JPH05129399A - 表面付着粒子検出装置 - Google Patents

表面付着粒子検出装置

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JPH05129399A
JPH05129399A JP28782391A JP28782391A JPH05129399A JP H05129399 A JPH05129399 A JP H05129399A JP 28782391 A JP28782391 A JP 28782391A JP 28782391 A JP28782391 A JP 28782391A JP H05129399 A JPH05129399 A JP H05129399A
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Japan
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light
laser
signal
particle detection
semiconductor wafer
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JP28782391A
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Masakazu Hayashi
正和 林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】多様な方向性のパターンを有する対象物の表面
に付着した粒子を高感度で検出することが可能な表面付
着粒子検出装置を提供することにある。 【構成】半導体ウエハにレーザビームを照射して半導体
ウエハの表面に付着した粒子を検出する表面付着粒子検
出装置において、互いに異なる性質を有し半導体ウエハ
20の表面21に照射される複数のレーザビーム14
a、14bと、これらレーザビーム14a、14bを半
導体ウエハ20の表面21に走査する回転多面体スキャ
ナ16と、レーザビーム14a、14bを一定の間隔を
保ったまま半導体ウエハ20の表面21に集光するfθ
レンズ19と、半導体ウエハ20の表面21からの散乱
光を受けて電気信号に変換するフォトマルチプライア2
4a、24bと、このフォトマルチプライア24a、2
4bの出力からノイズ成分を除いて粒子30の信号を取
出すシグナルプロセッサ28とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、対象物の表面
に付着した粒子を検出する付着粒子検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体分野で利用される測定装置、ある
いは検査装置においては、nm(ナノ・メートル)オー
ダーの分解能が要求されるため、他の工学の分野ではあ
まり重要視されないパラメータが問題になる。そして、
例えば1〜10nmの分解能を有するレーザ干渉計では
測定環境(温度、気圧、湿度、振動など)までが測定値
を支配する要因或いは誘因となる。
【0003】上述のような高い分解能を得ることは難し
く、また、得られたとしても、測定・検査方法によって
値が異なる場合がある。そこで、径寸法が特定の値に決
められた粒子を、測定・検査のための標準試料として用
いてその装置の分解能を求めることが行われている。
【0004】また、図5は半導体ウエハの表面の欠陥を
検査する装置の原理を示している。この装置は、レーザ
の直線偏光成分の解消現象を利用したもので、S偏光の
レーザビーム1をパターニングウエハ2に対して略水平
方向(α 2°)から照射する。この時パターン部分か
らの反射散乱光3はほぼS偏光成分であるのに反してパ
ターン上に突起状異物がある場合は反射散乱光3は偏光
解消を起こし、P偏光成分が現れる。したがって、結像
面4の前にS偏光遮断偏光板5を置けば、突起状異物だ
けが抽出される。ここで、図5中の6は光電素子であ
り、7は対物レンズである。
【0005】また、微粒子計測技術やレーザ計測・検査
が記載された刊行物として、例えば、「電気学会技術報
告(II部)第255号 クリーンルームと微粒子計測
技術」や「月刊Semiconductor World 1986 8, レーザ応
用技術 検査装置への応用」等がある。そして、表面付
着粒子検出装置に関する説明は、上記「電気学会技術報
告」の図3.47、図3.49、及び、図3.50や、
上記「月刊Semiconductor World」の図3及び図4に示
されており、パターニングされたものを検査対象とした
例に関する説明は、上記「電気学会技術報告」の図3.
