DE69828827T2

DE69828827T2 - Verbessertes Prüfsystem für Proben

Info

Publication number: DE69828827T2
Application number: DE69828827T
Authority: DE
Inventors: Mehdi Santa Clara Vaez-Iravani; Stanley Danville Stokowski; Guoheng Sunnyvale Zhao
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: EP1023582B1; EP1508799A2; EP1508799B1; WO1999014575B1; US7064821B2; EP1265063B1; US20050174568A1; EP1023582A4; US6657715B2; EP1265063A1; US6618134B2; US20010000977A1; US6201601B1; US20020080346A1; JP4499279B2; DE69828827D1; US6639662B2; US20050206886A1; EP1508799A3; DE69840532D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Probenuntersuchungssysteme und insbesondere ein verbessertes Untersuchungssystem mit guter Empfindlichkeit für Partikel sowie von Kristallen herrührende Partikel (Crystal-Originated-Particles, COPs). COPs sind Oberflächenbruchdefekte in Halbleiterwafern, die als Folge der Unfähigkeit von herkömmlichen Untersuchungssysteme, sie von realen Partikeln zu unterschieden, als Partikel klassifiziert worden sind.
Systeme zum Untersuchen von nicht strukturierten Wafern oder nackten Wafern sind vorgeschlagen worden – siehe zum Beispiel PCT-Patentanmeldug Nr. PCT/US96/15354, eingereicht am 25. September 1996 mit dem Titel „Improved System for Surface Inspection". Systeme wie diejenigen, die in der voranstehend angegebenen Anmeldung beschrieben werden, sind für zahlreiche Anwendungen nützlich, einschließlich der Untersuchung von nackten oder nicht strukturierten Halbleiterwafern. Trotzdem kann es wünschenswert sein verbesserte Probenuntersuchungswerkzeuge bereitzustellen, die für eine Untersuchung nicht nur von nackten oder nicht strukturierten Wafern, sonder auch von groben bzw. rauben Filmen, verwendet werden können. Ein anderer Aspekt, der bei der Waferuntersuchung eine große Bedeutung hat, ist derjenige von COPs. Diese sind Oberflächenbruchdefekte in dem Wafer. In Übereinstimmung mit einigen Meinungen in der Waferuntersuchungsindustrie können derartige Defekte potentielle schädliche Einflüsse auf das Betriebsverhalten von Halbleiterchips verursachen, die aus Wafern mit derartigen Defekten gebildet sind. Es ist deshalb wünschenswert ein verbessertes Probenuntersuchungssystem bereitzustellen, welches in der Lage ist COPs zu erfassen und COPs von Partikeln zu unterschieden.
Wir erkennen die Offenbarung in US-A-5048965 eines dreidimensionalen bilderzeugenden Verfahrens mit Okklusionsvermeidung an, das die Merkmale des Oberbegriffs des unten beschriebenen Anspruchs 1 besitzt. Des weiteren, stellt in WO 97/33158 ein System mit Hellfeld und Dunkelfeld zur Abnormalitätserfassung zwei versetzte Strahlen, die mit dem gleichen Winkel auf die Probenoberfläche gerichtet werden, zur Verfügung; und US-A-5650614 offenbart ein Rasterkraftmikroskop das Licht aus einer Stelle der Probe, die von zwei Strahlen aus unterschiedlichen Winkeln belichtet wird, abbildet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ist auf die Beobachtung gestützt, dass eine Abnormalitätserfassung, die einen schrägen Beleuchtungsstrahl verwendet, gegenüber Partikeln sehr viel empfindlicher ist als gegenüber COPs, wohingegen bei der Abnormalitätserfassung, die einen Beleuchtungsstrahl normal zu der Oberfläche verwendet, der Unterschied in der Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenpartikeln und COPs nicht so ausgeprägt ist. Eine Abnormalitätserfassung, die sowohl einen schrägen bzw. geneigten Beleuchtungsstrahl, als auch einen normalen Beleuchtungsstrahl verwendet, kann dann verwendet werden, um zwischen Partikeln und COPs zu unterscheiden
Die Erfindung beschreibt ein optisches System, wie im Patentanspruch 1 definiert, und eine entsprechende Methode, wie im Patentanspruch 5 definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1A, 1B und 1C schematische Ansichten von normalen und schrägen Beleuchtungsstrahlen, die eine Oberfläche mit einem Partikel darauf beleuchten, nützlich zur Darstellung der Erfindung;
2A eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, das einen ellipsoid-förmigen Spiegel zur Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung verwendet;
2B eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, das einen paraboloid-förmigen Spiegel verwendet, um eine andere Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren;
3 eine vereinfachte Explosionsansicht eines Abschnitts des Systems der 2A oder 2B, μm einen anderen Aspekt der Erfindung zu illustrieren;
4 eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, das zwei unterschiedliche Wellenlängen zur Beleuchtung verwendet, um noch eine andere Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren;
5A und 5B schematische Ansichten von Probenuntersuchungssystemen, wobei zwei unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind, die Schalter zum Umschalten eines Strahlungsstrahls zwischen einem normalen Beleuchtungspfad und einem schrägen Beleuchtungspfad zu verwenden, um noch eine andere Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren;
6 eine schematische Ansicht eines Strahls, der eine Halbleiterwaferoberfläche beleuchtet, um den Effekt einer Änderung in der Höhe eines Wafers an der Position des Flecks, der von dem Strahl beleuchtet wird, zu illustrieren;
7 eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Probenuntersuchungssystems, das einen Halbleiterwafer untersucht, wobei drei Linsen verwendet werden, wobei die Richtung des Beleuchtungsstrahls geändert wird, um den Fehler in der Position des beleuchteten Flecks, verursacht durch die Änderung in der Höhe des Wafers, zu verringern;
8 eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Probenuntersuchungssystems, das nur eine Linse verwendet, um eine Kompensation für eine Änderung in der Höhe des Wafers bereitzustellen;
9A-9F schematische Ansichten von sechs unterschiedlichen räumlichen Filtern, die zum Erfassen von Abnormalitäten von Proben nützlich sind;
10A eine vereinfachte teilweise schematische und teilweise querschnittsmäßige Ansicht eines programmierbaren räumlichen Filters, das eine Schicht eines Flüssigkristallmaterials verwendet, das zwischen einer Elektrode und einem Array (einem Feld) von Elektroden in der Form von Sektoren eines Kreises und einer Einrichtung zum Anlegen einer Potentialdifferenz über wenigstens einen Sektor in dem Feld und der anderen Elektrode eingebettet ist, so dass der Abschnitt der Flüssigkristallschicht angrenzend zu dem wenigstens einem Sektor gesteuert wird, um strahlungsdurchlässig oder streuend zu sein;
10B eine Ansicht des Filters der 10A von oben; und
11 eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, das einen schrägen Beleuchtungsstrahl und zwei Detektoren zum Unterscheiden zwischen COPs und Partikeln verwendet, um einen anderen Aspekt der Erfindung zu illustrieren.
