KR20060046017A

KR20060046017A - 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법

Info

Publication number: KR20060046017A
Application number: KR1020050038838A
Authority: KR
Inventors: 모리토시 안도; 사토루 사카이
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-05-17
Also published as: JP2005321319A; US20050247895A1; KR100815722B1; CN1696672A

Abstract

본 발명은 물질 표면의 결함 상태를 상세하게 검출할 수 있는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

검사면(40)에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여 검사면(40)을 검사하는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법에 있어서, 광섬유(41) 및 확산판(42)은 검사면(40)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 검사면(40)에 조사하고, CCD 센서(44)는 조사광이 검사면(40)에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출한다.

Description

표면 검사 장치 및 표면 검사 방법{SURFACE INSPECTING APPARATUS AND SURFACE INSPECTING METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 조사광의 특징을 설명한 설명도.

도 2는 표면 검사 처리의 개념을 설명한 설명도.

도 3은 반사광 강도와 광의 검지 각도 사이의 관계를 도시한 도면.

도 4는 표면 검사 장치의 구성을 도시한 기능 블록도.

도 5는 도 4에 도시된 광학계의 상세한 구성을 도시한 도면.

도 6은 표면 검사 장치가 검출하는 반사광의 강도 화상을 설명한 설명도.

도 7은 국소적인 요철을 검출하는 처리를 설명한 설명도.

도 8은 요철의 높이를 산출하는 처리를 설명한 설명도.

도 9는 본 발명에 따른 표면 검사 처리의 처리 순서를 도시한 흐름도.

도 10은 실시예 2에 따른 광학계의 구성을 도시한 도면.

도 11은 도 10에 도시된 투과율 변화 필터의 구조를 설명한 설명도.

도 12는 검사면상의 결함에 대해서 설명한 설명도.

도 13은 검사면에 볼록부가 있는 경우의 광의 반사를 설명한 설명도.

도 14는 종래의 품질 검사 방법을 설명한 설명도.

도 15는 절연물에 대한 광 반사율과 입사 각도 간의 관계를 설명한 설명도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

40, 100 : 검사면

41, 101 : 광섬유

42, 103 : 확산판

43, 104 : 집광 렌즈

44, 105 : CCD 센서

45 : 테이블 구동부

46 : 화상 축적부

47 : 화상 처리부

48 : 컨트롤러

50, 106 : 광축

60 : 강도 화상

102 : 투과율 변화 필터

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 2000-558256호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 2002-310917호 공보

본 발명은 물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여, 물질 표면을 검사하는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법에 관한 것으로, 특히, 물질 표면의 결함 상태를 상세하게 검출할 수 있는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법에 관한 것이다.

종래, 네온 가스나 크세논 가스 등의 고압 가스에 전압을 인가하여 발광시키는 플라즈마 디스플레이는 2개의 판형 부품을 따로따로 가공하여, 이들을 접합시킴으로써 제조되고 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 접합시키는 면에는 정상적으로 가공된 부품이라도 서브 미크론 레벨의 요철이 존재하지만, 요철의 높이가 수 미크론에 이르면, 접합이 불완전해져 불량품이 발생하게 된다.

또한, 한쪽 부품의 표면에는 수 미크론의 요철이 없었다고 해도, 수 미크론의 요철이 있는 부품과 접합시켜 버리면 양쪽 부품이 불필요해지고, 수율이 낮아져 버리기 때문에, 부품의 표면에 그러한 요철이 있는지 없는지를 접합시키기 전에 검사하는 것이 매우 중요해졌다.

그 때문에, 피검사물의 검사면에 광을 조사하고, 그 반사광의 광 강도 분포를 기초로 하여 검사면의 품질을 판정하는 품질 검사 장치가 고안되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). 도 13은 검사면에 볼록부(2)가 있는 경우의 광의 반사를 설명한 설명도이고, 도 14는 종래의 품질 검사 방법을 설명한 설명도이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 검사면에 볼록부(2)가 있는 경우에는, 볼록부(2)의 전방부에서는, 평탄면(1)에서의 반사에 비하여 광이 보다 위쪽으로 반사하고, 볼록부(2)의 후방부에서는, 평탄면(1)에서의 반사에 비하여 광이 보다 아래쪽으로 반사한다. 이와 같이, 검사면에 볼록부(2)가 있으면, 반사광의 진행 방향이 분산되 게 된다.

