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JP2008241688A - Defect inspection method and defect inspection apparatus - Google Patents

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JP2008241688A
JP2008241688A JP2007302997A JP2007302997A JP2008241688A JP 2008241688 A JP2008241688 A JP 2008241688A JP 2007302997 A JP2007302997 A JP 2007302997A JP 2007302997 A JP2007302997 A JP 2007302997A JP 2008241688 A JP2008241688 A JP 2008241688A
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秀一 近松
Minoru Noguchi
稔 野口
Masatada Ochi
雅恭 越智
Kenji Aiko
健二 愛甲
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Abstract

【課題】微細な欠陥から散乱した光の取込範囲を拡大し信号強度を高める欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】被検査基板1を搭載して光学系に対し相対移動可能なステージ部300と、被検査基板1上の検査領域4を照明する照明光学系100と、被検査基板1の検査領域4からの光を検出する検出光学系200と、検出光学系200によって結像された像を信号に変換するイメージセンサ205と、イメージセンサ205の信号を処理し欠陥を検出する信号処理部402と、検出光学系200と被検査基板1の間に配置され、被検査基板1上からの光を検出光学系200に伝達する平面反射鏡501とを備える。
【選択図】 図6
A defect inspection apparatus and a defect inspection method are provided that increase the capture range of light scattered from a minute defect and increase the signal intensity.
A stage unit 300 on which a substrate 1 to be inspected is mounted and movable relative to the optical system, an illumination optical system 100 that illuminates an inspection region 4 on the substrate 1 to be inspected, and an inspection region of the substrate 1 to be inspected 4, a detection optical system 200 that detects light from the image 4, an image sensor 205 that converts an image formed by the detection optical system 200 into a signal, and a signal processing unit 402 that processes a signal of the image sensor 205 and detects a defect. And a planar reflecting mirror 501 that is disposed between the detection optical system 200 and the substrate to be inspected 1 and transmits light from above the substrate to be inspected 1 to the detection optical system 200.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関し、特に、半導体製造工程,液晶表示素子製造工程,プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象を製作していく製造工程で、発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査することに好適な技術に関する。   The present invention relates to a defect inspection method and a defect inspection apparatus, and particularly occurs in a manufacturing process of forming an object by forming a pattern on a substrate, such as a semiconductor manufacturing process, a liquid crystal display element manufacturing process, and a printed circuit board manufacturing process. The present invention relates to a technique suitable for inspecting the occurrence of defects such as foreign matters in a manufacturing process in which defects such as foreign matters are detected, analyzed, and countermeasures are taken.

半導体製造工程では、被検査基板(ウエハ)上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡等の不良の原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物が存在すると、より微細異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜等の破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料の混入していたもの等種々の状態で混入される。   In a semiconductor manufacturing process, if foreign matter is present on a substrate to be inspected (wafer), it may cause defects such as wiring insulation failure or short circuit. Further, when fine foreign matter is present with the miniaturization of the semiconductor element, the fine foreign matter may cause a defective insulation of the capacitor or a breakdown of the gate oxide film or the like. These foreign substances are mixed in various states such as those generated from the moving parts of the transfer device, those generated from the human body, those generated by reaction in the processing apparatus by the process gas, and those containing chemicals and materials. Is done.

同様に液晶表示素子の製造工程でも、液晶表示素子基板上に形成されたパターン上に異物が付着及び何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の付着はパターンの短絡,不良接続の原因になる。   Similarly, in the manufacturing process of a liquid crystal display element, if foreign matter adheres to the pattern formed on the liquid crystal display element substrate and some defect occurs, the liquid crystal display element cannot be used as a display element. The situation is the same in the manufacturing process of the printed circuit board, and the adhesion of foreign matters causes short circuit of the pattern and defective connection.

従来この種の被検査基板上の異物を検出する技術の1つとして、特許文献1に記載されているように、被検査基板上にレーザを照射して被検査基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種被検査基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが開示されている。また、特許文献2に開示されているように、被検査基板上にレーザを照射して被検査基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは2次元X線分析(XMR)等の分析技術で分析するものがある。   Conventionally, as one of the techniques for detecting foreign matter on this type of substrate to be inspected, as described in Patent Document 1, a laser is irradiated on the substrate to be inspected and the foreign matter adheres on the substrate to be inspected. By detecting the scattered light from the foreign material that occurs when the product is inspected and comparing it with the inspection result of the same type of substrate to be inspected immediately before, there is no false information due to the pattern, and highly sensitive and highly reliable foreign material and defect inspection What makes it possible is disclosed. Further, as disclosed in Patent Document 2, a laser beam is irradiated on the substrate to be inspected to detect scattered light from the foreign material that is generated when the foreign material adheres to the substrate to be inspected. Some foreign materials are analyzed by an analysis technique such as laser photoluminescence or two-dimensional X-ray analysis (XMR).

また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が開示されている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して45度傾けた方向から照射して主要な直線群からの0次回折光を検出レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献3において知られている。この特許文献3においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。また、異物等の欠陥検査装置及びその方法に関する従来技術としては、特許文献4には、検出光学系を切換えて検出画素サイズを変えることが記載されている。異物サイズ測定用としては、特許文献5、特許文献6が開示されている。特許文献7では、薄膜上の欠陥検出技術として、レーザ光を絞り込み、ステージ移動方向とは直角方向に細長いビームスポットを形成し、照明方位とは直角の方向より検出を行っている。   As a technique for inspecting the foreign matter, there is a method of irradiating a wafer with coherent light and removing light emitted from a repetitive pattern on the wafer with a spatial filter to emphasize and detect a foreign matter or defect having no repeatability. It is disclosed. In addition, the circuit pattern formed on the wafer is irradiated from a direction inclined 45 degrees with respect to the main straight line group of the circuit pattern, and the zero-order diffracted light from the main straight line group enters the aperture of the detection lens. A foreign substance inspection apparatus which is not allowed to be used is known in Patent Document 3. This Patent Document 3 also describes that other straight line groups that are not main straight line groups are shielded by a spatial filter. In addition, as a conventional technique related to a defect inspection apparatus and method for foreign matter or the like, Patent Document 4 describes that the detection pixel size is changed by switching the detection optical system. Patent Document 5 and Patent Document 6 are disclosed for measuring the size of foreign matter. In Patent Document 7, as a defect detection technique on a thin film, a laser beam is narrowed down to form a narrow beam spot in a direction perpendicular to the stage moving direction, and detection is performed in a direction perpendicular to the illumination direction.

特開昭62−89336号公報JP-A-62-89336 特開昭63−135848号公報JP-A 63-135848 特開平1−117024号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-117024 特開2000−105203号公報JP 2000-105203 A 特開2001−60607号公報JP 2001-60607 A 特開2001−264264号公報JP 2001-264264 A 特開2004−177284号公報JP 2004-177284 A

微細化する欠陥を検出するためには欠陥から散乱した光を検出光学系が取り込む範囲を拡大することで欠陥の信号強度を高めることができる。そのためには上方に配置した検出光学系の高NA(Numerical Aperture:開口数)化が有効であるが、レンズ径を拡大しない場合はレンズ先端と被検査基板間の距離を小さくする必要があるため、検出光学系光軸外からの斜方照明の角度をあげることができず、欠陥に照射するパワーが低下し、結果として検出信号を高めることができない。一方レンズ径を拡大すればレンズ先端と被検査基板間の距離を長くできるがNA比が大きい場合はレンズ径/焦点距離の比も大きくなるため光学系サイズの拡大が著しくし、レンズの製作及び装置に搭載が困難となる新たな課題が発生する。   In order to detect a defect to be miniaturized, the signal intensity of the defect can be increased by expanding the range in which the detection optical system captures light scattered from the defect. For this purpose, increasing the NA (Numerical Aperture) of the detection optical system disposed above is effective, but if the lens diameter is not enlarged, it is necessary to reduce the distance between the lens tip and the substrate to be inspected. The angle of oblique illumination from outside the optical axis of the detection optical system cannot be increased, the power applied to the defect is reduced, and as a result, the detection signal cannot be increased. On the other hand, if the lens diameter is increased, the distance between the lens tip and the substrate to be inspected can be increased. However, if the NA ratio is large, the ratio of the lens diameter / focal length also increases, so that the size of the optical system is greatly increased. A new problem that becomes difficult to install in the device occurs.

垂直光軸の検出光学系の取り込み範囲外に反射する欠陥から散乱した光を取り込むためには、検出光学系の光軸を傾ける機構を検出光学系に付加し斜めに倒して検出する方式、又は斜方検出系を増設する方式がある。しかし上方検出レンズ又は増設斜方検出系の光軸は一定の仰角以下になると被検査基板面に接触するため、低仰角で検出することができない。より低仰角にして接触を回避するためには検出光学系のNAを縮小して検出系レンズの鏡筒径を小さくすればある範囲は可能となるが、入射可能な光量が低下するため信号強度が低下する。さらに前記の方式では上方光学系を傾斜させる機構、又は斜方検出用のイメージセンサとレンズと空間フィルタユニットと検出領域観察光学系が必要なため、光学系サイズの拡大する、部品が高価格になる、調整するための工数が増加する等の課題が生じる。   In order to capture light scattered from defects reflected outside the capture range of the detection optical system of the vertical optical axis, a mechanism for tilting the optical axis of the detection optical system is added to the detection optical system, and the system is tilted and detected, or There is a method to add an oblique detection system. However, when the optical axis of the upper detection lens or the additional oblique detection system is below a certain elevation angle, it comes into contact with the surface of the substrate to be inspected and cannot be detected at a low elevation angle. In order to avoid contact at a lower elevation angle, the NA of the detection optical system can be reduced to reduce the lens barrel diameter of the detection system lens. Decreases. Furthermore, the above-described method requires a mechanism for tilting the upper optical system, or an image sensor for oblique detection, a lens, a spatial filter unit, and a detection region observation optical system. This causes problems such as an increase in the number of man-hours for adjustment.

本発明の一つの目的は、微細な欠陥から散乱した光の取込範囲を拡大し信号強度を高める欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。   One object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus and a defect inspection method that increase the signal capture intensity by expanding the capture range of light scattered from fine defects.

本発明の一つの特徴は、被検査基板を照明し、照明領域から得た光を結像し、結像した像を信号強度に変換し、被検査基板を光によって検査する方法であって、被検査基板と像の間において、光学素子を介して光が伝達されることを特徴とする検査方法である。   One feature of the present invention is a method of illuminating a substrate to be inspected, forming an image of light obtained from the illumination region, converting the formed image into signal intensity, and inspecting the substrate to be inspected with light, In this inspection method, light is transmitted between an inspection substrate and an image through an optical element.

また、本発明の他の特徴は、被検査基板を搭載して光学系に対し相対移動可能なステージと、被検査基板上の検査領域を照明する照明系と、被検査基板からの光を入射させイメージセンサに被検査基板上の検査領域からの光を結像可能な検出光学系と、検出光学系によって結像された像を信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサの信号から欠陥を検出可能な信号処理系と、前記検出光学系と被検査基板の間に配置した光学素子で構成され、被検査基板上からの光を、前記光学素子を介して伝達可能なことを特徴とする検査装置である。   In addition, another feature of the present invention is that a stage on which a substrate to be inspected is mounted and which can move relative to the optical system, an illumination system that illuminates an inspection area on the substrate to be inspected, and light from the substrate to be inspected A detection optical system capable of imaging light from the inspection region on the inspection substrate on the image sensor, an image sensor for converting an image formed by the detection optical system into a signal, and a defect from the signal of the image sensor. It comprises a signal processing system that can be detected and an optical element disposed between the detection optical system and the substrate to be inspected, and can transmit light from the substrate to be inspected through the optical element. Inspection equipment.

また、本発明の更に他の特徴は、検出レンズと被検査基板間に平面反射鏡を配置し、照明領域から得た光を平面反射鏡で反射し、イメージセンサに結像させることによって斜方検査を実現するものである。   Still another feature of the present invention is that a plane reflecting mirror is disposed between the detection lens and the substrate to be inspected, and light obtained from the illumination area is reflected by the plane reflecting mirror and imaged on the image sensor. The inspection is realized.

本発明によれば、高NAかつ低仰角の斜方検査が容易に実現でき、検出可能な欠陥種の拡大、検出数の増加が期待できる。   According to the present invention, an oblique inspection with a high NA and a low elevation angle can be easily realized, and an increase in the number of detectable defect types and an increase in the number of detection can be expected.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図において、同等の機能部分には同じ符号を付して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, equivalent functional parts will be described with the same reference numerals.

本発明に係る欠陥検査装置の実施形態について図1を用いて説明する。   An embodiment of a defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

図示した欠陥検査装置は、被検査基板1を搭載するステージ部300、被検査基板1上にスリット状にスリット状照明領域であるビームスポット3を照射する照明光学系100、イメージセンサの検出領域4からの散乱光を検出する検出光学系200、及び各種演算処理を実行する制御系400を備えている。   The illustrated defect inspection apparatus includes a stage unit 300 on which a substrate 1 to be inspected is mounted, an illumination optical system 100 that irradiates a beam spot 3 that is a slit-shaped illumination region on the substrate 1 to be inspected, and a detection region 4 of an image sensor. Detection optical system 200 that detects scattered light from the light source, and a control system 400 that executes various arithmetic processes.

ステージ部300は、被検査基板1内の検査領域をXY方向に走査し光学系に対し相対移動ができるXステージ301及びYステージ302、被検査基板1の表面にピントを合わせることができるZステージ303、シータ(θ)ステージ304、並びにステージコントローラ305から構成される。   The stage unit 300 scans an inspection area in the substrate 1 to be inspected in the X and Y directions and can move relative to the optical system. The Z stage can focus on the surface of the substrate 1 to be inspected. 303, a theta (θ) stage 304, and a stage controller 305.

