DE69819929T2 - Verbessertes prüfsystem für proben - Google Patents
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Description
- 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 die WO 97/12226 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. rauhen 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.
- Ein optisches Scansystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
US 5,650,614 bekannt. Eine kombinierte Hell- und Dunkelfeld-Probenuntersuchung, die einen gekrümmten Spiegel verwendet, um gestreutes Licht zu sammeln, wird in der WO 97/33158 beschrieben. Ein Hintergrund des Standes der Technik wird in derUS 5,058,982 und derUS 4,449,818 beschrieben. - 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 ist auf ein optisches System zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe gerichtet, umfassend eine erste Einrichtung zum Richten eines ersten Strahls einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf einen ersten Fleck auf einer Oberfläche der Probe; eine zweite Einrichtung zum Richten eines zweiten Strahls einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf einen zweiten Fleck auf einer Oberfläche der Probe, wobei der erste und der zweite Pfad bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche der Probe sind; und einen ersten Detektor; gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einer gekrümmten gespiegelten Oberfläche, die konfiguriert ist, um eine gestreute Strahlung von dem ersten oder dem zweiten Fleck auf der Probenoberfläche, die von dem ersten oder zweiten Strahl herrührt, zu empfangen, und die gestreute Strahlung auf dem ersten Detektor zu fokussieren; und dass der erste Detektor ein nicht-abbildender Detektor ist, der konfiguriert ist, um einen Ausgang im Ansprechen auf die Gesamtstrahlung, die darauf fokussiert ist, bereitzustellen.
- In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein optisches Verfahren zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe bereit, umfassend die folgenden Schritte: Richten eines ersten Strahls einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf einen ersten Fleck auf der Oberfläche der Probe; und Richten eines zweiten Strahls einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf einen zweiten Fleck auf der Oberfläche der Probe, wobei der erste und zweite Pfad bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche der Probe sind; und gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Verwenden einer gekrümmten gespiegelten Oberfläche, um eine gestreute Strahlung von dem ersten oder zweiten Fleck auf der Probenoberfläche zu empfangen, die von dem ersten oder zweiten Strahl herrührt, und Fokussieren der gestreuten Strahlung auf einen ersten nicht-abbildenden Detektor; und Ausgeben eines Signals von dem nicht-abbildenden Detektor im Ansprechen auf die Gesamtstrahlung, die darauf durch die gekrümmte gespiegelte Oberfläche fokussiert wird.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- In den Zeichnungen zeigen:
-
1A ,1B und1C 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 der2A oder2B , um 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 und5B 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 der10A 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 AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1A ist eine schematische Ansicht einer Oberfläche20 einer Probe, die untersucht werden soll, und eines Beleuchtungsstrahls22 , der in einer Richtung normal zu der Oberfläche20 gerichtet ist, um die Oberfläche und ein Partikel24 auf der Oberfläche zu beleuchten bzw. zu bestrahlen. Somit beleuchtet bzw. bestrahlt der Beleuchtungsstrahl22 ein Gebiet oder einen Fleck26 der Oberfläche20 und ein Erfassungssystem (nicht gezeigt) erfasst Licht, das durch ein Partikel24 und durch einen Abschnitt oder einen Fleck26 der Oberfläche20 gestreut wird. Das Verhältnis des Photonenflusses, der von dem Detektor von dem Partikel24 empfangen wird, zu demjenigen von dem Fleck26 , zeigt die Empfindlichkeit des Systems gegenüber einer Partikelerfassung an. - Wenn ein Beleuchtungsstrahl
