JPH0650903A - 表面粒子検出装置及び方法 - Google Patents

表面粒子検出装置及び方法

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JPH0650903A
JPH0650903A JP5087324A JP8732493A JPH0650903A JP H0650903 A JPH0650903 A JP H0650903A JP 5087324 A JP5087324 A JP 5087324A JP 8732493 A JP8732493 A JP 8732493A JP H0650903 A JPH0650903 A JP H0650903A
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probe
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probe beam
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JP5087324A
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John S Batchelder
サミュエル バッチェルダー ジョン
Donald M Decain
マイケル デケイン ドナルド
Philip C D Hobbs
チャールズ ダンビー ホッブズ フィリップ
Marc A Taubenblatt
アラン トーベンブラット マーク
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面粒子検出の感度を改良する。 【構成】 ヘテロダイン干渉計と暗視野照明又はロイド
鏡検出とを結びつける。ブラッグセル50から異なる角
度で放出される異なる波長のプローブビーム52及びリ
ファレンスビーム54は、それぞれレンズ56を通っ
て、ワークピース26の表面24上の粒子28が存在す
る位置に集束される。プローブビーム52及びリファレ
ンスビーム54は、すれすれの角度でワークピース表面
24に入射される。粒子28からの散乱プローブビーム
60及び散乱リファレンスビーム62がロイド鏡検出器
40で受光されると、ビート周波数信号が発生され、粒
子28が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ワークピース(workpi
ece )表面の粒子及び***部(asperity)の検出に関す
る。特に、本発明は、表面の粒子又は***部を検出する
ために、ヘテロダイン干渉計を暗視野照明又はロイド鏡
検出と結びつける。
【0002】
【従来の技術】暗視野検査手段(ツール)は、表面汚染
のための現在の最高技術水準の粒子検出器である。これ
らの手段は、すれすれの角度(grazing angle )の照明
を用いてワークピース表面に特有の干渉節を確立する技
法に頼っている。その結果、表面の主な鏡面より高い輪
郭を有する粒子又は形状のみが照明されて、光を散乱す
る。最高水準の粒子検出器のいくつかは、ロイド鏡と呼
ばれるプロセスを使用して、すれすれの角度における散
乱光を検出する。後者の技法でも、ワークピース表面よ
り高い輪郭の粒子又は形状が優先的に検出される。
【0003】これらの手段は全て、表面に粒子が無い場
合には検出器は光を測定しないという仮定の下で機能す
る。表面に粒子が存在しない場合に光が全く測定されな
いことを保証するために、部屋の明かりを遮断し、迷光
散乱を吸収するための努力が行われる。多種類の検査製
品(例えば、粗い金属膜表面等)では、検査手段内の黒
色表面へ到達し反射されて検出器内へ散乱される検査膜
からの散乱光は、バックグラウンド光の主な原因であ
り、検出器の感度に影響を及ぼす根本的な制限である。
【0004】これらの暗視野技法をその場(in-situ )
測定で用いようとする場合には、問題が起こる。即ち、
光は処理チャンバの窓を通って進行しなければならな
い。その上、典型的な処理チャンバは、光反射性であっ
て光吸収性ではない。更に、チャンバ内で実行されるプ
ロセスは、発光を起こすことが多い。これらが合わさっ
て、暗視野測定技法を用いるその場粒子検査には非常に
多くの散乱光の原因が存在するいう影響を与える。
【0005】製造プロセス手段内部でのその場測定に加
えて、他の検査プロセスと組み合わせて表面の粒子又は
***部を検出することが所望される場合もある。例え
ば、表面粒子検出器を備えた光学顕微鏡の観察ステーシ
ョン(review station)は、オペレータが表面上の汚染
の存在及び種類の両方を迅速に評価できるようにする。
