WO2024252499A1 - 表面検査装置 - Google Patents

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WO2024252499A1
WO2024252499A1 PCT/JP2023/020883 JP2023020883W WO2024252499A1 WO 2024252499 A1 WO2024252499 A1 WO 2024252499A1 JP 2023020883 W JP2023020883 W JP 2023020883W WO 2024252499 A1 WO2024252499 A1 WO 2024252499A1
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WO
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magnet
coil
outer plate
focus
surface inspection
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Pending
Application number
PCT/JP2023/020883
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English (en)
French (fr)
Inventor
勝彦 木村
良広 佐藤
雅也 山本
春樹 小泉
あゆみ 冨山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Tech Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects

Definitions

  • the present invention relates to a surface inspection device that inspects the surface of a sample such as a wafer.
  • surface inspection equipment In the manufacturing process of semiconductor devices, surface inspection equipment is used to check for the presence of foreign matter adhering to the surface of samples such as wafers and for the presence of surface defects.
  • the surface inspection equipment irradiates the surface of a rotating, disk-shaped sample with laser light, and moves the sample in its radial direction to inspect the entire surface of the sample. If there is a foreign matter or defect on the surface of the sample, the laser light irradiated onto the sample will scatter.
  • the surface inspection equipment detects foreign matter or defects by receiving this scattered light with a detection optical system, and identifies the position of the foreign matter or defect on the sample from the rotation angle and radial position of the sample.
  • a focus drive mechanism may be used that drives the sample in a focus direction perpendicular to the sample surface while rotating the sample, thereby correcting the height position of the sample with high precision.
  • An electromagnetic drive system for example, is used as such a focus drive mechanism, but with electromagnetic drive systems, there is a concern that the temperature around the sample increases due to heat generated when electricity is applied, which could affect the inspection accuracy. Therefore, there is a demand for the focus drive mechanism of surface inspection equipment to have high drive efficiency and be able to obtain a large drive force in the focus direction (focus drive force) with little power consumption.
  • Patent Document 1 An example of a conventional surface inspection device that drives a sample such as a wafer in the focus direction with high precision is described in Patent Document 1.
  • the device described in Patent Document 1 is equipped with a ⁇ Z actuator, which includes a coil and magnets arranged in two tiers, upper and lower (Z direction), on the outer periphery of a yoke.
  • the first magnets in the upper tier are arranged at equal pitches.
  • the second magnets in the lower tier have the same pitch as the first magnets in the upper tier, but are arranged at a position shifted by half a pitch from the first magnets in the upper tier.
  • magnets are arranged at equal pitch in the circumferential direction (the direction of rotation of the sample), and it is difficult to increase the proportion of magnets in the circumferential direction to increase the magnetic field acting on the coil, which creates a problem in sufficiently increasing the focus driving force (driving force in the focus direction, which is the height direction).
  • the object of the present invention is to provide a surface inspection device that can achieve a large focus driving force with low power consumption.
  • the surface inspection device comprises a plate-shaped sample holding member capable of holding a sample, a spindle motor for rotating the sample holding member, a turntable fixed to the spindle motor and rotated by the action of the spindle motor, and a focus drive mechanism for displacing the sample holding member in a focus direction, which is a height direction, relative to the turntable.
  • the focus drive mechanism is cylindrical with the rotation axis of the spindle motor as its central axis, and comprises a yoke fixed to the sample holding member, a plurality of first magnets fixed to the surface of the yoke at a first height position in the focus direction and magnetized in the radial direction of the yoke, a plurality of second magnets fixed to the surface of the yoke at a second height position different from the first height position in the focus direction and magnetized in the opposite polarity to the first magnet, a first coil arranged around the outer side of the first magnet in the radial direction, a second coil arranged around the outer side of the second magnet in the radial direction, a coil fixing member for fixing the first coil and the second coil, and a ferromagnetic outer plate located on the outer side of the first coil and the second coil in the radial direction.
  • the present invention provides a surface inspection device that can achieve a large focus driving force with low power consumption.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a surface inspection device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded view of a focus driving mechanism in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of a focus driving mechanism, a sample holding member, a spindle motor, and a turntable in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the focus drive mechanism, the sample, the sample holding member, the spindle motor, and the turntable in the XZ plane in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic example of a magnetic field acting on a coil in a conventional surface inspection device.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic diagram of a magnetic field acting on a coil in the surface inspection device according to the first embodiment
  • FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view in the XZ plane showing a focus drive mechanism of a surface inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • 11 is a diagram showing a schematic diagram of a magnetic field acting on a coil in the surface inspection device according to the second embodiment.
  • FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view in the XZ plane showing a focus drive mechanism of a surface inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded view of a focus drive mechanism in a surface inspection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a focus drive mechanism provided in a surface inspection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 13 is a diagram showing a schematic diagram of a magnetic field acting on a coil in the surface inspection device according to the fifth embodiment.
  • the surface inspection device is a device that inspects the presence or absence of foreign matter adhering to the surface of a sample such as a wafer, and the presence or absence of surface defects.
  • the surface inspection device according to the present invention has a magnetic field acting on a coil in a direction perpendicular or nearly perpendicular to the focus direction (height direction), and is equipped with an efficient magnetic circuit structure, so that it is possible to increase the focus driving force (driving force in the focus direction), and a large focus driving force can be obtained with low power consumption.
  • This section describes a surface inspection device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • the surface inspection device 1 includes a sample holding member 3, a spindle motor 4, a frame 6, a turntable 5, a focus drive mechanism 11, a vertical drive stage 7, a horizontal drive stage 8, an illumination optical system 9, a detection optical system 10, and a sample height position sensor 30.
  • the sample holding member 3 is plate-shaped and can hold the sample 2.
  • the sample 2 is, for example, a disk-shaped wafer. In the following description, the sample holding member 3 and the sample 2 are assumed to be disk-shaped.
  • the height direction of the surface inspection device 1 (the up and down direction in Figure 1) is called the focus direction or Z direction, and the two directions perpendicular to the focus direction (horizontal directions) are called the X and Y directions.
  • the focus direction (Z direction) is the direction perpendicular to the surface of the sample 2, and is also simply called the height direction.
  • the direction around the focus direction (the rotation direction of the sample holding member 3 and sample 2) is called the circumferential direction, and the direction perpendicular to the focus direction (the radial direction of the sample holding member 3) is called the radial direction.
  • the imaginary axes parallel to the X, Y, and Z directions are called the X, Y, and Z axes, respectively.
  • the spindle motor 4 is a motor for rotating the sample 2 and the sample holding member 3 around the Z axis, and is fixed to the frame 6.
  • the turntable 5 is fixed to one end of the spindle motor 4, and the sample holding member 3 is connected via a support member 12.
  • the turntable 5 rotates around the Z axis by the action of the spindle motor 4.
  • the sample holding member 3 connected to the turntable 5 and the sample 2 held by the sample holding member 3 rotate around the Z axis.
  • the focus drive mechanism 11 is a mechanism that displaces the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction relative to the turntable 5. Details of the focus drive mechanism 11 will be described later.
  • the vertical drive stage 7 moves the frame 6 in the focus direction (Z direction) so that the position of the surface of the sample 2 falls within a predetermined height range. By moving the frame 6, the vertical drive stage 7 moves the spindle motor 4, turntable 5, sample holding member 3, and sample 2 in the focus direction.
  • the horizontal drive stage 8 moves the vertical drive stage 7 and frame 6 in the radial direction of the sample holding member 3 (the X direction in FIG. 1). By moving the vertical drive stage 7 and frame 6, the horizontal drive stage 8 moves the frame 6, spindle motor 4, turntable 5, sample holding member 3, and sample 2 in the radial direction of the sample holding member 3.
  • the illumination optical system 9 irradiates the surface of the sample 2 with laser light. If there is a foreign object or defect on the surface of the sample 2, the laser light irradiated onto the surface of the sample 2 is scattered there and becomes scattered light.
  • the detection optical system 10 receives the scattered light generated on the surface of the sample 2.
  • a processing device (not shown) is connected to the detection optical system 10. This processing device detects the presence or absence of foreign matter or defects on the surface of the sample 2 from the signal of the scattered light received by the detection optical system 10, and identifies the position of the foreign matter or defect from the rotation angle and radial (X-direction) position of the sample holding member 3.
  • the sample height position sensor 30 is a sensor that detects the height position (position in the focus direction) of the surface of the sample 2.
  • the sample height position sensor 30 can be configured, for example, as an optical or ultrasonic displacement sensor.
