特許 7385003 光フィルタリングデバイス、光学顕微鏡及び欠陥観察装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】光フィルタリングデバイス、光学顕微鏡及び欠陥観察装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/02 20060101AFI20231114BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20231114BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20231114BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

G02B26/02 B

G01N21/956 A

B81B3/00

H01L21/66 J

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022509817

(86)(22)【出願日】2020-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2020012940

(87)【国際公開番号】W WO2021192017

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-07-28

(73)【特許権者】

【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】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】吉村 保廣

(72)【発明者】

【氏名】青野 宇紀

(72)【発明者】

【氏名】大谷 祐子

(72)【発明者】

【氏名】高田 哲

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０３９２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－００４６８４４（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０５０５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６２－２８９８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１０３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７１６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７８４１９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１３０６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／００ － ２６／０８

Ｇ０１Ｎ ２１／９５６

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学顕微鏡に用いられる光フィルタリングデバイスであって、
軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、閉状態では集光された光の光軸と斜めに交わる構成を有し、複数個が隣り合うように配置され、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有する、光フィルタリングデバイス。

【請求項2】

前記複数個の前記シャッタは、それぞれが独立に開閉可能な構成を有する、請求項１記載の光フィルタリングデバイス。

【請求項3】

前記シャッタの前記開き角は、８５度から６０度までの範囲に調整される構成を有する、請求項１記載の光フィルタリングデバイス。

【請求項4】

軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有し、
前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイと、
前記シャッタアレイを設置するラックと、を含み、
前記ラックは、前記基板と電気的に接続するラック配線を有し、
前記ラックには、ラック開口部が設けられている、光フィルタリングデバイス。

【請求項5】

軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有し、
前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイと、
前記シャッタアレイを設置するラックと、を含み、
前記ラックは、前記基板と電気的に接続するラック配線を有し、
前記ラックには、ラック開口部が設けられ、
前記シャッタアレイは、前記ラックの斜面に設置され、
前記シャッタ開口部と前記ラック開口部とは連通している、光フィルタリングデバイス。

【請求項6】

軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有し、
前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイと、
前記シャッタアレイを設置するラックと、を含み、
前記ラックは、前記基板と電気的に接続するラック配線を有し、
前記ラックには、ラック開口部が設けられ、
前記シャッタアレイは、前記ラックの斜面に設置され、
前記シャッタ開口部と前記ラック開口部とは連通し、
前記シャッタ開口部は、前記ラック開口部に対して屈曲している、光フィルタリングデバイス。

【請求項7】

軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有し、
前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイと、
前記シャッタアレイを設置するラックと、を含み、
前記ラックは、前記基板と電気的に接続するラック配線を有し、
前記ラックには、ラック開口部が設けられ、
前記シャッタアレイは、前記ラックの斜面に設置され、
前記シャッタ開口部と前記ラック開口部とは連通し、
前記シャッタ開口部と前記ラック開口部とは、略平行に連通している、光フィルタリングデバイス。

【請求項8】

軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、
シャッタ開口部を有する基板と、を備え、
前記シャッタと前記基板との間に電圧を印加する構成を有し、
前記シャッタは、前記軸部の周りに回転し前記シャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、
前記シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有し、
前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイと、
前記シャッタアレイを設置するラックと、を含み、
前記ラックは、前記基板と電気的に接続するラック配線を有し、
前記ラックには、ラック開口部が設けられ、
前記シャッタアレイは、前記ラックの斜面に設置され、
前記シャッタ開口部と前記ラック開口部とは連通し、
隣り合う前記シャッタアレイは、部分的に重なるように配置されている、光フィルタリングデバイス。

【請求項9】

前記軸部は、ミアンダ棒で構成されている、請求項１記載の光フィルタリングデバイス。

【請求項10】

電極アレイを更に含み、
前記電極アレイは、前記ラックに設置されている、請求項４記載の光フィルタリングデバイス。

【請求項11】

請求項１記載の光フィルタリングデバイスと、
マイクロレンズアレイと、を備え、
前記光フィルタリングデバイスは、前記シャッタ、シャッタ支持部及び前記基板を含むシャッタアレイを含む、光学顕微鏡。

【請求項12】

請求項１１記載の光学顕微鏡と、
走査型電子顕微鏡と、を備えた、欠陥観察装置。

【請求項13】

請求項４記載の光フィルタリングデバイスと、
マイクロレンズアレイと、を備えた、光学顕微鏡。

【請求項14】

請求項５記載の光フィルタリングデバイスと、
マイクロレンズアレイと、を備えた、光学顕微鏡。

【請求項15】

請求項１３記載の光学顕微鏡と、
走査型電子顕微鏡と、を備えた、欠陥観察装置。

【請求項16】

請求項１４記載の光学顕微鏡と、
走査型電子顕微鏡と、を備えた、欠陥観察装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光フィルタリングデバイス、光学顕微鏡及び欠陥観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

欠陥観察装置は、半導体製造ライン等において半導体の基板であるウエハの表面に生じる各種の欠陥、異物等（以下「欠陥等」という。）のレビュー、分類等を行う走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を備えている。