28 , der unter einem schrägen Winkel zu der Oberfläche20 gerichtet ist, anstelle davon verwendet wird, um den Fleck26' und das Partikel24 zu beleuchten, wie in1B gezeigt, wird aus einem Vergleich zwischen den1A und1B offensichtlich sein, dass das Verhältnis des Photonenflusses von dem Partikel24 zu demjenigen von dem beleuchteten Fleck für den Fall der schrägen Beleuchtung in1B im Vergleich mit demjenigen in1A größer sein wird. Für den gleichen Durchsatz (Flecken26 ,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 Strahl28' , der eine Oberfläche30 mit einer Vertiefung32 und einen Partikel24' darauf beleuchtet. Obwohl die Vertiefung32 eine vergleichbare Größe zu dem Partikel24 aufweist, wird sie eine viel kleinere Menge eines Photonenflusses im Vergleich mit dem Partikel24 von dem schrägen Strahl28" streuen, wie aus1C ersichtlich ist. Wenn andererseits die Vertiefung32 das Partikel24 durch einen Strahl wie22 beleuchtet werden, der in eine Richtung normal zu der Oberfläche30 gerichtet ist, würde die Vertiefung32 und das Partikel24 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 und10B gezeigtes räumliches Filter in irgendeiner der Ausführungsformen, wie in den2A ,2B ,3 ,4 ,5A und5B 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/US97/04134, 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 Laser52 , der einen Laserstrahl54 bereitstellt. Eine Linse56 fokussiert den Strahl54 durch ein räumliches Filter58 und die Linse60 fasst den Strahl zusammen und leitet diesen weiter an einen polarisierenden Strahlteiler (PBS; Polarizing Beam Splitter)62 . Der Strahlteiler62 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 Beleuchtungskanal70 wird die erste polarisierte Komponente durch die Optik72 fokussiert und von dem Spiegel74 in Richtung auf eine Probenoberfläche76a eines Halbleiterwafers76 hin reflektiert. Die Strahlung, die von der Oberfläche76a gestreut wird, wird gesammelt und durch einen ellipsoid-förmigen Spiegel78 an eine Fotomultipliziererröhre80 (Photo Multiplier Tube; PMT) fokussiert. - In dem schrägen Beleuchtungskanal
90 wird die zweite polarisierte Komponente von dem Strahlteiler62 auf einen Spiegel82 reflektiert, der einen derartigen Strahl durch eine Halbwellen-Platte84 reflektiert und durch eine Optik86 auf die Oberfläche76a fokussiert. Eine Strahlung, die von dem schrägen Beleuchtungsstrahl in dem schrägen Kanal90 herrührt und von der Oberfläche76a gestreut wird, wird von einem ellipsoid-förmigen Spiegel gesammelt und auf eine Fotomultipliziererröhre80 fokussiert. Die Fotomultipliziererröhre80 weist einen Pinhole-Eingang80a auf. Das Pinhole (Stiftloch oder kleines Loch)80a und der beleuchtete Fleck (von den normalen und schrägen Beleuchtungskanälen auf der Oberfläche76a ) sind vorzugsweise in dem Fokus des ellipsoid-förmigen Spiegels78 . - Der Wafer
76 wird von einem Motor92 gedreht, der ebenfalls linear von einem Wandler94 bewegt wird, und beide Bewegungen werden von einem Controller96 gesteuert, so dass die normalen und schrägen Beleuchtungsstrahlen in den Kanälen70 und90 die Oberfläche76a 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 Spiegel78' , wie in dem System100 der2B gezeigt, zu verwenden. Der paraboloid-förmige Spiegel78' sammelt die gestreute Strahlung von der Oberfläche76a in einen gesammelten (kollimierten) Strahl102 und der gesammelte Strahl102 wird dann durch ein Objektiv104 und durch einen Analysator98 auf die Fotomultipliziererröhre80 fokussiert. Abgesehen von einem derartigen Unterschied ist das Probenuntersuchungssystem100 exakt das gleiche wie das System50 der2A . 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 der2B und in der4 ,5A ,5B , die nachstehend beschrieben werden, weggelassen. - Die allgemeinen Anordnungen, die in den
2A und2B 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 Laser52 und der Linse56 in den2A und2B hinzugefügt, so dass die Polarisation des Lichts, das den Strahlteiler62 erreicht, zwischen P und S umgeschaltet werden kann. Während des LOSLAUF Zyklus übergibt der Strahlteiler62 die Strahlung nur in den normalen Kanal70 hinein und keine Strahlung wird in Richtung auf den schrägen Kanal90 hin gerichtet. Im Gegensatz dazu, während des RÜCKKEHR Zyklus, übergibt der Strahlteiler62 eine Strahlung nur in den schrägen Kanal90 und keine Strahlung wird durch den normalen Kanal70 gerichtet. Während des LOSLAUF Zyklus, ist nur der normale Beleuchtungsstrahl70 in Betrieb, so dass das von dem Detektor80 gesammelte Licht als dasjenige von einer normalen Beleuchtung aufgezeichnet wird. Dies wird für die gesamte Oberfläche76a ausgeführt, wo der Motor92 , der Wandler94 und die Steuerungen96 betrieben werden, so dass der normale Beleuchtungsstrahl70 die gesamte Oberfläche76a entlang eines spiralförmigen Scanpfads scannt. - Nachdem die Oberfläche
