JP3115354B2 - 走査ビームの位置を較正する方法 - Google Patents

走査ビームの位置を較正する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術背景】この発明は光ビームを使用する表面上の走
査に関し、より具体的には、走査中のウエーハ表面上の
ビームの位置の決定に関する。
【０００２】
【発明の背景】一般に平坦な表面を傷、欠陥、粒子およ
びその他がないか走査する際に、走査ビームは往復鏡ま
たは回転多角形、つまり光学走査器のような見かけのス
ポットソースに源を発する。走査器は走査ビームを弧に
方向付けるが、表面は走査ビームが真の弧状の軌道を横
断することを妨げる。もしビームが真の弧を横断したと
すれば、ビーム位置の決定は単純なことになるであろ
う。しかし、ビームが平面を横断するとき、ビームは走
査の中心からずっと離れたところでより速く移動するよ
うである。多くの応用において、正確なビーム位置を知
ることは重要である。たとえば粒子の検出の際に、表面
上の粒子の位置はビーム位置が知られさえすれば発見さ
れるかもしれない。過去において、ビーム位置は走査器
の位置を知り、そしてビームが表面上のどこにあるかを
計算することによって判断可能であった。しかしなが
ら、かかる計算は、ふつうは走査器の摩耗のような理論
上の走査経路に対する誤差の原因となる要因を考慮に入
れていない。
【０００３】先行技術において、走査器の誤差は正確な
粒子または傷の位置決定のために訂正されなければなら
ない問題を引き起こすことを十分に理解した人もいた。
たとえば米国特許第４、４０４、５９６号において、Ｊ
ｕｅｒｇｅｎｓｅｎ、他は回転多角形鏡の平坦でない表
面のための位置的な誤差を訂正する。先行技術の取組の
多数は非常に貴重であることが判明したが、特に半導体
ウエーハのような超清浄な表面でゴミ粒子の位置決めを
する際に、精度に対するさらに大きい必要性がある。ウ
エーハの検査において、非映像粒子検出器が発明され、
それはミクロンの大きさの粒子およびさらに小さい粒子
の存在を正確に信号で知らせる。かかる粒子の位置の地
図を作ることは、かかるサブストレート上に構築された
回路が特定の位置で粒子の存在のために作用しなくなる
かどうかを予言できるように必要とされる。
【０００４】この発明の目的は、ウエーハ表面上の走査
ビームの位置が決定される精度を増大することである。
【０００５】
【発明の概要】上記の目的は既知の開始位置にビームが
ある時の時刻を記録し、それに続く既知のビーム位置を
確立することによって、ビーム走査器で達成されてき
た。基準ウエーハは、ビーム走査経路に沿って配置され
た複数個の光散乱源とともに製造される。光散乱源は、
走査経路に沿って等距離の位置に距離を置いて設けられ
た非常に小さいピットまたはバンプにより構成される。
複数個のかかる経路はウエーハ表面を横切って規定され
るので、ウエーハ表面を横切る様々な走査経路で、ビー
ム位置に対応する時刻が記録される。既知の開始位置
は、強い光散乱信号を与える固定ピンまたは押下であ
る。第２のピンは２方向の走査のために走査経路の他方
の側の第１のピンの反対に置かれる。
【０００６】一旦強い光散乱信号が走査の始まりを記録
するピンから受信されると、高周波数クロックが開始さ
れる。等距離光散乱素子の１つが、光散乱信号によって
表示されるように、走査経路で遭遇されるたびに、クロ
ックパルスカウントはコンピュータメモリのアドレスで
記憶される。メモリアドレスは光散乱素子の物理位置に
対応する。言い換えると、コンピュータメモリは各光散
乱素子位置に対応するアドレスを含む。各アドレスに関
連するのは、ビーム走査開始位置からのクロックパルス
カウントを表わす数字である。
【０００７】一旦メモリに基準ウエーハからのデータが
ロードされると、未知のウエーハが基準ウエーハと取換
えられる。走査ビームは、時間計測を開始するために走
査マーカの開始点を越えて通過しなければならない。そ
れでクロックパルスがカウントされるとき、それらのカ
ウントは、基準ウエーハに関して既に計測されたカウン
トに対応して、基準ウエーハ上の等間隔光散乱素子に対
応する位置へのビームの到着を信号で知らせる。光散乱
素子間で観察される粒子は補間によってその位置が特定
される。
【０００８】何時間もの走査動作の後、基準ウエーハは
再びメモリにロードされるべき１組のクロックパルスデ
ータを発生するために使用される。このようにして、走
査器の機械部品の非常に少量の摩耗がたとえあったとし
