(57)【要約】  空間光位相変調器２６を介して被検査体に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測し、また、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００を磁化する励磁装置３により磁化された被検査体１００の表面の磁場分布を計測するとともに、被検査体１００の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、被検査体１００の磁場分布の計測結果である磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部１００ｂのデータを分離する。これにより、被検査体の表面形状により生じる磁場分布の計測精度の低下を抑制することができ、欠陥検出精度を向上することができる。
2016084261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測部と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測部と、
前記表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記磁場分布計測部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記被検査体を磁化する励磁コイルと、前記励磁コイルに励磁電流を印加する交流励磁電源とを有する励磁装置と、
前記カメラで撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面の磁場分布データを生成する磁場分布データ生成部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記表面形状計測部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記カメラで撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面の表面形状データを生成する表面形状データ生成部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記データ分離部は、
前記表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状データを記憶する表面形状データ記憶部と、
前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布データを記憶する磁場分布データ記憶部と、
前記磁場分布データと前記表面形状データとの差分演算を行う差分演算部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記磁場分布計測部及び前記表面形状計測部は、
レーザ光源からの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板とを介して入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射され、前記被検査体から物体光及び参照光として反射された光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラとを備え、
表面形状計測部及び磁場分布計測部は、前記被検査体からの物体光及び参照光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面形状及び磁場分布を計測することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項３記載の欠陥検査装置において、
前記空間光位相変調器を制御し、前記被検査体に照射される光の変調の有無を切り換える変調切換制御部を備え、
前記空間光位相変調器による光の変調を行わない状態での前記被検査体への光の照射により、前記被検査体の光軸方向の位置を取得する距離計測機能を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記被検査体を磁化する励磁装置と、
前記励磁装置を制御し、前記被検査体の磁化の有無を切り換える磁化切換制御部と、
前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測ステップと、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測ステップと、
前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離ステップと
を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の表面又は内部のきずや材質変化等の特性変化（欠陥）を検出する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場を利用した非破壊検査法では、励磁コイルへの通電や永久磁石による磁場を検査対象物（被検査体）である金属材料に照射し、きずや材質変化等の特性変化（以下、欠陥と称する）によって生ずる磁場分布の差異を磁気センサによって検知し欠陥を検出するものがあり、例えば、一般的に時間的に磁場強度が変化しない直流磁場や低周波の励磁を用いて被検査体の内部に磁束を浸透させ、きず付近で被検査体である金属から漏れ出す磁束を磁気センサで検知する漏洩磁束法や、渦電流プローブの励磁コイルに時間的に電流値が変動する電流を供給して時間的に電流値が変動する磁束を生成し、渦電流プローブを被検査体である金属に近接させることによって渦電流を発生させ、その渦電流の変化を磁気センサで検出信号として得る渦電流探傷法などが知られている。【０００３】
