説明

テラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法

【課題】テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥(気泡)検査を行う際に測定対象物の位置合わせを容易に行えるテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法。
【解決手段】第1レーザ光の照射によりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振アンテナ5、第2レーザ光に時間遅延を与える時間遅延機構7と、第2レーザ光に基づいた検出タイミングでテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波受信アンテナ8、測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する状態検出部、測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあり、時間遅延機構7で与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナで生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物の欠陥の有無を検査する検査部部54を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、テラヘルツ波を用いて検査対象物の欠陥(特に気泡)を検査する検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電波と光波のちょうど中間領域にあるテラヘルツ波に注目が集まりつつある。テラヘルツ波は、送受信が困難なことから利用が遅れていた。しかし、最近のレーザ及び半導体技術の進歩等によりテラヘルツ波の利用が可能となってきた。学術分野により違いがあるが、テラヘルツ波は、波長で30μm〜3mm、振動数では100GHz〜10THzの領域を指す。
【0003】
従来から、このテラヘルツ波を利用することにより検査対象物の物理量や物性を検査する装置が存在し、例えば、テラヘルツ波の透過率に基づいて、対象物の粒径を測定する粒径測定装置が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−61455号公報
【特許文献2】特開2006−71412号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したようなテラヘルツ波の透過率を利用した検査装置のみならず、テラヘルツ波を測定対象物に照射し、その反射波を利用して、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥(気泡)検査を行う検査装置も考えられる。このような場合に、測定対象物の位置合わせが困難であることや反射波の強度が弱いという問題がある。
【0006】
テラヘルツ波の反射波を利用した検査装置は、リファレンスの信号強度と測定対象物の信号強度から反射率を計算して、気泡がないときの反射率と気泡があるときの反射率が異なることから気泡の有無を判別する。あるいは、テラヘルツ波の反射波を利用した検査装置は、気泡がないときの反射テラヘルツ波強度と気泡があるときの反射テラヘルツ波強度とが異なることから気泡の有無を判別する。
【0007】
気泡の有無を判別するにあたり、従来の検査装置は、例えばリファレンスとして測定対象物を設置する代わりにアルミミラーを設置し、アルミミラーに対してテラヘルツ波を照射して、その反射波の信号強度を測定する。その後、アルミミラーの代わりに測定対象物を設置し、測定対象物に対してテラヘルツ波を照射して、その反射波の信号強度を測定し、リファレンスの場合との比較を行うが、その際に、アルミミラーと測定対象物とは反射面の位置と角度が一致しなければならない。
【0008】
反射面の位置が合わないと、測定対象物へのテラヘルツ波の径が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化して気泡の有無の判別が困難になる。また、反射面の角度が合わないと、テラヘルツ波受信アンテナに到達するテラヘルツ波強度が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化し、気泡の有無の判別が困難になる。
【0009】
さらに、テラヘルツ波は、その照射強度に限界があるため、反射波の強度が弱い場合には上述したようなテラヘルツ波の反射波を利用した検査装置において正確な測定を行うことができないという問題も生ずる。
【0010】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥(気泡)検査を行う際に、測定対象物の位置合わせを容易にし、また反射波の強度を向上することができるテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を第1レーザ光と第2レーザ光とに分割する光分割部と、前記光分割部により発せられた第1レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振部と、前記光分割部により発せられた第2レーザ光に時間遅延を与える時間遅延部と、前記時間遅延部により時間遅延を与えられた第2レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振部