基板検査装置および基板検査方法
【課題】基板に形成された凹部の深度を、非破壊、非接触で検査できるとともに、高速に検査できるようにする技術を提供する。
【解決手段】基板検査装置１００は、ポンプ光の照射に応じて、基板Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する照射部１２と、プローブ光の照射に応じて、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する検出部１３と、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、検出部１３における検出タイミングを遅延させる遅延部１４とを備える。また、基板検査装置１００は、基板Ｗの第１領域を透過した第１テラヘルツ波の時間波形を構築する時間波形構築部２１と、基板Ｗの第２領域を透過した第２テラヘルツ波について、特定の検出タイミングで検出される電場強度と、前記時間波形とを比較することにより、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波の位相差を取得する位相差取得部２４とを備える。
【解決手段】基板検査装置１００は、ポンプ光の照射に応じて、基板Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する照射部１２と、プローブ光の照射に応じて、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する検出部１３と、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、検出部１３における検出タイミングを遅延させる遅延部１４とを備える。また、基板検査装置１００は、基板Ｗの第１領域を透過した第１テラヘルツ波の時間波形を構築する時間波形構築部２１と、基板Ｗの第２領域を透過した第２テラヘルツ波について、特定の検出タイミングで検出される電場強度と、前記時間波形とを比較することにより、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波の位相差を取得する位相差取得部２４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板を検査する技術に関し、特に基板の凹部を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの大規模集積回路（ＬＳＩ）は、半導体素子の微細化によって、大容量化、高性能化が進められてきている。そして、さらなるＬＳＩの微細化、小型化、高速化、省電力化を実現するために、三次元集積化技術が実用化に向けて注目を浴びている。
【０００３】
三次元集積回路を実現するために、二次元集積回路を積層した後、シリコン基板を垂直に貫通する穴（凹部）を設けて、上層と下層とを電極で接続するという製造方法が提案されている。この穴は、シリコン貫通配線（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉ Ｖｉａ）（以下、貫通ビアともいう。）と呼ばれる。貫通ビアは、一般的に、口径が数μｍ（マイクロメートル）から十数μｍ単位であり、深さは数μｍから数百μｍとなっている。
【０００４】
貫通ビアの製造プロセスにおいては、貫通ビアの深さ（深度）の測定が必要とされる。貫通ビアは、シリコン基板を比較的深く掘ることで形成されるため、白色光反射型干渉法などの非接触による測定方法が実用化されている。しかしながら、十分な反射光が得られない場合や、または、測定対象が微細な構造に形成された凹形状である場合には測定が困難であった。そのため、シリコン基板を貫通ビア部分で切断して、可視光顕微鏡または電子顕微鏡で貫通ビアの深さが測定されている。
【０００５】
非接触で貫通ビアなどの凹部の深さを測定する技術としては、特許文献１に開示された技術を利用することも考えられる。特許文献１では、被加工物に加工用のフェムト秒レーザを照射するとともに、このフェムト秒レーザの干渉を利用して、加工状況をモニターする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００４−３０６１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に開示された技術は、加工時に測定することを目的としている。このため、測定のために加工用のフェムト秒レーザを照射する必要がある。したがって、貫通ビアをその他の方法（例えば、ドライエッチング）で形成する場合や、加工後に貫通ビアの深さを測定する場合などに、特許文献１の技術を適用することは困難であった。また、基板の比較的広い範囲を検査しようとした場合、特許文献１の技術では、高速に検査することは困難であった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に形成された凹部の深度を、非破壊、非接触で検査できるとともに、高速に検査できるようにする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、基板を検査する基板検査装置であって、ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部と、凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで前記検出部により検出される前記電磁波強度と、前記時間波形とを比較することにより、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する位相差取得部とを備える。
【００１０】
また、第２の態様は、第１の態様に係る基板検査装置において、前記検出部により検出される前記第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となる検出タイミングで、前記検出部により前記第２電磁波パルスの電磁波強度が検出されるように、前記遅延部が前記時間差を調整する。
【００１１】
また、第３の態様は、第１または２の態様に係る基板検査装置において、前記第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する関数取得部、をさらに備え、前記位相差取得部は、前記曲線関数と、前記検出部により検出された前記第２電磁波パルスの前記電磁波強度とに基づいて、前記位相差を取得する。
【００１２】
また、第４の態様は、第１から３までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、をさらに備える。
【００１３】
また、第５の態様は、第１から第４までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記検出部にて検出される電磁波強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、をさらに備える。
【００１４】
また、第６の態様は、第５の態様に係る基板検査装置において、前記第２領域には、凹部が形成されており、前記凹部の開口面積に基づいて、前記第２領域の開口率を取得する開口率取得部、をさらに備える。
【００１５】
また、第７の態様は、第１から第６までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記位相差取得部によって取得される前記位相差に基づいて、前記基板における凹部の深度の分布を表現した画像を生成する画像生成部、をさらに備える。
【００１６】
また、第８の態様は、第１から７までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記時間波形構築部は、第３領域を透過した第３電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築し、前記第３電磁波パルスの時間波形と前記第１電磁波パルスの時間波形との位相差とを補正基準として、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を補正する補正部、をさらに備える。
【００１７】
また、第９の態様は、第１から８までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、
前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である。
【００１８】
また、第１０の態様は、第１から９までのいずれか１項に記載の基板検査装置において前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜１０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる。
【００１９】
また、第１１の態様は、基板を検査する基板検査方法であって、ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を連続的に変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部とを備える基板検査装置において、(a)基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する工程と、(b)凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで検出される電磁波強度と、前記(a)工程にて構築された前記時間波形とから、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２０】
第１から第９までの態様に係る基板検査装置によれば、第１領域を透過した第１電磁波パルスと、第２領域を透過した第２電磁波パルスの位相差を取得することにより、第２領域の凹部の深度を検査することができる。ここで、第２電磁波パルスの時間波形を再現せずに、第１電磁波パルスと第２電磁波パルスの位相差を取得することにより、短時間で基板を検査することができる。
【００２１】
第２の態様に係る基板検査装置によれば、遅延部により、電磁波パルスの検出タイミングを、第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となるように調整することで、第１電磁波パルスと、位相差を特定できる第２電磁波パルスとの間の遅延時間の範囲を最大にすることができる。
【００２２】
第３の態様に係る基板検査装置によれば、第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を利用することにより、第２電磁波パルスの電磁波強度から、第１電磁波パルスと第２電磁波パルスの位相差を計算により求めることができる。
【００２３】
第４の態様に係る基板検査装置によれば、基板の広い範囲を容易に検査することができる。
【００２４】
第５の態様に係る基板検査装置によれば、位相差と基板の屈折率とを取得することによって、基板の凹部の大きさを定量的に算出することができる。
【００２５】
第６の態様に係る基板検査装置によれば、開口率を取得することによって、第２領域に形成された凹部の深度を測定することができる。
【００２６】
第７の態様に係る基板検査装置によれば、基板の深度の分布を視覚的に把握することができる。
【００２７】
第８の態様に係る基板検査装置によれば、第３電磁波パルスの時間波形を構築することによって、第１電磁波パルスと第３電磁波パルスの位相差をより高精度に求めることができる。この位相差を補正基準として、第２電磁波パルスと第１電磁波パルスの位相差を補正することで、より精度の高い位相差を取得することができる。
【００２８】
第９の態様に係る基板検査装置によると、三次元集積回路を構成する貫通ビアの深度を測定することができる。また、半導体技術を使用するＭＥＭＳの一部として基板上に凹部が形成される場合において、その凹部の深度を適切に検査することができる。
【００２９】
第１０の態様に係る基板検査装置によると、０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波は、光波と電波との中間的な性質を備えるため、基板を比較的透過しやすい。このような電磁波を利用することによって、比較的凹部が深く形成されている場合にも、良好にその深度を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る基板検査装置の構成を示す図である。
【図２】基板検査装置による基板の基板検査工程を示す流れ図である。
【図３】検査対象物である基板を概念的に示す概略斜視図である。
【図４】時間波形構築部により構築されたテラヘルツ波の時間波形を示す図である。
【図５】位相差を取得する原理を説明するための図である。
【図６】電場強度と位相差の対応を示した図である。
【図７】位相差を補正するために構築された時間波形を示す図である。
【図８】基板の表面のビア形成領域に形成されている貫通ビアを概念的に示す上面図である。
【図９】貫通ビアが形成されたビア形成領域を示す概略斜視図である。
【図１０】平坦領域およびビア形成領域のそれぞれを透過するテラヘルツ波を示す概念図である。
【図１１】表示部に表示される検査結果の表示例を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る貫通ビアを示す断面図である。
【図１３】ＭＥＭＳが形成された基板表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３２】
｛１． 第１実施形態｝
図１は、第１実施形態に係る基板検査装置１００の構成を示す図である。基板検査装置１００は、シリコン基板などの半導体ウエハ（以下、基板）Ｗに三次元回路を構成するために、基板Ｗの表面に垂直方向に積層された二次元集積回路に設けられている凹部形状の貫通ビアＷＨ（図３参照）の深度（深さ）を検査するように構成されている。なお、基板検査装置１００において、検査対象となる基板Ｗは、半導体ウエハに限定されるものではない。例えば、液晶表示装置などの表示装置用パネル向けの基板や、太陽電池パネル向けの基板などの検査に適用してもよい。
【００３３】
基板検査装置１００は、テラヘルツ波パルス（以下、単にテラヘルツ波とも称する。）を利用した、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）により、基板Ｗを検査する。テラヘルツ波は、０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下（特に０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の範囲の任意の周波数帯の成分を有する電磁波である。一般に、電磁波は、その波長よりも小さい凹凸であっても、透過した際に、近似的な屈折率差に位相のずれが生じる。テラヘルツ波（周波数が１ＴＨｚの場合、波長は０．３ｍｍ。）の場合も、透過する基板Ｗの領域における貫通ビアＷＨの有り無しによって、透過波に位相のずれが生じる。基板検査装置１００では、この位相のずれを検出することで、基板Ｗに形成されている貫通ビア９Ｈの深度を検査する。
【００３４】
