(57)【要約】【課題】石英ガラス材の内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の微小な欠陥を容易に、正確に、短時間で検出できる欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。【解決の手段】シュリーレン法を用いた石英ガラス材内部の欠陥検査方法であって、検査対象の石英ガラス材に、照射方向の異なる複数の平行光を照射し、当該石英ガラス材に照射した光の中から、石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを検出することを特徴とする石英ガラス材内部の欠陥検査方法および欠陥検査装置を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュリーレン法を用いた石英ガラス材内部の欠陥検査方法であって、検査対象の石英ガラス材に、照射方向の異なる複数の平行光を照射し、当該石英ガラス材に照射した光の中から、石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを検出することを特徴とする石英ガラス材内部の欠陥検査方法。
【請求項２】
石英ガラス材に照射した照射方向の異なる複数の平行光をそれぞれ、焦点距離５００ｍｍ以下のレンズ又は凹面鏡により集光後、集光された光を遮光することを特徴とする請求項１記載の石英ガラス材内部の欠陥検査方法。
【請求項３】
石英ガラス材に直線偏光の照射方向の異なる複数の平行光を照射し、前記直線偏光の光の偏光状態変化を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の石英ガラス材内部の欠陥検査方法。
【請求項４】
石英ガラス材内部の欠陥の最大径が１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石英ガラス材内部の欠陥検査方法。
【請求項５】
検査対象の石英ガラス材に照射方向の異なる複数の平行光を照射するための照明系と、石英ガラス材を積載するための試料台と、石英ガラス材に照射した光の中から石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを抽出するための集光系及び遮光系と、抽出された異常光を検出するための検出系と、からなる石英ガラス材内部の欠陥検査装置。
【請求項６】
集光系として焦点距離５００ｍｍ以下の集光レンズ又は凹面鏡を使用することを特徴とする請求項５記載の石英ガラス材内部の欠陥検査装置。
【請求項７】
石英ガラス材に照射方向の異なる複数の直線偏光の平行光を照射するための照明系、前記直線偏光の光の偏光状態変化を検出するための検出系を有することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の石英ガラス材内部の欠陥検査装置。
【請求項８】
試料台が移動可能であり、検出系としてＣＣＤカメラを使用することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の石英ガラス材内部の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス材内部に含まれる欠陥を検査する方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造におけるフォトリソグラフィ工程において、紫外光等による回路パターン転写時に使用されるフォトマスク、レンズ等の用途に用いられるガラス材には、高い光線透過性および光線透過の均一性が必要とされる。このため、紫外域の光線透過性に優れた石英ガラス材が使用されており、また、ガラス材の内部には微小なものも含め、泡、異物、脈理等の欠陥がないことが望ましい。
【０００３】
従来、石英ガラス材内部に含まれる泡、異物等の微小な欠陥は、ガラス材に投光器や蛍光灯からの強い光を照射し、欠陥による反射光又は屈折光等の異常光を目視などで確認するという方法により検査していた（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
葛生伸、Ｋブックス１１１「石英ガラスの世界」、７７〜１０１頁、工業調査会発行、１９９９年４月５日
