JP4824929B2 - 統合利用のために改良された検査システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に欠陥検出に関し、特に結晶起因のパーティクル（「ＣＯＰ」）や表面粗さやマイクロスクラッチなどのパーティクル（粒子）や表面起因の欠陥などの表面異常を検出する改良されたシステムに関する。

本願の譲受人であるカリフォルニア州サンノゼのケーエルエー−テンカー コーポレイションから入手できるＳＰ１^TBI （登録商標）検出システムは、パターン化されていない半導体ウェハ上の欠陥を検出するのに特に有用なものである。ＳＰ１^TBI システムは、ベアウェハやパターン化されていないウェハ上の欠陥に対し卓絶した欠陥感度を示すものであるが、これは、メモリアレイを備えるウェハなどのパターンを上面に有するウェハを検査するためにそのシステムが使用される場合には当らない。このシステムでは、レンズや楕円面ミラーによって集められる照射線は全て検出器に導かれ、単一の出力を提供する。したがって、ウェハ上のパターンはフーリエおよび／または他の強力な散乱信号を発生するので、これら信号が集められ、検出器に送られると、単一の検出器出力は、飽和されて、ウェハ上の欠陥を検出するのに有用な情報を提供することができなくなる。

ウェハ上の欠陥を検出する従来の技術は、パターン化されたウェハの検査や、パターン化されていないウェハまたはベアウェハの検査のいずれかのために仕立てられているが、両検査のためには仕立てられていない。パターン化されたウェハを検出する検査システムを、パターン化されていないウェハを検出するために使うこともできるが、そのシステムは、一般にはそのような目的のために最適化されていない。他方で、パターン化されていないウェハまたはベアウェハの検査のために設計されたシステムは、前述したような理由でパターン化されたウェハ上のパターン構造によって惹起される回折や他の散乱を扱う際に困難さを伴い得る。

パターン化されたウェハの検査のために、全く異なった検査システムが用いられてきた。ＡＩＴ（登録商標）検査システムとして知られている一つの市販のシステムは、本願譲受人であるカリフォルニア州サンノゼのケーエルエー−テンカー コーポレイションから入手でき、このようなシステムは、米国特許第５，８６４，３９４号（特許文献１）を含むいくつかの特許においても説明されている。ＡＩＴシステムでは、ウェハ上のパターン構造による回折や散乱から検出器を遮蔽するために立体フィルタが利用されている。このような立体フィルタの設計は、パターン構造の従来の知識に基づいているものであり、極めて複雑なものである。さらに、このシステムは、より良く欠陥の存在の識別を行うために、ダイ加工間の比較処理を使用している。

前述したような機器のいずれも、パターン化されたウェハの検査には全く満足のいくものではない。したがって、前述したような難点が解消されるパターン化されたウェハ用の改良された欠陥検出システムを提供することが望ましい。インライン検査に必要なスペースに関するさらなる節約をするために、パターン化されていないウェハ検査とパターン化されたウェハ検査の両方に対して最適化できる機器を提供することが望まれている。

化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）は、半導体工業で広く受け入れられて来た。しかし、ＣＭＰ加工は、欠陥が適切に制御されない場合、集積回路（ＩＣ）デバイスの歩留に大きな打撃を与えることになる多種の欠陥も造ることになる。ＣＭＰ欠陥の中で、マイクロスクラッチは、ＩＣ歩留に強力な打撃を与えている。したがって、マイクロスクラッチや、パーティクルによる他のＣＭＰ欠陥を検出して区別できるようにすることが望ましい。

米国特許出願第０９／８２８，２６９号（特許文献２）は、形状が楕円面のミラーのような湾曲ミラーを備えるコレクタを利用する欠陥検出システムについて説明している。このようなシステムは、汎用性があって多くの用途にとって望ましいが、このような湾曲ミラーを使用することは余りにも費用が掛かったり、欠陥検出システムが非常に小さいことが望ましい場合など、実用的でなかったりする応用例もある。したがって、そのような応用例に対し改良されたシステムを用意することが望ましい。
米国特許第５，８６４，３９４号 米国特許出願第０９／８２８，２６９号 アメリカ物理協会の D. G. Seiler, A. C. Diebold, W. M. Bullis, T. J. Shaffner, R. McDonald と E. J. Walter によって編集されたＵＬＳＩ技術の特徴と度量衡に関する委員会の議事録（１９９８年）の４０５〜４１５ページの S .Stokowski と M. Vaez-Iravaniによる「ＵＬＳＩ技術のウェハ検査技術の挑戦」

本発明の一つの態様は、第１および／または第２の照射光線が光源によって表面に供給されるような検査装置に指向され、ここで第１の光線が表面に対してほぼ垂直であり、また第２の光線が表面に斜めの角度を成している。基準方向の周りで異なった方位角で配置された光学機器は、表面に対して垂直な線に対して異なった方位角で表面によって散乱された照射線が、散乱照射線を導く共通の集光機器を用いずに別々の装置に向けられるように位置決めされている。第２の光線に対してほぼ二重の暗視野構成と成っているコレクタが利用され、その場合、コレクタは、光学機器のうちのいずれか一つの開口よりも大きな開口を有する。このコレクタは、さらに表面によって散乱される照射線も集める。

