(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物（Ｗ）を受け取るための検査ステーションと、
前記検査ステーションにおいて前記加工物の表面を走査するように位置づけられ配置されたスキャナであって、前記加工物の表面に対し傾いている入射角をもってＰ偏光ビームを投射するために配置された光源（８１）を備えたスキャナ（８０）と、
前記加工物の表面に存在する欠陥によって該加工物の表面から異なった角度で散乱された光成分を集めるように配置された複数のコレクタ（１２１，１２３，１２５）と、
前記複数のコレクタのそれぞれに付随し、それぞれのコレクタに集められた光を検出して信号を生成するための検出器（１２２、１２４、１２６）と
を備えたシステムであって、
前記検出器によって生成された信号を受信し、前記加工物の前記表面からほぼ垂直に散乱された光成分を集めるようにされた第１のコレクタに関連している第１の検出器により生成された信号と、前記加工物の前記表面からほぼ斜めに散乱された光成分を集めるようにされた第２のコレクタに関連している第２の検出器により生成された信号との比較に基づいて粒子欠陥をピット欠陥と区別するシステムコントローラを備えていることを特徴とする表面検査システム。
【請求項２】
前記システムコントローラは、前記散乱された光の角度分布における強度のくぼみ（ディップ）を識別するようにさらになされていることを特徴とする請求項１に記載された表面検査システム。
【請求項３】
前記スキャナは、前記光ビームを前記加工物の表面上へと該加工物表面に垂直な方向から少なくとも−５０°の入射角をもって向けるように位置づけられ配置されていることを特徴とする請求項１に記載された表面検査システム。
【請求項４】
前記第１のコレクタは、前記加工物表面に垂直な方向から約±２０°の角度範囲に散乱された光成分を集めるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載された表面検査システム。
【請求項５】
前記加工物表面上のピット欠陥の場所を特定する第１のマップと、前記加工物表面上の粒子欠陥の場所を特定する第２のマップとを作成するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載された表面検査システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のマップを作成するための手段に機能的に作用するように付随した、前記第１及び第２のマップの視覚的表現を表示するためのビデオディスプレイをさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載された表面検査システム。
【請求項７】
前記システムコントローラは、もし前記第１の検出器が生成した前記信号の前記第２の、検出器が生成した第２の信号に対する比が所定量未満であるならば、欠陥を粒子と特定することを特徴とする請求項１に記載された表面検査システム。
【請求項８】
前記システムコントローラは、前記第１の検出器により生成された前記信号の、前記第２の検出器により生成された前記信号に対する強度比が所定量より大きければ、欠陥をピットと特定することを特徴とする請求項７に記載された表面検査システム。
【請求項９】
加工物の表面に対して傾いている入射角をもって、前記加工物の前記表面に対しＰ偏光ビームを投射するステップと、一前記加工物の表面上に存在する欠陥によって該加工物表面から異なった角度で散乱された光成分を集めるステップとを備えた方法であって、
前記加工物の前記表面からほぼ垂直に散乱されて集められた光成分と前記加工物の前記表面からほぼ斜めに散乱されて集められた光成分との比較に基づいて粒子欠陥をピット欠陥と区別するステップを含んで成ることを特徴とする表面検査方法。
【請求項１０】
前記散乱された光の角度分布における強度のくぼみ（ディップ）を識別することをさらに含んでいることを特徴とする請求項９に記載された表面検査方法。
【請求項１１】
前記加工物表面上のピット欠陥の場所を特定する第１のマップを作成することをさらに含んでいることを特徴とする請求項９または１０に記載された表面検査方法。
【請求項１２】
前記加工物表面上の粒子欠陥の場所を特定する第２のマップを作成することをさらに含んでいることを特徴とする請求項１１に記載された表面検査方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２のマップをビデオディスプレイ上に表示することをさらに含んでいることを特徴とする請求項１２に記載された表面検査方法。
【請求項１４】
前記光ビームを加工物の表面に投射するステップは、前記加工物の垂直方向から少なくとも５０°の入射角で前記加工物上に前記光ビームを投射することを含んで成ることを特徴とする請求項９に記載された表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、表面検査システム及び方法に関し、特に、シリコンウェハのような物品（article）または加工物（workpiece）の表面上の粒子またはピット（pit）のような欠陥の存在を検出し、かつそれらを区別するための、物品または加工物の検査に関する。