により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部との間のテラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する状態検出部と、前記状態検出部により検出された前記測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあり、前記時間遅延部により与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査部とを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施例1の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施例1の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波発振アンテナの詳細な構成を示す図である。
【図3】本発明の実施例1の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波受信アンテナの詳細な構成を示す図である。
【図4】本発明の実施例1の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置において受光部により測定される第3レーザ光のレーザ強度を示す図である。
【図5】本発明の実施例1の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置においてリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合のテラヘルツ波の時間波形図である。
【図6】本発明の実施例2の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。
【図7】本発明の実施例2の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置において整合層を設けた場合の構成を示す図である。
【図8】本発明の実施例3の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。
【図9】本発明の実施例3の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置における整合層付近の詳細な構成を示す図である。
【図10】本発明の実施例3の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図である。
【図11】本発明の実施例3の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例における整合層付近の詳細な構成を示す図である。
【図12】本発明の実施例3の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明のテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明の実施例1のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。図1を参照して、検査装置の構成を説明する。本実施例の検査装置は、レーザ1、ビームスプリッター2、ミラー3、レンズ4、テラヘルツ波発振アンテナ5、放物面ミラー6、時間遅延機構7、テラヘルツ波受信アンテナ8、ナイフエッジ9、レンズ10、レーザ光源11、受光部12、信号発生器50、ロックインアンプ51、データ保持部52、表示装置53、及びデータ処理部54により構成される。
【0015】
なお、レーザ1、ビームスプリッター2、ミラー3、レンズ4、テラヘルツ波発振アンテナ5、テラヘルツ波受信アンテナ8、放物面ミラー6、時間遅延機構7、後述する測定対象物100、レーザ光源11、レンズ10、ナイフエッジ9、及び受光部12は、同一平面状にあるものとする。
【0016】
レーザ1は、レーザ光を発する。このレーザ光は、数ピコ秒以下で強度が変化している。レーザ1はレーザダイオードを使用してもよく、レーザダイオードの代わりにフェムト秒パルスレーザを使用してもよい。また、レーザ光の波長は、後述するテラヘルツ波発振アンテナ5及びテラヘルツ波受信アンテナ8の低温成長ガリウムヒ素基板を励起できる波長であればよく、例えば780nm〜830nm程度である。さらに、レーザ1によるレーザ出力強度は、エミッタ側に約30mW、ディテクタ側に約10mW出力する強度があればよい。
【0017】
ビームスプリッター2は、本発明の光分割部に対応し、レーザ1により発せられたレーザ光を第1レーザ光と第2レーザ光とに分割する。
【0018】
ミラー3aは、ビームスプリッター2により発せられた第1レーザ光を所定の方向に反射する。
【0019】
レンズ4aは、ミラー3aにより反射された第1レーザ光を集光する。
【0020】
テラヘルツ波発振アンテナ5は、本発明のテラヘルツ波発振部に対応し、ビームスプリッター2により発せられた第1レーザ光がミラー3a及びレンズ4aを介して照射されることによりテラヘルツ波を発振する。
【0021】
図2は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波発振アンテナ5の詳細な構成を示す図である。図2に示すように、テラヘルツ波発振アンテナ5は、シリコンレンズ25に低温成長ガリウムヒ素基板22が設けられた構成となっており、低温成長ガリウムヒ素基板22上の電極20に信号発生器50が接続されている。電極20は、例えばダイポール、ボウタイ等の形状を有しており、材質として主に金が用いられる。また、シリコンレンズ25は、半球レンズあるいは超半球レンズを用いたものである。さらに、黒丸で示されたレーザ光23は、ギャップに照射される第1レーザ光の照射箇所を示したものである。