前述した装置を、汎用性があり、上面にメモリアレイやロジックを有する半導体ウェハなどのパターン化された表面と、ベアウェハなどのパターン化されていない表面とを含む異なった種類の表面上で異常を検出すると共に、半導体ウェハの化学的機械的研摩から生じる異常を検出するために使用することができる。この装置は、特に処理設備との統合に適合されるようにさらにコンパクトに造られる。関連する応用の楕円面ミラーなどの共通の集光機器は、散乱照射線を光学機器に向けるために使用されていないために、この装置を、前述した汎用的な能力を維持しつつもより低コストで、よりコンパクトに造ることができる。

前述した装置を、異なった種類の表面上の欠陥を検出するように操作することができる。操作において、光源から第１および／または第２の光線が表面に供給される。表面は光線によって走査される。表面によって散乱される照射線は、共通の集光機器を用いずに光学機器に向けられる。表面によって散乱され、かつ機器および／または少なくとも一つのコレクタによって集められる照射線が検出され、また異なった種類の表面上の欠陥が検出される照射線から判断される。

説明を簡略化するために、本願では、同じ構成要素には同じ番号が付してある。

図１は、本発明の一実施形態を例示するのに有用な表面検査装置の側部斜視図である。図１に示されているように、装置１０は、いくつかの開口を備える好ましくは半球形状のハウジング１２を備える。基本的に同じ働きをするフレーム、シェル、または他の形状や構造を有するハウジング（例えば、細長い素材片から構成されたフレーム）も使用することができ、本発明の技術的範囲内である。レーザ（例えば、ダイオードレーザ）などの照射線源１４は、半導体ウェハ２０などのサンプルの表面を照射するために光ファイバ１６などの光学チャンネルを介して照射線を供給する。本願明細書において、半導体ウェハの検査を参照して実施形態を示しているが、本発明が、フラットパネル表示器、磁気ディスクや光学ディスクなどの他のサンプル、あるいは読み取り／書き込みヘッドおよび他の種類のサンプルにも適応できることが理解されよう。光源１４によって供給される照射線は、単色、多色またはブロードバンドとすることができる。光ファイバ１６からの照射線は、レンズシステム２２によってサンプル２０の頂面上のスポット２４に焦点を合わせる。図１に示されているように、システム２２の対物レンズまたはレンズ２２ａを、都合良くフレーム１２によって支持することができるが、その場合、対物レンズ２２ａはフレームの開口内に着座する。ウェハ２０は、チャック２６上に支持され、当該チャックは、モータ２８によって回転され、ウェハの表面を検査するために光線１８の照射によるスポット２４がウェハ２０の表面上を動いて螺旋経路を辿るような方向にギア３０によって並進される。モータ２８およびギア３０は、コントローラ３２によって制御される。代わりに、光線１８およびフレーム１２は、そのような螺旋経路を辿るために当業者に公知な方式で動かされる。さらに別の代替案として、チャック２６またはフレーム１２のいずれか一方と光線１８とが、ジグザグ経路や曲がりくねった経路で直線区分を走査するために直線に沿って動かされる。さらに他の代替案には、ウェハ２０および光線１８の両方とフレーム１２との間の相対移動が前述した経路のいずれか一つに沿うようにそれらを移動させることが含まれる。全てのこのような変形は、本発明の技術的範囲内である。

図１に示されているように、フレーム１２は、そこに二組の開口１２ａと１２ｂを形成するか、またはそれらを形成している装置に取り付けられように構成されている。例えば、後述するように、開口をファイバ４２の端部などの光ファイバの端部によって形成することもできる。開口１２ａは、サンプル２０の表面に対して垂直で、かつスポット２４を通る垂直方向２０’に近接して配置されている。照明されるスポット２４内の表面部分によって散乱される照射線は、一組の開口１２ａを通過して一組のコレクタに到達する。一実施形態では、光ファイバをコレクタとして使用してもよい。その種のコレクタの一例が光ファイバ４２によって示され、その場合、ファイバはその表面によって散乱される照射線を一組の開口１２ａ内の対応する開口１２ａＡ’を介して対応する検出器４４に搬送する。図を簡略化するために、ただ一本のこのようなファイバとただ一つのこのような検出器が示されているだけだが、残りの開口１２ａのうちの少なくともいくつかが、各々表面によって散乱され、かつこのような開口を通過する照射線を検出するために対応するコレクタの光ファイバと、対応する検出器とを有することもできることが理解されよう。好ましくは、４２のようなファイバは、垂直方向２０’の周りで対称に配置される。次いで、検出器は、一組の開口１２ａを通過する収集された散乱照射線に応答して出力信号を発生し、その出力信号をプロセッサ５０に送る。

