JP5331673B2 - Inspection method and inspection apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、検査装置,検査方法及びそれらに用いるプログラムに関し、例えば、半導体ウェハ上の微小な異物や欠陥を検出する表面検査装置に関する。   The present invention relates to an inspection apparatus, an inspection method, and a program used therefor, and for example, relates to a surface inspection apparatus that detects minute foreign matters and defects on a semiconductor wafer.

半導体基板や薄膜基板などの製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板などの表面に存在する欠陥の検査が行われている。このような表面検査装置においては、試料表面に照明光を集光して照射し、表面ラフネスや欠陥によって散乱する光を検出する技術がある。検出範囲を空間的に分割するために、複数画素センサを用いる特開2005−3447号公報などの技術がある。   In a production line for semiconductor substrates, thin film substrates, etc., in order to maintain and improve product yields, inspection of defects existing on the surface of semiconductor substrates, thin film substrates, etc. is performed. In such a surface inspection apparatus, there is a technique for collecting and irradiating illumination light on a sample surface and detecting light scattered by surface roughness and defects. In order to divide the detection range spatially, there is a technique such as Japanese Patent Laid-Open No. 2005-3447 using a plurality of pixel sensors.

特開2005−3447号公報JP 2005-3447 A

表面検査装置において複数画素センサを用いると、検出範囲の範囲を分割することができるので、高感度化に有効である。しかし、複数画素センサを用いた場合、被検査表面の高さが変動すると、照明スポットの位置ズレと検出光学系の焦点ズレによって本来検出すべき範囲ではない箇所を検出するという課題や、欠陥位置精度が低下するという課題がある。   If a multi-pixel sensor is used in the surface inspection apparatus, the range of the detection range can be divided, which is effective for increasing the sensitivity. However, when using a multi-pixel sensor, if the height of the surface to be inspected fluctuates, there is a problem of detecting a location that is not in a range that should be originally detected due to the positional deviation of the illumination spot and the focal deviation of the detection optical system, There is a problem that accuracy decreases.

本発明の第1の特徴は、試料の高さを検出できる光学系を有し、その結果に基づいて、試料表面位置を調節しながら検査し、欠陥の位置精度の悪化や、照明・検出光学系のピントのずれを防ぐという機能を有する。   The first feature of the present invention is that it has an optical system capable of detecting the height of a sample, and based on the result, inspection is performed while adjusting the position of the sample surface, deterioration of the positional accuracy of defects, illumination / detection optics It has a function to prevent the system from being out of focus.

本発明の第2の特徴は、試料を全面吸着できるだけの広さをもつステージにおいて、試料高さを安定化させ、そのための試料の受入れ機構を有することにある。   The second feature of the present invention is that it has a sample receiving mechanism for stabilizing the height of the sample in a stage having a width large enough to adsorb the entire surface of the sample.

本発明の第3の特徴は、試料を移動する搬送系と、試料へ線状照明光を照射する照射光学系と、前記試料の高さを測定する高さ検出系と、複数の画素を有する検出器を備える検出光学系と、前記検出光学系の検出結果を用いて前記試料の異物又は欠陥を検査する処理部と、前記試料の高さを制御する制御部と、を有し前記制御部は、前記高さ検出系の測定結果を用いて、前記線状照明光の変動量が前記画素の大きさよりも小さくなるように、前記試料の高さを制御することにある。   A third feature of the present invention includes a transport system that moves a sample, an irradiation optical system that irradiates the sample with linear illumination light, a height detection system that measures the height of the sample, and a plurality of pixels. A detection optical system including a detector; a processing unit that inspects a foreign matter or a defect of the sample using a detection result of the detection optical system; and a control unit that controls the height of the sample. Is to control the height of the sample using the measurement result of the height detection system so that the fluctuation amount of the linear illumination light is smaller than the size of the pixel.

本発明の第4の特徴は、前記搬送系は回転し、前記高さ検出系は、前記照射光学系が前記線状照明光を照射した位置の前周の位置の高さを検出することにある。   According to a fourth aspect of the present invention, the transport system rotates, and the height detection system detects the height of the position of the front circumference of the position where the irradiation optical system irradiates the linear illumination light. is there.

本発明の第5の特徴は、前記制御部は、前記変動量が前記画素の大きさよりも小さくなる時間間隔で、前記変動量を補正することにある。   A fifth feature of the present invention is that the control unit corrects the variation amount at a time interval in which the variation amount is smaller than the size of the pixel.

本発明の第6の特徴は、前記搬送系は、前記試料の高さを変えるボールネジ機構を有することにある。   A sixth feature of the present invention is that the transport system has a ball screw mechanism that changes the height of the sample.

本発明の第7の特徴は、前記搬送系は、裏面非接触型ステージを有することにある。   A seventh feature of the present invention is that the transport system has a back surface non-contact type stage.

本発明の第8の特徴は、前記搬送系は、裏面吸着型ステージを有し、前記裏面吸着型ステージは、前記裏面吸着型ステージの外周部に配置された前記試料受入機構を有することにある。   An eighth feature of the present invention resides in that the transport system has a back surface adsorption type stage, and the back surface adsorption type stage has the sample receiving mechanism disposed on the outer periphery of the back surface adsorption type stage. .

本発明の第9の特徴は、前記試料受入機構は上下に動くことにある。   A ninth feature of the present invention is that the sample receiving mechanism moves up and down.

本発明の一つの態様によれば、複数画素センサを有する表面検査装置において、常に試料表面位置を照明・検出光学系のピントの位置に補正することができ、高感度の検査が行え、かつ、欠陥位置精度を保つことができる。   According to one aspect of the present invention, in a surface inspection apparatus having a plurality of pixel sensors, the sample surface position can always be corrected to the focus position of the illumination / detection optical system, high-sensitivity inspection can be performed, and Defect position accuracy can be maintained.