走査型電子顕微鏡又は集束イオンビーム手段(focussed
ion beam tool)へ粒子検出器を付加すると、始めに粒
子を検出し、次に走査型電子顕微鏡又は集束イオンビー
ム手段で粒子を再度検出できるように十分な正確さでワ
ークピースを再位置合わせする必要なく、粒子の形態分
析及び組成測定の両方を行うことができる。
【0006】二重暗視野顕微鏡法は、「二重暗視野顕微
鏡法(Doubly Darkfield Microscopy )」( IBM Techn
ical Disclosure Bulletin, vol. 30, no. 6, 1987年11
月,334 頁)と題される論文に記載されている。暗視野
走査は、米国特許第4、610、541号に開示されて
いる。
【0007】同一波長の散乱ビーム及びリファレンスビ
ームを有する粒子検出に有用な装置は、米国特許第5、
030、842号に記載されている。この特許は、2つ
の検出システムを説明している。1つのシステムでは、
リファレンスビーム及びプローブビームの両方が表面か
ら反射され、検出器で結合される。この明視野−明視野
システムは、光検出器で生成される信号が粒子存在の有
無にかかわらず始めのレーザ変調を再生するので、粒子
検出に対しては効果がない。もう1つのシステムでは、
光検出器は、ワークピース表面からの暗視野散乱のみを
受光する。この構成は、散乱信号のホモダイン増幅又は
ヘテロダイン増幅のいずれかを生成するために検出器で
の暗視野散乱入射光と干渉性のある光ビームが無いの
で、実施可能ではあるが迷光排除を行わない。
【0008】別の構成では、プローブビーム及びリファ
レンスビームは同一波長を有し、ヘテロダイン増幅の代
わりにホモダイン増幅を生成する。この構成では、プロ
ーブビームは強度が変調される。実施例では、例えば、
セルへのRF駆動信号がオフされたときにだけ表面へ光
を透過させるブラッグセル(Bragg cell)が
備えられ、ブラッグセルへのRF信号の振幅変調がプロ
ーブビームの強度を変調する。この実施例は実施可能で
あるが、最適なものではない。干渉計の増幅は、リファ
レンス信号の周波数と増幅されるべき信号とが正しい位
相関係を有する場合にだけ働く。ヘテロダイン増幅で
は、リファレンス信号及び増幅されるべき信号が異なる
周波数を有するので、可能性のある全ての位相関係が検
出される。ホモダイン増幅では、粒子散乱信号はランダ
ムな位相を有することができるので、リファレンス信号
及び増幅されるべき信号は、実質的にわずかな時間を適
切に干渉しない。
【0009】本発明は、ヘテロダイン技法の迷光排除能
力と、ロイド鏡検出を伴う又は伴わない暗視野照明の隆
起部検出能力と、を結びつけることによって、上記の制
限を克服するものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主要
な目的は、異なる波長のプローブビーム及びリファレン
スビームを有するヘテロダイン暗視野表面粒子検出器を
提供することである。
【0011】本発明のもう1つの目的は、すれすれ角度
での散乱光がロイド鏡と呼ばれるプロセスにより検出さ
れる、異なる波長のプローブビーム及びリファレンスビ
ームを有するヘテロダイン暗視野表面粒子検出器を提供
することである。暗視野照明及びロイド鏡検出の組み合
わせは、二重暗視野(doubly darkfield)といわれてい
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の表面粒子検出装置は、異なる波長のプロー
ブビーム及びリファレンスビームを発生すると共に、前
記プローブビームで表面を照明するための手段と、表面
の粒子を捕える前記プローブビームから起こる散乱プロ
ーブビームを検出し、表面が前記リファレンスビームで
照明される場合に表面をすれすれの角度で捕える前記リ
ファレンスビームからの実リファレンスビームを検出
し、前記リファレンスビームで照明されている表面が無
い場合に前記リファレンスビームから起こる仮想リファ
レンスビームを検出し、表面の粒子の存在を示すビート
周波数信号を発生する検出器手段と、を備えている。
【0013】また本発明の表面粒子検出方法は、異なる
波長のプローブビーム及びリファレンスビームを発生す
るステップと、前記プローブビームで表面を照明するス
テップと、表面の粒子を捕える前記プローブビームから
起こる散乱プローブビームを検出し、表面が前記リファ
レンスビームで照明される場合に表面をすれすれの角度
で捕える前記リファレンスビームからの実リファレンス
ビームを検出し、前記リファレンスビームで照明されて
いる表面が無い場合に前記リファレンスビームから起こ
る仮想リファレンスビームを検出し、表面の粒子の存在
