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JPS632459B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS632459B2
JPS632459B2 JP56206007A JP20600781A JPS632459B2 JP S632459 B2 JPS632459 B2 JP S632459B2 JP 56206007 A JP56206007 A JP 56206007A JP 20600781 A JP20600781 A JP 20600781A JP S632459 B2 JPS632459 B2 JP S632459B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
test surface
concentrator
port
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP56206007A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57165743A (en
Inventor
Kei Garubureisu Rii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TENKOORU INSUTSURUMENTSU
Original Assignee
TENKOORU INSUTSURUMENTSU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TENKOORU INSUTSURUMENTSU filed Critical TENKOORU INSUTSURUMENTSU
Publication of JPS57165743A publication Critical patent/JPS57165743A/ja
Publication of JPS632459B2 publication Critical patent/JPS632459B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光学的に傷または汚染物を検出す
るための検出器に関し、より特定的には、シリコ
ンウエハのような反射性表面上の傷や汚染物を検
出する走査形レーザ汚染検出器に関するものであ
る。
［従来の技術］ アメリカ合衆国特許第3790287号において、ジ
エイ・カスバート達は、傷または汚染物が光線に
照らされたときに、逆反射された光線の密度の減
少に基づいて傷または汚染物を検出する走査形レ
ーザ汚染検出器につき述べている。カスバート
は、鏡面により反射された戻り光線の密度の減少
によるよりも、散乱光により傷を検出する方が有
利であることを認識した。カスバートは、逆反射
光線を遮るため、および光線のまわりの散乱光を
分離するために、空間的なフイルタを利用した。
散乱光は、汚染物を測定するための検出器に伝達
された。
半球状積分集光器は公知である。これらの集光
器は、光入口ポートと、この光入口ポートに対し
て或る角度をなして離隔された検出ポートを有す
る。このような積分集光器は、光線入口ポートの
下方の目的物から散乱して反射されあるいは散乱
された光を集めるために用いられている。
エレクトロ−オプテイカルシステムデザイン
（Electro−Optical Systems Design）の1980年
９月号第45頁ないし第49頁の「表面の汚染のため
のシリコンウエハの光学走査（Optical
Scanning of Silicon Wafers for Surface
Contaminants）」と題される論文において、エ
ム・マーテイン達は、検出器が光源からの光に対
して鋭角で配置されているウエハ走査装置を開示
している。この装置では、鏡面反射された光線を
避け、そして角度をなして散乱した放射光のみを
観察している。マーテイン達は、検出器を、鏡面
的に逆反射する光線から角度的に離隔して配置す
ることにより、その逆反射光線を避け、SN比の
改善を試みている。
要約すれば、この従来技術は、走査レーザによ
る傷および汚染検出器が公知であることを、教示
する。この先行技術は、傷および汚染物が、検査
対象物上に入射した走査光線から散乱される光の
増加をもたらすことを認識させる。さらに、この
先行技術は、散乱光が入射光に対して或る角度を
なして観察され得ることも認識させる。積分集光
器が散乱表面からの集光に用いられ得ることもま
た公知である。
［発明が解決しようとする問題点］ 先行技術において経験される１つの問題点は、
微小な汚染物の測定において、散乱による信号が
極めて弱く、そのため背景の明るさが検出される
