JP2004513364A - 表面欠陥の測定 - Google Patents

Abstract

一つ又は複数の動く表面（８）の検査用の、特に、シリコン・ウエハー（１３）の回転する表面の（８）の検査用の、デバイス（１）。デバイスは、少なくともレーザー光源（１）、及び前記光源（１）によって放出される光ビーム（２）を、検査される表面（８）に干渉パターン（１０）を生成するために互いに干渉する少なくとも二つのサブビーム（５、６）に、分割するためのビームスプリッター（４）を含む。干渉パターン（１０）が、複数の、最大強度の線（１１）及び最小強度の線（１２）を含むように、デバイスが配置され、前記線は、本質的に、表面の（８）の動きの方向に横断して延びる。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１３の導入部分で開示するような方法と同様に請求項１の導入部分に開示するような表面の検査用のデバイスに関する。
【０００２】
ＷＯ９７／３４１２４は、表面の検査用のレーザーの使用を教示する。前記レーザーによって放出されたビームは、第一に、ビームスプリッターにおいて二つのサブビームに分割され、前記サブビームは、光ビームの経路のさらなる進路における光学キューブ又はプリズムにおいて互いに干渉し、そしてサブビームの干渉によって生成された干渉パターンは、検査される表面に結像される。結像は、円柱レンズを介して行われるので、標準的なウエハーの場合には、表面に照射される領域は、その中心からその周辺までおおよそ放射状に広がる。表面で反射される光の強度は、表面の欠陥の存在に応じて変化するので、空間分解の様式で検出器によって行われる強度の測定は、欠陥の位置確認を可能とする。感度は、制限され、実質上おおよそ５００ｎｍに等しい。しかしながら、このような感度は、互いに非常に接近して位置する導体のトラック又は構成要素群をもつ微細構造に対しては適切ではない。感度を増強するために、照射される領域を減少させることが必要であるかもしれない。しかしながら、その測定は、そういうわけで非常に時間を浪費することになるかもしれない。さらに、検出器は、反射された光に対して連続的に露出され、このようにして背景効果による深刻な撹乱を生じさせる。
【０００３】
本発明の目的は、表面における汚染又は損傷の測定を増強する。
【０００４】
本目的は、請求項１３の特徴とする部分に開示するような方法によって、同様に、請求項１の特徴とする部分に開示するようなデバイスによって、本発明に従って達成される。本発明の有利なさらなる実施例に対しては、請求項２乃至１２及び１４を参照する。
【０００５】
本発明に従うデバイスの構築のために、ここで表面に結像される干渉パターンが、面の動きの方向に横断して延びる最大強度の線又は最小強度の線を有するが、表面に存在すると共に検出される各欠陥（例えば、そこに静止する粒子又は中へ延びる損傷した斑点）は、異なる強度のいくつかの線を交差させる。次に、適用される光の対応する散乱の像を生成し、その散乱の像を、様々な干渉線にわたって微細に分解される、その明るい／暗い分布のために、単純に評価することができる。分解能は、光のスポットの大きさよりも実質的に微細である。従って、所望の高解像度にもかかわらず、比較的大きな光のスポットを使用することができるので、表面を走査するために必要とされる時間を減少させる。
【０００６】
（配向を認識するためのカットアウトが提供される）おおよそ丸いウエハーの検査用の半径方向に延びる主軸をもつ楕円の光スポットが形成されるとき、検査される表面上の異なる半径方向の位置の欠陥は、光スポットの異なる領域を横断することになる。半径方向におけるさらに外側に位置する欠陥は、より内側に位置する欠陥が移動するものより大きい、単位時間当たりの距離を移動しなければならないので、それらの速度は、増加する。これは、より狭い、検出された強度の像に帰着する。欠陥の半径方向の位置を、このように位置確認することができる。本発明は、このように、速度の測定によって検出された欠陥の位置の正確な決定を可能とする。
【０００７】
例えばウエハーの回転駆動に関連するデコーダにおいて、表面の瞬間の配向に対する検出もまた予見されるので、加えて例えば、ウエハーの角位置を欠陥の検出で決定することができる。欠陥の柱座標は、このように十分に既知になる。そのとき、正確な位置確認は、可能である。
【０００８】
本発明のさらなる利点及び詳細は、図面を参照して以後詳細に記載する本発明の実施例から明白になると思われる。
【０００９】
