(57)【要約】【課題】  本発明は、量子ノイズの影響を抑制し、光量が微弱でも良好な欠陥検出性能が得られる光検査装置およびその方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、上記課題を解決するため、試料に光を照射する光源と、試料に対して透過または散乱または反射した対象光と参照光とを、前記対象光に比べ、干渉後の光のほうが強度が弱くなるように干渉させる光干渉部と、前記光干渉部による干渉後の光の光子数を測定する光子計数器と、前記光子計数器により得られた検出光子数から欠陥の有無を識別する欠陥識別部とを備える光検査装置を提供する。【選択図】  図１
2013205015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に光を照射する光源と、
試料に対して透過、散乱または反射した対象光と参照光とを、前記対象光に比べ、干渉後の光のほうが強度が弱くなるように干渉させる光干渉部と、
前記光干渉部による干渉後の光の光子数を測定する光子計数器と、
前記光子計数器により得られた検出光子数から欠陥の有無を識別する欠陥識別部とを備える光検査装置。
【請求項２】
前記光子計数器は、複数個のガイガーモード・アバランシェフォトダイオード、複数個の光電子増倍管、マルチピクセルフォトンカウンタのうち何れかを用いることを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項３】
前記光干渉器は、欠陥検出の要求性能または試料状態の少なくとも一つに応じて、前記対象光または前記参照光の振幅または位相のうち少なくとも一つを変更することを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項４】
前記欠陥識別部は、欠陥検出の要求性能または試料状態の少なくとも一つに応じて識別方法を変更することを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項５】
前記光干渉器は、前記参照光または前記干渉後の光をスクイーズドさせることを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項６】
前記光干渉器は、偏光状態が直交した前記参照光と前記対象光が光前記偏光器により干渉することを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項７】
前記光源により生成した光の一部を試料に照射して対象光とし、他の一部を前記参照光とすることを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項８】
前記光源は、前記試料に対して前記対象光を得るために照射する光とは別の位置に光を照射し、前記光干渉器は、前記別の位置における試料からの透過または散乱または反射により得られる光を前記参照光として前記対象光と干渉させることを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項９】
前記光源から近接場光を生成する近接場光発生器を備えることを特徴とする請求項１記載の光検査装置。
【請求項１０】
前記対象光と前記参照光との位相を調整する位相調整部を設けることを特徴とする請求項９に記載の光検査装置。
【請求項１１】
試料に光を照射する光照射ステップと、
試料からの透過または散乱または反射により得られる対象光と参照光とを前記対象光に比べ、干渉後の光のほうが強度が弱くなるように干渉させる光干渉ステップと、
前記干渉後の光の光子数を測定する光子計数ステップと、
前記光子計数ステップにより得られた検出光子数に基づいて欠陥の有無を識別する欠陥識別ステップ
とを有することを特徴とする光検査方法。
【請求項１２】
前記光子計数ステップは、複数個のガイガーモード・アバランシェフォトダイオード、複数個の光電子増倍管、マルチピクセルフォトンカウンタのうち何れかを用いることを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１３】
前記光干渉ステップでは、欠陥検出の要求性能または試料状態の少なくとも一つに応じて、前記対象光または前記参照光の振幅または位相のうち少なくとも一つを変更することを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１４】
前記欠陥識別ステップでは、欠陥検出の要求性能または試料状態の少なくとも一つに応じて、識別方法を変更することを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１５】
前記光干渉ステップでは、前記参照光または前記干渉後の光をスクイーズドさせることを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１６】
前記光干渉ステップでは、偏光状態が直交した前記参照光と前記対象光とが干渉することを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１７】
前記光照射ステップでは、一部の光を試料に照射して、他の一部の光を前記参照光とすることを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１８】
前記光照射ステップでは、前記試料に対して前記対象光を得るために照射する光とは別の位置に光を照射し、前記光干渉ステップでは、前記別の位置における試料からの透過または散乱または反射により得られる光を前記参照光とすることを特徴とする請求項１１記載の光検査方法。
【請求項１９】
近接場光発生器により、前記光源から近接場光を生成する近接場発生ステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の光検査方法。
【請求項２０】
前記対象光と前記参照光との位相を調整する位相調整ステップを有することを特徴とする請求項１９記載の光検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の高い歩留まりを得るために、試料表面に存在する微小な欠陥を検査する光検査装置が広く用いられている（例えば、特許文献１、２）。一般に光検査装置では、数十μｍの幅に集光した光を試料表面上に照射し、欠陥からの透過または散乱または反射された光（以下、対象光と呼ぶ）を集光・検出して欠陥検出を行う。現在実用化されている装置では、数十ｎｍ以上の欠陥を検査することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０４２８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０１１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、微細加工技術の進歩に伴い、より微小な欠陥を検査したいという要求が高まっている。微小な欠陥では、欠陥から得られる光は微弱となるため、微弱光にも適用可能なより高性能な欠陥検出技術が必要となる。特に、微弱光では量子ノイズと呼ばれる量子力学の不確定性原理に基づく不可避な揺らぎの影響が無視できなくなるため、量子ノイズの影響を抑えることが重要となる。
