JP2009503495A - マイクロカラムを用いた微細パターンおよび形状検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロカラムを用いた検査装置を開示する。
【解決手段】本発明に係るマイクロカラムを用いた検査装置は、従来の光学検査装備で解決できなかった小型回路の駆動方式を検査することができる。また、本発明は、大面積ディスプレイなどの検査を短時間内に行うことができる高速検査が可能であるうえ、精密検査および修理も可能である。本発明に係る検査装置は、複数のマイクロカラム、試料との移動方向に直角に前記マイクロカラムが結合する軸、および前記マイクロカラムからの電子ビームが試料に照射されたことを検出して試料の回路異常有無および形状を検査することが可能なデテクターを含む。

Description

本発明は、大面積半導体ウエハーパターン、またはＬＣＤやＰＤＰなどの大面積ディスプレイ装置のモジュールの各ピクセルに使用される微細電気回路、隔壁構造および／または形状などの異常有無を確認するためのものであって、マルチマイクロカラムを用いて各モジュールの異常有無を迅速に確認し、これを分析修正することができる検査装備に関する。より具体的には、例えば、ＬＣＤのＴＦＴ工程後、薄膜トランジスタアレイなどの超小型回路の配線連結の異常有無検査を行うための検査装備に関する。

従来のＬＣＤモジュール検査装備は、韓国特許公開公報第１９９９−０１７６５０号の「薄膜トランジスタアレイテスター」のようにプルーブを使用し、或いはＴＦＴ各単位ピクセルのアレイに既存の電子ビームを走査して各セルに電流が正常に通電するかを確認する方式などによって、各ＴＦＴピクセルの異常有無を確認した。ところが、従来のＬＣＤモジュール検査装備に用いられる電子ビーム走査装置は、その大きさが大きいため、電子ビームを走査する電子ビーム走査装置の大きさによる空間の制約によって電子ビーム走査装置を多く設置することができないから、試料だけでなく電子ビーム走査器自体の移送が必須的であるという問題点、およびスキャン範囲が広くて時間が長くかかるという問題点がある。したがって、従来の装置では、検査時間も長くかかり、装置の設置運営面においても不便であって、ＴＦＴ−ＬＣＤ工程またはＰＤＰ生産工程時に大量生産に合わせて簡易検査のみを行うこともあり、不良の発生した部分に対しては製造工程上ではなく別途の確認検査を行わなければならない。
韓国特許公開公報第１９９９−０１７６５０号

本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、大面積半導体ウエハーパターン、またはＬＣＤやＰＤＰなどの大面積ディスプレイ装置のモジュールの各ピクセルに使用される微細電気回路、隔壁構造および／または形状などの異常有無を迅速に検査し、問題点を確認することができるようにマイクロカラムを用いた検査装備を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記異常部分を分析および修理(repair)することを可能にする検査装備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のマイクロカラムと；試料との移動方向に直角に前記マイクロカラムが結合する軸と；前記マイクロカラムからの電子ビームが試料に照射されることを検出して試料の回路異常有無を検討することが可能な電子検出手段と；を含む、検査装置を提供する。

また、本発明に係る検査装置は、試料の検査された部分のうち異常部分を精密に検査して分析および修理を行うことができるように、Ｘ−Ｙ方向に移動する移動軸、および前記移動軸に結合するマイクロカラムをさらに含んで異常部分を精密に検査することができる。

また、本発明は、複数のマイクロカラムと；試料との移動方向に直角に前記マイクロカラムが結合する軸、および前記マイクロカラムからの電子ビームが試料に照射されることを検出して試料の異常有無を検討することが可能な電子検出手段を備え、試料の高速検査を行う少なくとも一つの１次検査部と、Ｘ−Ｙ方向に移動することが可能な移動軸、および前記移動軸に結合するマイクロカラムを備え、前記１次検査部の後ろで試料の異常部分を精密に検査する少なくとも一つの２次検査部と；を含む、検査装置を提供する。

本発明は、大面積ディスプレイにおいてＴＦＴなどの小型回路の駆動有無を高速で評価するための装置であって、例えば、ＴＦＴ回路工程方式では欠陥を光学検査装置で解決可能であるが、ＴＦＴ回路駆動方式では電気的欠陥を光学検査で解決不可能であり、よって、大面積ディスプレイＴＦＴパネルの電気的駆動欠陥を測定するために、２つ以上のマイクロカラムを用いてＴＦＴ駆動有無を測定するための高速の検査装備に関するものである。

