表面欠陥検査方法及びその装置
【課題】
装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく検出することを可能にする装置及びその方法を提供する。
【解決手段】
試料の表面にレーザを照射する照明手段と、試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく検出することを可能にする装置及びその方法を提供する。
【解決手段】
試料の表面にレーザを照射する照明手段と、試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクや半導体ウェハの基板表面の欠陥を検査する方法及びその装置に係り、特に、光学的に検査して基板表面の凹みや傷及び表面に付着した異物を検出するのに適した表面欠陥検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクや半導体ウェハの基板表面の微細な欠陥を光学的に検査する装置は、検査の高速化及び高感度化が要求されてきている。このうち高感度化に対しては、例えば特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）に記載されているように、光源にレーザを用いて照明光の強度を上げて基板からの反射光や散乱光を高感度なセンサで検出する方法がとられている。しかし、照明光のパワー又は強度が強すぎると基板表面にダメージを与えてしまう。そのため、限られた照射強度の照明光で照明された基板表面の欠陥からの反射散乱光を最大限の検出感度で検出する必要がある。この反射散乱光を最大限の検出感度で検出する構成として、特許文献２には光電子増倍部を採用する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８６７３９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細欠陥からの散乱光は、欠陥のサイズが小さくなるほど単位面積当たりの散乱光の光量が減ると共に欠陥上方の全空間に広がる特性を持つ。したがって、同一光量の照明光を用いて微細欠陥を感度よく検出するためには、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することが必要になる。散乱光をより広い領域(立体角)で集光するためには、基板からの散乱光を集光するための対物レンズを大型化して開口数(ＮＡ)を大きく（大開口数化）すればよい。しかし、対物レンズを検査装置に取付ける上で他の部品との干渉を避けるために、現実的には対物レンズを大型化して開口数を大きくすることには限界がある。
【０００５】
また、対物レンズを大型化して開口数を大きくすると、この対物レンズで集光した散乱光を検出器の検出面上に収束させるための集束レンズも大型化しなければならず、この大型化したレンズ群を支持する鏡筒も大型化するために検出光学系が大きくなり、装置の小型軽量化を図ることが難しくなる。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決して、装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく抽出することを可能にする表面欠陥検査方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、表面欠陥検査装置の検出光学系に非球面フレネルレンズ又はフレネルレンズを組合せた構成を採用することにより、装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域から集光して検出し、検出した信号を処理して微細欠陥を感度よく抽出することを可能にした。なお、以下の説明においては便宜上非球面レンズを用いた場合について説明するが、球面のフレネルレンズを用いても同様の効果を得ることができる。
【０００８】
即ち、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、照明手段によりレーザが照射された試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、反射光検出手段からの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【０００９】
また、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面に第１のレーザを照射して試料からの反射光を検出する第１の照明検出手段と、テーブル手段に載置された試料の表面に第２のレーザを照射して試料からの反射光を検出する第２の照明検出手段と、第１の照明検出手段と第２の照明検出手段とからの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、第１の照明検出手段を、試料にレーザを照射する照明部と、レーザを照射された試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【００１０】
また、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
照明手段によりレーザが照射された試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、反射光検出手段からの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をテーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【００１１】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面にレーザを照射し、レーザが照射された試料からの反射光を検出し、反射光を検出して得た信号を処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、反射光を検出することを、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【００１２】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面に第１のレーザを照射して試料からの第１の反射光を検出し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面に第２のレーザを照射して試料からの第２の反射光を検出し、第１の反射光を検出して得た信号と第２の反射光を検出して得た信号とを処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、第１の反射光を検出することを、試料からの第１の反射光のうち正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、非球面フレネルレンズを用いて集光した第１の散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【００１３】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面にレーザを照射し、レーザが照射された試料からの反射光を検出し、反射光を検出して得た信号を処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、反射光を検出することを、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をテーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光し、複数の非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することができるようになったので、従来に比べてより微細欠陥を感度よく検出することが可能になった。
【００１５】
また、本発明によれば、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく検出することを、装置を大型化することなく実現することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施例による表面欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】非球面フレネルレンズの断面図及びそれに対応する非球面レンズの断面図である。
【図３】第１の実施例における第２の光電変換器３７の出力信号の例を示すグラフである。
【図４】第１の実施例における検査結果を出力したＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図５Ａ】第２の実施例に係る検査装置の概略の構成を示す平面のブロック図である。
【図５Ｂ】第２の実施例に係る検査装置の照明光学系２２０と検出光学系２３０との概略の構成を示す正面のブロック図である。
【図６】第２の実施例における検出光学系２３０で検出する欠陥の範囲６０１と、検出光学系３０で検出する欠陥の範囲６０２と、検出光学系２３０と３０とを合成して検出する欠陥の範囲６０３とを示す図である。
【図７Ａ】第３の実施例における検査装置の概略の構成を示す平面図である。