本発明の一実施例に係る表面検査装置の概略図である。It is the schematic of the surface inspection apparatus which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る検出器位置の一例である。It is an example of the detector position which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る検出光学系の第二例の概略図である。It is the schematic of the 2nd example of the detection optical system which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る検出部回路概略図である。It is a detection part circuit schematic diagram concerning one example of the present invention. 本発明の一実施例に係る検査範囲と試料表面位置の第一例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the test | inspection range and sample surface position which concern on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る検査範囲と試料表面位置の第二例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the test | inspection range and sample surface position which concern on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る試料表面上の検査範囲と高さ測定位置を示す図である。It is a figure which shows the test | inspection range and height measurement position on the sample surface which concern on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る検査工程のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the inspection process which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る高さ制御用の機構部を示す図である。It is a figure which shows the mechanism part for height control which concerns on one Example of this invention. 本発明の第二例に係る表面検査装置の概略図である。It is the schematic of the surface inspection apparatus which concerns on the 2nd example of this invention. 従来技術の試料受け渡し方法を示す図である。It is a figure which shows the sample delivery method of a prior art. 本発明の第二例に係るウェハ受け渡し方法を示す図である。It is a figure which shows the wafer delivery method which concerns on the 2nd example of this invention. 本発明の第三例に係る表面検査装置の概略図である。It is the schematic of the surface inspection apparatus which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係る検出光学系の概略図である。It is the schematic of the detection optical system which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係るマルチアノード光電子増倍管の感度調整方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensitivity adjustment method of the multi-anode photomultiplier tube which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係るマルチアノード光電子増倍管の感度調整方法の第二例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the sensitivity adjustment method of the multi anode photomultiplier tube which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係るマルチアノード光電子増倍管のチャンネルごとの印加電圧依存性を示す図である。It is a figure which shows the applied voltage dependence for every channel of the multi anode photomultiplier tube which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係るマルチアノード光電子増倍管の印加電圧依存性を示す図である。It is a figure which shows the applied voltage dependence of the multi-anode photomultiplier tube which concerns on the 3rd example of this invention. 本発明の第三例に係るマルチアノード光電子増倍管の感度の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the sensitivity of the multi anode photomultiplier tube which concerns on the 3rd example of this invention.

以下、図面を用いて発明の実施例を説明する。   Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施例の形態に関わる表面検査装置の概略図である。図1に示すように、裏面非接触型試料ステージ101,ステージ駆動部102,照明光源103,散乱光を検出する複数画素センサ104,信号処理部105,全体制御部106,制御部107,情報表示部108,入力操作部109,記憶部110等を備えている。ステージ駆動部102は、回転軸を中心に裏面非接触型試料ステージ101を回転させる回転駆動部111,垂直方向に移動する垂直駆動部112,試料の径方向に移動させるスライド駆動部113を備えている。試料高さを計測するために、検査用の照明光源103とは別に、高さ測定用光源114と高さ測定用検出器115を有する。   FIG. 1 is a schematic view of a surface inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a back surface non-contact type sample stage 101, a stage driving unit 102, an illumination light source 103, a plurality of pixel sensors 104 for detecting scattered light, a signal processing unit 105, an overall control unit 106, a control unit 107, information display Unit 108, input operation unit 109, storage unit 110, and the like. The stage drive unit 102 includes a rotation drive unit 111 that rotates the back surface non-contact type sample stage 101 around the rotation axis, a vertical drive unit 112 that moves in the vertical direction, and a slide drive unit 113 that moves in the radial direction of the sample. Yes. In order to measure the sample height, a height measurement light source 114 and a height measurement detector 115 are provided separately from the illumination light source 103 for inspection.

照明光源103から照明光を試料100に照射し、試料表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥、及び試料表面で、散乱,回折、又は反射された光を検出光学系116により捕集し、複数画素センサ104上に結像して検出する。照明光源103とは、レーザ,LED,ランプである。LEDを用いる場合は、試料表面に集光したとき、色むらが課題となるため、途中にレンズを通し、焦点位置にピンホールを設置して色むらの影響が少ない箇所だけを取り出すのが望ましい。裏面非接触型試料ステージ101は、ウェハ等の試料100を支持しており、裏面非接触型試料ステージ101を回転駆動部111により回転させつつスライド駆動部113によって水平に移動させることで、相対的に照明光が試料100上を渦巻状に走査する。したがって、試料表面の凹凸によって散乱される光は連続的,欠陥による散乱光はパルス的に発生し、連続的に発生する光のショットノイズが、表面検査装置のノイズ成分となる。また、本発明では回転及び並進ステージを用いて説明しているが、2軸の並進ステージでもよい。   The illumination light source 103 irradiates the sample 100 with illumination light, and the detection optical system 116 collects foreign matter and defects present on or near the sample surface, and light scattered, diffracted, or reflected on the sample surface. Then, an image is formed on the multi-pixel sensor 104 and detected. The illumination light source 103 is a laser, LED, or lamp. When using an LED, color unevenness becomes a problem when light is collected on the sample surface, so it is desirable to pass only a lens in the middle and place a pinhole at the focal position to extract only the part that is less affected by color unevenness. . The back surface non-contact type sample stage 101 supports the sample 100 such as a wafer, and the back surface non-contact type sample stage 101 is moved by the slide drive unit 113 while being rotated by the rotation drive unit 111, so that the relative position is obtained. The illumination light scans the sample 100 in a spiral shape. Therefore, the light scattered by the unevenness of the sample surface is continuously generated, and the scattered light due to the defect is generated in a pulse manner, and shot noise of the light generated continuously becomes a noise component of the surface inspection apparatus. Further, although the present invention has been described using a rotation and translation stage, a two-axis translation stage may be used.

