特開 2024-164378 欠陥検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164378

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】欠陥検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/95 20060101AFI20241120BHJP

   G02B 21/00 20060101ALN20241120BHJP

【ＦＩ】

G01N21/95 A

G02B21/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079812

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有馬 英司

(72)【発明者】

【氏名】浦野 雄太

【テーマコード（参考）】

2G051

2H052

【Ｆターム（参考）】

2G051AA71

2G051AB02

2G051BA10

2G051BA11

2G051BB03

2G051CA03

2G051CB01

2G051CC07

2H052AA05

2H052AF02

(57)【要約】

【課題】ＤＩＣ信号のダイナミックレンジ内外の広い欠陥高さの範囲において、低段差欠陥の高さおよび凹凸方向を高感度で検査することができる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る欠陥検査装置は、微分干渉信号が、その周期的変化のうち、段差欠陥の高さが閾値範囲内であるときに対応する第１レンジ内にあるか否かを判定する。前記第１レンジ内にある場合は、前記微分干渉信号を用いて、前記段差欠陥の前記高さおよび前記段差欠陥の凹凸方向を検出し、前記第１レンジ内にない場合は、前記微分干渉信号を用いて前記段差欠陥の前記高さを検出するとともに、瞳面強度差信号を用いて前記段差欠陥の凹凸方向を検出する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を用いて試料を検査する欠陥検査装置であって、
光ビームを出射する光源、
前記光ビームを互いに直交する偏光の第１ビームと第２ビームに分岐する偏光分離素子、
前記試料に対して前記第１ビームと前記第２ビームを照射する光学系、
前記試料上における前記第１ビームと前記試料上における前記第２ビームの微分干渉信号を検出可能な位置に配置された第１センサ、
前記光学系の瞳面の像を検出可能な位置に配置された第２センサ、
前記微分干渉信号を取得することにより前記試料上の欠陥を検出するプロセッサ、
を備え、
前記プロセッサは、前記第１センサが検出した信号を用いて、前記試料が有する段差欠陥の高さに応じて周期的に変化する前記微分干渉信号を取得し、
前記プロセッサは、前記微分干渉信号が、前記周期的変化のうち、前記段差欠陥の前記高さが閾値範囲内であるときに対応する第１レンジ内にあるか否かを判定し、
前記プロセッサは、前記微分干渉信号が前記第１レンジ内にある場合は、前記第１センサが検出した信号を用いて、前記段差欠陥の前記高さおよび前記段差欠陥の凹凸方向を検出し、
前記プロセッサは、前記微分干渉信号が前記第１レンジ内にない場合は、前記第１センサが検出した信号を用いて前記段差欠陥の前記高さを検出するとともに、前記第２センサが検出した信号を用いて前記段差欠陥の凹凸方向を検出する
ことを特徴とする欠陥検査装置。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記第２センサが検出した信号を用いて、前記段差欠陥の前記高さの絶対値が増加するのにともなって増加する高さ信号を取得し、
前記プロセッサは、前記高さ信号の大きさに基づき、前記微分干渉信号が前記第１レンジ内にあるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項3】

前記光学系は、前記第１ビームと前記第２ビームが細線形状を有するように照射し、
前記第２センサは、前記試料から反射された前記光ビームの、前記細線形状を有するビームスポットの長手方向に沿って配列された２つの第１検出素子を備え、
前記プロセッサは、前記２つの第１検出素子が検出した信号の差分を求め、
前記プロセッサは、前記差分を用いて前記高さ信号を取得する
ことを特徴とする請求項２記載の欠陥検査装置。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記第１ビームと前記第２ビームが前記段差欠陥を交差するように前記光ビームを走査する過程において、前記差分が前記段差欠陥においていったん減少した後に増加するのか、それとも、前記差分が前記段差欠陥においていったん増加した後に減少するのかに基づき、前記段差欠陥の凹凸方向を判定する
ことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。

【請求項5】

前記欠陥検査装置はさらに、前記光源からの前記光ビームを前記試料へ向けて透過させるとともに前記試料からの反射光を前記第１センサへ向けて反射する第１ビームスプリッタを備え、
前記欠陥検査装置はさらに、前記光源からの前記光ビームを前記試料へ向けて透過させるとともに前記試料からの反射光を前記第２センサへ向けて反射する第２ビームスプリッタを備える
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項6】

前記光学系は、前記第１ビームと前記第２ビームが細線形状を有するように照射し、
前記欠陥検査装置はさらに、前記試料を回転させる回転機構を備え、
前記光学系は、前記試料の回転方向に沿って間隔をあけて前記第１ビームと前記第２ビームを前記試料に対して照射し、
前記光学系は、前記回転方向に対して直交する方向に沿って前記第１ビームと前記第２ビームを延伸することにより、前記細線形状を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項7】

前記欠陥検査装置はさらに、前記第１センサへ向かう光ビームを互いに直交する第１偏光成分と第２偏光成分へ分離する第３ビームスプリッタを備え、
前記第１センサは、前記第３ビームスプリッタが出力する前記第１偏光成分を検出し、
前記欠陥検査装置はさらに、前記第３ビームスプリッタが出力する前記第２偏光成分を検出する第３センサを備え、
前記プロセッサは、前記第１偏光成分と前記第２偏光成分との間の差分を、前記第１偏光成分と前記第２偏光成分の和によって除算した結果を用いて、前記段差欠陥を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項8】

