JP5961909B1 - Defect inspection equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】深みのある欠陥検査、換言すれば、厚みのある被検査物の表面、内部及び裏面の欠陥を1回の2次元走査により同時に検査可能とする。【解決手段】被検査物に向けて検査ビームを照射する検査ビーム光学系11と、被検査物に対して検査ビーム光学系11と同じ側に配置されて被検査物で反射した検査ビームの反射散乱光を検出する反射散乱光検出ヘッド12と、当該反射散乱光検出ヘッド12と被検査物を挟んで対向配置されて被検査物を透過した検査ビームの透過散乱光を検出する透過散乱光検出ヘッド13とを有し、検査ビームの焦点深度が、当該焦点深度の範囲内に被検査物の厚みが収まるように調整されるようにしている。【選択図】図2Defect inspection with depth, in other words, defects on the surface, inside and back surface of a thick inspection object can be simultaneously inspected by one two-dimensional scanning. An inspection beam optical system that irradiates an inspection beam toward an inspection object, and a reflection of the inspection beam that is disposed on the same side of the inspection object as the inspection beam optical system and is reflected by the inspection object. Reflected scattered light detection head 12 that detects scattered light, and transmitted scattered light detection that detects transmitted scattered light of an inspection beam that is disposed opposite to the reflected scattered light detection head 12 with the inspection object interposed therebetween and transmitted through the inspection object. And a head 13 so that the depth of focus of the inspection beam is adjusted so that the thickness of the inspection object is within the range of the depth of focus. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、無地の光透過性材料の傷や異物付着などの欠陥検査、特にフォトマスクや液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板の欠陥を検査するのに好適な欠陥検査装置に関するものである。さらに詳述すると、本発明は、被検査物の表面、内部及び裏面の同時検査に好適な欠陥検査装置に関するものである。 The present invention relates to a defect inspection apparatus suitable for inspecting defects in a glass substrate used for manufacturing a photomask or a liquid crystal display device, particularly for defect inspection such as scratches and adhesion of foreign matter on a plain light-transmitting material. . More specifically, the present invention relates to a defect inspection apparatus suitable for simultaneous inspection of the front surface, the inside and the back surface of an inspection object.
ガラス基板の欠陥を検出する検査装置として、レーザ散乱方式の検査装置が既知である(例えば、特許文献1参照)。この既知の検査装置では、検査されるべきガラス基板に対して斜めにレーザビームを投射し、ガラス基板からの散乱光を2個の光検出器を用いて受光し、2個の光検出器からの出力信号の形態に応じてガラス基板の表面側に存在する異物と裏面側に存在する異物とを判別している。 As an inspection apparatus for detecting a defect in a glass substrate, a laser scattering inspection apparatus is known (for example, see Patent Document 1). In this known inspection apparatus, a laser beam is projected obliquely with respect to a glass substrate to be inspected, scattered light from the glass substrate is received using two photodetectors, and from the two photodetectors. In accordance with the form of the output signal, foreign matter existing on the front side of the glass substrate and foreign matter existing on the back side are discriminated.
上述したレーザ散乱方式の検査装置は、ガラス基板の表面上に存在する異物を検出するのに有効な検査装置である。しかしながら、斜めにビームを投射すると、深みのある検査ができない。しかも、フォトマスクやガラス基板の欠陥は、表面や裏面上に存在する異物だけではなく、ガラス基板の表面に形成された微小な傷(スリーク)や微小な凹凸(ピット)も検出する必要がある。さらに、ガラス基板の内部に気泡や局所的な屈折率分布が存在すると、露光光が散乱してしまい、デバィスの製造の歩留りが低下する要因となってしまう。従って、ガラス基板の内部欠陥であるボイドも高感度で検出できる検査装置の開発が強く要請されている。 The above-described laser scattering type inspection apparatus is an inspection apparatus effective for detecting foreign matter existing on the surface of a glass substrate. However, if the beam is projected obliquely, a deep inspection cannot be performed. In addition, defects in photomasks and glass substrates need to detect not only foreign matter on the front and back surfaces, but also fine scratches (sleeks) and minute irregularities (pits) formed on the surface of the glass substrate. . Furthermore, if there are bubbles or a local refractive index distribution inside the glass substrate, the exposure light is scattered, which causes a decrease in device manufacturing yield. Therefore, there is a strong demand for the development of an inspection apparatus that can detect voids, which are internal defects of a glass substrate, with high sensitivity.
そこで、微分干渉光学系を利用して被検査物の表面からの反射光に生ずる位相差により被検査物の表面の欠陥を検出すると共に、同時に被検査物の表面側と裏面側とで散乱光を検出することにより、1回の検査工程において基板の表面に存在する異物だけでなく基板表面のピットやスリーク並びに基板内部に存在するボイドを同時に検出できる欠陥検査装置が提案されている(例えば特許文献2)。 Therefore, the differential interference optical system is used to detect defects on the surface of the inspection object based on the phase difference generated in the reflected light from the surface of the inspection object, and at the same time, scattered light on the front surface side and the back surface side of the inspection object. A defect inspection apparatus that can simultaneously detect not only foreign substances existing on the surface of the substrate but also pits and leaks on the surface of the substrate and voids existing inside the substrate in one inspection process has been proposed (for example, patents). Reference 2).
この欠陥検査装置は、断面がほぼ楕円形をした走査ビームを発生させて、この走査ビームを強く絞って極めて小さな面積に集光させられた走査ビームとして被検査物の表面で焦点を合わせて二次元走査し、光路中に配置した微分干渉光学系における微分干渉で被検査物の表面の欠陥を検出する。同時に、被検査物の表面側と裏面側とに配置した散乱光集光素子によって散乱光を集光する。被検査物の表面側の散乱光集光素子は、内面に楕円回転放物鏡面を有している半球状のミラーが利用され、その中心の僅かの開口部から検査ビームの照射と正反射並びに散乱光の取り込みを行う。そして、対物レンズを中心に貫通させたリング状の反射ミラーで散乱光のみを対を成す外の反射ミラーに向けて反射して第1のフォトマルチプライヤー(PMT:光電子倍増管)に取り込んで、散乱光の有無を検出する。他方、被検査物の裏面側の散乱光集光素子は、ガラス厚み補正機構付きの集光レンズと、穴付きミラー及びこのミラーからの反射光を受光する第2のフォトマルチプライヤーとで構成され、集光レンズにより集光され、孔開きミラーで反射した散乱光を第2フォトマルチプライヤーにより受光することにより、内部欠陥に起因する散乱光を検出する。因みに、この欠陥検査装置は、幅及び高さが1mを越えるような大型の石英ガラスを検査対象とするものであり、検査装置の真ん中に被検査物を立てて、検査ヘッドを横にスライドさせながら、上から下へと検査するものである。 This defect inspection apparatus generates a scanning beam having a substantially elliptical cross section, and focuses the scanning beam on the surface of the object to be inspected as a scanning beam that is strongly focused and focused on an extremely small area. Two-dimensional scanning is performed, and a defect on the surface of the inspection object is detected by differential interference in a differential interference optical system disposed in the optical path. At the same time, the scattered light is condensed by the scattered light condensing elements arranged on the front surface side and the back surface side of the inspection object. The scattered light condensing element on the surface side of the object to be inspected uses a hemispherical mirror having an elliptical paraboloidal mirror surface on the inner surface. Captures scattered light. The first photomultiplier is reflected toward the reflecting mirror outside the paired only scattered light by the reflection mirror-like ring is passed through the center of objective lens: incorporated into (PMT photomultiplier tube) Detect the presence or absence of scattered light. On the other hand, the scattered light condensing element on the back side of the object to be inspected is composed of a condensing lens with a glass thickness correction mechanism, a mirror with a hole, and a second photomultiplier that receives reflected light from the mirror. The scattered light caused by the internal defect is detected by receiving the scattered light collected by the condenser lens and reflected by the perforated mirror by the second photomultiplier. By the way, this defect inspection device is intended for inspection of large quartz glass with a width and height exceeding 1 m. The inspection object is placed in the middle of the inspection device and the inspection head is slid sideways. While inspecting from top to bottom.
しかしながら、特許文献2の欠陥検査装置は、被検査物の表面で焦点を合わせることにより発生する干渉現象を捉えることで表面の欠陥を検出しているので、被検査物の表面に存在する深さ数nm程度の微細な欠陥も明確に検出することは可能であるが、厚みのある被検査物の内部の欠陥を検出することはできない。即ち、検査感度を上げるためレーザービームを被検査物の表面で極めて小さな面積に集光させることにより、焦点において非常に大きなエネルギ密度を発生させるようにしているので、被検査物の表面で急激に絞られた検査ビームは、被検査物の内部で急激に広がって(拡散性)光エネルギを失ってしまうため、検査能力を失ってしまう。即ち、十分に絞られた検査ビームは、被検査物の表面でしか検出能力を有しておらず、被検査物の表面から数十ミクロン〜百μm程度の範囲でしか検出感度を保てない。このため、mmオーダの厚みを有する被検査物の内部の欠陥を検査感度のむら無く検出することは難しい。したがって、特許文献2の欠陥検査装置は、表面の傷を検出する検査ヘッドの組みと裏面の傷を検出する検査ヘッドの組みとを同時に2セット用いなければ、両面の傷を同時に検出することはできない。そして、その場合においても、被検査物の内部の傷を同時に検出することは難しい。つまり、深みのある検査をすること、換言すれば、厚みのある被検査物の表面、内部及び裏面の欠陥を1回の2次元走査により同時に検査することは難しいものである。 However, since the defect inspection apparatus of Patent Document 2 detects a surface defect by capturing an interference phenomenon generated by focusing on the surface of the inspection object, the depth existing on the surface of the inspection object. Although it is possible to detect fine defects of about several nanometers clearly, it is not possible to detect defects inside a thick inspection object. That is, in order to increase the inspection sensitivity, the laser beam is focused on a very small area on the surface of the inspection object, so that a very large energy density is generated at the focal point. The narrowed inspection beam spreads rapidly inside the object to be inspected (diffusibility) and loses light energy, so that the inspection ability is lost. That is, a sufficiently narrowed inspection beam has a detection capability only on the surface of the inspection object, and can maintain detection sensitivity only in the range of several tens of microns to 100 μm from the surface of the inspection object. . For this reason, it is difficult to detect defects inside the inspection object having a thickness on the order of mm without unevenness in inspection sensitivity. Therefore, the defect inspection apparatus of Patent Document 2 cannot detect both flaws at the same time unless two sets of inspection head sets for detecting flaws on the front surface and inspection heads for detecting flaws on the back surface are used at the same time. Can not. Also in this case, it is difficult to detect at the same time an internal flaw of the object. That is, it is difficult to inspect deeply, in other words, to inspect defects on the surface, inside, and back surface of a thick inspection object simultaneously by one two-dimensional scanning.
また、微分干渉による検査感度を上げるためレーザービームを被検査物の表面で極めて小さな面積に集光させることにより、焦点において非常に大きなエネルギ密度を発生させるようにしている特許文献2の欠陥検査装置によれば、NA(開口数)を大きくしてビームウェストを絞ることにより楕円形状の検査ビームを被検査物の表面に焦点深度を浅くして結像させるようにしているので、焦点位置を調整することが難しく、ベストポジションを探し出すのに非常に多くの工程を必要とすると共に、やっと感度がでてもちょっとでも焦点がずれると急激にビームが拡がるため、著しく光エネルギ密度が低くなり、感度が悪くなる。つまり、調整しづらく、調整の最適ポイントがなかなか見つけ難いという欠点がある。このため、光学系の調整に多大の工数と時間がかかるという問題がある。 Further, in order to increase the inspection sensitivity by differential interference, the laser beam is focused on an extremely small area on the surface of the inspection object, thereby generating a very large energy density at the focal point. According to the method, the NA (numerical aperture) is increased to narrow the beam waist so that an elliptical inspection beam is imaged on the surface of the inspection object with a reduced depth of focus. It takes a lot of steps to find the best position, and even if sensitivity is finally reached, the beam expands abruptly when it is slightly out of focus. Becomes worse. That is, it is difficult to make adjustments and it is difficult to find the optimum adjustment point. For this reason, there exists a problem that adjustment of an optical system requires a lot of man-hours and time.
