JPS62294944A - レ−ザを用いた表面欠陥検出方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミック基板等の表面に認められる欠陥部
を検出するためのレーザを用いた表白欠陥検出方法に係
り、より詳細には、一定の幅をもつ平行レーザ光帯を立
体状に広がる（平行）レーザ光帯の集合体とし、該集合
体を被検査物の表面に照射、反射させることにより、該
表面上の欠陥部の有無等を検出するようにしたレーザを
用いた表白欠陥検出方法に関する。

〔従来の技術〕

セラミック基板、シリコンウェハ、グレーズ基板等は、
その性能上高度の平坦度が要求されている。この要求に
対し、製品の表面凹凸、表面節がりを光学的に検出して
その表面形状を判別し、不良品を排除する等の試みがな
されている。

例えば、かかる光学的手法による判別方法としては、特
開昭５９−９２３０４号に示すようにレーザスポットを
角度可変ミラーを介して物体表面上に移動照射して物体
の形状を判別する方法が知られている。しかし、該方法
はレーザスポットの移動にパルスモータ等の駆動部を有
するので、被検査物表面の走査・測定に時間が大幅にか
かるだけでなく、該パルスモータの駆動部やその制御機
構が必要となり構成が大がかりとなる等の問題が提起さ
れている。

そこで、本発明者は、かかる問題点を解消する方法とし
て一定幅ｌをもつレーザ光帯７を所定間隔をもって重畳
させた平行レーザ光帯を、その重畳方向の軸をもつ円柱
鏡面２に反射させて扇形光面８をもつ扇形平行レーザ光
帯９となし、その扇形平行レーザ光帯９を被検査物６の
表面に両者の交線に対して直角になるように入射し、そ
の反射光をスクリーン４に映した像のゆがみにより、前
記被検査物６上の表面欠陥を判別する方法を提案した（
特願昭６０−２７３８３８号参照）。

すなわち、第５〜８図において、レーザ源１より発され
た１〜２龍幅のレーザ光帯７を円柱鏡面２に反射させて
扇形光面８に広げ、該ＦＢ形光面８をグレーズ基板等の
被検出物６の表面に照射し、該表面に欠陥部があると該
レーザ光の分散によりビーム間隔を拡大し、第７図（イ
）（ロ）（ハ）、第８図に示すような反射像としてスク
リーン４上に投影し、その欠陥部の形状を検出できるよ
うにしたものである。ここで、第７図は被検査物６の欠
陥部が凸状の場合の像を示し、（イ）図がその昇りスロ
ープ、（ロ）図が頂上付近、（ハ）図が下りスロープの
像である。また、第８図は凸状の欠陥部の頂上付近が急
な状態の像である。

そして、上述した検出方法によると被検査物６の幅に広
げた扇形光面８を有する平行レーザ光帯９を移動照射す
るようにしたので、被検査物６上をレーザースポットと
して移動照射するのでなく、また目視観察が容易である
ので、被検出物６上の欠陥形状を極めて簡単に測定・検
出できるという利点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述した欠陥検出方法の場合、レーザ源１より
発された平行レーザ光帯７のビーム間隔と扇形光面８の
扇形平行レーザ光帯９のビーム間隔が同じ（通常、１〜
２１１間隔）であるために、被検査物６の全表面の欠陥
部を検出するには該被検査物６（あるいはレーザ光帯の
照射位ＩＩ）を移動させながら検出しなければならなず
、その為にその検出時間が長くなるという問題を有して
いるまた、欠陥部の有無の検出という観点によりみた場
合、精度のよい検出が期待できるもののその検出機構が
複雑に成りやすいという問題をも有する。

本発明は、以上のような点に対処して創案されたもので
あって、その目的とするところは、被検査物の表面の欠
陥部を被検査物の移動をさせることなく、簡単にその検
出ができ、しかもその検出精度を高めることができるレ
ーザを用いた表白欠陥検出方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕そして、上
記目的を達成するための手段としての本発明のレーザを
用いた表白欠陥検出方法は、一定幅をもつレーザ光帯を
所定間隔をもって重畳させた平行レーザ光帯を全反射も
しくは反射させて該平行レーザ光帯の幅方向および重畳
方向の広がりを有するレーザ光帯の集合体とし、該集合
体を被検査物の表面に照射し、その反射光をスクリーン
に映した像の高輝度・低輝度部分の分布状態により、前
記被検査物上の表面欠陥を判別するようにした構成より
なる。

