JP2013228328A - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板の表面に形成された微小凹凸欠陥を、粗面の表面粗さに影響されずに自動検出でき、簡易な調整方法で高分解能に判別すること。
【解決手段】光源１から射出したパルスレーザ光２ａをポンプ光２ｂとプローブ光２ｃとに分割する。ポンプ光２ｂの入力に応じて、焦点位置２７から空間的にずらして設置した光伝導アンテナ２８ａからテラヘルツ波５を放射して、照射光学系により鋼板８に照射する。鋼板８表面で反射したテラヘルツ波５を集光光学系により光伝導アンテナ２８ｂに導くとともに、プローブ光２ｃを光伝導アンテナ２８ｂに照射して、反射したテラヘルツ波５を検出する。光伝導アンテナ２８ｂから電気信号を出力して、鋼板８と照射光学系との相対位置を移動させて計測位置ごとに得た電気信号を処理して信号強度分布を導出する。信号処理部２６において信号強度分布から鋼板８の表面形状を導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄鋼板などに形成される微小凹凸性疵を光学的に検出する表面検査装置および表面検査方法に関する。

従来、薄鋼板の製造プロセスにおいて、薄鋼板の表面にロール疵やチャタマークなどの凹凸性の疵（微小凹凸欠陥）が発生する場合がある。この微小凹凸欠陥の面方向の大きさは、直径１〜３０ｍｍ程度と比較的大きなものまで含まれる一方、その凹凸高さは０．５〜２μｍ程度と比較的小さいものである。

図６ａおよび図６ｂはそれぞれ、微小凹凸欠陥の断面模式図を示す。図６ａは微小凸欠陥を示し、図６ｂは微小凹欠陥を示す。図６ａおよび図６ｂに示すように、微小凹凸欠陥の凹凸は、鋼板の表面の表面粗さ（σ＝０．５〜１．５μｍ）と同程度である。そのため、検査用の光や電磁波を照射したとしても、その表面粗さによって光が散乱されてしまい、この状態で観察しても微小凹凸欠陥を発見することは困難であった。

ところが、このような微小凹凸欠陥を含む面が塗装されて、塗料によって表面粗さが埋められて表面が滑らかになると、微小凹凸欠陥が明瞭に観察できるようになるため、外観上大きな問題となる。薄鋼板の品質管理としては、このような欠陥を有する薄鋼板が出荷されないようにする管理する必要がある。

そこで、従来、塗装を行う前に微小凹凸欠陥を見つけるために、検査員は、鋼板の製造ラインまたは検査ラインにおいて鋼板を一度停止させ、検査範囲に対して砥石がけをした後に目視検査を行っている。このような砥石がけを行うと、凹部に比べて凸部が強く研磨されて鏡面により近づくため、微小な凹凸であっても目視で確認することができる。しかしながら、この砥石がけを行うためには、製造ラインまたは検査ラインを一旦停止させる必要があるため、生産性の阻害要因となったり時間や労力を要したりするという問題がある。

そこで、微小凹凸欠陥を検出するために、特許文献１に記載されたような技術が提案されている。特許文献１には、鋼板表面に対して光を低角に入射させることにより鋼板表面の粗さの影響を除去した鏡面反射を実現し、いわゆる魔鏡と呼ばれる技術を用いて、欠陥の凹凸による集光や発散を利用してスクリーン上に欠陥のパターンを投影する技術が開示されている。

また、微小凹凸欠陥を検出するために、特許文献２に記載された技術も提案されている。特許文献２には、数１０μｍの凹凸を検出するために、波長が１０μｍ〜１ｍｍの電磁波を用いる技術が開示されている。この技術では、電磁波の検出器を焦点位置から５ｍｍ程度ずらして配置し、測定部からの反射波の強度を観測している。すなわち、特許文献２には、測定対象の高さが光学系の焦点位置にある場合に光量が最大になる点を利用して、高さの違いを信号強度に変換する技術が開示されている。そして、この技術においては、検出器を焦点位置から５ｍｍずらすことによって欠陥の凹凸の形状を信号の強弱に変換し、欠陥の凹凸を判別している。

