JP2015049062A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、複数波長の検査を高速に行うことができる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】パルス信号発生器と、パルス信号に同期して互いに直交する二つの偏光状態のいずれかのパルス光を出力する偏光変調器とを備えるシード光発生器２１１と、パルス光を偏光を用いて分岐する分岐機構と、分岐機構により分岐されたパルス光のそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームに波長変換する変換部とを備える波長変換部２２０と、波長変換部により変換された互いに異なる二つの波長のビームを被検査対象物の表面に照明する照明光学系３ａ，３ｂと、照明光学系により照明され発生する光を検出する検出部と、検出部により検出された光に基づく信号をパルス信号発生器より出力されるパルス信号に基づき波長ごとに分配する分配器５１１ａ，５１１ｂと、分配器により分配された光に基づく信号を処理して欠陥を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程、プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作していく製造工程で発生する欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程において、欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１２-６８２６１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、「光源から出射した光を検査対象基板上の所定の領域に所定の複数の光学条件をもって導く照明工程と、前記所定領域において、前記複数の光学条件に対応して生じる複数の散乱光分布の各々につき、所定の方位角範囲および所定の仰角範囲に伝播する散乱光成分を受光器に導き電気信号を得る検出工程と、該検出工程において得られる複数の電気信号に基づいて欠陥を判定する欠陥判定工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法」が記載されている。

特開２０１２-６８２６１号

欠陥や検査対象基板表面の材料定数、特に光屈折率の波長依存性、および検査対象基板表面に形成された膜の膜厚と波長との相対的な関係の影響で、ある波長に対して、特定の欠陥材料、欠陥寸法、欠陥形状、膜材質、膜厚では欠陥の信号が得られない、あるいはノイズが大きく欠陥が検出できないという場合がある。よって、所定の単一の波長の光のみを検査に用いる欠陥検査装置では、検査対象によっては十分な欠陥検出感度が得られない場合がある。

前記特許文献１には、複数の波長の光を用いた欠陥検査装置が記載されている。しかし、特許文献１に記載された複数波長による欠陥検査装置は、使用する波長ごとに対応する光源、検出器、信号処理系が必要になるため、装置が大規模になり、価格が高価になる。一方、一つの光学系で一回の検査シーケンス毎に波長を切り替えて検査を行うと、安価な装置で複数波長の検査を行うことができるが、短時間に検査を終えることができない。

特許文献１に記載された「単一光源で複数の波長の光を発するもの」を用いれば必要な光源の個数を減らすことができるが、そのような光源の具体的な構成は開示されていない。また、「照明条件および検出条件を時間的に切替える」構成例の記載があるが、光学条件として波長を時間的に切替えることの記載はない。

そこで、本発明は、安価な構成で、複数波長の検査を高速に行うことができる欠陥検査装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、パルス信号を発生させるパルス信号発生器と、前記パルス信号発生器から出力されるパルス信号に同期して互いに直交する二つの偏光状態のいずれかのパルス光を出力する偏光変調器とを備えるシード光発生器と、前記シード光発生器の偏光変調器により出力されるパルス光を偏光を用いて分岐する分岐機構と、前記分岐機構により分岐されたパルス光のそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームに波長変換する変換部とを備える波長変換部と、前記波長変換部により変換された互いに異なる二つの波長のビームを被検査対象物の表面に照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された互いに異なる二つの波長のビームにより発生する光を検出する検出部を備える検出光学系と、前記検出光学系の検出部により検出された光に基づく信号を前記パルス信号発生器より出力されるパルス信号に基づき波長ごとに分配する分配器と、前記分配器により分配された光に基づく信号を処理して欠陥を判定する欠陥判定部と、を備える信号処理系と、を有する。

本発明によれば、安価な構成にて複数波長の検査を高速に行うことができる欠陥検査装置を提供することができる。

上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施例の欠陥検査装置の構成図の例である。 本実施例のシード光発生器の構成図の例である。 本実施例の波長変換部の構成図の例である。 本実施例の照明スポットの移動速度とパルス周波数の関係を示す図の例である。 本実施例の信号処理部の構成図の例である。 本実施例の欠陥判定器におけるローパスフィルターの例を説明する図である。 実施例２における波長変換部の構成図の例である。 実施例３の欠陥検査装置の構成図の例である。 実施例３における波長変換部の構成図の例である。 実施例４における検出光学系および信号処理系の構成図の例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、安価な構成にて複数波長の検査を高速に行うことができる欠陥検査装置の例を説明する。

