JP2016102776A - 検査装置、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、欠陥検出と同時に試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる検査装置、及び検査方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる検査装置は、試料２０を照明する照明光となる２光束を発生し、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明する照明装置１０と、試料２０からの散乱光を検出する第１検出器１６と、試料２０からの散乱光を検出する第２検出器１７と、第１検出器１６からの第１検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出する第１比較部５１と、第２検出器１７からの第２検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出する第２比較部５２と、欠陥の検出タイミングの時間差に応じて、試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を取得する位置情報取得部５３と、を備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置、及び検査方法に関する。

試料の欠陥検査を行う検査装置としては、明視野照明光学系を用いた明視野検査装置と、暗視野照明光学系を用いた暗視野検査装置がある。これらの検査装置では、試料全面を走査して、欠陥の位置を検出している。さらに、欠陥の深さを分類するには、各欠陥位置において、フォーカス位置を光軸方向に変化させる必要がある。したがって、欠陥の深さを分類するには、検査時間が長くなってしまう。

特許文献１には、ガラス基板のような透明体の検査を行う検査装置が開示されている。特許文献１の検査装置では、２つの反射型明視野光学系を用いて検査を行っている。すなわち、線状光源及びカメラ（ラインセンサ）がガラス基板の両面にそれぞれ配置されている。そして、２つのカメラが、ガラス基板の両面の画像を撮像している。そして、両方の画像に欠陥候補が見つかった場合、欠陥とみなし、一方の画像にのみ欠陥候補が見つかった場合、疑似欠陥とみなしている。

さらに、同一の欠陥候補に関して同一のカメラに現れる二つの像の距離を求めて、欠陥がこの距離に基づいて基板の主面、内部又は裏面のいずれにあるかを特定している。例えば、ガラス基板の裏面の近くに欠陥がある場合について説明する。ガラス基板の裏面から照明した場合、ガラス基板の裏面を通過した光の光路中に欠陥が存在すると、光が欠陥で散乱され、暗信号が発生する。すなわち、ガラス基板の裏面から主面に向かう光によって、欠陥が検出される。

さらに、ガラス基板の裏面から主面に向かう光の光路中に欠陥がない場合、ガラス基板の裏面を通過した光は、ガラス基板の主面で反射される。ガラス基板の主面で反射した光の光路中に欠陥が存在すると、光が欠陥で散乱され、暗信号が発生する。すなわち、ガラス基板の主面から裏面に向かう光によって、欠陥が検出される。したがって、２つの像の距離によって、欠陥がガラス基板の内部又は裏面にあるかを区別することができる。同様に、ガラス基板の主面から照明することで、欠陥がガラス基板の内部又は主面にあるかを区別することができる。

国際公開２００６／０５７１２５号

しかしながら、特許文献１の構成では、基板の両側にカメラ（ラインセンサ）、及び線状光源が配置されている。したがって、裏面側にも光源及びカメラを配置する構成となっている。そのため、特許文献１では、光学系の構成が複雑になってしまうという問題がある。また、特許文献１は、明視野検査であり、暗視野検査で検査と同時に厚さ方向の情報を得る手段ではない。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、簡便な構成で、試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる検査装置、及び検査方法を提供することを目的とするものである。

本実施形態の第１の態様にかかる検査装置は、試料を照明する照明光となる２光束を発生し、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明する照明装置と、前記試料からの散乱光を検出する第１検出器と、前記試料からの散乱光を検出する第２検出器と、前記第１検出器からの第１検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出する第１比較部と、前記第２検出器からの第２検出信号をしきい値と比較することで、前記欠陥を検出する第２比較部と、前記第１比較部による前記欠陥の検出タイミングと前記第２比較部による前記欠陥の検出タイミングとの時間差に応じて、前記試料の厚さ方向における前記欠陥の位置情報を取得する位置情報取得部と、を備えたものである。この構成によれば、簡便な構成で、欠陥検出と同時に試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる。

上記の検査装置において、前記照明装置が、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、の２光束を発生し、前記第１検出器は第２の波長の光を遮光する第１フィルタを介して、散乱光を検出し、前記第２検出器は第１の波長の光を遮光する第２フィルタを介して、散乱光を検出するようにしてもよい。第１検出器及び第２検出器で異なる波長の散乱光を検出するため、欠陥が近接している状態でもより高い精度で試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる。

上記の検査装置において、前記２光束が入射するレンズをさらに備え、前記レンズによって、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明するようにしてもよい。

上記の検査装置において、前記試料からの散乱光を受光する対物レンズと、前記対物レンズからの散乱光を分岐する光分岐手段と、をさらに備え、前記光分岐手段で分岐された一方の光を前記第１検出器が検出し、前記光分岐手段で分岐された他方の光を前記第２検出器が検出するようにしてもよい

上記の検査装置において、前記照明装置が、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、の２光束を発生し、前記光分岐手段が波長に応じて前記第１の波長の散乱光と、前記第２の波長の散乱光を分岐するようにしてもよい。

上記の検査装置において、前記試料の前記厚さ方向における位置に応じて、前記２光束による照明位置がずれていくように、前記試料が照明され、前記２光束による照明位置がずれる方向に、前記試料を移動させるステージが設けられているものである。これにより、厚さ方向における欠陥の位置情報を適切に測定することができる。

上記の検査装置において、前記２光束による照明位置がずれる方向と直交する方向に、前記照明光を走査するスキャナが設けられていてもよい。こうすることで、広い領域を照明することができるため、スループットを向上することができる。

