KR100293126B1

KR100293126B1 - 검사장치

Info

Publication number: KR100293126B1
Application number: KR1019940002949A
Authority: KR
Inventors: 하가가스미
Original assignee: 오쿠보 토시지로우; 가부시기가이샤테시에루인터내셔널
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 2001-10-24
Also published as: JPH06317532A; US5497234A

Abstract

본 발명은 시료 표면의 피막이 형성된 지표(指標)를 보다 용이하게 독해하는 것이 가능한 검사장치를 제공하는 것으로, 시료에 대해 빛을 조사하고 그 투과한 것이 가능한 검사장치를 제공하는 것으로, 시료에 대해 빛을 조사하고 그 투과한 빛 또는 반사광을 광학소자에 의해서 집속(集束)하여, 그 후방에서 시료의 관측을 행하도록 구성된 검사장치에 있어서, 광학소자의 후상공간초평면(後像空間焦平面) 또는 그 근방에 조리개를 설치하는 동시에 광학소자로서 색 소거 렌즈를 사용한 것이다.

Description

검사장치

본 발명은 검사장치에 관한 것으로, 특히 시료 표면에 형성된 지표를 검출하기에 적합한 검사장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 표면에는 제품의 종별이나 납입선(納入先)을 나타내는 ID번호(지표)가 부설되며, 이 지표를 이용하여 반도체 제조 공정(process)의 관리가 이루어진다.

그런데 종래에는 ID번호의 독해를 작업자가 육안으로 행하는 것이 보통이었다. ID번호는 반도체웨이퍼의 오리엔테이션 플랫(orientation flat)근방에 부설된 다. 이 오리엔테이션 플랫 근방은 통상 회로나 배선의 패턴이 형성되어 있지 않은 부분이며 절연 막이나 도체 막이 씌워져(被捉)있지 않은 것이다. 따라서 ID번호를 육안으로 독해하는 것은 가능하다. 그러나 패턴형상의 경계 위치가 어긋나거나 기타 이유에 의해서 오리엔테이션 플랫 근방까지 패턴이 형성되거나 또는 패턴형상을 위한 레지스트(resist)막 등이 ID번호 상에 피착되는 경우도 있어, 이 경우에는 패턴이나 레지스트 표면에서 빛의 산란현상이 일어나기 때문에 ID번호를 육안으로 보기가 매우 어렵게 되어 그 독해에 꽤 많은 시간을 필요로 하였다.

한편 이 독해를 광학 계에 의해서 행하도록 한 검사장치도 있으나 피막이 부착되어 있지 않은 경우라면 몰라도 피막이 부착된 지표를 독해하는 것은 굉장히 곤란하였다.

본 발명은 이러한 점에 감안하여 된 것으로서, 시료표면의 피막이 부착된 지표를 보다 용이하게 독해하는 것이 가능한 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구범위 제1항 기재의 검사장치는 시료에 대해 빛을 조사하고 그 투과한 빛 또는 반사광을 광학소자에 의해서 집속하여 그 후방에서 시료의 관측을 행하도록 구성된 검사장치에 있어서, 상기 광학소자의 후상공간초평면(後像空間焦平面) 또는 그 근방에 조리개를 설치하는 동시에 상기 광학소자로서 색 소거 랜즈를 사용한 것이다.

청구범위 제2항의 기재의 검사장치는 청구범위 제1항 기재의 검사장치에서 상기 빛에 더해서 상기 빛보다는 큰 입사각으로 상기 시료에 대해 빛을 조사하는 광 조사수단을 설치한 것이다.

청구범위 제3항 기재의 검사장치는 시료에 대해 빛을 조사하고 그 투과한 빛 또는 반사광을 광학소자에 의해서 집소하여 그 직후로 시료의 관측을 행하도록 구성된 검사장치에 있어서, 상기 시료에 대해 복수의 빛을 입사방향을 달리하여 입사 하도록 구성하는 동시에 광학소자의 후상공간초평면 또는 그 근방에 조리개를 설치 하며, 또한 광학소자로서 색 소거 렌즈를 사용한 것이다.