特開２００５−００３６９１号公報 特開２００５−２１４７５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、入射角が８７度と大きく、光学系の調整が困難になるという問題があった。また、特許文献２に記載の技術においては、検出器を光学系の焦点位置からずらして配置しているため、検出時における分解能が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、被検査物の表面に形成された微小凹凸欠陥を、被検査物の表面の表面粗さに影響されることなく検出するとともに、高分解能に維持しつつ簡易な調整方法によって判別することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る表面検査装置は、パルス光を射出する光源と、光源から射出されたパルス光を分割する光分割手段と、光分割手段により分割されたパルス光のうちの一方の第１のパルス光の入力によってテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波発生手段と、テラヘルツ波発生手段から放射されたテラヘルツ波を被検査物に導く照射光学系と、光分割手段により分割されたパルス光のうちの他方の第２のパルス光の入力によってテラヘルツ波を電気信号に変換するテラヘルツ波検出手段と、被検査物の表面で反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出手段に導く集光光学系と、照射光学系と被検査物との相対位置を変化させる移動手段と、移動手段によって被検査物の照射光学系との相対位置が変化されることにより被検査物の表面における計測位置ごとに得られる電気信号を処理して信号強度分布を生成し、信号強度分布から被検査物の表面形状を導出する信号処理手段とを備え、テラヘルツ波発生手段が、照射光学系の焦点位置に対して、空間的に異なる位置に設置されていることを特徴とする。

本発明に係る表面検査装置は、上記の発明において、第２のパルス光を可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段をさらに備え、信号処理手段は、信号強度分布と光学的時間遅延手段により得られる時間情報とから生成したテラヘルツ時間波形により、被検査物の表面形状を導出することを特徴とする。

本発明に係る表面検査方法は、光源から射出されたパルス光を分割する光分割ステップと、光分割ステップにおいて分割されたパルス光のうちの一方の第１のパルス光の入力に応じて、焦点位置と空間的に異なる位置に設置されたテラヘルツ波発生手段からテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波発生ステップと、放射されたテラヘルツ波を照射光学系によって被検査物に導く照射ステップと、被検査物の表面で反射されたテラヘルツ波を、集光光学系によってテラヘルツ波検出手段に導く集光ステップと、光分割ステップにおいて分割されたパルス光のうちの他方の第２のパルス光をテラヘルツ波検出手段に照射して、被検査物の表面の計測位置で反射されたテラヘルツ波を検出して、反射されたテラヘルツ波に応じた電気信号を出力するテラヘルツ波検出ステップと、被検査物と照射光学系との相対位置を移動させる移動ステップと、移動ステップにおいて被検査物の照射光学系との相対位置が移動されることにより被検査物の計測位置ごとに得られる電気信号を処理して信号強度分布を導出し、信号強度分布から被検査物の表面形状を導出する信号処理ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る表面検査方法は、上記の発明において、第２のパルス光を可変的に時間遅延させる光学的時間遅延ステップをさらに含み、信号処理ステップが、信号強度分布と光学的時間遅延ステップにおいて得られた時間情報とから生成されるテラヘルツ時間波形により、被検査物の表面形状を導出するステップを含むことを特徴とする。

本発明において、テラヘルツ波とは、典型的には、波長が３０μｍ以上３ｍｍ以下の電磁波である。また、本発明において、凹凸欠陥とは、特に大きさが限定されない凸欠陥および凹欠陥であり、微小凹凸欠陥とは、典型的には、直径が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ凹凸の上下の高さ（凹凸高さ）が０．５μｍ以上５０μｍ以下の欠陥である。

本発明に係る表面検査装置および表面検査方法によれば、テラヘルツ波発生手段を照射光学系の焦点位置から空間的に異なる位置に配置していることにより、被検査物の表面に形成された微小凹凸欠陥を、被検査物の表面粗さに影響されることなく検出することができ、微小凹凸欠陥を簡易な調整方法によって高分解能で判別することができる。