  • the surface inspection device 1 rotates the sample holding member 3 around the Z axis using the spindle motor 4 while moving the sample holding member 3 in the radial direction (X direction) using the horizontal drive stage 8, thereby scanning the entire surface of the sample 2 with laser light from the illumination optical system 9.
  • the vertical drive stage 7 is a mechanism that adjusts the average height position (position in the focus direction) of the surface of the sample 2.
  • the speed at which the vertical drive stage 7 moves the frame 6 in the focus direction i.e., the speed at which the sample holding member 3 moves in the focus direction by the vertical drive stage 7, is slow compared to the speed at which the sample holding member 3 is rotated by the spindle motor 4. Therefore, the movement of the sample 2 in the focus direction by the vertical drive stage 7 is not fast enough to correct the positional fluctuation of the sample 2 in the focus direction during rotation.
  • the surface inspection device 1 is equipped with a focus drive mechanism 11 that displaces the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction relative to the turntable 5, and the height position of the surface of the sample 2 during rotation can be adjusted by the focus drive mechanism 11.
  • the focus drive mechanism 11 is equipped with a coil fixing member 16 and an outer plate 19, which will be described later.
  • the focus drive mechanism 11 will be described below.
  • FIG. 2 is an exploded view of the focus drive mechanism 11.
  • FIG. 2 shows the focus drive mechanism 11, the sample holding member 3, the spindle motor 4, and the turntable 5.
  • FIG. 2 also shows the central axis 20 of the sample holding member 3.
  • the central axis 20 is parallel to the Z axis and coincides with the rotation axis of the spindle motor 4.
  • the focus drive mechanism 11 includes a support member 12, a yoke 13, a plurality of first magnets 14, a plurality of second magnets 15, a first coil 17, a second coil 18, a coil fixing member 16, and an outer plate 19.
  • FIG. 3 shows a part of the focus drive mechanism 11, the sample holding member 3, the spindle motor 4, and the turntable 5.
  • FIG. 3 also shows the support member 12, yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, first coil 17, and second coil 18 of the focus drive mechanism 11.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the focus drive mechanism 11, the sample 2, the sample holding member 3, the spindle motor 4, and the turntable 5 in the XZ plane.
  • the support member 12 is an annular member provided between the sample holding member 3 and the turntable 5, with one surface in the focus direction fixed to the sample holding member 3 at multiple points and the other surface fixed to the turntable 5 at multiple points.
  • the support member 12 is made of an elastic body such as metal, and supports the sample holding member 3 and the sample 2 fixed to the sample holding member 3 so that they can be displaced in the focus direction relative to the turntable 5.
  • the first magnet 14 has an arc shape when viewed from the focusing direction, i.e., a shape curved along the circumferential direction, and is fixed to the surface of the cylindrical portion 13b of the yoke 13 at a first height position in the focusing direction.
  • the multiple first magnets 14 are arranged at intervals from each other along the circumferential direction.
  • the first magnets 14 are magnetized in the radial direction of the cylindrical portion 13b of the yoke 13.
  • the surface of the first magnet 14 that contacts the yoke 13 is an S pole
  • the surface opposite to the surface that contacts the yoke 13 is an N pole.
  • the radial direction of the cylindrical portion 13b is the same as the radial direction of the sample holding member 3.
  • the second magnet 15 has an arc shape when viewed from the focus direction, i.e., a shape curved along the circumferential direction, and is fixed to the surface of the cylindrical portion 13b of the yoke 13 at a second height position in the focus direction.
  • the second height position is different from the first height position in the focus direction.
  • the multiple second magnets 15 are arranged at intervals from each other along the circumferential direction.
  • the second magnets 15 are magnetized in the radial direction of the cylindrical portion 13b of the yoke 13 in the opposite polarity to that of the first magnet 14. That is, in this embodiment, the surface of the second magnet 15 that contacts the yoke 13 is the north pole, and the surface opposite the surface that contacts the yoke 13 is the south pole.
  • the multiple first magnets 14 are positioned above the multiple second magnets 15 (at the top in the focus direction).
  • the first height position in the focus direction is higher than the second height position in the focus direction.
  • the first magnet 14 and the second magnet 15 are fixed to the cylindrical portion 13b of the yoke 13.
  • the first magnet 14 and the second magnet 15 are preferably positioned so that they at least partially overlap each other when viewed from the focus direction (i.e., at least partially in the same position in the circumferential direction of the yoke 13). If the first magnet 14 and the second magnet 15 are positioned in this way, the magnetic field is prevented from spreading in a direction perpendicular to the focus direction (horizontal direction), and the magnetic field acting on the first coil 17 and the second coil 18 in a direction oblique to the focus direction can be reduced, thereby increasing the focus driving force, which is the driving force in the focus direction. It is even more preferable that the first magnet 14 and the second magnet 15 are positioned so that they entirely overlap each other when viewed from the focus direction (i.e., entirely in the same position in the circumferential direction of the yoke 13).
  • first magnet 14 and the second magnet 15 have the same length in the focusing direction. Furthermore, it is preferable that the first magnet 14 and the second magnet 15 are arranged in contact with each other in the focusing direction.
  • first magnets 14 and second magnets 15 are equal to four, but this is not limited to this and can be determined arbitrarily.
  • the polarity of the first magnets 14 and second magnets 15 may be reversed from that shown in the examples shown in Figures 2 and 3.
  • the first magnet 14 and the second magnet 15, which has a polarity different from that of the first magnet 14, are installed on the yoke 13 in a position where they overlap when viewed from the focus direction. Therefore, a magnetic path can be formed by the magnets 14 and 15 installed above and below in the focus direction, so the first magnet 14 and the second magnet 15 can be stably installed on the yoke 13.
  • the spacing between the first magnets 14 in the circumferential direction can be made smaller than the length of the first magnets 14 in the circumferential direction, as long as it is within a range in which there is no repulsion between adjacent magnets in the circumferential direction.
  • the spacing between the second magnets 15 in the circumferential direction can be made smaller than the length of the second magnets 15 in the circumferential direction.
  • the surface inspection device 1 according to this embodiment has a high ratio of magnets to the circumferential length of the yoke 13, and this also makes it possible to increase the focus driving force, which is the driving force in the focus direction, and to obtain a large focus driving force with low power consumption.
  • the first coil 17 is annular, arranged around the radially outer periphery of the first magnet 14, and fixed to the coil fixing member 16.
  • the second coil 18 is annular, arranged around the radially outer periphery of the second magnet 15, and fixed to the coil fixing member 16.
  • FIG. 4 shows a first coil 17 and a second coil 18 that are annular and extend in the circumferential direction.
  • the coil fixing member 16 is an annular member made of a non-magnetic material and is fixed to the frame 6 ( Figure 1).
  • the coil fixing member 16 is located on the outer periphery of the first coil 17 and the second coil 18, and fixes the first coil 17 and the second coil 18.
  • the outer plate 19 is a cylindrical member made of a ferromagnetic material, and is installed on the outer peripheral surface of the coil fixing member 16.
  • the outer plate 19 is located radially outside the first coil 17 and the second coil 18. In other words, in the radial direction, the outer plate 19 is located at the outermost periphery, the first coil 17 is between the outer plate 19 and the first magnet 14, and the second coil 18 is between the outer plate 19 and the second magnet 15.
  • center position of the outer plate 19 in the focus direction is the same as the center position of the first magnet 14 and the second magnet 15 in the overall focus direction.
  • the first coil 17 and the second coil 18 are fixed to a coil fixing member 16 that is fixed to the frame 6, so the displacement in the focus direction caused by the electromagnetic force is small enough to be negligible. In other words, it is considered that the first coil 17 and the second coil 18 do not move in the focus direction even if an electromagnetic force acts on them.
  • the surface inspection device 1 can rotate the sample holding member 3 and the sample 2 with the spindle motor 4 while driving and displacing the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction with the focus drive mechanism 11.
  • the focus drive mechanism 11 drives the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction based on the height position of the surface of the sample 2 detected by the sample height position sensor 30 ( Figure 1), and adjusts the height position of the surface of the sample 2 so that it falls within the allowable focus range of the detection optical system 10. In this way, the surface inspection device 1 can adjust the height position of the sample 2 during rotation.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the magnetic field acting on a coil in a conventional surface inspection device.
  • the conventional surface inspection device does not have the outer plate 19 that is provided in the surface inspection device 1 of this embodiment. Note that, for ease of understanding, FIG. 5 only shows cross sections in the XZ plane of the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, and second coil 18.
  • the magnetic field 31 from the north pole on the surface of the first magnet 14 spreads outward in the vertical direction (Z direction) while moving radially outward (X direction in Figure 5) and converges on the south pole on the surface of the second magnet 15.
