JP2013167857A - 顕微鏡及び検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直線偏光した照明光を発生する光源装置(20a〜20c)を用い、光源装置から出射した照明光を偏波面保存ファイバ(10a〜10d)を介してP偏光した照明光として試料(1)の表面に向けて投射する。試料表面に対する照明光の入射角は試料に固有のブリュースター角に設定する。P偏光した照明光がブリュースター角に等しい入射角で試料表面に入射すると、表面反射率は零であるため、表面反射のない照明光学系が構成される。さらに、シリコン材料のブリュースター角は75°と比較的大きい角度であるため、対物レンズに対する空間的な制約が緩和され、開口数の大きな対物レンズを用いて散乱光を集光することが可能になる。
【選択図】図1
Description
また、本発明は暗視野照明を利用してシリコン基板に形成された半導体層の内部又は半導体層に形成された孔又は溝に存在する欠陥を検出するのに好適な検査装置に関するものである。
さらに、本発明の別の目的は、表面反射による損失が小さく、フレアが少なく且つシリコン基体の内部に進入する照明光が増大した顕微鏡及び検査装置を提供することにある。
光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射した照明光を試料表面の照明エリアに向けてP偏光した照明光として投射する偏波面保存ファイバと、
試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明光を投射することを特徴とする。
前記光源装置に光学的に結合され、先端にコリメータレンズとして作用する光学素子が固定されると共に光源装置から出射した光ビームを試料の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする。
第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能に構成され、検査されるべき試料を支持するステージと、
点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな近赤外域の光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合され、先端に照明ビームの拡がり角を抑制するレンズ素子が固定されると共に光源装置から出射した直線偏光した光ビームを半導体基体の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する複数本の偏波面保存ファイバと、
前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する撮像装置と、
撮像装置から出力される画像信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面の照明エリアに向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする。
第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能に構成され、前記半導体基体を支持するステージと、
点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな近赤外域の光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合されると共に先端にコリメータレンズとして作用する光学素子が固定され、光源装置から出射した光ビームを半導体基体の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
前記半導体基板に形成された多層膜構造体から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する撮像装置と、
撮像装置から出力される画像信号を用いて前記半導体基体に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、半導体基体の照明エリアに向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする。
前記対物レンズは、前記多層膜構造体で発生し、シリコン基板を透過してシリコン基板の裏面から出射した散乱光を受光することを特徴とする。
また、スーパールミネッセント発光ダイオード(SLED)は点光源として作用すると共にスペックルパターンの無い直線偏光した照明光を発生するので、照明光源としてスーパールミネッセント発光ダイオード(SLED)を用いれば、照明光をロスすることなく試料表面上に均一な輝度分布の照明エリアを形成することができ、一層高精度に欠陥を検出することができる。
さらに、偏波面保存ファイバの先端にコリメータレンズとして作用する光学素子を固定すれば、照明ビーム全体がブリュースター角に等しい入射角で試料表面に入射するので、均一な輝度分布の照明エリアが形成されると共に大部分の照明光を試料の内部に進入させることができる。
さらに、SLEDの中心波長は例示したものであり、試料の光学特性に応じて中心波長の異なる複数のSLEDを用いることもできる。
2 ステージ
3 信号処理装置
4 位置センサ
5 照明ビーム投射部
6 対物レンズ
7 結像レンズ
8 光検出手段
10a〜10d 照明ビーム投射用の偏波面保存ファイバ
11 支持プレート
12 押えプレート
20a〜20c SLED
21 制御回路
22a〜22g 偏波面保存ファイバ
23a,23b WDMファイバカプラ
24a〜24c 3dBカプラ
30 シリコン基板
31 シリコン材料層
32 コンタクトホール
33,34 欠陥
光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射し直線偏光した光ビームを試料表面の照明エリアにP偏光した照明ビームとして投射する偏波面保存ファイバと、
光軸が前記試料表面に対して直交するように配置され、試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする。
第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能に構成され、検査されるべき試料を支持するステージと、
直線偏光したインコヒーレントな光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射し直線偏光した光ビームを試料表面の照明エリアにP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
光軸が前記試料表面と直交するように配置され、前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する撮像装置と、
撮像装置から出力される画像信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面の照明エリアに向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする。
Claims (23)
- 直線偏光した光ビームを発生する光源装置と、
光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射した光ビームを試料表面の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する偏波面保存ファイバと、
試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする顕微鏡。 - 試料に対して光学的に透明な波長域の直線偏光した光ビームを発生する光源装置と、
光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射した照明光を、試料表面の照明エリアに向けてP偏光した照明光として投射する複数本の偏波面保存ファイバと、
試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射し、
前記複数本の偏波面保存ファイバの光出射端は試料表面の照明エリアを中心にして円還状に配列され、試料表面の照明エリアは互いに異なる複数の角度方向から照明されることを特徴とする顕微鏡。 - 請求項2に記載の顕微鏡において、前記偏波面保存ファイバの先端には、照明ビームの拡がり角を抑制する光学素子が固定されていることを特徴とする顕微鏡。
- 請求項3に記載の顕微鏡において、前記光学素子はコリメータレンズとして作用し、P偏光した照明ビームのほぼ全体がブリュースター角で試料表面に入射することを特徴とする顕微鏡。