그래서, 도 14에 도시한 바와 같이, 조명광(4)이 검사면에서 반사된 반사광을, 조리개(6)를 통해 집광 렌즈(7)로 집광하고, 광 검지기(8)로 반사광의 광 강도를 검지하는 방식에 있어서, 검사면이 평탄한 경우에는, 광 검지기(8)에 의해 검지되는 광 강도가 커지고, 볼록부(2)가 있는 경우에는, 광 검지기(8)에 의해 검지되는 광 강도가 작아진다.

또한, 검사면에 오목부가 있는 경우에도 마찬가지로, 광 검지기(8)에 의해 검지되는 광 강도가 작아진다. 이와 같이, 광 검지기(8)에 의해 검지되는 반사광 강도를 관측함으로써, 검사면에 요철이 있는지 없는지를 판정할 수 있다.

또한, 검사면에 요철이 있는 경우와 없는 경우로, 반사광의 강도차를 크게 하고, 미세한 결함을 검출하기 쉽게 하기 위해서, 검사면에 대하여 저각도에서 광을 조사하는 것이 행해지고 있다.

도 15는 유리나 세라믹, 플라스틱 등의 절연물에 대한 광 반사율과 입사 각도 간의 관계를 설명한 설명도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 입사 각도가 80° 정도까지 커진 경우, 즉, 조명 각도가 10°정도로 작아진 경우에, 광의 반사율이 급격히 커진다.

그러나, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2로 대표되는 종래 기술에서는, 검사면에 요철이 있는 것은 검출할 수 있지만, 그것이 볼록부인지 오목부인지를 판정할 수 없고, 상세한 표면 상태를 해석할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

즉, 플라즈마 디스플레이 등의 제조 공정에 있어서, 검사면의 결함이 발견된 경우에, 검사면이 어떠한 상태인지를 상세하게 파악하는 것은 그 원인이나 대처 방법을 추구하기 위해서 매우 중요해졌다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 물질 표면의 결함 상태를 상세하게 검출할 수 있는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여, 상기 물질 표면을 검사하는 표면 검사 장치로서, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 조사 수단과, 상기 조사 수단에 의해 조사된 조사광이 상기 물질 표면에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 수단은 상기 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 그 물질 표면에 조사광을 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 수단은 광이 평탄한 물질 표면에서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 광원과 광 확산판 간의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 수단은 광의 투과율이 상기 물질 표면측부분일수록 커지는 필터를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 검출 수단에 의해 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 높이 산출 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 높이 산출 수단은 반사광의 물질 표면에 대한 각도와 그 물질 표면에 대한 각도의 평균값과의 차분값을 산출하고, 그 차분값에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 수단은 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여 상기 물질 표면을 검사하는 표면 검사 방법으로서, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 조사 공정과, 상기 조사 공정에 의해 조사된 조사광이 상기 물질 표면에 의해 반사되었 을 때의 반사광의 강도를 검출하는 검출 공정을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 공정은 상기 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 그 물질 표면에 조사광을 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 공정은 광이 평탄한 물질 표면에서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 광원과 광 확산판 사이의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 공정은 광의 투과율이 상기 물질 표면측 부분일수록 커지는 필터를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 검출 공정에 의해 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 높이 산출 공정을 더 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 높이 산출 공정은 반사광의 물질 표면에 대한 각도와 그 물질 표면에 대한 각도의 평균값과의 차분값을 산출하고, 그 차분값에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조사 공정은 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 한다.

이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

우선, 본 발명에 따른 표면 검사 처리에 있어서, 물질의 검사면에 조사되는 조사광의 특징에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 조사광의 특징을 설명한 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 표면 검사 처리에 있어서는, 검사면에 대하여 광을 조사하고, 검사면에 의해 반사된 반사광의 강도를 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등으로써 검지한다.

