(57)【要約】【課題】  簡易な構成で耐光性を向上することができる光検出器及び安定して検査を行うことができるパターン基板の検査装置を提供すること。【解決手段】  本発明の一態様にかかる光検出器１０は、容器１２と、容器１２内に設けられた受光素子１１と、容器１２に取り付けられ、受光素子１１の受光面に対応して設けられた窓部１３と、窓部１３と容器１２との間の空間に含まれた水素ガス１４とを有するものである。この構成によって、紫外線等の照射によって生じたダングリングボンドを水素で終端して、受光感度の低下を低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器内に設けられた受光素子
前記容器に取り付けられ、前記受光素子の受光面に対応して設けられた窓部と、
前記窓部と容器との間の空間に含まれた水素ガスとを有する光検出器。
【請求項２】
前記受光素子が、
シリコン層と、
前記シリコン層と接するように設けられたシリコン酸化膜層とを有する請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記容器と前記窓部との間の空間が密閉され、前記密閉された前記容器と前記窓部との間の空間に前記水素ガスが封入されている請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記容器内に水素ガスを供給する配管が接続されている請求項１、２又は３に記載の光検出器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光検出器を用いたパターン基板の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光検出器及びマスク検査装置に関し、特に詳しくは容器内に設けられた受光素子を有する光検出器とそれを用いたパターン基板の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、パターンに欠陥があると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因となり、歩留まりが低下する。従って、半導体基板やその製造工程で使用するフォトマスクなどのパターン基板に異物が付着しているか否かを検査する検査装置が利用されている。このような検査装置では、通常、マスクに光を照射して、マスクを透過又は反射した光を光検出器で検出している。
【０００３】
近年の半導体デバイスの微細化によって、例えば、１９３ｎｍや１５７ｎｍの遠紫外光源が露光装置用光源として用いられている。このような露光波長のマスクに対して、より精度の高い検査を行うため、露光波長と略同じ波長の光源が検査装置に用いられるようになってきている。しかしながら、検査装置に遠紫外線等の短波長を出射する光源を用いる場合、検出器の感度が劣化してしまうという問題点がある。
【０００４】
これに対して、耐紫外線を向上させた受光素子が開示されている（特許文献１、特許文献２）。この受光素子では、真空チャンバー中に水素を供給して薄膜を形成している。すなわち、プロセスガスとして水素を含む混合ガスを使用して、薄膜形成している。これにより、III族元素と窒素の両方に発生する未結合手を補償することができる。また、水素化アモルファスシリコンを用いた光電変換ダイオード素子が開示されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５８２８９号公報
【特許文献２】特開２００２−９４１０６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２６６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の受光素子では、耐紫外線を向上させるために、薄膜形成工程中に、水素を供給する必要がある。従って、既に形成された受光素子の耐光性を向上することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、簡便に耐光性を向上することができる光検出器及び安定して検査を行うことができるパターン基板の検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様にかかる光検出器は、容器と、前記容器内に設けられた受光素子前記容器に取り付けられ、前記受光素子の受光面に対応して設けられた窓部と、前記窓部と容器との間の空間に含まれた水素ガスとを有するものである。これにより、簡便に耐光性を向上することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様にかかる光検出器は、上記の光検出器であって、前記受光素子が、シリコン層と、前記シリコン層と接するように設けられたシリコン酸化膜層とを有するものである。これにより、シリコン層と、シリコン酸化膜層との界面におけるダングリングボンドを水素で終端することができるため、感度の低下を低減することができる。
