JP2001313321A - 基板の表面に発生する粒子の材料を識別する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子の材料と寸法を散乱パターンの知識から
決定するための一層難しいインバースプロブレムを解決
するシステムおよび方法を提供する。 【解決手段】 平坦な基板の表面上に発生する粒子の組
成物が、強いＰ型偏光した成分を有する光ビームを表面
に斜めの入射角で入射させて、入射ビームが入射した表
面の位置に関して前方、中心、および後方の位置におい
て表面から散乱した光を収集することによって識別さ
れ、これらの位置で収集された光の輝度は検出器によっ
て測定され、信号に変換されるとともに、これらの信号
の大きさは、前方、中心、および後方散乱信号の相対的
な大きさの関数として、粒子の材料の相関と比較され
て、その相関が測定された検出器信号に最も密接にマッ
チする材料を識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーフ
ァ、コンピュータ用ディスク、コンピュータのフラット
ディスプレイスクリーンなどの基板の平坦な表面の光学
検査に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学検査法は、シリコンウェーファやコ
ンピュータ用ディスクなどの基板の平坦な表面の品質を
検査するために使用されることが多い。そのようなたい
ていの検査システムでは、表面にレーザ光のビームが入
射して、その表面から散乱し反射した光が集められて電
気信号に変換される。これらの電気信号は、表面上のい
くらかの欠陥の存在や寸法を推定するために分析され
る。少なくとも、集積回路のチップを作るための出発材
料として使用されるシリコンウェーファを光学検査する
場合は、欠陥のタイプについての主な関心事は粒子によ
る表面の汚染である。

【０００３】ウェーファ表面の粒子は、リソグラフィの
プロセスに干渉することがある。このリソグラフィのプ
ロセスによって、電気的に導電性の材料のラインが表面
上に形成される。一般的に、直径が表面上に敷かれた電
気的ラインの幅の半分より大きいどのような粒子も、許
容できない欠陥をもたらす。そのような粒子があまりに
も多い場合は、そのウェーファを取り除く必要がある。
現在は、集積回路は0.25μm（250 nm）もの細い線幅を
用いて作られるため、ウェーファ表面に現れる直径が12
5nm以上の粒子は、そのウェーファを取り除く原因にな
るが、一方125nmより小さい粒子は許容できる。半導体
産業は、0.18μm次いで0.15μmのラインから成る回路の
生産に急速に向かっていて、このことは、はるかに小さ
い粒子も直に関心をもたれるようになることを意味す
る。

【０００４】ウェーファ検査システムは、適切に機能し
て粒子の直径を正確に決定するように、較正する必要が
ある。一般に、種々の既知の直径の複数の粒子をウェー
ファ表面に意図的に置き、検査装置を用いてウェーファ
を検査することによって、較正が行われるため、種々の
寸法の粒子から作られた散乱光の輝度を粒子寸法に対し
て補正することができる。通常、これらの較正粒子は、
ポリスチレンのラテックス（ＰＳＬ）から作られた球形
をしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ウェーファ検査のプロ
セスで遭遇した１つの問題点は、異なる材料のタイプの
同じ大きさの粒子が著しく異なった散乱光の輝度を発生
することがあることである。違う角度からいうと、異な
った材料から作られた、直径が著しく異なる２つの粒子
が、ほとんど同じ測定された散乱光の輝度を発生するこ
とがある。例えば、所定の直径のシリコン粒子は同じ直
径のＰＳＬ粒子よりもはるかに大きい散乱輝度を発生す
ることが認められている。事実、粒子を形成する上でウ
ェーファ表面上に一般に現れる種々のタイプの材料の中
でも、ＰＳＬ粒子は光散乱の最も低いソースの１つにな
る傾向がある。このため、検査装置がＰＳＬ粒子で較正
された後は、この装置はシリコン粒子や多くの他の材料
の直径を過大に評価する傾向になる。従って、実際には
粒子がライン幅の半分よりも小さいにも関わらず、ライ
ン幅の半分よりも大きい粒子があるものとして、ウェー
ファが取り除かれる。このため、粒子の材料について知
られているものがある場合、粒子を散乱光によって寸法
を計る精度を大いに高めることができる。

【０００６】粒子の材料を識別できる場合の半導体産業
に対する別の利点は、この情報が汚染のソースについて
の強力な手がかりを提供することである。有用な製品を
作ることができるレベルまで粒子汚染を減少させる必要
があるため、汚染ソースを迅速に発見して取り除くこと
は経済的に重要である。