図１は、本実施例の欠陥検査装置の構成図の例である。欠陥検査装置は、光源２、照明光学系３ａ、３ｂ、試料ステージ１０、検出光学系４ａ、４ｂ、信号処理部５、制御部７、入力部８、表示部９を有する。

光源２はシード光発生器２１１、波長変換部２２０を有し、二つの波長のレーザ光ビームを発する。照明光学系３ａは、アッテネータ３０１ａ、ビームエキスパンダ３０２ａ、λ／２板３０３ａ、λ／４板３０４ａ、ミラー３０５ａ、照明集光系３０６ａを有する。照明集光系３ｂは照明集光系３ａと同様の構成である。光源２が発する各々の波長のレーザ光ビームは、照明集光系３ａ、照明集光系３ｂのいずれかを通過し、その強度、偏光状態、ビーム径、入射角を制御され、試料ステージ１０に設置された試料Ｓに集光して照射される。照明集光系３ａは試料Ｓに斜方より照明光を照射する。照明集光系３ｂは試料Ｓに垂直に照明光を照射する。

光源２が発する二つの波長のうち短い方の波長を照明集光系３ａに導き、長い方の波長を照明集光系３ｂに導くことが、微小な異物や凸状欠陥の検出に有効な短波長斜方照明、低段差欠陥や凹欠陥の検出に有効な長波長垂直照明を両立できるので有効である。対象試料や欠陥によっては、波長と照明入射角が逆の方が有効な場合があるので、その場合は光源と照明光学系３ａおよび３ｂとの間のミラーの位置を切替えることで、短波長垂直照明と長波長斜方照明が実現される。照明光学系３ａ、３ｂに入る波長を切り替えたときは、必要に応じてビームエキスパンダ構成素子の光軸方向位置調整、対応する波長の波長板への交換、および照明集光系３０６ａ、３０６ｂのフォーカス調整を行う。以上の構成によれば、照明光学系３ａおよび３ｂに一度に入射する波長は一つとなるため、複数波長に対応した波長板および色収差を補正したビームエキスパンダ、照明集光系が不要となり、照明光学系を安価に実装できる利点がある。

照明光学系３ａ、３ｂにより照射された試料Ｓ上の領域（照明スポット）からの散乱光が検出光学系４ａ、４ｂにて検出される。検出光学系４ａは、検出集光系４０１ａ、空間フィルタ４０２ａ、λ／４板４０３ａ、偏光板４０４ａ、光検出器４０５ａを有する。光源２が発した複数の波長に対応する複数の波長の散乱光が照明スポットから発生する。発生した散乱光が検出集光系４０１ａによって集光され、空間フィルタ４０２ａ、λ／４板４０３ａ、偏光板４０４ａによってノイズの大きい散乱方向あるいは偏光状態の散乱光成分が遮光あるいは減光され、光検出器４０５ａによって検出される。

検出集光系４０１ａは、波長依存性、色収差を抑えるため、複数の材質のレンズからなる屈折光学系、あるいは色収差の出ない反射曲面を含む反射屈折光学系、あるいは反射光学系が用いて構成される。光検出器４０５ａは、光源２が発する複数の波長を検出可能な感度波長域を有する。また、光検出器４０５ａは、後述するパルス信号発生器１０１が発生する繰り返しパルス信号のパルス間隔より短い応答速度を有する高速応答の検出器である。検出光学系４ｂは検出光学系４ａと同様の構成を有し、検出光学系４ａと異なる方向に発した散乱光を検出する。

信号処理部５は、分配器５１１ａ、５１１ｂ、欠陥判定器５２１を有する。検出器４０５ａ、４０５ｂが検出した複数波長の散乱光の信号は、分配器５１１ａ、５１１ｂによって波長ごとに分離され、その信号に基づいて欠陥判定器５２１によって欠陥の有無が判定されて出力される。

制御部７は、入力部８からの入力に基づいて、欠陥検査装置の各部を制御する。また、信号処理部５より出力された散乱光検出信号および欠陥の情報は制御部７が有する記憶媒体に記憶され、入力部からの指示あるいは設定値に従って表示部９に出力される。

