JP3673649B2 - 透光性物質の不均一性検査方法及びその検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク用透明基板や情報記録媒体用透明基板であるガラスサブストレートなどの透光性物質の光学的な不均一性（欠陥）を検査する方法及びその検査装置に係り、特に、鏡面仕上げされた透光性物質表面での全反射の性質を利用することによって、透光性物質の不均一性を高感度、高速度に検出できるようにした透光性物質の不均一性検査方法及びその検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、フォトマスク等の製造工程において、微細パターンの形成には、フォトリソグラフィー法が用いられている。例えば、半導体集積回路を製造する際には、高精度に研磨され、鏡面仕上げされた透明基板上に遮光性膜（例えばクロム膜）によりパターンが形成されたフォトマスクを用いてパターンを転写している。このパターンの原盤とも言えるフォトマスクについての検査方法は、特開昭５８―１６２０３８号公報に記載の面状態検査装置にみられるように、パターン面の微小な領域に光を集め、パターン面からの反射出力、透過出力を比較する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においてはパターンの高密度化に伴い、上記方法のようにパターン面の検査のみならず、高精度に研磨されて鏡面仕上げされた透明基板そのものの微細な欠陥も欠陥検出の対象となっている。また、上述した方法では、パターン面の微小な領域に光を集めることから、検査領域が広い範囲にわたっている場合には何らかの手段を用いて光を走査する必要があり、検査領域の面積に比例して検査時間がかかることと、欠陥の有無によってパターン自体及び透明基板に対する反射光・透過光の光量の変化があまり大きくなく、透明基板の微細な欠陥検出への適用は困難であった。
【０００４】
そこで、本発明者は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質（透明基板など）の不均一部分の有無を検査する方法であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には、前記表面で全反射が起こるように透光性物質内に光を導入し、透光性物質内に導入され伝播する光の光路中に不均一部分が存在するときに、前記表面から光が漏出することから透光性物質の不均一性を検出する方法を見出した。
【０００５】
この方法によれば、透光性物質の表面に傷、付着異物による汚れ等の不均一部分がなければ、透光性物質内に導入した光は表面で全反射して外部へは漏出しないが、不均一部分があると全反射条件が満足されず、透光性物質表面から光が漏れ出す。また、透光性物質表面の不均一性のみならず、内部の異物、不純物等の欠陥、あるいはガラスの脈理等に特徴的な、透過率は同じで屈折率だけが違う欠陥の検出に関しても、異物や屈折率の違うところでは本来均一ならば通る光路（経路）を外れ、透光性物質外部へ漏れ出すことになるため検出可能になる。このように、物理的な臨界現象である幾何光学的な全反射を利用しているため、被検査対象である透光性物質の不均一部分と均一部分とにおける検査光に対する応答も臨界的であり、暗い均一部分の背景に漏出光として不均一部分が劇的なコントラストで現れる。
【０００６】
ところで、透明基板のより微細な傷等の欠陥検出が求められているが、欠陥が微細になるほど、透明基板の表面から漏出する光は、四方八方に拡散された光ではなく、ある特定方向に向かう偏った強度分布の光となる傾向がある。ところが、透明基板の欠陥部分からの漏出光を結像光学系として顕微鏡用対物レンズを用いてＣＣＤ素子などに結像して検出する場合、市販されている顕微鏡用の対物レンズは、例えば、倍率２倍、開口数０.０５５（株式会社ミツトヨ製）程度であるので、結像できる漏出光は、透明基板の表面に於ける法線となす角が３.１５°以下の一部のわずかな漏出光に限られてしまう。
【０００７】
このことは、欠陥検出において、検出手段のＣＣＤ撮像素子などにより多くの露光蓄積時間を必要としたり、欠陥の程度をその微弱な光の強度から少なめに見積もったりしてしまうことになる。また、露光蓄積時間を長くすると、単純に検査時間が増えるだけでなく、透明基板自体のレイリー散乱光も検出手段にかなり入射してしまうこととなり、透明基板の欠陥部分のコントラストを低下させることにもなる。
【０００８】
開口数が０.８以上である高開口数結像光学系を用いれば、透明基板の表面に於ける法線と５３.１３°以上の角度をなす漏出光も結像可能である。ところが、このような高開口数の結像光学系は、視野が狭く、検査時間が膨大となってしまう（欠陥検査の迅速化を図るために、一回の検査領域を１０ｍｍ□（角）程度確保したい）。しかしながら、高開口数（０.４以上）で、なおかつ広い視野（数１０ｍｍ□）を持つ結像光学系の市販品は存在せず、特注品は収差補正の点などから製造が難しく、かつ非常に高価であって検査装置のコストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、低開口数である結像光学系を使用しても透光性物質の光学的な不均一性を高感度・高速度で確実に検出でき、且つ低コストで実現できる透光性物質の不均一性検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鏡面仕上げされた少なくとも一対の主表面及び一対の端面を有する透光性基板の不均一性を検査する透光性基板の不均一性検査方法であって、
前記透光性基板は、この透光性基板にレーザー光を導入したときにその光路が光学的に均一の場合に、そのレーザ光を前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返してほぼ透光性基板内に閉じ込められたような状態にできるものであり、
前記透光性基板に、この透光性基板の光路が光学的に均一の場合に、前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返して透光性基板内にほぼ閉じ込められたような状態になるようにレーザー光を導入し、
前記主表面又は端面で全反射することなく外部に漏出した光を、外部に設けた散乱体によって散乱させた後、この散乱された光を低開口数の結像光学系を介して検出することで、前記透光性基板の不均一性を検査するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
透光性物質に表面の傷等の不均一部分がなければ、透光性物質内に導入したレーザー光は表面で全反射を繰り返して透光性物質内にレーザー光が閉じ込められ、外部へは漏出しないが、不均一部分があると全反射条件が満足されず、透光性物質表面から光が漏れ出す。即ち、透光性物質表面に傷、クラック、付着異物による汚れ等の不均一部分がある場合、光路が均一であれば全反射面となる表面から光が漏出することになる。また、透光性物質表面の不均一のみならず、内部のクラック、気泡、不純物等の欠陥、あるいはガラスの脈理等に特徴的な、透過率は同じで屈折率だけが違う欠陥の検出に関しても、異物や屈折率の違うところでは本来均一ならば通る光路（経路）を外れ、表面での全反射条件が満足されず、透光性物質外部へ漏れ出すことになるため検出可能になる。
【００１２】
透光性物質の傷からの漏出光は、四方八方に拡散された光ではなく、ある特定方向に向かう偏った強度分布の光（方向性の強い光）となる場合が多く、傷等の欠陥が微細になるほどその傾向が強い。従って、方向性の強い傷等の欠陥からの漏出光は、低開口数の結像光学系には入射されず検出されない欠陥が出てきてしまう。そこで、この発明では、透光性物質表面から全反射することなく漏出した光を、一旦散乱させ散乱光として検出するようにしているので、方向性を強く示す傷や微細欠陥による漏出光に対しても、低開口数（例えば、０.４以下）の結像光学系にて確実に結像できるようにしている。このため、高性能な透光性物質の不均一性検査を低コストにて行うことができる。
