JP6852008B2 - 光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、非破壊で被検物の内部検査をすることができる光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法に関する。

非破壊で被検物の内部を検査する技術には需要がある。例えば、レーザー超音波装置を用いた非破壊の内部検査により、半導体の内部構造を検査する技術がある。レーザー超音波装置は、被検物の物体表面にレーザー光を照射することにより、物体表面で光を吸収させて、物体内部に弾性波を発生させる。物体内部に発生した弾性波は、物体内部を伝播する。レーザー超音波装置は、物体内部を伝播した弾性波に関する信号を取得することにより、被検物の内部検査を行う。

特開２００８−１３４１８６号公報

しかし、物体表面で光を吸収させて弾性波を発生させた場合、弾性波は、物体内部を深さ方向に伝播する。また、弾性波を用いて内部構造を検査できる領域は、弾性波が通過する限定された領域である。このため、弾性波を用いて内部構造を検査できる領域が限定されるという課題があった。

本発明が解決しようとする課題は、非破壊で被検物の内部検査をすることができる光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法を提供することである。

実施形態によれば、光学検査装置は、被検物の第１の表面領域と前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含む第１の領域を透過し、かつ、前記第１の内部領域内に配置されている吸収体により吸収される第１の波長の励起光を、前記第１の表面領域に照射する励起光発生部と、前記第１の表面領域外の第２の表面領域で反射される第２の波長の検知光を、前記第２の表面領域に照射する検知光発生部と、前記第２の表面領域で反射された前記検知光を受光する受光部とを備える。

実施形態によれば、半導体素子は、励起光が照射される第１の表面領域と、前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含み、前記励起光を透過させる第１の領域と、前記第１の内部領域内に配置されており、前記励起光を吸収する吸収体と、前記第１の表面領域外の第２の表面領域と、前記第１の内部領域及び前記第２の表面領域に隣接している第２の内部領域とを含み、前記吸収体を波源として放射状に伝播している弾性波が前記第２の表面領域へ到達したときに、外部から前記第２の表面領域に照射された検知光の反射率を変化させる第２の領域とを備える。

実施形態によれば、光学検査方法は、第１の波長の励起光が照射される被検物の第１の表面領域外の前記被検物の第２の表面領域で反射される第２の波長の検知光を、前記第２の表面領域に照射するとともに、前記第２の表面領域で反射された前記検知光の反射強度の計測を開始し、前記検知光の照射及び計測中に、前記第１の表面領域と前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含む第１の領域を透過し、かつ、前記第１の内部領域内に配置されている吸収体により吸収される前記第１の波長の前記励起光を、前記第１の表面領域に照射することを含む。

図１は、第１の実施形態に係る光学検査装置の構成の一例を示す模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る光学検査装置で実行される測定処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態に係る光学検査装置の動作の一例について説明するための図である。 図４は、第２の実施形態に係る光学検査装置の一例について説明するための図である。 図５は、第３の実施形態に係る光学検査装置の一例について説明するための図である。

以下に、各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

各々の図面は、模式的又は概念的なものである。このため、各々の図面において、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率等は、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。なお、各実施形態中の記載及び各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。なお、各実施形態中の記載において、電磁波を光と記載する場合があるが、光との表現であっても、可視光のみを示すことは意図しない。

［第１の実施形態］
まず、本実施形態に係る光学検査装置１の構成について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光学検査装置１の構成の一例を示す模式図である。光学検査装置１は、検査対象である被検物６０の内部構造を、非接触又は非破壊に、光学的手法を用いて測定する光学測定装置である。

図１には、被検物６０のＹ−Ｚ断面図の一例がさらに示されている。例えば図１に示すように、被検物６０の物体表面６１から物体裏面６２へ向かう方向を深さ方向Ｄとする。深さ方向Ｄは、−Ｙ方向であるとする。被検物６０は、半導体ウエハ等の半導体素子である。被検物６０として用いられる固体試料は、例えばアモルファスシリコンである。被検物６０は、例えば図１に示すように、第１の領域Ａ１と、第２の領域Ａ２とを備える。第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とは、互いに異なる領域である。

第１の領域Ａ１は、第１の表面領域Ａ１１と、第１の内部領域Ａ１２とを含む領域である。第１の表面領域Ａ１１は、物体表面６１内の領域である。第１の表面領域Ａ１１は、励起光Ｒ１が照射される領域である。第１の内部領域Ａ１２は、被検物６０の内部の領域である。第１の内部領域Ａ１２は、第１の表面領域Ａ１１に隣接している領域である。第１の内部領域Ａ１２内には、吸収体５０が配置されている。第１の領域Ａ１は、後述する励起光発生部１０から射出された励起光Ｒ１を透過させる領域である。

第２の領域Ａ２は、第２の表面領域Ａ２１と、第２の内部領域Ａ２２とを含む領域である。第２の表面領域Ａ２１は、物体表面６１内の領域である。第２の表面領域Ａ２１は、第１の表面領域Ａ１１外の領域である。第２の表面領域Ａ２１は、検知光Ｒ２１が照射される領域である。第２の表面領域Ａ２１は、後述する検知光発生部２０から射出された検知光Ｒ２１を反射させる領域である。第２の内部領域Ａ２２は、被検物６０の内部の領域である。第２の内部領域Ａ２２は、第１の内部領域Ａ１２外の領域である。第２の内部領域Ａ２２は、第１の内部領域Ａ１２及び第２の表面領域Ａ２１に隣接している領域である。

吸収体５０は、被検物６０の第１の内部領域Ａ１２内に配置されている。吸収体５０は、励起光Ｒ１の光エネルギーを吸収する物質である。吸収体５０として用いられる物質は、例えばタングステンである。吸収体５０には、励起光Ｒ１の光エネルギーが吸収されたとき、急激な熱膨張が生じ得る。吸収体５０の熱膨張は、被検物６０の内部を等方的に伝播する弾性波を発生させる。つまり、吸収体５０は、第１の内部領域Ａ１２及び第２の内部領域Ａ２２の内部を放射状に伝播する弾性波の波源である。このため、第１の領域Ａ１は、吸収体５０が弾性波を発生できる程度に励起光Ｒ１を透過させることができればよい。一般的に、光の回折限界によって、レーザー光のスポット径には理論限界が存在する。従来の物体の表面を励起光で照射する方式で発生できる弾性波は、スポット径サイズあるいはそれ以上のサイズである。通常は、熱拡散によってスポット径よりも大きいサイズの弾性波が発生する。このような中、弾性波は、自身のサイズよりも小さい構造物に対し、ほぼ影響されずに伝播する。そのため、レーザー光のスポット径サイズよりも小さい構造物の検知は困難であった。ここで、本実施形態に係る吸収体５０の最大寸法は、例えば励起光Ｒ１のビーム径より小さい。吸収体５０は、どのような形状であってもよい。吸収体５０の形状は、例えば球状である。吸収体５０の直径は、例えば１００ｎｍである。ビーム径は、例えば光軸に垂直な面における励起光Ｒ１の直径である。最大寸法は、吸収体５０を内包し、かつ、吸収体５０が内接する直方体の一辺の長さの最大値である。つまり、本実施形態に係る吸収体５０は、レーザー光のスポット径又はビーム径よりも小さな内部構造６３と干渉する弾性波を生成するものである。

