DE3714305A1 - Einrichtung und verfahren zum abtasten von oberflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtasten von Oberflächen, insbesondere betrifft sie das Abtasten einer Oberfläche, um Verunreinigungen durch Teilchen bzw. Schäden auf oder unter der Oberfläche eines Materials festzustellen.

Die Verwendung von optischen Abtastgeräten zum Feststellen der Anwesenheit bzw. der Größe von Teilchen ist allgemein bekannt und dargelegt, wobei solche Abtastgeräte oder Detektoren bisher Lasereinrichtungen aufwiesen, welche den Beleuchtungsstrahl erzeugten (siehe beispielweise die US-PS 34 06 289 und 45 71 079).

Bei der Halbleiterverarbeitung wurde bisher ein optischer Oberflächenabtaster, allgemein als Scheibenabtaster (wafer scanner) genannt, verwendet, um Makroteilchen, die an einer Oberfläche haften, zu identifizieren. Halbleiterscheiben durchlaufen normalerweise verschiedene Herstellungsstufen (häufig als unvorbereitete Scheibenrohlinge), um die Menge der Verunreinigung festzustellen, die auf der Scheibe liegt und wahrscheinlicch durch das Herstellungsverfahren erzeugt wird. Das Verfahren kann beispielsweise eine Fotolackbeschichtung, das Einbrennen eines Siliciumoxids, ein fotolithografisches Maskierungsverfahren oder ein beliebiges aus einer Anzahl von anderen Fertigungsverfahren, jedoch hat sich der Scheibenabtaster als nützliches Werkzeug bewährt, alle diese Verfahren zu überwachen. Obwohl unabhängige Verfahren verwendet werden, die Mikroverunreinigung in verschiedenen Bearbeitungsflüssigkeiten zu messen, wurde ungeachtet dessen der Scheibenabtaster zur Überwachung verwendet, wo sie das Produkt direkt beeinflußt, d. h. auf der Scheibe selbst.

Wie bei jedem anderen Meßgerät ist es eine Grundforderung der Einrichtung, welche die Mikroverunreinigung mißt, Wiederholbarkeit und Genauigkeit aufzuweisen. Wiederholbarkeit muß ein geräteeigenes Merkmal sein, um Genauigkeit zu erzielen, bietet jedoch keine Garantie für Genauigkeit. Auflösung setzt die Fähigkeit voraus, Meßwerte von gleicher Größe zu trennen, jedoch sichert wiederum nicht Genauigkeit. Wie bei vielen Arten von Instrumenten kann die Festlegung der Leistung im Hinblick auf Auflösung, Wiederholbarkeit und Genauigkeit häufig nur mit großen Schwierigkeiten bewertet und nachgeprüft werden.

Dies ist der Fall bei Scheibenabtastern, die oft ein unzulässiges Mißverhältnis der Ergebnisse zu erzeugen scheinen, wenn Teilchen von bekannter Größe auf Oberflächen von Prüfscheiben abgelagert und untersucht wurden. Berücksichtigt man, daß die Verunreinigungen in einer dünnen Ebene angetroffen werden (so daß nur eine geringe Tiefenschärfe erforderlich ist), die Helligkeit des Hintergrundes extrem niedrig ist und wiederholte Messungen möglich sind, dann erscheint es, daß die Messungen der Mikroverunreinigung der Oberfläche leichter durchgeführt werden können, als Aerosolmessungen. Jedoch die jetzt bekannten Aerosolinstrumente weisen eine weit überlegene Auflösung gegenüber den jetzt bekannten Scheibenabtastern auf.

Ein Scheibenabtaster ist in Wirklichkeit ein ziemlich einfaches Gerät, und es sind allgemein drei Grundtypen davon bekannt. Bei einem bewegt sich die Scheibe auf einem Band oder einem anderen Transportmittel (meist mit einer Antriebsstufenscheibe getrieben) und ein Laserstrahl wird auf einen kleinen Punkt auf der Oberfläche fokussiert. Der Punkt wird seitlich durch einen schwingenden Spiegel (oder ein rotierendes Polygon) mit Zitterfrequenz bestrahlt, wobei die Kombination der beiden Bewegungen eine Rasterabtastung erzeugt, die sich für die Direktanzeige auf einer Kathodenstrahlröhre der auf der Scheibe beleuchteten Koordinaten eignet. Das von der Scheibe reflektierte Licht wird eingeschlossen oder auf Erlöschen hin überwacht, während das diffus gestreute Licht auf seine Massenstreuung hin abgetastet wird (Änderung der Gleichspannung oder niedriger Frequenzen in diffuser Streuung) sowie auf Punktstreuung von Teilchen oder vielleicht von Eingrabungen oder Kratzern (Wechselspannungs- oder hochfrequente Änderungen in diffuser Streuung).

