JPH0329318B2 - - Google Patents

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JPH0329318B2
JPH0329318B2 JP60181594A JP18159485A JPH0329318B2 JP H0329318 B2 JPH0329318 B2 JP H0329318B2 JP 60181594 A JP60181594 A JP 60181594A JP 18159485 A JP18159485 A JP 18159485A JP H0329318 B2 JPH0329318 B2 JP H0329318B2
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scanning
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AERONKA EREKUTORONIKUSU Inc
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Lasers (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコンウエハの様な正反射（また
は鏡面反射）面の微視的な欠陥を光学的に検出す
るのに走査レーザビームを用いるレーザ走査装置
に関するものである。
シリコンウエハ円板は、集積回路のようなソリ
ツドステート電子素子の製造において基板として
使用される。かき傷、孔、または結晶の不完全
さ、或は指紋、ほこりの様な表面汚染は極めて望
ましくなく、製造時の個々の素子の良品率に悪影
響を与える。
従来シリコンウエハの欠陥は、人がウエハを強
い光の下で目によつて検査する手動目視検査で行
つてきた。更に最近では、人手による目視検査法
よりも遥かに小さい欠陥を検査できる自動シリコ
ンウエハ検査システムが開発されている。この自
動シリコンウエハ検査システムの代表的なもの
は、シリコンウエハの検査に走査レーザビームを
用いている。このタイプのレーザ表面検査装置に
ついては「ザ．ジヤーナル．オブ．エレクトロニ
ツク、マテリアル（The Journal of Electronic
Material）」1974年第３巻第１号の第225−241頁
デー．アール、オズワルド（D.R.Oswald）およ
びデー．エフ．モンロー（D.F.Monroe）の
「ア・レーザ・スキヤン・テクニーク・フオー・
エレクトロニク・マテリアル（ａ Laser Scan
Technique for Electronic Material）」という
題目の論文、「ザ・ジヤーナル・オブ・エレクト
ロ・ケミカル・ソサイエテイ：ソリツド・ステー
ト・サイアンス・アンド・テクノロジー（The
Journal of Electro Chemical Society：Solid
State Science andTechnology）」1974年５月第
689−692頁エチ・ジエー・ルイズ（H.J.Ruiz）
外の「シリコン／アナライザ・ユージング・ア・
He−Ne レーザ（Silcon／Analyzer Using ａ
He−Ne Laser）」という題目の論文、米国特
許第3790287号、米国特許第4314763号および米国
特許第4376583号に記載されている。
これ等の公知のレーザ表面検査装置では、レー
ザビームでシリコンウエハの表面を横切り、ウエ
ハ表面よりの反射を検出し分析してウエハ上の欠
陥についての情報を得ている。欠陥がない場合に
は、すべての光が表面より正反射される。ビーム
が表面欠陥に当つた場所では光が散乱される。散
乱と正反射とは別々に集められ、分析することが
できる。
レーザ検出装置においては、実際上最小限のレ
ーザスポツトを用い、このスポツトが検査区域上
を動く時に合焦状態を保つことが望ましい。これ
は通常次のことを意味する、すなわち、スキヤナ
は検査面より或る距離になければならずまた比較
的狭い角度を動かねばならない。
半導体デバイスの製造時に使用されるシリコン
ウエハの代表的な寸法は直径５−10センチメート
ルの範囲であつた。けれども、半導体製造業者
は、より大きな直径のシリコンウエハ（最近では
20センチメートルのものが示されている）を用い
れば、半導体デバイスをより多数そしてより経済
的につくることができるということに気が付い
た。しかしながら現在入手できるウエハ表面検査
