JPH07103907A

JPH07103907A - 光学検査装置

Info

Publication number: JPH07103907A
Application number: JP24690293A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kobayashi; 祐二小林; Narihiro Yoshida; 成浩吉田; Naohisa Kosaka; 直久向坂; Haruyoshi Toyoda; 晴義豊田; Tsutomu Hara; 勉原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2695600B2; US5546181A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半導体ウェハに形成された回路パターンやレ
チクルの欠陥や付着異物等の微細対象を光学的に計測す
る光学検査装置を提供する。【構成】被測定物におけるレーザ光の回折及び散乱パ
ターン光を光学的にフーリエ変換し、そのフーリエ変換
光像Ｆを偏光子１５に通してハーフミラー１７で分岐さ
せる。分岐された一方のフーリエ変換光像（書込み光
像）Ｆ２を空間光変調器１８に背面側から書込み、他方
のフーリエ変換光像（入射光像）Ｆ１を空間光変調器１
８に正面側から入射させる。書込み光像Ｆ２と入射光像
Ｆ１が空間光変調器１８において面対象の関係となるよ
うに設定し、且つ書込み光像Ｆ２の高強度スペクトル成
分のみを書き込むように、空間光変調器１８の交流バイ
アス電圧（閾値電圧）を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体製造技
術で適用されるレチクルやウェハに形成された回路パタ
ーンの欠陥や、これらに付着した異物などを検出する光
学検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造技術の分野で用いられ
ていた光学検査装置の原理構成を図７と図８に基づいて
説明する。

【０００３】まず、図７に示す装置にあっては、反射型
の空間光変調器ＡとハーフミラーＢ及び検光子Ｃが備え
られている。空間光変調器Ａは、ツイストネマチック
（ＴＮ）液晶などの光変調材料から成る光変調層１とア
モルファスシリコン（α−Ｓｉ）などの光導電体層２と
が光反射層３を間に介在させて積層されると共に、光変
調層１と光導電体層２の夫々に透明電極膜４，５が形成
され、これら透明電極膜４，５間に所定電圧（振幅）の
交流バイアス電圧が印加される。光変調層１の前方に配
置されているハーフミラーＢは、直線偏光された平行光
（読出し光という）を通過させて光変調層１へ入射させ
ると共に、その光変調層１側から反射してくる反射光像
を検光子Ｃへ入射させる。

【０００４】測定時には、回路パターンが形成されてい
る半導体ウェハの表面に対してレーザビームを小さい投
射角度で投射し、その表面からの回折・散乱光像をフー
リエレンズによって光学的にフーリエ変換させ、そのフ
ーリエ変換像を書込み光像として光導電体層２側へ投射
させる。光導電体層２の光の当った部分は、光強度に比
例して電気抵抗が変化するので、透明電極４，５間に印
加された交流バイアス電圧が各部分の抵抗値に応じて光
変調層１の各部分に与えられることとなり、この結果、
書込み光像の各部分の光強度に比例した複屈折変化が光
変調層１中に誘起される。

【０００５】ここで、例えば図７に示すように、書込み
光像のスペクトル分布は、半導体ウェハに一定の規則性
を持って形成されている回路パターンに対応する高強度
且つ規則性を有するスペクトルと、欠陥部分や異物に対
応する低強度且つランダムなスペクトルを有するので、
光変調層１中、回路パターンに対応する高強度スペクト
ルが当った部分ほど複屈折率変化が大きくなり、一方、
異物などに対応する低強度スペクトルが当った部分の複
屈折率変化が小さくなる。即ち、光変調層１の電気光学
効果によって、書込み光像のスペクトル強度の情報が光
変調層１の屈折率分布の変化として記録される。

【０００６】次に、直線偏光した平行光（読み出し光）
をハーフミラーＢを介して光変調層１に入射させる。こ
れにより、読出し光は、光変調層１を通過して反射層３
で反射して出てくる間に、光変調層１の複屈折変化に起
因して楕円偏光となり、ハーフミラーＢを介して検光子
Ｃに入射される。即ち、検光子Ｃに入射される反射光像
の空間的強度分布は書込み光像の空間分布に対応したも
のとなる。ここで、検光子Ｃは、反射光像の内の回路パ
ターンに対応する偏光の通過を阻止する特性のものが適
用されているので、検光子Ｃを通過した反射光像は欠陥
部分や異物に関するスペクトルとなり、この反射光像を
フーリエレンズで逆フーリエ変換することによって、欠
陥部分や異物に関する実像のみが再現される。

