WO2014119660A1 - 検査方法および検査装置 - Google Patents

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WO2014119660A1
WO2014119660A1 PCT/JP2014/052088 JP2014052088W WO2014119660A1 WO 2014119660 A1 WO2014119660 A1 WO 2014119660A1 JP 2014052088 W JP2014052088 W JP 2014052088W WO 2014119660 A1 WO2014119660 A1 WO 2014119660A1
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WO
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light
sample
wavelength
pulse laser
laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/052088
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏之 中尾
渡辺　正浩
吉武　康裕
バーラム ジャラリ
圭介 合田
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
カリフォルニア大学理事会
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立ハイテクノロジーズ, カリフォルニア大学理事会 filed Critical 株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects

Definitions

  • the present invention relates to a method and an inspection apparatus for inspecting a sample at high speed using a pulse laser.
  • Thinning of various electronic panels such as organic EL TVs and touch panels is progressing, and products manufactured by the roll-to-roll method are increasing.
  • a circuit pattern is printed on a large sheet having a length of several hundreds of meters and a width of about 1 m, and bonded to a sealing film wound on a roll, and then wound on a roll again.
  • processing has been carried out in units of individually separated substrates, so that it takes time to transfer, and it is necessary to provide a loading / unloading unit for each apparatus, and the scale of the apparatus has to be increased.
  • the substrate (sheet) flows continuously between apparatuses.
  • the manufacturing apparatuses are connected to each other, so that it is possible to reduce the time for conveyance and further reduce the scale of the apparatus. Not only can the manufacturing speed be improved, but also the manufacturing cost can be greatly reduced.
  • the outline of STEAM disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
  • the STEAM includes a light source 1, a single mode fiber 2, a circulator 3, a collimator 4, a diffraction grating 5, an F ⁇ lens 6, an excitation LD 7, a WDM coupler 8, an amplification fiber 9, a wavelength delay unit 10, a photodiode 11, and an A / D converter. 12, a signal processing unit 13 and an output unit 14.
  • the laser emitted from the light source 1 propagates inside the single mode fiber 2.
  • the laser beam is emitted from the collimator 4 to the outside via the circulator 3.
  • the laser 100 emitted to the outside is irradiated onto the diffraction grating 5, and is diffracted in a number of directions according to the wavelength of the laser, the incident angle to the diffraction grating, and the pitch of the periodic structure carved in the diffraction grating.
  • a contact point between the laser 100 and the diffraction grating 5 is a focal position of the F ⁇ lens 6, and the diffracted laser is irradiated to the sample 110 by the F ⁇ lens 6.
  • FIG. 2 An enlarged view of the collimator 4, the diffraction grating 5, the F ⁇ lens 6, and the sample 110 is shown in FIG.
  • Laser diffracted by the diffraction grating 5 is separated into each wavelength, for example, laser 102 laser 101 having a wavelength of lambda A, a wavelength of lambda B, the wavelength is separated into laser 103 a lambda C. Since the diffraction angle differs for each wavelength, the coordinates irradiated on the sample 110 vary for each wavelength.
  • the coordinate A point of the sample 110 is illuminated with the wavelength ⁇ A
  • the coordinate B point of the sample 110 is illuminated with the wavelength ⁇ B
  • the coordinate C point of the sample 110 is illuminated with the wavelength ⁇ C.
  • the reflected light from the sample 110 is condensed again by the F ⁇ lens 6 and converged on the diffraction grating 5 at the focal position.
  • the reflected light is converted into collimator light by the diffraction grating 5 and guided to the single mode fiber 2 through the collimator 4.
  • the reflected light is further guided to a WDM coupler (Wavelength Division Multiplexing) 8 via a circulator 3.
  • the excitation light emitted from the excitation LD (Laser Diode) 7 is combined with the reflected light from the sample via the WDM coupler 8, and the excitation light is absorbed by the amplification fiber 9.
  • the energy is amplified by the reflected light from the sample passing through the amplification fiber 9 that has absorbed the excitation light.
  • the amplified reflected light is further guided to the wavelength delay unit 10.
  • the wavelength delay unit is a bundle of single mode fibers having a length of several kilometers. Glass has a wavelength dependency of refractive index, and the speed varies depending on the wavelength. Therefore, a single pulse is separated for each wavelength while passing through a fiber having a length of several kilometers. That is, by passing through the wavelength delay unit 10, the pulse width is widened, and signals can be separated for each wavelength.
  • the pulse waveforms before and after passing through the wavelength delay unit 10 will be described with reference to FIG.
  • the reflected light that has passed through the amplification fiber 9 travels in the direction indicated by the arrow through the single mode fiber 2.
  • the reflected light before passing through the wavelength delay unit 10 does not have a wide pulse width as shown in the graph 301 of FIG. 3, and the reflected light from the coordinates A, B, and C of the sample 110 is Exists on the same time axis.
  • Wavelength The wavelength delay unit 10 lambda A, lambda B, since the traveling speed by a lambda C are different, the reflected light after passing through the wavelength delay unit 10, the wavelength lambda A as shown in the graph 302, lambda B, the lambda C
  • the signals are spatially separated.
  • the pulse waveform in which the wavelengths are spatially separated by the photodiode 11 the signals from the coordinate points A, B, and C of each sample 110 can be separated and detected.
  • the optical signal detected by the photodiode 11 is converted into an electric signal, and further converted into a digital signal by the A / D converter 12.
  • the signal processing unit 13 converts the time-series acquired data into coordinate data, and the output unit 14 outputs the data as image data or the like.
  • Patent Document 1 also describes a method for detecting light transmitted through the sample 110, but the detection principle is the same as that described with reference to FIGS.
  • the line rate of high-performance line sensors is about several tens of kHz, but if the above technology is used, the speed can be increased to several MHz.
  • Patent Document 1 does not describe detecting scattered light from a sample.
  • the present invention inspects defects on a sheet-like sample that are continuously conveyed at a high speed and are likely to generate a relatively large position change in the height direction with a relatively simple configuration at high speed and with high sensitivity.
  • An object of the present invention is to provide an inspection method and an inspection apparatus that make it possible.
  • a pulse laser generation step for generating a pulse laser for generating a pulse laser
  • a light source that generates a pulse laser, a pulse width expansion unit that changes a delay amount of the pulse laser according to the wavelength of the pulse laser generated by the light source, and the pulse A diffraction element that spatially expands a pulse laser whose delay amount has been changed according to the wavelength in the width extension unit, and a pulse laser whose delay amount has been changed according to the wavelength that has been spatially expanded by the diffraction grating.
  • An illumination optical system that irradiates the sample from one direction, and a condensing optical system that condenses light scattered in a direction different from the first direction among the scattered light from the sample irradiated with the pulse laser by the illumination optical system System, a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts scattered light from the sample collected by the condensing optical system, and a signal processing unit that processes a detection signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit It configures the ⁇ apparatus.
  • defects on a sheet-like sample that are continuously conveyed at a high speed and are likely to generate a relatively large position change in the height direction can be detected at a high speed with a relatively simple configuration. Made it possible to inspect for sensitivity.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wavelength delay unit showing a state in which a pulse width is widened at a wavelength delay unit in STEAM described in Patent Document 1, and a graph showing waveforms of a pulse laser before and after the wavelength delay unit.
  • inspection apparatus in the 1st Example of this invention.
  • modification of the detection optical system in a 1st Example.
  • block diagram which shows the schematic structure of the test
  • the present invention inspects defects on a sheet-like sample that are continuously conveyed at a high speed and are likely to generate a relatively large position change in the height direction with a relatively simple configuration at high speed and with high sensitivity.
  • the present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus that make it possible.