装置は、大きな検査幅を試験する能力に限りがあ
る。
例えば前記の米国特許第4376583号に記載され
たウエハ表面検査装置では、走査ビームＢは、図
面第１図に示したように、該走査ビームが必ずし
も表面に垂直とならないような小さな角度０で検
査表面を横切つて弧状に動く。反射ビームＲは拡
散する。限られた検査幅に対してはこれでも足り
るが、レーザ走査光学装置の寸法と幾何によつて
走査幅が制限される。
第２図に１６で示したように、略々平行な走査
装置を形成するために対物レンズを附加した装置
もある。この装置では、スポツトを形成する光束
は対物レンズ１６を通つてスキヤナの近くにある
光検出器１８に直接反射することができる。被検
査面より戻された光は走査装置を経て点検出器に
戻ることができるので、平行にされた走査装置は
拡散走査よりも小型である。これは、光検出器の
前の光フアイバその他の集光レンズの必要性をな
くする。その上、全走査を検出するのに検出器中
の小さな敏感な区域を用いることができる。更に
また、散乱された光を大きな角度で取ることによ
つてより多くの散乱光を集めることができるよう
に、全ユニツトをより近づけることができる。
けれども、比較的大きな検査幅を検査するため
には対物レンズ１５はそれに応じて大きくなけれ
ばならず、これは実際的でなくまた経済的に魅力
的でもない。
米国特許第4314763号には、走査ビームが常時
表面に垂直に保たれるようにしたレーザ表面検査
装置が示されている。この装置では、ビームは静
止し、ウエハがこのビームの下で回転されて蓄音
機のレコードのようにアルキメデスのらせんをト
レースする。けれども、この装置は、特に検査面
が広い場合にはきわめて時間がかかる。
以上の点に留意し、本発明は、レーザ表面検査
に用いるのに適し、特に広い検査幅をカバーする
のに適した改良されたレーザ走査装置を得ること
を目的とする。
本発明の別の目的は、小型で経済的な構造のレ
ーザ走査装置を得ることにある。
本発明の更に別の目的は、平行な走査パターン
を有し、全検査幅に亘つて焦点の合つたフライン
グ・レーザ・スポツトを維持する小型のレーザ走
査装置を得ることにある。
本発明は、前記およびその他の目的を達成する
ために、レーザビームを発生するレーザ源と、所
定の面内で走査するためにレーザビームを受けて
向け直すように位置された走査手段と、走査ビー
ムを受けるように位置された標的とを有するレー
ザ走査装置において、走査手段と、標的と、走査
手段と標的との間に間隔をおいて互いに対向して
配設された、走査手段から標的迄の走査ビームの
進路を複数回各反射面より反射させ且つ走査ビー
ムを平行な走査パターンで動させるための、平ら
な反射面を有するミラーと凹面の反射面を有する
ミラーで形成される一対の反射面を有する折り返
し光学室と、標的から反射された光を受けまたこ
の反射光より該標的の表面特性を検出する検出手
段とを有することを特徴とするものである。前記
の折り返し光学室は、走査手段と標的間の道程の
有効長を著しく増大し、これに対応して視野の深
度を増加する。
折り返し光学室はまた、走査手段により造られ
た彎曲した発散パターンを略々平行な走査システ
ムに変換する役もする。この装置によつて、検査
表面よりのスペクトル反射は再び光学室に入り、
光検出器で集められる。
本発明は更に、検査面の欠陥で散乱された散乱
光の略々全部を集中する独特な有利な装置を供す
るものである。集光器は検査面上方に設けられ、
放物体の形の内部反射面を有する。走査レーザに
よつてつくられる検査面上の線は前記の放物体の
一方の焦点に位置し、光パイプは他方の焦点に位
置する。このように、走査線より出るすべての散
乱光は光パイプに反射されてこの光パイプで集め
られ、光検出器で検出される。
以上本発明の特徴と利点について述べたが、そ
の他の特徴および利点は以下の図面の実施例につ
いての説明から明らかになるであろう。
以下に本発明を特定の実施例を示した図面によ
つて説明するが、本発明はこの実施例に限られる
ものではなく、本発明の好ましい効果を損なうこ
となしに種々の変形があることは当業者には明ら
かであろう。
本発明は前述したように、同じ光学表面を複数
回用いるようにその中でレーザビーム進路が“折
り返される”光学室を用いたもので、この室は、
走査ビームが各反射面より複数回反射されるよう
に一対の反射面を有する。したがつて、折り返し
光学室は一連の薄いレンズのように機能し、実際