【０００５】
欠陥検査を行う方法として、ホモダイン検出やヘテロダイン検出のように試料から得られる光と参照光との振幅差・位相差に関する情報に基づいて欠陥の有無を識別する方法がある。
【０００６】
特許文献１、２の光検査装置では、まず対象光と参照光を干渉させた光を検出器により電気信号に変換した後、得られた電気信号に対して欠陥検出を行っていた。この際、量子力学によると、検出器により光を検出した後では本質的に量子ノイズの影響を抑制することはできないため、検出前に量子ノイズの影響を抑制する処理が必要となる。しかし、従来の装置では、参照光との干渉において量子ノイズの影響を抑制するための工夫が行われておらず、光量が微弱になると良好な欠陥検出性能が得られなかった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、量子ノイズの影響を抑制し、光量が微弱でも良好な欠陥検出性能が得られる光検査装置およびその受信方法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】
本発明は、上記課題を解決するため、試料に光を照射する光源と、試料に対して透過または散乱または反射した対象光と参照光とを、前記対象光に比べ、干渉後の光のほうが強度が弱くなるように干渉させる光干渉部と、前記光干渉部による干渉後の光の光子数を測定する光子計数器と、前記光子計数器により得られた検出光子数から欠陥の有無を識別する欠陥識別部とを備える光検査装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、試料に光を照射する光照射ステップと、試料からの透過または散乱または反射により得られる対象光と参照光とを前記対象光に比べ、干渉後の光のほうが強度が弱くなるように干渉させる光干渉ステップと、前記干渉後の光の光子数を測定する光子計数ステップと、前記光子計数ステップにより得られた検出光子数に基づいて欠陥の有無を識別する欠陥識別ステップとを有することを特徴とする光検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、量子ノイズの影響を抑制し、光量が微弱でも良好な欠陥検出性能が得られる光検査装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１による光検査装置の構成図である。
【図２】実施例２による光検査装置の構成図である。
【図３】実施例２による位相シフタの構成図である。
【図４Ａ】実施例３による光検査装置の構成図である。
【図４Ｂ】実施例３の変形例による光検査装置の構成図である。
【図５Ａ】実施例１による光子計数器の構成図である。
【図５Ｂ】実施例１による光子計数器の構成図である。
【図６Ａ】実施例４による光検査装置の構成図である。
【図６Ｂ】実施例４の変形例による光検査装置の構成図である。
【図７Ａ】実施例１による欠陥の代表例を表す図である。
【図７Ｂ】実施例１による対象光の状態を位相空間表現により表した図である。
【図７Ｃ】実施例１による干渉光の状態を位相空間表現により表した図である。
【図８】実施例１による干渉光の状態を位相空間表現により表した図である。
【図９】実施例１による検出光子数に関する確率分布を表すグラフである。
【図１０Ａ】実施例２による欠陥サイズと検出率の関係の概略を示したグラフである。
【図１０Ｂ】実施例２による試料表面凹凸と検出率の関係の概略を示したグラフである。
【図１１Ａ】実施例５による光検査装置の構成図である。
【図１１Ｂ】実施例５の変形例による光検査装置の構成図である。
【図１２Ａ】実施例６による光検査装置の構成図である。
【図１２Ｂ】実施例６の変形例による光検査装置の構成図である。
【図１３】実施例７による光検査装置の構成図である。
【図１４】実施例８による光検査装置の構成図である。
【図１５】実施例９による光検査装置の構成図である。
【図１６】実施例２によるインターフェイス画面を表す図である。
【図１７】実施例２による処理フローを表す図である。
【図１８】実施例２による振幅抑制器の構成図である。
【図１９】実施例１の変形例１による光計数器を示す図である。
【図２０】実施例１の変形例２による光計数器を示す図である。
【図２１】実施例１０による光検査装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る各実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１を用いて本発明の実施例１に係る光を試料に照射することにより試料表面に存在する微小な欠陥を検査する光検査装置を説明する。本実施例では、試料１１１に光を照射する光源１０２と、試料１１１からの透過または散乱または反射により得られる対象光１１４と、欠陥がある場合または欠陥がない場合の少なくとも一方において、対象光に比べて干渉後の光のほうが振幅が小さくなるように対象光１１４と参照光１１３とを干渉させる光干渉器１０３と、光干渉器１０３による干渉後の光の光子数を測定する光子計数器１０４と、光子計数器１０４により得られた検出光子数に基づいて欠陥の有無を識別する欠陥識別部１０５とを備えることを特徴とする。
【００１４】
光検査装置１０１は、試料１１１に光を照射する光源１０２と、試料から散乱または反射された光と参照光１１３を干渉させる光干渉器１０３と、干渉後の光の光子数を計数する光子計数器１０４と、検出光子数を用いて欠陥の有無の識別を行う欠陥識別部１０５から構成される。試料１１１に照射する光は、空間分解能を高めるため試料１１１上で集光し、その集光した光を試料１１１上で走査することが多いが、これに限らない。光干渉器１０３では、ビームスプリッタ（図ではＢＳと記載）１１２や偏光器等を用いて光を干渉させる。さらに、光干渉器１０３では、図９を用いて後述するように、検出光子数に関する確率分布が、欠陥がある場合と欠陥がない場合でできるだけ重ならないように、光を変換する光変換器１０６を有する。光変換器１０６により、参照光１１３から振幅と位相を制御した参照光を生成し、この参照光をビームスプリッタ１１２への入力とする。
【００１５】
このように、振幅及び位相を制御した参照光との干渉により干渉前よりも光の強度（振幅）を弱くした後で、光子計数を行うことにより、図７および図９を用いて後述するように、量子ノイズの影響を抑制し、欠陥検出感度を向上する（または欠陥検出感度を維持した上で検査時間を短縮する）ことが可能となる。
【００１６】
なお、光源１０２では、用途や検査条件等に応じて適した光を照射すれば良い。例えば、単一の発振周波数を持つレーザ光であっても良いし、複数の発振周波数を持っていても良い。また、断続的な光であるパルス光であっても良いし、連続的な光であっても良い。光の状態が偏光していても良いし、光の振幅・位相・周波数のいずれかが変調していても良い。通常のレーザ光の状態であるコヒーレント状態の光であっても良いし、スクイーズド状態の光であっても良いし、光子数状態の光であっても良い。
【００１７】