【0022】
信号発生器50は、テラヘルツ波発振アンテナ5に電圧を印加し、繰り返し周波数として、例えば11kHz、±10Vでテラヘルツ波を変調する。信号発生器50の代わりに光学チョッパを用いてもよい。光学チョッパを用いる場合は、ビームスプリッター2とテラヘルツ波発振アンテナ5との間、もしくはビームスプリッター2とテラヘルツ波受信アンテナ8との間に設置する。
【0023】
放物面ミラー6は、テラヘルツ波発振アンテナ5により発振されたテラヘルツ波をテラヘルツ波受信アンテナ8に導くためのミラーである。この放物面ミラー6は、テラヘルツ波の減衰がないものであればよく、例えば金属(鉄、アルミ等)が挙げられる。
【0024】
ミラー3bは、ビームスプリッター2により発せられた第2レーザ光を所定の方向に反射し、時間遅延機構7内部に導く。
【0025】
時間遅延機構7は、本発明の時間遅延部に対応し、ビームスプリッター2により発せられミラー3bを介して入射された第2レーザ光に時間遅延を与える。時間遅延機構7に要求される仕様の1例を挙げると、時間遅延機構7は、内部ミラーの移動範囲が2cm以上5cm以下あればよい。その移動速度は、最大で20kpps(Pulse per second)、最小で1kppsであればよい。また、移動ピッチは10μm毎に動作すればよく、移動精度は0.015mmであればよい。
【0026】
ミラー3c,3dは、時間遅延機構7により発せられた第2レーザ光を所定の方向に反射する。
【0027】
レンズ4bは、ミラー3c,3dにより反射された第2レーザ光を集光する。なお、ビームスプリッター2、ミラー3a,3b,3c,3d、及びレンズ4a,4bは、レーザ1によるレーザ光の出力強度に耐えることができ、またフェムト秒オーダーのパルス、もしくは数ピコ秒以下でレーザ強度が変化しているレーザ光に変化を与えないものがよい。
【0028】
テラヘルツ波受信アンテナ8は、本発明のテラヘルツ波検出部に対応し、時間遅延機構7により時間遅延を与えられた第2レーザ光に基づいた検出タイミングでテラヘルツ波発振アンテナ5により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成する。テラヘルツ波受信アンテナ8は、テラヘルツ波を受信できる装置であればよく、例えばシリコンボロメータ等が挙げられる。
【0029】
図3は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波受信アンテナ8の詳細な構成を示す図である。図3に示すように、テラヘルツ波受信アンテナ8は、テラヘルツ波発振アンテナ5と同様の構成を有しており、シリコンレンズ25に低温成長ガリウムヒ素基板22が設けられている。ただし、テラヘルツ波受信アンテナ8の低温成長ガリウムヒ素基板22上の電極20には、信号発生器50の代わりにロックインアンプ51が接続されている。
【0030】
ロックインアンプ51は、信号発生器50の参照信号に同期して、テラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号を増幅する。なお、ロックインアンプ51は、電流増幅が10程あればよい。
【0031】
測定対象物100は、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物であり、テラヘルツ波発振アンテナ5とテラヘルツ波受信アンテナ8との間のテラヘルツ波路中に設置されている。この測定対象物100は、テラヘルツ波を反射して当該テラヘルツ波路の形成に寄与するものであり、その反射波がテラヘルツ波受信アンテナ8に導かれるように設置されている。
【0032】
金属と塗膜との間や半導体ウェーハとエピ層との間に気泡が入り込んでしまう場合があり、本実施例の検査装置は、測定対象物100の積層物中に気泡が存在するか否かを検査することができる。
【0033】
レーザ光源11、レンズ10、ナイフエッジ9、及び受光部12は、本発明の状態検出部に対応し、テラヘルツ波発振アンテナ5とテラヘルツ波受信アンテナ8との間のテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。
【0034】
レーザ光源11は、測定対象物100に対して第3レーザ光を照射する。
【0035】
レンズ10は、レーザ光源11により照射され測定対象物100により反射された第3レーザ光を集光する。
【0036】
受光部12は、レンズ10により集光された第3レーザ光を受光し、第3レーザ光の強度を検出する。なお、受光部12による第3レーザ光強度の検出結果は、図示されない表示装置あるいは表示装置53に表示される。
【0037】
ナイフエッジ9は、レンズ10と受光部12との間に設けられ、位置を調節することでレンズ10により集光された第3レーザ光を遮光できる。
【0038】
これらにより構成される状態検出部の動作については後述する。
【0039】
データ保持部52及びデータ処理部54は、本発明の検査部に対応し、状態検出部により検出された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあり、時間遅延機構7により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物100の欠陥の有無を検査する。例えば、この検査部は、リファレンスとして測定対象物100の代わりにアルミミラーを設置した場合の信号強度データを保持しており、これを参照することにより、測定対象物100の欠陥の有無を推定する。