図１は、本発明の一実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。 図２ａは、本発明の一実施形態による凹欠陥の検出時におけるテラヘルツ波の基準波形からの時間ずれを示すグラフである。 図２ｂは、本発明の一実施形態による凸欠陥の検出時におけるテラヘルツ波の基準波形からの時間ずれを示すグラフである。 図３ａは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凸欠陥の濃淡表示を示す図である。 図３ｂは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凸欠陥の検出における位置によるテラヘルツ波の振幅を示すグラフである。 図３ｃは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凸欠陥の検出における位置による凹凸高さを示すグラフである。 図４ａは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凹欠陥の濃淡表示を示す図である。 図４ｂは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凹欠陥の検出における位置によるテラヘルツ波の振幅を示すグラフである。 図４ｃは、本発明の一実施形態による表面検査装置によって計測された凹欠陥の検出における位置による凹凸高さを示すグラフである。 図５ａは、表面検査装置の評価方法における分解能を定義するための略線図である。 図５ｂは、テラヘルツ波検出器の集光光学系における焦点位置からのずれ依存性を示すグラフである。 図６ａは、被検査物の微小凸欠陥を示す略線図である。 図６ｂは、被検査物の微小凹欠陥を示す略線図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。また、本発明は以下に説明する一実施形態に限定されるものではない。まず、本発明の一実施形態による表面検査装置および表面検査方法について説明する。図１は、この一実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。

図１に示すように、この一実施形態による表面検査装置は、励起用レーザ光源１、ビームスプリッタ３、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａ、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂ、放物面鏡６ａ，６ｂ，６ｃ、遅延ステージ７、信号処理部２６、ＸＹステージ２９、２次元イメージング処理部３０、および欠陥判定処理部３１を、主たる構成要素として備えている。

励起用レーザ光源１は、パルスレーザ光２ａを同一周期で繰り返し射出できるように構成されている。この一実施形態において、励起用レーザ光源１としては、フェムト秒レーザと称される短パルスレーザ光原が用いられ、具体的には、例えばチタン（Ｔｉ）サファイヤレーザが用いられる。

パルスレーザ光２ａの波長は、使用するテラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器にあわせて選ばれる。ここで、後述するように、この一実施形態においては、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器として、低温成長ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を用いた光伝導アンテナが採用される。そのため、パルスレーザ光２ａの波長は例えば７８０ｎｍに選ばれる。

ビームスプリッタ３は、パルスレーザ光２ａを、第１のパルス光としてのポンプ光２ｂと第２のパルス光としてのプローブ光２ｃとに分割するためのものである。ビームスプリッタ３によって分割されたパルス光のうちのポンプ光２ｂは、ミラー４ａによって導光され、光変調器としてのチョッパ２０を通過し、短焦点レンズ（図示せず）によってテラヘルツ波発生手段としてのテラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａに照射される。

テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａは、低温成長ＧａＡｓ基板上に２つのアンテナがギャップを隔てて設けられており、この２つのアンテナに電源２１により直流電圧が印加されている。ポンプ光２ｂは、このアンテナのギャップに集光される。ポンプ光２ｂがテラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａにおけるアンテナのギャップに集光されると、半導体である低温成長ＧａＡｓ基板の表面には電子などのキャリアが励起される。このキャリアの励起によって、ギャップを通じて２つのアンテナが電気的に接続され、この瞬間にパルス状のテラヘルツ波５が発生する。

このテラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａから放射されたテラヘルツ波５は、放物面鏡６ａにより反射され、テラヘルツ波用ハーフミラー１０を透過し、放物面鏡６ｂにより反射されて、被検査物としての鋼板８に照射される。なお、これらの放物面鏡６ａ，６ｂおよびテラヘルツ波用ハーフミラー１０から照射光学系が構成される。

鋼板８においては、その表面に照射されたテラヘルツ波５が反射される。鋼板８に反射されたテラヘルツ波５は、放物面鏡６ｂ、テラヘルツ波用ハーフミラー１０、および放物面鏡６ｃにより順次反射され、テラヘルツ波検出手段としてのテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂに照射される。なお、これらの放物面鏡６ｂ，６ｃおよびテラヘルツ波用ハーフミラー１０から集光光学系が構成される。

一方、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂのテラヘルツ波が照射される側と反対側には、ビームスプリッタ３により分割されたプローブ光２ｃが、ミラー４ｂ，４ｃにより順次反射されて導光される。ミラー４ｂは、光学的時間遅延手段としての遅延ステージ７によって位置を変更することができる。そして、ミラー４ｂの位置の変更によって、ビームスプリッタ３からテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂまでのプローブ光２ｃの光路長が変更される。これにより、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂの検出タイミングが変更される。また、このミラー４ａの位置情報は、信号処理部２６に供給され、時間情報として処理される。

テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂには、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａと同様に、低温成長ＧａＡｓ基板上に２つのアンテナがギャップを隔てて設けられている。プローブ光２ｃは、短焦点レンズ（図示せず）によって、このアンテナのギャップに集光される。プローブ光２ｃがテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂにおけるアンテナのギャップに集光されると、半導体である低温成長ＧａＡｓ基板の表面にはキャリアが励起される。この瞬間にアンテナのギャップにテラヘルツ波５が照射されていると、この照射されているテラヘルツ波５の大きさに応じた電圧が生じるので、テラヘルツ波５を検出することができる。なお、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂには、シリコン（Ｓｉ）レンズ（図示せず）が接触させて配置されている。このＳｉレンズは、テラヘルツ波がテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂのＧａＡｓ基板と空気との界面で反射して損失が発生するのを防止するためのものである。

このように、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂにおいて、パルス状のプローブ光２ｃが到達した瞬間のテラヘルツ波５が電圧に変換されると、プリアンプ２４に電気信号として供給される。プリアンプ２４においては、この電気信号が増幅されて、ロックインアンプ２５に供給される。ロックインアンプ２５においては、ポンプ光２ｂの光路の途中に設けられたチョッパ２０からの信号を参照信号に同期させて検波することで、プリアンプ２４から供給された電気信号のノイズが低減され、この電気信号が信号処理部２６に供給される。信号処理部２６においては、遅延ステージ７から供給されるミラー４ｂの位置情報とロックインアンプ２５から供給される電気信号の信号強度とに基づいてテラヘルツ時間波形が再現される。

図２ａおよび図２ｂは、再現されるテラヘルツ時間波形のイメージを示す。図２ａおよび図２ｂにおいて、鋼板８の欠陥以外の部分（健全部）で反射されたテラヘルツ波５から再現されたテラヘルツ時間波形を実線で示し、欠陥の部分で反射されたテラヘルツ波５から再現されたテラヘルツ時間波形を破線で示す。

ここで、まず、図１に示すテラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａからテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂまでのテラヘルツ波の光路長を考える。凹欠陥の部分を計測する場合には、欠陥の凹部の窪み分光路長が長くなるので、テラヘルツ波の伝播時間が長くなり、図２ａに示すように、テラヘルツ波が検出されるタイミングは基準となる健全部からのテラヘルツ波に対して遅れる。反対に、凸欠陥の部分を計測する場合には、欠陥の凸部の出っ張り分光路長が短くなるので、テラヘルツ波の伝播時間が短くなり、図２ｂに示すように、テラヘルツ波が検出されるタイミングは基準となる健全部からのテラヘルツ波に対して早くなる。

また、図１に示す鋼板８に微小凹凸欠陥が含まれると、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂによって検出されるテラヘルツ波の光量が変化する。この変化は、電圧としてプリアンプ２４およびロックインアンプ２５を順次介して信号処理部２６に供給されて電気信号のレベルの変化となる。これによって、微小凹凸欠陥を検出することができる。以下に、このような微小凹凸欠陥の検出についての本発明者の検討について説明する。

すなわち、本発明者の知見によれば、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａと鋼板８とが照射光学系を介して互いにテラヘルツ波の焦点を結ぶ位置にある場合に光量が最大になる。ところが、鋼板８の表面の健全部が焦点位置にある場合、凸欠陥および凹欠陥のいずれの部分においてもテラヘルツ波５は焦点位置からずれる。これらの部分では、ともに光量が低下するので、いずれも信号処理部２６に供給される電気信号のレベルが低下してしまい、電気信号のレベルに基づいて凸欠陥と凹欠陥とを区別することができない。そこで、本発明者は、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａの位置を焦点位置からずらすことによって、あらかじめ光量が最大となる点を健全部から微小凹凸欠陥の高さ方向にずらし、凸欠陥の部分と凹欠陥の部分と健全部とにおいて相互に光量が異なるようにすることを想起した。

