検査装置
【課題】ウェハ上の欠陥によって散乱される光は非常に弱く、その微弱光を高速かつ高感度に測定する検出方法としてはＰＭＴやＭＰＰＣがある。上記検出方法では、微弱光を光電変換して、電子を増倍する機能があるが、光電変換の量子効率が５０％以下と低いため、信号光を損失し、Ｓ／Ｎ比を低下させるという課題がある。
【解決手段】そこで、本発明では、光電変換をする前に直接光を増幅する光増幅に着目した。光増幅とは、信号光と励起用光源の光とを希土類を添加したファイバに導入し、誘導放出を起こして信号光を増幅する増幅方法である。本発明は、この光増幅を利用することを特徴とする。また、本発明は、この増幅率を様々な条件により変えることを特徴とする。
【解決手段】そこで、本発明では、光電変換をする前に直接光を増幅する光増幅に着目した。光増幅とは、信号光と励起用光源の光とを希土類を添加したファイバに導入し、誘導放出を起こして信号光を増幅する増幅方法である。本発明は、この光増幅を利用することを特徴とする。また、本発明は、この増幅率を様々な条件により変えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の傷や異物等の所謂欠陥を検出する検査装置、及び検査方法に関する。例えば、いわゆるベアウェハ上の微小な欠陥を検出する表面異物検査装置，表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板などの製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板などの表面に存在する欠陥の検査が行われている。このような表面検査装置においては、試料表面に照明光を集光して照射し、表面ラフネスや欠陥によって散乱する光を検出する特許文献１の技術がある。その他の検査装置としては、特許文献２がある。その他の技術としては特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９９０９５号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ上の欠陥によって散乱される光は非常に弱く、その微弱光を高速かつ高感度に測定する検出方法としてはＰＭＴ（Photomultiplier Tube）やＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）がある。上記検出方法では、微弱光を光電変換して、電子を増倍する機能があるが、光電変換の量子効率が５０％以下と低いため、信号光を損失し、Ｓ／Ｎ比（signal to noise）を低下させるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明では、光電変換をする前に直接光を増幅する光増幅に着目した。光増幅とは、信号光と励起用光源の光とを希土類を添加したファイバに導入し、誘導放出を起こして信号光を増幅する増幅方法である。本発明は、この光増幅を利用することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、この増幅率を様々な条件により変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｓ／Ｎ比の高い検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る検査装置の概略図である。
【図２】検出光学系配置図である。
【図３】実施例３に係るＳ／Ｎ比と検査位置に関する図である。
【図４】実施例４に係る検査装置の概略図である。
【図５】実施例４に係る検出光学系拡大図の一例である。
【図６】実施例５に係る検出光学系拡大図のその他の例である。
【図７】実施例６に係るファイバ全体図の一例である。
【図８】実施例７に係る検査装置の概略図である。
【図９】実施例８に係る検査装置の概略図である。
【図１０】実施例８での同期調整を説明する概略図である。
【図１１】実施例９の検査装置の概略図である。
【図１２】実施例９での同期調整を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は実施例１の検査装置の概略図である。図１に示すように、照明用光源１，ステージ１０１，散乱光を光増幅するための励起用光源２，干渉フィルタ７，希土類添加光ファイバ４，増幅した光を検出する検出器３，信号処理部１０５を備えている。ステージ駆動部１０２は、回転軸を中心にステージ１０１を回転させる回転駆動部１１１，垂直方向に移動する垂直駆動部１１２，試料の径方向に移動させるスライド駆動部１１３を備えている。また、制御部として、後述する様々な制御を行う全体制御部１０６，メカ制御部１０７を備え、さらに情報表示部１０８，入力操作部１０９，様々な情報を記憶する記憶部１１０等を備えている。
【００１１】
ステージ１０１は、ウェハ等の試料１００を支持しており、ステージ１０１を回転駆動部１１１により回転させつつスライド駆動部１１３によって水平に移動させることで、相対的に照明光が試料１００上を渦巻状に走査する。したがって、試料表面の凹凸によって散乱される光は連続的に発生し、欠陥による散乱光はパルス的に発生することになる。ウェハ上の欠陥を検出する表面検査装置においては、連続的に発生する光のショットノイズがノイズ成分となる。また、本実施例では回転及び並進ステージを用いて説明しているが、２軸の並進ステージでもよい。
【００１２】
本実施例における光増幅について説明する。照明用光源１からの光は試料１００に照射される。試料表面上または表面近傍内部に存在する欠陥、及び試料表面で、散乱，回折、又は反射された光は検出光学系１１６により捕集され、希土類添加光ファイバ４に導入する。
【００１３】
励起用光源２は、照明用光源１より短波長の光を発生させるものである。そして、励起用光源２の光がファイバカプラ５を介して希土類添加光ファイバ４に入射すると、添加されている希土類イオンの電子状態が基底状態から励起状態に励起し、反転分布状態を形成する。このとき信号光が入射すると、励起状態にある希土類イオンは誘導放出を起こし、信号光が増幅することになる。そして増幅光はカップリング用光学系６により光電変換を行う検出器３に入射する。一般的な光検出器は光電変換後に電子を増幅して検出するが、この方法では、光電変換面での量子効率の低さや、プリアンプなどで電気的に増幅する前の微弱電流は電場や磁場の影響を受けやすいという課題がある。一方、本実施例の光増幅では、光電変換を行う前に直接光を増幅するのでこのような問題はないという利点がある。
【００１４】
また、照明用光源１が連続発振のレーザの場合、励起用光源２も連続的に発光しているランプやダイオードレーザが安価で適している。励起用光源２としてランプを用いるときは、希土類の励起に適した波長を取り出すために干渉フィルタ７のようなバンドパスフィルタを用いると良い。また、ダイオードレーザを用いるのは安定かつ長寿命であるという長所がある。
【００１５】
次に照明光学系，検出光学系，希土類添加光ファイバ間の光学的な関係について図２を用いて説明する。
【００１６】
本実施例では、照明光２０１からの光は試料１００上に細長い楕円形状の照明スポット２０２を形成する。そして、レンズ等の光学素子を含む検出光学系１１６は、図２（ａ）に示すように照明スポット２０２の長手方向に対して方位角φ＝９０°、図２（ｂ）に示すように試料１００に対して仰角χで配置される。ここで、検出光学系１１６のＮＡは、照明スポット２０２の直径をＲ（本実施例では長軸の長さがＲとなる）、希土類添加光ファイバの開口をＮＡ′、希土類添加光ファイバのコア径をＲ′とすると、以下の関係を実質的に満たすようにするのが望ましい。