【図７Ｂ】第３の実施例における検査装置の概略の構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を磁気ディスクの欠陥検査装置に起用した例を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例による磁気ディスクの欠陥検査装置の全体構成を示す図である。欠陥検査装置は大きくは、検査対象の試料を載置するテーブル部１０、照明光学系２０、検出光学系３０、信号処理・制御系４０で構成されている。
【００１９】
テーブル部１０は、試料１００を載置して回転可能なテーブル１、テーブル１を回転の主軸に直角な方向に移動可能なステージ２を備えている。
【００２０】
照明光学系２０はレーザ光源２１、レーザ光源２１から発射されたレーザを試料１００の表面に集束させる集束レンズ２２を備えている。
【００２１】
検出光学系３０は、照明光学系２０により照明された試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ３１、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第２の非球面フレネルレンズ３２、第２の非球面フレネルレンズ３２で集束された散乱光を高感度に検出する第１の光電変換器３３（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）、試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光を反射して光路を切替えるミラー３４、光路を切替えられた正反射光を集光させる集光レンズ３５、集光された正反射光を検出するための複数の検出素子（素子アレイ）を備えた第２の光電変換器３７（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイまたはアバランシェ・フォトダイオードアレイ）を備えている。
【００２２】
図２の（ａ）は通常の光学レンズ３１０を示し、（ｂ）にはそれと同じ開口を有する非球面フレネルレンズ３２０の例を示す。この図からもわかるように、非球面フレネルレンズ３２０は、同じ開口を有する通常の光学レンズ３１０と比べて、比較的薄い寸法で形成することができる。本実施例においては、このような特性を持つ非球面フレネルレンズを、第１の非球面フレネルレンズ３１及び第２の非球面フレネルレンズ３２として用いる。
【００２３】
信号処理・制御系４０は、第１の光電変換器３３からの出力をＡ/Ｄ変換し増幅する第１のＡ/Ｄ変換部４１、第２の光電変換器３６からの出力をＡ/Ｄ変換し増幅する第２のＡ/Ｄ変換部４２、第１のＡ/Ｄ変換部４１と第２のＡ/Ｄ変換部４２との出力を受けて信号処理する信号処理部４３、信号処理部４３で処理された結果を記憶する記憶部４４、信号処理部４３で処理された結果を出力する表示画面を備えた出力部４５、全体を制御する全体制御部４６を備えている。
【００２４】
次に、各部の動作を説明する。
テーブル部１０は全体制御部４７で制御されて、試料１００を載置した状態でテーブル１を回転させると共に、テーブル１の回転と同期してステージ２をテーブル１の回転 の主軸に直角な方向に移動させる。
【００２５】
テーブル部１０により試料１００を回転、移動させながら、全体制御部４７で制御されている照明光学系２０のレーザ光源２１から発射したレーザを集束レンズ２２で試料１００の表面に集束させて照射する。
【００２６】
レーザが照射された試料１００の表面からは、表面の欠陥や傷、面の微小な凹凸（荒れ）などの状態に応じた反射光（散乱光と正反射光）が発生する。このとき、散乱光は試料１００の表面の欠陥の大きさに応じて分布する。すなわち、大きな欠陥や傷からの散乱光は比較的強い強度で指向性を持って分布し、微小な欠陥や傷からの散乱光は比較的弱い強度で等方的に分布する。
【００２７】
レーザが照射された試料１００の表面からの反射光のうち正反射光は、試料１００に入射するレーザの入射角度と同じ出射角度側（正反射光の光路上）に配置されたミラー３４で反射されて集光レンズ３５の方向に進み、集光レンズ３５で集光され、結像レンズ３６に入射して第２の光電変換器３７の撮像面に正反射光の像が結像され、第２の光電変換器３７により検出（撮像）される。ミラー３４は、正反射光以外の光(散乱光)を反射しないように、十分に小さい形状に形成されている。
【００２８】
一方、レーザが照射された試料１００の表面からの反射光でミラー３４で反射されなかった光(散乱光)のうち対物レンズの役目をする第１の非球面フレネルレンズ３１に入射した光は集光され、集束レンズの役目をする第２の非球面フレネルレンズ３２に入射して第１の光電変換器３３の検出面(図示せず)上に集束し、高感度な第１の光電変換器３３で検出される。
【００２９】
ここで、第１の非球面フレネルレンズ３１及び第２の非球面フレネルレンズ３２は従来の光学レンズに比べて薄く軽量であるために、それらを収納する鏡筒（図示せず）を従来の光学レンズの鏡筒に比べて比較的コンパクトに作ることが可能になり、試料上面における設置位置の自由度が増して開口数（ＮＡ）を０．６以上（従来の光学レンズを用いた場合のＮＡは０．４以下）で設計することが可能になる。その結果、前述したように微小な欠陥からの散乱光は基板の上方にほぼ等方的に分布するために、検出感度が同じであれば検出信号のレベルは検出面の面積に比例するので、従来の光学レンズ系で構成した検出光学系で検出する場合に比べて大きい検出信号を得ることができる。即ち、同じ検出信号レベルで比較すると従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できることになる。
【００３０】
Ａ/Ｄ変換部４１と４２とは、それぞれ第１の光電変換器３３または第２の光電変換器３７から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、増幅して出力する。
【００３１】
Ａ/Ｄ変換部４１と４２から出力されたデジタル信号は信号処理部４３に入力し、信号処理部４３においては、デジタルに変換された第１の光電変換器３３からの出力信号と第２の光電変換器３７からの出力信号とを両方又はその一方を用いて処理して試料１００の表面に存在する欠陥を検出し、テーブル部１０を制御する全体制御部４７から得られる試料１００上のレーザ照射位置情報を用いて、検出した欠陥の基板１００上の位置を特定する。さらに、信号処理部４３においては、第１の光電変換器３３と第２の光電変換器３７とからの検出信号の特徴にもとづいて検出した欠陥の種類を特定する。
第２の光電変換器３７を備えた検出光学系は、試料１００からの正反射光を集光レンズ３５で集光して検出する。第２の光電変換器３７は複数の検出画素がアレイ状に配置されており、集光レンズ３５で集光された欠陥を含む試料１００からの反射光強度の変化、及び偏り(分布)を検出する。図３（ａ）は緩やかな凸欠陥を含む領域からの反射光強度の分布を示し、図３（ｂ）は緩やかな凹欠陥を含む領域からの反射光強度の分布を示す。これらの図より、緩やかな凸欠陥を含む領域からの反射光強度は減少し、緩やかな凹欠陥を含む領域からの反射光強度は増大することがわかる。
【００３２】
一方、図３には示していないが、試料１００表面に異物が付着した領域からの正反射光の強度の分布は凸欠陥を含む領域からの反射光強度の分布と同様に減少するが、その広がり（反射光強度分布を検出する素子アレイの数）が緩やかな凸欠陥を含む領域からの正反射光の場合に比べて大きくなる。
【００３３】
このように、欠陥の種類により試料１００からの正反射光の分布の仕方が異なるので、この反射光強度分布の特徴を抽出して凹欠陥、凸欠陥、異物を識別することができる。また、第１の光電変換器３３及び第２の光電変換器３７で検出した試料１００からの反射光強度の分布の数の情報を用いて検出した各欠陥のサイズレベル(例えば、大、中、小)を判定することができる。
【００３４】
信号処理部４３で判定した結果は、欠陥の位置情報と共に記憶部４５に記憶されると共に、図４に示すように、出力部４６の画面４６１上にマップ形式４６２で、欠陥表示選択部４６３で選択した欠陥を種類ごと、及びサイズごとに識別できるようにして表示する。
【００３５】
本実施例に拠れば、従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できるようになったので、例えばスクラッチ欠陥について、従来の光学レンズを用いた検出光学系では数１００ｎｍ程度の大きさのものまでしか検出できなかったのに対して、本実施例による検出光学系では１００ｎｍ程度の大きさのものまで検出することが可能になった。
【００３６】
また、本実施例に拠れば、非球面フレネルレンズを組合せて高ＮＡの検出光学系をコンパクトに構成できるようになったので、装置を大型化することなくより微細な欠陥を検出することが可能になった。
【実施例２】
【００３７】
第２の実施例として、第１の実施例で説明した光学系と従来の検出光学系とを組合せた複数の検出光学系を備えた検査装置について図を用いて説明する。
【００３８】