【００１０】
本発明の第３の態様にかかる光検出器は、上記の光検出器であって、前記容器と前記窓部との間の空間が密閉され、前記密閉された前記容器と前記窓部との間の空間に前記水素ガスが封入されているものである。これにより、長時間使用した場合でも、感度の低下を低減することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様にかかる光検出器は、上記の光検出器であって、前記容器内に水素ガスを供給する配管が接続されているものである。これにより、長時間使用した場合でも、感度の低下を低減することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様にかかるパターン基板の検査装置は、上記の光検出器を用いたものである。これにより、精度の高い検査を安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡便に耐光性を向上することができる光検出器及び安定して検査を行うことができるパターン基板の検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００１５】
発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる光検出器について図１を用いて説明する。図１は光検出器の構成を示す側面断面図である。１０は光検出器、１１は受光素子、１２は容器、１３は窓部、１４は水素ガスである。
【００１６】
受光素子１１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子である。具体的には、マトリクス状に配列されたフォトダイオードアレイと、そのフォトダイオードアレイで蓄積された電荷を転送するＣＣＤが設けられている。受光素子１１には、入射光量に応じた数の電荷を生成するフォトダイオードがアレイ状に配列されている。なお、１つのフォトダイオードが検出画素となる。そして、各フォトダイオードには、信号電荷を転送するＣＣＤが設けられている。ＣＣＤは、フォトダイオードで生成された電荷を転送して、画素毎に出力する。このＣＣＤからの出力信号が光検出器１０の外部に出力される。これにより、光の強度に応じた出力信号が出力される。
【００１７】
受光素子１１は、シリコン層（Ｓｉ層）及びシリコン酸化膜層（ＳｉＯ２層）を備えている。受光素子１１は、例えば、単結晶シリコン基板上に形成することができる。具体的な１例としては、ｐ型シリコン基板を用いることができる。受光素子１１としては、例えば、背面照射型ＣＣＤ（ＢＴ−ＣＣＤ）が好適である。ＢＴ−ＣＣＤでは、ＣＣＤ駆動構造のない面を物理的に削っている。このため、光電変換部へ直接光が入射する。従って、ＣＣＤに入射する光を効率よく信号電荷に変換することができる。これにより、広い波長域にわたって高い量子効率（光電変換効率）を得ることができるため、紫外線の検出に好適である。例えば、ｐ型シリコン基板に、ｎ型埋め込みチャネルを形成する。その表面上に、ＳｉＯ２層からなるゲート酸化膜を形成する。ゲート酸化膜の上から、例えば、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる電極パターンを形成する。そして、アルミニウム等の金属材料を用いて、電極パターン等と接続される配線を形成する。これらの上から保護膜を形成する。さらに、シリコン基板の電極パターン等が設けられている面と反対側の面を削る。これにより、基板の裏面側が薄型化され、光電変換部へ直接光が入射する。なお、シリコン基板の受光側に保護膜として、酸化膜を形成してもよい。
【００１８】
このように、受光素子１１には、Ｓｉ層と、ＳｉＯ２層とが接するように形成されている。従って、紫外線が照射されると、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との界面には、共有結合が切れた未結合手（ダングリングボンド）が発生する。さらに、ダングリングボンドは、界面だけではなく、Ｓｉ層やＳｉＯ２層等の各層内部においても発生することもある。ダングリングボンドが発生すると受光素子１１の性能に影響を及ぼすため、受光素子１１の検出感度が低下してしまうことがある。本実施の形態では、紫外線照射によって発生するダングリングボンドを容器内に封入した水素によって終端している。これにより、紫外線照射に起因する検出感度の劣化を低減することができる。特に、遠紫外線は、シリコン中に１ｎｍ程度しか侵入しないため、ホットエレクトロンペアのほとんどは、Ｓｉ層と、ＳｉＯ２層との界面近傍に存在する。従って、遠紫外線を検出する場合では、可視光や赤外線を検出する場合よりも、Ｓｉ層と、ＳｉＯ２層との界面でのダングリングボンドが問題となりやすい。しかしながら、図１に示す構成によって、受光素子の劣化を低減することができる。
【００１９】
