DE69314059T2

DE69314059T2 - Einrichtung zum teilchennachweis mit spiegelnder zeile-zu-fleck umsetzender sammeloptik

Info

Publication number: DE69314059T2
Application number: DE69314059T
Authority: DE
Inventors: Kevin E. Belmont Nc 28012 Moran
Original assignee: ADE OPTICAL SYST CORP
Current assignee: ADE OPTICAL SYST CORP
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2013-12-22
Also published as: JPH08508099A; ATE158410T1; US5448364A; KR960701358A; JP3192426B2; DE69314059D1; CA2153774A1; CA2153774C; EP0690982B1; AU5985594A; WO1994022003A1; EP0690982A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Oberflächenuntersuchungssysteme, insbesondere die Untersuchung von Gegenständen wie Siliziumwafers auf Defekte oder Fehler in der Oberfläche des Gegenstandes.

Hintergrund der Erfindung

Beim Herstellungsvorgang von Mikrochips aus Silizium oder anderen Halbleitern wird in allgemeinen Licht durch eine Gittermaske geleitet, um Schaltkreise auf einen Siliziumwafer zu ätzen Die Anwesenheit von Verschmutzungen, Staub, Ablagerungen oder anderen Fremdmaterialien auf der Oberfläche der Gittermaske oder des Slliziumwafers ist in hohem Maße unerwünscht und beeinflußt die erzeugten Schaltkreise nachteilig. Demzufolge werden die Gittermasken und die Siliziumwafer notwendigerweise vor der Verwendung untersucht. Eine gebräuchliche Untersuchungsmethode ist die Betrachtung und Untersuchung jeder Oberfläche bei hoher Lichtstärke und Vergrößerung durch einen menschlichen Prüfer. Verunreinigungen jedoch, die kleiner sind als durch Betrachtung durch das menschliche Auge auffindbar, beeinträchtigen die hergestellten Mikrochips.
Deshalb wurden Laser-Untersuchungssysteme für die Untersuchung der Oberfläche von Siliziumwafers entwickelt, um kleine Teilchen zuverlässig aufzufinden. In diesen gebräuchlichen Laser-Untersuchungssystemen wird Licht von der Oberfläche eines Gegenstandes sowohl spiegelnd reflektiert als auch gestreut. Beides, das spiegelnd reflektierte Licht und das gestreute Licht, sind Hinweise auf die Anwesenheit von Teilchen oder Defekten auf der Oberfläche des Gegenstandes. Das von der Oberfläche spiegelnd reflektierte Licht und das von der Oberfläche gestreute Licht werden gesammelt und getrennt zu Photodetektoren, wie einer Photoelektronenvervielfacherröhre ('photomultiplier tube', PMT) oder einem Ladungsspeicherelement ('charged coupled device', CCD), übermitteln.
Verschiedene Laser-Untersuchungssysteme wurde entwickelt, die Sammeloptiken unterschiedlicher Typen aufweisen, wie etwa faseroptische Bündel, sphärische oder parabolische Spiegel, Langlinsen und Lichtleiter, um das Licht zu sammeln und es getrennt zu Photodetektoren zu übermitteln. Beispiele solcher Systeme können aus den Patenten US-4,875,780 (Moran et al.), "Method and Apparatus for Inspecting Reticles"; U54,795,911 (Kohno et al.), "Surface Examining Apparatus for Detecting the Presence of Foreign Particles on the Surface"; US-4,630,276 (Moran), "Compact Laser Scanning System"; US-4,601,576 (Galbraith), "Light Collector for Optical Contaminant And Flaw Detector"; US-4,378,159 (Galbraith), "Scanning Contaminant and Defect Detector"; US-4,376,583 (Alford et al.), "Surface Inspection Scanning System"; GB-A2-1 80 930 (Weber), "Optical Web-Monitoring Apparatus"; EP-A- 0 178 037 (Moran), "Compact Laser Scanning System" and US-4,360,275 (Louderback), "Device for Measurement of Optical Scattering" ersehen werden.
Die EP 0 178 037 lehrt eine Anordnung, die eine gefaltete optische Zelle für das Sammeln spiegelnd reflektierten Lichtes und einen ellipsoidischen Reflektor mit einem zylindrischen, mattierten Lichtleiter bei einem Brennpunkt für das Sammeln von diffus reflektiertem Licht verwendet.
Die Sammeloptiken dieser Systeme sind jedoch oft sperrig und in gebräuchliche Laser-Untersuchungsmaschinen umständlich zu installieren und sind oft ineffizient beim Sammeln von Lichtanteilen.
Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Teilchendetektionssystem, das kompakt und effizient das von der Oberfläche eines Gegenstandes spiegelnd reflektierte und gestreute Licht sammelt und das Licht in einen Photodetektor fokussiert.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert ein Teilchendetektionssystem nach Anspruch 1 mit vergleichsweise kompakten und effizienten Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken zum Sammeln des von der Oberfläche eines Gegenstandes spiegelnd reflektierten und gestreuten Lichtes und zum Spiegeln des Lichtes in den Photodetektor. Die Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken haben eine Anzahl von Spiegeln, die zum Empfangen jeweils des von der Oberfläche eines Gegenstandes spiegelnd reflektierten bzw. gestreuten Lichtes angeordnet sind. Ein erster Spiegel ist gekrümmt, und ein zweiter Spiegel ist flach, und aufgrund der Krümmung des ersten Spiegels wird das Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes entlang einer Abtastlinie reflektiert wird, in einen vorbestimmten Fleck fokussiert. Die Gestaltung und Ausrichtung der Spiegel ist derart, daß das Licht, das in die Linie-zu-Fleck-Sammeloptik gespiegelt oder gestreut wird, kompakt und effizient gesammelt wird, sodaß die bei dem Übertragungsvorgang zu dem Photodetektor verlorene Lichtmenge auf ein Mindestmaß reduziert wird.
Ausführlicher gesagt, hat das Oberflächenuntersuchungssystem einen Abtastspiegel, um mit einem Laserstrahl entlang einer vorbestimmten Abtastlinie über die Obertläche eines Gegenstandes abzutasten. Die Sammeloptiken empfangen das von der Gegenstandsoberfläche entlang der Abtastlinie reflektierte Licht. Die Sammeloptiken haben einen ersten Spiegel, der für den Empfang von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, angeordnet ist, und einen zweiten Spiegel, der in Bezug auf den ersten Spiegel für den Empfang von Licht, das von dem ersten Spiegel reflektiert wird, ausgerichtet ist. Der erste und er zweite Spiegel sind so gestaltet und ausgerichtet, daß sie das reflektierte Licht von einer Linie in einen Fleck konzentrieren. Die Photodetektoren sind für den Empfang des so gebildeten Lichtflecks angeordnet.
Durch Falten der Lichtwege, derart daß sie von jeder der reflektierenden Oberflächen der Spiegel mehrere Male reflektiert werden, ist eine deutliche Erhöhung der gesamten effektiven Weglänge des spiegelnd reflektierten und gestreuten Lichtes, das jeweils von den zwischen dem abgetasteten Gegenstand und den Photodetektoren angeordneten Sammeloptiken empfangen wird, d.h. der Brennweite, innerhalb eines sehr kompakten Gerätes möglich. Je öfter das Licht zuruckgeworfen wird, desto kürzer ist die gesamte Länge, die für eine effektive Spiegelung des gesammelten Lichtes zu dem Photodetektor notwendig ist. Die Ausrichtung und Gestaltung der Spiegel der Sammeloptiken wirken somit wie eine Folge dünner Linsen, und das tatsächliche physikalische Ergebnis ist eine verhältnismäßig große Brennweite und eine entsprechend große Tiefenschärfe innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Raumes.
Das Licht, welches von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, schließt sowohl spiegelnd reflektiertes Licht als auch zerstreutes oder gestreutes Licht ein. Diese reflektierten Lichtanteile oder Lichtwege werden durch Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken getrennt gesammelt und durch jeweilige Photodetektoren in elektrische Signale für die Auswertung umgesetzt, um Information über die Oberflächencharakteristik des Gegenstandes, wie Fehler oder Defekte zu erhalten. Dieses Teilchendetektionssystem kann somit vorteilhafterweise für das Sammeln von Licht, welches von der Oberfläche eines Gegenstandes spiegelnd reflektiert oder gestreut wird, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Oberflächenuntersuchungssystem kann auch einen Unterseiten- oder Kantendetektor zum Erfassen des von einer Kante des Gegenstandes reflektierten oder gestreuten Lichtes aufweisen. Der Kantendetektor kann dann der Sammeloptik zusätzliche Information liefern, wie etwa in der Form eines Zeitgebersignales, über die relative Position der Abtastlinie in Bezug auf den abgetasteten Gegenstand.
In einer abgewandelten Ausführungsform kann das spiegelnd reflektierte, in einem Fleck konzentrierte Licht durch einen Strahl-Teiler in zwei Lichtwege aufgespaltet werden, wobei der erste Lichtweg das Spiegel- oder Fernfeldlicht definiert und der zweite Lichtweg das Nahfeldlicht definiert. Getrennte Photodetektoren erfassen dann das Licht des Spiegelfeldes und des Nahfeldes, um zusätzliche Information über die Oberfläche des abgetasteten Gegenstandes zu liefern.
Die Erfindung liefert auch ein Verfahren nach Anspruch 8 zur Untersuchung der Oberfläche eines Gegenstandes nach Teilchen oder Defekten. Das Untersuchungsverfahren enthält die Schritte des Abtastens mit einem Laserstrahl entlang einer vorbestimmten Abtastlinie auf der Oberfläche des Gegenstandes, des sammelnden Empfangens von Licht, das von der Gegenstandsoberfläche sowohl spiegelnd als auch diffus reflektiert wird, entlang der Abtastlinie mit einer Anzahl von Spiegeln, um das reflektierte Licht von einer Linie in einen Fleck zu konzentrieren.