Zur einfacheren Beschreibung sind identische Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen in dieser Anmeldung bezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1A ist eine schematische Ansicht einer Oberfläche 20 einer Probe, die untersucht werden soll, und eines Beleuchtungsstrahls 22, der in einer Richtung normal zu der Oberfläche 20 gerichtet ist, um die Oberfläche und ein Partikel 24 auf der Oberfläche zu beleuchten bzw. zu bestrahlen. Somit beleuchtet bzw. bestrahlt der Beleuchtungsstrahl 22 ein Gebiet oder einen Fleck 26 der Oberfläche 20 und ein Erfassungssystem (nicht gezeigt) erfasst Licht, das durch ein Partikel 24 und durch einen Abschnitt oder einen Fleck 26 der Oberfläche 20 gestreut wird. Das Verhältnis des Photonenflusses, der von dem Detektor von dem Partikel 24 empfangen wird, zu demjenigen von dem Fleck 26, zeigt die Empfindlichkeit des Systems gegenüber einer Partikelerfassung an.
Wenn ein Beleuchtungsstrahl 28, der unter einem schrägen Winkel zu der Oberfläche 20 gerichtet ist, anstelle davon verwendet wird, um den Fleck 26' und das Partikel 24 zu beleuchten, wie in 1B gezeigt, wird aus einem Vergleich zwischen den 1A und 1B offensichtlich sein, dass das Verhältnis des Photonenflusses von dem Partikel 24 zu demjenigen von dem beleuchteten Fleck für den Fall der schrägen Beleuchtung in 1B im Vergleich mit demjenigen in 1A größer sein wird. Für den gleichen Durchsatz (Flecken 26, 26' mit der gleichen Fläche) ist deshalb die Empfindlichkeit des schrägen Einfallsstrahls bei der Erfassung von kleinen Partikeln besser und ist das bevorzugte Verfahren bei der Erfassung von kleinen Partikeln.
1C illustriert einen schrägen Strahl 28', der eine Oberfläche 30 mit einer Vertiefung 32 und einen Partikel 24' darauf beleuchtet. Obwohl die Vertiefung 32 eine vergleichbare Größe zu dem Partikel 24 aufweist, wird sie eine viel kleinere Menge eines Photonenflusses im Vergleich mit dem Partikel 24 von dem schrägen Strahl 28' streuen, wie aus 1C ersichtlich ist. Wenn andererseits die Vertiefung 32 das Partikel 24 durch einen Strahl wie 22 beleuchtet werden, der in eine Richtung normal zu der Oberfläche 30 gerichtet ist, würde die Vertiefung 32 und das Partikel 24 einen vergleichbaren Betrag einer Photonenfluss-Streuung verursachen. Fast unabhängig von der exakten Form und Orientierung von COPs und Partikeln, ist eine Abnormalitätserfassung, die eine schräge Beleuchtung verwendet, gegenüber Partikeln viel empfindlicher als gegenüber COPs. Für den Fall einer Abnormalitätserfassung mit einer normalen Beleuchtung ist jedoch die Unterscheidung zwischen Partikeln und COPs weniger ausgeprägt. Ein gleichzeitiger oder sequentieller Vergleich von Merkmalssignaturen als Folge einer normalen und einer schrägen Beleuchtung wird daher offenbaren, ob das Merkmal ein Partikel oder ein COP ist.
Der Azimuth-Sammelwinkel ist als der Winkel definiert, der durch die Sammelrichtung zu der Richtung der schrägen Beleuchtung, gesehen von oben, gebildet wird. Durch Verwenden einer schrägen Beleuchtung, zusammen mit einer sorgfältigen Wahl des Azimuth-Sammelwinkels, können grobe bzw. rauhe Filme mit guter Empfindlichkeit untersucht werden, beispielsweise dann, wenn ein in irgendeiner der 9A-9F, 10A und 10B gezeigtes räumliches Filter in irgendeiner der Ausführungsformen, wie in den 2A, 2B, 3, 4, 5B und 5B gezeigt, wie nachstehend erläutert, verwendet wird. Dadurch, dass der normale Beleuchtungsstrahl für eine Abnormalitätserfassung beibehalten wird, werden sämtliche vorteilhafte Attribute des Systems, das in der oben angegebenen PCT Patentanmeldung Nr. PCT/US96/15354 beschrieben ist, beibehalten, einschließlich dessen gleichförmiger Kratzempfindlichkeit und der Möglichkeit einer Hinzufügung eines Hellfeldkanals, wie in der PCT Patentanmeldung Nr. PCT/CTS97/04134, eingereicht am 05. März 1997, mit dem Titel „Single Laser Bright Field and Dark Field System for Detecting Anomalies of a Sample" beschrieben ist.
Ein Scannen einer Probenoberfläche von schrägen und normalen Beleuchtungsstrahlen kann in einer Anzahl von Vorgehensweisen implementiert werden. 2A zeigt eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, um einen allgemeinen Aufbau zum Implementieren einer Abnormalitätserfassung unter Verwendung sowohl eines normalen als auch eines schrägen Beleuchtungsstrahls zu illustrieren. Eine Strahlungsquelle, die eine Strahlung bei ein oder mehreren Wellenlängen in einem breiten elektromagnetischen Spektrum (einschließlich, aber nicht beschränkt auf den ultravioletten Bereich, sichtbaren Bereich, Infrarotbereich) bereitstellt, kann verwendet werden, beispielsweise ein Laser 52, der einen Laserstrahl 54 bereitstellt. Eine Linse 56 fokussiert den Strahl 54 durch ein räumliches Filter 58 und die Linse 60 fasst den Strahl zusammen und leitet diesen weiter an einen polarisierenden Strahlteiler (PBS; Polarizing Beam Splitter) 62. Der Strahlteiler 62 übergibt eine erste polarisierte Komponente an den normalen Beleuchtungskanal und eine zweite polarisierte Komponente an den schrägen Beleuchtungskanal, wobei die ersten und zweiten Komponenten orthogonal sind. In dem normalen Beleuchtungskanal 70 wird die erste polarisierte Komponente durch die Optik 72 fokussiert und von dem Spiegel 74 in Richtung auf eine Probenoberfläche 76a eines Halbleiterwafers 76 hin reflektiert. Die Strahlung, die von der Oberfläche 76a gestreut wird, wird gesammelt und durch einen ellipsoid-förmigen Spiegel 78 an eine Fotomultipliziererröhre 80 (Photo Multiplier Tube; PMT) fokussiert.
In dem schrägen Beleuchtungskanal 90 wird die zweite polarisierte Komponente von dem Strahlteiler 62 auf einen Spiegel 82 reflektiert, der einen derartigen Strahl durch eine Halbwellen-Platte 84 reflektiert und durch eine Optik 86 auf die Oberfläche 76a fokussiert. Eine Strahlung, die von dem schrägen Beleuchtungsstrahl in dem schrägen Kanal 90 herrührt und von der Oberfläche 76a gestreut wird, wird von einem ellipsoid-förmigen Spiegel gesammelt und auf eine Fotomultipliziererröhre 80 fokussiert. Die Fotomultipliziererröhre 80 weist einen Pinhole-Eingang 80a auf. Das Pinhole (Stiftloch oder kleines Loch) 80a und der beleuchtete Fleck (von den normalen und schrägen Beleuchtungskanälen auf der Oberfläche 76a) sind vorzugsweise in dem Fokus des ellipsoid-förmigen Spiegels 78.