【０００７】一方、図８に示す装置にあっては、透過型
の空間光変調器ＤとハーフミラーＥ及び検光子Ｆが備え
られている。空間光変調器Ｄは、ツイストネマチック
（ＴＮ）液晶などの光変調材料から成る光変調層７と、
アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）などの光導電体層８
とが積層されると共に、光変調層７と光導電体層８の夫
々には透明電極膜９，１０が形成され、これら透明電極
膜９，１０間に所定電圧（振幅）の交流バイアス電圧が
印加されている。ハーフミラーＥは、被測定物である半
導体ウェハのフーリエ変換像（書込み光像）を通過させ
て光導電体層８に入射させると共に、直線偏光された平
行光（読出し光）を反射させて光変調層７へ入射させ
る。

【０００８】測定時には、回路パターンが形成されてい
る半導体ウェハの表面に対してレーザビームを小さい投
射角度で投射し、その表面からの反射光像をフーリエレ
ンズによって光学的にフーリエ変換させ、そのフーリエ
変換像を書込み光像としてハーフミラーＥを介して光導
電体層８へ投射させる。光変調層７の光の当った部分
は、光強度に比例して電気抵抗が変化するので、書込み
光像の各部分の光強度に比例した複屈折変化が光変調層
７中に誘起される。

【０００９】尚、図８に示すように、書込み光像のスペ
クトル分布は、半導体ウェハに一定の規則性を持って形
成されている回路パターンに対応する高強度且つ規則性
を有するスペクトルと、欠陥部分や異物に対応する低強
度且つランダムなスペクトルを有するので、光変調層７
の電気光学効果によって、書込み光像のスペクトル強度
の情報が光変調層１の液晶配向状態の変化として記録さ
れる。

【００１０】次に、かかる書込み処理の後に、直線偏光
した平行光（読出し光）をハーフミラーＥを介して光導
電体層８へ入射させると、読出し光は光変調層７を通過
する間に複屈折変化に起因して楕円偏光となり、検光子
Ｆを通過して出力される。ここで、検光子Ｅは、光変調
層７を通過した光（透過光）の内の回路パターンに対応
する偏光の通過を阻止する特性のものが適用されている
ので、検光子Ｅの出力光像は欠陥部分や異物に関するス
ペクトルとなり、この出力光像をフーリエレンズで逆フ
ーリエ変換することによって、欠陥部分や異物に関する
実像のみが再現される。

【００１１】このように、図７及び図８に示した従来の
光学検査装置は、被測定物の異常部分の情報だけを抽出
し、これを視覚的に認識し易い実像として再現するもの
である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の光学検査装置にあっては、書込み光像を形成させ
るための投光装置（レーザー光源）と、読出し光を形成
するための他の投光装置（レーザー光源）とが夫々別個
独立に必要となることから、装置が大型化する問題があ
った。

【００１３】特に、後者の透過型の空間光変調器を適用
した装置（図８参照）にあっては、書込み光像を形成さ
せるためのレーザー光源は、光導電体層の光感度に適合
した波長のレーザー光を発生させるもの、読出し光を発
生させるためのレーザー光源は、光導電体層において光
感度を持たない波長のレーザー光を発生させるものが必
要である。即ち、読出し光用のレーザー光の波長を書込
み光像用のレーザー光（光導電体層の光感度に適合した
波長のレーザー光）と同じにする場合には、高感度の光
導電体層が用いられることから光透過性が小さくなって
しまい、読出された出力光像の強度が大幅に低下してし
まうので、異物などの鮮明な実像を再現することができ
ないという問題があった。

【００１４】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みて成されたものであり、単一の投光手段を用いること
ができ、且つ雑音の少ない鮮明な再生像を得ることがで
きる光学検査装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の光学検査装置は、コヒーレント光を被測定
物に投射する投光手段と、上記被測定物によるコヒーレ
ント光の回折及び散乱で生じるパターン光を光学的にフ
ーリエ変換するフーリエレンズと、上記フーリエレンズ
によるフーリエ変換光像の偏光面の所定偏光成分を通過
させる偏光子と、上記偏光子を通過したフーリエ変換光
像を分岐して、一方の光像（入射光像）を反射型の空間
光変調器の前面側に入射させる光分岐器と、上記光分岐
器で分岐された他方の光像（書き込み光像）を上記空間
光変調器の背面側に上記一方の光像（入射光像）と面対
称となるように入射させる光学機構と、上記書込み光像
の所定の高強度スペクトル成分によってのみ上記空間光
変調器の複屈折変化を誘起させるバイアス電圧を該空間
光変調器に印加する閾値電圧制御手段と、上記入射光像
が上記空間光変調器で反射されて来る反射光像のうち上
記空間光変調器で旋光された光成分の通過を遮断する検
光子と、上記検光子を通過した光像を光学的に逆フーリ
エ変換する他のフーリエレンズとを具備する構成とし
た。

