DE3714305C2

DE3714305C2 - Einrichtung und Verfahren zum Abtasten von Oberflächen mit strahlerzeugenden Einrichtungen, welche einen ersten und zweiten Beleuchtungsstrahl mit unterschiedlicher Polarisationen erzeugen

Info

Publication number: DE3714305C2
Application number: DE19873714305
Authority: DE
Inventors: Robert G Knollenberg
Original assignee: Particle Measuring Systems Inc
Current assignee: Asyst Technologies Inc
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1987-04-29
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2007-04-30
Also published as: JP2661913B2; DE3714305A1; JPS6312943A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Abtasten von Oberflächen. Insbesondere sollen Oberflä chen analysiert werden, ob an oder unter der Oberfläche win zige Teilchen vorhanden sind.

Optische Systeme zur Oberflächenanalyse sind bekannt (US 3406289 oder US 4571079), die mit Laserstrahlen und ent sprechenden Detektoren arbeiten. So ist beispielsweise fer ner aus US 4576479 bekannt, einen Laserstrahl in einem Polarisationsfilter in rechtwinklig zueinander polarisierte Komponenten zu zerlegen und diese in unterschiedlichen Posi tionen auf der zu analysierenden Oberfläche zu fokussieren und das von der Fläche reflektierte Licht einem Photodetek tor zuzuführen, dessen Ausgangssignal analysiert wird. Aus US 464050 ist ferner eine Vorrichtung bekannt, bei der der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierte Laserlichtstrahl in einem Spiegel derart aufgeteilt wird, daß der direkt reflektierte Strahl und der infolge eines Oberflächendefektes gestreute Lichtstrahl getrennten Photo detektoren zugeführt wird. US 4469442 betrifft das Be strahlen einer Oberflächenbeschichtung mit polarisiertem Licht und das reflektierte dicht wird daraufhin untersucht, ob seine Streuung von Fehlstellen der Beschichtung oder von Fremdpartikeln auf der Beschichtung herrührt. Bei der Vor richtung gemäß US 4538909 werden zwei Lichtstrahlen schräg gegeneinander auf die zu untersuchende Fläche ge richtet und das von der Oberfläche bzw. in tieferen Berei chen unter der Oberfläche reflektierte Licht wird auf Dun kelstellen analysiert. Beim Gegenstand der DE 30 37 622 A1 handelt es sich um eine optoelektronische Einrichtung zum Bestimmen der Oberflächengüte streuend reflektierender Oberflächen. Auch hier findet eine einzelne Lichtquelle Verwendung.

In der Halbleiterherstellung benutzt man optische Abtaster (wafer scanner) zur Analyse von Partikeln an der Oberfläche von Halbleiterscheiben. Diese durchlaufen normalerweise ver schiedene Herstellungsstufen (häufig als unvorbereitete Scheibenrohlinge), um die Menge der Verunreinigung festzu stellen, die auf der Scheibe liegt und wahrscheinlich durch das Herstellungsverfahren erzeugt wird. Das Verfahren kann beispielsweise eine Fotolackbeschichtung, das Einbrennen eines Siliciumoxids, ein fotolithografisches Maskierungs verfahren oder ein beliebiges aus einer Anzahl von anderen Fertigungsverfahren sein, jedoch hat sich der Scheibenab taster als nützliches Werkzeug bewährt, alle diese Verfahren zu überwachen. Obwohl unabhängige Verfahren verwendet wer den, die Mikroverunreinigung in verschiedenen Bearbeitungs flüssigkeiten zu messen, wurde ungeachtet dessen der Schei benabtaster zur Überwachung verwendet, wo sie das Produkt direkt beeinflußt, d. h. auf der Scheibe selbst.

Wie bei jedem anderen Meßgerät ist es eine Grundforderung der Einrichtung, welche die Mikroverunreinigung mißt, Wiederholbarkeit und Genauigkeit aufzuweisen. Wiederhol barkeit muß ein geräteeigenes Merkmal sein, um Genauig keit zu erzielen, bietet jedoch keine Garantie für Genauig keit. Auflösung setzt die Fähigkeit voraus, Meßwerte von gleicher Größe zu trennen, jedoch sichert wiederum nicht Genauigkeit. Wie bei vielen Arten von Instrumenten kann die Festlegung der Leistung im Hinblick auf Auflösung, Wiederholbarkeit und Genauigkeit häufig nur mit großen Schwierigkeiten bewertet und nachgeprüft werden.

