JPH0340802B2

JPH0340802B2 -

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Publication number: JPH0340802B2
Application number: JP24428883A
Authority: JP
Priority date: 1983-12-26
Filing date: 1983-12-26
Publication date: 1991-06-20
Also published as: JPS60135808A

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、被検物体の微細目盛即ち規則的に配列さ
れた規則パターンの欠陥を探すのに、目視検査に
替つてコヒーレントな光と空間周波数フイルタと
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
空間周波数フイルタを用いて、規則パターンの周
期情報を遮断し、空間周波数フイルタの透視部分
から非周期的な欠陥情報を検出するものがある。

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イルタ５によつ
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。空間周波数フイルタ５によつて分離
された非周期情報、即ち、欠陥情報は、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によつて観察さ
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つて規則パター
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１から射出され
たコヒーレントな光を照明レンズ１２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との間に斜設された斜設ハーフミラー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
斜設ハーフミラー１３を通過させて対物レンズ１
５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イルタ１６によつて周期
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は欠陥観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及びTV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
検査装置にあつては、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ー１３を配置さ
せるようになつていたため、対物レンズ１５の作
動距離WD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ず、対物レンズ
１５は高倍率化に伴つて対物レンズ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WD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
ラー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つた。

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
に配置させられた空間周波数フイルタとからな
り、光射出体を空間周波数フイルタ上に配設した
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イルタである。

空間周波数フイルタ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２４ｂはその端面がレーザ光源２
５から射出されたコヒーレントな光を集光させる
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ヤツタである。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２４ａ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２１の目視観察時の
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
フイルタ２３の上方に配置されたハーフミラー３
０で反射され、空間周波数フイルタ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
るシヤツタである。

更に、３５は空間周波数フイルタ２３によつて
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３
７、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、光フアイバ光学素子２４によつて導
光され、光フアイバ光学素子２４の光射出端部２
４ａ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によつて
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
となつて規則パターン２１を平行に照射する。規
則パターン２１に平行光が照射されると、回折現
象を起こし、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によつて回
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I₁は第４図に示
す如く、規則的に一列に並ぶ。空間周波数フイル
タ２３は対物レンズ２２の焦点位置に配置させら
れているので、一列に規則的に並ぶ回折像I₁即ち
フーリエ変換像は光不透過領域を有する空間周波
数フイルタ２３によつて遮断され、接眼レンズ３
６、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２１で反射し、対物レンズ２
２によつて結像された回折像は空間周波数フイル
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２
１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つて空
間周波数フイルタの空間周波数面内に散らばる。
従つて、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イルタ２３によつて遮
断され、その空間周波数フイルタ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によつ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I₂を画面で
観察することができる。

この実施例の欠陥検査装置は空間周波数フイル
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ー１３を設
けていないため、対物レンズ２２の作動距離WD
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
によつて従来の斜設ハーフミラー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２
５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はフア
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
ヤツタ２７で遮光し、照明用光源２８側のシヤツ
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、ハーフミラー３０で反射され、
空間周波数フイルタ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によつて反射した光は再び
対物レンズ２２によつて集光されて、今度はハー
フミラー３０を透過する。そして、ハーフミラー
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によつて結像され、TV
モニタ３９によつて、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
る空間周波数フイルタ２３の変形例を示す。

第１実施例の空間周波数フイルタ２３は第３図
及び第４図に示すように、ある巾をもつた一直線
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２１で反射した回折光
も直角方向に並ぶことになる。従つて、これを遮
断するには空間周波数フイルタ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
周波数フイルタ３３を作つておけば、規則パター
ン２１の方向が90°回転したものであつても、空
間周波数フイルタ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イルタ３３が対物レンズ２
２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、スペツクルノイズ低減装置４０と欠陥判別回
路４１とを備えたブロツク図である。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
材には同一符号を付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２１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ツクルノイズ低減
装置４０の構成は第７図と第８図に示されてい
る。

