JP7723640B2 - Defect Inspection Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、光を用いて試料上の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。 The present invention relates to a defect inspection device that uses light to detect defects on a sample.
ハードディスク(HD:Hard Disk)のデータ容量の増大が進むにつれて、HDの表面状態、欠陥サイズ、形状が性能や歩留まりに大きな影響を与えるようになっている。歩留まりを維持・向上させるためには、表面研磨作業や異物混入によってできる低アスペクト比の低段差欠陥(高さが数nm、幅が数十μm程度)やうねり欠陥(周期数十μm、高さ数nm)を検査する必要がある。低アスペクト比の欠陥は、散乱光がほとんど発生しない低段差欠陥である。低段差欠陥を検出するためには、微分干渉顕微鏡の原理を用いた微分干渉コントラスト(DIC:Differential Interference Contrast)検査などの干渉計測が使用されている。うねり欠陥を表面の粗さ(Haze)として、欠陥高さ・周期情報を含まずに検出できる散乱光検査が使用されている。 As hard disk (HD) data capacity continues to increase, the HD's surface condition, defect size, and shape have a significant impact on performance and yield. To maintain and improve yield, it is necessary to inspect for low-aspect-ratio, low-step defects (heights of a few nanometers, widths of a few tens of micrometers) and waviness defects (periods of a few tens of micrometers, heights of a few nanometers) caused by surface polishing or foreign matter contamination. Low-aspect-ratio defects are low-step defects that generate almost no scattered light. Interferometric measurements, such as differential interference contrast (DIC) inspection, which uses the principles of differential interference microscopy, are used to detect low-step defects. Scattered light inspection is used, which can detect waviness defects as surface roughness (haze) without including defect height or period information.
下記特許文献1には、ウェハ表面をレーザ光照明でスキャンすることによって、散乱光検査とDIC検査を同時実施する光学系が開示されている。同文献は、『暗視野(DF)および微分干渉コントラスト(DIC)の同時の検査のための検査装置は、1つの照明源と、試料を固定するように構成された1つの試料ステージを含む。検査装置は、第1のセンサと、第2のセンサと、光学サブシステムを含む。光学サブシステムは、対物レンズと、対物レンズを介して、1つ以上の照明源からの照明を試料の表面に方向付けるように配置された1つ以上の光学素子を含む。対物レンズは、試料の表面から信号を収集するように構成され、収集信号は、試料からの散乱に基づく信号および/または位相に基づく信号を含む。検査装置は、DF信号とDIC信号をそれぞれDF経路とDIC経路に沿って方向付けることによって収集信号をDF信号とDIC信号に空間的に分離するように配置された1つ以上の分離光学素子を含む。』という技術を記載している(要約参照)。 Patent Document 1 below discloses an optical system that simultaneously performs scattered light inspection and DIC inspection by scanning a wafer surface with laser light illumination. The document describes the following technology: "An inspection apparatus for simultaneous dark field (DF) and differential interference contrast (DIC) inspection includes an illumination source and a sample stage configured to hold a sample. The inspection apparatus includes a first sensor, a second sensor, and an optical subsystem. The optical subsystem includes an objective lens and one or more optical elements arranged to direct illumination from one or more illumination sources to the surface of the sample via the objective lens. The objective lens is configured to collect signals from the surface of the sample, and the collected signals include signals based on scattering from the sample and/or signals based on phase. The inspection apparatus includes one or more separation optical elements arranged to spatially separate the collected signals into DF signals and DIC signals by directing the DF signals and DIC signals along DF paths and DIC paths, respectively." (See Abstract.)
HDの製造工程における表面研磨に起因して、HD表面には、従来の散乱光検出によっては検出困難な、ランダム周期のうねり欠陥が存在する。HD容量の増加にともない、磁気ヘッドとHD表面との間の距離が近くなり、これまで管理対象外だったうねり欠陥の検査が求められている。さらに、周期性を持たない低段差欠陥の検出も同様に求められている。うねり欠陥・低段差欠陥ともに高感度・高スループットでの検査が必要になる。 Due to surface polishing during the hard disk manufacturing process, random-period undulation defects exist on the hard disk surface, which are difficult to detect using conventional scattered light detection. As hard disk capacity increases, the distance between the magnetic head and the hard disk surface becomes shorter, creating a need to inspect for undulation defects, which were previously outside the scope of control. Furthermore, there is also a similar need to detect low-level step defects that do not have a periodicity. High-sensitivity, high-throughput inspection is required for both undulation and low-level step defects.
低段差欠陥を検出するためにはDIC方式の検査装置が適している。そこで、DIC方式の検査装置を用いて、うねり欠陥も検出することができれば、好適である。しかし、うねり欠陥をDIC方式の検査装置によって検出する場合、うねり欠陥の周期(欠陥間の間隔:ピッチ)によってDIC信号強度が変化し、特にシア量×1/nの周期は信号量がゼロまたは非常に微弱であって検出困難である。したがって、DIC方式の光学欠陥検査装置を単に用いて、任意周期のうねり欠陥を検出することは、困難である。 DIC-based inspection equipment is suitable for detecting low-level step defects. Therefore, it would be ideal if DIC-based inspection equipment could also be used to detect waviness defects. However, when detecting waviness defects using a DIC-based inspection equipment, the DIC signal strength varies depending on the period of the waviness defects (the interval between defects: pitch), and in particular, the signal amount for a period of shear amount x 1/n is zero or very weak, making it difficult to detect. Therefore, it is difficult to detect waviness defects with an arbitrary period simply using a DIC-based optical defect inspection equipment.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、試料表面の低段差欠陥とうねり欠陥の高さ・ピッチを同時に高感度・高スループットで検査することができる欠陥検査装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a defect inspection device that can simultaneously inspect the height and pitch of low-level step defects and waviness defects on a sample surface with high sensitivity and high throughput.
本発明に係る欠陥検査装置は、微分干渉信号を検出する第1センサと照射光学系の瞳面像を検出する第2センサを備え、前記微分干渉信号を用いて段差欠陥を検出し、前記第1センサおよび前記第2センサが検出した信号を用いてうねり欠陥を検出する。 The defect inspection device according to the present invention includes a first sensor that detects a differential interference signal and a second sensor that detects a pupil plane image of the illumination optical system. The differential interference signal is used to detect step defects, and the signals detected by the first and second sensors are used to detect waviness defects.
本発明に係る欠陥検査装置によれば、試料表面の低段差欠陥とうねり欠陥の高さ・ピッチを同時に高感度・高スループットで検査することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 The defect inspection device according to the present invention can simultaneously inspect the height and pitch of low-level step defects and waviness defects on a sample surface with high sensitivity and high throughput. Issues, configurations, and advantages other than those mentioned above will become clear from the description of the embodiments below.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る欠陥検査装置1の概略構成図である。欠陥検査装置1は、試料に対して光を照射することにより、試料の表面上に存在する段差欠陥とうねり欠陥を検出する装置である。ここでは試料の1例として、ハードディスクの表面欠陥を検査する場合について説明する。欠陥検査装置1が備える図1の各構成要素について以下説明する。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic diagram of a defect inspection apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. The defect inspection apparatus 1 is an apparatus that detects step defects and waviness defects present on the surface of a sample by irradiating the sample with light. Here, as an example of a sample, the case of inspecting surface defects of a hard disk will be described. Each of the components of the defect inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described below.
光源3は、干渉性のある単一波長レーザによって構成されている。波長が長いと検出レンジが広くとれる。波長が短いと微小な高さに対する感度が高くなる。照明光学系4は、ディスク2に対して照射するビーム形状を最適なものに設定するために配置している。例えば後述する細線形状のビームスポットを実現するために、シリンドリカルレンズを2枚使い、アナモルフィックプリズムを使う、などによって照明光学系4を実現できる。ミラー5は一般的な反射ミラーを想定している。ビームの面内で位相が変化しないように設計した多層膜のものをミラー5として使うのが望ましい。 The light source 3 is composed of a coherent single-wavelength laser. A longer wavelength allows for a wider detection range. A shorter wavelength increases sensitivity to minute heights. The illumination optical system 4 is positioned to optimize the beam shape irradiated onto the disc 2. For example, to achieve a thin linear beam spot as described below, the illumination optical system 4 can be realized by using two cylindrical lenses and an anamorphic prism. The mirror 5 is assumed to be a general-purpose reflecting mirror. It is preferable to use a multilayer film designed to prevent phase change within the plane of the beam as the mirror 5.