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラス内部の欠陥を目視検査する場合、微小な欠陥による反射光又は屈折光等の異常光は非常に小さいため、欠陥を見逃す可能性が高い。また、検査には熟練が必要であり、さらに検査に時間を要するという問題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、特に石英ガラス材の内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の微小な欠陥を容易に、正確に、短時間で検出できる検査方法および検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上述のような現状に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、シュリーレン法を用いた石英ガラス材内部の欠陥を検査する場合に、検査対象の石英ガラス材に、照射方向の異なる複数の平行光を照射し、石英ガラス材に照射した光の中から、石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを検出することにより、石英ガラス材内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の微小な欠陥や、場合によっては脈理を、容易に、正確に、短時間で検出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、シュリーレン法を用いた石英ガラス材内部の欠陥検査方法であって、検査対象の石英ガラス材に、照射方向の異なる複数の平行光を照射し、当該石英ガラス材に照射した光の中から、石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを検出する石英ガラス材内部の欠陥検査方法であり、さらに、検査対象の石英ガラス材に照射方向の異なる複数の平行光を照射するための照明系と、石英ガラス材を積載するための試料台と、石英ガラス材に照射した光の中から石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光のみを抽出するための集光系及び遮光系と、抽出された異常光を検出するための検出系と、からなる石英ガラス材内部の欠陥検査装置に関する。
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
石英ガラス材内部の脈理等、屈折率の不均一性を可視化する方法としてシュリーレン法がある。このシュリーレン法は、ガラス材に平行光線を透過させ、透過後の光をレンズまたは凹面鏡で集光し、その焦点付近にナイフエッジを置き、集光後、広がった光をスクリーンに投影するなどして像を観察するものである。ガラス材を透過した平行光はレンズまたは凹面鏡の焦点を通るが、ガラス材内部に存在する脈理により屈折した光は平行光と進行方向が異なるため、焦点を通らない。ナイフエッジにより、脈理により屈折した光、あるいはガラス材をそのまま透過した平行光のいずれかをカットすることにより、通常の目視観察よりも脈理等、屈折率不均一部のコントラストを強調して観察することが可能である。
【００１１】
本発明の石英ガラス材内部の欠陥検査方法（以下「本発明方法」という。）は、検査対象の石英ガラス材に、照射方向の異なる複数の平行光を照射し、この石英ガラス材に照射した光の中から、石英ガラス材内部の欠陥による反射及び／又は屈折に起因する異常光（以下、単に「異常光」ということがある。）のみを検出するものであり、上記したように、シュリーレン法の特徴を利用して、石英ガラス材内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の微小な欠陥や、場合によっては石英ガラス材内部の脈理を検査できるものである。
【００１２】
本発明方法においては、石英ガラス材内部の欠陥による異常光が方向性を持っていた場合においても、照射方向の異なる複数の平行光を照射することにより、単に１つの平行光を照射する場合に比べ、さらに異常光を広い角度範囲で発生させることができ、正確に石英ガラス材内部の欠陥による異常光のみを検出することができる。
【００１３】
本発明方法において検査対象となる石英ガラス材とは、主として石英（二酸化珪素：ＳｉＯ２）のみからなるガラスを意味し、シュリーレン法の特徴を利用するという観点から平行光を透過できる透明性を有した石英ガラス材であれば、二酸化珪素以外の成分を含んでいても差し支えない。
【００１４】
石英ガラス材の内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の微小な欠陥についても、平行光線を透過させた場合、その界面で反射や屈折が起こり、光線方向や偏光状態が異なる異常光が発生する。光線方向が平行光と異なるため、シュリーレン法により原理的には観察することが可能である。しかしながら、微小な欠陥による異常光は微弱であるため、その判別は容易でない。このため、本発明方法では、石英ガラス材を透過した照射方向の異なる複数の平行光を集光レンズや凹面鏡により焦点に集光後、集光された光をナイフエッジ等により遮光して全てカットし、実質的に石英ガラス材内部の欠陥による異常光のみを抽出し観察することにより、欠陥の判別が容易になる。
【００１５】
本発明では照射方向の異なる複数の平行光を照射するが、石英ガラス材を透過後、それぞれの平行光について全て集光および遮光を行う必要がある。集光および遮光には単一の集光レンズや凹面鏡、およびナイフエッジを用いても良いし、それぞれの平行光に別々の集光レンズや凹面鏡、およびナイフエッジを用いても構わない。