磁場の変化を検出する方法としては、コイルやホールセンサなどの磁気センサを用いて被検査面を機械的に走査する方法のほか、磁気光学効果を利用して磁場の空間的な分布を二次元画像としてマッピングする検知方法を導入した検査方法があり、例えば、特許文献１（特開２０１４−１５３３１８号公報）には、被検査体の検査面上に磁性薄膜を磁気転写膜として設置し、これに光を照射して反射してくる応答の光をカメラで撮像することにより、欠陥に起因して変化する磁場分布を画像として取得し評価する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５３３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術で用いられるような磁気光学効果とは、対象となる磁性材料に光を照射した場合に、その磁性材料の磁化状態に応じて照射した光の偏光角が回転する物理現象のことであり、透過光に関するものがファラデー効果、反射光に関するものがカー効果と呼ばれている。磁気光学効果において、偏光角の回転量は磁場に対する感度であるので、欠陥によって変化する磁場を偏向角の回転量として検出し、欠陥の存在を示す情報として用いることができる。【０００６】
しかしながら上記従来技術には次のような問題点がある。【０００７】
すなわち、被検査体の表面形状が平面でない場合には、磁気転写膜として用いる磁性薄膜と被検査体の間に空隙ができるため、被検査体の表面の磁場分布を正確に磁性薄膜に転写することができず、欠陥の検出を正確に行うことが困難である。また、被検査体に照射した光の偏光角の回転は、被検査体の磁場分布によるものの他に、被検査体に対する光の入射角度に起因しても起こるので、表面形状が平面でない被検査体の場合には、被検査体の表面形状に起因する偏光角の回転と、欠陥による磁場分布の変化に起因する偏向角の回転とが混在してしまうため、欠陥の検出がさらに困難である。【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、被検査体の表面形状により生じる磁場分布の計測精度の低下を抑制することができ、欠陥検出精度を向上することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する形状計測部と、空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁化分布を計測する磁場分布計測部と、前記形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部とを備えたものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検査体の表面形状により生じる磁場分布の計測精度の低下を抑制することができ、欠陥検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る欠陥検査装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】欠陥検査装置の全体構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【図３】フレネルゾーンプレートから焦光点までの光路について示す図である。
【図４】フレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、光軸からの距離と屈折率の関係を示すグラフで表現した図である。
【図５】フレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、２次元表示で表現した図である。
【図６】本実施の形態における光の伝搬について説明する図であり、被検査体への照射光と被検査体からの反射光について示す図である。
【図７】本実施の形態における光の伝搬について説明する図であり、被検査体への照射光を抜き出して示す図である。
【図８】本実施の形態における光の伝搬について説明する図であり、被検査からの反射光を抜き出して示す図である。
【図９】表面に欠陥を有する被検査体の一例に対して磁場を印加した様子を模式的に示す図である。
【図１０】磁気光学効果による位相変調の一例を示す図である。
【図１１】磁気光学効果による位相変調の一例を示す図である。
【図１２】表面形状データに基づいて得られる表面形状画像の一例を示す図である。
【図１３】磁場分布データに基づいて得られる磁場分布画像の一例を示す図である。
【図１４】磁場特異部データに基づいて得られる欠陥検出画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る欠陥検査装置の全体構成を模式的に示す図である。また、図２は、欠陥検査装置の全体構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【００１４】
図１及び図２において、本実施の形態に係る欠陥検査装置は、制御装置１、検査プローブ２、励磁装置３、表示装置４、及び入力装置５から概略構成されている。
【００１５】
検査プローブ２は、例えば、Ｆｅ等の強磁性体で構成された検査対象物である被検査体１００への検査光の照射、および被検査体からの反射光の検出を行うものであり、レーザ光を出射するレーザ光源２１と、レーザ光源２１から出射されたレーザ光からノイズ成分を除去して整形し、より理想に近いガウシアンビームを取り出すとともに、予め定めた角度で拡げるための空間フィルタ２２と、空間フィルタ２２で整形された光を平行光（光ビーム）に調整するコリメーションレンズ２３と、コリメーションレンズ２３からの平行光を円偏光に変換する１／４波長板２４と、入射された光ビームを透過光と反射光に分割するビームスプリッタ２５と、１／４波長板２４からビームスプリッタ２５を透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器２６と、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光の被検査体１００からの反射光であって、空間光位相変調器２６を介してビームスプリッタ２５で反射された光を撮像するカメラ２７とを備えている。
