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JP2024086012A - Inspection Equipment - Google Patents

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JP2024086012A
JP2024086012A JP2022200858A JP2022200858A JP2024086012A JP 2024086012 A JP2024086012 A JP 2024086012A JP 2022200858 A JP2022200858 A JP 2022200858A JP 2022200858 A JP2022200858 A JP 2022200858A JP 2024086012 A JP2024086012 A JP 2024086012A
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memory element
vertical
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光徳 沼田
Mitsunori Numata
芳紀 大西
Yoshinori Onishi
インギ キム
In Gi Kim
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Abstract

To provide an inspection device that can improve the detection accuracy of a characteristic of an MRAM element.SOLUTION: An inspection device 1 includes: a stage 10 that has a magnetoresistive memory element fixed on a stage surface 13; a plurality of electromagnets 20 that generate a first magnetic field in which a direction of a magnetic field component in a vertical direction perpendicular to the stage surface 13 changes from a first direction to a second direction depending on a position on the stage surface 13 and a second magnetic field in which a direction of the magnetic field component in an in-plane direction parallel to the stage surface 13 changes from a third direction to a fourth direction depending on the position on the stage surface 13; an optical system 30 that irradiates the magnetoresistive memory element with illumination light including polarized light and condenses reflection light of the illumination light reflected by the magnetoresistive memory element; and a detector 40 that detects the reflection light in a case where a position of the magnetoresistive memory element in the first magnetic field is changed and the reflection light in a case where the position of the magnetoresistive memory element in the second magnetic field is changed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、検査装置に関し、例えば、磁気抵抗メモリ素子の磁気特性を検査する検査装置に関する。 This disclosure relates to an inspection device, for example, an inspection device that inspects the magnetic properties of magnetoresistive memory elements.

磁気抵抗メモリ(Magnetoresistive Randam Access Memory)素子(以下、MRAM素子と呼ぶ。)と呼ばれる半導体メモリ素子は、磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction、MTJ)を構成要素とする不揮発性メモリである。半導体生産ラインにおいては、磁気抵抗メモリデバイス(MRAM Device、以下、MRAMデバイスと呼ぶ。)の完成前に、ウエーハ上に形成されたMRAM素子の異常を早期に検査することは、MRAMデバイスの生産の歩留まり向上にとって重要である。MRAMデバイスの完成前の検査のためには、光学的顕微鏡や電子ビームなどによる非破壊の外観検査だけでなく磁場特性を把握しておく必要がある。磁場測定の高速測定手段として、磁気光学カー効果(Magneto-Optical Kerr Effect、MOKE)と呼ばれる磁気光学効果を利用した光学測定が知られている。本手法によれば、MRAMデバイスにおける各MRAM素子に外部磁場を印加し、その磁場強度を変化させながら、反射光における偏光の変化量により、測定点の磁気ヒステリシスループ(Loop)を得ることができる。 A semiconductor memory element called a magnetoresistive random access memory element (hereinafter referred to as an MRAM element) is a non-volatile memory that uses a magnetic tunnel junction (MTJ) as a component. In a semiconductor production line, early inspection of anomalies in MRAM elements formed on a wafer before the completion of a magnetoresistive memory device (hereinafter referred to as an MRAM device) is important for improving the production yield of MRAM devices. In order to inspect MRAM devices before their completion, it is necessary to understand the magnetic field characteristics as well as non-destructive appearance inspection using an optical microscope or electron beam. As a high-speed measurement method for magnetic field measurement, optical measurement using a magneto-optical effect called the magneto-optical Kerr effect (MOKE) is known. According to this method, an external magnetic field is applied to each MRAM element in an MRAM device, and while changing the strength of the magnetic field, the magnetic hysteresis loop at the measurement point can be obtained by measuring the change in polarization of the reflected light.

特許文献1には、2個のコイルを有する電磁石のヨーク間に発生する傾斜磁場を利用して、MRAMデバイスをステージ上でスキャンし、TDI(TDI Delay Integration)カメラでMRAM素子の欠陥を検出する検査装置が記載されている。 Patent Document 1 describes an inspection device that uses a gradient magnetic field generated between the yoke of an electromagnet having two coils to scan an MRAM device on a stage and detects defects in the MRAM element with a TDI (TDI Delay Integration) camera.

特開2022-072599号公報JP 2022-072599 A

特許文献1の検査装置において、垂直磁場(容易軸方向)の磁場反転前後では、水平方向の磁場は、ほぼ一定のため、垂直磁場の特性を検出することが可能である。しかしながら、特許文献1の検査装置は、水平方向の磁場の変化によるMRAM素子の特性変化を検出することが困難であり、MRAM素子の磁気特性の検出精度を向上させることができない。 In the inspection device of Patent Document 1, the horizontal magnetic field is almost constant before and after magnetic field reversal of the vertical magnetic field (easy axis direction), so it is possible to detect the characteristics of the vertical magnetic field. However, the inspection device of Patent Document 1 has difficulty detecting changes in the characteristics of the MRAM element due to changes in the horizontal magnetic field, and is unable to improve the detection accuracy of the magnetic characteristics of the MRAM element.

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、MRAM素子の磁気特性の検出精度を向上させることができる検査装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve these problems, and aims to provide an inspection device that can improve the detection accuracy of the magnetic properties of MRAM elements.

一実施形態の検査装置は、
ステージ面を有するステージであって、ステージ面上に磁気抵抗メモリ素子を固定させたステージと、
前記ステージ面に垂直な垂直方向の磁場成分の向きが前記ステージ面上の位置によって第1向きから前記第1向きの反対向きの第2向きに変化する第1磁場、及び、前記ステージ面に平行な面内方向の前記磁場成分の前記向きが前記ステージ面上の前記位置によって第3向きから前記第3向きの反対向きの第4向きに変化する第2磁場を発生させる複数の電磁石と、
偏光を含む照明光で前記磁気抵抗メモリ素子を照明するとともに、前記照明光が前記磁気抵抗メモリ素子で反射した反射光を集光する光学系と、
前記第1磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の前記反射光、及び、前記第2磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の前記反射光を検出する検出器と、
を備える。
An inspection apparatus according to an embodiment includes:
a stage having a stage surface on which a magnetoresistive memory element is fixed;
a plurality of electromagnets that generate a first magnetic field, the orientation of a magnetic field component in a vertical direction perpendicular to the stage surface changes from a first orientation to a second orientation opposite to the first orientation depending on a position on the stage surface, and a second magnetic field, the orientation of a magnetic field component in an in-plane direction parallel to the stage surface changes from a third orientation to a fourth orientation opposite to the third orientation depending on the position on the stage surface;
an optical system that illuminates the magnetoresistive memory element with illumination light including polarized light and collects light reflected by the magnetoresistive memory element from the illumination light;
a detector for detecting the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element is changed in the first magnetic field and the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element is changed in the second magnetic field;
Equipped with.

上記検査装置において、
前記第1磁場内において前記第1向きから前記第2向きに変化するように前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の第1スキャン方向と前記垂直方向とに垂直な前記磁場成分は、0でもよい。
In the above inspection device,
When the position of the magnetoresistive memory element is changed so as to change from the first orientation to the second orientation within the first magnetic field, the magnetic field component perpendicular to the first scanning direction and the perpendicular direction may be zero.

上記検査装置において、
前記第2磁場内において前記第3向きから前記第4向きに変化するように前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の第2スキャン方向の前記磁場成分及び前記垂直方向の前記磁場成分は、0でもよい。
In the above inspection device,
When the position of the magnetoresistive memory element is changed so as to change from the third orientation to the fourth orientation within the second magnetic field, the magnetic field component in the second scanning direction and the magnetic field component in the perpendicular direction may be zero.

上記検査装置において、
前記複数の前記電磁石は、第1電磁石、第2電磁石、第3電磁石及び第4電磁石を含む少なくとも4つの前記電磁石を含み、
前記第1電磁石は、前記垂直方向に延びた第1垂直部分及び前記面内方向に延びた第1面内部分を有するL字状の第1ヨークの前記第1垂直部分に所定の方向に巻かれた第1コイルを含み、
前記第2電磁石は、前記垂直方向に延びた第2垂直部分及び前記面内方向に延びた第2面内部分を有するL字状の第2ヨークの前記第2垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第2コイルを含み、
前記第3電磁石は、前記垂直方向に延びた第3垂直部分及び前記面内方向に延びた第3面内部分を有するL字状の第3ヨークの前記第3垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第3コイルを含み、
前記第4電磁石は、前記垂直方向に延びた第4垂直部分及び前記面内方向に延びた第4面内部分を有するL字状の第4ヨークの前記第4垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第4コイルを含み、
前記第1面内部分及び前記第2面内部分は、一方向に延び、前記第1面内部分の端部と前記第2面内部分の前記端部とは、前記一方向において、対向し、
前記第3面内部分及び前記第4面内部分は、前記一方向に直交する他方向に延び、前記第3面内部分の前記端部と前記第4面内部分の前記端部とは、前記他方向において、対向し、
前記第1磁場は、前記第1コイルに第5向きの電流を流し、前記第2コイルに前記第5向きの反対向きの第6向きの前記電流を流し、前記第3コイル及び前記第4コイルに流れる前記電流を0とすることにより発生し、
前記第2磁場は、前記第1コイル及び前記第2コイルに前記第5向きの前記電流を流すとともに、前記第3コイル及び前記第4コイルに前記第6向きの前記電流を流すことにより発生してもよい。
In the above inspection device,
the plurality of electromagnets includes at least four electromagnets including a first electromagnet, a second electromagnet, a third electromagnet, and a fourth electromagnet;
the first electromagnet includes a first coil wound in a predetermined direction around a first vertical portion of an L-shaped first yoke having a first vertical portion extending in the vertical direction and a first in-plane portion extending in the in-plane direction,
the second electromagnet includes a second coil wound in the predetermined direction on a second vertical portion of an L-shaped second yoke having a second vertical portion extending in the vertical direction and a second in-plane portion extending in the in-plane direction,
the third electromagnet includes a third coil wound in the predetermined direction around a third vertical portion of an L-shaped third yoke having a third vertical portion extending in the vertical direction and a third in-plane portion extending in the in-plane direction,
the fourth electromagnet includes a fourth coil wound in the predetermined direction on a fourth vertical portion of an L-shaped fourth yoke having a fourth vertical portion extending in the vertical direction and a fourth in-plane portion extending in the in-plane direction,
The first in-plane portion and the second in-plane portion extend in one direction, and an end portion of the first in-plane portion and an end portion of the second in-plane portion face each other in the one direction,
The third in-plane portion and the fourth in-plane portion extend in another direction perpendicular to the one direction, and the end portion of the third in-plane portion and the end portion of the fourth in-plane portion face each other in the other direction,
the first magnetic field is generated by passing a current in a fifth direction through the first coil, passing the current in a sixth direction opposite to the fifth direction through the second coil, and setting the current flowing through the third coil and the fourth coil to zero;
The second magnetic field may be generated by passing the current in the fifth direction through the first coil and the second coil, and passing the current in the sixth direction through the third coil and the fourth coil.

上記検査装置において、前記検出器は、
前記第1磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を前記一方向にスキャンさせた場合の前記反射光を検出し、
前記第2磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を前記一方向及び前記他方向と45°の方向にスキャンさせた場合の前記反射光を検出してもよい。
In the above inspection device, the detector includes:
Detecting the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element in the first magnetic field is scanned in the one direction;
The reflected light may be detected when the position of the magnetoresistive memory element in the second magnetic field is scanned in a direction at an angle of 45° to the one direction and the other direction.