【００１７】
【数１】
【００１８】
ここで、本実施例では、図２（ａ）に示した検出光学系１１７のように、検出光学系を複数配置しても良い。すなわち、本実施例では、図２（ａ）のようにセンサの数に限定はなく、それぞれ照明スポット２０２からの方位角φ及び、仰角χの少なくとも一方が異なるように二つ以上の検出光学系を配置してもよい。欠陥からの散乱光が散乱する方位角，仰角は欠陥の種類や性状によって異なるため、このようにすれば様々な欠陥を高感度に検出することができる。また、照明光スポット２０２の形状は図のように楕円でも、円形でもよい。
【００１９】
こうして増幅された光は図１のレンズ６を経由して検出器３に結像される。検出器３の検出結果は信号処理部１０５に送られ、閾値と比較される。閾値を超えた検出結果は欠陥と判断される。信号処理部１０５での判断された欠陥は試料１００での試料上の座標と関連づけて全体制御部１０６へ送信され、さらに記憶部１１０に格納される。また、記憶部１１０に格納された欠陥に関する情報は、適宜読み出され、情報表示部１０８に作業者が閲覧しやすい形式で表示される。
【００２０】
このように本実施例の検査装置では、従来よりもＳ／Ｎ比の高い検査を行うことができる。
【実施例２】
【００２１】
次に実施例２について図１，図２，図３を用いて説明する。実施例２では実施例１と異なる部分を中心に説明する。本実施例は、欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比をさらに高くする方法である。
【００２２】
前述したように、欠陥からの散乱光が散乱する方位角，仰角は欠陥の種類や性状によって異なる。また、照明用光源からの光の入射方向に対する検出方向によって、試料表面凹凸からの散乱光の大きさが異なる場合もある。すなわち、欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比は、検出対象である欠陥，照明方向，検出方向等と関連して変化する。
【００２３】
そこで本実施例では、図２（ａ）に示すように複数の検出光学系１１６，１１７、それらに対応した希土類添加光ファイバ４、及び２０６、それらに対応した検出器を有し、これらの検出結果を加算する。より具体的には、その加算方法は合計のＳ／Ｎ比がより大きくなるような（例えば最大となるような）重み付け加算である。さらに本実施例では、この重み付け加算にあたり、図１の励起用光源２を複検出光学系１１６，１１７ごとに備え、この励起用光源２の光の強度を変えることで、検出光学系１１６，１１７ごとの増幅率を変化させ重み付けを光学的に行う。このようにすることで、さらに欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比をさらに高くすることが可能となる。
【実施例３】
【００２４】
次に実施例３について図３を用いて説明する。
【００２５】
図３（ａ）は、Ｓ／Ｎ比と試料１００の検査位置の関係を示した図である。Ｓ／Ｎ比は基板の表面状態により、異なることがある。また、試料を回転させる回転数が一定の場合、試料１００の中心部と外周部では光が照射する時間が異なるため、Ｓ／Ｎ比は検査位置（特に試料中心からの半径ｒ）に依存する。よって、増幅率は検査位置によって変化させるのが望ましい。本実施例は、光増幅の増幅率を検査位置（例えば、試料中心からの半径ｒ）によって変えるものである。
【００２６】
より具体的に、本実施例を説明する。図１のステージ１０１の回転数が一定の場合、試料１００の中心部と外周部では光が照射される時間が異なるため、Ｓ／Ｎ比は検査位置に依存する。ここで、表面ラフネスによる散乱光をＮとするとそのショットノイズは
になるため、検査装置のＳ／Ｎ比は、
【００２７】
【数２】
と表せる。さらに、ある単位面積における照射時間は半径ｒに比例するため、Ｓ／Ｎ比は、
【００２８】
【数３】
と表せ、図３（ａ）のように変化する。
【００２９】
そこで、本実施例では、Ｓ／Ｎ比の均一化のために、励起用光源２の光の強度を変えて、図３（ｂ）のように、光増幅の増幅率を
に依存して変化させる。このようにすることで、従来よりもＳ／Ｎを従来よりも高くした上で、検査位置に依存した感度ムラを無くすことが可能になる。
【実施例４】
【００３０】
次に実施例４を説明する。本実施例はその端面が傾斜した傾斜希土類添加光ファイババンドルを使用することを主な特徴とする。
【００３１】
図４は、本実施例の概略図である。本実施例では、検査時間を短縮させるために、照明用光源１により、試料１００上の広い領域を照明し、複数画素の検出器を使って検査する。
【００３２】
そして、試料から発生した光（反射光，回折光，散乱光等を含む）を検出光学系１１６により捕集し、その端面が斜めに切断及び研磨された傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の表面で結像させ、結像された光をファイババンドルに導入する。ここで、ファイババンドルとは複数のファイバを束ねたものである。
【００３３】
励起用光源５０２の光は、検出光学系１１６の途中（例えば２枚のレンズの間）でダイクロイックミラー５０１により反射され、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５に導入する。そして、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５内で増幅された光は複数画素検出器５０７で検出する。
【００３４】
このとき、効率よく光を導入できるようにマイクロレンズ５０６を使ってもよい。また、複数画素検出器５０７のそれぞれの画素に対応してファイバを１本ずつ配置しても良いし、複数のファイバの光を複数画素検出器５０７の１画素に導入しても良い。
【００３５】
次に傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５を用いる利点を説明する。
【００３６】
図５（ａ）は、試料１００に対して散乱光を斜方で検出する場合の物体面５０８と像面５０９を示した図である。斜方検出すると、物体面５０８の傾き（検出仰角）χと同じだけ像面５０９は傾く。すなわち、像面の両端でボケが生じることとなる。一方、本実施例では、図５（ｂ）に示すように、像面５０９の傾きχに合わせて例えば傾きχの傾斜を付けて切断及び研磨した傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５を配置する。これにより、物体面５０８の傾きを無くした形で結像面のそれぞれの光を正しく収集することができる。さらに、また、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の代わりに、図５（ｃ）に示すような、ファイバ一本ずつを傾きχに合わせて階段状に並べた希土類添加光ファイババンドル５１０を用いても良い。すなわち、物体面５０８の傾きの影響を無くすためのファイババンドル端面の形状は厳密に傾斜していなくてもよく、実質的に傾斜面を形成していればよい。
【実施例５】
【００３７】
次に実施例５について説明する。実施例５は、断面が垂直に切断された希土類添加光ファイババンドルを使用して、実施例４と同じ効果を得る実施例である。
【００３８】