  • the magnetic field that passes through the inside of the second magnet 15 passes through the inside of the yoke 13 from the north pole on the back surface of the second magnet 15 and returns to the first magnet 14.
  • the magnetic field acting on the first coil 17 and second coil 18 is oblique to the focus direction (Z direction).
  • Electromagnetic force is generated perpendicular to the direction of the magnetic field. For this reason, in conventional surface inspection devices, the electromagnetic force generated is a force in a direction inclined to the Z direction. In surface inspection devices, the effective focus driving force is a component in the Z direction. Therefore, in conventional surface inspection devices, electromagnetic force is generated at an angle to the Z direction, and sufficient effective focus driving force cannot be obtained, making it difficult to obtain a large focus driving force with low power consumption.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the magnetic field acting on the coil in the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • the surface inspection device 1 according to this embodiment is equipped with an outer plate 19. Note that, for ease of understanding, FIG. 6 only shows cross sections in the XZ plane of the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, second coil 18, and outer plate 19.
  • the magnetic field 32 from the north pole on the surface of the first magnet 14 is directed toward the surface of the outer plate 19 in the area facing the first magnet 14, so that the magnetic field 32 can be prevented from spreading in the vertical direction (Z direction).
  • the magnetic field 32 directed toward the outer plate 19 passes through the inside of the outer plate 19, and then from the surface of the area of the outer plate 19 facing the second magnet 15, toward the south pole on the surface of the second magnet 15.
  • the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 is in the horizontal direction (i.e., perpendicular to the focus direction) or close to the horizontal direction.
  • the surface inspection device 1 according to this embodiment can improve the efficiency of the magnetic circuit, and the generated electromagnetic force is parallel or nearly parallel to the Z direction. Therefore, the surface inspection device 1 according to this embodiment can increase the effective focus driving force, which is the component parallel to the Z direction, and can reduce the power consumption when the focus driving mechanism 11 drives the sample holding member 3 and sample 2 in the focus direction.
  • the outer plate 19 is cylindrical, the circumferential distribution of the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be made symmetrical with respect to the central axis 20. This allows the center of action of the focus driving force to coincide with the central axis 20, and suppresses tilt and vibration that occurs in the sample holding member 3 and the sample 2 when the focus driving mechanism 11 drives the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction.
  • the outer plate 19 can make the direction of the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 horizontal or close to horizontal, so that the focus drive mechanism 11 can drive the sample holding member 3 and the sample 2 in a direction closer to the focus direction. If the focus drive mechanism 11 drives the sample holding member 3 and the sample 2 in a direction oblique to the focus direction, the sample holding member 3 and the sample 2 will be displaced obliquely to the focus direction.
  • the surface inspection device 1 according to this embodiment can prevent the sample holding member 3 and the sample 2 from being displaced obliquely to the focus direction, so it is possible to reduce power consumption when the focus drive mechanism 11 drives the sample holding member 3 and the sample 2 in the focus direction.
  • the surface inspection device 1 can improve the efficiency of the magnetic circuit, and can obtain a large focus driving force with low power consumption.
  • a surface inspection device according to a second embodiment of the present invention will be described. Below, the differences between the surface inspection device 1 according to the second embodiment and the surface inspection device 1 according to the first embodiment will be mainly described.
  • Figure 7 is a cross-sectional view in the XZ plane showing the focus drive mechanism 11 of the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • Figure 7 shows the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, second coil 18, and outer plate 19 of the focus drive mechanism 11.
  • the length Hp of the outer plate 19 in the focus direction (Z direction) is smaller than the total length Hm of the first magnet 14 and the second magnet 15 in the focus direction.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the magnetic field acting on the coil in the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • FIG. 8 shows cross sections in the XZ plane of the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, second coil 18, and outer plate 19.
  • the length Hp of the outer plate 19 in the focus direction is smaller than the total length Hm of the first magnet 14 and the second magnet 15 in the focus direction. Therefore, the magnetic field 32 from near the upper end of the first magnet 14 heads toward the upper end of the outer plate 19 without spreading upward, and the magnetic field 32 from near the lower end of the outer plate 19 heads toward the second magnet 15 without spreading downward. Because the length Hp is smaller than the length Hm, the magnetic field 32 does not spread in the vertical direction, but acts on the first coil 17 and the second coil 18 in the horizontal direction or a direction close to the horizontal direction.
  • the length Hp of the outer plate 19 in the focus direction may be equal to the total length Hm of the first magnet 14 and the second magnet 15 in the focus direction. Even if the length Hp is equal to the length Hm, the magnetic field 32 can be applied to the first coil 17 and the second coil 18 in a horizontal direction or a direction close to the horizontal direction.
  • the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be made even closer to the horizontal direction.
  • the effective focus driving force which is the component parallel to the Z direction, can be further increased, and an even larger focus driving force can be obtained with low power consumption.
  • a surface inspection device according to a third embodiment of the present invention will be described. Below, the differences between the surface inspection device 1 according to this embodiment and the surface inspection device 1 according to the first and second embodiments will be mainly described.
  • Figure 9 is a cross-sectional view in the XZ plane showing the focus drive mechanism 11 of the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • Figure 9 shows the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, second coil 18, and outer plate 19 of the focus drive mechanism 11.
  • the thickness tc of the central portion of the outer plate 19 in the focus direction (Z direction) is greater than the thickness te of the upper end portion and the thickness te of the lower end portion of the outer plate 19 in the focus direction.
  • the thickness of the outer plate 19 becomes monotonically smaller from the central portion toward the upper end portion and the lower end portion in the focus direction.
  • the shape of the outer peripheral surface of the outer plate 19 can be determined arbitrarily.
  • the shape of the outer peripheral surface of the outer plate 19 in the XZ cross section shown in FIG. 9 can be a trapezoid, an arc shape, a triangle, or the like.
  • the thickness of the upper end and the thickness of the lower end of the outer plate 19 in the focus direction are equal to each other, but the thickness of the upper end and the thickness of the lower end may be different from each other.
  • the magnetic flux passing through the outer plate 19 is greater in the center in the focus direction and less at the upper and lower ends. Therefore, by making the thickness tc of the center of the outer plate 19 in the focus direction greater than the thickness te of the upper and lower ends, it is possible to reduce the magnetic flux leaking from the inside of the outer plate 19 to the outside.
  • the surface inspection device 1 according to this embodiment can increase the amount of magnetic flux flowing from the first magnet 14 to the outer plate 19 and from the outer plate 19 to the second magnet 15. As a result, the surface inspection device 1 according to this embodiment can further increase the effective focus driving force, which is the component parallel to the Z direction, and can obtain an even larger focus driving force with low power consumption.
  • the thickness of the upper and lower ends of the outer plate 19, which have little effect on the amount of magnetic flux passing through the inside of the outer plate 19, can be reduced, making the outer plate 19 lighter, and also reducing the power consumption required to drive the vertical drive stage 7 and the horizontal drive stage 8.
  • a surface inspection device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Below, the differences between the surface inspection device 1 according to this embodiment and the surface inspection device 1 according to the first to third embodiments will be mainly described.
  • FIG. 10 is an exploded view of the focus drive mechanism 11 in the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • FIG. 10 shows the focus drive mechanism 11, the sample holding member 3, the spindle motor 4, and the turntable 5.
  • FIG. 10 also shows the central axis 20 of the sample holding member 3.
  • the outer plate 19 is divided in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the coil fixing member 16. That is, the outer plate 19 comprises a plurality of partial outer plates 19a, 19b. When viewed from the focus direction, the partial outer plates 19a, 19b have an arc shape, that is, a shape that curves along the circumferential direction.
  • the multiple partial outer plates 19a, 19b are arranged so as to be lined up with each other along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the coil fixing member 16.
  • the outer plate 19 is divided in the circumferential direction, so that the outer plate 19 can be easily attached to the coil fixing member 16. Furthermore, the outer plate 19 can be attached to the coil fixing member 16 so that there is no gap between the outer circumferential surface of the coil fixing member 16.
  • the gap between the outer plate 19 and the outer peripheral surface of the coil fixing member 16 is eliminated, and the distance between the outer plate 19 and the magnets 14 and 15 can be reduced, thereby increasing the focus driving force. Furthermore, by eliminating the gap between the outer plate 19 and the outer peripheral surface of the coil fixing member 16, the distance from the first magnet 14 and the second magnet 15 to the outer plate 19 can be made constant over the entire circumferential direction, and the circumferential distribution of the magnetic field acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be made symmetrical with respect to the central axis 20.
  • the outer plate 19 is cylindrical as described in Example 1, the circumferential distribution of the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be easily made symmetrical with respect to the central axis 20.
