JP2008096430A - Method and apparatus for detecting defect - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LSIや液晶基板を製造する際に生じる異物または欠陥の検査方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting foreign matters or defects generated when an LSI or a liquid crystal substrate is manufactured.
従来、半導体ウェハなどに付着した異物または発生した欠陥を検査する従来技術としては、複数の光学系と複数の検出器で検出された信号を用いるものがあり、特表2006−501470号公報(特許文献1)、特表2005−539225号公報(特許文献2)、特表2002−519694号公報(特許文献3)、特開平6−94633号公報(特許文献4)、特開平6−242012号広報(特許文献5)、特開平5−332946号広報(特許文献6)、およびMultidetector hemispherical Polarized Optical scattering Instrument(非特許文献1)が知られている。 Conventionally, as a conventional technique for inspecting a foreign matter or a generated defect adhered to a semiconductor wafer or the like, there is a technique using signals detected by a plurality of optical systems and a plurality of detectors. Reference 1), Japanese translations of PCT publication No. 2005-539225 (Patent Reference 2), Japanese translations of PCT publication No. 2002-519694 (Patent Reference 3), JP-A-6-94633 (Patent Reference 4), JP-A-6-242012 (Patent Document 5), Japanese Patent Laid-Open No. 5-332946 (Patent Document 6), and Multidetector hemispherical Optical Scattering Instrument (Non-patent Document 1) are known.
特許文献1は、本発明の背景技術に半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、半導体ウェハのようなサンプルの表面を暗視野検査するためのシステムであって、パルスレーザビームをベースとする強力な光放射源でサンプル表面のあるエリアを照射し、複数の検出器アレイが、暗視収集モードにおいて表面の上記同じエリアから散乱された放射を受け取って、その各像を形成するように構成されるものであると説明されている。ここで、上記各検出器アレイは、表面から異なる角度範囲へ散乱された各々の放射を収集するように構成されており、異なる検出器アレイからの像を合成することにより、上記システムは、暗フィールド散乱パターンを、表面上の複数のポイントに対する散乱角度の関数として同時に決定することができると説明されている。
散乱された放射の収集は、異なる角度範囲における散乱光を各アレイに向けるような、開口数(NA)の高い単一の対物レンズアッセンブリを使用してもよいと説明されている。さらに、空間フィルタ技術に関しても言及されている。すなわち、検出される散乱光のある領域を阻止することにより、散乱光の収集角度を制限することができ、これにより、パターン化されたウェハにおける繰り返し特徴部からのバックグランド回折光を排除するのに特に有用であると説明されている。この空間的フィルタは、ウェハ表面上の特徴部の既知の回折パターンに基づいた強力な回折光を阻止し、この技術分野において広く知られたように、欠陥に対する上記システムの感度を向上させると説明されている。 It has been described that the collection of scattered radiation may use a single objective lens assembly with a high numerical aperture (NA) that directs scattered light at different angular ranges to each array. Furthermore, mention is made of spatial filter technology. That is, by blocking the region of scattered light that is detected, the collection angle of the scattered light can be limited, thereby eliminating background diffracted light from repeated features on the patterned wafer. Are described as being particularly useful. This spatial filter blocks strong diffracted light based on the known diffraction pattern of features on the wafer surface and improves the sensitivity of the system to defects, as is widely known in the art. Has been.
さらに、検光技術に関しても言及されている。すなわち、受光されるべき散乱光の偏光の方向を選択するために、回転可能な偏光器が検出光学の経路に設けられており、この偏光器は、例えば、被検査表面の粗面及び/又は高反射面構造によるバックグランド散乱を遮光することにより検出感度を改善する上で有用であると説明されている。
特許文献2は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、2つのリング開口を備えたフレームを有するコンパクトな表面検査光学ヘッドであって、検査される表面に対して垂直な方向の近傍を取り囲んだ第1の組の開口は、化学的機械的研摩によって引き起こされるマイクロスクラッチの検出に有用な散乱光を集めるために使用され、さらに、これらの開口の位置は、パターンからの散乱光や回折光を避けるように選択されている場合には、パターン化された表面上の異常検出に役立つと説明されている。
Furthermore, reference is also made to the analysis technique. That is, in order to select the direction of polarization of the scattered light to be received, a rotatable polarizer is provided in the path of the detection optics, for example the rough surface of the surface to be inspected and / or It is described that it is useful for improving the detection sensitivity by shielding the background scattering due to the highly reflective surface structure.
また、検査される表面に対して低い仰角を取り囲んだ第2の組の開口は、パターン化された表面上の異常検出のために検査される表面によって散乱される照射線を集め、パターン回折や散乱によって飽和される検出器からの信号出力が捨てられるように検出器を方位角に対して幾つかの領域に分け、飽和されていない検出器の出力のみが異常検出のために使用されると説明されている。さらには、二重暗視野の位置に一対の大きな開口があり、パターン化されていない表面上の異常検出のために用いることができ、2つの大きな開口を通過する散乱光、対物レンズやファイバ束によって集めることができると説明されている。 A second set of apertures surrounding a low elevation angle with respect to the surface to be inspected collects the radiation scattered by the surface to be inspected for anomaly detection on the patterned surface, and allows pattern diffraction and If the detector is divided into several regions with respect to the azimuth so that the signal output from the detector saturated by scattering is discarded, and only the output of the unsaturated detector is used for anomaly detection Explained. In addition, there is a pair of large apertures at the position of the double dark field, which can be used for anomaly detection on unpatterned surfaces, scattered light passing through the two large apertures, objective lens and fiber bundle Can be collected by.
この技術によれば、メモリアレイやロジックを有するパターン化された半導体ウェハなどの表面と、ベアウェハなどのパターン化されていない表面とを含む、異なった種類の表面上で異常を検出すると共に、半導体ウェハの化学的機械的研摩から生じる異常を検出するために使用することができるとされている。 According to this technology, anomalies are detected on different types of surfaces, including surfaces such as patterned semiconductor wafers having memory arrays and logic, and unpatterned surfaces such as bare wafers, and semiconductors It is said that it can be used to detect anomalies resulting from chemical mechanical polishing of a wafer.
特許文献3は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、パターン化された半導体ウェハ表面上の欠陥、特に粒子の存在に起因した欠陥の検出をするための半導体ウェハの表面を検査する方法及び装置であって、ウェハ上の個別のピクセルを検査し、走査ビーム光にそれが応答する態様により定義される各ピクセルの識別特性を収集し、そしてピクセルの識別特性が、欠陥が無い、欠陥がある、もしくは欠陥の疑いの有る識別特性であるかを決定することにより半導体ウェハ上の欠陥を検出する方法および装置であると説明されている。
従来装置の例は、異なるダイを直接比較することに基づいた装置であって、1)高度の機械的精度を必要とする時、それは相対的に高価であり、2)低いスループットを有し、3)大きな占有面積を有し、4)専門の操作者を必要とし、5)インライン検査に適しておらず(すなわち、その装置は製造ラインから前もって取除かれたウェハに対して動作する)、従って工程管理及び監視には不適当であり、6)従来装置は非等方性装置であり、すなわち、検査される物体を大変正確に位置合わせすることを必要とする等の欠点を有するのに対し、特許文献3に示される技術ではこれらの欠点を解決できると説明されている。
An example of a conventional device is a device based on direct comparison of different dies, which is 1) relatively expensive when it requires a high degree of mechanical accuracy, 2) has a low throughput, 3) has a large footprint, 4) requires a specialized operator, 5) is not suitable for in-line inspection (ie the device operates on wafers previously removed from the production line), Therefore, it is unsuitable for process control and monitoring. 6) The conventional device is an anisotropic device, that is, it has the disadvantage that it requires very precise alignment of the object to be inspected. On the other hand, the technique disclosed in
特許文献4は、本発明の背景技術に含まれる半導体ウェハを検査するための方法を説明している。すなわち、半導体ウェハを斜方から照明し、前記照明領域から発生した光を、前記半導体ウェハの上方に配置されたフーリエ変換レンズで集光した後に、フーリエ変換面に配置された2次元光電変換素子アレイで受光することで、フーリエスペクトルを測定し、前記測定結果に基づき、回折光の間隔が最も大きい方向に上受光領域を配置することでウェハ上の欠陥を検出する方法が記載されている。 Patent Document 4 describes a method for inspecting a semiconductor wafer included in the background art of the present invention. That is, a two-dimensional photoelectric conversion element disposed on a Fourier transform surface after illuminating a semiconductor wafer from an oblique direction and condensing light generated from the illumination region with a Fourier transform lens disposed above the semiconductor wafer A method is described in which a Fourier spectrum is measured by receiving light with an array, and a defect on the wafer is detected by arranging an upper light receiving region in a direction where the interval of diffracted light is the largest based on the measurement result.