照明光学系100は、レーザ光源、ビームエキスパンダ、光学フィルタ群及びミラー、ガラス板と切換可能な光学分岐要素(又はミラー)、ビームスポット結像部から構成される。照明光学系100のレーザ光源としては、高出力のYAGレーザの第3高調波THG、波長355nmを用いるのが良いが、必ずしも355nmである必要はない。すなわち、レーザ光源Arレーザ、窒素レーザ、He−Cdレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。   The illumination optical system 100 includes a laser light source, a beam expander, an optical filter group and a mirror, an optical branching element (or mirror) switchable with a glass plate, and a beam spot imaging unit. As the laser light source of the illumination optical system 100, it is preferable to use the third harmonic THG of a high-power YAG laser and a wavelength of 355 nm, but it is not necessarily required to be 355 nm. That is, other light sources such as a laser light source Ar laser, a nitrogen laser, a He—Cd laser, and an excimer laser may be used.

検出光学系200は、上方検査用のものであり、検出レンズ201、空間フィルタ202、結像レンズ203、ズームレンズ群204、1次元イメージセンサ(イメージセンサ)205、イメージセンサの検出領域を観察できる観察光学系(カメラ)206、偏光ビームスプリッター209、2センサ同時検査をするための分岐検出光学系210から構成される。1次元イメージセンサ205はCCD又はTDI(Time Delay Integration:遅延積算)センサであっても良い。CCDの場合、一般に画素サイズが10μm程度であるため線状検出と考えて良く、走査方向にピントが合ってない画像を取り込むことによる感度低下がない。一方TDIでは走査方向に一定画素分の画像の積算があるため照明幅を小さくする又はTDIセンサを傾ける等の対策によってピントが合ってない画像を取り込む量を低減することが望ましい。図1の左下に座標系を示す。平面上にXY軸をとり、垂直上方にZ軸をとる。検出光学系200の光軸はZ軸に沿って配置されている。   The detection optical system 200 is for upward inspection, and can detect a detection lens 201, a spatial filter 202, an imaging lens 203, a zoom lens group 204, a one-dimensional image sensor (image sensor) 205, and a detection area of the image sensor. It comprises an observation optical system (camera) 206, a polarization beam splitter 209, and a branch detection optical system 210 for performing simultaneous inspection of two sensors. The one-dimensional image sensor 205 may be a CCD or a TDI (Time Delay Integration) sensor. In the case of a CCD, since the pixel size is generally about 10 μm, it may be considered as linear detection, and there is no sensitivity reduction due to capturing an image that is not in focus in the scanning direction. On the other hand, in TDI, since images of a certain number of pixels are accumulated in the scanning direction, it is desirable to reduce the amount of images that are not in focus by taking measures such as reducing the illumination width or tilting the TDI sensor. The coordinate system is shown in the lower left of FIG. The XY axis is taken on the plane, and the Z axis is taken vertically upward. The optical axis of the detection optical system 200 is arranged along the Z axis.

制御系400は、信号処理部402、制御CPU部401、表示部403及び入力部404より構成される。信号処理部402は、A/D変換部、遅延させることができるデータメモリ、チップ間の信号の差をとる差分処理回路、チップ間の差信号を一時記憶するメモリ、パターン閾値を設定する閾値算出処理部、比較回路より構成される。制御CPU部401は、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段、モータ等の駆動、座標、センサを制御する。   The control system 400 includes a signal processing unit 402, a control CPU unit 401, a display unit 403, and an input unit 404. The signal processing unit 402 includes an A / D conversion unit, a data memory that can be delayed, a difference processing circuit that takes a signal difference between chips, a memory that temporarily stores a difference signal between chips, and a threshold calculation that sets a pattern threshold It consists of a processing unit and a comparison circuit. The control CPU unit 401 stores a defect detection result such as a foreign substance and controls an output unit that outputs the defect detection result, driving of a motor, coordinates, and a sensor.

図2を参照して、本発明による欠陥検査装置の検査の対象である試料について説明する。図2(a)に示す被検査基板1aは、所定の間隔で2次元に配列したメモリLSIチップ1aaを有する。メモリLSIチップ1aaは、主として、メモリセル領域1ab、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域1ac、及び、その他の領域1adを有する。メモリセル領域1abは、2次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのメモリセルパターンを有する。周辺回路領域1acは、2次元的に規則的に配列されていない、即ち不規則に配列された非繰り返しパターンを有する。   With reference to FIG. 2, the sample which is the inspection target of the defect inspection apparatus according to the present invention will be described. A substrate 1a to be inspected shown in FIG. 2A has memory LSI chips 1aa arranged two-dimensionally at a predetermined interval. The memory LSI chip 1aa mainly has a memory cell area 1ab, a peripheral circuit area 1ac composed of a decoder, a control circuit, and the like, and another area 1ad. The memory cell region 1ab has a two-dimensional regular arrangement, that is, a repeated memory cell pattern. The peripheral circuit region 1ac has a non-repetitive pattern that is not regularly arranged in two dimensions, that is, irregularly arranged.

図2(b)に示す被検査基板1bは、所定の間隔で2次元に配列したマイコン等のLSIチップ1baを有する。マイコン等のLSIチップ1baは、主として、レジスタ群領域1bb、メモリ部領域1bc、CPUコア部領域1bd、及び入出力部領域1beを有する。なお、図2(b)は、メモリ部領域1bcとCPUコア部領域1bdと入出力部領域1beの配列を概念的に示したものである。レジスタ群領域1bb及びメモリ部領域1bcは、2次元に規則的に配列した、即ち、繰り返しのパターンを有する。CPUコア部領域1bd及び入出力部領域1beは、非繰り返しパターンを有する。このように、本発明による欠陥検査装置の被検査対象物は、一般に図2に示した被検査基板(ウエハ)1のように規則的に配列されたチップを有するが、チップ内においては最小線幅が領域毎に異なり、しかも繰り返しパターン及び非繰り返しパターンを含み、その形態は多種多様である。   A substrate to be inspected 1b shown in FIG. 2B has LSI chips 1ba such as a microcomputer arranged two-dimensionally at a predetermined interval. An LSI chip 1ba such as a microcomputer mainly has a register group area 1bb, a memory area 1bc, a CPU core area 1bd, and an input / output area 1be. FIG. 2B conceptually shows the arrangement of the memory area 1bc, the CPU core area 1bd, and the input / output area 1be. The register group region 1bb and the memory portion region 1bc are regularly arranged in two dimensions, that is, have a repetitive pattern. The CPU core area 1bd and the input / output area 1be have non-repeating patterns. As described above, the inspection object of the defect inspection apparatus according to the present invention generally has chips regularly arranged like the inspection substrate (wafer) 1 shown in FIG. 2, but the minimum line in the chip. The width varies from region to region, and includes a repeated pattern and a non-repeated pattern, and the forms are various.

図3を参照して、照明光学系100の第1から第3までの3つのビームスポット結像部110,120,130について説明する。図3は、被検査基板1を上から見た図である。   With reference to FIG. 3, the first to third beam spot imaging units 110, 120, and 130 of the illumination optical system 100 will be described. FIG. 3 is a view of the inspected substrate 1 as seen from above.

第1のビームスポット結像部110を経由してX軸方向の検査用照明光11が照射され、第2のビームスポット結像部120を経由してY軸に対して−45度傾斜した方向の検査用照明光12が照射され、第3のビームスポット結像部130を経由してY軸に対して45度傾斜した方向の検査用照明光13が照射される。   The inspection illumination light 11 in the X-axis direction is irradiated through the first beam spot imaging unit 110, and the direction is inclined by −45 degrees with respect to the Y-axis through the second beam spot imaging unit 120. And the inspection illumination light 13 in the direction inclined by 45 degrees with respect to the Y axis is irradiated via the third beam spot imaging unit 130.

これらの検査用照明光11,12,13は、被検査基板1上の表面に対して所定の仰角αにて傾斜して照射される。特に、検査用照明光12,13の仰角αを小さくすることによって、透明薄膜下面からの散乱光の検出量を低減することができる。これらの検査用照明光11,12,13によって、被検査基板1上に細長いビームスポット3が形成される。ビームスポット3は、Y軸方向に沿って延びている。ビームスポット3のY軸方向の長さは、検出光学系200の1次元イメージセンサ205のイメージセンサの検出領域4より大きい。   These inspection illumination lights 11, 12, 13 are irradiated at a predetermined elevation angle α with respect to the surface of the substrate 1 to be inspected. In particular, the amount of scattered light detected from the lower surface of the transparent thin film can be reduced by reducing the elevation angle α of the illumination lights 12 and 13 for inspection. By these inspection illumination lights 11, 12, and 13, an elongated beam spot 3 is formed on the substrate 1 to be inspected. The beam spot 3 extends along the Y-axis direction. The length of the beam spot 3 in the Y-axis direction is larger than the detection area 4 of the image sensor of the one-dimensional image sensor 205 of the detection optical system 200.

照明光学系100に、3つのビームスポット結像部110,120,130を設けた理由について説明する。検査用照明光12,13をXY平面上に投影した像がX軸となす角をそれぞれφ1,φ2とすると、本例では、φ1=φ2=45度である。この場合、被検査基板1上の非繰り返しパターンの主たる方向はX軸又はY軸の直線状パターンであるため、パターンに対して45度方向から入射される。このため、回折光はX軸又はY軸方向の成分として検出レンズ201の入射瞳に入ることになるが、照明仰角αが低角度の場合は正反射光も低角度αとなりX軸又はY軸成分の回折光も同様に検出レンズ201の入射瞳の領域から離れるので検出光学系200に入射することが回避できるもので、例えば、特許3566589号(特に段落[0033]から[0036]参照)に詳細に記載されており、ここではその説明は省略する。   The reason why the three beam spot imaging units 110, 120, and 130 are provided in the illumination optical system 100 will be described. In the present example, φ1 = φ2 = 45 degrees, assuming that the angles formed by the images obtained by projecting the inspection illumination lights 12 and 13 on the XY plane and the X axis are φ1 and φ2, respectively. In this case, since the main direction of the non-repeated pattern on the substrate 1 to be inspected is an X-axis or Y-axis linear pattern, it is incident on the pattern from a 45 degree direction. For this reason, diffracted light enters the entrance pupil of the detection lens 201 as a component in the X-axis or Y-axis direction. However, when the illumination elevation angle α is low, the specularly reflected light also becomes low angle α, and the X-axis or Y-axis. Similarly, the component diffracted light is separated from the area of the entrance pupil of the detection lens 201 so that it can be prevented from entering the detection optical system 200. For example, as disclosed in Japanese Patent No. 3566689 (see paragraphs [0033] to [0036] in particular). This is described in detail, and a description thereof is omitted here.

被検査基板1上の非繰り返しパターンは、主として、平行及び直角に形成された直線状パターンからなる。これらの直線状パターンは、X軸又はY軸方向に延びている。被検査基板1上のパターンは突出して形成されているため、隣接する直線状パターンの間には凹部が形成される。従って、X軸及びY軸に対して45度傾斜した方向から照射した検査用照明光12,13は突出した回路パターンによって遮られ、直線状パターンの間の凹部を照射することができない。   The non-repeating pattern on the substrate 1 to be inspected mainly consists of linear patterns formed in parallel and at right angles. These linear patterns extend in the X-axis or Y-axis direction. Since the pattern on the substrate 1 to be inspected is formed to protrude, a recess is formed between adjacent linear patterns. Therefore, the inspection illumination lights 12 and 13 irradiated from the direction inclined by 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis are blocked by the protruding circuit pattern and cannot irradiate the concave portion between the linear patterns.

そこで、X軸方向に沿った検査用照明光11を生成する第1のビームスポット結像部110を設けた。こうして検査用照明光11によって、直線状パターンの間の凹部を照射することができるため、そこに存在する異物等の欠陥を検出することができる。直線状パターンの方向によっては、試料を90度回転させて検査するか、検査用照明光11をY軸方向に沿って照射すると良い。   Therefore, a first beam spot imaging unit 110 that generates the inspection illumination light 11 along the X-axis direction is provided. In this way, the inspection illumination light 11 can irradiate the recesses between the linear patterns, so that it is possible to detect a defect such as a foreign substance existing there. Depending on the direction of the linear pattern, the sample may be inspected by being rotated 90 degrees, or the inspection illumination light 11 may be irradiated along the Y-axis direction.

尚、検査用照明光11のように、X軸方向に沿って直線状パターンの間の凹部を照射する場合には、イメージセンサが0次の回折光を検出しないように0次の回折光を遮光する必要がある。そのために、空間フィルタ202が設けられる。   In the case of irradiating the concave portions between the linear patterns along the X-axis direction like the inspection illumination light 11, the 0th-order diffracted light is used so that the image sensor does not detect the 0th-order diffracted light. It is necessary to shield the light. For this purpose, a spatial filter 202 is provided.

図4及び図5を参照して、細長いビームスポット3を形成する方法を説明する。図4及び図5では、照明光学系100のうち、レーザ光源101、凹レンズ102、凸レンズ103、及び、照明レンズ104のみを示し、他の構成要素は省略している。   A method for forming the elongated beam spot 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5, only the laser light source 101, the concave lens 102, the convex lens 103, and the illumination lens 104 in the illumination optical system 100 are shown, and other components are omitted.

照明レンズ104は、円錐曲面を持つシリンドリカルレンズであり、図4(a)に示すように、長手方向(図4(a)中の上下方向)に沿って直線的に焦点距離が変化し、図4(b)に示すように、平面凸レンズの断面を有する。図5に示すように、被検査基板1に対して傾斜して入射する照明光に対しても、Y方向に絞り込み、X方向にコリメートされたスリット状のビームスポット3を生成することができる。被検査基板1の表面に対する照明光の角度(仰角)をα1、被検査基板1上に投射された検査用照明光11の像がX軸となす角をφ1とする。   The illumination lens 104 is a cylindrical lens having a conical curved surface. As shown in FIG. 4A, the focal length changes linearly along the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 4A). As shown in FIG. 4B, it has a cross section of a plano-convex lens. As shown in FIG. 5, it is possible to generate a slit-shaped beam spot 3 that is narrowed down in the Y direction and collimated in the X direction with respect to illumination light that is incident on the substrate 1 to be inspected at an angle. The angle (elevation angle) of the illumination light with respect to the surface of the inspected substrate 1 is α1, and the angle between the image of the inspection illumination light 11 projected on the inspected substrate 1 and the X axis is φ1.

