KR0174570B1 - 주사식 탐색 현미경 - Google Patents

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KR0174570B1
KR0174570B1 KR1019940013081A KR19940013081A KR0174570B1 KR 0174570 B1 KR0174570 B1 KR 0174570B1 KR 1019940013081 A KR1019940013081 A KR 1019940013081A KR 19940013081 A KR19940013081 A KR 19940013081A KR 0174570 B1 KR0174570 B1 KR 0174570B1
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요시쯔구 나까가와
후사미 소에다
나오히꼬 후지노
이사무 가리노
오사무 와다
히로시 구로까와
고이찌로 호리
노부요시 하또리
마사히로 세끼네
마사시 오모리
가즈오 구라모또
준지 고바야시
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기따오까 다까시
미쯔비시 덴끼 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 약간 불규칙한 표면상태를 검출하기 위한 광빔으로 샘플의 표면을 비추는 조사단계와, 약간 불규칙한 표면상태로 인해 생긴 광빔의 변화를 관찰하여 샘플의 x-y 평면에서의 약간 불규칙한 표면상태의 위치를 지정하는 관찰 단계와, 주사식 탐색 현미경의 탐침의 위치와 샘플상에서의 약간 불규칙한 표면상태의 위치를 서로 일치시키는 일치단계와, 주사식 탐색 현미경에 의해 약간 불규칙한 표면상태의 3차원적상을 측정하는 측정단계를 포함하여 이루어진 약간 불규칙한 표면상태의 검출 및 시험 방법을 제공하기 위한 것이고, 또한, 그러한 방법에 이용할 주사식 탐색 현미경 및 반도체 장치나 액정 표시 디바이스를 그러한 방법을 이용하여 조립하는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

주사식 탐색 현미경
제1a 및 1b 도는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하기 위한 방법의 한 예를 설명하기 위한 원자력 현미경의 기본 구성을 도시한 도면.
제2도는 암시야(dark field)로부터 관찰될 때 약간 불규칙한 상태로 인하여 불규칙하게 반사된 광 빔의 개략도.
제3a 내지 3c도는 본 발명에 따른 원자력 현미경에 의하여 측정된 약간 불규칙한 표면 상태의 상을 도시한 것으로서, 제3a 도는 약간 불규칙한 표면 상태의 상을 평면도로 도시한 것이고, 제3b 도 및 제3c 도는 약간 불규칙한 표면 상태의 깊이 윤곽(profile)을 도시하기 위하여 제3a 도의 b-b 및 c-c 선을 따라서 각각 취한 단면도.
제4a 및 4b 도는 본 발명에 따른 원자력 현미경을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법의 또다른 예를 도시한 도면.
제5a 및 5b 도는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하기 위한 방법의 또다른 예를 설명하기 위한 스캐닝(scanning) 터널 현미경의 기본 구성을 도시한 도면.
제6a 및 6b 도는 본 발명에 따른 스캐닝 터널 현미경을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법의 또다른 예를 도시한 도면.
제7a 및 7b 도는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하기 위한 방법의 또다른 예를 설명하기 위한 원자력 현미경의 기본 구성을 도시한 도면.
제8a 및 8b 도는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하기 위한 방법의 또다른 예를 설명하기 위한 스캐닝 터널 현미경의 기본 구성을 도시한 도면.
제9a 및 9b 도는 본 발명에 따른 원자력 현미경을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법의 또다른 예를 도시한 도면.
제10a 및 10b 도는 본 발명에 따른 스캐닝 터널 현미경을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법의 또다른 예를 도시한 도면.
제11 도는 입자 검출기 LS-6000을 사용하여 실리콘 웨이퍼 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태의 측정 결과의 한 예를 도시한 도면.
제12a 및 12b 도는 종래의 원자력 현미경의 기본 구성을 도시한 도면.
제13도는 종래의 스캐닝 터널 현미경의 기본 구성을 도시한 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 탐침 2 : 샘플
3 : 캔틸레버 6 : 수광 소자
7, 27 : xyz 교반 작동기 8 : 광빔
9 : 반사광 10 : 불규칙하게 반사된 광
11 : 약간 불규칙한 표면상태 또는 이물질
12 : x-y 작동기 13 : Ar 레이저
15 : 제2 x-y 작동기 16 : 현미경
17 : AMF 제어 시스템 18 : 광점
19 : 암시야부분 20 : 현미경
21 : 탐침 28 : STM 제어 시스템
31 : CCD 카메라 32 : CRT
33 : 편광기
[발명의 배경]
본 발명은 액정 표시 디바이스에 사용되는 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은 샘플의 평면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은, 그 자신의 좌표(coordinate) 시스템을 가지는 입자 검출기를 사용하여 약간의 불규칙한 표면 상태를 검출하고 찾아내어 약간 불규칙한 표면 상태의 좌표를 주사식 탐색 현미경과 같은 또다른 분석기의 좌표 시스템에 연결하는 것에 의하여 분석기의 좌표 시스템의 용어로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하도록 약간 불규칙한 표면 상태를 3차원 형상에서와 같은 약간 불규칙한 표면 상태의 관찰, 분석, 검사 및 평가를 할 수 있는, 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하여 검사하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 앞서의 방법및 현미경을 사용하여 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스를 검사하는 방법과, 방법을 위한 기능이 전달되는 주사식 탐색 현미경에 관한 것이다.
본 발명에서, 약간 불규칙한 표면 상태는 미세 입자가 표면에 부착된 상태, 미세 또는 초미세 돌출부 또는 미세 또는 초미세 구멍이 나타나는 상태, 또는 결정 결함들에 의해 야기되는 비정상 상태를 포함한다. 덧붙혀, 주사깃 탐색 현미경과 같은 분석기는 각각 원자력 현미경(AMF), 스캐닝 터널 현미경(STM), 자기력 현미경(MFM)등을 가지는 관찰 장치, 분석 장치, 검사 장치 및 평가 장치를 포함하는 것을 의미한다.
VLSI의 제조에 있어서, 전형적으로 4Mbit 또는 16Mbit DRAM에 있어서, 제품 산출량은 웨이퍼에 접착하는 미세 입자와 같은 약간 불규칙한 표면상태로 돌릴수 있는 실수에 거의 좌우되는 것으로 공지되었다. 이는 중요하게 고려되지 않은 약간 불규칙한 표면상태가 최소화하는 패턴폭이 증가하는 것과 함께 오염물의 역할을 불안정하게 하기 때문이다. 통상적으로, 본원에서의 약간 불규칙한 표면 상태는 제조될 VLSI의 최소 접속 라인 폭 만큼 몇개의 인자에 의하여 감소되는 것으로 고려된다. 이로부터, 최소 접속 라인 폭이 0.5μm인 16Mbit-DRAM의 제조에서, 0.1μm 지름의 순서로 약간 불규칙한 표면 상태가 관련된다. 이러한 것은 실패의 경향이 있는 제품을 초래하며, 그러므로 낮은 신뢰성 및 품질의 제품을 초래한다. 이러한 이유 때문에, 제품 산출량을 개선하는데 있어서, 약간 불규칙한 표면 상태가 샘플에 부착되는 어떤 상태에서, 이것들의 본성이 고 정밀도로 양적 측정 및 분석에 의해 제어되는 것은 중요하다.
이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 입자 검출기가 종래에 사용되었으며, 이것은 실리콘 웨이퍼와 같은 평평한 샘플의 표면위에 나타나는 극히 작은 물질을 검출할 수 있다. 이러한 종래의 입자 검출기의 예는 히타치 덴시 엔지니어링사의 IS-2000 및 LS-6000, 미국 에스탁 사의 제품인 WIS-9000, 그리고 미국 텐고어사의 제품인 SURFSAN 6200을 포함한다. 이러한 입자 검출기의 측정 원리 및 이러한 검출기를 실현하기 위한 시스템 구성은 REALIZE 사에 의해 발간된 반도체 기판 기술 연구, 111-129 페이지에 기술된 고 실행 반도체 처리의 분석 및 평가 기술에 상세히 기술되어 있다.
제11도는 실재하는 6인치 실리콘 웨이퍼 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면상태(크기에 있어서 0.1μm 이상) 위의 측정 결과를 도시한다. 제11도에서, 웨이퍼의 외형 및 약간 불규칙한 표면 상태의 위치에 상응하는 원에 있는 점들이 나타난다.
그러나, 제11도에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 입자 검출기는 단지 실리콘 웨이퍼와 같은 샘플의 표면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태의 입자 크기의 위치 및 분포와 같은 정보만을 제공하고, 불규칙한 상태의 본성, 예를들어 각각의 약간 불규칙한 표면상태가 어떻게 형성되는지에 대한 것을 증명할 수 없다.
또한, 실리콘 웨이퍼와 같은 평평한 샘플의 표면위에 나타나는 약간 불규칙한 표면의 미세한 3차원 형상을 관찰하도록 원자력 현미경 또는 스캐닝 터널 현미경과 같은 고해상력을 가진 주사식 탐색 현미경이 종래에 사용되었다.
상기 원자력 현미경은 캔틸레버의 끝에 설치된 Si3N4의 투사 피라미드 주사식 탐색을 샘플의 표면 가까이 가져와, x-y 평면으로 샘플을 스캐닝하는 한편, 샘플과 탐침 사이에서 발휘되는 반 데르 바알스(Van Del Waals) 힘(통상 약 10-9N)을 일정하게 유지하도록 샘플의 z 레벨을 조정하여 스캐닝 작업으로 공급되는 z 축 제어신호를 감시하는 것에 의하여 샘플 표면의 3차원 형상을 관찰하는 장치이다.
제12a 도 및 제12b 도는 실리콘 웨이퍼와 같은 샘플의 표면을 관찰하는데 사용하기 위한 종래의 원자력 현미경(예를 들어, 디지탈 인스트루먼트 사에 의해 제조된 나노스코프 AMF)의 기본 구성을 도시한다. 제12a 도 및 제12b 도에서, 샘플(2)의 표면을 스캐닝 하기 위한 탐침(1)은 캔틸레버(3)의 끝에 설치된 Si3N4로된 피라미드형 투사부이다. 탐침(1)이 샘플(2) 가까이 가져가게 되었을 때, 캔틸레버(3)는 원자의 상호 접촉으로 만들어진 반발력 때문에 휘어지게 된다. 캔틸레버(3)의 굽힘 정도는 탐침(1)과 샘플(2) 사이에서 발휘되는 원자력에 비례한다. 캔틸레버(3)의 굽힘은, 반도체 레이저와 같은 광 방사 디바이스를 포함하는 레이저 광원(5)으로부터 방사되어 캔틸레버(3)의 반사면 위로 조사되는 굽힘 검출 레이저 빔(4)의 반사 방향에서의 변화를 이용하여 검출된다. 이것은 광학 레버법(optical lever method)으로서 언급된다. 캔틸레버(3)에 의하여 반사된 광은 포토다이오드와 같은 광수신 디바이스(6)에 의해 검출된다. 캔틸레버(3)의 굽힘을 일정하게 유지하도록 샘플의 레벨을 제어하는 동안, 샘플은 샘플의 표면의 3차원 형상을 측정하도록 xyz 교반 작동기(7)를 작동시키는 것에 의하여 x-y 평면으로 스캐닝된다. 이러한 스캐닝 작업에서 각 축을 따른 측정을 위하여 작동기(7)에 적용되는 제어 신호는 마이크로 컴퓨터에 입력되어, 샘플 표면위에 3차원 측정의 결과로서 그래프 처리되어 표시된다.
