JP2023113092A - 光検査装置及び光検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路長差を生じさせる半導体基板の領域を高精度に検出できる光検査装置及び光検査方法を提供する。【解決手段】光源１２からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分割し、検査光をシリコンウェーハ１１の一方の面に照射して透過した検査光と参照光とを干渉させて干渉光を生成する。検査光に対してシリコンウェーハ１１を相対的に移動し、シリコンウェーハ１１の全面を検査光で走査する。シリコンウェーハ１１の各領域における干渉光の光強度に基づいて屈折率が異常となっている領域を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、光検査装置及び光検査方法に関するものである。

半導体基板の内部欠陥の検査装置として、微分干渉方式のものが知られている（例えば特許文献１等を参照）。この検査装置では、例えば、光源からの直線偏光の光線をノマルスキープリズムで互いに直交する２つの直線偏光（常光と異常光）に分離し、これらの２つの直線偏光をコンデンサレンズを介して空間的に離して半導体基板に入射させる。半導体基板から透過した２つの直線偏光を対物レンズを介してノマルスキープリズムに入射して合波し、検光子を通すことで正常光と異常光の偏光成分同士を干渉させた干渉光を生成し、この干渉光の光強度を検出する。

一方、半導体基板の欠陥として、双晶欠陥が知られている。この双晶欠陥は、半導体基板の製品歩留まりを低下させる原因となる。このため、双晶欠陥を抑制することが検討されている。

特開平９－６１３７０号公報

半導体基板の双晶欠陥が生じている領域の周辺には応力が生じている領域（以下、応力領域と称する）があり、応力がない正常領域に対して偏光方向に応じた屈折率の差が生じる。このため、応力領域を透過する偏光の光路長が正常領域の光路長に対して増減する。上記のような微分干渉方式の検査装置では、応力領域について干渉光の光強度が変化して、その応力領域を検出できるとも考えられる。しかしながら、微分干渉方式の検査装置は、同位相の常光と異常光とを半導体基板に入射させているため、常光と異常光との光路長差の変化に対して干渉光の光強度の変化が非常に小さく、応力領域を検出できない場合がある。また、光路長差の変化に対して干渉光の光強度の変化が非常に小さいことに加え、シャー量として規定される距離を持って常光と異常光を半導体基板に入射させているため、たとえ正常領域に対して大きな光路長差となる応力領域であっても、半導体基板の面内方向についての光路長差の変化が緩やかであれば、当該応力領域内を常光と異常光とがそれぞれ透過するような場合では、応力領域として検出できない場合がある。

本発明は、光路長差を生じさせる半導体基板の領域を高精度に検出できる光検査装置及び光検査方法を提供することを目的とする。

本発明の光検査装置は、検査対象物を検査する光検査装置において、コヒーレント光を出力する光源と、前記光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分割する光分割部と、前記検査光を検査対象物の一方の面に照射して透過させる第１アームと、前記参照光が伝播する第２アームと、前記第１アームからの前記検査対象物を透過した前記検査光と前記第２アームからの前記参照光とを合波して干渉光を生成する合波干渉部と、前記干渉光の光強度を検出する光検出部と、前記検査光に対して前記検査対象物を相対的に移動する走査機構とを備えるものである。

本発明の光検査方法は、光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分割し、
前記検査光を検査対象物の一方の面に照射し、前記検査対象物を透過した前記検査光と前記参照光とを干渉させて干渉光を生成するとともに、前記検査光に対して前記検査対象物を相対的に移動し、前記検査対象物の各部位における前記干渉光の光強度に基づいて前記検査対象物の各領域を検査するものである。

本発明によれば、検査対象物を透過する検査光と基準となる参照光との光路長差を調整できるようになり、検査光の光路長差の変化に対して干渉光の光強度を大きく変化するように調整できるので、光路長差を生じさせる検査対象物の領域を高精度に検出できる。

第１実施形態の光検査装置の構成を示す説明図である。 第１ビーム整形部の構成の一例を示す説明図である。 走査機構によるシリコンウェーハの移動を示す説明図である。 光路長差と干渉光の光強度の関係を示す説明図である。 シリコンウェーハに対して検査光をスポット状に照射する第２実施形態の光検査装置の構成を示す説明図である。 シリコンウェーハに対して検査光をスポット状に照射する光検査装置の別の構成を示す説明図である。

［第１実施形態］
図１において、光検査装置１０は、半導体基板としてのシリコンウェーハ１１を検査し、シリコンウェーハ１１における屈折率が正常値からずれている異常領域（以下、欠陥領域とも称する）を検出するためのものである。屈折率のずれは、例えば、シリコンウェーハ１１における双晶欠陥の周囲に生じている応力によるものであるが、他の要因によって屈折率が異常となっている領域も検出できる。

