DE69723997T3

DE69723997T3 - Wafer inspektionsystem für die unterscheidung von löchern und staubpartikeln

Info

Publication number: DE69723997T3
Application number: DE69723997T
Authority: DE
Inventors: E. Michael FOSSEY; C. John STOVER
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: AU7626798A; EP0943088B1; EP0943088A1; DE69723997T2; JP3827733B2; MY123792A; TW482898B; EP0943088B2; WO1998025131A1; JP2001503148A; DE69723997D1

Description

Gebiet und Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oberflächenprüfsysteme und -verfahren und insbesondere auf die Überprüfung von Artikeln oder Werkstücken, wie Siliziumwafer, um das Vorhandensein von Defekten wie Teilchen oder vom Kristall herrührende Gruben auf der Oberfläche zu detektieren und zwischen ihnen zu unterscheiden.
Oberflächenprüfsysteme werden allgemein zur Überprüfung von Artikeln oder Werkstücken wie Siliziumwafern benutzt, um das Vorhandensein von Defekten auf der Waferoberfläche zu detektieren. Beispielsweise ist in der WO 96/27786 ein Oberflächenprüfsystem offenbart, welches eine Prüfstation zur Aufnahme eines Werkstücks und einen Abtaster, welcher positioniert und ausgelegt ist, eine Oberfläche des Werkstückes in der Prüfstation abzutasten, umfasst. Der Scanner umfasst eine Lichtquelle, welche ausgelegt ist, einen Strahl von P-polarisiertem Licht zu projizieren und mit dem P-polarisierten Lichtstrahl über die Oberfläche des Werkstücks abzutasten. Eine Mehrzahl von Kollektoren ist angeordnet, um Komponenten von unter verschiedenen Winkeln von der Oberfläche des Werkstücks durch auf der Oberfläche des Werkstücks vorhandene Defekte gestreutem Licht aufzusammeln, und ein Detektor ist jedem der Kollektoren zugeordnet, um das gesammelte Licht zu detektieren und ein Signal zu erzeugen.
Wenn die Überprüfung eine große Anzahl von Defekten anzeigt, kann der Wafer zur nochmaligen Reinigung zurückgesendet werden. Wenn die Defekte Teilchen oder andere Ablagerungen auf der Waferoberfläche sind, ist die wiederholte Reinigung er folgreich. Wenn jedoch die Defekte Gruben oder „COPS" (Crystal Originated Pits) in der Waferoberfläche sind, werden sie nicht durch die wiederholte Reinigung entfernt. Da derartige Oberflächenprüfsysteme nicht zwischen Grubendefekten und Teilchendefekten unterscheiden können, wird der Wafer typischerweise unabhängig davon, ob die Defekte Gruben oder Teilchen sind, zur nochmaligen Reinigung zurückgeschickt. Da diese Defekte Gruben sein können, kann die nochmalige Reinigung des Wafers zu nichts anderem als einer Verschwendung von Zeit und Produktionsmitteln führen. Es wäre vorteilhaft, in der Lage zu sein, Gruben in der Oberfläche des Wafers von darauf angeordneten Teilchen unterscheiden zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Oberflächenprüfsystem und -verfahren bereit, welches Defekte wie Teilchen oder Gruben auf der Oberfläche eines Werkstücks wie eines Siliziumwafers nicht nur detektiert, sondern auch zwischen vom Kristall herrührenden Grubendefekten und Teilchendefekten unterscheidet. Dies macht es möglich, leicht sicherzustellen, ob das Werkstück eine nochmalige Reinigung zum Entfernen von Teilchendefekten nötig hat oder ob andere Maßnahmen ergriffen werden müssen.
Breit formuliert umfasst das Oberflächenprüfsystem:

– eine Prüfstation zur Aufnahme eines Werkstücks und insbesondere eines Siliziumwafers;
– einen zum Abtasten einer Oberfläche des Werkstücks in der Prüfstation positionierten und angeordneten Abtaster, wobei der Abtaster eine Lichtquelle, welche angeordnet ist, einen Strahl von P-polarisiertem Licht unter einem Einfallswinkel, welcher nicht senkrecht ist, auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, und Mittel, welche positioniert sind, um den P-polarisierten Lichtstrahl über die Oberfläche des Werkstücks zu scannen bzw. abzutasten, umfasst,
– eine Mehrzahl von Kollektoren, welche angeordnet sind, unter unterschiedlichen Winkeln von der Oberfläche des Werkstücks durch auf der Oberfläche des Werkstücks vorliegende Defekte gestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, und
– einen jedem der Kollektoren zugeordneten Photodetektor, um das gesammelte Licht zu detektieren und ein Signal zu erzeugen.

Das Oberflächenprüfsystem umfasst ein auf die von den Photodetektoren erzeugten Signale reagierendes Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der von dem Werkstück unter verschiedenen Winkeln gestreuten und von unterschiedlichen Kollektoren aufgesammelten Lichtkomponenten und zum Klassifizieren eines Obeflächendefekts als einen Teilchendefekt oder als einen vom Kristall herrührenden Grubendefekt aufgrund dieser Unterschiede.
Die Unterschiede in der Winkelverteilung des gestreuten Lichts können beispielsweise durch ein Vergleichen der Menge von Licht, welches in eine Richtung senkrecht von der Oberfläche des Werkstücks gestreut wurde, mit einer Menge von Licht, welches von der Oberfläche des Werkstücks zurückgestreut wurde, detektiert werden. Die Detektion von Unterschieden in der Winkelverteilung des gestreuten Lichts kann ebenso beispielsweise das Identifizieren einer Intensitätssenke in der Intensitätsverteilung des gestreuten Lichts einbeziehen.
Der Abtaster tastet bevorzugt entlang eines relativ schmalen Abtastpfades während einer Rotations- und Translationsbewegung des Werkstücks ab. Genauer gesagt, weist das System bevorzugt einen Transporter, welcher ausgestaltet ist, das Werkstück entlang eines Materialpfades zu transportieren, und einen dem Transporter zugeordneten Rotator auf, welcher ausgestaltet ist, das Werkstück während der Translationsbewegung entlang des Materialpfades zu drehen. Der Abtaster ist posi tioniert und ausgestaltet, um eine Oberfläche eines Werkstücks während einer Rotations- und Translationsbewegung entlang des Materialpfades abzutasten, so dass die gesamte Oberfläche des Werkstücks in einem Spiralmusterraster abgetastet wird. Der Abtaster umfasst entweder eine P-polarisierte Lichtquelle oder eine mit einem P-polarisierenden Filter gekoppelte Lichtquelle, wobei der P-polarisierende Filter mit der Lichtquelle ausgerichtet ist.
Ein Kollektor ist zudem angeordnet, um von der Oberfläche des Werkstücks während der Rotations- und Translationsbewegung entlang des Materialpfades reflektiertes und gestreutes Licht aufzusammeln. Der Kollektor umfasst einen Dunkelkanaldetektor, welcher positioniert ist, um Licht zu detektieren, welches von der Oberfläche eines Werkstücks gestreut wird. Der Dunkelkanaldetektor umfasst eine Mehrzahl von Kollektoren, welche positioniert und ausgelegt sind, Licht unter verschiedenen Winkeln relativ zu der Oberfläche des Werkstücks aufzusammeln. Jeder Kollektor umfasst einen Photodetektor zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem aufgesammelten Licht. Die elektrischen Signale von Photodetektoren, welche unter den verschiedenen Winkeln angeordnet sind, werden verglichen, um die Unterschiede in der Winkelverteilung des gestreuten Lichts zu bestimmen.