べき散乱信号を妨害することである。この発明
は、背景の輻射の影響を減少させ、かつ非常に鋭
敏な傷および汚染検出装置を提供しようとするも
のである。
［問題点を解決するための手段］ この発明に従つた反射性試験表面での汚染およ
び傷の検出装置は、細い光線を発生させ得る光
源、検査されるべき試験表面に光線を導く光学的
手段、前記試験表面を保持するサポート、および
前記試験表面を横切つて光線を走査するための走
査手段を有している。
当該装置は、試験表面の上方に配置され、かつ
前記試験表面から散乱した光を集めるようにされ
た集光器を備える。この集光器は、クラウン部と
２つの平面鏡側壁部とを持つ内部反射型扇形球形
殻を備える。２つの平面鏡側壁部は、Ｖ字状の谷
を形作るように配置され、クラウン部は、上記Ｖ
字状の谷の上に位置するようにされる。
集光器は、さらに、上記クラウン部に形成され
ている光線入口ポートと、試験表面上に位置しか
つ２つの平面鏡側壁部の間に形成されるギヤツプ
によつて境界を定められる光線出口ポートと、試
験表面に対して光線入口ポートと鋭角をなす位置
に形成される検出ポートと、を有している。
当該装置は、さらに、前記検出ポートに取付け
られ、かつ前記集光器によつて集められた散乱光
の増加を検出する光検出手段を備えている。
［発明の作用効果］ 光源から発射された細い光線は、光学的手段に
よつて導かれて、集光器の光線入口ポートおよび
光線出口ポートを通過して試験表面に至る。傷や
汚染物などの影響によつて試験表面から散乱した
散乱光は、光線出口ポートから集光器の内部に入
る。集光器内に入つた散乱光は、集光器内で反射
され、最終的には検出ポートに導かれる。検出ポ
ートには光検出手段が取付けられている。そし
て、光検出手段に入射する散乱光が予め定められ
たしきい値を超えると、記録され、それによつて
しきい値を超える汚染の存在が認められる。
この発明の特徴は、集光器の形状および構造に
ある。すなわち、この発明の集光器は、クラウン
部と２つの平面鏡側壁部とを持つ内部反射型扇形
球形殻の形態を持つ。このような集光器は、従来
から用いられている積分球型集光器とは異なつて
いる。
上述したような形態を持つこの発明の集光器
は、以下の利点をもたらす。まず、検出信号は、
Ｖ字状の谷の角度にまで至る散乱角度の散乱光に
は影響を受けない。さらに、光線出口ポートは、
Ｖ字状の谷を形作る２つの平面鏡側壁部の間に形
成されるギヤツプによつて境界を定められた狭い
領域であるので、背景の輻射の影響やノイズの影
響が少なくなる。また、検出信号は、走査線に沿
う傷や汚染物の位置とは無関係となる。
こうして、この発明によれば、背景の輻射の影
響を減少させ、かつ非常に鋭敏な傷および汚染検
出装置を得ることができる。
［実施例］ 第１図を参照して、低出力レーザ１１から出射
された光線１３は、ミラー１５によつて反射され
る。レーザ１１は、数ミリワツトの出力を有する
ヘリウム−ネオンレーザである。より大きな検出
能力を有するためには、より高出力のレーザが好
ましいかもしれない。或る場合においては、たと
えばヘリウム−カドミウムレーザからの青い光
が、ヘリウム−ネオンレーザよりも、より小さな
傷の検出のために好ましい。光線１３は、集束レ
ンズ１７に、次にコリメーテイングおよび集束レ
ンズ１９に導かれる。レンズ１７から或る短な距
離を隔てて設けられる空間フイルタ１８は、光線
の中央部分のみが通過することを許容する。レン
ズ１９の焦点距離は、ほぼ14cmである。光線は、
レンズ１９から、固定鏡２１に、次にガルバノメ
ータ鏡２３に導かれる。ガルバノメータ鏡２３
は、光を導き、その結果この光線の焦点は、表面
２５に存在する。集束光学体１９の焦点距離は、
十分に長く、そのため、たとえ光線がやや弧状の
形をなしていても、表面２５を横切り走査する
間、光線は焦点を維持する。光線が、傷検出のた
めに走査されるべき表面を横切つて走査すると
き、細い光線スポツトが維持されるこの長い焦点
距離において十分な被写界深度が存在する。
傷は高度に反射性である必要はない。７％以上
で10％までの反射率であれば、光電子増倍管のよ
うな鋭敏な検出器およびこの発明の集光器を備え
た低出力ヘリウムネオンレーザで十分に検出でき
る。
集光器２７は、図示するように、扇形の球形殻
であり、好ましくは４分球である。この殻は、表
面２５に対向する内部表面では白色塗料のような
反射性コーテイングを有しており、かつその外部
表面では黒色塗料のような吸収性コーテイングを
有している。説明のために、第１図においては扇
形の球形殻の1/2のみが示されている。この第１
図では、扇形球形殻２７の1/2が、Ｖ字状の谷を
形成する２つの鏡表面のうちの一方の鏡表面３１
上に載置して示される。扇形球形殻２７は、上記
Ｖ字状の谷の上に置かれる。扇形球形殻２７は、
光線１３が入射するスリツトを有する。このスリ