스캐닝 터널 현미경(STM)은 금속 탐침을 샘플에 매우 가까이(약 1nm) 가져오고, 탐침으로 샘플을 x-y 평면으로 스캐닝 하는 한편, 샘플과 탐침 사이에서 흐르는 터널 전류를 일정하게 유지하고, 이 스캐닝 작업에서 z 축을 따른 샘플의 운동을 위해 적용되는 제어 신호를 감시하는 것에 의하여 샘플의 표면의 3차원 형상을 관찰하기 위한 디바이스이다.
제13도는 실리콘 웨이퍼와 같은 샘플의 표면을 관찰하는데 사용하기 위한 종래의 스캐닝 터널 현미경(나노스코프 STM)의 기본 구성을 도시한다. 제13도에서, 샘플(2)의 표면을 스캐닝하기 위한 탐침(21)은 예를들어 텅스턴 필라멘트로 구성되고, 전자 폴리싱 (polishing)에 의해 끝에서 예각을 이룬다. DC 전원(23)으로부터 바이어스 전압이 탐침(21)과 샘플(2)을 교차하여 적용된다.
샘플 표면의 3차원 측정에서, 바이어스 전압이 적용되는 금속 탐침(21)은 사전결정된 크기의 터널 전류가 두개 사이에 흐르도록 xyz 교반 작동기(27)의 수단에 의해 샘플의 표면 가까이 가져오게 되고, 터널 전류는 전류계(24)에 의해 측정되어 제어된다. 차례로, 터널 전류의 크기를 일정하게 유지하도록 금속 탐침(21)의 레벨(z)을 제어하는 동안, 탐침(21)은 xyz 교반 작동기(27)의 수단에 의해 x-y 평면으로 샘플을 스캐닝하도록 만들어진다. 이 스캐닝 작업에서, 각 축을 따른 이동하기 위하여 작동기(27)에 적용되는 제어 신호는 마이크로 컴퓨터에 입력되어, 샘플 표면상의 3차원 측정의 결과로서 그래프 처리되어 표시된다.
부수적으로, 종래의 원자력 현미경과 스캐닝 터널 현미경은 토레이 리서치센터사에 의해 출간된 TRC 뉴스 38권, 33 내지 39 페이지, 그리고 1991년 히타치사에 의해 발간된 용이한 판독용 STM 책에 상세히 기술되어 있다.
현재, 각각의 약간 불규칙한 표면 상태를 직접 관찰하여, 또는 주사식 탐색 현미경과 같은 적절한 분석기의 사용으로 그것의 성분을 결정하도록 이를 분석하는 것에 의해 약간 불규칙한 표면 상태를 실제 상태로 확인하는 것이 필요하다. 그러나, 종래의 분석기에 관하여, 주사식 탐색 현미경은 어느 지점에서도 탐침을 표면과 접촉시켜 표면을 스캐닝하는 데 적합하고, 그러므로, 탐침이 스캐닝할 수 있는 샘플 표면의 상태만을 관찰하도록 설계된다. 그러므로, 약간 불규칙한 표면 상태가 나타나는 위치에 탐침을 위치시키는 것이 주사식 탐색 현미경에 대해서는 매우 어렵다. 따라서, 주사식 탐색 현미경은 샘플의 표면위에 나타나는 결정 결함과 같은 매우 작은 수의 서브미크론(submicron) 또는 보다 작은 수의 약간 불규칙한 표면 상태를 찾아내어 검사하도록 요구하는 것에 대해 만족하게 응할 수 없다. 예를들어, 6인치 웨이퍼가 일본의 사도섬(면적이 857 km2)의 면적에 비유할 때, 0.3μm 크기의 약간 불규칙한 표면 상태는 골프공 크기와 같다. 이러한 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하여 위치를 기입하고, 그 위치에 탐침을 위치시키는 것은 매우 어렵다. 결정 결함과 같은 서브미크론 또는 서브-서브미크론(submicron)의 어떠한 약간 불규칙한 표면을 찾아내어 이것을 3차원으로 관찰하기란 거의 불가능하다. 덧붙여, 입자 검출기가 약간 불규칙한 표면 상태를 찾아내도록 이전에 사용되었을지라도, 이것의 위치를 입자 검출기의 좌표 시스템의 용어로 정의하므로, 분석기의 좌표 시스템의 용어로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 정의하는 것은 어렵다. 덧붙여, 웨이퍼위의 각각의 약간 불규칙한 표면 상태의 위치가 웨이퍼위에 촛점화된 레이저 빔의 크기에 좌우되는 픽셀 면적(통상 20μm × 200μm)에 의해 한정되기 때문에, 그 위치는 사용된 픽셀의 면적에 동일한 고유 에러로 한정된다. 입자 검출기에 의해 약간 불규칙한 표면 상태가 검출된 샘플은 입자 검출기와 다른 주사식 탐색 현미경과 같은 분석기로 셋트되어지고, 좌표의 이동으로 인한 추가의 에러는 다시 셋팅하는 것 때문에 필연적이다. 이러한 이유 때문에, 약간 불규칙한 표면 상태의 본성을 확인하는 특성 측정이, 입자 검출기의 좌표 시스템을 주사식 탐색 현미경의 좌표 시스템에 연결하여 픽셀 면적으로 인한 에러를 제거하도록, 또는 입자 검출기에 의해 다시 기입된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 새롭게 검출하는 것과 같은 접근에 의해 에러를 제거하도록 분석기의 좌표 시스템으로 입자 검출기에 의해 기입된 약간 불규칙한 표면 상태의 좌표를 기록하도록 취해지는 것이 요구된다. 촛점화된 빔 면적이 20μm x 200μm 이고, 이는 앞서 기술된 고 실행 반도체 처리의 분석 및 평가하기 위한 기술에 기술되어 있다.
다양한 입자 검출기 및 주사식 탐색 현미경은 x-y 스테이지의 좌표 시스템을 위해 검사된다. 그 결과, 이것들 거의 모두가 x-y 좌표 시스템을 채용하는 것을 알 수 있다. 측정될 샘플로서 웨이퍼에 대한 좌표 축과 원점이 다음의 방법에 의하여 결정된다:
(1) 웨이퍼의 정위 평면의 평축이 x축(또는 y축), 웨이퍼 평면에서 x축에 대한 법선이 y축(또는 x축), 웨이퍼의 원주와 y축의 교차점이(0, y), 그리고 웨이퍼의, 원주와 x축의 교차점(x, 0)이 되도록 취하고; (2) 웨이퍼의 정위 평면의 평축이 x축(또는 y축), x축에 대한 법선이 y축, 웨이퍼의 원주(정위 평면 제외)위에서 얻어진 세 지점을 사용하여 원의 적도로부터 결정된 웨이퍼의 중심이 원점(0, 0)이 되도록 취한다.
그러나, 상기 방법으로, 이러한 좌표축 및 원점 또는 센터는, 웨이퍼들 사이의 원주면 정밀도 또는 정밀 크기에 있어서의 차이 때문에, 또는 스테이지 위의 웨이퍼 셋트의 각 위치들 사이의 차이 또는 각 웨이퍼에 포함된 미세한 워페이지(warpage) 때문에, 한 웨이퍼로부터 다른 웨이퍼로, 또는 각 셋팅에 대해 벗어난다. 그 결과, 개별적인 웨이퍼에 대한 좌표축 및 원점의 벗어남은 이러한 방법을 사용하는 디바이스들 사이에(예를 들어, 입자 검출기와 주사식 탐색 현미경과 같은 분석기 사이에) 필연적이다. 다양한 디바이스들이 격자 패턴을 각각 가지는 몇개의 웨이퍼를 사용하여 상기 이유로 야기되는 벗어난 양을 위하여 검사했다. 검사는 심지어 고 정밀도의 디바이스(입자 검출기: 히타치사에서 제조된 IS-2000, 측정 SEM: 히타치사에서 제조된 S-7000)들 사이에서, x-y 좌표축의 원점 또는 중심 및 x-y 좌표에 관하여 한정된 어떤 지점이 약(±100μm, ±100μm) 벗어난 사실을 나타냈다. 이러한 이유 때문에, 입자 검출기에 의해 검출된 어떠한 지점에서 웨이퍼위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태가 주사식 탐색 현미경과 같은 분석기를 사용하여 관찰되어 분석되고 평가될 때, (±100μm, ±100μm)의 지역 범위를 커버하거나 원점으로 부터 멀리 있는 지역(200μm × 200μm = 4000μm2), 또는 약간 불규칙한 표면 상태가 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 확인하여 이를 확대하는 것으로 이를 관찰 또는 분석하도록 주사식 탐색 현미경을 사용하는 것에 의해 나타나도록 고려되거나 그 목적을 제공하도록 동일한 처리를 하도록 고려된 위치를 관찰해야만 한다. 이 때문에, 약간 불규칙한 표면 상태를 관찰 또는 분석하는 시간이 상당히 걸린다.
약간 불규칙한 표면 상태에 관계한 상기 지역의 치수를 적절하게 만들도록 시도되었다. 4000μm2(200μm × 200μm)의 지역이 비교적 고해상력을 가지도록 고려된 백만 픽셀을 가지는 CCD 카메라를 사용하여 관찰되는 것을 가정하여, CCD 카메라의 한 픽셀에 의해 커버되는 검출 범위(면적)는 가장 작은 크기의 검출 가능 불규칙 표면 상태를 고려하여 만들어지도록 계산된다. 상기 조건하에서, 한 픽셀에 의해 커버되는 검출 범위는 계산으로부터 0.04μm2인 것을 알게 되었고, 4000μm2÷ 1,000,000 = 0.2μm x 0.2μm. 한 픽셀 보다 크지 않은 크기의 약간 불규칙한 표면 상태가 확인이 어렵기 때문에, 약간 불규칙한 표면 상태의 검출에서의 한계는 0.04μm2(0.2μm × 0.2μm)이다. 그 밖에, 백만 픽셀을 가지는 CCD 카메라 수단에 의해 0.04μm2(0.2μm의 지름과 동일)보다 크지 않은 투사된 면적을 가지는 약간 불규칙한 표면 상태를 직접 검출하는 것이 어려우므로, 이러한 약간 불규칙한 표면의 위치를 기입하는 것은 거의 어렵다.
상기로부터, 분석기의 좌표 시스템의 용어로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하도록, 주사식 탐색 현미경과 같은 분석기의 좌표 시스템에 검출기에 의해 기입된 약간 불규칙한 표면 상태를 연결하는 것에 의하여 입자 검출기에 의해 검출된 약 0.2μm 이하의 약간 불규칙한 표면 상태를 직접 관찰하거나 평가하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기 문제를 극복하도록 이루어진 것이다. 그러므로, 본 발명의 목적은 샘플의 표면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 용이하게 찾아내는 방법. 샘플 표면의 검출된 검출 부분만을 선택적으로 그리고 3차원적으로 관찰할 수 있는 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법, 및 주사식 탐색 현미경을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 입자 검출기와는 다른 분석기의 좌표 시스템의 사용으로 입자 검출기의 좌표 시스템의 용어로 이전에 검출된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 다시 검출하여, 입자 검출기에 의해 기입된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 양호한 정밀도를 가진 분석기의 좌표 시스템에 연결 또는 기록하는 것에 의하여 약간 불규칙한 표면 상태를 관찰, 분석 및 평가하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 입자 검출기와는 다른 분석기의 좌표 시스템의 사용으로 입자 검출기로 검출될 수 없는 약간 불규칙한 표면 상태를 새롭게 검출하여, 양호한 정밀도를 가진 분석기의 좌표 시스템에 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기록하는 것에 의하여 약간 불규칙한 표면 상태를 관찰, 분석 및 평가하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 추가의 목적은 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스의 산출량을 향상시켜, 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스의 제조 공정시에 상기 주사식 탐색 현미경 수단에 의해 투명한 절연 기판 또는 웨이퍼위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 것에 의하여 반도체 또는 액정 표시 디바이스의 신뢰성을 업그레이드하는데 있다.