Dies ist der Fall bei Scheibenabtastern, die oft ein unzu lässiges Mißverhältnis der Ergebnisse zu erzeugen scheinen, wenn Teilchen von bekannter Größe auf Oberflächen von Prüfscheiben abgelagert und untersucht wurden. Berück sichtigt man, daß die Verunreinigungen in einer dünnen Ebene angetroffen werden (so daß nur eine geringe Tiefen schärfe erforderlich ist), die Helligkeit des Hintergrundes extrem niedrig ist und wiederholte Messungen möglich sind, dann erscheint es, daß die Messungen der Mikroverunreini gung der Oberfläche leichter durchgeführt werden können, als Aerosolmessungen. Jedoch die jetzt bekannten Aerosol instrumente weisen eine weit überlegene Auflösung gegen über den jetzt bekannten Scheibenabtastern auf.

Ein Scheibenabtaster ist in Wirklichkeit ein ziemlich ein faches Gerät, und es sind allgemein drei Grundtypen davon bekannt. Bei einem bewegt sich die Scheibe auf einem Band oder einem anderen Transportmittel (meist mit einer An triebsstufenscheibe getrieben) und ein Laserstrahl wird auf einen kleinen Punkt auf der Oberfläche fokussiert. Der Punkt wird seitlich durch einen schwingenden Spiegel (oder ein rotierendes Polygon) mit Zitterfrequenz be strahlt, wobei die Kombination der beiden Bewegungen eine Rasterabtastung erzeugt, die sich für die Direktanzeige auf einer Kathodenstrahlröhre der auf der Scheibe beleuch teten Koordinaten eignet. Das von der Scheibe reflektierte Licht wird eingeschlossen oder auf Erlöschen hin über wacht, während das diffus gestreute Licht auf seine Massen streuung hin abgetastet wird (Änderung der Gleichspannung oder niedriger Frequenzen in diffuser Streuung) sowie auf Punktstreuung von Teilchen oder vielleicht von Eingra bungen oder Kratzern (Wechselspannungs- oder hochfrequente Änderungen in diffuser Streuung).

Der zweite bekannte Typ von Scheibenabtastern unterschei det sich vom ersten darin, daß sich die Scheibe auf einer Einspannvorrichtung (Saugträgerplatte) dreht, die auf einer Transportbühne befestigt ist und das Licht in feststehenden Winkeln einfällt und gesammelt wird. Das Umsetzen von polaren Abtastkoordinaten in cartesische Anzeigekoordinaten kann leicht programmtechnisch oder durch elektrische Resolver durchgeführt werden.

Der dritte Typ von bekannten Scheibenabtastern ist optisch der einfachste. Die Scheibe wird insgesamt von weißem Licht beleuchtet, das von einer Quelle hoher Intensität (Leucht dichte) wie einer Bogenlampe erzeugt wird. Ein Vidicon (meistens Halbleiter) wird in einem schrägen Winkel ange ordnet, um die Scheibe zu betrachten, wobei die Teilchen direkt am Ausgang des Vidicons erscheinen. Diese Einrich tung ist jedoch die komplizierteste im Hinblick auf die Analyse und Abtastung, da sie eine Nachanalyse der Video daten erfordert.

Bei allen bekannten Scheibenabtastern werden die Teilchen oder Mängel dadurch abgetastet, daß die Menge des Streu lichtes gemessen wird und mit einer Eich- oder Ansprech kurve wie bei den meisten bekannten Aerosol- oder Hydrosol zählern verglichen wird.

Mikrokügelchen aus Polystyrollatex (PSL) ist das am besten geeignete Eich- oder Kalibriermaterial für Teilchen, obwohl Versuche gemacht worden sind, Bilder von Mängeln oder Fehlern mit Hilfe von Lithografie zu erzeugen, um "Kalibrierschei ben" zu erhalten. Teilchen können jedoch jetzt unter Ver wendung von Musterbildmängeln in einer gewissen Weise simuliert werden, wobei die Anwender und Hersteller von Scheibenabtastern bei der Verwendung von PSL-Teilchen als bevorzugtes Kalibriermaterial aus verschiedenen Gründen auf Schwierigkeiten gestoßen sind wie: PSL-Teilchen können nicht als flüssige Suspension angewandt werden, da keine Lösung rein genug ist, um zu verdampfen, ohne einen Rück stand zu hinterlassen, der mit den PSL-Teilchen verwechselt werden könnte; die Anwendung von trockenen PSL-Teilchen unter Verwendung konstanter Verfahren für die Aerosol- Vernebelung erfordern andere Mittel, um sicherzustellen, daß die Teilchen haften bleiben; das Ansprechen scheint manchmal eine Funktion der Stelle zu sein; und die Ergeb nisse scheinen im allgemeinen nicht monoton zu sein und damit zweideutig (d. h., daß kleinere Teilchen stärkere Signale abgaben als größere). Der letzte Fall ist den meisten Forschern vertraut, welche sich mit Aerosolzählern beschäftigt haben, wobei die meisten Aerosol-Betrachtungs geometrien auf den Fall zugeschnitten sein müssen, um ein monotones Ansprechverhalten zu erzielen.