ここで、上記構成において、通常、前記レーザ光帯の集
合体はレーザ光帯の幅方向に広がる扇形光面をもづ扇形
平行レーザ光帯とした後、該扇形平行レーザ光帯を全反
射もしくは反射させることにより平行レーザ光帯の幅方
向および重畳方向の広がりを形成するようにしたものを
用い、また、該平行レーザ光帯および扇形平行レーザ光
帯の全反射は光学ガラスを用いて行い、また平行レーザ
光帯の反射をその重畳方向の軸をもつ第１の円柱状鏡面
により行い、また扇形平行レーザ光帯の反射をその広が
り方向に軸をもつ第２の円柱状鏡面により行うようにし
ている。

なお、該円柱状鏡面とは円柱体に限られるものでなく、
レーザ光帯を反射できる各種曲面体を含む概念である。

そして、上記構成に基づく検出方法は、レーザ源より発
した平行レーザ光帯を全反射もしくは反射させて得た平
行レーザ光帯の幅方向および重畳方向の広がりを有する
レーザ光帯の集合体を被検査物の表面に照射すると、欠
陥部がない場合は、はぼ一様な光線の反射像としてスク
リーン上に投射され、また欠陥部があると該欠陥部でレ
ーザ光帯が乱反射されスクリーン上に投射されたレーザ
光帯に高輝度、低輝度領域が生じ、該領域の分布状態を
二次元センサー等で撮像することにより検出できるよう
に作用する。

（実施例〕 以下、図面を参照しながら本発明を具体化した実施例に
ついて説明する。

ここに、第１〜４図は本発明の実施例を示し、第１図は
構成概略図、第２図はレーザ光帯と第１および第２の円
柱鏡面を説明する斜視図、第３図はスクリーン上の像の
説明図、第４図はレーザ光帯と円柱鏡面との関係を説明
する平面図である。

なお、各図において前述した第５〜８図の従来例との対
応個所には同一符号を付している。

本実施例の検出方法は、一定幅ｌを有する平行レーザ光
帯７を発するレーザ′ａ１と、該平行レーザ光帯７を反
射させて平行扇形レーザ光帯８とするための第１の円柱
鏡面２と、該平行扇形レーザ光帯８を立体方向に広げる
第２の円柱鏡面３と、スクリーン４および該スクリーン
４上の反射像を撮像する二次元センサー５とを用いるこ
とにより具体化した被検査物６の表面の欠陥部７を検出
できるようにした方法である。

すなわち、まず、帯状レーザ光７を発するレーザ照射器
よりなるレーザ源１より、平行レーザ光帯７を発する。

ここで、該平行レーザ光帯７は第２図に示すように１〜
２璽■の光束幅ρを有するレーザ光帯７を１〜２龍の一
定のビーム間隔をもって複数本重畳さたものである。

次に、該平行レーザ光帯７を第１の円柱鏡面２の側面に
反射させることにより、該レーザ光帯７が前記１〜２讃
鳳の一定のビーム間隔をもつ扇形光面８に広げられる。

この方法は前述した従来例（第６図参照）と同様である
。ここで、該扇形光面８はつぎのようにして形成される
。すなわち、第４図において、レーザ光帯７を形成する
光束の左端光路７１は進行方向に向かって円柱鏡面２の
接線方向に照射され該円柱鏡面２に反射されず直進する
ように設定され、レーザ光帯７の右端光路７２は該円柱
鏡面２のＡ点での接線ｃ−ｃ　’に対して入射角θで入
り、光の性質より該接線ｃ−ｃ’に対して反射角θで反
射し、該光帯７は扇形光面８に広げられる。なお、該扇
形光面８は円柱鏡面２の曲率半径をＲとし、微小距離ｄ
ｌと微小角度ｄθとの関係をみてみると、 λ二Ａ’＝Ｒｄ　　θ　　　　入Ａ’Ｓｉロ　θ　＝ｄ
ｌおよび　ｊ！＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）　より、ｄｌ＝　
（２ｊ！Ｒ−βジー１″・ｄｌであり、Ｒ＞ｆを考慮し
て１２の項を無視すれば、 ｄｅ７ａｔｔ＝　　１乃ｒ１７ であるから、θ”’　（２１／　Ｒ）　ｌ／２分のレー
ザ光の明るさの密度分布に傾斜のある光束として認めら
れる。

次ぎに、該扇形平行レーザ光帯８を第１の円柱鏡面２の
前方に配置されている第２の円柱鏡面３の側面に反射さ
せることにより、該扇形レーザ光帯８の上側に位置する
レーザ光帯が進行方向に向かって円柱鏡面３の接線方向
に照射され該円柱鏡面３に反射されず直進するように設
定され、下側に位置するそれぞれのレーザ光帯８が円柱
鏡面３のビーム間隔で所定の点で反射されて、前記第１
の円柱鏡面２の軸方向に反射（屈折）され、当初の平行
レーザ光帯７が立体状に広げられた（屈曲された）レー
ザ光帯の集合体９を形成する。