[발명의 요약]
그러므로, 본 발명은 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위하여 광 빔으로 샘플의 표면에 조사하는 단계와, 샘플의 x-y 평면으로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하도록 약간 불규칙한 표면 상태로 인하여 발생하는 광빔의 변화를 관찰하는 단계를 포함하는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법을 제공한다.
레이저 광 빔이 예리한 방향성을 가지며, 약간 불규칙한 표면 상태로 인해 발생하는 광 빔의 변화를 반영하는 대비(contrast)를 향상시켜, 약간 불규칙한 표면 상태의 보장된 관찰을 허용하여 양호한 정밀도로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하기 때문에, 광 빔을 레이저 광 빔이 바람직하다.
광빔의 변화는 암시야로부터 광 빔의 불규칙하게 반사된 광을 감지하는 것에 의하여, 또는 명시야(bright field) 영역으로부터 광 빔의 어두운 부분을 감지하는 것에 의하여 관찰될 수 있다.
바람직하게, 광 빔의 변화는 샘플의 표면 위의 광 빔의 광점에 현미경을 맞추는 것에 의하여, 또는 광 빔의 광점에 마주 면하여 배치된 수광 소자에 의하여 관찰된다.
본 발명은 또한 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위하여 광 빔으로 샘플의 표면을 조사하는 단계와; 샘플의 x-y 평면으로 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하도록 약간 불규칙한 표면 상태로 인하여 발생하는 광 빔의 변화를 관찰하는 단계와; 주사식 탐색 현미경의 탐침과 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 서로 일치시키는 단계와; 주사식 탐색 현미경 수단에 의해 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 상을 측정하는 단계를 포함하는 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하는 방법을 제공한다.
바람직하게, 탐침과 약간 불규칙한 표면 상태의 위치 선정은 샘플 가까이 주사식 탐색 현미경의 탐침을 가져오고; 좌표(x0, y0)로서 x-y 평면으로 탐침의 위치를 설정하도록 탐침으로 인한 광 빔의 변화를 관찰하고; x-y 평면으로 기입된 샘플상의 약간 불규칙한 표면 상태의 위치의 좌표를 찾아내어; 거리(x1-x0, y1-y0) 만큼 탐침 또는 샘플을 이동시키는 것에 의하여 수행된다.
바람직하게, 상기 방법에서 사용된 샘플은, 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스를 제조하는 산출량에서 향상되기 때문에 반도체 디바이스, 또는 액정 표시 디바이스, 또는 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스를 제조 공정으로 제조하는 반도체 웨이퍼 또는 투명한 절연 기판이다.
본 발명은 샘플 가까이 탐침을 가져오도록 주사식 탐색 현미경의 탐침 또는 샘플을 3차원으로 교반하기 위한 xyz 교반 작동기와; 샘플의 표면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 광빔을 제공하기 위한 광원과; 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 야기되는 광 빔의 약간 불규칙하게 반사되는 광을 감지하기 위하여 광 빔의 암시야 영역에 배치되는 빔 변화 센서와; 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 검출하기 위한 x-y 작동기를 포함하는 샘플 표면의 3차원 상을 측정하는 스캐닝 탐침 현미경을 제공한다.
빔 변화 센서는 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 전개된 어두운 부분을 검출하도록 명시야 영역에 배치될 수도 있다.
광원은 바람직하게 레이저 광원이다.
본 발명은 캔틸레버와; 캔틸레버의 끝에 설치되고 샘플 표면 가까이 가져오기 적합한 탐침과; 캔틸레버의 굽힘을 검출하기 위하여 제공되는 발광 소자 및 광수신 요소와; 샘플 또는 캔틸레버를 3차원으로 교반하기 위한 xyz 교반 작동기와; 샘플의 표면위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 광 빔을 제공하기 위한 광원과; 샘플 표면의 위치를 기입할 수 있는 x-y 작동기를 포함하는, 샘플 표면의 3차원 상을 측정하기 위한 원자력 현미경을 제공한다.
본 발명은 샘플과 금속 탐침 사이에서 흐르는 터널 전류를 만들기 위하여 샘플의 표면 가까이 가져오기 적합한 금속 탐침과; 금속 탐침 또는 샘플을 3차원으로 교반하기 위한 xyz 교반 작동기와; 샘플 표면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 광 빔을 제공하기 위한 광원과; 샘플 표면의 위치를 기입하고 기입된 위치를 기록하게 할 수 있는 x-y 작동기를 포함하는, 샘플 표면의 3차원상을 측정하기 위한 스캐닝 터널 현미경을 제공한다.
본 발명은 입자 검출기 수단에 의해 샘플 표면 위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 검출하는 단계와; 샘플을 주사식 탐색 현미경의 좌표 스테이지로 옮기는 단계와; 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 다시 기입하도록 좌표 스테이지의 좌표 시스템의 용어로 표현된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 포함하는 샘플의 표면의 제한된 지역으로 광 빔을 조사하는 단계와; 주사식 탐색 현미경의 좌표 시스템의 용어로 다시 기입된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기록하는 단계를 포함하는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법을 추가로 제공한다.
바람직하게, 제한된 지역은 입자 검출기에 의해 얻어진 약간 불규칙한 표면 상태의 위치 선정 정보가 주사식 탐색 현미경에 전송될 때 발생 가능한 지역 범위의 에러를 모두 커버한다.
광 빔은, 광점의 어두운 부분이 검출될 때 뿐만 아니라 광점으로 부터 불규칙하게 반사된 광이 검출될 때, 광점의 어두운 부분과 나머지 부분 사이에 대비비 또는 불규칙하게 반사된 떨림광의 강도를 향상시키도록 레이저 광 빔이 광의 증가된 방향성을 보장하기 때문에, 레이저 광 빔이 바람직하다. 이는 약간 불규칙한 표면 상태의 촉진된 검출이 따르게 된다.
광 빔은, S 극성화된 광이 불규칙하게 반사된 광(떨림 광)의 증가된 방향성을 추가로 보장하기 때문에 예를 들어 광 빔을 편광기를 통과시키는 것에 의해 얻어지는 S 극성화된 광이다. 이는 산란광을 감소시키므로, 대비비가 증가되어, 약간 불규칙한 표면 상태의 촉진된 방향성이 따른다.
약간 불규칙한 표면 상태의 제2 검출은 광 빔의 암시야 영역으로부터 광 빔의 불규칙하게 반사된 광을 검출하는 것에 의하여, 또는 광 빔의 명시야 영역으로부터 광 빔의 불규칙하게 반사된 광을 검출하는 것에 의하여 달성될 수도 있다. 추가하여, 약간 불규칙한 표면 상태는 주사식 탐색 현미경에 제공된 현미경을 샘플 표면 위에 있는 광빔의 광점 위에 촛점을 맞추는 것에 의하여 바람직하게 관찰된다.
현미경의 접안부분에 CCD 카메라의 준비는 상 정보가 CRT로 입력되는 것을 허용하여, 현미경에 의한 용이한 관찰 및 광빔으로 부터 사용자를 안전하게 보호한다.
CCD 카메라가 상 증강 장치(intensifier)를 구비한다면, 카메라는 불규칙하게 반사되는 광을 적절하게 검출할 수 있다.
약간 불규칙한 표면 상태의 제2 검출은 주사식 탐색 현미경에 제공되는 수광 소자를 사용하여 달성될 수도 있다.
바람직하게, 수광 소자 반사광을 감지하는 샘플 표면에서의 지역 범위 또는 현미경의 가시야(visual field)는 에러의 지역 범위보다 크다. 이것은 주사식 탐색 현미경이 입자 검출기에 의해 검출된 모든 약간 불규칙한 표면 상태를 검출할 수 있게 한다.
주사식 탐색 현미경은 바람직하게 원자력 현미경 또는 스캐닝 터널 현미경이다. 이러한 현미경은 위치의 기입후에 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원상의 정확한 검출을 허용한다.
바람직하게, 상기 방법에서 사용된 샘플은 반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스, 또는 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스를 제조 공정에서 제조하는 반도체 웨이퍼 또는 투명한 절연 기판이다.
본 발명은, 세척, 이온 주입, 이온 확산, CVD 에칭, 노출 및 열처리 단계를 포함하는 반도체 디바이스 제조 방법을 추가로 제공하며, 이중 적어도 하나의 단계는 상기 검출 방법, 검사 방법 또는 주사식 탐색 현미경을 사용하는 검사 단계를 포함한다.
본 발명은 박막 트랜지스터 및 투명한 절연 기판 위에 있는 픽셀을 가지는 TFT 기판을 형성하는 단계와, 대향 전극을 가지는 대응 기판을 형성하는 단계와; TFT 기판과 대응 기판을 그 사이에 사전 결정된 간극으로 서로 마주한 관계로 배치하여 그것의 여백에서 기판들을 결합하는 단계와; 간극안으로 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하는 액정 표시 디바이스를 제조하는 방법을 추가로 제공하며, TFT 기판 또는 대응 기판을 형성하는 단계는 세척, 막 형성, 노출, 에칭, 이온 주입 단계를 포함하며, 이러한 단계중 하나는 상기 검출 방법, 검사 방법 또는 주사식 탐색 현미경을 이용한 검사 단계를 포함한다.
본 발명에서, 샘플의 표면 위에서 광 빔의 변화는 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 검출하도록 암시야 또는 명시야로 부터 검출된다. 예를 들어, 샘플이 x-y 평면으로 이동될 때 암시야로부터 광점을 관찰하는 한편, 광 빔이 전체적으로 규칙적으로 반사되기 때문에, 약간 불규칙한 표면 상태가 조사된 부분에 없을 때, 광빔의 불규칙하게 반사된 광은 암시야로부터 관찰되지 않는다. 한편, 약간 불규칙한 표면 상태가 그 부분에 존재할 때, 광 빔은 약간 불규칙한 표면 상태의 크기에 따라 규칙적으로 반사되므로, 규칙적으로 반사된 광이 암시야로부터 관찰된다. 이러한 경우에, 약간 불규칙한 표면 상태의 크기가 광점의 크기보다 작을지라도, 약간 불규칙한 표면 상태의 관찰이 또한 가능하다. 따라서, 광점을 약간 불규칙한 표면 상태만큼의 크기로 감소시킬 필요가 없다. 덧붙여, 광점이 확대되면, 거기에서 약간 불규칙한 표면 상태가 있는지 없는지 판정될 수 있는 샘플 표면에서의 평가 영역은 증가될 수 있다. 그 결과, 용이한 검출이 서브미크론, 서브-서브미크론 또는 수 나노미터의 약간 불규칙한 표면 상태의 위치(x1, y1)에서 달성된다.
샘플의 표면으로부터 반사된 광 빔이 명시야로부터 검출되는 경우에, 조사된 부분에서의 약간 불규칙한 표면 상태의 부재는 광빔이 전체적으로 규칙적으로 반사되어지게 하므로, 광점의 암시야가 관찰될 수 없다. 한편, 조사된 부분에서의 약간 불규칙한 표면 상태의 존재는 약간 불규칙한 표면 상태의 표면 구성에 따라서 광 빔을 규칙적으로 반사되게 한다. 이러한 이유 때문에, 불규칙하게 반사된 광빔의 광축은 감싸져서 샘플의 경면가공된(mirror-finished) 다른 표면으로부터 크게 벗어나게 된다. 약간 불규칙한 표면 상태로 인하여 광 빔을 규칙적으로 반사하는 부분은 어두운 부분이 된다. 이는 상기된 바와 같이 서브-서브미크론의 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 용이하게 검출하게 한다. 명시야로부터 관찰된 광점의 어두운 부분 위치가 약간 불규칙한 표면 상태의 위치와 일치함을 알게 된다. 따라서, 명시야로부터 샘플 표면에서 반사된 광을 검출하는 것에 의하여, 약간 불규칙한 표면 상태의 위치(x1, y1)가 용이하게 검출될 수 있다.