Dies ist auch der Hauptgrund dafür, daß bei den vorhandenen Instrumenten PSL nicht als die Kalibrierungsnorm über nommen wurde. Die vorhandene Technik erzeugt keine monotone Kalibrierung mit gleichmäßigen kugelförmigen Teilchen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Ver fahren vorteilhafterweise für das Abtasten der Oberfläche eines Materials zu schaffen, um eine Verunreinigung oder Schäden durch Teilchen auf oder unter der Oberfläche eines Materials festzustellen.

Die Erfindung bietet eine Einrichtung und ein Verfahren zum Abtasten der Oberfläche eines Materials. Verschieden polarisierte Strahlen werden auf die Oberfläche gerichtet, und das von dieser reflektierte Licht wird gesammelt und abgegriffen, um elektrische Ausgangssignale für die abge tastete Verunreinigung oder die abgetasteten Mängel zu erzeugen. In dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel werden ein Laserstrahl mit der Polarisation "P" und einer mit der Polarisation "S" erzeugt und getrennt auf die Oberfläche auf einen gemeinsamen Punkt gerichtet, wobei das Streulicht beider Strahlen gemeinsam gesammelt und dann getrennt wird, um die entsprechenden elektrischen Signale zu erzeugen. Diese werden dann zu einem Ausgangs signal für die Verunreinigung bzw. die Mängel verarbeitet.

Die Erfindung beruht auf der neuartigen Konstruktion, Kombination, Anordnung von Teilen und dem Verfahren, wie sie im wesentlichen nachstehend beschrieben und in den Ansprüchen angegeben werden, wobei andere Ausgestaltungen des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels im Rahmen der Erfindung liegen.

Die Zeichnungen zeigen ein vollständiges Ausführungsbei spiel der Erfindung nach den besten bisher entwickelten Verfahren für die praktische Anwendung der Grundsätze der Erfindung:

Fig. 1A ist eine vereinfachte Seitenansicht mit Dar stellung der Erzeugung von stehenden Wellen im Bereich von überlappenden Wellenfronten auf einer Siliciumscheibe oder einem Siliciumplätt chen;

Fig. 1B ist eine vergrößerte Ansicht der sich überlappen den Wellenfronten nach Fig. 1A;

Fig. 2 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Reflexions kraft von Silicium als Funktion von Winkel und Polarisation;

Fig. 3 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Teil chens, das um mehrere µ über eine reflektierende Fläche hinausragt;

Fig. 4 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Streuquer schnitte für PSL auf Silicium bei einem Neigungs winkel von 0°;

Fig. 5 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Streuquer schnitte von PSL Auf Silicium bei einem Neigungs winkel von 60°;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Prozessors der Fig. 6.

Um die Vorteile der Erfindung zu verstehen, muß man physi kalische Kenntnisse des Vorganges der Lichtstreuung unter Verwendung der MIE-Theorie haben, um den Streuungsverlauf berechnen zu können.

Für ein in einem homogenen Medium schwebendes Teilchen erzeugt eine einzige einfallende ebene Welle eine einzige zurückgestrahlte Kugelwelle, die am Teilchen zentriert ist. Ein Teilchen, das jedoch auf einer Oberfläche ruht, wobei es insgesamt von einer ankommenden (einfallenden) Welle beleuchtet wird, wird auch teilweise von einer ab gehenden (reflektierten) Welle beleuchtet. Außerdem werden Abschnitte der Streuwellen, die sich zur Oberfläche hin fortpflanzen, teilweise durch die Oberfläche zurückgestrahlt und dann teilweise durch das Teilchen neu zerstreut (d. h. mehrfach gestreut).

