KR100522209B1 - 형광 포토레지스트 검사를 이용한 반도체 구조체의 자동 고속 광학적 검사 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼, 회로 보드 및 유사한 다층 구조체는 바람직하게는 법선 및 웨이퍼 표면에 대해 경사진 각도로 지향하는 한쌍의 반대로 경사진 레이저빔에 의해, 정밀 검사될 도체 패턴, 결함을 전하는 포토레지스트층에 의한 형광이 유발됨으로써, 고속으로 광학적 정밀 검사되며, 여기서 바람직하게는 TDI CCD 이미지화 카메라를 이용하여, 형광을 방출하지 않는 도체 패턴을 강조하고, 하부층으로부터의 모든 빛을 차폐하는 형광 레지스트 표면 이미지를 기록한다.

Description

형광 포토레지스트 검사를 이용한 반도체 구조체의 자동 고속 광학적 검사 방법 및 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR AUTOMATIC HIGH-SPEED OPTICAL INSPECTION OF SEMICONDUCTOR STRUCTURES AND THE LIKE THROUGH FLUORESCENT PHOTORESIST INSPECTION}

본 발명은 다층 웨이퍼, 칩, 회로 보드 등과 같은 반도체 구조체 등에 대한 광학적 정밀 검사에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 결함이나 아티팩트(artifact) 등에 대한 고속 정밀 검사에 관한 것이며, 또한 상기 반도체 구조체의 소정의 표면이나 층 또는 부품들을 우선적으로 식별하거나 또는 선택적으로 이미지화하기 위한 보조물로서 이 반도체 구조체의 내부에 선택적인 층 형광을 사용하는 것에 관한 것이다.

야마나카 등에게 허여된 미국 특허 제5,278,012호에는 다층 반도체 웨이퍼 또는 칩 등에 레이저 빔에 의해 여기되어 형광을 방출하는 상부 유전층을 사용하여, 상기 다층 반도체 웨이퍼 또는 칩 등의 제어된 평평한 표면 위에 증착된 도체 패턴을 어둡게 함으로써 그 아래의 층을 차폐하는 기술이 기재되어 있으며, 거친 또는 무작위로 울퉁불퉁한 층 또는 표면과 돌출각 도체에 대하여 상기 기술을 사용할 수 있도록 개량된 기술이 1997년 6월 23일자로 제출된 본건 출원인에 의한 동시 계속 출원인 미국 특허 출원 제08/880,836호 " Method Of Optically Inspecting Multi-Layered Electronic Parts And The Like With Fluorescent Scattering Top-Layer Discrimination And Apparatus Therefor"에 기재되어 있다.

또한, 다른 목적으로 정밀 검사 시스템에 형광을 사용하는 기술은 예컨대 가시 스펙트럼에서 높은 콘트라스트를 갖는 구조체 내의 낟알 모양의 금속 도체를 무시할 수 있도록 에폭시 회로 보드를 형광 처리하는 기술(Orbot Company 등의 장비)이 알려져 있지만, 이 기술은 하부층으로부터의 이미지를 제거하는 문제를 해결하지 못한다. 또한, Semiconductor International의 1997년 9월호 논문 "High Throughput Inspection Tool For Photoresist Patterning"에 기재된 바와 같이, 오퍼레이터가 하나의 커다란 시야에서 카세트에 위치한 웨이퍼의 단지 한 코너의 형광을 보고, 프로세스 제어 수단으로서 레지스트가 각 웨이퍼에 적용되었는지 또는 각 웨이퍼로부터 제거되었는지를 판정할 수 있도록, 텔레비젼 카메라를 사용하는 기술이 알려져 있다.

한편, 본 발명은 모든 완성된 웨이퍼 표면마다, 가는선 단락, 바늘 구멍, 부정확한 선폭 또는 간격 또는 형태와 같이, 레지스트 패턴의 모든 결함 및 다른 결함에 대하여 100 퍼센트 고속 스캐닝 정밀 검사를 자동적으로 수행하는 매우 정확하고 어려운 문제를 해결한다. 본 발명은 또한 결함을 포함하는 전체 웨이퍼 표면의 포토레지스트 형광 처리 및 자동 이미지 분석을 위한 신규의 기술을 통해, 텔레비젼에서와는 달리, 상기 논문의 관찰 코너 정밀 검사의 커다란 시야가 단지 관찰 이미지의 소부분을 나타낼 수도 있다. 예컨대, 본 발명은 상기 논문의 기술에서와 같이 형광을 방출하는 레지스트의 커다란 밝은 시야에서 검출할 수 없는 하나 또는 두개의 픽셀에 대한 바늘 구멍 결함을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명은 설계 규칙, 공지의 양호한 레퍼런스 이미지, 웨이퍼 위의 인접 회로 패턴 등에 따른 웨이퍼 패턴의 자동 분석을 허용함으로써, 정확한 패턴 형태를 체크할 수 있도록 해준다.