【００１６】
また、本発明方法では、石英ガラス材を透過した光をレンズ又は凹面鏡で集光するが、石英ガラス材内部の欠陥による異常光はレンズ又は凹面鏡の焦点を通らず分散する。ここで集光レンズ又は凹面鏡の焦点距離が短くなる程、欠陥による異常光の分散は小さくなるため、石英ガラス材内部の欠陥の大きさとして、その最大径が１０００μｍ以下という微小な欠陥による異常光を検出するには、集光レンズ又は凹面鏡の焦点距離は５００ｍｍ以下、さらに３００ｍｍ以下が好ましい。
【００１７】
また、偏光子及び検光子を使用し、石英ガラス材に直線偏光の平行光を照射し、石英ガラス材を透過した光を、直接あるいは上記のように集光し、遮光して抽出されたガラス材内部の欠陥による異常光の偏光状態変化を検出しても良い。
【００１８】
本発明の石英ガラス材内部の欠陥検査装置（以下「本発明装置」という。）は、検査対象の石英ガラス材に照射方向の異なる複数の平行光を照射するための照明系と、石英ガラス材を積載するための試料台と、石英ガラス材に照射した光の中から石英ガラス材内部の欠陥による異常光のみを抽出するための集光系及び遮光系と、抽出された異常光を検出するための検出系と、からなる。
【００１９】
ここで、照明系としては、ハロゲンランプ等の光源より発せられる光をコリメータレンズ等により平行光とする機能を有しており、目的に応じて、偏光子を使用して直線偏光の平行光を生じさせてもよい。照射方向の異なる複数の平行光を得るため、複数の光源を利用しても良いし、光学系を利用しても構わない。また、石英ガラス材へ照射する平行光の照射方向の調整を容易にするため、おのおのの平行光の照射角度は可変可能であることが好ましい。
【００２０】
検査対象の石英ガラス材の形状としては特に制限はないが、石英ガラスの外部形状に多少凹凸があって平行光が屈折するような外部形状となっている場合には同程度の屈折率を有した液体等に浸漬させるとよい。
【００２１】
石英ガラス材を積載するための試料台としては、移動可能となっているとよく、その方向としても平行光の方向に対して垂直な各方向及び平行な方向のいずれにも移動できればよいが、特に垂直な２方向に移動可能とすることで、ガラス材における平行光の照射部位を移動させることができ、平行光の照射範囲よりも大きいガラス材の内部全域が検査可能となる。また、平行光の方向に対して平行な方向に移動可能とすることで、異常光の検出の際に像をより鮮明にすることができ、作業がより容易かつ正確となる。
【００２２】
石英ガラス材を透過した光の中から石英ガラス材内部の欠陥による異常光を抽出するための集光系としては、レンズ又は凹面鏡を用いればよく、その焦点距離も上記したように５００ｍｍ以下、さらに３００ｍｍ以下が好ましい。
【００２３】
石英ガラス材を透過した光の中から石英ガラス材内部の欠陥による異常光のみを抽出するための遮光系としては、上記したように集光された光を遮光できる機能を有しておれば特に制限はなく、例えばナイフエッジが用いられる。
【００２４】
抽出された異常光を検出するための検出系としては特に制限はないが、上記した直線偏光の平行光を使用する場合には、偏光状態変化を検出するための検出系を用いるとよく、欠陥による異常光をより正確に検出できる。
【００２５】
また、本発明では目視により欠陥による異常光を捉えることができるが、例えばＣＣＤカメラを用いて異常光を捉え、目的に応じて画像処理を施すことで石英ガラス材内部の欠陥をより的確に捉えることもできる。集光および遮光に単一の集光レンズや凹面鏡、およびナイフエッジを用いる場合は検出系は単一で良いが、それぞれの平行光に別々の集光レンズや凹面鏡、およびナイフエッジを用いる場合にはその数に応じた複数の検出系が必要である。
【００２６】
図１に本発明の一実施態様の検査装置の概略構成を示す。ハロゲンランプ１１、１２、１３からの拡散光は、おのおのピンホール１４、１５、１６を通過後、コリメータレンズ１７、１８、１９により平行光化され、検査対象であるガラス材２１に照射される。平行光線の入射面、出射面は鏡面状態に研磨し、ガラス材２１を設置する。ガラス材２１はＸＹＺ方向に移動可能な試料台２の上に設置されており、ガラス材２１を移動することにより、ガラス材全域に平行光を照射可能としている。ガラス材２１のコリメータレンズ１７、１８、１９とは反対側には、ガラス材を透過した３つの平行光を集光する集光レンズ３１を設置し、このレンズにより３つの平行光が集光する位置にナイフエッジ３２を設置する。コリメータレンズおよび集光レンズは、色収差、球面収差の観点から、アクロマティックレンズを使用することが望ましく、また、集光レンズには焦点距離５００ｍｍ以下のレンズを使用する。ナイフエッジ３２は集光した３つの平行光それぞれを遮断可能な形状であり、ガラス内部の欠陥２２による異常光だけが入射する様にカメラレンズ４１及びＣＣＤカメラ４２を設置する。ガラス材２１をＸＹＺ方向に移動しながら、ＣＣＤカメラ４２からの映像をモニターすることにより、内部欠陥とその存在位置について容易に検査することができる。
【００２７】