しかも、微分干渉を利用した欠陥検出は、感度は高いがその反面ノイズの影響を受け易く、検査ヘッドの送り時の微小な振動で敏感な微分干渉に対してノイズとなり検出不能に陥り易い問題を有している。微分干渉を利用して被検査物の表面の傷の検出は、光の波長の位相のずれ(位相の差分)を変化分を数μmの位相差でも影響を受けることから、ヘッドを走らせるだけで機械の振動で影響を受ける。このため、調整の結果が直ぐに変わることがある。つまり、ちょっとでもずれると、感度が再現できない、調整の再現性の悪い装置・構造となっている。このため、高速検査ができない。 In addition, defect detection using differential interference is highly sensitive, but on the other hand, it is easily affected by noise, and the minute vibration during feeding of the inspection head causes noise to become sensitive to differential interference. Have. Detection of scratches on the surface of the object to be inspected using differential interference is possible because the phase shift (phase difference) of the light wavelength is affected even by a phase difference of several μm. It is affected by machine vibration. For this reason, the result of adjustment may change immediately. In other words, even if it is slightly deviated, the sensitivity / reproducibility of the device / structure cannot be reproduced. For this reason, high-speed inspection cannot be performed.
また、被検査物の表面側に散乱する散乱光を集める集光素子は、楕円放物面の一部を貫通する狭い開口部から散乱光を入射させようとするので、散乱光の一部しか取り込めない問題がある。つまり、入射角の浅い散乱光(被検査物の表面に沿って散乱する散乱光)や極端に入射角が深い散乱光(開口部から進入しても回転放物鏡面の外に散乱する散乱光)を捉えることができず、散乱光を反射させる面として有効に使える範囲がほんの一部ある。さらに、半球状ミラーからの散乱光を受けるリング状の反射ミラーも中心に対物レンズを貫通させているため、対物レンズの胴体が遮蔽物となって集光した散乱光の一部を有効に利用できない問題がある。このため、被検査物の表面側に反射してくる散乱光の集光効率が低く検出感度が悪いという問題がある。 In addition, the condensing element that collects the scattered light scattered on the surface side of the object to be inspected tries to make the scattered light incident from a narrow opening that penetrates a part of the elliptic paraboloid, so only a part of the scattered light is incident. There is a problem that cannot be captured. In other words, scattered light with a shallow incident angle (scattered light scattered along the surface of the object to be inspected) and scattered light with an extremely deep incident angle (scattered light that scatters outside the rotating parabolic mirror even when entering from the opening) ) Cannot be captured, and there is only a small range that can be effectively used as a surface for reflecting scattered light. In addition, the ring-shaped reflecting mirror that receives the scattered light from the hemispherical mirror also penetrates the objective lens at the center, so the body of the objective lens serves as a shield to effectively use part of the collected scattered light. There is a problem that cannot be done. For this reason, there exists a problem that the condensing efficiency of the scattered light reflected on the surface side of a to-be-inspected object is low, and detection sensitivity is bad.
その上、回転放物面のミラーは、検査ビームの焦点深度が短いので調整がし難い。ちょっとでもずれると感度はがた落ちとなる。ベストポジションを探しだすのに時間がかかるため、調整しずらいという問題を有する。 In addition, the rotating paraboloid mirror is difficult to adjust because the depth of focus of the inspection beam is short. Even a slight shift will desensitize the sensitivity. Since it takes time to find the best position, it is difficult to adjust.
また、微分干渉を利用した欠陥検出のためにレーザービームを被検査物の表面で極めて小さな面積に集光させられた検査ビームは、被検査物の内部で急激に広がるため、厚みのある被検査物の場合、内部のボイドや裏面の欠陥などに起因して発生する散乱光そのものの光エネルギも極端に小さくなって検出できないか、検出できても非常に感度の悪いものとなる。したがって、厚みがある被検査物の場合には、被検査物の表面と裏面とで検出感度に極端なばらつきが生じてしまう問題がある。その上、散乱光を集める集光素子においても、ガラス厚み補正機構付きの集光レンズ由来の球面収差等の影響を受けて感度にばらつきが生じたり、感度そのものが悪くなってしまう問題がある。このため、被検査物の裏面側における検出感度が確保され難いものとなる。 In addition, the inspection beam, which is focused on a very small area on the surface of the inspection object for defect detection using differential interference, spreads abruptly inside the inspection object. In the case of an object, the light energy of the scattered light itself generated due to internal voids or defects on the back surface becomes extremely small and cannot be detected, or even if it can be detected, the sensitivity is very poor. Therefore, in the case of an inspected object having a thickness, there is a problem that extreme variations in detection sensitivity occur between the front surface and the back surface of the inspected object. In addition, the condensing element that collects scattered light also has a problem that sensitivity varies due to the influence of spherical aberration or the like derived from a condensing lens with a glass thickness correction mechanism, or the sensitivity itself deteriorates. For this reason, it becomes difficult to ensure the detection sensitivity on the back side of the inspection object.
本発明は、深みのある検査を可能とする欠陥検査装置を提供することを目的とする。換言すれば、厚みのある被検査物の表面、内部及び裏面の欠陥を1回の2次元走査により同時に検査可能な欠陥検査装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus that enables a deep inspection. In other words, an object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus capable of simultaneously inspecting defects on the front surface, inside, and back surface of a thick inspection object by one two-dimensional scanning.
かかる目的を達成するために請求項1記載の欠陥検査装置は、被検査物に向けて検査ビームを照射する検査ビーム光学系と、被検査物に対して検査ビーム光学系と同じ側に配置されて被検査物で反射した検査ビームの反射散乱光を検出する反射散乱光検出ヘッドと、当該反射散乱光検出ヘッドと被検査物を挟んで対向配置されて被検査物を透過した検査ビームの透過散乱光を検出する透過散乱光検出ヘッドとを有し、検査ビームの焦点深度が、当該焦点深度の範囲内に前記被検査物の厚みが収まるように調整されることを特徴としている。 To achieve this object, the defect inspection apparatus according to claim 1 is arranged on the same side as the inspection beam optical system with respect to the inspection object, and an inspection beam optical system that irradiates the inspection beam toward the inspection object. A reflected scattered light detection head for detecting the reflected scattered light of the inspection beam reflected by the inspection object, and transmission of the inspection beam transmitted through the inspection object disposed opposite to the reflected scattered light detection head and the inspection object And a transmitted scattered light detection head for detecting scattered light, and the depth of focus of the inspection beam is adjusted so that the thickness of the inspection object is within the range of the depth of focus.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の欠陥検査装置において、検査ビームのビームウェストが、被検査物の厚みの中に形成されるように調整されることを特徴とする。また、こまた、請求項3記載の発明は、請求項2記載の欠陥検査装置において、検査ビームのビームウェストが、被検査物の厚みの中央に形成されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to the first aspect, the beam waist of the inspection beam is adjusted so as to be formed in the thickness of the inspection object. The invention according to claim 3 is the defect inspection apparatus according to claim 2, wherein the beam waist of the inspection beam is formed at the center of the thickness of the inspection object.
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1つに記載の欠陥検査装置において、反射散乱光検出ヘッドは、反射散乱光集光器と、第1の反射集光ミラーと、第2の反射光ミラーと反射散乱光検出センサとを有し、反射散乱光集光器は、外周面が鏡面に構成されていると共に被検査物に検査ビームを照射可能に検査ビーム光学系の対物レンズを収容する逆截頭円錐筒と、逆截頭円錐体部の外側を囲むように配設されると共に内周面が鏡面に構成されている円筒との2重構造として、逆截頭円錐筒と外側の円筒との間の空間に被検査物からの反射散乱光を導光させる空間を形成し、第1の反射光ミラーは、検査ビームを通過させるスリットが設けられ、反射散乱光集光器の出射口の上で反射散乱光集光器と結像レンズとの間で結像レンズと交わらない位置に設置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to any one of the first to third aspects, the reflected / scattered light detection head includes a reflected / scattered light collector, a first reflected / condensing mirror, The reflected and scattered light collector has a second reflected light mirror and a reflected and scattered light detection sensor. As a double structure of a reverse truncated conical cylinder that houses the objective lens and a cylinder that is disposed so as to surround the outer side of the reverse truncated cone part and whose inner peripheral surface is a mirror surface, A space for guiding the reflected and scattered light from the inspection object is formed in a space between the conical cylinder and the outer cylinder, and the first reflected light mirror is provided with a slit for passing the inspection beam, and the reflected and scattered light. The imaging lens between the reflected and scattered light collector and the imaging lens on the exit of the collector Characterized in that it is installed in a position that does not intersect.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1つに記載の欠陥検査装置において、透過散乱光検出ヘッドが、透過散乱光集光器と、透過散乱光検出センサとを有し、かつ透過散乱光集光器は内周面が鏡面の漏斗状の集光筒と、該集光筒の入り口に配設され被検査物を真っ直ぐ透過する検査ビームを捕捉して散乱光と分離する検査ビーム捕捉素子とを有し、散乱光のみを集光筒の下端に接続された透過散乱光検出センサに入射させる構造とされていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the transmitted scattered light detection head includes a transmitted scattered light collector and a transmitted scattered light detection sensor. In addition, the transmitted and scattered light concentrator captures and separates the scattered light by capturing a funnel-shaped condensing tube whose inner peripheral surface is a mirror surface and an inspection beam that is disposed at the entrance of the condensing tube and passes straight through the object to be inspected. And an inspection beam capturing element that is configured to allow only scattered light to enter a transmitted scattered light detection sensor connected to the lower end of the light collecting cylinder.
請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれか1つに記載の欠陥検査装置において、検査ビーム光学系及び反射散乱光検出ヘッドと透過散乱光検出ヘッドとが別々に定盤と当該定盤上に立設するコラムとのどちらかに対向して設けられると共に、被検査物を保持するホルダが定盤上に設けられたXYステージによって片持ち支持され、検査ビーム光学系及び反射散乱光検出ヘッドと透過散乱光検出ヘッドとの間において被検査物が相互に直交する二方向に移動しながら検査ビームの走査が行われることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the inspection beam optical system, the reflected scattered light detection head, and the transmitted scattered light detection head are separately provided on the surface plate and the A holder for holding an inspection object is cantilevered by an XY stage provided on the surface plate, and is opposed to one of the columns standing on the surface plate. The inspection beam is scanned while the inspection object moves in two directions orthogonal to each other between the light detection head and the transmitted scattered light detection head.
さらに、本発明にかかる欠陥検査方法は、焦点深度の範囲内に被検査物の厚みが収まるように焦点深度が調整された検査ビームが被検査物に照射され、被検査物に対して検査ビームを照射する側と同じ側において被検査物で反射した検査ビームの反射散乱光が検出されると共に、検査ビームの反射散乱光の検出位置と被検査物を挟んだ対向位置において被検査物を透過した検査ビームの透過散乱光が検出されることを特徴とする。 Furthermore, in the defect inspection method according to the present invention, an inspection beam whose depth of focus is adjusted so that the thickness of the inspection object is within the depth of focus is irradiated to the inspection object, and the inspection beam is applied to the inspection object. The reflected and scattered light of the inspection beam reflected by the inspection object is detected on the same side as the irradiation side, and transmitted through the inspection object at a position opposite to the inspection beam between the detection position of the reflected and scattered light of the inspection beam. The transmitted scattered light of the inspection beam is detected.