上記検査装置において、
前記検出器が検出した前記反射光の画像を処理する情報処理部をさらに備え、
前記情報処理部は、
前記第1向きの前記磁場成分における前記画像と前記第2向きの前記磁場成分における前記画像との差分画像から、前記垂直方向の前記磁場成分による前記磁気抵抗メモリ素子の欠陥の検査を行ってもよい。
In the above inspection device,
An information processing unit that processes an image of the reflected light detected by the detector is further provided.
The information processing unit includes:
The magnetoresistive memory element may be inspected for defects caused by the magnetic field component in the perpendicular direction from a difference image between the image in the magnetic field component in the first orientation and the image in the magnetic field component in the second orientation.

上記検査装置において、
前記検出器が検出した前記反射光の画像を処理する情報処理部をさらに備え、
前記情報処理部は、
前記第3向きの前記磁場成分における前記画像と前記第4向きの前記磁場成分における前記画像との差分画像から、前記面内方向の前記磁場成分による前記磁気抵抗メモリ素子の欠陥の検査を行ってもよい。
In the above inspection device,
An information processing unit that processes an image of the reflected light detected by the detector is further provided.
The information processing unit includes:
The magnetoresistive memory element may be inspected for defects caused by the magnetic field component in the in-plane direction from a difference image between the image in the magnetic field component in the third orientation and the image in the magnetic field component in the fourth orientation.

本開示の検査装置によれば、MRAMの磁気特性の検出精度を向上させることができる検査装置を提供することができる。 The inspection device disclosed herein can provide an inspection device that can improve the detection accuracy of the magnetic properties of MRAM.

実施形態1に係る検査装置を例示した断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating an inspection device according to a first embodiment. 実施形態1に係る検査装置の電磁石を例示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an electromagnet of the inspection device according to the first embodiment. 実施形態1に係るVSMによるMRAM素子の容易軸方向の磁気特性を例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、磁化を示す。4 is a graph illustrating magnetic properties in an easy axis direction of an MRAM element using the VSM according to the first embodiment, in which the horizontal axis indicates an external magnetic field and the vertical axis indicates magnetization. 実施形態1に係るVSMによるMRAM素子の困難軸方向の磁気特性を例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、磁化を示す。4 is a graph illustrating magnetic properties in the hard axis direction of the MRAM element using the VSM according to the first embodiment, where the horizontal axis indicates an external magnetic field and the vertical axis indicates magnetization. 実施形態1に係るステージ面に垂直な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合のコイルの通電を例示した図である。5A and 5B are diagrams illustrating current flow through a coil when a magnetic field having a magnetic field component perpendicular to a stage surface is applied to an MRAM element according to the first embodiment. 実施形態1に係る第1スキャン軸に沿ったα軸方向、第1スキャン軸に垂直なβ軸方向及びγ軸方向の磁束密度を例示したグラフであり、横軸は、α軸に沿った位置を示し、縦軸は、磁束密度を示す。1 is a graph illustrating magnetic flux density in the α-axis direction along the first scan axis, and in the β-axis and γ-axis directions perpendicular to the first scan axis in embodiment 1, where the horizontal axis indicates position along the α-axis and the vertical axis indicates magnetic flux density. 実施形態1に係るαγ平面内の磁束密度ベクトルを例示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating magnetic flux density vectors in an αγ plane according to the first embodiment. 実施形態1に係るステージ面に平行な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合のコイルの通電を例示した図である。5A and 5B are diagrams illustrating current flow through a coil when a magnetic field having a magnetic field component parallel to a stage surface is applied to an MRAM element according to the first embodiment. 実施形態1に係る第2スキャン軸に沿ったα軸方向、第2スキャン軸に垂直なβ軸方向及びγ軸方向の磁束密度を例示したグラフであり、横軸は、α軸に沿った位置を示し、縦軸は、磁束密度を示す。1 is a graph illustrating magnetic flux density in the α-axis direction along the second scan axis, and in the β-axis and γ-axis directions perpendicular to the second scan axis in embodiment 1, where the horizontal axis indicates position along the α-axis and the vertical axis indicates magnetic flux density. 実施形態1に係るαβ平面内の磁束密度ベクトルを例示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating magnetic flux density vectors in an αβ plane according to the first embodiment. MRAM素子の磁気特性を例示した図であり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、カー回転角を示す。1 is a diagram illustrating the magnetic characteristics of an MRAM element, in which the horizontal axis indicates an external magnetic field and the vertical axis indicates the Kerr rotation angle. MRAM素子の磁気特性を例示した図であり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、カー回転角を示す。1 is a diagram illustrating the magnetic characteristics of an MRAM element, in which the horizontal axis indicates an external magnetic field and the vertical axis indicates the Kerr rotation angle. 実施形態1に係るウエーハを例示した平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a wafer according to the first embodiment. 実施形態1に係る検査装置の詳細を例示した構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating details of an inspection device according to the first embodiment. 実施形態1に係るMRAM素子を含むウエーハの検査方法を例示したフローチャート図である。FIG. 2 is a flow chart illustrating a method for inspecting a wafer including MRAM elements according to the first embodiment. 実施形態1に係るMRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。4 is a flow chart illustrating a method for inspecting magnetic properties in a perpendicular direction of the MRAM element according to the first embodiment; FIG. 実施形態1に係るMRAM素子における面内方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。4 is a flow chart illustrating a method for inspecting magnetic characteristics in an in-plane direction of the MRAM element according to the first embodiment. FIG. 実施形態2に係るMRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。FIG. 11 is a flow chart illustrating a method for inspecting magnetic properties in the perpendicular direction of an MRAM element according to the second embodiment. 実施形態2に係るMRAM素子における面内方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。FIG. 11 is a flow chart illustrating a method for inspecting the magnetic characteristics in the in-plane direction of an MRAM element according to the second embodiment.

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び、簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 For clarity of explanation, the following description and drawings have been omitted and simplified as appropriate. In addition, the same elements in each drawing are given the same reference numerals, and duplicate explanations have been omitted as necessary.

(実施形態1)
実施形態1に係る検査装置を説明する。図1は、実施形態1に係る検査装置を例示した断面図である。図2は、実施形態1に係る検査装置の電磁石を例示した斜視図である。図1では、図が煩雑にならないように、いくつかの部材のハッチングを省略するとともに、いくつかの符号を省略している。以下の図でも同様である。図1及び図2に示すように、検査装置1は、ステージ10、複数の電磁石20、光学系30、検出器40及び情報処理部50を備えている。以下で、<1.ステージ>、<2.複数の電磁石>、<3.光学系>、<4.検出器>及び<5.情報処理部>を説明する。その後、<6.検査装置の詳細>及び<7.検査方法>を説明する。なお、<2.複数の電磁石>において、<2-1.MRAM素子の磁気特性>、<2-2.ステージ面に垂直な方向の磁場印加>及び<2-3.ステージ面と平行な方向の磁場印加>を説明する。
(Embodiment 1)
An inspection device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the inspection device according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view illustrating an electromagnet of the inspection device according to the first embodiment. In FIG. 1, in order to avoid the diagram from becoming complicated, hatching of some members is omitted, and some reference numerals are omitted. The same applies to the following figures. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the inspection device 1 includes a stage 10, a plurality of electromagnets 20, an optical system 30, a detector 40, and an information processing unit 50. Below, <1. Stage>, <2. Multiple electromagnets>, <3. Optical system>, <4. Detector>, and <5. Information processing unit> will be described. After that, <6. Details of the inspection device> and <7. Inspection method> will be described. In addition, in <2. Multiple electromagnets>, <2-1. Magnetic properties of MRAM element>, <2-2. Application of magnetic field perpendicular to stage surface>, and <2-3. Application of magnetic field parallel to stage surface> will be described.

<1.ステージ>
ステージ10は、移動部11及び本体部12を含んでいる。移動部11の上面をステージ面13と呼ぶ。よって、ステージ10は、ステージ面13を有している。ステージ10は、ステージ面13上に磁気抵抗メモリ素子(以下、MRAM素子と呼ぶ。)を固定させる。例えば、ステージ10は、ステージ面13上に、MRAM素子を含むウエーハWF等の試料を載置する。以下では、試料をウエーハWFとして説明する。なお、試料は、MRAM素子を含めば、ウエーハWFに限らず、半導体装置等でもよい。
<1. Stage>
The stage 10 includes a moving part 11 and a main body part 12. The upper surface of the moving part 11 is called a stage surface 13. Thus, the stage 10 has the stage surface 13. The stage 10 fixes a magnetoresistive memory element (hereinafter referred to as an MRAM element) on the stage surface 13. For example, the stage 10 places a sample such as a wafer WF including an MRAM element on the stage surface 13. In the following, the sample will be described as a wafer WF. Note that the sample is not limited to a wafer WF, and may be a semiconductor device or the like, so long as it includes an MRAM element.

ステージ10における移動部11は、ウエーハWFを固定するためのウエーハチャックを有してもよい。ウエーハWFは、ウエーハチャックによってバキュームあるいは静電気により、ステージ面13上に固定される。ステージ10は、ウエーハWFを移動させるために、リニアモータ、ボールねじ、VCM、ピエゾ等によるアクチュエータを有するXYZθ駆動軸を有してもよい。移動部11は、XYZθ駆動軸に基づいて、本体部12に対して移動する。ステージ面13に平行な面として検査面W0を導入する。 The moving part 11 in the stage 10 may have a wafer chuck for fixing the wafer WF. The wafer WF is fixed on the stage surface 13 by the wafer chuck using vacuum or static electricity. The stage 10 may have an XYZθ drive axis having an actuator such as a linear motor, ball screw, VCM, or piezoelectric to move the wafer WF. The moving part 11 moves relative to the main body part 12 based on the XYZθ drive axis. An inspection surface W0 is introduced as a surface parallel to the stage surface 13.

ここで、検査装置1の説明の便宜のために、XYZ直交座標軸系を導入する。例えば、検査面W0に垂直な方向をZ軸方向とし、検査面W0に平行な面をXY面とする。便宜上、Z軸方向を鉛直方向または垂直方向と呼び、+Z軸方向を上方、-Z軸方向を下方と呼ぶ。XY面を水平面と呼び、XY面に平行な方向を水平方向または面内方向と呼ぶ。なお、鉛直方向、垂直方向、上方、下方、水平面、水平方向及び面内方向は、便宜上のものであり、実際の検査装置1が配置される方向を示すものではない。ステージ10は、XY面内における所定の方向にスキャンすることにより、ウエーハWFに含まれたMRAM素子を検査する。 Here, for convenience of explanation of the inspection device 1, an XYZ Cartesian coordinate system is introduced. For example, the direction perpendicular to the inspection surface W0 is the Z-axis direction, and the plane parallel to the inspection surface W0 is the XY plane. For convenience, the Z-axis direction is called the vertical direction or the vertical direction, the +Z-axis direction is called the upward direction, and the -Z-axis direction is called the downward direction. The XY plane is called the horizontal plane, and the direction parallel to the XY plane is called the horizontal direction or the in-plane direction. Note that the vertical direction, vertical direction, upward, downward, horizontal plane, horizontal direction, and in-plane direction are for convenience only, and do not indicate the direction in which the actual inspection device 1 is disposed. The stage 10 inspects the MRAM elements included in the wafer WF by scanning in a predetermined direction in the XY plane.

例えば、ステージ10は、検査面W0に平行な面内において、X軸方向及びY軸方向を含む所定の方向にウエーハWFを移動可能である。また、ステージ10は、検査面W0に垂直な方向に延びた回転軸を中心にしてステージ面13上のウエーハWFを回転可能である。さらに、ステージ10は、検査面W0に垂直な方向にステージ面13上のウエーハWFを移動可能である。 For example, the stage 10 can move the wafer WF in a predetermined direction, including the X-axis direction and the Y-axis direction, within a plane parallel to the inspection surface W0. The stage 10 can also rotate the wafer WF on the stage surface 13 around a rotation axis extending in a direction perpendicular to the inspection surface W0. The stage 10 can also move the wafer WF on the stage surface 13 in a direction perpendicular to the inspection surface W0.