本実施形態の第２の態様にかかる検査方法は、試料を照明する照明光となる２光束を発生するステップと、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明するステップと、第１検出器及び第２検出器によって前記試料からの散乱光をそれぞれ検出するステップと、前記第１検出器からの第１検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出するステップと、前記第２検出器からの第２検出信号をしきい値と比較することで、前記欠陥を検出するステップと、前記第１検出信号での前記欠陥の検出タイミングと前記第２検出信号での前記欠陥の検出タイミングとの時間差に応じて、前記試料の厚さ方向における前記欠陥の位置情報を取得するステップと、を備えたものである。この方法によれば、簡便な構成で、欠陥検出と同時に試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる。

上記の検査方法において、前記２光束には、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、が含まれ、前記第１検出器は第２の波長の光を遮光する第１フィルタを介して、散乱光を検出し、前記第２検出器は第１の波長の光を遮光する第２フィルタを介して、散乱光を検出するようにしてもよい。第１検出器及び第２検出器で異なる波長の散乱光を検出するため、欠陥が近接している状態でもより高い精度で試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる。

上記の検査方法において、前記２光束が入射するレンズによって、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明するようにしてもよい。

上記の検査方法において、対物レンズが前記試料からの散乱光を受光し、前記対物レンズからの散乱光を光分岐手段によって分岐し、前記光分岐手段で分岐された一方の光を前記第１検出器が検出し、前記光分岐手段で分岐された他方の光を前記第２検出器が検出するようにしてもよい。

上記の検査方法において、前記２光束には、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、が含まれ、前記光分岐手段が波長に応じて前記第１の波長の散乱光と、前記第２の波長の散乱光を分岐するようにしてもよい。

上記の検査方法において、前記試料の前記厚さ方向における位置に応じて、前記２光束の照明位置がずれていくように、前記試料が照明され、前記２光束の照明位置がずれる方向に前記試料を移動させながら、前記第１検出器及び第２検出器が前記散乱光を検出するようにしてもよい。これにより、厚さ方向における欠陥の位置情報を適切に測定することができる。

上記の検査方法において、前記２光束による照明位置がずれる方向と直交する方向に前記照明光を走査しながら、前記第１検出器及び第２検出器が前記散乱光を検出するようにしてもよい。こうすることで、広い領域を照明することができるため、スループットを向上することができる。

本発明によれば、簡便な構成で、試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を測定することができる検査装置、及び検査方法を提供することができる。

本実施形態にかかる検査装置の構成を示す図である。 実施形態１に係る検査装置において、欠陥に入射する照明光の様子を示す図である。 試料の表面に欠陥がある場合の第１及び第２検出信号を示す図である、 試料の内部に欠陥がある場合の第１及び第２検出信号を示す図である、 試料の裏面に欠陥がある場合の第１及び第２検出信号を示す図である、 欠陥のＺ方向位置と欠陥検出タイミングを模式的に示す図である 処理装置の構成を示すブロック図である。 実施形態２に係る検査装置において、欠陥に入射する照明光の様子を示す図である。 実施形態３に係る検査装置の構成を示す図である。

以下、本実施の形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

実施の形態１．
本実施の形態に係る検査装置は、透明な試料にある欠陥を検出する検査装置である。具体的には、検査装置は、暗視野照明光学系を用いて試料を照明し、欠陥で散乱した光を検出することで欠陥を検出している。透明な試料は、例えば、半導体やディスプレイの製造に用いられるガラスウェハ等の透明基板である。例えば、試料の材料としては、サファイアガラスや石英ガラスである。本実施形態では、試料がガラスウェハブランクスであるものとして説明する。さらに、検査装置は、２光束照明を用いて、試料の厚さ方向における欠陥の位置情報を取得する。すなわち、検査装置は、厚さ方向における欠陥の位置を特定することができる。

図１を用いて検査装置の構成について、説明する。図１は、検査装置１００の構成を模式的に示す図である。検査装置１００は、照明装置１０、スキャナ１３、レンズ１４、ＸＹステージ１５、第１検出器１６、第２検出器１７、第１フィルタ１８、及び第２フィルタ１９を備えている。検査対象となる試料２０はＸＹステージ１５の上に載置されている。なお、以下の説明において、照明光学系における光軸方向をＺ方向として、試料２０の面内方向をＸ方向、及びＹ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。また、検査装置１００は、暗視野照明光学系１０１を用いて、試料２０を照明している。

まず、暗視野照明光学系１０１の構成について説明する。本実施の形態において、照明装置１０は、試料２０を照明する２光束を発生する。そのため、照明装置１０は、第１光源１１、第２光源１２を備えている。第１光源１１は、第１照明光Ｌ１を出射する。第２光源１２は第２照明光Ｌ２を出射する。第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２とは、異なる光束として、試料２０を照明する。

第１光源１１、第２光源１２は、レーザ光源であり、異なる波長のレーザ光を生成する。第１照明光Ｌ１の波長を波長λ１、第２照明光Ｌ２の波長を波長λ２とする。波長λ１と波長λ２とは異なる波長である。波長λ１と波長λ２とは、できるだけ近い波長にすることが好ましい。すなわち、後述する第１及び第２フィルタで分離できる程度に近い二波長λ１、λ２を用いることが好ましい。このようにすることで、第１検出器１６及び第２検出器１７における欠陥の検出感度の差を低減することができる。