請求項1並びに7記載の欠陥検査装置及び方法によれば、焦点深度が被検査物の厚み以上となる検査ビームで検査ビームの焦点深度の範囲内に被検査物の厚みが収まるようにして走査されるため、被検査物の表面から裏面にかけてビームスポットの径が大きく変化せずにほぼ一定に保たれて、検査感度に大きなばらつきが生じない。このため、被検査物の表面に異物の付着や傷、内部のボイド、裏面への異物の付着や傷があると、散乱光が発生し被検査物の表側と裏面側とに配置された散乱光集光器によって集光されてフォトマルチプライヤーで検出される。依って、被検査物の表面、内部及び裏面の欠陥を1回の2次元走査により同時に検査可能となる。しかも、被検査物の表面から裏面にかけてビームスポットの径が大きく変化せずにほぼ一定に保たれて、検査感度に大きなばらつきが生じないため、深みのある検査即ち厚みのある被検査物の表面、内部及び裏面の同時検査を可能とする。 According to the defect inspection apparatus and method according to claim 1 and 7, wherein the scan as the thickness of the object falls within the range of the depth of focus of the inspection beam in the inspection beam focal depth is equal to or greater than the thickness of the object Therefore, the diameter of the beam spot does not change greatly from the front surface to the back surface of the object to be inspected, and is kept almost constant, so that the inspection sensitivity does not vary greatly. For this reason, if there is foreign object adhesion or scratches on the surface of the object to be inspected, internal voids, or foreign object adhesion or scratches on the back surface, scattered light is generated and scattering is arranged on the front side and back side of the object to be inspected. The light is collected by a light collector and detected by a photomultiplier. Therefore, it is possible to simultaneously inspect defects on the front surface, the inside, and the back surface of the inspection object by one two-dimensional scanning. Moreover, the diameter of the beam spot does not change significantly from the front surface to the back surface of the object to be inspected, and the inspection sensitivity is not greatly varied. , Enabling simultaneous inspection of the inside and back side.
また、散乱光検出による欠陥検査であるため、微分干渉光学系による検査と異なって焦点を合わせる調整に精度が求められないので、光学系の調整に多大の工数と時間がかからない。しかも、検査ヘッドの送り時の微小な振動などのノイズの影響を受け難く、調整の再現性が良い構造・装置であることから、高速検査が可能となる。 Further, since the defect inspection is based on the detection of scattered light, unlike the inspection using the differential interference optical system, accuracy is not required for the adjustment for focusing, so that the adjustment of the optical system does not require much man-hours and time. In addition, the structure / device is less susceptible to noise such as minute vibrations during feeding of the inspection head and has good reproducibility of adjustment, so that high-speed inspection is possible.
また、請求項2記載の発明によると、ビームウェストの位置が被検査物Wの中(厚みt方向のいずれか)であれば、中心からある程度ずれて被検査物の表面側寄りあるいは裏面側寄りに設定されても、被検査物の表面側と裏面側とでそれほど検出感度に大きなばらつきは生じない。また、請求項3記載の発明によると、被検査物の厚みの中心にビームウェストが形成されるため、被検査物に対して焦点深度が対称となり、焦点深度の範囲内に被検査物が均等に収まって走査されることから、被検査物の表面側と裏面側とで概ね検査感度が等しくなりばらつきが生じない。 According to the invention described in claim 2, if the position of the beam waist is in the inspection object W (in the thickness t direction), it is shifted to some extent from the center and close to the front surface side or back surface side of the inspection object. Even when set to, the detection sensitivity does not vary greatly between the front side and the back side of the inspection object. According to the invention of claim 3 , since the beam waist is formed at the center of the thickness of the inspection object, the depth of focus is symmetric with respect to the inspection object, and the inspection object is evenly within the range of the depth of focus. Therefore, the inspection sensitivity is substantially equal between the front surface side and the back surface side of the object to be inspected, and no variation occurs.
また、請求項4及び5記載の発明によると、散乱光発生箇所の周りの360°で、被検査物に沿って散乱する散乱光も取り込むことができるので、さまざまな方向に散乱する散乱光を効率良く集光して、検出感度を高くすることができる。しかも、焦点深度に影響されず、効率良く集光できる。 In addition, according to the inventions of claims 4 and 5 , since scattered light scattered along the object to be inspected can be taken at 360 ° around the scattered light generation location, scattered light scattered in various directions can be captured. Light can be collected efficiently and detection sensitivity can be increased. Moreover, the light can be collected efficiently without being affected by the depth of focus.
また、請求項6記載の発明によれば、卓上式の小型被検査物用欠陥検査装置を実現することができる。 In addition, according to the invention described in claim 6, it is possible to realize a desktop type defect inspection apparatus for a small inspected object.
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図1〜図4に本発明の欠陥検査装置の一実施形態として卓上用欠陥検査装置として構成した例を示す。この卓上用欠陥検査装置は、例えば半導体用の石英ガラスや、ブランクス、レジストなどを検査する装置として好適なものである。 1 to 4 show an example of a desktop defect inspection apparatus as an embodiment of the defect inspection apparatus of the present invention. The tabletop defect inspection apparatus, or quartz glass for the semi-conductor For example, blanks, a resist is suitable as an apparatus for inspecting the like.
この卓上用欠陥検査装置は、定盤1と、その上に垂直に立設されているコラム2と、コラム2に昇降可能に搭載されている光学基台3と、定盤1の上に搭載されてX方向及びY方向の互いに直交する二軸方向にモータ駆動により摺動するXYステージと、XYステージに載置されて小型の検査対象物例えばフォトマスク用の被検査物Wを固定支持する被検査物ホルダ6と、被検査物Wを上下方向に挟むように配置されてコラム2の上の光学基台3に搭載された検査ビーム光学系11及び反射散乱光検出ヘッド12並びに定盤1に支持された透過散乱光検出ヘッド13とを備える。本実施形態の卓上用欠陥検査装置は、Z軸方向のオートフォーカス制御を除いて実質的に固定的な検査光学系に対して被検査物を水平面内で直交する二軸方向に移動させることで、相対的に2次元走査を行うようにしてものである。尚、定盤1とコラム2としては、一般に熱膨張の影響が少ない石定盤、石柱が使用される。 This tabletop defect inspection apparatus is mounted on a surface plate 1, a column 2 that is erected vertically thereon, an optical base 3 that can be moved up and down on the column 2, and a surface plate 1. An XY stage that is slid by motor drive in two axial directions orthogonal to each other in the X direction and the Y direction, and a small inspection object, for example, an inspection object W for a photomask, which is mounted on the XY stage, is fixedly supported. The inspection beam optical system 11, the reflected scattered light detection head 12, and the surface plate 1, which are arranged so as to sandwich the inspection object holder 6 in the vertical direction and are mounted on the optical base 3 on the column 2. And a transmitted scattered light detection head 13 supported by the head. The desktop defect inspection apparatus according to the present embodiment moves the inspection object in two axial directions perpendicular to each other in a horizontal plane with respect to the substantially fixed inspection optical system except for the autofocus control in the Z-axis direction. However, relatively two-dimensional scanning is performed. In addition, as the surface plate 1 and the column 2, the stone surface plate and stone pillar with few influences of thermal expansion are generally used.
XYステージは、本実施形態の場合、定盤1の上に搭載されて定盤1の左右方向(光学基台3と平行な面内での往復動)に移動するX軸方向送り機構4と、このX軸方向送り機構4の上に搭載されて定盤1の前後方向(光学基台3と直交する面内での往復動)に移動するY軸方向送り機構5と、Y軸方向送り機構5の上に据え付けられて被検査物Wを載置して保持する被検査物ホルダ6とで構成され、X軸方向送り機構4とY軸方向送り機構5とによって被検査物WをXY方向に移動可能に設けられている。尚、X軸方向送り機構4及びY軸方向送り機構5は、図示していないが、例えばリニアモータやACサーボモータによって駆動される。 In this embodiment, the XY stage is mounted on the surface plate 1 and moves in the left-right direction of the surface plate 1 (reciprocating motion in a plane parallel to the optical base 3). A Y-axis direction feed mechanism 5 mounted on the X-axis direction feed mechanism 4 and moving in the front-rear direction of the surface plate 1 (reciprocating motion in a plane orthogonal to the optical base 3); An inspection object holder 6 is placed on the mechanism 5 and places and holds the inspection object W. The X-axis direction feeding mechanism 4 and the Y-axis direction feeding mechanism 5 hold the inspection object W in the XY direction. It is provided to be movable in the direction. The X-axis direction feed mechanism 4 and the Y-axis direction feed mechanism 5 are driven by, for example, a linear motor or an AC servomotor, although not shown.
また、Y軸方向送り機構5の上に搭載されている被検査物ホルダ6は、図2に示すように、Y軸方向送り機構5の端部よりもコラム2側に向けて突出するように、可動子(ねじで送られる部材)5aに片持ち支持されている。そして、定盤1に支持された透過散乱光検出ヘッド13とコラム2の上の光学基台3に搭載された検査ビーム光学系11及び反射散乱光検出ヘッド12との間に設定されるスペースで被検査物ホルダ6をXY方向に移動させるように配置される。被検査物ホルダ6は、図7に示すように、落とし込むようにして被検査物Wの縁を受け支える凹部からなる受座6aと、受座6aに嵌め込まれた被検査物Wの縁を抑えて固定する係止手段60がその周囲に備えられている。低速検査時には被検査物Wの固定は特に必要はないが、高速検査時には係止手段60で被検査物Wを押さえて固定することが望ましい。この係止手段60は、例えば押さえ板ばねのようなものでも良いが、本実施形態では、定盤1の前後(奥行き方向)に摺動可能な係止爪が採用され、図示していないばねの力で常時付勢するように設けられている。したがって、係止爪60を引き下げてから、被検査物Wをセットし、その後は係止爪60を離すことによって自動的に被検査物Wが固定される。 Further, as shown in FIG. 2, the inspection object holder 6 mounted on the Y-axis direction feeding mechanism 5 protrudes toward the column 2 side from the end of the Y-axis direction feeding mechanism 5. The cantilever is supported by a mover (a member fed by a screw) 5a. A space set between the transmitted scattered light detection head 13 supported by the surface plate 1 and the inspection beam optical system 11 and the reflected scattered light detection head 12 mounted on the optical base 3 on the column 2. It arrange | positions so that the to-be-inspected object holder 6 may be moved to XY direction. As shown in FIG. 7, the inspection object holder 6 suppresses the receiving seat 6 a formed of a recess that supports the edge of the inspection object W by dropping and the edge of the inspection object W fitted in the receiving seat 6 a. Locking means 60 is provided around it. Although it is not particularly necessary to fix the inspection object W during the low-speed inspection, it is desirable that the inspection object W is pressed and fixed by the locking means 60 during the high-speed inspection. The locking means 60 may be, for example, a pressing plate spring, but in this embodiment, a locking claw that is slidable forward and backward (in the depth direction) of the surface plate 1 is employed, and is not shown. It is provided so as to be always energized with the force of. Accordingly, after the locking claw 60 is pulled down, the inspection object W is set, and then the inspection claw W is automatically fixed by releasing the locking claw 60.
光学基台3は、図2に示されように、コラム2に対し固定される下ベース8と、この下ベース8上に摺動可能に連結されている上ベース9と、上ベース9をZ軸方向(鉛直方向)に送る送り機構(図し省略)と、エンコーダ付きのDCモータ10とから構成される昇降機構7を介してコラム2に昇降可能に取り付けられている。DCモータ10はオートフォーカス機構からの制御信号によって駆動され、光学基台3の上に搭載されている検査光学系(検査ビーム光学系11、反射散乱光検出ヘッド12及びオートフォースカス光学系45を含む)が全体として昇降し、常に検査ビームの焦点深度の範囲に被検査物Wが収まるように、好ましくは被検査物Wの厚みtの中心位置に焦点位置(ウェストビームの位置)が大凡定まるようにオートフォーカス制御されている。尚、下ベース8と上ベース9との間にはリミットスイッチ7aが配置されて上下両端のストロークエンドが定められる。 As shown in FIG. 2, the optical base 3 includes a lower base 8 fixed to the column 2, an upper base 9 slidably connected to the lower base 8, and the upper base 9 as Z It is attached to the column 2 so as to be able to move up and down via a lifting mechanism 7 composed of a feed mechanism (not shown) for feeding in the axial direction (vertical direction) and a DC motor 10 with an encoder. The DC motor 10 is driven by a control signal from the autofocus mechanism and includes an inspection optical system (inspection beam optical system 11, reflected scattered light detection head 12, and auto force optical system 45 mounted on the optical base 3. The focus position (waist beam position) is preferably roughly determined at the center position of the thickness t of the inspection object W so that the inspection object W always falls within the range of the focal depth of the inspection beam. So that autofocus is controlled. A limit switch 7a is disposed between the lower base 8 and the upper base 9, and stroke ends at both upper and lower ends are determined.
