JP2010002274A - Surface inspection device and control method for quantity-of-light of illumination light - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface inspection device capable of enhancing the surface inspection precision of a substrate by detecting the quantity of illumination light for irradiating the substrate with high precision, and a control method for quantity-of-light of illumination light. <P>SOLUTION: The surface inspection device 1, having a holder 20 for placing and holding a wafer 10, an illumination optical system 30 for irradiating the surface of the wafer 10 placed and held on the holder 20 with illumination light, an imaging optical system 40 for detecting the light from the surface of the wafer 10 irradiated with the illumination light, and an image processor 50 for inspecting the presence of the flaw in the surface of the wafer 10 on the basis of the light detected by the imaging optical system 40, has the reflecting part 61 provided at the position receiving the illumination light of the holder 20, a quantity-of-light detecting part 62 for detecting the quantity of the regular reflected light from the reflecting part 61 irradiated with the illumination light, and a control unit 55 for controlling the quantity of the illumination light on the basis of the quantity of light detected by the quantity-of-light detecting part 62. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハや液晶基板等の表面を検査する表面検査に関する。   The present invention relates to a surface inspection for inspecting the surface of a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or the like.

半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウェハや液晶基板(以降、総じて「基板」と称する)の表面に形成された繰り返しパターン(配線パターン等のライン・アンド・スペースのパターン)等の検査が行われる。自動化された表面検査装置では、チルト可能なホルダの上に基板を載置し、基板の表面に検査用の照明光(非偏光)を照射し、基板上の繰り返しパターンから発生する回折光(例えば、1次回折光)に基づいて基板の画像を取り込み、この画像の明暗差(コントラスト)に基づいて繰り返しパターンの異常箇所を特定する。さらに、このような表面検査装置は、ホルダをチルト調整することにより、基板上の繰り返しピッチが異なる繰り返しパターン等の検査を行うことができる(例えば、特許文献1を参照)。   In the manufacturing process of a semiconductor circuit element and a liquid crystal display element, a repetitive pattern (line and space pattern such as a wiring pattern) formed on the surface of a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate (hereinafter generally referred to as “substrate”), etc. Inspection is performed. In an automated surface inspection apparatus, a substrate is placed on a tiltable holder, illumination light (non-polarized light) for inspection is irradiated on the surface of the substrate, and diffracted light generated from a repetitive pattern on the substrate (for example, The image of the substrate is captured on the basis of the first-order diffracted light), and the abnormal portion of the repetitive pattern is specified based on the contrast of the image. Furthermore, such a surface inspection apparatus can inspect a repetitive pattern or the like having a different repetitive pitch on the substrate by adjusting the tilt of the holder (see, for example, Patent Document 1).

基板の表面に形成された繰り返しパターンを検査する技術として、上述のような回折光を用いた検査(以降、このような検査を回折検査と称する)の他、正反射光を用いた検査(以降、このような検査を正反射検査と称する)や、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化を利用した検査(以降、このような検査をPER検査と称する)等がある。これらの検査方法によれは、露光装置のデフォーカスやドーズシフトに基づく線幅不良、レジスト塗布不良等を、高速かつ高精度で検出することができる。   As a technique for inspecting a repetitive pattern formed on the surface of a substrate, in addition to inspection using diffracted light as described above (hereinafter, such inspection is referred to as diffraction inspection), inspection using specularly reflected light (hereinafter referred to as diffraction inspection) Such inspection is referred to as specular reflection inspection), and inspection using a change in polarization state due to structural birefringence of a pattern (hereinafter, such inspection is referred to as PER inspection). According to these inspection methods, it is possible to detect a line width defect, a resist coating defect, and the like based on defocus and dose shift of the exposure apparatus at high speed and with high accuracy.

このような表面検査装置では、基板へ照射する照明光の光量制御を行うため、例えば、光源から基板を照らす照明光学系へと導光するガイドファイバから分岐した光量検出用ファイバの射出端に、照明光の光量を検出する光量センサを設けている。
特開2002−162368号公報
In such a surface inspection device, in order to control the amount of illumination light irradiated to the substrate, for example, at the exit end of the light amount detection fiber branched from the guide fiber guided from the light source to the illumination optical system that illuminates the substrate, A light amount sensor for detecting the amount of illumination light is provided.
JP 2002-162368 A

しかしながら、光量検出用ファイバに設けられた光量センサを用いると、光源からの光を導くガイドファイバの射出端から検出部までの間に、設けられている光学系に歪みや細かな傷、塵埃付着といった不具合が生じた場合、センサにより検出される照明光量と、実際に基板に照射される照明光量との間に誤差が生じてしまい、基板検査における精度が低下するという問題があった。   However, if the light quantity sensor provided in the light quantity detection fiber is used, distortion, fine scratches, and dust adhere to the optical system provided between the exit end of the guide fiber that guides light from the light source and the detection unit. When such a problem occurs, an error occurs between the amount of illumination light detected by the sensor and the amount of illumination light that is actually irradiated onto the substrate, resulting in a problem that accuracy in substrate inspection is reduced.

また、ホルダ上の照明光を受ける位置にセンサを設けると、被検基板が大きく、例えば有効径が300mmほどある場合、この有効径の中心部分と、センサが設けられているホルダの有効径外縁付近とでは、到達する光量の差に大きな違いあるが、近年の表面検査に用いるCCD等の撮像素子の高画素化に伴い、ダイナミックレンジを大きく取ることが難しく、検出される照明光量に誤差が生じ易いという問題があった。   Further, when a sensor is provided at a position for receiving illumination light on the holder, when the test substrate is large, for example, when the effective diameter is about 300 mm, the central portion of the effective diameter and the effective diameter outer edge of the holder provided with the sensor There is a big difference in the amount of light that reaches the vicinity, but with the recent increase in the number of pixels of image sensors such as CCDs used for surface inspection, it is difficult to increase the dynamic range, and there is an error in the detected illumination light amount. There was a problem that it was likely to occur.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板を照射する照明光の光量を高い精度で検出して、基板表面の検査精度を向上させることができる、表面検査装置および照明光の光量制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and can detect the amount of illumination light that irradiates a substrate with high accuracy to improve the inspection accuracy of the surface of the substrate and the illumination. It is an object of the present invention to provide a light amount control method.

このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、被検基板を載置保持するホルダと、前記ホルダにより載置保持された前記被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの光を検出する第1検出部と、前記第1検出部で検出された光に基づいて、前記被検基板の表面における欠陥の有無を検査する検査部とを有する表面検査装置において、前記ホルダの前記照明光を受ける位置に設けられた反射部と、前記照明光が照射された前記反射部からの正反射光の光量を検出する第2検出部と、前記第2検出部により検出された光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行う制御部とを有する。   In order to achieve such an object, a surface inspection apparatus according to the present invention includes a holder for mounting and holding a test substrate, and an illumination unit that irradiates illumination light onto the surface of the test substrate mounted and held by the holder. A first detection unit that detects light from the surface of the test substrate irradiated with the illumination light, and a defect detected on the surface of the test substrate based on the light detected by the first detection unit. In a surface inspection apparatus having an inspection unit for inspecting presence / absence, a light amount of regular reflection light from a reflection unit provided at a position of the holder that receives the illumination light and the reflection unit irradiated with the illumination light is detected. And a control unit that controls the amount of illumination light based on the amount of light detected by the second detection unit.

なお、前記第2検出部は、前記照明部から前記第1検出部に至る光路上の、前記第1検出部の直前に挿抜可能に設けられていることが好ましい。   In addition, it is preferable that the said 2nd detection part is provided in the optical path from the said illumination part to the said 1st detection part in front of the said 1st detection part so that insertion / extraction is possible.

また、前記反射部は、鏡面加工されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said reflection part is mirror-finished.

また、前記ホルダは、前記被検基板と接触する基板接触面に開口する凹溝を有し、前記反射部は、前記基板接触面の前記凹溝の底部に設けられていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said holder has a ditch | groove opened on the board | substrate contact surface which contacts the said test substrate, and the said reflection part is provided in the bottom part of the said ditch | groove of the said board | substrate contact surface.

また、前記ホルダは、傾動して前記被検基板の載置角度を変更できることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the holder can be tilted to change the mounting angle of the test substrate.

また、前記ホルダは、セラミックス製であることが好ましい。   The holder is preferably made of ceramics.

また、本発明の照明光の光量制御方法は、上記の表面検査装置を用いて、前記検査部による前記被検基板の表面検査の開始直前に、前記第2検出部により前記反射部からの前記正反射光の光量を検出し、前記制御部により前記第2検出部が検出した光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行う。   Further, the light amount control method for illumination light according to the present invention uses the surface inspection apparatus described above, and immediately before the surface inspection of the substrate to be detected by the inspection unit, the second detection unit causes the reflection unit to The amount of specularly reflected light is detected, and the amount of illumination light is controlled based on the amount of light detected by the second detector by the controller.

また、本発明の照明光の光量制御方法は、上記の表面検査装置を用いて、前記検査部による前記被検基板の表面検査が所定枚数終了する毎に、前記第2検出部により前記反射部からの前記正反射光の光量を検出し、前記制御部により前記第2検出部が検出した光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行う。   In addition, the method for controlling the amount of illumination light according to the present invention uses the above-described surface inspection apparatus, and each time a predetermined number of surface inspections of the substrate to be inspected by the inspection unit are completed, the second detection unit performs the reflection unit. The amount of the regular reflection light from the light is detected, and the amount of illumination light is controlled based on the amount of light detected by the second detection unit by the control unit.

本発明によれば、基板を照射する照明光の光量を高い精度で検出して、基板表面の検査精度を向上させることができる、表面検査装置および照明光の光量制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light quantity of the illumination light which irradiates a board | substrate can be detected with high precision, and the surface inspection apparatus and the light quantity control method of illumination light which can improve the test | inspection precision of a board | substrate surface can be provided. .

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置1は、図1に示すように、被検基板である半導体ウェハ10(以下、ウェハ10と称する)を支持するホルダ20と、照明光学系30と、撮像光学系40と、画像処理装置50と、制御装置55とを主体に構成される。表面検査装置1は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ10の表面の検査を自動的に行う装置である。ウェハ10は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ホルダ20に吸着保持される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the surface inspection apparatus 1 according to the present embodiment includes a holder 20 that supports a semiconductor wafer 10 (hereinafter referred to as a wafer 10) that is a substrate to be tested, an illumination optical system 30, and an imaging optical system 40. The image processing device 50 and the control device 55 are mainly configured. The surface inspection apparatus 1 is an apparatus that automatically inspects the surface of a wafer 10 in a manufacturing process of a semiconductor circuit element. After exposure / development of the uppermost resist film, the wafer 10 is carried from a wafer cassette (not shown) or a developing device by a conveyance system (not shown) and is sucked and held by the holder 20.

ウェハ10の表面には、図2に示すように、複数のチップ領域11がXY方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン12が形成されている。繰り返しパターン12は、図3に示すように、複数のライン部2Aがその短手方向(X方向)に沿って一定のピッチPで配列されたレジストパターン(例えば、配線パターン)である。隣り合うライン部2A同士の間は、スペース部2Bである。なお、ライン部2Aの配列方向(X方向)を「繰り返しパターン12の繰り返し方向」と称する。   As shown in FIG. 2, a plurality of chip regions 11 are arranged in the XY direction on the surface of the wafer 10, and a predetermined repetitive pattern 12 is formed in each chip region. As shown in FIG. 3, the repetitive pattern 12 is a resist pattern (for example, a wiring pattern) in which a plurality of line portions 2A are arranged at a constant pitch P along the short direction (X direction). Between adjacent line parts 2A is a space part 2B. The arrangement direction (X direction) of the line portions 2A is referred to as “repeating direction of the repeating pattern 12”.