なお、照明装置１０に用いられる光源は、レーザ光源に限らず、ランプ光源やＬＥＤ光源であってもよい。なお、本実施の形態では、２光束を生成する照明装置１０として、２つの光源を用いたが、１つの光源を分岐する構成を用いてもよい。すなわち、ビームスプリッタやダイクロイックミラーなどで二つに分岐した一方を第１照明光Ｌ１とし、他方を第２照明光Ｌ２としてもよい。１つの光源のみを用いる場合、ランプ光源等の単色ではない光源を利用する。

第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２はそれぞれ平行光束となって伝搬する。第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２は別々の平行光束となって、スキャナ１３に入射する。すなわち、第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２は、スキャナ１３の異なる位置に入射する。

スキャナ１３は、試料２０上での照明位置を走査するために、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２を偏向する。例えば、スキャナ１３としてガルバノミラーやポリゴンミラーなどを用いることができる。スキャナ１３は、紙面と垂直方向に２本の光束を走査する。ここで、スキャナ１３による照明光の走査方向をＹ方向とする。スキャナ１３で反射した第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２はレンズ１４に入射する。本実施形態では、試料２０の表面上において１２ｍｍ／５１μｓｅｃでＹ方向に移動するよう、スキャナ１３としてポリゴンミラーを用いて照明光をスキャンしている。各スキャンの時間間隔は２５０μｓｅｃである。

レンズ１４は対物レンズであり、試料２０の直上に配置されている。試料２０は上記のように透明基板であり、例えば、厚さ０．５ｍｍのガラスウェハである。レンズ１４は、第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２を試料２０に集光する。より具体的には、レンズ１４は、試料２０の表面に第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２を集光する。レンズ１４によって集光された第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２は、試料２０の表面の同じ位置を照明する。例えば、レンズ１４の一部の領域に入射した第１照明光Ｌ１は、レンズ１４の光軸と試料２０の表面が交差する位置に集光される。同様に、レンズ１４の一部の領域に入射した第２照明光Ｌ２は、レンズ１４の光軸と試料２０の表面が交差する位置に集光される。したがって、異なる方向に伝搬する第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は、試料２０の表面で交差する。焦点位置において、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２のビーム径は約７０μｍとなっている。すなわち、試料２０の表面において、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は、直径７０μｍの円形のスポットを形成する。

第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２はレンズ１４の光軸からずれた位置において、レンズ１４に入射する。また、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２とは、レンズ１４の異なる位置に入射している。例えば、図１において、第１照明光Ｌ１は、レンズ１４の左側半分における一部の領域に入射し、第２照明光Ｌ２はレンズ１４の右側半分における一部の領域に入射する。さらに、レンズ１４でのＸＹ平面において、第１照明光Ｌ１の入射位置は、第２照明光の入射位置と対称になっている。

例えば、試料２０に対する第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の入射角度は４５°となっている。すなわち、レンズ１４により屈折された第１照明光Ｌ１は、４５°の入射角°で試料２０に入射し、レンズ１４により屈折された第２照明光Ｌ２は、−４５°の入射角°で試料２０に入射する。このように、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は試料２０に対して斜め入射する。すなわち、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の光軸は、レンズ１４の光軸から傾いている。本実施の形態では、第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２の２光束を用いているため、１光束の場合に比べて、２光束全体での焦点深度が浅くなる。よって、欠陥の深さ分類が可能なる。

さらに、試料２０の上には第１検出器１６及び第２検出器１７が配置されている。第１検出器１６及び第２検出器１７は、フォトマルチプライアやフォトダイオードなどの光検出器である。本実施形態では、検査装置１００が暗視野照明光学系１０１を有している。したがって、第１検出器１６及び第２検出器１７は、レンズ１４を介さずに試料２０からの散乱光を検出する。第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２が照明した箇所に欠陥がある場合、欠陥で光が散乱する。欠陥で散乱した散乱光の一部は、レンズ１４に入射せずに、第１検出器１６又は第２検出器１７に入射する。すなわち、第１検出器１６及び第２検出器１７は、レンズ１４の外側を通過した散乱光を検出する。ＸＹ平面において、第１検出器１６及び第２検出器１７は光軸に対して対称な位置に配置されている。

第１検出器１６の前には第１フィルタ１８が配置されている。第１フィルタ１８は、例えば、バンドパスフィルタであり、波長λ１の光を透過して、波長λ２の光を遮光する。したがって、第１検出器１６は、欠陥に入射した第１照明光Ｌ１の散乱光を検出する。すなわち、第１検出器１６は、欠陥で散乱した波長λ１の散乱光を検出する。このように、第１検出器１６は、欠陥で第１検出器１６の方向に散乱した散乱光のうち、波長λ１の散乱光のみを検出する。

第２検出器１７の前には第２フィルタ１９が配置されている。第２フィルタ１９は、例えば、バンドパスフィルタであり、波長λ２の光を透過して、波長λ１の光を遮光する。したがって、第２検出器１７は、欠陥に入射した第２照明光Ｌ２の散乱光を検出する。すなわち、第２検出器１７は、欠陥で散乱した波長λ２の散乱光を検出する。このように、第２検出器１７は、欠陥で第２検出器１７の方向に散乱した散乱光のうち、波長λ２の散乱光のみを検出する。

