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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Defekt-Prüfvorrichtung
zur Prüfung
eines Defektes auf der Oberfläche
eines zu prüfenden
Gegenstandes, wie zum Beispiel einer Halbleiterscheibe.
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Zur
Prüfung
eines Defektes, wie ein Kratzer oder Staub auf der Oberfläche einer
Halbleiterscheibe (im Folgenden auch Wafer genannt), ist ein Verfahren
bekannt, das die Dunkelfeldbeleuchtung nutzt, bei der Beleuchtungslicht
aus einer diagonalen Richtung auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe angewandt
wird.
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Die
Dunkelfeldbeleuchtung nutzend, wird ein Defekt gewöhnlich von
einem Bediener durch Drehen oder Neigen der Halbleiterscheibe und
durch visuelles Beobachten der Anwesenheit eines abnormalen Fleckens
geprüft.
In jüngeren
Jahren wurde, um die Prüfung
zu automatisieren, ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem die gesamte
Halbleiterscheibe durch eine CCD-Kamera abgebildet wird, und ihre Abbildungsdaten
einer Abbildungsverarbeitung unterzogen werden, um einen Defekt
zu prüfen.
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Da
jedoch das gestreute Licht von einem Defekt, wie einem Kratzer oder
Staub, auf der Basis der Dunkelfeldbeleuchtung sehr schwach ist,
sollten Bereiche, die keine Defekte darstellen, bei der Ausführung der
Prüfung,
basierend auf Abbildungsverarbeitung, vorzugsweise relativ dunkel
sein. In einer Halbleiterscheibe, mit einem derart gebildeten sehr
kleinen periodischen Muster, tritt jedoch Beugungslicht aufgrund
des Musters auf, sodass es schwierig ist, einen Dunkelfeldzustand
zum Prüfen
eines Defektes mit hoher Empfindlichkeit zu erzeugen. Ferner wird die
Anordnung kompliziert beim Erkennen durch Abbildungsverarbeitung
derer, die von einem Bediener bearbeitet worden sind, und es gibt
auch ein Problem bei der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
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Ferner
ist bei der Abbildungsverarbeitung ein Arbeitsgang zum vorherigen
Untersuchen und Einstellen eines optimalen Beleuchtungswinkels erforderlich.
Da jedoch ein optimaler Beleuchtungswinkel, abhängig vom Typ der Halbleiterscheibe,
verschieden ist, sind sehr viel Zeit und Unannehmlichkeiten erforderlich,
um mit einer größeren Anzahl
von Halbleiterscheiben-Typen fertig zu werden. Weiterhin wird im
Falle einer Halbleiterscheibe mit einem Muster, für das ein
ausreichender Dunkelfeldzustand bei gar keinem Beleuchtungswinkel
erzielt werden kann, die Empfindlichkeit der Defekterfassung sehr
schwach.
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Die
EP 0406030A2 offenbart
ein optisches Prüfungssystem,
welches Vorrichtungen zur Erzeugung eines engen Strahlenbündels, Vorrichtungen zum
Scannen des engen Strahlenbündels
quer über einer
beugenden Oberfläche,
und Vorrichtungen zum Abtasten erster und zweiter Energieverteilung
umfasst. Diese Einrichtung fokussiert ein Laserstrahlenbündel auf
einen Gegenstand und erfasst das von ihm gestreute Licht, um dadurch
einen Defekt zu erfassen. Diese Einrichtung ist eine Mikro-Prüfeinrichtung,
die einen Detektor mit geringerer Auflösung im Vergleich zu einem
Muster hat.
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In
Anbetracht der Probleme des oben beschriebenen Stands der Technik,
ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Defekt-Prüfvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die in der Lage ist, Defektprüfungen leicht mit hoher Empfindlichkeit zu
bewirken, ohne komplizierte Einstellung oder Verarbeitung auszuführen, selbst
bezüglich
zu prüfenden
Gegenständen,
die unterschiedliche Typen periodischer Muster haben.
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Erfindungsgemäß, wird
die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die
Unteransprüche
enthalten weitere bevorzugte Entwicklungen der Erfindung.
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Gegenstand, der in
der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei. 11-184881 enthalten ist
(eingereicht am 3. Juni 1999).