図６は、垂直に切断した希土類添加光ファイババンドル６０２を設置した場合の概略図である。図６（ａ）は、実施例４と同様に物体面５０８に対して検出仰角χで斜方検出を行うものである。図６（ａ）では、検出光学系１１６によって形成される結像面に検出光学系１１６の傾斜軸６０００に対して傾斜してマイクロミラー６０３を配置する。マイクロミラー６０３は反射膜とガラスを交互に積層させたもので、その像面の光は、それぞれマイクロミラー６０３の反射膜により反射する。マイクロミラー６０３の出射側にはマイクロレンズ６０３１があり、光はマイクロレンズ６０３１によって希土類添加光ファイババンドル６０２へ効率よくカップリングする。なお、このマイクロレンズは端面をフォトリソグラフィーによって十分作成できる。
【００３９】
図６（ｂ）は検出光学系１１６によってできる結像面にマイクロプリズム６０４を配置する。こちらも出射面にマイクロレンズ６０３１を有している。像面の光は、それぞれマイクロプリズム６０４により反射し、マイクロレンズ６０３１によって希土類添加光ファイババンドル６０２へカップリングする。
【００４０】
また、試料１００上における１画素当たりの大きさｄは、検出光学系のＮＡ、希土類添加光ファイバの開口をＮＡ′、希土類添加光ファイバのコア径をＲ′、画素数をｎとすると
【００４１】
【数４】
で表せる。
【実施例６】
【００４２】
次に実施例６について説明する。実施例６は、実施例４において、さらに詳細に増幅率を制御するものである。
【００４３】
実施例４について、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の傾きによって光路差ΔＬが生じ増幅率に若干の違いが出る可能性があるが、ファイバ長と比べるとΔＬは十分小さく、増幅率の違いが無視できる。しかし、増幅率の違いは無い方が望ましい。
【００４４】
そこで、本実施例は、図７に示すようにそれぞれのファイバの全長を光路差ΔＬの影響を相殺するように調整した調整希土類添加光ファイババンドル７０４を用いる。より具体的に説明する。像面５０９の光はそれぞれ、固定具７０２によって固定された調整希土類添加光ファイババンドル７０４に入射する。ここで、ファイバ７０３１の長さは光路差ΔＬの影響を無くす長さに調整されている。よって、ファイバ７０３１を通過した光には、光路差ΔＬの影響は無い。他のファイバ７０３２−７０３５についても同様である。言い換えるなら、ファイバ７０３１−７０３５は、光路差ΔＬの影響が無いような長さになったおり、それぞれ長さが異なっていると表現できる。そして、ファイバ７０３１−７０３５の端面は固定部７０１によって光路差が無いように揃えられている。そして、出射した出射光はマイクロレンズ５０６を介して、複数画素検出器５０７で検出される。
【００４５】
ここで、複数画素をもつ検出器としては、暗電流の小さい多チャンネルＰＭＴ，画素数の多いＣＣＤやＥＭＣＣＤ（Electron Multiplying CCD），ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment CCD）が適している。
【００４６】
ここで、検出器の１画素当たりの大きさがＣＣＤカメラなどに比べると大きい多チャンネルＰＭＴを用いる場合は、拡大率が数十倍以上の拡大光学系が必要となり、大きなスペースを必要とする場合もある。さらに、拡大光学系を必要とする場合は、検出光学系が試料１００に接近するため、仰角χによっては、検出レンズの開口を充分とることができない場合もある。本実施例によれば、１画素あたりの大きさが大きい検出器を用いる場合でも、ファイババンドル終端で各ファイバの光を自由な間隔でそれぞれ対応するチャンネルに導入することも可能であり、拡大光学系のような特別な光学系を必要としない利点もある。
【実施例７】
【００４７】
次に実施例７について説明する。前述した照明用光源１と励起用光源２とがパルス発振レーザの場合、照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を取らないと、励起用光源２の光による自然放射光が発生し、ノイズとなり、所望のＳ／Ｎを得られない場合もある。本実施例は、これを解決するものである。本実施例は、照明用光源１の照射に起因する散乱光と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を取る同期部を有することを特徴とする。
【００４８】
図８は、本実施例を説明する図である。試料１００へは照明用光源１（本実施例ではパルス発振レーザ光源）からのパルス光が照明される。照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）は、レンズ等を含む検出光学系１１６によって捕集される。捕集された光は、希土類添加光ファイバ４に入射する。一方、励起用光源２（本実施例ではパルス発振レーザ光源）からのパルス光は、ミラー８０２にて反射した後、同期部８０８に入射する。同期部８０８は例えば２枚のミラー８０３，８０４及び、それらの位置（光路長と言ってもよい）を変更するステージ等の駆動機構８１０を有するものである。同期部８０８では、ミラー８０３，８０４を矢印８０６のように移動させることが可能であり、励起用光源２からのパルス光の光学的な距離を変えることが可能である。そして、光学的な距離が変更された経路を通過したパルス光はミラー８０５により反射し、希土類添加光ファイバ４へ入射する。このように励起用光源２からのパルス光の光学的な距離を変えることで、励起用光源２からのパルス光が希土類添加光ファイバ４に入射する時刻を変えることが可能となる。すなわち、照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバに入射する際の同期を得ることが可能となる。
【００４９】
なお、検査の際には、事前に照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバに入射する際の時間差を得ておくことで同期を得ることは十分可能である。
【００５０】
また、本実施例では、発振周波数は異なってもよいが、同じ発振周期で発光させた方がＳ／Ｎ比は良く好ましい。また、光路長調整用のステージを使わずに、電気的にどちらか一方の発振を遅延させてファイバ内で同時に光が導波するようにしても良い。
【実施例８】
【００５１】
次に実施例８について説明する。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに励起光光源の光を強度変調する光強度変調器９０１を有することを特徴とする。
【００５２】
図９は本実施例を説明する図である。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに励起光光源の光を光学的に強度変調する光強度変調器９０１を有すること以外は、実施例７と同様の構成を有する。
【００５３】
図１０は光強度変調器を用いて、励起用光源２の光強度を調整した時のタイミング調整を説明する図である。照明用光源１は図１０（ａ）のように時間間隔ΔＴａ，ピーク強度Ｉａのガウスプロファイルを有するパルス光を出射している。一方、励起用光源２は連続発光光源であるので、図１０（ｂ）に示すように、いずれの時刻においても一定の強度Ｉｂである連続発振光を出射している。本実施例では、光強度変調器９０１は、図１０（ｂ）に示す波形を、図１０（ｃ）に示す波形へ変換する。より具体的には、光強度変調器９０１は、励起用光源２の波形を連続するパルス光へ変換する。そして、強度Ｉｂを強度Ｉｃ（希土類イオンの誘導放出が効率よく行われる強度であることが望ましい）へ変える。また、希土類添加光ファイバ内でのピーク強度の発生時刻を一致させる。さらに、その時間間隔をΔＴｃ（＝ΔＴａ）とする。このようにすることで、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源である場合でも、希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を得ることが可能となる。なお、変調器としてチョッパーを用いても良い。
