JP2005308725A

JP2005308725A - 透明板欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2005308725A
Application number: JP2005076874A
Authority: JP
Inventors: Naoki Mejiro; 直樹目代; Toshiji Takei; 利治武居; Shigeto Takeda; 重人武田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】ライン状の光を端面から導入して透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査装置に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査、暗視野による欠陥検査などの欠陥検査を組み合わせて透明板の欠陥を検出できる透明板欠陥検査装置を提供する。【解決手段】本発明による透明板欠陥検査装置は、透明板試料１の端面２からライン状の光３を導入する第１の光照射手段１０３と、透明板試料１の表面４に点光源２０１から形成されたほぼ平行な入射平行光束９をほぼ垂直方向から照射する第２の光照射手段２０８と、透明板試料１の表面４に斜め方向から光を照射する第３の光照射手段３０２と、透明板試料１から散乱される散乱光を暗視野で検出する第１の検出手段１０７と、透明板試料１を透過したほぼ平行な透過平行光束１０をマッハツェンダー干渉系を用いて検出する第２の検出手段２１２とを備える。【選択図】図９

Description

本発明は、透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査装置に関する。詳しくは、端面入射光を用いる欠陥検査に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査、暗視野による欠陥検査などの欠陥検査を組み合わせて検査を行なう透明板欠陥検査装置に関する。

従来から、透明板試料の表面から光を照射して、明視野で欠陥を検査する検査装置があった（例えば特許文献１参照）。また、透明板試料を斜め方向から照射して、暗視野で検査する検査装置があった（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−１２１２４２号公報（段落００１１〜００１４、図１等）特開平７−１０３９０５号公報（段落０００８〜００１２、図１〜図３等）

従来技術による明視野による検査ではバックグラウンドが明るいため、微小な傷や薄い異物層などの欠陥については、画像が不鮮明になり、検出が困難であるという問題があった。また従来の暗視野での検査では、バックグラウンドが暗いためノイズが小さく鮮明な画像を得られ易い反面、透明板試料を斜め方向から照射していたので、やはり透明板試料の表面からの情報が主であり、情報が限られていた。

そこで、発明者達は、特願２００２−２５５３９４において、ファイバーグレーティングを用いてライン状の光を形成する方法を提案した。さらに、特願２００３−２７７９２８において、ファイバーグレーティングにより形成されたライン状の光を透明板試料の端面から導入して、透明板試料の内部に存在する欠陥を検出できる新たな欠陥検査装置を提案し、また、透明板試料の表面に平行光束を照射する明視野で欠陥を検査する手段を組み合わせた欠陥検査装置を提案した。これにより、透明板試料内部に導入した光を用いて、透明板の欠陥を暗視野で鮮明に検出できる装置を提供でき、また、明視野像と暗視野像を比較、照合して、透明板試料の欠陥の状況を評価できる装置を提供できた。

しかしながら、上記装置を用いても、例えば脈理のような欠陥は検出困難であり、また、１つの端面からの導入光だけでは透明板の殆ど全ての欠陥を検出するのは困難であった。このような困難を克服するには、ライン状の光を端面から導入して透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査装置の機能を拡充して、さらに多種の欠陥を一時に検出でき、広範囲、多面的に欠陥の状況を評価できる装置が望まれるが、かかる装置は未だ実現されていない。

本発明は、先に提案したライン状の光を端面から導入して透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査装置に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査、暗視野による欠陥検査などの欠陥検査を組み合わせて、脈理等のより多種の欠陥を検出可能にすると共に、多方向からの入射光を用いてより広範囲の透明板の欠陥を検出できる透明板欠陥検査装置を提供することを目的とする。なお、本発明で検出対象とする欠陥は、透明板の表面及び内部に存在する傷、混入異物（インクルージョン）、表面に存在する凹凸、内部に存在する脈理、不純物領域、空孔、表面上に存在する塵埃、付着物などを含むものとする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の透明板欠陥検査装置４００は、例えば図８に示すように、透明板試料１の端面２からライン状の光３を導入する第１の光照射手段１０３と、透明板試料１から散乱される散乱光を暗視野で検出する第１の検出手段１０７とを有する第１の透明板欠陥検査系１００（図１参照）と、透明板試料１の表面４に点光源２０１から形成されたほぼ平行な入射平行光束９をほぼ垂直方向から照射する第２の光照射手段２０８と、透明板試料１を透過したほぼ平行な透過平行光束１０をマッハツェンダー干渉系で検出する第２の検出手段２１２とを有する第２の透明板欠陥検査系２００（図４参照）とを備える。

ここにおいて「透明板試料から散乱される」とは、透明板試料の存在に基いて散乱される意味、すなわち、透明板試料の内部、表面又は表面上の欠陥から散乱される意味である。なお、散乱光は表面上の欠陥からの散乱光を含んでも含まなくても良い。また、透明板試料表面の法線に対し所定の角度以内に散乱されると、暗視野系対物レンズで平行光線となるようにまとめられるので好ましい。また、ほぼ平行とは光投影技術によるばらつきを含め実質的に平行であることを意味する。また、点光源には光源自体が点光源であるものの他に、ピンホールにより形成される等価的な点光源を含むものとする。また、表面上とは表面に接触しての意味であり、物理的に裏面にあるものも含むものとする。

このように構成すると、ライン状の光３を端面２から導入して行なう欠陥検査に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査を組み合わせることができ、透明板試料１内部又は表面４に存在する傷や混入異物などの光を散乱させる欠陥と脈理などの光の屈折率が周囲と異なる欠陥とを判別して検出するのに適している。