76a unter Verwendung einer normalen Beleuchtung gescannt worden ist, verursacht die Halbwellen-Platte zwischen dem Laser52 und der Linse56 , dass eine Strahlung von dem Laser52 nur entlang des schrägen Kanals90 gerichtet wird und die Scansequenz mit Hilfe eines Motors92 , eines Wandlers94 und eine Steuerung96 wird umgedreht und Daten an dem Detektor80 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 in2A , kann der oben beschriebene Betrieb auch ausgeführt werden, indem derartige Komponenten durch einen entfernbaren Spiegel ersetzt werden, der an der Position des Strahlteilers62 angebracht ist. Wenn der Spiegel nicht vorhanden ist, wird der Strahlungsstrahl von dem Laser52 entlang des normalen Kanals70 gerichtet. Wenn der Spiegel vorhanden ist, dann wird der Strahl entlang des schrägen Kanals90 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 Oberfläche76a . Der schräge Beleuchtungsstrahl90 beleuchtet ebenfalls einen Fleck auf der Oberfläche76a . 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 Strahl90 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, würde er somit einen elliptischen Fleck auf der Oberfläche beleuchten. In einer Ausführungsform umfasst die Fokussieroptik72 eine zylindrisch Linse, so dass der Strahl70 einen elliptischen Querschnitt aufweist und ebenfalls einen elliptischen Fleck auf der Oberfläche76a beleuchtet bzw. bestrahlt. - Um zu vermeiden die Scanoberfläche
76a zweimal zu haben ist es möglich einen kleinen Versatz zwischen dem beleuchteten Fleck70a von dem normalen Beleuchtungsstrahl70 (der hier zur Vereinfachung als „normaler Beleuchtungsfleck" bezeichnet wird) und dem beleuchteten Fleck90a von dem schrägen Beleuchtungsstrahl90 (der hier zur Vereinfachung als „schräger Beleuchtungsfleck" bezeichnet wird), wie in3 gezeigt, absichtlich einzuführen.3 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberfläche76a und der normalen und schrägen Beleuchtungsstrahlen70 ,90 , um den Versatz120 zwischen den normalen und schrägen Beleuchtungsflecken70a und90a zu illustrieren. Unter Bezugnahme auf die2A ,2B würde eine Strahlung, die von den zwei Flecken70a ,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 Pinhole80a fokussiert werden wird, sollte das Pinhole in der Richtung des Versatzes etwas vergrößert sein. Infolge dessen wird der Detektor80 eine erhöhte Hintergrundstreuung als Folge der Vergrößerung des Pinholes80a 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 Punktspreizungsfunktion von einem der normalen oder schrägen Beleuchtungsstrahlen. Das Verfahren, das in3 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 Laser52 der2A ,2B kann eine Strahlung bei nur einer Wellenlänge, beispielsweise 488 nm von Argon, zuführen. Der Laser52' der4 liefert eine Strahlung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen in dem Strahl54' , beispielsweise bei 488 und 514 nm, anstelle einer Strahlung von nur einer Wellenlänge. Ein derartiger Strahl wird durch einen dichroitischen Strahlteiler162 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 Optik72 fokussiert ist, wird der Strahl70' bei der Wellenlänge λ1 von einem Spiegel74 in Richtung auf die Oberfläche76a als der normale Beleuchtungsstrahl reflektiert. Die reflektierte Strahlung mit der Wellenlänge λ2 an dem Strahlteiler162 wird weiter durch den Spiegel82 reflektiert und von der Optik86 als der schräge Beleuchtungsstrahl90' 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 Oberfläche76a 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 Beleuchtungsstrahl70' herrührt, von der Strahlung, die durch die Oberfläche gestreut wird, die von dem schrägen Beleuchtungsstrahl90' herrührt, getrennt werden kann. Eine Strahlung, die von der Oberfläche76a gestreut wird, wird wieder gesammelt, und durch einen ellipsoid-förmigen Spiegel78 durch ein Pinhole164a eines räumlichen Filters164 auf einen dichroitischen Strahlteiler166 fokussiert. In der Ausführungsform der4 übergibt der Strahlteiler166 die gestreute Strahlung bei der Wellenlänge λ1 an den Detektor80(1) durch eine Linse168 . Der dichroitische Strahlteiler166 reflektiert die gestreute Strahlung bei der Wellenlänge λ2 durch eine Linse170 auf eine Fotomultipliziererröhre80(2) . Wiederum ist der Mechanismus, um zu bewirken, dass sich der Wafer entlang eines spiralförmigen Pfads dreht, in der4 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 in4 für Anwendungen, wie eine Untersuchung von nacktem Silizium nützlich sein, kann aber eine verringerte Partikelerfassungsempfindlichkeit aufweisen, wenn er verwendet wird, um grobe bzw. rauhe Filme zu scannen. - Noch eine andere Option zum Implementieren der Anordnungen, die allgemein in den