前記欠陥検査装置はさらに、前記第２センサへ向かう光ビームを第３ビームと第４ビームへ分岐させる分岐ミラーを備え、
前記第２センサは、前記第３ビームを検出する第３センサと前記第４ビームを検出する第４センサによって構成されており、
前記プロセッサは、前記第３センサが検出した信号と前記第４センサが検出した信号との間の差分を求め、
前記プロセッサは、前記差分を用いて前記高さ信号を取得する
ことを特徴とする請求項２記載の欠陥検査装置。

【請求項9】

前記分岐ミラーは、前記第２センサへ向かう光ビームの光束のうち一部のみを前記第４センサへ向けて反射するとともに残部を前記第３センサへ向けて通過させる位置および角度で配置されている
ことを特徴とする請求項８記載の欠陥検査装置。

【請求項10】

前記光学系は、前記第１ビームと前記第２ビームが細線形状を有するように照射し、
前記第２センサは、前記試料に対して照射する前記光ビームが有する前記細線形状のビームスポットの短手方向と長手方向それぞれに沿って配列された４つの検出素子を備え、
前記プロセッサは、各前記検出素子が検出した信号に基づき前記段差欠陥の前記高さを検出する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項11】

前記第２センサは、前記長手方向に沿って配列している第１検出素子と第２検出素子を備え、
前記第２センサは、前記短手方向において前記第２検出素子と隣接する第３検出素子を備え、
前記第２センサは、前記短手方向において前記第１検出素子と隣接する第４検出素子を備え、
前記プロセッサは、前記第１検出素子が出力する第１検出信号と前記第２検出素子が出力する第２検出信号の和から、前記第３検出素子が出力する第３検出信号と前記第４検出素子が出力する第４検出信号の和を減算した結果を、前記短手方向における前記高さ信号として用い、
前記プロセッサは、前記第１検出信号と前記第４検出信号の和から、前記第２検出信号と前記第３検出信号の和を減算した結果を、前記長手方向における前記高さ信号として用いる
ことを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。

【請求項12】

前記プロセッサは、検出した前記段差欠陥の座標を特定してその結果を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【請求項13】

前記プロセッサは、検出した前記段差欠陥の高さ情報を弁別してその結果を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハードディスク（ＨＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）のデータ容量の増大が進むにつれて、ＨＤの表面状態、欠陥サイズ、形状が性能や歩留まりに大きな影響を与えるようになっている。歩留まりを維持・向上させるためには、表面研磨作業や異物混入によってできる低アスペクト比の低段差欠陥（高さが数ｎｍ、幅が数十μｍ程度）を検査する必要がある。低アスペクト比の欠陥は、散乱光がほとんど発生しない低段差欠陥である。低段差欠陥を検出するためには、微分干渉顕微鏡の原理を用いた微分干渉コントラスト（ＤＩＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）検査などの干渉計測が使用されている。

【0003】

ＤＩＣ検査においては、検出に用いる光源の波長や試料面上の２つの偏光照明ビーム間距離（シア量）によって、高さ計測可能なダイナミックレンジが決まる。下記特許文献１は、形状計測ソフトウェアを用いてダイナミックレンジを拡大できる検査装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０２２／２１５１７９Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＨＤの製造工程における表面研磨に起因して、ＨＤ表面には、従来の散乱光検出によっては検出困難な、低段差欠陥が存在する。ＨＤ容量の増加にともない、磁気ヘッドとＨＤ表面との間の距離が近くなり、これまで管理対象外だった低段差欠陥の検査が求められている。

【0006】

ＨＤ表面に現れる低段差欠陥の高さは数ｎｍ～百ｎｍ、サイズは数μｍ～数十μｍのオーダとなっている。このような欠陥は低アスペクト比であるので、ＤＩＣ方式の検査方式が適している。ＤＩＣ方式の検査方式は、偏光の異なる２つの光線を試料に照射し、２つの光線の微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）信号を取得する。ＤＩＣ信号は光線の干渉性による信号であるので、ＤＩＣ信号は欠陥高さｈに対してｓｉｎ（４πｈ／λ）に比例して変化する。λは使用する光源の波長である。したがって、ＤＩＣ信号は欠陥高さに対して周期的に変化し、ある高さ（数十ｍｎ）以上の欠陥（すなわちダイナミックレンジ外の欠陥）に対しては、正確な高さ信号の検出や欠陥の凹凸弁別をすることが困難である。

【0007】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ＤＩＣ信号のダイナミックレンジ内外の広い欠陥高さの範囲において、低段差欠陥の高さおよび凹凸方向を高感度で検査することができる欠陥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】

本発明に係る欠陥検査装置は、微分干渉信号が、その周期的変化のうち、段差欠陥の高さが閾値範囲内であるときに対応する第１レンジ内にあるか否かを判定する。前記第１レンジ内にある場合は、前記微分干渉信号を用いて、前記段差欠陥の前記高さおよび前記段差欠陥の凹凸方向を検出し、前記第１レンジ内にない場合は、前記微分干渉信号を用いて前記段差欠陥の前記高さを検出するとともに、瞳面強度差信号を用いて前記段差欠陥の凹凸方向を検出する。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る欠陥検査装置によれば、ＤＩＣ信号のダイナミックレンジ内外の広い欠陥高さの範囲において、低段差欠陥の高さおよび凹凸方向を高感度で検査することができる。前述した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る欠陥検査装置１の概略構成図である。

