JP2020201235A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の清浄表面の元素分析を実現する。【解決手段】測定対象物にレーザ光を照射する照射部と、レーザ光を第１パルス光および第２パルス光に分割して、第１パルス光を測定対象物に照射した後、測定対象物に第２パルス光を照射する分割部と、測定対象物への第２パルス光の照射により生じた発光を検出する検出部とを備える検査装置を提供する。分割部は、第１パルス光のパルス幅を第２パルス光のパルス幅よりも長くするパルス幅調整部を有してよい。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置に関する。

従来、レーザ照射部および光検出部より構成される検査装置であって、レーザブレーションによるプラズマからの発光を計測することにより，対象物の含有元素種を検査する装置が知られている（例えば、特許文献１−４参照）。
特許文献１ 特開平７−１６７７８５号公報
特許文献２ 特表２０１２−５０８８２４号公報
特許文献３ 特開２０１２−６８１４号公報
特許文献４ 特開２０１３−１９０４１１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の方法では、測定対象物の表面が清浄でない場合、正確に元素分析できない。特許文献３ではレーザ照射部が１台であるので、レーザ照射部の繰り返し周波数の範囲内では、測定対象物が停止している場合しか使用できない。特許文献４では、２台のレーザ照射部を設ける必要がある。

本発明の第１の態様においては、測定対象物にレーザ光を照射する照射部と、レーザ光を第１パルス光および第２パルス光に分割して、第１パルス光を測定対象物に照射した後、測定対象物に第２パルス光を照射する分割部と、測定対象物への第２パルス光の照射により生じた発光を検出する検出部とを備える検査装置を提供する。

分割部は、第１パルス光のパルス幅を第２パルス光のパルス幅よりも長くするパルス幅調整部を有してよい。

分割部は、第１パルス光を誘導するための第１光路と、第２パルス光を誘導するための第２光路とを有してよい。第２光路は、第１光路よりも長くてよい。

検査装置は、第２パルス光の遅延時間に基づいて、検出部による検出タイミングを制御する動作制御部を備えてよい。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る検査装置が、測定対象物にガスを吹き付けるガス吹付ノズルをさらに備える、検査装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施例１に係る検査装置１００の構成の概要を示す。 パルス光のパルス幅および照射タイミングを説明するための図である。 比較例に係る検査装置で用いられるパルス光のパルス幅および照射タイミングを示す。 実施例２に係る検査装置１００の構成の概要を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、実施例１に係る検査装置１００の構成の概要を示す。検査装置１００は、照射部１０と、分割部２０と、検出部３０と、動作制御部４０とを備える。検査装置１００は、測定対象物７０にレーザ光Ｌを照射することにより生じたプラズマの発光に基づいて測定対象物７０を検査する。例えば、検査装置１００は、測定対象物７０の元素含有量計測装置として用いられる。

照射部１０は、測定対象物７０にレーザ光Ｌを照射する。照射部１０が照射するレーザ光Ｌの波長および出力は、測定対象物７０の性質に応じて適宜設定されてよい。照射部１０は、固定レーザ、半導体レーザ、液体レーザおよび気体レーザのいずれかであってよい。一例において、照射部１０は、ナノ秒のパルス幅で発振する固体レーザである。

分割部２０は、レーザ光Ｌを第１パルス光Ｌ１および第２パルス光Ｌ２に分割する。分割部２０は、レーザ光Ｌを２つの光路に分割し、一方に遅延を与えたのち、連続した２つのパルス光として測定対象物７０に照射する。本例の分割部２０は、第２レーザ光Ｌ２を第１パルス光Ｌ１よりも予め定められた遅延時間Ｄだけ遅延させる。このように、分割部２０は、第１パルス光Ｌ１を測定対象物７０に照射した後に、測定対象物７０に第２パルス光Ｌ２を照射する。分割部２０は、ビームスプリッタ２１と、ミラー２２と、ミラー２３と、ミラー２４と、パルス幅調整部２５とを備える。

ビームスプリッタ２１は、レーザ光Ｌを複数のパルス光に分割する。本例のビームスプリッタ２１は、レーザ光Ｌを第１パルス光Ｌ１および第２パルス光Ｌ２の２つのパルス光に分割する。本例のビームスプリッタ２１は、第１パルス光Ｌ１を直進させ、第２レーザ光Ｌ２を入射方向に垂直な方向に反射させる。