このような照明レンズ104を用いることにより、X方向に平行光を有し、かつφ1=45度付近の照明を実現することができる。円錐曲面を有する照明レンズ104の製造方法等については、例えば、特許3566589号(特に段落[0027]から[0028]参照)に詳細に記載されており、公知の方法で製造可能である。   By using such an illumination lens 104, it is possible to realize illumination having parallel light in the X direction and around φ1 = 45 degrees. A method for manufacturing the illumination lens 104 having a conical curved surface is described in detail in, for example, Japanese Patent No. 3566589 (see particularly paragraphs [0027] to [0028]), and can be manufactured by a known method.

(第1実施形態)
図6を用いて、本発明に係る斜方検査の第1実施形態を説明する。本実施形態の目的は被検査基板1上の欠陥を光によって検出するため、上方検出光学系で斜方検査を可能にすることを特徴とする方式の実現である。
(First embodiment)
A first embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. An object of the present embodiment is to realize a system characterized by enabling oblique inspection with an upper detection optical system in order to detect defects on the substrate 1 to be inspected by light.

検出レンズ201と被検査基板1の間に平面反射鏡501を配置する。この平面反射鏡501は被検査基板1上のイメージセンサの検出領域4から得た斜方の散乱光を反射する。平面反射鏡501で反射した散乱光は、検出光学系によりイメージセンサ205に結像される。そのためには、平面反射鏡の反射面をイメージセンサの画素方向(長手方向)に平行で検出レンズ光軸に対して傾けて配置する。検出領域4は検出レンズの光軸に一致させる必要はなく、イメージセンサ205の画素方向と垂直な方向すなわちX軸方向にずらして設定し斜方検査することができる。   A plane reflecting mirror 501 is disposed between the detection lens 201 and the substrate 1 to be inspected. The plane reflecting mirror 501 reflects oblique scattered light obtained from the detection region 4 of the image sensor on the substrate 1 to be inspected. The scattered light reflected by the plane reflecting mirror 501 forms an image on the image sensor 205 by the detection optical system. For this purpose, the reflecting surface of the plane reflecting mirror is arranged parallel to the pixel direction (longitudinal direction) of the image sensor and inclined with respect to the optical axis of the detection lens. The detection region 4 does not need to coincide with the optical axis of the detection lens, and can be set to be shifted in the direction perpendicular to the pixel direction of the image sensor 205, that is, in the X-axis direction and inspected obliquely.

光路の“けられ”をなくすためには平面反射鏡501のY方向の形状は検出レンズ201のNAに対応する光路径より十分大きい必要がある。斜方検出の検出仰角βが決まれば、反射面の長さは、上方検出と斜方検出の切換時に検出レンズ201と被検査基板1に対して接触しない距離、例えば0.2から1mm程度の隙間を確保した上で最大の寸法にすることが望ましい。この場合、平面反射鏡501の下面及び上面を水平にすれば反射面積を最大に確保できる。平面反射鏡501のX方向の位置は入射光のNAを最大にできる位置にすることが望ましい。   In order to eliminate the “clearance” of the optical path, the shape of the planar reflecting mirror 501 in the Y direction needs to be sufficiently larger than the optical path diameter corresponding to the NA of the detection lens 201. If the detection elevation angle β for oblique detection is determined, the length of the reflection surface is a distance that does not contact the detection lens 201 and the substrate 1 to be inspected when switching between upward detection and oblique detection, for example, about 0.2 to 1 mm. It is desirable to make the maximum dimension while ensuring a gap. In this case, if the lower surface and the upper surface of the flat reflecting mirror 501 are made horizontal, the reflection area can be secured to the maximum. It is desirable that the position of the plane reflecting mirror 501 in the X direction is a position where the NA of incident light can be maximized.

イメージセンサの検出領域4からの光をイメージセンサ205に結像させるとき、イメージセンサの検出領域4に検出レンズ201のピントを一致させる必要がある。そのためには、本実施形態の場合、上方検査用の検出領域6に対してZステージ303を検出レンズ201のピント高さまで上昇させ、斜方検査用の検出領域4にオートフォーカス機構でピントを一致させることが望ましい。オートフォーカス機構の光軸が検出レンズ内を通過する場合は斜方検査時に変更を必要としないが、検出系レンズ内を通過しないオフアクシス方式のオートフォーカスを採用している場合は、ステージZの移動量ΔZに合わせてオートフォーカス機構をZ軸方向に+ΔZ移動させる必要がある。被検査基板1のXYZ座標を事前に記憶させて表面高さの分布を求め、それを検査時に再現させる方法も可能である。また、イメージセンサの検出領域4からの光をイメージセンサ205に結像させるとき、ビームスポット3の分布の中心と角度をイメージセンサの検出領域4に一致させることが望ましい。   When the light from the detection area 4 of the image sensor is imaged on the image sensor 205, it is necessary to make the focus of the detection lens 201 coincide with the detection area 4 of the image sensor. For this purpose, in the present embodiment, the Z stage 303 is raised to the focus height of the detection lens 201 with respect to the detection area 6 for the upper inspection, and the focus is matched with the detection area 4 for the oblique inspection by the autofocus mechanism. It is desirable to make it. If the optical axis of the autofocus mechanism passes through the detection lens, no change is required during the oblique inspection, but if off-axis autofocus that does not pass through the detection system lens is used, It is necessary to move the autofocus mechanism by + ΔZ in the Z-axis direction in accordance with the movement amount ΔZ. A method is also possible in which the XYZ coordinates of the substrate 1 to be inspected are stored in advance to obtain the distribution of the surface height and reproduced during inspection. Further, when the light from the detection area 4 of the image sensor is imaged on the image sensor 205, it is desirable that the center and angle of the distribution of the beam spot 3 coincide with the detection area 4 of the image sensor.

平面反射鏡501は切換機構502で光路中に出し入れできる機構になっている。本実施形態では、上方検査時のイメージセンサの検出領域6からの光を検出光学系200でイメージセンサ205に結像させ検査する場合(上方検査する場合)は、平面反射鏡501を光路の外に退避させる。イメージセンサの検出領域4を検出光学系200でイメージセンサ205に結像させ検査する場合(斜方検査する場合)は平面反射鏡501を図6に示した位置に戻す。   The plane reflecting mirror 501 is a mechanism that can be taken in and out of the optical path by the switching mechanism 502. In the present embodiment, when the light from the detection region 6 of the image sensor at the time of the upper inspection is imaged on the image sensor 205 by the detection optical system 200 for inspection (upper inspection), the planar reflecting mirror 501 is placed outside the optical path. Evacuate. When the detection region 4 of the image sensor is imaged on the image sensor 205 by the detection optical system 200 and inspected (in the case of oblique inspection), the plane reflecting mirror 501 is returned to the position shown in FIG.

これによって、光路中に平面反射鏡501を入れた斜方検査の検出光学系、又は平面反射鏡501が光路中にない状態の上方検査の検出光学系を作ることができ、斜方検査と上方検査を選択することができる。2回の検査で上方検査と斜方検査の検査結果が得られ、座標が同じ欠陥に対し、上方検査と斜方検査とで得られた信号強度と欠陥面積から欠陥のサイズの算出、欠陥の分類を高精度化することができる。   As a result, a detection optical system for oblique inspection with the plane reflecting mirror 501 in the optical path, or a detection optical system for upward inspection in a state where the planar reflecting mirror 501 is not in the optical path can be formed. An inspection can be selected. The inspection results of the upper inspection and the oblique inspection are obtained in two inspections. For the defect having the same coordinate, the defect size is calculated from the signal intensity and the defect area obtained by the upper inspection and the oblique inspection. Classification can be made highly accurate.

平面反射鏡501に入射する光の仰角は検出しようとする欠陥の散乱光分布によって変更可能な機構とすることが望ましい。異なる検出仰角で斜方検査し、信号強度と座標を各々信号処理系のメモリに記憶させ、検出仰角の異なる斜方検査で得た信号強度を比較して欠陥の抽出、分類をより高精度化することができる。図6ではβ1とβ2の2種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ201に入射させる2つの平面反射鏡501を切換機構502で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出する散乱光の仰角を切換える構成となっており、平面反射鏡501の反射面の角度を変えることによって検出仰角の異なる散乱光について斜方検査が可能となる。検出仰角βは上方の検出レンズ201のNAに対して残りのNAをβ1とβ2で分割できるようにすることが望ましい。これによって欠陥の散乱光をX軸方向に対してはNA0.9以上で検出可能となり、散乱光分布が方向性のある欠陥の信号強度を上げることができ感度を向上できる。このように、本実施形態によれば、微細な欠陥から散乱した光の取込範囲を拡大し信号強度を高めることができる。この効果は、以降の各実施形態でも同様に得られる。   It is desirable that the elevation angle of the light incident on the plane reflecting mirror 501 be a mechanism that can be changed according to the scattered light distribution of the defect to be detected. Oblique inspection at different detection elevation angles, signal strength and coordinates are stored in the memory of each signal processing system, and signal intensity obtained by oblique inspection with different detection elevation angles is compared to make defect extraction and classification more accurate can do. In FIG. 6, the elevation angle of the scattered light to be detected is determined by moving the two planar reflecting mirrors 501 that make the scattered light of two types of elevation angles β1 and β2 incident on the detection lens 201 in the direction of the white arrow by the switching mechanism 502. The oblique inspection can be performed on scattered light having different detection elevation angles by changing the angle of the reflecting surface of the plane reflecting mirror 501. The detection elevation angle β is preferably such that the remaining NA can be divided by β1 and β2 with respect to the NA of the upper detection lens 201. As a result, the scattered light of the defect can be detected with NA of 0.9 or more in the X-axis direction, and the signal intensity of the defect whose scattered light distribution is directional can be increased and the sensitivity can be improved. Thus, according to the present embodiment, it is possible to increase the signal intensity by expanding the capture range of light scattered from fine defects. This effect can be similarly obtained in the following embodiments.

検査像の倍率を変更するには、イメージセンサの検出領域6を上方検査する時にズームレンズ群204の位置を変更するのと同様に、イメージセンサの検出領域4を斜方検査する時もズームレンズ群204の位置を変更して検査可能である。これによって被検査基板1の検出画素サイズを変更できるため、画素サイズを小さくした場合はS/N(=欠陥の信号強度/パターンの信号強度)を向上させることができ、画素サイズを大きくした場合はスループットを短縮できる。   In order to change the magnification of the inspection image, the zoom lens is also used when the detection area 4 of the image sensor is obliquely in the same manner as when the position of the zoom lens group 204 is changed when the detection area 6 of the image sensor is inspected upward. Inspection can be performed by changing the position of the group 204. As a result, the detection pixel size of the substrate 1 to be inspected can be changed, so that the S / N (= defect signal intensity / pattern signal intensity) can be improved when the pixel size is reduced, and the pixel size is increased. Can reduce throughput.

上方検査時はイメージセンサの検出領域6のフーリエ変換像を空間フィルタ202でフィルタリングすることが可能であるのと同様に、斜方検査時も画素方向のフーリエ像がパターンピッチに依存するためイメージセンサの検出領域4のフーリエ変換像を空間フィルタ202でフィルタリングすることが可能である。   Similarly to the fact that the Fourier transform image of the detection area 6 of the image sensor can be filtered by the spatial filter 202 during the upper inspection, the Fourier image in the pixel direction also depends on the pattern pitch during the oblique inspection. It is possible to filter the Fourier transform image of the detection region 4 with the spatial filter 202.

上方検査時のイメージセンサの検出領域6を観察光学系206で観察可能であるのと同様に、イメージセンサの検出領域4を検出光学系の観察光学系206で観察可能である。このことによって斜方検査用観察機能の増設が不要となる。   The detection region 4 of the image sensor can be observed with the observation optical system 206 of the detection optical system in the same manner as the detection region 6 of the image sensor can be observed with the observation optical system 206 during the upper inspection. This eliminates the need for an additional oblique inspection function.

(第2実施形態)
図7を用いて、本発明に係る斜方検査の第2実施形態を説明する。本実施形態の目的は検出光学系を使った上方検査時のステージ高さと斜方検査時のステージ高さを同一高さ又はその近傍に合わせることによってオートフォーカス系のピント高さを引き込み範囲内で追従させ、第1実施形態のようにステージ高さを変更することなく上方検査と斜方検査を可能にする方式の実現である。そのためには光路長補正素子503を平面反射鏡(本例の場合、光路長補正素子503の反射面506)と検出光学系200との間に配置することによって、被検査基板1上の検査領域から検出レンズ201への光路長を延長することが望ましい。光路長は補正素子503内を通過する光路長の1/(1−屈折率)だけ延長できる。光路長補正素子503をプリズムにすることによって後述する第3実施形態に比べ補正量を大きくとることができることが特徴である。光路長補正素子503の1面(反射面506)には、入射光を高い反射率で反射するための誘電多層膜コーティングが形成されている。図7ではβ1とβ2の2種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ201に入射させる反射面506の角度が異なる2つの光路長補正素子503を切換機構502で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出する散乱光の仰角を切換えることができる構成となっている。また、前述した第1実施形態では、上方検査から斜方検査に移行する際にZステージ303を上昇させて検出光学系のピントを合わせたが、光路長補正素子503を配置することによって、イメージセンサの斜方検査用の検出領域4からの散乱光の検出時と同じステージ高さで上方検査が可能となり、ステージ高さの補正量及び粗動機構が不要となる。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The purpose of this embodiment is to adjust the focus height of the autofocus system within the pull-in range by matching the stage height during upward inspection using the detection optical system and the stage height during oblique inspection to the same height or in the vicinity thereof. This is a realization of a method that enables an upward inspection and an oblique inspection without changing the stage height as in the first embodiment. For this purpose, the optical path length correction element 503 is arranged between the plane reflecting mirror (in this example, the reflection surface 506 of the optical path length correction element 503) and the detection optical system 200, so that the inspection area on the substrate 1 to be inspected. It is desirable to extend the optical path length from to the detection lens 201. The optical path length can be extended by 1 / (1-refractive index) of the optical path length passing through the correction element 503. A feature of the present invention is that the optical path length correction element 503 can be made a prism so that the correction amount can be increased as compared with a third embodiment to be described later. A dielectric multilayer coating for reflecting incident light with high reflectivity is formed on one surface (reflection surface 506) of the optical path length correction element 503. In FIG. 7, two optical path length correction elements 503 having different angles of the reflection surface 506 for allowing the two types of elevation scattered light of β1 and β2 to enter the detection lens 201 are moved by the switching mechanism 502 in the direction of the white arrow. Thus, the elevation angle of the scattered light to be detected can be switched. In the first embodiment described above, the Z stage 303 is raised and the focus of the detection optical system is adjusted when shifting from the upper inspection to the oblique inspection. However, by arranging the optical path length correcting element 503, the image can be obtained. The upper inspection can be performed at the same stage height as when detecting scattered light from the detection area 4 for the oblique inspection of the sensor, and the correction amount of the stage height and the coarse movement mechanism are not required.