【0040】
個々の構成について述べると、データ保持部52は、テラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号に基づく信号強度データを保持する。また、データ処理部54は、データ保持部52に保持された信号強度データが示すピーク値に基づいて測定対象物100の欠陥(気泡)の有無を検査すべく、データ保持部52を参照する。一般的に、測定対象物100の積層物中に気泡が存在する場合にはテラヘルツ波が散乱してしまい、時系列信号強度データのピーク値は、リファレンスに比して小さくなるという特徴を有する。
【0041】
表示装置53は、ロックインアンプ51により出力された検出信号に基づく信号強度データや、検査部(データ保持部52及びデータ処理部54)が検査した結果を表示するための装置である。
【0042】
また、表示装置53は、時間遅延機構7内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する制御装置としての役割も有する。この表示装置53は、必ずしも表示装置としての役割と制御装置としての役割を一体的に有している必要はなく、例えば「表示装置」と時間遅延機構7を制御する「制御装置」とが別々に設けられていてもよい。
【0043】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ここでは、本実施例の検査装置は、測定対象物100の積層物中における気泡の有無を判別するものとする。
【0044】
最初に、ユーザは、測定対象物100をテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置する。測定対象物100は、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物であり、その反射波がテラヘルツ波受信アンテナ8に導かれるように設置される。
【0045】
測定対象物100の反射波を測定する場合には、測定対象物100は、事前にリファレンスとして測定したアルミミラーと同じ場所に設置される必要がある。すなわち、本実施例の検査装置における状態検出部は、テラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する(状態検出ステップ)。
【0046】
測定対象物100をアルミミラーと同じ角度、同じ位置に設置するために、本実施例の検査装置は、状態検出部(レーザ光源11とレンズ10とナイフエッジ9と受光部12と)を備え、測定対象物100が参照用のテラヘルツ波形を測定するためのアルミミラーと同じ場所に設置されていることを確認することができる。
【0047】
なお、レーザ光源11は新たに設置してもよいし、レーザ1のレーザ光を分岐して使用してもよい。リファレンスとしてアルミミラーを設置した場合には、レーザ光源11もしくはレーザ1のレーザ光を分岐した第3レーザ光は、アルミミラーに照射される。レンズ10は、アルミミラーにより反射された第3レーザ光が通過するように設置されている。このレンズ10は、レーザ光源11と測定対象物100との間、もしくは測定対象物100とナイフエッジ9との間に設置されている。また受光部12は、レーザ光を受光できるように設置されている。
【0048】
ナイフエッジ9は、X、Y、Z軸を微調整できるステージに設置されている。ナイフエッジ9の位置を動かして受光部12でレーザ強度を測定することにより、本実施例の検査装置の状態検出部は、レンズ10を通過した第3レーザ光の位置と径とを測定することができる。なお、図4は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置において受光部12により測定される第3レーザ光のレーザ強度を示す図である。横軸はナイフエッジ9の位置を示し、縦軸はレーザ強度を示す。また、ピークの幅はレーザの幅を示し、ピークの位置はレーザの位置を示す。
【0049】
ユーザは、測定対象物100の測定を行う際に、アルミミラーを設置した時と同じピーク位置で、測定対象物100のある測定点において、ピーク強度を測定できる位置になるまで繰り返し測定を行い、測定対象物100をアルミミラーと同じ場所に移動する。
【0050】
例えば、アルミミラー(あるいは測定対象物100)とレンズ10との距離に応じて、レンズ10を通過した第3レーザ光の径は変化するので、ユーザは、径を揃えるように調整することによりレンズ10までのアルミミラーと測定対象物100との距離を揃えることができる。また、測定対象物100とアルミミラーとの角度が異なる場合には、反射する第3レーザ光の位置も異なるので、ユーザは、第3レーザ光の位置を揃えるように調整することにより、アルミミラーと測定対象物100との角度を揃えることができる。
【0051】
すなわち、本実施例の検査装置における状態検出部は、ナイフエッジ9を動かすことでレーザ光の位置と径を測定するので、アルミミラーを設置した所に、測定対象物100を設置し、同様の操作を行い測定対象物100がアルミミラーと同じ位置に設置されていることを確認することができる。
【0052】
次に、実際の検査について説明する。レーザ1は、レーザ光を発する。ビームスプリッター2は、レーザ1により発せられたレーザ光を第1レーザ光と第2レーザ光とに分割する(光分割ステップ)。ここで、第1レーザ光は、テラヘルツ波発振アンテナ5に向かうエミッタ側のレーザ光である。第2レーザ光は、テラヘルツ波受信アンテナ8に向かうディテクタ側のレーザ光である。