図１及び８に示すようなデバイス１の第一の実施例は、所望の干渉及び高い強度のために、好ましくはレーザー光源として構築される光源を含む。しかしながら、小さなコヒーレンス長の光線の場合にのみ、放出されたビーム２に配置されたビームスプリッター４がまた、もともとのビーム２から分割されるビーム５及び６の干渉をもたらし得るかもしれないので、レーザー光源の使用は、必ずしも絶対に必要ではない。レーザー１は、連続的に、おおよそ可視領域、典型的には例えば４８８ｎｍの波長において、単色光を生成する。たとえより短い波長をもつ光源を、感度を改善するために利用することができるとしても、そのとき、表面を囲む空気との光の散乱断面積もまた増加する。また授与された、ヘリウム大気における、又は真空状態における測定は、理論上は可能であるが、非常に高価であるかもしれない。
【００１０】
ビームスプリッター４は、レーザー１によって放出されるビームのビーム経路に配置される。ビームスプリッターを、例えばフレネルの鏡として、二重の間隙として、偏向光学キューブ及びλ／２板の組み合わせとして、又は別の既知の機構として、様々な方法で構築してもよい。分割された光ビームを、本実施例には、重ね合わせ及び干渉が起こる共通平面において、導く格子４が提供され、その一次ビーム５、６を、図１に示す。二つのビームへの理想的な分割を達成するために、正弦波格子を使用することができる。二つのビームの干渉のために、一次のみを使用する。より高い次数を取り除くために、例えば、収束光学系７（例えばレンズ）は、格子４の後に続けて配置され、より高い次数のビームが結像されない様式で、その開口は、制限される。零次を、すでに適切な格子４によって取り除くことができるか、又は不透明領域が、後に続く光学系７に、例えばレンズの中央領域に提供される。また、一次ビームのみ用の開口を含む絞りを使用することも可能である。
【００１１】
格子４の均一な照射を達成するために、光学的なビーム経路中でコリメーター３が、それの前に置かれ、前記コリメーターは、今の場合には円柱レンズである。このコリメーターは、格子４における光の平行な入射を保証する。レンズ３の収束する効果は、格子列４ａが延びる平面において必要である。またレンズ３は、格子４が本質的に楕円領域内に均一に照射されることを保証するので、格子４の後ろに発生する干渉パターン１０は、また楕円の輪郭を有する。
【００１２】
ビームスプリッター４の後に続く分割されたビーム５、６は、この場合には示すような収束レンズである既に述べたコリメーティング光学系７に適用される。
【００１３】
引き続き、ビーム２は、それが干渉パターン１０をもつ光スポット９を形成する検査される動く表面８へガイドされる。干渉パターン１０は、表面８でのみ形成され、即ち、表面８の前で起こる、光ビーム５、６の再結合の間にはまだ形成されない。このように、予め形成される干渉パターンの投影を不要にすることができる。また、このように、分割されたビーム５、６を再結合するための構成要素及びこのような干渉パターンを結像させるための光学系を不要にすることができる。干渉パターン１０は、最大強度の線１１及び最小強度の線１２を含み、それらの線の全ては、格子列４ａの配向と平行な方向に延びる。最大の強度の線１１は、ａｓｉｎθ＝ｍλで強め合う干渉に対応し、ａは、格子定数であり、ｋは、適用される光ビーム２の波長であり、θは、偏向角である。整数ｍは、次数を示す。本実施例においては、一次ビーム（ｍ＝±１）のみが、干渉するために作られる。
【００１４】
適切な光学系、例えば、円柱レンズ３及び／又は前記さらなるレンズ７又はビームの偏向を達成することもまた可能である一つ又は複数の鏡（図６）が選ばれるとき、表面８における光スポット９が楕円の様相を有することが保証される。位置の正確な決定のために、楕円９は、狭い形状有する。短い測定時間を達成するために、それは、半径方向に大きな寸法を有する。光スポット９の実際的な形状は、例えば、２ｍｍ×４０μｍである。回転して動く丸い部材１３、例えばウエハーの一部分を形成する表面８が照射されるとき、楕円１０の主半軸は、好ましくはウエハー１３の半径方向で延びる。このように、表面８における広い環状の一片を、ウエハー１３の回転の間に走査することができる。
【００１５】
光スポット９を、この場合には検査されるウエハー１３の半径方向において、可動な光学系によって動かすことができ、よってその表面８の完全な走査を可能とする。要求される確度のために非常に正確に調節されなければならない入射ビーム２に影響を及ぼす全光学系を代わりに静止させ続け、ウエハー１３に回転運動に加えて重ねられた直進運動を実行させ続けることは、都合良く可能であるので、図４に示すような対象１３の螺旋状の軌跡Ｂが得られる。光スポット９は、その位置を保持し、ウエハー１３は、その表面８を完全に走査することができるような様式で、光スポットの真下で動かされる。
