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Dokumentenidentifikation DE69622384T2 27.03.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0815436
Titel ANORDNUNG ZUM PRÜFEN VON OBERFLÄCHEN UND VERFAHREN ZUM PRÜFEN DER OBERFLÄCHE EINES WERKSTÜCKS
Anmelder ADE Optical Systems Corp., Charlotte, N.C., US
Erfinder CLEMENTI, D., Lee, Lake Wylie, US;
FOSSEY, E., Michael, Charlotte, US
Vertreter Lieck & Partner GbR, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69622384
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.03.1996
EP-Aktenzeichen 969071760
WO-Anmeldetag 04.03.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/02913
WO-Veröffentlichungsnummer 0009627786
WO-Veröffentlichungsdatum 12.09.1996
EP-Offenlegungsdatum 07.01.1998
EP date of grant 17.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.03.2003
IPC-Hauptklasse G01N 21/88
IPC-Nebenklasse G01N 21/89   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Oberflächen-Prüfanordnungen und -verfahren und insbesondere auf die Prüfung von Gegenständen oder Werkstücken, wie z. B. Siliziumwafer, um das Vorhandensein von Partikeln bzw. Teilchen, Rissen oder Fehlern auf der Oberfläche der Gegenstände zu detektieren.

Hintergrund der Erfindung

Beim Herstellungsverfahren für einen Gegenstand oder ein Werkstück, wie z. B. Silizium- oder andere Halbleiter- Mikrochips, wird Licht allgemein durch eine Gitternetzmaske hindurch geleitet, um Schaltungen in einen Siliziumwafer zu ätzen. Die Anwesenheit von Rissen, Fehlern, Schmutz, Staub, Flecken oder anderen Fremdteilen auf den Oberflächen der Gitternetzmaske oder des Siliziumwafers ist äußerst unerwünscht und beeinflußt die resultierenden Schaltungen nachteilig. Als ein Ergebnis werden die Gitternetz- bzw. Strichplatten und die Siliziumwafer vor der Verwendung notwendigerweise geprüft. Eine Prüftechnik ist, daß ein menschlicher Prüfer jede Oberfläche bei starkem Licht und starker Vergrößerung visuell untersucht. Teilchen und Fehler, die kleiner sind, als sie mit dem menschlichen Auge visuell detektiert werden können, beeinträchtigen jedoch die resultierenden Mikrochips oder Masken. Außerdem kann die menschliche Beurteilung in weitem Maße variieren, selbst wenn sie auf denselben Qualitätsrichtlinien oder -standards für den Prüfvorgang basiert.

Deshalb sind Laserprüfsysteme bzw. -anordnungen zum Prüfen der Oberfläche von Gegenständen, wie z. B. Siliziumwafer, entwickelt worden, um kleine Partikel oder Fehler sorgfältig zu detektieren. Diese Laserprüfanordnungen arbeiten im allgemeinen auf dem Prinzip, daß eine Reflexion von beleuchtendem Licht von der Oberfläche eines Gegenstandes abhängt von der Richtung der Anstrahlung relativ zu der Waferoberfläche und den physikalischen Eigenschaften der Oberfläche. Diese physikalischen Eigenschaften können beispielsweise relativ glatte Bereiche, gewellte Bereiche, Rauhheit, Partikel und/oder andere Fehler oder Risse auf der Oberfläche des Gegenstandes umfassen. Bei diesen herkömmlichen Laserprüfanordnungen wird Licht von der Oberfläche eines Gegenstandes sowohl spiegelnd reflektiert als auch gestreut. Das spiegelnd reflektierte Licht und das gestreute Licht zeigen beide das Vorhandensein von Partikeln oder Fehlern auf der Oberfläche des Gegenstandes oder des Werkstückes an. Das von der Oberfläche spiegelnd reflektierte Licht, i. e. Hellkanal, und das von der Oberfläche gestreute Licht, i. e. Dunkelkanal, werden jeweils gesammelt und getrennt an Fotodetektoren übertragen, wie z. B. an einen Fotovervielfacher ("PMT") bzw. Sekundärelektronenvervielfacher oder an ein Ladungsspeicherelement ("CCD") bzw. an eine ladungsgekoppelte Vorrichtung. Unter dem von der Oberfläche des Gegenstandes gestreuten Licht wird auch gebeugtes Licht verstanden.

Verschiedene Laserprüfanordnungen sind entwickelt worden, die verschiedene Typen von Scannern und Kollektoren zum Scannen einer Oberfläche eines Gegenstandes oder eines Werkstückes während einer Translationsbewegung und zum Sammeln des von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierten und gestreuten Lichts ausbilden. Beispiele solcher Anordnungen bzw. Systeme sind zu sehen im US-Patent Nr. 4,630,276 von Moran mit dem Titel "Compact Laser scanning System"; US-Patent Nr. 5,108,176 von Malin et al mit dem Titel "Method Of Calibrating Scanners And Arrangement For Producing Defined Scattered Light Amplitudes"; US-Patent Nr. 5,127,726 von Moran mit dem Titel "Method And Apparatus For Low Angle, High Resolution Surface Inspection"; und WO 94/12867.

Die Entwicklung dieser Laserprüfsysteme zum Detektieren der Anwesenheit von Partikeln oder Fehlern auf der Oberfläche eines Gegenstandes umfaßte auch mehrere Scan-Techniken, um mehr bzw. verbesserte Informationen über die Oberfläche und Partikel, die detektiert werden, zur Verfügung zu stellen. Beispiele verschiedener Spiral-Scan-Anordnungen sind zu sehen im US-Patent Nr. 5,067,798 von Tomoyasu mit dem Titel "Laser Beam Scanning System"; US-Patent Nr. 5,135,303 von Uto et al. mit dem Titel "Method Of And Apparatus For Inspecting Surface Defects"; US-Patent Nr. 4,508,450 von Ohshima et al mit dem Titel "System For Checking Defects On A Flat Surface Of An Object"; US-Patent Nr. 4,314,763 von Steigmeier et al mit dem Titel "Defect Detection System"; und US-Patent 5,189,481 von Jann et al mit dem Titel "Particle Detector For Rough Surfaces". Diese Prüfsysteme bzw. -anordnungen zeigen jedoch nur das Ausbilden eines Spiral-Scanmusters auf der Oberfläche eines Siliziumwafers. Diese Anordnungen begrenzen die zum Prüfen der Oberfläche eines Gegenstandes erforderliche Zeit und die Informationsmenge, die während der Detektion des von der Oberfläche reflektierten Lichtes bereitgestellt wird. Diese Systeme sind ferner nur auf entweder eine hohe räumliche Auflösung oder einen hohen Durchsatz für den Oberflächenprüfprozeß gerichtet.

Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenprüfanordnung zur Verfügung zu stellen, die kompakt und effizient Licht scannt und sammelt, das von einer Oberfläche eines Werkstückes reflektiert und gestreut wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Oberflächen-Prüfanordnung zu schaffen, die effizient ist und eine relativ hohe räumliche Auflösung sowie einen relativ hohen Durchsatz für den Oberflächen-Prüfvorgang aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächen-Prüfanordung bereitzustellen, die eine hohe Empfindlichkeit aufweist, um leichter den Zustand der Oberfläche eines Gegenstandes oder eines Werkstückes zu identifizieren und klassifizieren, einschließlich Partikeln, Fehlern, Kratzern oder Rissen in und auf einer Oberfläche eines Werkstückes.

Inhalt der Erfindung

Die oben angegebenen und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch eine Oberflächen-Prüfanordnung und durch Verfahren zur Prüfung einer Oberfläche eines Werkstückes erzielt, die zum Detektieren von Partikeln, Fehlern oder anderen Oberflächeneigenschaften in oder auf der Oberfläche des Werkstückes eingerichtet sind. Die Oberflächen-Prüfanordung weist einen Scanner auf, der quer über die Oberfläche des Werkstückes längs eines vorgegebenen, und vorzugsweise eines relativ schmalen, Scanweges während einer drehenden und translatorischen Bewegung des Werkstückes scannt, und einen Kollektor, der eine mehrteilige Optik aufweist, um das von der Oberfläche des Werkstückes reflektierte und gestreute Licht genauer bzw. sorgfältiger zu sammeln. Die Oberflächen- Prüfanordnung bildet daher eine relativ kompakte und hocheffiziente Prüfanordnung aus, die relativ leicht zu benutzen ist, hochgenaue Ergebnisse liefert in bezug auf detektierte Partikel oder Fehler auf deren Oberfläche und eine hohe räumliche Auflösung und einen hohen Durchsatz beim Prüfen einer gesamten Oberfläche eines Gegenstandes während eines Oberflächen-Prüfvorganges schafft.

