CH686265A5

CH686265A5 - Optical surface inspection device for microelectronics ind.

Info

Publication number: CH686265A5
Application number: CH91693A
Authority: CH
Inventors: Cosmas Dipl-Ing Malin
Original assignee: Liconic Ag
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1996-02-15

Abstract

The device has an illumination beam (1) directed onto the examined surface at right angles via a projection lens (9) with planar displacement of the examined surface, so that it is scanned by the beam, a pair of photodetectors (19a, 19b) receiving the reflected light via respective imaging elements. Pref. the imaging elements are coaxial to one another, with respective optical apertures (14a,14b). The inner imaging element may be provided by an objective lens, the outer imaging element provided by a parabolic mirror.

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für Oberflächeninspektionen, mit einer einen Beleuchtungsstrahl erzeugenden Lichtquelle, mit einer Projektionsoptik und mit einer Auflagescheibe, auf der das zu inspizierende Objekt angeordnet ist, wobei der Beleuchtungsstrahl senkrecht entlang der optischen Achse der Projektionsoptik auf die Oberfläche des Objektes gerichtet ist und die Auflagescheibe auf einem Antrieb befestigt ist, der eine Bewegung ausführt, so dass die Oberfläche des Objektes mittels des Beleuchtungsstrahles abgetastet wird, und wobei wenigstens ein Photodetektor vorgesehen ist, auf welchen das von der Oberfläche des Objektes abgestrahlte und von der Projektionsoptik gesammelte Licht gerichtet ist, und dessen Ausgang mit wenigstens einem Verstärker in Verbindung steht und die Projektionsoptik das von der Oberfläche abgestrahlte Licht unter wenigstens zwei Aperturen sammelt. The invention relates to a device for surface inspections, with a light source generating an illuminating beam, with projection optics and with a support plate on which the object to be inspected is arranged, the illuminating beam being directed perpendicularly along the optical axis of the projection optics onto the surface of the object and the support disk is fastened on a drive which executes a movement so that the surface of the object is scanned by means of the illumination beam, and at least one photodetector is provided, onto which the light emitted by the surface of the object and collected by the projection optics is directed , and the output of which is connected to at least one amplifier and the projection optics collects the light emitted by the surface under at least two apertures.

Mit derartigen Einrichtungen können beispielsweise in der Mikroelektronik Oberflächen von Wafern, Magnetspeichermedien und/oder Substraten für optische Anwendungen zerstörungsfrei auf etwa vorhandene Defekte kontrolliert bzw. inspiziert werden. With such devices, for example in microelectronics, surfaces of wafers, magnetic storage media and / or substrates for optical applications can be checked or inspected for any defects without destruction.

Mit der EP 0 525 286 ist eine Einrichtung gemäss obenstehenden Merkmalen bekannt geworden, bei welcher ein Beleuchtungsstrahl einer Lichtquelle in Form eines Lasers über zwei Prismen und eine Streulichtsammeioptik senkrecht auf die Oberfläche eines zu kontrollierenden bzw. zu inspizierenden Objektes projiziert wird. Derartige Einrichtungen weisen eine hohe Empfindlichkeit für flä-chenförmige Effekte auf. Neben Oberflächeneffekten können mit diesen Einrichtungen auch Partikel erkannt werden. EP 0 525 286 discloses a device according to the above features, in which an illuminating beam from a light source in the form of a laser is projected perpendicularly onto the surface of an object to be inspected or inspected via two prisms and scattered light collecting optics. Such devices have a high sensitivity to sheet-like effects. In addition to surface effects, particles can also be detected with these devices.

Allerdings weisen diese Einrichtungen bei der Messung von Partikeln eine geringe Empfindlichkeit auf. Nachteilig auf die Nachweisgrenze der Partikel wirken sich in solchen Einrichtungen das starke Signal der Oberflächeneffekte aus. Besonders auf prozessierten Oberflächen (z.B. oxidierten, gesput-terten, implantierten) reduzieren Oberflächeneffekt die Messempfindlichkeit von Partikeln. Das heisst, dass die minimale Nachweisgrenze von Partikeln auf Oberflächen in solchen Einrichtungen stark von der Beschaffenheit der Oberfläche abhängig ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Steigerung des Messdurchsatzes durch Vergrösserung des Beleuchtungsspots das Verhältnis des Signals von Partikeln zu dem Signal der Oberflächeneffekte weiter verschlechtert. However, these devices have a low sensitivity when measuring particles. In such devices, the strong signal of the surface effects has a disadvantageous effect on the detection limit of the particles. Especially on processed surfaces (e.g. oxidized, sputtered, implanted) surface effects reduce the measuring sensitivity of particles. This means that the minimum detection limit of particles on surfaces in such facilities is strongly dependent on the nature of the surface. A further disadvantage is that increasing the throughput by enlarging the illumination spot further deteriorates the ratio of the signal from particles to the signal from the surface effects.