상기한 수단에 의하면 시료에 핀트를 맞추고 관측할 수 있으면서 더불어 조 리개에 의해 굴절 광 또는 산란광의 대부분을 제거할 수 있기 때문에 반사광 또는 투과 상(像)의 선명도가 현저히 향상되게 된다. 또 조리개의 차폐부 후방에서는 시료 내부 혹은 표면전체의 상태를 표현하는 명암 패턴이 형성되므로 시료의 내부 혹은 표면상태를 일시에 관측 가능하게 되며 피막이 형성된 지표 등도 용이하게 독해 가 가능하게 된다. 또 광학소자로서 색 소거렌즈를 사용하고 있기 때문에 색 수차(色收差)가 없어지는 작용에 의해서 반사상의 선명도가 더욱 향상되게 된다.

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 검사장치의 광학 계를 개략적으로 나타내는 구성도,

제2도는 본 발명에 따른 제3실시예의 검사장치의 광학 계를 개략적으로 나타내는 구성도,

제3도는 본 발명에 따른 제2실시예의 검사장치의 광학 계를 개략적으로 나타내는 구성도,

제4도는 제3실시예의 검사장치의 라이트 가이드 화이버 주위의 평면도,

제5도는 본 발명에 따른 제5 실시예의 검사장치의 광학 계를 개략적으로 나타내는 구성 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광학 계 2 : 시료

2a : 시료표면 4 : 칼리메이트 렌즈(collimate lens)

6 : 조리개

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명된다.

제1도에는 제1실시예의 검사장치의 광학 계(1)가 도시되어 있다. 이 광학 계 (1)에 대해서 설명하면, 이 광학 계(1)는 빔 스프리터{(beam splitter) 혹은 하프 미러(half mirror)}(3) 및 카리메이트 렌즈(4)를 개재하여, 평판상 시료(2)의 표면 (이하 시료표면이라 칭함)(2a)에 대략 그 법선 방향으로 평행 광을 조사하고, 그 시료표면(2a)으로부터의 반사광을 후상공간초평면에서 집속하여 후상공간초평면의 후방에서 그 반사 상을 촬상관(撮像管)(5)으로 관측하도록 한 것으로서, 관측에 있어서는 후상공간초평면에 설치된 조리개(6)에 의해서 시료표면(2a)에서 산란된 빛(확산 광)을 차단하도록 되어 있다.

계속해서 이 광학 계(1)에 대해서 상세히 설명한다.

이 광학 계(1)에서는 광원(7)으로서 특별히 한정되는 것은 아니지만 크세논램프(xenon)나 할로겐 램프 등이 사용된다. 이 광원(7)으로서 어떤 것을 사용하는 가는 검사대상(像)물(시료2)의 성질에 따라서 결정된다. 예를 들면 반도체 웨이퍼 등과 같이 반사율이 비교적 높은 것을 검사하는 경우에는 할로겐 램프 또는 크세논 램프 중 어느 하나를 사용하여도 좋으나, 글래스(glass)기판과 같이 반사율이 비교 적 낮은 것을 검사하는 경우에는 휘도가 큰 크세논램프를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 검사대상물의 성질에 따라서 광원(7)을 적절하게 바꾸도록 한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

광원(7)에는 타원 리플렉터(reflector)(8)가 부설되며, 광원(7)은 타원 리플렉터(8)의 한쪽 초점에 설치된다. 타원 리플렉터(8)의 다른 쪽 초점에는 핀홀(9)이 설치된다. 그 결과 타원의 성질에 의해 타원 리플렉터(8)에서 반사된 빛은 핀홀(9)부분으로 집속된다. 그 때문에 이 집속 점에 점광원(點光源)을 설치한 것과 동일한 상태가 나타나게 된다. 또한 타원 리플렉터(8)대신에 패러불러(parabola) 리플렉터를 사용하여도 좋다. 이 경우에는 패러볼러 리플렉터를 떠난 빛은 그 광축에 평행하게 진행하므로 칼리메이트 렌즈를 별도 설치하여 이 칼리메이트 렌즈에 의해 핀홀 부분에 집속하도록 한다.