57や上記「月刊Semiconductor World 」の図8及び図
10に示されている。
【0006】さらに、物体表面に付着した異物を検出す
るための技術が、特開昭60−63449号公報、同じ
く特開昭61−208051号公報、及び、同じく特開
昭62−70738号公報等に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図5のよう
にレーザの直線偏光成分の解消現象を利用した方式にお
いては、解消現象がパターンの方向性に依存する。この
ため、パターンを構成する線素の方向性が多様な場合に
は、この方式を適用することはできない。
【0008】つまり、この方式においては、例えば図6
に示すようにパターン8が互いに直交する2方向及びこ
れらの方向に対して±45°の方向に延びる線素により
構成されている場合のみしか検出を行うことができな
い。しかし、実際のデバイスにおいては異なったパター
ンを何重にも重ね合わせることが一般的であり、このた
め、製造プロセスの条件によってはパターンのコーナ部
が丸みをおびることもある。
【0009】また、上述の方式においては、偏光性を保
存するために、レーザビーム1をパターニングウエハ2
に対して略水平方向から照射する必要がある。このた
め、レーザスポットの大きさを数10μm程度に絞るこ
とができず、検出感度をある程度以上に高めることが難
しい。
【0010】本発明の目的とするところは、多様な方向
性のパターンを有する対象物の表面に付着した粒子を高
感度で検出することが可能な表面付着粒子検出装置を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、照射対象物に測定光を照射して
照射対象物の表面に付着した粒子を検出する表面付着粒
子検出装置において、互いに異なる性質を有し照射対象
物の表面に照射される複数の測定光と、これら測定光を
照射対象物の表面に走査する測定光走査手段と、測定光
を一定の間隔を保ったまま照射対象物の表面に集光する
集光光学系と、照射対象物の表面からの散乱光を受けて
電気信号に変換する光電変換手段と、この光電気変換手
段の出力からノイズ成分を除いて粒子の信号を取出す信
号処理手段とを備えた。また、本発明は、測定光を互い
に波長の異なる光を出力する光源から出射する。また、
本発明は、測定光を互いに異なる周波数に変調する。そ
して、本発明は、多様な方向性のパターンを有する対象
物の表面に付着した粒子を高感度で検出できるようにし
た。
【0012】
【実施例】以下、本発明の各実施例を図1〜図4に基づ
いて説明する。
【0013】図1は本発明の第1の実施例の要部を示し
ており、図中の符号11は表面付着粒子検出装置(以
下、検出装置と称する)である。この検出装置11は、
光源としての2つの半導体レーザ12a、12bを備え
ており、これら半導体レーザ12a、12bはレーザコ
ントローラ13に接続されている。半導体レーザ12
a、12bは、測定光としての、互いに異なる波長
λ1 、λ2 のレーザビーム14a、14bを出力するも
のであり、これらレーザビーム14a、14bはレンズ
15a、15bを通って、測定光走査手段としての回転
多面体スキャナ16に達する。ここで、半導体レーザ1
2a、12bの発振波長は、それぞれλ1 =670n
m、λ2 =780nmに設定されている。
【0014】一方の半導体レーザ12bとレンズ15b
との側にはアライメント機構17が設けられており、ア
ライメント機構17に連結された半導体レーザ12b及
びレンズ15bの、他方の半導体レーザ12a及びレン
ズ15bに対する姿勢はアライメント機構17によって
調整される。
【0015】前記回転多面体スキャナ16は正多面体状
のもので、スキャナドライバ18によって回転駆動され
る。そして、回転多面体スキャナ16は、図1中に矢印
Aで示すように回転して多数の鏡面を移動させ、レーザ
ビーム14a、14bを各鏡面で反射させて規則的に走
査する。さらに、回転多面体スキャナ16の後段には集
光光学系としてのfθレンズ19が配置されており、回
