JP2006214886A - 光学素子の欠陥検出方法および欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を、高精度に検出することができる光学素子の欠陥検出方法および欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】 互いに異なる２つの観察角度θ１，θ２で輝点１０の光強度を検出し、検出した各観察角度θ１，θ２における光強度を比較し、欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することによって、当該欠陥が本欠陥であるか疑似欠陥であるかを峻別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透光性を有する複数の層が積層されて構成される光学素子の欠陥を検出する光学素子の欠陥検出方法および欠陥検出装置に関する。

被検査物の欠陥をレーザ光を用いて検出する技術が種々実用に供されている。第１の従来技術の欠陥検出方法は、レーザ光を半導体ウェハの側面からウェハ表面に導光させ、被検査物の上方から反射光を検出する。被検査物からの反射光を検出する際に、異物によって反射された反射光と、正常な保護膜等によって反射された反射光とを区別するために偏光板を用いることで、異物によって反射された反射光のみを検出する。このように異物による反射光の偏光成分の特性を利用することによって、異物であるか否かを判断している（たとえば特許文献１参照）。

第２の従来技術の欠陥検出方法は、透明基板にレーザ光を導入し、透明基板内でレーザ光を全反射させ、透明基板内の不均一点で全反射条件が満たされないときに漏れ出す光を欠陥点として光検出器で検出する。このような技術では、光検出器と透明基板との間に偏光板を配置して、偏光板によって光学素子から漏出す光以外の光を除去し、欠陥を検出している（たとえば特許文献２参照）。

特公平１−４１９２２号公報 特開平１１−１９０６９９号公報

積層型光学素子を導光方式によって欠陥検出する場合には、当該欠陥は積層型光学素子表面上で輝点として観測される。積層型光学素子とは、異なる光学的性質をもつ厚さが数μｍから数十μｍの光学フィルムが積層されて構成されるものであって、積層されるフィルム、および積層数によって積層型光学素子全体の光学的性質を制御する。積層型光学素子の表面上に現れる輝点は、検査光が導波している層中の何らかの散乱要因に起因するが、この場合２種類の輝点が存在する。１つは積層型光学素子にとって欠陥と考えられるものによって発生する散乱輝点（以下、「欠陥輝点」ということがある）であり、もう１つは積層型光学素子にとってその機能を妨げる欠陥とはならない散乱輝点（以下、「疑似輝点」ということがある）である。

これら散乱輝点が生じる要因は、積層型光学素子の構成が複雑になればなるほど多くなる。特に擬似輝点に関しては、被検査物の機能を妨げないような微小な欠陥に起因するものも含まれている。このような微小な欠陥であっても、その散乱光の輝度、つまり擬似輝点の輝度と欠陥輝点の輝度とは大差がない。換言すると、欠陥の大きさと散乱光の輝度とは比例しない。したがって単に散乱光の輝度を検出しても、欠陥輝点と擬似輝点とを区別することができないという問題がある。

前述の第１および第２の従来技術では、被検査体内部に光を導波させ欠陥を検出する手段を備えている技術が開示されており、また観測される散乱輝点を偏光素子を通して観察することによって散乱輝点からの散乱光以外の光を除去する技術を開示している。このような従来技術では、散乱輝点が欠陥輝点であるのか擬似輝点であるのかを判別することができないという問題がある。したがって第１および第２の従来技術では、本来は欠陥と判断されるべきでない疑似欠陥を含む積層型光学素子も、欠陥を有すると誤認識される可能性があり、欠陥の検出精度が悪いという問題がある。

したがって本発明の目的は、透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を、高精度に検出することができる光学素子の欠陥検出方法および欠陥検出装置を提供することである。

本発明は、透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する方法であって、
光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射工程と、
光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、互いに異なる複数の観察角度で検出する検出工程と、
検出した各観察角度における光強度を比較する比較工程と、
前記比較工程の比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する判断工程とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出方法である。

本発明に従えば、互いに異なる複数の観察角度で光強度を検出し、検出した各観察角度における光強度を比較し、比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する。透光性を有する複数の層が積層される光学素子では、検出用の光の散乱する欠陥として、光学素子の機能を妨げないが検出用の光を散乱させる疑似欠陥と、異物または気泡など光学素子の機能を妨げ検出用の光を散乱させる本欠陥とがあり、これらの欠陥の散乱光は観察角度によって光強度が異なるという性質を有する。したがって本発明のように、互いに異なる複数の観察角度で光強度を検出し、検出した各観察角度における光強度を比較することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。

また本発明は、前記検出工程において、少なくとも１つの光検出手段を用いることを特徴とする。

本発明に従えば、前記検出工程において、少なくとも１つの光検出手段を用いて、複数の観察角度で検出するので、欠陥の正当性を判断することができる。

さらに本発明は、前記検出工程における複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、前記検出工程における複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むので、検出する光強度の差異を大きくすることができる。

