JPH0242406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は外観検査方法およびその装置に関す
る。

従来技術 金属加工面、フイルム、圧延鉄板、LSI用Siウ
エハーなどの外観あるいは疵の有無の検査には、
従来より種々の方式の自動検査装置が用いられて
おり、その方式として例えば撮像管を用いる方
式、半導体ライン・センサーを用いる方式、走査
レーザー光による方式などが知られている。また
疵検出の方法にも、被検査面からの反射光量を２
値化してその大小により疵の有無を判別する単純
なものから、空間フイルタリング、回折パターン
のマツチング状態を調べる方法、あるいはホログ
ラフイー技術を応用するものなどがあるが、これ
らの方法のほとんどは、単に被検査面上における
疵の有無を判断するのみで、疵の凹凸状態までを
検出するものは少ない。

また近年は、多品種・小ロツト生産の必要上、
FAが強力に推進されているが、そに伴つて加工
工程の途中など環境のあまり良くない場所で、如
上の自動検査装置が使用されることが多くなり、
凹状を呈する本来の加工疵に加えて、汚れ、切削
くず、ごみなどが被検査面上に付着して凸状を呈
し、これが誤判定の原因となり、結果的に自動検
査装置の信頼性を低下させることになる。

第１図は、従来より押なわれている外観検査方
式の１つであるレーザー走査型外観検査方式を示
す模式図で、He−Neレーザー（6328Å赤色）を
光源とするレーザー管１よりレーザー光が投光さ
れる。このレーザー光は全反射ミラー２で反射さ
れて、図中に矢符号Ｒで示す方向に所定の周期で
揺動する振動ミラー３に入射される。この振動ミ
ラー３の反射光は扇状に拡がりながら光走査用の
ビームとなるが、振動ミラー３上の反射点からの
距離が自己の焦点距離と等しくなる位置に置かれ
た対物レンズ４を挿通することにより、扇状から
平行に走査されるビームに変換されたのち、被検
査面Ｓ上に照射される。被検査面Ｓからの反射光
は、幾何光学的な反射の法則（スネルの法則）を
満たすような、直反射光を中心に被検査面Ｓ上の
ランダムな粗さに起因して散乱された拡散反射光
のほか、被検査面Ｓの粗さが加工方法によつてあ
る程度の規則性をもつときに、その規則性が回折
格子として作用するために生じる回折光による拡
がりを含んでいる。しかし、概して一様（正常）
な被検査面Ｓからの反射光は、直反射方向を中心
するかなり小さな立体角内に収まる。また直反射
光、拡散反射光、回折光成分の割合いは、被検査
面Ｓの加工方法によつて異なるが、一般に光の波
長に比べて被検査面Ｓの面粗さが大きくなる程、
直反射成分が減り拡散反射成分が増大する傾向を
示す。

一方、被検査面Ｓの疵からの反射においては、 直反射光のネスルの法則による反射方向は、
正常な被検査面Ｓの場合の反射方向と異つたも
のになる。

疵エツジなどからの回折に起因する反射光の
拡がりが加わる。

という２つの特徴的な現象がみられる。これら２
つの現象によつて、疵からの反射の場合のビーム
の反射方向および拡がりの立体角は、正常な被検
査面Ｓでの反射のさいの反射方向および立体角と
大きく異なることになる。したがつて、この場合
に受光レンズ６に入る光は、一般には、正常反射
時の入光量に比べて減少する傾向を示す（ただ
し、疵の種類によつては、正常反射方向に鋭い指
向性を有する場合もある）。

被検査面Ｓに関するこのような情報を含む反射
光は受光レンズ６により集光され、光彩絞り７、
レンズ８、干渉フイルター９を通過して光電子増
倍管１０により光電変換され、その受光量は電圧
の大小として検出される。光彩絞り７は、被検査
面Ｓの反射点から受光部を見込む立体角（疵検出
性能は、この立体角に大きく依存する）を適当に
制限し、レンズ８はレンズ６により受光した光の
収束をさらに強める。干渉フイルター９は、レン
ズ８を通過した光の中から単一波長光（6328Å）
を取り出し、外乱光による雑音を除去して良好な
Ｓ／Ｎの疵情報が得られるようにするためのもの
である。光電子増倍管１０より取り出された電圧
信号は、被検査面Ｓにおける反射状態を対応して
変化するので、増幅器１１で増幅したその信号波
形を観測することにより、正常反斜面か異常反射
面かの判定、すなわち被検査面Ｓにおける疵の有
無の判定が行われる。

