WO2019167151A1 - 検査装置、およびその検査方法 - Google Patents

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幕内 雅巳
本田 敏文
伸裕 小原
松本 俊一
浜松 玲
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G01N2201/06113Coherent sources; lasers

Definitions

  • the present invention relates to a fine foreign matter inspection apparatus for detecting foreign matters and defects on an inspection object by irradiating light to the inspection object such as a wafer, a thin film substrate, and a photomask, and an inspection method therefor.
  • Patent Document 1 JP-T 2009-501902
  • Patent Document 2 JP-A 2007-309713
  • Patent Document 3 US Pat. No. 7,548,308
  • Patent Document 1 also provides an inspection system, circuit and method for enhancing defect detection by addressing the saturation level of amplifiers and analog / digital circuits as a limiting factor in the measurement detection range of the inspection system. Inspection systems and circuits to enhance defect detection by reducing thermal damage to large particles by dynamically changing the incident laser beam power level delivered to the specimen during surface inspection scans , A method is provided "(see summary).
  • Patent Document 1 describes that a Pockels cell is used as a means for dynamically changing an incident laser beam power level supplied to a sample. Specifically, the Pockels cell is used as a means for changing the incident laser beam power level (hereinafter referred to as laser power) supplied to the sample, and the applied voltage to the Pockels cell is reduced to reduce thermal damage to large particles. To control.
  • Particles present on the sample wafer may exist from minute to large, and a large laser power is required to increase the detection sensitivity of the minute particles. Therefore, it is necessary to reduce laser power in order to reduce thermal breakdown. For this reason, a predetermined voltage is applied to the Pockels cell, the rotation angle of the polarization plane of the laser passing through the Pockels cell is switched, and the laser power is controlled.
  • Patent Document 2 states that, “In the optical inspection apparatus, if the inspection throughput is regarded as important, there is a problem that the detection sensitivity at the outer peripheral portion of the object to be inspected is lower than the inner peripheral portion. Even at the outer periphery of the inspected object that you do not want to reduce, increase the illumination spot illuminance more than the inner periphery while keeping the temperature rise of the inspected object constant to compensate for the decrease in the effective total signal amount of the scattered light signal "(See summary). For this reason, in Patent Document 2, an inspection coordinate detection mechanism is provided to detect the linear velocity on the wafer based on the main scanning speed and the translation speed of the inspection position on the wafer, and the wafer inner speed is detected according to the linear velocity. It is disclosed to control the intensity of laser light applied to the peripheral part and the peripheral part.
  • Patent Document 3 discloses that the laser light intensity is controlled via an optical attenuator by a controller that controls the inspection position on the wafer in order to avoid thermal damage to the wafer due to laser irradiation.
  • the intensity of scattered light from the foreign matter on the inspection object (wafer) changes, making it difficult to inspect the foreign matter with high accuracy. Furthermore, if a large-diameter foreign material is irradiated with an excessively high intensity laser beam, the foreign material is destroyed or thermal damage to the inspection object (wafer) occurs.
  • an object of the present invention is to provide an inspection apparatus capable of inspecting foreign matter even during acceleration / deceleration of the inspection object (wafer) rotation, and an inspection method thereof.
  • an inspection apparatus for foreign matters and defects on the surface of an inspection object, the rotation / translation means for rotating and translating the inspection object, the intensity of a laser beam being modulated, and the inspection object.
  • Light intensity modulation means for irradiating the inspection object with a laser beam
  • light intensity control means for controlling the light intensity modulation means in a plurality of stages based on a voltage control signal
  • rotation coordinate / translation coordinate detection signal from the rotation / translation means
  • Based on the inspection object motion detection means for calculating linear velocity information at the laser irradiation position on the inspection object, and inspection of foreign matters and defects starts when the inspection object rotation speed reaches a predetermined speed during acceleration
  • a data processing means for outputting a voltage control signal for controlling the intensity of the laser beam corresponding to the linear velocity, an inspection object rotation speed detected by the inspection object motion detection means, and a rotation control value. Seeking the next one rotation time of the rotary stage, configured by a rotation-translation control means for providing a
  • the rotation / translation control means gives a reduced rotation control value to the rotation stage when the time for reducing the rotation speed of the inspection object is reached, and the translation stage A translation control value for moving the translation stage by a predetermined distance during the next one rotation time of the rotation stage is given to the translation stage, and the data processing means is a point in time when the translation speed of the translation stage becomes zero. End the inspection with.
  • the data processing means determines a foreign object having a predetermined size or more from scattered light obtained by spirally scanning a laser beam on the inspection object.
  • the next spiral scan is performed in a positional relationship in which the same size as the size of the foreign material or a size obtained by adding a predetermined width to both sides of the size of the foreign material is shifted in the outer circumferential direction of the spiral locus. It is set on the assumption that a large-diameter foreign matter exists on the locus, and when irradiating the next spiral scanning locus with laser light, the intensity of the laser light applied to the region assumed to contain the large-diameter foreign matter is weakened. Output a voltage control signal.
  • a method for inspecting foreign matter and defects on the surface of an object to be inspected by a foreign object inspection device wherein the inspection object is placed on the object to be rotated and translated.
  • the rotation speed of the object to be inspected reaches a predetermined speed
  • irradiation of the laser beam to the center position of the object to be inspected is started, and at the same time, the rotation / translation means translates.
  • the inspection object motion detection means calculates linear velocity information at the laser irradiation position on the inspection object based on the rotation coordinate / translation coordinate detection signal from the rotation / translation means, and performs rotation / translation control.
  • the light intensity control means includes steps for irradiating the inspection object with the laser beam by modulating the intensity of the laser beam in a plurality of stages based on the voltage control signal.
