KR102061163B1 - 검사 시스템 및 검사 방식 - Google Patents

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Abstract

[과제] 피검사 대상의 특징점에서 발생하는 광의 변화가 약간이어도, 그 광의 변화량을 그 전체 시야 범위에서 판별 가능하게 하고, 그 특징점을 동일한 조건에서 검출하는 것이 가능한 검사용 조명 장치를 제공한다.
[해결 수단] 상기 검사용 조명 장치(100)에 있어서, 면 광원(1)과, 상기 면 광원(1)과 검사 대상(W) 사이에, 차광 마스크(M1) 및 필터 수단(F1) 중 적어도 어느 하나가 그 렌즈의 초점위치를 중심으로 해서 위치하도록 상기 검사 대상(W)에 가까운 측에 렌즈(2)를 배치하고, 상기 면 광원(1)으로부터 방사된 광이 상기 렌즈(2)에 의해 상기 검사 대상(W)에 조사될 때의 조사 입체각이 특정 광 속성을 가지고, 광축을 중심으로 방사상으로 배치된 입체각 영역을 가지도록 하고, 피검사 대상의 특징점에서 발생하는 변화에 맞추어 상기 검사광의 조사 입체각의 형상이나 크기 및 경사각과 상기 조사 입체각 내의 특정 광 속성을 가지는 입체각 영역을 그 시야 전역에 있어서 대략 균일하게 설정할 수 있도록 했다.

Description

검사 시스템 및 검사 방식
본 발명은, 예를 들면 검사 대상에 검사광을 조사하여, 그 제품의 외관이나 상처, 결함 등의 검사를 행하기 위해 사용되는 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템, 및 검사 방식에 관한 것이다.
제품의 외관 검사 등에 사용되는 검사용 조명 장치의 일례로서는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같은 검사 대상에 대한 조사 입체각의 형상이나 각도, 및 그 광 속성이 상이한 입체각 영역을 대략 균일하게 제어해서 조사할 수 있는 것이 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 검사용 조명 장치를 사용해서 검출하는 것이 어려운 결함 등의 특징점을, 촬상된 화상에 의해 검출할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다. 보다 구체적으로는, 검사 대상인 제품의 표면 성상이 완전한 미러면이 아니기 때문에, 검사 대상면의 특징점에 있어서의 소망의 농담 정보를 얻기 위해 광축이나 조사 입체각의 형상 등을 정밀하게 제어하는 것이 어렵고, 검사광을 조사할 수 있었다고 해도, 특징점이 검사 대상의 어느 위치에 있는지에 따라 명암차가 크게 변화해버려 특징점을 판별하기 어려운 사례가 있다. 또한, 미러면이었다고 해도, 그 특징점이 극히 미소한 경사를 따르는 것이나, 입체 형상을 하고 있는 것과 같은 물체 표면에 있어서는 그 특징 정보로부터 얻어지는 광의 변화량이 극히 미소하게 되고, 그러한 면으로부터 얻어지는 화상의 명암차도 극히 미소하게 되어, 특징점을 판별하는 것이 어려운 사례도 있다.
그러한 사례에 대해서는, 예를 들면 추출하고자 하는 특징점에서의 변화가 물체로부터 되돌려지는 물체광의 입체각과, 그 물체광을 관찰하는 결상 광학계가 물체의 각 점에 형성하는 관찰 입체각과의 포함 관계의 변화에 의해 특정할 수 있도록, 물체의 각 점에 대한 조사 입체각을 적절하게 설정하는 것이 고려된다.
그러나, 이러한 수단에 의해 각 점으로부터 되돌려지는 물체광의 농담에 있어서, 특징점에서의 변화가 실현할 수 있었다고 해도, 기타 개소에서도 같은 농담 정보가 존재하여 그것이 소망의 특징점인지의 여부를 특정할 수 없는 경우가 있다.
보다 구체적으로는, 검사 대상 상의 미소한 결함 등에 의해 물체의 각 점으로부터 발생하는 물체광의 광축의 변화는 제각각이며, 그 특정 방향의 특정 경사의 특징점만을 그 농담 정보로서 추출하는 것은 어렵다. 왜냐하면, 조사 입체각의 형상 등이 반영되는 물체광의 입체각과, 이것을 관찰하는 입체각의 포함 관계는 결국 그 포함 부분에 포함되는 광 에너지의 총량의 변화로 밖에 검출되지 않음으로써, 우선 균질한 조사 입체각에 있어서는 그 포함 관계에 의한 농담 정보가 광축의 경사 변화에만 의해 초래되기 때문에, 그 광축의 경사의 방향 모두에 있어서 경사각이 동등하면 같은 농담차가 되어 식별할 수 없고, 조사 입체각에 이방성을 갖게 해도, 그 방향에 대해서는 농담차가 얻어져도 다른 방향에 대해서는 얻을 수 없으므로, 상세한 입체 형상을 특정하지 않으면 추출할 수 없는 특징점에 있어서는 그 특징점에 있어서만 특유의 농담차를 발생시키는 것은 어렵다.
일본 특허 제5866586호
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 결함 등의 특징점이 복잡한 입체 구조를 하고 있어 그 특징점에서 발생하는 반사나 산란의 변화가 복합적으로 다른 노이즈와 분리할 수 없는 경우에도, 검사 대상의 촬상 범위의 각 점에 있어서 그 특징점이 시야 내의 어디에 있어도, 촬상 장치의 관찰 입체각 내에 있어서의 광량을 일정량만 변화시킬 수 있고, 나아가서는 이러한 미소에서 큰 특징 정보를 가지지 않는 특징점의 상세를 검출하는 일이 가능해지는 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템, 및 검사 방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 검사용 조명 장치로부터 사출되는 검사광의 조사 입체각의 크기나, 그 형상, 경사 등의 양태를 균일하게 하고, 그 조사 입체각 내에서 광의 전파 방향 이외의 변화 요소, 예를 들면 다른 파장이나 편파면, 또는 광량 등을 임의로 구분해서 조사하고, 게다가 이것을 조절할 수 있도록 함으로써 검사 대상에 있어서의 결함 등이 미소하며, 그 결함 등에 의한 반사나 산란의 변화량이 극히 얼마 안되거나 다른 것과 구별되기 어려운 것이어도, 촬상 장치의 관찰 입체각 내에서 구분한 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량의 영역마다 각각의 광량의 변화로서 그 방향 의존성없이 파악할 수 있어, 이 변화를 명암 정보로 하는 화상이 얻어지도록 하는 신규한 발상에 근거해서 이루어진 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 검사용 조명 장치는 검사 대상에 검사광을 조사하는 검사용 조명 장치로서, 상기 검사 대상에 있어서 반사 또는 투과 또는 산란하는 광, 즉 물체로부터 되돌려지는 물체광을 촬상하는 촬상 장치로 이루어지는 검사 시스템에 적용되고, 상기 검사용 조명 장치에 있어서, 검사광을 사출하는 면 광원과, 상기 면 광원과 상기 검사 대상 사이에 설치되어 상기 면 광원으로부터 방사된 광을 상기 검사 대상으로 조사하는 검사광으로서, 상기 검사 대상에 대한 조사 입체각을 형성하기 위한 렌즈와, 상기 면 광원과 상기 렌즈 사이이며, 상기 렌즈의 초점위치를 중심으로 해서 그 전후로 설치되어 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 차광 형성하는 제 1 차광 마스크, 및 상기 검사광을 상이한 파장대역의 광이나 상이한 편파면, 또는 상이한 광량을 가지는 광으로 부분적으로 상이한 광 속성을 가지는 임의의 입체 각도 영역으로 구분하는 제 1 필터 수단의 적어도 어느 하나를 구비하고 있고, 상기 촬상 장치에서 상기 검사 대상으로부터의 광을 촬상할 때에 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각에 대하여, 각 점의 명암에 상이한 파장대역이나 상이한 편파면, 또는 상이한 광량을 가지는 등의 광 속성이 상이한 입체 각도 영역마다에 소망의 변화가 얻어지도록 조사 입체각 전체의 형상 또는 크기나 경사, 및 광 속성이 상이한 상기 입체 각도 영역이 조사 입체각 내에서, 그 조사 입체각을 기초로 해서 물체로부터 되돌려지는 물체광의 입체각과 관찰 입체각의 관계에서 그 포함 관계의 변화가 연속적으로 빠짐없이, 광물성이 상이한 광의 밝기 변화의 조합 정보로서 얻어지도록 설정한 것을 특징으로 하는 검사용 조명, 및 검사 시스템, 및 검사 방식이다.