Der zweite bekannte Typ von Scheibenabtastern unterscheidet sich vom ersten darin, daß sich die Scheibe auf einer Einspannvorrichtung (Saugträgerplatte) dreht, die auf einer Transportbühne befestigt ist und das Licht in feststehenden Winkeln einfällt und gesammelt wird. Das Umsetzen von polaren Abtastkoordinaten in cartesische Anzeigekoordinaten kann leicht programmtechnisch oder durch elektrische Resolver durchgeführt werden.

Der dritte Typ von bekannten Scheibenabtastern ist optisch der einfachste. Die Scheibe wird insgesamt von weißem Licht beleuchtet, das von einer Quelle hoher Intensität (Leuchtdichte) wie einer Bogenlampe erzeugt wird. Ein Vidicon (meistens Halbleiter) wird in einem schrägen Winkel angeordnet, um die Scheibe zu betrachten, wobei die Teilchen direkt am Ausgang des Vidicons erscheinen. Diese Einrichtung ist jedoch die komplizierteste im Hinblick auf die Analyse und Abtastung, da sie eine Nachanalyse der Videodaten erfordert.

Bei allen bekannten Scheibenabtastern werden die Teilchen oder Mängel dadurch abgetastet, daß die Menge des Streulichtes gemessen wird und mit einer Eich- oder Ansprechkurve wie bei den meisten bekannten Aerosol- oder Hydrosolzählern verglichen wird.

Mikrokügelchen aus Polystyrollatex (PSL) ist das am besten geeignete Eich- oder Kalibriermaterial für Teilchen, obwohl Versuche gemacht worden sind, Bilder von Mängeln oder Fehlern mit Hilfe von Lithografie zu erzeugen, um "Kalibrierscheiben" zu erhalten. Teilchen können jedoch jetzt unter Verwendung von Musterbildmängeln in einer gewissen Weise simuliert werden, wobei die Anwender und Hersteller von Scheibenabtastern bei der Verwendung von PSL-Teilchen als bevorzugtes Kalibriermaterial aus verschiedenen Gründen auf Schwierigkeiten gestoßen sind wie: PSL-Teilchen können nicht als flüssige Suspension angewandt werden, da keine Lösung rein genug ist, um zu verdampfen, ohne einen Rückstand zu hinterlassen, der mit den PSL-Teilchen verwechselt werden könnte; die Anwendung von trockenen PSL-Teilchen unter Verwendung konstanter Verfahren für die Aerosol- Vernebelung erfordern andere Mittel, um sicherzustellen, daß die Teilchen haften bleiben; das Ansprechen scheint manchmal eine Funktion der Stelle zu sein; und die Ergebnisse scheinen im allgemeinen nicht monoton zu sein und damit zweideutig (d. h., daß kleinere Teilchen stärkere Signale abgaben als größere). Der letzte Fall ist den meisten Forschern vertraut, welche sich mit Aerosolzählern beschäftigt haben, wobei die meisten Aerosol-Betrachtungsgeometrien auf den Fall zugeschnitten sein müssen, um ein monotones Ansprechverhalten zu erzielen.

Dies ist auch der Hauptgrund dafür, daß bei den vorhandenen Instrumenten PSL nicht als die Kalibrierungsnorm übernommen wurde. Die vorhandene Technik erzeugt keine monotone Kalibrierung mit gleichmäßigen kugelförmigen Teilchen.

Wie aus der vorgehenden Beschreibung hervorgeht, kann somit eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren vorteilhafterweise für das Abtasten der Oberfläche eines Elements eingesetzt werden, um eine Verunreinigung oder Schäden durch Teilchen auf oder unter der Oberfläche eines Materials festzustellen.

Die Erfindung bietet eine Einrichtung und ein Verfahren zum Abtasten der Oberfläche eines Materials. Verschieden polarisierte Strahlen werden auf die Oberfläche gerichtet, und das von dieser reflektierte Licht wird gesammelt und abgegriffen, um elektrische Ausgangssignale für die abgetastete Verunreinigung oder die abgetasteten Mängel zu erzeugen. In dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ein Laserstrahl mit der Polarisation "P" und einer mit der Polarisation "S" erzeugt und getrennt auf die Oberfläche auf einen gemeinsamen Punkt gerichtet, wobei das Streulicht beider Strahlen gemeinsam gesammelt und dann getrennt wird, um die entsprechenden elektrischen Signale zu erzeugen. Diese werden dann zu einem Ausgangssignal für die Verunreinigung bzw. die Mängel verarbeitet.

