способ контроля анализируемой поверхности и сканирующий анализатор поверхности

Формула изобретения

1. Способ контроля анализируемой поверхности, заключающийся в том, что осуществляют вращение объекта с анализируемой поверхностью вокруг первой оси вращения, формируют на анализируемой поверхности пятно света, раздельно воспринимают свет, зеркально отраженный и рассеянный анализируемой поверхностью в точке падения на нее пятна света, отличающийся тем, что осуществляют перемещение пятна света относительно анализируемой поверхности по дуге вокруг второй оси вращения, которая лежит вне пределов анализируемой поверхности, ориентируют пятно света, имеющее вытянутую форму, на анализируемой поверхности своим наибольшим размером вдоль радиуса, проведенного из точки пересечения первой оси вращения с анализируемой поверхностью, по меньшей мере в одном заранее заданном положении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в упомянутом заранее заданном положении пятно света расположено на середине упомянутого радиуса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пятно света при его перемещении по упомянутой дуге подворачивают так, чтобы его ориентация вдоль радиуса из первого центра вращения, проходящего через пятно, сохранялась на всей линии сканирования.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что собирают рассеянный анализируемой поверхностью свет с помощью системы зеркал, одно из которых выполнено в виде усеченного эллипсоида вращения, ось вращения которого совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в первом фокусе упомянутого усеченного эллипсоида вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно оси его вращения в непосредственной близости от упомянутого первого фокуса, вторая плоскость сечения эллипсоида вращения параллельна первой плоскости его сечения, а другое зеркало представляет собой плоское зеркало с отверстием в середине, установленное под углом к оси вращения усеченного эллипсоида вращения и предназначенное для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света и для отражения рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом, при этом отраженный плоским зеркалом свет пропускают через светофильтр, а затем диафрагмируют в точке, соответствующей второму фокусу упомянутого эллипсоида вращения с учетом отражения от упомянутого плоского зеркала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что собирают рассеянный анализируемой поверхностью свет с помощью системы зеркал, одно из которых выполнено в виде усеченного параболоида вращения, ось вращения которого совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в фокусе упомянутого усеченного параболоида вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно оси его вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, вторая плоскость сечения параболоида вращения параллельна первой плоскости его сечения, а другое зеркало представляет собой плоское зеркало с отверстием в середине, установленное под углом к оси вращения усеченного параболоида вращения и предназначенное для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света и для отражения рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом, при этом отраженный плоским зеркалом свет пропускают через светофильтр, собирают с помощью линзы, а затем диафрагмируют в точке фокуса линзы.

6. Сканирующий анализатор поверхности, содержащий поворотный стол для установки на нем объекта с анализируемой поверхностью и вращения его вокруг первой оси вращения, перпендикулярной анализируемой поверхности, источник света, предназначенный для освещения анализируемой поверхности пятном света под углом, близким к нормали к этой анализируемой поверхности, собирающее зеркало в виде усеченного тела вращения, образованного вращением кривой второго порядка вокруг второй оси вращения, которая параллельна первой оси вращения и совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в фокусе упомянутого усеченного тела вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно второй оси вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, а вторая плоскость сечения тела вращения параллельна первой плоскости его сечения, первый блок восприятия света, предназначенный для восприятия рассеянного анализируемой поверхностью света, второй блок восприятия света, плоское зеркало, установленное под углом ко второй оси вращения, отличающийся тем, что второй блок восприятия света предназначен для восприятия зеркально отраженного света от анализируемой поверхности, плоское зеркало предназначено для отражения света от собирающего зеркала к первому блоку восприятия света, установлено под углом ко второй оси вращения и выполнено с отверстием в середине, предназначенным для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света ко второму блоку восприятия света, источник света, собирающее зеркало, плоское зеркало с отверстием и первый и второй блоки восприятия света размещены в корпусе, выполненном с возможностью поворота вокруг третьей оси вращения, параллельной первой оси вращения и проходящей вне объекта с анализируемой поверхностью и/или поворотного стола, источник света установлен так, что упомянутое пятно света, имеющее на анализируемой поверхности вытянутую форму, ориентировано своим наибольшим размером вдоль радиуса из центра вращения анализируемой поверхности по меньшей мере в одном заранее заданном положении корпуса.