図2は本発明の一実施例に係る照明スポットと検出光学系の位置関係を示した図である。図1ではひとつの複数画素センサを図示したが、図2のように検出器の数に限定はなく、それぞれ照明スポット202からの方位角Φ及び、仰角χの少なくとも一方が異なるように二つ以上の検出器が配置されていれば良い。また、検出光学系は、図1のような直線系の結像系や、図3に示すように、散乱光の第一の実像を第一結像光学系301により回折格子303上に結像させ、第二の結像光学系302によって複数画素センサ104c上に拡大して結像させてもよい。   FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between an illumination spot and a detection optical system according to an embodiment of the present invention. Although one multi-pixel sensor is illustrated in FIG. 1, the number of detectors is not limited as in FIG. 2, and at least one of the azimuth angle Φ and the elevation angle χ from the illumination spot 202 is different. It suffices if the detectors are arranged. In addition, the detection optical system forms a first real image of scattered light on the diffraction grating 303 by the first imaging optical system 301 as shown in FIG. Then, the second imaging optical system 302 may enlarge and form an image on the plurality of pixel sensors 104c.

図4は、本発明の一実施例に係る検出部回路概略図である。発生した散乱光を複数画素センサ104で検出し、信号処理部105において、BPF(バンドパスフィルタ402),LPF(ローパスフィルタ405)を通過し、それぞれ高周波成分と低周波成分とに分離する。各信号を増幅器403,406によって他のチャンネルと感度をそろえるように補正し、アナログ/デジタル変換器404a,404bでデジタル変換してコンピュータの記憶部407に記憶する。センサの感度バラツキが存在する時は、増幅器401を使って、信号強度を補正してもよい。   FIG. 4 is a schematic diagram of a detector circuit according to an embodiment of the present invention. The generated scattered light is detected by the plurality of pixel sensors 104, and the signal processing unit 105 passes through the BPF (band pass filter 402) and the LPF (low pass filter 405) and separates them into a high frequency component and a low frequency component, respectively. Each signal is corrected by the amplifiers 403 and 406 so as to have the same sensitivity as the other channels, converted into digital signals by the analog / digital converters 404a and 404b, and stored in the storage unit 407 of the computer. When sensor sensitivity variation exists, the signal strength may be corrected using the amplifier 401.

表面検査装置において、微小な異物を検出するための主な手法は、入射光量を増大させて、異物から発生する散乱光量を増大させるか、検査時間を増大させて散乱光を積算するか、本発明のように複数画素センサを用いて、ノイズ成分を減少させるかである。入射光量を増大させると試料表面を温度上昇させダメージを負わせるという問題がある。そこで、本発明では、検査時間を保持したままで微小異物を検出するために、複数画素センサを用いる。複数画素センサを用いると、検出範囲を空間的に分割して測定できるため、試料表面の凹凸によって散乱される光を減少させ、より微小な欠陥を検出することができる。本発明において複数画素センサ104とは、マルチアノードの光電子増倍管,アバランシェフォトダイオードアレイ,CCDリニアセンサ,EM−CCD(Electron Multiplying CCD),EB−CCD(Electron Bombardment CCD),MCPと光ファイバをカップリングしたイメージインテンシファイヤ(Image intensified)とCCDやTDIカメラを組み合わせた撮像系などである。   In surface inspection equipment, the main method for detecting minute foreign matter is to increase the amount of incident light and increase the amount of scattered light generated from the foreign matter, or to increase the inspection time and integrate scattered light. The noise component is reduced by using a multi-pixel sensor as in the invention. When the amount of incident light is increased, there is a problem that the temperature of the sample surface is increased and damage is caused. Therefore, in the present invention, a multi-pixel sensor is used to detect minute foreign matters while maintaining the inspection time. When a multi-pixel sensor is used, the detection range can be spatially divided and measured, so that the light scattered by the unevenness of the sample surface can be reduced, and finer defects can be detected. In the present invention, the multi-pixel sensor 104 includes a multi-anode photomultiplier tube, an avalanche photodiode array, a CCD linear sensor, an EM-CCD (Electron Multiplying CCD), an EB-CCD (Electron Bombardment CCD), an MCP and an optical fiber. An imaging system combining a coupled image intensifier with a CCD or TDI camera.

図5は本発明の一実施例に係る検出範囲と試料表面位置を示す図であり、複数画素センサの各チャンネルの位置を試料表面上に対応させた図である。照明光501を試料表面503に照射する。このとき、検査中に試料の支持方式による変動や試料自身のうねりによって、試料表面503よりΔzだけずれた理想位置504に変動にすることがある。その場合、図5(a)に示すように、検査すべき位置に照明光が照射されず、Δrだけずれた位置からの散乱光を検出する。従来技術のように、複数画素センサではなく、光電子増倍管のようなシングルチャンネルの検出器を用いる場合は、検出領域に対しての変動量Δrが十分小さいため問題にはならない。一方、本発明のように複数画素センサを用いて画素サイズを小さくした場合は、検出領域が1チャンネル以上ずれてしまい、検出すべき位置を検出できないという課題がある。   FIG. 5 is a diagram showing a detection range and a sample surface position according to an embodiment of the present invention, and is a diagram in which the position of each channel of a plurality of pixel sensors is made to correspond to the sample surface. Illumination light 501 is irradiated onto the sample surface 503. At this time, there may be a change to an ideal position 504 that is shifted by Δz from the sample surface 503 due to a change due to the support method of the sample or undulation of the sample itself during the inspection. In that case, as shown in FIG. 5A, the illumination light is not irradiated to the position to be inspected, and scattered light from a position shifted by Δr is detected. When a single-channel detector such as a photomultiplier tube is used instead of a multi-pixel sensor as in the prior art, the amount of variation Δr with respect to the detection region is sufficiently small so that there is no problem. On the other hand, when the pixel size is reduced using a plurality of pixel sensors as in the present invention, the detection region is shifted by one channel or more, and there is a problem that the position to be detected cannot be detected.