Andere Oberflächeninspektions-Einrichtungen, die ebenfalls eine statische Beleuchtungsoptik aufweisen (US 4 893 932), beleuchten die Oberfläche mit einem schräg auf die Oberfläche einfallenden Lichtstrahl. Bei diesen Einrichtungen ist die niedrige Empfindlichkeit auf Oberflächeneffekte nachteilig. Ferner ist die weder die Beleuchtung noch die Streulichtsammlung punktsymmetrisch bezüglich der optischen Achse der Streulichtsammlungsoptik. Dies führt zu einer Abhängigkeit der Messresultate von der Richtung der Oberfläche des Objektes. Other surface inspection devices, which also have static illumination optics (US Pat. No. 4,893,932), illuminate the surface with a light beam that falls obliquely onto the surface. In these devices, the low sensitivity to surface effects is disadvantageous. Furthermore, neither the illumination nor the scattered light collection is point-symmetrical with respect to the optical axis of the scattered light collection optics. This leads to a dependency of the measurement results on the direction of the surface of the object.

Wieder andere Einrichtungen (US 4 378 159) weisen einen bewegten Beleuchtungsstrahl auf. Diese Anordnungen eigenen sich nur für die Messung von Partikeln mittlerer Grösse. Die Messung von Oberflächeneffekten und sehr kleinen Partikeln ist nicht möglich, da die Bewegung des Lichtstrahls und die schlechten optischen Eigenschaften der Projektionsoptik Rauschen im Messsignal induzieren. Nachteilig ist auch hier das Fehlen der punktsymmentrischen Anordnung der Projektionsoptik. Still other devices (US 4,378,159) have a moving illuminating beam. These arrangements are only suitable for the measurement of medium-sized particles. The measurement of surface effects and very small particles is not possible because the movement of the light beam and the poor optical properties of the projection optics induce noise in the measurement signal. The disadvantage here is the lack of the point-symmetrical arrangement of the projection optics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäss Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches zu schaffen, die gegenüber dem vorstehend genannten Stand der Technik eine höhere Messempfindlichkeit für Partikel auf Oberflächen aufweist, wobei die Messempfindlichkeit für flächenförmige Defekte der Oberfläche erhalten bleibt. The invention has for its object to provide a device according to the preamble of the independent claim, which has a higher measurement sensitivity for particles on surfaces compared to the aforementioned prior art, the measurement sensitivity for sheet-like defects of the surface is retained.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Hierbei ist im Strahlengang zwischen Oberfläche und Photodetektor eine Streulichtoptik angeordnet, die das von der Oberfläche elastisch zurückgestrahlte Licht unter wenigsten zwei verschiedenen Winkeln (Aperturen) sammelt und auf vorzugsweise zwei Photodetektoren abbildet. Dazu wird die Tatsache genutzt, dass die räumliche Streulichtamplitudenverteilung von Oberflächeneffekten und Partikeln, sich unterschiedlich verhalten. Während die Streulichtkeule von Partikeln nach der Streulichttheorie mit abnehmender Grösse der Partikel eine zunehmende Auslagerung aufweist, wurde bei der Lichtkeule von Oberflächeneffekten eine Abnahme der Auslagerung mit abnehmenden Effektgrössen festgestellt. Durch das Sammeln des von den Oberflächeneffekten elastisch zurückgestrahlten Lichtes unter verschiedenen Aperturen, wird die Trennung von Signalen der Oberflächeneffekte und und Partikeln möglich. Dieses Verfahren lässt besonders bei kleinen Oberlächen-effekten bzw. bei kleinen Partikeln eine gute Trennung zu. Mit der Erfindung werden die nachfolgend beschriebenen Vorteile erzielt: This object is achieved by the invention characterized in claim 1. A scattered light optic is arranged in the beam path between the surface and the photodetector, which collects the light that is elastically reflected back from the surface at least two different angles (apertures) and images it on preferably two photodetectors. For this, the fact is used that the spatial scattered light amplitude distribution of surface effects and particles behave differently. According to the scattered light theory, the scattered light lobe of particles shows an increasing outsourcing with decreasing size of the particles, with the light club of surface effects a decrease of the outsourcing with decreasing effect sizes was found. By collecting the light that is reflected elastically by the surface effects under different apertures, it is possible to separate signals from the surface effects and particles. This method allows good separation, especially with small surface effects or with small particles. The advantages described below are achieved with the invention:

- Steigerung der Messempfindlichkeit für Partikel auf Oberflächen. Es können dadurch kleinere Partikel gemessen werden. - Increase in the measurement sensitivity for particles on surfaces. This enables smaller particles to be measured.

- Trennung von Partikelsignalen von Signalen der Oberflächeneffekten. - Separation of particle signals from signals of surface effects.

- Verbesserung der Nachweisgrenze von Partikeln auf prozessierten Oberflächen. - Improvement of the detection limit of particles on processed surfaces.

- Reduktion der Abhängigkeit der Partikelmessung von der Oberflächenbeschaffenheit. - Reduction of the dependence of the particle measurement on the surface condition.