以上が、従来行われている疵検出方法の１つで
あるフライング・スポツトレーザー走査方式であ
るが上記の説明で明らかな通り、この方式は疵の
凹凸状態までを判別をするものではない。

目 的 この発明は、被検査面の疵の有無の判別だけで
なく、疵と判断された箇所の凹凸状態をも同時に
検出して、如上の従来例にみられるような被検査
面に付着したごみ、切削くず、研削くず、汚れな
どによる誤判定を回避し、検査の信頼性の向上お
よび装置のメインテナンス、走査性の向上をはか
ることのできる外観検査方法およびその装置を提
供することを目的とする。

概 要 本発明は、投受光系が含まれる面を挾む左右に
補助光学系を分配して、前記受光系による受光量
からの被検査面における以上反射の有無を判別す
る一方、２つの補助光学系の間での受光量変化時
刻の差から被検査面上の凹凸状態を判別するもの
である。

実施例 この発明の一実施例を第２図ないし第９図に基
づいて以下に説明する。

第２図において、１２はフライング・スポツト
レーザー走査方式の外観検査機構の投光系であつ
て、レーザー管１、全反射ミラー２、振動ミラー
３、対物レンズ４などからなり、１３はその外観
検査機構の受光系で、受光レンズ６、光電子増倍
管１０、増幅器１１などからなる。この投受光系
は、第１図に示す従来のフライング・スポツトレ
ーザー走査方式の光学系と同一の構成であつて、
各構成要素の符号は第１図のものと同じにしてい
る。第２図では、概略の構成のみを示すため、受
光系１３において第１図のような光彩絞り７、レ
ンズ８、干渉フイルター９などは省略している。
そして、この投受光系は、被検査面Ｓを第２図に
おいて紙面に対し垂直な方向に光走査する。

この発明は以上の投受光系に加えて、この投受
光系が含まれる面、（第２図における紙面）を挟
む左右に第１および第２の補助受光系１４，１５
を分けて配置し、前記受光系１３による受光量か
ら被検査面Ｓにおける異常反射の有無を判別する
一方、２つの補助受光系１４，１５の間で生じる
後述する受光量変化時刻の差から被検査面Ｓの凹
凸状態を判別するものである。

この実施例では２つの補助受光系１４，１５
は、第２図において矢符号−の方向からみた
状態を示す第３図のように、先の投受光系が含ま
れる面に対して垂直な面（第３図における紙面と
平行な面）内、すなわち光走査方向Ｐと平行な面
内にあつて、被検査面Ｓに異常反射が生じた場
合、その異常反射成分を補助受光系１４，１５で
それぞれ受光する。補助受光系１４は受光レンズ
１６、光電子増倍管１７、増幅器１８からなり、
補助受光系１５は受光レンズ１９、光電子増倍管
２０、増幅器２１からなる。

受光系１３、補助受光系１４，１５の各増幅器
１１，１８，２１より取り出された電圧信号は、
第４図に示す信号処理系によつて処理され、その
処理結果により、被検査面Ｓにおける疵の有無お
よび疵の凹凸状態が判定される。

被検査面Ｓが疵や汚れなどのない正常反射面の
場合、投光系１２より被検査面Ｓに照射された光
は、ほぼ正常反射方向すなわち受光系１３に向け
て反射され、補助受光系１４，１５の方向へはほ
とんど反射されない。