  • the delay amount of the pulse laser is changed in accordance with the wavelength
  • the pulse laser having the delay amount changed in accordance with the wavelength is spatially expanded in accordance with the wavelength, and is spatially expanded in accordance with the wavelength.
  • the sample is irradiated with the pulsed laser from the first direction, and the scattered light from the sample irradiated with the pulsed laser is collected in a direction different from the first direction, and the collected scattered light is collected.
  • Light is subjected to photoelectric conversion, and detection information for each scattered light whose delay amount is changed in accordance with the photoelectrically converted wavelength is processed to extract defect information on the sample.
  • a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 includes a light source 20 that emits a laser, a single mode fiber 120, a pulse picker 21, a wavelength delay unit 22, a pumping LD 23, a WDM coupler 24, an Er-doped fiber 25, a collimator 26, A beam expander 27, a diffraction grating 28, an F ⁇ lens 29, a cylindrical lens 31, a bundle fiber array 32, a lens 33, a photodiode 34, an A / D converter 35, a memory 36, a defect information extraction unit 37, and an output unit 38 are provided.
  • the surface of the sample 110 is inspected while winding the sample 110 wound around one of the pair of rotating rollers 30 with the other rotating roller.
  • the laser (pulse laser) emitted from the light source 20 propagates through the single mode fiber 120.
  • the center wavelength of the light source 20 is 1550 nm
  • the spectrum width is 50 nm in half width
  • the repetition frequency is 80 MHz.
  • the laser can change the repetition frequency to a desired frequency by the pulse picker 21.
  • the pulse picker 21 is an acoustooptic device, and changes the repetition frequency of the laser by blocking and passing the laser pulse train based on a signal from an external pulse generator (not shown).
  • T-M200-0.1C2J-3-F2S manufactured by Gooch & Housego may be used.
  • the wavelength delay unit 22 may be a dispersion compensation fiber module manufactured by Mitsubishi Electric Corporation: DC-M1U / 2-1700 (dispersion size: 1700 ps / nm).
  • Pump light is emitted from the excitation LD 23.
  • the pump light emitted from the pumping LD 23 is combined with the laser emitted from the light source 20 by the WDM coupler 24.
  • the pump light is absorbed by the Er-doped fiber 25 doped with erbium (Er), and amplifies the laser emitted from the light source 20.
  • the oscillation wavelength of the excitation LD 23 is 976 nm, and the WDM coupler 24 combines the wavelengths of 1550 nm and 976 nm. Since the pulse width is expanded before irradiating the sample with the laser, it is not necessary to return the return light from the sample to the fiber again as in the configuration of the prior art described with reference to FIG.
  • the laser that has passed through the Er-doped fiber 25 and has been subjected to pulse width expansion / amplification is emitted from the collimator 26 into the free space as a laser beam 105.
  • the laser beam 105 is expanded to a desired diameter by a beam expander 27 in a cross section perpendicular to the optical axis.
  • S6EXP0100 / 008 magnification: 10 times
  • the laser 100 whose diameter is enlarged by the beam expander 27 is incident on the diffraction grating 28 and is diffracted in an angular direction corresponding to the wavelength by the same principle as described in FIG.
  • As the diffraction grating 28, 530 66 110 (number of periodic structures: 900 / mm) manufactured by Horiba, Ltd. may be used.
  • the laser 105 diffracted by the diffraction grating 28 enters the F ⁇ lens 29.
  • the incident laser is focused on the sample 110 in a line from the vertical direction by the F ⁇ lens 29 to illuminate the sample 110.
  • the illumination range on the sample 110 is 100 mm ⁇ 50 ⁇ m.
  • S4LFT1330 / 008 (focal length: 345 mm, scanning angle: ⁇ 24.1 degrees) manufactured by Sill Optics may be used.
  • the sample 110 is a transparent film such as triacetyl cellulose, and has a width of 1.5 m.
  • the sample 110 is fed from one of the pair of rotating rollers 30 and moves while being wound on the other.
  • the moving direction of the sample 110 is assumed to be the y direction.
  • the light scattered in the direction of the cylindrical lens 31 is collected by the cylindrical lens 31 and collected on the light receiving portion of the bundle fiber array 32.
  • the optical axis of the cylindrical lens 31 exists in the XZ plane, and the light receiving surfaces of the cylindrical lens 31 and the bundle fiber array are arranged in parallel in the Y-axis direction.
  • the cylindrical lens 31 may be a CLB-30100-130PM (focal length: 130 mm) of a sigma optical device
  • the bundle fiber array 32 may be a MKG180-1500S (light receiving surface size: 180 mm ⁇ 1 mm) manufactured by Moritex.
  • the light receiving unit 321 of the bundle fiber array 32 is arranged on the line, since the fibers are collected at one place at the terminal end 322, the scattered light from the line-shaped irradiation unit on the sample 110 can be easily collected at one point. Can be collected. Scattered light emitted from the end portion 322 of the bundle fiber array 32 is condensed and detected on the light receiving surface 341 of the photodiode 34 via the lens 33, and is photoelectrically converted.
  • the lens 33 may be a DLB-20-30PM of Sigma Optical Co.
  • the photodiode 34 may be a New Focus 1567-A-M (band: 12 GHz) or the like.
  • the signal photoelectrically converted by the photodiode 34 is digitally sampled by the A / D converter 35.
  • the A / D converter 35 may be a Tektronix DPO7354C (sampling speed: 40 GS / s) or the like.
  • the digitally sampled digital signal is accumulated in the memory 36, and defect information is sequentially extracted by the defect information extraction unit 37 every time a certain number of line information is accumulated.
  • the defect information extraction unit 37 performs processing such as estimating the size of the defect size based on the amount of scattered light from the defect and specifying the coordinates of the defect from the scattered light distribution.
  • the defect information extracted by the defect information extraction unit 37 is sent to the output unit 38, and is displayed and output on a display screen (not shown), for example.
  • reflected scattered light detection optical systems 200 and 201 there are reflected scattered light detection optical systems 200 and 201, transmitted scattered light detection optical systems 202 and 203, transmitted light detection optical system 204, and regular reflected light detection optical system 205.
  • Upstream of the diffraction grating 28 is a light source 20, a pulse picker 21, a wavelength delay unit 22, an excitation LD 23, a WDM coupler 24, an Er-doped fiber 25, a collimator 26, and a beam expander 27 as described with reference to FIG. (These configurations are the same as those described with reference to FIG. 4, and are not shown in FIG. 5).
  • the cylindrical lenses 31, 40, 42, 44, 46, 49 and the bundle fiber array 32, 41, 43, 45, 47, 50 are connected to the photodiode 34, A / D converter 35, memory 36, defect information extraction unit 37, and output unit 38 described in FIG.
  • Corresponding configurations exist for each detection optical system (these configurations are the same as those described with reference to FIG. 4 and are not shown in FIG. 5).
  • the detection elevation angle ⁇ 1 of the reflected scattered light detection optical system 200 is 20 degrees, and the detection elevation angle ⁇ 2 of the reflected scattered light detection optical system 201 is 40 degrees.
  • Scattered light generated from the convex defect on the surface of the sample 110 due to the irradiation of the laser 105 tends to be greatly generated on the low elevation angle side, and scattered light generated from the concave defect tends to be generated largely on the high elevation angle side. Therefore, by disposing the respective reflected scattered light detection optical systems at different detection elevation angle positions, it is possible to capture scattered light from more types of defects.
  • the detection elevation angle ⁇ 3 of the transmitted scattered light detection optical system 202 is 40 degrees, and the detection elevation angle ⁇ 4 of the transmitted scattered light detection optical system 203 is 60 degrees. Since the transmitted scattered light from the sample 110 also differs in the elevation angle direction in which strong scattered light is generated due to the unevenness of the defect, more types of defects can be obtained by arranging the respective transmitted scattered light detection optical systems at different detection elevation angle positions. It is possible to capture scattered light from.