【００１６】
検査される表面８の角振動数ωは、一定である。従って、存在するどんな欠陥も、干渉線１１、１２の真下を、すなわちそれらの主要な寸法の横断方向に、一定の角振動数ωで、通過する。欠陥１４の半径方向の位置に依存して、それは、回転の速度がｖ＝ωｒであるので、異なる滞在時間で光スポット９を横断し、ここでｒ＝欠陥１４と中心との間の半径方向の距離は、より内側に位置する欠陥に対するよりも外側に位置する粒子に対してより高い。
【００１７】
試料１３は、試料ホルダー２０に実装される。試料ホルダーと、この場合には角位置である、瞬間の位置を検出するためのデコーダが関係付けられる。欠陥１４が発生するとき、関連する試料ホルダー２０の回転の角度を、光スポット９を通る欠陥１４の通過の間に、このように決定することができる。
【００１８】
表面８からの光１５は、第一の光に敏感な検出器１６に、及び第二の光に敏感な検出器１７に導かれる。二つの検出器１６、１７は、空間分解の様式で検出する必要がない。二つの検出器１６、１７をどちらか使用することは、必ずしも絶対的に必要ではない。
【００１９】
第一の検出器１６は、表面の横に配置される。鏡１８は、反射された光を偏向させることに役立つ。表面８から垂直に反射された光は、前記鏡によって９０°だけ偏向させられ、第一の検出器１６の入り口窓に直接又は間接的に導かれる。鏡１８の寸法は、小さいだけである。結果として、表面８に垂直な２１に対して小さな角度αで散乱される光ビームのみが、第一の検出器１６の入り口窓に導かれる。
【００２０】
第二の検出器１７は、表面８に入射する光スポット９より上に垂直に配置される。光がこの検出器に導かれることを可能とするために、反射された光のビーム経路を横に跳ね返らせる楕円のコレクターとして構築されるコレクター１９が提供される。光スポット９の輪郭の外側に配置されるコレクター１９は、もっぱら、表面８に垂直な２１に対して大きな角度βで散乱される光ビーム１５によって到達する。そして、上部の端１９ａは、最小の角度β_ｍｉｎを課する。反射された光ビーム１５が、垂直な２１に対してより小さな角度で届くとき、それらは、第二の検出器１７によって検出されない。垂直な２１に対してβ_ｍａｘより大きな角度で届く光ビーム１５は、コレクター１９にも到達しないので、それらは、第二の検出器１７によって検出されない。外側のコレクター１９には、レーザー１から出る光ビーム２が通過することができる、カットアウトの形態の入り口窓２２を提供してもよい。
【００２１】
また、測定体容積を制限すると共に背景雑音を抑制する絞り１６ａ、１７ａを、検出器１６、１７の入り口窓の前においてもよい。検出器１６、１７の入力信号は、干渉パターン１０の周波数で変調されるので、すなわちもしあれば欠陥のそれぞれの半径方向の位置と一致して、最小周波数と最大周波数との間の測定窓内で適切な周波数を有する信号に対してのみ評価が起こる様式で、測定信号の獲得もまた実行してもよい。空気における散乱によると共にこの周波数を有さないどんな信号も、このようにフィルターで取り除かれる。
【００２２】
図７は、入射光ビーム２もまた、反射された光ビーム１５より上に入ることができると共に格子４によって分割されるより前に鏡３ａによって偏向され得ることを明確にする第二の実施例を示す。第一の実施例に関して基本的な差はない。
【００２３】
図８は、光源１が表面８に垂直に配置される第三の実施例を示す。このように入射光ビーム２を偏向させる必要がなく、鏡３ａを不要にすることができる。
分割された光ビーム５、６は、二つの入り口窓１２２を介して、反射する球状の壁１１９によって境界を付けられた、閉じた測定チャンバー１２４に入る。一つの検出器１１６のみが提供される。 反射された光１５の全ては、壁１１９によって検出器１１６へ導かれる。
【００２４】
光源１、表面８、及び検出器１６、１７を様々な方法で配置することができること、並びにこのような配置を、適切な偏向及び収束光学系の選択によって実現することができることは明白であると思われる。もちろん、光２が上から表面８に入射することもまた必要ではない。また、それは、下から入っても、又は異なる方法で向けられてもよい。検出器１６、１７は、任意の既知の方法で光電子検出器として構築され、よって光信号を従って電気信号に変換する。二次電子増倍管（ＳＥＶ）を、典型的には、検出器１６、１７において使用することができる。
