JPS6148751A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、グレーズ基板やシリコンウニノーなど表面
がガラス面や鏡面に近い光沢面に仕上げられる平面材料
の表面欠陥を光学的に検出する方法に関する。

〔従来の技術〕

ファクシミリの感熱プリントヘッドに用いるグレーズ基
板（セラミック基板の表面にガラスコーティングを施し
たもの）や半導体素子の基板に用いるシリコンウェハ等
は表面の疵や清浄度、フラットネスなどについて厳しく
規定されているが、こうした表面検査は検査員の目視に
よって行なわれているのが現状である。

しかしながら目視による検査では欠陥を見落す惧れがあ
り、また目視能力の限界からライン速度を高速化するこ
とも困難であるため、最近ではこの種の表面欠陥を光学
的に検出する各種の装置が開発されている。例えば、特
開昭５２−１０７９３号公報に開示されている「欠点検
出装置」は第２図に示す如く、レーザ（５）の発するス
ポット光を回転多面鏡（７）、円錐面鏡（８）を介して
シート材（１）に順次照射してゆくとともに、その各照
射部からの正反射光ｅ０１）を正反射用受光器（９１）
で、乱反射光■０２）を乱反射用受光器（９２）でそれ
ぞれ別個に受光させ、各受光器における欠陥と良好部と
の光学的ｑ？ｊａ差（受光電の変化）を電気信号に変換
して欠陥を検出する。この装置では正反射用受光器（９
１）にのみ受光量の変化が生じた場合は、その検出欠陥
は変色等の光吸収形欠陥であり、正反射用受光器（９１
）と乱反射用受光器（９２）の両方で同時に受光量の変
化があった場合は、その検出欠陥は疵等の散乱形欠陥で
あるというように表面欠陥の検出と同時に欠陥の種類の
識別が可能である。

また、特開昭５３−６５７７７号公報に開示されている
「表面探傷装置」は第３図に示す如（、検査物（２）の
被探傷面（３）に照射器（１）より帯状の照射光（４）
を一定の照射角（ψ）で照射し、その照射部（６）全体
からの散乱光のみを照射角（ψ）およびその反射角と異
なった角度（のから光電素子を備えた検出器（５）で受
光して欠陥の検出を行なう。この装置では被探傷面（３
）の照射部（６）に傷があったとき、それによる強い散
乱光の電気信号が入力した時だけ傷検出信号が出力され
るから高いＳＮ比（欠陥からの電気信号と良好部からの
電気信号の強度の比）が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記従来の検出装置ではいずれも第４図に示
すような巾（Ｗ１１０ｍｍ以下、高さくシ）数μｍ程度
の極（ゆるやかな凹凸欠陥（１００）を検出することが
困難であった。

すなわち、検査面を一定の角度から照射した場合、極く
ゆるやかな凹凸欠陥００ωからの散乱光は無欠陥部から
の正反射光とほとんど大差のない角度で反射するため、
前記第２図に示した装置では該散乱光の大半が正反射用
受光器（９１）で受光されることになり、常時強、い正
反射光を受光している正反射用受光器（９１）では上記
散乱光の入光による受光量の変化を容易に見極めること
ができないからである。

また、前記第３図に示した装置のように光検出器（５）
を照射光（４）の正反射角と異なる角度（のに配置し、
照射部（６）からの散乱光のみを検出する方式のもので
は、極くゆるやかな凹凸欠陥０００）からの散乱光を検
出器（５）が捕えること自体、その配置関係から考えて
ほとんど不可能だからである。

本発明はこのような実情に鑑みなされたもので、グレー
ズ基板やシリコンウェハのように完壁な平坦度を必要と
する材料の光学的表面検査において、従来検出が困難と
されていた極くゆるやかな凹凸欠陥を高いＳＮ比によっ
て検出するとともに、検出欠陥の程度および種類の識別
も可能な表面欠陥の検出方法を提供しようとするもので
ある。

以下、掲げた図面に基き本発明の詳細な説明する。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明法を説明する模式図
で、（１０１）は搬送台００２）上を矢示方向へ一定速
度で搬送される検査材料、００３）は搬送台０ｏ２）の
上方に固定配置された水銀灯等の周囲に均一な光を出す
発光体、００４）は検査材料００１）の表面に写る発光
体（１０３）の正反射像００３）およびその近傍をレン
ズ００５）の視野に収めるべく配置されたテレビカメラ
等の２次元光学センサ、（１０６）は上記センサのレン
ズが捕えた光の像を映像信号に変換する画像処理装置、
００７）はテレビモニタである。