ても、ビーム位置の位置の正確な決定に影響を及ぼさな
い。２方向の走査が行なわれる場合には、同じ手順が各
走査方向で使用され、双方とも基準ウエーハおよび未知
のウエーハを使用する。異なった組のクロックデータが
各走査方向のために発生する。
【０００９】
【発明を実行するための最良モード】図１を参照して、
レーザ１１、つまり低電力ヘリウム−ネオンまたはアル
ゴンイオンレーザは、光学素子１３、典型的には１つ以
上のレンズによっで球面ミラー１５を越える点、つまり
検査されているウエーハ１９の表面１７に予め焦点を合
わせられたビームを発生する。光学装置１３を通過した
後、レーザビームは光経路を折り曲げ、ビームを走査ミ
ラー２３の方へ方向付ける小さな固定ミラー２１に射突
する。走査ミラー２３はミラーを振動の自然周波数で振
動させるモータに接続されたアーム上に支持される。か
かるミラーは共振走査ミラーとして既知であり、振動の
自然周波数は製造者によって特定される。
【００１０】走査ミラーは入射ビームに対して僅かな傾
斜で整列されるので、走査ビームは空間に浅い円錐を描
くが、球面ミラー１５からの反射後直線経路に従う。球
面ミラーの湾曲の目的は、予め焦点を合わされたビーム
の実効の電界湾曲を帳消しにして、表面１７に本質的に
平面状の映像電界を作ることである。走査ミラー２３は
光学上平坦であり、その回転軸は、前述のように、反射
ビームに浅い円錐を発生するために入来ビームに対して
垂直ではない。この光学配列は平坦な映像電界上に１０
０マイクロメートル走査スポットの発生を許容し、経路
の直線部分は２００ミリメートルという走査距離に対し
て１０マイクロメートル以内である。走査はほぼテレセ
ントリックである。約５００ミリメートルの焦点距離を
持つシステムは２００ミリメートルの経路を走査する。
４８８ナノメートルの波長で、かつビーム直径が１／ｅ
2 で計測される１００マイクロメートルの直径の最終ス
ポットの大きさであれば、ビーム直径は走査ミラー２３
で１６．３ミリメートルであろう。いくらかの収差が予
期されるが、最大の収差による不鮮明さの直径は非点収
差に対して１０マイクロメートル以下であり、接線コマ
収差の４マイクロメー トル以下であるので、１００マ
イクロメートルのスポット直径に対して非常に小さいの
で、ほんの２、３％だけスポット中心輝度を削減させ
る。真のテレセントリック走査からの推測の逸脱は、１
ミリラジアンから４０ミリラジアン以下である。
【００１１】図２を参照して、テレセントリック入力ビ
ーム３１は内部に反射する楕円の円筒３３の中へ、その
長さが走査方向つまり図面の紙に垂直な平面に平行であ
る直線状のスリット３５を介して通過するのが見られ
る。狭いスリット３５はウエーハ１９の反射表面１７か
ら鏡のように反射された光が出ていくことを許容する。
ビーム３１は図面の紙面に垂直に延びる焦点線３７に沿
って射突する。焦点線３７は楕円の円筒３３の２つの焦
点のうちの１つである。走査線３９は繊維光学ファイバ
４１の入力端部が整列される線である。したがって、走
査線３７に沿ってゴミ粒子または傷から散乱されるいず
れの光も、走査線３９に反射されてファイバ４１に入力
される。散乱は不規則な表面から生じるので、走査線３
９は粒子または傷の真の光学映像を形成しない。むし
ろ、走査線３９に沿う光は粒子または傷から散乱した輝
度を表わす。粒子または傷が大きければ、粒子が小さい
場合よりも多くの光が散乱される。ファイバ４１へ入る
光は、光電子増倍管である検出器４３に透過される。ウ
エーハ１９がラインに沿って走査された後、ウエーハ１
９は車輪４５または他の支持機構によってわずかに前進
させられる。ウエーハ１９をわずかに前進させることに
よって、他の線が走査される。反射表面１７上におい
て、平行で、かつ僅かに距離を置いた位置にある異なる
線を順次走査することによって、ウエーハ１９全体が走
査される。小さい粒子と、クラックのような傷またはノ
イズのようなスプリアス信号との間の差は、Ｓ．Ｓａａ
ｄａｔ他に対して付与されこの発明の譲受人に譲渡され
ている米国特許第４、７６６、３２４号に述べられる粒
子検出方法に従って判断される。
【００１２】図３には、ウエーハ１９が、そのウエーハ
１９上で散乱信号が抽出される複数個のサンプリング点
とともに示される。ウエーハ１９は、その周囲における
互いに対向する位置に設けられた２つの光マーカピン５
３および５５の間に置かれ、かつ、これらの光マーカピ
ン５３，５５間を結ぶ線が光学システムの走査線に沿う