本実施形態では、図１に示すように、被検物６０に内部構造６３が存在する場合を例として説明する。ここで、内部構造６３は、被検物６０の内部に存在する空間、界面、欠陥、不純物等を含む。内部構造６３は、被検物６０の内部に屈折率分布を生じさせるものである。本実施形態に係る光学検査装置１は、内部構造６３に係る情報を被検物情報として取得するものである。図１に示すように、光学検査装置１は、励起光発生部１０と、検知光発生部２０と、受光部３０とを備える。

励起光発生部１０は、第１の光源と、第１の光学系とを備える。第１の光源から射出された光線は、第１の光学系を介して、照射面へスポット状に照射される。励起光Ｒ１の照射面は、例えば第１の表面領域Ａ１１である。第１の光源は、例えばＹＡＧレーザーである。第１の光源は、例えば短パルスレーザーである。短パルスレーザー光は、非常に短いパルス幅を有するパルス状のレーザー光である。パルス幅は、レーザー光の強度の時系列変化に対する時間幅である。パルス幅は、例えばピコ秒以下であり、例えば数１００ｆｓ（フェムト秒）であるとする。第１の光学系は、例えば少なくとも１つのレンズを含む。以下、このように励起光発生部１０から射出される光線を励起光Ｒ１と記載する。

図１中の破線は、励起光Ｒ１の光線経路の一例を示す。図１に示すように、励起光発生部１０は、被検物６０の第１の領域Ａ１へ向けて、励起光Ｒ１を射出する。励起光Ｒ１の波長である第１の波長λ１は、例えば１０２４ｎｍである。第１の波長λ１は、詳細は後述するが、被検物６０の第１の領域Ａ１を透過し、被検物６０の内部に配置されている吸収体５０によって吸収されるように選択されている。励起光Ｒ１のビーム径は、例えば１０μｍである。なお、上述したように、吸収体５０の直径は、例えば１００ｎｍである。つまり、励起光Ｒ１のビーム径は、吸収体５０より大きい。

検知光発生部２０は、第２の光源と、第２の光学系とを備える。第２の光源から射出された光線は、第２の光学系を介して、照射面へスポット状に照射される。検知光Ｒ２１の照射面は、例えば第２の表面領域Ａ２１である。第２の光源は、例えばＹＡＧレーザーである。第２の光学系は、例えば少なくとも１つのレンズと、アクチュエータとを備える。アクチュエータは、制御回路４０の出力する制御信号に基づいて動作する。アクチュエータは、第２の光学系のレンズを駆動させ、検知光発生部２０による照射位置を変更する。

図１中の一点鎖線は、検知光Ｒ２１の光線経路の一例を示す。図１に示すように、検知光発生部２０は、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１へ向けて、検知光Ｒ２１を射出する。検知光Ｒ２１の波長である第２の波長λ２は、例えば５３２ｎｍである。第２の波長λ２は、詳細は後述するが、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１において反射されるように選択されている。

受光部３０は、受光素子と、第３の光学系とを備える。受光素子は、第３の光学系を介して、反射光Ｒ２２を受光する。ここで、反射光Ｒ２２は、第２の表面領域Ａ２１によって反射された検知光Ｒ２１である。受光素子は、受光した反射光Ｒ２２の強度を計測できるように構成されている。受光素子は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）等の光学センサである。受光部３０は、計測した反射光Ｒ２２の強度を受光信号として出力する。反射光Ｒ２２の強度は、検知光Ｒ２１の反射強度とも表現できる。

本実施形態に係る光学検査装置１は、制御回路４０をさらに備える。制御回路４０は、光学検査装置１の備える各部の動作を制御するように構成されている。制御回路４０は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等の集積回路である。制御回路４０は、演算部及び測定制御部としての機能を有する。

演算部は、受光部３０が出力する受光信号を処理する。制御回路４０は、受光信号に基づいて、検知光Ｒ２１の反射強度について時系列データを取得する。時系列データは、検知光Ｒ２１の反射強度の時系列であり、時系列の変化の様相を示す。時系列データは、時系列変化とも表現できる。反射強度の時系列データは、測定位置毎に取得される。演算部は、時系列データに基づいて、被検物情報を取得する。被検物情報は、内部構造６３の有無、位置又は形状に係る情報を含む。被検物情報は、例えば第２の内部領域Ａ２２について取得される。

測定制御部は、第２の表面領域Ａ２１内の測定範囲を決定する。測定範囲は、反射強度の測定が行われる領域である。測定制御部は、測定範囲内において、測定位置を決定する。測定位置は、第２の表面領域Ａ２１内の検知光Ｒ２１が照射される位置である。測定位置は、例えばユーザ入力に応じて決定される。測定位置は、予め記録回路等に記録されたプログラムに応じて決定される。測定制御部は、測定範囲内の反射強度の測定が終了したか否かの判定を行う。

また、図示していないが、本実施形態に係る光学検査装置１は、電源装置と、記録回路とをさらに備える。電源装置は、光学検査装置１の備える各部に電力を供給するように構成されている。記録回路は、例えば、制御回路４０が取得した反射強度の時系列データ及び被検物情報を記録できるように構成されている。また、記録回路には、光学検査装置１で用いられる処理プログラムや各種パラメータが記録されている。光学検査装置１の動作に係る各々の処理は、例えば、記録回路に記録された各々のプログラムによって実行される。各々のプログラムは、予め光学検査装置１の内部に記録されていてもよいし、光学検査装置１の外部の記録媒体から読み込まれてもよい。また、記録回路は、例えば、受光部３０の出力値、制御回路４０における処理中のデータを一時的に記録する。記録回路は、揮発性メモリであってもよいし、不揮発性メモリであってもよい。なお、記録回路の一部は、受光部３０や制御回路４０の内部に設けられていてもよい。また、記録回路は、光学検査装置１の外部に設けられていてもよい。この場合、光学検査装置１は、被検物情報の取得が可能な受光信号又は反射強度の時系列データを出力する装置であると表現できる。

励起光発生部１０、検知光発生部２０又は受光部３０と、制御回路４０とは、それぞれ、第１のケーブル７１、第２のケーブル７２又は第３のケーブル７３を介して、制御信号等が送受信可能に接続されている。また、受光部３０と制御回路４０とは、受光信号等のデータが転送可能に接続されている。なお、これらの接続は、有線でもよいし、無線でもよい。また、データ転送は、例えばＦｌａｓｈメモリ等、光学検査装置１の外部の記録媒体を介して行われてもよい。

次に、本実施形態に係る光学検査装置１の動作について、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本実施形態に係る光学検査装置１で実行される測定処理の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る光学検査装置１の動作の一例について説明するための図である。図３中には、被検物６０のＸ−Ｙ断面図の一例と、励起光Ｒ１、検知光Ｒ２１及び反射光Ｒ２２の光線経路の一例とが示されている。

ここでは、図３に示すように、被検物６０に内部構造６３が存在する場合を例として説明をする。図３に示す状態では、内部構造６３は、吸収体５０の＋Ｘ側に存在している。内部構造６３は、被検物６０の内部の他の領域とは異なる屈折率を有しているとする。つまり、内部構造６３の内部、又は内部構造６３と被検物６０の内部の他の領域との間には、屈折率が変化する界面が存在する。