Die Mehrzahl von Kollektoren umfasst bevorzugt einen Vorwärtskanalkollektor, welcher angeordnet ist, um von der Oberfläche des Werkstücks unter einem relativ kleinen Winkel bezogen auf die spiegelnde Reflektion von dem Werkstück vorwärtsgestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, einen Zentrumskanalkollektor, welcher neben dem Vorwärtskanalkollektor positioniert ist und ausgelegt ist, um im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Werkstücks unter einem relativ mittleren Winkel gestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, und einen Rückwärtskanalkollektor, welcher benachbart zu dem Zentrumskanalkollektor positioniert ist und ausgelegt ist, von der Oberfläche des Werkstücks unter einem relativ großen Winkel rückwärtsgestreute Lichtkomponenten aufzusammeln.
Wenn der Abtastlichtstrahl auf einen Defekt wie eine Grube oder ein Teilchen trifft, wird Licht von der Oberfläche gestreut und von den Kollektoren aufgesammelt. Die Intensität des gestreuten Lichtes und die Zeit seiner Detektion während des Abtastens stellen Informationen über die Größe und den Ort des Defekts auf der Oberfläche des Werkstücks bereit. Weiterhin kann die Art des Defekts, d. h., ob es sich um eine Grube oder ein Teilchen handelt, durch die Detektion von Unterschieden in der Winkelverteilung des von dem Werkstück gestreuten Lichts festgestellt werden. Beispielsweise ist, wenn der Defekt eine Grube ist, die von dem Zentrumskanalkollektor detektierte gestreute Lichtmenge typischerweise größer als die von dem Rückwärtskanalkollektor detektierte. Alternativ ist, wenn der Defekt ein Teilchen ist, die von dem Zentrumskanalkollektor detektierte Lichtmenge typischerweise kleiner als die von dem Rückwärtskanalkollektor und/oder dem Vorwärtskanalkollektor detektierte. Das Dunkelkanalkollektorsystem stellt eine hohe Empfindlichkeit für das Oberflächenprüfsystem der Erfindung bereit, um einfacher eine Topografie des Zustands der Oberfläche eines Teilchens oder eines Werkstücks, umfassend Defekte wie Teilchen, Gruben und dergleichen in und auf der Oberfläche eines Werkstücks zu identifizieren, zu klassifizieren und/oder bereitzustellen.
Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein P-polarisierter Lichtstrahl entlang eines relativ schmalen Abtastpfades unter einem relativ kleinen Einfalls Winkel bezogen auf die Oberfläche des Werkstücks geleitet. Das Verfahren umfasst bevorzugt zudem das Bewirken einer Rotations- und Translationsbewegung des Werkstücks während des engen Abtastens, so dass der enge Abtastpfad die gesamte Oberfläche des Werkstücks entlang eines Spiralpfades überstreicht.
Das Oberflächenprüfsystem und -verfahren der vorliegenden Erfindung unterscheidet vorteilhafterweise vom Kristall herrührende Gruben in der Oberfläche des Wafers von Teilchen auf der Oberfläche des Wafers und bestimmt daher, ob eine Reinigung oder die Vornahme einer anderen Handlung, beispielsweise ein Verändern der Bedingungen der Herstellung und Lagerung, benutzt werden kann, um die Defekte zu beheben. Zusätzlich bietet das Oberflächenprüfsystem und -verfahren eine hohe Ortsauflösung, ein kleines Gesichtsfeld in der Objektebene, welches wiederum eine verbesserte Kantendetektionsleistung bewirkt, eine verbesserte Wiederholbarkeit des Prüfprozesses, und es verringert durch Streuung von Luftmolekülen bewirkte Interferenzsignale.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Andere Vorteile werden beim Fortschreiten der Beschreibung auftreten, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gesehen wird, worin:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystems ist,
2 einen Transporter eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystems darstellt, welcher ausgelegt ist, ein Werkstück wie einen Wafer mit einer Rotations- und Translationsbewegung entlang eines Materialpfades zu transportieren,
3 eine erhöhte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystems darstellt,
3a eine Teilansicht eines Lichtkanaldetektors eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystems ist,
4 eine erhöhte Seitenansicht eines optischen Abtastsystems eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystem schematisch darstellt,
5 schematisch die Rotations- und Translationsbewegung eines Wafers durch ein Prüfgebiet gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
6 schematisch einen Kollektor eines Oberflächenprüfsystems mit segmentierter Optik zum Aufsammeln von von einer Oberfläche eines Wafers gestreuten Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
7 schematisch eine Systemsteuerung eines erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystems darstellt,
8 einen Vergleich zwischen der Benutzung von S-polarisiertem und P-polarisiertem Licht bei senkrechten und nichtsenkrechten Einfallswinkeln zum Unterscheiden von Gruben und Teilchen in und auf der Oberfläche eines Wafers darstellt,
9 die Benutzung von P-polarisiertem Licht unter einem nichtsenkrechten Einfallswinkel beim Detektieren von Gruben und verschiedenen Arten von Teilchen in und auf der Oberfläche eines Wafers darstellt,
10 einen Vergleich zwischen der Benutzung von P-polarisiertem und S-polarisiertem Licht beim Detektieren ei nes Teilchens auf der Oberfläche eines Wafers darstellt und sowohl experimentelle als auch simulierte Ergebnisse zeigt,
11 die Benutzung von P-polarisiertem Licht bei einem nichtsenkrechten Einfallswinkel beim Detektieren von gestreutem Licht für Gruben verschiedener Durchmesser in der Oberfläche eines Wafers darstellt,
12 die Benutzung von P-polarisiertem Licht beim Detektieren von Gruben verschiedener Durchmesser in einem Wafer darstellt,
13 das Winkelverteilungsmuster von relativ kleinen COPS und Teilchen bei Benutzung von P-polarisiertem Licht unter einem nichtsenkrechten Einfallswinkel darstellt,
14 eine Darstellung ähnlich 13 ist, welche das Winkelverteilungsmuster von mittelgroßen COPS und Teilchen zeigt,
15 eine Darstellung ähnlich 13 ist, welche das Winkelverteilungsmuster von größeren COPS und Teilchen zeigt,
16 ein Ablaufdiagramm ist, welches die Anwendung eines Algorithmus zum Unterscheiden zwischen COPS und Teilchen zeigt,
17 und 18 Graphen sind, welche darstellen, wie die Konstanten für den Algorithmus von 16 abgeleitet werden können,
19 eine Teilchenkarte eines sauberen Wafers ist,
20 eine COP-Karte eines sauberen Wafers ist,
21 eine Teilchenkarte des Wafers von 19 ist, nachdem Teilchendefekte bekannter Größe darauf deponiert wurden,
22 eine COP-Karte des Wafers von 21 mit der Teilchendeposition ist, wobei diese nicht als COP-Defekte detektiert werden.
Beschreibung eines dargestellten Ausführungsbeispiels
Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind, beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die dargestellten hier vorgebrachten Ausführungsbeispiele begrenzt angesehen werden; vielmehr werden diese dargestellten Ausführungsbeispiele bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Umfang der Erfindung Fachleuten vollständig vermittelt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgängig auf gleiche Elemente.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenprüfsystems 20 zum Detektieren von Defekten wie Teilchen, Gruben und dergleichen auf einer Oberfläche eines Werkstücks W oder eines Artikels, wie einem Siliziumwafer. Teile des Systems 20 sind aus Klarheitsgründen weggebrochen und in gestrichelten Linien gezeigt, um verschiedene Elemente des Oberflächenprüfsystems 20 darzustellen. Das Oberflächenprüfsystem 20 wird geeignet zum Prüfen der Oberfläche von unstrukturierten Wafern W sowohl mit als auch ohne abgeschiedene Schichten benutzt. Das System 20 umfasst bevorzugt ein Mittel zum translationsmäßigen Transport entlang eines Materialpfades P, dem translationsmäßigen Transportmittel zugeordnete Mittel zum Drehen bzw. Rotieren des Werkstücks W, während es sich entlang des Materialpfades P bewegt, Mittel zum Abtasten der Oberfläche S des Werkstücks W während der Rotations- und Translationsbewegung entlang des Materialpfades P, und Mittel zum Aufsammeln von von der Oberfläche S des Werkstücks W reflektierten und gestreuten Lichts.