対象光は、試料から散乱または反射された光に限らず、試料から透過された光であっても良い。光干渉器では、一種類の参照光のみと干渉させるだけでなく、二種類以上の参照光と干渉させても良い。参照光の光の種類は試料に照射する光と同じでなくとも良い。例えば、図６等を用いて後述するように、光源１０２ではコヒーレント状態の光を照射して、参照光１１３にはスクイーズド状態の光を用いても良い。参照光との干渉はビームスプリッタを用いなくても良く、例えば偏光板を用いて干渉を行なっても良い。光子計数器１０４の出力である検出光子数は、通常は電気信号である。欠陥識別部１０５では、アナログまたはディジタルの電気回路により、欠陥の有無を識別する。複数の空間モードの光（例えばライン状の光）に対して干渉および光子計数を行なっても良い。この場合、光子計数器としてラインセンサを用いることにより実現できる。複数の空間モードの光を用いれば、試料の広い空間に光を照射して、その空間を幾つかに分割して得られる個々の小空間に対して、欠陥有無の識別を並列に行うことができる。
【００１８】
図５Ａ、図５Ｂは本実施例に係る光子計数器１０４である。光子計数を行う際には、量子効率が高く、暗計数率が低く、応答速度が十分である光子計数器１０４を用いる必要がある。ここで，量子効率とは光子計数器に到達する光子を光子計数器が正しく計数できる割合、暗計数率とは光子が到達していないにも関わらず光子を計数する（すなわち誤検出する）割合である。量子効率が高く暗計数率が低い光子検出器１０４として、ガイガーモード・アバランシェフォトダイオードや光電子増倍管が挙げられる。しかし、これらの光子検出器１０４は、単体としては応答速度が十分に高くはない。そこで、複数の光子検出器１０４を使用し、各々の光子検出器１０４に対応する受光面５０２を、５０１のように２次元格子状に配列する。または、近年実用化されているマルチピクセルフォトンカウンタを用いても良い。このように、本実施例では、光子計数器１０４において、複数個のガイガーモード・アバランシェフォトダイオード、複数個の光電子増倍管、マルチピクセルフォトンカウンタのうち何れかを用いることを特徴とする。全ての干渉光が受光面に当たるようにし、かつできるだけ多くの受光面に当たるように干渉光のスポットサイズを調整しておく。
【００１９】
このように、複数個のガイガーモード・アバランシェフォトダイオード、複数個の光電子増倍管、マルチピクセルフォトンカウンタの何れかを用いることにより、量子効率、暗計数率、応答速度を両立できる。干渉光に対してこれらの光子計数器１９４により光子計数を行うことで、高い欠陥検出性能を実現できる。
【００２０】
図５Ｂは、干渉光を的確に受光面５１２に導くために光検出器５１１の前段にレンズを配置した光子計数器１０４の一例である。光検出器５１１の受光面５１２に対して干渉光のスポットサイズが大きい場合には、凸レンズ５１３を受光面５１２の前面に配置することにより、干渉光のスポットサイズを小さくした後、光検出器５１１に入力するようにする。または、ライトガイド５１４を用いてスポットサイズを小さくしても良い。逆に、受光面５１２に対して干渉光のスポットサイズが小さい場合には、ライトガイド５１５を用いてスポットサイズを大きくする。ライトガイド５１４、５１５の代わりに凹レンズを用いても良い。ライトガイド５１４、５１５の形状は、干渉光が的確に受光面５１２に当たるように設計する。ライトガイド５１４、５１５のような単純な形状ではなく、より複雑な形状となっていても良い。例えば、ライトガイド５１４、５１５の入力側は円形で、ライトガイド５１４、５１５の出力側は光検出器の受光面５０１に効率良く当たるように正方形であっても良い。また、光検出器の受光面５０１は正方形である必要はなく、ライトガイド５１４、５１５の設計が容易となるような形（例えば円形）であっても良い。
【００２１】
図１９は、本実施例の変形例１に係る光子計数器である。図１９に示す変形例は、スリット１９０５と、レンズ１９０２と、光子計数器１９０４とから構成される。光子計数器１９０４は複数の光子検出器１９０６から構成される。光子計数器１９０４には、複数個のガイガーモード・アバランシェフォトダイオード、複数個の光電子増倍管、マルチピクセルフォトンカウンタの何れかを用いることができる。光がy方向に伸びたスリット１９０５を通過する際、x方向に対して回折する。レンズ１９０２はx方向に対しては平坦であるがy方向に対して凸の形状であり、光のy成分に対して集光するように働く。この結果、光１９０１は、光子計数器１９０４の受光面では領域１９０３のようにy方向には広がらずx方向に広がった分布をとる。これにより、各y成分について、x方向に並んだ複数の光子検出器を用いて光子計数を行うことができる。本実施例の変形例１によれば、光子計数器１９０４を、y方向に対して6個分の光子計数器が並んだラインセンサとして使用することができる。このため、y方向に広がった複数の空間モードの光に対して同時に光子計数を行うことができる。x方向に光を広げる手段として、スリット１９０５の代わりに凹レンズやレンズ拡散板などを用いても良い。
【００２２】
図２０は本実施例の変形例２に係る光子計数器である。ＢＳ２００３は図１におけるＢＳ１１２の一例、ラインセンサ２００５は光子計数器１０４の一例である。ラインセンサ２００５には、図１９で説明した構成を用いることができる（ただし、この図の例ではｚ軸を中心に９０度回転させて用いる必要がある）。対象光２００１と、振幅・位相が制御された参照光２００２が、ＢＳ２００３により干渉し、干渉後の光の光子数をラインセンサ２００５を用いて計数する。ラインセンサ２００５からは個々のセンサから検出光子数が出力される。それぞれの検出光子数に基づいて、欠陥識別部により各空間モードに対する欠陥の有無を識別する。
【００２３】
本実施例の変形例１、２によれば、ラインセンサを用いて並列に欠陥検査を行う場合にも、各々の欠陥検査において、振幅及び位相を制御した参照光との干渉を行った後で、光子計数を行うことにより、量子ノイズの影響を抑制することができる。
【００２４】
図７を用いて、欠陥がない場合とある場合における対象光および干渉光の位相と振幅の関係を説明する。
【００２５】
図７Ａは、欠陥の形状や種類の例である。７０１は、欠陥がない位置における試料７１５の例である。７１６の矢印は、照射光および対象光を表している。７０２は、欠陥７１１を含んだ試料の例である。照射光が欠陥に当たり、欠陥からの散乱光または反射光が発生している。７０１の場合と比べると欠陥の高さの分だけ光路長が異なるため、対象光の位相が７０１の場合とは異なる。７０３は欠陥７１１と同じ高さの欠陥７１２を含んだ試料の例である。欠陥の高さが同じであるため光路長は同じであるが、試料の種類や形状が異なると、試料と光の相互作用の仕方が変化するために、一般に対象光の振幅や位相は変化する。７０４は、欠陥がない位置における７０１の例とは異なる試料７１３の例である。この例では、試料７１３は欠陥がない状態でも凹凸を持っている。７０５は、試料７１３が欠陥７１４を含んだ場合の例である。試料７１３の一部が欠けており、これも欠陥の一種である。欠陥がない試料７１３と比べると光路長や試料と光の相互作用が異なるため、この場合でも対象光の振幅や位相に影響を与える。
【００２６】
