JP2012093331A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査効率の優れる検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光モジュールの一例である検査装置１０は、インゴット２０を載せる載台４０と、インゴット２０にレーザ光を照射する光源５１と、光源５１の照射する光がインゴット２０で散乱した光を検出する検出器６１と、インゴット２０の厚み方向に、光源５１と載台４０との相対位置を移動する第１可動台５３と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。

ＬＥＤなどの各種デバイス用の基板として、サファイア基板が用いられている。このサファイア基板は、サファイアのインゴットを製造し、このインゴットを切り出して製造している。このサファイアのインゴットを製造する際に、インゴットの内部に不純物が析出し、内包されてしまう場合があった。この内包物が切り出したサファイア基板にあると、十分な特性が得られない場合がある。そこで、切り出したサファイア基板を個別に検査している。内包物を検査する技術としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開平０５−８７７３９号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載された技術では、サファイア基板を個別に検査することになり、多くの時間が必要になる。また、切り出してから内包物を確認するので、内包物が見つかった場合、切り出しの作業時間を浪費することになる。この切り出しの作業時間は、基板径が大きくなるほど長くなる。基板径の大型化が求められている現状にあっては、製造効率を低下させる大きな要因となっている。

本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、検査効率の優れる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

本発明の検査装置は、単結晶を載せる載台と、前記単結晶の側面にレーザ光を照射する光源と、該光源の照射した光が前記単結晶で散乱した光を検出する検出機構と、前記単結晶の厚み方向に、前記光源と前記載台との相対位置を移動させる移動機構と、を含む。

本発明の検査方法は、単結晶の側面にレーザ光を照射し且つ当該レーザ光が散乱した光を検出して、前記単結晶の内部の内包物を検査する。

本発明によれば、検査効率の優れる検査装置および検査方法を提供することができる。

本発明の検査装置の実施形態の一例である検査装置の概略構成を示す図である。 図１に示した検査装置を平面視した図である。 図１に示した検査装置の要部を拡大した断面図である。 図３に示した検査装置の他の形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施の形態は、例示するものであって、これらの実施の形態に本発明が限定されるものではない
。

＜検査装置＞
図１〜３に示した検査装置１０は、単結晶の固まりであるインゴット２０を検査する装置である。この検査装置１０は、支持基板３０と、載台４０と、光源機構５０と、検出機構６０と、制御機構７０と、記録機構８０とを含んでいる。なお、インゴット２０は、被検査物として図１に示されているだけであって、検査装置１０を構成するものではない。

インゴット２０は、検査装置１０を用いて検査を行う被検査物である。この検査装置１０では、インゴット２０の内部に内包されている内包物を検査する。この内包物には、偏析した原材料および製造装置の形成材料、ならびに気泡などが含まれる。この内包物は、インクルージョン（inclusion）などと呼ばれる。

インゴット２０は、矢印方向Ｄ５，Ｄ６に伸びた柱状をしている。本実施形態では、この矢印方向Ｄ５，Ｄ６をインゴット２０の厚み方向としている。また、本実施形態のインゴット２０は、厚み方向に直交する面方向において、略円形状をしている。つまり、本実施形態のインゴット２０は、円柱形状をしている。しかしながら、本発明にかかるインゴット形状はこれに限ったものではなく、直方体および立方体であってもよい。この面方向は、互いに直交する矢印方向Ｄ１，Ｄ２および矢印方向Ｄ３，Ｄ４に広がっている。

支持基板３０は、検査装置１０の基材となるものである。この支持基板３０のＤ５方向側の表面３０ａには、載台４０と、光源機構５０と、検出機構６０とが載置されている。この支持基板３０の表面３０ａには、微小な凹凸が形成されている。このような微小な凹凸を形成することによって、光源機構５０の発する光を散乱させることができる。当該光が表面３０ａに照射された場合もインゴット２０に強い光が照射されるのを抑えることできる。この支持基板３０を形成する材料としては、金属材料、セラミックス、および樹脂材料を含む種々のものが採用できる。