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Darstellung, die die Anordnung einer Defekt-Prüfvorrichtung
gemäß der Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
eine Darstellung, die einen Fall erklärt, in dem ein Feinmuster als
eine Reihe von regelmäßig angeordneten
Punkten angesehen wird, und Beleuchtung wird aus einer Richtung
senkrecht zu der periodischen Richtung des Musters bewirkt;
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3 ist
eine Darstellung, die den Zustand des gebeugten Lichts in der in 2 gezeigten
Beleuchtungsrichtung erklärt;
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4 ist
eine Darstellung, die einen Fall erklärt, in dem die Beleuchtungsrichtung
bezüglich
der Richtung senkrecht zum Muster geneigt ist;
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5 ist
eine Darstellung, die den Zustand von gebeugtem Licht in der in 4 gezeigten
Beleuchtungsrichtung zeigt;
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6 ist
eine Darstellung, die das Verhältnis der
Weite in einer Richtung erklärt,
in der gebeugtes Licht abwesend ist;
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7 ist
eine Darstellung, die den Öffnungswinkel
des Dunkelfeld-Beleuchtungslichts in einer Richtung parallel zur
Halbleiterscheiben-Oberfläche veranschaulicht;
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8 ist
eine Darstellung, die den Öffnungswinkel ε einer Abbildungslinse
auf der Seite eines zu prüfenden
Gegenstandes veranschaulicht;
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9 ist
eine Darstellung, die die Anordnung einer Defekt-Prüfvorrichtung
gemäß einer
Modifikation veranschaulicht;
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10 ist
eine Darstellung, die ein Prüf-Flussdiagramm
in der Defekt-Prüfvorrichtung gemäß der Modifikation
veranschaulicht; und
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11 ist
eine Darstellung, die ein Beispiel veranschaulicht, in dem optische
Systeme für
Dunkelfeldbeleuchtung mindestens in zwei Richtungen angeordnet sind.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführung
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Unter
Bezug auf die Zeichnungen wird nun eine Beschreibung des Ausführungsbeispiels
der Erfindung gegeben. 1 ist eine Darstellung, die
die Anordnung einer Defekt-Prüfvorrichtung
in Übereinstimmung
mit der Erfindung illustriert.
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Bezugszeichen 1 bezeichnet
ein optisches System für
die Dunkelfeldbeleuchtung. Das von einem Beleuchtungskörper 2,
wie einer Halogenlampe, ausgestrahlte Beleuchtungslicht wird durch
eine Linse 4 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt und
wird aus einer diagonalen Richtung auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe
W gebracht, d.h. auf einen zu prüfenden
Gegenstand, der auf einem X-Y-Objektträger 5 angebracht ist.
Ein abbildendes optisches System 10, das eine CCD Kamera 11 besitzt,
ist über
der Halbleiterscheibe W angebracht. Eine Linse 12, für die im
wesentlichen gleichmäßige Abbildung
einer im wesentlichen gesamten Fläche der Halbleiterscheibe W,
ist zwischen der Kamera 11 und der Halbleiterscheibe W
angebracht.
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Die
Kamera 11 ist in der Nähe
der Fokusposition der Linse 12 angebracht.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass ein Schmalband-Passfilter 3 zur Umwandlung
des Bandes des Beleuchtungslichts zu einem schmalen Band auf dem
optischen Pfad des optischen Systems 1 für Dunkelfeldbeleuchtung
angeordnet ist. Das Band für die
aufgenommene Abbildung kann entsprechend verschmälert werden, wenn der Filter 3 vor
der Kamera 11 auf der Seite des bildgebenden optischen Systems 10 angeordnet
ist.
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Bezugszeichen 20 bezeichnet
eine Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung,
die ein Abbildungssignal von der Kamera 11 holt, nachdem
sie sie einer vorbestimmten Verarbeitung wie einer A/D Umwandlung
oder Ähnlichem,
unterwirft, und bewirkt dann die notwendige Vorverarbeitung, wie
die Berichtigung der Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung der Kamera 11,
um einen Defekt zu ermitteln. Bezugszeichen 20a bezeichnet
einen Speicher der Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20.
Bezugszeichen 21 bezeichnet ein Display, auf dem die Abbildung,
die in die Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung geholt worden ist,
dargestellt ist. Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Antriebseinheit
zum Antrieb des X-Y-Objektträgers 5,
und Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Steuer-/Regelungseinheit
zum Steuern/Regeln der gesamten Defekt-Prüfvorrichtung.
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Nachfolgend
wird eine Beschreibung des Layouts des optischen Systems 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
und des abbildenden optischen Systems 10 zum Erhalten einer
zufriedenstellenden Dunkelfeld-Abbildung gegeben.
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Zuerst
wird eine Beschreibung des Layouts des optischen Systems 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
zur Minimierung der Gesamtmenge des durch das Muster der Halbleiterscheibe
W gestreuten Lichts gegeben.
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Wenn
ein Defekt unter Verwendung der Dunkelfeldbeleuchtung geprüft wird,
in einem Fall, dass ein Feinmuster (hier Bezug nehmend auf ein Feinmuster,
das mehrmals so groß ist
wie die Wellenlänge
der verwendeten Beleuchtung, wie im Falle eines Speichermusters)
vorliegt, wie in dem Fall einer Halbleiterscheibe, kommt gebeugtes
Licht infolge des gestreuten Lichts basierend auf dem Muster auf
einem hohen Niveau vor. Daher wird die Erfassungsempfindlichkeit
durch die Menge des gestreuten Lichts beeinflusst. Da die Gesamtmenge
des infolge des Musters gestreuten Lichts durch die auf der Oberfläche der
Halbleiterscheibe einfallende Menge des Beleuchtungslichts bestimmt
ist, ist es möglich,
das infolge des Muster gestreute Licht zu reduzieren, wenn der Einfallswinkel
des Beleuchtungslichts (der Winkel des Lichts bezüglich der
vertikalen Richtung der Oberfläche
der Halbleiterscheibe) groß gestaltet wird.
