JP7723640B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

Description

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。

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）やうねり欠陥(周期数十μｍ、高さ数ｎｍ)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。うねり欠陥を表面の粗さ（Ｈａｚｅ）として、欠陥高さ・周期情報を含まずに検出できる散乱光検査が使用されている。

下記特許文献１には、ウェハ表面をレーザ光照明でスキャンすることによって、散乱光検査とＤＩＣ検査を同時実施する光学系が開示されている。同文献は、『暗視野（ＤＦ）および微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）の同時の検査のための検査装置は、１つの照明源と、試料を固定するように構成された１つの試料ステージを含む。検査装置は、第１のセンサと、第２のセンサと、光学サブシステムを含む。光学サブシステムは、対物レンズと、対物レンズを介して、１つ以上の照明源からの照明を試料の表面に方向付けるように配置された１つ以上の光学素子を含む。対物レンズは、試料の表面から信号を収集するように構成され、収集信号は、試料からの散乱に基づく信号および／または位相に基づく信号を含む。検査装置は、ＤＦ信号とＤＩＣ信号をそれぞれＤＦ経路とＤＩＣ経路に沿って方向付けることによって収集信号をＤＦ信号とＤＩＣ信号に空間的に分離するように配置された１つ以上の分離光学素子を含む。』という技術を記載している（要約参照）。

特表２０１７－５３１１６２号公報

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、ランダム周期のうねり欠陥が存在する。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うねり欠陥の検査が求められている。さらに、周期性を持たない低段差欠陥の検出も同様に求められている。うねり欠陥・低段差欠陥ともに高感度・高スループットでの検査が必要になる。

低段差欠陥を検出するためにはＤＩＣ方式の検査装置が適している。そこで、ＤＩＣ方式の検査装置を用いて、うねり欠陥も検出することができれば、好適である。しかし、うねり欠陥をＤＩＣ方式の検査装置によって検出する場合、うねり欠陥の周期（欠陥間の間隔：ピッチ）によってＤＩＣ信号強度が変化し、特にシア量×１／ｎの周期は信号量がゼロまたは非常に微弱であって検出困難である。したがって、ＤＩＣ方式の光学欠陥検査装置を単に用いて、任意周期のうねり欠陥を検出することは、困難である。

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、試料表面の低段差欠陥とうねり欠陥の高さ・ピッチを同時に高感度・高スループット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。

本発明に係る欠陥検査装置は、微分干渉信号を検出する第１センサと照射光学系の瞳面像を検出する第２センサを備え、前記微分干渉信号を用いて段差欠陥を検出し、前記第１センサおよび前記第２センサが検出した信号を用いてうねり欠陥を検出する。

本発明に係る欠陥検査装置によれば、試料表面の低段差欠陥とうねり欠陥の高さ・ピッチを同時に高感度・高スループットで検査することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

実施形態１に係る欠陥検査装置１の概略構成図である。 ディスク２表面の回転検査について説明する図である。 センサ１４とセンサ１７それぞれの検出素子配置を示す。 凸欠陥４０とうねり欠陥４２それぞれの断面図と上面図である。 θ方向に沿ったうねり欠陥と高さ信号の関係を説明する図である。 うねり欠陥の周期に対するシミュレーションによって得られた高さ信号６１と高さ信号６２それぞれの強度比を示す。 プロセッサ１０５の機能ブロック図である。 θ方向のうねり欠陥の高さを決定する方法を説明する図である。 欠陥検査装置１が出力するデータを説明する図である。 欠陥検査装置１のシステムブロック図である。 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３におけるセンサ１７の検出素子の構成を示す。 Ｒ方向うねり欠陥１４２の断面図と上面図である。 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とうねり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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の瞳面における像を検出する。

プロセッサ１０５は、センサ１４が検出したＤＩＣ信号を用いて、ディスク２表面の微小な低段差欠陥を検出する。さらにプロセッサ１０５は、センサ１７が検出した瞳面ビーム強度とセンサ１４が検出したＤＩＣ信号を用いて、後述する原理によって、ディスク２表面のうねり欠陥を検出する。

