(57)【要約】一若しくはそれ以上の移動する表面の検査、特にウェハの回転する表面の検査のためのデバイスであって、少なくとも１つの光源、特にレーザ光源と、該光源から放出された光を、検出器に印加される少なくとも１つの参照ビーム及び上記表面に印加される少なくとも１つの測定ビームに、分割するビームスプリッタとを含み、上記測定ビームは、該当する表面の移動方向若しくはその反対方向に少なくとも１つの成分を包含し、上記表面により反射された光は、欠陥の検出時、上記測定ビームに対してシフトされている周波数を有し、上記参照ビームとの重ね合わせが可能である。上記デバイスは、上記シフトされた周波数から上記表面上の欠陥の速度を求め、この速度から上記表面上の欠陥の位置を求める評価ユニットを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一若しくはそれ以上の移動する表面の検査、特にウェハの回転する表面の検査のためのデバイスであって、
少なくとも１つの光源、特にレーザ光源と、
該光源から放出された光を、検出器に印加される少なくとも１つの参照ビーム及び上記表面に印加される少なくとも１つの測定ビームに、分割するビームスプリッタとを含み、
上記測定ビームは、該当する表面の移動方向若しくはその反対方向に少なくとも１つの成分を包含し、
上記表面により反射された光は、少なくとも上記表面上の欠陥の検出時に上記測定ビームに対してシフトされている周波数を有し、且つ、上記参照ビームとの重ね合わせが可能であり、
上記デバイスが、上記シフトされた周波数から上記表面上の欠陥の速度を求め、この速度から上記表面上の欠陥の位置を求める評価ユニットを含むことを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
上記検出器は、上記参照ビームと上記反射光との重ね合わせを検出することができる１つの入射窓を有することを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
２つの検出器が設けられており、上記参照ビームが、第１の検出器により検出可能である一方で、上記参照ビームと上記反射光との重ね合わせが第２の検出器により検出可能であることを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
上記参照ビームと上記反射光との重ね合わせが、光ビーム経路で形成され、かくして得られる上記重ね合わせの像が検出器の入射窓内に投射可能となることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
上記参照ビームと上記反射光との重ね合わせにより形成される入力信号が電気的に評価され、上記反射光の周波数シフトが算出可能であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
回転する欠陥の回転速度は、ドップラの公式により上記周波数シフトから計算できることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
上記欠陥の半径方向の位置は、上記表面の回転周波数が既知である限り、上記欠陥の速度から計算できることを特徴とする、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
上記移動する表面は、その瞬間的な向きを検出するためのデバイスと関連付けられることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
上記表面は、その主軸が延在する平面内で回転可能であり、上記デバイスにより回転角度の検出が可能となることを特徴とする、請求項７記載のデバイス。
【請求項１０】
スケールを基準とする、検査される表面上の欠陥の位置は、上記検出器により検出される信号から決定することができることを特徴とする、請求項４乃至８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
検査されるべき上記表面は、回転モードと共に並進モードで移動できることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
上記光源から放出される上記ビームは、複数の測定ビーム及び一若しくはそれ以上の参照ビームに分割され、複数の表面が同時に検査可能であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