  • the outer plate 19 is cylindrical, there is a possibility that a gap will be formed between the outer plate 19 and the outer peripheral surface of the coil fixing member 16 when the outer plate 19 is attached to the coil fixing member 16.
  • the outer plate 19 is divided in the circumferential direction, so that the outer plate 19 can be easily attached to the coil fixing member 16 without leaving any gaps between the outer plate 19 and the outer peripheral surface of the coil fixing member 16.
  • FIG. 10 shows, as an example, an example in which the outer plate 19 is divided into two in the circumferential direction (i.e., the outer plate 19 has two partial outer plates 19a, 19b).
  • the number of divisions of the outer plate 19 is not limited to two and can be determined arbitrarily.
  • a surface inspection device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. Below, the differences between the surface inspection device 1 according to this embodiment and the surface inspection device 1 according to the first to fourth embodiments will be mainly described.
  • FIG. 11 is a diagram showing the focus drive mechanism 11 provided in the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • the focus drive mechanism 11 includes a third magnet 21, a fourth magnet 22, and magnet holding members 23 and 24 that hold these magnets.
  • FIG. 11 shows only the coil fixing member 16, the outer plate 19, the third magnet 21, the fourth magnet 22, and the magnet holding members 23 and 24 of the focus drive mechanism 11.
  • the third magnet 21 is an annular magnet for adjusting the direction of the magnetic field acting on the first coil 17.
  • the fourth magnet 22 is an annular magnet for adjusting the direction of the magnetic field acting on the second coil 18.
  • the focus drive mechanism 11 includes a third magnet 21 located above an outer plate 19 that is installed on the outer peripheral surface of the coil fixing member 16, and a fourth magnet 22 located below the outer plate 19.
  • the third magnet 21 is attached to a magnet holding member 23.
  • the fourth magnet 22 is attached to a magnet holding member 24.
  • the magnet holding members 23 and 24 are fixed to the frame 6 ( Figure 1).
  • the magnet holding member 23 can be fixed to the frame 6 using a connecting member or the like.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the magnetic field acting on the coil in the surface inspection device 1 according to this embodiment.
  • FIG. 12 shows cross sections in the XZ plane of the yoke 13, first magnet 14, second magnet 15, coil fixing member 16, first coil 17, second coil 18, outer plate 19, third magnet 21, fourth magnet 22, and magnet holding members 23 and 24.
  • the third magnet 21 and the fourth magnet 22 are magnetized in the focus direction (Z direction).
  • the polarity of the fourth magnet 22 on its surface (upper surface) closest to the outer plate 19 is the same S pole as the polarity of the surface (surface closest to the outer plate 19) facing the second coil 18 of the second magnet 15, and the polarity of the surface (lower surface) closest to the magnet holding member 24 is the N pole.
  • the polarity of the surface of the third magnet 21 close to the outer plate 19 is the same as the polarity of the surface of the first magnet 14 close to the outer plate 19. Therefore, the magnetic field from near the upper end of the first magnet 14 to near the upper end of the outer plate 19 and the magnetic field from the third magnet 21 to the upper end of the outer plate 19 repel each other.
  • the polarity of the surface of the fourth magnet 22 close to the outer plate 19 is the same as the polarity of the surface of the second magnet 15 close to the outer plate 19. Therefore, the magnetic field from near the lower end of the outer plate 19 to near the lower end of the second magnet 15 and the magnetic field from the lower end of the outer plate 19 to the fourth magnet 22 repel each other.
  • the magnetic field 32 acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be made even closer to the horizontal direction.
  • the effective focus driving force which is the component parallel to the Z direction, can be further increased, and an even larger focus driving force can be obtained with low power consumption.
  • the third magnet 21 and the fourth magnet 22 are annular, the circumferential distribution of the magnetic field acting on the first coil 17 and the second coil 18 can be kept symmetrical with respect to the central axis 20. This allows the center of action of the focus driving force to coincide with the central axis 20, suppressing tilt and vibration during focus driving.