また、請求項２に記載の透明板欠陥検査装置５００は、請求項１に記載の透明板欠陥検査装置において、例えば図９に示すように、透明板試料１の表面４に斜め方向から光を照射する第３の光照射手段３０２を備え、第３の光照射手段３０２と第１の検出手段１０７とで第３の透明板欠陥検査系３００（図６参照）を構成する。

このように構成すると、ライン状の光３を端面２から導入して行なう欠陥検査に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査及び斜め照射光を用いた暗視野による欠陥検査を組み合わせることができ、透明板試料１内部に存在する傷、混入異物などの欠陥と、脈理などの光の屈折率が周囲と異なる欠陥と、表面４上に存在する塵埃、付着物などの欠陥とを判別して検出するのに適している。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の透明板欠陥検査装置において、ライン状の光３は透明板試料１の表面で全反射を生じるように導入される。このように構成すると、試料内に導入された光は、欠陥に遭遇しなければ、表面に到達しても全反射され、試料内部に留まるので、試料の内部又は表面に欠陥が存在すれば光が欠陥に遭遇する確率が大になり、多くの欠陥を検出できる。なお、「表面で全反射を生じるように」とは必ずしも全ての光が全反射するように光が導入される意味ではなく、大半の光が表面４で全反射を生じるように導入されれば良く、漏れがあっても良い意味である。試料１内に導入された全ての光が表面４で全反射を生じることが理想的であるが、漏れがあっても暗視野系対物レンズ１０４によって受光されない角度で表面から放射されれば良い。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の透明板欠陥検査装置において、例えば図２に示すように、第１の光照射手段１０３は、複数の光ファイバー１１０を各光軸を第１の方向ｖ１に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第１のファイバーグレーティング素子１１１と、複数の光ファイバー１１０を各光軸を前記第１の方向ｖ１と異なる第２の方向ｖ２に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第２のファイバーグレーティング素子１１２と、複数の光ファイバー１１０を各光軸を前記第１の方向、前記第２の方向ｖ１、ｖ２と異なる第３の方向ｖ３に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第３のファイバーグレーティング素子１１３を重ね合わせて構成されるファイバーグレーティング１０９を有し、ファイバーグレーティング１０９は、各ファイバーグレーティング素子１１１、１１２、１１３を構成する光ファイバー１１０の軸線にほぼ垂直方向から可干渉光Ｌを入射されたときに、前記可干渉光が入射された側と反対側にある投影面１０８にライン状の光を形成する。

ここにおいて、ライン状の光３は、ライン状に並んだ複数のスポット光でも良い。実際にファイバーグレーティング１０９により形成される光パターンは、格子状のスポット光アレイであり、このスポット光アレイから１次元方向に並ぶものを抽出すれば、ライン状の光３となる。透明板試料の端面２またはその前に設けられた拡散板の表面にライン状の光３を形成するには、これらの前にスリットを設けてスポット光アレイから１次元方向に並ぶものを抽出すれば良い。また、ほぼ平行とは、ファイバーグレーティング素子１１１〜１１３の製造ばらつきを含め実質的に平行であることを意味する。ほぼ垂直とは、ファイバーグレーティング素子１１１〜１１３の製造ばらつき及び光投影技術のばらつきを含め実質的に垂直であることを意味する。

このように構成すると、小寸法の光学部品として構成されるファイバーグレーティング１０９を用いて、ライン状の光３を投影面である透明板試料の端面２に形成でき、透明板試料１の端面２から導入できる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の透明板欠陥検査装置において、第１の光照射手段１０３の光源１０１から照射される光の波長は第２の光照射手段２０８の光源２０１から照射される光の波長と異なる。このように構成すると、ダイクロミックミラーなどで第１の検出手段１０７と第２の検出手段２１２に検出される光を分離でき、第１の光照射手段１０３の光源１０１から照射される光と、第２の光照射手段２０８の光源２０１から照射される光との混在によるノイズの発生を防止できる。

本発明は、ライン状の光を端面から導入して透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査装置に、マッハツェンダー干渉系による欠陥検査、暗視野による欠陥検査などの欠陥検査を組み合わせて透明板の欠陥を検出できる透明板欠陥検査装置を提供できる。また、これにより、脈理等のより多種の欠陥を一時に検出でき、本発明の好ましい態様においては、多方向からの入射光を用いてより広範囲の透明板の欠陥を検出できる。

以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明の実施の形態に使用するライン状の光３を透明板試料１の端面２から導入して透明板試料１の欠陥を検査する第１の透明板欠陥検査系１００の構成例を示す。透明板試料１の端面２にライン状の光３が照射される。透明板試料１は例えば基板などに用いるガラス板、フォトマスクなどに用いる石英板、光学部品などに用いるプラスチック板などである。ライン状の光３は、端面照射系用光源１０１とビーム成形光学系１０２により形成される。端面照射系用光源１０１として例えば可干渉性光源であるレーザダイオード（ＬＤ）が用いられ、ビーム成形光学系１０２として例えばファイバーグレーティング１０９（図２参照）が用いられる。ここにおいて、端面照射系用光源１０１とビーム成形光学系１０２が透明板試料１の端面２からライン状の光３を導入する第１の光照射手段１０３を構成する。