【0003】

欠陥観察装置は、光学顕微鏡を更に備えていることが望ましい。欠陥観察装置は、光学顕微鏡を制御し、ウエハ表面の欠陥等を効率よく自動的に検出し、座標アライメントを行う機能を有する。光学顕微鏡により検出した微小な欠陥等については、ＳＥＭを制御することにより、その形状を詳しく観察し、成分分析することができる。光学顕微鏡は、暗視野光学顕微鏡（ＤＦＯＭ：Ｄａｒｋ Ｆｉｅｌｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）として使用可能なものが望ましい。

【0004】

また、欠陥観察装置は、ＳＥＭ像、欠陥等の分類データ、元素分析データ等を自動的に出力する機能を有し、出力されたデータから欠陥マップを作成することもできる。さらに、欠陥観察装置は、作成した欠陥マップを元に、欠陥等の観察、分類及び分析を行うこともできる。このため、欠陥観察装置は、レビューＳＥＭとも呼ばれている。また、欠陥レビューＳＥＭ（Ｄｅｆｅｃｔ Ｒｅｖｉｅｗ－ＳＥＭ）又はウエハ検査ＳＥＭとも呼ばれている。

【0005】

言い換えると、欠陥観察装置において、光学顕微鏡とＳＥＭとは共通のステージを有し、このステージに載置したウエハについて、光学顕微鏡で観察し、検出した欠陥等の位置を特定し、その欠陥等をＳＥＭにより観察することができる。例えば、数十μｍの精度を有する欠陥マップに従って、欠陥観察装置の暗視野顕微鏡を用いて数百ｎｍの範囲で欠陥等を探索し、数μｍ以下の精度で欠陥等の位置を特定することができる。

【0006】

これにより、光学顕微鏡とＳＥＭとの座標系の乖離を補正し、欠陥観察の成功率を向上させ、高いスループットを維持することができる。また、半導体デバイスの製造工程において、配線の絶縁不良や短絡等の不良の原因になる欠陥等を早期に検出し、その発生源を突き止め、歩留まり低下を防ぐことができる。

【0007】

特許文献１には、第一撮像部（光学顕微鏡）及び第二撮像部（ＳＥＭ）を備えた欠陥観察装置において、第一撮像部の複数の撮像手段の中から第一撮像部の次の撮像手段又は第二撮像部の撮像条件を設定し、第二撮像部の撮像条件として、積算フレーム枚数、加速電圧、プローブ電流、撮像倍率又は撮像視野を設定し、第一撮像部によって検出された欠陥の位置情報と第一撮像部による画像取得により得られた情報に基づいて座標補正式を算出し、補正された位置情報に基づいて第二撮像部を用いて欠陥を撮像するものが開示されている。

【0008】

特許文献２には、ＳＯＩウェハに２次元状に配列する孔部と、孔部を覆う光学的に不透明な薄膜であってＳＯＩウェハ上に２次元状に配列したシャッタパターンと、ＳＯＩウェハに形成された動作電極と、を有するシャッタアレイを備えた、光学フィルタリングデバイスが開示されている。ここで、ＳＯＩは、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒの略称であり、ＳＯＩウェハは、Ｓｉ基板の上に、酸化絶縁膜（ＢＯＸ層：Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ 層）、表面Ｓｉ膜（ＳＯＩ部）が形成された構造を有するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１９－１３２６３７号公報

【文献】特許第５８６７７３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

暗視野顕微鏡においては、欠陥等の種類に応じた瞳フィルタが必要であり、多種類の欠陥等に対応する１ｍｍ以下の寸法を有する微小なシャッタが求められている。このようなシャッタを開閉させることにより、多様な空間フィルタを形成することができると考えられる。

【0011】

このようなシャッタを使わない従来の暗視野光学系による欠陥検出においては、各種の欠陥散乱光の瞳面における空間特性及び偏光特性を利用して、欠陥と、検出ノイズとなるウエハラフネスとの判別可能性を空間フィルタ及び偏光フィルタにより高めていた。

【0012】

欠陥等の種類によって検出に有利な空間フィルタの形状が異なるため、複数種の欠陥の検出感度向上のためには、複数種の空間フィルタとフィルタ切り替え機構とが必要である。フィルタ切り替え機構を用いることにより、シャッタの開閉箇所を選択することができ、複数種の空間フィルタを構成することができるからである。

【0013】

シャッタの開閉動作の際には、弾性変形する軸部であるサスペンション部に発生する変形量が大きくなる。このため、開閉動作の繰り返しにより、シャッタの軸部及びその周辺部における疲労破壊が発生しやすくなり、シャッタの寿命の短くなることが懸念される。

【0014】

本発明は、欠陥観察装置の構成要素である光学顕微鏡に用いるシャッタアレイデバイス（光フィルタリングデバイス）のシャッタの疲労破壊を防止し、シャッタアレイデバイスの寿命を長くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の光フィルタリングデバイスは、軸部を有し開閉可能な構成を有するシャッタと、シャッタ開口部を有する基板と、を備え、シャッタと基板との間に電圧を印加する構成を有し、シャッタは、軸部の周りに回転しシャッタ開口部に移動することにより開状態となる構成を有し、シャッタの開き角は、９０度未満に調整される構成を有する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、欠陥観察装置の構成要素である光学顕微鏡に用いる光フィルタリングデバイスのシャッタの疲労破壊を防止し、シャッタアレイデバイスの寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係る欠陥観察装置を示す模式構成図である。