Insbesondere weist die Oberflächen-Prüfanordnung vorzugsweise einen Transporter, der zum Transportieren eines Werkstückes längs eines Materialweges eingerichtet ist, und eine Dreheinrichtung auf, die dem Transporter zugeordnet ist und zum Drehen eines Werkstückes während einer Translationsbewegung längs des Materialweges eingerichtet ist. Ein Scanner ist positioniert und ausgebildet, um eine Oberfläche eines Werkstückes während einer Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges zu scannen. Der Scanner weist vorzugsweise eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, einen von ihr ausgehenden Lichtstrahl zu erzeugen, und Einrichtungen auf, die zum Empfangen des Lichtstrahls positioniert und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl längs eines vorgegebenen Scanweges quer über eine Oberfläche des Werkstückes zu scannen, wenn das Werkstück sich drehend und translatorisch längs des Materialweges bewegt. Auch ein Kollektor ist vorzugsweise dazu eingerichtet, von der Oberfläche des Werkstückes reflektiertes und gestreutes Licht während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges zu sammeln.

Ein Scanner ist erfindungsgemäß vorgesehen und dazu positioniert und eingerichtet, eine Oberfläche eines Werkstückes während einer Dreh- und Translationsbewegung längs eines Materialweges zu scannen. Der Scanner weist vorzugsweise eine Lichtquelle, i. e. einen Laser, der dazu eingerichtet ist, einen von ihr ausgehenden Lichtstrahl zu erzeugen, sowie Einrichtungen auf, die zum Empfangen des Lichtstrahls positioniert und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl längs eines vorgegebenen, und vorzugsweise relativ schmalen, Scanweges quer über eine Oberfläche des Werkstückes zu scannen, wenn das Werkstück sich drehend und translatorisch längs des Materialweges bewegt. Die Scaneinrichtung ist vorzugsweise ein akusto-optischer Deflektor, der vorzugsweise einen relativ schmalen Scanweg von weniger als ungefähr 0,1 rad erzeugt, der in der Richtung dem translatorischen Bewegungsweg des Werkstückes entspricht.

Ein Kollektor wird erfindungsgemäß ebenfalls zur Verfügung gestellt und weist vorzugsweise einen Hellkanaldetektor, der zum Detektieren von Licht eingerichtet ist, das von der Oberfläche eines Werkstückes spiegelnd reflektiert wird, und einen Dunkelkanaldetektor auf, der nahe dem Hellkanaldetektor positioniert ist zum Detektieren von an der Oberfläche eines Werkstückes gestreutem Licht. Der Dunkelkanaldetektor weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Kollektoren auf, die nahe beieinander positioniert und dazu eingerichtet sind, Komponenten des Streulichtes bei unterschiedlichen jeweiligen vorgegebenen Winkeln von der Oberfläche des Werkstückes und/oder von dem Winkel des Lichts zu sammeln, das von der Oberfläche des Werkstückes reflektiert wird. Die Mehrzahl an Kollektoren des Dunkelkanaldetektors bilden eine segmentierte bzw. mehrteilige Optik, bei der wenigstens zwei Kollektoren eng beieinander positioniert sind. Die Mehrzahl an Kollektoren sind vorzugsweise ein Kleinwinkelkollektor, der zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ kleinen Winkel nach vorne gestreut werden, ein Mittelwinkelkollektor, der nahe dem Kleinwinkelkollektor positioniert und zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ mittelgroßen Winkel im wesentlichen in normaler Richtung gestreut werden, und ein Großwinkelkollektor, der nahe dem Mittelwinkelkollektor positioniert und zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ großen Winkel nach hinten gestreut werden. Der Dunkelkanaldetektor weist ferner einen Kleinwinkeldetektor, einen Mittelwinkeldetektor und einen Großwinkeldetektor, die jeweils in optischer Verbindung mit einem entsprechenden Kollektor positioniert sind, und Einrichtungen auf, die mit den Klein-, Mittel- und Großwinkeldetektoren elektrisch verbunden sind und auf elektrische Signale der Detektoren ansprechen, um das Vorhandensein eines Partikels auf der Oberfläche eines Werkstückes zu bestimmen.

Wenn ein Partikel oder Fehler detektiert wird, wird z. B. der Kleinwinkelkollektor positioniert, um die Streuung nach vorne zu empfangen und zu sammeln, wird der Mittelwinkelkollektor positioniert, um die im wesentlichen senkrechte Streuung zu empfangen und zu sammeln, und wird der Großwinkelkollektor positioniert, um die Streuung nach hinten von der Oberfläche des Werkstückes zu empfangen und zu sammeln. Der Dunkelkanalkollektor weist insbesondere eine Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung auf, mit hoher Empfindlichkeit, um eine Topographie des Zustands der Oberfläche eines Gegenstandes oder eines Werkstückes leichter zu identifizieren, klassifizieren und/oder zu erstellen, einschließlich Partikeln, Fehlern, Kratzern oder Rissen in oder auf der Oberfläche eines Werkstückes.

Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche eines Gegenstandes oder Werkstückes in bezug auf Fehlern werden ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Ein Verfahren zur Prüfung einer Oberfläche eines Werkstückes umfaßt das drehende und translatorische Transportieren eines Werkstückes längs eines Materialweges und das Scannen bzw. Abtasten eines relativ schmalen Scanweges α des Lichtes quer über eine Oberfläche des Werkstückes, wenn das Werkstück sich längs des Materialweges bewegt. Der Schritt des drehenden und translatorischen Transportierens eines Werkstückes längs eines Materialweges ist vorzugsweise mit dem Schritt des Scannens einer Oberfläche des Werkstückes synchronisiert, so daß ein im wesentlichen spiralförmiges Scannen der Oberfläche des Werkstückes vorgegeben wird. Von der Oberfläche des Werkstückes spiegelnd reflektiertes Licht und von dieser gestreutes Licht werden vorzugsweise getrennt gesammelt. Das gesammelte gestreute Licht umfaßt vorzugsweise wenigstens ein getrenntes Sammeln von Lichtkomponenten, die von der Oberfläche des Werkstückes aus nach vorne gestreut werden, und Sammeln von Lichtkomponenten, die von der Oberfläche des Werkstückes aus nach hinten gestreut werden. Wenigstens die Drehzahl, und vorzugsweise einschließlich der Geschwindigkeit des translatorischen Transportierens, des Werkstückes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes kann variiert werden, um eine im wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit der Oberfläche des Werkstückes auszubilden. Auch die optische Verstärkung des gescannten Lichtes kann ferner während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes variiert werden.

Eine weitere Methode des Prüfens einer Oberfläche eines Werkstückes umfaßt vorzugsweise das Ablenken eines Lichtstrahls längs eines vorgegebenen, i. e. relativ schmalen, Scanweges und das Leiten des abgelenkten Lichtstrahls von dem Scanweg zu einer Oberfläche des Werkstückes hin, z. B. in einem relativ kleinen Einfallwinkel. Das Verfahren umfaßt auch das Vorgeben eines drehenden und translatorischen Scannens des Werkstückes, so daß der schmale Scanweg die gesamte Oberfläche des Werkstückes längs eines Spiralweges überquert.

Noch ein weiteres Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche eines Werkstückes, um Informationen über auf einer Oberfläche eines Werkstückes detektierte Partikel zu beschaffen, weist vorzugsweise das Detektieren von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstücks reflektiert wird, und das Detektieren von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes gestreut wird, durch eine Mehrzahl von Kollektoren bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Streuwinkeln auf. Wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Kollektoren, die bei den vorgegebenen Streuwinkeln positioniert sind, sind vorzugsweise jeweils positioniert, um nach vorne und nach hinten gestreutes Licht von der Oberfläche des Werkstückes zu sammeln. Ein Partikel oder Fehler in oder auf der Oberfläche des Werkstückes wird identifiziert unter Ansprechen auf Licht, das bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Streuwinkeln detektiert wird.