図１に示したように、基板検査装置１００は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５および制御部１６を備えている。
【００３５】
レーザ光源１１は、パルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。レーザ光源１１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光は、例えば、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８３０ｎｍ程度、周期が数ｋＨｚから数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光とされる。フェムト秒パルスレーザが用いられる場合、１〜１．５μｍ程度の波長とされる。
【００３６】
パルス光は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。一方は、ミラーＭ１を経由してポンプ光（ポンプ光ＬＰ１１）として照射部１２に入射する。照射部１２は、光スイッチ素子を備えている。該光スイッチ素子にポンプ光が照射されることにより、テラヘルツ波（テラヘルツ波ＬＴ１）が発生する。発生したテラヘルツ波は曲面鏡Ｍ２，Ｍ３で集光され、基板Ｗに照射される。つまり、照射部１２は、ポンプ光の照射に応じて、基板Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する。基板Ｗを透過したテラヘルツ波は、曲面鏡Ｍ４，Ｍ５で集光され、ミラー６を経由して検出部１３に入射する。
【００３７】
ビームスプリッタＢ１により２つに分割されたパルス光のうち他方のパルス光は、プローブ光（プローブ光ＬＰ１２）として遅延部１４およびミラー７を経由し、検出部１３に入射する。検出部１３は、光スイッチ素子を備えている。光スイッチ素子に基板Ｗを透過したテラヘルツ波が照射された状態で、プローブ光が光スイッチ素子に照射されると、光スイッチ素子に瞬間的にテラヘルツ波の電場強度に応じた電流が生じる。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射に応じて、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する。なお、本実施形態では、照射部１２または検出部１３において光スイッチ素子を利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。
【００３８】
遅延部１４は、ビームスプリッタＢ１から検出部１３までのプローブ光の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１４は、プローブ光の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１４は、プローブ光を入射方向に沿って折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。遅延部１４は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１４は、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、プローブ光が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１４により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出部１３によりテラヘルツ波を検出するタイミング（検出タイミング）を遅延させることができる。
【００３９】
なお、遅延部１４は、その他の方法でテラヘルツ波とプローブ光の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用してもよい。
【００４０】
移動機構１５は、図示を省略するＸ−Ｙテーブルを備えている。移動機構１５は、このＸ−Ｙテーブルにより、基板Ｗを保持した状態で、照射部１２に対して基板Ｗを相対移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗを２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗの広い範囲にテラヘルツ波を照射して、検査することができる。なお、基板Ｗを移動させる代わりに、または、基板Ｗを移動させると共に、照射部１２、曲面鏡Ｍ２〜Ｍ５および検出部１３を２次元平面内で移動できるようにしてもよい。これらの場合でも、基板Ｗの広い範囲について、テラヘルツ波を照射する検査を行うことが可能となる。
【００４１】
制御部１６は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４および移動機構１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。特に制御部１６は、検出部１３からテラヘルツ波の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１４の移動ステージに対して移動を指示したり、移動ステージに設けられたリニアスケールなどから移動距離などの遅延部１４の位置に関連するデータを受け取ったりする。
【００４２】
また、制御部１６は、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、関数取得部２３、位相差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６および画像生成部２７に接続されており、これらの部に各種演算処理を行わせる。
【００４３】
時間波形構築部２１は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波について、検出部１３により検出される複数の電場強度を元に、テラヘルツ波の時間波形を構築する。相互に異なる複数の検出タイミングで電場強度が検出されることにより、時間波形が構築される。
【００４４】
屈折率取得部２２は、テラヘルツ波の時間波形に基づいて、検査対象物である基板Ｗに関する屈折率を取得する。詳細には、屈折率取得部２２は、基板Ｗが存在しない状態でのテラヘルツ波の時間波形と、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の時間波形とをそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトル、および、位相スペクトルを取得する。屈折率取得部２２は、これらのスペクトル解析結果から、複素屈折率を算出し、その実部を基板Ｗの屈折率として取得する。なお、屈折率を算出する詳細な演算手法については、従来技術やそれに類似する技術を適宜利用することができる。
【００４５】
関数取得部２３は、時間波形構築部２１により構築された時間波形に近似した曲線を表す関数（曲線関数）を取得する機能を備えている。関数取得部２３は、時間波形を構築する場合と同様に、検出タイミングを遅延させながら検出部１３にて検出されるテラヘルツ波の複数の電場強度を時間軸に沿ってプロットする。そして関数取得部２３は、プロットされた点を曲線で接続する。この過程で、関数取得部２３は、時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する。なお、曲線で接続する際、ブレンディング関数を利用したベジェ曲線となるように接続することができる。これにより、プロットされた点を滑らかな曲線で接続することができる。なお、カーブフィッティングによって、時間波形に近似した曲線を表す関数を求めることも可能である。具体的には、最小二乗法を適用することによって、プロットされた複数の点に応じた曲線を示す関数を得ることが可能である。さらに関数取得部２３は、検出された複数の電場強度を単に直線で接続して得られる関数を、曲線関数としてもよい。
【００４６】
位相差取得部２４は、基板Ｗの基準領域（第１領域）を透過したテラヘルツ波（第１テラヘルツ波、第１電磁波パルス）と、基板Ｗの測定対象領域（第２領域）を透過するテラヘルツ波（第２テラヘルツ波、第２電磁波パルス）の位相差を算出する。位相差取得部２４による位相差の具体的な算出方法については後述する。なお、本実施形態における「位相差」とは、２つの周期的な波の位相のずれをいう。なお、位相は、一般的に、角度（単位は「度」または「ラジアン」）で表現される。しかしながら、２つの波の周期が同じである場合、位相のズレは、時間差（単位は「秒」など）として扱うことができる。したがって、本実施形態おいては、位相差は、特に断らない限り、時間差をいうものとする。
【００４７】
開口率取得部２５は、基板Ｗに形成されている貫通ビアの開口部の面積（開口面積）に基づいて、単位面積当たりの開口面積比（以下、開口率と称する。）を取得する。開口率は、例えば図示しない可視光顕微鏡を用いて、実際の基板Ｗの観察像から画像解析により算出することができる。また、開口率は、ＣＡＤデータなどの設計図から得られる設計値に基づいて取得するようにしてもよい。
【００４８】
ビア深度算出部２６は、位相差、開口率および屈折率から、基板Ｗに形成されている真空ビアの深さを算出する。貫通ビアの深度の具体的な算出方法については後述する。
【００４９】
画像生成部２７は、基板Ｗの一部分または全体における、貫通ビアの深度の分布を視覚的に表現した画像を生成する。画像生成部２７により生成された画像は、表示部３３に表示される。
【００５０】
また、制御部１６には、各種データを保存する記憶部３１、基板検査装置１００に対して操作者がデータを入力するための入力部３２、および、各種画像を表示する表示部３３が接続されている。
【００５１】
以上が、基板検査装置１００の構成についての説明である。次に、基板検査装置１００を使って、基板Ｗを検査するときの基板検査装置１００の具体的な動作について説明する。
【００５２】
図２は、基板検査装置１００による基板Ｗの基板検査工程を示す流れ図である。また、図３は、検査対象物である基板Ｗを概念的に示す概略斜視図である。なお、以下に説明する基板検査装置１００の動作は、特に断らない限り、制御部１６により制御されるものとする。また、図２に示した流れ図は、一例である。したがって、動作内容によっては、複数の工程を並列に実行するようにしたり、もしくは、複数の工程の実行順序を適宜変更したりすることも可能である。
【００５３】
検査対象物である基板Ｗの表面には、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒと、貫通ビアＷＨが形成されているビア形成領域９２Ｒとが含まれている。貫通ビアＷＨは、基板Ｗの垂直方向（厚さ方向）に凹んだ凹部となっている。
【００５４】
テラヘルツ波は、波長が比較的長いため、分解能はそれほど高くない。しかしながら、本実施形態では、単一の貫通ビアＷＨを検査するのではなく、ある程度の広さを持つ範囲にテラヘルツ波を照射し、その範囲に含まれる貫通ビアＷＨの影響を、テラヘルツ波の位相速度の変化（換言すると、近似的な屈折率の変化）を検出する。
【００５５】
より具体的には、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている分、その厚さの平均が平坦領域９１Ｒのものよりも薄い。基板検査装置１００では、この薄くなっている分を、テラヘルツ波の検出部１３への到達時間の差（位相差）として検出することにより、平坦領域９１Ｒとビア形成領域９２Ｒとの厚みの違いを検出する。つまり、平坦領域９１Ｒの厚みを基準として、ビア形成領域９２Ｒの厚み（貫通ビアＷＨの深さを考慮した厚みの平均）の相違を検出する。さらに、基板検査装置１００は、貫通ビアＷＨの開口部の大きさ（後述する開口率）から、貫通ビアＷＨの深さを定量的に算出する。
【００５６】
なお、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている点以外は、形状（貫通ビアＷＨ以外の平坦部分の厚さなど）および構成素材などの点で、平坦領域９１Ｒと略一致していることが望ましい。このような平坦領域９１Ｒを選択することによって、貫通ビアＷＨに起因するテラヘルツ波の位相差を良好に抽出することができる。
【００５７】
基板検査装置１００は、基板Ｗの検査を開始すると、まずは、基板Ｗがセットされていない状態で、照射部１２からテラヘルツ波が照射されて、検出部１３にて該テラヘルツ波が検出される（ステップＳ１１）。つまり、この状態では、空気中（もしくは真空中）を通過したテラヘルツ波が検出部１３によって検出されることとなる。そして、基板Ｗがない状態でのテラヘルツ波の時間波形が時間波形構築部２１により構築される。この時間波形は、基板Ｗの屈折率を算出するために取得される。
【００５８】
次に、基板Ｗが基板検査装置１００にセットされる（ステップＳ１２）。基板Ｗは、図示しない基板搬送装置やオペレータによって搬送されてセットされる。なお、ステップＳ１１の時点では、移動機構１５により所定の退避位置に基板Ｗを退避させておき、ステップＳ１２の時点で、基板Ｗを移動機構１５により所定位置に移動させるようにしてもよい。ステップＳ１２における基板Ｗの配置位置は、照射部１２から照射されるテラヘルツ波が、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒを透過する位置とされる。平坦領域９１Ｒの位置については、例えば、入力部３２などを介してあらかじめ指定される。
【００５９】
基板Ｗがセットされると、照射部１２からテラヘルツ波が基板Ｗに照射される。基板Ｗの平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波が検出部１３にて検出される（ステップＳ１３）。
【００６０】
図４は、時間波形構築部２１により構築されたテラヘルツ波の時間波形４１を示す図である。図４中、横軸は時間で、縦軸は電場強度を示している。また、下段には、遅延部１４によって、検出部１３に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１が概念的に示されている。検出部１３には、所定の周期で繰り返し、図４に示したようなテラヘルツ波が到来する。例えば、検出部１３に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１４を調整すると、検出部１３では、値Ｅ１の電場強度が検出される。また、遅延部１４を調整することによって、検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させると、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電場強度が検出部１３において検出される。このように、検出タイミングを細かく変更しながらテラヘルツ波の電場強度を測定し、これらの電場強度の値を時間軸に沿ってプロットしていくことによって、テラヘルツ波の時間波形４１が構築される。なお、以降の説明においては、図４に示した時間波形４１を、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波に相当するものとして説明する。
【００６１】
