(57)【要約】【課題】欠陥の検出処理時間を短縮することができる欠陥検出装置、処理装置、および欠陥検出方法を提供すること。【解決手段】欠陥検出装置の処理装置１５０は、微分部２２、ＢＰＦ２４、二値化部２６、および判定部２８を備える。ＰＤ２０で得られた信号が、微分部２２により微分され、ＢＰＦ２４により欠陥の周波数成分の信号が抽出され、二値化部２６により二値化される。このような簡易な構成で、かつ短い処理時間で欠陥の有無を検出することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に物体光を照射し、前記対象物からの物体光と参照光とを干渉させて干渉光を発生させるように構成された光学系と、
前記干渉光を検出し、これを信号に変換する受光部と、
前記受光部で得られる信号を微分する微分部と、
前記微分部からの信号が入力されるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタからの信号を二値化する二値化部と
を具備する欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検出装置であって、
前記物体光または前記参照光を、その光の進行方向に移動させるアクチュエータをさらに具備し、
前記受光部は、フリンジスキャン技術によって得られる複数の信号であって、前記アクチュエータにより前記物体光または前記参照光が駆動されることにより異なる位相を持つ複数の信号を得る
欠陥検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、
前記二値化部により二値化された信号に基づき、欠陥の有無を判定する判定部をさらに具備する
欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の欠陥検出装置であって、
前記微分部、前記バンドパスフィルタ、および前記二値化部により、それぞれ処理された前記複数の信号に基づき、欠陥の有無を判定する判定部をさらに具備する
欠陥検出装置。
【請求項５】
対象物からの物体光と参照光との干渉光を検出する受光部で得られる信号を微分する微分部と、
前記微分部からの信号が入力されるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタからの信号を二値化する二値化部と
を具備する処理装置。
【請求項６】
対象物に照射された物体光と、参照光との干渉光を検出することにより信号を生成し、
前記信号を微分し、
前記微分された信号のうち、特定の周波数帯域の信号を抽出し、
前記抽出された信号を二値化する
欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の欠陥を検出する欠陥検出装置、これに含まれる処理装置、および欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な産業分野で対象物の欠陥を検出する装置や方法が使用され、あるいは提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の表面欠陥検査装置は、曲面を有する自動車のボディを高速処理するものである。この検査装置は、自動車の周囲に複数のＣＣＤカメラを設置し、これにより被検査面の異なる位置を順次照明して複数の画像を撮影している。そして、検査装置は、画像処理部において、これらの画像情報を微分処理回路部により微分処理することにより、エッジ処理を行うことができる。
【０００４】
また、センサにより取得したデータをダイツーダイ方式（検査対象となる半導体ダイの近辺のダイの画像パターンと比較して欠陥有無を判定する）がある。あるいは、例えば特許文献２等に開示されているように、ダイツーデータベース方式（検査対象となる半導体ダイと、データベース上の参照画像と比較して欠陥有無を判定する）等の手法が用いられてきた。
【０００５】
しかしながら、ダイツーダイ方式やダイツーデータベース方式は大規模な装置を必要とするため、コスト高になるという課題がある。
【０００６】
一方、干渉計による表面形状の測定装置として、特許文献３に記載の干渉計装置は、フリンジスキャン方式を採用して、高精度に物体の表面形状を測定している。フリンジスキャン法は、一般に、物体光（測定光）または参照光を光軸方向に所定間隔でステップ移動させることにより、物体の同一領域における干渉縞による明暗が変化して初期位相を求め、これに基づき、表面形状を測定する方法である。物体光または参照光の移動は、例えば、ミラー等の光学系の一要素をピエゾアクチュエータを用いて駆動することにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2000-193601号公報
【特許文献２】特開2002-107912号公報