光路長補正素子503は結像収差補正機能を有することが望ましい。光路長補正素子503の出射面に収差を補正するカーブを形成し、結像性能を劣化させないことが可能である。このことによって高NA検出光学系の周辺部分を通過する光の収差を補正できるため、イメージセンサに受光する像の強度分布を低減でき、感度むらを低減できる。   The optical path length correction element 503 desirably has an imaging aberration correction function. It is possible to form a curve for correcting aberration on the exit surface of the optical path length correction element 503 so that the imaging performance is not deteriorated. As a result, the aberration of light passing through the peripheral portion of the high NA detection optical system can be corrected, so that the intensity distribution of the image received by the image sensor can be reduced and the sensitivity unevenness can be reduced.

(第3実施形態)
図8を用いて、本発明に係る斜方検査の第3実施形態を説明する。本実施形態の目的は検出光学系を使った上方検査時のステージ高さと斜方検査時のステージ高さを同一高さに合わせることによってオートフォーカス系のピント高さを引き込み範囲内で追従させ、ステージ高さを変更することなく上方検査と斜方検査を可能にする方式の実現である。そのためには光路長補正素子504又は505を平面反射鏡501と検出光学系200との間に配置することによって、光路長を延長することが望ましい。光路長は補正素子内を通過する光路長の1/(1−屈折率)だけ延長できる。図8ではβ1とβ2の2種類の仰角の散乱光をそれぞれ検出レンズ201に入射させる角度の異なる2つの平面反射鏡501を切換機構502で白抜き矢印の方向へ移動させることにより、検出仰角を切換えることができる構成となっている。光路長補正素子504,505は、これら2つの平面反射鏡501の上方にそれぞれ設けられている。また、光路長補正素子504,505はその出射面を非球面とし、結像性能を劣化させないことが必要である。このことによって高NA検出光学系の周辺部分を通過する光の収差を補正できるため、イメージセンサ205に受光する像の強度分布を低減でき、感度むらを低減できる。本実施形態では第2実施形態に比べ光路長補正素子の形状がレンズ形状となっているので非球面加工が容易であるが光路長が短いため補正量が小さく、斜方検出系の仰角βを低くすると補正量が不足する。そのため、低角度の仰角βでは第2実施形態のプリズム型を使用することが望ましい。
(Third embodiment)
A third embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The purpose of this embodiment is to adjust the focus height of the autofocus system within the pull-in range by matching the stage height at the time of upper inspection using the detection optical system and the stage height at the oblique inspection to the same height, This is the realization of a method that enables upward inspection and oblique inspection without changing the stage height. For this purpose, it is desirable to extend the optical path length by disposing the optical path length correction element 504 or 505 between the plane reflecting mirror 501 and the detection optical system 200. The optical path length can be extended by 1 / (1-refractive index) of the optical path length passing through the correction element. In FIG. 8, two plane reflecting mirrors 501 having different angles at which two kinds of scattered light of β1 and β2 are incident on the detection lens 201 are moved by the switching mechanism 502 in the direction of the white arrow to thereby detect the detection elevation angle. It can be switched. The optical path length correction elements 504 and 505 are provided above the two plane reflecting mirrors 501, respectively. Further, the optical path length correction elements 504 and 505 are required to be aspherical on their emission surfaces so as not to deteriorate the imaging performance. As a result, the aberration of light passing through the peripheral portion of the high NA detection optical system can be corrected. Therefore, the intensity distribution of the image received by the image sensor 205 can be reduced, and the sensitivity unevenness can be reduced. In this embodiment, the shape of the optical path length correction element is a lens shape compared to the second embodiment, so that aspherical processing is easy. However, since the optical path length is short, the correction amount is small and the elevation angle β of the oblique detection system is If it is lowered, the correction amount is insufficient. Therefore, it is desirable to use the prism type of the second embodiment at a low elevation angle β.

(第4実施形態)
図9を用いて、本発明に係る斜方検査の第4実施形態を説明する。本実施形態の目的は、1回の検査で1つ又は複数のイメージセンサで同じ検出領域(本例では検出領域6)からの光を検査可能にする方式の実現である。つまり、イメージセンサの検出領域6からの光を上方検査に用いるイメージセンサ205及び斜方検査用に追加したイメージセンサ207で検出できるようにするもので、そのためには平面反射鏡501の位置を検出光学系200の光軸からずらし、平面反射鏡501で反射した光を検出レンズ201の周辺部に入射させる方式とすることが望ましい。平面反射鏡501で反射した光の光路中に光路分岐用平面反射鏡208を配置し、イメージセンサの検出領域6から斜方に散乱した光を光路分起用平面反射鏡208で反射させ斜方検出用のイメージセンサ207に結像させる。このとき、斜方検査の光路が上方検査の光路(破線)と異なるため、光路分岐用平面反射鏡208が上方検査領域外(上方検査の光路外)にあれば上方検査と斜方検査の同時検査が可能となる。このとき第2実施形態又は第3実施形態のように光路長補正素子を斜方検出光学系に追加することもできる。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The object of the present embodiment is to realize a system that enables inspection of light from the same detection area (detection area 6 in this example) with one or a plurality of image sensors in one inspection. In other words, the light from the detection region 6 of the image sensor can be detected by the image sensor 205 used for the upper inspection and the image sensor 207 added for the oblique inspection. For this purpose, the position of the plane reflecting mirror 501 is detected. It is desirable to adopt a system in which the light that is shifted from the optical axis of the optical system 200 and reflected by the plane reflecting mirror 501 is incident on the periphery of the detection lens 201. An optical path branching plane reflecting mirror 208 is disposed in the optical path of the light reflected by the plane reflecting mirror 501, and the light scattered obliquely from the detection region 6 of the image sensor is reflected by the optical path generating planar reflecting mirror 208 to detect the oblique direction. The image is formed on the image sensor 207. At this time, since the optical path of the oblique inspection is different from the optical path of the upper inspection (broken line), if the optical path branching plane reflecting mirror 208 is outside the upper inspection region (outside the upper inspection optical path), the upper inspection and the oblique inspection are performed simultaneously. Inspection is possible. At this time, an optical path length correction element may be added to the oblique detection optical system as in the second embodiment or the third embodiment.

同時検査の効果は検査時間の短縮である。検出仰角が異なる2種類の信号を同時取り込み可能で、演算しながら検査できるため、ハードのメモリ容量を節約でき、ソフト処理の時間短縮と負荷軽減ができる。本実施形態は検査用照明光12と検査用照明光13とを波長や偏光の異なるものにすることによって、1回の検査において2つのイメージセンサ205及び207で異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度が異なるため、2つのイメージセンサ205,207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出可することができる。   The effect of simultaneous inspection is a reduction in inspection time. Since two types of signals with different detected elevation angles can be simultaneously captured and checked while being calculated, hardware memory capacity can be saved, software processing time can be reduced, and load can be reduced. In the present embodiment, by making the inspection illumination light 12 and the inspection illumination light 13 have different wavelengths and polarization, information of different signal intensities can be obtained by the two image sensors 205 and 207 in one inspection. Since the light scattered from the defect has different signal intensity depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with higher accuracy using the signal intensity ratio of the two image sensors 205 and 207 as a feature amount.

(第5実施形態)
図10を用いて、本発明に係る斜方検査の第5実施形態を説明する。本実施形態の目的は、検出領域6からの光をイメージセンサ205で検出する上方検査と検出領域4からの光をイメージセンサ207で検出する斜方検査を同時に検査できるようにする方式の実現である。そのためには平面反射鏡501の位置を検出光学系200の光軸からずらし、平面反射鏡501で反射した光を検出レンズ201の周辺部に入射させる方式とすることが望ましい。このとき第2実施形態又は第3実施形態のように光路長補正素子を斜方検出光学系に追加することもできる。第4実施形態との違いは、上方検査用のイメージセンサの検出領域6からずらした位置に斜方検査用のイメージセンサの検出領域4を配することである。斜方検査用センサであるイメージセンサ207にイメージセンサの検出領域4を結像させるためには光路分岐用平面反射鏡208を平面反射鏡501で反射した光の光路中に配して分岐させる。このとき上方検査の光路は破線の光路であるため、光路分起用平面反射鏡208が上方検査領域外(上方検査の光路外)にあれば上方検査と斜方検査の同時検査が可能となる。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The object of the present embodiment is to realize a method that enables an upper inspection in which light from the detection region 6 is detected by the image sensor 205 and an oblique inspection in which light from the detection region 4 is detected by the image sensor 207 can be simultaneously inspected. is there. For this purpose, it is desirable to shift the position of the plane reflecting mirror 501 from the optical axis of the detection optical system 200 so that the light reflected by the plane reflecting mirror 501 enters the periphery of the detection lens 201. At this time, an optical path length correction element may be added to the oblique detection optical system as in the second embodiment or the third embodiment. The difference from the fourth embodiment is that the detection region 4 of the image sensor for oblique inspection is arranged at a position shifted from the detection region 6 of the image sensor for upward inspection. In order to image the detection area 4 of the image sensor on the image sensor 207 which is an oblique inspection sensor, the optical path branching plane reflecting mirror 208 is arranged in the optical path of the light reflected by the plane reflecting mirror 501 and branched. At this time, since the optical path for the upper inspection is a broken-line optical path, the upper inspection and the oblique inspection can be performed at the same time if the optical path splitting plane reflecting mirror 208 is outside the upper inspection area (outside the upper inspection optical path).

上記構成の効果は検査時間の短縮である。検出の仰角が異なる2種類の信号を同時取り込み可能で、演算しながら検査できるため、ハードのメモリ容量を節約でき、ソフト処理の時間短縮と負荷軽減ができる。第4実施形態との効果の違いは、斜方検査用の検出領域4を上方検査用の検出領域6とずらして平面反射鏡501で反射した光の検出レンズ201への入射位置を第4実施形態に比べて検出光学系200の光軸に近付けることで検出光学系200の視野を縮小できるため、レンズ周辺部を通過した結像性能の低下を低減できる。また、照明条件として照明の方向と仰角と偏光と波長を選択でき、複数のイメージセンサに結像させで検査できる。また本実施形態でも、前述した第4実施形態のように検査用照明光12と13とを方向や仰角や波長や偏光の異なるものにすることによって、1回の検査において2つのイメージセンサ205及び207で異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度が異なるため、2つのイメージセンサ205,207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出することができる。   The effect of the above configuration is a reduction in inspection time. Two types of signals with different detection elevation angles can be captured simultaneously, and inspection can be performed while performing computations. Therefore, the memory capacity of hardware can be saved, and the time required for software processing and the load can be reduced. The difference from the effect of the fourth embodiment is that the detection position 4 for oblique inspection is shifted from the detection area 6 for upward inspection, and the incident position of the light reflected by the plane reflecting mirror 501 on the detection lens 201 is the fourth embodiment. Since the visual field of the detection optical system 200 can be reduced by approaching the optical axis of the detection optical system 200 as compared with the form, it is possible to reduce the deterioration of the imaging performance that has passed through the periphery of the lens. Further, the illumination direction, elevation angle, polarization, and wavelength can be selected as illumination conditions, and inspection can be performed by forming images on a plurality of image sensors. Also in this embodiment, the inspection illumination lights 12 and 13 have different directions, elevation angles, wavelengths, and polarizations as in the above-described fourth embodiment. Information of different signal strengths is obtained at 207. Since the light scattered from the defect has different signal intensity depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with higher accuracy using the signal intensity ratio of the two image sensors 205 and 207 as a feature amount.

(第6実施形態)
図11を用いて、本発明に係る斜方検査の第6実施形態を説明する。本実施形態の目的は照明条件として偏光を選択した場合にイメージセンサの検出領域4を2センサで同時に検出することを特徴とする方式の実現である。そのためにはP偏光とS偏光の2種類の偏光でイメージセンサの検出領域4を照射し、偏光ビームスプリッター209で光路を分岐しS偏光とP偏光を別々のセンサ205,207で検出可能とすることが望ましい。検出レンズ201の光軸からオフセットしY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域4に対しビームスポット3を形成する。本実施形態では検査用照明光12がS偏光、検査用照明光13がP偏光になっている。検出領域4から得られた光はミラー切換機構502で選択された検出仰角がβ1又はβ2になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。検出レンズ201のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ202によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ203及びズームレンズ群204によって所定の倍率でイメージセンサ205に結像する。観察光学系206によって検出領域4又は空間フィルタ202の面が観察できる。本実施形態では偏光ビームスプリッター209を検出光学系200とイメージセンサ間に挿入することによって光路を分岐させて2個のイメージセンサ207及び205結像させている。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The object of the present embodiment is to realize a method characterized in that the detection region 4 of the image sensor is simultaneously detected by two sensors when polarized light is selected as the illumination condition. For this purpose, the detection region 4 of the image sensor is irradiated with two types of polarized light, P-polarized light and S-polarized light, the optical path is branched by the polarization beam splitter 209, and S-polarized light and P-polarized light can be detected by separate sensors 205 and 207. It is desirable. A beam spot 3 is formed on the detection region 4 of the image sensor that is offset from the optical axis of the detection lens 201 and is parallel to the Y axis. In this embodiment, the inspection illumination light 12 is S-polarized light, and the inspection illumination light 13 is P-polarized light. The light obtained from the detection region 4 is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 that is a mirror tilted so that the detection elevation angle selected by the mirror switching mechanism 502 is β1 or β2, and is incident on the detection lens 201. . The light from which the pattern noise has been cut by the spatial filter 202 installed on the Fourier transform surface of the detection lens 201 is imaged on the image sensor 205 by the imaging lens 203 and the zoom lens group 204 at a predetermined magnification. The observation optical system 206 can observe the detection region 4 or the surface of the spatial filter 202. In the present embodiment, the polarization beam splitter 209 is inserted between the detection optical system 200 and the image sensor, so that the optical path is branched and two image sensors 207 and 205 are imaged.