さらに本発明は、前記検出工程において、複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させる段階を含むことを特徴とする。

本発明に従えば、前記検出工程において、複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させる段階を含むので、観察角度の数よりも、検出位置の数を少なくすることができる。

さらに本発明は、透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する方法であって、
光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射工程と、
光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、予め定める観察角度で検出する検出工程と、
予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および前記検出工程で検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する判断工程とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出方法である。

本発明に従えば、予め定める観察角度で光強度を検出し、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する。前述したように疑似欠陥と本欠陥との散乱光は観察角度によって光強度が異なるという性質を有するので、本発明のように、予め定める観察角度で光強度を検出することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。

さらに本発明は、前記入射工程では、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させることを特徴とする。

本発明に従えば、前記入射工程では、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させる。検出用の光は、光学素子内を導光するにつれて減衰するが、検出用の光の光強度が制御されるので、予め定める位置で、検出用の光の光強度を略同一にすることができる。

さらに本発明は、前記検出工程において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることを特徴とする。

本発明に従えば、前記検出工程において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることによって、前記相関関係による正当性をより確実に判断することができる。

さらに本発明は、前記入射工程では、検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることを特徴とする。

本発明に従えば、前記入射工程では、検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることによって、検出用の光が光学素子の散乱要因によって散乱しても、散乱する方向が積層方向に略平行にすることができる。これによって検出用の光が不所望に拡散して、減衰することを防ぐことができる。

さらに本発明は、透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する装置であって、
光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射手段と、
光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、互いに異なる複数の観察角度で検出する光検出手段と、
検出した各観察角度における光強度を比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する判断手段とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出装置である。

本発明に従えば、光検出手段によって互いに異なる複数の観察角度で光強度を検出し、比較手段によって検出した各観察角度における光強度を比較し、判断手段によって予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する。前述したように透光性を有する複数の層が積層される光学素子では、検出用の光の散乱する欠陥として、疑似欠陥と本欠陥とがあり、これらの欠陥の散乱光は観察角度によって光強度が異なるという性質を有する。したがって本発明のように、互いに異なる複数の観察角度で光強度を検出し、検出した各観察角度における光強度を比較することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。

さらに本発明は、少なくとも１つの光検出手段を用いることを特徴とする。
本発明に従えば、少なくとも１つの光検出手段を用いることによって、欠陥の正当性を判断することができる。

さらに本発明は、前記光検出手段における複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、前記光検出手段による複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むので、検出する光強度の差異を大きくすることができる。

さらに本発明は、導光手段をさらに含み、
複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させることを特徴とする。

本発明に従えば、複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させるので、観察角度の数よりも、検出位置の数を少なくすることができる。

さらに本発明は、透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する装置であって、
光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射手段と、
光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、予め定める観察角度で検出する光検出手段と、
予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および前記検出工程で検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する判断手段とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出装置である。

本発明に従えば、光検出手段によって予め定める観察角度で光強度を検出し、判断手段によって予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する。前述したように疑似欠陥と本欠陥との散乱光は観察角度によって光強度が異なるという性質を有するので、本発明のように、予め定める観察角度で光強度を検出することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。

さらに本発明は、前記入射手段は、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させることを特徴とする。

本発明に従えば、入射手段によって、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させる。検出用の光は、光学素子内を導光するにつれて減衰するが、検出用の光の光強度が制御されるので、予め定める位置で、検出用の光の光強度を略同一にすることができる。

さらに本発明は、前記光検出手段は、観察角度が前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることを特徴とする。

本発明に従えば、光検出手段において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることによって、前記相関関係による正当性をより確実に判断することができる。

さらに本発明は、前記入射手段は、検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることを特徴とする。

本発明に従えば、入射手段によって検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることによって、検出用の光が光学素子の散乱要因によって散乱しても、散乱する方向が積層方向に略平行にすることができる。これによって検出用の光が不所望に拡散して、減衰することを防ぐことができる。

本発明によれば、互いに異なる複数の観察角度で光強度を検出するうえ、欠陥の観察角度と光強度との相関関係が予め規定されるので、この相関関係に基づいて、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって検出される欠陥が、本欠陥であるか疑似欠陥であるかを峻別することができる。これによって本欠陥が検出された光学素子だけを除くことができるので、生産性を向上することができる。

