DE102009000528B4

DE102009000528B4 - Inspektionsvorrichtung und -verfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen, insbesondere von Waferoberflächen

Info

Publication number: DE102009000528B4
Application number: DE102009000528A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Wenz
Original assignee: Nanophotonics GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-01-31
Also published as: DE102009000528A1; US8289509B2; US20100195097A1

Abstract

Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Objektoberflächen (12), insbesondere von Waferoberflächen (12), mit einer ersten und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) zum Beleuchten der Objektoberfläche (12) und mit einem im Dunkelfeld der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) operierenden Streulichtdetektor (80, 80', 90, 90') zum Erfassen des von Unregelmäßigkeiten der Objektoberfläche (12) reflektierten bzw. gestreuten Lichtes, wobei die erste Beleuchtungseinrichtung (20) einen Laser (20') zum Ausleuchten eines Messpunktes auf der Objektoberfläche (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) eingerichtet ist, unter Verwendung von Licht geringerer Kohärenz und mit geringerer Anisotropie als der Laser (20') denselben Messpunkt auf der Objektoberfläche (12) mit einem größeren Strahlfleck auszuleuchten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung sowie ein Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen, insbesondere von Waferoberflächen, bei dem die Objektoberfläche von einer ersten und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mit einem im Dunkelfeld der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtung operierenden Streulichtdetektor das von Unregelmäßigkeiten der Objektoberfläche reflektierte bzw. gestreute Licht erfasst wird, wobei die erste Beleuchtungseinrichtung einen Laser aufweist, mit dem ein Messpunkt auf der Objektoberfläche ausgeleuchtet wird.
Die optische Inspektion von Halbleiterwafern auf Defekte ist ein wichtiger Bestandteil des Herstellungsprozesses von Computer-Chips. Insbesondere zur Untersuchung der ebenen Waferober- und -unterseite kommt eine Dunkelfeldbeleuchtung zum Einsatz, unter der Unregelmäßigkeiten sichtbar gemacht werden. Dabei werden Defekte wie beispielsweise Kratzer, Ausbrüche, Abdrücke, Risse in oder Partikel auf der Waferoberfläche gesucht. Die Bezeichnung Unregelmäßigkeiten schließt in Sinne dieser Schrift alle Arten von Defekten ein. Die Inspektion soll jedoch nicht nur eine quantitative, sondern auch eine qualitative Beurteilung der Oberflächengüte erlauben. Deshalb wird an Inspektionsvorrichtungen der eingangs beschriebenen Art die Anforderung gestellt, die Detektion so zu verfeinern, dass Charakteristika der einzelnen Defekttypen erkannt und die erfassten Defekte klassifiziert werden können.
Es gibt zahlreiche Inspektionsvorrichtungen, die sich zu diesem Zweck unterschiedlicher Mittel bedienen. Aus der DE 698 19 929 T2 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur optischen Inspektion einer flachen Waferoberfläche bekannt, die als einzige Lichtquelle einen Laser aufweist, dessen Licht mittels eines Strahlteilers auf zwei Strahlengänge aufgeteilt ist, von denen einer senkrecht und der andere unter sehr flachem Winkel streifend auf die Waferoberfläche trifft. Das an der Waferoberfläche gestreute Licht wird in an sich bekannter Weise über eine gekrümmte Spiegeloberfläche gesammelt und auf einen Detektor abgebildet.
In dem Patent US 7,123,357 B2 werden beispielsweise verschiedene Verfahren zur Klassifizierung von Oberflächendefekten in der Dunkelfeldmessung vorgestellt, bei denen mehrere Laserstrahlen verwendet werden, die orthogonal zueinander stehen und sich auf der Objektoberfläche vorzugsweise in radialer und umfänglicher Richtung des Wafers kreuzen. Die Intensitäten des jeweils gestreuten Lichtes werden separat detektiert und miteinander verglichen, um so Informationen über die Anisotropie, Orientierung und über das Aspektverhältnis von Defekten zu gewinnen.