Beschreibung der Zeichnungen

Einige der Merkmale und Vorteile der Erfindung wurden bereits dargestellt, andere werden anhand der weiteren Beschreibung deutlich werden in Verbindung mit den beigelegten Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenuntersuchungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Linie-zu-Fleck-Sannneloptik zum Sammeln des spiegelnd reflektierten Lichtes, des gestreuten Lichtes und des Kanten-detektierten Lichtes von einem untersuchten Gegenstand ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Oberflächenuntersuchungssystems der Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei der Laser als unterbrochene Linie dargestellt ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Sammeloptik und des Photodetektors gemaß der vorliegenden Erfindung ist und das mehrfache Zurückwerfen und das Falten des gesammelten Lichtes von einer Linie in einen Fleck entsprechend der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Nahfelddetektor und einem Spiegelfelddetektor ist; und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Sammeloptik gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Nahfelddetektor und einem Spiegelfelddetektor und das Falten des gesammelten Lichtes von einer Linie in einen Fleck veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung der abgebildeten Ausführungsformen

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen abgebildete Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die dargelegten Ausführungsformen eingeschrännt aufgefaßt werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen dargestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Gegenstand der Erfindung dem Fachmann vollständig vermittelt. Gleichartige Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf gleichartige Elemente.
Nunmehr bezugnehmend auf die Figuren zeigen Fig. 1 und 2 ein Oberflächenuntersuchungssystem, allgemein bezeichnet mit 10, gemaß der vorliegenden Erfindung. Ein Laser 11 erzeugt einen Laserstrahl aus Licht - als eine unterbrochene Linie B veranschaulicht -, welcher unter Verwendung einer Anzahl von Spiegeln und Linsen, die hintereinander angeordnet und mit 12, 13, 14 und 15 bezeichnet sind, gespiegelt und gebrochen wird. Die Spiegel und Linsen 12, 13, 14, 15 übertragen das Licht B zu einem Abtastkopf 16. Der Abtastkopf 16 hat einen Spiegel (nicht gezeigt), der beweglich angebracht ist, um damit den Lichtstrahl B sich in einem sich wiederholenden Abtastmuster bewegen und damit eine vorbestimmte Abtastlinie verfolgen zu lassen. Der Abtastkopf 16 ist vorzugsweise ein Scanner elektromagnetischer Resonanz wie gezeigt, aber auch andere, dem Fachmann bekannte Mittel können zum Abtasten eines Laserstrahls B verwendet werden, wie etwa ein rotierender Prismenspiegel oder ein piezoelektrischer Scanner.
Das Licht B von dem Abtastkopf 16 wird wiederum zu einer gefalteten optischen Zelle 20 übertragen. Die gefaltete optische Zelle 20 hat ein Gehäuse 21, an dem ein flacher erster Spiegel 22, welcher zum Empfangen des Lichtes B von dem Abtastkopf 16 angeordnet ist, und ein gekrümmter zweiter Spiegel 23, welcher in bezug auf den ersten Spiegel 22 zum Empfangen des von dem ersten Spiegel 22 reflektierten Lichts ausgerichtet ist, angebracht sind. Der erste Spiegel 22 und der zweite Spiegel 23 sind so gestaltet und ausgerichtet, daß sie reflektierender Weise eine Abtastlinie L über die Oberfläche eines Gegenstandes, wie etwa ein mit W bezeichneter Siliziumwafer bilden. Die reflektierenden Oberflächen der Spiegel 22, 23 sind einander gegenüber in einem Abstand so zueinander angebracht, daß der Laserstrahl B von jeder der reflektierenden Oberflächen mehrere Male reflektiert wird, bevor er schließlich aus der Zelle austritt, woraufhin der Strahl B abwärts auf die Oberfläche des Untersuchungszieles oder Gegenstandes W gerichtet wird. Der Gegenstand W kann ein aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial gefertigter Wafer sein oder kann ein Gegenstand einer anderen, dem Fachmann geläufigen Art sein.
Wie oft der Strahl B innerhalb der gefalteten optischen Zelle 20 zurückgeworfen wird, kann durch den Eintritts- und den Austrittswinkel des Abtaststrahles B festgelegt werden. Durch Falten des Strahles B innerhalb der gefalteten optischen Zelle 20, sodaß er von jeder der reflektierenden Oberflächen mehrere Male reflektiert wird, ist eine deutliche Erhöhung der gesamten effektiven Weglänge des Laserstrahls zwischen dem Abtastkopf 16 und dem Gegenstand W, d.h. der Brennweite, innerhalb eines sehr kompakten Gerätes möglich. Die gefaltete optische Zelle 20 wirkt somit wie eine Folge dünner Linsen, und das tatsächliche physikalische Ergebnis ist eine verhältnismäßig große Brennweite und eine entsprechend große Tiefenschärfe innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Raumes.