光学基台3の上には、検査ビーム61を被検査物Wに向けて照射する検査ビーム光学系11と、被検査物Wからの反射散乱光を受光する反射散乱光検出系12と、検査ビームを目的とする焦点位置に保つためのオートフォーカス機構45とが搭載されている。本実施形態の欠陥検出装置は、光学系は固定で、被検査物Wが移動することで走査されるため、被検査物Wを透過した透過散乱光を受光する透過散乱光検出系13は定盤1に搭載されている。透過散乱光検出ヘッド13は、被検査物Wを挟んで反射散乱光検出ヘッド12とは反対側に配置されて石定盤1に固定されている。尚、本実施形態の検査ビーム光学系11では、検査ビーム61が被検査物Wに対して垂直に入射されているので、光学基台3はオートフォーカス機構45によって駆動され、オートフォーカス機構45を含めた検査ビーム光学系11と反射散乱光検出系12との位置関係を固定したままZ軸方向に移動可能とされている。 On the optical base 3, an inspection beam optical system 11 that irradiates an inspection beam 61 toward the inspection object W, a reflected scattered light detection system 12 that receives reflected and scattered light from the inspection object W, and an inspection An autofocus mechanism 45 for keeping the beam at the target focal position is mounted. In the defect detection apparatus of the present embodiment, the optical system is fixed, and scanning is performed by moving the inspection object W. Therefore, the transmission scattered light detection system 13 that receives the transmission scattered light that has passed through the inspection object W is fixed. It is mounted on the board 1. The transmitted scattered light detection head 13 is disposed on the opposite side of the reflected scattered light detection head 12 with the inspection object W interposed therebetween, and is fixed to the stone surface plate 1. In the inspection beam optical system 11 of the present embodiment, since the inspection beam 61 is perpendicularly incident on the inspection object W, the optical base 3 is driven by the autofocus mechanism 45, and the autofocus mechanism 45 is moved. The positional relationship between the included inspection beam optical system 11 and the reflected / scattered light detection system 12 is fixed and movable in the Z-axis direction.
したがって、被検査物Wの全面は、検査ビーム光学系11と反射散乱光検出ヘッド12並びに透過散乱光検出ヘッド13の相対的移動によって2次元的に走査される。尚、本実施形態におけるXYステージは、走査中、X方向へは連続的に送りが与えられ、Y方向へはX方向への往動と復動との切換の間に送られる。 Therefore, the entire surface of the inspection object W is scanned two-dimensionally by the relative movement of the inspection beam optical system 11, the reflected scattered light detection head 12 and the transmitted scattered light detection head 13. Note that the XY stage in this embodiment is continuously fed in the X direction during scanning, and sent in the Y direction during switching between forward movement and backward movement in the X direction.
次に、図5及び図6に、検査光学系の一例を示す。検査光学系は、被検査物Wに検査ビーム61を走査させる検査ビーム光学系11と、検査ビーム61の被検査物Wからの反射散乱光を検出する第1の散乱光検出光学系(反射散乱光検出ヘッドと呼ぶ)12と、被検査物Wを透過した散乱光を検出する第2の散乱光検出光学系(透過散乱光検出ヘッドと呼ぶ)13とからなり、被検査物Wを挟んで対向するように配置される。本実施形態の場合、被検査物Wが被検査物ホルダ6によって水平に配置されて水平面をXY方向に移動するため、検査ビーム光学系11及び反射散乱光検出ヘッド12はコラム2の正面に備えられている光学基台3の上に搭載され、透過散乱光検出ヘッド13は定盤1に備えられている。 Next, FIG. 5 and FIG. 6 show an example of the inspection optical system. The inspection optical system includes an inspection beam optical system 11 that scans the inspection beam 61 on the inspection object W, and a first scattered light detection optical system (reflection scattering) that detects the reflected and scattered light of the inspection beam 61 from the inspection object W. (Referred to as a light detection head) 12 and a second scattered light detection optical system (referred to as a transmitted scattered light detection head) 13 for detecting scattered light that has passed through the inspection object W. It arrange | positions so that it may oppose. In the case of the present embodiment, the inspection object optical system 11 and the reflected scattered light detection head 12 are provided in front of the column 2 because the inspection object W is horizontally arranged by the inspection object holder 6 and moves in the XY direction on the horizontal plane. is mounted on the optical base 3 is, transmitted scattering light detecting head 13 is provided in the surface plate 1.
検査ビーム61を被検査物Wに照射する検査ビーム光学系11は、例えば、光源となる半導体レーザー14、コリメートレンズ15、エクスパンダ平凹レンズ16、エクスパンダ平凸レンズ17、リレーレンズ18、第1のミラー(全反射ミラー)19、第2のミラー20、fθレンズ21、ポリゴンミラー22、結像レンズ23及び対物レンズ24とから構成されている。尚、検査ビーム61のスポット形状(断面形状)は検出しようする異物・傷・欠陥の大きさをカバーできる必要十分なビーム幅であれば良く、真円でも、楕円形でも、非円形(多角形や輪郭形状がギザギザした不定形な輪郭形状など)であっても良い。 The inspection beam optical system 11 that irradiates the inspection object 61 with the inspection beam 61 includes, for example, a semiconductor laser 14 serving as a light source, a collimator lens 15, an expander plano-concave lens 16, an expander plano-convex lens 17, a relay lens 18, and a first lens. mirror (total reflection mirror) 19, a second mirror 2 0, f [theta] lens 21, a polygon mirror 22, and a focusing lens 23 and the objective lens 24. The spot shape (cross-sectional shape) of the inspection beam 61 may be any beam width that is necessary and sufficient to cover the size of a foreign object, scratch, or defect to be detected, and may be a perfect circle, an ellipse, or a non-circular (polygon). Or an irregular contour shape with a jagged contour shape).
ポリゴンミラー22は、任意の数の反射面例えば14個の反射面を有し、その回転軸線は入射する走査ビームをY軸方向に走査するように設定されている。ポリゴンミラーには駆動回路(図示省略)が接続され、駆動回路からの駆動信号により所定の回転速度で回転する。従って、ポリゴンミラー22から、周期的に偏向され走査ビームが周期的に出射する。また、ポリゴンミラー22の前面には、スキャンの開始を検出するための光センサ63が配置され、当該光センサ63から出力される信号をポリゴンミラー22のスキャンタイミング情報信号として利用する。したがって、ビームをカウントするすることができる。そして、スキャン列を構成するスポット数は予め決まっており、スポットの順番が位置そのものを表していることとなるので、どこのスポットか把握することができる。尚、ステージの位置(エンコーダ信号出力でわかる)も信号処理回路へ入力されているので全ての同期がとれる。 Polygon mirror 22, For example reflecting surfaces of any number having a four reflecting surfaces, the rotation axis is set so as to scan the scanning beam incident on the Y-axis direction. A driving circuit (not shown) is connected to the polygon mirror, and rotates at a predetermined rotational speed by a driving signal from the driving circuit. Accordingly, the scanning beam is periodically emitted from the polygon mirror 22 while being periodically deflected. On the front surface of the polygon mirror 22, the optical sensor 6 3 for detecting the start of scan is positioned to utilize the signal output from the optical sensor 63 as the scan timing information signal of the polygon mirror 22. Therefore, the beam can be counted. The number of spots constituting the scan line is determined in advance, and the order of the spots represents the position itself, so that it is possible to grasp where the spot is. Note that the stage position (which is known from the encoder signal output) is also input to the signal processing circuit, so that all synchronization can be achieved.
半導体レーザー14で発生するレーザービーム・検査ビーム61は、コリメートレンズ15を経て、エクスパンダ平凹レンズ16とエクスパンダ平凸レンズ17とで構成されるエキスパンダを経て拡大平行光束に変換され、リレーレンズ18を経て第1のミラー19と第2のミラー20で方向転換されてfθレンズ21に入射される。そして、検査ビーム61はポリゴンミラー22に入射される。ポリゴンミラー22でスキャンされる検査ビーム61は、f−θレンズ21と結像レンズ23並びに対物レンズ24に入射される。 A laser beam / inspection beam 61 generated by the semiconductor laser 14 is converted into an expanded parallel light beam via a collimator lens 15, an expander composed of an expander plano-concave lens 16 and an expander plano-convex lens 17, and a relay lens 18. is diverted by the first mirror 19 and second mirror 20 via the Isa enter the fθ lens 21. The inspection beam 61 is incident on the polygon mirror 22. The inspection beam 61 scanned by the polygon mirror 22 is incident on the f-θ lens 21 , the imaging lens 23 and the objective lens 24.
ここで、対物レンズ24を経て被検査物Wに照射される検査ビーム61は、検査ビーム61の焦点深度bの範囲に被検査物Wが収まるように、好ましくは被検査物Wの厚みtの大凡中心位置で焦点を結ぶように調整される。例えば、図11に示すように、光学系の調整により、被検査物Wの厚みtのおおよそ中心の位置にビームウェスト61wが形成され、かつ被検査物Wの裏面を通過する際に焦点深度(レイリー長さ)bの範囲にあるようにされている。ここで、ビームウェスト61wは被検査物Wの中で且つ厚みt方向のおおよそ中央に設定されていないと、被検査物の表面側と裏面側とで感度のばらつきが生じてしまうが、表面側と裏面側との間の検出感度のアンバランスが生じても問題としない検査においてはある程度中心位置から外れても問題ない。つまり、ビームウェスト61wの位置が被検査物Wの中(厚みt方向のいずれか)であれば、中心からある程度ずれて被検査物の表面側寄りあるいは裏面側寄りに設定されても、被検査物の表面側と裏面側とでそれほど検出感度に大きなばらつきは生じない。また、場合によっては、被検査物の厚みtが焦点深度の範囲内にあるというだけでも良く、必ずしも被検査物Wの中にビームウェスト61wが存在しなくとも良い。被検査物Wの外にビームウェスト61wが設定されていても、焦点深度の範囲に被検査物Wが収まっていれば、ある程度検出感度は落ちるが、それが特に問題とならない検査目的であれば十分実施可能である。 Here, the inspection beam 61 irradiated onto the inspection object W through the objective lens 24 preferably has a thickness t of the inspection object W so that the inspection object W is within the range of the focal depth b of the inspection beam 61. It is adjusted to focus at the approximate center position. For example, as shown in FIG. 11, a beam waist 61w is formed at the approximate center position of the thickness t of the inspection object W by adjusting the optical system, and the depth of focus when passing through the back surface of the inspection object W ( The range of Rayleigh length b) is set. Here, if the beam waist 61w is not set in the inspection object W and approximately in the center in the thickness t direction, sensitivity variation occurs between the front surface side and the back surface side of the inspection object. In an inspection that does not pose a problem even if an imbalance in detection sensitivity occurs between the back surface and the back surface side, there is no problem even if it is off to some extent from the center position. That is, if the position of the beam waist 61w is in the inspection object W (in the thickness t direction), the inspection object is inspected even if the position is set to be close to the front surface side or the back surface side of the inspection object to some extent from the center. There is no great variation in detection sensitivity between the front side and the back side of the object. In some cases, the thickness t of the object to be inspected may be merely within the range of the focal depth, and the beam waist 61w does not necessarily exist in the object W to be inspected. Even if the beam waist 61w is set outside the inspection object W, if the inspection object W is within the focal depth range, the detection sensitivity is reduced to some extent. It can be implemented sufficiently.