7. Анализатор по п.6, отличающийся тем, что второй блок восприятия света является поглотителем света.

8. Анализатор по п.6, отличающийся тем, что второй блок восприятия света предназначен для определения наличия на анализируемой поверхности нерассеивающих дефектов.

9. Анализатор по п.6, отличающийся тем, что тело вращения собирающего зеркала представляет собой эллипсоид вращения, во втором фокусе которого с учетом отражения от плоского зеркала установлена диафрагма, предназначенная для пропускания света, отраженного от плоского зеркала, к первому блоку восприятия света.

10. Анализатор по п.9, отличающийся тем, что между плоским зеркалом и диафрагмой установлен светофильтр.

11. Анализатор по п.6, отличающийся тем, что тело вращения собирающего зеркала представляет собой параболоид вращения, а между плоским зеркалом и первым блоком восприятия света установлены собирающая линза и диафрагма, предназначенные для собирания и пропускания света, отраженного от плоского зеркала, к первому блоку восприятия света.

12. Анализатор по п.11, отличающийся тем, что между плоским зеркалом и собирающей линзой установлен светофильтр.

13. Анализатор по п.6, отличающийся тем, что дополнительно содержит привод поворота корпуса для обеспечения возможности перемещения корпуса над анализируемой поверхностью по меньшей мере в одну сторону от центра ее вращения.

14. Анализатор по п.13, отличающийся тем, что привод поворота корпуса снабжен средством измерения угла поворота корпуса, а источник света снабжен средством корректировки положения, предназначенным для подворота источника света в соответствии с сигналами от средства измерения угла поворота для обеспечения упомянутой ориентации пятна света вдоль радиуса из центра вращения анализируемой поверхности по всей линии сканирования.

15. Анализатор по п. 6, отличающийся тем, что корпус изнутри выполнен светопоглощающим.

16. Анализатор по п. 6, отличающийся тем, что поворотный стол снабжен тремя вакуумными присосками, расположенными симметрично относительно первой оси вращения и предназначенными для установки объекта с анализируемой поверхностью на поворотном столе.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться, в частности, при разработке новых и усовершенствовании имеющихся приборов для исследования поверхности полупроводниковых пластин и встраивания приборов внутрь технологического оборудования, а также для исследования степени однородности поверхности других изделий.

Существующий уровень техники

В процессе производства полупроводниковых приборов на поверхности полупроводниковых пластин недопустимо присутствие частиц пыли и иных дефектов. Такие дефекты желательно выявлять как можно раньше, чтобы сразу устранить источник их возникновения. Для решения этой задачи широко применяется метод, использующий тот известный факт, что любая частица на гладкой поверхности или дефект поверхности вызывает рассеяние падающего на поверхность света.

Например, из патента США N 4314763 (кл. G 01 N 21/88, 09.02.82) известен способ сканирования анализируемой поверхности, в котором осуществляют вращение анализируемой поверхности относительно оси вращения, формируют на анализируемой поверхности пятно света и воспринимают рассеянный анализируемой поверхностью свет с помощью оптической системы.

Из этого же патента США N 4314763 известен также сканирующий анализатор поверхности, содержащий источник света, предназначенный для освещения анализируемой поверхности пятном света под углом, близким к нормали к этой анализируемой поверхности; фотоприемник, предназначенный для восприятия света, рассеянного анализируемой поверхностью; и поворотный стол для установки на нем изделия с анализируемой поверхностью и вращения его вокруг оси вращения, параллельной нормали к анализируемой поверхности.

В данном анализаторе, реализующем вышеотмеченный способ, вращающаяся анализируемая поверхность перемещается по прямой линии относительно точки, в которой на ней формируют пятно света. Это является недостатком данного способа и реализующего его анализатора, поскольку требуется обеспечить перемещение большого объекта, т.е. поворотного стола для размещения полупроводниковой пластины (до 300 мм в диаметре), снабженного приводом для вращения, что приводит к увеличению размеров прибора и его стоимости.