図２に戻って、次に基板検査装置１００は、屈折率取得部２２によって屈折率を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１３のテラヘルツ波の検出結果から構築された時間波形に基づき、屈折率取得部２２にてスペクトル解析が行われる。また、基板Ｗの厚みも適宜に設定される。これにより、基板Ｗの屈折率ｎ１が取得される。
【００６２】
基板検査装置１００は、屈折率ｎ１を取得するととともに、関数取得部２３によって、時間波形に近似した曲線の関数を取得する（ステップＳ１５）。具体的には、図４に示したような時間波形に近似した曲線の関数を取得する場合、各検出タイミング（ｔ１〜ｔ８）で検出された電場強度の値（Ｅ１〜Ｅ８）をプロットしたものをベジェ曲線で接続する。これにより、時間を変数とする関数ｆ（ｔ）が取得される。この関数ｆ（ｔ）に時間を代入することにより、テラヘルツ波の電場強度（ただし、近似値）が算出できる。
【００６３】
図２に戻って、基板検査装置１００は、遅延部１４を所定位置に固定する（ステップＳ１６）。具体的には、ステップＳ１３において検出部１３が検出する電場強度が略最大となる検出タイミングに対応する位置に、遅延部１４が固定される。例えば、ステップＳ１３において図４に示した時間波形４１が検出された場合、電場強度が最大となる検出タイミング（ｔ３）でテラヘルツ波が検出されるように、遅延部１４の位置が調整され、固定される。
【００６４】
ステップＳ１６が完了すると、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動することによって、基板Ｗを検査位置に移動させる（ステップＳ１７）。この検査位置は、検査すべき領域（検査領域）に、テラヘルツ波が照射できる位置に相当する。なお、あらかじめオペレータによって貫通ビア形成領域９２Ｒが検査領域として指定されてもよいし、基板Ｗの任意の位置が検査領域として指定されてもよい。
【００６５】
基板検査装置１００は、照射部１２からテラヘルツ波を基板Ｗの検査領域に向けて照射する。そして、基板検査装置１００は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波を検出部１３にて検出する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１３で取得されたテラヘルツ波と、ステップＳ１８で検出された電場強度とから、基準領域である平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波と、検査領域（例えば、ビア形成領域９２Ｒ）を透過したテラヘルツ波の位相差を取得する（ステップＳ１９）。
【００６６】
図５は、位相差を取得する原理を説明するための図である。上述したように、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波は、基板Ｗに貫通ビアＷＨが形成されている分、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波よりも検出部１３に到達する時間が早まる。つまり、図５に示したように、ビア形成領域９２Ｒを透過したテラヘルツ波の時間波形４２は、平坦領域９１Ｒを透過した時間波形４１よりも、位相差ΔＴの分、早く検出される。したがって、時間波形４１の電場強度Ｉは、Ｉ＝ｆ（ｔ）で表すことができる。また、時間波形４２の電場強度Ｉａは、Ｉａ＝ｆ（ｔ−ΔＴ）で表すことができる。
【００６７】
ステップＳ１８では、検出タイミングｔ３でテラヘルツ波の電場強度が検出されるように遅延部１４が設定されている。そのため、ステップＳ１８では、テラヘルツ波の電場強度として、値Ｅ３ａが取得される。
【００６８】
位相差取得部２４は、この値Ｅ３ａが、時間波形４１においてはどの検出タイミングｔｘで検出されるかが算出される。具体的には、ステップＳ１５にて取得された関数ｆ（ｔ）から、対応する検出タイミングｔｘが算出される。位相差取得部２４は、この検出タイミングｔｘと検出タイミングｔ３との時間差を求めることによって、位相差ΔＴを取得する。以上のようにして、位相差取得部２４は、基準領域（第１領域、平坦領域９１Ｒ）基準領域を透過したテラヘルツ波（第１テラヘルツ波）と、検査領域（第２領域）を透過したテラヘルツ波（第２テラヘルツ波）の位相差を演算により取得する。
【００６９】
なお、上記方法で位相差ΔＴを正確に特定するためには、検出部１３に到達する到達時間が、図５に示した時間波形４３よりも遅いことが要求される。この時間波形４３は、検出タイミングｔ３において、電場強度が最小となるテラヘルツ波形の時間波形である。この時間波形４３よりも検出部１３への到達時間が早い時間波形４４の場合、検出タイミングｔ３で検出される電場強度は、時間波形４３のものよりも大きい（値Ｅ３ｂ）。しかしながら、電場強度としてこの値Ｅ３ｂが検出される時間波形は、時間波形４４以外にも、時間波形４３よりも到達時間の遅い時間波形４５が存在し得る。このように、時間波形４３よりも到達時間の早い時間波形４４については、位相差ΔＴを特定することが困難となる。このため、位相差ΔＴを正確に特定するためには、検出部１３に到達する到達時間が、図５に示した時間波形４３よりも遅いことが要求される。
【００７０】
ここで、本実施形態では、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（時間波形４１に相当する。）の電場強度が最大となる検出タイミングｔ３で、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波の電場強度を測定している。これによれば、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（＝時間波形４１）と、位相差ΔＴを特定することができるテラヘルツ波（＝時間波形４３）との間の時間差の範囲を最大にすることができる。つまり、特定することができる位相差の範囲を最も大きくすることができる。ただし、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波を検出する検出タイミングは、必ずしも電場強度が最大となる検出タイミングに設定しなければならないものではない。例えば、電場強度が最大となる検出タイミング（ｔ３）から電場強度が最小となる検出タイミング（ｔ６）の間の検出タイミングであれば、位相差を特定することが可能である。
【００７１】
図２に戻って、位相差が取得されると、基板検査装置１００は、基板Ｗの検査すべき全範囲について検査を完了したかどうか判定する（ステップＳ２０）。なお、この判定は、あらかじめ入力部３２を介して指定された基板Ｗの検査範囲の全てについて、位相差のデータが収集されているかどうかに基づいて判断される。
【００７２】
未検査の領域がある場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、基板検査装置１００は、ステップＳ１７に戻る。そして、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動して、基板Ｗを移動させ、次の検査領域について検査を行う。なお、基板Ｗの全面を走査して検査するような場合、所定の距離（例えば、５ｍｍ）ずつ主走査方向、副走査方向に基板Ｗを移動させながら、検査が行われる。一方、全ての範囲の検査が終了した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、基板検査装置１００は、取得した位相差の補正を行う（ステップＳ２１）。この補正については、図６および図７を参照しつつ説明する。
【００７３】
図６は、電場強度と位相差の対応を示した図である。また、図７は、位相差を補正するために構築された時間波形４６，４７を示す図である。図６に示した電場強度と位相差の対応表は、検出部１３にて検出された電場強度に応じて、関数ｆ（ｔ）に基づき、位相差が計算により取得されたものである。平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（＝時間波形４１）の最大強度が１０００となっている。そして、検出される電場強度が小さくなるにつれて、位相差が次第に大きくなっている。
【００７４】
基板検査装置１００は、ステップＳ１８において、テラヘルツ波の最大値（＝１０００）とは異なる電場強度が観測された検査領域に改めてテラヘルツ波を照射し、その領域での時間波形を構築する。具体的には、例えば図６に示した、電場強度が「９２０」、「８４０」であった検査領域（第３領域）にテラヘルツ波を照射するよう、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動する。そして照射部１２からテラヘルツ波を照射する。このとき、時間波形４６，４７を構築するために、図４で説明したように、遅延部１４により検出タイミングを変えながら、テラヘルツ波の電場強度の値が収集される。これにより、図７に示したようなテラヘルツ波（第３テラヘルツ波、第３電磁波パルス）の時間波形４６，４７が構築される。
【００７５】
なお、上記説明では、補正のために、２つの電場強度に対応する位相差を実測している。しかしながら、１つだけ、または、３つ以上電場強度に対応する位相差を実測して、取得された位相差を補正基準とするようにしてもよい。
【００７６】
時間波形４６，４７が構築されると、基板検査装置１００は、時間波形４１とこれらの時間波形４６，４７の位相差を実測する。この実測された位相差（ここでは、１８ｆｓ（フェムト秒）、３０ｆｓ）は、関数ｆ（ｔ）に基づく計算により算出された位相差（２０ｆｓ、４０ｆｓ）よりも精度の高い。そこで基板検査装置１００は、この実測の位相差を補正基準として、その他の演算で求められた位相差について補正を行う（図６下段参照）。
【００７７】
ステップＳ１９の計算に基づいて取得された位相差と電場強度の対応関係は、図６の対応表（上段、補正前）の通りである。この対応表を元に、例えば電場強度９２０〜８４０の範囲について、電場強度と位相差の対応関係を示す線を構築する。具体的には、図６に示すように、横軸を電場強度、縦軸を位相差とするｘ−ｙグラフ（縦横逆でもよい。）上に、対応表の値に基づく複数の点（ここでは５点）をプロットする。そして、プロットした点を直線または曲線（ベジェ曲線など）で接続する。もちろん、プロットした点について、最小二乗法を適用して回帰曲線を構築するようにしてもよい。このようにして構築した線（曲線または折れ線）を、電場強度９２０のときに位相差１８ｆｓ、電場強度８４０のときに位相差３０ｆｓに相当する点（またはその近傍）を通るように平行移動させる。これにより、電場強度と補正後の位相差との対応を示す補正線を取得することができる。この補正線から、各電場強度に対応する位相差を取得してもよい。電場強度１０００〜９２０の範囲の位相差についても、同様の要領で補正線を構築することができる。以上のように補正線を取得することで、検出された電場強度毎に、より精度の高い位相差を取得することが可能となる。このようにして取得された補正済みの位相差のデータは、記憶部３１に適宜保存される。
【００７８】
なお、実測に基づいて取得される、（電場強度９２０，位相差１８ｆｓ）、（電場強度８４０，位相差３０ｆｓ）および（電場強度１０００，位相差０ｆｓ）という３つの対応関係に基づき、電場強度と位相差の対応を示す曲線（以下、対応曲線という。）を生成してもよい。具体的には、横軸を電場強度、縦軸を位相差とするｘ−ｙグラフ（縦横逆でもよい。）上に、実測に基づく複数の点（ここでは３点）をプロットする。このプロットされた複数点に基づき、電場強度と位相差の対応関係を示す対応曲線を構築する。この対応曲線は、プロットした点をベジェ曲線で接続したり、または、プロットした点に対して最小二乗法を適用したりすることで取得することができる。このような対応曲線を利用すれば、上述の関数ｆ（ｔ）を使って電場強度から位相差を取得する工程（ステップＳ１９）を省略することが可能である。つまり、各検査領域について、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出しておき、該検出した電場強度を上記の要領で得た対応曲線に適用することで、対応する位相差を取得することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、ステップＳ１８において電場強度を取得し、さらにステップＳ１９において位相差を取得している。しかしながら、必ずしも、全ての検査領域において、位相差を演算により算出する必要はない。例えば、時間波形の関数が取得された時点で（ステップＳ１５）、代表的な複数の電場強度について、それぞれに対応する位相差を算出し、図６に示すようなテーブルを作成してもよい。これによれば、電場強度が取得された時点で、そのテーブルを参照することで、位相差を取得することができる。この場合、異なる検査領域で同じ電場強度が得られときに、重複して演算する必要がなくなるため、さらに高速に基板Ｗを検査することができる。
【００８０】
図２に戻って、基板検査装置１００は、ビア深度算出部２６によって、取得された位相差から、各検査領域に形成されている貫通ビアＷＨの深度を算出する（ステップＳ２２）。貫通ビアＷＨの深度の算出方法については、図８〜１０を参照しつつ説明する。
【００８１】
図８は、基板Ｗの表面のビア形成領域９２Ｒに形成されている貫通ビアＷＨを概念的に示す上面図である。図８に示した例では、半径ｒを有する貫通ビアＷＨが、横方向に長さＬのピッチで、縦方向Ｙに長さｍのピッチで格子状になど間隔に配置されている。そのため、このビア形成領域９２Ｒにおける開口率ＯＲは、次式（１）で表される。
【００８２】
【数１】
【００８３】
なお、ビア形成領域９２Ｒに貫通ビアＷＨが規則的に設けられていない場合でも、開口率ＯＲを求めることはできる。例えば、所定の大きさの区域を適当に規定し、その区域内にある貫通ビアＷＨの開口面積を該区域の面積で除算することにより、開口率ＯＲが取得される。ここで、区域の最適な大きさは、基板検査装置１００の光学系の装置構成によって異なり得る。このため、予備的な実験に基づいて、適切な区域の大きさが決定されることが望ましい。
【００８４】
図９は、貫通ビアＷＨが形成されたビア形成領域９２Ｒを示す概略斜視図である。図９に示した貫通ビアＷＨは、半径がｒ、深さがｘで表される略円柱状の凹部空間として形成されている。また図９では、貫通ビアＷＨが形成されている基板Ｗ自体の厚みをｙとしている。
【００８５】
図９に示したビア形成領域９２Ｒの体積は、ｌ・ｍ・ｙで求められ、貫通ビアＷＨの体積（空洞体積）は、π・ｒ2・ｘで求められる。したがって、ビア形成領域９２Ｒにおける単位体積当たりの空洞体積比（以下、空洞率と称する。）ＨＲは、開口率ＯＲを用いて、次式（２）で表される。
【００８６】
【数２】
【００８７】