- Verringerung des Abfalls des Partikelsignals am Photodetektors bei kleiner werdenden Partikelabmessungen. - Reduction of the drop in the particle signal at the photodetector with smaller particle dimensions.

- Die Einrichtung gewährleistet absolute Rotationssymmetrie bezüglich der optischen Achse von Beleuchtung und Streulicht-Sammeloptik, so dass Effekte, deren physikalische Ausdehnung eine bevorzugte Richtung aufweisen, richtungsunabhängig dargestellt werden können. - The device ensures absolute rotational symmetry with respect to the optical axis of the lighting and scattered light collecting optics, so that effects whose physical extent has a preferred direction can be displayed regardless of the direction.

- Durch Signaltrennung ist neben hoher Partikelempfindlichkeit gleichzeitig eine hohe Messempfindlichkeit für Oberflächeneffekte möglich. - In addition to high particle sensitivity, high signal sensitivity for surface effects is possible due to signal separation.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den einzelnen Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments shown in the individual figures. Show it:

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Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Waferinspekti-ons-Einrichtung mit zwei Waferkassetten und automatischer Wafertransport- und -messvorrichtung, 1 is an overall view of a wafer inspection device with two wafer cassettes and an automatic wafer transport and measuring device,

Fig. 2a, 2b, 2c die Streulichtintensitätsverteilung von punktförmigen Defekten, von flächenförmigen Defekten und von reiner Reflexion, 2a, 2b, 2c the scattered light intensity distribution of punctiform defects, of planar defects and of pure reflection,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfin-dungsgemässen Einrichtung anhand eines ersten Ausführungsbeispiels, 3 shows a schematic illustration of the device according to the invention on the basis of a first exemplary embodiment,

Fig. 4a, 4b zwei detaillierte Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Abbildungsoptiken der Einrichtung des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 3, 4a, 4b two detailed representations of exemplary embodiments of imaging optics of the device of the first exemplary embodiment in FIG. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Messwertaufnahme zur Verdeutlichung der Ortszuweisung der Messdaten, 5 shows a schematic representation of the measured value recording to clarify the location assignment of the measured data,

Fig. 6a, 6b zwei typische Messbilder einer Oberfläche mit flächenförmigen Oberflächeneffekten und einer Oberfläche mit Partikeln. 6a, 6b two typical measurement images of a surface with sheet-like surface effects and a surface with particles.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht einer Waferin-spektions-Einrichtung, wie sie in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird. Die Messung geschieht dabei automatisch. Ein Wafer wird mittels eines Handling-Roboters 105 aus einer ersten Waferkassette 109 entnommen und in eine Messstation 107 gegeben, wo der eigentliche Messvorgang durchgeführt wird. Nach der Messung wird der Wafer je nach Messresultat in die erste Waferkassette 109 oder in die zweite Waferkassette 110 abgelegt. Eine Flow-Box 101 versorgt einen Messraum 102 mit Reinstluft, um jegliche Kontamination der empfindlichen Oberflächen der Wafer zu vermeiden. 1 shows the overall view of a wafer inspection device as used in the semiconductor industry. The measurement is done automatically. A wafer is removed from a first wafer cassette 109 by means of a handling robot 105 and placed in a measuring station 107, where the actual measuring process is carried out. After the measurement, the wafer is placed in the first wafer cassette 109 or the second wafer cassette 110, depending on the measurement result. A flow box 101 supplies a measuring room 102 with ultrapure air in order to avoid any contamination of the sensitive surfaces of the wafers.

Gemäss Fig. 2a besitzen kleine Partikel eine flache, parallel zu einer Oberfläche 10 ausgeprägte Streulichtintensitätsverteilungen und somit eine breite Streulichtkeule 14a. Durch die Streulichttheorie ist bekannt, dass besonders Partikel, die kleiner als die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes sind, eine starke seitliche Ausprägung der Streulichtkeule aufweisen. Die Auslagerung nimmt dabei mit Abnahme der Grösse der Partikel zu. Wie hingegen in der Fig. 2b dargestellt, haben Oberflächeneffekte eine achsennahe Streulichtkeule 14b, wobei die Streulichtkeulen 14a, 14b weitgehend aus an der Oberfläche 10 gebeugtem Licht des Beleuchtungsstrahles 1 gebildet wird. Die Auslagerung der Streulichtkeule von Oberflächeffekten nimmt mit kleiner werdenden Dimensionen der Oberflächeneffekte ebenfalls ab. Der Übergang von breiten, ausladenden Streulichtkeulen 14a auf schmälere, achsennahe Streulichtkeulen 14b ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Oberflächen mit zunehmender Perfektion, d.h. deren Streuzentren immer kleinere Dimension aufweisen, eine zunehmende Ausprägung an Vorwärtsstreuung aufweisen, so dass im Extremfall (Fig. 2c) reine Reflexion des Beleuchtungsstrahles 1 vorhanden ist. According to FIG. 2a, small particles have a flat scattered light intensity distribution that is pronounced parallel to a surface 10 and thus a wide scattered light lobe 14a. It is known from scattered light theory that especially particles that are smaller than the wavelength of the illuminating light have a strong lateral expression of the scattered light lobe. The outsourcing increases with the decrease in the size of the particles. As shown in FIG. 2b, on the other hand, surface effects have a scattered light lobe 14b near the axis, the scattered light lobes 14a, 14b being formed largely from light of the illumination beam 1 diffracted on the surface 10. The spreading of the scattered light lobe from surface effects also decreases with diminishing dimensions of the surface effects. The transition from wide, projecting scattered light lobes 14a to narrower, near-axis scattered light lobes 14b is due to the fact that surfaces with increasing perfection, i.e. whose scattering centers always have a smaller dimension, have an increasing degree of forward scattering, so that in the extreme case (FIG. 2c) pure reflection of the illumination beam 1 is present.