Наиболее близким к заявленному является способ сканирования анализируемой поверхности, заключающийся в том, что осуществляют вращение объекта с анализируемой поверхностью вокруг первой оси вращения, формируют на анализируемой поверхности пятно света и воспринимают свет, рассеянный анализируемой поверхностью в точке падения на нее пятна света (Altendorfer Н. et al. "Unpatterned surface inspection for next-generation devices". - Solid State Technology, 1996, v. 39, N 8, pp. 93-97).

Из этого же источника информации известен также сканирующий анализатор поверхности, содержащий поворотный стол для установки на нем объекта с анализируемой поверхностью и вращения его вокруг первой оси вращения, перпендикулярной анализируемой поверхности; источник света, предназначенный для освещения анализируемой поверхности пятном света под углом, близким к нормали к этой анализируемой поверхности; собирающее зеркало в виде усеченного тела вращения, образованного вращением эллипса вокруг оси, которая параллельна первой оси вращения и практически совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в фокусе упомянутого усеченного тела вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно его оси вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, а вторая плоскость сечения тела вращения параллельна первой плоскости его сечения; фотоприемник, предназначенный для восприятия рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом.

В этом способе сохраняется поступательное движение вращающейся анализируемой поверхности, т.е. по-прежнему требуется перемещать массивный объект, что, как уже отмечено, приводит к увеличению размеров прибора и его стоимости, что существенно затрудняет его встраивание внутрь технологического оборудования.

Таким образом, целью данного изобретения является разработка таких способов сканирования анализируемой поверхности и сканирующего анализатора поверхности, которые были бы свободны от указанных недостатков.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача с достижением отмеченного технического результата решается следующим образом.

В одном аспекте настоящего изобретения, относящемся к способу сканирования анализируемой поверхности, заключающемуся в том, что осуществляют вращение объекта с анализируемой поверхностью вокруг первой оси вращения; формируют на анализируемой поверхности пятно света и раздельно воспринимают свет, зеркально отраженный и рассеянный анализируемой поверхностью в точке падения на нее пятна света; согласно настоящему изобретению осуществляют перемещение пятна света относительно анализируемой поверхности по дуге вокруг второй оси вращения, которая лежит вне пределов анализируемой поверхности; и ориентируют пятно света, имеющее вытянутую форму на анализируемой поверхности, своим наибольшим размером вдоль радиуса, проведенного из точки пересечения первой оси вращения с анализируемой поверхностью по меньшей мере в одном, заранее заданном положении.

Особенностью данного способа является то, что в заранее заданном положении пятно света расположено на середине радиуса анализируемой поверхности, проведенного из вышеупомянутой точки пересечения, либо пятно света при его перемещении по дуге подворачивают так, чтобы его ориентация вдоль радиуса из вышеупомянутой точки пересечения, проходящего через пятно, сохранялась на всей линии сканирования.

Еще одна особенность данного способа состоит в том, что собирают рассеянный анализируемой поверхностью свет с помощью системы зеркал, одно из которых выполнено в виде усеченного эллипсоида вращения, ось вращения которого практически совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в первом фокусе упомянутого усеченного эллипсоида вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно оси его вращения в непосредственной близости от упомянутого первого фокуса, вторая плоскость сечения эллипсоида вращения параллельна первой плоскости его сечения, а другое зеркало представляет собой плоское зеркало с отверстием в середине, установленное под углом к оси вращения усеченного эллипсоида вращения и предназначенное для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света и для отражения рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом, при этом отраженный плоским зеркалом свет пропускают через светофильтр, а затем диафрагмируют в точке, соответствующей второму фокусу упомянутого эллипсоида вращения с учетом отражения от упомянутого плоского зеркала.

В варианте выполнения особенность данного способа заключается в том, что собирают рассеянный анализируемой поверхностью свет с помощью системы зеркал, одно из которых выполнено в виде усеченного параболоида вращения, ось вращения которого практически совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в фокусе упомянутого усеченного параболоида вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно оси его вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, вторая плоскость сечения параболоида вращения параллельна первой плоскости его сечения, а другое зеркало представляет собой плоское зеркало с отверстием в середине, установленное под углом к оси вращения усеченного параболоида вращения и предназначенное для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света и для отражения рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом, при этом отраженный плоским зеркалом свет пропускают через светофильтр, собирают с помощью линзы и диафрагмируют.