ビームスプリッタ6と7は、ビームを分離するビームスプリッタである。ビームスプリッタ6は、光源3からの光をディスク2に対して透過させ、ディスク2から反射した光をセンサ17へ向けて反射する。ビームスプリッタ7は、光源3からの光をディスク2に対して透過させ、ディスク2から反射した光をセンサ14へ向けて反射するとともにビームスプリッタ6へ向けて透過させる。各ビームスプリッタは、センサ14とセンサ17それぞれにおいて最適な光量が得られるように、適切に強度を配分することが望ましい。ここでは、光源3の光量が十分にあることを前提として、1:1の強度に分離するビームスプリッタを想定している。 Beam splitters 6 and 7 are beam splitters that split the beams. Beam splitter 6 transmits light from light source 3 to disc 2 and reflects light reflected from disc 2 toward sensor 17. Beam splitter 7 transmits light from light source 3 to disc 2 and reflects light reflected from disc 2 toward sensor 14 and also transmits it toward beam splitter 6. It is desirable for each beam splitter to distribute the intensity appropriately so that the optimal amount of light is obtained at sensor 14 and sensor 17, respectively. Here, we assume that there is a sufficient amount of light from light source 3 and assume a beam splitter that splits the intensity at 1:1.
1/4波長板8は、偏光分離素子9によってビームをP偏光とS偏光に分離する際に、光量を1:1に調整するために配備している。偏光分離素子9は、入射したビームをP偏光とS偏光に分離する。例えば、ノマルスキープリズムやウォラストンプリズムにより、偏光分離素子9を実現できる。 The quarter-wave plate 8 is provided to adjust the light intensity to 1:1 when the polarization separation element 9 separates the beam into P-polarized and S-polarized light. The polarization separation element 9 separates the incident beam into P-polarized and S-polarized light. For example, the polarization separation element 9 can be realized using a Nomarski prism or a Wollaston prism.
集光光学系10は、偏光分離素子9によって分離された光をディスク2に対して集光する光学系である。微分干渉信号を得るために、偏光分離素子9の光の分離点とディスク2の集光点とが焦点になるように設定する。これにより、ディスク2から反射したP偏光とS偏光の光が再度偏光分離素子9によって合成される。実装上の都合から、集光光学系はリレー光学系を用いると設計が容易となる。 The focusing optical system 10 is an optical system that focuses the light separated by the polarization separation element 9 onto the disc 2. To obtain a differential interference signal, the point at which the light is separated by the polarization separation element 9 and the point at which the light is focused on the disc 2 are set to be focal points. As a result, the P-polarized and S-polarized light reflected from the disc 2 are recombined by the polarization separation element 9. For implementation reasons, using a relay optical system for the focusing optical system makes it easier to design.
検出光学系11は、ディスク2上のビームスポットがセンサ14上で結像されるように設定した光学系である。センサ14のサイズに最適となるように倍率変換することを想定している。センサ14は、ディスク2上のビームスポットと共役となる位置に配置することが望ましい。これにより微分干渉信号を精度よく検出することができる。 The detection optical system 11 is an optical system configured so that the beam spot on the disk 2 is imaged on the sensor 14. It is assumed that the magnification will be converted to optimize the size of the sensor 14. It is desirable to position the sensor 14 at a position conjugate with the beam spot on the disk 2. This allows for accurate detection of differential interference signals.
検出光学系16は、集光光学系10の瞳面における像の強度がセンサ17によって検出できるように配備した光学系である。集光光学系10の瞳位置とセンサ17とが共役になるように設定することが望ましいが、集光光学系10の瞳像をセンサ17によって検出可能であればよい。検出光学系16は、センサ17のサイズに合うように倍率変換を実施してもよい。 The detection optical system 16 is an optical system arranged so that the intensity of the image on the pupil plane of the focusing optical system 10 can be detected by the sensor 17. It is desirable to set the pupil position of the focusing optical system 10 and the sensor 17 so that they are conjugate, but it is sufficient if the pupil image of the focusing optical system 10 can be detected by the sensor 17. The detection optical system 16 may also be magnified to match the size of the sensor 17.
光源3から出力された光はディスク2に向けて照射される。偏光分離素子9によりビームはS偏光とP偏光の2つの光線に分離され、ディスク2表面に対して照射される。ディスク2から反射された光は、センサ14とセンサ17によって検出される。センサ14はS偏光とP偏光の2つの光線の微分干渉信号(DIC信号)を検出する。センサ17は集光光学系10の瞳面における像を検出する。 Light output from light source 3 is directed toward disc 2. The beam is split by polarization splitter 9 into two beams of S-polarized light and P-polarized light, which are directed toward the surface of disc 2. Light reflected from disc 2 is detected by sensors 14 and 17. Sensor 14 detects differential interference contrast (DIC) signals from the two beams of S-polarized light and P-polarized light. Sensor 17 detects the image at the pupil plane of focusing optical system 10.
プロセッサ105は、センサ14が検出したDIC信号を用いて、ディスク2表面の微小な低段差欠陥を検出する。さらにプロセッサ105は、センサ17が検出した瞳面ビーム強度とセンサ14が検出したDIC信号を用いて、後述する原理によって、ディスク2表面のうねり欠陥を検出する。 Processor 105 uses the DIC signal detected by sensor 14 to detect minute, low-level defects on the surface of disk 2. Furthermore, processor 105 uses the pupil plane beam intensity detected by sensor 17 and the DIC signal detected by sensor 14 to detect waviness defects on the surface of disk 2, based on the principle described below.
瞳面強度は、ディスク2表面のうねり欠陥からの反射光の光線方向において、平坦な表面からの反射光に比べて微小な傾きを持つ。この傾きは結像面においては検出できないほど小さいが、瞳面においては中心から数%の強度比として算出することができる。この強度比はうねり欠陥の高さや周期(ピッチ)に依存している。よってプロセッサ105は、瞳面の強度比を求めることにより、うねり欠陥の高さや周期を算出することができる。 The pupil plane intensity has a slight tilt in the ray direction of light reflected from undulation defects on the surface of disk 2 compared to light reflected from a flat surface. This tilt is so small that it cannot be detected on the imaging plane, but on the pupil plane it can be calculated as an intensity ratio of a few percent from the center. This intensity ratio depends on the height and period (pitch) of the undulation defects. Therefore, by determining the intensity ratio on the pupil plane, processor 105 can calculate the height and period of the undulation defects.
図2は、ディスク2表面の回転検査について説明する図である。ディスク2を検査する過程において、ディスク2はステージ103(後述)によってθ方向に回転される。ディスク2表面に対して光ビーム20と光ビーム21が照射される。光ビーム20と21はそれぞれ、図1に示すS偏光とP偏光である。光ビーム20と光ビーム21のうちどちらがS偏光またはP偏光であっても検出される信号に変化はなく、これらは順不同である。光ビーム20と21は半径(R)方向22において長く、θ方向23(回転方向)において短い形状になっている(細線形状)。半径(R)方向に長くすることにより、1度に広範囲で表面欠陥を検出することができ、高スループットで全面検査を可能にしている。 Figure 2 is a diagram illustrating rotational inspection of the surface of disk 2. During the inspection of disk 2, disk 2 is rotated in the θ direction by stage 103 (described below). Light beam 20 and light beam 21 are irradiated onto the surface of disk 2. Light beams 20 and 21 are S-polarized and P-polarized, respectively, as shown in Figure 1. The detected signal remains unchanged regardless of whether light beam 20 or light beam 21 is S-polarized or P-polarized, and these can be in any order. Light beams 20 and 21 are long in the radial (R) direction 22 and short in the θ direction 23 (rotation direction) (thin line shape). By making them long in the radial (R) direction, surface defects can be detected over a wide area at once, enabling high-throughput full-surface inspection.
