微分干渉型検査装置
【課題】簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節する。
【解決手段】試料３に照射する光を発する光源７と、光源７からの光を２つの光路に分岐して試料３の異なる場所に照射する照明光学系１０と、照明光学系１０により試料３に照射された光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系２０とを備え、照明光学系１０が、光源７からの光を２つの光路に分岐して第１の偏光光１５Ａを反射し第２の偏光光１５Ｂを透過する光路分岐部１６と、光路分岐部１６を透過した第２の偏光光１５Ｂを光路分岐部１６によって反射された第２の偏光光１５Ｂに対して平行な方向に反射する第１のミラー１７と、第１のミラー１７と光路分岐部１６との相対距離を調節する間隔調整機構とを備える微分干渉型検査装置１を提供する。
【解決手段】試料３に照射する光を発する光源７と、光源７からの光を２つの光路に分岐して試料３の異なる場所に照射する照明光学系１０と、照明光学系１０により試料３に照射された光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系２０とを備え、照明光学系１０が、光源７からの光を２つの光路に分岐して第１の偏光光１５Ａを反射し第２の偏光光１５Ｂを透過する光路分岐部１６と、光路分岐部１６を透過した第２の偏光光１５Ｂを光路分岐部１６によって反射された第２の偏光光１５Ｂに対して平行な方向に反射する第１のミラー１７と、第１のミラー１７と光路分岐部１６との相対距離を調節する間隔調整機構とを備える微分干渉型検査装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分干渉型検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ検査において、パターンの微細化とウエハの大型化に伴い、比較的大きなサイズの欠陥に対してはウエハ全数検査を自動的に行うマクロ検査装置の要求が増えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の表面欠陥検査装置は、ライン照明部およびラインセンサと基板とをライン状の照明領域の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させることによって２次元の観察画像を取得するようになっている。しかし、このような従来の検査装置では、パターン付き平坦面上の傷や異物などの凹凸欠陥とパターンの模様との区別がつき難く、凹凸欠陥だけをコントラスト高く観察することは難しい。
【０００４】
ここで、原理的に試料表面の凹凸に対し感度が高い観察方法として、落射型の微分干渉像を取得する微分干渉顕微鏡が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の微分干渉顕微鏡は、微分干渉像のコントラストや解像力を決める重量なパラメータである２光線の横ずらし量（いわゆる、シャー量）を可変にすることで、高精度の微分干渉観察を行うことができるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６１３６５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の微分干渉顕微鏡は、対をなす楔状の結晶板を通過する直線偏光に対して、結晶板の一方を照明光学系の光軸方向に直交する方向に移動して結晶板の光軸方向の厚さを変化させることでシャー量を変えるものであり、シャー量を微調整することしかできないという問題がある。また、シャー量を微調整する構成としてノマルスキープリズムを使用したのでは高価になるという不都合がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる微分干渉型検査装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、試料に照射する光を発する光源と、該光源からの前記光を２つの光路に分岐して前記試料の異なる場所に照射する照明光学系と、該照明光学系により前記試料に照射された前記光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系とを備え、前記照明光学系が、前記光源からの前記光を前記２つの光路に分岐して一方の光を反射し他方の光を透過する光路分岐部材と、該光路分岐部材を透過した前記他方の光を前記光路分岐部材によって反射された前記一方の光に対して平行な方向に反射する平行反射部材と、該平行反射部材と前記光路分岐部材との相対距離を調節する距離調節機構とを備える微分干渉型検査装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、撮影光学系により、光路分岐部材および平行反射部材によって分岐された２つの光路の光軸に直交する方向の距離、すなわち、横ずらし量（以下「シャー量」という。）に応じたコントラストおよび解像度で、試料の微小段差が立体的に可視化された微分干渉像が取得される。
【００１０】
この場合に、光路分岐部材によって反射される一方の光に対して、光路分岐部材を透過した他方の光を平行反射部材によって平行な方向に反射することで、シャー量を平行反射部材と光路分岐部材との距離に応じて決定することができる。また、距離調節機構により平行反射部材と光路分岐部材との相対距離を調節することで、シャー量を変更することができる。したがって、高価なノマルスキープリズムを使用することなく、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記撮像光学系が縮小光学系を備えることとしてもよい。
このように構成することで、マクロ観察を行うことできる。例えば、回路基板の検査において、比較的に広い検査範囲を縮小光学系により縮小してマクロ的に観察することができる。
【００１２】
また、回路基板上で所定のパターンが繰り返される場合に、距離調節機構により、パターンの繰り返し周期の整数倍に一致するシャー量を確保することで、パターンの干渉像の発生を抑えて、パターンの中に存在する傷や異物などの欠陥のみを際立たせることができる。したがって、回路基板上にパターンが存在する場合であっても、パターンと欠陥とのコントラストが向上し欠陥を良好に検出することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記光路分岐部材がビームスプリッタであり、前記平行反射部材がミラーであることとしてもよい。
このように構成することで、光源から発せられた光を、簡易かつ安価な構成で、光軸に直交する方向に比較的広い範囲に間隔をあけて平行に配置された２つの光路に分解することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記光路分岐部材が偏光ビームスプリッタであることとしてもよい。
このように構成することで、光源から発せられた光を相互に直交する偏光面を有する２つの偏光光に分岐することができ、干渉を効率よく行わせることができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐される前記光の位相を調整する位相差調整機構を備えることとしてもよい。
【００１６】
このように構成することで、２つの光路に分岐された光を試料の形状に適した位相差に設定することができる。したがって、例えば、回路基板の検査において、位相差調整機構により、欠陥のない正常なパターンの微分干渉像が比較的暗くなるように位相差を設定することで、欠陥のＳ／Ｎ比（シグナルノイズ比）を向上することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記撮影光学系に、前記２つの光路の光路長を調節する光路長調節機構を備えることとしてもよい。