特許文献5は、微粒子による微弱な散乱反射光をも、背景光やセンサのショットノイズ等の影響を受けることなく、好適に検出することができる異物検査装置を説明している。すなわち、検査対象を全面走査可能に載置固定する載置手段と、前記検査対象を照射する投光手段と、前記被検査対象からの散乱反射光を受光しかつ受光強度に応じた受光信号を出力する複数の受光手段と、前記各受光信号を加算して閾値と比較する閾値処理手段と、前記受光信号のそれぞれを予め記憶された参照信号と比較する相関演算手段とを備えた装置であって、前記投光手段は偏光成分を有する光を照射し、かつ各受光手段は前記検査光と略同一の偏光成分及び異なる偏光成分の両方の光を検出できるようにしたことが特徴であると述べられており、センサのショットノイズなどノイズ信号は各受光手段において時間的にランダムに発生する一方、付着微粒子やウェハの荒れ等の検査対象上の欠陥を照射した際には、散乱反射光が発生し、各方向に配設された夫々の受光手段はこれを同時に検出するため、各受光手段の出力を同期的に加算すれば、付着微粒子等による信号は重合わされて大きなピークを示す一方、ランダムに発生するセンサのショットノイズは小さなピークのまま現れるため、加算された信号を、所定の閾値と大小比較することにより、検査対象上の欠陥とノイズによる信号とを明確に区別することができると述べられている。また、微粒子を特定の偏光成分の光で照射した場合、その散乱反射光は、粒子径に拘らず、入射光と同一の偏光成分,異なる偏光成分各々の散乱パターンは夫々特定の形状をなすものである。したがって、入射光と同一または異なる偏光成分の光を別個に受光する各受光手段の出力信号の大小関係を調べることによって、付着微粒子のみをより明確に区別することができると述べられている。さらに、各受光信号を、シミュレーション等により求めた散乱光強度分布によるデータ値と相関をとって、ウェハ表面に付着した微粒子を検出する方法が記載されている。 Patent Document 5 describes a foreign matter inspection apparatus that can suitably detect even weakly scattered reflected light caused by fine particles without being affected by background light, sensor shot noise, or the like. That is, a mounting means for mounting and fixing the inspection object so that the entire surface can be scanned, a light projecting means for irradiating the inspection object, and a received light signal that receives scattered reflected light from the inspection object and that corresponds to the received light intensity. An apparatus comprising a plurality of light receiving means for outputting, a threshold processing means for adding each light reception signal and comparing it with a threshold value, and a correlation calculation means for comparing each of the light reception signals with a pre-stored reference signal. The light projecting means emits light having a polarization component, and each light receiving means can detect both light having substantially the same polarization component and different polarization components as the inspection light. As described above, noise signals such as sensor shot noise are randomly generated in each light receiving means, while scattered reflected light is generated when a defect on an inspection object such as adhered fine particles or wafer roughness is irradiated. Departure Since each light receiving means arranged in each direction detects this simultaneously, if the outputs of the respective light receiving means are added synchronously, the signals due to the adhered fine particles are superposed and show a large peak, but at random Since the shot noise of the sensor generated in the above appears as a small peak, it is possible to clearly distinguish between the defect on the inspection object and the signal due to noise by comparing the added signal with a predetermined threshold value. It is stated. In addition, when fine particles are irradiated with light of a specific polarization component, the scattered reflected light has a specific shape regardless of the particle diameter, and each of the scattering patterns of the same polarization component and different polarization components of the incident light has a specific shape. It is. Therefore, it is stated that only the attached fine particles can be more clearly distinguished by examining the magnitude relationship of the output signals of the respective light receiving means that separately receive light having the same or different polarization component as the incident light. Further, there is described a method for detecting fine particles adhering to the wafer surface by correlating each received light signal with a data value by a scattered light intensity distribution obtained by simulation or the like.
特許文献6は、被検査体の表面状態を判別する表面判別手段を備えた表面検査装置について説明されている。すなわち、被検査体に対し所定方向からレーザ光を照射する照射光学系と、被検査体に対して所定角度方向に配置され被検査体に付着した微粒子により生じる散乱光を集光し、かつこの散乱光強度に応じた第1電気信号に変換する第1光電変換手段と、被検査体の上方に配置され被検査体又は微粒子のいずれか一方又は両方により生じる散乱光を集光し、かつこの散乱光強度に応じた第2電気信号に変換する第2光電変換手段と、これら第1及び第2光電変換手段からの第1及び第2電気信号に基づいて被検査体の表面状態を判別する表面判別手段とを備えた装置であり、第1光電変換手段は光ファイバー束を被検査体に付着した微粒子により生じる散乱光分布における光強度の高い方向(αの角度をほぼ25°、ファイバの集光角を±9°)に配置し、これら光ファイバー束に光電変換器を接続したものであり、第2光電変換手段は複数の光ファイバーを束ねてその光入射端面を少なくとも4分の1半球状に形成(通常は第1の光ファイバー束を除いた全球面)し、これら光ファイバーに光電変換器を接続したものであり、表面判別手段は、第2電気信号レベルとスレシホールドレベルとを比較し、第2電気信号レベルが高ければ第1電気信号に基づいて微粒子の大きさ等のデータを収集するものであると説明されている。
このような手段を備えたことにより、被検査体に対し照射光学系から所定方向にレーザ光が照射されると、被検査体の付着微粒子により生じる散乱光強度の高い方向に配置された第1光電変換手段により、その散乱光が集光されてその強度に応じた第1電気信号に変換される。又、この集光された散乱光以外の散乱光、つまり被検査体又は微粒子のいずれか一方又は両方により生じる散乱光が被検査体の上方に配置された第2光電変換手段により集光されてその強度に応じた第2電気信号に変換される。そして、これら第1及び第2電気信号に基づいて表面判別手段により被検査体の表面状態が判別されると説明されている。 By providing such a means, when laser light is irradiated in a predetermined direction from the irradiation optical system to the object to be inspected, the first arranged in the direction in which the scattered light intensity generated by the adhered fine particles of the object to be inspected is high. The scattered light is collected by the photoelectric conversion means and converted into a first electric signal corresponding to the intensity. Further, the scattered light other than the collected scattered light, that is, the scattered light generated by one or both of the inspection object and the fine particles is condensed by the second photoelectric conversion means disposed above the inspection object. It is converted into a second electric signal corresponding to the intensity. And it is described that the surface discrimination | determination means discriminate | determines the surface state of to-be-inspected based on these 1st and 2nd electric signals.
非特許文献1は、半導体ウェハをレーザ光で照明し、前記ウェハを底面とする天球上に配置された28個の集光レンズで半導体ウェハからの光を集光し、特定の偏光成分のみを抽出した後に、前記28個の集光レンズに対応した28個のセンサで電気信号に変換して、得られた電気信号を選択的に利用することで、前記半導体ウェハの表面ラフネスと欠陥を弁別する方法が記載されている。
Non-Patent
従来技術の装置および方法は、半導体ウェハの上空の全方位に発生した光の一部のみを受光した後に、それらの光を電気信号に変換するため、受光されなかった領域の情報は失われてしまう。そのため、非受光領域の情報を利用したい場合には、装置構成を変更するか、受光系を可動機構とし、前記移動可能な受光系の配置を変えた後に、再度検査を実行する必要があり、装置構成の複雑化や、検査時間の増加という欠点を有する。 Since the prior art apparatus and method receive only a part of the light generated in all directions above the semiconductor wafer and then convert the light to an electrical signal, information on the unreceived area is lost. End up. Therefore, if you want to use the information of the non-light-receiving area, it is necessary to change the device configuration or make the light-receiving system a movable mechanism and change the arrangement of the movable light-receiving system, and then perform the inspection again. There are drawbacks in that the device configuration is complicated and the inspection time is increased.
従って、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、LSIや液晶基板の製造において、被加工対象物形成される様々なパターン上に生じる欠陥または異物を、正常な回路パターンと弁別して検査する際に、前記被加工対象物を底面とした半球状のほぼ全領域にて検出した光を用いて欠陥の弁別ができるようにした欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to inspect defects and foreign matters generated on various patterns formed on a workpiece to be distinguished from normal circuit patterns in manufacturing LSIs and liquid crystal substrates in order to solve the above problems. In this regard, it is an object of the present invention to provide a defect inspection method and apparatus capable of discriminating defects using light detected in substantially the entire hemispherical region with the workpiece as the bottom surface.