또 광원(7)과 핀홀(9)과의 사이에는 열선흡수필터(10)가 설치되는 동시에 핀홀(9)과 빔스프리터(3)사이에는 파장선택필터(11), 디퓨저(diffuser)(12) 및 편광판 (편광자)(13)이 설치되어 있다. 열선흡수필터(10)는 적외선을 차단(cut)하여 광학계(1)를 열선으로부터 보호하기 위해 사용된다. 파장선택필터(11)는 시료표면(2a)에 조사되는 빛의 파장을 규제하기 위한 것이다. 이 파장선택필터(11)는 착탈 가능하게 되어 있으며, 시료표면(2a)위의 피막의 성질이나 시료(2)의 표면 상태 등에따라서 사용된다. 예를 들면 시료(2)가 반도체 웨이퍼이고, 그 표면에 피막이 형성되어 특정 파장 영역(城)의 빛이 피막에 악영향(박리 등)을 주는 경우에는 파장선택필터(11)에 의해서 당해 특정 파장 영역의 빛은 차단하도록 한다. 또 이 파장선택필터 (11)는 광학 계(1)의 감도조절기능을 갖기 때문에 시료표면(2a)의 요철의 정점에서 최저 점까지의 길이(peak to valley)가 작은 경우에는 파장이 짧은 영역의 빛을 시료표면(2a)에 조사하도록 한다. 디퓨저(12)는 착탈 가능하게 되어 있으며, 시료표면(2a)이 예를 들면 경면(鏡面)으로 그 위에 피막이 형성되어 있지 않은 경우 등, 정 반사광 성분이 많을 경우에 사용된다. 이 디퓨저(12)로서는 예를 들면 불투명유리나 오팔유리(opal glass)가 사용된다. 편광 판(13)은 하나의 진동면의 광파(光波)만을 통과시키는 것으로 이 편광판(13)의 회전에 의해서 편광판(13)의 통과 진동방향을 바꿀 수가 있다.

빔스프리터(3)와 시료표면(2a)와의 사이에는 핀홀(9)로부터 나온 빛을 평행광속으로 바꾸는 동시에 시료표면(2a)에서의 반사광을 집속하기 위한 칼리메이트렌즈(4)가 설치되어 있다. 이 칼리메이트렌즈(4)는 핀홀(9)이 전상공간초평면(前像空間焦平面)에 접근하도록 한 위치에 설치된다. 또한 이 칼리메이트렌즈(4)로서는 색 수차를 없애기 위해 색 소거렌즈, 예를 들면 특정파장 색 소거 렌즈, 애크로 맷렌즈(achromat lens), 애퍼크로 맷 렌즈(apochromat lens)가 사용된다.

칼리메이트렌즈(4)와 촬상관(5)과의 사이에는 빔 스프리터(3), 편광판(검광자,劍光子)(14) 및 카메라렌즈(15)(결상계,結像系)가 설치되어 있다, 빔 스프리터 (3)는 광원(7)으로부터의 광로(光路)를 아래쪽으로 구부리기 위해 사용된다. 편광판(14)은 편광판(13)과 마찬가지로 하나의 진동 면의 광파 만을 통과시키는 것으로서 그 사용에 의해서 번쩍이는 반사광을 줄이는 작용을 한다. 이 편광 판(14)도 착탈 가능하게 되어있다. 또 카메라렌즈(15)에는 조리개(6)가 설치되어 있다.

조리개(6)로서는 여기에서는 아이리스조리개(iris diaphram)가 사용되며, 가동 조절부를 움직이는 것에 의해 동심상(同心狀)의 개구부 직경을 연속적으로 변환시킬 수 있도록 되어 있다. 이 개구부의 직경을 변환시키는 것에 의해 검사의 종별(표면의 패인 홈 검사, 파형검사, 지표 검사 등)에 적합한 반사 상이 얻어진다.

이와 같이 구성된 검사장치에 의하면 광원(7)으로부터 나온 빛은 타원 리플렉터(8)에 의해서 핀홀(9) 부분에 집속되어 점광 원을 구성하고, 이 점광 원으로 부터의 빛은 파장선택필터(11), 디퓨저(12), 편광판(13), 빔스프리터(3) 및 칼리메이트렌즈(4)를 거쳐 시료표면(2a)에 조사된다.

그리고 시료표면(2a)으로부터 반사광은 칼리메이트렌즈(4), 빔스프리터(3), 편광판(14) 및 카메라(15)내의 조리개(6)를 거쳐 촬상관(5)에 유도된다.