ミラー２２およびミラー２３は、第２レーザ光Ｌ２の光路を調整する。ミラー２２およびミラー２３は、第２レーザ光Ｌ２を誘導するための第２光路を構成する。ミラー２２およびミラー２３の配置によって、第２レーザ光Ｌ２の第２光路の長さを調整できる。本例の分割部２０は、第２光路を、第１パルス光Ｌ１を誘導するための第１光路よりも長くする。これにより、分割部２０は、第１パルス光Ｌ１と第２パルス光Ｌ２の照射タイミングを調整することができる。

ミラー２４は、第１パルス光Ｌ１を測定対象物７０に向けて反射させる。また、ミラー２４は、第２レーザ光Ｌ２を透過させる。ミラー２４は、第１パルス光Ｌ１および第２パルス光Ｌ２を同じ光路で測定対象物７０に向けて照射する。ミラー２４は、測定対象物７０の位置に応じて適宜配置されてよい。

パルス幅調整部２５は、第１パルス光Ｌ１のパルス幅を調整する。一例において、パルス幅調整部２５は、第１パルス光Ｌ１のパルス幅を、第２レーザ光Ｌ２のパルス幅と異なるように調整する。本例のパルス幅調整部２５は、第１パルス光Ｌ１のパルス幅を第２パルス光Ｌ２のパルス幅よりも長くする。例えば、パルス幅調整部２５は、回折格子とレンズの組み合わせを含む。また、パルス幅調整部２５は、チャープしたボリュームブラッググレーテイングなどの素子を有してもよい。

第１パルス光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２は、バンドパスフイルタ５０およびレンズ６０を通過して測定対象物７０に照射される。レンズ６０は、入射したパルス光を集光して測定対象物７０に照射する。バンドパスフイルタ５０およびレンズ６０の母材は、使用する波長帯に応じて決定される。例えば、バンドパスフイルタ５０およびレンズ６０の母材は、無水石英ガラスおよび含水石英ガラスの少なくとも１つを含んでもよい。

第１パルス光Ｌ１は、測定対象物７０の表面をクリーニングするために用いられる。例えば、第１パルス光Ｌ１は、測定対象物７０の表面に付着した被膜および塗布物等を除去する。第１パルス光Ｌ１は、クリーニングしやすいように、第２レーザ光Ｌ２よりも広いパルス幅に調整されてよい。クリーニングによって、測定対象物７０の清浄表面が露出する。

第２パルス光Ｌ２は、測定対象物７０の表面にプラズマを発生させる。第２レーザ光Ｌ２は、測定対象物７０の表面において、第１パルス光Ｌ１が照射された位置に照射される。本例の第２パルス光Ｌ２は、第１パルス光Ｌ１でクリーニングされた測定対象物７０の清浄表面にプラズマを発生させる。第２パルス光Ｌ２の強度は、第１パルス光Ｌ１の強度よりも大きくてよい。

バンドパスフイルタ５０は、予め定められた周波数帯の光を透過する。バンドパスフイルタ５０は、プラズマ発光による光を検出部３０に向けて反射する。例えば、バンドパスフイルタ５０では、フッ化カルシウムの母材に誘電体多層膜が設けられている。

検出部３０は、測定対象物７０への第２パルス光Ｌ２の照射により生じたプラズマ発光を検出する。プラズマ発光は、第２レーザ光Ｌ２で測定対象物７０をレーザ励起することにより生じたプラズマからの発光である。測定対象物７０の清浄表面を露出させることにより、測定対象物７０の被膜の影響を低減して元素分析できる。検出部３０は、レンズ３１と、受光調整部３２と、分光カメラ３３とを備える。

レンズ３１は、測定対象物７０のプラズマ発光による光を集光する。レンズ３１は、集光した光を受光調整部３２に入射する。例えば、レンズ３１の材料は、フッ化カルシウムを含む。

受光調整部３２は、分光カメラ３３が受光する光およびそのタイミングを調整する。受光調整部３２は、レンズ３１が集光した光を増幅して分光カメラ３３に出力する。これにより、微弱なプラズマの光を検出できる。受光調整部３２は、ゲートの開閉により画像を取得するか否かを制御する。一例において、受光調整部３２は、予め定められたゲート時間でゲートを開き、その間に受光した光を出力する。例えば、受光調整部３２は、イメージインテンシファイアである。

分光カメラ３３は、受光調整部３２が増幅した光の画像を取得する。本例の分光カメラ３３は、分散型分光器を備えた装置である。分光カメラ３３は、受光した光を回折格子により分散させて、分光した各波長の光を検出する。本例の分光カメラ３３は、シリコン素子のラインセンサによりスペクトルを計測するが、これに限定されない。光学系は紫外線を透過する光学系であってよい。

