JPH09229652A - 検出器を複数有する差動位相差検査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 １ミクロン未満の大きさの欠陥を有する高品
質の表面の高精度の検査を行うことができるシステムを
提供する。 【解決手段】 レーザ光ビームを放出するレーザ光源１
２；光ビームの少なくとも一部の波面の位相を変調して
ビームにパターンを与えるようになっている位相板１
６；光源１２と位相板１６の間に動作可能に配置され、
レーザ光源１２から放出される光の波面を改善するよう
になっている、空間フィルタ手段１３；空間フィルタ１
３および位相板１６によって修正された光を所定の領域
に集める集束システム；検査するものを載せる検査ステ
ージ；前記ステージ上で検査されるものと相互作用を行
った後の光を受け取るように前記ステージに関して動作
可能に配置され、そこに入射する光に応答して電気的信
号を発生することができる少なくとも２つの不連続な光
検出器２６ａ，２６ｂ，２６ｃを含む、検出器手段；を
備える検査システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に高品質の
表面の１ミクロン未満の大きさの欠陥を光学的に検査す
るシステムに関し、より詳細には、光ビームを用いて当
該検査を行うシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ほぼすべてのタイプの電気および
電子部品のメーカーによる部品の小型化はかなり進歩し
てきた。小型化が進むにしたがい、部品の組立に確実に
欠陥がないようにすることがますます重要になった。こ
ういったますます小型化する部品の欠陥は、小さいもの
では幅が数ミクロンあるいはそれ未満ということがあり
得る。ガラス基板の亀裂や引っかき傷の幅は、０．００
０３ｍｍ未満ということもあり得るが、それでもやは
り、製造工程中に広がっていく。したがって、この大き
さの欠陥であっても、今日の電子部品で動作不能になる
ものは多い。

【０００３】表面に欠陥のないことが要求される電子部
品の例としては、少し挙げるだけでも、アクティブマト
リクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）等のフラットパ
ネルディスプレイ（ＦＰＤ）、光学ディスク、光学的平
面、エタロン、精密ウインド、プリズム、レーザ鏡面基
板、等がある。ＬＣＤや太陽電池に用いる透明な被覆し
た光学素子等の特定の材料も、表面に欠陥のないことが
要求される。こういった材料における欠陥はミクロンレ
ベルの小さなものであり得る、という事実に加えて、こ
ういった装置または表面は１メートルまたはそれ以上の
大きさであり得る、という事実がある。

【０００４】ＦＰＤ、特にＡＭＬＣＤに関して、メーカ
ーがこういった装置の製造歩留まりを４０％未満である
と報告している点からも、検査は欠くことができないも
のである。製造歩留まりをかなり向上する領域のひとつ
は、製造工程の開始前、材料の予備層のデポジションの
後、およびダストをふるい分ける工程全体の間の、ガラ
ス基板の検査の質を向上するということであろう。基板
の最初の検査は、破壊、欠け、亀裂、ひずみ、脈状の縞
模様、気泡をふるい分けることであろう。他の重要な検
査基準としては、ダスト、引っかき傷、有機的な汚損、
がある。

【０００５】大きい面積の高品質の表面を検査する最良
の方法は、光を表面に当て、調査中の表面の特定の欠陥
が原因である散乱がもしあるならばその量を測定するこ
とである、ということがかなり前から知られている。こ
の方法のおもな問題は、微細な欠陥によって反射される
光ビームの散乱が非常にわずかなものであるので監視シ
ステムの「ノイズ」と識別することができない、という
事実の結果として生じているものである。こういったタ
イプの状況は、通常、欠陥が光をベースにしたシステム
の回折限界よりも小さいときに生じる。同様に、こうい
った問題は、欠陥の深さが照射ビームの波長よりも小さ
いときに生じる。こういった制約があるために、光散乱
システムは、非常に感度の高い装置の検査には不適当で
ある。微細な欠陥（ただし装置を動作不能にするには十
分大きい）はこのシステムでは検出できないからであ
る。

【０００６】光散乱システムにおけるこういった欠点を
克服しようとする中で、干渉計を用いたシステムが考案
されている。干渉計による測定法とは、既知の距離だけ
間隔を置いて配置したセンサから受け取る２つまたはそ
れ以上の信号の時間または位相における差を測定する、
というものである。こういったタイプの干渉計を用いた
システムは広く知られており、今日では研究所において
は用いられている。しかし、干渉計を用いたシステムの
主な制約は、光源から現れる波面と欠陥が空間において
重なる（すなわち、一緒に伝わる）ために、位相の検出
を反射の方向で行わねばならない、ということである。
この結果、直流レベルが高くなり、これは信号の検出に
おいて克服せねばならない。位相差干渉計を用いた方法
は、このような高い直流レベルに関連する諸問題を克服
するものであるが、調整、振動、整列の狂い等に非常に
敏感である。さらに、干渉計を用いたシステムは周期的
に変化する場を有するため、位相期間のふらつきが大き
い。したがって、場のいかなる点も１波長離れた他の点
と交換することができるため、表面の計算はあいまいに
なってしまう。さらに、基準ビームが必要なため、１波
長の間隔内の基準の調整にシステム全体が敏感になって
しまう、という制約もある。