光検査装置１０は、光源１２、偏波保持ファイバカプラ（以下、単に「ファイバカプラ」と称する）１３、第１アーム１４、第２アーム１５、合波部としての偏光ビームスプリッタ１６、検光子１７、結像レンズ１８、ピンホール板１９、ラインセンサ２０等を備えている。この光検査装置１０は、マッハツェンダー干渉計をベースに構成されており、シリコンウェーハ１１を透過する第１アーム１４からの検査光と、第２アーム１５からの参照光とを干渉させた干渉光の光強度をシリコンウェーハ１１の各領域について検出し、検出する光強度に基づいて、屈折率の異常を見つけることができる。

光源１２は、検査光及び参照光となるコヒーレント光を出力する。このコヒーレント光は、シリコンウェーハ１１の透過率が高い波長が選択されており、この例では中心波長が１．３μｍである。また、光源１２は、コヒーレント光を出力するが、レーザ光と比べて低コヒーレンスの光を出力するものが用いられている。この例では、光源１２として、スーパールミネッセントダイオード（以下「ＳＬＤ」と称する)を用いている。このように低コヒーレンスの光を用いることで、後述するホモジナイザによって検査光及び参照光をそれぞれライン状に変換した際の空間的強度変調を抑制している。ＳＬＤは、発光ダイオードのようにスペクトル幅が広い、すなわちコヒーレンス長が短く、その出力する光が低コヒーレンスである。

なお、光源１２からの光のスペクトル半値幅は、１０ｎｍ以上あることが好ましい。スペクトル半値幅の上限は、特にないが１００ｎｍ以下であることが好ましい。光源１２は、ＳＬＤに限らないが、ＳＬＤのように、ホモジナイザによってライン状に変換した際の干渉縞による空間的強度変調を十分に抑制できるもの、あるいは抑制することが容易であるものが好ましい。ホモジナイザに代えて非球面レンズ等でライン状に変換する場合には、光源１２としては、レーザ等のように高コヒーレンスな光を出力するものも好ましい。

光源１２には、その光源１２からの光を第１アーム１４と第２アーム１５とに分割する光分割部としてのファイバカプラ１３が接続されている。ファイバカプラ１３は、入力側の光ファイバ１３ａの一端（入力端）が光源１２に接続されており、この光ファイバ１３ａに入射する光をカプラ部１３ｂで出力側の一対の光ファイバ１３ｃ、１３ｄに２分割する。この例における出力側の一対の光ファイバ１３ｃ、１３ｄへの分割比は、例えば５０：５０であるが、これに限定されない。光ファイバ１３ａ、１３ｃ、１３ｄは、いずれも直交する２つの偏波面をもつ偏波モード間で一方の偏波モードから他方への偏波モードへの結合を抑制して偏波保持特性を高めた偏波保持ファイバであって、ファイバ中を一方の偏波モードを有する直線偏光として伝播する。したがって、光源１２から光ファイバ１３ａに入射した光は、一方の偏波モードを有する直線偏光となり、その直線偏光のまま光ファイバ１３ａから光ファイバ１３ｃ、１３ｄに分岐して光ファイバ１３ｃ、１３ｄ中を伝播する。このように一方の偏波モードから他方への偏波モードへの結合を抑制することで、ラインセンサ２０で検出する干渉光のコントラストの低下を抑制している。

第１アーム１４は、検査対象となるシリコンウェーハ１１に検査光を透過させ、検査光が透過したシリコンウェーハ１１の部位における屈折率に応じて検査光の位相を変化させるユニットである。この第１アーム１４は、ファイバカプラ１３の出力側の一方の光ファイバ１３ｃと、この光ファイバ１３ｃ側から順番に、コリメートレンズ２３、ホモジナイザ２４、第１対物レンズとしての対物レンズ２５を順番に配置した構成である。カプラ部１３ｂで光ファイバ１３ｃに分割された光は、検査光として光ファイバ１３ｃを伝播し、コリメートレンズ２３に入射する。

コリメートレンズ２３とホモジナイザ２４とは、検査光をライン状に変換すなわち検査光のビーム（光線束）の伝播方向に直交する面の断面をライン状にする第１ビーム整形部２６を構成する。この第１ビーム整形部２６のホモジナイザ２４と対物レンズ２５との間に、検査対象となるシリコンウェーハ１１が配される。

コリメートレンズ２３は、光ファイバ１３ｃの一端（出力端）に取り付けられており、光ファイバ１３ｃから射出される検査光を平行光にする。ホモジナイザ２４は、コリメートレンズ２３からの検査光が入射し、その検査光をトップハット型の強度分布すなわち長手方向（図中Ａ方向）の光強度が均一化されたライン状に変換する。