平行反射部材と光路分岐部材との相対距離に応じて僅かに発生する撮影光学系側の光路長差を補正することで、２つの光路の反射光による像を同じフォーカス位置に結ぶことができる。したがって、鮮明な微分干渉像を取得することができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐された前記光の断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を備え、前記試料と前記照明光学系および前記撮影光学系とを前記ライン状の光に交差する方向に相対的に移動させる移動機構を備えることとしてもよい。
【００１９】
このように構成することで、２次元の微分干渉像を取得することができる。したがって、例えば、回路基板の検査において、１度の撮影で回路基板の表面全体の微分干渉像を取得することができ、検査効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る微分干渉型検査装置１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る微分干渉型検査装置１は、例えば、半導体基板やＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）等の試料の繰り返し構造を持つパターンに付いた傷や異物等の欠陥を検査するためのものである。
【００２２】
微分干渉型検査装置１は、図１および図２に示すように、試料３を配置する一軸ステージ５と、試料３に照射する光を発する光源７と、光源７から発せられた光を２つの光路に分岐して試料３の異なる場所に照射する照明光学系１０と、照明光学系１０により試料３に照射された光の反射光を合成して得られた光を撮影する撮影光学系２０と、これら一軸ステージ５、照明光学系１０および撮影光学系２０の作動を制御する制御機構９とを備えている。
【００２３】
一軸ステージ５は、図示しない移動機構を備え、一方向（図１において矢印Ｙ方向）に移動可能に配置されている。この一軸ステージ５は、画像入力部３５および画像処理部３７に接続されている。
【００２４】
照明光学系１０は、光源７から発せられた光が入射される投影レンズ１１と、投影レンズ１１を透過した光を直線偏光に変換する偏光板１３と、直線偏光に１／４波長の位相差を生じさせる１／４波長板１４と、直線偏光を２つの光路に分岐する光路分岐部（光路分岐部材、偏光ビーム・スプリッタ）１６と、光路分岐部１６を透過した光を反射する第１のミラー（平行反射部材）１７と、第１のコリメートレンズ１９とを備えている。
【００２５】
光源７は、例えば、純単色の波長の光を発生するようになっている。
投影レンズ１１は、光源７からの光を一軸ステージ５の移動方向に直交する方向に延びる長方形状に整形して試料３に拡大投影するものである。
【００２６】
偏光板１３は、一定方向に振動している光のみを透過させる性質を有している。また、偏光板１３は、例えば、円盤形状を有し、投影レンズ１１を透過した光の光軸を中心として回転可能に配置されている。この偏光板１３と１／４波長板１４は、透過する光の変更状態を変えて、光路分岐部１６に入射する光の位相差を０〜λまでの間で変更するようになっている。
【００２７】
光路分岐部１６は、例えば、キューブ型のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）であり、入射した直線偏光を相互に直交する偏光面を有する２つの偏光光に分岐するようになっている。この光路分岐部１６は、１／４波長板１４を透過した直線偏光が入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されており、入射面に垂直な方向に振動する光（以下「第１の偏光光」という。）１５Ａを略直角に反射し、入射面内に振動方向を持つ光（以下「第２の偏光光」という。）１５Ｂを透過するようになっている。
【００２８】
第１のミラー１７は、光路分岐部１６の反射面に対して平行に配置された反射面を有し、光路分岐部１６を透過した第２の偏光光１５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。また、第１のミラー１７は、光路分岐部１６に対して平行な状態を保ったまま、光路分岐部１６に対して近づく方向および遠ざかる方向に移動可能に配置されている。
【００２９】
この第１のミラー１７は、第２の偏光光１５Ｂを光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して平行な方向に反射するようになっている。第１のミラー１７によって反射された第２の偏光光１５Ｂは、光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔに依存する距離だけ光軸方向に直交する方向に間隔をあけて配置される。以下、第１の偏光光１５Ａの光路と第２の偏光光１５Ｂの光路との光軸に直交する方向の距離、すなわち、横ずらし量をシャー量という。
【００３０】
第１のコリメートレンズ１９は、投影レンズ１１との作用により第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を構成するものであり、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂを試料３上に略平行光として照射するようになっている。なお、試料３に照射された第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの横ずれ量を符号δとする。
以下、試料３において反射される第１の偏光光１５Ａの反射光を第１の反射光２５Ａといい、第２の偏光光１５Ｂの反射光を第２の反射光２５Ｂという。
【００３１】
撮影光学系２０は、試料３から反射された第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが入射される第２のコリメートレンズ２１と、第２のコリメートレンズ２１を通過した第２の反射光２５Ｂを反射する第２のミラー２４と、第１の反射光２５Ａと第２の反射光２５Ｂとを合成する偏光合成部（偏光ビームスプリッタ）２３と、偏光合成部２３によって合成された光から干渉信号を抽出する検光子２６と、撮像レンズ２７と、撮像レンズ２７を透過した光を撮影するラインセンサ２９とを備えている。
【００３２】
また、第２のコリメートレンズ２１と偏光合成部２３との間の第１の反射光２５Ａの光路上には、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長を補正する光路長補正素子６９が配置されている。光路長補正素子６９は、例えば、ガラス板等である。
【００３３】
偏光合成部２３は、例えば、キューブ型のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）である。この偏光合成部２３は、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂの光路上に設けられ、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。また、偏光合成部２３は、入射面に垂直な方向に振動する第１の反射光２５Ａを反射し、入射面に振動方向を持つ第２の反射光２５Ｂを透過するようになっている。
【００３４】
第２のミラー２４は、偏光合成部２３の反射面に対して平行に配置された反射面を有し、偏光合成部２３を透過した第２の反射光２５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。第２のミラー２４は、偏光合成部２３に対して平行な状態を保ったまま、偏光合成部２３に対して近づく方向および遠ざかる方向に移動可能に配置されている。
【００３５】
第２のミラー２４は、第２の反射光２５Ｂを偏光合成部２３によって反射された第１の反射光２５Ａの光路上に第１の反射光２５Ａと平行に反射するようになっている。第２のミラー２４により反射された第２の反射光２５Ｂは、偏光合成部２３を再び透過する際に第１の反射光２５Ａと合成されて出射される。
【００３６】