【実施例９】
【００５４】
次に実施例９について説明する。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに、励起用光源２の連続発振光の発生時刻、及び時間の少なくとも１つを、照明用光源１のパルス信号の発生時刻、及び時間の少なくとも１つと電気的に同期させる処理部と、高速応答可能な検出器の一例であるＭＰＰＣと、を有することを特徴とする。他の構成は、実施例１と同様である。本実施例は他の検出器に比べて比較的高速応答可能な検出器（例えばＭＰＰＣ）を使用する場合には、特に有効である。
【００５５】
図１１を用いて本実施例の概要を説明する。他の実施例と同様の説明は省略する。照明用光源１からパルス光Ｐ1が照明された際、その発生時刻Ｔ1を示す発生タイミング信号が照明用光源１から同期部１０３へ送られる（矢印１１０１，１１０２）。ここで、同期部１０３では、ＭＰＰＣ３０１がパルス光Ｐ1を検出した時刻を示す検出タイミング信号も検出することができる（矢印１１０６）。同期部１０３で検出されたＴ1は任意に変更可能な遅延信号，持続信号と共に信号処理部１０５へ送られる（矢印１１０３）。信号処理部１０５では、Ｔ1，遅延信号，持続信号を使って演算を行い、励起用光源２からの励起光が希土類添加光ファイバ４内で試料１００からの散乱光と同期をとれるような時刻、及び時間を得る。そして、信号処理部１０５での演算された時刻、及び時間は全体制御部１０６を経由して、励起用光源２に送信される（矢印１１０４，１１０５）。そして、励起用光源２は、信号処理部１０５で演算された時刻、及び時間で連続発振光を発振する。
【００５６】
さらに詳細に本実施例を図１２を用いて説明する。図１２は、本実施例での照明用光源１からのパルス光、及び励起用光源２からの光の発生タイミングを説明する図である。本実施例では、励起用光源からの連続発振光の発生時間を、照明用光源１からのパルス光の半値全幅とする。
【００５７】
照明用光源２からのパルス光Ｐ1は図１２（ａ）に示すように、ピーク強度Ｉａ，発生時刻Ｔ1のガウスプロファイルとして表現される。図１２（ｂ）に示すように、Ｐ1の照明により試料１００から発生した散乱光Ｓ1は、Ｔ1からΔＴ1だけ遅延して希土類添加光ファイバ４へ導波する。ここで、図１２（ｃ）に示すように、励起用光源２からの光が、希土類添加光ファイバ４へ導波するまでの間に、Ｓ1はさらにΔＴ2だけ導波する。そこで、本実施例は、図１２（ｄ）に示すように時刻Ｔ1＋ΔＴ1から、Ｐ1の半値半幅ΔＴIa/2／２だけ早い時刻に励起用光源２から連続発振光Ｃ1を発生させる。つまり連続発振光Ｃ1の発生時刻は、Ｔ1＋ΔＴ1−ΔＴIa/2／２となる。このようにすることで、図１２（ｅ）に示すように、Ｃ1は希土類ファイバ内でＳ1と同期を得ることができる。より具体的には、Ｃ1のプロファイルの中心はＳ1のピーク強度の導波時刻と一致しており、Ｃ1の発生時間は、照明用光源１からのパルス光の半値全幅ΔＴIa/2となる。なお、これらの演算は、同期部１０３，信号処理部１０５において行われるものであり、ΔＴ1，ΔＴ2等は前述した遅延時間となり、半値全幅ΔＴIa/2は持続時間となる。
【００５８】
なお、前述して、Ｐ1，Ｓ1，Ｃ1の波形は光学的なシミュレーションやフォトダイオード等の光電変換素子を用いた事前の実測等により十分得ることができる。
【００５９】
また、Ｃ1の発生時刻，時間は任意に変更可能であり、また半値全幅は、散乱光Ｓ1の半値全幅とすることも可能である。
【００６０】
上述した実施例１−９は、試料は半導体ウェハを用いて説明したが、この検査方法及び検査装置の検査対象は、半導体ウェハには限定されない。検査対象は、ハードディスク，液晶パネル，太陽光発電パネルなどの基板の検査にも適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 照明用光源
２，５０２ 励起用光源
３ 検出器
４，２０６ 希土類添加光ファイバ
５ ファイバカプラ
６ カップリング用光学系
７ 干渉フィルタ
１００ 試料
１０１ ステージ
１０２ ステージ駆動部
１０３ 同期部
１０５ 信号処理部
１０６ 全体制御部
１０７ メカ制御部
１０８ 情報表示部
１０９ 入力操作部
１１０ 記憶部
１１１ 回転駆動部
１１２ 垂直駆動部
１１３ スライド駆動部
１１６ 検出光学系
２０１ 照明光
２０２ 照明スポット
３０１ ＭＰＰＣ
５０１ ダイクロイックミラー
５０５ 傾斜希土類添加光ファイババンドル
５０６ マイクロレンズ
５０７ 複数画素検出器
５０８ 物体面
５０９ 像面
５１０ 階段状希土類添加光ファイババンドル
６０２ 希土類添加光ファイババンドル
６０３ マイクロミラー
６０４ マイクロプリズム
７０１ 固定部
７０４ 調整希土類添加光ファイババンドル
７０３１ ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の傷や異物等の所謂欠陥を検出する検査装置、及び検査方法に関する。例えば、いわゆるベアウェハ上の微小な欠陥を検出する表面異物検査装置，表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板などの製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板などの表面に存在する欠陥の検査が行われている。このような表面検査装置においては、試料表面に照明光を集光して照射し、表面ラフネスや欠陥によって散乱する光を検出する特許文献１の技術がある。その他の検査装置としては、特許文献２がある。その他の技術としては特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９９０９５号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ上の欠陥によって散乱される光は非常に弱く、その微弱光を高速かつ高感度に測定する検出方法としてはＰＭＴ（Photomultiplier Tube）やＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）がある。上記検出方法では、微弱光を光電変換して、電子を増倍する機能があるが、光電変換の量子効率が５０％以下と低いため、信号光を損失し、Ｓ／Ｎ比（signal to noise）を低下させるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明では、光電変換をする前に直接光を増幅する光増幅に着目した。光増幅とは、信号光と励起用光源の光とを希土類を添加したファイバに導入し、誘導放出を起こして信号光を増幅する増幅方法である。本発明は、この光増幅を利用することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、この増幅率を様々な条件により変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｓ／Ｎ比の高い検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る検査装置の概略図である。
【図２】検出光学系配置図である。
【図３】実施例３に係るＳ／Ｎ比と検査位置に関する図である。
【図４】実施例４に係る検査装置の概略図である。
