JP5972536B2 - 基板検査装置および基板検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板を検査する技術に関し、特に基板の凹部を検査する技術に関する。

これまでの大規模集積回路（ＬＳＩ）は、半導体素子の微細化によって、大容量化、高性能化が進められてきている。そして、さらなるＬＳＩの微細化、小型化、高速化、省電力化を実現するために、三次元集積化技術が実用化に向けて注目を浴びている。

三次元集積回路を実現するために、二次元集積回路を積層した後、シリコン基板を垂直に貫通する穴（凹部）を設けて、上層と下層とを電極で接続するという製造方法が提案されている。この穴は、シリコン貫通配線（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉ Ｖｉａ）（以下、貫通ビアともいう。）と呼ばれている。貫通ビアは、一般的に、口径が数μｍ（マイクロメートル）から十数μｍ単位であり、深さは数μｍから数百μｍとなっている。

貫通ビアの製造プロセスにおいては、貫通ビアの深さ（深度）の測定が必要とされる。このため、シリコン基板を貫通ビア部分で切断して、可視光顕微鏡または電子顕微鏡で貫通ビアの深度が測定されている。また、非接触で貫通ビアなどの凹部の深度を測定する技術としては、特許文献１に開示された技術を利用することも考えられる。具体的に特許文献１では、被加工物に加工用のフェムト秒レーザを照射するとともに、このフェムト秒レーザの干渉を利用して、加工状況をモニターする技術が開示されている。

特開２００４−３０６１００号公報

ところで、貫通ビアの形状（例えば、円柱状、円錐台状または樽状など）は、導電性などに関して重要なパラメーターとなる。しかしながら、上述した従来の検査装置では、凹部の深度を測定できたとしても、凹部の形状を検査することは困難であった。したがって、貫通ビアなどの凹部の形状を検査するためには、基板を割るなどして、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）または光学顕微鏡などを使用して観察する必要があった。そこで、非破壊、非接触にて凹部の形状を検査する技術が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に形成されている凹部の形状を、非破壊、非接触にて検査する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、凹部が形成されている基板を検査する基板検査装置であって、ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、前記照射部から出射された電磁波パルスが前記凹部の形成されている凹部形成領域を透過する透過時間と、前記電磁波パルスが前記凹部形成領域とは異なる参照領域を透過する透過時間との時間差を取得する時間差取得部と、前記時間差に基づいて、前記凹部の深度を算出する深度算出部と、前記深度算出部により算出される算出深度と、前記凹部の実測深度とに基づいて、前記凹部の形状を示す形状指標を取得する形状指標取得部とを備える。

また、第２の態様は、第１の態様に係る基板検査装置において、前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、をさらに備える。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る基板検査装置において、前記検出部にて検出される電場強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、をさらに備え、前記深度算出部は、前記屈折率取得部によって取得された前記屈折率と、前記時間差とに基づいて、前記算出深度を算出する。

また、第４の態様は、第１から第３までのまでのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記凹部の開口面積に基づいて、前記凹部形成領域の開口率を取得する開口率取得部、をさらに備え、前記深度算出部は、前記開口率取得部によって取得された前記開口率と、前記時間差とに基づいて、前記算出深度を算出する。

また、第５の態様は、第１から第４までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記形状指標取得部によって取得される前記形状指標に基づいて、前記基板における形状指標分布を表現した画像を生成する画像生成部、をさらに備える。

また、第６の態様は、第１から第５までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である。

また、第７の態様は、第１から第６までのいずれか１態様に係る基板検査装置において、前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる。

また、第８の態様は、凹部が形成されている基板を検査する基板検査方法であって、(a)照射部から照射されるテラヘルツ波が凹部の形成されている凹部形成領域を透過する透過時間と、前記テラヘルツ波が前記凹部形成領域とは異なる参照領域を透過する透過時間との時間差を取得する工程と、(b)前記(a)工程において取得された前記時間差に基づいて、前記凹部の深度を算出する工程と、(c)前記(b)工程において算出された前記凹部の算出深度と、前記凹部の実測深度とに基づいて、前記凹部の形状を示す形状指標を取得する工程とを含む。

第１から第７の態様に係る基板検査装置によると、電磁波パルスが基板を透過する透過時間は、基板に形成されている凹部の形状に依存して変化する。したがって、電磁波パルスの透過時間から算出される凹部の深度は、凹部の形状が反映されることとなる。したがって、干渉法に基づいて測定される凹部の実測深度と、電磁波パルスの透過時間から算出される凹部の算出深度とから形状指標を取得することで、凹部の形状に関する情報を有効に得ることができる。

第２の態様に係る基板検査装置によると、基板上の広い範囲を容易に検査することができる。

第３の態様に係る基板検査装置によれば、基板の屈折率を取得することによって、基板の凹部の深度を定量的に算出することができる。

第４の態様に係る基板検査装置によれば、開口率を取得することによって、凹部形成領域における凹部の深度を容易に算出することができる。

第５の態様に係る基板検査装置によれば、基板に形成された凹部の形状に関する分布を視覚的に把握できる画像を生成することができる。

第６の態様に係る基板検査装置によると、三次元集積回路を構成する貫通ビアの形状を検査することができる。また、半導体技術を使用するＭＥＭＳの一部として基板上に凹部が形成される場合において、その凹部の形状を適切に検査することができる。

第７の態様に係る基板検査装置によると、０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波は、光波と電波との中間的な性質を備えるため、基板を比較的透過しやすい。このような電磁波を利用することによって、比較的凹部が深く形成されている場合にも、良好にその深度を検査することができる。

第８の態様に係る基板検査方法によると、電磁波パルスが基板を透過する透過時間は、基板に形成されている凹部の形状に依存して変化する。したがって、電磁波パルスの透過時間から算出される凹部の深度は、凹部の形状が反映されることとなる。したがって、干渉法に基づいて測定される凹部の実測深度と、電磁波パルスの透過時間から算出される凹部の算出深度とから形状指標を取得することで、凹部の形状に関する情報を有効に得ることができる。

第１実施形態に係る基板検査装置の構成を示す図である。 基板検査装置による基板の検査工程を示す流れ図である。 検査対象物である基板を概念的に示す概略斜視図である。 時間波形構築部により構築されたテラヘルツ波の時間波形を示す図である。 貫通ビアが形成された基板Ｗ表面の一部分を示す概略上面図である。 基板表面のその他の部分を示す概略上面図である。 基板表面のその他の部分を示す概略上面図である。 時間差ΔＴを取得する方法について説明するための図である。 貫通ビアが形成されたビア形成領域を示す概略斜視図である。 平坦領域およびビア形成領域のそれぞれを透過するテラヘルツ波の概念図である。 貫通ビアの形状と形状指標値の相関関係を説明するための図である。 表示部に表示される検査結果の表示画像の一例を示す図である。 ＭＥＭＳが形成された基板表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。 基板表面に形成された形状の異なる２つの凹部の断面図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