７０６は、欠陥がない位置における試料７１７の例である。この例では、試料からの透過光を対象光７１８としている。７０７は、欠陥７１９を含んだ試料の例である。欠陥７１９により、透過光の状態が変化する。検査したい試料や欠陥の種類等によって、試料からの透過光を対象光とすべきか、散乱光または反射光を対象光とすべきかは変化する。しかし、何れの場合でも欠陥がある場合とない場合では対象光の状態は変化し、その変化を検出することができれば欠陥の有無を識別することができる。
【００２７】
図７Ｂおよび図７Ｃは、それぞれ、対象光および干渉光の状態を表す位相空間表現の例である。これらの図において原点（ｘｃ＝ｘｓ＝０となる点）からの距離が光の振幅、ｘｃ軸（横軸）との角度が光の位相を表す。ノイズが全く重畳しておらず振幅や位相が決まった値しかとらないならば、光の状態は位相空間表現において1点で表されるが、実際には量子ノイズが必ず重畳するために振幅・位相に関して不確定である。従って、このような不確定さを持った光の状態は、（ｘｃ、ｘｓ）座標で表された２次元空間に対する確率密度分布で表現される。ここでは、確率がある一定以上となるような状態の集合を円や楕円の内部で示す。不確定さを持った振幅および位相の平均値を、単にそれぞれ振幅および位相と呼ぶことにする。図７Ｂにおけるグラフ７２１の領域７２３は、欠陥がない場合（例えば７０１の場合）の対象光の状態である。領域７２４は、欠陥がある場合（例えば７０２の場合）の状態である。領域７２３と比べると対象光の振幅は同じであるが、位相が異なっている。グラフ７２２の領域７２５は、領域７２３と同じく欠陥がない場合の対象光の状態である。一方、領域７２６は、領域７２４とは別の欠陥がある場合（例えば７０３の場合）の状態である。領域７２５と比べると対象光の位相のみでなく振幅も異なっている。
【００２８】
図７Ｃは、グラフ７２１やグラフ７２２で示した対象光に対応する干渉光の状態を示している。参照光との干渉により、グラフ７３１やグラフ７３２のように、位相空間表現で示した２次元グラフ上でグラフ７２１やグラフ７２２の対象光に対して一定量の位置シフトをさせることができる。なお、説明の容易化のため、これらのグラフではさらに原点を中心とした回転も行なっている。干渉後に光子計数を行う場合には本グラフにおける振幅を計測することになるため、この回転の操作は計測結果である検出光子数には何の影響も及ぼさない。
【００２９】
ｘｃ軸およびｘｓ軸に対する位置シフト量は、参照光の振幅および位相によって制御することができる。対象光および参照光が、（ｘｃ、ｘｓ）座標でそれぞれ（ａｃ、ａｓ）および（ｂｃ、ｂｓ）で表されるような振幅・位相を持つコヒーレント状態の光である場合、ビームスプリッタを用いて干渉させた後の干渉光は、（ｘｃ、ｘｓ）座標で（ｃｃ、ｃｓ）＝（ａｃｃｏｓ（θ／２）−ｂｃｓｉｎ（θ／２）、ａｓｃｏｓ（θ／２）−ｂｓｓｉｎ（θ／２））で表されるような振幅・位相を持つコヒーレント状態の光となる。ここで、ｃｏｓ２（θ／２）は対象光に対するビームスプリッタの透過率を表し、対象光をできるだけ透過させるため１にできるだけ近い値とする（その際、ｓｉｎ２（θ／２）はゼロに近い値となるため、ｂｃ、ｂｓは非常に大きな値に設定する）。このため、（ｂｃ、ｂｓ）を設定することにより、ｘｃ軸およびｘｓ軸に対して任意の位置シフトを施すことができる。グラフ７３１は、欠陥なしの場合における干渉光の振幅・位相が原点となるように干渉を行った後の干渉光の状態である。このような位置シフトを行うことで、ホモダインやヘテロダインと比べると欠陥有無の識別性能が向上する。グラフ７３２は、欠陥なしの場合における干渉光の振幅・位相が原点から少しだけずれるように干渉を行った後の干渉光の状態である。これにより、グラフ７３１の場合よりも識別性能が向上する（図９にて後述）。グラフ７３３は、コヒーレント状態でなくスクイーズド状態の光を用いて干渉させた場合、または干渉後にスクイージングを行った場合の光の状態である。コヒーレント状態以外の光を用いることにより欠陥がない場合の領域７６１と欠陥がある場合の領域７６２との間が広がり、振幅に対する揺らぎをより抑えることができ、量子ノイズの抑制が可能となる。
【００３０】
干渉光の状態を図７Ｃのようにするためには、参照光の振幅および位相を制御することが必須となる。また、一般的なフォトダイオードのような光子数の計数が不可能な検出器ではなく、光子計数を行える検出器が必要となる。位相空間表現上の点（ｃｃ、ｃｓ）で表されるコヒーレント状態の干渉光に対して光子計数を行うと、検出光子数は平均λ＝ｃｃ２＋ｃｓ２のポアソン分布に従う。ポアソン分布の分散はλであるため、（ｃｃ、ｃｓ）が原点に近い場合ほど検出光子数の揺らぎを抑制することができる（特に、真空状態と呼ばれる、ｃｃ＝ｃｓ＝０となるコヒーレント状態では、揺らぎはなく検出光子数は常にゼロとなる）。このため、図７Ｂの対象光と比べて図７Ｃのように干渉光の強度を弱くすることにより、量子ノイズを抑制することが可能となる。なお、ホモダイン検出やヘテロダイン検出では、通常、干渉後の光の振幅が非常に大きくなるように干渉させる。この場合には平均光子数が非常に多くなるため光子計数を行うことは困難であり、また光子計数を行ったとしても前述の理由により揺らぎは非常に大きくなる。
【００３１】
なお、図７Ｃでは欠陥なしの場合の干渉光のほうが振幅が小さくなるように干渉を行なっているが、欠陥ありの場合の干渉光のほうが振幅が小さくなるように干渉を行なっても良い。
【００３２】
図９は、本実施例における検出光子数に関する確率分布を表すグラフである。グラフ９０１およびグラフ９０２は、それぞれ、干渉光の状態が図７Ｃにおけるグラフ７３１およびグラフ７３２で表される場合の検出光子数に関する確率分布である。本実施例では、グラフ７３１において、欠陥なしおよび欠陥ありの場合の振幅を０．０および０．７であるとした。またグラフ７３２では各々の場合について振幅が１．０だけ大きくなるようにシフト量を変更し、振幅は１．０および１．７であるとした。また、説明の容易化のために、ここでは欠陥なしおよび欠陥ありに対する事前確率Ｐ（欠陥なし）、Ｐ（欠陥あり）が共に１／２であるとする。（すなわち、欠陥がない検査箇所と欠陥がある検査箇所が等確率で現れるものとする。）実線９１１および破線９１２は、それぞれ欠陥がない場合および欠陥がある場合の検出光子数ｎに関する条件付き確率分布Ｐ（ｎ｜欠陥なし）、Ｐ（ｎ｜欠陥あり）である。それぞれのグラフでは、前述の通り振幅の２乗の平均を持つポアソン分布に従う。従って、グラフ９０１では、欠陥なしと仮定した場合の条件付き確率は光子検出数が０である確率が１．０となり、その他の確率が０．０となる。一方、欠陥ありと仮定した場合の条件付き確率は、光子検出数が０である確率が約０．６０で、光子検出数が１である確率が約０．３１となり、光子検出数が増えるにつれ、その確率は下がっていく分布となる。また、グラフ９０２では、欠陥なしと仮定した場合の条件付き確率は光子検出数が０または１である確率が約０．３９で、光子検出数が増えるにつれ、その確率は下がっていく分布となる。一方、欠陥ありと仮定した場合の条件付き確率は、光子検出数が２である確率が約０．２１で最大であり、光子検出数が増えても減っても、その確率は下がっていく分布となる。
【００３３】