  • the foreign object inspection can be performed with high accuracy by appropriate irradiation laser light intensity control corresponding to the linear velocity, and the appropriate inspection object (wafer) By rotating / translating control, minute foreign matter can be inspected in a short time.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating (A) configuration examples and (B) operation examples of a light intensity modulation unit and a light intensity control circuit in the foreign matter inspection apparatus according to the first embodiment. It is a figure which shows the example irradiated with a laser beam by the spiral locus
  • the inspection object is assumed to be a circular flat inspection object such as a wafer.
  • An example of a foreign object inspection apparatus that inspects minute foreign objects on the inspection object even during acceleration / deceleration of the inspection object will be described.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram of the foreign matter inspection apparatus of the present embodiment.
  • the foreign substance inspection apparatus 100 includes a laser light source 2, a light intensity modulation means 3, a beam splitter 15, a mirror 4, an irradiation lens 5, a condenser lens 6, a photodetector 7, a detection circuit 8, a data processing unit 9, and a light intensity control circuit. 10, a rotation / translation control circuit 11, a rotation stage 12, a translation stage 13, an inspection object motion detection mechanism 14, and an optical power detection means 16.
  • the inspection object 1 is placed on the rotary stage 12, and the laser light 61 output from the laser light source 2 is passed through the light intensity modulation means 3, the beam splitter 15, the mirror 4, and the irradiation lens 5. Irradiate the inspection object 1.
  • the inspection object 1 is rotated by the rotary stage 12 and linearly operated by the translation stage 13 based on the rotation / translation control signal 21 from the rotation / translation control circuit 11.
  • the inspection object is in accordance with the operation of both stages.
  • the laser beam 63 irradiated on the object 1 becomes a spiral locus 42 on the entire surface of the inspection object 1, and the entire surface of the inspection object 1 can be inspected.
  • the scattered light 64 from the foreign matter on the inspection object 1 is detected via the condenser lens 6, the photodetector 7, and the detection circuit 8, and the data processing unit 9 based on the detection result of the detection circuit 8. Foreign matter inspection is performed.
  • the inspection object motion detection mechanism 14 performs the inspection on the inspection object 1 based on the rotation coordinate / translation coordinate detection signal 22 including the ⁇ coordinate and the R coordinate of the rotation stage 12 and the translation stage 13.
  • the scan information 23 and 24 of the laser beam is generated.
  • the ⁇ coordinate is detected by using an optical reading type rotary encoder (not shown) arranged on the rotary stage 12, and the R coordinate is an optical reading type linear encoder arranged on the translation stage 13. (It is not shown in the figure.)
  • the sensor can detect an angle or a position on a straight line with high accuracy, another detection principle may be used.
  • the scan information 23 and 24 generated by the inspection object motion detection mechanism 14 includes at least the inspection object rotation speed and the inspection object rotation acceleration, the current radial position, and the radial position change based on the ⁇ coordinate and the R coordinate.
  • One of the velocity and acceleration, and the linear velocity of scanning of the laser beam on the inspection object 1 at the time of detection of each information is included.
  • the data processing unit 9 corrects the calculation content or calculation result of the data processing based on the scan information 24 generated by the inspection object motion detection mechanism 14.
  • 2A and 2B show (A) change in inspection object rotation speed and (B) change in translation stage moving speed from the start of inspection to the end of inspection for one inspection object in the foreign matter inspection apparatus 100 of the present embodiment.
  • the inspection is performed by scanning the laser beam with the rotary stage 12 rotated at a constant speed and the translation stage 13 at a constant moving speed. That is, it accelerated to start the movement and the rotation of the both stages, when it reaches the time t 1, the control so that the irradiation position of the laser beam is centered position 41 of the object 1.
  • the irradiated laser beam scans the entire surface of the inspection object 1 so as to draw a spiral locus 42 with an interval i 43. Is done.
  • the spiral trajectory 42 reaches the outer peripheral portion of the object to be inspected 1, it has been controlled so as to end the test.
  • the rotation of the rotary stage 12 is started, and the data processing unit 9 starts the inspection when the rotation speed reaches the inspection start rotation speed r s 26. Thereafter, the rotation of the rotary stage 12 continues to be accelerated at a constant speed, which is the same as the conventional one.
  • the translation stage 13 starts moving when the rotary stage 12 reaches the inspection start rotational speed r s 26.
  • the movement of the translation stage 13 is controlled by the rotation / translation control circuit 11, the rotation speed of the inspection object in the scan information 23 sent from the inspection object motion detection mechanism 14, and the rotation control value (rotation) given to the rotation stage 12.
  • the time required for one rotation of the rotary stage 12 is obtained from that point, and during that time, the translation stage 13 is translated by a predetermined spiral trajectory interval i43.
  • a translation control value (rotation / translation control signal 21) is given to the stage 13.
  • a shutter (not shown) that blocks the laser beam is opened to irradiate the laser beam to the center position 41 of the inspection object 1, and the translation stage 13 starts to move.
  • the laser beam is scanned so as to draw a spiral trajectory 42 to perform inspection.
  • the rotation of the rotary stage 12 reaches the target rotational speed r g 28, the movement speed of the translation stage 13 is similarly controlled to be constant as constant rotation. While both stages are controlled at a constant rotation and a constant speed, the foreign matter inspection is continued as in the conventional case.
  • the helical scanning of the laser beam is a position before reaching the outer peripheral portion of the object to be inspected 1, then, while continuing the test, both stages Is controlled to decelerate.
  • the time t 2 of the present embodiment the time the above-described conventional two stage, and the time t 2 when had been inspected by scanning only the laser beam during the constant speed is different.
  • the slowing giving control value equal decelerates the rotation stage 12.
  • the movement of the translation stage 13 is controlled by the rotation / translation control circuit 11, the rotational speed of the inspection object 23 in the scan information 23 sent from the inspection object motion detection mechanism 14, and the rotational deceleration control value ( Based on the rotation / translation control signal 21), the time required for the rotation stage 12 to make one rotation is obtained from that point, and during that time, the translation stage 13 moves by an interval i43 of a predetermined spiral trajectory.
  • a translation deceleration control value (rotation / translation control signal 21) is given to the translation stage 13.