｛１． 第１実施形態｝
｛１．１． 基板検査装置１００の構成および機能｝
図１は、第１実施形態に係る基板検査装置１００の構成を示す図である。基板検査装置１００は、シリコン基板などの半導体ウエハ（以下、基板）Ｗに三次元回路を構成するために、基板Ｗの表面に垂直方向に積層された二次元集積回路に設けられている凹部状の貫通ビアＷＨ（図３参照）の深さ（深度）を検査するように構成されている。なお、基板検査装置１００において、検査対象となる基板Ｗは、半導体ウエハに限定されるものではない。例えば、液晶表示装置などの表示装置用パネル向けの基板や、太陽電池パネル向けの基板などのその他の基板の検査にも、基板検査装置１００は適用可能である。

基板検査装置１００は、テラヘルツ波パルス（以下、単にテラヘルツ波とも称する。）を利用した、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）により、基板Ｗを検査する。テラヘルツ波は、０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下（特に０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の範囲の任意の周波数帯の成分を有する電磁波である。一般に、電磁波は、その波長よりも小さい凹凸であっても、透過した際に、近似的な屈折率差に位相のずれが生じる。テラヘルツ波（周波数が１ＴＨｚの場合、波長は０．３ｍｍ。）の場合も、透過する基板Ｗの領域における貫通ビアＷＨの有り無しによって、透過波に位相のずれが生じる。基板検査装置１００では、この位相のずれを検出することで、基板Ｗに形成されている貫通ビアＷＨの深度を検査する。なお、位相のずれの具体的な検出方法については、後述する。

図１に示したように、基板検査装置１００は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５、深度測定装置１６および制御部１７を備えている。

レーザ光源１１は、パルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。レーザ光源１１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光は、例えば、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８３０ｎｍ程度、周期が数ｋＨｚから数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光とされる。フェムト秒ファイバレーザが用いられる場合、１〜１．５μｍ程度の波長とされる。

パルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割されたパルス光ＬＰ１のうちの一方は、ミラーＭ１を経由してポンプ光（ポンプ光ＬＰ１１）として照射部１２に入射する。照射部１２は、光スイッチ素子を備えている。該光スイッチ素子にポンプ光が照射されることにより、テラヘルツ波（テラヘルツ波ＬＴ１）が発生する。発生したテラヘルツ波は曲面鏡Ｍ２，Ｍ３で集光され、基板Ｗに照射される。つまり、照射部１２は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて、基板Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する。基板Ｗを透過したテラヘルツ波は、曲面鏡Ｍ４，Ｍ５で集光され、検出部１３に入射する。

ビームスプリッタＢ１により２つに分割されたパルス光のうち他方のパルス光は、プローブ光（プローブ光ＬＰ１２）として遅延部１４およびミラー６，７を経由し、検出部１３に入射する。検出部１３は、光スイッチ素子を備えている。光スイッチ素子に基板Ｗを透過したテラヘルツ波が照射された状態で、プローブ光ＬＰ１２が光スイッチ素子に照射されると、光スイッチ素子に瞬間的にテラヘルツ波の電場強度に応じた電流が生じる。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射に応じて、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する。なお、本実施形態では、照射部１２または検出部１３において光スイッチ素子を利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。

遅延部１４は、ビームスプリッタＢ１から検出部１３までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１４は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１４は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に沿って折り返させる折り返しミラー１４Ｍを備えている。遅延部１４は、制御部１７の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１４Ｍを移動させることにより、プローブ光の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１４は、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１４により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出部１３がテラヘルツ波を検出するタイミング（検出タイミング）を遅延させることができる。

なお、遅延部１４は、その他の方法でテラヘルツ波とプローブ光の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用してもよい。

また、本実施形態では、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変更させているが、ポンプ光ＬＰ１１の光路長を変更するように遅延部１４を設けてもよい。このような場合においても、検出部１３が照射部１２から出射されたテラヘルツ波を検出するタイミングを任意に遅延させることができる。

移動機構１５は、図示を省略するＸ−Ｙテーブルを備えている。移動機構１５は、このＸ−Ｙテーブルにより、基板Ｗを保持した状態で、照射部１２に対して基板Ｗを相対移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗを２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。基板検査装置１００は、移動機構１５により、基板Ｗの広い範囲にテラヘルツ波を照射することができる。

なお、移動機構１５の駆動機構は、Ｘ−Ｙテーブルに限定されるものではなく、基板Ｗを２次元平面上において移動させることができるのであれば、どのように構成されていてもよい。また、移動機構１５は、オペレータが手動で操作することにより、基板ＷＨを移動させることができるように構成されていてもよい。また、基板Ｗを移動させる代わりに、または、基板Ｗを移動させるとともに、照射部１２、曲面鏡Ｍ２〜Ｍ５および検出部１３などを２次元平面内で移動できるようにしてもよい。これらの場合においても、基板Ｗの広い範囲について、テラヘルツ波を照射する検査を行うことが可能となる。

深度測定装置１６は、例えばマイケルソン干渉計の原理に基づき、白色光または２以上の単色光を用いた干渉法によって貫通ビアＷＨの深度を測定する。より具体的には、深度測定装置１６においては、同一光源から出射される光がハーフミラーによって参照光と測定光とに分割される。測定光は、試料（基板Ｗ）に照射され、その反射光が光検出器（ＣＣＤなど）にて検出される。また、参照光は、別の光路を辿って、測定光を検出する光検出器にて検出される。参照光の光路長（光源から光検出器までの光路長）については一定とされているが、測定光の光路長は、基板Ｗの表面の凹凸状況に応じて変化する。したがって、凹凸を有する基板Ｗの様々な位置に測定光を照射すると、光検出器において参照光と測定光とが強めあったり弱めあったりする干渉が起こる。深度測定装置１６は、この参照光と測定光との干渉を光検出器にて検出することによって、基板Ｗの凹部（ここでは、貫通ビアＷＨ）の深度を測定する。深度測定装置１６によって測定された貫通ビアＷＨの深度の測定結果は、適宜制御部１７に送られる。