Unterdessen ändert
sich das durch auf der Oberfläche
der Halbleiterscheibe befindlichem Staub oder Ähnlichem (ein Defekt, der eine
Projektion hat) gestreute Licht nicht viel, selbst wenn der Einfallswinkel
des Beleuchtungslichts geändert
wird. Entsprechend wird die Menge gestreuten Lichts durch Staub oder Ähnliches,
relativ zu der Menge gestreuten Lichts von den anderen Bereichen,
groß,
wenn der Einfallwinkel des Beleuchtungslichts vergrößert wird, wodurch
es möglich
wird, die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen.
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Wenn
der Einfallswinkel θ des
Beleuchtungslichts auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe auf
ein Maximum von 90° eingestellt
wird, breitet sich das Beleuchtungslicht parallel zu der Oberfläche der Halbleiterscheibe
aus, sodass das durch das Muster gestreute Licht zu 0 wird, und
die Erfassungsempfindlichkeit wird für am höchsten gehalten. Da die Oberfläche der
Halbleiterscheibe im Herstellungsprozess im Allgemeinen eine leichte
Verwerfung hat, gibt es Fälle,
in denen die Erfassung eines Defekts bei einer Beleuchtung unter
einem Winkel von θ =
90 Grad unmöglich
wird. Unterdessen verringert sich gleichzeitig mit einer Verringerung
des infolge des Musters gestreuten Lichts das durch einen Kratzer
(Defekt, der keine Projektion hat) oder Ähnlichem gestreute Licht.
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Entsprechend
wird dieser Einfallwinkel auf einen Winkel hoher Effizienz eingestellt,
um so die Erfassungsempfindlichkeit zu verbessern. Für praktische
Zwecke kann gesagt werden, dass der Einfallwinkel bei θ = 85 Grad
oder so etwa ausreichend ist. Wenn eine Einstellung mit θ = 85 Grad
versehen ist, wird die gesamte Menge des auf der Halbleiterscheibe
auftreffenden Lichts das 0,087-fache, ausgedrückt als COS(85°), verglichen
mit dem vertikalen Auftreffen. Da die Erfassungsempfindlichkeit
für Staub
dadurch ungefähr
die 11-fache wird, wird nämlich
die Erfassung von Staub, der kleiner als ein Pixel einer Kamera
ist, möglich.
Bei der makroskopischen Prüfung
zur Abbildung der gesamten Halbleiterscheibe neigt die Größe der Pixel
der Kamera dazu, relativ groß zu
sein, und der Effekt der Verbesserung dieser Erfassungsempfindlichkeit
ist groß bei
der Erfassung eines Defektes aus Staub, der kleiner ist als die
Größe des Pixels.
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Obwohl
vorhergehend eine Beschreibung des Einfallwinkels des Beleuchtungslichts
zur Verbesserung der Erfassungsempfindlichkeit für Staub gegeben worden ist,
ist es notwendig, das in die Kamera 11 einfallende, durch
das Muster gestreute Licht (gebeugte Licht), weiter zu vermindern,
um die Erfassungsempfindlichkeit für Kratzer zu verbessern. Nachfolgend
wird gesondert eine Beschreibung dieses Verfahrens gegeben, das
die Beziehung der Positionen zwischen der Beleuchtungsrichtung und
der Abbildungsrichtung und die Beziehung bei der Weite (Winkel)
einer Richtung, in der das gebeugte Licht abwesend ist, betrifft.
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(a) Positionsbeziehung
zwischen Beleuchtungsrichtung und Abbildungsrichtung
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Wenn
in dem Muster Periodizität
vorhanden ist, interferieren die gestreuten Lichtstrahlen miteinander.
Folglich verstärken sich
Lichtstrahlen, die in eine besondere Richtung gestreut werden gegenseitig
(d.h. es erscheint gebeugtes Licht), aber Lichtstrahlen, die in
die anderen Richtungen gestreut werden schwächen sich gegenseitig und werden
sehr gering. Wenn, demgemäß, die Kamera 11 so
angeordnet ist, dass die beugende Richtung vermieden wird, indem
diese Eigenschaften genutzt werden, ist es möglich das durch das Muster
gestreute Licht wesentlich zu vermindern, sodass es möglich wird,
das durch einen Defekt gestreute Licht ausgewählt und hell abzubilden, was
keine Interferenz verursacht. Da die Beugungsrichtung sich abhängig von
der Periode des Musters, der Wellenlänge der Beleuchtung und der
Beleuchtungsrichtung bezüglich
des Musters ändert,
ist es jedoch, abhängig
vom Typ der Halbleiterscheibe, notwendig, Einstellungen der Beleuchtungsrichtung
(oder der Abbildungsrichtung) vorzunehmen. Dies ist jedoch mit Zeit
und Mühe
verbunden und es gibt keine Garantie, dass ein zufriedenstellendes
Dunkelfeld erhalten werden kann.