当業者に知られているように、半導体ウェハの加工には、しばしばウェハ表面上のマイクロスクラッチを起こすような化学的機械的研摩（「ＣＭＰ」）が含まれる。一組の開口１２ａと対応するファイバおよび検出器は、このようなマイクロスクラッチを検出するのに適している。かくして、スポット２４がほぼ垂直方向２０’に沿った軸線を有する光線１８によって照明される場合、垂直方向に近接して散乱される照射線を集めるように配置された開口１２ａとそれらの対応するファイバが、このようなマイクロスクラッチを検出するのに適していることになる。マイクロスクラッチを検出するために、好ましくは照明光線は、検査される表面にほぼ直角になっているが、それにもかかわらず、いくつかの用途のために、照明光線を、化学的または機械的研摩によって惹起されるマイクロスクラッチの検出のために検査される表面に対して斜めの角度で供給することができる。このような変形また他の変形は、本発明の技術的範囲内である。好ましくは、第１の組の開口１２ａは、垂直方向２０’から約１０度と３０度との間の角度で表面によって散乱される照射線を集めるものであり、かつ第１の組の開口１２ａは、６から１０の開口を有する。

マイクロスクラッチを検出するために、プロセッサ５０が、垂直方向２０’を横切って互いに反対側の方向に沿って散乱される照射線から引き出される数対の信号を比較することが有用である。かくして、例えば組１２ａにおける開口１２ａＡと１２ａＡ’は、垂直方向２０’の両側に配置されている。開口１２ａＢと１２ａＢ’は、図２においてより明瞭に示されているように、垂直方向２０’の両側に配置されている。マイクロスクラッチは、それら傷の方向に平行な方向よりもマイクロスクラッチ方向に直交した面においてより強く照射線を散乱する傾向があるので、散乱され、かつ向かい合って配置された数対の開口とファイバによって集められる照射線から引き出される信号を比較することは、このようなマイクロスクラッチを検出するのに有用である。図２は、図１の装置１０の頂面図である。かくして、図２を参照すると、マイクロプロセッサ５０が、散乱され、かつ開口１２ａＡ、１２ａＡ’を介して集められる照射線を検出する検出器からの信号と、散乱され、かつ開口１２ａＣ、１２ａＣ’を介して集められる照射線から引き出される信号とを比較することが有用である。さらに、表面によって散乱され、かつ開口１２ａＡや１２ａＡ’などの向かい合って配置された各対の開口を介して集められる照射線から引き出される信号を比較することも有用である。前述したようなマイクロスクラッチの検出を、サンプル２０の表面上の他の異常の検出と同時にまたは順番に実施してもよい。

表面によって散乱され、対応する開口を通る照射線を集めて検出器４４に搬送するためにファイバ４２などの光ファイバを使用する代わりに、このような散乱照射線を検出するために検出器を対応する開口に直接または近接して設置してもよい。照射線を集めて検出器に搬送するために光ファイバを使用する利点は、これによってサンプル２０に近接して位置決めされた装置１０の一部分を特にコンパクトな設計にできる点である。かくして、一実施形態では、フレーム１２とレンズシステム２２から成る光学ヘッドは、約５ｃｍを越さない水平方向の（すなわち、ウェハ２０の表面に平行な面における）寸法を有する。マイクロスクラッチを検出するために、第１の組の開口１２ａは、好ましくは垂直方向２０’の周りにリングを形成する。一実施形態では、その組１２ａは、対応する光ファイバと検出器を同じ数有する６〜１０の開口を含む。開口１２ａとそれらの対応するファイバおよび検出器は、パターン化されたり、またはパターン化されていない半導体ウェハ上のパーティクルや表面欠陥または表面下の欠陥などのマイクロスクラッチ以外の他の異常を検出するのにも有用である。図１と図２に示されているように、第１の組の開口１２ａの他に、別の組の開口１２ｂが、照明されたスポット２４において表面によって散乱された照射線をウェハ２０の表面に近接する集光角度で通すようにフレーム１２に形成されている。好ましくは、開口１２ｂは、ウェハ２０の頂面に対して約１０度と４０度との間の角度などの低い高度角度で表面によって散乱される照射線を集める。

図２によりはっきりと示されているように、サンプルの表面にほぼ直角な方向でウェハ２０を照明する他に、または代わりに、サンプルを、ウェハの表面に対して斜めの角度の光軸６２に沿って照明することもできる。チャック２６は、図を簡略化するために、図２では省略されている。