본 발명의 목적은 다층 웨이퍼, 칩 및 다른 반도체와 유사 디바이스에 대한 고속의 광학적 스캐닝 정밀 검사를 가능하게 하는 신규의 개선된 방법 및 장치를 제공함에 있으며, 전술한 종래 기술에 제한되는 것이 아니라, 각 웨이퍼층의 제조 공정에서 결함 및 결함없이 증착된 포토레지스트에 대한 자동 완전 정밀 검사를 가능하게 하여, 그 위의 희망 도체 및 다른 회로 구조체의 위치와, 그들의 부재를 정확히 규정한다.

본 발명의 다른 목적은 정확한 패턴 기하를 검증하고, 구멍, 단락, 흠, 돌출 등의 결함과, 또한 잔여의 미제거 또는 미발전 레지스트 스컴(scum) 등을 검출하기 위해서, 레지스트 패턴에 대한 자동 또는 반자동 정밀 검사를 가능하게 하는 신규의 기술을 제공함에 있으며, 상기 스컴은 후술하는 금속 제거 공정에 있어서 산에칭 중에 적당한 금속 제거를 방해하여 단락 및 돌출 유형의 결함을 유발할 수 있고, 후술하는 금속 부가 공정에 있어서는 상기 스컴 아래의 베이스 금속에 중금속의 제2 층을 증착하거나 화학적으로 접합하는 것을 방해하여 공백(void) 또는 갈라진 틈(break)을 유발할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속층 위에 포토레지스트를 증착하고 그 밑에 있는 금속을 에칭하기 전에 상기와 같은 정밀 검사를 제공하여, 에칭 전에 레지스트 적용 단계에서 수리할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 범용의 신규의 개선된 레이저 유발 형광 포토레지스트 정밀 검사 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이하 설명될 것이며, 첨부된 청구범위에서 더욱더 명확해질 것이다.

도 1a는 포토레지스트 금속 도체 패턴의 고르지 못한(uneven) 표면을 갖는 다층 반도체 웨이퍼의 백색광 반사 이미지를 나타내는 도면.

도 1b는 어두운 그림자선과 같이 정밀 검사될 도체 패턴을 강조하는 형광 레지스트의 효과적으로 차폐하는 밝은 바탕을 보여주는 본 발명의 방법 및 장치에 따른 동일한 웨이퍼의 형광 이미지를 나타내는 도면.

도 2a 및 도 2b는 상기 웨이퍼 위에 구멍이 있는 각각 도 1a 및 도 1b와 유사한 도면.

도 3a 내지 도 3e는 포지티브 레지스트 부가 공정에 의한 웨이퍼 제조의 연속 단계를 나타내는 개략적인 종단면도.

도 4a 내지 도 4e는 네거티브 레지스트 제거 공정에 대한 유사한 단계를 나타내는 개략적인 종단면도.

도 5a 내지 도 5e는 포지티브 레지스트 부가 및 제거 공정에 대한 유사한 단계를 나타내는 개략적인 종단면도.

도 6은 광학적 레이저빔 슬릿 형성 도면.

도 7 및 도 7a는 웨이퍼 표면 위에 비스듬이 향하는 한쌍의 대향하는 형광 여기 레이저빔을 사용하는 바람직한 광학적 정밀 검사 장치에 대한 개략적인 광학적 경로 도면.

도 8 및 도 9는 TDI-CCD 픽셀 센서 어레이를 나타내는 도면.

도 10은 변형예에 대한 도 7과 유사한 도면.

도 11은 다른 변형예에 대한 도 7과 유사한, 그러나 더 구조적이고 덜 도식적인 형태의 도면.

도 12는 자동 정밀 검사 시스템의 블록도.

