JP2024010381A - 検査装置、検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ上のデバイスを高精度で検査することができる検査装置を提供する。
【解決手段】検査装置１は、光源２Ａと、ハーフミラー４と、回動ミラー１０で反射された反射光Ｌ２に基づいて回動ミラー１０の振れ角を検出する二次元画像センサ６と、ハーフミラー４で反射された反射光Ｌ１が入射するように配置された光源モニタ８を備えている。回動ミラー１０の振れ角は、二次元画像センサ６で検出された光の位置から取得され、回動ミラー１０の反射率は、二次元画像センサ６で検出された既知の反射率を有する基準ウェハＲの反射光と反射光Ｌ２とから取得される。また、光源モニタ８で検出された反射光Ｌ１の強度により回動ミラー１０の反射率に異常がないかを検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ上に設けられたデバイス、特にＭＥＭＳミラーを検査する検査装置及び検査方法に関する。

従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により製造された、軸線周りに回動するミラー部に対して、その動作や反射率等を検査する検査装置が知られている。

例えば、下記の特許文献１の検査システムは、入力部、ＣＰＵボード、制御プログラム、レーザダイオード（ＬＤ）制御部、レーザ照射部、ＬＣＲメータ、波形発生部及び検査ステージ、第３ステージ及び第３モータ制御部を有している。また、この検査システムは、第１フォトディテクタ（ＰＤ）、第２フォトディテクタ（ＰＤ）、ウォブルセンサ、第１ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）及びパワーメータ（ＰＭ）を有し、センサ制御部でこれらのセンサを制御している。

パワーメータは、ＭＥＭＳミラーの特性を測定することができる。具体的には、パワーメータがレーザ照射部のレーザ光のパワー測定を行い、さらにＭＥＭＳミラーで反射したレーザ光のパワー測定を行い、測定した２つのレーザ光のパワーを用いてＭＥＭＳミラーの反射率を測定する。

パワーメータは、測定待機状態においては、Ａの位置に配置されている。パワーメータは、レーザ照射部に対して対向するようにＢの位置へ移動され、レーザ照射部が照射するレーザ光のパワー測定を行う。次に、パワーメータが検査ステージと第１ＰＳＤとの間に移動され、ＭＥＭＳミラーで反射させたレーザ光を受光して、ＭＥＭＳミラーの反射率を測定する（特許文献１／段落００３７～００４２、図７)。

特開２０１６－１７３５５３号公報

しかしながら、この検査システムでは、パワーメータ、フォトディテクタ、ウォブルセンサがそれぞれ別個のセンサであるため、測定可能範囲が不完全となることがある。例えば、パワーメータがＢの位置にあるとき、パワーメータはレーザ照射部のレーザ光の測定は可能であるが、ＭＥＭＳミラーで反射されたレーザ光を測定することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ウェハ上のデバイスを高精度で検査することができる検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のＭＥＭＳ光走査装置の検査装置は、光源と、前記光源からの光の一部を透過させて検査対象であるＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに入射するように、かつ、前記光源からの光の他の一部を第一反射光として反射するように配置されたハーフミラーと、前記第一反射光を受光して前記光源からの光の強度を検出する光検出器と、前記回動ミラーで反射され、その後、前記ハーフミラーでさらに反射された第二反射光が入射するように配置された画像センサと、を備えていることを特徴とする。

本発明のＭＥＭＳ光走査装置の検査装置では、光源から出射された光がハーフミラーに入射し、一部の光が透過し、残りの光が反射される。検査対象の回動ミラーは、ハーフミラーを透過した光が入射するように配置されている。このため、回動ミラーで光が走査され、走査光がハーフミラーで再び反射されて第二反射光として画像センサに入射する。回動ミラーの振れ角は、画像センサで検出される光の位置から取得される。

回動ミラーの反射率を調べるためには、例えば画像センサにより基準物体の反射光を調べておき、測定対象の回動ミラーでの第二反射光と比較する。また、光源から出射され、ハーフミラーで反射された第一反射光は、光検出器でその光源の強度に異常がないかが検出される。基準に対する第二反射光の強度を調べることで、デバイスの反射率を検査することができる。

また、もう１つの発明のＭＥＭＳ光走査装置の検査装置は、光源と、前記光源からの光の一部を反射させて検査対象であるＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに入射するように、かつ、前記光源からの光の他の一部を第一透過光として透過するように配置されたハーフミラーと、前記第一透過光を受光して前記光源からの光の強度を検出する光検出器と、前記回動ミラーで反射され、その後、前記ハーフミラーを透過した第二透過光が入射するように配置された画像センサと、を備えていることを特徴とする。

もう１つのＭＥＭＳ光走査装置の検査装置においても、光源から出射された光がハーフミラーに入射し、一部の光が透過し、残りの光が反射される。光源から出射され、ハーフミラーを透過した第一透過光は、光検出器でその強度に異常がないかが検出される。また、画像センサは、検査対象の回動ミラーで走査された後、ハーフミラーを透過した第二透過光が入射するように配置されている。