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Daher
wird in der Erfindung der Versuch gemacht, unter gewöhnlichen
Beleuchtungsbedingungen eine zufriedenstellende Dunkelfeld-Abbildung
zu erhalten, ohne für
jeden Typ von Halbleiterscheibe eine Einstellung der Beleuchtungsrichtung
(oder der Abbildungsrichtung) vorzunehmen, indem die Beziehung der
Position zwischen der Beleuchtungsrichtung und der Abbildungsrichtung
wie folgt eingestellt wird.
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Jetzt
wird ein Beugungsmuster für
einen Fall untersucht, in dem, wie in 2 gezeigt,
angenommen wird, dass ein Feinmuster aus einer Reihe von Punkten 31,
die in regelmäßiger Weise
angeordnet sind, besteht, und dass das Beleuchtungslicht aus ideal
parallelen Lichtstrahlen besteht und in einer Richtung angewandt
wird, die senkrecht zu periodischen Richtung des Musters ist (man
kann sich vorstellen, dass ein auf einer tatsächlichen Halbleiterscheibe
erzeugtes Muster von einer Vielzahl solcher Reihen von Punkten 31,
die kontinuierlich in einer Richtung senkrecht zu der periodischen
Richtung angeordnet sind, erzeugt wird). Es wird angenommen, dass
die das Feinmuster bildende Punktreihe 31 auf einer X-Y
orthogonalen Ebene 30 mit einer Periode n entlang der X-Richtung angeordnet
ist, und Beleuchtungslicht 33 mit einer Wellenlänge λ parallel
aus einer Y Richtung senkrecht zur periodischen Richtung der Punktreihe 31 angewandt
wird. Weiter wird angenommen, dass das Beleuchtungslicht 33 aus
einer diagonalen Richtung (aus der Richtung mit einem Einfallswinkel θ bezüglich der
vertikalen Richtung der Ebene 30, wie zuvor beschrieben)
auf die Oberfläche der
Ebene 30 angewandt wird. In diesem Stadium erscheint aufgrund
des Musters mit seiner periodischen Anordnung gebeugtes Licht in
der Richtung der Anordnung der Punktreihe 31.
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3 ist
eine Darstellung, die den Zustand dieses gebeugten Lichts erklärt und schematisch
den Zustand des gebeugten Lichts zeigt, wenn ein die X Achse umfassender
Querschnitt betrachtet wird (da das durch die Punktreihe 31 gebeugte
Licht einer Drehung mit seiner Anordnungsrichtung als Achse entspricht,
kann der Zustand des gebeugten Lichts in jedem Querschnitt als identisch
angesehen werden, wenn es ein Querschnitt ist, der die X Achse umfasst).
Das durch die Punktreihe 31 des Feinmusters gebeugte Licht
nullter Ordnung erscheint in einer Weise wie in die Z Richtung gerichtet,
die senkrecht zu der Ebene 30 ist. Das gebeugte Licht,
das andere Ordnungen als die nullte Ordnung hat, ändert sich und
erscheint in verschiedenen Richtungen abhängig von der Wellenlänge λ des Beleuchtungslichts
und der Periode n der Punktreihe 31. Eine Richtung, in der
gebeugtes Licht jedoch nicht erzeugt wird, erscheint zwischen der
Richtung 40 des gebeugten Lichts nullter Ordnung und der
Richtung 41a (oder Richtung 41b) des gebeugten
Lichts erster Ordnung, welches bei einem Minimum-Beugungswinkel αmin erzeugt
wird. Der Minimum-Beugungswinkel αmin kann
durch eine maximale Periode n(max) von Mustern verschiedenen Typs
und eine kürzeste
Wellenlänge λ(min)unter
den verwendeten Beleuchtungswellenlängen bestimmt werden. Wenn
demgemäß die Abbildung
mit einer Richtung zwischen der Richtung 40 des gebeugten
Lichts nullter Ordnung und einer Richtung 41a (oder Richtung 41b)
des gebeugten Lichts erster Ordnung bewirkt wird, können Abbildungen,
in denen der Effekt des gebeugten Lichts minimiert ist, immer erhalten
werden, selbst wenn der Typ des Musters anders ist.
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Die
Abbildung wird vorzugsweise von einer Richtung 42a (oder
Richtung 42b) zwischen der Richtung 40 des gebeugten
Lichts nullter Ordnung und der Richtung 41a (oder Richtung 41b)
des gebeugten Lichts erster Ordnung bewirkt.
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Es
sollte bemerkt werden, dass, wenn die zuvor erwähnte Bedingung (die Richtung
zwischen der Richtung des gebeugten Lichts nullter Ordnung und der
Richtung des gebeugten Lichts erster Ordnung) in dem die X Achse
enthaltenden Querschnitt genügt wird,
gesagt werden kann, dass jegliche Abbildungswinkel bezüglich der
Y Richtung unter der gleichen Bedingung sind. Um eine fokussierte
und unverzerrte Abbildung zu erzielen, ist es indes vorzuziehen,
die Abbildung aus einer im Wesentlichen senkrechten Richtung (Z
Richtung) bezüglich
der Halbleiterscheibe zu bewirken.