図5(b)を用いて、検出器光学系の光軸が紙面に対して垂直方向にあるとき、つまり、図2における第一検出光学系203の位置にあるときの補正方法を説明する。図5(a)と図5(b)は、照明スポットにおけるy軸方向の断面図である。常に試料表面503近傍に試料表面が位置するように、試料高さを調整する。そこで、検査範囲の変動量Δrが1画素以内に収まるためには、試料ステージに対して垂直方向のステージの位置精度は、   A correction method when the optical axis of the detector optical system is in the direction perpendicular to the paper surface, that is, at the position of the first detection optical system 203 in FIG. 2 will be described with reference to FIG. 5A and 5B are cross-sectional views in the y-axis direction at the illumination spot. The sample height is adjusted so that the sample surface is always positioned near the sample surface 503. Therefore, in order for the variation amount Δr of the inspection range to be within one pixel, the position accuracy of the stage in the direction perpendicular to the sample stage is:

Figure 0005331673

が必要である。φは照明光の入射角、pは試料表面上における複数画素センサ1チャンネルの大きさである。また、試料表面の異物位置精度を向上させるために、p以下の量で径方向に試料を移動させて加算することがある。その場合には、垂直方向のステージの位置精度は径方向の移動量をp/n,(n=1,2,3,4・・・・)とすると
Figure 0005331673

is necessary. φ is the incident angle of the illumination light, and p is the size of the multi-pixel sensor 1 channel on the sample surface. In addition, in order to improve the accuracy of foreign matter position on the sample surface, the sample may be moved in the radial direction by an amount of p or less and added. In that case, if the position accuracy of the vertical stage is p / n, (n = 1, 2, 3, 4,...)

Figure 0005331673

を満たす必要がある。
Figure 0005331673

It is necessary to satisfy.

次に、検出光学系のピントのずれに関して説明する。図5(c)は図5(b)におけるx軸方向の断面図であり、照明光は紙面に垂直の方向から照明している。試料高さがΔz変動すると、検出範囲がΔwずれる。したがって、垂直方向のステージの位置精度は検出光学系の焦点深度をdとすると、   Next, the focus shift of the detection optical system will be described. FIG. 5C is a cross-sectional view in the x-axis direction in FIG. 5B, and the illumination light is illuminated from a direction perpendicular to the paper surface. When the sample height fluctuates by Δz, the detection range is shifted by Δw. Therefore, the position accuracy of the stage in the vertical direction is as follows.

Figure 0005331673

かつ
Figure 0005331673

And

Figure 0005331673

を同時に満たさなければならない。
Figure 0005331673

Must be satisfied at the same time.

一方、図6(a)を用いて検出器光学系の光軸が紙面に対して斜め上方にあるとき、つまり図2における第二検出光学系204の位置にあるときの補正方法を説明する。図6に示すように、試料表面の位置がz軸の負の方向にずれると、照明光学系の焦点位置は、前述の第一検出光学系203と同様に考える事ができるので   On the other hand, a correction method when the optical axis of the detector optical system is obliquely above the paper surface, that is, at the position of the second detection optical system 204 in FIG. 2, will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, when the position of the sample surface is shifted in the negative z-axis direction, the focal position of the illumination optical system can be considered in the same manner as the first detection optical system 203 described above.

Figure 0005331673

または
Figure 0005331673

Or

Figure 0005331673

を満たす必要がある。一方、検出光学系のピントでずれに関しては、検出領域は、y軸の負の方向及びx軸の負の方向にずれる。したがって
Figure 0005331673

It is necessary to satisfy. On the other hand, regarding the focus shift of the detection optical system, the detection region is shifted in the negative y-axis direction and the negative x-axis direction. Therefore

Figure 0005331673

かつ
Figure 0005331673

And

Figure 0005331673

を満たす必要がある。また、この場合も焦点深度をd′(=dcosψ)とすると
Figure 0005331673

It is necessary to satisfy. Also in this case, if the focal depth is d ′ (= d cos ψ)

Figure 0005331673

を満たさなければならない。また、散乱光の検出効率を増加させるために、検出光学系のNAを大きくかつ短波長化をすると、焦点深度dが短くなるため、より試料表面の位置精度が必要となる。
Figure 0005331673

Must be met. Further, if the NA of the detection optical system is increased and the wavelength is shortened in order to increase the detection efficiency of scattered light, the depth of focus d is shortened, so that the positional accuracy of the sample surface is required.

図7は試料表面上の検査範囲と高さ測定位置を示す図である。本実施例では、光学式のレーザ変位センサを用いている。図7(a)において、試料表面を検査するための検査用照明スポット702の近傍に、高さ測定用光源114の光を照射し(高さ測定用照明スポット701)、その反射光を高さ測定用検出器115で検出する。高さ測定用検出器115は、受光レンズと複数画素センサや位置検出素子(PSD:Position Sensitive Device)などを用いる。試料表面の高さが変動すると、高さ検出器に入射する光の位置がずれる。複数画素センサを用いる場合は、各チャンネルの信号量のバランスから変動量を換算し、位置検出素子では、光電変換された電荷が抵抗層(P層)を通り、両端にある電極から電流として取り出し、その電流量の比率から試料表面の変動量を換算する。高さ測定用照明スポット701の位置は、照明スポット位置における試料表面の高さが変わらない範囲であればよく、例えば、図7に示すように、検査用照明スポット702の前周位置でも良い。   FIG. 7 is a diagram showing the inspection range and the height measurement position on the sample surface. In this embodiment, an optical laser displacement sensor is used. In FIG. 7A, the light of the height measurement light source 114 is irradiated in the vicinity of the inspection illumination spot 702 for inspecting the sample surface (height measurement illumination spot 701), and the reflected light is heightened. Detection is performed by the measurement detector 115. The height measurement detector 115 uses a light receiving lens, a multi-pixel sensor, a position detection device (PSD), and the like. When the height of the sample surface fluctuates, the position of light incident on the height detector is shifted. In the case of using a multi-pixel sensor, the fluctuation amount is converted from the balance of the signal amount of each channel, and in the position detection element, the photoelectrically converted charge passes through the resistance layer (P layer) and is taken out as current from the electrodes at both ends. Then, the fluctuation amount of the sample surface is converted from the ratio of the current amount. The position of the height measurement illumination spot 701 may be in a range in which the height of the sample surface at the illumination spot position does not change. For example, as shown in FIG. 7, the position may be the front peripheral position of the inspection illumination spot 702.