図５Ａは、本発明による照明光学系２０と検出光学系３０とを従来の照明光学系２２０及び検出光学系２３０と組合せた構成の平面図を示す。一方、図５Ｂには従来の照明光学系２２０と検出光学系２３０の正面図を示す。本発明による照明光学系２０と、レーザ光源２２１と集光レンズ２２２とを備えた従来の照明光学系２２０とは、基本的に同じ構成となっている。検出光学系２３０からの出力と検出光学系３０からの出力とは、第１の実施例で説明した信号処理・制御部４０に相当する構成の信号処理部で処理されて欠陥が検出されるが、図５Ｂでは、簡略化のために、第１の実施例で説明した信号処理・制御部４０に相当する構成の説明を省略する。
【００３９】
従来の検出光学系２３０は、対物レンズ２３１を透過した試料１００からの反射光のうちミラー２３２で光路を切替えられなかった反射光（散乱光）を光電変換素子２３３で検出する構成になっている。一方、ミラー２３２で光路を切替えられた試料１００からの正反射光は、レンズ２３４で集光されて受光素子２３５の検出面上に集光されて検出される。
【００４０】
照明光学系２２０による試料１００上のレーザの照射位置と照明光学系２０による試料１００上のレーザの照射位置との関係を予め調整しておくことにより、照明光学系２２０と照明光学系２０とで同時に試料１００を照明してそれぞれの反射光を検出光学系２３０と検出光学系３０とで検出したそれぞれの信号は、互いの試料１００上の位置関係がわかっているので、それぞれの検出信号をつき合わせて同一欠陥の検出信号を特定して処理することが可能になる。
【００４１】
その結果、図６に示すように検出光学系２３０での検出可能な範囲６０１（数１００ｎｍ〜数１００μｍ）と検出光学系３０での検出可能な範囲６０２（数１０ｎｍ〜数１０μｍ）とを組み合わせることができ、装置全体として欠陥検出が可能な範囲６０３（数１０ｎｍ〜数１００μｍ）を検出光学系２３０又は検出光学系３０をそれぞれ単体で用いた場合に比べて拡大することができる。
【実施例３】
【００４２】
第３の実施例として、第１の実施例で説明した非球面フレネルレンズで試料１００の上方をほぼ全面に渡って覆うように構成した例を、図を用いて説明する。
【００４３】
非球面フレネルレンズはプラスチックで形成することができ、それを用いれば任意の形状に加工することが可能である。また、素材がプラスチックであるために軽量であり、所望の形状に加工した複数の非球面フレネルレンズを繋ぎ合せて用いる場合に、それらを接続する部材は通常のガラスレンズを用いる場合と比べて強度を必要としないので、比較的スリムな構造にすることができる。
【００４４】
欠陥の検出感度を高めるためには、欠陥からの散乱光を可能な限り多く集光し、これを高感度の光電変換器で検出すればよい。
【００４５】
前述したように、欠陥からの散乱光は、欠陥が微小になるほど欠陥の上方の全空間に広がる特性を持っている。したがって、この散乱光を効率よく集光するには、積分球を用いればよい。しかし、積分球は表面付近の迷光をも一緒に集光するので検出信号Ｓ/Ｎを低下させてしまう。また、一般的な積分球は内壁の反射率が完全に１００％とならない点、および入射光窓、出射光窓、試料窓のサイズによる集光効率の低下があり、全体の集光効率（試料１００で発生した反射光のうち検出器に入射する割合）が５０％以下と低くなってしまう。
【００４６】
そこで、本実施例においては、積分球と同等以上の集光効率及び指向性のある散乱を行う欠陥に対する検出能力を保持し、且つ、迷光を排除して欠陥からの散乱光を集光することが可能な光学系として、図７Ａに示すような複数の非球面フレネルレンズ７３１〜７４２を多面体構造（図７Ａの場合は６面体）に組み合わせた。即ち、対物レンズに相当する内側の多面体を非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９および７４１で構成し、集束レンズに相当する外側の多面体を非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２で構成した。これらの内側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９、７４１は接続部材７６１で、また、外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２は接続部材７６２で繋ぎ合わせられている。
【００４７】
接続部材７６１及び７６２は比較的スリムな構造であるために試料１００からの散乱光を検出する上で遮光する面積をより少なくすることが可能になり、集光効率として８０％程度を確保することができる。（例えば、複数の非球面フレネルレンズ７３１〜７４２をそれぞれプラスチックシートレンズをカットして形成し、このカットしたそれぞれのプラスチックシートレンズを透明接着剤により張り合わせることにより内側の多面体構造及び外側の多面体構造を形成することが可能である。）
このような多面体構造において、図７Ｂに示すようにレーザ光源７２１から発射されたレーザは集光レンズ７２２を透過した後、上面の非球面フレネルレンズ７４１および７４２に設けた穴７４３を通過して多面体の中心位置で試料１００の表面に照射される。試料１００の表面からの反射光のうち正反射光は上面の非球面フレネルレンズ７４１および７４２に設けた穴７４４を通過して対物レンズ７３５に入射し、結像レンズ７３６で光電変換器７３７の撮像面に正反射光の像が結像されて検出される。
【００４８】
一方、試料１００からの反射光のうちの上方の全空間に広がった散乱光は、試料１００の上方のほぼ全空間を覆うように配置された多面体の内側の非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９および７４１に入射し、集束レンズに相当する外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２を通って集束される。
【００４９】
各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２の共役点にはガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面がそれぞれ配置されており、入射した散乱光はガラスファイバ７５１〜７５６の他方の端面から出射し、この他方の端面の直前に配置された高感度な光電変換器７５７で検出される。ガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面がそれぞれ各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２の共役点に配置されていることにより、迷光がガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面に入射することを防止でき、検出信号のＳ/Ｎの低下を防止することができる。
【００５０】
この光電変換器７５７で散乱光を検出して得られた信号の処理は、第１の実施例と同じであるので記載を省略する。
【００５１】
図７Ａ及び図７Ｂに示した構成では、多面体の内側の非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９、７４１と外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２とをそれぞれ間隔をあけて設置されているが、それぞれ対応する多面体の内側の非球面フレネルレンズと外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズとを密着させて設置しても良い。
また、本実施例では、各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２の共役点にガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面を配置して、ガラスファイバ７５１〜７５６に入射した散乱光を高感度な光電変換器７５７に導く構成としたが、各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２の共役点にガラスファイバ７５１〜７５６の代わりに迷光を遮光するためのピンホールを設けた遮光板を設置し、この遮光板のピンホールを通過した光を高感度な光電変換器を配置する構成にしても良い。この場合、光電変換器の数が６個必要になるが、それぞれの出力を個別に処理することにより、欠陥ごとの散乱指向性の情報を得ることが可能になり、検出した欠陥の分類の精度を上げることが可能になる。
【００５２】
本実施例に拠れば、迷光を遮断して比較的高い集光効率で試料１００からの散乱光を検出することにより、Ｓ/Ｎの高い信号を得ることが可能になり、より微細な欠陥（数１０ｎｍ以上)の検出を可能にした。
【００５３】
なお、上記実施例１乃至３においては、非球面フレネルレンズを用いた例で説明したが、これを球面フレネルレンズに置き換えても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・回転テーブル ２・・・ステージ １０・・・テーブル部 ２０・・・照明光学系 ２１・・・レーザ光源 ２２・・・集光レンズ ３０・・・検出光学系 ３１、３２・・・非球面フレネルレンズ ３３・・・第１の光電変換器 ３４・・・ミラー ３５・・・対物レンズ ３７・・・第２の光電変換器 ４０・・・信号処理・制御部 ４１，４２・・・Ａ/Ｄ変換器 ４３・・・信号処理部 ４４・・・記憶部 ４５・・・出力部 ４６・・・全体制御部