載台４０は、Ｄ５方向側の載置面４０ａにインゴット２０を載せる台である。この載台４０の載置面４０ａは、インゴット２０を安定に設置できるように構成されている。この載台４０は、インゴット２０から切り出す基板の仮想的な面方向と、光源機構５０の発する光が照射される面方向とが揃う角度で、インゴット２０を載置できるように構成されている。ここでは、インゴット２０から切り出す基板の仮想的な面を仮想面とし、仮想面の面方向を仮想面方向とする。本実施形態では、支持基板３０の表面３０ａの面方向に沿って、インゴット２０から基板を切り出すこととする。この載台４０を形成する材料としては、金属材料、セラミックス、および樹脂材料を含む種々のものが採用できる。

この載台４０の載置面４０ａには、微小な凹凸が形成されている。このような微小な凹凸を形成することによって、光源機構５０の発する光を散乱させることができる。特に、インゴット２０の内包物で散乱した光が載置面４０ａに照射された場合でも２次散乱が生じるのを抑えることできる。また、この載置面４０ａは、光源機構５０の発する光を減衰、吸収できるように着色可能である。この着色の色としては、黒色および色相環での反対色などが挙げられる。載置面４０ａの色によって、光源機構５０の発する光を減衰、吸収することによって、２次散乱が生じるのをさらに抑えることできる。

光源機構５０は、インゴット２０に対して光を照射するものである。この光源機構５０では、インゴット２０に照射する光として、レーザ光を採用している。この光源機構５０は、光源５１と、第１保持具５２と、第１可動台５３とを含んでいる。

光源５１は、インゴット２０に照射する光を発するものである。この光源５１は、レー
ザ発振器５１１と、第１レンズ５１２と、第１筐体５１３とを含んでいる。レーザ発振器５１１は、レーザ光を発する素子である。このレーザ発振器５１１の発するレーザ光は、第１レンズ５１２に照射されるように配置されている。第１レンズ５１２は、照射されたレーザ光を面方向に広げる機能を担っている。つまり、第１レンズ５１２は、線状のレーザ光を光学的に広げて、インゴット２０の広い領域に照射されるように構成されている。この第１レンズ５１２としては、例えばシリンドリカルレンズ、およびシリンドリカルレンズを含むレンズ群などが挙げられる。本実施形態では、第１レンズ５１２としてシリンドリカルレンズを採用している。このシリンドリカルレンズは、通過した光を面方向に広げることができる。つまり、本実施形態の光源５１の構成は、いわゆるスリットレーザという商品名で商品化されているものと同様の構成をしている。

これらのレーザ発振器５１１および第１レンズ５１２は、第１筐体５１３に収容されている。この第１筐体５１３には、インゴット２０の側面と対向する位置に開口部５１３ａがある。この光源５１では、レーザ発振器５１１を出て、第１レンズ５１２を経た光が開口部５１３ａから出射される。この出射された光は、インゴット２０の側面に照射され、インゴット２０の内部を通過する。この照射された光は、インゴット２０の内部に内包物があると、当該内包物で散乱する。検出機構６０では、この散乱光を検出する。つまり、面状に広げた光をインゴット２０に照射することで、当該面にある内包物の有無を検出することができるようになる。

第１保持具５２は、光源５１を保持する器具である。この第１保持具５２は、光源５１を第１可動台５３に固定している。本実施形態の第１保持具５２は、光源５１が発する光の照射角度を調節できるように構成されている。ここでいう「照射角度」とは、厚み方向に直交する直交面との交差角度をいう。このように照射角度を調節することができると、インゴット２０の側面で屈折する光の進行方向を調整することができ、インゴット２０の側面に傾斜がある場合の検査精度を高めることができる。インゴット２０の側面には、製造条件のバラツキ、および製造方法によって傾斜が生じる場合がある。なお、この側面の傾斜には、部分的に窪みができているもの、部分的に膨らみができているもの、全体に傾斜ができているものなど、種々の場合がある。この第１保持具の照射角度の調節機能は、任意の角度で固定される構成であっても、検査の進行に応じて任意の角度に自動調整されるような構成であってもよい。