Das Patent US 6,956,644 B2 beschreibt ein Verfahren der optischen Oberflächeninspektion von Wafern im Dunkelfeld, bei dem die Oberfläche punktförmig unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln des Lichts und/oder mit zwei verschiedenen Wellenlängen von einem Laser nacheinander beleuchtet wird. Das Streulicht aus den unterschiedlichen Beleuchtungssituationen wird mit jeweils einem Detektor aufgenommen und aus den Intensitätsunterschieden des Streulichts wird geschlossen, ob eine detektierte Anomalie der Objektoberfläche ein Partikel auf der Oberfläche oder ein sogenanntes „Crystal Originated Particle (COP)” ist. Letztere Bezeichnung ist historisch und insofern irreführend, als sie einen Defekt in der Waferoberfläche und eben gerade kein Partikel meint.
In der Patentschrift US 7,061,598 B2 gehen die Erfinder einen anderen Weg. Bei dem Verfahren zur Dunkelfeldinspektion einer Waferoberfläche wird das von einem Laser stammende und an der Waferoberfläche bzw. einer Unregelmäßigkeit derselben gestreute Licht von einem optischen Element so auf einen ortsauflösenden Detektor gelenkt, dass neben der Intensitätsinformation auch Streuwinkelinformation gewonnen wird, aus der Schlüsse auf die Art des Defekts gezogen werden.
In der Patentschrift US 7,304,310 B1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem UV-Licht wahlweise in Kombination mit Licht einer anderen Wellenlänge auf die Substratoberfläche des zu untersuchenden Objekts geleitet wird. Bei der Dunkelfeldinspektion wird das gestreute Licht unter verschiedenen Detektionswinkeln in Kombination mit verschiedenen Detektionswellenlängen gemessen. Auf diese Weise soll unter anderem zwischen Streulicht und Fluoreszenzlicht unterschieden und Rückschlüsse auf die Quelle des Streulichts gezogen werden.
Ein Problem, mit dem alle Inspektionsverfahren mit Dunkelfeldbeleuchtung konfrontiert sind, ist der Umstand, dass verschiedene Defektarten sich in ihrem physikalischen Streuverhalten stark unterscheiden. Dies betrifft zum einen die Intensität des Streulichts, welches von kleinen (punktförmigen) Defekten oder Partikeln einerseits im Vergleich zu großflächigen Oberflächendefekten wie Kratzern oder Ausbrüchen andererseits ausgeht. Zum anderen ist bei anisotropen Defekten mit einer ausgezeichneten Richtung, wie z. B. Kratzer oder Kanten, das Streusignal stark von der Relativanordnung zwischen dem Streulichtdetektor und der Lichtquelle abhängig. Schließlich führen Defekte, deren Dimensionen die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichtes überschreitet, durch Interferenz zu einer starken räumlichen Modulation des gestreuten Lichtes (Speckles) und damit zu einer Abhängigkeit des Messsignals von der Relativanordnung.
Allgemeine Lösungsansätze zur Verminderung derartiger Artefakte sind beispielsweise aus der Patentschrift US 6,788,404 B2 bekannt. Darin wird vorgeschlagen, mehrere Strahlen von Lichtquellen unterschiedlicher Frequenz, insbesondere einer breitbandigen und einer schmalbandigen Lichtquelle, zu einem Lichtstrahl zu kombinieren und diesen auf die zu untersuchende Oberfläche zu leiten. Auf diese Weise soll die Gesamtintensität des Lichts erhöht, Interferenzeffekte durch den Einsatz der Breitbandlichtquelle verringert und zugleich die hohe Intensität des schmalbandigen Lichtanteils nutzbar gemacht werden.
Ein anderer Lösungsvorschlag ist aus dem Patent EP 1 257 869 B1 bekannt. Dieses betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren der vorgenannten Laserspeckles bei der Beleuchtung rauer Oberflächen. Hiernach werden Polarisationseffekte weggemittelt, in dem ein Ausgangslaserstrahl in zwei Teilstrahlen gleiche Intensität und orthogonale Polarisation geteilt wird. Die Teilstrahlen durchlaufen optische Pfade mit oszillierender Weglängendifferenz und werden danach wieder zu einem gemeinsamen Strahl zusammengeführt, mit dem die Oberfläche beleuchtet wird.