尚、焦点深度bを深くすることは、NA(開口数)を小さくしてビームウェスト61wが極めて小さな面積に絞られないようにすること、即ち光エネルギの密度が低くなり検査感度が下がることを意味しているので、焦点深度bが必要以上に深く(レイリー長さを長く)設定されることは当然に選択されない。したがって、検査ビーム61の焦点深度bを被検査物Wの厚みt以上に設定するとは、被検査物Wの厚みより焦点深度bが際限なく深くされることがないこと、つまり被検査物Wの厚みよりも焦点深度bを深くするといっても必要以上に深くされるべきでないことは当業者において自明なことである。例えば、厚み17mmの石英ガラスの欠陥検査の場合には、少なくとも17mm、好ましく18〜22mm程度、より好ましくは20mm程度の焦点深度に設定すれば必要十分である。因みに、焦点深度20mmの検査ビーム61におけるのビームウェストの直径は例えば30μm程度である。ここで、ビームウェスト61wを被検査物Wの厚みtの中心に設定する光学系の調整は、特定の手法に限られるものではない。例えば、中央に欠陥のある試料を作成し、それを用いて光学系を調整するなどの簡便な方法でも行える。また、ビームウェストの径の調整は例えばリレーレンズの調整でもできる。 Increasing the depth of focus b means that the NA (numerical aperture) is reduced so that the beam waist 61w is not restricted to a very small area, that is, the density of light energy is lowered and the inspection sensitivity is lowered. Therefore, it is naturally not selected that the depth of focus b is set deeper than necessary (the Rayleigh length is increased). Therefore, setting the focal depth b of the inspection beam 61 to be equal to or greater than the thickness t of the inspection object W means that the focal depth b is not infinitely deeper than the thickness of the inspection object W. It is obvious to those skilled in the art that even if the depth of focus b is made deeper than the thickness, it should not be made deeper than necessary. For example, in the case of defect inspection of quartz glass having a thickness of 17 mm, it is necessary and sufficient to set the focal depth to at least 17 mm, preferably about 18 to 22 mm, more preferably about 20 mm. Incidentally, the diameter of the beam waist in the inspection beam 61 having a focal depth of 20 mm is, for example, about 30 μm. Here, the adjustment of the optical system for setting the beam waist 61w at the center of the thickness t of the inspection object W is not limited to a specific method. For example, a simple method such as preparing a sample having a defect in the center and adjusting the optical system using the sample can be performed. Further, the beam waist diameter can be adjusted, for example, by adjusting a relay lens.
この検査ビーム光学系11によれば、ポリゴンミラー22によりスキャンされる検査ビーム61は、被検査物WがX方向(幅方向)及びそれと直交するY方向(奥行き方向)に2次元的に移動させられるので、被検査物Wの全面を走査することになる。しかしながら、被検査物Wの表面、内部及び裏面で真っ直ぐ反射して入射方向に戻る反射ビームは、欠陥の検出には使用されず、散乱光のみが欠陥等の検出に使用される。尚、反射ビームは、半導体レーザ14側に戻らないように光学系が調整されている。 According to the inspection beam optical system 11, the inspection beam 61 scanned by the polygon mirror 22 moves the inspection object W two-dimensionally in the X direction (width direction) and the Y direction (depth direction) perpendicular thereto. Therefore, the entire surface of the inspection object W is scanned. However, the reflected beam that is reflected straight from the front surface, inside, and back surface of the inspection object W and returns to the incident direction is not used for detection of defects, but only scattered light is used for detection of defects and the like. The optical system is adjusted so that the reflected beam does not return to the semiconductor laser 14 side.
そこで、光学基台3には反射散乱光検出ヘッド12が搭載されている。反射散乱光検出ヘッド12は、反射散乱光集光器25と、第1の反射集光ミラー26と、集光レンズ27と、第2の反射光ミラー28と、散乱光を電気信号に変換する反射散乱光検出センサとしての反射散乱光用PMT(フォトマルチプライヤー:光電子倍増管)29とから構成されている。 Therefore, a reflected / scattered light detection head 12 is mounted on the optical base 3. The reflected / scattered light detection head 12 converts the scattered light into an electrical signal, the reflected / scattered light collector 25, the first reflection / condensing mirror 26, the condenser lens 27, the second reflected light mirror 28, and the like. reflection scattering light as reflected scattered light detecting sensor PMT: and a (photomultiplier photomultipliers) 29..
反射散乱光集光器25は、例えば、図9及び図10に示すように、外側の円筒30と内側の逆截頭円錐体31との二重構造から成り、内側の逆截頭円錐体31の中に対物レンズ24が収納されたコンパクトな構造とされている。ここで、外側の円筒30と内側の逆截頭円錐体31とは、例えば両端において散乱光に対する遮蔽物とならない程度の細い複数本のステー34によって等間隔に連結されて一体化されている。内側の逆截頭円錐体31は、下に向けて径が小さくなるように配置され(逆円錐)、大径となる上部側に対物レンズ24が収容される円形の空間32が形成されている。逆截頭円錐体31の下部には対物レンズ24が収容される空間32と連通する楕円形状のスリット33が形成され、対物レンズ24から出射される検査ビーム61がスリット33を通過して被検査物Wに向かうように設けられている。逆截頭円錐体31の外周面36は鏡面を構成し、外筒30の内周面35も鏡面を構成している。しかも、被検査物Wと対向する入射口37において、内側の鏡面を構成する逆截頭円錐体31の直径が必要十分な最小径あるいはそれに近いものとできるので、開口面積が広くできる。したがって、対向する外筒30と内筒31との間に進入する反射散乱光は、ほぼ水平方向に反射する散乱光を含めて逆すり鉢状の鏡面内に取り込まれ、入射した散乱光は必ず出射口38に集められ、出射口38の上に配置された第1の反射集光ミラー26に集められる。このため、反射散乱光の集光に死角がなく、360°集光可能であると共に、大口径で製作がし易い。第1の反射集光ミラー26と第2の反射光ミラー28との2枚の反射ミラーで集光レンズ27を挟み、反射散乱光用PMT29に集光するので、光路中に遮るものもなく、死角もないことから、集光効率が良い。 For example, as shown in FIGS. 9 and 10, the reflected scattered light collector 25 has a double structure of an outer cylinder 30 and an inner inverted truncated cone 31, and an inner inverted truncated cone 31. The objective lens 24 is housed in a compact structure. Here, the outer cylinder 30 and the inner inverted truncated cone 31 are connected and integrated at equal intervals by, for example, a plurality of thin stays 34 that do not become shields against scattered light at both ends. The inner inverted truncated cone 31 is arranged so that the diameter decreases downward (inverse cone), and a circular space 32 in which the objective lens 24 is accommodated is formed on the upper side having a large diameter. . An elliptical slit 33 communicating with the space 32 in which the objective lens 24 is accommodated is formed in the lower part of the inverted truncated cone 31, and the inspection beam 61 emitted from the objective lens 24 passes through the slit 33 and is inspected. It is provided to go to the object W. The outer peripheral surface 36 of the inverted truncated cone 31 constitutes a mirror surface, and the inner peripheral surface 35 of the outer cylinder 30 also constitutes a mirror surface. Moreover, at the entrance 37 facing the object to be inspected W, the diameter of the inverted truncated cone 31 constituting the inner mirror surface can be set to a necessary and sufficient minimum diameter or close to it, so that the opening area can be widened. Therefore, the reflected scattered light entering between the opposed outer cylinder 30 and inner cylinder 31 is taken into the inverted mortar-shaped mirror surface including the scattered light reflected substantially in the horizontal direction, and the incident scattered light is always emitted. The light is collected at the mouth 38 and collected at the first reflecting / condensing mirror 26 disposed on the exit port 38. For this reason, there is no blind spot in the collection of the reflected scattered light, it is possible to collect 360 °, and it is easy to manufacture with a large aperture. The condensing lens 27 is sandwiched between the two reflecting mirrors of the first reflecting / condensing mirror 26 and the second reflecting / lighting mirror 28, and the light is condensed on the reflected scattered light PMT 29. Since there is no blind spot, the light collection efficiency is good.
第1の反射集光ミラー26と、第2の反射光ミラー28とは、図8に示すように、反射散乱光集光器25の出射口38の上で反射散乱光集光器25と結像レンズ23との間に対物レンズ24と交わらない位置に設置されている。この第1の反射集光ミラー26と、第2の反射光ミラー28とは、集光レンズ27を挟んで45°の傾斜を持たせて平行に配置されている。また、第1の反射集光ミラー26は検査ビーム61の光軸と交わるため、中央部分に検査ビーム61が通過する細長いスリット39が設けられている。このスリット39は、スキャンされる検査ビーム61のスポット軌跡の幅、即ちスキャン幅に対応させた長孔とされており(スキャン幅よりも僅かに長い長孔)、被検査物Wに照射される検査ビーム61と被検査物Wの表面から正反射されてくる検査ビーム61の反射光のみを通過させ、被検査物Wの表面から反射してくる散乱光を通過させない幅、長さとされている。また、第1の反射集光ミラー26は、反射散乱光集光器25の出射口38から出射される反射散乱光を漏れなく反射させるために必要な大きさとされており、反射散乱光集光器25の出射口38を覆いつくす幅・長さの全反射ミラーとされている。また、第2の反射集光ミラー28においても第1反射集光ミラー26と同じ大きさの全反射ミラーとされているが、中央にスリット39は設けられていない。したがって、反射散乱光集光器25によって捕捉された被検査物Wからの反射散乱光は、漏らすこと無く全てが第1の反射集光ミラー26と集光レンズ27と第2反射集光ミラー28によって反射散乱光用PMT29に入射される。そして、反射散乱光用PMT29において電気信号に変換され、必要に応じて増幅器により増幅され、信号処理回路に供給される。このため、光路中に遮るものもなく、死角もないことから、360°集光可能であって集光効率が良い。つまり、検出感度が良くなる。 As shown in FIG. 8, the first reflecting / condensing mirror 26 and the second reflecting / lighting mirror 28 are connected to the reflecting / scattering light collector 25 on the exit port 38 of the reflected / scattering light collector 25. It is installed at a position that does not intersect the objective lens 24 between the image lens 23 . The first reflecting / condensing mirror 26 and the second reflecting / lighting mirror 28 are arranged in parallel with an inclination of 45 ° with the condensing lens 27 interposed therebetween. In addition, since the first reflecting / condensing mirror 26 intersects the optical axis of the inspection beam 61, an elongated slit 39 through which the inspection beam 61 passes is provided in the center portion. The slit 39 is a long hole corresponding to the width of the spot trajectory of the inspection beam 61 to be scanned, that is, the scanning width (a long hole slightly longer than the scanning width), and irradiates the inspection object W. Only the inspection beam 61 and the reflected light of the inspection beam 61 that is regularly reflected from the surface of the inspection object W are allowed to pass, and the width and length are not allowed to pass the scattered light that is reflected from the surface of the inspection object W. . The first reflecting / condensing mirror 26 has a size necessary to reflect the reflected / scattered light emitted from the exit port 38 of the reflected / scattered light collector 25 without omission, and collects the reflected / scattered light. The total reflection mirror has a width and length that covers the exit port 38 of the vessel 25. The second reflection / condensing mirror 28 is also a total reflection mirror having the same size as that of the first reflection / condensing mirror 26, but the slit 39 is not provided at the center. Therefore, all of the reflected scattered light from the object W captured by the reflected scattered light collector 25 is not leaked, and the first reflected condenser mirror 26, the condenser lens 27, and the second reflective condenser mirror 28 are not leaked. Is incident on the PMT 29 for reflected and scattered light. Then, it is converted into an electrical signal by the PMT 29 for reflected / scattered light, amplified by an amplifier as necessary, and supplied to the signal processing circuit. For this reason, there is no obstruction in the optical path, and there is no blind spot, so 360 ° light can be collected and the light collection efficiency is good. That is, the detection sensitivity is improved.
他方、定盤1に備えられている透過乱光検出ヘッド13は、透過散乱光集光器40と、散乱光を電気信号に変換する反射散乱光検出センサとしての透過散乱光用PMT41とから構成されている。ここで、透過散乱光集光器40は内周面が鏡面に仕上げられてミラーを構成する例えばアルミニウムの中空のロート状の集光筒42であり、透過散乱光が入射される上端部の開口部の中央には被検査物Wを真っ直ぐ透過する検査ビーム61を捕捉して散乱光と分離する検査ビーム捕捉素子43を備え、散乱光のみを集光筒42の下端に接続された透過散乱光用PMT41に入射させる構造とされている。尚、図示していないが、ロート状の集光筒42とその内側の検査ビーム捕捉素子43とは、例えば散乱光に対する遮蔽物とならない程度の細い複数本のステーによって等間隔に連結されて一体化されている。 On the other hand, the transmitted turbulent light detection head 13 provided on the surface plate 1 includes a transmitted scattered light collector 40 and a transmitted scattered light PMT 41 as a reflected scattered light detection sensor that converts the scattered light into an electric signal. Has been. Here, the transmitted scattered light concentrator 40 is, for example, a hollow funnel-shaped collecting tube 42 made of aluminum that has a mirror-finished inner peripheral surface, and has an opening at the upper end where the transmitted scattered light is incident. The center of the unit is provided with an inspection beam capturing element 43 that captures an inspection beam 61 that passes straight through the inspection object W and separates it from the scattered light, and transmits the scattered light only connected to the lower end of the light collecting tube 42. It is set as the structure which injects into PMT41 for use. Although not shown, the funnel-shaped condensing tube 42 and the inspection beam capturing element 43 inside the funnel are connected at equal intervals by, for example, a plurality of thin stays that are not shielded against scattered light. It has become.