７３１〜７４２・・・非球面フレネルレンズ ７５１〜７５６・・・光ファイバ ７５７・・・光電変換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクや半導体ウェハの基板表面の欠陥を検査する方法及びその装置に係り、特に、光学的に検査して基板表面の凹みや傷及び表面に付着した異物を検出するのに適した表面欠陥検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクや半導体ウェハの基板表面の微細な欠陥を光学的に検査する装置は、検査の高速化及び高感度化が要求されてきている。このうち高感度化に対しては、例えば特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）に記載されているように、光源にレーザを用いて照明光の強度を上げて基板からの反射光や散乱光を高感度なセンサで検出する方法がとられている。しかし、照明光のパワー又は強度が強すぎると基板表面にダメージを与えてしまう。そのため、限られた照射強度の照明光で照明された基板表面の欠陥からの反射散乱光を最大限の検出感度で検出する必要がある。この反射散乱光を最大限の検出感度で検出する構成として、特許文献２には光電子増倍部を採用する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８６７３９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細欠陥からの散乱光は、欠陥のサイズが小さくなるほど単位面積当たりの散乱光の光量が減ると共に欠陥上方の全空間に広がる特性を持つ。したがって、同一光量の照明光を用いて微細欠陥を感度よく検出するためには、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することが必要になる。散乱光をより広い領域(立体角)で集光するためには、基板からの散乱光を集光するための対物レンズを大型化して開口数(ＮＡ)を大きく（大開口数化）すればよい。しかし、対物レンズを検査装置に取付ける上で他の部品との干渉を避けるために、現実的には対物レンズを大型化して開口数を大きくすることには限界がある。
【０００５】
また、対物レンズを大型化して開口数を大きくすると、この対物レンズで集光した散乱光を検出器の検出面上に収束させるための集束レンズも大型化しなければならず、この大型化したレンズ群を支持する鏡筒も大型化するために検出光学系が大きくなり、装置の小型軽量化を図ることが難しくなる。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決して、装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく抽出することを可能にする表面欠陥検査方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、表面欠陥検査装置の検出光学系に非球面フレネルレンズ又はフレネルレンズを組合せた構成を採用することにより、装置を大型化することなく、欠陥からの散乱光をより広い領域から集光して検出し、検出した信号を処理して微細欠陥を感度よく抽出することを可能にした。なお、以下の説明においては便宜上非球面レンズを用いた場合について説明するが、球面のフレネルレンズを用いても同様の効果を得ることができる。
【０００８】
即ち、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、照明手段によりレーザが照射された試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、反射光検出手段からの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【０００９】
また、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面に第１のレーザを照射して試料からの反射光を検出する第１の照明検出手段と、テーブル手段に載置された試料の表面に第２のレーザを照射して試料からの反射光を検出する第２の照明検出手段と、第１の照明検出手段と第２の照明検出手段とからの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、第１の照明検出手段を、試料にレーザを照射する照明部と、レーザを照射された試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【００１０】
また、本発明では、試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
照明手段によりレーザが照射された試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、反射光検出手段からの検出信号を処理して試料上の欠陥を検出する信号処理手段とを備えた試料の表面の欠陥を検査する装置において、反射光検出手段を、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をテーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を備えて構成した。
【００１１】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面にレーザを照射し、レーザが照射された試料からの反射光を検出し、反射光を検出して得た信号を処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、反射光を検出することを、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【００１２】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面に第１のレーザを照射して試料からの第１の反射光を検出し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面に第２のレーザを照射して試料からの第２の反射光を検出し、第１の反射光を検出して得た信号と第２の反射光を検出して得た信号とを処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、第１の反射光を検出することを、試料からの第１の反射光のうち正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、非球面フレネルレンズを用いて集光した第１の散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【００１３】
更に、本発明では、回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、テーブルを回転させながら移動させた状態で試料の表面にレーザを照射し、レーザが照射された試料からの反射光を検出し、反射光を検出して得た信号を処理して試料上の欠陥を検出する試料表面の欠陥を検査する方法において、反射光を検出することを、試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をテーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光し、複数の非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することができるようになったので、従来に比べてより微細欠陥を感度よく検出することが可能になった。
【００１５】
また、本発明によれば、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することにより微細欠陥を感度よく検出することを、装置を大型化することなく実現することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施例による表面欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】非球面フレネルレンズの断面図及びそれに対応する非球面レンズの断面図である。
【図３】第１の実施例における第２の光電変換器３７の出力信号の例を示すグラフである。
【図４】第１の実施例における検査結果を出力したＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図５Ａ】第２の実施例に係る検査装置の概略の構成を示す平面のブロック図である。
【図５Ｂ】第２の実施例に係る検査装置の照明光学系２２０と検出光学系２３０との概略の構成を示す正面のブロック図である。
【図６】第２の実施例における検出光学系２３０で検出する欠陥の範囲６０１と、検出光学系３０で検出する欠陥の範囲６０２と、検出光学系２３０と３０とを合成して検出する欠陥の範囲６０３とを示す図である。
【図７Ａ】第３の実施例における検査装置の概略の構成を示す平面図である。
【図７Ｂ】第３の実施例における検査装置の概略の構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を磁気ディスクの欠陥検査装置に起用した例を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例による磁気ディスクの欠陥検査装置の全体構成を示す図である。欠陥検査装置は大きくは、検査対象の試料を載置するテーブル部１０、照明光学系２０、検出光学系３０、信号処理・制御系４０で構成されている。