本発明のさらに別の目的は、複数の偏光成分を個別にかつ同時に検出し、欠陥とノイズの偏光の違いを利用して欠陥を顕在化することを可能とした欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a defect inspection method and apparatus capable of detecting a plurality of polarization components individually and simultaneously, and revealing defects using the difference in polarization between defects and noise. There is to do.
本発明は、装置および方法の両方について、装置構成の変更を必要とせずに、被検査対象を底面とした半球状の領域に発生したほぼすべての光を、複数の偏光成別に電気信号に変換した後に、これらの電気信号を用いて欠陥を顕在化する技術に基づいている。なお、本発明は、パターン化された半導体ウェハについてなされるが、本発明の目的は、半導体ウェハ上の欠陥を検査することであり、パターン化されていない半導体ウェハに対しても、適用できるものである。 The present invention converts almost all of the light generated in a hemispherical area with the object to be inspected into a bottom surface and converts it into an electrical signal for a plurality of polarization components, without requiring a change in the apparatus configuration for both the apparatus and the method. After that, it is based on a technique for revealing defects using these electric signals. In addition, although this invention is made | formed about the patterned semiconductor wafer, the objective of this invention is to test | inspect the defect on a semiconductor wafer, and it can apply also to the semiconductor wafer which is not patterned. It is.
上記目的を達成するために、本発明は、配線等の回路パターンを有する基板試料上(ウェハ)上の欠陥を検出するための欠陥検査装置として、前記基板試料を載置してX、Y、Z、およびθの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、前記回路パターンを一方向、もしくは多方向から照射する照明系と、照明された検査領域から発生する反射・回折、散乱光を、前記ウェハを底面とした半球状のほぼ全領域にわたり検出する、すなわち、NA(開口数)が0.7〜1.0の範囲で検出する、複数の光学系からなる集光光学系と、前記集光された光を複数の偏光成分に分割する偏光分離光学系と、前記複数に分離された偏光成分を受光して電気信号に変換するする複数の光検出器と、得られた電気信号を保存する記憶装置と、上記得られた電気信号を処理してノイズと検出したい欠陥を弁別して、欠陥を判定することを特徴とする欠陥検査方法および装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a defect inspection apparatus for detecting defects on a substrate sample (wafer) having a circuit pattern such as wiring, by placing the substrate sample on X, Y, A stage unit that can be arbitrarily moved in each direction of Z and θ, an illumination system that irradiates the circuit pattern from one direction or multiple directions, and reflection / diffraction and scattered light generated from the illuminated inspection region, A condensing optical system comprising a plurality of optical systems for detecting over substantially the entire hemispherical area with the wafer as a bottom surface, that is, for detecting NA (numerical aperture) in the range of 0.7 to 1.0; A polarization separation optical system that divides the collected light into a plurality of polarization components, a plurality of photodetectors that receive the polarization components separated into a plurality of light and convert them into electrical signals, and the resulting electrical signals Storage device to save and electricity obtained above And discriminating a defect to be detected and noise to process the items, a defect inspection method and apparatus characterized by determining a defect.
本発明によれば、ほぼNA1.0の領域で検出された複数の偏光成分の情報を、一旦全て電気信号に変換し保存した後に、前記保存された情報を用いて、非欠陥であるエッジラフネスや表面ラフネスにより発生するノイズ光と、異物および欠陥により発生する光を弁別できるため、異物や欠陥の検出感度が向上する。 According to the present invention, after information on a plurality of polarization components detected in a region of approximately NA 1.0 is once converted into an electrical signal and stored, the stored information is used to obtain edge roughness that is non-defective. Since noise light generated by surface roughness and light generated by foreign matter and defects can be discriminated, the detection sensitivity of foreign matter and defects is improved.
本発明の実施例を、以下に図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、図49および図50を用いて、従来技術について説明する。図49は、被検査物である半導体ウェハWは、ウェハチャック403aで保持され、θステージ403bでθ方向の位置を調整し、Zステージ403cで半導体ウェハWの高さ方向の位置を調整するし、Yステージ403d、Xステージ403eで上記半導体ウェハWを平面上で走査する。上記ステージは、ステージコントローラ405での制御される。半導体ウェハWは、レーザ光源401から発振されたレーザ光るで照明される。上記レーザはレーザコントローラ404で駆動される。半導体ウェハW上の欠陥やパターンからの散乱光は、対物レンズ900で集光される。対物レンズの後焦点位置(フーリエ変換面)では、周期的パターンからの回折光が結像する。そこで、空間フィルタ901により該パターン回折光を遮光することができる。その後、結像レンズ904により、上記欠陥やパターンからの散乱光をセンサ904上に結像する。センサ904では、光を電気信号に変換する。Yステージ403dおよびXステージ403eにより、半導体ウェハWを走査し、半導体ウェハ全面に渡る散乱画像を取得する。比較回路906では、遅延回路905で遅延された検査画像と、隣接チップの同一領域の検出結果を参照画像として、欠陥乃至は異物を判定するものである。例えば、隣接チップの同一領域での検出画像の差画像を算出した後に2値化し、しきい値回路907でしきい値を決定し、欠陥判定回路908で2値化しきい値以上の信号を異物と判定するものである。欠陥と判定された信号については、検出画像に基づき分類回路909で欠陥を複数の種類に分類する。欠陥判定回路908の欠陥判定結果と分類回路909の分類結果は、コンピュータ700に送られ、欠陥座標とともに記録される。コンピュータ700に記録された結果は、記憶装置701に記憶されたり、出力装置702で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置703でディスプレイ上に表示されたりする。また、欠陥レビュー装置600により欠陥を観察することができる。すなわち、ウェハW上の欠陥の位置情報に基づいて、コンピュータ700でステージコントローラ405を制御してウェハW上の観察したい欠陥が対物レンズ603の光軸上に位置させる。この状態で、光源601(レーザ光源又はランプ光源)から発射された光はハーフミラー602に入射し、その一部がハーフミラー602で反射されて対物レンズを介してウェハWを照明する。この照明されたウェハWからの反射光は対物レンズを透過してハーフミラー602に入射し、その一部は結像レンズ604に入り撮像センサ605上に光学像を結像する。この結像した光学像を撮像センサ605で検出し、電気信号に変換してコンピュータ700に入力し画像処理を行って対物レンズ603の視野の画像を得て、表示装置703の表示画面上に表示する。上記従来技術を簡単に表現したものが図50である。すなわち、照明光学系1000で半導体ウェハWを照明し、発生した散乱・回折光1002を検出光学系1003aで検出し、光学的なフィルタリング1007を施した後に、さらなる検出光学系1003で光電変換機(センサ)1004で電気信号に変換した後に、処理回路1006で欠陥判定などを行うものである。この方法では、では光学的に光を検出する時点で、上記被検査対象を底面とする半球上の領域のうちの一部の光しか検出していないため、検出していない領域の光が必要となった場合には、装置構成を変更するなどの作業が必要であった。
First, the prior art will be described with reference to FIGS. 49 and 50. In FIG. 49, a semiconductor wafer W as an object to be inspected is held by a
次に、本発明の第1の実施例を図1から図23を用いて説明する。以下では、半導体ウェハ上の欠陥検査を例にとって説明する。
先ず、図1に半導体ウェハ上の欠陥を検出する装置の一例を示す。図1はレーザ光を発振するレーザ光源401、上記レーザを駆動するためのレーザコントローラ404、被検査物(半導体ウェハ)W、欠陥からの散乱光を集光するための複数の集光レンズ300、上記集光レンズで検出された散乱光を4つの偏光成分に分割するための4分割偏光板301、該4つに分割された偏光成分を各々個別に受光するための4分割光検出器302、信号処理部8000、コンピュータ7000、記憶装置7001、出力装置7002、表示装置7003、ウェハチャック403a、θステージ403b、Zステージ403c、被検査物Wを平面上で走査するためのYステージ403d、Xステージ403e、および、ステージコントローラ405、および、レビュー用顕微鏡600から構成されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a defect inspection on a semiconductor wafer will be described as an example.