Der Wafer 76 wird von einem Motor 92 gedreht, der ebenfalls linear von einem Wandler 94 bewegt wird, und beide Bewegungen werden von einem Controller 96 gesteuert, so dass die normalen und schrägen Beleuchtungsstrahlen in den Kanälen 70 und 90 die Oberfläche 76a entlang eines spiralförmigen Scanvorgangs scannen, um die gesamte Oberfläche abzudecken.
Anstelle der Verwendung eines ellipsoid-förmigen Spiegels zum Sammeln des von der Oberfläche 76a gestreuten Lichts ist es auch möglich andere gekrümmte Spiegel, beispielsweise einen paraboloid-förmigen Spiegel 78', wie in dem System 100 der 2B gezeigt, zu verwenden. Der paraboloid-förmige Spiegel 78' sammelt die gestreute Strahlung von der Oberfläche 76a in einen gesammelten (kollimierten) Strahl 102 und der gesammelte Strahl 102 wird dann durch ein Objektiv 104 und durch einen Analysator 98 auf die Fotomultipliziererröhre 80 fokussiert. Abgesehen von einem derartigen Unterschied ist das Probenuntersuchungssystem 100 exakt das gleiche wie das System 50 der 2B. Gekrümmte gespiegelte Oberflächen mit anderen Formen als ellipsoid-förmigen oder paraboloid-förmige Formen können ebenfalls verwendet werden; vorzugsweise neigt jede derartige gekrümmte gespiegelte Oberfläche eine Achsensymmetrie im Wesentlichen koaxial zu dem Pfad des normalen Beleuchtungspfads auf, und definiert eine Eingangsöffnung zum Empfangen von gestreuter Strahlung. Sämtliche derartigen Variationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung. Zur Vereinfachung ist der Motor, der Wandler und die Steuerung zum Bewegen des Halbleiterwafers in der 2B und in der 4, 5A, 5B, die nachstehend beschrieben werden, weggelassen.
Die allgemeinen Anordnungen, die in den 2A und 2B gezeigt sind, können in unterschiedlichen Ausführungsformen implementiert werden. Somit wird in einer Anordnung, die nachstehend als die „LOSLAUF und RÜCKKEHR" Option bezeichnet wird, eine Halbwellen-Platte (nicht gezeigt) zwischen einem Laser 52 und der Linse 56 in den 2A und 2B hinzugefügt, so dass die Polarisation des Lichts, das den Strahlteiler 62 erreicht, zwischen P und S umgeschaltet werden kann. Während des LOSLAUF Zyklus übergibt der Strahlteiler 62 die Strahlung nur in den normalen Kanal 70 hinein und keine Strahlung wird in Richtung auf den schrägen Kanal 90 hin gerichtet. Im Gegensatz dazu, während des RÜCKKEHR Zyklus, übergibt der Strahlteiler 62 eine Strahlung nur in den schrägen Kanal 90 und keine Strahlung wird durch den normalen Kanal 70 gerichtet. Während des LOSLAUF Zyklus, ist nur der normale Beleuchtungsstrahl 70 in Betrieb, so dass das von dem Detektor 80 gesammelte Licht als dasjenige von einer normalen Beleuchtung aufgezeichnet wird. Dies wird für die gesamte Oberfläche 76a ausgeführt, wo der Motor 92, der Wandler 94 und die Steuerungen 96 betrieben werden, so dass der normale Beleuchtungsstrahl 70 die gesamte Oberfläche 76a entlang eines spiralförmigen Scanpfads scannt.
Nachdem die Oberfläche 76a unter Verwendung einer normalen Beleuchtung gescannt worden ist, verursacht die Halbwellen-Platte zwischen dem Laser 52 und der Linse 56, dass eine Strahlung von dem Laser 52 nur entlang des schrägen Kanals 90 gerichtet wird und die Scansequenz mit Hilfe eines Motors 92, eines Wandlers 94 und eine Steuerung 96 wird umgedreht und Daten an dem Detektor 80 werden in einem RÜCKKEHR Zyklus aufgezeichnet. Solange wie der Vorwärtsscan in dem LOSLAUF Zyklus und dem Rückwärtsscan in dem RÜCKKEHR Zyklus exakt registriert werden, können der Datensatz, der während des LOSLAUF Zyklus gesammelt wird, und derjenige, der während des RÜCKKEHR Zyklus gesammelt wird, verglichen werden, um eine Information bezüglich der Art der erfassten Defekte bereitzustellen. Anstelle einer Verwendung einer Halbwellen-Platte und eines polarisierenden Strahlteilers, wie in 2B, kann der oben beschriebene Betrieb auch ausgeführt werden, indem derartige Komponenten durch einen entfernbaren Spiegel ersetzt werden, der an der Position des Strahlteilers 62 angebracht ist. Wenn der Spiegel nicht vorhanden ist, wird der Strahlungsstrahl von dem Laser 52 entlang des normalen Kanals 70 gerichtet. Wenn der Spiegel vorhanden ist, dann wird der Strahl entlang des schrägen Kanals 90 gerichtet. Ein derartiger Spiegel sollte genau positioniert werden, um eine exakte Ausrichtung der zwei Scans während des LOSLAUF und RÜCKKEHR Zyklus sicherzustellen. Während sie einfach ist, erfordert die voranstehend beschriebene LOSLAUF und RÜCKKEHR Option zusätzliche Zeit, die in dem RÜCKKEHR Zyklus verbracht wird.
Der normale Beleuchtungsstrahl 70 beleuchtet einen Fleck auf der Oberfläche 76a. Der schräge Beleuchtungsstrahl 90 beleuchtet ebenfalls einen Fleck auf der Oberfläche 76a. Damit ein Vergleich von Daten, die während der zwei Zyklen gesammelt werden, aussagekräftig ist, sollten die zwei beleuchteten Flecken die gleiche Form aufweisen. Wenn ein Strahl 90 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, würde er somit einen elliptischen Fleck auf der Oberfläche beleuchten. In einer Ausführungsform umfasst die Fokussieroptik 72 eine zylindrisch Linse, so dass der Strahl 70 einen elliptischen Querschnitt aufweist und ebenfalls einen elliptischen Fleck auf der Oberfläche 76a beleuchtet bzw. bestrahlt.
Um zu vermeiden die Scanoberfläche 76a zweimal zu haben ist es möglich einen kleinen Versatz zwischen dem beleuchteten Fleck 70a von dem normalen Beleuchtungsstrahl 70 (der hier zur Vereinfachung als „normaler Beleuchtungsfleck" bezeichnet wird) und dem beleuchteten Fleck 90a von dem schrägen Beleuchtungsstrahl 90 (der hier zur Vereinfachung als „schräger Beleuchtungsfleck" bezeichnet wird), wie in 3 gezeigt, absichtlich einzuführen. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberfläche 76a und der normalen und schrägen Beleuchtungsstrahlen 70, 90, um den Versatz 120 zwischen den normalen und schrägen Beleuchtungsflecken 70a und 90a zu illustrieren. Unter Bezugnahme auf die 2A, 2B würde eine Strahlung, die von den zwei Flecken 70a, 90a gestreut wird, zu unterschiedlichen Zeiten erfasst werden und würde unterschieden werden.