発明の背景
表面検査システムは、一般にウェハ表面上の欠陥の存在を検出するためのシリコンウェハのような物品あるいは加工物の検査のために使われる。検査が多数の欠陥を示すとき、再洗浄するためにウェハは送り返される場合がある。もし欠陥がウェハ表面上の粒子あるいは他のデブリであるなら、再洗浄はうまくいく。しかしながら、もし欠陥がウェハ表面のピット（くぼみ）あるいは「ＣＯＰＳ」（crystal originated pits；結晶に起因するピット）であるなら、それらは再洗浄しても除去されない。このような表面検査システムはピット欠陥と粒子欠陥を区別できないので、欠陥がピットあるいは粒子であるかどうかにかかわらず、ウェハは再洗浄のために一般に送り返される。これらの欠陥はピットであるかもしれないから、ウェハを再洗浄することは時間と資源の浪費以上の何ものももたらさないおそれがある。ウェハ表面のピットを表面上にある粒子から区別できることが望ましい。
発明の目的と概要
本発明は、シリコンウェハのような加工物の表面上の粒子あるいはピットのような欠陥を検出するだけではなく、ピット欠陥と粒子欠陥を区別する表面検査システムと方法を提供する。これによって、加工物が粒子欠陥を除去するために再洗浄を必要とするかどうか、あるいは他の手段がとられなければならないかどうかを確かめることが可能になる。
本発明による表面検査システムはまず、加工物を受け取るための検査ステーションと、その検査ステーションにおいて加工物の表面を走査することが出来るように位置づけられ配置されたスキャナを備える。スキャナはＰ偏光ビームを投射するように配置された光源と、加工物表面を横切ってＰ偏光ビームを走査するように位置づけられたスキャナを含む。さらに本システムは、加工物からの散乱光の角度分布の違いを検出し、この違いに基づいて粒子欠陥をピット欠陥から区別する。散乱光の角度分布の違いは、例えば、加工物の表面からの十分に直角の方向を向いた散乱光の量を、加工物の表面からの後方散乱光の量と比較することによって検出することができる。散乱光の角度分布における違いの検出は、例えば、散乱光の強度分布におけるくぼみを識別することも伴う場合がある。
スキャナはなるべく、加工物が回転及び並進移動する間に、比較的狭い走査経路に沿って加工物の表面を横切って走査する。特に、本システムはなるべく、材料経路に沿って加工物を輸送するように配置されたトランスポータと、そのトランスポータに付随し、材料経路に沿って並進移動する間に加工物を回転させるように配置されたローテータを備える。スキャナは、加工物表面全体が螺旋状パターン−でラスタ走査されるように、材料経路に沿って回転及び並進移動する間に加工物の表面を走査するように位置づけられ配置される。スキャナは、Ｐ偏光光源あるいはその光源と同列に位置づけられたＰ偏波フィルタ（P-polarized filter）のいずれかを備える。
コレクタ（collector）も、材料経路に沿って回転及び並進移動する間に、加工物の表面からの反射光及び散乱光を集光するように配置されている。コレクターは、加工物の表面から散乱される光を検出するように位置づけられた暗チャネル検出器を含む。暗チャネル検出器は、加工物の表面と比較して異なった角度の光を集めるように位置づけられ配置された複数のコレクターを含む。各コレクタは、集められた光に応じて電気信号を生成するための光検出器を備える。異なった角度に位置している光検出器からの電気信号は散乱光の角度分布における違いを決定するために比較される。
複数のコレクターは、なるべく加工物からの鏡面反射に関して比較的小さな角度で加工物の表面から前方に散乱された光の成分を集めるように配置された前方チャネルコレクタと、前方チャネルコレクターに隣接するように位置づけられ、そして比較的中間の角度で加工物の表面から十分直角に散乱された光の成分を集めるように配置された中央チャネルコレクタと、中央チャネルコレクタに隣接するように位置づけられ、比較的大きな角度で加工物の表面から後方に散乱された光の成分を集めるように配置された後方チャネルコレクタとを備える。
走査されたビームが、ピットあるいは粒子のような欠陥と接触するとき、光が表面から散乱されて、そしてコレクターによって集められる。散乱光の強度と走査の間の検出時間は、加工物の表面上の欠陥の大きさと位置についての情報を提供する。さらに、欠陥の性質は、すなわちそれがピットあるいは粒子であるか否かにかかわらず、加工物からの散乱光の角度分布における違いを検出することによって確認することができる。例えば、もし欠陥がピットであるなら、中央チャネルコレクターによって検出された散乱光の量は、一般にそれが後方チャネルコレクターによって検出されたものより大きい。一方、もし欠陥が粒子であるなら、中央チャネルコレクターによって検出される光の量は、一般に後方チャネルコレクタ及び／または前方チャネルコレクタによって検出されるものより小さい。暗チャネルコレクターシステムは、その表面内や表面上に、粒子またはピットなどの欠陥を含む物品または加工物の表面の状態のトポグラフィ（topography）をより敏速に識別し、分類し、そして／あるいは提供するための高い感度を備えた、本発明よる表面検査システムを提供する。