上記においては平行光の遮光にナイフエッジを用いたが、この代わりに一部に不透明処理を施したガラス板等を用いてもよい。
【００２８】
また、コリメータレンズ１７、１８、１９とガラス材２１の間に偏光子、及びガラス材２１と集光レンズ３１の間に検光子を挿入し、ガラス内部の欠陥２２による異常光の偏光状態変化を検出しても構わない。
【００２９】
以上、本発明の石英ガラス材内部の欠陥検査方法および検査装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３０】
【実施例】
以下に図面を参照して本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
図１に示すような構成の欠陥検査装置を用意した。即ち、ハロゲンランプ１１、１２、１３それぞれの手前に、口径１．０ｍｍのピンホール１４、１５、１６を設置し、ピンホール１４、１５、１６からそれぞれ２００ｍｍ離れた位置に、レンズ径５０ｍｍ、焦点距離２００ｍｍであるアクロマティックレンズ１７、１８、１９を設置した。アクロマティックレンズ１８の正面、５００ｍｍ離れた位置にレンズ径５０ｍｍ、焦点距離２００ｍｍであるアクロマティックレンズ３１を設置し、アクロマティックレンズ３１から２００ｍｍ離れた位置にスリットが２つある形状のナイフエッジ３２を設置した。ナイフエッジ３２の直後に焦点距離２８〜７０ｍｍのズームレンズ４１を取り付けた画素数４１万画素の白黒ＣＣＤカメラ４２を設置し、モニターに接続した。アクロマティックレンズ３１を通過したハロゲンランプ１１、１２、１３の光は、それぞれナイフエッジ３２上の３点に集光することにより遮光され、ズームレンズ４１を通してＣＣＤカメラ４２に入らないよう調整した。その後、アクロマティックレンズ１８とアクロマティックレンズ３１の光軸に対し垂直な２方向に移動可能な試料台２を設置し、欠陥検査装置を完成させた。
【００３２】
以上のようにして用意した装置を使用し、幅と奥行きが１５４ｍｍ、高さが３００ｍｍの表面を鏡面状態に研磨してある石英ガラスブロックの内部に存在する泡および異物の検査を行った。ハロゲンランプの電源の電圧は１２ｖ（ボルト）に調整し、ブロックは試料台上に側面がアクロマティックレンズ１８とアクロマティックレンズ３１の光軸に対し垂直になるように設置し、ガラスブロックに３つの平行光を照射しながら、ＣＣＤカメラからの映像をモニターすることにより、内部欠陥による異常光の有無を確認した。試料台を操作しガラスブロックを移動させることにより、ガラスブロックの内部全域の検査を行った。
【００３３】
この検査の結果、ガラスブロック内部から異物９個が検出された。ガラスブロックを回転させ、アクロマティックレンズ１８に対向するブロックの側面を変更して検査を行ったいずれの場合にも、検査結果は同じであった。検出された異物について、その大きさを長作動距離型顕微鏡を使用し測定したところ、最も大きな異物の大きさは８８０μｍであり、最も小さな異物の大きさは９０μｍであった。
【００３４】
比較例１
実施例１で使用した装置からハロゲンランプ１１、１３、ピンホール１４、１６、アクロマティックレンズ１７、１９を取り外し、実施例１で検査した石英ガラスブロックの内部に存在する泡および異物の検査を行った。この検査でも、ガラスブロック内部から異物９個が検出されたが、ガラスブロックを回転させ、アクロマティックレンズ１８に対向するブロックの側面を変更して検査を行うと、異物が８個しか検出されない面が２面あった。検出性が変化した異物は大きさ１３０μｍの偏平形状で不透明なものであった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明においては、シュリーレン法を用い、検査対象の石英ガラス材に照射方向の異なる複数の平行光を照射し、石英ガラス材を透過した平行光を、それぞれ焦点距離５００ｍｍ以下のレンズ又は凹面鏡により集光後、遮光することにより、
（１）欠陥の形状が歪んでいて屈折光に方向性があった場合でも検出方向に関係なく検出しやすいこと、
（２）欠陥が不透明な場合でも屈折、反射光を検出しやすいこと、
（３）屈折光量が増えるので、よりはっきり検出しやすいこと、
という特有の効果を奏することができる。このため、ガラス材内部の欠陥による異常光のみを検出することにより、石英ガラス材内部に含まれる欠陥、特に泡、異物等の、１０００μｍ以下の微小な欠陥を容易に、正確に、短時間で検出でき、石英ガラス材の品質管理に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズを用いた本発明の欠陥検査装置の一実施態様の概略構成（側面図）
【符号の説明】
１：照明系
１１、１２、１３：ハロゲンランプ
１４、１５、１６：ピンホール
１７、１８、１９：コリメータレンズ
２：試料台
２１：被検査物（ガラス材）
２２：ガラス材内部の欠陥
３：光学系
３１：集光レンズ
３２：ナイフエッジ
４：検出系
４１：カメラレンズ
４２：ＣＣＤカメラ
【図１】
2004309138.tif 000002