透明板試料１の表面又は内部の欠陥により散乱されて、透明板試料表面４の現に検出されている領域５（以下、視野領域という）を通過し、透明板試料表面４の法線（垂直方向）に対し所定の散乱角以内に放射された光は、暗視野系対物レンズ１０４で平行光線となるようにまとめられ、暗視野系チューブレンズ（結像レンズ）１０５で暗視野系撮像素子１０６に結像される。ここにおいて、暗視野系対物レンズ１０４、暗視野系チューブレンズ１０５及び暗視野系撮像素子１０６が第１の検出手段１０７を構成する。暗視野系撮像素子１０６として例えばＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子を使用できる。

暗視野系撮像素子１０６はコンピュータ６に電気的に接続され、撮像結果が暗視野系撮像素子１０６からコンピュータ６に送信される。コンピュータ６は表示手段７と透明板欠陥データベース８に電気的に接続され、コンピュータ６の制御により、検出結果が表示手段７に表示される。また、コンピュータ６は透明板欠陥データベース８を参照して、欠陥の種類、寸法や分布状況を分析し或いは統計処理し、
その結果を表示手段７に表示することもできる。暗視野系撮像素子１０６には各視野領域５からの散乱光が検出され、各視野領域５における撮影画像を合成すれば、透明板試料１全体にわたる撮影画像が得られる。透明板試料１を搭載する透明板試料台（図示しない）は、水平（ｘｙ）方向、垂直（ｚ）方向に可動とし、また円周（θ’）方向に回転可能とし、視野領域の位置を調整可能とする。

透明板試料１の端面２から導入されたライン状の光３は、透明板試料１の内部を進む。欠陥がなければ、透明板１の表面４に対して角度φで進む光線は、透明板１の屈折率をｎとすると、ｓｉｎ（π／２−φ）＞１／ｎを満たす角度では、表面４で全反射され、透明板試料１の内部に保たれる。光が全反射され続ける限り、透明板試料表面４から出て行く光は殆どないので、第１の検出手段１０７に検出されない。しかし、透明板試料１の表面又は内部に欠陥があれば、これらの欠陥により散乱される散乱光の一部は、透明板試料表面４の視野領域５から透明板試料表面４の法線に対し所定の角度以内に散乱されるので、第１の検出手段１０７により暗視野像として検出することができる。

このように、本実施の形態に使用する第１の透明板欠陥検査系１００は、透明板試料１の端面２からライン状の光３を導入する第１の光照射手段１０３と、透明板試料１から散乱される散乱光を暗視野で検出する第１の検出手段１０７とを備える。図１では、第１の光照射手段１０３は透明板試料１の側面方向に設けられ、第１の検出手段１０７は透明板試料１の直下に設けられている。これにより、透明板試料１の表面又は内部の欠陥を第１の検出手段１０７により暗視野像として検出することができる。なお、第１の検出手段１０７は、透明板試料１の内部で散乱され表面４を通過する散乱光又は透明板試料１の内部から表面４に到達し表面４で散乱される光を検出するので、透明板試料表面４又は内部に存在する傷、混入異物、表面の粗い凹凸、内部の空孔などの欠陥を検出でき、特に透明板試料内部に存在する傷、混入異物などの強く光を散乱させる欠陥を検出するのに適している。

図２にビーム成形光学系１０２に用いるファイバーグレーティングの構成例を示す。図２（ａ）に端面照射系用光源１０１と投影面１０８の間にファイバーグレーティング１０９を挿入した状態を、図２（ｂ）にファイバーグレーティング１０９を構成するファイバーグレーティング素子（以下、ＦＧ素子という）を重ね合わせた状態を示す。複数の光ファイバー１１０を各光軸を一方向に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べることによりＦＧ素子が形成される。ファイバーグレーティング１０９は、かかるＦＧ素子を用いて、第１のＦＧ素子１１１、第２のＦＧ素子１１２、第３のＦＧ素子１１３を重ね合わせて構成される。第１のＦＧ素子１１１の光ファイバー１１０の光軸の方向ｖ１と第２のＦＧ素子１１２の光ファイバー１１０の光軸の方向ｖ２とをほぼ直交させ、第３のＦＧ素子１１３の光ファイバー１１０の光軸の方向ｖ３を、第１のＦＧ素子１１１の光ファイバー１１０の光軸の方向ｖ１から又は第２のＦＧ素子１１２の光ファイバー１１０の光軸の方向ｖ２から所定の角度θの方向に設定し、端面照射系用光源１０１からの可干渉光Ｌをファイバーグレーティング１０９に、各ＦＧ素子１１１〜１１３の各光ファイバー１１０の光軸の方向とほぼ垂直方向から（図２のｘ方向から）入射すると、投影面１０８となる２次元平面（ｙｚ面）に格子状に並んだスポット光のパターン１１４が形成される。格子状に並んだスポット光のパターン１１４から複数ラインのいずれか１列を抽出するとライン状の光３を得られる。端面２の前に例えばスリット（図示しない）を設けていずれか１列のライン状の光３のみを抽出すると、ライン状の光３を好適に端面２に導入できる。

図３にファイバーグレーティングにより形成されるライン状の光３の例を示す。図３（ａ）に所定の角度θが約５度の場合、図３（ｂ）に所定の角度θが約４５度の場合を示す。図３（ａ）、（ｂ）とも、スポット光の列が複数ライン形成され、複数ラインのいずれか１列を抽出するとライン状に並んだ光が得られることがわかる。図３（ａ）の場合には、ｙ方向に並んだライン状の光３が得られる。なお、所定の角度θが約８５度の場合には、ｚ方向に並んだライン状の光が得られる。図３（ｂ）の場合には、ｙ方向から約４５度傾斜した方向に並んだライン状の光３が得られる。この場合、透明板試料１の端面２にライン状の光３を導入するには、ファイバーグレーティング１０９を約４５度時計回りに回転して設置すれば良い。