【００１６】
空間光位相変調器２６は、変調信号生成器２８とともに変調切換部２９を構成しており、後述する制御装置１の全体制御部１１からの制御信号に基づいて変調信号生成器２８で生成された変調信号により動作制御される。空間光位相変調器２６は、変調信号生成部２８からの変調信号に基づいて、透過光に対する変調内容の変更や、変調の有無の切り換えなどを行う機能を有している。空間光位相変調器２６は、例えば、液晶層を有する構成であり、変調信号によって液晶層を画素単位で制御することにより、透過光に対して希望する位相変調が起こる回折格子などと同等の機能を体現し、また、透過光に対する位相変調の有無の切り換え機能を体現する。なお、本実施の形態における空間光位相変調器２６は、後述するフレネルゾーンプレートによる位相変調と同等の機能を有するように制御される。
【００１７】
励磁装置３は、被検査体１００に交流の磁場を照射することにより被検査体１００を交流磁化するものであり、後述する制御装置１の全体制御部１１からの制御信号に基づいて交流の励磁電流を生成する交流励磁電源３２と、交流励磁電源３２からの励磁電流に基づいて磁場を生成し被検査体１００に印加する励磁コイル３１とを備えている。交流励磁電源３２で生成される励磁電流の情報、言い換えると、励磁コイル３１で生成され被検査体１００に印加される磁場の情報は、その時刻情報とともに全体制御部１１に送られる。なお、制御装置１の全体制御部１１からの制御信号を励磁電流を生成しない制御信号とした場合は、交流励磁電源３２での励磁電流も生成されず、励磁コイル３１で磁場が生成されないため、被検査体１００に磁場が印加されない状態（磁場非印加状態）とすることができる。
【００１８】
制御装置１は、欠陥検査装置の動作制御を行うものであり、制御装置１を含む欠陥検査装置全体の動作を制御する全体制御部１１と、検査プローブ２のカメラ２７で撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面における磁場分布の計測結果としての磁場分布データを生成する磁場分布データ生成部１２と、検査プローブ２のカメラ２７で撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面における表面形状の計測結果としての表面形状データを生成する表面形状データ生成部１４と、表面形状データに基づいて、磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部のデータ（磁場特異部データ）を分離するデータ分離部１７とを備えている。ここで、磁場特異部とは、被検査体１００の表面形状に起因しない磁場分布の変化が生じている部位であり、被検査体１００の表面（又は表面近傍の内部）にきずや材質変化等の特性変化（以下、欠陥と称する）が存在することが予測される部位である。
【００１９】
データ分離部１７は、磁場分布データ生成部１２で生成された磁場分布データを記憶する磁場分布データ記憶部１３と、表面形状データ生成部１４で生成された表面形状データを記憶する表面形状データ記憶部１５と、磁場分布データと表面形状データとの差分演算を行う差分演算部１６とを備えている。
【００２０】
入力装置４は、マウスやキーボードなどにより構成されており、表示装置５に表示される各種設定画面やその他の情報に基づいて、欠陥検査装置における各種設定値や動作指示の入力等に用いられる。
【００２１】
表示装置５には、各種設定画面のほか、被検査体１００の表面形状データに基づく表面形状画像や、磁場分布データに基づく磁場分布画像、磁場特異部データに基づく欠陥検出画像などが表示される。
【００２２】
以上において、レーザ光源２１、空間フィルタ２２、コリメーションレンズ２３、１／４波長板２４、ビームスプリッタ２５、空間光位相変調器２６、カメラ２７、及び表面形状データ生成部１４は、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測する表面形状計測部を構成し、レーザ光源２１、空間フィルタ２２、コリメーションレンズ２３、１／４波長板２４、ビームスプリッタ２５、空間光位相変調器２６、励磁装置３、カメラ２７、及び磁場分布データ生成部１２は、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の磁化分布を計測する磁場分布計測部を構成する。
【００２３】
ここで、本実施の形態において空間光位相変調器２６で機能が体現されるフレネルゾーンプレートについて図３〜図５を参照しつつ説明する。
【００２４】
図３は、フレネルゾーンプレートから焦光点までの光路について示す図である。また、図４及び図５は、フレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、図４は光軸からの距離と屈折率の関係を示すグラフで表現した図であり、図５は２次元表示で表現した図である。
【００２５】
フレネルゾーンプレートは、ある１点から出射された光が平面に到達したときに形成される干渉縞の分布で表すことができる。
【００２６】
図３において、Φはフレネルゾーンプレートの直径、ｆは焦点距離、ｒはフレネルゾーンプレートから焦点までの距離、θは光軸とｒの線分との成す角度、ｎ１，ｎ２はフレネルゾーンプレートの各部の屈折率である。