第１可動台５３は、光源５１および第１保持具５２を保持する台である。この第１可動台５３には、第１保持具５２が固定されており、光源５１が間接的に固定されている。この第１可動台５３は、厚み方向に沿って光源５１を移動することができるように構成されている。このように光源５１を厚み方向に沿って移動可能とすることによって、光源５１と載台４０との相対位置を移動させ、インゴット２０の種々の位置に光を照射することができる。つまり、仮想面を厚み方向に沿って変えて、光を照射することができる。

検出機構６０は、インゴット２０の内部の内包物で光源５１の発した光が散乱した際の散乱光を検出する機能を担っている。この検出機構６０は、インゴット２０の上面側に散乱した光を検出するように構成されている。この検出機構６０は、検出器６１と、第２保持具６２と、第２可動台６３とを含んでいる。

検出器６１は、インゴット２０の内部で散乱した光を検出して、電気信号を出力するものである。この検出器６１は、検出素子６１１と、第２レンズ６１２と、第２筐体６１３とを含んでいる。検出素子６１１は、受光した光を検出して電気信号に変換するものである。検出素子６１１としては、個体撮像素子を含む光電変換素子が挙げられる。この光電変換素子としては、フォトダイオードおよびフォトトランジスタ、フォトレジスタおよび光依存性抵抗器、ならびに光電子倍増管などが挙げられる。個体撮像素子としては、電荷
結合素子イメージセンサ（ＣＣＤイメージセンサ、Charge Coupled Device Image Sensor）、および相補性金属酸化膜半導体イメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ、Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が挙げられる。

本実施形態では、この検出素子６１１として個体撮像素子を採用している。個体撮像素子を採用することで、検出した光の面方向における位置を特定することができるようになる。面方向における光の位置を特定することで、仕様特性において影響の無いまたは小さい内包物があった場合、測定誤差の場合などを考慮することができる。仕様特性において影響の小さい内包物としては、例えばインゴット２０の周縁部を後の加工で除去する場合に当該周縁部にある内包物が挙げられる。また、測定誤差としては、例えばインゴット２０の側面と外部との屈折率の違いで散乱した場合などが挙げられる。この検出素子６１１の出力する電気信号は、記録機構８０に入力されるように構成されている。

この検出素子６１１には、第２レンズ６１２を介した光が入射される。第２レンズ６１２は、検出素子６１１に入射する光を集光する機能を担っている。検出素子６１１として個体撮像素子を採用する本実施形態では、格子状に配列した小型のレンズアレイを採用している。これらの検出素子６１１および第２レンズ６１２は、第２筐体６１３に収容されている。この第２筐体６１３には、インゴット２０の上面と対向する位置に開口部６１３ａがある。この検出器６１では、開口部６１３ａから入射された光が第２レンズ６１２を介して検出素子６１１に入力される。

第２保持具６２は、検出器６１を保持する器具である。この第２保持具６２は、検出器６１を第２可動台６３に固定している。

第２可動台６３は、検出器６１および第２保持具６２を保持する台である。この第２可動台６３には、第２保持具６２が固定されており、検出器６１が間接的に固定されている。この第２可動台６３は、厚み方向に沿って検出器６１を移動することができるように構成されている。このように検出器６１を厚み方向に沿って移動可能とすることによって、検出器６１の焦点深度に合わせて検出位置を変えることができる。つまり、仮想面の位置を厚み方向に沿って変えて内包物の検出をすることができる。

制御機構７０は、第１可動台５３および第２可動台６３の動作を制御する機能を担っている。つまり、第１可動台５３および第２可動台６３を連動させている。連動させることによって、光を照射する面と、検査する面とを対応させることができる。