Wie in 1 dargestellt, ist das Oberflächenprüfsystem 20 als Arbeitsplatz mit einem Arbeitstisch 21 ausgestaltet. Auf dem Arbeitstisch 21 ist ein im Allgemeinen geschlossenes und im Wesentlichen lichtdichtes Gehäuse 22, ein Videodisplay 23, eine Tastatur 25 und eine Maus 26 positioniert. Ein Schrank 27 ist von dem Arbeitstisch weg aufgehängt, um eine Systemsteuerung 50 zu tragen. Neben dem Schrank 27 ist eine Regeleinheit 28, um einen Drucker 29 und diesem zugeordnetes Druckpapier 29a zu tragen. Das Gehäuse 22 wurde teilweise aufgeschnitten, um die Prüfanordnung der vorliegenden Erfindung besser darzustellen. Das Prüfen des Wafers W wird bevorzugt in einer Prüfzone Z auf einem Prüftisch 31 durchgeführt. Ein robotisches Waferhantierungsgerät 32 ist benachbart zu der Prüfstation 20 angeordnet, um Wafer W von einer Kassette 33 auf den Tisch 31 auf- und abzuladen. Die Kassette 33 beherbergt eine Anzahl von Wafern 4 und wird durch eine (nicht gezeigte) Tür in den Schrank 27 geladen. Das Hantieren mit den Wafern W innerhalb des Gehäuses 22 wird automatisch ohne Kontakt mit menschlichen Händen vorgenommen, um Kontaminierung oder Verschmutzung zu vermeiden.
Wie am besten in 1–3 dargestellt, umfasst das Oberflächenprüfsystem 20 bevorzugt ein Mittel zum Transportieren eines Werkstücks W in Translationsrichtung entlang eines Materialpfades P. Das Mittel zum Transportieren eines Werkstückes W ist als Transporter 40 dargestellt, welcher ausgelegt ist, ein Werkstück W translationsmäßig entlang eines Materialpfa des P und bevorzugt durch eine Prüfzone oder ein Prüfgebiet Z zu transportieren. Der Translationstransporter 40 umfasst bevorzugt, wie dargestellt, ein Zahnrad 42, einen Motor 51 umfassend eine Welle 41a, welche angeordnet ist, das Zahnrad 42 zu drehen, und Führungen 36, 37 mit integral mit ihnen ausgebildeten Zähnen. Der Motor 41 und das auf der Motorwelle 41a angebrachte Zahnrad 42 bilden ein Spannelement bzw. einen Chuck für das System 50. Der Motor 41 des Spannelements ist bevorzugt auf einem Plattformelement 43 angebracht, welches eine Vielzahl von Flanschen 43a, welche sich von diesem nach oben erstrecken und welche das Werkstück W, d. h. den Siliziumwafer, daran entlang Kanten des Werkstücks W wie dargestellt aufnehmen, aufweist. Diese Befestigungstechnik für das Werkstück W verringert Schmutzflecken oder andere Oberflächenprobleme, welche mit dem Positionieren der unteren Oberfläche des Werkstücks, so dass sie stoßmäßig eine Oberfläche des Plattformelements 43 kontaktiert, verknüpft sind. Das Plattformelement 43 wird bevorzugt translationsmäßig entlang Plattformführungselementen 38, 39, welche an einer Unterseite davon befestigt sind, transportiert. Andere Translations- und/oder Rotationsmittel wie eine Kolben- und Zylinderkonfiguration, welche an dem Plattformelement angebracht ist, und ein Motor zum Drehen des Plattformelements können, wie Fachleute verstehen werden, ebenso gemäß der Erfindung benutzt werden.
Zudem ist ein Mittel zum Drehen eines Werkstücks W, dargestellt als Rotator 45, mit dem Transporter 40 verknüpft und angeordnet, um ein Werkstück W während der Translationsbewegung entlang des Materialpfades P zu drehen. Der Rotator 45 wie dargestellt umfasst bevorzugt einen Motor 46, welcher an einer Unterseite des Plattformelements angebracht ist, um eine Drehung des darauf angebrachten Wafers mit einer vorbe stimmten Geschwindigkeit bereitzustellen. Der Transporter 40 und der Rotator 45 sind bevorzugt synchronisiert und mit einem Abtaster 80 angeordnet, um ein spiralförmiges Abtasten mit schmalem Winkel (α) über die Oberfläche des Werkstücks während der Rotations- und Translationsbewegung entlang des Materialpfades P zu bewirken.
Wie in 1 und 3–5 dargestellt, ist ein Abtaster 80 positioniert und angeordnet, um eine Oberfläche eines Werkstücks W während der Rotations- und Translationsbewegung entlang des Materialpfades P abzutasten. Es wird jedoch von Fachleuten verstanden werden, dass der Abtaster 80 für eine Rotations- und/oder Translationsbewegung ausgestaltet sein kann, während das Werkstück W stationär ist oder translationsmäßig oder rotationsmäßig bewegt wird. Zusätzlich können andere Materialpfade P benutzt werden, d. h., weder das Werkstück W noch der Abtaster 80 können translationsmäßig bewegt werden, und das Werkstück kann nur in einem Rotationspfad getestet werden. Dementsprechend umfasst die vorliegende Erfindung eine P-polarisierte Lichtquelle 81 oder eine Lichtquelle, welche mit einem mit der Lichtquelle positionsmäßig ausgerichteten P-polarisierenden Filter gekoppelt ist, um einen P-polarisierten Lichtstrahl B zu erzeugen, Mittel zur Aufnahme der Lichtquelle und zum Abtasten einer Oberfläche S eines Werkstücks W, d. h., einen Spiegel 82, Linsen 84, 86, einen Ablenker 85, und Mittel zum Bewirken eines rotationsmäßigen und translationsmäßigen Abtasten des Werkstücks W, d. h., den Transporter 40 und den Rotator 45.
Der Abtaster 80 umfasst bevorzugt eine Lichtquelle 81, d. h., einen Laser, welcher ausgelegt ist, entweder einen P-polarisierten Lichtstrahl B zu erzeugen oder mit einem P-polarisierten Filter gekoppelt ist, welcher positionsmäßig mit der Lichtquelle ausgerichtet ist. Das P-polarisierte Licht weist bevorzugt eine Punktgröße auf, welche einer Halbwertsbreite (FWHM) von weniger als 0,1 Millimeter entspricht. Der Abtaster umfasst zudem Mittel, welche angeordnet sind, den Lichtstrahl B zu empfangen, und ausgelegt sind, den Lichtstrahl B entlang eines relativ schmalen Abtastpfades (α) über eine Oberfläche S des Werkstücks W abtastend zu bewegen bzw. zu scannen, während sich das Werkstück W rotationsmäßig und translationsmäßig entlang des Materialpfades P bewegt. Die Lichtquelle 81 ist bevorzugt ein Laser mit sichtbarem Licht relativ kurzer Wellenlänge, wie beispielsweise ein Argon-Ionen-Laser oder ein Festkörperlaser, wie Fachleute es verstehen werden. Der Laser 81 ist zudem bevorzugt die Kombination eines Lasers mit einer externen Optik, wie von Fachleuten verstanden. Der Laser 81 weist bevorzugt einen Strahldurchmesser von etwa 0,6 Millimetern („mm”) auf.