【００２７】
ここで、干渉縞の分布をＡ、波数をｋ＝（２π／λ）とすると、フレネルゾーンプレートの中心を原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）として、各座標（ｘ，ｙ）と焦点までの距離ｒは下記（式１）により算出される。また、干渉縞の分布は下記（式２）により算出される。
【００２８】
【数１】
2016084261.tif 000003
【００２９】
【数２】
2016084261.tif 000004
【００３０】
上記（式１）及び（式２）に基づいて、フレネルゾーンプレートの各部の屈折率が算出され（図４参照）、これを閾値＝０で２値化することにより、屈折率の高低に基づくフレネルゾーンプレート（図５参照）を規定することができる。
【００３１】
図６〜図８は、本実施の形態における光の伝搬について説明する図であり、検査プローブの構成を被検査体とともに模式的に示す図である。図６は被検査体への照射光と被検査体からの反射光について示す図であり、図７は被検査体への照射光を抜き出して示す図であり、図８は被検査からの反射光を抜き出して示す図である。なお、図６〜図８においては、本願発明の原理説明のため、被検査体１００が照射光の光軸に垂直な平面である場合を例示している。
【００３２】
図６〜図８において、レーザ光源２１から出射されたレーザ光６０は、空間フィルタ２２に入射され、ノイズ成分が除去されて整形されるとともに、予め定めた角度で拡げられ、コリメーションレンズ２３で平行光（光ビーム）に調整される。ここで、光軸２１ａについて対象な位置を伝搬する光を光ビーム６１，６２とすると、コリメーションレンズ２３で平行光に調整された光ビーム６１，６２は、１／４波長板２４によって円偏光に変換されてビームスプリッタ２５に入射される。１／４波長板２４からビームスプリッタ２５に入射された光ビームは、透過光６１，６２と反射光（図示せず）とに分割され、そのうちの透過光６１，６２が空間光位相変調器２６に入射される。
【００３３】
空間光位相変調器２６が全体制御部１１によってフレネルゾーンプレートとして機能するよう制御されている場合、光ビーム６１が空間光位相変調器２６を通過すると、光軸２１ａに沿って伝搬する透過光６１ａ（０次光）、及び回折して被検査体１００の光軸２１ａとの交点の方向に伝搬する回折光６１ｂ（１次回折光）が生じる（図７等参照）。同様に、光ビーム６２が空間光位相変調器２６を通過すると、光軸２１ａに沿って伝搬する透過光６２ａ（０次光）、及び回折して被検査体１００の光軸２１ａとの交点の方向に伝搬する回折光６２ｂ（１次回折光）が生じる（図７等参照）。
【００３４】
被検査体１００の表面において、透過光６１ａは光軸２１ａに沿う方向に反射され（反射光１６１ａ）、回折光６１ｂは空間光位相変調器２６の光ビーム６２が通過する位置に向かって反射される（反射光１６１ｂ）（図８等参照）。同様に、被検査体１００の表面において、透過光６２ａは光軸２１ａに沿う方向に反射され（反射光１６２ａ）、回折光６１ｂは空間光位相変調器２６の光ビーム６１が通過する位置に向かって反射される（反射光１６２ｂ）（図８等参照）。このとき、反射光１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ，１６２ｂは被検査体１００の表面形状と磁化状態によってそれぞれ位相が変化する。
【００３５】
反射光１６１ａと反射光１６２ｂとが空間光位相変調器２６を通過すると、光軸２１ａに沿って伝搬する反射光１６２ｂの回折光と反射光１６１ａの透過光とが光ビーム１６１として、ビームスプリッタ２５により反射され、カメラ２７により撮像される。同様に、反射光１６２ａと反射光１６１ｂとが空間光位相変調器２６を通過すると、光軸２１ａに沿って伝搬する反射光１６１ｂの回折光と反射光１６２ａの透過光とが光ビーム１６２として、ビームスプリッタ２５により反射され、カメラ２７により撮像される。
【００３６】
本実施の形態の空間位相変調器２６における透過光（０次光）の被検査体１００からの反射光は物体光、回折光（１次回折光）の被検査体１００からの反射光は参照光であり、カメラ２７で撮像される光ビーム１６１，１６２には、反射光１６１ａと反射光１６２ｂの位相差、及び、反射光１６２ａと反射光１６１ｂの位相差（すなわち、物体光と参照光の位相差）がそれぞれ干渉光強度の変化として現れる。すなわち、カメラ２７で得られた干渉光強度の分布画像データに基づいて位相差分布のデータが得られ、これに基づいて表面形状データや磁場分布データが得られる。
【００３７】
コリメーションレンズ２３を介して光軸２１ａに沿う方向に伝搬する他の光ビームについても同様である。
【００３８】
図９は、表面に欠陥を有する被検査体の一例に対して磁場を印加した様子を模式的に示す図であり、図１０及び図１１は、磁気光学効果による位相変調の一例を示す図である。
【００３９】
図９において、被検査体１００の表面に磁場を印加した場合、磁化の方向は欠陥等の位置において他の部分と異なることがわかる。すなわち、図１０及び図１１に示すように、入射光における位相（図１０参照）に対する反射光における位相（図１１参照）のカー効果における位相変調が欠陥位置とその他の位置とで異なり、本実施の形態では、このような知見に基づいて欠陥を検出しようとするものである。
【００４０】
ここで、本実施の形態における欠陥検査装置の欠陥検査処理について説明する。
【００４１】
図１２は表面形状データに基づいて得られる表面形状画像の一例を示す図であり、図１３は磁場分布データに基づいて得られる磁場分布画像の一例を示す図であり、図１４は磁場特異部データに基づいて得られる欠陥検出画像の一例を示す図である。
【００４２】