この例では、光源１２からのビーム形状が円形や楕円形の光をライン状のビーム形状に変換するため、コリメートレンズ２３、ホモジナイザ２４としては、変換後の検査光の長手方向（Ａ方向）のみに光学的パワーを有するレンズを用いている。例えば、コリメートレンズ２３は、Ａ方向のみに光学的パワーがあるシリンドリカルレンズの組み合せで構成され、検査光をＡ方向に幅を広げた平行光にする。

また、ホモジナイザ２４は、図２に一例を示すように、コリメートレンズ２３側から順番にレンズアレイ２４ａ、２４ｂ、コンデンサレンズ２４ｃを所定の間隔で配置した構成である。レンズアレイ２４ａ、２４ｂは、いずれもＡ方向のみに光学的パワーを有する複数のシリンドリカルレンズをＡ方向に並べたものであり、コンデンサレンズ２４ｃは、Ａ方向のみに光学的パワーを有するものである。このようなホモジナイザ２４は、検査光をレンズアレイ２４ａ、２４ｂで分割し、分割した各光をコンデンサレンズ２４ｃで一直線上に集光させる。なお、ホモジナイザ２４は、入射する平行光を光強度が均一なライン状ビームに変換する一般的なものを用いることができる。

シリコンウェーハ１１は、その表面がホモジナイザ２４の光軸に対して直交する姿勢で配され、ホモジナイザ２４からのライン状の検査光が照射される。これにより、シリコンウェーハ１１に検査光をライン状に照射する。このように、シリコンウェーハ１１には、ホモジナイザ２４からの検査光がレンズアレイ２４ａの各シリンドリカルレンズで分割されて合波されて照射されるが、上述のように光源１２として低コヒーレンスな光を出力するＳＬＤを用いることで、干渉の影響が抑制され検査光の長手方向における光強度が均一になる。

光検査装置１０には、シリコンウェーハ１１をその面内方向に所定の速度で移動する走査機構２７が設けられている。図３に一例を示すように、シリコンウェーハ１１の検査の際には、走査機構２７は、例えば、シリコンウェーハ１１を、その面内方向で検査光のライン状の照射領域Ｌの長手方向と直交する方向に往復動させ、その往復動の１回の往動及び復動ごとに、照射領域Ｌの長手方向へその長手方向の長さだけ１回移動する。これにより、シリコンウェーハ１１と検査光とを相対的に移動して、シリコンウェーハ１１の全面をライン状の検査光で走査する。

図１に示すように、シリコンウェーハ１１の裏面側に対物レンズ２５が配置されている。この例では、対物レンズ２５は、その焦点（前側焦点）が、検査光が照射されているシリコンウェーハ１１の裏面に一致するように調整されている。なお、対物レンズ２５の焦点の位置は、これに限られず、シリコンウェーハ１１の内部または表面に一致するようにしてもよいし、シリコンウェーハ１１の表面よりもホモジナイザ２４側や裏面よりも対物レンズ２５側にあってもよい。分解能を高くする観点からは、シリコンウェーハ１１の表面から裏面までいずれかの位置に対物レンズ２５の焦点があることが好ましく、シリコンウェーハ１１の表面と裏面との中間にあることが特に好ましい。

第２アーム１５は、検査光に対して基準となる位相を持つ参照光を生成するユニットである。第２アーム１５は、第１アーム１４と同様に構成されており、ファイバカプラ１３の出力側の他方の光ファイバ１３ｄと、この光ファイバ１３ｄ側から順番にコリメートレンズ３３、ホモジナイザ３４、第２対物レンズとしての対物レンズ３５を順番に配置した構成である。コリメートレンズ３３とホモジナイザ３４とは、第２ビーム整形部３６を構成する。なお、第２アーム１５の各部は、それらに対応する第１アーム１４の光ファイバ１３ｃ、コリメートレンズ２３、ホモジナイザ２４、対物レンズ２５と同様であるので、それらの詳細な説明は省略する。

第２アーム１５では、第２ビーム整形部３６のホモジナイザ３４と対物レンズ３５との間に、検査対象のシリコンウェーハ１１に対応する参照板３７が配置されている。これにより、ホモジナイザ３４からのビーム形状がライン状の参照光が参照板３７の表面に照射される。参照板３７は、少なくとも参照光が照射される領域において、屈折率、厚みが均一な透明な板状部材である。参照板３７としては、特に限定されないが、例えば予め屈折率、厚みが均一であることを確認したシリコンウェーハを用いることができる。なお、参照板３７を省略してもよい。