回動ミラーの振れ角は、画像センサで検出される光の位置から取得される。回動ミラーの反射率を調べるためには、例えば画像センサにより、基準物体で反射され、ハーフミラーを透過してきた光を調べておき、回動ミラーで反射され、ハーフミラーを透過してきた第二透過光と比較する。基準に対する第一透過光の強度を調べることで、デバイスの反射率を検査することができる。

また、本発明の検査方法は、前記検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の反射率を有する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体反射光量を得る第１の工程と、前記検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記光源からの光の一部を前記ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに照射し、前記画像センサで前記回動ミラーから反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射光量を得る第２の工程と、前記基準物体反射光量と前記ＭＥＭＳ光走査装置反射光量とから前記回動ミラー反射率を算出する第３の工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明の検査方法は、検査対象のデバイスの反射率を検査する。まず、検査対象が配置される位置に既知の反射率を有する基準物体を配置して、光源からの光の一部を基準物体に照射し、画像センサで基準物体から反射された光を測定して基準物体反射光量を得る（第１の工程）。次に、基準物体に代えてＭＥＭＳ光走査装置を配置して、光源からの光の一部を回動ミラーに照射し、画像センサで回動ミラーから反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射光量を得る（第２の工程）。これにより、基準物体反射光量を基準値としたＭＥＭＳ光走査装置反射光量が得られる。

そして、基準物体反射光量とＭＥＭＳ光走査装置反射光量とから、回動ミラー反射率を算出する（第３の工程）。以上の各工程により、基準に対するＭＥＭＳ光走査装置反射光量を調べることで、デバイスの反射率が正確か否かを検査することができる。

また、もう１つの発明の検査方法は、検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の平面度を有する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体反射ビームプロファイルを得る第４の工程と、検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記光源からの光の一部を前記ＭＥＭＳ光走査装置に照射し、前記画像センサで前記ＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルを得る第５の工程と、前記基準物体反射ビームプロファイルと前記ＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルとから前記回動ミラーによる反射ビームプロファイル変化の差を算出する第６の工程と、を備えていることを特徴とする。

もう１つの検査方法は、検査対象のデバイスの平面度を検査する。まず、検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の平面度を有する基準物体を配置して、光源からの光の一部を基準物体に照射し、画像センサで基準物体から反射された光を測定して基準物体反射ビームプロファイルを得る（第４の工程）。次に、基準物体に代えてＭＥＭＳ光走査装置を配置して、光源からの光の一部をＭＥＭＳ光走査装置に照射し、画像センサでＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルを得る（第５の工程）。これにより、基準物体反射ビームプロファイルを基準値としたＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルが得られる。

そして、基準物体反射ビームプロファイルとＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルとから、回動ミラーによる反射ビームプロファイル変化の差を算出する（第６の工程）。以上の各工程により基準に対するＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルを調べることで、デバイスの平面度が悪化しているか否かを検査することができる。

さらに、もう１つの発明の検査方法は、検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の角度に光を反射する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体光像を得る第９の工程と、検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーを回動させながらパルス発光させた前記光源からの光の一部を照射し、前記画像センサで前記ＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置光像を得る第１０の工程と、前記基準物体の光像と前記ＭＥＭＳ光走査装置光像とから前記ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーの回動角度を算出する第１１の工程と、を備えていることを特徴とする。

さらにもう１つの検査方法は、検査対象のデバイスの光の反射角度を検査する。まず、検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の角度に光を反射する基準物体を配置して、光源からの光の一部を基準物体に照射し、画像センサで基準物体から反射された光を測定して基準物体光像を得る（第９の工程）。次に、基準物体に代えてＭＥＭＳ光走査装置を配置して、ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーを回動させながらパルス発光させた光源からの光の一部を照射し、画像センサでＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置光像を得る（第１０の工程）。これにより、基準物体光像を基準値としたＭＥＭＳ光走査装置光像が得られる。

そして、基準物体の光像と前記ＭＥＭＳ光走査装置光像とからＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーの回動角度を算出する（第１１の工程）。以上の各工程により基準に対するＭＥＭＳ光走査装置光像を調べることで、デバイスの光の反射角度が正確か否かを検査することができる。

本発明の実施形態に係る検査装置の全体図である。 二次元画像センサ（ＣＭＯＳセンサ）の回路を示す図である。 本発明の実施形態に係る検査装置のブロック図である。 本発明の変更実施形態に係る検査装置の全体図である。 検査装置で基準ウェハを測定した様子を示す図である。

以下では、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。以下の説明及び添付図面において、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付して説明する。