ディスク2表面の検査時、光ビーム20と21は動かさず、ディスク2をθ方向矢印23に沿って回転させながら半径方向矢印22に沿って移動させることにより、ディスク2全面を検査する。R方向のビーム径を長くすることにより、小さな欠陥も見逃さず全面検査を可能としている。 When inspecting the surface of disk 2, light beams 20 and 21 are stationary, and disk 2 is rotated along the θ direction arrow 23 while moving along the radial direction arrow 22, inspecting the entire surface of disk 2. By increasing the beam diameter in the R direction, it is possible to inspect the entire surface without overlooking even small defects.
図3は、センサ14とセンサ17それぞれの検出素子配置を示す。センサ14とセンサ17は、検出する光ビームの性質に応じて、検出面上において図3に示すように検出素子を配置している。 Figure 3 shows the arrangement of detection elements in sensors 14 and 17. Sensors 14 and 17 have detection elements arranged on the detection surface as shown in Figure 3, depending on the properties of the light beam to be detected.
センサ14の表面はディスク2と共役な面になっており、観察している領域の結像光30が入射する(集光光がセンサ面において結像している)。センサ14はR方向にセンサ画素S1_1からS1_NまでN画素(N個の検出素子)を配置しており、画素ごとにDIC信号を検出することができる。これにより、画素ごとに検出感度を落とすことなく広い範囲でDIC信号を一度に検出することができる。すなわちディスク2上の小さな段差欠陥を見落としなく検出することができる。 The surface of the sensor 14 is conjugate with the disc 2, and imaging light 30 of the area being observed is incident on it (the condensed light forms an image on the sensor surface). The sensor 14 has N pixels (N detection elements) arranged in the R direction, from sensor pixels S1_1 to S1_N, and can detect DIC signals for each pixel. This allows DIC signals to be detected over a wide range at once without reducing detection sensitivity for each pixel. This means that even small step defects on the disc 2 can be detected without being overlooked.
センサ17は、集光光学系10の瞳面強度を検出する。ディスク2表面上における細線方向(θ方向)の方がNA(Numerical Aperture)が大きいので、瞳面上においてはθ方向のほうがビームスポット31のサイズが大きい。したがってセンサ17はθ方向に沿って2画素の検出素子を配置している。プロセッサ105(またはセンサ17自身)は、画素S2_1とS2_2との間の信号強度差を検出する。 Sensor 17 detects the pupil plane intensity of the focusing optical system 10. Because the NA (Numerical Aperture) is larger in the thin line direction (θ direction) on the surface of the disc 2, the size of the beam spot 31 on the pupil plane is larger in the θ direction. Therefore, sensor 17 has two pixel detection elements arranged along the θ direction. Processor 105 (or sensor 17 itself) detects the difference in signal intensity between pixels S2_1 and S2_2.
図4は、凸欠陥40とうねり欠陥42それぞれの断面図と上面図である。低段差欠陥としては、凸欠陥40のようにディスク2の表面にある突起した欠陥、図示していないが凹んだ欠陥、などがある。低段差欠陥としては、高さおよび表面サイズが0.1μm~数μmのものを想定している。この欠陥を見逃さないように細線ビームを用いる。うねり欠陥42は、図示したように表面が小さな段差(高さ1nm程度)でうねっているものである。ハードディスクにおいては、うねり周期43(うねりピッチ)が20μm~100μm程度の範囲のものが不良セクタの原因となると言われている。 Figure 4 shows a cross-sectional view and a top view of a bump defect 40 and a wavy defect 42. Low-level defects include protruding defects on the surface of the disk 2, such as bump defect 40, and recessed defects (not shown). Low-level defects are assumed to have heights and surface sizes of 0.1 μm to several μm. A fine beam is used to ensure these defects are not overlooked. As shown in the figure, a wavy defect 42 is a wavy surface with small steps (heights of about 1 nm). In hard disks, wavy defects with a wavy period 43 (wavy pitch) in the range of about 20 μm to 100 μm are said to cause bad sectors.
DIC信号は、光ビーム21と20それぞれの照射位置間の位相段差41を検出することができる。位相段差41を検出することにより、凸欠陥40やうねり欠陥42を検出することができる。ただしうねり欠陥42の場合、うねり欠陥の高さ以外に、うねり周期43によっても検出される位相段差が変わる点に注意が必要である。これについて次に説明する。 The DIC signal can detect a phase step 41 between the irradiation positions of the light beams 21 and 20. Detecting the phase step 41 makes it possible to detect bump defects 40 and waviness defects 42. However, in the case of waviness defects 42, it is important to note that the detected phase step changes not only depending on the height of the waviness defect but also on the waviness period 43. This will be explained next.
図5は、θ方向に沿ったうねり欠陥と高さ信号の関係を説明する図である。図5上段は、P/S偏光の光ビーム20と光ビーム21とうねりの関係を示すものである。ディスク2は側断面を示している。図中横方向がθ方向に相当する。図5下段は、DICから得られる高さ信号50と、瞳強度分布から得られる高さ信号51それぞれの、θ方向における波形を示している。 Figure 5 is a diagram explaining the relationship between undulation defects and height signals along the θ direction. The upper part of Figure 5 shows the relationship between P/S polarized light beams 20 and 21 and the waviness. The disk 2 is shown in cross section. The horizontal direction in the figure corresponds to the θ direction. The lower part of Figure 5 shows the waveforms in the θ direction of a height signal 50 obtained from the DIC and a height signal 51 obtained from the pupil intensity distribution.
光ビーム20と光ビーム21との間の間隔(シア量)に対して、うねり周期が逆相の場合(図中左)、図に示すように光ビーム20がうねりのボトムに対して照射されているとき、光ビーム21がうねりのトップに対して照射される。この場合、光ビーム20と光ビーム21がディスク2上で異なる高さとなるので、DIC信号が発生する。つまり高さ信号50は、図のようにディスク位置に相当する信号が発生する。他方で、光ビーム20から得られる瞳強度分布と光ビーム21から得られる瞳強度分布も互いに逆相になる。光ビーム20と光ビーム21は、ディスク2を反射した後、偏光分離素子9によって合成されるので、打ち消しあって図のように高さ信号51の振幅は発生しない。 When the waviness period is out of phase with the spacing (shear amount) between light beam 20 and light beam 21 (left side of the figure), when light beam 20 is irradiated onto the bottom of the waviness, light beam 21 is irradiated onto the top of the waviness, as shown in the figure. In this case, light beam 20 and light beam 21 are at different heights on disk 2, so a DIC signal is generated. In other words, height signal 50 generates a signal corresponding to the disk position, as shown in the figure. On the other hand, the pupil intensity distribution obtained from light beam 20 and the pupil intensity distribution obtained from light beam 21 are also out of phase with each other. After reflecting off disk 2, light beam 20 and light beam 21 are combined by polarization separation element 9, so they cancel each other out and no amplitude is generated for height signal 51, as shown in the figure.
光ビーム20と光ビーム21との間の間隔(シア量)に対して、うねり周期が同相の場合(図中右)、図に示すように光ビーム20がうねりのトップに対して照射されているとき、光ビーム21がうねりのトップに対して照射される。この場合、光ビーム20と光ビーム21とがディスク2上で同じ高さとなるので、DIC信号はゼロとなる。つまり高さ信号50は、図のようにディスク位置に相当する信号が発生しない。他方で、光ビーム20から得られる瞳強度分布と光ビーム21から得られる瞳強度分布も互いに同相になる。光ビーム20と光ビーム21は、ディスク2を反射した後、偏光分離素子9によって合成されるが、同相であるので打ち消しあわない。したがって高さ信号51は、図のようにディスク位置に相当する信号となる。 When the waviness period is in phase with the spacing (shear amount) between light beam 20 and light beam 21 (right side of the figure), when light beam 20 is irradiated onto the top of the waviness, light beam 21 is irradiated onto the top of the waviness, as shown in the figure. In this case, light beam 20 and light beam 21 are at the same height on disk 2, so the DIC signal is zero. In other words, height signal 50 does not generate a signal corresponding to the disk position, as shown in the figure. On the other hand, the pupil intensity distributions obtained from light beam 20 and light beam 21 are also in phase with each other. After reflecting off disk 2, light beam 20 and light beam 21 are combined by polarization separation element 9, but because they are in phase, they do not cancel each other out. Therefore, height signal 51 becomes a signal corresponding to the disk position, as shown in the figure.