Das in 3 dargestellte Verfahren bewirkt eine Verringerung in der Systemauflösung und eine erhöhte Hintergrundstreuung als Folge der Anwesenheit von beiden Flecken. Mit anderen Worten, damit eine Strahlung, die von beiden Flecken gestreut wird, die durch einen Versatz getrennt sind, durch ein Pinhole 80a fokussiert werden wird, sollte das Pinhole in der Richtung des Versatzes etwas vergrößert sein. Infolge dessen wird der Detektor 80 eine erhöhte Hintergrundstreuung als Folge der Vergrößerung des Pinholes 80a erfassen. Da der Hintergrund die Folge von beiden Strahlen ist, wohingegen die von Partikeln gestreute Strahlung die Folge des einen oder des anderen Flecks ist, wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verkleinert. Vorzugsweise ist der Versatz nicht größer als dreimal die räumliche Ausdehnung, oder kleiner als die räumliche Ausdehnung, von der Punktspreizugsfunktion von einem der normalen oder schrägen Beleuchtungsstrahlen. Das Verfahren, das in 3 dargestellt ist, ist jedoch vorteilhaft, da ein Durchsatz im Vergleich mit demjenigen, das in der PCT Anmeldung Nr. PCT/US96/15354 und der Censor ANS Serie von Untersuchungssystemen von der KLA-Tencor Corporation aus San Jose, Kalifornien, dem Anmelder dieser Anmeldung, beschrieben wird, nicht ungünstig beeinträchtigt wird.
4 ist eine schematische Ansicht eines Probenuntersuchungssystems, das einen normalen Beleuchtungsstrahl, der eine Strahlung bei einer ersten Wellenlänge λ₁ umfasst, und einen schrägen Beleuchtungsstrahl mit einer Strahlung einer Wellenlänge λ₂ verwendet, um eine andere Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren. Der Laser 52 der 2A, 2B kann eine Strahlung bei nur einer Wellenlänge, beispielsweise 488 nm von Argon, zuführen. Der Laser 52' der 4 liefert eine Strahlung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen in dem Strahl 54', beispielsweise bei 488 und 514 nm, anstelle einer Strahlung von nur einer Wellenlänge. Ein derartiger Strahl wird durch einen dichroitischen Strahlteiler 162 in einen ersten Strahl bei einer ersten Wellenlänge λ₁ (488 nm) und einen zweiten Strahl mit einer Wellenlänge λ₂ (514 nm) aufgesplittet, und zwar durch Übergeben einer Strahlung bei der Wellenlänge λ₁ und Reflektieren einer Strahlung bei der Wellenlänge λ₂, zum Beispiel. Nachdem er durch die Optik 72 fokussiert ist, wird der Strahl 70' bei der Wellenlänge λ₁ von einem Spiegel 74 in Richtung auf die Oberfläche 76a als der normale Beleuchtungsstrahl reflektiert. Die reflektierte Strahlung mit der Wellenlänge λ₂ an dem Strahlteiler 162 wird weiter durch den Spiegel 82 reflektiert und von der Optik 86 als der schräge Beleuchtungsstrahl 90' fokussiert, um die Oberfläche zu beleuchten bzw. zu bestrahlen. Die Optik in sowohl dem normalen als auch dem schrägen Beleuchtungspfad ist derart, dass die normalen und schrägen Beleuchtungsflecken im Wesentlichen mit keinem Versatz zwischen ihnen überlappen. Die Strahlung, die von der Oberfläche 76a gestreut wird, hält die Wellenlängencharakteristiken der Strahlen, von denen die Strahlung herrührt, aufrecht, so dass die Strahlung, die von der Oberfläche gestreut wird, die von dem normalen Beleuchtungsstrahl 70' herrührt, von der Strahlung, die durch die Oberfläche gestreut wird, die von dem schrägen Beleuchtungsstrahl 90' herrührt, getrennt werden kann. Eine Strahlung, die von der Oberfläche 76a gestreut wird, wird wieder gesammelt, und durch einen ellipsoid-förmigen Spiegel 78 durch ein Pinhole 164a eines räumlichen Filters 164 auf einen dichroitischen Strahlteiler 166 fokussiert. In der Ausführungsform der 4 übergibt der Strahlteiler 166 die gestreute Strahlung bei der Wellenlänge λ₁ an den Detektor 80(1) durch eine Linse 168. Der dichroitische Strahlteiler 166 reflektiert die gestreute Strahlung bei der Wellenlänge λ₂ durch eine Linse 170 auf eine Fotomultipliziererröhre 80(2). Wiederum ist der Mechanismus, um zu bewirken, dass sich der Wafer entlang eines spiralförmigen Pfads dreht, in der 4 zur Vereinfachung weggelassen.
Anstelle einer Verwendung eines Lasers, der eine Strahlung bei einer einzelnen Wellenlänge bereitstellt, sollte die Laserquelle 52' eine Strahlung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen bereitstellen. Eine kommerziell erhältliche Mehrfachlinien-Laserquelle, die verwendet werden kann, ist die 2214-65-ML Quelle, die von Uniphase, San Jose, Kalifornien, hergestellt wird. Die Amplitudenstabilität dieses Lasers bei irgendeiner gegebenen Wellenlänge ist um 3,5%. Wenn ein derartiger Laser verwendet wird, wird die Vorgehensweise in 4 für Anwendungen, wie eine Untersuchung von nacktem Silizium nützlich sein, kann aber eine verringerte Partikelerfassungsempfindlichkeit aufweisen, wenn er verwendet wird, um grobe bzw. raube Filme zu scannen.
Noch eine andere Option zum Implementieren der Anordnungen, die allgemein in den 2A und 2B gezeigt sind, ist in den 5A und 5B dargestellt. In einer derartigen Option wird ein Strahlungsstrahl zwischen den normalen und schrägen Beleuchtungskanälen bei einer höheren Frequenz als der Datensammelrate umgeschaltet, so dass die Daten, die als Folge einer Streuung von dem normalen Beleuchtungsstrahl gesammelt werden, von Daten, die von einer Streuung als Folge des schrägen Beleuchtungskanals gesammelt werden, unterschieden werden können. Somit wird, wie in 5A gezeigt, ein elektro-optischer Modulator (z. B. eine Pockels-Zelle) 182 zwischen dem Laser 52 und dem Strahlteiler 62 angeordnet, um den Strahlungsstrahl 54 bei der Halbwellenspannung zu modulieren. Dies führt dazu, dass der Strahl durch den polarisierenden Strahlteiler 62 bei der Ansteuerfrequenz des Modulators 182, wie durch eine Steuerung 184 gesteuert, entweder transmittiert oder reflektiert wird.
Der elektro-optische Modulator kann durch einen Bragg-Modulator 192, wie in 5B gezeigt, ersetzt werden, der bei einer hohen Frequenz, wie gesteuert, ein- und ausgeschaltet werden kann. Der Modulator 192 wird von einem Block 193 bei der Frequenz ω_b mit Energie versorgt. Dieser Block wird bei einer Frequenz ω_m ein- und ausgeschaltet. In dem ausgeschalteten Zustand tritt ein Strahl 194a nullter Ordnung durch den Bragg-Modulator 192 und wird der normale Beleuchtungsstrahl, der durch den Spiegel 74 auf die Oberfläche 76a reflektiert wird. In der Ein-Bedingung erzeugt die Zelle 192 einen abgelenkten Strahl 194b erster Ordnung, der von Spiegeln 196, 82 auf die Oberfläche 76a reflektiert wird. Obwohl die meiste Energie von der Zelle 192 auf den schrägen Strahl erster Ordnung gerichtet wird, wird jedoch ein schwacher normaler Beleuchtungsstrahl nullter Ordnung aufrecht erhalten, so dass die Anordnung in 5B nicht so gut wie diejenige in 5A ist.