【０００７】所定の波長の光に対して、すべての材料
は、光の速度が材料内でどのくらい減らされるかを示す
屈折率ｎと、通常、材料が光に対してどのくらい不透明
かを示す吸収係数ｋとを有している。材料定数として周
知のｎおよびｋの組合わせは、それぞれの異なる材料に
対してユニークである。ｎおよびｋの組合わせは、おお
よそ４つのグループに分けることができる。すなわち、
（１）ＰＳＬ、SiO₂、およびAl₂O₃などの誘電体（ｎは
小さく、ｋ＝０）、（２）シリコンなどの半導体（ｎは
大きく、ｋは小さい）、（３）タングステンなどの灰色
の金属（ｎは大きく、ｋも大きい）、および（４）銀な
どの良導体（ｎは小さく、ｋは大きい）。

【０００８】粒子の形状および基板表面のｎおよびｋ値
と共に粒子材料の組合わせによって、どのような所定の
光源に対しても粒子によって散乱された光のパターンが
完全にかつユニークに定義される。さらに、平均の直径
が照明光の波長の約５分の１以下である粒子について
は、粒子の形状は散乱パターンを決定する上で重要な役
割を演じない。従って、可視光および約100nm以下の粒
子については、平均の粒子の直径および各種の材料定数
についての知識は、所定の散乱形状に対する散乱パター
ンを計算するために十分である。この事実によって、所
定の条件のセットに対して散乱パターンを予測する散乱
モデルの開発が可能になった。これらのモデルは実験的
に確認され、また結果が発表された。

【０００９】望ましいものは、一層難しいインバースプ
ロブレムを解決するシステムと方法である。すなわち、
粒子の材料と平均の粒子の直径とを散乱パターンの知識
から決定できることが望ましい。これまで、例えば米国
特許第5,712,701号で説明されているように、散乱パタ
ーンを解析することによって、平均の粒子直径を決定す
る方法が開発されてきた。この特許は、参照することに
よって本願に援用する。しかしながら、前述したよう
に、そのような方法の精度はシステムの較正に依存して
おり、現在では、この較正はＰＳＬの球体を用いて行わ
なければならない。ＰＳＬの球体の材料定数は、ウェー
ファ上に粒子として現れることがあるいくつかの他の材
料からは著しく異なっている。

【００１０】粒子材料を識別する方法が提案されてい
る。例えば、Batchelderらへの米国特許第5,037,202号
は、最初は互いにコヒーレントであるが偏光が異なって
いる２つの平行な光ビームが焦点面（ウェーファの表面
など）に集束され、それらが焦点面で互いから離れるよ
うに偏位される方法および装置を開示している。ビーム
が表面から反射された後、別の光学システムがビームを
遮断しまたビームを結合して、一方のビーム内の粒子に
より誘発された位相シフトが結合されたビームの楕円偏
光内の変化によって明白にされる。第１の検出器が第１
の偏光軸に沿った結合されたビームの輝度を感知して第
１の出力を発生し、第２の検出器が第２の偏光軸に沿っ
た結合されたビームの輝度を感知して第２の出力を発生
する。これらの第１および第２の出力は加算されて吸光
信号を提供し、また減算されて位相シフト信号を提供す
る。位相シフトおよび吸光信号は、粒子材料の屈折率と
相関が取られて、このため、材料の識別を位相シフト値
および吸光値に基づいて決定することができると言われ
ている。粒子の寸法は、吸光度対位相シフトの曲線上の
その位置から推定できると言われている。従って、バチ
ェルダ（Batchelder）のシステムおよび方法では、粒子
に関する情報は、鏡面のように反射されたビームを分析
することによって推定される。この方法の不都合な点
は、反射光は粒子の特性の変化にそれほど敏感でないた
め、小さい粒子（例えば、100nm以下のオーダの粒子）
は、鏡面のように反射されたビーム内では正確に測定す
ることが困難な極めて小さな変化しか生じないことであ
る。このため、バチェルダの方法は、集積回路の製造で
問題となり始めるような寸法の小さい粒子を識別するに
は最適ではない。

【００１１】クーパーシュミット（Kupershmidt）らへ
の米国特許第5,515,163号は、偏光したレーザビームが
第１の周波数で輝度変調され、２つの直交した偏光ビー
ムに分割され、これらの２つのビームが第２の周波数で
互いに関して位相シフトされる方法と装置とを開示して
いる。２つの位相シフトされたビームは検査される表面
上に向けられ、２つのビームに対する角度で粒子によっ
て散乱された光が検出される。この検出された光は同時
に復調され、輝度変調の周波数における散乱光の振幅な
らびに位相変調の周波数における散乱光の振幅および位
相を決定する。これらの量を粒子の寸法と屈折率とに相
関させて、粒子を識別することができると言われてい
る。クーパーシュミットの方法には複雑な計算が含ま
れ、また検査される表面の所定の走査部分について正確
な測定値を得るために、測定は多数の変調サイクルを必
要とする。このため、表面全体をサンプリングすること
は比較的時間がかかる傾向がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、照明ビー
ムの適切な光源と入射角を使用し、またコレクタの幾何
学的配置を適切にして散乱パターンを十分詳細に測定す
れば、粒子の材料と寸法を散乱パターンの知識から決定
するための一層難しいインバースプロブレムを解決でき
ることを発見した。