First, FIG. 1 shows an example of an apparatus for detecting defects on a semiconductor wafer. FIG. 1 shows a
次に動作を説明する。まず、レーザ光源401から発振された偏光したレーザ光をミラー402aで二つに分岐し、一方は、アッテネータ304bで光量を調整した後に、ミラー402bおよびシリンドリカルレンズ400aを介して、ウェハWの法線方向にほぼ平行な方向からウェハWに上記偏光したレーザ光を照射する。ミラー402aで分岐された他方のレーザ光は、アッテネータ304aで光量調整された後に、ミラー402cおよびレンズ400bを介して、ウェハWの水平方向対しある仰角を持った方向からウェハWに上記偏光したレーザ光を照射する。該照射光により発生した反射、回折、散乱光は、前記ウェハWを底面とした半球上に設置された複数の集光レンズ300で集光される。該集光された光は、前記複数の集光レンズ300に対応した4分割偏光板301を通過して4つの偏光成分に分離された後に、前記4分割偏光板301の4つの偏光成分を各々4分割光検出器302で受光する。
4分割光検出器302で光電変換された信号は、信号処理部8000に送られA/D変換などの処理をされた後に、コンピュータ7000に送られ、欠陥判定、欠陥分類、欠陥サイズ算出等の処理がなされる。このとき、ウェハWはウェハチャック403a上に固定されている。ウェハチャック403aは、θステージ403bとZステージ403cにより、回転方向と高さ方向の調節ができるようになっている。さらに、Zステージ403cは、Yステージ403dとXステージ403eに搭載されており、該Xステージ403dおよびYステージ403eを水平方向に移動させながら、ウェハWからの散乱光を検出することで、検出結果を二次元画像として得ることができる。得られた結果は、記憶装置7001に記憶されたり、出力装置7002で外部しに出力されたり、表示装置7003で表示されたりすることができる。
Next, the operation will be described. First, polarized laser light oscillated from a
The signal photoelectrically converted by the
ここで、レーザ光源401としては、例えば、Arレーザなどの気体レーザや、半導体レーザや、YAGレーザなどの固体レーザや、面発光レーザなどの光源が利用可能である。波長としては、近赤外領域から、可視光、さらには、UV、DUV、EUV領域を用いる。レーザ光源401の選択手法としては、欠陥の検出感度を向上させる場合は、照明光源として波長が短い光源を使うほうが良いため、YAGレーザやArレーザ、UVレーザが適している。また、小形で安価な装置にする場合は、半導体レーザが適している。発振形態としては、連続発振するレーザであっても良いし、パルス発振するレーザであっても良い。このように、レーザ光源401は目的に応じて最適な光源を選択すればよい。
Here, as the
上記構成で、ウェハW上の欠陥を検出する手順を図2に示す。まず、照明光学系でウェハWを照明し(1000)、Xステージ403dおよびYステージ403eを水平方向に移動させながら、ウェハWを移動させる(1001)。この照明されながら移動するウェハWのパターンや欠陥からは反射・散乱・回折光が発生し(1002)、これを半球上に設置された複数の集光レンズ300を備えた検出光学系で集光し(1003)、4分割偏光板301を通過させて4つの偏光成分に分離し、4分割偏光板301の4つの偏光成分を各々4分割光検出器302で受光して光電変換する(1004)。この光電変換して得た電気信号にたいして光学的なフィルタリングを行い(1005)、信号処理を行って欠陥を検出する(1006)。
FIG. 2 shows a procedure for detecting defects on the wafer W with the above configuration. First, the wafer W is illuminated by the illumination optical system (1000), and the wafer W is moved while moving the
この検出した欠陥について、その一部をレビュー用顕微鏡600で詳細に観察する。 レビュー用顕微鏡600は、一般の顕微鏡として知られているものであり、ウェハWを照明するための光源601,照明光路と検出光路を分岐するためのハーフミラー602、欠陥からの散乱光を集光するための対物レンズ603、上記対物レンズで集光された散乱光を撮像センサ605上に結像するための結像レンズ604及び撮像センサ605を備えて構成されている。
A part of the detected defect is observed in detail with the
つぎに、欠陥レビューの動作について説明する。図2に示した処理フローで検出されたウェハW上の欠陥の位置情報に基づいて、コンピュータ7000でステージコントローラ405を制御してウェハW上の観察したい欠陥が対物レンズ603の光軸上に位置させる。この状態で、光源601(レーザ光源又はランプ光源)から発射された光はハーフミラー602に入射し、その一部がハーフミラー602で反射されて対物レンズを介してウェハWを照明する。この照明されたウェハWからの反射光は対物レンズを透過してハーフミラー602に入射し、その一部は結像レンズ604に入り撮像センサ605上に光学像を結像する。この結像した光学像を撮像センサ605で検出し、電気信号に変換してコンピュータ7000に入力し画像処理を行って対物レンズ603の視野の画像を得て、表示装置7003の表示画面上に表示する。
Next, the defect review operation will be described. Based on the position information of the defect on the wafer W detected in the processing flow shown in FIG. 2, the
次に照明について、図3から図12を用いて説明する。図3では、シリンドリカルレンズ400aを用いてウェハWに対し垂直な方向から(ウェハWの法線方向に平行な方向から)ウェハW上に光を照射するように構成されたものである。図5に示すように、シリンドリカルレンズ400aの焦点距離fの位置でウェハWを照明するように調整されている。シリンドリカルレンズ400aに入射するビーム101の直径をWxとすると、同じく図5に示すように、ウェハW上の線状の領域s1(x方向にはWx、y方向にはWy)を照明することできる。
または、図4に示すように、任意の方位角φ1および任意の仰角θ1で決定される、任意の方向から照明することも可能である。図4は、球面レンズ400bを用いてウェハW上に光を照射するように構成されたものである。図6に示すように、球面レンズ400bの焦点距離fの位置でウェハWを照明するように調整されている。図6では、ビーム101は−xの方向から仰角θ1でウェハW上を照明する。球面レンズ400bに入射するビーム101の直径をWとすると、ウェハW上には、x方向にはWy/sinθ1、y方向にはWyの線状領域s1を照明することできる。
ウェハW上を小さなスポットサイズで照明したい場合には、図7に示すように、ウェハW上でスポットサイズが伸張しないように球面レンズ400bを用いた落斜照明が適している。すなわち、図8に示すように、球面レンズ400aの焦点距離fの位置でウェハWを照明するように調整されており、ウェハW上には直径W’の円形領域s2を照明することができる。
Next, illumination will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the
Alternatively, as shown in FIG. 4, it is possible to illuminate from an arbitrary direction determined by an arbitrary azimuth angle φ1 and an arbitrary elevation angle θ1. FIG. 4 is configured to irradiate light onto the wafer W using the
In the case where it is desired to illuminate the wafer W with a small spot size, as shown in FIG. 7, the oblique illumination using the
ここで、図6に示した通り、斜方からの照明の場合には、球面レンズ400bで集光されるスポット形状が円形であったとしても、ウェハW上では伸張してだ円になる。そこで、落射照明と斜方照明を同時に行う場合には、上記二つの照明により発生する反射・散乱・回折光が同じ領域から発生するようにする為に、図5に示すようにシリンドリカルレンズ400aとしてシリンドリカルレンズを用いて、落射照明光のスポットサイズが予めだ円になるように設計するのが望ましい。本実施例では、光を集光した後にウェハWを照明したが、照明光は平行光でも良い。ウェハW上での単位面積当たりの光量を多くしたい場合は、レーザ光源401の出力を多くするか、照明エリアを狭くすれば良い。
Here, as shown in FIG. 6, in the case of illumination from an oblique direction, even if the spot shape collected by the
ところで、レーザ光源401でウェハWを照明するためには、ウェハWを底面とする半
球の全領域にわたり敷き詰められたフライアイレンズ300の一部の領域に、照明光を通すための空間が必要となるが、例えば、図22に示すように、集光レンズ300の一部の領域3001に空間を設ければよい。一方、図12に示すように、球面レンズ400bとフライアイレンズ300を通してウェハW上に照明光を集光するようにしても良い。
By the way, in order to illuminate the wafer W with the
次に、ウェハWの照明領域から発生した光を検出する方法を、図9を用いて説明する。本発明の目的の1つは、ウェハWを底面とする半球状のほぼ全域において光を検出することであるから、たとえば半球状にフライアイレンズ300を敷き詰める方法が適してい
る。フライアイレンズ300の1つのレンズで集光された散乱光200は、図9に示すように4分割偏光板301を用いて4つの偏光成分(互いに45°または90°傾きが異なる4つの方向。図48の301a または301bを参照)に分割される。このような構成とした場合、詳細には、異なる4つの方向に散乱する光を各々異なる偏光成分で検出していることと等価であるが、上記フライアイレンズ300の1つのレンズで検出される立体角は小さいため、本発明の目的からすれば、おおよそ同じ方向に散乱する光を4つの偏光成分に分離して検出していることと等価と考えてよい。上記4つに分割された偏光成分は、4分割光検出器302(図48の302a または302bを参照)を用いて、異なる電気信号に変換される。
Next, a method for detecting light generated from the illumination area of the wafer W will be described with reference to FIG. Since one of the objects of the present invention is to detect light in almost the entire hemispherical surface with the wafer W as the bottom surface, for example, a method of spreading the fly-