2A und2B gezeigt sind, ist in den5A und5B 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 in5A gezeigt, ein elektro-optischer Modulator (z. B. eine Pockels-Zelle)182 zwischen dem Laser52 und dem Strahlteiler62 angeordnet, um den Strahlungsstrahl54 bei der Halbwellenspannung zu modulieren. Dies führt dazu, dass der Strahl durch den polarisierenden Strahlteiler62 bei der Ansteuerfrequenz des Modulators182 , wie durch eine Steuerung184 gesteuert, entweder transmittiert oder reflektiert wird. - Der elektro-optische Modulator kann durch einen Bragg-Modulator
192 , wie in5B gezeigt, ersetzt werden, der bei einer hohen Frequenz, wie gesteuert, ein- und ausgeschaltet werden kann. Der Modulator192 wird von einem Block193 bei der Frequenz ωb mit Energie versorgt. Dieser Block wird bei einer Frequenz ωm ein- und ausgeschaltet. In dem ausgeschalteten Zustand tritt ein Strahl194a nullter Ordnung durch den Bragg-Modulator192 und wird der normale Beleuchtungsstrahl, der durch den Spiegel74 auf die Oberfläche76a reflektiert wird. In der Ein-Bedingung erzeugt die Zelle192 einen abgelenkten Strahl194b erster Ordnung, der von Spiegeln196 ,82 auf die Oberfläche76a reflektiert wird. Obwohl die meiste Energie von der Zelle192 auf den schrägen Strahl erster Ordnung gerichtet wird, wird jedoch ein schwacher normaler Beleuchtungsstrahl nullter Ordnung aufrecht erhalten, so dass die Anordnung in5B nicht so gut wie diejenige in5A ist. - Vorzugsweise werden der elektro-optische Modulator der
5A und der Bragg-Modulator der5B bei einer höheren Frequenz als die Datenrate, und vorzugsweise bei einer Frequenz wenigsten ungefähr 3 oder 5 mal der Datenrate der Röhre80 , betrieben. In4 wird die Optik sowohl in dem normalen als auch dem schrägen Beleuchtungspfad der5A ,5B derart, dass die normalen und schrägen beleuchteten Flecken im Wesentlichen mit keinem Versatz dazwischen überlappen. Die Anordnungen in den2A ,2B ,4 ,5A ,5B sind dahingehend vorteilhaft, dass der gleiche Strahlungssammler78 und der gleiche Detektor80 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 Oberfläche76a gestreut wird, und Fokussieren der gesammelten Strahlung auf den Detektor, maximieren ferner die Anordnungen der2A ,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 Spiegel78 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 Oberfläche76a 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 den2A ,2B ,4 ,5A ,5B sind auch vorteilhaft zum Sammeln einer derartigen gestreuten Strahlung. Vorzugsweise ist der Beleuchtungswinkel des Strahls90 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 den1A und1B 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 ist8 der schräge Einfallswinkel zwischen dem Strahl und einer normalen Richtung N zu der Waferoberfläche. Wie in6 gezeigt, wenn die Höhe der Waferoberfläche sich von der gestrichelten Linienposition76a' an die Position der durchgezogenen Linie76a , 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·tanθ, 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 System200 der7 dargestellt, wird ein Beleuchtungsstrahl von einem Spiegel202 reflektiert und durch drei Linsen L1, L2, L3 auf die Waferoberfläche204a fokussiert. Die Positionen der Linsen sind eingestellt, um einen schrägen Beleuchtungsstrahl70'' auf die Waferoberfläche204a in einer gestrichelten Linie in7 zu fokussieren. Dann wird eine Quad-Zelle (oder ein anderer Typ eines positionsempfindlichen Detektors)206 so positionien, dass die spiegelnde Reflektion70a'' des Strahls70'' von der Oberfläche204 die Zelle an der Null oder Zero-Position206a der Zelle erreicht. Wenn sich die Waferoberfläche von der Position204a nach204b bewegt, gezeigt mit einer durchgezogenen Linie in7 , verursacht eine derartige Änderung in der Höhe des Wafers, dass sich die spiegelnde Reflektion an die Position70b'' bewegt, so dass sie die Zelle206 an einer Position auf der Zelle, die von der Null-Position206a versetzt ist, erreicht. Der Detektor206 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 Detektor206 ausgegeben wird und die Abweichung von der Null-Position in zwei orthogonalen Richtungen anzeigt, wird von der Zelle206 an eine Steuerung208 gesendet, die ein Fehlersignal an einem Wandler210 zum Drehen des Spiegels202 , so dass die spiegelnde Reflektion70b'' die Zelle auch an der Null-Position206a 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 Steuerung208 kein Fehlersignal an dem Wandler210 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 in8 gezeigt. Somit teilt der Controller252 die Amplitude des Positionserfassungssignals an dem Ausgangsquad-Zellen-Detektors254 durch 2, um ein Quotientensignal abzuleiten, und legt das Quotientensignal an den Wandler210 an. Der Wandler210 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 und8 kann in Zusammenhang mit irgendeinem der Untersuchungssysteme der2A ,2B ,3 ,4 ,5A und5B verwendet werden, obwohl nur die Quad-Zelle (206 oder254 ) in diesen Figuren gezeigt ist. - RÄUMLICHES FILTER
- Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der
2A ,2B ,4 ,5A und5B wird bemerkt, dass die Strahlungssammlungs- und Erfassungsverfahren in derartigen Ausführungsformen die Information bezüglich der Richtung einer Streuung der Strahlung von der Oberfläche76a relativ zu dem schrägen Beleuchtungskanal90 oder90' 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 der2A ,2B ,4 ,5A und5B weggelassen wird, dann sammelt der gekrümmte gespiegelte Sammler78 oder78' 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 den9A –9F durch den Keilwinkel α bestimmt. Somit ist in9A der Keilwinkel 10°, wohingegen in9B er 20° ist. - Wenn das Filter in
9B an der Position300 der2A ,2B ,4 ,5A oder5B 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 Spiegelsammlers78 ,78' . Ferner kann der Azimuth-Sammelwinkel dynamisch durch Programmieren des Filters an der Position300 in den2A ,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 Position300 in den2A ,2B ,4 ,5A ,5B gewählt wird. Die räumlichen Filter in den9A –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 Detektor80 transmittieren. In einigen Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein ein räumliches Filter mit der in9F 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 und10B 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 Elektrode352 und einem Elektrodenfeld354 in der Form von n Sektoren eines Kreises, angeordnet um eine Mitte356 herum, wobei n eine positive ganze Zahl ist, platziert werden. Die Sektoren sind in10B , die eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Filters350 in10A ist, gezeigt. Angrenzende Elektrodensektoren354(i) und354(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 Elektrode352 auf der anderen Seite, mit Hilfe einer Spannungssteuerung360 , ist es deshalb möglich programmartig den Keilwinkel α um Inkremente gleich zu dem Keilwinkel β von jeder der Sektorelektroden354 (1) bis354 (n) zu ändern. Durch Anlegen der Potentiale über die Elektrode352 und die geeigneten Sektorelektroden ist es auch möglich Filter mit unterschiedlichen Anzahlen von strahlungs-transmittierenden keilförmigen Gebieten, die in unterschiedlichen Konfigurationen um die Mitte356 herum angeordnet sind, wiederum mit der Randbedingung des Werts von β, zu erhalten. Um die Zeichnungen zu vereinfachen ist die elektrische Verbindung zwischen der Spannungssteuerung360 und nur einer der Sektorelektroden in den10A und10B gezeigt. Anstelle in der Form von Sektoren eines Kreises zu sein, können die Elektroden354 auch in der Form von Dreiecken sein. Wenn die Elektroden354 als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet sind, weist das Feld von Elektroden354 , das um die Mitte356 herum angeordnet ist, die Form eines Polygons auf. Noch andere Formen für das Feld354 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 Polarisationszustand 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 rauben 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 den2A ,2B ,4 ,5A ,5B ausgeführt werden. - Wie voranstehend in Verbindung mit
1C angegeben, wird eine Vertiefung32 mit einer vergleichbaren Größe zu einem Partikel24 einen kleineren Betrag des Photonenflusses im Vergleich mit einem Partikel24 von einem schrägen Strahl28' 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 Raum gleichförmiger ist. Dieses Merkmal kann ausgenutzt werden, wie in11 dargestellt. - Unter Bezugnahme auf die