第１の組の開口１２ａの場合のように、第２の組の開口１２ｂの少なくともいくつかは、各々照明されたスポット２４内の表面によって散乱され、かつこのような開口を通過する照射線を集めるように位置決めされたファイバ６４などの対応する光ファイバを有する。その場合、ファイバ６４は、集められた照射線をそれに応答して出力信号を提供する対応する検出器６６に搬送する。図２を簡略化するために、第２の組の開口１２ｂの一つを通過する散乱照射線を集めるただ一本の光ファイバ６４が、その対応する検出器６６と共に示されているに過ぎない。より多くのファイバと対応する検出器が、一般には図１と図２の実施形態で使用されていることが理解されよう。光線をサンプルに対して斜めの角度で与えるために、レーザ（例えば、ダイオードレーザ）７２などの照射線源が使用され、光線７８をウェハ２０の表面に対して斜めの角度の光軸６２に沿って与えるようにファイバ７４とレンズシステム７６を介して照射線を供給してもよい。斜めの角度でサンプル表面を照明するのは、パターン化されたまたはパターン化されていないウェハ上の異常を検出するのに特に有利である。パターン化されていないウェハまたはベアウェハ上の異常を検出するために、検出され得る信号量を増やすようにより大きくした収集角度内の表面によって散乱される照射線を集めるのが望ましい。この目的のために、第２の組の収集開口１２ｂの他に、一つの、好ましくは二つのより大きな収集開口１２ｃが、図２に示されているような二重暗視野構成で用いられる。暗視野システムは、収集される照射線がサンプルによって散乱され、かつ照明光線のサンプル表面から鏡面反射する方向から離れている収集経路に沿って集められる照射線となっている場合のシステムである。暗視野システムについては、アメリカ物理協会の D. G. Seiler, A. C. Diebold, W. M. Bullis, T. J. Shaffner, R. McDonald と E. J. Walter によって編集されたＵＬＳＩ技術の特徴と度量衡に関する委員会の議事録（１９９８年）の４０５〜４１５ページの S .Stokowski と M. Vaez-Iravaniによる「ＵＬＳＩ技術のウェハ検査技術の挑戦」（非特許文献１）により詳細に説明されている。

二重暗視野構造または構成では、収集開口の光軸は、光線が表面に到達すると、照明光線に対してほぼ＋９０度または−９０度の方位角の個所にある。方位角は、頂部から見たときに基準方向に対して測定または検出の方向によって作られる角度に相当している。かくして、図２を参照すると、二つの開口１２ｃは、光線がサンプル２０の表面に到達すると、照明光線７８に対してほぼ＋９０度と−９０度の方位角の光軸を有する。図１と図２に示されているように、収集開口１２ｃは、第１の組と第２の組の開口１２ａ、１２ｂよりも大きな、好ましくは非常により大きなものとなっている。このような場合、このより大きな開口１２ｃを通過する照射線の収集と検出は、半導体ウェハのようなパターン化されていない表面の欠陥検出に適当なものとなる。フレーム１２は、好ましくは、表面によって散乱され、かつフレームに到達する照射線が表面に向かって、またはいずれの開口に向かって反射されたり、戻り散乱されることが無いような素材から造られている。一実施形態では、フレーム１２は、表面によって散乱される照射線が、フレームによって反射されたり、散乱されるよりはむしろフレームを通って伝搬されるように透明な素材から造られている。別の実施形態では、フレーム１２は、陽極処理された表面などの照射線吸収面を備えた素材から造られる。このような変形また他の変形は、本発明の技術的範囲内である。

本発明の一実施形態では、検査される表面が（ベアウェハなどの）パターン化されていない場合、照明が表面に対して斜めの角度で光線７８によって供給され、またウェハ２０の表面上の照明されるスポットによって散乱されて開口１２ｃを通る照射線は、図３に示されているような方式で対物レンズによって集められる。図３に示されているように、光線７８によって照明されるウェハ２０の表面上のスポット７８’によって散乱されて開口１２ｃを通る照射線は、対物レンズまたはレンズ８０によって光ファイバ８２に向かって焦点が合わされる。次いで、ファイバ８２によって集められた照射線は、検出器８４に搬送される。同じような構成が、散乱されて光軸６２に対して＋９０度と−９０度の方位角で各々の開口１２ｃを通る照射線を集めて検出するために用いられる。

パターン化されていない表面が滑らかな場合、Ｐ−偏光された光線７８を供給し、かつ図３に示されているように、偏光されていない照射線を検出することが望ましい。この目的のために、このような照射線を供給するためにレーザダイオード７２を選択するか、または光線７８をＰ−偏光させる偏光器８８を用いてもよい。パターン化されていないサンプル２０が粗面を有する場合、Ｓ−偏光された光線７８を供給し、かつ散乱されたＳ−偏光の照射線のみを検出することが望ましい。この目的のために、このような照射線を供給するレーザダイオード７２を選択するか、または光線７８におけるＳ−偏光の照射線のみを通すように偏光器８８の向きを設定してもよい。Ｓ−偏光された照射線を検出するために、図３で想像線で示されている別の偏光器９０が用いられるので、検出器８４によって検出される照射線は、照明されるスポット７８’からの散乱照射線のＳ−偏光された成分のみに反応するようになっている。

スポット７８’から散乱された照射線を集めるために、対物レンズまたはレンズ８０を使用する代わりに、図４に示されているように、光ファイバの束９２が代用される。

サンプル２０が誘電フィルムの場合、偏光されていない照射線が検出されている間に、サンプル２０を照明するために円形に偏光された照射線を供給することが望ましい。この目的のために、ダイオード７２が円形に偏光された照射線を供給し、また光線７８が円形に偏光された照射線だけを有するように部材８８が代わりにブランクにされる。