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態の検査装置１の全体図を示している。

（装置構成）
検査装置１は、光源ユニット２と、ハーフミラー４と、焦点補正レンズ５と、二次元画像センサ６と、集光レンズ７と、光源モニタ８を有している。検査装置１は、例えばプローブカードに実装することで、測定ウェハＷに設けられたＭＥＭＳ光走査装置の検査を行うことができる。

検査装置１は、医療機器、宇宙航空機器のディスプレイシステム部品または通信システム部品、自動車用のヘッドライトまたはＬｉＤＡＲ装置、映像の投影装置等のＭＥＭＳ光走査装置を含む製品の検査に用いることができる。

光源ユニット２は、光源２Ａとコリメート調整機構２Ｂとで構成され、二次元的に位置の調整が可能となっている。光源２Ａはビーム光をパルス発光する必要があるため、シングルモードまたはマルチモードのレーザダイオードを用いることが好ましい。ビーム光の色は、単色でも多色混合でもよい。また、ビーム光の線幅は、検査対象のミラー部全体の品質を細部まで検査ができるように、ミラー部の直径に合わせる等、調整可能にするとよい。

光源２Ａとして、発光ダイオードを用いてもよい。光源２Ａとしてフィラメント光源を用いた場合には、パルス反応性がやや低下するが、ミラー部の振れ角の検査は可能である。

コリメート調整機構２Ｂは、光源ユニット２から出射されたビーム光の焦点位置とミラー部における直径（ビーム径）を変更するレンズである。コリメート調整機構２Ｂは、光源２Ａのビーム光の出射部前方に配置されている。

ハーフミラー４は、光源２Ａから出射されたビーム光の一部を透過させ、残りのビーム光を反射するミラーである。ハーフミラー４を透過した光は、測定ウェハＷの回動ミラー１０に入射する。また、ハーフミラー４の反射面（裏面側）で反射された反射光Ｌ１（本発明の「第一反射光」）は、光源モニタ８に入射する。ハーフミラー４は、ビーム光の光軸に対して約４５度傾斜させ、回動ミラー１０の走査範囲を全て包含するように配置されている。

測定ウェハＷには、一定の方向から入射するビーム光を反射し、走査する光偏向器用の回動ミラー１０が多数設けられている。光偏向器（ＭＥＭＳ光走査装置）は、半導体プロセスやＭＥＭＳ技術を利用して作製されるデバイスである。光偏向器は、固定枠内に配置された回動ミラー１０の他、回動ミラー１０を回動させるためのアクチュエータ、トーションバー、蛇腹型圧電アクチュエータ等を有し、例えば入射光を互いに垂直な２軸方向に走査する。

動作中の光偏向器にビーム光が入射すると、回動ミラー１０によりビーム光が走査され、ハーフミラー４の反射面（表面側）に照射される。ハーフミラー４で反射された反射光Ｌ２（本発明の「第二反射光」）は、焦点補正レンズ５で集光され、二次元画像センサ６で撮像される。

焦点補正レンズ５（本発明の「補正レンズ」）は、ハーフミラー４で反射された反射光Ｌ２を二次元画像センサ６の検出面に焦点が合うように補正するレンズである。焦点補正レンズ５は、視差エラーが負のものを用いることで、二次元画像センサ６のサイズを小さくすることができる。

また、本実施形態の二次元画像センサ６はＣＭＯＳセンサであり、焦点補正レンズ５を通過した反射光Ｌ２が入射する。すなわち二次元画像センサ６は、回動ミラー１０の走査範囲を全て包含するように配置されている。

二次元画像センサ６は、検出面上で反射光Ｌ２が検出された位置を取得する。回動ミラー１０の振れ角が適正である場合は光像が検出面の端部に現れ、振れ角が小さくなるにつれて光像が検出面の中央部に移動してくる。これを利用して、回動ミラー１０の振れ角を検出することができる。

なお、反射光Ｌ２が二次元画像センサ６に垂直に入射すると、検出面で反射された光が戻り光となり、回動ミラー１０との間で多重反射を起こす。これを防止するため、二次元画像センサ６の検出面をハーフミラー４から二次元画像センサ６に至る光軸に対して垂直にならないように僅かに傾斜配置することが好ましい。

この場合の光軸とは、回動ミラー１０が静止した状態で光源２Ａからの光を回動ミラー１０が反射し、ハーフミラー４で反射されたときの、ハーフミラー４から二次元画像センサ６に向かう光と同一の直線である。なお、二次元画像センサ６としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＭＩＳ（Memory In Pixel）、ＰＤ（Photo Diode）アレイを用いることも可能である。

図２は、二次元画像センサ６としてＣＭＯＳセンサを用いた場合の回路図を示している。

ＣＣＤを用いた場合は、電荷転送により隣接セルでのコントラストに対応することができず、暗セル側へ滲みが出る「ブルーミング」や、明るいセルの信号線に沿って明腺が走る「スミア」等の好ましくない現象が生じる。また、一般的なＰＤ検出回路は、ＰＤに入射する光を常に増幅するため、パルス発光のタイミングと検出のタイミングが合わないと検出することができない。