ここで、上記フライアイレンズ300の各々のレンズに対応する視野について図10を用いて説明する。図10(a)は同じ仰角に配置された異なる方位角に対応するレンズの視野を示しており、150〜153に示すように、各々のレンズの視野の形状はが同じでも、ウェハW上での視野の方向が異なる。図10(b)は同じ方位角に配置された異なる仰角に対応するレンズの視野を示しており、各々のレンズの視野の方向は同じでも、152、152b〜152dに示すように、ウェハW上での視野サイズが異なる。よって、ウェハW上の同じ領域からの光を収集する為には、図11に示すように各方位、仰角に対応するフライアイレンズ300の全ての視野に共通した領域の中に、照明領域s2、s3が配置されるように設計すればよい(s2落射照明の場合、s3は斜方照明の場合に対応する。)。これは、すなわち、照明光のスポットサイズにより検出の空間分解能が決定されることを意味する。図示はしないが、検出光学系中にウェハWの表面を共役な点が設けられるように、検出光学系を設計し、該共役点に配置された絞りによりフライアイレンズ300の各々の視野領域が一致するようにしても良い。
Here, the field of view corresponding to each lens of the fly-
ここで、図1および図9に示す構成の他に、図13および図14に示す構成でも、同様の作用を実現することができる。すなわち、図13に示すように、ウェハWを底面とする半球の全領域にわたり、光ファイバ303を敷き詰め、ウェハWの照明領域から発生した光を受光する。その後、例えば、図14に示すように、12本の隣接するファイバ303aを1組とし、該12本のファイバを出射側で303bのように配列し直し、更に、任意の3本を1束とした4束のファイバ304aから304dに分割する。そして、各ファイバ束304aから304d出射光を、各々4つのレンズ305を用いて、4つの光検出器307に集光する。このとき、上記受光用の光ファイバとして、偏波面保存ファイバを用いれば、上記ウェハWの照明領域から発生した光の偏光情報を失うことなく光を、該光検出器307に導くことができるので、上記該光検出器307の手前に偏光板306を配置すれば、上記図9を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を4つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。ここで、複数の偏光成分に分離する必要が無い用途に関しては、偏波面を保存しないファイバ、例えば、通常のシングルモードファイバや多モードファイバを用いることも可能である。
Here, in addition to the configuration shown in FIGS. 1 and 9, the same operation can be realized by the configuration shown in FIGS. 13 and 14. That is, as shown in FIG. 13, the
また、図15に示すように、レンズを用いずに、各ファイバ束304aから304dを直接該光検出器307に接続しても良い。この際、上記該光検出器307の手前に偏光板306を配置すれば、上記図9を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を4つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 15, the
さらに、図16に示すように、ファイバ303cの各々のファイバからの光を、ラインセンサ308(2次元センサでも可)の各画素で受光してもよい。このとき各画素に偏光子310‘を付けておけば、上記図9を用いた構成を説明した場合と同様に、おおよそ同じ立体角領域の光を4つの偏光成分に分離して検出することが可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 16, the light from each
図19は半球状の領域500で得られた信号を平面(円)704に投影した様子を示している。該平面704は一般に瞳と呼ばれるもので、画像処理などの信号処理をする場合には、極座標よりもX−Yの2次元画像の方が扱いやすい場合が多いので、本実施例では、得られた信号を瞳画像に変換して扱うものとする。尚、この分布はウェハWの照明領域から発生する光のファーフィードパターンに相当し、ウェハWの照明領域におけるニアフィールドパターンをフーリエ変換したものであるともいえる。
FIG. 19 shows a state in which the signal obtained in the
図20に4分割光検出器302からの電気信号を処理する方法について説明する。前記4分割光検出器302の4つの素子からの電気信号は、信号処理部8000に送られる。信号処理部8000では、アンプ701によりアナログ電気信号を増幅した後に、A/D変換器702によりディジタル信号、例えば、8ビットのグレースケール信号に変換する。A/D変換された信号は、異なる4分割光検出器302からの同じ偏光成分の信号毎に集められ、各々偏光成分ごとの瞳画像704aから704dが生成される。ウェハWは例えば図17に示すようにシグザグに走査される。図18は、ウェハW上に形成された隣接する二つのチップ1801a及び1801bを模式的に示したものであるが、このチップ上を照明領域s3がウェハW上を順次照明していく。
A method for processing an electrical signal from the
ウェハWが図18に示したようなパターン付ウェハの場合、図21に示すような処理が施される。すなわち、画像処理部8001には、上記瞳画像704aから704dのいずれかの画像が入力され、遅延回路705で遅延された検査画像と、隣接チップの同一領域の検出結果を参照画像として、比較回路706で比較し、欠陥乃至は異物を判定するものである。例えば、隣接チップの同一領域での検出画像の差画像を算出した後に2値化し、しきい値回路707でしきい値を決定し、欠陥判定回路708で2値化しきい値以上の信号を異物と判定するものである。欠陥と判定された信号については、検出画像に基づき分類回路709で欠陥を複数の種類に分類する。欠陥判定回路708の欠陥判定結果と分類回路709の分類結果は、欠陥データベース710に送られ、欠陥座標とともに記録される。これらの処理を、各偏光での瞳画像について実施する。欠陥データベース710に記録された結果は、記憶装置7001に記憶されたり、出力装置7002で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置7003でディスプレイ上に表示されたりする。
When the wafer W is a patterned wafer as shown in FIG. 18, a process as shown in FIG. 21 is performed. That is, any one of the
このように、本発明によれば、照明光学系で被検査対象を照明し、該被検査対象の上記照明領域から発生する反射・散乱・回折光を、上記被検査対象を底面とする半球状の全ての領域において、複数の偏光成分に分割して検出することができる。即ち、検出光学系のNAをほぼ1に近い状態に設定することが可能になる。ただし、検出光学系の実装上の制約から、検出光学系のNAを1にすることはできないが、上記したような構成で検出光学系を組み込むことにより、NAを0.7よりも大きく設定することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the object to be inspected is illuminated by the illumination optical system, and the reflected / scattered / diffracted light generated from the illumination area of the object to be inspected is hemispherical with the object to be inspected as the bottom surface. In all the regions, it can be detected by dividing into a plurality of polarization components. That is, it becomes possible to set the NA of the detection optical system to a state close to 1. However, the NA of the detection optical system cannot be set to 1 due to restrictions on the mounting of the detection optical system, but the NA is set to be larger than 0.7 by incorporating the detection optical system with the configuration described above. It becomes possible.
本発明によれば、図1に示すように、被検査対象を底面とした半球状のほぼ全ての領域の光を異なる偏光成分ごとに一旦全て検出し、電気信号に変換した後にこの変換した電気信号の情報をディジタル化して記憶し、この記憶したディジタル信号の中から使用する信号を選択できるため、必要な情報を失うことなく利用できる。これにより、ノイズと欠陥の弁別が容易になり、被検査対象上に発生した欠陥の検出感度が向上する。更に、検出の偏光成分を複数に分けて該得られた複数の偏光情報を全て用いて欠陥判定を行う為、情報量が増加し、より高感度に欠陥とノイズを識別することが可能となる。
次に、図40から図43を用いて、本発明の別の効果について説明する。図40はウェハW上にある凹み欠陥(例えば、スクラッチ)と凸欠陥(例えば、異物)に対し、異なる仰角で光を照明した際の散乱断面積を示している。すなわち、図40(a)は凹み欠陥に対して低仰角方向(ウェハWの表面の法線方向に対して大きな角度を為す方向)から照明した場合、図40(b)は凹み欠陥に対して高仰角方向(ウェハWの表面の法線方向に対して小さな角度を為す方向)から照明した場合、図40(c)は凸欠陥に対して低仰角方向(ウェハWの表面の法線方向に対して大きな角度を為す方向)から照明した場合、図40(d)は凸欠陥に対して低仰角方向(ウェハWの表面の法線方向に対して小さな角度を為す方向)から照明した場合を示す。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, the light of almost all hemispherical regions whose bottom is the object to be inspected is once detected for each different polarization component and converted into an electrical signal, and then this converted electrical Since signal information is digitized and stored, and a signal to be used can be selected from the stored digital signal, it can be used without losing necessary information. This facilitates discrimination between noise and defects, and improves the detection sensitivity of defects generated on the inspection target. Furthermore, since the detected polarization component is divided into a plurality of pieces and the defect determination is performed using all of the obtained plurality of pieces of polarization information, the amount of information increases, and it becomes possible to identify defects and noise with higher sensitivity. .