【図2】図１の欠陥観察装置の欠陥検出部である光学顕微鏡を示す模式構成図である。

【図3A】シャッタアレイデバイス及びマイクロレンズアレイを示す模式拡大図である。

【図3B】図３Ａのシャッタアレイデバイスを構成するシャッタが一部を除き閉じた状態を示す模式拡大図である。

【図3C】図３Ａのシャッタアレイデバイスを構成するシャッタの全てが閉じた状態を示す模式拡大図である。

【図3D】図３Ａのシャッタアレイデバイスの状態に対応する空間フィルタを示す図である。

【図3E】図３Ｂのシャッタアレイデバイスの状態に対応する空間フィルタを示す図である。

【図3F】図３Ｃのシャッタアレイデバイスの状態に対応する空間フィルタを示す図である。

【図4A】実施例１のシャッタアレイデバイスを示す斜視図である。

【図4B】１個のシャッタアレイを示す斜視図である。

【図4C】１個の電極アレイを示す斜視図である。

【図5】図４ＡのＢ－Ｂ断面図である。

【図6】図４ＡのＡ－Ａ断面図である。

【図7】図４Ａのラックの上面図である。

【図8】実施例２のシャッタアレイデバイスを示す断面図である。

【図9】実施例３のシャッタアレイデバイスを示す断面図である。

【図10A】比較例のシャッタアレイを示す断面図である。

【図10B】実施例４のシャッタアレイを示す断面図である。

【図10C】実施例４のシャッタアレイを示す上面図である。

【図11】実施例５のシャッタアレイを示す断面図である。

【図12A】実施例６のシャッタアレイを示す断面図である。

【図12B】実施例６のシャッタアレイをラックに設置した状態を示す断面図である。

【図13】実施例７のシャッタアレイの詳細を示す上面図である。

【図14】実施例８のシャッタアレイの詳細を示す上面図である。

【図15】一実施形態のシャッタアレイを示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、欠陥観察装置を示す模式構成図である。

【0019】

本図において、欠陥観察装置１０は、走査型電子顕微鏡１００２（ＳＥＭ）と、光学顕微鏡１００３（欠陥検出部）と、制御部１００６と、端末１００７と、記録装置１００８と、ネットワーク１００９と、を備えている。

【0020】

走査型電子顕微鏡１００２は、ステージ１００４とともに、真空槽１００５に設置されている。ステージ１００４には、ウエハ１００１が載置されるようになっている。ウエハ１００１は、Ｘ軸及びＹ軸について移動可能なステージ１００４とともに移動させることができる。これにより、ウエハ１００１の任意の表面について、走査型電子顕微鏡１００２及び光学顕微鏡１００３による観察が可能となっている。

【0021】

光学顕微鏡１００３は、レーザー光源１０１０と、対物レンズ１０１３と、結像レンズ１０１５と、撮像素子１０１６と、を備えている。対物レンズ１０１３は、真空槽１００５に設置されている。このため、対物レンズ１０１３を通過した光が撮像素子１０１６に到達するように、真空封止窓１０１４が設けられている。真空封止窓１０１４と結像レンズ１０１５との間には、真空封止窓１０１４側から順に、マイクロレンズアレイ１１０３、シャッタアレイデバイス１１０１及びマイクロレンズアレイ１１０２が設置されている。レーザー光源１０１０から照射された光線は、真空封止窓１０１１を通過し、ミラー１０１２を介してウエハ１００１の上面に照射されるように構成されている。

【0022】

ウエハ１００１の上面で反射した光は、対物レンズ１０１３及び真空封止窓１０１４を順に通過し、マイクロレンズアレイ１１０３、シャッタアレイデバイス１１０１及びマイクロレンズアレイ１１０２を順に通過し、結像レンズ１０１５で結像されて、撮像素子１０１６により検出される。撮像素子１０１６としては、２次元ＣＣＤセンサ、ラインＣＣＤセンサ、複数のＴＤＩを平行に配置したＴＤＩセンサ群、フォトダイオードアレイ等が用いられる。ここで、ＣＣＤは、Charge-Coupled Deviceの略称である。また、ＴＤＩは、Time Delay Integrationの略称である。

【0023】

走査型電子顕微鏡１００２と光学顕微鏡１００３とは、正確な距離を保つように固定されている。

【0024】

制御部１００６は、ステージ制御回路１０１８と、ＳＥＭ撮像系制御回路１０１９と、画像処理回路１０２０と、外部入出力インターフェース１０２１と、中央演算部１０２２（ＣＰＵ）と、メモリ１０２３と、を有する。ステージ制御回路１０１８、ＳＥＭ撮像系制御回路１０１９及び画像処理回路１０２０は、バス１０２４を介して、外部入出力インターフェース１０２１、中央演算部１０２２及びメモリ１０２３と接続されている。ステージ制御回路１０１８、ＳＥＭ撮像系制御回路１０１９及び画像処理回路１０２０は、ウエハ１００１の移動、ウエハ１００１の表面の欠陥等の観察その他の操作をするための回路である。画像処理回路１０２０は、撮像素子１０１６で取得した画像の信号を積算し、データ変換等を行って、欠陥等の種類の判別、その位置及び寸法の特定等を行う。判別、特定等の結果に関する情報は、本明細書においては「欠陥情報」と呼ぶことにする。