同図に示す如く本発明法は、搬送台００２）上を一定速
度で移動する検査材料００１）の表面を、搬送台００２
）の上方に配置した周囲に均一な光を出す発光体００３
）にて広く照射するとともに検査材料（１０１）７）表
面に写る上記発光体（１０３）の正反射像（１０３）お
よびその正反射像の近傍を所定の角度よりテレビカメラ
等の２次元光学センサ００４）にて撮像し、第１図（ｂ
）に示す如く２次元光学センサ００４）の撮像画面（１
０８）に現れる発光体（１０３）の正反射像００３）以
外の反射像α００）より検査材料００１）の表面欠陥０
００）を検出することを特徴とする。

すなわち、検査材料００１）の表面を発光体００３）に
て広く均一な輝度で照射しつつ所定の角度から検査材料
α０１）に写る発光体００３）の正反射像００３）およ
びその近傍を２次元光学センサ（１０４）にて撮像すれ
ば、検査材料００１）の表面に疵等の凹凸欠陥（１００
）がある場合、上記センサ００４）のレンズ００５）が
捕える撮像画面００８）には、発光体００３）の正反射
像（１０３）とは別に欠陥（１００）面からの光の反射
像００のが現れる。

この反射像０００）は第５図に示す如く、検査材料００
１）の表面の欠陥００ωの斜面に当った発光体（１０３
）の光（一点鎖線で示す）が入射角度と等しい角度で反
射し、センサ００υのレンズ００５）に捕えられたもの
であるから、レンズ（１０５）に常時捕えられている発
光体００３）の正反射像００３）と同等の強い輝度信号
によりテレビモニタ００７）等で明瞭に検出することが
。

できる。この場合、検査材料００１）からの発光体００
３）の正反射光（実線で示す）をカットし、撮像画面０
０８）に発光体の正反射像ｑＯ心が写らないマスキング
処理を施しておけば、欠陥ｑＯωからの反射像００ｄ）
を一層明瞭に検出することが可能である。

また、第５図に示したとおりレンズα０５）の撮像画面
００８）に検出される反射像（１００’）は、正反射像
００３）より遠くの位置で検出されるものＱｏｏ、）は
ど欠陥（１００りの傾斜角度（δ０）が大きく、正反射
像（１０膿の近くの位置で検出されるもの００ｄイ）は
ど欠陥（Ｌｏｏイ）の傾斜角度（δイ）が小さい。従っ
て、撮像画面００８）に捕えられている発光体ｑ０３）
の正反射像（１０：３’）の位置は常時一定であるから
、撮像画面００８）に検出された反射像（１００’）の
上記正反射像００３）からの検出位置の遠近によって欠
陥００ωの程度を判断することも可能である。

なお、（δ１）は検出可能な最小限界角度であり、この
角度（δ１）よりもゆるやかな傾斜面の欠陥００ωは、
該欠陥面に当る光の反射光が撮像画面（１０８）に写し
出されている発光体の正反射像０ｏｉ）の巾（Ｚ’　、
　）内に結像し、検出できないことを示している。この
限界検出角度（δ１）は第６図に示す如く、Ｘ軸を検査
材料（１０１）の表面、（Ｂ）を発光体００３）上の一
点、■を２次元光学センナ（１０４）のレンズ００５）
の中心、（δ１）をＢ点からの光線の正反射時の入射角
、（０）をその正反射点、（Ｚｌ）を検査材料の表面に
写る発光体の像（１０，３’）の巾とすると、下記０式
により求められる。

すなわち、限界検出角度（δ１）は上記（Ｚｌ）と発光
体００３）および２次元光学センサα０４）の幾何学的
位置関係によって決定されるので、検査基準等に応じて
角度を適宜調整することができるのである。

例えば第７図に示した如く、（ｅｌ）を２８２８　ｍｍ
、（ｒｎｔ）を２８３ｍｍ、（ｅｌ）を４５°に設定し
た場合（直線Ｘ）と、（１１）を３４５０帽　（ｍｌ）
を３４５−　（δ１）を３０゜に設定した場合（直線Ｙ
）とでは、（Ｚｌ）が例えば同じ４ｍｍであっても直線
Ｘでは限界検出角度（δ１）が０．３°であるのに対し
て直線Ｙでは０．２°と小さくなる。