第１フィルタ１８、及び第２フィルタ１９を第１検出器１６、及び第２検出器１７の入射側にそれぞれ配置することで、波長λ１の散乱光と波長λ２の散乱光を独立して検出することができる。試料２０は、ＸＹステージ１５の上に載置されている。ＸＹステージ１５は、試料２０のエッジ部を保持している。すなわち、ＸＹステージ１５は、試料２０のエッジ部のみと接触しており、試料２０の中央の下側は空間となっている。ＸＹステージ１５は、Ｘ方向に試料２０を移動している間、第１検出器１６及び第２検出器１７が散乱光を検出する。例えば、ＸＹステージ１５は、１００ｍｍ／ｓｅｃの速度でＸ方向に移動している。第１検出器１６は、検出した散乱光強度に応じた第１検出信号を処理装置（図１では図示せず）に出力する。第２検出器１７は、検出した散乱光強度に応じた第２検出信号を処理装置に出力する。

処理装置は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置やＡ／Ｄ変換器等の電子回路を備えている。処理装置が第１及び第２検出信号に対して、所定の処理を行うことで、本実施形態に係る検査方法を実現することができる。処理装置は、検出信号としきい値との比較結果に応じて、欠陥を検出する。暗視野照明光学系１０１を用いているため、照明光が欠陥に入射するタイミングで検出信号が大きくなる。したがって、検出信号が予め設定されたしきい値を越えた場合、処理装置は、欠陥が存在すると判定する。一方、検出信号がしきい値を越えない場合、処理装置は、欠陥が存在しないと判定する。そして、処理装置には、ＸＹステージ１５の座標及びスキャナ１３の角度が入力されているため、処理装置は、ＸＹ平面における照明位置を特定することができる。すなわち、検出信号がしきい値を越えたタイミングを欠陥検出タイミングとし、処理装置は欠陥検出タイミングにおける照明位置から欠陥座標を特定する。さらに、処理装置は、第１及び第２検出信号に対して所定の処理を行うことで、厚さ方向における欠陥の位置を特定することができる。処理装置における処理については後述する。

図２は、欠陥に入射する照明光の様子を示す図である。なお、図２では、試料２０の表面に存在する欠陥を欠陥２１として示しており、試料２０の裏面に存在する欠陥を欠陥２３として示している。さらに、試料２０の内部に存在する欠陥を欠陥２２として示している。以下、欠陥２１、欠陥２２、又は欠陥２３が存在する場合についてそれぞれ説明する。なお、図２では、ＸＹステージ１５によって、試料２０が矢印方向（＋Ｘ方向）に移動している。欠陥の大きさは、ビーム径よりも十分に小さいものであり、例えば１μｍ〜１０μｍ程度である。

試料２０はガラス等の透明材料によって形成されている。このため、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は、試料２０の内部を透過していく。さらに、試料２０と空気との界面で、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が屈折する。上記のように、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は、異なる光束となっており、レンズ１４の異なる位置を通っている。そして、レンズ１４が、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２を試料２０の表面に集光している。第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は試料２０の表面で交差して、試料２０の内部を伝搬していく。図２では、第１照明光Ｌ１が試料２０に対して、左上側（−Ｘ側）から斜めに入射し、第２照明光Ｌ２が試料２０に対して右上側（＋Ｘ側）から斜めに入射している。

したがって、試料２０の厚さ方向（Ｚ方向）に応じて、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２とが通過する位置が変化していく。例えば、図２では、試料２０の表面において、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が試料２０の同じ位置を通過している。一方、試料２０の裏面側では、第１照明光Ｌ１が第２照明光よりも右側を通過している。このように、Ｚ方向の位置に応じて、Ｘ方向における第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の照明位置がずれていく。試料２０の裏面側に行くほど、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の照明位置のずれ量が大きくなる。試料２０の内部及び裏面では、第１照明光Ｌ１による照明位置と第２照明光Ｌ２による照明位置がＸ方向にずれている。すなわち、第２照明光Ｌ２は、第１照明光Ｌ１の照明位置と異なる位置を照明している。そして、ＸＹステージ１５をＸ方向に移動しているため、欠陥の深さに応じて、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が欠陥に入射するタイミングが異なっている。このように、ＸＹステージ１５が、照明位置のずれる方向（Ｘ方向）に試料２０を移動している。

まず、試料２０の表面に欠陥２１が存在する場合について説明する。試料２０の表面に欠陥２１がある場合、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２は同時に欠陥２１に入射する。照明光が欠陥２１に入射すると散乱光強度が高くなり、検出信号がしきい値を越える。したがって、図３に示すように、第１検出器１６の第１検出信号と、第２検出器１７の第２検出信号では、同じタイミングで欠陥が検出される。すなわち、第１検出信号による欠陥検出タイミングと、第２検出信号による欠陥検出タイミングがほぼ同じタイミングとなっている。

次に、試料２０の内部に欠陥２２が存在する場合について説明する。試料２０の内部に欠陥２２が存在する場合、第１照明光Ｌ１が欠陥２２に入射するタイミングと、第２照明光Ｌ２が欠陥２２に入射するタイミングがずれる。すなわち、ＸＹステージ１５が＋Ｘ方向に移動しているため、第２照明光Ｌ２が欠陥２２に入射した後、第１照明光Ｌ１が欠陥２２に入射する。よって、図４に示すように、第１照明光Ｌ１による欠陥検出タイミングが第２照明光Ｌ２による欠陥検出タイミングから遅れる。

次に、試料２０の裏面に欠陥２３が存在する場合について説明する。試料２０の裏面に欠陥２３が存在する場合、第１照明光Ｌ１が欠陥２２に入射するタイミングと、第２照明光Ｌ２が欠陥２２に入射するタイミングがさらにずれる。すなわち、ＸＹステージ１５が＋Ｘ方向に移動しているため、第２照明光Ｌ２が欠陥２２に入射した後、第１照明光Ｌ１が欠陥２２に入射する。よって、図５に示すように、第１照明光Ｌ１による欠陥検出タイミングが第２照明光Ｌ２による欠陥検出タイミングからさらに遅れる。