  • the rotation / translation control circuit 11 sends control values (rotation / translation control) to both stages so that the moving speed of the translation stage 13 becomes zero.
  • Signal 21) is provided.
  • the spiral scanning of the laser beam reaches the outer peripheral portion of the inspection object 1 and closes a shutter (not shown) that blocks the laser beam.
  • acceleration region and the deceleration region of the translation stage moving speed shown in FIG. 2 (B) are described as equal acceleration / deceleration, in actuality, since they are controlled following the acceleration / deceleration of the rotary stage 12, they are strictly controlled. Is not an equal acceleration / deceleration.
  • the change in the linear velocity of the laser beam scanning in this embodiment shown in FIG. 2C starts from 0 at the start of inspection. Immediately after the start 29 is the translation stage 13 is disturbed response delay is observed for the acceleration from zero speed, then, continue to accelerate almost linearly until time t 2. After the time t 2, with a response delay, to slow down to 0.
  • FIG. 3 shows (A) configuration examples and (B) operation examples of the light intensity modulation means 3 and the light intensity control circuit 10 in the foreign matter inspection apparatus 100 of the present embodiment.
  • the light intensity modulation means 3 shown in FIG. 3A is composed of a light modulation element 31 and a deflection beam splitter 32, and corresponds to the potential difference between VP and VN which are light intensity modulation signals applied to the light modulation element 31.
  • the rotation angle of the polarization plane of the laser beam 61 passing through the light modulation element 31 is changed, and then the laser beam 62 having an intensity corresponding to the rotation angle of the polarization plane of the laser beam passes through the deflection beam splitter 32.
  • the light intensity control circuit 10 is based on voltage control signals (P VH , P VL , P IN ) 25 from the data processing unit 9, and variable voltage generation circuits 35, 36 that generate corresponding voltages (VH, VL). It is composed of switching circuits 33 and 34.
  • the switching circuit 33 outputs VL when PIN is L and VH when PIN is H to VP which is a light intensity modulation signal.
  • the switching circuit 34 outputs VH when PIN is L, and VL when PIN is H, to VN which is a light intensity modulation signal.
  • FIG. 3B shows an operation example of the light intensity control circuit 10.
  • the switching signal PIN is a binary signal having low and high potentials, and the respective states are represented as L and H.
  • PIN is L
  • the switching circuit 33 outputs VL
  • the switching circuit 34 outputs VH
  • VP has the same potential as VL
  • VN has the same potential as VH.
  • a potential difference of VL ⁇ VH is applied to the light modulation element 31.
  • VH when PIN is H, the switching circuit 33 outputs VH, the switching circuit 34 outputs VL, VP is at the same potential as VH, and at the same time, VN is at the same potential as VL. A potential difference of VH ⁇ VL is applied to the element 31.
  • the voltage control signals (P VH , P VL ) from the data processing unit 9 are switched to two types, and (P VH1 , P VL1 ) or (P VH2 , P VL2 ) are input.
  • the variable voltage generation circuits 35 and 36 generate (VH 1 , VL 1 ) or (VH 2 , VL 2 ), respectively, so that the light modulation element 31 has two-stage switching amplitude:
  • , offset voltage: (VH n + VL n ) / 2 ⁇ where n 1 or 2 ⁇ is applied.
  • the voltage control signals (P VHn , P VLn ) from the data processing unit 9 are further switched to multiple stages (n), and the polarization plane of the laser light by the light modulator 31 is changed.
  • the rotation angle fluctuation can be controlled by the potential difference due to the light intensity modulation signals VP n and VN n switched to multi-stage (n):
  • the data processing unit 9 appropriately processes the signal input from the detection circuit 8 and determines foreign matter and defects. At this time, the sizes of the foreign matter and the defect are determined based on the intensity of the signal. Further, the coordinates of the foreign matter and the defect are determined using the scan information 24 sent from the inspection object motion detection mechanism 14.
  • the size of the foreign matter and the defect on the inspection object 1 targeted by the foreign matter inspection apparatus of this embodiment is required to be detected with high accuracy up to several tens of nm or less.
  • increasing the intensity of laser light is generally performed.
  • large foreign objects exceeding several hundreds of nanometers are destroyed, and the fragments generated by the destruction diffuse to the surface of the inspection object and enlarge the defective area of the inspection object. Need to be restricted.
  • the data processing unit 9 knows the current scanning linear velocity of the laser beam on the inspected object 1 from the scan information 24 generated by the inspected object motion detection mechanism 14, and a voltage control signal (P) corresponding to the linear velocity. VHn , P VLn , P IN ) 25 is generated and output to the light intensity control circuit 10 to adjust the intensity of the laser beam irradiated to the inspection object 1.
  • the laser power of the laser beam 62 applied to the inspection object 1 via the beam splitter 15 is detected by the optical power detector 16, and the detection result 20 is output to the data processor 9.
  • the data processing section 9 can know the result of adjusting the laser beam intensity by outputting the voltage control signals (P VHn , P VLn , P IN ) 25. If the characteristics of the light modulation element 31 change depending on environmental conditions such as temperature and the laser light intensity cannot be adjusted as instructed by the voltage control signal, the corrected voltage control signals (P VHn , P VLn , P IN ) 25 is output to adjust the laser light intensity.
  • the data processing unit 9 scans the inspection object 1 with a laser beam to determine the foreign matter and the defect, and in the first laser light scanning 51, the large-diameter foreign matter 50 as shown in FIG. At this time, the size of the foreign matter is determined as a, and if a is larger than a predetermined size, it is determined that there is a large-diameter foreign matter. In that case, in the next second laser beam scanning 52, the spiral trajectory by the foreign material size a detected by the first laser light scanning 51 or the foreign material size a + 2b obtained by adding a predetermined increased size b to both sides thereof. A region in which the laser beam intensity is weakened is set on the second laser beam scanning line 52 with the positional relationship shifted in the outer circumferential direction.