ここで、繰り返しパターン12におけるライン部2Aの線幅DAの設計値をピッチPの1/2とする。すなわち、繰り返しパターン12は、ライン部2Aとスペース部2BとをX方向に沿って交互に配列した凹凸形状を有しており、適正な露光フォーカスで設計値の通りに形成された場合、ライン部2Aの線幅DAとスペース部2Bの線幅DBは等しくなり、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比は略1:1になる。このような理想的な形状の場合、後述の撮像光学系40で検出される偏光成分の光量(光の強度)は最も大きくなる。これに対し、露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチPは変わらないが、ライン部2Aの線幅DAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部2Bの線幅DBとも異なってしまい、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比が略1:1から外れる。このとき、偏光成分の光量は理想的な場合と比較して小さくなる。 Here, the design value of the line width D A of the line portion 2A in the repetitive pattern 12 and 1/2 of the pitch P. That is, the repetitive pattern 12 has a concavo-convex shape in which the line portions 2A and the space portions 2B are alternately arranged along the X direction. line width D B of the line width D a and the space portion 2B of 2A are equal, the volume ratio of the line portion 2A and the space portion 2B is substantially 1: 1. In the case of such an ideal shape, the light amount (light intensity) of the polarization component detected by the imaging optical system 40 described later is the largest. In contrast, when the exposure focus deviates from an appropriate value, the pitch P does not change, with the line width D A of the line portion 2A becomes different from a design value, becomes different even with the line width D B of the space portion 2B, The volume ratio between the line portion 2A and the space portion 2B deviates from about 1: 1. At this time, the amount of light of the polarization component is smaller than in the ideal case.

本実施形態の表面検査装置1は、上記のような繰り返しパターン12におけるライン部2Aとスペース部2Bとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン12の欠陥検査を行うものである。上述したように、体積比の変化は、露光フォーカスの適正状態からの外れに起因し、ウェハ10のショット領域毎に現れる。   The surface inspection apparatus 1 of the present embodiment performs defect inspection of the repetitive pattern 12 by using the change in the volume ratio between the line portion 2A and the space portion 2B in the repetitive pattern 12 as described above. As described above, the change in the volume ratio appears for each shot area of the wafer 10 due to the deviation of the exposure focus from the appropriate state.

また、本実施形態においては、繰り返しパターン12に対する照明光(後述する直線偏光L)の波長と比較して繰り返しパターン12のピッチPが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン12から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン12の欠陥検査を回折光により行うことはできない。   In the present embodiment, it is assumed that the pitch P of the repeating pattern 12 is sufficiently small as compared with the wavelength of illumination light (linearly polarized light L described later) with respect to the repeating pattern 12. For this reason, diffracted light is not generated from the repetitive pattern 12, and the defect inspection of the repetitive pattern 12 cannot be performed by diffracted light.

表面検査装置1のホルダ20は、ウェハ10を上面で支持して、例えば真空吸着により固定保持する。さらに、ホルダ20は、ホルダ上面の中心における法線A1を中心軸として回転可能である。この回転機構によって、ウェハ10における繰り返しパターン12の繰り返し方向(図2および図3におけるX方向)を、ウェハ10の表面内で回転させることができる。また、ホルダ20は、ホルダ上面を通る軸A2を中心に、チルト(傾動)可能である。これにより、ウェハ10の載置角度を変更することができる。   The holder 20 of the surface inspection apparatus 1 supports the wafer 10 on the upper surface and fixes and holds the wafer 10 by, for example, vacuum suction. Furthermore, the holder 20 is rotatable about the normal A1 at the center of the upper surface of the holder as a central axis. By this rotation mechanism, the repeating direction of the repeating pattern 12 on the wafer 10 (the X direction in FIGS. 2 and 3) can be rotated within the surface of the wafer 10. The holder 20 can be tilted (tilted) about an axis A2 passing through the upper surface of the holder. Thereby, the mounting angle of the wafer 10 can be changed.

本実施形態においては、繰り返しパターン12の欠陥検査の感度を最も高くするため、ウェハ10における繰り返しパターン12の繰り返し方向を、図4に示すように、ウェハ10の表面における照明光(直線偏光L)の振動方向に対して、45度の角度に傾けて設定する。なお、角度は45度に限らず、22.5度や67.5度など任意角度方向に設定可能である。   In the present embodiment, in order to maximize the sensitivity of defect inspection of the repeated pattern 12, the repeated direction of the repeated pattern 12 on the wafer 10 is changed to illumination light (linearly polarized light L) on the surface of the wafer 10 as shown in FIG. Inclination is set at an angle of 45 degrees with respect to the vibration direction. The angle is not limited to 45 degrees, and can be set in an arbitrary angle direction such as 22.5 degrees or 67.5 degrees.