多くの応用において、パターン化されていない表面上の異常が、図３と４に示されている二重暗視野構成によって有利に検出されているので、サンプルを斜めに照明する第２の組のファイバ１２ｂを使用するのが有利になる或る応用例がある。かくして、ある種のパターン化されていない表面に対して、一つ以上の所定の方位角内で表面によって散乱される照射線を検出するのが有利であるので、その収集された照射線のみに応答して検出器によって発生される信号は意味をもったものとなる。このような場合、このような所定の方位収集角度内で収集された照射線に応答して発生される検出器出力を、このような表面上に異常があるかどうかを判断するために使用することもできる。好ましくは、このような所定の方位収集角度以外で収集される照射線に応答して発生される検出器出力は、このような表面上に異常があるかどうかを判断するためには使用されない。

前述したように、開口１２ｃが向かい合っている照明されるスポット７８’を中心とした収集角度は、好ましくは開口１２ａまたは１２ｂのものよりも大きくなっている。一実施形態では、２つの開口１２ｃのうちの少なくとも一方は、照明されるスポット７８’を中心とした約２０度から６０度の収集角度に向かい合っている。別の実施形態では、開口１２ｃのうちの少なくとも一つは、スポット７８’を中心とした約４０度から６０度の収集角度に向かい合っている。

選択されたレーザダイオード７２が、Ｐ−偏光されたり、またはＳ−偏光されたり、あるいは円形偏光された照射線のような偏光照射線を提供するものであれば、光ファイバ７４は、好ましくはシングルモードファイバとなる。反対に、収集された表面からの散乱照射線を搬送するために使われるファイバ４２、６４、８２、９２などのファイバは、マルチモードファイバとすることができる。図を簡略化するために、検出器８４のような検出器と図１および２のプロセッサ５０との間の接続は、図３および４には示されていない。

次いで、プロセッサ５０は、パターン化されていない表面（および後述するように、パターン化された表面）上の異常の存在を判断するために、検出器８４の出力信号を処理する。

二つのレーザダイオード１４、７２を使用する代わりに、単一のレーザダイオードが用いられ、その場合、ダイオードによって放射される照射線が、２本の異なった光ファイバ１６、７４を介して供給されて、図１および２に示されている二条の光線１８、７８を供給する。コンパクトな統合された設計のために、図３のレンズ８０は、開口１２ｃにおいて直接フレーム１２に結合されている。代わりに、また図４に示されているように、フレーム１２と、光ファイバ１６と７４を介して供給される照射線を受け取る対物レンズシステム２２および／または対物レンズシステム７６とだけから成る統合された光学ヘッドには何らレンズは必要とされない。次いで、開口を通過する散乱照射線は、ファイバ４２、６４や９２などのファイバを介して対応する検出器に搬送される。

図１および２に示されている装置を、パターン化された半導体ウェハなどのパターン化された表面上の異常を検出するために有利に使用することもできる。このような表面上のパターンは照射線を回折し、またこのような照射線を受け取る検出器は飽和されていてもよい。散乱照射線の収集スペースは、方位角方向（水平面）と高度方向（垂直面）の両方において二組のファイバ１２ａ、１２ｂによって区分されているので、いくつかの検出器が飽和しても残りの検出器に異常検出に有用な出力信号を依然として産出させる。高度角度は、測定または検出の方向を含む垂直面における異常について検査されるサンプル表面に対して測定または検出の方向によって作られる角度に相当する。言い換えれば、二組の特定の開口１２ａ、１２ｂがパターンによって回折されたり、散乱される照射線を収集すれば、ファイバによって開口に接続される検出器は飽和されそうである。しかし、その開口の隣りの開口は、それが集める散乱照射線と結果的に生じる検出器出力信号とが異常の検出に使われるようにパターンから何ら散乱や回折を受けないように配置される。かくして、一実施形態では、検査されるサンプルまたはウェハ２０がパターン化された表面を有する場合、プロセッサ５０は、飽和される検出器の出力信号を捨てて、そのような検出器出力を使用せずに異常を判断することができる。代わりに、飽和されていない検出器の出力信号のみが異常の判断のためにプロセッサ５０によって使われる。

代わりに、パターンが事実上ランダムな方向におけるロジック・散乱照射線用のパターンの場合、パターン化された表面上の異常を検出するために検出器出力の最小または中間の値を演算するのが有用である。言い換えれば、プロセッサ５０は、（開口１２ａ、または開口１２ｂを通過する散乱照射線などの）垂直方向２０’の周りの別々の方位角で配列された光学機器によって集められる照射線に応答する検出器の出力信号のサンプルを周期的に記録し、またこのような開口内で集められた照射線に応答する検出器からの出力サンプルの最小値を決めることができる。代わりに、プロセッサ５０は、光ファイバによって集められる照射線に応答して検出器の出力信号サンプルの中間値を演算する。言い換えれば、開口１２ｂのリングを介して受け取る散乱照射線が検出され、開口１２ｂのリングを介して受け取られる照射線に応答した全ての検出器の出力がサンプリングされ、それらサンプルは、検出器の出力信号サンプルの最小値または中間値を産出するために演算される。同じプロセスを第１の組の開口１２ａとそれらの各々のファイバと検出器に対して実行することができる。プロセッサ５０は、コントローラ３２（図示せず）とも通信し、コントローラを介してチャック２６の動きを制御し、またウェハ２０の表面上の個所を検出器からの出力データと関連させるために、ウェハ表面の位置情報を得る。