2A und11 unterscheidet sich das Probenuntersuchungssystem500 der11 von dem System50 der2A dahingehend, dass ein zusätzlicher Detektor502 mit seinem entsprechenden Pinhole504 verwendet wird. Die Richtung510 ist normal zu der Oberfläche76a des Wafers76 . Die Strahlung, die in Richtungen nahe zu der normalen Richtung510 gestreut wird, wird von einem Spiegel512 durch das Pinhole504 an eine Fotomultipliziererröhre502 für eine Erfassung reflektiert. Die Strahlung, die von der Oberfläche76a in Richtungen weg von der normalen Richtung510 gestreut wird, wird von dem Spiegel78 gesammelt und auf ein Pinhole80a und die Fotomultipliziererröhre80 fokussiert. Somit erfasst der Detektor80 eine Streuung, die von der Oberfläche76a in Richtungen bei großen Winkeln zu der normalen Richtung510 gestreut wird, wohingegen der Detektor502 eine Strahlung erfasst, die von der Oberfläche entlang Richtungen nahe zu der normalen Richtung510 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 Oberfläche76a , das von dem schrägen Beleuchtungsstrahl beleuchtet wird, die Strahlung in einem dreidimensionalen Muster ähnlich wie ein Toroid streuen, der in einer normalen Richtung510 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 Detektor502 erfasste Signal um einen großen Faktor von demjenigen, der von dem Detektor80 erfasst wird, abweicht, dann ist es wahrscheinlicher, dass die Abnormalität auf der Oberfläche76a 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 Oberfläche76a vorhandene Abnormalität ein COP ist. - Der P-polarisierte schräge Beleuchtungsstrahl in dem Kanal
90 kann von einem Laser52 in der gleichen Weise wie derjenigen, die voranstehend unter Bezugnahme auf2A beschrieben wurde, bereitgestellt werden. Der S-polarisierte Strahl, der in Richtung auf den Spiegel82 durch einen polarisierenden Strahlteiler62 reflektiert wird, kann durch eine Halbwellen-Platte84 in einen P-polarisierten Strahl geändert werden. Da der Beleuchtungsstrahl in der normalen Richtung in dem System500 nicht verwendet wird, kann er einfach abgeblockt werden (nicht in11 gezeigt). Ein Vergleich der Ausgänge der zwei Detektoren80 ,502 kann von einem Prozessor400 ausgeführt werden. Der Spiegel78 kann in der Form ellipsoid-förmig oder in der Form paraboloid-förmig sein (wobei in diesem Fall ein zusätzliches Objektiv ähnlich wie das Objektiv104 der2B 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 (41)
- Optisches System (
50 ;100 ) zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe, umfassend: eine erste Einrichtung (60 ,72 ,74 ) zum Richten eines ersten Strahls (70 ) einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf einem ersten Fleck (70a ) auf einer Oberfläche (76a ) der Probe (76 ); eine zweite Einrichtung (60 ,62 ,82 ,86 ) zum Richten eines zweiten Strahls (90 ) einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf einen zweiten Fleck (90a ) auf einer Oberfläche der Probe, wobei die ersten und zweiten Pfade bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche (76a ) der Probe sind; und einen ersten Detektor (80 ); gekennzeichnet durch: eine Einrichtung mit einer gekrümmten gespiegelten Oberfläche (78 ), die konfiguriert ist, um eine gestreute Strahlung von dem ersten oder dem zweiten Fleck auf der Probenoberfläche, die von dem ersten oder zweiten Strahl herrührt, zu empfangen und die gestreute Strahlung an den ersten Detektor zu fokussieren; und dass der erste Detektor ein nicht-abbildender Detektor ist, der konfiguriert ist, um einen Ausgang im Ansprechen auf die Gesamtstrahlung, die darauf durch die gekrümmte gespiegelte Oberfläche fokussiert wird, bereitzustellen. - System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung (
92 ), um eine relative Bewegung zwischen den zwei Strahlen und der Probe zu verursachen, so dass die Flecken über der Oberfläche der Probe gescannt werden. - System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung (
82 ) zum Ändern der Richtung von einem der Strahlen im Ansprechen auf eine erfasste Änderung in der Probenhöhe, um eine Kompensation für die Änderung in der Probenhöhe bereitzustellen, um einen dadurch verursachten Strahlpositionsfehler zu verringern. - System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die gespiegelte Oberfläche (
78 ) eine gekrümmte Oberfläche ist und eine Symmetrieachse im wesentlichen koaxial zu dem ersten Pfad aufweist, wobei eine Eingangsöffnung definiert wird, die in der Nähe zu der Probenoberfläche positioniert ist, um dadurch von der Probenoberfläche eine gestreute Strahlung zu empfangen. - System nach Anspruch 4, wobei die gespiegelte Oberfläche eine paraboloid-förmige gespiegelte Oberfläche (
87' ) ist, wobei die gespiegelte Oberfläche eine Strahlung reflektiert, die durch die Eingangsöffnung tritt, wobei die Empfangs- und Fokussierungseinrichtung ferner eine Einrichtung (104 ) zum Fokussieren von Strahlung, die von der gespiegelten Oberfläche an den ersten Detektor reflektiert wird, einschließt. - System nach Anspruch 4, wobei die gespiegelte Oberfläche eine ellipsoid-förmige gespiegelte Oberfläche ist, wobei die gespiegelte Oberfläche eine Strahlung, die durch die Eingangsöffnung tritt, reflektiert und fokussiert.