第２アーム１５のコリメートレンズ３３は、その光軸方向の位置を調整する調整機構３８が設けられている。この調整機構３８は、コリメートレンズ３３とともに、光路長調整部３９を構成し、調整機構３８によるコリメートレンズ３３の光軸方向の移動によって、第２アーム１５における参照光の光路長が増減される。この例では、シリコンウェーハ１１として詳細を後述する基準となる屈折率及び厚みを有する校正用シリコンウェーハを第１アーム１４にセットした状態で、ラインセンサ２０が受光する干渉光の光強度が最大（極大）と最小（極小）の各光強度の中間となるように、調整機構３８によって検査光の光路長に対する参照光の光路長の差を調整する。干渉光の光強度が最大と最小の各光強度の中間となるように設定するとは、検査光と参照光との位相差が概ねπ／２の奇数倍となるように調整することであり、検査光及び参照光の波長をλとしたときに、検査光と参照光との光路長差が概ねλ／４の奇数倍となることを意味する。検査光と参照光との光路長差がλ／４の奇数倍となるように、もちろん、ラインセンサ２０が受光する干渉光の光強度が最大と最小の各光強度の中間値（算術平均）となるように調整することが最も好ましい。光路長差の調整の詳細は後述する。

図４に光路長差と干渉光の光強度との関係の一例を示すように、干渉光の光強度が最大または最小に対応する光路長差が０またはλ／２の整数倍となるようにセットした場合には、光路長差の変化に対して干渉光の光強度の変化が小さい。これに対して、光路長差がλ／４の奇数倍となるようにセットした場合には、光路長差の変化に対して干渉光の光強度の変化が大きい。したがって、上記のように調整することで、シリコンウェーハ１１の所期の屈折率（正常な屈折率）からの屈折率の変化を、検査光と参照光とが干渉した干渉光の大きな光強度の変化として検出すなわち屈折率の違いを高感度に検出し、欠陥領域を高精度に検出する。また、このように調整しておくことで、所期の屈折率に対して変化している大きさとともに、光強度の増大及び減少と屈折率の増大及び減少とが対応づけられるため、屈折率が所期のものに対して大きくなっているのか小さくなっているのかを検出することができる。

なお、光強度が最大または最小、すなわち検査光と参照光との位相差がπの整数倍となるように調整して検査を行うこともできるが、屈折率の違いをより高感度に検出でき、また屈折率に関する情報が多く得られるため、上記のように位相差を調整することが好ましい。

この例においては、コリメートレンズ３３の移動によって第２アーム１５すなわち参照光の光路長を増減しているが、これに代えて第１アーム１４のコリメートレンズ２３をその光軸方向に移動することによって検査光の光路長を増減する構成としてもよい。

第１アーム１４の対物レンズ２５からの検査光及び第２アーム１５の対物レンズ３５からの参照光は、互いに直交する方向から偏光ビームスプリッタ１６にそれぞれ入射する。
偏光ビームスプリッタ１６は、検光子１７とともに合波干渉部４１を構成している。

偏光ビームスプリッタ１６は、Ｐ偏光を透過してＳ偏光を反射する。偏光ビームスプリッタ１６に対して、上記第１アーム１４は、対物レンズ２５からの検査光がＰ偏光になるように光ファイバ１３ｃとコリメートレンズ２３とを接続している。また、偏光ビームスプリッタ１６に対して、第２アーム１５は、対物レンズ３５からの参照光が偏光ビームスプリッタ１６に対してＳ偏光となるように、光ファイバ１３ｄとコリメートレンズ３３とを接続している。これにより、Ｐ偏光の検査光が偏光ビームスプリッタ１６を透過し、Ｓ偏光の参照光が偏光ビームスプリッタ１６で反射されて、偏光ビームスプリッタ１６から射出される。

第２アーム１５のホモジナイザ３４、対物レンズ３５は、後述する偏光ビームスプリッタ１６の反射面に関して、第１アーム１４のホモジナイザ２４、対物レンズ２５と面対称の関係を有するように配置されている。これにより、偏光ビームスプリッタ１６において、ライン状の検査光とライン状の参照光とは、それらが互いに長手方向にずれなくライン状に重ね合わされて合波され、検査光と参照光とが重なって偏光ビームスプリッタ１６から射出される。

偏光ビームスプリッタ１６により、合波された検査光と参照光とは、検光子１７に入射する。検光子１７は、偏光ビームスプリッタ１６からの互いに直交する直線偏光である検査光と参照光とのそれぞれの偏光方向に対して透過軸が４５°傾いている。これにより、互いに直交した検査光と参照光とは、互いに同じ方向（検光子１７の透過軸方向）の偏光成分が検光子１７を透過する。したがって、それらの偏光成分が干渉した干渉光が検光子１７から射出される。検光子１７からの干渉光は、結像レンズ１８に入射する。