図２は、本実施例のシード光発生器２１１の構成図の例である。光源２は、パルス信号発生器１０１、分周信号発生器２０１、強度変調器ドライバ２０２、偏光変調器ドライバ２０３、レーザダイオード２０４、光強度変調器２０５、偏光変調器２０６、光増幅器２０７を有する。

パルス信号発生器１０１が繰り返しパルス信号を発生し、この信号に基づいて強度変調器ドライバ２０２が強度変調器２０５を駆動する。同じ繰り返しパルス信号が分周信号発生器２０１に入力されて分周された信号が偏光変調器ドライバに入力され、この信号に基づいて偏光変調器ドライバ２０３が偏光変調器２０６を駆動する。パルス信号発生器１０１の出力の繰返し周波数、パルス幅、分周信号発生器２０１の出力の分周比、強度変調器ドライバ２０２の出力のパルス幅、偏光変調器ドライバ２０６の出力のパルス幅は制御部７により設定、調整される。

レーザダイオード２０４は波長１０６４ｎｍ帯のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザであり、シングルモード、狭スペクトル幅で安定した波長の高出力レーザ光を出力する。レーザ光は光強度変調器２０５によってパルス変調され、さらに偏光変調器２０６により偏光変調される。偏光変調器２０６は、分周信号発生器２０１の分周比がＮの場合は以下の偏光変調動作をする。１番目のパルスの偏光状態を元の偏光状態と直交する偏光状態に偏光変調する。２番目以降、Ｎ番目のパルスの偏光状態を変えずに元の偏光状態のまま通過させる。以上の偏光変調動作により、互いに直交する偏光状態を持つ偏光パルス光が１：（Ｎ−１）のパルス個数比で並んだ繰返しパルス光の列ができる。図２にはＮが３の場合のパルス光の列の例を図示した。後述する偏光ビームスプリッタによるパルス分離の効率を高める目的で、偏光度を高めるため、レーザダイオード２０４と偏光変調器２０６の間に偏光板が必要に応じて設置される。互いに直交する偏光状態の組合せの例として、垂直直線偏光と水平直線偏光の組合せ、あるいは右回り円偏光と左回り円偏光の組合せが用いられる。光増幅器２０７として、波長１０６４ｎｍの光を増幅するＮｄドープ偏波保持ファイバが用いられる。前記の偏光パルス光が光増幅器２０７にて偏光状態を維持したまま増幅されて出力される。以上述べた構成のシード光発生器２１１にて、高出力、高ピークパワーで偏光変調された波長１０６４ｎｍの繰返しパルス光（シード光）が得られる。

図３は、本実施例の波長変換部２２０の構成図の例である。波長変換部２２０は、波長板２２４、偏光ビームスプリッタ２２５、５倍波変換部２２１、３倍波変換部２２２、パルス遅延部２３４を有する。シード光発生器２１１が出力するシード光（波長１０６４ｎｍ）が、波長板２２４にて偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ２２５にて分岐され、５倍波変換部２２１により第五高調波（波長２１３ｎｍ）、３倍波変換部２２２により第三高調波（波長３５５ｎｍ）に変換される。パルス遅延部２３４は５倍波変換部２２１と３倍波変換部２２２との光路長の差異を補償する。シード光の互いに直交する偏光状態の組合せが右回り円偏光と左回り円偏光の場合、波長板２２４としてλ／４板を用い、互いに直交する直線偏光に変換する。シード光が互いに直交する直線偏光の場合、必要に応じて波長板２２４としてλ／２板を用い、偏光ビームスプリッタ２２５によるパルスの分離度が高まるよう偏光方向を調整する。偏光ビームスプリッタ２２５において、この互いに直交する直線偏光がそれぞれ別の光路に導かれる。前記分周信号発生器２０１の分周比がＮの場合、５倍波変換部２２１に入射するビームと、３倍波変換部２２２に入射するビームの単位時間当りのパルス数の比が（Ｎ−１）：１になり、強度比もそれに比例して（Ｎ−１）：１となる。