以上のようにDICの高さ信号50と瞳強度分布の高さ信号51は、うねり周期に対して補完関係にある。本発明はこの特徴を利用して、うねり周期に依らないうねり信号検出方法を提供するものである。なお、高さ信号50と高さ信号51それぞれの振幅は、うねりの高さと周期に依存するものであるので、図8において説明する補正方法に基づき、高さ情報に変換することができる。 As described above, the DIC height signal 50 and the pupil intensity distribution height signal 51 have a complementary relationship with respect to the waviness period. The present invention utilizes this feature to provide a waviness signal detection method that is independent of the waviness period. Note that the amplitudes of the height signals 50 and 51 depend on the waviness height and period, and can therefore be converted into height information based on the correction method described in Figure 8.
図6は、うねり欠陥の周期に対するシミュレーションによって得られた高さ信号61と高さ信号62それぞれの強度比を示す。高さ信号61はそれぞれDIC信号であり、高さ信号62は光瞳面強度分布信号である。本シミュレーションでは光ビーム20と光ビーム21との間の間隔(シア量)は175μmとし、うねり欠陥は同じ高さで周期のみ変えている。高さ信号61と高さ信号62はそれぞれの検出信号の最大値を1として規格化している。 Figure 6 shows the intensity ratios of height signals 61 and 62 obtained by simulation with respect to the period of the undulation defect. Height signal 61 is a DIC signal, and height signal 62 is an optical pupil plane intensity distribution signal. In this simulation, the distance (shear amount) between light beam 20 and light beam 21 is set to 175 μm, and the undulation defect has the same height but a different period. Height signals 61 and 62 are normalized with the maximum value of each detection signal set to 1.
高さ信号61(DIC信号)はうねり欠陥周期63において最大であり、うねり欠陥周期64において最小になっている。うねり欠陥周期63は図5で説明した逆相の状態であり、シア量×2/(2n+1)である(nは自然数)。うねり欠陥周期64は図5で説明した同相の状態であり、シア量×1/nである(nは自然数)。本シミュレーション結果から、うねり欠陥の周期ごとに高さ信号61(DIC信号)が異なることがわかる。それに対して高さ信号62(光瞳面強度信号)においては、うねり周期63は逆相であるので最小になる。うねり周期64は同相の状態であるので高さ信号62が極大値になる。これにより、高さ信号61と高さ信号62をそれぞれ検出すると、周期20~100μmのうねり欠陥をすべて検出できることがわかる。 The height signal 61 (DIC signal) is maximum at undulation defect period 63 and minimum at undulation defect period 64. The undulation defect period 63 is in the opposite phase state described in FIG. 5 and is equal to shear amount × 2/(2n + 1) (n is a natural number). The undulation defect period 64 is in the same phase state described in FIG. 5 and is equal to shear amount × 1/n (n is a natural number). The simulation results show that the height signal 61 (DIC signal) differs for each undulation defect period. In contrast, the height signal 62 (optical pupil plane intensity signal) is minimum at undulation period 63 because it is in the opposite phase. The height signal 62 is maximum at undulation period 64 because it is in the same phase. This shows that by detecting height signals 61 and 62, all undulation defects with periods between 20 and 100 μm can be detected.
検査装置によって検出される高さ信号50と51は周期ごとに相対強度が変わるが、本シミュレーションによって求めたうねり欠陥の周期ごとの相対強度比を使って、実際の欠陥の高さ信号に補正することができる。 The relative intensity of the height signals 50 and 51 detected by the inspection device changes for each period, but the relative intensity ratio for each period of the waviness defect obtained by this simulation can be used to correct for the height signal of the actual defect.
図7は、プロセッサ105の機能ブロック図である。センサ14とセンサ17の各受光面からの電流信号は、I/V変換器70とA/D変換器71によりデジタル信号に変換される。I/V変換器70とA/D変換器71は一般技術であるので詳細は割愛するが、検査速度を向上するために、周波数特性に注意して設計するとよい。 Figure 7 is a functional block diagram of processor 105. The current signals from the light-receiving surfaces of sensors 14 and 17 are converted into digital signals by I/V converter 70 and A/D converter 71. Since the I/V converter 70 and A/D converter 71 are common technologies, details will not be given here, but in order to improve inspection speed, it is advisable to design them with attention to frequency characteristics.
A/D変換器71によって変換されたDIC信号は、図5で示した高さ信号50のようにある強度レベルで振幅が変化している。オフセット除去部72はその強度レベルを除去して振幅のみを取得する。 The DIC signal converted by the A/D converter 71 has amplitude that varies at a certain intensity level, like the height signal 50 shown in Figure 5. The offset removal unit 72 removes this intensity level and obtains only the amplitude.
凹凸評価部73は、取得した振幅のみの信号を使って、微小欠陥を評価する。凹凸評価部73は変化のあった信号を抽出し、振幅が正か負かを見て凹凸を判定する。またθ方向の振幅の長さを計測することにより、欠陥の長さ情報を取得することができる。また、何個の受光面が変化しているかを計測することにより、R方向の欠陥長さ情報も取得することができる。凹凸評価部73は、微小欠陥のR方向およびθ方向の長さ情報とともに振幅情報を凹凸高さ評価部74に対して送る。 The unevenness evaluation unit 73 evaluates micro defects using the acquired amplitude-only signal. The unevenness evaluation unit 73 extracts signals that have changed and determines whether the amplitude is positive or negative to determine whether they are uneven. Furthermore, by measuring the length of the amplitude in the θ direction, it is possible to obtain defect length information. Furthermore, by measuring how many light-receiving surfaces have changed, it is possible to obtain defect length information in the R direction. The unevenness evaluation unit 73 sends amplitude information along with length information of the micro defects in the R and θ directions to the unevenness height evaluation unit 74.
凹凸高さ評価部74は、振幅と欠陥サイズに基づき、高さ情報を取得する。DICによる高さ情報の取得は、通常技術で判別できるので、詳細は割愛する。以上のようにセンサ14からは微小段差欠陥の凹凸、サイズ、高さを検出することができる。 The unevenness height evaluation unit 74 acquires height information based on the amplitude and defect size. Height information acquired using DIC can be determined using standard technology, so details will be omitted. As described above, the sensor 14 can detect the unevenness, size, and height of minute step defects.
信号加算処理部75は、オフセット除去部72により強度レベルが除去されたすべての受光面情報を加算する。ここでは、ディスク2上のR方向のスポット信号を全てまとめて検出する例を説明するが、スポット信号を個別に評価しても構わない。個別に評価すると、R方向のうねり周期を細かく評価することができる。 The signal addition processing unit 75 adds all of the light receiving surface information from which the intensity levels have been removed by the offset removal unit 72. Here, an example is described in which all spot signals in the R direction on the disc 2 are detected together, but spot signals may also be evaluated individually. Evaluating each signal individually allows for a more detailed evaluation of the waviness period in the R direction.
センサ17が得たデジタル信号は、信号演算部77が以下の演算をすることにより、瞳面強度分布からθ方向のうねり高さに応じた信号Sを出力できる:S=(S2_1)-(S2_2)。 The digital signal obtained by the sensor 17 is used by the signal calculation unit 77 to perform the following calculation, which outputs a signal S corresponding to the waviness height in the θ direction from the pupil plane intensity distribution: S = (S2_1) - (S2_2).
FFT処理部76は、信号加算処理部75と信号演算部77から生成された信号をそれぞれディスク2のR方向位置に応じた回転数によりフーリエ変換を実施し、うねり周期に応じた変調度(信号レベル)を算出する。周波数評価部78は、変調度の大きなうねり周期を抽出する。 The FFT processing unit 76 performs a Fourier transform on the signals generated by the signal addition processing unit 75 and the signal calculation unit 77 using a rotation speed corresponding to the R-direction position of the disc 2, and calculates the modulation degree (signal level) corresponding to the waviness period. The frequency evaluation unit 78 extracts waviness periods with large modulation degrees.