또한, 상기 제 1 차광 마스크와 상기 면 광원 사이이며, 상기 렌즈가 상기 검사 대상에 대하여 결상하는 근방에 제 2 차광 마스크, 및 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 제 4 필터 수단의 적어도 어느 하나를 더 구비하고, 상기 제 2 차광 마스크 또는 제 4 필터 수단에 의해, 상기 검사 대상에 대한 검사광의 조사 영역이나 조사 패턴을 임의로 생성 가능한 것을 특징으로 한다.
이러한 검사 방식 및 검사 시스템 및 검사용 조명 장치이면, 상기 렌즈와 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단에 의해, 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 대략 균일하게 형성하면서, 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량 등의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역을 임의로 형성하고, 게다가 상기 렌즈와 상기 제 2 차광 마스크 또는 제 4 필터 수단에 의해, 상기 검사 대상의 필요한 부분에만 상기 검사광을 조사하거나, 그 검사광의 조사 범위를 임의의 광 속성을 가지는 영역에 의해, 상기 물체로부터 되돌려지는 물체광의 입체각과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 양자의 포함 관계가 어느 방향으로 얼마나 변화해도, 그것을 식별하고 상기 검사 대상의 미소하게 복잡한 입체 형상을 한 특징점에 대하여 그것을 추출하는데 충분하는 농담 정보를 얻을 수 있다.
바꿔 말하면, 예를 들면 통상의 면 광원 등의 조명 장치를 사용하는 경우이면, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사는 상기 검찰 대상의 각 점과 상기 조명 장치의 광원면의 형상의 관계에서 각각 결정됨으로써 균일한 검사광을 얻는 것이 어렵고, 특허문헌 1에 든 검사용 조명 장치로는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사는 대략 균일하게 설정할 수 있지만, 조사 입체각 내에 형성되는 상기 복수의 광 속성을 가지는 입체각 영역에 기인하여 상기 검사 대상의 각 점으로부터 되돌려지는 물체광의 입체각 내에 마찬가지로 형성되는 복수의 광 속성을 가진 입체각 영역이 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 연속적으로 변화되지 않으면, 상기 검사 대상 상의 미소하게 복잡한 입체 형상을 한 특징점을 추출할 수 없는 것에 대해서, 상기 본원 발명이면 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사를 대략 균일하게 하고, 게다가 그 조사 입체각 내를 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 등의 상이한 광 속성을 가지는 적절한 입체 각도 영역으로 구분함으로써, 상기 관찰 입체각과의 포함 관계가 어느 방향으로 변화한 경우에도, 그것을 상기 복수의 입체각 영역과 관찰 입체각의 포함 관계의 변화에 의한 변화량으로서 연속적으로 포착할 수 있다.
또한, 상기 검사 대상에 있어서의 미소한 결함 등에 의해 반사광이나 투과광 또는 산란광의 강도나 방향이 약간 변화한 경우에도, 그 변화하는 부분에 의해 상기 촬상 장치의 관찰 입체각 내와 포함 관계에 있는 상기 상이한 광 속성을 가지는 입체 각도 영역마다에 그 광량에 변화가 생기도록, 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각 형상 및 그 각도를 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 크기나 형상 및 각도의 상대 관계로 적절하게 설정하고, 피사체면의 특징점의 표면 성상에 맞춰서 적절하게 설정할 수 있고, 미소한 결함 등을 검출하기 쉽게 하거나 또는 반대로 검출되지 않게 하거나 할 수 있다.
또한, 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각의 중앙부만이 암부 영역이 되고 주변부만이 명부 영역으로 하는 등, 다양한 형태의 조사 입체각을 형성할 수 있음과 아울러, 그 조사 입체각의 내부를 상이한 광 속성을 더 가지는 상기 입체 각도 영역, 상기 관찰 입체각과의 어느 방향으로의 포함 관계에 있어서도 각각이 연속적으로 변화되도록 형성함으로써, 상기 검사 대상에 있어서의 반사광이나 투과광이 상기 촬상 장치의 관찰 입체각 내에 들어가지 않도록 하고, 산란광만을 촬상하거나, 상기 반사광이나 투과광이 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에서 어느 방향에 대한 포함 관계의 변화에서도, 이것을 그 방향마다 추출할 수 있도록 상기 검사 대상에 있어서의 상기 반사광이나 상기 투과광의 전파 방향의 변화를 상기 검사 대상의 각 점의 명암 정보로서 관찰하고, 또한 상기 촬상 장치에 있어서, 상기 반사광이나 상기 투과광의 입체각에 반영되는 상기 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역을 선택적으로 촬상 가능한 제 2 필터 수단을 구비함으로써 상기 임의의 입체 각도 영역마다에, 상기 검사 대상의 특징점에 있어서 발생된 변화를 포착할 수 있고, 다양한 검사 대상이나 검출해야 할 다양한 특징점에서 발생하는 미소한 광의 변화에 따른 정확한 양태의 조사 입체각에서 검사광을 조사할 수 있다.
여기에서 말하는 제 2 필터 수단으로서는 상기 촬상 장치에 있어서, 예를 들면 상기 검사 대상에 있어서의 상기 반사광이나 상기 투과광을, 상이한 광 속성마다 선택적으로 분광한 후에 그 각각의 광량을 광센서로 촬상해도 좋고, 광센서의 각 픽셀마다 각각 상이한 광 속성의 광만을 선택적으로 투과하는 필터를 구비해도 상관없다.
본 발명에 의한, 대략 균일한 조사 입체각을 가지는 검사광을 상기 검사 대상에 조사한 경우에, 결함 등에 의해 그 반사 방향 또는 투과 방향이 변화될 때에 발생하는 상기 반사광 또는 투과광의 입체각의 변화에 관한 것으로서, 얼마 안남았어도 그 변화를 파악할 수 있도록 하기 위해서는 그 입체각의 변화에 대하여 상기 관찰 입체각 내의 광량 변화가 최대가 되고, 그 이외의 변화에 대해서는 최소가 되도록 상기 검사광의 조사 입체각과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 상대 관계를, 그 형상이나 각도 및 크기에 대하여 조정함으로써 상기 반사광 또는 투과광의 입체각의 변화만을 선택적으로 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 또한 상기 조사 입체각 내에 상이한 광 속성을 가지는 임의의 상기 입체 각도 영역을 적절하게 설정함으로써 그 입체 각도 영역마다의 광량 변화를 동시에 관찰할 수 있고, 상기 검사 대상의 복잡한 입체 구조를 가지는 다양한 특징점에 있어서의 광의 변화에 대응하고, 그 입체 구조의 각 방향에 있어서의 변화에 대하여 연속적으로 광의 변화를 보충하는 것이 가능해진다. 따라서, 이와 같이 미소한 복잡한 입체 구조를 가지는 결함 등에 의한 극히 얼마 안남은 광의 변화를 파악하는 것은, 그 검사광의 조사 입체각의 형상이나 각도 및 크기가 상기 검사 대상면의 각 점에 대하여 상이해지는 종래의 조명 장치로는 극히 어렵고, 특허문헌 1에 나타내어진 검사용 조명에서도, 상기 물체광의 입체각 내에 포함되는 광 속성이 상이한 복수의 입체각 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 있어서, 그 포함 관계가 발생하는 어느 방향에 대해서도 그 변화를 검출할 수 있는 입체각 구조는 나타내어지지 않지만, 본 발명에 의한 조명 장치에 있어서는 어느 방향에 대한 포함 관계의 변화에도, 그 변화를 연속적으로 다른 농담차로서 파악할 수 있게 된다.
상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각의 크기를 대략 균일하게 제어함과 아울러, 조사 입체각의 경사 분포를 광축 중심에 대하여 조절할 수 있도록 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 1 필터 수단, 또는 양자의 기능을 통합한 상기 제 3 필터 수단을, 상기 렌즈의 초점위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 배치하면 좋다. 이후, 상기 제 1 차광 마스크로 대표시켜 기술하면, 즉 상기 제 1 차광 마스크의 개구부를 변화시킴으로써 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 소망의 형상이나 크기로 설정할 수 있다. 또한, 상기 제 1 차광 마스크를 상기 렌즈의 초점위치에 배치하면, 상기 검사광의 조사 입체각의 광축은 모두 상기 검사광의 광축에 평행하게 되고, 상기 렌즈의 초점위치보다 렌즈측에 배치하면 상기 검사광이 퍼지는 방향으로, 상기 렌즈의 초점위치보다 외측에 배치하면 상기 검사광이 좁아지는 방향으로, 각각 상기 검사광의 조사 입체각을 기울일 수 있다. 이와 같이, 상기 제 1 차광 마스크의 배치와 그 개구부를 변화시킴으로써, 상기 검사 대상으로부터의 반사광이나 투과광의 입체각에 직접 영향을 끼치는 상기 검사광의 조사 입체각에 대해서 다양한 조절이 가능해지고, 검사 대상과 검사 대상으로부터의 반사광 또는 투과광 또는 산란광을 관찰하는 상기 촬상 장치의 관찰 입체각과의 상대 관계를, 소망의 명암 정보를 얻기 위해서 적합한 양태로 할 수 있다. 즉, 이와 같이 하면, 사용하는 관찰 광학계가 텔레센트릭 광학계가 아니라, 시야 범위의 외측과 광축 중심에서 그 관찰 입체각의 광축 경사가 변화하는 광학계에 대해서도, 시야 전체에 대하여 그 각 점에 대한 조사 입체각과 관찰 입체각이 정반사 방향이 되도록 설정하는 것이 가능해진다.