【００１３】本発明によれば、Ｐ型偏光したビームが斜
めの入射角で基板の表面に入射し、少なくとも基板表面
の照明された部分に関する前方位置および後方位置を含
む、表面上方の半球空間の離間した複数の位置で散乱光
が収集される。前方位置および後方位置における散乱光
の輝度が測定され、粒子が発生した散乱パターンを定義
する信号に変換される。粒子の材料は、検出された前方
および後方の散乱信号の大きさを複数の材料についての
前方および後方の散乱信号の大きさによって定義された
複数の所定の散乱パターンと比較することによって決定
される。検出された散乱パターンと最も密接にマッチす
る所定の散乱パターンが識別され、この所定の散乱パタ
ーンが対応する材料が粒子の材料として識別される。基
板を入射光に対して移動して、基板上のすべての場所で
発生する粒子を検出し識別するように表面上の入射ビー
ムを走査することが好ましい。本発明の著しい利点は、
入射ビームによって表面を１回走査するだけで、粒子材
料を素早く識別するその能力である。

【００１４】広角度のコレクタを使用して、反射光から
離れているが反射光の直ぐ前の範囲にわたって前方散乱
した光を収集することが好ましい。幅が約２０゜〜５０
゜で、反射光から少なくとも約５゜離れた領域の前方散
乱光を収集することが好ましい。さらにもっと好ましい
ことは、反射ビームを取り囲み、少なくとも直径が約１
０゜の内周と直径が約２０゜〜５０゜の外周を有する環
状領域にわたって前方散乱光を収集することである。し
かしながら、入射プレーンから外れた位置または表面の
照明された部分を通過する垂直な面に向かう反射ビーム
の一方の側から離れた位置を含む、他のコレクタの幾何
学的な配置および位置を、希望する場合、前方用コレク
タに使用できる。

【００１５】幅が約２０゜〜４５゜の範囲にわたって、
後方散乱した光を収集することが好ましい。入射ビーム
によって照明された面の領域を通過する垂直な面から約
４５゜〜７５゜離れて集中した概ね円形の領域にわたっ
て、後方散乱した光を収集できることが好ましい。希望
する場合、図２に示すように、入射ビームと垂直な面と
によって形成された入射プレーンから外れた領域にわた
って、後方散乱した光を収集することができる。

【００１６】本発明の好適な実施形態によれば、第１の
材料識別パラメータは、後方散乱信号の大きさの前方散
乱信号の大きさに対する比として計算される。粒子材料
を決定することは、後方／前方比および後方散乱信号の
大きさを、複数の材料についての後方散乱信号の大きさ
に対する複数の後方／前方比の相関と比較すること、お
よび測定された後方／前方比および後方散乱信号の大き
さによって定義された点に相関が最も近い材料を識別す
ることから構成する。これらの相関はデータ記憶ユニッ
ト内に記憶されることが好ましく、測定されたデータを
このデータ記憶ユニット内に記憶された相関と比較する
コンパレータを備えることが好ましい。

【００１７】本発明のさらに好適な実施形態では、いっ
たん粒子材料が決定されると、粒子の材料、直径、およ
び後方散乱信号の大きさ間の相関に基づく後方散乱信号
の大きさから、粒子の平均直径が決定される。複数の材
料に対応する後方散乱信号の大きさとの粒子直径の複数
の相関が、データ記憶ユニットに記憶され、コンパレー
タが識別された材料に対応する相関を検索して、この検
索された相関に基づいて後方散乱信号の大きさから粒子
の直径を決定できることが好ましい。

【００１８】いくつかの粒子の材料および直径について
は、後方／前方比による相関が２つ以上の材料に向けら
れて、後方散乱信号の大きさおよび後方／前方比の知識
からは粒子材料を信頼性高く識別できないことがある。
このため、本発明の別の好ましい実施形態によれば、照
明された表面の領域を通過する垂直な面に最も近い空間
の中心領域から散乱光が収集されて、収集された光の輝
度が測定されると共に、この輝度を示す大きさを有する
中心散乱信号に変換される。第２の材料識別パラメータ
が、後方散乱信号の大きさの中心散乱信号の大きさに対
する比として計算される。後方散乱信号の大きさおよび
後方／前方比との粒子材料の相関ならびに後方散乱信号
の大きさおよび後方／中心比との粒子材料の第２の相関
の両方に基づいて、粒子材料が決定される。さらに詳し
く述べると、後方／前方比に基づく相関が材料の識別を
良好に行わない場合、後方／中心比および後方散乱信号
の大きさを、複数の材料について後方散乱信号の大きさ
に対する後方／中心比の第２のセットの相関と比較し
て、測定された後方／中心比と後方散乱信号の大きさと
によって定義された点に相関が最も近い材料を識別する
ことによって、粒子材料が決定される。この第２の相関
は、後方−前方信号比による第１の相関が良好な識別を
行わない領域において、適切な相関を提供するのに資す
る。このようにして、この方法の全体的な識別能力が向
上する。