Next, another effect of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 40 shows scattering cross sections when light is illuminated at different elevation angles with respect to a dent defect (for example, scratch) and a convex defect (for example, foreign matter) on the wafer W. That is, FIG. 40A shows a case where the dent defect is illuminated from a low elevation angle direction (a direction which makes a large angle with respect to the normal direction of the surface of the wafer W), and FIG. When illuminated from a high elevation angle direction (a direction that forms a small angle with respect to the normal direction of the surface of the wafer W), FIG. 40C shows a low elevation angle direction (in the normal direction of the surface of the wafer W with respect to the convex defect). When illumination is performed from a direction that makes a large angle with respect to FIG. 40D, FIG. 40D shows a case where illumination is performed from a low elevation angle direction (direction that forms a small angle with respect to the normal direction of the surface of the wafer W) with respect to the convex defect. Show.
スクラッチに、スクラッチの大きさよりも広いビーム径dの光を照明した場合、照明仰角が小さくなると、散乱断面積(正味の照明面積)がw×D2からw×D1と小さくなる。一方、異物の場合、照明仰角によらず散乱断面積π×(φ/2)2はほぼ一定となる。このため、図41に示すように、スクラッチの場合、低角度照明の場合の散乱強度は、高角度照明の場合よりも小さくなるのに対し、異物の場合には、低角度照明の場合でも高角度照明の場合でもほぼ同じになる。従って、図42に示すように、同じ方位核φ1から、異なる仰角θ1およびθ2で各々同じ波長のビーム101Cおよび101Bを照明し、得られた信号について、図43に示すように両者の比をとれば、欠陥を、通常の異物、スクラッチ、または、薄膜上異物などに分類することが可能となる。 When the scratch is illuminated with light having a beam diameter d wider than the size of the scratch, the scattering cross section (net illumination area) decreases from w × D 2 to w × D 1 when the illumination elevation angle decreases. On the other hand, in the case of a foreign substance, the scattering cross section π × (φ / 2) 2 is substantially constant regardless of the illumination elevation angle. For this reason, as shown in FIG. 41, in the case of scratch, the scattering intensity in the case of low angle illumination is smaller than that in the case of high angle illumination, whereas in the case of foreign matter, the scattering intensity is high even in the case of low angle illumination. In the case of angle illumination, it is almost the same. Therefore, as shown in FIG. 42, beams 101C and 101B of the same wavelength are illuminated from the same azimuth nucleus φ1 at different elevation angles θ1 and θ2, respectively, and the ratio of the obtained signals can be obtained as shown in FIG. For example, it becomes possible to classify the defect into a normal foreign matter, scratch, or foreign matter on the thin film.
次に、図44に示すように、P偏光とS偏光では照明角度が同じ場合でも、透過率が異なる。すなわち、図45に示すように、透明膜の上部および内部に欠陥が存在する場合、S偏光では透明膜の上部に欠陥がある場合に比べ、透明膜の内部に欠陥がある場合には散乱強度が弱くなるのに比べ、P偏光の場合には、両者の散乱強度に大きな違いが生じない。すなわち、図46に示すように、S偏光照明時の散乱強度と、P偏光照明時の散乱強度の比をとることで、膜中欠陥(下層欠陥)と膜上欠陥(表層欠陥)を弁別することができる。 Next, as shown in FIG. 44, P-polarized light and S-polarized light have different transmittances even when the illumination angles are the same. That is, as shown in FIG. 45, when there is a defect above and inside the transparent film, in the case of S-polarized light, if there is a defect inside the transparent film, the scattering intensity is higher when there is a defect inside the transparent film. Compared to the weakening, in the case of P-polarized light, there is no significant difference in the scattering intensity between the two. That is, as shown in FIG. 46, by taking the ratio of the scattering intensity at the time of S-polarization illumination and the scattering intensity at the time of P-polarization illumination, defects in the film (lower layer defects) and defects on the film (surface layer defects) are discriminated. be able to.
二つの偏光成分を照明する方法としては、二回に分けて照明する方法もあるが、該方法は検査時間が増大すると言う欠点を有する。そこで、例えば、図47に示すように、波長が異なるs偏光ビーム104とp偏光ビーム103を偏光ビームスプリッタ309を用いて一つのビーム101dに結合した後に照明し(照明方位はφ1、照明仰角はθ1)、図48に示すように、集光レンズ300で集光した後に、偏光ビームスプリッタ309を用いて偏光分離し、分離後の各々の波長の散乱光を4分割偏光板301aおよび301bを用いて4つの偏光成分に分割した後に、各々4分割光検出器302aおよび302b電気信号に変換すれば、1回の検査で異なる偏光の照明による信号を検出することが出来る。全体のシステムについては、偏光分離した分、信号処理回路が増えるが、基本的な構成、作用は、図1、図20、および図21で既に説明したものと同じであるので説明を省略する。
As a method of illuminating two polarization components, there is a method of illuminating in two steps, but this method has a disadvantage that inspection time increases. Therefore, for example, as shown in FIG. 47, the s-polarized
次に、本発明の第二の実施例を、図24から39を用いて説明する。これは、検査中の非検査対象の走査をX−Y走査ではなく、θステージ403bとxステージ403eを用いてr−θ走査にするものである。それ以外の構成および機能については、第一の実施例の場合とおなじであるので説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is not an XY scan but an r-θ scan using the
照明は、図25および図26に示すように、レンズ400b、400a等を用いてウェハW上に光を照射するように構成されたものであり、シリンドリカルレンズ400aおよび400bの焦点位置でウェハWを照明するように調整されている。尚、照明は、上記第1の実施例の図4に示したのと同様に、任意の方位角φ1および任意の仰角θ1で決定される、任意の方向から照明することが可能である。また、照射光の形状は円形状の照明や直線状の照明で照射すれば良く、小さなスポットサイズで照明したい場合には、ウェハW上でスポットサイズが伸張しないように落斜照明が適している。その他の照明および検出に関する説明に関しては、本発明の第一の実施例と同様であるので説明を省略すし、本発明の第一の実施例との相違点について説明する。
As shown in FIGS. 25 and 26, the illumination is configured to irradiate light onto the wafer
図27(a)は検査中のウェハWと照明領域s3のある時刻の様子を示しており、図27(b)はウェハW上の一部を拡大したものである。更に、図28は複数の時刻にあけるウェハW上の照明領域s3の位置を示している。ここで、実際にはウェハが回転している訳だが、ウェハWと照明領域s3の相対的な移動を図示しやすいように、ウェハ上を照明領域が移動しているものとして図示している。回転走査の場合、ウェハWに与える照明エネルギーを一定にするために、周速一定にすることが望ましいが、周速を一定した場合でも、図28に示すように、回転走査の場合、ウェハWの異なるチップの同じ領域は、必ずしも同じ方向から照明されるとは限らない。これはすなわち、図29および図30に示すように、ウェハWの異なるチップの同じ領域を照明したとしても、照明の方向が異なれば、パターンからの発生する回折光の分布が異なることを意味する。従って、本発明の第一の実施例で用いた、ダイ対ダイ比較や、チップ比較の適用が複雑になる。 FIG. 27A shows a state at a certain time of the wafer W being inspected and the illumination area s3, and FIG. 27B is an enlarged view of a part on the wafer W. FIG. Further, FIG. 28 shows the position of the illumination area s3 on the wafer W at a plurality of times. Here, although the wafer is actually rotating, the illumination area is illustrated as moving on the wafer so that the relative movement between the wafer W and the illumination area s3 can be easily illustrated. In the case of rotational scanning, it is desirable to make the peripheral speed constant in order to make the illumination energy applied to the wafer W constant. However, even if the peripheral speed is constant, as shown in FIG. The same area of different chips is not necessarily illuminated from the same direction. That is, as shown in FIGS. 29 and 30, even if the same region of different chips on the wafer W is illuminated, the distribution of diffracted light generated from the pattern differs if the illumination direction is different. . This complicates the application of die-to-die comparison and chip comparison used in the first embodiment of the present invention.