多くの応用のために、第２の組の開口１２ｂは、パターン化された表面上の異常の検出のために有利に使用され、第１の組の開口１２ａは、パターン化された表面の異常検出に関連したいくつかの応用に使用することもできる。かくして、パターンが幾分規則正しいものであれば、パターンからの散乱や回折が無くなるような垂直方向２０’に対する収集角度の範囲が存在してもよい。かくして、収集開口１２ａを、パターンからのフーリエや他の回折や散乱が収集開口を通るように何ら期待されないような状態でフレーム１２に対して位置決めすることができる。一実施形態では、開口１２ａは、垂直方向２０’から約５度と２０度との間の高度角度で照射線を集めることができる。このようにして、第１の組の開口１２ａは、パターンによって散乱される予想成分から離れる高度角度で配置されることになり、異常検出に有用な信号を対応する検出器に提供することができる。

前述したことにより、図１および２の装置は汎用性があることが理解される。それを、パターン化された表面やパターン化されていない表面上の異常を検出したり、また化学的機械的研摩によってできる異常を検出するために使用してもよい。前述したプロセスは、順番にまたは同時に実施される。かくして、パターン化されたり、パターン化されていない表面上の異常が、光線７８がサンプルへ供給される時にまず検出されるように、照射線を順次放射するために、レーザダイオード１４、７２をプロセッサ５０によって制御してもよい。このような作動の前後で、プロセッサ５０はレーザダイオード１４に照射線を放射させ、また化学的または機械的な研摩によって引き起こされるマイクロスクラッチを検出するためにサンプルを照明する光線１８が用いられる。代わりに、２つのレーザダイオード１４と７２が異なった波長の照射線を供給する場合、両方のダイオードが同時に照射線を放射させられ、また両タイプの検出が同時に行われるように適当なフィルタや二色性ビームスプリッタ（図示せず）を利用してもよい。さらに別の代替の実施形態では、レーザダイオードなどの単一光源が２つの異なった波長の照射線を放射するために利用されれば、適当な二色性ビームスプリッタが利用され、照射線を２つの波長でサンプル２０を同時に照明するのに使われる光線１８と７８に分離する。このような変形また他の変形は、本発明の技術的範囲内である。

スペースの考慮がそれ程厳格なものでない場合、第１の組の開口１２ａによって集められる散乱照射線は、代替の実施形態として図５Ａに示されているように、異なった方式で集められ、検出される。このような照射線は、まず対物レンズ１０２によって焦点が合わされ、ミラーまたはビームスプリッタ１０４によって図５Ａ、５Ｂに示されている光ファイバ１０６のリングに向かって反射される。かくして、光ファイバ１０６は、表面によって散乱され、かつ図１と２の開口１２ａを通る照射線を集める。ファイバ１０６は、図５Ａの垂直方向２０’に相当し、かつ好ましくは方向１０８の周りで対称に配置された図５Ｂで示されている方向１０８の周りのリングを実質的に形成することができる。光源は、照明光線をサンプル２０にビームスプリッタ１０４を介して、またはミラーが使われている場合にはミラー１０４をバイパスすることによって供給する。光源と照明光線は、図を簡略化するために、図５Ａでは省略されている。図５Ａの実施形態における別の構成要素は、図１のフレーム１２などのフレームによって、あるいはあらゆる他の適当な手段によって所定の場所に保持される。

図６は、表面によって散乱され、かつ前述した開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうちのいずれか一つを通る照射線を集めるために使用される光ファイバの一部分の横断面図である。図６に示されているように、このようなファイバの各々は、コア１２０、クラッディング１２２やオプションの外部コーティング１２４とを好ましくは有する。したがって、クラッディング１２２は、隣接した光ファイバ・チャンネル間のセパレータとしての働きをし、それらは、表面によって散乱される照射線を集めて搬送する時に、隣接した光ファイバ・チャンネル間の漏話を低減する。

本発明を種々の実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は添付された特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ定義される本発明の技術的範囲から逸脱することなく、変更と改造が行われることが理解されよう。ここで参照されている全ての参考文献は、その全体が参照により本願明細書において援用されている。

本発明の一実施形態を例示するのに有用な表面検査装置の側部斜視図である。 図１の装置の一部分の頂面図である。 本発明の一実施形態を例示するために二重暗視野構成におけるコレクタをより詳細に示した図１と図２の装置の一部分の概略図である。 本発明の代替の実施形態を例示する二重暗視野構成におけるコレクタの概略図である。 本発明の代替の実施形態を示す表面検査装置の概略図である。 図５Ａの実施形態において散乱照射線を搬送するためのマルチファイバチャンネルの可能な構成の概略図である。 本発明の実施形態において有用な光ファイバの一部分の横断面図である。

Claims (42)