また、レーザ変位計を用いても、基板Ｗの凹部の深度を測定することができる。レーザ変位計においては、半導体レーザの光が投光レンズで集光され、測定対象物（ここでは基板Ｗ）に照射される。そして測定対象物で拡散反射した光線の一部が受光レンズを通して光位置検出素子上にスポットを結ぶ。測定対象物の表面形状に応じて、このスポットが移動するため、スポットの位置を検出することにより、凹部の深度が測定される。なお、一般的には、レーザ変位計を用いた測定よりも、上述した干渉法の測定の方が、高精度に深度を測定することができる。もちろん、その他の方法で凹部の深度を実測するようにしてもよい。つまり、後述するテラヘルツ波を用いて測定する以外の方法であれば、どのような測定方法で凹部の深度が実測されてもよい。ただし、非破壊的に測定である方法であることが望ましい。

深度測定装置１６は、図示を省略する移動機構に接続されており、使用しないときは，所要の位置へ退避させておくことが可能に構成されている。

なお、基板検査装置１００が必ずしも深度測定装置１６を備えている必要はない。例えば基板検査装置１００以外の装置において、基板に形成された貫通ビアＷＨの深度を測定するような場合、深度測定装置１６を基板検査装置１００から省略することができる。

制御部１７は、ＣＰＵおよびＲＡＭなど備えた一般的なコンピュータとして構成されている。制御部１７は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５および深度測定装置１６に接続されており、これらの要素の動作を制御したり、これらの要素からデータを受け取ったりする。具体的に、制御部１７は、検出部１３からテラヘルツ波の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１７は、遅延部１４の移動ステージに対して移動を指示したり、移動ステージに設けられたリニアスケールなどから移動距離などの遅延部１４の位置に関するデータを受け取ったりする。

また、制御部１７は、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、時間差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６、形状指標取得部２７および画像生成部２８に接続されており、これら処理部に各種演算処理を行わせる。

時間波形構築部２１は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波について、検出部１３において検出される電場強度から、テラヘルツ波の時間波形を構築する。詳細には、遅延部１４の制御に基づいて、相互に異なる複数の検出タイミングで電場強度が検出されることにより、時間波形が構築される。

屈折率取得部２２は、テラヘルツ波の時間波形に基づいて、検査対象物である基板Ｗに関する屈折率を取得する。詳細には、屈折率取得部２２は、基板Ｗが存在しない状態で検出されるテラヘルツ波（つまり、照射部１２から出射されるテラヘルツ波ＬＴ１自体）の時間波形と、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の時間波形とをそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトル、および、位相スペクトルを取得する。屈折率取得部２２は、これらのスペクトル解析結果から、複素屈折率を算出し、その実部を基板Ｗの屈折率として取得する。なお、屈折率を算出する詳細な演算手法については、従来技術やそれに類似する技術を適宜利用することができる。なお、基板Ｗの屈折率が既に分かっているなど、屈折率を改めて取得する必要がない場合には、屈折率取得部２２を省略してもよい。

時間差取得部２４は、テラヘルツ波が基板Ｗの平坦領域を透過する透過時間と、貫通ビアＷＨが形成されているビア形成領域を透過する透過時間との時間差を取得する。時間差取得部２４による時間差の具体的な算出方法については後述する。なお、ここでいう時間差とは、２つの周期的なテラヘルツ波パルスの位相のずれ（位相差）に相当する。なお、位相は、一般的に、角度（単位は「度」または「ラジアン」）で表現される。しかしながら、２つの波の周期が同じである場合、位相のずれは、時間差（単位は「秒」など）として扱うことができる。

開口率取得部２５は、基板Ｗに形成されている貫通ビアの開口部の面積（開口面積）に基づいて、単位面積当たりの開口面積比（以下、開口率と称する。）を取得する。開口率は、例えば図示しない可視光顕微鏡を用いて、実際の基板Ｗの観察像から画像解析により算出することができる。また、開口率は、ＣＡＤデータなどの設計図から得られる設計値に基づいて取得するようにしてもよい。

ビア深度算出部２６は、時間差、開口率および屈折率から、基板Ｗに形成されている真空ビアの深さを算出する。貫通ビアの深度の具体的な算出方法については後述する。なお、以下の説明において、ビア深度算出部２６により算出される貫通ビアＷＨの深さを、算出深度と称する。また、深度測定装置１６により取得される貫通ビアＷＨの深さを実測深度と称する。

形状指標取得部２７は、ビア深度算出部２６による演算により取得される貫通ビアＷＨの算出深度と、深度測定装置１６により取得される貫通ビアＷＨの実測深度とに基づいて、貫通ビアＷＨの形状の形状を示す形状指標を取得する。具体的には、形状指標取得部２７は、算出深度を実測深度で除算した商を形状指標値として取得する。

なお、実測深度を算出深度で除算したときの商の値を、形状指標値と定義してもよい。また、実測深度と算出深度との差分値を形状指標値と定義することも可能である。つまり、算出深度と実測深度との相対的な関係を形状指標とすればよい。

画像生成部２８は、基板Ｗの一部分または全体における、貫通ビアＷＨの形状の分布を視覚的に表現した画像を生成する。画像生成部２８により生成された画像は、表示部３３に適宜表示される。

また、図１に示したように、制御部１７には、記憶部３１、入力部３２、および、各種画像を表示する表示部３３が接続されている。記憶部３１は、ハードディスクなどの記憶媒体で構成されており、各種データを保存することができる。入力部３２は、操作者が各種データをテラヘルツ波測定装置１００に対して入力するために操作するマウス、キーボード等の入力デバイスで構成されている。表示部３３をタッチパネルで構成することによって、表示部３３が入力部３２の機能を備えていてもよい。

以上が、基板検査装置１００の構成についての説明である。次に、基板Ｗを検査するときの基板検査装置１００の動作について説明する。

｛１．２． 基板検査装置１００の動作｝
図２は、基板検査装置１００による基板Ｗの検査工程を示す流れ図である。また、図３は、検査対象物である基板Ｗを概念的に示す概略斜視図である。なお、以下に説明する基板検査装置１００の動作は、特に断らない限り、制御部１７により制御されるものとする。また、図２に示した流れ図は基板検査工程の一例である。したがって、動作内容によっては、複数の工程を並列に実行するようにしたり、もしくは、複数の工程の実行順序を適宜変更したりすることも可能である。

図３に示したように、検査対象物である基板Ｗの表面には、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒ（参照領域）と、貫通ビアＷＨが形成されているビア形成領域９２Ｒ（凹部形成領域）とが含まれている。貫通ビアＷＨは、基板Ｗの主面に対して垂直な方向（厚さ方向）に凹んだ凹部となっている。