Vorzugsweise werden der elektro-optische Modulator der 5A und der Bragg-Modulator der 5B bei einer höheren Frequenz als die Datenrate, und vorzugsweise bei einer Frequenz wenigsten ungefähr 3 oder 5 mal der Datenrate der Röhre 80, betrieben. In 4 wird die Optik sowohl in dem normalen als auch dem schrägen Beleuchtungspfad der 5A, 5B derart, dass die normalen und schrägen beleuchteten Flecken im Wesentlichen mit keinem Versatz dazwischen überlappen. Die Anordnungen in den 2A, 2B, 3, 4, 5A, 5B sind dahingehend vorteilhaft, dass der gleiche Strahlungssammler 78 und der gleiche Detektor 80 zum Erfassen von gestreutem Licht, welches von dem normalen Beleuchtungsstrahl her sowie von dem schrägen Beleuchtungsstrahl herrührt, verwendet werden. Durch Verwenden einer gekrümmten Oberfläche, die eine Strahlung sammelt, die innerhalb des Bereichs von wenigstens 25 bis 70 Grad von einer normalen Richtung zu der Oberfläche 76a gestreut wird, und Fokussieren der gesammelten Strahlung auf den Detektor, maximieren ferner die Anordnungen der 2A, 2B, 4, 5A, 5B die Empfindlichkeit der Erfassung.
Im Gegensatz zu Anordnungen, bei denen mehrere Detektoren bei unterschiedlichen Azimuth-Sammelwinkeln relativ zu dem schrägen Beleuchtungsstrahl angeordnet sind, weist die Anordnung der 2A, 2B eine erhöhte Empfindlichkeit auf und ist in der Anordnung und in dem Betrieb einfacher, da keine Notwendigkeit besteht die unterschiedlichen Erfassungskanäle, die in einer Mehrdetektor-Anordnung benötigt werden würden, zu synchronisieren oder zu korrelieren. Der ellipsoid-förmige Spiegel 78 sammelt Strahlung, die innerhalb des Bereichs von wenigstens 25 bis 70° von der normalen Richtung zu der Oberfläche gestreut wird, was die meiste Strahlung abdeckt, die von der Oberfläche 76a von einem schrägen Beleuchtungsstrahl gestreut wird, und die eine Information enthält, die für eine Erfassung von Partikeln und COPs nützlich ist.
Die dreidimensionale Intensitätsverteilung der gestreuten Strahlung von kleinen Partikeln auf der Oberfläche, wenn die Oberfläche von einem P-polarisierten Beleuchtungsstrahl bei oder in der Nähe eines Streifwinkels zu der Oberfläche beleuchtet wird, weist die Form eines Toroids auf. Für den Fall von großen Partikeln wird eine höhere gestreute Intensität in der Vorwärtsrichtung im Vergleich mit anderen Richtungen erfasst. Deshalb sind die Sammler (Kollektoren) mit einem gekrümmten Spiegel der 2A, 2B, 4, 5A, 5B besonders vorteilhaft zum Sammeln der gestreuten Strahlung von kleinen und großen Partikeln und zum Richten der gestreuten Strahlung in Richtung auf einen Detektor. Für den Fall einer normalen Beleuchtung ist jedoch die Intensitätsverteilung der Strahlung, die von kleinen Partikeln auf Oberflächen gestreut wird, in der Form einer Kugel. Die Sammler in den 2A, 2B, 4, 5A, 5B sind auch vorteilhaft zum Sammeln einer derartigen gestreuten Strahlung. Vorzugsweise ist der Beleuchtungswinkel des Strahls 90 innerhalb des Bereichs von 45 bis 85° von einer normalen Richtung zu der Probenoberfläche, und vorzugsweise bei 70 und 75°, was nahe zu dem Hauptwinkel von Silizium bei 488 und 514 nm ist, und was erlauben würde, dass der Strahldurchgang von den Wänden des Sammlers nicht behindert wird. Für einen Betrieb bei diesem seichten Winkel, wird der Partikel-Photonenfluss erhöht, wie in den 1A und 1B gezeigt, und die Unterschiede zu den Vertiefungen sind beträchtlich.
STRAHLPOSITIONSKORREKTUR
Eine Voraussetzung für den Vergleich von Signalen, die von zwei Erfassungskanälen für einen gegebenen Defekt erzeugt werden, ist die Fähigkeit, die zwei Flecken an dem gleichen Ort zu platzieren. Im Allgemeinen sind Halbleiterwafer oder andere Probenoberflächen nicht vollständig flach und außerdem weisen diese nicht die gleiche Dicke auf. Derartige Unzulänglichkeiten sind für eine Abnormalitätserfassung, die einen normalen Einfallsstrahl verwenden, unerheblich, solange wie die Waferoberfläche innerhalb der Tiefe des Fokus bleibt. Für den Fall des schrägen Beleuchtungsstrahls wird jedoch eine Wafer-Höhenveränderung bewirken, dass die Strahlposition und somit die Position des beleuchteten Flecks unrichtig ist. In 6 ist θ der schräge Einfallswinkel zwischen dem Strahl und einer normalen Richtung N zu der Waferoberfläche. Wie in 6 gezeigt, wenn die Höhe der Waferoberfläche sich von der gestrichelten Linienposition 76a' an die Position der durchgezogenen Linie 76a, die höher als die gestrichelte Linienposition um die Höhe h ist, bewegt, dann wird somit die Position des beleuchteten Flecks auf der Waferoberfläche um einen Fehler von w, gegeben mit h.tan θ, versetzt sein. Eine mögliche Lösung besteht darin, die Höhenänderung des Wafers an dem beleuchteten Fleck zu erfassen und den Wafer zu bewegen, um den Wafer auf einer konstanten Höhe an dem beleuchteten Fleck zu halten, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,530,550 beschrieben. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Wafer gedreht und verschoben, um sich entlang eines spiralförmigen Scanpfads zu bewegen, so dass es schwierig sein kann, die Waferhöhe ebenfalls durch Bewegen des Wafers, während er gerade entlang eines derartigen Pfads bewegt wird, zu korrigieren. Eine andere Alternative besteht darin die Lichtquelle und den Detektor zu bewegen, wenn sich die Höhe des Wafers ändert, um so eine konstante Höhe zwischen der Lichtquelle und dem Detektor einerseits und der Waferoberfläche an dem beleuchteten Fleck andererseits aufrecht zu erhalten. Dies ist offensichtlich mühsam und kann unpraktisch sein. Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf die Beobachtung gestützt, dass durch Ändern der Richtung des Beleuchtungsstrahls im Ansprechen auf eine erfasste Änderung in der Waferhöhe es möglich ist eine Kompensation für die Änderung in der Waferhöhe bereitzustellen, um einen dadurch verursachten Strahlpositionsfehler zu verringern.
