(57)【要約】【課題】前記光照射面Ｗが、鏡面状のみならず若干荒れた半鏡面状をなすものにおいても、精度よく欠陥を検出できる光照射装置１を提供する。【解決手段】覗き孔２を貫通させてなるケーシング３と、前記覗き孔２の内周に沿って円周方向に一列に周設した複数のＬＥＤ４からなるＬＥＤ列Ｒとを備え、それらＬＥＤ４から発される光によって前記覗き孔２の底面側に設定した鏡面状又は半鏡面状をなす光照射面Ｗを周囲から照射するようにしたものであって、前記各ＬＥＤ４をその光軸が前記光照射面Ｗに交わらないように配置するとともに、各ＬＥＤ４の光軸から所定角度以上拡がる光を前記光照射面Ｗに向かわせないように構成した。【選択図】図６ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
覗き孔を貫通させてなるケーシングと、前記覗き孔の内周に円周方向に沿ってＬＥＤを並べ設けてなるＬＥＤ列とを備え、それらＬＥＤから発される光を前記覗き孔の底面側に設定した鏡面状又は半鏡面状をなす光照射面に照射するようにしたものであって、
前記ＬＥＤ列をケーシング軸方向に複数段設ける一方、各ＬＥＤをその光軸が前記光照射面に交わらないように配置するとともに、各ＬＥＤの光軸から所定角度以上に拡がる光を前記光照射面に向かわせないように構成していることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
ＬＥＤの光軸から所定角度以上拡がる光を遮蔽する遮蔽部材を設けている請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記覗き孔の内周にＬＥＤを一列に並べて保持するＬＥＤ保持溝を設け、そのＬＥＤ保持溝を形成する壁体に前記遮蔽部材の役割を担わせている請求項２記載の光照射装置。
【請求項４】
ＬＥＤ列のなす径が底面側のものほど小さくなるように設定し、一のＬＥＤ列に属するＬＥＤの光軸から所定角度以上拡がる光を、その底面側に位置するＬＥＤが遮蔽するように構成している請求項１、２又は３記載の光照射装置。
【請求項５】
ＬＥＤの点灯をＬＥＤ列毎に独立して行えるように構成している請求項１、２、３又は４記載の光照射装置。
【請求項６】
ＬＥＤ列の数を変更可能に構成している請求項４又は５記載の光照射装置。
【請求項７】
ケーシングが覗き孔の中心軸方向に沿って積層する複数のケーシング要素からなるものであり、各ケーシング要素に前記ＬＥＤ列を一又は複数装着するとともに、ケーシング要素の積層数を変更可能に構成している請求項６記載の光照射装置。
【請求項８】
最上段のＬＥＤ列についてその上方を覆うカバー材を設けている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の光照射装置。
【請求項９】
ＬＥＤの光軸が前記中心軸に直交するように構成している請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の光照射装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の光照射装置を製造する方法であって、複数のＬＥＤを帯状をなすフレキシブル基板上に一列に取り付け、そのフレキシブル基板をＬＥＤが内側にくるように湾曲させ前記覗き孔の内周に沿わせて配設することを特徴とする光照射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク等に設定された鏡面状又は半鏡面状をなす光照射面の検査等を行う場合に好適に用いられる光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハのように鏡面状をなす製品等の表面検査を行う場合、周囲からローアングルで光を照射することにより、表面に生じたボイドやビットと呼ばれる点状の傷やひっかき傷等の欠陥を白く光らせ、その欠陥の検出を容易ならしめるようにしたものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