  • the transmitted light detection optical system 204 is disposed in the traveling direction of the laser 105 that has passed through the sample 110 and detects the transmitted light from the sample 110.
  • the regular reflection light detection optical system 205 detects regular reflection light from the sample 110 through a half mirror 48 disposed between the sample 110 and the F ⁇ lens 29. Since the size of specularly reflected light and transmitted light generated from the sample 110 depends on the material of the sample 110, it is possible to inspect samples of various types of materials by detecting the specularly reflected light and transmitted light simultaneously. become.
  • the defect information extraction unit 37 may be shared by each detection optical system, and all the signals detected by each detection optical system may be added and processed by the defect information extraction unit 37. By adding and processing, the amount of detected light can be increased, so that a finer defect can be detected. Further, the signals detected by the respective detection optical systems may be configured to be integrated by an unillustrated integration processing unit after being processed by the defect information extraction unit 37 provided individually. Depending on the shape of the defect, the way in which the specularly reflected light, transmitted light, and scattered light are generated is biased. Therefore, the defect shape can be classified more accurately by comparing the magnitudes of the respective signals.
  • the detection elevation angle ⁇ 1 of the reflected scattered light detection optical system 200 is 20 degrees
  • the detection elevation angle ⁇ 2 of the reflected scattered light detection optical system 201 is 40 degrees
  • the detection elevation angle ⁇ 3 of the transmitted scattered light detection optical system 202 is
  • the detection optical system may be arranged at the detection elevation angle with the highest light collection efficiency.
  • reflected light, transmitted light, and scattered light may be polarized in a specific direction. Therefore, a polarizer may be incorporated in each detection system (not shown). By optimizing the transmission polarization axis of the polarizer, background light that becomes noise can be suppressed, and only reflected light, transmitted light, and scattered light from a defect can be transmitted efficiently.
  • the polarization transmission axis of the polarizer may be controlled independently by each detection optical system or may be unified.
  • Increasing the number of scattered light detection optical systems can improve the light collection efficiency of the scattered light and improve the defect classification performance.
  • the NA of the detection optical system may be increased and the number of detection optical systems may be decreased. Thereby, the apparatus cost can be reduced and the adjustment procedure can be simplified while suppressing the decrease in detection sensitivity.
  • the light source 20 has been described with an example in which the center wavelength is 1550 nm and the spectrum width is 50 nm, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is not limited to this.
  • a light source having a center wavelength of 1030 nm there are many types of bulk optical elements such as mirrors and lenses, and the cost is low, so that the apparatus cost can be suppressed.
  • the dispersion of the wavelength delay unit 22 is ⁇ 1700 ps / nm
  • the oscillation wavelength of the pumping LD 23 is 976 nm
  • the magnification of the beam expander 27 is 10 times
  • the pitch of the periodic structure of the diffraction grating 28 is 900.
  • the focal length of the F ⁇ lens 29 is 345 mm
  • the scanning angle is ⁇ 24.1 degrees
  • the focal length of the cylindrical lens 31 is 130 mm
  • the response speed of the photodiode 34 is 12 GHz
  • the sampling rate of the A / D converter 35 is 40 GHz.
  • the present invention is not limited to this.
  • the object to be measured is a transparent film such as triacetyl cellulose and a film having a width of 1.5 m is described.
  • the present invention is not limited to this.
  • a semiconductor wafer or a glass substrate may be held on an XY stage and a raster scan may be performed, or a R ⁇ stage may be held and a rotational scan may be performed.
  • the above apparatus may be attached to a train or a vehicle, and a rail ridge or road dent may be inspected while traveling.
  • the inspection apparatus in the second embodiment shown in FIG. 6 includes a light source 70, a pulse picker 71, a lens 72, a collimator 73, an excitation LD 74, a WDM coupler 75, a wavelength delay unit 76, a collimator 77, a beam expander 78, and a diffraction grating 79.
  • the laser 106 is emitted from the light source 70 to the free space.
  • the center wavelength of the light source 70 is 780 nm
  • the spectrum width is 60 nm in half width
  • the repetition frequency is 80 MHz. Since the illumination wavelength is shorter than in the first embodiment, even smaller defects and the structure of the object can be detected.
  • the laser 106 can change the repetition frequency to a desired frequency by a pulse picker 71.
  • the pulse picker 71 is an acoustooptic device, and changes the repetition frequency of the laser by blocking and passing the laser pulse train based on a signal from an external pulse generator (not shown).
  • 17389-.93-FOA-SMF manufactured by Gooch & Housego may be used.
  • the laser beam 106 that has passed through the pulse picker 71 is condensed on the collimator 73 by the lens 72 and guided to the core of the single mode fiber 121.
  • the laser incident on the single mode fiber 121 reaches the WDM coupler 75.
  • the pump light emitted from the pumping LD 74 also reaches the WDM coupler 75 and is combined with the laser emitted from the light source 70 by the WDM coupler.
  • the oscillation wavelength of the excitation LD 74 is 750 nm
  • the WDM coupler 75 combines wavelengths of 780 nm and 750 nm.
  • the pump light emitted from the excitation LD 74 is absorbed by the wavelength delay unit 76, and the laser emitted from the light source 70 is amplified by stimulated Raman amplification.
  • the wavelength delay unit 76 extends the pulse width.
  • the wavelength delay unit 76 is a wound long-length single mode fiber, and its length is 3.3 km.
  • the laser whose pulse width has been expanded and amplified by the wavelength delay unit 76 is emitted from the collimator 77 to the free space.
  • the laser 106 emitted from the collimator 77 to the free space is incident on the beam expander 78, is expanded to a desired diameter, and is emitted.
  • LBE-3L magnification: 3 times
  • the laser 106 having an enlarged diameter enters the diffraction grating 79 and is diffracted to an angle corresponding to the wavelength based on the principle described with reference to FIG.
  • diffraction grating 79 530-50 50 110 (number of periodic structures: 1200 / mm) manufactured by Horiba, Ltd. may be used.
  • the diffracted laser 106 is focused on the sample 110 by the F ⁇ lens 80 in a line shape from the vertical direction to the direction parallel to the X axis.
  • F ⁇ lens 80 S4LFT0089 / 094 (focal length: 88.4 mm) manufactured by Sill-Optics may be used.
  • the sample 110 is a transparent film such as triacetyl cellulose and has a width of 1.5 m.
  • the sample 110 is fed from one of the pair of rotating rollers 30 and moves while being wound around the other rotating roller.
  • the light scattered in the direction of the cylindrical lens 81 is collected by the cylindrical lens 81 and collected on the light receiving portion of the bundle fiber array 82.
  • the optical axis of the cylindrical lens 81 exists in the XZ plane, and the light receiving surfaces of the cylindrical lens 81 and the bundle fiber array 82 are arranged in parallel in the Y-axis direction.
  • CLB-30100-130PM focal length: 130 mm
  • MKG180-1500S light receiving surface size: 180 mm ⁇ 1 mm
  • the light receiving portion 821 of the bundle fiber array 82 is in a line shape, but since the fibers are collected at one location at the end 822, the scattered light from the line-shaped laser irradiation portion of the sample 110 collected by the cylindrical lens 81 is reflected.
  • the bundle fiber array 82 can be gathered at one point at the emission part. Scattered light emitted from the end of the bundle fiber array 82 is condensed on the photomultiplier tube 84 via the lens 83.
  • the lens 83 may be a DLB-20-30PM of a sigma light machine, and the photomultiplier tube 84 may be an R3809U-51 (rise time: 150 ps) manufactured by Hamamatsu Photonics.