これに対し、ＣＭＯＳセンサは、ＳＷ１とＳＷ２をオンとしてキャパシタＣに電荷をチャージした後、ＳＷ１をオフとする（図２参照）。そして、この状態でＰＤに入射した光量の積分値に比例してキャパシタＣから放電する。その後、ＳＷ２をオフとすると、光量に関わらず放電が停止するので、ＳＷ１をオフにしてからＳＷ２をオフにするまでの期間をシャッター時間とした光量の積分値を計測することができる。

これにより、シャッター時間内であればパルスタイミングによらず、ＰＤの正確な光量を測定することができる。すなわち二次元画像センサ６の取り込み速度を高速化するのではなく、光源２Ａの発光のパルス幅を短くすることで、高速で駆動させたときの検査精度を向上させることができる。

本実施形態の光源モニタ８（本発明の「光検出器」）はＰＤであり、ビーム光を受光して、その強度に応じた検出電流を生成する。反射光Ｌ１が光源モニタ８に入射し、光源モニタ８で検出電流を計測することで、ビーム径等を検知することができる。なお、反射光Ｌ１は集光レンズ７を介して光源モニタ８に入射するが、集光レンズ７は必須の構成ではない。

以上の構成により、検査装置１は部品配置の制限を受けることなく、測定ウェハＷ上のデバイスの動作を高精度で検査することができる。

ここで、図３に、本発明の実施形態に係る検査装置１のブロック図を示す。

光源ユニット２は、光源２Ａの駆動及びコリメート調整機構２Ｂの調整のため可動する部分を制御するため、光源制御部２１を介してＣＰＵ・記憶部２４に接続されている。これにより、光源２Ａは、ＣＰＵ・記憶部２４の制御プログラムに従って制御され、必要に応じて連続発光またはパルス発光をすることができる。コリメート調整機構２Ｂは、同じく制御プログラムに従って制御される。

また、光源モニタ８は、ＣＰＵ・記憶部２４に接続されている。これにより、光源モニタ８は、光源ユニット２からの発光強度を監視し、その結果をＣＰＵ・記憶部２４のメモリに記録することができる。

二次元画像センサ６は、二次元画像センサ制御部２２を介してＣＰＵ・記憶部２４に接続されている。これにより、二次元画像センサ６は、二次元画像センサ６で検出される光の検出位置や強度を、二次元画像センサ制御部２２を介してＣＰＵ・記憶部２４で記録し、出力部２５によって結果を確認することができる。

ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラー１０は、光走査装置駆動制御部２３を介してＣＰＵ・記憶部２４に接続されている。回動ミラー１０は、所定の周波数及びパターンの電圧を印加することで、所定の軸周りに回動することができる。

光走査装置駆動制御部２３により印加される電圧は、ＣＰＵ・記憶部２４で記録され、また、二次元画像センサ制御部２２の記録と時系列的に統合される。このため、ＣＰＵ・記憶部２４は、回動ミラー１０への印可電圧と二次元画像センサ６で検出される光の検出位置や強度等の関係性を検査データとして取得することができる。

検査装置１を構成する部品の配置は、図１に示した構成に限られない。図１では、光源ユニット２をハーフミラー４の上方、二次元画像センサ６をハーフミラー４の側方に配置していたが、図４に示すように、その関係を入れ替えて配置してもよい。その場合、偏向された反射光がハーフミラー４内を透過するため、角度による光路長の追加補正が必要となる。

図４の検査装置５０では、光源２Ａとコリメート調整機構２Ｂとからなる光源ユニット２は、ハーフミラー４の側方（左側）に配置されている。また、焦点補正レンズ５及び二次元画像センサ６は、ハーフミラー４の上方に配置されている。

ハーフミラー４は、光源２Ａから出射されたビーム光の一部を透過させる。ハーフミラー４を透過した透過光Ｌ３（本発明の「第一透過光」）は、集光レンズ７を介して光源モニタ８に入射する。

また、光源２Ａから出射され、ハーフミラー４で反射されたビーム光は、測定ウェハＷの回動ミラー１０に入射する。動作中の光偏向器にビーム光が入射すると、回動ミラー１０によりビーム光が走査され、走査光がハーフミラー４を透過する。ハーフミラー４を透過した透過光Ｌ４（本発明の「第二透過光」）は、焦点補正レンズ５で集光され、二次元画像センサ６で撮像される。

この形態でも、ハーフミラー４は、透過光Ｌ４の光軸に対して傾斜しており、回動ミラー１０の走査範囲を全て包含するように配置されている。このような構成により、検査装置５０は部品配置の制限を受けることなく、測定ウェハＷ上のデバイスの動作を高精度で検査することができる。