一若しくはそれ以上の移動する表面の検査、特にウェハの回転する表面の検査のための方法であって、
光源、特にレーザ光源から放出された光が、ビームスプリッタによって、検出器に印加される少なくとも１つの参照ビーム及び上記表面に印加される少なくとも１つの測定ビームに分割され、
上記測定ビームは、該当する表面の移動方向若しくはその反対方向に少なくとも１つの成分を包含し、
上記表面により反射された光は、少なくとも上記表面上の欠陥の検出時に上記測定ビームに対してシフトされている周波数を有し、
上記参照ビームは、上記反射光に重ね合わせされ、
上記表面上の欠陥の速度が、上記参照ビームと上記反射光から形成される重ね合わせ信号から算出され、そこから上記表面上の欠陥の位置が算出されることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
交流電圧成分を含む少なくとも１つの電気的入力信号を評価する評価ユニットであって、コンピュータープログラム、特に請求項１３による方法を実行するためのプログラムを記憶しており、
上記コンピュータープログラムは、交流電圧成分から上記入力信号の周波数を求め、この周波数を参照値と比較し、そこからドップラの公式により上記信号間の周波数の差に対応する速度を算出することを特徴とする、評価ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に開示されるような表面の検査のためのデバイス、及び、請求項１３の前提部に開示された方法に関する。
【０００２】
米国特許第５，９２３，４２３号は、その放出するビームがビームスプリッタにおいて２つのサブビームに分割されるレーザ光源を含み、一のサブビームは参照ビームとして光検出器に印加され、他のサブビームは計測ビームとして表面に印加される、表面検査用のデバイスの使用を教示する。計測ビームは、表面移動の方向とは実質的に反対の方向を有する。表面により反射される光は、更なる光ビーム経路（ヘテロダイン検波）で参照ビームに重畳される。空間分解能検出器（例えば光ダイオードのアレイ）は、表面上の表面欠陥の位置特定を提供する。これは、表面に対する検出器の非常に正確な調整を必要とする。分解能は、ＣＣＤカメラのような検出器により制限される。
【０００３】
本発明の目的は、表面上の汚れ若しくは欠陥の測定を高度化することにある。
【０００４】
上記目的は、本発明により、請求項１の特徴部に開示されるデバイス、請求項１３の特徴部に開示される方法、及び、請求項１４の特徴部に開示される評価ユニットによって達成される。効果的な更なる実施例のために請求項２乃至１２に参照がなされる。
【０００５】
検出された欠陥が、ドップラ周波数シフト、これから算出される速度、及び、かくして可能となる位置の算出により位置特定される、本発明によるデバイスの構成によって、非常に高精度に位置を算出することが可能となる。この結果、小さな欠陥の検出を可能とするデバイスの非常に高い分解能が得られる。更に、測定速度は高速である。
【０００６】
表面上に生ずる欠陥（例えば、滞在するパーティクル若しくは内方に延在するダメージ領域（ピンホール））は、移動中、その方向若しくは反対方向に延在する光ビームの成分により照射され、欠陥により反射された光の周波数が、印加された光の周波数に対して変化するようにする。ドップラ効果の使用は、位置の測定を大幅に簡略化する。検出器は、非常に厳密な要求を満足することを必要としない。更に、レーザは、所定のモードで振動する必要はない。欠陥の速度によって、印加された光と反射光との間で生ずる周波数シフトは、容易に測定可能な範囲内、典型的には数１０ｋＨｚのオーダーの範囲内に属し、評価が容易化される。
【０００７】
分解能は、光点の大きさよりも相当に細かい。それ故に、所望の高い分解能にも拘らず、比較的大きな光点が使用可能であり、表面を走査するのに要する時間が低減されることになる。
【０００８】
楕円形の光点が、検査されるべき円形若しくは実質的に円形のウェハの場合に半径方向に延在する主軸により形成されるとき、検査されるべき表面上の異なる位置の欠陥は、光点の異なる領域を横断するだろう。半径方向で外側に位置する欠陥は、内側に位置する欠陥に比して、単位時間当たりに長い距離を移動するので、その速度は増加する。この増加により、周波数のドップラシフトによる測定が可能となる。欠陥の半径方向の位置は、かくして位置特定される。本発明は、かくして、ドップラシフト周波数を基に実行される速度測定によって、検出される欠陥の位置の正確な算出を可能とする。