단, 이 표면 검사 처리에 있어서는, 똑같은 강도의 광을 검사면에 조사하는 것이 아니라, 검사면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 조사한다. 도 1에 있어서, 각 화살표는 광의 진로를 표시하고 있고, 화살표의 선이 굵을수록 광의 강도가 큰 것을 나타내고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 검사면이 평탄한 경우에는, 각도 φ로 검사면에 조사되고, 검사면에 의해 각도 φ로 정반사된 광이, 위치가 고정된 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

그런데, 검사면에 볼록부가 있는 경우에는, 검사면에 대하여 보다 저각도로 조사된 강도가 큰 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다. 반대로, 검사면에 오목부가 있는 경우에는, 검사면에 대하여 보다 고각도로 조사된 강도가 작은 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

본 발명에서는, 상기 원리를 이용하여 표면 검사 처리를 실행한다. 도 2는 표면 검사 처리의 개념을 설명한 설명도이다. 도 2에는 검사면에 볼록부가 있는 경우의 반사 단면(20a), 반사광 강도(20b) 및 결함 높이(20c)의 개념도와, 검사면에 오목부가 있는 경우의 반사 단면(21a), 반사광 강도(21b) 및 결함 높이(21c)의 개념도가 도시되어 있다.

검사면에 볼록부가 있는 경우에는, 반사 단면(20a)에 도시한 바와 같이, 검사면을 도면의 우측 방향으로 이동시키면서 광을 조사하면, 볼록부의 전방부에서는, 검사면이 평탄한 경우에 비하여 광이 보다 위쪽으로 반사된다. 그 때문에, 저각도로 조사된 강도가 큰 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

한편, 볼록부의 후방부에서는, 검사면이 평탄한 경우에 비하여 광이 보다 아래쪽으로 반사된다. 그 때문에, 고각도로 조사된 강도가 작은 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

따라서, 검사면에 볼록부가 있는 경우에는, 반사 강도(20b)로 나타내는 바와 같은 강도 분포가 검출되게 된다. 또한, 반사광 강도와 광의 반사 각도 사이의 관계를 미리 구해 두고, 반사 각도의 정보로부터 결함 높이(20c)를 산출하는 처리를 행한다. 이 결함 높이(20c)의 산출 처리에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.

검사면에 오목부가 있는 경우에는, 반사 단면(21a)으로 나타내는 바와 같이, 검사면을 도면의 우측 방향으로 이동시키면서 광을 조사하면, 오목부의 전방부에서는, 검사면이 평탄한 경우에 비하여 광이 보다 아래쪽으로 반사된다. 그 때문에, 고각도로 조사된 강도가 작은 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

한편, 오목부의 후방부에서는, 검사면이 평탄한 경우에 비하여 광이 보다 위쪽으로 반사된다. 그 때문에, 저각도로 조사된 강도가 큰 광이 CCD 카메라에 도달하여, 검지되게 된다.

따라서, 검사면에 오목부가 있는 경우에는, 반사 강도(21b)로 나타내는 바와 같은 강도 분포가 검출되게 된다. 이와 같이, 검사면에 볼록부가 있는 경우와 오목부가 있는 경우에는 반사광 강도의 위상이 역회전한다. 또한, 반사광 강도와 광의 반사 각도 사이의 관계로부터 결함 높이(21c)를 산출하는 처리가 행해진다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같은 조사광을 검사면에 대하여 저각도로 조사하게 되면, 검사면에 볼록부가 있는 경우에, 보다 조명 각도가 작은 광, 즉 입사 각도가 큰 광이 검지되게 된다. 입사 각도가 큰 광에 대해서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 광 반사율이 커지기 때문에, 검지되는 광 강도가 더욱 커진다.

한편, 검사면에 오목부가 있는 경우에는, 도 1에 도시한 바와 같은 조사광을 검사면에 대하여 저각도로 조사하게 되면, 보다 조명 각도가 큰 광, 즉 입사 각도가 작은 광이 검지되게 된다. 입사 각도가 작은 광에 대해서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 광 반사율이 작아지기 때문에, 검지되는 광 강도가 더욱 작아진다.

이와 같이, 검사면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 저각도로 조사함으로써, 검사면의 요철에 따라 반사광의 강도가 크게 변화되기 때문에, 검사면에 있는 미세한 요철을 용이하게 검지하여 볼록부 및 오목부의 결함 상태를 상세하게 검출할 수 있게 된다. 또, 조사광을 조사하는 각도의 범위는 5°에서 20°정도가 바람직하다.