더욱 또한, 상기 조사 입체각 내에 설정된 상이한 광 속성을 가지는 임의의 상기 입체 각도 영역은, 상기 검사 대상에 대하여 균일하게 설정된 상기 조사 입체각 내를 또한 임의의 입체 각도 영역으로서 설정 가능하고, 간단히 조사 입체각과 관찰 입체각의 상대 관계에서 상기 검사 대상의 각 점의 밝기가 결정될뿐만 아니라, 상기 입체 각도 영역마다의 더욱 미소한 광의 변화를, 별도 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 형상이나 광축 등에 관한 상대 관계를 다시 설정하지 않고 상기 검사 대상의 시야 범위의 모든 점에서 대략 같은 조건으로, 상기 관찰 입체각에 대한 상대 관계의 변화로서 동시에 관찰하는 것이 가능해진다.
이와 같이 하여, 본 발명에 의한 검사용 조명 장치, 및 상기 검사용 조명 장치를 사용하고, 상기 검사 대상에 있어서 반사 또는 투과 또는 산란하는 광을 촬상하는 촬상 장치로 이루어지는 검사 시스템에 있어서, 미소하게 복잡한 입체 형상을 한 특징점에 대한 소망의 명암 정보를 그 입체 형상의 어느 방향에 대한 경사에 대해서도 연속적으로 얻을 수 있는 것은, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 명암이 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광 또는 산란광의 상기 촬상 장치를 향하는 광량으로 결정되어 있고, 그 상기 광량이 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광 또는 산란광의 입체각과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 포함 관계에서 결정됨으로써, 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광에 직접 영향을 주는 상기 검사광의 조사 입체각을 대략 균일하게 조절하는 기능을 구비하고, 게다가 그 조사 입체각 내를 상이한 광 속성, 즉 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 임의의 입체 각도 영역으로 구분하고, 그 입체 각도 영역을 광축을 중심으로 해서 방사상으로 배치함으로써 상기 촬상 장치가 그 구분 영역마다에 선택적으로 그 광량을 관찰할 수 있고, 게다가 그 관찰 입체각의 광축에 대하여 상기 검사 대상의 각 점으로부터 되돌려지는 물체광의 광축이 어느 방향으로 기울어져도, 그 경사 방향과 경사의 정도의 쌍방을 상기 복수의 상이한 광 속성을 가지는 구분 영역마다에 연속적인 향료의 변화로서 포착할 수 있도록 한 것에 의한다.
상기 촬상 장치에 의해 촬상되는 상기 검사 대상의 명암 정보를, 그 촬상 범위 전체에 걸쳐서 대략 균일한 변화를 나타내는 것으로 하기 위해서는 상기 촬상 장치에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 형성되는 관찰 입체각과, 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광 또는 산란광의 입체각의 포함 관계가 대략 일정하게 유지되어야 한다. 이것은 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 1 필터 수단을, 내지는 상기 제 3 필터 수단을, 상기 렌즈의 초점위치를 중심으로 하는 전후의 위치로 이동시킴으로써, 상기 검사광의 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 상기 입체 각도 영역을 대략 균일한 형상 및 크기로 해서 그 경사 각도를 조절하여 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 관찰 입체각의 경사에 맞춤으로써 실현할 수 있다.
또한, 상기 검사 대상에 대한 검사광의 상기 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 임의의 상기 입체 각도 영역을, 그 조사 범위의 각 점에 대하여 상기 관찰 입체각과의 상대 관계를 대략 일정하게 유지하면서, 조사 영역 또는 조사 형상이나 조사 패턴을 임의로 생성 가능하게 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크, 또는 상기 제 1 필터 수단의 적어도 어느 하나, 또는 상기 제 3 필터 수단에 추가해서, 상기 제 2 차광 마스크 또는 상기 제 4 필터 수단 중 적어도 어느 하나를 구비하고, 상기 렌즈에 의해 상기 검사 대상에 결상하는 위치 근방에 배치하면 좋다. 이와 같이 함으로써, 상기 검사광의 상기 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 임의의 상기 입체 각도 영역의 형상이나 크기 및 경사를 대략 균일하게 유지하면서, 상기 검사광의 상기 검사 대상에 대한 조사 영역 및 그 조사 영역의 광 속성과, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 그 조사 입체각 및 특정 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역의 쌍방을 독립적으로 조절할 수 있다.
상기 검사 대상의 입체 형상 등에 대해서도 용이하게 검사할 수 있도록 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단, 또는 제 3 필터 수단에 추가해서, 소정의 마스크 패턴이 형성된 상기 제 2 차광 마스크 및 제 4 필터 수단을 사용하여, 이 패턴을 상기 검사 대상에 대하여 결상시키면 좋다. 이러한 것이면, 상기 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단으로 조절된 대략 균일한 조사 입체각 및 특정 광 속성을 가지는 입체각 영역에 의해, 상기 촬상 장치에서 균일한 명암 변화를 가지는 명암 정보를 얻을 수 있고, 상기 검사 대상의 형상에 문제가 있으면 상기 촬상 장치에서 명암 정보로서 얻어지는 패턴에 변형이 생기므로, 용이하게 형상불량을 검출할 수 있다.
상기 검사 대상의 각 점의 반사광 또는 투과광의 입체각과, 상기 촬상 장치가 상기 검사 대상의 각 점에 형성하는 관찰 입체각을, 그 형상 및 크기 및 경사에 대해서 대략 일치시키면, 상기 검사 대상에 미소한 특징점이 있는 경우에도 상기 반사광 또는 투과광의 입체각과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 변화가 발생하고, 그 미소한 특징점에 대한 명암 정보의 변화를 얻을 수 있다. 이 포함 관계의 변화에 의한 명암 정보의 변화율은 상기 반사광 또는 투과광의 입체각, 및 상기 관찰 입체각의 크기를 적절하게 설정함으로써 제어하는 것이 가능해지지만, 이대로는 양자의 입체각의 크기에 의존하는 일정한 명암 정보밖에 얻을 수 없다. 그래서, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각 내에 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 임의의 입체 각도 영역을 형성하면, 그것이 상기 검사 대상의 각 점의 상기 반사광 또는 상기 투과광의 입체각 내에 각각 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 입체 각도 영역으로서 반영되므로, 상기 특징점에 대한 명암 정보의 변화가 상기 반사광 또는 상기 투과광의 입체각 내에 반영된 상기 입체 각도 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 변화하도록 하면, 각각의 상기 입체 각도 영역만큼의 미소한 변화량을 동시에 검지할 수 있다.
이와 같이 하기 위해서는, 하나는 상기 검사광의 조사 방향을 바꾸고, 게다가 상기 검사 대상으로부터의 광을 투과해서 상기 촬상 장치로 촬상하도록 하기 위한 하프 미러를 구비하고, 상기 검사광의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각을 적절하게 조정하고, 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과 그 각 점으로부터 발생하는 상기 반사광 또는 상기 투과광의 입체각의 광축을 대략 일치시키는 것, 또 하나는 상기 검사광의 조사 방향에 대해서 상기 검사 대상에 세운 법선에 선대칭한 방향으로 상기 촬상 장치의 관찰 입체각을 설정하고, 상기 검사 대상의 각 점의 반사광 또는 투과광의 입체각과 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 광축을 대략 일치시킴으로써 실현할 수 있다
또한, 상기 촬상 장치에서, 상기 반사광 또는 상기 투과광의 입체각 내에 반영 된 각각 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 상기 입체 각도 영역의 광을 선택적으로 촬상 가능한 제 2 필터 수단을 구비함으로써 각각의 상기 입체 각도 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 발생하는 명암 변화를 동시에 검지할 수 있다.