瞳面強度は、ディスク２表面のうねり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。この強度比はうねり欠陥の高さや周期（ピッチ）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、うねり欠陥の高さや周期を算出することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

図４は、凸欠陥４０とうねり欠陥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、図示していないが凹んだ欠陥、などがある。低段差欠陥としては、高さおよび表面サイズが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。うねり欠陥４２は、図示したように表面が小さな段差（高さ１ｎｍ程度）でうねっているものである。ハードディスクにおいては、うねり周期４３（うねりピッチ）が２０μｍ～１００μｍ程度の範囲のものが不良セクタの原因となると言われている。

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やうねり欠陥４２を検出することができる。ただしうねり欠陥４２の場合、うねり欠陥の高さ以外に、うねり周期４３によっても検出される位相段差が変わる点に注意が必要である。これについて次に説明する。

図５は、θ方向に沿ったうねり欠陥と高さ信号の関係を説明する図である。図５上段は、Ｐ／Ｓ偏光の光ビーム２０と光ビーム２１とうねりの関係を示すものである。ディスク２は側断面を示している。図中横方向がθ方向に相当する。図５下段は、ＤＩＣから得られる高さ信号５０と、瞳強度分布から得られる高さ信号５１それぞれの、θ方向における波形を示している。

光ビーム２０と光ビーム２１との間の間隔（シア量）に対して、うねり周期が逆相の場合（図中左）、図に示すように光ビーム２０がうねりのボトムに対して照射されているとき、光ビーム２１がうねりのトップに対して照射される。この場合、光ビーム２０と光ビーム２１がディスク２上で異なる高さとなるので、ＤＩＣ信号が発生する。つまり高さ信号５０は、図のようにディスク位置に相当する信号が発生する。他方で、光ビーム２０から得られる瞳強度分布と光ビーム２１から得られる瞳強度分布も互いに逆相になる。光ビーム２０と光ビーム２１は、ディスク２を反射した後、偏光分離素子９によって合成されるので、打ち消しあって図のように高さ信号５１の振幅は発生しない。

光ビーム２０と光ビーム２１との間の間隔（シア量）に対して、うねり周期が同相の場合（図中右）、図に示すように光ビーム２０がうねりのトップに対して照射されているとき、光ビーム２１がうねりのトップに対して照射される。この場合、光ビーム２０と光ビーム２１とがディスク２上で同じ高さとなるので、ＤＩＣ信号はゼロとなる。つまり高さ信号５０は、図のようにディスク位置に相当する信号が発生しない。他方で、光ビーム２０から得られる瞳強度分布と光ビーム２１から得られる瞳強度分布も互いに同相になる。光ビーム２０と光ビーム２１は、ディスク２を反射した後、偏光分離素子９によって合成されるが、同相であるので打ち消しあわない。したがって高さ信号５１は、図のようにディスク位置に相当する信号となる。

以上のようにＤＩＣの高さ信号５０と瞳強度分布の高さ信号５１は、うねり周期に対して補完関係にある。本発明はこの特徴を利用して、うねり周期に依らないうねり信号検出方法を提供するものである。なお、高さ信号５０と高さ信号５１それぞれの振幅は、うねりの高さと周期に依存するものであるので、図８において説明する補正方法に基づき、高さ情報に変換することができる。

図６は、うねり欠陥の周期に対するシミュレーションによって得られた高さ信号６１と高さ信号６２それぞれの強度比を示す。高さ信号６１はそれぞれＤＩＣ信号であり、高さ信号６２は光瞳面強度分布信号である。本シミュレーションでは光ビーム２０と光ビーム２１との間の間隔（シア量)は１７５μｍとし、うねり欠陥は同じ高さで周期のみ変えている。高さ信号６１と高さ信号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６１（ＤＩＣ信号）はうねり欠陥周期６３において最大であり、うねり欠陥周期６４において最小になっている。うねり欠陥周期６３は図５で説明した逆相の状態であり、シア量×２／（２ｎ＋１）である（ｎは自然数）。うねり欠陥周期６４は図５で説明した同相の状態であり、シア量×１／ｎである（ｎは自然数）。本シミュレーション結果から、うねり欠陥の周期ごとに高さ信号６１（ＤＩＣ信号）が異なることがわかる。それに対して高さ信号６２（光瞳面強度信号）においては、うねり周期６３は逆相であるので最小になる。うねり周期６４は同相の状態であるので高さ信号６２が極大値になる。これにより、高さ信号６１と高さ信号６２をそれぞれ検出すると、周期２０～１００μｍのうねり欠陥をすべて検出できることがわかる。