ように配置される。ビーム５７はウエーハ１９を横切っ
て掃引されるので、散乱信号の振幅は特定の位置５７
ａ、５７ｂ、５７ｃで抽出され、そのため好ましくは均
一の距離を置いて設けられるサンプリング点５１の規則
正しいアレイがウエーハ１９上に配される。アレイの開
始は光マーカピン５３および５５を基準にする。
【００１３】アレイの開始に対応する時刻は、２つの光
マーカピン５３，５５のうちの１方を横切るビームの通
過時刻と一致するように設定される。なぜならビームは
他方の光マーカピン５５，５３に向かって移動するから
である。開始信号は、光マーカピン５３（または５５）
を横切るビームの通過を検知する、当該光マーカピンの
後に置かれた光検出器によって作りだされる。ビームか
らの光が光マーカピン５３の後の検出器で初めて受信さ
れるとき、すなわち、ビームが光マーカピン５３の縁を
越えて通過した直後に、正確な５０メガヘルツクロック
からパルスをカウントするカウンタを開始させる。
【００１４】カウンタの出力はランダムアクセスメモリ
に記憶された一連の予め定められた値と連続的に比較さ
れる。カウンタの値が記憶された値と等しい場合は、パ
ルスは検出器で受信された散乱信号の瞬間的な振幅を抽
出するサンプリング回路に送られる。カウンタ出力と比
較される予め定められた値は、正確に等間隔に配列され
た位置で、または、テスト下にあるウエーハ上の既知の
位置で抽出されるように選択される。サンプリング点の
間の間隔は約２６μｍである。
【００１５】サンプリング点の位置についてのいかなる
誤差も、相対的な位置が非常に高い正確さで既に知られ
ている散乱源を有する基準ウエーハを使用して、光マー
カピンに対するビームの位置を較正することによって訂
正可能である。これらの散乱源の見かけの位置は、サン
プリング点の初期テーブルを使用して計測される。散乱
源の見かけの位置と既知の位置との間の差は、ランダム
アクセスメモリに記憶される予め定められた値を修正す
るために使用される誤差機能を発生するために使用され
る。これにより予め定められた値の新しいテーブルが発
生され、これはビームの動きの不規則性を訂正し、かつ
サンプリング点の位置を基準ウエーハ上の参照散乱源と
同じ正確さに規定する。
【００１６】この方法によって、Ｘ軸で非常に正確な座
標系を確立することが可能であり、Ｘ軸ではテスト下に
あるウエーハ上の散乱源の正確な位置は、光マーカピン
５３または５５の開始から抽出点の数を単にカウントす
ることによって知られる。
【００１７】Ｙ軸方向の位置はウエーハの開始からの掃
引の数をカウントすることによって特定される。これに
より直交の組のＸＹ座標系が確立され、これによりウエ
ーハのいかなる点からでもデータにアクセスしかつデー
タを記憶することが可能になり、記憶された映像にいか
なる歪みを招くことなく、ウエーハの小さい部分のマイ
クロスキャンをその領域に記憶することが可能になる。
【００１８】図４を参照して、ウエーハ１９はその上に
想像上の格子パターンを有するのが見られる。矢印Ａに
平行な格子の線は走査線を表わす。実際の走査線は１０
マイクロメートルの距離を置いて設けられ、ビームは矢
印Ａ方向に繰り返し往復して走査する。ウエーハはウエ
ーハ移送によって矢印Ｂで示される方向に前進され、そ
のため走査線は次から次へとウエーハ表面を横断する。
したがって、走査ミラー２３は矢印Ａによって示される
方向に走査を達成する一方で、ウエーハ移送はウエーハ
が矢印Ｂによって示される方向にもまた走査されるよう
に動きをウエーハに与える。図４の格子パターンは走査
方向を示す以外には何ら物理的な意味を有さない。
【００１９】図５は基準ウエーハの小さい部分上の等間
隔に配列された抽出点５１のアレイを示す。点の中心対
中心の間隔は２６マイクロメートルであり、走査線対走
査線の行間隔は１０マイクロメートルである。より大き
いスループットのために、走査間隔は、解像度を幾分損
失しながらも増加される。
【００２０】対向する光マーカピン間のビーム横断を時
間合せすることによって、走査器振幅は光マーカピン間
の一定の横断時間を供給するように調節される。走査器
は振動の自然周波数でのある量の変動、普通は２％まで
の変動に耐久性がある。これは一定の時間が対向する光
マーカピン間に得られるように走査時間の正確な調整を
許容するために重要である。
【００２１】検出器４３へ行く信号は、レーザ出力電力
の変動を訂正するように調整される。これは光マーカピ
ンからの散乱に関する多数の１０の組（ｄｅｃａｄｅ
ｓ）のダイナミックレンジに検出器を較正することによ