(발명의 효과)
이와 같이 본 발명의 검사용 조명 장치, 검사 시스템에 의하면, 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각 및 그 암부 영역, 및 그 조사 입체각 내에 형성되는 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 입체 각도 영역의 크기나 형태를 자유롭게 조정할 수 있으므로, 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광 또는 산란광, 즉 물체로부터 되돌려지는 물체광의 입체각, 및 그 입체각 내에 반영된 각각 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 상기 입체 각도 영역과, 상기 촬상 장치에서 상기 검사 대상의 각 점에 형성되는 관찰 입체각과의 포함 관계를 대략 균일하게 설정할 수 있고, 종래 검출이 어려웠던 미소하게 복잡한 입체 구조를 가지는 결함 등이어도 그 입체 구조에 기인하는 상기 물체광의 광축의 경사의 변화를, 그 경사가 어느 방향이어도 그 경사 방향으로 경사 정도의 쌍방을, 상기 관찰 입체각과 상기 물체광의 입체각, 및 그 입체각 내에 반영된 각각 상이한 파장대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 상기 입체 각도 영역과, 상기 촬상 장치에서 상기 검사 대상의 각 점에 형성되는 관찰 입체각과의 포함 관계의 변화를 가지고 광 속성이 상이한 복수의 광량 변화로서 검출할 수 있고, 게다가 상기 결함이 검사 시야 내의 어디에 있어서 대략 동일한 검출 조건으로 검출하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 외관을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 2는 동 실시형태에 있어서의 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분의 내부 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 3은 동 실시형태에 있어서의 검사용 조명 장치, 및 검사 대상을 기울여 설치한 검사 시스템의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분의 내부 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 4는 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단, 및 제 3 필터 수단의 구성예이다.
도 5는 종래의 조명 사용에 있어서의 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분의 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 7은 제 2 차광 마스크 및 제 4 필터 수단을 추가한 실시형태에 있어서의 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 검사용 조명 장치의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분, 및 검사 시스템의 검사 대상과의 거리를 파라미터로 한 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 검사용 조명 장치, 및 검사 시스템의 제 1 차광 마스크의 개구부의 크기를 파라미터로 한 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 10은 검사 대상의 부분적인 경사에 의한 반사광의 입체각의 변화와 조사 입체각, 및 관찰 입체각의 상대 관계이다.
도 11은 조사 입체각 중에 상이한 광 속성의 입체각 영역이 있는 경우의 검사 대상의 부분적인 경사에 의한 반사광의 입체각의 변화와 조사 입체각, 및 관찰 입체각의 상대 관계이다.
도 12는 종래 조명과 본 발명에 의한 조명의 조사 입체각의 비교이다.
도 13은 본 발명에 의한 조사 입체각 형상의 설정예이다.
제 1 실시형태의 검사용 조명 장치(100)와, 촬상 장치(C)에 의해 구성되는 검사 시스템(200)은, 하프 미러(4)를 사용하여 검사 대상(W)을 촬상하는 방향과, 검사 대상(W)을 조명하는 방향이 일치하는, 소위 동축 조명이며, 검사 대상(W)의 결함 등의 특징점이 촬상 장치(C)에 의해 촬상된 화상 중에 명암차로서 나타내도록 하기 위해 사용되는 것이다. 또한, 도 2, 및 도 5로부터 도 8에서는 하프 미러를 갖는 경우를 점선으로, 없는 경우를 실선으로 표기했다. 또한, 제 1 필터(F1)는 특정 속성을 가지는 광을 선택적으로 투과시키고, 그 속성을 가지는 광으로 구성되는 입체각 영역을 형성하기 위한 수단이며, 광을 차폐하거나 투과하는 것으로 조사 입체각을 형성하는 제 1 차광 마스크(M1)와, 입체각을 형성하는 작용에서는 동일하고, 양자의 기능을 통합해서 단일의 부품으로 한 제 3 필터 수단(F3)과 함께, 도 1로부터 도 3, 및 도 6로부터 도 9에서는 제 1 차광 마스크(M1)를 대표로 해서 도시하고, 대응 기호만 M1에 F1, F3으로 병기했다. 여기에서, 검사 대상(W)의 결함 등의 특징점이란, 예를 들면 표면의 상처, 함몰, 변형, 외관의 형상, 구멍의 유무 등 다방면에 걸친 불량이나 다른 특징종을 포함하는 것이다.
상기 검사용 조명 장치(100)는 도 1의 사시도, 및 도 2의 모식도에 나타내는 바와 같이 대략 통 형상의 하우징을 갖는 것이며, 그 내부와 검사 대상(W), 및 촬상 장치(C)에 이르는 부분에 검사광을 면 광원(1)으로부터 검사 대상(W)에 조사하는 조사광로(L1)와, 검사 대상(W)으로부터의 반사광 또는 투과광이 촬상 장치(C)에 이르기까지의 반사·투과광로(L2)가 형성되어 있고, 하프 미러(4)가 설치되어 있는 경우에는 상기 하우징의 상면 개구측에 촬상 장치(C)가 부착되고, 상기 하우징의 하면 개구측에 검사 대상(W)이 적재되는 것이다.
또한, 도 1, 및 도 2에 나타내는 바와 같이 하프 미러(4)가 설치되어 있는 경우에는 조사광로(L1)는, 면 광원(1)으로부터 하프 미러(4)에 이르는 부분과, 하프 미러에 의해 부분적으로 반사되어 검사 대상에 이르는 부분으로 구성되고, 하프 미러(4)가 설치되지 않은 경우에는 조사광로(L1)에 의해 직접 검사 대상에 검사광이 조사되고, 도 2의 경우, 검사 대상(W)으로부터의 투과광이 촬상 장치(C)에 이를 때까지의 광로가 L2가 된다.
상기 조사광로(L1) 상에는 검사광이 진행되는 순서로 검사광을 사출하는 면 광원(1)과, 렌즈(2)의 초점위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 설치된 제 1 차광 마스크(M1)와 제 1 필터 수단 중 적어도 어느 하나, 또는 그 대신에 양자의 기능을 겸비한 제 3 필터 수단(F3)과, 상기 면 광원(1)으로부터 사출된 검사광으로부터 검사 대상(W)에 대한 조사 입체각을 형성하는 렌즈(2)가 배치되고, 하프 미러가 설치되는 경우에는 더 추가해서, 상기 검사광을 하방으로 부분 반사하도록 상기 반사·투과광로(L2) 및 조사광로(L1)에 대하여 기울여 설치된 하프 미러(4)를 배치하고, 더욱 또한, 검사광의 조사 영역을 형성하는 제 2 차광 마스크 및 제 4 필터 수단을 설치하는 경우에는 상기 면 광원(1)과 상기 제 1 차광 마스크 및 상기 제 1 필터 수단 또는 제 3 필터 수단의 사이이며, 상기 렌즈(2)에 의해 상기 검사 대상(W)에 결상되는 위치 부근에 제 2 차광 마스크(M2) 또는 특정 광 속성을 가지는 조사 영역을 형성하는 제 4 필터 수단의 적어도 어느 하나가 설치되고, 상기 검사광은 상기 검사 대상(W)에 조사된다. 단, 제 2 차광 마스크가 설치되는 경우에는 도 7에서 그 구체적인 기능을 설명한다.
또한, 상기 반사·투과광로(L2) 상에는, 하프 미러가 설치되는 경우에는 하프 미러(4)가 설치되고, 이 하프 미러(4)에 의해 부분 투과된 반사광이 촬상 장치(C)에 의해 관찰되고, 하프 미러가 설치되지 않은 경우에는 도 2에 있어서는 검사 대상(W)으로부터의 투과광이 촬상 장치(C)에 이를 때까지의 광로가 L2가 되고, 이 광로(L2) 상에는 도 1 및 도 2에 있어서는 하프 미러(4) 이외에 존재하는 것은 아니지만, 경우에 따라서는 상기 검사 대상으로부터의 미광을 커팅할 목적으로 검사 대상으로부터의 반사광 또는 투과광을 부분적으로 차광하는 마스크 또는 조리개 등을 설치해도 좋다.
이하에서는 각 부재의 배치나 구성, 기능에 대해서 상세한다.
상기 면 광원(1)은, 예를 들면 칩형 LED나 확산판 등에 의해 대략 균등 확산면을 가지는 광 사출면(11)이 형성된 것이다. 또한, 상기 면 광원(1)은 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광 축방향으로 진퇴 가능하게 부착되어 있고, 검사광의 조사 개시 위치를 조정할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이 하면, 후술하는 제 1 차광 마스크(M1), 및 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 제 3 필터 수단(F3)에 의한 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 임의의 입체 각도 영역의 제어나, 제 2 차광 마스크에 의한 조사 영역의 제어는 독립적이고, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)과, 상기 제 2 차광 마스크(M2) 및 상기 렌즈(2) 및 상기 면 광원(1)의 위치 관계에서 결정되는 검사광의 광로에 대하여, 상기 검사 대상(W)에 있어서의 검사광의 균일도나 휘도 분포 등을 제어할 수 있다. 조사 영역에 의해 조사광로가 상이하기 때문에, 예를 들면 상기 면 광원(1)에 소정의 휘도 분포, 또는 발광 파장 분포, 편광 특성 분포 등을 구비해 두면, 조사 영역에 의해 그 분포를 변화시킬 수도 있고 균일하게 할 수도 있다.