検査装置によって検出される高さ信号５０と５１は周期ごとに相対強度が変わるが、本シミュレーションによって求めたうねり欠陥の周期ごとの相対強度比を使って、実際の欠陥の高さ信号に補正することができる。

図７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。

Ａ／Ｄ変換器７１によって変換されたＤＩＣ信号は、図５で示した高さ信号５０のようにある強度レベルで振幅が変化している。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。

凹凸評価部７３は、取得した振幅のみの信号を使って、微小欠陥を評価する。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。

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、サイズ、高さを検出することができる。

信号加算処理部７５は、オフセット除去部７２により強度レベルが除去されたすべての受光面情報を加算する。ここでは、ディスク２上のＲ方向のスポット信号を全てまとめて検出する例を説明するが、スポット信号を個別に評価しても構わない。個別に評価すると、Ｒ方向のうねり周期を細かく評価することができる。

センサ１７が得たデジタル信号は、信号演算部７７が以下の演算をすることにより、瞳面強度分布からθ方向のうねり高さに応じた信号Ｓを出力できる：Ｓ＝（Ｓ２＿１）－（Ｓ２＿２）。

ＦＦＴ処理部７６は、信号加算処理部７５と信号演算部７７から生成された信号をそれぞれディスク２のＲ方向位置に応じた回転数によりフーリエ変換を実施し、うねり周期に応じた変調度（信号レベル）を算出する。周波数評価部７８は、変調度の大きなうねり周期を抽出する。

信号選択部７９は、抽出されたうねり周期のうち、ＤＩＣから得られる変調度（センサ１４）と、瞳強度分布から得られる変調度（センサ１７）とのどちらか大きい方を選択する。θ方向うねり高さ評価部８０は、信号選択部７９で選択された信号を、後述する理想高さ曲線と比較することにより、変調度を高さ情報へ変換する。以上により、指定のＲ位置におけるθ方向のうねりの周期と高さを決定することができる。

プロセッサ１０５では、微小段差欠陥の凹凸、サイズ、高さ情報とうねり欠陥の周期と高さ情報を別々に出力することで、微小段差欠陥とうねり欠陥を弁別することができる。

図８は、θ方向のうねり欠陥の高さを決定する方法を説明する図である。図８上段は、ＦＦＴされた後のＤＩＣ信号の変調度を３つのケースについて示す。図８下段は、瞳強度分布から得られる高さ信号の変調度を同じ３つのケースについて示す。各グラフは、横軸はうねりの周波数（ピッチ）、縦軸は変調度を示す。ＤＩＣにより得られた変調度が高さ信号５０であり、瞳面強度分布から得られた変調度が高さ信号５１である。

ケース１は、θ方向のうねり周期が、光ビーム２０と光ビーム２１との間の間隔に対して逆相の場合（図５左）である。ケース２は、θ方向のうねり周期が、光ビーム２０と光ビーム２１との間の間隔に対して同相の場合（図５右）である。ケース３は、両者の中間的ケースである。

理想高さ曲線８１と理想高さ曲線８２は、それぞれ指定の高さの時に得られる理想の高さ信号を示している。各理想高さ曲線は、うねり欠陥の各ピッチ値について、欠陥高さに対する信号レベルの比率を記述している。曲線８１はＤＩＣ信号について、曲線８２は瞳面強度信号についてのものである。高さ評価部８０は、信号レベルと理想高さ曲線を比較することにより、うねり欠陥高さを計算できる。各理想高さ曲線を記述したデータは、あらかじめ欠陥検査装置１が備える記憶装置内に格納しておけばよい。