Die Erfindung beruht auf der neuartigen Konstruktion, Kombination, Anordnung von Teilen und dem Verfahren, wie sie im wesentlichen nachstehend beschrieben und in den Ansprüchen angegeben werden, wobei andere Ausgestaltungen des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels im Rahmen der Erfindung liegen.

Die Zeichnungen zeigen ein vollständiges Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den besten bisher entwickelten Verfahren für die praktische Anwendung der Grundsätze der Erfindung:

Fig. 1A ist eine vereinfachte Seitenansicht mit Darstellung der Erzeugung von stehenden Wellen im Bereich von überlappenden Wellenfronten auf einer Siliciumscheibe oder einem Siliciumplättchen;

Fig. 1B ist eine vergrößerte Ansicht der sich überlappenden Wellenfronten nach Fig. 1A;

Fig. 2 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Reflexionskraft von Silicium als Funktion von Winkel und Polarisation;

Fig. 3 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Teilchens, das um mehrere µ über eine reflektierende Fläche hinausragt;

Fig. 4 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Streuquerschnitte für PSL auf Silicium bei einem Neigungswinkel von 0°;

Fig. 5 ist ein Kurvenbild mit Darstellung der Streuquerschnitte von PSL auf Silicium bei einem Neigungswinkel von 60°;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Prozessors der Fig. 6.

Um die Vorteile der Erfindung zu verstehen, muß man physikalische Kenntnisse des Vorganges der Lichtstreuung unter Verwendung der MIE-Theorie haben, um den Streuungsverlauf berechnen zu können.

Für ein in einem homogenen Medium schwebendes Teilchen erzeugt eine einzige einfallende ebene Welle eine einzige zurückgestrahlte Kugelwelle, die am Teilchen zentriert ist. Ein Teilchen, das jedoch auf einer Oberfläche ruht, wobei es insgesamt von einer ankommenden (einfallenden) Welle beleuchtet wird, wird auch teilweise von einer abgehenden (reflektierten) Welle beleuchtet. Außerdem werden Abschnitte der Streuwellen, die sich zur Oberfläche hin fortpflanzen, teilweise durch die Oberfläche zurückgestrahlt und dann teilweise durch das Teilchen neu zerstreut (d. h. mehrfach gestreut).

Alle gestreuten Wellenkomponenten weisen eine dauernde Phasenbeziehung zueinander auf und beeinflussen sich in einer komplizierten Weise. Außerdem ist von Bedeutung, daß in dem sich überlappenden gemeinsamen Volumen eine Interferenzzone aufgebaut wird (siehe Fig. 1A und 1B. Der Randkontrast in dieser Interferenzzone ist eine Funktion der Amplitude der reflektierten Welle, obwohl die Randabstände von den Beleuchtungswinkeln (Einfallswinkel R _i ) und dem Polarisationszustand der einfallenden Welle abhängen. Der Randabstand wird ausgedrückt durch:

Die Randzone stellt das Bild einer stehenden Welle dar, die an der Oberfläche phasenstarr ist. Für eine Polarisation "S" (elektrischer Feldvector senkrecht zur Einfallsebene) besteht auch bei Reflexion eine Phasenverschiebung von 180° unter allen Einfallswinkeln für die meisten Oberflächenmaterialien, wobei die Oberfläche selbst im allgemeinen in der ersten Dunkelzone liegt.

Der Kontrast der Säume (oder das Stehwellenverhältnis (SWR)) ist eine Funktion der Amplitude der reflektierten Welle, die aus den optischen Daten des Materials berechnet werden kann. Der Kontrast ist für Silicium ca. 60% (SWR = 2,5) bei Normaleinfall und erhöht sich auf 100% bei Streiflichteinfall.

Für die Polarisation "P" in der Einfallsebene) muß in seine zwei orthogonalen Komponenten zerlegt werden: E _p ∥ parallel zur Oberfläche und die andere E _p ⟂ senkrecht zur Oberfläche. E _p ∥ unterliegt einer Phasenverschiebung von 180°, während E _p ⟂ eine Phasenverschiebung von 0° aufweist, bis die Einfallswinkel größer sind als der Brewster'sche Winkel, worauf wieder eine Phasenverschiebung von 180° erfolgt.