撮像レンズ２７は、第２のコリメートレンズ２１との作用により試料３の長方形状の照射エリアを縮小投影する縮小光学系を構成するものである。また、撮像レンズ２７は、検光子２６により抽出された干渉信号に基づき、ラインセンサ２９上に試料３の微分干渉像を形成するようになっている。
【００３７】
ラインセンサ２９は、撮像レンズ２７を透過した光の光軸方向に移動可能に配置されている。このラインセンサ２９は、画像入力部３５および画像処理部３７に接続されている。
【００３８】
制御機構９は、各種試料の形状等に適した検査条件を記憶する記憶部３１と、第１のミラー１７と光路分岐部１６の間隔ｔおよび第２のミラー２４と偏光合成部２３の間隔ｔをそれぞれ調整する間隔調整機構４１と、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの位相差を調整する位相差調整機構５１と、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長補正を調整する光路長補正機構６１と、これら記憶部３１、間隔調整機構４１、位相差調整機構５１、光路長補正機構６１とラインセンサ２９および一軸ステージ５を制御する制御部３３とを備えている。
【００３９】
記憶部３１には、例えば、試料ごとの繰り返しパターンの周期等が検査条件として記憶されている。検査条件に基づき、パターンの繰返し周期の整数倍に一致するシャー量を確保するように各調整機構を作動させることで、パターンの微分干渉像の発生を抑えて、パターンの中に存在する欠陥のみを際立たせることができる、
【００４０】
間隔調整機構（距離調節機構）４１は、第１のミラー１７を移動させる第１ミラー駆動部４３と、第２のミラー２４を移動させる第２ミラー駆動部４５と、第１のミラー１７および第２のミラー２４の位置を設定する間隔設定部４７とを備えている。
【００４１】
光路分岐部１６によって反射される第１の偏光光１５Ａに対して、第２の偏光光１５Ｂを第１のミラー１７によって平行な方向に反射することで、シャー量が第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離ｔに応じて決定される。また、間隔調整機構４１により第１のミラー１７と光路分岐部１６との間隔を調整することで、シャー量が変更される。なお、間隔設定部４７は、第１ミラー駆動部４３および第２ミラー駆動部４５を連動して作動させるようになっている。
【００４２】
位相差調整機構５１は、偏光板１３を光軸を中心として回転させる偏光板回転駆動部５３と、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの位相差を設定する位相差設定部５７とを備えている。位相差設定部５７は、偏光板回転駆動部５３を介して、偏光板１３を回転させるようになっている。
【００４３】
光路長補正機構６１は、第１の反射光２５Ａの光路上に光路長補正素子６９を挿入する光路長補正素子挿脱駆動部６３と、ラインセンサ２９を光軸方向に移動するラインセンサ駆動部６５と、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長の補正量を設定する光路長補正量設定部６７とを備えている。
【００４４】
光路長補正量設定部６７は、光路長補正素子挿脱駆動部６３を介して、厚さが異なる複数の光路長補正素子６９から適切な厚さのものを選択し、選択した光路長補正素子６９を第１の反射光２５Ａの光路中に挿入するようになっている。また、光路長補正量設定部６７は、ラインセンサ駆動部６５を介して、ラインセンサ２９を光軸方向に移動させるようになっている。
【００４５】
このように構成された本実施形態に係る微分干渉型検査装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る微分干渉型検査装置１により試料３の表面を検査するには、まず、一軸ステージ５上に試料３を配置し、制御部３３に検査開始信号を入力する。制御部３３においては、記憶部３１から試料３に適した検査条件が読み出され、間隔調整機構４１、位相差調整機構５７および光路長補正機構６１に対して検査条件が出力される。
【００４６】
間隔調整機構４１においては、間隔設定部４７により、入力された検査条件に基づいて第１ミラー駆動部４３および第２ミラー駆動部４５が駆動される。これにより、適切なシャー量となるように第１のミラー１７および第２のミラー２４が移動し、第１のミラー１７と光路分岐部１６の間隔ｔおよび第２のミラー２４と偏光合成部２３の間隔ｔがそれぞれ調整される。
【００４７】
位相差調整機構５７においては、位相差設定部５７により、入力された検査条件に基づいて偏光板回転駆動部５３が駆動される。これにより、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの位相差が適切な位相量になるように偏光板１３が回転する。
【００４８】
光路長補正機構６１においては、光路長補正量設定部６７により、入力された検査条件に基づいて光路長補正素子挿脱駆動部６３およびラインセンサ駆動部６５が駆動される。光路長補正素子挿脱駆動部６３により、適切な厚さの光路長補正素子６９が選択されて第１の反射光２５Ａの光路中に挿入される。また、ラインセンサ駆動部６５により、ラインセンサ２９が光軸方向に設定量分移動させられる。
【００４９】
間隔調整機構４１、位相差調整機構５７および光路長補正機構６１による調整が終了すると、制御部３３により、ラインセンサ２９に撮影開始指示が出力され、一軸ステージ５に捜査開始指示が出力される。また、制御部３３により、画像入力部３５に対して一軸ステージ５の取り込み開始信号が入力される。
【００５０】
光源７から発せられた光は、投影レンズ１１を通った後、偏光板１３および１／４波長板１４を順に通過する。偏光板回転駆動部５３により偏光板１３を回転することで、偏光板１３を通過した直線偏光の２つの偏光光（第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂ）の位相差が調整される。例えば、欠陥がない正常なパターンでは微分干渉像が比較的暗くなるように位相差を設定することで、欠陥のＳ／Ｎ比（シグナルノイズ比）を向上することができる。
【００５１】
偏光板１３および１／４波長板１４を通過した直線偏光は、光路分離部１６に到達して互いに直交する２つの偏光光に分岐される。具体的には、第１の偏光光１５Ａは光路分離部１６によって反射され、第２の偏光光１５Ｂは光路分離部１６を透過した後、第１のミラー１７によって第１の偏光光１５Ａに平行する方向に反射される。
【００５２】
この場合に、第２の偏光光１５Ｂは、光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔに依存する距離ｔだけ光軸方向に直交する方向に間隔をあけて配置される。
【００５３】
第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂは、第１のコリメートレンズ１９を透過して一軸ステージ５の移動方向に直交するライン状の略平行光となり、試料３上に光軸に直交する方向に横ずれ量δの間隔をあけてそれぞれ照射される。
【００５４】
この場合に、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔと、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの試料３上の横ずれ量δとの関係は、
（式１）δ≒ｔ／ｓｉｎ（４５ｄｅｇ）≒１．４ｔ
で表される。（式１）は、光源７から光路分離部１６への直線偏光の入射角度が４５°、試料３への第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの入射角度が０°に近い場合を例示している。（式１）より、間隔ｔに応じて試料３上の第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの横ずれ量δが変わることが導かれる。
【００５５】
試料３のそれぞれの位置で反射された第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂは、それぞれ第２のコリメートレンズ２１を通り、第１の反射光２５Ａのみ光路長補正素子６９を通過して、それぞれ偏光合成部２３に到達する。