転多面体スキャナ16の各鏡面で反射したレーザビーム
14a、14bはfθレンズ19を介して照射対象物と
しての半導体ウエハ20の表面21に導かれる。
【0016】半導体ウエハ20はパターニングされたも
ので、図2中に示すように半導体ウエハ20の表面21
にはパターン22…が周期的に形成されている。上記レ
ーザビーム14a、14bは表面21上にスポット23
a、23bを結ぶ。スポット23a、23bの直径φは
共に略等しく設定されており、スポット23a、23b
の間隔dは隣合ったパターン22…のピッチpに略一致
している。
【0017】また、図1中に示すように、検査装置11
には、光電変換手段としての2つのフォトマルチプライ
ア24a、24bが備えられている。フォトマルチプラ
イア24a、24bは、半導体ウエハ20の表面21で
反射したレーザビームを受けるもので、表面21での反
射光は集光ファイバ25a、25bを介してフォトマル
チプライア24a、24bに導かれる。
【0018】集光ファイバ25a、25bは複数の光フ
ァイバを束ねてなるもので、それぞれの一端側をフォト
マルチプライア24a、24bに向けている。さらに、
両集光ファイバ24a、24bは他端側を一纏めに束ね
られており、束ねられた端部を半導体ウエハ20の表面
21に斜めに向けている。
【0019】さらに、集光ファイバ25a、25bの一
本ずつ或いは複数本ずつの光ファイバは交互に配置され
ており、集光ファイバ25a、25bを構成する光ファ
イバはいわゆる市松模様に並べられている。そして、集
光ファイバ25a、25bは、半導体ウエハ20の表面
21での反射光を、一纏めに束ねられた端部に受けてフ
ォトマルチプライア24a、24bへそれぞれ伝送す
る。
【0020】集光ファイバ25a、25bの分岐した端
部とフォトマルチプライア24a、24bとの間には互
いに透過波長の異なる干渉フィルタ26a、26bが介
在している。一方の干渉フィルタ26aは集光ファイバ
25aから発せられた光のうち波長がλ1 の光のみを通
過させ、他方の干渉フィルタ26bは集光ファイバ25
bから発せられた光のうち波長がλ2 の光のみを通過さ
せる。
【0021】前記フォトマルチプライア24a、24b
は、差動アンプ27及び信号処理手段としてのシグナル
プロセッサ28を介してコンピュータ29に接続されて
いる。差動アンプ27は各フォトマルチプライア24
a、24bの出力信号E1 、E2 の差(E2 −E1 )を
求め、差動アンプ27の演算結果Sはシグナルプロセッ
サ28へ送られる。シグナルプロセッサ28は、差動ア
ンプ27の演算結果Sを基に二値化信号を作成し、この
二値化信号をコンピュータ29へ送る。
【0022】コンピュータ29は検査装置11の制御系
の中央に位置しており、シグナルプロセッサ28と通信
するとともに、レーザコントローラ13とスキャナドラ
イバ18とへ指令を発する。つぎに、この検査装置11
の作用を説明する。
【0023】半導体レーザ12a、12bから出射した
レーザビーム14a、14bは、レンズ15a、15b
を通って回転多面体スキャナ16に達する。さらに、レ
ーザビーム14a、14bは回転多面体スキャナ16の
回転に伴って偏光され、fθレンズ19を通過し、半導
体ウエハ20の表面21上で矢印X、Xで示すように一
定の向きに走査される。また、表面21に達したレーザ
ビーム14a、14bはスポット23a、23bを結
び、このスポット23a、23bは同一線上を一定の間
隔dを保ったまま移動する。
【0024】レーザビーム14a、14bが表面21で
反射すると散乱光が生じ、この散乱光は集光ファイバ2
5a、25bの一纏めに束ねられた端部に入射する。集
光ファイバ25a、25bを構成する光ファイバは市松
模様を描くよう交互に並べられているため、入射した光
は各集光ファイバ25a、25bに偏りなく略均等に分
割されて各集光ファイバ25a、25bの他端側へ伝送
される。
【0025】各集光ファイバ25a、25bの他端側か
ら出射した光は干渉フィルタ26a、26bによってフ