そこで、本第二の実施例では、得られた信号を以下のように処理する。例えば、図30(c)と図31(c)に示すように、パターンピッチがp1とp2と異なる2種類のパターンに同じ方位、同じ仰角から照明光が照射されたとする。この場合、発生する回折光のピッチは図30(b)および図31(b)に示すように各々異なる。これに従い、得られる瞳分布も図30(a)および図31(a)に示すように異なるものとなる。また、図29に示すようにパターンピッチが図30と同じp1であっても、照明が当たる方位が異なる場合(図29ではφ1=90度であり、図30ではφ1≠90)の場合にも、得られる瞳分布図29(a)は、図30(a)や図31(a)とは異なる。しかしながら、瞳分布の回折バターンのピッチは、パターンピッチや、照明方位、仰角、照明波長、照明のNAによって一意に求まる。 Therefore, in the second embodiment, the obtained signal is processed as follows. For example, as shown in FIGS. 30C and 31C, it is assumed that illumination light is irradiated from the same azimuth and the same elevation angle to two types of patterns having pattern pitches different from p1 and p2. In this case, the pitch of the generated diffracted light is different as shown in FIGS. 30 (b) and 31 (b). Accordingly, the obtained pupil distribution is also different as shown in FIGS. 30 (a) and 31 (a). 29, even when the pattern pitch is the same p1 as in FIG. 30, the direction of illumination is different (φ1 = 90 degrees in FIG. 29 and φ1 ≠ 90 in FIG. 30). The obtained pupil distribution map 29 (a) is different from FIGS. 30 (a) and 31 (a). However, the pitch of the diffraction pattern of the pupil distribution is uniquely determined by the pattern pitch, illumination direction, elevation angle, illumination wavelength, and illumination NA.
更に別の例として、図32(b)に示すように、異なるパターンピッチp1およびp2を同時に照明した場合には、図32(b)であらわされるように、瞳分布は、図30(c)と図31(c)を足し合わせたものなる。
一方で、図33(c)に示すように、規則性のないランダムパターンを照明した場合には、図33(b)に示すようにパターンから発生する回折光もランダムになり、従って、瞳分布も図33(a)に示すようにランダムになる。ここで、本発明の第一の実施例にて説明したように、瞳分布は、パターンのニアフィールドパターンをフーリエ変換したものに等しい。すなわち、図34に示すように、瞳分布を逆フーリエ変換すれば、元のニアフィールドパターンが得られる。例えば、図34に示すように、元々のパターンが周期的であれば、瞳分布を逆フーリエ変換して得られる画像から、元のパターンを認識することが可能となる。
As yet another example, as shown in FIG. 32B, when different pattern pitches p1 and p2 are illuminated simultaneously, as shown in FIG. 32B, the pupil distribution is as shown in FIG. And FIG. 31 (c).
On the other hand, as shown in FIG. 33 (c), when a random pattern with no regularity is illuminated, the diffracted light generated from the pattern is also random as shown in FIG. 33 (b). Is also random as shown in FIG. Here, as described in the first embodiment of the present invention, the pupil distribution is equal to the Fourier transform of the near-field pattern of the pattern. That is, as shown in FIG. 34, if the pupil distribution is subjected to inverse Fourier transform, the original near field pattern can be obtained. For example, as shown in FIG. 34, if the original pattern is periodic, the original pattern can be recognized from an image obtained by inverse Fourier transform of the pupil distribution.
更には、空間フィルタリング(すなわち、周波数フィルタリング)技術を導入し、瞳分布の周期性から、元のパターンの周期性を認識し、元のパターンに対応した封緘周波数を遮光するように空間フィルタリング、パターン信号を除去することが可能となり、欠陥検出感度が向上する。具体的には、図35に示すように、全センサの出力から瞳分布内の周期性を解析し、周期性が認められる、すなわち元々のパターンが周期パターンであれば、瞳内の周期信号に対応したセンサ出力を使用しないようにすればよい。一方、周期性が認められない場合には、例えば飽和したセンサは使用しないようにする。 Furthermore, spatial filtering (that is, frequency filtering) technology is introduced, the periodicity of the original pattern is recognized from the periodicity of the pupil distribution, and the spatial filtering and pattern so as to shield the sealing frequency corresponding to the original pattern. The signal can be removed, and the defect detection sensitivity is improved. Specifically, as shown in FIG. 35, periodicity in the pupil distribution is analyzed from the outputs of all sensors, and periodicity is recognized, that is, if the original pattern is a periodic pattern, the periodic signal in the pupil is The corresponding sensor output should not be used. On the other hand, when periodicity is not recognized, for example, a saturated sensor is not used.
各センサの出力を処理する方法を、図38を用いて再度説明する。4分割光検出器302からの電気信号は、信号処理部7000に送られる。信号処理部7000では、アンプ701によりアナログ電気信号を増幅した後に、A/D変換器702によりディジタル信号、例えば、8ビットのグレースケール信号に変換する。A/D変換された信号は、変更画像生成回路703により、異なる4分割光検出器302からの同じ偏光成分の信号毎に集められ、各々偏光成分ごとに瞳画像704aから704dが生成される。上記瞳画像704aから704dは、次に信号選択回路7004に送られる。信号選択回路7004では、周期性判定回路711によりに瞳内の分布の周期性を解析し、信号選択回路712で使用する信号を選択すると、上記瞳画像704aから704dに対し信号選択された瞳画像704Aから704Dが得られる。該信号選択された瞳画像704Aから704Dは、パターン情報が除去された瞳画像となる。
A method of processing the output of each sensor will be described again with reference to FIG. The electric signal from the
次に、欠陥を判定する方法について説明する。図36(a)は、1つの信号選択された瞳画像の全信号を加算した結果の時間変化を示している。パターンに周期性がある場合には、使用するセンサには殆ど光が入射していないため、信号レベルは低い。一方、パターンがランダムな場合には、全体的に信号レベルが増加する。このとき、図36(b)に示すように、欠陥信号が存在した場合、ランダムパターンエリアの信号レベルに合わせてしきい値を設定すると、周期パターンエリアの欠陥が検出できなくなる。一方、図36(c)に示すように、周期パターンエリアの信号レベルに合わせてしきい値を設定すると、ランダムパターンエリアで虚報が発生する。そこで、本実施例では、以下のようにしてしきい値を定める。 Next, a method for determining a defect will be described. FIG. 36A shows a temporal change as a result of adding all the signals of one pupil image selected. When the pattern has periodicity, the signal level is low because almost no light is incident on the sensor used. On the other hand, when the pattern is random, the signal level increases as a whole. At this time, as shown in FIG. 36B, when a defect signal exists, if a threshold value is set according to the signal level of the random pattern area, the defect in the periodic pattern area cannot be detected. On the other hand, as shown in FIG. 36 (c), when a threshold value is set in accordance with the signal level of the periodic pattern area, a false alarm is generated in the random pattern area. Therefore, in this embodiment, the threshold value is determined as follows.
図37の(a)は周期パターンの場合を示しており、点線は欠陥が無い場合のセンサ出力の頻度分布を示している。殆どのセンサには光が入射しないので、低いレベルに信号が集中している。欠陥がある場合には、実線で示すように大きな出力に信号が集中し、この分布は、多くの場合ガウス分布となる。そこで、予め使用する信号レベルの最低値をしきい値として定めておき、しきい値以上のレベルの信号のみを加算するようにする。 FIG. 37A shows the case of a periodic pattern, and the dotted line shows the frequency distribution of sensor output when there is no defect. Since most sensors do not receive light, signals are concentrated at a low level. When there is a defect, the signal concentrates on a large output as shown by a solid line, and this distribution is often a Gaussian distribution. Therefore, the minimum value of the signal level used in advance is determined as a threshold value, and only signals having a level equal to or higher than the threshold value are added.