本実施の形態では、θが５度と４５度の例を挙げており、他の組み合わせもあり得るが、５度の場合にライン状に並んだスポット光を最も密に形成でき、最適である。なお、第１〜第３のＦＧ素子１１１〜１１３は複数の各光ファイバー１１０の軸線を一方向に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べてガラス板に貼り付けると取り扱いが容易になる。そして、第１のＦＧ素子１１１の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ１と第２のＦＧ素子１１２の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ２とをほぼ直交させ、第３のＦＧ素子１１３の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ３を、第１のＦＧ素子１１１の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ１から又は第２のＦＧ素子１１２の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ２から約５度の方向に設定して固定しておくのが好適である。なお、第３のＦＧ素子１１３の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ３を第１のＦＧ素子１１１の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ１から又は第２のＦＧ素子１１２の光ファイバー１１０の軸線の方向ｖ２に対して回転可能に構成し、５度に調整しても良い。

なお、ライン状の光３を端面２から透明板試料１に導入するに際して、端面２の前に拡散板（図示しない）を設けるのが好適である。すなわち、第１の光照射手段１０３は、ライン状の光３を拡散して透明板試料１の端面２に導く拡散板を有するのが好適である。また、スリットを用いる場合は拡散板を端面２とスリットの間に設けるのが好適である。このように構成すると、拡散板を通してほぼ等方向照射光を透明板試料端面２から導入でき、透明板試料内部及び表面の広範囲の欠陥に光が照射されるので、広範囲の欠陥を検出できる。拡散板としては、例えばガラス板の表面に小さな凹凸を多数形成したものを用いて、これらの凹凸で光を散乱させても良い。また、ライン状の光はキセノンランプなどの高輝度光源又はレーザ光とシリンドリカルレンズを用いても形成できる。しかし、ファイバーグレーティング１０９により形成したライン状の光３は拡散板を通すとほぼ等方向照射光となるのに対し、シリンドリカルレンズにより形成したライン状の光は拡散板を通しても一方向に収束気味になり、偏りを生じ易い。

第１の光照射手段１０３は単数でも良いが、第１の光照射手段１０３を複数設置し、複数の端面２からそれぞれライン状の光３を導入しても良い。このように構成すると、広範囲の欠陥に光が照射されて、欠陥分布状況を広範囲かつ多面的に分析できる。この場合に第１の検出手段１０７を共用できる。図１には、第１の光照射手段１０３を２個設けて、矩形の透明板試料１の直交する端面２に対し、直交する方向からライン状の光３を導入する構成が示されている。

図４に、マッハツェンダー干渉系により透明板の欠陥を検査する第２の透明板欠陥検査系２００の構成例を示す。なお、図１と同じ機能の部分には同一番号を付して説明を省略する。マッハツェンダー系光源２０１で発光した光は、第１のコリメータレンズ２０２によりほぼ平行な光束になり、コンデンサーレンズ２０３によりピンホール２０４に集光され、ピンホール２０４で絞られ、点光源として作用する。マッハツェンダー系光源２０１として、例えば干渉性光源であるレーザダイオード（ＬＤ）が使用される。ピンホール２０４を通過した光は第２のコリメータレンズ（エキスパンダー）２０５でほぼ平行な光束に変換され、第１のビームスプッリタ２０６に導かれる。第１のビームスプッリタ２０６を透過した光は、入射平行光束９として透明板試料１の表面４に照射される。他方、第１のビームスプッリタ２０６で分岐された光は、光路がほぼ直角方向に変更され、ほぼ平行な参照平行光束１１として第２のビームスプリッタ２０７に導かれる。

ここにおいて、マッハツェンダー系光源２０１、第１のコリメータレンズ２０２、コンデンサーレンズ２０３、ピンホール２０４、第２のコリメータレンズ２０５及び第１のビームスプリッタ２０６で第２の光照射手段２０８が構成される。

透明板試料１を透過したほぼ平行な光束である透過平行光束１０は第３のビームスプリッタ２０９で光路がほぼ直角方向に変更される。また、ほぼ平行な光束である参照平行光束１１は第２のビームスプリッタ２０７で光路がほぼ直角方向に変更される。第２のビームスプリッタ２０７で方向変更されたほぼ平行な参照平行光束１１及び第３のビームスプリッタ２０９で方向変更されたほぼ平行な透過平行光束１０は第４のビームスプリッタ２１０で合成され、合成されたほぼ平行な合成平行光束１２はマッハツェンダー系用撮像素子２１１に結像される。マッハツェンダー系用撮像素子２１１として例えばＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子を使用できる。ここにおいて、第２のビームスプリッタ２０７、第３のビームスプリッタ２０９、第４のビームスプリッタ２１０及びマッハツェンダー系用撮像素子２１１が第２の検出手段２１２を構成する。