<2.複数の電磁石>
複数の電磁石20は、電磁石20a~20dを含む少なくとも4個の電磁石20a~20dを含んでもよい。少なくとも4個の電磁石20a~20dを総称して、電磁石20と呼ぶ。電磁石20aと電磁石20bとは、X軸方向に対向して配置されている。電磁石20cと電磁石20dとは、Y軸方向に対向して配置されている。なお、電磁石20は、少なくとも4個の電磁石20a~20dを含んでいれば、5個以上でもよい。その場合には、各電磁石20は、X軸方向及びY軸方向に対向する配置に限らない。
<2. Multiple electromagnets>
The multiple electromagnets 20 may include at least four electromagnets 20a to 20d including electromagnets 20a to 20d. The at least four electromagnets 20a to 20d are collectively referred to as electromagnets 20. Electromagnets 20a and 20b are disposed facing each other in the X-axis direction. Electromagnets 20c and 20d are disposed facing each other in the Y-axis direction. Note that the electromagnets 20 may be five or more as long as they include at least four electromagnets 20a to 20d. In this case, the electromagnets 20 are not limited to being disposed facing each other in the X-axis and Y-axis directions.

電磁石20a~20dは、それぞれ、コイル21a~21dを含んでもよい。コイル21a~21dを総称して、コイル21と呼ぶ。コイル21に流す電流の向きを制御することにより、電磁石20が発生させる磁場の向きを制御することができる。 The electromagnets 20a to 20d may each include a coil 21a to 21d. Coils 21a to 21d are collectively referred to as coil 21. By controlling the direction of the current flowing through coil 21, the direction of the magnetic field generated by electromagnet 20 can be controlled.

電磁石20a~20dは、それぞれ、ヨーク22a~22dに固定されてもよい。ヨーク22a~22dを総称して、ヨーク22と呼ぶ。ヨーク22は、例えば、L字状の形状を有している。ヨーク22は、ステージ面13に垂直な方向に延びた垂直部分23及びステージ面13に平行な方向に延びた面内部分24を有するL字状である。コイル21は、垂直部分23に所定の方向に巻かれている。 The electromagnets 20a to 20d may be fixed to yokes 22a to 22d, respectively. The yokes 22a to 22d are collectively referred to as yoke 22. The yoke 22 has, for example, an L-shape. The yoke 22 is L-shaped with a vertical portion 23 extending in a direction perpendicular to the stage surface 13 and an in-plane portion 24 extending in a direction parallel to the stage surface 13. The coil 21 is wound in a predetermined direction around the vertical portion 23.

具体的には、電磁石20aは、ステージ面13に垂直な方向に延びた垂直部分23a及びステージ面13に平行な方向に延びた面内部分24aを有するL字状のヨーク22aの垂直部分23aに所定の方向に巻かれたコイル21aを含む。電磁石20bは、ステージ面13に垂直な方向に延びた垂直部分23b及びステージ面13に平行な方向に延びた面内部分24bを有するL字状のヨーク22bの垂直部分23bに所定の方向に巻かれたコイル21bを含む。電磁石20cは、ステージ面13に垂直な方向に延びた垂直部分23c及びステージ面13に平行な方向に延びた面内部分24cを有するL字状のヨーク22cの垂直部分23cに所定の方向に巻かれたコイル21cを含む。電磁石20dは、ステージ面13に垂直な方向に延びた垂直部分23d及びステージ面13に平行な方向に延びた面内部分24dを有するL字状のヨーク22dの垂直部分23dに所定の方向に巻かれたコイル21dを含む。 Specifically, the electromagnet 20a includes a coil 21a wound in a predetermined direction on a vertical portion 23a of an L-shaped yoke 22a having a vertical portion 23a extending in a direction perpendicular to the stage surface 13 and an in-plane portion 24a extending in a direction parallel to the stage surface 13. The electromagnet 20b includes a coil 21b wound in a predetermined direction on a vertical portion 23b of an L-shaped yoke 22b having a vertical portion 23b extending in a direction perpendicular to the stage surface 13 and an in-plane portion 24b extending in a direction parallel to the stage surface 13. The electromagnet 20c includes a coil 21c wound in a predetermined direction on a vertical portion 23c of an L-shaped yoke 22c having a vertical portion 23c extending in a direction perpendicular to the stage surface 13 and an in-plane portion 24c extending in a direction parallel to the stage surface 13. The electromagnet 20d includes a coil 21d wound in a predetermined direction on the vertical portion 23d of an L-shaped yoke 22d having a vertical portion 23d extending in a direction perpendicular to the stage surface 13 and an in-plane portion 24d extending in a direction parallel to the stage surface 13.

垂直部分23a~23dを総称して、垂直部分23と呼び、面内部分24a~24dを総称して、面内部分24と呼ぶ。コイル21a~21dは、それぞれ、垂直部分23a~23dに所定の同じ方向に巻かれている。垂直部分23a~23dは、Z軸方向に延びている。垂直部分23a~23dは、それぞれ、電磁石20a~20dの中心軸を通る。各ヨーク22a~22dの上端、すなわち、垂直部分23a~23dの上端は、接続板25に接続されている。垂直部分23a~23dの下端は、それぞれ、面内部分24a~24dの一端に接続されている。 The vertical portions 23a to 23d are collectively referred to as the vertical portions 23, and the in-plane portions 24a to 24d are collectively referred to as the in-plane portions 24. The coils 21a to 21d are wound in the same predetermined direction on the vertical portions 23a to 23d, respectively. The vertical portions 23a to 23d extend in the Z-axis direction. The vertical portions 23a to 23d pass through the central axes of the electromagnets 20a to 20d, respectively. The upper ends of the yokes 22a to 22d, i.e., the upper ends of the vertical portions 23a to 23d, are connected to the connecting plate 25. The lower ends of the vertical portions 23a to 23d are connected to one end of the in-plane portions 24a to 24d, respectively.

ヨーク22aの面内部分24a及びヨーク22bの面内部分24bは、X軸方向に延びている。面内部分24aの一端は、電磁石20aの中心を通る垂直部分23aの下端に接続されている。よって、面内部分24aは、垂直部分23aの下端から+X軸方向に延びている。面内部分24bの一端は、電磁石20bの中心を通る垂直部分23bの下端に接続されている。よって、面内部分24bは、垂直部分23bの下端から-X軸方向に延びている。面内部分24aの端部と、面内部分24bの端部とは、X軸方向において、対向する。 The in-plane portion 24a of the yoke 22a and the in-plane portion 24b of the yoke 22b extend in the X-axis direction. One end of the in-plane portion 24a is connected to the lower end of the vertical portion 23a that passes through the center of the electromagnet 20a. Thus, the in-plane portion 24a extends in the +X-axis direction from the lower end of the vertical portion 23a. One end of the in-plane portion 24b is connected to the lower end of the vertical portion 23b that passes through the center of the electromagnet 20b. Thus, the in-plane portion 24b extends in the -X-axis direction from the lower end of the vertical portion 23b. The end of the in-plane portion 24a and the end of the in-plane portion 24b face each other in the X-axis direction.

ヨーク22cの面内部分24c及びヨーク22dの面内部分24dは、Y軸方向に延びている。面内部分24cの一端は、電磁石20cの中心を通る垂直部分23cの下端に接続されている。よって、面内部分24cは、垂直部分23cの下端から+Y軸方向に延びている。面内部分24dの一端は、電磁石20dの中心を通る垂直部分23dの下端に接続されている。よって、面内部分24dは、垂直部分23dの下端から-Y軸方向に延びている。面内部分24cの端部と、面内部分24dの端部とは、Y軸方向において対向する。 The in-plane portion 24c of the yoke 22c and the in-plane portion 24d of the yoke 22d extend in the Y-axis direction. One end of the in-plane portion 24c is connected to the lower end of the vertical portion 23c that passes through the center of the electromagnet 20c. Thus, the in-plane portion 24c extends in the +Y-axis direction from the lower end of the vertical portion 23c. One end of the in-plane portion 24d is connected to the lower end of the vertical portion 23d that passes through the center of the electromagnet 20d. Thus, the in-plane portion 24d extends in the -Y-axis direction from the lower end of the vertical portion 23d. The end of the in-plane portion 24c and the end of the in-plane portion 24d face each other in the Y-axis direction.

<2-1.MRAM素子の磁気特性>
次に、MRAMの振動試料型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer、以下、VSMと呼ぶ。)による磁気特性を説明する。図3は、実施形態1に係るVSMによるMRAM素子の容易軸方向の磁気特性を例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、磁化を示す。図4は、実施形態1に係るVSMによるMRAM素子の困難軸方向の磁気特性を例示したグラフであり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、磁化を示す。
<2-1. Magnetic properties of MRAM elements>
Next, the magnetic characteristics of the MRAM measured by a vibrating sample magnetometer (hereinafter referred to as VSM) will be described. Fig. 3 is a graph illustrating the magnetic characteristics in the easy axis direction of the MRAM element measured by the VSM according to the first embodiment, where the horizontal axis indicates the external magnetic field and the vertical axis indicates the magnetization. Fig. 4 is a graph illustrating the magnetic characteristics in the hard axis direction of the MRAM element measured by the VSM according to the first embodiment, where the horizontal axis indicates the external magnetic field and the vertical axis indicates the magnetization.

図3に示すように、ウエーハWFの上面に垂直な方向のMRAM素子の磁化は、外部磁界を変化させることにより容易に磁化反転する。ウエーハWFの上面に垂直な方向、すなわち、ステージ面13に垂直な方向を容易軸方向と呼ぶ。一方、図4に示すように、ウエーハWFの上面に平行な方向のMRAM素子の磁化は、外部磁界を変化させることにより磁化反転しにくい。ウエーハWFの上面に平行な方向、すなわち、ステージ面13に平行な方向を困難軸方向と呼ぶ。このように、ウエーハWFの上面に垂直な容易軸方向と、ウエーハWFの上面に平行な困難軸方向とでは、磁気特性が異なる。このため、MRAM素子の欠陥の検査には、容易軸方向及び困難軸方向の2方向の磁気特性を検査することが必要となる。 As shown in FIG. 3, the magnetization of the MRAM element perpendicular to the top surface of the wafer WF is easily reversed by changing the external magnetic field. The direction perpendicular to the top surface of the wafer WF, i.e., the direction perpendicular to the stage surface 13, is called the easy axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 4, the magnetization of the MRAM element parallel to the top surface of the wafer WF is difficult to reverse by changing the external magnetic field. The direction parallel to the top surface of the wafer WF, i.e., the direction parallel to the stage surface 13, is called the hard axis direction. Thus, the easy axis direction perpendicular to the top surface of the wafer WF and the hard axis direction parallel to the top surface of the wafer WF have different magnetic properties. For this reason, it is necessary to inspect the magnetic properties in two directions, the easy axis direction and the hard axis direction, to inspect defects in the MRAM element.

<2-2.ステージ面に垂直な垂直方向の磁場印加>
図5は、実施形態1に係るステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合のコイル21の通電を例示した図である。図5に示すように、ステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合には、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bに、相互に反対向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dのコイル21c及び21dには、電流を印加しない。
<2-2. Application of a magnetic field perpendicular to the stage surface>
5 is a diagram illustrating the current flow through the coil 21 when a magnetic field having a magnetic field component perpendicular to the stage surface 13 according to the first embodiment is applied to the MRAM element. As shown in FIG. 5, when a magnetic field having a magnetic field component perpendicular to the stage surface 13 is applied to the MRAM element, currents in opposite directions are applied to the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b that face each other in the X-axis direction. On the other hand, no current is applied to the coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d that face each other in the Y-axis direction.