図１０は、平坦領域９１Ｒおよびビア形成領域９２Ｒのそれぞれを透過するテラヘルツ波を示す概念図である。ここで、ビア形成領域９２Ｒにおける基板Ｗの屈折率は、貫通ビアＷＨが形成されていることにより、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの屈折率とは異なるものとして扱うことができる。そこで、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの屈折率をｎ１とし、ビア形成領域９２Ｒの近似的に屈折率ｎ２とする。すると、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波の速度（位相速度）Ｖ１は、ｃ／ｎ１と表され、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波の速度はｃ／ｎ２と表される（ｃは光速）。また、ステップＳ１８〜ステップＳ２１で取得された位相差ΔＴは、屈折率ｎ１，ｎ２を用いて、次式（３）で表すことができる。
【００８８】
【数３】
【００８９】
ここで、ビア形成領域９２Ｒの近似的な屈折率ｎ２が、平坦領域９１Ｒの屈折率ｎ１と異なるのは、貫通ビアＷＨにより空洞空間が形成されていることに起因する。ここで、空洞空間が、屈折率ｎｈの物質で充填されているとすると、屈折率ｎ２は、次式（４−１）で表される。特に、貫通ビアＷＨ内の空洞空間が、ほぼ空気で充填されている場合、基板Ｗの屈折率が空気の屈折率に比べて十分に大きいとすると、この空洞空間の屈折率は真空の屈折率（＝１）に近似される。この場合の屈折率ｎ２は、次式（４−２）で表される。
【００９０】
【数４】
【００９１】
ここで、式（４−１）（または式（４−２））を式（３）に代入すると、位相差ΔＴは、次式（５−１）（または式（５−２））で表される。
【００９２】
【数５】
【００９３】
さらに式（５−１）（または式（５−２））を変形することにより、貫通ビアＷＨの深さｘは、それぞれ次式（６−１）（または式（６−２））で表される。
【００９４】
【数６】
【００９５】
式（６−１）（または式（６−２））に、ステップＳにて取得された屈折率ｎ１と、ステップＳ１６にて取得された開口率ＯＲを代入することによって、貫通ビアＷＨの深さｘを算出することができる。以上のようにして、基板検査装置１００は、取得した貫通ビアＷＨの深さｘを取得し、記憶部３１に保存する。
【００９６】
式（６−１）（または式（６−２））から求められるｘの値は、そのまま貫通ビアＷＨの深さとなる。しかしながら、これらの式から求められる貫通ビアＷＨの深さは、ビア形成領域９２Ｒに形成されている貫通ビアＷＨの数に関わらず、開口率ＯＲに基づいて貫通ビアＷＨの深度が算出される。したがって、ビア形成領域９２Ｒに複数の貫通ビアＷＨが含まれる場合、式（６−１）（または式（６−２））で求められる深さｘは、これら複数の貫通ビアＷＨの深さを平均化した値となる。
【００９７】
図２に戻って、検査領域毎に、貫通ビアＷＨの深さが取得されると、基板検査装置１００は、画像生成部２７によって、基板Ｗにおける貫通ビアＷＨの深さの分布を表現した画像を生成する。
【００９８】
図１１は、表示部３３に表示される検査結果の表示例を示す図である。図１１では、所定の間隔（例えば、５ｍｍ間隔）で基板Ｗを走査して、基板Ｗの複数の検査領域における貫通ビアＷＨの深さを測定した結果を示している。
【００９９】
図１１に示した表示画像３３Ｉは、検査によって取得された貫通ビアＷＨの深さに応じて、各検査領域に相当する各領域を複数の色で塗り分けた、深度分布図となっている。なお、領域毎の貫通ビアＷＨの深さの違いは、グレースケールカラー、フルカラー、または網点による疑似カラーで表現することができる。また、貫通ビアＷＨの深さの違いは、検査領域に相当する各領域にアルファベットなどの文字、記号または図形などがラベル付けされることにより、識別可能に表現されていてもよい。また、領域毎に、貫通ビアＷＨの深さを示す数値が表示されるようにしてもよい。このような表示画像３３Ｉを表示部３３に表示することによって、基板Ｗの広い範囲に渡って、貫通ビアＷＨの深さの分布を視覚的に把握することができる。したがって、貫通ビアＷＨの形成不良となっている基板Ｗ上の位置を即座に特定することができる。
【０１００】
以上が、基板検査装置１００による、基板Ｗの基板検査工程の説明である。
【０１０１】
本実施形態では、検査領域に対しては、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出することで、基準領域を透過したテラヘルツ波との位相差が取得される。このため、非破壊、非接触で、かつ短時間のうちに、基板Ｗに形成された貫通ビアＷの深度を検査することが可能となっている。特に、半導体３次元デバイスなどでは、半導体ウエハを利用する。そのため、貫通ビアＷＨの深さについては、半導体ウエハ全体でおおよその深さの分布を調べる必要がある。ここで、全ての検査領域について、テラヘルツ波の時間波形を構築し、基準となるテラヘルツ波の時間波形との位相差を算出すると、多大な時間が必要となる。これに対して、本実施形態では、検査領域を透過したテラヘルツ波の特定の検出タイミングで電場強度を検出することで位相差を取得することができる。したがって、極めて高速に半導体ウエハの全域を検査することができる。
【０１０２】
｛２． 第２実施形態｝
上記実施形態において説明した方法では、貫通ビアＷＨを円柱状として扱っている。しかしながら、円柱状でない貫通ビアであっても、基板検査装置１００によってその深度を検査することは可能である。
【０１０３】
図１２は、第２実施形態に係る貫通ビアＷＨａを示す断面図である。貫通ビアＷＨａは、上面が半径ｒ１、下面が半径ｒ２、深さｈの円錐台となっている。また、貫通ビアＷＨａは、図８に示した貫通ビアＷＨと同様に、横方向にピッチｌ、縦方向Ｙにピッチｍの間隔で並んでいるものとする。ここで、円錐台の体積をＳとすると、貫通ビアＷＨａを含むビア形成領域９２Ｒの空洞率ＨＲａは、Ｓ／（ｍ・ｌ・ｙ）となる。この空洞率ＨＲａを式（４−１）（または式（４−２））中の空洞率ＨＲに代入して屈折率ｎ２を求め、さらにこの屈折率ｎ２を式（３）に代入することによって、次式（７−１）（または次式（７−２））が導きだされる。
【０１０４】
【数７】
【０１０５】
また、図１２に示した貫通ビアＷＨａの体積Ｓは、次式（８）で表すことができる。
【０１０６】
【数８】
【０１０７】
式（８）と、式（７−１）（または式（７−２））とから、貫通ビアＷＨａの深度ｈは、次式（９−１）（または次式（９−２））のように表される。
【０１０８】
【数９】
【０１０９】
式（９−１）（または式（９−２））に、各測定値を代入することによって、深度ｈを取得することができる。なお、式（９−１）（または式（９−２））において、半径ｒ１については可視光顕微鏡などを用いて、比較的容易に取得することができる。これに対して、半径ｒ２については、取得困難な場合がある。このような場合は、半径ｒ１の値からあらかじめ用意された円錐台モデルを適用して、半径ｒ２を推定するようにしてもよい。この円錘台モデルは、例えばＣＡＤデータなどの設計値に基づいて構築することができる。また、半径ｒ２の値として、ＣＡＤデータなどの設計図から取得される半径ｒ２の設計値を仮の値として式（９−１）または式（９−２）に代入し、深さｈを算出するようにしてもよい。このとき、算出された深さｈが設計値から外れている場合、貫通ビアＷＨａが設計通りに形成されていないことを把握することができる。
【０１１０】
｛３． 変形例｝
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１１１】
例えば、第１実施形態では、式（８−１）に基づき、各検査領域での貫通ビアＷＨの深さｘが定量的な長さとして算出されている。しかしながら、基板検査装置１００が、検査結果である貫通ビアＷＨの深さを、ある基準値に対する相対的な値として取得することも可能である。例えば、式（６−１）中の屈折率ｎ１は、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの固有の値であるため、各検査領域での貫通ビアＷＨの深さは、位相差ΔＴと開口率ＯＲで決まる。そこで、屈折率ｎ１の取得を省略したとしても、位相差ΔＴと開口率ＯＲとに基づいて、各検査領域における貫通ビアＷＨの深さを、ある基準値に対する相対的な値として取得することが可能である。
【０１１２】
また、上記実施形態では、円柱状の貫通ビアＷＨ、または、円錐台状の貫通ビアＷＨａの深さを求める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、深さを特定できる凹部はこのような形状のものに限定されない。本願発明は凹部の形状が、多角柱、多角錐台、円錐または多角錐など他、様々な立体形状である場合にも有効である。
【０１１３】
また、上記実施形態では、基板Ｗの表面の貫通ビアＷＨの深度を測定する例を挙げているが、基板検査装置１００の検査対象は、これに限定されるものではない。微小電気機械素子（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に形成される凹部の深度を検査することができる。なお、具体的なＭＥＭＳとしては、例えば、デジタルミラーデバイスや加速度センサや圧力センサ、インクジェットプリンタなどのヘッドといったものが挙げられる。
【０１１４】
図１３は、ＭＥＭＳが形成された基板ＷＢ表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。図１３に示した例では、基板ＷＢの表面に、相互に並行に延びる溝状の凹部ＷＨｂが複数形成されている。基板検査装置１００によると、このような凹部ＷＨｂが形成された基板ＷＢ表面の開口率を取得することによって、凹部ＷＨｂの深度を取得することができる。なお、基板ＷＢの開口率は、基板ＷＢの観察像から直接取得するようにしてもよいし、または、隣接する凹部ＷＢの形成間隔（ピッチ）を用いた演算に基づいて取得するようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態に係る基板検査装置１００では、基板Ｗに設けられた貫通ビアＷＨ，ＷＨａといった微小な凹部の深度について検査している。しかしながら、本願発明は、基板Ｗの厚さを検査する場合にも有効である。例えば、検査領域の基板の厚みが基準領域における基板の厚みよりも薄い場合、検査領域は、基準領域に対して凹んでいる（つまり凹部を形成している。）と捉えることができる。そして、この場合の検査領域の凹部の開口率を「１」とすることにより、上述した数式を利用して、この凹部の深度を定量的に算出することが可能である。また、基板検査装置１００は、基板の厚みの均一性を検査することにも適用できる。このような基板全体についての検査結果を、図１１に示したような画像を表示部３３に表示することによって、基板の厚みが不均一な部分を容易に特定することができる。
【０１１６】
また、制御部１６、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、関数取得部２３、位相差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６、および、画像生成部２７の処理部は、専用の回路などでハードウェア的に実現してもよいし、これら処理部の機能の一部または全部を、コンピュータを利用して、ソフトウェア的に実現してもよい。
【０１１７】
なお、上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１００ 基板検査装置
１１ レーザ光源
１２ 照射部
１３ 検出部
１４ 遅延部
１５ 移動機構
１６ 制御部
２１ 制御部
２１ 時間波形構築部
２２ 屈折率取得部
２３ 関数取得部
２４ 位相差取得部
２５ 開口率取得部
２６ ビア深度算出部
２７ 画像生成部
３１ 記憶部
３２ 入力部
３３ 表示部
３３Ｉ 表示画像
４１〜４７ 時間波形
５１ プローブ光
９１Ｒ 平坦領域
９２Ｒ ビア形成領域
ＷＨ，ＷＨａ 貫通ビア
ＷＨｂ 凹部
ＬＰ１１ ポンプ光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ テラヘルツ波
ＯＲ 開口率
Ｗ，ＷＢ 基板
ＷＢ 基板
ｎ１ 屈折率
ｔ１〜ｔ８ 検出タイミング
ΔＴ 位相差
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板を検査する技術に関し、特に基板の凹部を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの大規模集積回路（ＬＳＩ）は、半導体素子の微細化によって、大容量化、高性能化が進められてきている。そして、さらなるＬＳＩの微細化、小型化、高速化、省電力化を実現するために、三次元集積化技術が実用化に向けて注目を浴びている。
【０００３】
三次元集積回路を実現するために、二次元集積回路を積層した後、シリコン基板を垂直に貫通する穴（凹部）を設けて、上層と下層とを電極で接続するという製造方法が提案されている。この穴は、シリコン貫通配線（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉ Ｖｉａ）（以下、貫通ビアともいう。）と呼ばれる。貫通ビアは、一般的に、口径が数μｍ（マイクロメートル）から十数μｍ単位であり、深さは数μｍから数百μｍとなっている。
【０００４】
貫通ビアの製造プロセスにおいては、貫通ビアの深さ（深度）の測定が必要とされる。貫通ビアは、シリコン基板を比較的深く掘ることで形成されるため、白色光反射型干渉法などの非接触による測定方法が実用化されている。しかしながら、十分な反射光が得られない場合や、または、測定対象が微細な構造に形成された凹形状である場合には測定が困難であった。そのため、シリコン基板を貫通ビア部分で切断して、可視光顕微鏡または電子顕微鏡で貫通ビアの深さが測定されている。
【０００５】
非接触で貫通ビアなどの凹部の深さを測定する技術としては、特許文献１に開示された技術を利用することも考えられる。特許文献１では、被加工物に加工用のフェムト秒レーザを照射するとともに、このフェムト秒レーザの干渉を利用して、加工状況をモニターする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００４−３０６１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に開示された技術は、加工時に測定することを目的としている。このため、測定のために加工用のフェムト秒レーザを照射する必要がある。したがって、貫通ビアをその他の方法（例えば、ドライエッチング）で形成する場合や、加工後に貫通ビアの深さを測定する場合などに、特許文献１の技術を適用することは困難であった。また、基板の比較的広い範囲を検査しようとした場合、特許文献１の技術では、高速に検査することは困難であった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に形成された凹部の深度を、非破壊、非接触で検査できるとともに、高速に検査できるようにする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、基板を検査する基板検査装置であって、ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部と、凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで前記検出部により検出される前記電磁波強度と、前記時間波形とを比較することにより、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する位相差取得部とを備える。