Das Abtastmittel umfasst bevorzugt einen Ablenker 85 wie dargestellt, welcher positioniert ist, um den Lichtstrahl B zu empfangen und ausgelegt ist, den Lichtstrahl B entlang eines relativ schmalen Abtastpfades abzulenken. Der Lenker 85 ist bevorzugt ein akustisch-optischer (AO) Ablenker wie dargestellt (oder ein mechanischer Ablenker), und der relativ schmale Abtastpfad (α) ist bevorzugt nicht größer als 0,1 Radiant und insbesondere im Bereich von 0,025–0,040 Radiant. Der Abtastpfad (α) entspricht bevorzugt richtungsmäßig dem Pfad P der Translationsbewegung und ist, wie am besten in 4 dargestellt, damit bevorzugt in einer im Wesentlichen parallelen Richtung, wie durch die Pfeile dargestellt. Die Ablenkung wird erreicht, indem ein Kristall beispielsweise mit hochfrequenten Schallwellen angeregt wird, welche mit der einfallenden Lichtwelle in einer Weise Wechselwirken, dass der Lichtstrahl B verändert wird und damit der Fortpflan zungswinkel geändert wird. Es ist verstanden, dass verschiedene Frequenzen des Kristalls dazu führen, dass das durch ihn hindurchgehende Licht um entsprechend verschiedene Fortpflanzungswinkel abgelenkt wird. Wenn die Frequenz der Schallwellen in einem Sägezahnmuster durchgestimmt wird, wird der Laserstrahl B durch einen Winkel (α) proportional zu der Frequenz abtastend bewegt. Der AO-Ablenker 80 bewirkt bevorzugt eine konstante Abtastgeschwindigkeit, welche wiederum eine konsistente oder eine vorherbestimmte Zeitantwort für Teilchen oder Defekte, welche von einer Artikeloberfläche detektiert werden, bereitstellt. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einen AO-Ablenker 85 beschrieben ist, können andere Mittel zum Bewirken von Abtastungen mit kleinem Winkel ebenso, wie von Fachleuten verstanden, gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie ein Galvanometer, ein piezoelektrischer Abtaster, ein resonanter Abtaster, ein sich drehender Spiegel, ein Abtastkopf, andere elektronische Abtaster oder ähnliches.
Zudem ist ein Strahlaufweiter 83 bevorzugt zwischen der Laserquelle 81 und dem Ablenker 85 positioniert, um den Lichtstrahl B vor Eintritt in den akustisch-optischen Ablenker 85 aufzuweiten. Der Strahlaufweiter 83 stellt bevorzugt Mittel bereit, um die aktive Apertur des Ablenkers 85 vollständiger auszufüllen, um den Abtastwinkel des Ablenkers bestmöglich zu benutzen.
Der Abtaster 80 umfasst zudem bevorzugt Mittel, welche mit dem Ablenker 85 positionsmäßig ausgerichtet sind und ausgelegt sind, den Lichtstrahl von dem schmalen Abtastpfad (α) zu einer Oberfläche S eines Werkstücks W unter einem relativ kleinen Einfallswinkel (θ_i) (relativ zu der Werkstückoberfläche) zu lenken, während sich das Werkstück W rotations- und translationsmäßig entlang des Materialpfades P bewegt. Obwohl ein kleiner Einfallswinkel (θ_i) bevorzugt ist, kann der Einfallswinkel (θ_i) irgendein Winkel verschieden von der Senkrechten des Werkstücks W sein, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erlangen. Der Einfallswinkel ist bevorzugt größer als 45° von der Senkrechten auf der Artikeloberfläche, d. h., kleiner als 45° von der Oberfläche des Werkstücks W und insbesondere bevorzugt in dem Bereich von 65–86° von der Senkrechten auf der Artikeloberfläche.
Das Lenkmittel ist als ein Spiegel 82 und eine Mehrzahl von optischen Linsen 84, 86 dargestellt, welche angeordnet sind, den Lichtstrahl B von dem Laser 81 zu der zu prüfenden Oberfläche S des Werkstücks W zu lenken. Während sich der Lichtstrahl B von dem AO-Ablenker 85 fortbewegt, geht der Strahl B durch eine zylindrische Linse 84 hindurch, welche den Lichtstrahl B bevorzugt winkelmäßig für ein lineares Abtasten der Oberfläche des Artikels während der Translations- und Rotationsbewegung des Artikels durch die Prüfzone ausrichtet. Ein Abschirmelement 87 ist positionsmäßig mit der zylindrischen Linse 84, welche nahe benachbart zu dem AO-Ablenker 85 positioniert ist, ausgerichtet, um den relativ geringen Teil des Lichtes abzuschirmen, welcher nicht für das Abtasten der Oberfläche des Werkstücks W linear ausgerichtet ist. Die nach der zylindrischen Linse 84 positionierte optische Linse 86 ist eine fokussierende oder f-Theta-Linse, wie von Fachleuten verstanden, welche ausgelegt ist, den Lichtstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks. W zu fokussieren.
Der erfindungsgemäße Abtaster 80 bewegt den Lichtstrahl B zum Abtasten bevorzugt in einer radialen Richtung mit einer Drehbewegung und einer linearen, lateralen oder Translationsbewegung (Y), um ein Spiralabtastmuster wie am besten in 3 dargestellt zu bewirken. Dennoch kann jeder andere Materialpfad P für das Werkstück W ebenso benutzt werden, um die Vorteile der Erfindung zu erlangen.
Wie am besten in 1, 3, 3a und 6–7 dargestellt, ist das Mittel zum Aufsammeln von Licht von der Oberfläche eines Werkstücks bevorzugt ein Kollektor 100 mit einem Lichtkanaldetektor 110, welcher ausgelegt ist, spiegelnd von der Oberfläche S eines Werkstücks W reflektiertes Licht zu detektieren, und ein Dunkelkanaldetektor 120, welcher benachbart zu dem Lichtkanaldetektor 110 angeordnet ist, um von der Oberfläche S eines Werkstücks W gestreutes Licht zu detektieren. Der Lichtkanaldetektor 110 kann ein PMT oder eine Photodiode sein, aber ist bevorzugt, wie von Fachleuten verstanden, ein Quadrantengerät, d. h. ein Detektor, welcher ausgelegt ist, eine X-Y Koordinatenpositionierung zu detektieren, so dass eine Abweichung im Pfad des reflektierten Lichts, d. h. während der Detektion eines Defekts oder Teilchens, bestimmt werden kann. Derartige Quadrantendetektoren werden von Advanced Photonix, Inc., früher Silicon Detector Corp., Camarillo, Kalifornien hergestellt. Obwohl eine bestimmte Konfiguration dargestellt ist, wird es verstanden sein, dass verschiedene andere rechteckige oder vielfache Zellen, d. h. Bi-Zellen-Konfigurationen ebenso entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt werden können.
Der Dunkelkanaldetektor 120 umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Kollektoren 121, 123, 125, welche nahe benachbart zueinander positioniert sind und ausgelegt sind, Komponenten des gestreuten Lichts unter verschiedenen jeweiligen vorherbestimmten Winkeln von der Oberfläche S des Werkstücks W aufzusammeln. Die Vielzahl von Kollektoren 121, 123, 125 des Dunkelkanaldetektors 120 bilden eine segmentierte Optik mit min destens zwei benachbart zueinander positionierten Kollektoren. Es wird von Fachleuten verstanden sein, dass die Vielzahl von Kollektoren 121, 123, 125 wie dargestellt zusammengesetzte Linsen sind, und andere Linsenanordnungen können ebenso entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Die Vielzahl von Kollektoren 121, 123, 125 umfasst einen Vorwärtskanalkollektor 121, welcher angeordnet ist, von der Oberfläche S des Werkstücks W unter einem relativ kleinen Winkel a vorwärtsgestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, einen Zentrumskanalkollektor 123, welcher nahe benachbart zu dem Vorwärtskanalkollektor 121 positioniert ist und angeordnet ist, im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche S des Werkstücks W unter einem relativ mittleren Winkel b gestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, und einen Rückwärtskanalkollektor 125, welcher nahe benachbart zu dem Zentrumskanalkollektor 123 positioniert ist und angeordnet ist, von der Oberfläche S des Werkstücks W unter einem relativ großen Winkel c rückwärtsgestreute Lichtkomponenten aufzusammeln. Der Dunkelkanaldetektor 120 umfasst weiterhin einen Vorwärtskanaldetektor 122, einen Zentrumskanaldetektor 124 und einen Rückwärtskanaldetektor 126, welche jeweils in optischer Verbindung mit einem entsprechenden Kollektor 121, 123, 125 positioniert sind, und elektrisch mit den Vorwärts-, Zentrums- und Rückwärtskanaldetektoren 122, 124, 126 verbundene Mittel, welche auf elektrische Signale von den Detektoren empfindlich sind, um die Anwesenheit eines Teilchens auf der Oberfläche S eines Werkstücks W festzustellen. Die Feststellmittel des Kollektors sind bevorzugt eine elektronische Signalunterscheidungsschaltung 150 wie (siehe 3 und 7) dargestellt und von Fachleuten verstanden, welche Signale empfängt, welche für aufgesammeltes Licht von dem Lichtkanaldetektor 110 und dem Dunkelkanaldetektor 120 repräsentiv sind.