なお、受光素子１１は、ＣＣＤに限られるものではない。例えば、受光素子１１は、ＣＣＤが形成されていないフォトダイオードアレイでもよく、また、ＣＭＯＳセンサーであってもよい。さらに、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式のものでもよい。フォトダイオード以外の光電変換素子を受光素子１１として用いてもよい。特に、ダングリングボンドが発生しやすいＳｉ層とＳｉＯ２層とが形成されている構成に対して好適である。さらに、２次元センサに限らず、１次元センサやポイントセンサであってもよい。受光素子１１は、紫外線等の光の受光量に応じた信号を出力する。
【００２０】
この受光素子１１が容器１２の内部に設けられている。すなわち、容器１２に設けられた凹部の中に受光素子１１が収容されている。受光素子１１の高さは、容器１２の側壁よりも低くなる。また、容器１２の側壁は受光素子１１を囲むように設けられている。受光素子１１は容器１２に対して固定されている。受光素子１１は、上側が受光面となっている。すなわち、受光素子１１は、受光面と反対側の面が容器１２と接するように設けられている。従って、容器１２は受光面側を除いて周囲が容器１２によって囲まれている。そして、受光素子１１の受光面側に対応する開口部が容器１２には設けられている。
【００２１】
容器１２としては、例えば、水素ガス１４に対してリークの少ない材質を用いることが好ましい。例えば、容器１２として、金属基板を用いることができる。さらに、容器１２には、側面側又は下面側に、信号の出力及び電源電圧の供給を行なうためのポートが設けられている。例えば、側面又は下面側にハーメチックシールを設けることによって、受光素子１１から出力信号を取り出すことができる。また、このハーメチックシールによって受光素子１１に電源電圧を供給することができる。すなわち、ハーメチックシールの端子を出力端子及び電源電圧供給端子として、外部へ信号を出力するとともに、外部からの電源電圧の供給を行なう。容器１２の端子には、気密端子を用いることが好ましい。これにより、容器１２と窓部１３との間の空間を密閉することができる。すなわち、容器１２と窓部１３とで形成される空間が封止されている状態となる。従って、水素ガス１４のリークを低減することができ、水素ガス１４の圧力を一定の保つことができる。従って、紫外線の照射による受光素子の劣化を低減することができる。もちろん、ハーメチックシールの端子以外の気密端子を用いてもよい。
【００２２】
容器１２には、窓部１３が取り付けられている。窓部１３は、例えば、ガラス基板などの透明部材である。窓部１３は紫外線に対して透過率の高い材質を用いることが好ましい。また、窓部１３は、水素ガス１４に対してリークの小さい材質であることが好ましい。具体的には、サファイアガラスや石英ガラスによって窓部１３を形成することができる。容器１２は、受光素子１１の受光面に対応するように設けられている。従って、窓部１３に入射した光は、窓部１３を透過して、受光素子１１の受光面に入射する。窓部１３は容器１２に対してシール（図示せず）を介して固定されている。従って、容器１２と窓部１３との間の空間は密閉されている。
【００２３】
窓部１３と容器１２の間の密閉空間には水素ガス１４が設けられている。受光素子１１が水素ガス１４雰囲気中に配設されている。すなわち、受光素子１１が水素ガス１４に曝された状態となる。これにより、受光素子１１を水素雰囲気中で使用することができる。この状態では、水素ガス１４が、例えば、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との界面まで拡散される。そして、水素ガス１４雰囲気中で光検出器１０が紫外線を検出する。光検出器１０で紫外線を測定している間、紫外線照射によって発生したダングリングボンドが水素で終端される。従って、受光感度に影響するトラップができにくくなる。また、暗電流を低減させることができる。これにより、耐紫外線性を向上することができる。
【００２４】
なお、容器１２と窓部１３との間に設けるガスは、水素ガス１４が含有されているガスであればよい。例えば、水素ガスと他のガスとの混合ガスであってもよい。水素ガス１４の圧力は、受光素子の構造や照射される紫外線の強度に応じて適宜選択すればよい。例えば、水素ガスの圧力としては、１Ｐａ〜１．０×１０５Ｐａ程度とすることができる。なお、水素ガス１４を所定の圧力とするためには、水素ガス雰囲気中で受光素子１１が設けられている容器１２に窓部１３を取り付けて、密閉する。これにより、窓部１３と容器１２との間の空間に含まれる水素ガス１４を所定の圧力にすることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、窓部１３と容器１２とで形成される空間を密閉する構成としたが、これに限られるものではない。すなわち、密閉されていない空間に水素ガスを充填してもよい。窓部１３と容器１２とで形成される空間に水素ガス１４が含まれていることによって、受光素子１１に生じたダングリングボンドを水素で終端することができる。よって、耐紫外線性を向上することができる。なお、耐紫外線性をより向上させるためには、窓部１３によって受光素子１１が配設される空間を封止することが好ましい。これにより、長時間の間、水素ガス１４を圧力を略一定に保つことができる。このため、長時間使用した場合でも、受光感度の劣化を防ぐことができる。