ケース１の場合は、逆相であるので、ＤＩＣ信号の変調度が大きい。したがって信号選択部７９は、ＤＩＣ信号を選択する。高さ評価部８０は、理想高さ曲線８１と高さ信号５０から次式により高さを決定する：Ｈｅｉｇｈｔ＝Ｈｓ１／Ｈｉ。

ケース２の場合は、同相であるので、瞳強度分布信号の変調度が大きい。したがって信号選択部７９は、瞳強度分布信号を選択する。高さ評価部８０は、理想高さ曲線８２と高さ信号５１から次式により高さを決定する：Ｈｅｉｇｈｔ＝Ｈｓ２／Ｈｉ。

ケース３の場合は、信号選択部７９によって、ＤＩＣ信号と瞳面強度信号のうち大きい方を選択することになる。図８の例においてはＤＩＣ信号の変調度のほうが大きい。したがって信号選択部７９は、ＤＩＣ信号を選択する。高さ評価部８０は、理想高さ曲線８１と高さ信号５０から次式により高さを決定する：Ｈｅｉｇｈｔ＝Ｈｓ１／Ｈｉ。

以上のように、ＤＩＣ信号と瞳面強度信号のうち変調度の大きい信号を用いることにより、うねり欠陥の周期に依らずうねりの高さと周期を決定することが容易にできる。

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方向のうねり分布である。

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。θ方向のうねりは、横軸にディスクの半径、縦軸にうねりの高さを図示するとよい。また判定レベル９５を設けておき、うねり高さ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。

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。

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。

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。

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、微小な低段差欠陥と表面のうねりを検出することができる。

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。

＜実施の形態１：まとめ＞
実施形態１に係る欠陥検査装置１において、センサ１４が検出するＤＩＣ信号によって検出できないうねり欠陥ピッチについては、瞳面と共役になるように設置されたセンサ１７によって検出される瞳面強度差信号が最も大きくなる。ＤＩＣ信号強度が最も大きくなるうねり欠陥ピッチについては、瞳面強度信号によっては検出できない。欠陥検査装置１は、このようなＤＩＣ信号と瞳面強度分布信号を相互補完的に組み合わせることにより、段差欠陥を検出するとともに、すべての周期のうねり欠陥を検出することができる。

＜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。

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。

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。

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。図７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。

＜実施の形態３＞
図１３は、本発明の実施形態３におけるセンサ１７の検出素子の構成を示す。図１３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Ｓ４＿１とＳ４＿４の和信号、Ｓ４＿３とＳ４＿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方向のうねり欠陥の高さと周期信号を検出する。同時に、センサ画素Ｓ４＿１とＳ４＿２の和信号、Ｓ４＿４とＳ４＿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方向のうねり欠陥の高さと周期信号を検出する。これにより、θ方向のうねり欠陥だけでなく、Ｒ方向のうねり欠陥の周期および高さ情報を検出することが可能になる。

図１４は、Ｒ方向うねり欠陥１４２の断面図と上面図である。Ｒ方向うねり欠陥１４２は、うねり欠陥４２と同様に表面が小さな段差（１ｎｍ程度）でうねっているものである。ハードディスクにおいては、そのうねり周期１４３が２０μｍ～１００μｍ程度の範囲のものが不良セクタの原因となると言われている。

ディスク２表面上におけるビームスポットはθ方向において互いに離隔しているので（図１４中段参照）、θ方向に沿ってうねる欠陥については、高さや周期を実施形態１の構成によって得ることができる。他方でＲ方向に沿ってうねる欠陥については、ビームスポット間の信号レベルの差がない（図１４中段参照）。したがってＲ方向うねり欠陥１４２については、光ビーム２０と光ビーム２１それぞれの照射位置間の位相段差は０となる。すなわち高さ信号１４０によってＲ方向うねり欠陥１４２の高さおよび周期信号を検出することはできない。これに対して、（Ｓ４＿１＋Ｓ４＿４）－（Ｓ４＿３＋Ｓ４＿２）から算出された高さ信号１４１は、Ｒ方向に対して変化が生じ、欠陥の高さと周期情報を検出することができる。