【0025】

欠陥情報は、記録装置１００８又はメモリ１０２３に入力される。メモリ１０２３は、主として、一時的な保存に用いられる。一方、記録装置１００８は、取得された欠陥情報を蓄積し保管するために用いることができる。

【0026】

制御部１００６においては、欠陥情報に基づいて、ステージ制御回路１０１８がステージ１００４を、ＳＥＭ撮像系制御回路１０１９が走査型電子顕微鏡１００２を制御する。そして、制御部１００６においては、光学顕微鏡１００３により検出された欠陥等のいくつか又は全てを詳細に観察し、欠陥等の分類、その発生原因の分析等を行う。また、制御部１００６においては、ＳＥＭ像の焦点や出力の制御、分析の制御、走査型電子顕微鏡１００２で得られたデータの解析、光学顕微鏡１００３で得られた欠陥等の位置補正等も行う。さらに、制御部１００６においては、端末１００７への表示、ネットワーク１００９経由のデータ転送等も行うことができる。

【0027】

端末１００７においては、欠陥等の観察に関する条件設定を行う。また、端末１００７においては、走査型電子顕微鏡１００２、光学顕微鏡１００３及びステージ１００４を制御するためのパラメータ設定を行う。また、端末１００７においては、シャッタアレイデバイス１１０１のシャッタ（後述）の開閉動作に関する設定も行う。さらに、端末１００７においては、シャッタ開のときの角度（開き角）を適正な値に調整することもできるようになっている。この場合においては、撮像素子１０１６で得られた画像から瞳像に変換した画像を端末１００７で確認しながら、シャッタアレイデバイス１１０１に印加する電圧の調整を行う方法を採用してもよい。これにより、シャッタの開き過ぎにより生じる基板への付着、シャッタの軸部の破損等の故障を防止することができる。

【0028】

シャッタの軸部においては、シャッタの開状態における応力に対抗して閉状態に戻ろうとする弾性体としての力が働く。この力と、上記の電圧印加によって発生するシャッタを開こうとする静電力との釣り合いにより、開き角が決定される。よって、上記の電圧を調整することにより、開き角を調整することができる。シャッタの開き角の上限値は、上記の電圧により定められる。

【0029】

図２は、欠陥観察装置の欠陥検出部である光学顕微鏡を示す模式構成図である。

【0030】

本図において、光学顕微鏡２０は、撮像素子１００（センサ）と、結像レンズ１０１と、対物レンズ１０２と、を備えている。結像レンズ１０１と対物レンズ１０２との間には、マイクロレンズアレイ１０６、１０７が設置されている。マイクロレンズアレイ１０６、１０７の間には、シャッタアレイデバイス２００（光フィルタリングデバイス）が設置されている。マイクロレンズアレイ１０６、１０７及びシャッタアレイデバイス２００は、光学顕微鏡２０の瞳面の近傍に設置されている。

【0031】

対物レンズ１０２は、レーザー光源１０３からウエハ１０４に照射された光線３００がウエハ１０４の表面で反射し、その反射光３０１が入射するように構成されている。対物レンズ１０２を通過した光は、瞳面（フーリエ変換面）及び結像レンズ１０１を通過し、撮像素子１００に到達し、電気的な信号として検出される。なお、レーザー光源１０３から照射される光線３００は、真空封止窓３５１を透過し、ミラー３５２で反射し、ウエハ１０４に照射されるようになっている。

【0032】

ウエハ１０４に欠陥１０８が存在する場合は、欠陥１０８に当たった光線３００が反射し、通常と異なる反射光３０１が発生する。この反射光３０１を撮像素子１００により検出し、図１の画像処理回路１０２０により欠陥１０８の像に対応するデータを取得することができる。ステージ１０５を移動することにより、ウエハ１０４の表面に存在する欠陥１０８を見つけることができる。

【0033】

図３Ａは、シャッタアレイデバイス及びマイクロレンズアレイを示す模式拡大図である。

【0034】

本図においては、マイクロレンズアレイ１０６、１０７の間にシャッタアレイデバイス２００が設置されている。シャッタアレイデバイス２００のシャッタ２２０はすべて開となっている。このため、シャッタアレイデバイス２００を通過する反射光３０２は、シャッタ開口部３０４において収束して焦点を結び、光３０３となる。

【0035】

図３Ｂは、一部のシャッタ２２０以外が閉じた状態を示したものである。また、図３Ｃは、全てのシャッタ２１０が閉じた状態を示したものである。このように、複数個のシャッタ２１０、２２０は、それぞれが独立に開閉可能な構成を有する。

【0036】

図３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆはそれぞれ、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに示す状態に対応する空間フィルタを示したものである。図３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆは、シャッタ２２０の上方又は下方から見た図である。

【0037】

これらの図において、シャッタ閉状態２１１は黒色で表し、シャッタ開状態２２１は白色で表している。シャッタアレイデバイス２００の画素ごとに個別にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、複数種の空間フィルタ（空間マスク）を構成することができる。なお、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃにおいては、シャッタアレイデバイス２００のシャッタ２１０、２２０及びマイクロレンズアレイ１０６、１０７のレンズは、３行３列で配置されているが、これは一例であって、必要に応じて、更に大規模なマトリクスを形成してもよい。