【００１９】本発明の前述したまた別の目的、特徴、お
よび利点は、添付した図面と共に考えれば、いくつかの
好ましい実施形態についての以下の説明から一層明白に
なるであろう。

【００２０】

【発明の実施の形態】添付した図面を参照して以後さら
に詳細に、本発明を説明する。これらの図面には、本発
明の好ましい実施形態が示されている。しかしながら、
本発明は多くの異なった方式で具体化することができ、
本願で説明した実施形態に限定されるものとして解釈す
べきではない。むしろ、この開示が周到かつ完全である
ように、また当業者に本発明の範囲を十分に知らせるよ
うに、これらの実施形態が提供される。本明細書を通し
て、同じ番号は同様の構成要素を指す。

【００２１】図１および図２を参照すると、本発明の好
ましい実施形態による装置２０が示されている。この装
置２０には、基板すなわち検査すべきウェーファＷを保
持するように適合されたウェーファ搬送装置２２が含ま
れる。本発明を説明する目的のために、検査すべき表面
Ｓが水平であるように、ウェーファＷが保持されるもの
と仮定するが、このウェーファは水平な方向に向けられ
る必要はないことは理解されよう。装置２０は、強いＰ
型偏光した要素を持つ狭い光ビームを作り出すことがで
きる光源２４を備えている。この光源２４は可視スペク
トルの光ビームを放射するレーザであることが好まし
い。波長が短い場合は、より大きな粒子散乱信号を発生
する傾向があり、このため、測定精度を向上させること
に貢献する。一方、波長が長い場合は、材料を識別でき
る最大粒子直径を増加させる傾向があり、これにより、
この方法と装置が有効な粒子直径の範囲が拡大される。
望むなら、放射ビームはビームイクスパンダ２６を通過
することができ、次に、このビームは、ミラー２８など
の１つ以上のミラーおよび／またはレンズ３０などの１
つ以上のレンズによって向きが変えられて、入射ビーム
によって照明された表面Ｓの領域を通過する垂直な面か
ら測定した斜めの入射角θiで、ウェーファの表面Ｓに
入射する。入射角θiは、さらに後で説明するように、
表面Ｓの上方の半球空間内の異なった位置に対する散乱
輝度の相違を強調するために、例えば、約４５゜〜８０
゜とかなり大きいことが好ましい。

【００２２】図３に概略的に示すように、入射ビームは
入射角θiで表面Ｓに入射し、そこから鏡のように反射
角θｒで反射されると共に、表面上の欠陥によって多く
の方向に散乱される。入射プレーンは、Ｚ軸として示す
ように、入射ビームと垂直な面とによって定義される。
入射ビームが基板上の粒子に入射すると、散乱光θsに
よって示したように、散乱光は入射プレーンから散乱さ
れる。散乱光が入射プレーンと共に作る極角度はφsと
して定義される。

【００２３】本発明によれば、表面Ｓ上で検出された粒
子が作られている材料を決定するために、散乱光は複数
のコレクタによって収集され、分析される。多数の異な
る粒子の寸法や材料についての散乱パターンを予測する
ために、理論的な計算が散乱モデルを用いて行われた。
使用された散乱モデルは、別個の光源方式に基づいてい
て、出版された文献内で説明されているように、実験的
に検証されてきた。

【００２４】図４には、シリコン基板上に配置され、波
長が488 nmで入射角が65度のＰ型偏光の入射ビームが入
射した、４つの異なる粒子（それぞれ、前述したよう
に、誘電体、半導体、グレイメタル、および良導体のグ
ループからの粒子）についての散乱モデルによって実施
された理論的な計算の結果が示されている。次の表に
は、図４に対応する粒子の直径と共に、４つの異なる材
料の光学定数が示されている。