상기 제 2 차광 마스크(M2), 및 상기 제 4 필터 수단은 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광 축방향으로 진퇴 가능하게 부착되어 있고, 상기 렌즈(2)와 상기 검사 대상의 거리에 의해 상기 제 2 차광 마스크 자신이 상기 검사 대상에 대한 결상 위치 근방으로 조정할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이 함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 면 광원(1)으로부터의 조사광을 부분적으로 차광, 또는 특정 속성을 가지는 광만을 차광할 수 있고, 상기 제 2 차광 마스크의 개구부, 또는 상기 제 4 필터의 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 부분의 형상이 검사 대상(W)에 대략 결상되기 때문에, 상기 제 2 차광 마스크(M2)의 개구부의 형상이나 크기, 또는 상기 제 4 필터 수단의 패턴 형상을 변화시킴으로써 상기 검사 대상(W)에 있어서의 검사광의 조사 범위, 또는 특정 속성을 가지는 광을 조사하는 조사 영역을 임의로 설정할 수 있다. 또한, 이 조정이나 설정은 후술하는 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)에 의한 조사 입체각의 제어와는 독립적으로 행할 수 있다.
상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)은 상기 렌즈(2)와 상기 면 광원 사이이며, 상기 렌즈(2)의 초점위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 설치되고, 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광 축방향으로 진퇴 가능하게 부착되어 있다. 여기에서, 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)의 대표예로서 설명하면, 예를 들면 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 상기 렌즈(2)의 초점위치에 설치한 경우에는 도 2와 같이, 상기 검사 대상(W)의 각 점에 있어서의 조사 입체각(IS)의 크기와 형상과 경사각이 모두 동일해지고, 이것은 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 검사 대상의 각 점과 상기 렌즈(2)의 거리가 상이한 경우에도 마찬가지이다. 또한, 이것은 도 8에 나타내는 바와 같이 상기 하프 미러(4)의 유무에 구애받지 않고, 또한 상기 검사 대상(W)과 상기 렌즈(2)의 거리에도 구애받지 않는 것은 마찬가지이다. 이상의 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 대표예로서 설명한 것은 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)에 의해 형성되는 상기 입체각 영역 에 대해서도 마찬가지이다.
이어서, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)이 상기 렌즈(2)의 초점위치 전후에 있는 경우에 대해서, 상기 제 1 필터 수단(F1)을 대표예로서 설명한다.
도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 우선 상기 제 1 차광 마스크(M1)가 극히 미소한 투과 부분에서 초점위치 근방에 있는 경우, 조사 입체각은 거의 0에 가깝게 되고, 상기 제 1 차광 마스크(M1)가 상기 렌즈(2)의 초점위치보다 상기 렌즈(2)의 측에 있을 때, 상기 검사광은 도 9의 (a)의 실선으로 나타내는 바와 같이 광축 중심보다 외측으로 퍼지도록 기울어진 광로로 형성되고, 상기 제 1 차광 마스크(M1)가 상기 렌즈(2)의 초점위치보다 상기 면 광원(1)의 측에 있을 때, 상기 검사광은 도 9의 (a)의 파선으로 나타내는 바와 같이 광축 중심으로 광을 모으도록 기울어진 광로로 형성된다. 한편, 상기 검사광의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상 및 크기는 도 9의 (b)(c)에 나타내는 바와 같이 상기 제 1 차광 마스크(M1)의 개구부의 형상 및 크기로 일률적으로 결정되고, 이것과는 독립적으로 상기 제 1 차광 마스크(M1)의 위치에 의해 그 조사 입체각의 경사를 제어할 수 있다.
도 9에 있어서의 P1, P2, P3은 상기 렌즈(2)의 물체측 초점위치의 거리에 있는 점이며, 적어도 P1을 지나는 광은 상기 렌즈(2)에 의해 상기 면 광원(1)보다 조사된 광축에 평행한 광로를 채용하는 광만이며, 상기 제 1 차광 마스크(M1)에 의해 이 광로의 개구부가 예를 들면 지름(r)인 경우, P1에 있어서의 조사 입체각은 도 9 하부에 나타내는 바와 같이 상기 렌즈(2)의 초점거리(f)와 개구부의 지름(r)에만 의해 일의로 결정되고, 이상적으로는 렌즈에서 P1과 같은 거리에 있는 P2, P3도 마찬가지이다. 또한, 상기 렌즈(2)의 초점거리보다 먼 임의의 점인 P4, P5에서도, 이상적으로는 그 조사 입체각은 모두 P1에서의 조사 입체각과 같은 형상, 같은 크기가 된다.
상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 상기 제 3 필터 수단(F3)은, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 거의 광을 차단하는 차광부(M1)가 임의의 형상으로 개구부를 형성하고 있고, 도 4에서는 주위가 차광부에서 중심부가 개구부로서 도시되어 있지만, 그 개구부의 일부가 더 차광부가 되어도 상관없다. 또한, 차광부가 특정 속성을 가지는 광만을 차광하는 부분이어도 좋고, 또한 도 4에서는 M1의 개구부에 상기 제 1 필터 수단(F1)이 설정되어 있고, 여기에서는 3종류의 광 속성이 상이한 입체각 영역을 형성하기 위한 패턴(F11, F12, F13)이 설정되어 있다. 여기에서는 광축을 중심으로 해서 방사상의 패턴으로 되어 있지만, 이것도 상기 검사 대상이 착안하는 특징점에 의해 임의의 패턴으로 최적화해도 좋다. 이 상기 제 1 차광 마스크(M1)와 상기 제 1 필터 수단(F1)을 통합한 것이 상기 제 3 필터 수단(F3)에 해당한다.
도 4에 나타낸, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 상기 제 3 필터 수단(F3)을 사용하면, 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이 상기 검사 대상(W)의 1점(P)에 대하여 조사 입체각(IS)을 형성할 수 있다. 이 조사 입체각은, IS는 상기 제 1 차광 마스크(M1)의 중심부의 개구부에 의해 그 가장 외측의 형상이 결정되고, 또한 그 조사 입체각 내에 상기 제 1 필터 수단(F1)에 의해 각각 상기 제 1 필터 수단(F1)의 마스크 패턴(F11, F12, F13)에 대응하여 각각 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 형성된다.
이상에서 말한, 조사 입체각이 대략 균일하게 형성할 수 있는 본 발명의 검사용 조명에 대하여 종래의 일반적인 광원면만을 사용하는 조명에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이 검사 대상(W)의 각 점에 대한 검사광의 조사 입체각(IS)은 각 점에 의해 그 형상이나 크기, 및 경사가 상이하다. 이것은 상기 검사 대상(W)의 각 점에 대한 조사 입체각(IS)이 그 각 점으로부터 조명을 반대로 보았을 때의 면 광원(1)의 사영 형상, 및 크기, 및 각도로 일의로 결정되기 때문이다. 한편, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각(OS)은 상기 촬상 장치(C)의 눈 위치, 및 눈 형상, 및 눈의 크기와 상기 검사 대상의 각 점의 상대 관계로 결정되어 있다. 촬상 장치(C)에 의한 각 점의 밝기는 각 점에 있어서 조사 입체각(IS)을 직접 반영하는 반사광의 입체각(RS) 또는 투과광의 입체각(TS)과 상기 관찰 입체각(OS)의 포함 관계로 결정되어 있고, 도 5에서는 이 포함 관계가 장소에 의해 제각각이며, 반사광의 입체각(RS) 또는 투과광의 입체각(TS)의 변화가 미소하다면 검사 영역의 각 점에서 같은 광의 변화량을 얻는 것이 어렵게 되는 것을 알았다.