【００１０】
また、第２の態様は、第１の態様に係る基板検査装置において、前記検出部により検出される前記第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となる検出タイミングで、前記検出部により前記第２電磁波パルスの電磁波強度が検出されるように、前記遅延部が前記時間差を調整する。
【００１１】
また、第３の態様は、第１または２の態様に係る基板検査装置において、前記第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する関数取得部、をさらに備え、前記位相差取得部は、前記曲線関数と、前記検出部により検出された前記第２電磁波パルスの前記電磁波強度とに基づいて、前記位相差を取得する。
【００１２】
また、第４の態様は、第１から３までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、をさらに備える。
【００１３】
また、第５の態様は、第１から第４までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記検出部にて検出される電磁波強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、をさらに備える。
【００１４】
また、第６の態様は、第５の態様に係る基板検査装置において、前記第２領域には、凹部が形成されており、前記凹部の開口面積に基づいて、前記第２領域の開口率を取得する開口率取得部、をさらに備える。
【００１５】
また、第７の態様は、第１から第６までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記位相差取得部によって取得される前記位相差に基づいて、前記基板における凹部の深度の分布を表現した画像を生成する画像生成部、をさらに備える。
【００１６】
また、第８の態様は、第１から７までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記時間波形構築部は、第３領域を透過した第３電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築し、前記第３電磁波パルスの時間波形と前記第１電磁波パルスの時間波形との位相差とを補正基準として、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を補正する補正部、をさらに備える。
【００１７】
また、第９の態様は、第１から８までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、
前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である。
【００１８】
また、第１０の態様は、第１から９までのいずれか１項に記載の基板検査装置において前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜１０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる。
【００１９】
また、第１１の態様は、基板を検査する基板検査方法であって、ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を連続的に変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部とを備える基板検査装置において、(a)基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する工程と、(b)凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで検出される電磁波強度と、前記(a)工程にて構築された前記時間波形とから、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２０】
第１から第９までの態様に係る基板検査装置によれば、第１領域を透過した第１電磁波パルスと、第２領域を透過した第２電磁波パルスの位相差を取得することにより、第２領域の凹部の深度を検査することができる。ここで、第２電磁波パルスの時間波形を再現せずに、第１電磁波パルスと第２電磁波パルスの位相差を取得することにより、短時間で基板を検査することができる。
【００２１】
第２の態様に係る基板検査装置によれば、遅延部により、電磁波パルスの検出タイミングを、第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となるように調整することで、第１電磁波パルスと、位相差を特定できる第２電磁波パルスとの間の遅延時間の範囲を最大にすることができる。
【００２２】
第３の態様に係る基板検査装置によれば、第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を利用することにより、第２電磁波パルスの電磁波強度から、第１電磁波パルスと第２電磁波パルスの位相差を計算により求めることができる。
【００２３】
第４の態様に係る基板検査装置によれば、基板の広い範囲を容易に検査することができる。
【００２４】
第５の態様に係る基板検査装置によれば、位相差と基板の屈折率とを取得することによって、基板の凹部の大きさを定量的に算出することができる。
【００２５】
第６の態様に係る基板検査装置によれば、開口率を取得することによって、第２領域に形成された凹部の深度を測定することができる。
【００２６】
第７の態様に係る基板検査装置によれば、基板の深度の分布を視覚的に把握することができる。
【００２７】
第８の態様に係る基板検査装置によれば、第３電磁波パルスの時間波形を構築することによって、第１電磁波パルスと第３電磁波パルスの位相差をより高精度に求めることができる。この位相差を補正基準として、第２電磁波パルスと第１電磁波パルスの位相差を補正することで、より精度の高い位相差を取得することができる。
【００２８】
第９の態様に係る基板検査装置によると、三次元集積回路を構成する貫通ビアの深度を測定することができる。また、半導体技術を使用するＭＥＭＳの一部として基板上に凹部が形成される場合において、その凹部の深度を適切に検査することができる。
【００２９】
第１０の態様に係る基板検査装置によると、０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波は、光波と電波との中間的な性質を備えるため、基板を比較的透過しやすい。このような電磁波を利用することによって、比較的凹部が深く形成されている場合にも、良好にその深度を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る基板検査装置の構成を示す図である。
【図２】基板検査装置による基板の基板検査工程を示す流れ図である。
【図３】検査対象物である基板を概念的に示す概略斜視図である。
【図４】時間波形構築部により構築されたテラヘルツ波の時間波形を示す図である。
【図５】位相差を取得する原理を説明するための図である。
【図６】電場強度と位相差の対応を示した図である。
【図７】位相差を補正するために構築された時間波形を示す図である。
【図８】基板の表面のビア形成領域に形成されている貫通ビアを概念的に示す上面図である。
【図９】貫通ビアが形成されたビア形成領域を示す概略斜視図である。
【図１０】平坦領域およびビア形成領域のそれぞれを透過するテラヘルツ波を示す概念図である。
【図１１】表示部に表示される検査結果の表示例を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る貫通ビアを示す断面図である。
【図１３】ＭＥＭＳが形成された基板表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３２】
｛１． 第１実施形態｝
図１は、第１実施形態に係る基板検査装置１００の構成を示す図である。基板検査装置１００は、シリコン基板などの半導体ウエハ（以下、基板）Ｗに三次元回路を構成するために、基板Ｗの表面に垂直方向に積層された二次元集積回路に設けられている凹部形状の貫通ビアＷＨ（図３参照）の深度（深さ）を検査するように構成されている。なお、基板検査装置１００において、検査対象となる基板Ｗは、半導体ウエハに限定されるものではない。例えば、液晶表示装置などの表示装置用パネル向けの基板や、太陽電池パネル向けの基板などの検査に適用してもよい。
【００３３】
基板検査装置１００は、テラヘルツ波パルス（以下、単にテラヘルツ波とも称する。）を利用した、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）により、基板Ｗを検査する。テラヘルツ波は、０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下（特に０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の範囲の任意の周波数帯の成分を有する電磁波である。一般に、電磁波は、その波長よりも小さい凹凸であっても、透過した際に、近似的な屈折率差に位相のずれが生じる。テラヘルツ波（周波数が１ＴＨｚの場合、波長は０．３ｍｍ。）の場合も、透過する基板Ｗの領域における貫通ビアＷＨの有り無しによって、透過波に位相のずれが生じる。基板検査装置１００では、この位相のずれを検出することで、基板Ｗに形成されている貫通ビア９Ｈの深度を検査する。
【００３４】
図１に示したように、基板検査装置１００は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５および制御部１６を備えている。
【００３５】
レーザ光源１１は、パルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。レーザ光源１１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光は、例えば、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８３０ｎｍ程度、周期が数ｋＨｚから数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光とされる。フェムト秒パルスレーザが用いられる場合、１〜１．５μｍ程度の波長とされる。
【００３６】
パルス光は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。一方は、ミラーＭ１を経由してポンプ光（ポンプ光ＬＰ１１）として照射部１２に入射する。照射部１２は、光スイッチ素子を備えている。該光スイッチ素子にポンプ光が照射されることにより、テラヘルツ波（テラヘルツ波ＬＴ１）が発生する。発生したテラヘルツ波は曲面鏡Ｍ２，Ｍ３で集光され、基板Ｗに照射される。つまり、照射部１２は、ポンプ光の照射に応じて、基板Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する。基板Ｗを透過したテラヘルツ波は、曲面鏡Ｍ４，Ｍ５で集光され、ミラー６を経由して検出部１３に入射する。
【００３７】
ビームスプリッタＢ１により２つに分割されたパルス光のうち他方のパルス光は、プローブ光（プローブ光ＬＰ１２）として遅延部１４およびミラー７を経由し、検出部１３に入射する。検出部１３は、光スイッチ素子を備えている。光スイッチ素子に基板Ｗを透過したテラヘルツ波が照射された状態で、プローブ光が光スイッチ素子に照射されると、光スイッチ素子に瞬間的にテラヘルツ波の電場強度に応じた電流が生じる。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射に応じて、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する。なお、本実施形態では、照射部１２または検出部１３において光スイッチ素子を利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。
【００３８】
遅延部１４は、ビームスプリッタＢ１から検出部１３までのプローブ光の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１４は、プローブ光の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１４は、プローブ光を入射方向に沿って折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。遅延部１４は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１４は、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、プローブ光が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１４により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出部１３によりテラヘルツ波を検出するタイミング（検出タイミング）を遅延させることができる。
【００３９】
なお、遅延部１４は、その他の方法でテラヘルツ波とプローブ光の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用してもよい。
【００４０】
移動機構１５は、図示を省略するＸ−Ｙテーブルを備えている。移動機構１５は、このＸ−Ｙテーブルにより、基板Ｗを保持した状態で、照射部１２に対して基板Ｗを相対移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗを２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗの広い範囲にテラヘルツ波を照射して、検査することができる。なお、基板Ｗを移動させる代わりに、または、基板Ｗを移動させると共に、照射部１２、曲面鏡Ｍ２〜Ｍ５および検出部１３を２次元平面内で移動できるようにしてもよい。これらの場合でも、基板Ｗの広い範囲について、テラヘルツ波を照射する検査を行うことが可能となる。
【００４１】
制御部１６は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４および移動機構１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。特に制御部１６は、検出部１３からテラヘルツ波の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１４の移動ステージに対して移動を指示したり、移動ステージに設けられたリニアスケールなどから移動距離などの遅延部１４の位置に関連するデータを受け取ったりする。
【００４２】
また、制御部１６は、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、関数取得部２３、位相差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６および画像生成部２７に接続されており、これらの部に各種演算処理を行わせる。