【図2】ディスク２表面の回転検査について説明する図である。

【図3】センサ１４とセンサ１７それぞれの検出素子配置を示す。

【図4】凸欠陥４０と凹欠陥４２それぞれの断面図と上面図である。

【図5】凸欠陥４０、凹欠陥４２、および、センサ画素Ｓ２＿１とＳ２＿２から得られる瞳面強度差信号５０の関係を説明する図である。

【図6】凸欠陥４０および凹欠陥４２の位相段差４１に対するシミュレーションによって得られた高さ信号（ＤＩＣ）６１と高さ信号（瞳面強度差信号）６２のそれぞれの強度を示す。

【図7】高さ信号（ＤＩＣ）６１のレンジを決定する方法について説明する図である。

【図8】プロセッサ１０５の機能ブロック図である。

【図9】欠陥検査装置１が出力するデータを説明する図である。

【図10】欠陥検査装置１のシステムブロック図である。

【図11】実施形態２に係る欠陥検査装置１の構成図である。

【図12】実施形態２におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。

【図13】実施形態３に係る欠陥検査装置１の構成図である。

【図14】実施形態３における結像系の光瞳面強度を検出するセンサ１３０とセンサ１３１の素子構成を示す。

【図15】分岐ミラー１３２を用いた、瞳面の光線を分岐する方法を説明する図である。

【図16】実施形態３におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。

【図17】実施形態４におけるセンサ１７の検出素子の構成を示す。

【図18】実施形態４におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る欠陥検査装置１の概略構成図である。欠陥検査装置１は、試料に対して光を照射することにより、試料の表面上に存在する段差欠陥を検出する装置である。ここでは試料の１例として、ハードディスクの表面欠陥を検査する場合について説明する。欠陥検査装置１が備える図１の各構成要素について以下説明する。

【0012】

光源３は、干渉性のある単一波長レーザによって構成されている。波長が長いと検出レンジが広くとれる。波長が短いと微小な高さに対する感度が高くなる。照明光学系４は、ディスク２に対して照射するビーム形状を最適なものに設定するために配置している。例えば後述する細線形状のビームスポットを実現するために、シリンドリカルレンズを２枚使い、アナモルフィックプリズムを使う、などによって照明光学系４を実現できる。ミラー５は一般的な反射ミラーを想定している。ビームの面内で位相が変化しないように設計した多層膜のものをミラー５として使うのが望ましい。

【0013】

ビームスプリッタ６と７は、ビームを分離するビームスプリッタである。ビームスプリッタ６は、光源３からの光をディスク２に対して透過させ、ディスク２から反射した光をセンサ１７へ向けて反射する。ビームスプリッタ７は、光源３からの光をディスク２に対して透過させ、ディスク２から反射した光をセンサ１４へ向けて反射するとともにビームスプリッタ６へ向けて透過させる。各ビームスプリッタは、センサ１４とセンサ１７それぞれにおいて最適な光量が得られるように、適切に強度を配分することが望ましい。ここでは、光源３の光量が十分にあることを前提として、１：１の強度に分離するビームスプリッタを想定している。

【0014】

１／４波長板８は、偏光分離素子９によってビームをＰ偏光とＳ偏光に分離する際に、光量を１：１に調整するために配備している。偏光分離素子９は、入射したビームをＰ偏光とＳ偏光に分離する。例えば、ノマルスキープリズムやウォラストンプリズムにより、偏光分離素子９を実現できる。

【0015】

集光光学系１０は、偏光分離素子９によって分離された光をディスク２に対して集光する光学系である。微分干渉信号を得るために、偏光分離素子９の光の分離点とディスク２の集光点とが焦点になるように設定する。これにより、ディスク２から反射したＰ偏光とＳ偏光の光が再度偏光分離素子９によって合成される。実装上の都合から、集光光学系はリレー光学系を用いると設計が容易となる。

【0016】

検出光学系１１は、ディスク２上のビームスポットがセンサ１４上で結像されるように設定した光学系である。センサ１４のサイズに最適となるように倍率変換することを想定している。センサ１４は、ディスク２上のビームスポットと共役となる位置に配置することが望ましい。これにより微分干渉信号を精度よく検出することができる。

【0017】

検出光学系１６は、集光光学系１０の瞳面における像の強度がセンサ１７によって検出できるように配備した光学系である。集光光学系１０の瞳位置とセンサ１７とが共役になるように設定することが望ましいが、集光光学系１０の瞳像をセンサ１７によって検出可能であればよい。検出光学系１６は、センサ１７のサイズに合うように倍率変換を実施してもよい。

【0018】

光源３から出力された光はディスク２に向けて照射される。偏光分離素子９によりビームはＳ偏光とＰ偏光の２つの光線に分離され、ディスク２表面に対して照射される。ディスク２から反射された光は、センサ１４とセンサ１７によって検出される。センサ１４はＳ偏光とＰ偏光の２つの光線の微分干渉信号（ＤＩＣ信号）を検出する。センサ１７は集光光学系１０の瞳面強度を検出する。