本発明の一特定の実施態様によれば、Ｐ偏光ビームは所定の比較的狭い走査経路に沿うように、かつ加工物の表面に対して比較的低い入射角度で向けられる。この方法はなるべく、狭い走査経路が螺旋経路に沿って加工物の表面全体を横断するように、狭い走査の間に加工物の回転及び並進移動を与えることも含む。
本発明の表面検査システムと方法によれば、有利にウェハの表面上の粒子からウェハの表面内のピットを区別して、洗浄や、例えば製造及び収納の条件を変更するなどの他の行動方針が欠陥を治すために使用できるできるかどうかを決定することができる。さらに、本表面検査システムと方法によれば、対象平面において高い空間分解能と小さな視野を提供し、同様に検査プロセスにおける改善されたエッジ検出性能と、改善された反復性を提供し、空気分子からの散乱よって引き起こされる干渉信号を減少させる。
【図面の簡単な説明】
以下、本添付図面を参照しながら説明するつれ、他の利点が明らかとなる。
図１は本発明による表面検査システムの斜視図である。
図２は、本発明による表面検査システムの、材料経路に沿って、ウェハのような加工物を回転及び並進輸送するよう配置されたトランスポータを示した図である。
図３は本発明による表面検査システムの略側面図である。
図３Ａは、本発明による表面検査システムの明チャネル検出器の部分図である。
図４は本発明による表面検査システムの光学式走査システムの略側面図である。
図５は、本発明において、ウェハが検査領域を通って回転及び並進移動する様子を示した略図である。
図６は、本発明によるウェハ表面からの散乱光を集めるための区分化された光学器機を備えた、表面検査システムのコレクタの略図である。
図７は、本発明による表面検査システムのシステム制御装置の略構成図である。
図８は、ウェハ表面内または上の粒子またはピットを区別するために垂直及び非垂直入射角においてＳ偏光とＰ偏光を使用した場合の比較を示した図である。
図９は、ウェハ表面内または上のピットまたは粒子を検出する際に、非垂直入射角においてＰ偏光を使用した場合を説明するための略図である。
図１０は、ウェハ表面上の粒子を検出する際にＰ偏光とＳ偏光を使用した場合の比較を示した図で、実験結果とモデル結果の両方を示している。
図１１は、ウェハ表面内の様々な直径のピットに対する散乱光を検出する際に、非垂直入射角においてＰ偏光を使用した場合を説明するための図である。
図１２は、ウェハ内の様々な直径のピットを検出する際に、Ｐ偏光を使用した場合を説明するための図である。
図１３は、非垂直入射角においてＰ偏光を使用した場合の比較的小さなＣＯＰと粒子の角度分布パターンを示した図である。
図１４は、中間サイズのＣＯＰと粒子の角度分布パターンを示した、図１３に類似した図である。
図１５は、より大きなサイズのＣＯＰと粒子の角度分布パターンを示した、図１３に類似した図である。
図１６は、ＣＯＰと粒子を区別するためのアルゴリズムの適用を説明するためのフローチャートを示した図である。
図１７と図１８は、図１６のアルゴリズムにおける定数がいかに得られるかを説明するためのグラフを示した図である。
図１９はきれいなウェハの粒子マップである。
図２０はきれいなウェハのＣＯＰマップである。
図２１は、既知サイズの粒子欠陥が図１９のウェハ上に堆積した後のウェハ上の粒子マップである。
図２２は、粒子の堆積が存在するがＣＯＰ欠陥として検出されない、図２１のウェハのＣＯＰマップである。
詳細な説明
以下、本発明の特定の実施態様が示された本添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。本発明は、しかしながら、多くの異なった形式で実施されてよく、ここに記述された実施態様に限定されていると解釈すべきではない。むしろ、ここに記述される実施態様は、開示が細部にわたり、かつ完全であるように、そして十分に当業者に本発明の範囲が伝わるように提供される。類似要素には類似符号が全体を通じて引き合いに出される。
シリコンウエハの様な加工物Ｗまたは物品の表面の上の粒子、ピットなどの欠陥を検出するための表面検査システム２０の斜視図である。システム２０の部分は、わかりやすくする目的のために取り壊されており、表面検査システム２０の種々な要素を示すために極めて細い線によって示されている。表面検査システム２０は、堆積フィルムを有するもの、及び有しないもの両方のパターン化されていないウエハＷの表面を検査するために適切に使用される。システム２０はなるべく、加工物Ｗを材料経路Ｐに沿って並行輸送させるための手段と、加工物Ｗが材料経路Ｐに沿って移動するときに、その加工物を回転させるための、並行輸送手段に付随する手段と、材料経路Ｐに沿って回転及び並行移動する間に加工物Ｗの表面Ｓを走査するための手段と、加工物Ｗの表面Ｓからの反射光と散乱光を集めるための手段とを備えている。
図１に示されているように、表面検査システム２０は仕事台２１を備えるワークステーションとして構成される。仕事台の上には一般に、密閉された十分に軽い試験筐体２２、ビデオディスプレイ２３、キーボード２５とマウス２６が置かれる。キャビネット２７はシステム制御装置５０を収納するために仕事台からぶらさげられる。プリンター２９と付随する印刷用紙２９ａを置く棚ユニット２８は、キャビネット２７に隣接している。筐体２２はもっと良く本発明の検査装置を示すために部分的に取り壊されている。ウェハＷの検査はなるべく検査テーブル３１の上の検査ゾーンＺで行われる。自動ウェハ・ハンドリングデバイス（robotic wafer handling device）３２は、カセット３３からテーブル３１上にウェハを荷積みしたり、荷下ろしするために検査ステーション２０に隣接する位置にある。カセット３３は多数のウェハＷを保持し、ドア（図示されていない）を経由してキャビネット２７内に荷積みされる。筐体２２の中のウェハＷの取り扱いは、汚染物あるいは汚れを避けるために人間の手に接触することなく自動的になされる。