【００４３】
時間波形構築部２１は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波について、検出部１３により検出される複数の電場強度を元に、テラヘルツ波の時間波形を構築する。相互に異なる複数の検出タイミングで電場強度が検出されることにより、時間波形が構築される。
【００４４】
屈折率取得部２２は、テラヘルツ波の時間波形に基づいて、検査対象物である基板Ｗに関する屈折率を取得する。詳細には、屈折率取得部２２は、基板Ｗが存在しない状態でのテラヘルツ波の時間波形と、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の時間波形とをそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトル、および、位相スペクトルを取得する。屈折率取得部２２は、これらのスペクトル解析結果から、複素屈折率を算出し、その実部を基板Ｗの屈折率として取得する。なお、屈折率を算出する詳細な演算手法については、従来技術やそれに類似する技術を適宜利用することができる。
【００４５】
関数取得部２３は、時間波形構築部２１により構築された時間波形に近似した曲線を表す関数（曲線関数）を取得する機能を備えている。関数取得部２３は、時間波形を構築する場合と同様に、検出タイミングを遅延させながら検出部１３にて検出されるテラヘルツ波の複数の電場強度を時間軸に沿ってプロットする。そして関数取得部２３は、プロットされた点を曲線で接続する。この過程で、関数取得部２３は、時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する。なお、曲線で接続する際、ブレンディング関数を利用したベジェ曲線となるように接続することができる。これにより、プロットされた点を滑らかな曲線で接続することができる。なお、カーブフィッティングによって、時間波形に近似した曲線を表す関数を求めることも可能である。具体的には、最小二乗法を適用することによって、プロットされた複数の点に応じた曲線を示す関数を得ることが可能である。さらに関数取得部２３は、検出された複数の電場強度を単に直線で接続して得られる関数を、曲線関数としてもよい。
【００４６】
位相差取得部２４は、基板Ｗの基準領域（第１領域）を透過したテラヘルツ波（第１テラヘルツ波、第１電磁波パルス）と、基板Ｗの測定対象領域（第２領域）を透過するテラヘルツ波（第２テラヘルツ波、第２電磁波パルス）の位相差を算出する。位相差取得部２４による位相差の具体的な算出方法については後述する。なお、本実施形態における「位相差」とは、２つの周期的な波の位相のずれをいう。なお、位相は、一般的に、角度（単位は「度」または「ラジアン」）で表現される。しかしながら、２つの波の周期が同じである場合、位相のズレは、時間差（単位は「秒」など）として扱うことができる。したがって、本実施形態おいては、位相差は、特に断らない限り、時間差をいうものとする。
【００４７】
開口率取得部２５は、基板Ｗに形成されている貫通ビアの開口部の面積（開口面積）に基づいて、単位面積当たりの開口面積比（以下、開口率と称する。）を取得する。開口率は、例えば図示しない可視光顕微鏡を用いて、実際の基板Ｗの観察像から画像解析により算出することができる。また、開口率は、ＣＡＤデータなどの設計図から得られる設計値に基づいて取得するようにしてもよい。
【００４８】
ビア深度算出部２６は、位相差、開口率および屈折率から、基板Ｗに形成されている真空ビアの深さを算出する。貫通ビアの深度の具体的な算出方法については後述する。
【００４９】
画像生成部２７は、基板Ｗの一部分または全体における、貫通ビアの深度の分布を視覚的に表現した画像を生成する。画像生成部２７により生成された画像は、表示部３３に表示される。
【００５０】
また、制御部１６には、各種データを保存する記憶部３１、基板検査装置１００に対して操作者がデータを入力するための入力部３２、および、各種画像を表示する表示部３３が接続されている。
【００５１】
以上が、基板検査装置１００の構成についての説明である。次に、基板検査装置１００を使って、基板Ｗを検査するときの基板検査装置１００の具体的な動作について説明する。
【００５２】
図２は、基板検査装置１００による基板Ｗの基板検査工程を示す流れ図である。また、図３は、検査対象物である基板Ｗを概念的に示す概略斜視図である。なお、以下に説明する基板検査装置１００の動作は、特に断らない限り、制御部１６により制御されるものとする。また、図２に示した流れ図は、一例である。したがって、動作内容によっては、複数の工程を並列に実行するようにしたり、もしくは、複数の工程の実行順序を適宜変更したりすることも可能である。
【００５３】
検査対象物である基板Ｗの表面には、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒと、貫通ビアＷＨが形成されているビア形成領域９２Ｒとが含まれている。貫通ビアＷＨは、基板Ｗの垂直方向（厚さ方向）に凹んだ凹部となっている。
【００５４】
テラヘルツ波は、波長が比較的長いため、分解能はそれほど高くない。しかしながら、本実施形態では、単一の貫通ビアＷＨを検査するのではなく、ある程度の広さを持つ範囲にテラヘルツ波を照射し、その範囲に含まれる貫通ビアＷＨの影響を、テラヘルツ波の位相速度の変化（換言すると、近似的な屈折率の変化）を検出する。
【００５５】
より具体的には、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている分、その厚さの平均が平坦領域９１Ｒのものよりも薄い。基板検査装置１００では、この薄くなっている分を、テラヘルツ波の検出部１３への到達時間の差（位相差）として検出することにより、平坦領域９１Ｒとビア形成領域９２Ｒとの厚みの違いを検出する。つまり、平坦領域９１Ｒの厚みを基準として、ビア形成領域９２Ｒの厚み（貫通ビアＷＨの深さを考慮した厚みの平均）の相違を検出する。さらに、基板検査装置１００は、貫通ビアＷＨの開口部の大きさ（後述する開口率）から、貫通ビアＷＨの深さを定量的に算出する。
【００５６】
なお、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている点以外は、形状（貫通ビアＷＨ以外の平坦部分の厚さなど）および構成素材などの点で、平坦領域９１Ｒと略一致していることが望ましい。このような平坦領域９１Ｒを選択することによって、貫通ビアＷＨに起因するテラヘルツ波の位相差を良好に抽出することができる。
【００５７】
基板検査装置１００は、基板Ｗの検査を開始すると、まずは、基板Ｗがセットされていない状態で、照射部１２からテラヘルツ波が照射されて、検出部１３にて該テラヘルツ波が検出される（ステップＳ１１）。つまり、この状態では、空気中（もしくは真空中）を通過したテラヘルツ波が検出部１３によって検出されることとなる。そして、基板Ｗがない状態でのテラヘルツ波の時間波形が時間波形構築部２１により構築される。この時間波形は、基板Ｗの屈折率を算出するために取得される。
【００５８】
次に、基板Ｗが基板検査装置１００にセットされる（ステップＳ１２）。基板Ｗは、図示しない基板搬送装置やオペレータによって搬送されてセットされる。なお、ステップＳ１１の時点では、移動機構１５により所定の退避位置に基板Ｗを退避させておき、ステップＳ１２の時点で、基板Ｗを移動機構１５により所定位置に移動させるようにしてもよい。ステップＳ１２における基板Ｗの配置位置は、照射部１２から照射されるテラヘルツ波が、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒを透過する位置とされる。平坦領域９１Ｒの位置については、例えば、入力部３２などを介してあらかじめ指定される。
【００５９】
基板Ｗがセットされると、照射部１２からテラヘルツ波が基板Ｗに照射される。基板Ｗの平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波が検出部１３にて検出される（ステップＳ１３）。
【００６０】
図４は、時間波形構築部２１により構築されたテラヘルツ波の時間波形４１を示す図である。図４中、横軸は時間で、縦軸は電場強度を示している。また、下段には、遅延部１４によって、検出部１３に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１が概念的に示されている。検出部１３には、所定の周期で繰り返し、図４に示したようなテラヘルツ波が到来する。例えば、検出部１３に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１４を調整すると、検出部１３では、値Ｅ１の電場強度が検出される。また、遅延部１４を調整することによって、検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させると、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電場強度が検出部１３において検出される。このように、検出タイミングを細かく変更しながらテラヘルツ波の電場強度を測定し、これらの電場強度の値を時間軸に沿ってプロットしていくことによって、テラヘルツ波の時間波形４１が構築される。なお、以降の説明においては、図４に示した時間波形４１を、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波に相当するものとして説明する。
【００６１】
図２に戻って、次に基板検査装置１００は、屈折率取得部２２によって屈折率を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１３のテラヘルツ波の検出結果から構築された時間波形に基づき、屈折率取得部２２にてスペクトル解析が行われる。また、基板Ｗの厚みも適宜に設定される。これにより、基板Ｗの屈折率ｎ１が取得される。
【００６２】
基板検査装置１００は、屈折率ｎ１を取得するととともに、関数取得部２３によって、時間波形に近似した曲線の関数を取得する（ステップＳ１５）。具体的には、図４に示したような時間波形に近似した曲線の関数を取得する場合、各検出タイミング（ｔ１〜ｔ８）で検出された電場強度の値（Ｅ１〜Ｅ８）をプロットしたものをベジェ曲線で接続する。これにより、時間を変数とする関数ｆ（ｔ）が取得される。この関数ｆ（ｔ）に時間を代入することにより、テラヘルツ波の電場強度（ただし、近似値）が算出できる。
【００６３】
図２に戻って、基板検査装置１００は、遅延部１４を所定位置に固定する（ステップＳ１６）。具体的には、ステップＳ１３において検出部１３が検出する電場強度が略最大となる検出タイミングに対応する位置に、遅延部１４が固定される。例えば、ステップＳ１３において図４に示した時間波形４１が検出された場合、電場強度が最大となる検出タイミング（ｔ３）でテラヘルツ波が検出されるように、遅延部１４の位置が調整され、固定される。
【００６４】
ステップＳ１６が完了すると、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動することによって、基板Ｗを検査位置に移動させる（ステップＳ１７）。この検査位置は、検査すべき領域（検査領域）に、テラヘルツ波が照射できる位置に相当する。なお、あらかじめオペレータによって貫通ビア形成領域９２Ｒが検査領域として指定されてもよいし、基板Ｗの任意の位置が検査領域として指定されてもよい。
【００６５】
基板検査装置１００は、照射部１２からテラヘルツ波を基板Ｗの検査領域に向けて照射する。そして、基板検査装置１００は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波を検出部１３にて検出する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１３で取得されたテラヘルツ波と、ステップＳ１８で検出された電場強度とから、基準領域である平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波と、検査領域（例えば、ビア形成領域９２Ｒ）を透過したテラヘルツ波の位相差を取得する（ステップＳ１９）。
【００６６】
図５は、位相差を取得する原理を説明するための図である。上述したように、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波は、基板Ｗに貫通ビアＷＨが形成されている分、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波よりも検出部１３に到達する時間が早まる。つまり、図５に示したように、ビア形成領域９２Ｒを透過したテラヘルツ波の時間波形４２は、平坦領域９１Ｒを透過した時間波形４１よりも、位相差ΔＴの分、早く検出される。したがって、時間波形４１の電場強度Ｉは、Ｉ＝ｆ（ｔ）で表すことができる。また、時間波形４２の電場強度Ｉａは、Ｉａ＝ｆ（ｔ−ΔＴ）で表すことができる。
【００６７】
ステップＳ１８では、検出タイミングｔ３でテラヘルツ波の電場強度が検出されるように遅延部１４が設定されている。そのため、ステップＳ１８では、テラヘルツ波の電場強度として、値Ｅ３ａが取得される。
【００６８】
位相差取得部２４は、この値Ｅ３ａが、時間波形４１においてはどの検出タイミングｔｘで検出されるかが算出される。具体的には、ステップＳ１５にて取得された関数ｆ（ｔ）から、対応する検出タイミングｔｘが算出される。位相差取得部２４は、この検出タイミングｔｘと検出タイミングｔ３との時間差を求めることによって、位相差ΔＴを取得する。以上のようにして、位相差取得部２４は、基準領域（第１領域、平坦領域９１Ｒ）基準領域を透過したテラヘルツ波（第１テラヘルツ波）と、検査領域（第２領域）を透過したテラヘルツ波（第２テラヘルツ波）の位相差を演算により取得する。
【００６９】
なお、上記方法で位相差ΔＴを正確に特定するためには、検出部１３に到達する到達時間が、図５に示した時間波形４３よりも遅いことが要求される。この時間波形４３は、検出タイミングｔ３において、電場強度が最小となるテラヘルツ波形の時間波形である。この時間波形４３よりも検出部１３への到達時間が早い時間波形４４の場合、検出タイミングｔ３で検出される電場強度は、時間波形４３のものよりも大きい（値Ｅ３ｂ）。しかしながら、電場強度としてこの値Ｅ３ｂが検出される時間波形は、時間波形４４以外にも、時間波形４３よりも到達時間の遅い時間波形４５が存在し得る。このように、時間波形４３よりも到達時間の早い時間波形４４については、位相差ΔＴを特定することが困難となる。このため、位相差ΔＴを正確に特定するためには、検出部１３に到達する到達時間が、図５に示した時間波形４３よりも遅いことが要求される。
【００７０】