検査ビーム捕捉素子43は、本実施形態の場合、例えば円柱ブロックの中央にスキャン幅に対応させた長さの楕円形状の凹部(底部を有し貫通していない)が形成されたものであり、少なくとも凹部を低反射率の素材で区画形成したり、凹部の内面を低反射率の素材で被覆して、凹部に入射した検査ビームを閉じ込める、所謂ブラックホールのようなものである。検査ビーム捕捉素子43を構成するブロックの外表面は鏡面とすることが好ましい。透過散乱光は検査ビーム捕捉素子43の周りを通過あるいは反射しながら出口側に導かれ、出口に配置された透過散乱光用PMTで検出される。尚、ブラックホール素子に代えて、光ファイバの束を中央に配置し、真っ直ぐに透過する検査ビームを透過集光ミラーの外に導き出して透過PMTで検出できないようにすることも可能である。反射散乱光検出ヘッド12及び透過散乱光検出ヘッド13の各PMT29、41に入射された散乱光は光電変換されて信号処理装置に検出信号として供給される。尚、信号処理回路は図示していないが光学基台3に実装されている。 In the case of this embodiment, the inspection beam capturing element 43 is formed, for example, in the center of a cylindrical block having an elliptical concave portion (having a bottom and not penetrating) having a length corresponding to the scan width. It is like a so-called black hole in which at least the recess is partitioned with a material having a low reflectance, or the inner surface of the recess is covered with a material with a low reflectance to confine the inspection beam incident on the recess. The outer surface of the block constituting the inspection beam capturing element 43 is preferably a mirror surface. The transmitted scattered light is guided to the exit side while passing or reflecting around the inspection beam capturing element 43 and detected by the transmitted scattered light PMT disposed at the exit. In place of the black hole element, a bundle of optical fibers may be arranged in the center, and the inspection beam that is transmitted straight may be led out of the transmission condensing mirror so that it cannot be detected by the transmission PMT. Scattered light incident on the PMTs 29 and 41 of the reflected scattered light detection head 12 and the transmitted scattered light detection head 13 is photoelectrically converted and supplied as a detection signal to the signal processing device. The signal processing circuit is mounted on the optical base 3 although not shown.
また、本実施形態にかかる卓上用欠陥検査装置は、被検査物Wの片持ち支持に起因するステージの振動の影響を除くため、オートフォーカス制御をかけて、対物レンズ24の焦点位置が一定となるように光学基台3ごと検査光学系をZ軸方向に移動させている。 In addition, the desktop defect inspection apparatus according to the present embodiment performs autofocus control to eliminate the influence of stage vibration caused by cantilever support of the inspection object W, and the focal position of the objective lens 24 is constant. Thus, the inspection optical system is moved in the Z-axis direction together with the optical base 3.
ここで、本実施形態にかかるオートフォーカス(AF)制御機構は、例えば、光テコ方式により焦点誤差信号を発生させるものである。具体的には、例えば検査ビーム光学系11の結像レンズ23及び対物レンズ24を利用して、AFレーザダイオード46、AFLDコリメート47、第1のAFミラー(全反射ミラー)48、AFリレーレンズ49、第2のAFミラー50、AF制御センサ51によってAF制御機構が構成されており、光学基台3に搭載されている。本実施形態においてAF制御センサ51は例えば4分割された素子でブリッジ回路を構成するものが採用されているが、これに限られるものではなく、一般的な2分割センサでも良い。AFレーザーダイオード46から出射された焦点検出ビーム62は、AFLDコリメート47、第1のAFミラー48、AFリレーレンズ49及び第2のAFミラー50を順次経て、検査ビーム61の光路に入射される。そして、fθレンズ21を経てポリゴンミラー22に入射される。ポリゴンミラー22で反射された焦点検出ビーム62は、再びfθレンズ21を通過し結像レンズ23及び対物レンズ24を経て、被検査物Wの表面上に合焦される。尚、対物レンズから出射した焦点検出ビーム62は、光軸を通る検査ビーム61とは異なり、被検査物Wの表面に対して斜めの角度で入射する。AFビームは三角法原理を利用しているので、入射角はできるだけ大きくする方が良い。被検査物Wの表面で反射した焦点検出ビーム62は、再び対物レンズ24を通過し、戻り光として逆の光路を位置をずらして進行する。そして、結像レンズ23及びfθレンズ21を経てポリゴンミラー22に入射し、デスキャンされる。さらに、ポリゴンミラー22で反射し、fθレンズ21、第2のAFミラー50、AFリレーレンズ49を透過し、第1のAFミラー48で反射される。そして、AF制御センサ(ビーム変位素子)51に入射される。 Here, the autofocus (AF) control mechanism according to the present embodiment generates a focus error signal by, for example, an optical lever method. Specifically, for example, by using the imaging lens 23 and the objective lens 24 of the inspection beam optical system 11, an AF laser diode 46, an AFLD collimator 47, a first AF mirror (total reflection mirror) 48, and an AF relay lens 49 are used. , the second AF mirror 5 0, and AF control mechanism is constituted by the AF control sensors 51, mounted on the optical base 3. In the present embodiment, for example, an AF control sensor 51 that constitutes a bridge circuit with elements divided into four is adopted, but the present invention is not limited to this, and a general two-divided sensor may be used. The focus detection beam 62 emitted from the AF laser diode 46 is incident on the optical path of the inspection beam 61 through the AFLD collimator 47, the first AF mirror 48, the AF relay lens 49, and the second AF mirror 50 in this order. Then, the light enters the polygon mirror 22 through the fθ lens 21. The focus detection beam 62 reflected by the polygon mirror 22 passes through the fθ lens 21 again, passes through the imaging lens 23 and the objective lens 24, and is focused on the surface of the inspection object W. Unlike the inspection beam 61 passing through the optical axis, the focus detection beam 62 emitted from the objective lens is incident on the surface of the inspection object W at an oblique angle. Since the AF beam uses the trigonometric principle, it is better to make the incident angle as large as possible. The focus detection beam 62 reflected from the surface of the inspection object W passes through the objective lens 24 again, and proceeds as a return light while shifting the position of the reverse optical path. Then, the light enters the polygon mirror 22 through the imaging lens 23 and the fθ lens 21 and is descanned. Further, the light is reflected by the polygon mirror 22, passes through the fθ lens 21, the second AF mirror 50, and the AF relay lens 49, and is reflected by the first AF mirror 48. Then, the light enters the AF control sensor (beam displacement element) 51.
焦点検出ビーム62が設定された焦点位置における被検査物Wの表面上に合焦すると、AF用基板51上に形成される焦点検出スポットは、分割線上に均等に位置し、2組みの受光領域には互いに等しい光量の光が入射する。被検査物Wが対物レンズの光軸方向(Z軸方向)に変位すると、AF用基板51の4個の受光領域に入射する光量が変化するので、4個の受光領域からの出力信号に基づいて検査ヘッドを光軸方向に駆動するための焦点制御信号を形成することができる。 When the focus detection beam 62 is focused on the surface of the inspection object W at the set focus position, the focus detection spots formed on the AF substrate 51 are evenly positioned on the dividing line, and two sets of light receiving regions The same amount of light is incident on. When the inspection object W is displaced in the optical axis direction (Z-axis direction) of the objective lens, the amount of light incident on the four light receiving areas of the AF substrate 51 changes, and therefore, based on output signals from the four light receiving areas. Thus, a focus control signal for driving the inspection head in the optical axis direction can be formed.
4個の受光領域からの出力信号は、光学基台3を光軸方向に変位させる駆動装置に供給される。本実施形態では、光学基台3は、検出される焦点誤差に応じて光軸方向に駆動され、常に検査ビームの焦点深度の範囲内に被査物Wが収まるように制御される。そして、本実施形態の場合には、ビームウェスト61wの位置が被検査物Wの厚みtの大凡中心に収まるように制御されている。 Output signals from the four light receiving regions are supplied to a driving device that displaces the optical base 3 in the optical axis direction. In the present embodiment, the optical base 3 is driven in the optical axis direction according to the detected focus error, and is controlled so that the object W is always within the range of the focal depth of the inspection beam. In the case of the present embodiment, the position of the beam waist 61w is controlled so as to fall within the approximate center of the thickness t of the inspection object W.
上述したオートフォーカス制御機構は、検査に先立って、検査ヘッドを光軸方向に変位させながら、例えば中央に欠陥のある試料などを使って、ビームウェスト61wが被検査物Wの厚みtの大凡中心位置に形成されように光学系を調整する。また、ビームウェスト61wの径の調整は、例えばリレーレンズやエクスパンダなどの光学系の調整で行われる。そして、その焦点位置あるいはそのときの被検査物の表面と対物レンズ24との間隔が一定に保たれるようにオートフォーカス機構のAF用基板51の出力を調整し、AF用基板51の4個の受光領域のブリッジ回路の出力強度が互いに等しくなるように設定する。このように設定された状態において、オートフォーカス機構を動作させ、焦点制御信号を出力する。そして、モータに駆動信号を供給し、検査中に検査ビームの焦点深度内に被検査物Wの厚みが収まるようにオートフォーカス制御が行われる。 In the above-described autofocus control mechanism, the beam waist 61w is approximately the center of the thickness t of the inspection object W using, for example, a sample having a defect in the center while displacing the inspection head in the optical axis direction prior to the inspection. The optical system is adjusted so that it is formed at the position. The diameter of the beam waist 61w is adjusted by adjusting an optical system such as a relay lens or an expander. Then, the outputs of the AF substrate 51 of the autofocus mechanism are adjusted so that the focal position or the distance between the surface of the object to be inspected at that time and the objective lens 24 is kept constant. Are set so that the output intensities of the bridge circuits in the light receiving area are equal to each other. In the state set in this way, the autofocus mechanism is operated to output a focus control signal. Then, a drive signal is supplied to the motor, and autofocus control is performed so that the thickness of the inspection object W is within the depth of focus of the inspection beam during inspection.
また、光学系基台3には、レビュー用光学系52が搭載されている。このレビュー用光学系52は、例えば顕微鏡53と、顕微鏡CCDカメラ54と顕微鏡用対物レンズ55とで構成され、検査ビーム光学系11と平行に配置されている。また、顕微鏡用対物レンズ55の周辺には照明用のLEDスポット照明56や、この照明光源56からの照明光を観察位置に導くための反射ミラー57などが搭載されている。このレビュー用カメラ54の光軸位置と検査ビーム61の光軸位置とのオフセット値は既知であり、メモリあるいはソフトウェア上で記憶されているので、実際に検査している位置の表面を顕微鏡CCDカメラ54による観察に切り替えるときには、オフセット値に基づいてX軸方向に移動させて、実際に検査している箇所(異物あるいは傷などの欠陥があったと思われる位置)の表面を実体観察する。 The optical system base 3 is equipped with a review optical system 52. The review optical system 52 includes, for example, a microscope 53, a microscope CCD camera 54, and a microscope objective lens 55, and is arranged in parallel with the inspection beam optical system 11. Further, an LED spot illumination 56 for illumination and a reflection mirror 57 for guiding illumination light from the illumination light source 56 to the observation position are mounted around the microscope objective lens 55. Since the offset value between the optical axis position of the review camera 54 and the optical axis position of the inspection beam 61 is known and stored in a memory or software, the surface of the actually inspected position is a microscope CCD camera. When switching to observation by 54, the surface is moved in the X-axis direction based on the offset value, and the surface of the actually inspected part (position where a defect such as a foreign object or a flaw is considered to be present) is actually observed.
以上のように構成された卓上用欠陥検査装置による、散乱光の検出による異物あるい傷などの検出原理について以下に説明する。 The detection principle of a foreign object or a flaw by detecting scattered light by the desktop defect inspection apparatus configured as described above will be described below.