これは、図１に示すように、ローアングルで鏡面に光ＬＴを照射すると、表面に欠陥のない部位ではその光は対称に反射して側方に抜けるため上方に設置したＣＣＤカメラ等の撮像装置では何ら光を検出できないのに対し、欠陥Ｋのある部位では表面近くのエッジ部分で光が散乱し、その一部が上方に進んでこれが撮像装置に捉えられることによる。
【特許文献１】特開平１０−２１７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば最終研磨前の半導体ウェハ等のように表面が微妙に荒れているものの場合、光軸がその表面に直接向くようにＬＥＤを配置し光を照射すると、特に周縁部において白く光ってしまう領域が出現し、その領域での特に微小な欠陥が検出できなくなる場合がある。
【０００５】
これは、欠陥の生じていない表面でも散乱が若干生じるため、その散乱光の強度と前記欠陥の部分での散乱光の強度との違い（Ｓ／Ｎ比）が小さいという点と、ＬＥＤの指向特性によって前記表面での照度にムラが生じているという点との相乗効果によると本願発明者は鋭意検討の結果結論づけた。
【０００６】
すなわち、図２に示すように、光照射面の周縁部では、ＬＥＤからの距離が近いため照度が高い。その一方、例えば砲弾型のＬＥＤ４の場合、射出される光の指向特性は概略楕円型になっているものが多く、前記光照射面ＷがＬＥＤの光軸ＬＥＤ光軸と交わるようにした場合、その交わる部位よりさらに反ＬＥＤ４側の領域に向かう光は、当該光照射面ＷとＬＥＤ４との距離が大きくなるにも拘わらず、射出時の発光強度が低下することから、当該領域ではＬＥＤ４から遠ざかるにつれ照度が急激に低下する。このことにより前記光照射面Ｗでの照度に、図２に模式的に示すようなムラが生じていると考えられる。
【０００７】
そしてこのように光照射面に照射される光の強度にムラがあると、当然光照射面で散乱される散乱光（以下、光照射面散乱光という）の強度にも図３に示すようなムラが生じる。そこで表面散乱光の強い部分にあわせてこれを排除すべく、撮像装置のスレッシホールドレベル（白黒の感度境界レベル）を上げる（同図レベル１）と、表面散乱光の弱い部分にある欠陥で散乱している散乱光（以下、欠陥散乱光という）が前記スレッシホールドレベル以下となってこれを検出できなくなる。そこで逆にバックグランド光の弱い部分に合わせて撮像装置のスレッシホールドレベルを下げる（同図レベル２）と、今度はバックグランド光の強い部分が全てスレッシホールドレベル以上となって前述したように、多くの部位、特に周縁部が白く光ってしまうこととなる。
【０００８】
一方、欠陥検出精度を向上させるには、できるだけローアングル、すなわち大きい入射角で光照射面Ｗに光を照射することが従来行われている。光照射面散乱光強度が減少して欠陥散乱光強度とのＳ／Ｎ比が向上するからである。ところが、例えば研磨前あるいは研磨途中にすでに生じている欠陥であって最終の鏡面研磨後もなお残ったものは、ローアングルにすればするほど逆に検出ができなくなるという不具合がある。これは、図４に示すように、欠陥Ｋの開口近傍部が研磨によって鏡面状態となり、欠陥内部にのみ荒れた面が存在しているためであると考えられる。なぜなら、ローアングルにすればするほど、照射光ＬＴは欠陥Ｋの内部には入り込まず、開口近傍部の鏡面部分で反射するのみで散乱光を生じないからである。
【０００９】
本発明はかかる不具合に鑑みてなされたものであって、製品等の表面たる光照射面にできるだけ均一な強度の光が簡単な構成で照射されるようにするとともに、その照射角度を選択的に変え得るように構成し、前記光照射面が、鏡面状であるものから若干荒れた半鏡面状をなすものに至るまで、精度よく欠陥を検出できる光照射装置を提供することをその主たる課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係る光照射装置は、覗き孔を貫通させてなるケーシングと、前記覗き孔の内周に沿ってＬＥＤを円周方向に一列に周設したＬＥＤ列とを備え、それらＬＥＤから発される光を前記覗き孔の底面側に設定した鏡面状又は半鏡面状をなす光照射面に照射するようにしたものであって、前記ＬＥＤ列を複数段設ける一方、各ＬＥＤをその光軸が前記光照射面に交わらないように配置するとともに、各ＬＥＤの光軸から所定角度以上に拡がる光を前記光照射面に向かわせないように構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このようなものであれば、ＬＥＤの光軸から所定角度以上に拡がる光を前記光照射面に向かわせないようにしているため、ＬＥＤからの距離が近い光照射面の周縁部に強い光が照射されることを防止できる。