【図５】実施例４に係る検出光学系拡大図の一例である。
【図６】実施例５に係る検出光学系拡大図のその他の例である。
【図７】実施例６に係るファイバ全体図の一例である。
【図８】実施例７に係る検査装置の概略図である。
【図９】実施例８に係る検査装置の概略図である。
【図１０】実施例８での同期調整を説明する概略図である。
【図１１】実施例９の検査装置の概略図である。
【図１２】実施例９での同期調整を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は実施例１の検査装置の概略図である。図１に示すように、照明用光源１，ステージ１０１，散乱光を光増幅するための励起用光源２，干渉フィルタ７，希土類添加光ファイバ４，増幅した光を検出する検出器３，信号処理部１０５を備えている。ステージ駆動部１０２は、回転軸を中心にステージ１０１を回転させる回転駆動部１１１，垂直方向に移動する垂直駆動部１１２，試料の径方向に移動させるスライド駆動部１１３を備えている。また、制御部として、後述する様々な制御を行う全体制御部１０６，メカ制御部１０７を備え、さらに情報表示部１０８，入力操作部１０９，様々な情報を記憶する記憶部１１０等を備えている。
【００１１】
ステージ１０１は、ウェハ等の試料１００を支持しており、ステージ１０１を回転駆動部１１１により回転させつつスライド駆動部１１３によって水平に移動させることで、相対的に照明光が試料１００上を渦巻状に走査する。したがって、試料表面の凹凸によって散乱される光は連続的に発生し、欠陥による散乱光はパルス的に発生することになる。ウェハ上の欠陥を検出する表面検査装置においては、連続的に発生する光のショットノイズがノイズ成分となる。また、本実施例では回転及び並進ステージを用いて説明しているが、２軸の並進ステージでもよい。
【００１２】
本実施例における光増幅について説明する。照明用光源１からの光は試料１００に照射される。試料表面上または表面近傍内部に存在する欠陥、及び試料表面で、散乱，回折、又は反射された光は検出光学系１１６により捕集され、希土類添加光ファイバ４に導入する。
【００１３】
励起用光源２は、照明用光源１より短波長の光を発生させるものである。そして、励起用光源２の光がファイバカプラ５を介して希土類添加光ファイバ４に入射すると、添加されている希土類イオンの電子状態が基底状態から励起状態に励起し、反転分布状態を形成する。このとき信号光が入射すると、励起状態にある希土類イオンは誘導放出を起こし、信号光が増幅することになる。そして増幅光はカップリング用光学系６により光電変換を行う検出器３に入射する。一般的な光検出器は光電変換後に電子を増幅して検出するが、この方法では、光電変換面での量子効率の低さや、プリアンプなどで電気的に増幅する前の微弱電流は電場や磁場の影響を受けやすいという課題がある。一方、本実施例の光増幅では、光電変換を行う前に直接光を増幅するのでこのような問題はないという利点がある。
【００１４】
また、照明用光源１が連続発振のレーザの場合、励起用光源２も連続的に発光しているランプやダイオードレーザが安価で適している。励起用光源２としてランプを用いるときは、希土類の励起に適した波長を取り出すために干渉フィルタ７のようなバンドパスフィルタを用いると良い。また、ダイオードレーザを用いるのは安定かつ長寿命であるという長所がある。
【００１５】
次に照明光学系，検出光学系，希土類添加光ファイバ間の光学的な関係について図２を用いて説明する。
【００１６】
本実施例では、照明光２０１からの光は試料１００上に細長い楕円形状の照明スポット２０２を形成する。そして、レンズ等の光学素子を含む検出光学系１１６は、図２（ａ）に示すように照明スポット２０２の長手方向に対して方位角φ＝９０°、図２（ｂ）に示すように試料１００に対して仰角χで配置される。ここで、検出光学系１１６のＮＡは、照明スポット２０２の直径をＲ（本実施例では長軸の長さがＲとなる）、希土類添加光ファイバの開口をＮＡ′、希土類添加光ファイバのコア径をＲ′とすると、以下の関係を実質的に満たすようにするのが望ましい。
【００１７】
【数１】
【００１８】
ここで、本実施例では、図２（ａ）に示した検出光学系１１７のように、検出光学系を複数配置しても良い。すなわち、本実施例では、図２（ａ）のようにセンサの数に限定はなく、それぞれ照明スポット２０２からの方位角φ及び、仰角χの少なくとも一方が異なるように二つ以上の検出光学系を配置してもよい。欠陥からの散乱光が散乱する方位角，仰角は欠陥の種類や性状によって異なるため、このようにすれば様々な欠陥を高感度に検出することができる。また、照明光スポット２０２の形状は図のように楕円でも、円形でもよい。
【００１９】
こうして増幅された光は図１のレンズ６を経由して検出器３に結像される。検出器３の検出結果は信号処理部１０５に送られ、閾値と比較される。閾値を超えた検出結果は欠陥と判断される。信号処理部１０５での判断された欠陥は試料１００での試料上の座標と関連づけて全体制御部１０６へ送信され、さらに記憶部１１０に格納される。また、記憶部１１０に格納された欠陥に関する情報は、適宜読み出され、情報表示部１０８に作業者が閲覧しやすい形式で表示される。
【００２０】
このように本実施例の検査装置では、従来よりもＳ／Ｎ比の高い検査を行うことができる。
【実施例２】
【００２１】
次に実施例２について図１，図２，図３を用いて説明する。実施例２では実施例１と異なる部分を中心に説明する。本実施例は、欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比をさらに高くする方法である。
【００２２】
前述したように、欠陥からの散乱光が散乱する方位角，仰角は欠陥の種類や性状によって異なる。また、照明用光源からの光の入射方向に対する検出方向によって、試料表面凹凸からの散乱光の大きさが異なる場合もある。すなわち、欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比は、検出対象である欠陥，照明方向，検出方向等と関連して変化する。
【００２３】
そこで本実施例では、図２（ａ）に示すように複数の検出光学系１１６，１１７、それらに対応した希土類添加光ファイバ４、及び２０６、それらに対応した検出器を有し、これらの検出結果を加算する。より具体的には、その加算方法は合計のＳ／Ｎ比がより大きくなるような（例えば最大となるような）重み付け加算である。さらに本実施例では、この重み付け加算にあたり、図１の励起用光源２を複検出光学系１１６，１１７ごとに備え、この励起用光源２の光の強度を変えることで、検出光学系１１６，１１７ごとの増幅率を変化させ重み付けを光学的に行う。このようにすることで、さらに欠陥を検出する際のＳ／Ｎ比をさらに高くすることが可能となる。
【実施例３】
【００２４】
次に実施例３について図３を用いて説明する。
【００２５】
図３（ａ）は、Ｓ／Ｎ比と試料１００の検査位置の関係を示した図である。Ｓ／Ｎ比は基板の表面状態により、異なることがある。また、試料を回転させる回転数が一定の場合、試料１００の中心部と外周部では光が照射する時間が異なるため、Ｓ／Ｎ比は検査位置（特に試料中心からの半径ｒ）に依存する。よって、増幅率は検査位置によって変化させるのが望ましい。本実施例は、光増幅の増幅率を検査位置（例えば、試料中心からの半径ｒ）によって変えるものである。
【００２６】
より具体的に、本実施例を説明する。図１のステージ１０１の回転数が一定の場合、試料１００の中心部と外周部では光が照射される時間が異なるため、Ｓ／Ｎ比は検査位置に依存する。ここで、表面ラフネスによる散乱光をＮとするとそのショットノイズは