【００１３】
上記発明において、透光性物質の表面が互いに平行な平面を有し、導入したレーザー光がこれら平面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるようにすると、レーザー光が透光性物質内に行き渡るようになり、透光性物質の広範囲な領域の検査を、実際上同時に行うことができ、高速検査が可能となる。
【００１４】
前記漏出光の散乱には、例えば、透光性物質の少なくとも被検査領域の表面から漏出した光を全て散乱できるように、表面の外側に散乱体を設ける。散乱体としては、拡散板（すりガラスなど）、回折格子（例えば、超音波により形成される周期的な屈折率変化を有する媒体）、蛍光板または浮遊する微粒子などが挙げられる。
【００１５】
散乱光を検出した後に、前記散乱光を解析することで透光性物質の不均一性に関するデータを収集するのが好ましい。これにより、透光性物質の不均一性の形状・種類等を確認することができる。
【００１６】
また、本発明の透光性物質の不均一性検査装置は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質の不均一性の検査を行う検査装置であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には前記表面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるように透光性物質内にレーザー光を導入する照射手段と、前記透光性物質の表面から全反射することなく漏出した光を散乱させる漏出光散乱手段と、低開口数の結像光学系を介して前記散乱光を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
このように、透光性物質の表面からの漏出光を漏出光散乱手段で散乱させ、散乱光を低開口数の結像光学系を介して検出手段により検出するように構成しているので、方向性の強い漏出光も確実に検出することができ、しかも、低コストの検査装置を実現することができる。
【００１８】
上記検査装置において、漏出光散乱手段は、透光性物質の表面と結像光学系との間に配置され、透光性物質の少なくとも被検査領域の表面からの漏出光が全て漏出光散乱手段に入射されるように設けるのが好ましい。このようにすると、透光性物質に存在する傷等の不均一部分から漏出する、通常とらえにくい方向性を有する漏出光も確実にとらえることができ、不均一性検査を高感度にて行うことができる。
【００１９】
漏出光散乱手段としては、例えば、漏出光を散乱する拡散板を用いる。透光性物質からの漏出光を拡散板により拡散ないし散乱することにより、方向性の強い漏出光も容易に結像光学系にも向かわせることができる。拡散板には、透明基板表面に拡散性の凹凸を有するすりガラスなどや、透明基板内に散乱粒子等が一様に分散された状態のオパールガラスのようなものが挙げられる。
【００２０】
また、漏出光散乱手段は、超音波発生器と、超音波発生器より発生した超音波が伝播される媒体とを具備するものでもよい。超音波により媒体中には周期的な屈折率の変化が生じ、これが回折格子のように作用し、透光性物質からの漏出光の一部が回折あるいは屈折を受けて散乱ないし偏向される。媒体としては、例えば、気体（透光性物質の周囲の空気など）又はガラス（透明ガラス板など）を用いる。この場合、超音波の発生を停止すると、透光性物質からの漏出光を、散乱させずに、直接に観測することもできる。
【００２１】
また、漏出光散乱手段として、蛍光板を設け、透光性物質からの漏出光を一旦蛍光板で受けて、蛍光板から発した蛍光（散乱光）を結像光学系を介して検出手段で検出する構成とする。照射手段には、蛍光板の蛍光物質を励起可能な光を発生するレーザーを用いる。このレーザーには、蛍光板に用いられる蛍光物質の励起に好適な波長域、例えば、紫外域や紫外に近い可視域のレーザー、具体的には、紫外線レーザ、アルゴンブルーレーザー、アルゴングリーンレーザーなどが好ましい。
【００２２】
漏出光散乱手段は、透光性物質の表面と結像光学系との間に分散させた状態で存在する微粒子でもよく、漏出光は散乱体としての微粒子に照射されて散乱され、散乱光が検出手段で検出される。漏出光の散乱が一様になされるように、微粒子の粒径は、ほぼ均一とするのがよく、また、微粒子の粒径は、０.０３〜１００μｍが好ましい。
【００２３】
検出手段は、画像処理装置と接続されているものであって、画像処理装置は入カされたデータに基づいて不均一性の解析を行う解析部を有するものが好ましい。解析部を設けることにより、透光性物質における不均一性の解析を検査時に行うことができ、透光性物質の製造工程における欠陥発生原因の追求等を容易に実施でき、検査効率を向上することができる。
【００２４】
また、本発明の透光性物質の不均一性検査装置は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質の不均一性の検査を行う検査装置であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には前記表面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるように透光性物質内にレーザー光を導入する照射手段と、前記透光性物質の表面から全反射することなく漏出した光を撮像手段に導くイメージガイドとを有し、このイメージガイドは、その入射端面側から出射端面側に向かって漸次縮径された光ファイバーが束ねられたものであって、入射端面側が前記透光性物質の表面に近接して設けられ、出射端面側が前記撮像手段に直接的に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、透光性物質表面からの漏出光を散乱させずに、漏出光（画像）をそのままテーパ状の光ファイバーを束ねたイメージガイドで撮像手段に導いて検出している。イメージガイドの入射端面を透光性物質の表面に近接させているので、漏出光の逃げが少なく、また、透光性物質表面（入射端面）側が広く撮像手段（出射端面）側が狭いテーパ状の光ファイバーを束ねたイメージガイドなので、一度に透光性物質表面の広範囲な検査を実施できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１は本発明の透光性物質の不均一性検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、１は被検査対象である光学ガラス等からなる矩形状の透明基板である。透明基板１は、図２に示すように、主表面（表面及び裏面）Ｈと端面（Ｔ面及び面取り部のＣ面からなる）とで区画され、いずれの面も鏡面研磨した後、洗浄処理されている。なお、例えば、レーザー光が導入される導入面となるＣ面が鏡面研磨されていない場合には、導入面となるＣ面（粗面）に透明基板１とほぼ同一の屈折率を有するマッチングオイル等を塗布し、マッチングオイルの自由表面等によって疑似鏡面を形成するようにしてもよい。透明基板１は、後述の基板１表面での全反射が阻害されず且つ漏出光の検査を容易とするために、３点支持など図示省略のフォルダーによってできるだけ接触部分を少なくして水平に保持される。
【００２８】