つまり、ステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する磁場は、コイル21aに所定の向きの電流を流し、コイル21bに所定の向きの反対向きの電流を流す一方、コイル21c及びコイル21dに流れる電流を0とすることにより発生する。ステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する磁場を第1磁場と呼ぶ。また、ステージ面13に垂直な方向を垂直方向と呼ぶ。第1磁場の場合には、X軸方向に平行なα軸方向をスキャン軸とする。第1磁場の場合のスキャン軸を第1スキャン軸と呼ぶ。XY面内におけるα軸方向に直交する方向をβ軸方向とする。β軸は、Y軸と同じ方向である。α軸方向及びβ軸方向に直交する方向をγ軸とする。γ軸は、Z軸と同じ方向である。β軸及びγ軸は、第1スキャン軸に垂直である。 In other words, a magnetic field having a magnetic field component perpendicular to the stage surface 13 is generated by passing a current in a predetermined direction through coil 21a, passing a current in the opposite direction to the predetermined direction through coil 21b, and setting the current flowing through coils 21c and 21d to zero. A magnetic field having a magnetic field component perpendicular to the stage surface 13 is called the first magnetic field. The direction perpendicular to the stage surface 13 is called the vertical direction. In the case of the first magnetic field, the α-axis direction parallel to the X-axis direction is the scan axis. The scan axis in the case of the first magnetic field is called the first scan axis. The direction perpendicular to the α-axis direction in the XY plane is the β-axis direction. The β-axis is in the same direction as the Y-axis. The direction perpendicular to the α-axis direction and the β-axis direction is the γ-axis. The γ-axis is in the same direction as the Z-axis. The β-axis and γ-axis are perpendicular to the first scan axis.

図6は、実施形態1に係る第1スキャン軸に沿った位α軸方向、第1スキャン軸に垂直なβ軸方向及びγ軸方向の磁束密度を例示したグラフであり、横軸は、α軸に沿った位置を示し、縦軸は、磁束密度を示す。図7は、実施形態1に係るαγ平面内の磁束密度ベクトルを例示した図である。 Figure 6 is a graph illustrating magnetic flux density in the α-axis direction along the first scan axis, and in the β-axis direction and γ-axis direction perpendicular to the first scan axis according to embodiment 1, where the horizontal axis indicates position along the α-axis and the vertical axis indicates magnetic flux density. Figure 7 is a diagram illustrating magnetic flux density vectors in the αγ plane according to embodiment 1.

図6及び図7に示すように、第1磁場は、垂直方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって一方の向きから反対向きに変化する。ステージ面13に平行な方向の磁場成分は、一定である。つまり、ヨーク22aの面内部分24aの端部とヨーク22bの面内部分24bの端部との間において、γ軸方向の磁場成分は反転し、α軸方向の磁場成分は、所定の値で一定であり、β軸方向の磁場成分は0である。このように、第1磁場内においてγ軸方向の磁場成分の向きを一方の向きから反対の向きに変化するようにMRAM素子の位置を変化させた場合のα軸方向及びγ軸方向に垂直な磁場成分は、0である。ここで、磁場成分が0とは、厳密な0だけでなく、不可避な測定誤差を含む範囲で0であることを意味する。 As shown in Figures 6 and 7, the first magnetic field has a vertical magnetic field component whose orientation changes from one direction to the opposite direction depending on the position on the stage surface 13. The magnetic field component parallel to the stage surface 13 is constant. In other words, between the end of the in-plane portion 24a of the yoke 22a and the end of the in-plane portion 24b of the yoke 22b, the magnetic field component in the γ-axis direction is reversed, the magnetic field component in the α-axis direction is constant at a predetermined value, and the magnetic field component in the β-axis direction is zero. In this way, when the position of the MRAM element is changed so that the orientation of the magnetic field component in the γ-axis direction in the first magnetic field changes from one direction to the opposite direction, the magnetic field components perpendicular to the α-axis and γ-axis directions are zero. Here, a magnetic field component of zero means not only strictly zero, but also zero within a range that includes unavoidable measurement errors.

第1スキャン軸に沿ってウエーハWFを移動させることにより、ウエーハWFに含まれたMRAM素子に対して印加される垂直方向の磁場成分の符号を変えることができるとともに、β軸方向の磁場成分を0に保つことができる。 By moving the wafer WF along the first scan axis, the sign of the vertical magnetic field component applied to the MRAM elements contained in the wafer WF can be changed while the magnetic field component in the β-axis direction can be kept at zero.

このように、複数の電磁石20は、容易軸方向の磁場成分を含む磁場を発生させる。容易軸方向は、例えば、ステージ面13に垂直なZ軸方向である。複数の電磁石20は、垂直方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって第1向きから第1向きの反対向きの第2向きに変化する第1磁場を発生させる。 In this way, the multiple electromagnets 20 generate a magnetic field that includes a magnetic field component in the easy axis direction. The easy axis direction is, for example, the Z-axis direction perpendicular to the stage surface 13. The multiple electromagnets 20 generate a first magnetic field in which the orientation of the perpendicular magnetic field component changes from a first orientation to a second orientation opposite to the first orientation depending on the position on the stage surface 13.

<2-3.ステージ面に平行な面内方向の磁場印加>
図8は、実施形態1に係るステージ面13に平行な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合のコイル21の通電を例示した図である。図8に示すように、ステージ面13に平行な方向の磁場成分を有する磁場をMRAM素子に印加する場合には、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bに、同じ所定の向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dのコイル21c及び21dには、コイル21a及び21bと反対向きの電流を印加する。
<2-3. Application of a magnetic field in a plane parallel to the stage surface>
8 is a diagram illustrating the current flow through the coil 21 when a magnetic field having a magnetic field component parallel to the stage surface 13 according to the first embodiment is applied to the MRAM element. As shown in FIG. 8, when a magnetic field having a magnetic field component parallel to the stage surface 13 is applied to the MRAM element, currents of the same predetermined direction are applied to the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b that face each other in the X-axis direction. On the other hand, currents of the opposite direction to that of the coils 21a and 21b are applied to the coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d that face each other in the Y-axis direction.

つまり、ステージ面13に平行な方向の磁場成分を有する磁場は、コイル21a及びコイル21bに所定の向きの電流を流すとともに、コイル21c及びコイル21dに所定の向きと反対向きの電流を流すことにより発生する。ステージ面13に平行な方向の磁場成分を有する磁場を第2磁場と呼ぶ。また、ステージ面13に平行な方向を面内方向と呼ぶ。XYZ直交座標軸系を複数の電磁石20に固定すると、第2磁場の場合には、X軸及びY軸に45°の角度を有するα軸方向をスキャン軸とする。第2磁場の場合のスキャン軸を第2スキャン軸と呼ぶ。XY面内におけるα軸方向に直交する方向をβ軸方向とする。α軸方向及びβ軸方向に直交する方向をγ軸とする。γ軸は、Z軸と同じ方向である。 In other words, a magnetic field having a magnetic field component parallel to the stage surface 13 is generated by passing a current in a predetermined direction through coils 21a and 21b, and passing a current in the opposite direction to the predetermined direction through coils 21c and 21d. A magnetic field having a magnetic field component parallel to the stage surface 13 is called the second magnetic field. The direction parallel to the stage surface 13 is called the in-plane direction. When the XYZ orthogonal coordinate axis system is fixed to the multiple electromagnets 20, in the case of the second magnetic field, the α-axis direction having an angle of 45° with the X-axis and Y-axis is the scan axis. The scan axis in the case of the second magnetic field is called the second scan axis. The direction perpendicular to the α-axis direction in the XY plane is the β-axis direction. The direction perpendicular to the α-axis direction and the β-axis direction is the γ-axis. The γ-axis is in the same direction as the Z-axis.

図9は、実施形態1に係る第2スキャン軸に沿ったα軸方向、第2スキャン軸に垂直なβ軸方向及びγ軸方向の磁束密度を例示したグラフであり、横軸は、α軸に沿った位置を示し、縦軸は、磁束密度を示す。図10は、実施形態1に係るαβ平面内の磁束密度ベクトルを例示した図である。 Figure 9 is a graph illustrating magnetic flux density in the α-axis direction along the second scan axis, and in the β-axis and γ-axis directions perpendicular to the second scan axis according to embodiment 1, where the horizontal axis indicates position along the α-axis and the vertical axis indicates magnetic flux density. Figure 10 is a diagram illustrating magnetic flux density vectors in the αβ plane according to embodiment 1.

図9及び図10に示すように、第2磁場は、面内方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって一方の向きから反対向きに変化する。ステージ面13に垂直な垂直方向の磁場成分は0である。つまり、ヨーク22aの面内部分24aの端部、ヨーク22bの面内部分24bの端部、ヨーク22cの面内部分24cの端部及びヨーク22dの面内部分24dの端部に囲まれた空間において、β軸方向の磁場成分は反転し、α軸方向及びγ軸方向の磁場成分は、0である。このように、第2磁場内においてβ軸方向の磁場成分の向きを一方の向きから反対の向きに変化するようにMRAM素子の位置を変化させた場合のα軸方向の磁場成分及びγ軸方向の磁場成分は、0である。ここで、磁場成分が0とは、厳密な0だけでなく、不可避な測定誤差を含む範囲で0であることを意味する。 9 and 10, the second magnetic field has an in-plane magnetic field component whose direction changes from one direction to the opposite direction depending on the position on the stage surface 13. The magnetic field component in the vertical direction perpendicular to the stage surface 13 is 0. That is, in the space surrounded by the end of the in-plane portion 24a of the yoke 22a, the end of the in-plane portion 24b of the yoke 22b, the end of the in-plane portion 24c of the yoke 22c, and the end of the in-plane portion 24d of the yoke 22d, the magnetic field component in the β-axis direction is reversed, and the magnetic field components in the α-axis direction and the γ-axis direction are 0. In this way, when the position of the MRAM element is changed so that the direction of the magnetic field component in the β-axis direction changes from one direction to the opposite direction in the second magnetic field, the magnetic field components in the α-axis direction and the γ-axis direction are 0. Here, the magnetic field component being 0 means not only strictly 0, but also 0 within a range including unavoidable measurement errors.

第2スキャン軸に沿ってウエーハWFを移動させることにより、ウエーハWFに含まれたMRAM素子に対して印加されるβ軸方向の磁場成分の符号を変えることができるとともに、α軸方向の磁場成分及びγ軸方向の磁場成分を0に保つことができる。 By moving the wafer WF along the second scan axis, the sign of the magnetic field component in the β-axis direction applied to the MRAM element contained in the wafer WF can be changed, while the magnetic field components in the α-axis direction and the γ-axis direction can be kept at zero.

このように、複数の電磁石20は、困難軸方向の磁場成分を含む磁場を発生させる。困難軸方向は、例えば、容易軸方向と垂直な方向である。複数の電磁石20は、ステージ面13に平行な面内方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって第3向きから第3向きの反対向きの第4向きに変化する第2磁場を発生させる。 In this way, the multiple electromagnets 20 generate a magnetic field that includes a magnetic field component in the hard axis direction. The hard axis direction is, for example, a direction perpendicular to the easy axis direction. The multiple electromagnets 20 generate a second magnetic field in which the direction of the magnetic field component in the in-plane direction parallel to the stage surface 13 changes from a third orientation to a fourth orientation opposite to the third orientation depending on the position on the stage surface 13.

<3.光学系>
光学系30は、光学顕微鏡を含んでもよい。光学顕微鏡は、ウエーハWFの表面を結像する。光学系30は、偏光を含む照明光でMRAM素子を照明するとともに、照明光がMRAM素子で反射した反射光を集光する。光学系30は、光源31、レンズL1~L3、偏光子32、ミラーM1、対物レンズ33、検光子34を含む。光学系30は、これ以外の光学素子を含んでもよい。
3. Optical System
The optical system 30 may include an optical microscope. The optical microscope forms an image of the surface of the wafer WF. The optical system 30 illuminates the MRAM element with illumination light including polarized light, and collects light reflected from the MRAM element by the illumination light. The optical system 30 includes a light source 31, lenses L1 to L3, a polarizer 32, a mirror M1, an objective lens 33, and an analyzer 34. The optical system 30 may include other optical elements.