Durch die Verwendung eines konkav gekrümmten Spiegels 22 als eine der reflektierenden Oberflächen der optischen Zelle 20 in Kombination mit dem Plan- oder flachen Spiegel 23 wandelt die optische Zelle 20 auch den Abtastweg des Strahles B in eine im wesentlichen parallele Abtastung um. Daher bleibt der Abtaststrahl B im wesentlichen senkrecht auf die untersuchte Oberfläche, während er sich über die Oberfläche des Gegenstandes W bewegt. Ms weitere Möglichkeit kann die gefaltete optische Zelle 20 ein Paar gekrümmter Spiegel aufweisen, und die optische Zelle kann zur Erzeugung entweder eines paralleles, eines divergentes oder eines konvergenten Abtastmusters eingestellt werden. Die besondere Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 und der Abstand in bezug auf den Flachspiegel 23 hängen von den spezifischen Details des jeweiligen Abtastsystems ab. Die einzelnen Details und die Abstandsanordnung eines solchen Systems kann dem allgemein bekannten US-Patent 4,630,276 entnommen werden, welches hiermit als in die Beschreibung aufgenommen gilt.
Wie in Fig. 1 und 2 weiter dargestellt ist, tastet der Laserstrahl B entlang der vorbestimmten Abtastlinie L auf der Oberfläche des Gegenstandes W ab und trifft den Gegenstand in einem vorbestimmten Einfallswinkel in bezug auf die Oberfläche des Gegenstandes. Der Strahl B wird von der Oberfläche des Gegenstandes W in einem dem Einfallswinkel gleichen Winkel reflektiert. Jegliche Fehler, Verunreinigungen oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Gegenstandes verursachen eine Streuung des einfallenden Strahles. Daher kann das Licht B, weiches von der Oberfläche des Gegenstandes W reflektiert wird, sowohl spiegelnd reflektiertes als auch zerstreutes oder gestreutes Licht enthalten. Diese reflektierten Lichtanteile oder Lichtwege werden von den Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken 40, 50 getrennt gesammelt und durch jeweilige Photodetektoren zu elektrischen Signalen für die Auswertung durch ein Steuerungssystem 74 umgewandelt, um Information über die Oberflächencharakteristik des Gegenstandes W, wie etwa Fehler oder Defekte, zu erhalten. Ein geeignetes Mittel, wie etwa ein Fördergerät, ist für die Voranbewegung des Gegenstandes W entlang eines vorbestimmten Transportweges - in Fig. 2 durch den Pfeil gekennzeichnet - senkrecht zur Abtastlinie L des Laserstrahis B bei in einer vorbestimmten Zielebene angeordneten Oberfläche des Gegenstandes W vorgesehen. Der Gegenstand W wird unter dem Laserstrahl B voranbewegt, sodaß die gesamte Oberfläche des Gegenstandes W abgetastet werden kann.
Eine Linie-zu-Fleck-Sammeloptik 40, die über der Oberfläche des Gegenstandes W angeordnet ist, sammelt das spiegelnd reflektierte Licht, welches von der Oberfläche des Gegenstandes W reflektiert wurde, und eine andere Linie-zu-Fleck-Sammeloptik 50, die über der Oberfläche des Gegenstandes W angeordnet ist, sammelt das gestreute Licht, welches von der Oberfläche des Gegenstandes W gestreut wird, während sich der Gegenstand W entlang des vorgegebenen Transportweges bewegt. Eine oberhalb der Oberfläche des Gegenstandes W angebrachte Linse 70 bricht das von der Oberfläche gestreute Licht, um dadurch das gestreute Licht effektiver über einen vergleichsweise großen Sammelwinkel zu sammeln, während es zu der Sammeloptik 50 geleitet wird. Die Sammeloptiken 40, 50 haben Photodetektoren 45, 55, 56 - als Photoelektronenvervielfacherröhren (PMT) oder Ladungsspeicherelement (CCD) gezeigt - welche für den Empfang des gesammelten Lichtes angeordnet sind. Weiters empfangt, wenn der Laserstrahl B Licht über die Kanten des Gegenstandes W abtastet, eine Kantensammeloptik oder ein Kantendetektor 30, welcher auf der gegenüberliegenden Seite des Gegenstandes W von der Laser-Abtastlinie angeordnet ist, den Laserstrahl, während er über die Kanten des Gegenstandes W hinausgeht, und erfaßt dadurch die Kanten des Gegenstandes W. Der Kantendetektor 30 liefert dem Steuersystem 74 im allgemeinen ein Zeitgebersignal, um auf die Kanten des Gegenstandes W während seines Vorüberbewegung entlang der Abtastlinie L hinzuweisen. Der Kantendetektor 30 kann einen ähnlichen Aufbau wie die Linie-zu-Fleck-Sammeloptik 40, 50 aufweisen und ist weiter unten detaillierter beschrieben.
Fig. 3 zeigt den Aufbau und die Funktionsweise einer der Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken 40 in näherem Detail. Der spiegelnd reflektierte Lichtweg definiert im allgemeinen eine linienförmige Lichtquelle. Die Sammeloptik 40 empfangt die Lichtlinie, die von der Oberfläche des Gegenstandes W entlang der Abtastlinie L reflektiert wird, und konzentriert sie in einem Fleck bei dem Eingang des Photodetektors 45. Die Sammeloptik 40 hat ein Gehäuse 41, an dem ein verhältnismäßig gekrümmter erster Spiegel 42, der für den Empfang des von der Gegenstandsoberfläche reflektierten Lichts angeordnet ist, und ein verhältnismäßig flacher zweiter Spiegel 43, welcher in bezug auf den ersten Spiegel 42 zum Empfang des von dem ersten Spiegel 42 reflektierten Lichts ausgerichtet ist, angebracht sind. Ein Paar von Einstellstäben 49 steht mit dem ersten Spiegel 42 und dem Oberteil des Gehäuses 41 in Verbindung und wird angepaßterweise von einem entsprechenden Paar von Einstellknöpfen 112 aufgenommen, welche ebenfalls mit dem Oberteil des Gehäuses 41 in Verbindung stehen. Unter Verwendung der Einstellknöpfe 112 und der Einstellstäbe 49 kann der erste Spiegel 42 für eine effektivere Sammlung des von der Oberfläche des Gegenstandes W reflektierten Lichtes ausgerichtet werden.