【００１６】又、他の光学検査装置は、コヒーレント光
を被測定物に投射する投光手段と、上記被測定物による
コヒーレント光の回折及び散乱で生じるパターン光を光
学的にフーリエ変換するフーリエレンズと、上記フーリ
エレンズによるフーリエ変換光像の所定偏光成分を通過
させる偏光子と、上記偏光子を通過したフーリエ変換光
像が入射される反射型の空間光変調器と、上記フーリエ
変換光像の所定の高強度スペクトル成分によってのみ上
記空間光変調器の複屈折変化を誘起させるバイアス電圧
を該空間光変調器に印加する閾値電圧制御手段と、上記
フーリエ変換光像が上記空間光変調器で反射されて来る
反射光像のうち上記空間光変調器で旋光された光成分の
通過を遮断する検光子と、上記検光子を通過した光像を
光学的に逆フーリエ変換する他のフーリエレンズとを具
備する構成とした。

【００１７】

【作用】これらの構成の光学検査装置にあっては、閾値
電圧制御手段が交流バイアス電圧の電圧を制御すること
によって、空間光変調器の複屈折変化は、入射される書
込み光像又はフーリエ変換光像の高強度スペクトルの当
たる部分だけに誘起される。更に、かかる複屈折変化を
有する空間光変調器に同一パターンの入射光像又はフー
リエ変換光像が入射されるので、空間光変調器から反射
されて出力されて来る反射光像は、高強度スペクトルの
部分が旋光され、他の低強度スペクトルは旋光されない
光像となる。即ち、空間光変調器に複屈折変化を誘起さ
せるために入射される書込み光像又はフーリエ変換光像
と、入射光像又はフーリエ変換光像とのスペクトルパタ
ーンは一致し且つ空間的に面対象の関係にあるので、反
射光像の高強度スペクトルの部分だけが空間光変調器に
よって旋光される。そして、検光子が、この反射光像の
うちの旋光成分の通過を遮断して、低強度スペクトルを
通過させ、更に、フーリエレンズが、低強度スペクトル
を光学的逆フーリエ変換によって実空間像に再生する。
尚、上記高強度スペクトルは、例えば半導体ウェハを計
測する場合には、規則性を有する回路パターンに対応
し、低強度スペクトルは欠陥や付着異物等に対応するラ
ンダムなスペクトルとなるので、本発明の光学検査装置
で再生される実空間像は、欠陥や付着異物等について分
離された像となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３と
共に説明する。まず、図１に基いて全体の装置構成を説
明すると、被測定物１１である半導体ウェハなどを載置
して３次元座標（ＸＹＺ座標）の任意の位置に移動・停
止させることができる載置台１２と、被測定物１１の表
面に対してレーザビームを小さい投射角度θで投射する
投光装置（レーザ光源）１３と、載置台１２に対向配置
されて被測定物１２の表面でレーザビームが散乱及び回
折することにより生じるパターン光をフーリエ変換する
フーリエレンズ１４が設けられている。フーリエレンズ
１４のフーリエ面ＦＰの後方には、その光軸に沿って、
偏光子１５とリレーレンズ１６、ハーフミラー１７及び
反射型の空間光変調器１８が直列に配列されている。

【００１９】ここで、フーリエ面ＦＰには、被測定物１
１の表面形状（異物や欠陥部分も含む）の情報を有する
パターン光のフーリエ変換光像（空間スペクトル光像）
Ｆが発生し、半導体ウェハの規則的な回路パターン情報
に対応する高強度のスペクトルと、異物や欠陥部分など
に対応するランダム且つ低強度のスペクトルとが含まれ
ることとなる。偏光子１５は、所望の偏光成分、例えば
空間光変調器１８が反射型のＴＮ液晶空間光変調器の場
合には、読出し側の液晶配向方向と平行の直線偏光成分
を通過させ、ハーフミラー１７は、この直線偏光のフー
リエ変換光像Ｆ’を空間光変調器１８と全反射鏡１９へ
分岐する。