【００２５】

【表１】

【００２６】基板表面上の空間の後方領域内（すなわ
ち、散乱角θsが約-45゜以下）における散乱光の輝度
が、すべての４つの粒子についてほぼ同じであるよう
に、粒子の直径が選択された。空間の前方領域内（すな
わち、約20゜以上の正の散乱角）における散乱光の輝度
は異なる粒子に対して著しく異なっていることがはっき
り分かる。例えば、シリコン粒子によって散乱された光
の輝度は、シリコン粒子がかなり小さい場合であって
も、ＰＳＬ粒子によって散乱された光の輝度よりも著し
く大きい。このため、粒子の寸法決めシステムが、後方
領域における散乱光の輝度に基づいて、ＰＳＬ粒子を用
いて較正される場合は、シリコン粒子の直径はひどく過
大評価されることになる。

【００２７】本発明によれば、粒子が作られる材料は、
光の散乱輝度に対する材料の影響が自動的に考慮され
て、粒子寸法のより正確な評価を行うことができるよう
に決定される。この目的のために、図１および図２を参
照すると、複数の散乱光用コレクタ４０が基板表面の照
明された領域に関して様々な位置に配置されている。後
方用コレクタ４２は、後ろの方向（すなわち、負の散乱
角θsの方向）に散乱された光を収集するために、表面
Ｓ上の空間の後方領域に配置される。図２に示すよう
に、後方用コレクタ４２は、希望すれば、極角度φsで
入射プレーンからずらすことができる。中心用コレクタ
４４は、垂直な面に最も近い表面Ｓ上の空間の中心領域
内に配置される。前方用コレクタ４６は、鏡のように反
射されたビームに最も近い空間の前方領域内に配置され
る。これらのコレクタ４２，４４，４６は散乱光を収集
すると共に、この収集した光を対応する検出器４２ａ，
４４ａ，４６ａ上に集束させるレンズおよび／またはミ
ラーによって形成される。これらの検出器は、収集され
また検出器上に集束された散乱光の輝度を示す信号を発
生する。

【００２８】コレクタ４２，４４，４６は、散乱角θs
の範囲を超えて広がっていて、好ましくは概ね円形であ
る。とはいえ、別のコレクタの形状も使用できる。コレ
クタのレンズまたはミラーは、対応する検出器が発生し
た信号の大きさがコレクタの領域にわたって散乱した光
の積分を示すように、収集された散乱光を効率よく積分
する。

【００２９】図４では、垂直な面の位置の近くのそれぞ
れの輝度分布内に大きなくぼみがあり、一対の「ショル
ダ」が垂直な面に関して前方および後方位置内の輝度分
布の中で定義されることに注意されたい。くぼみの広が
りおよび位置ならびにショルダの大きさおよび位置は、
種々の粒子に対して異なっていることにも注意された
い。本発明は、粒子材料を識別するために、この散乱の
輝度分布のシフティングを利用する。輝度分布内のくぼ
みは、Ｐ型偏光した光源を図４におけるように使用する
場合、または光源が強いＰ型偏光した要素を有する場合
に作り出される傾向がある。Ｓ型偏光によって支配され
た光源は、輝度分布内でより小さなくぼみを作るかまた
はまったくくぼみを作らない傾向があり、このためうま
く働かないこともある。もっとも、いくつかの応用例で
は、それは許容できる結果を生み出すこともある。

【００３０】図４では、散乱光の輝度は入射プレーン内
でのみ示されているが、実際には、光は反射半球全体に
わたって散乱される。理論的モデルを実行して、それぞ
れのコレクタ４２，４４，４６の領域に対応する領域に
わたって受光された散乱光が積分されて、後方、中心、
および前方用コレクタに対する全コレクタ信号を提供で
きる。図５は、図４の粒子材料について異なる粒子直径
の範囲にわたる積分された全後方用コレクタ信号を示
す。このため、図５は、材料が分かっている場合、後方
用コレクタ信号から粒子の直径を決定するために使用で
きる。３つのＰＳＬでない材料はＰＳＬ材料の応答と比
べるとぴったりと一塊りになっていることに注意されよ
う。ＰＳＬ材料は、SiO₂やAl₂O₃などのウェーファ上で
発見されることがある誘電体とインデックス値が同様で
ある。このため、低いインデックスの誘電体を非誘電体
材料から分離できれば、非ＰＳＬ材料のぴったりした塊
は、粒子の寸法決定において著しい改良を行うことがで
きることを意味する。

【００３１】図６には、図５と同じ粒子に対するモデル
の結果が、後方用コレクタ信号の大きさに対して後方用
コレクタ信号の大きさの前方用コレクタ信号の大きさに
対する比（以後、「後方／前方比」）の形式でプロット
されている。各種の材料についてのこれらの曲線は、後
方用コレクタ信号の大きさの少なくとも主要な範囲にわ
たって互いに明らかにはっきりしていることが分かる。
従って、この後方／前方比は、粒子の材料を識別するこ
とを可能にできる材料識別パラメータを含む。これらの
結果に基づいて、以下の方法を使用して、粒子の寸法と
材料を決定できる。