【0019】

プロセッサ１０５は、センサ１４が検出したＤＩＣ信号およびセンサ１７が検出した瞳面強度信号を用いて、ディスク２表面の低段差欠陥およびその凹凸方向を検出する。検出原理については後述する。

【0020】

瞳面強度は、ディスク２表面の低段差欠陥からの反射光の光線方向において、平坦な表面からの反射光に比べて微小な傾きを持つ。この傾きは結像面においては検出できないほど小さいが、瞳面においては中心から数％の強度比として算出することができる。この強度比は低段差欠陥の高さや平面サイズに依存している。よってプロセッサ１０５は、瞳面の強度比を求めることにより、低段差欠陥の高さや平面サイズを算出することができる。

【0021】

ディスク２の傾き、光学部品のズレ、気圧や温度変動による光学性能の変化などによって、ＤＩＣ信号や瞳面強度信号に誤差が生じる。この誤差は欠陥高さの誤差になる。ＤＩＣ信号の誤差を補正するために、偏光分離素子調整装置１９０を用いて、誤差によって生じる位相差をキャンセルする。例えばマイクロメータ等によって偏光分離素子９を調整することにより補正が可能である。この補正方法は一般的な技術なので詳細は割愛する。瞳面強度信号を補正するために、センサ位置調整機構１９１を用いる。例えばセンサ１７の位置をマイクロメータ等によって調整することにより補正が可能である。この補正方法も一般的な技術なので詳細は割愛する。

【0022】

図２は、ディスク２表面の回転検査について説明する図である。ディスク２を検査する過程において、ディスク２はステージ１０３（後述）によってθ方向に回転される。ディスク２表面に対して光ビーム２０と光ビーム２１が照射される。光ビーム２０と２１はそれぞれ、図１に示すＳ偏光とＰ偏光である。光ビーム２０と光ビーム２１のうちどちらがＳ偏光またはＰ偏光であっても検出される信号に変化はなく、これらは順不同である。光ビーム２０と２１は半径（Ｒ）方向２２において長く、θ方向２３（回転方向）において短い形状になっている（細線形状）。半径（Ｒ）方向に長くすることにより、１度に広範囲で表面欠陥を検出することができ、高スループットで全面検査を可能にしている。

【0023】

ディスク２表面の検査時、光ビーム２０と２１は動かさず、ディスク２をθ方向矢印２３に沿って回転させながら半径方向矢印２２に沿って移動させることにより、ディスク２全面を検査する。Ｒ方向のビーム径を長くすることにより、小さな欠陥も見逃さず全面検査を可能としている。

【0024】

図３は、センサ１４とセンサ１７それぞれの検出素子配置を示す。センサ１４とセンサ１７は、検出する光ビームの性質に応じて、検出面上において図３に示すように検出素子を配置している。

【0025】

センサ１４の表面はディスク２と共役な面になっており、観察している領域の結像光３０が入射する（集光光がセンサ面において結像している）。センサ１４はＲ方向にセンサ画素Ｓ１＿１からＳ１＿ＮまでＮ画素（Ｎ個の検出素子）を配置しており、画素ごとにＤＩＣ信号を検出することができる。これにより、画素ごとに検出感度を落とすことなく広い範囲でＤＩＣ信号を一度に検出することができる。すなわちディスク２上の小さな段差欠陥を見落としなく検出することができる。

【0026】

センサ１７は、集光光学系１０の瞳面強度を検出する。ディスク２表面上における細線方向（θ方向）の方がＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が大きいので、瞳面上においてはθ方向のほうがビームスポット３１のサイズが大きい。したがってセンサ１７はθ方向に沿って２画素の検出素子を配置している。プロセッサ１０５（またはセンサ１７自身）は、画素Ｓ２＿１とＳ２＿２との間の信号強度差を検出する。

【0027】

図４は、凸欠陥４０と凹欠陥４２それぞれの断面図と上面図である。低段差欠陥としては、凸欠陥４０のようにディスク２の表面にある突起した欠陥、凹欠陥４２のようにディスク２の表面が凹んだ欠陥、などがある。低段差欠陥としては、表面サイズが０．１μｍ～数μｍのものを想定している。この欠陥を見逃さないように細線ビームを用いる。

【0028】

ＤＩＣ信号は、光ビーム２１と２０それぞれの照射位置間の位相段差４１を検出することができる。位相段差４１を検出することにより、凸欠陥４０や凹欠陥４２を検出することができる。

【0029】

図５は、凸欠陥４０、凹欠陥４２、および、センサ画素Ｓ２＿１とＳ２＿２から得られる瞳面強度差信号５０の関係を説明する図である。瞳面強度差信号５０は、（Ｓ２＿１）－（Ｓ２＿２）によって求めることができる。

【0030】

ディスク２の表面上で光ビームを走査する過程において、光ビーム２０と２１が凸欠陥４０に対して照射されたとき、瞳面強度差信号５０は図５のように一度負方向に減少し、その後増加し、再度減少して元の状態に戻る。したがって図５に示されているように、光ビーム２０と２１との間の間隔（シア量）だけ離れた距離において、同じ信号変化が２回生じる。