この透明基板１に対して、不均一性を検査するためのレーザー光を透明基板のＣ面から導入するための照射手段が設けられている。照射手段は、レーザー光を発光するレーザー２と、レーザー光を透明基板１のＣ面の所定位置・角度で照射するためのミラー３1、３2とを有する。なお、ミラー３1、３2は光の入射角度等を微調整するためのものであり、ミラー３1、３2を用いずに、レーザー２から直接に基板１にレーザー光を照射するようにしてもよい。また、透明基板１内に導入されたレーザー光が全反射を起こす範囲内で入射角度を変動させて入射できるように、入射角度変動手段をミラー３1、３2などに設けてもよい。レーザー２として、ビーム径０.７ｍｍ、ビームの広がり角１ｍrad、レーザーパワー０.５ｍＷ、波長５４３.５ｎｍのＨｅ―Ｎｅレーザーを使用した。
【００２９】
また、透明基板１の上方には、透明基板１から漏出する光を検出するための検出手段としてのＣＣＤ（ないしＣＣＤカメラ）４が設けられると共に、透明基板１からの漏出光をＣＣＤ４に結像する、低開口数（０.０４５）の結像レンズ（ないし結像レンズ系）５が設けられている。なお、透明基板１から漏出した光を検出する検出手段としては、ＣＣＤに限らず、フォトマルチプライヤー等を用いてもよい。
【００３０】
透明基板１と結像レンズ５との間には、漏出光散乱手段として、この実施形態１では、すりガラス６が配置されている。すりガラス６は、透明基板１表面で全反射せずに漏れ出た漏出光が全て入射されるように、透明基板１に近接させて基板１を覆うように設けられる。従って、透明基板１表面の傷等から方向性の強い光が漏出し、透明基板１表面における法線とのなす角が、例えば６０〜７０°の漏出光であっても、すりガラス６にとらえられ、すりガラス６で多くの方向に拡散ないし散乱され、結像レンズ５の方向にも散乱光が到達して検出されるように構成されている。
【００３１】
次に、図１の検査装置を用いて行った具体的な検査方法を述べる。検査対象として、１５２.４×１５２.４×６.３５ｍｍの大きさで、Ｃ面の幅が０.４ｍｍのフォトマスク用ガラス基板（ガラスサブストレート）を検査した。このガラス基板のＣ面から、図２に示すように、ガラス基板内に入射してから最初に当たる主表面Ｈへの入射角θiが臨界角θcよりも大きくなるようにレーザ光を入射した。ガラス基板の屈折率は１.４６で、臨界角度θcが約４３°なので、入射角θiを４４.１°とした。
【００３２】
実施形態１では、一例として、砂番＃８００、基板サイズ２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３ｍｍのすりガラスを使用した。また、すりガラスと被検査物である透明ガラス基板との距離は、小さいほど漏出光を確実にとらえることが可能であるという観点から、たとえば、透明ガラス表面から０.５ｍｍの距離に、すりガラスを配置した。漏出光散乱手段であるすりガラスは、すべての漏出光をとらえる必要があり、つまり、上述したように、ガラス基板表面とのなす角が小さい漏出光もとらえる必要があるので、すりガラスは、ガラス基板と同等もしくは大きいサイズで、ガラス基板からの漏出光が完全にとらえられるように、ガラス基板の上方（検出手段側）に近接して配置するのがよい。
【００３３】
ガラス基板内に入射した光は、ガラス基板の主表面及び端面で全反射を繰り返し、ガラス基板内にほぼ閉じ込められたような状態となるが、ガラス基板の表面に研磨時の異物混入等による傷や、あるいはガラス基板の内部に気泡、脈理などがあると、全反射条件が満足されず、その部分から光が漏れ出る。この漏れ出た光が全て、すりガラスに入射され、その凹凸面により光が散乱される。したがって、ガラス基板からの漏出光が結像レンズとは異なる方向に向かう偏った光であっても、結像レンズ外へ逃げてしまうことなく、すりガラスによって散乱されるので、その散乱光の一部が結像レンズにも入射し、検出手段によって検出される。つまり、微細な傷等の欠陥から漏出する、いかなる方向性を有する光も、安価な低開口数の結像レンズで確実に検出することが可能になる。また、漏出光をすりガラスで散乱しているので、結像レンズに入射する光量は全体的としては減少するが、１秒程度の露光時間で、微細な傷等の欠陥から漏出する光を確実にとらえることができ、高感度で実用的な不均一性の検査装置を実現できる。
【００３４】
（実施形態２）
実施形態２においては、漏出光散乱手段として、超音波によって形成される回折格子を用いた例について説明する。すなわち、実施形態２においては、透明基板と結像レンズとの間に超音波を導く媒体を配置し、超音波を前記媒体へと導き、媒体に回折格子の機能を与えて透明基板からの漏出光を散乱させている。
【００３５】
実施形態２に係る不均一性の検査装置を図３に示し、実施形態１と異なる箇所について説明する。低開口数である結像レンズ５と透明基板１との間の空間に存在する空気を超音波の伝播媒体とし、この空気に対して超音波ビームＢを導入するためにトランスデューサ７を配置する。トランスデューサ７は、これに接続された図示しないドライバ（高周波発振器）からの高周波電圧の入力により、超音波ビームＢを出射する。超音波ビームＢは、透明基板１上面の全域と接触している空気に対して導入される。
【００３６】
この超音波ビームＢの導入によって、結像レンズ５と透明基板１との間の空間に存在する空気に、超音波の波長を周期とした屈折率変動が生じ、これが回折格子の作用をする。この超音波による回折格子に対して透明基板１からの漏出光が入射すると、回折を受けずに直進する０次光の他に、ブラッグ回折による１次回折光が生じ、漏出光の進行方向が変えられる。（あるいは、屈折率の変動部分で漏出光が屈折されて偏向される。）このように、透明基板１から出射された漏出光が散乱されるため、低開口数の結像レンズ５を用いても、透明基板１の傷等の微細欠陥による方向性の強い漏出光も、実施形態１と同様な理由で、確実に結像レンズ５に入射させることができ、透明基板１の表面に於ける法線となす角の大きい漏出光もとらえることができる。
【００３７】
超音波を導く媒体としては、空気に限定されず、ガラス板を使用することもできる。この場合、図１のすりガラス６に代えて透明なガラス板を配置し、このガラス板に接触させてトランスデューサを設け、ガラス板に超音波を導入して回折格子を形成する。このようにすると、空気を媒体とした場合に比べ、減衰も少なく超音波が広がることがないので、より効率良く漏出光を散乱させることができる。
【００３８】
（実施形態３）
次に、漏出光散乱手段として、微粒子を適用した例を述べる。すなわち、透明基板と結像レンズとの間に、浮遊状態で微粒子を介在させ、漏出光を散乱体としての微粒子によって散乱し、漏出光を散乱光として確実に低開口数である結像レンズに導き、ＣＣＤカメラに結像させるようにしている。
【００３９】
このとき、散乱体としての微粒子には、数１０μｍの径のもので、粒径が揃っているものを使用するのがよい。具体的には、研磨剤、ラテックス粒子、ガラス粒子、蛍光粒子などの微粒子を使用することができる。また、このとき、結像レンズと透明基板との間を微粒子が一方向に流れる微粒子流を形成する。このために、例えば、透明基板にマイナスの電荷を帯電させ、かつ微粒子にもマイナスの電荷を帯電させると共に、透明基板の両側に設置した電極間に１Ｖ程度の電位差を与えて、一方の電極から他方の電極へと透明基板に沿って微粒子が流れるようにする。
【００４０】
また、結像レンズと透明基板との間に、光透過性をもつ中空の管などを設置し、その管などの中の微粒子を、電場やガス流などを用いて、流動化させるようにしてもよい。ただし、いずれの方法においても、分散状態の微粒子（ないし微粒子流）が透明基板の上方に且つ透明基板上面を覆うような領域に存在するようにする。
【００４１】
以上、漏出光散乱手段を用いて透明基板内の不均一性検査を行う方法及び装置について説明したが、上記実施形態１〜３においては、透明基板の不均一部分の像を直接的に明瞭に確認できないものである。すなわち、すりガラス、超音波による回折格子、微粒子等の漏出光散乱手段の存在により、ＣＣＤカメラを通してみると、透明基板中の傷等の像がぼやけ、シャープな直接像をみることができない。このため、透明基板の不均一部分の形状・種類・大きさ等の詳細データまで確認することができない。次に記載の実施形態４では、直接的に不均一部分の像を確認できるとともに、それに関するデータを収集できる不均一部分の検査方法及び検査装置について説明する。