記録機構８０は、検査した面の位置情報と、検査した面の内包物の情報とを対応させて記録するものである。この記録機構８０は、制御機構７０から出力した電気信号を利用して、検査した面の位置情報を得ている。この検査した面の位置情報は、第１可動台５３の位置情報および第２可動台６３の位置情報の少なくとも一方を含むものである。なお、第１可動台５３の位置または第２可動台６３の位置を位置センサで検出したフィードバック信号を利用して、検査した面の位置情報を得てもよい。また、この記録機構８０は、検出器６１が出力した電気信号を利用して、検査した面の内包物の有無の情報を得ている。この二つの位置情報を利用することで、内包物がある位置を特定することができる。

この記録機構８０において、内包物の有無を検査する位置を決める方法としては、例えば次の方法が挙げられる。第１の方法としては、制御機構７０を介して検査する面を微小距離ずつ動かして、所望の移動距離ごとに内包物の有無を検査する方法が挙げられる。この方法では、微小移動の度に内包物の有無を検査してもよいし、所定回数の微小移動の度に内包物の有無を検査してもよい。検査する面の移動距離および検査する面の間隔は、所望の検査精度に応じて適宜選択される。第２の方法としては、検査する面を連続的に動か
しつつ、検出機構６０の出力を読み取る時期で検査する面を選択して、内包物の有無を検査する方法が挙げられる。

本実施形態の記録装置８０では、インゴット２０を介して映り込む載台４０の載置面４０ａの模様を、画像処理によって相殺している。このような画像処理を施すことによって、載置面４０ａの表面状態に起因する像と、内包物との識別性能を高めることができる。

本実施形態の検査装置１０では、インゴット２０の内部に存在する内包物の厚み方向における位置を調べることができる。この検査装置１０は、切り出した基板を個々に検査する場合に比べて検査効率を高めることができる。この検査装置１０は、サファイア単結晶のように、極めて高い硬度を有する材料を検査する場合に特に有用である。また、この検査装置１０を用いることで、内包物が存在する部分の加工を省略することができる。つまり、内包物が検知されなかった箇所のみを加工することで、製造効率も高めることができる。

＜検査方法＞
図１〜３に示した検査装置１０を参照して、本発明の検査方法の一実施形態を説明する。

まず、インゴット２０を準備する。次に、準備したインゴット２０を載台３０の上に載置する。このインゴット２０は、光源５１の発する面状の光が仮想面方向に沿って照射される角度で載置する。

次に、インゴット２０に検査する。具体的には、光源５１から面状のレーザ光を発し、インゴット２０に照射する。このインゴット２０の検査は、面状の光を照射した領域について行う。この照射されたレーザ光は、インゴット２０の内部に内包物があると、当該内包物で散乱する。散乱した光は、検出器６１に入射されて検出される。一方、レーザ光を照射した領域に内包物が無い場合には、散乱光が検出器６１に入射されない。この散乱光の違いによって、面状の光を照射した領域の内包物の有無を検査することができる。次に、光源５１および検出器６１の位置を同期させながら厚み方向に移動させる。この移動によって、光源５１および検出器６１と、インゴット２０との相対位置を移動させ、検査する領域を変更する。次に、光源５１からレーザ光を照射し、検出器６１で散乱光を検出する検査を行う。この相対位置の移動および内包物の検査を繰り返すことによって、インゴット２０全体を検査することができる。

以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本実施形態の検査装置１０では、インゴット２０を載せる台として載台４０を採用しているが、この構成に限られない。支持基板３０の表面の一部を、インゴット２０を載せる領域としてもよい。この場合は、支持基板３０が載台としての機能を担うこととなる。

上述のインゴット２０Ａは、製造方法に起因して表面に凹凸を有する場合がある。表面に凹凸を有する場合は、入射した光が表面で散乱してしまう。そこで、本実施形態のインゴット２０Ａは、表面にマッチング液２１と、シート２２とが設けられている。このマッチング液２１は、インゴット２０Ａの側面と、上面とに広がっている。このマッチング液２１は、インゴット２０Ａの屈折率と、インゴット２０Ａの外雰囲気の屈折率との差を小さくする働きをしている。つまり、マッチング液２１は、屈折率のマッチングを図っている。