欠陥識別部では、検出光子数に基づいて欠陥の有無を判定する。本実施例では、適切な閾値Ｔを用いて、検出光子数がＴ個以上の場合には欠陥あり、検出光子数がＴ個未満の場合には欠陥なしと識別する。グラフ９０１においては、Ｔ＝１の場合が平均誤識別率（欠陥識別結果が間違いである確率）は最小となり、グラフ９０２においては、Ｔ＝２の場合が平均誤識別率は最小となる。なお、誤識別率は、誤検出率（欠陥なしの場合をありと識別する確率）、欠陥見逃し率（欠陥ありの場合をなしと識別する確率）の両方を含むものである。グラフ９０１および９０２では、それぞれＴ＝１およびＴ＝２の場合における各検出光子数に対する誤識別率（条件付き確率）を棒グラフで示している。棒グラフで示した値を全ての検出光子数で積算した値に、事前確率１／２を乗算した値が全体の誤識別率となり、それぞれ、約０．３１、および約０．２４となる。（例えば、グラフ９０１では、誤検出率は検出光子数ｎ＝１以上の場合に欠陥なしと識別される確率に検出工指数ｎ＝０の場合に欠陥ありと識別される確率を加えたものである。式で表すと、Ｐ（ｎ≧１｜欠陥なし）×Ｐ（欠陥なし）＋Ｐ（ｎ＝０｜欠陥あり）×Ｐ（欠陥あり）≒０×０．５＋０．６２×０．５＝０．３１となる。）このように、グラフ７３１のように欠陥がない場合の振幅をゼロとするよりも、グラフ７３２のようにゼロから少しずらすことにより、平均誤識別率を小さくすることが可能である。
【００３４】
なお、本実施例では、検出光子数に対して閾値を設定して欠陥の有無を識別したが、これに限らない。例えば、実際の検査環境では、欠陥の種類が特定できない場合など、検出光子数に対する確率分布が単純なポアソン分布に従わないことも多いが、この場合には単純な閾値処理のみでは良好な識別が行えないこともある。閾値処理よりも複雑な識別の例として、各検出光子数について欠陥ありの確率分布のほうが欠陥なしの確率分布より大きいならば欠陥ありと識別し、それ以外の場合には欠陥なしと識別する方法を用いても良い。また、複数の波長の光を照射して、各波長の光に対して光子計数を行う場合、各波長の光の検出光子数に対して個別に識別を行う代わりに、複数の波長に対する検出光子数の情報を用いて一括で識別を行なっても良い。
【００３５】
図８は、図７Ｃと同様に干渉光の状態を位相空間表現により表した図である。ただし、欠陥なしの場合も欠陥ありの場合も、ともに量子ノイズ以外の要因による不確定さを含み、状態がより複雑に揺らいでいる。欠陥なしの場合には、試料表面の凹凸度合いやノイズ等により、干渉光の状態は常に一定とはならないことが揺らぎの要因として挙げられる。また、欠陥ありの場合においても、例えば７１１や７１２で示した欠陥のサイズや形状が異なれば対象光の状態は一般に異なり、したがって干渉光の状態も異なる。しかし、このような干渉光の状態がより不確定に揺らいでいる場合でも、干渉光の強度が弱くなるように干渉を行った後光子計数を行う方法により、量子ノイズの影響を抑えることが可能である。
【００３６】
以上より、本実施例によれば、欠陥がなしまたはありの場合の少なくとも一方において、対象光よりも干渉後の光のほうが振幅が小さくなるように干渉を行うことによって、光子計測において、量子ノイズによる誤識別率が低くなり、良好な欠陥検出性能を得ることができる。
【実施例２】
【００３７】
図２を用いて本発明の実施例２に係る光検査装置を説明する。参照光２１３は、振幅抑制器２０２および位相シフタ２０３により適した振幅・位相に変化させた後、ビームスプリッタ２０４により対象光２１１と干渉させ、干渉光２１４を得ている。この際、図１０で後述するように、要求性能および試料状態によって、参照光２１３の最適な振幅・位相は異なるため、制御器２０１により、要求性能および試料状態に応じて振幅抑制量および位相シフト量を調整する。さらに、制御器２０１では、欠陥識別部２１６の識別方法を制御しても良い。要求性能とは、要求される欠陥検出の感度（欠陥サイズ等）、スループット、検出対象とする欠陥の種類、誤識別率、誤検出率（欠陥なしの場合をありと識別する確率）、欠陥見逃し率（欠陥ありの場合をなしと識別する確率）等の情報を表す。また、試料状態とは、欠陥なしの場合または欠陥ありの場合における表面凹凸度合いや反射率、試料厚さ、材質等の情報を表す。
【００３８】
図３は本実施例に係る光の位相シフト量を変更する位相シフタである。まず、位相シフタへの入力光３１１が１／４波長板３０１に入射した後、そこから透過した光が１／２波長板３０２、１／４波長板３０３に順次入射する。１／４波長板３０３から透過される光が位相シフタの出力光３１２となる。３枚の波長板３０１〜３０３は、異方性のある材質で作られている。また、各波長板は円筒形の形状をしており、光はその中心軸を通る。入力光は偏光しているものとする。この構成において、１／２波長板を回転させると、入力光の偏光方向との角度に応じて入力光の位相がシフトする。そこで、１／２波長板を回転させるための回転器３０４を備え、この回転器３０４を要求性能や試料状態３１３に応じて位相制御器３０５により制御することで、光の位相を変更することができる。
【００３９】
光の位相シフト量を変更する位相シフタは、図３で示した実施例とは別の構成であっても良い。例えば、液晶変調器を用いる方法や、ＭＥＭＳ変調器を用いる方法、可変遅延光路を用いる方法を用いても良い。
【００４０】
図１８を本実施例に係る光の振幅抑制量を変更する振幅抑制器である。まず、振幅抑制器への入力光１８１１が偏光板１８０１に入射した後、そこから透過した光が偏光板１８０２に入射し、その透過光が振幅抑制器の出力光１８１２となる。各偏光板１８０１、１８０２は円筒形の形状をしており、光はその中心軸を通る。入力光は０°方向に偏光しており、偏光板１８０１および１８０２はそれぞれφおよび０°方向の偏光の光を透過するものとする。このとき、偏光板１８０１および偏光板１８０２の透過率はともにｃｏｓ２φとなる。このため、出力光は入力光と同じ０°の偏光状態であるが、その振幅はｃｏｓ４φ倍に抑制される。そこで、偏光板１８０１を回転させるための回転器１８０３を備え、この回転器を要求性能や試料状態に応じて振幅制御器１８０４により制御することで、光の振幅抑制量を調整することができる。本実施例では、２枚の偏光板を用いた振幅抑制器について説明したが、これに限らない。
【００４１】
図１０Ａは、欠陥サイズと検出率の関係の概略を示したグラフである。横軸が欠陥サイズ、縦軸が検出率を表す。欠陥サイズ以外の条件（照射光の強度等）は同じとしている。一般に、欠陥サイズが大きいほど対象光の光量は大きくなるため、高い検出率を得ることができる。グラフ１０１１、１０１２は、それぞれ欠陥サイズがＡ、Ｂの場合にできるだけ高い検出率が得られるように参照光の振幅・位相、照射光の振幅・位相、および欠陥識別部での識別方法を調整した場合の性能を表す。欠陥サイズがＡ、Ｂの場合に、それぞれ点１００１、１００２で示した検出率が得られる。参照光の振幅・位相等を調整しなければ、点１００１と１００２で示す性能を達成させることはできない。一方、要求する欠陥サイズは、用途により異なる。例えば、サイズＡの欠陥を検出できるような高感度な検出が必要となる場合もあるし、サイズＢより大きい欠陥が検出できれば良い場合もある。
【００４２】