そして、該レーザ光帯の集合体９を被検査物の表面に入
射させると、光束幅およびビーム間隔がそれぞれ広がっ
て、該被検査物６の全表面を覆い、さらに該レーザ光帯
の集合体９は該表面で反射して、スクリーン４上に投影
し、咳像を二次元センサー５で撮像することにより、被
検査物６の表面の欠陥部を検出できるように構成されて
いる。

続いて、上記構成に基づく本実施例の作用について説明
すると、前述した手段により得たレーザ光帯の集合体９
を被検査物６の表面に照射すると、該集合体９は該被検
査物６の表面で反射されてスクリーン４上に投影され、
これを二次元センサー５で撮像すると、まず被検査物６
の表面に欠陥部が存在しない場合は第３図（イ）に示す
ようにビーム間隔が均一な帯状のレーザ光帯の一様な分
布状態として認められる。これは、表面が均一であるこ
とより、光帯の散乱が認められないからである。

また、被検査物６の表面に欠陥部が存在すると、第３図
（ロ）に示すようにレーザ光帯がその個所において敗乱
し、スクリーン４上で欠陥部の形状に応じて像に密度の
高低が認められる。すなわち、該光線の少ない閉じた領
域１０を認めることができ、該領域の周囲はレーザ光線
が高密度に入射して高輝度な領域を形成し、その内側は
レーザ光束が低密度で低輝密度な領域と形成する。

従って、スクリーン４上のレーザ光線の密度分布状態に
より被検査物６の表面の欠陥部を検出できるように作用
する。

なお、被検査物６の表面に欠陥部のない場合においても
、レーザ光帯は前述したように完全に一様な分布をして
いないが、欠陥部での密度分布は、レーザ光帯の広がり
による密度分布の傾斜に比べて極端に変化が激しいもの
であるから、反射像内を空間フィルタリング処理や、微
分処理あるいは二次微分処理を行うことにより該欠陥部
を抽出することができる。

次ぎに、上記実施例による検出方法の検出効果を確認す
るために、第１図において、被検査物として縦横が５Ｃ
１１のグレーズ基板を用いて、レーザ源より発されるレ
ーザ光帯の光路中に第１の円柱鏡面を該レーザ光帯の重
畳方向に軸を有するように設置すると共に、該第１の円
柱鏡面の前方位置に該円柱鏡面とその軸芯が９０′″の
傾きをもって第２の円柱鏡面を第１の円柱鏡面よりの平
行レーザ光帯を屈折させる位置に設置するともに該第２
の円柱鏡面よりの反射光中にグレーズ基板を設置し、さ
らに該基板上の法線に対応する位置に二次元センサーを
設置した構成でレーザ源より１〜２鶴幅のレーザ光帯を
ビーム間隔１〜２璽鳳で複数本重畳するようにして発射
し、第１および第２の円柱鏡面に大反射させることによ
り第２の円柱鏡面で二個の鏡のそれぞれの軸方向に縦横
が広がる立体状の平行レーザ光帯の集合体が得られ、該
集合体はグレーズ基板全体を覆うように照射して、この
反射像がスクリーン上に投影され、これを二次元センサ
ーで撮像すると、光の濃度分布に大きな差がある個所が
認めれ、これがグレーズ基板上にある欠陥部であること
がｉｉｉ認できた。

また、本実施例によればグレーズ基板全体全体の欠陥を
一度（必要に応じて数回に分けて）に検出でき、その検
出速度の向上が認められた。

これより、本実施例によれば所定のビーム幅をもって重
畳させた平行レーザ光帯を立体状に広げても十分に基板
等の表面にある欠陥部を光の濃度分布の差を識別でき、
該分布差でその欠陥を検出できることがわかった。

ところで、上述した実施例においては、レーザ光帯の反
射を円柱鏡面を用いたもので説明したが、本発明はこの
構成に限られることなく、第１の円柱状鏡面としてはレ
ーザ光帯を反射により扇形光面を形成する面を有するも
のであれば円柱でなくてもよく、また第２の円柱鏡面と
しては第１の円柱鏡面よりの平行レーザ光帯を被検査物
の表面を所定の広さ若しくは全面に照射できるように広
げることができる面を有するものであればよいことは明
らかである。また、上記円柱鏡面はその曲率半径を任意
に変更できるようにしたり、その傾きを変更できるよう
に構成してもよい、この構成の場合、レーザ光帯の集合
体の大きさや被検査物への照射角度を任意に変更できる
。