  • a voltage control signal (P VHn , P VLn , P IN ) 25 that weakens the laser beam intensity is applied to the light intensity.
  • a voltage control signal (P VHn , P VLn , P IN ) 25 for returning the laser light intensity to the original value is output to the light intensity control circuit 10 when it passes through a region where the laser light intensity is weakened.
  • the laser beam is irradiated onto the second laser beam scanning line 52 and the scattered light is inspected, if it is determined that there is a large-diameter foreign matter, the laser beam is irradiated onto the third laser beam scanning line.
  • the control to weaken the laser beam intensity is repeatedly performed. In this way, the laser light intensity is controlled to be weakened instantaneously to prevent saturation of the photodetector 7 and burning of the large diameter foreign matter due to the intensity of the strong scattered light from the large diameter foreign matter.
  • the data processing unit 9 detects the characteristic variation of the light modulation element 31 based on the detection result of the optical power detection means 16 and adjusts the voltage control signals (P VHn , P VLn , P IN ) 25. As a result, it is possible to suppress fluctuations in laser power over a long period of time irradiating the inspection object 1.
  • the data processing unit 9, the rotation / translation control circuit 11, and the inspection object motion detection mechanism 14 of the present embodiment can be realized by either hardware or software.
  • hardware it can be realized by integrating a plurality of arithmetic units for executing processing on a wiring board or in a semiconductor chip or package.
  • software a program for executing desired arithmetic processing by a central processing unit (CPU) mounted on a device constituting the system or a general-purpose CPU mounted on a general-purpose computer connected to the system. It can be realized by executing.
  • CPU central processing unit
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • addition / deletion of other configurations for a part of the configuration of each embodiment It is possible to make a substitution.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

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Abstract

本発明は、被検査物回転の加減速中においても異物を検査できる検査装置を提供する。検査装置を、被検査物を回転および並進する回転・並進手段と、レーザ光の強度を変調して被検査物にレーザ光を照射する光強度変調手段と、電圧制御信号に基づき光強度変調手段を複数段に制御する光強度制御手段と、回転・並進手段からの回転座標・並進座標検出信号に基づいて被検査物上のレーザ照射位置における線速度情報を算出する被検査物動作検出手段と、被検査物回転速度が加速中に所定速度に達した時点で異物、欠陥の検査を開始し、線速度に対応するレーザ光の強度を制御する電圧制御信号を出力するデータ処理手段と、被検査物動作検出手段により検出された被検査物回転速度、および回転制御値より回転ステージの次の1回転時間を求め、その時間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与える回転・並進制御手段とを備えて構成する。

Description

検査装置、およびその検査方法
 本発明は、ウェハ、薄膜基板、フォトマスク等の被検査物に光を照射して披検査物上の異物、欠陥を検出する微小異物の検査装置、およびその検査方法に関する。
 本技術分野の背景技術として、特表2009-501902号公報(特許文献1)、特開2007-309713号公報(特許文献2)、米国特許第7548308号明細書(特許文献3)がある。