Abgesehen davon, dass die beiden letztgenannten Lösungsvorschläge aufwendige Maßnahmen auf der Seite der Beleuchtungseinrichtung verlangen, lösen sie jeweils nur ein Teilproblem der zuvor geschilderten Streulichtproblematik.
Vorrichtungen und Verfahren zur optischen Inspektion von Oberflächen finden industriell auch anderweitig in zahlreichen Gebieten Anwendung. So ist beispielsweise aus der DE 24 33 682 eine solche Vorrichtung zur Überwachung einer bewegten Materialbahn auf Fehlstellen bekannt, die mit zwei Lichtquellen unterschiedlicher spektraler Charakteristik und unterschiedlichen Abmessungen der von beiden Lichtquellen erzeugten Lichtflecke arbeitet, um verschiedene Fehlertypen voneinander unterscheiden zu können und insbesondere kleine Fehler wie Kratzer von großflächerigen, farbigen Fehlern entlang der Materialbahn differenziert nachweisen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Inspektionsvorrichtung und ein Inspektionsverfahren bereitzustellen, welches mit einfachen Mitteln Defekte auf Objektoberflächen ermitteln und mit größerer Zuverlässigkeit klassifizieren lässt.
Die Aufgabe wird durch eine Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Inspektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Inspektionsvorrichtung und das Inspektionsverfahren der eingangs genannten Art sind erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung unter Verwendung von Licht geringerer Kohärenz und mit geringerer Anisotropie als der Laser bzw. die Laserstrahlung denselben Messpunkt auf der Objektoberfläche mit einem größeren Strahlfleck ausleuchtet.
Der Erfinder hat erkannt, dass verschiedene Defektarten aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Streuverhalten für eine Detektion mit möglichst gleich bleibender, optimaler Empfindlichkeit und damit mit hoher Reproduzierbarkeit unterschiedliche Beleuchtungen erfordern. Während kleinere punktförmige Defekte oder Partikel ein eher isotropes Reflexions- bzw. Streuverhalten aber aufgrund Ihrer geringen Größe nur ein geringes Reflexions- bzw. Streuvermögen aufweisen, benötigen sie überwiegend eine Strahlungsquelle mit hoher Intensität. Andererseits genügt auch schon ein kleiner Lichtfleck hierfür, so dass sich ein Laser als Strahlungsquelle insoweit als geeignet erweist.
Größere, anisotrope, insbesondere flächige oder linienförmige Defekte sind besser mit einem größeren Lichtfleck nachzuweisen, da bei diesen Defekten mit zunehmender Beleuchtungsfläche auch der beleuchtete Teil des Defektes wächst. Weiterhin fließt in die Erfindung die Erkenntnis ein, dass bei anisotropen Defekten eine Abhängigkeit des Streusignals von der relativen Anordnung zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem Detektor minimiert werden kann, indem für diese Art der Defekte eine Ausleuchtung mit Licht geringerer räumlicher und zeitlicher Kohärenz und geringerer Anisotropie, als sie beispielsweise eine Laser bereitstellt, eingesetzt wird. Hierdurch werden oben erwähnte Speckles, also eine Modulation des Messsignals in Abhängigkeit von der Orientierung, vermieden oder zumindest reduziert. Als Licht geringerer Anisotropie im Sinne der Erfindung ist im allgemeinsten Fall Licht zu verstehen, dem eine oder mehrere anisotrope Eigenschaften fehlen. Als anisotropen Eigenschaften kommen die Form des Beleuchtungsflecks, insbesondere das Aspektverhältnis, der Grad der Polarisation des Lichtes und die Beleuchtungsrichtung in Betracht.