【特許文献３】特開2005-274304号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フリンジスキャン方式では、同一領域を複数回測定し、取得データをコンピュータでソフトウェア処理するため、膨大な時間を要するという課題がある。測定処理にかかる時間を短縮するために、干渉縞パターンをフーリエ変換アルゴリズムにより解析する方法も考えられるが、このフーリエ変換法もやはりデータ処理量が多く、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、コンピュータによるソフトウェア処理が必要になる。
【０００９】
本発明の目的は、欠陥の検出処理時間を短縮することができる欠陥検出装置、処理装置、および欠陥検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る欠陥検出装置は、光学系と、受光部、微分部と、バンドパスフィルタと、二値化部とを具備する。
前記光学系は、対象物に物体光を照射し、前記対象物からの物体光と参照光とを干渉させて干渉光を発生させるように構成される。
前記受光部は、前記干渉光を検出し、これを信号に変換する。
前記微分部は、前記受光部で得られる信号を微分する。
前記バンドパスフィルタには、前記微分部からの信号が入力される。
前記二値化部は、前記バンドパスフィルタからの信号を二値化する。
この欠陥検出装置は、受光部で干渉光を受光して得られた信号を、微分部、バンドパスフィルタ、および二値化部を通すことにより、簡易な構成で、かつ短い処理時間で欠陥の有無を検出することができる。
【００１１】
前記欠陥検出装置は、前記物体光または前記参照光を、その光の進行方向に移動させるアクチュエータをさらに具備してもよい。前記受光部は、フリンジスキャン技術によって得られる複数の信号であって、前記アクチュエータにより前記物体光または前記参照光が駆動されることにより異なる位相を持つ複数の信号を得てもよい。
フリンジスキャン方式による位相の異なる複数の信号を用いることにより、欠陥の検出精度が向上する。
【００１２】
前記欠陥検出装置は、前記二値化部により二値化された信号に基づき、欠陥の有無を判定する判定部をさらに具備してもよい。
【００１３】
前記欠陥検出装置は、前記微分部、前記バンドパスフィルタ、および前記二値化部により、それぞれ処理された前記複数の信号に基づき、欠陥の有無を判定する判定部をさらに具備してもよい。
【００１４】
本発明に係る処理装置は、上記微分部、バンドパスフィルタ、および二値化部を具備する。
【００１５】
本発明に係る欠陥検出方法は、対象物に照射された物体光と、参照光との干渉光を検出することにより信号を生成することを含む。
前記信号が微分される。
前記微分された信号のうち、特定の周波数帯域の信号が抽出される。
前記抽出された信号が二値化される。
【発明の効果】
【００１６】
以上、本発明によれば、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置の光学系の構成を示す図である。
【図２】図２は、ＰＤから出力された電気信号が入力される処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１および２に示した欠陥検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、光ディスク用のポリカーボネート基板（以下、単に基板という。）の表面に与えられた欠陥の種類を示す。
【図５】図５は、４つのブラックドットを示す顕微鏡写真である。
【図６】図６Ａ〜Ｅは、半径方向のライン状インク、円周接線方向のライン状インク、スクラッチ跡、最小幅のＵＶ樹脂を示す顕微鏡写真である。
【図７】図７Ａ〜Ｄは、第１の実施形態に係る欠陥検出装置およびその検出方法により、図４に示した基板の欠陥を検出した結果を示す。
【図８】図８Ａ〜Ｄは、第１の実施形態の比較例として、図１２、１３に示したフリンジスキャン方式のアルゴリズムを利用した、欠陥を有する基板の欠陥検出実験の結果を示す。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置の光学系の構成を示す図である。
【図１０】図１０Ａ、Ｂは、フリンジスキャン方式を利用した処理の一般的なアルゴリズムを説明するためのグラフである。
【図１１】図１１Ａ、Ｂは、図１０に続き、フリンジスキャン方式を利用した処理の一般的なアルゴリズムを説明するためのグラフである。
【図１２】図１２Ａ、Ｂは、図１１に続き、フリンジスキャン方式を利用した処理の一般的なアルゴリズムを説明するためのグラフである。
【図１３】図１３は、フリンジスキャン方式のアルゴリズムによる処理方法のフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１０〜１２は、フリンジスキャン方式を利用した処理の一般的なアルゴリズムを説明するために、フォトディテクタ（ＰＤ）以降で得られた信号のグラフを示す。図１３は、そのアルゴリズムによる処理方法のフローを示す。
【００１９】