図37(b)はランダムパターンの場合を示している。点線は欠陥が無い場合のセンサ出力の頻度分布を示している。殆どのセンサには光が入射しているため、高いレベルに信号が集中している。欠陥がある場合には、実線で示すように全体的に、高いレベルの方にシフトすると考えられる。この場合の分布も、多くの場合ガウス分布となる。そこで、ガウス分布の平均値uと分散σを求め、別途設定する係数kを用いて、u+k×σを計算する。欠陥がある場合と無い場合の信号の差異は、u+k×σ以上の信号に現れるので、これをしきい値とし、しきい値以上のレベルの信号のみを加算するようにする。 FIG. 37B shows the case of a random pattern. The dotted line indicates the frequency distribution of the sensor output when there is no defect. Since light is incident on most sensors, signals are concentrated at a high level. When there is a defect, it is considered that the whole area is shifted to a higher level as indicated by a solid line. The distribution in this case is also often a Gaussian distribution. Therefore, an average value u and variance σ of a Gaussian distribution are obtained, and u + k × σ is calculated using a separately set coefficient k. The difference between signals with and without a defect appears in a signal of u + k × σ or more. Therefore, this is used as a threshold value, and only signals having a level of the threshold value or more are added.
周期パターンとランダムパターンが混在する場合には、ランダムパターンとして取り扱えばよい。もしくは、図37(c)に示すように、ランダムパターンに特有の分布の中に、規則パターン特有の分布が見られる場合には、規則パターン特有の分布に対して平均値u1および分散σ1を求め、u1−k×σ1からu1+k×σ1の範囲の信号を加算し、更に、ランダムパターン特有の分布に対して平均値u2および分散σ2を求め、u2+k×σ2以上の範囲の信号を加算する。このようにした場合、図37(d)に示すように、欠陥が無い場合には加算した出力値は小さく、欠陥がある場合のみ信号レベルが増加するので、あたかも、しきい値を自動的に可変しているように設定することができ、欠陥を安定に検出できる。 When a periodic pattern and a random pattern are mixed, it may be handled as a random pattern. Alternatively, as shown in FIG. 37 (c), when a distribution peculiar to the regular pattern is found in the distribution peculiar to the random pattern, the average value u1 and the variance σ1 are obtained for the distribution peculiar to the regular pattern. , U1−k × σ1 to u1 + k × σ1 are added, and an average value u2 and variance σ2 are obtained for the distribution peculiar to the random pattern, and signals in the range of u2 + k × σ2 or more are added. In this case, as shown in FIG. 37 (d), when there is no defect, the added output value is small, and the signal level increases only when there is a defect. It can be set to be variable, and defects can be detected stably.
具体的な回路構成を図39に示す。信号選択された瞳画像は画像処理部8001に送られしきい値回路713により適宜しきい値が決定される。次に信号加算回714により信号加算され、欠陥判定回路708bにより得られたしきい値と比較され欠陥が判定される。欠陥と判定されたものについて、分類回路709でいくつかの種類に分類したり、欠陥のサイズを算出したりする。分類は、しきい値処理される前の信号を持いて行う。図39では、しきい値処理される前の信号を使うように図示されているが、しきい値判定後の信号を使用しても良い。欠陥判定回路708bの欠陥判定結果と分類回路709の分類結果は、欠陥データベース710に送られ、欠陥座標とともに記録される。これらの処理を、各偏光での瞳画像について実施する。欠陥データベース710に記録された結果は、記憶装置7001に記憶されたり、出力装置7002で外部のコンピュータや、プリンタ、外部記憶装置に出力されたり、表示装置7003でディスプレイ上に表示されたりする。
A specific circuit configuration is shown in FIG. The pupil image selected as a signal is sent to the
このように、本発明によれば、照明光学系で被検査対象を照明し、該被検査対象の上記照明領域から発生する反射・散乱・回折光を、上記被検査対象を底面とする半球状の全ての領域において、複数の偏光成分に分割して検出することができる。 As described above, according to the present invention, the object to be inspected is illuminated by the illumination optical system, and the reflected / scattered / diffracted light generated from the illumination area of the object to be inspected is hemispherical with the object to be inspected as the bottom surface. In all the regions, it can be detected by dividing into a plurality of polarization components.
図49に示すように、従来技術では光学的に光を検出する時点で、上記被検査対象を底面とする半球上の領域のうちの一部の光しか検出していないため、検出していない領域の光が必要となった場合には、装置構成を変更するなどの作業が必要であった。すなわち、図50に示すように、光電変換される前に、光学系的フィルタリング作用が働くため、そこで一部の情報が失われていた。 As shown in FIG. 49, in the prior art, at the time of optically detecting light, only a part of light in the region on the hemisphere having the inspection target as the bottom surface is detected, and thus not detected. When the light of the area was necessary, work such as changing the device configuration was necessary. That is, as shown in FIG. 50, since the optical filtering action is performed before photoelectric conversion, some information is lost there.
本発明によれば、図24に示すように、非検査対象を底面とした半球状のほぼ全ての領域の光を、異なる偏光成分ごとに一旦全て検出し、電気信号に変換した後に、使用する信号を選択できるため、必要な情報を失うことなく利用できる。これにより、ノイズと欠陥の弁別が容易になり、被検査対象上に発生した欠陥の検出感度が向上する。ダイ対ダイ比較や、チップ比較の必要が無く、検査中にパターンを認識して、最適な空間フィルタリングが適用され、更には得られた信号から自動的にしきい値を決定することが出来るので、検出感度が飛躍的に向上する。 According to the present invention, as shown in FIG. 24, the light of almost all hemispherical regions with the non-inspection target as the bottom surface is once detected for each different polarization component and converted into an electrical signal for use. Since the signal can be selected, it can be used without losing necessary information. This facilitates discrimination between noise and defects, and improves the detection sensitivity of defects generated on the inspection target. Because there is no need for die-to-die comparison or chip comparison, the pattern is recognized during inspection, optimal spatial filtering is applied, and the threshold value can be automatically determined from the obtained signal, Detection sensitivity is greatly improved.
401・・・レーザ光源 404・・・レーザコントローラ 403a・・・ウェハ
チャック 403b・・・θステージ 403c・・・Zステージ 403d・・・
Yステージ 403e・・・Xステー 405・・・ステージコントローラ
300・・・集光レンズ 301・・・4分割偏光板 302・・・4分割光検
出器 304a、304b・・・アッテネータ 600・・・レビュー用顕微鏡
601・・・ランプハウス 602・・・ハーフミラー 605・・・センサ 8
00・・・信号処理回路 700・・・コンピュータ 701・・・記憶装置
702・・・外部出力装置 703・・・ディスプレイ 100・・・落射照明
光 500・・・天球 300・・・集光レンズアレイ 301、301a、30
1b・・・4分割偏光板 302、302a、302b・・・4分割センサ 300
a・・・集光レンズ 303・・・光ファイバアレイ 303b、303c・・・配
置を変更した光ファイバアレイ 304a、304b、304c、304d・・・分割
された光ファイバ束 305・・・結像レンズ 306、903・・・偏光板 3
07・・・光検出器 308・・・光検出器アレイ 309・・・ダイクロイックミ
ラー 900・・・対物レンズ 901・・・空間フィルタ 902・・・結像レ
ンズ 701・・・アンプ 702・・・A/D変換器703・・・画像生成部
705、905・・・遅延メモリ 706、906・・・比較回路 707,907
・・・しきい値算出回路 708、908、708b・・・欠陥判定部 709、
909・・・欠陥分類部、710・・・欠陥データ処理部 7000・・・信号処理部
、7001・・・記憶装置 7002・・・出力装 7003・・・表示装置 8
000、8001・・・画像処理部 700・・・コンピュータ 711・・・周期
性判定回路、712・・・信号選択回路 713・・・しきい値設定回路 714・
・・信号加算回路、
401 ... Laser
300 ... Condensing
601: Lamp house 602: Half mirror 605: Sensor 8
00 ...
1b... 4 divided
a ... condensing
07: photodetector 308:
705, 905 ... delay
...
909 ... Defect classification unit, 710 ... Defect
000, 8001 ...
..Signal addition circuit
Claims (18)
記欠陥に関する情報を出力することを特徴とする欠陥検査方法。 A test object placed on a stage is irradiated with light emitted from a light source, and reflected, scattered, and diffracted light generated from the test object by the irradiation is hemispherical with respect to the test object. The light is condensed by a plurality of condensing optical systems, and the plurality of condensed light respectively condensed by the plurality of lenses is separated into a plurality of polarization components, and separated into the plurality of polarization components. Each collected light is detected and subjected to photoelectric conversion, each signal obtained by the photoelectric conversion is processed to detect a defect, and the position, type and size of the detected defect are determined, and the determination The defect inspection method characterized by outputting the information regarding the said defect obtained by doing.
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