光源31は照明光を出射する。照明光は、例えば、レーザ光である。光源31から出射した照明光は、偏光子32によって直線偏光を含むように変換される。直線偏光を含む照明光は、ミラーM1によって反射し、対物レンズ33によってウエーハWFに集光される。なお、ミラーM1は、例えば、無偏光ビームスプリッタである。 The light source 31 emits illumination light. The illumination light is, for example, laser light. The illumination light emitted from the light source 31 is converted by the polarizer 32 to include linearly polarized light. The illumination light including linearly polarized light is reflected by the mirror M1 and focused on the wafer WF by the objective lens 33. The mirror M1 is, for example, a non-polarizing beam splitter.

対物レンズ33は、ウエーハWF上のパターンを結像するためのもので、一般的に非磁性のものが選ばれる。ウエーハWFがMRAM素子を含む場合には、磁気光学カー効果によって、直線偏光の偏光角が変化する。 The objective lens 33 is used to image the pattern on the wafer WF, and is generally non-magnetic. If the wafer WF contains an MRAM element, the polarization angle of the linearly polarized light changes due to the magneto-optical Kerr effect.

図11は、MRAM素子の磁気特性を例示した図であり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、カー(Kerr)回転角を示す。図11に示すように、外部磁場が0の場合から外部磁場を大きくすると、カー回転角は大きくなる。しかしながら、カー回転角は、ある一定値に達すると飽和し、外部磁場を大きくしても変化しなくなる。次に、飽和した状態から外部磁場を小さくすると、カー回転角は小さくなる。そして、外部磁場を0にしても、カー回転角が残留する。外部磁場をさらに小さくすると、カー回転角は、ある一定値に達し、飽和する。よって、外部磁場を小さくしても変化しなくなる。飽和した状態から外部磁場を大きくすると、カー回転角は大きくなる。外部磁場を大きくする場合と、外部磁場を小さくする場合とでは、カー回転角の値の経路に違いが生じる。このように、カー回転角は、外部磁場を大きくする場合と、外部磁場を小さくする場合とでは、別のルートをたどるヒステリシス曲線を形成する。 Figure 11 is a diagram illustrating the magnetic characteristics of an MRAM element, where the horizontal axis indicates the external magnetic field and the vertical axis indicates the Kerr rotation angle. As shown in Figure 11, when the external magnetic field is increased from 0, the Kerr rotation angle increases. However, the Kerr rotation angle saturates when it reaches a certain value and does not change even if the external magnetic field is increased. Next, when the external magnetic field is decreased from the saturated state, the Kerr rotation angle decreases. Then, even if the external magnetic field is reduced to 0, the Kerr rotation angle remains. When the external magnetic field is further reduced, the Kerr rotation angle reaches a certain value and saturates. Therefore, it does not change even if the external magnetic field is reduced. When the external magnetic field is increased from the saturated state, the Kerr rotation angle increases. When the external magnetic field is increased and when the external magnetic field is reduced, the path of the Kerr rotation angle value is different. In this way, the Kerr rotation angle forms a hysteresis curve that follows a different route when the external magnetic field is increased and when the external magnetic field is reduced.

図12は、MRAM素子の磁気特性を例示した図であり、横軸は、外部磁場を示し、縦軸は、カー回転角を示す。図12には、外部磁場Hが、H1、H2及びH3の場合のMRAM素子の偏光状態を含む画像も模式的に示している。図12に示すように、外部磁場を徐々に増加したときに撮像した画像は、外部磁場H=H1、H2、H3で異なるカー回転角による輝度を示す。カー回転角と、検出器40で検出される輝度とは相関関係にある。よって、検出器40で得られた画像から各MRAM素子の保磁力(上の例ではH2の画像の磁場)及びそのばらつきを取得することができる。MRAM素子の大きさがカメラ解像度あるいは光学分解能より小の場合は、観察領域の平均的な磁気特性を取得することとなる。 Figure 12 is a diagram illustrating the magnetic properties of an MRAM element, with the horizontal axis indicating the external magnetic field and the vertical axis indicating the Kerr rotation angle. Figure 12 also shows a schematic image including the polarization state of the MRAM element when the external magnetic field H is H1, H2, and H3. As shown in Figure 12, the image captured when the external magnetic field is gradually increased shows the brightness due to the different Kerr rotation angles for the external magnetic field H = H1, H2, and H3. There is a correlation between the Kerr rotation angle and the brightness detected by the detector 40. Therefore, the coercive force of each MRAM element (the magnetic field of the image of H2 in the above example) and its variation can be obtained from the image obtained by the detector 40. If the size of the MRAM element is smaller than the camera resolution or optical resolution, the average magnetic properties of the observation area are obtained.

ウエーハWFで反射した反射光は、対物レンズ33及びミラーM1を透過し、検光子34に入射する。検光子34は、反射光に含まれる直線偏光の偏光角の変化を検出する。検光子34を透過した反射光は、検出器40に入射する。 The light reflected by the wafer WF passes through the objective lens 33 and mirror M1 and enters the analyzer 34. The analyzer 34 detects the change in the polarization angle of the linearly polarized light contained in the reflected light. The reflected light that passes through the analyzer 34 enters the detector 40.

<4.検出器>
検出器40は、反射光を検出することにより、ウエーハWFのパターンを取得する。検出器40は、ラインセンサ41を含んでもよい。ラインセンサ41は、例えば、TDI(Time Delay Integration)を含んでもよい。検出器40は、第1磁場内におけるMRAM素子の位置を変化させた場合の反射光、及び、第2磁場内におけるMRAM素子の位置を変化させた場合の反射光を検出する。例えば、検出器40は、第1磁場内におけるMRAM素子の位置を第1スキャン軸方向にスキャンさせた場合の反射光を検出する。また、検出器40は、第2磁場内におけるMRAM素子の位置を第2スキャン軸方向にスキャンさせた場合の反射光を検出する。
4. Detector
The detector 40 detects the reflected light to obtain the pattern of the wafer WF. The detector 40 may include a line sensor 41. The line sensor 41 may include, for example, a TDI (Time Delay Integration). The detector 40 detects the reflected light when the position of the MRAM element in the first magnetic field is changed, and the reflected light when the position of the MRAM element in the second magnetic field is changed. For example, the detector 40 detects the reflected light when the position of the MRAM element in the first magnetic field is scanned in the first scan axis direction. The detector 40 also detects the reflected light when the position of the MRAM element in the second magnetic field is scanned in the second scan axis direction.

検査装置1は、偏光子32により直線偏光となった照明光をウエーハWFに照射し、その反射光を、検光子34を通して検出器40に入射させている。検光子34により検出器40に入射する光量が偏光角にしたがって変化するため、磁化分布が画像化される。MRAM素子に印加される磁場を変化させることにより、磁場に応じた偏光角の分布から、ウエーハWF内のMRAM素子の磁気特性を測定することができる。 The inspection device 1 irradiates the wafer WF with illumination light that has been linearly polarized by the polarizer 32, and causes the reflected light to enter the detector 40 through the analyzer 34. The amount of light that enters the detector 40 through the analyzer 34 changes according to the polarization angle, so the magnetization distribution is imaged. By changing the magnetic field applied to the MRAM element, the magnetic characteristics of the MRAM element in the wafer WF can be measured from the distribution of polarization angles according to the magnetic field.

図13は、実施形態1に係るウエーハWFを例示した平面図である。図13に示すように、ウエーハWFは、複数のダイDIEを含んでいる。ダイDIE形成前の垂直磁化膜のベタ膜のみを検査対象としてもよい。ダイDIEは、例えば、X軸方向及びY軸方向に短辺及び長辺を有する長方形である。複数のダイDIEは、ウエーハWFにおいて、X軸方向及びY軸方向に空間的に繰り返し周期性を有するように配置されている。ダイDIEは、複数のMRAM素子を含んでいる。MRAM素子は、アレイ状に並んだ繰り返し周期性を持つ記憶領域を有している。ラインセンサ41は、複数のダイDIEを横切るように、例えば、X軸方向に移動しながら画像を順方向に取得する。X軸方向に沿った1列の画像の取得が終わると、Y軸方向に移動し、再びX軸方向に沿った1列の画像を逆方向から取得する。ウエーハWFのダイDIEを全て検査する場合には、逆方向と順方向を、フィルタ処理やスキャン補正用の数画素を含めて隙間なく画像取得すればよい。 FIG. 13 is a plan view illustrating a wafer WF according to the first embodiment. As shown in FIG. 13, the wafer WF includes a plurality of die DIEs. Only the solid film of the perpendicular magnetization film before the die DIEs are formed may be inspected. The die DIE is, for example, a rectangle having short and long sides in the X-axis and Y-axis directions. The plurality of die DIEs are arranged on the wafer WF so as to have a spatially repeated periodicity in the X-axis and Y-axis directions. The die DIE includes a plurality of MRAM elements. The MRAM elements have storage areas arranged in an array with a repeated periodicity. The line sensor 41 acquires images in the forward direction while moving, for example, in the X-axis direction, across the plurality of die DIEs. After acquiring one row of images along the X-axis direction, the line sensor 41 moves in the Y-axis direction and again acquires one row of images along the X-axis direction from the reverse direction. When inspecting all the dies DIE on a wafer WF, images can be acquired in both the reverse and forward directions without gaps, including a few pixels for filtering and scan correction.

<5.情報処理部>
情報処理部50は、検出器40が検出した反射光の画像を処理する。例えば、情報処理部50は、サーバ装置、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置でもよい。情報処理部50は、第1磁場内における垂直方向の一方の向きの磁場成分における画像と反対向きの磁場成分における画像との差分画像から、垂直方向の磁場成分によるMRAM素子の欠陥の検査を行う。また、情報処理部50は、第2磁場内における面内方向の一方の向きの磁場成分における画像と反対向きの磁場成分における画像との差分画像から、面内方向の磁場成分によるMRAM素子の欠陥の検査を行う。
<5. Information Processing Section>
The information processing unit 50 processes the image of the reflected light detected by the detector 40. For example, the information processing unit 50 may be an information processing device such as a server device or a personal computer. The information processing unit 50 inspects the MRAM element for defects due to the magnetic field component in the vertical direction from a difference image between an image in the magnetic field component in one direction in the vertical direction in the first magnetic field and an image in the magnetic field component in the opposite direction. The information processing unit 50 also inspects the MRAM element for defects due to the magnetic field component in the in-plane direction from a difference image between an image in the magnetic field component in one direction in the in-plane direction in the second magnetic field and an image in the magnetic field component in the opposite direction.

<6.検査装置の詳細>
次に、実施形態1の検査装置の詳細を説明する。図14は、実施形態1に係る検査装置の詳細を例示した構成図である。図14に示すように、検査装置1は、ウエーハWFの搬送に関する装置W1~3、検査装置1の基台に関する部材B1~B4、電源及び制御部60をさらに備えてもよい。
<6. Details of the inspection device>
Next, details of the inspection device of embodiment 1 will be described. Fig. 14 is a configuration diagram illustrating details of the inspection device according to embodiment 1. As shown in Fig. 14, the inspection device 1 may further include devices W1 to W3 related to the transport of the wafer WF, members B1 to B4 related to the base of the inspection device 1, and a power source and control unit 60.

ウエーハWFの搬送に関する装置W1~W3は、ウエーハ搬送ロボットW1、事前ウエーハアライメント装置W2及びウエーハ供給カセットW3を含んでいる。ウエーハ搬送ロボットW1は、検査するウエーハWFをウエーハ供給カセットW3から検査装置1の内部に搬送する。事前ウエーハアライメント装置W2は、ウエーハWFの回転角度やシフトを補正する。ウエーハWFは、事前ウエーハライメント装置PWAで調整後、検査装置1のステージ10に搬送される。 The devices W1 to W3 involved in transporting the wafer WF include a wafer transport robot W1, a pre-wafer alignment device W2, and a wafer supply cassette W3. The wafer transport robot W1 transports the wafer WF to be inspected from the wafer supply cassette W3 into the interior of the inspection device 1. The pre-wafer alignment device W2 corrects the rotation angle and shift of the wafer WF. After being adjusted by the pre-wafer alignment device PWA, the wafer WF is transported to the stage 10 of the inspection device 1.