Schließlich steht die Erfindung vor dem Hintergrund der Erkenntnis, dass Interferenzeffekte für sehr kleine Defekte, deren Dimension die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichtes unterschreitet, die Verwendung einer kohärenten Beleuchtung nicht nachteilig ist, während für größere Defekte diese zu der besagten orientierungsabhängigen Intensität des Streulichts und damit zu einem zufälligen und nicht reproduzierbaren Messergebnis führt.
Die Erfindung macht sich all diese Erkenntnisse zunutze, in dem sie zwei unterschiedliche Beleuchtungseinrichtungen einsetzt, von denen jeweils wenigstens eine für jeden Defekttypen eine optimale Beleuchtung bereithält.
Zur Vermeidung von Interferenzeffekten wie z. B. den vorstehend genannten Speckles, weist die zweite Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise eine breitbandige Lichtquelle auf.
Vorteilhaft ist eine zweite Beleuchtungseinrichtung mit einer Leuchtdichte von 1 bis 100 mW/mm² auf der Waferoberfläche vorgesehen. Demgegenüber liegt die Intensität der Laserstrahlung auf der Waferoberfläche mit ca. 16000 mW/mm² oder mehr erheblich höher.
Besonders bevorzugt weist die zweite Beleuchtungseinrichtung mehrere Lichtquellen in symmetrischer Anordnung um den Strahlfleck und/oder in kreis- oder teilkreisförmiger Anordnung um den Strahlfleck herum auf.
Auf diese Weise kommt die Beleuchtung einer isotropen Beleuchtung mit hoher Leuchtdichte sehr nahe.
Vorzugsweise weist die zweite Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere Lichtdioden (Light Emitting Diodes, LEDs) als Lichtquelle(n) auf.
LEDs sind kostengünstig, klein und produzieren kaum Wärme, so dass sie sich insbesondere bei der Zusammenfassung mehrerer Lichtquellen in der zweiten Beleuchtungseinrichtung sehr gut für die vorliegende Anwendung eignen.
Besonders bevorzugt haben die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung verschiedene Spektralbereiche und der Streulichtdetektor weist einen dichroitischen Strahlteiler oder ein Spektralfilter auf.
Hierdurch kann die Inspektionsvorrichtung in dem sogenannten Wavelength-Multiplexing-Betrieb genutzt werden, bei dem jeder Messpunkt gleichzeitig mit der ersten und mit der zweiten Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und das Streulicht mithilfe des Strahlteilers oder Spektralfilters in die einzelnen Spektralanteile aufgespalten wird, die dann auf verschiedenen Sensoren oder Sensorabschnitten gemessen werden.
Alternativ hierzu weist die Inspektionsvorrichtung eine Steuerung auf, die die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung alternierend ansteuert.
Hierdurch kann die Inspektionsvorrichtung in dem sogenannten Time-Multiplexing-Betrieb genutzt werden, bei dem an jedem Messpunkt das Streulicht abwechselnd bei Beleuchtung mit der ersten und mit der zweiten Beleuchtungseinrichtung gemessen wird.
Die auf die ein oder andere Weise in die beiden Kanäle getrennten Streulichtintensitäten können ins Verhältnis gesetzt und aus diesem Verhältnis eine Information über die Ausdehnung des Defektes abgeleitet werden. So liefern Defekte mit kleiner Ausdehnung im Verhältnis aus dem Streulicht von der ersten Beleuchtungseinrichtung zu dem von der zweiten Beleuchtungseinrichtung einen größeren Wert als Defekte mit größerer Ausdehnung.