Alle gestreuten Wellenkomponenten weisen eine dauernde Phasenbeziehung zueinander auf und beeinflussen sich in einer komplizierten Weise. Außerdem ist von Bedeutung, daß in dem sich überlappenden gemeinsamen Volumen eine Inter ferenzzone aufgebaut wird (siehe Fig. 1A und 1B). Der Randkontrast in dieser Interferenzzone ist eine Funktion der Amplitude der reflektierten Welle, obwohl die Randab stände von den Beleuchtungswinkeln (Einfallswinkel θ_i) und dem Polarisationszustand der einfallenden Welle ab hängen. Der Randabstand wird ausgedrückt durch:

Die Randzone stellt das Bild einer stehenden Welle dar, die an der Oberfläche phasenstarr ist. Für eine Polarisa tion "S" (elektrischer Feldvector () senkrecht zur Ein fallsebene) besteht auch bei Reflexion eine Phasenver schiebung von 180° unter allen Einfallswinkeln für die meisten Oberflächenmaterialien, wobei die Oberfläche selbst im allgemeinen in der ersten Dunkelzone liegt.

Der Kontrast der Säume (oder das Stehwellenverhältnis (SWR)) ist eine Funktion der Amplitude der reflektierten Welle, die aus den optischen Daten des Materials berechnet werden kann. Der Kontrast ist für Silicium ca. 60% (SWR = 2,5) bei Normaleinfall und erhöht sich auf 100% bei Streiflichteinfall.

Für die Polarisation "P" (- in der Einfallsebene) muß _-p in seine zwei orthogonalen Komponenten zerlegt werden: E_p | | parallel zur Oberfläche und die andere E_p ⟂ senk recht zur Oberfläche. E_p | | unterliegt einer Phasenver schiebung von 180°, während E_p ⟂ eine Phasenverschiebung von 0° aufweist, bis die Einfallswinkel größer sind als der Brewster′sche Winkel, worauf wieder eine Phasenver schiebung von 180° erfolgt.

So ist im allgemeinen die Saumzone bei Polarisation "P" auch an einer Dunkelzone bei einem Einfallswinkel von 0° phasenstarr, wobei bei wachsenden Einfallswinkeln eine allmähliche Phasenverschiebung eintritt. Amplituden der reflektierten Polarisationskomponenten "P" und "S" sind für das Material Silicium in Fig. 2 gezeigt. Silicium, das einen komplexen Reflexionsindex aufweist, hat beim Brewster′schen Winkel keinen Reflexionsfaktor Null. Bei Silicium nimmt der Saumkontrast "P" von 60% bei einem normalen Einfallswinkel bis auf fast 0% beim Brewster′schen Winkel ab, wo die Stehwellen im wesentlichen verschwinden.

Das Auftreten von mit einer Oberfläche phasenstarren Stehwellen erzeugt eine interessante Möglichkeiten für das Streuverhalten. Ein unmittelbares Ergebnis ist, daß bei normal einfallenden Wellen ein sehr kleines («λ) an der Oberfläche haftendes Teilchen sehr schwach streuen würde, verglichen mit einer über der Oberfläche erhabenen Stelle auf einer hellen Zone (tatsächlich fast 4× weniger) Bei einem schrägen Einfallswinkel würde auch eine "P"-Welle mehr streuen als eine "S"-Welle bei solch sehr kleinen Teilchen. Sammelgeometrien sammeln eher "S"-Strahlen, weil die "S"-Streuung am größten in der Spiegelnormalen zur Oberfläche ist, während "P" am stärksten parallel zur Ober fläche ist. Wenn die Größe der Teilchen zunimmt, erstrecken sie sich in mehr als einen Saum und bewirken ein kompli ziertes Ansprechverhalten.

Somit ist die Amplitude einer jeden reflektierten Welle, welche das Teilchen beleuchtet, eine Funktion des Polari sationszustandes der ankommenden Welle und der optischen Eigenschaften der Oberfläche, wobei sie genau bekannt sein müssen, um das Streuverhalten zu bestimmen. Jedoch wird diese reflektierte Welle selbst durch die Anwesenheit des Teilchens gedämpft bei allen mit Ausnahme der kleinsten Teilchen und bei allen mit Ausnahme der größten Einfalls winkel. Das Teilchen schattet den reflektierten Strahl teilweise ab.

Offensichtlich würde das Problem vereinfacht werden, wenn das Teilchen mehrere Durchmesser über der Reflexionsgrenze aufgehängt werden könnte, um das Nahfeld von der Grenze hinwegzubewegen. Es sei jedoch daran erinnert, daß das Nahfeld sich wie I/D^-2 verändert und daß die Versetzung nur einige wenige Mikrons zu sein braucht, um den Schat tierungseffekt zu verlieren.