照明光学系30は、図1に示すように、特定の波長を有する光を射出する照明装置31と、第1の偏光板32と、第1の凹面反射鏡33とを有して構成される。照明装置31は、光源31aと、特定の波長を有する光を選択的に透過させる波長選択部31bと、波長選択部31bを透過した光を案内するライトガイドファイバ31cとを主体に構成される。なお、光源31aは、メタルハイドランプや水銀ランプ等の放電光源を内蔵しており、図示しない電源ユニットから供給される電力により、例えば180nm〜600nm程度の波長領域の光を射出するようになっている。なお、電源ユニットは、後述の制御装置55と電気的に接続されており、制御装置55から出力される制御信号により、光源31aに供給する電力が制御される(すなわち、光源31aから照射される照明光の光量が制御される)。   As shown in FIG. 1, the illumination optical system 30 includes an illumination device 31 that emits light having a specific wavelength, a first polarizing plate 32, and a first concave reflecting mirror 33. . The illumination device 31 mainly includes a light source 31a, a wavelength selection unit 31b that selectively transmits light having a specific wavelength, and a light guide fiber 31c that guides light transmitted through the wavelength selection unit 31b. The light source 31a has a built-in discharge light source such as a metal hydride lamp or a mercury lamp, and emits light in a wavelength region of, for example, about 180 nm to 600 nm by power supplied from a power supply unit (not shown). Yes. The power supply unit is electrically connected to a control device 55 described later, and the power supplied to the light source 31a is controlled by a control signal output from the control device 55 (that is, irradiated from the light source 31a). The amount of illumination light is controlled).

第1の偏光板32は、照明装置31と第1の凹面反射鏡33との間の光路上に挿抜可能に配設され、照明装置31から射出された光を透過軸の向きに応じた直線偏光L(図4を参照)にする。第1の凹面反射鏡33は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、前側焦点が照明装置31のライトガイドファイバ31cの射出端と略一致し、後側焦点がウェハ10の表面と略一致するように、ホルダ20の斜め上方に配置されている。そして、第1の凹面反射鏡33は、第1の凹面反射鏡33で反射する第1の偏光板32からの光を平行光束にして、被検基板であるウェハ10へ照射する。   The first polarizing plate 32 is detachably disposed on an optical path between the illumination device 31 and the first concave reflecting mirror 33, and the light emitted from the illumination device 31 is a straight line corresponding to the direction of the transmission axis. The polarized light is L (see FIG. 4). The first concave reflecting mirror 33 is a reflecting mirror whose inner surface is a reflecting surface, the front focal point substantially coincides with the exit end of the light guide fiber 31 c of the illumination device 31, and the rear focal point is the surface of the wafer 10. It arrange | positions diagonally upward of the holder 20 so that it may correspond substantially. Then, the first concave reflecting mirror 33 converts the light from the first polarizing plate 32 reflected by the first concave reflecting mirror 33 into a parallel light beam and irradiates the wafer 10 that is the test substrate.

すなわち照明光学系30は、ウェハ10側に対してテレセントリックな光学系である。なお、第1の凹面反射鏡33よりウェハ10側の照明光学系30の光軸O1は、ホルダ20の法線A1に対して角度θiだけ傾けられ、ホルダ20のチルト軸A2に対して直交している。   That is, the illumination optical system 30 is an optical system telecentric with respect to the wafer 10 side. The optical axis O1 of the illumination optical system 30 on the wafer 10 side with respect to the first concave reflecting mirror 33 is tilted by an angle θi with respect to the normal A1 of the holder 20, and is orthogonal to the tilt axis A2 of the holder 20. ing.

上記の照明光学系30において、照明装置31からの光は、第1の偏光板32および第1の凹面反射鏡33を介してp偏光の直線偏光Lとなり、照明光としてウェハ10の表面全体に入射する。このとき、直線偏光Lの進行方向(ウェハ10表面上の任意の点に到達する直線偏光Lの主光線の方向)は光軸O1に略平行であることから、ウェハ10の各点における直線偏光Lの入射角度は、平行光束のため互いに同じであり、光軸O1と法線A1とのなす角度θiに相当する。   In the illumination optical system 30, the light from the illumination device 31 becomes p-polarized linearly polarized light L via the first polarizing plate 32 and the first concave reflecting mirror 33, and is applied to the entire surface of the wafer 10 as illumination light. Incident. At this time, since the traveling direction of the linearly polarized light L (the direction of the principal ray of the linearly polarized light L reaching an arbitrary point on the surface of the wafer 10) is substantially parallel to the optical axis O1, the linearly polarized light at each point on the wafer 10 The incident angles of L are the same because of the parallel light flux, and correspond to an angle θi formed by the optical axis O1 and the normal line A1.

なお、本実施形態では、ウェハ10に入射する直線偏光Lがp偏光であるため、図4に示すように、繰り返しパターン12の繰り返し方向が直線偏光Lの入射面(ウェハ10の表面における直線偏光Lの進行方向)に対して45度の角度に設定された場合、ウェハ10の表面における直線偏光Lの振動方向と繰り返しパターン12の繰り返し方向とのなす角度も、45度に設定される。言い換えると、直線偏光Lは、ウェハ10の表面における直線偏光Lの振動方向が繰り返しパターン12の繰り返し方向に対して45度傾いた状態で、繰り返しパターン12を斜めに横切るようにして繰り返しパターン12に入射することになる。   In this embodiment, since the linearly polarized light L incident on the wafer 10 is p-polarized light, the repeating direction of the repeated pattern 12 is the incident surface of the linearly polarized light L (linearly polarized light on the surface of the wafer 10) as shown in FIG. When the angle is set to 45 degrees with respect to the L traveling direction), the angle formed by the vibration direction of the linearly polarized light L on the surface of the wafer 10 and the repeating direction of the repeating pattern 12 is also set to 45 degrees. In other words, the linearly polarized light L changes into the repeated pattern 12 so as to cross the repeated pattern 12 diagonally with the vibration direction of the linearly polarized light L on the surface of the wafer 10 inclined by 45 degrees with respect to the repeated direction of the repeated pattern 12. It will be incident.