  • 1...surface inspection device 2...sample, 3...sample holding member, 4...spindle motor, 5...turntable, 6...frame, 7...vertical drive stage, 8...horizontal drive stage, 9...illumination optical system, 10...detection optical system, 11...focus drive mechanism, 12...support member, 13...yoke, 13a...yoke mounting portion, 13b...cylindrical portion, 14...first magnet, 15...second magnet, 16...coil fixing member, 17...first coil, 18...second coil, 19...outer plate, 19a, 19b...partial outer plate, 20...center axis, 21...third magnet, 22...fourth magnet, 23, 24...magnet holding member, 30...sample height position sensor, 31, 32...magnetic field.

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Abstract

本発明による表面検査装置（１）は、試料保持部材（３）を回転させるモータ（４）と、モータ（４）により回転するターンテーブル（５）と、試料保持部材（３）をフォーカス方向に変位させる駆動機構（１１）を備える。駆動機構（１１）は、円筒形状で試料保持部材（３）に固定されたヨーク（１３）と、ヨーク（１３）の表面に固定され、ヨーク（１３）の半径方向に着磁された複数の第一マグネット（１４）と、ヨーク（１３）の表面に固定され、第一マグネット（１４）の極性と逆方向に着磁された複数の第二マグネット（１５）と、第一マグネット（１４）の半径方向の外側の周囲に配置された第一コイル（１７）と、第二マグネット（１５）の半径方向の外側の周囲に配置された第二コイル（１８）と、コイル（１７、１８）を固定するコイル固定部材（１６）と、コイル（１７、１８）の半径方向の外側に位置する強磁性体の外側プレート（１９）を備える。

Description

表面検査装置
　本発明は、ウェハ等の試料の表面を検査する表面検査装置に関する。
　半導体デバイスの製造工程では、ウェハ等の試料の表面に付着した異物の有無や表面の欠陥の有無を検査する表面検査装置が用いられる。表面検査装置は、回転させた円板状の試料の表面にレーザ光を照射し、試料をその半径方向に移動させて試料の全面を検査する。試料の表面に異物や欠陥が存在すると、試料に照射されたレーザ光が散乱する。表面検査装置は、この散乱光を検出光学系で受光することで異物や欠陥を検知し、試料の回転角度と半径方向の位置から試料上の異物や欠陥の位置を特定する。
　半導体デバイスの微細化に対応して、表面検査装置には異物や欠陥の検出感度の向上が求められている。検出感度を向上させる方法として、レーザ光の短波長化が進められている。レーザ光の波長を短くすると、光学系の焦点深度が浅くなるので、検査中に試料の表面の高さ方向の位置（高さ位置）が変動した場合に、試料の表面の高さ位置が光学系の許容焦点範囲から外れてしまい、検出感度の低下や検出位置のずれが生じるおそれがある。
　試料の表面の高さ位置を光学系の許容焦点範囲内に収めるために、試料を回転させた状態で、試料の表面に垂直なフォーカス方向に試料を駆動し、試料の高さ位置を高精度に補正するフォーカス駆動機構が用いられることがある。このようなフォーカス駆動機構として、例えば電磁駆動方式が用いられるが、電磁駆動方式では、通電時の発熱によって試料周辺の温度が上昇し、検査精度に影響が生じることが懸念される。したがって、表面検査装置のフォーカス駆動機構には、駆動効率を高めて、大きなフォーカス方向への駆動力（フォーカス駆動力）を少ない消費電力で得られるようにすることが求められる。
　ウェハ等の試料をフォーカス方向に精度良く駆動する従来の表面検査装置の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、θＺアクチュエータを備え、θＺアクチュエータは、コイルと、ヨークの外周に上下（Ｚ方向）の２段に分かれて配列されたマグネットを備える。上段の第１マグネットは、それぞれ等ピッチで配列されている。下段の第２マグネットは、上段の第１マグネットと同じピッチではあるが、上段の第１マグネットとは半ピッチずれた位置に配列されている。
特開２０１１－１１９３２０号公報
　特許文献１に記載された装置などの従来の表面検査装置では、マグネットが周方向（試料の回転方向）に等ピッチで配置されており、周方向におけるマグネットの割合を高めてコイルに作用する磁界を増やすことが困難であるので、フォーカス駆動力（高さ方向であるフォーカス方向への駆動力）を十分に増大させる点で課題がある。
　本発明の目的は、大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる表面検査装置を提供することである。
　本発明による表面検査装置は、試料を保持することができる板状の試料保持部材と、前記試料保持部材を回転させるためのスピンドルモータと、前記スピンドルモータに固定されており、前記スピンドルモータの作用により回転するターンテーブルと、前記試料保持部材を前記ターンテーブルに対して高さ方向であるフォーカス方向に変位させるフォーカス駆動機構とを備える。前記フォーカス駆動機構は、前記スピンドルモータの回転軸を中心軸とする円筒形状であり、前記試料保持部材に固定されたヨークと、前記フォーカス方向における第一の高さ位置で、前記ヨークの表面に固定されており、前記ヨークの半径方向に着磁された複数の第一マグネットと、前記第一の高さ位置と前記フォーカス方向の位置が異なる第二の高さ位置で、前記ヨークの表面に固定されており、前記第一マグネットの極性と逆方向に着磁された複数の第二マグネットと、前記第一マグネットの前記半径方向の外側の周囲に配置された第一コイルと、前記第二マグネットの前記半径方向の外側の周囲に配置された第二コイルと、前記第一コイルと前記第二コイルを固定するコイル固定部材と、前記第一コイルと前記第二コイルの前記半径方向の外側に位置する強磁性体の外側プレートとを備える。
　本発明によると、大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる表面検査装置を提供することができる。
本発明の実施例１による表面検査装置の構成を示す図である。 実施例１において、フォーカス駆動機構の分解図である。 実施例１において、フォーカス駆動機構の一部と、試料保持部材と、スピンドルモータと、ターンテーブルを示す図である。 実施例１において、フォーカス駆動機構、試料、試料保持部材、スピンドルモータ、及びターンテーブルのＸＺ面での断面図である。 従来の表面検査装置において、コイルに作用する磁界の様子の例を模式的に示す図である。 実施例１による表面検査装置において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。 本発明の実施例２による表面検査装置のフォーカス駆動機構を示す、ＸＺ面での断面図である。 実施例２による表面検査装置において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。 本発明の実施例３による表面検査装置のフォーカス駆動機構を示す、ＸＺ面での断面図である。 本発明の実施例４による表面検査装置におけるフォーカス駆動機構の分解図である。 本発明の実施例５による表面検査装置が備えるフォーカス駆動機構を示す図である。 実施例５による表面検査装置において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。
　本発明による表面検査装置は、ウェハ等の試料の表面に付着した異物の有無や表面の欠陥の有無を検査する装置である。本発明による表面検査装置は、コイルに作用する磁界の方向がフォーカス方向（高さ方向）に対して垂直または垂直に近い方向であり、効率的な磁気回路構造を備えるので、フォーカス駆動力（フォーカス方向への駆動力）を増大させることができ、大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる。
　以下、本発明の実施例による表面検査装置を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。
　本発明の実施例１による表面検査装置を説明する。
　図１は、本実施例による表面検査装置１の構成を示す図である。表面検査装置１は、試料保持部材３、スピンドルモータ４、フレーム６、ターンテーブル５、フォーカス駆動機構１１、鉛直駆動ステージ７、水平駆動ステージ８、照明光学系９、検出光学系１０、及び試料高さ位置センサ３０を備える。
　試料保持部材３は、板状であり、試料２を保持することができる。試料２は、例えば、円板状のウェハである。以下では、試料保持部材３と試料２が円板状であるとして説明する。
　図１において、表面検査装置１の高さ方向（図１の上下方向）をフォーカス方向またはＺ方向と呼び、フォーカス方向に垂直な２方向（水平方向）をＸ方向とＹ方向と呼ぶ。フォーカス方向（Ｚ方向）は、試料２の表面に垂直な方向であり、単に高さ方向とも呼ぶ。また、フォーカス方向の周りの方向（試料保持部材３と試料２の回転方向）を周方向と呼び、フォーカス方向に垂直な方向（試料保持部材３の半径方向）を半径方向と呼ぶ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に平行な仮想的な軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と呼ぶ。
　スピンドルモータ４は、試料２と試料保持部材３をＺ軸の周りに回転させるためのモータであり、フレーム６に固定されている。
　ターンテーブル５は、スピンドルモータ４の一端に固定されており、試料保持部材３が支持部材１２を介して接続されている。ターンテーブル５は、スピンドルモータ４の作用により、Ｚ軸の周りに回転する。ターンテーブル５が回転すると、ターンテーブル５に接続された試料保持部材３と、試料保持部材３に保持された試料２は、Ｚ軸の周りに回転する。
　フォーカス駆動機構１１は、ターンテーブル５に対して試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に変位させる機構である。フォーカス駆動機構１１の詳細については、後述する。
　鉛直駆動ステージ７は、試料２の表面の位置が所定の高さ範囲内に収まるように、フレーム６をフォーカス方向（Ｚ方向）に移動させる。鉛直駆動ステージ７は、フレーム６を移動させることで、スピンドルモータ４、ターンテーブル５、試料保持部材３、及び試料２をフォーカス方向に移動させる。
　水平駆動ステージ８は、鉛直駆動ステージ７とフレーム６を試料保持部材３の半径方向（図１ではＸ方向）に移動させる。水平駆動ステージ８は、鉛直駆動ステージ７とフレーム６を移動させることで、フレーム６、スピンドルモータ４、ターンテーブル５、試料保持部材３、及び試料２を、試料保持部材３の半径方向に移動させる。
　照明光学系９は、レーザ光を試料２の表面に照射する。試料２の表面に照射されたレーザ光は、試料２の表面に異物や欠陥が存在すると、そこで散乱して散乱光となる。