偏光ビームスプリッタ２２５により分離した一方のビームは、５倍波変換部２２１に入射する。同ビームはビームスプリッタ２２６により分岐され、波長変換結晶２２７にて第二高調波発生により波長５３２ｎｍ（第二高調波）に変換され、波長変換結晶２２８にて再度の第二高調波発生により波長２６６ｎｍ（第四高調波）に変換され、ビームスプリッタ２２６により別光路に分岐したビームと、ダイクロイックミラー２２９にて合成され、波長変換結晶２３０にて和周波発生により波長２１３ｎｍ（第五高調波）に変換されて出力される。

偏光ビームスプリッタ２２５により分離したもう一方のビームは、折り返しミラーあるいはコーナーキューブで構成されたパルス遅延部２３４にて他方のビームとの光路差を調整された後、３倍波変換部２２２に入射する。同ビームはビームスプリッタ２３５により分岐され、波長変換結晶２３６にて第二高調波発生により波長５３２ｎｍ（第二高調波）に変換され、ビームスプリッタ２３５により別光路に分岐したビームと、ダイクロイックミラー２３７にて合成され、波長変換結晶２３８にて和周波発生により波長３５５ｎｍ（第三高調波）に変換されて出力される。

波長の短い第五高調波を用いることで、微小な欠陥の散乱光強度を増加し、微小な欠陥を高感度に検出することができる。また、第三高調波を併用することで、第五高調波では材料依存性あるいは膜厚依存性の影響で検出が難しい欠陥を捕捉することができる。

波長変換結晶２２７、２３６として、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ３Ｏ５）あるいはＫＤＰ結晶（ＫＨ２ＰＯ４）などが用いられる。波長変換結晶２２８、２３６として、ＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ２Ｏ４）などが用いられる。波長変換結晶２３８として、ＬＢＯ結晶あるいはＢＢＯ結晶あるいはＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ４）などが用いられる。ＣＬＢＯ結晶およびＢＢＯ結晶は、変換効率が高い、ダメージしきい値が高い利点があるが、潮解性が高いため、湿度管理が必要になる。結晶を高気密の温度・湿度調整器２３１、２３２、２３９の中に置き、温度を約１５０℃に保って防湿することで、安定した出力ビームが得られる。ＫＤＰ結晶およびＫＴＰ結晶は、潮解性が低いため、前記のような厳密な湿度管理をせずに安定した出力ビームが得られる利点がある。

上記に述べたように非線形光学効果による波長変換を行う際に、波長変換の効率を高めるには、パルス光のピークパワーが高いほうが有利である。仮にシード光発生器２１１においてパルスごとに偏光を切替えることなく、ビームスプリッタ２２５に入射するビームの偏光の調整によって（Ｎ−１）：１の強度比に分岐する場合、分岐したビームのパルスピークパワーは元のビームのパルスピークパワーの（Ｎ−１）／Ｎおよび１／Ｎに低下する。それに対し、本実施例では個々のパルスは５倍波変換部２２１あるいは３倍波変換部２２２のいずれか一方に入射するため、分岐の前後でパルスピークパワーが維持され、高いh波長変換効率が得られる利点がある。

分周信号発生器２０１の分周比Ｎの設定値の調整により、波長２１３ｎｍと波長３５５ｎｍの光強度比が調整される。分周比Ｎは、後段の光検出器４０５の出力が二波長間で近づくように調整するのが望ましい。具体的な設定例として、５倍波変換部２２１と３倍波変換部２２２の出力が二波長間で同等になるよう設定する方法、微小欠陥からの散乱光出力が同等になるよう設定する方法、光検出器４０５ａの出力が同等になるよう設定する方法などがある。

５倍波変換部２２１と３倍波変換部２２２は波長変換の構成が異なるので、変換効率が異なる。一般に、高調波の次数が高い方が変換効率が低くなるため、第五高調波発生より第三高調波発生の方が変換効率が高い。一例として、５倍波変換部２２１と３倍波変換部２２２の変換効率比が１：１０の場合、５倍波変換部２２１と３倍波変換部２２２の出力が二波長間で同等になるよう設定するには、分周比を１１に設定するのが望ましい。また、微小欠陥からの散乱光強度は波長の−４乗に比例するため、照明強度が等しい場合、波長２１３ｎｍと波長３５５ｎｍの散乱光強度比は７．７：１である。よって、微小欠陥からの散乱光出力が同等になるよう設定するには、１０／７．７＝１．３より、分周比を２に設定するのが望ましい。また、検出光学系４ａあるいは４ｂの二波長間の検出感度比は検出光学系を構成するレンズやフィルタ等の光学素子の二波長間の透過率比および光検出器４０５ａあるいは４０５ｂの二波長間の検出感度比により決まる。波長２１３ｎｍと波長３５５ｎｍの検出光学系の感度比が１：２の場合、光検出器４０５ａの出力を同等にするには、１０／７．７×２＝２．６より、分周比を４に設定するのが望ましい。分周比を以上のように設定することで、シード光の利用効率を下げること無く、照明光強度、欠陥散乱光強度、あるいは検出信号強度の波長間の大きな差異を抑えることができ、検出器のダイナミックレンジを有効に活用することができる。