 特許文献1には、「検査システムの測定検出範囲の制限要因として増幅器及びアナログ・デジタル回路の飽和レベルに対処することによって欠陥検出を強化するための検査システム、回路及び方法も提供される。加えて、表面検査の走査の間に試料に供給される入射レーザ・ビームパワー・レベルを動的に変更することによって大きな粒子に対する熱破損を削減することにより欠陥検出を強化するための検査システムや回路、方法が提供される。」と記載されている(要約参照)。特許文献1では、試料に供給される入射レーザ・ビームパワー・レベルの動的な変更手段としてポッケルスセルを用いることが述べられている。具体的には、試料に供給される入射レーザ・ビームパワー・レベル(以下、レーザパワーと記す)の変更手段としてポッケルスセルを用い、大きな粒子に対する熱破損を削減するため、ポッケルスセルへの印加電圧を制御する。試料であるウェハ上に存在する粒子は、微小なものから大きなものまで存在する可能性があり、微小な粒子の検出感度を上げようとすると大きなレーザパワーが必要であり、逆に大きな異物に対しては熱破壊を削減するためレーザパワーを減少させる必要がある。このため、ポッケルスセルに所定の電圧を印加して、ポッケルスセルを通過するレーザの偏波面の回転角を切り替えて、レーザパワーを制御する。
 また、特許文献2には、「光学式検査装置において、検査スループットを重要視すると、被検査物体の外周部において内周部よりも検出感度が低下してしまう課題があった。ステージ線速度を低下させたくない被検査物体外周部においても、被検査物体の温度上昇を一定に保ちながら、内周部よりも照明スポットの照度を上げることで、散乱光信号の有効全信号量の低下を補償する。」と記載されている(要約参照)。このため、特許文献2では、検査座標検出機構を配設してウェハ上の検査位置の主走査速度と並進速度に基づいたウェハ上の線速度を検出し、この線速度に応じてウェハの内周部と外周部に対して照射するレーザ光強度を制御することが開示されている。
 また、特許文献3においても、レーザ照射によるウェハへの熱ダメージを回避するため、ウェハ上の検査位置を制御するコントローラにより光アッテネータを介してレーザ光強度を制御することが開示されている。
特表2009-501902号公報 特開2007-309713号公報 米国特許第7548308号明細書
 微小異物の検査時間を短縮するため、従来は待ち時間であった被検査物(ウェハ)回転の加減速中にも検査を実施する場合、被検査物(ウェハ)やステージの慣性等により回転・並進動作に遅延時間が発生し、実際に被検査物(ウェハ)上を走査する線速度は回転・並進制御値から求めた線速度とは乖離する。このため、回転・並進制御値に基づいて照射レーザ光強度を制御すると、被検査物(ウェハ)上での照射レーザ強度の積分値を一定に保つことが出来ず、線速度の乖離に応じて被検査物(ウェハ)上の異物からの散乱光強度が変化し、高精度な異物検査が困難となる。さらに大径異物に過剰な強度のレーザ光を照射してしまうと異物破壊や被検査物(ウェハ)への熱ダメージを発生することになる。
 また、被検査物(ウェハ)回転が加減速する際には、被検査物(ウェハ)1回転あたりにかかる時間が変化するため、これに追従して並進速度を正確に制御できない場合、被検査物(ウェハ)1回転に対して並進速度が速いと被検査物(ウェハ)上に検査されない隙間領域が発生することになり高信頼な検査が出来なくなり、被検査物(ウェハ)1回転に対して並進速度が遅いと逆に全体の検査時間が増加してしまう。先行技術ではこれらの点について考慮されていなかった。
 そこで、本発明は、被検査物(ウェハ)回転の加減速中においても異物を検査できる検査装置、およびその検査方法を提供することを目的とする。
 本発明の検査装置の好ましい例では、被検査物表面の異物、欠陥の検査装置であって、前記被検査物を回転および並進する回転・並進手段と、レーザビームの強度を変調して前記被検査物にレーザビームを照射する光強度変調手段と、電圧制御信号に基づき前記光強度変調手段を複数段に制御する光強度制御手段と、前記回転・並進手段からの回転座標・並進座標検出信号に基づいて前記被検査物上のレーザ照射位置における線速度情報を算出する被検査物動作検出手段と、被検査物回転速度が加速中に所定速度に達した時点で異物、欠陥の検査を開始し、前記線速度に対応するレーザビームの強度を制御する電圧制御信号を出力するデータ処理手段と、前記被検査物動作検出手段により検出された被検査物回転速度、および回転制御値より回転ステージの次の1回転時間を求め、その時間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与える回転・並進制御手段とを備えて構成する。
 また、本発明の他の特徴として、前記検査装置において、前記回転・並進制御手段は、被検査物回転速度を減速させる時刻に達した時点で、回転ステージへ減速回転制御値を与え、並進ステージへ回転ステージの次の1回転時間の間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与え、前記データ処理手段は、前記並進ステージの並進速度が0となった時点で検査を終了する。
 また、本発明の更に他の特徴として、前記検査装置において、前記データ処理手段は、被検査物上にレーザ光をらせん状に走査させて得た散乱光から所定の大きさ以上の異物を判定した場合には、該異物の大きさと同サイズ、または該異物の大きさの両側に所定の幅を加えたサイズを、らせん状軌跡の外周方向にシフトさせた位置関係で、次のらせん状走査軌跡上に大径異物が存在する領域と仮定して設定し、次のらせん状走査軌跡へレーザ光を照射する際に、前記大径異物が存在すると仮定した領域へ照射するレーザ光強度を弱くするための電圧制御信号を出力する。
 また、本発明の検査方法の好ましい例では、異物検査装置による被検査物表面の異物、欠陥の検査方法であって、被検査物を載置して回転動作および並進動作をさせる回転・並進手段を等加速度の回転動作を開始し、被検査物の回転速度が所定の速度に達した時点で、レーザビームを被検査物の中心位置へ照射を開始し、同時に、回転・並進手段の並進動作を開始し、被検査物動作検出手段が、前記回転・並進手段からの回転座標・並進座標検出信号に基づいて前記被検査物上のレーザ照射位置における線速度情報を算出し、回転・並進制御手段が、前記被検査物動作検出手段により検出された被検査物回転速度、および回転制御値より回転ステージの次の1回転時間を求め、その時間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与え、データ処理手段が、被検査物回転速度が加速中に所定速度に達した時点で異物、欠陥の検査を開始し、前記線速度に対応するレーザビームの強度を制御する電圧制御信号を出力し、光強度制御手段が、前記電圧制御信号に基づき複数段にレーザビームの強度を変調して前記被検査物にレーザビームを照射する各工程を有して構成する。
 本発明によれば、被検査物(ウェハ)回転の加減速中においても線速度に応じた適正な照射レーザ光強度制御により異物検査を高精度化すると共に、適正な被検査物(ウェハ)の回転・並進制御により微小な異物を短時間で検査することが出来る。