Eine Vorgehensweise zum Implementieren des obigen Aspekts ist in 7 dargestellt. Wie in dem System 200 der 7 dargestellt, wird ein Beleuchtungsstrahl von einem Spiegel 202 reflektiert und durch drei Linsen L₁, L₂, L₃ auf die Waferoberfläche 204a fokussiert. Die Positionen der Linsen sind eingestellt, um einen schrägen Beleuchtungsstrahl 70'' auf die Waferoberfläche 204a in einer gestrichelten Linie in 7 zu fokussieren. Dann wird eine Quad-Zelle (oder ein anderer Typ eines positionsempfindlichen Detektors) 206 so positioniert, dass die spiegelnde Reflektion 70a'' des Strahls 70'' von der Oberfläche 204 die Zelle an der Null oder Zero-Position 206a der Zelle erreicht. Wenn sich die Waferoberfläche von der Position 204a nach 204b bewegt, gezeigt mit einer durchgezogenen Linie in 7, verursacht eine derartige Änderung in der Höhe des Wafers, dass sich die spiegelnde Reflektion an die Position 70b'' bewegt, so dass sie die Zelle 206 an einer Position auf der Zelle, die von der Null-Position 206a versetzt ist, erreicht. Der Detektor 206 kann in der gleichen Weise konstruiert sein, wie derjenige, der in dem U.S. Patent Nr. 5,530,550 beschrieben ist. Ein Positionsfehlersignal, das von dem Detektor 206 ausgegeben wird und die Abweichung von der Null-Position in zwei orthogonalen Richtungen anzeigt, wird von der Zelle 206 an eine Steuerung 208 gesendet, die ein Fehlersignal an einem Wandler 210 zum Drehen des Spiegels 202, so dass die spiegelnde Reflektion 70b'' die Zelle auch an der Null-Position 206a erreicht, erzeugt. Mit anderen Worten, die Richtung des Beleuchtungsstrahls wird geändert, bis die spiegelnde Reflektion die Zelle an der Null-Position erreicht, wobei an diesem Punkt die Steuerung 208 kein Fehlersignal an dem Wandler 210 anlegt.
Anstelle einer Verwendung von drei Linsen ist es möglich eine einzelne Linse zu verwenden, wie in 8 gezeigt, außer das die richtige Anordnung des beleuchteten Flecks auf dem Wafer nicht einer Null in dem Positionserfassungssignal von dem positionsempfindlichen Detektor entspricht, aber einem Ausgang des Detektors verringert um ½ entspricht. Dieser Ansatz ist in 8 gezeigt. Somit teilt der Controller 252 die Amplitude des Positionserfassungssignals an dem Ausgangsquad-Zellen-Detektors 254 durch 2, um ein Quotientensignal abzuleiten, und legt das Quotientensignal an den Wandler 210 an. Der Wandler 210 dreht den Spiegel um einen Betrag proportional zu der Amplitude des Quotientensignals. Die neue Position der spiegelnden Reflektion entspricht dem richtigen Ort des Flecks. Das neue Fehlersignal ist nun die neue Referenz.
Das voranstehend beschriebene Merkmal einer Verringerung des Strahlpositionsfehlers des schrägen Beleuchtungsstrahls unter Bezugnahme auf die 7 und 8 kann in Zusammenhang mit irgendeinem der Untersuchungssysteme der 2A, 2B, 3, 4, 5A und 5B verwendet werden, obwohl nur die Quad-Zelle (206 oder 254) in diesen Figuren gezeigt ist.
RÄUMLICHES FILTER
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der 2A, 2B, 4, 5A und 5B wird bemerkt, dass die Strahlungssammlungs- und Erfassungsverfahren in derartigen Ausführungsformen die Information bezüglich der Richtung einer Streuung der Strahlung von der Oberfläche 76a relativ zu dem schrägen Beleuchtungskanal 90 oder 90' beibehalten. Dies kann für einige Anwendungen, beispielsweise eine Untersuchung einer rauhen Oberfläche, ausgenutzt werden. Dies kann durch Verwenden eines räumlichen Filters durchgeführt werden, dass die gestreute Strahlung, die von der gekrümmten gespiegelten Oberfläche gesammelt wird, in Richtung auf den Detektor außer für wenigstens ein Gebiet mit einer Keilform abblockt. In Bezug auf den normalen Beleuchtungskanal gibt es keine Richtungsinformation, da sowohl die Beleuchtung als auch die Streuung zu einer Normalen zu der Oberfläche symmetrisch sind. Mit anderen Worten, wenn der normale Beleuchtungskanal in den Ausführungsformen der 2A, 2B, 4, 5A und 5B weggelassen wird, dann sammelt der gekrümmte gespiegelte Sammler 78 oder 78' in vorteilhafter Weise den Großteil der Strahlung, die innerhalb der toroidalen Intensitätsverteilung gestreut wird, die durch eine Partikelstreuung verursacht wird, um ein Untersuchungswerkzeug mit einer hohen Partikelempfindlichkeit bereitzustellen. Gleichzeitig hält die Verwendung eines gekrümmten gespiegelten Sammlers die Richtungsstreuinformation bei, wobei eine derartige Information durch Verwenden eines räumlichen Filters, wie nachstehend beschrieben, zurückgewonnen werden kann.
Die 9A-9F zeigen sechs unterschiedliche Ausführungsformen von derartigen räumlichen Filtern in der Form von Schmetterlingen, jeweils mit zwei Flügeln. Die dunklen oder schattierten Gebiete (Flügel) in diesen Figuren stellen Gebiete dar, die für eine Strahlung undurchlässig sind oder diese streuen, und die weißen oder nicht schattierten Gebiete stellen Gebiete dar, die eine derartige Strahlung transmittieren. Die Größe (Größen) des (der) strahlungs-transmittierenden (weißen oder nicht schattierten) Gebiets (Gebiete) wird (werden) in jedem der Filter in den 9A-9F durch den Keilwinkel α bestimmt. Somit ist in 9A der Keilwinkel 10°, wohingegen in 9B er 20° ist.
Wenn das Filter in 8 an der Position 300 der 2A, 2B, 4, 5A oder 5B platziert wird, wo das 20° keilförmige Gebiet der Strahlungssammlung bei ungefähr 90° und 270° Azimuth- Sammelwinkeln relativ zu der schrägen Beleuchtungsrichtung zentriert ist, hat dies somit den Effekt einer Erzeugung eines kombinierten Ausgangs von zwei Detektoren, jeder mit einem Sammlungswinkel von 20°, wobei ein Detektor angeordnet ist, um eine Strahlung zwischen 80 bis 100° Azimuthwinkel zu sammeln, wie in dem U.S. Patent Nr. 4,898,471, und der andere zum Sammeln einer Strahlung zwischen 260 und 280° Azimuthwinkeln. Das Erfassungsverfahren des U.S. Patents Nr. 4,898,471 kann simuliert werden, indem auch das Keilgebiet zwischen 260 und 280° Azimuthwinkeln herausgeblockt wird. Die Anordnung dieser Anmeldung weist gegenüber dem U.S. Patent Nr. 4,898,471 den Vorteil einer höheren Empfindlichkeit auf, da ein größerer Teil der gestreuten Strahlung gesammelt wird als in einem derartigen Patent, und zwar mit Hilfe des gekrümmten Spiegelsammlers 78, 78'. Ferner kann der Azimuth-Sammelwinkel dynamisch durch Programmieren des Filters an der Position 300 in den 2A, 2B, 4, 5A, 5B verändert werden, ohne dass irgendwelche Detektoren bewegt werden müssen, wie nachstehend beschrieben.