【００５６】
第１の反射光２５Ａが光路長補正素子６９を通過することで、間隔ｔに応じて発生する撮像光学系側の光路長差を補正し、第１の反射光２５Ａと第２の反射光２５Ｂとによる像を同じフォーカス位置に結ばせることができる。
【００５７】
第１の反射光２５Ａは偏光合成部２３によって反射され、第２の反射光２５Ｂは偏光合成部２３を透過した後、第２のミラー２４によって第１の反射光２５Ａの光路上に第１の反射光２５Ａと平行するように反射される。これにより、偏光合成部２３において、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが同じ光路上で重なって合成されて出射される。
【００５８】
偏光合成部２３により合成された光は、検光子２６において干渉信号が抽出され、撮像レンズ２７を透過してラインセンサ２９上に試料の像を形成する。この像は、例えば、試料３上で距離δだけ離れた隣接チップ間での微分干渉像となる。これにより、ラインセンサ２９により、シャー量に応じたコントラストおよび解像度で、試料３の微小段差が立体的に可視化された微分干渉像が取得される。
【００５９】
そして、画像入力部３５において、ラインセンサ２９からのラインデータが取得されて２次元画像が構築される。画像入力部３５により構築された２次元画像は、画像処理部３７に送られて欠陥検出が行われ、欠陥の有無の判定結果が出力される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態に係る微分干渉型顕微鏡１によれば、全数検査によって、試料３の比較的に広い検査範囲を縮小したマクロ観察を行うことができる。また、試料３に照射する第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂのシャー量が第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離ｔに応じて決定され、第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離を調節することでシャー量を変更することができる。したがって、高価なノマルスキープリズムを使用することなく、簡易かつ安価に試料３の形状に合わせて比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる。例えば、シャー量を変更して、複数のチップを含むパターン単位で微分干渉像を取得してマクロ的に観察することとしてもよい。
【００６１】
なお、本実施形態においては、ラインセンサ２９、もしくは、ラインセンサ２９および撮像レンズ２７を光路長の変化分だけ光軸方向に移動可能に設定しておくこととしてもよい。このようにすることで、間隔ｔに応じて僅かに発生する横倍率の試料３ごとの変化を防ぎ、欠陥座標のばらつき等をなくすことができる。
また、本実施形態のおいては、光路分離部１６および偏光合成部２３として、キューブ型のＰＢＳを例示して説明したが、これに代えて、例えば、キューブ型のＰＢＳを変形したものでもよいし、ワイヤグリッド型のＰＢＳを採用することとしてもよい。ワイヤグリッド型のＰＢＳは薄いガラス基板状であるため、シャー量を１ｍｍ以下の小さい量に設定する場合に有効である。
【００６２】
また、本実施形態においては、光源７から発せられた光を光路分離部１６により偏光分離することとしたが、光路分離部１６に代えて、例えば、ビームスプリッタやハーフミラーを採用することとしてもよい。この場合、例えば、ハーフミラーにより光を２つの光路に位置ずらしするだけで微分干渉像を取得することができる。また、２次、３次の反射光が発生するので、余分な光をハーフミラーのコーティングや絞り等によって適切に除去することで、比較的大きなシャー量による微分干渉像をより安価な構成で取得することが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態おいては、光源７が純単色の波長の光を発生することとしたが、白色の波長の光を発生することとしてもよい。また、本実施形態においては、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂの位相量を調整する手段として、位相差調整機構５７を例示して説明したが、これに代えて、光源７の使用波長を変えて対応することとしてもよい。また、例えば、試料３として、半導体ウエハを用いる場合には、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの横ずれした位置に隣接チップがない場合がある。この場合、一軸ステージ５に代えて回転ステージを採用し、試料３を４５°または９０°回転させて撮影することで、試料３上の全てのチップを検査することとしてもよい。
【００６４】
また、例えば、偏光合成部２３に絞りを設けて、有効な微分干渉像に寄与する光のみが撮像レンズ２７に到達するように設定することとしてもよい。このようにすることで、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが試料３の偏光特性を受けて楕円偏光となり偏光合成部２３の他の場所から反射光が発生する場合に対応することができる。また、間隔調整機構４１は、第１のミラー１７と光路分岐部１６および第２のミラー２４と偏光合成部２３との相対距離を調節するものであればよく、例えば、光路分岐部１６や偏光合成部２３を移動させることとしてもよい。
【００６５】
また、撮像レンズ２７と第２のコリメートレンズ２１とにより縮小光学系を構成してマクロ観察を行うことを例示して説明したが、これに代えて、拡大光学系を構成させることとしてもよい。また、第１のミラー１７および第２のミラー２４をマイクロミラーアレイで構成することとしてもよい。また、光路長補正や位相差調整には、位相差調整用の液晶等を採用することとしてもよい。また、ラインセンサ２９に代えて、ＣＣＤ等の２次元的な撮影手段を採用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る微分干渉型顕微鏡の概略構成図である。
【図２】図１の微分干渉型顕微鏡の制御機構を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 微分干渉型検査装置
３ 試料
７ 光源
１０ 照明光学系
１５Ａ 第１の偏光光
１５Ｂ 第２の偏光光
１６ 光路分岐部（光路分岐部材）
１７ 第１のミラー（平行反射部材）
２０ 撮影光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分干渉型検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ検査において、パターンの微細化とウエハの大型化に伴い、比較的大きなサイズの欠陥に対してはウエハ全数検査を自動的に行うマクロ検査装置の要求が増えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の表面欠陥検査装置は、ライン照明部およびラインセンサと基板とをライン状の照明領域の長手方向に対して交差する方向に相対的に移動させることによって２次元の観察画像を取得するようになっている。しかし、このような従来の検査装置では、パターン付き平坦面上の傷や異物などの凹凸欠陥とパターンの模様との区別がつき難く、凹凸欠陥だけをコントラスト高く観察することは難しい。
【０００４】