So ist im allgmeinen die Saumzone bei Polarisation "P" auch an einer Dunkelzone bei einem Einfallswinkel von 0° phasenstarr, wobei bei wachsenden Einfallswinkeln eine allmähliche Phasenverschiebung eintritt. Amplituden der reflektierten Polarisationskomponenten "P" und "S" sind für das Material Silicium in Fig. 2 gezeigt. Silicium, das einen komplexen Reflexionsindex aufweist, hat beim Brewster'schen Winkel keinen Reflexionsfaktor Null. Bei Silicium nimmt der Saumkontrast "P" von 60% bie einem normalen Einfallswinkel bis auf fast 0% beim Brewster'schen Winkel ab, wo die Stehwellen im wesentlichen verschwinden.

Das Auftreten von mit einer Oberfläche phasenstarren Stehwellen erzeugt eine interessante Möglichkeiten für das Streuverhalten. Ein unmittelbares Ergebnis ist, daß bei normal einfallenden Wellen ein sehr kleines («γ) an der Oberfläche haftendes Teilchen sehr schwach streuen würde, verglichen mit einer über der Oberfläche erhabenen Stelle auf einer hellen Zone (tatsächlich fast 4× weniger). Bei einem schrägen Einfallswinkel würde auch eine "P"-Welle mehr streuen als eine "S"-Welle bei solch sehr kleinen Teilchen. Sammelgeometrien sammeln eher "S"-Strahlen, weil die "S"-Streuung am größten in der Spiegelnormalen zur Oberfläche ist, während "P" am stärksten parallel zur Oberfläche ist. Wenn die Größe der Teilchen zunimmt, erstrecken sie sich in mehr als einen Saum und bewirken ein kompliziertes Ansprechverhalten.

Somit ist die Amplitude einer jeden reflektierten Welle, welche das Teilchen beleuchtet, eine Funktion des Polarisationszustandes der ankommenden Welle und der optischen Eigenschaften der Oberfläche, wobei sie genau bekannt sein müssen, um das Streuverhalten zu bestimmen. Jedoch wird diese reflektierte Welle selbst durch die Anwesenheit des Teilchens gedämpft bei allen mit Ausnahme der kleinsten Teilchen und bei allen mit Ausnahme der größten Einfallswinkel. Das Teilchen schattet den reflektierten Strahl teilweise ab.

Offensichtlich würde das Problem vereinfacht werden, wenn das Teilchen mehrere Durchmesser über der Reflexionsgrenze aufgehängt werden könnte, um das Nahfeld von der Grenze hinwegzubewegen. Es sei jedoch daran erinnert, daß das Nahfeld sich wie I/D ^-2 verändert und, daß die Versetzung nur einige wenige Mikrons zu sein braucht, um den Schattierungseffekt zu verlieren.

Zu diesem Zweck können mehrere γ/2 Schichten von SiO₂ auf einer Siliciumscheibe gezogen werden, um eine Situation gemäß Fig. 3 zu schaffen. Für Teilchen im Submikronbereich kann dann die Wirkung der Abschattung durch das Teilchen für die Praxis vernachlässigt werden. Versuche wurden mit monodispergierenden PSL-Teilchen durchgeführt, die durch solch eine Abstandsschicht angehoben wurden, wobei sich eine gute Übereinstimmung zwischen den theoretischen (nach der MIE-Theorie) und dem empirischen Werten ergab.

Wenn ein ungeradzahliges vielfaches von γ/4 als Abstand verwendet wird, würden sich offensichtlich andere Resultate ergeben, wenn das Teilchen von einer dunklen in eine helle Zone überwechselt. Abgesehen von der Tatsache, daß die Abstandsschicht die theoretische Behandlung vereinfacht, weist sie auch auf mögliche bedeutende Änderungen im Ansprechverhalten bei bearbeiteten im Gegensatz zu unbearbeiteten Scheiben hin.