【００３２】基板の表面Ｓに入射ビームが入射し、コレ
クタ４２，４４，４６が基板の照明された領域上にある
すべての粒子によって散乱された光を収集すると共に、
この収集された光を検出器４２ａ，４４ａ，４６ａに集
束させる。これらの検出器は、散乱光の輝度を示す信号
を発生する。後方／前方比が、検出器に接続されたプロ
セサ５０のＣＰＵ４８などによって計算される。後方／
前方比および後方用コレクタ信号の大きさが、プロセサ
５０のコンパレータ５２などによって、図６に示す粒子
材料の後方／前方比および後方用コレクタ信号の大きさ
との相関と比較される。粒子材料の後方／前方比および
後方用コレクタ信号の大きさとの相関は、プロセサ５０
のデータ記憶ユニット５４内に記憶されて、コンパレー
タ５２がそれらをアクセスできることが好ましい。測定
された後方用コレクタの信号の大きさおよび計算された
後方／前方比は、図６のグラフ上のポイントを定義し、
散乱が４つの材料の１つによる場合、このポイントは曲
線の１つに接近する。このことによって、粒子の材料が
決定される。次に、粒子の寸法が図５の曲線を用いるこ
とによって決定される。この図５の曲線は識別された材
料に一致して、後方用コレクタ信号の大きさから粒子の
直径を決定する。

【００３３】装置２０は、ウェーファＷと入射ビームと
を相対的に移動させるスキャニングシステムを備えて、
表面上のどのような場所にでも発生する粒子を検出し識
別するために、入射ビームが表面Ｓにわたって走査する
ことが好ましい。このスキャニングシステムは、ウェー
ファＷを並進移動および／または回転移動させる搬送装
置２２を備えることができ、さらに、入射ビームをウェ
ーファ表面にわたって直線的に走査する回転ミラー（図
示せず）を含むビーム走査システムを備えることもでき
る。

【００３４】粒子の材料が判明すると、後方用コレクタ
信号の大きさによって、たいていの場合、一般に信頼で
きる粒子の直径が表示される。しかしながら、散乱光の
輝度は、半球の周りのたいていの場所で、粒子の直径が
増加するに伴って一般に増加するため、他の位置で測定
された散乱光の輝度に基づいて、粒子の直径を推定でき
ることは理解されよう。例えば、前方用コレクタ信号の
大きさは、後方用コレクタ信号の大きさの代わりに使用
できる。前方用コレクタ信号の大きさは、直径が約100
nmより大きい粒子の寸法を決定するために、少なくとも
図１の特定のコレクタの幾何学的な配置に対して特に有
用な場合がある。しかしながら、前方用コレクタ４６が
鏡のように反射されたビームの近くに配置されている場
合、鏡のように反射されたビームおよび表面Ｓの表面粗
さの影響による散乱光が検出器によって検出されないよ
うに、前方用コレクタの設計には注意しなければならな
い。表面粗さによって散乱された光は、鏡のように反射
されたビームをぴったり取り巻く傾向がある。このた
め、図２に示すように、鏡のように反射されたビームを
含みまたそれを取り巻く小さい円形領域が収集されな
い、または検出器４６ａに到達することが阻止されるよ
うに、コレクタ４６は形状が環状であることが好まし
い。この検出されない領域の半角αは、少なくとも約５
゜であることが好ましい。言い換えると、前方用コレク
タ４６の環状の収集領域の内周は、検出されない円形領
域の中心を通過する鏡のように反射されたビームについ
て、幅が少なくとも約１０゜の直径を有することが好ま
しい。しかしながら、この前方用コレクタに対して、別
のコレクタの幾何学的な配置および位置を使用できるこ
とは理解されよう。例えば、全体的に円形の前方用コレ
クタを入射プレーンを対称的にまたいで配置させたり、
垂直な面と反射ビームとの間の鏡のように反射されたビ
ームの一方の側に間隔を空けて配置させることができ
る。

【００３５】前方用コレクタ４６は、直径が約２０゜〜
５０゜のほぼ円形の外周を備えていることが好ましい。
それぞれの中心用コレクタ４４および後方用コレクタ４
２はほぼ円形で、直径が約２０゜〜４５゜であることが
好ましい。