- 請求項1から4までのいずれか1項に記載の顕微鏡において、前記光源装置は、点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、前記試料に向けてP偏光した照明ビームを投射する偏波面保存ファイバはスーパールミネッセント発光ダイオードに直接又は光ファイバカプラを介して光学的に接続されていることを特徴とする顕微鏡。
- 請求項5に記載の顕微鏡において、前記光源装置は、波長の異なる照明光をそれぞれ発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、前記各偏波面保存ファイバは光ファイバカプラを介して前記複数のスーパールミネッセント発光ダイオードに光学的に結合され、各スーパールミネッセント発光ダイオードを選択的に点灯させることにより試料表面を波長の異なる照明ビームにより照明することを特徴とする顕微鏡。
- 点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合され、先端にコリメータレンズとして作用する光学素子が固定されると共に光源装置から出射した光ビームを試料の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面に対してブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする顕微鏡。 - 請求項7に記載の顕微鏡において、前記偏波面保存ファイバの先端に固定された光学素子から平行なP偏光した照明ビームが出射し、P偏光した照明ビームのほぼ全体がブリュースター角で試料表面に入射することを特徴とする顕微鏡。
- 請求項7又は8に記載の顕微鏡において、前記試料としてシリコン基板に1つ又は複数の半導体層が形成されている半導体基体が用いられ、前記スーパールミネッセント発光ダイオードはシリコン材料に対して透明な近赤外域の照明ビームを発生し、前記撮像装置は半導体基体に形成された半導体層の内部から発生した散乱光或いは半導体層に形成された孔又は溝から発生した散乱光を検出することを特徴とする顕微鏡。
- 試料に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能に構成され、検査されるべき試料を支持するステージと、
点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合され、光源装置から出射した光ビームを試料の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する撮像装置と、
撮像装置から出力される画像信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、試料表面の照明エリアに向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする検査装置。 - 請求項11に記載の検査装置において、前記偏波面保存ファイバの先端には、コリメータレンズとして作用する光学素子が固定され、当該光学素子から平行なP偏光した照明ビームが出射し、P偏光した照明ビームのほぼ全体がブリュースター角で試料表面に入射することを特徴とする検査装置。
- 請求項10又は11に記載の検査装置において、前記光源装置には光ファイバカプラを介して複数の偏波面保存ファイバが光学的に結合され、これら複数の偏波面保存ファイバの先端は、対物レンズと試料表面との間の空間内に前記照明エリアを中心にして円還状に配列され、前記照明エリアは互いに異なる複数の角度方向から照明されることを特徴とする検査装置。
- 請求項10から12までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記光源装置は、同一波長の光ビームを発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含むことを特徴とする検査装置。
- 請求項10から12までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記光源装置は、それぞれ波長の異なる光ビームを発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、これらスーパールミネッセント発光ダイオードを選択的に点灯させることにより試料上の照明エリアを波長の異なる照明光により照明することを特徴とする検査装置。
- 請求項10から12までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記光源装置は、それぞれ波長の異なる複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、検査中に波長の異なる複数の照明ビームが照明エリアに同時に投射され、検査される試料の表面は波長の異なる複数の照明ビームにより同時に走査されることを特徴とする検査装置。
- 請求項10から15までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記撮像装置はTDIセンサにより構成されることを特徴とする検査装置。
- シリコン基板と、シリコン基板に形成された多層膜構造体とを有する半導体基体に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能に構成され、前記半導体基体を支持するステージと、
点光源として作用すると共に直線偏光したインコヒーレントな近赤外域の光ビームを発生する1つ又は複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含む光源装置と、
前記光源装置に光学的に結合されると共に先端にコリメータレンズとして作用する光学素子が固定され、光源装置から出射した光ビームを半導体基体の照明エリアに向けてP偏光した照明ビームとして投射する1本又は複数本の偏波面保存ファイバと、
前記半導体基板に形成された多層膜構造体から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された散乱光を受光する撮像装置と、
撮像装置から出力される画像信号を用いて前記半導体基体に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを有し、
前記偏波面保存ファイバは、半導体基体の照明エリアに向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角でP偏光した照明ビームを投射することを特徴とする検査装置。 - 請求項17に記載の検査装置において、前記偏波面保存ファイバの先端に固定された光学素子から平行なP偏光した照明ビームが出射し、P偏光した照明ビームのほぼ全体がブリュースター角で試料表面に入射することを特徴とする検査装置。
- 請求項17又は18に記載の検査装置において、前記光源装置は、同一波長の光ビームを発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含むことを特徴とする検査装置。
- 請求項17又は18に記載の検査装置において、前記光源装置は、それぞれ波長の異なる光ビームを発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、これらスーパールミネッセント発光ダイオードを選択的に点灯させることにより試料上の照明エリアを波長の異なる照明光により照明することを特徴とする検査装置。
- 請求項17又は18に記載の検査装置において、前記光源装置は、それぞれ波長の異なる光ビームを発生する複数のスーパールミネッセント発光ダイオードを含み、検査中に波長の異なる複数の照明ビームが照明エリアに同時に投射され、検査される試料の表面は波長の異なる複数の照明ビームにより同時に走査されることを特徴とする検査装置。
- 請求項18から21までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記照明ビームはシリコン基板の多層膜構造体が形成されていない裏面に向けて投射され、
前記対物レンズは、前記多層膜構造体で発生し、シリコン基板を透過してシリコン基板の裏面から出射した散乱光を受光することを特徴とする検査装置。 - 請求項18から22までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記シリコン基板には、シリコン酸化膜と半導体層とが積層された多層膜構造体が形成されていることを特徴とする検査装置。
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