図7(b)は回転角に対する試料表面高さの変動を示している。黒丸は試料表面高さの補正を行うポイントである。図7(b)にあるように、測定ポイント間内では、数式1〜9を満たすような時間間隔で高さ補正をしなければならない。   FIG. 7B shows the variation of the sample surface height with respect to the rotation angle. The black circle is a point for correcting the sample surface height. As shown in FIG. 7B, height correction must be performed at time intervals that satisfy Equations 1-9 within the measurement points.

図8は試料表面の高さを補正しながら検査する方式のフローチャートである。まず、ウェハをセットし、高さ測定用光源114による試料表面の高さ測定を行う。所望の位置に試料表面の位置を試料ステージの垂直駆動部112を使って移動させる。試料を回転駆動部によって回転させ、スライド駆動部によってスライドさせながら、照明光を試料に照射して散乱光を発生させ、散乱光を検出する。一方、検査中に高さセンサによって照明スポット近傍の高さを測定し、逐次、Δz分を垂直駆動制御部に送り、垂直駆動部により試料表面を数式1〜4または数式5〜9を満たす位置に制御する。   FIG. 8 is a flowchart of a method for inspecting while correcting the height of the sample surface. First, a wafer is set, and the height of the sample surface is measured by the height measuring light source 114. The position of the sample surface is moved to a desired position using the vertical drive unit 112 of the sample stage. While rotating the sample by the rotation driving unit and sliding the sample by the slide driving unit, the sample is irradiated with illumination light to generate scattered light, and the scattered light is detected. On the other hand, the height sensor measures the height in the vicinity of the illumination spot during inspection, and sequentially sends Δz to the vertical drive control unit, and the vertical drive unit sets the sample surface to satisfy Formulas 1 to 4 or Formulas 5 to 9 To control.

図9は垂直駆動方法の一例として、ボールネジを使用した方式を示した図である。ボールネジ方式は安価で扱いやすいという特徴を持つ。スライド駆動部907上のスライドステージ908にボールネジ904を回転させるモータ部905を固定し、回転駆動部にボールネジ904のナット906を固定する。試料表面検査用の照明光901の焦点スポット近傍に高さ計測用レーザ光902を照射する。検出器により、試料表面高さの変動値Δzを算出し、高さ制御部909へデータを送る。高さ制御部909は、試料表面位置の補正に必要なモータのステッピング数を換算し、モータ制御部910に転送し、試料表面の高さを補正する。   FIG. 9 is a diagram showing a system using a ball screw as an example of a vertical driving method. The ball screw method is inexpensive and easy to handle. A motor unit 905 for rotating the ball screw 904 is fixed to the slide stage 908 on the slide drive unit 907, and a nut 906 of the ball screw 904 is fixed to the rotation drive unit. A laser beam 902 for height measurement is irradiated in the vicinity of the focal spot of illumination light 901 for sample surface inspection. The detector calculates a fluctuation value Δz of the sample surface height, and sends data to the height controller 909. The height control unit 909 converts the motor stepping number necessary for correcting the sample surface position, transfers it to the motor control unit 910, and corrects the height of the sample surface.

図10は本発明の第二例に係る表面検査装置の概略図である。図10では試料ステージが、図1の裏面非接触型試料ステージ101ではなく、全面裏吸着型試料ステージ121aになっている。従来技術においては、裏面吸着領域は試料裏面の一部を固定しているが、試料100の非吸着領域では、試料表面高さの変動量が大きい。そこで、試料の裏面全体を全面裏吸着型試料ステージ121aで吸着して、試料を固定している。この場合も上記と同様に垂直駆動部112と制御部107によって試料表面高さを調節する事ができる。裏面非接触型ステージと比較すると、高さ変動量が少ないため、高さ補正回数が少ないという効果もある。   FIG. 10 is a schematic view of a surface inspection apparatus according to the second example of the present invention. In FIG. 10, the sample stage is not the back surface non-contact type sample stage 101 of FIG. In the prior art, the back surface adsorption region fixes a part of the sample back surface, but in the non-adsorption region of the sample 100, the variation amount of the sample surface height is large. Therefore, the entire back surface of the sample is adsorbed by the entire back adsorption type sample stage 121a to fix the sample. In this case as well, the sample surface height can be adjusted by the vertical driving unit 112 and the control unit 107 in the same manner as described above. Compared with a back surface non-contact type stage, since the amount of fluctuation in height is small, there is an effect that the number of times of height correction is small.

図11は、従来技術の裏面吸着方式における試料の受入れ方法を示している。U字型搬送用アーム122b使って試料100を検査装置内の従来方式裏面吸着型試料ステージ121bの上方に搬送する(図11(a))。U字型搬送用アーム122bを降下させ試料100をステージ上に置く(図11(b))。このとき、U字型搬送用アーム122bは、従来方式裏面吸着型試料ステージ121bに接触はしていない。そのままU字型搬送用アーム122bのみを降下させて引き抜く(図11(c))。図11のような従来技術では、従来方式裏面吸着型試料ステージ121bを全面裏吸着型試料ステージ121aに変更すると試料の従来の受け渡し方法ではU字型搬送用アーム122bと従来方式裏面吸着型試料ステージ121aが接触するという課題がある。   FIG. 11 shows a method of receiving a sample in the conventional back surface adsorption method. The U-shaped transfer arm 122b is used to transfer the sample 100 to the upper side of the conventional backside adsorption type sample stage 121b in the inspection apparatus (FIG. 11A). The U-shaped transfer arm 122b is lowered and the sample 100 is placed on the stage (FIG. 11 (b)). At this time, the U-shaped transfer arm 122b is not in contact with the conventional backside adsorption type sample stage 121b. As it is, only the U-shaped transfer arm 122b is lowered and pulled out (FIG. 11C). In the prior art as shown in FIG. 11, when the conventional backside adsorption type sample stage 121b is changed to the full backside adsorption type sample stage 121a, the U-shaped transfer arm 122b and the conventional backside adsorption type sample stage are used in the conventional sample delivery method. There is a problem that 121a comes into contact.