Zu diesem Zweck können mehrere λ/2 Schichten von SiO₂ auf einer Siliciumscheibe gezogen werden, um eine Situation gemäß Fig. 3 zu schaffen. Für Teilchen im Submikronbe reich kann dann die Wirkung der Abschattung durch das Teilchen für die Praxis vernachlässigt werden. Versuche wurden mit monodispergierenden PSL-Teilchen durchgeführt, die durch solch eine Abstandsschicht angehoben wurden, wobei sich eine gute Übereinstimmung zwischen den theoreti schen (nach der MIE-Theorie) und den empirischen Werten ergab.

Wenn ein ungeradzahliges vielfaches von λ/4 als Abstand verwendet wird, würden sich offensichtlich andere Resultate ergeben, wenn das Teilchen von einer dunklen in eine helle Zone überwechselt. Abgesehen von der Tatsache, daß die Abstandsschicht die theoretische Behandlung vereinfacht, weist sie auch auf mögliche bedeutende Änderungen im An sprechverhalten bei bearbeiteten im Gegensatz zu unbearbei teten Scheiben hin.

Das größte Interesse nimmt jedoch das Beispiel der Fig. 1 ein, entsprechend einer unbearbeiteten Scheibe, wobei die Stärke der reflektierten Welle geschätzt werden muß, will man eine nützliche Darstellung des Ansprechverhaltens ge winnen. Der Grund für dieses Interesse ist ersichtlich, wenn man sich klarmacht, daß der einfallende Strahl eine direkte "sammelbare" rückstreuende Komponente ergibt, während die reflektierte Welle eine direkte "sammelbare" vorwärtsstreuende Komponente erbringt. Die Vorwärts streuung ist erheblich größer als die Rückstreuung mit Ausnahme der Teilchen mit Rayleigh-Größe; in diesem Falle sind sie gleich. Es ist somit offensichtlich, daß die Amplitude der reflektierten Welle ganz genau bestimmt werden muß. Außerdem müssen Phasendifferenzen zwischen allen Komponenten bestimmt werden, um die Streuintensitäten zu berechnen.

Wenn ein Teilchen sehr klein ist, dann ist der wirksame Streuquerschnitt viel kleiner als sein geometrischer Quer schnitt, und daher kann die Wirkung des Teilchens auf die reflektierte Welle vernachlässigt werden. Wenn sich jedoch die Größe eines Teilchens an die der Wellenlänge annähert, wird sein Streuquerschnitt größer als sein geometrischer Querschnitt

und die Anwesenheit des Teilchen beeinflußt die Welle stark. Bei einem Einfallswinkel von 0° beleuchtet die reflektier te Welle die Teilchen nicht sehr wirkungsvoll, wobei Q_sc <1 Größen entspricht, die größer sind als λ; seine Existenz wird durch das Teilchen selbst ausgeschlossen. Somit wird bei solchen Größen unter Einfallswinkeln von nahe 0° die sich ergebende Streuung nur durch Rückstreuung stärker an genähert. Nur wenn die Teilchengröße bis dahin abnimmt, wo Q_sc <1 oder bei größeren Einfallswinkeln an eine reflektierte Komponente aufzutreten beginnen und eine meßbare Vorwärtsstreuung erzeugen.

Für Berechnungszwecke wurde die erzeugte reflektierte Komponente (der Abschnitt, der potentiell abgeschattet ist) gedämpft, indem ihre Amplitude proportional zum Streu wirkungsgrad des Teilchens verkleinert wurde. An diesem Punkt ergab sich, daß ein Kompensationsfaktor entstand, welcher den dynamischen Bereich verringerte, da die Größe bis zu einem Punkt anwuchs, an dem eine starke Vorwärts streuung herrschte, wobei es am wenigsten wahrscheinlich war, erzeugt zu werden. Theoretische Werte für unbearbei tetes Silicium bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Sammelwinkel von ±5° sind in Fig. 4 gezeigt. Berechnungen für Größen, die größer sind als 1 µm unterliegen einem anwachsenden Fehler und, während die mittleren Trends nützlich sind, sind die Frequenzgänge nicht ganz richtig in Phase und Amplitude. Das berechnete Ansprechverhalten im Submikronbereich kann jedoch nicht von den Istmessungen unterschieden werden. Für Größen, die größer sind als 1 µm ist der mittlere Frequenzgang im wesentlichen eine Funktion D². Ganz offensichtlich erzeugt diese Geometrie ein unbe stimmtes Ansprechverhalten über einen großen Teil des Größenbereiches.