【0053】
エミッタ側のレーザ光(第1レーザ光)は、レンズ4aにより集光され、テラヘルツ波発振アンテナ5に照射される。第1レーザ光が照射されたテラヘルツ波発振アンテナ5は、信号発生器50により電圧を印加されることで、テラヘルツ波を発振する(テラヘルツ波発振ステップ)。
【0054】
発振したテラヘルツ波は、放物面ミラー6で反射し、テラヘルツ波受信アンテナ8に照射される。一方、ディテクタ側のレーザ光(第2レーザ光)は、エミッタ側と同様にテラヘルツ波受信アンテナ8に照射される。
【0055】
このとき、ビームスプリッター2からテラヘルツ波発振アンテナ5を経てテラヘルツ波受信アンテナ8までの光学距離と、ビームスプリッター2からテラヘルツ波受信アンテナ8までの距離が一致するように光学部品を設置する。
【0056】
テラヘルツ波発振アンテナ5から発振するテラヘルツ波はパルスであり、パルス幅は数ピコ秒のため一つのパルスを一回で受信することはできない。そこで、本実施例の検査装置は、テラヘルツ波発振アンテナ5にテラヘルツ波を繰り返し送信させておき、時間遅延機構7の光学距離を変えることで時間遅延を発生させ、テラヘルツ波の各箇所を1点ずつ順に測定することでテラヘルツ波を測定する。
【0057】
すなわち、時間遅延機構7は、ビームスプリッター2により発せられミラー3bを介して入射された第2レーザ光に時間遅延を与える(時間遅延ステップ)。
【0058】
テラヘルツ波受信アンテナ8は、時間遅延機構7により時間遅延を与えられた第2レーザ光に基づいた検出タイミングでテラヘルツ波発振アンテナ5により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成する(テラヘルツ波検出ステップ)。
【0059】
具体的には、第2レーザ光がテラヘルツ波受信アンテナ8のギャップに照射されることで電子が励起し、そこにテラヘルツ波が照射されることで、電極20に微小電流が流れる。ロックインアンプ51は、信号発生器50と同期をとるとともに、この微小電流を検出信号として検出して増幅する。
【0060】
なお、ユーザは、参照用のテラヘルツ波形を測定するために、予め測定対象物100の代わりにリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合の測定を行っておくものとする。図5は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置においてリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合のテラヘルツ波の時間波形図である。
【0061】
次に、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置は、ロックインアンプ51による検出信号のピーク強度を計算し、予め保持していたリファレンスのピーク強度と比較する。具体的には、検査部(データ保持部52及びデータ処理部54)は、状態検出部により検出された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態(ここではリファレンスとして測定したアルミミラーの位置と傾きと一致)にあり、時間遅延機構7により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物100の欠陥(気泡)の有無を検査する(検査ステップ)。
【0062】
例えば、データ処理部54は、予め保持しているアルミミラーを設置した場合の時系列信号強度データのピーク値と、測定対象物100を設置した場合の時系列信号強度データのピーク値とを比較し、測定対象物100を設置した場合のピーク値がアルミミラーの場合のピーク値に比して所定以上の差をもって小さい場合には、測定対象物100の積層物中に気泡が存在すると判断する。
【0063】
最後に、表示装置53は、検査部(データ保持部52及びデータ処理部54)が検査することにより判明した測定対象物100の欠陥の有無をディスプレイ等に表示する。
【0064】
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係るテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法によれば、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥(気泡)検査を行う際に、測定対象物100の位置合わせを容易に行うことができる。
【0065】
すなわち、テラヘルツ波の反射波を利用して検査を行う場合には、リファレンスとしてのアルミミラーと測定対象物100とにおける反射面の位置と角度とが一致しなければならず、測定対象物100の位置合わせが困難であるという問題がある。反射面の位置が合わないと、測定対象物へのテラヘルツ波の径が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化して気泡の有無の判別が困難になる。また、反射面の角度が合わないと、テラヘルツ波受信アンテナに到達するテラヘルツ波強度が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化し、気泡の有無の判別が困難になる。
【0066】