Das größte Interesse nimmt jedoch das Beispiel der Fig. 1 ein, entsprechend einer unbearbeiteten Scheibe, wobei die Stärke der reflektierten Welle geschätzt werden muß, weil man eine nützliche Darstellung des Ansprechverhaltens gewinnen. Der Grund für dieses Interesse ist ersichtlich, wenn man sich klarmacht, daß der einfallende Strahl eine direkte "sammelbare" rückstreuende Komponente ergibt, während die reflektierte Welle eine direkte "sammelbare" vorwärtsstreuende Komponente erbringt. Die Vorwärtsstreuung ist erheblich größer als die Rückstreuung mit Ausnahme der Teilchen mit Rayleigh-Größe; in diesem Falle sind sie gleich. Es ist somit offensichtlich, daß die Amplitude der reflektiertenWelle ganz genau bestimmt werden muß. Außerdem müssen Phasendifferenzen zwischen allen Komponenten bestimmt werden, um die Streuintensitäten zu berechnen.

Wenn ein Teilchen sehr klein ist, dann ist der wirksame Streuquerschnitt viel kleiner als sein geometrischer Querschnitt, und daher kann die Wirkung des Teilchens auf die reflektierte Welle vernachlässigt werden. Wenn sich jedoch die Größe eines Teilchens an die derWellenlänge annähert, wird sein Streuquerschnitt größer als sein geometrischer Querschnitt

und die Anwesenheit des Teilchens beeinflußt die Welle stark. Bei einem Einfallswinkel von 0° beleuchtet die reflektierte Welle die Teilchen nicht sehr wirkungsvoll, wobei Q _sc <1 Größen entspricht, die größer sind als γ; seine Existenz wird durch das Teilchen selbst ausgeschlossen. Somit wird bei solchen Größen unter Einfallswinkeln von nahe 0° die sich ergebende Streuung nur durch Rückstreuung stärker angenähert. Nur wenn die Teilchengröße bis dahin abnimmt, wo Q _sc <1 oder bei größeren Einfallswinkeln an eine reflektierte Komponente aufzutreten beginnen und eine meßbare Vorwärtsstreuung erzeugen.

Für Berechnungszwecke wurde die erzeugte reflektierte Komponente (der Abschnitt, der potentiell abgeschattet ist) gedämpft, indem ihre Amplitude proportional zum Streuwirkungsgrad des Teilchens verkleinert wurde. An diesem Punkt ergab sich, daß ein Kompensationsfaktor entstand, welcher den dynamischen Bereich verringerte, da die Größe bis zu einem Punkt anwuchs, an dem eine starke Vorwärtsstreuung herrschte, wobei es am wenigsten wahrscheinlich war, erzeugt zu werden. Theoretische Werte für unbearbeitetes Silicium bei einem Einfallswinkel von 0° und einem Sammelwinkel von ±5° sind in Fig. 4 gezeigt. Berechnungen für Größen, die größer sind als 1 µm unterliegen einem anwachsenden Fehler und, während die mittleren Trends nützlich sind, sind die Frequenzgänge nicht ganz richtig in Phase und Amplitude. Das berechnete Ansprechverhalten im Submikronbereich kann jedoch nicht von den Istmessungen unterschieden werden. Für Größen, die größer sind als 1 µm ist der mittlere Frequenzgang im wesentlichen eine Funktion D². Ganz offensichtlich erzeugt diese Geometrie ein unbestimmtes Ansprechverhalten über einen großen Teil des Größenbereiches.

Für Polarisationswirkungen kann der Fall des Einfallwinkels von 60° untersucht werden. Hier ist ein Fall, in dem das Teilchen nicht viel an der reflektierten Beleuchtung verändern kann, da ein großer Teil durch Reflexion weit außerhalb des Bereiches erzeugt wird, der vom Teilchen beeinflußt wird. Wieder erfolgt für sehr kleine Teilchen die Beleuchtung durch eine ungestärkte reflektierte Welle, jedoch bei wachsender Größe entsteht wieder eine geringe Dämpfung der reflektierten Komponente, die wieder von Q _sc aus überschlagsmäßig berechnet wird. Die Ergebnisse für die Polarisation "S" und "P" bei Einfallswinkeln von 60° und Sammlungswinkeln von ±10° sind zusammen mit den experimentellen Werten für PSL in Fig. 5 gezeigt. In diesem wichtigen Submikronbereich von Größen sind die Übereinstimmungen ganz gut.