В другом аспекте настоящего изобретения, относящемся к сканирующему анализатору поверхности, содержащему поворотный стол для установки на нем объекта с анализируемой поверхностью и вращения его вокруг первой оси вращения, перпендикулярной анализируемой поверхности; источник света, предназначенный для освещения анализируемой поверхности пятном света под углом, близким к нормали к этой анализируемой поверхности; собирающее зеркало в виде усеченного тела вращения, образованного вращением кривой второго порядка вокруг оси, которая параллельна первой оси вращения и практически совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света, при этом указанная точка падения находится в фокусе упомянутого усеченного тела вращения, первая плоскость сечения которого расположена перпендикулярно его оси вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, а вторая плоскость сечения тела вращения параллельна первой плоскости его сечения; первый блок восприятия света, предназначенный для восприятия рассеянного анализируемой поверхностью света, отраженного собирающим зеркалом; второй блок восприятия света, предназначенный для восприятия зеркально отраженного света от анализируемой поверхности и расположенный вблизи источника света; плоское зеркало с отверстием в середине, установленное под углом к оси вращения усеченного тела вращения и предназначенное для пропускания света от источника света к анализируемой поверхности и зеркально отраженного от нее света ко второму блоку восприятия света и для отражения света от собирающего зеркала к первому блоку восприятия света, согласно настоящему изобретению источник света, собирающее зеркало, плоское зеркало с отверстием и первый и второй блоки восприятия света размещены в корпусе, выполненном с возможностью поворота вокруг второй оси вращения, параллельной первой оси вращения и проходящей вне объекта с анализируемой поверхностью и/или поворотного стола; и источник света установлен так, что упомянутое пятно света, имеющее на анализируемой поверхности вытянутую форму, ориентировано своим наибольшим размером вдоль радиуса, проведенного из точки пересечения первой оси вращения с анализируемой поверхностью по меньшей мере в одном, заранее заданном положении корпуса.

Особенность данного анализатора состоит в том, что второй блок восприятия света может быть поглотителем света либо фотоприемником для определения наличия на анализируемой поверхности нерассеивающих дефектов.

Другой особенностью данного анализатора является то, что первый блок восприятия света служит для восприятия света, отраженного от плоского зеркала.

Еще одна особенность данного анализатора состоит в том, что тело вращения собирающего зеркала представляет собой эллипсоид вращения, во втором фокусе которого с учетом отражения от плоского зеркала установлена диафрагма, предназначенная для пропускания света, отраженного от плоского зеркала, в первый блок восприятия света. При этом между плоским зеркалом и диафрагмой может быть установлен светофильтр.

Особенностью по другому варианту является то, что тело вращения собирающего зеркала представляет собой параболоид вращения, а между плоским зеркалом и первым блоком восприятия света могут быть установлены собирающая линза и диафрагма, предназначенные для собирания света, отраженного от плоского зеркала, в первый блок восприятия света. При этом между плоским зеркалом и собирающей линзой может быть установлен светофильтр.

Особенностью данного анализатора является также и то, что он дополнительно содержит привод поворота корпуса для обеспечения возможности перемещения корпуса над анализируемой поверхностью по меньшей мере в одну сторону от центра ее вращения.

К особенностям данного анализатора следует отнести также и то, что в упомянутом заранее заданном положении корпуса упомянутое пятно света расположено практически на середине радиуса анализируемой поверхности от ее оси вращения либо привод поворота корпуса снабжен средством измерения угла поворота корпуса, а источник света снабжен средством корректировки положения, предназначенным для подворота источника света в соответствии с сигналами от средства измерения угла поворота для обеспечения упомянутой ориентации пятна света вдоль радиуса из оси вращения анализируемой поверхности, проходящего через пятно по всей линии сканирования.

Особенностью данного анализатора является и то, что корпус изнутри выполнен светопоглощающим.

Наконец, еще одной особенностью данного анализатора является то, что поворотный стол снабжен тремя вакуумными присосками, расположенными симметрично относительно первой оси вращения и предназначенными для установки объекта с анализируемой поверхностью на поворотном столе.