ステップＳ１において、制御回路４０は、検知光Ｒ２１の照射範囲に応じて、測定位置を決定する。測定位置は、検知光Ｒ２１が照射される第２の表面領域Ａ２１内に設定される。図３には、測定位置の一例として、第１の測定位置Ｐ１と、第２の測定位置Ｐ２と、第３の測定位置Ｐ３とが示されている。本ステップにおいて、制御回路４０は、検知光発生部２０のアクチュエータを駆動させ、検知光Ｒ２１の照射位置を調節する。測定位置の間隔は、検出したい内部構造６３の大きさ、取得したい被検物情報等に応じて決定され得る。例えば、検出したい内部構造６３が小さいとき、内部構造６３の位置又は形状を取得したいとき、測定位置の間隔は小さく設定される。ステップＳ２において、制御回路４０は、検知光発生部２０に検知光Ｒ２１の射出を開始させる。検知光発生部２０は、検知光Ｒ２１の第２の表面領域Ａ２１への照射を開始する。検知光Ｒ２１は、第２の表面領域Ａ２１で反射される。反射光Ｒ２２は、受光部３０へ入射する。ステップＳ３において、制御回路４０は、受光部３０に検知光Ｒ２１の反射強度の計測を開始させる。つまり、受光部３０は、受光した検知光Ｒ２１の強度について計測を開始する。計測された値は、受光信号として制御回路４０へ出力される。制御回路４０は、受信した受光信号を記録回路等に仮記録する。

ステップＳ４において、制御回路４０は、励起光発生部１０に短パルスレーザー光である励起光Ｒ１を射出させる。励起光発生部１０は、励起光Ｒ１を第１の表面領域Ａ１１へ照射する。第１の表面領域Ａ１１から第１の領域Ａ１内へ入射した励起光Ｒ１は、第１の内部領域Ａ１２を透過する。第１の内部領域Ａ１２を透過した励起光Ｒ１は、吸収体５０へ到達する。ここで、吸収体５０の最大寸法は、図３に示すように、励起光Ｒ１のビーム径より小さい。吸収体５０へ到達した励起光Ｒ１は、吸収体５０によって吸収される。吸収体５０は、励起光Ｒ１のエネルギーを吸収することにより昇温される。吸収体５０は、昇温により、瞬時に膨張させられる。吸収体５０の急激な熱膨張は、弾性波Ｅ１を発生させる。図３中には、発生した弾性波Ｅ１の波面が示されている。弾性波Ｅ１は、被検物６０の内部において、吸収体５０を中心とし、等方的に伝播する。つまり、励起光発生部１０は、被検物６０の内部に、吸収体５０を中心とした弾性波Ｅ１を発生させる。弾性波Ｅ１は、レーザー光のスポット径又はビーム径よりも小さな構造物と干渉する弾性波である。

ここで、被検物６０の内部における弾性波Ｅ１の伝播について説明する。ここでは、図３に示すように、各方向に伝播する弾性波Ｅ１のうち、第１の伝播方向ｄ１に伝播する弾性波Ｅ１と、第２の伝播方向ｄ２に伝播する弾性波Ｅ１と、第３の伝播方向ｄ３に伝播する弾性波Ｅ１とを例として説明する。なお、吸収体５０から、第１の測定位置Ｐ１、第２の測定位置Ｐ２及び第３の測定位置Ｐ３へ向かう方向を、それぞれ、第１の伝播方向ｄ１、第２の伝播方向ｄ２及び第３の伝播方向ｄ３とする。第１の伝播方向ｄ１及び第２の伝播方向ｄ２へ伝播する弾性波Ｅ１は、図３に示すように、内部構造６３によって伝播を阻害されることなく、それぞれ、物体表面６１の第１の測定位置Ｐ１及び第２の測定位置Ｐ２へ到達する。つまり、第１の伝播方向ｄ１及び第２の伝播方向ｄ２へ伝播する弾性波Ｅ１は、それぞれ、第２の表面領域Ａ２１へ到達できる。一方で、第３の伝播方向ｄ３へ伝播する弾性波Ｅ１は、内部構造６３によって伝播を阻害されるため、物体表面６１の第３の測定位置Ｐ３へ到達しない。つまり、第３の伝播方向ｄ３へ伝播する弾性波Ｅ１は、第２の表面領域Ａ２１へ到達できない。

ステップＳ５において、制御回路４０は、検知光発生部２０にステップＳ２で開始された検知光Ｒ２１の射出を終了させる。検知光発生部２０は、検知光Ｒ２１の第２の表面領域Ａ２１への照射を終了する。ステップＳ６において、制御回路４０は、仮記録されている受光信号に基づいて、検知光Ｒ２１の反射強度の時系列データを取得する。制御回路４０は、取得された検知光Ｒ２１の反射強度の時系列データを記録回路に記録する。このように、取得された反射強度の時系列データは、測定位置毎に記録される。ステップＳ７において、制御回路４０は、予め設定された所定の測定範囲内の測定が終了したか否かを判定する。処理は、測定範囲内の測定が終了したと判定されなかった場合はステップＳ１へ戻り、ステップＳ７において測定範囲内の測定が終了したと判定されるまで、ステップＳ１乃至ステップＳ７の処理を繰り返す。処理は、測定範囲内の測定が終了したと判定された場合はステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、制御回路４０は、被検物情報の取得処理を実行する。本処理は、測定位置毎に取得された反射強度の時系列データに基づいて行われる。検知光Ｒ２１の反射強度は、第２の表面領域Ａ２１における検知光Ｒ２１の反射率に依存する。検知光Ｒ２１の物体表面６１による反射率は、物体表面６１へ入射する前後の検知光Ｒ２１の光線経路上の屈折率の差に依存する。つまり、第２の表面領域Ａ２１による検知光Ｒ２１の反射率は、第２の表面領域Ａ２１の屈折率の大きさに依存する。第２の表面領域Ａ２１の屈折率は、弾性波Ｅ１によるひずみによって、僅かに変化する。ここで、弾性波Ｅ１は、被検物６０の内部において、ひずみを伝搬するものである。つまり、弾性波Ｅ１が第２の表面領域Ａ２１に到達するとき、検知光Ｒ２１の反射強度、すなわち反射光Ｒ２２の強度は変化する。つまり、第２の領域Ａ２は、弾性波Ｅ１が第２の表面領域Ａ２１へ到達したとき、検知光Ｒ２１の反射率を変化させる領域であると表現できる。なお、検知光Ｒ２１の反射強度の変化は、検知光Ｒ２１の反射角φｒの変化として検出されてもよい。

例えば、第１の伝播方向ｄ１及び第３の伝播方向ｄ３へ伝播する弾性波Ｅ１は、それぞれ、第２の表面領域Ａ２１の第１の測定位置Ｐ１及び第３の測定位置Ｐ３へ到達し、検知光Ｒ２１の反射強度を変化させる。つまり、第１の測定位置Ｐ１及び第３の測定位置Ｐ３で取得された反射光Ｒ２２の強度の時系列データでは、それぞれ、時系列に変化が生じている。一方で、例えば、第２の伝播方向ｄ２へ伝播する弾性波Ｅ１は、内部構造６３によって伝播を阻害されるため、第２の表面領域Ａ２１の第２の測定位置Ｐ２へ到達せず、検知光Ｒ２１の反射強度を変化させない。つまり、第２の測定位置Ｐ２で取得された反射光Ｒ２２の強度の時系列データでは、時系列に変化が生じていない。

制御回路４０は、各々の測定位置の反射強度の時系列データにおいて、時系列に変化が生じているか否かを判定する。つまり、制御回路４０は、内部構造６３の有無を判定する。ここで、内部構造６３の有無に係る情報は、被検物情報の一例である。本判定では、時系列に変化が生じていないとき、第２の内部領域Ａ２２内に内部構造６３が存在すると判定される。なお、時系列に変化が生じていないとの表現は、有意な時系列の変化が検出されていないとも表現できる。