도 3은 반사광 강도와 광의 검지 각도 사이의 관계를 도시한 도면이다. 여기서, 검지 각도란, 검사면에 대한 반사광이 이루는 각도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 검사면측일수록 강도를 크게 한 가중 조명(30)에 의해 광을 조사한 경우에는, 똑같은 강도의 평행광 조명(31)에 의해 광을 조사한 경우에 비하여 검지 각도에 대한 반사광 강도의 변화가 크고, 근소한 검지 각도의 변화를 검출할 수 있게 된다. 상기 방법에 기초하여 실제의 표면 검사 처리를 실행한 결과, 1/10,000 rad의 검지 각도의 변화를 판독할 수 있었다.

이어서, 본 발명에 따른 표면 검사 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 4는 표면 검사 장치의 구성을 도시한 기능 블록도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 이 표면 검사 장치는 광섬유(41), 확산판(42), 집광 렌즈(43), CCD 센서(44), 테이블 구동부(45), 화상 축적부(46), 화상 처리부(47) 및 컨트롤러(48)를 갖는다.

광섬유(41)는 검사면(40)에 광을 조사하는 라인형으로 형성된 파이버 번들이다. 광섬유(41)는 검사면(40)에 대하여, 라인의 중심이 평행해지도록 배치된다. 그 때문에, 광섬유(41)로부터 조사된 광은 라인 중심으로 직행하는 방향에 대해서는 어느 정도 지향성을 가지며 공간으로 넓어져 가지만, 라인 중심을 따른 방향에 있어서는 광량의 변화는 없다.

이 광섬유(41)의 일단에는 할로겐 램프나 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프 등이 배치된다. 이러한 광섬유(41)를 이용함으로써, 형광등 등의 광원에 비하여 휘도가 높은 광을 300 ㎜ 정도의 넓은 범위로 조사할 수 있게 된다.

확산판(42)은 광섬유(41)에 의해 조사된 광을 확산시킨다. 이 확산판(42)을 광섬유(41)에 의해 조사된 광이 투과함으로써, 광섬유(41)에 의해 어느 정도의 지향성을 가지게 되어 공간에 조사된 광이 더욱 확산되고, 조사 면적이 넓은 광원으로부터 조사된 광과 동등한 광을 검사면(40)에 조사할 수 있게 된다.

집광 렌즈(43)는 검사면(40)에 의해 반사된 반사광을 집광한다. CCD 센서(44)는 집광 렌즈(43)에 의해 집광된 반사광을 수광하여, 반사광의 강도를 검출하는 라인 CCD 센서이다.

도 5는 도 4에 도시한 광학계의 상세한 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 광학계에 있어서는, 광섬유(41)를 조사광이 평탄한 검사면(40)에 있어서 정반사하여 CCD 센서(44)에 도달하는 경우의 광축(50)보다도 검사면(40)측으로 수 밀리미터 어긋난 위치에 광섬유(41)의 중심이 오도록 배치한다.

그리고, 광섬유(41)에 의해 발광된 광이 투과하도록, 확산판(42)을 광섬유(41)로부터 2∼3 ㎝ 떨어진 위치에 설치하고, 검사면(40)측의 광조사원으로부터 조사되는 광일수록 강도가 큰 광 강도의 지향 특성(51)을 실현하는 동시에, 조사 면적이 넓은 광원으로부터 조사된 광과 동등한 광을 검사면(40)에 조사한다.

도 4의 설명으로 되돌아가면, 테이블 구동부(45)는 검사면(40)을 갖는 부품을 실은 테이블을 구동시키고, 반사광을 검지하는 광학계에 대하여, 검사면(40)을 이동시키는 구동부이다.

화상 축적부(46)는 CCD 센서(44)에 의해 검출된 반사광의 강도 정보를 검사면(40)의 이동에 맞추어 강도 화상으로서 하드디스크 장치 등의 기억 디바이스에 축적한다. 도 6은 표면 검사 장치가 검출하는 반사광의 강도 화상을 설명하는 설명도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, CCD 센서(44)는 테이블 구동부(45)에 의해 검사면(40)을 광학계에 대하여 이동시키면서 반사광의 강도를 검출하고, 화상 축적부(46)는 CCD 센서(44)에 의해 검출된 반사광의 강도 분포를 강도 화상(60)으로서 기억한다.