Auf den ersten Blick scheinen die Ergebnisse der Fig. 5 so schwierig zu verwenden zu sein, wie die der Fig. 4. Wenn jedoch die Streuungen von beiden Polarisationsmessungen unabhängig voneinander analysiert werden, gibt es zwei Kalibrierbeziehungen zur Auswahl sowie ein Polarisationsverhältnis. Für den Fall der Fig. 5 beispielsweise kann eine monotone Kalibrierung entwickelt werden, die durch Verwendung des Polarisationsganges "S" für Größen bis zu etwa 0,4 µ beeinflußt wird, worauf auf die Polarisationsgänge "P" für Größen größer als 0,4 µm umgeschaltet wird. Diese Art von "Polarisationsvielfältigkeit" ist in der schematischen Zeichnung der Erfindung in Fig. 6 angewandt.

Wie Fig. 6 zeigt, werden sowohl ein He-Ne-Laser 14 mit "P"-Polarisation als auch ein He-Ne-Laser 16 mit "S"- Polarisation verwendet. Obwohl nicht extra gezeigt, können die Laser auch mit verschiedenen Frequenzen sowie auc verschiedenen Polarisationen arbeiten. Der "P"-polarisierte Strahl 18 des Lasers 14 wird durch Spiegel 20 und 22 reflektiert, durch die zylindrische Linse 24 gesammelt, durch den Spiegel 26 reflektiert, durch die zylindrische Linse 28 gesammelt und durch den Spiegel 30 reflektiert, der den Strahl auf einen Punkt (Überwachungsbereich) auf der Oberfläche der Scheibe 32 richtet.

Weiter zeigt Fig. 6, daß die Scheibe 32 von einer Saugträgerplatte 34 getragen wird, so daß die Oberfläche im Überwachungsbereich liegt, und die Platte in herkömmlicher Weise durch den Motor 36 gedreht wird.

Der "S"-polarisierte Strahl 38 des Lasers 16 wird durch die Spiegel 40 und 42 reflektiert, durch die zylindrische Linse 44 gesammelt, durch den Spiegel 46 reflektiert, durch die zylindrische Linse 48 gesammelt und durch den Spiegel 50 reflektiert, der den "S"-Strahl auf die Oberfläche der Scheibe 32 richtet, so daß zwei Strahlen auf die Oberfläche an einem gemeinsamen Punkt im Überwachungsbereich einfallen.

Das infolge Teilchenverunreinigung oder Oberflächendefekten gestreute Licht wird durch die Linsenanordnung 54 gesammelt, welche ein sechslinsiges Dunkelfeldobjektiv mit begrenzter Beugung 56, 57, 58, 59, 60 und 61 aufweist, dessen Ausgangsstrahl an und durch einen polarisierenden Strahlenteiler 64 geleitet wird. Der polarisierende Strahlenteiler 64 trennt oder teilt das gestreute Licht in zwei Komponenten, von denen eine das vom "P"-Strahl gestreute Licht darstellt. Die Komponente, die das vom "P"-Strahl gestreute Licht enthält, wird durch den Strahlenteiler zum Detektor 66 geleitet, wo das gestreute Licht abgegriffen und in entsprechende elektrische Signale umgesetzt wird, die dann über die Verstärker 68 und 70 geleitet werden, um ein Ausgangsignal "P" zu erzeugen. Die "S"-Strahlkomponente wird vom Strahlenteiler zum Detektor 72 geleitet, wo das abgetastete Licht in entsprechende elektrische Signale umgesetzt wird, die dann durch den Verstärker 74 geleitet werden, wo ein Ausgangssignal "S" erzeugt wird.

Weisen die Laser verschiedene Frequenzen auf, so kann der polarisierende Strahlenteiler 64 durch einen dichroischen (farbentrennenden) Strahlenteiler ersetzt werden oder die Strahlen können anderweitig geteilt und gefiltert werden, um die beiden Streusignale voneinander zu trennen. Dann haben der "S"- und der "P"-Strahl verschiedene Farben (Frequenzen).

Fig. 6 zeigt auch, daß die Ausgangssignale der Verstärker 70 und 74 an einer Signalverarbeitungsschaltung 76 anliegen, deren Ausgangssignal die Verunreinigung durch Teilchen bzw. Defekte auf oder unter der Oberfläche des Materials anzeigt. Dieses Ausgangssignal kann ein monotones Ausgangsignal für die abgetastete Verunreinigung durch Teilchen sein. Für solch ein Ausgangssignal kann die Verarbeitungsschaltung 76 Schalter aufweisen, an denen Polarisationssignale "S" für Teilchengröße bis etwa 0,4 µ und Polarisationssignale "P" für Teilchengrößen von über 0,4 µ anliegen.