Es ist möglich den festen Winkel einer Sammlung des Detektors durch Verändern von α zu vergrößern oder zu verkleinern. Es ist auch möglich die Azimuthwinkel der Keilgebiete zu verändern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Anzahl von unterschiedlichen Filtern mit unterschiedlichen Keilwinkeln, beispielsweise mit denjenigen, die in den 9A-9F gezeigt sind, sowie Filter mit anderen keilförmigen Strahlungs-Transmissionsgebieten, bereitgestellt werden, und das gewünschte Filter und die gewünschte Position des Filters zur Verwendung an der Position 300 in den 2A, 2B, 4, 5A, 5B gewählt wird. Die räumlichen Filter in den 9A-9E sind alle in der Form von Schmetterlingen mit zwei Flügeln, wobei die Flügel gegenüber einer Strahlung undurchlässig sind oder diese streuen und wobei die Räume zwischen den Flügeln eine Strahlung zwischen den gespiegelten Oberflächen und dem Detektor 80 transmittieren. In einigen Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein ein räumliches Filter mit der in 9F gezeigten Form zu verwenden, die ein einzelnes Strahlungs-Transmissions-Keilformgebiet aufweist. Natürlich können auch räumliche Filter mit irgendeiner Anzahl von keilförmigen Gebieten, die um eine Mitte bei verschiedenen unterschiedlichen Winkeln strahlungs-transmittierend verteilt sind, verwendet werden, und sind innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Anstelle einer Speicherung einer Anzahl von Filtern mit unterschiedlichen Keilwinkeln, unterschiedlichen Anzahlen von Keilen und verteilt an verschiedenen Konfigurationen, ist es möglich, ein programmierbares räumliches Filter zu verwenden, bei dem die undurchlässigen oder streuenden und transparenten oder transmittierenden Gebiete verändert werden können. Zum Beispiel kann das räumliche Filter unter Verwendung eines gewellten Materials konstruiert werden, bei dem der Keilwinkel α durch Verflachung des gewellten Materials verringert werden kann. Zwei oder mehrere Filter wie diejenigen in den 9A-9F können aufeinander überlagert werden, um die undurchlässigen oder streuenden und transparenten oder transmittierenden Gebiete zu verändern.
Alternativ kann in vorteilhafter Weise ein räumliches Flüssigkristallfilter verwendet werden, wobei eine Ausführungsform davon in den 10A und 10B gezeigt ist. Ein Flüssigkristallmaterial kann durch Ändern eines elektrischen Potentials, das über die Schicht angelegt wird, für eine Strahlung transmittierend oder streuend gemacht werden. Die Flüssigkristallschicht kann zwischen einer kreisförmigen Elektrode 352 und einem Elektrodenfeld 354 in der Form von n Sektoren eines Kreises, angeordnet um eine Mitte 356 herum, wobei n eine positive ganze Zahl ist, platziert werden. Die Sektoren sind in 10B, die eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Filters 350 in 10B ist, gezeigt. Angrenzende Elektrodensektoren 354 (i) und 354 (i + 1), wobei i von 1 bis n – 1 geht, sind elektrisch voneinander isoliert.
Durch Anlegen von geeigneten elektrischen Potentialen über eine oder mehrere der Sektorelektroden 354 (i), wobei (i) von 1 bis n geht, auf einer Seite und eine Elektrode 352 auf der anderen Seite, mit Hilfe einer Spannungssteuerung 360, ist es deshalb möglich programmartig den Keilwinkel α um Inkremente gleich zu dem Keilwinkel β von jeder der Sektorelektroden 354 (1) bis 354 (n) zu ändern. Durch Anlegen der Potentiale über die Elektrode 352 und die geeigneten Sektorelektroden ist es auch möglich Filter mit unterschiedlichen Anzahlen von strahlungs-transmittierenden keilförmigen Gebieten, die in unterschiedlichen Konfigurationen um die Mitte 356 herum angeordnet sind, wiederum mit der Randbedingung des Werts von β, zu erhalten. Um die Zeichnungen zu vereinfachen ist die elektrische Verbindung zwischen der Spannungssteuerung 360 und nur einer der Sektorelektroden in den 10A und 10B gezeigt. Anstelle in der Form von Sektoren eines Kreises zu sein, können die Elektroden 354 auch in der Form von Dreiecken sein. Wenn die Elektroden 354 als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet sind, weist das Feld von Elektroden 354, das um die Mitte 356 herum angeordnet ist, die Form eines Polygons auf. Noch andere Formen für das Feld 354 sind möglich.
Wenn der Keilwinkel β so gewählt ist, dass er zu klein ist, bedeutet dies, dass der Trennung zwischen angrenzenden Sektorelektroden zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses eine ungewöhnliche Menge von Platz zugeteilt werden muss. Ein zu großer Wert für β bedeutet, dass der Keilwinkel α nur durch große Inkremente geändert werden kann. Vorzugsweise ist β wenigstens ungefähr 5°.
Für den normalen Beleuchtungsstrahl beeinflusst der Polarisationszustad des Strahls, in erster Ordnung, eine Erfassung nicht. Für den schrägen Beleuchtungsstrahl kann der Polarisationszustand des Strahls eine Erfassungsempfindlichkeit stark beeinflussen. Für eine Untersuchung von rauhen Filmen kann es somit wünschenswert sein, eine S polarisierte Strahlung zu verwenden, wohingegen für eine Untersuchung einer glatten Oberfläche eine S oder P polarisierte Strahlung bevorzugt sein kann. Nachdem die gestreute Strahlung von der Probenoberfläche, die von jedem der zwei Kanäle herrührt, erfasst worden ist, können die Ergebnisse verglichen werden, um eine Information zur Unterscheidung zwischen Partikeln und COPs hervorzubringen. Zum Beispiel kann die Intensität der gestreuten Strahlung, die von dem schrägen Kanal herrührt (z. B. in ppm) über derjenigen, die von dem normalen Kanal herrührt, aufgetragen werden und der Graph wird analysiert. Oder ein Verhältnis zwischen den zwei Intensitäten wird für jeden von einem oder mehreren Orten auf der Probenoberfläche erhalten. Derartige Operationen können durch einen Prozessor 400 in den 2A, 2B, 4, 5A, 5B ausgeführt werden.