図４は、本実施例の照明スポットの移動速度とパルス周波数の関係を示す図の例である。試料Ｓ表面上での照明スポットは、試料ステージ１０の回転、並進走査により、試料Ｓの全面を走査する。照明スポットは楕円形であり、試料Ｓ上を照明スポットの短径方向に移動する。図４は分周信号発生器２０１の分周比設定が３で、波長２１３ｎｍ、３５５ｎｍのパルス数比が２：１の例である。照明スポットが試料Ｓ上を走査中のある時間範囲内の、照明パルスごとの照明スポット位置を示す。照明スポット位置２８１、２８４が波長３５５ｎｍのパルス、照明スポット位置２８２、２８３、２８５、２８６が波長２１３ｎｍのパルスに対応する。波長３５５ｎｍの方がパルス間隔が長いが、連続するパルスの照明スポット領域が互いに重なり合うことで、試料Ｓの全面を漏らさずに検査することができる。この条件を満たすよう、試料ステージ１０の走査速度、およびパルス信号発生器１０１のパルス繰返し周波数が設定される。一例として、照明スポット幅が５μｍ×１０μｍ、試料ステージ１０の走査速度が３０ｍ／ｓ、分周比Ｎが３の条件で、パルス信号発生器１０１のパルス繰返し周波数を３６ＭＨｚ以上とすることで、波長３５５ｎｍの照明スポットのオーバーラップ幅が２．５μｍ以上となり、試料Ｓ上の同一箇所がそれぞれの波長で二回以上照明される。また、同じ条件でパルス信号発生器１０１のパルス繰返し周波数を５３ＭＨｚ以上とすることで、波長３５５ｎｍの照明スポットのオーバーラップ幅を３．３μｍ以上となり試料Ｓ上の同一箇所がそれぞれの波長で三回以上照明される。以上により、同一箇所を各々の波長について複数のパルスで照射することで、パルス間の強度ばらつきによる検出信号のばらつきやノイズの検査感度の低下が軽減される。

図５は、本実施例の信号処理部５の構成図の例である。信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換器５０１ａ、５０１ｂ、分配器５１１ａ、５１１ｂ、欠陥判定器５２１ａ、５２１ｂ、５２２ａ、５２２ｂ、欠陥マージ器５３１を有する。

光検出器４０５ａにより検出された散乱光検出信号は、Ａ／Ｄ変換器５０１ａにてデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器５０１ａは、パルス信号発生器１０１の信号に基づき、照明パルス光が出力された時間およびその直後の時間（光検出器の出力の緩和時間）のみの光検出器からの出力信号を出力し、それ以外の時間の信号は０として出力することで、パルス光によって発生した散乱光信号のみが出力され、光検出器で発生した暗電流などのノイズ成分が除去される。Ａ／Ｄ変換器５０１ａは、パルス信号発生器１０１のパルス繰返し周波数と同等以上のサンプリング周波数で動作する。分配器５１１ａは、分周信号発生器２０１の信号を受け、分周後のパルス信号のオンオフに応じて、Ａ／Ｄ変換器５０１ａの出力した信号を二つに分離して出力する。これにより、シード光の出力パルスの偏光状態に同期して信号が分配され、二つの波長各々の照明による散乱光信号を波長ごとに分離される。欠陥判定器５２１ａ、５２２ａは、各波長の散乱光信号に基づき、欠陥の有無を判定し、結果を出力する。図５の例では波長２１３ｎｍの信号を欠陥判定器５２１ａが、波長３５５ｎｍの信号を欠陥判定器５２２ａが処理して欠陥を判定する。光検出器４０５ｂにより検出された散乱光検出信号についても、光検出器４０５ａにより検出された散乱光検出信号と同様に処理され、波長ごとの欠陥判定の結果が欠陥マージ器５３１に出力される。欠陥マージ器５３１は、複数の方向の検出光学系の各々にて波長ごとに得られた欠陥判定結果を突き合わせ、それらの和集合を検査で得られた欠陥として出力する。