図１から図３に最も良く示されているように、表面検査システム２０はなるべく材料経路Ｐに沿って並行移動で加工物Ｗを輸送するための手段を備える。加工物Ｗを輸送するための手段は、材料経路Ｐに沿って、そしてなるべく検査ゾーンあるいはエリアＺを通って、並行移動によって加工物Ｗを輸送するように配置されたトランスポータ４０として示されている。並行移動トランスポータ４０は、図示されているように、なるべく、ギア４２、ギア４２を回転させるように配置されたシャフト４１ａを有するモータ４１、歯が一体的に形成されたガイド３６，３７を備える。モーターシャフト４１ａの上に取り付けられたモーター４１とギア４２は、システム５０のチャックを形成する。チャックのモーター４１は、図示されているように、加工物、すなわちシリコンウェハを図示されているようにウェハの端に沿ってその上に受け取り、複数のそこから上方に延びるフランジ４３ａを有するステージ部分４３になるべく取り付けられる。加工物Ｗのこの取り付け技術によって、加工物の底面をステージ部分４３の上面に隣接的に接触するように位置付けることに関連する汚れまたは他の表面問題が減少する。ステージ部分４３はなるべく、その裏側に固定されたステージガイド部分３８，３９に沿って並行移動によって輸送される。ステージ部分に取り付けられたピストン及びシリンダ構造と、ステージ部分を回転させるためのモータのような他の並進移動及び回転移動手段も当業者に理解されるように本発明に従って使用される場合がある。
同様に、加工物Ｗを回転させるための手段は、回転子４５として図示されているように、トランスポータ４０に付随し、材料経路Ｐに沿って並行輸送する間に加工物Ｗを回転させるように配置される。図示された回転子４５はなるべく、所定の速度においてステージ部分の上に取り付けたウェハの回転を与えるためにステージ部分の裏側に取り付けられたモータ４６を備える。トランスポータ４０と回転子４５はなるべく、材料経路Ｐに沿って回転及び並進輸送する間に加工物の表面を横切って螺旋状の狭角度走査（α）を実現するためにスキャナ８０と同期するように構成される。
図１と図３から図５に図示されているように、スキャナ８０は、材料経路Ｐに沿って回転及び並進輸送する間に加工物Ｗの表面を走査するように位置づけられ、配置される。しかしながら、当業者は、加工物Ｗが静止、または並進移動もしくは回転移動する間に、スキャナ８０を回転及び／または並進移動するよう配置してよいことも理解できよう。さらに、他の材料通路Ｐが使用されてよい。例えば、加工物Ｗとスキャナ８０のいずれもが並行移動しなくてもよく、回転経路においてのみ加工物は検査される。したがって、本発明は、Ｐ偏光ビームＢを生成するためのＰ偏光光源８１またはＰ偏光フィルタと同列に並ぶように位置づけられ、フィルタに結合された光源と、光源を受け取り、加工物Ｗの表面Ｓを走査するための手段、例えば鏡８２，レンズ８４，８６、偏向器８５と、加工物Ｗの回転及び並進走査を与えるための手段、すなわちトランスポータ４０と回転子４５とを備える。
スキャナ８０はなるべく光源８１、すなわちレーザを備え、それはＰ偏光ビームＢを生成するように構成され、あるいはＰ偏光フィルタと同列に並ぶように位置づけられ、フィルタと結合する。Ｐ偏光はなるべく、十分な幅と、０．１ミリメートル未満の半最大値を含むスポットサイズを有する。スキャナは、加工物Ｗが材料経路Ｐに沿って回転及び並進移動するときに、光ビームＢを受け取るように位置づけられ、加工物Ｗの表面Ｗを横切って比較的狭い走査経路（α）に沿って光ビームＢを走査させるように構成された手段も備える。当業者によって理解されるように、光源８１はなるべく、アルゴンイオンまたは固体のような、比較的短い波長の可視光レーザーである。当業者によって理解されるように、レーザー８１は外部光学器械を備えたレーザーの組み合わせでもある。レーザー８１はなるべく約０．６ミリメートル（「ｍｍ」）のビーム直径を有する。
走査手段はなるべく、図示されているように、ビームＢを受け取るように位置づけられ、比較的狭い走査経路（α）に沿ってビームＢをそらすように構成された偏向器８５を備える。偏向器８５はなるべく図示されたような音響光学（ＡＯ）偏向器（あるいは機械的偏向器）であり、比較的狭い走査経路（α）はなるべく０．１ラジアン以下、特に０．０２５〜０．０４０ラジアンの範囲にある。走査経路αはなるべく、図４に最も良く示されているように並行移動の経路Ｐに直接的に対応し、なるべく矢印で示されたように一般に平行な方向にある。例えば高周波数音波を有する水晶を励起させることによって偏向は達成される。高周波数音波は光ビームＢをずらすような方法で入射光と相互作用し、それによって伝搬の角度を変化させる。水晶の種々な周波数が、それに応じてそれに対応する様々な伝搬角度で、水晶を通過する光を偏向させるであろうことは理解されるであろう。もし音波の周波数が鋸状パターンで掃引されるなら、レーザー光線Ｂは振動数に比例する角度（α）にわたって走査される。ＡＯ偏向器８５はなるべく一定の走査速度を提供する。一定の走査速度は物品表面より検出される粒子または欠陥に対して整合的あるいは所定の時間応答を与える。本発明はＡＯ偏向器８５に関連して記述されるけれども、当業者によって理解されるように、検流計、圧電性スキャナ、共振スキャナ（resonant scanner）のような、狭角度走査を実現するための他の手段も本発明によれば使用してもよい。