上の物理的な効果は、比較的短い間隔内で比較的
長い焦点距離とこれに応じた視野の大きな深度で
ある。
以下の図面および詳細な説明は、このレーザ走
査装置がシリコンウエハの検査用のレーザ表面検
査に有利に用いる方法を述べたものである。しか
しながら、本発明は、レーザ走査装置を用いるこ
とのできるその他の数多くの用途にも適用できる
ことは言う迄もない。
第３図は本発明の表面検査装置の一部切欠斜視
図を示し、第４図はその側断面図、第５図は上面
図を示す。図に示すように、破線で示した入射レ
ーザビームＢは、低電力ヘリウムネオンレーザ２
１のような適当なレーザ源より出される。このレ
ーザ源２１よりの略々平行な光は、レシリコンウ
エハＷのきめらされた検査面に小径（例えば50−
75ミクロン）のスポツトを形成するように、レン
ズ２２と２３で集束される。ビームは、ミラー２
４と２５で転向された後、走査手段２７の回転多
面鏡２６に向けられる。この回転多面鏡２６は、
ウエハＷ又はその他の検査標的を横断するＬで示
した所定の走査線を追跡する反復走査パターンで
ビームを動かす。
第４図から最も良くわかるように、ビームは、
走査手段２７から細長いバウンスミラー
（bounce mirror）28に導かれ、次いで、全体を
３０で示した折り返し光学室に導かれる。この光
学室３０は平面ミラー３１と曲面ミラー３２とを
有し、これ等の反射面は互いに間隔をおいて対抗
して取付けられ、このためレーザビームは、第１
バウンスミラー２８より光学室内に入ると、最後
にこの光学室より出る前に複数回各反射面より反
射され、これによりビームは下向きに検査標的の
表面に向けられる。光学室３０内のビームのはね
返る数は、枢着されたバウンスバー（bounce
bar）３６によつてセツトされた走査ビームの入
口角度と出口角度によつて決まる。ビームを該ビ
ームが反射面の夫々から複数回反射されるように
光学室内で折り返すことによつて、極めてコンパ
クトな装置内で走査手段と検査標的間のレーザビ
ームの全有効移動長即ち焦点距離を著しく大きく
することが可能である。凹面ミラー３２を平面ミ
ラー３１と組合せて光学室３０の反射面の１つと
して用いることにより、光学室はまたビーム走査
路を略々平行な走査に変換する。したがつて、走
査ビームは該ビームが検査表面を横切る時にこの
表面に略々垂直に保たれる。
凹面ミラー３２の特定の曲率と平面ミラー３１
に対する間隔は、特定の走査装置の仕様明細によ
つて決まる。第３図から第５図に示したウエハ表
面検査装置の実施例では、彎曲した円柱または放
物状ミラーが好適で、ミラーの間隔は代表的には
50−200mmとすることができる。1625mm放物曲面
ミラー３２と平面ミラー３１との間隔が80mmの特
定の例では、曲面ミラー３２より３または４回の
はね返りによつて400−500mmの有効焦点距離が得
られる。曲面ミラー３２よりのはね返り即ち反射
の数を調整することによつて、1625mmの基本放物
焦点距離（base parabola focal length）から約
250と750mmの間の任意の有効焦点距離が得られ
る。
所定の標的面にあるウエハまたはその他の被検
査物の表面をレーザの走査線Ｌを横断する所定通
路に沿つて進めるために、移送装置４０のような
適当な手段が設けられる。
ウエハの表面より反射された光は正反射光と散
乱光の両方を含む。これ等の反射光成分は別々に
集められる、光検出器によつて電気信号に変換さ
れ、検査標的の表面特性の情報を得るために分析
される。例えば、この信号を比較器で分類してこ
れ等が起きた時を追跡することによつて、フロー
タイプの欠陥マツプと位置を表わすことができ
る。
入射レーザビームは平行にされ、このビームの
走査運動はウエハＷの表面に対して略々垂直なの
で、正反射ビームはコレクタ５０の上方部分にに
設けられたスロツト５１を経て戻り、再び光学室
３０に入り、ここで複数回各反射表面で反射され
て最後に光学室より出てバウンスミラー３７に当
たる。このバウンスミラーはやはり枢着されたバ
ウンスバー３６で支持されている。ビームは次い
でミラー３８により明視野光検出器３９に向け直
される。ビームはソースオプテイツクス
（Source optics）を経て戻るので、ビームは点に
収斂し、この収斂点は明視野光検出器３９の位置
と一致する。このようにして走査反射ビームは明
視野光検出器３９による光検出のために不動点ま
たはスポツトに再変換される。
検査表面上にあるコレクタ５０は、楕円体の形