Wie voranstehend in Verbindung mit 1C angegeben, wird eine Vertiefung 32 mit einer vergleichbaren Größe zu einem Partikel 24 einen kleineren Betrag des Photonenflusses im Vergleich mit einem Partikel 24 von einem schrägen Strahl 28' streuen. Wenn der schräge Einfallsstrahl P-polarisiert ist, ist ferner die Streuung, die von dem Partikel verursacht wird, viel stärker in Richtungen bei großen Winkeln zu der normalen Richtung zu der Oberfläche im Vergleich mit der Streuung in Richtungen nahe zu der normalen Richtung. Dies ist nicht der Fall mit einem COP, dessen Streumuster für einen schrägen einfallenden P-polarisierten Strahl in einem dreidimensionalen Raute gleichförmiger ist. Dieses Merkmal kann ausgenutzt werden, wie in 11 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die 2A und 11 unterscheidet sich das Probenuntersuchungssystem 500 der 11 von dem System 50 der 2A dahingehend, dass ein zusätzlicher Detektor 502 mit seinem entsprechenden Pinhole 504 verwendet wird. Die Richtung 510 ist normal zu der Oberfläche 76a des Wafers 76. Die Strahlung, die in Richtungen nahe zu der normalen Richtung 510 gestreut wird, wird von einem Spiegel 512 durch das Pinhole 504 an eine Fotomultipliziererröhre 502 für eine Erfassung reflektiert. Die Strahlung, die von der Oberfläche 76a in Richtungen weg von der normalen Richtung 510 gestreut wird, wird von dem Spiegel 78 gesammelt und auf ein Pinhole 80a und die Fotomultipliziererröhre 80 fokussiert. Somit erfasst der Detektor 80 eine Streuung, die von der Oberfläche 76a in Richtungen bei großen Winkeln zu der normalen Richtung 510 gestreut wird, wohingegen der Detektor 502 eine Strahlung erfasst, die von der Oberfläche entlang Richtungen nahe zu der normalen Richtung 510 gestreut wird.
Für den Zweck von unterschiedenen Partikeln und COPs ist der schräge Beleuchtungsstrahl in dem schrägen Kanal 90 vorzugsweise P-polarisiert. In einem derartigen Fall wird ein Partikel auf der Oberfläche 76a, das von dem schrägen Beleuchtungsstrahl beleuchtet wird, die Strahlung in einem dreidimensionalen Muster ähnlich wie ein Toroid streuen, der in einer normalen Richtung 510 und in Richtungen nahe zu der normalen Richtung relativ frei von Energie ist. Ein COP würde andererseits einen derartigen Strahl in einer gleichförmigeren Weise in einem dreidimensionalen Raum streuen. Wenn das von dem Detektor 502 erfasste Signal um einen großen Faktor von demjenigen, der von dem Detektor 80 erfasst wird, abweicht, dann ist es wahrscheinlicher, dass die Abnormalität auf der Oberfläche 76a ein Partikel ist, wohingegen dann, wenn die Signale, die von den zwei Detektoren erfasst werden, sich um einen kleineren Faktor unterscheiden, es wahrscheinlich ist, das die auf der Oberfläche 76a vorhandene Abnormalität ein COP ist.
Der P-polarisierte schräge Beleuchtungsstrahl in dem Kanal 90 kann von einem Laser 52 in der gleichen Weise wie derjenigen, die voranstehend unter Bezugnahme auf 2A beschrieben wurde, bereitgestellt werden. Der S-polarisierte Strahl, der in Richtung auf den Spiegel 82 durch einen polarisierenden Strahlteiler 62 reflektiert wird, kann durch eine Halbwellen-Platte 84 in einen P-polarisierten Strahl geändert werden. Da der Beleuchtungsstrahl in der normalen Richtung in dem System 500 nicht verwendet wird, kann er einfach abgeblockt werden (nicht in 11 gezeigt). Ein Vergleich der Ausgänge der zwei Detektoren 80, 502 kann von einem Prozessor 400 ausgeführt werden. Der Spiegel 78 kann in der Form ellipsoid-förmig oder in der Form paraboloid-förmig sein (wobei in diesem Fall ein zusätzliches Objektiv ähnlich wie das Objektiv 104 der 2B ebenfalls verwendet wird) oder kann andere geeignete Formen aufweisen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf einen normalen und einen schrägen Beleuchtungsstrahl beschrieben worden ist, wird ersichtlich sein, dass der normale Beleuchtungsstrahl durch einen ersetzt werden kann, der nicht exakt normal zu der Oberfläche ist, während die meisten Vorteile der voranstehend beschriebenen Erfindung beibehalten werden. Somit kann ein derartiger Strahl bei einem kleinen Winkel zu der normalen Richtung sein, wohingegen der kleine Winkel nicht mehr als 10° zu der normalen Richtung ist.
Während die Erfindung voranstehend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen geschrieben worden ist, wird verständlich sein, dass Änderungen und Modifikationen ohne Abweichen von dem Umfang der Erfindung durchgeführt werden können, die nur durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenten definiert werden soll. Während zum Beispiel nur zwei Beleuchtungsstrahlen oder Pfade in den 2A, 2B, 4, 5A, 5B gezeigt sind, wird darauf hingewiesen, dass drei oder mehr Beleuchtungsstrahlen oder Pfade verwendet werden können und innerhalb des Umfangs der Erfindung sind.

Claims

Optisches System (50; 100) zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe (76), wobei das System umfasst: eine erste Einrichtung (60, 72, 74) zum Richten eines ersten Strahls (70) einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf eine Oberfläche (76a) der Probe hin; eine zweite Einrichtung (60, 62, 82, 86) zum Richten eines zweiten Strahls (90) einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf eine Oberfläche der Probe hin, wobei der erste und zweite Strahl einen ersten und einen zweiten bestrahlten Fleck auf der Probenoberfläche erzeugen, wobei der erste und zweite Pfad bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche der Probe sind; einen Detektor (80); und eine Einrichtung (78) zum Empfangen einer gestreuten Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck und zum Fokussieren der gestreuten Strahlung an dem Detektor, wobei der erste und zweite bestrahlte Fleck durch einen Versatz (120) getrennt sind; dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner eine Einrichtung zum Vergleichen der empfangenen gestreuten Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen Typen von Abnormalitäten umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei der erste oder zweite Strahl eine Punktspreizungsfunktion mit einer räumlichen Ausdehnung aufweist, wobei der Versatz nicht kleiner als die räumliche Ausdehnung, aber nicht größer als drei Mal die räumliche Ausdehnung, ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Empfangen einer Bestrahlten Streuung eine gekrümmte gespiegelte Oberfläche (78) umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vergleichseinrichtung die empfangene gestreute Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen COPs und Partikeln vergleicht.
Optisches Verfahren zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe (76), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Richten eines ersten Strahls (70) einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf eine Oberfläche (76a) der Probe hin; Richten eines zweiten Strahls (90) einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf eine Oberfläche der Probe hin, wobei der erste und zweite Strahl einen ersten und einen zweiten bestrahlten Fleck auf der Probenoberfläche erzeugen, wobei der erste und zweite Pfad bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche der Probe sind; Erfassen einer gestreuten Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck mit Hilfe eines Detektors (80); und Empfangen einer gestreuten Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck und Fokussieren der gestreuten Strahlung an dem Detektor, wobei der erste und zweite bestrahlte Fleck durch einen Versatz (120) getrennt sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner ein Vergleichen der empfangenen gestreuten Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen Typen von Abnormalitäten umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste oder zweite Strahl eine Punktspreizungsfunktion mit einer räumlichen Ausdehnung aufweist, wobei der Versatz nicht kleiner als die räumliche Ausdehnung, aber nicht größer als drei Mal die räumliche Ausdehnung, ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Vergleichen die empfangene gestreute Strahlung von dem ersten und zweiten bestrahlten Fleck zum Unterscheiden zwischen COPs und Partikeln vergleicht.