Die reflektierenden Oberflächen der Spiegel 42, 43 der Sammeloptik 40 sind einander gegenüber in einem Abstand so zueinander angebracht, daß die spiegelnd reflektierte Lichtlinie von jeder der reflektierenden Oberflächen mehrere Male reflektiert wird, bevor sie schließlich aus der Zelle austritt, woraufhin der Strahl B aufwärts auf die Oberfläche des Photodetektors 45 gerichtet wird. Wie oft der Strahl B innerhalb der Sammeloptik 40 zurückgeworfen wird, kann durch die Ein- und Austrittswinkel des spiegelnd reflektierten Lichtweges bestimmt werden. Die Spiegel 42, 43 wirken somit als eine gefaltete optische Zelle, ähnlich der oben beschriebenen gefalteten optischen Zelle 20, jedoch in umgekehrter Orientierung. Durch Falten des Lichtweges innerhalb der Sammeloptik 40 ist eine deutliche Erhöhung der gesamten effektiven Weglänge des spiegelnd reflektierten Lichtes zwischen dem Gegenstand W und dem Photodetektor 45, d.h. der Brennweite, innerhalb eines sehr kompakten Gerätes möglich. Je öfter das Licht zwischen den Spiegeln 42, 43 zurückgeworfen wird, desto kürzer ist die zum effektiven Reflektieren des gesammelten Lichtes zu dem Photodetektor 45 benötigte gesamte Länge. Die gefaltete optische Zelle der Sammeloptik 40 wirkt somit auch wie eine Folge dünner Linsen, und das tatsächliche physikalische Ergebnis ist eine verhältnismäßig große Brennweite und eine entsprechend große Tiefenschärfe innerhalb eine verhältnismäßig kurzen Raumes. Aufgrund der Krümmung des ersten Spiegels 42 in Zusammenwirken mit dem flachen zweiten Spiegel 43 wird das von der Abtastlinie L gesammelte Licht in einem vorbestimmten Fleck auf dem Photodetektor 45 fokussiert. Die Gestaltung und Ausrichtung der Spiegel 42, 43 sind derart, daß das in die Linie-zu-Fleck-Sammeloptik 40 reflektierte Licht kompakt und effizient gesammelt wird, sodaß die bei dem Übertragungsvorgang zu dem Photodetektor verlorengehende Lichtmenge auf ein Mindestmaß reduziert wird. Die anderen in Fig. 1 und 2 gezeigten Linie-zu- Fleck-Sammeloptiken 30, 50 sind in einer ähnlichen Weise wie die soeben beschriebene Sammeloptik 40 aufgebaut und werden daher der Kürze halber nicht im Detail weiter beschrieben.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 3 ist der Photodetektor 45, wie etwa eine Photoelektronenvervielfältigungsröhre (PMT) oder ein Ladungsspeicherelement (CCD), für die Sammeloptik 40 für den Empfang des so gebildeten Lichtflecks angeordnet. Der spiegelnd reflektierte Lichtanteil oder Lichtweg wird getrennt gesammelt und durch den Photodetektor 45 in ein elektrisches Signal für die Auswertung umgewandelt, um Information über die Oberflächencharakteristik des Gegenstandes W zu erhalten. Ein optisches Element oder Strahlteiler 44, wie etwa ein versilberter Spiegel und eine Lichtfalle 91, können in dem Lichtweg vorgesehen sein. Der Strahlteiler 44 und die Lichtfalle 91 sind in solcher Weise angeordnet, um die Streuung von Licht rückwärts in den Sammellichtweg zu verhindern und dadurch das durch den Photodetektor 45 empfangene Hintergrundrauschen zu verringern. Die Lichtfalle 91 hat eine dunkel gefarbte innere Oberfläche, um den in die Lichtfalle 91 abgezweigten Lichtanteil zu absorbieren. Ein Ausrichtungslicht 92 wirkt auch mit der Lichtfalle 91 und dem Strahlteiler 44 zusammen bei der Übertragung von Licht in die entgegengesetzte Richtung, um die Ausrichtung der Spiegel 42, 43 zum Zwecke des Sammelns des spiegelnd reflektierten Lichtes zu erleichtern. Der Photodetektor 45 ist auf einer elektronischen Platine 100 für die Verarbeitung der von den Photodetektor 45 übertragenen elektrischen Information über die Oberfläche des Gegenstandes W angebracht.
Die Sammeloptik so ist oberhalb der Oberfläche des Gegenstandes W für das Sammeln des von der Oberfläche des Gegenstandes W reflektierten, gestreuten Lichtes angeordnet. Das gestreute Licht, welches von der zu überprüfenden Oberfläche entlang der Abtastlinie L zerstreut wird, definiert eine linienförmige Lichtquelle. Die Sammeloptik so ist ähnlich der Sammeloptik 40 der Figur 3 aufgebaut, sodaß die linienförmige Lichtquelle in einem Fleck konzentriert wird. Die Linie-zu-Fleck-Sammeloptik 50 für das gestreute Licht wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, hat jedoch einen Strahlteiler 54 für die Aufteilung des Lichtes in einen ersten und einen zweiten Lichtweg. Das Licht in dem ersten und dem zweiten Lichtweg wird von einem ersten Photodetektor 55 - gezeigt als ein CCD - bzw. einem zweiten Photodetektor 56 - gezeigt als ein PMT - erfaßt. Die elektrischen Signale, die von dem ersten und zweiten Photodetektor 55, 56 erzeugt werden, werden dann kombiniert, um eine bessere Signalerkennung für den Nachweis von Defekten oder Fehlern in dem Gegenstand W zu liefern. Die Informationen, die von den jeweiligen Photodetektoren 45, 54, 55 der Linie-zu-Fleck-Sammeloptiken 40, 50 gesammelt werden, können mittels einer geeigneter Schnittstellenelektronik und dem Computermittel 74 (Fig. 1) verarbeitet werden, um wichtige Information über Art, Schwere und Ort der Fehler oder Defekte, die auf der Oberfläche des Gegenstandes W vorhanden sind, zu liefern.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 ist der Kantendetektor 31 an der Unterseite des Gegenstandes W zur Erkennung der Kanten des Gegenstandes W während er durch die Laser- Abtastlinie L vorbeigeführt wird, angeordnet. Licht, welches von der Kante des Gegenstandes W gesammelt wird, wird im allgemeinen von einer Linie gesammelt, und wird für die Detektion in einem Fleck konzentriert.