図12は、本発明の裏面全面吸着方式における試料の受入れ方法を示している。図12(a),(b)に示すように、U字型搬送用アーム122aを使って試料100を検査装置内の全面裏吸着型試料ステージ121aの上方に搬送する。U字型搬送用アーム122aを降下させ試料100をステージ上の試料支え123に置き、U字型搬送用アーム122aのみを引き抜く。試料支え123は、全面裏吸着型試料ステージ121aの貫通穴を通って突き出しており、回転駆動部111に固定されており、モータ124によって上下させる事ができる。その後、試料支え123を降下させて、試料を全面裏吸着型試料ステージ121a上に置く。このとき、試料の位置ズレが起こらないように真空ライン126から空気を引きながら試料を降下させる。   FIG. 12 shows a sample receiving method in the entire back surface adsorption method of the present invention. As shown in FIGS. 12A and 12B, the U-shaped transfer arm 122a is used to transfer the sample 100 above the entire back-side adsorption type sample stage 121a in the inspection apparatus. The U-shaped transfer arm 122a is lowered, the sample 100 is placed on the sample support 123 on the stage, and only the U-shaped transfer arm 122a is pulled out. The sample support 123 protrudes through the through hole of the entire back side adsorption type sample stage 121 a, is fixed to the rotation drive unit 111, and can be moved up and down by the motor 124. Thereafter, the sample support 123 is lowered and the sample is placed on the entire back side adsorption type sample stage 121a. At this time, the sample is lowered while drawing air from the vacuum line 126 so that the sample is not displaced.

図13は本発明の第三例に係る表面検査装置の概略図である。複数画素センサとして、特にマルチアノード光電子増倍管131を用いる場合について説明する。図14は、検査装置の検出光学系の概略図である。照明スポット141から発生した散乱光は検出レンズ系143により集光され光電子増倍管の光電変換面上に結像される。図14に示すようにマルチアノード光電子増倍管131には各チャンネル間に光を検出できない領域(以下、不感体と記す)146が存在する。この課題を解決するために、検出器前方にマイクロアレイレンズ144を配置し、全ての散乱光がマルチアノード光電子増倍管131によって検出できる。   FIG. 13 is a schematic view of a surface inspection apparatus according to a third example of the present invention. A case where a multi-anode photomultiplier 131 is used as the multi-pixel sensor will be described. FIG. 14 is a schematic diagram of a detection optical system of the inspection apparatus. Scattered light generated from the illumination spot 141 is collected by the detection lens system 143 and imaged on the photoelectric conversion surface of the photomultiplier tube. As shown in FIG. 14, the multi-anode photomultiplier 131 has a region (hereinafter referred to as an insensitive body) 146 where light cannot be detected between the channels. In order to solve this problem, a microarray lens 144 is arranged in front of the detector, and all scattered light can be detected by the multi-anode photomultiplier 131.

マルチアノードの光電子増倍管を用いる際、チャンネル間の感度差や複数のマルチアノードの光電子増倍管を用いたときの感度の個体差が存在しており、補正しなければならない。本発明では、予め各マルチアノード光電子増倍管における各チャンネルの増幅率の平均値比から、各光電子増倍管に印加する電圧を決め、複数のマルチアノード光電子増倍管の感度個体差を補正する。さらに、各チャンネル間の感度差を補正するために、各チャンネルの出力電流を電気回路において増幅器により補正する。   When using multi-anode photomultiplier tubes, there are differences in sensitivity between channels and individual differences in using multiple multi-anode photomultiplier tubes, which must be corrected. In the present invention, the voltage to be applied to each photomultiplier tube is determined in advance from the average value ratio of the amplification factors of each channel in each multi-anode photomultiplier tube, and individual sensitivity differences among multiple multi-anode photomultiplier tubes are corrected. To do. Furthermore, in order to correct the sensitivity difference between the channels, the output current of each channel is corrected by an amplifier in the electric circuit.

図15は複数のマルチアノード光電子増倍管の印加電圧特性を調査するための感度調整ユニットである。図15に示すように、検査用の照明光とは別に感度調整用光源152により、一定の光量をマルチアノード光電子増倍管131に照射する。このとき感度調整光源はレーザ光源やLD,LEDである。光源の波長は検査装置における照明光源103の波長に近い方が望ましい。マルチアノード光電子増倍管131で光電変換された信号は、それぞれ増幅器154で増幅され、アナログ/デジタル変換器155を通り、信号記憶部156に各チャンネルの信号量をそれぞれ記録する。マルチアノード光電子増倍管131は印加電圧用電源157により高電圧を印加する。この印加電圧の大きさにより光電子増倍管の増幅率が決まる。   FIG. 15 shows a sensitivity adjustment unit for investigating applied voltage characteristics of a plurality of multi-anode photomultiplier tubes. As shown in FIG. 15, a multi-anode photomultiplier 131 is irradiated with a certain amount of light by a sensitivity adjustment light source 152 separately from the illumination light for inspection. At this time, the sensitivity adjustment light source is a laser light source, LD, or LED. The wavelength of the light source is preferably close to the wavelength of the illumination light source 103 in the inspection apparatus. The signals photoelectrically converted by the multi-anode photomultiplier 131 are amplified by the amplifiers 154, pass through the analog / digital converter 155, and record the signal amounts of the respective channels in the signal storage unit 156. The multi-anode photomultiplier tube 131 applies a high voltage from an applied voltage power source 157. The amplification factor of the photomultiplier tube is determined by the magnitude of the applied voltage.