図１０Ｂは、試料表面凹凸度合いと検出率の関係の概略を示したグラフである。試料表面凹凸度合いとは、試料表面凹凸の単位面積あたりの個数または大きさを示した度合いである。横軸が表面凹凸度合い、縦軸が検出率を表す。図１０Ａと同じく、表面凹凸以外の条件は同じとしている。表面凹凸度合いが大きいとノイズが大きくなるため、表面凹凸度合いが小さいほど、検出率は高くなる。グラフ１０２１、１０２２は、それぞれ試料表面凹凸度合いがＣ、Ｄの場合にできるだけ高い検出率を得るために参照光の振幅・位相、および欠陥識別部での識別方法を調整した場合の性能を表す。図１０Ａの場合と同様に、参照光の振幅・位相等を調整しない限り、個々の表面凹凸度合いに対して最良の検出率を得ることはできない。
【００４３】
そこで、本実施例では、光干渉器または欠陥識別部において、欠陥検出の要求性能、試料状態の少なくとも一つに応じて、参照光の振幅、または参照光の位相、または光源により照射する照射光の振幅、または照射光の位相のうち少なくとも一つを変更する。量子ノイズの抑制を可能とするための最適な検査方法は、欠陥検出の要求性能および試料状態によって異なる。そのため、本実施例により、要求値に応じて照射光または参照光を調整したり欠陥識別方法を調整することで、適切な検査を行うことができる。要求スループットなどの他の要求性能や試料状態に対しても図１０Ａや図１０Ｂと同様のトレードオフの関係があり、同様の調整により良好な性能を得ることができる。
【００４４】
図１６は本実施例に係る要求性能、試料状態、検査条件について入力を促したり表示をするためのインターフェイス画面である。本画面は、要求性能表示領域１６４１、試料状態表示領域１６４２、検査条件表示領域１６４３、および決定ボタン１６３１とクリアボタン１６３２からなる。要求性能表示領域１６４１には、検出対象とする欠陥に関する情報として、例えば欠陥可能欠陥サイズの入力を促すテキストボックス１６０１がある。また、欠陥検出性能に関する情報として、誤検出率および欠陥見逃し率の入力を促すテキストボックス１６０２および１６０３がある。また、試料状態表示領域１６４２には、試料状態に関する情報として、例えば試料凹凸度合いを表す領域１６１１および反射率を表す領域１６１２がある。これらの値は、事前に試料状態を調べるための評価を行うことにより値を算出し、本画面ではその結果を表示するのみでも良いし、ユーザに入力を促しても良い。検査条件表示領域１６４３では、照射電力の入力を促すテキストボックス１６２１がある。また、スループットを表示する領域１６２２がある。スループットは、要求性能、試料状態、および他の検査条件を用いて算出し、その結果を表示する。スループットを算出する代わりに、スループットはユーザから入力してもらい、他の値（例えば誤検出率）を自動で計算するようにしても良い。
【００４５】
図１６のインターフェース画面によれば、ｚ要求性能、試料状態のうち必要な値をユーザに入力してもらい、その値に応じて照射光または参照光の振幅・位相、または欠陥識別方法を調整し、要求値に合わせて適切に量子ノイズを抑制した検査を行うことができる。
【００４６】
図１７は本実施例に係る要求性能、試料状態、および検査条件に応じて、照射光または参照光の振幅・位相、または欠陥識別方法を調整する処理フローである。まず処理１７０１にて、振幅・位相に対する制御量の候補を選択する。具体的には、図７Ｃで説明した位相空間表現を考慮して、例えば欠陥なしの場合における干渉光の振幅がゼロに近い値となるような制御量の中から候補を選択する。また、欠陥なしの場合と欠陥ありの場合における干渉光の平均的な位相はできるだけ揃っているほうが、一般に良好な検出性能が得られるため、位相が揃うような条件の中から候補を選択する。次に処理１７０２にて、ｋ（反復回数を表す変数）に１を代入する。処理１７０３および処理１７０４にて、ｋ番目の候補を表す第ｋの振幅・位相制御量に対して、欠陥ありの場合および欠陥なしの場合の確率分布をそれぞれ算出する（これらの処理の結果、図９のようなグラフが描けることになる）。処理１７０１、１７０３、および１７０４では、試料状態や検査条件の情報を利用できる。次に、処理１７０５にて、確率分布に基づいて最適閾値を算出し、処理１７０６にて最適閾値を用いた場合の欠陥検出性能を算出する。処理１７０５、１７０６では、要求性能の情報を利用できる。次に、処理１７０７にて、ｋが処理１７０１で選択した全候補数に等しいか否かを調べ、等しくなければ処理１７０８にてｋに１を加えた後、処理１７０３〜１７０７を繰り返す。ｋが全候補数に等しくなったら、処理１７０９にて、全候補のうち最良の性能が得られるような振幅・位相制御量および閾値を設定する。
【００４７】
なお、処理１７０５では、最適閾値を算出するための評価規準として、平均誤識別率を最小とする方法や、欠陥見逃し率を一定とした上での誤検出率を最小とする方法など、幾つかの規準が考えられるが、検査目的に適した規準を選択すれば良い。または、図１６のようなインターフェイス画面を通してこの規準をユーザに選択させても良い。また、本実施例では欠陥識別方法として閾値に基づく方法について説明したが、前述の通りこれに限らない。
【００４８】
以上より、本実施例によれば、要求性能および試料状態に応じて振幅抑制量および位相シフト量を調整することで、要求性能および試料状態に応じて良好な検出率を得ることができる。
【実施例３】
【００４９】
図４Ａ、図４Ｂを用いて本発明の実施例３に係る光検査装置を説明する。図４Ａの実施例では、光源４０１により生成した光をビームスプリッタ４０２により分割して、一方を試料照射器４０３により試料に照射し、他方を参照光とする。振幅抑制器４０４および位相シフタ４０５により参照光の振幅・位相を制御した後、ビームスプリッタ４０６により対象光と干渉させ、光子計数器４０７に入力する。図４Ｂは別の実施例である。図４Ａと同様に、光源４０１により生成した光を照射光と参照光の両方に使用する。ただし、参照光ではなく照射光に対して位相シフタ４１１により位相シフトを行う。干渉時に対象光と参照光の位相差が意図した値となれば良いため、必ずしも参照光を位相シフトさせる必要はなく、図４Ｂのように照射光を位相シフトさせるか、または対象光を位相シフトさせても良い。同様に、振幅制御を照射光に対して行なっても良い。
【００５０】
本実施例によれば、光源により生成した光を二つに分割し、一方を試料に照射して、他方を参照光とすることにより、別々の光源を用いる場合に比べて、対象光と参照光との振幅の差および位相の差を制御しやすくなる。
【実施例４】
【００５１】
図６Ａ、図６Ｂを用いて本発明の実施例４に係るスクイーズドさせた光を用いた光検査装置を説明する。本実施例は、光干渉器において参照光または干渉光をスクイーズドさせることを特徴とする。本実施例では、図４で説明した実施例と同様に、光源により生成した光を二つに分割し、一方を試料に照射して、他方を参照光としている。
【００５２】
図６Ａに示す構成は、図４Ａで示した構成と類似しているが、位相シフタ４０５により位相を制御した後の参照光に対してスクイーザ６０１によりスクイージングを行なっている。図６Ｂに示す構成も、同様に図４Ａで示した構成と類似しているが、干渉光に対してスクイーザ６０２によりスクイージングを行なっている。
【００５３】
スクイージングを行うと、グラフ７３３で説明したように、位相空間表現において揺らぎの大きさをｘｃ軸、ｘｓ軸上で非等方的となるようにでき、干渉光の振幅に対する揺らぎをより抑えることが可能となる。
【００５４】