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Zum
Beispiel wird die Einstellung der Abbildungsrichtung 42b zur
Z Richtung in 3 möglich durch Neigen der Beleuchtungsrichtung
bezüglich
einer Richtung, die senkrecht zu der periodischen Richtung des Musters
ist (es reicht, wenn die Beleuchtungsrichtung relativ versetzt ist).
Wenn, wie in 4 gezeigt, das Beleuchtungslicht 33 aus
einer Richtung angewandt wird, in der das Beleuchtungslicht 33 in
einem Winkel β bezüglich der
Y Achse geneigt ist, wird das gebeugte Licht nullter Ordnung mit demselben
Winkel β geneigt
wie die Neigung des Beleuchtungslichts bezüglich der Z Richtung (siehe 5,
die schematisch den Zustand des gebeugten Lichts zeigt, wenn ein
die X Achse umfassender Querschnitt in derselben Weise betrachtet
wird wie 3). Entsprechend reicht es,
wenn β αmin 1/2, wenn
die Abbildungsrichtung zwischen den Richtungen der nullten Ordnung
und der ersten Ordnung des gebeugten Lichts eingestellt ist.
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(b) Beziehung der Weite
der Richtung, in der gebeugtes Licht abwesend ist.
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Um
eine Abbildung zu erhalten, in der gestreutes Licht (gebeugtes Licht)
vermindert ist, hat die Weite der Richtung in der das gebeugte Licht
abwesend ist, eine weitere Bedeutung, sodass eine Beschreibung dieses
Aspekts gegeben wird.
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Selbst
wenn die Positionsbeziehung zwischen der Abbildungsrichtung und
der Beleuchtungsrichtung unter den vorgenannten Bedingungen eingestellt
worden ist, wenn aber die Abbildungslinse der Kamera 11 übermäßig groß gemacht
ist (d.h. wenn der Öffnungswinkel
der Abbildungslinse übermäßig groß ist),
fällt das
gebeugte Licht auf die Kamera 11, sodass ein ausreichender
Dunkelfeldzustand nicht notwendigerweise erzielt werden kann.
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Ferner
können,
was das Beleuchtungslicht betrifft, durch die Verwendung von Laserlicht
ideale parallele Lichtstrahlen erzeugt werden, aber die Menge des
Lichts wie auch die Dunkelfeldbeleuchtung sind gering, sodass die
Verwendung von Laserlicht nicht unbedingt geeignet ist. Im Falle
einer allgemeinen Halogenlampe ist die Lichtmenge wie auch die Dunkelfeldbeleuchtung
ausreichend; jedoch können, selbst
wenn eine Kollimatorlinse verwendet wird, keine vollständig parallelen
Lichtstrahlen erhalten werden, sodass Ablenkung in Richtung des
gebeugten Lichts auftritt. Wenn dieses gebeugte Licht zu beträchtlich
ist, fällt
dieses gebeugte Licht noch auf die Kamera 11, sodass ein
ausreichender Dunkelfeldzustand nicht unbedingt erzielt werden kann.
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Mit
Bezug auf 6 wird eine Beschreibung der
Beziehung der Weite der Richtung gegeben, in der das gebeugte Licht
abwesend ist. In 6 ist die Richtung 40 des
gebeugten Lichts nullter Ordnung mit demselben Winkel β geneigt
wie die Neigung des Beleuchtungslichts bezüglich der Z Richtung, und der Winkel β ist auf
1/2 des Beugungswinkels α eingestellt.
Ferner wird angenommen, dass die Abbildung von der Z Richtung bewirkt
wird.
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Hier
nehmen, wenn das Beleuchtungslicht nicht vollkommen parallel ist,
das gebeugte Licht nullter Ordnung und das gebeugte Licht erster
Ordnung Weiten (Winkel) an, die jeweils durch die schraffierten
Bereiche 50 und 51 gekennzeichnet sind. Diese Weiten
(Winkel) werden identisch mit dem Öffnungswinkel γ der Dunkelfeldbeleuchtung
in einer Richtung parallel zur Oberfläche der Halbleiterscheibe (siehe 7).
Gebeugtes Licht kommt nämlich
vor, wenn die Weite der Abbildungslinse größer ist als die Weite (Winkel δ), in der
1/2 Teile des jeweiligen Öffnungswinkel γ nach innen
von einem Winkel abgezogen werden, der durch die Richtung 40 des
gebeugten Lichts nullter Ordnung und die Richtung 41b des
gebeugten Lichts erster Ordnung erzeugt wird, wenn das Beleuchtungslicht
zu vollständig
parallelem Licht gemacht wird. Umgekehrt gesagt, ist es möglich, eine Abbildung
zu erhalten, die nicht von dem gebeugtem Licht beeinflusst ist,
wenn die Abbildung mit einer Winkelweite kleiner als dieser Winkel δ bewirkt
wird.