を示すビート周波数信号を発生するステップと、を含
む。
【0014】
【作用】ヘテロダイン検出器法では、ワークピース表面
に配置された粒子から散乱された光は、粒子から放射さ
れる電場の2乗に比例する検出信号を生成する。検出器
に追加の光が存在し、この追加の光が粒子から散乱され
る光と空間的に干渉性である場合、得られる検出信号は
2つの電場の和の2乗に比例する。小粒子から散乱され
る光は粒子に集中されるファーフィールド(遠距離電磁
界)に球波面信号を生成するので、追加の光又はリファ
レンスビームは、所望の2乗増幅効果を達成するため
に、同一の有効波面を同様に生成しなければならない。
【0015】このようなリファレンスビームを発生する
方法は2つある。その1つは、リファレンス光ビームを
検査中のワークピース表面に粒子近傍で集束させて、表
面から反射するビームを検出器で検出する方法である。
この方法により散乱される検出信号は、実リファレンス
信号と称される。もう1つは、リファレンスビームがワ
ークピース表面に入射されることなく、リファレンス波
面を粒子からの散乱光と共平面になるように検出器に光
学的に配置する方法である。この方法による検出信号
は、仮想リファレンス信号と称される。
【0016】本発明の教示によると、粒子からの散乱場
を発生するプローブビームは、リファレンスビームとは
異なる波長である。2つの異なる波長を有する粒子から
の散乱ビーム及びリファレンスビームが検出器で混合さ
れる場合、2つのビーム間の干渉の結果、ヘテロダイン
検出では一般的であるように、2つの光ビームの周波数
の差に等しい周波数の変調信号が得られる。
【0017】ホモダイン検出(プローブビーム及びリフ
ァレンスビームが同一波長、即ち同一周波数である)の
使用は、レーザノイズ、バックグラウンド散乱及びマイ
クロホニックスの影響をより受けやすいので、あまり望
ましくない。更に、パターン化形状又は粗い形状をわた
る走査は、実リファレンスビーム法を使用する場合、リ
ファレンスビームの高周波数変調を発生する。この問題
を解決するために、プローブビーム及びリファレンスビ
ーム間の干渉又はビート周波数は、少なくとも、走査か
ら起こり得る最高変調周波数より高い大きさにされる。
【0018】実リファレンスビームは、表面にほぼ垂直
な入射角、表面に対してすれすれの入射角、又はすれす
れと垂直の間の角度で、ワークピースへ入射させること
ができる。すれすれの角度は、ワークピース表面に対す
る垂直軸から80°より大きい角度と定義される。他の
場合には、角度は略垂直であると考えられる。仮想リフ
ァレンスビームも同様に類別される。仮想リファレンス
は、検出器に到達する波面の後方伝播が、ワークピース
表面に対する垂直軸から80°より大きい角度でワーク
ピース表面に入射される場合、すれすれであるとされ
る。その他の場合には、角度は、略垂直であると考えら
れる。
【0019】暗視野照明及びロイド鏡検出はほぼすれす
れの角度で光が表面に入射される場合に起こり、干渉パ
ターンは、入射光波と反射光波との間に形成される。得
られる電界強度Iは、以下の式に従って、表面からの距
離hと共に変動する。
【0020】
【数1】
【0021】ここで、I0 は入射照明の強度であり、λ
は光波長、θは入射角である。表面に近い位置では、こ
の式は、次のように簡単化される。
【0022】
【数2】
【0023】強度Iは、表面からの距離hと共に、次第
に増大する。従って、表面の粗形状又はパターン形状は
照明されないが、表面の上方へもり上がる***部又は粒
子は照明される。
【0024】あるいは、表面より上方hの位置に光源が
あり、検出器が表面に対する垂直軸から角度θで散乱さ
れた光を受信するように配向されていると仮定すると、
0は、表面が無い場合に検出器が測定する強度であ
る。表面の存在は、検出器へ第2の光路を提供する。θ
が90°に十分近接する(即ち、すれすれの角度)と、
反射ビームの180°位相シフトがある。検出器で生成
される入射光ビーム及び反射光ビームからの結合強度
は、上記の2つの式により定義される。この効果はロイ
ド鏡と呼ばれる。すなわち、直接入射する光波と反射光
波との間でファーフィールドに干渉が形成され、すれす
れの角度ではゼロで始まる干渉縞を形成する。
【0025】好ましい実施例は、入射面に垂直に偏光さ
れる(S偏光)光源を有する。何故なら、この構成は、
通常、最高の反射率を有し、位相シフトが180度に最
も近いからである。
【0026】本発明は、改良された粒子検出を達成する
ために、ヘテロダイン検出と暗視野照明とロイド鏡検出
との組み合わせに頼る。
【0027】理論上、プローブ又は入射照明は、略垂直
入射角又はすれすれの入射角であり、リファレンスビー