【００４２】
（実施形態４）
実施形態４は、漏出光散乱手段として蛍光板を適用した例であり、上記実施形態１〜３と相違する点を主に説明する。すなわち、実施形態４においては、入射光（透明基板１からの漏出光）の波長に対して蛍光を示す蛍光板８を、透明基板１と低開口数の結像レンズ５との間に、図４に示すように配置する。蛍光板８は、すべての漏出光をとらえることができるように、実施形態１のすりガラス６と同様に、透明基板１に近接させ、かつ透明基板１の主表面を覆うように配置される。蛍光板８には、例えば、ガラス板に紫外線の照射により蛍光を発する硫化亜鉛などの物質をコーティングしたものを用い（あるいは、紫外線の照射により蛍光を発する、重金属を含む通常のガラス板を用いてもよい。）、一方、検査光源となるレーザー２には、紫外線レーザーを用いる。なお、蛍光板の蛍光物質としては、可視光により蛍光を発生するものでも勿論よく、蛍光板に用いられる蛍光物質を励起して蛍光を発生できるレーザーを選択する。
【００４３】
透明基板１に紫外線域のレーザー光を入射させ、透明基板１の不均一部分から漏出する紫外域の光を蛍光板８で受ける。そして、蛍光板８が発する蛍光の散乱光を低開口数の結像レンズ５で集光し、ＣＣＤ４にて蛍光波長の光を検出する。ＣＣＤ４には画像処理装置９が接続されており、画像処理装置９は、検出した情報（光量、強度分布等）を解析して、透明基板１における不均一性の種類（表面部の傷やクラック、内部の脈理や気泡）や不均一部分の大きさ、位置等を出力することを可能とする。画像処理装置９の画像解析を行う解析部は、例えば、コンピュータに画像データ処理プログラムを格納させた画像処理システムであり、それを用いて検査を行うことにより、欠陥検出のみにとどまらず、上述したように欠陥解析をも行うことが可能となる。
【００４４】
検出される画像は、均一部分の暗い背景に傷等がある不均一部分が線状、点状などに輝いてみえるもので、得られた画像から傷等の不均一部分を明瞭に判別できた。この輝いてみえた箇所は、従来の通常照明下での光学顕微鏡によっては確認できなかったが、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、たとえば、幅が０.１３μｍで、深さが約０.１３μｍの傷であることが確認された。
【００４５】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４では、透明基板から漏出した光を漏出光散乱手段で散乱し、散乱された光を検出していたが、この実施形態５では、漏出光を直接的に検出している。すなわち、図５に示すように、透明基板１とその漏出光を検出する撮像手段としてのＣＣＤ４との間には、イメージガイド１０が設けられている。このイメージガイド１０は、その入射端面部１０ａから出射端面部１０ｂに向かって漸次縮径された光ファイバーが束ねられたものであって、全体として円形断面のテーパ形状となっている。イメージガイド１０の入射端面は、透明基板１表面に近接され、かつＣＣＤ４による一回の検査領域（視野領域）１１を覆うことができるように設けられる。また、イメージガイド１０の出射端面はＣＣＤ４のＣＣＤ面に直接接続されている。
【００４６】
この実施形態では、透明基板１からの漏出光を散乱させずに、透明基板１表面の漏出光（画像）をイメージガイド１０でそのまま縮小してＣＣＤ４に導いて検出しているため、効率よくＣＣＤ４に結像でき、高感度の検出が可能となる。更に、イメージガイド１０の入射端面を透明基板１表面に近接させると共に、出射端面をＣＣＤ面に直接接続しているので、漏出光の逃げや漏れがなく、また、入射端面部１０ａが広く出射端面部１０ｂが狭いテーパ状のイメージガイド１０なので、一度に広範囲な検査領域１１を検査することができる。なお、上記実施形態４のように、ＣＣＤ４に画像処理装置９を接続して、透明基板の不均一性の形状・種類等を解析させるようにしてもよい。また、イメージガイドの断面は円形ではなく、矩形断面などでもよい。
【００４７】
上述した実施形態の検査方法を用いることによって、欠陥を持ったガラス基板を迅速・適切に排除することができ、ガラス基板の生産性を向上することができた。なお、欠陥を持ったガラス基板を再度精密に鏡面研磨、洗浄処理を行うことによって、仕様の範囲に入るフォトマスク用ガラス基板とすることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質として、ガラス製の透明基板を挙げたが、ガラスに限らず、アクリル樹脂等の光学プラスチック、水晶等の光学結晶など、検査光が通過できる材質ならばどのようなものでもよい。
【００４９】
また、透光性物質の形状は、矩形、円形、円環状等の基板に限らず、ブロック形状や曲面を有するものでもよい。更に、透明基板としては、フォトマスク（位相シフトマスク）用基板、液晶用ガラス基板、情報記憶用ガラス基板（磁気デイスク、光デイスク等）等各種基板の検査に適用可能である。
【００５０】
また、レーザーとしては、気体レーザーに限らず半導体レーザー等の可視領域のレーザーあるいは、透光性物質に対して吸収が少ないものであれば、紫外線領域のエキシマレーザーや、赤外領域のＮＤ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザー等を検査用光源として使用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透光性物質表面から全反射することなく漏出した漏出光を、一旦散乱させ散乱光を低開口数の結像光学系にて確実に結像させて検出し、又は漏出光をイメージガイドで導いて検出するようにしているので、透光性物質の傷や微細欠陥による方向性を強く示す漏出光に対しても、確実に検出でき、高感度・高速度な透光性物質の不均一性検査を低コストにて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の透明基板及びすりガラスを拡大した断面図である。
【図３】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示すもので、漏出光検出系の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ レーザー
３1、３2 ミラー
４ ＣＣＤ
５ 結像レンズ
６ すりガラス
７ トランスデューサ
８ 蛍光板
９ 画像処理装置
１０ イメージガイド
１１ 検査領域
Ｌ レーザー光
Ｂ 超音波ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク用透明基板や情報記録媒体用透明基板であるガラスサブストレートなどの透光性物質の光学的な不均一性（欠陥）を検査する方法及びその検査装置に係り、特に、鏡面仕上げされた透光性物質表面での全反射の性質を利用することによって、透光性物質の不均一性を高感度、高速度に検出できるようにした透光性物質の不均一性検査方法及びその検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、フォトマスク等の製造工程において、微細パターンの形成には、フォトリソグラフィー法が用いられている。例えば、半導体集積回路を製造する際には、高精度に研磨され、鏡面仕上げされた透明基板上に遮光性膜（例えばクロム膜）によりパターンが形成されたフォトマスクを用いてパターンを転写している。このパターンの原盤とも言えるフォトマスクについての検査方法は、特開昭５８―１６２０３８号公報に記載の面状態検査装置にみられるように、パターン面の微小な領域に光を集め、パターン面からの反射出力、透過出力を比較する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においてはパターンの高密度化に伴い、上記方法のようにパターン面の検査のみならず、高精度に研磨されて鏡面仕上げされた透明基板そのものの微細な欠陥も欠陥検出の対象となっている。また、上述した方法では、パターン面の微小な領域に光を集めることから、検査領域が広い範囲にわたっている場合には何らかの手段を用いて光を走査する必要があり、検査領域の面積に比例して検査時間がかかることと、欠陥の有無によってパターン自体及び透明基板に対する反射光・透過光の光量の変化があまり大きくなく、透明基板の微細な欠陥検出への適用は困難であった。