 上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例1に係る異物検査装置の構成図の例である。 実施例1の異物検査装置における、(A)被検査物回転数の変化、(B)並進ステージ移動速度の変化、(C)レーザ光の走査の線速度の変化の例を示す図である。。 実施例1の異物検査装置における光強度変調手段と光強度制御回路の(A)構成例、並びに(B)動作例を示す図である。 被検査物の表面上の中心位置かららせん状の軌跡で、レーザ光が照射される例を示す図である。 大径異物が存在すると判定した場合に、その外周側の次のレーザ光走査線上のレーザ光強度を弱くする制御を説明する図である。
 以下、実施例を図面を用いて説明する。
 本実施例では、被検査物として例えばウェハのような円形状平板な検査対象物を想定している。そして、被検査物加減速中も被検査物上の微小異物を検査する異物検査装置の例を説明する。
 図1は、本実施例の異物検査装置の構成図の例である。
  異物検査装置100は、レーザ光源2、光強度変調手段3、ビームスプリッタ15、ミラー4、照射レンズ5、集光レンズ6、光検出器7、検出回路8、データ処理部9、光強度制御回路10、回転・並進制御回路11、回転ステージ12、並進ステージ13、被検査物動作検出機構14、光パワー検出手段16を有する。
 異物検査装置100では、被検査物1を回転ステージ12上に設置して、レーザ光源2から出力されるレーザ光61を光強度変調手段3、ビームスプリッタ15、ミラー4、照射レンズ5を介して被検査物1上に照射する。このとき、異物検査装置100では、回転・並進制御回路11からの回転・並進制御信号21に基づいて、回転ステージ12で被検査物1を回転動作させるとともに、並進ステージ13で直線動作させる。
 図4に示すように、回転ステージ12(図示せず)上に設置された被検査物1の表面上の中心位置41へ、レーザ光63が照射されると、両ステージの動作に従って、被検査物1上に照射されるレーザ光63は、被検査物1の全面でらせん状の軌跡42となり、被検査物1の全表面を検査することができる。また、被検査物1上の異物からの散乱光64は、集光レンズ6、光検出器7、検出回路8を介して検出され、前記検出回路8の検出結果を元にデータ処理部9で異物検査が行われる。
 本実施例による異物検査装置100では、回転ステージ12、並進ステージ13のθ座標およびR座標を含む回転座標・並進座標検出信号22に基づいて、被検査物動作検出機構14において被検査物1上のレーザ光のスキャン情報23、24を生成する。
 本実施例におけるθ座標の検出は、回転ステージ12に配設した光学読み取り式のロータリーエンコーダ(図示せず)を用いて行われ、R座標は並進ステージ13に配設した光学読み取り式のリニアエンコーダ(図示せず)を用いて行われるが、共に、高精度で角度または直線上の位置が検出できるセンサであれば、他の検出原理を用いたものであっても良い。
 被検査物動作検出機構14で生成するスキャン情報23、24は、θ座標およびR座標に基づいて、少なくとも、被検査物回転速度および被検査物回転の加速度、現在の半径位置、半径位置変化の速度および加速度、並びに各情報の検出時点での被検査物1上のレーザ光の走査の線速度のいずれかを含む。また、データ処理部9では、被検査物動作検出機構14で生成するスキャン情報24に基づいてデータ処理の演算内容または演算結果の補正を行う。
 図2は、本実施例の異物検査装置100において、1個の被検査物に対する検査開始から検査終了までの間の(A)被検査物回転数の変化、(B)並進ステージ移動速度の変化、(C)レーザ光の走査の線速度の変化の例を示したグラフである。
 従来の異物検査装置では、回転ステージ12を一定回転にして、および並進ステージ13も一定移動速度にした状態でレーザ光を走査させて検査を行っていた。すなわち、両ステージの回転と移動をスタートさせて加速し、時刻tに達した時に、レーザ光の照射位置が被検査物1の中心位置41となるように制御する。そして、時刻tにおいて、レーザ光のビームを遮るシャッタ(図示せず)を開ければ、照射されるレーザ光は、被検査物1の全面で間隔i43のらせん状の軌跡42を描くように走査される。そして、時刻tに達した時に、らせん状の軌跡42が被検査物1の外周部まで達して、検査を終了するように制御していた。時刻tの時点で、レーザ光のビームを遮るシャッタ(図示せず)を閉じて、両ステージの回転と移動を減速させて、停止する。その後、回転ステージ12上の被検査物1を交換して、次の検査を継続することになる。
 それに対して、本実施例では、回転ステージ12の回転をスタートして、その回転数が検査開始回転数r26に達した時点で、データ処理部9は検査を開始する。その後も、回転ステージ12の回転は等加速を続けて、従来と同じ一定回転数に達する。並進ステージ13の移動は、回転ステージ12が検査開始回転数r26に達した時点でスタートする。並進ステージ13の移動の制御は、回転・並進制御回路11が、被検査物動作検出機構14から送られてくるスキャン情報23の被検査物回転速度と、回転ステージ12に与える回転制御値(回転・並進制御信号21)に基づき、その時点から回転ステージ12が1回転に要する時間を求め、その時間の間に、並進ステージ13が所定のらせん状の軌跡の間隔i43だけ移動するように、並進ステージ13に並進制御値(回転・並進制御信号21)を与える。
 本実施例では、検査開始時点で、レーザ光のビームを遮るシャッタ(図示せず)を開けて、レーザ光を被検査物1の中心位置41へ照射すると共に、並進ステージ13の移動をスタートして、両ステージを加速中にレーザ光をらせん状の軌跡42を描くように走査させて、検査を行う。そして、回転ステージ12の回転が目標回転数r28に達したら、一定回転として、同様に、並進ステージ13の移動速度も一定となるように制御される。両ステージが一定回転、一定速度で制御される間は、異物検査が継続されることは従来と同様である。ただし、本実施例では、時刻tに達した時点では、レーザ光のらせん状の走査は被検査物1の外周部に達する前の位置であり、その後は、検査を継続しながら、両ステージは減速の制御がなされる。(なお、本実施例での時刻tと、前記した従来の両ステージが一定速度の間だけレーザ光を走査させて検査を行っていた場合の時刻tとは時間が異なる。)
 本実施例では、時刻tに達した時点で、回転ステージ12を等減速の制御値を与えて減速させる。並進ステージ13の移動の制御は、回転・並進制御回路11が、被検査物動作検出機構14から送られてくるスキャン情報23の被検査物回転速度と、回転ステージ12に与える回転減速制御値(回転・並進制御信号21)に基づき、その時点から回転ステージ12が1回転に要する時間を求め、その時間の間に、並進ステージ13が所定のらせん状の軌跡の間隔i43だけ移動するように、並進ステージ13に並進減速制御値(回転・並進制御信号21)を与える。回転ステージ12が検査終了回転数r27まで減速して達した時点で、並進ステージ13の移動速度が0となるように、回転・並進制御回路11が両ステージへ制御値(回転・並進制御信号21)を与える。検査終了時点で、レーザ光のらせん状の走査は被検査物1の外周部に達しており、レーザ光のビームを遮るシャッタ(図示せず)を閉じる。
 図2(B)に示す並進ステージ移動速度の加速領域と減速領域は、等加減速度のように記載しているが、実際は、回転ステージ12の加減速に追従させて制御されるので、厳密には等加減速度とはならない。