Die Verarbeitungsschaltung 76 ist ausführlicher in Fig. 7 gezeigt. Die Schaltung 76 weist die Impulshöhenanalysatoren 78 und 80 auf, an denen die Ausgangssignale der Verstärker 70 und 74 anliegen, wobei die Ausgangssignale der Analysatoren 78 und 80 an eine logische Schaltung oder einen Mikroprozessor 82 gelangen. Die Analyse der Signale "S" und "P" erfolgt mit den beiden unabhängigen Impulshöhenanalysatoren 78 und 80. Die Ist-Streuamplituden, die von den Impulshöhenanalysatoren 78 und 80 erzeugt werden, werden zweckmäßigerweise mit Hilfe der Einheit 80 miteinander verglichen, die vorprogrammierte logische Matrizen aufweisen kann, oder über eine "Nachschlagetabelle", die Software auf der Grundlage eines Mikroprozessors verwendet, um die Istwerte zu interpretieren und Entscheidungen bezüglich der Größe zu treffen bzw. um Teilchen von Oberflächenschäden zu unterscheiden.

Eine zweite Verwendung der Polarisationsanalyse dient den Oberflächendefekten. Oberflächendefekte oder -mängel weisen meist lange nicht eine so hohe Polarisationsempfindlichkeit wie die kleinen Teilchen auf. Die gesamte Streuung tritt auf einer Ebene auf, ohne die komplizierenden Wirkungen der Beleuchtung durch Mehrfachstrahlen. Die Hauptwirkung besteht in einer diffusen Streuung durch eine kleine, örtlich begrenzte Fläche. Die Streuung bei der Polarisation "S" gegenübe der Streuung bei Polarisation "P" ist im allgemeinen eine Konstante für einen bestimmten Raumsichtwinkel und kehrt die Ansprechgröße mit sich ändernder Größe nicht um wie bei den Teilchen. So können Teilchen von Oberflächenmängel durch Polarisationsverhältnismessungen unterschieden werden, ausgenommen bei einer Größe, bei welcher das Polarisationsverhältnis oder die Teilchen und Defekte gleich sind.

Bei anderen Sammelwinkeln sind die Ansprechfunktionen verschieden, jedoch im allgemeinen sorgt die Polarisation "S" für ein höheres Streuverhalten als die Polarisation "P" bei kleineren Submikrongrößen, wobei mit wachsender Größe das Verhältnis S/P umgekehrt wird. Es ist auch möglich, einen einzigen Laser zu verwenden, der sowohl gesteuerte "S"- als auch "P"-Ausgangssignale bzw. kreisförmig oder elliptisch polarisierte Ausgangssignale erzeugt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, bietet die Erfindung eine neue Anlage zur Oberflächenabtastung mit dem entsprechenden Verfahren, das sich gut zur Bestimmung der Verunreinigung durch Teilchen oder durch Defekte auf oder unter der Oberfläche eines Materials eignet.

Claims (15)