ここで、原理的に試料表面の凹凸に対し感度が高い観察方法として、落射型の微分干渉像を取得する微分干渉顕微鏡が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の微分干渉顕微鏡は、微分干渉像のコントラストや解像力を決める重量なパラメータである２光線の横ずらし量（いわゆる、シャー量）を可変にすることで、高精度の微分干渉観察を行うことができるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６１３６５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の微分干渉顕微鏡は、対をなす楔状の結晶板を通過する直線偏光に対して、結晶板の一方を照明光学系の光軸方向に直交する方向に移動して結晶板の光軸方向の厚さを変化させることでシャー量を変えるものであり、シャー量を微調整することしかできないという問題がある。また、シャー量を微調整する構成としてノマルスキープリズムを使用したのでは高価になるという不都合がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる微分干渉型検査装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、試料に照射する光を発する光源と、該光源からの前記光を２つの光路に分岐して前記試料の異なる場所に照射する照明光学系と、該照明光学系により前記試料に照射された前記光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系とを備え、前記照明光学系が、前記光源からの前記光を前記２つの光路に分岐して一方の光を反射し他方の光を透過する光路分岐部材と、該光路分岐部材を透過した前記他方の光を前記光路分岐部材によって反射された前記一方の光に対して平行な方向に反射する平行反射部材と、該平行反射部材と前記光路分岐部材との相対距離を調節する距離調節機構とを備える微分干渉型検査装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、撮影光学系により、光路分岐部材および平行反射部材によって分岐された２つの光路の光軸に直交する方向の距離、すなわち、横ずらし量（以下「シャー量」という。）に応じたコントラストおよび解像度で、試料の微小段差が立体的に可視化された微分干渉像が取得される。
【００１０】
この場合に、光路分岐部材によって反射される一方の光に対して、光路分岐部材を透過した他方の光を平行反射部材によって平行な方向に反射することで、シャー量を平行反射部材と光路分岐部材との距離に応じて決定することができる。また、距離調節機構により平行反射部材と光路分岐部材との相対距離を調節することで、シャー量を変更することができる。したがって、高価なノマルスキープリズムを使用することなく、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記撮像光学系が縮小光学系を備えることとしてもよい。
このように構成することで、マクロ観察を行うことできる。例えば、回路基板の検査において、比較的に広い検査範囲を縮小光学系により縮小してマクロ的に観察することができる。
【００１２】
また、回路基板上で所定のパターンが繰り返される場合に、距離調節機構により、パターンの繰り返し周期の整数倍に一致するシャー量を確保することで、パターンの干渉像の発生を抑えて、パターンの中に存在する傷や異物などの欠陥のみを際立たせることができる。したがって、回路基板上にパターンが存在する場合であっても、パターンと欠陥とのコントラストが向上し欠陥を良好に検出することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記光路分岐部材がビームスプリッタであり、前記平行反射部材がミラーであることとしてもよい。
このように構成することで、光源から発せられた光を、簡易かつ安価な構成で、光軸に直交する方向に比較的広い範囲に間隔をあけて平行に配置された２つの光路に分解することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記光路分岐部材が偏光ビームスプリッタであることとしてもよい。
このように構成することで、光源から発せられた光を相互に直交する偏光面を有する２つの偏光光に分岐することができ、干渉を効率よく行わせることができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐される前記光の位相を調整する位相差調整機構を備えることとしてもよい。
【００１６】
このように構成することで、２つの光路に分岐された光を試料の形状に適した位相差に設定することができる。したがって、例えば、回路基板の検査において、位相差調整機構により、欠陥のない正常なパターンの微分干渉像が比較的暗くなるように位相差を設定することで、欠陥のＳ／Ｎ比（シグナルノイズ比）を向上することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記撮影光学系に、前記２つの光路の光路長を調節する光路長調節機構を備えることとしてもよい。
平行反射部材と光路分岐部材との相対距離に応じて僅かに発生する撮影光学系側の光路長差を補正することで、２つの光路の反射光による像を同じフォーカス位置に結ぶことができる。したがって、鮮明な微分干渉像を取得することができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐された前記光の断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を備え、前記試料と前記照明光学系および前記撮影光学系とを前記ライン状の光に交差する方向に相対的に移動させる移動機構を備えることとしてもよい。
【００１９】
このように構成することで、２次元の微分干渉像を取得することができる。したがって、例えば、回路基板の検査において、１度の撮影で回路基板の表面全体の微分干渉像を取得することができ、検査効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易かつ安価に比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る微分干渉型検査装置１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る微分干渉型検査装置１は、例えば、半導体基板やＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）等の試料の繰り返し構造を持つパターンに付いた傷や異物等の欠陥を検査するためのものである。
【００２２】
微分干渉型検査装置１は、図１および図２に示すように、試料３を配置する一軸ステージ５と、試料３に照射する光を発する光源７と、光源７から発せられた光を２つの光路に分岐して試料３の異なる場所に照射する照明光学系１０と、照明光学系１０により試料３に照射された光の反射光を合成して得られた光を撮影する撮影光学系２０と、これら一軸ステージ５、照明光学系１０および撮影光学系２０の作動を制御する制御機構９とを備えている。
【００２３】
一軸ステージ５は、図示しない移動機構を備え、一方向（図１において矢印Ｙ方向）に移動可能に配置されている。この一軸ステージ５は、画像入力部３５および画像処理部３７に接続されている。
【００２４】
照明光学系１０は、光源７から発せられた光が入射される投影レンズ１１と、投影レンズ１１を透過した光を直線偏光に変換する偏光板１３と、直線偏光に１／４波長の位相差を生じさせる１／４波長板１４と、直線偏光を２つの光路に分岐する光路分岐部（光路分岐部材、偏光ビーム・スプリッタ）１６と、光路分岐部１６を透過した光を反射する第１のミラー（平行反射部材）１７と、第１のコリメートレンズ１９とを備えている。
【００２５】
光源７は、例えば、純単色の波長の光を発生するようになっている。
投影レンズ１１は、光源７からの光を一軸ステージ５の移動方向に直交する方向に延びる長方形状に整形して試料３に拡大投影するものである。
【００２６】
偏光板１３は、一定方向に振動している光のみを透過させる性質を有している。また、偏光板１３は、例えば、円盤形状を有し、投影レンズ１１を透過した光の光軸を中心として回転可能に配置されている。この偏光板１３と１／４波長板１４は、透過する光の変更状態を変えて、光路分岐部１６に入射する光の位相差を０〜λまでの間で変更するようになっている。
【００２７】
