JPH11183392A - 透光性物質の不均一性検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透光性物質の光学的な不均一性を、透光性物
質の形状によらずに、高精度・高速度に検出できる。 【解決手段】 透明ガラス製の容器１内に溜められた透
明な液体Ｌ中に、ガラス製の透明基板２を立てた状態で
完全に浸漬する。容器１、液体Ｌ及び透明基板２の屈折
率はほぼ同一に設定する。容器１内に所定の入射角度で
入射したレーザー光Ｂは、容器１の外側表面で全反射を
繰り返しながら伝播する。透明基板２に傷・クラックな
どの表面部の不均一や脈理・気泡などの内部の不均一が
存在すると、その不均一部分で光の光路（軌道）が均一
なときの光路から外れるので、容器１の外側表面で全反
射条件が満足されずに外部に光が漏れ出す。この漏れ出
た光をＣＣＤカメラ７で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、液晶ディスプレイ用透明基板、光学レンズなど
の透光性物質の光学的な不均一性（欠陥）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
査方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路、フォトマスクなどの製
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、高精度に研磨されて鏡面仕上げさ
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小な欠陥も欠陥検出
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、このような問題点を解決するため
に、本発明者は、透光性物質の光学的な不均一性を高感
度、高速度に検出できる透光性物質の不均一性検査方法
及びその装置を先に提案した（特願平９―１９２７６
３）。

【０００５】この発明は、鏡面仕上げされた表面を有す
る透光性物質の不均一部分の有無を検査するものであっ
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。

【０００６】即ち、透光性物質内に導入した光が表面で
全反射を繰り返し透光性物質内部に閉じ込められるよう
にし、透光性物質に表面の傷等の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
すことから不均一性を検出している。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、不均一性が劇的なコントラストで現れ、微小な傷
等を高感度で検出できる。

【０００７】ところが、前記発明では、フォトマスク用
基板等の四角形状平板や磁気ディスク等の円形ないし円
環状平板などの透光性物質の場合には、透光性物質内に
導入した光をその表面の全反射によって比較的に容易に
閉じ込めることが可能であるが、レンズなど曲率の大き
な曲面を有する形状の透光性物質の場合、あるいは屈折
率が小さい透光性物質の場合には、全反射によって光を
内部に閉じ込めるのは難しく、効果的な検査ができなか
った。また、透光性物質の表面から漏出した光が、透光
性物質の傷などの欠陥によるものなのか、あるいは、透
光性物質の表面に付着した異物によるものなのかを判別
するのが難しいという問題もあった。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点を解決すべ
く、透光性物質の形状によらずに、光学的な不均一性を
高精度・高速度に検出できる透光性物質の不均一性検査
方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る透光性物質の不均一性検査方法は、透
光性の容器内に収容され、該容器の外側媒質（空気な
ど）の屈折率よりも大きい屈折率を有する透光性の媒質
（気体、液体、固体）中に、鏡面仕上げされた表面を有
する透光性物質を挿入し、前記透光性物質の光路が光学
的に均一の場合に、前記容器の外側表面で全反射を繰り
返して伝播するように容器内に光を導入し、前記透光性
物質に不均一が存在するときに、前記容器の外側表面か
ら光が漏出することから透光性物質の不均一を検出する
ようにしたものである。

【００１０】空気などの気相中に透光性物質を設置して
透光性物質内に光を導入する場合、透光性物質表面が曲
率の大きな曲面を有するときなどには、透光性物質表面
で全反射条件を満足させることが難しく、透光性物質内
に光を閉じ込めた状態に維持するのが困難である。

【００１１】ところが、この発明では、容器内の媒質
（気体、液体、固体）中に透光性物質を挿入して、容器
の外側表面で全反射させるようにしているため、透光性
物質の形状などに依らずに、透光性物質の不均一を検査
できる。透光性物質に傷・クラックなどの表面部の不均
一や脈理・気泡などの内部の不均一が存在するときに
は、その不均一部分で光の光路（軌道）が本来の均一な
ときの光路から外れるので、容器の外側表面で全反射さ
れずに外部に光が漏れ出し、透光性物質の不均一部分が
検出される。