  • the signal by the scattered light incident on the photomultiplier tube 84 and photoelectrically converted is digitally sampled by the A / D converter 35.
  • the A / D converter 35 may be a Tektronix DPO7354C (sampling speed: 40 GS / s) or the like.
  • the digitally sampled digital signal is accumulated in the memory 36, and is sent from the memory 36 to the defect information extracting unit 37 sequentially every time a certain number of line information is accumulated, and the defect information extracting unit 37 extracts the defect information. .
  • processing is performed such as estimating the size of the defect size based on the amount of scattered light from the defect, and specifying the coordinates of the defect from the distribution of scattered light.
  • the defect information extracted by the defect information extraction unit 37 is sent to the output unit 38, and is displayed and output on a display screen (not shown), for example.
  • the light source 70 has been described with an example in which the center wavelength is 780 nm and the spectral width is 60 nm, but the present invention is not limited to this.
  • the magnitude of dispersion at the wavelength delay unit 76 is 120 ps / km / nm
  • the oscillation wavelength of the excitation LD 74 is 750 nm
  • the magnification of the beam expander 78 is 3 times
  • the pitch of the periodic structure of the diffraction grating 79 is 1200.
  • a plurality of scattered light detection optical systems and specular reflection light detection optics are used as described with reference to FIG.
  • the object to be measured is a transparent film such as triacetyl cellulose and a film having a width of 1.5 m has been described.
  • the object to be measured in this example is not necessarily limited to this.
  • a semiconductor wafer or a glass substrate may be held on an XY stage and a raster scan may be performed, or a R ⁇ stage may be held and a rotational scan may be performed.
  • the above apparatus may be attached to a train or a vehicle, and a rail ridge or road dent may be inspected while traveling.

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Abstract

連続的に高速に搬送されて高さ方向に比較的大きな位置の変動が発生しやすいシート状のサンプル上の欠陥を、比較的簡単な構成で高速に、かつ高感度に検査することを可能にするために、検査装置を、パルスレーザを波長に応じて遅延量を変え、この波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを波長に応じて空間的に広げ、この波長に応じて空間的に広げられたパルスレーザを第１の方向からサンプルに照射し、このパルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち前記第１の方向とは異なる方向に散乱した光を集光し、この集光された散乱光を光電変換し、この光電変換された波長に応じて遅延量が変えられた散乱光ごとの検出信号を処理して欠陥情報を抽出するように構成した。

Description

検査方法および検査装置
本発明はパルスレーザを用いて試料を高速に検査する方法および検査装置に関する。
　有機ＥＬテレビ、タッチパネル等、各種電子パネルの薄型化が進んでおり、ロールトゥロール方式で製造される製品が増加している。ロールトゥロール方式では、例えば、ロール状に巻いた長さ数百m、幅１mほどの大きなシートに回路パターンを印刷し、ロールに巻いた封止膜などと貼り合せてから、再びロールに巻き取る。今までは個別に切り離された基板単位で処理を行っていたため、搬送に時間がかかり、また装置毎に搬入・搬出部を設ける必要があるため装置の規模も大きくならざるを得なかった。しかし、ロールトゥロール方式では、基板（シート）は装置の間を連続的に流れることになる。また、製造装置は互いに連結され、搬送の時間短縮ができ、さらに装置規模も小さくすることが可能となる。製造スピードを向上させるだけでなく、製造コストも大幅にさげることができる。
　ロールトゥロール方式が広まるにつれ、それに対応した検査方法の開発も進んでいる。市場に出ている検査装置の多くはラインセンサを複数台使用し、シートを高速に巻き取りながら撮像することで、表面の付着異物、きずなどを検査している。検査速度の高速化のためには、ラインセンサの読み取り速度を向上させる、画素数を増加させる、またはラインセンサの台数を増加させるなどの手法が存在するが、ラインセンサの開発には膨大な時間・費用がかかり、また市販品でも高性能なラインセンサは非常に高価であり、高速化と低コストを両立させることは難しい。そこで、ラインセンサを用いない、新たな検査手法：ＳＴＥＡＭ（Serial Time-Encoded Amplified Microscopy）が開発されている（特許文献１）。
　図1を用いて、特許文献１に開示されているＳＴＥＡＭの概要の説明を行う。　
　ＳＴＥＡＭは、光源１、シングルモードファイバ２、サーキュレータ３、コリメータ４、回折格子５、Ｆθレンズ６、励起ＬＤ７、ＷＤＭカプラ８、増幅ファイバ９、波長遅延部１０、フォトダイオード１１、Ａ/Ｄ変換器１２、信号処理部１３、出力部１４を備えて構成される。
　このような構成において、光源１から射出されたレーザはシングルモードファイバ２の内部を伝播する。レーザビームはサーキュレータ３を経由し、コリメータ４から外部へ射出される。外部に射出されたレーザ１００は回折格子５に照射され、レーザの波長、回折格子への入射角度、回折格子に刻まれた周期構造のピッチに応じて多数の方向へ回折される。レーザ１００と回折格子５の接触点はＦθレンズ６の焦点位置であり、回折されたレーザはＦθレンズ６により、サンプル１１０へ照射される。