【００２６】
この光検出器１０は、１９３ｎｍのＡｒＦレーザや１５７ｎｍのＦ２レーザ等からの紫外域の光を検出する光検出器に好適である。特にパルスレーザ光源では、受光素子１１が劣化しやすいため、パルスレーザ光源を検出する場合に好適である。もちろん、紫外線以外の波長の光源から出射される光を検出する場合にも好適である。従って、短波長の光の照射によるダメージを低減することができ、受光素子の感度低下を低減することができる。このように、高エネルギー照射による感度の劣化を低減することができ、簡便に耐光性を向上させることができる。
【００２７】
上記の光検出器１０を半導体製造工程で用いられるパターン基板の検査装置に用いることで、より精度よく検査を行うことができる。すなわち、紫外線を出射するレーザ光源をパターン基板に照射して、その反射光又は透過光を光検出器１０で検出する。この際、パターン基板に照射する光は、露光波長と略同じ波長とする。これにより、精度の高い検査を行うことができる。さらに、高エネルギーの紫外線が照射されても受光素子１１が劣化しないため、安定した検査を行うことができる。また、光検出器１０を１つのパッケージとすることで、容易にパターン基板の検査装置に利用することができる。従って、他の光検出器への交換等を容易に行うことができ、汎用性を向上することができる。特に、フォトマスクなどの精度の高い検査を要求されるパターン基板の検査に好適である。
【００２８】
発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる光検出器１０の構成について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態にかかる光検出器１０の構成を示す側面断面図である。なお、実施の形態１で示した構成については、説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態にかかる光検出器１０は、実施の形態１で示した光検出器１０に対して、水素ガスの供給用配管１５と循環用配管１７とが接続されている。水素ガス１４の供給用配管１５及び循環用配管１７は、例えば、容器１２の側面に設けられている。供給用配管１５は循環器１６に取り付けられている。すなわち、供給用配管１５は循環器１６と容器１２とを接続している。循環器１６は、水素ガスを循環させるためのポンプ等を有している。そして、循環器１６は所定の流量の水素ガス１４を供給用配管１５に排出する。これにより、供給用配管１５から水素ガス１４が容器１２内に供給される。
【００３０】
さらに、供給用配管１５から供給された水素ガス１４は循環用配管１７を介して循環されている。すなわち、循環用配管１７は、容器１２と循環器１６とを接続している。従って、供給用配管１５から供給された水素ガス１４は、循環用配管１７を介して循環器１６まで循環される。これにより、水素ガス１４の圧力を一定に保つことができる。水素ガス雰囲気中で紫外線を検出を行なうことができる。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、容器１２と窓部１３とで形成される空間を密閉しなくてもよい。また、水素ガス１４を循環させる構成に限られるものではない。すなわち、水素ガス１４を供給するための供給用配管１５が設けられていればよい。これにより、容器１２と窓部１３との間の空間に水素ガスを供給することができる。従って、光照射によって生じるダングリングボンドを水素で終端することができる。従って、耐紫外線性を向上することができる。このように、光検出器１０によって光を検出している間、水素ガス１４を供給することによって、紫外線照射による受光素子１１の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光検出器の構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる光検出器の構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  光検出器、１１  受光素子、１２  容器、１３  窓部、１４  水素ガス、
１５  供給用配管、１６  循環器、１７  循環用配管
【図１】
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【図２】
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