In der Fig. 3, einem Ausführungsbeispiel zur er-findungsgemässen Einrichtung, ist mit 1 ein Beleuchtungsstrahl einer Lichtquelle 2 bezeichnet, wobei die Lichtquelle 2 ein Laser ist, der Licht von kurzer Wellenlänge, beispielsweise 488 oder 325 nm emittiert. 3, an exemplary embodiment of the device according to the invention, 1 denotes an illuminating beam from a light source 2, the light source 2 being a laser which emits light of a short wavelength, for example 488 or 325 nm.

Der Beleuchtungsstrahl 1 wird über Umlenkspiegel bzw. Prismen 3, 4 über ein vorzugsweise steuerbares Linsensystem 5, Blenden 6, 7, einer Dun-kelfeldumlenkung 8 und einer Streulichtsammeioptik The illuminating beam 1 is directed via deflecting mirrors or prisms 3, 4 via a preferably controllable lens system 5, diaphragms 6, 7, a dark field deflection 8 and a scattered light collecting optics

9 senkrecht auf eine Oberfläche 10 eines Objektes in Form eines Substrates 11 gerichtet und bildet dort einen Beleuchtungsspot 12. Ein Substrat 11 ist auf einer Auflagescheibe 13 angeordnet, die in einer senkrecht zum Beleuchtungsstrahl 1 verlaufenden Ebene liegt. Mit 14 ist eine von der Oberfläche 9 directed perpendicular to a surface 10 of an object in the form of a substrate 11 and forms an illumination spot 12 there. A substrate 11 is arranged on a support plate 13 which lies in a plane running perpendicular to the illumination beam 1. At 14 one is from the surface

10 abgestrahlte Streulichtkeule und mit 15a ein erster von einer ersten Streulichtsammeioptik 9a gesammelter erster Lichtkegel mit 15b ein zweiter von einer zweiten Streulichtsammeioptik 9b gesammelter zweiter Lichtkegel bezeichnet. Der erste Lichtkegel 15a ist durch eine Vorblende 17 und eine erste konfokale Blende 16a auf einen ersten Photodetektor 19a gerichtet, welcher über einen ersten Verstärker 20a mit einer Auswerteelektronik 21 verbunden ist. Der zweite Lichtkegel 15b wird durch einen Ringspiegel 9.1 eine zweite konfokale Blende 16b auf einen zweiten Photodetektor 19b gerichtet, welcher über einen zweiten Verstärker 20b mit der Auswerteelektronik 21 verbunden ist. Die Auswerteelektronik 21 ist an eine Recheneinheit 22 angeschlossen, die mit Peripheriegeräten, wie beispielsweise Massenspeicher 23, Bildschirm 23 und Druk-ker 25 in Verbindung steht. Mit 18 ist eine Dunkelfeldstop-Baugruppe bezeichnet, an welcher die Dunkelfeldumlenkung 8 angeordnet ist. Die Auflagescheibe 13 ist mit einer Welle 27.1 eines Rotationsmotors 27 verbunden, der an einem Mitnehmer 27.2 befestigt ist. Der Mitnehmer 27.2 sitzt auf einer, an einem Träger 28.1 gelagerten Spindel 28.2, die von einem Translationsmotor 28 angetrieben wird. Ein mit der Achse des Rotationsmotors 27 gekoppelter Rotationsimpulsgeber 29 und ein mit der Achse des Translationsmotors 28 gekoppelter Translationsimpulsgeber 30 in Form eines Encoders, sind mit einem Interface 26 verbunden, das an der Recheneinheit 22 angeschlossen ist. Die Teile 27, 27.1, 27.2, 28, 28.1, 28.2 bilden einen Antrieb, der eine aus einer Rotation und einer Translation zusammengesetzte Bewegung erzeugt. Mit 31 ist ein vom steuerbaren Linsensystem 5 erzeugtes Zwischenbild und mit 34, die optische Achse der Streulichtsammeioptik 9 bezeichnet. 10 emitted scattered light lobe and 15a denotes a first light cone collected by first scattered light collecting optics 9a, 15b denotes a second second light cone collected by second scattered light collecting optics 9b. The first light cone 15a is directed through a pre-aperture 17 and a first confocal aperture 16a onto a first photodetector 19a, which is connected to evaluation electronics 21 via a first amplifier 20a. The second light cone 15b is directed by a ring mirror 9.1, a second confocal diaphragm 16b onto a second photodetector 19b, which is connected to the evaluation electronics 21 via a second amplifier 20b. The evaluation electronics 21 is connected to a computing unit 22, which is connected to peripheral devices, such as mass storage 23, screen 23 and printer 25. With 18 a dark field stop assembly is designated, on which the dark field deflection 8 is arranged. The support disc 13 is connected to a shaft 27.1 of a rotary motor 27 which is fastened to a driver 27.2. The driver 27.2 is seated on a spindle 28.2, which is mounted on a carrier 28.1 and is driven by a translation motor 28. A rotary pulse generator 29 coupled to the axis of the rotary motor 27 and a translation pulse generator 30 in the form of an encoder coupled to the axis of the translation motor 28 are connected to an interface 26 which is connected to the computing unit 22. The parts 27, 27.1, 27.2, 28, 28.1, 28.2 form a drive which generates a movement composed of a rotation and a translation. With 31 an intermediate image generated by the controllable lens system 5 and with 34, the optical axis of the scattered light collecting optics 9.