本実施の形態における欠陥検査処理は、空間光位相変調器２６を介して被検査体に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測する表面形状計測ステップと、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００を磁化する励磁装置３により磁化された被検査体１００の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測ステップと、被検査体１００の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、被検査体１００の磁場分布の計測結果である磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部１００ｂのデータを分離するデータ分離ステップとから構成される。
【００４３】
表面形状計測ステップでは、励磁装置３による被検査体１００の磁化を行わない状態で、フレネルプレートとして機能させた空間光位相変調器２６を介して被検査体１００への光の照射及び反射光のカメラ２７による撮像を行い、得られた画像から表面形状データ生成部１４により表面形状データが得られる。表面形状データ生成部１４では、カメラ２７で得られた画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状（各部位の光軸方向の位置や面の光軸と成す角度など）を計算し、表面形状データとして表面形状データ記憶部１５に記憶させる。このようにして得られた表面形状データは、被検査体１００の表面形状に関する情報を示しており、所定の処理により表面形状画像として表現することができる（図１２参照）。
【００４４】
磁場分布計測ステップでは、励磁装置３により被検査体１００の磁化を行った状態で、フレネルプレートとして機能させた空間光位相変調器２６を介して被検査体１００への光の照射及び反射光のカメラ２７による撮像を行い、得られた画像から磁場分布データ生成部１２により磁場分布データが得られる。磁場分布データ生成部１２では、カメラ２７で得られた画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の磁場分布（磁場の印加時刻ごとの各部位の磁化の方向など）を計算し、磁場分布データとして磁場分布データ記憶部１３に記憶させる。このようにして得られた磁場分布データは、被検査体１００の表面形状と欠陥等に起因すると思われる磁場特異部１００ｂの両方の情報を含んでおり、所定の処理により磁場分布画像として表現することができる（図１３参照）。
【００４５】
データ分離ステップでは、データ分離部１７において、磁場分布データ記憶部１３に記憶された磁場分布データと表面形状データ記憶部１５に記憶された表面形状データとの差分演算を行うことにより、欠陥等に起因すると思われる磁場特異部１００ｂのみを含む磁場特異部データが得られる。このようにして得られた磁場特異部データは、所定の処理により欠陥検出画像として表現することができる（図１４参照）。
【００４６】
欠陥検査処理で得られた欠陥検出画像は、制御装置１の全体制御部１１に含まれる記憶部に記憶されるとともに、表面形状画像や磁場分布画像とともに表示装置４等に表示される。
【００４７】
なお、表面形状計測ステップにおいて、空間光位相変調器２６の位相変更を適当に制御することにより、欠陥検査装置に対する被検査体１００の位置を正確に計測するレーザ計測や、欠陥検査装置に対する被検査体１００の位置のエラー検知等を行うことができる。
【００４８】
以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。
【００４９】
従来技術で用いられるような磁気光学効果とは、対象となる磁性材料に光を照射した場合に、その磁性材料の磁化状態に応じて照射した光の偏光角が回転する物理現象のことであり、透過光に関するものがファラデー効果、反射光に関するものがカー効果と呼ばれている。磁気光学効果において、偏光角の回転量は磁場に対する感度であるので、欠陥によって変化する磁場を偏向角の回転量として検出し、欠陥の存在を示す情報として用いることができる。しかしながら、被検査体の表面形状が平面でない場合には、磁気転写膜として用いる磁性薄膜と被検査体の間に空隙ができるため、被検査体の表面の磁場分布を正確に磁性薄膜に転写することができず、欠陥の検出を正確に行うことが困難である。また、被検査体に照射した光の偏光角の回転は、被検査体の磁場分布によるものの他に、被検査体に対する光の入射角度に起因しても起こるので、表面形状が平面でない被検査体の場合には、被検査体の表面形状に起因する偏光角の回転と、欠陥による磁場分布の変化に起因する偏向角の回転とが混在してしまうため、欠陥の検出がさらに困難である。
【００５０】
これに対して本実施の形態においては、空間光位相変調器２６を介して被検査体に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測し、また、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００を磁化する励磁装置３により磁化された被検査体１００の表面の磁場分布を計測するとともに、被検査体１００の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、被検査体１００の磁場分布の計測結果である磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部１００ｂのデータを分離するように構成したので、被検査体の表面形状により生じる磁場分布の計測精度の低下を抑制することができ、欠陥検出精度を向上することができる。
【００５１】