図１５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。図７と比較すると、信号演算部１５０と１５１、Ｒ方向うねり高さ評価部１５２、を新たに備える。信号演算部１５０が出力する信号は信号演算部７７と同等のものであり、ＦＦＴ処理部７６以降は図７と同様である。信号演算部１５１が出力する信号は、Ｒ方向高さ評価部１５２により、Ｒ方向のうねりの周期と高さを決定するために用いられる。Ｒ方向のうねり欠陥については、信号強度からうねりの周期および高さを検出できるので、ＦＦＴ信号処理を実施しなくてもＲ方向高さ評価部１５２によって周期と高さ信号を決定することができる。

＜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。

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。

以上の実施形態においては、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、微小な段差欠陥とうねり欠陥をともに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。

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

Claims (15)

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ビームを細線形状に照射する光学系、
   前記試料上における前記第１ビームおよび前記試料上における前記第２ビームそれぞれの照射位置と共役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、
   前記第１センサが検出した信号と前記第２センサが検出した信号を用いて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第１ビームと前記第２ビームの微分干渉信号を取得するとともに、前記微分干渉信号を用いて前記試料上の段差欠陥を検出し、
   前記プロセッサは、前記第１センサが検出した信号と前記第２センサが検出した信号を用いて、前記試料上のうねり欠陥を検出する
   ことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記第１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つ以上の第１検出素子を備え、
   前記プロセッサは、前記第１検出素子ごとに前記段差欠陥を検出することにより、１つの前記ビームスポット内に含まれる１つ以上の前記段差欠陥を同時に検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 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に沿って配列された２つの第２検出素子を備え、
   前記プロセッサは、各前記第２検出素子が検出した信号に基づき前記うねり欠陥の高さと周期を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
4. 前記プロセッサは、前記第１センサが検出した第１信号と前記第２センサが検出した第２信号をそれぞれ、前記うねり欠陥の周期ごとに抽出し、
   前記プロセッサは、前記抽出した前記第１信号と前記第２信号のうち大きいほうを高さ信号として特定し、
   前記プロセッサは、前記特定した前記高さ信号を用いて、前記うねり欠陥の高さを検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
5. 前記プロセッサは、前記うねり欠陥の高さと前記第１信号の前記周期ごとの強度との間の関係、または、前記うねり欠陥の高さと前記第２信号の前記周期ごとの強度との間の関係を記述した理想高さ曲線データを取得し、
   前記プロセッサは、前記第１信号の強度または前記第２信号の強度を用いて、前記理想高さ曲線データが記述している前記関係を参照することにより、前記うねり欠陥の高さを計算する
   ことを特徴とする請求項４記載の欠陥検査装置。
6. 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。
7. 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。
8. 前記プロセッサは、前記回転方向に沿って周期性を有する前記うねり欠陥を検出する
   ことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
9. 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。
10. 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うねり欠陥の高さと周期を検出する
    ことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
11. 前記プロセッサは、前記短手方向に沿って配列している２つの前記検出素子を用いて、前記短手方向に沿って周期性を有する前記うねり欠陥の高さを検出し、
    前記プロセッサは、前記長手方向に沿って配列している２つの前記検出素子を用いて、前記長手方向に沿って周期性を有する前記うねり欠陥の高さを検出する
    ことを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査装置。
12. 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用いて、前記短手方向において周期性を有する前記うねり欠陥を検出し、
    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用いて、前記長手方向において周期性を有する前記うねり欠陥を検出する
    ことを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
13. 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、前記回転方向が前記短手方向であり前記直交する方向が前記長手方向である前記細線形状を形成し、
    前記プロセッサは、前記回転方向に沿って前記うねり欠陥の高さを検出する場合は、前記直交する方向に沿った位置ごとの回転数によってフーリエ変換を実施することにより、前記うねり欠陥の周期に対応する信号強度を抽出し、
    前記プロセッサは、前記直交する方向にそって前記うねり欠陥の高さを検出する場合は、前記フーリエ変換を実施することなく、前記うねり欠陥の周期と高さを検出する
    ことを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
14. 前記プロセッサは、検出した前記うねり欠陥および前記段差欠陥それぞれ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。
15. 前記プロセッサは、検出した前記うねり欠陥の周期及び高さ情報と前記段差欠陥の高さ情報をそれぞれ弁別し、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。