　コリメータ４、回折格子５、Ｆθレンズ６、サンプル１１０の拡大図を図２に示す。回折格子５により回折されたレーザは波長毎に分離されており、例えば波長がλＡであるレーザ１０１、波長がλBであるレーザ１０２、波長がλCであるレーザ１０３に分離される。波長毎に回折角度が異なるため、波長毎にサンプル１１０に照射される座標が変わる。図２の例では、サンプル１１０の座標Ａ地点は波長λAで照明され、サンプル１１０の座標Ｂ地点は波長λBで照明され、サンプル１１０の座標Ｃ地点は波長λCで照明されることになる。
　サンプル１１０からの反射光は再度Ｆθレンズ６で集光され、焦点位置にある回折格子５に収束される。反射光は回折格子５によりコリメータ光に変換され、コリメータ４を通じてシングルモードファイバ２へ導光される。反射光はさらにサーキュレータ３を経由して、ＷＤＭカプラ（Wavelength Division Multiplexing）８へ導光される。励起ＬＤ（Laser Diode）７から射出された励起光はＷＤＭカプラ８を経由してサンプルからの反射光と合波され、励起光は増幅ファイバ９で吸収される。
　サンプルからの反射光が、励起光を吸収した増幅ファイバ９を通過することで、エネルギが増幅される。増幅された反射光はさらに波長遅延部１０へと導光される。波長遅延部は数km程度の長さのシングルモードファイバなどを束ねたものである。ガラスには屈折率の波長依存性があり、波長によって速度が異なるため、数km程度の長さのファイバを通過する間に単一パルスは波長毎に分離されることになる。つまり、波長遅延部１０を通過することにより、パルス幅が広がり、波長毎に信号を分離することが可能となる。
　図３を用いて波長遅延部１０を通過する前後でのパルス波形の説明を行う。図３に示した構成において、増幅ファイバ９を通過した反射光は、シングルモードファイバ２を矢印で示した方向に進む。波長遅延部１０を通過する前の反射光は、図３のグラフ３０１に示すように反射光のパルス幅は広がっておらず、サンプル１１０の座標Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点からの反射光は同一時間軸上に存在する。
　波長遅延部１０では波長λA、λB、λCによって進行速度が異なるため、波長遅延部１０を通過した後の反射光は、グラフ３０２に示すように波長λA、λB、λCの信号が空間的に分離される。この波長を空間的に分離したパルス波形をフォトダイオード１１で時分割検出することで、各サンプル１１０の座標Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点からの信号を分離して検出可能となる。フォトダイオード１１で検出された光信号は電気信号に変換され、さらにＡ/Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換される。信号処理部１３では時系列の取得データを座標データに変換し、出力部１４において画像データ等として出力される。
　特許文献１には、サンプル１１０を透過した光を検出する方式についても記載されているが、その検出の原理は、図１乃至３を用いて説明したものと同じである。
　高性能なラインセンサのラインレートは数十kHz程度だが、上記技術を用いれば数MHz程度の高速化が可能である。
公表特許公報　特表２０１１－５２９２３０号公報
　ＳＴＥＡＭではサンプルからの反射光に対して、増幅、パルス幅伸張を行っているため、反射光を再度ファイバのコアに戻す必要がある。サンプルの高さ変動が小さければ、反射光をファイバのコアに集光することは容易であるが、ロールトゥロール方式では数十μmもサンプルの高さ変動が発生するため、ファイバのコアに反射光を戻すことが困難となる。つまり、ロールトゥロール方式において、ファイバのコアに反射光に戻すためには、オートフォーカスが必須になる。さらに、STEAMは数MHzといったラインレートを有するため、それに追従できる高性能なオートフォーカスが必要となる。
　さらに、ロールトゥロール方式で搬送されるサンプルの表面に付着した微小な異物（ごみ）や微細な傷を検出するためには、サンプルからの正反射光を検出するよりも、散乱光を検出する方が高感度に検出することができる。しかし、特許文献１には、サンプルからの散乱光を検出することについては記載されていない。
　本発明は、連続的に高速に搬送されて高さ方向に比較的大きな位置の変動が発生しやすいシート状のサンプル上の欠陥を、比較的簡単な構成で高速に、かつ高感度に検査することを可能にする検査法及び検査装置を提供することにある。
　上記した課題を解決するために、本発明では、パルスレーザを生成するパルスレーザ生成工程と、このパルスレーザ生成工程で生成したパルスレーザを波長に応じて遅延量を変えるパルス幅伸張工程と、このパルス幅伸張工程で波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを波長に応じて空間的に広げる拡張工程と、この拡張工程で波長に応じて空間的に広げられたパルスレーザを第１の方向からサンプルに照射する照射工程と、この照射工程でパルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち前記第１の方向とは異なる方向に散乱した光を集光する集光工程と、この集光工程で集光された散乱光を光電変換する光電変換工程と、この光電変換工程で光電変換された波長に応じて遅延量が変えられた散乱光ごとの検出信号を処理して欠陥情報を抽出する欠陥情報抽出工程とを有する検査方法とした。
　また、上記課題を解決するために、本発明では、パルスレーザを生成する光源と、この光源で生成したパルスレーザの波長に応じてパルスレーザの遅延量を変化させるパルス幅伸張部と、このパルス幅伸張部で波長に応じて遅延量を変化させたパルスレーザを空間的に広げる回折素子と、この回折格子により空間的に広げられた波長に応じて遅延量が変化させられたパルスレーザを第１の方向からサンプルに照射する照明光学系と、この照明光学系によりパルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち第１の方向とは異なる方向に散乱した光を集光する集光光学系と、この集光光学系により集光されたサンプルからの散乱光を光電変換する光電変換部と、この光電変換部で光電変換された検出信号を処理する信号処理部とを備えて検査装置を構成した。
　本発明により、サンプルの高さ変動に対してロバストなロールトゥロール対応検査装置を提供可能になる。
　又、本発明によれば、連続的に高速に搬送されて高さ方向に比較的大きな位置の変動が発生しやすいシート状のサンプル上の欠陥を、比較的簡単な構成で高速に、かつ高感度に検査することを可能にした。
従来技術として特許文献１に記載されているＳＴＥAMの概略の構成を示すブロック図である。 特許文献１に記載されているＳＴＥAMにおけるサンプルにレーザを照射するレーザ照射部の概略の構成を示すレーザ照射部の正面の拡大図である。 特許文献１に記載されているＳＴＥAMにおける波長遅延部でパルス幅が広がる状態を示す波長遅延部のブロック図と、波長遅延部の前後におけるパルスレーザの波形を示すグラフである。 本発明の第一の実施例における検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 第一の実施例における検出光学系の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例における検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
　本発明は、連続的に高速に搬送されて高さ方向に比較的大きな位置の変動が発生しやすいシート状のサンプル上の欠陥を、比較的簡単な構成で高速に、かつ高感度に検査することを可能にする検査方法及び検査装置に関するものである。
　即ち、本発明では、パルスレーザを波長に応じて遅延量を変え、この波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを波長に応じて空間的に広げ、この波長に応じて空間的に広げられたパルスレーザを第１の方向からサンプルに照射し、このパルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち第１の方向とは異なる方向に散乱した光を集光し、集光された散乱光を光電変換し、光電変換された波長に応じて遅延量が変えられた散乱光ごとの検出信号を処理してサンプル上の欠陥情報を抽出するようにしたものである。　