대략적으로, 본원의 제1 발명에 의하면, 본 발명은 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층 위에 형성된 패턴을 제외하고 상부층 위에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 장치를 포함하는데, 상기 장치는, 상기 도체선 패턴은 소정의 주파수의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 재료로 이루어진 상부층 위에 형성되고, 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정의 주파수와 상이하며; 상기 소정의 주파수의 레이저광을 발생시켜, 상기 상부층의 반대편으로부터 상기 상부층에 대해 반대로 경사진 각도로 충돌되는 한쌍의 레이저빔을 따라 상기 상부층 위로 지향시키는 수단과; 상기 하부층을 차폐하고 상기 도체선 패턴을 어두운 선으로 보이게 하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하기 위해서, 상기 상부층 위에 지향된 한쌍의 레이저빔에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상기 상이한 주파수의 빛을 광학적으로 정밀 검사하는 수단과; 주파수 비트를 발생시킬 수도 있는 정확한 주파수 코히어런시를 피하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 동작을 조정하는 수단과; 인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 제거하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 상기 반대로 경사진 각도를 조정하는 수단 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 -을 포함한다.

더 폭넓은 관점에서, 본 발명은 또한 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층 위에 형성된 패턴을 제외하고 상부층 위에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 방법을 포함하는데, 상기 방법은, 소정의 주파수의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 재료로 이루어진 상부층 위에 상기 도체선 패턴을 형성하는 단계 - 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정의 주파수와 상이함 - 와; 상기 소정의 주파수의 레이저광을 상기 상부층에 대해 경사진 각도로 상기 상부층 위로 지향시키는 단계와; 상기 상부층 위에 지향된 레이저광에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상기 상이한 주파수의 빛을 광학적으로 정밀 검사하여, 상기 하부층을 차폐하고 상기 도체선 패턴을 어두운 선으로 보이게 하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하는 단계와; 인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 최소화하기 위해서, 상기 경사진 각도를 조정하는 단계 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 - 를 포함한다.

바람직한 최상의 모드 설계 및 세부 사항은 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명의 기초를 이루는 신규의 정밀 검사 방법 또는 기술을 구현한 바람직한 장치를 설명하기 전에, 먼저 반도체 구조체 제조 방법과, 자동적인 또는 기계적인 광학적 정밀 검사에 의해 검출될 수 있는 포토레지스트 도체 패턴 에칭에서의 가능한 결함을 검토하는 것이 유용하고 중요하다.

서론

전술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼는 단층 또는 다층의 도전성(금속) 재료로 이루어진다. 각 층의 제조는 회로 구조체가 배치되는 곳을 규정하는 포토레지스트의 증착을 요구한다.

전술한 바와 같이, 형광은 포토레지스트 패턴을 정밀 검사하는데 사용될 수 있다. 포토레지스트가 금속 위에 증착될 때, 본 발명은 레지스트 패턴 아래의 금속을 에칭하기 전에 레지스트 패턴의 정밀 검사를 가능하게 함으로써, 레지스트 단계에서 결함을 수리할 수 있도록 해준다(에칭 후에 수리하는 것은 매우 어렵고 거의 불가능함).

반도체 제조에 사용되는 포지티스 및 네거티브 레지스트는 그 아래의 표면을 볼 수 없도록 형광 처리될 수 있으며, 이는 상부 유전층에 대한 상기 미국 특허 출원 제08/880,836호에 기재된 방식으로 행해진다. 그러한 하부 표면은 도 1a 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 종종 가시 백색광 이미지에서 어두운 패턴을 형성하는 고르지 못한 형태를 가질 수도 있다. 도 1a 및 도 2a는 백색광 하에서 고르지 못한 금속 도체 표면 위의 포토레지스트의 광학적 이미지를 보여준다.