また、本発明に係る検査装置は、回路の検査と同時に回路の異常部分を精密に検査することができるうえ、異常部分を分析、修理することもできる構成を持っている。

本発明の使用例として、マイクロカラムからの電子ビームによってＴＦＴ駆動回路に電子を入射し、駆動される回路に結合した回路における２次電池の変化に伴って欠陥有無を確認することである。

本発明に係るマイクロカラムを用いた検査装置は、従来の光学検査装備では解決できなかった小型回路の駆動方式を検査することができ、大面積ディスプレイなどの検査を短時間内に行うことができる高速検査が可能である。

マイクロカラムの低エネルギーの特性上、試料の損傷を最小化することができ、測定サンプルのパターンと形状を確認することもできる。すなわち、既存の電子ビーム走査装備が数ｋｅＶのエネルギーを使用することに比べて、マイクロカラムは１〜２ｋｅＶのエネルギーから高いビーム電流イメージを獲得することにより、既存の試料に損傷を与える問題点を高効率電子ビームで解決することができる。

また、本発明に係るマイクロカラムを用いた検査装置は、従来の検査装置よりさらに速くマイクロカラムの電子ビームを活用して空間的問題も解決することができる。

図１を参照して本発明に係る検査装置の検査原理を説明する。マイクロカラム１から走査された電子ビーム７が試料３０に照射されると、電子検出手段５によって回路の正常駆動有無を検出することができる。電子ビーム７は、フォーカシングが必要な場合、フォーカシングされて小さい領域に照射されるが、電子の量が多くなると、精密なフォーカシングが必要とされない場合もある。そのような場合には、よりさらに広い領域に一度に照射されるので、さらに速く検査が可能になる。

本発明の検査装備に用いられるマイクロカラムは、ＣＲＴや電子顕微鏡などの原理を採用し、一般な構成として電子放出源、ソースレンズ、デフレクターおよびフォーカシングレンズ（アインツェルレンズ）を含んで、真空状態で電子ビームを放出する。勿論、マイクロカラムの使用目的に合わせて前記デフレクターまたは他のレンズなどを変形して使用する場合もあるが、例えばデフレクトを行わなくてもよい場合はデフレクターを使用せず、フォーカシングが重要ではない場合は単純にフォーカシングを行い或いは省略してもよい。また、フォーカシングとデフレクティングを同時に行うことも可能であり、ソースレンズから電子放出を誘導すると同時にデフレクティングおよびフォーカシングを行うことも可能である。

本発明に係る装置は、マイクロカラムの大きさが小型である利点を活用したものであって、マイクロカラムからの電子ビームが照射される試料に対してマイクロカラムが相対運動するようにして装置の大きさをよりさらに縮小させ、マルチマイクロカラムを用いて同一表面積の試料に電子ビームが照射される時間を短縮させることができる。

本発明に係る装置は、マイクロカラムの特性上、真空状態で使用しなければならない。よって、マイクロカラムから放出された電子ビームが試料に有効に到達できるように真空が保たれなければならないが、このために、真空室で前記検査装置を使用しなければならない。

ところが、マイクロカラムを使用するために真空室を超高真空に維持することは非常に高費用が必要である。一般に、マイクロカラムと電子ビームが照射される試料間の距離（作動間隔）は、通常１〜４００ｍｍであり、大部分の場合には非常に近い。したがって、本発明の検査装置では、より好ましくは、真空室は全体的に高真空または例えば１０^−７Ｔｏｒｒ以下の低真空に維持し、マイクロカラムの一部のみを高真空に維持するように本マイクロカラムのチャンバーのみを超高真空にすることもできる。このために、マイクロカラムを自体のチャンバーに入れて超高真空（１０^−８〜１０^−１１Ｔｏｒｒ）に維持し、試料近くは低真空に維持すると、電子ビームがアインツェルレンズまたはフォーカシングレンズを介して有効に放出されて照射され得る。もし電子ビームが有効に放出されて照射されない場合には、チャンバーの真空をよりさらに高真空にしてもよく、より試料周囲の真空度を高くしてもよい。

以下、本発明に係る装置を添付図面によって具体的に説明する。

図２は本発明に係るマルチマイクロカラムを用いた検査装置の一実施例を示す概略斜視図である。本装置は、マルチマイクロカラムの特性上、真空室で作動する。真空室は図示しておらず、真空室の内部で使用される本検査装置の一実施例を示す。