　検出光学系１０は、試料２の表面で生じた散乱光を受光する。検出光学系１０には、処理装置（図示せず）が接続されている。この処理装置は、検出光学系１０が受光した散乱光の信号から、試料２の表面の異物や欠陥の有無を検知するとともに、試料保持部材３の回転角度と半径方向（Ｘ方向）の位置から、異物や欠陥の位置を特定する。
　試料高さ位置センサ３０は、試料２の表面の高さ方向の位置（フォーカス方向の位置）を検出するセンサである。試料高さ位置センサ３０は、例えば、光学式や超音波式の変位センサで構成することができる。
　表面検査装置１は、試料保持部材３を、スピンドルモータ４によってＺ軸の周りに回転させながら、水平駆動ステージ８によって試料保持部材３の半径方向（Ｘ方向）に移動させることで、照明光学系９からのレーザ光で試料２の全面を走査する。
　鉛直駆動ステージ７は、試料２の表面の平均的な高さ位置（フォーカス方向の位置）を調整する機構である。鉛直駆動ステージ７がフレーム６をフォーカス方向へ移動させる速度、すなわち試料保持部材３が鉛直駆動ステージ７によってフォーカス方向へ移動する速度は、試料保持部材３のスピンドルモータ４による回転の速度と比較すると低速である。したがって、鉛直駆動ステージ７による試料２のフォーカス方向の移動は、回転中における試料２のフォーカス方向の位置変動を補正するほど高速ではない。
　試料２の検査を高精度に行うためには、試料２の回転中において、試料２のフォーカス方向の位置変動に追従して、試料保持部材３に保持された試料２の表面の高さ位置を調整することが求められる。
　本実施例による表面検査装置１は、ターンテーブル５に対して試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に変位させるフォーカス駆動機構１１を備え、回転中の試料２の表面の高さ位置をフォーカス駆動機構１１で調整することができる。図１に示すように、フォーカス駆動機構１１は、後述するコイル固定部材１６と外側プレート１９を備える。以下では、フォーカス駆動機構１１について説明する。
　図２は、フォーカス駆動機構１１の分解図である。図２には、フォーカス駆動機構１１と、試料保持部材３と、スピンドルモータ４と、ターンテーブル５を示している。図２には、試料保持部材３の中心軸２０を示している。中心軸２０は、Ｚ軸に平行であり、スピンドルモータ４の回転軸と一致する。
　フォーカス駆動機構１１は、支持部材１２、ヨーク１３、複数の第一マグネット１４、複数の第二マグネット１５、第一コイル１７、第二コイル１８、コイル固定部材１６、及び外側プレート１９を備える。
　図３は、フォーカス駆動機構１１の一部と、試料保持部材３と、スピンドルモータ４と、ターンテーブル５を示す図である。図３には、フォーカス駆動機構１１のうち、支持部材１２、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、第一コイル１７、第二コイル１８を示している。
　図４は、フォーカス駆動機構１１、試料２、試料保持部材３、スピンドルモータ４、及びターンテーブル５のＸＺ面での断面図である。
　支持部材１２は、試料保持部材３とターンテーブル５の間に設けられた円環状の部材であり、フォーカス方向の一方の面が試料保持部材３に複数箇所で固定されており、他方の面がターンテーブル５に複数箇所で固定されている。支持部材１２は、例えば金属等の弾性体で構成され、試料保持部材３と試料保持部材３に固定された試料２をターンテーブル５に対してフォーカス方向に変位可能に支持する。
　ヨーク１３は、スピンドルモータ４の回転軸（すなわち中心軸２０）を中心軸とする円筒形状であり、図２に示すように、円筒形状部１３ｂと、円筒形状部１３ｂの上部に位置するヨーク取付部１３ａを備える。円筒形状部１３ｂは、中心軸２０を中心とする円筒形である。ヨーク取付部１３ａは、円筒形状部１３ｂから上方に延伸し、ターンテーブル５に設けられた開口部を通って、試料保持部材３に固定される。なお、図２には、一例として、ヨーク１３が４つのヨーク取付部１３ａを備える構成を示しているが、ヨーク取付部１３ａの数は、任意に定めること ができる。
　第一マグネット１４は、フォーカス方向から見て円弧形状、すなわち周方向に沿って湾曲する形状をしており、フォーカス方向における第一の高さ位置で、ヨーク１３の円筒形状部１３ｂの表面に固定されている。複数の第一マグネット１４は、周方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。第一マグネット１４は、ヨーク１３の円筒形状部１３ｂの半径方向に着磁されている。本実施例では、第一マグネット１４は、ヨーク１３に接する面がＳ極であり、ヨーク１３に接する面と反対の面がＮ極である。なお、円筒形状部１３ｂの半径方向は、試料保持部材３の半径方向と同じ方向である。
　第二マグネット１５は、フォーカス方向から見て円弧形状、すなわち周方向に沿って湾曲する形状をしており、フォーカス方向における第二の高さ位置で、ヨーク１３の円筒形状部１３ｂの表面に固定されている。第二の高さ位置は、第一の高さ位置とフォーカス方向の位置が異なる。複数の第二マグネット１５は、周方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。第二マグネット１５は、ヨーク１３の円筒形状部１３ｂの半径方向に、第一マグネット１４の極性と逆方向に着磁されている。すなわち、本実施例では、第二マグネット１５は、ヨーク１３に接する面がＮ極であり、ヨーク１３に接する面と反対の面がＳ極である。
　本実施例では、一例として、複数の第一マグネット１４は、複数の第二マグネット１５の上方（フォーカス方向の上部）に位置する。すなわち、フォーカス方向における第一の高さ位置は、フォーカス方向における第二の高さ位置よりも上方である。
　第一マグネット１４と第二マグネット１５は、ヨーク１３の円筒形状部１３ｂに固定されている。
　第一マグネット１４と第二マグネット１５は、フォーカス方向から見て、少なくとも一部が互いに重なる位置（すなわち、ヨーク１３の周方向で、少なくとも一部が同じ位置）にあるのが好ましい。第一マグネット１４と第二マグネット１５がこのような位置にあると、磁界がフォーカス方向に垂直な方向（水平方向）へ広がるのを防ぎ、第一コイル１７と第二コイル１８に対し、フォーカス方向に対して斜めの方向に作用する磁界を減らすことができて、フォーカス方向への駆動力であるフォーカス駆動力を増大させることができる。第一マグネット１４と第二マグネット１５は、フォーカス方向から見て、全体が互いに重なる位置（すなわち、ヨーク１３の周方向で、全体が同じ位置）にあるのがさらに好ましい。
　また、第一マグネット１４と第二マグネット１５は、フォーカス方向の長さが互いに等しいのが好ましい。さらに、第一マグネット１４と第二マグネット１５は、フォーカス方向において、互いに接して配置されるのが好ましい。
　なお、第一マグネット１４と第二マグネット１５の数は、図２と図３に示す例では互いに等しく４個であるが、これに限らず任意に定めることができる。また、第一マグネット１４と第二マグネット１５の極性は、図２と図３に示す例と逆でもよい。
　本実施例では、第一マグネット１４と、第一マグネット１４と極性の異なる第二マグネット１５とが、フォーカス方向から見て互いに重なる位置で、ヨーク１３に設置されている。このため、フォーカス方向の上下に設置されたマグネット１４、１５で磁路を形成できるので、第一マグネット１４と第二マグネット１５を安定してヨーク１３に設置することができる。
　また、周方向における第一マグネット１４の互いの間隔は、周方向の隣のマグネットと反発しない範囲であれば、周方向の第一マグネット１４の長さよりも小さくすることができる。同様に、周方向における第二マグネット１５の互いの間隔は、周方向の第二マグネット１５の長さよりも小さくすることができる。このため、本実施例による表面検査装置１は、ヨーク１３の周方向の長さに占めるマグネットの割合が高く、このことからも、フォーカス方向への駆動力であるフォーカス駆動力を増大させることができ、低消費電力で大きなフォーカス駆動力を得ることができる。
　第一コイル１７は、円環状であり、第一マグネット１４の半径方向の外側の周囲に配置され、コイル固定部材１６に固定されている。
　第二コイル１８は、円環状であり、第二マグネット１５の半径方向の外側の周囲に配置され、コイル固定部材１６に固定されている。
　なお、図４には、円環状で周方向に延伸する第一コイル１７と第二コイル１８を示している。
　コイル固定部材１６は、非磁性体で構成された円環状の部材であり、フレーム６（図１）に固定されている。コイル固定部材１６は、第一コイル１７と第二コイル１８の外周部に位置し、第一コイル１７と第二コイル１８を固定する。
　外側プレート１９は、強磁性体で構成された円筒形状の部材であり、コイル固定部材１６の外周面に設置されている。外側プレート１９は、第一コイル１７と第二コイル１８の半径方向の外側に位置する。すなわち、半径方向において、外側プレート１９が最外周部に位置し、外側プレート１９と第一マグネット１４の間に第一コイル１７が存在し、外側プレート１９と第二マグネット１５の間に第二コイル１８が存在する。
　外側プレート１９のフォーカス方向における中心の位置は、第一マグネット１４と第二マグネット１５の全体のフォーカス方向における中心の位置と同じであるのが好ましい。
　第一コイル１７に電流が流れると、この電流と第一マグネット１４からの磁界との相互作用によって、第一コイル１７と第一マグネット１４に電磁力が作用する。第二コイル１８に、第一コイル１７に流れる電流と逆向きの電流が流れると、第二コイル１８に流れる電流と第二マグネット１５からの磁界との相互作用によって、第二コイル１８と第二マグネット１５に電磁力が作用する。この電磁力の向きは、第一コイル１７と第一マグネット１４に作用する電磁力の向きと同じである。
　第一コイル１７と第二コイル１８は、フレーム６に固定されたコイル固定部材１６に固定されているので、電磁力によるフォーカス方向への変位が無視できる程度に小さい。すなわち、第一コイル１７と第二コイル１８は、電磁力が作用しても、フォーカス方向へ移動しないと考えられる。
　一方、第一マグネット１４と第二マグネット１５は、電磁力が作用すると、フォーカス方向へ移動する。したがって、第一マグネット１４と第二マグネット１５に作用する電磁力によって、第一マグネット１４、第二マグネット１５、ヨーク１３、試料保持部材３、及び試料２は、一体の可動部としてフォーカス方向に変位する。
　本実施例による表面検査装置１は、このようにして、スピンドルモータ４で試料保持部材３と試料２を回転させながら、フォーカス駆動機構１１で試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に駆動させて変位させることができる。
　試料２の高さ位置（フォーカス方向の位置）の調整方法について説明する。表面検査装置１は、試料高さ位置センサ３０（図１）が検出した試料２の表面の高さ位置を基に、フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に駆動し、試料２の表面の高さ位置が検出光学系１０の許容焦点範囲内に収まるように調整する。表面検査装置１は、このようにして、回転中の試料２の高さ位置を調整することができる。