일반적으로, 주광 축 이외의 관찰 입체각의 경사 정도는 결상 광학계의 특성에 의해 결정되어 있고, 그것은 일반적인 렌즈의 성질상, 주광 축으로부터 동심원 형상으로 변화되고 있다. 이러한 결상 광학계에 대하여, 균일한 광의 변화, 특히 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 반사, 또는 투과광의 입체각의 경사의 변화에 대하여 균일한 변화량을 얻기 위해서는 상기 검사 대상에 대한 상기 검사광의 조사 입체각의 경사를 주광 축에 대하여 동심원 형상으로 변화시키면, 각 점에 있어서의 조사 입체각과 관찰 입체각의 상대 관계를 일정하게 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 검사용 조명 장치(100)의 일부를 사용하여 촬상 장치(C)에 의해 구성되는 검사 시스템(200)에 있어서, 촬상 장치(C)에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각(OS)에 대하여, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 상기 제 3 필터 수단(F3)의 위치를 상기 렌즈(2)의 초점위치보다 어긋나게 설정함으로써, 상기 검사 대상(W) 상의 각 점에 있어서 조사 입체각(IS)을 직접 반영하는 반사광의 입체각(RS) 또는 투과광의 입체각(TS)의 광축과 상기 관찰 입체각(OS)의 광축을 일치시키고 있고, 이와 같이 하면 상기 검사 대상(W) 상의 각 점에서 반사광의 입체각(RS) 또는 투과광의 입체각(TS)이 변화되었을 때에 각 점에 있어서 같은 변화율로 그 변화를 상기 관찰 입체각(OS)과의 포함 관계의 변화, 즉 각 점의 밝기 변화로서 보충하는 것이 가능해진다. 이 때, 만약 상기 촬상 장치(C)에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각(OS)의 광축이 모두 같은 방향을 향하는 텔레센트릭 광학계이면, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 상기 제 3 필터 수단(F3)의 위치를 상기 렌즈(2)의 초점위치로 설정하고, 형성되는 조사 입체각(IS)의 광축을 모두 같은 방향으로 하면, 상기 검사 대상(W) 상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각(OS)의 광축과 일치시킬 수 있다.
여기에서, 도 10을 이용하여, 조사 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계와 상기 촬상 장치가 얻어지는 명암 정보에 대해서 설명한다.
도 10의 (a)는 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 착안하여, 상기 점(P)에 조사 입체각(IS)이 되는 검사광을 조사한 경우를 생각하고, 상기 검사 대상의 점(P)을 포함하는 면이 부분적으로 φ만큼 기울였을 때에, 점(P)의 밝기가 어떻게 변화하는지를, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 형성하는 관찰 입체각(OS)에 대하여, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)이 입체각(RS')과 같이 변화되었을 때의 각 입체각의 상대 관계가 어떻게 되는지를 나타내고 있다.
도 10의 (a)에 있어서, 점(P)으로부터의 상기 반사광의 입체각(RS 및 RS')의 형상과 크기는 점(P)에 대한 검사광의 조사 입체각(IS)과 동등하다. 또한, 상기 반사광의 입체각(RS)의 경사는 점(P)에 세운 법선에 대하여 상기 검사광의 조사 입체각(IS)의 선대칭이 되는 방향으로, 상기 검사광의 조사 입체각(IS)의 경사(θ)와 동일한만큼 기울어져 있다. 이 때, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대하여 형성하는 관찰 입체각(OS)이 상기 반사광의 입체각(RS)과 그 광축이 일치하고 있고, 게다가 상기 반사광의 입체각(RS)과 비교해서 그 크기가 극히 작다라고 하면, 상기 촬상 장치(C)로 파악할 수 있는 점(P)의 밝기는 그 관찰 입체각(OS)의 크기로 제한되고, 이 포함 관계가 변하지 않는 범위에서 상기 반사광의 입체각(RS)이 기울어져도 변화하는 것은 아니다. 단, 조사 입체각(IS), 반사광의 입체각(RS 및 RS') 내의 광에너지는 그 입체각 내에서 균일하게 분포되어 있다고 가정한다.
이어서, 도 10의 (a)에 있어서, 상기 검사 대상(W)의 점(P)을 포함하는 면이 부분적으로 φ만큼 기울어진 경우를 생각하면, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)은 도면 중점선으로 나타낸 RS'와 같이 2φ만큼 기울어지게 된다. 이 때에, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS')이, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대하여 형성하는 관찰 입체각(OS)과 하등의 포함 관계를 갖지 않으면, 상기 촬상 장치(C)로부터 본 점(P)의 밝기는 0이 되지만, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대하여 형성하는 상기 관찰 입체각(OS)과 부분적으로 포함 관계가 있으면, 양자가 겹친 입체각 부분에 포함되는 광이 점(P)의 밝기로서 반영된다. 즉, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS')의 평면 반각이, 상기 반사광의 경사각(2φ)으로부터 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 뺀 각도보다 크고, 게다가 상기 반사광의 경사각(2φ)에 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 더한 각도보다 작은 경우에는 점(P)의 밝기가 상기 반사광의 경사각(2φ)에 의해 변화한다. 그러나, 만약 상기 조사 입체각(IS)의 평면 반각이, 상기 검사 대상(W)의 부분적인 경사에 의해 보이는 반사광의 경사각(2φ)에 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 더한 각도보다 큰 경우에는 점(P)의 밝기는 변화하지 않는다. 또한, 관찰 입체각(OS)의 평면 반각이, 상기 반사광의 경사각(2φ)과 상기 반사광의 입체각(RS)의 평면 반각을 더한 것보다 크면, 역시 점(P)의 밝기는 변화하지 않는다. 이것은 결국, 점(P)의 밝기는 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)과 점(P)에 대한 관찰 입체각(OS)의 포함 관계로 결정되어 있고, 점(P)에 조사되는 검사광의 조사 입체각(IS)과 점(P)에 대한 관찰 입체각(OS)의 형상, 및 크기, 및 경사에 관한 상대 관계를 설정함으로써 점(P)의 밝기의 변화를 제어할 수 있는 것을 나타내고 있다.
도 10의 (b)는 (a)에 있어서 검사광의 조사광 축과 점(P)의 법선 및 점(P)으로부터의 반사 광축을 포함하는 면에서의 단면도이며, 각 요소의 경사와 그 포함 관계가 보다 정량적으로 파악될 수 있다. 단, 도 10의 (b)에서는 관찰 입체각(OS)이 조사 입체각(IS), 즉 반사광의 입체각(RS)보다 큰 경우를 도시했다. 검사 대상(W)이 기울어지고, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)이 점선으로 나타낸 RS'가 되면, 본 도면에서는 상기 관찰 입체각(OS)과의 포함 관계가 없어지고, 그 관찰 입체각(OS) 내의 광 에너지는 0이 되므로, 이 관찰 입체각(OS)에 포함되는 광을 재차 점에 모아 결상시켜도, 점(P)은 암흑밖에 보이지 않는다. 그러나, 이 경우도 상기 조사 입체각(IS)과 상기 관찰 입체각(OS)의 상대 관계를 조정함으로써 상기 반사광의 입체각(RS)과 상기 관찰 입체각(OS)의 포함 관계를 발생시키면, 그 겹친 부분의 크기의 변화에 따라 점(P)의 밝기가 변화하게 된다.
도 10의 (b)에 있어서, 여기에서 혹시 관찰 입체각(OS)의 형상 및 크기가 조사 입체각(IS)과 같아서, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)의 경사와 일치하고 있다고 하면, 그 상태로부터 조금이라도 검사 대상(W)이 기울어지면, 적어도 그 만큼 관찰 입체각(OS)과 반사광의 입체각(RS)이 겹치고 있는 부분이 감소하므로, 관찰 입체각(OS)을 통해서 본 점(P)의 밝기는 그 만큼 변화한다. 개다가, 그 각 입체각이 작으면 작을수록 검사 대상(W)이 같은 각도만 기울였을 때의 점(P)의 밝기의 변화량은 커지고, 반대로 크면 클수록 검사 대상(W)이 같은 각도만 기울였을 때의 점(P)의 밝기의 변화량은 작아진다. 또한, 조사 입체각(IS)과 관찰 입체각(OS)의 형상이나 크기나 경사 등을, 검사 대상의 소망의 특징점에서 발생하는 광의 변화에 대응해서 적절하게 설정하면, 지금까지 안정하게 검출할 수 없었던 특징점의 검출을 정밀도 좋게 할 수 있게 된다. 본 발명에서는 이 원리에 착안하여, 조사 입체각의 형상이나 크기 및 경사를 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능한 검사용 조명 장치가 고안해지는 것에 이르렀다.
이어서, 도 11을 이용하여, 검사 대상으로 조사되는 조사 입체각 내에 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역이 조사광의 광축에 대하여 방사상으로 존재하는 경우에, 상기 검사 대상상의 점(P)의 밝기가 상기 점(P)보다 반사되는 반사광의 입체각과 촬상 장치(C)가 상기 점(P)에 대하여 형성하는 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 어떻게 변화하는지를 기술한다.