検査対象のミラー部は、一軸方向に回動するミラーであってもよいし、回動しないものであってもよい。また、本実施形態の検査装置１は、メイン光を用いて検査しているが、迷光等のサブ光を検査に用いてもよい。

検査対象のミラー部は、ウェハ上に存在するものに限られず、モジュール化された製品中のミラー部であってもよい。また、ＭＥＭＳ光走査装置には回動ミラー１０の角度センサを備えるものがあるが、検査装置１は、角度センサの精度を検証する目的で用いてもよい。

（検査装置の準備）
上記で説明した検査装置１を使用してＭＥＭＳ光走査装置の検査を行う前に、光軸調整等の準備を行う必要がある。まず、その方法について説明する。

（ビーム径の調整）
ビーム径の調整方法では、焦点補正レンズ５を測定ウェハＷの位置と二次元画像センサ６の位置の中央の２か所に焦点が合う撮像レンズに交換し、寸法形状の保証されたパターンの刻まれた基準ウェハＲ（基準物体）をセットする。そして、光源ユニット２の光源２Ａからビーム光を照射させ、コリメート調整機構２Ｂにより、二次元画像センサ６でパターンと比較してビーム光が適した形状になることを確認しながら基準ウェハＲの位置でのビーム径を調整する。

この調整は、簡易的には絞り機構によりｆ値を固定したまま開口数（ＮＡ）を変化させて行う。また、ガウシアンビームのようにビームプロファイルが分布を持つ場合は、ズーム機構により焦点位置を変えずにビーム径を変更できるようにコリメート調整機構を設計すればよい。

その後、焦点補正レンズ５と測定ウェハＷをセットして、回動ミラー１０とビーム光との位置合わせと焦点の再調整を行う。このとき、二次元画像センサ６でパターンの認識が難しい場合は、基準ウェハＲの表面のパターン量を増やすか、乱反射する表面状態にするとよい。

（焦点補正レンズ５の焦点合わせ）
焦点補正レンズ５の焦点合わせは、次のようにして行う。例えば、反射角度の保証された二次元回折格子がパターンニングされたウェハを用い、二次元画像センサ６の全範囲で回折パターンが最も鮮明になるように焦点補正レンズ５（または、二次元画像センサ６）の位置及び角度を調整する。その後、測定ウェハＷをセットして、回動ミラー１０とビーム光との位置合わせを行う。

（二次元画像センサ６による角度測定の校正）
また、二次元画像センサ６による角度測定の校正は、次のようして行う。まず、反射角度が保証された二次元回折格子がパターンニングされたウェハを基準ウェハＲとして検査装置１にセットする。そして、光源ユニット２の光源２Ａからビーム光を照射させ、基準ウェハＲから所定の反射角度へ反射させる。

二次元回折格子からの回折パターン角度として反射光Ｌ２を二次元画像センサ６で受光し、回折パターン角度と二次元画像センサ６の検出セルから、ミラー偏角に対する二次元画像センサ６の検出位置の関係を取得することで、角度測定の校正を行う。

なお、検査装置１をプローブカードの一部として実装した場合は、プローブタッチ位置に測定ウェハＷを位置合わせして確定する。次に、光源ユニット２の位置をＸ－Ｙ方向に動かし、二次元画像センサ６で検出される反射光Ｌ２の光量が最大となる位置で固定する。

（反射光Ｌ２と二次元画像センサ６のアライメント）
反射光Ｌ２と二次元画像センサ６のアライメントは、停止させた位置が反射の中心となるようにして、ソフトウェア上で原点とする。また、光源モニタ８は、そのサイズを光源２Ａよりも十分大きく設定しておき、アライメントは反射光Ｌ１に対し水平方向に位置をシフトさせ、最も感度の高い位置を選択する。

（検査方法）
図５は、本実施形態の検査装置１を基準ウェハＲに装着したときの様子を示している。検査では、基準ウェハＲとして光の反射率が既知で、平面度が保証されたもの（例えば、シリコン基板）を用い、予め基準値を取得しておく。基準ウェハＲの反射率及びビーム光の形状を測定する方法は以下で説明する回動ミラー１０の場合と同じである。

本実施形態の検査装置１を測定対象の回動ミラー１０を有する測定ウェハＷに装着する。検査装置１を用いることで、駆動時の回動ミラー１０の振れ角と反射品質を検査することができる。

（反射率の検査方法）
まず、ミラーの反射率の検査方法について説明する。反射品質の１つである回動ミラー１０の反射率測定のため、予め入射光の強度とセンサ感度の関係を取得しておく。そのため、光源モニタ８で反射光Ｌ１をモニタリングする。これにより、光源２Ａの出力が低下した場合にも、正確に反射率を測定することができる。