Wie am besten in 1, 3 und 6 dargestellt, werden die jeweiligen relativen Winkel a, b, c der Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 bevorzugt in Bezug auf den Reflexionswinkel (θ_r) von Licht von der Oberfläche des Werkstücks W und bezogen auf vorwärtsgerichtete a, rückwärtsgerichtete c und im Wesentlichen senkrechte b Lichtkomponentenstreuung, welche relativ zu dem Einfallswinkel θ_i des Abtastens auftritt, bestimmt. Beispielsweise ist, wenn der Einfallswinkel θ_i relativ gering in Bezug auf die Oberflächenebene (hoch in Bezug auf die Senkrechte) ist, d. h., 15° von der Horizontalen oder –75° von der Senkrechten, der Vorwärtsstreuungs- oder schmale Winkel a bevorzugt etwa +22° bis +67°, der im Wesentlichen Senkrechtstreuungs- oder mittlere Winkel um –25° bis +20° und der Rückwärtsstreuungs- oder große Winkel um –72° bis –27°. Zudem wurden die Vorteile der vorliegenden Erfindung beispielsweise in einem Fall realisiert, bei dem der Einfallswinkel θ_i 25° von der Horizontalen oder –65° von der Senkrechten mit P-polarisiertem sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von 488 nm ist, wobei der Rückwärtskanalkollektor bei –38° zentriert ist und der Zentrumskanalkollektor bei +10° zentriert ist. Wenn beispielsweise ein Teilchen oder Defekt detektiert wird, ist der Vorwärtskanalkollektor 121 positioniert, um Vorwärtsstreuung a zu empfangen und aufzusammeln, der Zentrumskanalkollektor 123 ist positioniert, um im Wesentlichen senkrechte Streuung b zu empfangen und aufzusammeln, und der Rückwärtskanalkollektor 125 ist positioniert, um Rückwärtsstreuung c von der Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf das detektierte Teilchen oder den detektierten Defekt zu empfangen und aufzusammeln, oder ähnlich. In der im Wesentlichen senkrecht auf der Einfallsebene stehenden Richtung wird in dem obigen Beispiel etwa 73° des totalen Winkels aufgefangen. Dies ist ein etwa 0,64 Steriadian fester Winkel pro Segment oder insgesamt etwa 1,92 Steriadian, was eine wesentliche Verbesserung gegenüber bisher bekannten Detektoren darstellt.
Wie am besten in der perspektivischen Ansicht von 1 und der schematischen Ansicht 7 dargestellt, wird das Oberflächenprüfsystem 20 bevorzugt computergesteuert. Die Systemsteuerung 50 betreibt das Prüfsystem 20 unter der Aufsicht und Leitung eines menschlichen Bedieners, speichert und holt von dem System 20 erzeugte Daten und führt eine Datenanalyse bevorzugt abhängig von vorgegebenen Befehlen aus. Der dargestellte Abtastanordnungsabschnitt 90 arbeitet mit dem Abtaster 80 zusammen, umfasst einen Spannvorrichtungsdetektor 91, welcher eine Position an einen Servoverstärker 92 überträgt. Die relative Position des in Prüfung befindlichen Artikels wird dem System 50 über Motoren 41, 46 und daran angebrachte Kodierer 93 übermittelt. Die Positionsdaten werden an die AO-Abtaststeuerung 73 übertragen, welche bevorzugt einen Abschnitt des Systemelektronikchassis 70 bildet und abhängig davon den AO-Ablenker 85 über einen AO-Abtasttreiber 95 antreibt.
Das Systemelektronikchassis 70 umfasst eine Systemstromversorgung 71 und erhält Signale von den Dunkelkanaldetektoren 120 und den Lichtkanaldetektor 110, welche repräsentativ für das gestreut bzw. spiegelnd reflektierte Licht sind. Wie von Fachleuten verstanden, werden diese Datensignale in herkömmlicher Weise elektrisch in einem analogen Format zu einer analogen Front-End-Elektronik 74 übertragen und werden durch eine digitale Front-End-Elektronik 74 oder ähnliches in ein digitales Format umgewandelt. Die digitale Front-End-Elektronik 74 arbeitet zudem mit der AO-Abtaststeuerung 73, der Systembusschnittstelle 72 und der differenziellen Schnittstelle 69, d. h. dem differenziellen Bus, des Heimcomputer(„PC")-Chassis 60 zusammen. Die Systembusschnittstelle 72 kommuniziert zudem mit einer Laserstromversorgung 51 des Oberflächenprüfsystems 50.
Das PC-Chassis 60 umfasst eine PC-Stromversorgung 61, welche ausgelegt ist, den PC mit Strom zu versorgen. Das PC-Chassis 60 weist zudem eine Bewegungssteuerung 64 auf, welche reagierend mit dem Servoverstärker 92 der Abtastanordnung 90 und einem Systemsteuerungscomputer 65, d. h. Mikroprozessor oder Steuerer kommuniziert. Der Systemsteuercomputer 65 kommuniziert bevorzugt elektronisch mit einem Waferhantierer 52, um reagierend Steuersignale zum Anbringen und Hantieren des Artikels oder Wafers, welcher geprüft wird, wie oben beschrieben zu senden und zu empfangen. Der Systemsteuercomputer 85 kommuniziert zudem bevorzugt mit einer Festplatte 68, einem Anzeigeadapter 67, welcher ausgelegt ist, mit der Anzeige zu kommunizieren, und einer Internetschnittstelle 66, welche zur Netzwerk- oder für eine andere System- 50 Kommunikation ausgelegt ist. Ein Bildprozessor 64 kommuniziert elektronisch mit der differenziellen Schnittstelle 69 und dem Systemsteuercomputer 65, um das Bild der Oberfläche des geprüften Artikels und/oder Defekte, Mängel, Welligkeiten oder Teilchen darauf zu prozessieren. Das Oberflächenprüfsystem 50 wie in 7 dargestellt und von Fachleuten verstanden ist bevorzugt aus einer Kombination aus Software und Hardware, welche diese verschiedenen Komponenten des Systems 50 oder Kombinationen davon bilden, gebildet.