ィルタリングされ、一方のフォトマルチプライア24a
には波長がλ1 の光のみが入力され、他方のフォトマル
チプライア24bには波長がλ2 の光のみが入力され
る。つまり、一方のスポット23aの散乱光はフォトマ
ルチプライア24aに達し、他方のスポット23bの散
乱光はフォトマルチプライア24bに達する。
【0026】回転多面体スキャナ16を等速で回転させ
た時に得られる時系列信号群が図3に示されている。図
3中(a)は一方のフォトマルチプライア24bの出力
信号E2 の波形を示しており、(b)は他方のフォトマ
ルチプライア24aの出力信号E1 の波形を示してい
る。また、(c)は差動アンプ27の出力信号Sの波形
を示しており、(d)はシグナルプロセッサ28の出力
信号Bの波形を示している。また、図3中(e)は半導
体ウエハ20の表面21を走査方向に沿って切断して得
られる凹凸を示している。
【0027】スポット23a、23bが間隔dを保った
まま移動するため、E2 はE1 よりも遅れた波形となっ
て現われ、その遅れ時間は距離dを移動するのに要する
時間に対応している。
【0028】また、パターン22…は周期的に形成され
ているため、半導体ウエハ20の表面21の状態に依存
したノイズ(偶発的パルス)Nb 、Nt 、及び、パター
ン22…の形状に依存したエッジノイズN1 、N2 、…
が規則的に繰返し発生している。そして、ノイズNb
t は比較的長い時間に亘って発生するのに対し、エッ
ジノイズNn は瞬間的に発生している。ここで、前記ノ
イズNb、Nt はそれぞれ各パターン22…の間の部分
とパターン22…の上部とに対応したノイズを表してい
る。
【0029】信号E1 、E2 の差(E2 −E1 )を演算
すると(c)の信号Sが得られる。この信号Sの波形に
おいては、表面21の状態に依存したノイズNb 、Nt
が打消し合い、外乱により発生した偶発的なエッジノイ
ズNn が残る。
【0030】半導体ウエハ20の表面21上に粒子30
が存在する場合には、スポット23a、23bが異物3
0を通過するとE1 とE2 に粒子30の存在を表すパル
スP…が発生する。そして、このパルスP…は、信号S
の波形においては、一定の間隔で正負が逆な一対のパル
スP1 、P2 となって現れる。
【0031】差動アンプ27の出力信号Sはシグナルプ
ロセッサ28により、適当な値±Th を閾値として二値
化され、信号Bが得られる。そして、この信号Bにおい
ては、粒子30のパルスP1 、P2 が、Δt(=d/
(スキャン速度))の間隔で逆向きなパルスペアとなっ
て現れる。
【0032】信号Bに例えば一部のエッジノイズNn
残ったとしても、粒子30のパルスP1 、P2 はパルス
ペアとして現れるため、粒子30のパルスP1 、P2
エッジノイズNn とが容易に区別されて取除かれる。こ
れらの信号処理はシグナルプロセッサ28によって行わ
れる。
【0033】コンピュータ29は、スポット23a、2
3bが半導体ウエハ20の外に外れた場合の消燈やレー
ザ出力の安定化等を、レーザコントローラ13を用いて
行う。また、コンピュータ29はスキャナドライバ18
を、安定したレーザ走査が実現されるよう制御するとと
もに、半導体ウエハ20の副走査(レーザ走査方向に対
して垂直な方向への走査)を行う。
【0034】また、シグナルプロセッサ28からコンピ
ュータ29へ粒子30の位置や信号の大きさ等のデータ
が出力され、コンピュータ29は、これらのデータを基
に統計処理して粒子30のマップ、サイズ分類、頻度等
を求める。そして、統計処理の結果は、図示しないプリ
ンタ、CRT、及び、外部装置等に出力する。
【0035】さらに、この検査装置11において、アラ
イメント機構16は、半導体レーザ12bとレンズ15
bとを一体的に前後左右方向及び回転チルト方向に姿勢
調整する。また、アライメント機構16は、レーザビー
ム14a、14bのスポット23a、23bの距離dを
パターン22…のピッチpに一致させる。
【0036】すなわち、上述のような検査装置11にお
いては、2つのレーザビーム14a、14bが一定の間