図２において、マイクロカラム（図示せず）は、ホルダー２内に挿入され、連結部１２によって１軸１１当り４つずつ合計８つのマイクロカラムが２つのＸ方向軸１１に連結されている。Ｘ方向軸１１は、前記軸１１を駆動させる駆動部１０によってマイクロカラムを線形的に運動するようにすることもできる。本実施例において、マイクロカラムはホルダー２内に挿入される。また、マイクロカラムホルダー２は、他の支持部材２０の軸２１に連結されるが、支持部材２０が別途の駆動装置によってＹ方向軸２２に沿って線形的に運動すると、軸１１に直交方向（Ｙ軸方向）に線形的に運動することができる。連結部１２に垂直に動くことができるようにし、或いはチルトされるようにすると、さらにマイクロカラムのモーションを多様化することができる。マイクロカラムのモーションのために、連結部１２にマイクロカラムを垂直運動するようにリニアモーションまたはチルト手段を付けるなど多様な方法が使用できる。他の方法として、それぞれのマイクロカラムがロボットアームに連結されて多様な方向に個別移動する方法も可能である。電子検出手段５は多様な既存の検出器が検出でき、ホルダー２に共に付着または挿入されるか、或いはマイクロカラム自体のハウジングに結合して使用できる。電子検出手段５として、バックスキャッタリングエレクトロンデテクター (Back Scattering Electron Detector)、ＳＥ検出器、ＭＣＰ、簡易ワイヤデテクターなどの多様な検出器が使用できる。前記検出手段は、一つ以上組み合わせられて使用できる。ここで、簡易ワイヤデテクターは、簡単な網状、または導体線を直線、多面体または円形の形状にしてデテクターとして使用するもので、２次電池またはバックスキャッタリングされた電子を主に検出する。また、マイクロカラム当り１つずつ対を成して、または１つの検出手段が２つ以上のマイクロカラムと連係して使用できる。１つの検出手段として複数のマイクロカラムと連係して使用する場合には、それぞれのマイクロカラムが電子を放出しながらスキャンするとき、マイクロカラム別に所定の時間的差異（間隔）を用いて検出することができる。

また、別の電子検出手段として、サンプルカレント方式(sample current method)で小型回路の異常有無を判断することもできる。サンプルカレント方式は、別途のデテクターなしで試料に走査された電子ビームの電子を試料から直接配線をして検出する方式である。すなわち、サンプルカレント方式は、マイクロカラムから放出された電子ビームが試料の検査領域の回路部分に照射されると、所定の回路線（例えばＬＣＤパネルの場合、グラウンドされたライン）から別途の治具または装備を用いてサンプルかレントを測定する方式で電流データを検出することにより、イメージプロセッシングによって当該区域のイメージ検査だけでなく、回路が正常作動するか否かの確認を行う。この場合、別途の回路線（例えばＬＣＤパネルの場合、ゲートラインまたはデータライン）に基本電圧を加えることが好ましい。そして、回路線（電極ライン）を反対にしても同様にサンプルカレント測定方式を使用することができる。

サンプルカレント方式で回路の正常作動を確認することは、まず、電子ビームが走査された区域の回路において、前記電子ビームから注射された電子が前記回路内で導通して前記所定の回路線から前記電子ビームの電流量を検出することである。これは、当該電流量から各当該回路別に所定の電流値（走査された電子ビームの電流が正常に流れると、電子ビームの電子が所定の回路線から検出される）が検出されるか否かを確認するものであって、容易に回路の異常有無を確認することができる。また、前記別途の回路線において前記ワイヤデテクターのように周辺のチャージされた電子に対するデータ（サンプルカレント方式では周囲のチャージされた電子が電流データに現れる）を用いて前記周辺の回路線に電圧が加えられた場合、断線か否かも確認可能である。断線か否かは、所定の回路線が断線された部分のみまで電子がチャージされることにより、これをサンプルカレントから確認することができる。このようなサンプルカレント方式は、従来の電子カラムで使用されるサンプルカレントを用いたイメージプロセッシングと同一の方式で行うことができ、イメージによる回路の検査も可能である。サンプルカレントを測定する方式を使用する場合は、試料の所定の回路などに必要電圧を加え、或いは電子ビームから走査された電子が当該回路を経て通電するかを確認することが可能な装備、例えば電流計または電流増幅器などをさらに設置する必要がある。

試料３０は、代表的に、大面積ＴＦＴ ＬＣＤのアレイやＰＤＰの隔壁、大面積半導体ウエハーパターンなどであって、別途の駆動手段によってマイクロカラムから放出された電子ビームが照射できるように移送される。