【0038】

以下、図面を用いて実施例について説明する。

【実施例1】

【0039】

図４Ａは、実施例１のシャッタアレイデバイスを示す斜視図である。

【0040】

本図に示すシャッタアレイデバイス２００は、シャッタアレイ２０５と、電極アレイ２０６と、ラック２６０（台座）と、を有している。シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、基板２０１を有し、ラック２６０に固定されている。シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、それぞれが直方体形状であり、ラック２６０に設けられた凹凸構造の斜面に設置されている。言い換えると、シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、ラック２６０の斜面に設置されている。これにより、シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、ラック２６０の底面に対して傾斜した構成となる。

【0041】

基板２０１は、基板分割スリット２０２で分割されている。

【0042】

シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、接着面２５０で導電性接着剤により接着固定され、電気的導通が確保されている。シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６はそれぞれ、ラック２６０及び接着面２５１に設けられたラック配線２６１に導電性接着剤で接着固定され、電気的導通が確保されている。なお、導電性接着剤の代わりに、導電性接着フィルム、はんだ等を用いてもよいし、Ａｕ－Ａｕ、Ｃｕ－Ｃｕ、Ｃｕ－Ｓｎ等を用いたメタル接合等を利用してもよい。

【0043】

本図においては、シャッタ２１２（開閉板）が３行３列のマトリクス状に配置され、その両側にそれぞれ３個ずつの電極アレイ２０６が配置されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、多数の電極アレイ２０６とともに、シャッタ２１２が３０行３０列のマトリクス状に配置された構成であってもよい。まとめると、シャッタ２１２は、複数個が隣り合うように配置されている。

【0044】

シャッタアレイ２０５及び電極アレイ２０６は、１個の寸法（縦、横、高さのそれぞれ）がおおよそ１ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの直方体形状である。

【0045】

図４Ｂは、１個のシャッタアレイを示したものである。

【0046】

本図において、シャッタアレイ２０５は、３つのシャッタ２１２が一列に配置された１つのシャッタ支持部２０３と、３つの基板２０１と、シャッタ支持部２０３と基板２０１との間に設けられた絶縁層２７０と、を有している。隣り合う基板２０１の間には、基板分割スリット２０２ａ、２０２ｂが設けられている。言い換えると、基板２０１は、基板分割スリット２０２ａ、２０２ｂで分割されている。絶縁層２７０は、シャッタ支持部２０３と同様に一体となっている。絶縁層２７０により、シャッタ支持部２０３と基板２０１とは絶縁され、それぞれに対して異なる電圧を印加することができるようなっている。

【0047】

本実施例においては、シャッタ２１２、シャッタ支持部２０３及び基板２０１は、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。一方、絶縁層２７０は、シリカ（ＳｉＯ_２）で形成されている。

【0048】

図４Ｃは、１個の電極アレイを示したものである。

【0049】

本図に示すように、電極アレイ２０６は、シャッタを有していない３つの電極板２０７と、３つの基板２０１と、を有している。隣り合う基板２０１の間には、基板分割スリット２０２ａ、２０２ｂが設けられている。言い換えると、基板２０１は、基板分割スリット２０２ａ、２０２ｂで分割されている。電極板２０７も、スリット２０４ａ、２０４ｂで分割されている。電極アレイ２０６には、絶縁層が設けられていない。基板２０１と電極板２０７とは、電気的に接続された構成となっている。すなわち、基板２０１及び電極板２０７は、基板分割スリット２０２ａ、２０２ｂ及びスリット２０４ａ、２０４ｂにより３つに分割され、これらの３つに対して異なる電圧を印加することができるようなっている。なお、隣接する基板２０１は、絶縁性の接着剤で連接されている。これにより、電極板２０７が基板２０１と外部とを接続するための端子として用いることができるようになっている。

【0050】

図４Ａに示すように、シャッタ支持部２０３の端部には、ワイヤ２４０が接続されている。また、電極板２０７には、ワイヤ２４１が接続されている。ワイヤ２４０、２４１は、ワイヤボンディング等により固定されている。これにより、シャッタ２１２の開閉動作のために電圧をＯＮ又はＯＦＦに設定して印加することができる。

【0051】

図５は、図４ＡのＢ－Ｂ断面を示したものである。

【0052】

図５において、ラック２６０には、ラック２６０の底面に垂直なラック開口部２６３が複数設けられている。そして、それぞれのラック開口部２６３にシャッタ開口部２６４が連通するように、シャッタアレイ２０５が設置されている。シャッタ開口部２６４は、シャッタ支持部２０３の上面に対して垂直に設けられている。

【0053】

本実施例においては、ラック開口部２６３の幅は、７００μｍとした。ラック開口部２６３の幅は、１００～１０００μｍが望ましい。

【0054】

シャッタ２１２は、閉じている状態（シャッタ閉２２３）では、シャッタ支持部２０３の上面に平行となっている。一方、シャッタ２１２が開いた状態（シャッタ開２１３）では、シャッタ角度２８０（開き角）が９０度よりも小さくなっている。

【0055】

ラック２６０の上面には、ラック絶縁層２６２が設けられ、ラック絶縁層２６２の表面にラック配線２６１が形成されている。ラック配線２６１及びラック絶縁層２６２は、シャッタアレイ２０５とラック２６０との間及び電極アレイ２０６とラック２６０との間にも設けられている。ラック配線２６１と基板２０１との電気的接続は、導電性接着剤を用いて、基板底面２３２及び基板側面２３３を介してなされている。言い換えると、ラック２６０は、基板２０１と電気的に接続するラック配線２６１を有する。