隔dを保ったまま半導体ウエハ20の表面21で走査さ
れ、それぞれのレーザビーム14a、14bの反射光の
差が演算されて、粒子30のパルスP1 、P2 とノイズ
n とが区別される。したがって、パターン22…の方
向性に関わらず、高いS/Nで高感度に粒子検出を行う
ことができる。
【0037】また、一般に、表面粗さや材質の違いに基
づく反射率・吸収率の差異が存在し、この差異を原因と
して、パターン22…の上部のノイズNt の平均的な大
きさとパターン22…の下部のノイズNb の平均的な大
きさとが異なる。しかし、本実施例においては両ノイズ
を含む信号E1、E2 の差が演算され、両ノイズNt、N
b の差が信号Ns が求められる。したがって、定常的に
ノイズが低減される。
【0038】なお、本実施例においては半導体レーザ1
2a、12bが用いられているが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えばHe−Neレーザ、Ar+
レーザ等のガスレーザを用いてもよい。
【0039】また、レーザビーム14a、14bを走査
する手段として回転多面体スキャナ16が用いられてい
るが、本発明はこれに限定されず、例えば一枚のミラー
を振動させるガルバノ等の方式を利用してレーザビーム
14a、14bを走査してもよい。
【0040】また、本実施例においてはレーザビーム1
4a、14bのスポット形状は真円形に設定されている
が、スポット形状を例えば楕円形等のように真円形以外
の形状に任意に設定してよい。
【0041】さらに、散乱光の検出に集光ファイバ25
a、25bとフォトマルチプライア24a、24bとが
用いられているが、散乱光検出器として、例えば光ファ
イバを用いないもの、光ファイバの代わりに積分球を用
いたもの、或いは、レンズやミラーを用いて光を集める
もの等を利用してもよい。また、フォトダイオードやフ
ォトディテクタ等のように光強度を電気信号に変換する
種々のものをフォトマルチプライア24a、24bの代
わりに用いてもよい。
【0042】また、本実施例においては、異なる波長の
レーザビーム14a、14bが用いられ、波長の違いを
利用して粒子検出が行われるが、レーザの偏光を利用し
て粒子検出を行うことも可能である。
【0043】つまり、半導体レーザ12a、12bに同
一波長のものを利用し、レーザビームの光路中に偏光子
を挿入する。そして、レーザビームのP波及びS波を取
出し、実施例中の干渉フィルタ26a、26bの代わり
にP波用検光子、S波用検光子をそれぞれ用いる。この
ようにしても前述の実施例と同様の効果を奏することが
できる。つぎに、本発明の第2の実施例を説明する。な
お、第1の実施例と同様の部分については同一番号を付
し、その説明は省略する。
【0044】図4は本発明の第2の実施例を示してお
り、図中の符号41は表面付着粒子検出装置(以下、検
出装置と称する)である。この検出装置41には、発振
器42、レーザドライバ43a、43b、半導体レーザ
44a、44b、集光ファイバ45、フォトマルチプラ
イア46、及び、同期検波回路47a、47bが備えら
れている。
【0045】発振器42からf1 =100MHz、f2
90MHzの周波数がレーザドライバ43a、43bに発
せられ、レーザドライバ43a、43bに接続された半
導体レーザ44a、44bから同一波長のレーザビーム
48a、48bが出射される。各レーザビーム48a、
48bはf1 =100MHz、f2 =90MHzで周波数変
調されている。レーザビーム48a、48bは、多面回
転体スキャナ16及びfθレンズ19を介して、半導体
ウエハ20の表面21上で一定間隔を保ったまま走査さ
れる。
【0046】半導体ウエハ20の表面21からの散乱光
が集光ファイバ45によって集められ、集光ファイバ4
5の発光側に配置されたフォトマルチプライア46に入
力される。フォトマルチプライア46の出力信号E1
は、100MHzと90MHzで変調された散乱光が同時に
得られる。同期検波回路47に基準周波数f1 、f2