ムは略垂直入射角又はすれすれの入射角であり、リファ
レンスビームは標準的に実又は仮想であり得るので、可
能性のある組み合わせは8つある。以下の表1は8つの
可能性を示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1においてプラスの符号(+)で示され
る5つの組み合わせのみが本発明に属する。
【0030】実リファレンスビームと従来検出との組み
合わせは、リファレンスビームが表面から反射されて検
出器に入るような垂直角で表面に入射される必要がある
ので、無視される。このような構成は多くの種類の干渉
計顕微鏡(例えば、ノルマルスキ(Normarski ))にお
いて一般的であり、リファレンスビームに非常に多くの
表面信号を導入する。垂直角で表面に入射する仮想リフ
ァレンスビームと表面への垂直角入射ビームとの組み合
わせは、入射ビームもリファレンスビームもすれすれ角
照明又は検出の特性を利用しておらず、従って、表面の
粒子又は***部から起こる信号に対して優先性を提供し
ないので、無視される。残りの5つの組み合わせは、粒
子検出のために改良された検出能力を有する新規な手段
を提供する。
【0031】
【実施例】図1乃至図5は、上記の表1に示された5つ
の好ましい組み合わせのそれぞれを示している。
【0032】図面、特に図1を参照すると、実リファレ
ンス光ビームと、ロイド鏡検出と、表面に実質的に垂直
な方向でワークピース表面に入射するプローブビーム
と、を使用して、ワークピース表面の粒子又は***部を
検出するための構成の略図が示されている。
【0033】レーザ10は、波長λ1 のエネルギビーム
をビームスプリッタ12へ伝送する。ビームスプリッタ
12において、ビームは、プローブビーム14及びビー
ム16の2つの部分に分割される。プローブビーム14
は、反射体18及び反射体20からレンズ22を通って
ワークピース26の表面24上へ反射される。波長λ 1
のプローブビーム14は、ワークピース表面に配置され
た粒子又は***部28を照明するためにワークピース表
面に実質的に垂直な角度でワークピースに衝突する。
【0034】レーザビーム16はブラッグセル30に進
入し、そこで回折され、ビームの波長は、そこから出て
いくリファレンスビーム32とプローブビーム14とが
異なる波長を有するように、値λ2 に変化される。リフ
ァレンスビーム32はレンズ34を通って進行し、すれ
すれの角度θ、即ち表面への垂直軸から約80°以上大
きい角度で表面24に入射される。プローブビーム14
及び実リファレンスビーム32は、表面24上の実質的
に同じ位置に集束される。
【0035】ビームが粒子28に遭遇すると、2つのビ
ーム、即ち第1波長λ1 の散乱プローブビーム36及び
第2波長λ2 のリファレンスビーム38が検出器40で
受光される。好ましい実施例では、検出器はロイド鏡で
あり、すれすれの角度で散乱される光を検出する2乗電
場検出器(square law electric field detector)(例
えば、フォトダイオード)なので、散乱場及びリファレ
ンス場が検出器で混合され、散乱プローブビーム信号と
散乱リファレンスビーム信号との周波数の差に等しい周
波数のビート周波数信号が発生される。
【0036】レーザやバックグラウンド散乱等から起こ
る疑似ノイズはヘテロダイン検出方式により相殺される
ので、ビート周波数信号の検出は、表面粒子から起こる
信号の改良された信号対雑音比検出を提供する。図1に
示される構成でリファレンスビームにより与えられる暗
視野照明をロイド鏡検出器と組み合わせると、検出感度
の改良が得られる。
【0037】ヘテロダイン検出は、G. Makoschらによる
論文「電気光学的位相測定による表面のプロファイリン
グ(Surface Profiling By Electro-Optical Phase Mea
surements )」( SPIE vol. 316, 1981年, 42-53 頁)
に記載されている。ロイド鏡検出は、M. Born 及びE. W
olf の著書「光学の原理(Principles of Optics)」
(New York, 第5版, 1975年, 262-263 頁)に記載され
ている。
【0038】典型的な実施例では、λ1 の値は195n
m乃至1100nmの範囲である。波長λ2 のビームの
周波数は、波長λ1 のビームの周波数から、10KHz
と1GHzの間の範囲の周波数によりオフセット(相
殺)される。ここで、f1 =c(λ1 /n)であり、c
は真空中の光の速度、nはビームが進行する媒体の屈折
率である。レーザは、固体レーザ、ガスレーザ、ガラス
レーザ、又は色素レーザである。
【0039】検出器の出力は、プローブビーム及びリフ