【００１２】上記検査方法において、容器、媒質及び透
光性物質の屈折率をほぼ同一とすると、容器の外側表面
で全反射条件を満足させるのが容易となり、容器内に光
を良好に閉じ込めることができる。媒質として、例え
ば、液体では、光学部品の封入剤やマッチングオイルな
どを用いることができる。液体は、固体（例えば、ジェ
リー状などに固化したもの）に比べて検査した後の処理
工程が簡素化されるので好ましい。

【００１３】また、上記検査方法において、前記容器内
の液体を流動させると、不均一部分が存在することによ
って容器外部に漏出する光（検出光）のうち、透光性物
質表面に付着していた異物によるものは液中を移動しな
がら光るのに対し、透光性物質自体の傷、気泡などによ
るものは動かずに光るので、両者を区別することができ
る。また、液体を水とすることにより、例えば、容器に
超音波発生器を取り付け、該超音波発生器によって水を
流動させることにより、水が洗浄液となり透光性物質を
洗浄でき、更に不均一性を検査することもできるので好
ましい。なお、水を流動させる手段は、超音波に限定さ
れずに、後述するように水を循環供給するようにしても
よい。

【００１４】また、本発明に係る透光性物質の不均一性
検査装置は、上記検査方法を実施するためのもので、鏡
面仕上げされた表面を有する透光性物質を挿入するため
の透光性の媒質が収容された透光性の容器と、前記透光
性物質の光路が光学的に均一の場合には前記容器の外側
表面で全反射を繰り返して伝播するように容器内に光を
導入する照射手段とを備えたものである。

【００１５】上記検査装置において、容器の外側表面へ
の光の入射位置を移動させる移動手段を設けるのが望ま
しい。移動手段で光の入射位置を移動させると、透光性
物質の全域に迅速に且つ漏れなく光を走査できる。ま
た、容器の外側表面から全反射することなく漏出する光
を検出する検出手段を設けるのが望ましい。検出手段を
設けると、透光性物質の不均一性の検査を自動化でき、
検査時間を短縮できると共に、検査の信頼性を向上でき
る。

【００１６】

【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。図１は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の概略構成を示す斜視図で
ある。

【００１７】図１において、１は底部を有する矩形筒体
状の容器であり、容器１は透明ガラスからなり、その外
側及び内側表面は鏡面研磨されている。容器１内には透
明な液体Ｌが溜められ、容器１の液体Ｌ中に透光性物質
としてのガラス製の透明基板２を完全に浸漬することが
できる。透明基板２は四角形状の平板であり、その表面
は鏡面研磨されている。透明基板２の端部は、容器１の
内側底面部に形成された突起３、３間に挟持され、透明
基板２は液体Ｌ中に立てた状態で設置される。（なお、
容器１の内側底面に溝を形成し、この溝に透明基板２の
端部を挿入支持させて、透明基板２を立設させるように
してもよい。）

【００１８】容器１および液体Ｌの屈折率は、透明基板
２の屈折率とほぼ同一となるように設定する。このた
め、例えば、容器１は透明基板２と同じガラス組成と
し、また、液体Ｌには透明基板２に近い屈折率を有する
液体を選定する。液体Ｌには、光学部品用の封入剤、マ
ッチングオイルなどが適している。透明基板２には石英
ガラス（屈折率１．４６）などがよく用いられるので、
屈折率が近い液体としては、カナダバルサム（屈折率
１．５２）、エンテランニュー（商品名、屈折率１．４
９）、ジヨードメタン（ヨウ化メチレン、屈折率１．７
４）、セダー油（屈折率１．５２）、流動パラフィン
（屈折率１．４８）、アクアテックス（商品名、屈折率
１．４）、グリセリン（屈折率１．４６）などが挙げら
れる。セダー油、流動パラフィンなどの非水溶性のもの
には、キシレンなどの有機溶剤を加えることによって屈
折率や粘度を調整でき、グリセリン、アクアテックスな
どの水溶性のものには、水を加えて屈折率、粘度を調整
することができる。