Zu einem Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche eines Werkstückes gemäß der vorliegenden Erfindung gehört ferner das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche des Werkstückes in einem ersten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von nach vorne gestreutem Licht eingerichtet ist, das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes in einem zweiten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von im wesentlichen in normaler Richtung gestreutem Licht eingerichtet ist, und das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes in einem dritten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von nach hinten gestreutem Licht eingerichtet ist.

Außerdem gehört zu einem Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche eines Werkstückes, um Informationen über Partikel, Fehler oder andere Oberflächeneigenschaften in oder auf der Oberfläche des Werkstückes zu beschaffen, vorzugsweise das Sammeln von von der Oberfläche eines Werkstückes gestreutem Licht durch eine Mehrzahl von Kollektoren, die in einer Mehrzahl von eng benachbarten vorgegebenen Streuwinkeln angeordnet sind, um für das gesammelte Licht repräsentative Signale zu bilden. Die vorgegebenen Streuwinkel sind vorzugsweise in bezug auf die Oberfläche des Werkstückes angeordnet, um jeweils wenigstens nach vorne und nach hinten gestreutes Licht zu sammeln. Diese Signale werden dann mit vorgegebenen Daten, die für Dielektrizitätskonstanten vorgegebener Materialien repräsentativ sind, verglichen, um ein Partikel oder einen Fehler zu identifizieren, der in oder auf der Oberfläche des Werkstückes detektiert wurde.

Zusätzlich zu den obengenannten Vorteilen bewirken die Oberflächen-Prüfanordnung und -Prüfverfahren der Erfindung auch eine hohe räumliche Auflösung, ein kleines Sichtfeld an der Objektebene, was wiederum eine verbesserte Randdetektionsleistung und eine verbesserte Wiederholbarkeit bei dem Prüfvorgang bewirkt. Da der Dunkelkanalkollektor in einer besonderen Konfiguration angeordnet ist, bei der eine Mehrzahl von Detektoren in vorgegebenen Winkeln zur Oberfläche des Werkstückes angeordnet sind, reduziert die Oberflächen-Prüfanordnung ferner Interferenzsignale, i. e. aufgrund molekularer Streuung, bei der Detektion des von der Oberfläche eines Werkstückes reflektierten und gestreuten Lichts.

Kurze Beschreibung der Figuren

Weitere Ziele und Vorteile werden im Verlaufe der Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Transporter einer Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, der zum drehenden und translatorischen Transportieren eines Werkstückes längs eines Materialweges eingerichtet ist;

Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht einer Oberflächen- Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A eine Teilansicht eines Hellkanaldetektors einer Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 schematisch eine Seitenansicht einer optischen Scananordnung einer Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 schematisch eine Dreh- und Translationsbewegung eines Werkstückes durch einen Prüfbereich gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 schematisch einen Kollektor einer Oberflächen-Prüfanordnung, mit einer mehrteiligen Optik zum Sammeln von Licht, das von einer Oberfläche eines Werkstückes gestreut wird, gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 schematisch eine Anordnungs-Steuereinrichtung einer Oberflächen-Prüfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend vollständiger mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die dargestellten, hier angegebenen Ausführungsformen beschränkt angesehen werden; vielmehr werden diese dargestellten Ausführungsformen angegeben, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Rahmen der Erfindung Fachleuten vollständig vermittelt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich immer auf gleiche Elemente.

Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht einer Oberflächen-Prüfanordnung 20 zum Detektieren von Partikeln, Fehlern, Rissen und ähnlichem auf einer Oberfläche eines Werkstückes W oder Gegenstandes, wie z. B. eines Siliziumwafers, gemäß der vorliegenden Erfindung. Abschnitte des Systems bzw. der Anordnung 20 sind aus Klarheitsgründen weggebrochen und durch Phantomlinien dargestellt, um verschiedene Elemente der Oberflächen-Prüfanordnung 20 darzustellen. Die Oberflächen-Prüfanordnung 20 der Erfindung wird vorzugsweise verwendet, um die Oberfläche von ungemusterten Wafern W zu prüfen, sowohl mit als auch ohne abgelagerte Filme. Die Anordnung 20 weist vorzugsweise Einrichtungen zum translatorischen Transportieren eines Werkstückes W längs eines Materialweges P, ferner den Translations-Transporteinrichtungen zugeordnete Einrichtungen zum Drehen des Werkstückes W, wenn es sich längs des Materialweges P bewegt, Einrichtungen zum Scannen der Oberfläche S des Werkstückes W während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges P sowie Einrichtungen zum Sammeln von Licht auf, das von der Oberfläche S des Werkstückes W reflektiert und gestreut wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Oberflächen-Prüfanordnung 20 als eine Arbeitsstation mit einem Arbeitstisch 21 eingerichtet. Auf dem Arbeitstisch 21 ist ein allgemein geschlossenes und im wesentlichen lichtdichtes Gehäuse 22, eine Videoanzeige 23, eine Tastatur 25 und eine Maus 26 positioniert. Ein Schrank 27 ist von dem Arbeitstisch abgehängt, um eine Anordnungssteuereinheit 50 zu tragen. Nahe dem Schrank 27 ist eine Regaleinheit 28 zum Tragen eines Druckers 29 und zugehörigen Druckpapiers 29a. Das Gehäuse 22 ist teilweise weggebrochen worden, um die Prüfanordnung der vorliegenden Erfindung besser zu zeigen. Die Prüfung des Wafers W wird vorzugsweise in einer Prüfzone Z auf einem Prüftisch 31 durchgeführt. Eine Robotereinrichtung 32 zum Handhaben der Wafer ist nahe der Prüfstation 20 angeordnet, um Wafer W aus einer Kassette 33 auf den Tisch 31 zu legen und dort wegzunehmen. Die Kassette 33 hält eine Anzahl von Wafern W und wird in den Schrank 27 durch eine (nicht dargestellte) Tür eingelegt. Die Handhabung der Wafer W innerhalb des Gehäuses 22 erfolgt automatisch ohne Kontakt durch menschliche Hände, um Verunreinigungen oder Flecken zu vermeiden.

Wie am besten in den Fig. 1-3 dargestellt ist, weist die Oberflächen-Prüfanordnung 20 vorzugsweise Einrichtungen zum translatorischen Transportieren eines Werkstückes W längs eines Materialweges P auf. Die Einrichtung zum Transportieren eines Werkstückes W ist als ein Transporter 40 dargestellt, der zum translatorischen Transportieren eines Werkstückes W längs eines Materialweges P und vorzugsweise durch eine Prüfzone oder einen Prüfbereich Z hindurch eingerichtet ist. Der Translationstransporter 40 weist, wie dargestellt, vorzugsweise ein Getriebe bzw. Zahnrad 42, einen Motor 41 mit einer Welle 41a, die zum Drehen des Zahnrades 42 eingerichtet ist, sowie Führungen 36, 37 auf, an denen Zähne einstückig angeformt sind. Der Motor 41 und das Zahnrad 42, die auf der Motorwelle 41a befestigt sind, bilden ein Spannfutter für die Anordnung 50. Der Motor 41 des Spannfutters ist vorzugsweise an einem Stufen- bzw. Objekttischelement 43 befestigt, von dem eine Mehrzahl von Flanschen 43a nach oben verläuft und auf dem das Werkstück W, i. e. der Siliziumwafer, längs Rändern des Werkstückes W aufgenommen ist, wie dargestellt. Diese Befestigungstechnik für das Werkstück W reduziert Flecken oder andere Oberflächenprobleme, die mit dem Positionieren der unteren Oberfläche des Werkstückes verbunden sein können, betreffend das anliegende Berühren einer oberen Oberfläche des Objekttischelements 43. Das Objekttischelement 43 wird vorzugsweise translatorisch längs Objekttischführungselementen 38, 39 transportiert, die an dessen Unterseite befestigt sind. Andere Translations- und/oder Dreheinrichtungen, wie z. B. eine Kolben- und Zylinderkonfiguration, die an dem Objekttischelement befestigt ist, und ein Motor zum Drehen des Objekttischelements, wie sie von Fachleuten verstanden werden, können ebenfalls gemäß der Erfindung verwendet werden.

Auch eine Einrichtung zum Drehen eines Werkstückes W, dargestellt als ein Rotator 45, ist dem Transporter 40 zugeordnet und dazu eingerichtet, ein Werkstück W während einer Translationsbewegung längs des Materialweges P zu drehen. Der Rotator 45 weist, wie dargestellt, vorzugsweise einen an einer Unterseite des Objekttischelements befestigten Motor 46 auf, der ein Drehen des auf dem Objekttischelement befestigten Wafers mit einer vorgegebenen Drehzahl bewirkt. Der Transporter 40 und der Rotator 45 sind vorzugsweise mit einem Scanner 80 synchronisiert und dazu eingerichtet, ein spiralförmiges Schmalwinkelscannen (α) quer über die Oberflächen des Werkstückes während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges P zu bilden.