【００２０】更に、全反射鏡１９で反射されるフーリエ
変換光像Ｆ’を空間光変調器１８の背面側に入射させる
ための全反射鏡２０，２１が設けられている。したがっ
て、便宜上、ハーフミラー１７を通過する一方のフーリ
エ変換光像Ｆ’を入射光像Ｆ１、全反射鏡１９〜２１を
通る他方のフーリエ変換光像Ｆ’を書込み光像Ｆ２と定
義するものとすると、互いに同一のスペクトルパターン
である入射光像Ｆ１と書込み光像Ｆ２とが前面と背面に
夫々入射する。

【００２１】尚、空間光変調器１８の前面に投射される
入射光像Ｆ１と背面に投射される書込み光像Ｆ２とが、
空間的に完全に面対象の関係となるように、予めハーフ
ミラー１７及び全反射鏡１９，２０，２１の配置と角度
が調整されている。

【００２２】検光子２２は、空間光変調器１８で反射し
て出力されて来る反射光像がハーフミラー１７を介して
入射され、反射光像のうち空間光変調器１８で９０°変
調された偏光成分の通過を遮断する。フーリエレンズ２
３は、検光子２２を通過した反射光像を逆フーリエ変換
することにより実空間像を再生し、固体撮像装置（ＣＣ
Ｄ）２４がこの実空間像を撮像するようになっている。

【００２３】更に、中央制御部２５は、固体撮像装置２
４の撮像により発生された映像信号Ｓに基づいて所定の
画像処理を行うことにより被測定物１１の欠陥部分や異
物の存在や位置を判断したり、図示しないモニタテレビ
ジョンに実空間像を表示させるためのビデオ信号を形成
するなどの処理を行う。更に、中央制御部２５は、空間
光変調器１８を駆動するための交流バイアス電圧を発生
するＳＬＭ制御部２６と、その交流バイアス電圧の電圧
振幅を調整するための閾値電圧調整部２７とを制御す
る。

【００２４】次に、この実施例で適用される反射型の空
間光変調器１８の構造及び機能を図２及び図３に基づい
て説明する。まず、空間光変調器１８の構造を図２に基
づいて説明すると、夫々の一側面にＡＲコート層２８，
２９が塗布され且つ他側面に透明電極膜３０，３１が積
層された一対の透明ガラスから成る対向基板３２，３３
を有し、透明電極膜３０，３１間には、ツイストネマチ
ック（ＴＮ）液晶や強誘電体液晶（ＦＬＣ）などの光変
調材料から成る光変調層３４と、アモルファスシリコン
（α−Ｓｉ）などの光導電材料から成る光導電体層３
５、及び誘電体の光反射層３６が積層された構造を備
え、前面側の基板３２にハーフミラー１７を通過した入
射光像Ｆ１が入射され、背面側の基板３３に全反射鏡２
１からの書込み光像Ｆ２が入射される。更に、一対の透
明電極膜３０，３１間に、ＳＬＭ制御部２６からの交流
バイアス電圧が印加される。

【００２５】かかる構造を有する空間光変調器１８にあ
っては、原理説明図（図３）に示すように、背面側から
入射される書込み光像Ｆ２の各部分のスペクトル強度に
比例して光導電体層３５の電気抵抗が変化し、交流バイ
アス電圧の実効電圧が各部分の抵抗値に応じて光変調層
３４の各部分に与えられることとなるので、書込み光像
Ｆ２の各部分の光強度に比例した複屈折変化が光変調層
３４中に誘起される。

【００２６】尚、この複屈折変化は、書込み光像Ｆ２の
各部分のスペクトル強度と交流バイアス電圧による実効
電圧によって変化する。即ち、例えば、仮にある一定強
度の書込み光を入射させた状態で交流バイアス電圧（電
圧振幅）を変化させると、交流バイアス電圧が低電圧の
ときには複屈折が光変調層３４中に誘起され、交流バイ
アス電圧がある電圧（閾値電圧という）より高いときに
は、複屈折が光変調層３４中に誘起されないという特性
がある。