の内反射面を有する。走査線Ｌに沿つた検査面か
ら拡散された散乱孔は線光源である。この線は楕
円体集光器５０の１つの焦点にある。第２の焦点
には、散乱した光を集めてこれを暗視野光検出器
５７に送るために透明な粗面（frosted）光パイ
プ５２が取付けられる。集められた散乱光はこの
場合光パイプ５２の端より出て適当に位置された
ミラー５３，５４で向きを変えられ、リレーレン
ズ５５によつて暗視野光検出器５７に収斂的に集
められる。このように、集光器５０の放物体の
形、光パイプ５２と放物体の焦点における走査線
Ｌとの配置によつてウエハＷの表面よりの散乱光
の略々全部が光パイプ５２に向けられ、この光パ
イプによつて集められることがわかるであろう。
第６図は本発明のレーザ表面検査装置の別の実
施例を示す。この実施例は多くの点において前記
の実施例に類似しており、既に詳細に説明をした
これ等の素子を重ねて説明するのを避けるため
に、対応部分には前の実施例の符号に（′）をつ
けて示してある。
この実施例と前の実施例との本質的な違いは、
この実施例は赤外線の３つの別々の出力チヤネ
ル、すなわち前の実施例における明視野と暗視野
と、これに加えて、鏡面をさまたげるかき傷やひ
びの増強検出のための“近”視野光の第３の出力
チヤネルを集め、分析できることである。更に詳
しく言うと、スペクトル反射ビームは中央の明視
野とこの明視野を取り囲むスペクトル反射光の
“近”視野とに分けられる。
第６図に示したように、明視野ミラー３８′は、
スペクトル反射ビームの中央像部分だけを明視野
光検出器３９′に反射するような寸法および位置
にされる。中央の明視野像を取巻くスペクトル反
射ビーム部分は、オーバフローミラー７１によつ
てリレーレンズ７２を経、次いでミラー７３から
近視野光検出器７０に向け直される。
第６図はまた散乱光を集めてこの散乱光を暗視
野光検出器５７′に向ける別の方法も示す。図に
示すように、円柱の集光レンズ７５が、光を集光
器７３したがつて暗視野光検出器５７′に向ける
ために取付けられている。
装置の信号−雑音比を更に高めるために、８０
で示した不透明なしや蔽または“ストツプ”を、
入射走査ビーム面とスペクトル反射走査ビーム面
の間に設けてもよい。これは、各入射および反射
ビームが互いに角度的にずれた面内にあるので可
能である。前記のしや蔽またはストツプは、光学
室３０′と標的との間および／または光学室３
０′とバウンスミラー２８′，３７′の間に取付け
てもよい。
各光検出器で集められた情報は、ウエハの表面
の性質、欠陥の大きさと位置についての重要な情
報を与えるために適当なインターフエースおよび
コンピユータ装置を経て処理することができる。
ひび測定および分類に用いられる適当な方法の詳
細については米国特許第4376583号に記載されて
いる。
【図面の簡単な説明】
第１図は線図的に示した従来のレーザ走査装
置、第２図は同じく線図的に示した別の形の従来
のレーザ走査装置、第３図は本発明のレーザ走査
装置の一実施例の一部切欠斜視図、第４図は第３
図の側断面図、第５図はその平面図、第６図は本
発明の別の実施例の線図的な斜視図、である。 ２１，２１′……レーザ源、２６，２６′……回
転多面鏡、２７，２７′……走査手段、２８，２
８′，３７，３７′……バウンスミラー、３０，３
０′……折り返し光学室、３１……平面ミラー、
３２……曲面ミラー、３６……バウンスバー、３
９，３９′……明視野光検出器、４０……移行手
段、５７，５７′……暗視野光検出器、７０……
近視野光検出器、７１……オーバフローミラー、
７５……円柱集光レンズ、８０……不透明しや
蔽、Ｌ……走査線、Ｗ……シリコンウエハ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビームを発生するレーザ源２１と、所
    定の面内で走査するためにレーザビームを受けて
    向け直すように位置された走査手段２７と、走査
    ビームを受けるように位置された標的Ｗとを有す
    るレーザ走査装置において、走査手段２７、と標
    的Ｗと、走査手段と標的との間に間隔をおいて互
    いに対向して配設された、走査手段から標的迄の
    走査ビームの進路を複数回各反射面より反射させ
    且つ走査ビームを平行な走査パターンで動かさせ
    るための、平らな反射面を有するミラー３１と凹
    面の反射面を有するミラー３２で形成される一対