同様に、ビームエキスパンダ８２はなるべくレーザ光源８１と、音響光学偏向器９５に入射する前に光ビームＢを拡大するための偏向器８５との間に配置される。ビームエキスパンダ８２はなるべく、偏向器８５の走査角を最良に利用するために、偏向器８５の有効な口径をより十分に満たすための手段を提供する。
スキャナ８０はなるべく、偏向器８５と位置的に同列に並び、加工物Ｗが材料経路Ｐに沿って回転及び並進移動するときに、狭い走査経路（α）からの光ビームを（加工物表面にする）比較的低い入射角（θi）で加工物Ｗの表面Ｓに向けて向き付けるように構成された手段も備える。低い入射角（θi）が好ましいけれども、入射角（θi）は本発明の利点を実現するための加工物Ｗに対して直角以外のどんな角でもよい。入射角はなるべく物品表面に直角な方向から４５°よりも大きい、すなわち、加工物Ｗの表面から４５°より小さく、特に好ましくは物品表面に直角な方向から６５〜８５°の範囲にある。
向き付け手段は、レーザ８１からの光線を検査されるべき加工物Ｗの表面Ｓに向けるように構成された、鏡８２と複数の光学レンズ８４，８６として図示されている。光線ＢがＡＯ偏向器８５から伝搬するとき、光線Ｂは、物品が検査ゾーンを通って並進及び回転移動する間に、物品の表面を線形走査するように、光線Ｂをなるべく角度的に正しい方向に置く円筒状レンズ８４を通過する。停止部分８７は、偏向器８５に隣接するように位置づけられた円筒状レンズ８４と位置的に同列に並んでおり、加工物Ｗの表面の走査にとって線形に正しい方向を向いていない光のわずかな部分を停止させる。円筒状レンズ８４の後に位置づけられた光学レンズ８６は、当業者には理解されるように、加工物の表面上に光線の焦点を合わせるための焦点レンズまたはｆシータレンズである。
本発明によるスキャナ８０は光線Ｂをなるべく、図３に最も良く図示されているように螺旋状パターンを実現するために回転運動、直線運動、横断的あるいは並進運動（Ｙ）をさせながら半径方向に走査させる。それにもかかわらず、加工物Ｗのための他のいかなる材料経路Ｐも本発明の利点を実現するために使用してよい。
図１、図３、図３Ａ、そして図６から図７において最も良く示されているように、加工物の表面から光を集めるための手段は好ましくは、加工物Ｗの表面Ｓから鏡面反射された光を検出するように配置された明チャネル検出器１１０と、加工物Ｗの表面Ｓから散乱された光を検出するように配置された、明チャネル検出器１１０に隣接するように位置づけられた暗チャネル検出器１２０とを有するコレクタ１１０である。明チャネル検出器１１０はＰＭＴあるいはフォトダイオードでよく、しかしなるべく、当業者によって理解されるように、四分区間セルデバイス（quadrant-cell device）、すなわち、欠陥または粒子を検出する間に反射光経路の偏差を決定することができるように、Ｘ−Ｙ座標で位置決め検出するように構成された検出器である。このような四分区間セル検出器（quadrant-cell detector）は、米国カリフォルニア州のアドバンスト・フォトニックス社（Advanced Photonix,Inc.）（以前はシリコン・ディテクター社（Silicon Detector Corp.））によって生産されている。特定の構成が図示されているけれども、種々な他の長方形のあるいは多数のセル、すなわち、２セル構成も本発明に従って使用してよいことは理解されるであろう。
暗チャネル検出器１２０はなるべく、お互いに密接的に隣接するように位置づけられ、加工物Ｗの表面Ｓから異なったそれぞれの所定の角度において散乱された光の部分を集めるように配置された、複数のコレクター１２１、１２３、１２５を備える。暗チャネル検出器１２０の複数のコレクター１２１、１２３、１２５は、お互いに隣接するように位置づけられた少なくとも２つのコレクタを有する区分化された光学器械を形成する。図示された複数のコレクター１２１、１２３、１２５は、当業者によって、複合的なレンズであると理解されるであろう。そして他のレンズ構成も本発明に従って使用されてもよい。複数のコレクター１２１、１２３、１２５はそれぞれ、比較的小さな角度ａで加工物Ｗの表面Ｓから前方に散乱された光の成分を集めるように配置された前方チャネルコレクタ１２１と、、前方チャネルコレクター１２１に密接的に隣接するように位置づけられ、そして比較的中間の角度ｂで加工物Ｗの表面Ｓから十分直角に散乱された光の成分を集めるように配置された中央チャネルコレクタ１２３と、中央チャネルコレクタ１２３に密接的に隣接するように位置づけられ、比較的大きな角度ｃで加工物Ｗの表面Ｓから後方に散乱された光の成分を集めるように配置された後方チャネルコレクタ１２５とを備える。暗チャネル検出器１２０は、それぞれに対応するコレクタ１２１，１２３，１２５と光通信するように位置づけられた、前方チャネル検出器１２２、中央チャネル検出器１２４、後方チャネル検出器１２６と、前方チャネル検出器１２２、中央チャネル検出器１２４、後方チャネル検出器１２６に電気接続され、加工物Ｗの表面Ｓの上の粒子の存在を決定するために前記検出器からの電気信号に敏感に反応する手段とを備える。コレクタの決定手段は好ましくは（図３と図７）において図示され、当業者によって理解されるような、明チャネル検出器１１０と暗チャネル検出器１２０から集められた光を代表する信号に敏感に反応する電気信号識別電気回路１５０である。