になるため、検査装置のＳ／Ｎ比は、
【００２７】
【数２】
と表せる。さらに、ある単位面積における照射時間は半径ｒに比例するため、Ｓ／Ｎ比は、
【００２８】
【数３】
と表せ、図３（ａ）のように変化する。
【００２９】
そこで、本実施例では、Ｓ／Ｎ比の均一化のために、励起用光源２の光の強度を変えて、図３（ｂ）のように、光増幅の増幅率を
に依存して変化させる。このようにすることで、従来よりもＳ／Ｎを従来よりも高くした上で、検査位置に依存した感度ムラを無くすことが可能になる。
【実施例４】
【００３０】
次に実施例４を説明する。本実施例はその端面が傾斜した傾斜希土類添加光ファイババンドルを使用することを主な特徴とする。
【００３１】
図４は、本実施例の概略図である。本実施例では、検査時間を短縮させるために、照明用光源１により、試料１００上の広い領域を照明し、複数画素の検出器を使って検査する。
【００３２】
そして、試料から発生した光（反射光，回折光，散乱光等を含む）を検出光学系１１６により捕集し、その端面が斜めに切断及び研磨された傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の表面で結像させ、結像された光をファイババンドルに導入する。ここで、ファイババンドルとは複数のファイバを束ねたものである。
【００３３】
励起用光源５０２の光は、検出光学系１１６の途中（例えば２枚のレンズの間）でダイクロイックミラー５０１により反射され、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５に導入する。そして、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５内で増幅された光は複数画素検出器５０７で検出する。
【００３４】
このとき、効率よく光を導入できるようにマイクロレンズ５０６を使ってもよい。また、複数画素検出器５０７のそれぞれの画素に対応してファイバを１本ずつ配置しても良いし、複数のファイバの光を複数画素検出器５０７の１画素に導入しても良い。
【００３５】
次に傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５を用いる利点を説明する。
【００３６】
図５（ａ）は、試料１００に対して散乱光を斜方で検出する場合の物体面５０８と像面５０９を示した図である。斜方検出すると、物体面５０８の傾き（検出仰角）χと同じだけ像面５０９は傾く。すなわち、像面の両端でボケが生じることとなる。一方、本実施例では、図５（ｂ）に示すように、像面５０９の傾きχに合わせて例えば傾きχの傾斜を付けて切断及び研磨した傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５を配置する。これにより、物体面５０８の傾きを無くした形で結像面のそれぞれの光を正しく収集することができる。さらに、また、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の代わりに、図５（ｃ）に示すような、ファイバ一本ずつを傾きχに合わせて階段状に並べた希土類添加光ファイババンドル５１０を用いても良い。すなわち、物体面５０８の傾きの影響を無くすためのファイババンドル端面の形状は厳密に傾斜していなくてもよく、実質的に傾斜面を形成していればよい。
【実施例５】
【００３７】
次に実施例５について説明する。実施例５は、断面が垂直に切断された希土類添加光ファイババンドルを使用して、実施例４と同じ効果を得る実施例である。
【００３８】
図６は、垂直に切断した希土類添加光ファイババンドル６０２を設置した場合の概略図である。図６（ａ）は、実施例４と同様に物体面５０８に対して検出仰角χで斜方検出を行うものである。図６（ａ）では、検出光学系１１６によって形成される結像面に検出光学系１１６の傾斜軸６０００に対して傾斜してマイクロミラー６０３を配置する。マイクロミラー６０３は反射膜とガラスを交互に積層させたもので、その像面の光は、それぞれマイクロミラー６０３の反射膜により反射する。マイクロミラー６０３の出射側にはマイクロレンズ６０３１があり、光はマイクロレンズ６０３１によって希土類添加光ファイババンドル６０２へ効率よくカップリングする。なお、このマイクロレンズは端面をフォトリソグラフィーによって十分作成できる。
【００３９】
図６（ｂ）は検出光学系１１６によってできる結像面にマイクロプリズム６０４を配置する。こちらも出射面にマイクロレンズ６０３１を有している。像面の光は、それぞれマイクロプリズム６０４により反射し、マイクロレンズ６０３１によって希土類添加光ファイババンドル６０２へカップリングする。
【００４０】
また、試料１００上における１画素当たりの大きさｄは、検出光学系のＮＡ、希土類添加光ファイバの開口をＮＡ′、希土類添加光ファイバのコア径をＲ′、画素数をｎとすると
【００４１】
【数４】
で表せる。
【実施例６】
【００４２】
次に実施例６について説明する。実施例６は、実施例４において、さらに詳細に増幅率を制御するものである。
【００４３】
実施例４について、傾斜希土類添加光ファイババンドル５０５の傾きによって光路差ΔＬが生じ増幅率に若干の違いが出る可能性があるが、ファイバ長と比べるとΔＬは十分小さく、増幅率の違いが無視できる。しかし、増幅率の違いは無い方が望ましい。
【００４４】
そこで、本実施例は、図７に示すようにそれぞれのファイバの全長を光路差ΔＬの影響を相殺するように調整した調整希土類添加光ファイババンドル７０４を用いる。より具体的に説明する。像面５０９の光はそれぞれ、固定具７０２によって固定された調整希土類添加光ファイババンドル７０４に入射する。ここで、ファイバ７０３１の長さは光路差ΔＬの影響を無くす長さに調整されている。よって、ファイバ７０３１を通過した光には、光路差ΔＬの影響は無い。他のファイバ７０３２−７０３５についても同様である。言い換えるなら、ファイバ７０３１−７０３５は、光路差ΔＬの影響が無いような長さになったおり、それぞれ長さが異なっていると表現できる。そして、ファイバ７０３１−７０３５の端面は固定部７０１によって光路差が無いように揃えられている。そして、出射した出射光はマイクロレンズ５０６を介して、複数画素検出器５０７で検出される。
【００４５】
ここで、複数画素をもつ検出器としては、暗電流の小さい多チャンネルＰＭＴ，画素数の多いＣＣＤやＥＭＣＣＤ（Electron Multiplying CCD），ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment CCD）が適している。
【００４６】
ここで、検出器の１画素当たりの大きさがＣＣＤカメラなどに比べると大きい多チャンネルＰＭＴを用いる場合は、拡大率が数十倍以上の拡大光学系が必要となり、大きなスペースを必要とする場合もある。さらに、拡大光学系を必要とする場合は、検出光学系が試料１００に接近するため、仰角χによっては、検出レンズの開口を充分とることができない場合もある。本実施例によれば、１画素あたりの大きさが大きい検出器を用いる場合でも、ファイババンドル終端で各ファイバの光を自由な間隔でそれぞれ対応するチャンネルに導入することも可能であり、拡大光学系のような特別な光学系を必要としない利点もある。
【実施例７】
【００４７】