【００２７】そこで、この実施例では、かかる複屈折特
性に着目して、ＳＬＭ制御部２６からの交流バイアス電
圧の電圧（閾値電圧）を閾値電圧調整部２７によって調
整することにより、書込み光像Ｆ２のうちの回路パター
ンに対応する高強度スペクトルが当たる部分には複屈折
を誘起させ、それよりも低強度スペクトルが当たる部分
には複屈折を誘起させないように設定し、更に、回路パ
ターンに対応する高強度スペクトルが当たる部分は光変
調層３４によって読出し偏光面が９０°旋光するように
その閾値電圧を調整する。したがって、書込み光像Ｆ２
中の異物や欠陥部分などに対応する低強度スペクトルが
当たる部分の光変調層３４には複屈折が誘起されない。
図１において、便宜上、光変調層３４中の複屈折が誘起
される部分をパターンＦ２’によって示している。

【００２８】一方、空間光変調器１８の前面に入射する
入射光像Ｆ１は、光変調層３４を通り光反射層３６で反
射されて出力される。このとき、その出力される反射光
像Ｆ１’は、光変調層３４の複屈折の誘起された部分で
９０°偏光面が旋光され、他の部分では偏光面が旋光さ
れない。ここで注目すべきことは、入射光像Ｆ１と書込
み光像Ｆ２は完全に面対象の位置関係にあるので、入射
光像Ｆ１中の回路パターンに対応する高強度スペクトル
光の偏光面が９０°旋光されて出力されるのに対し、異
物や欠陥部分に対応する低強度スペクトル光の偏光面は
旋光されないで出力される。したがって、反射光像Ｆ
１’は、偏光面が９０°旋光された高強度スペクトルと
旋光されない低強度スペクトルを包含することとなる。

【００２９】そして、かかる反射光像Ｆ１’は、ハーフ
ミラー１７で反射されて検光子２２に入射され、検光子
２２は、空間光変調器１８で偏光面が９０°旋光された
スペクトル光の通過を遮断するので、検光子２２からは
異物や欠陥部分に対応する低強度スペクトル光がフーリ
エレンズ２３で逆フーリエ変換され、更に、被測定物１
１に存在する異物や欠陥部分の実空間像が固体撮像装置
２４で撮像され、この実空間像の映像信号Ｓが中央制御
部２５に伝送されて種々の信号処理が行われる。

【００３０】このように、この実施例においては、単一
の投光装置（レーザ光源）１３だけで計測を実現するこ
とができるので、装置構成の簡素化が可能である。更
に、入射光像Ｆ１と書込み光像Ｆ２は同一のスペクトル
分布の光像であるので、反射光像Ｆ１’の異物などに対
応するスペクトルの偏光面と規則性を有する回路パター
ンに対応するスペクトルの偏光面を９０°異ならせるこ
とができることから、検光子２２によって確実に異物な
どに対応するスペクトルを分離・抽出することができ
る。よって、回路パターンに対応する高強度の光像に埋
もれることなく、被測定物１１の異常部分の鮮明な実像
を提供することができる。又、光学系を一旦調整してお
けば、その後の調整が不要となるので、測定精度の向上
・安定化を図ることができる。又、被測定物１１の違い
によって空間光変調器１８に入射する入射光像Ｆ１と書
込み光像Ｆ２の強度が変わった場合には、ＳＬＭ制御部
２６からの交流バイアス電圧（閾値電圧）を変化させる
ことによって空間光変調器１８の書込み感度を容易に調
節することができるので、様々な被測定物を計測するこ
とができる。