Wie in den Fig. 1 und 3-5 dargestellt, ist ein Scanner 80 positioniert und eingerichtet, um eine Oberfläche eines Werkstückes W während einer Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges P zu scannen. Es wird jedoch von Fachleuten ebenfalls verstanden werden, daß der Scanner 80 für eine Dreh- und/oder Translationsbewegung eingerichtet sein kann, während das Werkstück W stationär oder translatorisch oder drehend bewegt wird. Dementsprechend weist die vorliegende Erfindung eine Lichtquelle 81, die zum Erzeugen eines von ihr ausgehenden Lichtstrahls B eingerichtet ist, Einrichtungen zum Empfangen der Lichtquelle und zum Scannen einer Oberfläche S eines Werkstückes W, i. e. einen Spiegel 82, Linsen 84, 86, einen Deflektor 85, sowie Einrichtungen zum Vorgeben eines drehenden und translatorischen Scannens des Werkstückes W auf, i. e. den Transporter 40 und den Rotator 45.

Der erfindungsgemäße Scanner 80 weist vorzugsweise eine Lichtquelle 81, i. e. einen Laser, die bzw. der zum Erzeugen eines von ihr bzw. ihm ausgehenden Lichtstrahls B eingerichtet ist, sowie Einrichtungen auf, die zum Empfangen des Lichtstrahls B positioniert und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl B längs eines relativ schmalen Scanweges (α) quer über eine Oberfläche S des Werkstückes W zu scannen, wenn das Werkstück W sich drehend und translatorisch längs des Materialweges P bewegt. Die Lichtquelle 81 ist vorzugsweise ein Laser mit sichtbarem Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge, wie z. B. ein Argon-Ion- oder Festkörper-Laser, wie Fachleuten verständlich ist. Der Laser 81 ist auch vorzugsweise die Kombination eines Lasers mit einer externen Optik, wie Fachleute verstehen. Der Laser 81 weist vorzugsweise einen Strahldurchmesser von ungefähr 0,6 Millimeter ("mm") auf. Der Scanner 80, der die dargestellte zugehörige Optik aufweist, ist jedoch vorzugsweise dazu eingerichtet, linear polarisiertes, i. e. vorzugsweise P-polarisiertes, Licht mit einer Lichtpunktgröße zu erzeugen, die eine Halbhöhenspitzenbreite von weniger als 0,1 Millimeter aufweist. Fachleute werden auch verstehen, daß S-polarisiertes Licht oder zirkular polarisiertes Licht ebenfalls erzeugt und/oder gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Im allgemeinen bestimmen drei wichtige Faktoren die Detektionsempfindlichkeit bei einer Oberflächen-Prüfanordnung 20 der Erfindung. Die Laserleistung, die Laserwellenlänge und die Laserstrahl-Lichtpunktgröße. Die Laserleistung und die Lichtpunktgröße bestimmen zusammen die Leistungsdichte, die direkt proportional zur gestreuten Signalstärke ist. Bei der Oberflächen-Prüfanordnung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Laser-Lichtpunktgröße kleiner als 60 Mikrometer, i. e. vorzugsweise im Bereich 25-40 Mikrometer und insbesondere beträgt sie ungefähr 30 Mikrometer. Diese bevorzugte Laser- Lichtpunktgröße beträgt ungefähr das Dreifache der Pixelgröße, i. e. der räumlichen Auflösung, was ein ausreichendes Abtasten eines Oberflächen-Prüfereignisses und eine verbesserte Detektionsempfindlichkeit bewirkt. Durch Verringerung der Lichtpunktgröße und vorausgesetzt, daß Verstärkungen, Sammelwinkel und optische Wirkungsgrade dieselben sind, kann eine signifikante Verbesserung in der Detektions- bzw. Nachweisgrenze erreicht werden, die bestimmt wird durch das Signal-Rausch("S/N")-Verhältnis bzw. den Rauschabstand der Oberflächen-Prüfanordnung 20. Wenn die Laserleistung wesentlich erhöht wird, i. e. verdoppelt, kann die Detektionsgrenze signifikant verbessert werden. Wenn kein Wechsel bei der Laserleistung eintritt, kann jedoch ein Optimieren des Einfallwinkels, der Polarisation und der Sammelgeometrie ebenfalls die Detektionsgrenze verbessern.

Die Scaneinrichtung weist vorzugsweise einen Deflektor 85 auf, wie dargestellt, der zum Empfangen des Lichtstrahls B positioniert und dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl B längs eines relativ schmalen Scanweges (α) abzulenken. Der Deflektor 85 ist vorzugsweise ein akusto-optischer (AO) Deflektor, wie dargestellt, und der relativ schmale Scanweg (α) ist vorzugsweise nicht größer als 0,1 rad und insbesondere im Bereich von 0,025-0,040 rad. Der Scanweg α entspricht bezüglich der Richtung vorzugsweise dem Weg P der Translationsbewegung und verläuft, wie am besten in Fig. 4 dargestellt ist, zu diesem vorzugsweise in einer allgemein parallelen Richtung, wie durch die Pfeile dargestellt. Die Ablenkung wird erreicht durch Erregen eines Kristalls mit beispielsweise hochfrequenten Schallwellen, die mit der einfallenden Lichtwelle in solcher Weise zusammenwirken, daß der Lichtstrahl B verschoben und dadurch der Fortpflanzungswinkel geändert wird. Es versteht sich, daß verschiedene Frequenzen des Kristalls als Reaktion bewirken, daß das ihn durchlaufende Licht bei entsprechend verschiedenen Fortpflanzungswinkeln abgelenkt wird. Wenn die Frequenz der Schallwellen in ein Sägezahnmuster kippt, wird der Laserstrahl B durch einen Winkel (α) proportional zur Frequenz gescannt. Der AO-Deflektor 85 bewirkt vorzugsweise eine konstante Scangeschwindigkeit, die wiederum ein konsistentes oder vorgegebenes Zeitverhalten für detektierte Partikel oder Fehler von einer Gegenstandsoberfläche aus bewirkt. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf einen AO-Deflektor 85 beschrieben wird, können auch andere Einrichtungen zum Erzeugen von Schmalwinkelscannen, wie es von Fachleuten verstanden wird, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie z. B. ein Galvanometer, ein piezoelektrischer Scanner, ein Resonanzscanner, ein Drehspiegel, ein Scankopf, weitere elektronische Scanner oder ähnliches.

Ebenfalls ist ein Strahlausweiter 82 vorzugsweise zwischen der Laserquelle 81 und dem Deflektor 85 positioniert, um den Lichtstrahl B vor dem Eintritt in den akusto-optischen Deflektor 85 auszuweiten. Der Strahlausweiter 82 weist vorzugsweise eine Einrichtung auf, um die aktive Öffnung des Deflektors 85 vollständiger zu füllen und so den Scanwinkel des Deflektors 85 bestmöglichst zu nutzen. Jede Ausweitung nach oder stromabwärts von dem Deflektor 85 reduziert beispielsweise den Ablenkungswinkel um denselben Faktor, wie der Strahldurchmesser vergrößert wird. Der praktische Strahldurchmesser am Deflektor 85 wird begrenzt durch die erforderliche Rücklaufzeit, die durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

T = D/Va

wobei D der Strahldurchmesser und Va die Schallgeschwindigkeit in einem darin positionierten Transducer ist.

Der Scanner 80 weist vorzugsweise auch Einrichtungen auf, die mit dem Deflektor 85 bezüglich der Position ausgerichtet und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl von dem schmalen Scanweg (α) zu einer Oberfläche S eines Werkstückes W in einem relativ geringen Einfallwinkel (β) zu leiten, wenn das Werkstück W sich drehend und translatorisch längs des Materialweges P bewegt. Obwohl der Einfallwinkel (β) im wesentlichen normal oder geringer zum Werkstück W sein kann, abhängig von der besonderen Anwendung, ist der relativ geringe Einfallwinkel (β) vorzugsweise größer als 45 Grad zur Normalen der Gegenstandsoberfläche, i. e. geringer als 45 Grad zur Oberfläche des Werkstückes W und insbesondere liegt er vorzugsweise im Bereich von 65-85 Grad zur Normalen der Gegenstandsoberfläche.

