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公開番号2024164378
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023079812
出願日2023-05-15
発明の名称欠陥検査装置
出願人株式会社日立ハイテク
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類G01N 21/95 20060101AFI20241120BHJP(測定;試験)
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。
続きを表示（約 1,900 文字）【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】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ハードディスク（ＨＤ：ＨａｒｄＤｉｓｋ）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：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＣｏｎｔｒａｓｔ）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】
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】
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と凹欠陥４２それぞれの断面図と上面図である。
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。
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。
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。
プロセッサ１０５の機能ブロック図である。
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に係る欠陥検査装置１の構成図である。
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。
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。
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４におけるセンサ１７の検出素子の構成を示す。
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】以降は省略されています）

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