検査装置1の基台に関する部材B1~B4は、石定盤(Base)B1、アクティブ除振台(Isolator)B2、くさびB3、分散板B4を含んでいる。石定盤B1は、ステージ10、光学系30等の部材が配置される土台となる。アクティブ除振台B2は、石定盤B1上の部材の振動を抑制する。くさびB3は、石定盤B1及びアクティブ除振台B2の水平調整を行う。分散板B4は、床に対する装置荷重を分散させる。電源及び制御部60は、検査装置1に電力を供給するとともに、検査装置1の各部を制御する。 The components B1 to B4 related to the base of the inspection device 1 include a stone base B1, an active vibration isolation table (Isolator) B2, a wedge B3, and a dispersion plate B4. The stone base B1 serves as a base on which components such as the stage 10 and the optical system 30 are placed. The active vibration isolation table B2 suppresses vibrations of components on the stone base B1. The wedge B3 adjusts the level of the stone base B1 and the active vibration isolation table B2. The dispersion plate B4 distributes the device load on the floor. The power supply and control unit 60 supplies power to the inspection device 1 and controls each part of the inspection device 1.

光学系30は、さらに、レンズL4~L9、ミラーM2~M4、及び、フィルタ35~36を含んでもよい。光源31から出射した照明光は、レンズL4を介して、フィルタ35を透過することによって、所定の波長帯域を含むようになる。フィルタ35を透過した照明光は、レンズL5を介してミラーM2で反射する。ミラーM2で反射した照明光は、レンズL1及びL2を介して偏光子32を透過する。偏光子32は、照明光が直線偏光を含むように変換する。直線偏光を含む照明光は、ミラーM1によって反射し、レンズL6を介して対物レンズ33によってウエーハWFに集光される。なお、ミラーM2は、例えば、無偏光ビームスプリッタである。 The optical system 30 may further include lenses L4 to L9, mirrors M2 to M4, and filters 35 to 36. The illumination light emitted from the light source 31 passes through the filter 35 via the lens L4, so that it contains a predetermined wavelength band. The illumination light that passes through the filter 35 is reflected by the mirror M2 via the lens L5. The illumination light reflected by the mirror M2 passes through the polarizer 32 via the lenses L1 and L2. The polarizer 32 converts the illumination light so that it contains linearly polarized light. The illumination light containing linearly polarized light is reflected by the mirror M1 and is focused on the wafer WF by the objective lens 33 via the lens L6. The mirror M2 is, for example, a non-polarizing beam splitter.

ウエーハWFで反射した反射光は、対物レンズ33、レンズL6及びミラーM1を透過し、検光子34に入射する。検光子34は、反射光に含まれる直線偏光の偏光角の変化を検出するアナライザ(Analyzer)として機能する。検光子34及びレンズL7を透過した反射光は、フィルタ36で所定の波長帯域を含むようになる。フィルタ36を透過した反射光は、レンズL8を介して、ミラーM3で反射する。ミラーM3で反射した反射光は、レンズL3を介してラインセンサ41に入射する。AFセンサ37は、ウエーハWF面の焦点を結ぶための部材である。AFセンサ37は、ミラーM4で光をウエーハWFに照射し、反射光を取り込んで焦点調整を行う。AFセンサ37は、光学系30で用いられる照明光及び反射光の波長よりも長いあるいは短いレーザ光を使用する。 The reflected light reflected by the wafer WF passes through the objective lens 33, lens L6, and mirror M1, and enters the analyzer 34. The analyzer 34 functions as an analyzer that detects changes in the polarization angle of the linearly polarized light contained in the reflected light. The reflected light that passes through the analyzer 34 and lens L7 contains a predetermined wavelength band through the filter 36. The reflected light that passes through the filter 36 is reflected by the mirror M3 via the lens L8. The reflected light reflected by the mirror M3 enters the line sensor 41 via the lens L3. The AF sensor 37 is a member for focusing the wafer WF surface. The AF sensor 37 irradiates light onto the wafer WF through the mirror M4, captures the reflected light, and performs focus adjustment. The AF sensor 37 uses laser light that is longer or shorter than the wavelength of the illumination light and reflected light used in the optical system 30.

検出器40は、ウエーハWFのパターンを取得する。検出器40は、複数のラインセンサA1及びA2、並びに、レビューモニタ42を有してもよい。複数のラインセンサA1及びA2は、2個に限らず、3個以上でもよい。検出器40は、例えば、TDI(Time Delay Integration)センサを含んでもよい。レビューモニタ42は、ミラーM3を透過した反射光をレンズL9を介して検出する。レビューモニタ42は、CCD(Charge-Coupled Device)センサを含んでもよい。CCDセンサは、レビューに用いられてもよい。ミラーM3の挿入によって、ラインセンサL1及びL2とレビューモニタ42との光路の切り替えを行う。 The detector 40 acquires the pattern of the wafer WF. The detector 40 may have multiple line sensors A1 and A2, and a review monitor 42. The multiple line sensors A1 and A2 are not limited to two, and may be three or more. The detector 40 may include, for example, a TDI (Time Delay Integration) sensor. The review monitor 42 detects the reflected light that has passed through the mirror M3 via the lens L9. The review monitor 42 may include a CCD (Charge-Coupled Device) sensor. The CCD sensor may be used for review. The optical path between the line sensors L1 and L2 and the review monitor 42 is switched by inserting the mirror M3.

<7.検査方法>
次に、検査方法を説明する。図15は、実施形態1に係るMRAM素子を含むウエーハWFの検査方法を例示したフローチャート図である。図15のステップS11に示すように、まず、ウエーハWFを検査装置1に載置させる。具体的には、ウエーハ搬送ロボットW1は、検査するウエーハWFをウエーハ供給カセットW3から検査装置1の内部に搬送する。
<7. Testing Method>
Next, an inspection method will be described. Fig. 15 is a flow chart illustrating an inspection method for a wafer WF including an MRAM element according to the first embodiment. As shown in step S11 of Fig. 15, first, the wafer WF is placed on the inspection device 1. Specifically, the wafer transport robot W1 transports the wafer WF to be inspected from the wafer supply cassette W3 into the interior of the inspection device 1.

次に、ステップS12に示すように、事前ウエーハライメント装置W2は、ウエーハWFの回転角度やシフトを補正する。ウエーハWFは、事前ウエーハライメント装置W2で調整後、検査装置1のステージ10に搬送される。次に、ステップS13に示すように、ウエーハWFは、ステージ10上で位置合わせが行われる。例えば、レーザ干渉計14を用いてウエーハWFの位置合わせを行う。 Next, as shown in step S12, the pre-wafer alignment device W2 corrects the rotation angle and shift of the wafer WF. After the wafer WF is adjusted by the pre-wafer alignment device W2, it is transferred to the stage 10 of the inspection device 1. Next, as shown in step S13, the wafer WF is aligned on the stage 10. For example, the wafer WF is aligned using a laser interferometer 14.

次に、ステップS14に示すように、MRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査を行う。また、ステップS15に示すように、MRAM素子における面内方向の磁気特性の検査を行う。なお、ステップS14及びステップS15の順序は、これに限らない。ステップS14において、MRAM素子における面内方向の磁気特性の検査を行った後に、ステップS15において、MRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査を行ってもよい。次に、ステップS16に示すように、検査後、ウエーハWFを、ステージ10から除去する。 Next, as shown in step S14, the magnetic properties in the vertical direction of the MRAM element are inspected. Also, as shown in step S15, the magnetic properties in the in-plane direction of the MRAM element are inspected. Note that the order of steps S14 and S15 is not limited to this. After inspecting the magnetic properties in the in-plane direction of the MRAM element in step S14, the magnetic properties in the vertical direction of the MRAM element may be inspected in step S15. Next, as shown in step S16, after the inspection, the wafer WF is removed from the stage 10.

図16は、実施形態1に係るMRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。図16のステップS21に示すように、垂直方向の磁場成分を有する第1磁場を形成する。例えば、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bに、相互に反対向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dの2個のコイル21c及び21dには、電流を印加しない。このようにして、複数の電磁石20を用いて、ステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する第1磁場を発生させる。 Figure 16 is a flow chart illustrating a method for inspecting the magnetic properties in the vertical direction of an MRAM element according to the first embodiment. As shown in step S21 of Figure 16, a first magnetic field having a magnetic field component in the vertical direction is formed. For example, currents in opposite directions are applied to the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b that face each other in the X-axis direction. On the other hand, no current is applied to the two coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d that face each other in the Y-axis direction. In this way, a first magnetic field having a magnetic field component in a direction perpendicular to the stage surface 13 is generated using multiple electromagnets 20.

次に、ステップS22に示すように、ステージ10上のウエーハWFを移動させる。具体的には、ウエーハWFを第1スキャン軸となるα軸に沿ってスキャンさせる。第1磁場内を移動させる際には、第1スキャン軸となるα軸方向は、X軸方向である。このようにして、MRAM素子を第1磁場内においてスキャンさせる。 Next, as shown in step S22, the wafer WF on the stage 10 is moved. Specifically, the wafer WF is scanned along the α-axis, which is the first scan axis. When moving within the first magnetic field, the α-axis direction, which is the first scan axis, is the X-axis direction. In this way, the MRAM element is scanned within the first magnetic field.

次に、ステップS23に示すように、検出器40によって、ウエーハWFのMRAM素子における磁気光学効果のイメージを取得する。具体的には、MRAM素子の磁気光学効果による偏光角を測定する。そして、スキャン中の磁気極性変化前後の差分画像から、垂直方向の磁場成分を有する第1磁場による欠陥検査を行なう。このようにして、MRAM素子を検査する。 Next, as shown in step S23, the detector 40 acquires an image of the magneto-optical effect in the MRAM element of the wafer WF. Specifically, the polarization angle due to the magneto-optical effect of the MRAM element is measured. Then, from the difference images before and after the magnetic polarity change during the scan, a defect inspection is performed using a first magnetic field having a vertical magnetic field component. In this manner, the MRAM element is inspected.

次に、ステップS24に示すように、終了するか判断する。検査すべきMRAM素子がまだあるNoの場合には、ステップS21に戻り、ステップS21~S24を繰り返す。一方、検査すべきMRAM素子がないYesの場合には、終了する。 Next, as shown in step S24, it is determined whether to end the process. If there are still MRAM elements to be tested (No), the process returns to step S21 and steps S21 to S24 are repeated. On the other hand, if there are no MRAM elements to be tested (Yes), the process ends.

図17は、実施形態1に係るMRAM素子における面内方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。図17のステップS31に示すように、面内方向の磁場成分を有する第2磁場を形成する。例えば、複数の電磁石20にXYZ直交座標軸系を固定すると、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bには、同じ所定の向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dのコイル21c及び21dには、コイル21a及び21bと反対向きの電流を印加する。このようにして、ステージ面13に平行な面内方向の磁場成分を有する第2磁場を発生させる。なお、本実施形態では、複数の電磁石20を水平面内で45°回転させ、第2スキャン軸をステージ10に固定させたXYZ直交座標軸系のX軸に合わせる。 17 is a flow chart illustrating an example of a method for inspecting the in-plane magnetic properties of an MRAM element according to the first embodiment. As shown in step S31 of FIG. 17, a second magnetic field having an in-plane magnetic field component is formed. For example, when an XYZ orthogonal coordinate system is fixed to the electromagnets 20, the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b facing each other in the X-axis direction are applied with a current having the same predetermined direction. On the other hand, the coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d facing each other in the Y-axis direction are applied with a current having an opposite direction to that of the coils 21a and 21b. In this way, a second magnetic field having an in-plane magnetic field component parallel to the stage surface 13 is generated. In this embodiment, the electromagnets 20 are rotated 45° in a horizontal plane, and the second scan axis is aligned with the X-axis of the XYZ orthogonal coordinate system fixed to the stage 10.