Wie die Sammeloptiken 40, 50 in den spiegelnd reflektierten und gestreuten Lichtwegen, hat der Kantendetektor 30 ein Gehäuse 31 mit einem daran angebrachten und für den Empfang des Lichtes von einer Kante des Gegenstandes W angeordneten, gekrümmten, ersten Spiegel 32 und einem an dem Gehäuse 31 angebrachten und hinsichtlich des ersten Spiegels 32 für den Empfang des Lichtes von dem ersten Spiegel 32 angeordneten, flachen, zweiten Spiegel 33. Der erste Spiegel 32 und der zweite Spiegel 33 des Kantendetektors 30 sind auch so gestaltet und ausgerichtet, daß sie das reflektierte Licht von einer Linie in einen Fleck konzentrieren. Ein Photodetektor 35, gezeigt als ein CCD, ist für den Empfang des so gebildeten Lichtflecks angeordnet. Wie die Sammeloptiken 40, 50 hat der Kantendetektor 30 den ersten Spiegel 32 vorzugsweise gekrümmt und den zweiten Spiegel 33 vorzugsweise flach derart, daß der Lichtstrahl B mehrmals zwischen den reflektierenden Spiegeloberflächen zurückgeworfen wird. Das von dem CCD 35 gesammelte Licht kann dann in Informationen übersetzt werden, wie etwa ein Zeitgebersignal über den Ort der Kanten des Wafers W. Diese Information kann dann den Reflexions- und Streulichtdetektionsschaltungen des Steuersystems 74 für die Erkennung der Kanten des Gegenstandes W relativ zu der Bewegung des Gegenstandes W entlang der Abtastlinie L mitgeteilt werden. Es wird dem Fachmann einleuchtend sein, daß andere Arten von Kantendetektoren in Kombination mit einer oder mehrerer der Sammeloptiken 40, 50 für das Oberflächenuntersuchungssystem 10, wie das oben beschriebene, verwendet werden können.
Eine zweite Ausführungsform der Sammeloptik 40' gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 und 5 mit gleichartigen Elementen wie in Fig. 2 und 3 mit Bezugszeichen mit einem Apostroph (') gezeigt. Die Sammeloptik 40' konzentriert ebenfalls das spiegelnd reflektierte Licht von einer Linie in einen Fleck ahnlich der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Sammeloptik 40. Nachdem das kollimierte Licht von den Spiegeln 42', 43' reflektiert, wird das Licht jedoch in zwei Photodetektoren 45', 46 von einem Strahlteiler 44' gespaltet, wobei ein Detektor 45, das Spiegelfeld des Lichtes erfaßt, und der andere Detektor 46 das Nahfeld des Lichtes erfaßt.
Die Sammeloptik 40' der zweiten Ausführungsform hat, wie in der perspektivischen Ansicht der Fig. 5 gezeigt, ein Prisma 44', um das spiegelnd reflektierte Licht, das von dem zweiten Spiegel 43, empfangen wurde, aufzuteilen. Das für das Spiegelfeld geteilte Licht fällt durch ein räumliches Filter 48, welches mit der elektronischen Platine 100' über Stäbe 110 verbunden ist, und wird durch einen Photodetektor 45' empfangen. Das räumliche Filter 48 für das Spiegelfeld ist im allgemeinen von rechteckiger Gestalt und hat eine kreisförmige Öffnung in einem mittleren Bereich, um den Durchgang von Licht nur durch den mittleren Bereich zuzulassen und von daher erfaßt zu werden. Zu dem Nahfeld geteiltes Licht fällt durch ein räumliches Filter 47, welches mittels Stäben 111 mit dem Gehäuse 41' verbunden ist, und wird von einem Photodetektor 46 empfangen. Das räumliche Filter 47 für das Nahfeld ist ebenfalls im allgemeinen von rechteckiger Gestalt, aber im Gegensatz zu dem räumlichen Filter 48 des Spiegelfeldes hat das räumliche Filter 47 des Nahfeldes einen kreisförmigen Verschluß in einem mittleren Bereich und eine Öffnung, die sich um den kreisförmigen Verschluß befindet, um den Durchgang von Licht nur durch die Öffnung um den kreisförmigen Verschluß zu gestatten. Die elektrischen Signale, die von den zwei Photodetektoren 45' und 46 erzeugt werden, können dann kombiniert werden, um die Signalerkennung von defekten Teilchen oder Mengen auf der Oberfläche des Gegenstandes W zu verbessern, wie etwa das Rauschverhältnis der Signale.
Von der ausführlichen Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird auch ein Verfahren zur Untersuchung der Oberfläche eines Gegenstandes auf Teilchen oder Defekte geliefert, bei dem der Laserstrahl B entlang einer vorbestimmten Abtastlinie L über die Oberfläche des Gegenstandes W abtastet. Die Kanten des Gegenstandes W werden mit dem Kantendetektor 30 erfaßt während der Laserstrahl B über dessen Oberfläche abtastet. Das Licht, welches von der Gegenstandsoberfläche entlang der Abtastlinie L reflektiert wird, wird von den Sammeloptiken 40, 50 mit einer Anzahl von Spiegeln, wie etwa 42, 43 oder 52, 53, gesammelt, um das gespiegelte Licht von einer Linie in einen Fleck zu konzentrieren. Der so geformte Lichtfleck kann darauf von den Photodetektoren 45, 54, 55 erfaßt werden.
In einem abgewandelten Verfahren kann der so gebildete Lichtfleck von einem Strahlteiler 44', wie etwa einem versilberten Spiegel, aufgeteilt und in zwei Lichtwege konzentriert werden, wobei der erste Lichtweg ein Spiegelfeld und der zweite Lichtweg ein Nahfeld definiert. Das Spiegelfeld-Licht und das Nahfeld-Licht können dann mittels Photodetektoren erfaßt werden, wie die in Fig. 4 und 5 gezeigten 45', 46. Das Ausgangssignal des Spiegelfeld-Photodetektors 45' und das Ausgangssignal des Nahfeld-Photodetektors 46 können kombiniert werden, um dadurch die Erkennung von Defekten oder Fehlern auf der Oberfläche des Gegenstandes W zu verbessern, wie etwa durch Erhöhung des Rauschverhältnisses der daraus erzeugten elektrischen Signale.