ァレンスビームが直角でない角度θで交差する位置にお
いてワークピース表面に粒子又は***部が存在すること
を示す信号である。
【0040】図2は、実リファレンスビームと、ロイド
鏡検出と、すれすれの角度でワークピース表面に入射す
るプローブビームと、を使用する表面粒子検出の略図で
ある。
【0041】レーザ10は、エネルギビームをブラッグ
セル50へ伝送する。2つのレーザビーム52、54
は、異なる波長及び異なる角度でブラッグセルから出て
いく。第1ビーム52はプローブビームであり、レンズ
56を通って進行し、ワークピース26の表面24上の
粒子28が存在する位置に集束される。第2ビーム54
はリファレンスビームであり、レンズ56を通って進行
し、ワークピース26表面の粒子28が存在する位置に
集束される。プローブビーム52及びリファレンスビー
ム54は両者とも、すれすれの角度でワークピース表面
24に入射される。2つのビームは表面24の垂直軸5
8に関して同一又は異なる角度で入射されることができ
る。
【0042】図1の構成に関して記載したのと同じよう
に、粒子28からの散乱プローブビーム60及び散乱リ
ファレンスビーム62は、ロイド鏡検出器40で受光さ
れる。ビート周波数信号が発生され、粒子28が検出さ
れる。
【0043】図3は、仮想リファレンスビームと、従来
の検出と、すれすれの角度でワークピースに入射するプ
ローブビームと、を使用する表面粒子検出器の略図であ
る。
【0044】レーザ10はエネルギビームをビームスプ
リッタ12へ伝送する。ビームスプリッタ12におい
て、ビームはプローブビーム64及びビーム66へ分割
される。ビーム66は反射体18からブラッグセル30
へ反射され、ビーム66の波長から変化された波長を有
するリファレンスビーム68が出ていく。リファレンス
ビーム68は部分反射体70へ進行し、ワークピース表
面24に入射されることなく、部分反射体70から検出
器72へ直接反射される。このようなリファレンスビー
ムは仮想リファレンスビームと呼ばれる。
【0045】プローブビーム64はレンズ74を通って
進行し、粒子28の位置においてすれすれの角度で表面
24へ入射される。散乱プローブビーム76は、粒子2
8から表面24に実質的に垂直な方向に反射される。ビ
ーム76はレンズ78及び部分反射体70を通って進行
し、検出器72で受光される。
【0046】仮想リファレンスビーム68と粒子28か
らのプローブビーム76の波長は異なるので、検出器7
2は、従来のヘテロダイン構成によって、プローブビー
ム64が表面24に入射される位置に粒子28が存在す
ることを示すビート周波数信号を発生する。
【0047】粒子又は***部28が存在しないと、プロ
ーブビーム64は表面24から反射され、検出器72に
より受光されることなくビーム80として進行し続け
る。
【0048】図4は、仮想リファレンスビームと、ロイ
ド鏡検出と、表面に実質的に垂直な角度でワークピース
上に入射されるプローブビームと、を使用する、本発明
を実施するための別の実施例を概略的に示す。
【0049】レーザ10は、エネルギビームをビームス
プリッタ12へ伝送する。ビームスプリッタ12から、
リファレンスビーム84及びプローブビーム86が出て
いく。リファレンスビーム84は検出器40へ進行す
る。
【0050】プローブビーム86は反射体18によりブ
ラッグセル30へ反射され、ビームの波長が変化され
る。ブラッグセル30から出ていくプローブビーム88
は反射体20により反射され、レンズ22を通って進行
して、ワークピース表面に実質的に垂直な角度で粒子2
8の位置においてワークピース表面に入射される。プロ
ーブビーム88が粒子又は***部28を捕える(interc
ept )と、散乱プローブビーム90が反射されて、ビー
ムスプリッタ12を通って検出器40へ進行する。
【0051】散乱プローブビーム90の波長と仮想リフ
ァレンスビーム84の波長は異なるので、ロイド鏡検出
器40は、ワークピース表面24に粒子28が存在する
ことを示すビート周波数信号を発生する。
【0052】図5は、仮想リファレンスビームと、ロイ
ド鏡検出と、すれすれの角度でワークピースに入射され
るプローブビームと、を使用する本発明の更なる実施例
を概略的に示している。
【0053】レーザ10は、エネルギビームをビームス
プリッタ94へ伝送する。プローブビーム96はビーム
スプリッタを出て、レンズ98を通って進行し、粒子2
8の位置においてすれすれの角度でワークピース表面2
4に入射される。粒子を捕えると、散乱プローブビーム
100が反射され、レンズ98を通ってビームスプリッ
タ94へ戻される。そこから、散乱プローブビームはロ
イド鏡検出器40で受光される。