【００３１】次に、他の実施例を図４乃至図６に基づい
て説明する。まず、図４に基づいて全体の装置構成を説
明する。尚、図４において、図１と同一又は相当する部
分を同一符号で示している。被測定物１１である半導体
ウェハなどを載置して３次元座標（ＸＹＺ座標）の任意
の位置に移動・停止させることができる載置台１２と、
被測定物１１の表面に対してレーザビームを小さい投射
角度θで投射する投光装置（レーザ光源）１３と、載置
台１２に対向配置されて被測定物１２の表面でレーザビ
ームが散乱及び回折することにより生じるパターン光を
フーリエ変換するフーリエレンズ１４が設けられてい
る。フーリエレンズ１４のフーリエ面ＦＰの後方には、
その光軸に沿って、偏光子１５とリレーレンズ１６、ハ
ーフミラー３７及び透過型の空間光変調器３８が直列に
配列されている。ここで、フーリエ面ＦＰには、被測定
物１１の表面形状（異物や欠陥部分も含む）の情報を有
するパターン光のフーリエ変換光像（空間スペクトル光
像）Ｆが発生し、半導体ウェハの規則的な回路パターン
情報に対応する高強度のスペクトルと、異物や欠陥部分
などに対応するランダム且つ低強度のスペクトルとが含
まれることとなる。偏光子１５は、所望の偏光成分、例
えば空間光変調器１８が反射型のＴＮ液晶空間光変調器
の場合には、読出し側の液晶配向方向と平行の直線偏光
成分を通過させ、ハーフミラー１７は、フーリエ変換光
像Ｆ’を透過させて空間光変調器３８に入射させると同
時に、空間光変調器３８で反射されて出力される反射光
像Ｆ”を検光子２２へ入射させる。フーリエレンズ２３
は検光子２２を通過した反射光像を逆フーリエ変換する
ことにより実空間像を再生し、固体撮像装置（ＣＣＤ）
２４がこの実空間像を撮像するようになっている。更
に、中央制御部２５は、固体撮像装置２４の撮像により
発生された映像信号Ｓに基づいて所定の画像処理を行う
ことにより被測定物１１の欠陥部分や異物の存在を判断
したり、図示しないモニタテレビジョンに実空間像を表
示させるためのビデオ信号を形成するなどの処理を行
う。更に、中央制御部２５は、空間光変調器３８を駆動
するための交流バイアス電圧を発生するＳＬＭ制御部２
６と、その交流バイアス電圧の電圧振幅を調整するため
の閾値電圧調整部２７とを制御する。

【００３２】次に、この実施例で適用される反射型の空
間光変調器３８の構造及び機能を図５に基づいて説明す
る。まず構造を説明すると、夫々の一側面にＡＲコート
層３９，４０が塗布され且つ他側面に透明電極膜４１，
４２が積層された一対の透明ガラスから成る対向基板４
３，４４を有し、透明電極膜４１，４２間には、ツイス
トネマチック（ＴＮ）液晶やネマチック液晶などの光変
調材料から成る光変調層４５と、アモルファスシリコン
（α−Ｓｉ）などの光導電材料から成る光導電体層４６
が積層された構造を備え、光変調層４５側の基板４３に
ハーフミラー３７を通過した入射光像Ｆ’が入射され
る。又、透明電極膜４１，４２間に、ＳＬＭ制御部２６
からの交流バイアス電圧が印加される。

【００３３】かかる構造を有する空間光変調器３８にあ
っては、原理説明図（図６）に示すように、入射光像
Ｆ’が光変調層４５を通過して光導電体層４６に達する
と、入射光像Ｆ’の各部分のスペクトル強度に比例して
光導電体層４６の電気抵抗が変化し、交流バイアス電圧
が各部分の抵抗値に応じて光変調層４５の各部分に与え
られることとなる。したがって、入射光像Ｆ’の各部分
のスペクトル強度に比例した複屈折変化が光変調層４５
中に誘起される。更に、この複屈折変化は、入射光像
Ｆ’の各部分のスペクトル強度と交流バイアス電圧によ
る実効電圧によって変化する。即ち、例えばある一定強
度の光を入射させた状態で交流バイアス電圧（電圧振
幅）を変化させると、交流バイアス電圧が低電圧のとき
には複屈折が光変調層４５中に誘起され、交流バイアス
電圧がある電圧（閾値電圧）より高いときには、複屈折
が光変調層４５中に誘起されないという特性がある。

【００３４】そこで、この実施例では、かかる複屈折特
性に着目して、ＳＬＭ制御部２６からの交流バイアス電
圧の電圧（閾値電圧）を閾値電圧調整部２７によって調
整することにより、規則的な回路パターンに対応する高
強度スペクトルが当たる部分には複屈折を誘起させ、そ
れよりも低強度スペクトルが当たる部分には複屈折を誘
起させないように設定し、更に、回路パターンに対応す
る高強度スペクトルが当たる部分の光変調層４５で入力
偏光面を９０°旋光するようにその閾値電圧が調整され
ている。したがって、入射光像Ｆ’中の異物や欠陥部分
などに対応する低強度スペクトルが当たる部分の光変調
層４５には複屈折が誘起されない。

【００３５】更に、入射光像Ｆ’は、複屈折が誘起され
た光変調層４５に継続して入射されると共に、光変調層
４５と光導電体層４６との屈折率差により反射されて出
力される。ここで、被測定物１１の比較的規則性を有す
る回路パターンに対応する高強度スペクトルが光変調層
４５の複屈折が誘起されている部分に入射する結果、偏
光面が９０°旋光され、一方、異物などに対応する低強
度スペクトルは旋光されない。このように、空間光変調
器３８から出力される反射光像Ｆ”は、偏光面が９０°
旋光したスペクトルと旋光しないスペクトルを包含し、
ハーフミラー３７で反射されて検光子２２に入射され
る。