まず、原点出しが行われ、座標系の情報が取得される。次いで、被検査物Wの種類や検査種別・検査レベルに応じた諸条件等が読み込まれる。その後、ポリゴンミラー22とレーザ14が駆動される。そして、オートフォーカス機構45が起動され、被検査物Wに向けて所定位置まで光学基台3がZ軸方向に降下させられる。検査開始により、所定幅例えば5mm幅(奥行き方向・Y方向)にスキャンしながらステージ・被検査物ホルダ6をX軸方向に連続的に所定の速度で送って、被検査物Wを横断した後に、所定ピッチだけ奥行き方向・Y方向に送りを与える。検査ビームは、一定のスキャン幅(Y軸方向)で繰り返されながら、スポットが外れないように移動(X軸方向)させられている。再びスキャンしながら戻る。スキャンは行きと帰りで一部重なるように設定されている。これを繰り返して、被検査物Wの全面をスキャンする。 First, origin search is performed, and coordinate system information is acquired. Next, various conditions according to the type of the inspection object W, the inspection type, and the inspection level are read. Thereafter, the polygon mirror 22 and the laser 14 are driven. Then, the autofocus mechanism 45 is activated, and the optical base 3 is lowered in the Z-axis direction toward the inspection object W to a predetermined position. After the inspection is started, the stage / inspection object holder 6 is continuously fed at a predetermined speed in the X-axis direction while scanning to a predetermined width, for example, 5 mm width (depth direction / Y direction), and after crossing the inspection object W. The feed is given in the depth direction / Y direction by a predetermined pitch. The inspection beam is moved (X-axis direction) so that the spot is not removed while being repeated with a constant scan width (Y-axis direction). Return while scanning again. The scans are set so that they overlap partially on the way back and forth. By repeating this, the entire surface of the inspection object W is scanned.
検査ビーム光学系11の検査ビーム61が被検査物Wの表面に垂直に照射されると、被検査物Wの表面上に異物が存在する場合、異物により散乱光が発生する。この散乱光は、主に検査ビーム61の進行方向と反対の方向に進行するもの(反射散乱光と呼ぶ)であるが、一部は検査ビーム61の進行方向にも進行し被検査物Wを透過するもの(透過散乱光)となる。また、被検査物Wの内部に気泡(ボイド)や局所的な屈折率分布が存在する場合には、これらのボイドからも散乱光が発生する。この被検査物Wの内部で発生する散乱光の場合は、主に透過散乱光となるが、一部は反射散乱光となって被検査物Wの表面側にも進行する。さらに、被検査物Wの裏面に異物や傷などが存在する場合に発生する散乱光は、被検査物Wの内部で発生する散乱光と同様に、主に透過散乱光となるが、一部は反射散乱光となって被検査物Wの表面側に進行する。 When the inspection beam 61 of the inspection beam optical system 11 is irradiated perpendicularly to the surface of the inspection object W, if there is a foreign object on the surface of the inspection object W, scattered light is generated by the foreign object. This scattered light mainly travels in the direction opposite to the traveling direction of the inspection beam 61 (referred to as reflected scattered light), but part of the scattered light also travels in the traveling direction of the inspection beam 61 and passes through the inspection object W. Transmitted light (transmitted scattered light). Further, when bubbles (voids) or local refractive index distributions exist inside the inspection object W, scattered light is also generated from these voids. In the case of the scattered light generated inside the inspection object W, the scattered light is mainly transmitted, but a part of the scattered light travels toward the surface side of the inspection object W as reflected scattering light. Further, the scattered light generated when foreign matter or scratches are present on the back surface of the inspection object W is mainly transmitted scattered light, similar to the scattered light generated inside the inspection object W, but partly Becomes reflected and scattered light and travels to the surface side of the inspection object W.
このため、被検査物Wの表面側に配置された反射散乱光集光器25には反射散乱光が集められ、被検査物Wの裏面側に配置された透過散乱光集光器40には透過散乱光が集められる。したがって、反射散乱光検出ヘッド12により反射散乱光が検出されたときには、主に被検査物Wの表面に存在する異物や欠陥を検出したものであり、透過散乱光検出ヘッド13により透過散乱光が検出された場合には主に被検査物Wの内部のボイドなどの内部欠陥や裏面に付着した異物や傷などを検出したものであるとすることもできるが、厳密な意味ではこれらを特定することはできない。 Therefore, the reflected scattered light collector 25 is collected on the reflected scattered light collector 25 arranged on the surface side of the inspection object W, and the transmitted scattered light collector 40 arranged on the back surface side of the inspection object W is collected. Transmitted scattered light is collected. Therefore, when the reflected / scattered light is detected by the reflected / scattered light detection head 12, foreign matter or a defect mainly present on the surface of the inspection object W is detected, and the transmitted / scattered light is detected by the transmitted / scattered light detection head 13. If detected, it may be mainly detected internal defects such as voids inside the inspected object W, foreign matter or scratches attached to the back surface, but these are specified in a strict sense. It is not possible.
つまり、反射散乱光検出ヘッド12からの検出信号は、あくまで反射散乱光を検出したものであって、透過散乱光検出ヘッド13からの検出信号はあくまで透過散乱光を検出したものでしかない。したがって、被検査物Wの或る位置における表面あるいは裏面若しくは内部に、異物の付着や傷などの欠陥の存在があるということは検出できる。しかも、反射散乱光検出ヘッド12により検出されたものか、透過散乱光検出ヘッド13により検出されたものかで、その異物や欠陥などが主に被検査物Wの表面に存在するのか、あるいはそれ以外(内部若しくは裏面)に存在するものなのかは大凡判断することはできる。 That is, the detection signal from the reflected / scattered light detection head 12 is merely a detection of the reflected / scattered light, and the detection signal from the transmitted / scattered light detection head 13 is only detected from the transmitted / scattered light. Therefore, it can be detected that there is a defect such as adhesion of a foreign substance or a flaw on the front surface, back surface, or inside of the inspection object W at a certain position. In addition, whether the object is detected by the reflected / scattered light detection head 12 or the transmitted / scattered light detection head 13 and the foreign matter or defect exists mainly on the surface of the inspection object W, or It can be roughly judged whether it exists outside (inside or back side).
しかしながら、その異物や欠陥などが、被検査物Wの表面に存在するのか、あるいはそれ以外(内部若しくは裏面)に存在するものなのかを厳密には特定することはできない。これをさらに厳密に判別する必要がある場合には、レビュー用光学系52を併用することにより、さらに異物や傷の位置を特定することを可能とすることができる。つまり、レビュー用光学系52の光軸位置と検査ビーム光学系11の光軸位置とのオフセット値は既知であり、メモリあるいはソフトウェア上で記憶されているので、オフセット値に基づいてレビュー用光学系52を実際に検査している箇所(異物あるいは傷などの欠陥があったと思われる位置)に移動させて、実際に検査している位置の表面を実体観察することができる。そして、この実体観察によるレビューで被検査物Wの表面の異物あるいは傷などの欠陥が確認できないときには、その傷などは被検査物Wの表面以外の部分即ち被検査物Wの内部あるいは裏面の傷などと判断できる。 However, it cannot be strictly specified whether the foreign matter or defect exists on the surface of the inspection object W or on the other side (inside or on the back surface). When it is necessary to discriminate this more strictly, it is possible to further specify the position of a foreign substance or a flaw by using the review optical system 52 in combination. That is, since the offset value between the optical axis position of the review optical system 52 and the optical axis position of the inspection beam optical system 11 is known and stored in a memory or software, the review optical system is based on the offset value. The surface of the position actually inspected can be actually observed by moving 52 to a place where the inspection is actually performed (a position where a defect such as a foreign object or a flaw is considered to be present). If no defect such as a foreign matter or a flaw on the surface of the inspection object W can be confirmed by the review based on the actual observation, the flaw or the like is a part other than the surface of the inspection object W, that is, a flaw on the inside or the back surface of the inspection object W It can be judged.
因みに、本実施形態にかかる卓上用欠陥検査装置によれば、検査ビーム光学系11によるレビューは、1回欠陥検査した後に、異物あるいは傷などの欠陥があったと思われる位置(座標)に戻って、その座標を中心に前後にスキャンすることによって行うことができる。そして、検査ビーム光学系11によるレビューの結果は、スキャン画像として表示装置に表示される。そして、散乱光の輝点を確認することができる。その後、その既定の位置の実体観察によるレビューで表面の異物、傷などの欠陥を確認できないときに、被検査物Wの内部の欠陥例えばボイド、裏面の傷や異物付着と判断することができる。因みに、ステージの位置情報・座標情報と欠陥信号とが信号処理回路に入力されて関連付けられるので、欠陥の位置を示すマップを形成できる。これによって、例えば半導体用石英ガラス・6025の検査でも数分/枚程度で完了した。現在、半導体用石英ガラス・6025の検査は1時間/枚程度かかっているので、全量検査をすることができずにロット毎の抜き出し検査をしているのが現状である。しかし、本実施形態にかかる検査装置によれば、全量検査(全品検査)することも可能となる。 Incidentally, according to the desktop defect inspection apparatus according to the present embodiment, the review by the inspection beam optical system 11 returns to a position (coordinates) that is considered to have a defect such as a foreign object or a flaw after performing the defect inspection once. , By scanning back and forth around the coordinates. Then, the result of the review by the inspection beam optical system 11 is displayed on the display device as a scanned image. And the bright spot of scattered light can be confirmed. Thereafter, when a defect such as a foreign substance or a flaw on the surface cannot be confirmed by a review based on the actual observation at the predetermined position, it can be determined that a defect inside the inspection object W, for example, a void, a flaw on the back surface, or a foreign substance is attached. Incidentally, since the position information / coordinate information of the stage and the defect signal are input to and associated with the signal processing circuit, a map indicating the position of the defect can be formed. Thus, for example, the inspection of quartz glass for semiconductor 6025 was completed in about several minutes / sheet. At present, the inspection of quartz glass for semiconductor 6025 takes about 1 hour / sheet, so that it is not possible to inspect the entire quantity, and the sampling inspection for each lot is currently performed. However, according to the inspection apparatus according to the present embodiment, it is possible to inspect the entire quantity (all goods inspection).
以上、散乱光の検出は単なる輝点として把握されるため、それが被検査物Wの表面に付着した異物なのかあるいは傷などの欠陥なのか、さらには被検査物Wの内部に発生したボイドなどの欠陥や裏面に付着した異物あるいは傷などの欠陥に起因するものなのかは分別できない。しかしながら、検査レーザーによるレビューと、CCD顕微鏡カメラによるレビューとで判別することは可能である。 As described above, since the detection of the scattered light is grasped as a simple luminescent spot, whether it is a foreign matter adhering to the surface of the inspection object W or a defect such as a scratch, or a void generated inside the inspection object W. It cannot be distinguished whether it is caused by a defect such as a foreign matter attached to the back surface or a defect such as a scratch. However, it is possible to distinguish between a review by an inspection laser and a review by a CCD microscope camera.
しかも、以上の検査において、焦点深度の範囲で発生する散乱光は大きな光エネルギの密度に差が生じないので、被検査物Wの表面側と裏面側とで感度にばらつきが生じ難い。ほぼ同等の輝度として検出することができる。ここで、仮に、ビームウェストが強く絞られないことで、光エネルギが分散したとしても、被検査物Wの厚み方向が焦点深度b内であり、被検査物Wを通過する領域でビームウェスト61wのスポット径が大きく変化しない場合、全体に感度不足を補う方法はある。例えば半導体レーザのパワーを大きくしたり、集光効率を上げることで可能である。特に、散乱光集光器として、図8に示すような360°開口している2重筒状のミラーから成る反射散乱光集光器25及び/又は透過散乱光用集光器40を使用する場合、検査ビーム61のいずれかの部分から発生した散乱光を効率良く集光することが可能になる。したがって、実施形態の反射散乱光集光器25を用いた反射散乱光検査ヘッド11や透過散乱光集光器40を用いた透過散乱光検出ヘッド13を併用することで、散乱光の集光効率を上げることで、半導体レーザのパワーを大きくしなくとも十分な検出感度を確保できる。
強度が高まることが確認された。
In addition, in the above inspection, the scattered light generated in the range of the depth of focus does not cause a difference in the density of large light energy, so that the sensitivity hardly varies between the front surface side and the back surface side of the inspection object W. It can be detected as almost the same luminance. Here, even if the beam waist is not squeezed strongly, even if light energy is dispersed, the thickness direction of the inspection object W is within the focal depth b, and the beam waist 61w is in the region passing through the inspection object W. If the spot diameter does not change greatly, there is a method to compensate for the lack of sensitivity as a whole. For example, this can be achieved by increasing the power of the semiconductor laser or increasing the light collection efficiency. In particular, as the scattered light collector, using the reflection scattering light condensing device 25 and / or transmitted scattered light collector 40 composed of a 360 ° opening to have a double cylindrical mirror as shown in FIG. 8 In this case, scattered light generated from any part of the inspection beam 61 can be efficiently collected. Accordingly, the combined use of the reflected / scattered light inspection head 11 using the reflected / scattered light collector 25 of the embodiment and the transmitted / scattered light detection head 13 using the transmitted / scattered light collector 40 together makes it possible to collect scattered light. As a result, the sufficient detection sensitivity can be secured without increasing the power of the semiconductor laser.