インゴット２０Ａの側面には、光源機構５０の発する光が照射される第１領域と、当該光が外側に出る第２領域とがある。第１領域にマッチング液２１があると、インゴット２０Ａの側面に凹凸がある場合でも、インゴット２０Ａに対して光を良好に入射することができる。また、第２領域にマッチング液２１があると、インゴット２０Ａの側面に凹凸がある場合でも、インゴット２０Ａの側面の内側で光が反射して戻ってしまうのを低減することができる。

また、インゴット２０Ａの上面にマッチング液２１があると、インゴット２０Ａの上面に凹凸がある場合でも、インゴット２０Ａの内部で散乱した光を上面側から良好に検出することができる。シート２２は、インゴット２０Ａの表面からマッチング液２１が流れ出すのを低減している。このシート２２は、光源５１の発する光が透過する材料で形成されている。ここでいう「光が透過する」とは、検査可能な範囲であれば特に限定されるものではなく、光源５１の発する光の強さに応じて選択される。

なお、マッチング液２１は、シート２２と同時に設けられる場合に限られず、単独で設けてもよい。マッチング液２１の流れ出すのを低減する他の手段としては、例えば、マッチング液２１として粘性の高いものを採用したり、マッチング液２１を硬化したりする方法が挙げられる。マッチング液２１を硬化した場合、インゴットの外周部を研削するのと併せて、硬化したマッチング液を研削することで工程を簡素にすることができる。

上述の載台４０は、面方向に回転できるように構成されていてもよい。載台４０が回転できるように構成されていると、レーザ光を違う方向から入射することができる。違う方向からレーザ光を入射できると、インゴット２０の中に比較的大きな内包物があっても、内包物によってレーザ光が照射されない領域を検査することができる。

上述の実施形態では、第１レンズ５１２および第２レンズ６１２として、１つのレンズを用いているが、複数のレンズを用いてもよい。

上述の制御機構７０および記録機構８０を１つの装置に収めてもよい。例えば、ＡＤボードなどの制御ボードを搭載したパソコンを制御機構７０謙記録機構８０として採用してもよい。

上述の実施形態では、第１可動台５３および第２可動台６３を動かしているが、これに限られるものではない。例えば可動式の載台４０を採用することで、第１可動台５３および第２可動台６３を固定式の台にして、構造を簡素化することができる。また、第２レンズ６１２として、焦点距離を調節可能なレンズ群を採用することで、第２可動台６３を固定式の台にして構造を簡素化することができる。

１０・・・検査装置
２０、２０Ａ・・・インゴット
２１・・・マッチング液
２２・・・シート
３０・・・支持基板
４０・・・載台
５０・・・光源機構
５１・・・光源
５１１・・・レーザ発振器
５１２・・・第１レンズ
５１３・・・第１筐体
５１３ａ・・・開口部
５２・・・第１保持具
５３・・・第１可動台
６０・・・検出機構
６１・・・検出器
６１１・・・検出素子
６１２・・・第２レンズ
６１３・・・第２筐体
６２・・・第２保持具
６３・・・第２可動台
６４・・・記録器
７０・・・制御機構
８０・・・記録機構

Claims (6)

1. 単結晶を載せる載台と、
   前記単結晶の側面にレーザ光を照射する光源と、
   該光源の照射した光が前記単結晶で散乱した光を検出する検出機構と、
   前記単結晶の厚み方向に、前記光源と前記載台との相対位置を移動させる移動機構と、を含む、検査装置。
2. 前記光源は、前記レーザ光を面状に広げるレンズをさらに有する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記光源は、前記レーザ光の照射角度を調整可能に構成されている、請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記検出機構として個体撮像素子を採用し、
   該個体撮像素子と前記単結晶との相対位置を、前記光源と連動して移動させる第２の移動機構をさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の検査装置。
5. 前記検出機構は、前記レーザ光源の移動と同期して焦点距離を変更する焦点調節機構をさらに有する、請求項１から３のいずれかに記載の検査装置。
6. 単結晶の側面にレーザ光を照射し且つ当該レーザ光が散乱した光を検出して、前記単結晶の内部の内包物を検査する、検査方法。
   

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