【００１２】
また各ＬＥＤをその光軸が前記光照射面に交わらないように配置しているため、ＬＥＤから発される光のうち強いものほど光照射面における当該ＬＥＤから遠く離れた部位に向かい、弱いものほど光照射面における当該ＬＥＤから近い部位に向かうこととなり、ＬＥＤから発される光に生じる光照射面各部位に至るまでの減衰とＬＥＤの指向特性で定まる射出角度による発光強度の違いとをバランスさせることが可能となる。
【００１３】
そしてこれらのことから、光照射面における照度を、部位によって極端に変わることのないものとし、光照射面で生じる光照射面散乱光の強度、すなわちバックグランドレベルを略一様なものにできる。
【００１４】
したがって、例えば最終研磨前の半導体ウェハ等のように光照射面が微妙に荒れている状態であって、前記光照射面散乱光の強度と欠陥で生じる欠陥散乱光の強度との違いが小さい場合であっても、上述したように光照射面散乱光の強度が略一様になるため、撮像装置のスレッシホールドレベルの設定によって確実に欠陥散乱光を、簡単な構成で検出できるようになる。
【００１５】
また、表面研磨の結果、開口近傍が滑らかとなったような欠陥に対しても、ＬＥＤ列を軸方向に複数列設けているため、光照射面に遠いＬＥＤ列を点灯することにより、光照射面に比較的ハイアングルで光を照射し、欠陥の内部に存在する荒れた部分で光を散乱させることにより、欠陥を浮きだたせこれを検出することができる。もちろん、この効果は、前述のように光照射面散乱光の強度が略一様であり、ハイアングル光におけるＳ／Ｎ比の悪化にも拘わらず十分な欠陥検出精度を担保できるという構成を前提として成り立つものである。
【００１６】
さらに、ＬＥＤ列を複数段設けて光の照射角度を切り替えられるようにしているため、切り替え速度を極めて早くでき、検出速度を大きく落とすこともない。
【００１７】
すなわち本発明によれば、前記光照射面が、最終研磨後の鏡面状であるものから最終研磨前の若干荒れた半鏡面状をなすものに至るまで、どのＬＥＤ列を点灯するか選択することによってその光照射面に生じた欠陥を精度よく検出できる。
【００１８】
可及的に大きな面積の光照射面に対応できるようにする、逆に言うと同一面積の光照射面に対し可及的に装置をコンパクト化するとともに、ＬＥＤの前記光照射面への写り込みをも防止するには、ＬＥＤの光軸から所定角度以上拡がる光を遮蔽する遮蔽部材を設けているものが好ましい。ここで遮蔽部材は、ＬＥＤからでて、欠陥のない状態の光照射面に反射された光が、カメラ等の撮像手段が設置される観測点に到達しないように構成されていることが望ましい。ＬＥＤの写りこみを防止できるからである。
【００１９】
専用の遮蔽部材を設けることなく、装置構造の簡単化、低コスト化を図るには、前記覗き孔の内周にＬＥＤを一列に並べて保持するＬＥＤ保持溝を設け、そのＬＥＤ保持溝を形成する壁体に前記遮蔽部材の役割を担わせているものが望ましい。
【００２０】
また、遮蔽部材を可及的に省略するには、ＬＥＤ列のなす径が底面側のものほど小さくなるように設定し、一のＬＥＤ列に属するＬＥＤの光軸から所定角度以上拡がる光を、その底面側に位置するＬＥＤが遮蔽するように構成しているものが好ましい。
具体的実施態様としては、ＬＥＤの点灯を列毎に独立して行えるようにしたものを挙げることができる。
【００２１】
さらに種々の状態の光照射面に対し柔軟な対応を可能とするには、ＬＥＤ列の数を変更可能に構成しているものが望ましい。そのＬＥＤ列数変更を容易化するには、ケーシングを中心軸方向に沿って積層する複数のケーシング要素からなるものとし、各ケーシング要素に前記ＬＥＤ列を一又は複数装着するとともに、ケーシング要素の積層数を変更可能に構成しているものがよい。
【００２２】
本装置の上方に取り付ける撮像装置にＬＥＤが写り込むことを防止するには、最上段のＬＥＤ列についてその上方を覆うカバー材を設けているものが好ましい。
【００２３】