具体的には、例えば、凹欠陥の部分が焦点位置になるような方向に、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａの位置を焦点位置から光軸に沿ってずらしておく。この場合、凹欠陥の部分の検出における光量は、健全部のそれに比して多くなるので、凹欠陥の部分の検出に基づく電気信号のレベルも、健全部のそれに比して高くなる。これにより、テラヘルツ時間波形における凹欠陥の部分の検出によるピークは、健全部の検出によるピークよりその大きさが大きくなる。そのため、健全部の検出における電気信号を基準にすると、凹欠陥の部分の検出においては、正の電気信号が得られる。なお、この一実施形態においては、テラヘルツ波の振幅の強度情報として、テラヘルツ時間波形の最大値が用いられる。反対に、凸欠陥の部分の検出における光量は、健全部のそれに比してさらに少なくなるので、凸欠陥の部分の検出に基づく電気信号のレベルもさらに低くなる。これにより、テラヘルツ時間波形における凸欠陥の部分の検出によるピークは、健全部の検出によるピークよりその大きさが小さくなる。そのため、健全部の検出における電気信号を基準にすると、凸欠陥の部分の検出においては、負の電気信号が得られる。

また、微小凹凸欠陥の大きさは、大きくても数１００μｍのオーダである。この点を考慮すると、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａを焦点位置から光軸に沿って０．５〜１ｍｍ程度ずらすことによって効果を得ることが可能である。しかしながら、リフトオフの変動を受けた場合にも計測可能となるようにするには、余裕量を確保して、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａを焦点位置から１ｍｍ以上、例えば５ｍｍ程度ずらすのが望ましい。これにより、欠陥の凹凸に対してそれぞれ正負の異なる電気信号が得られ、凹凸の判別を容易に行うことができる。

以上の検討により、この一実施形態においては、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａは、照射光学系における焦点位置２７から光軸に沿ってｄ（ｍｍ）、具体的には約５ｍｍ、被検査物の鋼板８が載置される移動手段としてのＸＹステージ２９に近い側に設置されている。

また、上述した検討によれば、テラヘルツ波の振幅の時間情報としては、テラヘルツ波５がテラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａからテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂに伝播する時間の変化を検出することができればよい。この一実施形態においては、テラヘルツ波の振幅の時間情報には、テラヘルツ時間波形が最大値となるタイミングが用いられる。そして、時間情報は、鋼板８の表面の所定の健全部を基準とし、この健全部を検出したテラヘルツ波からの時間ずれΔｔとして表される。

このようにして、ＸＹステージ２９上の鋼板８の表面の一部分が計測されて、テラヘルツ時間波形が再現される。この計測は、ＸＹステージ２９で計測対象のＸ方向（図１中の矢印方向）とＹ方向（図１において、紙面と垂直方向）とにおいて、それらの位置を変化させつつ繰り返し行われる。

２次元イメージング処理部３０においては、ＸＹステージ２９から供給されるステージ位置情報と、信号処理部２６から供給されるテラヘルツ時間波形とが組み合わされる。これにより、２次元イメージング処理部３０においては、テラヘルツ波の振幅の強度情報の空間分布データ、およびテラヘルツ波の振幅の時間情報の空間分布データが作成される。

そして、欠陥判定処理部３１において、２次元イメージング処理部３０により生成された空間分布データに基づいて、欠陥判定が行われる。テラヘルツ波の振幅の強度情報の空間分布データを用いると、鋼板８の表面における微小凹凸欠陥の、有無、大きさ、形状、および種類を評価することができる。さらに、テラヘルツ波５の時間情報から生成された空間分布データを用いると、鋼板８の表面における微小凹凸欠陥の、大きさ、形状、および種類の特性精度を向上させることができるので、より正確な欠陥判定を行うことが可能となる。

次に、以上のように構成されたこの一実施形態による表面検査装置を用いた表面検査方法による計測例について説明する。図３は、この一実施形態による表面検査装置を用いて、直径φが８ｍｍ、凹凸高さが３０μｍの微小凸欠陥を探傷した例を示し、図４は、直径φが６ｍｍ、凹凸高さが３０μｍの微小凹欠陥を探傷した例を示す。図３ａおよび図４ａは、テラヘルツ波の信号の波形の強度情報の空間分布データを画像としてマッピングしたものである。ここで、空間分布データを画像としてマッピングする際には、信号強度を画像の濃淡に変換して信号強度の大きいものほど白くなる傾向とされ、信号強度の小さいものほど黒くなる傾向とされて表される。図３ｂおよび図４ｂは、それぞれ図３ａおよび図４ａにおける破線矢印Ｏのラインに沿ったテラヘルツ時間波形の信号強度の分布を示す。図３ｃおよび図４ｃは、それぞれ図３ａおよび図４ａの破線矢印Ｏのラインに沿って、テラヘルツ時間波形が最大値となるタイミングを採用して得られた時間情報の空間分布データを被検査物の凹凸情報に変換したものである。なお、この凹凸情報への変換は、タイムオブフライト（ＴＯＦ：Time Of Flight）法に基づき欠陥判定処理部３１において行われる。すなわち、基準距離におけるテラヘルツ波の到達時間と、それぞれの計測位置におけるテラヘルツ波の到達時間との差を求め、この到達時間の差を２で除した後に光速ｃで除することにより被検査物の凹凸情報が導出される。