図16に示すように、前述の感度調整ユニットを表面検査装置に設置してもよい。照明系の光をシャッター166で閉じ、別の感度調整用光源162から光を光ファイバ164を用いてマルチアノード光電子増倍管131まで導く。このとき光は一つのチャンネルに照射できるようにしておく。さらに、光ファイバ134の終端はリニアステージ165に設置し、移動させる事で全てのチャンネルに光を導入する事ができる。また、一定期間ごとに、この感度調整ユニットを使って感度の経時変化を補正する。   As shown in FIG. 16, the aforementioned sensitivity adjustment unit may be installed in the surface inspection apparatus. Light of the illumination system is closed by a shutter 166, and light is guided from another sensitivity adjustment light source 162 to the multi-anode photomultiplier tube 131 using an optical fiber 164. At this time, light should be irradiated to one channel. Further, the end of the optical fiber 134 is installed on the linear stage 165, and light can be introduced into all the channels by moving it. In addition, the sensitivity adjustment unit is used to correct a change in sensitivity over time at regular intervals.

感度補正の具体的な方法を説明する。図17はマルチアノード光電子増倍管の各チャンネルにおける、信号の印加電圧特性を示している。各チャンネルにおける増幅率は異なる。これら各チャンネルの印加電圧に対する信号の平均値を算出し、図17に示すように、平均曲線を決定する。複数のマルチアノード光電子増倍管を検査装置に用いる場合は、各光電子増倍管における平均曲線を図18のように求める。ある一定の光量を入射した時に、理想値として出力信号Iを得るためには印加電圧Vが必要であるとすると、各光電子増倍管ではそれぞれ   A specific method of sensitivity correction will be described. FIG. 17 shows the applied voltage characteristics of signals in each channel of the multi-anode photomultiplier tube. The amplification factor in each channel is different. The average value of the signal with respect to the applied voltage of each channel is calculated, and an average curve is determined as shown in FIG. When a plurality of multi-anode photomultiplier tubes are used in the inspection apparatus, an average curve in each photomultiplier tube is obtained as shown in FIG. Assuming that an applied voltage V is necessary to obtain the output signal I as an ideal value when a certain amount of light is incident, each photomultiplier tube

Figure 0005331673

になるようなV1,V2を求める。一般に光電子増倍管のゲインは印加電圧Vのkn乗に比例し、kは0.7〜0.8の値をとり、nは光電子増倍管のダイノードの段数、aは比例係数である。ダイノードとは光電子増倍管内の増幅用の電極である。また、kはダイノードの材質や形状に起因する値である。さらに、V1,V2は数式11のように
Figure 0005331673

V 1 and V 2 are obtained such that In general, the gain of the photomultiplier tube is proportional to the knth power of the applied voltage V, k takes a value of 0.7 to 0.8, n is the number of dynodes of the photomultiplier tube, and a is a proportional coefficient. A dynode is an electrode for amplification in a photomultiplier tube. K is a value resulting from the material and shape of the dynode. Furthermore, V 1 and V 2 are as shown in Equation 11.

Figure 0005331673

補正値Pによって高電圧を印加して、感度補正を行う。また、チャンネル間の信号の調整には、電気回路の増幅器154でそれぞれ調整する。
Figure 0005331673

Sensitivity correction is performed by applying a high voltage with the correction value P. Further, the signal between channels is adjusted by an amplifier 154 of an electric circuit.

マルチアノード光電子増倍管を長期間にわたって使用する場合、各チャンネルのダイノードの劣化により、図19に示すように増幅率が落ちる。そこで、定期的に既知の粒径の粒子が塗布されている試料の検査や、前述した感度補正ユニットを使用して信号を取得して、パラメータPの値を変動させて所望の信号量を得られるようにする。また、このパラメータPがある閾値を超えたところで警告表示処理を行い、光電子増倍管の交換時期を知らせる。   When a multi-anode photomultiplier tube is used over a long period of time, the amplification factor decreases as shown in FIG. 19 due to deterioration of the dynodes of each channel. Therefore, a signal is obtained by periodically inspecting a sample coated with particles of a known particle diameter, or using the above-described sensitivity correction unit, and changing the value of parameter P to obtain a desired signal amount. To be able to. Further, when this parameter P exceeds a certain threshold value, a warning display process is performed to notify the replacement time of the photomultiplier tube.

本実施例は試料として半導体ウェハを用いて説明したが、この検査方法及び検査装置は、試料としてウェハには限定はせず、ハードディスクなどの基板の検査にも適用できる。   Although this embodiment has been described using a semiconductor wafer as a sample, this inspection method and inspection apparatus are not limited to a wafer as a sample, and can also be applied to inspection of a substrate such as a hard disk.