しかしながら、本実施例の検査装置及び検査方法は、状態検出部(レーザ光源11とレンズ10とナイフエッジ9と受光部12と)を備えることにより、測定対象物100の位置と角度とが所定の状態にあるか否かを検出することができるので、測定対象物100の位置合わせを容易に行うことができ、気泡の有無の判別を正確に行うことができる。
【実施例2】
【0067】
次に、本発明の実施例2のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成について説明する。図6は、本発明の実施例2のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。図1に示す実施例1の検査装置と異なる点は、ナイフエッジ9、レンズ10、レーザ光源11、及び受光部12を備えておらず、代わりに制御装置55を備えている点である。
【0068】
制御装置55は、時間遅延機構7内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御することができるとともに、測定対象物100が設置されたステージのX,θ軸を制御して位置を調節することができる。
【0069】
本実施例における制御装置55とデータ処理部54とは、本発明の状態検出部に対応し、テラヘルツ波発振アンテナ5とテラヘルツ波受信アンテナ8との間のテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。
【0070】
すなわち、本実施例の状態検出部における制御装置55は、測定対象物100が設置されたステージを制御して測定対象物100の位置と傾きとを変化させるとともに、時間遅延機構7を制御して時間遅延を変化させる。本実施例の状態検出部におけるデータ処理部54は、テラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データに基づいて測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。
【0071】
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
【0072】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。最初にユーザは、リファレンスを測定するために、アルミミラーを設置して測定を行い、図5に示すような時系列信号強度データを得る。データ保持部52は、取得したリファレンスの時系列信号強度データのピーク位置を記憶する。
【0073】
次にユーザは、測定対象物100を設置する。制御装置55は、測定対象物100が設置されたステージのX軸を制御して位置を調節する。具体的には、制御装置55は、測定対象物100をX方向に少しずつずらし、ずらすたびに時間遅延機構7内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する。これにより、データ保持部52は、X方向における各地点ごとに、測定対象物100についても図5に示すような時系列信号強度データを得ることができる。データ処理部54は、リファレンスの時系列信号強度データのピーク位置と測定対象物100の時系列信号強度データのピーク位置とを比較し、X方向のどの地点に測定対象物100が位置するときにピーク位置が一致するかを検出する。
【0074】
制御装置55は、リファレンスのピーク位置と測定対象物100のピーク位置とが一致するように、測定対象物100が設置されたステージのX方向における位置を調節する。
【0075】
その後、制御装置55は、測定対象物100が設置されたステージのθ軸を制御して位置を調節する。θ軸の調整については、制御装置55は、測定対象物100をθ方向に少しずつずらし、ずらすたびに時間遅延機構7内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する。これにより、データ保持部52は、θ方向における各地点ごとに、測定対象物100についての図5に示すような時系列信号強度データを得ることができる。
【0076】
データ処理部54は、θ方向のどの角度に測定対象物100が位置しているときに、測定対象物100の時系列信号強度データのピーク強度が最も強くなるかを検出する。制御装置55は、測定対象物100のピーク強度が最も強くなるように、測定対象物100が設置されたステージのθ方向における位置(角度)を調節する。
【0077】
このように、制御装置55は、リファレンスのピーク位置と測定対象物100のピーク位置とが一致するようにX方向の調整を行い、さらに測定対象物100のピーク強度が最も強くなるようにθ方向の調整を行う。
【0078】
検査部(データ保持部52及びデータ処理部54)は、状態検出部により検出された測定対象物100の位置と傾きとが所定の状態にあり、時間遅延機構7により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ8により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物100の欠陥(気泡)の有無を検査する。
【0079】
その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
【0080】
上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係る検査装置によれば、ナイフエッジ9、レンズ10、レーザ光源11、及び受光部12の代わりに制御装置55を状態検出部として用いたとしても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
【0081】