撮像光学系40は、図1に示すように、第2の凹面反射鏡41と、第2の偏光板42と、開口絞り43と、結像レンズ44と、撮像装置45とを有して構成され、その光軸O2がホルダ20の中心を通る法線A1に対して角度θiと同じ角度θrだけ傾くように配設される。したがって、ウェハ10の表面(繰り返しパターン12)で正反射した正反射光は、撮像光学系40の光軸O2に沿って進行することになる。第2の凹面反射鏡41は、第1の凹面反射鏡33と同様の反射鏡であり、ウェハ10からの正反射光は、第2の凹面反射鏡41で反射するとともに集光され、第2の偏光板42、開口絞り43、結像レンズ44、および撮像装置45の撮像レンズを経て撮像装置45の撮像面上に達し、ウェハ10の像が結像される。   As shown in FIG. 1, the imaging optical system 40 includes a second concave reflecting mirror 41, a second polarizing plate 42, an aperture stop 43, an imaging lens 44, and an imaging device 45. The optical axis O2 is disposed so as to be inclined by the same angle θr as the angle θi with respect to the normal A1 passing through the center of the holder 20. Therefore, the specularly reflected light that is specularly reflected on the surface of the wafer 10 (repeated pattern 12) travels along the optical axis O2 of the imaging optical system 40. The second concave reflecting mirror 41 is a reflecting mirror similar to the first concave reflecting mirror 33, and the specularly reflected light from the wafer 10 is reflected by the second concave reflecting mirror 41 and condensed, and the second The polarizing plate 42, the aperture stop 43, the imaging lens 44, and the imaging lens of the imaging device 45 reach the imaging surface of the imaging device 45 to form an image of the wafer 10.

第2の偏光板42は、第2の凹面反射鏡41と開口絞り43との間の光路上に挿抜可能に配設され、第2の偏光板42の透過軸の方位は、上述した照明光学系30の第1の偏光板32の透過軸に対して直交するように設定されている(クロスニコルの状態)。したがって、第2の偏光板42により、ウェハ10(繰り返しパターン12)からの正反射光のうち直線偏光Lと振動方向が略直角な偏光成分(例えば、s偏光の成分)を抽出して、撮像装置45に導くことができる。その結果、撮像装置45の撮像面には、ウェハ10からの正反射光のうち直線偏光Lと振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ10の反射像が形成される。   The second polarizing plate 42 is detachably disposed on the optical path between the second concave reflecting mirror 41 and the aperture stop 43, and the direction of the transmission axis of the second polarizing plate 42 is the illumination optics described above. It is set to be orthogonal to the transmission axis of the first polarizing plate 32 of the system 30 (crossed Nicol state). Accordingly, the second polarizing plate 42 extracts the polarized light component (for example, the s-polarized light component) whose vibration direction is substantially perpendicular to the linearly polarized light L from the regular reflected light from the wafer 10 (repeated pattern 12). It can be led to the device 45. As a result, a reflected image of the wafer 10 is formed on the imaging surface of the imaging device 45 by a polarized light component whose vibration direction is substantially perpendicular to the linearly polarized light L of the regular reflected light from the wafer 10.

撮像装置45は、例えばCCD撮像素子等から構成され、撮像面に形成されたウェハ10の反射像を光電変換して、画像信号を画像処理装置50に出力する。ウェハ10の反射像の明暗は、撮像装置45で検出された偏光成分の光量(光の強度)に略比例し、繰り返しパターン12の形状に応じて変化する。ウェハ10の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン12が理想的な形状の場合である。なお、ウェハ10の反射像の明暗は、ショット領域毎に現れる。   The imaging device 45 is composed of, for example, a CCD imaging device or the like, photoelectrically converts a reflected image of the wafer 10 formed on the imaging surface, and outputs an image signal to the image processing device 50. The brightness and darkness of the reflected image of the wafer 10 is approximately proportional to the light amount (light intensity) of the polarization component detected by the imaging device 45 and changes according to the shape of the repeated pattern 12. The reflected image of the wafer 10 is brightest when the repeated pattern 12 has an ideal shape. The brightness of the reflected image of the wafer 10 appears for each shot area.

画像処理装置50は、撮像装置45から出力される画像信号に基づいて、ウェハ10の反射画像を取り込む。なお、画像処理装置50は、比較のため、良品ウェハの反射画像を予め記憶している。良品ウェハとは、繰り返しパターン12が理想的な形状で表面全体に形成されたものである。そのため、良品ウェハの反射画像の輝度情報(信号強度)は、最も高い輝度値を示すものと考えられる。   The image processing device 50 captures a reflected image of the wafer 10 based on the image signal output from the imaging device 45. Note that the image processing apparatus 50 stores a reflection image of a non-defective wafer in advance for comparison. A non-defective wafer is one in which the repetitive pattern 12 is formed on the entire surface in an ideal shape. Therefore, it is considered that the luminance information (signal intensity) of the reflected image of the non-defective wafer indicates the highest luminance value.

したがって、画像処理装置50は、被検基板であるウェハ10の反射画像を取り込むと、その輝度情報(信号強度)を良品ウェハの反射画像の輝度情報(信号強度)と比較する。そして、ウェハ10の反射画像における暗い箇所の輝度値の低下量に基づいて、繰り返しパターン12の欠陥を検出する。例えば、光量変化が予め定められた閾値(許容値)より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断すればよい。そして、画像処理装置50による輝度情報(信号強度)の比較結果およびそのときのウェハ10の反射画像が図示しないモニターで出力表示される。   Therefore, when the image processing apparatus 50 captures the reflection image of the wafer 10 as the test substrate, the image processing apparatus 50 compares the luminance information (signal intensity) with the luminance information (signal intensity) of the reflection image of the non-defective wafer. Then, the defect of the repetitive pattern 12 is detected based on the amount of decrease in the luminance value of the dark portion in the reflected image of the wafer 10. For example, if the light amount change is larger than a predetermined threshold (allowable value), it is determined as “defect”, and if it is smaller than the threshold, it is determined as “normal”. Then, the comparison result of the luminance information (signal intensity) by the image processing device 50 and the reflected image of the wafer 10 at that time are output and displayed on a monitor (not shown).