Der über die Prismen 3, 4 umgelenkte Beleuchtungsstrahl 1 fällt auf die Umlenkung 8, wo er wiederum umgelenkt wird. Die Dunkelfeldumlenkung 8 ist derart justiert, dass der umgelenkte Beleuchtungsstrahl 1 nach der Umlenkung exakt zentrisch und im rechten Winkel durch die Projektionsoptik 9 tritt, und somit nach der Umlenkung exakt in der optischen Achse 34 der Projektionsoptik 9 und damit der gesamten Projektionsoptik 9 verläuft. Das Projektionsoptik 9 fokussiert den Beleuchtungsstrahl 1 auf die Substratoberfläche 10, so dass das von dem Linsensystem 5 erzeugte Zwischenbild 31 auf die Substratoberfläche 10 abgebildet wird. Da der Beleuchtungsstrahl 1 senkrecht auf die Substratoberfläche 10 fällt, verläuft das reflektierte Licht exakt entlang des einfallenden Beleuchtungsstrahls 1 und trifft nach der Streulichtsammeioptik 9 erneut auf den Dunkelumlenkung 8 von dem dieser wiederum in Richtung der Lichtquelle 2 umgelenkt wird. The illumination beam 1 deflected via the prisms 3, 4 falls on the deflection 8, where it is in turn deflected. The dark field deflection 8 is adjusted such that the deflected illumination beam 1 passes through the projection optics 9 exactly centrally and at right angles after the deflection, and thus after the deflection runs exactly in the optical axis 34 of the projection optics 9 and thus the entire projection optics 9. The projection optics 9 focuses the illumination beam 1 on the substrate surface 10, so that the intermediate image 31 generated by the lens system 5 is imaged on the substrate surface 10. Since the illuminating beam 1 falls perpendicularly onto the substrate surface 10, the reflected light runs exactly along the incident illuminating beam 1 and, after the scattered light collecting optics 9, strikes the dark deflector 8 again, from which it is again deflected in the direction of the light source 2.

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Der gestreute bzw. gebeugte Anteil des Lichtes 14 wird von der ersten Abbildungsoptik 9a unter dem Winkel einer ersten numerischen Apertur 14a (N.A.) gesammelt und in die erste konfokale Blende 16a und von der zweiten Abbildungsoptik 9b unter dem Winkel der zweiten numerischen Apertur 14b abgebildet. The scattered or diffracted portion of the light 14 is collected by the first imaging optics 9a at the angle of a first numerical aperture 14a (N.A.) and imaged in the first confocal aperture 16a and by the second imaging optics 9b at the angle of the second numerical aperture 14b.

In den Photodetektoren 19a, 19b werden die optischen Signale in elektronische umgewandelt und im breitbandigen Verstärker 20 Weiterverarbeitung verstärkt. Die Weiterverarbeitung des elektronischen Signals geschieht zunächst in der Auswerteelektronik 21, wobei die Auswerteelektronik das Eingangsignal in die Hazesignale und die Signale der LPD's trennt. The optical signals are converted into electronic ones in the photodetectors 19a, 19b and amplified in the broadband amplifier 20 for further processing. The electronic signal is further processed in the evaluation electronics 21, the evaluation electronics separating the input signal into the hazard signals and the signals of the LPDs.

Fig. 4a zeigt eine Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Optik. Diese Lösung verwendet als erste Abbildungsoptik 9a ein Objektiv und als zweite Abbildungsoptik 9b ein Faseroptikbündel. Das Objektiv ist in der optischen Achse 32 angeordnet. Das Faseroptikbündel ist ringförmig um das Ojektiv angeordnet. 4a shows a detailed representation of a second exemplary embodiment of the optics according to the invention. This solution uses a lens as the first imaging optics 9a and a fiber optic bundle as the second imaging optics 9b. The objective is arranged in the optical axis 32. The fiber optic bundle is arranged in a ring around the lens.