また本発明によれば、前記検出工程において、少なくとも１つの光検出手段を用いて、複数の観察角度で検出するので、欠陥の正当性を判断することができる。

さらに本発明によれば、検出する光強度の差異を大きくすることができる。したがって欠陥の正当性の判断の精度を向上することができる。

さらに本発明によれば、観察角度の数よりも、検出位置の数を少なくすることができる。これによって本発明を簡便に実現することができる。

さらに本発明によれば、欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。

さらに本発明によれば、予め定める位置で、検出用の光の光強度を略同一にすることができる。これによって欠陥によって光学素子から出射する光の光強度を、検出用の光の光強度によって不所望に減衰することを防ぐことができ、前記相関関係によって、欠陥の正当性を確実に判断することができる。

さらに本発明によれば、前記検出工程において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることによって、前記相関関係による正当性をより確実に判断することができる。

さらに本発明によれば、検出用の光が不所望に拡散して、減衰することを防ぐことができる。したがって検出用の光を効率的に光学素子内を導光させることができる。

さらに本発明によれば、欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。これによって本欠陥が検出された光学素子だけを除くことができるので、生産性を向上することができる。

さらに本発明によれば、少なくとも１つの光検出手段を用いることによって、欠陥の正当性を判断することができる。

さらに本発明によれば、検出する光強度の差異を大きくすることができる。したがって欠陥の正当性の判断の精度を向上することができる。

さらに本発明によれば、観察角度の数よりも、検出位置の数を少なくすることができる。これによって本発明を簡便な装置によって実現することができる。

さらに本発明によれば、欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。

さらに本発明によれば、予め定める位置で、検出用の光の光強度を略同一にすることができるので、欠陥によって光学素子から出射する光の光強度を、検出用の光の光強度によって不所望に減衰することを防ぐことができ、前記相関関係によって、欠陥の正当性を確実に判断することができる。

さらに本発明によれば、光検出手段において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることによって、前記相関関係による正当性をより確実に判断することができる。

さらに本発明によれば、検出用の光が不所望に拡散して、減衰することを防ぐことができる。したがって検出用の光を効率的に光学素子内を導光させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１は、本発明の実施の第１の形態の光学素子の欠陥検出装置１を示す斜視図である。光学素子の欠陥検出装置（以下、単に「欠陥検出装置」ということがある）１は、入射部２、光検出器３、比較部４および判断部５を含んで構成される。欠陥検出装置１は、透光性を有する複数、本実施の形態では８つの層が積層されて構成される積層型光学素子（以下、「光学素子」ということがある）６の欠陥を検出し、欠陥の正当性を判断する装置である。図１では、理解を容易にするため、積層数を減らした光学素子６を示す。

光学素子６は、異なる光学的性質を有する厚さが数μｍから数十μｍの光学フィルムが積層されて構成され、積層されるフィルム、および積層数によって光学素子６全体の光学的性質を制御することができる。

入射部２は、光学素子６の一端面部６ａから、検出用の光７を入射させる。光学素子６の端面は、積層方向に交差する方向の外周面である。入射部２は、波長６５０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源８、およびレーザ光を集光する集光レンズ９を含んで構成される。レーザ光源８は、たとえば半導体レーザ装置によって実現される。集光レンズ９は、レーザ光源８からのレーザ光を光学素子６の一端面部６ａに集光し、レーザ光源８からの検出用の光７を入射させる。集光レンズ９によって検出用の光７を点状に集光しても、線状に集光してもどちらでもよい。

集光レンズ９によって約２０μｍのスポット径に集光されたレーザ光を、たとえば厚さが約２００μｍで８層の積層構造をもつ光学素子６に導入する場合、レーザ光を光学素子６の中で選択された少なくとも１つの層で導光させることが可能である。

光学素子６中を導光させる層の光の減衰係数をα、輝点１０から光の入射端面までの距離をｘ、光学素子６への入射直前のレーザパワーをＰ、輝点１０位置における導波光強度をＩとおくと次式（１）が成り立つ。
Ｉ＝Ｐ・ｅｘｐ［−α・ｘ］ …（１）

入射直前のレーザパワーＰが約１ｍＷのレーザ光を用いると、減衰係数αが０．２（ｃｍ^−１）、検出に必要な導波光強度Ｉが２．５μＷとした場合、光学素子６の入射端面から３０ｃｍまでの領域を検査することが可能である。本実施の形態では、レーザパワーＰは、約１ｍＷに設定される。

また、レーザ光の集光スポット形状は偏光方向の垂直な方向に広がるので、積層方向により集光し易くするために、偏光方向を光学素子６に対して法線方向に平行となる偏光面をもつ直線偏光として入射させることで、１つの層に集光する場合はより効果的である。