【０００９】
例えばウェハの回転駆動に関連付けられるデコーダでの、表面の瞬間的な向きの検出が考えられ、更に、例えばウェハの角度位置が欠陥の検出時に決定することができる。欠陥の極座標はかくして完全に既知となる。その際、正確な位置特定が可能である。
【００１０】
本発明の更なる効果及び詳細は、図面を参照して以下で詳細に説明される本発明の実施例により明らかにされる。
【００１１】
図１に示すデバイスの実施例は、所望の単色性及び高強度故に好ましくはレーザ光源として構成される、光源１を含む。しかしながら、レーザ光源の使用は絶対的に必要ではなく、この理由は、放出されたビーム２中に配置されるビームスプリッタ４が、経路が同一となる間のみで小さい可干渉性長さの光線の場合でさえ、元のビーム２から分割されたビーム５，６の干渉をもたらしうるからである。図１は、一の側で、参照ビーム６の異なる経路長さ、他の側で、表面８上に作用するビームの経路長さ、及び、この表面により若しくは欠陥により反射される光の経路長さを示す。かかる場合での反射光１５の参照ビーム６との干渉を可能とするためには、長い可干渉性長さが必要とされ、かかる長さは、レーザにより提供される。
【００１２】
レーザ１は、典型的には例えば波長４８８ｎｍである、略可視領域の単色光を連続的に放射する。感度を向上するためにより短い波長の光源を使用することも可能であるが、表面を囲繞する空気による光の散乱断面も増大する。ヘリウム雰囲気若しくは真空条件での測定も理論上可能であると認められるが、非常に高価となるだろう。
【００１３】
ビームスプリッタ４は、レーザ１により放出されるビームのビーム経路に配置される。ビームスプリッタは、種々の方法で、例えばフレネルの鏡として、ダブルギャップとして、オプティカルチューブとλ／２プレートとの組み合わせとして、若しくは他の知られた機構として構成されてよい。本実施例では、光ビーム２は、２つのビーム５，６にのみ分割される。しかしながら、更なる測定ビーム５に分割することや、例えば複数の表面８を同時に検査することも可能である。
【００１４】
非常に簡易で高価でない構成要素を構成する半透明の鏡は、本実施例のビームスプリッタ４として使用される。
【００１５】
ビームスプリッタ４の前には、例えば２つの円筒形レンズを備えた望遠鏡である光学系３が設けられてよい。光学系３による倍率は一平面でのみ行われる。望遠鏡３は、ビームスプリッタが略楕円形領域内で均一に照明されることを保証し、当該領域外から生じる光点９が楕円形の等高線（コンター）を有するようにする。即ち、楕円形の光点は、検査されるべき円形のウェハ１３の半径方向に延在し、かかるウェハにハンドリングの容易性を増大する切断が提供されうるようにする。
【００１６】
光ビーム２からビームスプリッタ４により分割された測定ビーム５は、偏光ミラー７ａと収束レンズのような収光光学系７ｂとを含む更なる光学系７に印加される。或いは、レンズ３に加えて、収束レンズ７は、表面８上に楕円形の光点９を実現するために円筒形構成を有してもよい。光学系７は、検査されるべきウェハ１３、例えば光学的及び／又は磁気的に読取り可能なデータ担体のためのウェハ、特に被覆を備えるか若しくは備えていないシリコンウェハの回転表面８に、水平の入射角αで接線方向に測定ビームを印加して、当該表面に光点９を形成する。本実施例では、ビームは、ウェハ１３の回転方向Ｕに対向する方向Ｓの成分により印加される。回転方向Ｕの成分による印加も可能である。
【００１７】
光点９は、可動な光学系により、本例では検査すべきウェハ１３の半径方向で、移動でき、従って、表面８の完全な走査が可能となる。入射ビーム２に影響する全体の光学系を代わりに固定状態に維持し、図３に示すような対象物１３の螺旋状の軌跡Ｂを得るように、ウェハ１３を、回転移動に加えて、間欠的に並進移動させることが特に効果的である。光点９は、その位置を保持し、ウェハ１３は、その表面８が完全に走査可能な態様で光点の下方を移動する。
【００１８】
第１実施例（図１）では、光源１が放出したビーム２からビームスプリッタ４で形成される参照ビーム６は、偏光されることなく半透明のミラー３０に印加され、そこで、参照ビーム６の部分６ａが偏光され、更なる部分６ｂが検出器１６の入射窓に直線的に印加される。
【００１９】
ミラー３０での反射により偏光された参照ビームの部分６ａは、更なるミラー３１を介して、一ユニットを形成するように第１の検出器１６に統合されてよい第２の検出器１７の入射窓に印加される。各入射窓の前には、図中で集束レンズの形態で示される各々のコリメーター光学系１６ａ，１７ａが設けられる。