テラヘルツ波は、波長が比較的長いため、分解能はそれほど高くない。しかしながら、本実施形態では、単一の貫通ビアＷＨを検査するのではなく、ある程度の広さを持つ範囲にテラヘルツ波を照射し、その範囲に含まれる貫通ビアＷＨの影響を、テラヘルツ波の位相速度の変化（換言すると、近似的な屈折率の変化）として検出する。

より具体的には、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている分、その厚さの平均が平坦領域９１Ｒも薄くなっている。基板検査装置１００では、この薄くなっている分を、テラヘルツ波の検出部１３への到達時間の差（時間差）として検出することにより、平坦領域９１Ｒとビア形成領域９２Ｒとの厚みの違いを検出する。つまり、基板検査装置１００は、平坦領域９１Ｒの厚みを基準として、ビア形成領域９２Ｒの厚み（貫通ビアＷＨの深度を除いたときの厚みの平均値）の相違を検出する。さらに、基板検査装置１００は、貫通ビアＷＨの開口部の大きさ（後述する開口率）から、貫通ビアＷＨの深さを算出する。

なお、ビア形成領域９２Ｒは、貫通ビアＷＨが形成されている点以外は、形状（貫通ビアＷＨ以外の平坦部分の厚さなど）および構成素材などの点で、平坦領域９１Ｒと略一致していることが望ましい。このような平坦領域９１Ｒを選択することによって、貫通ビアＷＨに起因するテラヘルツ波の時間差を良好に抽出することができる。ただし、ビア形成領域９２Ｒの貫通ビアＷＨ以外の部分における基板Ｗの厚みは、必ずしも平坦領域９１Ｒの基板Ｗの厚みと完全に一致していなくてもよい。

基板検査装置１００は、基板Ｗの検査を開始すると、まずは、基板Ｗがセットされていない状態で、照射部１２からテラヘルツ波を照射し、検出部１３にて該テラヘルツ波が検出される（ステップＳ１１）。つまり、この状態では、空気中（もしくは真空中）を通過したテラヘルツ波が検出部１３によって検出されることとなる。そして、基板Ｗがない状態でのテラヘルツ波の時間波形が時間波形構築部２１により構築される。この時間波形は、基板Ｗの屈折率を算出するために取得される。

次に、基板Ｗが図示しない基板搬送装置やオペレータによって搬送されて基板検査装置１００に設置される（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１１の時点で基板検査装置１００に設置しておき、移動機構１５により所定の退避位置に基板Ｗを退避させておいてもよい。この場合、ステップＳ１２の時点で、基板Ｗを移動機構１５により所定位置に移動させるようにしてもよい。ステップＳ１２における基板Ｗの配置位置は、照射部１２から照射されるテラヘルツ波が、貫通ビアＷＨが形成されていない平坦領域９１Ｒを透過する位置とされる。平坦領域９１Ｒの位置については、例えば、入力部３２などを介してあらかじめ指定される。

基板Ｗが所要位置に設置されると、照射部１２からテラヘルツ波が基板Ｗに照射される。基板Ｗの平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波が検出部１３にて検出される（ステップＳ１３）。

図４は、時間波形構築部２１により構築されたテラヘルツ波の時間波形４１を示す図である。図４中、横軸は時間で、縦軸は電場強度を示している。また、下段には、遅延部１４によって、検出部１３に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１が概念的に示されている。検出部１３には、図４に示したようなテラヘルツ波パルスが、所定の周期で繰り返し到来する。例えば、検出部１３に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１４の位置を調整すると、検出部１３では、値Ｅ１の電場強度が検出される。また、遅延部１４を調整することによって、検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させると、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電場強度が検出部１３において検出される。このように、検出タイミングを細かく変更しながらテラヘルツ波の電場強度を測定し、これらの電場強度の値を時間軸に沿ってプロットしていくことによって、テラヘルツ波の時間波形４１が構築される。なお、以降の説明においては、図４に示した時間波形４１が、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波に相当するものとして説明する。

図２に戻って、基板検査装置１００は、ステップＳ１３において基板Ｗを透過したテラヘルツ波を検出すると、屈折率取得部２２により屈折率を取得する（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１３のテラヘルツ波の検出結果から構築された時間波形に基づき、屈折率取得部２２によってスペクトル解析が行われる。また、基板Ｗの厚みも適宜設定される。これにより、基板Ｗの屈折率ｎ１が取得される。

基板検査装置１００は、ステップＳ１４において屈折率ｎ１を取得すると、移動機構１５を駆動することによって、基板Ｗを検査位置に移動させる（ステップＳ１５）。この検査位置は、照射部１２が検査すべき基板Ｗ上の領域（検査領域）にテラヘルツ波を照射することのできる基板Ｗの位置に相当する。なお、あらかじめオペレータによって特定の位置（例えば、貫通ビア形成領域９２Ｒが形成されている位置）が検査領域として指定されてもよいし、基板Ｗの任意の位置が検査領域とされてもよい。

基板検査装置１００は、基板Ｗを上記検査位置に移動させると、テラヘルツ波が照射されるビア形成領域９２Ｒの単位面積当たりの開口率（以下、単に「開口率」という。）ＯＲが取得される（ステップＳ１６）。ここで、ビア形成領域９２Ｒの開口率ＯＲは、ビア形成領域９２Ｒの面積に対する、開口部の大きさ（ビア形成領域９２Ｒに含まれる貫通ビアＷＨの開口面積）の割合である。開口率ＯＲは、可視光顕微鏡１１を介して取得される観察像から、画像解析等に基づいて取得される。開口率ＯＲの具体的な算出例について、図５〜図７を参照しつつ説明する。

図５は、貫通ビアＷＨが形成された基板Ｗ表面の一部分を示す概略上面図である。図５に示した例では、辺の長さがＬの正方形領域であるビア形成領域９２Ｒに、真円状（半径ｒ）の開口部９３ｒを有する貫通ビアＷＨが形成されている。この開口部９３ｒの開口面積はπｒ²である。したがって、図３に示したビア形成領域９２Ｒについての開口率ＯＲは、次式（１）で表される。

また図６は、基板Ｗ表面のその他の部分を示す概略上面図である。図６に示した例では、辺の長さＬの正方形領域であるビア形成領域９２Ｒに、真円状（半径ａ，ｂ）の開口部９３ａ，９３ｂを有する貫通ビアＷＨ，９Ｈが形成されている。このビア形成領域９２Ｒにおける開口率ＯＲは、開口面積が（πａ²＋πｂ²）であることから、次式（２）で表される。