信号選択部79は、抽出されたうねり周期のうち、DICから得られる変調度(センサ14)と、瞳強度分布から得られる変調度(センサ17)とのどちらか大きい方を選択する。θ方向うねり高さ評価部80は、信号選択部79で選択された信号を、後述する理想高さ曲線と比較することにより、変調度を高さ情報へ変換する。以上により、指定のR位置におけるθ方向のうねりの周期と高さを決定することができる。 The signal selection unit 79 selects the larger of the extracted waviness periods: the modulation degree obtained from the DIC (sensor 14) or the modulation degree obtained from the pupil intensity distribution (sensor 17). The θ-direction waviness height evaluation unit 80 converts the modulation degree into height information by comparing the signal selected by the signal selection unit 79 with the ideal height curve described below. As a result, the waviness period and height in the θ direction at the specified R position can be determined.
プロセッサ105では、微小段差欠陥の凹凸、サイズ、高さ情報とうねり欠陥の周期と高さ情報を別々に出力することで、微小段差欠陥とうねり欠陥を弁別することができる。 The processor 105 can distinguish between micro-step defects and waviness defects by separately outputting information on the unevenness, size, and height of micro-step defects and information on the period and height of waviness defects.
図8は、θ方向のうねり欠陥の高さを決定する方法を説明する図である。図8上段は、FFTされた後のDIC信号の変調度を3つのケースについて示す。図8下段は、瞳強度分布から得られる高さ信号の変調度を同じ3つのケースについて示す。各グラフは、横軸はうねりの周波数(ピッチ)、縦軸は変調度を示す。DICにより得られた変調度が高さ信号50であり、瞳面強度分布から得られた変調度が高さ信号51である。 Figure 8 is a diagram illustrating a method for determining the height of a waviness defect in the θ direction. The top of Figure 8 shows the modulation depth of the DIC signal after FFT for three cases. The bottom of Figure 8 shows the modulation depth of the height signal obtained from the pupil intensity distribution for the same three cases. In each graph, the horizontal axis represents the waviness frequency (pitch), and the vertical axis represents the modulation depth. The modulation depth obtained by DIC is height signal 50, and the modulation depth obtained from the pupil plane intensity distribution is height signal 51.
ケース1は、θ方向のうねり周期が、光ビーム20と光ビーム21との間の間隔に対して逆相の場合(図5左)である。ケース2は、θ方向のうねり周期が、光ビーム20と光ビーム21との間の間隔に対して同相の場合(図5右)である。ケース3は、両者の中間的ケースである。 Case 1 is when the swell period in the θ direction is out of phase with the spacing between light beams 20 and 21 (left side of Figure 5). Case 2 is when the swell period in the θ direction is in phase with the spacing between light beams 20 and 21 (right side of Figure 5). Case 3 is an intermediate case between the two.
理想高さ曲線81と理想高さ曲線82は、それぞれ指定の高さの時に得られる理想の高さ信号を示している。各理想高さ曲線は、うねり欠陥の各ピッチ値について、欠陥高さに対する信号レベルの比率を記述している。曲線81はDIC信号について、曲線82は瞳面強度信号についてのものである。高さ評価部80は、信号レベルと理想高さ曲線を比較することにより、うねり欠陥高さを計算できる。各理想高さ曲線を記述したデータは、あらかじめ欠陥検査装置1が備える記憶装置内に格納しておけばよい。 Ideal height curve 81 and ideal height curve 82 each show the ideal height signal obtained at a specified height. Each ideal height curve describes the ratio of signal level to defect height for each pitch value of the waviness defect. Curve 81 is for the DIC signal, and curve 82 is for the pupil plane intensity signal. The height evaluation unit 80 can calculate the waviness defect height by comparing the signal level with the ideal height curve. Data describing each ideal height curve can be stored in advance in a storage device provided in the defect inspection device 1.
ケース1の場合は、逆相であるので、DIC信号の変調度が大きい。したがって信号選択部79は、DIC信号を選択する。高さ評価部80は、理想高さ曲線81と高さ信号50から次式により高さを決定する:Height=Hs1/Hi。 In Case 1, the DIC signal has a large modulation depth due to the reversed phase. Therefore, the signal selection unit 79 selects the DIC signal. The height evaluation unit 80 determines the height from the ideal height curve 81 and the height signal 50 using the following formula: Height = Hs1/Hi.
ケース2の場合は、同相であるので、瞳強度分布信号の変調度が大きい。したがって信号選択部79は、瞳強度分布信号を選択する。高さ評価部80は、理想高さ曲線82と高さ信号51から次式により高さを決定する:Height=Hs2/Hi。 In case 2, the signals are in phase, so the modulation depth of the pupil intensity distribution signal is large. Therefore, the signal selection unit 79 selects the pupil intensity distribution signal. The height evaluation unit 80 determines the height from the ideal height curve 82 and the height signal 51 using the following formula: Height = Hs2/Hi.
ケース3の場合は、信号選択部79によって、DIC信号と瞳面強度信号のうち大きい方を選択することになる。図8の例においてはDIC信号の変調度のほうが大きい。したがって信号選択部79は、DIC信号を選択する。高さ評価部80は、理想高さ曲線81と高さ信号50から次式により高さを決定する:Height=Hs1/Hi。 In case 3, the signal selection unit 79 selects the larger of the DIC signal and the pupil plane intensity signal. In the example of Figure 8, the modulation depth of the DIC signal is larger. Therefore, the signal selection unit 79 selects the DIC signal. The height evaluation unit 80 determines the height from the ideal height curve 81 and the height signal 50 using the following formula: Height = Hs1/Hi.
以上のように、DIC信号と瞳面強度信号のうち変調度の大きい信号を用いることにより、うねり欠陥の周期に依らずうねりの高さと周期を決定することが容易にできる。 As described above, by using the signal with the larger modulation depth between the DIC signal and the pupil plane intensity signal, it is possible to easily determine the height and period of the waviness defect regardless of its period.
図9は、欠陥検査装置1が出力するデータを説明する図である。このデータが示す情報は、例えばプロセッサ105がモニタ上に提示するGUI(グラフィカルユーザインターフェース)上で提供することができる。図9左は欠陥マップであり、図9右はθ方向のうねり分布である。 Figure 9 is a diagram explaining the data output by the defect inspection device 1. The information indicated by this data can be provided, for example, on a GUI (graphical user interface) displayed on a monitor by the processor 105. The left side of Figure 9 is a defect map, and the right side of Figure 9 is the waviness distribution in the θ direction.
欠陥検査装置1は、ディスク2上に高さレベルに応じた欠陥情報がディスク2のどこにあるか表示することができる。図9は、高さやサイズに応じて第1欠陥レベル92、第2欠陥レベル93、第3欠陥レベル94の3レベルを示す例である。例えば、許容範囲外の欠陥レベルをあらかじめ設定しておき、許容範囲外レベルの欠陥のみ表示するようにしてもよい。ディスク基準線91は、ディスク2上には無いが、画面上ではこれを表示することにより、ディスク位置と欠陥サイズと高さを視覚的に分かりやすく表示することができる。ディスク基準線91を設定できない場合は、ディスク半径位置に対する欠陥のサイズと高さを表示してもよい。θ方向のうねりは、横軸にディスクの半径、縦軸にうねりの高さを図示するとよい。また判定レベル95を設けておき、うねり高さ96がそれを超えるとアラームが上がるようにしてもよい。 The defect inspection device 1 can display defect information corresponding to height levels on the disk 2, indicating where on the disk 2 the defect information is located. Figure 9 shows an example showing three levels: a first defect level 92, a second defect level 93, and a third defect level 94, depending on height and size. For example, an acceptable defect level may be preset, and only defects at levels outside the acceptable range may be displayed. Although the disk reference line 91 is not on the disk 2, displaying it on the screen makes it possible to visually display the disk position, defect size, and height in an easy-to-understand manner. If the disk reference line 91 cannot be set, the defect size and height relative to the disk radial position may be displayed. For waviness in the θ direction, it is advisable to plot the disk radius on the horizontal axis and the waviness height on the vertical axis. A judgment level 95 may also be set, and an alarm may be issued if the waviness height 96 exceeds this level.