マッハツェンダー系用撮像素子２１１はコンピュータ６に電気的に接続され、撮像結果がマッハツェンダー系用撮像素子２１１からコンピュータ６に送信される。コンピュータ６、表示手段７、透明板欠陥データベース８は第１の透明板欠陥検査系１００と同じものを使用でき、同様の処理が行われる。ただし、マッハツェンダー系用撮像素子２１１には、透明板試料１のうち入射平行光束９内に入る領域、例えば透明板試料１のほぼ全領域からの透過光が検出され、透明板試料１のほぼ全領域の撮影画像が得られる。尤もコンピュータ６の制御により表示手段７に表示する領域を限定し、拡大表示することは可能である。透明板試料台も第１の透明板欠陥検査系１００と同じものを使用できる。図４では第２の光照射手段２０８が透明板試料１の直上に設けられ、第２の検出手段２１２については、第３のビームスプリッタ２０９が透明板試料１の直下に設けられ、第２のビームスプリッタ２０７、第４のビームスプリッタ２１０及びマッハツェンダー用撮像素子２１１が、透明板試料１及び第２の光照射手段２０８から所定の距離を保って鉛直方向のライン上に並んで設置されている。

透明板試料１の表面（表面上を含む）又は内部に欠陥がなければ、透明板試料１への入射平行光束９は平行光束のまま透明板試料１を透過し、透過平行光束１０となる。そして第４のビームスプリッタ２１０には同じ位相で同じ振幅の透過平行光束１０と参照平行光束１１が到来し、合成されるので、一様な明るさの合成平行光束１２が得られ、マッハツェンダー用撮像素子２１１には一様な明るさで変化のない画像が形成される。また、透明板試料１において表面または裏面にわずかに傾斜があった場合、あるいは、ビームスプリッター２１０で合成される透過平行光束１０、参照平行光束１１のどちらかに僅かな角度差を持たせた場合、透過平行光束１０と参照平行光束１１の間に直線的に変化する位相差が生じ、干渉が生じるので、合成平行光束１２を介して、マッハツェンダー用撮像素子２１１に干渉縞が形成される。しかし、透明板試料１の表面（表面上を含む）又は内部に欠陥があれば、これらの欠陥により光の一部が吸収、散乱されて減衰し、或いは屈折率変化による位相の変化が生じることになる。特に脈理のような周囲と屈折率の異なる部分が透明板試料１内に存在すれば、脈理を透過する光は位相が変化する。このため、第４のビームスプリッタ２１０では透過平行光束１０と参照平行光束１１の干渉が生じる
ので、透明板試料１のうち脈理が存在する部分には、脈理の形状に応じて干渉縞が形成され、脈理を検出できる。また、試料に欠陥がない状態でマッハツェンダー用撮像素子２１１に干渉縞が形成されるよう調整していれば、透明板試料１のうち脈理が存在する部分には、脈理の形状に応じて干渉縞に乱れが生じる。

図５に脈理により生じる干渉縞の例の模式図を示す。透明板試料１内に脈理等の屈折率の異なるものが存在すると、その位置で屈折率変化に応じて干渉縞が変化する。脈理が厚くなると干渉縞の数が増える。また、屈折率の差異にはっきりした境界がある場合には、干渉縞の位置が、干渉縞に対して直交する方向にシフトする。脈理の他に内部の不純物領域、表面４の滑らかな凹凸などの欠陥の検出もできる。また、透明板試料１内に傷や混入異物などが存在して光が吸収や散乱される場合もその部分の透過光は暗くなるので、傷や異物の検出も可能である。

マッハツェンダー光学系を用いる計測では、透明板試料１の表面（表面上を含む）又は内部に欠陥がない場合に、第４のビームスプリッタ２１０で同じ位相で同じ振幅の透過平行光束１０と参照平行光束１１が到来するように調整する必要がある。このため、第２のビームスプリッタ２０７と第３のビームスプリッタ２０９にはほぼ同じ光学特性のビームスプリッタを使用する。また、第１のビームスプリッタ２０６と第２のビームスプリッタ２０７間の距離を第３のビームスプリッタ２０９と第４のビームスプリッタ２１０間の距離と等しくし、第１のビームスプリッタ２０６と第３のビームスプリッタ２０９間の距離を第２のビームスプリッタ２０７と第４のビームスプリッタ２１０間の距離と等しくするなどの調整を行い、さらに、欠陥のない透明板試料１と同じ光学特性のダミー試料を第２のビームスプリッタ２０７と第４のビームスプリッタ２１０の間に挿入することが好ましい。

このように、本実施の形態に使用する第２の透明板欠陥検査系２００は、透明板試料１の表面４に点光源２０１から形成されたほぼ平行な入射平行光束９をほぼ垂直方向から照射する第２の光照射手段２０８と、透明板試料１を透過したほぼ平行な透過平行光束１０をマッハツェンダー干渉系で検出する第２の検出手段２１２とを備える。

第２の光照射手段２０８は入射平行光束９を形成するための第２のコリメータレンズ２０５と、入射平行光束９から参照平行光束１１を分岐する第１のビームスプリッタ２０６とを有し、第２の検出手段２１２は透過平行光束１０と透明板試料１からの散乱光とを分岐する第３のビームスプリッタ２０９と、参照平行光束１１の光路を変更する第２のビームスプリッタ２０７と、第３のビームスプリッタ２０９で光路変更された透過平行光束１０と第２のビームスプリッタ２０７で光路変更された参照平行光束１１とを合成する第４のビームスプリッタ２１０とを有し、第１のビームスプリッタ２０６から第４のビームスプリッタ２１０はマッハツェンダー干渉系の一部を構成する。第２の検出手段２１２は透明板試料１内部を透過する光の屈折率の変化による位相の変化を検出するので、透明板試料１内部の脈理、不純物領域、表面４の滑らかな凹凸などの欠陥の検出ができ、特に透明板試料内部に存在する脈理などの屈折率が変化した領域を検出するのに適している。