また、制御回路４０は、測定位置毎の反射強度の時系列データに基づいて、第２の内部領域Ａ２２内の内部構造６３の位置又は形状を被検物情報として取得する。被検物情報の取得は、例えば吸収体５０の位置情報にさらに基づく。吸収体５０の位置情報は、例えば、励起光Ｒ１が射出されたタイミングと、時系列の変化が検出された少なくとも２つの測定位置の位置情報及び時系列が変化したタイミングとに基づいて算出される。吸収体５０の位置情報は、予め記録回路等に記録されていてもよい。このようにして、制御回路４０は、第２の内部領域Ａ２２内の内部構造６３の位置を取得したり、第２の内部領域Ａ２２内の内部構造を３次元で再構築したりする。

なお、第１の表面領域Ａ１１と、第２の表面領域Ａ２１とは、それぞれ、物体裏面６２内の領域であってもよいし、被検物６０の他の面内の領域であってもよい。また、第１の表面領域Ａ１１と、第２の表面領域Ａ２１とは、互いに異なる被検物６０の表面内の領域であってもよい。このような中、吸収体５０が配置されている第１の内部領域Ａ１２と、第２の表面領域Ａ２１とは、所定の距離だけ離れていることが好ましい。このため、第１の表面領域Ａ１１と、第２の表面領域Ａ２１とは、例えば、図１に示す状態では、Ｘ方向及びＺ方向に異なる位置であることが好ましい。つまり、第１の表面領域Ａ１１と、第２の表面領域Ａ２１とは、深さ方向Ｄに直交する方向において、異なる位置にあることが好ましい。

なお、被検物６０の第１の領域Ａ１は、被検物６０の検査用に設けられた領域であるとも表現できる。一方で、第２の領域Ａ２は、製品又は製品の一部として使用される領域であるとも表現できる。半導体ウエハ等の半導体素子には、検査用にテスト領域が設けられていることがある。このような場合、第１の領域Ａ１は、例えば、テスト領域内に設けられた試験用部材である。試験用部材は、励起光Ｒ１を透過させる物質であればよい。このため、試験用部材は、透明部材又は透過部材と表現されてもよい。また、第２の領域Ａ２は、製品又は製品の一部として使用される製品用部材である。製品用部材は、光学検査装置１によって検査される部材である。このため、製品用部材は、検査部材と表現されてもよい。このような中、試験用部材と製品用部材とは、一体に形成されていてもよいし、それぞれ別に形成されていてもよい。例えば、試験用部材は、製品用部材に対して着脱可能に構成されていてもよい。また、試験用部材と製品用部材とは、同一の物質であってもよいし、異なる物質であってもよい。例えば、試験用部材は、二酸化ケイ素の結晶であり、製品用部材は、アモルファスシリコンである。これらの物質は、励起光Ｒ１及び検知光Ｒ２１の波長等に応じて決定されればよい。なお、第１の内部領域Ａ１２内に配置されている吸収体５０から発生した弾性波Ｅ１を適切に第２の表面領域Ａ２１まで伝播させるために、第１の内部領域Ａ１２と、第２の内部領域Ａ２２との界面において、インピーダンスは変化しないことが好ましい。これは、各々の部材の物質又は形状によって調整されてもよいし、試験用部材と製品用部材との間にジェル等が介在させられて調整されてもよい。さらに、第２の表面領域Ａ２１には、検知光Ｒ２１の反射率を向上させるために、コーティングが施されていてもよい。

なお、被検物６０は、図１に示すように、例えば平板状であるが、これに限らない。被検物６０の形状は、内部で発生した弾性波が物体表面６１に到達できる形状であればよい。つまり、被検物６０の形状は、第１の内部領域Ａ１２内に配置されている吸収体５０を波源として、第１の内部領域Ａ１２及び第２の内部領域Ａ２２内を放射状に伝播する弾性波Ｅ１が、第２の表面領域Ａ２１に到達できる形状であればよい。なお、物体表面６１が平滑でないときには、例えば予めスキャンされたり、設定されたりして、物体表面６１の形状が既知であればよい。

なお、励起光Ｒ１及び検知光Ｒ２１の波長、吸収体５０として用いられる物質の各々は、被検物６０として用いられる固体試料の物性に応じて選択される。つまり、被検物６０は、内部で発生した弾性波が物体表面６１に到達できる物質であり、検知光Ｒ２１を物体表面６１で反射できる物質であればよい。被検物６０として用いられる固体試料は、例えばステンレス鋼、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ等の金属でもよいし、カーボンやアモルファスカーボンなどの非金属でもよい。金属は、合金を含む。また、被検物６０は、ＳｉやＳｉＣなどの半導体でもよいし、アクリルやポリカーボネイトなどの樹脂でもよい。

なお、励起光発生部１０の備える光源、励起光Ｒ１の波長及びパルス幅は、上述の記載に限らない。例えば励起光Ｒ１は、被検物６０及び吸収体５０として用いられる物質の物性などに応じて選択されればよい。例えば光源は、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー等の固体レーザーであってもよいし、エキシマレーザー等の気体レーザーであってもよい。

なお、検知光Ｒ２１の照射位置の変更は、第２の光学系のレンズに限らず、検知光発生部２０が駆動されて行われてもよい。また、検知光発生部２０は、複数の光源を備えていてもよいし、複数の第２の光学系を備えていてもよい。ここで、光源と第２の光学系との数は異なっていてもよい。この場合、検知光発生部２０は、第２の表面領域Ａ２１との相対位置に応じて、検知光Ｒ２１を射出する光源又は第２の光学系を切り替える。検知光Ｒ２１を射出する光源又は第２の光学系の選択は、後述する制御回路４０によって行われてもよい。

なお、受光部３０の受光素子は、光電効果を用いるものであってもよいし、熱効果を用いるものであってもよい。受光素子は、１点で計測するセンサであっても、多点で計測するラインセンサ又はエリアセンサであってもよい。

なお、演算部としての機能と、測定制御部としての機能とは、１つの回路に設けられていてもよいし、それぞれ異なる回路に設けられていてもよい。また、制御回路４０の機能の一部又は全部は、励起光発生部１０、検知光発生部２０又は受光部３０が有していてもよい。例えば、受光部３０は、演算部としての機能を有していてもよい。つまり、時系列データの取得又は被検物情報の取得は、受光部３０において行われてもよい。この場合、受光信号は、時系列データ又は被検物情報を含む。

なお、制御回路４０としての機能は、記録回路等に記録されているコンピュータプログラムの実行により実現されてもよいし、専用回路として構築された集積回路等によって実現されてもよい。なお、光学検査装置１は、制御回路４０を備えていなくてもよい。つまり、制御回路４０又は制御回路４０としての機能は、光学検査装置１の外部に設けられていてもよい。この場合、光学検査装置１は、被検物情報の取得が可能な受光信号又は反射強度の時系列データを得る装置であると表現できる。