여기서, 화상의 x 방향의 화소수는 CCD 센서(44)의 화소수(예를 들면, 4096화소)에 대응하고, 화상의 y 방향의 화소수는 이동 거리에 대응하여 결정된다. 이 강도 화상(60)에서는, 강도가 큰 부분은 진하게(계조치가 크고), 강도가 작은 부분은 엷게(계조치가 작게) 표시된다.

도 4의 설명으로 되돌아가면, 화상 처리부(47)는 화상 축적부(46)에 의해 축적된 강도 화상(60)에 기초하여 도 6에 도시한 주목선(61)마다 검사면(40)의 볼록부 및 오목부의 높이를 산출하는 처리를 행한다. 이 화상 처리부(47)는 지지대의 왜곡 등에 의해 검사면(40)에 생기는 전체적인 변동의 영향을 제외하고, 국소적인 요철에 대한 높이를 산출한다.

도 7은 국소적인 요철을 검출하는 처리를 설명한 설명도이다. 도 7에 도시한 검지 각도는 도 3에 도시한 바와 같은 반사광 강도와 검지 각도의 관계에 기초하여 반사광 강도로부터 변환된 값이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 화상 처리부(47)는 검지 각도의 검출값(70)으로부터 검지 각도의 평균값(71)을 산출한다. 구체적으로는, 우선, 화상 처리부(47)는 도 6에 도시된 주목선(61)상의 각 점에서, 각 점을 중심으로 한 평균 영역(72a, 72b)을 설정한다. 이 평균 영역(72a, 72b)은 검지 각도의 증감 주기의 2∼3배 정도의 폭으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 화상 처리부(47)는 각 평균 영역(72a, 72b)에 포함되는 검출값(70)의 평균값(73a, 73b)을 각각 산출하여, 평균 영역(72a, 72b)의 중심점에 대응하는 평균값(71)으로 한다. 이와 같이 하여 얻어진 평균값(71)과 검출값(70) 사이의 차분값을 구함으로써, 전체적인 변동의 영향을 제외한 반사광의 검지 각도를 산출할 수 있다.

도 8은 도 7에서 설명한 방법에 따라서 얻어진 검지 각도의 차분값을 기초로 하여 요철의 높이를 산출하는 처리를 설명한 설명도이다. 도 8에 도시된 각 점의 검지 각도의 차분값을 Δφ로 하고, 도 6에 도시한 검출면(40)의 이동 방향(y 방향)의 수평 분해능을 r이라고 하면, 각 점의 검지 각도의 차분값(Δφ)은 볼록부 또는 오목부의 경사 각도를 표시하고 있기 때문에, 이하의 근사적 분식에 의해 위치 a에 있어서의 볼록부 또는 오목부의 높이 h(a)를 산출할 수 있다.

여기서, Σ는 h가 0이 되는 위치 y=0으로부터 위치 y=a에 포함되는 각 점의, 검지 각도(Δφ)와 수평 분해능(r)과의 곱(Δφ·r)을 서로 더하는 것을 의미한다. 이에 따라, 도 8에 도시한 바와 같이, 볼록부 또는 오목부의 높이를 산출할 수 있다. 또, 검지 각도의 차분값의 위상과 높이의 위상은 90°어긋나게 된다.

도 4의 설명으로 되돌아가면, 컨트롤러(48)는 테이블 구동부(45)를 제어하여 검사면(40)을 이동시키는 동시에, 화상 축적부(46)나 화상 처리부(47)를 제어하여 반사광의 강도 화상을 축적하고, 검사면(40)의 요철의 높이를 산출시킨다.

이어서, 본 발명에 따른 표면 검사 처리의 처리 순서에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 표면 검사 처리의 처리 순서를 도시한 흐름도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 우선, 표면 검사 장치의 CCD 센서(44)는 광섬유(41) 및 확산판(42)에 의해 검사면(40)에 조사된 광의 반사광 강도를 검지하고, 화상 축적부(46)는, CCD 센서(44)에 의해 검지된 반사광 강도를 반사광 강도 화상으로서 축적한다(단계 S101).