【００３６】検光子２２は、空間光変調器３８で偏光面
が９０°回転されたスペクトル光の通過を遮断するの
で、検光子２２からは異物や欠陥部分に対応する低強度
スペクトル光がフーリエレンズ２３で逆フーリエ変換さ
れる。したがって、被測定物１１に存在する異物や欠陥
部分の実空間像が固体撮像装置２４で撮像され、この実
空間像の映像信号Ｓが中央制御部２５に伝送されて種々
の信号処理が行われる。

【００３７】このように、この実施例においては、単一
の投光装置（レーザ光源）１３だけで計測を実現するこ
とができるので、装置構成の簡素化が可能である。更
に、入射光像Ｆ”を空間光変調器３８の一方に入射させ
るだけで、光変調層４５への所謂書込み処理が実現され
るので、図１に示した実施例と比較すれば、入射光像と
書込み光像を形成する必要が無くなり、且つそのための
全反射鏡などの光学系統を不要にすることができて、計
測精度の向上及び装置の簡素化を図ることができる。
又、光学系を一旦調整しておけば、その後の調整が不要
となるので、測定精度の向上・安定化を図ることができ
る。又、被測定物１１の違いによって空間光変調器３８
に入射する入射光像Ｆ’の強度が変わった場合には、Ｓ
ＬＭ制御部２６からの交流バイアス電圧（閾値電圧）を
変化させることによって空間光変調器３８の書込み感度
を容易に調節することができるので、様々な被測定物を
計測することができる。

【００３８】尚、以上に説明した２実施例では、空間光
変調器１８，３８の夫々の光変調層３４，４５に、入射
光像の高強度スペクトルに対応する偏光面を９０°回転
させるように閾値電圧が設定されているが、本発明は、
偏光面の旋光角を９０°に限定されるものではない。即
ち、反射光像中、被測定物の比較的規則性を有する回路
パターンに対応する高強度スペクトルと異物などの異常
部分に対応する低強度スペクトルとの旋光に顕著な差を
生じさせるように光変調層３４，４５に複屈折を誘起さ
せるべく、閾値電圧を設定すればよい。但し、この場合
には、空間光変調器１８，３８の複屈折に合わせた偏光
特性を有する偏光子及び検光子を適用する。

【００３９】又、光導電体層３５，４６はアモルファス
シリコン（α−Ｓｉ）に限定されるものではなく、Ｃｄ
Ｓ、ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、シリコンホトダイオー
ド、ＺｎＳ、ＧａＡｓ等の光導電材料を適用することが
できる。

【００４０】又、図１の実施例において、ハーフミラー
１７から空間光変調器１８の背面側へ書込み光Ｆ２を伝
送するための全反射鏡１９，２０，２１を含む光学系の
適宜の光路中に、書込み光Ｆ２の強度を減衰させるため
の光学フィルタを配置することによって、交流バイアス
電圧による閾値電圧設定と同等の機能を発揮させるよう
にしてもよい。即ち、本発明における閾値設定とは、交
流バイアス電圧（閾値電圧）を変化させることによって
書込み光像の空間光変調器への書込み感度を設定するだ
けでなく、光強度を減衰させる光学フィルタを適用する
ことによって書込み光像の空間光変調器への書込み感度
を設定する場合も含まれる。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
閾値電圧制御手段が交流バイアス電圧の電圧を制御する
ことによって、空間光変調器の複屈折変化を、入射され
る書込み光像又はフーリエ変換光像の高強度スペクトル
の当たる部分だけに誘起させる。更に、かかる複屈折変
化を有する空間光変調器に同一パターンの入射光像又は
フーリエ変換光像が入射されるので、空間光変調器から
反射されて出力されて来る反射光像は、高強度スペクト
ルの部分が旋光され、他の低強度スペクトルは旋光され
ない光像となる。即ち、空間光変調器に複屈折変化を誘
起させるために入射される書込み光像又はフーリエ変換
光像と、入射光像又はフーリエ変換光像とのスペクトル
パターンは一致し且つ空間的に面対象の関係にあるの
で、反射光像の高強度スペクトルの部分だけが空間光変
調器によって旋光される。そして、検光子が、この反射
光像のうちの旋光成分の通過を遮断して、低強度スペク
トルを通過させ、更に、フーリエレンズが、低強度スペ
クトルを光学的逆フーリエ変換によって実空間像に再生
する。尚、上記高強度スペクトルは、例えば半導体ウェ
ハを計測する場合には、規則性を有する回路パターンに
対応し、低強度スペクトルは欠陥や付着異物等に対応す
るランダムなスペクトルとなるので、本発明の光学検査
装置で再生される実空間像は、欠陥や付着異物等につい
て分離された像となる。このように、単一の投光装置に
よって、光学的な計測を実現することができる。更に、
計測精度の向上及び装置の簡素化を図ることができる。
又、光学系を一旦調整しておけば、その後の調整が不要
となるので、測定精度の向上・安定化を図ることができ
る。又、被測定物の違いによって空間光変調器に入射す
る入射光像の強度が変わった場合には、交流バイアス電
圧（閾値電圧）を変化させることによって空間光変調器
の書込み感度を容易に調節することができるので、様々
な被測定物を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の構成を説明するた
めの概略構成図である。