なお、図２を参照して上述した測定処理の各々のステップの順序は、適宜変更され得る。例えば、ステップＳ２の検知光Ｒ２１の照射は、ステップＳ３の反射強度の計測開始後に行われてもよい。例えば、ステップＳ８の処理は、ステップＳ７に先立って、測定位置毎に行われてもよい。また、図２に示すフローチャートは、測定処理の一例であり、ステップが新たに追加されたり、削除されたりし得る。例えば、測定処理において、制御回路４０は、内部構造６３が検出されたとき、ユーザに警告又は通知するための制御信号を生成してもよい。制御信号は、表示情報又は音声情報を含む。また、本技術が適用された検査システムが構築されて、内部構造６３が検出されたときに、被検物６０を検査ラインから弾くといった制御も考えられる。これらの処理は、例えば、ステップＳ７に先立って行われたり、ステップＳ８で行われたりすればよい。

本実施形態に係る光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法によれば、以下のことが言える。

本実施形態に係る光学検査装置１は、被検物６０の内部構造を検査する光学検査装置である。光学検査装置１は、励起光発生部１０と、検知光発生部２０と、受光部３０とを備える。励起光発生部１０は、第１の波長λ１の励起光Ｒ１を、被検物６０の第１の表面領域Ａ１１に照射する。つまり、励起光発生部１０は、第１の表面領域Ａ１１を照射する第１の波長λ１の励起光Ｒ１を射出する。第１の波長λ１は、第１の表面領域Ａ１１と第１の内部領域Ａ１２とを含む第１の領域Ａ１を透過し、かつ、第１の内部領域Ａ１２内に配置されている吸収体５０により吸収される波長である。第１の内部領域Ａ１２は、第１の表面領域Ａ１１に隣接している。検知光発生部２０は、第２の波長λ２の検知光Ｒ２１を、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１に照射する。つまり、検知光発生部２０は、第２の表面領域Ａ２１を照射する第２の波長λ２の検知光Ｒ２１を射出する。第２の波長λ２は、第２の表面領域Ａ２１で反射される波長である。第２の表面領域Ａ２１は、第１の表面領域Ａ１１外の領域である。受光部３０は、第２の表面領域Ａ２１で反射された検知光Ｒ２１を受光する。つまり、受光部３０は、反射光Ｒ２２を受光する。

本実施形態に係る光学検査方法は、被検物６０の内部構造を検査する光学検査方法である。光学検査方法は、第２の波長λ２の検知光Ｒ２１を第２の表面領域Ａ２１に照射するとともに、反射光Ｒ２２の強度の計測を開始し、検知光Ｒ２１の照射及び反射光Ｒ２２の強度の計測中に、第１の波長λ１の励起光Ｒ１を第１の領域Ａ１に照射することを含む。第１の波長λ１は、第１の表面領域Ａ１１と第１の表面領域Ａ１１に隣接している第１の内部領域Ａ１２とを含む第１の領域Ａ１を透過し、かつ、第１の内部領域Ａ１２内に配置されている吸収体５０により吸収される波長である。第２の波長λ２は、第２の表面領域Ａ２１で反射される波長である。第２の表面領域Ａ２１は、第１の波長λ１の励起光Ｒ１が照射される第１の表面領域Ａ１１外の領域である。反射光Ｒ２２の強度は、第２の表面領域Ａ２１で反射された検知光Ｒ２１の反射強度である。

本実施形態に係る被検物６０は、半導体素子である。半導体素子は、第１の領域Ａ１と、吸収体５０と、第２の領域Ａ２とを備える。第１の領域Ａ１は、励起光Ｒ１が照射される第１の表面領域Ａ１１と、第１の表面領域Ａ１１に隣接している第１の内部領域Ａ１２とを含む。第１の領域Ａ１は、励起光Ｒ１を透過させる。吸収体５０は、第１の内部領域Ａ１２内に配置されている。吸収体５０は、励起光Ｒ１を吸収する。第２の領域Ａ２は、第２の表面領域Ａ２１と、第２の内部領域Ａ２２とを含む。第２の表面領域Ａ２１は、第１の表面領域Ａ１１外の領域である。第２の内部領域Ａ２２は、第１の内部領域Ａ１２及び第２の表面領域Ａ２１に隣接している領域である。第２の領域Ａ２は、吸収体を５０波源として放射状に伝播している弾性波Ｅ１が第２の表面領域Ａ２１へ到達したときに、外部から第２の表面領域Ａ２１に照射された検知光Ｒ２１の反射率を変化させる。

これらの構成及び方法によれば、被検物６０の内部に配置されている吸収体５０から発せられた弾性波Ｅ１が用いられて、被検物６０の内部構造が検査される。弾性波Ｅ１は例えば球面波である。つまり、物体表面で光を吸収させて弾性波を発生させる場合と比べて、内部構造を検査できる領域を自由に設定できるという効果がある。第１の領域Ａ１は、例えば、検査対象となる半導体ウエハのテスト領域内に設けられればよい。つまり、励起光Ｒ１の照射面は、製品用部材の表面に限らない。このため、製品用部材の表面で光を吸収させて弾性波を発生させる場合と比べて、製品部への損傷が低減されるという効果がある。また、第２の表面領域Ａ２１内の計測位置毎の検知光Ｒ２１の反射強度の時系列データが取得される。時系列データには、反射強度の時系列の変化の有無が含まれる。つまり、この時系列の変化の有無によって、被検物６０における内部構造６３の有無の情報が取得可能になるという効果がある。

また、本実施形態に係る半導体素子において、第１の領域Ａ１は、半導体素子のテスト領域内に設けられた試験用部材であり、第２の領域Ａ２は、半導体素子の製品用部材であり、試験用部材は、製品用部材と異なる部材である。このような構成であっても、上述の効果に加えて、検査部材の物質の選択性が向上するという効果が得られ得る。さらに、第２の表面領域Ａ２１には、検知光Ｒ２１の反射率を向上させるために、コーティングが施されていてもよい。このような構成であれば、上述の効果に加えて、受光部３０における信号強度がより強くなるという効果がある。

本実施形態に係る光学検査装置１及び光学検査方法において、励起光Ｒ１の最小ビーム径は、吸収体５０より大きい。また、本実施形態に係る半導体素子において、吸収体５０は、励起光Ｒ１の最小ビーム径より小さい。これらの構成及び方法によれば、吸収体５０から発生した弾性波は、レーザー光のスポット径又はビーム径よりも小さい内部構造６３と干渉できる。つまり、本技術は、レーザー光のスポット径又はビーム径よりも小さい内部構造６３を検知できる。このように、本技術が用いられれば、上述の効果に加え、内部検査の空間分解能を高くできるという効果がある。

本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法において、第１の波長λ１と、第２の波長λ２とは異なる。また、本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法において、第１の波長λ１は、第２の波長λ２に比べて長い。被検物６０が半導体の場合、長波長の光線の方が、短波長の光線よりも吸収されにくい。励起光Ｒ１は、第１の領域Ａ１を透過する必要がある。このような中、これらの構成及び方法によれば、励起光Ｒ１を長波長にしておくことで、上述の効果に加え、より効果的に吸収体５０に励起光Ｒ１のエネルギーを吸収させることができるという効果がある。吸収体５０で吸収される励起光Ｒ１のエネルギーが高くなれば、より急峻で振幅の大きい弾性波Ｅ１を発生させることができるため、検出される時系列の変化を大きくできる。つまり、受光部３０における信号強度が強くなるという効果がある。また、検知光Ｒ２１を短波長にしておくことで、より効率よく検知光Ｒ２１を第２の表面領域Ａ２１で反射させることができるという効果がある。さらに、フレネル反射させるために要求される第１の入射角θ１を、より小さくできる。このとき、被検物６０の物体表面６１におけるスポット径は、ビーム径に近づき、小さくなる。このため、内部検査の分解能を向上させることができるという効果がある。また、効率良く検知光Ｒ２１が反射されることで、受光部３０による反射光Ｒ２２の検出精度を向上させることができるという効果がある。