Die Leiteinrichtung ist dargestellt als ein Spiegel 82 und eine Mehrzahl von optischen Linsen 84, 86, die zum Leiten des Lichtstrahls B von einem Laser 81 zur Oberfläche S des zu prüfenden Werkstückes W hin eingerichtet bzw. angeordnet sind. Wenn der Lichtstrahl B vom AO-Deflektor 85 aus verläuft, durchläuft der Strahl 8 eine Zylinderlinse 84, die den Lichtstrahl B vorzugsweise winklig ausrichtet für ein lineares Scannen der Oberfläche des Gegenstandes während einer Translations- und Drehbewegung des Gegenstandes durch die Prüfzone hindurch. Ein Sperr- bzw. Blendenelement 87 ist hinsichtlich seiner Position mit der Zylinderlinse 84 ausgerichtet, die in enger Nachbarschaft zu dem AO-Deflektor 85 positioniert ist, um den relativ kleinen Teil des Lichts zu stoppen bzw. herauszufiltern, der nicht linear ausgerichtet ist für das Scannen der Oberfläche des Werkstückes W. Die hinter der Zylinderlinse 84 positionierte optische Linse 86 ist eine Fokussier- oder f-theta-Linse, wie Fachleute verstehen, die zum Fokussieren des Lichtstrahls auf die Oberfläche des Werkstückes W eingerichtet ist.

Der Scanner 80 gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise in bezug auf den Transporter 40 und den Rotator 45 angeordnet, die vorzugsweise synchronisiert sind, um ein spiralförmiges Schmalwinkelscannen der Oberfläche S des Werkstückes W während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges P auszubilden (siehe Fig. 5). Der Scanner 80 scannt deshalb den Lichtstrahl 8 in einer Radialrichtung 6 mit einer Drehbewegung und linearen, seitlichen oder translatorischen Bewegung (Y), um ein Spiral-Scanmuster zu implementieren, wie am besten in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Richtung des Scanweges α entspricht vorzugsweise der Richtung der Translationsbewegung (Y) des Werkstückes W. Das Schmalwinkelscannen beginnt vorzugsweise am äußeren Radius des sich drehenden Werkstückes, i. e. des Wafers. Das Werkstück dreht sich vorzugsweise mit einer vorgegebenen Drehzahl, i. e. ungefähr 50 Umdrehungen pro Minute ("U/min" ("rpm")). Das Objekttischelement 43, auf dem das Werkstück W befestigt ist, bewegt sich vorzugsweise synchron mit der Drehung, um eine leichte Spirale zu erzeugen. Wenn der Radius abnimmt, werden die Drehzahl sowie die Translationsgeschwindigkeit allmählich erhöht, um die Scanrate des akusto-optischen Deflektors 85 im wesentlichen konstant zu halten. Dieser Scanvorgang wird fortgeführt bis zu den innersten fünf Drehungen, bei denen eine relativ konstante Drehzahl, i. e. ungefähr 200 U/min. beibehalten wird. Die vorgegebene Drehzahl wird bestimmt, um die möglichen Seiten- oder Translationskräfte aufgrund irgendwelcher Anordnungsungleichgewichte zu minimieren. Der Rotator 45 weist vorzugsweise Einrichtungen auf, um die Drehzahl des Werkstückes während einer Translationsbewegung längs des Materialweges P beim Scannen der Oberfläche 5 des Werkstückes W zu variieren, i. e. einen regelbaren Motor 46. In ähnlicher Weise weist der Transporter 40 Einrichtungen auf, um die Geschwindigkeit des translatorischen Transportierens des Werkstückes während einer Bewegung längs des Materialweges P beim Scannen der Oberfläche S des Werkstückes W zu variieren, i. e. einen regelbaren Motor 41.

Außerdem kann auch die Lichtausgangsleistung oder optische Verstärkung des Lichtstrahls B erhöht oder verringert werden bei verschiedenen Abschnitten des Werkstückes W, das hinsichtlich verschiedener Oberflächeneigenschaften geprüft wird, i. e. Verringern der optischen Verstärkung längs der Umfangs- bzw. Randabschnitte des Werkstückes W. Dieses Variieren der Lichtausgangsleistung oder optischen Verstärkung kann auch beim Minimieren von Interferenzen helfen, die durch Bereiche erhöhter Oberflächenrauhheit oder andere Merkmale verursacht werden, die die Fähigkeit des Systems bzw. der Anordnung beeinträchtigen, Partikel oder Fehler in oder auf der Oberfläche zu detektieren, wie auch andere Vorteile für die Systemleistung bewirken. Die Oberflächen-Prüfanordnung 20 der Erfindung bewirkt dadurch eine hohe räumliche Auflösung, einen hohen Durchsatz, ein kleines Sichtfeld bei der Objektebene, was wiederum eine verbesserte Randdetektionsleistung und eine verbesserte Wiederholbarkeit beim Prüfvorgang bewirkt.

Wie am besten in den Fig. 1, 3, 3A und 6-7 dargestellt ist, ist die Einrichtung zum Sammeln von Licht von der Oberfläche eines Werkstückes vorzugsweise ein Kollektor 100 mit einem Hellkanaldetektor 110, der zum Detektieren von Licht eingerichtet ist, das von der Oberfläche S eines Werkstückes W spiegelnd reflektiert wird, und mit einem Dunkelkanaldetektor 120, der nahe dem Hellkanaldetektor 110 positioniert ist, um Licht zu detektieren, das von der Oberfläche S eines Werkstückes W gestreut wird. Der Hellkanaldetektor 110 kann ein PMT oder eine Fotodiode sein, ist aber vorzugsweise, wie von Fachleuten verstanden wird, eine Quadranten-Zellen-Einrichtung, i. e. ein Detektor, der zur Detektion von XY- Koordinaten-Positionierung eingerichtet ist, so daß eine Abweichung in dem Weg von reflektiertem Licht, i. e. während einer Detektion eines Fehlers oder Teilchens, bestimmt werden kann. Solche Quadranten-Zellen-Detektoren werden hergestellt von Advanced Photonix, Inc., früher Silicon Detector Corp. in Camarillo, California. Obwohl eine besondere Konfiguration dargestellt ist, versteht es sich, daß verschiedene andere rechteckige oder Mehrzellen-, i. e. Bi-Zellen-, Konfigurationen ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

Der Dunkelkanaldetektor 120 weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 auf, die eng benachbart zueinander positioniert und dazu eingerichtet sind, Komponenten des gestreuten Lichtes bei unterschiedlichen jeweiligen vorgegebenen Winkeln von der Oberfläche S des Werkstückes W zu sammeln. Die Mehrzahl an Kollektoren 121, 123, 125 des Dunkelkanaldetektors 120 bilden eine mehrteilige bzw. segmentierte Optik, wobei wenigstens zwei Kollektoren nahe beieinander positioniert sind. Die Mehrzahl an Kollektoren 121, 123, 125, wie dargestellt, werden von Fachleuten als Linsensystem verstanden, und andere Linsenanordnungen können ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Mehrzahl an Kollektoren 121, 123, 125 weist jeweils einen Kleinwinkelkollektor 121, der zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche S des Werkstückes W in einem relativ kleinen Winkel a nach vorne gestreut werden, einen Mittelwinkelkollektor 123, der eng benachbart zum Kleinwinkelkollektor 121 positioniert und zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die im wesentlichen normal zur Oberfläche S des Werkstückes W in einem relativ mittleren Winkel b gestreut werden, und einen Großwinkelkollektor 125 auf, der eng benachbart zum Mittelwinkelkollektor 123 positioniert und zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche S des Werkstückes W in einem relativ großen Winkel α nach hinten gestreut werden. Der Dunkelkanaldetektor 120 weist ferner einen Kleinwinkeldetektor 122, einen Mittelwinkeldetektor 124 und einen Großwinkeldetektor 126, die jeweils in optischer Verbindung mit einem korrespondierenden Kollektor 121, 123, 125 positioniert sind, und Einrichtungen auf, die mit den Klein-, Mittel- und Großwinkeldetektoren 122, 124, 126 elektrisch verbunden sind und auf elektrische Signale von den Detektoren ansprechen, um das Vorhandensein eines Partikels auf der Oberfläche S eines Werkstückes W zu bestimmen.