【図２】第１の実施例で適用される反射型の空間光変調
器の構成を説明するための概略断面図である。

【図３】第１の実施例で適用される反射型の空間光変調
器の動作原理を説明するための説明図である。

【図４】本発明による第２の実施例の構成を説明するた
めの概略構成図である。

【図５】第２の実施例で適用される透過型の空間光変調
器の構成を説明するための概略断面図である。

【図６】第２の実施例で適用される透過型の空間光変調
器の動作原理を説明するための説明図図である。

【図７】従来の光学検査装置の構成を説明するための原
理構成図である。

【図８】従来の他の光学検査装置の構成を説明するため
の原理構成図である。

【符号の説明】

１１…被測定物、１２…載置台、１３…投光装置、１
４，２３…フーリエレンズ、１５…偏光子、１６…コリ
メートレンズ、１７，３７…ハーフミラー、１８…反射
型の空間光変調器、１９〜２１…全反射鏡、２２…検光
子、２４…固体撮像装置、２５…中央制御部、２６…Ｓ
ＬＭ制御部、２７…閾値電圧調整部、３８…透過型の空
間光変調器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊田晴義静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者原勉静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレント光を被測定物に投射する投
光手段と、上記被測定物によるコヒーレント光の回折及び散乱で生
じるパターン光を光学的にフーリエ変換するフーリエレ
ンズと、上記フーリエレンズによるフーリエ変換光像の所定偏光
角成分を通過させる偏光子と、上記偏光子を通過したフーリエ変換光像を分岐して、一
方の光像（入射光像）を反射型空間光変調器の前面側に
入射させる光分岐器と、上記光分岐器で分岐された他方の光像（書き込み光像）
を反射型の空間光変調器の背面側に上記一方の光像（入
射光像）と面対称となるように入射させる光学機構と、上記書込み光像の所定の高強度スペクトル成分によって
のみ上記空間光変調器の複屈折変化を誘起させるバイア
ス電圧を該空間光変調器に印加する閾値電圧制御手段
と、上記入射光像が上記空間光変調器で反射されて来る反射
光像のうち上記空間光変調器で旋光された光成分の通過
を遮断する検光子と、上記検光子を通過した光像を光学的に逆フーリエ変換す
る他のフーリエレンズと、を具備することを特徴とする
光学検査装置。
【請求項２】前記光学機構には、前記一方の光像（入
射光像）の減光させる減光フィルタが設けられているこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学検査装置。
【請求項３】コヒーレント光を被測定物に投射する投
光手段と、上記被測定物によるコヒーレント光の回折及び散乱で生
じるパターン光を光学的にフーリエ変換するフーリエレ
ンズと、上記フーリエレンズによるフーリエ変換光像の所定偏光
角成分を通過させる偏光子と、上記偏光子を通過したフーリエ変換光像が入射される反
射型の空間光変調器と、上記フーリエ変換光像の所定
の高強度スペクトル成分によってのみ上記空間光変調器
の複屈折変化を誘起させるバイアス電圧を該空間光変調
器に印加する閾値電圧制御手段と、上記フーリエ変換光像が上記空間光変調器で反射されて
来る反射光像のうち上記空間光変調器で旋光された光成
分の通過を遮断する検光子と、上記検光子を通過した光像を光学的に逆フーリエ変換す
る他のフーリエレンズと、を具備することを特徴とする
光学検査装置。