【００２５】
デバイス１の機能及び本発明に従う方法を、第二の実施例（図６）に基づいて説明することにする。
【００２６】
表面８の全測定の間に、適用される光２は、一定のままであると共にその領域で表面８に関して放射状に配向する最大強度１１及び最小強度１２の線をもつ干渉パターン１０を発生させる、光スポット９内の表面８に入射する。
【００２７】
理想的に滑らかな表面８の場合には、光は、入射角＝出口の角度の偏向条件に従って（空気分子での散乱を除いて）反射される。このように反射された光は、偏向鏡３ａに入射すると共に、光源１の方向に偏向される。反射された光ビーム１５が鏡３ａを越えて移動することができないので、第一の検出器１６は、信号を受信しない。大きな角度で偏向がないので、第二の検出器もまた、全く信号を受信しない。従って、この測定は、欠陥１４の発生に応じてのみ光信号を生成する、暗視野測定である。明るい視野測定と比較して、この種の暗視野測定は、実質的に撹乱に対してあまり影響を受けにくい。
【００２８】
欠陥１４が発生するとき、入射光２は、それによって散乱される。 散乱された光１５は、検出器１６、１７を介して検出することができる。
【００２９】
欠陥１４の性質を、二つの検出器１６、１７の動作に基づいて決定することができる。欠陥１４が、表面に静止する粒子によって形成されるとき、散乱される光の主な部分は、大きな角度βで散乱されるので、それは、第二の検出器１７によって検出される。しかしながら、欠陥１４が、表面８に広がる損傷した領域（ピンホール）によって形成されるとき、反射は、主として小さな角度αで起こるので、第一の検出器１６は、電気信号を供給することになる。
【００３０】
欠陥の大きさを信号レベルに基づいて決定することができる。得られる信号のピークがより大きいほど、欠陥はより大きくなることになる（図１１）。
【００３１】
また、表面における欠陥の位置を非常に正確に決定することができる。これは、本発明の要点を構成する。光ビーム２を導く光学系の設定から、このビームが回転するウエハー１３に入射する場所、即ち、光スポットによって走査される一片が半径方向で位置する場所が知られる。信号が一つ又は複数の検出器１６、１７で発生するとき、試料ホルダー２０の瞬間の角位置は、デコーダによって決定される。
【００３２】
このために、例えば、角度目盛りを、試料ホルダーに提供することができ、その目盛りは、検出器１６、１７の少なくとも一つによる信号の受信の瞬間に、デコーダによって自動的に読み取られる。結果として、その試料ホルダー上で静止するように配置されるウエハー１３を伴った、試料ホルダー２０の回転の角度は、既知である。また半径方向の距離ｒが第二の柱座標として決定されることを可能とするために、信号の幅を測定する（図１０）。欠陥１４は、光スポット９の異なる強度の線１１、１２によって連続的に照射されるので、検出器１６、１７で得られる信号は、干渉パターンの像を構成し、よって、また変動する強度も示す。
【００３３】
そして、いくつかの最小値の間、又はいくつかの最大値の間の距離の決定によって、信号を単純に測定することができる。さらに、代わりに、信号の周波数を決定すること、及びそれから欠陥の速度を計算することは可能である。角振動数ωが一定であるので、複数の距離Ωも確認の目的で測定することができ、標準偏差を伴った平均値を、それから導出することができる。誤差の計算を行うことができる。このように欠陥１４の位置の決定において非常に高い精度が達成される。これは、欠陥１４の動きに横断して延びる（その動きに対して９０°の角度で延びる必要は必ずしもない）線１１、１２をもつ干渉パターン１０の線状の形態のために可能である。
【００３４】
記載した干渉パターンに基づいて、本発明に従うデバイスは、典型的におおよそ４０ｎｍから５０ｎｍまでの感度を達成することを可能とすると同時に、それにもかかわらず比較的短い測定時間を維持する。けれども感度のさらなる増加は、測定時間を延長するかもしれない。
【００３５】
本発明に従うデバイスは、ウエハー１３の検査に対してだけでなく、任意の他の半導体表面又は他の表面、例えば薄層が提供された基板、光若しくは磁気蓄積媒体、ＣＤ、ＤＶＤの表面、及び半導体表面の蒸着用のマスクなど、の検査に対してもまた、適切であることに注意しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
表面を照射するデバイスの一部分における第一の実施例の概略表示である。
【図２】