입자 검출기가 본 발명에서 주사식 탐색 현미경과 같은 분석기와 함께 사용되는 경우에, 약간 불규칙한 표면 상태의 검출은 두개의 디바이스의 각각의 좌표 시스템이 서로 적절하게 연결되고, (x1, y1)로서 한정된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치가 분석기의 좌표 시스템으로 기록될 때 발생하는 에러의 지역적 범위를 모두 커버하는 샘플 표면 지역을 제한하였다. 결과적으로, 약간 불규칙한 표면 상태의 위치는 입자 검출기와 분석기 사이의 좌표 시스템에서의 편차가 클지라도 양호한 정밀도로 판독되도록 검출될 수 있다. 예를 들어, 이러한 편차가 수천 미크론 정도로 클지라도, 약 5배율 크기의 대물렌즈의 사용은 입자 검출기에 의해 검출된 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 현미경의 가시야내에서 발견되게 할 것이다.
약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하기 위한 수단은 광점화된 광 빔의 변화를 관찰하는 것에 의하여 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하여 그 위치를 기입한다. 이는 입자 검출기가 검출할 수 없을 정도로 미세한 약간 불규칙한 표면 상태를 분석기의 좌표 시스템을 사용하여 검출하여 찾아낸다.
덧붙여, 본 발명에 있어서, 샘플 또는 주사식 탐색 현미경의 탐침은 탐침이 약간 불규칙한 표면 상태의 위치에 위치되도록 이동된다. 이는 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 상의 용이한 위치선정, 측정 및 검사를 실현한다. 예를 들어, 주사식 탐색 현미경의 탐침이 샘플 표면의 조사된 부분 가까이 갈 때, 탐침 또한 광 빔으로 조사되고, 불규칙하게 반사된 광 또는 광 빔의 어두운 부분이 탐침위에서 나타난다. 불규칙하게 반사된 광, 또는 암시야 또는 명시야로부터 어두운 부분을 관찰하는 것에 의하여, 탐침 끝의 위치(x0, y0)가 용이하게 셋트될 수 있다. 탐침의 끝이 광빔으로 적용되지 않았을지라도, 탐침 끝의 위치는 탐침의 기하학 구조가 공지되어 있기 때문에 용이하게 기입될 수 있다. 따라서, 탐침 끝의 위치 또한 용이하게 셋트될 수 있다.
차례로, 샘플 또는 탐침은 위치(x0, y0)로 이동되어서, 약간 불규칙한 표면 상태의 위치(x1, y1)는 거리(x1-x0, y1-y0)만큼 상대적으로 이동된다. 이는 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 용이하게 관찰되는 샘플 위치에 일치시킨다. 따라서, 탐침은 약간 불규칙한 표면 상태와 직접 접촉하게 되고, 그러므로, 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 상은 용이하게 검사될 수 있다.
불규칙하게 반사된 광, 또는 암시야 또는 명시야로부터의 어두운 부분의 상기 검출은 암시야 또는 명시야에 현미경 또는 수광 소자를 배치하는 것에 의하여, 또는 샘플의 표면 위에 광빔의 광점 위치와 일치시켜 현미경의 촛점을 일치시키거나 광점에 마주하여 면하도록 수광 소자를 배치하는 것에 의하여 용이하게 보장될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스 또는 액정 표시 디바이스의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판 또는 투명한 절연 기판의 표면은 각 제조 단계 또는 특정 제조 단계에서 약간 불규칙한 표면 상태를 검사하기 위한 상기 방법에 따라 샘플링 검사 또는 100% 검사를 받게 된다. 대응 단계로 검사 결과를 피드백하는 것은 제품 결점의 감소에 기여하여 제조공정, 제품 산출량 및 각 제품의 신뢰성에서의 향상에 기여한다.
[상세한 설명]
본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세히 기술된다.
[예 1]
제1a도 및 제1b도에서, 도면부호 13은 평평한 샘플 표면위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위한 광 빔(8)을 방사하기 위한 Ar 레이저를 지시하고, 부호 12는 x-y 평면으로 샘플(2)을 운반하는 xyz 교반 작동기(7)를 움직이기 위한 x-y 작동기이다. 캔틸레버(3)는 AMF 제어 시스템(17)을 통하여 x-y 평면으로 캔틸레버(3)를 움직이도록 적합한 제2 x-y 작동기(15)에 연결된다. 제1a도 및 제1b도와 제12a도 및 제12b도에서의 동일한 부호는 동일하거나 대응부분을 지시하도록 사용된다.
제1a도를 참조하면, (히타치 엔지니어링사에서 제조된 표면 검사 장치 IS-2000을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태의 적절한 위치에 대해 이전에 검출된 미쯔비시 메트리얼스 실리콘 사에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼 Cz(평면, 정위:100)) 경면가공된 샘플(2)은 Ar 레이저(13)를 사용하여 광 빔이 조사된다. 차례로, xyz 교반 작동기(7)는 샘플(2)의 표면가까이 탐침(1)을 낮추도록 구동되는 한편, 제2 x-y 작동기(15)는 탐침(1)의 끝에 인접한 지역위로 광 빔(8)을 적절하게 조사하도록 x-y 평면으로 이동된다. 그런다음, Ar 레이저(13)와 탐침(1) 사이의 위치 관계는 현미경(16), 포토다이오드 또는 포토레지스트와 같은 빔 변화 센서의 수단에 의한 Ar 레이저측 위에 있는 암시야 영역으로 부터 광 빔의 반사된 광을 관찰하는 것에 의하여 조정된다. 이 순간에 제2 x-y 작동기에 의해 지시되는 좌표들은(x0, y0)로 취해진다. 이 경우에, 현미경(16)의 촛점은 광 빔이 반사되는 샘플의 표면상의 위치와 일치하도록 조정된다. 포토 다이오드와 같은 수광 소자가 현미경 대신 사용되는 곳에서, 수광 소자는 빔 반사 위치에 마주하여 면하도록 배치된다.
차례로, 샘플(2)의 표면은 약간 불규칙한 표면 상태가 나타나도록 고려된, 즉 이전에 검출된 상기 위치에 인접한 위치에서 광 빔(8)이 조사된다. 제2도는 샘플 표면위에서 광점화된 광 빔(8) 및 현미경(16)을 사용하여 암시야 영역으로부터 관찰될 때 거기에서 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태(11)에 의해 야기되는 광빔의 불규칙하게 반사된 광(10)의 개락적인 도시이다. 제2도에 도시된 관찰 시스템에서, 암시야 영역에 배치된 현미경(16)의 관찰 가시야 범위(A)는 샘플(2)위에서의 광 빔(8)의 광점(B)을 덮는 것으로서 도시되었다. 제2도에 도시된 바와 같이, 이물질(11)의 위치에서 보이는 불규칙하게 반사된 광(10)은 광점(B)내에서 나타나서, 이러한 위치는 현미경(16)의 수단에 의해 불규칙하게 반사된 광(10)을 관찰하는 것에 의해 기입된다. 한편, 광 빔(8)이 약간 불규칙한 표면 상태가 광점내에 없는 위치에서 완전하게 규칙적으로 반사되기 때문에, 암시야 영역에 배치된 현미경(16)에 의해 그 위치에서 관찰되는 것은 없다. 이로부터, 약간 불규칙한 표면 상태보다 휠씬 큰 광점(B) 크기를 가지는 광 빔(8)이 사용될지라도, 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 야기되는 불규칙하게 반사된 광(10)은 현미경(11)을 사용하여 관찰될 수 있어서, 광점내에서 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 양호한 정밀도로 용이하게 기입한다.
불규칙한 반사가 사용된 광 빔 파장의 1/2 만큼 작은 크기의 약간 불규칙한 표면 상태로 인해 발생한다는 것에 유의하고, 사용된 광 빔의 파장의 1/2 보다 크거나 또는 광 빔 파장보다 작은 크기의 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 정확히 기입하는 것이 가능하다. 따라서, 검출가능한 약간 불규칙한 표면 상태의 크기가 서브미크론으로부터 서브-서브미크론을 통하여 수 나노미터로의 범위에 속한다. 그 결과, 심지어 큰 샘플상에 있는 매우 작은 약간 불규칙한 표면 상태가 이 범위 내에서 양호한 정밀도로 기입되고 검사될 수 있다.
차례로, 샘플(2)의 표면은 x-y 평면으로 x-y 작동기(12)를 작동시키는 동안 암시야 영역으로부터 관찰된다. 약간 불규칙한 표면 상태가 광 경로에서 나타난다면, 이러한 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 야기되는 불규칙하게 반사된 광(10)은 x-y 작동기(12)의 좌표(x1, y1)에서 관찰된다(제1b 및 제2도 참조).
그런다음, x-y 작동기(12) 또는 제2 x-y 작동기(15)는 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 관찰된 위치로 xyz 교반 작동기(7)를 위치시키도록 거리(x1-x0, y1-y0)만큼 이동된다. xyz 작동기(7)는 탐침을 샘플의 목표면에 접촉시키도록 조정되어서, 10-9의 원자력(반발력)이 그 사이에서 발휘된다. 예를 들어, 레이저 광원(5)으로부터 방시되는 광 빔의 불규칙한 반사는 원자력 현미경에 의한 측정을 이루도록 수광 소자(6)를 사용하여 관찰된다.
이 방법으로, 좌표(x1, y1)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 형상이 측정된다. 제3a도 내지 제3b도는 측정 결과의 한 예를 도시한다. 제3a도는 반도체 웨이퍼의 표면에서 나타는 페세트(facet)의 미세한 구멍을 도시하고, 제3b 및 3c도는 약간 불규칙한 표면 상태의 깊이 윤곽을 도시하기 위하여 제3a도의 선 b-b 및 c-c 을 따라서 각각 취한 단면도이다. 제3a 내지 제3c 도로부터, 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 선 b-b를 따라 약 1400nm의 선 c-c를 따라 약 560nm의 미세구멍으로 최대 300nm깊이이며, 이는 실리콘 웨이퍼의 표면에서 나타난다.
이 예에서, 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위한 광원은, 레이저 광 빔이 예리한 방향성의 광 빔을 보장하여 광점의 대비를 향상시키기 때문에 Ar 레이저로 구성된다. 그러므로, 심지어 매우 작은 약간 불규칙한 표면 상태라도 정밀하게 찾아낼 수 있다. 그러나, 광원은 Ar 레이저로 한정되지 않고, 자외선 유도 광빔, 백광, 가시광, 적외선을 광 렌즈 수단으로 빔으로 방사하는 반도체 레이저 또는 어떤 다른 광원과 같은 또다른 레이저 광원일 수도 있다. 다음의 예들 역시 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위한 광원으로서 Ar 레이저를 채용하나 이에 제한되지는 않는다. 포토 다이오드가 사용되는 곳에서, 관찰은 포토 다이오드형 CCD 상센서를 배열하는 것에 의하여 이루어진다.
[예 2]
제4a도 및 제4b도는 원자력 현미경이 주사식 탐색 현미경으로서 사용되는 경우에 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위한 방법의 또다른 예를 도시한다.
이 예에서, 약간 불규칙한 표면 상태로 인한, 또는 탐침(1)의 끝으로 인한 광 빔의 변화는, 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하거나 약간 불규칙한 표면 상태와 탐침 사이의 위치 관계를 조정하도록 현미경(20)의 수단에 의해 Ar 레이저(13)로 부터 방사된 광 빔의 명시야 영역으로 부터 관찰된다. 이 예의 다른 특징은 예1의 것과 유사하며, 제4a도 및 제4b도에서 동일한 부호는 제1a도 및 제1b도의 동일 부분을 지시하도록 사용된다. 덧붙여, 샘플(2) 또는 탐침(1)의 위치선정은 예1과 동일한 조건하에서 지시된다.