Ｘ方向におけるＸＹステージ１５の移動速度が既知となっている。そして、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の入射角度、拡がり角度、スポット径も既知となっている。さらに、試料２０の厚さと、波長λ１、λ２における試料２０の屈折率も既知となっている。よって、欠陥検出タイミングの時間差から、位置情報取得部５３は、Ｚ方向における欠陥の位置を特定することができる。すなわち、上記の既知の情報から、欠陥検出タイミングの時間差を、Ｚ方向における欠陥の位置に変換することができる。

図６に、欠陥検出タイミングと、Ｚ方向の位置との関係を示す。上記したように、−Ｚ側に向かうにつれて、欠陥検出タイミングのずれが大きくなる。例えば、ガラスウエハの厚さを０．５ｍｍ、ステージ速度１００ｍｍ／ｓｅｃ、照明光の入射角度を４５°とした場合、試料２０の内部にある欠陥２２の検出タイミングが約２．７ｍｓｅｃずれる。なお、ビーム径が７０μｍ、欠陥サイズが１０μｍとすると、図３〜図５に示す検出信号が示す欠陥の幅は約０．４μｓｅｃ程度に相当する。

このように、欠陥の深さに応じて、第１検出信号による欠陥検出タイミングと第２検出信号による欠陥検出タイミングの時間間隔が変化する。処理装置は、この時間間隔に応じて、Ｚ方向における欠陥の位置を検出している。すなわち、処理装置は、欠陥検出タイミングの間隔に応じて、Ｚ方向（厚さ方向）における欠陥の位置情報を取得している。

上記の処理を行うための処理装置の構成について、図７を用いて説明する。図７は、処理装置５０の構成を示すブロック図である。処理装置５０は、第１比較部５１と、第２比較部５２と、位置情報取得部５３と、を備えている。処理装置５０には、第１検出器１６からの第１検出信号と、第２検出器１７からの第２検出信号が入力されている。

第１比較部５１は、第１検出信号をしきい値と比較して、欠陥を検出する。すなわち、第１検出信号がしきい値を越えた場合、第１比較部５１は欠陥が存在すると判定する。第２比較部５２は、第２検出信号をしきい値と比較して、欠陥を検出する。すなわち、第２検出信号がしきい値を越えた場合、第２比較部５２は欠陥が存在すると判定する。第１比較部５１におけるしきい値と第２比較部５２におけるしきい値は、同じ値でもよく、異なる値でもよい。例えば、照明波長による感度の差に応じて、しきい値を調整してもよい。ＸＹステージ１５の位置及びスキャナ１３の偏向角が処理装置５０に入力されているため、第１比較部５１及び第２比較部５２の検出結果に基づいて、欠陥位置を検出することができる。

位置情報取得部５３は、第１比較部５１による欠陥検出タイミングと第２比較部５２による欠陥検出タイミングとの時間差に応じてＺ方向における欠陥の位置情報を求める。これにより、欠陥の深さ分類を行うことができる。位置情報取得部５３は、第１比較部５１による欠陥検出タイミングと、第２比較部による欠陥検出タイミングとの時間差を求める。そして、位置情報取得部５３は、時間差に応じて、欠陥のＺ方向位置を検出する。上記したように、試料２０の裏面側が向かうにつれて、時間差が大きくなっている。したがって、時間差に応じて、Ｚ方向における欠陥の位置情報を検出することができる。

本実施の形態では、試料２０の一方の表面側に暗視野照明光学系１０１を配置している。こうすることで、試料２０の裏面側に、光学部品を配置する必要がなくなるため、特許文献１に比べて光学系を簡素化することができる。特に、第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２に対して、スキャナ１３やレンズ１４等の光学部品を共通化することができるため、部品点数を少なくすることができる。

本実施の形態では、欠陥の検出と、Ｚ方向の位置情報の取得を同時に行うことができる。すなわち、第１比較部５１、及び第２比較部５２の比較結果によって欠陥を検出するとともに、欠陥検出のタイミング差に応じて、欠陥のＺ位置を検出することができる。従って、本実施形態に係る検査装置１００では、１度の走査で、欠陥検出と厚さ方向における位置の特定を行うことができる。よって、スループットを向上することができる。これに対して、通常の光学系による検査では、欠陥を検出した後、欠陥位置において焦点位置をＺ方向に変えていく必要がある。よって、通常の光学系による検査に比べて、高いスループットで検査を行うことができる。

本実施の形態では、異なる波長の第１照明光Ｌ１第２照明光Ｌ２とで試料２０を照明するとともに、第１検出器１６と第２検出器１７とが異なる波長の散乱光を検出している。すなわち、第１フィルタ１８、及び第２フィルタ１９をそれぞれ第１検出器１６、及び第２検出器１７の前に配置して、他方の波長の光を検出しないようにしている。このようにすることで、２つの欠陥が近接する場合でも、分離して検出することが可能になる。また、第１及び第２検出器で欠陥を検出したタイミングの時間差に応じて、厚さ方向における欠陥の位置を測定している。よって、高い分解能で欠陥の位置を測定することができる。