　本実施例による表面検査装置１が、外側プレート１９を備えることでフォーカス駆動力を増大させることができることについて、以下に説明する。
　図５は、従来の表面検査装置において、コイルに作用する磁界の様子の例を模式的に示す図である。従来の表面検査装置は、本実施例による表面検査装置１が備える外側プレート１９を備えていない。なお、図５では、わかりやすくするために、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、及び第二コイル１８の、ＸＺ面での断面だけを示している。
　図５に示すように、従来の表面検査装置では、第一マグネット１４の表面のＮ極からの磁界３１は、上下方向（Ｚ方向）に広がりながら半径方向（図５ではＸ方向）の外側に向かい、第二マグネット１５の表面のＳ極に収束する。第二マグネット１５の内部を通った磁界は、第二マグネット１５の裏面のＮ極からヨーク１３の内部を通って第一マグネット１４に戻る。このとき、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界は、フォーカス方向（Ｚ方向）に対して斜めの方向である。
　電磁力は、磁界の方向に対して垂直に生じる。このため、従来の表面検査装置では、発生する電磁力は、Ｚ方向に対して傾いた方向の力である。表面検査装置において、有効なフォーカス駆動力は、Ｚ方向の成分である。したがって、従来の表面検査装置では、Ｚ方向に対して斜めに電磁力が生じ、有効なフォーカス駆動力が十分に得られず、低消費電力で大きなフォーカス駆動力を得るのが困難である。
　図６は、本実施例による表面検査装置１において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。本実施例による表面検査装置１は、外側プレート１９を備える。なお、図６では、わかりやすくするために、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、第二コイル１８、及び外側プレート１９の、ＸＺ面での断面だけを示している。
　図６に示すように、本実施例による表面検査装置１では、第一マグネット１４の表面のＮ極からの磁界３２は、外側プレート１９の、第一マグネット１４に対向する領域の表面に向かうため、磁界３２が上下方向（Ｚ方向）に広がるのを抑えることができる。外側プレート１９に向かった磁界３２は、外側プレート１９の内部を通って、外側プレート１９の第二マグネット１５に対向する領域の表面から第二マグネット１５の表面のＳ極に向かう。このとき、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２は、水平方向（すなわち、フォーカス方向に垂直な方向）または水平方向に近い方向である。
　本実施例による表面検査装置１では、このようにして磁気回路の効率を向上させることができ、発生する電磁力は、Ｚ方向に対して平行または平行に近い方向である。したがって、本実施例による表面検査装置１では、Ｚ方向に平行な成分である有効なフォーカス駆動力を増大させることができ、フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に駆動させるときの消費電力を低減することができる。
　また、外側プレート１９が円筒形状であるので、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２の周方向の分布を、中心軸２０に対して対称にすることができる。これによって、フォーカス駆動力の作用中心を中心軸２０に一致させることができ、フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に駆動させるときの、試料保持部材３と試料２に生じる傾きや振動を抑えることができる。
　さらに、本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９により、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２の向きを、水平方向または水平方向に近い方向にすることができるので、フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２を駆動させる向きを、よりフォーカス方向に向けることができる。フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２を駆動させる向きがフォーカス方向に対して斜めであると、試料保持部材３と試料２は、フォーカス方向に対して斜めに変位する。本実施例による表面検査装置１は、試料保持部材３と試料２がフォーカス方向に対して斜めに変位するのを防ぐことができるので、フォーカス駆動機構１１が試料保持部材３と試料２をフォーカス方向に駆動させるときの消費電力を低減することができる。
　以上説明したように、本実施例による表面検査装置１では、磁気回路の効率を向上させることができ、大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる。
　本発明の実施例２による表面検査装置を説明する。以下では、本実施例による表面検査装置１について、実施例１による表面検査装置１と異なる点を主に説明する。
　図７は、本実施例による表面検査装置１のフォーカス駆動機構１１を示す、ＸＺ面での断面図である。図７には、フォーカス駆動機構１１のうち、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、第二コイル１８、及び外側プレート１９を示している。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９のフォーカス方向（Ｚ方向）の長さＨｐは、第一マグネット１４と第二マグネット１５のフォーカス方向の合計の長さＨｍよりも小さい。
　図８は、本実施例による表面検査装置１において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。図８では、わかりやすくするために、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、第二コイル１８、及び外側プレート１９の、ＸＺ面での断面を示している。
　図８に示すように、第一マグネット１４の表面のＮ極からの磁界３２は、外側プレート１９の、第一マグネット１４に対向する領域の表面に向かい、外側プレート１９の内部を通って、外側プレート１９の第二マグネット１５に対向する領域の表面から第二マグネット１５の表面のＳ極に向かう。本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９のフォーカス方向の長さＨｐが、第一マグネット１４と第二マグネット１５のフォーカス方向の合計の長さＨｍよりも小さい。このため、第一マグネット１４の上端部の付近からの磁界３２は、上方向に広がらずに外側プレート１９の上端部の付近に向かい、外側プレート１９の下端部の付近からの磁界３２は、下方向に広がらずに第二マグネット１５に向かう。長さＨｐが長さＨｍよりも小さいため、磁界３２は、上下方向に広がらず、水平方向または水平方向に近い方向で第一コイル１７と第二コイル１８に作用する。
　なお、外側プレート１９のフォーカス方向の長さＨｐが、第一マグネット１４と第二マグネット１５のフォーカス方向の合計の長さＨｍと等しくてもよい。長さＨｐが長さＨｍと等しくても、磁界３２を水平方向または水平方向に近い方向で第一コイル１７と第二コイル１８に作用させることができる。
　このような構成により、本実施例による表面検査装置１では、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２を、さらに水平方向に近い方向にすることができる。この結果、本実施例による表面検査装置１では、Ｚ方向に平行な成分である有効なフォーカス駆動力をさらに増大させることができ、さらに大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる。
　本発明の実施例３による表面検査装置を説明する。以下では、本実施例による表面検査装置１について、実施例１と実施例２による表面検査装置１と異なる点を主に説明する。
　図９は、本実施例による表面検査装置１のフォーカス駆動機構１１を示す、ＸＺ面での断面図である。図９には、フォーカス駆動機構１１のうち、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、第二コイル１８、及び外側プレート１９を示している。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９は、フォーカス方向（Ｚ方向）における中央部分の厚さｔｃが、外側プレート１９のフォーカス方向における上端部の厚さｔｅと下端部の厚さｔｅよりも大きい。好ましくは、外側プレート１９の厚さは、フォーカス方向において、中央部分から上端部と下端部に向かって単調に小さくなっていく。
　外側プレート１９の外周面の形状は、任意に定めることができる。例えば、外側プレート１９の外周面の、図９に示すＸＺ断面での形状は、台形、円弧形状、または三角形などとすることができる。
　なお、本実施例では外側プレート１９のフォーカス方向における上端部の厚さと下端部の厚さが互いに等しいが、これら上端部の厚さと下端部の厚さは、互いに異なっていてもよい。
　外側プレート１９では、その内部を通る磁束は、フォーカス方向における中央部分で多く、上端部と下端部では少ない。したがって、外側プレート１９のフォーカス方向における中央部分の厚さｔｃを、上端部と下端部の厚さｔｅよりも大きくすることで、外側プレート１９の内部から外部に漏れ出る磁束を少なくすることができる。
　このような構成により、本実施例による表面検査装置１では、第一マグネット１４から外側プレート１９に向かい、外側プレート１９から第二マグネット１５に向かう磁束の量を増やすことができる。この結果、本実施例による表面検査装置１では、Ｚ方向に平行な成分である有効なフォーカス駆動力をよりいっそう増大させることができ、さらに大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる。
　また、本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９の内部を通る磁束の量に対する影響の少ない外側プレート１９の上端部と下端部の厚さを薄くすることで、外側プレート１９を軽量化でき、鉛直駆動ステージ７と水平駆動ステージ８の駆動に必要な消費電力を低減する効果も得られる。
　本発明の実施例４による表面検査装置を説明する。以下では、本実施例による表面検査装置１について、実施例１から実施例３による表面検査装置１と異なる点を主に説明する。