Das Objektiv besitzt eine relativ niedrige numerische Apertur (N.A.) und wird bei kleinen Hazepe-geln, vor allem das Hazesignal sammeln. Das Faseroptikbündel sammelt Licht unter einer grossen N.A. und wird bei kleinen Partikeln vor allem den Streulichtanteil dieser aufnehmen. The lens has a relatively low numerical aperture (N.A.) and will collect the Haze signal in particular at small haze levels. The fiber optic bundle collects light under a large N.A. and will mainly take up the scattered light component of small particles.

Die zweite Detaildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels in Fig. 4b verwendet ein einziges Objektiv als Projektionsoptik 9. Das Objektiv weist eine grosse N.A. auf. Die Trennung der Streulichtanteile geschieht mittels eines teilweise verspiegelten Umlenkspiegels 9.1. Der teilweise verspiegelte Umlenkspiegel 9.1 ist so beschichtet, dass die Lichtanteile mit kleiner Apertur diesen zum ersten Photodetektor 19a passieren können. Die Lichtanteile mit grosser Apertur werden auf den zweiten Photodetektor 19b umgelenkt. Der Beleuchtungsstrahl 1 wird direkt innerhalb des Objektivs einge-spiesen. The second detailed illustration of a third exemplary embodiment in FIG. 4b uses a single objective as projection optics 9. The objective has a large N.A. on. The scattered light components are separated by means of a partially mirrored deflecting mirror 9.1. The partially mirrored deflecting mirror 9.1 is coated in such a way that the light components with a small aperture can pass it to the first photodetector 19a. The light components with a large aperture are deflected onto the second photodetector 19b. The illumination beam 1 is fed directly inside the lens.

Fig. 5 verdeutlicht den Vorgang der Messwerteaufnahme und -Verarbeitung. Neben den eigentlichen Messwertdaten, werden die zum Messwert gehörenden Positionsdaten erfasst. Aus den Messwert- und den dazugehörenden Positionsdaten kann der jeweilige Streulichtwert von jedem Ort auf dem Substrat ermittelt und wiedergegeben werden. Fig. 5 illustrates the process of recording and processing measured values. In addition to the actual measured value data, the position data belonging to the measured value are recorded. From the measured value and the associated position data, the respective scattered light value can be determined and reproduced from any location on the substrate.

Zur Positionserfassung werden elektronische Pulse 92 verwendet. Die elektronischen Pulse 92 werden wahlweise von dem Rotationsimpulsgeber 29 (Rotationspulse 92a) oder von dem Impulsgenerator 29a (Indexpulse 92b) generiert. Der Rotationsimpulsgeber 29 kann zum Beispiel ein optischer Encoder der mit der Achse des Rotationsmotors 27 gekoppelt ist sein. Der Impulsgenerator 29a kann beispielsweise ein elektronischer Rechteckoszillator sein. Der Impulsgenerator 29a liefert Pulse einer konstanten Frequenz. Diese Indexpulse 92b sind mit den Rotationspulsen 92a synchronisiert somit wiederum mit der Rotationsbewegung der Auflagefläche 13 gekoppelt. Electronic pulses 92 are used for position detection. The electronic pulses 92 are generated either by the rotation pulse generator 29 (rotation pulses 92a) or by the pulse generator 29a (index pulses 92b). The rotary pulse generator 29 can, for example, be an optical encoder which is coupled to the axis of the rotary motor 27. The pulse generator 29a can be, for example, an electronic rectangular oscillator. The pulse generator 29a delivers pulses of a constant frequency. These index pulses 92b are synchronized with the rotation pulses 92a and thus in turn are coupled to the rotational movement of the support surface 13.

Die Messwerte werden während der Messung in vorgegebenen Zeitabständen eingelesen und digitalisiert. Der Auslöser für das Einlesen der Messwerte sind die elektronische Pulse, deren Phase mit der Rotationsbewegung der Auflagefläche 13 gekoppelt sind. Für mittlere örtliche Auflösungen werden die Pulse direkt vom Rotationsimpulsgeber 29 genommen. Für hohe örtliche Auflösungsanforderungen werden die Pulse das Impulsgenerators verwendet. The measured values are read in and digitized at predetermined intervals during the measurement. The trigger for reading in the measured values are the electronic pulses, the phase of which is coupled to the rotational movement of the support surface 13. For medium local resolutions, the pulses are taken directly from the rotary pulse generator 29. The pulses of the pulse generator are used for high local resolution requirements.