Der Kratzerdetektor 130 (Fig. 6) ist vorzugsweise zum Empfangen von Licht eingerichtet, das von dem dargestellten reflektierten Weg abweicht. Wenn das Licht von der Oberfläche des Werkstückes W reflektiert wird, durchläuft es eine Fokussierlinse 112 und trifft auf die Oberfläche eines Reflexionsspiegels 113. Der Spiegel 113 richtet das Licht auf die Vorderfläche 115 des Lichtkollektors 110, wie dargestellt. Das von der Vorderfläche reflektierte Licht wird abgeleitet oder durch ein Verschluß- bzw. Blendenelement 116 herausgeblendet. Falls jedoch ein Kratzer in der Oberfläche des Werkstückes W detektiert wird, werden signifikante Teile des reflektierten Lichtes, wie dargestellt, von dem Weg abweichen, der zum Lichtkollektor 110 hin gerichtet ist, und den Spiegel 113 umgehen und auf den Kratzerdetektor 130, i. e. PMT, auftreffen. Die Bestimmungseinrichtungen des Kollektors sind vorzugsweise Selektions- bzw. Meßschaltungen 150 für elektronische Signale, wie z. B. dargestellt (siehe Fig. 3 und 7) und von Fachleuten verstanden, wobei die Schaltungen Signale empfangen, die das gesammelte Licht von den Dunkelkanaldetektoren 122, 124, 126, 130 repräsentieren.

Wie am besten in den Fig. 1, 3 und 6 dargestellt, werden die relativen jeweiligen Winkel a, b, c der Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 vorzugsweise bestimmt mit Bezug auf den Reflexionswinkel α des Lichtes von der Oberfläche S des Werkstückes W und mit Bezug auf das Streuen von Lichtkomponenten nach vorne a, nach hinten c und in im wesentlichen normaler Richtung b, was relativ zu dem Einfallwinkel β des Scannens auftritt. Beispielsweise beträgt, wenn der Einfallwinkel relativ gering ist, i. e. 15º zur Horizontalen oder -75º zur Normalen, dann der Streuwinkel nach vorne oder der Kleinwinkel a vorzugsweise ungefähr +22º bis +67º, der Streuwinkel für die im wesentlichen normale Richtung oder der Mittelwinkel ungefähr -25º bis +20º und der Streuwinkel nach hinten oder der Großwinkel ungefähr -72' bis -27º, Wenn beispielsweise ein Partikel oder Fehler detektiert ist, ist der Kleinwinkelkollektor 121 positioniert, um die Vorwärtsstreuung a zu empfangen und zu sammeln, der Mittelwinkelkollektor 123 ist positioniert, um die im wesentlichen in normale Richtung gerichtete Streuung b zu empfangen und zu sammeln, und der Großwinkelkollektor 125 ist positioniert, um die Rückwärtsstreuung c von der Oberfläche des Werkstückes zu empfangen und zu sammeln, und zwar bezüglich des detektierten Partikels oder Fehlers oder ähnliches. In der allgemein senkrechten Richtung zur Einfallsebene werden ungefähr 73º des Gesamtwinkels in dem obengenannten Beispiel erfaßt. Dieses sind ungefähr 0,64 Steradiant (steridians) eines Raumwinkels pro Segment oder eine Summe von ungefähr 1,92 Steradiant, was eine beträchtliche Verbesserung gegenüber vorbekannten Detektoren bedeutet.

Der Dunkelkanalkollektor 120 gemäß der vorliegenden Erfindung analysiert vorzugsweise die Eigenschaften der Oberfläche S und der streuenden Partikel, wie z. B. bei Verwendung auf polierten Wafern und verschiedenen abgelagerten bzw. abgeschiedenen Filmen. Wenn bestimmte Bedingungen, i. e. meist in bezug auf zulässige Grade an Oberflächenrauhigkeit, erfüllt sind, kann die Verteilung von von einer Oberfläche gestreutem Licht (BRDF) ausgedrückt werden als:

BRDF = [16π²cosβicosβicosβsQS(fx, fy)]/λ&sup4;

wobei βi der Einfallwinkel, βs der Streuwinkel, Q das Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge und Polarisation des einfallenden Lichtes, S die Leistungsspektraldichte-Eigenschaft der Oberflächenrauhigkeit und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes ist und fx, fy die Raumfrequenzen sind, die wiederum durch Einfall- und Streuwinkel wie folgt ausgedrückt sind:

fx = (sinβscosφs - sinβi)/λ

fy = sinβssinφs/λ.

In diesen Gleichungen bezieht sich β immer auf Winkel in der Einfallebene und repräsentiert φ die Azimuthwinkel. Die Form der BRDF-Kurve wird definiert durch S(fx, fy) und die Cosinusterme in der obigen Gleichung, die akzeptable Ergebnisse liefern bei guten Informationen über die Spektraldichte der Leistung. Die Größe der Kurve ist vorrangig bestimmt durch das Reflexionsvermögen Q.

Das Reflexionsvermögen der Oberfläche des Gegenstandes und eines darauf detektierten Partikels oder Fehlers ist abhängig von der Dielektrizitätskonstante des geprüften Materials oder Partikels, i. e. Silizium, Aluminium. Auch wird das Reflexionsvermögen eines Materials oder Partikels, das bzw. der mit P-polarisiertem Licht angestrahlt wird, vorzugsweise gemäß der vorliegenden Erfindung, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen gegenüber einem Material oder Partikel, das bzw. der mit S-polarisiertem Licht angestrahlt wird. Das Reflexionsvermögen eines Dielektrikums, das mit P-polarisiertem Licht angestrahlt wird, ist Null bei einem bestimmten Winkel, i. e. dem Brewsterwinkel, und ist eine Funktion des Brechungsindexes (n) wie folgt:

βb = tan&supmin;¹n.

Metalle und andere absorbierende Materialien zeigen beispielsweise Kurven mit ähnlichen Formen; jedoch erreicht das Reflexionsvermögen für P-Polarisation ein von Null verschiedenes Minimum. Der Winkel, bei dem dieses von Null verschiedene Minimum auftritt, kann als ein Pseudo-Brewsterwinkel oder alternativ als der Hauptwinkel bezeichnet werden. Der Hauptwinkel ist abhängig von der komplexen Dielektrizitätskonstanten (n' = n - ik) und kann durch Auswerten bzw. Berechnen des folgenden Ausdruckes auf einer iterativen Basis herausgefunden werden:

(n² + k²)1/2 = sin²βp/cosβp.

Obwohl Aluminium und Silizium verschieden sind, wobei Aluminium ein starker Absorber ist und Silizium dielektrische Eigenschaften mit einem hohen Index zeigt, ist beispielsweise der Hauptwinkel beider Materialien dicht beieinander, i. e. ungefähr 78º (Aluminium 78,1º, Silizium 77,8º). Beinahe alle anderen interessierenden Materialien haben Indizes, die nicht größer sind als Aluminium oder Silizium und haben daher Hauptwinkel, die gleich oder kleiner als ungefähr 78º sind, Siliziumdioxid z. B. hat einen Brechungsindex von ungefähr 1,65, was einem Hauptwinkel von ungefähr 58,8º gleichkommt.

Die Eigenschaften dielektrischer Filme sind ebenfalls abhängig von der Substrat- und Filmdicke, und die Kurve für das Reflexionsvermögen kann Minima bei verschiedenen Winkeln zeigen.

Daten, die diese verschiedenen Werte von der BRDF-Kurve darstellen, die Brechungsindizes und die Dielektrizitätskonstanten können verwendet werden, um Informationen für eine Partikel- oder Fehleridentifikation bei der Oberflächen- Prüfanordnung 50 zu bestimmen. Ein relatives Signal-Rausch- Verhältnis zum Bestimmen des Streuwinkels kann erhalten werden durch Dividieren der Partikelantwort durch die Quadratwurzel des BRDF. Dieses liefert ein äquivalentes Signal-Rausch-Verhältnis innerhalb der Grenze, wo die dominierende Rauschquelle die Poisson'sche Verteilung bzw. Fluktuation des "Unschärfe- bzw. Dunst(haze)"-Signals ist, wie von Fachleuten verstanden wird. Dieser Vergleich der resultierenden Winkel von gesammeltem Licht vom Dunkelkanalkollektor 120, i. e. von gestreutem Licht, wird verglichen mit bekannten Eigenschaftsdaten, wie z. B. in einer Datentabelle, um bei dieser Bestimmung zu helfen und dann das Partikel oder den Fehler entsprechend zu klassifizieren.