【0031】

凹欠陥４２においても凸欠陥４０と同様に、瞳面強度差信号５０の変化が生じる。ただし、凸欠陥４０における信号変化とは反転した信号変化となる。すなわち、光ビーム２０と２１が凹欠陥４２に対して照射されたとき、瞳面強度差信号５０は図５のように一度正方向に増加し、その後減少し、再び増加して元の状態に戻る。凹欠陥４２においても凸欠陥４０と同様に、光ビーム２０と２１との間の間隔（シア量）だけ離れた距離において、同じ信号変化が２回生じる。

【0032】

信号変化強度５１は、凸欠陥４０の高さおよび凹欠陥４２の深さに比例した値となる。したがって欠陥高さや欠陥深さを、瞳面強度差信号５０から検出することが可能になる。また、凸欠陥４０を検出したときの信号強度と凹欠陥４２を検出したときの信号強度は互いに反転しているので、欠陥形状が凸なのか凹なのかを分類することができる。

【0033】

この瞳面での強度差信号の取得原理について簡単に説明する。ディスク２をθ矢印方向に回転させたとき、凸欠陥４０および凹欠陥４２により、反射光の角度分布が微小に変化する。その際、瞳面に設置されたセンサ画素Ｓ２＿１の強度からＳ２＿２の強度を減算する差分を取得すると、凸欠陥４０においては、一度強度が減少した後、強度が増加し、再度減少して元の状態に戻る。この変化は、センサ画素Ｓ２＿２の強度からＳ２＿１の強度を減算する差分を求めた場合は、正負が反転した変化になる。図３におけるθ方向と図５におけるθ方向は同じであることを付言しておく。

【0034】

図６は、凸欠陥４０および凹欠陥４２の位相段差４１に対するシミュレーションによって得られた高さ信号（ＤＩＣ）６１と高さ信号（瞳面強度差信号）６２のそれぞれの強度を示す。図６上段はＤＩＣ信号から算出された高さ信号（ＤＩＣ）６１である。図６下段は瞳面強度差信号から算出された高さ信号（瞳面強度差信号）６２である。本シミュレーションにおいて、光ビーム２０と２１の波長は６６０ｎｍとし、凸欠陥４０および凹欠陥４２は高さ方向のみ変化させ、直径φは５μｍとした。高さ信号（ＤＩＣ）６１と高さ信号（瞳面強度差信号）６２はそれぞれの検出信号の最大値を１として規格化している。高さ信号（瞳面強度差信号）６２においては、－２７０ｎｍから２７０ｎｍの欠陥高さの範囲における信号の最大値を１とした。

【0035】

高さ信号（ＤＩＣ）６１は、欠陥高さに対して周期的に信号が変化していることが分かる。高さ信号（ＤＩＣ）６１は下記式のように表すことができる。ｈは欠陥高さ、λは光線の波長である：高さ信号（ＤＩＣ）６１∝ｓｉｎ（４πｈ／λ）。したがって、欠陥高さの違いや凸欠陥と凹欠陥の違いがある場合においても、高さ信号（ＤＩＣ）６１の強度が同じとなる場合がある。すなわち、高さ信号（ＤＩＣ）６１のみでは、欠陥高さが±８２．５ｎｍ以上のとき（欠陥高さが第１レンジ外であるとき）、欠陥の凹凸弁別および高さ検出ができなくなる。

【0036】

他方で高さ信号（瞳面強度差信号）６２は、欠陥高さ（の絶対値）に比例して信号強度が大きくなるので、異なる欠陥高さで同じ信号強度になることはない。さらに、検出できる欠陥高さのレンジがＤＩＣ信号よりも広い。ただしこのレンジは欠陥サイズの影響を受ける。欠陥サイズが小さくなると、検出できる高さのレンジが小さくなる。瞳面強度差信号６２の感度は高さ信号（ＤＩＣ）６１に比べて低く、±８２．５ｎｍ以下の欠陥高さ（第１レンジ内の欠陥高さ）を正しく検出・分類することは難しい。

【0037】

以上に鑑みて、プロセッサ１０５は、第１レンジ内においては高さ信号（ＤＩＣ）６１を用いて欠陥の高さ検出および凹凸弁別を実施し、第１レンジ外においては前述の瞳面強度差信号５０の信号形状を用いた凹凸弁別を実施するとともに、欠陥高さは高さ信号（ＤＩＣ）６１および高さ信号（瞳面強度差信号）６２を用いて検出する。欠陥高さが第１レンジ内であるかどうかは、高さ信号（瞳面強度差信号）６２の大きさから求めることができる。具体的手法は後述する。第１レンジ外においては、高さ信号（瞳面強度差信号）６２の方が高さ信号（ＤＩＣ）６１よりも欠陥高さに対する精度が低いことに鑑みて、高さ信号（瞳面強度差信号）６２から高さ信号（ＤＩＣ）６１の周期のみを判定し、最終的な欠陥高さは高さ信号（ＤＩＣ）６１を用いて決定するのがよい。

【0038】

図７は、高さ信号（ＤＩＣ）６１の周期を決定する方法について説明する図である。図７は凸欠陥に対する周期決定方法について説明しており、図６に示すグラフの右側半分に相当する。高さ信号（ＤＩＣ）６１は欠陥高さ０付近で第１レンジ６３を有し、さらにその隣の第２レンジ６４、第３レンジ６５を有する。高さ信号（瞳面強度差信号）６２の信号強度の大きさから、凸欠陥がいずれの周期に属する高さなのかを決定することができる。高さ信号（瞳面強度差信号）６２は欠陥高さの絶対値に比例して信号強度が大きくなるからである。高さ信号（ＤＩＣ）６１がいずれの周期に属するかを決定すれば、高さ信号（ＤＩＣ）６１の信号値に基づき、正確な欠陥高さを決定することができる。