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Wenn
der Öffnungswinkel ε einer Abbildungslinse 11a der
Kamera 11 auf der Seite des zu prüfenden Gegenstands kleiner
gestaltet wird als der Winkel δ,
in dem Fall, dass die Abbildungsrichtung zwischen der Richtung 40 des
gebeugten Lichts nullter Ordnung und der Richtung 41b des
gebeugten Lichts erster Ordnung eingestellt ist, kommt das gebeugte
Licht auf der Oberfläche
des Abbildungselements 11b nicht mehr vor, wie in 8 gezeigt.
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Das
Vorhergehende zusammenfassend, sind die notwendigen Bedingungen
zur Verminderung des auf die Kamera 11 auffallenden gestreuten Lichts
folgende.
Öffnungswinkel ε der Abbildungslinse
+ Öffnungswinkel γ des Beleuchtungslichts < Weite (Winkel)
in einer Richtung, in der gebeugtes Licht abwesend ist = Beugungswinkel α
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Wenn
angenommen wird, dass die verwendete Beleuchtungswellenlänge λ ist, und
die Periode des Musters n ist, kann ferner der Beugungswinkel α bestimmt
werden durch: α =
sin–1(λ/n)
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Es
sollte bemerkt werden, dass, obwohl die Abbildungsrichtung vorzugsweise
zwischen der Richtung des gebeugten Lichts nullter Ordnung und der
Richtung des gebeugten Lichts erster Ordnung liegt, die Abbildungsrichtung
zu jeder Seite leicht versetzt werden kann, soweit die Gesamtheit
des Öffnungswinkels ε der Abbildungslinse
und des Öffnungswinkels γ des Dunkelfeld-Beleuchtungslichts ausreichend
kleiner ist als der Beugungswinkel α.
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Da
der minimale Beugungswinkel αmin durch
die maximale Periode n(max) des Musters bestimmt wird, und die kürzeste Wellenlänge λ(min) des Beleuchtungslichts,
basierend auf dem Schmalband-Passfilter 3,
des Öffnungswinkels ε der Abbildungslinse
und des Öffnungswinkels γ des Beleuchtungslichts
in Übereinstimmung
damit eingestellt werden, wird es, in dem Fall, dass Muster von
verschiedenem Typ geprüft
werden, aus dem vorhergehenden möglich,
Dunkelfeldabbildungen konstant zu erhalten, selbst wenn die Muster
von unterschiedlichem Typ sind.
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Gelegentlich
liegen, zwischen den Mustern auf den Halbleiterscheiben, möglicherweise
sehr feine Muster, wie Speicherzellen und große punktähnliche Muster zur Verbindung
zu externen Verbindungsleitungen, in vermischter Art vor. Wenn der
Beugungswinkel für
die großen
Muster berechnet wird, wird somit der Wert äußerst klein. Regelmäßige Reflexion
(gebeugtes Licht nullter Ordnung) ist jedoch die Hauptströmung in
einem derart großen
Muster, und es tritt praktisch kein gestreutes Licht (gebeugtes Licht
höherer
Ordnung) auf. Daher können
zufriedenstellende Dunkelfeldabbildungen selbst dann erzielt werden,
wenn der Beugungswinkel nicht in Betracht gezogen wird.
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Diejenigen
Muster, für
die der Beugungswinkel in Betracht gezogen werden muss, sind sehr
feine Muster mit Maßen,
die bis zu einem Mehrfachen der verwendeten Wellenlänge groß sind.
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Als
nächstes
wird eine kurze Beschreibung des Betriebs der Defektprüfung in Übereinstimmung mit
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gegeben. Zuerst
wird die Halbleiterscheibe W auf dem X-Y-Objektträger 5 angeordnet.
In diesem Stadium wird die periodische Richtung des Musters der
Halbleiterscheibe W in einer derartigen Positionsbeziehung angeordnet,
dass sie mit der Richtung parallel zu der X Richtung des X-Y-Objektträgers 5 übereinstimmt.
Nebenbei bemerkt, werden das optische System 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
und das abbildende optische System 10 in der Positionsbeziehung,
wie in den in 4 und 5 beschrieben,
angeordnet, während
die Kamera 11 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung
(Z Richtung) zur Halbleiterscheibe eingestellt wird. Währendessen wird
die Beleuchtungsrichtung des optischen Systems 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
so eingestellt, dass sie mit dem Winkel β bezüglich der Y Richtung des X-Y-Objektträgers 5 geneigt
ist.
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Die
Halbleiterscheibe W, die der Dunkelfeldbeleuchtung durch das optische
System 1 für
Dunkelfeldbeleuchtung ausgesetzt ist, wird durch die Kamera 11 abgebildet.