Des Weiteren kann aus den Streulichtintensitäten des einen oder anderen Kanals eine Information bezüglich der Orientierung und/oder der Größe des Defektes gewonnen werden. Sollte beispielsweise aus dem Verhältnis der Streulichtintensitäten beider Kanäle geschlossen worden sein, dass es sich um einen Flächendefekt handelt, so kann aus dem Absolutwert der detektierten Streulicht-Intensität auf ein Produkt aus dessen Größe und Orientierung geschlossen werden. Dies sei anhand folgender Beispiele erläutert: Ein großer (Flächen-)Defekt, der über viele Messpunkte in beiden Kanälen ein Detektorsignal erzeugt, wobei zwischen benachbarten Messpunkten sich aber das Signal des Laserkanals sehr stark ändert. Daraus kann gefolgert werden, dass der Defekt aus einer Anhäufung von kleinen Einzeldefekten, wie z. B. Partikeln, besteht, also ein so genanntes „Cluster” bildet. Falls aber das Signal des Laserkanals und damit auch das Verhältnis der beiden Kanäle annähernd konstant bleibt, kann daraus gefolgert werden, dass es sich um eine lokale Erhöhung der Mikrorauhigkeit, ein so genanntes „High Haze” handelt.
Darüber hinaus kann das Messergebnis auch detektorseitig beispielsweise durch mehrere Sensoren) in mehrere Kanäle getrennt werden, wenn der Streulichtdetektor eine richtungs- bzw. ortsabhängige und/oder eine frequenzabhängige Auflösung erlaubt. Durch eine Kombination mehrerer Beleuchtungseinrichtungen und mehrerer Detektorkanäle vervielfacht sich die Streulichtinformation. Beispielhaft seien Defekte oberhalb der Substratoberfläche genannt, die bei flacher Beleuchtung bevorzugt in flache Detektionswinkel streuen, während eingebettete Defekte in der Form von Vertiefungen oder Einschlüssen in der Substratoberfläche bevorzugt bei steifer Beleuchtung in steile, nahezu senkrechte Detektionswinkel streuen.
Die verschiedenen Beleuchtungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Beleuchtungseinrichtungen der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung können unabhängig voneinander für verschiedene Anwendungsfälle konfiguriert werden. So kann die Ausdehnung des Strahlflecks, also der beleuchteten Fläche, so gewählt werden, dass der Durchsatz der Inspektionsvorrichtung und deren Empfindlichkeit für den konkreten Anwendungsfall optimiert sind. Die Beleuchtungsgeometrie kann beispielsweise durch Änderung des Einstrahlungswinkels oder durch Änderung der Beleuchtungsoptik erzielt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Messzeit durch den kleinsten Strahlfleck bestimmt wird. Die Messung mit dem größeren Strahlfleck erfolgt in Teilen redundant. Der kleinere Strahlfleck hat vorzugsweise eine Abmessung zwischen 10 μm und 500 μm, wobei die Breite der Messspur (quer zur Rotationsrichtung des Wafers) von der langen Seite des Strahlflecks bestimmt wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung in schematischer Darstellung;
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung in schematischer Seitenansicht
3 das Ausführungsbeispiel gemäß 2 in der Draufsicht;
4 eine dritte Ausführungsform ähnlich wie 1 mit 2 Detektoren und wellenlängenabhängigem Strahlteiler in schematischer Darstellung und
5 eine vierte Ausführungsform ähnlich wie 2 mit 2 Detektoren und wellenlängenabhängigem Strahlteiler in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung, mit der ein Objekt oder Wafers 10 auf Oberflächendefekte bzw. Unregelmäßigkeiten untersucht wird. Die Inspektionsvorrichtung weist eine erste Beleuchtungseinrichtung 20 in Form eines Lasers 20' auf, mit dem ein kleiner Strahlfleck auf der Oberfläche 12 des Wafers 10 erzeugt wird. Unter Strahlfleck ist hierin die Abbildung des Strahls auf der Objektoberfläche zu verstehen. Der Laser 20 beleuchtet die Oberfläche 12 des Wafers 10 unter streifendem Einfall, wodurch der Strahlfleck bei einem zylindrischen Lichtstrahl eine lang gestreckte, ovale Form erhält. Die Wellenlänge des Laserlichtes sei als λ_L bezeichnet, wobei λ_L typischerweise ein sehr schmalbandiges (monochromatisches) Laserspektrum beschreibt.