上述したように、本実施例において、各マイクロカラムをチャンバーに入れて超高真空を維持させるためには、前記ホルダー２をチャンバー化し、別途の真空配線を施してイオンポンプなどを用いてマイクロカラムの収容されるホルダーまたはチャンバーを超高真空に作ることができる。この場合、真空配線は、既存のＸ−Ｙロボットまたはアームロボットなどで使用される電気または真空配線などの方法で行うことも可能である。このような場合、マイクロカラムは、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向とチルトなどの多様な移動が可能である。もしマイクロカラムをチルトさせるならば、前記連結部１２をベローズタイプにして、チャンバーの役割を果たすホルダー２に連結することが好ましい。

図３は本発明に係る他の実施例を示すもので、多数のマイクロカラム１が一列に配列されて固定軸１５に固定されている。試料３０が矢印のような方向に移送され、移送される部分の１本のライン（列）全体に電子ビームを全て走査して試料の移送速度に合わせて検査を行うことができる。そして、一列に配列された第１ラインの後ろには異常のある部分の精密検査を行うためにＸ−Ｙ方向の移動が可能なマイクロカラム１が２つ存在し、異常部分を精密に検査し得るように構成されている。精密検査は異常部分が発見された場合に行われる。精密検査のために、試料３０の移送が一時中断されるか、検査を同時を行うことができる。これは移送速度に関係する。移動軸１６、１７は図３における試料の移送方向と同じ方向に左右移動が可能である。前記移動軸１６、１７に結合したマイクロカラム１は軸に直交するように移動可能である。移動軸１６、１７に結合したマイクロカラムは、チルトもできるように構成すると、さらに多様な精密検査を行うことができ、電子ビームを用いて回路の異常部分を修理することもできる。これは既存の電子ビームを用いた回路の修理方法を同様に使用することができるが、例えば回路の断線の際に電子ビームを照射し、蒸着とエッチングを可能にするガスを注入して断線部分を蒸着によって埋めるか、或いは突出部分を削ることもできる。

図４は図３の実施例を変形したものであって、一列からなる多数のマイクロカラム１が２列で軸１５ａ、１５ｂに配列され、移送速度をさらに高めることができるようにしたものである。

図５は図４の構成に類似した構成を持っているが、軸１５ａと軸１５ｂがそれぞれ検査する領域を別個にして分けられており、各軸の後ろに（または精密検査用）移動軸１６、１７も軸１５ａ、１５ｂの検査領域に対応するように分離されている。図５に示すように、試料の検査区域を半分に区分して軸１５ａと移動軸１６を一対にして検査および／または修理が行われ、軸１５ｂと移動軸１７を一対にして検査および／または修理が行われることにより、検査および／または修理がさらに速く行われることが可能である。

図３および図４において、固定軸は図２の如く移動可能にすることができるが、単純検査の場合、固定軸とすることが検査時間を短縮することができる。移動軸は図面では各２つずつ示したが、１つ以上にして必要に応じて個数を調整して精密検査および修理を行うことができる。単純検査用マイクロカラム、精密検査用マイクロカラムまたは修理用マイクロカラムも、必要に応じてＺ軸方向にも移動できるようにすることができ、チルトをさせることもできる。ところが、検査時間のために、精密検査用マイクロカラムにのみＺ軸方向の移動およびチルトを行えるようにすることが好ましい。勿論、必要に応じて、これは選択できる。

上記図面において、検査用および／または修理用マイクロカラムは試料に対して相対運動し、高速検査用マイクロカラムは固定され、試料が動いて検査を行うこともできる。逆に、図５に示すように、試料が固定位置に移送された後、高速検査用マイクロカラムが高速で移送しながら試料を検査し、その後、精密検査および／または修理用マイクロカラムが移動しながら異常部分を精密検査して修理を併行することができる。

実施例として、図面では高速検査用マイクロカラムが１列または２列からなっているが、その数は必要に応じて増減可能である。同様に、精密検査および／または修理用マイクロカラムは、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に移動しながら作動でき、その数も作業時間などを考慮して増減可能である。

好ましくは、検査時間を考慮して各マイクロカラムが固有の役割を行うように領域を配分し、高速検査、精密検査、および／または修理を行えるようにすればよい。

別途の精密検査および／または修理用マイクロカラムを使用せず、高速検査用マイクロカラムを精密検査および／または修理用に併行して使用することもできる。また、高速検査用マイクロカラムは、フォーカシングのみのためのフォーカシングレンズを無くし、他のレンズでフォーカシングを併行するようにするなどその構造を単純にして、マイクロカラムの用途に合わせて他の構造のマイクロカラムを使用することもできる。すなわち、マイクロカラムは電子放出源、ソースレンズ、およびデフレクターのみから構成されるか、電子放出源、およびデフレクター兼用ソースレンズのみから構成される。