【0039】

図７における周期６３～６５は、同じ周期内において同じ信号値が存在しないように定める必要がある。これにより、ＤＩＣ信号がいずれの周期内にあるかを特定すれば、その特定した周期内においては信号値と高さが１：１に対応することになるので、ＤＩＣ信号が周期的に変化したとしても、ＤＩＣ信号から欠陥高さを特定できる。例えば高さ信号（瞳面強度差信号）６２が第１レンジ６３に対応する閾値範囲内（図７の左側の点線よりも左側）にある場合は、ＤＩＣ信号が第１レンジ６３内にあることを特定できる。その他の周期についても同様に、高さ信号（瞳面強度差信号）６２を各周期に対応する閾値範囲と比較することにより判定できる。

【0040】

図８は、プロセッサ１０５の機能ブロック図である。センサ１４とセンサ１７の各受光面からの電流信号は、Ｉ／Ｖ変換器７０とＡ／Ｄ変換器７１によりデジタル信号に変換される。Ｉ／Ｖ変換器７０とＡ／Ｄ変換器７１は一般技術であるので詳細は割愛するが、検査速度を向上するために、周波数特性に注意して設計するとよい。

【0041】

Ａ／Ｄ変換器７１によって変換されたＤＩＣ信号は、ある強度レベルのオフセットを中心として周期変化する。オフセット除去部７２はその強度レベルを除去して振幅のみを取得する。

【0042】

信号演算部７５は、下記計算式にしたがって、瞳面強度差信号５０（Ｓ）を計算する：Ｓ＝（Ｓ２＿１）－（Ｓ２＿２）。信号強度評価部７６は、瞳面強度差信号５０に基づき信号変化強度５１を計算する。第１レンジ判定部７７は、高さ信号（ＤＩＣ）６１が第１レンジ６３内であるか否かを判定する。第１レンジ６３内である場合は、センサ１４から得られた信号を用いて、段差欠陥を評価する。

【0043】

凹凸評価部７３は、取得した振幅のみの信号を使って、段差欠陥を評価する。凹凸評価部７３は変化のあった信号を抽出し、振幅が正か負かを見て凹凸を判定する。またθ方向の振幅の長さを計測することにより、欠陥の長さ情報を取得することができる。また、何個の受光面が変化しているかを計測することにより、Ｒ方向の欠陥長さ情報も取得することができる。凹凸評価部７３は、微小欠陥のＲ方向およびθ方向の長さ情報とともに振幅情報を凹凸高さ評価部７４に対して送る。

【0044】

凹凸高さ評価部７４は、振幅と欠陥サイズに基づき、高さ情報を取得する。ＤＩＣによる高さ情報の取得は、通常技術で判別できるので、詳細は割愛する。以上のようにセンサ１４からは微小段差欠陥の凹凸種別、サイズ、高さを検出することができる。

【0045】

高さ信号（ＤＩＣ）６１が第１レンジ６３外である場合は、センサ１７から得られた信号を用いて、段差欠陥を評価する。凹凸評価部７８は、図５で説明した手法にしたがって、瞳面強度差信号５０を用いて、段差欠陥が凸欠陥と凹欠陥のうちいずれであるかを判定する。

【0046】

周期判定部７９は、高さ信号（ＤＩＣ）６１がいずれの周期に属するか（例：第２レンジ６４、第３レンジ６５、その他）を判定する。周期を決定するとき、段差欠陥が凸欠陥と凹欠陥のうちいずれであるかを考慮する。凸欠陥であれば図７で説明した手順で周期を決定し、凹欠陥であれば図７を正負反転した信号変化にしたがって周期を決定する。

【0047】

凹凸高さ評価部８０は、周期判定部７９が判定した周期にしたがって、ＤＩＣ信号から欠陥高さを取得する。このとき、精度は劣るが、瞳面強度差信号５０から求まる高さ信号（瞳面強度差信号）６２により欠陥高さを決定してもよい。あるいはＤＩＣ信号と高さ信号（瞳面強度差信号）６２を併用してもよい。

【0048】

プロセッサ１０５は、以上説明した手順により、微小段差欠陥の凹凸、サイズ、高さ情報を取得することができる。

【0049】

図９は、欠陥検査装置１が出力するデータを説明する図である。このデータが示す情報は、例えばプロセッサ１０５がモニタ上に提示するＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）上で提供することができる。図９左は欠陥マップであり、図９右はθ方向の欠陥高さ分布である。

【0050】

欠陥検査装置１は、ディスク２上に高さレベルに応じた欠陥情報がディスク２のどこにあるか表示することができる。図９は、高さやサイズに応じて第１欠陥レベル９２、第２欠陥レベル９３、第３欠陥レベル９４の３レベルを示す例である。例えば、許容範囲外の欠陥レベルをあらかじめ設定しておき、許容範囲外レベルの欠陥のみ表示するようにしてもよい。ディスク基準線９１は、ディスク２上には無いが、画面上ではこれを表示することにより、ディスク位置と欠陥サイズと高さを視覚的に分かりやすく表示することができる。ディスク基準線９１を設定できない場合は、ディスク半径位置に対する欠陥のサイズと高さを表示してもよい。また判定レベル９５を設けておき、欠陥高さ９６がそれを超えるとアラームが上がるようにしてもよい。