動作制御部４０は、照射部１０および検出部３０の動作を制御する。例えば、動作制御部４０は、第２パルス光Ｌ２の遅延時間Ｄに基づいて、検出部３０による検出タイミングを制御する。また、動作制御部４０は、分割部２０の動作を制御してもよい。動作制御部４０は、レーザ制御部４１と、遅延発生器４２と、処理部４３とを備える。

レーザ制御部４１は、照射部１０によるレーザ光Ｌの照射を制御する。例えば、レーザ制御部４１は、レーザ光Ｌの照射タイミングおよび照射強度を制御する。本例のレーザ制御部４１は、予め定められた間隔で照射部１０のトリガーパルスを発生する。レーザ制御部４１は、測定対象物７０の位置に応じて、トリガーパルスを発生させてよい。例えば、レーザ制御部４１は、全数検査をするために、測定対象物７０の入れ替えに応じてトリガーパルスを発生する。

遅延発生器４２は、レーザ制御部４１のトリガーパルスのタイミングに応じて、受光調整部３２の動作のタイミングを制御する。例えば、遅延発生器４２は、第１パルス光Ｌ１が測定対象物７０に照射されてから遅延時間Ｄが経過した後のプラズマの発光を検出するように、受光調整部３２のゲートを制御する。遅延発生器４２は、予め定められたゲート時間の間、ゲートが開くように受光調整部３２を制御する。

処理部４３は、分光カメラ３３が取得したスペクトルのデータを取得する。処理部４３は、スペクトルに基づいて測定対象物７０の元素分析を実行する。処理部４３は、ユーザにより操作されてもよい。

検査装置１００は、測定対象物７０にパルス光を照射してプラズマの発光スペクトルを取得するサイクルを一定時間間隔で繰り返す。これにより、検査装置１００は、測定対象物７０の着目元素の元素量を、リアルタイムかつ連続的に計測することができる。よって、検査装置１００は、測定対象物７０が移動している場合であっても、全数検査を実現できる。

以上の通り、検査装置１００は、分割部２０によりレーザ光Ｌを２つのパルス光に分割するので、照射部１０の繰り返し周期内で測定対象物７０が移動している場合にも検査できる。レーザ光Ｌを分割しない場合は、照射部１０の繰り返し周期内では、測定対象物７０が停止していなければ照射位置がずれてしまい検査できない。

また、検査装置１００は、分割部２０を設けることにより、１台の照射部１０で、遅延時間Ｄの間に連続してパルス光を照射することができる。即ち、検査装置１００は、複数の照射部１０を設ける必要がなく、装置全体を小さくして、コストを低減できる。

図２は、パルス光のパルス幅および照射タイミングを説明するための図である。縦軸はパルス光の強度を示し、横軸は時間を示す。同図は、第１パルス光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２を示している。

第１パルス光Ｌ１は、パルス幅が広げられて、第２パルス光Ｌ２よりも先に測定対象物７０に照射される。第１パルス光Ｌ１のパルス幅を広げることにより、測定対象物７０の表面付着物をクリーニングしやすくなる。但し、照射部１０から照射された第１パルス光Ｌ１のパルス幅が、測定対象物７０の表面のクリーニング効果が得られる程度に広い場合、パルス幅調整部２５によるパルス幅の調整が不要である。

第２パルス光Ｌ２は、第１パルス光Ｌ１から予め定められた遅延時間Ｄの後、測定対象物７０に照射される。第２パルス光Ｌ２の遅延時間Ｄは、分割部２０における遅延光学系の光路長によって決まる。遅延時間Ｄは、第１パルス光Ｌ１が測定対象物７０に照射されてから、第２パルス光Ｌ２が測定対象物７０に照射されるまでの時間である。本例の遅延時間Ｄは、第１パルス光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２の強度のピーク位置を基準に決定されている。分割部２０は、照射部１０が照射するレーザ光Ｌの繰り返し周期よりも、遅延時間Ｄを短くできる。

図３は、比較例に係る検査装置で用いられるパルス光のパルス幅および照射タイミングを示す。縦軸はパルス光の強度を示し、横軸は時間を示す。同図は、第１パルス光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２を示している。

比較例に係る検査装置は、同一の照射部から、第１パルス光Ｌｃ１を照射した後に第２パルス光Ｌｃ２を照射する。そのため、第１パルス光Ｌｃ１と第２パルス光Ｌｃ２との間には、照射部の繰り返し周期に応じた遅延時間Ｄｃが発生する。遅延時間Ｄｃは、分割部２０で遅延させることにより生じた遅延時間Ｄよりも長くなる。よって、比較例に係る検査装置では、測定対象物７０が遅延時間Ｄｃの間に移動する場合に対応できなくなる。