Diese vergleichenden Schritte werden vorzugsweise durchgeführt entsprechend vorgegebener Befehlssignale, i. e. eines Softwareprogramms, die bzw. das in der strukturellen Hardware oder auf einer gespeicherten Disk oder ähnlichem resident sind bzw. ist, wie von Fachleuten verstanden wird.

Wie am besten in der Perspektivansicht von Fig. 1 und in der schematischen Ansicht von Fig. 7 dargestellt ist, ist die Oberflächen-Prüfanordnung 20 vorzugsweise computergesteuert. Die Anordnungs-Steuereinheit 50 betreibt die Prüfanordnung 20 unter der Überwachung und Leitung eines menschlichen Operators, speichert die von der Anordnung 20 erzeugten Daten und lädt diese wieder zurück und führt eine Datenanalyse vorzugsweise unter Ansprechen auf vorgegebene Befehle durch. Der dargestellte Scanner-Baugruppenabschnitt 90 arbeitet mit dem Scanner 80 zusammen und weist einen Spannfutterdetektor 91 auf, der eine Position zu einem Regelverstärker 91 überträgt. Die relative Position des geprüften Gegenstandes wird zu der Anordnung 50 über Motoren 41, 46 und daran befestigte Codiereinrichtungen 93 übertragen. Die Positionsdaten werden zu der AO-Scansteuereinheit 73 übertragen, die vorzugsweise einen Abschnitt des Chassis 70 für die Anordnungselektronik bildet und die unter Ansprechen den AO-Deflektor 85 via einer AO- Scanantriebseinrichtung 95 antreibt.

Das Chassis 70 für die Anordnungselektronik weist eine Stromversorgung 71 für die Anordnung auf und empfängt Signale von den Dunkelkanaldetektoren 120 und dem Hellkanaldetektor 110, die jeweils repräsentativ für das gestreute und das spiegelnd reflektierte Licht sind. Wie Fachleute verstehen, werden diese Datensignale in herkömmlicher Weise elektrisch in einem Analogformat zu einer analogen Eingangselektronik 75 übertragen und durch eine digitale Eingangselektronik 74 oder ähnliches in ein Digitalformat umgewandelt. Die digitale Eingangselektronik 74 arbeitet auch mit der AO-Scansteuereinheit 73, dem Anordnungs-Businterface 72 und dem Differentialinterface 69, i. e. dem Differentialbus, des Personalcomputer("PC")-Chassis 60 zusammen. Das Anordnungs-Businterface 72 steht auch mit einer Laser-Stromversorgung 51 der Oberflächen-Prüfanordnung 50 in Verbindung.

Das PC-Chassis 60 weist eine PC-Stromversorgung 61 auf, die zum Zuführen von Strom zu dem PC eingerichtet ist. Das PC- Chassis 60 weist auch eine Bewegungssteuereinheit 64, die unter Ansprechen mit dem Servo- bzw. Regelverstärker 92 der Scannerbaugruppe 90 kommuniziert, und einen Anordnungs- Steuercomputer 65, i. e. einen Mikroprozessor, oder eine Steuereinheit auf. Der Anordnungs-Steuercomputer 65 kommuniziert elektrisch vorzugsweise mit einer Wafer-Betätigungseinrichtung 52, um unter Ansprechen vorgegebene Befehlssignale zu senden und zu empfangen und den Gegenstand oder Wafer, der wie oben beschrieben geprüft wird, zu montieren und zu handhaben bzw. zu betätigen. Der Anordnungs-Steuercomputer 65 steht auch vorzugsweise mit einem Harddisk-Antrieb 68, einem Display-Adapter 67, der zum Kommunizieren mit dem Display eingerichtet ist, und einem Ethernet-Interface 66 in Verbindung, das zur Kommunikation in einem Netzwerk oder mit einer anderen Anordnung 50 eingerichtet ist. Ein Bildprozessor 64 kommuniziert elektrisch mit dem Differentialinterface 69 und dem Anordnungs-Steuercomputer 65, um das Bild der Oberfläche des geprüften Gegenstandes und/oder der darauf befindlichen Fehler, Risse, Wellen oder Partikel zu bearbeiten. Die Oberflächen-Prüfanordnung 50, wie in Fig. 7 dargestellt und wie von Fachleuten verstanden, ist vorzugsweise aus einer Kombination von Software und Hardware gebildet, die diese verschiedenen Komponenten, oder Kombinationen davon, der Anordnung 50 ausbildet.

Wie in den Fig. 1-7 dargestellt, werden auch Verfahren zur Prüfung einer Oberfläche S eines Gegenstandes oder Werkstückes W auf Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche S eines Werkstücks W weist vorzugsweise ein drehendes und translatorisches Transportieren eines Werkstückes W längs eines Materialweges P und ein Scannen eines relativ schmalen Scanweges α des Lichtes quer über eine Oberfläche des Werkstückes W auf, wenn das Werkstück W sich längs des Materialweges P bewegt. Der Schritt des drehenden und translatorischen Transportierens eines Werkstückes längs eines Materialweges ist vorzugsweise mit dem Schritt des Scannens einer Oberfläche des Werkstückes synchronisiert, um ein im wesentlichen geformtes Scannen der Oberfläche des Werkstückes vorzugeben. Von der Oberfläche S des Werkstückes W spiegelnd reflektiertes Licht und gestreutes Licht werden vorzugsweise separat gesammelt. Das gesammelte gestreute Licht weist vorzugsweise wenigstens ein separates Sammeln von Lichtkomponenten auf, die von der Oberfläche S des Werkstückes W nach vorne gestreut sind, und ein Sammeln von Lichtkomponenten auf, die von der Oberfläche S des Werkstückes W nach hinten gestreut sind. Wenigstens die Drehzahl, und vorzugsweise einschließlich der Geschwindigkeit des translatorischen Transportierens, des Werkstückes kann während des Scannens dessen Oberfläche variiert werden, um eine im wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit der Oberfläche S des Werkstückes W zu schaffen. Auch kann ferner die optische Verstärkung des gescannten Lichtes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes variiert werden.

Ein weiteres Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche 5 eines Werkstückes W weist vorzugsweise ein Ablenken eines Lichtstrahls B längs eines vorgegebenen, i. e. relativ schmalen, Scanweges α und ein Leiten des abgelenkten Lichtstrahls B von dem Scanweg α hin zu einer Oberfläche S des Werkstückes W, z. B. in einem relativ geringen Einfallwinkel, auf. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise auch ein Vorgeben eines drehenden und translatorischen Scannens des Werkstücks W, so daß der schmale Scanweg die gesamte Oberfläche S des Werkstückes W längs eines spiralförmigen Weges überquert.

Noch ein weiteres Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche 5 eines Werkstückes W, um Informationen über auf einer Oberfläche eines Werkstückes W detektierte Partikel zu beschaffen, weist vorzugsweise ein Detektieren von Licht, das von der Oberfläche S eines Werkstückes W reflektiert wird, und ein Detektieren von Licht, das von der Oberfläche S eines Werkstückes W gestreut wird, durch eine Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Streuwinkeln a, b, c auf. Wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Kollektoren 121, 125, die bei den vorgegebenen Streuwinkeln positioniert sind, sind vorzugsweise jeweils positioniert, um nach vorne und nach hinten gestreutes Licht von der Oberfläche S des Werkstückes W zu sammeln. Ein Partikel oder Fehler in oder auf der Oberfläche S des Werkstückes W wird identifiziert unter Ansprechen auf Licht, das bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Streuwinkeln detektiert wird.

Ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche S eines Werkstückes W gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche S des Werkstückes W in einem ersten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von nach vorne gestreutem Licht eingerichtet ist, das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes in einem zweiten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von im wesentlichen in normaler Richtung gestreutem Licht eingerichtet ist, und das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes in einem dritten vorgegebenen Streuwinkel gestreut wird, der zum Sammeln von nach hinten gestreutem Licht eingerichtet ist.