이 예에 따른 광 빔의 명시야 영역으로부터 광 빔의 변화를 검출하는 방법은 다음과 같다.
약간 불규칙한 표면 상태가 샘플(2)의 표면을 조사하는 광빔(8)의 광점(18)내에 없을 때, 광 빔(8)의 샘플의 표면에 의해 규칙적으로 반사되고, 전체적인 광점(18)은, 현미경(20) 수단에 의해 명시야 영역으로 부터 관찰될 때 암시야에서가 아니라 명시야로부터 관찰된다. 약간 불규칙한 표면 상태가 광점(18)내에서 나타날 때, 약간 불규칙한 표면 상태를 향하여 지나는 광빔(8)은 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 규칙적으로 반사되는 것이 방지된다. 따라서, 암시야 부분(19)은 반사된 광 빔이 관찰될 때 약간 불규칙한 표면 상태의 위치와 일치하는 위치에서 관찰된다. 이것은 암시야부분(19)의 위치를 (x1, y1)로서 기입되게 허용한다. 차례로, 예1에서와 같이, x-y 작동기(12) 또는 제2 x-y 작동기(15)는 탐침(1)과 일치하도록 약간 불규칙한 표면 상태를 위치시키도록 거리(x1-x0, y1-y0) 만큼 이동된다. 그러므로, 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 형상은 원자력 현미경 수단에 의해 측정된다. 현미경(20)이 반사광(9)을 관찰하도록 사용될지라도, 포토다이오드와 같은 수광 소자를 포함하는 빔 변화 센서와 같은 광 빔의 변화를 검출할 수 있는 어떤 다른 수단이 사용될 수도 있고, 빔 변화 센서는 광점에 마주하여 면하여 배치된다. 포토다이오드가 사용되는 곳에서, CCD 상 센서와 같이 이를 배열하는 것은 암시야의 관찰을 허용한다.
[예 3]
제5a도 및 제5b도는 본 발명에 따라 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법의 또다른 예로 사용하는 주사식 탐색 현미경의 다른 예로서 스캐닝 터널 현미경의 기본 구성을 도시한다. 제5a도 및 제5b도에서, 도면부호 13은 샘플의 표면위에서 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위하여 광 빔으로 샘플을 조사하기 위해 제공된 Ar 레이저를 지시하며, 12는 x-y 평면으로 샘플(2)을 스캐닝하기 위해 제공된 x-y 작동기를 지시한다. 금속 탐침(21)은 STM 제어 시스템(28)을 통하여 x-y 평면으로 탐침(21)을 움직이기 적합한 제2 x-y 작동기(15)에 연결된다. 제5a도 및 제5b도에서 동일한 도면 부호는 제1a도 및 제1b도, 제12a도 및 제12b도 또는 제3a도 내지 제3b도의 동일하거나 대응부분을 지시하도록 사용된다.
제5a도에 도시된 바와 같이, 예1과 실제적으로 동일한 부분에서, 샘플(2)의 표면은 경면 가공된 실리콘 웨이퍼(미쯔비시 메트리얼스 실리콘사에서 제조된 Cz, 평면 정위(100))를 포함하는 샘플(2)의 표면은 Ar 레이저(13)를 사용하여 광 빔(8)이 조사된다. xyz 교반 작동기(27)가 샘플(2)의 표면 가까이 금속 탐침(21)을 낮추도록 구동되는 한편, 제2 x-y 작동기(15)는 탐침(21)의 끝에 인접한 지역위로 광빔(8)을 적절하게 조사시키도록 x-y 평면으로 이동된다. 이러한 조정은 현미경(16) 또는 포토다이오드와 같은 빔 변화 센서의 수단에 의해 암시야 영역으로부터 반사된 빔을 관찰하는 것에 의해 달성된다. 이 순간에, 제2 x-y 작동기(15)에 의해 지시된 좌표는 (x3, y3)이다. 이 경우에, 현미경(16)의 촛점은 광 빔이 반사되는 샘플(2)의 표면 위의 위치와 일치하도록 조정된다. 현미경 대신 포토다이오드가 사용되는 곳에서, 포토다이오드는 빔 반사 위치에 마주하여 면하도록 배치된다.
차례로, 샘플(2)의 표면은 약간 불규칙한 표면 상태가 나탄도록 고려된 위치와 인접한 위치에서 광 빔(8)이 조사된다. 약간 불규칙한 표면 상태가 광 경로에 없을 때, 광 빔(8)은 샘플의 표면에 의해 규칙적으로 반사되어서, 반사 광(9)은 암시야 영역으로부터 관찰되지 않는다. 차례로, 샘플(2)의 표면은 x-y 평면으로 x-y 작동기(12)가 이동중에 예 1에서와 같이 암시야 영역으로부터 관찰된다. 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 광 경로에 있을 때, 규칙적으로 반사된 광(10)은 x-y 작동기(12)에 의해 정의된 좌표(x4, y4)에서 관찰된다(제5b도 참조).
그런다음, x-y 작동기(12) 또는 제2 x-y 작동기(15)는 거리(x4-x3, y4-y4)만큼 이동되어서, 약간 불규칙한 표면 상태의 위치는 샘플링 관찰 위치로 이동될 수 있다. 이후에, xyz 교반 작동기는 샘플(2)의 목표면과 접촉하도록 금속 탐침(21)을 가져오도록 조정되어서, 스캐닝 터널 현미경을 사용하여 약간 불규칙한 표면 상태(11)를 측정한다.
이러한 방법으로, (x4, y4)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 측정은 예 1에서와 동일한 결과를 준다.
[예 4]
제6a도 및 제6b도는 스캐닝 터널 현미경이 주사식 탐색 현미경으로서 사용되는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법의 한 예를 도시한다.
이 예에서, 약간 불규칙한 표면 상태로 인한, 또는 탐침(1)의 끝으로 인한 광빔의 변화는 약간 불규칙한 표면 상태의 위치를 기입하거나 약간 불규칙한 표면 상태와 탐침(1) 사이의 위치 관계를 조정하도록 현미경(20)의 수단에 의해 Ar 레이저(13)로 부터 방사된 광 빔의 명시야 영역으로 부터 관찰된다. 이 예의 다른 특징은 예 1의 것과 동일하고, 제6a도 및 제6b도에서 동일한 부호는 제5a도 및 제5b도의 동일한 부분을 인용하도록 사용된다. 덧붙여, 샘플(2) 또는 샘플에 대한 탐침(1)의 위치선정은 예 1과 동일한 조건에서 지시된다.
이 예에 따른 광 빔(8)의 명시야 영역으로부터 광 빔의 변화를 검출하는 방법은 예 2에서와 동일하다. 따라서, 약간 불규칙한 표면 상태가 광 빔(8)의 광점(18)내에 없을 때, 어두운 부분은 현미경(20)과 같은 빔 변화 센서에 의해 광점(18)내에서 관찰되지 않는다. 한편, 약간 불규칙한 표면 상태가 광점(18)내에 존재할 때, 어두운 부분(19)은 약간 불규칙한 표면 상태의 위치(x3, y3)를 기입하도록 약간 불규칙한 표면 상태와 일치하는 위치에서 관찰된다. 이 경우에, 현미경의 촛점은 광 빔(8)이 반사되는, 즉 광점(18)의 위치인 샘플의 표면 위의 위치와 일치하도록 만들어진다. 포토다이오드와 같은 수광 소자가 광원으로서 사용되는 곳에서, 이것은 광점(18)에 마주하여 면하도록 배치된다.
이러한 방법으로, 스캐닝 터널 현미경의 탐침은 약간 불규칙한 표면 상태와 일치하도록 만들어지고, 약간 불규칙한 표면 상태의 3차원 형상은 앞선 예와 같이 측정된다.
[예 5]
제7a도 및 제7b도는 본 발명에 따른 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법의 또다른 예로 사용하기 위한 주사식 탐색 현미경의 예로서 원자력 현미경의 기본 구성을 도시한다. 제7a도 및 제7b도를 참조하면, Ar 레이저(13)의 출력은 15mW 이며, 편광기(33)는 다양한 방향으로 광 빔(8)을 극성화 하는데 적합하게 된다. 상 증강장치를 가지는 CCD 카메라(31)는 암시야 영역으로부터 Ar 레이저(13)에 의해 조사된 샘플(2)의 표면을 관찰하기 위하여 제공된 현미경(16)에 설치된다. CRT(32)는 관찰된 표면의 상을 출력하기에 적합하다. 이 예는 샘플(2)로서 실리콘 웨이퍼를 채용한다. x-y 작동기(12)는 x-y 평면으로 샘플(2)을 운반하는(8인치의 크기까지 실리콘 웨이퍼를 운반할 수 있는) xyz 교반 작동기(7)를 움직이도록 제공된다. 초기에, 다수의 경면 가공된 실리콘 웨이퍼(2, 6 인치 실리콘 웨이퍼 (평면 정위:100), 상표명 미쯔비시 메트리얼사의 제품 Cz)가 실리콘 웨이퍼위에 나타나는 약간 불규칙한 표면 상태의 적절한 크기 및 위치를 관찰하도록 입자 검출기(미국, 덴코어사에서 제조된 SURFSCAN 6200)로 간다. 각 실리콘 웨이퍼에 약 0.1 내지 0.2μm 지름의 80개의 약간 불규칙한 표면 상태와 0.2 내지 0.3μm 지름의 3개의 약간 불규칙한 표면 상태가 불규칙하게 나타난다.
차례로, xyz 교반 작동기(7)위의 2셋트의 웨이퍼 각각의 원주에 있는 세 지점(정위 평면 제외)들은 x축이 되도록 취해진 정위 평면의 평축과 y축이 되도록 취해진 웨이퍼의 평면에 있는 x축에 대한 법선으로 측정된다. 측정 결과로 부터, 웨이퍼의 중심(0, 0)은 원의 적도를 사용하여 계산된다. 실리콘 웨이퍼의 경면가공된 표면은 그런다음 Ar 레이저(13)를 사용하여 광 빔(8)이 조사된다. xyz 교반 작동기(7)는 제2 x-y 작동기(15)가 x-y 평면으로 이동되는 동안 웨이퍼(2)의 표면가까이 탐침(1)을 낮추도록 구동되어서, 광 빔(8)은 탐침(1)의 끝에 인접한 영역위로 적용된다. Ar 레이저(13)와 탐침 사이의 위치관계는 현미경(16) 또는 포토다이오드에 연결된 CRT(32) 수단에 의하여 Ar 레이저(13)의 암시야로부터 반사된 광을 관찰하는 것에 의하여 조정되어서, 현미경의 가시야에 탐침(1)의 끝의 위치를 모이게 한다. 탐침(1)의 끝의 위치가 가시야에 모일 필요가 없고, 가시야에 있는 사전 결정된 위치에 배치될 수도 있다. 이때, 사용된 현미경의 대물 렌즈 및 접안렌즈는 5배율이고, 현미경은 최대 2mm 지름의 가시야를 커버할 수 있다. 이 순간에, 제2 x-y 작동기(15)에 의해 지시된 좌표는 (x0, y0)이다. 현미경(16)의 촛점은 광빔(8)이 반사되는 실리콘 웨이퍼위의 위치와 일치하도록 만들어진다. 광 빔(8)의 크기는 약 2mm x 약 4mm이다. 포토다이오드가 현미경 대신 사용되는 곳에서, 포토다이오드는 광빔(8)이 반사되는 위치에 마주하도록 배치된다.