【０００４】
そこで、本発明者は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質（透明基板など）の不均一部分の有無を検査する方法であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には、前記表面で全反射が起こるように透光性物質内に光を導入し、透光性物質内に導入され伝播する光の光路中に不均一部分が存在するときに、前記表面から光が漏出することから透光性物質の不均一性を検出する方法を見出した。
【０００５】
この方法によれば、透光性物質の表面に傷、付着異物による汚れ等の不均一部分がなければ、透光性物質内に導入した光は表面で全反射して外部へは漏出しないが、不均一部分があると全反射条件が満足されず、透光性物質表面から光が漏れ出す。また、透光性物質表面の不均一性のみならず、内部の異物、不純物等の欠陥、あるいはガラスの脈理等に特徴的な、透過率は同じで屈折率だけが違う欠陥の検出に関しても、異物や屈折率の違うところでは本来均一ならば通る光路（経路）を外れ、透光性物質外部へ漏れ出すことになるため検出可能になる。このように、物理的な臨界現象である幾何光学的な全反射を利用しているため、被検査対象である透光性物質の不均一部分と均一部分とにおける検査光に対する応答も臨界的であり、暗い均一部分の背景に漏出光として不均一部分が劇的なコントラストで現れる。
【０００６】
ところで、透明基板のより微細な傷等の欠陥検出が求められているが、欠陥が微細になるほど、透明基板の表面から漏出する光は、四方八方に拡散された光ではなく、ある特定方向に向かう偏った強度分布の光となる傾向がある。ところが、透明基板の欠陥部分からの漏出光を結像光学系として顕微鏡用対物レンズを用いてＣＣＤ素子などに結像して検出する場合、市販されている顕微鏡用の対物レンズは、例えば、倍率２倍、開口数０.０５５（株式会社ミツトヨ製）程度であるので、結像できる漏出光は、透明基板の表面に於ける法線となす角が３.１５°以下の一部のわずかな漏出光に限られてしまう。
【０００７】
このことは、欠陥検出において、検出手段のＣＣＤ撮像素子などにより多くの露光蓄積時間を必要としたり、欠陥の程度をその微弱な光の強度から少なめに見積もったりしてしまうことになる。また、露光蓄積時間を長くすると、単純に検査時間が増えるだけでなく、透明基板自体のレイリー散乱光も検出手段にかなり入射してしまうこととなり、透明基板の欠陥部分のコントラストを低下させることにもなる。
【０００８】
開口数が０.８以上である高開口数結像光学系を用いれば、透明基板の表面に於ける法線と５３.１３°以上の角度をなす漏出光も結像可能である。ところが、このような高開口数の結像光学系は、視野が狭く、検査時間が膨大となってしまう（欠陥検査の迅速化を図るために、一回の検査領域を１０ｍｍ□（角）程度確保したい）。しかしながら、高開口数（０.４以上）で、なおかつ広い視野（数１０ｍｍ□）を持つ結像光学系の市販品は存在せず、特注品は収差補正の点などから製造が難しく、かつ非常に高価であって検査装置のコストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、低開口数である結像光学系を使用しても透光性物質の光学的な不均一性を高感度・高速度で確実に検出でき、且つ低コストで実現できる透光性物質の不均一性検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鏡面仕上げされた少なくとも一対の主表面及び一対の端面を有する透光性基板の不均一性を検査する透光性基板の不均一性検査方法であって、
前記透光性基板は、この透光性基板にレーザー光を導入したときにその光路が光学的に均一の場合に、そのレーザ光を前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返してほぼ透光性基板内に閉じ込められたような状態にできるものであり、
前記透光性基板に、この透光性基板の光路が光学的に均一の場合に、前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返して透光性基板内にほぼ閉じ込められたような状態になるようにレーザー光を導入し、
前記主表面又は端面で全反射することなく外部に漏出した光を、外部に設けた散乱体によって散乱させた後、この散乱された光を低開口数の結像光学系を介して検出することで、前記透光性基板の不均一性を検査するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
透光性物質に表面の傷等の不均一部分がなければ、透光性物質内に導入したレーザー光は表面で全反射を繰り返して透光性物質内にレーザー光が閉じ込められ、外部へは漏出しないが、不均一部分があると全反射条件が満足されず、透光性物質表面から光が漏れ出す。即ち、透光性物質表面に傷、クラック、付着異物による汚れ等の不均一部分がある場合、光路が均一であれば全反射面となる表面から光が漏出することになる。また、透光性物質表面の不均一のみならず、内部のクラック、気泡、不純物等の欠陥、あるいはガラスの脈理等に特徴的な、透過率は同じで屈折率だけが違う欠陥の検出に関しても、異物や屈折率の違うところでは本来均一ならば通る光路（経路）を外れ、表面での全反射条件が満足されず、透光性物質外部へ漏れ出すことになるため検出可能になる。
【００１２】
透光性物質の傷からの漏出光は、四方八方に拡散された光ではなく、ある特定方向に向かう偏った強度分布の光（方向性の強い光）となる場合が多く、傷等の欠陥が微細になるほどその傾向が強い。従って、方向性の強い傷等の欠陥からの漏出光は、低開口数の結像光学系には入射されず検出されない欠陥が出てきてしまう。そこで、この発明では、透光性物質表面から全反射することなく漏出した光を、一旦散乱させ散乱光として検出するようにしているので、方向性を強く示す傷や微細欠陥による漏出光に対しても、低開口数（例えば、０.４以下）の結像光学系にて確実に結像できるようにしている。このため、高性能な透光性物質の不均一性検査を低コストにて行うことができる。
【００１３】
上記発明において、透光性物質の表面が互いに平行な平面を有し、導入したレーザー光がこれら平面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるようにすると、レーザー光が透光性物質内に行き渡るようになり、透光性物質の広範囲な領域の検査を、実際上同時に行うことができ、高速検査が可能となる。
【００１４】
前記漏出光の散乱には、例えば、透光性物質の少なくとも被検査領域の表面から漏出した光を全て散乱できるように、表面の外側に散乱体を設ける。散乱体としては、拡散板（すりガラスなど）、回折格子（例えば、超音波により形成される周期的な屈折率変化を有する媒体）、蛍光板または浮遊する微粒子などが挙げられる。
【００１５】