В существующем уровне техники не выявлены объекты того же назначения, что и заявленные, которые обладали бы всеми указанными выше признаками объектов настоящего изобретения. Это позволяет считать как способ сканирования анализируемой поверхности, так и сканирующий анализатор поверхности по настоящему изобретению новыми.

Из существующего уровня техники известны объекты того же назначения, что и заявленные, в которых содержатся отдельные признаки, сходные с основными отличительными признаками заявленных способа и анализатора. Так, в патентах США NN 5377001 и 5377002 (кл. G 01 N 21/00, 27.12.94) пятно света на анализируемой поверхности (фиг. 7а в каждом из этих патентов) изображено вытянутым по радиусу, проходящему из оси вращения анализируемой поверхности; однако в текстах этих патентов нет никаких пояснений того, как следует располагать это пятно по всей линии сканирования. Известно перемещение анализируемой поверхности по двум взаимно перпендикулярным направлениям (заявка ЕПВ N 0398781, кл. G 01 N 21/88, 22.11.90). Из выложенной заявки Японии N 03-163338 (кл. G 01 N 21/88, 15.07.91) известно линейное перемещение узла с источником света и блоком восприятия света вдоль вращающейся анализируемой поверхности. Использование поворотного корпуса в виде тонарма само по себе общеизвестно в проигрывателях грампластинок. Из патента РФ N 2064670 (кл. G 01 N 21/47, 27.07.96) известно также использование собирающего зеркала в виде эллипсоида вращения. Из авторского свидетельства на изобретение РФ N 1297590 (кл. G 01 N 21/47, 15.11.86) известно также использование собирающего зеркала в виде параболоида вращения. Однако нигде в уровне техники нет сведений об использовании поворотного корпуса для размещения в нем оптических элементов, обеспечивающих освещение анализируемой поверхности и восприятие отраженного и рассеянного от нее световых потоков, а также нет сведений о том, как именно должно быть ориентировано пятно света на анализируемой поверхности. Поэтому объекты по настоящему изобретению можно считать имеющими изобретательский уровень.

Краткое описание чертежей

Дальнейшее описание ссылается на пример выполнения заявленного анализатора для реализации заявленного способа, показанный на прилагаемых чертежах.

Фиг. 1 иллюстрирует конструктивную схему оптико-механической части сканирующего анализатора поверхности по настоящему изобретению (пример одного исполнения).

Фиг. 2 иллюстрирует конструктивную схему оптико-механической части сканирующего анализатора поверхности по настоящему изобретению (пример другого исполнения).

Фиг. 3 поясняет принцип ориентации пятна света на анализируемой поверхности.

Подробное описание предпочтительного выполнения изобретения

Способ контроля анализируемой поверхности согласно настоящему изобретению может быть реализован с помощью сканирующего анализатора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, пример которого приведен на сопровождающих чертежах.

На фиг. 1 показана конструктивная схема оптико-механической части сканирующего анализатора поверхности по настоящему изобретению. Объект 1 с анализируемой поверхностью 2 устанавливается на поворотном столе 3, который снабжен вакуумными присосками 4. При использовании анализатора по настоящему изобретению для проверки поверхности в производстве полупроводниковых пластин вакуумные присоски располагаются симметрично относительно оси вращения поворотного стола 3, т.е. с разнесением на 120^o по дуге вокруг центра его вращения. Поворотный стол 3 имеет двигатель 5 вращения (в частности, шаговый) для обеспечения вращения поворотного стола вокруг первой оси 6 вращения.

Как уже отмечено ранее, в настоящем изобретении используется известный факт, что дефекты на гладкой поверхности при ее освещении пучком света в направлении, близком к нормали к этой поверхности, рассеивают падающий свет в стороны.

Для обеспечения этого анализируемая поверхность 2 освещается источником 7 света, который может быть выполнен на полупроводниковом лазере. Свет от источника 7 собирается и фокусируется объективом 8 в пятно на анализируемой поверхности 2. Источник 7 света с объективом 8 расположен над объектом 1, при его установке на поворотный стол 3, таким образом, что поток света на анализируемую поверхность 2 имеет направление, близкое к нормали к этой поверхности. (На фиг. 1 нормаль к анализируемой поверхности 2 в точке падения на нее пучка света от источника 7 света совпадает с первой осью 6 вращения; это сделано лишь для облегчения понимания настоящего изобретения.) Рядом с источником 7 света размещен второй блок 9 восприятия света, предназначенный для восприятия зеркально отраженного света от анализируемой поверхности 2.