【０００７】こういったタイプの干渉計を用いたシステ
ムは、これまでに欠陥への感度が許容できるものとなり
欠陥を背後のノイズから識別することができるので、特
に研究所の用途では好結果を収めるものであることがわ
かっている。しかしながら、こういったタイプのシステ
ムは、工業的な環境では有用であるとは証明されていな
い。これは、感度が高く、振動やシステムの調整等の外
部の影響によって影響を受けやすいからである。

【０００８】こういったタイプの問題を除去しようとす
る試みがこれまでになされてきた。干渉計を用いたシス
テムに存在する高い直流レベルを取り除く方法として有
用なものは、位相差干渉計による測定法を用いる、とい
うものである。この方法では、２つの干渉する光ビーム
を調整してシステム内の公称光路差が波長の１／２にな
るようにする。その結果、干渉の後、結果として生じる
振幅はゼロとなる。したがって、２つの干渉するビーム
の１つが小さく変化しても、結果として生じる振幅には
かなりの変化が起こり、それゆえ直流成分のないかなり
の測定信号が生じる。

【０００９】位相干渉計を用いたシステムの利点は、位
相差は「ゼロ」の信号に対して、通常の干渉計を用いた
システムでは「ゼロでない」基準レベルを有するのであ
るが、このシステムでは「ゼロ」の応答をする、という
点にある。位相差の方法の欠点は、システム内の調整に
非常に敏感で融通性がない、ということである。システ
ム内の公称光路長にいかなる変化があっても、直流レベ
ルがゼロでなくなるとともに、検出器における信号差も
変化してしまう。この問題は、工業用途におけるように
高速走査を考慮した場合、さらに大きなものになる。

【００１０】さらに、これはＦＰＤのメーカー、特にＡ
ＭＬＣＤのメーカーにとってより重要なのだが、こうい
ったタイプのシステムの感度のレベルは許容できるレベ
ルに満たないままである、という事実がある。たとえ
ば、従来技術の干渉計の空間および深さの感度はそれぞ
れ約２．０μｍ、０．０１μｍであり、しかも非常に低
速で不安定なものである。

【００１１】したがって、光路の微細な変化（それゆえ
調査する表面上の欠陥の存在）に対して非常に感度が高
い、光をベースにした検査システムが必要とされてい
る。検査システムは、光学システムの回折限界よりも小
さな欠陥を検出できるべきであり、比較的高速でそのよ
うな検出ができるべきである。検査システムはまた、外
部要因からの影響をほとんどまたは全く受けないもので
あるべきである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、１ミクロン未満の大きさの欠陥を有する高品質
の表面の高精度の検査を行うことができるシステムを提
供することである。本発明の他の目的は、現在の高品質
の表面の生産ライン技術に適合する検査システムを提供
することである。本発明の他の目的は、高い処理能力を
有することができる検査システムを提供することであ
る。本発明の他の目的は、調整なしで様々な大きさの様
々な被加工物を検査することができる検査システムを提
供することである。本発明の他の目的は、振動、整列の
狂い、その他外部要因に耐えうる検査システムを提供す
ることである。これらのおよびその他の本発明の目的お
よび利点は、以下の発明の詳細な説明、図面、特許請求
の範囲を読めば明らかになろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、干渉計内の２
つの別個のビームを用いることによるのではなく単一の
光ビームから位相差を取り出すシステムを提供すること
によって、従来技術の制約を克服する。この進歩性を有
するシステム、これを本特許の発明者は差動位相差のブ
ラックビーム干渉計として識別したが、これは、干渉が
完全に単一の光ビーム内で起こるという事実に頼ってい
る。

【００１４】すなわち、本発明は、レーザ光ビームを放
出するレーザ光源、前記レーザ光源から放出される光路
に動作可能に配置され、前記ビームの少なくとも一部の
波面の位相を変調して前記ビームの光軸の領域において
前記ビームの強さが略ゼロであり、光の強さが略ゼロで
ある前記領域のそれぞれの側に１つの突出部があるよう
に配置された少なくとも２つの光の突出部を前記ビーム
が含むように前記ビームにパターンを与えるようになっ
ている位相板、前記光源と前記位相板の間に動作可能に
配置され、前記レーザ光源から放出される光の波面を改
善するようになっている、空間フィルタ手段、前記空間
フィルタおよび前記位相板によって修正された光を所定
の領域に集める集束システム、検査するものを載せる検
査ステージ、前記ステージ上で検査されるものと相互作
用を行った後の光を受け取るように前記ステージに関し
て動作可能に配置され、そこに入射する光に応答して電
気的信号を発生することができる少なくとも２つの不連
続な光検出器を含む、検出器手段、を備えることを特徴
とする検査システムを提供する。