次に、ステップS32に示すように、ステージ10上のウエーハWFを移動させる。具体的には、ウエーハWFを第2スキャン軸となるα軸に沿って移動させる。このようにして、MRAM素子を第2磁場内において移動させる。 Next, as shown in step S32, the wafer WF on the stage 10 is moved. Specifically, the wafer WF is moved along the α-axis, which is the second scan axis. In this way, the MRAM element is moved within the second magnetic field.

次に、ステップS33に示すように、検出器40によって、ウエーハWFのMRAM素子における磁気光学効果のイメージを取得する。具体的には、MRAM素子の磁気光学効果による偏光角を測定する。このようにして、MRAM素子を検査する。 Next, as shown in step S33, the detector 40 acquires an image of the magneto-optical effect in the MRAM element of the wafer WF. Specifically, the polarization angle due to the magneto-optical effect of the MRAM element is measured. In this manner, the MRAM element is inspected.

次に、ステップS34に示すように、終了するか判断する。検査すべきMRAM素子がまだあるNoの場合には、ステップS31に戻り、ステップS31~S34を繰り返す。一方、検査すべきMRAM素子がないYesの場合には、終了する。 Next, as shown in step S34, it is determined whether to end the process. If there are still MRAM elements to be tested (No), the process returns to step S31 and steps S31 to S34 are repeated. On the other hand, if there are no MRAM elements to be tested (Yes), the process ends.

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の検査装置1は、MRAM素子の欠陥の検査のために、垂直方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって第1向きから第2向きに変化する第1磁場及び面内方向の磁場成分の向きがステージ面13上の位置によって第3向きから第4向きに変化する第2磁場を形成することができる。よって、容易軸方向だけでなく困難軸方向の磁気特性を検出することができ、MRAMの特性の検出精度を向上させることができる。 Next, the effects of this embodiment will be described. In order to inspect defects in MRAM elements, the inspection device 1 of this embodiment can form a first magnetic field in which the orientation of the vertical magnetic field component changes from a first orientation to a second orientation depending on the position on the stage surface 13, and a second magnetic field in which the orientation of the in-plane magnetic field component changes from a third orientation to a fourth orientation depending on the position on the stage surface 13. Therefore, it is possible to detect magnetic characteristics not only in the easy axis direction but also in the hard axis direction, and the detection accuracy of the MRAM characteristics can be improved.

特許文献1の検査装置は、2個のコイルを含む電磁石によって形成された傾斜磁場中において、MRAM素子をスキャンさせることによりMRAM素子の欠陥を検出する。特許文献1の検査装置は、傾斜磁場の垂直方向の磁場成分である容易軸方向の磁場印加による飽和磁化特性を測定する。これにより、特許文献1の検査装置は、ウエーハの欠陥検査を実現している。しかし、MRAM素子の特性把握のためには、磁化しやすい方向の容易軸方向の特性だけでなく、困難軸方向の磁化特性も検査する必要がある。特に、困難軸方向の異方性磁場は、小さな磁場で特性が変化する容易軸方向の磁気特性を変化させずに検査する必要がある。特許文献1の検査装置は、困難軸方向の磁気特性を検出することができないので、MRAMの特性の検出精度を向上させることができない。 The inspection device of Patent Document 1 detects defects in MRAM elements by scanning the MRAM elements in a gradient magnetic field formed by an electromagnet including two coils. The inspection device of Patent Document 1 measures saturation magnetization characteristics by applying a magnetic field in the easy axis direction, which is a magnetic field component perpendicular to the gradient magnetic field. In this way, the inspection device of Patent Document 1 realizes wafer defect inspection. However, in order to grasp the characteristics of MRAM elements, it is necessary to inspect not only the characteristics in the easy axis direction, which is the direction in which magnetization is easy, but also the magnetization characteristics in the hard axis direction. In particular, the anisotropic magnetic field in the hard axis direction needs to be inspected without changing the magnetic characteristics in the easy axis direction, whose characteristics change with a small magnetic field. The inspection device of Patent Document 1 cannot detect the magnetic characteristics in the hard axis direction, and therefore cannot improve the detection accuracy of the MRAM characteristics.

これに対して、本実施形態の検査装置1は、困難軸方向の磁化特性を変化させずに容易軸方向の磁化特性を検出することができるとともに、容易軸方向の磁化特性を変化させずに困難軸方向の磁化特性を検出することができる。よって、MRAMの特性の検出精度を向上させることができる。 In contrast, the inspection device 1 of this embodiment can detect the magnetization characteristics in the easy axis direction without changing the magnetization characteristics in the hard axis direction, and can detect the magnetization characteristics in the hard axis direction without changing the magnetization characteristics in the easy axis direction. This improves the detection accuracy of the MRAM characteristics.

また、本実施形態の検査装置1は、第1磁場及び第2磁場内において、MRAM素子を移動させることにより検査を行う。これに対して、ステージ10を固定し、電磁石に流す電流を変更させることにより、磁場を変化させる方法は、電流の変更に時間を要する。また、高感度な検出のためには、カメラの露光時間を長くする必要がある。特に、ウエーハWFの全面を検査する際には、ウエーハWFにおける各MRAM素子を検査位置に移動させた上で、電磁石に流す電流を変更するという測定を繰り返す必要がある。よって、検査時間の増大が問題となる。 The inspection device 1 of this embodiment performs inspection by moving the MRAM element within the first magnetic field and the second magnetic field. In contrast, a method in which the magnetic field is changed by fixing the stage 10 and changing the current flowing through the electromagnet requires time to change the current. Also, for highly sensitive detection, the exposure time of the camera needs to be long. In particular, when inspecting the entire surface of the wafer WF, it is necessary to repeat measurements in which each MRAM element on the wafer WF is moved to the inspection position and the current flowing through the electromagnet is changed. Therefore, an increase in inspection time becomes a problem.

本実施形態では、電磁石20のコイル21に流す電流を検査中に変化させる必要はないので、電流を変更する時間を削減することができる。また、MRAM素子の移動によって磁気特性を検出することができ、検出器40の露光時間を短縮することができる。 In this embodiment, the current flowing through the coil 21 of the electromagnet 20 does not need to be changed during testing, so the time required to change the current can be reduced. In addition, the magnetic properties can be detected by moving the MRAM element, so the exposure time of the detector 40 can be reduced.

(実施形態2)
次に、実施形態2に係る検査装置を説明する。前述の実施形態1の検査装置1は、垂直方向の磁気特性の検査後に、複数の電磁石20を45°回転させて、MRAM素子をスキャンさせる。一方、本実施形態の検査装置は、垂直方向の磁気特性の検査後に、ステージ10を45°回転させて、MRAM素子をスキャンさせる。
(Embodiment 2)
Next, an inspection device according to embodiment 2 will be described. The inspection device 1 of embodiment 1 described above rotates the multiple electromagnets 20 by 45° to scan the MRAM elements after inspecting the magnetic properties in the vertical direction. On the other hand, the inspection device of this embodiment rotates the stage 10 by 45° to scan the MRAM elements after inspecting the magnetic properties in the vertical direction.

図18は、実施形態2に係るMRAM素子における垂直方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。図18のステップS41に示すように、垂直方向の磁場成分を有する第1磁場を形成する。例えば、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bに、相互に反対向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dの2個のコイル21c及び21dには、電流を印加しない。このようにして、複数の電磁石20を用いて、ステージ面13に垂直な方向の磁場成分を有する第1磁場を発生させる。 Figure 18 is a flow chart illustrating a method for inspecting the magnetic properties in the vertical direction of an MRAM element according to the second embodiment. As shown in step S41 of Figure 18, a first magnetic field having a magnetic field component in the vertical direction is formed. For example, currents in opposite directions are applied to the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b that face each other in the X-axis direction. On the other hand, no current is applied to the two coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d that face each other in the Y-axis direction. In this way, a first magnetic field having a magnetic field component in a direction perpendicular to the stage surface 13 is generated using multiple electromagnets 20.

次に、ステップS42に示すように、ステージ10上のウエーハWFを移動させる。具体的には、ウエーハWFを第1スキャン軸となるα軸に沿ってスキャンさせる。第1磁場内を移動させる際には、第1スキャン軸となるα軸方向は、X軸方向である。このようにして、MRAM素子を第1磁場内においてスキャンさせる。 Next, as shown in step S42, the wafer WF on the stage 10 is moved. Specifically, the wafer WF is scanned along the α-axis, which is the first scan axis. When moving within the first magnetic field, the α-axis direction, which is the first scan axis, is the X-axis direction. In this way, the MRAM element is scanned within the first magnetic field.

次に、ステップS43に示すように、検出器40によって、ウエーハWFのMRAM素子における磁気光学効果のイメージを取得する。具体的には、MRAM素子の磁気光学効果による偏光角を測定する。そして、スキャン中の磁場極性変化前後の差分画像から、垂直方向の磁場成分を有する第1磁場による欠陥検査を行なう。このようにして、MRAM素子を検査する。 Next, as shown in step S43, the detector 40 acquires an image of the magneto-optical effect in the MRAM element of the wafer WF. Specifically, the polarization angle due to the magneto-optical effect of the MRAM element is measured. Then, from the difference images before and after the change in magnetic field polarity during the scan, a defect inspection is performed using a first magnetic field having a vertical magnetic field component. In this manner, the MRAM element is inspected.

次に、ステップS44に示すように、終了するか判断する。検査すべきMRAM素子がまだあるNoの場合には、ステップS41に戻り、ステップS41~S44を繰り返す。一方、検査すべきMRAM素子がないYesの場合には、終了する。 Next, as shown in step S44, it is determined whether to end the process. If there are still MRAM elements to be tested (No), the process returns to step S41 and steps S41 to S44 are repeated. On the other hand, if there are no MRAM elements to be tested (Yes), the process ends.

図19は、実施形態2に係るMRAM素子における面内方向の磁気特性の検査方法を例示したフローチャート図である。図19のステップS51に示すように、面内方向の磁場成分を有する第2磁場を形成する。例えば、複数の電磁石20にXYZ直交座標軸系を固定すると、X軸方向に対向する電磁石20a及び20bのコイル21a及び21bに、同じ所定の向きの電流を印加する。一方、Y軸方向に対向する電磁石20c及び20dのコイル21c及び21dには、コイル21a及び21bと反対向きの電流を印加する。このようにして、ステージ面13に平行な面内方向の磁場成分を有する第2磁場を発生させる。なお、本実施形態では、ステージ10を水平面内で45°回転させ、第2スキャン軸をステージ10に固定させたXYZ直交座標軸系のX軸に合わせる。 19 is a flow chart illustrating an example of a method for inspecting the in-plane magnetic properties of an MRAM element according to the second embodiment. As shown in step S51 of FIG. 19, a second magnetic field having an in-plane magnetic field component is formed. For example, when an XYZ orthogonal coordinate system is fixed to a plurality of electromagnets 20, currents of the same predetermined direction are applied to the coils 21a and 21b of the electromagnets 20a and 20b facing each other in the X-axis direction. On the other hand, currents of the opposite direction to the coils 21a and 21b are applied to the coils 21c and 21d of the electromagnets 20c and 20d facing each other in the Y-axis direction. In this way, a second magnetic field having an in-plane magnetic field component parallel to the stage surface 13 is generated. In this embodiment, the stage 10 is rotated 45° in the horizontal plane, and the second scan axis is aligned with the X-axis of the XYZ orthogonal coordinate system fixed to the stage 10.