ここで、本実施形態では、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（時間波形４１に相当する。）の電場強度が最大となる検出タイミングｔ３で、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波の電場強度を測定している。これによれば、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（＝時間波形４１）と、位相差ΔＴを特定することができるテラヘルツ波（＝時間波形４３）との間の時間差の範囲を最大にすることができる。つまり、特定することができる位相差の範囲を最も大きくすることができる。ただし、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波を検出する検出タイミングは、必ずしも電場強度が最大となる検出タイミングに設定しなければならないものではない。例えば、電場強度が最大となる検出タイミング（ｔ３）から電場強度が最小となる検出タイミング（ｔ６）の間の検出タイミングであれば、位相差を特定することが可能である。
【００７１】
図２に戻って、位相差が取得されると、基板検査装置１００は、基板Ｗの検査すべき全範囲について検査を完了したかどうか判定する（ステップＳ２０）。なお、この判定は、あらかじめ入力部３２を介して指定された基板Ｗの検査範囲の全てについて、位相差のデータが収集されているかどうかに基づいて判断される。
【００７２】
未検査の領域がある場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、基板検査装置１００は、ステップＳ１７に戻る。そして、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動して、基板Ｗを移動させ、次の検査領域について検査を行う。なお、基板Ｗの全面を走査して検査するような場合、所定の距離（例えば、５ｍｍ）ずつ主走査方向、副走査方向に基板Ｗを移動させながら、検査が行われる。一方、全ての範囲の検査が終了した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、基板検査装置１００は、取得した位相差の補正を行う（ステップＳ２１）。この補正については、図６および図７を参照しつつ説明する。
【００７３】
図６は、電場強度と位相差の対応を示した図である。また、図７は、位相差を補正するために構築された時間波形４６，４７を示す図である。図６に示した電場強度と位相差の対応表は、検出部１３にて検出された電場強度に応じて、関数ｆ（ｔ）に基づき、位相差が計算により取得されたものである。平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波（＝時間波形４１）の最大強度が１０００となっている。そして、検出される電場強度が小さくなるにつれて、位相差が次第に大きくなっている。
【００７４】
基板検査装置１００は、ステップＳ１８において、テラヘルツ波の最大値（＝１０００）とは異なる電場強度が観測された検査領域に改めてテラヘルツ波を照射し、その領域での時間波形を構築する。具体的には、例えば図６に示した、電場強度が「９２０」、「８４０」であった検査領域（第３領域）にテラヘルツ波を照射するよう、基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動する。そして照射部１２からテラヘルツ波を照射する。このとき、時間波形４６，４７を構築するために、図４で説明したように、遅延部１４により検出タイミングを変えながら、テラヘルツ波の電場強度の値が収集される。これにより、図７に示したようなテラヘルツ波（第３テラヘルツ波、第３電磁波パルス）の時間波形４６，４７が構築される。
【００７５】
なお、上記説明では、補正のために、２つの電場強度に対応する位相差を実測している。しかしながら、１つだけ、または、３つ以上電場強度に対応する位相差を実測して、取得された位相差を補正基準とするようにしてもよい。
【００７６】
時間波形４６，４７が構築されると、基板検査装置１００は、時間波形４１とこれらの時間波形４６，４７の位相差を実測する。この実測された位相差（ここでは、１８ｆｓ（フェムト秒）、３０ｆｓ）は、関数ｆ（ｔ）に基づく計算により算出された位相差（２０ｆｓ、４０ｆｓ）よりも精度の高い。そこで基板検査装置１００は、この実測の位相差を補正基準として、その他の演算で求められた位相差について補正を行う（図６下段参照）。
【００７７】
ステップＳ１９の計算に基づいて取得された位相差と電場強度の対応関係は、図６の対応表（上段、補正前）の通りである。この対応表を元に、例えば電場強度９２０〜８４０の範囲について、電場強度と位相差の対応関係を示す線を構築する。具体的には、図６に示すように、横軸を電場強度、縦軸を位相差とするｘ−ｙグラフ（縦横逆でもよい。）上に、対応表の値に基づく複数の点（ここでは５点）をプロットする。そして、プロットした点を直線または曲線（ベジェ曲線など）で接続する。もちろん、プロットした点について、最小二乗法を適用して回帰曲線を構築するようにしてもよい。このようにして構築した線（曲線または折れ線）を、電場強度９２０のときに位相差１８ｆｓ、電場強度８４０のときに位相差３０ｆｓに相当する点（またはその近傍）を通るように平行移動させる。これにより、電場強度と補正後の位相差との対応を示す補正線を取得することができる。この補正線から、各電場強度に対応する位相差を取得してもよい。電場強度１０００〜９２０の範囲の位相差についても、同様の要領で補正線を構築することができる。以上のように補正線を取得することで、検出された電場強度毎に、より精度の高い位相差を取得することが可能となる。このようにして取得された補正済みの位相差のデータは、記憶部３１に適宜保存される。
【００７８】
なお、実測に基づいて取得される、（電場強度９２０，位相差１８ｆｓ）、（電場強度８４０，位相差３０ｆｓ）および（電場強度１０００，位相差０ｆｓ）という３つの対応関係に基づき、電場強度と位相差の対応を示す曲線（以下、対応曲線という。）を生成してもよい。具体的には、横軸を電場強度、縦軸を位相差とするｘ−ｙグラフ（縦横逆でもよい。）上に、実測に基づく複数の点（ここでは３点）をプロットする。このプロットされた複数点に基づき、電場強度と位相差の対応関係を示す対応曲線を構築する。この対応曲線は、プロットした点をベジェ曲線で接続したり、または、プロットした点に対して最小二乗法を適用したりすることで取得することができる。このような対応曲線を利用すれば、上述の関数ｆ（ｔ）を使って電場強度から位相差を取得する工程（ステップＳ１９）を省略することが可能である。つまり、各検査領域について、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出しておき、該検出した電場強度を上記の要領で得た対応曲線に適用することで、対応する位相差を取得することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、ステップＳ１８において電場強度を取得し、さらにステップＳ１９において位相差を取得している。しかしながら、必ずしも、全ての検査領域において、位相差を演算により算出する必要はない。例えば、時間波形の関数が取得された時点で（ステップＳ１５）、代表的な複数の電場強度について、それぞれに対応する位相差を算出し、図６に示すようなテーブルを作成してもよい。これによれば、電場強度が取得された時点で、そのテーブルを参照することで、位相差を取得することができる。この場合、異なる検査領域で同じ電場強度が得られときに、重複して演算する必要がなくなるため、さらに高速に基板Ｗを検査することができる。
【００８０】
図２に戻って、基板検査装置１００は、ビア深度算出部２６によって、取得された位相差から、各検査領域に形成されている貫通ビアＷＨの深度を算出する（ステップＳ２２）。貫通ビアＷＨの深度の算出方法については、図８〜１０を参照しつつ説明する。
【００８１】
図８は、基板Ｗの表面のビア形成領域９２Ｒに形成されている貫通ビアＷＨを概念的に示す上面図である。図８に示した例では、半径ｒを有する貫通ビアＷＨが、横方向に長さＬのピッチで、縦方向Ｙに長さｍのピッチで格子状になど間隔に配置されている。そのため、このビア形成領域９２Ｒにおける開口率ＯＲは、次式（１）で表される。
【００８２】
【数１】
【００８３】
なお、ビア形成領域９２Ｒに貫通ビアＷＨが規則的に設けられていない場合でも、開口率ＯＲを求めることはできる。例えば、所定の大きさの区域を適当に規定し、その区域内にある貫通ビアＷＨの開口面積を該区域の面積で除算することにより、開口率ＯＲが取得される。ここで、区域の最適な大きさは、基板検査装置１００の光学系の装置構成によって異なり得る。このため、予備的な実験に基づいて、適切な区域の大きさが決定されることが望ましい。
【００８４】
図９は、貫通ビアＷＨが形成されたビア形成領域９２Ｒを示す概略斜視図である。図９に示した貫通ビアＷＨは、半径がｒ、深さがｘで表される略円柱状の凹部空間として形成されている。また図９では、貫通ビアＷＨが形成されている基板Ｗ自体の厚みをｙとしている。
【００８５】
図９に示したビア形成領域９２Ｒの体積は、ｌ・ｍ・ｙで求められ、貫通ビアＷＨの体積（空洞体積）は、π・ｒ2・ｘで求められる。したがって、ビア形成領域９２Ｒにおける単位体積当たりの空洞体積比（以下、空洞率と称する。）ＨＲは、開口率ＯＲを用いて、次式（２）で表される。
【００８６】
【数２】
【００８７】
図１０は、平坦領域９１Ｒおよびビア形成領域９２Ｒのそれぞれを透過するテラヘルツ波を示す概念図である。ここで、ビア形成領域９２Ｒにおける基板Ｗの屈折率は、貫通ビアＷＨが形成されていることにより、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの屈折率とは異なるものとして扱うことができる。そこで、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの屈折率をｎ１とし、ビア形成領域９２Ｒの近似的に屈折率ｎ２とする。すると、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波の速度（位相速度）Ｖ１は、ｃ／ｎ１と表され、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波の速度はｃ／ｎ２と表される（ｃは光速）。また、ステップＳ１８〜ステップＳ２１で取得された位相差ΔＴは、屈折率ｎ１，ｎ２を用いて、次式（３）で表すことができる。
【００８８】
【数３】
【００８９】
ここで、ビア形成領域９２Ｒの近似的な屈折率ｎ２が、平坦領域９１Ｒの屈折率ｎ１と異なるのは、貫通ビアＷＨにより空洞空間が形成されていることに起因する。ここで、空洞空間が、屈折率ｎｈの物質で充填されているとすると、屈折率ｎ２は、次式（４−１）で表される。特に、貫通ビアＷＨ内の空洞空間が、ほぼ空気で充填されている場合、基板Ｗの屈折率が空気の屈折率に比べて十分に大きいとすると、この空洞空間の屈折率は真空の屈折率（＝１）に近似される。この場合の屈折率ｎ２は、次式（４−２）で表される。
【００９０】
【数４】
【００９１】
ここで、式（４−１）（または式（４−２））を式（３）に代入すると、位相差ΔＴは、次式（５−１）（または式（５−２））で表される。
【００９２】
【数５】
【００９３】
さらに式（５−１）（または式（５−２））を変形することにより、貫通ビアＷＨの深さｘは、それぞれ次式（６−１）（または式（６−２））で表される。
【００９４】
【数６】
【００９５】
式（６−１）（または式（６−２））に、ステップＳにて取得された屈折率ｎ１と、ステップＳ１６にて取得された開口率ＯＲを代入することによって、貫通ビアＷＨの深さｘを算出することができる。以上のようにして、基板検査装置１００は、取得した貫通ビアＷＨの深さｘを取得し、記憶部３１に保存する。
【００９６】
式（６−１）（または式（６−２））から求められるｘの値は、そのまま貫通ビアＷＨの深さとなる。しかしながら、これらの式から求められる貫通ビアＷＨの深さは、ビア形成領域９２Ｒに形成されている貫通ビアＷＨの数に関わらず、開口率ＯＲに基づいて貫通ビアＷＨの深度が算出される。したがって、ビア形成領域９２Ｒに複数の貫通ビアＷＨが含まれる場合、式（６−１）（または式（６−２））で求められる深さｘは、これら複数の貫通ビアＷＨの深さを平均化した値となる。
【００９７】
図２に戻って、検査領域毎に、貫通ビアＷＨの深さが取得されると、基板検査装置１００は、画像生成部２７によって、基板Ｗにおける貫通ビアＷＨの深さの分布を表現した画像を生成する。
【００９８】
図１１は、表示部３３に表示される検査結果の表示例を示す図である。図１１では、所定の間隔（例えば、５ｍｍ間隔）で基板Ｗを走査して、基板Ｗの複数の検査領域における貫通ビアＷＨの深さを測定した結果を示している。
【００９９】
図１１に示した表示画像３３Ｉは、検査によって取得された貫通ビアＷＨの深さに応じて、各検査領域に相当する各領域を複数の色で塗り分けた、深度分布図となっている。なお、領域毎の貫通ビアＷＨの深さの違いは、グレースケールカラー、フルカラー、または網点による疑似カラーで表現することができる。また、貫通ビアＷＨの深さの違いは、検査領域に相当する各領域にアルファベットなどの文字、記号または図形などがラベル付けされることにより、識別可能に表現されていてもよい。また、領域毎に、貫通ビアＷＨの深さを示す数値が表示されるようにしてもよい。このような表示画像３３Ｉを表示部３３に表示することによって、基板Ｗの広い範囲に渡って、貫通ビアＷＨの深さの分布を視覚的に把握することができる。したがって、貫通ビアＷＨの形成不良となっている基板Ｗ上の位置を即座に特定することができる。
【０１００】
以上が、基板検査装置１００による、基板Ｗの基板検査工程の説明である。
【０１０１】
本実施形態では、検査領域に対しては、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出することで、基準領域を透過したテラヘルツ波との位相差が取得される。このため、非破壊、非接触で、かつ短時間のうちに、基板Ｗに形成された貫通ビアＷの深度を検査することが可能となっている。特に、半導体３次元デバイスなどでは、半導体ウエハを利用する。そのため、貫通ビアＷＨの深さについては、半導体ウエハ全体でおおよその深さの分布を調べる必要がある。ここで、全ての検査領域について、テラヘルツ波の時間波形を構築し、基準となるテラヘルツ波の時間波形との位相差を算出すると、多大な時間が必要となる。これに対して、本実施形態では、検査領域を透過したテラヘルツ波の特定の検出タイミングで電場強度を検出することで位相差を取得することができる。したがって、極めて高速に半導体ウエハの全域を検査することができる。
【０１０２】
｛２． 第２実施形態｝
上記実施形態において説明した方法では、貫通ビアＷＨを円柱状として扱っている。しかしながら、円柱状でない貫通ビアであっても、基板検査装置１００によってその深度を検査することは可能である。
【０１０３】
図１２は、第２実施形態に係る貫通ビアＷＨａを示す断面図である。貫通ビアＷＨａは、上面が半径ｒ１、下面が半径ｒ２、深さｈの円錐台となっている。また、貫通ビアＷＨａは、図８に示した貫通ビアＷＨと同様に、横方向にピッチｌ、縦方向Ｙにピッチｍの間隔で並んでいるものとする。ここで、円錐台の体積をＳとすると、貫通ビアＷＨａを含むビア形成領域９２Ｒの空洞率ＨＲａは、Ｓ／（ｍ・ｌ・ｙ）となる。この空洞率ＨＲａを式（４−１）（または式（４−２））中の空洞率ＨＲに代入して屈折率ｎ２を求め、さらにこの屈折率ｎ２を式（３）に代入することによって、次式（７−１）（または次式（７−２））が導きだされる。