【0056】

これにより、それぞれの基板２０１に電圧を印加することができるようになっている。また、ラック２６０とラック配線２６１との間にラック絶縁層２６２を設けているため、隣り合うラック配線２６１の間で導通が生じることを防止することができる。

【0057】

本図に示すように、シャッタ開２１３の状態においては、開き角が９０度未満のシャッタ２１２の下端部と、シャッタ２１２の上面（図中右側の面）に対向する基板２０１の内壁面との間の距離が、シャッタ開口部２６４において最も小さくなっている。

【0058】

さらに、シャッタアレイ２０５の基板２０１が傾きを有するため、シャッタ２１２の軸部がラック開口部２６３の上方にせり出している。言い換えると、シャッタ２１２の軸部側の基板２０１の内壁面がラック開口部２６３を部分的に覆う構成をなっている。そして、シャッタ２１２の上面を下方に延長した面と、シャッタ２１２の上面に対向する基板２０１の内壁面の下端部との間の距離（シャッタ２１２と基板２０１の内壁面との最小距離）が、ラック開口部２６３及びシャッタ開口部２６４の幅に比べて小さくなっている。すなわち、シャッタアレイ２０５の有効開口率が低くなっている。ここで、有効開口率は、シャッタ開口部２６４の幅を分母とし、上記の最小距離を分子として算出した割合（百分率）と定義する。

【0059】

よって、ラック開口部２６３及びシャッタ開口部２６４を通過する光は、上記の最小距離以下に収束して、ラック開口部２６３又はシャッタ開口部２６４の幅が小さい領域で焦点を結ぶように調整されることが望ましい。光が収束する際の角度（図３Ａの反射光３０２及び光３０３の縦断面における角度）は、反射光３０２及び光３０３が基板２０１の内壁面及びシャッタ２１２に衝突しない角度とすることが望ましい。

【0060】

したがって、有効開口率の観点からは、基板２０１の傾きが小さいこと、すなわち、シャッタ開口部２６４のラック開口部２６３に対する傾きが小さいことが望ましい。

【0061】

一方、シャッタ２１２の軸部における応力の低減の観点からは、シャッタ角度２８０が小さくなるように調整することが望ましい。

【0062】

上記の２つの観点から、シャッタ角度２８０は、８５度から６０度までの範囲が望ましく、８０度から６０度までの範囲が更に望ましく、７５度から６０度までの範囲が特に望ましい。ここで、上記の範囲における下限値「６０度」の意味は、基板２０１の傾きを０度とした構成、すなわちラック開口部２６３及びシャッタ開口部２６４の内壁面を平行とした構成において有効開口率が５０％以上であることが望ましいことに対応している。有効開口率が５０％未満となると、ラック開口部２６３及びシャッタ開口部２６４を通過する光の収束の程度が問題となること、隣り合うシャッタ開口部２６４の間隔が大きくなること等の観点から望ましくない。

【0063】

なお、図５に示すように、シャッタ角度２８０は、シャッタ２１２の上面がラック開口部２６３の内壁面に平行となれば十分であり、それよりも大きくする必要はない。よって、シャッタ角度２８０は、９０度から基板２０１の傾きを引いた値を上限値とすることができる。

【0064】

図６は、図４ＡのＡ－Ａ断面を示したものである。

【0065】

図６においては、シャッタ開２１３及びシャッタ閉２２３の状態を示している。

【0066】

図７は、図４Ａのラック２６０の上面図である。

【0067】

本図においては、ラック２６０に設けられた凹凸構造の斜面を含め、図中横方向に隣り合うラック開口部２６３の上面縁部を電気的に接続するように、ラック配線２６１が形成されている。隣り合うラック配線２６１に間には、ラック配線２６１に平行に絶縁部２６５が設けられ、電気的に導通しないように構成されている。

【実施例2】

【0068】

図８は、実施例２のシャッタアレイデバイスを示す断面図である。

【0069】

本図に示すシャッタアレイデバイス２００においては、図５に示す実施例１よりも、基板２０１の高さを低くしている。この他の構成は、図５と同様である。

【0070】

基板２０１の高さを低くした構成により、ラック開口部２６３に対して屈曲しているシャッタ開口部２６４の長さが短くなり、シャッタ開２１３において光軸が通過する開口面積を広くすることができる。また、シャッタ２１２の開き角を更に小さくしても、開口面積を確保することができる。

【0071】

なお、ラック配線２６１を適切な回路となるように形成し、かつ、シャッタ支持部２０３及びシャッタ２１２の電位を変化させるためにワイヤ等の配線をシャッタ支持部２０３に接続することにより、電極アレイ２０６を省略することは可能である。