結像レンズ１８、ピンホール板１９及びラインセンサ２０は、干渉光の光強度を検出する光検出部４２を構成している。結像レンズ１８に入射した干渉光は、この結像レンズ１８によって結像（集光）される。この例では、結像レンズ１８としてチューブレンズを用いており、結像レンズ１８は、対物レンズ２５及び対物レンズ３５と無限遠補正光学をそれぞれ構成している。

マスク部材としてのピンホール板１９は、複数のピンホールがライン状に並べて形成されており、複数のピンホールは、対物レンズ２５と対物レンズ３５の各前側焦点と共通な共役な位置に配置されている。すなわち、対物レンズ２５の前側焦点は、複数のピンホールが配された位置と共役な関係であり、また対物レンズ３５の前側焦点は、複数のピンホールが配された位置と共役な関係である。

ラインセンサ２０は、複数の受光素子を有しており、各受光素子の受光面がライン状に並んでいる。ラインセンサ２０は、受光面に入射する干渉光の光強度に応じた検出信号を出力する。ラインセンサ２０には、ピンホール板１９の複数のピンホールと同じ個数及び同じピッチで受光面が設けられており、１つの受光面に１つのピンホールが対応する。ピンホール板１９のピンホール及びラインセンサ２０の受光面が並ぶ方向は、検査光の照射領域の延びるＡ方向を対物レンズ２５と結像レンズ１８を通して投影した向きである。ピンホール板１９のピンホール及びラインセンサ２０の受光面の個数及びピッチは、シリコンウェーハ１１の検査光の照射領域の全域をカバーし必要な分解能が得られるように決められている。例えば、長手方向の長さが約１０ｍｍの検査光の照射領域に対して、約２５μｍのピッチで１０２４個のピンホール及び受光面が設けられている。

上記ピンホール板１９により、シリコンウェーハ１１を透過する検査光及び参照板３７を透過する参照光のうちピンホール板１９の各ピンホールと共役関係にある位置を透過した光線の偏光成分同士が干渉した干渉光が各ピンホールを通ってラインセンサ２０の受光面にそれぞれ入射する。このように、ピンホール板１９を設けることで、ピンホールと共役関係にある、対物レンズ２５、３５の焦点近傍以外からの光をカットし、検出信号のＳ／Ｎを向上させている。受光面に入射する干渉光の光強度は、検査光と参照光との光路長差に応じて増減する。なお、受光面ごとに開口が設けられたラインセンサ２０を用いる場合には、それらの開口をピンホール板のピンホールとみなすことができ、この場合にはピンホール板１９を省略することができる。

上記のように結像レンズ１８、ピンホール板１９、ラインセンサ２０を配置することにより、シリコンウェーハ１１における検査光のライン状の照射領域は、ラインセンサ２０の受光面に対応して複数の小領域に仮想的に分割される。同様に、参照板３７における参照光の照射領域は、ラインセンサ２０の受光面に対応して複数の小領域に仮想的に分割される。対応する検査光の光線と参照光の光線、すなわち１つの受光面に対応するシリコンウェーハ１１の小領域及び参照板３７の各小領域を透過した検査光の光線と参照光の光線とが偏光ビームスプリッタ１６により合波され、それら各光線の互いに干渉する偏光成分が干渉した干渉光が検光子１７、結像レンズ１８を介して、当該受光面に入射する。これにより、ラインセンサ２０の各受光素子は、その受光面に対応する小領域を透過した検査光と参照光との各光線に基づく干渉光を受光する。上述のように、シリコンウェーハ１１を走査機構２７によって移動することによって、シリコンウェーハ１１の全領域についての干渉光がラインセンサ２０で受光される。

この例では、ラインセンサ２０に画像処理部４０が接続されている。この画像処理部４０は、シリコンウェーハ１１を走査して得られる検出信号に基づいて、シリコンウェーハ１１における光強度の分布を示すマップ画像を生成して表示する。このマップ画像を参照することにより、シリコンウェーハ１１の偏光方向に応じた屈折率の分布を知ることができ、屈折率が異常となっている欠陥領域を特定できる。なお、光強度が一定値以上変化したものだけを欠陥領域として判別して表示してもよい。