なお、レンズ１４に入射する第１照明光Ｌ１のビーム径を小さくして、第１照明光Ｌ１の光束の焦点深度を深くすることが好ましい。同様に、レンズ１４に入射する第２照明光Ｌ２のビーム径を小さくして、第２照明光Ｌ２の光束の焦点深度を深くすることが好ましい。こうすることで、裏面での各ビーム径の拡がりを小さくすることができるため、高い分解能で欠陥を検出することができる。また、ビーム径を細くすることで特に試料２０の表面付近における厚さ方向の分解能が向上する。

上記の説明では、試料２０の表面で第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が交差したが、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が交差する深さは、試料２０の表面に限られるものではあい。例えば、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が試料２０の裏面で交差するようにしてもよく、試料２０の内部で交差するようにしてもよい。第１照明光Ｌ１の照明位置と第２照明光の照明位置がＺ方向の位置に応じてずれていくように、レンズ１４が第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２を屈折すればよい。

レンズ１４と試料２０との間の距離を変えることで、欠陥の検出感度のよい深さにすることも可能となる。例えば、試料２０内部での感度を高くした場合、試料２０内部で、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が交差するようにする。さらに、レンズ１４と試料２０との間の距離を変えることで、試料２０の表面上でのビーム径を変えることが可能になる。これにより、レンズ１４のＮＡを変えずに、スループットを変えることも可能になる

上記の説明ではＸＹステージ１５が試料２０のエッジ部を保持するようにしたが、試料２０の裏面と接触してもよいのであれば、試料２０の全体を保持するステージを透明ステージにすることも可能である。こうすることで、試料２０が撓むのを防ぐことができる。あるいは、試料２０の全体を保持するステージを非透明な材料とすることも可能である。例えば、試料２０の裏面と接触してもよく、かつ、試料２０の裏面を検査しないのであれば、非透明なステージで試料２０全体を保持することが可能となる。この場合、裏面からの信号は決まったタイミング差で検出されるため、裏面からの散乱光による信号を分離することができる。

なお、サイズが大きい欠陥については、同じタイミングで欠陥が検出されてしまう。例えば、試料２０の内部での照明光の分離間隔よりも大きい３００μｍ程度の欠陥では、第１比較部５１による欠陥検出タイミングと第２比較部５２による欠陥検出タイミングが重なってしまう。また、サイズが大きいと、欠陥２１の左右のエッジについて、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２の感度が変わってしまう。例えば、照明光の入射方向とエッジの向きによって、感度に差が出てしまう。このため、サイズが大きい欠陥については、検査後に明視野レビューで深さを分類するようにしてもよい。

なお、ＸＹステージ１５の移動方向と、照明位置がずれる方向にＸＹステージ１５が試料２０を移動させている。こうすることで、ＸＹステージ１５が、適切な速度で照明位置をＸ方向に移動させることができる。Ｚ方向における欠陥の位置情報を正確に測定することができる。また、スキャナ１３がＹ方向に第１及び第２照明光をスキャンしている。スキャナ１３による走査速度は、照明位置のずれ量に対して十分に速い。よって、スキャナ１３がＹ方向に第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２を走査することで、Ｙ方向に広い領域を短時間で照明することができる。よって、スループットを向上することができる。

なお、上記の説明では、ＸＹステージ１５を用いて照明位置を変えたが、光学系全体を移動して照明位置を変えるようにしてもよい。例えば、スキャナ１３、レンズ１４、第１検出器１６、及び第２検出器１７を移動することで、照明位置を変えるようにしてもよい。このように、試料２０における照明位置を変える手段はＸＹステージ１５に限られるものではなく、試料２０と照明光の入射位置を相対的に変えることができればよい。

位置情報取得部５３が取得する位置情報は、Ｚ方向における欠陥の座標に限られるものではない。例えば、Ｚ方向における分解能が低い場合、欠陥が試料２０の表面、内部、裏面にあるかを判別するだけであってもよい。また、試料２０の裏面側に２つの検出器を設けて、同様の処理を行ってもよい。こうすることで、より高い精度で、欠陥のＺ方向位置を測定することができる。

実施の形態２．
本実施の形態に係る検査装置について、図８を用いて説明する。図８は、検査装置１００において、試料２０を照明する第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２の様子を示す図である。なお、検査装置１００の構成及び処理は、実施の形態１に示した構成、及び処理と同様であるため、重複する内容については説明を省略する。本実施の形態では、第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２を同じ波長としている。そして、図１に示した第１フィルタ１８、及び第２フィルタ１９を取り除いた構成としている。したがって、第１検出器１６と第２検出器１７が同じ波長の散乱光を検出している。

実施の形態１と同様に、第１検出器１６からの第１検出信号としきい値とを比較して、欠陥を検出する。第２検出器１７からの第２検出信号としきい値とを比較して、欠陥を検出する。実施形態１と同様に、欠陥検出タイミングの時間差に基づいて、厚さ方向における欠陥の位置情報を取得することができる。試料２０の内部又は裏面に欠陥がある場合、１つの欠陥が２回異なるタイミングで照明される。すなわち、第１照明光Ｌ１と第２照明光Ｌ２が欠陥に入射するタイミングがずれている。したがって、例えば、１つの欠陥について、第１検出信号がしきい値を２回越える。同様に、１つの欠陥について、第２検出信号がしきい値を２回越える。処理装置５０は、２つの欠陥検出タイミングの時間差に基づいて、厚さ方向における欠陥の位置情報を取得する。こうすることで、実施の形態１と同様に、Ｚ方向における欠陥の位置情報を取得することができる。