入射部２は、光学素子６を構成する少なくとも１つの層にレーザ光を導入させ、層の中を導光させている。導波光は光学素子６を導波することにより徐々に減衰するが、層の中に異物、気泡、または屈折率等の不均一点などがあると、導波光は散乱され散乱光として光学素子６の表裏面に射出され、光学素子６表面上にて輝点１０として現れる。この輝点１０は検出用の光７が導波している層の中の散乱原因に起因するものであるので、導波していない層および光学素子６の表裏面のほこりや傷等による影響はない。

光検出器３は、光検出手段であって、光学素子６の積層方向の一表面部６ｂから出射される光の光強度を、互いに異なる複数、本実施の形態では２つの観察角度θ１，θ２で検出する。本実施の形態では、２つの光検出器３ａ，３ｂを用いて、散乱によって光学素子６表面に現れる輝点１０を、２つの観察角度θ１，θ２で観察する。一方の光検出器３ａである第１光検出器３ａは、光学素子６表面と素子中の導波光線の両方に対して観察角度θ１を７５度の方向に配置し、他方の光検出器３ｂである第２光検出器３ｂは、光学素子６と素子中の導波光線の両方に対して観察角度θ２を１５度の方向に配置して、輝点１０の光強度を検出する。各光検出器３ａ，３ｂは、検出した各観察角度θ１，θ２における光強度に基づく情報を、比較部４に与える。各光検出器３ａ，３ｂは、たとえば受光素子および電荷結合素子（Charge Coupled Device：略称ＣＣＤ）によって実現される。

比較部４は、検出した各観察角度θ１，θ２における光強度を比較する。本実施の形態においては、比較部４は、前述の２つの光検出器３ａ，３ｂによって１つの輝点１０の像を検出し、その２つの像の明るさを比較する。比較部４は、その比較結果に基づく情報を判断部５に与える。比較部４は、たとえばマイクロコンピュータなどの処理回路によって実現される。

判断部５は、比較部４の比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する。判断部５は、第１光検出器３ａの像が第２光検出器３ｂの像に比べて明るければ、その散乱輝点１０は擬似輝点であると判断する。また逆に第２光検出器３ｂの像が第１光検出器３ａの像に比べて明るければ欠陥輝点と判断する。判断部５は、判断した結果を示す情報を報知手段、たとえば表示手段または音発生手段に与えて、欠陥の正当性に基づく情報を報知させる。判断部５は、たとえばマイクロコンピュータなどの処理回路によって実現される。

図２は、観察角度と輝点強度との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は観察角度を表し、グラフの縦軸は輝点強度を表す。判断部５は、観察角度と光強度との相関関係、本実施の形態では図２に示すグラフに基づいて、欠陥の正当性を判断する。図２に示すグラフは、本件出願人の実験によって見出された欠陥輝点および擬似輝点の散乱特性である。このグラフは、欠陥輝点および擬似輝点の観察角度を導波光線の光学素子６表面に対する角度θとした場合、輝点１０の明るさと観察角度θとの関係を示したものである。

光学素子６を検出用の光７を用いた導光方式で欠陥の検出を行う場合、欠陥は光学素子６表面上で輝点１０として観測される。光学素子６の表面上に現れる輝点１０は、検査光が導波している層中の何らかの散乱要因に起因するが、この場合２種類の輝点１０、欠陥輝点と擬似輝点とが存在する。欠陥輝点は、光学素子６にとって欠陥と考えられる本欠陥によって発生する散乱輝点１０である。擬似輝点は、光学素子６にとってその機能を妨げない欠陥と考えられる疑似欠陥によって発生する散乱輝点１０である。

図２において、「○」および「×」でプロットした点が、欠陥輝点の輝点１０の明るさ観察角度θとの関係を示し、「△」および「□」でプロットした点が、擬似輝点の輝点１０の明るさと観察角度θとの関係を示す。欠陥輝点（○、×）の傾向は、観察角度θが小さくなるに伴って輝点１０は明るくなる。換言すれば、欠陥輝点は、観察角度θに対し右肩下がりの輝点強度特性を有する。図２に示すように、１０度の方向から検出した輝点１０からの散乱光の明るさ１．０に対し、約３０度法線方向に近くなることで、その明るさは約０．５となり半分以下になる。さらに法線方向に近づくことでその明るさは約０．２まで低下する。

擬似輝点（△、□）の傾向は、観察角度θが大きくなるに伴って輝点１０は明るくなる。換言すれば、擬似輝点は、観察角度θに対し右肩上がりの輝点強度特性を有する。図２に示すように、８０度から検出した輝点１０からの散乱光の明るさ１．０に対し、約２０度素子平面側に傾けたて観察角度θを約６０度とした場合、輝点１０の明るさは約０．３まで低下する。このように欠陥輝点および擬似輝点ともに、光学素子６の一表面に近い角度から見た場合、たとえば１５度の方向と、一表面からの法線に近い角度から見た場合、たとえば７５度の方向とでは、最も明るく輝点１０が観察されるときの明るさに対して３分の１以下にまで明るさが変化する。