上記光検査装置１０における光路長差の調整は、シリコンウェーハ１１の検査に先だって行うが、シリコンウェーハ１１の種類（厚み）が変わるごとに行えばよい。光路長差の調整では、基準となる屈折率及び厚みとして所期となる屈折率及び厚みを有することが予め確認されている校正用のシリコンウェーハをシリコンウェーハ１１として第１アーム１４にセットした状態で、ラインセンサ２０の出力すなわちラインセンサ２０の受光面における干渉光の光強度を参照しながら行う。なお、ラインセンサ２０の出力は、複数の受光面（受光素子）に対応して複数の検出信号があるが、そのうちの１つの検出信号を参照すればよい。また、この調整の際に走査機構２７でシリコンウェーハ１１を移動する必要はないので、検査光の照射領域と同じ大きさの範囲が所期の屈折率及び厚みを有するシリコンウェーハ１１等を用いてもよい。

光路長差の調整は、調整機構３８を操作して、例えば、コリメートレンズ３３を少しずつ移動させ、干渉光の最大（極大）の光強度と最小（極小）の光強度とを特定し、その最大の光強度と最小の光強度の中間の光強度となる位置にコリメートレンズ３３をセットする。これにより、検査光と参照光との光路長差がほぼλ／４の奇数倍となるようにコリメートレンズ３３がセットされる。なお、調整機構３８の操作量に対してコリメートレンズ３３の移動量が比例する場合には、干渉光の最大の光強度から最小の光強度に移動させる操作量の１／２の操作量だけ操作してコリメートレンズ３３を移動させてセットしてもよい。なお、ラインセンサ２０からの検出信号に基づいて、調整機構３８を駆動する制御部を設け、この制御部によって、上述の手法で光路長差を調整してもよい。

上記のように構成される光検査装置１０では、シリコンウェーハ１１の各々の小領域を透過する検査光の光線の光路長は、それらが透過する小領域におけるシリコンウェーハ１１の屈折率及び厚みに応じて変化する。一方、参照板３７の各々の小領域を透過する参照光の光線の光路長は、調整された長さで一定である。このため、各小領域におけるシリコンウェーハ１１の屈折率の高低に応じて、それらの小領域を透過した検査光の各光線と、その検査光の各光線にそれぞれ対応する参照光の光線との間の位相差が変化する。この結果、シリコンウェーハ１１の屈折率が所期の値から高くまたは低くなることによって、ラインセンサ２０の各受光面で受光される干渉光の光強度が所期の光強度から変化する。

このように、各小領域におけるシリコンウェーハ１１の屈折率の違いがラインセンサ２０の各受光面で受光される干渉光の光強度の違いとして検出される。そして、シリコンウェーハ１１の屈折率が所期の値であるときに、検査光と参照光との光路長差がπ／４の奇数倍となるように調整しているので、僅かな屈折率の変化が大きな干渉光の光強度の変化として検出され、屈折率の異常が高感度で欠陥領域として検出される。また、微分干渉方式のように小領域の周囲の屈折率との相対的な差ではなく、検査光が透過する小領域の屈折率そのものによって干渉光の光強度を変化させているから、屈折率が緩やかに変化しているような領域も欠陥領域として検出される。このように、光検査装置１０では、欠陥領域が高精度に検出される。しかも、ライン状に検査光を照射しているため、シリコンウェーハ１１の全領域を短時間で検査できる。

例えば、光源１２が出力する光の波長をλとして、ラインセンサ２０からの検出信号に対する分解能に対応した検査光の光路長の変化量が「λ／２０」であるとし、波長λを１．３μｍ、シリコンウェーハ１１の所期の屈折率ｎを３．５、厚みｄを７７５μｍとした場合では、概ね±０．００２％の屈折率の変化を検出できる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、シリコンウェーハに対して検査光をスポット状に照射するように構成したものである。なお、以下に詳細を説明する他は、第１実施形態と同様であり、第１実施形態と実質的に同じ部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図５において、光検査装置５０は、光源１２、ファイバカプラ１３、第１アーム５４、第２アーム５５、偏光ビームスプリッタ１６、検光子１７、センサ５７、走査機構２７、調整機構３８、画像処理部４０を備えている。光検査装置５０では、第１実施形態のようにホモジナイザを用いてビーム形状を変換しないため、コヒーレンスな光を出力するものであれば、ＳＬＤのように低コヒーレンスの光を出力するもの、高コヒーレンスの光を出力するレーザ装置等のいずれも好ましく用いることができる。

この例においても、第１アーム５４は、検査対象となるシリコンウェーハ１１に検査光を透過させ、検査光が透過したシリコンウェーハ１１の部位における屈折率に応じて検査光の位相を変化させるユニットである。また、第２アーム５５は、検査光に対して基準となる位相を持つ参照光を生成するユニットである。