ここで、ミラー反射率の検査フローの詳細を説明する。二次元画像センサ６はセル毎の光量のアナログ情報を取得可能である。まず、ビーム径をミラーサイズより小さく調整する。そして、反射率が既知の基準ウェハＲの反射光量を測定し、次いで測定対象である測定ウェハＷ（テストサンプル）の反射光量を測定する。

基準ウェハＲ及び測定ウェハＷのそれぞれにおいて、二次元画像センサ６で検出された光量を全て加算したエリア積分値としてそれぞれ算出する。ここで、基準ウェハＲのエリア積分値と測定ウェハＷのエリア積分値の比率に基準ウェハＲの反射率を乗ずることで反射率を算出する。なお、反射光量の値及びこれらの値を用いた算出プロセスはＣＰＵ・記憶部２４で行い、必要に応じて出力部２５等で確認する。算出プロセス等については、他の検査方法についても同様である。

光の多重反射の影響を避けるためには、上述したように回動ミラー１０の駆動停止時に光軸が二次元画像センサ６、焦点補正レンズ５、光源ユニット２の各部品に対して垂直とならないような配置とすることが好ましい。また、光源２Ａの劣化等による出力変化を考慮して、測定と同時に光源モニタ８で測定した光量の比率を結果に除算すると、より正確な測定が可能である。光源２Ａの波長を変化させることで、波長毎の反射率を測定することもできる。

（ビームプロファイルの検査方法）
次に、ビームプロファイルの検査方法について説明する。回動ミラー１０は、駆動により僅かに変形するため、完全に平坦な鏡面ではなくなる場合がある。このような場合にも、既知のビームプロファイルのビーム光を駆動中の回動ミラー１０に反射させ、その反射光Ｌ２を二次元画像センサ６で検出することにより、ビームプロファイルの変形を介して回動ミラー１０の変形を評価することができる。

まず、測定光の波長の１０分の１以下に平面度が担保された基準ウェハＲを検査装置１にセットし、光源２Ａからのビーム光を基準ウェハＲに照射する。基準ウェハＲによって反射された反射光Ｌ２は、二次元画像センサ６で測定される。

前述の通り、二次元画像センサ６は、セル毎の光量を取得可能であるため、反射光Ｌ２の光量の二次元的プロファイル、すなわち基準値となるビームプロファイルを得ることができる。次に、基準ウェハＲを検査対象の測定ウェハＷに交換し、回動ミラー１０を介して反射された反射光Ｌ２のビームプロファイルを同様に測定する。そして、基準値のビームプロファイルと、測定ウェハＷでのビームプロファイルとを比較し、その差をミラー品質によるビームプロファイルの悪化と判断する。

ビーム品質の悪化は、回動ミラー１０の反り等、平面度の悪化によるものであり、プロファイルが楕円に変化するものや、正しい位置で焦点が合わずに、サイズが大きくなるものがある。評価基準はイニシャルに対する扁平量の変化率や、半値幅の拡大等がある。

次に、回動ミラー１０を駆動させたときのビームプロファイルの測定を説明する。ここでは、二次元画像センサ６の光量積算時間をパルス発光時間に対し十分長く設定し、ＭＥＭＳ光走査装置の駆動による描画速度に対し、描画による走査位置が特定できる十分短いパルス光の照射を行う。これにより、二次元画像センサ６にはパルス発光の瞬間のビームプロファイルが記録される。このビームプロファイルは、回動ミラー１０の駆動状態における平面度の悪化を反映したものであるため、反射品質として重要な管理要素である。

（駆動信号と振れ角の関係の検査方法）
次に、駆動信号と振れ角の関係の検査方法を説明する。回動ミラー１０の振れ角は、ＭＥＭＳ光走査装置の駆動信号との反射角度の関係を示すので、電圧に対する角度の感度及び電圧波形に対する偏角の位相ずれを評価することができる。振れ角は、二次元画像センサ６の検出面で検出されたビーム光の位置から判断可能である。回動ミラー１０が振れていない場合は、光像が検出面の中央部に現れ、振れ角が大きい場合は光像が検出面の端部に現れる。

駆動信号と振れ角の関係の検査を行うためには、光源２Ａからのビーム光を測定ウェハＷに照射しながら、ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラー１０を駆動し、その光像を二次元画像センサ６で検出して行う。具体的には、光源２Ａを発光させることで、光源２Ａからのビーム光がハーフミラー４を透過して、回動ミラー１０に入射する。

回動ミラー１０で反射した光は、ハーフミラー４の表面側で反射（反射光Ｌ２）され、焦点補正レンズ５を通過して二次元画像センサ６で撮像される（図１参照）。回動ミラー１０を駆動した状態で光源２Ａをパルス発光することで、二次元画像センサ６で撮像された光像は、ミラーの角度情報（振れ角の情報）を有することになる。