레지스트는 그의 두꺼운 부분에서도 노출될 수 있도록, 노출 주파수에서 비교적 투명해야만 하며, 여기서 상기 노출 주파수는 이하에 설명하는 바와 같이, 보통 스펙트럼의 자외선 영역에 존재한다. 그러나, 이하 특징부 정렬에 대한 검증을 위해서, 레지스트는 결함에 대한 시각적 검사가 매우 어려운 스펙트럼의 가시 범위에서 비교적 투명해야만 한다. 그러나, 본 발명은 레지스트를 밑에 있는 층의 이미지를 제거함으로써 수동 또는 자동 또는 반자동으로 정밀 검사할 수 있도록 해준다. 이는 도 1b 및 도 2b에서 도시된 바와 같이 레지스트를 형광 처리함으로써 성취된다. 도 1b 및 도 2b는 각각 도 1a 및 도 2a의 레지스트를 형광 처리한 효과를 보여주며, 여기서 밝은(형광) 부분은 형광 처리한 레지스트 부분이다. 이는 레지스트가 아직 형광 처리되지 않은 경우에 레지스트에 형광 재료를 부가함으로써 성취될 수 있다. 도 1a, 도 1b 및 도 2a, 도 2b는 Shipley Corporation에서 제조되어 통상 입수 가능한 폴리이미드 레지스트를 사용함으로써 획득되며, 상기 레지스트는 약 488∼514 nm 파장 범위의 레이저광에 의해 여기될 때 약 600∼700 nm 파장 범위의 형광을 방사하는 것으로 알려졌다.

어떤 레지스트 유형을 사용하여 회로를 제조하든지간에, 도체 패턴을 기판 위에 놓은 후 절연체층으로 덮고, 다음에 도전체층으로 덮을 수도 있으며, 이후에 포토레지스트층으로 덮는다(도 3a, 도 4a 및 도 5a). 포토레지스트, 유동 재료는 그 아래의 고르지 못한 표면을 채우며, 그 상부 표면은 평평함을 유지한다. 포지티브 레지스트는 빛을 가한 곳이 용해되고, 네거티브 레지스트는 빛을 가한 곳이 용해되지 않는다. 즉, 용해성 레지스트가 제거된 후에, 포지티브 레지스트는 빛을 가한 곳에서 금속을 드러내며, 네거티브 레지스트는 빛에 노출되지 않은 곳에서 금속을 드러낸다.

전술한 바와 같이, 제조 공정은 부가 공정 또는 제거 공정일 수 있다. 제거 공정에서는, 노출된 도체는 에칭되어 제거되는 반면에, 비용해성 레지스트는 도체가 희망되는 곳의 층을 보호한다. 부가 공정에서는, 그 부분에 적용되는 제2 도체층은 없으며, 용해성 레지스트를 제거함으로써, 도체가 희망되고 금속이 적용되는 곳의 영역을 드러낸 후, 의도한 도체 패턴을 형성한다. 제조 공정의 유형과 상관없이, 레지스트는 백색광 하에서 투명하며(도 1a 및 도 2a), 적당한 형광 처리-여기 광 하에서 볼 수 있다(도 1b 및 도 2b).

도 3a 내지 도 3e는 포지티브 부가 공정의 예를 보여주며, 도 4a 내지 도 4e는 네거티브 제거 공정을 보여준다. 포지티브 부가 공정에 있어서, 레지스트는 희망 도체 패턴에 따라 빛에 노출된다(도 3b). 노출된 레지스트는 용해되어 씻겨 제거됨으로써, 그 아래의 절연층을 드러낸다(도 3c). 그 부분 위에 금속층이 증착되어, 상기 노출된 절연층에 부착된다(도 3d). 그 위의 상기 금속층을 따라, 노출되지 않은 레지스트가 제거됨으로써, 상기 절연층에 부착된 도체가 남게 된다(도 3e). 도 4b의 예시적인 네거티브 제거 공정에 있어서, 포토레지스트는 단지 희망 도체 패턴을 따라 노출된다. 노출되지 않은 레지스트가 제거됨으로써, 경화된 포토레지스트층으로 덮힌 도체 패턴이 남게 된다(도 4c). 노출된 도체는 에칭 제거되며(도 4d), 최종적으로 상기 경화된 레지스트 또한 제거된다(도 4e).

도 5a 내지 도 5e는 부가 공정 및 제거 공정이 조합된 포지티브 레지스트의 사용을 보여준다. 레지스트는 얇은 금속층 위에 증착된 후, 최종 금속이 희망되는 곳에서 제거된다. 상기 노출된 얇은 금속층 위에 두꺼운 금속층이 증착되며, 여기서 상기 노출된 얇은 금속층은 접합용 시드층 역할을 한다. 남은 레지스트 및 그 아래의 얇은 금속층은 에칭 제거됨으로써, 단지 약간 높이가 줄어든, 그러나 여전히 남아 있는 두꺼운 금속이 남게 된다.