なお、画像処理装置50においては、上述のように、画像記憶部51に良品ウェハの反射画像を予め記憶しておく構成の他、ウェハ10のショット領域の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておく構成でもよい。この場合、ショット領域の配列データに基づいて、取り込まれたウェハ10の反射画像中における各ショット領域の位置が分かるので、各ショット領域の輝度値を求める。そして、その輝度値と記憶されている閾値とを比較することにより、パターンの欠陥を検出する。閾値より輝度値が小さいショット領域を「欠陥」と判断すればよい。   In the image processing apparatus 50, as described above, in addition to the configuration in which the reflection image of the non-defective wafer is stored in the image storage unit 51 in advance, the array data of the shot area of the wafer 10 and the threshold value of the brightness value are stored in advance. It is also possible to use a configuration. In this case, since the position of each shot area in the reflected image of the captured wafer 10 is known based on the array data of the shot area, the luminance value of each shot area is obtained. Then, a pattern defect is detected by comparing the brightness value with a stored threshold value. A shot area having a luminance value smaller than the threshold value may be determined as a “defect”.

制御装置55は、ホルダ20や照明装置31等の作動を統括的に制御する。また、制御装置55には、オペレータが入力操作を行う情報入力装置56が電気的に接続されている。   The control device 55 comprehensively controls operations of the holder 20, the lighting device 31, and the like. The control device 55 is electrically connected to an information input device 56 for an operator to perform an input operation.

さらに、表面検査装置1は、図5に示すように、ホルダ20の照明光を受ける位置に設けられた反射部61と、照明光が照射された反射部61からの正反射光の光量を検出する光量検出部62(図1参照)とを有し、光量検出部62は検出信号を制御装置55に出力し、制御装置55により光源31aから出射される照明光の光量確認および制御(監視)を行う(実際には、不図示の電源ユニットから光源31aに供給される電力を制御する)。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the surface inspection apparatus 1 detects the light quantity of the regular reflection light from the reflection part 61 provided in the position which receives the illumination light of the holder 20, and the reflection part 61 irradiated with the illumination light. The light amount detector 62 outputs a detection signal to the controller 55, and the controller 55 checks and controls (monitors) the amount of illumination light emitted from the light source 31a. (In practice, the power supplied to the light source 31a from a power supply unit (not shown) is controlled).

この構成により、ウェハ10を照射する照明光の光量を高い精度で検出することができるため、常に所定光量でウェハ10を照射することが可能であり、ウェハ10の表面の検査精度を向上させることができる。   With this configuration, the amount of illumination light that irradiates the wafer 10 can be detected with high accuracy. Therefore, the wafer 10 can always be irradiated with a predetermined amount of light, and the inspection accuracy of the surface of the wafer 10 can be improved. Can do.

なお、光量検出部62は、照明光学系30から撮像光学系40に至る光路上の、撮像装置45の直前に、挿抜可能に設けられていることが好ましい。この構成により、照明ムラなどの外乱の影響を受けにくくなる上、撮像装置45で受光する光のほぼ全てを光量検出部62において検出することができる。その結果、照明光の光量検出の精度が上がり、ひいてはウェハ10の表面検査の精度の向上につながる。   In addition, it is preferable that the light quantity detection part 62 is provided in the optical path from the illumination optical system 30 to the imaging optical system 40 in the front of the imaging device 45 so that insertion / extraction is possible. With this configuration, the light amount detection unit 62 can detect almost all of the light received by the imaging device 45 while being hardly affected by disturbance such as uneven illumination. As a result, the accuracy of detecting the amount of illumination light is increased, which leads to improvement in the accuracy of surface inspection of the wafer 10.

また、反射部61は、鏡面加工されていることが好ましい。この構成により、反射部61における光の散乱を低減し、光量検出部62に導かれる光強度を向上させることができる。すなわち、光量検出部62に入射する光の強度が強くできることにより微小な変化も検出可能となり光量検出の精度を上げることができる。   Moreover, it is preferable that the reflection part 61 is mirror-finished. With this configuration, it is possible to reduce light scattering in the reflection unit 61 and improve the light intensity guided to the light amount detection unit 62. That is, since the intensity of the light incident on the light amount detection unit 62 can be increased, a minute change can be detected, and the light amount detection accuracy can be improved.

また、反射部61は、図5に示すように、ホルダ20に形成されているウェハ10と接触する基板接触面20aに開口する凹溝20bに設けることもできる。この構成により、ウェハ10の接触面20aとほぼ同じ位置に反射部61を設けることができるため、実際にウェハ10に照射されている照明光と同じ光量を検出することができる。   Moreover, the reflection part 61 can also be provided in the ditch | groove 20b opened to the board | substrate contact surface 20a which contacts the wafer 10 currently formed in the holder 20, as shown in FIG. With this configuration, since the reflecting portion 61 can be provided at substantially the same position as the contact surface 20a of the wafer 10, it is possible to detect the same amount of light as the illumination light actually irradiated on the wafer 10.