散乱光を検出した後に、前記散乱光を解析することで透光性物質の不均一性に関するデータを収集するのが好ましい。これにより、透光性物質の不均一性の形状・種類等を確認することができる。
【００１６】
また、本発明の透光性物質の不均一性検査装置は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質の不均一性の検査を行う検査装置であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には前記表面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるように透光性物質内にレーザー光を導入する照射手段と、前記透光性物質の表面から全反射することなく漏出した光を散乱させる漏出光散乱手段と、低開口数の結像光学系を介して前記散乱光を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
このように、透光性物質の表面からの漏出光を漏出光散乱手段で散乱させ、散乱光を低開口数の結像光学系を介して検出手段により検出するように構成しているので、方向性の強い漏出光も確実に検出することができ、しかも、低コストの検査装置を実現することができる。
【００１８】
上記検査装置において、漏出光散乱手段は、透光性物質の表面と結像光学系との間に配置され、透光性物質の少なくとも被検査領域の表面からの漏出光が全て漏出光散乱手段に入射されるように設けるのが好ましい。このようにすると、透光性物質に存在する傷等の不均一部分から漏出する、通常とらえにくい方向性を有する漏出光も確実にとらえることができ、不均一性検査を高感度にて行うことができる。
【００１９】
漏出光散乱手段としては、例えば、漏出光を散乱する拡散板を用いる。透光性物質からの漏出光を拡散板により拡散ないし散乱することにより、方向性の強い漏出光も容易に結像光学系にも向かわせることができる。拡散板には、透明基板表面に拡散性の凹凸を有するすりガラスなどや、透明基板内に散乱粒子等が一様に分散された状態のオパールガラスのようなものが挙げられる。
【００２０】
また、漏出光散乱手段は、超音波発生器と、超音波発生器より発生した超音波が伝播される媒体とを具備するものでもよい。超音波により媒体中には周期的な屈折率の変化が生じ、これが回折格子のように作用し、透光性物質からの漏出光の一部が回折あるいは屈折を受けて散乱ないし偏向される。媒体としては、例えば、気体（透光性物質の周囲の空気など）又はガラス（透明ガラス板など）を用いる。この場合、超音波の発生を停止すると、透光性物質からの漏出光を、散乱させずに、直接に観測することもできる。
【００２１】
また、漏出光散乱手段として、蛍光板を設け、透光性物質からの漏出光を一旦蛍光板で受けて、蛍光板から発した蛍光（散乱光）を結像光学系を介して検出手段で検出する構成とする。照射手段には、蛍光板の蛍光物質を励起可能な光を発生するレーザーを用いる。このレーザーには、蛍光板に用いられる蛍光物質の励起に好適な波長域、例えば、紫外域や紫外に近い可視域のレーザー、具体的には、紫外線レーザ、アルゴンブルーレーザー、アルゴングリーンレーザーなどが好ましい。
【００２２】
漏出光散乱手段は、透光性物質の表面と結像光学系との間に分散させた状態で存在する微粒子でもよく、漏出光は散乱体としての微粒子に照射されて散乱され、散乱光が検出手段で検出される。漏出光の散乱が一様になされるように、微粒子の粒径は、ほぼ均一とするのがよく、また、微粒子の粒径は、０.０３〜１００μｍが好ましい。
【００２３】
検出手段は、画像処理装置と接続されているものであって、画像処理装置は入カされたデータに基づいて不均一性の解析を行う解析部を有するものが好ましい。解析部を設けることにより、透光性物質における不均一性の解析を検査時に行うことができ、透光性物質の製造工程における欠陥発生原因の追求等を容易に実施でき、検査効率を向上することができる。
【００２４】
また、本発明の透光性物質の不均一性検査装置は、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質の不均一性の検査を行う検査装置であって、前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には前記表面で全反射を繰り返して透光性物質内に閉じ込められるように透光性物質内にレーザー光を導入する照射手段と、前記透光性物質の表面から全反射することなく漏出した光を撮像手段に導くイメージガイドとを有し、このイメージガイドは、その入射端面側から出射端面側に向かって漸次縮径された光ファイバーが束ねられたものであって、入射端面側が前記透光性物質の表面に近接して設けられ、出射端面側が前記撮像手段に直接的に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、透光性物質表面からの漏出光を散乱させずに、漏出光（画像）をそのままテーパ状の光ファイバーを束ねたイメージガイドで撮像手段に導いて検出している。イメージガイドの入射端面を透光性物質の表面に近接させているので、漏出光の逃げが少なく、また、透光性物質表面（入射端面）側が広く撮像手段（出射端面）側が狭いテーパ状の光ファイバーを束ねたイメージガイドなので、一度に透光性物質表面の広範囲な検査を実施できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１は本発明の透光性物質の不均一性検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、１は被検査対象である光学ガラス等からなる矩形状の透明基板である。透明基板１は、図２に示すように、主表面（表面及び裏面）Ｈと端面（Ｔ面及び面取り部のＣ面からなる）とで区画され、いずれの面も鏡面研磨した後、洗浄処理されている。なお、例えば、レーザー光が導入される導入面となるＣ面が鏡面研磨されていない場合には、導入面となるＣ面（粗面）に透明基板１とほぼ同一の屈折率を有するマッチングオイル等を塗布し、マッチングオイルの自由表面等によって疑似鏡面を形成するようにしてもよい。透明基板１は、後述の基板１表面での全反射が阻害されず且つ漏出光の検査を容易とするために、３点支持など図示省略のフォルダーによってできるだけ接触部分を少なくして水平に保持される。
【００２８】
この透明基板１に対して、不均一性を検査するためのレーザー光を透明基板のＣ面から導入するための照射手段が設けられている。照射手段は、レーザー光を発光するレーザー２と、レーザー光を透明基板１のＣ面の所定位置・角度で照射するためのミラー３1、３2とを有する。なお、ミラー３1、３2は光の入射角度等を微調整するためのものであり、ミラー３1、３2を用いずに、レーザー２から直接に基板１にレーザー光を照射するようにしてもよい。また、透明基板１内に導入されたレーザー光が全反射を起こす範囲内で入射角度を変動させて入射できるように、入射角度変動手段をミラー３1、３2などに設けてもよい。レーザー２として、ビーム径０.７ｍｍ、ビームの広がり角１ｍrad、レーザーパワー０.５ｍＷ、波長５４３.５ｎｍのＨｅ―Ｎｅレーザーを使用した。
【００２９】
また、透明基板１の上方には、透明基板１から漏出する光を検出するための検出手段としてのＣＣＤ（ないしＣＣＤカメラ）４が設けられると共に、透明基板１からの漏出光をＣＣＤ４に結像する、低開口数（０.０４５）の結像レンズ（ないし結像レンズ系）５が設けられている。なお、透明基板１から漏出した光を検出する検出手段としては、ＣＣＤに限らず、フォトマルチプライヤー等を用いてもよい。
【００３０】