以上説明したように、観察角度θ１をたとえば７５度に設定したときに、欠陥輝点と擬似輝点との輝点強度の差異、および光強度の大小関係を容易に見出すことが可能となる。観察角度θ２をたとえば１５度に設定したときに、欠陥輝点と擬似輝点との輝点強度の差異、および光強度の大小関係を容易に見出すことが可能となる。このように本件出願人は、輝点１０を、散乱要因に起因して欠陥輝点と擬似輝点とに分けたうえで、鋭意努力によって前述したような相関関係を見出した。つまり欠陥輝点は、観察角度θに対し右肩下がりの輝点強度特性を有し、擬似輝点は、観察角度θに対し右肩上がりの輝点強度特性を有する。前記判断部５は、このような相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断している。

図３は、光学素子６の欠陥検出方法を示すフローチャートである。ステップａ０にて、光学素子６が予め定める位置に配置され、ステップａ１に進む。ステップａ１は、光学素子６の一端面部６ａから、検出用の光７を入射させる入射工程である。入射部２によって、検出用の光７を、光学素子６を構成する層の内、予め定める１つの層に入射させ、ステップａ２に移る。

ステップａ２は、光学素子６の積層方向の一表面部６ｂから出射される光の光強度を、互いに異なる２つの観察角度θ１，θ２で検出する検出工程である。第１光検出器３ａによって、観察角度７５度で散乱光を検出し、第２光検出器３ｂによって、観察角度１５度で散乱光を検出し、ステップａ３に移る。

ステップａ３は、検出した各観察角度θ１，θ２における光強度を比較する比較工程である。比較部４によって、光学素子６の同位置における各光検出器３ａ，３ｂが検出した散乱光の光強度の大小関係を比較し、ステップａ４に移る。

ステップａ４は、比較部４による比較結果、予め規定される欠陥の観察角度θと光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する判断工程である。判断部５は、観察される輝点１０の明るさの差と、欠陥および擬似輝点の傾き特性とによって欠陥輝点と擬似輝点とを判別し、ステップａ５に移る。具体的には、図２に示したグラフに基づいて、第２光検出器３ｂによる観察角度１５度から観察した輝点１０の方が、第１光検出器３ａによる観察角度７５度から観察した輝点１０よりも明るければ、その輝点１０は欠陥輝点と判断し、逆に観察角度７５度から観察した輝点１０の方が観察角度１５度から観察した輝点１０よりも明るければ、擬似輝点であると判断する。ステップａ５にて、ステップａ０からの一連の検出手順を終了する。このような検出手順によって、欠陥を検出し、その欠陥の正当性が判断される。

以上、説明したように本実施の形態の光学素子６の欠陥検出装置１によれば、互いに異なる２つの観察角度θ１，θ２で光強度を検出し、検出した各観察角度θ１，θ２における光強度を比較することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、図２に示すように予め既知であるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。

また本実施の形態では、光検出器３における２つの観察角度θ１，θ２は、前記一表面部６ｂに対し略法線方向となる７５度と、一表面部６ｂに対して比較的小さい鋭角となる１５度とであるので、図２のグラフに示すように１つの輝点１０に対する角度依存性を大きくして、検出する光強度の差異を大きくすることができる。したがって欠陥の正当性の判断の精度を向上することができる。

また本実施の形態では、入射部２によって、検出用の光７の偏光状態を、光学素子６の積層方向に略平行となる直線偏光として入射させるので、検出用の光７が光学素子６の散乱要因によって散乱しても、散乱する方向が積層方向に略平行にすることができる。これによって検出用の光７が不所望に拡散して、減衰することを防ぐことができる。したがって検出用の光７を効率的に光学素子６内を導光させることができる。

また本実施の形態では、２つの光検出器３ａ，３ｂを固定的に用いて欠陥を検出しているがこれに限ることはなく、たとえば視野の狭い光検出器３、または光強度を積分して検出するような光検出器３を角度変位させて複数の観察角度から光強度を検出するように構成してもよい。この場合には、光検出器数を低減することが可能となり、欠陥検出装置の製作コストの低減を図ることが可能となる。

図４は、本発明の実施の第２の形態の光学素子６の欠陥検出装置２０を示す斜視図である。図４では、理解を容易にするため、積層数を減らした光学素子６を示す。前述の実施の第１の形態では２つの光検出器３ａ，３ｂを用いて、それぞれを２つの観察角度θ１，θ２から輝点１０の光強度を検出したが、本実施の形態の欠陥検出装置１では、１つの観察角度θから輝点１０を検出することで欠陥検出装置２０の簡略化する点に特徴を有する。