なお、同じ波長の散乱光を検出する場合、試料２０において欠陥が近接していると分離が困難になってしまう。すなわち、２つの欠陥が孤立していない場合、処理装置５０が同じ欠陥による散乱光であるか、２つの欠陥による散乱光であるかを判別することが困難となってしまうためである。試料２０の裏面での照明光の分離間隔程度に欠陥が孤立していれば、欠陥の深さを検出することができる。

実施の形態３．
本実施の形態にかかる検査装置について、図９を用いて説明する。図９は、検査装置１００の構成を示す図である。本実施の形態では、実施形態１に対して第１の照明光源１１、第２の照明光源１２の位置と、第１検出器１６、第２検出器１７の位置が入れ替わっている。具体的には、第１の照明光源１１からの第１照明光Ｌ１と第２の照明光源１２からの第２照明光Ｌ２がレンズ１４の外側から、試料２０を照明する。そして、第１検出器１６、第２検出器１７がレンズ１４を通過した散乱光を検出する。

第１の照明光源１１からの第１照明光Ｌ１は、レンズ３１で試料２０に集光される。第２の照明光源１２からの第２照明光Ｌ２は、レンズ３２で試料２０に集光される。このように、第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２は、レンズ１４の外側と通って、試料２０を照明する。第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２は、異なる方向から試料２０の同一箇所を照明する２光束となる。第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２は、上記の実施の形態１と同様に異なる波長λ１、λ２となっている

そして、レンズ１４が試料２０の照明箇所の真上に配置されている。したがって、対物レンズであるレンズ１４は、試料２０の照明箇所からの散乱光を受光する。レンズ１４で屈折した散乱光は、ダイクロイックミラー３３に入射する。ダイクロイックミラー３３は、波長に応じて光を分岐する光分岐手段である。すなわち、波長λ１の散乱光は、ダイクロイックミラー３３を透過し、波長λ２の散乱光は、ダイクロイックミラー３３で反射される。

ダイクロイックミラー３３を透過した波長λ１の散乱光は、レンズ３４によって第１検出器１６に集光される。ダイクロイックミラー３３で反射した波長λ２の散乱光は、レンズ３５によって第２検出器１７に集光される。これにより、実施の形態１と同様に、第１検出器１６が、欠陥で散乱した波長λ１の散乱光を検出し、第２検出器１７は、欠陥で散乱した波長λ２の散乱光を検出する。したがって、実施の形態１の処理を行うことで、欠陥検出のタイミング差から、Ｚ方向における欠陥の位置情報を取得することができる。

図９に示す構成においても実施の形態１、２と同様に試料２０を暗視野照明することができる。本実施の形態の構成では、第１検出器１６、第２検出器１７の前に、第１フィルタ１８、第２フィルタ１９を配置する必要がなくなる。また、第１検出器１６、第２検出器１７として、画素が１列に配列されたラインセンサを用いることが可能になる。例えば、画素が図９の紙面と垂直な方向に沿って配列された１次元ラインセンサを第１検出器１６、第２検出器１７として用いることが可能になる。第１検出器１６、第２検出器１７としては、ＣＣＤやフォトマルチプライアを用いることができる。

ラインセンサを用いる場合、レンズ３１、３２をシリンドリカルレンズとして、照明光を楕円形としてもよい。このようにすることで、一度に広い領域を照明することができる。すなわち、照明光のスポット形状の長手方向に沿って、画素を配列する。そして、照明光のスポット形状の長手方向と直交する方向に走査する。こうすることで、短時間に検査することができる。

また、本実施の形態の構成を、実施の形態２と組み合わせて用いることも可能となる。この場合、ダイクロイックミラー３３以外の光分岐手段を用いて、光を分岐することができる。例えば、ハーフミラーを用いて、第１検出器１６に向かう光と第２検出器１７に向かう光を分岐することができる。一方、光を分岐せずにダイクロイックミラー３３がない状態にて例えば第１検出器１６のみを用いても良い。

その他の実施形態．
第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２として、パルス光を用いることも可能である。そして、２つのパルス光の照射タイミングをずらして、試料２０に照射する。発振したタイミングでトリガをかけて、散乱光を検出する。このようにすることで、同じ波長の光を用いた場合でも、２つの検出器で第１照明光Ｌ１及び第２照明光Ｌ２による散乱光を分離して検出することができる。

例えば、照明装置１０としてパルスレーザー光源を用いる、あるいは、第１照明光Ｌ１、及び第２照明光Ｌ２を変調して、パルス光とする。照明装置１０にパルスレーザー光源を２つ搭載してもよい。そして、照明光Ｌ１の発振と第１検出器１６の受光を同期して、第２照明光Ｌ２の発振と第２検出器１７の受光を同期させる。あるいは、１つのパルスレーザー光源からのパルスレーザー光を分岐して、一方のパルスレーザー光を遅延させてもよい。２つのパルスレーザー光に０．１μｓｅｃの遅延を持たせたい場合、片方のビームを大気中で３０ｍ余分に通す必要がある。そのため、パルス遅延素子等を用いることで、所望の時間だけ片方のパルスを遅らせることができる。パルス遅延素子としては、一対の向かい合う高い反射率のミラーやガラスで構成された光学素子や、光ファイバーを用いることができる。分岐させる場合は分岐された光路にハーフミラーなどで構成された同期モニター用の受光部を設ける。

パルス光を用いる場合には繰り返し周波数を高くすることが好ましい。繰り返し周波数を高くすることで、連続するパルス光のスポットが重なるように、試料２０の表面が照明される。よって、試料２０の全体を検査することができる。例えば、実施の形態１に示す構成の場合、繰り返し周波数を３ＭＨｚ以上とする。