なお、変形例として、実施例1あるいは実施例2の検査装置は、測定対象物100の表面に整合層101を設けることもできる。図7は、本発明の実施例1あるいは実施例2のテラヘルツ波を用いた検査装置において整合層101を設けた場合の構成を示す図である。
【0082】
この整合層101は、測定対象物100のテラヘルツ波を反射する側の表面に設けられ、測定対象物100の1/√2の屈折率を有し、且つ厚さがテラヘルツ波の波長λの1/4(=λ/4)である。
【0083】
空気中から測定対象物100に入射する場合に比して、整合層101を設置することにより測定対象物100に入射するテラヘルツ波強度を向上することができ、反射波の強度も向上する。例えば、測定対象物100がポリカーボネイトであれば、整合層101は、屈折率:1.12の材料とする。波長が600μmとすれば、整合層101の厚みは150μmとする。
【0084】
このように、整合層101を備えた検査装置は、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥(気泡)検査を行う際に、反射波の強度を向上することができる。
【実施例3】
【0085】
図8は、本発明の実施例3のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。ただし、図中には示されていないが、本実施例の検査装置は、実施例1,2と同様に状態検出部を備えている。したがって、図8に示す検査装置は、図1と同様の状態検出部(ナイフエッジ9、レンズ10、レーザ光源11、及び受光部12)か、あるいは図6と同様の状態検出部(制御装置55)を備えているものとする。実施例1,2の検査装置の構成と異なる点は、整合層101を備えている点である。
【0086】
本実施例に示す整合層101は、図7で説明した整合層101と異なり、テラヘルツ波発振アンテナ5とテラヘルツ波受信アンテナ8との間のテラヘルツ波路を埋めるように設けられ、測定対象物100以上の屈折率を有し、且つテラヘルツ波発振アンテナ5とテラヘルツ波受信アンテナ8とに用いられる超高抵抗シリコン以下の屈折率を有する。また、図9は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置における整合層101付近の詳細な構成を示す図である。
【0087】
その他の構成は、実施例1,2と同様であり、重複した説明を省略する。
【0088】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的には、実施例1,2の検査装置の動作と同様である。テラヘルツ波発振アンテナ5から発振したテラヘルツ波は、整合層101を透過し、測定対象物100に照射され、反射したテラヘルツ波は整合層101を透過し、テラヘルツ波受信アンテナ8に到達する。
【0089】
その他の作用は実施例2と同様であり、重複した説明を省略する。
【0090】
上述のとおり、本発明の実施例3の形態に係る検査装置によれば、実施例1,2と同様の効果を得ることができるのみならず、整合層101を備えているためにテラヘルツ波の反射波の強度を向上することができる。特に、本実施例の検査装置は、テラヘルツ波路を埋めるように設けられた整合層101を備えることにより、空気中にテラヘルツ波を照射する必要が無いため、図7に示す整合層101に比してさらにテラヘルツ波の強度を向上することができる。
【0091】
なお、変形例として、整合層101中に、測定対象物100にテラヘルツ波の焦点が合うように設けられたテラヘルツ波用レンズ13を備えていてもよい。図10は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図であり、整合層101中にテラヘルツ波用レンズ13が設けられている。また、図11は、図10に示す検査装置における整合層101付近の詳細な構成を示す図である。
【0092】
実施例3のような整合層101を有する構成の場合には、テラヘルツ波発振アンテナ5及びテラヘルツ波受信アンテナ8と測定対象物100との間の距離が必然的に近くなってしまい、さらに整合層101中においてテラヘルツ波が広がってしまうことも懸念される。そこで、この検査装置は、図10,11に示すようにテラヘルツ波用レンズ13を設け、テラヘルツ波を絞って焦点を測定対象物100に合わせることにより、より正確に気泡の有無を判別することができる。
【0093】
なお、図12は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図であり、テラヘルツ波を測定対象物100に反射させるのではなく透過させる検査装置に対して上述した整合層101を適用した場合を示す。この場合の検査装置は、テラヘルツ波を反射させるものではないため、測定対象物100の位置を調整するための状態検出部は必要としないが、整合層101を備えていることによりテラヘルツ波の強度を向上させることができる。
【0094】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0095】
1 レーザ
2 ビームスプリッター
3a,3b,3c,3d ミラー
4a,4b レンズ
5 テラヘルツ波発振アンテナ
6 放物面ミラー
7 時間遅延機構
8 テラヘルツ波受信アンテナ
9 ナイフエッジ
10 レンズ
11 レーザ光源
12 受光部
13 テラヘルツ波用レンズ
20 電極
22 低温成長ガリウムヒ素基板
23 レーザ光
25 シリコンレンズ
50 信号発生器
51 ロックインアンプ
52 データ保持部
53 表示装置
54 データ処理部
55 制御装置
100 測定対象物