Für Polarisationswirkungen kann der Fall des Einfallwinkels von 60° untersucht werden. Hier ist ein Fall, in dem das Teilchen nicht viel an der reflektierten Beleuchtung ver ändern kann, da ein großer Teil durch Reflexion weit außer halb des Bereiches erzeugt wird, der vom Teilchen beeinflußt wird. Wieder erfolgt für sehr kleine Teilchen die Beleuch tung durch eine ungestörte reflektierte Welle, jedoch bei wachsender Größe entsteht wieder eine geringe Dämpfung der reflektierten Komponente, die wieder von Q_sc aus über schlagsmäßig berechnet wird. Die Ergebnisse für die Polarisation "S" und "P" bei Einfallswinkeln von 60° und Sammlungswinkeln von ±10° sind zusammen mit den experimen tellen Werten für PSL in Fig. 5 gezeigt. In diesem wich tigen Submikronbereich von Größen sind die Übereinstimmungen ganz gut.

Auf den ersten Blick scheinen die Ergebnisse der Fig. 5 so schwierig zu verwenden zu sein, wie die der Fig. 4. Wenn jedoch die Streuungen von beiden Polarisationsmessun gen unabhängig voneinander analysiert werden, gibt es zwei Kalibrierbeziehungen zur Auswahl sowie ein Polarisations verhältnis. Für den Fall der Fig. 5 beispielsweise kann eine monotone Kalibrierung entwickelt werden, die durch Verwendung des Polarisationsganges "S" für Größen bis zu etwa 0,4 µ beeinflußt wird, worauf auf die Polarisations gänge "P" für Größen größer als 0,4 µ umgeschaltet wird. Diese Art von "Polarisationsvielfältigkeit" ist in der schematischen Zeichnung der Erfindung in Fig. 6 angewandt.

Wie Fig. 6 zeigt, werden sowohl ein He-Ne-Laser 14 mit "P"-Polarisation als auch ein He-Ne-Laser 16 mit "S"- Polarisation verwendet. Obwohl nicht extra gezeigt, können die Laser auch mit verschiedenen Frequenzen sowie auch verschiedenen Polarisationen arbeiten. Der "P"-polarisierte Strahl 18 des Lasers 14 wird durch Spiegel 20 und 22 reflektiert, durch die zylindrische Linse 24 gesammelt, durch den Spiegel 26 reflektiert, durch die zylindrische Linse 28 gesammelt und durch den Spiegel 30 reflektiert, der den Strahl auf einen Punkt (Überwachungsbereich) auf der Oberfläche der Scheibe 32 richtet.

Weiter zeigt Fig. 6, daß die Scheibe 32 von einer Saug trägerplatte 34 getragen wird, so daß die Oberfläche im Überwachungsbereich liegt, und die Platte in herkömmlicher Weise durch den Motor 36 gedreht wird.

Der "S"-polarisierte Strahl 38 des Lasers 16 wird durch die Spiegel 40 und 42 reflektiert, durch die zylindrische Linse 44 gesammelt, durch den Spiegel 46 reflektiert, durch die zylindrische Linse 48 gesammelt und durch den Spiegel 50 reflektiert, der den "S"-Strahl auf die Ober fläche der Scheibe 32 richtet, so daß zwei Strahlen auf die Oberfläche an einem gemeinsamen Punkt im Überwachungs bereich einfallen.

Das infolge Teilchenverunreinigung oder Oberflächendefek ten gestreute Licht wird durch die Linsenanordnung 54 ge sammelt, welche ein sechslinsiges Dunkelfeldobjektiv mit begrenzter Beugung 56, 57, 58, 59, 60 und 61 aufweist, dessen Ausgangsstrahl an und durch einen polarisierenden Strahlenteiler 64 geleitet wird. Der polarisierende Strah lenteiler 64 trennt oder teilt das gestreute Licht in zwei Komponenten, von denen eine das vom "P"-Strahl ge streute Licht und der andere das vom "S"-Strahl gestreute Licht darstellt. Die Komponente, die das vom "P"-Strahl gestreute Licht enthält, wird durch den Strahlenteiler zum Detektor 66 geleitet, wo das gestreute Licht abge griffen und in entsprechende elektrische Signale umgesetzt wird, die dann über die Verstärker 68 und 70 geleitet wer den, um ein Ausgangssignal "P" zu erzeugen. Die "S"-Strahl komponente wird vom Strahlenteiler zum Detektor 72 geleitet, wo das abgetastete Licht in entsprechende elektrische Signale umgesetzt wird, die dann durch den Verstärker 74 geleitet werden, wo ein Ausgangssignal "S" erzeugt wird.