図１、図２、及び図６に最も良く示されているように、複数のコレクター１２１、１２３、１２５の相対的なそれぞれの角度ａ、ｂ、ｃはなるべく、加工物Ｗの表面Ｓからの光の反射角（θτ）に関して決定され、前方ａ、後方ｃ、そして十分に直角なｂの光成分に関する散乱は走査の入射角θiに関連して生じる。例えば、もし入射角θiが表面に関して比較的低い（垂直に関して高い）、例えば、水平から１５°または垂直から−７５°ならば、そのとき、前方散乱または小角度ａは好ましくは約＋２２°から６７°、十分に垂直な散乱または中間角度は約−２５°から＋２０°、そして後方散乱または大角度は約−７２°から−２７°である。さらに、本発明の利点が認識される。例えば、波長が４８８ｎｍの可視Ｐ偏光において入射角θiが水平から２５°または垂直から−６５°のところでは、後方チャネルコレクタは−３８°を中心とし、中央チャネルコレクタは＋１０°を中心とする。例えば粒子あるいは欠陥が発見されるとき、前方チャネルコレクタ１２１は、加工物表面上の粒子または欠陥などからの前方散乱ａを受け取って集めるように位置づけられ、中央チャネルコレクタ１２３は十分に垂直な散乱ｂを受け取って集めるように位置づけられ、そして後方チャネルコレクタ１２５は後方散乱ｃを受け取って集めるように位置づけられる。一般に入射面に垂直な方向では、上記例において全体の角度でおよそ７３°が捕捉される。これは一区分当たりおよそ０．６４のステラジアン、または全体でおよそ１．９２のステラジアンとなり、これは既知の検出器を越える大きな改善である。
図１の斜視図と図７の略図に最も良く示されているように、表面検出システム２０はなるべくコンピュータによって制御される。システム制御装置５０は人の監視と指示の下に検査システム２０を操作し、システム２０によって生み出されたデータを記憶、検索して、そして好ましくは所定のコマンドに敏感に反応してデータ分析を行う。図示されたスキャナアセンブリ（組立品）部分９０はスキャナ８０と協力し、サーボ増幅器９１に位置を伝達するチャック検出器９１を備える。検出中の物品の相対位置はモーター４１、４６とそれに取り付けられた符号器９３を介してシステム５０に伝達される。位置データは、好ましくはシステムエレクトロニクスシャーシ７０の一部を形成し、そしてＡＯ走査ドライバ９５によって敏感に（responsively）ＡＯ偏向器８５を駆動するＡＯ走査制御装置７３に送られる。
システムエレクトロニクスシャーシ７０はシステム電源７１を含み、それぞれ散乱光と鏡面反射光を代表する暗チャネル検出器１２０と明チャネル検出器１１０からの信号を受信する。当業者によって理解されるように、これらのデータ信号はアナログフロントエンドエレクトロニクス７５に慣習的にアナログ形式で電気的に伝達され、デジタルフロントエンドエレクトロニクス７４などによってディジタル形式に変換される。デジタルフロントエンドエレクトロニクス７４もＡＯ走査制御装置７３、システムバスインタフェース７２、そしてパーソナル・コンピュータ（「ＰＣ」）シャーシ６０の差動インタフェース６９、すなわち差動バス、と協力する。システムバスインタフェース７２も表面検査システム５０のレーザ電源５１とやりとりをする。
ＰＣシャーシ６０は、ＰＣに電力を供給するために配置されたＰＣ電源を含む。ＰＣシャーシ６０は、スキャナアセンブリ９０のサーボ増幅器９２と敏感にやりとりをする動作制御装置６４と、システム制御コンピュータ６５、すなわちマイクロプロセッサまたは制御装置、も備える。システム制御コンピュータ６５はなるべく、すでに述べたような検査中の物品またはウェハをマウントしたり、ハンドリングしたりするための所定の命令信号を敏感に送受信するために、ウェハハンドラ５２と電気的にやりとりを行う。システム制御コンピュータ６５はなるべく、ハードディスク装置６８、ディスプレイとやりとりをするために配置されたディスプレイアダプタ６７，そしてネットワークあるいは他のシステム５０とのコミュニケーションのために整備されたイーサネットインタフェース６６とやりとりを行う。イメージプロセッサ６４は、差動（diffrential）インタフェース６９と、システム制御コンピュータ６５と電気的にやりとりを行って、検査された物品の表面と／または欠陥、傷、うねり（アンジュレーション）、あるいは物品上の粒子の画像を処理する。図７に図示されたような表面検査システム５０は、当業者によって理解されるように、なるべくシステム５０のこれらの様々なコンポーネント、またはそれらの組み合わせ、を形成するソフトウェアとハードウェアの組み合わせから形成される。