Die Inspektionsvorrichtung weist ferner eine zweite Beleuchtungseinrichtung 30 mit einer LED 32 und einer fokussierenden Optik 36 auf. Die zweite Beleuchtungseinrichtung 30 ist senkrecht auf die Oberfläche 12 des Wafers 10 ausgerichtet, so dass der Strahlfleck bei einem zylindrischen Lichtstrahl kreisrund ist. Die Optik 36 fokussiert die Lichtstrahlen der LED 32 auf einen Strahlfleck, welcher erheblich größer ist als der Strahlfleck den der Laser 20 erzeugt. Beide Strahlflecke überlappen. Genauer gesagt liegt der kleinere Strahlfleck des Lasers 20' vollständig innerhalb des größeren Strahlflecks der zweiten Beleuchtungseinrichtung 30. Das Spektrum des LED-Lichtes sei vereinfacht durch die Wellenlänge λ_D charakterisiert, wobei mit λ_D auch ein breitbandiges, evtl. auch mehrere getrennte Spektralbänder enthaltendes Spektrum beschreiben kann.
Der mittels des Lasers 20' der ersten Beleuchtungseinrichtung 20 er zeugte Strahlfleck hat typischerweise eine Abmessung von minimal 10 μm bis maximal 500 μm, wobei das Aspektverhältnis in erster Linie aus dem streifenden Lichteinfall herrührt. Dem gegenüber hat der Lichtfleck der zweiten Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise Abmessungen von minimal 0,2 mm bis 1 mm.
Das von Unregelmäßigkeiten auf der Objektoberfläche 12 gestreute Licht wird über eine fokussierende Sammeloptik 40 und Umlenkspiegel 50 auf einen Sensor 70 abgebildet. Die Sammeloptik 40, Umlenkspiegel 50 und der Sensor 70 bilden einen ersten Streulichtdetektor 80. Allgemein wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „Streulichtdetektor” ein oder mehrere lichtempfindliche Sensoren einschließlich der vorgeschalteten optischen Elemente verstanden, die den Strahlengang des gestreuten Lichtes von der Objektoberfläche 12 auf den Sensor 70 leiten. Als Sensoren können unterschiedliche Typen in Betracht gezogen werden, beispielsweise ein Photomultiplyer, eine Avalanchediode, eine Photodiode oder ein CCD-Sensor.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 ist die zweite Beleuchtungseinrichtung 30 dahingehend verändert, dass anstelle einer zentralen und senkrecht auf die Waferoberfläche 12 strahlenden Leuchtdiode 32 eine Vielzahl kreisförmig angeordneter Leuchtdioden 34 vorgesehen sind. Diese beleuchten die Waferoberfläche 12 wie auch der Laser 20' der ersten Beleuchtungseinrichtung unter streifendem Einfall. Dabei bildet die Überlagerung der von allen Leuchtdioden 34 ausgehenden Lichtstrahlen einen weitaus größeren Strahlfleck als der Strahlfleck des Lasers 20'. Aufgrund der kreisförmigen Anordnung und der Vielzahl der Dioden 34 ist der überlagerte Strahlfleck der zweiten Beleuchtungseinrichtung ebenfalls nahezu kreisrund und damit auch nahezu isotrop. Die Vielzahl der Leuchtdioden bewirkt eine hohe Leuchtdichte von typischer Weise 1 bis 100 mW/mm² bei gleichzeitig geringem Platzbedarf.
Die Lichtstrahlen der LEDs 34 werden nach oben durch die untere Kante des Kollektorspiegels 40 begrenzt. Dieser dient also zugleich als Kollimator für die Beleuchtung durch die zweite Beleuchtungseinrichtung.
Während der Aufbau des ersten Streulichtdetektors 80 identisch mit dem der ersten Ausführungsform ist, ist im Vergleich zu 1 ferner eine Abwandlung dahingehend enthalten, dass unter senkrechter Blickrichtung auf die Objektoberfläche 12, also an der Stelle, an der zuvor die LED 32 angeordnet war, ein zweiter Streulichtdetektor 90 mit einer Sammeloptik 92 und einem zweiten Sensor 94 vorgesehen ist. Der zweite Detektor 90 erweitert den Raumwinkelbereich des detektierten Streulichts in der 90°-Richtung und ermöglicht zudem eine differenzielle Betrachtung der Streulichtintensität in Abhängigkeit von der Raumrichtung.