1. Einrichtung zum Abtasten von Oberflächen, gekennzeichnet durch:

• - eine strahlerzeugende Einrichtung (14, 16), welche einen ersten (18) und einen zweiten (38) Beleuchtungsstrahl mit vorgegebenen Polarisationen ("P", "S") erzeugen,
• - eine Strahlenrichteinrichtung (22, 24, 26, 28, 30; 40, 42, 44, 46, 48, 50), welche die Strahlen (18, 38) auf einen Überwachungsbereich (32) richtet,
• - einen Träger (34), der ein Material trägt, dessen Oberfläche abgetastet werden soll, wobei die Oberfläche im Überwachungsbereich (32) angeordnet ist, so daß die Strahlen (18, 38) auf die Oberfläche so einfallen, daß das Licht durch Verunreinigung und Defekte auf und unter der Oberfläche gestreut wird,
• - eine Sammeleinrichtung (54), welche das durch Verunreinigung und Defekte auf und unter der Oberfläche gestreute Licht sammelt,
• - eine Trennvorrichtung (64), welche das durch die Sammeleinrichtung (54) gesammelte Licht in eine erste und zweite Komponente trennt, wobei die erste Komponente das vom ersten Strahl (18) gestreute Licht und die zweite Komponente das vom zweiten Strahl (38) gestreute Licht umfaßt und
• - Detektoren (66, 72), welche das von der Trennvorrichtung (64) gestreute Licht aufnehmen und in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal für das gestreute Licht erzeugen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlerzeugende Einrichtung einen ersten (14) und zweiten (16) Laser aufweist, welcher Laserausgangsstrahlen (18, 38) mit verschiedenen Polarisationen ("P", "S") erzeugen, wobei der erste Laser (14) einen Strahl (18) mit "P"-Polarisation und der zweite Laser (16) einen Strahl (38) mit "S"-Polarisation erzeugen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (64) einen polarisierenden Strahlenteiler (64) aufweist, welcher das vom Strahl (18) mit "P"-Polarisation sowie das vom Strahl (38) mit "S"-Polarisation gestreute Licht trennt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlerzeugende Einrichtung (14, 18) je einen Einzellaser (14, 18) aufweist, der je einen Strahl (18, 38) mit "P"- und "S"-Polarisation aufweist, die je kreisförmig polarisierte und elliptisch polarisierte Strahlen sind, und, daß die Trennvorrichtung (64) Vorrichtungen zum Trennen des durch Verunreinigung und Defekte auf sowie unterhalb der Oberfläche gestreuten Lichtes aufweist, wenn der gewählte spezielle Strahl (18, 38) auf sie einfällt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeicnet, daß der Träger eine Saugträgerplatte (34) ist, auf dem das Material angeordnet ist, sowie dadurch, daß die Einrichtung einen Motor (36) aufweist, der die Saugträgerplatte (34) zum Abtasten der abzutastenden Oberfläche (32) aufweist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeleinrichtung (54) ein Dunkelfeldobjektiv (56, 57, 58, 59, 60, 61) mit begrenzter Beugung aufweist, welche das gestreute Licht sammelt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signalverarbeitungsschaltung (76) aufweist, an der die Ausgangssignale der Detektoren (66, 72) anliegen und die in Abhängigkeit von diesen Ausgangssignalen ein Ausgangssignal für mindestens Verunreinigungen oder auch Defekte auf und unter der Oberfläche (32) abgibt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung (76) Verunreinigung durch Teilchen auf und unter der Oberfläche (32) anzeigt.

9. Einrichtung zum Abtasten von Oberflächen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenrichteinrichtung (20, 22, 24, 26, 28, 30; 40, 42, 44, 46, 48, 50) eine Anordnung von Spiegeln und Linsen aufweist, welche die polarisierten Strahlen (18, 38) auf einen Überwachungsbereich (32) richten sowie dadurch, daß die Sammeleinrichtung (54) einen Linsensatz (56, 57, 58, 59, 60, 61) aufweist, der das von Verunreinigungen und Defekten auf sowie unter der Oberfläche (32) gestreute Licht gemeinsam sammelt.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (76) ein monotones Ausgangssignal für Verunreinigung durch Teilchen erzeugt, die in und an der Oberfläche (32) abgetastet wurden.

11. Verfahren zum Abtasten der Oberfläche eines Materialelements, gekennzeichnet durch:

• - Erzeugen eines ersten polarisierten Strahls,
• - Erzeugen eines zweiten polarisierten Strahls, dessen Polarisation sich von der des ersten Strahls unterscheidet,
• - Lenken des ersten und zweiten Strahls auf einen Überwachungsbereich,
• - Bereitstellen eines Materials, dessen Oberfläche im Überwachungsbereich abgetastet werden soll,
• - Sammeln des Lichts vom ersten und zweiten Strahl, das durch Verunreinigung und Defekte auf und unter der Oberfläche des Materials gestreut wurde,
• - Trennen des gesammelten Lichts, das vom ersten und zweiten Strahl gestreut wurde,
• - Abtasten des getrennten und gesammelten Lichts, das vom ersten und zweiten Strahl gestreut wurde, um elektrische Signale für das gestreute Licht abzugeben, und
• - Verarbeiten der elektrischen Signale, um eine Anzeige für mindestens Verschmutzung oder Defekte sowie unter der Oberfläche des Materials zu gewinnen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des ersten und zweiten Strahls das Erzeugen des ersten und zweiten Signals mit unterschiedlichen Polarisationen umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen des ersten Laserstrahls einen ersten Laserstrahl mit einer Polarisation "P" und das Erzeugen eines zweiten Laserstrahls mit der Polarisation "S" umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Strahl mit der Polarisation "P" gestreute Licht dazu verwendet wird, Teilchengrößen bis zu etwa 0,4 µ und das vom Strahl mit der Polarisation "S" Teilchengrößen über etwa 0,4 µ abzutasten.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis durch Messungen des abgetasteten gestreuten Lichts bestimmt wird, um Verunreinigungen von Defekten auf und unter der Oberfläche zu unterscheiden.