図１から図７に図示されているように、欠陥について物品あるいは加工物Ｗの表面Ｓを検査する方法も本発明によって提供される。加工物Ｗの表面Ｓを検査する方法は、材料経路Ｐに沿って加工物Ｗを回転及び並進輸送することと、加工物Ｗが材料経路Ｐに沿って移動するときに加工物Ｗの表面Ｓを横切って光の比較的狭い走査経路αを走査することとをなるべく含む。材料経路Ｐに沿って加工物Ｗを回転及び並進輸送するステップはなるべく、加工物Ｗの表面Ｓの十分に螺旋状の走査を与えるために加工物の表面を走査するステップと同期がとられる。加工物Ｗの表面Ｓからの鏡面反射光と散乱光はなるべく別々に集められる。加工物表面から散乱される光は異なった角度において別の光成分として集められる。例えば、加工物Ｗの表面Ｓから十分に垂直に散乱された光と、加工物Ｗの表面Ｓから後方に散乱された光は、別々に集められ、散乱光の角度分布の違いを確かめるために比較される。加工物Ｗの表面Ｓからの散乱光は複数の所定の散乱角ａ、ｂ、ｃにおいて複数のコレクタ１２１，１２３，１２５によって別々に集められる。好ましくは、これらのコレクタは、前方散乱光成分、後方散乱光成分、そして加工物の表面に十分に垂直な方向の散乱光を集めるよう位置づけられる。様々なコレクタによって検出された光は加工物Ｗの表面Ｓ内または上の欠陥を意味する。
欠陥が粒子欠陥あるいはピットであるかどうか決定するために、加工物からの散乱光の角度分布における違いが検出される。これは、コレクタの一つによって集められた光の量を他の一つ以上のコレクタによって集められた光の量と比較することによって達成される。検出器１２２、１２４と１２６、特に中央チャネル検出器１２４と後方チャネル検出器１２６、によって検出される光は、Ｐ偏光がスキャナで使われるときに、加工物表面上に位置する粒子を加工物表面内のピットから区別するために使用することができる。特に、欠陥が加工物表面内のピットであるとき、加工物表面から散乱されたＰ偏光は、中央チャネル１２４への散乱光の量が後方チャネルコレクタ１２６への散乱光の量よりも大きいパターンを形成する。このことは、小さいピット、すなわち、およそ３００ｎｍ以下の直径を有するピット、のケースにおいて見出されている。それと対照的に、欠陥が加工物表面上に粒子であるとき、加工物表面から散乱されたＰ偏光は、中央チャネル１２４への散乱光の量が後方チャネルコレクタ１２６への散乱光の量よりも小さいパターンを形成する。図８から図１５は、Ｐ偏光が使われるときの、種々の大きさのピットと粒子に対する散乱光分布の例を示している。図８は、加工物表面上の９０ｎｍタングステン粒子に対する散布図と、加工物表面内の１８０ｎｍピットに対する散布図の比較である。図８の左側にある２つの散布図から分かるように、どのＳ偏光を使用しても、Ｓ偏光またＰ偏光のいずれかにおいて直角または垂直入射角、すなわちθi＝０°を使用しても、いずれも加工物表面上の粒子を表面内のピットから区別する有効な方法は与えられない。ピット欠陥と粒子欠陥に対する加工物からの散乱光の角度分布は十分類似している。同様に、右斜め上の散布図から分かるように、Ｓ偏光が非垂直入射角、例えばθi＝−７０°、に対してが使われるとき、粒子とピットに対する散乱曲線の形状の違いは比較的存在しない。しかしながら、Ｐ偏光が使われるとき、右斜め下の図から分かるように、粒子は、加工物表面に直角の領域でくぼみが発見されるように光を散乱する。ピットは、ピットが粒子から区別され得るほど、明らかに異なった角度分布パターンを形成する。
図９は種々な粒子素材から得られた角度分布パターンを示した図である。Ｐ偏光が入射角θi＝−７０°において使われるとき、加工物表面にほぼ垂直な角度（０°）の領域における特有なくぼみによって区別できる場合があり、この結果、加工物内にピットの存在から加工物表面上の粒子の存在を区別することが可能となる。特に、１２０ｎｍのｐｓｌ粒子、９０ｎｍのシリコン粒子、８０ｎｍのタングステン粒子と７５ｎｍのアルミニウム粒子はすべて加工物表面に直角または垂直な方向（０°）の近傍において特有なくぼみを示している。特有の最小ポイントはそれぞれの粒子で変化し、しかしすべて０°または垂直方向からプラスマイナス２５°の範囲をカバーしている。ピットからの散乱パターンはくぼみを示さない。
図１０は、０．１ミクロンのＰＳＬ球を使用し、Ｐ偏光とＳ偏光の両方を使用しての波長４８８ｎｍのレーザ光線、−７５°の入射角を使用した場合のモデル結果（modeled result）及び実験結果を示した図である。図示されているように、Ｐ偏光は０°付近で特有なくぼみを形成する。このようなくぼみはＳ偏光を使っては起こらない。
図１１は種々な直径のピットに対するモデル散乱を示している。図１１に示されているように、Ｐ偏光が入射角θi＝−７０°において使われるとき、小さいピットに対して、後方散乱する光の量は前方散乱光の量より大きい。これは特にピットの直径がおよそ３００ｎｍ以下の場合に当てはまる。
図１２は、加工物表面内に位置する大きなピット、すなわち約４３０ｎｍより大きな直径のピット、による散乱光の角度分布を示している。