加えられ、同期検波回路47によって、キャリア周波数
1 のエンベロープ信号G1 と、キャリア周波数f2
エンベロープ信号G2 とが得られる。これらの信号
1 、G2 は差動アンプ27へ送られ、シグナルプロセ
ッサ28により、例えば前述の第1の実施例と同様な方
法によって処理される。
【0047】なお、この第2の実施例においては、第1
の実施例の場合と同様に半導体レーザ44a、44b
を、例えばHe−Neレーザ、Ar+レーザ等のガスレ
ーザ等に置き換えることが可能である。しかし、CW
(連続波)タイプのガスレーザが用いられる場合には、
電気的変換ではなく、機械式チョッパ等を用いる必要が
ある。また、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形することが可能である。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、照射対象
物に測定光を照射して照射対象物の表面に付着した粒子
を検出する表面付着粒子検出装置において、互いに異な
る性質を有し照射対象物の表面に照射される複数の測定
光と、これら測定光を照射対象物の表面に走査する測定
光走査手段と、測定光を一定の間隔を保ったまま照射対
象物の表面に集光する集光光学系と、照射対象物の表面
からの散乱光を受けて電気信号に変換する光電変換手段
と、この光電気変換手段の出力からノイズ成分を除いて
粒子の信号を取出す信号処理手段とを備えた。また、本
発明は、測定光を互いに波長の異なる光を出力する光源
から出射する。また、本発明は、測定光を互いに異なる
周波数に変調する。そして、本発明は、多様な方向性の
パターンを有する対象物の表面に付着した粒子を高感度
で検出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す概略構成図。
【図2】レーザビームのスポットと半導体ウエハに形成
されたパターンとの関係を示す説明図。
【図3】本発明の第1の実施例における時系列信号群を
示す説明図。
【図4】本発明の第2の実施例を示す概略構成図。
【図5】半導体ウエハの表面欠陥検査の原理を示す説明
図。
【図6】一般的なパターンを示す正面図。
【符号の説明】
11…表面付着粒子検出装置、12a、12b…半導体
レーザ(光源)、14a、14b…レーザビーム(測定
光)、16…回転多面体スキャナ(測定光走査手段)、
19…fθレンズ(集光光学系)、20…半導体ウエハ
(照射対象物)、24a、24b…フォトマルチプライ
ア(光電変換手段)、25a、25b、45…集光ファ
イバ、28…シグナルプロセッサ(信号処理手段)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照射対象物に測定光を照射して上記照射
    対象物の表面に付着した粒子を検出する表面付着粒子検
    出装置において、互いに異なる性質を有し上記照射対象
    物の表面に照射される複数の測定光と、これら測定光を
    上記照射対象物の表面に走査する測定光走査手段と、上
    記測定光を一定の間隔を保ったまま上記照射対象物の表
    面に集光する集光光学系と、上記照射対象物の表面から
    の散乱光を受けて電気信号に変換する光電変換手段と、
    この光電気変換手段の出力からノイズ成分を除いて上記
    粒子の信号を取出す信号処理手段とを備えたことを特徴
    とする表面付着粒子検出装置。
  2. 【請求項2】 上記測定光が互いに波長の異なる光を出
    力する光源から出射されることを特徴とする[請求項
    1]記載の表面付着粒子検出装置。
  3. 【請求項3】 上記測定光が互いに異なる周波数に変調
    されることを特徴とする[請求項1]記載の表面付着粒
    子検出装置。
JP28782391A 1991-11-01 1991-11-01 表面付着粒子検出装置 Pending JPH05129399A (ja)

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