　図１０は、本実施例による表面検査装置１におけるフォーカス駆動機構１１の分解図である。図１０には、フォーカス駆動機構１１と、試料保持部材３と、スピンドルモータ４と、ターンテーブル５を示している。図１０には、試料保持部材３の中心軸２０を示している。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９は、コイル固定部材１６の外周面において、周方向に分割されている。すなわち、外側プレート１９は、複数の部分外側プレート１９ａ、１９ｂを備える。部分外側プレート１９ａ、１９ｂは、フォーカス方向から見て円弧形状、すなわち周方向に沿って湾曲する形状をしている。複数の部分外側プレート１９ａ、１９ｂは、コイル固定部材１６の外周面に、周方向に沿って互いに並ぶように配置されている。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９が周方向に分割されているので、外側プレート１９をコイル固定部材１６に容易に取り付けることができる。そして、コイル固定部材１６の外周面との隙間がないように、外側プレート１９をコイル固定部材１６に取り付けることができる。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９とコイル固定部材１６の外周面との隙間をなくし、外側プレート１９とマグネット１４、１５との距離を小さくすることができるので、フォーカス駆動力を増大させることができる。また、外側プレート１９とコイル固定部材１６の外周面との隙間をなくすことで、第一マグネット１４と第二マグネット１５から外側プレート１９までの距離を、周方向の全面にわたって一定にすることができ、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界の周方向の分布を、中心軸２０に対して対称にすることができる。
　例えば、実施例１で説明したように外側プレート１９が円筒形状であると、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２の周方向の分布を、中心軸２０に対して容易に対称にすることができる。しかし、実際には、外側プレート１９が円筒形状であると、外側プレート１９をコイル固定部材１６に取り付けるときに、外側プレート１９とコイル固定部材１６の外周面との間に隙間ができる可能性がある。
　本実施例による表面検査装置１では、外側プレート１９が周方向に分割されているので、外側プレート１９を、コイル固定部材１６の外周面との隙間がないように、コイル固定部材１６に容易に取り付けることができる。
　なお、図１０には、一例として、外側プレート１９が周方向に２つに分割されている（すなわち、外側プレート１９が２個の部分外側プレート１９ａ、１９ｂを備える）例を示している。外側プレート１９の分割数は、２つに限らず、任意に定めることができる。
　本発明の実施例５による表面検査装置を説明する。以下では、本実施例による表面検査装置１について、実施例１から実施例４による表面検査装置１と異なる点を主に説明する。
　図１１は、本実施例による表面検査装置１が備えるフォーカス駆動機構１１を示す図である。
　本実施例による表面検査装置１は、フォーカス駆動機構１１が、第三マグネット２１と第四マグネット２２と、これらのマグネットを保持するマグネット保持部材２３、２４を備える。なお、図１１では、わかりやすくするために、フォーカス駆動機構１１のうち、コイル固定部材１６、外側プレート１９、第三マグネット２１、第四マグネット２２、及びマグネット保持部材２３、２４だけを示している。
　第三マグネット２１は、第一コイル１７に作用する磁界の方向を調整するための円環状のマグネットである。第四マグネット２２は、第二コイル１８に作用する磁界の方向を調整するための円環状のマグネットである。
　本実施例では、フォーカス駆動機構１１は、コイル固定部材１６の外周面に設置された外側プレート１９の上方に位置する第三マグネット２１と、外側プレート１９の下方に位置する第四マグネット２２を備える。第三マグネット２１は、マグネット保持部材２３に取り付けられている。第四マグネット２２は、マグネット保持部材２４に取り付けられている。マグネット保持部材２３、２４は、フレーム６（図１）に固定されている。例えば、マグネット保持部材２３は、接続部材などを用いてフレーム６に固定することができる。
　図１２は、本実施例による表面検査装置１において、コイルに作用する磁界の様子を模式的に示す図である。図１２では、わかりやすくするために、ヨーク１３、第一マグネット１４、第二マグネット１５、コイル固定部材１６、第一コイル１７、第二コイル１８、外側プレート１９、第三マグネット２１、第四マグネット２２、及びマグネット保持部材２３、２４の、ＸＺ面での断面を示している。
　第三マグネット２１と第四マグネット２２は、フォーカス方向（Ｚ方向）に着磁されている。
　第三マグネット２１は、外側プレート１９に近い面（下面）の極性が、第一マグネット１４の第一コイル１７に対向する面（外側プレート１９に近い面）の極性と同じＮ極であり、マグネット保持部材２３に近い面（上面）の極性が、Ｓ極である。
　第四マグネット２２は、外側プレート１９に近い面（上面）の極性が、第二マグネット１５の第二コイル１８に対向する面（外側プレート１９に近い面）の極性と同じＳ極であり、マグネット保持部材２４に近い面（下面）の極性が、Ｎ極である。
　このように、本実施例による表面検査装置１では、第三マグネット２１の外側プレート１９に近い面の極性は、第一マグネット１４の外側プレート１９に近い面の極性と同じである。このため、第一マグネット１４の上端部の付近から外側プレート１９の上端部の付近に向かう磁界と、第三マグネット２１から外側プレート１９の上端部に向かう磁界が、互いに反発する。また、第四マグネット２２の外側プレート１９に近い面の極性は、第二マグネット１５の外側プレート１９に近い面の極性と同じである。このため、外側プレート１９の下端部の付近から第二マグネット１５の下端部の付近に向かう磁界と、外側プレート１９の下端部から第四マグネット２２に向かう磁界が、互いに反発する。
　このような構成により、本実施例による表面検査装置１では、第一コイル１７と第二コイル１８に作用する磁界３２を、さらに水平方向に近い方向にすることができる。この結果、本実施例による表面検査装置１では、Ｚ方向に平行な成分である有効なフォーカス駆動力をさらに増大させることができ、さらに大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる。
　また、第三マグネット２１と第四マグネット２２が円環状であるので、第一コイル１７および第二コイル１８に作用する磁界の周方向の分布を中心軸２０に対して対称に保つことができる。これによって、フォーカス駆動力の作用中心を中心軸２０に一致させることができ、フォーカス駆動時の傾きや振動を抑えることができる。
　本実施例による表面検査装置１は、以上説明したように、大きなフォーカス駆動力を低消費電力で得ることができる
　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
　１…表面検査装置、２…試料、３…試料保持部材、４…スピンドルモータ、５…ターンテーブル、６…フレーム、７…鉛直駆動ステージ、８…水平駆動ステージ、９…照明光学系、１０…検出光学系、１１…フォーカス駆動機構、１２…支持部材、１３…ヨーク、１３ａ…ヨーク取付部、１３ｂ…円筒形状部、１４…第一マグネット、１５…第二マグネット、１６…コイル固定部材、１７…第一コイル、１８…第二コイル、１９…外側プレート、１９ａ、１９ｂ…部分外側プレート、２０…中心軸、２１…第三マグネット、２２…第四マグネット、２３、２４…マグネット保持部材、３０…試料高さ位置センサ、３１、３２…磁界。

Claims (9)

  1. 　試料を保持することができる板状の試料保持部材と、
    　前記試料保持部材を回転させるためのスピンドルモータと、
    　前記スピンドルモータに固定されており、前記スピンドルモータの作用により回転するターンテーブルと、
    　前記試料保持部材を前記ターンテーブルに対して高さ方向であるフォーカス方向に変位させるフォーカス駆動機構と、
    を備え、
    　前記フォーカス駆動機構は、
    前記スピンドルモータの回転軸を中心軸とする円筒形状であり、前記試料保持部材に固定されたヨークと、
    前記フォーカス方向における第一の高さ位置で、前記ヨークの表面に固定されており、前記ヨークの半径方向に着磁された複数の第一マグネットと、
    前記第一の高さ位置と前記フォーカス方向の位置が異なる第二の高さ位置で、前記ヨークの表面に固定されており、前記第一マグネットの極性と逆方向に着磁された複数の第二マグネットと、
    前記第一マグネットの前記半径方向の外側の周囲に配置された第一コイルと、
    前記第二マグネットの前記半径方向の外側の周囲に配置された第二コイルと、
    前記第一コイルと前記第二コイルを固定するコイル固定部材と、
    前記第一コイルと前記第二コイルの前記半径方向の外側に位置する強磁性体の外側プレートと、
    を備える、
    ことを特徴とする表面検査装置。
  2. 　前記外側プレートは、前記コイル固定部材の外周面に設置されており、円筒形状である、
    請求項１に記載の表面検査装置。
  3. 　前記外側プレートは、前記フォーカス方向の長さが、前記第一マグネットと前記第二マグネットの前記フォーカス方向の合計の長さよりも小さい、
    請求項１に記載の表面検査装置。
  4. 　前記外側プレートは、前記フォーカス方向における中央部分の厚さが、前記外側プレートの前記フォーカス方向における上端部の厚さと下端部の厚さよりも大きい、
    請求項１に記載の表面検査装置。
  5. 　前記外側プレートは、前記コイル固定部材の前記外周面において、周方向に分割されている、
    請求項２に記載の表面検査装置。
  6. 　複数の前記第一マグネットは、複数の前記第二マグネットの上方に位置し、
    　前記フォーカス駆動機構は、
    前記外側プレートの上方に位置して前記フォーカス方向に着磁された第三マグネットと、
    前記外側プレートの下方に位置して前記フォーカス方向に着磁された第四マグネットと、を備え、
    　前記第三マグネットは、前記外側プレートに近い面の極性が、前記第一マグネットの前記外側プレートに近い面の極性と同じであり、
    　前記第四マグネットは、前記外側プレートに近い面の極性が、前記第二マグネットの前記外側プレートに近い面の極性と同じである、
    請求項１に記載の表面検査装置。
  7. 　前記第三マグネットと前記第四マグネットは、円環状である、
    請求項６に記載の表面検査装置。
  8. 　複数の前記第一マグネットと複数の前記第二マグネットは、前記フォーカス方向から見て少なくとも一部が互いに重なる位置にある、
    請求項１に記載の表面検査装置。
  9. 　前記外側プレートの前記フォーカス方向における中心の位置は、前記第一マグネットと前記第二マグネットの全体の前記フォーカス方向における中心の位置と同じである、
    請求項１に記載の表面検査装置。
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