さらに図７は、基板Ｗ表面のその他の部分を示す概略上面図である。図６に示した例では、辺の長さＬの正方形領域であるビア形成領域９２Ｒに、真円状（半径ｃ）の開口部９３ｃを有する貫通ビアＷＨの一部（真円の１／４サイズの扇型）が４つ分形成されている。このビア形成領域９２Ｒにおける開口率ＯＲは、開口面積がπｃ²であることから、次式（３）で表すことができる。

なお、開口率ＯＲは、可視光観察部１１を用いて得られる実際の観察像から算出されることが望ましい。しかしながら、ＣＡＤデータ等の設計図から設計値を取得して、開口率ＯＲを算出するようにしてもよい。また、観察像やＣＡＤデータに基づいて、オペレータがマニュアルで計算し、該計算結果を入力することで、開口率ＯＲが取得されるようにしてもよい。また、複数の貫通ビアが、所定の周期性（規則性）をもって形成されている（例えば、図７に示すように格子点状に等間隔で貫通ビアＷＨが形成されている）等の場合、貫通ビアＷＨ同士の間隔等から、開口率ＯＲが算出されてもよい。

図２に戻って、開口率ＯＲを取得すると、基板検査装置１００は、深度測定装置１６によって、検査領域に形成されている貫通ビアＷＨの深度を測定する（ステップＳ１７）。取得された貫通ビアＷＨの深度に関するデータは制御部１７に送られ、記憶部３１などに保存される。

なお、本実施形態では、基板Ｗにテラヘルツ波を照射する度に深度測定装置１６によって貫通ビアＷＨの深度を測定している。しかしながら、深度測定装置１６による深度測定は、テラヘルツ波を用いる検査の前、もしくは後に行われてもよい。この場合、深度測定とテラヘルツ波の照射を交互に行うのではなく、深度測定またはテラヘルツ波の照射を連続して行うことができる。したがって、基板Ｗ上の広い範囲について効率よく検査することができる。

基板検査装置１００は、ステップＳ１６において貫通ビアＷＨの深度を取得すると、照射部１２からテラヘルツ波を基板Ｗの検査領域に向けて照射する。そして基板検査装置１００は、基板Ｗを透過したテラヘルツ波を検出部１３にて検出する（ステップＳ１８）。さらに基板検査装置１００は、ステップＳ１３で取得されたテラヘルツ波と、ステップＳ１８で検出された電場強度とから、平坦領域９１Ｒを透過したテラヘルツ波と、検査領域（例えば、ビア形成領域９２Ｒ）を透過したテラヘルツ波についての時間差ΔＴを取得する（ステップＳ１９）。この時間差ΔＴの取得方法について図８を参照しつつ説明する。

図８は、時間差ΔＴを取得する方法について説明するための図である。図８においては、横軸を時間、縦軸をテラヘルツ波の電場強度として、テラヘルツ波の時間波形４１，４３を図示している。時間波形４１は、ステップＳ１３にて検出されたテラヘルツ波の時間波形に相当しており、時間波形４３は、ステップＳ１８にて検出されたテラヘルツ波に相当する。

テラヘルツ波がビア形成領域９２Ｒを透過する場合、テラヘルツ波は、貫通ビアＷＨが形成されていない場合よりも、貫通ビアＷＨの空洞空間の分、基板Ｗを早く透過することができる。このため、図８に示したように、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波（時間波形４１）の透過時間は、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波（時間波形４３）の透過時間に比べて、時間差ΔＴ分短くなる。この時間差ΔＴは、例えば時間波形４１，４３のピーク値（矢印Ａ１参照）付近、または、時間波形４１，４３の電場強度の半値（時間波形４１または時間波形４３の電場強度の最大値と最小値の間の中間値、矢印Ａ２参照）付近等において、良好に取得することができる。以上のようにして、基板検査装置１００は、時間波形４１，４３から時間差ΔＴを取得する。

図２に戻って、時間差ΔＴを取得すると、基板検査装置１００は、基板Ｗの予め設定された全範囲について検査が完了したかどうかを判定する（ステップＳ２０）。なお、この判定は、あらかじめ入力部３２などを介して指定された基板Ｗの検査範囲の全てについて、時間差ΔＴのデータが収集されているかどうかに基づき判断される。

未検査の領域がある場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、基板検査装置１００は、ステップＳ１５に戻る。そして基板検査装置１００は、移動機構１５を駆動して、基板Ｗを所要の位置に移動させて、次の検査領域について検査を行う。なお、基板Ｗの全面を走査して検査するような場合、所定の距離（例えば、５ｍｍ）ずつ主走査方向および副走査方向に基板Ｗを移動させて検査を行うようにしてもよい。

なお、本実施形態では、基板検査装置１００が基板Ｗ上の予め設定された検査範囲について検査を行うようにしているが、例えば１か所のみをピンポイントで検査するようにしてもよい。この場合、基板検査装置１００は、ステップＳ１５〜ステップＳ１９を実行した後、ステップＳ２０を省略してステップＳ２１に進むようにすればよい。

また、上記ステップＳ１８の説明では、検査領域に照射された検出タイミングを遅延させることによって、基板Ｗを透過したテラヘルツ波の時間波形４３を逐一構築する。この場合、時間波形４１と時間波形４３との時間差ΔＴが、精度良く取得される。しかしながら、基板Ｗの複数箇所を検査する場合、時間波形の構築に時間がかかるため、検査時間が長くなる虞がある。そこで、ステップＳ１８においては、遅延部１４の位置を固定することによって、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出するようにしてもよい。このとき、ステップＳ１３において構築した時間波形４１（図４、図８参照）を、検出された電場強度値を通るように時間軸方向に沿ってずらすことにより、時間波形４３を模擬的に構築することができる。そして、この時間波形４１をずらした分を時間差ΔＴとして取得すれば、時間波形４３の構築するためのデータ収集を省略できるため、短時間で基板Ｗの複数箇所を検査することができる。

検査対象範囲の全てについて、検査が終了した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、基板検査装置１００は、検査領域毎に取得した時間差ΔＴに基づいて、各検査領域における貫通ビアＷＨの深度を算出する（ステップＳ２１）。この深度の算出方法については、図９および図１０を参照しつつ説明する。