101 整合層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を第1レーザ光と第2レーザ光とに分割する光分割部と、
前記光分割部により発せられた第1レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振部と、
前記光分割部により発せられた第2レーザ光に時間遅延を与える時間遅延部と、
前記時間遅延部により時間遅延を与えられた第2レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振部により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部との間のテラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する状態検出部と、
前記状態検出部により検出された前記測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあり、前記時間遅延部により与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査部と、
を備えることを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項2】
前記状態検出部は、
前記測定対象物に対して第3レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により照射され前記測定対象物により反射された第3レーザ光を集光するレンズと、
前記レンズにより集光された第3レーザ光の強度を検出する受光部と、
前記レンズと前記受光部との間に設けられ、位置を調節することで前記レンズにより集光された第3レーザ光を遮光できるナイフエッジと、
を有することを特徴とする請求項1記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項3】
前記状態検出部は、前記測定対象物が設置されたステージを制御して前記測定対象物の位置と傾きとを変化させるとともに、前記時間遅延部を制御して時間遅延を変化させ、前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データに基づいて前記測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出することを特徴とする請求項1記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項4】
前記測定対象物のテラヘルツ波を反射する側の表面に設けられ、前記測定対象物の1/√2の屈折率で且つ厚さがテラヘルツ波の波長λの1/4である整合層を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項5】
前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部との間のテラヘルツ波路を埋めるように設けられ、前記測定対象物以上の屈折率を有し、且つ前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部とに用いられる超高抵抗シリコン以下の屈折率を有する整合層を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項6】
前記整合層中に、前記測定対象物にテラヘルツ波の焦点が合うように設けられたレンズを備えることを特徴とする請求項5記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項7】
レーザ光を第1レーザ光と第2レーザ光とに分割する光分割ステップと、
前記光分割ステップにより発せられた第1レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振ステップと、
前記光分割ステップにより発せられた第2レーザ光に時間遅延を与える時間遅延ステップと、
前記時間遅延ステップにより時間遅延を与えられた第2レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振ステップにより発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出ステップと、
テラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する状態検出ステップと、
前記状態検出ステップにより検出された前記測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあり、前記時間遅延ステップにより与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出ステップにより生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査ステップと、
を備えることを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2013−2859(P2013−2859A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−131889(P2011−131889)
【出願日】平成23年6月14日(2011.6.14)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】