도 11에 나타낸 조사 입체각(IS)은 그 내부가 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)으로 형성되어 있다. 이 때, 검사 대상(W) 상의 점(P)으로부터 반사되는 반사광의 입체각(RS)은 상기 조사 입체각(IS)과 동일하고, 그 광축은 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 세운 법선에 대하여 상기 조사 입체각(IS)과 선대칭의 방향이며, 상기 반사광의 입체각(RS)의 내부에도 상기 조사 입체각 내에 형성되어 있었던 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)에 대응하여 그 각각과 같은 광 속성을 가지는 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)이 형성된다.
도 11에서는 편의상, 촬상 장치(C)에 의해 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 형성되는 관찰 입체각(OS)이, 상기 반사광의 입체각(RS), 및 상기 반사광의 입체각(RS)없이 형성되어 있는 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)에 대하여 그 변화를 포착하기 위해 충분한 크기를 가지는 경우를 생각하고 있고, 도 11의 (a)에서는 상기 관찰 입체각(OS)이 상기 입체각 영역(RS1)에 완전하게 포함되어 있는 경우를 나타내고 있다. 이 때에, 상기 촬상 장치(C)에 있어서, 상기 상이한 광물성의 광을 각각 선택적으로 검출할 수 있는 제 2 필터 수단을 구비하고 있으면, 상기 검사 대상 상의 점(P)의 밝기는 상기 입체각 영역(RS1)이 가지는 광 속성의 광과, 상기 입체각 영역(RS2)이 가지는 광 속성의 광과, 상기 입체각 영역(RS3)이 가지는 광 속성의 광의, 어느 비율로 나타내는 밝기가 된다.
이어서, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 검찰 대상(W)의 면이 φ만큼 기울어진 경우를 고려하면, 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축은 2φ만큼 방향으로, 상기 관찰 입체각(OS)은 상기 상이한 광물성을 가지는 입체각 영역의 RS1과 RS2, 및 RS3에 어느 비율로 포함되어 있고, 그 비율은 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축이 어느 방향으로 기울어져도 상이한 비율이 된다. 이 때, 상기 검사 대상 상의 점(P)의 밝기가 상기 입체각 영역 RS1과 RS2, 및 RS3이 가지는 광 속성의 광의 어느 비율로 각각이 있는 밝기에 보충되므로, 그 비율의 변화에 의해 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축이 어느 방향으로 기울어져도, 그 방향으로 기운 정도의 쌍방을 식별하는 것이 가능해진다.
지금, 이해하기 쉽게 하기 위해서, 도 11에 나타내는, 각각 상이한 광물성을 가지는 상기 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)을, 예를 들면 각각 적색광, 녹색광, 청색광으로 하고 상기 촬상 장치(C)가 컬러카메라라고 하면, 도 11의 (a)의 경우에는 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)은 적과 녹과 청의 광이 면적비로는 거의 등분의 비율로 포착되므로, 그 강도가 같으면 백색으로 어느 밝기로 보이고, 도 11의 (b)의 경우에는 붉은 기가 짙은 백색으로 어느 밝기로 보이게 된다. 또한, 상기 검사 대상(W)의 경사각(φ)이 서서히 커지는 경우를 고려하면, 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)은 그 경사각이 커짐에 따라 백색으로부터 서서히 적색을 띠어 와서 연속적으로 변화하게 되지만, 내부에 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역이 없는 조사 입체각과, 그 조사 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계로 결정되는 명암 정보만이 되지만, 본 발명에 의하면 상기 검사 대상(W)의 경사각(φ)을 보다 넓은 범위에서 연속적으로 포착하는 것이 가능해질뿐만 아니라, 그 경사의 방향성도 식별하는 것이 가능해진다.
이어서, 본 발명에 있어서의 상기 하프 미러(4)는 대략 정사각형상의 프레임에 의해 지지된 원형상의 극히 얇은 것이다. 이러한 하프 미러(4)를 사용힘으로써 하프 미러(4)의 반사 또는 투과가 일어나는 표면과 이면의 괴리 부분을 극히 얇게 형성할 수 있고, 상기 검사 대상(W)으로부터의 반사광이 하프 미러(4)를 투과할 때에, 발생하는 미소한 굴절이나 내면 반사 등에 의한 고스트를 최소한으로 할 수 있다.
상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 2 차광 마스크는 일반적인 광학 재료인 복수매의 날개를 사용한 조리개이어도 좋고, 또는 임의의 개구부를 가지는 극히 얇은 차광판과 조리개를 조합시켜도 좋고, 또한 전자적으로 그 개구부의 설정이 가능한 액정 등의 부재를 사용해도 좋다.
또한, 상기 제 1 차광 마스크의 개구부의 다른 실시형태로서, 예를 들면 그 개구부가 원 형상이 아니라, 타원, 또는 가늘고 긴 슬릿 형상으로 함으로써 상기 검사 대상의 특징점을 검출함에 있어서, 그 검출 감도에 이방성을 가지게 할 수 있다. 즉, 이 때, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각은 상기 제 1 차광 마스크의 슬릿과 같은 길이방향으로 퍼지고, 단수방향으로는 극히 얇은 조사 입체각이 되고, 이 경우에는 길이방향의 상기 검찰 대상의 경사의 검지 감도는 낮고, 단수방향의 검지 감도만이 높게 설정할 수 있다. 단, 이 경우에는 상기 촬상 장치가 상기 검사 대상의 각 점에 형성하는 관찰 입체각의 형상이나 크기 및 경사를, 조사 입체각의 단수방향에 맞춰서, 상대적으로 거의 동등해지도록 설정할 필요가 있다. 또는, 상기 촬상 장치가 상기 검사 대상의 각 점에 형성하는 관찰 입체각의 크기를 충분히 작게 설정하면, 조사 입체각이 퍼지고 있는 만큼 검출하는 경사에 한계값을 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제 1 차광 마스크의 개구부의 다른 실시형태로서, 예를 들면 그 개구부가 동심원 형상의 차광부와 개구부를 구비함으로써 그 폭을 적당히 취하면, 상기 검사 대상의 부분적인 경사에 대하여 어느 일정한 경사 각도 범위만을 검출할 수도 있고, 필요한 방향으로 그 폭을 필요한만큼 설정하면 그 검출 각도에 이방성을 가지게 할 수도 있다. 또는, 이러한 검사용 조명을 다단으로 설치하면, 표면의 경사 정도에 따라 이것을 분류 검출할 수 있고, 또한 추가해서, 상기 제 1 차광 마스크를 전자적으로 그 개구부의 설정이 가능한 상기 액정 등의 부재로 하면, 이 개구 패턴을 동적으로 스위칭함으로써 복수 종류의 명암 정보를 얻을 수 있고, 또한 상세한 분류 검출을 행할 수 있다.
더욱더, 상기 제 1 필터 수단(F1)에 있어서는 그 상이한 광 속성으로서 파장대역이나 편광 상태, 휘도 등이 고려되고, 예를 들면 상기 광원(1)을 백색광을 발하는 광원으로서 상기 제 1 필터 수단(F1)이고, 그것을 상이한 파장대역의 광으로 구성되는 임의의 입체각 영역을 형성할 수 있고, 동시에 상이한 패턴으로 상이한 파장대역의 광을 임의인 방향으로부터 임의의 형상이고, 게다가 상기 검사 대상(W)의 시야 범위의 모든 점에 있어서 동일 조건으로 조사하는 것이 가능해진다. 더 추가해서, 상기 제 1 필터 수단(F1)을 전자적으로 그 패턴이나 투과율 등의 설정이 가능한 컬러액정 등의 부재로 하면, 이 필터 패턴을 동적으로 스위칭함으로써 복수 종류의 명암 정보를 얻을 수 있고, 더욱 상세한 분류 검출을 행할 수 있다.
또한, 상기 제 2 필터의 구성예로서, 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역을 방사상으로 명확하게 구분해도 좋고, 서서히 상이한 광 속성을 가지도록 그라데이션을 가지게 할 수도 있다. 이와 같이 하면, 예를 들면 상기 검사 대상으로부터의 반사광, 또는 투과광이 조사 각도, 또는 관찰 각도에 의해 휘도가 상이한 경우, 이것을 균일한 휘도로 할 수도 반대로 휘도의 변화를 첨가할 수도 있게 된다. 예를 들면, 상기 검사 대상(W)의 표면으로부터 직접 반사되는 광과, 상처 등의 산란광을 발하는 부분의 휘도차를 자유롭게 조정하는 것이 가능해진다. 이것은 정반사광으로서 상기 검사 대상(W)의 표면으로부터 직접 반사되는 광의 각도 범위에 대응하는 조사 입체각 영역의 광량을 적게 하고, 서서히 그 이외의 입체각 영역의 광량을 크게 함으로써 실현할 수 있고, 또한 어느 방향으로의 어느 경사각에 대해서도, 그것을 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 연속적으로 변화시킬 수 있다.