図６に、透明板試料１の表面４に斜方向から光を照射して暗視野で透明板の欠陥を検査する第３の透明板欠陥検査系３００の構成例を示す。なお、図１等と同じ機能の部分には同一番号を付して説明を省略する。暗視野系照明３０１は透明板試料１の表面４に斜め方向から光を照射する。暗視野系照明３０１として例えばＬＥＤ（発光ダイオード）リング照明で、暗視野系対物レンズ１０４に照射光及び欠陥がない場合の表面４からの反射光が入らないローアングルタイプを使用できる。環状の照明を用いると、透明板試料の周囲の斜め下方から透明板試料表面又は表面上の欠陥に光を照射でき、透明板試料表面４の殆ど全ての傷や混入異物、透明板試料表面４上の殆ど全ての塵埃、付着物で散乱を生じさせ、これらの欠陥を検出できる。ここにおいて、暗視野系照明３０１により第３の照射手段３０２が構成される。また、暗視野での検出系として第１の検出手段１０７をそのまま使用できる。また、コンピュータ６、表示手段７、透明板欠陥データベース８は第１の透明板欠陥検査系１００と同じものを使用でき、同様の処理が行われる。また、透明板試料台も第１の透明板欠陥検査系１００と同じものを使用できる。

このように、本実施の形態に使用する第３の透明板欠陥検査系３００は、透明板試料１の表面に斜め方向から光を照射する第３の光照射手段３０２と、透明板試料１から散乱される散乱光を暗視野で検出する第１の検出手段１０７とを備える。これにより、透明板試料１の表面又は表面上の欠陥を第１の検出手段１０７により暗視野像として検出することができる。図６では、第３の光照射手段３０２は透明板試料の斜め下方に設けられ、第１の検出手段１０７は透明板試料１の直下に設けられている。第３の透明板欠陥検査系３００は、透明板試料１の斜め方向から表面４を照射し、散乱光を検出するので、透明板試料表面４の傷や混入異物などの欠陥の他に、透明板試料表面４上に存在する塵埃や付着物などの欠陥を検出できる。さらに表面４で散乱されない照射光は透明板試料１内部に入るので、透明板試料１内の傷や混入異物などの欠陥からの散乱により、散乱光は弱くなるが、これら透明板試料１内の欠陥の検出も可能である。特に透明板試料表面４上の塵埃、付着物などの欠陥を検出するのに適している。

図７に上述した３つの透明板欠陥検査系の特徴を比較した表を示す。第１の透明板欠陥検査系１００は、透明板試料端面からライン状の光を照射し、散乱光を暗視野で検出するもので、透明板試料１内部に存在する傷、混入異物などの欠陥を検出するのに適している。第２の透明板欠陥検査系２００は、点光源から形成された入射平行光束を透明板試料表面に照射し、透過平行光束をマッハツェンダー干渉系で検出するもので、透明板試料内部に存在する脈理などの欠陥を検出するのに適している。第３の透明板欠陥検査系３００は、透明板試料の表面に斜め方向から光を照射し、散乱光を暗視野で検出するもので、透明板試料表面４上に存在する塵埃、付着物などの欠陥を検出するのに適している。したがって、これら各透明板欠陥検査系を組み合わせて使用することにより、複数種類の欠陥を判別しつつ、欠陥分布状況を広範囲かつ多面的に検出することができる。

図８に本発明の第１の実施の形態による透明板欠陥検査装置４００の構成例を示す。本実施の形態は第１の透明板欠陥検査系１００と第２の透明板欠陥検査系２００とを組み合わせたものである。なお、図１等と同じ機能の部分には同一番号を付して説明を省略する。ここで、透明板試料１の表面又は内部の欠陥により散乱された光は、第３のビームスプリッタ２０９を透過して、第１の検出手段１０７における暗視野系対物レンズ１０４に入射される。他方、透明板試料１を透過した透過平行光束１０は第３のビームスプリッタ２０９で光路をほぼ直角方向に変更され、第２の検出手段２１２における第４のビームスプリッタ２１０に入射される。このように、第３のビームスプリッタ２０９は２種類の光を分岐する。このため、第１の透明板欠陥検査系１００と第２の透明板欠陥検査系２００とで、使用する光の波長を異ならせることが望ましい。また、コンピュータ６、表示手段７、透明板欠陥データベース８及び透明板試料台を共用できる。また、かかる構成により、第１の透明板欠陥検査系１００と第２の透明板欠陥検査系２００は元の性能をほぼ保持できる。なお、通常のマッハツェンダー干渉系では２０７、２０９にハーフミラーが用いられる。しかし、本の実施の形態では、第１の検出手段１０７と第２の検出手段２１２とを共用させるために２０９にビームスプリッタを使用し、さらにマッハツェンダー干渉系の分岐の対称性を確保するため２０７にビームスプリッタを使用した。これにより、マッハツェンダー干渉系の光学特性が向上されている。

第１の透明板欠陥検査系１００と第２の透明板欠陥検査系２００との切り替えは、例えば端面照射系用光源１０１及びマッハツェンダー系光源２０１の前にシャッターを設置し、オン／オフを切り替えて使用しても良い。また、コンピュータ６への暗視野系撮像素子１０６又はマッハツェンダー系用撮像素子２１１からの撮像データの取り込みは、例えば入力ポートを選択して切り替えても良い。本実施の形態によれば、透明板試料端面２からライン状の光３を照射し、散乱光を暗視野で検出する検査系１００と、点光源２０１から形成された入射平行光束９を透明板試料表面４に照射し、透過平行光束１０をマッハツェンダー干渉系で検出する検査系２００とを組み合わせ、切り替えて使用するので、透明板試料１内部に存在する傷、混入異物などの欠陥と、透明板試料１内部に存在する脈理などの欠陥を判別しつつ検出するのに適しており、従来に比して透明板試料１の欠陥の状況について広範囲かつ多面的な分析が可能になる。