回動ミラー１０に対しては、光走査装置駆動制御部２３を介して駆動信号が送信されている。この信号はＣＰＵ・記憶部２４に記憶され、実行されている制御プログラムに従ったものであり、同時にＣＰＵ・記憶部２４によって時系列に従って記録される。二次元画像センサ６で撮像された光像も、同様に時系列に従って記録されるため、これら２つの時系列に従って記録される情報を統合して、駆動信号と振れ角の関係を得ることができる。

（電圧に対する振れ角の感度の検査）
上記した駆動信号と振れ角の関係の検査において、駆動信号で印加する電圧と二次元画像センサ６で得られる振れ角の関係から、印加電圧に対する振れ角の感度を得ることができる。

また、ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラー１０周辺に圧電センサ等による角度センサを有する場合は、二次元画像センサ６で得られた振れ角の情報と圧電センサ等で検出された振れ角の情報との比較により、角度センサの検査を行うことができる。

（共振周波数の検査）
上記した駆動信号と振れ角の関係の検査において、ＭＥＭＳ光走査装置が共振周駆動方式を利用している場合、共振周波数付近において駆動信号の周波数を掃引しながら測定することで、振れ角が最大となる周波数とその際の振れ角（最大振幅）を得ることができる。

（駆動信号に対する振れ角の遅れ（位相ずれ））
上記した駆動信号と振れ角の関係の検査において、駆動信号の電圧波形に対する振れ角の位相ずれを検査することができる。位相ずれは、周期的な駆動信号の印加に対し、振れ角の変化が遅れて生じるものをいう。これは、ＭＥＭＳ光走査装置の往復動作において、駆動信号に対する往路と復路の描画位置のずれによって検出できる。

具体的には、駆動状態で振幅の往路と復路（回動ミラーにおける同一の回動角度の場合に相当する）にパルス光を照射し、検出位置のずれを駆動電圧波形と比較することで位相ずれを検出することができる。

すなわち、光走査装置駆動制御部２３からＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラー１０に対して往復の回動動作をさせるよう駆動信号を印加しつつ、駆動信号の一周期のうちの往路の所定のタイミングと、復路のタイミングで往路と同一の箇所になるタイミングとで光源２Ａからパルス発光させる。これにより、この光の反射光Ｌ２が二次元画像センサ６上のどの位置で検出されるかによって位相ずれが起きているか、及びどの程度の位相ずれとなっているかを算出できる。

（ウォブル検査）
上記した駆動信号と振れ角の関係の検査において、ウォブル検査を行うことも可能である。ウォブルとは、ＭＥＭＳ光走査の回動ミラー１０の回動動作の不安定さを原因とした非定期に発生するばらつきである。これは、ＭＥＭＳ光走査装置を駆動した状態で、測定したい定点においてパルス光を照射し、受光位置を測定し、測定毎の位置のばらつきにより、ウォブル測定が実現できる。

より具体的には、光走査装置駆動制御部２３によってＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラー１０を所定の周期的駆動信号で駆動し、かつ、この駆動信号と同期するように、光源制御部２１を介して光源２Ａを駆動信号の周期の中の決まったタイミング毎にパルス発光させる。ウォブルが起きていない場合は、二次元画像センサ６の決まった位置にのみ反射光Ｌ２が入射する。

一方で、ウォブルが起きている場合、受光位置が周期毎に二次元画像センサ６で検出される位置にばらつきが検出される。これらから、ウォブルの有無を検出することができる。

以上、実施形態の検査装置１，５０について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

１，５０…検査装置、２…光源ユニット、２Ａ…光源、２Ｂ…コリメート調整機構、４…ハーフミラー、５…焦点補正レンズ、６…二次元画像センサ、７…集光レンズ、８…光源モニタ、１０…回動ミラー、２１…光源制御部、２２…二次元画像センサ制御部、２３…光走査装置駆動制御部、２４…ＣＰＵ・記憶部、２５…出力部、２６…入力部、Ｌ１，Ｌ２…反射光、Ｌ３，Ｌ４…透過光、Ｒ…基準ウェハ、Ｗ…測定ウェハ。

Claims (18)