Der Rotationsimpulsgeber 29 bzw. der Impulsgenerator 29a liefert die Winkelinformation 91 (Fig. 5a, 5b) zu einem Messwert. Der radiale Wert ergibt sich über den Translationsinkrementalgeber 30. Der Translationsimpulsgeber 30 kann als linearer Inkrementalgeber oder, im Falle einer Spindel als Linearantrieb, ein Encoder sein, der mit der Achse des Translationsmotors 28 gekoppelt ist. Das Interface 26 regelt die Geschwindigkeiten des Rotationsmotors 27 und des Translationsmotors 28 so, dass der Bleuchtungsspot 12 eine gleichmässige Spirale auf der Oberfläche 10 zurücklegt. Der Rotationsimpulsgeber 29 und der Translationsimpulsgeber 30 liefern die Position eines Messwertes somit in Polarkoordinaten. Das Messergebnis soll aber auf einem Computerbildschirm 24 oder einem Computerdrucker 25 dargestellt werden oder in einem Massenspeicher 23 abgespeichert werden können. Das gesamte Messergebnis setzt sich aus einer Pixelfläche 93 (Fig. 5c) bestehend aus einer ersten Anzahl Pixel 99 in der einen Richtung 94 (x) und einer zweiten Anzahl Pixel 99 in der anderen Richtung 95 (y) zusammen. Jedes Pixel 99 repräsentiert wiederum ein bestimmtes Flächenteil 90 der Substratoberfläche 10. Für diese Darstellung und die softwaremässige Verarbeitung der Daten müssen die Polarkoordinaten in kartesische Positionsdaten umgewandelt werden. The rotary pulse generator 29 or the pulse generator 29a supplies the angle information 91 (FIGS. 5a, 5b) for a measured value. The radial value results from the translation incremental encoder 30. The translation pulse generator 30 can be a linear incremental encoder or, in the case of a spindle as a linear drive, an encoder that is coupled to the axis of the translation motor 28. The interface 26 regulates the speeds of the rotary motor 27 and the translational motor 28 such that the lighting spot 12 covers a uniform spiral on the surface 10. The rotation pulse generator 29 and the translation pulse generator 30 thus supply the position of a measured value in polar coordinates. However, the measurement result should be displayed on a computer screen 24 or a computer printer 25 or be able to be stored in a mass storage device 23. The entire measurement result is composed of a pixel area 93 (FIG. 5c) consisting of a first number of pixels 99 in one direction 94 (x) and a second number of pixels 99 in the other direction 95 (y). Each pixel 99 in turn represents a specific surface part 90 of the substrate surface 10. For this representation and the software processing of the data, the polar coordinates must be converted into Cartesian position data.

Da die Anzahl der aufgenommenen Messwerte gross und die Messzeit klein sein muss, werden die Messwerte in sehr rascher Folge eingelesen. Dies bedingt ein äusserst rasches Koordinatentransformationsverfahren. Die Koordinatentransformation über die trigonometrische Umrechnung eines jeden Positionswertes wäre zu zeitaufwendig. Ein entsprechend schnelles Verfahren ist notwendig. Die verwendete Umwandlung nutzt daher eine Liste 96 zur Koordinatentransformation. Diese Liste 96 muss für eine bestimmte Substratgrösse nur einmal berechnet und gespeichert werden. In der Liste ist eine Sequenz von Speicheradressen 97 abgelegt. Jede Speicheradresse zeigt auf einen Speicherplatz, der wiederum ein Pixel 99 repräsentiert. Ein Pixel 99 kann dabei mehrere Einträge in der Liste haben. Since the number of recorded measured values must be large and the measurement time must be short, the measured values are read in very quickly. This requires an extremely fast coordinate transformation process. The coordinate transformation via the trigonometric conversion of each position value would be too time-consuming. A correspondingly quick procedure is necessary. The conversion used therefore uses a list 96 for coordinate transformation. This list 96 only has to be calculated and stored once for a specific substrate size. A sequence of memory addresses 97 is stored in the list. Each memory address points to a memory location, which in turn represents a pixel 99. A pixel 99 can have several entries in the list.

Ein Zeiger 98 zeigt auf die aktuelle Speicheradresse 97 in der Liste. Diese aktuelle Speicheradresse enthält die Adresse desjenigen Pixels 99, dessen Ort dem Ort (90, Fig. 5a) des Beleuchtungsspots 12 auf der Substratoberfläche 10 entspricht. Der Wert des Zeigers 98 wird beim Eintreffen eines jeden Rotationspulses 92a - bzw. bei der ausschnittweisen Messung beim Eintreffen eines Indexpulses 92b - um Eins erhöht. Dadurch zeigt der Zeiger während einer Messung sequentiell genau einmal auf jede Speicheradresse 97 in der Liste. Die Speicheradressen der Liste sind zuvor so mittels Koordinatentransformation berechnet, dass sie in dieser Reihenfolge stets das dem Ort des Beleuchtungsspot 12 entsprechende Pixel adressieren. A pointer 98 points to the current memory address 97 in the list. This current memory address contains the address of the pixel 99 whose location corresponds to the location (90, FIG. 5 a) of the illumination spot 12 on the substrate surface 10. The value of the pointer 98 is increased by one when each rotation pulse 92a arrives - or in the case of the sectional measurement when an index pulse 92b arrives. As a result, the pointer points sequentially exactly once to each memory address 97 in the list during a measurement. The memory addresses of the list are previously calculated by means of coordinate transformation so that they always address the pixel corresponding to the location of the lighting spot 12 in this order.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