Wie in 1–7 dargestellt, werden Verfahren für das Prüfen einer Oberfläche S eines Artikels oder Werkstücks W auf Defekte ebenso gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche S eines Werkstücks W umfasst bevorzugt, ein Werkstück W rotations- und translationsmäßig entlang eines Materialpfades P zu bewegen und einen relativ schmalen Abtastpfad α von Licht über eine Oberfläche des Werkstücks W abzutasten, während sich das Werkstück W entlang des Materialpfades P bewegt. Der Schritt des rotations- und translationsmäßigen Transportierens eines Werkstücks entlang eines Materialpfades ist bevorzugt mit dem Schritt des Abtastens einer Oberfläche des Werkstücks synchronisiert, um so ein im Wesentlichen spiralförmiges Abtasten der Oberfläche des Werkstücks zu bewirken. Spiegelnd reflektiertes Licht und gestreutes Licht von der Oberfläche S des Werkstücks W werden bevorzugt getrennt aufgesammelt. Das Licht, welches von der Werkstückoberfläche gestreut wird, wird in getrennten Lichtkomponenten bei verschiedenen Winkeln aufgesammelt. Beispielsweise werden Lichtkomponenten, welche im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche S des Werkstücks W gestreut werden, und Lichtkomponenten, welche von der Oberfläche S des Werkstücks W rückwärts gestreut werden, getrennt aufgesammelt und verglichen, um damit Unterschiede in der Winkelverteilung des gestreuten Lichts festzustellen. Von der Oberfläche S des Werkstücks W gestreutes Licht wird getrennt von einer Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 bei einer Mehrzahl von vorbestimmten Streuwinkeln a, b, c aufgesammelt. Bevorzugt sind die Kollektoren positioniert, um vorwärtsgestreute Lichtkomponenten, rückwärtsgestreute Lichtkomponenten und Lichtkomponenten, welche in einer im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Werkstücks stehenden Richtung gestreut sind, aufzusammeln. Von den verschiedenen Kollektoren detektiertes Licht bedeutet einen Defekt in oder auf der Oberfläche S des Werkstücks W.
Um zu bestimmen, ob der Defekt ein Teilchendefekt oder eine Grube ist, werden Unterschiede in der Winkelverteilung des von dem Werkstück gestreuten Lichts detektiert. Dies wird erreicht, indem die von einem der Kollektoren aufgesammelte Lichtmenge mit der von einem oder mehreren der anderen Kollektoren aufgesammelten Lichtmenge verglichen wird. Das von den Detektoren 122, 124 und 126, insbesondere dem Zentrumskanaldetektor 124 und dem Rückwärtskanaldetektor 126, detektierte Licht kann benutzt werden, um auf der Werkstücksoberfläche angeordnete Teilchen von in der Werkstückoberfläche angeordneten Gruben zu unterscheiden, wenn in dem Abtaster P-polarisiertes Licht benutzt wird. Genauer gesagt bildet von der Werkstückoberfläche gestreutes P-polarisiertes Licht ein Muster, bei dem die zu dem Zentrumskanalkollektor 124 gestreute Lichtmenge größer als die zu dem Rückwärtskanalkollektor 126 gestreute Lichtmenge ist, wenn der Defekt eine Grube in der Werkstückoberfläche ist. Es wurde herausgefunden, dass dies insbesondere bei kleinen Gruben, d. h. Gruben mit einem Durchmesser von nicht mehr als etwa 300 nm, der Fall ist. Im Gegensatz dazu bildet von der Waferoberfläche gestreutes P-polarisiertes Licht ein Muster, bei dem die zu dem Zentrumskanalkollektor 124 gestreute Lichtmenge kleiner ist als die zu dem Rückwärtskanalkollektor 126 gestreute Lichtmenge, wenn der Defekt ein Teilchen auf der Werkstückoberfläche ist. 8–15 zeigen Beispiele von Verteilungen des gestreuten Lichts für Gruben und Teilchen verschiedener Größen, wenn P-polarisiertes Licht benutzt wird. 8 ist ein Vergleich zwischen Streudiagrammen für 90 nm Wolframteilchen auf der Oberfläche des Werkstücks und 180 nm Gruben in der Oberfläche des Werkstücks. Wie aus den zwei Streudiagrammen auf der linken Seite von 8 ersehen werden kann, bietet die Benutzung von entweder S-polarisiertem Licht oder die Benutzung eines normalen oder senkrechten Einfallswinkels, d.h. θ_i = 0°, mit entweder S- oder P-polarisiertem Licht kein effektives Verfahren zum Unterscheiden der Teilchen von den Gruben in der Oberfläche des Werkstücks. Die Winkelverteilung des von dem Werkstück gestreuten Licht ist im Wesentlichen für Grubendefekte und für Teilchendefekte gleich. In ähnlicher Weise gibt es, wie aus dem Streudiagramm im oberen rechten Viertel ersehen werden kann, wenn S-polarisiertes Licht unter einem nichtsenkrechten Einfallswinkel benutzt wird, beispielsweise für θ_i v= –70°, relativ geringe Unterschiede in der Form der Streukurven für Gruben und Teilchen. Jedoch streuen, wenn P-polarisiertes Licht benutzt wird, wie aus dem Diagramm in dem unteren rechten Viertel ersichtlich, die Teilchen Licht in einer Weise, dass eine Senke in dem Gebiet im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstückoberfläche detektiert wird. Die Gruben erzeugen ein deutlich unterschiedliches Winkelverteilungsmuster, durch das Gruben von Teilchen unterschieden werden können.
9 stellt von verschiedenen Teilchenmaterialien erhaltene Winkelverteilungsmuster dar. Wenn P-polarisiertes Licht unter einem Einfallswinkel θ_i = –70° benutzt wird, können die Teilchen durch eine charakteristische Senke in dem Gebiet, welches etwa der Winkel senkrecht zur Werkstückoberfläche (0°) ist, unterschieden werden, was somit erlaubt, das Vorhandensein von Teilchen auf der Oberfläche des Werkstücks von dem Vorhandensein von Gruben innerhalb des Werkstücks zu unterscheiden. Genauer zeigen die 120 nm psl Teilchen, die 90 nm Siliziumteilchen, die 80 nm Wolframteilchen und die 75 nm Aluminiumteilchen alle eine charakteristische Senke in der Nähe der Richtung normal oder senkrecht zu der Oberfläche des Werkstücks (0°). Der spezifische Minimalpunkt ändert sich für jedes Teilchen, aber sie sind alle im Wesentlichen innerhalb eines Gebiets, welches ± etwa 25° von der Null oder senkrech ten Richtung abdeckt. Das Streumuster von der Grube zeigt keine Senke.
10 vergleicht die Winkelverteilungen für simulierte Ergebnisse und experimentelle Ergebnisse bei Benutzung einer 0,1 μm psl-Kugel mit einem Laserstrahl bei einer Wellenlänge von 488 nm und einem Einfallswinkel von –75° sowohl bei Benutzung von P-polarisiertem Licht als auch S-polarisiertem Licht. Wie gezeigt erzeugt das P-polarisierte Licht eine charakteristische Senke in der Nähe von 0°. Keine solche Senke tritt bei der Benutzung von S-polarisiertem Licht auf.
11 stellt eine simulierte Streuung für Gruben verschiedener Durchmesser dar. Wie in 11 gezeigt ist, wenn P-polarisiertes Licht unter einem Einfallswinkel von θ_i = –70° benutzt wird, für kleine Gruben die zurückgestreute Lichtmenge größer als die vorwärtsgestreute Lichtmenge. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Durchmesser der Grube nicht mehr als etwa 300 nm beträgt.
12 stellt die Winkelverteilung von von größeren Gruben gestreutem Licht dar, d.h. von Gruben mit einem Durchmesser von mehr als etwa 430 nm, welche in der Oberfläche des Werkstücks angeordnet sind.