また、試料２０の裏面に下地パターンや接着層があるような場合、時間差に応じて、裏面からの信号を分離するこができる。裏面に下地パターンや接着層が試料を検査する場合、裏面からの散乱光強度が高くなり、ノイズとなってしまう。しかしながら、裏面差からの散乱光は常に同じタイミング差で検出されるため、ノイズを分離することができる。

さらには、時間差に応じて、試料２０の表面にある高さ方向に大きなパターンや異物の高さ測定を行うことができる。すなわち、異物などの高さによって、検出タイミングが異なるため、欠陥深さと同様に、異物欠陥の高さを測定することも可能となる。また、上記の実施の形態において、第１検出器１６、第２検出器１７に画素が２次元アレイ状に配列されたエリアセンサを用いてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

１００ 検査装置
１０ 照明装置
１１ 第１の照明光源
１２ 第２の照明光源
１３ スキャナ
１４ レンズ
１５ ＸＹステージ
１６ 第１検出器
１７ 第２検出器
１８ 第１フィルタ
１９ 第２フィルタ
２０ 試料
２１ 欠陥
５０ 処理装置
５１ 第１比較部
５２ 第２比較部
５３ 位置情報取得部

Claims (14)

1. 試料を照明する照明光となる２光束を発生し、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明する照明装置と、
   前記試料からの散乱光を検出する第１検出器と、
   前記試料からの散乱光を検出する第２検出器と、
   前記第１検出器からの第１検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出する第１比較部と、
   前記第２検出器からの第２検出信号をしきい値と比較することで、前記欠陥を検出する第２比較部と、
   前記第１比較部による前記欠陥の検出タイミングと前記第２比較部による前記欠陥の検出タイミングとの時間差に応じて、前記試料の厚さ方向における前記欠陥の位置情報を取得する位置情報取得部と、を備えた検査装置。
2. 前記照明装置が、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、の２光束を発生し、
   前記第１検出器は第２の波長の光を遮光する第１フィルタを介して、散乱光を検出し、
   前記第２検出器は第１の波長の光を遮光する第２フィルタを介して、散乱光を検出する請求項１に記載の検査装置。
3. 前記２光束が入射するレンズをさらに備え、
   前記レンズによって、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明することを特徴とする請求項１、又は２に記載の検査装置。
4. 前記試料からの散乱光を受光する対物レンズと、
   前記対物レンズからの散乱光を分岐する光分岐手段と、をさらに備え、
   前記光分岐手段で分岐された一方の光を前記第１検出器が検出し、
   前記光分岐手段で分岐された他方の光を前記第２検出器が検出する請求項１に記載の検査装置。
5. 前記照明装置が、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、の２光束を発生し、
   前記光分岐手段が波長に応じて前記第１の波長の散乱光と、前記第２の波長の散乱光を分岐する請求項４に記載の検査装置。
6. 前記試料の前記厚さ方向における位置に応じて、前記２光束による照明位置がずれていくように、前記試料が照明され、
   前記２光束による照明位置がずれる方向に、前記試料を移動させるステージが設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
7. 前記２光束による照明位置がずれる方向と直交する方向に、前記照明光を走査するスキャナが設けられている請求項６に記載の検査装置。
8. 試料を照明する照明光となる２光束を発生するステップと、
   前記２光束が異なる方向から前記試料を照明するステップと、
   第１検出器及び第２検出器によって前記試料からの散乱光をそれぞれ検出するステップと、
   前記第１検出器からの第１検出信号をしきい値と比較することで、欠陥を検出するステップと、
   前記第２検出器からの第２検出信号をしきい値と比較することで、前記欠陥を検出するステップと、
   前記第１検出信号での前記欠陥の検出タイミングと前記第２検出信号での前記欠陥の検出タイミングとの時間差に応じて、前記試料の厚さ方向における前記欠陥の位置情報を取得するステップと、を備えた検査方法。
9. 前記２光束には、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、が含まれ、
   前記第１検出器は第２の波長の光を遮光する第１フィルタを介して、散乱光を検出し、
   前記第２検出器は第１の波長の光を遮光する第２フィルタを介して、散乱光を検出する請求項８に記載の検査方法。
10. 前記２光束が入射するレンズによって、前記２光束が異なる方向から前記試料を照明することを特徴とする請求項８、又は９に記載の検査方法。
11. 対物レンズが前記試料からの散乱光を受光し、
    前記対物レンズからの散乱光を光分岐手段によって分岐し、
    前記光分岐手段で分岐された一方の光を前記第１検出器が検出し、
    前記光分岐手段で分岐された他方の光を前記第２検出器が検出する請求項８に記載の検査方法。
12. 前記２光束には、第１の波長の第１照明光と、第１の波長と異なる第２の波長の第２照明光と、が含まれ、
    前記光分岐手段が波長に応じて前記第１の波長の散乱光と、前記第２の波長の散乱光を分岐する請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記試料の前記厚さ方向における位置に応じて、前記２光束の照明位置がずれていくように、前記試料が照明され、
    前記２光束の照明位置がずれる方向に前記試料を移動させながら、前記第１検出器及び第２検出器が前記散乱光を検出する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の検査方法。
14. 前記２光束による照明位置がずれる方向と直交する方向に前記照明光を走査しながら、前記第１検出器及び第２検出器が前記散乱光を検出する請求項１３に記載の検査方法。

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