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
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
対応する。言い換えると、コンピュータメモリは各光
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
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
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
マーカピン53,55のうちの1方を横切るビームの通
時刻と一致するように設定される。なぜならビームは
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
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。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
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
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、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
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
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
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
    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
  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
    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
    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
    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
    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
    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
    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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