【0054】ビーム102の波長が変化されると、ビー
ムスプリッタ94を出ていくビーム102は、反射体1
8によりブラッグセル30へ反射される。リファレンス
ビーム104は第2の反射体20で反射され、ビームス
プリッタ94を通って進行し、検出器40で仮想リファ
レンスビーム104として受光される。
【0055】仮想リファレンスビーム104と散乱プロ
ーブビーム100の波長は異なるので、ロイド鏡検出器
40は、プローブビーム96がすれすれの角度で入射さ
れた位置においてワークピース表面24に粒子28が存
在することを示すビート周波数信号を発生する。
【0056】粒子又は***部28が存在しないと、すれ
すれ入射角のプローブビーム96は表面24からビーム
106として反射され、散乱プローブビームは検出器4
0で検出されない。
【0057】図2に示される実施例の変形例では、He
Neレーザビームは、集束レンズを通ってブラッグセル
内へ進行した。ブラッグセルでの散乱の影響を最小限に
するために、リファレンスビームの光路に偏光子及び回
転子が挿入された。シリコン又はセラミックワークピー
スからの反射後、リファレンスビームは、レンズを通っ
て検出器へ進行した。実際には、ターゲットがシリコン
露出面から直径約10ミクロンの粗粒子を含む表面へ変
わると、検出器は、50dBの信号範囲を発生すること
ができた。バックグラウンド信号の多くは、ブラッグセ
ル内の散乱から派生するようであった。ブラッグセル内
で派生される散乱は、多数の方法によって除去すること
ができる。例えば、ブラッグセルからの2つの出力ビー
ムを2つの直角偏光フィルタを通過させることによっ
て、ねじれ波(shear wave)ブラッグセルでは、バック
グラウンドノイズが実質的に低減された。
【0058】図6は、図2に示される構成にハイパテレ
セントリックスキャナ(hyper-telecentric scanner )
を組み入れた本発明の好ましい実施例を概略的に示す。
この実施例は、その場(in-situ )汚染測定のために特
に有用である。レーザ110は、エネルギビーム112
をブラッグセル114内へ伝送する。ブラッグセルから
は、異なる波長を有するリファレンスビーム116及び
プローブビーム118が出ていく。ビーム116及び1
18はレンズ120によって振動ガルボミラー(galvo-
mirror)122上へ集束される。リファレンスビーム1
16及びプローブビーム118は、ガルボミラー122
から球面鏡部126の反射面124へ反射される。ビー
ムはそこから反射され、すれすれの角度でワークピース
26の表面24に入射され、走査線128に沿って交差
する。
【0059】リファレンスビーム116は、表面24又
は表面の粒子から反射された後常に検出器130で受光
されるように、ガルボミラー122をガルボミラーの点
軸で捕えるようになっている。
【0060】プローブビーム118は、鏡126から反
射されたプローブビーム118が表面24上の粒子を捕
える場合に散乱プローブビーム132が検出器130で
受光されるように、ガルボミラー122を軸外で捕え
る。粒子が存在しない場合には、プローブビーム118
はビーム134として表面24から反射され、検出器1
30で受光されない。
【0061】好ましくは、検出器130は、粒子が走査
プローブビームにより捕えられた場合にビート周波数信
号を発生するロイド鏡検出器である。
【0062】図6に示される実施例により提供される利
点は、暗視野検出及びロイド鏡の組み合わせ、実施例の
低い鉛直外形、ほぼ前方散乱方向における検出、ワーク
ピース表面の広い面積を迅速に走査できること、並び
に、迷光に対する設計の不感知性である。
【0063】当業者には明らかなように、所望されるな
ら、ワークピースに2次元運動をさせて、表面24全体
又は粒子に対する表面の所定部分を走査するために、ワ
ークピース26はx−yテーブル(図示せず)上に取付
けることができる。
【0064】図7は、図2に示される構成に垂直方位方
向にブラッグセルスキャナを組み入れた本発明の好まし
い実施例を概略的に示す。この実施例は、高感度走査に
より適する。以下に説明されるように、プローブビーム
及びリファレンスビームはいずれもワークピース26の
表面24へすれすれの角度で入射されるが、これらの2
つのビームは、約90°だけ分離されたそれぞれの方位
角度を有する。多くのワークピースは矩形幾何学を表す
パターンを含む(そのパターンは光を主に矩形軸に沿っ
て散乱させる)ので、これらの軸に対して±45°での
照明及び検出はパターンから散乱される信号を最小限に
する。これにより、本発明の教示に従う粒子検出が容易
になる。また、2つの異なる視点から、粒子が表面の主