【実施例3】

【0072】

図９は、実施例３のシャッタアレイデバイスを示す断面図である。

【0073】

本図に示すシャッタアレイデバイス２００においては、図８に示す実施例２と同様に、基板２０１の高さを低くしている。

【0074】

本図においては、隣り合うシャッタアレイ２０５の端部が重なるように配置されている。言い換えると、シャッタアレイ２０５の基板２０１が隣のシャッタアレイ２０５のシャッタ支持部２０３の上方を部分的に覆うように配置されている。基板２０１とシャッタ支持部２０３とが重なる部分には、隙間２９０が設けられている。電極アレイ２０６も、同様に重なるように配置している。隙間２９０が設けられているため、基板２０１と下方のシャッタ支持部２０３とは接触しない構成となっている。これにより、絶縁を確保し、ショートを防止することができる。なお、隙間２９０を設ける代わりに、絶縁材料を挟み込んでもよい。

【0075】

以上の構成により、隣り合うシャッタ開口部２６４の間隔を狭く設定することができる。その結果、シャッタアレイ２０５の集積度を高めることができ、空間フィルタのパターンも増やすことが可能となる。

【0076】

（比較例）
図１０Ａは、比較例のシャッタアレイを示したものである。

【0077】

本図に示すシャッタ２１２は、開き過ぎた状態であり、基板２０１の内壁面２８２に密着している。この場合、付着したシャッタ２１２が内壁面２８２から離脱しなくなり、開閉機能が得られなくなる懸念がある。

【実施例4】

【0078】

図１０Ｂは、実施例４のシャッタアレイを示したものである。

【0079】

本図においては、基板２０１の内壁面２８２に凸部２８１を設けることにより、シャッタ２１２の接触が一部分となるようにしている。これにより、シャッタ２１２が開いた状態で固定されないようにすることができる。また、凸部２８１により、シャッタ２１２の開き角の上限値が設定されている。

【0080】

なお、図５等においては、シャッタアレイの上面が、シャッタ２１２の閉状態では光軸と斜めに交わる構成を示しているが、本発明は、図１０Ｂに示すように、シャッタアレイの上面が、シャッタ２１２の閉状態では光軸と略垂直に交わる構成としてもよい。

【0081】

図１０Ｃは、本実施例のシャッタアレイを上面から見た図である。

【0082】

本図に示す凸部２８１は、鉛直方向に２本設けられ、シャッタ開２１３においてシャッタ２１２を小さい面積で支持するようになっている。これにより、過剰な電圧によるシャッタ２１２の開き過ぎ、装置のステージのトラブルによる衝撃や振動、地震等による振動その他の異常事態が発生し、シャッタ２１２の開き角が設定範囲を超えても、シャッタ２１２が基板２０１に付着して動かなくなることを防止し、長期の信頼性を確保することができる。

【実施例5】

【0083】

図１１は、実施例５のシャッタアレイを示したものである。

【0084】

本図においては、シャッタ２１２の下面の一部に凸部２８３を設けている。これにより、シャッタ２１２が開き過ぎた場合に、シャッタ２１２が基板２０１に付着して動かなくなることを防止する。

【実施例6】

【0085】

図１２Ａは、実施例６のシャッタアレイを示したものである。

【0086】

本図においては、シャッタ支持部２０３の底面に対して基板２０１のシャッタ開口部２６４を傾けて形成している。

【0087】

図１２Ｂは、本実施例のシャッタアレイをラックに設置した状態を示したものである。

【0088】

本図に示すように、基板２０１のシャッタ開口部２６４は、傾斜した形状を有するため、シャッタアレイ２０５をラック２６０に所定の角度で設置した状態では、ラック開口部２６３の内壁面がシャッタ開口部２６４の内壁面と略平行になっている。言い換えると、ラック開口部２６３とシャッタ開口部２６４とが略平行に連通している。これにより、ラック開口部２６３及びシャッタ開口部２６４を光軸に対して略平行に配置することができる。

【0089】

これにより、光軸を基準として、基板２０１の内壁面がラック開口部２６３を覆うような構造になることを避けることができ、シャッタアレイ２０５の有効開口率を向上させることができる。また、シャッタ２１２の開き角を小さくすることができる。

【0090】

本実施例においては、シャッタ開口部２６４の内壁面とシャッタ支持部２０３の内壁面とが平行でないため、シャッタ２１２の開き角が最大となった状態においてもシャッタ２１２がシャッタ開口部２６４の内壁面に密着することはないと考えられるが、図１０Ｂの凸部２８１又は図１１の凸部２８３を設けて、密着を確実に防止する構成としてもよい。

【0091】

本実施例の構成により、マイクロレンズアレイによりそれぞれのシャッタ２１２に集光されるスポット径を大きくすることができ、マイクロレンズの設計裕度を高めることができる。また、このことは、マイクロレンズのコスト削減にも寄与する。

【0092】

なお、本実施例のシャッタアレイは、ドライエッチング装置を用いて基板２０１のシリコンをエッチング除去する際に、基板２０１を傾けてドライエッチング装置にセットすることにより形成することができる。

【実施例7】

【0093】

図１３は、実施例７のシャッタアレイの詳細を示す上面図である。

【0094】

本図において、開閉動作をするシャッタ２００１は、同一平面を構成するシャッタ支持部２００２にねじり棒２８４（軸部）を介して支持されている。シャッタ２００１は、ねじり棒２８４の中央部付近で接続されている。シャッタ２００１とシャッタ支持部２００２との間には、スリット２００３が設けられている。また、シャッタ支持部２００２とねじり棒２８４との間には、スリット２００４が設けられている。