上記構成によれば、偏光方向によって欠陥から散乱される光の信号強度が異なるため、同一欠陥から得た光を偏光ビームスプリッター209で分岐させ2つのイメージセンサ205又は207に異なる偏光成分の光を結像させることができ、信号強度比から欠陥分類が可能となる。偏光ビームスプリッター209を波長分離ができる素子に変更すれば、検査用照明光12及び13を波長の異なるものにすることによって1回の検査で同時に2種類の信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、2センサ205,207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報をより高精度に抽出することができる。   According to the above configuration, since the signal intensity of the light scattered from the defect differs depending on the polarization direction, the light obtained from the same defect is branched by the polarization beam splitter 209, and light of different polarization components is sent to the two image sensors 205 or 207. An image can be formed, and defect classification can be performed from the signal intensity ratio. If the polarization beam splitter 209 is changed to an element capable of wavelength separation, information on two types of signal intensities can be obtained simultaneously in one inspection by making the inspection illumination lights 12 and 13 different in wavelength. Since the light scattered from the defect varies in signal intensity depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with higher accuracy using the signal intensity ratio of the two sensors 205 and 207 as a feature amount.

(第7実施形態)
図12を用いて、本発明に係る斜方検査の第7実施形態を説明する。本実施形態の目的は同時に2仰角の照明角度で検出することを特徴とする方式の実現である。そのためには検出レンズ201と被検査基板1との間に角度β1及びβ2の異なる2個の平面反射鏡501をそれぞれ検出領域4又は5から検出レンズ201への光路中に同時に配することが望ましい。本実施形態では検出レンズ201の光軸からオフセットしY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域4に対し検査用照明光12によるビームスポット3を形成する。イメージセンサの検出領域4から得られた光は検出仰角がβ1になる様に傾けた平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。平面反射鏡501で反射され検出レンズ201のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ202によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ203及びズームレンズ群204によって所定の倍率でイメージセンサ205に結像する。観察光学系206によって検出領域4又は空間フィルタ202の面の観察ができる。一方、検出レンズ201の光軸からオフセットしY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域5に対し検査用照明光13によるビームスポット3を形成する。イメージセンサの検出領域5から得られた光は検出仰角がβ2になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。光路分岐用平面反射鏡208を検出光学系200とイメージセンサ間に挿入することによって検出領域5からの光の光路を分岐させてイメージセンサ207に結像させている。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The object of the present embodiment is to realize a system characterized by simultaneous detection with two elevation angles. For this purpose, it is desirable to arrange two planar reflecting mirrors 501 having different angles β1 and β2 between the detection lens 201 and the substrate to be inspected 1 simultaneously in the optical path from the detection region 4 or 5 to the detection lens 201, respectively. . In this embodiment, the beam spot 3 by the inspection illumination light 12 is formed on the detection region 4 of the image sensor offset from the optical axis of the detection lens 201 and parallel to the Y axis. The light obtained from the detection region 4 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 inclined so that the detection elevation angle is β1, and is incident on the detection lens 201. The light that is reflected by the plane reflecting mirror 501 and whose pattern noise is cut by the spatial filter 202 installed on the Fourier transform plane of the detection lens 201 is imaged on the image sensor 205 by the imaging lens 203 and the zoom lens group 204 at a predetermined magnification. . The observation optical system 206 can observe the detection region 4 or the surface of the spatial filter 202. On the other hand, the beam spot 3 by the inspection illumination light 13 is formed on the detection region 5 of the image sensor that is offset from the optical axis of the detection lens 201 and parallel to the Y axis. The light obtained from the detection area 5 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 which is a mirror tilted so that the detection elevation angle becomes β2, and enters the detection lens 201. An optical path branching plane reflecting mirror 208 is inserted between the detection optical system 200 and the image sensor, so that the optical path of the light from the detection region 5 is branched to form an image on the image sensor 207.

上記構成によれば、検出領域4及び5から異なる角度で得た光は検出光学系200の異なる位置を通過するため、2つのイメージセンサ205及び207に結像させることが可能となり、欠陥から得られる光を1回の検査で同時に2種類の仰角で斜方検査することができるため、上方検査と本実施形態の斜方検査を合わせる事によって例えばNA0.9以上の高NA検出が可能となり、欠陥から散乱した光の殆どを取り込むことができ、欠陥の検出種及び検出数を増加させることが可能となる。また、前述した第4実施形態のように検査用照明光12及び13を波長や偏光の異なるものにすることによって1回の検査で2つのイメージセンサ205及び207から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、2つのイメージセンサ205,207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。   According to the above configuration, light obtained at different angles from the detection regions 4 and 5 passes through different positions of the detection optical system 200, so that it can be imaged on the two image sensors 205 and 207, and is obtained from defects. Can be obliquely inspected at two elevations at the same time in one inspection, so by combining the upper inspection and the oblique inspection of the present embodiment, for example, high NA detection of NA 0.9 or more is possible, Most of the light scattered from the defect can be taken in, and the detection type and the number of detection of the defect can be increased. Further, by making the inspection illumination lights 12 and 13 different in wavelength and polarization as in the fourth embodiment described above, information of different signal intensities can be obtained from the two image sensors 205 and 207 in one inspection. . Since the light intensity scattered from the defect varies in signal intensity depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with high accuracy using the signal intensity ratio of the two image sensors 205 and 207 as a feature amount.

(第8実施形態)
図13を用いて、本発明に係る斜方検査の第8実施形態を説明する。本実施形態の目的はイメージセンサの画素方向(長手方向)に垂直な方向(本例ではX軸方向)に検出領域をずらし斜方検査ができる機構を2式対向して設置し、1回の検査で同時に2種類の斜方検査を可能とすることを実現することである。つまり対向し角度の異なる(又は角度が同じでも良い)2つの平面反射鏡501を検出レンズ201と被検査基板1との間に配し、それぞれのイメージセンサ検出領域4,5に各検査用照明光12,13を照射することが望ましい。これら2つの平面反射鏡501でそれぞれ折り曲げられた検査用照明光12,13による散乱光の光路は検出光学系200内で別の光路となるため、それぞれイメージセンサ205及び207に結像させることが可能である。検出レンズ201の光軸からオフセットしY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域4に対し検査用照明光13によるビームスポット3を形成する。イメージセンサの検出領域4から得られた光は検出仰角がβ1になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。一方、検出レンズ201の光軸からオフセットしY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域5に対し照明方位12によるビームスポット3を形成する。イメージセンサの検出領域5から得られた光は検出仰角がβ2になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。検出光学系200を通過した各平面反射鏡501からの光はそれぞれ検出光学系200とイメージセンサ間に挿入された別の光路分岐用平面反射鏡208によって光路を分岐させ、それぞれ異なるイメージセンサ207に結像される。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The object of the present embodiment is to install two mechanisms opposite to each other so that the detection area is shifted in a direction perpendicular to the pixel direction (longitudinal direction) of the image sensor (in this example, the X-axis direction), and the oblique inspection can be performed once. It is to realize that two types of oblique inspection can be performed simultaneously in the inspection. That is, two planar reflecting mirrors 501 that face each other and have different angles (or may have the same angle) are arranged between the detection lens 201 and the substrate 1 to be inspected, and each inspection illumination is applied to each of the image sensor detection regions 4 and 5. It is desirable to irradiate the lights 12 and 13. Since the optical paths of the scattered light by the inspection illumination lights 12 and 13 bent by the two plane reflecting mirrors 501 are different optical paths in the detection optical system 200, they can be imaged on the image sensors 205 and 207, respectively. Is possible. A beam spot 3 by the inspection illumination light 13 is formed on the detection region 4 of the image sensor offset from the optical axis of the detection lens 201 and parallel to the Y axis. The light obtained from the detection region 4 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 that is a mirror inclined so that the detection elevation angle becomes β1, and is incident on the detecting lens 201. On the other hand, the beam spot 3 with the illumination azimuth 12 is formed on the detection region 5 of the image sensor that is offset from the optical axis of the detection lens 201 and parallel to the Y axis. The light obtained from the detection area 5 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 which is a mirror tilted so that the detection elevation angle becomes β2, and enters the detection lens 201. The light from each plane reflecting mirror 501 that has passed through the detection optical system 200 is branched by an optical path branching plane reflecting mirror 208 inserted between the detection optical system 200 and the image sensor. Imaged.

また平面反射鏡501を切換機構502(図6参照)等により抜き差しすることによってイメージセンサ205に結像させる上方検査が可能となる。検出レンズ201のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ202によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ203及びズームレンズ群204によって所定の倍率でイメージセンサ205に結像する。観察光学系206によって検出領域又は空間フィルタ202の面を観察することができる。   In addition, it is possible to perform an upward inspection in which the image sensor 205 forms an image by inserting and removing the plane reflecting mirror 501 with the switching mechanism 502 (see FIG. 6) or the like. The light from which the pattern noise has been cut by the spatial filter 202 installed on the Fourier transform surface of the detection lens 201 is imaged on the image sensor 205 by the imaging lens 203 and the zoom lens group 204 at a predetermined magnification. The observation optical system 206 can observe the detection region or the surface of the spatial filter 202.

本例においても、前述した第4実施形態のように検査用照明光12と13を波長や偏光の異なるものにすることによって1回の検査で同時に2つのイメージセンサ207から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、2つのイメージセンサ207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。   Also in this example, by making the inspection illumination lights 12 and 13 different in wavelength and polarization as in the above-described fourth embodiment, information of different signal intensities can be obtained simultaneously from two image sensors 207 in one inspection. can get. Since the signal intensity of light scattered from the defect varies depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with high accuracy using the signal intensity ratio of the two image sensors 207 as a feature amount.

(第9実施形態)
図14を用いて、本発明に係る斜方検査の第9実施形態を説明する。本実施形態の目的は、斜方検査ができる機構を2式対向配置し、これら2式の斜方検査用イメージセンサを使う2種の斜方検査と上方検査用イメージセンサを使う上方検査の3つの検査を1回の検査で実行可能とする方式を実現することである。
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The purpose of this embodiment is to arrange two types of mechanisms capable of performing oblique inspection, two types of oblique inspection using the two types of oblique inspection image sensors and upper inspection using the upper inspection image sensor. It is to realize a method that enables one inspection to be executed by one inspection.

そのためには対向し角度の異なる(又は同じでも良い)2つの平面反射鏡501を検出レンズ201と被検査基板1との間に配し、イメージセンサ検出領域6に検査用照明光12及び13を照射することで、検出レンズ201の光軸上のY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域6に対してビームスポット3を形成することが望ましい。これら2つの平面反射鏡501で折り曲げられた検査用照明光12,13による散乱光の光路は検出光学系200の別の光路となるため、検査用照明光12,13による散乱光はそれぞれ対応の斜方検査用イメージセンサ207及び上方検査用のイメージセンサ205に結像させることが可能である。このことによって3つの検査光路を実現できるため、同時に2つの斜方検査と上方検査が可能となる。   For this purpose, two planar reflecting mirrors 501 facing each other and having different angles (or the same) may be disposed between the detection lens 201 and the substrate 1 to be inspected, and the inspection illumination lights 12 and 13 are provided in the image sensor detection region 6. By irradiating, it is desirable to form the beam spot 3 on the detection region 6 of the image sensor located at a position parallel to the Y axis on the optical axis of the detection lens 201. Since the optical path of the scattered light by the inspection illumination lights 12 and 13 bent by the two plane reflecting mirrors 501 is another optical path of the detection optical system 200, the scattered light by the inspection illumination lights 12 and 13 correspond to each other. It is possible to form an image on the image sensor 207 for oblique inspection and the image sensor 205 for upward inspection. As a result, three inspection optical paths can be realized, so that two oblique inspections and upward inspection can be performed simultaneously.