ツトは、第１図においては見られないが、第２図
では見られる。光線は、第２図において明らかな
ように、出口開口３５を通過する。この出口開口
３５は、光線入口開口の反対側にある。
扇形球形殻２７の上部の球状部分は、「クラウ
ン」と名付けられる。クラウンの内部の表面は、
光をＶ字状の谷の鏡３１，３３に導く。そして、
鏡３１，３３に反射された光はまたクラウンにま
で戻る。この動作を繰返すことによつて、光は、
最終的には、検出器に入る。扇形球形殻２７は、
試験表面２５に近接して配置されている。この場
合、クラウンは試験表面と離れている。また、２
つの鏡３１，３３の側壁により形成されるＶ字状
の谷の底部は、試験表面に密接している。つま
り、Ｖ字状の谷を形作るように配置された２つの
平面鏡側壁部の間に形成されるギヤツプが、試験
表面に対して非常に密接している。さらに、数ミ
リメートルという密接度は、試験表面からの散乱
光の大半が集光器２７内に再度入射することを可
能とする。試験表面で鏡面反射された光は、ガル
バノメータ鏡へ向かう光路に沿つて戻り、その後
減衰する。他方、入射光に対して或る角度で散乱
された光は、検出器による測定のために集光器内
に集められる。
Ｖ字状の谷を形作るように配置された２つの平
面鏡側壁部３１，３３は、２つの異なつた機能を
有する。第１に、この側壁部は、光を扇形領域内
で折り返すのに役立ち、コンパクトな集光器を可
能にする。第２に、２つの平面鏡側壁部の基部間
の線形のギヤツプは、線形走査径路に沿う走査光
線のための光線出口ポートとして機能する。各側
壁は、垂直に対して45゜の角度で傾いている。
検出ポート３７は、試験表面２５に対して光線
入口ポートと鋭角をなすように扇形球形殻２７に
形成されている。シリコンセルまたは好ましくは
光電子増倍管３９のような光検出器が、検出ポー
ト３７の上に直接的に取付けられている。光検出
器３９と検出ポート３７との間には、光密関係、
すなわち光を外部に漏らさず、しかも周囲の光を
内部に導入させない関係がある。
ガルバノメータ鏡２３は、矢印Ａで示される方
向に、800Hzのような高速度で前後に動く。これ
は、光線が試験表面２５上をＸ方向の前後に移動
することを可能とする。この動きと独立に、試験
表面２５は、該試験表面２５を支持するトランス
ポート４１により、Ｚ方向に進められる。
第２図および第３図は、下部区画１６および上
部区画２０により形成される部分的ハウジングに
おける、第１図の装置を示す。遮断用覆い２２
は、上部区画の上方で装置の上部を完全に覆い、
光遮断シールドを与え、背景の明るさを完全に除
去しかつ安全性を与える。
第２図および第３図を参照して、低出力レーザ
１１が、下部区画１６内の壁１４に固着されるホ
ルダ１２に取付けられて示されている。レーザか
らの光は、鏡１５およびレンズ１７から、上方に
導かれ、集束レンズ１９、鏡２１およびガルバノ
メータ鏡２３を通り、次に上部区画２０内の開口
を通り下方に導かれる。上部区画は、集光器用の
サポート、ならびに反射性目的物のトランスポー
ト４１のためのサポートを与える。集光器は、扇
形球形殻２７に加えて、Ｖ字状の谷を形成する平
面鏡３１および３３を備える。入口開口２９は、
Ｖ字状鏡部材３１および３３の間のギヤツプ内に
存在する出口開口３５の真上に存在するように示
されている。
検出器３９は、出口開口３５に対して入口開口
２９と鋭角をなすようにされている。コンベア４
１に沿つて移動する試験対象物は、出口開口３５
の真下を通過する。試験表面上のすべての傷また
は汚染は、光線の散乱を引き起こす。上方に散乱
された光は、扇形球形殻２７のクラウンの反射性
内部表面の方に向かう。そして、このクラウンの
内部表面から反射された光は鏡３１または３３の
一方に向かう。そして、最終的には、光は検出器
３９の窓部４０に入射する。好ましくは、レーザ
１１がヘリウム−ネオンレーザである場合には、
検出器３９は赤に敏感な光電子増倍管である。
光電子増倍管３９の出力は、コンパレータに接
続されており、このコンパレータもまた変化可能
な基準からの入力を受入れる。変化可能な基準
は、たとえば１平方ミクロンのような予め定めら
れた大きさを有する粒子から検出される散乱の量
に対応する信号である。基準レベル以上のすべて
の検出信号は、コンパレータに出力信号を発生さ
せる。
先に述べられたように、トランスポート４１は
半導体ウエハのような試験されるべき表面を駆動
し、光線出口ポート３５を通過させる。試験表面
は、公知の速度で行なわれる光線のＸ方向への走
査と交差するようにゆつくりと動かされる。ガル
バノメータ鏡２３の位置がわかるので、光線の位
置がわかる。ガルバノメータ鏡は、光線に対して
Ｘ方向のアドレスを与える。同様に、トランスポ
ートモータの動きは、独立のＺ方向のアドレスを
与える。
上記２つのアドレスは、ランダムアクセスメモ