차례로, xyz 교반 작동기(7)는 웨이퍼(2)의 표면으로부터 탐침(1)이 떨어지도록 구동된다.
실리콘 웨이퍼(2)는 그런다음 약간 불규칙한 표면 상태가 나타나도록 고려된 위치, 즉 적절한 좌표 위치가 입자 검출기를 사용하여 이전에 검출된 위치와 일치하는 위치로, 즉 광 빔이 적용되는 목표 위치로 웨이퍼를 가져오도록 제2 x-y 작동기(15)를 이동시키는 것에 의하여 이동된다.
차례로, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면은 앞서의 예에서와 같이 x-y 평면으로 x-y 작동기(12)를 이동시키는 동안 암시야 영역으로 부터 관찰된다. 약간 불규칙한 표면 상태가 광 경로에 존재할 때, 불규칙하게 반사된 광(10)은 x-y 작동기(10)에 의해 정의된 좌표(x1, y1)에서 관찰된다(제7b도 참조).
이러한 경우에, 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 광 경로에 없을 때, 광 빔(8)은 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 의해 규칙적으로 반사되고, 반사된 광(9)은 암시야 영역으로 부터 관찰되지 않는다. 관찰 결과는 예 1에서 설명된 바와 같고 제2도의 개략도로 도시한다.
실리콘 웨이퍼(2)에 대하여, 평가되고 반사된 광은 현미경에 의해 커버되는 약 2mm 지름의 가시장내에 있는 한 지점에서 관찰되고, 이 지점은 약간 불규칙한 표면 상태가 입자 검출기에 의해 이전에 검출된 실리콘 웨이퍼의 표면에 나타나도록 고려된 위치의 적절한 좌표와 일치한다. 한 지점에서 거의 모든 반사광의 강도는 Ar 레이저(13)의 증가하는 출력으로 보다 높게 성장한다. 덧붙여, 0.2 내지 0.3μm 지름의 약간 불규칙한 표면 상태는 0.1 내지 0.2μm 지름의 약간 불규칙한 표면 상태에 의해 야기되는 반사된 광보다 큰 강도의 반사된 광에 대해 반응한다. CRT(32)에 의한 반사된 광 출력의 강도는 상 증강장치를 가지는 CCD 카메라(31)의 검출 감응성이 향상됨으로써 보다 높게 된다. 또한, 광빔이 S 극성이었을 때 실리콘 웨이퍼의 표면은 매우 밝아졌고 S/N 비는 향상된다. 반사광이 관찰되었던 위치(nm)가 약간 불규칙한 표(n)의 위치라고 추정하면, 그러한 위치(nm)는 현미경의 가시야로부터 예정된 위치에 중심을 두며, 이 순간에, x-y 작동기(12)에 의해 표시된 좌표(xn, ym)는 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 위치로 기록된다.
그런다음, x-y 작동기(12)나 제2 x-y 작동기(15)는 일정한 거리(xn-x0, yn-y0)만큼 이동된다. 즉, 약간 불규칙한 표면 상태(n)는 탐침(1)의 팁과 일치하는 위치로 이동된다. xyz 작동기(7)는 탐침(1)을 실리콘 웨이퍼의 표면과 접촉시킬 수 있게 조절되어 10-9의 원자력이 그 사이에 발휘되었다. 이러한 방식으로, 원자력 현미경을 이용한 측정이 행해진다. 그럼으로써, (xn, yn)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 3차원 형상이 측정된다. 그에 따라 거기에 부착된 미립자나 미세돌기 및 긁힘자국 등의 여러가지의 약간 불규칙한 표면 상태가 관찰된다.
[예 6]
제8a도 및 제8b도는 본 발명에 따라 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하기 위한 방법의 또다른 예에 이용하는 스캐닝 터널 현미경의 기본적인 형태가 도시되어 있다. 제8a도 및 제8b도에서는, 스캐닝 터널 현미경의 제어 시스템(28)을 통해 x-y 평면으로 탐침(21)을 이동시키기 위해 제공된 제2 x-y 작동기(15)에 금속 탐침(21)이 연결되고 제7a도 및 제7b도와 제13도에 도시된 부분과 동일부분이나 대응부분을 지칭하는 인용부호는 동일하게 인용된다.
초기에, 실리콘 웨이퍼(2)가 x-y 작동기 위에 셋팅되고, 그러한 실리콘 웨이퍼(2)의 경면가공된 표면이 제8(a)도에 도시한 바와 같이, Ar 레이저(13)를 이용한 광빔(8)으로 조사된다. 그리고, xyz 작동기(27)가 실리콘 웨이퍼(2)의 표면의 근처로 탐침(21)을 낮출 수 있게 구동되어, x-y 작동기(15)는 x-y 평면으로 이동되어 광빔(8)이 탐침(21)이 끝에 인접한 영역위에 적용된다. 광빔(8)과 탐침(21)간의 위치관계는 예를 들어 현미경(16)에 연결된 CRT(32) 포토다이오드에 의해 암시야 영역에서 불규칙하게 반사된 광을 관찰하고, 탐침(21)의 끝의 위치가 현미경의 가시야 영역에 위치되게 함으로써 조절된다. 탐침(21)의 끝의 위치는 반드시 가시야 영역의 중심에 자리잡을 필요는 없으며, 가시야 영역의 예정된 위치에 배치 될 수도 있다. 이때 이용되는 현미경의 대물렌즈 및 접안렌즈는 각각 5배율을 가지며, 현미경은 최대로 약 2mm 직경의 가시양 영역을 가질 수 있다. 이 순간에 제2의 x-y 작동기(15)에 의해 표시된 좌표는 (x3, y3)이었다. 현미경(16)의 촛점은 광빔(8)이 반사되었던 실리콘 웨이퍼(2)위의 위치와 일치하게 만들어진다. 현미경의 대신에 포토다이오드 등이 이용되면, 그러한 포토다이오드는 광빔(8)이 반사되는 위치와 마주하여 배치된다.
이어서, xyz 작동기(27)가 탐침(21)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면으로부터 멀어지게 하도록 구동된다.
그리고, 실리콘 웨이퍼를 광빔이 조사되는 목표위치로 가져가도록 제2 x-y 작동기(15)를 이동시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(2)가 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 있을 것으로 여겨지는 위치, 즉, 입자 검출기를 이용해 미리 검출되었던 대략적인 좌표위치와 일치하는 위치로 이동된다.
그리고, x-y 평면으로 x-y 작동기를 이동시킴으로써, 암시야 영역에서 실리콘 웨이퍼(2)의 표면이 관찰된다. 표면위에서 약간 불규칙한 표면 상태가 존재할 때 x-y 작동기(12: 제 8b도)에 의해 확정된 좌표(x4, y4)에서 불규칙하게 반사되는 광(10)이 관찰된다. 이렇게 평가된 실리콘 웨이퍼(2)에 대해서 반사광이 현미경으로 볼 수 있는 약 2mm 직경의 가시야 영역내의 적어도 하나 이상의 위치에서 확실하게 관찰되며, 그러한 위치는 입자 검출기에 미리 검출된 실리콘 웨이퍼(2)의 표면위에서 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 존재할 것으로 여겨지는 위치의 대략적인 좌표와 일치한다. 광빔이 편광기(33)를 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 맞춤으로써 얻어지는 S 극성이었을 때 평가가 용이해졌고 최상의 대비가 얻어졌다. 반사광이 관찰된 위치가 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 위치라고 추정하면 위치(nn)는 현미경의 가시야 영역에 중심을 두고, x-y 작동기(12)에 의해 지시된 좌표(xnn, ymm)가 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 위치로 기록된다.
그리고, x-y 작동기(12)나 제2 x-y 작동기(15)가 일정한 거리(xnn-x3, ymm-y3)만큼 이동되며, xyz 작동기(7)는 탐침(21)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면과 접촉시킬 수 있도록 조정된다. 이러한 방식으로 스캐닝 터널 현미경을 이용한 측정이 행해졌다.
그럼으로써,(xnn, ynn)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 3차원 형상이 측정되고, 그러한 측정의 결과는 예 5에서와 동일하다.
[예 7]
제9a도 및 제9b도는 본 발명에 따라 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 방법의 한 예에서 이용하는 스캐닝 탐색 현미경의 일례로서의 원자력 현미경의 기본적인 구성을 도시한다. 제9a도 및 제9b도에서는, 상 증강장치를 갖는 CCD 카메라(31)가 현미경(20)위에 설치되고, CRT(32)가 샘플의 관찰된 위치에서의 상을 출력한다. 제9도에서는 제7도와 제12도의 동일부분 또는 대응부분을 지시하기 위해 동일 부호가 이용된다.
초기에, 예 5 및 예 6과 동일한 방식으로 실리콘 웨이퍼(2)가 제9a도에 도시된 xyz 작동기(7)위에 셋팅되고, Ar 레이저(13)와 탐침(21)간의 위치관계는 현미경의 가시야 영역에 탐침(21)의 끝의 위치가 모이도록 조정된다. 이순간에, 제2 x-y 작동기(15)에 의해 지시된 좌표는 (x0, y0)인 것으로 고려된다. 현미경(20)의 촛점은 광빔(8)이 반사되는 실리콘 웨이퍼(2)위의 위치와 일치하게 만들어 진다. 현미경의 대신에 포토다이오드 등이 이용되면, 광 다이오드는 광빔(8)이 반사되는 위치에 마주하여 배치된다.
차례로, xyz 작동기(7)는 탐침(1)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면으로부터 멀어지도록 구동된다.
그런다음, 실리콘 웨이퍼(2)는 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 있을 것으로 되는 위치, 즉, 광빔이 조사되는 목표 위치로 실리콘 웨이퍼(2)를 이동시키도록 제2 x-y 작동기(15)를 이동시킴으로써 입자 검출기를 이용해 미리 검출된 대략적인 좌표의 위치와 일치하는 위치로 이동된다.
그리고, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면은 x-y 평면으로 x-y 작동기(12)를 이동시킴으로써 명시야 영역에 배치된 현미경(20)을 이용해 관찰되었다. 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 Ar 레이저(13)로부터 실리콘 웨이퍼(2)의 표면 위 조사될 광빔(8)의 광점(18)내에 있었을 때, 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 그러한 약간 불규칙한 표면 상태(11)를 향해 가는 광빔(8)의 규칙적인 반사와 간섭된다. 이는 반사광(9)이 명시야 영역(제9b도)으로부터 관찰되었을 때, 어두운 부분(19)이 약간 불규칙한 표면 상태(11)의 위치에서 나타나게 된다. 그럼으로써, 어두운 부분(19)이 관찰되었던 위치의 좌표(x1, y1)가 결정된다.
그런다음, 예 5에서와 동일하게 x-y 작동기(12)나 제2 x-y 작동기(15)가 탐침(1)과 약간 불규칙한 표면 상태(11)간의 위치관계를 조정하도록 일정한 거리(x1-x0, y1-y0) 만큼 이동된다. 이는 원자력 현미경이 약간 불규칙한 표면 상태(11)의 3차원 형상을 측정하게 한다. 광점(18)내에 약간 불규칙한 표면 상태(11)가 없을 때, 광빔(8)은 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 의해 규칙적으로 반사되므로, 명시야 영역으로부터 반사광(9)이 관찰되지 않는다. 위에서 알 수 있듯이, 광빔(8)이 약간 불규칙한 표면 상태(11)보다 훨씬 큰 광점을 갖도록 이용될지라도, 약간 불규칙한 표면 상태(11)로 인한 어두운 부분(19)은 명시야 영역에 배치되는 현미경(20)에 의해 관찰될 수 있다. 그러므로, 광점내의 약간 불규칙한 표면 상태(11)의 위치가 용이하고 고도로 정밀하게 기입될 수 있다.