【００１９】
テーブル部１０は、試料１００を載置して回転可能なテーブル１、テーブル１を回転の主軸に直角な方向に移動可能なステージ２を備えている。
【００２０】
照明光学系２０はレーザ光源２１、レーザ光源２１から発射されたレーザを試料１００の表面に集束させる集束レンズ２２を備えている。
【００２１】
検出光学系３０は、照明光学系２０により照明された試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ３１、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第２の非球面フレネルレンズ３２、第２の非球面フレネルレンズ３２で集束された散乱光を高感度に検出する第１の光電変換器３３（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）、試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光を反射して光路を切替えるミラー３４、光路を切替えられた正反射光を集光させる集光レンズ３５、集光された正反射光を検出するための複数の検出素子（素子アレイ）を備えた第２の光電変換器３７（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイまたはアバランシェ・フォトダイオードアレイ）を備えている。
【００２２】
図２の（ａ）は通常の光学レンズ３１０を示し、（ｂ）にはそれと同じ開口を有する非球面フレネルレンズ３２０の例を示す。この図からもわかるように、非球面フレネルレンズ３２０は、同じ開口を有する通常の光学レンズ３１０と比べて、比較的薄い寸法で形成することができる。本実施例においては、このような特性を持つ非球面フレネルレンズを、第１の非球面フレネルレンズ３１及び第２の非球面フレネルレンズ３２として用いる。
【００２３】
信号処理・制御系４０は、第１の光電変換器３３からの出力をＡ/Ｄ変換し増幅する第１のＡ/Ｄ変換部４１、第２の光電変換器３６からの出力をＡ/Ｄ変換し増幅する第２のＡ/Ｄ変換部４２、第１のＡ/Ｄ変換部４１と第２のＡ/Ｄ変換部４２との出力を受けて信号処理する信号処理部４３、信号処理部４３で処理された結果を記憶する記憶部４４、信号処理部４３で処理された結果を出力する表示画面を備えた出力部４５、全体を制御する全体制御部４６を備えている。
【００２４】
次に、各部の動作を説明する。
テーブル部１０は全体制御部４７で制御されて、試料１００を載置した状態でテーブル１を回転させると共に、テーブル１の回転と同期してステージ２をテーブル１の回転 の主軸に直角な方向に移動させる。
【００２５】
テーブル部１０により試料１００を回転、移動させながら、全体制御部４７で制御されている照明光学系２０のレーザ光源２１から発射したレーザを集束レンズ２２で試料１００の表面に集束させて照射する。
【００２６】
レーザが照射された試料１００の表面からは、表面の欠陥や傷、面の微小な凹凸（荒れ）などの状態に応じた反射光（散乱光と正反射光）が発生する。このとき、散乱光は試料１００の表面の欠陥の大きさに応じて分布する。すなわち、大きな欠陥や傷からの散乱光は比較的強い強度で指向性を持って分布し、微小な欠陥や傷からの散乱光は比較的弱い強度で等方的に分布する。
【００２７】
レーザが照射された試料１００の表面からの反射光のうち正反射光は、試料１００に入射するレーザの入射角度と同じ出射角度側（正反射光の光路上）に配置されたミラー３４で反射されて集光レンズ３５の方向に進み、集光レンズ３５で集光され、結像レンズ３６に入射して第２の光電変換器３７の撮像面に正反射光の像が結像され、第２の光電変換器３７により検出（撮像）される。ミラー３４は、正反射光以外の光(散乱光)を反射しないように、十分に小さい形状に形成されている。
【００２８】
一方、レーザが照射された試料１００の表面からの反射光でミラー３４で反射されなかった光(散乱光)のうち対物レンズの役目をする第１の非球面フレネルレンズ３１に入射した光は集光され、集束レンズの役目をする第２の非球面フレネルレンズ３２に入射して第１の光電変換器３３の検出面(図示せず)上に集束し、高感度な第１の光電変換器３３で検出される。
【００２９】
ここで、第１の非球面フレネルレンズ３１及び第２の非球面フレネルレンズ３２は従来の光学レンズに比べて薄く軽量であるために、それらを収納する鏡筒（図示せず）を従来の光学レンズの鏡筒に比べて比較的コンパクトに作ることが可能になり、試料上面における設置位置の自由度が増して開口数（ＮＡ）を０．６以上（従来の光学レンズを用いた場合のＮＡは０．４以下）で設計することが可能になる。その結果、前述したように微小な欠陥からの散乱光は基板の上方にほぼ等方的に分布するために、検出感度が同じであれば検出信号のレベルは検出面の面積に比例するので、従来の光学レンズ系で構成した検出光学系で検出する場合に比べて大きい検出信号を得ることができる。即ち、同じ検出信号レベルで比較すると従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できることになる。
【００３０】
Ａ/Ｄ変換部４１と４２とは、それぞれ第１の光電変換器３３または第２の光電変換器３７から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、増幅して出力する。
【００３１】
Ａ/Ｄ変換部４１と４２から出力されたデジタル信号は信号処理部４３に入力し、信号処理部４３においては、デジタルに変換された第１の光電変換器３３からの出力信号と第２の光電変換器３７からの出力信号とを両方又はその一方を用いて処理して試料１００の表面に存在する欠陥を検出し、テーブル部１０を制御する全体制御部４７から得られる試料１００上のレーザ照射位置情報を用いて、検出した欠陥の基板１００上の位置を特定する。さらに、信号処理部４３においては、第１の光電変換器３３と第２の光電変換器３７とからの検出信号の特徴にもとづいて検出した欠陥の種類を特定する。
第２の光電変換器３７を備えた検出光学系は、試料１００からの正反射光を集光レンズ３５で集光して検出する。第２の光電変換器３７は複数の検出画素がアレイ状に配置されており、集光レンズ３５で集光された欠陥を含む試料１００からの反射光強度の変化、及び偏り(分布)を検出する。図３（ａ）は緩やかな凸欠陥を含む領域からの反射光強度の分布を示し、図３（ｂ）は緩やかな凹欠陥を含む領域からの反射光強度の分布を示す。これらの図より、緩やかな凸欠陥を含む領域からの反射光強度は減少し、緩やかな凹欠陥を含む領域からの反射光強度は増大することがわかる。
【００３２】
一方、図３には示していないが、試料１００表面に異物が付着した領域からの正反射光の強度の分布は凸欠陥を含む領域からの反射光強度の分布と同様に減少するが、その広がり（反射光強度分布を検出する素子アレイの数）が緩やかな凸欠陥を含む領域からの正反射光の場合に比べて大きくなる。
【００３３】
このように、欠陥の種類により試料１００からの正反射光の分布の仕方が異なるので、この反射光強度分布の特徴を抽出して凹欠陥、凸欠陥、異物を識別することができる。また、第１の光電変換器３３及び第２の光電変換器３７で検出した試料１００からの反射光強度の分布の数の情報を用いて検出した各欠陥のサイズレベル(例えば、大、中、小)を判定することができる。
【００３４】
信号処理部４３で判定した結果は、欠陥の位置情報と共に記憶部４５に記憶されると共に、図４に示すように、出力部４６の画面４６１上にマップ形式４６２で、欠陥表示選択部４６３で選択した欠陥を種類ごと、及びサイズごとに識別できるようにして表示する。
【００３５】
本実施例に拠れば、従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できるようになったので、例えばスクラッチ欠陥について、従来の光学レンズを用いた検出光学系では数１００ｎｍ程度の大きさのものまでしか検出できなかったのに対して、本実施例による検出光学系では１００ｎｍ程度の大きさのものまで検出することが可能になった。
【００３６】
また、本実施例に拠れば、非球面フレネルレンズを組合せて高ＮＡの検出光学系をコンパクトに構成できるようになったので、装置を大型化することなくより微細な欠陥を検出することが可能になった。
【実施例２】
【００３７】
第２の実施例として、第１の実施例で説明した光学系と従来の検出光学系とを組合せた複数の検出光学系を備えた検査装置について図を用いて説明する。
【００３８】
図５Ａは、本発明による照明光学系２０と検出光学系３０とを従来の照明光学系２２０及び検出光学系２３０と組合せた構成の平面図を示す。一方、図５Ｂには従来の照明光学系２２０と検出光学系２３０の正面図を示す。本発明による照明光学系２０と、レーザ光源２２１と集光レンズ２２２とを備えた従来の照明光学系２２０とは、基本的に同じ構成となっている。検出光学系２３０からの出力と検出光学系３０からの出力とは、第１の実施例で説明した信号処理・制御部４０に相当する構成の信号処理部で処理されて欠陥が検出されるが、図５Ｂでは、簡略化のために、第１の実施例で説明した信号処理・制御部４０に相当する構成の説明を省略する。