1. 光源と、
   前記光源からの光の一部を透過させて検査対象であるＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに入射するように、かつ、前記光源からの光の他の一部を第一反射光として反射するように配置されたハーフミラーと、
   前記第一反射光を受光して前記光源からの光の強度を検出する光検出器と、
   前記回動ミラーで反射され、その後、前記ハーフミラーでさらに反射された第二反射光が入射するように配置された画像センサと、
   を備えていることを特徴とするＭＥＭＳ光走査装置の検査装置。
2. 光源と、
   前記光源からの光の一部を反射させて検査対象であるＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに入射するように、かつ、前記光源からの光の他の一部を第一透過光として透過するように配置されたハーフミラーと、
   前記第一透過光を受光して前記光源からの光の強度を検出する光検出器と、
   前記回動ミラーで反射され、その後、前記ハーフミラーを透過した第二透過光が入射するように配置された画像センサと、
   を備えていることを特徴とするＭＥＭＳ光走査装置の検査装置。
3. 前記第二反射光が前記画像センサに入射したときに前記画像センサの検出面に焦点が合うように補正する補正レンズを備え、
   前記補正レンズは、前記画像センサと前記ハーフミラーの間に設けられている請求項１に記載の検査装置。
4. 前記第二透過光が前記画像センサに入射したときに前記画像センサの検出面に焦点が合うように補正するための補正レンズを備え、
   前記補正レンズは、前記画像センサと前記ハーフミラーの間に設けられている請求項２に記載の検査装置。
5. 前記画像センサに入射せずに反射され、前記補正レンズを通過した戻り光が、前記回動ミラーに入射しないように前記画像センサの検出面に対して光軸が垂直にならないよう配置している請求項３または請求項４に記載の検査装置。
6. 前記ハーフミラーは前記回動ミラーの走査範囲を包含するように設けられている請求項１または請求項２に記載の検査装置。
7. 前記画像センサは前記回動ミラーの走査範囲を包含するように設けられている請求項１または請求項２に記載の検査装置。
8. 前記光源から出射された光の焦点距離とビームサイズの少なくとも一方を調整するためのコリメート調整機構を、前記光源と前記ハーフミラーの間に備えている請求項１または請求項２に記載の検査装置。
9. 前記光源はパルス発光が可能なレーザダイオードである請求項１または請求項２に記載の検査装置。
10. 前記画像センサはＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤである請求項１または請求項２に記載の検査装置。
11. 前記光源と、前記ハーフミラーと、前記画像センサと、前記光検出器がプローブカードに搭載されている請求項１または請求項２に記載の検査装置。
12. 請求項１または請求項２に記載の検査装置を用いた検査方法であって、
    前記検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の反射率を有する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体反射光量を得る第１の工程と、
    前記検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記光源からの光の一部を前記ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーに照射し、前記画像センサで前記回動ミラーから反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射光量を得る第２の工程と、
    前記基準物体反射光量と前記ＭＥＭＳ光走査装置反射光量とから前記回動ミラーの反射率を算出する第３の工程と、
    を備えていることを特徴とする検査方法。
13. 請求項１または請求項２に記載の検査装置を用いた検査方法であって、
    検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の平面度を有する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体反射ビームプロファイルを得る第４の工程と、
    検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記光源からの光の一部を前記ＭＥＭＳ光走査装置に照射し、前記画像センサで前記ＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルを得る第５の工程と、
    前記基準物体反射ビームプロファイルと前記ＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルとから前記回動ミラーによる反射ビームプロファイル変化の差を算出する第６の工程と、
    を備えていることを特徴とする検査方法。
14. 前記第５の工程は、前記回動ミラーを回動させながら測定する工程である請求項１３に記載の検査方法。
15. 前記第５の工程の後、さらに、前記回動ミラーを回動させながら前記光源からの光の一部を前記ＭＥＭＳ光走査装置に照射し、前記画像センサで前記ＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定して回動中ＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルを得る第７の工程と、
    前記ＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルと前記回動中ＭＥＭＳ光走査装置反射ビームプロファイルとから前記回動ミラーの回動による反射ビームプロファイル変化の差を算出する第８の工程と、
    を備える請求項１４に記載の検査方法。
16. 請求項１または２に記載の検査装置を用いた検査方法であって、
    検査対象のＭＥＭＳ光走査装置が配置される位置に既知の角度に光を反射する基準物体を配置して、前記光源からの光の一部を前記基準物体に照射し、前記画像センサで前記基準物体から反射された光を測定して基準物体光像を得る第９の工程と、
    検査対象が配置される位置に前記ＭＥＭＳ光走査装置を配置して、前記ＭＥＭＳ光走査装置の回動ミラーを回動させながらパルス発光させた前記光源からの光の一部を照射し、前記画像センサで前記ＭＥＭＳ光走査装置から反射された光を測定してＭＥＭＳ光走査装置光像を得る第１０の工程と、
    前記基準物体の光像と前記ＭＥＭＳ光走査装置光像とから前記回動ミラーの回動角度を算出する第１１の工程と、
    を備えていることを特徴とする検査方法。
17. 前記第１０の工程において、さらに、前記ＭＥＭＳ光走査装置光像を得る際に、前記ＭＥＭＳ光走査装置光像の時系列変化の情報と前記回動ミラーを駆動させるための駆動信号とを測定し、前記駆動信号の時系列変化の情報を得る請求項１６に記載の検査方法。
18. 前記第１０の工程において、前記パルス発光のタイミングは前記回動ミラーの回動運動における同一の回動角度に相当するタイミングであり、
    前記第１１の工程において、前記ＭＥＭＳ光走査装置光像が検出された位置から前記駆動信号と前記回動ミラーの回動運動の位相ずれを算出する請求項１７に記載の検査方法。

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