図３ｂから、微小凸欠陥においては信号強度が弱く現れることが分かる。また、図４ｂから、微小凹欠陥においては信号強度が強く現れることが分かる。これは、上述したように、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａが、照射光学系の焦点位置２７から光軸方向に沿って、鋼板８が載置されたＸＹステージ２９に近づく側に距離ｄだけずらして配置されていることに起因する。また、タイムオブフライト法に基づいて得られた凹凸情報と組み合わせることによって、凹凸の絶対量を計測することができるので、微小凹凸欠陥における面積や欠陥の体積などを定量的に算出することも可能になる。

さらに、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂは、放物面鏡６ｂ，６ｃおよびテラヘルツ波用ハーフミラー１０から構成された集光光学系の焦点位置２７に配置されているため、微小凹凸欠陥の計測を高解像度で行うことができる。

すなわち、本発明者は、計測における解像度を評価するために、鋼板８にＶ字型の溝を形成したサンプルを用い、この一実施形態による欠陥計測装置を用いてテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂの位置を変化させつつ分解能を評価した。この評価実験における分解能Δｌの定義を図５ａに示す。

図５ａに示すＶ字型に形成された２本の溝を、図１に示すテラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂを焦点位置から１０００μｍずらすごとに計測する。そして、計測ごとに強度画像データを作成し、テラヘルツ波の振幅の強度情報の空間分布データを画像化して、Ｖ字型に形成されたそれぞれの溝が弁別できる最小の溝間隔を目視で判断して分解能Δｌとした。

図５ｂに、分解能の、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂの焦点位置からの距離依存性を示す。図５ｂから、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂを、焦点位置から距離が増加する方向にずらすのに従って、分解能Δｌが増加していることが分かる。分解能Δｌの増加は、表面検査装置における検査精度の低下を意味し、微小凹凸欠陥を画像化した場合の解像度が低下することになる。すなわち、従来技術の表面検査装置のように、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂの位置をずらすと、ずらした距離に従って検査精度が低下してしまう。これに対し、この一実施形態による表面検査装置によれば、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂは、集光光学系における焦点位置に設置されているので、従来技術に比して分解能を高く維持することができる。

以上説明したこの一実施形態によれば、テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ２８ａを照射光学系の焦点位置２７から光軸に沿ってｄだけずらして配置していることにより、鋼板８の表面に形成された微小凹凸欠陥を、表面の表面粗さに影響されることなくテラヘルツ時間波形として自動検出することができる。さらに、テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ２８ｂを集光光学系の焦点位置に配置していることにより、微小凹凸欠陥を従来の方法に比して簡易な調整方法によって高分解能で判別することができる。

上述の一実施形態においては、励起用レーザ光源１として、チタン（Ｔｉ）サファイヤレーザが用いられるが、励起用レーザ光源１としては、ファイバーレーザなどを使用することも可能である。

上述の一実施形態においては、テラヘルツ波発生器として光伝導アンテナを用いたが、必ずしもこれに限られるものではない。具体的には、テラヘルツ波発生器として、半導体表面からテラヘルツ波が発生されるもの、非線形光学素子、後進波管（ＢＷＯ：Backward Wave Oscillator)などの電子管など、その他のテラヘルツ波発生器を利用することが可能である。同様に、光伝導アンテナ以外のテラヘルツ波検出器として、例えば、ＥＯ結晶、導波管、ゴーレイセルやボロメータなどの熱的検出素子など、その他のテラヘルツ波検出器を利用することが可能である。