전술한 모든 공정에 있어서, 사실상, 레지스트 바로 아래의 도전체층은 도 4a 내지 도 4e에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 흔히 고르지 못한 표면을 갖는다. 포토레지스트를 노출시키는 빛은 레지스트 후면의 금속으로부터 반사될 수 있으며, 이는 희망하는 것보다 더 넓은 선을 노출시킨다. 빛을 흡수하고 레지스트 아래에 있는 금속으로부터의 반사를 줄일 목적으로, 투명한 포토레지스트에 염료를 부가해 왔으나, 시각적 정밀 검사에 대한 가시도의 증가는 무시할 만한데, 이는 정렬에 대한 검증이 가능하도록 레지스트의 투명성을 유지해야 하기 때문이다.

근원적인 문제

하부에 구조체를 갖는 형광 패턴의 자동 정밀 검사는 이전에는 통상 불가능했는데, 이는 고속 스캐닝이 단지 매우 짧은 카메라 노출 시간만을 허용함으로 인해서 매우 강한 신호를 요구하는 고속 정밀 검사에 있어서 복귀 형광 신호가 매우 약하기 때문이다.

본 발명을 밑받침하는 것은 실질적으로 유효한 형광 강도를 증가시키는 반면에, 웨이퍼 등에서 하부 표면 또는 층으로부터의 반사를 억제하는 기술의 발견이며, 현재에는 그러한 증가된 신호 효율을 통해서 그리고 더 감도가 좋은 스캐닝 기술 및 장치를 사용함으로써 실용적인 고속의 자동 형광 정밀 검사가 가능하다.

상기 미국 특허 출원 제08/880,836호에서 설명된 바와 같이, 형광을 방출하는 표면의 각 지점으로부터의 형광선은 모든 방향으로 방사되며, 상기 형광선은 단지 수직 입사 여기 광선 방향만을 제외하고 이미지화 카메라에 시준될 수 있다. 일부 형광선은 평평한 부분, 모난 부분, 및 불규칙하고 울퉁불퉁한 부분 등 표면의 모든 부분으로부터, 형광을 방출하는 표면의 각도 또는 조명 각도에 무관하게, 카메라로 다시 이동할 것이며, 이는 각 형광 입자가 모든 구(반구) 방향으로 방사되기 때문이다. 그러므로 형광을 사용하는 것은 콘트라스트를 획득하는 것 뿐만 아니라 정밀 검사되는 표면 위에 여기시키는 입사각에 무관한 일부 방사선을 생성함으로써, 모든 굴곡 표면 및 평평하지 않은 표면 등의 이미지화를 가능하게 한다. 그러한 것은 정상적으로 반사되거나 또는 산란된 빛에 의한 것이 아니라, 단지 이미지화 형광에 의해 이미지화되거나 또는 시각화되는 것이다. 상기 미국 특허 출원 제08/880,836호 및 야마나카 특허에서 설명된 바와 같이, 이미지화 카메라의 전방에 위치한 적절한 필터는 단지 형광선을 제외한 모든 다른 빛을 차단함으로써, 상기 형광선의 이미지화를 허용한다.

본 발명의 근본적인 목적은 높은 스캐닝 속도로 웨이퍼, 회로 보드, 칩 모듈 등을 패턴 결함에 대해 자동 정밀 검사하는 것이므로, 적절한 조명원 및 이미지화 검출기를 고려해야 한다. 종래의 텔레비젼 카메라는 예컨대, 고속으로 동작하는 이미지에 대해서는 불선명함(blur)을 초래하기 때문에 부적합하다. 단일 지점만 관측할 수 있는 광전자 증배관(photomultiplier tube)은 정밀 검사하기에 매우 느리다. 또한 사용 가능한 레이저 전력이 제한되기 때문에 매우 높은 감도가 요구되며, 어떤 경우에는, 재료를 과도하게 여기시키거나 태우지 않도록 극도의 주의가 요구된다. 따라서, 불선명함없이 고속으로 스캐닝 가능한 TDI(time-delay-integration) CCD(charge coupled device)를 사용하기로 결정하였다.