また、物体光と参照光を異なる経路で生成する従来技術においては、物体光と参照光の経路の環境（湿度や空気のゆらぎ等）の違いによって生じる位相ノイズが重畳されてしまうという問題点があったが、本実施の形態においては、被検査体１００の表面への照射光及び反射光の経路上にビームスプリッタ２５及び空間光位相変調器２６を配置し、物体光（０次光）及び参照光（１次回折光）が同じ環境の経路を通るように構成したので位相ノイズが相殺され、より高精度での欠陥検出を行うことができる。
【００５２】
また、表面形状計測部を、レーザ光源２１と、レーザ光源２１から出射された光を整形する空間フィルタ２２と、空間フィルタ２２からの光を平行光に調整するコリメーションレンズ２３と、コリメーションレンズ２３からの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板２４と、入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタ２５と、１／４波長板２４からビームスプリッタ２５を透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器２６と、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光の被検査体１００からの反射光であって、空間光位相変調器２６を介してビームスプリッタ２５で反射された光を撮像するカメラ２７と、カメラ２７で撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面の表面形状データを生成する表面形状データ生成部１４とを備えるように構成したので、被検査体１００の表面形状を正確に計測することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  制御装置
２  検査プローブ
３  励磁装置
４  表示装置
５  入力装置
１１  全体制御部
１２  磁場分布データ生成部
１３  磁場分布データ記憶部
１４  表面形状データ生成部
１５  表面形状データ記憶部
１６  差分演算部
１７  データ分離部
２１  レーザ光源
２２  空間フィルタ
２３  コリメーションレンズ
２４  １／４波長板
２５  ビームスプリッタ
２６  空間光位相変調器
２７  カメラ
２８  変調信号生成器
２９  変調切換部
３１  励磁コイル
３２  交流励磁電源
１００  被検査体（検査対象物）
【図１】
2016084261.tif 000005
【図２】
2016084261.tif 000006
【図３】
2016084261.tif 000007
【図４】
2016084261.tif 000008
【図５】
2016084261.tif 000009
【図６】
2016084261.tif 000010
【図７】
2016084261.tif 000011
【図８】
2016084261.tif 000012
【図９】
2016084261.tif 000013
【図１０】
2016084261.tif 000014
【図１１】
2016084261.tif 000015
【図１２】
2016084261.tif 000016
【図１３】
2016084261.tif 000017
【図１４】
2016084261.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月9日(2017.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測部と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測部と、
前記表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記磁場分布計測部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記被検査体を磁化する励磁コイルと、前記励磁コイルに励磁電流を印加する交流励磁電源とを有する励磁装置と、
前記カメラで撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面の磁場分布データを生成する磁場分布データ生成部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記表面形状計測部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記カメラで撮像された画像の輝度データとして得られる反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面の表面形状データを生成する表面形状データ生成部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記データ分離部は、
前記表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状データを記憶する表面形状データ記憶部と、
前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布データを記憶する磁場分布データ記憶部と、
前記磁場分布データと前記表面形状データとの差分演算を行う差分演算部と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の欠陥検査装置において、
前記磁場分布計測部及び前記表面形状計測部は、