　以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
　本発明の第一の実施形態を図４を用いて説明する。　
　図４に示した第１の実施例における検査装置は、レーザを発射する光源２０、シングルモードファイバ１２０、パルスピッカ２１、波長遅延部２２、励起ＬＤ２３、ＷＤＭカプラ２４、Ｅｒドープファイバ２５、コリメータ２６、ビームエキスパンダ２７、回折格子２８、Ｆθレンズ２９、シリンドリカルレンズ３１、バンドルファイバアレイ３２、レンズ３３、フォトダイオード３４、Ａ/Ｄ変換器３５、メモリ３６、欠陥情報抽出部３７、出力部３８をそなえて構成され、１対の回転ローラ３０の一方に巻き付けられたサンプル１１０を他方の回転ローラで巻き取りながらサンプル１１０の表面を検査する。
　このような構成において、光源２０から射出されたレーザ（パルスレーザ）はシングルモードファイバ１２０を通じて伝播する。光源２０の中心波長は１５５０nm、スペクトル幅は半値幅で５０nm、繰返し周波数は８０MHzである。レーザはパルスピッカ２１で繰返し周波数を所望の周波数に変化させられる。パルスピッカ２１は音響光学素子であり、外部パルスジェネレータ（図示せず）からの信号に基づき、レーザのパルス列を遮断、通過させることでレーザの繰返し周波数を変化させる。パルスピッカ２１にはGooch&Housego社のT-M200-0.1C2J-3-F2Sなどを用いればよい。
　次に、繰返し周波数が変化したレーザは、波長遅延部２２でパルス幅の伸張が行われる。波長遅延部２２には三菱電線社の分散補償ファイバモジュール：DC-M1U/2-1700（分散の大きさ：１７００ps/nm）などを用いればよい。光源２０から発射されるレーザのスペクトル幅が５０nmであるとき、波長遅延部２２を通過することで、パルス幅は８５nsまで伸張される（１７００ps/nm×５０nm＝８５ns）。
　励起ＬＤ２３からは、ポンプ光が出射される。励起ＬＤ２３から射出されたポンプ光はＷＤＭカプラ２４で光源２０から射出されたレーザと合波される。ポンプ光はエルビウム（Ｅｒ）をドープしたＥｒドープファイバ２５で吸収され、光源２０から射出されたレーザを増幅させる。励起ＬＤ２３の発振波長は９７６nmであり、ＷＤＭカプラ２４では波長１５５０nmと９７６nmの波長を合波させる。サンプルにレーザを照射する前にパルス幅の伸張を行うため、図１で説明した従来技術の構成のようにサンプルからの戻り光を再度ファイバに戻す必要がなくなる。
　Ｅｒドープファイバ２５を透過してパルス幅伸張・増幅されたレーザは、コリメータ２６からフリースペースにレーザビーム１０５として射出される。レーザビーム１０５はビームエキスパンダ２７で光軸に垂直な断面が所望の径に拡大される。ビームエキスパンダ２７にはSill Optics社のS6EXP0100/008（倍率：１０倍）などを用いればよい。ビームエキスパンダ２７で径を拡大されたレーザ１００は回折格子２８に入射し、図２で説明したのと同じ原理で、波長に応じた角度方向へ回折される。回折格子２８には堀場製作所の５３０ ６６ １１０（周期構造の本数：９００本/mm）などを用いればよい。
　回折格子２８で回折されたレーザ１０５は、Ｆθレンズ２９に入射する。この入射したレーザは、Ｆθレンズ２９によりサンプル１１０に対して鉛直方向からライン状に集光されてサンプル１１０を照明する。サンプル１１０上の照明範囲は１００mm×５０μmである。Ｆθレンズ２９にはSill Optics社のS4LFT1330/008（焦点距離：３４５mm、走査角度：±２４．１度）などを用いればよい。サンプル１１０は例えばトリアセチルセルロースなどの透明フィルムであり、幅は１．５mである。サンプル１１０は１対の回転ローラ３０の一方から送り出され、他方で巻き取られながら移動する。このサンプル１１０の移動方向をｙ方向とする。
　サンプル１１０のレーザが照射された部分から発生した散乱光のうちシリンドリカルレンズ３１の方向に散乱した光はシリンドリカルレンズ３１で集められ、バンドルファイバアレイ３２の受光部に集光される。シリンドリカルレンズ３１の光軸はＸＺ面内に存在し、シリンドリカルレンズ３１、バンドルファイバアレイの受光面はＹ軸方向に並行に配置されている。シリンドリカルレンズ３１にはシグマ光機のCLB-30100-130PM（焦点距離：１３０mm）、バンドルファイバアレイ３２にはモリテックス社のMKG180-1500S（受光面サイズ：１８０mm×１mm）などを用いればよい。
　バンドルファイバアレイ３２の受光部３２１はライン上に配置されているが、終端部３２２ではファイバが一箇所に集められているため、サンプル１１０上のライン状の照射部からの散乱光を一点に容易に集めることができる。バンドルファイバアレイ３２の終端部３２２から射出された散乱光はレンズ３３を介して、フォトダイオード３４の受光面３４１に集光して検出され、光電変換される。レンズ３３にはシグマ光機のDLB-20-30PMを、フォトダイオード３４にはNew Focus社の1567-A-M（帯域：12GHz）などを用いればよい。
　フォトダイオード３４で光電変換された信号は、Ａ/Ｄ変換器３５でデジタルサンプリングされる。Ａ/Ｄ変換器３５にはTektronix社のDPO7354C（サンプリング速度：４０GS/s）などを用いればよい。デジタルサンプリングされたデジタル信号はメモリ３６に蓄積され、一定数のライン情報が蓄積される度に順次、欠陥情報抽出部３７で欠陥情報が抽出される。
　欠陥情報抽出部３７では、例えば、欠陥からの散乱光量に基づき欠陥サイズの大きさを推定する、散乱光の分布より欠陥の座標を特定するなどの処理が行われる。欠陥情報抽出部３７で抽出した欠陥情報を出力部３８に送り、例えば図示していないディスプレイ画面上に表示して出力する。
　〔変形例１〕　
　図４では散乱光を検出する検出系（シリンドルカルレンズ３１から出力部３８までの構成）が１つだけある例で説明を行ったが、図５に示すように複数の光学系が存在しても構わない。
　図５に示した構成では、反射散乱光検出光学系２００、２０１、透過散乱光検出光学系２０２、２０３、透過光検出光学系２０４、正反射光検出光学系２０５が存在する。回折格子２８の上流には、図４で説明したのと同様に、光源２０、パルスピッカ２１、波長遅延部２２、励起ＬＤ２３、ＷＤＭカプラ２４、Ｅｒドープファイバ２５、コリメータ２６、ビームエキスパンダ２７がある（これらの構成は、図４で説明した構成と同じであるので、図５においては図示を省略する)。また、反射散乱光検出光学系２００、２０１、透過散乱光検出光学系２０２、２０３、透過光検出光学系２０４、正反射光検出光学系２０５では、シリンドリカルレンズ３１、４０、４２、４４、４６、４９とバンドルファイバアレイ３２、４１、４３、４５、４７、５０の後段には、図４で説明したフォトダイオード３４、Ａ/Ｄ変換器３５、メモリ３６、欠陥情報抽出部３７、出力部３８に相当する構成が、それぞれの検出光学系ごとに存在する（これらの構成は、図４で説明した構成と同じであるので、図５においては図示を省略する）。
　反射散乱光検出光学系２００の検出仰角θ１は２０度であり、反射散乱光検出光学系２０１の検出仰角θ２は４０度である。レーザ１０５の照射によるサンプル１１０の表面の凸欠陥から発生する散乱光は低仰角側に大きく発生し、凹欠陥から発生する散乱光は高仰角側に大きく発生する傾向がある。そこで、それぞれの反射散乱光検出光学系を異なる検出仰角位置に配置することで、より多くの種類の欠陥からの散乱光を捕捉することが可能である。
　透過散乱光検出光学系２０２の検出仰角θ３は４０度であり、透過散乱光検出光学系２０３の検出仰角θ４は６０度である。サンプル１１０からの透過散乱光も欠陥の凹凸によって、強い散乱光が発生する仰角方向が異なるため、それぞれの透過散乱光検出光学系を異なる検出仰角位置に配置することで、より多くの種類の欠陥からの散乱光を捕捉することが可能である。
　透過光検出光学系２０４はサンプル１１０を透過したレーザ１０５の進行方向に配置され、サンプル１１０からの透過光を検出する。正反射光検出光学系２０５ではサンプル１１０からの正反射光をサンプル１１０とＦθレンズ２９との間に配置したハーフミラー４８を介して検出する。サンプル１１０から発生する正反射光や透過光の大きさはサンプル１１０の材質に依存するため、正反射光と透過光を同時に検出することで、様々な種類の材質のサンプルを検査することが可能になる。