具体的なＬＥＤの配置態様としては、ＬＥＤの光軸を前記中心軸に直交するように構成しているものを挙げることができる。
【００２４】
本光照射装置の簡単な製造方法としては、複数のＬＥＤを帯状をなすフレキシブル基板上に一列に取り付け、そのフレキシブル基板をＬＥＤが内側にくるように湾曲させ前記覗き孔の内周に沿わせて配設する方法を挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態に係る光照射装置１は、図５、図６に示すように、中央に断面円形状の覗き孔２を貫通させてなる円筒形ケーシング３と、前記覗き孔２の内周に円周方向に沿ってＬＥＤ４を一列に周設してなるＬＥＤ列Ｒとを備え、それらＬＥＤ４から発される光によって前記覗き孔２の底面側、すなわち下方に設定した鏡面状又は半鏡面状をなす光照射面Ｗを照射するようにしたものであり、光照射面Ｗに生じた傷等の欠陥を検出する際に用いられる。
【００２７】
各部を詳述する。ケーシング３は、中心軸方向に沿って積層させた同一形状をなす複数のケーシング要素３１とカバー材３２とを備えた金属製のものである。そして、覗き孔２の内周には円周方向に沿ってＬＥＤ保持溝Ｓを複数形成する一方、外周には放熱用のフィンＦを設けている。前記覗き孔２は、等断面形状をなす円筒状のものであり、光照射面Ｗを上方から図示しない撮像装置で撮像するためのものである。前記各ケーシング要素３１はリング状をなすものであり、周縁部の複数箇所をねじで締着することにより互いを結合するようにし、その積層数を変更可能に構成している。そして１つのケーシング要素３１に１つのＬＥＤ保持溝Ｓが設けてある。カバー材３２は、薄肉平板状をなすもので最上段のＬＥＤ４についてその上方を覆うものである。
【００２８】
ＬＥＤ４は、砲弾型をなす透明体４１に図示しないＬＥＤ素子を埋め込んだタイプのもので、指向特性が例えば図５に示すように楕円形をなし、その光軸方向に射出された光の強度が最も大きく、側方のものほど強度が小さい特性を有する。そしてこのＬＥＤ４を前記各ＬＥＤ保持溝Ｓ内にそれぞれ等間隔で一列に保持させ、ＬＥＤ列Ｒが覗き孔２の中心軸方向に沿って複数形成されるように構成している。ＬＥＤ４の装着方法は、複数のＬＥＤ４を帯状をなすフレキシブル配線基板Ｃ上に等間隔で一列に取り付け、そのフレキシブル配線基板ＣをＬＥＤ４が内側にくるように湾曲させつつ前記ＬＥＤ保持溝Ｓに嵌め込み、固定するというものである。また本実施形態では、ＬＥＤ列Ｒ毎に独立して電力の供給を行えるようにし、ＬＥＤ列Ｒ毎の独立した点灯、消灯を可能としている。なお、図示しないが、フレキシブル配線基板ＣとＬＥＤ保持溝Ｓとの間に、シリコーン等の柔軟性を有した熱伝導部材を隙間なく充填し、ＬＥＤ４で発生する熱を効率よくフィンＦに伝達し放熱効率を高めるとともに、ＬＥＤ４のがたつきのない確実な固定を図るようにしてもよい。
【００２９】
さらに本実施形態では、各ＬＥＤ４の光軸が前記光照射面Ｗに交わらないように、より具体的には前記光軸がケーシング３の中心軸と略垂直に交わるように設定してある。また、各ＬＥＤ４を前記ＬＥＤ保持溝Ｓ内に完全に埋没させ、当該ＬＥＤ保持溝Ｓを形成する底面側の壁体が、各ＬＥＤ４の光軸から所定角度以上拡がる光を前記光照射面Ｗに向かわせないように遮蔽する遮蔽部材５としての役割を担うようにしている。ここで所定角度は、例えばその角度で進む光の強度が、光軸方向に進む光の強度の半分になる角度に設定している。
【００３０】
このように構成した本実施形態によれば、各ＬＥＤ４をその光軸が前記光照射面Ｗに交わらないように配置し、ＬＥＤ４から発される光のうち強いものほど光照射面Ｗの遠く離れた部位に向かい、弱いものほど近い部位に向かうようにして、図７に模式的に示すように、ＬＥＤ４から発される光に生じる光照射面Ｗ各部位に至るまでの減衰と、ＬＥＤ４の指向特性で定まる射出角度による発光強度の違いとをバランスさせる一方、光照射面Ｗとの距離が短く光照射面Ｗの周縁部の照度を高くしてしまうおそれのある光を遮蔽部材５によりカットしているため、光照射面Ｗにおける照射強度を部位によって極端に変わることのない一様なものとすることができる。なお、図７における照度グラフの２点鎖線部分は、遮蔽部材５がない場合の照度を示している。