なお、本実施形態に係る光学検査装置１において、励起光発生部１０の光源が射出する光線の波長と、検知光発生部２０の光源が射出する光線の波長とは同じであってもよい。ここで、励起光発生部１０の光源と、検知光発生部２０の光源とは、同一の光源であってもよい。さらに、励起光発生部１０の光源は、検知光発生部２０の光源と共通であってもよい。このとき、検知光Ｒ２１の第２の波長λ２を、励起光Ｒ１の第１の波長λ１より短くするために、検知光発生部２０は、例えば高調波発生素子を備える。高調波発生素子として第２高調波発生素子（ＳＨＧ）が用いられれば、光源から発せられた光線の周波数は２倍になる。すなわち、光源から発せられた光線の波長は１／２倍になる。また、励起光発生部１０は、励起光Ｒ１の照射時間を短くできるように、シャッターを備えていてもよい。このように、本実施形態に係る光学検査装置１において、検知光発生部２０は、高調波発生素子を備え、励起光発生部１０の具備する光源は、検知光発生部２０の具備する光源と共通であってもよい。この構成によれば、光源の射出する波長が同一であっても、第１の波長λ１を第２の波長λ２より長くすることができるため、上述した効果が得られ得る。

本実施形態に係る光学検査装置１及び光学検査方法において、励起光発生部１０は、短パルスレーザー光を励起光Ｒ１として射出する。つまり、励起光発生部１０の備える光源は、短パルスレーザーである。また、本実施形態に係る半導体素子において、吸収体５０によって吸収される励起光Ｒ１は、短パルスレーザー光である。これらの構成及び方法によれば、上述の効果に加え、吸収体５０に急峻な弾性波Ｅ１を発生させることができるという効果がある。急峻な弾性波Ｅ１は、検出精度の向上に寄与する。

本実施形態に係る光学検査装置１は、検知光Ｒ２１の反射強度の時系列における変化の有無に基づいて、被検物６０の内部構造６３の有無に係る情報を取得する制御回路４０をさらに備える。また、本実施形態に係る光学検査方法は、検知光Ｒ２１の反射強度の時系列における変化の有無に基づいて、被検物６０の内部構造６３の有無に係る情報を取得することをさらに含む。この構成及び方法によれば、上述の効果に加え、取得された測定位置毎の反射強度の時系列データに基づいて、被検物６０における内部構造６３の有無の情報が取得できるという効果がある。例えば、反射強度の時系列に変化が生じていないとき、内部構造６３が存在すると判定される。

本実施形態に係る光学検査装置１は、第２の表面領域Ａ２１における複数の検知光Ｒ２１の照射領域の位置情報と、位置情報毎の検知光Ｒ２１の反射強度の時系列における変化の有無とに基づいて、被検物６０の内部構造６３の有無、位置又は形状に係る情報を取得する制御回路４０をさらに備える。また、本実施形態に係る光学検査方法は、第２の表面領域Ａ２１における複数の検知光Ｒ２１の照射領域の位置情報と、位置情報毎の検知光Ｒ２１の反射強度の時系列における変化の有無とに基づいて、被検物６０の内部構造６３の有無、位置又は形状に係る情報を取得することをさらに含む。これらの構成及び方法によれば、上述の効果に加え、取得された第２の表面領域Ａ２１内の測定位置毎の反射強度の時系列データに基づいて、被検物６０における内部構造６３の有無、位置又は形状に係る情報が取得できるという効果がある。例えば、検出したい内部構造６３が小さいとき、内部構造６３の位置又は形状を取得したいとき等には、測定位置の間隔が小さく設定されればよい。つまり、本技術は、測定位置の数が多いとき、より詳細な被検物情報を取得できるという効果がある。

本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法において、第１の表面領域Ａ１１と第２の表面領域Ａ２１とは、被検物６０の深さ方向Ｄに直交する方向において、互いに異なる位置にある。ここで、被検物６０は、例えば半導体素子である。これらの構成及び方法によれば、上述の効果に加え、内部検査の空間分解能を高くできるという効果がある。例えば、被検物６０の深さ方向Ｄに直交する方向において、吸収体５０と第２の表面領域Ａ２１とが離れるほど、被検物６０の内部において、吸収体５０から第２の表面領域Ａ２１内の各々の位置へ向かう光線方向の間隔は大きくなる。つまり、被検物６０の深さ方向Ｄに直交する方向において、吸収体５０と第２の表面領域Ａ２１とが離れるほど、固定の測定位置の間隔に対して、光線方向の間隔は小さくなり、角度分解能は向上する。

＜第１の実施形態の変形例＞
上述したように、励起光Ｒ１には、被検物６０の第１の領域Ａ１を透過し、被検物６０の内部に配置されている吸収体５０によって吸収されることが要求される。また、検知光Ｒ２１には、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１において反射されることが要求される。第１の実施形態では、励起光Ｒ１の第１の波長λ１及び検知光Ｒ２１の第２の波長λ２の選択によって、これらの要求が満たされる場合を例として説明した。一方で、これらの要求は、励起光Ｒ１及び検知光Ｒ２１の入射角がそれぞれ制御されることによって満たされてもよい。ここでは、図１を参照して、励起光Ｒ１の第１の入射角θ１及び検知光の第２の入射角φ１について説明する。

励起光Ｒ１は、被検物６０の内部に配置されている吸収体５０によって吸収されるように、被検物６０の第１の表面領域Ａ１１へ照射される。つまり、励起光Ｒ１は、第１の表面領域Ａ１１で反射されないことが好ましい。このため、励起光Ｒ１の第１の表面領域Ａ１１に対する第１の入射角θ１は、小さいことが好ましい。第１の入射角θ１は、例えば第２の入射角φ１より小さい。第１の入射角θ１は、例えば７０°未満である。検知光Ｒ２１は、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１において反射されるように、第２の表面領域Ａ２１へ照射される。このため、第２の入射角φ１は、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１でフレネル反射が大きくなるように設定されることが好ましい。第２の入射角φ１は、例えば７０°である。

このように、本変形例に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法において、検知光Ｒ２１の第２の表面領域Ａ２１に対する第２の入射角φ１は、励起光Ｒ１の第１の表面領域Ａ１１に対する第１の入射角θ１に比べて大きい。これらの構成及び方法であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られ得る。つまり、受光部３０における信号強度が強くなるという効果がある。さらに、励起光Ｒ１又は検知光Ｒ２１として使用する光の波長が選択し易くなるという効果が得られ得る。

なお、本変形例に係る技術は、上述の実施形態に係る技術と組み合わせできる。つまり、励起光Ｒ１及び検知光Ｒ２１の波長が選択された上で、励起光Ｒ１及び検知光Ｒ２１の入射角がそれぞれ設定されてもよい。この場合でも第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例と同様の効果が得られ得る。

［第２の実施形態］
以下、本実施形態に係る光学検査装置１について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

まず、本実施形態に係る光学検査装置１の構成について、図面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る光学検査装置１の一例について説明するための図である。図４には、本実施形態に係る被検物６０の断面及び本実施形態に係る光学検査装置１で用いられる光の光線経路の一例が示されている。