【0051】

ディスク２表面上における欠陥の位置は、光ビーム２０と２１を照射するときの座標に基づき特定することができる。プロセッサ１０５は、その座標を図９のＧＵＩ上に反映することにより、画面上で欠陥位置を提示することができる。欠陥座標の数値なども併せて提示してもよい。

【0052】

図１０は、欠陥検査装置１のシステムブロック図である。欠陥検査装置１は、コントロールパネル１０１、コントローラ１０２、ステージ１０３、光学系１０４、光源３、センサ１４、センサ１７、プロセッサ１０５、モニタ１０６を備える。

【0053】

コントロールパネル１０１は、ホスト１００が装置を使いたい際に操作するＧＵＩに相当する。ホスト１００が検査した結果を参照する場合、モニタ１０６上でＧＵＩを提示することにより、参照することができる。コントロールパネル１０１が受けた指令に基づきコントローラ１０２に対して検査に必要な情報を送る。

【0054】

コントローラ１０２は、ステージ１０３を駆動し、ディスク２を回転させるとともに光源３を点灯させる。ステージ１０３は、ディスク２の表裏を入れ替える機能と、ディスク２を交換する機能と、搬送する機能も有しており、複数のディスクの表裏を連続して検査することができる。これにより、複数のディスク２の表裏を高速に検査し、微小な低段差欠陥を検出することができる。

【0055】

光源３は、ＣＷ（連続波）で発光を続けてもよいし、消費電力を下げるために、ディスク２を検査する際のみ発光させてもよい。光学系１０４は、図１に示す各光学系である。光源３から出射したビームは、光学系１０４によってディスク２へ集光され、ディスク２の欠陥情報がセンサ１４と１７によって検出される。センサ１４と１７が検出した検出信号は、プロセッサ１０５により処理され、欠陥情報を取得する。欠陥情報を取得する手順は上述の通りである。欠陥情報は、モニタ１０６上に表示される。

【0056】

＜実施の形態１：まとめ＞
実施形態１に係る欠陥検査装置１は、センサ１４が検出するＤＩＣ信号のダイナミックレンジ外の欠陥に対して、瞳面に設置されたセンサ１７が検出する瞳面強度差信号を用いて、凹凸方向の識別および欠陥高さを決定する。具体的には、欠陥高さに対して周期的に変化するＤＩＣ信号に対して，センサ１７が検出する瞳面強度差信号を用いて、どの周期なのかを決定し、その結果に基づき、凹凸方向識別および欠陥高さを決定する。一般的に瞳面強度差信号によってダイナミックレンジ内の欠陥高さを検出することは検査手法の感度的に難しいが、本実施形態のようにＤＩＣ検査と瞳面強度分布検査を組み合わせることにより、数ｎｍ～数百ｎｍの低段差欠陥を漏れなく検査することができる。

【0057】

＜実施の形態２＞
図１１は、本発明の実施形態２に係る欠陥検査装置１の構成図である。実施形態１と比較すると、１／２波長板１２、偏光ビームスプリッタ１３、センサ１５を新たに備える。その他の構成は実施形態１と同様である。

【0058】

１／２波長板１２は、入射した偏光を偏光ビームスプリッタ１３に対して４５°の偏光に変換する機能を有している。偏光ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる機能を有している。本実施形態２においては、ＤＩＣ信号をセンサ１４とセンサ１５の２個のセンサにより検出する。具体的には、偏光分離素子９によってディスク２からの反射光が１つのビームに集光されたものを、偏光の位相を変えることにより再度２個のビームへ分割して検出する。

【0059】

センサ１５は、センサ１４と同じタイプのセンサであり、図３のように検出素子がＮ分割されたセンサである。センサ１４とセンサ１５それぞれにおけるセンサ信号の差と和をとった後に差を和で割り算して信号を生成する。この信号処理をすると、レーザの強度変化に依存しない外乱の強い高さ情報を検出することができる。

【0060】

図１２は、実施形態２におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。実施形態１と比較すると、センサ１５からの検出信号を処理するブロックが新たに追加されている。信号演算部１２０は、センサ１４の信号をＳ１、センサ１５の信号をＳ３とした場合、以下の演算を実施する：Ｓ＝（Ｓ１－Ｓ３）／（Ｓ１＋Ｓ３）。このとき、受光面毎の複数の信号が得られる。信号演算部１２０は、上記式によって差分を取得するので、オフセット除去部７２と同じように強度レベルを除去できる。またセンサ１４とセンサ１５との間では高さに対する信号が逆位相で発生するので、振幅は２倍になる効果がある。さらにＳ１とＳ３を加算した信号で除算するので、レーザの強度情報を除去でき、レーザの強度揺れに依らない信号が得られる。このように実施形態２では、実施形態１に比べて、外乱に強いＤＩＣ信号が検出できる。

【0061】

＜実施の形態３＞
図１３は、本発明の実施形態３に係る欠陥検査装置１の構成図である。実施形態１と比較すると、検出光学系１８と１９、分岐ミラー１３２を新たに備え、センサ１７に代えてセンサ１３０と１３１を備える。その他の構成は実施形態１と同様である。