Da das durch ein Feinmuster gebeugte Licht abgeschwächt ist,
kann in diesem Stadium eine Dunkelfeld-Abbildung erhalten werden,
die dunkel ist. Das Abbildungssignal von der Kamera 11 wird
in die Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20 geholt und
in seinem Speicher 20a gespeichert. Die Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20 nimmt
die Defektprüfung
auf der Basis der gespeicherten Dunkelfeld-Abbildung vor. Wenn es
auf der Halbleiterscheibe einen Defekt wie einen Kratzer gibt oder Staub
anwesend ist wird die Helligkeit des von dem Defekt gestreuten Lichts
relativ hoch, im Vergleich mit einer Dunkelfeld-Abbildung ohne den
Defekt, wobei der Defekt durch den Vergleich der Helligkeit mit einem
Schwellenwert ermittelt wird.
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Das
Verfahren zur Prüfung
auf einen Defekt durch Dunkelfeldbeleuchtung aus einer Richtung
ist oben beschrieben worden. Unter den Mustern auf den Halbleiterscheiben
sind jedoch möglicherweise ein
Bereich mit Periodizität
in vertikaler Richtung und ein Bereich mit Periodizität in horizontaler
Richtung in gemischter Wiese vorhanden. In diesem Fall besteht die
Möglichkeit,
dass eine einzige Abbildung, die auf Dunkelfeldbeleuchtung aus einer
Richtung basiert, nicht eine beste Dunkelfeld-Abbildung bereitstellen kann.
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In
dem Fall von Mustern, die keine perfekte Periodizität haben,
wie Logik-IC-Bausteine oder System-LSIs, in denen verschiedene Typen
von Schaltkreisen auf einem einzigen Chip integriert sind, werden
einige Bereiche hell, selbst wenn die Dunkelfeldbeleuchtung aus
irgendeiner Richtung bewirkt wird. In diesem Fall besteht die Möglichkeit,
dass eine zufriedenstellende Dunkelfeld-Abbildung nicht erzielt werden
kann.
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Bezugnehmend
auf 9, wird eine Beschreibung einer Modifikation einer
Defekt-Prüfvorrichtung
für solche
Muster gegeben. Die in 9 gezeigte Defekt-Prüfvorrichtung
hat eine Anordnung, in der eine rotierende Antriebseinheit 25 zum
rotieren des optischen Systems 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
mit der vertikalen Achse (Z-Achse) des X-Y-Objektträgers als
Rotationszentrum zu der in 1 gezeigten
Einrichtung hinzugefügt
ist. Die anderen Anordnungen sind ähnlich denen von 1.
Der Antrieb der Rotation des optischen Systems 1 zur Dunkelfeldbeleuchtung
durch die rotierende Antriebseinheit 25 wird durch eine
Regelungs-/Steuereinheit 23 geregelt/gesteuert.
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Es
wird eine Beschreibung einer Defektprüfung durch diese Einrichtung
gegeben (siehe das in Bild 10 gezeigte Flussdiagramm).
Zuerst wird die Halbleiterscheibe W durch ein optisches System 1 zur
Dunkelfeldbeleuchtung, das an einer vorbestimmten Rotationsposition
angebracht ist, beleuchtet, eine erste Abbildung wird aufgenommen,
und die Abbildungs-Verarbeitungseinrichtung 20 speichert
es in ihrem Speicher 20a. Als nächstes veranlasst die Regelungs-/Steuereinheit 23 die
rotierende Antriebseinheit 25, das beleuchtende optische
System 1 durch jeden festgelegten Winkel zu rotieren, und Dunkelfeld-Abbildungen der Halbleiterscheibe
W, die von der Kamera 11 synchron mit der Rotation aufgenommen
werden, werden nacheinander in dem Speicher 20a gespeichert.
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Wenn
eine Vielzahl von Abbildungen erhalten worden ist, nachdem das beleuchtende
optische System 1 bis zu einem vorbestimmten Winkel (z.B. 90
Grad von einer vorbestimmten Position) gedreht ist, extrahiert die
Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20 dunkelste Pixel
(Pixel, die einen minimalen Helligkeitswert darstellen) aus den
positionsmäßig korrespondierenden
Pixel (Pixel in derselben Position) in die jeweiligen Abbildungsdaten.
Dann fertigt die Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20 eine
einzige Dunkelfeld-Abbildung an, die aus den extrahierten Pixeldaten
an den jeweiligen Positionen erzeugt ist. Diese Bearbeitung kann
gleichzeitig mit dem Holen der Abbildungen durchgeführt werden.
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Wenn
die Beleuchtungsrichtung gedreht wird, wiederholen die verschiedenen
Schaltkreise auf einem Chip jeweils Hell und Dunkel zu verschiedenen
Perioden, und alle Schaltkreise werden nicht gleichzeitig dunkel,
aber wenn die am dunkelsten werdenden Pixel gesammelt werden, kann
eine zufriedenstellende Dunkelfeldabbildung erzielt werden. Die
Abbildungs-Verarbeitungsvorrichtung 20 bewirkt durch
Verarbeitung der bereitgestellten Abbildung die Erfassung eines
Defekts wie ein Kratzer oder Staub. Als Folge kann selbst im Fall
eines Logik-ICs
oder eines System-LSI eine zufriedenstellende Dunkelfeldabbildung
erzielt werden, und die Defektprüfung kann
mit hoher Empfindlichkeit ausgeführt
werden.