Второй блок 9 восприятия света может быть просто поглотителем, который предотвращает переотражение назад к анализируемой поверхности 2 зеркально отраженного от нее света. Однако в качестве фотоприемника 9 он может воспринимать зеркально отраженный от анализируемой поверхности 2 свет для того, чтобы определять наличие на поверхности исследуемого объекта 1 (к примеру, полупроводниковой пластины) нерассеивающих дефектов различного типа по изменению интенсивности зеркально отраженного от анализируемой поверхности 2 света.

Свет, рассеиваемый имеющимися на анализируемой поверхности 2 дефектами (например, частицами пыли на поверхности полупроводниковой пластины, дефектами в приповерхностной области, рельефом поверхности), может быть направлен в разные стороны под углами, отличными от нормали к анализируемой поверхности 2. Для того, чтобы использовать этот рассеянный свет при анализе, применяется собирающее зеркало 10, выполненное в виде тела вращения, образованного вращением кривой второго порядка вокруг оси, которая параллельна первой оси вращения и практически совпадает с нормалью к анализируемой поверхности, восстановленной в точке падения на нее упомянутого пятна света. (На фиг. 1 ось вращения кривой второго порядка совпадает с первой осью 6 вращения, однако это сделано лишь для облегчения понимания настоящего изобретения. ) В качестве упомянутой кривой второго порядка выбирается либо эллипс, либо парабола, при этом один из фокусов эллипса или фокус параболы совпадает с точкой падения света от источника 7 на анализируемую поверхность 2. Чтобы обеспечить это, тело вращения выполнено усеченным, причем первая плоскость его сечения расположена перпендикулярно его оси вращения в непосредственной близости от упомянутого фокуса, а вторая плоскость сечения тела вращения параллельна первой плоскости его сечения. Получающийся при этом зазор между краем собирающего зеркала 10, расположенным в первой плоскости сечения, и анализируемой поверхностью 2 обеспечивает свободное перемещение собирающего зеркала 10 над анализируемой поверхностью 2. Рассеянный дефектами анализируемой поверхности 2 свет попадает на внутреннюю отражающую поверхность собирающего зеркала 10 и отражается в сторону от анализируемой поверхности 2 либо параллельно нормали к ней в случае параболической формы этого зеркала 10, либо в точку другого фокуса в случае эллиптической формы собирающего зеркала 10.

Для того, чтобы отделить рассеянный дефектами свет от зеркально отраженного света в настоящем изобретении используется плоское зеркало 11 с отверстием в середине, которое установлено под углом к нормали к анализируемой поверхности 2 (к оси вращения, вокруг которой вращалась упомянутая выше кривая второго порядка - парабола или эллипс). Этот угол на фиг. 1 равен 45^o, но при необходимости он может иметь и иное значение. Отверстие в середине плоского зеркала 11 обеспечивает беспрепятственное пропускание света от источника света 7 к анализируемой поверхности 2 и зеркально отраженного от нее света ко второму блоку 9 восприятия света. В то же время это плоское зеркало 11 отражает свет, собранный и отраженный собирающим зеркалом 10, в сторону от направления распространения света от источника 7.