【0095】

ねじり棒２８４は、中心軸が直線状であり、断面が正方形状、長方形状、円形状、楕円形状等である。力学的には円形状が望ましいが、製造の容易さの観点からは正方形状又は長方形状が望ましい。

【0096】

シャッタ２００１が開く際には、ねじり棒２８４にねじり応力が生じる。電圧の印加に伴う静電力が作用すると、シャッタ２００１が開くため、ねじり応力が生じる。電圧の印加を停止すると、静電力がなくなり、シャッタ２００１が閉じ、ねじり応力がなくなる。このように、ねじり棒２８４は、ねじり棒ばね（弾性体）として機能する。

【0097】

まとめると、本図に示すように、シャッタ２００１は、ねじり棒２８４を軸部とする片開き扉の構造を有する。

【0098】

シャッタ２００１の開き角が９０度になると、ねじり応力が最大となる。このため、ねじり棒２８４及びその周辺の疲労破壊等を考慮すると、シャッタ２００１の開き角は、９０度よりも小さいことが望ましい。

【実施例8】

【0099】

図１４は、実施例８のシャッタアレイの詳細を示す上面図である。

【0100】

本図において、開閉動作をするシャッタ２００１は、同一平面を構成するシャッタ支持部２００２にミアンダ棒２８５（軸部）を介して支持されている。シャッタ支持部２００２とミアンダ棒２８５との間には、スリット２００４が設けられている。ミアンダ棒２８５は、例えば、正弦波形状等であり、断面が正方形状、長方形状、円形状、楕円形状等である。

【0101】

シャッタ２００１が開く際には、シャッタ２００１の回転軸方向（軸部の長手方向）に対して交差するミアンダ棒２８５の屈曲部が伸びる方向に応力が生じる。

【0102】

この構成により、図１３のねじり棒２８４を用いる場合に比べて、局所的な応力が低減され、シャッタアレイとしての信頼性を向上させることができる。

【0103】

つぎに、シャッタの駆動方式について説明する。

【0104】

図１５は、シャッタアレイの断面を模式的に示したものである。

【0105】

本図において、シャッタ２１２にはシャッタ支持部２０３を介して正の電位（Ｖ１）となるように、基板２０１には負の電位（Ｖ２）となるように、電圧が印加される。これにより生じる電位差により静電力が生じ、シャッタ２１２が開く。

【0106】

本図に示すように、シャッタ２１２の下面が正に帯電し、基板２０１の内壁面２８２が負に帯電する。これにより、シャッタ２１２が軸部の周りに回転し、その結果としてシャッタ開となる。

【0107】

電圧の印加を停止すると、軸部の復元力により、シャッタ閉の状態に戻る。

【0108】

例えば、Ｖ１が正の電位として＋１０～１００Ｖ、Ｖ２が負の電位として－１０～－１００Ｖとなるようにする場合、印加する電圧は、２０～２００Ｖである。ただし、シャッタ２１２の大きさによっても変わるものであり、本発明が上記の例に限定されるものではない。

【0109】

なお、上述の実施例においては、シャッタアレイ、電極アレイ、ラック等の部品を組み立てることにより作製したシャッタアレイデバイスを示しているが、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、シャッタアレイ、電極アレイ、ラック等に該当する部分を、半導体製造工程で用いられるシリコンの表面酸化処理、フォトリソグラフィ、エッチング、蒸着、イオン注入等を組み合わせることにより形成し、部品の組み立てをすることなく、一体物としてのシャッタアレイデバイスを作製してもよい。

【符号の説明】

【0110】

１０：欠陥観察装置、２０：光学顕微鏡、１００：撮像素子、１０１：結像レンズ、１０２：対物レンズ、１０３：レーザー光源、１０４：ウエハ、１０６、１０７、１１０２：マイクロレンズアレイ、１０８：欠陥、２００、１１０１：シャッタアレイデバイス、２０１：基板、２０２、２０２ａ、２０２ｂ：基板分割スリット、２０３、２００２：シャッタ支持部、２０４ａ、２０４ｂ：スリット、２０５：シャッタアレイ、２０６：電極アレイ、２０７：電極板、２１１：シャッタ閉状態、２１２、２２０、２００１：シャッタ、２２１：シャッタ開状態、２４０、２４１：ワイヤ、２５０、２５１：接着面、２６０：ラック、２６１：ラック配線、２６３：ラック開口部、２６４：シャッタ開口部、２６５：絶縁部、２７０：絶縁層、２８１、２８３：凸部、２８２：内壁面、２８４：ねじり棒、２８５：ミアンダ棒、２９０：隙間、３０３：光、３０４：シャッタ開口部、３００：光線、３０１、３０２：反射光、３５１：真空封止窓、３５２：ミラー、１００１：ウエハ、１００２：走査型電子顕微鏡、１００３：光学顕微鏡、１００４：ステージ、１００５：真空槽、１００６：制御部、１００７：端末、１００８：記録装置、１００９：ネットワーク、１０１０：レーザー光源、１０１３：対物レンズ、１０１５：結像レンズ、１０１６：撮像素子、１０１８：ステージ制御回路、１０１９：ＳＥＭ撮像系制御回路、１０２０：画像処理回路、１０２１：外部入出力インターフェース、１０２２：中央演算部、１０２３：メモリ、２００３、２００４：スリット。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】