スペツクルノイズ低減装置４０は光フアイバ光
学素子２４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ツクルノイ
ズが発生し、平行照明を対物レンズ２２で行なつ
たとしても、スペツ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
に示すスペツクルノイズ低減装置４０₁は、高周
波発振器４２によつて光フアイバ光学素子２４を
振動させ、スペツクルノイズを低減化させるもの
である。また、第８図に示すスペツクルノイズ低
減装置４０₂はモータ４３によつて回転させられ
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によつて
スペツクルノイズを低減化させるものである。第
６図中のスペツクルノイズ低減装置４０には第７
図又は第８図に示されているいずれかのスペツク
ルノイズ低減装置４０₁，４０₂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ツト
（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、CCU４５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
波形が立ち上がつている部分が欠陥部の回折像の
位置と輝度に対応して得られるピーク電圧であ
る。従つて、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つて欠
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を駆動させてステージ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、Ｏ位
置に設定する。

次に、目盛板４９がＯ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
TV撮像管３８が作動させられて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
の有無を検出する。即ち、TV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、CCU
４５から送られてきたビデオ信号を受けとつたコ
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４
９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５０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
つて行ない、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の欠陥があつた
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によつ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つたエリ
アがTV撮像管３８に結像されるように目盛板４
９を回転させる。

目盛板４９が所定の位置まで回転したら、シヤ
ツタコントローラ５４を駆動させて、今まで開い
ていたレーザ光源２５側のシヤツタ２７を閉じて
レーザ光を遮光し、照明用光源２８側のシヤツタ
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
ミラー３０で反射され、空間周波数フイルタ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によつて集光されて今度はハー
フミラー３０を透過する。そして、ハーフミラー
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によつて結像され、CCU
４５を介したTVモニタ３９によつて目盛板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、空間周波数フイルタ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は通電によつてレーザ
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
ペツクルノイズ対策も不要となる。従つて、スペ
ツクルノイズ対策のためにスペツクルノイズ低減
装置４０が設けられていた場合、欠陥を高速で検
出したい時にスペツ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、
測定時間が長くなつ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
は空間周波数フイルタ２３に設けられ、空間周波
数フイルタ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と空間周波数フイル
タ２３とは図示しない対物レンズ鏡筒に組み込ま
れ、空間周波数フイルタ２３に設けられている半
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
波数フイルタ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
数フイルタ２３に半導体レーザ６０を設けている
欠陥検査装置のブロツク図である。この実施例で
はスペツ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、同一符号を付して説明を省略す
る。

図中、６３は半導体レーザ６０のレーザ光を遮
光するシヤツタである。なお、スペツクルノイズ
低減装置４０を設けていないのは、対物レンズ２
２の焦点位置に、レーザ光を直接に射出する半導
体レーザ６０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に生じるスペツクルノ
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、空間周波数フイ
ルタ２３，３３は対物レンズ２２の焦点位置に設
けなければならない。しかし、対物レンズ２２の
焦点位置に空間周波数フイルタ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。
空間周波数フイルタ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。従つて、
空間周波数フイルタ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、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イルタとからなり、
前記光射出体を空間周波数フイルタ上に配設した
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ーは
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ーを用いるものに比べて光
エネルギー伝達効率が良好であり、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、スペツ
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イルタ
の斜視図、第５図は空間周波数フイルタの変形例
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図はスペツ
クルノイズ低減装置と欠陥判別回路を備えた欠陥
検査装置のブロツク図、第７図はスペツクルノイ
ズ低減装置を示す概略図、第８図はもう一つのス
ペツ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ツク図で
ある。２１……規則パターン、２２……対物レンズ、
２３……空間周波数フイルタ、２４ａ……光フア
イバ光学素子の光射出端部（光射出体）、２５…
…レーザ光源、６０……半導体レーザ（光射出
体）。

Claims

【特許請求の範囲】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イルタとを備え、前記光射出
体を該空間周波数フイルタ上に配設したことを特
徴とする欠陥検査装置。２光射出体はレーザ光源を導光した光フアイバ
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。