【０１０４】
【数７】
【０１０５】
また、図１２に示した貫通ビアＷＨａの体積Ｓは、次式（８）で表すことができる。
【０１０６】
【数８】
【０１０７】
式（８）と、式（７−１）（または式（７−２））とから、貫通ビアＷＨａの深度ｈは、次式（９−１）（または次式（９−２））のように表される。
【０１０８】
【数９】
【０１０９】
式（９−１）（または式（９−２））に、各測定値を代入することによって、深度ｈを取得することができる。なお、式（９−１）（または式（９−２））において、半径ｒ１については可視光顕微鏡などを用いて、比較的容易に取得することができる。これに対して、半径ｒ２については、取得困難な場合がある。このような場合は、半径ｒ１の値からあらかじめ用意された円錐台モデルを適用して、半径ｒ２を推定するようにしてもよい。この円錘台モデルは、例えばＣＡＤデータなどの設計値に基づいて構築することができる。また、半径ｒ２の値として、ＣＡＤデータなどの設計図から取得される半径ｒ２の設計値を仮の値として式（９−１）または式（９−２）に代入し、深さｈを算出するようにしてもよい。このとき、算出された深さｈが設計値から外れている場合、貫通ビアＷＨａが設計通りに形成されていないことを把握することができる。
【０１１０】
｛３． 変形例｝
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１１１】
例えば、第１実施形態では、式（８−１）に基づき、各検査領域での貫通ビアＷＨの深さｘが定量的な長さとして算出されている。しかしながら、基板検査装置１００が、検査結果である貫通ビアＷＨの深さを、ある基準値に対する相対的な値として取得することも可能である。例えば、式（６−１）中の屈折率ｎ１は、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの固有の値であるため、各検査領域での貫通ビアＷＨの深さは、位相差ΔＴと開口率ＯＲで決まる。そこで、屈折率ｎ１の取得を省略したとしても、位相差ΔＴと開口率ＯＲとに基づいて、各検査領域における貫通ビアＷＨの深さを、ある基準値に対する相対的な値として取得することが可能である。
【０１１２】
また、上記実施形態では、円柱状の貫通ビアＷＨ、または、円錐台状の貫通ビアＷＨａの深さを求める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、深さを特定できる凹部はこのような形状のものに限定されない。本願発明は凹部の形状が、多角柱、多角錐台、円錐または多角錐など他、様々な立体形状である場合にも有効である。
【０１１３】
また、上記実施形態では、基板Ｗの表面の貫通ビアＷＨの深度を測定する例を挙げているが、基板検査装置１００の検査対象は、これに限定されるものではない。微小電気機械素子（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に形成される凹部の深度を検査することができる。なお、具体的なＭＥＭＳとしては、例えば、デジタルミラーデバイスや加速度センサや圧力センサ、インクジェットプリンタなどのヘッドといったものが挙げられる。
【０１１４】
図１３は、ＭＥＭＳが形成された基板ＷＢ表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。図１３に示した例では、基板ＷＢの表面に、相互に並行に延びる溝状の凹部ＷＨｂが複数形成されている。基板検査装置１００によると、このような凹部ＷＨｂが形成された基板ＷＢ表面の開口率を取得することによって、凹部ＷＨｂの深度を取得することができる。なお、基板ＷＢの開口率は、基板ＷＢの観察像から直接取得するようにしてもよいし、または、隣接する凹部ＷＢの形成間隔（ピッチ）を用いた演算に基づいて取得するようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態に係る基板検査装置１００では、基板Ｗに設けられた貫通ビアＷＨ，ＷＨａといった微小な凹部の深度について検査している。しかしながら、本願発明は、基板Ｗの厚さを検査する場合にも有効である。例えば、検査領域の基板の厚みが基準領域における基板の厚みよりも薄い場合、検査領域は、基準領域に対して凹んでいる（つまり凹部を形成している。）と捉えることができる。そして、この場合の検査領域の凹部の開口率を「１」とすることにより、上述した数式を利用して、この凹部の深度を定量的に算出することが可能である。また、基板検査装置１００は、基板の厚みの均一性を検査することにも適用できる。このような基板全体についての検査結果を、図１１に示したような画像を表示部３３に表示することによって、基板の厚みが不均一な部分を容易に特定することができる。
【０１１６】
また、制御部１６、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、関数取得部２３、位相差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６、および、画像生成部２７の処理部は、専用の回路などでハードウェア的に実現してもよいし、これら処理部の機能の一部または全部を、コンピュータを利用して、ソフトウェア的に実現してもよい。
【０１１７】
なお、上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１００ 基板検査装置
１１ レーザ光源
１２ 照射部
１３ 検出部
１４ 遅延部
１５ 移動機構
１６ 制御部
２１ 制御部
２１ 時間波形構築部
２２ 屈折率取得部
２３ 関数取得部
２４ 位相差取得部
２５ 開口率取得部
２６ ビア深度算出部
２７ 画像生成部
３１ 記憶部
３２ 入力部
３３ 表示部
３３Ｉ 表示画像
４１〜４７ 時間波形
５１ プローブ光
９１Ｒ 平坦領域
９２Ｒ ビア形成領域
ＷＨ，ＷＨａ 貫通ビア
ＷＨｂ 凹部
ＬＰ１１ ポンプ光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ テラヘルツ波
ＯＲ 開口率
Ｗ，ＷＢ 基板
ＷＢ 基板
ｎ１ 屈折率
ｔ１〜ｔ８ 検出タイミング
ΔＴ 位相差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を検査する基板検査装置であって、
ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、
プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、
前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、
基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部と、
凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで前記検出部により検出される前記電磁波強度と、前記時間波形とを比較することにより、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する位相差取得部と、
を備える基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板検査装置において、
前記検出部により検出される前記第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となる検出タイミングで、前記検出部により前記第２電磁波パルスの電磁波強度が検出されるように、前記遅延部が前記時間差を調整する基板検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板検査装置において、
前記第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する関数取得部、をさらに備え、
前記位相差取得部は、前記曲線関数と、前記検出部により検出された前記第２電磁波パルスの前記電磁波強度とに基づいて、前記位相差を取得する基板検査装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記検出部にて検出される電磁波強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板検査装置において、
前記第２領域には、凹部が形成されており、
前記凹部の開口面積に基づいて、前記第２領域の開口率を取得する開口率取得部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記位相差取得部によって取得される前記位相差に基づいて、前記基板における凹部の深度の分布を表現した画像を生成する画像生成部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記時間波形構築部は、
第３領域を透過した第３電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築し、
前記第３電磁波パルスの時間波形と前記第１電磁波パルスの時間波形との位相差とを補正基準として、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を補正する補正部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である基板検査装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる基板検査装置。
【請求項１１】
基板を検査する基板検査方法であって、
ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を連続的に変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、を備える基板検査装置において、
(a) 基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する工程と、
(b) 凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで検出される電磁波強度と、前記(a)工程にて構築された前記時間波形とから、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する工程と、
を含む基板検査方法。
【請求項１】
基板を検査する基板検査装置であって、
ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、
プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、
前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、
基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部と、
凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで前記検出部により検出される前記電磁波強度と、前記時間波形とを比較することにより、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する位相差取得部と、
を備える基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板検査装置において、
前記検出部により検出される前記第１電磁波パルスの電磁波強度が略最大となる検出タイミングで、前記検出部により前記第２電磁波パルスの電磁波強度が検出されるように、前記遅延部が前記時間差を調整する基板検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板検査装置において、
前記第１電磁波パルスの時間波形に近似した曲線を表す関数を取得する関数取得部、をさらに備え、
前記位相差取得部は、前記曲線関数と、前記検出部により検出された前記第２電磁波パルスの前記電磁波強度とに基づいて、前記位相差を取得する基板検査装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記検出部にて検出される電磁波強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板検査装置において、
前記第２領域には、凹部が形成されており、
前記凹部の開口面積に基づいて、前記第２領域の開口率を取得する開口率取得部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記位相差取得部によって取得される前記位相差に基づいて、前記基板における凹部の深度の分布を表現した画像を生成する画像生成部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記時間波形構築部は、
第３領域を透過した第３電磁波パルスについて、相互に異なる複数の前記検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築し、
前記第３電磁波パルスの時間波形と前記第１電磁波パルスの時間波形との位相差とを補正基準として、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を補正する補正部、
をさらに備える基板検査装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である基板検査装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる基板検査装置。
【請求項１１】
基板を検査する基板検査方法であって、
ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記電磁波パルスが前記検出部に到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を連続的に変更することにより、前記検出部による検出タイミングを遅延させる遅延部と、を備える基板検査装置において、
(a) 基板の第１領域を透過した第１電磁波パルスについて、相互に異なる複数の検出タイミングで検出される複数の前記電磁波強度から、時間波形を構築する工程と、
(b) 凹部を有する基板の第２領域を透過した第２電磁波パルスについて、特定の検出タイミングで検出される電磁波強度と、前記(a)工程にて構築された前記時間波形とから、前記第１電磁波パルスと前記第２電磁波パルスの位相差を取得する工程と、
を含む基板検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０９４５８（Ｐ２０１２−２０９４５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４７３０（Ｐ２０１１−７４７３０）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]