그리고, 화상 처리부(47)는 화상 축적부(46)에 축적된 반사광 강도의 강도값을 검지 각도로 변환한다(단계 S102). 그 후, 화상 처리부(47)는 검지 각도의 평균값을 산출하고, 그 평균값과 검지 각도와의 차분값을 산출함으로써, 검사면의 전체적인 변동의 영향을 제거하는 처리를 행한다(단계 S103).

계속해서, 화상 처리부(47)는 전체적인 변동의 영향이 제거된 검지 각도를 기초로 하여 요철의 높이를 산출하고(단계 S104), 그 산출 결과를 출력하여(단계 S105), 이 표면 검사 처리를 종료한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예 1에서는, 광섬유(41) 및 확산판(42)이 검사면 (40)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 검사면(40)에 조사하고, CCD 센서(44)가, 조사광이 검사면(40)에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 것으로 하였기 때문에, 검사면(40)의 요철에 따라서 반사광의 강도를 크게 변화시킬 수 있고, 검사면(40)에 생긴 결함 상태를 상세하게 검출할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 광섬유(41) 및 확산판(42)이, 조사광의 광축과 검사면(40)이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 검사면(40)에 조사광을 조사하는 것으로 하였기 때문에, 검사면(40)의 요철에 따라서 반사광의 강도를 더욱 크게 변화시킬 수 있고, 검사면(40)에 생긴 결함 상태를 보다 상세하게 검출할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 광이 평탄한 검사면(40)에 있어서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 검사면(40)측으로 어긋난 위치에 광섬유(41)의 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판(42)을 배치한 광학계를 이용하여 검사면(40)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광이 검사면(40)에 조사되도록 하는 것으로 하였기 때문에, 검사면(40)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 효율적으로 생성할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 광섬유(41)의 광원과 광 확산판(42) 사이의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것으로 하였기 때문에, 광원으로부터 발광된 광을 적절히 확산시킬 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 화상 처리부(47)가 검출된 반사광의 강도와 반사광의 검사면(40)에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여 검사면(40)의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것으로 하였기 때문에, 높이를 산출함으로써, 검사면(40)에 생긴 결함 상태를 보다 상세하게 검출할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 화상 처리부(47)가 반사광의 검사면(40)에 대한 각도의 검출값(70)과, 각도의 검출값(70)의 평균값(71)과의 차분값을 산출하고, 차분값에 기초하여 검사면(40)의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것으로 하였기 때문에, 검사면(40) 전체의 변동의 영향을 제거하고, 국소적인 요철의 높이를 산출할 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서는, 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 검사면(40)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광이 검사면(40)에 조사되도록 하는 것으로 하였기 때문에, 휘도가 높은 광을 넓은 범위에 조사할 수 있다.

[실시예 2]

그런데, 상기 실시예 1에서는, 광섬유를 조사광이 평탄한 검사면에서 정반사하여 CCD 센서에 도달하는 경우의 광축보다도 검사면측으로 어긋난 위치에 광섬유의 중심이 오도록 배치하는 것으로 하였지만, 광섬유와 확산판 사이에, 광의 투과율이 검사면측 부분일수록 커지는 투과율 변화 필터를 삽입함으로써, 검사면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 생성하도록 하여도 좋다.

그래서, 본 실시예 2에서는, 광섬유와 확산판 사이에, 광의 투과율이 검사면측 부분일수록 커지는 투과율 변화 필터를 삽입하고, 검사면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 생성하는 경우에 대해서 설명한다.

우선, 실시예 2에 따른 광학계의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 10은 실시예 2에 따른 광학계의 상세한 구성을 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 이 광학계에 있어서는, 광을 조사하는 광섬유(101)와, 광섬유(101)로부터 2∼3 ㎝ 떨어진 위치에 배치된 확산판(103) 사이에, 광의 투과율이 검사면(100)측 부분일수록 커지는 투과율 변화 필터(102)가 삽입된다.

그리고, 광섬유(101)에 의해 발광된 광이 투과율 변화 필터(102)를 투과함으로써, 검사면(100)측일수록 강도가 커지는 광 강도의 지향 특성(107)이 실현되는 동시에, 그 광이 확산판(103)을 투과함으로써, 조사 면적이 넓은 광원으로부터 조사된 광과 동등한 광이 생성된다.