Außerdem weist ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche S eines Werkstückes W, um Informationen über Partikel, Fehler oder andere Oberflächeneigenschaften in oder auf der Oberfläche des Werkstückes zu beschaffen, vorzugsweise das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche eines Werkstückes W gestreut wird, durch eine Mehrzahl von Kollektoren 121, 123, 125 auf, die in einer Mehrzahl von eng benachbarten vorgegebenen Streuwinkeln a, b, c, angeordnet sind, um für das gesammelte Licht repräsentative Signale zu bilden. Die vorgegebenen Streuwinkel sind vorzugsweise in bezug auf die Oberfläche des Werkstückes angeordnet, um jeweils wenigstens nach vorne und nach hinten gestreutes Licht zu sammeln. Diese Signale werden dann mit vorgegebenen Daten verglichen, die für Dielektrizitätskonstanten vorgegebener Materialien repräsentativ sind, um ein Partikel oder einen Fehler zu identifizieren, das bzw. der in oder auf der Oberfläche des Werkstückes W detektiert wurde.

In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart worden, und obwohl spezifische Ausdrücke verwendet werden, werden diese Ausdrücke nur in einem beschreibenden Sinn und nicht zum Zwecke einer Beschränkung verwendet. Die Erfindung ist in vielen und wesentlichen Details beschrieben worden mit spezifischem Bezug auf verschiedene dargestellte Ausführungsformen. Es wird jedoch deutlich werden, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des Gedankens und des Rahmens der Erfindung durchgeführt werden können, wie sie in der vorstehenden Beschreibung beschrieben und in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.


Anspruch[de]

1. Oberflächen-Prüfanordnung zum Detektieren von Partikeln oder Fehlern auf einer Oberfläche eines Werkstückes (W), mit Einrichtungen (40) zum translatorischen Transportieren eines Werkstückes längs eines Materialweges (P) und den Transporteinrichtungen zugeordneten Einrichtungen (45) zum Drehen des Werkstückes während der Translationsbewegung längs des Materialweges, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scanner (80) dazu positioniert und eingerichtet ist, die Oberfläche des Werkstückes während einer Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges zu scannen, und eine Lichtquelle (81), die dazu eingerichtet ist, einen von ihr ausgehenden Lichtstrahl zu erzeugen, sowie Einrichtungen (82, 84, 86, 85) aufweist, die zum Empfangen des Lichtstrahls positioniert und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl längs eines vorgegebenen Scanweges (α) quer über eine Oberfläche des Werkstückes zu scannen, wenn das Werkstück drehend und translatorisch sich längs des Materialweges bewegt; und daß ein Kollektor (100) dazu eingerichtet ist, von der Oberfläche des Werkstückes reflektiertes und gestreutes Licht während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges zu sammeln.

2. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 1, bei der die Translations-Transporteinrichtungen und die Dreheinrichtungen mit dem Scanner so synchronisiert und angeordnet sind, daß ein im wesentlichen spiralförmiges Winkel-Scannen der Oberfläche des Werkstückes während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges ausgebildet ist.

3. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der vorgegebene Scanweg einen relativ schmalen Scanweg (α) von nicht mehr als 0,1 rad längs der Oberfläche des Werkstückes aufweist.

4. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Scaneinrichtungen einen Deflektor (85) aufweisen, der zum wiederholten Ablenken des Lichtstrahls längs eines vorgegebenen schmalen Scanweges längs der Oberfläche des Werkstückes eingerichtet ist.

5. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der der Kollektor aufweist:

einen Hellkanaldetektor (110), der zum Detektieren von Licht eingerichtet ist, das von der Oberfläche eines Werkstückes spiegelnd reflektiert wird; und

einen Dunkelkanaldetektor (120), der nahe dem Hellkanaldetektor positioniert ist zum Detektieren von an der Oberfläche eines Werkstückes gestreutem Licht, wobei der Dunkelkanaldetektor eine Mehrzahl von Kollektoren (121, 123, 125) aufweist, die eng beieinander positioniert und dazu eingerichtet sind, Komponenten des Streulichtes bei unterschiedlichen jeweiligen vorgegebenen Winkeln von der Oberfläche des Werkstückes zu sammeln.

6. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 5, bei der die Mehrzahl von Kollektoren des Dunkelkanaldetektors einen Kleinwinkelkollektor (121), der zum Sammeln von Lichtkomponenten eingerichtet ist, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ kleinen Winkel nach vorne gestreut werden, einen Mittelwinkelkollektor (123), der nahe dem Kleinwinkelkollektor positioniert und dazu eingerichtet ist, Lichtkomponenten zu sammeln, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ mittelgroßen Winkel im wesentlichen in normaler Richtung gestreut werden, und einen Großwinkelkollektor (125) aufweist, der nahe dem Mittelwinkelkollektor positioniert und dazu eingerichtet ist, Lichtkomponenten zu sammeln, die von der Oberfläche des Werkstückes aus in einem relativ großen Winkel nach hinten gestreut werden, wobei der Dunkelkanaldetektor (120) ferner einen Kleinwinkeldetektor (122), einen Mittelwinkeldetektor (124) und einen Großwinkeldetektor (126), die jeweils in optischer Verbindung mit einem entsprechenden Kollektor zum Detektieren von gesammelten Licht positioniert sind, und Einrichtungen aufweist, die mit den Klein-, Mittel- und Großwinkeldetektoren elektrisch verbunden sind und auf elektrische Signale von den Detektoren ansprechen, um das Vorhandensein eines Partikels auf der Oberfläche des Werkstückes zu bestimmen.

7. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei der die Dreheinrichtungen Einrichtungen aufweisen, die die Drehgeschwindigkeit des Werkstückes während der Translationsbewegung längs des Materialweges während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes variieren, um eine im wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit der Oberfläche des Werkstückes zu schaffen.

8. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 4, bei der der Deflektor (85) dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl längs eines vorbestimmten schmalen Scanweges längs der Oberfläche des Werkstückes wiederholt abzulenken, und bei der der Scanner ferner Einrichtungen aufweist, um den Lichtstrahl von dem schmalen Scanweg hin zu einer Oberfläche des Werkstückes in einem relativ geringen Einfallwinkel (β) zu leiten, wenn das Werkstück drehend und translatorisch sich längs des Materialweges bewegt.

9. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 8, bei der der relativ geringe Einfallwinkel (β) größer als 45 Grad von der Normalen zum Werkstück ist.

10. Oberflächen-Prüfanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der der Deflektor einen Spiegel und eine Mehrzahl von optischen Linsen aufweist, die zwischen der Laserquelle und dem Materialweg positioniert und dazu eingerichtet sind, den Lichtstrahl zu der zu prüfenden Oberfläche des Werkstückes hin zu leiten.

11. Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche eines Werkstückes, wobei das Werkstück drehend und translatorisch längs eines Materialweges transportiert wird, gekennzeichnet durch: Erzeugen eines Lichtstrahls; Scannen des Lichtstrahls längs eines vorgegebenen Scanweges quer über die Oberfläche des Werkstückes, wenn das Werkstück drehend und translatorisch sich längs des Materialweges bewegt; und Sammeln von von der Oberfläche des Werkstückes reflektiertem und gestreutem Licht während der Dreh- und Translationsbewegung längs des Materialweges.

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem getrennten Sammeln von von der Oberfläche des Werkstückes spiegelnd reflektiertem Licht und gestreutem Licht, wobei das gesammelte Streulicht wenigstens Lichtkomponenten umfaßt, die von der Oberfläche des Werkstückes nach vorne und die von dieser nach hinten gestreut werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Schritt des drehenden und translatorischen Transportierens eines Werkstückes längs eines Materialweges mit dem Schritt des Scannens einer Oberfläche des Werkstückes so synchronisiert wird, daß ein im wesentlichen spiralförmiges Scannen der Oberfläche des Werkstückes vorgegeben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, ferner mit dem Variieren der Drehgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des translatorischen Transportierens des Werkstückes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes, um eine im wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit der Oberfläche des Werkstückes auszubilden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, ferner mit dem Variieren der optischen Verstärkung des gescannten Lichtes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes.

16. Verfahren nach Anspruch 11, mit dem Variieren wenigstens der Drehgeschwindigkeit des Werkstückes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes, um eine im wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit der Oberfläche des Werkstückes auszubilden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Scannens eines Lichtweges quer über eine Oberfläche eines Werkstückes ein Scannen mit einem relativ schmalen Winkel umfaßt, und bei dem der Schritt des Variierens wenigstens der Drehgeschwindigkeit des Werkstückes ferner das Variieren der Geschwindigkeit des translatorischen Transportierens des Werkstückes während des Scannens der Oberfläche des Werkstückes umfaßt.







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