Anstelle der in den beiden Ausführungsbeispielen gezeigten Detektoranordnungen können auch mehr als zwei Streulichtdetektoren und/oder eine ortsauflösende Streulichtdetektoranordnung vorgesehen sein, um die Streuwinkelinformation des von den Defekten reflektierten Lichtes besser auflösen und in diese Information Defektanalyse bzw. Klassifizierung einbeziehen zu können. Eine solche Variante mit frequenzabhängiger Auflösung ist in den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 dargestellt. Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung gemäß 4 weist anstelle des einen Sensors 70 in dem ersten Streulichtdetektor 80 gemäß 1 einen Detektor 80' mit zwei Sensoren 70a und 70b und einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler 51 auf. Die Sammeloptik 40 und Umlenkspiegel 50 sind gleich geblieben. Wenn die Wellenlängen λ_L und λ_D bzw. die Spektren der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtungen voneinander getrennt sind, und der Strahlteiler 51 eine dem entsprechende Grenzfrequenz aufweist, spaltet er das gestreute Licht wieder in die zwei Anteile des Laserlichtes und des von den LEDs stammenden Lichtes auf, indem er den einen Anteil (vollständig oder überwiegend) passieren lässt und den anderen Anteil (vollständig oder überwiegend) reflektiert. Auf diese Weise kann unter flachem Ausfallswinkel das Reflexions- bzw. Streuverhalten von Defekten differenziert in Abhängigkeit von dem Eingangslicht durchgeführt werden und zwar gleichzeitig an einem Messpunkt. Dies ermöglicht eine differenziertere Aussage über die Gestalt des Defektes in einer zeitsparenden Messung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist anstelle des einen zweiten Sensors 94 in dem zweiten Streulichtdetektor 90 gemäß 2 einen Detektor 90' mit zwei zweiten Sensoren 94a und 94b und einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler 51' auf. Auch diese Anordnung ist so konzipiert, dass der Strahlteiler 51' das gestreute Licht in die zwei Anteile des Laserlichtes und des von den LEDs stammenden Lichtes auftrennt, wenn die Wellenlängen λ_L und λ_D bzw. die Spektren der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtungen voneinander getrennt sind. Auf diese Weise kann wiederum gleichzeitig an einem Messpunkt unter steilem Ausfallswinkel das Reflexions- bzw. Streuverhalten von Defekten differenziert in Abhängigkeit von dem Eingangslicht durchgeführt werden. Auch dies ermöglicht eine differenziertere Aussage über die Gestalt des Defektes in einer zeitsparenden Messung.
Um mit den Vorrichtungen gemäß 1 oder 2 zu einer entsprechenden Differenzierung zu gelangen können alternativ zu der frequenzaufgelösten Messung zwei Messungen an jedem Messpunkt hintereinander ausgeführt werden, die jeweils unter verschiedenen Beleuchtungssituationen stattfinden.
Statt der in den beiden Ausführungsbeispielen ausgeführten LEDs für die zweite Beleuchtungseinrichtung können auch Halogen- oder Entladungslampen eingesetzt werden. Auch ist es möglich einen Laserstrahl für die großflächige Beleuchtung mit geringerer Energiedichte einzusetzen, wenn in den Strahlengang eine Aufweitungsoptik (beispielsweise eine Zylinderlinse) so eingeschaltet ist, dass zumindest die Erfordernisse geringerer Anisotropie und eines größeren Strahlflecks erfüllt sind.