ディスク2表面上における欠陥の位置は、光ビーム20と21を照射するときの座標に基づき特定することができる。プロセッサ105は、その座標を図9のGUI上に反映することにより、画面上で欠陥位置を提示することができる。欠陥座標の数値なども併せて提示してもよい。 The position of a defect on the surface of disk 2 can be identified based on the coordinates at which light beams 20 and 21 are irradiated. Processor 105 can display the defect position on the screen by reflecting those coordinates on the GUI of Figure 9. Numerical values of the defect coordinates may also be displayed.
図10は、欠陥検査装置1のシステムブロック図である。欠陥検査装置1は、コントロールパネル101、コントローラ102、ステージ103、光学系104、光源3、センサ14、センサ17、プロセッサ105、モニタ106を備える。 Figure 10 is a system block diagram of the defect inspection device 1. The defect inspection device 1 includes a control panel 101, a controller 102, a stage 103, an optical system 104, a light source 3, sensors 14 and 17, a processor 105, and a monitor 106.
コントロールパネル101は、ホスト100が装置を使いたい際に操作するGUIに相当する。ホスト100が検査した結果を参照する場合、モニタ106上でGUIを提示することにより、参照することができる。コントロールパネル101が受けた指令に基づきコントローラ102に対して検査に必要な情報を送る。 The control panel 101 corresponds to the GUI that the host 100 operates when it wants to use the device. When the host 100 wants to refer to the results of an inspection, it can do so by presenting the GUI on the monitor 106. Based on the commands received by the control panel 101, it sends the information necessary for the inspection to the controller 102.
コントローラ102は、ステージ103を駆動し、ディスク2を回転させるとともに光源3を点灯させる。ステージ103は、ディスク2の表裏を入れ替える機能と、ディスク2を交換する機能と、搬送する機能も有しており、複数のディスクの表裏を連続して検査することができる。これにより、複数のディスク2の表裏を高速に検査し、微小な低段差欠陥と表面のうねりを検出することができる。 The controller 102 drives the stage 103 to rotate the disk 2 and turn on the light source 3. The stage 103 has the functions of flipping the disk 2 over, exchanging the disk 2, and transporting it, allowing the front and back of multiple disks to be inspected consecutively. This makes it possible to inspect the front and back of multiple disks 2 at high speed and detect minute, low-level defects and surface waviness.
光源3は、CW(連続波)で発光を続けてもよいし、消費電力を下げるために、ディスク2を検査する際のみ発光させてもよい。光学系104は、図1に示す各光学系である。光源3から出射したビームは、光学系104によってディスク2へ集光され、ディスク2の欠陥情報がセンサ14と17によって検出される。センサ14と17が検出した検出信号は、プロセッサ105により処理され、欠陥情報を取得する。欠陥情報を取得する手順は上述の通りである。欠陥情報は、モニタ106上に表示される。 Light source 3 may continuously emit light in CW (continuous wave) or, to reduce power consumption, may emit light only when inspecting disc 2. Optical system 104 is one of the optical systems shown in Figure 1. The beam emitted from light source 3 is focused onto disc 2 by optical system 104, and defect information on disc 2 is detected by sensors 14 and 17. The detection signals detected by sensors 14 and 17 are processed by processor 105 to obtain the defect information. The procedure for obtaining the defect information is as described above. The defect information is displayed on monitor 106.
<実施の形態1:まとめ>
実施形態1に係る欠陥検査装置1において、センサ14が検出するDIC信号によって検出できないうねり欠陥ピッチについては、瞳面と共役になるように設置されたセンサ17によって検出される瞳面強度差信号が最も大きくなる。DIC信号強度が最も大きくなるうねり欠陥ピッチについては、瞳面強度信号によっては検出できない。欠陥検査装置1は、このようなDIC信号と瞳面強度分布信号を相互補完的に組み合わせることにより、段差欠陥を検出するとともに、すべての周期のうねり欠陥を検出することができる。
<First Embodiment: Summary>
In the defect inspection apparatus 1 according to the first embodiment, for a waviness defect pitch that cannot be detected by the DIC signal detected by the sensor 14, the pupil plane intensity difference signal detected by the sensor 17, which is installed so as to be conjugate with the pupil plane, is the largest. For a waviness defect pitch at which the DIC signal intensity is the largest, it cannot be detected by the pupil plane intensity signal. By combining such a DIC signal and a pupil plane intensity distribution signal in a mutually complementary manner, the defect inspection apparatus 1 can detect step defects as well as waviness defects of all periods.
<実施の形態2>
図11は、本発明の実施形態2に係る欠陥検査装置1の構成図である。実施形態1と比較すると、1/2波長板12、偏光ビームスプリッタ13、センサ15を新たに備える。その他の構成は実施形態1と同様である。
<Second Embodiment>
11 is a configuration diagram of a defect inspection device 1 according to a second embodiment of the present invention. Compared to the first embodiment, a half-wave plate 12, a polarizing beam splitter 13, and a sensor 15 are newly provided. The other configurations are the same as those of the first embodiment.
1/2波長板12は、入射した偏光を偏光ビームスプリッタ13に対して45°の偏光に変換する機能を有している。偏光ビームスプリッタ13は、P偏光を透過させ、S偏光を反射させる機能を有している。本実施形態2においては、DIC信号をセンサ14とセンサ15の2個のセンサにより検出する。具体的には、偏光分離素子9によってディスク2からの反射光が1つのビームに集光されたものを、偏光の位相を変えることにより再度2個のビームへ分割して検出する。 The half-wave plate 12 converts the incident polarized light into light polarized at a 45° angle relative to the polarizing beam splitter 13. The polarizing beam splitter 13 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. In this second embodiment, the DIC signal is detected by two sensors, sensors 14 and 15. Specifically, the reflected light from the disc 2 is focused into one beam by the polarization separation element 9, and then split again into two beams by changing the phase of the polarization for detection.
センサ15は、センサ14と同じタイプのセンサであり、図3のように検出素子がN分割されたセンサである。センサ14とセンサ15それぞれにおけるセンサ信号の差と和をとった後に差を和で割り算して信号を生成する。この信号処理をすると、レーザの強度変化に依存しない外乱の強い高さ情報を検出することができる。 Sensor 15 is the same type of sensor as sensor 14, with the detection element divided into N parts as shown in Figure 3. A signal is generated by taking the difference and sum of the sensor signals from sensors 14 and 15, and then dividing the difference by the sum. This signal processing makes it possible to detect height information that is subject to strong external disturbances and is not dependent on changes in laser intensity.
図12は、実施形態2におけるプロセッサ105の機能ブロック図である。図7と比較すると、センサ15からの検出信号を処理するブロックが新たに追加されている。信号演算部120は、センサ14の信号をS1、センサ15の信号をS3とした場合、以下の演算を実施する:S=(S1-S3)/(S1+S3)。このとき、受光面毎の複数の信号が得られる。信号演算部120は、上記式によって差分を取得するので、オフセット除去部72と同じように強度レベルを除去できる。またセンサ14とセンサ15との間では高さに対する信号が逆位相で発生するので、振幅は2倍になる効果がある。さらにS1とS3を加算した信号で除算するので、レーザの強度情報を除去でき、レーザの強度揺れに依らない信号が得られる。このように実施形態2では、実施形態1に比べて、外乱に強いDIC信号が検出できる。 Figure 12 is a functional block diagram of the processor 105 in embodiment 2. Compared to Figure 7, a new block has been added that processes the detection signal from sensor 15. The signal calculation unit 120 performs the following calculation, where S1 is the signal from sensor 14 and S3 is the signal from sensor 15: S = (S1 - S3) / (S1 + S3). At this time, multiple signals are obtained for each light-receiving surface. Because the signal calculation unit 120 obtains the difference using the above formula, it can remove the intensity level in the same way as the offset removal unit 72. Furthermore, because the signals relative to height are generated in opposite phases between sensors 14 and 15, the amplitude is effectively doubled. Furthermore, because division is performed by the signal obtained by adding S1 and S3, laser intensity information can be removed, and a signal that is not dependent on laser intensity fluctuations can be obtained. In this way, embodiment 2 can detect a DIC signal that is more resistant to external disturbances than embodiment 1.