【００３１】
そしてこのことにより、光照射面Ｗで生じる光照射面散乱光の強度を略一様なものとすることができるため、例えば最終研磨前の半導体ウェハ等のように光照射面Ｗが微妙に荒れていたり、比較的ハイアングルな光を照射されたりして、光照射面Ｗで生じる光照射面散乱光の強度と傷等の欠陥部分で生じる欠陥散乱光の強度との違いが小さい場合であっても、撮像装置のスレッシホールドの設定によって確実に欠陥散乱光を抽出できるようになり、従来では非常に難しかった欠陥の検出が可能となる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ＬＥＤ列Ｒを前記中心軸方向に沿って複数列設け、複数角度の照射光を光照射面Ｗに選択的に照射できるようにしているため、最終研磨後のものであっても、上側のＬＥＤ列Ｒを点灯することにより、照射光を欠陥内部にまで入り込ませ、そこで散乱させて欠陥を確実に検出することができる。さらにその切り替えも電気的に非常に速く行えるため、欠陥検出の時間が極端に長くなることもない。
【００３３】
すなわち、光照射面Ｗが例えば最終研磨前の若干荒れている状態（半鏡面状態）であれば、下側のＬＥＤ列Ｒを点灯させてローアングルにする一方、最終研磨後の光照射面Ｗであれば上側のＬＥＤ列Ｒを点灯させて高い位置から光を照射することにより、光照射面Ｗの種々の状態に対応して精度よくしかも高速で欠陥を検出することができる。
【００３４】
さらに、ＬＥＤ４からでて、欠陥のない状態の光照射面Ｗに反射された光が、カメラ等の撮像手段が設置される観測点に到達しないように遮蔽部材５を構成しているので、ＬＥＤ４が撮像手段に写り込むこともない。
【００３５】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、図８、図９に示すようにＬＥＤ列Ｒが断面視、階段状をなすように構成してもよい。特に図８に示すように、ＬＥＤ列のなす径が底面側のものほど小さくなるようにしておけば、一のＬＥＤ列に属するＬＥＤの光軸から所定角度以上拡がる光を、その底面側に位置するＬＥＤが遮蔽するため、遮蔽部材を可及的に省略することができる。
さらに図１０に示すように各ＬＥＤ４の透明ケース４１に直接的にシートを巻き付けたり塗料を塗布するなどして遮蔽部材５の役割を担わせても構わない。
【００３６】
その他本発明は、上記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】欠陥の検出原理を説明する模式的説明図。
【図２】従来の光照射による観察面の照度を示す模式図。
【図３】従来の光照射による位置をパラメータとした散乱光強度を示す模式図。
【図４】欠陥の検出原理を説明する模式的説明図。
【図５】本発明の一実施形態における光照射装置の平面図。
【図６】同実施形態における光照射装置の縦端面図。
【図７】同実施形態における光照射による位置をパラメータとした散乱光強度を示す模式図。
【図８】本発明の他の実施形態における光照射装置の部分縦端面図。
【図９】本発明の他の実施形態における光照射装置の部分縦端面図。
【図１０】本発明の他の実施形態における遮蔽部材を示す遮蔽部材説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・光照射装置
２・・・覗き孔
３・・・ケーシング
３１・・・ケーシング要素
３２・・・カバー材
４・・・ＬＥＤ
５・・・遮蔽部材
Ｒ・・・ＬＥＤ列
Ｗ・・・光照射面
Ｓ・・・ＬＥＤ保持溝
Ｃ・・・フレキシブル基板
【図１】
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【図２】
2005050676.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005050676.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005050676.tif 000010
【図９】
2005050676.tif 000011
【図１０】
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