 図2(C)に示す本実施例におけるレーザ光の走査の線速度の変化は、検査開始時は0から始まる。開始直後29は、並進ステージ13が速度0からの加速のために応答遅れの乱れが見られるが、その後は、時刻tまでほぼ直線的に加速していく。時刻tの後は、応答遅れを伴って、0まで減速する。
 図3は、本実施例の異物検査装置100における光強度変調手段3と光強度制御回路10の(A)構成例、並びに(B)動作例を示す。
 図3(A)に示す光強度変調手段3は、光変調素子31と偏向ビームスプリッタ32で構成され、光変調素子31に印加される光強度変調信号であるVP、VNの電位差に対応して光変調素子31を通過するレーザ光61の偏波面の回転角が変更され、その後で偏向ビームスプリッタ32を介してレーザ光の偏波面の回転角に応じた強度のレーザ光62が通過する。
 光強度制御回路10は、データ処理部9からの電圧制御信号(PVH,PVL,PIN)25に基づいて、対応する電圧(VH,VL)を生成する可変電圧発生回路35、36、切替回路33、34で構成される。切替回路33はPINがLのときVLを、PINがHのときVHを光強度変調信号であるVPに出力する。また、切替回路34は、PINがLのときVHを、PINがHのときVLを光強度変調信号であるVNに出力する。
 図3(B)は、光強度制御回路10の動作例である。切替信号であるPINはLow,Highの電位を有する2値信号であり、それぞれの状態をL,Hとして表す。PINがLのとき、切替回路33はVLを出力し、切替回路34はVHを出力して、VPはVLと同電位となり、また同時に、VNはVHと同電位となる。この結果、光変調素子31にはVL-VHの電位差が印加される。
 一方で、PINがHのときは、切替回路33はVHを出力し、切替回路34はVLを出力して、VPはVHと同電位、また同時に、VNはVLと同電位で、光変調素子31にはVH-VLの電位差が印加される。
 図3(B)では、前記データ処理部9からの電圧制御信号(PVH,PVL)をそれぞれ2種に切り替えて、(PVH1,PVL1)または(PVH2,PVL2)と入力して、可変電圧発生回路35、36で、それぞれ(VH,VL)または(VH,VL)を生成することにより、光変調素子31には、2段階の切替振幅:|VH-VL|、オフセット電圧:(VH+VL)/2{ただしn=1 or 2}の電圧が印加される例を示している。
 本実施例の異物検査装置100では、前記データ処理部9からの電圧制御信号(PVHn,PVLn)を更に多段階(n)に切り替えて、前記光変調素子31によるレーザ光の偏波面の回転角変動は、多段階(n)に切り替えた光強度変調信号VP、VNによる電位差:|VP-VN|、およびオフセット電圧:(VP+VN)/2で制御が可能である。
 データ処理部9は、検出回路8から入力された信号を適切に処理して、異物、欠陥を判定する。このとき、信号の強度に基づいて異物、欠陥のサイズを決定する。また、被検査物動作検出機構14から送られてくるスキャン情報24を用いて異物、欠陥の座標を決定する。
 本実施例の異物検査装置が対象とする被検査物1上の異物、欠陥のサイズとしては、数10nm以下まで高精度に検出することが要求される。これらの微小な異物、欠陥の検出感度を向上させる手段のひとつとして、レーザ光の強度を高くすることが一般に行われている。しかし、高い強度でレーザ光を照射すると数百nmを超える大異物は破壊され、破壊によって生じた破片は、被検査物表面に拡散し、被検査物の不良領域を拡大するため、検査パワーを制限する必要がある。
 本実施例の異物検査装置100において、被検査物の回転の加減速中にも検査を実施する制御を行うと、図2(C)に示すレーザ光の走査の線速度の変化のようになる。被検査物上のレーザ光の走査軌跡上の各点における異物、欠陥の検出感度を一定に保つためには、各点における照射レーザ強度の積分値を一定に保つ必要がある。すなわち、レーザ光の走査の線速度が遅ければレーザ光の強度は低くして、レーザ光の走査の線速度が速ければレーザ光の強度を高くする必要がある。
 データ処理部9は、被検査物動作検出機構14が生成するスキャン情報24より、現在の被検査物1上のレーザ光の走査の線速度を知り、該線速度に対応する電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を生成して、光強度制御回路10へ出力し、被検査物1への照射レーザ光強度を調整する。
 本実施例では、ビームスプリッタ15を介して被検査物1に照射されるレーザ光62のレーザパワーを光パワー検出手段16で検出し、前記検出結果20をデータ処理部9へ出力している。データ処理部9は、電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を出力してレーザ光強度を調整した結果を知ることができる。光変調素子31が温度等の環境条件によって特性が変わり、電圧制御信号によって指示した通りのレーザ光強度の調整が出来なかった場合には、再度、修正した電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を出力して、レーザ光強度を調整する。
 また、データ処理部9は、被検査物1上にレーザ光を走査させて、異物、欠陥を判定する処理において、図5に示すような大径異物50を、第1のレーザ光走査51において検出して、その時に異物のサイズをaと判定して、aが所定サイズより大きければ大径異物が在ると判定する。その場合には、次の第2のレーザ光走査52において、第1のレーザ光走査51で検出した異物サイズa、またはその両側に所定の増加サイズbを加えた異物サイズa+2bだけ、らせん状軌跡の外周方向にシフトさせた位置関係で、第2のレーザ光走査52線上にレーザ光強度を弱くする領域を設定する。そして、レーザ照射スポットが第2のレーザ光走査52線上のレーザ光強度を弱くする領域に達する時点で、レーザ光強度を弱くする電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を光強度制御回路10へ出力し、その後レーザ光強度を弱くする領域を通過時点で、レーザ光強度を元に戻す電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を光強度制御回路10へ出力する。続けて、第2のレーザ光走査52線上にレーザ光を照射して、その散乱光を検査した結果、同様に大径異物が存在すると判定した場合には、第3のレーザ光走査線上に照射するレーザ光強度を弱くする制御を繰り返し実施する。このように、瞬間的にレーザ光強度を弱くするように制御して、大径異物からの強散乱光強度による光検出器7の飽和や大径異物の焼損を防止する。
 また、データ処理部9は、光パワー検出手段16の検出結果に基づいて、光変調素子31の特性変動を検出して、電圧制御信号(PVHn,PVLn,PIN)25を調整する。それにより、被検査物1に照射する長時間でのレーザパワー変動を抑制することが実現できる。