1. 異なった種類の表面上の異常の検出に用いるのに適した表面検査装置であって、
   表面に対してほぼ直角である第１の照射光線と表面に対して斜角である第２の照射光線とを検査すべき表面に供給する光源と、
   表面に対して垂直な線の周りまたはその線に相当する方向の周りで異なる方位角にあり、かつ前記線に対して異なる方位角で表面によって散乱される照射線が共通の集光機器を用いずに別々の光ファイバに導かれるように配置される複数の光ファイバと、第２の照射光線に対して実質的に二重暗視野構成に成っていて、かつ表面によって散乱される照射線を集める光ファイバのうちのいずれか一つの開口よりも大きな開口を有する少なくとも一つのコレクタとを有する光学系であって、前記光ファイバが、前記線に近接した方向で表面によって散乱される照射線を受け取る第１の組の光ファイバと、表面に対して低い高度角度で表面によって散乱される照射線を受け取り、かつ前記少なくとも一つのコレクタと共に前記線の周りにほぼリングを形成する第２の組の光ファイバとを有し、さらに前記二重暗視野構成の前記開口が、表面に対して低い高度角度にある光学系と、
   を備える表面検査装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記第１の組の光ファイバは、前記線から１０度〜３０度の間の角度で表面によって散乱される照射線を受け取る装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記第２の組の光ファイバは、表面に対して１０度〜４０度の間の低い高度角度で表面によって散乱される照射線を集める装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   表面によって散乱されると共に少なくともいくつかの光ファイバおよび少なくとも一つのコレクタに到達する照射線を、前記線の周りで異なる方位角で散乱される照射線を表す各々の信号に変換する複数の検出器をさらに備える装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   表面における異常または表面上にある異常の存在を前記信号から判断するプロセッサをさらに備える装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記光ファイバは、表面によって散乱されると共に少なくともいくつかの光ファイバに到達する照射線を検出器に搬送する装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記光ファイバは、マルチモード光ファイバである装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記第２の照射光線が表面上のスポットを照射し、少なくとも一つのコレクタの開口がスポットにおいて約２０度〜６０度の角度に限定される装置。
9. 請求項１記載の装置において、
   前記第２の照射光線が表面上のスポットを照射し、少なくとも一つのコレクタの開口がスポットから約４０度〜６０度の角度に限定される装置。
10. 請求項１記載の装置において、
    前記第２の照射光線の光路に少なくとも一つの偏光子をさらに備え、前記偏光子は、表面が第２の照射光線と相互作用する前または相互作用した後に、第２の照射光線と相互作用する装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記少なくとも一つの偏光子は、光線が表面に到達する前に第２の照射光線を偏光する装置。
12. 請求項１１記載の装置において、
    前記少なくとも一つの偏光子は、Ｐ−偏光された照射線または円形状に偏光された照射線を通し、前記少なくとも一つのコレクタは、表面によって散乱される未偏光照射線を集める装置。
13. 請求項１１記載の装置において、
    前記少なくとも一つの偏光子は、Ｓ−偏光された照射線を通し、さらに前記装置は、Ｓ−偏光された照射線を通し、かつ表面によって散乱されると共に前記少なくとも一つのコレクタによって集められる照射線の光路に配置される別の偏光子を備える装置。
14. 請求項１記載の装置において、
    前記光源は、第１の照射光線と第２の照射光線とを供給する少なくとも２本の光ファイバを備える装置。
15. 請求項１４記載の装置において、
    前記光源は、第１の照射光線と第２の照射光線とを供給する一つ以上の照射線源をさらに備える装置。
16. 請求項１４記載の装置において、
    前記光ファイバは、シングルモード光ファイバである装置。
17. 請求項１記載の装置において、
    前記光ファイバは、コアおよびクラッディングを各々有し、前記クラッディングは、各光ファイバの集光開口を隣接する光ファイバ（単数および複数）から分離する装置。
18. 請求項１７記載の装置において、
    前記光ファイバは、クラッディングを覆う外部コーティングをさらに有する装置。
19. 請求項１記載の装置において、
    前記光ファイバは、前記線またはその方向の周りに対称に配置される装置。
20. 請求項１記載の装置において、
    前記光ファイバは、パターンによって散乱される予期成分から離れるような高度角度で配置される装置。
21. 請求項２０記載の装置において、
    パターンによって散乱される前記予期成分は、フーリエ成分である装置。
22. 請求項１記載の装置において、
    前記光ファイバは、実質的に前記線またはその方向から約５度〜２０度の間の高度角度である装置。
23. 請求項１記載の装置において、
    前記光学系は、第２の照射光線の入射面に対して実質的に±９０度の方位角で中心を合わせた開口を有する２つのレンズを備える装置。
24. 請求項１記載の装置において、
    約５ｃｍを越えない寸法を備える光学ヘッドを備える装置。
25. 請求項１記載の装置において、
    前記少なくとも一つのコレクタは、表面によって散乱される照射線を検出器に向かって焦点を合わせる少なくとも一つの対物レンズを備える装置。