　各検出光学系で欠陥情報抽出部３７を共有して、それぞれの検出光学系で検出された信号を全て加算して欠陥情報抽出部３７で処理するように構成しても構わない。加算して処理することにより、検出光量を増加させることができるため、より微細な欠陥の検出が可能となる。また、それぞれの検出光学系で検出された信号は個別に備えた欠陥情報抽出部３７で処理した後に図示していない統合処理部で統合するように構成しても構わない。欠陥の形状によっては正反射光、透過光、散乱光の発生の仕方に偏りがでるため、それぞれの信号の大きさを比較することで、欠陥形状の分類をより精度よく行うことができる。
　図５に示した構成において、反射散乱光検出光学系２００の検出仰角θ１が２０度、反射散乱光検出光学系２０１の検出仰角θ２が４０度、透過散乱光検出光学系２０２の検出仰角θ３が４０度、透過散乱光検出光学系２０３の検出仰角θ４が６０度の例で説明を行ったが、これに限定されるものではない。欠陥の形状、サイズによって、散乱光の発生の仕方の偏りに変化がでるため、最も集光効率の高い検出仰角に検出光学系を配置すればよい。
　欠陥の大きさ、形状によっては反射光、透過光、散乱光が特定の方向に偏光する場合があるため、それぞれの検出系に偏光子を組み込んでも構わない（図示せず）。偏光子の透過偏光軸を最適化することで、ノイズとなる背景光を抑制し、欠陥からの反射光、透過光、散乱光だけを効率よく透過させることができる。偏光子の偏光透過軸はそれぞれの検出光学系で独立に制御しても、統一していても構わない。
　図５に示した構成では、反射散乱光検出光学系の個数が２つ、透過散乱光検出光学系の個数が２つの例で説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。散乱光検出光学系の個数を増加させることで、散乱光の集光効率向上、欠陥分類性能の向上が望める。また、検出光学系のＮＡを大きくし、検出光学系の数を減少させても構わない。これにより、検出感度の低下を抑制しつつ、装置コストの低下、調整手順の簡略化が行える。
　本実施例では、光源２０に関して、中心波長が１５５０nm、スペクトル幅は５０nmの例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。例えば、中心波長が１０３０nmの光源を用いた場合、ミラー、レンズなどのバルク光学素子の種類が豊富であり、低価格であるため、装置コストを抑制することができる。
　本実施例では、波長遅延部２２での分散の大きさが－１７００ps/nm、励起ＬＤ２３の発振波長が９７６nm、ビームエキスパンダ２７の倍率が１０倍、回折格子２８の周期構造のピッチが９００本/mm、Ｆθレンズ２９の焦点距離が３４５mm、走査角度が±２４．１度、シリンドリカルレンズ３１の焦点距離が１３０mm、フォトダイオード３４の応答速度が１２GHz、Ａ/Ｄ変換器３５のサンプリングレートが４０GHzの例で説明したが、これに限定される必要はない。
　本実施例では、被測定対象がトリアセチルセルロースなどの透明フィルム、幅１.５mのフィルムである例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。例えば、半導体ウエハやガラス基板をＸＹステージで保持し、ラスタスキャンを行ってもよく、Ｒθステージで保持し、回転走査を行っても構わない。または、上記装置を電車や車両に取り付け、走行しながらレールの疵や道路のへこみの検査を行っても構わない。
　本発明の第二の実施例を図６で説明する。　
　図６に示した第２の実施例における検査装置の構成において、図４で説明した第１の実施例における検査装置の構成と同じのもについては同じ番号を付してある。
　図６に示した第２の実施例における検査装置は、光源７０、パルスピッカ７１、レンズ７２、コリメータ７３、励起ＬＤ７４、ＷＤＭカプラ７５、波長遅延部７６、コリメータ７７、ビームエキスパンダ７８、回折格子７９、Ｆθレンズ８０、シリンドリカルレンズ８１、バンドルファイバアレイ８２、レンズ８３、光電子増倍管８４、Ａ/Ｄ変換部３５、メモリ３６、欠陥情報抽出部３７、出力部３８を備えて構成されている。
　このような構成において、光源７０からフリースペースにレーザ１０６が射出される。光源７０の中心波長は７８０nm、スペクトル幅は半値幅で６０nm、繰返し周波数は８０MHzである。第一の実施形態よりも照明波長が短いため、より小さい欠陥や対象物の構造まで検出可能である。レーザ１０６はパルスピッカ７１で繰返し周波数を所望の周波数に変化させられる。パルスピッカ７１は音響光学素子であり、外部パルスジェネレータ（図示せず）からの信号に基づき、レーザのパルス列を遮断、通過させることでレーザの繰返し周波数を変化させる。パルスピッカ７１にはGooch&Housego社の17389-.93-FOA-SMFなどを用いればよい。パルスピッカ７１を通過したレーザ１０６をレンズ７２でコリメータ７３に集光し、シングルモードファイバ１２１のコアにレーザを導く。
　シングルモードファイバ１２１に入射したレーザは、ＷＤMカプラ７５に到達する。一方、励起ＬＤ７４から射出されたポンプ光もＷＤＭカプラ７５に到達し、ＷＤＭカプラで光源７０から射出されたレーザと合波される。励起ＬＤ７４の発振波長は７５０nmであり、ＷＤＭカプラ７５では波長７８０nmと７５０nmの波長を合波させる。励起ＬＤ７４から射出されたポンプ光は波長遅延部７６で吸収され、光源７０から射出されたレーザを誘導ラマン増幅により増幅させる。
　波長遅延部７６では、パルス幅の伸張が行われる。波長遅延部７６は長距離のシングルモードファイバを巻いたものであり、その長さは３.３kmである。波長７８０nmにおけるシングルモードファイバの分散の大きさは約１２０ps/nm/kmであり、波長遅延部７６を通過することでパルス幅は２３.８nsまで伸張される（１２０ps/nm/km×６０nm×３.３km＝２３.８ns）。
　波長遅延部７６でパルス幅伸張・増幅されたレーザはコリメータ７７からフリースペースへ射出される。コリメータ７７からフリースペースに射出されたレーザ１０６はビームエキスパンダ７８に入射して所望の径に拡大されて出射する。ビームエキスパンダ７８にはシグマ光機社のLBE-3L（倍率：３倍）などを用いればよい。径を拡大されたレーザ１０６は回折格子７９に入射し、図２で説明した原理に基づいて波長に応じた角度へ回折される。回折格子７９には堀場製作所の530 50 110（周期構造の本数：１２００本/mm）などを用いればよい。回折されたレーザ１０６はＦθレンズ８０でサンプル１１０に鉛直方向からＸ軸に平行な方向にライン状に集光される。Ｆθレンズ８０にはSill Optics社のS4LFT0089/094（焦点距離：８８.４mm）などを用いればよい。サンプル１１０はトリアセチルセルロースなどの透明フィルムであり、幅は１.５mである。サンプル１１０は１対の回転ローラ３０の一方から送り出されて、他方の回転ローラで巻き取られながら移動する。
　サンプル１１０のライン状のレーザ照射部から発生した散乱光のうちシリンドリカルレンズ８１の方向に散乱した光はシリンドリカルレンズ８１で集められ、バンドルファイバアレイ８２の受光部に集光される。シリンドリカルレンズ８１の光軸はＸＺ面内に存在し、シリンドリカルレンズ８１、バンドルファイバアレイ８２の受光面はＹ軸方向に並行に配置されている。シリンドリカルレンズ８１にはシグマ光機のCLB-30100-130PM（焦点距離：１３０mm）、バンドルファイバアレイ８２にはモリテックス社のMKG180-1500S（受光面サイズ：１８０mm×１mm）などを用いればよい。
　バンドルファイバアレイ８２の受光部８２１はライン状であるが、終端８２２ではファイバが一箇所に集められているため、シリンドリカルレンズ８１で集光したサンプル１１０のライン状のレーザ照射部からの散乱光をバンドルファイバアレイ８２の射出部で一点に集めることができる。バンドルファイバアレイ８２の終端から射出された散乱光はレンズ８３を介して、光電子増倍管８４に集光される。レンズ８３にはシグマ光機のDLB-20-30PMを、光電子増倍管８４には浜松ホトニクス社のR3809U-51（立上り時間：１５０ps）などを用いればよい。
　光電子増倍管８４に入射して光電変換された散乱光による信号はＡ/Ｄ変換部３５でデジタルサンプリングされる。Ａ/Ｄ変換部３５にはTektronix社のDPO7354C（サンプリング速度：４０GS/s）などを用いればよい。デジタルサンプリングされたデジタル信号はメモリ３６に蓄積され、一定数のライン情報が蓄積される度に順次メモリ３６から欠陥情報抽出部３７へ送られて、欠陥情報抽出部３７で欠陥情報が抽出される。欠陥情報抽出部３７では、例えば、欠陥からの散乱光量に基づき欠陥サイズの大きさを推定する、散乱光の分布より欠陥の座標を特定するなどの処理が行われる。欠陥情報抽出部３７で抽出した欠陥情報を出力部３８に送り、例えば図示していないディスプレイ画面上に表示して出力する。
