
   らの反射回折光を結像させるための対物レンズと、該対
   物レンズの焦点位置に配置させられた空間周波数フィル
   タとを備え、前記光射出体を該空間周波数フィルタ上に
   配設したことを特徴とする欠陥検査装置。
2. （２）光射出体はレーザ光源を濾光した光フアイバ光学
   素子の射出端部であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の欠陥検査装置。
3. （３）光射出体は、半導体レーザであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の欠陥検査装置。