본 발명에 의한 현저한 효과는 상기 제 1 차광 마스크 및 상기 제 1 필터 수단에 의한 임의의 패턴에 의해 임의의 형상의 조사 입체각이, 게다가 그 광 속성을 임의로 변화시키면서, 상기 촬상 장치(C)의 촬상하는 상기 검사 대상(W)의 시야 범위 전체의 모든 위치에 있어서, 모두 동일한 조건으로 조사광을 조사할 수 있고, 게다가 그 조사광 축이나 조사 입체각을 상기 촬상 장치의 광학 특성에 바람직한 상태로 설정할 수 있다는 점에 있다. 도 12의 (a)는 일반적인 종래 조명에서, 검사 대상(W)을 조사할 때에 그 검사 대상(W)의 상이한 위치(P, P')에 있어서의 각각의 조사 입체각(IS, IS')을 나타내고 있지만, 양자에서 조사 입체각의 형상이나 광축이 상이하다는 것을 알았다. 또한, 도 12의 (b)는 본 발명에 의한 조사광의 양태를 나타내고 있고, 상기 검사 대상(W)의 시야 범위 전체의 모든 위치에 있어서 모두 동일한 조건으로 조사광을 조사할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 특히 상기 검사 대상(W)으로부터 되돌려지는 반사광이나 투과광을 관찰하는 명시야 조명법에 있어서, 현저한 효과를 기대할 수 있다. 여기에서, 반사광이란 경면 등으로부터 되돌려지는 정반사광을 가리키고, 투과광이란 투명 물체를 투과해 오는 정투과광을 가리킨다. 또한, 산란광을 관찰하는 암시야 조명법에 있어서도, 그 산란광이 조사되는 광 속성이나 조사 입체각에 의존해서 변화되는 것도 많고, 종래 조명에서는 실현되지 않은 미소한 변화를 검출하는 것이 가능해진다.
도 13에, 상기 제 1 차광 마스크 및 상기 제 1 필터 수단, 또는 상기 제 3 필터 수단에 의한 임의의 패턴과, 그 결과 형성되는 조사 입체각의 형상 예를 나타낸다. 도 13의 (a)는 상기 제 1 차광 마스크 및 상기 제 1 필터 수단으로, 광 속성이 상이한 입체각 영역이 광축을 중심으로 방사 형상으로 형성되는 것이지만, (b)는 일정한 각도 변화에 대하여 그 변화를 억제하는 효과가 있고, (c)도 마찬가지이다. (d)에 대해서는 방사상으로 배치된 광 속성이 상이한 입체각 영역에 대하여 동심원 형상으로, 또한 방사상으로 배치된 광 속성이 상이한 입체각 영역이 배치되어 있어 경사의 방향을 식별함과 아울러, 또한 그 경사의 정도를 정밀하게 식별하고, 또한 보다 큰 경사각까지를 포착할 수 있다.
또한, 상기 제 2 차광 마스크는 상기 검사 대상으로 결상되는 점에서, 상기차광 마스크의 개구부에 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 제 4 필터 수단을 설치함으로써, 상기 검사광의 조사 범위마다 그 광 속성을 설정하는 것이 가능해진다. 이 때, 광을 조사하지 않는 범위를 설정할 필요가 없으면, 상기 제 4 필터 수단만에 의해 투과하는 특정 광 속성마다 그 조사 범위를 설정해도 좋다.
또한, 상기 제 2 차광 마스크에, 전자적으로 그 개구부의 설정이 가능한 상기 액정 등의 부재로 하면, 이 개구 패턴을 동적으로 스위칭함으로써 상기 검사광의 조사 영역을 변경하고, 상기 검사 대상에 상이한 조사 영역 필요로 하는 것이 있어도, 각각의 영역에 맞춰서 검사광을 조사하여 복수 종류의 명암 정보를 얻을 수 있다.
또한, 상기 면 광원을, 그 조사면의 발광 파장 분포나 휘도 분포, 편광 상태 분포를 동적으로 변경할 수 있는 컬러액정 등과 백색광원을 조합시켜 구성함으로써, 더욱 다양한 종류의 검사 대상에 대응하는 것이 가능해진다.
기타, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 다양한 변형이나 실시형태의 조합을 행해도 상관없다. 예를 들면, 검사 대상의 각 점으로부터 되돌려지는 물체광의 입체각에 대하여 충분히 작은 관찰 입체각을 사용하여, 조사 입체각의 전체 영역을 이 관찰 입체각의 크기 상응에 작은 영역으로 구분하고, 그 필요한 부분의 광물성을 상이한 것으로 함으로써 검사 대상의 경사면의 내, 어느 특정한 경사 방향이 있는 특정 경사 정도의 영역만을 포착하도록 하는 것 등이다.
200: 검사 시스템 100: 검사용 조명 장치
1: 면 광원 11: 광 사출면
2: 렌즈 4: 하프 미러
C: 촬상 장치 L1: 조사광로
L2: 반사·투과광로 M1: 제 1 차광 마스크(및 그 차광부)
F1: 제 1 필터 수단
F11: 제 1 필터 수단의 어느 광 속성 1을 가진 광을 투과하는 부분
F12: 제 1 필터 수단의 어느 광 속성 2를 가진 광을 투과하는 부분
F13: 제 1 필터 수단의 어느 광 속성 3을 가진 광을 투과하는 부분
F2: 제 2 필터 수단 F3: 제 3 필터 수단
F4: 제 4 필터 수단 M2: 제 2 차광 마스크
W: 검사 대상 P: 검사 대상(W)의 어느 점
P': 검사 대상(W)의 다른 점 P1: 렌즈(2)의 물체측 초점
P2: 렌즈(2)로부터 PI와 동일한 거리의 점
P3: 렌즈(2)로부터 PI와 동일한 거리의 점
P4: 렌즈(2)의 물체측 초점 이원의 임의의 점
P5: 렌즈(2)의 물체측 초점 이원의 임의의 점
IS: 조사 입체각 IS': 다른 조사 입체각
IS1: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 1
IS2: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 2
IS3: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 3
OS: 관찰 입체각 RS: 반사광의 입체각
RS': 반사광의 입체각
RS1: 반사광의 입체각 내 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 1
RS2: 반사광의 입체각 내 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 2
RS3: 반사광의 입체각 내 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 3
TS: 투과광의 입체각

Claims (6)

  1. 검사 대상에 검사광을 조사하는 검사용 조명 장치로서, 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체각 영역이 광축을 중심으로 해서 방사상으로 배치되고, 원주방향에 있어서 인접하도록 설정할 수 있는 검사용 조명 장치와, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서 반사 또는 투과하는 물체광을 촬상하는 촬상 장치로서, 상기 물체광의 상이한 광 속성을 선택적으로 촬상 가능한 촬상 장치를 구비하고, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서, 상기 물체광의 광축의 변화, 또는 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각에 대한 상기 물체광의 입체각의 변화를, 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 상기 검사광의 상기 복수의 입체각 영역에 기인하는 복수의 광 속성을 가지는 상기 물체광의 변화로서 검지하고, 그 복수의 광 속성마다의 상기 물체광의 변화량에 의해, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 복수방향의 경사에 대하여 경사의 방향과 그 경사의 각도를 특정하고, 상기 검사 대상의 표면의 삼차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사용 조명 장치에 있어서, 상기 검사광의 조사 방향을 바꾸고, 또한 상기 검사 대상으로부터의 광을 투과해서 상기 촬상 장치로 촬상할 수 있도록 하기 위한 하프 미러를 구비하고, 상기 검사광의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각으로서, 상기 입체각 영역과 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 광축을 대략 일치시킨 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검사용 조명 장치에서 상기 검사 대상에 조사되는 검사광의 조사 입체각에 있어서, 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각의 형상 및 크기 및 경사에 의거하여 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 입체각 영역의 형상 및 크기 및 경사가 소망의 농담 정보를 얻기 위해 적합하게 설정되거나, 또는 상대적으로 상기 입체각 영역과 상기 관찰 입체각의 형상 및 크기 및 경사가 대략 균일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 관찰 입체각이 상기 조사 입체각보다 작게 설정되고, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 되돌려지는 상기 물체광의 광축의 경사가 변화되었을 때에, 그 변화를 복수의 광 속성을 가지는 상기 물체광의 변화로서 검지할 수 있도록, 상기 조사 입체각 내에 형성되는 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체각 영역을 대략 연속적으로 변화시킨 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 검사 시스템을 이용하여, 상기 검사 대상의 삼차원 형상을 상기 물체광의 복수의 광 속성의 변화를 가지고 특정하는 검사 방법.
  6. 삭제
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