Zur Inspektion der gesamten Objektoberfläche sorgt ein Antrieb für eine Relativbewegung zwischen der Beleuchtungs- und Sensoroptik einerseits und der Objektoberfläche andererseits. Bekanntermaßen wird hierzu der Wafer um seine Zentrumsachse senkrecht auf der Wafer Oberfläche 12 mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Typischerweise werden pro Umdrehung in der beschriebenen Weise ca. 2.000–8.000 Messpunkte jeweils unter beiden Beleuchtungssituationen aufgenommen. Als Antrieb wird üblicherweise ein Schrittmotor oder Servomotor eingesetzt, wobei entweder das Steuersignal des Schrittmotors oder eine separater Positionssensor, zum Beispiel ein optischer Encoder, gleichzeitig zur Synchronisation der Messung dient.
Bezugszeichenliste

10: Wafer
12: Waferoberfläche/Objektoberfläche
20: erste Beleuchtungseinrichtung
20': Laser
30: zweite Beleuchtungseinrichtung
32: LED
34: LED
36: Optik
40: Sammeloptik/Kollektorspiegel
50: Umlenkspiegel
51: Strahlteiler
51': Strahlteiler
70: Sensor
70a: Sensor
70b: Sensor
80: erster Streulichtdetektor
80': erster Streulichtdetektor
90: zweiter Streulichtdetektor
90': zweiter Streulichtdetektor
92: Sammellinse
94: zweiter Sensor
94a: zweiter Sensor
94b: zweiter Sensor

Claims

Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Objektoberflächen (12), insbesondere von Waferoberflächen (12), mit einer ersten und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) zum Beleuchten der Objektoberfläche (12) und mit einem im Dunkelfeld der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) operierenden Streulichtdetektor (80, 80', 90, 90') zum Erfassen des von Unregelmäßigkeiten der Objektoberfläche (12) reflektierten bzw. gestreuten Lichtes, wobei die erste Beleuchtungseinrichtung (20) einen Laser (20') zum Ausleuchten eines Messpunktes auf der Objektoberfläche (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) eingerichtet ist, unter Verwendung von Licht geringerer Kohärenz und mit geringerer Anisotropie als der Laser (20') denselben Messpunkt auf der Objektoberfläche (12) mit einem größeren Strahlfleck auszuleuchten.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) eingerichtet ist, unpolarisiertes Licht abzustrahlen.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) wenigstens eine breitbandige Lichtquelle aufweist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) eine Leuchtdichte von 1 bis 100 mW/mm² aufweist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) mehrere Lichtquellen in symmetrischer Anordnung um den Strahlfleck aufweist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) mehrere Lichtquellen in kreis- oder teilkreisförmiger Anordnung um den Strahlfleck aufweist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle(n) der zweiten Beleuchtungseinrichtung (30) eine oder mehrere LEDs (32, 34) aufweist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerung, die die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung (20, 30) alternierend ansteuert.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung (20, 30) verschiedene Spektralbereiche haben und der Streulichtdetektor (80, 80', 90, 90') einen dichroitischen Strahlteiler (51, 51') oder ein Spektralfilter aufweist.
Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen (12), insbesondere von Waferoberflächen, bei dem die Objektoberfläche (12) von einer ersten und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) beleuchtet wird, wobei die erste Beleuchtungseinrichtung (20) einen Messpunkt auf der Objektoberfläche (12) mittels Laserstrahlung ausleuchtet, und bei dem das von Unregelmäßigkeiten der Objektoberfläche (12) reflektierte bzw. gestreute Licht mittels eines im Dunkelfeld der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtung (30) operierenden Streulichtdetektors (80, 80', 90, 90') erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (30) unter Verwendung von Licht geringerer Kohärenz und mit geringerer Anisotropie als die Laserstrahlung denselben Messpunkt auf der Objektoberfläche (12) mit einem größeren Strahlfleck ausleuchtet.
Inspektionsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung (20, 30) alternierend betrieben werden.
Inspektionsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung (20, 30) gleichzeitig in verschiedenen Spektralbereichen betrieben werden, wobei das von der ersten und zweiten Beleuchtungseinrichtung (20, 30) abgestrahlte und von den Unregelmäßigkeiten der Objektoberfläche (12) reflektierte Licht unter Verwendung eines dichroitischen Strahlteilers (51, 51') oder eines Spektralfilters räumlich getrennt erfasst wird.