【００１９】容器１の底面には、液体Ｌを容器１内に循
環供給するための図示省略の液体供給口（噴出口）と液
体排出口とが設けられており、容器１内に液体Ｌを循環
供給することにより、容器１内の液体Ｌを流動・攪拌で
きるようになっている。（なお、容器１の底部に攪拌翼
などを設置して容器１内の液体Ｌを攪拌して流動化させ
るようにしてもよい。）

【００２０】容器１の外側表面１ａの垂直な一辺Ｓは、
図２に示すように、面取りされていて、容器１内にレー
ザー光Ｂを導入するための導入窓となっている。容器１
内にレーザー光Ｂを導入するための照射手段は、光源と
してのレーザー４と、容器１の一辺Ｓに所定の入射角度
でレーザー光Ｂを入射させるためのミラー５、６とを有
する。ミラー５、６には、容器１に対して水平に入射さ
れるレーザー光Ｂの入射角度を変動制御するための入射
角度調整手段（図示せず）が設けられており、容器１内
に導入されたレーザー光Ｂが外側表面１ａで全反射を起
こす範囲内で入射角度を変動させて入射できるようにな
っている。また、容器１は、昇降手段（図示せず）によ
って上下に昇降可能であり、容器１を上下に昇降するこ
とにより、一辺Ｓでのレーザー光Ｂの入射位置を上下に
移動できる構成となっている。

【００２１】容器１の前方には、容器１内の透明基板２
の主表面に臨ませて、容器１の外側表面１ａから全反射
されずに漏出するレーザー光を検出する検出手段が設け
られている。検出手段は、ＣＣＤカメラ７と、外側表面
１ａから漏出したレーザー光をＣＣＤカメラ７のＣＣＤ
面上に結像するためのレンズ等からなる結像光学系８と
を有する。

【００２２】次に、上記検査装置による透明基板１の不
均一性検査方法を述べる。まず、容器１の外側表面１ａ
への入射角が臨界角よりも大きくなるように、図１又は
図２に示すように、容器１の一辺Ｓから容器１内にレー
ザー光Ｂを入射する。具体的には、レーザー４としてＨ
ｅ−Ｎｅレーザーを使用し、ビーム径が０．７ｍｍ、ビ
ームの広がり角が１ｍrad、レーザーパワーが０．５ｍ
Ｗ、波長が５４３．５ｎｍのレーザー光を照射した。容
器１、基板２及び液体Ｌの屈折率をほぼ同一にしている
ので、容器１、基板２及び液体Ｌが均質な一体的な透明
体のようになり、容器１内に入射したレーザー光Ｂは、
液体Ｌと容器１及び透明基板２との境界面でほとんど屈
折することなく進み、容器１の外側表面１ａで全反射を
繰り返しながら伝播する。このため、容器１内に導入し
たレーザー光Ｂは、容器１内を水平方向に切断したよう
な一平面状（薄板状）の領域内にほぼ閉じ込められたよ
うな状態となり、この照射領域に位置する透明基板２に
は種々の方向からレーザー光が照射される。この際、レ
ーザー光の入射角度を、入射角度調整手段を用いて容器
１の外側表面１ａで全反射を満足する範囲内で連続的に
変化させているので、入射角度の変化に応じて基板２内
を通過する光線軌跡も少しずつずれ、基板２内の上記照
射領域の全域を漏れなく覆い尽くすように伝播する。