透明基板１と結像レンズ５との間には、漏出光散乱手段として、この実施形態１では、すりガラス６が配置されている。すりガラス６は、透明基板１表面で全反射せずに漏れ出た漏出光が全て入射されるように、透明基板１に近接させて基板１を覆うように設けられる。従って、透明基板１表面の傷等から方向性の強い光が漏出し、透明基板１表面における法線とのなす角が、例えば６０〜７０°の漏出光であっても、すりガラス６にとらえられ、すりガラス６で多くの方向に拡散ないし散乱され、結像レンズ５の方向にも散乱光が到達して検出されるように構成されている。
【００３１】
次に、図１の検査装置を用いて行った具体的な検査方法を述べる。検査対象として、１５２.４×１５２.４×６.３５ｍｍの大きさで、Ｃ面の幅が０.４ｍｍのフォトマスク用ガラス基板（ガラスサブストレート）を検査した。このガラス基板のＣ面から、図２に示すように、ガラス基板内に入射してから最初に当たる主表面Ｈへの入射角θiが臨界角θcよりも大きくなるようにレーザ光を入射した。ガラス基板の屈折率は１.４６で、臨界角度θcが約４３°なので、入射角θiを４４.１°とした。
【００３２】
実施形態１では、一例として、砂番＃８００、基板サイズ２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３ｍｍのすりガラスを使用した。また、すりガラスと被検査物である透明ガラス基板との距離は、小さいほど漏出光を確実にとらえることが可能であるという観点から、たとえば、透明ガラス表面から０.５ｍｍの距離に、すりガラスを配置した。漏出光散乱手段であるすりガラスは、すべての漏出光をとらえる必要があり、つまり、上述したように、ガラス基板表面とのなす角が小さい漏出光もとらえる必要があるので、すりガラスは、ガラス基板と同等もしくは大きいサイズで、ガラス基板からの漏出光が完全にとらえられるように、ガラス基板の上方（検出手段側）に近接して配置するのがよい。
【００３３】
ガラス基板内に入射した光は、ガラス基板の主表面及び端面で全反射を繰り返し、ガラス基板内にほぼ閉じ込められたような状態となるが、ガラス基板の表面に研磨時の異物混入等による傷や、あるいはガラス基板の内部に気泡、脈理などがあると、全反射条件が満足されず、その部分から光が漏れ出る。この漏れ出た光が全て、すりガラスに入射され、その凹凸面により光が散乱される。したがって、ガラス基板からの漏出光が結像レンズとは異なる方向に向かう偏った光であっても、結像レンズ外へ逃げてしまうことなく、すりガラスによって散乱されるので、その散乱光の一部が結像レンズにも入射し、検出手段によって検出される。つまり、微細な傷等の欠陥から漏出する、いかなる方向性を有する光も、安価な低開口数の結像レンズで確実に検出することが可能になる。また、漏出光をすりガラスで散乱しているので、結像レンズに入射する光量は全体的としては減少するが、１秒程度の露光時間で、微細な傷等の欠陥から漏出する光を確実にとらえることができ、高感度で実用的な不均一性の検査装置を実現できる。
【００３４】
（実施形態２）
実施形態２においては、漏出光散乱手段として、超音波によって形成される回折格子を用いた例について説明する。すなわち、実施形態２においては、透明基板と結像レンズとの間に超音波を導く媒体を配置し、超音波を前記媒体へと導き、媒体に回折格子の機能を与えて透明基板からの漏出光を散乱させている。
【００３５】
実施形態２に係る不均一性の検査装置を図３に示し、実施形態１と異なる箇所について説明する。低開口数である結像レンズ５と透明基板１との間の空間に存在する空気を超音波の伝播媒体とし、この空気に対して超音波ビームＢを導入するためにトランスデューサ７を配置する。トランスデューサ７は、これに接続された図示しないドライバ（高周波発振器）からの高周波電圧の入力により、超音波ビームＢを出射する。超音波ビームＢは、透明基板１上面の全域と接触している空気に対して導入される。
【００３６】
この超音波ビームＢの導入によって、結像レンズ５と透明基板１との間の空間に存在する空気に、超音波の波長を周期とした屈折率変動が生じ、これが回折格子の作用をする。この超音波による回折格子に対して透明基板１からの漏出光が入射すると、回折を受けずに直進する０次光の他に、ブラッグ回折による１次回折光が生じ、漏出光の進行方向が変えられる。（あるいは、屈折率の変動部分で漏出光が屈折されて偏向される。）このように、透明基板１から出射された漏出光が散乱されるため、低開口数の結像レンズ５を用いても、透明基板１の傷等の微細欠陥による方向性の強い漏出光も、実施形態１と同様な理由で、確実に結像レンズ５に入射させることができ、透明基板１の表面に於ける法線となす角の大きい漏出光もとらえることができる。
【００３７】
超音波を導く媒体としては、空気に限定されず、ガラス板を使用することもできる。この場合、図１のすりガラス６に代えて透明なガラス板を配置し、このガラス板に接触させてトランスデューサを設け、ガラス板に超音波を導入して回折格子を形成する。このようにすると、空気を媒体とした場合に比べ、減衰も少なく超音波が広がることがないので、より効率良く漏出光を散乱させることができる。
【００３８】
（実施形態３）
次に、漏出光散乱手段として、微粒子を適用した例を述べる。すなわち、透明基板と結像レンズとの間に、浮遊状態で微粒子を介在させ、漏出光を散乱体としての微粒子によって散乱し、漏出光を散乱光として確実に低開口数である結像レンズに導き、ＣＣＤカメラに結像させるようにしている。
【００３９】
このとき、散乱体としての微粒子には、数１０μｍの径のもので、粒径が揃っているものを使用するのがよい。具体的には、研磨剤、ラテックス粒子、ガラス粒子、蛍光粒子などの微粒子を使用することができる。また、このとき、結像レンズと透明基板との間を微粒子が一方向に流れる微粒子流を形成する。このために、例えば、透明基板にマイナスの電荷を帯電させ、かつ微粒子にもマイナスの電荷を帯電させると共に、透明基板の両側に設置した電極間に１Ｖ程度の電位差を与えて、一方の電極から他方の電極へと透明基板に沿って微粒子が流れるようにする。
【００４０】
また、結像レンズと透明基板との間に、光透過性をもつ中空の管などを設置し、その管などの中の微粒子を、電場やガス流などを用いて、流動化させるようにしてもよい。ただし、いずれの方法においても、分散状態の微粒子（ないし微粒子流）が透明基板の上方に且つ透明基板上面を覆うような領域に存在するようにする。
【００４１】
以上、漏出光散乱手段を用いて透明基板内の不均一性検査を行う方法及び装置について説明したが、上記実施形態１〜３においては、透明基板の不均一部分の像を直接的に明瞭に確認できないものである。すなわち、すりガラス、超音波による回折格子、微粒子等の漏出光散乱手段の存在により、ＣＣＤカメラを通してみると、透明基板中の傷等の像がぼやけ、シャープな直接像をみることができない。このため、透明基板の不均一部分の形状・種類・大きさ等の詳細データまで確認することができない。次に記載の実施形態４では、直接的に不均一部分の像を確認できるとともに、それに関するデータを収集できる不均一部分の検査方法及び検査装置について説明する。
【００４２】
（実施形態４）
実施形態４は、漏出光散乱手段として蛍光板を適用した例であり、上記実施形態１〜３と相違する点を主に説明する。すなわち、実施形態４においては、入射光（透明基板１からの漏出光）の波長に対して蛍光を示す蛍光板８を、透明基板１と低開口数の結像レンズ５との間に、図４に示すように配置する。蛍光板８は、すべての漏出光をとらえることができるように、実施形態１のすりガラス６と同様に、透明基板１に近接させ、かつ透明基板１の主表面を覆うように配置される。蛍光板８には、例えば、ガラス板に紫外線の照射により蛍光を発する硫化亜鉛などの物質をコーティングしたものを用い（あるいは、紫外線の照射により蛍光を発する、重金属を含む通常のガラス板を用いてもよい。）、一方、検査光源となるレーザー２には、紫外線レーザーを用いる。なお、蛍光板の蛍光物質としては、可視光により蛍光を発生するものでも勿論よく、蛍光板に用いられる蛍光物質を励起して蛍光を発生できるレーザーを選択する。