　本実施例では光源７０に関して、中心波長が７８０nm、スペクトル幅は６０nmの例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。
　本実施例では、波長遅延部７６での分散の大きさが１２０ps/km/nm、励起ＬＤ７４の発振波長が７５０nm、ビームエキスパンダ７８の倍率が３倍、回折格子７９の周期構造のピッチが１２００本/mm、Ｆθレンズ８０の焦点距離が８８.４mm、光電子増倍管８４の立上り時間が１５０psの例で説明したが、これに限定される必要はない。
　本実施例では、サンプル１１０からの散乱光のみを検出する例で説明を行ったが、実施例１において、図５を用いて説明したように複数の散乱光検出光学系、正反射光検出光学系、透過光検出光学系が存在しても構わない。検出光学系の数が増えることで、トータルでの検出光量の増加、または各検出光学系の検出信号を個別に比較処理することで、欠陥分類性能の向上が狙える。
　本実施例では、被測定対象がトリアセチルセルロースなどの透明フィルム、幅１.５mのフィルムである例で説明を行ったが、本実施例における被測定対象はこれに限定される必要はない。例えば、半導体ウエハやガラス基板をＸＹステージで保持し、ラスタスキャンを行ってもよく、Ｒθステージで保持し、回転走査を行っても構わない。または、上記装置を電車や車両に取り付け、走行しながらレールの疵や道路のへこみの検査を行っても構わない。
　以上、本発明者らによってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　１、２０、７０・・・光源　　２、１２０、１２１・・・シングルモードファイバ　　３・・・サーキュレータ　　４、２６、７３、７７・・・コリメータ　　５、２８、７９・・・回折格子　　６、２９、８０・・・Ｆθレンズ　　７、２３、７４・・・励起ＬＤ　　８、２４、７５・・・ＷＤＭカプラ　　９・・・増幅ファイバ　　１０、２２、７６・・・波長遅延部　　１１、３４・・・フォトダイオード　　１２、３５・・・Ａ/Ｄ変換器　　１３・・・信号処理部　　１４、３８・・・出力部　　２１、７１・・・パルスピッカ　　２５・・・Ｅｒドープファイバ　　２７、７８・・・ビームエキスパンダ　　３０・・・回転ローラ　　３１、４０、４２、４４、４６、４９、８１・・・シリンドリカルレンズ　　３２、４１、４３、４５、４７、５０、８２・・・バンドルファイバアレイ　　３３、７２、８３・・・レンズ　　３６・・・メモリ　　３７・・・欠陥情報抽出部　　４８・・・ハーフミラー　　８４・・・光電子増倍管　　１００、１０５、１０６・・・レーザ　　１０１・・・波長がλＡであるレーザビーム　　１０２・・・波長がλＢであるレーザビーム　　１０３・・・波長がλＣであるレーザビーム　　１１０・・・サンプル　　２００、２０１・・・反射散乱光検出光学系　　２０２、２０３　透過散乱光検出光学系　　２０４・・・透過光検出光学系　　２０５・・・正反射光検出光学系　　θ１、θ２、θ３、θ４・・・検出仰角。

Claims (14)

  1. パルスレーザを生成するパルスレーザ生成工程と、 
    該パルスレーザ生成工程で生成したパルスレーザを波長に応じて遅延量を変えるパルス幅伸張工程と、 
    該パルス幅伸張工程で波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを前記波長に応じて空間的に広げる拡張工程と、
    該拡張工程で前記波長に応じて空間的に広げられたパルスレーザをサンプルに対して垂直な方向からサンプルに照射する照射工程と、 
    該照射工程でパルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち前記垂直な方向とは異なる方向に散乱した光を集光する集光工程と、
    該集光工程で集光された散乱光を光電変換する光電変換工程と、
    該光電変換工程で光電変換された前記波長に応じて遅延量が変えられた散乱光ごとの検出信号を処理して欠陥情報を抽出する欠陥情報抽出工程とを有することを特徴とする検査方法。
  2. 請求項1に記載の検査方法であって、前記集光工程において、前記サンプルに対して複数の仰角方向から散乱光を集光し、前記光電変換工程において、前記複数の仰角方向で集光した散乱光をそれぞれ光電変換することを特徴とする検査方法。
  3. 請求項1に記載の検査方法であって、前記集光工程において、前記サンプルからの反射光と透過光とをそれぞれ集光し、前記光電変換工程において、前記集光した反射光と透過光とをそれぞれ光電変換することを特徴とする検査方法。
  4. 請求項2または3に記載の検査方法であって、前記欠陥情報抽出工程において、前記光電変換工程で光電変換された複数の検出信号を個別に処理することを特徴とする検査方法。
  5. 請求項2または3に記載の検査方法であって、前記欠陥情報抽出工程において、
    前記光電変換工程で光電変換された複数の検出信号を統合して処理することを特徴とする検査方法。
  6. 請求項1に記載の検査方法であって、前記パルスレーザ生成工程で生成するパルスレーザが、近赤外域、または可視域のパルスレーザであることを特徴とする検査方法。
  7. 請求項1に記載の検査方法であって、前記パルス幅伸張工程で波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを光増幅する光増幅工程を更に有し、該光増幅工程で増幅されたパルスレーザを前記照射工程において前記サンプルに照射することを特徴とする検査方法。
  8. パルスレーザを生成する光源と、 
    該光源で生成したパルスレーザの波長に応じて該パルスレーザの遅延量を変化させるパルス幅伸張部と、 
    該パルス幅伸張部で波長に応じて遅延量を変化させたパルスレーザを空間的に広げる回折素子と、
    該回折格子により空間的に広げられた波長に応じて遅延量が変化させられたパルスレーザをサンプルに対して垂直な方向からサンプルに照射する照明光学系と、 
    該照明光学系により前記パルスレーザが照射されたサンプルからの散乱光のうち前記垂直な方向とは異なる第１の方向に散乱した光を集光する集光光学系と、 
    該集光光学系により集光された前記サンプルからの散乱光を光電変換する光電変換部と、
    該光電変換部で光電変換された検出信号を処理する信号処理部とを備えたことを特徴とする検査装置。 
  9. 請求項8に記載の検査装置であって、前記集光光学系は前記第１の方向とは異なる複数の方向に散乱した光をそれぞれ集光する複数の集光部を有することを特徴とする検査装置。
  10. 請求項8に記載の検査装置であって、前記集光光学系は照明光学系により前記パルスレーザが照射されたサンプルからの反射光を検出する反射光集光部と、前記サンプルを透過した透過光を検出する透過光集光部とを含む複数の集光部を有することを特徴とする検査装置。
  11. 請求項9又は１０に記載の検査装置であって、前記光電変換部は、前記集光光学系の複数の集光部のそれぞれで集光された前記サンプルからの反射光又は透過光をそれぞれ光電変換する複数の光電変換器を有し、前記信号処理部は前記光電変換部の前記複数の光電変換器で光電変換された検出信号を個別に処理することを特徴とする検査装置。
  12. 請求項9又は１０に記載の検査装置であって、前記光電変換部は、前記集光光学系の複数の集光部のそれぞれで集光された前記サンプルからの反射光又は透過光をそれぞれ光電変換する複数の光電変換器を有し、前記信号処理部は前記光電変換部の前記複数の光電変換器で光電変換された検出信号を統合して処理することを特徴とする検査装置。
  13. 請求項8に記載の検査装置であって、前記光源は、近赤外域、または可視域のパルスレーザを生成することを特徴とする検査装置。
  14. 請求項8に記載の検査装置であって、前記パルス幅伸張部で波長に応じて遅延量を変えたパルスレーザを光増幅する光増幅部を更に有し、該光増幅部で増幅されたパルスレーザを前記照射光学系を介して前記サンプルに照射することを特徴とする検査装置。
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