図６は図３のＡ−Ａ線に沿った、マイクロカラムから走査される電子ビームの進行を概念的に示す図である。一列からなるマイクロカラム１から走査される電子がレンズ３を介して電子ビーム７として試料(薄膜アレイなど)３０の一つ以上のラインを全て同時に走査することを示し、試料の移動速度に応じて試料の全面がマイクロカラムによって走査されて異常有無を検査することができる。

本発明において、マイクロカラムは、単独でシングル型が使用できるが、マルチ型も使用できる。マルチマイクロカラムは、多数のシングルマイクロカラムを組み合わせて使用されるか、半導体工程によって製造されるウエハータイプなどの各種タイプのマルチマイクロカラムが使用できる。

このような検査、分析、および修理の機能は、一つのチャンバーで全て行われることが好ましい。ところが、全体的な生産性および便利性によって回路、隔壁および／または形状の検査のための真空チャンバー、分析検査のためのチャンバー、および修理のためのチャンバーに区分して使用し、或いは２つを配合して使用することが可能である。

本発明において、マイクロカラムを用いて試料を検査する際に、マイクロカラムが試料に対して移動しながら検査することは勿論のこと、試料が従来の如くステージによって動きながらマイクロカラムが移動する、すなわち相対運動しながら検査することも可能である。

本発明に係るマイクロカラムを用いた微細パターンおよび形状検査装置は、微細なパターンの検査に使用可能である。また、本発明に係るマイクロカラムを用いた微細パターンおよび形状検査装置は、ＬＣＤまたはＰＤＰなどのディスプレイの各ピクセルに用いられる微細電気回路、隔壁構造および／または形状などの異常有無を確認するための検査装置および修理装置として使用可能である。

本発明の原理を説明する概略斜視図である。 本発明に係るマイクロカラムを用いて微細パターンおよび形状を検査するための装置の一実施例を示す概略斜視図である。 本発明によってマイクロカラムを用いて微細パターンおよび形状を検査するための装置の他の実施例を示す概略斜視図である。 本発明によってマイクロカラムを用いて微細パターンおよび形状を検査するための装置の別の実施例を示す概略斜視図である。 本発明によってマイクロカラムを用いて微細パターンおよび形状を検査するための装置の別の実施例を示す概略斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った、電子ビームが試料に走査されることを示す概略断面図である。

符号の説明

１…マイクロカラム ２…ホルダー ３…レンズ ５…電子検出手段 ７…電子ビーム
１０…駆動部 １１…Ｘ方向軸 １２…連結部 １５…固定軸 １５ａ、１５ｂ…軸
１６、１７…移動軸 ２０…支持部材 ２１…支持部材の軸 ２２…Ｙ方向軸
３０…試料

Claims (8)

1. 複数のマイクロカラムと；
   試料との移動方向に直角に前記マイクロカラムが結合する軸、および前記マイクロカラムからの電子ビームが試料に照射されることを検出して試料の回路異常有無を検討することが可能な電子検出手段を備え、試料の高速検査を行う少なくとも一つの１次検査部と；
   Ｘ−Ｙ方向に移動することが可能な移動軸、および前記移動軸に結合するマイクロカラムを備え、前記１次検査部の後ろで試料の異常部分を精密に検査する少なくとも一つの２次検査部と；を含むことを特徴とする、マイクロカラムを用いた検査装置。
2. 前記２次検査部に結合するマイクロカラムで精密検査および修理を行うか、或いは修理用移動軸をさらに備えて異常部分の精密検査および修理を行うことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
3. 前記マイクロカラムは、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動またはチルトが可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
4. 前記マイクロカラムは、マルチマイクロカラム、単純シングルマイクロカラムの組み合わせ、またはマルチマイクロカラムおよびシングルマイクロカラムの組み合わせであることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
5. 前記電子検出手段それぞれは複数のマイクロカラムに対応して使用され、前記各電子検出手段は当該複数のマイクロカラムが順次作動して電子を検出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
6. 前記電子検出手段はサンプルカレント方式で検出を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
7. 前記マイクロカラムが試料に対して相対運動し、或いはマイクロカラムが移動しながら検査または修理を行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。
8. 前記マイクロカラムは、電子放出源、ソースレンズおよびデフレクターから構成され、または電子放出源およびデフレクター兼用ソースレンズから構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロカラムを用いた検査装置。

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