また、ホルダ20は、軽量で高剛性な材料である、セラミックス製であることが好ましい。セラミックスは、高硬度材料であって耐摩耗性に優れており、ウェハ10の平面精度を維持しつつ該ウェハ10を保持することができ、さらにホルダ20に対するウェハ10のロード及びアンロードを繰り返した場合でも摩耗し難い。また、ホルダ20の基板接触面20aの面積を狭める(すなわちウェハ10の支持部分を細くする)ことができるため、(鏡面加工された)反射部61を設ける凹溝底部20bの面積が拡がり、その結果、照明光量の検出精度を上げることができる。   The holder 20 is preferably made of ceramics, which is a lightweight and highly rigid material. Ceramics is a high-hardness material and has excellent wear resistance, can hold the wafer 10 while maintaining the planar accuracy of the wafer 10, and further repeatedly loads and unloads the wafer 10 with respect to the holder 20. Even if it is difficult to wear. Further, since the area of the substrate contact surface 20a of the holder 20 can be reduced (that is, the supporting portion of the wafer 10 is made thinner), the area of the concave groove bottom portion 20b provided with the (mirror-finished) reflecting portion 61 is increased. As a result, the illumination light quantity detection accuracy can be increased.

ここで、図6のフローチャートを用いて、表面検査装置1における照明光量の検出処理の一例を説明する。まず、(ウェハ10が載置されていない状態で)正反射条件を満足するようにホルダ20を傾動する(ステップS1)。次に、照明光学系30から撮像光学系40に至る光路上の、撮像装置45の直前の所定位置に光量検出部62を挿入する(ステップS2)。続いて、制御装置55により光源31aに電力を供給して、ホルダ20に向けて照明光を照射する(ステップS3)。そして、光量検出部62により、ホルダ20上の反射部61に照射された照明光の光量を検出する(ステップS4)。なお、光量検出部62は、その後、検出信号を制御装置55に送信する。すると、制御装置55は受信した検出信号に基づいて光源31aへの電力を制御し、照明光量の制御を行う(ステップS5)。そして、光路上から光量検出部62を退避させる(ステップS6)とともに、ホルダ20を傾動して表面検査に適するようにウェハ10の載置角度に戻し(ステップS7)、本処理を終了する。その後、検査用のウェハ10がホルダ20の上面に載置されて、ウェハ10の表面の繰り返しパターン12に対する欠陥検査が開始され、所定枚数終了後にはステップS1の処理に戻る。   Here, an example of the illumination light quantity detection process in the surface inspection apparatus 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the holder 20 is tilted so as to satisfy the regular reflection condition (in a state where the wafer 10 is not placed) (step S1). Next, the light amount detection unit 62 is inserted at a predetermined position immediately before the imaging device 45 on the optical path from the illumination optical system 30 to the imaging optical system 40 (step S2). Then, electric power is supplied to the light source 31a by the control apparatus 55, and illumination light is irradiated toward the holder 20 (step S3). And the light quantity of the illumination light irradiated to the reflection part 61 on the holder 20 is detected by the light quantity detection part 62 (step S4). The light amount detection unit 62 then transmits a detection signal to the control device 55. Then, the control apparatus 55 controls the electric power to the light source 31a based on the received detection signal, and controls the illumination light quantity (step S5). Then, the light amount detection unit 62 is retracted from the optical path (step S6), and the holder 20 is tilted back to the mounting angle of the wafer 10 so as to be suitable for the surface inspection (step S7), and this process is terminated. Thereafter, the inspection wafer 10 is placed on the upper surface of the holder 20, and the defect inspection for the repetitive pattern 12 on the surface of the wafer 10 is started. After the predetermined number of sheets is completed, the process returns to step S1.

なお、上記のような照明光の光量のチェックは、ウェハ10の表面検査の開始直前や、所定枚数(例えば、カセット単位)の表面検査が終了する毎など、定期的に行うことが好ましい。これは、ウェハ10の表面検査の直前に、光量検出部62により照明光量の検出を行って照明光量の制御を行うことで、高い精度でのウェハの表面検査を実施することが可能となるからである。   Note that it is preferable to periodically check the amount of illumination light as described above immediately before the start of the surface inspection of the wafer 10 or every time a predetermined number of surface inspections (for example, cassette units) are completed. This is because it is possible to perform wafer surface inspection with high accuracy by detecting the amount of illumination light by the light amount detector 62 and controlling the amount of illumination light immediately before the surface inspection of the wafer 10. It is.

上述の実施形態において、反射部61は、ウェハ10を載置するホルダ20の表面に設けられているが、これに限られるものではない。例えば、図7に示すように、ホルダ20の裏面に鏡面加工を施し、これを反射部61としてもよい。この場合、ウェハ10をホルダ20に載置する直前にホルダ20を回転し、続いてホルダ20の裏面の反射部61が正反射条件を満足するようにホルダ20を傾動し、光量検出部62により照明光の光量検出を行うことが可能である。   In the above-described embodiment, the reflection unit 61 is provided on the surface of the holder 20 on which the wafer 10 is placed, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 7, the back surface of the holder 20 may be mirror-finished and used as the reflecting portion 61. In this case, the holder 20 is rotated immediately before the wafer 10 is placed on the holder 20, and then the holder 20 is tilted so that the reflection part 61 on the back surface of the holder 20 satisfies the regular reflection condition. It is possible to detect the amount of illumination light.

また、上述の実施形態において、照明光の光量制御を、不図示の電源ユニットから光源31aに供給される電力を制御することで行っているが、例えば、減光フィルター等を用いて行ってもよい。   In the above-described embodiment, the amount of illumination light is controlled by controlling the power supplied from the power supply unit (not shown) to the light source 31a, but may be performed using a neutral density filter, for example. Good.