【００４３】
透明基板１に紫外線域のレーザー光を入射させ、透明基板１の不均一部分から漏出する紫外域の光を蛍光板８で受ける。そして、蛍光板８が発する蛍光の散乱光を低開口数の結像レンズ５で集光し、ＣＣＤ４にて蛍光波長の光を検出する。ＣＣＤ４には画像処理装置９が接続されており、画像処理装置９は、検出した情報（光量、強度分布等）を解析して、透明基板１における不均一性の種類（表面部の傷やクラック、内部の脈理や気泡）や不均一部分の大きさ、位置等を出力することを可能とする。画像処理装置９の画像解析を行う解析部は、例えば、コンピュータに画像データ処理プログラムを格納させた画像処理システムであり、それを用いて検査を行うことにより、欠陥検出のみにとどまらず、上述したように欠陥解析をも行うことが可能となる。
【００４４】
検出される画像は、均一部分の暗い背景に傷等がある不均一部分が線状、点状などに輝いてみえるもので、得られた画像から傷等の不均一部分を明瞭に判別できた。この輝いてみえた箇所は、従来の通常照明下での光学顕微鏡によっては確認できなかったが、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、たとえば、幅が０.１３μｍで、深さが約０.１３μｍの傷であることが確認された。
【００４５】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４では、透明基板から漏出した光を漏出光散乱手段で散乱し、散乱された光を検出していたが、この実施形態５では、漏出光を直接的に検出している。すなわち、図５に示すように、透明基板１とその漏出光を検出する撮像手段としてのＣＣＤ４との間には、イメージガイド１０が設けられている。このイメージガイド１０は、その入射端面部１０ａから出射端面部１０ｂに向かって漸次縮径された光ファイバーが束ねられたものであって、全体として円形断面のテーパ形状となっている。イメージガイド１０の入射端面は、透明基板１表面に近接され、かつＣＣＤ４による一回の検査領域（視野領域）１１を覆うことができるように設けられる。また、イメージガイド１０の出射端面はＣＣＤ４のＣＣＤ面に直接接続されている。
【００４６】
この実施形態では、透明基板１からの漏出光を散乱させずに、透明基板１表面の漏出光（画像）をイメージガイド１０でそのまま縮小してＣＣＤ４に導いて検出しているため、効率よくＣＣＤ４に結像でき、高感度の検出が可能となる。更に、イメージガイド１０の入射端面を透明基板１表面に近接させると共に、出射端面をＣＣＤ面に直接接続しているので、漏出光の逃げや漏れがなく、また、入射端面部１０ａが広く出射端面部１０ｂが狭いテーパ状のイメージガイド１０なので、一度に広範囲な検査領域１１を検査することができる。なお、上記実施形態４のように、ＣＣＤ４に画像処理装置９を接続して、透明基板の不均一性の形状・種類等を解析させるようにしてもよい。また、イメージガイドの断面は円形ではなく、矩形断面などでもよい。
【００４７】
上述した実施形態の検査方法を用いることによって、欠陥を持ったガラス基板を迅速・適切に排除することができ、ガラス基板の生産性を向上することができた。なお、欠陥を持ったガラス基板を再度精密に鏡面研磨、洗浄処理を行うことによって、仕様の範囲に入るフォトマスク用ガラス基板とすることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質として、ガラス製の透明基板を挙げたが、ガラスに限らず、アクリル樹脂等の光学プラスチック、水晶等の光学結晶など、検査光が通過できる材質ならばどのようなものでもよい。
【００４９】
また、透光性物質の形状は、矩形、円形、円環状等の基板に限らず、ブロック形状や曲面を有するものでもよい。更に、透明基板としては、フォトマスク（位相シフトマスク）用基板、液晶用ガラス基板、情報記憶用ガラス基板（磁気デイスク、光デイスク等）等各種基板の検査に適用可能である。
【００５０】
また、レーザーとしては、気体レーザーに限らず半導体レーザー等の可視領域のレーザーあるいは、透光性物質に対して吸収が少ないものであれば、紫外線領域のエキシマレーザーや、赤外領域のＮＤ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザー等を検査用光源として使用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透光性物質表面から全反射することなく漏出した漏出光を、一旦散乱させ散乱光を低開口数の結像光学系にて確実に結像させて検出し、又は漏出光をイメージガイドで導いて検出するようにしているので、透光性物質の傷や微細欠陥による方向性を強く示す漏出光に対しても、確実に検出でき、高感度・高速度な透光性物質の不均一性検査を低コストにて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の透明基板及びすりガラスを拡大した断面図である。
【図３】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る透光性物質の不均一性検査装置の他の実施形態を示すもので、漏出光検出系の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ レーザー
３1、３2 ミラー
４ ＣＣＤ
５ 結像レンズ
６ すりガラス
７ トランスデューサ
８ 蛍光板
９ 画像処理装置
１０ イメージガイド
１１ 検査領域
Ｌ レーザー光
Ｂ 超音波ビーム
Claims (2)
- 鏡面仕上げされた少なくとも一対の主表面及び一対の端面を有する透光性基板の不均一性を検査する透光性基板の不均一性検査方法であって、
前記透光性基板は、この透光性基板にレーザー光を導入したときにその光路が光学的に均一の場合に、そのレーザ光を前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返してほぼ透光性基板内に閉じ込められたような状態にできるものであり、
前記透光性基板に、この透光性基板の光路が光学的に均一の場合に、前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返して透光性基板内にほぼ閉じ込められたような状態になるようにレーザー光を導入し、
前記主表面又は端面で全反射することなく外部に漏出した光を、外部に設けた散乱体によって散乱させた後、この散乱された光を低開口数の結像光学系を介して検出することで、前記透光性基板の不均一性を検査するようにしたことを特徴とする透光性基板の不均一性検査方法。 - 鏡面仕上げされた少なくとも一対の主表面及び一対の端面を有する透光性基板の不均一性を検査する透光性基板の不均一性検査装置であって、
前記透光性基板は、この透光性基板にレーザー光を導入したときにその光路が光学的に均一の場合に、そのレーザ光を前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返してほぼ透光性基板内に閉じ込められたような状態にできるものであり、
前記透光性基板に、この透光性基板の光路が光学的に均一の場合に、前記一対の主表面及び一対の端面の間で全反射を繰り返して透光性物質内にほぼ閉じ込められたような状態になるようにレーザー光を導入するレーザー光照射手段と、
前記主表面又は端面で反射することなく外部に漏出した光を散乱させる散乱体と、
光検出器と、
前記散乱体によって散乱された光を前記光検出器に導く低開口数の結像光学系とを有することを特徴とする透光性基板の不均一性検査装置。
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