【００１５】本システムは、波面にわたって修正したレ
ーザ光の単一のビームを用いて表面の平面に「ブラック
ビーム」を作り出す。「ブラックビーム」とは、光軸の
近傍で強度がゼロであるビームである。

【００１６】その結果、光軸に接近して乱されていない
ビームが（検出器によって）検出されると、検出器の出
力はゼロとなる。しかし、ビームが欠陥に出会うと、バ
ランスが狂い、検出器は出力を記録する。ビームが欠陥
の上を走査すると、検出器の出力が変化して、欠陥を量
的に記述する。欠陥は、振幅、位相、または偏光といっ
た、ビームの光学的特性のいずれかの変化によって表す
ことができる。

【００１７】本システムは、従来技術に勝る利点をいく
つか備えている。たとえば、本システムは、欠陥の振幅
と位相の両方を検出する、という点で、感度が高い。そ
の結果、非常に浅い欠陥、すなわち１波長の一部でしか
ない高さの差であっても、位相の変化を通して検出され
る。本システムはまた、欠陥の大きさが照射ビームの大
きさまたは波長よりも遥かに小さい場合であっても欠陥
が干渉計の信号に影響を与えるので、感度が高い。その
結果、システムの感度はビームの大きさによってではな
く、システム内のＳ／Ｎ比によって制限される。

【００１８】本システムはまた、差動（すなわち、光路
が共通である）干渉計を用いたシステムであるので、高
安定性を備えている。したがって、収差、整列の狂い、
移動、および外部要因はすべて両方のビームに影響を与
え、光路差は生じない。最後に、この進歩性を有するシ
ステムは、面積の大きな基板であっても高速で検査する
ことができる。

【００１９】本発明の検査システムは、検査する表面を
照射する空間的に干渉性のある光源を含む。位相板が設
けられていて、コヒーレント光ビームにあらかじめ選ん
だパターンを与える。パターンの目的は、光源が放出し
たビームの波面の位相を所定の方法で変調することであ
る。集束システムも設けられていて、照射ビームを検査
する表面上に集める。検査システムはまた、検査する表
面が反射または伝達する光を受け取るように配置した検
出器を含む。検出器は、受け取ったビームの干渉構造に
おける変化を検出することができる。

【００２０】検査システムはさらに、１つまたは２つの
座標中にある走査システムを含んで、検査システムが被
加工物の表面全体を検査することができるようにしても
よい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、以下の説明および図面
を参照して理解することができる。様々な図面におい
て、参照番号は共通に使用される。

【００２２】図１において、本発明による検査システム
１０の簡略ブロック図を示す。検査システム１０は、光
源１２を含む。光源１２は、レーザ等のコヒーレント光
源であることが好ましい。コヒーレント光源１２から放
出される光は、図２に示すように、ある強度の単相の光
である。コヒーレント光源１２から光ビーム１４が放出
され、光学素子１６に向けられる。光学素子１６は、ビ
ーム１４のある領域において位相遅延を与えるようにな
っている。この点において、この光学素子は光ビーム１
４の少なくとも一部に遅延を導入するようになっている
位相板または他の光学素子であってもよい。光ビーム１
４に導入される位相遅延は、たとえば、ビームの左側に
関してビームの右側の位相を波長の１／２だけずらす、
というものでもよい。位相板１６から現れる光の位相お
よび強度を図３に示す。

【００２３】修正したビームは伝わり続け、光学レンズ
１８を通り抜ける。レンズ１８は、検査するものの表面
上の焦点面に走査線を作り出すようになっている。レン
ズ１８を用いて光を集めることにより、修正したビーム
１４の位相構造は焦点面で干渉し、焦点面パターンを作
り出す。焦点のパターンは、好適な１実施例において
は、図４の２つの突出部２０、２２を有する。この２つ
の突出部は対称であり、原点の強度はゼロであるので、
「ブラックビーム」を提供する。すなわち、この２つの
突出部の間の光の強度は本質的にゼロであり、その結果
３つの隣接する領域は異なる光の強度を有する。焦点面
パターンは本質的に光学プローブであり、異なる検査用
途に合うように最適化してもよい。

【００２４】焦点パターンはその後検査する被加工物２
４に合わせられる。被加工物は、１実施例においては、
ＦＰＤまたはＡＭＬＣＤの製造に用いるガラス基板等の
透明な被加工物である。しかし、この検査システムを用
いる被加工物のタイプは、本発明において全く限定され
ない。光学的ブラックビームのパターンは被加工物２４
を通って伝わり、検出器２６に達する。検出器２６は、
直線形の感知領域を焦点面パターンのゼロの強度のパタ
ーンのところに配置したものでもよい。検出器２６は、
たとえば、ＣＣＤ、アモルファスシリコンの検出装置、
ＰＩＮ検出器、または当業者に公知のいかなるその他の
そういった光学的検出装置でもよい。または、検出器
は、光源からの光を受け取るように配置し図４の突出部
２０、２２が規定する領域に配置した複数の検出器でも
よい。