また、上述の実施形態において、照明光学系30がウェハ10の表面に照明光として直線偏光Lを照射し、撮像光学系40がウェハ10からの正反射光のうち直線偏光Lと振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ10の像を撮像しているが、これに限られるものではない。例えば、第1および第2の偏光板32,42を光路上から抜去した状態で、照明光学系30によりウェハ10の表面に(偏光でない)照明光を照射し、撮像光学系40によりウェハ10の表面から発せられた回折光によるウェハ10の像を撮像するようにしてもよい。このように、ウェハ10の表面に照射する照明光は、直線偏光に限らず、直線偏光以外の楕円偏光や通常の照明光であっても、本発明を適用可能である。   In the above-described embodiment, the illumination optical system 30 irradiates the surface of the wafer 10 with the linearly polarized light L as the illumination light, and the imaging optical system 40 has substantially the same direction as the linearly polarized light L of the regular reflected light from the wafer 10 and the vibration direction. Although an image of the wafer 10 is picked up with a right-angle polarization component, the present invention is not limited to this. For example, with the first and second polarizing plates 32 and 42 removed from the optical path, the illumination optical system 30 irradiates the surface of the wafer 10 with illumination light (not polarized), and the imaging optical system 40 You may make it image the image of the wafer 10 by the diffracted light emitted from the surface. As described above, the illumination light applied to the surface of the wafer 10 is not limited to linearly polarized light, but can be applied to elliptically polarized light other than linearly polarized light or normal illumination light.

本発明に係る表面検査装置の全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole surface inspection device composition concerning the present invention. 半導体ウェハの表面の外観図である。It is an external view of the surface of a semiconductor wafer. 繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the uneven structure of a repeating pattern. 直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。It is a figure explaining the inclination state of the entrance plane of a linearly polarized light and the repeating direction of a repeating pattern. 本発明に係るホルダの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the holder which concerns on this invention. 照明光量の検出処理について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detection process of illumination light quantity. 本発明に係るホルダの別の構成を示す図である。It is a figure which shows another structure of the holder which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 表面検査装置
10 ウェハ(被検基板)
20 ホルダ
20b 凹溝
30 照明光学系(照明部)
31 照明装置
31a 光源
40 撮像光学系(検出部)
50 画像処理装置(検査部)
55 制御装置
61 反射部
62 光量検出部
1 Surface inspection device 10 Wafer (Subject to be tested)
20 Holder 20b Concave groove 30 Illumination optical system (illumination unit)
31 Illumination device 31a Light source 40 Imaging optical system (detection unit)
50 Image processing device
55 Control Device 61 Reflector 62 Light Amount Detector

Claims (8)

被検基板を載置保持するホルダと、
前記ホルダにより載置保持された前記被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記被検基板の表面からの光を検出する第1検出部と、
前記第1検出部で検出された光に基づいて、前記被検基板の表面における欠陥の有無を検査する検査部とを有する表面検査装置において、
前記ホルダの前記照明光を受ける位置に設けられた反射部と、
前記照明光が照射された前記反射部からの正反射光の光量を検出する第2検出部と、
前記第2検出部により検出された光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行う制御部とを有することを特徴とする表面検査装置。
A holder for placing and holding the test substrate;
An illumination unit that irradiates illumination light onto the surface of the test substrate placed and held by the holder;
A first detection unit for detecting light from the surface of the substrate to be tested that has been irradiated with the illumination light;
In the surface inspection apparatus having an inspection unit that inspects the presence or absence of defects on the surface of the substrate to be tested based on the light detected by the first detection unit.
A reflection portion provided at a position of the holder for receiving the illumination light;
A second detector that detects the amount of specularly reflected light from the reflector irradiated with the illumination light;
A surface inspection apparatus comprising: a control unit that performs light amount control of the illumination light based on the light amount detected by the second detection unit.
前記第2検出部は、前記照明部から前記第1検出部に至る光路上の、前記第1検出部の直前に挿抜可能に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の表面検査装置。   The surface inspection according to claim 1, wherein the second detection unit is provided so as to be insertable / removable immediately before the first detection unit on an optical path from the illumination unit to the first detection unit. apparatus. 前記反射部は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面検査装置。   The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the reflection portion is mirror-finished. 前記ホルダは、前記被検基板と接触する基板接触面に開口する凹溝を有し、
前記反射部は、前記基板接触面の前記凹溝の底部に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表面検査装置。
The holder has a concave groove that opens in a substrate contact surface that comes into contact with the test substrate;
The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the reflection portion is provided at a bottom portion of the concave groove of the substrate contact surface.
前記ホルダは、傾動して前記被検基板の載置角度を変更できることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の表面検査装置。   The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the holder is tilted to change a mounting angle of the test substrate. 前記ホルダは、セラミックス製であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の表面検査装置。   The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the holder is made of ceramics. 請求項1〜6に記載の表面検査装置を用いて、
前記検査部による前記被検基板の表面検査の開始直前に、
前記第2検出部により前記反射部からの前記正反射光の光量を検出し、
前記制御部により前記第2検出部が検出した光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行うことを特徴とする照明光の光量制御方法。
Using the surface inspection apparatus according to claim 1,
Immediately before the start of the surface inspection of the test substrate by the inspection unit,
The second detection unit detects the amount of the regular reflection light from the reflection unit,
A method of controlling the amount of illumination light, wherein the amount of illumination light is controlled based on the amount of light detected by the second detection unit by the control unit.
請求項1〜6に記載の表面検査装置を用いて、
前記検査部による前記被検基板の表面検査が所定枚数終了する毎に、
前記第2検出部により前記反射部からの前記正反射光の光量を検出し、
前記制御部により前記第2検出部が検出した光量に基づいて、前記照明光の光量制御を行うことを特徴とする照明光の光量制御方法。
Using the surface inspection apparatus according to claim 1,
Every time a predetermined number of surface inspections of the test substrate by the inspection unit are completed,
The second detection unit detects the amount of the regular reflection light from the reflection unit,
A method of controlling the amount of illumination light, wherein the amount of illumination light is controlled based on the amount of light detected by the second detection unit by the control unit.
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