本実施の形態において、コンピュータ６は、第１の検出手段１０７による検出結果と第２の検出手段２１２による検出結果を照合して、又は第１の検出手段１０７による複数の検出結果を照合して、透明板試料１の欠陥の状況を判定する判定手段としての機能を有する。また、表示手段７は、コンピュータ６により制御されて、それぞれの検出結果を表示するが、色彩を変えて表示しても良い。このようにすると、表面（表面上を含む）や内部の種々の欠陥を判別して、又は判別が容易にできるように表示できる。また、コンピュータ６は第１の検出手段１０７からの撮像データと第２の検出手段２１２からの撮像データを、又は複数の第１の検出手段１０７からの撮像データを時間を切り替えて取得し、別個に又は重ね合わせて表示手段７に表示することも可能である。

第１の透明板欠陥検査系１００と第２の透明板欠陥検査系２００とを同時に使用する場合には、第１の照射手段１０３における端面照射系用光源１０１の波長を例えば赤色領域にし、第２の照射手段２０８におけるマッハツェンダー系光源２０１の波長を例えば緑色領域又は青色領域にするなど、異なる波長の光源を用い、また、第３のビームスプリッタ２０９として波長選択性のあるダイクロミックミラーを使用して、第１の検出手段１０７の検出光を透過させ、第２の照射手段２０８の照射光を反射させることにより、第１の光照射手段１０３の光源１０１から照射される光と、第２の光照射手段２０８の光源２０１から照射される光との混在によるノイズの発生を防止できる。また、マッハツェンダー系光源２０１に白色光を用いる場合には、赤色領域の波長をカットするフィルターをマッハツェンダー系光源２０１の前に挿入すれば、同様に第１の光照射手段１０３の光源１０１から照射される光と、第２の光照射手段２０８の光源２０１から照射される光との混在によるノイズの発生を防止できる。

図９に本発明の第２の実施の形態による透明板欠陥検査装置５００の構成例を示す。本実施の形態は第１の透明板欠陥検査系１００、第２の透明板欠陥検査系２００及び第３の透明板欠陥検査系３００とを組み合わせたものである。なお、図１等と同じ機能の部分には同一番号を付して説明を省略する。本実施の形態によれば、透明板試料端面２からライン状の光３を照射し、散乱光を暗視野で検出する検査系１００と、点光源２０１から形成された入射平行光束９を透明板試料表面４に照射し、透過平行光束１０をマッハツェンダー干渉系で検出する検査系２００と、透明板試料の表面４に斜め方向から光を照射し、散乱光を暗視野で検出する検査系３００とを組み合わせ、切り替えて使用するので、透明板試料１内部に存在する傷、混入異物などの欠陥と、透明板試料１内部に存在する脈理などの欠陥と、透明板試料表面４上に存在する塵埃、付着物などの欠陥をを判別しつつ検出するのに適してお
り、透明板試料１の欠陥の状況について総合的、広範囲、多面的な分析が可能になる。また、かかる構成により、第１の透明板欠陥検査系１００、第２の透明板欠陥検査系２００及び第３の透明板欠陥検査系３００は元の性能をほぼ保持できる。

本実施の形態において、コンピュータ６は、第１の検出手段１０７による検出結果と第２の検出手段２１２による検出結果を照合して、又は第１の検出手段１０７による複数の検出結果を照合して、透明板試料の欠陥の状況を判定する判定手段としての機能を有する。また、表示手段７は、コンピュータ６により制御されて、それぞれの検出結果を表示するが、色彩を変えて表示しても良い。このようにすると、表面４（表面上を含む）や内部の種々の欠陥を判別して又は判別容易に表示できる。また、コンピュータ６は第１の検出手段１０７からの撮像データと第２の検出手段２１２からの撮像データを、又は複数の第１の検出手段１０７からの撮像データを時間を切り替えて取得し、別個に又は重ね合わせて表示手段７に表示することも可能である。

第１の透明板欠陥検査系１００又は第３の透明板欠陥検査系３００と第２の透明板欠陥検査系２００とを同時に使用する場合には、第１の照射手段における端面照射系用光源１０１の波長及び第３の照射手段における暗視野系照明３０１の波長を例えば赤色領域にし、第２の照射手段におけるマッハツェンダー系光源２０１の波長を例えば緑色領域又は青色領域にするなど、異なる波長の光源を用い、また、第３のビームスプリッタ２０９を波長選択性のあるダイクロミックミラーにして、第１の検出手段又は第３の検出手段の光を透過させ、第２の照射手段の光を反射させることにより、第１の光照射手段１０３の光源１０１又は第３の照射手段の光源３０１から照射される光と、第２の光照射手段２０８の光源２０１から照射される光との混在によるノイズの発生を防止できる。また、マッハツェンダー系光源２０１に白色光を用いる場合には、赤色領域の波長をカットするフィルターをマッハツェンダー系光源２０１の前に挿入して、ノイズの発生を防止しても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々変更を加え得ることは明白である。