【００３６】図６には、いくつかの潜在的な問題がある
ことに注意されたい。ＰＳＬとタングステンのライン
は、小さい粒子側の端部で互いに接近しており、シリコ
ンのラインはループバックして、他のラインを横切って
いる。すべてのオーバラップしているポイントまたはラ
インが互いに非常に接近している位置は、材料が信頼性
よく識別されない位置を示している。この状態は、中心
用コレクタ４４からの信号に基づく第２の材料識別パラ
メータを用いることによって改良される。もっと特定し
て言うと、図７は図６の４つの粒子の材料に対するモデ
ルの計算された結果を示している。この図では、後方用
コレクタ信号の大きさの中心用コレクタ信号の大きさに
対する比（「後方／中心比」）が、後方用コレクタ信号
の大きさに対してプロットされている。まだ交差してい
るポイントがあるが、ＰＳＬとタングステンの粒子は小
さい直径側の端部でさらに離れていて、シリコンは大き
い直径側の端部で改良されている。従って、後方用およ
び前方用コレクタ信号の大きさに基づく第１の材料識別
パラメータと、後方用および中心用コレクタ信号の大き
さに基づく第２の材料識別パラメータとの両方を用いる
ことによって、この方法の全体的な材料識別能力を改良
することができる。本発明は前述した特定の実施形態に
限定されるものではなく、また変更例や他の実施形態は
添付した特許請求の範囲の中に含まれることを意図する
ことは理解されよう。本願には特別な用語を使用した
が、単に一般的かつ記述的な意味でそれらの用語を使用
したのであり、限定する目的ではない。

【００３７】

【発明の効果】前述した説明や関連する図面の中で開示
した利点を有する、本発明の多くの変形例や他の実施形
態が、本発明が属する技術分野の技術者には思い浮かぶ
であろう。例えば、シリコンウェーファの検査に関連し
て本発明を説明してきたが、本発明の方法や装置は、コ
ンピュータ用ディスク、平面ディスプレイ、その他を含
む他の種々の非シリコン基板の検査に対しても等しく適
当である。さらに、前方に対する後方、中心に対する後
方のコレクタ信号の大きさの比を計算することによっ
て、本発明の方法を実行することが好ましいが、本発明
の方法は、説明した比の逆数、（希望する場合、信号の
１つによって正規化された）コレクタ信号間の差、およ
び他のパラメータなどの、他の材料識別パラメータを用
いることによって、別の方法で実行できることは理解さ
れよう。その上、どのような材料識別パラメータを明確
に計算せずに粒子の材料を識別することが可能である。
例えば、種々のコレクタの信号の大きさとの粒子材料の
所定の相関を、多次元アレイとしてデータ記憶装置５４
内に記憶することができ、このデータ記憶装置５４は、
測定された散乱パターンと最も密接にマッチする記憶さ
れた散乱パターンを有する粒子の材料を識別するため
に、コンパレータ５２によってアクセスして書き換えま
たは操作することができる。さらに、コレクタについて
の好ましい幾何学的配置を説明してきたが、コレクタの
他のタイプや幾何学的配置も粒子が発生した散乱パター
ンを検出するために使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態による装置の概略側
面図である。

【図２】図１の装置の概略平面図である。

【図３】入射ビームが入射した基板ならびにこの基板か
ら反射および散乱された光を示す概略斜視図である。

【図４】粒子が斜めの入射角のＰ型偏光ビームによって
照明された場合の、シリコン基板上の４つの直径と材料
が異なる粒子の角度位置に対する理論的に計算された散
乱光の輝度を示すグラフである。

【図５】図４に示した４つの材料について、後方用コレ
クタ位置における散乱光の輝度の大きさに対する平均粒
子直径としてプロットされた、理論的に計算された結果
を示すグラフである。

【図６】図４および図５に示した４つの材料について、
後方用検出器信号の大きさに対する後方−前方用検出器
信号の大きさの比としてプロットされた、理論的に計算
された結果を示すグラフである。

【図７】図４〜図６に示した４つの材料について、後方
用検出器信号の大きさに対する後方−中心用検出器信号
の大きさの比としてプロットされた、理論的に計算され
た結果を示すグラフである。

【符号の説明】

２０ 装置 ２２ ウェーファ搬送装置 ２４ 光源 ２６ ビームイクスパンダ ２８ ミラー ３０ レンズ ４２ 後方用コレクタ ４２ａ 検出器 ４４ 中心用コレクタ ４４ａ 検出器 ４６ 前方用コレクタ ４６ａ 検出器 ５０ プロセサ θi 入射角 Ｗ ウェーファ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソンピン・ガオ アメリカ合衆国マサチューセッツ州01772, サウスボロウ，テッド・レーン 16 (72)発明者 マイケル・イー・フォッシー アメリカ合衆国カリフォルニア州91367, ウッドランド・ヒルズ，ヴィクトリー・ブ ールヴァード 22216， アパートメント Ｃ320 (72)発明者 リー・ダンテ・クレメンティ アメリカ合衆国サウスカロライナ州29710, レイク・ウィリー，キャロール・コーヴ 311 Ｆターム(参考） 2F065 AA26 CC00 CC19 FF41 GG04 HH04 HH08 HH12 JJ05 JJ07 LL09 LL15 LL62 MM02 MM26 PP11 QQ25 QQ26 RR06 SS03 2G051 AA51 AA71 AA73 AA90 AB01 BA10 BA11 CA02 CA07 CB05 DA01 DA06 EA14 EC01 4M106 AA01 BA05 CA41 CA43 DB02 DB08 DB19 DB21 DJ18 DJ21