この実験においては、本発明者は、光ディスク用の厚さ1.2mmのポリカーボネート基板にスクラッチ傷を意図的に付け、これを欠陥検出の対象物とした。干渉計としては、後述するマッハツェンダー方式が利用された。スピンドルモータ等で回転しているポリカーボネート基板に測定光が照射され、このポリカーボネート基板を透過する当該測定光と参照光とを干渉させて干渉光を生成する。この干渉光が、例えばラインセンサによるＰＤにより検出される。
【００２０】
図１０〜１２に示したグラフはその信号を示し、図１０のグラフＡは、例えばフォトディテクタにより得られる、ポリカーボネート基板の半径方向に沿った１ライン分の干渉光の強度信号を示す。ここでのフリンジスキャン法では、例えば４ステップ法が採用される。すなわち、参照光がλ/4（λ：光の波長）分シフトし、フォトディテクタは、そのシフトごとに強度信号を得、これが４回繰り返されることで、４位相の強度信号（I1、I2、I3、I4）を得る（ステップ２０１）。
【００２１】
なお、上記のようにポリカーボネート基板が回転しながら光が照射されることにより、ポリカーボネート基板の全面の情報が得られる。
【００２２】
これらの信号がＡＤ変換され（ステップ２０２）、プロセッサによるarctan[(I2-I4)/(I1-I3)]の演算により（ステップ２０３）、波面が算出される（図１０のグラフＢ参照）。ＡＤ変換後のデジタル信号値の隣同士の差分が算出（すなわち微分演算）（ステップ２０４）、変曲点が抽出される（図１１のグラフＡ参照）。これらの変曲点が、４位相の位相切り替わりのポイントに相当する。
【００２３】
次に、閾値レベルを例えば±1.8として、これに±π（例えば±3.14）を加える（ステップ２０５）。これにより信号の波面が揃う（図１１のグラフＢ参照）。つまり、位相接続（位相アンラップ：phase unwrapping）が行われる。具体的には、信号値が+1.8より大きい場合、-3.14の演算が行われ、信号値が-1.8より小さい場合、+3.14の演算が行われる。
【００２４】
次に、各信号値の差分が算出され、それらの信号値を元に戻すために、それらの和算が行われる（図１２のグラフＡ参照）（ステップ２０６）。この和算後、再度信号値の隣同士の差分が算出される（ステップ２０７）。これにより欠陥箇所が現れる（図１２のグラフＢ参照）。
【００２５】
しかしながら、上述したように、このようなフリンジスキャン方式による欠陥検出方法は、対象物の同じ領域に複数回（例えば４回）の光検出を行う必要があり、データ量が多くなり、欠陥の検出処理に時間を要するという欠点がある。そもそも、対象物の欠陥による信号値が和算演算の対象に含まれるので、原理上は、正確な欠陥検出を行うことができない。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置の光学系の構成を示す図である。この欠陥検出装置１００の光学系は、光源１１、光成形部１２、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１３、ミラー１４、１５、ＰＢＳ１６、集光レンズ１７、および、受光部を構成するＰＤ（フォトディテクタ）２０を有する。すなわち、この光学系は、マッハツェンダー方式の干渉計を構成する。
【００２８】
光源１１は、例えばレーザ光を発生可能に構成される。光源１１として、例えば赤外線、可視光線、紫外線等のレーザ光を発生するレーザダイオードが用いられるが、他のレーザ光源であってもよい。
【００２９】
光成形部１２は、例えば複数の光学要素１２ａ、１２ｂ等で構成され、最終的に少なくとも平行光を出射するように構成される。
【００３０】
ＰＢＳ１３は、光源１１から出射された光を、欠陥検出の対象物であるディスク状の透明基板Ｓに入射させるための物体光と、参照光とに分離するように構成される。対象物は、ディスク状に限られず、どのような形状であってもよい。例えば、上述したように、透明基板Ｓは、ポリカーボネート基板である。
【００３１】
ミラー１４、１５は、物体光および参照光をそれぞれＰＢＳ１６に導く導光光学系である。具体的には、ミラー１４は、例えばＰＢＳ１３を透過した光である物体光を、透明基板Ｓに向かうように反射する。ミラー１５は、例えばＰＢＳ１３で反射させられた光である参照光を、ＰＢＳ１６に向かうように反射する。ＰＢＳ１６は、物体光が透明基板Ｓを透過して進行する光路上に配置されている。
【００３２】
ＰＢＳ１６は、透明基板Ｓを透過した物体光と、ミラー１５で反射させられた参照光とを合成し、干渉光を生成する。なお、物体光はＰＢＳ１６で反射させられるようになっており、参照光はＰＢＳ１６を透過するようになっている。
【００３３】
集光レンズ１７は、ＰＢＳ１６から出射した干渉光を、ＰＤ２０に集光する機能を有する。ＰＤ２０はその干渉光を検出し、その光強度を信号に変換する機能を有する。ＰＤ２０は、例えばライン状のセンサ（ラインセンサ）であり、透明基板Ｓの半径方向の領域に入射した光に対応する干渉光を一度に検出する。
【００３４】
なお、透明基板Ｓは、スピンドルモータ等の回転装置１８によって、所定の回転速度で回転させられることが可能となっている。
【００３５】