すなわち粒子の通過前に一時的に、検査される試料において形成される干渉パターンの概略の圧縮した表示である。
【図３】
試料ホルダーの側面の立面である。
【図４】
試料の軌跡もまた示す、検査される表面の平面図である。
【図５】
挿入した表面の欠陥の直交及び柱座標を伴う図４のものと類似の図である。
【図６】
本発明に従うデバイスにおける第二の実施例の概略全体図である。
【図７】
本発明に従うデバイスにおける第三の実施例の概略全体図である。
【図８】
図１に示すような表面を照射する部分の第一の実施例を伴う本発明に従うデバイスの概略全体図である。
【図９】
欠陥の散乱スペクトルの概略表示である。
【図１０ａ】
放射状に内側に位置する欠陥に対して得られる信号の強度Ｉを示す。
【図１０ｂ】
放射状に、より外側に位置する欠陥に対して得られる信号の強度Ｉを示す。
【図１１ａ】
第二の検知器によって測定された小さな表面の欠陥から得られる信号を示す。
【図１１ｂ】
第二の検知器によって測定された大きな表面の欠陥から得られる信号を示す。

Claims (14)

1. 一つ又は複数の動く表面の検査用、特にシリコンウエハーの回転する表面の検査用のデバイスであって、
   少なくとも一つの光源、特にレーザー光源、及び検査される前記表面に干渉パターンを実現するために前記レーザー光源によって放出される光ビームを少なくとも二つの干渉するサブビームに分割するビームスプリッターを含み、
   前記干渉パターンは、前記表面の動きの方向に本質的に横断して延びる、複数の、最大強度の線及び最小強度の線を含むことを特徴とするデバイス。
2. 前記干渉パターンは、前記表面の動きの前記方向の横断方向に伸ばされる楕円のエンベロープによって境界を付けられることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
3. 前記光スポットは、その主半軸の方向に少なくとも１ｍｍの寸法を有することを特徴とする請求項２記載のデバイス。
4. 前記表面は、前記光スポットの真下で回転運動を行うように動かされ得ると同時に、照射される前記表面での前記最大強度の線及び前記最小強度の線は、前記回転の方向に直角に向けられることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のデバイス。
5. 前記表面で反射された光は、強度に敏感な検出器によって検出され得ることを特徴とする請求項４記載のデバイス。
6. 信号は、理想的に滑らかな表面の場合には、検出され得ないことを特徴とする請求項５記載のデバイス。
7. 前記動く表面は、その瞬間の配向の検出用デバイスと関係付けられることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載のデバイス。
8. 前記表面は、それが広がる平面で回転可能であり、
   前記デバイスは、前記回転の角度の決定を可能とすることを特徴とする請求項７記載のデバイス。
9. 前記目盛りに対する検査される前記表面の欠陥の位置は、前記検出器によって検出される信号から導出され得ることを特徴とする請求項４乃至８いずれか１項記載のデバイス。
10. 等しい強度の線の縦方向に対する検査される前記表面の欠陥の位置は、前記検出器によって検出される信号から決定され得ることを特徴とする請求項４乃至９いずれか１項記載のデバイス。
11. 検査される前記表面は、回転及び直進モードで動くことができることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項記載のデバイス。
12. 互いに垂直に配置される二つの検出器が提供されることを特徴とする請求項５乃至１１いずれか１項記載のデバイス。
13. 一つ又は複数の動く表面の検査用、特にシリコンウエハーの回転する表面の検査用の方法であって、
    前記表面は、少なくとも一つの光源、特にレーザー光源によって放出されると共にビームスプリッターによって少なくとも二つの干渉するサブビームに最初に分割されるコヒーレント光に対して、露出され、
    前記サブビームの干渉パターンは、検査される前記表面に導かれ、
    前記表面は、本質的に、最大又は最小の強度の直線の方向の横断方向で、前記干渉パターンの真下で動かされ、
    前記干渉パターンによって照射される欠陥の位置は、散乱信号から導出されることを特徴とする方法。
14. 反射される光は、一つ又は複数の検出器に、欠陥の発生に応じてのみ信号を生成させる（暗視野測定）ことを特徴とする請求項１３記載の方法。