그러므로 평가된 실리콘 웨이퍼(2)에 대해서, 적어도 하나 이상의 어두운 부분(19)이 현미경에 의해 볼 수 있는 약 2mm의 가시야 영역내에서 확실하게 관찰되고, 그러한 어두운 부분의 위치는 입자 검출기에 의해 미리 검출되었던 실리콘 웨이퍼(2)의 표면상의 약간 불규칙한 표면 상태가 있을 것으로 고려되는 위치의 대략적인 좌표와 일치하는 것이다. 거의 모든 관찰에서 하나의 어두운 부분만이 관찰되었고 다수의 어두운 부분의 관찰은 드문 것이었다. 또한, 약 0.2 내지 0.3μm의 약간 불규칙한 표면 상태로 인해 생기는 어두운 부분의 그 나머지에 대한 대비는 약 0.1 내지 0.2μm의 약간 불규칙한 표면 상태로 인해 생긴 어두운 부분의 대비보다 큰 것이다.
광빔이 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 대해 편광기를 조정하는 것으로 얻어진 S 극성이었을 때 최상의 S/N 비가 얻어진다. 그리고, 어두운 부분이 관찰된 위치(nm)가 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 위치인 것으로 여겨지면 그러한 위치(nm)는 현미경의 가시야 영역의 예정된 위치위에 모여지고, x-y 작동기(12)에 의해 지시된 좌표(xn, yn)는 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 위치로서 기록된다.
그리고, x-y 작동기(12)나 제2 x-y 작동기가 일정한 거리(xn-x0, yn-y0) 만큼 이동되어, 약간 불규칙한 표면상태(n)는 탐침(1)의 끝의 위치로 이동될 수 있게 된다. 그리고, xyz 작동기(7)는 탐침(1)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면과 접촉시킬 수 있도록 조정되어서, 10-9의 원자력이 그 사이에서 발휘된다. 이렇게 해서, 원자력 현미경을 이용한 측정이 행해진다.
그럼으로써, (xn, yn)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면 상태(n)의 3차원적 형상은 예 5에서처럼 원자력 현미경을 이용해 측정된다.
[예 8]
제10a도 및 제10b도는 본 발명에 따라 약간 불규칙한 표면 상태를 검출하는 스캐닝 터널 현미경의 기본적인 구성을 도시한다. 제8a도 및 제8b도에서 도면부호 20은 Ar 레이저(13)에 의해 조사되는 실리콘 웨이퍼(20)의 표면을 명시야 영역으로부터 관찰하도록 제공된 현미경을 지시한다. 상 증강장치를 갖는 CCD 카메라(31)는 현미경(20)위에 설치되고, CRT(32)가 샘플의 관찰된 부분의 상을 출력하게 된다. 금속 탐침(21)은 스캐닝 터널 현미경의 제어 시스템을 통하여 제2 x-y 작동기에 연결된다. 제10도 및 제10b도에서는 제8a도 및 제8b도와 제13도의 동일부분이나 대응부분을 지칭하기 위해 동일한 인용부호가 이용된다.
먼저, 예 5에서와 마찬가지로 다수의 경면 가공된 실리콘 웨이퍼(2)가 이 실리콘 웨이퍼(2)위에 있는 약간 불규칙한 표면상태의 대략적인 크기나 위치를 관찰하기 위해 입자 검출기에 의해 관찰된다.
그리고, 예 6에서와 마찬가지로 각각의 실리콘 웨이퍼(2)는 x-y 작동기(12)위에 셋팅되고, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면은 제10a도에 보이듯이 Ar 레이저(13)를 이용한 광빔(8)으로 조사된다. 그리고, xyz 작동기(27)는 탐침(21)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면의 근처로 낮출 수 있게 구동되고, 제2의 x-y 작동기(15)는 광빔(8)이 탐침(21)의 끝에 인접한 영역상에 대략 조사될 수 있도록 x-y 평면으로 이동된다. 광빔(8)의 광점과 탐침(21)간의 위치관계는 일례로 현미경(20)에 연결된 CRT(32) 포토다이오드에 의해 광점을 관찰함으로써 탐침(21)의 끝에 인접한 영역을 대략적으로 조사할 수 있도록 맞추어져서 탐침(21)의 끝의 위치는 현미경(20)의 가시야 영역내에 모이게 된다. 탐침(21)의 끝의 위치는 반드시 가시야 영역에 중심을 둘 필요는 없으며, 가시야 영역에서의 예정된 위치에 배치될 수도 있다. 여기에서 이용되는 현미경의 대물렌즈와 접안렌즈는 각각 5 배율과 20배율을 가지며, 현미경은 최대 약 2mm 직경의 가시야 영역을 포함할 수 있다. 이러한 순간에서, 제2 x-y 작동기(15)에 의해 지시된 좌표는(x3, y3)이었다. 현미경(20)의 촛점은 광빔(8)이 반사되는 실리콘 웨이퍼(2)위의 위치와 일치하게 만들어진다. 포토다이오드 등이 현미경의 대신에 이용되면 광 다이오드는 광빔(8)이 반사되는 위치와 마주하여 배치된다.
그리고, xyz 작동기(27)는 금속 탐침(21)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면으로부터 멀어지게 하도록 구동된다.
그런다음, 광빔(8)이 조사될 목표위치로 실리콘 웨이퍼(2)를 이동시키도록 제2 x-y 작동기(15)를 이동시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(2)는 약간 불규칙한 표면상태가 있을 것으로 고려되는 위치, 즉, 미립자 검출기를 이용해 미리 검출된 대략적인 좌표의 위치와 일치하는 위치로 이동된다.
그리고, 앞서의 예에서처럼 x-y 평면으로 x-y 작동기(12)를 이동시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면은 명시야 영역으로부터 관찰된다. 다른 불규칙한 표면상태(11)가 광점(18)내에 있을 때에는 어두운 부분(19)이 x-y 작동기(12: 제10b도)에 의해 확정된 좌표(x4, y4)에서 관찰된다.
평가된 실리콘 웨이퍼(2)에 대해서 적어도 하나 이상의 어두운 부분(19)이 현미경에 의해 볼 수 있는 약 2mm직경의 가시야 영역내에서 확실하게 관찰되었고, 이러한 어두운 부분의 위치는 입자 검출기에 의해 미리 검출된 실리콘 웨이퍼(2)의 표면상에 있을 것으로 고려되는 약간 불규칙한 표면상태의 위치의 대략적인 좌표와 일치한다. 광빔이 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 대해 편광기(33)를 조정하는 것으로 얻어진 S 극성이었을 때, 최상의 대비가 얻어지고 평가가 용이하게 된다. 어두운 부분(19)이 관찰된 위치(nn)를 약간 불규칙한 표면상태(n)의 위치인 것으로 추정하면, 이러한 위치(nm)는 현미경의 가시야 영역에 모이게 되고, 이러한 순간에서의 x-y 작동기(12)에 의해 지시되는 좌표(xnn, ynn)는 약간 불규칙한 표면상태의 위치(n)로 기록된다.
그런다음, x-y 작동기(12)나 제2 x-y 작동기(15)는 일정한 거리(xnn-x0, ynn-x3)만큼 이동되고, 그 후에 xyz 작동기(27)는 탐침(21)을 실리콘 웨이퍼(2)의 표면과 접촉되게 이동되도록 조정되나. 이렇게 해서, 스캐닝 터널 현미경을 이용한 측정이 행해진다.
(xnn, ynn)에서 관찰된 약간 불규칙한 표면상태(n)에서 행해진 3차원적 측정은 예 5에서와 같은 결과를 준다.
[예 9]
종래의 입자 검출기는 약간 불규칙한 표면상태 중 비교적 큰 것만을 검출할 수 있고, 그러므로, 입자 검출기에 의한 검사는 약간 불규칙한 표면상태가 반도체 장치에 나쁜 영향을 미치는지의 여부를 판단할 수 없다. 이와는 대조적으로 본 발명은 약간 불규칙한 표면상태를 정확하게 기입할 수 있으며, 예를들어 돌기나 파인곳 또는 오목하게 들어간 표면상태의 깊이와 폭 등과 같이 약간 불규칙한 표면상태의 형상을 3차원적으로 즉시 알아내게 할 수 있다. 상호 접속부에 대한 패턴화가 검사에 뒤이어 일어나는 경우에, 표면 위에 있는 미세하게 파인 곳(이러한 경우에는 미세하게 돌출한 돌기는 아님)은 그곳에서의 알루미늄제 상호 접속박막이 없거나 너무 얇게 또는 너무 좁게 만들어지기 때문에, 상호 접속의 단절의 원인이 될 수 있다. 그러므로, 그러한 약간 불규칙한 표면상태는 그 깊이나 폭에 따라서는 결함이 될 수 있다. 스브미크론의 설계 규칙에 따라, 상호 접속부에서의 선은 0.5μm 이하의 폭을 가지며 정상적인 부분보다 1/5 정도 폭이 좁은 부분이 존재하면 반도체 장치의 신뢰성을 떨어뜨린 것으로 여겨진다. 다시 말해서, 상호 접속부의 두께보다 1/5 정도 큰 깊이를 갖는 파인 곳이 표면상에 있으면 선은 0.1μm 이상의 폭을 갖는다. 따라서, 웨이퍼가 입자 검출기로 검출되는 약간 불규칙한 표면상태의 전부의 약 5% 정도의 그러한 미세하게 파인 곳을 가지면, 검사의 결과는 알루미늄제 상호 접속부 형성단계로 피드백되어 먼지나 또는 그렇게 떠도는 먼지에 의해 생긴 벗겨진 박막부분 등의 결함이 웨이퍼상에 있는지를 알림으로써 제품의 질을 개선한다. 또한, 약간 불규칙한 표면상태의 각각의 위치가 정확하게 기입되므로 고장을 일으킬 약간 불규칙한 표면상태를 갖는 칩이 기입될 수 있다.
이러한 예에서, 검사 공정이 알루미늄제 상호 접속 박막을 형성하는 단계의 후에 수행될지라도, 본 발명에 따른 샘플링 검사나 100% 검사가 세척 단계, 이온 확산단계, 박막 형성단계, 노출단계 및 에칭단계 등과 같은 반복적으로 수행되는 여러가지의 반도체 제조단계중 특정 단계나 매 단계 마다에서 수행될 수 있다.
또한, 이 실시예가 원자력 현미경을 이용했지만, 스캐닝 터널 현미경 등과 같이 또다른 스캐닝 탐색 현미경을 이용해서도 마찬가지의 검사를 할 수 있을 것이다.
본 예에 따라 반도체 웨이퍼위의 약간 불규칙한 표면상태의 각각의 위치가 반도체 장치 제조 공정에서 정확하게 기입될 수 있다. 검사의 결과는 제조공정의 각각의 단계로 피드백 될 수 있어, 결함이 있는 제품이 제거될 수 있다. 이는 제조 공정에서 개선된 제품을 생산할 수 있도록 기여하고 제품의 신뢰성을 향상시킬 것이다.
또한, 본 예에 따라 종래의 입자 검출기에 의해 검출될 수 있는 0.1μm 보다 작은 약간 불규칙한 표면상태가 발견될 수 있다. 또한, 그러한 입자 검출기에 의해 검출되는 약간 불규칙한 표면상태보다 작고 그러한 것에 인접해 있는 약간 불규칙한 표면상태를 검사하는 것이 가능하다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법은 입자 검출기에 의해 검출할 수 있는 약간 불규칙한 표면상태의 원인을 제거하는 데에 도움을 줄 수 있다.