이와 같이 구성된 광학계(1)를 갖는 실시예의 검사장치는 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉 상기 검사장치에 의하면 시료표면(2a)에 핀트를 맞추고 관측할 수 있으면서 더불어 조리개(6)에 의해서 산란광의 대부분이 제거될 수 있기 때문에 반사상의 선명도가 현저히 향상되고, 피막이 형성된 지표를 보다 용이하게 독해할 수 있다. 또 조리개(6)의 차폐부 후방에는 시료표면 전체의 상태가 명암패턴으로서 형성되므로 시료(2)의 표면상태를 일시에 관측 가능하게 된다.

또 칼리메이트렌즈(4)로서 색 소거렌즈를 사용하므로 색 수차에 의한 상의 흐려짐이 없게 되어 선명한 상을 얻을 수 있다.

제2도에는 본 발명의 제2실시예의 광학계(20)이 도시되어 있다. 이 광학계 (20)가 제1실시예의 그것과 다른 점은 광원(7)외에 또 다른 광원(21)을 가지고 있는 것이다. 이 광원(21)으로서는 할로겐램프 혹은 크세논램프가 사용되며, 이 광원(21)으로부터는 리플렉터(22), 열선흡수필터(23), 핀홀(24), 파장선택필터 (25), 디퓨저(26), 편광판(27)을 개재하여 발산 광(發散光)이 입사각 45°로 시료표면(2a)에 조사된다. 여기서 파장선택필터(25), 디퓨저(26), 편광판 (27)은 착탈가능하게 되어 있다. 또 광원(21)측의 광학 계는 입사각 혹은 입사방향을 변화시키도록 이동 가능하게 되어 있다. 그 외 구성은 제1실시예의 광학 계 (1)와 동일하므로 동일부재에 대해서는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략한다. 이 제2실시예의 광학 계(20)에 의하면 법선 방향으로 뿐만 아니라 비스듬한 방향으로 빛을 조사하고 있기 때문에 반사상의 콘트라스트(contrast)를 보다 높일 수가 있다.

제 3도에는 본 발명의 제3실시예의 광학 계(30)가 도시되어 있다. 이 광학 계(30)가 제1실시예의 그것과 다른 점은 평행광의 광 조사 수단이 다르게 되어 있는 것이다. 이 광 조사 수단은 하나의 광원(혹은 두 개의 광원)(31)으로부터 빛을 제4도에 도시한 바와 같이 2매의 라이트 가이드 화이버(light guide fiber) (32) (32)를 거쳐 시료표면(2a)에 조사하도록 구성되어 있다. 예를 들면 광원(31)이 하나일 경우에는 광원(31)으로부터의 빛을 리플렉터(33), 열선흡수필터(34)를 거쳐 2매의 라이트 가이드 화이버(32)(32)에 유도하고, 이 2매의 라이트가 이드화이버 (32)(32)로부터 나온 빛을 집광 렌즈(35), 핀홀(9), 파장선택필터(11), 디퓨저(12 ), 편광판(13), 빔스프리터(3) 및 칼리메이트렌즈(4)를 개재하여 다른 두개의 방향으로 시료표면(2a)에 조사하도록 하고 있다. 여기서 2매의 라이트가이드 화이버 (32)(32)의 선단은 압전 소자(36)의 작용에 의해 지점(32a)(32a)을 중심으로 좌우로 5°정도씩 요동 가능하게 되어 있다. 이것에 의해 상(像)이 보다 선명하게 보이는 위치로 라이트가이드화이버(32)(32)를 이동시킬 수가 있다. 그 외 구성은 제1실시에의 광학계(1)와 동일하므로 동일부재에 대해서는 동일부호를 부여하고 그설명은 생략한다.

이 제3실시예에 의해서도 제2실시예의 효과와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하며, 더욱이 라이트가이드화이버(32)(32)의 요동이 압전소자(36)에 의해 행해지기 때문에 빛의 조사방향의 변경이 매우 용이하게 된다.