【００３９】
従来の検出光学系２３０は、対物レンズ２３１を透過した試料１００からの反射光のうちミラー２３２で光路を切替えられなかった反射光（散乱光）を光電変換素子２３３で検出する構成になっている。一方、ミラー２３２で光路を切替えられた試料１００からの正反射光は、レンズ２３４で集光されて受光素子２３５の検出面上に集光されて検出される。
【００４０】
照明光学系２２０による試料１００上のレーザの照射位置と照明光学系２０による試料１００上のレーザの照射位置との関係を予め調整しておくことにより、照明光学系２２０と照明光学系２０とで同時に試料１００を照明してそれぞれの反射光を検出光学系２３０と検出光学系３０とで検出したそれぞれの信号は、互いの試料１００上の位置関係がわかっているので、それぞれの検出信号をつき合わせて同一欠陥の検出信号を特定して処理することが可能になる。
【００４１】
その結果、図６に示すように検出光学系２３０での検出可能な範囲６０１（数１００ｎｍ〜数１００μｍ）と検出光学系３０での検出可能な範囲６０２（数１０ｎｍ〜数１０μｍ）とを組み合わせることができ、装置全体として欠陥検出が可能な範囲６０３（数１０ｎｍ〜数１００μｍ）を検出光学系２３０又は検出光学系３０をそれぞれ単体で用いた場合に比べて拡大することができる。
【実施例３】
【００４２】
第３の実施例として、第１の実施例で説明した非球面フレネルレンズで試料１００の上方をほぼ全面に渡って覆うように構成した例を、図を用いて説明する。
【００４３】
非球面フレネルレンズはプラスチックで形成することができ、それを用いれば任意の形状に加工することが可能である。また、素材がプラスチックであるために軽量であり、所望の形状に加工した複数の非球面フレネルレンズを繋ぎ合せて用いる場合に、それらを接続する部材は通常のガラスレンズを用いる場合と比べて強度を必要としないので、比較的スリムな構造にすることができる。
【００４４】
欠陥の検出感度を高めるためには、欠陥からの散乱光を可能な限り多く集光し、これを高感度の光電変換器で検出すればよい。
【００４５】
前述したように、欠陥からの散乱光は、欠陥が微小になるほど欠陥の上方の全空間に広がる特性を持っている。したがって、この散乱光を効率よく集光するには、積分球を用いればよい。しかし、積分球は表面付近の迷光をも一緒に集光するので検出信号Ｓ/Ｎを低下させてしまう。また、一般的な積分球は内壁の反射率が完全に１００％とならない点、および入射光窓、出射光窓、試料窓のサイズによる集光効率の低下があり、全体の集光効率（試料１００で発生した反射光のうち検出器に入射する割合）が５０％以下と低くなってしまう。
【００４６】
そこで、本実施例においては、積分球と同等以上の集光効率及び指向性のある散乱を行う欠陥に対する検出能力を保持し、且つ、迷光を排除して欠陥からの散乱光を集光することが可能な光学系として、図７Ａに示すような複数の非球面フレネルレンズ７３１〜７４２を多面体構造（図７Ａの場合は６面体）に組み合わせた。即ち、対物レンズに相当する内側の多面体を非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９および７４１で構成し、集束レンズに相当する外側の多面体を非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２で構成した。これらの内側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９、７４１は接続部材７６１で、また、外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２は接続部材７６２で繋ぎ合わせられている。
【００４７】
接続部材７６１及び７６２は比較的スリムな構造であるために試料１００からの散乱光を検出する上で遮光する面積をより少なくすることが可能になり、集光効率として８０％程度を確保することができる。（例えば、複数の非球面フレネルレンズ７３１〜７４２をそれぞれプラスチックシートレンズをカットして形成し、このカットしたそれぞれのプラスチックシートレンズを透明接着剤により張り合わせることにより内側の多面体構造及び外側の多面体構造を形成することが可能である。）
このような多面体構造において、図７Ｂに示すようにレーザ光源７２１から発射されたレーザは集光レンズ７２２を透過した後、上面の非球面フレネルレンズ７４１および７４２に設けた穴７４３を通過して多面体の中心位置で試料１００の表面に照射される。試料１００の表面からの反射光のうち正反射光は上面の非球面フレネルレンズ７４１および７４２に設けた穴７４４を通過して対物レンズ７３５に入射し、結像レンズ７３６で光電変換器７３７の撮像面に正反射光の像が結像されて検出される。
【００４８】
一方、試料１００からの反射光のうちの上方の全空間に広がった散乱光は、試料１００の上方のほぼ全空間を覆うように配置された多面体の内側の非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９および７４１に入射し、集束レンズに相当する外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２を通って集束される。
【００４９】
各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２の共役点にはガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面がそれぞれ配置されており、入射した散乱光はガラスファイバ７５１〜７５６の他方の端面から出射し、この他方の端面の直前に配置された高感度な光電変換器７５７で検出される。ガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面がそれぞれ各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０および７４２の共役点に配置されていることにより、迷光がガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面に入射することを防止でき、検出信号のＳ/Ｎの低下を防止することができる。
【００５０】
この光電変換器７５７で散乱光を検出して得られた信号の処理は、第１の実施例と同じであるので記載を省略する。
【００５１】
図７Ａ及び図７Ｂに示した構成では、多面体の内側の非球面フレネルレンズ７３１、７３３，７３５，７３７，７３９、７４１と外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２とをそれぞれ間隔をあけて設置されているが、それぞれ対応する多面体の内側の非球面フレネルレンズと外側の多面体を構成する非球面フレネルレンズとを密着させて設置しても良い。
また、本実施例では、各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２の共役点にガラスファイバ７５１〜７５６の一方の端面を配置して、ガラスファイバ７５１〜７５６に入射した散乱光を高感度な光電変換器７５７に導く構成としたが、各非球面フレネルレンズ７３２、７３４，７３６，７３８，７４０、７４２の共役点にガラスファイバ７５１〜７５６の代わりに迷光を遮光するためのピンホールを設けた遮光板を設置し、この遮光板のピンホールを通過した光を高感度な光電変換器を配置する構成にしても良い。この場合、光電変換器の数が６個必要になるが、それぞれの出力を個別に処理することにより、欠陥ごとの散乱指向性の情報を得ることが可能になり、検出した欠陥の分類の精度を上げることが可能になる。
【００５２】
本実施例に拠れば、迷光を遮断して比較的高い集光効率で試料１００からの散乱光を検出することにより、Ｓ/Ｎの高い信号を得ることが可能になり、より微細な欠陥（数１０ｎｍ以上)の検出を可能にした。
【００５３】
なお、上記実施例１乃至３においては、非球面フレネルレンズを用いた例で説明したが、これを球面フレネルレンズに置き換えても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・回転テーブル ２・・・ステージ １０・・・テーブル部 ２０・・・照明光学系 ２１・・・レーザ光源 ２２・・・集光レンズ ３０・・・検出光学系 ３１、３２・・・非球面フレネルレンズ ３３・・・第１の光電変換器 ３４・・・ミラー ３５・・・対物レンズ ３７・・・第２の光電変換器 ４０・・・信号処理・制御部 ４１，４２・・・Ａ/Ｄ変換器 ４３・・・信号処理部 ４４・・・記憶部 ４５・・・出力部 ４６・・・全体制御部
７３１〜７４２・・・非球面フレネルレンズ ７５１〜７５６・・・光ファイバ ７５７・・・光電変換器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
該照明手段によりレーザが照射された前記試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、