図１３，図１４、及び図１５は、入射角−７０°におけるＰ偏光を使用した場合の、小さなＣＯＰ、中間のＣＯＰ、そして大きなＣＯＰのそれぞれに対する角度分布パターンを粒子と対比させて示している。図１３において、１２０ｎｍのＣＯＰは、−２０から−６０までの角度における後方散乱光の量が＋２０°以上の角度における前方散乱された光の量よりも大きくなった凸状分布を示していることが分かる。９０ｎｍ以下のサイズを有する様々な組成の粒子はすべて０°付近に「くぼみ」を有する特有な凹状分布パターンを示している。より大きいサイズの粒子、例えば９０ｎｍのｐｓｌ、に対して、前方散乱光の強度は後方散乱光よりも大きい。
図１４から分かるように、幾分より大きい１５５ｎｍのＣＯＰの角度分布パターンは、−２０から−８０までの角度における後方散乱光の量が前方散乱された光の量よりも大きく、一般に図１３の１２０ｎｍのＣＯＰに類似している。より小さなサイズの粒子、例えば９１ｎｍ以下の粒子は、一貫して、前方散乱光の量が後方散乱光の量よりも大きく、０°付近にくぼみを有する凹状分布パターンを示している。より大きい粒子（１２０ｎｍのＰＳＬ）は、前方散乱光と後方散乱光との間に著しく大きな違いを示している。この傾向は２００ｎｍほどの大きさの粒子で図１５でも見られる。
これらの特有の角度分布パターンから、ＣＯＰを粒子から区別することは可能である。特に、もし中央チャネル検出器１２４からの信号の後方チャネル検出器１２５からの信号に対する強度の比率が所定量より小さければ、欠陥は粒子として分類してよい。もし中央チャネル検出器１２４の信号の前方チャネル検出器１２４の信号に対する強度の比率が所定量より大きければ、欠陥はピットとして分類してよい。図１６は、粒子をＣＯＰから区別するために検出器からの情報を分析するための一つの適切なアルゴリズムを示している。もし中央チャネル指示サイズＣの後方チャネル指示サイズ（back channel indicated size）Ｂに対する比率が所定定数、この場合は１．１４、よりも小さければ、欠陥は粒子として分類される。そうでなければ、後方チャネル指示サイズを表す信号イベントＢと中央チャネル指示サイズ（center channel indicated size）を表す信号イベントＣは比較器に送られ、そこでＣの値がＢの値の所定定数倍、この場合１．１４倍、と比較される。もしＣがＢの１．１４倍以下なら、信号イベントは粒子として分類される。もしＣがＢの１．１４倍より大きいなら、Ｃは前方チャネル指示サイズ（forward channel indicated size）を表す値Ｆと比較される。もしＣが値Ｆの所定定数（この場合１．３６）倍より大きければ、信号イベントはＣＯＰとして分類される。もしそうでなければ、イベントは粒子として分類される。
図１７はＣＯＰに適用されたときのこのアルゴリズムの適用をグラフ的に示した図である。図１８は、粒子、この場合アルミニウム粒子、に適用されたときのこのアルゴリズムの適用をグラフ的に示した図である。図１７と図１８は、様々なサイズの粒子またはＣＯＰに対するモデルデータまたは実験データが、図１６のタイプのアルゴリズムで使用される定数を導き出すためにいかに使用できるかを示している。本発明がここに記述された特定のアルゴリズムに限定されないこと、そして、本発明に従って他のアプローチや特定のアルゴリズムが様々な検出器から得られたデータを処理し、ピットと粒子を区別するために使用してよいことは、この図から当業者に明らかであるはずである。
ウェハの走査の間、信号イベントが粒子欠陥とピット欠陥に以上のように分類される際に、結果として生じるデータは、ウェハ表面上の粒子またはピットの「マップ」を定義するために、ラスタ形式のような適切な形式でメモリに格納されてよい。さらに、粒子またはピットの指示サイズを表している信号イベントの強度値は、欠陥のサイズ分類を示す棒グラフを提供するために格納されてよい。この情報はビデオディスプレイの上にウェハの視覚表示として使用者に伝達されてよい。図１９は、例えば、きれいなウェハの粒子マップを、粒度サイズの分布を示す棒グラフと一緒に提示するビデオディスプレイを示している。図２０は同じウェハのＣＯＰまたはピットのマップと、ピットサイズの分布を示す棒グラフとを示している。図２１と図２２は、本発明の装置及び方法の感度と分離度（selectivity）を示している。図１９の粒子マップを作るために使用されたものと同じウェハに、既知サイズの粒子がその上の３つの領域内に「シード（seed）」されている。図２１はそのウェハの粒子マップであり、そしてシードされた粒子の３つの領域はきわめて明白である。図２２は同じウェハのＣＯＰマップである。図２０（シード前）を図２２（シード後）と比較することによって、ＣＯＰマップと棒グラフがウェハの上にシードされた粒子の高い濃度によってあまり影響されないことは十分に明白である。
本添付図面と本明細書において、本発明の好ましい実施態様が開示され、特定の用語が使用されてきたが、これらの用語は説明を具体的に分かりやすくするためのもので、限定目的のためのものではない。本発明は、示された様々な実施態様を特に参照してかなり詳細に記述された。しかしながら、様々な修正と変更は、以上の説明と以下の請求の範囲において定義される本発明の範囲内において可能であることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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