【0062】

分岐ミラー１３２は集光光学系１０の瞳像の強度分布を分岐できる位置に設置されており、例えば実施形態１におけるセンサ１７の位置付近に設置するとよい。検出光学系１８と１９は、ディスク２上の光スポットがセンサ１３０と１３１に結像されるように設定した光学系である。センサ１３０と１３１のサイズに最適となるよう倍率変換することを想定している。センサ１３０と１３１は同じサイズであるほうが、信号処理に際して好ましい。光線を分岐ミラー１３２で一度光学的に分岐し、検出光学系１８と１９がそれぞれセンサ１３０と１３１に結像することにより、実施形態１に比べて高感度に瞳面強度差を検出することが可能になる。瞳面強度差は、センサ１３０と１３１がそれぞれ得た信号の差分を取ることにより取得できる。

【0063】

図１４は、実施形態３における結像系の光瞳面強度を検出するセンサ１３０とセンサ１３１の素子構成を示す。センサ１３０と１３１の表面はディスク２と共役な面になっていて、観察している領域の結像光３２と３３が入射する（集光光がセンサ面に結像している）。センサ１３０はＲ方向にセンサ画素Ｓ４＿１からＳ４＿ＮまでＮ画素の素子を有する。センサ１３１も同様にＲ方向にセンサ画素Ｓ５＿１からＳ５＿ＮまでＮ画素の素子を有する。センサ１３０と１３１の画素ごとの差分を取ることにより、瞳面強度差信号を検出することができる。ディスク２の回転方向と、センサ画素の差分方向（どちらの画素からどちらの画素を減算するか）に対する信号変化の方向は、実施形態１と同様である。

【0064】

図１５は、分岐ミラー１３２を用いた、瞳面の光線を分岐する方法を説明する図である。θ方向に光線の強度を分岐するように分岐ミラー１３２は設置されており、分岐された片方の分岐光線１５１はそのまま直進し、もう片方の分岐光線１５２は９０度異なる方向に反射する。

【0065】

図１６は、実施形態３におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。実施形態１と比較すると、センサ１３０と１３１それぞれについて処理系が構成されている。信号演算部１６０よりも後段は実施形態１と同様である。

【0066】

信号演算部１６０は、センサ１３０の信号をＳ４、センサ１３１の信号をＳ５としたとき、以下の演算によって瞳面強度差信号５０（Ｓ）を計算する：Ｓ＝（Ｓ４）－（Ｓ５）。このとき受光面毎に信号が得られるが、それぞれの信号処理は実施形態１と同様にすればよい。これにより信号のチャンネル数が増えるが、それぞれの信号の欠陥に対する感度が上がる。センサ１３０とセンサ１３１の画素数を十分増やせば、第１レンジの信号であっても、十分な感度で瞳面強度差信号から欠陥高さを検出することができる。

【0067】

＜実施の形態４＞
図１７は、本発明の実施形態４におけるセンサ１７の検出素子の構成を示す。図１７に示す素子構成においては、検出素子がθ方向に加えてＲ方向にも分割されており、合計４分割となっている。センサ画素Ｓ６＿１とＳ６＿４の和信号、Ｓ６＿３とＳ６＿２の和信号をそれぞれ算出し、これらの差分を計算することにより、Ｒ方向の瞳面強度差信号を検出する。同時に、センサ画素Ｓ６＿１とＳ６＿２の和信号、Ｓ６＿４とＳ６＿３の和信号をそれぞれ算出し、これらの差分を計算することにより、θ方向の瞳面強度差信号を検出する。

【0068】

ディスク２表面上におけるθ方向よりもＲ方向の方がＮＡが小さいので、欠陥高さに対する感度はＲ方向において小さくなる。これにより、欠陥の高さが大きすぎてθ方向の瞳面強度差信号では検出できないレンジの欠陥については、Ｒ方向の瞳面強度差信号で検出することが可能である。

【0069】

図１８は、実施形態４におけるプロセッサ１０５の機能ブロック図である。実施形態１と比較すると、信号演算部７５に代えて信号演算部１８０と１８１を備え、さらに信号強度評価部１８２を新たに備える。信号演算部１８０が出力する信号は信号演算部７５と同等のものであり、信号強度評価部７６以降は実施形態１と同様である。信号演算部１８１が出力する信号は、Ｒ方向の瞳面強度差信号に対応し、欠陥高さに対する強度がθ方向の瞳面強度差信号よりも小さくなる。信号強度評価部１８２以降は実施形態１と同様である。図１８の構成により、実施形態１よりも広いダイナミックレンジをカバーすることが可能になる。

【0070】

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0071】

以上の実施形態において、コントローラ１０２とプロセッサ１０５は、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することにより構成することもできる。

【0072】

以上の実施形態においては、ＨＤや半導体などの製造工程において実行する欠陥検査に用いられる検査装置に対して、本発明を適用する場合について説明した。本発明の適用対象はこれに限るものではなく、微小な段差欠陥を光学的に検出するその他の欠陥検査装置について適用することができる。

【符号の説明】

【0073】

１：欠陥検査装置
９：偏光分離素子
１０：集光光学系
１４：センサ
１７：センサ
１０５：プロセッサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】