該反射光検出手段からの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記反射光検出手段の散乱光検出部は、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズと、該第２の非球面フレネルレンズで集束された散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１の非球面フレネルレンズと前記第２の非球面フレネルレンズとを密着させて配置したことを特徴とする請求項２記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光の中から正反射光を抽出して該抽出した正反射光を検出する正反射光検出部を更に有することを特長とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面に第１のレーザを照射して前記試料からの反射光を検出する第１の照明検出手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面に第２のレーザを照射して前記試料からの反射光を検出する第２の照明検出手段と、
前記第１の照明検出手段と前記第２の照明検出手段とからの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記第１の照明検出手段は、前記試料にレーザを照射する照明部と、該レーザを照射された試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記第１の照明検出手段の散乱光検出部は、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズと、該第２の非球面フレネルレンズで集束された散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項５記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記第１の照明検出手段は、前記試料からの反射光の中から正反射光を抽出して該抽出した正反射光を検出する正反射光検出部を更に有することを特長とする請求項５記載の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
該照明手段によりレーザが照射された前記試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、
該反射光検出手段からの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記反射光検出手段は前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を前記テーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項９】
前記反射光検出手段の散乱光検出部は、前記テーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置されて前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズ群と、該第１の非球面フレネルレンズ群で集光されたそれぞれの散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズ群と、該第２の非球面フレネルレンズ群で集束されたそれぞれの散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記第１の非球面フレネルレンズ群のそれぞれの非球面フレネルレンズと該それぞれの非球面フレネルレンズに対応する前記第２の非球面フレネルレンズ群の非球面フレネルレンズとを密着させて配置したことを特徴とする請求項９記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光のうち正反射光を検出する正反射光検出部を更に有していることを特徴とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１２】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面にレーザを照射し、
該レーザが照射された前記試料からの反射光を検出し、
該反射光を検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記反射光を検出することが、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、該非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記散乱光を第１の非球面フレネルレンズで集光し、該第１の非球面フレネルレンズで集光した散乱光を第２の非球面フレネルレンズで集束させ、該第２の非球面フレネルレンズで集束させた散乱光を前記光電変換器で検出することを特長とする請求項１２記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１４】
前記反射光を検出する工程において、更に前記試料からの反射光から除いた正反射光を検出し、前記試料上の欠陥を検出する工程において前記散乱光を検出して得た信号と前記正反射光を検出して得た信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出することを特長とする請求項１２記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１５】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面に第１のレーザを照射して前記試料からの第１の反射光を検出し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面に第２のレーザを照射して前記試料からの第２の反射光を検出し、
前記第１の反射光を検出して得た信号と前記第２の反射光を検出して得た信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記第１の反射光を検出することが、前記試料からの第１の反射光のうち正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、該非球面フレネルレンズを用いて集光した第１の散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１６】
前記第１の反射光から正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記試料からの第１の散乱光を第１の非球面フレネルレンズで集光し、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を第２の非球面フレネルレンズで集束させ、該第２の非球面フレネルレンズで集束させた散乱光を前記光電変換器で検出することを特長とする請求項１５記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１７】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面にレーザを照射し、
該レーザが照射された前記試料からの反射光を検出し、
該反射光を検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記反射光を検出することが、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光し、該複数の非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１８】
前記散乱光を前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された第１の非球面フレネルレンズ群で前記試料からの散乱光を集光し、該第１の非球面フレネルレンズ群で集光したそれぞれの散乱光を第２の非球面フレネルレンズ群で集束させ、該第２の非球面フレネルレンズ群で集束させたそれぞれの散乱光を光電変換器で検出することを特長とする請求項１７記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
該照明手段によりレーザが照射された前記試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、
該反射光検出手段からの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記反射光検出手段の散乱光検出部は、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズと、該第２の非球面フレネルレンズで集束された散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１の非球面フレネルレンズと前記第２の非球面フレネルレンズとを密着させて配置したことを特徴とする請求項２記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光の中から正反射光を抽出して該抽出した正反射光を検出する正反射光検出部を更に有することを特長とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面に第１のレーザを照射して前記試料からの反射光を検出する第１の照明検出手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面に第２のレーザを照射して前記試料からの反射光を検出する第２の照明検出手段と、