Claims

1. Oberflächenuntersuchungssystem (10), das ein Mittel zum Abtasten mit einem Laser- Strahl (13) entlang einer vorbestimmten Abtastlinie (L) auf der Oberfläche eines Gegenstandes und ein Mittel zum Empfangen von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, enthält, welches aufweist:

eine erste Sammeloptik (40), die für den Empfang von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes entlang der Abtastlinie (L) spiegelnd reflektiert wird, angeordnet ist, wobei die erste Sammeloptik (40) eine gefaltete optische Zelle enthält, mit einem ersten Spiegel (42), der für den Empfang von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes spiegelnd reflektiert wird, angeordnet ist, und einem zweiten Spiegel (43), der in Bezug auf den ersten Spiegel (42) für den Empfang von Licht, das von dem ersten Spiegel (42) reflektiert wird, ausgerichtet ist, und der erste und der zweite Spiegel (42, 43) derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß Licht von jedem der Spiegel, nämlich dem ersten und dem zweiten Spiegel, mehrmals reflektiert wird, um das reflektierte Licht von einer Linie (L) in einen Fleck zu konzentrieren; gekennzeichnet durch

einen ersten Photodetektor (45), der für den Empfang des so gebildeten Lichtflecks angeordnet ist;

einen zweite Sammeloptik (50), die für den Empfang von Streulicht, das von der Oberfläche des Gegenstandes entlang der Abtastlinie (L) reflektiert wird, angeordnet ist, wobei die zweite Sammeloptik (50) eine gefaltete optische Zelle enthält, mit einem ersten Spiegel (52), der für den Empfang von Streulicht, das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, angeordnet ist, und einen zweiten Spiegel (53), der in Bezug auf den ersten Spiegel (52) für den Empfang von Licht, das von dem ersten Spiegel (52) reflektiert wird, ausgerichtet ist, und der erste und der zweite Spiegel (52, 53) derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß Licht von jedem der Spiegel, nämlich dem ersten und dem zweiten Spiegel, mehamals reflektiert wird, um das reflektierte Licht von einer Linie (L) in einen Fleck zu konzentrieren; und

einen zweiten Photodetektor (55), der für den Empfang des so gebildeten Lichtflecks angeordnet ist;

2. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Spiegel (42, 52) gekrümmt und die zweiten Spiegel (43, 53) flach sind und daß die Krümmung und Ausrichtung der ersten Spiegel (42, 52) das Licht entlang der Abtastlinie (L) dazu veranlassen, von jedem der Spiegel, nämlich dem ersten und dem zweiten Spiegel, Licht mehrmals zu reflektieren, um in einen vorbestimmten Fleck fokussiert zu werden.

3. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein der zweiten Sammeloptik (50) zugeordnetes Mittel (54), um das in einen Fleck reflektierte Licht in einen ersten und einen zweiten Lichtweg aufzuspalten, und einen dritten Photodetektor (56) zusätzlich zu dem zweiten Photodetektor, wobei der zweite und der dritte Photodetektor (55, 56) jeweils das Licht des ersten und des zweiten Lichtweges erfassen.

4. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Kantendetektor (30), der unter der Unterseite des Gegenstandes (W) zum Erfassen der Kanten des Gegenstandes (W) angeordnet ist, wenn der Laser-Strahl (B) auf dessen Oberfläche abtastet.

5. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantendetektor (30) einen ersten Spiegel (32) enthält, der für den Empfang von Licht, das von den Kanten des Gegenstandes (W) gestreut wird, angeordnet ist, sowie einen zweiten Spiegel (33), der in Bezug auf den ersten Spiegel (32) für den Empfang von Licht, das von dem ersten Spiegel (32) reflektiert wird, ausgerichtet ist, wobei der erste und der zweite Spiegel (32, 33) derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß sie das reflektierte Licht von einer Linie (L) in einen Fleck konzentrieren.

6. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser-Abtastmittel (11) einen Abtastkopf (16) enthält.

7. Oberflächenuntersuchungssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser-Abtastmittel weiters eine gefaltete optische Zelle (20) enthält, mit einem ersten Spiegel (22), der für den Empfang von Licht von dem Abtastkopf(16) angeordnet ist, und einen zweiten Spiegel (23), der in Bezug auf den ersten Spiegel (22) für den Empfang von Licht, das von dem ersten Spiegel (22) reflektiert wird, angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Spiegel (22, 23) derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß sie spiegelnd eine Abtastlinie unter einem nicht senkrechten Einfallswinkel auf der Oberfläche des Gegenstandes bilden.

8. Verfahren zur Untersuchung eines Gegenstandes (W) auf Teilchen oder Fehler, die folgenden Schritte enthaltend:

Abtasten mit einem Laser-Strahl (B) entlang einer vorbestimmten Abtastlinie (L) auf der Oberfläche eines Gegenstandes (W); und Empfangen von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, wobei der Schritt des Licht-Empfangs enthält:

sammelndes Empfangen von Licht, das von der Oberfläche des Gegenstandes spiegelnd reflektiert wird, entlang der Abtastlinie (L) mit einer ersten gefalteten optischen Zelle (40), die einen ersten und einen zweiten Spiegel (42, 43) enthält, die derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß Licht von jedem der Spiegel, nälnlich dem ersten und dem zweiten Spiegel (42, 43), mehrmals reflektiert wird, um das reflektierte Licht von einer Linie (L) in einen Fleck zu konzentrieren; gekennzeichnet durch:

sammelndes Empfangen von Streulicht, das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird, entlang der Abtastlinie (L) mit einer zweiten gefalteten optischen Zelle (50), die einen ersten und einen zweiten Spiegel (52, 53) enthält, die derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß Licht von jedem der Spiegel, nämlich dem ersten und dem zweiten Spiegel (52, 53), mehrmals reflektiert wird, um das reflektierte Licht von einer Linie (L) in einen Fleck zu konzentrieren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens des durch die erste gefaltete optische Zelle konzentrierten Lichtes mit einem Photodetektor (45) und des Erfassens des durch die zweite gefaltete optische Zelle konzentrierten Lichtes mit einem Photodetektor (55), um die Anwesenheit von Teilchen oder Fehlern auf der Oberfläche des Gegenstandes zu bestimmen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Aufspalten des konzentrierten Flecks des durch die erste gefaltete optische Zelle gesammelten Lichtes in zwei Lichtwege;

Filtern der zwei Lichtwege, um ein Spiegelfeld und ein Nahfeld zu definieren; und Erfassen des Spiegelfeldlichtes und des Nalifeldlichtes jeweils mit Photodetektoren.

11. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des:

Erfassens der Kanten des Gegenstandes (W), wenn der Laser-Strahl (B) auf dessen Oberfläche abtastet.