유효한 조명을 획득하기 위해서, 형광 발생용으로 사용 가능한 적어도 3개의 소스, 즉 수은등(mercury lamp), 크세논등(xenon lamp) 및 레이저가 연구되었다. 그러나, 수은등은 수지 재료에서 단지 소량의 형광 여기 에너지, 예컨대 488 nm에 대해 통상 대략 5 mW를 생성하는 것으로 측정되었다. 크세논등은 단지 약간 더 양호한 20 mW를 생성하는 것으로 측정되었다. 본 발명의 바람직한 버젼에 따른 공냉 아르곤 레이저는 1000 mW를 생성함으로써, 가장 유용한 것으로 알려져 있다. 또한, 카메라가 관측하는 곳에 여기 주파수를 위치시키는 것과, 사용 가능한 모든 전력을 효율적으로 사용하는 것이 중요하다. 선형 TDI CCD에 있어서, 상기 TDI CCD는 직사각형으로 관측함으로, 직사각형의 조명이 요구된다. 이에 따라 레이저에 의한 슬릿 조명이 포토레지스터의 형광을 방출하기 위해 선택되었으며, 도 6에 도시된 바와 같이 원통형 렌즈를 이용하여 생성된다. 레이저로부터의 모든 빛이 스캐닝 영역 내에 집중될 때, 사용 가능한 모든 전력을 가장 효율적으로 사용할 수 있다는 것이 발견되었다. 이렇게 하기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 빔 확대 렌즈(1)를 사용하여 긴 길이의 직사각형에 대응하는 직경의 빔을 생성하고, 그 다음에 외부 원통형 렌즈(3)를 사용하여 원을 적절한 길이의 슬릿 내에 붕괴시킨다. 이러한 방식으로, 레이저의 모든 전력은 시스템이 관측하는 곳에 정확히 위치된다.

상기 미국 특허 출원 제08/880,836호 및 야마나카 특허의 시스템에서, 레이저원이 그 빔을 경사진 거울 위에 지향시켜 그 빔을 웨이퍼 표면 위에 수직 하향으로 반사시키고, 여기된 형광선을 수직 상향으로 이미지화 카메라에서 수신하는 경우에, 여기 빔이 각도를 가지고(및 수직으로) 표면에 충돌하는 것이 불규칙성 및 표면 범프를 포함하는 모든 표면 부분으로부터 카메라에서 사용 가능한 형광 구형 방사가 증가된다는 것을 알 수 있다. 바람직하게는, 이하에서 논의될 도 7에 도시된 바와 같이, 한쌍의 레이저원이 반대편으로부터 경사진 각도로 입사빔을 지향시킨다.

고속 정밀 검사에서 고속 스캐닝은 매우 적은 집광 시간을 제공하고 다중 레이저와 같이 강한 여기 소스를 요구하기 때문에, 전력을 증가시키기 위해 그러한 것들을 단순히 사용하는 것은 보통 코히어런트 빔들이 서로 방해하여 상쇄되는 문제점을 초래한다. 이처럼 2개의 별도의 레이저 또는 레이저 경로를 사용하는 경우라면, 그 빔들은 위상 고정되지 않을 것이며, 간섭 패턴은 상당히 시간 변화할 수 있다. 어떤 위상 무작위화 소자가 사용 가능하지만, 그것으로 전력을 줄이는 비용은 다중 빔 사용에 따른 이익을 수포로 돌릴 것이다. 그러나, 본 발명의 기술을 이용하여, 한쌍의 대향하는 경사진 빔을 갖는 TDI CCD 카메라를 사용함으로써, 그 빔들은 전력 손실이 없이 효율적으로 합산될 수도 있다.