 本実施例のデータ処理部9、回転・並進制御回路11、被検査物動作検出機構14は、ハードウェア、ソフトウェアいずれの方式でも実現可能である。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップもしくはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、システムを構成する装置に搭載された中央演算処理装置(CPU)またはシステムに接続された汎用のコンピュータに搭載された汎用CPUにより、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。
 また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除。置換をすることが可能である。
 また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
1 被検査物(ウェハ)
2 レーザ光源
3 光強度変調手段
4 ミラー
5 照射レンズ
6 集光レンズ
7 光検出器
8 検出回路
9 データ処理部
10 光強度制御回路
11 回転・並進制御回路
12 回転ステージ
13 並進ステージ
14 被検査物動作検出機構
15 ビームスプリッタ
16 光パワー検出手段
20 光パワー検出手段の検出結果
21 回転・並進制御信号
22 回転座標・並進座標検出信号
23、24 スキャン情報
25 電圧制御信号
26 検査開始回転数r
27 検査終了回転数r
28 回転ステージの目標回転数r
29 レーザ光の走査の検査開始直後の線速度の変化
31 光変調素子
32 偏向ビームスプリッタ
33 切替回路1
34 切替回路2
35、36 可変電圧発生回路
41 被検査物1の表面上の中心位置
42 被検査物上に照射されるレーザ光のらせん状の軌跡
43 らせん状の軌跡42の間隔i
50 大径異物
51 第1のレーザ光走査
52 第2のレーザ光走査
61 レーザ光源2から出力されるレーザ光
62 光学強度変調手段3により強度が変調されたレーザ光
63 被検査物上に照射されるレーザ光
64 被検査物上の異物からの散乱光
100 異物検査装置

Claims (7)

  1.  被検査物表面の異物、欠陥の検査装置であって、
     前記被検査物を回転および並進する回転・並進手段と、
     レーザビームの強度を変調して前記被検査物にレーザビームを照射する光強度変調手段と、
     電圧制御信号に基づき前記光強度変調手段を複数段に制御する光強度制御手段と、
     前記回転・並進手段からの回転座標・並進座標検出信号に基づいて前記被検査物上のレーザ照射位置における線速度情報を算出する被検査物動作検出手段と、
     被検査物回転速度が加速中に所定速度に達した時点で異物、欠陥の検査を開始し、前記線速度に対応するレーザビームの強度を制御する電圧制御信号を出力するデータ処理手段と、
     前記被検査物動作検出手段により検出された被検査物回転速度、および回転制御値より回転ステージの次の1回転時間を求め、その時間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与える回転・並進制御手段と、
     を備えることを特徴とする検査装置。
  2.  前記回転・並進制御手段は、被検査物回転速度を減速させる時刻に達した時点で、回転ステージへ減速回転制御値を与え、並進ステージへ回転ステージの次の1回転時間の間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与え、
     前記データ処理手段は、前記並進ステージの並進速度が0となった時点で検査を終了することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
  3.  前記データ処理手段は、被検査物上にレーザ光をらせん状に走査させて得た散乱光から所定の大きさ以上の異物を判定した場合には、該異物の大きさと同サイズ、または該異物の大きさの両側に所定の幅を加えたサイズを、らせん状軌跡の外周方向にシフトさせた位置関係で、次のらせん状走査軌跡上に大径異物が存在する領域と仮定して設定し、次のらせん状走査軌跡へレーザ光を照射する際に、前記大径異物が存在すると仮定した領域へ照射するレーザ光強度を弱くするための電圧制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
  4.  前記光強度変調手段は、レーザ光の光軸方向に光変調素子と偏向ビームスプリッタを直列に配置して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
  5.  異物検査装置による被検査物表面の異物、欠陥の検査方法であって、
     被検査物を載置して回転動作および並進動作をさせる回転・並進手段を等加速度の回転動作を開始し、
     被検査物の回転速度が所定の速度に達した時点で、レーザビームを被検査物の中心位置へ照射を開始し、同時に、回転・並進手段の並進動作を開始し、
     被検査物動作検出手段が、前記回転・並進手段からの回転座標・並進座標検出信号に基づいて前記被検査物上のレーザ照射位置における線速度情報を算出し、
     回転・並進制御手段が、前記被検査物動作検出手段により検出された被検査物回転速度、および回転制御値より回転ステージの次の1回転時間を求め、その時間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与え、
     データ処理手段が、被検査物回転速度が加速中に所定速度に達した時点で異物、欠陥の検査を開始し、前記線速度に対応するレーザビームの強度を制御する電圧制御信号を出力し、
     光強度制御手段が、前記電圧制御信号に基づき複数段にレーザビームの強度を変調して前記被検査物にレーザビームを照射することを特徴とする検査方法。
  6.  前記回転・並進制御手段が、更に、被検査物回転速度を減速させる時刻に達した時点で、回転ステージへ減速回転制御値を与え、並進ステージへ回転ステージの次の1回転時間の間に並進ステージを所定の距離だけ移動させるための並進制御値を並進ステージへ与え、
     前記データ処理手段が、更に、前記並進ステージの並進速度が0となった時点で検査を終了することを特徴とする請求項5に記載の検査方法。
  7.  前記データ処理手段が、被検査物上にレーザ光をらせん状に走査させて得た散乱光から所定の大きさ以上の異物を判定した場合には、該異物の大きさと同サイズ、または該異物の大きさの両側に所定の幅を加えたサイズを、らせん状軌跡の外周方向にシフトさせた位置関係で、次のらせん状走査軌跡上に大径異物が存在する領域と仮定して設定し、次のらせん状走査軌跡へレーザ光を照射する際に、前記大径異物が存在すると仮定した領域へ照射するレーザ光強度を弱くするための電圧制御信号を出力することを特徴とする請求項5に記載の検査方法。
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