参照光の強度は十分大きくかつ調整可能であるため、図６Ａに示すように参照光に対してスクイージングを行っても参照光の振幅制御は容易に行える。また、図６Ｂに示すように強度の弱い干渉光が対象である場合、光の強度をできるだけ維持した上でスクイージングを行う必要がある。しかし、スクイーズド状態の光はコヒーレント状態の光と比べると伝播時の歪が一般に大きいため、、図６Ｂに示すようにスクイージング直後に光子計数を行うことができれば歪の影響を小さくできるという利点がある。
【００５５】
本実施例によれば、スクイーズドさせた光を用いることにより、光源からのレーザ光であるコヒーレント光を用いた場合に比べて検出光子数に対する揺らぎの大きさを制御できるため、量子ノイズを実施例１−３と比較してさらに抑えることが可能である。
【実施例５】
【００５６】
図１１Ａ、図１１Ｂを用いて本発明の実施例５に係る光検査装置を説明する。図１１Ａは、光源１１０１から試料１１０５に対して上方から垂直に光を照射する。光は、レンズ１１０３により試料上で集光される。試料からの光はレンズ１１０４により集光され、受信器１１０２に入力される。受信器１１０２は、光干渉器および光子計数器から構成される。受信器は複数個備わっていても良く、例えば、レンズ１１０９と受信器１１０８のように、光１１０７とは異なる方位への散乱光または反射光を受信するような配置であっても良い。受信器１１０２、１１０８の出力である検出光子数を用いて欠陥識別部１１１０により欠陥の有無を識別する。試料１１０５はステージ１１２１の上に設置されており、ステージ１１２１をｘｙ方向に動かすことにより、試料上の光照射位置を制御することができる。受信器１１０２、１１０８の前段に、偏光素子１１３１、１１３２を置き、試料表面での微小凹凸から発生する散乱光を抑制し、欠陥からの散乱光との識別を行いやすくするようにしても良い。図１１Ｂでは、図１１Ａと類似の構成であるが、光が試料１１１６に対して垂直方向ではなく斜め方向から照射されるように光源１１１１を配置している。光源１１１１からの光は、レンズ１１１２により試料上で集光される。
【００５７】
本実施例によれば、試料に光を集光し、集光位置からの光を１個または複数個の受信器を用いて光子計数を行い、各受信器での検出光子数に基づいて欠陥の有無を識別することにより、異なる角度からの散乱光を検出でき、より高精度に欠陥を検出することができる。
【実施例６】
【００５８】
図１２Ａ、図１２Ｂを用いて本発明の実施例６に係る光検査装置を説明する。図１２Ａでは、光源１２０１から試料１２０４に対して光を照射する。光源１２０１からの光は近接場光発生器１２０３に入力され、その先端１２２２から近接場光を放出する。近接場光発生器１２２２は近接場光が試料に到達する程度にまで試料１２０４に近接させる。試料からの散乱光または反射光は、照射光と同じ光路１２０６を通り、ビームスプリッタ１２０２により反射して受信器１２０５に入力される。ビームスプリッタ１２０２は、光源１２０１からの照射光は透過し、試料からの光は反射するようにしておく。これは、例えば、光源からの光を偏光させておき、１／４波長板１２０７を光路に配置し、かつビームスプリッタ１２０２を偏光ビームスプリッタとすることにより実現できる。受信器１２０５は、参照光の光源、光干渉器および光子計数器から構成される。受信器１２０５の出力である検出光子数を用いて欠陥識別部１２０８により欠陥の有無を識別する。試料１２０４はステージ１２２１の上に設置されており、ステージ１２２１をｘｙ方向に動かすことにより、試料上の光照射位置を制御することができる。
【００５９】
図１２Ｂは、近接場光を試料に照射する本実施例の変形例を示す図である。近接場光発生器１２０３は、近接場ヘッド１２１２と近接場ヘッド支持部１２１１からなり、近接場ヘッド１２１２は、その先端から放出される近接場光が試料に到達する程度にまで試料１２１４に近接させる。試料から散乱または反射した光をレンズ１２１３で集光して受信器１２１５に入力する。図１１の構成と比較し、図１２の構成を用いることにより、試料上のより狭い領域に光を集光することができるため、微小な欠陥からの散乱光または反射光を強い強度で得ることができる。
【００６０】
図１２Ａは、さらに高さ計測器１２０９を備えており、近接場光発生器１２０３と試料１２０４の表面との相対的な高さを計測する。この計測結果に応じて、ステージ高さ調整器１２１０により、ステージ１２２１の高さを調整することにより、近接場光発生器１２２２と試料１２０４の表面との相対的な高さが一定値を保つようにする。図１２Ｂでも同様に、高さ計測器１２２４とステージ高さ調整器１２２５を備えており、近接場ヘッド１２１２と試料１２１４の表面との相対的な高さが一定値を保つように調整する。実施例５と同様に、受信器１２０５、１２１５の前段に偏光素子を置き、試料表面での微小凹凸から発生する散乱光または反射光を抑制し、欠陥からの散乱光または反射光との識別を行いやすくするようにしても良い。
【００６１】
本実施例では、試料の高さを調整することにより照射光および対象光の光路長を調整して、対象光と参照光の位相を揃えているが、試料の高さの代わりに光検査装置の内部の部品（例えばミラーやビームスプリッタ、偏光器等）の相対位置を調整しても良い。このような位置調整により対象光や参照光の光路長を調整する代わりに、参照光のみ光路長を調整しても良い。また、試料の相対位置に応じて、位相シフタ等を用いて対象光や参照光の位相を直接調整することにより対象光と参照光の位相を揃えても良い。このように位相調整部（ステージ高さ調整器１２０３、光検査装置の内部の部品の相対位置の調整部、位相シフタなど）により、対象光と参照光の位相を調整して揃えることにより、より高精度に欠陥を検出することができる。
【００６２】
以上より、本実施例によれば、近接場光を用いることにより、微小な欠陥からの散乱光または反射光を強い強度で得ることができる。また、試料表面と近接場光発生器１２０３（先端１２２２または近接場ヘッド１２１２）との相対的な高さを検出してフィードバックをかけることにより、対象光と参照光の位相を揃えることができる。実施例９で後述するする試料に別の光を照射する方法では、試料の反射率等の変動が激しい場合には参照光の振幅を安定させることが困難である。一方、本実施例のように相対的な高さを調整する方法を用いることで実施例９の方法では安定した振幅の参照光を得ることが困難な場合にも安定した振幅の参照光を得ることができる。
【実施例７】
【００６３】
図１３を用いて本発明の実施例７に係る光検査装置を説明する。本実施例の構成は、図４Ｂで示した構成と比較すると、ビームスプリッタとして、その一種である偏光ビームスプリッタ（図ではＰＢＳと記載）１３０１、１３０２を用いている点が特徴である。偏光ビームスプリッタ１３０２に入力される対象光と参照光は互いに直交した偏光状態とする。また、偏光ビームスプリッタ１３０２において対象光は全て透過し、参照光は全て反射するようにしておく。その結果、偏光ビームスプリッタ１３０２の出力１３０４は、偏光状態が直交した対象光および参照光を含む光とすることができる。この光を偏光器１３０３に入力することにより、対象光と参照光を干渉させる。対象光の偏光角を０°、参照光の偏光角を９０°とし、偏光器１３０３では偏光角θの光を透過するものとすると、偏光器１３０３により対象光および参照光の透過率はそれぞれｃｏｓ２θおよびｓｉｎ２θとなる。そこで、θをゼロに近い値として対象光の強度をできるだけ落とさないようにする。また、設定したθに合わせて参照光や照射光の振幅・位相を制御する。偏光器から反射される光による悪影響がある場合には、対象光を偏光器に対して垂直ではなく、ある程度の角度をずらして入力しても良い。