これに対して被検査面Ｓが異常反射面である場
合には、正常反射方向への反射光量が減少する一
方、補助受光系１４，１５が含まれる面の方向へ
の反射光量が増大し、その反射パターンは第６図
および第７図のようになる。すなわち、第６図
Ａ，Ｂは被検査面Ｓに切削くず、研削くず、汚れ
の付着などによる凸状部がある場合の反射パター
ンを示し、反射メインビームは光走査の進行に伴
い、始め第６図Ａのように光走査方向Ｐの開始側
へ反射して主として補助受光系１４で受光され、
しだいに光走査方向Ｐの終了側へ反射方向が移つ
て第６図Ｂのように主として補助受光系１５で受
光される。一方、第７図Ａ，Ｂは被検査面Ｓに加
工疵などの凹状部がある場合の反射パターン示
し、凸状部の場合とは逆に反射メインビームは光
走査の進行に伴い、始め第７図Ａのように光走査
方向Ｐの終了側へ反射して主として補助受光系１
５で受光され、反射方向はしだいに光走査方向Ｐ
の開始側へ移つて第７図Ｂのように主として補助
受光系１４で受光される。このことは、異常反射
の場合において、受光量のピーク時が、光走査方
向Ｐの終力側に位置する補助受光系１５で先にき
て、光走査方向Ｐの開始側の補助受光系１４では
これより少し遅れるときには、被検査面Ｓに凹状
疵があると判断され、逆に光走査方向Ｐの開始側
の補助受光系１４において受光量のピークが先に
生じるときには、被検査面Ｓに凸状部を呈する切
削くずなどが付着していると判断されことを意味
する。

前記信号処理系では、受光系１３の電圧信号ａ
を増幅器２２で受けて、異常反射の有無を判断す
る判定系と、補助受光系１４の電圧信号ｂを増幅
器２３により、また補助受光系１５の電圧信号ｃ
を増幅器２４によりそれぞれ受けて、異常反射が
被検査面Ｓの凹状によるか凸状によるかを判断す
る判定系とを有する。増幅器２２の出力a′は疵の
有無あるいは異常反射の有無を検出するための比
較器２５に入力され、ここで所定の基準レベルと
比較される。例えば、異常反射のあるときには受
光系１３の受光量は減少し、比較器２５への入力
信号a′のレベルが前記基準レベルを下まわり、比
較器２５の出力ｄは異常反射があることに相当す
るＬ信号となる。前記基準レベルは、最小どの程
度の大きさまでの疵を検出するかによつて設定レ
ベルが異る。

増幅器２２の出力a′、これと平行して計測タイ
ミング・セツト用比較器２６および異常反射区間
検出用比較器２７へそれぞれ入力される。比較器
２６において信号a′と比較される基準レベルは、
異常反射時の信号a′のピークレベルよりもさらに
暗レベル側に近く設定され、これによつて投光系
１２からのレーザー光が被検査面Ｓを正味照射す
る走査区間が計測区間として検出される。比較器
２７において信号a′と比較される基準レベルVth
は、第８図Ａおよび第９図Ａに示すように、明レ
ベル付近すなわち受光系１３の受光量増大に対応
するレベル側に近く設定され、受光量の減少がは
じまると、すなわち異常反射が起ると直ちに異常
反射区間の検出が開始されるようになつている。
比較器２５および２６の出力ｄ，ｅは次段の疵有
無判別部２８へ入力され、その判定出力ｆは最終
段の総合判定部２９へ入力される。一方、異常反
射区間検出用比較器２７の出力ｇは別の比較部３
０へ入力される。なお、第８図Ａ〜Ｈは、被検査
面Ｓの凹状疵に起因する異常反射の場合の、前記
信号処理系の各部の出力波形を示し、第９図Ａ〜
Ｈは、凸状疵（切削くず、ごみの付着など）に起
因する異常反射の場合の信号処理系の各部の出力
波形を示している。

他方、増幅器２３の出力b′は微分器３１で微分
処理され、その微分出力ｈは次段のゼロクロス検
出器３２へ入力される。増幅器２４の出力c′も同
様に微分器３３で微分処理され、その部分出力ｊ
は次段のゼロクロス検出器３４へ入力される。

第６図のように補助受光系１４の配置側から補
助受光系１５の配置側へ向けて光走査が行われて
いるとき、被検査面Ｓに凸状疵（切削くず、ごみ
の付着など）がある場合の信号処理を、第８図Ａ
〜Ｈに基づいて説明すれば以下のようになる。