図９は、貫通ビアＷＨが形成されたビア形成領域９２Ｒを示す概略斜視図である。図９に示した貫通ビアＷＨは、半径がｒ、深さがｘである略円柱状の空洞空間となっている。またここでは、貫通ビアＷＨが形成されている基板Ｗの厚みをｙとしている。

図９に示したビア形成領域９２Ｒの体積は、Ｌ²・ｙで表され、貫通ビアＷＨの体積（空洞体積）は、π・ｒ²・ｘで表される。したがって、ビア形成領域９２Ｒにおける単位体積当たりの空洞率ＨＲ（以下、空洞率と称する。）は、次式（４）で表される。

図１０は、平坦領域９１Ｒおよびビア形成領域９２Ｒのそれぞれを透過するテラヘルツ波を示す概念図である。ここで、平坦領域９１Ｒにおける基板Ｗの屈折率をｎ１とし、ビア形成領域９２Ｒの屈折率ｎ２とすると、平坦領域９１Ｒを透過するテラヘルツ波の速度（位相速度）Ｖ１は、ｃ／ｎ１と表され、ビア形成領域９２Ｒを透過するテラヘルツ波の速度Ｖ２はｃ／ｎ２と表される（ここで、ｃは光速）。ここで、ステップＳ１９で取得される時間差ΔＴは、屈折率ｎ１，ｎ２を用いて、次式（５）のように表される。

ビア形成領域９２Ｒの近似的な屈折率ｎ２が、平坦領域９１Ｒの屈折率ｎ１と異なるのは、貫通ビアＷＨにより空洞空間が形成されていることに起因する。ここで、空洞空間が、屈折率ｎｈの物質で充填されているとすると、屈折率ｎ２は、次式（６−１）で表される。特に、貫通ビアＷＨ内の空洞空間が、ほぼ空気で充填されている場合、基板Ｗの屈折率が空気の屈折率に比べて十分に大きいとすると、この空洞空間の屈折率は真空の屈折率（＝１）に近似される。この場合の屈折率ｎ２は、次式（６−２）で表される。

また、式（６−１）または式（６−２）で表される屈折率ｎ２を式（５）に代入すると、時間差ΔＴは、次式（７−１）または式（７−２）で表される。

さらに式（７−１）または式（７−２）を変形することによって、貫通ビアＷＨの深さｘは、それぞれ次式（８−１）または式（８−２）で表される。

ここで式（８−１）または式（８−２）に、ステップＳ１４にて取得された屈折率ｎ１とステップＳ１６にて取得された開口率ＯＲとを代入することによって、貫通ビアＷＨの深さｘを定量的に算出することができる。以上のような演算式に基づいて、基板検査装置１００は、貫通ビアＷＨの深さｘを算出する。算出された貫通ビアＷＨの深度（算出深度）は、それぞれ制御部１７に送られ、記憶部３１に保存される。

なお、本実施形態では、ビア形成領域９２Ｒに形成されている貫通ビアＷＨの数に関わらず、開口率ＯＲに基づいて貫通ビアＷＨの深度が算出される。したがって、図９に示したように、ビア形成領域９２Ｒに１つの貫通ビアＷＨのみが形成されている場合には、式（８−１）または式（８−２）から導かれるｘの値は、この１つの貫通ビアＷＨ自体の深度を示すこととなる。しかしながら、ビア形成領域９２Ｒに複数の貫通ビアＷＨが含まれる場合（図５，６参照）、式（８−１）または式（８−２）から算出される深さｘは、これら複数の貫通ビアＷＨの深度を平均した値となる。

以上のように、本実施形態の基板検査装置１００によると、テラヘルツ波を用いて深度を算出するため、貫通ビアＷＨ形成の加工方法に依存することなく、かつ、基板９のプロセス途中などの任意の時間に、基板９に形成された貫通ビアＷＨの深度を非接触および非破壊にて測定することができる。

また、テラヘルツ波は、波長が比較的長いため、分解能はそれほど高くない。これに対して、本実施形態では、単一の貫通ビアＷＨを検査対象とするのではなく、所定範囲（ビア形成領域９２Ｒ）に検査用のテラヘルツ波を照射し、開口率ＯＲを使って、貫通ビアＷＨの深度を測定する。このため、貫通ビアＷＨのようなテラヘルツ波の波長よりも小さい凹部であっても、その深度を良好に測定することができる。

図２に戻って、全ての検査位置に関して貫通ビアＷＨの深度を算出すると、基板検査装置１００は、形状指標取得部２７により、貫通ビアＷＨの形状を示す形状指標値を算出する（ステップＳ２２）。具体的には、ステップＳ２１において算出した貫通ビアＷＨの深度（算出深度）を、ステップＳ１７において取得した貫通ビアＷＨの実測深度で割ったときの商が、形状指標値として取得される。

図１１は、貫通ビアＷＨの形状と形状指標値の相関関係を説明するための図である。図１１においては、相互に凹部の形状が異なる貫通ビアＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３を図示している。具体的に、貫通ビアＷＨ１は、基板Ｗの厚さ方向に沿ってまっすぐに延びる円柱状に凹んだ凹部を形成している。また、貫通ビアＷＨ２は、底部に向かうに連れて次第に開口断面積が小さくなる（ここでは、内径が小さくなる）円錐台状の凹部を形成している。さらに貫通ビアＷＨ３は、凹部の内壁が外側（基板Ｗの主面が広がる方向）に膨らむことで開口断面積が大きくなる（ここでは、内径が大きくなっている）フラスコ状の凹部を形成している。また、説明の便宜上、貫通ビアＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３の基板Ｗの表面における開口部の半径（＝ｒ１）、および、それらの深度（＝ＭＨ１）はそれぞれ一致しているものとする。

上述の式（８−１）または式（８−２）から算出される貫通ビアＷＨの深さｘは、図９において示したように、貫通ビアＷＨが基板Ｗの厚さ方向（ここでは、テラヘルツ波の透過方向に一致する。）に沿ってまっすぐに掘り下げられた凹部であるとの仮定に基づいている。つまり、図１１に示した貫通ビアＷＨ１は、基板Ｗの厚さ方向に沿って掘り下げられた円柱状の場合、図９に示したモデルに一致する。したがって、式（８−１）または式（８−２）に基づいて、図１１に示した貫通ビアＷＨ１の深度を算出した場合、実際の深度である実測深度ＭＨ１とほぼ一致する算出深度ＣＨ１を取得することができる。よって、貫通ビアＷＨ１の場合、形状指標値（＝ＣＨ１／ＭＨ１）は１．０または１．０に極めて近い値となる。