도 11은 도 10에 도시한 투과율 변화 필터(102)의 구조를 설명한 설명도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 이 투과율 변화 필터(102)는 검사면(100)과는 반대측에 배치되는 면으로부터 검사면(100)측에 배치되는 면을 향해 광의 투과율이 커지도록 형성된다. 이러한 투과율 변화 필터(102)는 유리나 플라스틱 필름으로 형성할 수 있다.

도 10의 설명으로 되돌아가면, 집광 렌즈(104)는 검사면(100)에 의해 반사된 광을 집광한다. CCD 센서(105)는 집광 렌즈(104)에 의해 집광된 광을 수광하여, 광의 강도를 검출하는 라인 CCD 센서이다.

또, 실시예 2에서는, 광섬유(101)와 확산판(103) 사이에 투과율 변화 필터(102)를 삽입하여 검사면(100)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 생성하는 것으로 하였지만, 실시예 1에서 도시한 조사광의 생성 방법과 실시예 2의 방법을 병용하여 조사광을 생성하는 것으로 하여도 좋다.

전술한 바와 같이, 본 실시예 2에서는, 광섬유(101), 확산판(103) 및 광의 투과율이 검사면(100)측부분일수록 커지는 투과율 변화 필터(102)를 이용하여 검사면(100)측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광이 검사면(100)에 조사되도록 하는 것으로 하였기 때문에, 검사면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 효율적으로 생성할 수 있다.

그런데, 지금까지 본 발명의 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예 이외에도 특허청구범위에 기재한 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 다른 실시예로써 실시되어도 좋은 것이다.

예컨대, 본 실시예에서는, 광섬유를 광원으로서 이용하는 것으로 하였지만, 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 라인형으로 배열하여 형성한 광원을 이용하는 것으로 하여도 좋다.

또한, 본 실시예에 있어서 설명한 각 처리 중, 자동적으로 행해지는 것으로서 설명한 처리의 전부 또는 일부를 수동적으로 행할 수도 있거나 혹은 수동적으로 행해지는 것으로서 설명한 처리의 전부 또는 일부를 공지의 방법으로 자동적으로 행할 수도 있다. 이 밖에, 상기 문서중이나 도면중에서 도시한 처리 순서, 제어 순서, 구체적 명칭, 각종 데이터나 파라미터를 포함하는 정보에 대해서는 특기하는 경우를 제외하고 임의로 변경할 수 있다.

또한, 도시한 표면 검사 장치의 각 구성 요소는 기능 개념적인 것으로서, 반드시 물리적으로 도시한 바와 같이 구성되어 있는 것이 필요한 것은 아니다. 즉, 표면 검사 장치의 분산·통합의 구체적 형태는 도시한 것에 한정되지 않고, 그 전부 또는 일부를 각종 부하나 사용 상황 등에 따라 임의의 단위로 기능적 또는 물리적으로 분산·통합하여 구성할 수 있다.

또한, 표면 검사 장치로써 행해지는 각 처리 기능은 그 전부 또는 임의의 일부가 CPU 및 그 CPU에서 해석 실행되는 프로그램으로써 실현되거나 혹은 와이어드 로직에 의한 하드웨어로서 실현될 수 있다.

(부기 1) 물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여 상기 물질 표면을 검사하는 표면 검사 장치로서,

상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 조사 수단과,

상기 조사 수단에 의해 조사된 조사광이 상기 물질 표면에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.

(부기 2) 상기 조사 수단은 상기 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 그 물질 표면에 조사광을 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 3) 상기 조사 수단은 광이 평탄한 물질 표면에 있어서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 1 또는 부기 2에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 4) 상기 광원과 광 확산판 사이의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것을 특징으로 하는 부기 3에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 5) 상기 조사 수단은 광의 투과율이 상기 물질 표면측 부분일수록 커지는 필터를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 4 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 6) 상기 검출 수단에 의해 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 높이 산출 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 5 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 7) 상기 높이 산출 수단은 반사광의 물질 표면에 대한 각도와 그 물질 표면에 대한 각도의 평균값과의 차분값을 산출하고, 그 차분값에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것을 특징으로 하는 부기 6에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 8) 상기 조사 수단은 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 7 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 장치.

(부기 9) 물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여 상기 물질 표면을 검사하는 표면 검사 방법으로서,

상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 조사 공정과,

상기 조사 공정에 의해 조사된 조사광이 상기 물질 표면에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 검출 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.