13, 14 und 15 stellen repräsentative Winkelverteilungsmuster für kleine COPS, mittlere COPS bzw. große COPS verglichen mit Teilchen bei Benutzung von P-polarisiertem Licht unter einem Einfallswinkel von –70° dar. In 13 ist zu sehen, dass ein 120 nm COP ein konvexförmiges Verteilungsmuster aufweist, wobei die in Winkel zwischen –20 und –60° rückgestreute Lichtmenge größer ist als die unter Winkeln von +20° und mehr vorwärts gestreute Lichtmenge. Teilchen verschiedener Zusammensetzungen und Größen von 90 nm und darunter weisen alle ein charakteristisches konkaves Verteilungsmuster auf, mit einer „Senke" in der Nähe von 0°. Für die größeren Teilchen, z. B. 90 nm psl, ist die Intensität des vorwärts gestreuten Lichts größer als die des rückwärts gestreuten Lichts.
Wie aus 14 ersichtlich ist das Winkelverteilungsmuster für einen etwas größeren 155 nm COP im Wesentlichen ähnlich dem 120 nm COP aus 13, wobei die rückwärtsgestreute Lichtmenge unter Winkeln von –20 bis –80° größer ist als die vorwärtsgestreute Lichtmenge. Die Teilchen kleinerer Größe, d. h. 91 nm und kleiner, weisen konsistent ein konkaves Verteilungsmuster mit einer „Senke" bei oder nahe 0° auf, wobei die Menge an vorwärts gestreutem Licht größer ist als die rückwärtsgestreute Lichtmenge. Die größeren Teilchen (120 nm psl) zeigen einen deutlich größeren Unterschied zwischen der vorwärtsgestreuten Lichtmenge und dem rückwärtsgestreuten Licht. Dieser Trend kann ebenso in 15 mit Teilchen bis zu einer Größe von 200 nm gesehen werden.
Mit diesem charakteristischen Winkelverteilungsmuster ist es möglich, COPS von Teilchen zu unterscheiden. Insbesondere kann, wenn das Verhältnis der Intensität des Signals von dem Zentrumskanaldetektor 124 zu dem Signal von dem Rückwärtskanaldetektor 125 geringer als ein vorherbestimmter Wert ist, der Defekt als Teilchen klassifiziert werden. Wenn das Verhältnis der Intensitäten des Signals des Zentrumskanaldetektors 124 zu dem Signal des Vorwärtskanaldetektors 122 größer als ein vorher bestimmter Wert ist, kann der Defekt als Grube klassifiziert werden. 16 stellt einen geeigneten Algorithmus für die Analyse der Information von den Detektoren dar, um Teilchen von COPS zu unterscheiden. Wenn das Verhältnis der von dem Zentrumskanal angezeigten Größe C zu der vom Rückwärtskanal angezeigten Größe B kleiner als die vorher bestimmte Konstante, in diesem Fall 1,14, ist, dann wird der Defekt als Teilchen klassifiziert. Anders ausgedrückt wird ein Signalereignis B, welche die vom Rückwärtskanal angezeigte Größe, und ein Signalereignis C, welches die vom Zentrumskanal angezeigte Größe repräsentiert, zu einem Komparator geleitet, in dem der Wert von C mit dem Wert von B mal einer vorhergegebenen Konstante, in diesem Fall 1,14, verglichen wird. Wenn C nicht größer als 1,14 mal B ist, dann wird das Signalereignis als Teilchen klassifiziert. Wenn C größer als 1,14 mal B ist, dann wird C mit einem Wert F verglichen, welcher die vom Vorwärtskanal angezeigte Größe repräsentiert. Wenn C größer ist als eine vorhergegebene Konstante (in diesem Fall 1,36) mal den Wert von F, dann wird das Signalereignis als COP klassifiziert. Wenn nicht, wird das Ereignis als Teilchen klassifiziert.
Die Anwendung dieses Algorithmus angewendet auf COPS ist graphisch in 17 dargestellt. Die Anwendung dieses Algorithmus auf Teilchen, in diesem Fall Aluminiumteilchen, ist graphisch in 18 dargestellt. 17 und 18 zeigen, wie simulierte Daten oder experimentelle Daten für Teilchen oder COPS verschiedener Größen benutzt werden können, um Konstanten für die Benutzung in der Art von Algorithmus wie ein 16 gezeigt abzuleiten. Es sollte für Fachleute aus dieser Darstellung offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den speziellen hier beschriebenen Algorithmus beschränkt, und dass andere Herangehensweisen und andere spezifische Algorithmen benutzt werden können, um die von den verschiedenen Detektoren erhaltenen Daten zu verarbeiten und zwischen Gruben und Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterscheiden.
Während dem Abtasten des Wafers kann, während Signalereignisse so in Teilchendefekte und Grubendefekte klassifiziert werden, die sich ergebenden Daten in einem Speicher in einem geeigneten Format wie einem Rasterformat gespeichert werden, um eine „Karte" der Teilchen oder Gruben auf der Oberfläche des Wafers zu definieren. Zusätzlich können die Intensitätswerte der Signalereignisse, welche die angezeigten Größen der Teilchen oder Gruben repräsentieren, gespeichert werden, um ein Histogramm bereitzustellen, welches die Größenklassifikation der Defekte darstellt. Diese Information kann dem Benutzer als visuelle Repräsentation des Wafers auf einer Videoanzeige übermittelt werden. 19 stellt beispielsweise eine Videoanzeige dar, welche eine Teilchenkarte eines sauberen Wafers zusammen mit einem Histogramm, welche die Verteilung von Teilchengrößen zeigt, darstellt. 20 zeigt eine Karte der COPS oder Gruben für denselben Wafer, und ein Größenhistogramm für die Gruben. 21 und 22 zeigen die Empfindlichkeit und Selektivität der Vorrichtung und des Verfahrens dieser Erfindung. Derselbe Wafer, welcher benutzt wurde, um die Teilchenkarte von 19 zu erzeugen, wurde mit Teilchendefekten bekannter Größe in drei Gebieten auf den Wafer „besät". 21 ist eine Teilchenkarte dieses Wafers, und die drei Gebiete ausgesäter Teilchen sind klar offensichtlich. 22 ist eine COP-Karte desselben Wafers. Bei einem Vergleich von 20 (vor dem Säen) mit 22 (nach dem Säen) ist es offensichtlich, dass die COP-Karte und das Histogramm im Wesentlichen unbeeinflusst von der starken Konzentration ausgesäter Teilchen auf dem Wafer sind.