<実施の形態3>
図13は、本発明の実施形態3におけるセンサ17の検出素子の構成を示す。図13に示す素子構成においては、検出素子がθ方向に加えてR方向にも分割されており、合計4分割となっている。センサ画素S4_1とS4_4の和信号、S4_3とS4_2の和信号をそれぞれ算出し、これらの差分を計算することにより、R方向のうねり欠陥の高さと周期信号を検出する。同時に、センサ画素S4_1とS4_2の和信号、S4_4とS4_3の和信号をそれぞれ算出し、これらの差分を計算することにより、θ方向のうねり欠陥の高さと周期信号を検出する。これにより、θ方向のうねり欠陥だけでなく、R方向のうねり欠陥の周期および高さ情報を検出することが可能になる。
<Third Embodiment>
Fig. 13 shows the configuration of the detection element of sensor 17 in embodiment 3 of the present invention. In the element configuration shown in Fig. 13, the detection element is divided into four parts in the R direction as well as the θ direction. The height and period signals of a waviness defect in the R direction are detected by calculating the sum signal of sensor pixels S4_1 and S4_4 and the sum signal of S4_3 and S4_2, respectively, and then calculating the difference between these signals. At the same time, the height and period signals of a waviness defect in the θ direction are detected by calculating the sum signal of sensor pixels S4_1 and S4_2 and the sum signal of S4_4 and S4_3, respectively, and then calculating the difference between these signals. This makes it possible to detect the period and height information of a waviness defect in the R direction as well as the waviness defect in the θ direction.
図14は、R方向うねり欠陥142の断面図と上面図である。R方向うねり欠陥142は、うねり欠陥42と同様に表面が小さな段差(1nm程度)でうねっているものである。ハードディスクにおいては、そのうねり周期143が20μm~100μm程度の範囲のものが不良セクタの原因となると言われている。 Figure 14 shows a cross-sectional view and a top view of an R-direction undulation defect 142. Similar to undulation defect 42, R-direction undulation defect 142 has a undulating surface with small steps (approximately 1 nm). In hard disks, undulation defects with a undulation period 143 in the range of approximately 20 μm to 100 μm are said to cause bad sectors.
ディスク2表面上におけるビームスポットはθ方向において互いに離隔しているので(図14中段参照)、θ方向に沿ってうねる欠陥については、高さや周期を実施形態1の構成によって得ることができる。他方でR方向に沿ってうねる欠陥については、ビームスポット間の信号レベルの差がない(図14中段参照)。したがってR方向うねり欠陥142については、光ビーム20と光ビーム21それぞれの照射位置間の位相段差は0となる。すなわち高さ信号140によってR方向うねり欠陥142の高さおよび周期信号を検出することはできない。これに対して、(S4_1+S4_4)-(S4_3+S4_2)から算出された高さ信号141は、R方向に対して変化が生じ、欠陥の高さと周期情報を検出することができる。 Because the beam spots on the surface of the disk 2 are spaced apart in the θ direction (see the middle of Figure 14), the height and period of defects undulating along the θ direction can be obtained using the configuration of embodiment 1. On the other hand, for defects undulating along the R direction, there is no difference in signal level between the beam spots (see the middle of Figure 14). Therefore, for the R-direction waviness defect 142, the phase difference between the irradiation positions of the light beam 20 and the light beam 21 is zero. In other words, the height and period signals of the R-direction waviness defect 142 cannot be detected using the height signal 140. In contrast, the height signal 141 calculated from (S4_1 + S4_4) - (S4_3 + S4_2) changes in the R direction, making it possible to detect the height and period information of the defect.
図15は、実施形態3におけるプロセッサ105の機能ブロック図である。図7と比較すると、信号演算部150と151、R方向うねり高さ評価部152、を新たに備える。信号演算部150が出力する信号は信号演算部77と同等のものであり、FFT処理部76以降は図7と同様である。信号演算部151が出力する信号は、R方向高さ評価部152により、R方向のうねりの周期と高さを決定するために用いられる。R方向のうねり欠陥については、信号強度からうねりの周期および高さを検出できるので、FFT信号処理を実施しなくてもR方向高さ評価部152によって周期と高さ信号を決定することができる。 Figure 15 is a functional block diagram of the processor 105 in embodiment 3. Compared to Figure 7, it newly includes signal calculation units 150 and 151 and an R-direction waviness height evaluation unit 152. The signal output by the signal calculation unit 150 is equivalent to that of the signal calculation unit 77, and the FFT processing unit 76 and subsequent units are the same as those in Figure 7. The signal output by the signal calculation unit 151 is used by the R-direction height evaluation unit 152 to determine the period and height of waviness in the R direction. For waviness defects in the R direction, the period and height can be detected from the signal intensity, so the period and height signals can be determined by the R-direction height evaluation unit 152 without performing FFT signal processing.
<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<Modifications of the present invention>
The present invention is not limited to the above-described embodiments and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those including all of the described configurations. Furthermore, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, or to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
以上の実施形態において、コントローラ102とプロセッサ105は、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアをCPU(Central Processing Unit)などの演算装置が実行することにより構成することもできる。 In the above embodiments, the controller 102 and processor 105 can be configured using hardware such as a circuit device that implements these functions, or they can be configured by a computing device such as a CPU (Central Processing Unit) executing software that implements these functions.
以上の実施形態においては、半導体などの製造工程において実行する欠陥検査に用いられる検査装置に対して、本発明を適用する場合について説明した。本発明の適用対象はこれに限るものではなく、微小な段差欠陥とうねり欠陥をともに光学的に検出するその他の欠陥検査装置について適用することができる。 In the above embodiment, the present invention has been described as being applied to an inspection device used for defect inspections performed in the manufacturing process of semiconductors and the like. However, the present invention is not limited to this application, and can be applied to other defect inspection devices that optically detect both minute step defects and waviness defects.
1:欠陥検査装置
9:偏光分離素子
10:集光光学系
14:センサ
17:センサ
105:プロセッサ
1: Defect inspection device 9: Polarization separation element 10: Light collecting optical system 14: Sensor 17: Sensor 105: Processor
Claims (15)
光ビームを出射する光源、
前記光ビームを互いに直交する偏光の第1ビームと第2ビームに分岐する偏光分離素子、
前記試料に対して前記第1ビームと前記第2ビームを細線形状に照射する光学系、
前記試料上における前記第1ビームおよび前記試料上における前記第2ビームそれぞれの照射位置と共役な位置に配置された第1センサ、
前記光学系の瞳面の像を検出可能な位置に配置された第2センサ、
前記第1センサが検出した信号と前記第2センサが検出した信号を用いて前記試料上の欠陥を検出するプロセッサ、
を備え、
前記プロセッサは、前記第1センサが検出した信号を用いて前記第1ビームと前記第2ビームの微分干渉信号を取得するとともに、前記微分干渉信号を用いて前記試料上の段差欠陥を検出し、
前記プロセッサは、前記第1センサが検出した信号と前記第2センサが検出した信号を用いて、前記試料上のうねり欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査装置。 A defect inspection apparatus that inspects a sample using light, comprising:
a light source that emits a light beam;
a polarization splitter element for splitting the light beam into a first beam and a second beam having orthogonal polarized light;
an optical system for irradiating the sample with the first beam and the second beam in a narrow linear shape;
a first sensor arranged at a position conjugate with the irradiation positions of the first beam and the second beam on the sample;
a second sensor arranged at a position capable of detecting an image of a pupil plane of the optical system;
a processor that detects defects on the specimen using the signal detected by the first sensor and the signal detected by the second sensor;
Equipped with
the processor obtains a differential interference signal of the first beam and the second beam using the signal detected by the first sensor, and detects a step defect on the sample using the differential interference signal;
The defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the processor detects a waviness defect on the sample using a signal detected by the first sensor and a signal detected by the second sensor.