本実施の形態の欠陥検出装置２０は、プリズムミラー２１をさらに含んで構成される。プリズムミラー２１は、導光手段であって、複数の観察角度で検出されるべき出射光を、プリズムミラー２１を介して特定の検出位置に屈折させる。プリズムミラー２１は、４５度の傾斜角を有し、輝点１０近傍に配置される。このように配置することによって、輝点１０からの出射光を、反射して特定の検出位置である１つの光検出器３に導くことができる。

光検出器３は、導光線と光学素子６の一表面に対して７５度の位置に配置される。このような配置とすることによって、光検出器３は光学素子６上の輝点１０を７５度の角度から検出する。また同時にプリズムミラー２１に映る輝点１０の像をプリズムミラー２１の表面に対して３０度の角度から検出することになり、それは光学素子６に対して１５度の角度から観察していることと同じである。つまり前述の実施の第１形態の欠陥検出装置１において第１および第２光検出器３ａ，３ｂを用いて観測した像を、本実施の形態では１つの光検出器３で観測することが可能である。

光検出器３は、２つの散乱光を同時に観察可能な視野範囲を有するように構成される。光検出器３は、２つの散乱光を映像データとして取得し、光強度はＣＣＤのカウント数によって比較することができる。

ここではプリズムミラー２１に映った輝点１０は、光学素子６の一表面に対して１５度の角度から観測した輝点１０と同じであるので、プリズムミラー２１に映った輝点１０が光学素子６の一表面上の輝点１０よりも明るければ、その輝点１０は欠陥輝点であると判別ができる。逆にプリズムミラー２１に映った輝点１０よりも光学素子６の一表面上の輝点１０が明るければ、その輝点１０は擬似輝点であると判別することができる。

以上説明したように、本実施の形態の欠陥検出装置１によれば、２つの観察角度で検出されるべき出射光を、プリズムミラー２１を介して特定の検出位置に屈折させるので、観察角度の数よりも、検出位置の数を少なくすることができる。これによって光検出器３の数を減らすことができ、欠陥検出装置１の構成を簡略化することができる。

図５は、本発明の実施の第３の形態の光学素子の欠陥検出装置３０を示す斜視図である。図５では、理解を容易にするため、積層数を減らした光学素子６を示す。本実施の形態の欠陥検出装置３０は、前述の実施の第１および第２の形態から比較部４を除いて構成であって、入射部２の出射光量を制御するレーザパワー制御装置３１を含んで構成される。

光検出器３は、光学素子６の積層方向の一表面部６ｂから出射される光の光強度を、予め定める１つの観察角度θで検出し、検出した光強度に基づく情報を判断部５に与える。判断部５は、予め規定される欠陥の観察角度θと光強度との相関関係、および光検出器３で検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する。

レーザパワー制御装置３１は、光学素子６の予め定める位置において、検出用の光７の光強度が略同一となるように、検出用の光７を入射させるために、入射部２を制御する。レーザパワー制御装置３１は、輝点１０位置における導波光の光強度を常に同じにすることを目的とする装置である。レーザパワー制御装置３１は、常に導波光強度Ｉを一定にするため、前述の式（１）を用いると、距離ｘ０での導波光強度Ｉ０＝Ｐ０・ｅｘｐ［−α・ｘ０］と、距離ｘ１での導波光強度Ｉ１＝Ｐ１・ｅｘｐ［−α・ｘ１］が等しくなるように、入射光強度Ｐ０とＰ１とを制御する。

たとえばレーザ光の入射時のレーザパワーが１ｍＷのレーザ光を、光学素子６中の導波している層の減衰係数がα＝０．５（ｃｍ^−１）の光学素子６に入射させる場合、光学素子６の端面から５ｃｍ導波した光の強度Ｉ０は０．０８２ｍＷとなり、同様に端面から１０ｃｍ導波した光の強度Ｉ１は０．０６７ｍＷとなる。５ｃｍの時に比べて１０ｃｍ導波した場合では、導波した光の強度は０．８２倍となる。つまり５ｃｍ導波した点において１０ｃｍ導波した点と同じ光強度にするためには、入射のレーザパワーを０．８２倍（０．８２ｍＷ）にするようにレーザパワー制御装置３１によって制御すればよい。

輝点１０位置における導波光強度が一定の場合において、輝点１０からの散乱光を斜めの方向から測定した場合、図２に示したように、擬似輝点と欠陥輝点との間に明確な輝度の差が測定可能であるので、擬似輝点と欠陥輝点とからの散乱光の輝度にしきい値を設定することができる。したがって輝点１０の斜め方向に配置した光検出器３によって、輝点１０の散乱光の輝度を測定し、その輝度が設定したしきい値を超えるか超えないかを判断して、輝点１０の判別が可能である。