光路分岐部１６は、例えば、キューブ型のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）であり、入射した直線偏光を相互に直交する偏光面を有する２つの偏光光に分岐するようになっている。この光路分岐部１６は、１／４波長板１４を透過した直線偏光が入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されており、入射面に垂直な方向に振動する光（以下「第１の偏光光」という。）１５Ａを略直角に反射し、入射面内に振動方向を持つ光（以下「第２の偏光光」という。）１５Ｂを透過するようになっている。
【００２８】
第１のミラー１７は、光路分岐部１６の反射面に対して平行に配置された反射面を有し、光路分岐部１６を透過した第２の偏光光１５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。また、第１のミラー１７は、光路分岐部１６に対して平行な状態を保ったまま、光路分岐部１６に対して近づく方向および遠ざかる方向に移動可能に配置されている。
【００２９】
この第１のミラー１７は、第２の偏光光１５Ｂを光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して平行な方向に反射するようになっている。第１のミラー１７によって反射された第２の偏光光１５Ｂは、光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔに依存する距離だけ光軸方向に直交する方向に間隔をあけて配置される。以下、第１の偏光光１５Ａの光路と第２の偏光光１５Ｂの光路との光軸に直交する方向の距離、すなわち、横ずらし量をシャー量という。
【００３０】
第１のコリメートレンズ１９は、投影レンズ１１との作用により第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を構成するものであり、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂを試料３上に略平行光として照射するようになっている。なお、試料３に照射された第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの横ずれ量を符号δとする。
以下、試料３において反射される第１の偏光光１５Ａの反射光を第１の反射光２５Ａといい、第２の偏光光１５Ｂの反射光を第２の反射光２５Ｂという。
【００３１】
撮影光学系２０は、試料３から反射された第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが入射される第２のコリメートレンズ２１と、第２のコリメートレンズ２１を通過した第２の反射光２５Ｂを反射する第２のミラー２４と、第１の反射光２５Ａと第２の反射光２５Ｂとを合成する偏光合成部（偏光ビームスプリッタ）２３と、偏光合成部２３によって合成された光から干渉信号を抽出する検光子２６と、撮像レンズ２７と、撮像レンズ２７を透過した光を撮影するラインセンサ２９とを備えている。
【００３２】
また、第２のコリメートレンズ２１と偏光合成部２３との間の第１の反射光２５Ａの光路上には、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長を補正する光路長補正素子６９が配置されている。光路長補正素子６９は、例えば、ガラス板等である。
【００３３】
偏光合成部２３は、例えば、キューブ型のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）である。この偏光合成部２３は、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂの光路上に設けられ、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。また、偏光合成部２３は、入射面に垂直な方向に振動する第１の反射光２５Ａを反射し、入射面に振動方向を持つ第２の反射光２５Ｂを透過するようになっている。
【００３４】
第２のミラー２４は、偏光合成部２３の反射面に対して平行に配置された反射面を有し、偏光合成部２３を透過した第２の反射光２５Ｂが入射面に対して約４５°の角度で入射されるように配置されている。第２のミラー２４は、偏光合成部２３に対して平行な状態を保ったまま、偏光合成部２３に対して近づく方向および遠ざかる方向に移動可能に配置されている。
【００３５】
第２のミラー２４は、第２の反射光２５Ｂを偏光合成部２３によって反射された第１の反射光２５Ａの光路上に第１の反射光２５Ａと平行に反射するようになっている。第２のミラー２４により反射された第２の反射光２５Ｂは、偏光合成部２３を再び透過する際に第１の反射光２５Ａと合成されて出射される。
【００３６】
撮像レンズ２７は、第２のコリメートレンズ２１との作用により試料３の長方形状の照射エリアを縮小投影する縮小光学系を構成するものである。また、撮像レンズ２７は、検光子２６により抽出された干渉信号に基づき、ラインセンサ２９上に試料３の微分干渉像を形成するようになっている。
【００３７】
ラインセンサ２９は、撮像レンズ２７を透過した光の光軸方向に移動可能に配置されている。このラインセンサ２９は、画像入力部３５および画像処理部３７に接続されている。
【００３８】
制御機構９は、各種試料の形状等に適した検査条件を記憶する記憶部３１と、第１のミラー１７と光路分岐部１６の間隔ｔおよび第２のミラー２４と偏光合成部２３の間隔ｔをそれぞれ調整する間隔調整機構４１と、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの位相差を調整する位相差調整機構５１と、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長補正を調整する光路長補正機構６１と、これら記憶部３１、間隔調整機構４１、位相差調整機構５１、光路長補正機構６１とラインセンサ２９および一軸ステージ５を制御する制御部３３とを備えている。
【００３９】
記憶部３１には、例えば、試料ごとの繰り返しパターンの周期等が検査条件として記憶されている。検査条件に基づき、パターンの繰返し周期の整数倍に一致するシャー量を確保するように各調整機構を作動させることで、パターンの微分干渉像の発生を抑えて、パターンの中に存在する欠陥のみを際立たせることができる、
【００４０】
間隔調整機構（距離調節機構）４１は、第１のミラー１７を移動させる第１ミラー駆動部４３と、第２のミラー２４を移動させる第２ミラー駆動部４５と、第１のミラー１７および第２のミラー２４の位置を設定する間隔設定部４７とを備えている。
【００４１】
光路分岐部１６によって反射される第１の偏光光１５Ａに対して、第２の偏光光１５Ｂを第１のミラー１７によって平行な方向に反射することで、シャー量が第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離ｔに応じて決定される。また、間隔調整機構４１により第１のミラー１７と光路分岐部１６との間隔を調整することで、シャー量が変更される。なお、間隔設定部４７は、第１ミラー駆動部４３および第２ミラー駆動部４５を連動して作動させるようになっている。
【００４２】
位相差調整機構５１は、偏光板１３を光軸を中心として回転させる偏光板回転駆動部５３と、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂとの位相差を設定する位相差設定部５７とを備えている。位相差設定部５７は、偏光板回転駆動部５３を介して、偏光板１３を回転させるようになっている。
【００４３】
光路長補正機構６１は、第１の反射光２５Ａの光路上に光路長補正素子６９を挿入する光路長補正素子挿脱駆動部６３と、ラインセンサ２９を光軸方向に移動するラインセンサ駆動部６５と、試料３と撮像レンズ２７との間の光路長の補正量を設定する光路長補正量設定部６７とを備えている。
【００４４】