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の粒子が作られる材料を識別する
   ために、基板の表面を検査する方法であって、 表面部分上に存在するすべての粒子が光を前記表面の上
   方の半球空間内の複数の方向に散乱するように、光の入
   射ビームを斜めの入射角で前記表面部分上に向けるステ
   ップと、 前記空間のそれぞれの複数の領域に散乱した光を収集す
   るステップと、 前記粒子が発生した散乱パターンのサンプルを示す散乱
   データのセットを作るために、前記各領域について前記
   収集された光の輝度を測定するステップと、 前記測定された散乱データを複数の材料に対応する複数
   の所定の散乱パターンと比較して、その散乱パターンが
   前記測定された散乱データに最も密接にマッチする材料
   を識別することによって、粒子の材料を決定するステッ
   プと、を含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、強いＰ
   型偏光した成分を持つ光の入射ビームが前記基板部分上
   に入射することを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって、前記測
   定するステップが前記空間の前方領域内で収集された光
   の輝度を測定して、前記輝度を示す大きさを有する前方
   散乱信号を発生させるための前方用検出器を使用するス
   テップと、前記空間の後方領域内で収集された光の輝度
   を測定して、前記輝度を示す大きさを有する後方散乱信
   号を発生させるための後方用検出器を使用するステップ
   と、を含み、かつ、 前記粒子の材料を決定するステップが、前方および後方
   散乱信号の大きさを、その所定の散乱パターンが前記測
   定された信号に最も密接にマッチする材料を識別するた
   めに、前記前方および後方散乱信号の大きさによって定
   義された所定の散乱パターンと比較するステップを含む
   ことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法であって、前記前
   方および後方散乱信号の１つの大きさを、前記材料決定
   ステップにおいて識別された前記材料に相当すると共
   に、前記前方および後方散乱信号の前記１つの大きさに
   対する粒子の直径に関係する所定の相関と比較すること
   によって、粒子寸法を決定するステップをさらに含むこ
   とを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の方法であって、前記後
   方散乱信号の大きさの関数である分子を前記前方散乱信
   号の大きさの関数である分母によって除算することによ
   って、第１の材料識別パラメータを計算するステップ
   と、 粒子材料の前記第１の材料識別パラメータならびに前記
   後方散乱信号および前記前方散乱信号の１つの大きさと
   の相関に基づいて、前記粒子材料を識別するステップ
   と、をさらに含むことを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法であって、前記第
   １の材料識別パラメータを計算するステップが、前記後
   方散乱信号の大きさを前記前方散乱信号の大きさによっ
   て除算することによって後方／前方比を計算するステッ
   プを含み、前記粒子材料を決定するステップが、前記後
   方／前方比および前記後方散乱信号の大きさを、複数の
   材料について前記後方散乱信号の大きさに対する前記後
   方／前方比によって定義された複数の散乱パターンと比
   較するステップ、およびその散乱パターンが測定された
   後方／前方比および後方散乱信号の大きさに最も近い材
   料を識別するステップを含むことを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の方法であって、 表面の照明された領域を通過する垂直な面に最も近い空
   間の中心領域内に散乱した光を収集して、前記収集され
   た光の輝度を測定して前記輝度を示す大きさを有する中
   心散乱信号を発生させる中心用検出器を用いるステップ
   と、 前記前方用、中心用、および後方散乱信号の大きさを、
   その散乱パターンが測定された信号に最も密接にマッチ
   する材料を識別するように、前記前方、中心、および後
   方散乱信号の大きさによって定義された所定の散乱パタ
   ーンと比較するステップと、をさらに含むことを特徴と
   する方法。
8. 【請求項８】 請求項３に記載の方法であって、前記前
   方散乱光を収集するステップが、反射ビームの一方の側
   に間隔を空けた領域または前記反射ビームを取り巻く環
   状領域上に散乱した光を収集する広角のコレクタを使用
   するステップを含むことを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項３に記載の方法であって、前記後
   方散乱光を収集するステップが、前記入射ビームによっ
   て照明された前記面の部分を通過する垂直な面から４５
   ゜〜７５゜離れて集中したほぼ円形領域上の光を収集す
   るステップを含むことを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項３に記載の方法であって、前記
    後方散乱光を収集するステップが、前記入射ビームと前
    記垂直な面とによって形成された入射プレーンからずれ
    た領域上の光を収集するステップを含むことを特徴とす
    る方法。