1つ目の光路では、イメージセンサの検出領域6から得られた光が、検出仰角がβ1になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。検出レンズ201のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ202によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ203及びズームレンズ群204によって所定の倍率でイメージセンサ205に結像される。観察光学系206によって検出領域6又は空間フィルタ202面を観察することができる。2つ目の光路では、イメージセンサの検出領域6から得られた光が、検出仰角がβ2になる様に傾けたミラーである平面反射鏡501の反射面506で反射され検出レンズ201に入射される。3つ目の光路では、イメージセンサの検出領域6からの光を直接検出レンズ201に入射させる。検出光学系200を通過した1つ目の光路及び2つ目の光路は、検出光学系200とイメージセンサ間に挿入した別の光路分岐用平面反射鏡208によってそれぞれ異なるイメージセンサ207に結像される。また3つ目の光路は、検出光学系200を介して直接イメージセンサ205に結像される。また、レンズタイプの光路長補正素子504,505をそれぞれ検出レンズ201と各平面反射鏡501間に設置することによって3つの検出光路の物点面のピントを合わせることができ、Y方向の倍率合わせも可能となる。一方前述した第4実施形態のように検査用照明光12と検査用照明光13を波長や偏光の異なるものにすることによって1回の検査でイメージセンサ205及び2個のイメージセンサ207から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、3センサの信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。   In the first optical path, the light obtained from the detection region 6 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 that is a mirror tilted so that the detection elevation angle is β1, and is incident on the detecting lens 201. The The light from which the pattern noise has been cut by the spatial filter 202 installed on the Fourier transform plane of the detection lens 201 is imaged on the image sensor 205 by the imaging lens 203 and the zoom lens group 204 at a predetermined magnification. The observation optical system 206 can observe the detection region 6 or the surface of the spatial filter 202. In the second optical path, the light obtained from the detection area 6 of the image sensor is reflected by the reflecting surface 506 of the plane reflecting mirror 501 that is a mirror tilted so that the detection elevation angle is β2, and is incident on the detecting lens 201. The In the third optical path, light from the detection region 6 of the image sensor is directly incident on the detection lens 201. The first optical path and the second optical path that have passed through the detection optical system 200 are imaged on different image sensors 207 by another optical path branching plane reflecting mirror 208 inserted between the detection optical system 200 and the image sensor. The The third optical path is directly imaged on the image sensor 205 via the detection optical system 200. Further, by installing lens type optical path length correction elements 504 and 505 between the detection lens 201 and the respective plane reflecting mirrors 501, the object point planes of the three detection optical paths can be focused, and the magnification in the Y direction can be adjusted. Is also possible. On the other hand, different signals from the image sensor 205 and the two image sensors 207 in one inspection by making the inspection illumination light 12 and the inspection illumination light 13 different in wavelength and polarization as in the fourth embodiment described above. Strength information can be obtained. Since the signal intensity of light scattered from the defect varies depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with high accuracy using the signal intensity ratio of the three sensors as a feature quantity.

(第10実施形態)
図15を用いて、本発明に係る斜方検査の第10実施形態を説明する。本実施形態は第9実施形態に対し、プリズムタイプの平面反射鏡で斜方検査した場合の例である。すなわち、検出レンズ201の光軸上のY軸に平行な位置にあるイメージセンサの検出領域6に対し検査用照明光12,13を照明してビームスポット3を形成する。1つ目の光路では、検査用照明光13で照射されイメージセンサの検出領域6から得られた光が、検出仰角がβ1になる様に傾けたプリズムタイプの光路長補正素子503の反射面で反射され検出レンズ201に入射される。2つ目の光路では、検査用照明光12で照射されイメージセンサの検出領域6から得られた光が、検出仰角がβ2になる様に傾けたプリズムタイプの対向の光路長補正素子503の反射面で反射され検出レンズ201に入射される。3つ目の光路では、イメージセンサ検出領域6からの光を直接検出レンズ201に入射させる。光路長補正素子503を検出レンズ201と被検査基板1の間に設置することによって3つの検出光路の物点面のピントを合わせることができ、Y軸方向の倍率合わせも可能となる。検出光学系200を通過した1つ目及び2つ目の光路は、検出光学系200とイメージセンサ間に挿入した異なる光路分岐用平面反射鏡208によって、それぞれ対応のイメージセンサ207に結像される。また3つ目の光路は、検出光学系200を介して直接イメージセンサ205に結像される。検出レンズ201のフーリエ変換面に設置した空間フィルタ202によってパターンノイズがカットされた光は結像レンズ203及びズームレンズ群204によって所定の倍率でイメージセンサ205に結像する。また、観察光学系206によって検出領域6又は空間フィルタ202の面を観察することができる。
(10th Embodiment)
A tenth embodiment of the oblique inspection according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example in which an oblique inspection is performed with a prism-type plane reflecting mirror as compared with the ninth embodiment. That is, the inspection illumination lights 12 and 13 are illuminated on the detection region 6 of the image sensor located at a position parallel to the Y axis on the optical axis of the detection lens 201 to form the beam spot 3. In the first optical path, the light irradiated from the inspection illumination light 13 and obtained from the detection area 6 of the image sensor is reflected on the reflecting surface of the prism type optical path length correction element 503 inclined so that the detection elevation angle is β1. The light is reflected and enters the detection lens 201. In the second optical path, the light irradiated from the inspection illumination light 12 and obtained from the detection region 6 of the image sensor is reflected by the opposite optical path length correction element 503 of the prism type inclined so that the detection elevation angle becomes β2. The light is reflected by the surface and enters the detection lens 201. In the third optical path, light from the image sensor detection region 6 is directly incident on the detection lens 201. By installing the optical path length correcting element 503 between the detection lens 201 and the substrate 1 to be inspected, the object planes of the three detection optical paths can be focused, and the magnification in the Y-axis direction can also be adjusted. The first and second optical paths that have passed through the detection optical system 200 are respectively imaged on the corresponding image sensors 207 by different optical path branching plane reflecting mirrors 208 inserted between the detection optical system 200 and the image sensors. . The third optical path is directly imaged on the image sensor 205 via the detection optical system 200. The light from which the pattern noise has been cut by the spatial filter 202 installed on the Fourier transform surface of the detection lens 201 is imaged on the image sensor 205 by the imaging lens 203 and the zoom lens group 204 at a predetermined magnification. Further, the observation optical system 206 can observe the detection region 6 or the surface of the spatial filter 202.

上記の構成によれば、第4実施形態のように検査用照明光12,13を波長や偏光の異なるものにすることによって1回の検査で同時にイメージセンサ205及び2個のイメージセンサ207から異なる信号強度の情報が得られる。欠陥から散乱する光は波長や偏光又は検出仰角によって信号強度がことなるため、3つのイメージセンサ205,207の信号強度比を特徴量として欠陥の分類情報を高精度に抽出することができる。   According to the above configuration, the inspection illumination lights 12 and 13 are different in wavelength and polarization as in the fourth embodiment, so that they differ from the image sensor 205 and the two image sensors 207 at the same time in one inspection. Signal strength information is obtained. Since the light scattered from the defect varies in signal intensity depending on the wavelength, polarization, or detection elevation angle, the defect classification information can be extracted with high accuracy using the signal intensity ratio of the three image sensors 205 and 207 as a feature amount.

ここで、以上の各実施形態に係る欠陥検査装置により検出しようとしている被検査基板1上に形成されたパターンと欠陥について図16を用いて詳しく説明する。   Here, the patterns and defects formed on the inspected substrate 1 to be detected by the defect inspection apparatus according to each of the above embodiments will be described in detail with reference to FIG.

被検査基板1上に形成されるパターンの方向は主に直交したX,Y方向である。図16では、Y方向に形成された直線上のパターン553とX方向に形成されたパターン551を示している。一般に、パターンは露光・現像・エッチングプロセスを経て形成されるが、例えば露光時のフォーカスズレによるプロセス条件の変動等が原因となって発生するショート欠陥は、配線間の最短距離となる場合がある。例えばY方向パターン553のショート欠陥をX方向に隣り合う配線間に介在する欠陥554、X方向パターン551のショート欠陥をY方向に隣り合う配線間に介在する欠陥552として示す。こうした欠陥552,554を検査すべくYZ平面を入射面とした斜方照明を行った場合、この斜方照明は、パターン553に対しては平行照明、パターン551に対しては直交照明となる。この場合、照明光549と平行なパターン553に形成された欠陥554は散乱断面積を確保することができるが、照明と直交するパターン551に形成された欠陥552は、パターン551の陰となり欠陥552に当たる照明光量が少なくなる。このため、欠陥552からの散乱光量が小さくなり、欠陥552の検出が困難となる。これに対して、入射面をYZ平面に対して傾かせた場合、照明方位から見て欠陥552がパターン551の陰となる割合が低くなり、欠陥552に当たる照明光量が増加する。これにより、欠陥552からの散乱光量が多くなるため、欠陥552が検出し易くなる。YZ平面及びXZ平面に対して入射面を傾斜させた場合、照明光549によってX方向パターン551からは散乱光556、欠陥552又は554からは散乱光570、Y方向パターン553からは散乱光557が発生する。散乱光556,557,570はいずれも正反射光を指す。   The direction of the pattern formed on the inspected substrate 1 is mainly the X and Y directions orthogonal to each other. FIG. 16 shows a pattern 553 on a straight line formed in the Y direction and a pattern 551 formed in the X direction. In general, a pattern is formed through an exposure / development / etching process. For example, a short defect caused by a process condition variation due to a focus shift at the time of exposure may be the shortest distance between wirings. . For example, a short defect of the Y direction pattern 553 is shown as a defect 554 interposed between wirings adjacent in the X direction, and a short defect of the X direction pattern 551 is shown as a defect 552 interposed between wirings adjacent in the Y direction. When oblique illumination is performed using the YZ plane as an incident surface to inspect such defects 552 and 554, the oblique illumination is parallel illumination for the pattern 553 and orthogonal illumination for the pattern 551. In this case, the defect 554 formed in the pattern 553 parallel to the illumination light 549 can secure a scattering cross section, but the defect 552 formed in the pattern 551 orthogonal to the illumination becomes a shadow of the pattern 551 and the defect 552. The amount of illumination light that hits is reduced. For this reason, the amount of scattered light from the defect 552 becomes small, and it becomes difficult to detect the defect 552. On the other hand, when the incident surface is tilted with respect to the YZ plane, the ratio that the defect 552 is shaded by the pattern 551 as viewed from the illumination direction decreases, and the amount of illumination light that hits the defect 552 increases. As a result, the amount of scattered light from the defect 552 increases, so that the defect 552 is easily detected. When the incident surface is inclined with respect to the YZ plane and the XZ plane, the illumination light 549 generates scattered light 556 from the X direction pattern 551, scattered light 570 from the defect 552 or 554, and scattered light 557 from the Y direction pattern 553. appear. The scattered light 556, 557, and 570 all indicate regular reflection light.

このように、照明方位をX軸及びY軸に対して傾かせることにより配線間のショート欠陥等を検出し易くすることができるが、照明仰角によっても、例えば異物のような凸欠陥やスクラッチのような凹欠陥等、検出し易い欠陥形状が変化する。したがって、被検査基板のパターン形状や検査目的の欠陥形状に応じて検査S/Nが最大となる条件が選択できるように、照明方位のみならず照明仰角(又は検出仰角)も調整可能な構成とすることが望ましい。   In this way, it is possible to easily detect short-circuit defects between wires by tilting the illumination direction with respect to the X axis and the Y axis. However, depending on the illumination elevation angle, for example, a convex defect such as a foreign object or a scratch The shape of a defect that is easy to detect, such as a concave defect, changes. Therefore, not only the illumination direction but also the illumination elevation angle (or detection elevation angle) can be adjusted so that the condition for maximizing the inspection S / N can be selected in accordance with the pattern shape of the substrate to be inspected and the defect shape for inspection purposes. It is desirable to do.

図17は検出光学系200にて散乱光を検出する方位と照明方位との関係を示している。照明光549のビームスポットの中央部を中心(原点)とする半球を被検査基板1上に仮想した場合、図17では、その仮想半球550の平面図(XY平面)、Y軸方向から見た側面図(XZ平面)、照明光549の照明方位と直交する方向から見た側面図を示している。欠陥及びパターンからの散乱光(正反射光)556,557,570(図16参照)は半球状に広がり、それぞれ図17に示したように仮想半球550上の領域556A,557A,570Aに入射する。図中の符号569は上方検出系の開口を仮想半球550上に投影したものである。照明光549の照明方位(入射面)はYZ平面に対して角度γだけ傾斜しており、被検査基板1上の水平な平坦部からの正反射光は、図17に示したように仮想半球550の頂点から原点に下ろした線(Z軸)を対称軸とする領域555Aに入射する。パターンからの散乱光556,557が入射する領域556A,557Aは、検査用照射光549の角度γや仰角αに応じてシフトする。   FIG. 17 shows the relationship between the direction in which scattered light is detected by the detection optical system 200 and the illumination direction. When a hemisphere centered at the center of the beam spot of the illumination light 549 (the origin) is virtually assumed on the inspected substrate 1, in FIG. 17, a plan view (XY plane) of the virtual hemisphere 550 is viewed from the Y-axis direction. The side view (XZ plane) and the side view seen from the direction orthogonal to the illumination azimuth | direction of the illumination light 549 are shown. Scattered light (specularly reflected light) 556, 557, and 570 (see FIG. 16) from the defect and the pattern spread in a hemispherical shape, and enter the regions 556A, 557A, and 570A on the virtual hemisphere 550 as shown in FIG. . Reference numeral 569 in the figure is a projection of the aperture of the upper detection system onto the virtual hemisphere 550. The illumination direction (incident surface) of the illumination light 549 is inclined by an angle γ with respect to the YZ plane, and the regular reflection light from the horizontal flat portion on the substrate 1 to be inspected is a virtual hemisphere as shown in FIG. The light enters the region 555A having a line (Z axis) drawn from the apex of 550 to the origin as the axis of symmetry. The regions 556A and 557A where the scattered lights 556 and 557 from the pattern are incident are shifted according to the angle γ and the elevation angle α of the inspection irradiation light 549.

被検査基板1上に正常なパターンがX軸方向及びY軸方向に混在する場合を仮定すると、図15に示したようなX方向パターン551からの正反射光556は平坦部の正反射光の入射する領域555Aを含む領域556Aに主に集まる。この領域556AはY軸方向に延びる。また、Y方向パターン553からの正反射光557は平坦部の正反射光555Aを含む領域557Aに集まる。この領域557AはX軸方向に延びる。これに対して、パターンとは異なる形状の欠陥からの正反射光570はパターンからの正反射光556,557とは異なる領域570Aに入射する。この領域570Aは、領域555Aの他、照明光549の角度γによって領域556A,557Aの一部又は全部に重複する。図17では、欠陥からの正反射光570の前方散乱光強度が強い場合を例示的に図示している。   Assuming that normal patterns are mixed on the inspected substrate 1 in the X-axis direction and the Y-axis direction, the regular reflection light 556 from the X-direction pattern 551 as shown in FIG. It mainly gathers in a region 556A including the incident region 555A. This region 556A extends in the Y-axis direction. Further, the specularly reflected light 557 from the Y direction pattern 553 gathers in the region 557A including the specularly reflected light 555A of the flat portion. This region 557A extends in the X-axis direction. On the other hand, the specularly reflected light 570 from the defect having a shape different from that of the pattern enters the region 570A different from the specularly reflected lights 556 and 557 from the pattern. This region 570A overlaps part or all of the regions 556A and 557A depending on the angle γ of the illumination light 549 in addition to the region 555A. FIG. 17 exemplarily illustrates a case where the intensity of forward scattered light of the regular reflection light 570 from the defect is strong.