It was confirmed that the strength increased.
尚、散乱光を検出して欠陥判定する場合、反射散乱光検出ヘッド12及び透過散乱光検出ヘッド13の各PMT29、41からの検出信号の振幅を所定の閾値と比較し、閾値を超えた場合欠陥が存在するものと判定することもできる。 When detecting the scattered light and determining the defect, the amplitude of the detection signal from each of the PMTs 29 and 41 of the reflected scattered light detection head 12 and the transmitted scattered light detection head 13 is compared with a predetermined threshold value, and the threshold value is exceeded. It can also be determined that a defect exists.
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、被検査物Wの欠陥検査について説明したが、被検査物W以外に、フォトマスクの保護に用いられるペリクルの欠陥検査についても適用することができる。ペリクルは、薄い透明膜であり剛体ではないため、検査中に変形し易い特性がある。これに対して、本発明の検査光学系は、検査中にペリクル面が変位ないし変形しても、ペリクルからの反射光が光検出手段に入射するので、正確な欠陥検査を行うことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the defect inspection of the inspection object W has been described. However, in addition to the inspection object W, it can be applied to defect inspection of a pellicle used for protecting a photomask. Since the pellicle is a thin transparent film and not a rigid body, it has a characteristic of being easily deformed during inspection. On the other hand, the inspection optical system of the present invention can perform an accurate defect inspection because the reflected light from the pellicle is incident on the light detection means even if the pellicle surface is displaced or deformed during the inspection.
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では主に小型の被検査物Wを検査対象とした卓上型欠陥検査装置について適用した例を挙げて説明したが、これに特に限られるものではなく、必要に応じて大型の被検査物に適用する構成としても良い。図示していないが、被検査物を固定し、検査ヘッド側を駆動させる構成とすることにより、比較的大型の被検査物に適用することも可能である。この場合には、例えば、基台上に被検査物を立てて固定配置する。検査ビーム光学系11と反射散乱光検出ヘッド12及びオートフォーカス光学系45並びにレビュー用光学系52とが搭載されている第1の光学基台と透過散乱光検出ヘッド13を搭載する第2の光学基台とが被検査物Wを挟んで水平に対向配置され、被検査物Wに対して鉛直面内で直交する二軸方向に移動させることで、相対的に2次元走査を行うようにさせても良い。この場合、第1の光学基台と第2の光学基台とは同期をとって同一方向に駆動され二次元的に移動させるので、被検査物Wの全面を検査ビームで走査できる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a desktop type defect inspection apparatus that mainly targets a small inspection object W has been described. However, the present invention is not particularly limited to this, and a large size is necessary as necessary. It is good also as a structure applied to this to-be-inspected object. Although not shown, it is possible to apply to a relatively large inspection object by fixing the inspection object and driving the inspection head side. In this case, for example, the object to be inspected is fixedly arranged on the base. A first optical base on which the inspection beam optical system 11, the reflected scattered light detection head 12, the autofocus optical system 45, and the review optical system 52 are mounted, and a second optical on which the transmitted scattered light detection head 13 is mounted. The base is disposed horizontally opposite to the inspection object W, and is moved in two axial directions perpendicular to the inspection object W in the vertical plane so that relatively two-dimensional scanning is performed. May be. In this case, since the first optical base and the second optical base are driven in the same direction and moved two-dimensionally in synchronization, the entire surface of the inspection object W can be scanned with the inspection beam.
また、透過散乱光を検出する透過散乱光集光器40としては、例えば検査ビーム捕捉素子(ブラックホール)43の周囲に沿って配列した多数の光ファイバのバンドルによって構成することも可能である。この場合には、光ファイバの出射端に透過散乱光用PMT41を配置して、透過散乱光を検出することができる。さらに、検査ビーム捕捉素子(ブラックホール)43を用いずに光ファイバだけで受光面を構成し、光ファイバの束の中央の一部の光ファイバ、つまり被検査物Wを真っ直ぐに透過する検査ビームだけを受光する領域部分の光ファイバの出射端を透過散乱光用PMT41に接続せずに、そのまま開放端として透過散乱光用PMT41で検出できないようにすることも可能である。勿論、これらの場合においても、検査ビームの被検査物Wにおける焦点深度を深くして焦点深度の範囲に被検査物Wの厚みを収めることにより、被検査物Wの表面のみならず内部や裏面での欠陥や付着異物の存在を1回の検査で検出し得るという特有の効果を喪失するものではない。 The transmitted scattered light collector 40 for detecting transmitted scattered light can also be constituted by a bundle of a number of optical fibers arranged along the periphery of the inspection beam capturing element (black hole) 43, for example. In this case, the transmitted scattered light can be detected by arranging the transmitted scattered light PMT 41 at the output end of the optical fiber. Further, a light receiving surface is constituted only by an optical fiber without using the inspection beam capturing element (black hole) 43, and an inspection beam that passes straight through a part of the optical fiber in the center of the optical fiber bundle, that is, the inspection object W. It is also possible to prevent the transmission scattered light PMT 41 from being detected as an open end without connecting the outgoing end of the optical fiber in the region receiving only the light to the transmitted scattered light PMT 41. Of course, in these cases as well, the depth of focus of the inspection beam on the inspection object W is increased so that the thickness of the inspection object W falls within the range of the focal depth, so that not only the surface of the inspection object W but also the inside and the back surface. It does not lose the peculiar effect of being able to detect the presence of defects and attached foreign matter in one inspection.
また、被検査物Wに連続的にビームを当てて(スキャンしない)、ステージ側を送ることで検出することも可能である。また、上述の実施形態では厚みのある被検査物W例えば17mmもの厚みのある石英ガラスのような被検査物Wに対する深みのある検査に適用できるものとして、垂直に検査ビームを当てる場合を例に挙げて主に説明したが、これに特に限られるものではなく、シリコンウェハのような薄いものであれば、斜めから検査ビームをあてることもある。この場合には、欠陥があるときにより散乱し易い上に、散乱指向性が強くなるので、検出し易くなる。 It is also possible to detect by continuously irradiating a beam to the inspection object W (not scanning) and sending it to the stage side. Further, in the above-described embodiment, the case where the inspection beam is applied vertically is taken as an example as being applicable to a deep inspection of the inspection object W such as quartz glass having a thickness of 17 mm. However, the present invention is not limited to this, and an inspection beam may be applied obliquely if it is thin such as a silicon wafer. In this case, when there is a defect, it is easier to scatter, and since the scattering directivity becomes stronger, it becomes easier to detect.
また、上述の実施形態では、反射散乱光集光器25として2重筒構造のミラーを利用したものを用いた例を挙げて主に説明したが、本発明これに特に限られるものではなく、回転放物面体の一部を光軸(中心軸線)と直交する2つの面で切り出した楕円放物面鏡(特開2010−112803号公報で記載されている集光素子)を用いても良い。この場合においても、検査ビームの被検査物Wにおける焦点深度を深くして焦点深度の範囲に被検査物Wの厚みを収めることにより、被検査物Wの表面のみならず内部や裏面での欠陥や付着異物の存在を1回の検査で検出し得るという特有の効果を喪失するものではない。 In the above-described embodiment, the example using the double-cylinder structure mirror as the reflected scattered light collector 25 has been mainly described, but the present invention is not particularly limited to this, An elliptic paraboloid mirror (a condensing element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-112803) in which a part of a rotating paraboloid is cut out by two surfaces orthogonal to the optical axis (center axis) may be used. . Even in this case, the depth of focus of the inspection beam on the inspection object W is increased so that the thickness of the inspection object W falls within the range of the focal depth, so that not only the surface of the inspection object W but also the inside and back surfaces are defective. In addition, it does not lose the unique effect that the presence of adhering foreign matter can be detected by a single inspection.
1 定盤
2 コラム
3 光学基台
4 X軸方向送り機構
5 Y軸方向送り機構
6 被検査物ホルダ(ガラスホルダ)
11 検査ビーム光学系
12 反射散乱光検出ヘッド
13 透過散乱光検出ヘッド
25 反射散乱光集光器
26 第1の反射集光ミラー
27 集光レンズ
28 第2の反射光ミラー
29 反射散乱光用PMT
30 外側の円筒
31 内側の逆截頭円錐体
32 対物レンズ収容空間
33 スリット
34 外側の円筒の内周面
35 内側の逆截頭円錐体の外周面
37 入射口
38 出射口
39 スリット
40 透過散乱光集光器
41 透過散乱光用PMT
42 集光筒
43 検査ビーム捕捉素子
45 オートフォーカス光学系
52 レビュー用光学系
61 検査ビーム
61w ビームウェスト
62 焦点検出ビーム
W 被検査物
b 焦点深度(レイリー長さ)
t 被検査物の厚み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface plate 2 Column 3 Optical base 4 X-axis direction feed mechanism 5 Y-axis direction feed mechanism 6 Inspection object holder (glass holder)
11 Inspection beam optical system 12 Reflected scattered light detection head 13 Transmitted scattered light detection head 25 Reflected scattered light collector
26 1st reflection condensing mirror
27 Condensing lens
28 Second reflection light mirror 29 PMT for reflected scattered light
30 Outer cylinder 31 Inner inverted truncated cone 32 Objective lens accommodation space 33 Slit 34 Outer cylinder inner peripheral surface 35 Inner inverted truncated cone outer peripheral surface 37 Entrance port 38 Exit port 39 Slit 40 Transmitted scattered light Concentrator 41 PMT for transmitted scattered light
42 Condensing tube 43 Inspection beam capturing element 45 Autofocus optical system 52 Optical system for review 61 Inspection beam 61w Beam waist 62 Focus detection beam W Inspection object b Depth of focus (Rayleigh length)
t Thickness of inspection object
Claims (7)
前記反射散乱光集光器は、外周面が鏡面に構成されていると共に前記被検査物に前記検査ビームを照射可能に前記検査ビーム光学系の対物レンズを収容する逆截頭円錐筒と、前記逆截頭円錐体部の外側を囲むように配設されると共に内周面が鏡面に構成されている円筒との2重構造として、前記逆截頭円錐筒と外側の前記円筒との間の空間に前記被検査物からの反射散乱光を導光させる空間を形成し、
前記第1の反射光ミラーは、前記検査ビームを通過させるスリットが設けられ、前記反射散乱光集光器の出射口の上で前記反射散乱光集光器と結像レンズとの間で前記結像レンズと交わらない位置に設置されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の欠陥検査装置。 The reflection / scattering light detection head includes a reflection / scattering light collector, a first reflection / condensing mirror, a second reflection light mirror, and a reflection / scattering light detection sensor;
The reflected and scattered light collector has an outer peripheral surface configured as a mirror surface and a reverse truncated conical cylinder that houses the objective lens of the inspection beam optical system so that the inspection beam can be irradiated onto the inspection object; As a double structure with a cylinder which is arranged so as to surround the outer side of the inverted truncated cone part and whose inner peripheral surface is a mirror surface, between the inverted truncated cone cylinder and the outer cylinder Forming a space for guiding reflected and scattered light from the object under test in the space;
The first reflected light mirror is provided with a slit that allows the inspection beam to pass therethrough, and the connection between the reflected scattered light collector and the imaging lens on the exit of the reflected scattered light collector. defect inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that is installed in a position that does not intersect with the image lens.
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