レーザ光源からの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板とを介して入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射され、前記被検査体から物体光及び参照光として反射された光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラとを備え、
表面形状計測部及び磁場分布計測部は、前記被検査体からの物体光及び参照光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面形状及び磁場分布を計測することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項３記載の欠陥検査装置において、
前記空間光位相変調器を制御し、前記被検査体に照射される光の変調の有無を切り換える変調切換制御部を備え、
前記空間光位相変調器による光の変調を行わない状態での前記被検査体への光の照射により、前記被検査体の光軸方向の位置を取得する距離計測機能を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を整形する空間フィルタと、
前記空間フィルタからの光を平行光に調整するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズからの平行光を円偏光ビームに変換する１／４波長板と、
入射された光を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
前記１／４波長板から前記ビームスプリッタを透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器と、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光の前記被検査体からの反射光であって、前記空間光位相変調器を介して前記ビームスプリッタで反射された光を撮像するカメラと、
前記被検査体を磁化する励磁装置と、
前記励磁装置を制御し、前記被検査体の磁化の有無を切り換える磁化切換制御部と、
前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する表面形状計測ステップと、
空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測ステップと、
前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離ステップと
を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体の表面形状を計測する形状計測部と、空間光位相変調器を介して被検査体に照射された光により、前記空間光位相変調器を介して得られる前記被検査体からの反射光の干渉状態に基づいて、前記被検査体を磁化する励磁装置により磁化された前記被検査体の表面の磁化分布を計測する磁場分布計測部と、前記形状計測部により得られた前記被検査体の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、前記磁場分布計測部により得られた前記被検査体の磁場分布の計測結果である磁場分布データから前記被検査体の表面に存在する磁場特異部のデータを分離するデータ分離部とを備えたものとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
検査プローブ２は、例えば、Ｆｅ等の強磁性体で構成された検査対象物である被検査体１００への検査光の照射、および被検査体１００からの反射光の検出を行うものであり、レーザ光を出射するレーザ光源２１と、レーザ光源２１から出射されたレーザ光からノイズ成分を除去して整形し、より理想に近いガウシアンビームを取り出すとともに、予め定めた角度で拡げるための空間フィルタ２２と、空間フィルタ２２で整形された光を平行光（光ビーム）に調整するコリメーションレンズ２３と、コリメーションレンズ２３からの平行光を円偏光に変換する１／４波長板２４と、入射された光ビームを透過光と反射光に分割するビームスプリッタ２５と、１／４波長板２４からビームスプリッタ２５を透過して入射された円偏光ビームの位相の空間分布を変調する空間光位相変調器２６と、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光の被検査体１００からの反射光であって、空間光位相変調器２６を介してビームスプリッタ２５で反射された光を撮像するカメラ２７とを備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
空間光位相変調器２６は、変調信号生成器２８とともに変調切換部２９を構成しており、後述する制御装置１の全体制御部１１からの制御信号に基づいて変調信号生成器２８で生成された変調信号により動作制御される。空間光位相変調器２６は、変調信号生成器２８からの変調信号に基づいて、透過光に対する変調内容の変更や、変調の有無の切り換えなどを行う機能を有している。空間光位相変調器２６は、例えば、液晶層を有する構成であり、変調信号によって液晶層を画素単位で制御することにより、透過光に対して希望する位相変調が起こる回折格子などと同等の機能を体現し、また、透過光に対する位相変調の有無の切り換え機能を体現する。なお、本実施の形態における空間光位相変調器２６は、後述するフレネルゾーンプレートによる位相変調と同等の機能を有するように制御される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
入力装置５は、マウスやキーボードなどにより構成されており、表示装置４に表示される各種設定画面やその他の情報に基づいて、欠陥検査装置における各種設定値や動作指示の入力等に用いられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