4 4th

7 7

CH 686 265 A5 CH 686 265 A5

8 8th

Nach Abschluss der Messwerteaufnahmen liegen zwei Messwertefelder vor. Ein Messwertefeld enthält die Haze-Messwerte, ein weiteres die LPD-Messwerte. Diese Messwertefelder können nun dargestellt, gedruckt oder gespeichert werden. After completing the measurement recordings, there are two measurement fields. One measured value field contains the Haze measured values, another the LPD measured values. These measured value fields can now be displayed, printed or saved.

Die Darstellung der Messwerte erfolgt als farbko-dierte zweidimensionale Graphik, wobei zwischen Hazegraphik und LPD-Graphik (Fig. 6) gewählt werden kann. Die Farbkodierung 44 weist einem bestimmten Streulichtamplitudenbereich eine Farbe zu. Da der Dynamikbereich der Messwerte grösser ist als die Anzahl der zur Verfügung stehenden Farben und da insbesondere Hazeinhomogenitäten äusserst klein gegen den Dynamikbereich hin sein können, ist der wirklich dargestellte Ausschnitt des Dynamikbereichs wählbar. Die Auswählbarkeit des dargestellten Ausschnitts ist auch dann sinnvoll, wenn LPD's von lediglich einer bestimmten Grösse betrachtet werden sollen. Die untere Limite 40 und obere Limite 41 des dargestellten Dynamikbereiches ist dabei einfach - per Knopfdruck - verschiebbar. Zur Orientierung wird der dargestellte Bereich als verschiebbare Marke 43 in einem Fenster angezeigt (ähnlich Scrollbar). Zusätzlich zu den farbcodierten Messwerten werden die Messresultate als numerischer Werte 45a, 45b dargestellt. The measurement values are displayed as color-coded two-dimensional graphics, with a choice between haze graphics and LPD graphics (FIG. 6). The color coding 44 assigns a color to a specific scattered light amplitude range. Since the dynamic range of the measured values is larger than the number of colors available and since haze inhomogeneities in particular can be extremely small compared to the dynamic range, the section of the dynamic range which is actually shown can be selected. The selectability of the section shown is also useful if LPDs of only a certain size are to be viewed. The lower limit 40 and upper limit 41 of the dynamic range shown can be moved simply by pressing a button. For orientation, the area shown is displayed as a movable mark 43 in a window (similar to scrollbar). In addition to the color-coded measurement values, the measurement results are represented as numerical values 45a, 45b.

Die zweidimensionale graphische Darstellung der Oberfläche kann durch ein Histogramm ergänzt werden. Im Histogramm werden Grösse der Defekte gegen Anzahl, bzw. Streulichtamplitude gegen Anzahl, aufgetragen. Das Histogramm liefert Informationen über die statistische Verteilung der verschiedenen Defektgrössen. The two-dimensional graphical representation of the surface can be supplemented by a histogram. The histogram plots the size of the defects against the number or the scattered light amplitude against the number. The histogram provides information about the statistical distribution of the different defect sizes.

Claims

1. Device for surface inspections, with a light source (2) generating an illumination beam (1), with projection optics (9) and with a support plate (13) on which the object (11) to be inspected is arranged, the illumination beam (2 ) is directed perpendicularly along the optical axis (34) of the projection optics (9) onto the surface (10) of the object and the support disc (13) is fastened to a drive (27) which carries out a movement, so that the surface (10 ) of the object (11) is scanned by means of the illumination beam (1), and at least one photodetector (19) is provided, on which the light emitted by the surface (10) of the object (11) and collected by the projection optics (9) is directed, and the output of which is connected to at least one amplifier (20),

- That the projection optics (9) collects the light emitted by the surface (10) under at least two apertures

- That the one aperture (14b) of the projection optics (9) is at least 0.4.

2. Projection optics (9) for a device according to claim 1, characterized in that a first imaging optics (9a) images the light components in the vicinity of the optical axis (35) under a first aperture (14a) in a first photodetector (19a) and a second imaging optical system (9b) is arranged coaxially with the first imaging optical system (9a) in such a way that the second imaging optical system (9b) images the light components under a second, large aperture (14b) into a second photodetector (19b).

3. projection optics (9) according to claim 2, characterized in that the first imaging optics (9a) is a lens and that the second imaging optics (9b) is an internally mirrored coaxial to the optical axis (34) arranged parabolic mirror.

4. projection optics (9) according to claim 2, characterized in that the first imaging optics (9a) is a lens and that the second imaging optics (9b) is a fiber bundle which is arranged coaxially and annularly around the lens.

5. projection optics (9) according to claim 3, characterized in that the first imaging optics (9a) is a lens and that the second imaging optics (9b) is a fiber bundle which is arranged coaxially and annularly around the lens.

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

5