【００６４】
光は伝播中にもノイズが重畳し、量子ノイズと同様にＳ／Ｎ低下の要因となる。参照光と対象光ができるだけ同じ光路を通るようにすると、光の伝播中に参照光と対象光に同様のノイズが重畳するため、干渉により参照光と対象光の差分をとることで重畳したノイズの影響を低減することができる。そこで、図１３において偏光ビームスプリッタ１３０１と１３０２の間の光路長は十分に短くなるような構成としておく。これにより、伝播中に重畳するノイズの影響と量子ノイズの両方を低減することができる。この際、対象光と参照光が干渉するまでは、参照光と対象光を異なる光として処理をする必要があるが、偏光状態を直交させることで、本実施例のように偏光ビームスプリッタにより光を分離することが可能となる。偏光器を用いることで、偏光状態が直交した二つの光を干渉させることができる。
【００６５】
以上より、本実施例によれば、参照光と対象光が同じ光路を通るようにして、ノイズの影響を低減することにより、欠陥識別性能を向上させることができる。
【実施例８】
【００６６】
図１４を用いて本発明の実施例８に係る光検査装置を説明する。実施例１と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例では、光源１４０１から試料１１１に光を照射すると同時に、参照光１４０２を生成する。試料に照射する光と参照光は、単一の光源から生成する。光変換器１４０３により参照光１４０２の振幅・位相を制御した後、ビームスプリッタ１１２により対象光と干渉させる。
【００６７】
本実施例によれば、単一の光源から生成した光を、試料に照射する光と参照光の両方に用いることで、別々の光源を用いる場合に比べ、両者の光の位相を容易に揃えることができ、量子ノイズを抑制し、欠陥識別性能を向上させることができる。
【実施例９】
【００６８】
図１５を用いて本発明の実施例９に係る光検査装置を説明する。実施例８で示した構成と比較して、光源１４０１により生成された光１５０１そのものを参照光とする代わりに、光１５０１に対して光変換器１５０２により振幅・位相を制御した後、試料に照射し、試料から得られた光１５０４を参照光とする点に特徴がある。
【００６９】
対象光と参照光の位相は高い精度で揃える必要がある。しかし、試料表面は通常平らではなく凹凸を有しているため、試料に照射した光の光路長が試料表面の凹凸に応じて変化する。そこで、位相を揃える方法として、本実施例のように照射光とは別の光を近傍位置に照射して、その別の位置に照射した光に対して試料から透過または散乱または反射された光を参照光として用いる。
【００７０】
本実施例によれば、試料表面に大きな凹凸があるような場合でも、対象光の光路長の変化に合わせて参照光の光路長も変わるため、安定して位相を揃えることができ、欠陥識別性能を向上させることができる。
【実施例１０】
【００７１】
図２１を用いて本発明の実施例１０に係る光検査装置を説明する。図２１では、光子計数器２１０１および欠陥識別部２１０２を示している。検査の高効率化のため、試料の広い領域に光を照射して、照射する領域を徐々に変えながら検査を行う場合があり、このような場合には同一箇所を複数回照射することになる。このとき、光子計数器２１０１の構成により各検査箇所における検出光子数の和をデータベース２１２５に格納することができる。具体的には、検出光子数読出器２１２２により、過去に照射したときの光子計数結果を読み出す。また、干渉光２１１２に対して光子計数器２１２１により光子計数を行う。その光子計数結果と、過去の光子計数結果の和を、加算器２１２３にて計算し、その結果を検出光子数書出器２１２４によりデータベース２１２５に書き出す。この処理を繰り返すことにより、同一箇所に複数回照射したときに個々の照射で得られた検出光子数の和をデータベース２１２５に保存することができる。欠陥識別部２１０２では、データベースから読み込んだ値を用いて欠陥有無の識別をする。光子計数器２１２１にはラインセンサを用いても良く、この場合、検査箇所２１１１は複数の箇所の情報を含む。
【００７２】
本実施例によれば、同一箇所に複数回照射したときに個々の照射で得られた検出光子数の和をデータベース２１２５に保存することにより、広い領域の検査を高効率かつ高精度に行うことができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１０１…光検査装置
１０２…光源
１０３…光干渉器
１０４…光子計数器
１０５…欠陥識別部
１０６…光変換器
１１１…試料
１１２…ビームスプリッタ
１１３…参照光
２０１…制御器
２０２…振幅抑制器
２０３…位相シフタ
２０４…ビームスプリッタ
２１１…対象光
２１２…要求性能・試料状態
２１３…参照光
２１４…干渉光
２１５…光子計数器
２１６…欠陥識別部
３０１〜３０３…波長板
３０４…回転器
３０５…位相制御器
３１１…位相シフタの入力光
３１２…位相シフタの出力光
３１３…要求性能・試料状態
４０１…光源
４０２…ビームスプリッタ
４０３…試料照射器
４０４…振幅抑制器
４０５…位相シフタ
４０６…ビームスプリッタ
４０７…光子計数器
４１１…位相シフタ
４１２〜４１３…ミラー
【図１】
2013205015.tif 000003
【図２】
2013205015.tif 000004
【図３】
2013205015.tif 000005
【図４Ａ】
2013205015.tif 000006
【図４Ｂ】
2013205015.tif 000007
【図５Ａ】
2013205015.tif 000008
【図５Ｂ】
2013205015.tif 000009
【図６Ａ】
2013205015.tif 000010
【図６Ｂ】
2013205015.tif 000011
【図７Ａ】
2013205015.tif 000012
【図７Ｂ】
2013205015.tif 000013
【図７Ｃ】
2013205015.tif 000014
【図８】
2013205015.tif 000015
【図９】
2013205015.tif 000016
【図１０Ａ】
2013205015.tif 000017
【図１０Ｂ】
2013205015.tif 000018
【図１１Ａ】
2013205015.tif 000019
【図１１Ｂ】
2013205015.tif 000020
【図１２Ａ】
2013205015.tif 000021
【図１２Ｂ】
2013205015.tif 000022
【図１３】
2013205015.tif 000023
【図１４】
2013205015.tif 000024
【図１５】
2013205015.tif 000025
【図１６】
2013205015.tif 000026
【図１７】
2013205015.tif 000027
【図１８】
2013205015.tif 000028
【図１９】
2013205015.tif 000029
【図２０】
2013205015.tif 000030
【図２１】
2013205015.tif 000031