って行なわれる。たとえば、光電子増倍管利得のための
３つの上位の１０の組のダイナミックレンジは記録され
るかもしれない。さらなるレベルを記録するために、入
来ビームは中性密度フィルタを使用する周知の量によっ
て減衰させられるかもしれない。かかるフィルタは光散
乱素子から散乱された光のほとんどを吸収することが可
能である。吸収された量は検出信号がフィルタなしで計
測された最下位の１０の組のダイナミックレンジ以下に
なるようにセットされる。したがって、検出器のダイナ
ミックレンジの他のいくつかのレベルが確立され、非常
に小さい信号の計測を許容する。
【００２２】基準ウエーハでの光散乱素子の準備は、図
６を参照して示される。ウエーハ１９はフォトレジスト
物質６１の薄い層で覆われる。ウエーハは写真製版技術
による物質の除去によって領域５１に形成された開口を
持つマスクでパターン化される。正方形６３は正方形の
開口から除去され光散乱素子を作る物質を表わす。走査
ビームは物質６１の表面を横切って移動するので、走査
ビームは開口に遭遇し、かつ表面の非均質性は散乱の原
因となる。この技術は、この発明の譲受人に譲渡された
米国特許第４、５１２、６５９号にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に合う走査ビームを発生するための光
学構成の平面図である。
【図２】図１の装置から光を集めるための光学配列の平
面図である。
【図３】等間隔の光散乱素子を有するウエーハの斜視図
である。
【図４】光散乱素子の位置を表わす格子状のパターンを
有するウエーハを示す図である。
【図５】光散乱素子を示す図４の詳細図である。
【図６】半導体ウエーハの光散乱素子の構成を例示する
図である。
【符号の説明】
１１ レーザ １３ 光学装置 １５ 球面ミラー １９ ウエーハ ２１ 固定ミラー ２３ 走査ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス・ピィ・グロス アメリカ合衆国、94070 カリフォルニ ア州、サン・カルロス、コロナド・アベ ニュ、69 (72)発明者 ブライアン・レスリー アメリカ合衆国、95014 カリフォルニ ア州、クパーティノ、クリスデン・ウェ イ、20357 (72)発明者 ジョージ・クレン アメリカ合衆国、94022 カリフォルニ ア州、ロス・アルトス・ヒルズ、セン ト・フランシス・ドライブ、26685 (56)参考文献 特開 昭64−10155（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−150817（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G03F 7/20 - 7/24

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 走査ビームがウエーハの表面をある走査
    経路において横断する際に、その走査ビームの散乱計測
    の位置を較正する方法であって、第１の走査開始位置を、走査経路の開始点にある第１の
    走査開始マーカの位置を割り当てることにより決定し、
    走査ビームが前記第１の走査開始マーカを通過する時刻
    である走査開始時刻を基準時刻として、該基準時刻から
    経過時間が計測され、 前記走査経路において、表面の複数の既知の位置に間隔
    をおいて設けられた複数の光散乱源を有する、較正のた
    めの基準ウエーハに対し、 第１の走査において、光学走査手段で前記走査経路に沿
    ってビームを走査させ、該第１の走査において、前記複
    数の光散乱源のそれぞれをビームが走査するときのビー
    ム散乱の発生を検知したときの前記基準時刻からの経過
    時間から、前記複数の既知の位置のそれぞれのビーム走
    査時刻を検出して、これらを第１の組のビーム走査時刻
    として、コンピュータメモリに記憶し、 前記走査経路における未知のウエーハに対し、 前記走査経路と実質的に同じ走査経路に沿う第２の走査
    において、前記走査経路に沿って、前記第１の走査と実
    質的に同じ光学走査手段を用いてビームを走査させ、こ
    の第２の走査において、未知のウエーハからの計測され
    たビーム散乱データをコンピュータメモリに記憶し、 第２の走査により計測された散乱データに対応する位置
    情報を、前記第１の走査により計測され記憶された既知