前記第１の照明検出手段と前記第２の照明検出手段とからの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記第１の照明検出手段は、前記試料にレーザを照射する照明部と、該レーザを照射された試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記第１の照明検出手段の散乱光検出部は、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズと、該第２の非球面フレネルレンズで集束された散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項５記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記第１の照明検出手段は、前記試料からの反射光の中から正反射光を抽出して該抽出した正反射光を検出する正反射光検出部を更に有することを特長とする請求項５記載の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
試料を載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された試料の表面にレーザを照射する照明手段と、
該照明手段によりレーザが照射された前記試料からの反射光を検出する反射光検出手段と、
該反射光検出手段からの検出信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する信号処理手段と、
を備えた試料の表面の欠陥を検査する装置であって、
前記反射光検出手段は前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を前記テーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光して検出する散乱光検出部を有していることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項９】
前記反射光検出手段の散乱光検出部は、前記テーブル手段の上方の空間をほぼ全面を覆うように配置されて前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズ群と、該第１の非球面フレネルレンズ群で集光されたそれぞれの散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズ群と、該第２の非球面フレネルレンズ群で集束されたそれぞれの散乱光を検出する光電変換器を備えていることを特長とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記第１の非球面フレネルレンズ群のそれぞれの非球面フレネルレンズと該それぞれの非球面フレネルレンズに対応する前記第２の非球面フレネルレンズ群の非球面フレネルレンズとを密着させて配置したことを特徴とする請求項９記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記反射光検出手段は、前記試料からの反射光のうち正反射光を検出する正反射光検出部を更に有していることを特徴とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１２】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面にレーザを照射し、
該レーザが照射された前記試料からの反射光を検出し、
該反射光を検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記反射光を検出することが、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、該非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１３】
前記散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記散乱光を第１の非球面フレネルレンズで集光し、該第１の非球面フレネルレンズで集光した散乱光を第２の非球面フレネルレンズで集束させ、該第２の非球面フレネルレンズで集束させた散乱光を前記光電変換器で検出することを特長とする請求項１２記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１４】
前記反射光を検出する工程において、更に前記試料からの反射光から除いた正反射光を検出し、前記試料上の欠陥を検出する工程において前記散乱光を検出して得た信号と前記正反射光を検出して得た信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出することを特長とする請求項１２記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１５】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面に第１のレーザを照射して前記試料からの第１の反射光を検出し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面に第２のレーザを照射して前記試料からの第２の反射光を検出し、
前記第１の反射光を検出して得た信号と前記第２の反射光を検出して得た信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記第１の反射光を検出することが、前記試料からの第１の反射光のうち正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光し、該非球面フレネルレンズを用いて集光した第１の散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１６】
前記第１の反射光から正反射光を除いた第１の散乱光を非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記試料からの第１の散乱光を第１の非球面フレネルレンズで集光し、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を第２の非球面フレネルレンズで集束させ、該第２の非球面フレネルレンズで集束させた散乱光を前記光電変換器で検出することを特長とする請求項１５記載の表面欠陥検査方法。
【請求項１７】
回転と移動が可能なテーブル上に試料を載置し、
該テーブルを回転させながら移動させた状態で前記試料の表面にレーザを照射し、
該レーザが照射された前記試料からの反射光を検出し、
該反射光を検出して得た信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する
試料表面の欠陥を検査する方法であって、
前記反射光を検出することが、前記試料からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光を前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光し、該複数の非球面フレネルレンズを用いて集光した散乱光を光電変換器で検出することを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項１８】
前記散乱光を前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された複数の非球面フレネルレンズを用いて集光することを、前記テーブルの上方の空間をほぼ全面を覆うように配置された第１の非球面フレネルレンズ群で前記試料からの散乱光を集光し、該第１の非球面フレネルレンズ群で集光したそれぞれの散乱光を第２の非球面フレネルレンズ群で集束させ、該第２の非球面フレネルレンズ群で集束させたそれぞれの散乱光を光電変換器で検出することを特長とする請求項１７記載の表面欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−７５４０６（Ｐ２０１１−７５４０６Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７１８４（Ｐ２００９−２２７１８４）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【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２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【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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