次に実施例７について説明する。前述した照明用光源１と励起用光源２とがパルス発振レーザの場合、照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を取らないと、励起用光源２の光による自然放射光が発生し、ノイズとなり、所望のＳ／Ｎを得られない場合もある。本実施例は、これを解決するものである。本実施例は、照明用光源１の照射に起因する散乱光と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を取る同期部を有することを特徴とする。
【００４８】
図８は、本実施例を説明する図である。試料１００へは照明用光源１（本実施例ではパルス発振レーザ光源）からのパルス光が照明される。照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）は、レンズ等を含む検出光学系１１６によって捕集される。捕集された光は、希土類添加光ファイバ４に入射する。一方、励起用光源２（本実施例ではパルス発振レーザ光源）からのパルス光は、ミラー８０２にて反射した後、同期部８０８に入射する。同期部８０８は例えば２枚のミラー８０３，８０４及び、それらの位置（光路長と言ってもよい）を変更するステージ等の駆動機構８１０を有するものである。同期部８０８では、ミラー８０３，８０４を矢印８０６のように移動させることが可能であり、励起用光源２からのパルス光の光学的な距離を変えることが可能である。そして、光学的な距離が変更された経路を通過したパルス光はミラー８０５により反射し、希土類添加光ファイバ４へ入射する。このように励起用光源２からのパルス光の光学的な距離を変えることで、励起用光源２からのパルス光が希土類添加光ファイバ４に入射する時刻を変えることが可能となる。すなわち、照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバに入射する際の同期を得ることが可能となる。
【００４９】
なお、検査の際には、事前に照明用光源１の照射に起因する光（反射光，回折光，散乱光等）と励起用光源２の光との希土類添加光ファイバに入射する際の時間差を得ておくことで同期を得ることは十分可能である。
【００５０】
また、本実施例では、発振周波数は異なってもよいが、同じ発振周期で発光させた方がＳ／Ｎ比は良く好ましい。また、光路長調整用のステージを使わずに、電気的にどちらか一方の発振を遅延させてファイバ内で同時に光が導波するようにしても良い。
【実施例８】
【００５１】
次に実施例８について説明する。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに励起光光源の光を強度変調する光強度変調器９０１を有することを特徴とする。
【００５２】
図９は本実施例を説明する図である。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに励起光光源の光を光学的に強度変調する光強度変調器９０１を有すること以外は、実施例７と同様の構成を有する。
【００５３】
図１０は光強度変調器を用いて、励起用光源２の光強度を調整した時のタイミング調整を説明する図である。照明用光源１は図１０（ａ）のように時間間隔ΔＴａ，ピーク強度Ｉａのガウスプロファイルを有するパルス光を出射している。一方、励起用光源２は連続発光光源であるので、図１０（ｂ）に示すように、いずれの時刻においても一定の強度Ｉｂである連続発振光を出射している。本実施例では、光強度変調器９０１は、図１０（ｂ）に示す波形を、図１０（ｃ）に示す波形へ変換する。より具体的には、光強度変調器９０１は、励起用光源２の波形を連続するパルス光へ変換する。そして、強度Ｉｂを強度Ｉｃ（希土類イオンの誘導放出が効率よく行われる強度であることが望ましい）へ変える。また、希土類添加光ファイバ内でのピーク強度の発生時刻を一致させる。さらに、その時間間隔をΔＴｃ（＝ΔＴａ）とする。このようにすることで、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源である場合でも、希土類添加光ファイバ内での時間的な同期を得ることが可能となる。なお、変調器としてチョッパーを用いても良い。
【実施例９】
【００５４】
次に実施例９について説明する。本実施例は、照明用光源１がパルス発振レーザ光源であり、励起用光源２が連続発光光源であり、さらに、励起用光源２の連続発振光の発生時刻、及び時間の少なくとも１つを、照明用光源１のパルス信号の発生時刻、及び時間の少なくとも１つと電気的に同期させる処理部と、高速応答可能な検出器の一例であるＭＰＰＣと、を有することを特徴とする。他の構成は、実施例１と同様である。本実施例は他の検出器に比べて比較的高速応答可能な検出器（例えばＭＰＰＣ）を使用する場合には、特に有効である。
【００５５】
図１１を用いて本実施例の概要を説明する。他の実施例と同様の説明は省略する。照明用光源１からパルス光Ｐ1が照明された際、その発生時刻Ｔ1を示す発生タイミング信号が照明用光源１から同期部１０３へ送られる（矢印１１０１，１１０２）。ここで、同期部１０３では、ＭＰＰＣ３０１がパルス光Ｐ1を検出した時刻を示す検出タイミング信号も検出することができる（矢印１１０６）。同期部１０３で検出されたＴ1は任意に変更可能な遅延信号，持続信号と共に信号処理部１０５へ送られる（矢印１１０３）。信号処理部１０５では、Ｔ1，遅延信号，持続信号を使って演算を行い、励起用光源２からの励起光が希土類添加光ファイバ４内で試料１００からの散乱光と同期をとれるような時刻、及び時間を得る。そして、信号処理部１０５での演算された時刻、及び時間は全体制御部１０６を経由して、励起用光源２に送信される（矢印１１０４，１１０５）。そして、励起用光源２は、信号処理部１０５で演算された時刻、及び時間で連続発振光を発振する。
【００５６】
さらに詳細に本実施例を図１２を用いて説明する。図１２は、本実施例での照明用光源１からのパルス光、及び励起用光源２からの光の発生タイミングを説明する図である。本実施例では、励起用光源からの連続発振光の発生時間を、照明用光源１からのパルス光の半値全幅とする。
【００５７】
照明用光源２からのパルス光Ｐ1は図１２（ａ）に示すように、ピーク強度Ｉａ，発生時刻Ｔ1のガウスプロファイルとして表現される。図１２（ｂ）に示すように、Ｐ1の照明により試料１００から発生した散乱光Ｓ1は、Ｔ1からΔＴ1だけ遅延して希土類添加光ファイバ４へ導波する。ここで、図１２（ｃ）に示すように、励起用光源２からの光が、希土類添加光ファイバ４へ導波するまでの間に、Ｓ1はさらにΔＴ2だけ導波する。そこで、本実施例は、図１２（ｄ）に示すように時刻Ｔ1＋ΔＴ1から、Ｐ1の半値半幅ΔＴIa/2／２だけ早い時刻に励起用光源２から連続発振光Ｃ1を発生させる。つまり連続発振光Ｃ1の発生時刻は、Ｔ1＋ΔＴ1−ΔＴIa/2／２となる。このようにすることで、図１２（ｅ）に示すように、Ｃ1は希土類ファイバ内でＳ1と同期を得ることができる。より具体的には、Ｃ1のプロファイルの中心はＳ1のピーク強度の導波時刻と一致しており、Ｃ1の発生時間は、照明用光源１からのパルス光の半値全幅ΔＴIa/2となる。なお、これらの演算は、同期部１０３，信号処理部１０５において行われるものであり、ΔＴ1，ΔＴ2等は前述した遅延時間となり、半値全幅ΔＴIa/2は持続時間となる。
【００５８】
なお、前述して、Ｐ1，Ｓ1，Ｃ1の波形は光学的なシミュレーションやフォトダイオード等の光電変換素子を用いた事前の実測等により十分得ることができる。
【００５９】
また、Ｃ1の発生時刻，時間は任意に変更可能であり、また半値全幅は、散乱光Ｓ1の半値全幅とすることも可能である。
【００６０】