【００２３】透明基板２に傷・クラックなどの表面部の
不均一や脈理・気泡などの内部の不均一が存在すると、
その不均一部分で光の光路（軌道）が均一なときの光路
から外れるので、容器１の外側表面１ａで全反射条件が
満足されずに外部に光が漏れ出し、この漏れ出た光が結
像光学系８でＣＣＤカメラ７に結像されて検出される。
また、この検査において、容器１内の液体Ｌを流動化さ
せておくと、不均一部分が存在することによって容器１
外部に漏出する光（検出光）のうち、透明基板２自体の
傷、気泡などの不均一によるものは動かずに光るが、一
方、透明基板２表面に付着していたごみ等の異物による
ものは液中を移動しながら光る（上記照射領域外に出る
と光らなくなる）ので、両者を区別することができる。

【００２４】こうして、基板２を側方（検出手段側）か
らみて、水平な１ライン状の照射領域の検査ができる。
この１ライン状の検査工程を、昇降手段によって容器１
と共に透明基板２を上方又は下方に順次移動させて行い
ことにより、透明基板２の全域の不均一性の検査ができ
る。

【００２５】なお、図１の透明基板２を容器１から取り
出し、９０度回転した状態で再び容器１内に立設して検
査すると、透明基板１に対して直交する２方向からレー
ザー光を照射して検査したことになるので、方向性を有
する欠陥の検出などに有効であり、より高精度の検査が
できる。

【００２６】図３には、容器１、透明基板２、液体Ｌが
いずれも同一の屈折率の場合に、容器１内に導入した光
が伝播する様子をシミュレーションした結果を示す。即
ち、容器１と透明基板２には石英ガラス（屈折率１．４
６）を用い、液体Ｌにはグリセリン（屈折率１．４６）
を用いた場合である。また、容器１の寸法は、２５０．
０×２５０．０×３０．０ｍｍ、基板２の寸法は、１２
５．４×１２５．４×６．３５ｍｍであり、容器１の周
囲は空気（屈折率１．００）であり、容器１内に導入し
た光が最初に容器１の外側表面に入射する入射角度を４
３．３０度とした。図３（１）は容器１の外側表面での
全反射の回数が１５回の状態、図３（２）は全反射５０
回の状態、図３（３）は全反射４００回の状態をそれぞ
れ示すものである。図３に示すように、容器１の外側表
面で全反射を繰り返すことによって、容器１内に導入し
たレーザー光は、一平面状の照射領域の全域を漏れなく
覆い尽くすように伝播し、透明基板２に対して種々の方
向からレーザー光が照射されることがわかる。

【００２７】また、図４には、容器１の屈折率を透明基
板２と同一屈折率としたが、液体Ｌの屈折率とは異なら
せた場合に、容器１内の光伝播のシミュレーション結果
を示す。即ち、容器１と透明基板２にはともに石英ガラ
ス（屈折率１．４６）を用い、液体Ｌにはジヨードメタ
ン（屈折率１．７４）を用いた場合である。このシミュ
レーションでは、容器１内に導入した光が最初に容器１
の外側表面に入射する入射角度を４３．５０度とした。
容器１内に導入した光は、図示のように、液体Ｌと容器
１との境界面および液体Ｌと透明基板２との境界面で少
し屈折するが、容器１の外側表面で全反射を繰り返して
伝播していく。

【００２８】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
できる。なお、表面上の傷などの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、各種用途の仕様の範囲に入るガラス基板とすること
ができる。

【００２９】また、上記実施形態では、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、検査光が透過でき
る材質ならばどのようなものでもよい。

【００３０】更に、透光性物質の形状は、四角形や円形
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。図５は、容器１内の液体Ｌ中に、曲面を有する
レンズ９を浸漬して不均一性を検査する一例を示すもの
で、容器１、液体Ｌ、レンズ９の屈折率は全て同一にし
ている。また、容器の外側表面（ないし内側表面）の形
状は、上記の四角形に限らず、全反射によって光を内部
に閉じ込め可能なものならば、円形、多角形などどのよ
うな形状でもよい。また、基板としては、フォトマスク
（位相シフトマスク）用ガラス基板、液晶用ガラス基
板、情報記録用ガラス基板（磁気ディスク、光ディスク
等）など各種基板の検査に適用可能である。情報記録用
ガラス基板は円盤状なので、実際に検査を行う場合に
は、研磨された外周あるいは内周端面（例えば面取り
部）からレーザー光を入射させて行う。なお、基板両面
の検査が必要な場合には、基板の両面側にそれぞれ検出
手段を設け、基板両面の検査を一度に行うようにしても
よい。