100 試料
101 裏面非接触型試料ステージ
102 ステージ駆動部
103 照明光源
104,104a,104b,104c 複数画素センサ
105 信号処理部
106 全体制御部
107 制御部
108 情報表示部
109 入力操作部
110,407 記憶部
111 回転駆動部
112 垂直駆動部
113,907 スライド駆動部
114 高さ測定用光源
115 高さ測定用検出器
116 検出光学系
121a 全面裏吸着型試料ステージ
121b 従来方式裏面吸着型試料ステージ
122a,122b U字型搬送用アーム
123 試料支え
124 モータ
125 試料保持用支えスライド用ボールネジ
126 真空ライン
131 マルチアノード光電子増倍管
141,202 照明スポット
142 試料表面上におけるマルチアノード光電子増倍管の各チャンネル
143 検出レンズ系
144 マイクロアレイレンズ
146 不感体
151 感度調整光源用電源
152 感度調整用光源
153 集光用レンズ
154,401,403,406 増幅器
155,404a,404b アナログ/デジタル変換器
156 信号記憶部
157 印加電圧用電源
161 感度調整光源用電源
162 感度調整用光源
163 集光レンズ
164 光ファイバ
165 リニアステージ
166 シャッター
201,501 照明光
203 第一検出光学系
204 第二検出光学系
301 第一結像光学系
302 第二結像光学系
303 回折格子
402 バンドパスフィルタ
405 ローパスフィルタ
502 試料表面上における複数画素センサの各チャンネル
503 試料表面
504 理想位置
505 検出光学系光軸
601 照明スポット理想位置
602 試料表面位置が変動したときの照明スポット位置
603 検出領域理想位置
604 試料表面位置が変動したときの検出領域理想位置
701 高さ測定用照明スポット
702 検査用照明スポット
901 試料表面検査用の照明光
902 高さ計測用レーザ光
903 高さ計測用検出器
904 ボールネジ
905 モータ部
906 ナット
908 スライドステージ
909 高さ制御部
910 モータ制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sample 101 Back surface non-contact type sample stage 102 Stage drive part 103 Illumination light source 104,104a, 104b, 104c Multiple pixel sensor 105 Signal processing part 106 Overall control part 107 Control part 108 Information display part 109 Input operation part 110,407 Storage part DESCRIPTION OF SYMBOLS 111 Rotation drive part 112 Vertical drive part 113,907 Slide drive part 114 Height measurement light source 115 Height measurement detector 116 Detection optical system 121a Whole surface back adsorption type sample stage 121b Conventional system back surface adsorption type sample stage 122a, 122b U Shaped transfer arm 123 Sample support 124 Motor 125 Sample holding support slide ball screw 126 Vacuum line 131 Multi-anode photomultiplier tubes 141, 202 Illumination spot 142 Each channel of multi-anode photomultiplier tube on sample surface 43 Detection lens system 144 Microarray lens 146 Insensitive body 151 Sensitivity adjustment light source 152 Sensitivity adjustment light source 153 Condensing lenses 154, 401, 403, 406 Amplifiers 155, 404a, 404b Analog / digital converter 156 Signal storage unit 157 Application Voltage power supply 161 Sensitivity adjustment light source 162 Sensitivity adjustment light source 163 Condensing lens 164 Optical fiber 165 Linear stage 166 Shutter 201, 501 Illumination light 203 First detection optical system 204 Second detection optical system 301 First imaging optical system 302 Second imaging optical system 303 Diffraction grating 402 Band pass filter 405 Low pass filter 502 Each channel 503 of a plurality of pixel sensors on the sample surface Sample surface 504 Ideal position 505 Detection optical system optical axis 601 Illumination spot ideal position 602 Illumination spot position 603 when the surface position fluctuates Detection region ideal position 604 Detection region ideal position 701 when the sample surface position fluctuates Height measurement illumination spot 702 Inspection illumination spot 901 Illumination light 902 for sample surface inspection High Laser beam 903 for height measurement Detector 904 for height measurement Ball screw 905 Motor unit 906 Nut 908 Slide stage 909 Height control unit 910 Motor control unit

Claims (6)

試料を移動する搬送系と、
試料線状照明領域形成する照射光学系と、
前記試料の高さを測定する高さ検出系と、
複数の画素を有する検出器を備える検出光学系と、
前記検出光学系の検出結果を用いて前記試料の異物又は欠陥を検する処理部と、
前記試料の高さを制御する制御部と、を有し
前記制御部は、前記高さ検出系の測定結果を用いて、前記線状照明光の変動量が前記画素の大きさよりも小さくなるように、前記試料の高さを制御し、
前記搬送系は回転し、
前記高さ検出系は、前記照射光学系が前記線状照明光を形成した位置の前周の位置の高さを検出することを特徴とする検査装置。
A transport system for moving the sample;
An irradiation optical system for forming a linear illumination area on the specimen,
A height detection system for measuring the height of the sample;
A detection optical system comprising a detector having a plurality of pixels;
A processing unit for detect foreign objects or defects of the sample with the detection result of the detecting optical system,
A control unit that controls the height of the sample, and the control unit uses a measurement result of the height detection system so that the amount of fluctuation of the linear illumination light is smaller than the size of the pixel. And controlling the height of the sample ,
The transport system rotates,
The height detection system detects the height of the position of the front circumference of the position where the irradiation optical system forms the linear illumination light .
請求項1に記載の検査装置において、
前記制御部は、前記変動量が前記画素の大きさよりも小さくなる時間間隔で、前記変動量を補正することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1,
The control unit corrects the variation amount at a time interval in which the variation amount is smaller than the size of the pixel .
請求項1に記載の検査装置において、
前記搬送系は、前記試料の高さを変えるボールネジ機構を有することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1,
The inspection apparatus , wherein the transport system has a ball screw mechanism that changes the height of the sample .
請求項1に記載の検査装置において、
前記搬送系は、裏面非接触型ステージを有することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1,
The transport system includes a back surface non-contact type stage .
請求項1に記載の検査装置において、
前記搬送系は、裏面吸着型ステージを有し、
前記裏面吸着型ステージは、
前記裏面吸着型ステージの外周部に配置された前記試料受入機構を有することを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 1,
The transport system has a back surface adsorption type stage,
The back adsorption stage is
An inspection apparatus comprising the sample receiving mechanism disposed on an outer peripheral portion of the back surface adsorption type stage .
請求項に記載の検査装置において、
前記試料受入機構は上下に動くことを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 6 , wherein
The inspection apparatus characterized in that the sample receiving mechanism moves up and down .
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