以上説明したように本実施の形態の欠陥検出装置３０によれば、光検出器３によって予め定める観察角度θで光強度を検出し、判断部５によって予め規定される欠陥の観察角度θと光強度との相関関係、および検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する。前述したように疑似欠陥と本欠陥との散乱光は観察角度θによって光強度が異なるという性質を有するので、本実施の形態のように、予め定める観察角度で光強度を検出することによって、欠陥の散乱光の性質を判定することができる。欠陥の観察角度と光強度との相関関係は、たとえば図２に示すように予め規定されるので、この相関関係によって、欠陥の正当性、つまり疑似欠陥であるか、本欠陥であるかを判断することができる。したがって欠陥が本欠陥であるか、疑似欠陥であるかを、峻別することができる。

また本実施の形態では、入射部２によって、光学素子６の予め定める位置において、検出用の光７の光強度が略同一となるように、レーザパワー制御装置３１によって検出用の光７を入射させる。検出用の光７は、光学素子６内を導光するにつれて減衰するが、検出用の光７の光強度が制御されるので、予め定める位置で、検出用の光７の光強度を略同一にすることができる。これによって欠陥によって光学素子６から出射する光の光強度を、検出用の光７の光強度によって不所望に減衰することを防ぐことができ、前記相関関係によって、欠陥の正当性を確実に判断することができる。

このように１つの観察角度から輝点１０を観察することによって、装置および方法を簡略化して、光強度を比較することなく、散乱光の光強度を測定するだけで輝点１０の判別をすることができる。

前述の実施の第３の形態では、１つの観察角度θから輝点１０を観察するためにレーザパワー制御装置３１によってレーザ光源８からの出射光量を制御しているが、このような構成に限ることはなく、たとえば光検出器３のゲインを制御することによって、同様の効果を達成するように構成してもよい。図６は、入射端面からの距離と光強度との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は入射端面からの距離を表し、グラフの縦軸は光強度を表す。導波光の強度は、式（１）に基づいて図６に示すように、入射端面からの距離に従って指数関数的に減少する。

たとえば、輝点１０の検出可能な導波光強度を２．５μＷとした場合、レーザパワーＰが１ｍＷ、減衰係数αが０．２（ｃｍ^−１）であれば検出可能限界は端面から３０ｃｍまでとなる。換言すると、３０ｃｍ以内の領域に関しては、導波光の強度は輝点１０が発現するために充分な大きさを有しているので、ゲイン制御によって輝点強度を補正することができる。しかしながら３０ｃｍを超える領域に関しては、その位置において輝点１０が発現するために必要な光強度が無いので光検出器３のゲイン制御によって検出した光強度を増幅させたとしても、輝点１０を検出することができない。したがって光学部品が予め定める大きさ、たとえば３０ｃｍ以内である場合、光検出器３のゲインを制御することによって、１つの光検出器３を用いて、欠陥の正当性を判断することができる。

図７は、本発明の実施の第４の形態の光学素子の欠陥検出装置４０を示す斜視図である。図７では、理解を容易にするため、積層数を減らした光学素子６を示す。本実施の形態の欠陥検出装置４０は、入射部４１の構成に特徴を有する。

レーザ光源８は、光学素子６端面に対して平行に少なくとも２つ以上並べて配置され、同時に端面の全域にわたってレーザ光を出射するように入射部４１が構成される。レーザの波長は、６５０ｎｍに設定される。レーザ光源８は、約１ｃｍの間隔をあけて配置され、それぞれから出射されるレーザ光が集光レンズ９によって集光される。

約１ｃｍおきに並べたレーザ光源８によって、光学素子６には積層方向に交差する幅方向の広い範囲にわたってレーザ光２３を導波させることができる。たとえばレーザ光源８を２０個並べることで約２０ｃｍ、４０個並べることで約４０ｃｍの領域を導波光の幅とすることができる。

このように入射部４１を構成することによって、光学素子６の全体にわたって欠陥検出することができ、１つの光学素子６に必要な検出時間を短縮することができる。これによって欠陥検出の作業効率を向上することができる。

また本実施の形態では、実施の第２の形態で示したように光学素子６上にプリズムミラー２１を配置して輝点１０を判別するように構成してもよい。また本実施の形態では、実施の第３の形態で示したように１つの光検出器３によって輝点１０の判別するように構成してもよい。また光検出器３をレーザ光源８を入射させる端面に平行に並べ、少なくとも導波光の幅よりも広い幅を同時に検出することができるように構成してもよい。