    の位置を用いて較正すること を含む、走査ビームの位置
    を較正する方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の開始位置の決定は、表面の不
    規則性による光の散乱を検知することによって行なわれ
    る、請求項１に記載の走査ビームの位置を較正する方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１の走査開始位置の決定は、前記
    第１の走査開始マーカの後に置かれる検出器上の第１の
    走査開始マーカの影を検出することにより行なわれる、
    請求項１に記載の走査ビームの位置を較正する方法。
  4. 【請求項４】 前記基準ウエーハ上の前記光散乱源は等
    間隔に配置される、請求項１に記載の走査ビームの位置
    を較正する方法。
  5. 【請求項５】 理想的な光学走査手段に対し、前記等間
    隔に配置された光散乱源での理論上の経過時間を計算
    し、その理論上の経過時間を前記光散乱源での実際に計
    測された経過時間とを比較し、各前記光散乱源での両者
    の差は、理想の光学走査手段と実際の光学走査手段との
    間の差を表わす、請求項４に記載の走査ビームの位置を
    較正する方法。
  6. 【請求項６】 前記光散乱源の位置はビーム走査の等し
    い時間間隔ごとに記憶される、請求項１に記載の走査ビ
    ームの位置を較正する方法。
  7. 【請求項７】 第２の走査開始位置を前記第１の走査開
    始位置からの走査の反対側に設定することをさらに含
    み、前記第２の開始位置は前記第１の開始位置とは反対
    側の走査経路の端近傍に第２の走査開始マーカを位置づ
    けることによって設定される、請求項１に記載の走査ビ
    ームの位置を較正する方法。
  8. 【請求項８】 散乱データは前記未知のウエーハから収
    集され、レーザビームは第１の開始位置から第２の開始
    位置へ、かつ第２の開始位置から第１の開始位置へと両
    方向に交替に移動する、請求項７に記載の走査ビームの
    位置を較正する方法。
  9. 【請求項９】 ビームによって取られた時間を第１の開
    始位置から第２の開始位置へかつその逆に移行するため
    に、また走査器の動きを安定させるために使用すること
    をさらに含み、走査器コイルへの駆動電流はビームによ
    って光マーカピンの間を横切るために取られた時間が正
    確な時間になるまでフィードバックループに調節され
    る、請求項７に記載の走査ビームの位置を較正する方
    法。
  10. 【請求項１０】 振幅が検出システムの利得を制御する
    ために使用される基準散乱信号を生み出すために１個以
    上のマーカを使用することによってさらに規定される、
    請求項１に記載の走査ビームの位置を較正する方法。
  11. 【請求項１１】 走査ビームがウエーハの表面をある走
    査経路にて横断する際にその走査ビームの位置を較正す
    る方法であって、走査経路の開始端に第１の走査開始マーカを位置決めす
    ることによって、走査 のための第１の開始位置をマーク
    し 、前記走査経路において、表面に既知の位置にて等間隔に
    設けられた独自のアドレスを有する光散乱源を持つ、較
    正用の基準ウエーハに対し、その基準ウエーハを第１の
    走査において光学走査手段で走査して、そのビームを前
    記第１の走査開始マーカからそれに続く各光散乱源まで
    の経過時間を計測し 、各前記光散乱源ごとに、前記第１の走査開始マーカから
    各前記光散乱源までの経過時間に関する情報をメモリに
    記憶させることにより、各前記光散乱源のアドレスにビ
    ーム走査の経過時間が対応付けられ、 未知のウエーハを、第２の走査において、前記走査経路
    と 実質的に同じ経路に沿って、前記第１の走査と実質的
    に同じ光学走査手段を用いて走査し、前記第１の走査開
    始マーカからの走査経過時間を計測し、この第２の走査
    におけるビームの位置情報を、前記第１の走査により計
    測され記憶された既知の位置と走査経過時間との対応関
    係に基づいて較正することを含む、走査ビームの位置を
    較正する方法。
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