В зависимости от вида кривой второго порядка, образующей тело вращения собирающего зеркала 10, дальнейший ход лучей, отраженных плоским зеркалом 11, различен. В случае фиг. 2, если собирающее зеркало 10 выполнено в виде параболоида вращения, линии распространения отраженного им света, падающего в разных местах на поверхность параболоида, проходят параллельно. Отражение от плоского зеркала 11 сохраняет эту параллельность, поэтому для дальнейшего анализа этот отраженный плоским зеркалом 11 свет собирается с помощью собирающей линзы 12. Сфокусированный ею свет пропускается через диафрагму 13 и поступает на первый блок 14 восприятия света, который может быть фотоумножителем и т.п. Перед собирающей линзой свет может пропускаться через светофильтр 15 для выделения только света с требуемой длиной волны и при необходимости поворачивается с помощью дополнительного зеркала 16, если первый блок 14 восприятия света установлен не в направлении на плоское зеркало 11. В случае же фиг. 1, когда собирающее зеркало 10 выполнено в виде эллипсоида вращения, отраженный им свет соберется во втором фокусе этого эллипсоида. При отражении от плоского зеркала 11 этот второй фокус как бы повернется и окажется сбоку от оси вращения эллипсоида (линии распространения света от источника 7). При этом отпадает необходимость в собирающей линзе 12, и диафрагма 13 устанавливается как раз в точке этого второго фокуса эллипсоида вращения с учетом его смещения из-за отражения от плоского зеркала 11. Светофильтр 15 и дополнительное зеркало 16 могут использоваться, как и в случае выполнения собирающего зеркала 10, в виде параболоида вращения.

Согласно настоящему изобретению источник 7 света, объектив 8, собирающее зеркало 10, плоское зеркало 11, первый и второй блоки восприятия света 14, 9, а также элементы светового тракта, обозначенные позициями 12, 13, 15 и 16, помещены в корпус 17, который может быть выполнен внутри светопоглощающим. Корпус 17 снабжен приводом (не показан) с двигателем 18 поворота (в частности, шаговым), который обеспечивает поворот корпуса 17 вокруг второй оси 19 вращения, параллельной первой оси 6 вращения и проходящей вне объекта 1 с анализируемой поверхностью 2 и/или поворотного стола 3.

Привод 18 поворота обеспечивает перемещения корпуса 17 таким образом, что формируемое источником 7 света пятно 21 (фиг. 3) на анализируемой поверхности 2 перемещается по дуге 22, проходящей через ось 23 вращения анализируемой поверхности 2, по меньшей мере в одну сторону от этой оси 23 вращения до края анализируемой поверхности 2.

При таком перемещении формируемое на анализируемой поверхности 2 пятно 21 света, имеющее вытянутую форму, будет описывать дугу 22 вокруг второй оси 24 вращения (являющегося проекцией второй оси 19 вращения на плоскость фиг. 2). В каждой точке этой дуги 22 пятно 21 света будет ориентировано под некоторым углом к радиусу 25 из первой оси 23 вращения (являющегося проекцией первой оси 6 вращения на плоскость фиг. 2) анализируемой поверхности 2, проходящему через данную точку. Оптимальной ориентацией пятна света, с точки зрения максимальной скорости сканирования анализируемой поверхности 2, является ориентация его наибольшего размера (длинной оси пятна) вдоль радиуса 25, проходящего через точку, в которой в данный момент сформировано пятно 21 света.

Согласно настоящему изобретению пятно 21 света, имеющее вытянутую форму на анализируемой поверхности 2, ориентируют своим наибольшим размером вдоль радиуса 25 из первой оси 23 вращения по меньшей мере в одном заранее заданном положении. Таким заранее заданным положением, в котором радиус 25 пересекает дугу 22 (линию сканирования), может быть, в частности, середина радиуса 25. Т.е. источник 7 света и объектив 8 устанавливают так, чтобы пятно 21 света, когда оно формируется на середине расстояния от оси 23 вращения до края анализируемой поверхности 2, было направлено своим наибольшим размером (длинной осью) точно по радиусу 25 анализируемой поверхности, проходящему через пятно 21.

Однако это не единственная возможность ориентации пятна 21 света. Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, источник 7 света и объектив 8 могут быть снабжены средством 20 корректировки положения. Это может быть, к примеру, микродвигатель (в частности, шаговый). При этом привод с двигателем 18 поворота снабжен средством измерения угла поворота корпуса (не показано) относительно начального положения. Тогда сигналы с этого средства измерения угла поворота корпуса после их соответствующей обработки могут подаваться на средство 20 корректировки положения, которое будет подворачивать источник 7 света с объективом 8 так, чтобы ориентация пятна 21 света вдоль радиуса 25 из первой оси 23 вращения, проходящего через пятно, сохранялась на всей линии сканирования (дуге 22).