【００２０】
検査される表面８の回転周波数ωは一定であり、それ故に、如何なる欠陥も光点９の下を、主軸の横断的な方向に、一定の回転周波数ωで通過することになる。より外側に位置する粒子（パーティクル）に対する回転速度はｖ＝ｒω（ｒは中心と欠陥１４との半径方向の距離を表わす）は、より内側に位置する粒子に比して高く、欠陥１４の半径方向の位置に依存して、その回転速度が異なる。
【００２１】
サンプル１３は、サンプルホルダ２０に搭載される。サンプルホルダには、その瞬間的な位置、本例では角度の位置を検出する検出器が関連付けられて存在する。欠陥１４が生じているとき、サンプルホルダ２０の該当する回転角度は、光点９を横切る欠陥１４の通過に基づいて決定できる。
【００２２】
欠陥１４が表面上に生じているとき、測定ビーム５は散乱される。散乱光１５は、光学ミラー系３２を介して、参照ビーム６に重畳されるようにミラー３３に投射され、参照ビーム６からの一定成分と反射光１５からの時間的な周期的成分とを備えた時変調信号（図６）を発生することになる。光学系３２は、ドップラ周波数シフトが散乱角に依存しているため、過剰に大きな開口数を有すべきでない。検出される散乱円錐があまりに大きい場合には、それ故に相当な広さの測定周波数が発生する。参照ビーム６ｂに重畳される反射光１５は、光学系１６ａにより第１の感光検出器１６の入射隙間に印加される。検出器１６、若しくは検出器１６，１７は、空間分解モードで検出を行う必要がない。レーザのノイズは、参照ビーム６から形成され検出器１６により検出されるが、検出器１６及び検出器１６の入力信号の比較によって除去することができる。時変調された成分のみが評価のために残存することになる。これは、特異な信号波形を生む。この種の構成要素は、検出器１６，１７を構成し、ノイズ消去検出器とも称される。
【００２３】
反射光１５及び参照ビームの重畳された信号は、欠陥１４の発生の場合のドップラシフトに起因した異なる周波数で変調されているので、測定信号の取得は、適切な周波数を持つ信号のみを評価するようなものであってよい。例えば、空気中での散乱に起因した信号であってこの周波数を有していない信号は、フィルタ処理により除去される。測定窓は、ウェハ１３上の欠陥１４の最も外側の位置に対応する異なる周波数及びウェハ１３上の欠陥１４の最も内側の位置に対応する異なる周波数の形態の周波数を制限するような態様で、事前調整できる。
【００２４】
光源１、表面８及び検出器１６，１７を、適切な偏光及び収光光学系の選択によって実現できる多種多様な方法で配列できることは明らかであろう。当然に、光２は、上方から表面８上への入射である必要はなく、下方向に向けられてもよく，或いは、異なる方法で方向付けされてもよい。検出器１６若しくは検出器１６，１７は、知られた態様で光電検出器として構成されてよく、従って、光信号を電気信号に変換する。典型的には光ダイオードが検出器１６，１７に使用できる。
【００２５】
第２実施例（図５）には、唯一の検出器１６が設けられており、参照ビーム６及び反射ビーム１５からの重畳信号が検出される。これは、図６に示す信号を生み、また、検出器１６のための上記形式の入力信号を構成することになる。しかしながら、第１の実施例とは対照的に、第２の検出器１７が参照ビーム６ａのために設けられていないので、背景抑圧（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；背景物体を検出しないで安定的に対象物を検出する機能）が検出器１６に生ずることがない。信号の時変調は識別することができ、それから周波数シフトを導出できるようにする。
【００２６】
本発明によるデバイス１の機能及び方法が図１の基礎に基づき説明される。
【００２７】
ビームスプリッタ４に形成される測定ビーム５は、光点９内で表面に入射し、測定全体を通して一定である。
【００２８】
理想的に滑らかな表面８の場合、光は、入射角＝出射角という反射条件の下で反射する。従って、光は、検出器１６若しくは検出器１６，１７の何れの入射窓にも入射しない。しかしながら、検出器１６若しくは１７は、参照ビーム６ａ若しくは６ｂからの信号を常に受信する。
【００２９】
欠陥１４が生じているとき、入射光２は散乱される。散乱光１５は、検出器１６により検出することができる。
【００３０】