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Es
sollte bemerkt werden, dass in dem Fall, in dem das Scannen durch
das Drehen der Beleuchtungsrichtung bewirkt wird, gebeugtes Licht
höherer Ordnung
durch die Peripherie der Abbildungslinse der Kamera 11 hindurchtritt.
Da das gebeugte Licht höherer
Ordnung eine dem Band der Beleuchtungswellenlänge entsprechende Streuung
hat, ist es vorzuziehen, die Bandbreite des Beleuchtungslichts zu begrenzen,
um eine zufriedenstellende Dunkelfeld-Abbildung zu erhalten. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird dies durch die Verwendung des Schmalband-Passfilters 3 realisiert.
Die auf dem Filter 3 basierende Wellenlänge und die Breite ihres Schmalbands
sind in Übereinstimmung
mit der Spektralverteilung der Lichtmenge der Lichtquelle 2 und
der Erfassungsempfindlichkeit auf der Seite der Kamera 11 ausgelegt.
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Zusätzlich,
die Rotation des optischen Systems 1 für die Dunkelfeldbeleuchtung
in der obigen Beschreibung betreffend, reicht es aus, wenn der Rotationswinkel
in Übereinstimmung
mit dem Typ des Musters bestimmt ist, und die Anzahl von Fällen von zu
speichernden Abbildungsdaten kann, abhängig vom Typ des Musters, z.B.
nach dem Verhältnis
zwischen der Bearbeitungszeit und der Erfassungsgenauigkeit festgelegt
werden.
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Im
Falle der Halbleiterscheibe W, in der Muster, die Periodizität in wechselseitig
senkrechter Richtung haben, wie die vertikale Richtung und die horizontale
Richtung, in gemischten Weisen vorhanden sind, reicht es aus, wenn
dieselbe Bearbeitung wie oben beschrieben ausgeführt wird, indem jeweilige Abbildungen
aus mindestens zwei Richtungen erlangt werden, wie unten beschrieben.
Und zwar, wie in 1 gezeigt, ist das optische
System 1 zur Dunkelfeldbeleuchtung derart angeordnet, dass
es in der Lage ist, Beleuchtung aus einer mit dem Winkel β, der in
der oben beschriebenen Weise bestimmt ist, geneigten ersten Richtung 60a bezüglich der
Y Richtung des X-Y-Objektträgers 5 zu
bewirken und von einer zweiten Richtung 60b senkrecht zu
der Richtung 60a. Diese Anordnung kann dadurch bereitgestellt werden,
dass die Beleuchtungsrichtung des optischen Systems 1 für Dunkelfeldbeleuchtung
durch die rotierende Antriebseinheit 25 geändert wird,
oder durch das Anfertigen von zwei optischen Systemen 1 für Dunkelfeldbeleuchtung
und fixe Aufstellung derselben in den jeweiligen Richtungen 60a und 60b. Dann
wird die Halbleiterscheibe W so angeordnet, dass die vertikalen
und horizontalen Perioden des Musters parallel zu der X Richtung
und der Y Richtung des X-Y-Objektträgers 5 sind.
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In
der Dunkelfeldbeleuchtung aus der Richtung 60a kann eine
Abbildung erlangt werden, in der das gebeugte Licht des Musters,
das eine periodische Richtung senkrecht zur Y Richtung aufweist, vermindert
ist. In der Dunkelfeldbeleuchtung aus der Richtung 60b kann
eine Abbildung erlangt werden, in der das gebeugte Licht des Musters,
das eine periodische Richtung senkrecht zur X Richtung aufweist, vermindert
ist. Auf der Basis dieser beiden Posten von Abbildungsdaten werden
positionsmäßig korrespondierende
Pixel, die relativ geringe Helligkeit entfalten, wie oben beschrieben
extrahiert, und eine einzige Dunkelfeldabbildung, die durch die
extrahierten Pixeldaten an den jeweiligen Positionen erzeugt wird, wird
angefertigt, wodurch es ermöglicht
wird, Defektprüfung
leicht mit hoher Auflösung
zu bewirken.
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Es
sollte bemerkt werden, dass, obwohl in dem in 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel
das optische System 1 zur Dunkelfeldbeleuchtung so angeordnet
ist, dass es bezüglich
der Halbleiterscheibe W gedreht wird, es möglich ist, ein relativ identisches Verhältnis zu
erzielen, wenn der X-Y-Objektträger 5 zum
Anordnen der Halbleiterscheibe darauf und das abbildende optische
System 10 um die Z Achse gedreht werden.
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Wie
oben beschrieben, ist es in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung möglich,
Defektprüfung
leicht mit hoher Empfindlichkeit zu bewirken, ohne bei der Dunkelfeldbeleuchtung
komplizierte Einstellung oder Bearbeitung vorzunehmen, selbst in
Bezug auf zu prüfende
Gegenstände,
die unterschiedliche periodische Muster haben.