제5도에는 본 발명의 제4실시예의 광학 계(40)가 도시되어 있다. 이 광학 계(40)에서는 광원(41)으로부터의 빛을 리플렉터(42), 열선흡수필터(43), 콘덴서렌즈(condenser lens)(44), 라이트가이드화이버(45), 집광렌즈(46), 핀홀(47), 빔스프리터(3) 및 칼리메이트렌즈(4)를 개재하여 시료표면(2a)에 조사하는 동시에, 광원(51)으로 부터의 빛을 리플렉터(52), 열선흡수필터(53), 리퀴드(liquid)라이트가 이드화이버(54), 빔스프리터(3) 및 칼리메이트렌즈(4)를 개재하여 시료표면(2a)의 관찰을 카메라렌즈(결상계)(15)를 개재하여 촬상관(5)으로 관찰하도록 하고 있다. 여기서 상기 리퀴드 라이트가이드화이버(54)는 카메라렌즈(15)의 횡측(橫側)에 부착되고, 리퀴드라이트가이드화이버(54)의 선단은 상하로 5°정도 씩 요동 가능하게 되어 있다. 또한 카메라렌즈(15)내에는 도시하지는 않았으나 조리개가 설치되어 있다.

이 제4실시 예에 의해서도 제2실시 예와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.

이상 본 발명의 실시 예에 대해서 설명하였으나 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능함은 말할 나위도 없다. 예를 들면 상기 실시예의 검사장치에서는 촬상관(5)으로 시료 표면(2a)의 반사상(反射像)을 관측하도록 하였으나, CCD나 카메라 혹은 육안 등으로 관측하도록 한 광학 계로 하여도 좋다. 그리고 상기 실시예의 검사장치에서는 평판형이 시료(2)를 검사하는 경우를 설명하였으나, 원주(圓柱)등의 지표검사의 경우에는 원주형 렌즈(cylindlical lens)를 사용하고, 또 구체(球體) 등의 지표검사 의 경우에는 평철(平凸)렌즈를 사용하여 시료표면에 법선 방향으로 빛을 조사하도록 하면 좋다. 또 경우에 따라사는 평판형 시료(2)의 경우에도 원주렌즈를 사용하여 일정방향의 요철상태를 강조시켜 관측하도록 하는 것도 가능하다.

또 상기 실시예의 검사장치에서는 조리개(6)로서는 아이리스조리개를 사용하였으나 고정적인 원형개방부가 설치된 조리개를 설치하여 이 조리개를 광축 방향으로 이동시키도록 하여 사용하여도 좋다.

그리고 상기 실시예의 검사장치에서는 후상공간초평면에 조리개(6)를 설치하였으나 그 설치위치는 후상공간초평면 근방이면 좋다.

아울러 상기 실시예의 검사장치에서는 시료표면(2a)의 반대 상을 관측하도록 한 구성으로 하였으나 시료가 투과성(透過性)의 것일 경우에는 그 내부상태를 관측 하기 위해 시료의 투과 상을 관측하도록 한 구성으로 하여도 좋음은 물론이다.

본 발명에 의하면 시료표면의 피막이 형성된 지표를 보다 용이하게 독해하는 것이 가능한 검사장치시료의 실현이 도모된다.

Claims

시료에 빛을 조사하는 광원과, 상기 시료를 투과한 빛 또는 상기 시료를 반사한 빛의 광로(光路)에 배치되어, 그 투과한 빛 또는 반사광을 집속시키는 광학소자와, 상기 광학소자의 후상공간초평면 또는 근방에 배치된 조리개와, 상기 조리개의 후방에 배치되어 상기 투과한 빛 또는 반사광에 의하여 형성 되는 상을 관측하기 위한 관측장치를 구비하고, 상기 광학소자가 색소거랜즈로 구성되어 있는 검사장치.
제1항에 있어서, 상기 빛에 더해서, 상기 빛보다는 큰 입사 각 시료에 대해 빛을 조사하는 광 조사 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 검사장치.
시료에 대하여 서로 다른 입사방향으로부터 빛을 조사하는 복수의 광원과,

상기 시료를 투과한 빛 또는 상기 시료를 반사한 빛의 광로에 배치되어, 그 투과한 빛 또는 반사광을 집속 시키는 광학소자와, 상기 광학소자의 후상 공간초평면 또는 그 근방에 배치된 조리개와, 상기 조리개의 후방에 배치되어, 상기 투과한 빛 또는 반사광에 의하여 형성 되는 상을 관측하기 위한 관측장치와를 구비하고, 상기 광학소자가 색 소거 렌즈로 구성되어 있는 검사장치.