図２は、ＰＤ２０から出力された電気信号が入力される処理装置の構成を示すブロック図である。処理装置１５０は、微分部２２、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２４、二値化部２６、および判定部２８を備える。
【００３６】
微分部２２は、ＰＤ２０から出力される信号を微分して微分信号を出力する機能を有する。
【００３７】
ＢＰＦ２４は、微分部２２から出力された微分信号から特定の周波数帯域の信号を抽出する機能を有する。抽出される信号の周波数帯域は、例えば50kHz〜100KHzであるが、この範囲に限られない。この範囲は検出対象となる欠陥の種類によって変わる場合もある。
【００３８】
二値化部２６は、ＢＰＦ２４から出力された特定の周波数帯域の信号を、閾値でスライスして二値化処理する機能を有する。
【００３９】
判定部２８は、二値化部２６により処理された信号値に応じて、欠陥の有無を判定する機能を有する。
【００４０】
次に、以上のように構成された欠陥検出装置１００の動作を説明する。図３は、その動作のフローを示す。
【００４１】
ＰＤ２０が干渉光を検出し、これを信号に変換する（ステップ１０１）。
微分部２２は、ＰＤ２０で得られた信号を微分する（ステップ１０２）。ステップ１０２では、隣同士の信号値の差分が演算される。これにより干渉縞が除去される。
ＢＰＦ２４は、微分された信号から特定の周波数帯域の信号を抽出する（ステップ１０３）。これにより、欠陥の周波数成分の信号が抽出される。
二値化部２６は、任意のスライスレベル（閾値）で、ＢＰＦ２４により抽出された信号を二値化する（ステップ１０４）。
なお、必要に応じて、二値化された信号をＡ／Ｄ変換してもよい。
【００４２】
判定部２８は、例えば閾値を超えた、または閾値以下の信号を「欠陥」と判定することができる。もちろん、人が、二値化部２６で二値化された結果の情報に基づき欠陥の有無を判定してもよい。
【００４３】
［第１の実施形態に係る欠陥検出装置および方法による実験例］
図４は、光ディスク用のポリカーボネート基板（以下、単に基板という。）の表面に与えられた欠陥の種類を概略的に示す。図中、サインペン等により書かれたライン状インク３１ａ、３１ｂ、サインペン等により書かれたドット状インク（ブラックドット）３２ａ、３２ｂ、ＵＶ樹脂３４、スクラッチ跡３５ａ、３５ｂが、基板の表面にある。
【００４４】
本発明者は、上記第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００を用いて、図４に示した基板の欠陥を検出した。欠陥検出装置１００は、ラインセンサによるＰＤ２０を備え、回転装置１８で基板を１回転させて基板の全面の信号を得、その信号を処理した。
【００４５】
ブラックドット３２ａは、それぞれ異なる大きさ（半径）を持つ、並んだ４つのドット跡である。ブラックドット３２ｂは、１個のドット跡である。ライン状インク３１ａは、基板の半径方向のインク跡であり、また、ライン状インク３１ｂはそれに直交する円周接線方向のインク跡である。
【００４６】
図５は、上記４つのブラックドット３２ａを示す顕微鏡写真である。それらブラックドット３２ａの半径は、図５上から、2000μm、150μm、200μm、400μm程度である。
【００４７】
図６Ａは、上記基板の半径方向のライン状インク３１ａ、図６Ｂは、円周接線方向のライン状インク３１ｂを示す顕微鏡写真である。図６Ｃは、ＵＶ樹脂３４の近傍のスクラッチ跡３５ａ、図６Ｄは、ブラックドット３２ｂの近傍のスクラッチ跡３５ｂ、図６Ｅは、複数のＵＶ樹脂３４のうち最小（幅800μm程度）のものを示す顕微鏡写真である。
【００４８】
図７Ａ〜Ｄは、上記第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００およびその検出方法により、図４に示した基板の欠陥を検出した結果を示す。
【００４９】
図７Ａは、ＰＤ２０で得られた、基板の全面の信号を示す。ここでは、干渉縞成分の信号と、欠陥の周波数成分の信号が混在している。
図７Ｂは、微分部２２により微分（差分）演算された信号を示す。これにより、干渉縞の成分の信号が除去される。ここでは、基板の円周方向で、信号値の差分がそれぞれ演算された。
図７Ｃは、ＢＰＦ２４で欠陥の周波数成分の信号を抽出した信号を示す。ＢＰＦ２４の周波数通過帯域は、上述したように50kHz〜100KHzとされた。この時点で、図４に示したすべての欠陥の信号が抽出されているのがわかる。
図７Ｄは、ＢＰＦ２４を通過後の信号が二値化された信号を示す。これにより、欠陥が鮮明に抽出されているのがわかる。
【００５０】
この実験では、微分部２２、ＢＰＦ２４、二値化部２６をソフトウェア処理により実行された。しかし、欠陥検出装置１００は、これらのうち例えば微分部２２およびＢＰＦ２４をハードウェア回路として備えていてもよい。あるいは、欠陥検出装置１００は、微分部２２から、二値化部２６まで、あるいは判定部２８までをハードウェア回路として備えていてもよい。
【００５１】
［比較例］