Работа сканирующего анализатора поверхности по настоящему изобретению, в процессе которой реализуется способ сканирования анализируемой поверхности по настоящему изобретению, происходит следующим образом.

Объект 1 с анализируемой поверхностью 2 (например, кремниевая пластина диаметром 150, 200 или 300 мм) устанавливается на поворотном столе 3 и фиксируется на нем с помощью вакуумных присосок 4. По сигналам с соответствующих блоков управления привод 5 начинает вращать поворотный стол 4 вместе с объектом 1, а привод с двигателем 18 - поворачивать корпус 17 над анализируемой поверхностью 2 объекта 1. При наличии средства корректировки положения сигналы на него с блока управления заставляют источник 7 света с объективом 8 постоянно подворачиваться при перемещении по дуге 22 так, чтобы формируемое им на анализируемой поверхности 2 пятно 21 света все время было ориентировано своим наибольшим размером (своей длинной осью) вдоль радиуса 25 из первой оси 23 вращения, проходящего через пятно. Если же средство 20 корректировки положения не используется, необходимо заранее установить пятно 21 света длинной осью вдоль радиуса 25 в заданном положении, например, при нахождении пятна 21 света в середине этого радиуса 25.

В процессе сканирования, т. е. перемещения корпуса 17 над вращающейся анализируемой поверхностью 2, источник 7 света через объектив 8 формирует на анализируемой поверхности 2 пятно 21 света через отверстие в середине плоского зеркала 11.

Если на микроучастке анализируемой поверхности 2, на котором сформировано пятно 21 света от источника 7 света, имеется дефект, рассеивающий свет, этот рассеянный свет попадет на собирающее зеркало 10, отражение от которого попадает на плоское зеркало 11. Собирающее зеркало 10 выполнено в виде усеченного тела вращения, образованного вращением кривой второго порядка, и установлено так, что фокус упомянутой кривой второго порядка расположен в точке формирования пятна 21 света. При выполнении собирающего зеркала 10 в виде параболоида вращения параллельный пучок света от плоского зеркала 11, проходя через светофильтр 15 и собирающую линзу 12, фокусируется в отверстии диафрагмы 13 и попадает на первый блок восприятия света 14, возможно, вновь поменяв направление на дополнительном зеркале 16 (в случае, если первый блок восприятия света 14 выполнен в виде относительно громоздкого фотоумножителя). При выполнении же собирающего зеркала 10 в виде эллипсоида вращения отраженный им пучок света, отразившись от плоского зеркала 11 и проходя через светофильтр 15, собирается в "отраженном" втором фокусе эллипсоида вращения (без линзы 12, которая в этом случае отсутствует), в котором размещена диафрагма 13, после которой свет попадает в первый блок восприятия света 14. В данном случае, как и в случае параболоида, возможно использование дополнительного зеркала 16.

Сигнал с первого блока восприятия света 14 используется для анализа наличия дефекта на поверхности объекта 1. Сигнал, снимаемый с первого блока восприятия света 14, фактически является суммой двух компонент, одна из которых пропорциональна рассеянию света, вызванному микрошероховатостью поверхности пластины и рассеянием в ее приповерхностной области (матовостью), а вторая обусловлена присутствием на поверхности частиц или иных светорассеивающих дефектов. Для разделения указанных компонент сигнала используется программное обеспечение. Это позволяет легко реализовать различные режимы измерения при сохранении относительной простоты электронной части прибора. Таким образом, за время сканирования пластины определяются факт наличия частиц (светорассеивающих дефектов) в каждой точке пластины, размеры присутствующих частиц, а также матовость поверхности.

Конкретные алгоритмы обработки сигналов с блоков восприятия света 9 и 14 не являются предметом настоящего изобретения и не входят в объем его патентных притязаний.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может использоваться для анализа однородности поверхностей различных объектов. В частности, оно применимо в полупроводниковом производстве для контроля качества обрабатываемых полупроводниковых пластин внутри технологического оборудования.

Настоящее изобретение описано выше с помощью примеров его выполнения, которые, однако, не ограничивают возможностей его осуществления и приведены только для иллюстрации основных аспектов настоящего изобретения. Объем патентных притязаний определяется нижеследующей формулой изобретения с учетом эквивалентов.