第８図Ｂのように比較器２７が異常反射区間の
検出を開始すると、はじめ同図Ｃのように補助受
光系１４に対応する信号b′にパルス波形が生じ、
これが微分器３１により同図Ｅのような微分信号
ｈに処理される。ゼロクロス検出器３２では、入
力される微分信号ｈがゼロレベルとクロスする時
点t_Rにのみ同図Ｅのような単発パルス波形の出力
ｋを得て、この出力信号ｋは次段の比較部３０へ
入力される。第６図Ａ，Ｂに示されるように、異
常反射光の補助受光系１５での受光は補助受光系
１４より遅れるので、第８図Ｆのように補助受光
系１５に対応する信号c′にパルス波形が生じるの
は異常反射検出区間において時点t_Rより少し遅れ
た時点となる。この信号c′も同様に微分器３３で
同図Ｇのような微分信号ｊに処理され、次段のゼ
ロクロス検出器３４では、微分信号ｊがゼロレベ
ルとクロスする時点t_Lで同図Ｈのような単発パル
ス波形の出力ｍを得て、この出力信号ｍは比較部
３０へ入力される。比較部では、補助受光系１４
に対応する出力ｋと補助受光系１５に対応する出
力ｍの単発パルス波形発生時点t_R，t_Lの先後が比
較され、その比較結果は次段の凹凸判定回路３５
へ入力される。

以上の場合と異なり、被検査面Ｓに凹状疵があ
る場合の信号処理では、第９図Ｃ〜ＥおよびＦ〜
Ｈに示すように、出力ｋ，ｍの単発パルス波形発
生時点t_R，t_Lの先後は先の場合とは逆にt_R＞t_Lと
なる。

第８図および第９図による説明では、補助受光
系１４の配置側から補助受光系１５の配置側へ向
けて光走査が行われる場合を例示したので、被検
査面Ｓの凸状疵に対してt_L＞t_R、凹状疵に対して
t_L＜t_Rという結果が得られたが、光走査方向が前
記と逆の場合は、被検査面Ｓの凹凸とt_R，t_Lの先
後の関係は全く逆になる。そこで、第４図に示す
信号処理系では、投光系１２の振動ミラー３に付
属の図示しないタコ・ゼネレータから振動ミラー
３の揺動方向に関する２値信号ｎを得て、これが
比較器３６で所定の基準レベルと比較され、その
比較結果は走査方向判別信号ｑとして凹凸判定回
路３５へ入力されるようになつている。例えば、
この実施例では、第６図および第７図のように補
助受光系１４の配置側から補助受光系１５の配置
側へ走査されるとき（左方向）、前記走査方向判
別信号ｑはＨ信号となり、逆に右方向へ走査され
るとき走査方向判別信号ｑはＬ信号となるように
設定される。

凹凸判定回路３５の判定出力および疵有無判別
部２８の判定出力ｆを受けて、総合判定部２９で
は、被検査面Ｓに加工疵など凹状疵の存在を知ら
せる凹状判定信号ｒおよび切削くずやごみなどの
付着を知らせる凸状判定信号ｕが出力される。異
常反射の起らない場合には、これらの判定信号
ｒ，ｕは出力されない。

一方、第４図の信号処理系では、受光系１３に
対応する信号a′、補助受光系１４，１５に対応す
る信号b′およびc′がアナログ加算器３７により加
算されて、その加算出力ｖが総合判定部２９へ入
力される。この加算出力ｖは、光吸収性を有する
被検査面Ｓ上の汚れとほかの疵、ごみなどの非吸
収性の欠陥との識別に供される。すなわち、被検
査面Ｓに光吸収性を有する汚れが存在するとき
は、受光系１３の受光量が大幅に低減するので、
疵有無判別部２８の出力ｆは異常反射の場合に似
た出力波形を示す一方、補助受光系１４，１５で
も異常反射光は受光されないため、凹凸判定回路
３５からは凹凸の判定結果は得られない。この場
合、アナログ加算器３７の加算出力ｖのレベルが
非吸収性の欠陥の場合に比べて低くなるから、総
合判定部２９において所定の基準レベルと比較す
ることにより、汚れ判定信号ｗが得られる。被検
査面Ｓの欠陥が非吸収性の場合は、被検査面Ｓが
正常面である場合と反射率は変らないので、この
ときの加算出力ｖのレベルは正常面の場合と同程
度となる。