Weisen die Laser verschiedene Frequenzen auf, so kann der polarisierende Strahlenteiler 64 durch einen dichroischen (farbentrennenden) Strahlenteiler ersetzt werden oder die Strahlen können anderweitig geteilt und gefiltert werden, um die beiden Streusignale voneinander zu trennen. Dann haben der "S"- und der "P"-Strahl verschiedene Farben (Frequenzen).

Fig. 6 zeigt auch, daß die Ausgangssignale der Verstärker 70 und 74 an einer Signalverarbeitungsschaltung 76 an liegen, deren Ausgangssignal die Verunreinigung durch Teilchen bzw. Defekte auf oder unter der Oberfläche des Materials anzeigt. Dieses Ausgangssignal kann ein monotones Ausgangssignal für die abgetastete Verunreinigung durch Teilchen sein. Für solch ein Ausgangssignal kann die Ver arbeitungsschaltung 76 Schalter aufweisen, an denen Polari sationssignale "S" für Teilchengröße bis etwa 0,4 µ und Polarisationssignale "P" für Teilchengrößen von über 0,4 µ anliegen.

Die Verarbeitungsschaltung 76 ist ausführlicher in Fig. 7 gezeigt. Die Schaltung 76 weist die Impulshöhenanalysatoren 78 und 80 auf, an denen die Ausgangssignale der Verstärker 70 und 74 anliegen, wobei die Ausgangssignale der Analysa toren 78 und 80 an eine logische Schaltung oder einen Mikroprozessor 82 gelangen. Die Analyse der Signale "S" und "P" erfolgt mit den beiden unabhängigen Impulshöhen analysatoren 78 und 80. Die Ist-Streuamplituden, die von den Impulshöhenanalysatoren 78 und 80 erzeugt werden, wer den zweckmäßigerweise mit Hilfe der Einheit 80 miteinander verglichen, die vorprogrammierte logische Matrizen auf weisen kann, oder über eine "Nachschlagetabelle", die Software auf der Grundlage eines Mikroprozessors verwendet, um die Istwerte zu interpretieren und Entscheidungen be züglich der Größe zu treffen bzw. um Teilchen von Ober flächenschäden zu unterscheiden.

Eine zweite Verwendung der Polarisationsanalyse dient den Oberflächendefekten. Oberflächendefekte oder -mängel wei sen meist lange nicht eine so hohe Polarisationsempfind lichkeit wie die kleinen Teilchen auf. Die gesamte Streuung tritt auf einer Ebene auf, ohne die komplizierenden Wir kungen der Beleuchtung durch Mehrfachstrahlen. Die Haupt wirkung besteht in einer diffusen Streuung durch eine kleine, örtlich begrenzte Fläche. Die Streuung bei der Polarisation "S" gegenüber der Streuung bei Polarisation "P" ist im allgemeinen eine Konstante für einen bestimmten Raumsichtwinkel und kehrt die Ansprechgröße mit sich ändern der Größe nicht um wie bei den Teilchen. So können Teil chen von Oberflächenmängel durch Polarisationsverhältnis messungen unterschieden werden, ausgenommen bei einer Größe, bei welcher das Polarisationsverhältnis oder die Teilchen und Defekte gleich sind.

Bei anderen Sammelwinkeln sind die Ansprechfunktionen ver schieden, jedoch im allgemeinen sorgt die Polarisation "S" für ein höheres Streuverhalten als die Polarisation "P" bei kleineren Submikrongrößen, wobei mit wachsender Größe das Verhältnis S/P umgekehrt wird. Es ist auch möglich, einen einzigen Laser zu verwenden, der sowohl gesteuerte "S"- als auch "P"-Ausgangssignale bzw. kreisförmig oder elliptisch polarisierte Ausgangssignale erzeugt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, bietet die Erfindung eine neue Anlage zur Oberflächenabtastung mit dem entsprechenden Verfahren, das sich gut zur Bestimmung der Verunreinigung durch Teilchen oder durch Defekte auf oder unter der Oberfläche eines Materials eignet.