【００２５】検査システム１０が検査している被加工物
２４が完全、すなわち欠陥がないとすると、修正した集
束ビームは、乱されたりその他位相または振幅に関して
変えられることなく検出器２６に達する。その結果、検
出器２６で検出するビームは、図５に示すものになる。
逆に、被加工物２４に欠陥がある場合には、光ビームの
位相および／または振幅が変わる。ビームにおけるその
変化は、検出器２６のところで検出され、たとえば図６
に示すものになる。本発明の動作の背後にある原理は、
電磁場（光ビーム）は、その光路における最も小さな構
造についても位相情報を伝達する、ということである。
したがって、通常の状態では検出できないと考えられる
欠陥、光学素子の回折限界よりも大きさ（面積）がはる
かに小さい欠陥や光の波長よりもはるかに浅い（深さあ
るいは高さが）欠陥、が作り出す摂動を、適当な技術に
よって分解することができる。上述の微細な摂動を分解
するのに用いる技術は、ビームが放出された波面にわた
って精密な位相構造を有する単一のコヒーレントビーム
（２つまたはそれ以上のビームではなく）であることに
頼っている。

【００２６】集束すると、ビームの位相構造は、ビーム
が広がり回折するために交差して干渉する。これによ
り、ビームにわたって強度のパターンが作り出される。
図２ないし図６は、波面の半分がもう半分に関して１８
０°の位相のずれを有している位相構造の結果として生
じる突出部（強度）のパターンを示す。位相の構造化の
効果は、構造化したビームの振幅と強度の両方において
見ることができる。前述の位相パターンを有する位相を
構造化したビームは、光軸の近傍の強度がゼロまたはゼ
ロに近いので、特定の強度の構造、いわゆる「ブラック
ビーム」を作り出す。

【００２７】「ブラックビーム」は、位相差機構内で作
動する差動干渉計のように機能するが、重要な相違点
は、２つの干渉するビームは、同じコヒーレントビーム
の回折によって作り出されているために、結像手段によ
って分離されずまた分離することが不可能である、とい
うことである。したがって、本検査システムは、単一ビ
ーム位相差干渉計として作動する。したがって、「ブラ
ックビーム」は、埋め込んだ位相情報を失うことなく、
走査されたり、そらしたり、回折したり、集束された
り、広げられることができる。構造化したビーム全体に
影響を与える変化は、構造を変えることはなく、埋め込
んだ情報に影響を与えることがない。構造化したビーム
はまた、波面内で変化がない限り、（事実上）無限の距
離にわたって、埋め込んだ情報を変えることなく伝わ
る。本検査システムを振動等の外部要因から実質的に影
響されないものにしているのは、この特性である。

【００２８】位相を構造化した「ブラックビーム」がガ
ラス基板等の被加工物２４を通り抜けさせられるときに
は、いかなる欠陥も二次波を発生し、この二次波は、光
軸に沿ってさらに伝わるときに、メインのブラックビー
ムに干渉して光軸の近傍の微妙なバランスを狂わせる。

【００２９】「ブラックビーム」における光軸上で検出
器２６がゼロでないものを読み取るということは、検査
中の表面に欠陥が存在するということを示す。読み取っ
たもののシグネチャーは、欠陥の性質および大きさを示
す。または、変化を光学的突出部２０、２２が規定する
光の突出部において測定し、そういった突出部の路に配
置された複数の検出器で測定してもよい。同様に、検出
器を両方の突出部の路および光軸（すなわち、ブラック
ビーム内）に１つづつ配置して３つの領域すべての変化
を測定してもよい。

【００３０】コヒーレント光ビームにおける位相構造
は、あるパターンを有する位相板をビームの路に挿入す
ることによって作り出される。たとえば、位相板１６
は、同じ回折限界のビームの半波２つの間にλ／２の位
相の変化を起こしてもよい。

【００３１】検査されている領域が、上述の集束された
「ブラックビーム」と光の突出部で照射される。検査領
域を通った後、ビームの構造が分析される。振幅、位
相、または偏光としての波面の分布における変化が、ビ
ームのパターンの対称性における明瞭な変更として現れ
る。対称性の変化を評価することにより、図６において
認められるパターンにおいて示すような欠陥を記録する
ことができる。いかなる欠陥も、波面の光学的特性に何
らかの変化を起こすため、表面の光学的ノイズ（粗さに
よって発生する）や検査システム自体の電気的ノイズに
よってのみ制限されるすべての欠陥を検出することがで
きる。