鏡面より上に突出して見えなければならないところでは
同時検出がある。この実施例は、レーザに表面を迅速に
走査させるというブラッグセルの能力を利用する。検出
器が信号を復調する周波数は、ブラッグ周波数と同期的
でなければならない。最後に、検出感度の領域をより狭
い各ビームプロファイル直径へ制限することによって、
すれすれ入射レーザビームが発生する比較的大きなスポ
ットサイズに対する補償がある。例えば、リファレンス
ビーム及びプローブビームの各ビームがおよそ10×1
00ミクロンの領域を照明する場合、検出器が粒子検出
を行う領域は10×10ミクロンである。その結果、測
定におけるパターン及び表面の粗さの影響が減少され
る。
【0065】図7を参照すると、レーザ140はエネル
ギビームをビームスプリッタ142へ伝送する。出てく
るビーム144は、反射体146で反射体148へ反射
され、ビームはそこからブラッグセル150へ進入し、
ビーム波長が変化される。ブラッグセル150からのリ
ファレンスビーム152は、レンズ154によってワー
クピース26の表面24上の位置へ集束される。リファ
レンスビーム152の入射角は、リファレンスビームが
表面24からレンズ156を通って検出器158へ反射
されるか、又は表面24上の粒子28からレンズ156
を通って検出器158へ前方散乱されるように、すれす
れの角度に調整される。
【0066】ビームスプリッタ142から出るプローブ
ビーム160はレンズ162を通過して、すれすれの角
度でワークピース表面24に集束され、実質的に直角に
リファレンスビーム152を捕える。反射体146及び
148は、リファレンスビーム152がプローブビーム
160を実質的に直角に捕えるように配置される。
【0067】粒子又は***部28を捕えると、散乱プロ
ーブビーム164は粒子からレンズ156を通って検出
器158へ反射される。
【0068】リファレンスビーム152及びプローブビ
ーム164の波長は異なるので、検出器は、これら2つ
のビームが交差するスポットにおける粒子の表示である
ビート周波数信号を発生する。
【0069】プローブビーム160が粒子上に入射され
ない場合、プローブビームは表面24からビーム166
として反射され、検出器158で検出されない。
【0070】図7に示される実施例の利点は、構成の低
い外形、ワークピースパターンのx軸及びy軸座標に関
して±45°の一致、パターン及び表面の粗さの影響を
低減するためにリファレンスビーム及びプローブビーム
の交差点での小さい感知領域、暗視野及びロイド鏡光識
別の組み合わせ、並びに高速ブラッグセルスポット走査
である。
【0071】当業者には明らかなように、本発明を実施
するのに有用な異なる波長を有するプローブビーム及び
リファレンスビームを発生するために、別の実施例及び
方法がある。例えば、ゼーマンスプリットレーザは、周
波数、従って波長が分離された2つのレーザビームを生
成する。あるいは、異なる波長を有するレーザビームを
発生するために2つの別々のレーザを使用することもで
きる。
【0072】位相変調法は、光ビームに周期的位相シフ
トを導入するために存在する。これらの方法には、電気
光学的位相リターダ(retarder)及び回転四分の一又は
多重波長板が含まれる。このような方法は、始めのビー
ムの波長とは異なる波長を有するビームを生成すると考
えることができ、それだけで、ヘテロダイン干渉計を形
成するために使用し、以下の2つの条件に合うビームを
提供することができる。第1に、位相シフト量は±90
°より大きくなければならない(さもなくば、位相がシ
フトしたビームと位相がシフトしないビームとの間の可
能性のある全ての位相の組み合わせがサンプリングされ
ない)。第2に、シルトしたビームとシフトしないビー
ムとの最大の周波数差は、ベースバンドノイズ源(典型
的には約10キロヘルツ)、もしくはプローブビーム又
はリファレンスビームをワークピースをわたって走査す
ることにより誘導される変調周波数(50メガヘルツも
の高さである)よりも大きくなければならない。これら
の条件が両方とも満たされると、本発明の実施に有用な
ビームが生成される。
【0073】上記に説明した発明は、製造処理手段内で
のその場検査及び一般の表面粒子検査への応用、並び
に、特に迷光が特別な問題を呈する場合の応用を有す
る。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
ワークピース表面の粒子及び***部を高速且つ高感度で
検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実リファレンスビーム、ロイド鏡検出及び垂直
角プローブビームを含む、本発明の好ましい実施例の略