図８Ａ〜Ｄは、第１の実施形態の比較例として、図１２、１３に示したフリンジスキャン方式のアルゴリズムを利用した、欠陥を有する基板の欠陥検出実験の結果を示す。ここでの基板は、図４に示した、意図的に欠陥が与えられたポリカーボネート基板と同じ対象物である。
【００５２】
図８Ａ、Ｂは、フリンジスキャン方式の４ステップ法でＰＤ２０で得られた４位相の強度信号（I1、I2、I3、I4）のうち、信号I1、I3をそれぞれ示す。
図８Ｃは、arctan[(I2-I4)/(I1-I3)]の演算により得られた信号を示す。
図８Ｄは、最終的な演算結果を示す。
【００５３】
上でも述べたように、比較例に係るアルゴリズムでは、欠陥による信号値が和算演算の対象に含まれるので、原理上、正確に欠陥を検出できていない（図８Ｄ参照）。しかも、このアルゴリズムは、４ステップ法を用いて、対象物の同じ領域に異なる４位相の信号を取得するので、データ量が多くなり、欠陥の検出処理に時間を要するという欠点もある。
【００５４】
これに対し、上記第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００は、上記アルゴリズムにおいて１位相分に相当する信号のみを取り込めばよい。これにより、上記方式に比べ扱うデータ量を減らし、欠陥の検出処理時間を短縮することができる。特に、処理装置１５０の少なくとも一部をハードウェア回路で構成することにより、劇的に処理時間を短縮することができる。その上、第１の実施形態によれば、上述のように比較例に比べ、欠陥の検出精度も向上する。
【００５５】
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置の光学系の構成を示す図である。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５６】
この欠陥検出装置２００は、フリンジスキャン技術を実現するハードウェアの構成と実質的に同じである。具体的には、欠陥検出装置２００は、上記第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００において、光の進行方向、例えば図９では図中左右方向に、ミラー１５を駆動するアクチュエータ１９をさらに備える。アクチュエータ１９としては、ピエゾアクチュエータが用いられる。
【００５７】
なお、アクチュエータ１９は、例えばミラー１４、または、ＰＢＳ１６を駆動するものであってもよい。
【００５８】
例えばアクチュエータ１９がミラー１５を繰り返しステップで駆動することにより、フリンジスキャン方式と同様に、ＰＤ２０は、異なる位相を持つ複数の信号を得ることができる。この場合、４ステップ法に限られず、２ステップ法、３ステップ法が用いられてもよい。
【００５９】
欠陥検出装置２００は、このように得られた複数の信号のそれぞれについて、図３で示した方法（つまり、微分、帯域フィルタリング、および二値化）により、欠陥の周波数成分の信号（複数）を検出する。そして、欠陥検出装置２００の判定部２８は、これら複数の信号（欠陥の有無の信号）について、例えばAND条件を演算することにより、上記第１の実施形態に比べ処理時間は長くなるが、欠陥の検出精度を向上させることができる。あるいは、判定部２８は、OR条件を演算するようにしてもよい。
【００６０】
［他の実施形態］
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００６１】
上記欠陥検出装置１００、２００の光学系として、マッハツェンダー方式の光学系が用いられたが、物体光と参照光の干渉光を得ることができる干渉計であれば、他の如何なる種類の光学系も本発明に適用可能である。
【００６２】
参照光を生成する手段としてＰＢＳ１３が用いられたが、参照光を発生する、光源１１とは別の光源が用いられてもよい。
【００６３】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１９…アクチュエータ
２０…ＰＤ
２２…微分部
２４…ＢＰＦ
２６…二値化部
２８…判定部
１００、２００…欠陥検出装置
１５０…処理装置
【図１】
2016080470.tif 000003
【図２】
2016080470.tif 000004
【図３】
2016080470.tif 000005
【図９】
2016080470.tif 000006
【図１１】
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【図１２】
2016080470.tif 000008
【図１３】
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【図４】
2016080470.tif 000010
【図５】
2016080470.tif 000011
【図６】
2016080470.tif 000012
【図７】
2016080470.tif 000013
【図８】
2016080470.tif 000014
【図１０】
2016080470.tif 000015