表示装置４には、各種設定画面のほか、被検査体１００の表面形状データに基づく表面形状画像や、磁場分布データに基づく磁場分布画像、磁場特異部データに基づく欠陥検出画像などが表示される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
以上において、レーザ光源２１、空間フィルタ２２、コリメーションレンズ２３、１／４波長板２４、ビームスプリッタ２５、空間光位相変調器２６、カメラ２７、及び表面形状データ生成部１４は、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測する表面形状計測部を構成し、レーザ光源２１、空間フィルタ２２、コリメーションレンズ２３、１／４波長板２４、ビームスプリッタ２５、空間光位相変調器２６、励磁装置３、カメラ２７、及び磁場分布データ生成部１２は、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の磁化分布を計測する磁場分布計測部を構成する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図６〜図８は、本実施の形態における光の伝搬について説明する図であり、検査プローブ２の構成を被検査体とともに模式的に示す図である。図６は被検査体への照射光と被検査体からの反射光について示す図であり、図７は被検査体への照射光を抜き出して示す図であり、図８は被検査体からの反射光を抜き出して示す図である。なお、図６〜図８においては、本願発明の原理説明のため、被検査体１００が照射光の光軸に垂直な平面である場合を例示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図６〜図８において、レーザ光源２１から出射されたレーザ光６０は、空間フィルタ２２に入射され、ノイズ成分が除去されて整形されるとともに、予め定めた角度で拡げられ、コリメーションレンズ２３で平行光（光ビーム）に調整される。ここで、光軸２１ａについて対称な位置を伝搬する光を光ビーム６１，６２とすると、コリメーションレンズ２３で平行光に調整された光ビーム６１，６２は、１／４波長板２４によって円偏光に変換されてビームスプリッタ２５に入射される。１／４波長板２４からビームスプリッタ２５に入射された光ビームは、光ビーム６１，６２と反射光（図示せず）とに分割され、そのうちの光ビーム６１，６２が空間光位相変調器２６に入射される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
本実施の形態の空間光位相変調器２６における透過光（０次光）の被検査体１００からの反射光は物体光、回折光（１次回折光）の被検査体１００からの反射光は参照光であり、カメラ２７で撮像される光ビーム１６１，１６２には、反射光１６１ａと反射光１６２ｂの位相差、及び、反射光１６２ａと反射光１６１ｂの位相差（すなわち、物体光と参照光の位相差）がそれぞれ干渉光強度の変化として現れる。すなわち、カメラ２７で得られた干渉光強度の分布画像データに基づいて位相差分布のデータが得られ、これに基づいて表面形状データや磁場分布データが得られる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
本実施の形態における欠陥検査処理は、空間光位相変調器２６を介して被検査体に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測する表面形状計測ステップと、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００を磁化する励磁装置３により磁化された被検査体１００の表面の磁場分布を計測する磁場分布計測ステップと、被検査体１００の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、被検査体１００の磁場分布の計測結果である磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部１００ｂのデータを分離するデータ分離ステップとから構成される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
これに対して本実施の形態においては、空間光位相変調器２６を介して被検査体に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００の表面形状を計測し、また、空間光位相変調器２６を介して被検査体１００に照射された光により、空間光位相変調器２６を介して得られる被検査体１００からの反射光の干渉状態に基づいて、被検査体１００を磁化する励磁装置３により磁化された被検査体１００の表面の磁場分布を計測するとともに、被検査体１００の表面形状の計測結果である表面形状データに基づいて、被検査体１００の磁場分布の計測結果である磁場分布データから被検査体１００の表面に存在する磁場特異部１００ｂのデータを分離するように構成したので、被検査体の表面形状により生じる磁場分布の計測精度の低下を抑制することができ、欠陥検出精度を向上することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2016084261.tif 000019
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2016084261.tif 000020
【国際調査報告】
2016084261.tif 000021
2016084261.tif 000022
2016084261.tif 000023
2016084261.tif 000024