- System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der erste Pfad nicht mehr als ungefähr ein 10°-Winkel von einer normalen Richtung zu der Probenoberfläche ist.
- System nach Anspruch 7, wobei der erste Pfad im wesentlichen normal zu der Probenoberfläche ist.
- System nach Anspruch 7, wobei der zweite Pfad bei einem Winkel innerhalb eines Bereichs von ungefähr 45 bis 85 Grad zu einer normalen Richtung zu der Probenoberfläche ist.
- System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten und zweiten Flecken im wesentlichen übereinstimmen.
- System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei erste und zweite Flecken durch einen Versatz (
20 ) getrennt sind. - System nach Anspruch 11, 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 irgendeinem voransehenden Anspruch, wobei die ersten und zweiten Einrichtungen umfassen: eine Quelle (
52 ;52' ), die einen Strahlungsstrahl zuführt; und eine Einrichtung (62 ;162 ) zum Umwandeln des Strahlungsstrahls, der von der Quelle zugeführt wird, in die ersten und zweiten Strahlen. - System nach Anspruch 13, wobei die Quelle eine Strahlung von wenigstens einer ersten und zweiten Wellenlänge zuführt, wobei der erste Detektor (
80(1) ) eine Strahlung der ersten Wellenlänge erfasst, wobei das System ferner einen zweiten Detektor (80(2) ) zum Erfassen einer Strahlung der zweiten Wellenlänge umfasst. - System nach Anspruch 13, wobei die Umwandlungseinrichtung einen Schalter (
182 ;192 ) einschließt, der bewirkt, dass der Strahlungsstrahl von der Quelle abwechselnd entlang der zwei Pfade in Richtung auf die Probenoberfläche hin übertragen wird. - System nach Anspruch 15, wobei das System ferner eine Einrichtung zum Sammeln von Daten von dem Detektor bei einer Datenrate umfasst, wobei der Schalter bei einer Frequenz von wenigstens ungefähr drei mal von derjenigen der Datenrate arbeitet.
- System nach Anspruch 15, wobei das System ferner eine Einrichtung zum Sammeln von Daten von dem Detektor bei einer Datenrate umfasst, wobei der Schalter bei einer Frequenz von wenigstens ungefähr fünf mal von derjenigen der Datenrate arbeitet.
- System nach Anspruch 15, wobei der Schalter einen elektro-optischen Modulator (
182 ) oder einen Bragg-Modulator (192 ) einschließt. - System nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe mit einer glatten Oberfläche, wobei der zweite Pfad bei einem schrägen Winkel zu der Probenoberfläche ist und der zweite Strahl in Bezug auf die Probenoberfläche P oder S polarisiert ist.
- System nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe mit einer rauen Oberfläche, wobei der zweite Pfad bei einem schrägen Winkel zu der Probenoberfläche ist, und der zweite Strahl in Bezug auf die Probenoberfläche S polarisiert ist.
- System nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend ein räumliches Filter, das an einer Position (
300 ) zwischen der gekrümmten gespiegelten Oberfläche (78 ) und dem Detektor (80 ) angeordnet ist, wobei das räumliche Filter die gestreute Strahlung in Richtung auf den Detektor hin mit Ausnahme von wenigstens einem Gebiet mit einer Keilform abblockt. - System nach Anspruch 21, wobei das räumliche Filter ein räumliches Flüssigkristall-Filter (
350 ) umfasst. - System nach Anspruch 21, wobei das räumliche Filter die Form eines Schmetterlings mit zwei Flügeln aufweist, wobei die Flügel lichtundurchlässig für eine Strahlung sind oder diese streuen und die Räume zwischen den Flügeln eine Strahlung übertragen.