    の反射面を有する折り返し光学室３０と、標的Ｗ
    から反射された光を受けまたこの反射光より該標
    的の表面特性を検出する検出手段とを有すること
    を特徴とする小型レーザ走査装置。 ２ 標的Ｗは所定の標的面内にあつて所定の長さ
    と巾を有し、走査装置は、標的面内でレーザビー
    ムの走査路Ｌを横切つて延在する所定の進路に沿
    つて標的を動かす装置４０を附加的に有し、標的
    のこの運動の間に該標的の全長および全巾がレー
    ザビームによつて走査される特許請求の範囲第１
    項記載のレーザ走査装置。 ３ 検出手段は、暗視野光検出器５７と、標的の
    表面から反射された散乱光を前記の暗視野光検出
    器に向ける手段とを有する特許請求の範囲第１項
    記載のレーザ走査装置。 ４ 散乱光を暗視野光検出器５７に向ける手段
    は、光を受けてこの光を前記の暗視野光検出器に
    導くために該光検出器と光学的に結合された光パ
    イプ５２と、検査面に隣接して位置し、レーザ走
    査線と検査面との交線および光パイプの縦軸が各
    焦点にあるように位置決めされた放物体ミラー５
    ０とを有し、これにより、前記の走査線に沿つて
    検査面より反射された散乱光の略々全部が光パイ
    プに向けられるようにした特許請求の範囲第３項
    記載のレーザ走査装置。 ５ 検出手段は、明視野光検出器３９と標的より
    主反射された光をこの明視野光検出器に向ける手
    段とを有し、前記の明視野光検出器は、正反射ビ
    ームが折り返し光学室３０に向けられて標的から
    明視野光検出器への進路が前記の光学室の各反射
    面より複数回反射されるように位置決めされた特
    許請求の範囲第１項記載のビーム走査装置。 ６ 正反射光を明視野光検出器３９に向ける手段
    は、正反射ビーム中心像部分だけを前記の明視野
    光検出器に向ける手段を有し、前記の明視野光検
    出器は、附加的に近視野光検出器７０と、前記の
    中心像部分を取囲む正反射ビームの残りの取巻部
    分を前記の近視野光検出器に向ける手段とを有す
    る特許請求の範囲第５項記載のビーム走査装置。 ７ 検査面と折り返し光学室の間の正反射ビーム
    の進路は、入射走査ビームの所定の面とは異なる
    面内にあり、反射ビームを入射ビームより分離す
    るために入射ビームの面と反射ビームの面との間
    に位置する不透明のしや蔽８０を有する特許請求
    の範囲第５項記載のビーム走査装置。
JP60181594A 1984-10-09 1985-08-19 小型レ−ザ走査装置 Granted JPS6191985A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/658,603 US4630276A (en) 1984-10-09 1984-10-09 Compact laser scanning system
US658603 1984-10-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6191985A JPS6191985A (ja) 1986-05-10
JPH0329318B2 true JPH0329318B2 (ja) 1991-04-23

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ID=24641926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60181594A Granted JPS6191985A (ja) 1984-10-09 1985-08-19 小型レ−ザ走査装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4630276A (ja)
EP (1) EP0178037B1 (ja)
JP (1) JPS6191985A (ja)
KR (1) KR900002110B1 (ja)
AT (1) ATE70635T1 (ja)
DE (1) DE3584934D1 (ja)
IL (1) IL75098A (ja)
NO (1) NO170702C (ja)

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