光路長補正量設定部６７は、光路長補正素子挿脱駆動部６３を介して、厚さが異なる複数の光路長補正素子６９から適切な厚さのものを選択し、選択した光路長補正素子６９を第１の反射光２５Ａの光路中に挿入するようになっている。また、光路長補正量設定部６７は、ラインセンサ駆動部６５を介して、ラインセンサ２９を光軸方向に移動させるようになっている。
【００４５】
このように構成された本実施形態に係る微分干渉型検査装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る微分干渉型検査装置１により試料３の表面を検査するには、まず、一軸ステージ５上に試料３を配置し、制御部３３に検査開始信号を入力する。制御部３３においては、記憶部３１から試料３に適した検査条件が読み出され、間隔調整機構４１、位相差調整機構５７および光路長補正機構６１に対して検査条件が出力される。
【００４６】
間隔調整機構４１においては、間隔設定部４７により、入力された検査条件に基づいて第１ミラー駆動部４３および第２ミラー駆動部４５が駆動される。これにより、適切なシャー量となるように第１のミラー１７および第２のミラー２４が移動し、第１のミラー１７と光路分岐部１６の間隔ｔおよび第２のミラー２４と偏光合成部２３の間隔ｔがそれぞれ調整される。
【００４７】
位相差調整機構５７においては、位相差設定部５７により、入力された検査条件に基づいて偏光板回転駆動部５３が駆動される。これにより、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの位相差が適切な位相量になるように偏光板１３が回転する。
【００４８】
光路長補正機構６１においては、光路長補正量設定部６７により、入力された検査条件に基づいて光路長補正素子挿脱駆動部６３およびラインセンサ駆動部６５が駆動される。光路長補正素子挿脱駆動部６３により、適切な厚さの光路長補正素子６９が選択されて第１の反射光２５Ａの光路中に挿入される。また、ラインセンサ駆動部６５により、ラインセンサ２９が光軸方向に設定量分移動させられる。
【００４９】
間隔調整機構４１、位相差調整機構５７および光路長補正機構６１による調整が終了すると、制御部３３により、ラインセンサ２９に撮影開始指示が出力され、一軸ステージ５に捜査開始指示が出力される。また、制御部３３により、画像入力部３５に対して一軸ステージ５の取り込み開始信号が入力される。
【００５０】
光源７から発せられた光は、投影レンズ１１を通った後、偏光板１３および１／４波長板１４を順に通過する。偏光板回転駆動部５３により偏光板１３を回転することで、偏光板１３を通過した直線偏光の２つの偏光光（第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂ）の位相差が調整される。例えば、欠陥がない正常なパターンでは微分干渉像が比較的暗くなるように位相差を設定することで、欠陥のＳ／Ｎ比（シグナルノイズ比）を向上することができる。
【００５１】
偏光板１３および１／４波長板１４を通過した直線偏光は、光路分離部１６に到達して互いに直交する２つの偏光光に分岐される。具体的には、第１の偏光光１５Ａは光路分離部１６によって反射され、第２の偏光光１５Ｂは光路分離部１６を透過した後、第１のミラー１７によって第１の偏光光１５Ａに平行する方向に反射される。
【００５２】
この場合に、第２の偏光光１５Ｂは、光路分岐部１６によって反射された第１の偏光光１５Ａに対して、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔに依存する距離ｔだけ光軸方向に直交する方向に間隔をあけて配置される。
【００５３】
第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂは、第１のコリメートレンズ１９を透過して一軸ステージ５の移動方向に直交するライン状の略平行光となり、試料３上に光軸に直交する方向に横ずれ量δの間隔をあけてそれぞれ照射される。
【００５４】
この場合に、光路分岐部１６と第１のミラー１７との間隔ｔと、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの試料３上の横ずれ量δとの関係は、
（式１）δ≒ｔ／ｓｉｎ（４５ｄｅｇ）≒１．４ｔ
で表される。（式１）は、光源７から光路分離部１６への直線偏光の入射角度が４５°、試料３への第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの入射角度が０°に近い場合を例示している。（式１）より、間隔ｔに応じて試料３上の第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの横ずれ量δが変わることが導かれる。
【００５５】
試料３のそれぞれの位置で反射された第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂは、それぞれ第２のコリメートレンズ２１を通り、第１の反射光２５Ａのみ光路長補正素子６９を通過して、それぞれ偏光合成部２３に到達する。
【００５６】
第１の反射光２５Ａが光路長補正素子６９を通過することで、間隔ｔに応じて発生する撮像光学系側の光路長差を補正し、第１の反射光２５Ａと第２の反射光２５Ｂとによる像を同じフォーカス位置に結ばせることができる。
【００５７】
第１の反射光２５Ａは偏光合成部２３によって反射され、第２の反射光２５Ｂは偏光合成部２３を透過した後、第２のミラー２４によって第１の反射光２５Ａの光路上に第１の反射光２５Ａと平行するように反射される。これにより、偏光合成部２３において、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが同じ光路上で重なって合成されて出射される。
【００５８】
偏光合成部２３により合成された光は、検光子２６において干渉信号が抽出され、撮像レンズ２７を透過してラインセンサ２９上に試料の像を形成する。この像は、例えば、試料３上で距離δだけ離れた隣接チップ間での微分干渉像となる。これにより、ラインセンサ２９により、シャー量に応じたコントラストおよび解像度で、試料３の微小段差が立体的に可視化された微分干渉像が取得される。
【００５９】
そして、画像入力部３５において、ラインセンサ２９からのラインデータが取得されて２次元画像が構築される。画像入力部３５により構築された２次元画像は、画像処理部３７に送られて欠陥検出が行われ、欠陥の有無の判定結果が出力される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態に係る微分干渉型顕微鏡１によれば、全数検査によって、試料３の比較的に広い検査範囲を縮小したマクロ観察を行うことができる。また、試料３に照射する第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂのシャー量が第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離ｔに応じて決定され、第１のミラー１７と光路分岐部１６との距離を調節することでシャー量を変更することができる。したがって、高価なノマルスキープリズムを使用することなく、簡易かつ安価に試料３の形状に合わせて比較的広い範囲にわたってシャー量を調節することができる。例えば、シャー量を変更して、複数のチップを含むパターン単位で微分干渉像を取得してマクロ的に観察することとしてもよい。
【００６１】
なお、本実施形態においては、ラインセンサ２９、もしくは、ラインセンサ２９および撮像レンズ２７を光路長の変化分だけ光軸方向に移動可能に設定しておくこととしてもよい。このようにすることで、間隔ｔに応じて僅かに発生する横倍率の試料３ごとの変化を防ぎ、欠陥座標のばらつき等をなくすことができる。
また、本実施形態のおいては、光路分離部１６および偏光合成部２３として、キューブ型のＰＢＳを例示して説明したが、これに代えて、例えば、キューブ型のＰＢＳを変形したものでもよいし、ワイヤグリッド型のＰＢＳを採用することとしてもよい。ワイヤグリッド型のＰＢＳは薄いガラス基板状であるため、シャー量を１ｍｍ以下の小さい量に設定する場合に有効である。
【００６２】