リにおいて使用され、検出器により観察される散
乱強度のためのアドレスを与える。３×３のメモ
リセルが、公知のクラスタ分析技術により観察さ
れる。すなわち、３×３のアレイセルの縦列が、
一度に１つずつ左から右へ分析される。アレイ
は、散乱データを含む整列メモリセルを見つける
ために探査される。たとえば、横列の中の３個の
セルが、それぞれ、散乱データを含む場合、それ
らは、線状欠陥の存在を示す。他方、単一の弧立
メモリセルが、散乱データを含む場合、それは粒
子の存在を示す。２個または３個の非整列のセル
が散乱データを含む場合、それらは、線状欠陥と
いうよりもむしろ、１または２以上の粒子の存在
を示す。数千のセルからなる完全なランダムアク
セスメモリアレイは、このようにして分析され
る。同時に、メモリアレイは、CRTまたは同様
のデイスプレイ装置をリフレツシユするのに用い
られ得る。
走査表面上の汚染物からの光は、下方へ導かれ
る光線に対して一定の角度をなして上方に散乱す
る。上方に散乱した光は、ほぼ30％の効率で検出
器に集光される。検出器の信号は、入射光によつ
て作られる鉛直角に対して0゜から45゜の角度範囲
内にある散乱角度に依存しない。検出器の信号
は、また、走査ラインに沿つた傷または汚染物の
位置にも依存しない。
この発明の集光器は、「内部反射」として参照
される。「内部反射」という言葉により、散乱さ
れまたは散らばつて反射された光は集光器内に補
足されるという試みが達成されることを意味す
る。集光器内では、光が検出器に補足されるま
で、あるいは減衰するまで、光はＶ字状鏡側壁か
ら鏡面的に反射され、さらに、曲面状の扇形壁か
ら反射されまたは散乱される。この集光器は、光
が伝播する媒体と周囲の媒体との間の屈折率の差
に基づく光フアイバと同一の方法で内部反射をす
るものではない。この集光器は、表面の傷および
汚染を検出する走査光線に対して、非常に敏感な
傷検出装置を与えるものであり、この検出装置
は、角度および位置には拘束されない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の光学的汚染検出器の単純
化された図解図である。第２図は、部分的にハウ
ジングされたこの発明の光学的汚染検出器の側面
図である。第３図は、第２図に示された装置の正
面図である。 図において、１１はレーザ、１３は光線、１７
は集束レンズ、１８はフイルタ、１９はコリメー
タおよび集束レンズ、２１は固定鏡、２３はガル
バノメータ鏡、２５は表面、２７は集光器、２９
は入口開口、３１，３３はＶ字状鏡部材、３５は
出口開口、３９は検出器、４０は窓部、４１はト
ランスポートを示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 細い光線を発生させ得る光源、検査されるべ
    き試験表面に光線を導く光学的手段、前記試験表
    面を保持するサポート、および前記試験表面を横
    切つて光線を走査するための走査手段を有する形
    式の反射性試験表面での汚染およびきずの検出装
    置であつて、 前記試験表面の上方に配置され、かつ前記試験
    表面から散乱した光を集めるようにされた集光器
    を備え、 前記集光器は、クラウン部と２つの平面鏡側壁
    部とを持つ内部反射型扇形球形殻を備え、 前記２つの平面鏡側壁部は、Ｖ字状の谷を形作
    るように配置され、前記クラウン部は、前記Ｖ字
    状の谷の上に位置し、 前記集光器は、前記クラウン部に形成されてい
    る光線入口ポートと、前記試験表面上に位置しか
    つ前記２つの平面鏡側壁部の間に形成されるギヤ
    ツプによつて境界を定められる光線出口ポート
    と、前記試験表面に対して前記光線入口ポートと
    鋭角をなす位置に形成される検出ポートと、を有
    しており、 当該装置は、さらに、前記検出ポートに取付け
    られ、かつ前記集光器によつて集められた散乱光
    の増加を検出する光検出手段を備える、走査形汚
    染およびきずの検出器。
JP56206007A 1981-03-30 1981-12-18 Scanning type pollution/flaw detector Granted JPS57165743A (en)

Applications Claiming Priority (1)

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US06/249,226 US4378159A (en) 1981-03-30 1981-03-30 Scanning contaminant and defect detector

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