図６は、本実施例の欠陥判定器におけるローパスフィルター（ＬＰＦ）の例を説明する図である。図６（ａ）は、照明スポットの分布がガウス分布状の場合に、試料Ｓ状のある一箇所に当たる照明パワー密度の時間変化を示す。図６（ｂ）は照明光の各波長のパルス照射タイミングを示す。図６（ｃ）は、波長３５５ｎｍの照明光のパルス照射タイミングと、欠陥判定器におけるローパスフィルターの畳み込み係数列を示す。図６（ｄ）は、波長２１３ｎｍの照明光のパルス照射タイミングと、欠陥判定器におけるローパスフィルターの畳み込み係数列を示す。照明光のパルス照射タイミングに対応して、各波長での散乱光信号は間欠的なパルス状になるが、図４を用いて説明したパルス繰返し周波数の設定により、照明スポット通過時間の間に複数のパルス信号が得られる。分配器が出力する各波長の間欠的なパルス信号に対し、図６（ｃ）（ｄ）に示したような照明スポットの強度分布に比例した係数列のローパスフィルターを作用させることで、ステージ１０による試料の連続走査に対応した連続的な散乱光信号が得られる。また、このローパスフィルターの周波数帯域は、照明スポット寸法より小さい微小欠陥の信号周波数帯域と等しいため、微小欠陥の信号以外の周波数帯域成分を低減し、欠陥信号のＳ／Ｎを向上する効果がある。

欠陥判定器５２１ａ、５２２ａ、５２１ｂ、５２２ｂでは、欠陥の有無の他に、欠陥と判定された各信号について、欠陥座標、推定欠陥寸法、推定欠陥種などの欠陥情報を出力する。欠陥の有無、および欠陥情報の算出は、複数の欠陥判定器５２１ａ、５２２ａ、５２１ｂ、５２２ｂに入力される複数の入力信号を統合して処理して行ってもよい。複数の波長、および複数の検出方向の信号を統合して処理することで、欠陥の有無、欠陥情報の算出を高精度に行うことができる。あるいは、欠陥判定器にて欠陥の可能性ありと判定された各信号の信号強度あるいは部分的な信号波形プロファイルを出力し、欠陥マージ器５３１において欠陥有無の再判定、欠陥座標、推定欠陥寸法、推定欠陥種などの欠陥情報の算出と出力を行ってもよい。この場合、複数の波長、および複数の検出方向の信号の統合処理を欠陥判定器にて欠陥の可能性ありと判定された信号断片のみに対して行うため、欠陥の有無、欠陥情報の算出が高精度になされ、かつ処理の負荷が軽減される利点がある。

本実施例では、複数の波長として、波長２６６ｎｍと波長３５５ｎｍの二波長を用いる例を説明する。

図７は、実施例２における波長変換部２２０’の構成図の例である。本実施例は、実施例１の波長変換部２２０を波長変換部２２０’に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

波長変換部２２０’は、波長板２２４、偏光ビームスプリッタ２２５、４倍波変換部２５１、３倍波変換部２２２、パルス遅延部２３４を有する。シード光発生器２１１が出力するシード光（波長１０６４ｎｍ）が、波長板２２４にて偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ２２５にて分岐され、４倍波変換部２５１により４倍波（波長２６６ｎｍ）、３倍波変換部２２２により３倍波（波長３５５ｎｍ）に変換される。パルス遅延部２３４は４倍波変換部２５１と３倍波変換部２２２との光路長の差異を補償する。

偏光ビームスプリッタ２２５により分離した一方のビームは、４倍波変換部２５１に入射する。同ビームはビームスプリッタ２２６により分岐され、波長変換結晶２２７にて第二高調波発生により波長５３２ｎｍ（第二高調波）に変換され、波長変換結晶２２８にて再度の第二高調波発生により波長２６６ｎｍ（第四高調波）に変換されて出力される。