表面上の欠陥１４の位置は、例えば楕円的に伸長した光点９のような、その主寸法がウェハに対して半径方向に延在する、伸長した光点９の場合でさえ非常に正確に決定することができる。これは、本発明の中心の局面である。光ビーム２をガイドする光学系の設定から、このビームが回転するウェハ１３上のどこに入射するか、即ち、光点９により走査されるストリップが半径方向のどこに位置するかが既知となる。信号が検出器１６で生ずるとき、サンプルホルダ２０の瞬間的な角度位置をデコーダにより判断することができる。
【００３１】
この目的のため、サンプルホルダには、例えば、検出器１６，１７の少なくともいずれかによる信号受信の瞬間にデコーダにより自動的に読み取りされる角度スケールが設けられる。結果として、ウェハ１３を保持するサンプルホルダ２０の回転角ψが既知となる。第２の極座標系として半径方向の距離ｒの算出も可能とするため、反射した散乱光１５の、印加された測定ビーム５に対するドップラ周波数シフトが算出される。可視範囲（１０−７のオーダーの波長λ）の印加した光に対して、公式ν＝ｃ／λ（ｃは、光速（３＊１０８ｍ／ｓ））に従って、１０１５のオーダーの周波数を有することになる。
【００３２】
この周波数の値は、検出器で絶対値として検出できない。結果として、入射する測定ビーム５を基準として僅かだけシフトされている、散乱光１５の周波数ν’も絶対値として検出できない。シフトされた周波数ν’は、波長λ＝ｃ／νに代わってシフトされた波長λ’＝（ｃ−ｖ）／νが適用されなければならない態様で、算出される（ここで、ｖは、図１、図５のｓｉｎαが乗された、測定ビーム５の当てられた欠陥１４の速度）。これから、シフトされた周波数ν’に対して、ν’＝ｃ／（（ｃ−ｖ）／ν）＝ν／（１−ｖ／ｃ）が得られる。
【００３３】
しかしながら、ｖ≪ｃであるので、周波数変化量は非常に小さく、典型的には、ｋＨｚ若しくは１０ｋＨｚの範囲内である。周波数変化量はかくして容易に測定することができる。
【００３４】
元の周波数νで振動する参照ビーム６とシフトされた周波数ν’で振動する反射光１５との重ね合せによって、２つの周波数の差、即ち所謂ドップラシフトは、測定された信号での変調として表わされる。粒子速度ｖは、上記式により算出できる。回転する表面８の回転周波数ωは既知であるので、欠陥１４と中心との間の半径方向の距離ｒがｖ＝ωｒにより計算できる。
【００３５】
回転周波数ωは一定であるので、標準偏差により平均値を決定すべく、検査目的で、部材１３を測定のために何回か回転させることも可能である。誤った計算は、実行することができる。非常に高い精度がかくして欠陥１４の位置の決定において実現される。
【００３６】
本発明によるデバイスは、ウェハ１３の検査に対してのみならず、例えば層を備えた基板、光若しくは磁気記憶メディア、ＣＤ、ＤＶＤ、半導体構造のアプリケーションのためのマスキング等のような、あらゆる他の半導体表面や他の表面の検査に対して適切であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるデバイスの第１実施例を概略的に示す全体図である。
【図２】
サンプルホルダの側面図である。
【図３】
サンプルの軌跡も指示されている、検査されるべき表面の上面図である。
【図４】
図３と同様の視点から、直交座標及び表面欠陥の極座標表現を示す図である。
【図５】
本発明によるデバイスの第２実施例を概略的に示す全体図である。
【図６】
図５に示すデバイスで形成される測定信号を時間の関数として示す図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
2004514889.tif 000004
2004514889.tif 000005
2004514889.tif 000006
2004514889.tif 000007
2004514889.tif 000008
2004514889.tif 000009
2004514889.tif 000010
2004514889.tif 000011
2004514889.tif 000012
2004514889.tif 000013
2004514889.tif 000014
2004514889.tif 000015
2004514889.tif 000016
2004514889.tif 000017
2004514889.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514889.tif 000019
【国際調査報告】
2004514889.tif 000020
2004514889.tif 000021
2004514889.tif 000022