また前述の実施の各形態では、波長６５０ｎｍのレーザ光源８を用い、光学素子６への入射直前のパワーは１ｍＷとしているが、レーザ光源８の構成はこれに限ることはなく、用いる検出用の光７のパワーもこれに限らなくともよい。

また前述の実施の各形態では、レーザ光源８が出射する検出用の光７を、１つのレンズで集光する構成を示すが、レンズの部分は１つのレンズで構成されていなくともよく、レーザ光を集光しやすくするカップリングレンズと集光レンズ９との２つのレンズの組合せで構成してもよい。たとえばカップリングレンズの焦点距離ｆを１２ｍｍとし、集光レンズ９の焦点距離ｆを１２ｍｍとした場合、レーザ光は約２０μｍのスポット径に集光される。また集光レンズ９としては、平凸レンズの他にたとえば、光学素子６面内に垂直な方向に集光するシリンドリカルレンズを用いることで、光学素子６境界面に平行な面内で広げて検査することも可能である。

前述の各実施の形態では、最大で２つの観察角度で光学素子６から出射される散乱光を検出しているが、これに限ることはなく、たとえば３つ以上の観察角度であってもよい。観察角度を増加させることによって、欠陥の正当性の判断の正確性を向上させることができる。また前述の各実施の形態では、図２に示すグラフに基づいて、欠陥の正当性を判断しているが、図２に示すグラフに限らず、光強度と観察角度との相関関係を示す情報、たとえばデータベースなどであってもよい。

本発明の実施の第１の形態の光学素子の欠陥検出装置１を示す斜視図である。 観察角度と輝点強度との関係の一例を示すグラフである。 光学素子６の欠陥検出方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の第２の形態の光学素子６の欠陥検出装置２０を示す斜視図である。 本発明の実施の第３の形態の光学素子の欠陥検出装置３０を示す斜視図である。 入射端面からの距離と光強度との関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施の第４の形態の光学素子の欠陥検出装置４０を示す斜視図である。

符号の説明

１，２０，３０，４０ 光学素子の欠陥検出装置
２，４１ 入射部
３ 光検出器
４ 比較部
５ 判断部
６ 光学素子
７ 検出用の光
８ レーザ光源
９ 集光レンズ
１０ 輝点
２１ プリズムミラー
３１ レーザパワー制御装置

Claims (16)

1. 透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する方法であって、
   光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射工程と、
   光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、互いに異なる複数の観察角度で検出する検出工程と、
   検出した各観察角度における光強度を比較する比較工程と、
   前記比較工程の比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する判断工程とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出方法。
2. 前記検出工程において、少なくとも１つの光検出手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の欠陥検出方法。
3. 前記検出工程における複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の欠陥検出方法。
4. 前記検出工程において、複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させる段階を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出方法。
5. 透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する方法であって、
   光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射工程と、
   光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、予め定める観察角度で検出する検出工程と、
   予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および前記検出工程で検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する判断工程とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出方法。
6. 前記入射工程では、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の欠陥検出方法。
7. 前記検出工程において、観察角度は前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出方法。
8. 前記入射工程では、検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出方法。
9. 透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する装置であって、
   光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射手段と、
   光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、互いに異なる複数の観察角度で検出する光検出手段と、
   検出した各観察角度における光強度を比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果、予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係に基づいて、欠陥の正当性を判断する判断手段とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出装置。
10. 少なくとも１つの光検出手段を用いることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の欠陥検出装置。
11. 前記光検出手段における複数の観察角度は、前記一表面部に対し略法線方向となる第１角度と、前記一表面部に対し鋭角となる第２角度とを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の光学素子の欠陥検出装置。
12. 導光手段をさらに含み、
    複数の観察角度で検出されるべき出射光を、導光手段を介して特定の検出位置に屈折させることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出装置。
13. 透光性を有する複数の層が積層される光学素子の欠陥を検出する装置であって、
    光学素子の一端面部から、検出用の光を入射させる入射手段と、
    光学素子の積層方向の一表面部から出射される光の光強度を、予め定める観察角度で検出する光検出手段と、
    予め規定される欠陥の観察角度と光強度との相関関係、および前記検出工程で検出された光強度に基づいて、欠陥の有無を判断する判断手段とを含むことを特徴とする光学素子の欠陥検出装置。
14. 前記入射手段は、光学素子の予め定める位置において、検出用の光の光強度が略同一となるように、検出用の光を入射させることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の欠陥検出装置。
15. 前記光検出手段は、観察角度が前記一表面部に対し３０度以下の角度に規定されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出装置。
16. 前記入射手段は、検出用の光の偏光状態を、光学素子の積層方向に略平行となる直線偏光として、入射させることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１つに記載の光学素子の欠陥検出装置。

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