偏光ビームスプリッタ２２５により分離したもう一方のビームは、折り返しミラーあるいはコーナーキューブで構成されたパルス遅延部２３４にて他方のビームとの光路差を調整された後、３倍波変換部２２２に入射する。同ビームはビームスプリッタ２３５により分岐され、波長変換結晶２３６にて第二高調波発生により波長５３２ｎｍ（第二高調波）に変換され、ビームスプリッタ２３５により別光路に分岐したビームと、ダイクロイックミラー２３７にて合成され、波長変換結晶２３８にて和周波発生により波長３５５ｎｍ（第三高調波）に変換されて出力される。

実施例１で用いられる波長２１３ｎｍ（第五高調波）に比べ、実施例２で用いられる波長２６６ｎｍ（第四高調波）は、波長が相対的に長いため、光学系を構成する光学素子材料の制約が少ないこと、光学素子に与えるダメージが少ないことから、照明光学系、検出光学系の原価およびランニングコストが低くなる利点がある。

本実施例では、異なる波長の照明光が同じ照明光学系から出力される例を説明する。

図８は、実施例３における欠陥検査装置の構成図の例である。本実施例は、実施例１の波長変換部２２０を波長変換部２６１に変更したものである。後述する波長変換部２６１の構成により、二つの波長のレーザ光ビームが同一光軸で光源２より出射する。ミラー３１０の出し入れにより光源２出射ビームの光路が切り替えられ、照明光学系３ａ、あるいは３ｂのいずれかに導かれる。照明光学系３ａは、アッテネータ３２１ａ、ビームエキスパンダ３２２ａ、λ／２板３２３ａ、λ／４板３２４ａ、ミラー３２５ａ、照明集光系３２６ａを有する。アッテネータ３２１ａ、ビームエキスパンダ３２２ａ、λ／２板３２３ａ、λ／４板３２４ａ、ミラー３２５ａ、照明集光系３２６ａは光源２が発する二つの波長に対応したもの、あるいは二つの波長を含む広い波長帯域に渡り波長依存性を抑えたものが用いられる。照明集光系３２６ａは、波長依存性、色収差を抑えるため、複数の材質のレンズからなる屈折光学系、あるいは色収差の出ない反射曲面を含む反射屈折光学系、あるいは反射光学系が用いられる。照明集光系３ｂは照明集光系３ａと同様の構成である。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

図９は、実施例３における波長変換部の構成図の例である。図３を用いて説明した実施例１における波長変換部２２０との差異部分を説明する。５倍波変換部２２１にて第五高調波（波長２１３ｎｍ）に変換されたビームは、ミラー２６５、２６６によってビーム光軸位置、角度を調整され、ダイクロイックミラー２６７において、３倍波変換部２２２より出力される第三高調波（波長３５５ｎｍ）と同一光軸に重ねられて、波長変換部２６１より出力される。本実施例では、二波長斜方照明、あるいは二波長垂直照明が可能となる。二波長斜方照明は、複数の材質の微小異物あるいは凸欠陥の検出に有効である。二波長垂直照明は、複数の材質の平坦大面積欠陥などの検出に有効である。

本実施例では、検出光学系において二つの波長の光路を分岐して検出する例を説明する。

本実施例は、実施例１の検出光学系４ａ、４ｂ、および信号処理系５を図１０に示す検出光学系１４ａ、１４ｂ、および信号処理系１５の構成に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

図１０は、実施例４における検出光学系および信号処理系の構成図の例である。検出光学系１４ｂもこれと同様の構成を有する。本実施例の検出光学系１４ａは、検出集光系４０１ａ、空間フィルタ４０２ａ、λ／４板４０３ａ、偏光板４０４ａ、ダイクロイックミラー４１１ａ、光検出器４０５ａ、４１２ａを有する。検出集光系４０１ａ、空間フィルタ４０２ａ、λ／４板４０３ａ、偏光板４０４ａの機能は実施例１と共通である。照明スポットから発し検出集光系４０１ａにて集光された光は、ダイクロイックミラー４１１ａによって波長ごとに光路が分岐され、各光路の光を光検出器４０５ａ、４１２ａ各々で検出され、波長ごとの検出信号が出力される。光検出器４０５ａ、４１２ａは各波長の光の集光位置の近傍に設置される。