【００３２】位相を構造化したレーザ光ビームは検査さ
れている表面全体を走査し、表面の完全な欠陥マップが
得られる。マップは、検査ビームの構造の変化に反映さ
れる表面の粗さの変化および欠陥の位置を示す。

【００３３】次に、図７において、本発明による検査シ
ステムの機能のブロック図を示す。レーザ等のコヒーレ
ント光源１２から放出されたビーム１４は、空間フィル
タ／ビーム・エキスパンダ１３でフィルタをかけられ軸
が平行になり、通り抜けて位相板１６へと向かう。位相
板１６は、上述のとおり、ビームのある領域に位相遅延
を導入する。

【００３４】修飾された光ビームは、ビーム構造に位相
情報を埋め込んだ状態で伝わり続ける。サーボ機構１７
を設けて、ビーム位置を走査線に沿って制御してもよ
い。走査サーボ１７は、コンピュータ１９に送られ広が
りのある走査が行われるようにすることができる信号を
発生する。このサーボ、または２番目のサーボが、被加
工物の「ｙ」座標の移動を行う。特に、被加工物の走査
は「ｘ」および「ｙ」座標の両方で行われる。「ｙ」座
標は、サーボおよびコンピュータが行う高速光学走査に
よって達成される。「ｘ」座標は、検査システムに関す
る被加工物の移動によって達成される。したがって、
「ｙ」座標は走査線に沿った走査点の位置であり、
「ｘ」座標は運搬移動に沿った走査線の位置である。レ
ンズ１８を通して(over)光ビームが角移動することによ
り、焦点面（検査されている基板の表面）に走査線が作
り出される。レンズで集束することによって、ビームの
位相構造が焦点面において干渉する。

【００３５】検査中の被加工物２４の表面は、走査レン
ズ１８の焦点面内に配置されている。被加工物２４は、
コンピュータ１９の発生する信号に応答して光ビームに
関して移動することができるフレーム／サーボ機構２３
に載せてもよい。上述のように、この移動によって二次
元走査の「ｘ」座標が得られる。

【００３６】「ブラックビーム」のパターンとそこに与
えられた光の突出部を有するレーザ・ビームは、被加工
物２４を通って伝わり、検出器２６ａ、２６ｂ、２６ｃ
に達する。検査した表面が完全であれば、位相のパター
ンが構造的な変化はないが倍率が変化して空間を伝わ
る。したがって、検出器でのパターンは、基板でのパタ
ーンと相似でありそれを拡大したものである。検出器
は、走査点のゼロの強度のパターンに沿って配置した直
線形の感知領域を有してもよく、「完全な」表面に対し
ては、信号はゼロとなる。検出器の設計は、パターンの
最小の変化を感知するように最適化してもよい。したが
って、図２〜６で説明した突出部の構造の対称性に影響
を与えるいかなる変化があっても、少なくとも１つの検
出器において信号が発生する。したがって、当業者であ
れば、システムに欠陥が「見え」（または照射点内の２
つの非常に接近した欠陥を識別し）ない場合であって
も、突出点の１つにおける非常に小さな変化がバランス
に影響を与え、少なくとも１つの検出器において測定可
能な信号が発生する、ということが理解できる。

【００３７】本発明によるシステムの利点の１つは、従
来技術の干渉計（差動モードで用いたときであっても）
よりもＳ／Ｎ比が大きい、ということである。従来技術
の干渉計では直流バイアスが高いが、本システムは本質
的に「空白読み取り」方法を用いており、したがって電
子的なホワイトノイズ（これはフィルタで除去すること
が非常に容易である）によってのみ制限される。

【００３８】検出器は、走査の場を広くカバーするよう
に設計してもよい。検出器には集光レンズがないので、
集光する光学素子の寸法によって制限されることがな
い。走査の場は、検出器の大きさによってのみ制限され
る。したがって、この構成では、広い検査領域が達成で
きる。それぞれの検出器がそこに入射する光に応答して
信号を発生し、信号は増幅器３０にリレーされる。電気
的なノイズは、フィルタ３２によって除去することがで
きる。信号は、本質的にそれぞれの検出器に入射する光
の測定値であるが、アナログ・デジタル変換器３４によ
ってデジタル化される。

【００３９】このようにデジタル化した信号は、たとえ
ば高速デジタル信号処理（ＤＳＰ）ボード３６によって
処理してもよい。ＤＳＰボードは、測定値を分類し、増
幅器のノイズを分離し、結果（すなわち、欠陥がある、
またはないということ）をコンピュータ１９に報告す
る。