これに対して、貫通ビアＷＨ２の場合、底に向かうにつれて開口断面積が細くなる形状であるため、空洞率ＨＲが貫通ビアＷＨ１に比べて小さくなっている。このため、テラヘルツ波が貫通ビアＷＨ２を含む部分を透過する時間（透過時間）は、貫通ビアＷＨ１を含む部分を透過する場合に比べて長くなる。すなわち、貫通ビアＷＨ２を含む部分を検査したときの時間差ΔＴの値が、貫通ビアＷＨ１を含む部分を検査したときに比べて小さくなる。つまり、貫通ビアＷＨ２の算出深度ＣＨ２は、算出深度ＣＨ１と比べて小さい値となる。よって、貫通ビアＷＨ２に関する形状指標値（＝ＣＨ２／ＷＨ１）は、貫通ビアＷＨ１の形状指標値よりも小さい値（図示の例では、０．７）となる。

また、貫通ビアＷＨ３の場合、底に向かうにつれて開口断面積が大きくなる部分を有しているため、空洞率ＨＲが貫通ビアＷＨ１に比べて大きくなっている。このため、テラヘルツ波が貫通ビアＷＨ３を含む部分を透過する時間は、貫通ビアＷＨ１を含む部分を透過する場合に比べて短くなる。すなわち、貫通ビアＷＨ３を含む部分を検査したときの時間差ΔＴの値が、貫通ビアＷＨ１を含む部分を検査したときに比べて大きくなる。つまり、貫通ビアＷＨ３の算出深度ＣＨ３は、算出深度ＣＨ１（実測深度ＭＨ１）に比べて大きい値となる。よって、貫通ビアＷＨ３に関する形状指標値（＝ＣＨ３／ＷＨ１）は、貫通ビアＷＨ１の形状指標値よりも大きい値（図示の例では、１．２）となる。

以上のように、貫通ビアＷＨの形状が円柱状の凹部でない場合、テラヘルツ波を用いた測定によって算出される貫通ビアＷＨの算出深度と、干渉法によって実測される貫通ビアＷＨの実測深度との間に相違が生じる。具体的には、円柱形の体積を基準として、円柱形よりも体積が大きくなるほど、形状指標値は大きくなり、円柱形よりも体積が小さくなるほど形状指標値が小さくなる。本実施形態では、この相違を、形状指標値として検出することによって、貫通ビアＷＨの形状に関する情報を取得することができる。

なお、あらかじめ、貫通ビアＷＨの形状と形状指標値とを一対一に対応付けて定義することにより、ステップＳ２２にて取得された形状指標値から貫通ビアＷＨの形状を一義的に特定するようにしてもよい。この場合、例えば入力部３２を介して貫通ビアＷＨの形状と形状指標値との対応関係を示すデータを入力し、凹部形状のデータベースとして記憶部３１等に格納しておけばよい。そして、形状指標取得部２７が取得した形状指標値を該データベースにおいて照合することによって、貫通ビアＷＨの形状を決定することができる。これによれば、各検査領域に形成されている形状を迅速に特定することが可能となる。

図２に戻って、検査領域毎に貫通ビアＷＨの形状指標値が取得されると、基板検査装置１００は、画像生成部２８によって、基板Ｗにおける貫通ビアＷＨの形状指標値の分布を表現した画像を生成して、表示部３３に表示する（ステップＳ２３）。

図１２は、表示部３３に表示される検査結果の表示画像３３Iの一例を示す図である。図１２では、所定の間隔（例えば、５ｍｍ間隔）で基板Ｗを走査して、基板Ｗの複数の検査領域における貫通ビアＷＨの形状指標値の分布を表現した表示画像３３Ｉを図示している。

図１２に示した表示画像３３Ｉは、基板Ｗの各検査領域に相当する部分を、ステップＳ２２にて取得された形状指標値の大きさに応じて複数の色で塗り分けたものであり、形状指標値分布を視覚的に表現した画像となっている。なお、形状指標値の違いは、グレースケールカラー、フルカラー、または網点による疑似カラーなどで表現することができる。なお、基板Ｗの各検査領域に対応する部分毎に、アルファベットなどの文字、記号または図形などでラベル付けされることにより識別可能に表現されていてもよい。また形状指標値の数値自体を表示したり、形状指標値の大きさに応じた長さの棒等を表示したりするようにしてもよい。このような表示画像３３Ｉを表示部３３に表示することによって、基板Ｗの広い範囲について、形成されている貫通ビアＷＨの形状分布を視覚的に把握することができる。したがって、貫通ビアＷＨの形成不良の特定などを容易に行うことができる。

なお、表示画像３３Ｉにおいて、上述したように、予め形状指標値毎に具体的な形状を登録したデータベースを利用して、取得された形状指標値に応じて貫通ビアＷＨの形状を示す画像を表示部３３に表示するようにしてもよい。例えば図１２に示したように、図の凡例３３０として、形状指標値に対応する色とともに、形状指標値に対応する凹部の形状が表示部３３に表示されるようにしてもよい。以上が、基板検査装置１００による、基板Ｗの検査工程の説明である。

本実施形態では、検査領域に対しては、特定の検出タイミングでテラヘルツ波の電場強度を検出することで、テラヘルツ波が参照領域である平坦領域９１Ｒを透過する透過時間と、ビア形成領域９２Ｒを透過する透過時間との時間差が取得される。そして、この時間差に基づいて算出される貫通ビアＷＨの算出深度と、実測に基づく貫通ビアＷＨの実測深度とから、貫通ビアＷＨの形状を示す形状指標値が取得される。したがって、本実施形態に係る基板検査装置１００においては、基板Ｗに形成された貫通ビアＷＨの形状を、非破壊および非接触にて検査することが可能となっている。

また、半導体３次元デバイスなどでは、半導体ウエハを利用する。そのため、貫通ビアＷＨの深さについては、半導体ウエハ全体でおおよその深さの分布を調べる必要がある。ここで、全ての検査領域について、テラヘルツ波の時間波形を構築し、基準となるテラヘルツ波の時間波形との時間差を算出すると、多大な時間が必要となる。これに対して、本実施形態では、検査領域を透過したテラヘルツ波の特定の検出タイミングで電場強度を検出することで時間差を取得することができる。したがって、極めて高速に半導体ウエハの全域を検査することができる。

｛２． 変形例｝
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、貫通ビアＷＨの形状のバリエーションとして、円柱状、円錐台状、またはフラスコ状の貫通ビアＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３を具体例としている。しかしながら、その他の種々の形状（多角柱、多角錐台、円錐または多角錐など）についても、本願発明は有効である。