さらに、直線Ｘと直線Ｙのいずれの場合でも（Ｚｌ）の
値を小さくすることによって限界検出角度（δ１）をよ
り小さくすることが可能である。この（Ｚｌ）の値を小
さくする方法としては、例えば第１３図に示す如く発光
体００３）の光を平行な２枚のミラー０■）（１０９）
で数回反射させて発光体（１０３）と検査材料００１）
との距離をかせぎ、検査材料（１０１）に写る発光体の
像（１０３′）の巾（Ｚｌ）を可及的に小さくする方法
等が推奨される。

第８図は本発明法の他の実施例で、発光体を２つに増加
した場合の例である。

この場合、２次元光学センサ００◇の撮像画面００８）
には２つの発光体（１０３ａＸ１０３ｂ）の正反射像（
ＩＯ３ａ）と（１０３ｂ）が一定の間隙で写し出される
とともに、その間隙部に検査材料００Ｌ）表面の１つの
欠陥（１００）からの２つの反射像（１０ｄａ）（１０
０′ｂ）が捕えられることになる。すなわち、反射像（
１０ｄａ）はレンズ００５）から見て欠陥α００）の後
部側斜面（ｌｌ）Ｉ））に入射した発光体（１０３ａ）
からの反射光（一点鎖線で示す）を捕えた像であり、反
射像０００ｂ）は欠陥０００）の前部側斜面（Ｐａ）に
入射した発光体（１０３ｂ）からの反射光（二点鎖線で
示す）を捕えた像である。従って、例えば第９図に示す
如く、後部側斜面（Ｐｏ）と前部側斜面（Ｐａ）の角度
が極端に異なるような形状の欠陥０００）であっても、
撮像画面（１０８）に現れる２つの反射像０００’ａ）
　（１００ｂ）　のそれぞれの正反射像（１０３’、）
（１０３′ｂ）からの位置を確認することによって略実
際の欠陥程度を認識することが可能である。

なお、この実施例では欠陥０００）の限界検出角度を発
光体（１０３ａ）からの光線による場合と、発光体（１
０３ｂ）からの光線による場合の両方について決定して
おく必要があるが、発光体（１０３ａ）からの光線によ
る限界検出角度（δ１）は前記第０式によって求めれば
よく、また発光体（１０３ｂ）からの光線による限界検
出角度（δ２）は、第１０図に示す如く発光体（１０３
ｂ）上の一点を（Ｃ）、０点からの光線の正反射時の入
射角を（θ２）、検査材料の表面に写る発光体（１０３
ｂ）の像の巾を（ｚ２）とすると、下記第０式によって
求められる。

また、本発明法では角度のある凹凸状の欠陥だけでなく
、検査材料の表面に付着した汚れをも検出することがで
きる。

すなわち、第１１図に示す如く検査材料（１０１）の表
面に付着した汚れ０１ωは光を吸収し、検査材料００１
）表面の良好部に比べて反射率が低下する。

従って、２次元光学センサのレンズ（１０５）には凹凸
欠陥とは逆に輝度の低い暗部（ＵＣ；　）として捕えら
れることになり、テレビモニタ００７）等を通して容易
に検出することができるからである。

また、２次元光学センサ００４）の写す摘録画面（１０
８）を画像処理する場合、第１２図に示すように画像ウ
ィンド０１１）を設定して検査材料００１）表面上の欠
陥検出範囲を限定しておくのが良く、さらにこの画像ウ
ィンド（ｉｌｌ）の設定に際して画面内の垂直方向＋７
）光（７）明度ヲＡｔ　　Ａｌ＋Ａ２　　Ａ’！、Ａ３
　　Ａｓ（Ｄ如く測定し、発光体００３）の正反射像（
１０３″）位置を求めておけば、搬送台００２）の振動
等によって検査材料００１）の表面に写る上記正反射像
（１０３’）が動いた場合でも画像ウィンド（１１１）
を上下にずらすことによって正確な欠陥検出を行うこと
ができる。