【００４０】コンピュータ１９は、信号を受け取り、そ
れらの信号をスキャナ１７および関連するサーボ、およ
びフレーム／サーボ機構２３から受け取る２つの信号と
相関させ、その被加工物についての欠陥マップを構成す
る。コンピュータはまた、マンマシンインタフェース、
およびシステムの制御装置の役割もする。検査システム
はまた、モニタ３８等の入出力装置およびプリンタ出力
（図示せず）を含んでもよい。したがって、検査結果
は、マッピング、統計情報、その他重要なオペレータ情
報とともに、モニタに表示される。

【００４１】これまで検査システムを透明な被加工物に
用いる場合を説明してきたが、反射の方法を用いて透明
でない被加工物も検査することができる。反射する表面
を検査する検査システムの構成は、透明な表面について
説明した構成と同様である。主な相違点は、照射ビーム
（レーザからの）の光路にビームスプリッタを導入する
ことである。被加工物２４の表面をビームスプリッタを
通して照射し、信号は同じビームスプリッタに反射して
戻り、検出器に達する。この構成では、検出器は、基板
に関してレーザおよびスキャナと同じ側にある。

【００４２】次に図８において、本発明による検査シス
テムの光学素子を示す簡略図を示す。本システムの第１
の素子は、レーザ１２と、関連する電源１１である。波
面のいかなる変化もシステムは信号として解釈するの
で、数学的モデル化によると、光源は高品質の波面
（「完全な」振幅のガウス分布および単相）を放出する
べきである。モデル化からはまた、波面を構造化するの
に位相板を用いるため、光源の公称波長の小さな変化も
また信号に関連するということがわかる。したがって、
光源は一点／一周波数の回折を制限した放出源であるべ
きである。

【００４３】光源１２の波長は、表面の質および検出可
能性、および検査の用途それ自体によって決められる。
波長を短くすると、システムの感度は信号に対してもノ
イズに対しても高くなる。数学的シミュレーションによ
って、特定の用途にしたがって波長を最適化することが
できる。光源１２の一般的な要求事項としては、次のも
のが含まれる。公称波長（数学的シミュレーションをベ
ースにして）、波長の安定性およびノイズ（光学的ノイ
ズを考慮して）、公称動力出力（検出感度の観点か
ら）、動力のノイズ、ビームの質、すなわち空間的およ
び時間的干渉性、照準／走査の安定性。

【００４４】図８に示す次の光学素子は、空間フィルタ
１３である。空間フィルタ１３の仕事は、レーザ・ビー
ムの波面をきれいにすることである。フィルタをかける
工程の最適化には、特別な注意を払わねばならない。フ
ィルタをかけて除去するものが少な過ぎれば能率的でな
く、フィルタをかけて除去するものが多すぎれば作用し
ているビームに回折が誘発される。空間フィルタは、数
学的モデル化によって検査し最適化することができる。
一般的に、空間フィルタは、少なくとも以下の特性を含
むべきである。

【００４５】光を集束する対物レンズの光学的収差 ピンホールの質 ビームの増大比 平行な光を作る対物レンズの光学的収差 作った平行な光の質 平行な光を作る対物レンズの表面の質

【００４６】検査システム１０の次の構成部品は、位相
板１６である。位相板は、検査表面上に最適な位相構造
を設けるように設計されている。モデル化に従い、そし
て選択した検出器のタイプによって、位相板は多数の位
相パターンを与えることができる。好適な１実施例にお
いては、２つの半波、そしてその代わりとして４つの正
方形（四分区間）、で構成された半波光路差プレートで
ある。焦点領域のビームのパターンを、図４に示す。

【００４７】位相板には形の誤差、ゆえに収差があるべ
きではない。ノイズが出ないように、板の表面は高品質
であるべきである。屈折率が変化して光が曲がらないよ
うに、注意するべきである。光路差としての光学的な被
覆の公称厚さ、光学的な被覆の厚さの変化、光学的な被
覆の縁の質も考慮せねばならない。

【００４８】これまでに説明していないが、検査システ
ムは、検査機構内の光ビームを導く鏡４０を含んでもよ
い。このように導くことにより、全体の設計の大きさを
節約することができる。ビームを導く鏡の要求事項に
は、以下のものが含まれる。収差を生じさせる可能性の
ある形の誤差が確実にないように注意すること、ノイズ
を考慮して表面全体を高品質にすること、保護する被覆
の特性を適切なものにすること、機械的に安定性がある
こと。

【００４９】走査レンズ１８には、２つの主要な機能が
ある。ビームを所定の大きさの点に集束することと、走
査線を設けることである。走査点の大きさは、システム
における重要なパラメータであり、とりわけ以下のもの
を規定する。検査の感度、焦点の深さ（したがって機械
的許容誤差）、検査速度および検査時間、エレクトロニ
クスの周波数応答性、マッピングの精度、サーボシステ
ムの感度。走査線は、１回の走査で検査できる最大幅を
規定し、したがって、検査システム全体の処理能力およ
び操作機構を規定する。したがって、動作中（与えられ
た波面の振幅と位相の両方を評価する）は波のずれが主
な誤差源であるため、走査レンズの収差は最小に保たね
ばならない。走査線の長さによって、走査レンズ１８は
テレセントリックにも非テレセントリックにもなり得
る。後者の場合には、焦点面の近傍に場を平らにするも
のを用いることが必要になるかもしれない。