- System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, ferner umfassend eine Einrichtung (
400 ) zum Vergleichen einer erfassten gestreuten Strahlung, die von dem ersten Strahl herrührt und derjenigen, die von dem zweiten Strahl herrührt, um zwischen Partikeln und COPs zu unterscheiden. - Optisches Verfahren zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe (
76 ), umfassend: Richten eines ersten Strahls (70 ) einer Strahlung entlang eines ersten Pfads auf einen ersten Fleck (70a ) auf der Oberfläche (76a ) der Probe; und Richten eines zweiten Strahls (90 ) einer Strahlung entlang eines zweiten Pfads auf einen zweiten Fleck (90a ) auf der Oberfläche der Probe, wobei die ersten und zweiten Pfade bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu der Oberfläche der Probe sind; und gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Verwenden einer gekrümmten gespiegelten Oberfläche (78 ), um eine gestreute Strahlung von dem ersten oder zweiten Fleck auf der Probenoberfläche zu empfangen, die von dem ersten oder zweiten Strahl herrührt, und Fokussieren der gestreuten Strahlung auf einen ersten nicht-abbildenden Detektor (80 ); und Ausgeben eines Signals von dem nicht-abbildenden Detektor im Ansprechen auf die gesamte Strahlung, die durch die gekrümmte gespiegelte Oberfläche darauf fokussiert wird. - Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend den Schritt, bei dem eine relative Bewegung zwischen den zwei Strahlen und der Probe verursacht wird, so dass die Flecke über die Oberfläche der Probe gescannt werden.
- Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei der erste Pfad nicht mehr als ungefähr ein 10°-Winkel von einer normalen Richtung zu der Probenoberfläche ist.
- Verfahren nach Anspruch 27, wobei der erste Pfad im wesentlichen normal zu der Probenoberfläche ist.
- Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der zweite Pfad bei einem Winkel innerhalb eines Bereichs von ungefähr 45 bis 85 Grad zu einer normalen Richtung zu der Probenoberfläche ist.
- Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 29, wobei die ersten und zweiten Flecken im wesentlichen übereinstimmen.
- Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 29, wobei die ersten und zweiten Flecken durch einen Versatz (
120 ) getrennt sind. - Verfahren nach Anspruch 31, wobei der erste oder zweite Stahl 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 irgendeinem der Ansprüche 25 bis 32, wobei das Richten des ersten und zweiten Strahls umfasst: Bereitstellen einer Quelle (
52 ,52' ), die einen Strahlungsstrahl zuführt; und Umwandeln des Strahlungsstrahls, der von der Quelle zugeführt wird, in die ersten und zweiten Strahlen. - Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Quelle (
25' ) eine Strahlung mit einer ersten und einer zweiten Wellenlänge zuführt, wobei der erste Detektor (80(1) ) eine Strahlung der ersten Wellenlänge erfasst, wobei das Verfahren ferner das Erfassen einer Strahlung der zweiten Wellenlänge mit Hilfe eines zweiten Detektors (80(2) ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Umwandeln ein Umschalten des Strahlungsstrahls von der Quelle abwechselnd zwischen den zwei Pfaden auf die Probenoberfläche hin einschließt.
- Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Verfahren ferner ein Sammeln von Daten von dem ersten Detektor bei einer Datenrate umfasst, wobei das Umschalten bei einer Frequenz von wenigstens ungefähr drei mal der Datenrate stattfindet.
- Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Verfahren ferner das Sammeln von Daten von dem ersten Detektor bei einer Datenrate umfasst, wobei das Umschalten bei einer Frequenz von wenigstens ungefähr fünf mal von derjenigen der Datenraten stattfindet.
- Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe mit einer glatten Oberfläche, wobei der zweite Pfad bei einem schrägen Winkel zu der Probenoberfläche ist, und das Richten einen zweiten Strahl richtet, der in Bezug auf die Probenoberfläche S oder P polarisiert ist.
- Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, zum Erfassen von Abnormalitäten einer Probe mit einer rauen Oberfläche, wobei der zweite Pfad bei einem schrägen Winkel zu der Probenoberfläche ist und das Richten einen zweiten Strahl richtet, der in Bezug auf die Probenoberfläche S polarisiert ist.
- Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, ferner umfassend ein sequenzielles Scannen der ersten und zweiten Strahlen über den gleichen Abschnitt der Probenoberfläche, wobei der erste, aber nicht der zweite Strahl, auf die Oberfläche gerichtet wird, während er gerade in einem Zyklus gescannt wird und der zweite, aber nicht der erste Strahl, auf die Oberfläche gerichtet wird, während er gerade in einem nachfolgenden Zyklus gescannt wird.
- Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 40, ferner umfassend ein Vergleichen einer erfassten gestreuten Strahlung, die von dem ersten Strahl herrührt und derjenigen, die von dem zweiten Strahl herrührt, um zwischen Partikeln und COPs zu unterscheiden.
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