例えば第１の透明板欠陥検査系については、ビーム成形光学系としてファイバーグレーティングを用いる例を説明したが、シリンドリカルレンズを用いてライン状の光を形成しても良い。また、ライン状の光はレーザ光とホログラフィック光学素子を用いて形成しても良く、キセノンランプなどの高輝度光源又はレーザ光をファイバー束の一端に入射し、ファイバー束の他端をライン状に並べて形成しても良い。また、第１の光照射手段が１個又は２個の場合を説明したが、端面が３個以上の場合は第１の光照射手段を３個以上用いても良い。また、これらの第１の光照射手段で透明板試料を同時に照射しても良く、或いは順次切り替えて照射しても良い。また、透明板試料が矩形の場合を説明したが、円盤形であっても良く、この場合には曲率を有する端面からライン状の光が導入される。

また、例えば第３の透明板欠陥検査系については、暗視野照明系としてリング状の光源を使用する代わりに、複数の斜め方向から透明板試料に光を照射するように複数の光源を配置しても良い。

また、第１又は第２の実施の形態に、例えばビームスプリッタを用いて明視野での透明板欠陥検査系を組み合わせても良い。また、可搬の便宜のため照射系や検出系を収納する鏡筒を折りたたみ式に構成しても良い。また、第１及び第２の実施の形態では、マッハツェンダー光学系と暗視野光学系を同軸状に配置する例を説明したが、同一装置内にそれぞれを並列に配置する方法もある。このように構成すると、光源の切り替えをせずに試料を移動させるだけで、検査が可能になり、また、画像処理を並列に行うことにより、処理時間を短縮できる。

本発明は、基板などに用いるガラス板、フォトマスクなどに用いる石英板、光学部品に用いるプラスチック板などの欠陥検査に利用される。

ライン状の光を透明板試料の端面から導入して透明板試料の欠陥を検査する透明板欠陥検査系の構成例を示す図である。ライン状の光を形成するファイバーグレーティングの構成例を示す図である。ファイバーグレーティングにより作成されるライン状光の例を示す図である。マッハツェンダー干渉系により透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査系の構成例を示す図である。脈理により生じる干渉縞の例の模式図である。透明板試料の表面に斜方向から光を照射して暗視野で透明板の欠陥を検査する透明板欠陥検査系の構成例を示す図である。３つの透明板欠陥検査系の特徴を比較した表である。本発明の第１の実施の形態による透明板欠陥検査装置の構成例を示す図である。本発明の第２の実施の形態による透明板欠陥検査装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１透明板試料２端面３ライン状の光４表面５視野領域６判定手段（コンピュータ）７表示手段８透明板欠陥データベース９入射平行光束１０透過平行光束１１参照平行光束１２合成平行光束１００第１の透明板欠陥検査系１０１端面照射系用光源１０２ビーム成形光学系１０３第１の光照射手段１０４暗視野系対物レンズ１０５暗視野系チューブレンズ１０６暗視野系撮像素子１０７第１の検出手段１０８投影面１０９ファイバーグレーティング１１０光ファイバー１１１第１のＦＧ素子１１２第２のＦＧ素子１１３第３のＦＧ素子１１４格子状に並んだスポット光のパターン２００第２の透明板欠陥検査系２０１マッハツェンダー系光源２０２第１のコリメータレンズ２０３コンデンサーレンズ２０４ピンホール２０５第２のコリメータレンズ２０６第１のビームスプッリタ２０７第２のビームスプッリタ２０８第２の光照射手段２０９第３のビームスプッリタ２１０第４のビームスプッリタ２１１マッハツェンダー系用撮像素子２１２第２の検出手段３００第３の透明板欠陥検査系３０１暗視野系照明３０２第３の光照射手段４００第１の実施の形態における透明板欠陥検査装置５００第２の実施の形態における透明板欠陥検査装置

Claims

透明板試料の端面からライン状の光を導入する第１の光照射手段と、前記透明板試料から散乱される散乱光を暗視野で検出する第１の検出手段とを有する第１の透明板欠陥検査系と；前記透明板試料の表面に点光源から形成されたほぼ平行な入射平行光束をほぼ垂直方向から照射する第２の光照射手段と、前記透明板試料を透過したほぼ平行な透過平行光束をマッハツェンダー干渉系を用いて検出する第２の検出手段とを有する第２の透明板欠陥検査系と；を備える透明板欠陥検査装置。
前記透明板試料の表面に斜め方向から光を照射する第３の光照射手段を備え、前記第３の光照射手段と前記第１の検出手段とで第３の透明板欠陥検査系を構成する；請求項１に記載の透明板欠陥検査装置。
前記ライン状の光は前記透明板試料の表面で全反射を生じるように導入される；請求項１又は請求項２に記載の透明板欠陥検査装置。
前記第１の光照射手段は、複数の光ファイバーを各光軸を第１の方向に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第１のファイバーグレーティング素子と、複数の光ファイバーを各光軸を前記第１の方向と異なる第２の方向に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第２のファイバーグレーティング素子と、複数の光ファイバーを各光軸を前記第１の方向、前記第２の方向と異なる第３の方向に向けてほぼ平行に且つ平面状に並べた第３のファイバーグレーティング素子を重ね合わせて構成されるファイバーグレーティングを有し；前記ファイバーグレーティングは、前記各ファイバーグレーティング素子を構成する光ファイバーの軸線にほぼ垂直方向から可干渉光を入射されたときに、前記可干渉光が入射された側と反対側にある投影面にライン状の光を形成する；請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の透明板欠陥検査装置。
前記第１の光照射手段の光源から照射される光の波長は前記第２の光照射手段の光源から照射される光の波長と異なる；請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の透明板欠陥検査装置。