【００５０】システムの主な光学的構成部品の最後は、
検出器２６ａ、２６ｂ、２６ｃである。検出器は、上述
のように、場の強度（光学的信号）を電気的信号に変換
する。検出器の最大長は走査線の最大長に関連し、周波
数応答性は（点の大きさとともに）走査速度（したがっ
て検査時間）を制限する。検出器は高い波形率（すなわ
ち長く狭い）を有してもよく、最大周波数応答性に合わ
せて設計してもよい。周波数応答性を増大しキャパシタ
ンスを最小にするために、検出器を、エンドトゥエンド
の方法で突き合わせた多数のより小さい検出装置から組
み立ててもよい。サブ検出器のそれぞれからの信号は、
独立して評価される。この構成を有利に適用してここに
示す３つの検出器を用いてもよい。それぞれの検出器は
光の３つの領域の１つまたはそれ以上に配置される。た
とえば、２つの検出器を用いて、光の突出部のそれぞれ
に１つの検出器を配置してもよい。または、３つの検出
器を用いて、ブラックビームの光路に１つの検出器を、
そして光の突出部のそれぞれに１つの検出器を配置して
もよい。

【００５１】検出器は、その寸法を点の大きさと検出面
の公称位置の関数である実際の突出部のパターンによっ
て決定して、正確に配置されるべきである。検出器２６
は、与えられた用途に対して適切な大きさであり、望ま
しい周波数応答性を有するべきである。さらに、与えら
れた検出器の大きさに対して、適切な機械的剛性を備え
るべきである。検出器はまた高感度であり、強度のわず
かな変化を感知するべきである。

【００５２】１実施例において、検出器は幅の狭いフォ
トダイオードである。シリコンのファウンドリは、通常
直径がわずか１００ｍｍに過ぎないウエハーに制限され
る。したがって、検出器はシリコンのフォトダイオード
のセンサの別個の部分から製造されねばならないかもし
れない。システム内の信号の感度は、検出器の反応性お
よび検出器の前置増幅器のノイズのレベルによって決ま
る。好適な前置増幅器のひとつは、トランスインピーダ
ンスの増幅器、または電流電圧変換器である。

【００５３】（シミュレーションの結果）図１ないし図
８に関して上述した本発明によるシミュレートした検査
システムを用いて、透明基板の微細な誤差の検出におい
て好適な結果が得られた。検査は、以下の操作条件で行
われた。

【００５４】 レーザの波長 ０．６３２８μｍ パターンの大きさ 約１０μｍ 位相構造 半波に対してλ／２ステップ 基板 透明、清浄 検出器の位置 軸方向に基板の１０ｍｍ後方 検出器の幅 感知領域が１００μｍ

【００５５】上述の特徴を有する装置を用いて、一連の
欠陥を走査し、図９ないし図１２に示す結果が得られ
た。図９は、幅０．５μｍ×長さ０．５μｍ×高さ０．
５μｍの寸法の点の欠陥、特に基板表面上の粒子、の検
出に応答して検査システムが発生した特徴および信号レ
ベルを示す。

【００５６】同様に、図１０は、幅１．０μｍ×長さ
１．０μｍ×深さ０．０７５μｍの寸法の、点の欠陥、
特に基板表面のピット、の検出に応答して検査システム
が発生したシグネチャーおよび信号レベルを示す。

【００５７】引っかき傷の性質の欠陥もまた、本検査シ
ステムで容易に検出することができる。たとえば、図１
１に基板表面の引っかき傷の検出に応答して検査システ
ムが発生したシグネチャーおよび信号レベルを示す。引
っかき傷の寸法は、幅２．０μｍ×長さ７５．０μｍ×
深さ０．０５０μｍであった。本検査システムは、この
ようにして、被覆した基板の被覆のない部分を検出する
こともできる。図１２は、基板表面に施した被覆の層に
おける欠陥の検出に応答して検査システムが発生したシ
グネチャーおよび信号レベルを示す。表面の欠陥の寸法
は、幅２０μｍ×長さ７５μｍ×深さ０．０３５μｍで
あった。

【００５８】当業者であれば容易に理解されるであろう
が、本発明は、本明細書で特に開示している以外の方法
で実施することができる。したがって、本発明を好適な
実施例に関して説明したが、本発明の趣旨または範囲か
ら逸脱することなく前述のおよびその他の修正および変
形をすることができることを理解せねばならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による検査システムの簡略ブロック図で
ある。