本欠陥検査装置では、欠陥からの散乱光570のみを検出すべく、領域570Aのうち、正常なパターンからの散乱光556,557が入射し得る領域556A,557Aと重複しない領域に入射する散乱光570をできるだけ多く補足できるように検出光学系200や平面反射鏡501を配置する。例えば図17に示したように、仮想半球550上に投影した開口558が領域556A,557Aにはかからず領域570Aにのみ重複するように検出光学系を配置する。検査用照明光549の角度γや検出光学系の開口558のとり方に応じて領域570Aのみに対する開口558の重複面積が変わるので、領域570Aのみに対する開口558の重複面積ができるだけ大きくなるように角度γや開口558の配置及び大きさを設定することが望ましい。   In this defect inspection apparatus, in order to detect only the scattered light 570 from the defect, the scattered light incident on the region 570A that does not overlap with the regions 556A and 557A where the scattered light 556 and 557 from the normal pattern can enter. The detection optical system 200 and the plane reflecting mirror 501 are arranged so that 570 can be supplemented as much as possible. For example, as shown in FIG. 17, the detection optical system is arranged so that the opening 558 projected onto the virtual hemisphere 550 does not cover the regions 556A and 557A but overlaps only the region 570A. Since the overlapping area of the opening 558 with respect to only the region 570A changes depending on the angle γ of the inspection illumination light 549 and the way of setting the opening 558 of the detection optical system, the angle γ is set so that the overlapping area of the opening 558 with respect to only the region 570A is as large as possible. Further, it is desirable to set the arrangement and size of the openings 558.

検出光学系光軸の仰角方向(XZ平面)のNA(開口数)は、パターンからの散乱光556,557の入射が避けられる範囲に制限される。従って捕捉する散乱光量を拡大するには検出光学系光軸を基準とする方位角方向に開口558を拡大することが欠陥からの散乱光570のみを効率的に補足する上で有効である。   The NA (numerical aperture) in the elevation direction (XZ plane) of the optical axis of the detection optical system is limited to a range in which the scattered light 556 and 557 from the pattern can be prevented from entering. Therefore, in order to increase the amount of scattered light to be captured, it is effective to expand the aperture 558 in the azimuth angle direction with respect to the optical axis of the detection optical system to efficiently capture only the scattered light 570 from the defect.

従来、低仰角の検出光学系のNAを拡大することは構成上困難であった。本発明の各実施形態では、検出光学系光軸の開口558を仰角方向に制限することにより、検出光学系光軸の方位角方向には検出レンズのNAと同等、すなわち全開口(例えばNA0.6、NA0.8等)まで拡大することができる。先に説明した各実施形態のように平面反射鏡で光軸を折り曲げる構成の場合、開口558を検出レンズ201のNAまでイメージセンサの画素方向に拡大することができる。これにより、検出光学系にて捕捉する欠陥からの散乱光を増やしつつ正常パターンからの散乱光の補足を抑制することが可能であり、検査S/Nを向上させることが可能となる。   Conventionally, it has been difficult to increase the NA of a detection optical system having a low elevation angle. In each embodiment of the present invention, the aperture 558 of the optical axis of the detection optical system is limited to the elevation direction, so that the azimuth direction of the optical axis of the detection optical system is equivalent to the NA of the detection lens, that is, the entire aperture (for example, NA 0. 6, NA 0.8, etc.). In the case where the optical axis is bent by a plane reflecting mirror as in each of the embodiments described above, the opening 558 can be expanded in the pixel direction of the image sensor up to the NA of the detection lens 201. Thereby, it is possible to suppress the supplement of the scattered light from the normal pattern while increasing the scattered light from the defect captured by the detection optical system, and to improve the inspection S / N.

なお、検出光学系のNAの検出光学系光軸の仰角方向にとった値と水平方向にとった値とが異なるように開口を設定することは、必ずしもミラーを用いる方式に限られず、別途検出レンズを設ける構成であっても良い。次の第11実施形態でそのような構成例を示す。   It should be noted that setting the aperture so that the value taken in the elevation direction of the optical axis of the detection optical system and the value taken in the horizontal direction of the detection optical system is not necessarily limited to the method using a mirror, and is separately detected. The structure which provides a lens may be sufficient. The following eleventh embodiment shows such a configuration example.

(第11実施形態)
図20は本発明に係る斜方検査の第11実施形態の概念図である。すなわち、本実施形態では、上記の検出光学系200に加えて斜方検査用の低仰角検出光学系573を配置している。低仰角検出光学系573の構成は検出光学系200と概ね同様である。但し、低仰角検出光学系573の検出レンズ(対物レンズ)572は、下部が被検査基板1、上部が検出光学系200によって空間的に制限されるため、図中のA矢視のように検出レンズ572の上下をカットして光軸の仰角方向に開口を制限した形状になっている。このように構成することもできる。
(Eleventh embodiment)
FIG. 20 is a conceptual diagram of an eleventh embodiment of oblique inspection according to the present invention. That is, in this embodiment, in addition to the above-described detection optical system 200, a low elevation angle detection optical system 573 for oblique inspection is disposed. The configuration of the low elevation angle detection optical system 573 is substantially the same as that of the detection optical system 200. However, the detection lens (objective lens) 572 of the low elevation angle detection optical system 573 is spatially limited by the substrate 1 to be inspected at the lower part and the detection optical system 200 at the upper part. The top and bottom of the lens 572 are cut so that the opening is limited in the elevation angle direction of the optical axis. It can also be configured in this way.

(第12実施形態)
図18は本発明に係る斜方検査の第12実施形態の概念図である。本実施形態は、斜方検査用の検出光学系に対する照明光学系の最適なレイアウトを示すものである。本実施形態では照射した照明光を反射して折り曲げる照明用ミラー563が照明光学系に備えられており、図18の平面図に示したように、上方から見た場合、照明光学系から照射された照明光549は照明用ミラー563で折り曲げられ、Y軸に対して角度γだけ傾斜した方位から被検査基板1にビームスポット3を形成する。例えば第1実施形態のように、検出光学系200はX軸上に平面反射鏡501、検出レンズ201を配置して欠陥からの散乱光を補足する。側面(Y軸方向)から見た場合、照明光549は照明用ミラー563で折り曲げられ、検出光学系200の検出仰角βと約90°の角度をなす照明仰角αで被検査基板1に照明する。
(Twelfth embodiment)
FIG. 18 is a conceptual diagram of the twelfth embodiment of the oblique inspection according to the present invention. This embodiment shows an optimal layout of an illumination optical system with respect to a detection optical system for oblique inspection. In this embodiment, an illumination optical system is provided with an illumination mirror 563 that reflects and folds the illuminated illumination light. As shown in the plan view of FIG. 18, when viewed from above, the illumination optical system emits the illumination light. The illumination light 549 is bent by the illumination mirror 563 to form the beam spot 3 on the substrate 1 to be inspected from the direction inclined by the angle γ with respect to the Y axis. For example, as in the first embodiment, the detection optical system 200 arranges the plane reflecting mirror 501 and the detection lens 201 on the X axis to supplement the scattered light from the defect. When viewed from the side (Y-axis direction), the illumination light 549 is bent by the illumination mirror 563 and illuminates the substrate 1 to be inspected with an illumination elevation angle α that forms an angle of about 90 ° with the detection elevation angle β of the detection optical system 200. .

この構成によれば、照明光束の光軸及びビームスポット3の長手軸(Y軸)を含む面と検出光学系200に入射する散乱光の光束の光軸がなす角がほぼ90°となるように照明用ミラー563を配することで、被検査基板1の高さが変動してもピントずれが生じない。すなわち、照明光束の光軸及びビームスポット3の長手軸を含む面は検出光学系200の焦点面560であり、照明用ミラー563により反射された照明光549の光軸が焦点面560上にあるため、被検基板1の高さが変わった場合、被検査基板1上の照明光549によるビームスポット3の位置は焦点面560に沿って移動する。このようにビームスポット3は常に焦点面560上にあるため、検出光学系200がビームスポット3に合焦していれば、被検査基板1の高さに関係なく検出光学系200のピントが照明光549によるビームスポット3に合った状態が保たれる。   According to this configuration, the angle formed by the surface including the optical axis of the illumination light beam and the longitudinal axis (Y axis) of the beam spot 3 and the optical axis of the scattered light beam incident on the detection optical system 200 is approximately 90 °. By disposing the illumination mirror 563, the focus deviation does not occur even if the height of the substrate 1 to be inspected fluctuates. That is, the plane including the optical axis of the illumination light beam and the longitudinal axis of the beam spot 3 is the focal plane 560 of the detection optical system 200, and the optical axis of the illumination light 549 reflected by the illumination mirror 563 is on the focal plane 560. Therefore, when the height of the test substrate 1 changes, the position of the beam spot 3 by the illumination light 549 on the test substrate 1 moves along the focal plane 560. Since the beam spot 3 is always on the focal plane 560 as described above, if the detection optical system 200 is focused on the beam spot 3, the focus of the detection optical system 200 is illuminated regardless of the height of the substrate 1 to be inspected. The state of being matched with the beam spot 3 by the light 549 is maintained.

その他の仰角の照明、例えばYZ平面からの照明571は、そのビームスポットがYZ平面と被検査基板1との交線上に形成され、被検査基板1の上下に伴ってYZ平面上に沿って移動するため、照明光571のビームスポットは検出光学系200の焦点深度564から外れる可能性がある。例えば、被検査基板1が高さ568まで下がると、照明光571のビームスポットが焦点深度564から外れ、照明光571による散乱光に対してピントずれ量565が生じる。図17の例では被検査基板1が高さ567よりも下がると照明光571によるビームスポットが焦点深度564から外れる。   The illumination of other elevation angles, for example, the illumination 571 from the YZ plane, is formed along the line of intersection between the YZ plane and the substrate 1 to be inspected, and moves along the YZ plane along with the substrate 1 to be inspected. For this reason, the beam spot of the illumination light 571 may deviate from the depth of focus 564 of the detection optical system 200. For example, when the substrate 1 to be inspected is lowered to the height 568, the beam spot of the illumination light 571 deviates from the focal depth 564, and a focus shift amount 565 is generated with respect to the scattered light by the illumination light 571. In the example of FIG. 17, when the inspected substrate 1 falls below the height 567, the beam spot by the illumination light 571 deviates from the depth of focus 564.

第12実施形態における照明方位γの適正範囲を図19で説明する。   An appropriate range of the illumination direction γ in the twelfth embodiment will be described with reference to FIG.

前述の側面図で照明光束の光軸及びビームスポット3の長手軸を含む面と検出光学系光軸がなす角を約90°なので、照明方位γは照明光束の光軸及びビームスポット3の長手軸を含む面の仰角αと検出光学系低仰角βから、
sinγ=tanα・tanβ・・・(式1)
により換算することができる。
In the above-mentioned side view, the angle formed by the surface including the optical axis of the illumination light beam and the longitudinal axis of the beam spot 3 and the optical axis of the detection optical system is approximately 90 °, so the illumination direction γ is the longitudinal axis of the illumination light beam and the beam spot 3. From the elevation angle α of the surface including the axis and the detection optical system low elevation angle β,
sinγ = tan α · tan β (Expression 1)
Can be converted.

図19に示したプロファイル561は検出仰角βに対する斜方検出光学系に捕捉される散乱光量分布である。この散乱光量分布は、上記(式1)により検出仰角βを照明方位γに換算して表示したものである。一方、プロファイル562は、照明方位γに対する斜方検出光学系に捕捉されるパターンからの散乱光量の分布である。また検出仰角βは実装上の制約から、照明方位γに換算すると概ねγ>10°程度の範囲で設定する必要があり、さらにパターン散乱光の影響を受けないようにするためには、図19のプロファイル561,562を基に概ねγ<25°の範囲に制限される。したがって、本実施形態では照明方位γを10〜25°の中心値である17.5°付近に決定することが好ましい。   A profile 561 shown in FIG. 19 is a scattered light amount distribution captured by the oblique detection optical system with respect to the detected elevation angle β. This scattered light amount distribution is obtained by converting the detected elevation angle β into the illumination direction γ according to the above (Equation 1). On the other hand, the profile 562 is a distribution of the amount of scattered light from the pattern captured by the oblique detection optical system with respect to the illumination direction γ. In addition, the detection elevation angle β needs to be set in a range of approximately γ> 10 ° when converted to the illumination direction γ due to mounting restrictions. Further, in order to avoid the influence of pattern scattered light, FIG. Based on the profiles 561 and 562, the range is generally limited to γ <25 °. Therefore, in this embodiment, it is preferable to determine the illumination azimuth γ around 17.5 ° which is the central value of 10 to 25 °.

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明はその技術思想の範囲内で更なる変形が可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be further modified within the scope of its technical idea.