(부기 10) 상기 조사 공정은 상기 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 그 물질 표면에 조사광을 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 11) 상기 조사 공정은 광이 평탄한 물질 표면에서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 9 또는 부기 10에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 12) 상기 광원과 광 확산판 사이의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것을 특징으로 하는 부기 11에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 13) 상기 조사 공정은 광의 투과율이 상기 물질 표면측의 부분일수록 커지는 필터를 이용하여 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 9 내지 부기 12 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 14) 상기 검출 공정에 의해 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 높이 산출 공정을 더 포함한 것을 특징으로 하는 부기 9 내지 부기 13 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 15) 상기 높이 산출 공정은 반사광의 물질 표면에 대한 각도와 그 물질 표면에 대한 각도의 평균값과의 차분값을 산출하고, 그 차분값에 기초하여 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재된 표면 검사 방법.

(부기 16) 상기 조사 공정은 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 부기 9 내지 부기 15 중 어느 하나에 기재된 표면 검사 방법.

이상과 같이, 본 발명에 따른 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법은 물질 표면의 결함 상태를 상세하게 검출하는 것이 필요한 표면 검사 시스템에 유용하다.

본 발명에 따르면, 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하고, 조사된 조사광이 물질 표면에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 것으로 하였기 때문에, 물질 표면의 요철에 따라 반 사광의 강도를 크게 변화시킬 수 있어, 물질 표면의 결함 상태를 보다 상세하게 검출할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼20°의 범위가 되도록 물질 표면에 조사광을 조사하는 것으로 하였기 때문에, 물질 표면의 요철에 따라 반사광의 강도를 더욱 크게 변화시킬 수 있어, 물질 표면의 결함 상태를 보다 상세하게 검출할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 광이 평탄한 물질 표면에서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것으로 하였기 때문에, 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 효율적으로 생성할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 광원과 광 확산판 사이의 거리는 2 ㎝∼3 ㎝의 범위인 것으로 하였기 때문에, 광원으로부터 발광된 광을 적절히 확산시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 광의 투과율이 물질 표면측 부분일수록 커지는 필터를 이용하여 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것으로 하였기 때문에, 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 효율적으로 생성할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대 한 각도 사이의 관계에 기초하여 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것으로 하였기 때문에, 높이를 산출함으로써, 물질 표면의 결함 상태를 보다 상세하게 검출할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 반사광의 물질 표면에 대한 각도와 물질 표면에 대한 각도의 평균값과의 차분값을 산출하고, 차분값에 기초하여 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 것으로 하였기 때문에, 물질 표면 전체의 변동의 영향을 제거하고, 국소적인 요철의 높이를 산출할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 따르면, 광섬유 번들 또는 발광 다이오드에 의해 구성되는 광원에 의해 광을 발광시키고, 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 물질 표면에 조사하는 것으로 하였기 때문에, 휘도가 높은 광을 넓은 범위에 조사할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

Claims

물질 표면에 조사된 조사광이 반사되었을 때의 반사광의 강도에 기초하여 상기 물질 표면을 검사하는 표면 검사 장치로서,

상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 조사 수단과,

상기 조사 수단에 의해 조사된 조사광이 상기 물질 표면에 의해 반사되었을 때의 반사광의 강도를 검출하는 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 상기 조사광의 광축과 물질 표면이 이루는 각이 5°∼ 20°의 범위가 되도록 그 물질 표면에 조사광을 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조사 수단은 광이 평탄한 물질 표면에 있어서 정반사하여 검출되는 경우의 광의 광축보다 물질 표면측으로 어긋난 위치에 광원의 중심을 배치하고, 광원에 의해 발광된 광이 투과하도록 광원으로부터 떨어진 위치에 광 확산판을 배치한 광학계를 이용하여, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조사 수단은 광의 투과율이 상기 물질 표면측 부분일수록 커지는 필터를 이용하여, 상기 물질 표면측일수록 강도가 큰 광 강도 분포를 갖는 조사광을 그 물질 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출 수단에 의해 검출된 반사광의 강도와 반사광의 물질 표면에 대한 각도 사이의 관계에 기초하여, 상기 물질 표면의 오목부 또는 볼록부의 높이를 산출하는 높이 산출 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.