また、上記実施形態では、基板Ｗの表面の貫通ビアＷＨの深度を測定する例を挙げているが、基板検査装置１００の検査対象は、これに限定されるものではない。基板検査装置１００においては、微小電気機械素子（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に形成される凹部の形状を検査することもできる。なお、ＭＥＭＳの具体例としては、例えば、デジタルミラーデバイスや加速度センサや圧力センサ、インクジェットプリンタなどのヘッドといったものが挙げられる。

図１３は、ＭＥＭＳが形成された基板ＷＡ表面の断面を拡大して示す断面斜視図である。図１３に示したＭＥＭＳの例では、基板ＷＡの表面に、相互に並行に延びる溝状の凹部ＷＨ１Ａが規則的に複数形成されている。基板検査装置１００によると、このような凹部ＷＨ１Ａが形成された基板ＷＢ表面の開口率を取得することによって、凹部ＷＨ１Ａの深度を取得することができる。なお、基板ＷＡの開口率は、基板ＷＡの観察像から直接取得するようにしてもよいし、凹部ＷＡの形成間隔（ピッチ）を用いた演算に基づいて取得するようにしてもよい。

また、図１３に示したようなＭＥＭＳの凹部形状に関する情報を得る場合にも、本願発明は有効である。図１４は、基板ＷＡに形成された形状の異なる２つの凹部ＷＨ１Ａ，ＷＨ２Ａの断面図である。図１４に示したように、基板ＷＡの表面には、厚さ方向に沿ってまっすぐに延びる（つまり、開口断面積が略一定である）凹部ＷＨ１Ａと、底部に向かうにつれて穴の開口断面積が狭まる凹部ＷＨ２Ａとが形成されている。このような場合、凹部ＷＨ２Ａにおいて、テラヘルツ波を使って深度を算出すると、深度測定装置１６を用いた実測深度よりも小さい算出深度が取得される。したがって、凹部ＷＨ２Ａについては、形状指標値が１．０よりも小さい値となる。一方、凹部ＷＨ１Ａについては、形状指標値は１．０または１．０に近似する値となる。したがって、ＭＥＭＳが形成された基板ＷＡの場合であっても、凹部ＷＨ１Ａ，ＷＨ２Ａの形状に応じた形状指標値を取得することができる。したがって、凹部ＷＨ１Ａ，ＷＨ２Ａの形状を非破壊、非接触にて検査することができる。

また、制御部１７、時間波形構築部２１、屈折率取得部２２、時間差取得部２４、開口率取得部２５、ビア深度算出部２６、形状指標取得部２７、および、画像生成部２８の処理部は、専用の回路などでハードウェア的に実現してもよいし、これら処理部の機能の一部または全部を、コンピュータを利用して、ソフトウェア的に実現してもよい。

さらに、上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

１００ 基板検査装置
１１ レーザ光源
１２ 照射部
１３ 検出部
１４ 遅延部
１５ 移動機構
１６ 深度測定部
１６ 制御部
２１ 制御部
２１ 時間波形構築部
２２ 屈折率取得部
２４ 時間差取得部
２５ 開口率取得部
２６ ビア深度算出部
２７ 形状指標取得部
２８ 画像生成部
３１ 記憶部
３２ 入力部
３３ 表示部
３３Ｉ 表示画像
４１，４３ 時間波形
５１ プローブ光
９１Ｒ 平坦領域
９２Ｒ ビア形成領域
ＷＨ，ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３ 貫通ビア（凹部）
ＷＨ１Ａ，ＷＨ２Ａ 凹部
ＬＰ１１ ポンプ光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ テラヘルツ波
ＯＲ 開口率
Ｗ，ＷＡ 基板
ｎ１，ｎ２ 屈折率
ｔ１〜ｔ８ 検出タイミング
ΔＴ 時間差

Claims (8)

1. 凹部が形成されている基板を検査する基板検査装置であって、
   ポンプ光の照射に応じて、基板に向けて電磁波パルスを照射する照射部と、
   プローブ光の照射に応じて、基板を透過した前記電磁波パルスの電磁波強度を検出する検出部と、
   前記照射部から出射された電磁波パルスが前記凹部の形成されている凹部形成領域を透過する透過時間と、前記電磁波パルスが前記凹部形成領域とは異なる参照領域を透過する透過時間との時間差を取得する時間差取得部と、
   前記時間差に基づいて、前記凹部の深度を算出する深度算出部と、
   前記深度算出部により算出される算出深度と、前記凹部の実測深度とに基づいて、前記凹部の形状を示す形状指標を取得する形状指標取得部と、
   を備える基板検査装置。
2. 請求項１に記載の基板検査装置において、
   前記照射部に対して、基板を二次元平面内で移動させる相対移動機構、
   をさらに備える基板検査装置。
3. 請求項１または２に記載の基板検査装置において、
   前記検出部にて検出される電場強度に基づいて、スペクトル解析を行うことにより、前記基板の屈折率を取得する屈折率取得部、
   をさらに備え、
   前記深度算出部は、前記屈折率取得部によって取得された前記屈折率と、前記時間差とに基づいて、前記算出深度を算出する基板検査装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
   前記凹部の開口面積に基づいて、前記凹部形成領域の開口率を取得する開口率取得部、
   をさらに備え、
   前記深度算出部は、前記開口率取得部によって取得された前記開口率と、前記時間差とに基づいて、前記算出深度を算出する基板検査装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
   前記形状指標取得部によって取得される前記形状指標に基づいて、前記基板における形状指標分布を表現した画像を生成する画像生成部、
   をさらに備える基板検査装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
   前記凹部が、三次元集積回路の形成用の積層体に形成された貫通ビア、または、ＭＥＭＳの一部である基板検査装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の基板検査装置において、
   前記前記電磁波パルスには、周波数が０．１〜３０テラヘルツの範囲の電磁波パルスが含まれる基板検査装置。
8. 凹部が形成されている基板を検査する基板検査方法であって、
   (a) 照射部から照射されるテラヘルツ波が凹部の形成されている凹部形成領域を透過する透過時間と、前記テラヘルツ波が前記凹部形成領域とは異なる参照領域を透過する透過時間との時間差を取得する工程と、
   (b) 前記(a)工程において取得された前記時間差に基づいて、前記凹部の深度を算出する工程と、
   (c) 前記(b)工程において算出された前記凹部の算出深度と、前記凹部の実測深度とに基づいて、前記凹部の形状を示す形状指標を取得する工程と、
   を含む基板検査方法。

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