本発明による欠陥検査装置の構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the defect inspection apparatus by this invention. 検査対象の試料であるLSIが配列された被検査基板を示す図である。It is a figure which shows the to-be-inspected board | substrate with which the LSI which is a test object sample was arranged. 本発明による欠陥検査装置の照明光学系によって生成される3つの検査用照明光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the three illumination lights for inspection produced | generated by the illumination optical system of the defect inspection apparatus by this invention. 本発明による欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズを含む光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system containing the illumination lens of the illumination optical system of the defect inspection apparatus by this invention. 本発明による欠陥検査装置の照明光学系の照明レンズの機能を示す図である。It is a figure which shows the function of the illumination lens of the illumination optical system of the defect inspection apparatus by this invention. 本発明に係る第1実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第4実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 4th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第5実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 5th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第6実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 6th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第7実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 7th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第8実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 8th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第9実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 9th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第10実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 10th Embodiment which concerns on this invention. パターン及び欠陥と散乱光の散乱方向を表したモデル図である。It is a model figure showing the scattering direction of a pattern, a defect, and scattered light. 検出光学系にて散乱光を検出する方位と照明方位との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the azimuth | direction which detects scattered light with a detection optical system, and an illumination azimuth | direction. 本発明に係る斜方検査の第12実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 12th Embodiment of the oblique inspection which concerns on this invention. 第12実施形態における照明方位γの適正範囲の説明図である。It is explanatory drawing of the appropriate range of the illumination azimuth in 12th Embodiment. 本発明に係る斜方検査の第11実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 11th Embodiment of the oblique inspection which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被検査基板(ウエハ)
1a,1b 被検査基板
1aa メモリLSIチップ
1ab メモリセル領域チップ
1ac 周辺回路領域
1ad その他の領域
1ba マイコン等のLSI
1bb レジスタ群領域
1bc メモリ部領域
1bd CPUコア部領域
1be 入出部領域
3 ビームスポット(照明領域)
4,5,6 イメージセンサの検出領域
11〜13 検査用照明光
100 照明光学系
110 第1のビームスポット結像部
120 第2のビームスポット結像部
130 第3のビームスポット結像部
200 検出光学系
201 検出レンズ(対物レンズ)
202 空間フィルタ
203 結像レンズ
204 ズームレンズ群
205,207 イメージセンサ
206 観察光学系
208 光路分岐用平面反射鏡
209 偏光ビームスプリッター
210 分岐検出光学系
300 ステージ部
301〜304 XYZθステージ
305 ステージコントローラ
400 制御系
401 制御CPU部
402 信号処理部
403 表示部
404 入力部
501 平面反射鏡
502 切換機構
503,504,505 光路長補正素子
506 反射面
548 検出光学系
549 照明
550 散乱光の半球状分布
551 X方向パターン
552 X方向パターン内欠陥
553 Y方向パターン
554 Y方向パターン内欠陥
555 正反射光が550と交わる点
556 X方向パターンからの散乱分布
557 Y方向パターンからの散乱分布
558 高NA検出系の開口
560 検出系の焦点面
561 検出光学系に捕捉される欠陥例の散乱光量分布(検出光学系低仰角βをφに換算)
562 検出光学系に捕捉されるパターン散乱光量分布
563 照明用ミラー
564 検出光学系の焦点深度
565 ピントずれ量
566 照明方位(φ3)
567 焦点深度限界の被検査基板の高さ
568 焦点深度限界を超えた場合の被検査基板の高さ
569 上方検出系の開口
570 欠陥からの散乱光分布
571 その他の仰角の照明
572 2方向で開口数が異なるレンズ
573 低仰角検出光学系
1 Inspected substrate (wafer)
1a, 1b Inspected board 1aa Memory LSI chip 1ab Memory cell area chip 1ac Peripheral circuit area 1ad Other area 1ba LSI such as microcomputer
1bb register group area 1bc memory area 1bd CPU core area 1be input / output area 3 beam spot (illumination area)
4, 5, 6 Image sensor detection regions 11-13 Inspection illumination light 100 Illumination optical system 110 First beam spot imaging unit 120 Second beam spot imaging unit 130 Third beam spot imaging unit 200 Detection Optical system 201 Detection lens (objective lens)
202 Spatial filter 203 Imaging lens 204 Zoom lens group 205, 207 Image sensor 206 Observation optical system 208 Optical path branching plane reflecting mirror 209 Polarizing beam splitter 210 Branching detection optical system 300 Stage unit 301 to 304 XYZθ stage 305 Stage controller 400 Control system 401 Control CPU section 402 Signal processing section 403 Display section 404 Input section 501 Planar reflecting mirror 502 Switching mechanism 503, 504, 505 Optical path length correction element 506 Reflecting surface 548 Detection optical system 549 Illumination 550 Scattered light hemispherical distribution 551 X direction pattern 552 X-direction pattern defect 553 Y-direction pattern 554 Y-direction pattern defect 555 Point 556 where specularly reflected light intersects 550 Scatter distribution 557 from X-direction pattern 557 Scatter distribution 558 from Y-direction pattern High NA Scattered light intensity distribution of the outgoing type defects example that is trapped in the focal plane 561 detecting optical system of the opening 560 Detection system (converting the detection optics low elevation angle β to phi)
562 Pattern scattered light distribution 563 captured by the detection optical system 563 Illumination mirror 564 Depth of focus 565 of the detection optical system Defocus amount 566 Illumination direction (φ3)
567 Height of substrate to be inspected at depth limit 568 Height of substrate to be inspected when exceeding depth of focus limit 569 Upper detection system opening 570 Scattered light distribution 571 from defect Other elevation angle illumination 572 Open in two directions Lenses 573 with different numbers Low elevation angle detection optical system

Claims (21)

被検査基板を照明し、照明領域から得た光を結像し、結像した像を信号強度に変換し、被検査基板を光によって検査する欠陥検査方法であって、
被検査基板と像の間において、光学素子を介して光が伝達されることを特徴とする欠陥検査方法。
A defect inspection method for illuminating a substrate to be inspected, forming an image of light obtained from the illumination area, converting the formed image into signal intensity, and inspecting the substrate to be inspected with light,
A defect inspection method, wherein light is transmitted through an optical element between a substrate to be inspected and an image.
請求項1の欠陥検査方法において、前記光学素子は、反射鏡であることを特徴とする欠陥検査方法。   2. The defect inspection method according to claim 1, wherein the optical element is a reflecting mirror. 被検査基板の欠陥を光によって検出する欠陥検査方法であって、
被検査基板表面をスリット状に照射する照明系と、照明領域から得た光を取り込みイメージセンサに結像させる検出レンズと、像を信号強度に変換する1つ又は複数のイメージセンサと、前記検出レンズと被検査基板との間に配置した反射鏡とで構成された欠陥検査装置を用い、照明領域から得た光を前記反射鏡で反射し前記検出レンズに入射させ、前記イメージセンサに結像させ、斜方検査することを特徴とする欠陥検査方法。
A defect inspection method for detecting a defect of a substrate to be inspected by light,
An illumination system that irradiates the surface of the substrate to be inspected in a slit shape, a detection lens that captures light obtained from the illumination area and forms an image on the image sensor, one or more image sensors that convert the image into signal intensity, and the detection Using a defect inspection apparatus composed of a reflecting mirror disposed between a lens and a substrate to be inspected, light obtained from an illumination area is reflected by the reflecting mirror and incident on the detection lens, and imaged on the image sensor A defect inspection method characterized by oblique inspection.
請求項3の欠陥検査方法において、照明角度と方位、前記反射鏡の位置と角度は、0次反射光が前記反射鏡に反射して前記検出レンズに入射しないように設定することを特徴とする欠陥検査方法。   4. The defect inspection method according to claim 3, wherein the illumination angle and direction, and the position and angle of the reflecting mirror are set so that zero-order reflected light is reflected by the reflecting mirror and does not enter the detection lens. Defect inspection method. 被検査基板を搭載して光学系に対し相対移動可能なステージと、
被検査基板上の検査領域を照明する照明系と、
被検査基板の検査領域からの光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系によって結像された像を信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサの信号を処理し欠陥を検出する信号処理系と、
前記検出光学系と被検査基板の間に配置され、被検査基板上からの光を前記検出光学系に伝達する光学素子と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
A stage mounted with a substrate to be inspected and movable relative to the optical system;
An illumination system for illuminating the inspection area on the substrate to be inspected;
A detection optical system for detecting light from the inspection region of the substrate to be inspected;
An image sensor for converting an image formed by the detection optical system into a signal;
A signal processing system for processing the signals of the image sensor and detecting defects;
A defect inspection apparatus comprising: an optical element disposed between the detection optical system and a substrate to be inspected and transmitting light from the substrate to be inspected to the detection optical system.
請求項5の欠陥検査装置において、前記光学素子は、反射鏡であることを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein the optical element is a reflecting mirror. 請求項6の欠陥検査装置において、前記反射鏡の反射面を前記イメージセンサの画素方向に対し平行で前記検出レンズの光軸に対し傾けて配置したことを特徴とする欠陥検査装置。   7. The defect inspection apparatus according to claim 6, wherein the reflecting surface of the reflecting mirror is arranged in parallel to the pixel direction of the image sensor and inclined with respect to the optical axis of the detection lens. 請求項5の欠陥検査装置において、前記反射鏡は切換機構で光路中に出し入れできる機構になっており、光路中に前記反射鏡を入れた斜方検査の検出光学系又は前記反射鏡が光路中にない状態の上方検査の検出光学系をつくり、斜方検査と上方検査が選択できることを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein the reflecting mirror is a mechanism that can be taken in and out of the optical path by a switching mechanism, and the detection optical system for oblique inspection in which the reflecting mirror is put in the optical path or the reflecting mirror is in the optical path. A defect inspection apparatus characterized in that a detection optical system for an upper inspection in a state not in the above is created, and an oblique inspection and an upper inspection can be selected. 請求項8の欠陥検査装置において、反射面の角度が異なる複数の前記反射鏡を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。   9. The defect inspection apparatus according to claim 8, comprising a plurality of the reflecting mirrors having different reflection surface angles. 請求項5の欠陥検査装置において、前記反射鏡と前記検出レンズとの間に光路長補正素子を配置し、前記光路長補正素子により被検査基板上の検査領域から前記検出レンズへの光路長を延長して斜方検査時の前記ステージの高さが上方検査時と同じ又はその近傍で検査可能であることを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein an optical path length correction element is disposed between the reflecting mirror and the detection lens, and the optical path length from the inspection region on the inspection substrate to the detection lens is set by the optical path length correction element. A defect inspection apparatus characterized in that the stage height during oblique inspection can be inspected at or near the same as that during upward inspection. 請求項5の欠陥検査装置において、前記反射鏡と前記検出レンズ間に結像収差補正機能を有した光路長補正素子を配置したことを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein an optical path length correction element having an imaging aberration correction function is disposed between the reflecting mirror and the detection lens. 請求項5の欠陥検査装置において、前記検出光学系から出た前記反射鏡からの光を分岐させる光路分岐用反射鏡と、前記光路分岐用反射鏡で分岐させられた光を信号に変換する斜方検査用のイメージセンサとをさらに備えたことを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein an optical path branching reflector for branching light from the reflecting mirror emitted from the detection optical system, and an oblique light for converting the light branched by the optical path branching reflector into a signal. A defect inspection apparatus, further comprising an image sensor for side inspection. 請求項12の欠陥検査装置において、前記光路分岐用反射鏡が上方検査の光路外に配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。   13. The defect inspection apparatus according to claim 12, wherein the optical path branching reflecting mirror is disposed outside the optical path for upward inspection. 請求項12の欠陥検査装置において、検出領域を前記検出光学系の光軸に対して前記イメージセンサの画素方向に垂直な方向にずらして設定したことを特徴とする欠陥検査装置。   13. The defect inspection apparatus according to claim 12, wherein the detection area is set to be shifted in a direction perpendicular to the pixel direction of the image sensor with respect to the optical axis of the detection optical system. 請求項14の欠陥検査装置において、照明条件として照明の方向と仰角と偏光と波長が選択可能であることを特徴とする欠陥検査装置。   15. The defect inspection apparatus according to claim 14, wherein the illumination direction, elevation angle, polarization, and wavelength can be selected as illumination conditions. 請求項15の欠陥検査装置において、照明条件として偏光を選択した場合は前記検出光学系と前記イメージセンサとの間にビームスプリッターを配し、前記検出光学系を通過した光を前記ビームスプリッターで異なる偏光成分に分離させ、それぞれ異なるイメージセンサに結像させること特徴とする欠陥検査装置。   16. The defect inspection apparatus according to claim 15, wherein when polarized light is selected as an illumination condition, a beam splitter is disposed between the detection optical system and the image sensor, and light passing through the detection optical system differs depending on the beam splitter. A defect inspection apparatus characterized by separating light components into polarized light components and forming images on different image sensors. 請求項14の欠陥検査装置において、前記イメージセンサの画素方向に垂直な方向に検出領域をずらした反射鏡を2つ対向して設置したことを特徴とする欠陥検査装置。   15. The defect inspection apparatus according to claim 14, wherein two reflecting mirrors each having a detection area shifted in a direction perpendicular to a pixel direction of the image sensor are disposed opposite to each other. 請求項17の欠陥検査装置において、前記2つの反射鏡からの光をそれぞれ異なる斜方検査用のイメージセンサに結像させると同時に、被検査基板から直接前記検出光学系に入射した光を上方検査用のイメージセンサに結像させることを特徴とする欠陥検査装置。   18. The defect inspection apparatus according to claim 17, wherein the light from the two reflecting mirrors is formed on different oblique inspection image sensors, and at the same time, the light directly incident on the detection optical system from the inspection substrate is inspected upward. A defect inspection apparatus characterized in that an image is formed on an image sensor. 請求項5の欠陥検査装置において、照明光束の光軸及びビームスポットの長手軸を含む面とビームスポットから前記光学素子に入射する光の光軸がなす角を約90°に設定したことを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein an angle formed by a surface including the optical axis of the illumination light beam and a longitudinal axis of the beam spot and an optical axis of light incident on the optical element from the beam spot is set to about 90 °. Defect inspection equipment. 請求項19の欠陥検査装置において、前記検出光学系に捕捉される散乱光量分布と前記検出光学系に捕捉されるパターン散乱光量分布から照明方位を設定したことを特徴とする欠陥検査装置。   20. The defect inspection apparatus according to claim 19, wherein an illumination direction is set from a scattered light amount distribution captured by the detection optical system and a pattern scattered light amount distribution captured by the detection optical system. 請求項5の欠陥検査装置において、前記検出光学系の光軸を基準とする方位角方向の開口数を前記検出光学系の開口数と同等に設定したことを特徴とする欠陥検査装置。   6. The defect inspection apparatus according to claim 5, wherein the numerical aperture in the azimuth direction with respect to the optical axis of the detection optical system is set equal to the numerical aperture of the detection optical system.
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