26. 請求項１記載の装置において、
    前記少なくとも一つのコレクタは、表面によって散乱される照射線を集める複数の光ファイバを備える装置。
27. 装置によって異なった種類の表面上の異常を検出する方法であって、前記装置は、
    表面に対してほぼ直角である第１の照射光線および表面に対して斜角である第２の照射光線を検査すべき表面に放射する光源と、
    表面に対して垂直な線の周りまたはその線に相当する方向の周りで異なる方位角にあり、かつ前記線に対して異なる方位角で表面によって散乱される照射線が別々の光ファイバに導かれるように配置される複数の光ファイバと、前記光ファイバのうちのいずれか一つの開口よりも大きな開口を有すると共に表面によって散乱される照射線を集めて焦点を合わせる第２の照射光線に対して実質的に二重暗視野構成と成る少なくとも一つのコレクタとを有する光学系であって、前記光ファイバが、前記線に近接した方向で表面によって散乱される照射線を受け取る第１の組の光ファイバと、表面に対して低い高度角度で表面によって散乱される照射線を受け取り、かつ前記少なくとも一つのコレクタと共に前記線の周りにほぼリングを形成する第２の組の光ファイバとを有し、さらに前記二重暗視野構成の前記開口が、表面に対して低い高度角度にある光学系と、を備える方法において、
    （ａ）光源から第１の照射光線および第２の照射光線を表面に供給させると共に、その照射光線によって表面が走査されるステップと、
    （ｂ）表面によって散乱される照射線を共通の集光機器を用いずに前記光ファイバに導くステップと、
    （ｃ）表面によって散乱されると共に前記第１および第２の組の光ファイバおよび／または前記少なくとも一つのコレクタによって集められる照射線を検出するステップと、
    （ｄ）検出された照射線から異なった種類の表面上の異常を判断するステップと、
    を有する方法。
28. 請求項２７記載の方法において、
    前記判断するステップは、パターン化されていないウェハ上およびパターン化されたウェハ上の異常を検出された照射線から判断する方法。
29. 請求項２７記載の方法において、
    前記判断するステップは、パターン化されていないウェハ上またはパターン化されたウェハ上、および化学的機械的研摩後のウェハ表面上の異常を検出された照射線から判断する方法。
30. 請求項２７記載の方法において、
    前記供給させるステップによって第２の照射光線が表面に供給され、前記検出するステップが表面によって散乱されると共に少なくとも一つのコレクタによって集められる照射線を検出する方法。
31. 請求項３０記載の方法において、
    前記供給させるステップによって第２の照射光線が偏光される方法。
32. 請求項３１記載の方法において、
    第２の照射光線は、Ｐ−偏光させられ、前記検出するステップは、滑らかな表面上の異常を検出するために偏光されていない照射線を検出する方法。
33. 請求項３１記載の方法において、
    第２の照射光線は、円形状に偏光させられ、前記検出するステップは、誘電フィルムの表面上の異常を検出するために偏光されていない照射線を検出する方法。
34. 請求項３１記載の方法において、
    第２の照射光線は、Ｓ−偏光させられ、前記検出するステップは、粗い表面上の異常を検出するためにＳ−偏光された照射線を検出する方法。
35. 請求項３０記載の方法において、
    （ｅ）光源から第１の照射光線を表面に供給させるステップと、
    （ｆ）表面によって散乱されると共に前記光ファイバによって集められる照射線を検出するステップと、
    （ｇ）検出された照射線から異なった種類の表面上のマイクロスクラッチを判断するステップと、
    をさらに有する方法。
36. 請求項３５記載の方法において、
    （ｆ）における前記検出するステップは、表面によって散乱されると共に第１の組の光ファイバによって集められる照射線を検出し、前記判断するステップは、前記線のほぼ両側または異なる方位角に配置された第１の組におけるいくつかの光ファイバによって受け取られる照射線から変換される複数の信号または複数対の信号を比較するステップを有する方法。
37. 請求項３６記載の方法において、
    （ｆ）における前記検出するステップは、表面によって散乱されると共に第２の組の光ファイバによって集められる照射線を検出し、（ｄ）における前記判断するステップは、検出された照射線からパターン化された表面またはパターン化されていない表面上の異常を判断する方法。
38. 請求項２７記載の方法において、
    前記供給させるステップによって第２の照射光線が表面に供給され、前記検出するステップが表面によって散乱されると共に光ファイバによって集められる照射線を検出する方法。
39. 請求項３８記載の方法において、
    前記検出するステップは、検出器によって検出し、前記判断するステップは、飽和された検出器の出力信号を用いずに異常を判断する方法。
40. 請求項３８記載の方法において、
    前記検出するステップは、検出器の出力をサンプリングするステップを有し、前記判断するステップは、検出器の出力サンプルの最小値または中間値から表面上の異常を判断する方法。
41. 請求項３８記載の方法において、
    前記検出するステップは、出力信号を提供する検出器によって検出し、かつ出力信号をサンプリングするステップを有し、前記判断するステップは、検出器の出力サンプルの最小値または中間値から表面上の異常を判断する方法。
42. 請求項３８記載の方法において、
    表面はパターン化されておらず、さらに、所定の方位角の集光角度内において表面によって散乱される照射線を集めるそれら光ファイバのみを光ファイバから選択するステップをさらに有し、（ｃ）における前記検出するステップは、表面によって散乱され、かつ選択された光ファイバによって集められる照射線のみを検出する方法。

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