[예 10]
이 예는 본 발명에 따라 액정 표시 디바이스를 조립하는 방법의 예이며, 여기에서, 투명 절연기판 위의 약간 불규칙한 표면상태는 액정 표시 디바이스 제조공정에 원자력 현미경을 이용함으로써 분석된다.
일반적으로, 액정 표시 디바이스는 다음과 같이 조립된다. 먼저 유리판등과 같은 투명 절연기층 위에 박막 트랜지스터를 각각의 픽셀과, 그러한 픽셀들간의 게이트 상호 접속부 및 소스 상호 접속부와 매 픽셀마다의 픽셀 전극 등을 위한 전환 소자(switching element)로서 제공함으로써 형성된다. 그리고, 그 대응기판은 기층위에 전극을 제공함으로써 형성된다. 그리고, 이러한 기충들은 그 사이에 일정한 간극이 형성되고 서로 마주보는 관계로 배치되어, 그 가장자리 부분에서 서로 접합된다. 마지막으로, 그러한 두개의 기판간의 간극으로 액정 물질이 채워진다. 액정 표시 디바이스의 부품은 소형화 및 빛이 통과할 구멍의 면적이 증가된 비율에 대한 요구의 증가로, 게이트 상호 접속부 등과 같은 신호 접속선이 좁게되고, 인접한 픽셀들간의 공간도 좁게된다. 결과적으로, 신호 접속선의 단절 및 그러한 상호 접속선간의 회로 단락이 생길 우려가 있다.
TFT 기층을 형성하는 방법은 박막 형성 단계와 노출단계 및 에칭단계 등과같은 여러가지의 단계를 포함한다. 이 실시예에서는 앞서 설명한 본 발명에 따른 원자력 현미경은 금속 박막의 형성단계 후에 이용되고, 그러한 금속 박막의 형성단계는 약 0.1 내지 약 1μm의 두께를 갖는 텅스텐 박막 등과 같은 금속제 박막으로 완전히 덮힌 투명 절연기판의 표면상에 나타나는 약간 불규칙한 표면상태를 검사하여 분석하도록 게이트 전극과 게이트 상호 접속부를 형성하기 위한 것이다.
반도체 웨이퍼의 경우에서 처럼 박막 표면위의 약간 불규칙한 표면상태의 위치를 대략적으로 기입하기 위해 입자 검출기가 이용된다. 그리고, 투명 절연기판이 원자력 현미경의 x-y 스테이지위에 배치되고, 표시된 부분이 그러한 x-y 스테이지의 기준점과 일치하게 함으로써 위치가 조절된다.
입자 검출기와 원자력 현미경간의 좌표(x, y)의 허용 가능한 오차의 범위는 ±100 내지 ±500μm이다. 예 9에서 처럼 약간 불규칙한 표면상태의 위치는 본 발명의 위치 선정 방법에 의해 정확하게 기입된다.
그후에, 약간 불규칙한 표면상태가 원자력 현미경을 이용하여 관찰되고, 그 결과, 그 3차원 형상이 예측된다. 약간 불규칙한 표면 상태가 그 형태에 따라 고장을 일으키는 것으로 판정되면, 미세돌기나 파인곳 또는 그러한 파인 곳의 크기와 깊이 등과 같은 검사 결과가 금속 박막의 형성단계로 피드백되어, 그러한 약간 불규칙한 표면상태에 의해 생기는 고장 발생의 횟수를 줄일 수 있다.
본 예에서는 상호 접속부용 알루미늄 박막이 분석되었지만, 본 발명에 따른 샘플링 검사나 100% 검사가 절연 박막 형성 단계나 에칭단계 등과 같은 모든 조립 단계의 후에 수행될 수도 있다.
또한, 본 예가 원자력 현미경을 사용하였을지라도 그 대신에 스캐닝 터널 현미경이 사용될 수도 있다.
본 예에 따른 투명 절연기판 위의 약간 불규칙한 표면상태의 각각의 위치는 액정 표시 디바이스의 제조공정에서 정확하게 지정될 수 있다. 검사 결과는 제조공정의 매 단계마다로 피드백되어 결함이 있는 제품을 제거하게 할 수도 있다. 이는 매우 소형화한 다수의 픽셀을 갖는 액정 표시 디바이스의 개선된 제품의 생산에 기여하고 그러한 액정 표시 디바이스의 신뢰성을 향상시킨다.
앞서의 예에서는 Ar 레이저가 약간 불규칙한 표면상태를 검출하기 위한 광빔을 발출시키는 광원으로 이용되었으나, 광원은 그러한 Ar 레이저에 한정되지 않으며 반도체 레이저 등과 같은 또다른 레이저 광원이나, 또는 적외선이나 백색광이나 가시광빔이나 자외선 등을 빔(beam)의 형태로 축소시킴으로써 얻어지는 광빔을 방출하는 또다른 광원일 수도 있다. 샘플(2)과 현미경의 탐침간의 위치관계는 x-y 작동기(12)에 의해 샘플을 이동시킴으로써 조절되었다. 그러한 위치관계는 제2의 x-y 작동기에 의해 탐침을 이동시킴으로써 수행될 수도 있다. 또한, 앞서 설명한 예들의 각각에서 제2의 x-y 작동기는 먼저 탐침을 배치시키도록 제공되어 있다. 그러나, 탐침이 고정적으로 유지되고 그 위치가 지정되면 제2 x-y 작동기가 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명의 원자력 현미경이나 스캐닝 터널 현미경의 또다른 특징은 종래의 원자력 현미경이나 스캐닝식 터널 현미경의 경우와 마찬가지이고, 본 발명의 현미경의 형태는 그 기능이 갖춰져 있는 한 변경될 수도 있다.
또한, 예 5 내지 예 9가 실리콘 웨이퍼를 샘플(2)로 사용했을지라도, 그러한 샘플(2)은 실리콘 웨이퍼에 한정되지 않으며 투명 절연기판 등과 같은 또다른 평판(약간 평편하지 못한 표면을 갖는 기충도 포함)일 수도 있다.
설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 샘플의 표면이 표면상의 약간 불규칙한 표면상태를 검출하기 위하여 광빔으로 조사되고, 그러한 광빔의 광점의 반사광이나 어두운 부분이 약간 불규칙한 표면상태의 위치를 지정하기 위해 현미경이나 포토다이오드 등과 같은 광빔변화 센서에 의해 암시야 영역이나 명시야 영역으로부터 관찰된다. 또한, 스캐닝 탐색 현미경의 탐침이나 약간 불규칙한 표면상태는 상대 이동된다. 이는 탐침이 샘플의 약간 불규칙한 표면상태가 있는 영역에만 접촉하게 한다. 또한, 입자 검출기가 본 발명의 분석기와 함께 사용될 때, 입자 검출기의 좌표계와 분석기의 좌표계간에 수천 μm 의 편차가 생길지라도, 좌표계가 서로 연결되었을 때에는, 약간 불규칙한 표면상태가 검출될 수 있고, 그러한 편차를 수용할 수 있는 크기의 광점을 갖는 광빔의 변화를 관찰함으로써 약간 불규칙한 표면상태의 위치가 분석기의 좌표계에서 지정될 수 있다.
분석기는 입자 검출기로는 검출할 수 없는 약간 불규칙한 표면상태를 검출할 수 있으므로 간과할 가능성이 줄여질 수 있다.
따라서, 샘플의 넓은 표면에 있는 약간 불규칙한 표면상태가 용이하게 검출될 수 있고, 또한, 약간 불규칙한 표면상태가 있는 샘플의 제한된 영역위에서 동시에 3차원 측정이 수행될 수 있다. 이는 측정시간이 크게 단축되게 하므로 샘플의 품질을 신속하게 평가하게 한다.
또한, 본 발명에 따라 반도체 장치나 액정 표시 디바이스를 조립하는 방법은 반도체 웨이퍼나 투명절연기판상에 있는 약간 불규칙한 표면상태를 검출하고 검사 할 수 있으며, 이러한 약간 불규칙한 표면상태에 적절히 대처할 수 있게 한다. 이는 수서브 미크론 이하의 패턴화에서 조차도 흠결 발생수를 줄이게 하고 매우 높은 집적 밀도를 갖는 VLSI 급에서 조차도 제품의 질을 개선할 수 있게 한다. 또한, 반도체 장치의 사용중에 고장을 일으킬 수 있는 결점이 제거될 수 있고, 그럼으로써, 신뢰성이 크게 향상된다.
특정 실시예에만 상세히 설명하였으나, 당분야에 숙련된 자라면 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위 및 정신으로 부터 벗어나지 못한 상태의 변화 및 변경도 용이할 것이다.

Claims (5)

  1. 약간의 불규칙한 표면상태를 검출하기 위하여, 샘플 표면의 3차원상을 측정하는 주사식 탐색 현미경에 있어서, 상기 주사식 탐색 현미경의 탐침이나 상기 샘플을 3차원적으로 교반하여 상기 탐침(1)을 상기 샘플 가까이 이동시키는 xyz 교반 작동기(7)와; 상기 샘플의 표면 위 소정의 영역 위에 있는 약간 불규칙한 표면상태(11)를 검출하기 위한 비시준된 백색광 빔을 제공하는 광원과; 불규칙한 표면상태로 인하여 광빔의 불규칙하게 반사된 광(10)을 감지하기 위해 광빔의 암시야 영역에 배치되는 광빔 변화 센서(16)와; 불규칙한 표면상태의 위치를 검출하는 x-y 작동기(12)를 포함하는 주사식 탐색 현미경.
  2. 약간의 불규칙한 표면상태를 검출하기 위하여, 샘플 표면의 3차원상을 측정하는 주사식 탐색 현미경에 있어서, 상기 주사식 탐색 현미경의 탐침(1)이나 상기 샘플을 3차원적으로 교반하여 상기 탐침을 상기 샘플 가까이 이동시키는 xyz 교반 작동기(7)와; 상기 샘플의 표면의 소정 영역 위에 나타나는 불규칙한 표면상태(11)를 검출하기 위한 비시준된 백색광 빔을 제공하는 광원과; 불규칙한 표면상태에 의해 발생되는 광빔의 어두운 부분을 감지하기 위해 광빔의 명시야영역에 배치되는 광빔변화센서(20)와; 불규칙한 표면상태의 위치를 검출하는 x-y 작동기(12)를 포함하는 주사식 탐색 현미경.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원이 레이저 광원(5)인 주사식 탐색 현미경.
  4. 샘플(2)의 표면의 3차원상을 측정하는 원자력 현미경에 있어서, 캔틸레버(3)와, 상기 캔틸레버의 끝(tip)에 설치되어 샘플의 표면 가까이 갈 수 있는 탐침(1)과; 캔틸레버의 구부러짐을 검출하도록 제공된 발광소자 및 수광소자와; 샘플이나 캔틸레버를 3차원적으로 교반시키는 교반 xyz 작동기(7)와; 샘플의 표면위에 나타나는 약간 불규칙한 표면상태(11)를 검출하기 위한 광빔(8)을 제공하는 광원과; 샘플의 표면의 위치를 기입할 수 있는 x-y 작동기(12)를 포함하는 원자력 현미경.
  5. 샘플(2)의 표면의 3차원상을 측정하는 스캐닝 터널 현미경에 있어서, 샘플의 표면가까이 이동되어 샘플과의 사이에 터널 전류를 만들기 위한 금속 탐침(21)과; 상기 금속 탐침이나 샘플을 3차원적으로 교반시키는 교반 xyz 작동기(27)와; 샘플의 표면 위에 있는 약간 불규칙한 표면상태를 검출하기 위한 광빔을 제공하는 광원과; 샘플의 표면의 위치를 기입할 수 있는 x-y 작동기(12)를 포함하는 스캐닝 터널 현미경.
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