前記プロセッサは、前記第1検出素子ごとに前記段差欠陥を検出することにより、1つの前記ビームスポット内に含まれる1つ以上の前記段差欠陥を同時に検出する
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the first sensor includes two or more first detection elements arranged along a longitudinal direction of a beam spot having the thin line shape of the light beam reflected from the sample;
2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the processor simultaneously detects one or more step defects included in one of the beam spots by detecting the step defect for each of the first detection elements.
前記プロセッサは、各前記第2検出素子が検出した信号に基づき前記うねり欠陥の高さと周期を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the second sensor includes two second detection elements arranged along a short direction of the narrow linear beam spot of the light beam irradiated onto the sample,
2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the processor detects the height and period of the waviness defect based on the signal detected by each of the second detection elements.
前記プロセッサは、前記抽出した前記第1信号と前記第2信号のうち大きいほうを高さ信号として特定し、
前記プロセッサは、前記特定した前記高さ信号を用いて、前記うねり欠陥の高さを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the processor extracts a first signal detected by the first sensor and a second signal detected by the second sensor for each period of the waviness defect;
the processor identifies the larger of the extracted first signal and the extracted second signal as a height signal;
The defect inspection device according to claim 1 , wherein the processor detects the height of the waviness defect using the identified height signal.
前記プロセッサは、前記第1信号の強度または前記第2信号の強度を用いて、前記理想高さ曲線データが記述している前記関係を参照することにより、前記うねり欠陥の高さを計算する
ことを特徴とする請求項4記載の欠陥検査装置。 the processor obtains ideal height curve data describing a relationship between the height of the wavy defect and the intensity per period of the first signal or a relationship between the height of the wavy defect and the intensity per period of the second signal;
5. The defect inspection device according to claim 4, wherein the processor calculates the height of the waviness defect by using the intensity of the first signal or the intensity of the second signal and referring to the relationship described by the ideal height curve data.
前記欠陥検査装置はさらに、前記光源からの前記光ビームを前記試料へ向けて透過させるとともに前記試料からの反射光を前記第2センサへ向けて反射する第2ビームスプリッタを備える
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the defect inspection apparatus further includes a first beam splitter that transmits the light beam from the light source toward the sample and reflects the reflected light from the sample toward the first sensor;
2. The defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising a second beam splitter that transmits the light beam from the light source toward the sample and reflects the reflected light from the sample toward the second sensor.
前記光学系は、前記試料の回転方向に沿って間隔をあけて前記第1ビームと前記第2ビームを前記試料に対して照射し、
前記光学系は、前記回転方向に対して直交する方向に沿って前記第1ビームと前記第2ビームを延伸することにより、前記細線形状を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the defect inspection apparatus further includes a rotation mechanism that rotates the sample,
the optical system irradiates the first beam and the second beam onto the sample at intervals along a rotation direction of the sample;
2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the optical system forms the thin line shape by extending the first beam and the second beam in a direction perpendicular to the rotation direction.
ことを特徴とする請求項7記載の欠陥検査装置。 The defect inspection device according to claim 7 , wherein the processor detects the waviness defect having periodicity along the rotation direction.
前記第1センサは、前記第3ビームスプリッタが出力する前記第1偏光成分を検出し、
前記欠陥検査装置はさらに、前記第3ビームスプリッタが出力する前記第2偏光成分を検出する第3センサを備え、
前記プロセッサは、前記第1偏光成分と前記第2偏光成分との間の差分を、前記第1偏光成分と前記第2偏光成分の和によって除算した結果を用いて、前記段差欠陥を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 the defect inspection apparatus further includes a third beam splitter that splits the light beam directed toward the first sensor into a first polarization component and a second polarization component that are orthogonal to each other;
the first sensor detects the first polarization component output by the third beam splitter;
the defect inspection apparatus further includes a third sensor that detects the second polarized light component output by the third beam splitter;
2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the processor detects the step defect using a result obtained by dividing a difference between the first polarization component and the second polarization component by a sum of the first polarization component and the second polarization component.
前記プロセッサは、各前記検出素子が検出した信号に基づき前記うねり欠陥の高さと周期を検出する
ことを特徴とする請求項3記載の欠陥検査装置。 the second sensor includes four detection elements arranged along the short-side direction and the long-side direction of the thin linear beam spot of the light beam irradiated onto the sample,
4. The defect inspection device according to claim 3, wherein the processor detects the height and period of the waviness defect based on the signal detected by each of the detection elements.
前記プロセッサは、前記長手方向に沿って配列している2つの前記検出素子を用いて、前記長手方向に沿って周期性を有する前記うねり欠陥の高さを検出する
ことを特徴とする請求項10記載の欠陥検査装置。 the processor detects heights of the waviness defects having periodicity along the short-side direction using two of the detection elements arranged along the short-side direction,
11. The defect inspection device according to claim 10, wherein the processor detects the height of the waviness defect having periodicity along the longitudinal direction by using two of the detection elements arranged along the longitudinal direction.
前記第2センサは、前記短手方向において前記第2検出素子と隣接する第3検出素子を備え、
前記第2センサは、前記短手方向において前記第1検出素子と隣接する第4検出素子を備え、
前記プロセッサは、前記第1検出素子が出力する第1検出信号と前記第2検出素子が出力する第2検出信号の和から、前記第3検出素子が出力する第3検出信号と前記第4検出素子が出力する第4検出信号の和を減算した結果を用いて、前記短手方向において周期性を有する前記うねり欠陥を検出し、
前記プロセッサは、前記第1検出信号と前記第4検出信号の和から、前記第2検出信号と前記第3検出信号の和を減算した結果を用いて、前記長手方向において周期性を有する前記うねり欠陥を検出する
ことを特徴とする請求項11記載の欠陥検査装置。 the second sensor includes a first detection element and a second detection element arranged along the longitudinal direction,
the second sensor includes a third detection element adjacent to the second detection element in the short-side direction,
the second sensor includes a fourth detection element adjacent to the first detection element in the short-side direction,
the processor detects the waviness defect having periodicity in the short-side direction by using a result obtained by subtracting a sum of a third detection signal output by the third detection element and a fourth detection signal output by the fourth detection element from a sum of a first detection signal output by the first detection element and a second detection signal output by the second detection element;
12. The defect inspection device according to claim 11, wherein the processor detects the waviness defect having periodicity in the longitudinal direction by using a result obtained by subtracting a sum of the second detection signal and the third detection signal from a sum of the first detection signal and the fourth detection signal.
前記光学系は、前記試料の回転方向に沿って間隔をあけて前記第1ビームと前記第2ビームを前記試料に対して照射し、
前記光学系は、前記回転方向に対して直交する方向に沿って前記第1ビームと前記第2ビームを延伸することにより、前記回転方向が前記短手方向であり前記直交する方向が前記長手方向である前記細線形状を形成し、
前記プロセッサは、前記回転方向に沿って前記うねり欠陥の高さを検出する場合は、前記直交する方向に沿った位置ごとの回転数によってフーリエ変換を実施することにより、前記うねり欠陥の周期に対応する信号強度を抽出し、
前記プロセッサは、前記直交する方向にそって前記うねり欠陥の高さを検出する場合は、前記フーリエ変換を実施することなく、前記うねり欠陥の周期と高さを検出する
ことを特徴とする請求項11記載の欠陥検査装置。 the defect inspection apparatus further includes a rotation mechanism that rotates the sample,
the optical system irradiates the first beam and the second beam onto the sample at intervals along a rotation direction of the sample;
the optical system extends the first beam and the second beam along a direction perpendicular to the rotation direction, thereby forming the thin line shape whose short-side direction is the rotation direction and whose long-side direction is the perpendicular direction;
When detecting the height of the waviness defect along the rotation direction, the processor extracts a signal intensity corresponding to the period of the waviness defect by performing a Fourier transform using the number of rotations for each position along the orthogonal direction;
12. The defect inspection device according to claim 11, wherein the processor detects the period and height of the undulation defect without performing the Fourier transform when detecting the height of the undulation defect along the orthogonal direction.
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the processor identifies the coordinates of each of the detected waviness defects and step defects and outputs the results.
ことを特徴とする請求項1記載の欠陥検査装置。 2. The defect inspection device according to claim 1, wherein the processor discriminates between the period and height information of the detected undulation defect and the height information of the detected step defect, and outputs the results.
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