補助受光系１４および１５にそれぞれ対応する
ゼロクロス検出器３２および３４の出力ｋ，ｍの
単発パルス波形発生時点t_R，t_Lの先後を判定する
比較部３０の具体的な回路構成の一例を第５図に
示している。同図において、P_Rは図示しないパ
ルス発生回路より出力されるリセツト・パルスで
あり、異常反射区間検出出力ｇの立上りエツジに
おいてパルス幅の短かい（0.1μsec以下）単発波
形として得られる。このリセツト・パルスP_Rを
受けて図中の全てのフリツプ・フロツプF₁〜F₆
はリセツトされ、ゼロクロス検出器３２および３
４の出力ｋ，ｍの受入れの可能な待機状態とな
る。出力ｋ，ｍがともに入力されたあとは、この
２つの信号ｋ，ｍのいずれが早く入力されたかに
依存して、フリツプ・フロツプF₃，F₆の一方が
セツト状態となり、他方はリセツト状態を保つ。
この状態によつてt_R，t_Lの大小関係が判定される
ことになる。第６図に示す例では、t_L＜t_Rの場
合、フリツプ・フロツプF₃がセツトされ、t_L＞t_R
の場合、フリツプ・フロツプF₆がセツトされる。

効 果 この発明によれば、被検査面への切削くず、ご
みなどの付着あるいは加工きずなどに起因する異
常反射の有無を判別できるだけでなく、その異常
反射が被検査面の凹状個所の存在によるものか凸
状個所の存在によるものかをも判別できるので、
加工きずの存在（凹状個所）や切削くず、ごみな
どの付着（凸状個所）を識別することが可能とな
り、外観検査の信頼性が大幅に向上する。

とくに実施例の装置のように、受光系１３およ
び補助受光系１４，１５のそれぞれの検出出力を
アナログ加算器３７で加算して、その出力を欠陥
判定情報の１つに加えることにより、その出力レ
ベルから光吸収性を呈する汚れなどによる異常反
射をも識別することができ、検査精度を一層向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の外観検査方式の一例を示す模式
図、第２図はこの発明の一実施例の光学系を示す
模式図、第３図は第２図の−線矢視図、第４
図は信号処理系のブロツク図、第５図は信号処理
系の比較部の具体的構成の一例を示す回路図、第
６図Ａ，Ｂおよび第７図Ａ，Ｂはそれぞれ異常反
射の場合の反射パターンを示す説明図、第８図Ａ
〜Ｈおよび第９図Ａ〜Ｈはそれぞれ信号処理系の
各部の出力波形図である。 １……レーザー管、２……全反射ミラー、３…
…振動ミラー、４……対物レンズ、６……受光レ
ンズ、１０……光電子増倍管、１１……増幅器、
１２……投光系、１３……受光系、１４，１５…
…補助受光系、１６……受光レンズ、１７……光
電子増倍管、１９……受光レンズ、２０……光電
子増倍管、２１……増幅器、２５……比較器（異
常反射検出用）、２６……比較器（計測タイミン
グ・セツト用）、２７……比較器（異常反射区間
検出用）、２８……疵有無判別部、２９……総合
判別部、３０……比較部、３１，３３……微分
器、３２，３４……ゼロクロス検出器、３５……
凹凸判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投光系と受光系の対向方向と交差する所定方
   向に被検査面を光走査して、その反射光量を検出
   するようにした外観検査方法において、前記投受
   光系が含まれる面を挟む左右に補助受光系を分配
   して、前記受光系による受光量から被検査面にお
   ける異常反射の有無を判別する一方、２つの補助
   受光系の間での受光量変化時刻の差から被検査面
   上の凹凸状態を判別することを特徴とする外観検
   査方法。 ２ 投光系と受光系を対向させてその対向方向と
   交差する所定方向に被検査面を光走査する走査光
   学系、前記投受光系が含まれる面を挟む左右に分
   配した第１・第２の補助受光系、前記受光系での
   光入力を光電変換しこれを所定レベルと比較して
   異常反射の有無を判別する異常反射検出手段、第
   １の補助受光系での光入力を光電変換し入力のピ
   ーク時を検出する第１の受光ピーク時検出手段、
   第２の補助受光系での光入力を光電変換し入力の
   ピーク時を検出する第２の受光ピーク時検出手
   段、第１・第２の受光ピーク時検出手段の出力す
   る検出時刻の先後を比較する時刻比較手段、前記
   走査光学系による走査方向を検出する走査方向検
   出手段、この走査方向検出手段の出力および前記
   時刻比較手段の出力を受け被検査面の凹凸状態を
   判別する凹凸判別手段からなる外観検査装置。