Claims

1. Einrichtung zum Abtasten von Oberflächen mit strahlerzeugenden Einrichtungen, welche einen ersten und zweiten Beleuchtungsstrahl mit vorgegebe nen unterschiedlichen Polarisationen "P" und "S" erzeugen,
einer Strahlenrichteinrichtung, welche die Strahlen auf einen Überwa chungsbereich richtet,
einem Träger, der ein Material trägt, dessen Oberfläche abgetastet wer den soll, wobei die Oberfläche im Überwachungsbereich angeordnet ist und
Detektoren, die das am Überwachungsbereich reflektierte Licht auf nehmen und in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal erzeugen,
gekennzeichnet durch
eine Linseneinrichtung (54), welche das durch Verunreinigung und Defekte auf und unter der Oberfläche gestreute Licht sammelt, und
eine Trennvorrichtung, welche das durch die Linseneinrichtung (54) gesammelte Licht in eine erste und zweite Komponente trennt, wobei die erste Komponente das vom ersten Strahl (18) gestreute Licht und die zweite Komponente das vom zweiten Strahl (38) gestreute Licht umfaßt, und
die Detektoren (66, 72), die das von der Trennvorrichtung gestreute Licht aufnehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Er zeugen des ersten Beleuchtungsstrahls (18) mit "P"-Polarisation ein erster Laser (14) und zum Erzeugen des zweiten Beleuchtungsstrahls (38) mit "S"-Polarisation ein zweiter Laser (16) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung einen polarisierenden Strahlenteiler (64) aufweist, welcher das vom Strahl (18) mit "P"-Polarisation sowie das vom Strahl (38) mit "S"-Polarisation gestreute Licht trennt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen beider Beleuchtungsstrahlen (18, 38) mit "P"- und "S"-Polarisation, nämlich kreisförmiger oder elliptisch polarisierter Beleuchtungsstrahlen, ein einzel ner Laser vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Saugträgerplatte (34) ist, auf der das Material angeordnet ist, und ein Motor (36) die Saugträgerplatte (34) zum Abtasten der abzutastenden Oberfläche (32) drehbar antreibt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lin seneinrichtung (54) ein Dunkelfeldobjektiv (56, 57, 58, 59, 60, 61) mit begrenzter Beu gung aufweist, welche das gestreute Licht sammelt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signalverarbeitungsschaltung (76) aufweist, an der die Ausgangssignale der Detek toren (66, 72) anliegen und die in Abhängigkeit von diesen Ausgangssignalen ein Ausgangssignal für Verunreinigungen oder auch Defekte auf und unter der Oberfläche (32) abgibt.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenrichteinrichtung (20, 22, 24, 26, 28,30; 40, 42, 44, 46, 48) eine Anord nung von Spiegeln und Linsen aufweist, welche die polarisierten Strahlen (18, 38) auf den Überwachungsbereich der Oberfläche (32) richten, und daß das Dunkelfeldobjektiv (54, 56, 57, 58, 59, 60, 61) einen Linsensatz aufweist, der das von Verunreinigungen und Defekten auf sowie unter der Oberfläche (32) gestreute Licht gemeinsam sammelt.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (76) ein monotones Ausgangssignal für Verunreinigung durch Teilchen erzeugt, die in und an der Oberfläche (32) abgetastet werden.

10. Verfahren zum Abtasten von Oberflächen mit folgenden Schritten:

- Erzeugen eines ersten polarisierten Strahls;
- Erzeugen eines zweiten polarisierten Strahls, dessen Polarisation sich von der des ersten Strahls unterscheidet;
- Lenken des ersten und zweiten Strahls auf einen Überwachungsbereich;
- Bereitstellen eines Materials, dessen Oberfläche im Überwachungs bereich abgetastet werden soll; und
- Erzeugen elektrischer Ausgangssignale aus dem am Überwachungs bereich reflektierten Licht,
gekennzeichnet durch:
- Sammeln des Lichts vom ersten und zweiten Strahl, das durch Ver unreinigung und Defekte auf und unter der Oberfläche des Materials gestreut wurde;
- Trennen des gesammelten Lichts, das vom ersten und zweiten Strahl gestreut wurde;
- Abtasten des getrennten und gesammelten Lichts, das vom ersten und zweiten Strahl gestreut wurde, um elektrische Signale für das gestreute Licht abzugeben; und
- Verarbeiten der elektrischen Signale, um eine Anzeige für Verschmutzung oder Defekte auf sowie unter der Oberfläche des Materials zu gewinnen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Laserstrahl mit einer Polarisation "P" und der zweite Laserstrahl mit der Polarisa tion "S" erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Strahl mit der Polarisation "P" gestreute Licht dazu verwendet wird, Teilchengrößen bis zu etwa 0,4 µ und das vom Strahl mit der Polarisation "S" Teilchengrößen über etwa 0,4 µ abzutasten.