また、本発明は上述実施例において円柱鏡面の代わりに
光学ガラス（プリズムその他）を用いてレーザ光帯を全
反射させるようにした構成としてもよい、この構成の場
合、レーザ光帯を全反射させることができるので正確な
欠陥を検出するためのレーザ光帯の集合体が得られると
いう利点を有する。なお、光学ガラスを用いた場合でも
その設置角度等を変更できるようにしてもよいことは明
らかである。

さらに、前述実施例においては、スクリーン上に投影さ
れる像を検出するための装置として二次元センサーを用
いた構成で説明したが、光の濃度分布を検出できるもの
であれば他の構成のものを用いてもよい。

さらにまた、実施例においては、平行レーザ光帯を最初
にそれぞれ扇形光面に広げた後、該扇形光面を有する平
行レーザ光帯をレーザ光帯の重畳方向に屈曲させること
によりレーザ光帯の集合体をえるようにしたが、本発明
はこの方法に限られることなく、例えば、逆順序（重畳
方向に屈曲させた後にそれぞれのレーザ光帯を扇形光面
にひろげる）で形成するようにしてもよく、また複数個
、あるいは−個の光学ガラス等で形成するようにした構
成としてもよいことは明らかである。

なお、本発明は上述実施例に限定されるものでなく、本
発明の要旨を変更しない範囲内で変形実施できるものを
含むものである。

〔発明の効果〕

以上の記載より明らかなように本発明のレーザを用いた
表白欠陥検出方法によれば、欠陥検出用レーザ光を全反
射もしくは反射により平行レーザ光帯の幅方向および重
畳方向に広がる平行レーザ光帯の集合体とし、該平行レ
ーザ光帯の集合体内に被検査物を置くことにより、該被
検査物表面を照射し、その反射像としての光の濃度分布
差を識別し、基板等の表面の欠陥部を検出できるように
したので、検出時に被検出物を移動することなく、被検
査物の欠陥部を検出することができるという効果を有す
る。

従って、本発明によれば、複雑な機構を設けることなく
、簡単な操作で精度の高い欠陥部の検出が行えるレーザ
を用いた表白欠陥検出方法を提供できるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の実施例を示し、第１図は構成概略
図、第２図はレーザ光帯と第１および第２の円柱鏡面を
説明する斜視図、第３図（イ）（ロ）はスクリーン上の
像の説明図、第４図はレーザ光帯と円柱鏡面との関係を
説明する平面図、第５〜８図は従来例を示し、第５図は
構成概略図、第６図はレーザ光帯と円柱鏡面を説明する
斜視図、第７．８図はスクリーン上の像の説明図である
１・・・レーザ源、２・・・第１の円柱鏡面（または光
学ガラス）、３・・・第２の円柱鏡面（または光学ガラ
ス）、４・・・スクリーン、５・・・二次元センサー、
６・・・被検査物、７・・・レーザ光帯、８・・・扇形
光面、９・・・扇形レーザ光帯の集合体 特　許　出願人　鳴海製陶株式会社 代理人　弁理士　吉　材　博　文 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７ｖＩＪ 第８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定幅をもつレーザ光帯を所定間隔をもって重畳
   させた平行レーザ光帯を全反射もしくは反射させて該平
   行レーザ光帯の幅方向および重畳方向の広がりを有する
   レーザ光帯の集合体とし、該集合体を被検査物の表面に
   照射し、その反射光をスクリーンに映した像の高輝度・
   低輝度部分の分布状態により、前記被検査物上の表面欠
   陥を判別することを特徴とするレーザを用いた表面欠陥
   検出方法。
2. （２）レーザ光帯の集合体を、レーザ光帯の幅方向に広
   がる扇形光面をもつ扇形平行レーザ光帯とした後、該扇
   形平行レーザ光帯を全反射もしくは反射させることによ
   り平行レーザ光帯の幅方向および重畳方向の広がりを形
   成するようにした特許請求の範囲第１項に記載のレーザ
   を用いた表面欠陥検出方法。
3. （３）平行レーザ光帯および扇形平行レーザ光帯の全反
   射を光学ガラスを用いて行うようにした特許請求の範囲
   第２項に記載のレーザを用いた表白欠陥検出方法。
4. （４）平行レーザ光帯の反射をその重畳方向の軸をもつ
   第１の円柱状鏡面により行い、また扇形平行レーザ光帯
   の反射をその広がり方向に軸をもつ第２の円柱状鏡面に
   より行うようにした特許請求の範囲第２項に記載のレー
   ザを用いた表面欠陥検出方法。
5. （５）第１および第２の円柱状鏡面の曲率半径を変更で
   きるようにした特許請求の範囲第４項に記載のレーザを
   用いた表面欠陥検出方法。