第１アーム５４は、ファイバカプラ１３の出力側の光ファイバ１３ｃ、この光ファイバ１３ｃ側から順番に、照射側のコリメートレンズ６１、受光側のコリメートレンズ（集光レンズ）６２、このコリメートレンズ６２と偏波保持ファイバ６３によって接続されたコリメートレンズ６４を有している。検査対象となるシリコンウェーハ１１は、コリメートレンズ６１とコリメートレンズ６２との間に、その表面がコリメートレンズ６１の光軸に対して直交する姿勢で配される。シリコンウェーハ１１は、走査機構２７によりスポット状の検査光が全領域に照射されるように移動される。

コリメートレンズ６１は、光ファイバ１３ｃの一端（出力端）に取り付けられており、光ファイバ１３ｃから射出される検査光を所定の断面サイズの平行光にする。これにより、コリメートレンズ６１から射出される検査光をスポット状にシリコンウェーハ１１に照射する。この例では、コリメートレンズ６１は、光軸に直交しかつ互いに直交する２方向に光学的パワーを有するレンズが用いられており、検査光を断面形状が略円形となる平行光にする。コリメートレンズ６１から射出される検査光の径は、分解能を高くする観点からは小さくすることが好ましい。なお、コリメートレンズ６２、６４についても、コリメートレンズ６１と同様に２方向に光学的パワーを持つものが用いられている。

コリメートレンズ６２は、その光軸がコリメートレンズ６１の光軸と一致するように配されており、シリコンウェーハ１１を透過した検査光を集光して偏波保持ファイバ６３に入射させる。コリメートレンズ６４は、偏波保持ファイバ６３を伝播した検査光を平行光にして偏光ビームスプリッタ１６に入射する。

第２アーム５５は、第１アーム５４と同様に構成されており、ファイバカプラ１３の出力側の他方の光ファイバ１３ｄと、この光ファイバ１３ｄ側から順番に、照射側のコリメートレンズ７１、受光側のコリメートレンズ（集光レンズ）７２、コリメートレンズ７２と偏波保持ファイバ７３によって接続されたコリメートレンズ７４を有している。これら第２アーム５５の各部は、それらに対応する第１アーム５４の各部と同様である。この第２アーム５５では、コリメートレンズ７１とコリメートレンズ７２との間に参照板３７が配置されているが、参照板３７を省略してもよい。

この例では、調整機構３８とコリメートレンズ７２とにより光路長調整部３９が構成され、調整機構３８によってコリメートレンズ７２をその光軸方向の位置を第１実施形態と同様に調整する。なお、コリメートレンズ７２に代えて、コリメートレンズ６１、６２、６４、７１、７４のいずれかをその光軸方向に移動することによって検査光の光路長を増減する構成としてもよい。

偏光ビームスプリッタ１６に対して、上記第１アーム５４は、コリメートレンズ６４からの検査光がＰ偏光になるように、また第２アーム５５は、コリメートレンズ７４らの参照光がＳ偏光となるように入射し、検査光と参照光とを合波する。偏光ビームスプリッタ１６により合波された検査光と参照光とは、検光子１７を介してセンサ５７に入射する。光検出部４２としてのセンサ５７は、１個の受光素子が設けられている。これにより、検査光と参照光との検光子１７を透過した偏光成分が干渉した干渉光がセンサ５７の受光面に入射する。画像処理部４０は、シリコンウェーハ１１を走査して得られるセンサ５７からの検出信号に基づいて、シリコンウェーハ１１における光強度の分布を示すマップ画像を生成して表示する。

この構成によれば、スポット状に照射されている領域のシリコンウェーハ１１の屈折率の違いがセンサ５７の受光面で受光される干渉光の光強度の違いとして検出される。そして、この例においても、欠陥領域が高精度に検出される。

図６は、第１アーム５４に対物レンズ８１を設けた例を示している。この例では、コリメートレンズ６１と対物レンズ８１との間にシリコンウェーハ１１を配し、シリコンウェーハ１１を透過した検査光を対物レンズ８２により集光する。第２アーム５５には、対物レンズ８１に対応した対物レンズ８２が設けられている。また、検光子１７とセンサ５７との間に、検光子１７側から結像レンズ８３と、ピンホール板８４とを順番に配置しており、結像レンズ８３、ピンホール板８４及びセンサ５７とで光検出部４２を構成している。ピンホール板８４のピンホールは、対物レンズ８２の焦点と共役な位置に配置されており、結像レンズ８３によって集光される光のうちピンホールを通る光がセンサ５７によって受光される。シリコンウェーハ１１は、コリメートレンズ６１と対物レンズ８２との間にあればよいが、分解能を高くする観点からは、シリコンウェーハ１１の表面から裏面までいずれかの位置に対物レンズ８１の焦点があることが好ましく、シリコンウェーハ１１の表面と裏面との中間にあることが特に好ましい。