図である。
【図2】実リファレンスビーム、ロイド鏡検出及びすれ
すれ角プローブビームを含む、本発明のもう1つの好ま
しい実施例の略図である。
【図3】仮想リファレンスビーム、従来検出及びすれす
れ角プローブビームを含む、本発明のもう1つの好まし
い実施例の略図である。
【図4】仮想リファレンスビーム、ロイド鏡検出及び垂
直角プローブビームを含む、本発明のもう1つの好まし
い実施例の略図である。
【図5】仮想リファレンスビーム、ロイド鏡検出及びす
れすれ角プローブビームを含む、本発明のもう1つの好
ましい実施例の略図である。
【図6】図2に示される構成にハイパテレセントリック
スキャナを組み入れた、本発明の好ましい実施例の略図
である。
【図7】図2に示される構成に、垂直方位方向にブラッ
グセルスキャナを組み入れた、本発明の好ましい実施例
の略図である。
【符号の説明】
10 レーザ 12 ビームスプリッタ 14 プローブビーム 16 ビーム 18 反射体 20 反射体 22 レンズ 24 ワークピース表面 26 ワークピース 28 粒子又は***部 30 ブラッグセル 32 リファレンスビーム 34 レンズ 36 散乱プローブビーム 38 リファレンスビーム 40 検出器 50 ブラッグセル 52 プローブビーム 54 リファレンスビーム 56 レンズ 60 散乱プローブビーム 62 散乱リファレンスビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド マイケル デケイン アメリカ合衆国10021、ニューヨーク州ニ ューヨーク、イースト セヴンティーセヴ ンス ストリート 345、アパートメント 6ジー (72)発明者 フィリップ チャールズ ダンビー ホッ ブズ アメリカ合衆国10510、ニューヨーク州ブ ライアークリフ マナー、オーチャード ロード 55 (72)発明者 マーク アラン トーベンブラット アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州プ レズントヴィル、レランド アヴェニュー 67

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異なる波長のプローブビーム及びリファ
    レンスビームを発生すると共に、前記プローブビームで
    表面を照明するための手段と、 表面の粒子を捕える前記プローブビームから起こる散乱
    プローブビームを検出し、表面が前記リファレンスビー
    ムで照明される場合に表面をすれすれの角度で捕える前
    記リファレンスビームからの実リファレンスビームを検
    出すると共に、前記リファレンスビームで照明されてい
    る表面が無い場合に前記リファレンスビームから起こる
    仮想リファレンスビームを検出するための手段であっ
    て、表面の粒子の存在を示すビート周波数信号を発生す
    る検出器手段と、 を備えた表面粒子検出装置。
  2. 【請求項2】 前記検出器手段はロイド鏡検出器及びヘ
    テロダイン検出器の内の一方である請求項1記載の表面
    粒子検出装置。
  3. 【請求項3】 前記発生手段は、レーザ及びブラッグセ
    ル、ゼーマンスプリットレーザ、並びに2つのレーザか
    らなるグループから選択される請求項1記載の表面粒子
    検出装置。
  4. 【請求項4】 異なる波長のプローブビーム及びリファ
    レンスビームを発生するステップと、 前記プローブビームで表面を照明するステップと、 表面の粒子を捕える前記プローブビームから起こる散乱
    プローブビームを検出し、表面が前記リファレンスビー
    ムで照明される場合に表面をすれすれの角度で捕える前
    記リファレンスビームからの実リファレンスビームを検
    出し、前記リファレンスビームで照明されている表面が
    無い場合に前記リファレンスビームから起こる仮想リフ
    ァレンスビームを検出し、表面の粒子の存在を示すビー
    ト周波数信号を発生するステップと、 を含む表面粒子検出方法。
  5. 【請求項5】 前記検出ステップは、ロイド鏡検出ステ
    ップ及びヘテロダイン検出ステップの内の一方を含む請
    求項5記載の表面粒子検出方法。
  6. 【請求項6】 前記発生ステップは、レーザ及びブラッ
    グセル、ゼーマンスプリットレーザ、並びに2つのレー
    ザから成るグループから選択される手段によって、前記
    プローブビーム及び前記リファレンスビームを発生する
    ステップを含む請求項5記載の表面粒子検出方法。
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