図４は、実施例２に係る検査装置１００の構成の概要を示す。本実施例に係る検査装置１００は、実施例１に係る検査装置１００と基本的な構造は同じである。ただし、本例の検査装置１００は、ガス吹付ノズル８０と、ガス供給部８１を備えている点で、実施例１に係る検査装置１００と相違する。本例では、実施例１と相違する点について特に説明する。

ガス吹付ノズル８０は、測定対象物７０にガスを吹き付ける。本例では、レンズ６０と測定対象物７０の間の光路上に配置されているが、これに限られない。

ガス供給部８１は、ガス吹付ノズル８０にガスを供給する。例えば、ガス供給部８１は、ガスボンベにレギュレータを取り付け、レギュレータで圧力を調整した後、ガス配管によって、ガス吹付ノズル８０に取り付ける構成とできる。また、ガスの充てんされた容器を、直接、ガス吹付ノズル８０に取り付ける構成としてもよく、これらに限られない。

供給するガスの種類は、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが望ましいが、これに限られない。本例では、不活性ガスとして、アルゴンを供給する。

一例において、ガス吹付の方法は、計測時、常時ガスをフローする方法であるが、これに限られない。例えば、レーザ制御部４１のトリガーパルスのタイミングに応じて、間欠的に吹き付ける方法も取り得る。間欠的に吹き付ける方法は、使用するガスの量を少なくできる。

例えば、不活性ガスをパルスが照射される試料表面に吹き付けるようにすると、クリーング効果が増加し得る。第１パルス光Ｌ１でアプレーションされた被膜および塗布物等の微粒子を吹き飛ばし、再付着を防止するからである。第１パルス光Ｌ１でクリーニングされた測定対象物７０の清浄表面における酸化等の化学変化を抑制する効果もある。

また、不活性ガスを吹き付けることは、第２パルス光Ｌ２の照射によって生成するプラズマを安定化させる効果もあり得る。不活性ガスはイオン化エネルギが高いので、生成したプラズマと相互作用し難い。そのため、プラズマは発生から発光冷却まで安定した過程をたどることになり、このことはノイズの少ない高精度な元素分析を可能にする。

以上の通り、検査装置１００は、レーザ励起によりプラズマを形成し、その発光により測定対象物７０の元素量を計測する方法において、測定対象物７０の表面に付着した被膜および塗布物等の影響を低減することができる。また、検査装置１００は、蛍光Ｘ線検査、分光計測およびＩＣＰ発光分析と比較して、簡素で安価な構成を用いて、測定対象物７０の元素計測を実現することができる。さらに、検査装置１００は、幅広い材料の分析に用いることができる。

検査装置１００は、蛍光Ｘ線検査、分光計測およびＩＣＰ発光分析等と比較して、計測の準備も簡単で計測時間を短縮化するので、全数検査および連続検査に対応できる。例えば、ファクトリーオートメーション分野において、製造組立ラインの全数検査およびリアルタイム検査に対応できる。また、検査装置１００は、抜き取りにより検査で生じるような不良製品の検査すり抜けを防止できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるものでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・照射部、２０・・・分割部、２１・・・ビームスプリッタ、２２・・・ミラー、２３・・・ミラー、２４・・・ミラー、２５・・・パルス幅調整部、３０・・・検出部、３１・・・レンズ、３２・・・受光調整部、３３・・・分光カメラ、４０・・・動作制御部、４１・・・レーザ制御部、４２・・・遅延発生器、４３・・・処理部、５０・・・バンドパスフイルタ、６０・・・レンズ、７０・・・測定対象物、８０・・・ガス吹付ノズル、８１・・・ガス供給部、１００・・・検査装置

Claims (5)

1. 測定対象物にレーザ光を照射する照射部と、
   前記レーザ光を第１パルス光および第２パルス光に分割して、前記第１パルス光を前記測定対象物に照射した後、前記測定対象物に前記第２パルス光を照射する分割部と、
   前記測定対象物への前記第２パルス光の照射により生じた発光を検出する検出部と
   を備える
   検査装置。
2. 前記分割部は、前記第１パルス光のパルス幅を前記第２パルス光のパルス幅よりも長くするパルス幅調整部を有する
   請求項１に記載の検査装置。
3. 前記分割部は、前記第１パルス光を誘導するための第１光路と、前記第２パルス光を誘導するための第２光路とを有し、
   前記第２光路は、前記第１光路よりも長い
   請求項２に記載の検査装置。
4. 前記第２パルス光の遅延時間に基づいて、前記検出部による検出タイミングを制御する動作制御部を備える
   請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記測定対象物にガスを吹き付けるガス吹付ノズルをさらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。

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