本実施形態に係る検知光発生部２０の備える光源は、ラインレーザーである。本実施形態に係る検知光Ｒ２１は、ラインレーザー光である。ここで、ラインレーザー光とは、有限の幅を持つライン形状（帯形状）のビームプロファイルを有するレーザー光のことである。ビームプロファイルは、レーザー光の断面強度分布である。なお、ラインレーザー光は、シート光と表現されてもよい。図４に示すように、本実施形態に係る検知光発生部２０は、ラインレーザー光を検知光Ｒ２１として射出する。

本実施形態に係る受光部３０の備える受光素子は、ラインセンサである。ラインセンサ
は、ライン状の受光面を有する光学センサである。なお、ラインセンサに代えて、エリアセンサが用いられてもよいし、ライン状に配置された複数の光学センサが用いられてもよい。ラインセンサは、第２の表面領域Ａ２１で反射されたライン状の検知光Ｒ２１のほぼ全てが受光されるように配置されている。受光信号は、ラインセンサの受光面上の位置情報をさらに含む。

次に、本実施形態に係る光学検査装置１の動作について、図２及び図４を参照して詳細に説明する。

制御回路４０は、例えば、図４に示す状態において、検知光Ｒ２１の照射範囲のＸ方向の幅が、所定の測定範囲のＸ方向の幅より大きいとき、ステップＳ１乃至ステップＳ７の処理をＺ方向の複数の測定位置について実行する。なお、ステップＳ１乃至ステップＳ８の処理内容は、第１の実施形態に係る各々の処理と同様である。

検知光Ｒ２１は、被検物６０の第２の表面領域Ａ２１に照射される。このとき、第２の表面領域Ａ２１における検知光Ｒ２１の照射面は、ライン状となる。被検物６０の物体表面６１に照射されたラインレーザー光は、物体表面６１で正反射される。つまり、図４に示すように、反射光Ｒ２２のビームプロファイルも有限の幅を有するライン形状である。ライン状の反射された検知光Ｒ２１は、受光部３０のラインセンサへ入射する。

このように、本実施形態に係る光学検査装置１では、照射面内の各位置における反射強度の時系列データが同時に取得される。

本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法によれば、以下のことが言える。

本実施形態に係る光学検査装置１において、検知光発生部２０は、ラインレーザー光を検知光Ｒ２１として射出する。また、本実施形態に係る光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法において、第２の表面領域Ａ２１における検知光Ｒ２１の照射面は、ライン状の領域である。これらの構成及び方法によれば、照射面の各位置における検知光Ｒ２１の反射強度を同時に取得できるという効果がある。つまり、本技術は、同時に多点測定することが可能である。そのため、第１の実施形態に係る技術で得られる効果に加えて、高速に反射強度の時系列変化の測定ができるという効果がある。すなわち、本技術には、高速に被検物情報を取得できるという効果がある。

なお、本実施形態では、ライン状のビームプロファイルを有する検知光Ｒ２１が用いられる場合を例として説明したが、これに限らない。検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、矩形であってもよいし、十字であってもよいし、複数のラインであってもよい。さらに、これらの検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、複数のドットによって実現されていてもよい。このとき、受光部３０の受光面の形状は、検知光Ｒ２１のビームプロファイルに応じて適宜選択されればよい。つまり、本実施形態に係る光学検査装置１において、検知光発生部２０は、複数の検知光Ｒ２１を射出できるように構成されていてもよい。検知光発生部２０は、複数の光源を備えていてもよいし、複数の第２の光学系を備えていてもよい。ここで、光源と第２の光学系との数は異なっていてもよい。

［第３の実施形態］
以下、本実施形態に係る光学検査装置１について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

まず、本実施形態に係る光学検査装置１の構成について、図面を参照して詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る光学検査装置１の一例について説明するための図である。図５には、本実施形態に係る被検物６０の断面及び本実施形態に係る光学検査装置１で用いられる光の光線経路の一例が示されている。

本実施形態に係る検知光発生部２０の射出する検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、円環状である。図５に示すように、本実施形態に係る検知光発生部２０は、円環状のビームプロファイルを有する検知光Ｒ２１を射出する。

本実施形態に係る受光部３０の備える受光素子は、例えばエリアセンサである。受光素子の受光面は、第２の表面領域Ａ２１で反射された検知光Ｒ２１のほぼ全てが受光されるように配置されている。

本実施形態に係る被検物６０において、第２の表面領域Ａ２１における検知光Ｒ２１の照射領域は、円環状である。第１の表面領域Ａ１１は、例えば図５に示すＸ−Ｚ平面において、第２の表面領域Ａ２１の内側に位置する領域である。吸収体５０は、第２の表面領域Ａ２１における円環状の検知光Ｒ２１の照射領域の中心軸上に配置されている。

次に、本実施形態に係る光学検査装置１の動作について、図２及び図５を参照して詳細に説明する。

ステップＳ１乃至ステップＳ８の処理内容は、第２の実施形態に係る各々の処理と同様である。ただし、ステップＳ１において、制御回路４０は、吸収体５０が中心軸上に位置するように、第２の表面領域Ａ２１内に測定範囲及び測定位置を決定する。また、例えば、複数の測定範囲が設定される場合、これら複数の測定範囲は、同心円状に設定されることになる。

検知光発生部２０は、円環状のビームプロファイルを有する検知光Ｒ２１を、第２の表面領域Ａ２１へ照射する。検知光Ｒ２１の照射領域は、第２の表面領域Ａ２１において円環状の領域である。第２の表面領域Ａ２１に照射された円環状の検知光Ｒ２１は、物体表面６１で正反射される。円環状の反射された検知光Ｒ２１は、受光部３０のエリアセンサへ入射する。

このように、本実施形態に係る光学検査装置１では、照射面内の各位置における反射強度の時系列データが同時に取得される。ここで、吸収体５０から第２の表面領域Ａ２１までの間に内部構造６３が存在しないとき、各々の方向へ伝播した弾性波Ｅ１は、同時に第２の表面領域Ａ２１へ到達する。このとき、照射面内、すなわち照射領域内の各位置における反射強度は、同時に変化する。一方で、吸収体５０から第２の表面領域Ａ２１までの間に内部構造６３が存在するとき、第２の表面領域Ａ２１へ到達しなかったり、第２の表面領域Ａ２１への到達タイミングが他の位置とは異なったりする弾性波Ｅ１が生じる。このとき、照射面内の各位置における反射強度は、同時に変化しない。制御回路４０は、照射面内の各位置における反射強度の時系列データに基づいて、内部構造６３の有無を被検物情報として取得する。制御回路４０は、反射強度の変化タイミング又は変化量がずれている箇所を検出したとき、第２の内部領域Ａ２２内に内部構造６３が存在すると判定する。つまり、反射強度の時系列変化に基づいて、第２の内部領域Ａ２２内の内部構造６３の有無が検知される。

なお、同心円状に設定された複数の測定範囲において取得された時系列データに基づけば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、より詳細な被検物情報が取得される。受光信号は、受光面上の位置情報をさらに含む。つまり、被検物情報として、内部構造６３の位置又は形状が取得され得る。