次に、ステップS52に示すように、ステージ10上のウエーハWFを移動させる。具体的には、ウエーハWFを第2スキャン軸となるα軸に沿って移動させる。このようにして、MRAM素子を磁場内において移動させる。 Next, as shown in step S52, the wafer WF on the stage 10 is moved. Specifically, the wafer WF is moved along the α-axis, which is the second scan axis. In this way, the MRAM element is moved within the magnetic field.

次に、ステップS53に示すように、検出器40によって、ウエーハWFのMRAM素子における磁気光学効果のイメージを取得する。具体的には、MRAM素子の磁気光学効果による偏光角を測定する。このようにして、MRAM素子を検査する。 Next, as shown in step S53, the detector 40 acquires an image of the magneto-optical effect in the MRAM element of the wafer WF. Specifically, the polarization angle due to the magneto-optical effect of the MRAM element is measured. In this manner, the MRAM element is inspected.

次に、ステップS54に示すように、終了するか判断する。検査すべきMRAM素子がまだあるNoの場合には、ステップS51に戻り、ステップS51~S54を繰り返す。一方、検査すべきMRAM素子がないYesの場合には、終了する。 Next, as shown in step S54, it is determined whether to end the process. If there are still MRAM elements to be tested (No), the process returns to step S51 and steps S51 to S54 are repeated. On the other hand, if there are no MRAM elements to be tested (Yes), the process ends.

本実施形態によれば、複数の電磁石20の代わりに、ステージ10の移動部11を回転させる。これにより、面内方向の磁場を印可した場合のMRAM素子の磁化特性を検出することができる。よって、複数の電磁石20及び光学系30の移動による位置ずれを抑制することができる。 According to this embodiment, the moving part 11 of the stage 10 is rotated instead of the multiple electromagnets 20. This makes it possible to detect the magnetization characteristics of the MRAM element when a magnetic field is applied in the in-plane direction. Therefore, it is possible to suppress positional deviations caused by the movement of the multiple electromagnets 20 and the optical system 30.

なお、本発明は、上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態1~4の各構成を組み合わせたものも本発明の技術思想の範囲内である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention. For example, combinations of the configurations of embodiments 1 to 4 are also within the scope of the technical concept of the present invention.

1 検査装置
10 ステージ
11 移動部
12 本体部
13 ステージ面
14 レーザ干渉計
20、20a、20b、20c、20d 電磁石
21、21a、21b、21c、21d コイル
22、22a、22b、22c、22d ヨーク
23、23a、23b、23c、23d 垂直部分
24、24a、24b、24c、24d 面内部分
25 接続板
30 光学系
31 光源
32 偏光子
33 対物レンズ
34 検光子
35、36 フィルタ
37 AFセンサ
40 検出器
41 ラインセンサ
42 レビューモニタ
50 情報処理部
60 電源及び制御部
A1、A2 ラインセンサ
B1 石定盤
B2 アクティブ除振台
B3 クサビ
B4 分散板
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9 レンズ
M1、M2、M3、M4 ミラー
W0 検査面
W1 ウエーハ搬送ロボット
W2 事前ウエーハアライメント装置
W3 ウエーハ供給カセット
WF ウエーハ
1 Inspection apparatus 10 Stage 11 Moving part 12 Main body part 13 Stage surface 14 Laser interferometer 20, 20a, 20b, 20c, 20d Electromagnet 21, 21a, 21b, 21c, 21d Coil 22, 22a, 22b, 22c, 22d Yoke 23, 23a, 23b, 23c, 23d Vertical part 24, 24a, 24b, 24c, 24d In-plane part 25 Connection plate 30 Optical system 31 Light source 32 Polarizer 33 Objective lens 34 Analyzer 35, 36 Filter 37 AF sensor 40 Detector 41 Line sensor 42 Review monitor 50 Information processing unit 60 Power supply and control unit A1, A2 Line sensor B1 Stone surface plate B2 Active vibration isolation table B3 Wedge B4 Dispersion plates L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9 Lenses M1, M2, M3, M4 Mirror W0 Inspection surface W1 Wafer transport robot W2 Pre-wafer alignment device W3 Wafer supply cassette WF Wafer

Claims (7)

ステージ面を有するステージであって、ステージ面上に磁気抵抗メモリ素子を固定させたステージと、
前記ステージ面に垂直な垂直方向の磁場成分の向きが前記ステージ面上の位置によって第1向きから前記第1向きの反対向きの第2向きに変化する第1磁場、及び、前記ステージ面に平行な面内方向の前記磁場成分の前記向きが前記ステージ面上の前記位置によって第3向きから前記第3向きの反対向きの第4向きに変化する第2磁場を発生させる複数の電磁石と、
偏光を含む照明光で前記磁気抵抗メモリ素子を照明するとともに、前記照明光が前記磁気抵抗メモリ素子で反射した反射光を集光する光学系と、
前記第1磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の前記反射光、及び、前記第2磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の前記反射光を検出する検出器と、
を備えた検査装置。
a stage having a stage surface on which a magnetoresistive memory element is fixed;
a plurality of electromagnets that generate a first magnetic field, the orientation of a magnetic field component in a vertical direction perpendicular to the stage surface changes from a first orientation to a second orientation opposite to the first orientation depending on a position on the stage surface, and a second magnetic field, the orientation of a magnetic field component in an in-plane direction parallel to the stage surface changes from a third orientation to a fourth orientation opposite to the third orientation depending on the position on the stage surface;
an optical system that illuminates the magnetoresistive memory element with illumination light including polarized light and collects light reflected by the magnetoresistive memory element from the illumination light;
a detector for detecting the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element is changed in the first magnetic field and the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element is changed in the second magnetic field;
An inspection device equipped with
前記第1磁場内において前記第1向きから前記第2向きに変化するように前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の第1スキャン方向と前記垂直方向とに垂直な前記磁場成分は、0である、
請求項1に記載の検査装置。
When the position of the magnetoresistive memory element is changed so as to change from the first orientation to the second orientation within the first magnetic field, the magnetic field component perpendicular to the first scanning direction and the perpendicular direction is 0.
2. The inspection device according to claim 1.
前記第2磁場内において前記第3向きから前記第4向きに変化するように前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を変化させた場合の第2スキャン方向の前記磁場成分及び前記垂直方向の前記磁場成分は、0である、
請求項1に記載の検査装置。
When the position of the magnetoresistive memory element is changed so as to change from the third orientation to the fourth orientation within the second magnetic field, the magnetic field component in the second scanning direction and the magnetic field component in the perpendicular direction are zero.
2. The inspection device according to claim 1.
前記複数の前記電磁石は、第1電磁石、第2電磁石、第3電磁石及び第4電磁石を含む少なくとも4つの前記電磁石を含み、
前記第1電磁石は、前記垂直方向に延びた第1垂直部分及び前記面内方向に延びた第1面内部分を有するL字状の第1ヨークの前記第1垂直部分に所定の方向に巻かれた第1コイルを含み、
前記第2電磁石は、前記垂直方向に延びた第2垂直部分及び前記面内方向に延びた第2面内部分を有するL字状の第2ヨークの前記第2垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第2コイルを含み、
前記第3電磁石は、前記垂直方向に延びた第3垂直部分及び前記面内方向に延びた第3面内部分を有するL字状の第3ヨークの前記第3垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第3コイルを含み、
前記第4電磁石は、前記垂直方向に延びた第4垂直部分及び前記面内方向に延びた第4面内部分を有するL字状の第4ヨークの前記第4垂直部分に前記所定の方向に巻かれた第4コイルを含み、
前記第1面内部分及び前記第2面内部分は、一方向に延び、前記第1面内部分の端部と前記第2面内部分の前記端部とは、前記一方向において、対向し、
前記第3面内部分及び前記第4面内部分は、前記一方向に直交する他方向に延び、前記第3面内部分の前記端部と前記第4面内部分の前記端部とは、前記他方向において、対向し、
前記第1磁場は、前記第1コイルに第5向きの電流を流し、前記第2コイルに前記第5向きの反対向きの第6向きの前記電流を流し、前記第3コイル及び前記第4コイルに流れる前記電流を0とすることにより発生し、
前記第2磁場は、前記第1コイル及び前記第2コイルに前記第5向きの前記電流を流すとともに、前記第3コイル及び前記第4コイルに前記第6向きの前記電流を流すことにより発生する、
請求項1に記載の検査装置。
the plurality of electromagnets includes at least four electromagnets including a first electromagnet, a second electromagnet, a third electromagnet, and a fourth electromagnet;
the first electromagnet includes a first coil wound in a predetermined direction around a first vertical portion of an L-shaped first yoke having a first vertical portion extending in the vertical direction and a first in-plane portion extending in the in-plane direction,
the second electromagnet includes a second coil wound in the predetermined direction on a second vertical portion of an L-shaped second yoke having a second vertical portion extending in the vertical direction and a second in-plane portion extending in the in-plane direction,
the third electromagnet includes a third coil wound in the predetermined direction around a third vertical portion of an L-shaped third yoke having a third vertical portion extending in the vertical direction and a third in-plane portion extending in the in-plane direction,
the fourth electromagnet includes a fourth coil wound in the predetermined direction on a fourth vertical portion of an L-shaped fourth yoke having a fourth vertical portion extending in the vertical direction and a fourth in-plane portion extending in the in-plane direction,
The first in-plane portion and the second in-plane portion extend in one direction, and an end portion of the first in-plane portion and an end portion of the second in-plane portion face each other in the one direction,
The third in-plane portion and the fourth in-plane portion extend in another direction perpendicular to the one direction, and the end portion of the third in-plane portion and the end portion of the fourth in-plane portion face each other in the other direction,
the first magnetic field is generated by passing a current in a fifth direction through the first coil, passing the current in a sixth direction opposite to the fifth direction through the second coil, and setting the current flowing through the third coil and the fourth coil to zero;
The second magnetic field is generated by passing the current in the fifth direction through the first coil and the second coil and passing the current in the sixth direction through the third coil and the fourth coil.
2. The inspection device according to claim 1.
前記検出器は、
前記第1磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を前記一方向にスキャンさせた場合の前記反射光を検出し、
前記第2磁場内における前記磁気抵抗メモリ素子の前記位置を前記一方向及び前記他方向と45°の方向にスキャンさせた場合の前記反射光を検出する、
請求項4に記載の検査装置。
The detector comprises:
Detecting the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element in the first magnetic field is scanned in the one direction;
detecting the reflected light when the position of the magnetoresistive memory element in the second magnetic field is scanned in a direction at an angle of 45° to the one direction and the other direction;
5. The inspection apparatus according to claim 4.
前記検出器が検出した前記反射光の画像を処理する情報処理部をさらに備え、
前記情報処理部は、
前記第1向きの前記磁場成分における前記画像と前記第2向きの前記磁場成分における前記画像との差分画像から、前記垂直方向の前記磁場成分による前記磁気抵抗メモリ素子の欠陥の検査を行う、
請求項1に記載の検査装置。
An information processing unit that processes an image of the reflected light detected by the detector is further provided.
The information processing unit includes:
inspecting the magnetoresistive memory element for defects caused by the magnetic field component in the perpendicular direction from a difference image between the image in the magnetic field component in the first direction and the image in the magnetic field component in the second direction;
2. The inspection device according to claim 1.
前記検出器が検出した前記反射光の画像を処理する情報処理部をさらに備え、
前記情報処理部は、
前記第3向きの前記磁場成分における前記画像と前記第4向きの前記磁場成分における前記画像との差分画像から、前記面内方向の前記磁場成分による前記磁気抵抗メモリ素子の欠陥の検査を行う、
請求項1に記載の検査装置。
An information processing unit that processes an image of the reflected light detected by the detector is further provided.
The information processing unit includes:
inspecting the magnetoresistive memory element for defects caused by the magnetic field component in the in-plane direction from a difference image between the image in the magnetic field component in the third orientation and the image in the magnetic field component in the fourth orientation;
2. The inspection device according to claim 1.
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