다음에, 도 7의 다중 레이저 조명 시스템에 있어서, TDI-CCD 이미지화 카메라의 반대편에 위치한 한쌍의 레이저가 각각의 빔을 빔 확대 렌즈(1, 1')를 통해 거울 위에 지향시키면, 그 거울은 확대된 원형 빔을 원통형 렌즈(3, 3')에 지향시켜, 소위 스캐닝 스테이지 위에 위치한 웨이퍼의 레지스트-도체 표면(도 11에서 "r", "p"로 표시됨) 위에 반대로 경사진 유사한 각도(바람직하게는 약 45도)로 충돌하는 빛 슬릿(5, 5')을 발생시킨다. 픽셀 관찰 수평 센서 로우(row) 1-n(A, B, C, D 등) 및 수직 센서 컬럼(column) 1-n의 TDI-CCD 카메라를 사용함으로써, 레이저빔에 의해 여기된 웨이퍼 표면으로부터 방사되어 카메라에 시준되는 형광선은 각 컬럼에 걸쳐 합산된 카메라에서의 픽셀(P_A 등)을 생성하며, TDI-CCD의 출력은 양쪽 빔의 합산 전력이다. 이러한 결과는 본 발명에 따라 TDI-CCD에서 집적된 전하를, 웨이퍼 표면이 스캐닝 스테이지 위로 이동하거나 또는 이와 달리 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 상기 소자에서 전기적으로 이동시킴으로써 달성된다. 스캐닝 스테이지가 1 로우씩 이동할 때마다, 전하는 상기 소자에서 1 로우씩 시프트된다. 그러므로 각 레이저빔 슬릿(5, 5')은 TDI-CCD를 따라 상이한 로우 그룹을 조명할 수 있도록 위치되고, 그 결과 총 전력 출력은 웨이퍼 표면의 각 레이저빔에 의한 형광 여기로부터 조명되는 각 로우 그룹의 합이다. 예컨대 1 로우에 대해 100 단위의 빛을 갖는 출력은 100 로우의 각각에 대해 1 단위의 빛을 갖는 TDI-CCD와 동일한 출력을 생성하므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 빔 신호 분포의 위치는 중첩되지 않고, 각각의 레이저에 의해 독립적으로 여기된 형광 신호의 합의 실효과를 생성한다. 각각의 빔폭이 용이하게 집중될 수 있으므로, 매우 효율적인 형광 여기 시스템을 가능하게 하는 본 발명에 따라, 다중 레이저빔 전력은 상기와 같은 방식으로 정확한 주파수 코히어런스가 없이 합산될 수 있다. 또한, 양호한 감도를 갖는 TDI 카메라 시스템을 사용하는 것은 형광을 방출하는 표면을 매우 높은 효율성으로 이미지화하는 것을 가능하게 한다. 도 7의 카메라에서 형광선을 제외한 모든 것을 필터링함으로써, 웨이퍼 또는 다른 장치의 하부층으로부터의 모든 반사를 차단 또는 차폐할 수 있으며, 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 형광을 방출하는 표면 위의 도체를 선택적으로 관찰할 수 있다.

도 7에서는 한쌍의 상이한 그러한 유사한 레이저로부터의 레이저광의 한쌍의 반대로 경사지게 지향된 슬릿 빔을 사용하지만, 원한다면, 상기 2개의 슬릿 빔은 도 10에 도시된 바와 같이, 단일 공통 레이저원으로부터 유도될 수도 있는데, 이는 상기 단일 공통 레이저원과 함께, 2개의 경로를 생성하는 빔스플리터를 사용하여, 전술한 바와 같이 상쇄 효과를 갖는 주파수 비트(beat)를 발생시킬 수도 있는 정확한 주파수 코히어런시를 피하도록 상기 경로들의 동작(길이 또는 다른 변화)을 조정함으로써 가능하다. 어떤 경우든(도 7 또는 도 10), 다층 집적 회로 웨이퍼 또는 회로 보드 등의 상부 형광 레지스트층 "r" 위의 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴 "p"는, 상기 레지스트층의 반대편으로부터의 슬릿(5, 5')과 같이 반대로 경사진 각도로 충돌하는 한쌍의 레이저빔을 따라 상기 레지스트층 위에 소정 주파수의 형광 여기 레이저광을 지향시킴으로써 하부층 위의 패턴을 제외하고 광학적으로 정밀 조사된다. 상기 지향된 한쌍의 레이저빔에 응답하여 상기 상부 형광 레지스트층으로부터 형광을 방출하는 상이한 주파수의 형광에 대한 광학적 정밀 검사는 하부층을 차폐하고 도체선 패턴을 어두운 선으로 보이게 하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성한다(도 1b 및 도 2b). 한쌍의 레이저빔의 동작은 전술한 바와 같이 주파수 비트를 발생시킬 수도 있는 정확한 주파수 코히어런시를 피하도록 조정되며, 상기 한쌍의 레이저빔의 반대로 경사진 각도는 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이 인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 제거하도록 조정되는데, 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있다. 상기 정밀 검사는 상기 상부층이 스캐닝될 때 픽셀 센서의 연속된 로우를 따라 TDI-CCD에서 형광을 모니터함으로써 달성되는데, 여기서 그 결과로서 CCD에 집적된 전하는 상기 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 전기적으로 이동되며, CCD를 따라 상이한 로우 그룹을 조명하도록 각 레이저빔을 위치시킴으로써, 각 레이저빔에 의해 독립적으로 생성되어 모니터된 형광 신호를 합한 것의 실효과를 발생시킨다.