信号処理系１５では、検出光学系１４ａ、１４ｂにて得られた波長ごとの検出信号を、Ａ／Ｄ変換器５４１ａ、５４３ａ、５４１ｂ、５４３ｂにてデジタル信号に変換し、欠陥判定器５４２ａ、５４４ａ、５４２ｂ、５４４ｂにて欠陥を判定し、欠陥マージ部５３１にて結果をマージして出力する。

本実施例では、検出集光系４０１ａの軸上色収差のために波長によって集光位置が異なる場合でも、光検出器４０５ａ、４１２ａ各々の位置調整によって集光位置での検出が可能になる。よって検出集光系４０１ａを安価に実現できる利点がある。あるいは、軸上色収差が許容されるので、より高ＮＡあるいはより広視野の検出集光系４０１ａが実現できる利点がある。また、照明光の繰り返しパルスを分離して検出する必要がないため、高速応答の検出器を用いる必要がなく、光検出器４０５ａ、４１２ａが低コストで実現できる利点がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

2…光源
3a…照明光学系
3b…照明光学系
4a…検出光学系
4b…検出光学系
5…信号処理部
7…制御部
8…入力部
9…表示部
10…試料ステージ

Claims (8)

1. パルス信号を発生させるパルス信号発生器と、前記パルス信号発生器から出力されるパルス信号に同期して互いに直交する二つの偏光状態のいずれかのパルス光を出力する偏光変調器とを備えるシード光発生器と、
   前記シード光発生器の偏光変調器により出力されるパルス光を偏光を用いて分岐する分岐機構と、前記分岐機構により分岐されたパルス光のそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームに波長変換する変換部とを備える波長変換部と、
   前記波長変換部により変換された互いに異なる二つの波長のビームを被検査対象物の表面に照明する照明光学系と、
   前記照明光学系により照明された互いに異なる二つの波長のビームにより発生する光を検出する検出部を備える検出光学系と、
   前記検出光学系の検出部により検出された光に基づく信号を前記パルス信号発生器より出力されるパルス信号に基づき波長ごとに分配する分配器と、前記分配器により分配された光に基づく信号を処理して欠陥を判定する欠陥判定部と、を備える信号処理系と、を備える欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記波長変換部の変換部は５倍波変換部と３倍波変換部の組合せ、４倍波変換部と３倍波変換部との組合せのいずれかであることを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記信号処理系は、前記欠陥判定部にて判定された、前記分配器により分配された光に基づく信号に基づく欠陥判定結果を統合する欠陥マージ部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記波長変換部は、前記変換部にて波長変換されたそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームを同一光軸に重ねて出力することを特徴とする欠陥検査装置。
5. パルス信号を発生させるパルス信号発生工程と、前記パルス信号発生工程にて発生されたパルス信号に同期して互いに直交する二つの偏光状態のいずれかのパルス光を出力する偏光変調工程とを備えるシード光発生工程と、
   前記シード光発生工程の偏光変調工程にて出力されるパルス光を偏光を用いて分岐する分岐工程と、前記分岐工程により分岐されたパルス光のそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームに波長変換する変換工程とを備える波長変換工程と、
   前記波長変換工程により変換された互いに異なる二つの波長のビームを被検査対象物の表面に照明する照明光学工程と、
   前記照明光学工程により照明された互いに異なる二つの波長のビームにより発生する光を検出する検出工程を備える検出光学工程と、
   前記検出光学工程の検出工程により検出された光に基づく信号を前記パルス信号発生工程にて出力されるパルス信号に基づき波長ごとに分配する分配工程と、前記分配工程により分配された光に基づく信号を処理して欠陥を判定する欠陥判定工程と、を備える信号処理工程と、を備える欠陥検査方法。
6. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、
   前記波長変換工程の変換工程では５倍波変換と３倍波変換の組合せ、４倍波変換と３倍波変換との組合せのいずれかを行うことを備えることを特徴とする欠陥検査方法。
7. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、
   前記信号処理工程は、前記欠陥判定工程にて判定された、前記分配工程により分配された光に基づく信号に基づく欠陥判定結果を統合する欠陥マージ工程を備えることを特徴とする欠陥検査方法。
8. 請求項５記載の欠陥検査方法であって、
   前記波長変換工程は、前記変換工程にて波長変換されたそれぞれを互いに異なる二つの波長のビームを同一光軸に重ねて出力することを特徴とする欠陥検査方法。

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