【００３１】また、上記実施形態では、レーザーとし
て、気体レーザー（Ｈｅ‐Ｎｅレーザー）を用いたが、
これに限らず、半導体レーザー等を用いても勿論よい。
また、上記実施形態では、基板に対する入射角度を変化
させる角度調整手段をレーザーと容器との間にあるミラ
ーに設けた例を挙げたが、容器に対するレーザー光の入
射角度を変化させることができれば、どのようなような
構成でもよく、レーザー自体に角度調整手段を設けたり
してもよい。また、レーザー光の導光を、上記実施形態
のようにミラーではなく、光ファイバーを用いて導光し
てもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
透光性の容器内に収容された媒質中に、鏡面仕上げされ
た表面を有する透光性物質を挿入し、容器の外側表面で
全反射を繰り返して伝播させるようにしているので、透
光性物質が曲率の大きな曲面を有するときなどにも、透
光性物質の形状に依らずに不均一性を検査できる。

【００３３】また、容器、媒質及び透光性物質の屈折率
をほぼ同一とすることにより、容器の外側表面で全反射
条件を満足させるのが容易となり、容器内に導入光を良
好に閉じ込めることができる。また、容器内の液体を流
動させることにより、不均一部分が存在することによっ
て容器外部に漏出する光のうち、透光性物質表面に付着
していた異物によるものは液中を移動しながら光るのに
対し、透光性物質自体の傷、気泡などによるものは動か
ずに光るので、両者を区別することが可能となる。

【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の斜視図である。

【図２】図１の容器のレーザー光導入部周辺を拡大して
示す横断面図である。

【図３】容器、透明基板、液体がいずれも同一の屈折率
の場合に、容器内を光が伝播する様子をシミュレーショ
ンした結果を示す横断面図である。

【図４】容器の屈折率が、透明基板と同一、液体とは異
なる場合に、容器内を光が伝播する様子をシミュレーシ
ョンした結果を示す横断面図である。

【図５】容器内の液体中にレンズを浸漬して不均一性を
検査する他の実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 透明基板 ３ 突起 ４ レーザー ５ ミラー ６ ミラー ７ ＣＣＤカメラ ８ 結像光学系 ９ レンズ Ｌ 液体 Ｂ レーザー光

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性の容器内に収容され、該容器の外側
   媒質の屈折率よりも大きい屈折率を有する透光性の媒質
   中に、鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質を挿入
   し、 前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合に、前記容
   器の外側表面で全反射を繰り返して伝播するように容器
   内に光を導入し、 前記透光性物質に不均一が存在するときに、前記容器の
   外側表面から光が漏出することから透光性物質の不均一
   を検出するようにしたことを特徴とする透光性物質の不
   均一性検査方法。
2. 【請求項２】前記容器、媒質及び透光性物質の屈折率が
   ほぼ同一であることを特徴とする請求項１記載の透光性
   物質の不均一性検査方法。
3. 【請求項３】前記媒質が液体であることを特徴とする請
   求項１又は２記載の透光性物質の不均一性検査方法。
4. 【請求項４】前記容器内の液体を流動させたことを特徴
   とする請求項３記載の透光性物質の不均一性検査方法。
5. 【請求項５】前記液体が水であることを特徴とする請求
   項３又は４記載の透光性物質の不均一性検査方法。
6. 【請求項６】鏡面仕上げされた表面を有する透光性物質
   を挿入するための透光性の媒質が収容された透光性の容
   器と、 前記透光性物質の光路が光学的に均一の場合には前記容
   器の外側表面で全反射を繰り返して伝播するように容器
   内に光を導入する照射手段とを備えたことを特徴とする
   透光性物質の不均一性検査装置。