次に実施例について記載する。

て実施例〕 ファク／ミリ用感熱プリントヘッドとして用いるグレー
ズ基板の表面検査を本発明法に従って実施した。

第１３図に示す如（、カセット（１１２１に装着されて
いるグレーズ基板００１）を１枚ずつ搬送台（１０のへ
送り、矢符方向へ移動させながらその移動中のグレーズ
基板００１）の表面を棒状の水銀灯００３）にて照射し
、テレビカメラ（１０◇にて移動中のグレーズ基板００
１）の表面を、該表面に写る水銀灯００３）の正反射像
を中心として撮像した。通常、この種のガラスコーテイ
ング材の場合’／１０００　の凹凸が判定できればよい
ので、前記限界検出角度は０．５°（ａｚｅｔａ＞１０
　”０．０５７°）が必要である。これより水銀灯００
３）はグレーズ基板００１）に対して２５００〜３５０
０ｍｍ離れた位置から光を照射するように配置し、チン
ピカメラ００◇はグレーズ基板００１）に対して３０〜
４５°の角度から基板０ｏ１）に写る水銀灯０ｏ３）の
正反射像が撮像できるように配置した。

また、水銀灯００３）の上記距離をかせぎ、検出限界を
アンプするために、水銀灯００３）の光を平行な２枚の
ミラー（１０９）　（１０９）で数回反射させるように
した。テレビカメラ００４）が捕えた画像は画像処理装
置００６）にて映像信号に変換し、テレビモニタ（１０
７）にて観察できるようにした。

その結果、搬送台００の上を移動するグレーズ基板００
１）の表面に０．５°以上の凹凸欠陥がある場合、テレ
ビモニタα０７）に写し出されたグレーズ基、仮（Ｌｏ
ｌ）の表面には水銀灯００３）からの光による欠陥から
の強い輝度の反射像が現れ、これによってグレーズ基板
００Ｌ）表面の極くゆるやかな欠陥まで見逃すことなく
完全に検出することができた。また同時に、テレビモニ
タ００７）のグレーズ基板００１）表面に現れる輝度の
低い暗部を見出すことにより、グレーズ基板００１）の
表面に付着した汚れをも完全に検出することができた。

〔発明の効果〕

以上に説明したとおり本発明法によれば、検査材料表面
の凹凸欠陥は、極めてゆるやかな角度のものでも強い輝
度の反射像として検出されるからＳＮ比が高（、欠陥を
見逃すことがない。

また、発光体の正反射像を基準とした反射像の検出位置
の遠近により表面欠陥の凹凸程度を判断することができ
るだけでなく、検査材料表面の汚れをも反射率の違いに
よる輝度の低い像として検出することができる等の優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法の概要を模式的に説明する図で、同図
（ａ）は斜視図、■は要部側面図である。第２図および
第３図は従来の光学式表面検査の−例を説明する図、第
４図はゆるやかな凹凸欠陥の形状を示す断面図、第５図
は欠陥の検出角度を説明する図、第６図は限界検出角度
（δ１）を説明する図、第７図は限界検出角度（δ１）
と検査材料に写る発光体の像の巾（Ｚｌ　）との関係を
示す直線図、第８図は本発明法の他の実施例を説明する
図、第９図は斜面の角度が前後で異なる欠陥の一例を示
す断面図、第１０図は限界検出角度（δ２）を説明する
図、第１１図は本発明法による汚れの検出を説明する図
、第１２図は画像ウィンドを説明する図、第１３図は本
発明法の一実施例を説明する図である。 １００：欠陥、１００二反射像、１０１：検査材料、１
０２：搬送台、１０３：発光体、１０３’：検査材料に
写る発光体の像、１０３　：２次元光学センサの撮像画
面に写し出された発光体の正反射像、１０４：２次元光
学センサ、１０５：レンズ、１０７：テレビモニタ、１
０８：撮像画面、１１０：汚れミ　１１０：汚れの像、
δ１．δ２：限界検出角度 第７図 Ｚｌ　（ｍｍ） 第　５図 １００イ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動する検査材料の表面を所定の角度より１個な
   いし複数個の均一な光を出す発光体にて照射するととも
   に検査材料の表面に写る上記発光体の正反射像を含め正
   反射像の近傍を所定の角度より２次元光学センサにて撮
   像し、該撮像画面に現れる前記正反射像以外の反射像よ
   り検査材料の表面欠陥を検出することを特徴とする表面
   欠陥検出方法。