In der Zeichnung und Beschreibung wurden typische bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart, und, obwohl bestimmte Ausdrücke verwendet werden, werden diese Ausdrücke nur in einem beschreibenden Sinn und nicht zum Zweck der Ein schränkung benutzt. Die Erfindung wurde sehr detailliert unter spezifischer Bezugnahme auf die verschiedenen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Claims

Oberflächenprüfsystem, umfassend: – eine Prüfstation zur Aufnahme eines Siliziumwafers (W), – ein zum Abtasten einer Oberfläche des Siliziumwafers in der Prüfstation positionierter und angeordneter Abtaster (80), wobei der Abtaster eine Lichtquelle (81), welche angeordnet ist, einen Strahl von P-polarisiertem Licht unter einem Einfallswinkel, welcher nicht senkrecht ist, auf die Oberfläche des Siliziumwafers zu projizieren, und Mittel (85), welche positioniert sind, um den P-polarisierten Lichtstrahl über die Oberfläche des Siliziumwafers zu scannen, umfasst, – eine Mehrzahl von Kollektoren (121, 123, 125), welche angeordnet sind, unter unterschiedlichen Winkeln von der Oberfläche des Siliziumwafers durch auf der Oberfläche des Siliziumwafers vorliegende Defekte gestreute Lichtkomponenten aufzusammeln, und – einen jedem der Kollektoren zugeordneten Photodetektor (122, 124, 126), um das gesammelte Licht zu detektieren und ein Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsystem ein auf die von den Photodetektoren erzeugten Signale reagierendes Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der von dem Siliziumwafer (W) unter verschiedenen Winkeln gestreuten und von unterschiedlichen Kollektoren aufgesammelten Lichtkomponenten und zum Klassifizieren eines Oberflächendefekts als ein Teilchen oder als eine vom Kristall herrührende Grube aufgrund dieser Unterschiede, umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der gestreuten Lichtkomponenten Mittel zum Vergleich der Menge des in einer senkrecht zu der Oberfläche des Siliziumwafers gestreuten Lichtes mit der Menge des von der Oberfläche des Siliziumwafers rückgestreuten Lichtmenge umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der gestreuten Lichtkomponenten Mittel zur Identifikation einer Intensitätssenke in den Winkelverteilungen des gestreuten Lichts umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der gestreuten Lichtkomponenten Mittel zum Vergleichen der Signale von unter verschiedenen Winkeln angeordneten Photodetektoren (122, 124, 126) umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Kollektoren (121, 123, 125) einen ersten Kollektor (123), welcher positioniert und angeordnet ist, um im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gestreute Lichtkomponenten zu sammeln, und einen zweiten Kollektor (121, 125), welcher positioniert und angeordnet ist, um unter einem nicht senkrechten Winkel von der Oberfläche des Siliziumwafers gestreute Lichtkomponenten zu sammeln, umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 5, wobei der Abtaster (80) positioniert und angeordnet ist, um den Lichtstrahl unter einem von senkrecht verschiedenen vorherbestimmten Einfallswinkel auf die Oberfläche des Siliziumwafers (W) zu leiten, und wobei der zweite Kollektor (125) positioniert und angeordnet ist, um rückgestreute Lichtkomponenten zu sammeln.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von Kollektoren (121, 123, 125) zusätzlich einen dritten Kollektor (121) umfasst, welcher positioniert und angeordnet ist, um von der Oberfläche des Siliziumwafers (W) vorwärtsgestreute Lichtkomponenten zu sammeln.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 6, wobei der Abtaster (80) positioniert und angeordnet ist, um den Lichtstrahl unter einem Einfallswinkel von mindestens –50° von der Senkrechten der Siliziumwafersoberfläche auf die Oberfläche des Siliziumwafers zu leiten.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 5, wobei der erste Kollektor (123) angeordnet ist, um über einen Winkelbereich von etwa ±20° von der Senkrechten der Siliziumwaferoberfläche gestreute Lichtkomponenten zu sammeln.
Oberflächenprüfsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, welches zusätzlich Mittel umfasst, um eine erste Karte, welche die Orte von vom Kristall herrührenden Gruben auf der Siliziumwaferoberfläche identifiziert, und eine zweite Karte, welche die Orte von Teilchendefekten auf der Siliziumwaferoberfläche identifiziert, zu bilden.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 10, umfassend eine Videoanzeige (23), welche den Mitteln zur Bildung der ersten und zweiten Karten wirksam zugeordnet ist, um so eine visuelle Darstellung der ersten und zweiten Karten anzuzeigen.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtquelle angeordnet ist, um einen Strahl von P-polarisiertem Licht unter einem Einfallswinkel von mindestens –50° von der Senkrechten auf die Siliziumwaferoberfläche zu projizieren, und wobei die Mehrzahl von Kollektoren (121, 123, 125) einen Mittelkanalkollektor (123), welcher positioniert und angeordnet ist, um senkrecht von der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gestreute Lichtkomponenten zu sammeln, und einen Rückkanalkollektor (125), welcher positioniert und angeordnet ist, um von der Oberfläche des Siliziumwafers rückgestreute Lichtkomponenten zu sammeln, umfasst, und wobei das Mittel zum Bestimmen von Unterschieden der gestreuten Lichtkomponenten einen Komparator umfasst, welcher auf elektrische Signale von den Photodetektoren (122, 124, 126) des Mittelkanalkollektors (123) und des Rückkanaldetektors (125) reagiert, um Unterschiede der Winkelverteilung des gestreuten P-polarisierten Lichts von dem Siliziumwafer zu detektieren.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 12, wobei der Komparator einen ersten Vergleicher zur Identifizierung eines Defektes als Teilchen, wenn das Intensitätsverhältnis des Mittelkanalphotodetektorsignals zu dem Rückkanalphoto-Detektorsignal weniger als ein vorherbestimmter Wert ist, umfasst.
Oberflächenprüfsystem gemäß Anspruch 13, zusätzlich umfassend einen Vorwärtskanalkollektor (121), welcher positioniert und angeordnet ist, um von der Oberfläche des Siliziumwafers vorwärtsgestreute Lichtkomponenten zu sammeln, und einen Photodetektor (122), welcher dem Vorwärtskanalkollektor (121) zugeordnet ist und betrieben werden kann, um ein elektrisches Signal als Antwort auf das gesammelte Licht zu erzeugen, und wobei der Komparator einen zweiten Vergleicher zur Identifizierung eines Defekts als eine vom Kristall herrührende Grube, wenn das Intensitätsverhältnis des Mittelkanalphotodetektorsignals und des Vorwärtskanalphotodetektorsignals größer als ein vorherbestimmter Wert ist, umfasst.
Oberflächenprüfverfahren umfassend die Schritte Abtasten mit einem Strahl von P-polarisiertem Licht über die Oberfläche eines Siliziumwafers (W) unter einem von senkrecht zu der Oberfläche des Siliziumwafers verschiedenen Einfallswinkels, und Sammeln von unter verschiedenen Winkeln von der Oberfläche des Siliziumwafers durch auf der Siliziumwaferoberfläche vorhandene Defekte gestreute Lichtkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfverfahren den Schritt Bestimmen von Unterschieden der von dem Siliziumwafer unter verschiedenen Winkeln zurückgestreuten Lichtkomponenten und eines Klassifizierens eines Oberflächendefekts als Teilchen oder als vom Kristall herrührende Grube basierend auf den Unterschieden umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt des Bestimmens der Unterschiede der gestreuten Lichtkomponenten ein Vergleichen der in eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gestreuten Lichtmenge mit der von der Oberfläche des Siliziumwafers rückgestreuten Lichtmenge umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt des Bestimmens der Unterschiede der gestreuten Lichtkomponenten eine Identifizierung einer Intensitätssenke in der Winkelverteilung des gestreuten Lichts umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die gesammelten Lichtkomponenten, welche unter verschiedenen Winkeln von der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gestreut werden, durch Photodetektoren (122, 124, 126) detektiert werden, welche Signale erzeugen, und wobei der Schritt des Bestimmens der Unterschiede der von dem Siliziumwafer gestreuten Lichtkomponenten ein Vergleichen der durch die unter verschiedenen Winkeln angeordneten Photodetektoren erzeugten Signale umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der Schritt des Sammelns von Komponenten des unter verschiedenen Winkeln gestreuten Lichts ein Sammeln von im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gestreuten Lichtkomponenten in einem ersten Kollektor (123) und ein Sammeln von unter einem nicht senkrechten Winkel von der Oberfläche des Siliziumwafers gestreuten Lichtkomponenten in einem zweiten Kollektor (121, 125) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt des Bestimmens der Unterschiede der gestreuten Lichtkomponenten einen Vergleich der Intensitäten der unter verschiedenen Winkeln relativ zu der Oberfläche des Siliziumwafers (W) gesammelten gestreuten Lichtkomponenten umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, zusätzlich umfassend ein Bilden einer ersten Karte, welche die Orte von vom Kristall herrührenden Grubendefekten auf der Siliziumwaferoberfläche identifiziert.
Verfahren gemäß Anspruch 21, welches ein Bilden einer zweiten Karte, welche die Orte von Teilchendefekten auf der Siliziumwaferoberfläche identifiziert, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 22, umfassend die Anzeige der ersten und zweiten Karten auf einer Videoanzeige (23).
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt des Scannens eines Strahls über die Oberfläche des Siliziumwafers ein Projizieren des Lichtstrahls auf den Siliziumwafer unter einem Einfallswinkel von mindestens 50° von der Senkrechten auf den Siliziumwafer (W) umfasst.