また、本実施形態においては、光源７から発せられた光を光路分離部１６により偏光分離することとしたが、光路分離部１６に代えて、例えば、ビームスプリッタやハーフミラーを採用することとしてもよい。この場合、例えば、ハーフミラーにより光を２つの光路に位置ずらしするだけで微分干渉像を取得することができる。また、２次、３次の反射光が発生するので、余分な光をハーフミラーのコーティングや絞り等によって適切に除去することで、比較的大きなシャー量による微分干渉像をより安価な構成で取得することが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態おいては、光源７が純単色の波長の光を発生することとしたが、白色の波長の光を発生することとしてもよい。また、本実施形態においては、第１の偏光光１５Ａと第２の偏光光１５Ｂの位相量を調整する手段として、位相差調整機構５７を例示して説明したが、これに代えて、光源７の使用波長を変えて対応することとしてもよい。また、例えば、試料３として、半導体ウエハを用いる場合には、第１の偏光光１５Ａおよび第２の偏光光１５Ｂの横ずれした位置に隣接チップがない場合がある。この場合、一軸ステージ５に代えて回転ステージを採用し、試料３を４５°または９０°回転させて撮影することで、試料３上の全てのチップを検査することとしてもよい。
【００６４】
また、例えば、偏光合成部２３に絞りを設けて、有効な微分干渉像に寄与する光のみが撮像レンズ２７に到達するように設定することとしてもよい。このようにすることで、第１の反射光２５Ａおよび第２の反射光２５Ｂが試料３の偏光特性を受けて楕円偏光となり偏光合成部２３の他の場所から反射光が発生する場合に対応することができる。また、間隔調整機構４１は、第１のミラー１７と光路分岐部１６および第２のミラー２４と偏光合成部２３との相対距離を調節するものであればよく、例えば、光路分岐部１６や偏光合成部２３を移動させることとしてもよい。
【００６５】
また、撮像レンズ２７と第２のコリメートレンズ２１とにより縮小光学系を構成してマクロ観察を行うことを例示して説明したが、これに代えて、拡大光学系を構成させることとしてもよい。また、第１のミラー１７および第２のミラー２４をマイクロミラーアレイで構成することとしてもよい。また、光路長補正や位相差調整には、位相差調整用の液晶等を採用することとしてもよい。また、ラインセンサ２９に代えて、ＣＣＤ等の２次元的な撮影手段を採用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る微分干渉型顕微鏡の概略構成図である。
【図２】図１の微分干渉型顕微鏡の制御機構を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 微分干渉型検査装置
３ 試料
７ 光源
１０ 照明光学系
１５Ａ 第１の偏光光
１５Ｂ 第２の偏光光
１６ 光路分岐部（光路分岐部材）
１７ 第１のミラー（平行反射部材）
２０ 撮影光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射する光を発する光源と、
該光源からの前記光を２つの光路に分岐して前記試料の異なる場所に照射する照明光学系と、
該照明光学系により前記試料に照射された前記光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系とを備え、
前記照明光学系が、前記光源からの前記光を前記２つの光路に分岐して一方の光を反射し他方の光を透過する光路分岐部材と、該光路分岐部材を透過した前記他方の光を前記光路分岐部材によって反射された前記一方の光に対して平行な方向に反射する平行反射部材と、該平行反射部材と前記光路分岐部材との相対距離を調節する距離調節機構とを備える微分干渉型検査装置。
【請求項２】
前記撮像光学系が縮小光学系を備える請求項１に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項３】
前記光路分岐部材がビームスプリッタであり、前記平行反射部材がミラーである請求項１または請求項２に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項４】
前記光路分岐部材が偏光ビームスプリッタである請求項３に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項５】
前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐される前記光の位相を調整する位相差調整機構を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【請求項６】
前記撮影光学系に、前記２つの光路の光路長を調節する光路長調節機構を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【請求項７】
前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐された前記光の断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を備え、
前記試料と前記照明光学系および前記撮影光学系とを前記ライン状の光に交差する方向に相対的に移動させる移動機構を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【請求項１】
試料に照射する光を発する光源と、
該光源からの前記光を２つの光路に分岐して前記試料の異なる場所に照射する照明光学系と、
該照明光学系により前記試料に照射された前記光の反射光を合成して得られた干渉光を撮影する撮影光学系とを備え、
前記照明光学系が、前記光源からの前記光を前記２つの光路に分岐して一方の光を反射し他方の光を透過する光路分岐部材と、該光路分岐部材を透過した前記他方の光を前記光路分岐部材によって反射された前記一方の光に対して平行な方向に反射する平行反射部材と、該平行反射部材と前記光路分岐部材との相対距離を調節する距離調節機構とを備える微分干渉型検査装置。
【請求項２】
前記撮像光学系が縮小光学系を備える請求項１に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項３】
前記光路分岐部材がビームスプリッタであり、前記平行反射部材がミラーである請求項１または請求項２に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項４】
前記光路分岐部材が偏光ビームスプリッタである請求項３に記載の微分干渉型検査装置。
【請求項５】
前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐される前記光の位相を調整する位相差調整機構を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【請求項６】
前記撮影光学系に、前記２つの光路の光路長を調節する光路長調節機構を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【請求項７】
前記照明光学系が、前記２つの光路に分岐された前記光の断面形状をライン状に整形するビーム整形光学系を備え、
前記試料と前記照明光学系および前記撮影光学系とを前記ライン状の光に交差する方向に相対的に移動させる移動機構を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の微分干渉型検査装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１３４０３６（Ｐ２０１０−１３４０３６Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０７５９３（Ｐ２００８−３０７５９３）
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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