上述の一実施形態においては、テラヘルツ波振幅の時間情報に、テラヘルツ時間波形が最大値となるタイミングを採用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、テラヘルツ波の振幅の時間情報には、テラヘルツ時間波形が最大値および最小値をとるタイミング、最大値と最小値との中間点をとるタイミング、最大値と最小値の間の０点を横切るタイミングなどを採用することも可能である。

上述の一実施形態においては、テラヘルツ波の振幅の強度情報として、テラヘルツ時間波形の最大値を用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、テラヘルツ時間波形の最小値やピークツーピーク値などを用いても良い。

上述の一実施形態においては、ＸＹステージ２９によって計測対象を移動させたが、光学系と計測対象との相対的な位置を変化させることができれば、光学系の側を移動させてもよい。

１ 励起用レーザ光源
２ａ パルスレーザ光
２ｂ ポンプ光
２ｃ プローブ光
３ ビームスプリッタ
４ａ，４ｂ，４ｃ ミラー
５ テラヘルツ波
６ａ，６ｂ，６ｃ 放物面鏡
７ 遅延ステージ
８ 鋼板
１０ テラヘルツ波用ハーフミラー
２０ チョッパ
２１ 電源
２４ プリアンプ
２５ ロックインアンプ
２６ 信号処理部
２７ 焦点位置
２８ａ テラヘルツ波発生用光伝導アンテナ
２８ｂ テラヘルツ波検出用光伝導アンテナ
２９ ＸＹステージ
３０ ２次元イメージング処理部
３１ 欠陥判定処理部

Claims (4)

1. パルス光を射出する光源と、
   前記光源から射出されたパルス光を分割する光分割手段と、
   前記光分割手段により分割されたパルス光のうちの一方の第１のパルス光の入力によってテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波発生手段と、
   前記テラヘルツ波発生手段から放射されたテラヘルツ波を被検査物に導く照射光学系と、
   前記光分割手段により分割されたパルス光のうちの他方の第２のパルス光の入力によってテラヘルツ波を電気信号に変換するテラヘルツ波検出手段と、
   前記被検査物の表面で反射されたテラヘルツ波を前記テラヘルツ波検出手段に導く集光光学系と、
   前記照射光学系と前記被検査物との相対位置を変化させる移動手段と、
   前記移動手段によって前記被検査物の前記照射光学系との相対位置が変化されることにより前記被検査物の表面における計測位置ごとに得られる前記電気信号を処理して信号強度分布を生成し、前記信号強度分布から前記被検査物の表面形状を導出する信号処理手段とを備え、
   前記テラヘルツ波発生手段が、前記照射光学系の焦点位置に対して、空間的に異なる位置に設置されている
   ことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記第２のパルス光を可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段をさらに備え、前記信号処理手段は、前記信号強度分布と前記光学的時間遅延手段により得られる時間情報とから生成したテラヘルツ時間波形により、前記被検査物の表面形状を導出することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 光源から射出されたパルス光を分割する光分割ステップと、
   前記光分割ステップにおいて分割されたパルス光のうちの一方の第１のパルス光の入力に応じて、焦点位置と空間的に異なる位置に設置されたテラヘルツ波発生手段からテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波発生ステップと、
   前記放射されたテラヘルツ波を照射光学系によって被検査物に導く照射ステップと、
   前記被検査物の表面で反射されたテラヘルツ波を、集光光学系によってテラヘルツ波検出手段に導く集光ステップと、
   前記光分割ステップにおいて分割されたパルス光のうちの他方の第２のパルス光を前記テラヘルツ波検出手段に照射して、前記被検査物の表面の計測位置で反射されたテラヘルツ波を検出して、反射されたテラヘルツ波に応じた電気信号を出力するテラヘルツ波検出ステップと、
   前記被検査物と前記照射光学系との相対位置を移動させる移動ステップと、
   前記移動ステップにおいて前記被検査物の前記照射光学系との相対位置が移動されることにより前記被検査物の計測位置ごとに得られる前記電気信号を処理して信号強度分布を導出し、前記信号強度分布から前記被検査物の表面形状を導出する信号処理ステップと、を含む
   ことを特徴とする表面検査方法。
4. 前記第２のパルス光を可変的に時間遅延させる光学的時間遅延ステップをさらに含み、前記信号処理ステップが、前記信号強度分布と前記光学的時間遅延ステップにおいて得られた時間情報とから生成されるテラヘルツ時間波形により、前記被検査物の表面形状を導出するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の表面検査方法。