【図２】図１の検査システムの各要素を光が通り抜ける
ときの光の強度およびパターンの一例を示す図である。

【図３】図１の検査システムの各要素を光が通り抜ける
ときの光の強度およびパターンの他の一例を示す図であ
る。

【図４】図１の検査システムの各要素を光が通り抜ける
ときの光の強度およびパターンの他の一例を示す図であ
る。

【図５】図１の検査システムの各要素を光が通り抜ける
ときの光の強度およびパターンの他の一例を示す図であ
る。

【図６】図１の検査システムの各要素を光が通り抜ける
ときの光の強度およびパターンの他の一例を示す図であ
る。

【図７】本発明による検査システムの機能のブロック図
である。

【図８】本発明による検査システムの光学素子を示す簡
略図である。

【図９】被加工物の粒子の欠陥によって発生する信号の
特徴および強度を示す図である。

【図１０】被加工物のピットの欠陥によって発生する信
号の特徴および強度を示す図である。

【図１１】被加工物の引っかき傷の欠陥によって発生す
る信号の特徴および強度を示す図である。

【図１２】被加工物の被覆の欠陥によって発生する信号
の特徴および強度を示す図である。

【符号の説明】

１０ 検査システム １２ 光源 １４ 光ビーム １６ 位相板 １８ レンズ ２０ 突出部 ２２ 突出部 ２４ 被加工物 ２６ 検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツヴィ ヤニフ アメリカ合衆国 48334 ミシガン ファ ーミントン ヒルズ ハイ ヴァリー ロ ード 30257 (72)発明者 イラン レーヴァー イスラエル国 クファル サバ テルーハ イ ストリート 21

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光ビームを放出するレーザ光源、 前記レーザ光源から放出される光路に動作可能に配置さ
   れ、前記ビームの少なくとも一部の波面の位相を変調し
   て前記ビームの光軸の領域において前記ビームの強さが
   略ゼロであり、光の強さが略ゼロである前記領域のそれ
   ぞれの側に１つの突出部があるように配置された少なく
   とも２つの光の突出部を前記ビームが含むように前記ビ
   ームにパターンを与えるようになっている位相板、 前記光源と前記位相板の間に動作可能に配置され、前記
   レーザ光源から放出される光の波面を改善するようにな
   っている、空間フィルタ手段、 前記空間フィルタおよび前記位相板によって修正された
   光を所定の領域に集める集束システム、 検査するものを載せる検査ステージ、 前記ステージ上で検査されるものと相互作用を行った後
   の光を受け取るように前記ステージに関して動作可能に
   配置され、そこに入射する光に応答して電気的信号を発
   生することができる少なくとも２つの不連続な光検出器
   を含む、検出器手段、を備えることを特徴とする検査シ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記２つの検出器が少なくとも一部前記
   光の突出部の路に配置されていることを特徴とする請求
   項１に記載の検査システム。
3. 【請求項３】 ３つの検出器を含む請求項１に記載の検
   査システム。
4. 【請求項４】 前記検出器の２つが少なくとも一部前記
   光の突出部の路に配置されており、前記３つの検出器が
   光軸の領域に配置されていることを特徴とする請求項３
   に記載の検査システム。
5. 【請求項５】 前記光ビームを前記被加工物の表面の少
   なくとも１つの次元にわたって方向付ける手段をさらに
   含む請求項１に記載の検査システム。
6. 【請求項６】 前記方向付け手段が光学スキャナを備え
   ることを特徴とする請求項５に記載の検査システム。
7. 【請求項７】 前記光学スキャナが多角形のスキャナで
   あり、前記スキャナが前記被加工物を第１の次元で走査
   するようになっていることを特徴とする請求項６に記載
   の検査システム。
8. 【請求項８】 前記ステージを前記光源に関して移動す
   る、コンピュータで制御される手段をさらに含む請求項
   １に記載の検査システム。
9. 【請求項９】 前記位相板が、前記ビームの修飾しない
   半波に関してλ／２の係数だけ前記光ビームの半波を修
   飾することを特徴とする請求項１に記載の検査システ
   ム。
10. 【請求項１０】 前記光源から放出される光の路の向き
    を変える少なくとも１つの鏡をさらに含む請求項１に記
    載の検査システム。
11. 【請求項１１】 前記光源からの光が通り抜けるように
    検査されるものが実質的に透明であり、前記検出器が前
    記基板に関して前記光源と反対側に動作可能に配置され
    ていることを特徴とする請求項１に記載の検査システ
    ム。
12. 【請求項１２】 前記光源からの光が反射されるように
    検査されるものが実質的に不透明であり、前記検出器が
    前記基板に関して前記光源と同じ側に動作可能に配置さ
    れていることを特徴とする請求項１に記載の検査システ
    ム。
13. 【請求項１３】 前記基板表面の欠陥が、前記欠陥が光
    ビームを変えて光軸に沿った修飾された光の強度がゼロ
    よりも大きくなるときに検出されることを特徴とする、
    請求項１に記載の検査システム。