上記各実施形態では、光分割部としてファイバカプラを用いているが、これに限定されるものではなく、光分割部は、例えば１／２波長板と偏光ビームスプリッタとから構成してもよく、無偏光ハーフビームスプリッタを用いてもよい。また、偏波保持ファイバに代えてミラーやリレー光学系を用いてもよい。

上記では半導体基板としてシリコンウェーハの例を説明しているが、半導体基板は、これに限定されない。また、検査対象物は、欠陥等の検出対象によって検査光の光路長が増減するものであれば、半導体基板に限定されない。

１０、５０ 光検査装置
１１ シリコンウェーハ
１２ 光源
１３ ファイバカプラ
１４、５４ 第１アーム
１５、５５ 第２アーム
１６ 偏光ビームスプリッタ
１７ 検光子
１８、８３ 結像レンズ
１９、８４ ピンホール板
２０ ラインセンサ
２４、３４ ホモジナイザ
２５、３５、８１、８２ 対物レンズ
２６ 第１ビーム整形部
２７ 走査機構
３６ 第２ビーム整形部
３８ 調整機構
３９ 光路長調整部
４１ 合波干渉部
４２ 光検出部
５７ センサ

Claims (7)

1. 検査対象物を検査する光検査装置において、
   コヒーレント光を出力する光源と、
   前記光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分割する光分割部と、
   前記検査光を検査対象物の一方の面に照射して透過させる第１アームと、
   前記参照光が伝播する第２アームと、
   前記第１アームからの前記検査対象物を透過した前記検査光と前記第２アームからの前記参照光とを合波して干渉光を生成する合波干渉部と、
   前記干渉光の光強度を検出する光検出部と、
   前記検査光に対して前記検査対象物を相対的に移動する走査機構と
   を備えることを特徴とする光検査装置。
2. 前記第１アームにおける前記検査光の光路長に対する前記第２アームにおける前記参照光の光路長を相対的に増減する光路長調整部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光検査装置。
3. 前記第１アームは、前記光分割部側から順に前記検査光をライン状に変換する第１ビーム整形部と第１対物レンズとを有し、前記第１ビーム整形部と前記第１対物レンズとの間に配された前記検査対象物にライン状に前記検査光を照射し、
   前記第２アームは、前記光分割部側から順に前記参照光をライン状に変換する第２ビーム整形部と第２対物レンズとを有し、
   前記合波干渉部は、前記第１対物レンズからのライン状の前記検査光と、前記第２対物レンズからのライン状の前記参照光とをライン状に重ね合わせて合波し、ライン状の前記干渉光を射出し、
   前記光検出部は、前記合波干渉部側から順に、前記合波干渉部からの前記干渉光を集光する結像レンズと、前記干渉光の長手方向に複数のピンホールがライン状に並べられたマスク部材と、前記複数のピンホールに対応して複数の受光面がライン状に並べられたラインセンサとを有し、前記複数のピンホールが前記第１対物レンズ及び前記第２対物レンズの前側焦点に対して共通な共役な位置に配され、前記複数の受光面には、対応するピンホールを通った前記干渉光がそれぞれ入射し、前記複数の受光面に入射した前記干渉光の光強度に応じた検出信号を前記ラインセンサがそれぞれ出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光検査装置。
4. 前記光源は、スーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の光検査装置。
5. 光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分割し、
   前記検査光を検査対象物の一方の面に照射し、
   前記検査対象物を透過した前記検査光と前記参照光とを干渉させて干渉光を生成するとともに、
   前記検査光に対して前記検査対象物を相対的に移動し、
   前記検査対象物の各部位における前記干渉光の光強度に基づいて前記検査対象物の各領域を検査する
   ことを特徴とする光検査方法。
6. 基準となる屈折率及び厚みを有する前記検査対象物について、前記干渉光の光強度が最大と最小の各光強度の中間となるように、前記検査光の光路長に対する前記参照光の光路長の差を調整した状態で、検査の対象となる前記検査対象物の検査を行うことを特徴とする請求項５に記載の光検査方法。
7. 前記検査光をライン状に変換して前記検査対象物にライン状に前記検査光を照射して前記検査対象物を透過した前記検査光を第１対物レンズで集光するとともに、前記参照光をライン状に変換してこの変換された前記参照光を第２対物レンズで集光し、
   前記干渉光を生成する際に、前記第１対物レンズからの前記検査光と前記第２対物レンズからの前記参照光とをライン状に重ね合わせ、
   生成されるライン状の前記干渉光を結像レンズで集光し、
   前記第１対物レンズ及び第２対物レンズの前側焦点に対して共通な共役な位置に配された複数のピンホールを通った前記結像レンズからの前記干渉光の光強度をそれぞれ検出する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の光検査方法。
   
   

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