上述した実施例１−９は、試料は半導体ウェハを用いて説明したが、この検査方法及び検査装置の検査対象は、半導体ウェハには限定されない。検査対象は、ハードディスク，液晶パネル，太陽光発電パネルなどの基板の検査にも適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 照明用光源
２，５０２ 励起用光源
３ 検出器
４，２０６ 希土類添加光ファイバ
５ ファイバカプラ
６ カップリング用光学系
７ 干渉フィルタ
１００ 試料
１０１ ステージ
１０２ ステージ駆動部
１０３ 同期部
１０５ 信号処理部
１０６ 全体制御部
１０７ メカ制御部
１０８ 情報表示部
１０９ 入力操作部
１１０ 記憶部
１１１ 回転駆動部
１１２ 垂直駆動部
１１３ スライド駆動部
１１６ 検出光学系
２０１ 照明光
２０２ 照明スポット
３０１ ＭＰＰＣ
５０１ ダイクロイックミラー
５０５ 傾斜希土類添加光ファイババンドル
５０６ マイクロレンズ
５０７ 複数画素検出器
５０８ 物体面
５０９ 像面
５１０ 階段状希土類添加光ファイババンドル
６０２ 希土類添加光ファイババンドル
６０３ マイクロミラー
６０４ マイクロプリズム
７０１ 固定部
７０４ 調整希土類添加光ファイババンドル
７０３１ ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の欠陥を検出する検査装置において、
前記基板に照明光を照明する照明光学系と、
前記基板からの光を検出する第１の検出光学系と、
前記第１の検出光学系により検出された光を光増幅するための第１の光増幅光学系と、
前記光増幅のための第１の励起光を発生させる第１の励起用光学系と、
前記光増幅光学系により増幅された光を光電変換するための第１の光電変換系と、
前記第１の光電変換系からの信号を使って前記欠陥を検出する処理部と、を有し、
さらに、
前記励起光の波長は、前記照明光の波長より短いことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板からの光を検出する第２の検出光学系と、
前記第２の検出光学系により検出された光を光増幅するための第２の光増幅光学系と、
前記第２の光増幅光学系による光増幅のための第２の励起光を発生させる第２の励起用光学系と、
前記第２の光増幅光学系により増幅された光を光電変換するための第２の光電変換系と、
第１の励起光の強度、および第２の励起光の強度の少なくとも１つを変える制御部と、を有し、
さらに、前記処理部は、前記第１の光電変換系からの信号、及び前記第２の光電変換系からの信号を用いて重み付け加算を行うことを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板の位置に応じて前記第１の励起光の強度を変える制御部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の光増幅光学系は、複数の希土類添加光ファイバを束ねた希土類添加光ファイババンドルであり、
前記希土類添加光ファイババンドルでの、前記第１の検出光学系により検出された光を検出する面は傾斜していることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の検出光学系と前記第１の光増幅光学系との間にマイクロミラー及びマイクロレンズを有することを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の検出光学系と前記第１の光増幅光学系との間にマイクロプリズム及びマイクロレンズを有することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の光増幅光学系は、複数の希土類添加光ファイバを束ねた希土類添加光ファイババンドルであり、
前記複数の希土類添加光ファイバの長さはそれぞれ異なることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板からの光と前記第１の励起光との前記第１の光増幅光学系内での時間的な同期を得る同期部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１】
基板の欠陥を検出する検査装置において、
前記基板に照明光を照明する照明光学系と、
前記基板からの光を検出する第１の検出光学系と、
前記第１の検出光学系により検出された光を光増幅するための第１の光増幅光学系と、
前記光増幅のための第１の励起光を発生させる第１の励起用光学系と、
前記光増幅光学系により増幅された光を光電変換するための第１の光電変換系と、
前記第１の光電変換系からの信号を使って前記欠陥を検出する処理部と、を有し、
さらに、
前記励起光の波長は、前記照明光の波長より短いことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板からの光を検出する第２の検出光学系と、
前記第２の検出光学系により検出された光を光増幅するための第２の光増幅光学系と、
前記第２の光増幅光学系による光増幅のための第２の励起光を発生させる第２の励起用光学系と、
前記第２の光増幅光学系により増幅された光を光電変換するための第２の光電変換系と、
第１の励起光の強度、および第２の励起光の強度の少なくとも１つを変える制御部と、を有し、
さらに、前記処理部は、前記第１の光電変換系からの信号、及び前記第２の光電変換系からの信号を用いて重み付け加算を行うことを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板の位置に応じて前記第１の励起光の強度を変える制御部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の光増幅光学系は、複数の希土類添加光ファイバを束ねた希土類添加光ファイババンドルであり、
前記希土類添加光ファイババンドルでの、前記第１の検出光学系により検出された光を検出する面は傾斜していることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の検出光学系と前記第１の光増幅光学系との間にマイクロミラー及びマイクロレンズを有することを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の検出光学系と前記第１の光増幅光学系との間にマイクロプリズム及びマイクロレンズを有することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の検査装置において、
前記第１の検出光学系は、斜方検出光学系であり、
前記第１の光増幅光学系は、複数の希土類添加光ファイバを束ねた希土類添加光ファイババンドルであり、
前記複数の希土類添加光ファイバの長さはそれぞれ異なることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項１に記載の検査装置において、
さらに、
前記基板からの光と前記第１の励起光との前記第１の光増幅光学系内での時間的な同期を得る同期部を有することを特徴とする検査装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−３２９９６（Ｐ２０１３−３２９９６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９７３１（Ｐ２０１１−１６９７３１）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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