なお、本実施形態に係る検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、検知光Ｒ２１の光軸又は中心に対して互いに点対称な位置にある少なくとも２つの点を含むとも表現できる。以下、このような点を対称点と記載する。検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、図５に示すような円環に限らず、円弧であってもよい。なお、円環の形状は真円に限らない。例えば、第２の表面領域Ａ２１における照射領域の形状が真円に近づくように、検知光発生部２０は、ビームプロファイルとして楕円状の円環を有する検知光Ｒ２１を射出してもよいし。また、検知光発生部２０は、ビームプロファイルとして真円に近い形状の円環を有する検知光Ｒ２１を射出して、楕円状の照射領域が形成されてもよい。また、検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、矩形であってもよいし、十字であってもよいし、複数のラインであってもよい。さらに、これらの検知光Ｒ２１のビームプロファイルは、複数のドットによって実現されていてもよい。このとき、受光部３０の受光面の形状は、検知光Ｒ２１のビームプロファイルに応じて適宜選択されればよい。受光信号は、少なくとも１組の対称点の受光面上の位置情報をさらに含む。このとき、対応する対称点における反射強度の時系列データは同時に取得される。制御回路４０は、対応する対称点における反射強度の時系列変化に基づいて、第２の内部領域Ａ２２内の内部構造６３の有無を被検物情報として取得する。

本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法によれば、以下のことが言える。

本実施形態に係る光学検査装置１において、検知光発生部２０は、円環状のビームプロファイルを有する検知光Ｒ２１を射出し、第２の表面領域Ａ２１における検知光Ｒ２１の照射領域の中心軸は、吸収体５０を通る。また、本実施形態に係る光学検査装置１、半導体素子及び光学検査方法において、第２の表面領域Ａ２１は、円環状の領域であり、吸収体５０は、円環の中心軸上に配置されている。これらの構成及び方法によれば、照射面内の各位置において同時に取得された反射強度の時系列データに基づいて、内部構造６３の有無を検知することが可能となる効果がある。つまり、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る技術で得られる効果に加えて、有無の検出に係る測定回数を低減できるという効果がある。ここで、内部構造６３の有無が検知される領域は、第２の内部領域Ａ２２内の領域である。

なお、上述の各実施形態及び変形例に係る技術は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１の実施形態の変形例に係る技術は、第２の実施形態又は第３の実施形態に係る技術と組み合わせることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…光学検査装置、１０…励起光発生部、２０…検知光発生部、３０…受光部、４０…制御回路、５０…吸収体、６０…被検物、６１…物体表面、６２…物体裏面、６３…内部構造、７１…第１のケーブル、７２…第２のケーブル、７３…第３のケーブル、Ａ１…第１の領域、Ａ１１…第１の表面領域、Ａ１２…第１の内部領域、Ａ２…第２の領域、Ａ２１…第２の表面領域、Ａ２２…第２の内部領域、Ｅ１…弾性波、Ｐ１…第１の測定位置、Ｐ２…第２の測定位置、Ｐ３…第３の測定位置、Ｒ１…励起光、Ｒ２１…検知光、Ｒ２２…反射光、ｄ１…第１の伝播方向、ｄ２…第２の伝播方向、ｄ３…第３の伝播方向、θ１…第１の入射角、λ１…第１の波長、λ２…第２の波長、φ１…第２の入射角。

Claims (20)

1. 被検物の第１の表面領域と前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含む第１の領域を透過し、かつ、前記第１の内部領域内に局所的に配置されている吸収体により吸収される第１の波長の励起光を、前記第１の表面領域に照射する励起光発生部と、
   前記励起光を吸収した吸収体を唯一の波源として放射状に伝播する弾性波が前記第１の表面領域外の第２の表面領域へ到達した場合に前記第２の表面領域で反射される第２の波長の検知光を、前記第２の表面領域に照射する検知光発生部と、
   前記第２の表面領域で反射された前記検知光を受光する受光部と
   を備える光学検査装置。
2. 前記励起光の最小ビーム径は、前記吸収体より大きい、請求項１に記載の光学検査装置。
3. 前記第１の波長と、前記第２の波長とは異なる、請求項１又は２に記載の光学検査装置。
4. 前記第１の波長は、前記第２の波長に比べて長い、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
5. 前記検知光の前記第２の表面領域に対する入射角は、前記励起光の前記第１の表面領域に対する入射角に比べて大きい、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
6. 前記励起光発生部は、短パルスレーザー光を前記励起光として射出する、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
7. 前記検知光発生部は、複数の前記検知光を射出するように構成されている、請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
8. 前記検知光発生部は、ラインレーザー光を前記検知光として射出する、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
9. 前記検知光発生部は、円環状のビームプロファイルを有する前記検知光を射出し、
   前記第２の表面領域における前記検知光の照射領域の中心軸は、前記吸収体を通る、
   請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
10. 前記検知光発生部は、高調波発生素子を備え、
    前記励起光発生部の具備する光源は、前記検知光発生部の具備する光源と共通である、
    請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
11. 前記検知光の反射強度の時系列における変化の有無に基づいて、前記被検物の内部構造の有無に係る情報を取得する制御回路をさらに備える、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
12. 前記第２の表面領域における複数の前記検知光の照射領域の位置情報と、前記位置情報毎の前記検知光の反射強度の時系列における変化の有無とに基づいて、前記被検物の内部構造の有無、位置又は形状に係る情報を取得する制御回路をさらに備える、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の光学検査装置。
13. 励起光が照射される第１の表面領域と、前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含み、前記励起光を透過させる第１の領域と、
    前記第１の内部領域内に局所的に配置されており、前記励起光を吸収する吸収体と、
    前記第１の表面領域外の第２の表面領域と、前記第１の内部領域及び前記第２の表面領域に隣接している第２の内部領域とを含み、前記吸収体を唯一の波源として放射状に伝播している弾性波が前記第２の表面領域へ到達したときに、外部から前記第２の表面領域に照射された検知光の反射率を変化させる第２の領域と
    を備える半導体素子。
14. 前記吸収体は、前記励起光の最小ビーム径より小さい、請求項１３に記載の半導体素子。
15. 前記第１の表面領域と前記第２の表面領域とは、前記半導体素子の深さ方向に直交する方向において、互いに異なる位置にある、請求項１３又は１４に記載の半導体素子。
16. 前記第２の表面領域は、円環状の領域であり、
    前記吸収体は、前記円環の中心軸上に配置されている、
    請求項１５に記載の半導体素子。
17. 前記第１の領域は、前記半導体素子のテスト領域内に設けられた試験用部材であり、
    前記第２の領域は、前記半導体素子の製品用部材であり、
    前記試験用部材は、前記製品用部材と異なる部材である、
    請求項１３乃至１６のうち何れか１項に記載の半導体素子。
18. 第１の波長の励起光が照射される被検物の第１の表面領域外の前記被検物の第２の表面領域で反射される第２の波長の検知光を、前記第２の表面領域に照射するとともに、
    前記第２の表面領域で反射された前記検知光の反射強度の計測を開始し、
    前記検知光の照射及び計測中に、前記第１の表面領域と前記第１の表面領域に隣接している第１の内部領域とを含む第１の領域を透過し、かつ、前記第１の内部領域内に局所的に配置されている吸収体により吸収される前記第１の波長の前記励起光を、前記第１の表面領域に照射する
    ことを含む、光学検査方法。
19. 前記反射強度の時系列における変化の有無に基づいて、前記被検物の内部構造の有無に係る情報を取得することをさらに含む、請求項１８に記載の光学検査方法。
20. 前記第２の表面領域における複数の前記検知光の照射領域の位置情報と、前記位置情報毎の前記反射強度の時系列における変化の有無とに基づいて、前記被検物の内部構造の有無、位置又は形状に係る情報を取得することをさらに含む、請求項１８に記載の光学検査方法。

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