전술한 바와 같이, 슬릿 레이저빔은 먼저 실질적으로 원형인 빔으로 확대된 후, 레이저광 슬릿의 역할을 하도록 상기 빔을 납짝하게 만드는 원통형 렌즈를 통과하여, 상기 상부층 위에 충돌한다.

전술한 도 1b 및 도 2b의 결과는 488 nm 및 514 nm 주파수 조명을 방사하는 아르곤 레이저(Laser Physics에서 제조된 모델 Las-1000)에 의해 달성된다. 또한, 상기 시스템은 스캐닝을 위해 TDI CCD 카메라 칩(Reticon에서 제조된 모델명 1024 ×96 TDI)을 사용하였다. 한쌍의 반대로 지향하는 레이저빔 슬릿은 웨이퍼 표면의 수직 및 수평에 대해 약 45도의 각도로 경사진다.

그러나, 일부 응용에서, 작은 선폭의 갈라진 틈 등은 한쌍의 경사진 빔이 그 갈라진 틈의 측변으로부터 틈 위에 그림자를 던지는 곳에서 조명되지 않을 수도 있다. 이러한 상황에 대하여, 도 11의 웨이퍼에 실질적으로 수직 입사 N으로 지향되는 좌측 레이저빔과, 또한 예각으로 지향되는 다른(우측) 레이저빔과 같이, 경사진 빔들 중 하나를 90도의 각도까지 조정함으로써, 그러한 문제는 훌륭하게 해결될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 형광 레지스트 정밀 검사 공정은 도 12의 시스템 블록도에서 개설된 다른 자동 정밀 검사 특징부들의 통합체에 적용되며, 여기서 레이저 여기 형광 레지스트 이미지화 시스템(도 7 및 도 10)은 몇몇 이미지화 카메라, 예컨대 (소위) TV 모니터 디스플레이용 컬러 카메라와, 웨이퍼 또는 다른 소자 정밀 검사 스테이지용 상부 및 하부 카메라와 함께 사용된다. 상기 지정된 카메라는 A/D 및 재료 식별을 위한 비교와, 그 후 잘 알려진 패턴 레퍼런스 및 설계 규칙 분석을 가능하게 한다. 스캐닝 스테이지는 자동적으로 컴퓨터 제어 및 모니터될 수 있으며, 검출된 결함 정보는 검출 수집 버퍼로부터 컴퓨터로 제공된다.

본 발명의 또 다른 변형, 응용 및 사용과 그 방법은 당업자의 머리에 떠오를 것이며, 그것은 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에 있음을 고려해야 한다.

Claims (20)

1. 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층에 형성된 패턴을 배제시키고 상부층에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 방법에 있어서,

   소정 주파수 범위에서의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 재료로 이루어진 상부층에 상기 도체선 패턴을 형성하는 단계 - 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정 주파수 범위에서의 주파수와 상이함 - 와;

   상기 레이저광을 상기 상부층에 대해 반대로 경사진 각도로 충돌되는 한쌍의 빔을 따라 상기 상부층에 지향시키는 단계와;

   상기 한쌍의 빔의 지향에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상이한 주파수의 광을 광학적으로 정밀 검사하는 단계 - 각 레이저 빔에 의해 독립적으로 생성된 상기 재료로부터 방출되는 형광을 합하여 상기 하부층을 차폐하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하고 상기 백그라운드 위에서 상기 도체선 패턴이 어둡게 보임 -와;

   주파수 비트를 발생시킬 수도 있는 정확한 주파수 코히어런시를 피하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 동작을 조정하는 단계와;

   인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 제거하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 상기 반대로 경사진 각도를 조정하는 단계 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 -

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   빔 전력 증가는 한쌍의 개별 레이저로부터 상기 한쌍의 레이저빔을 발생시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 한쌍의 레이저빔은 상기 한쌍의 레이저빔을 생성하도록 공통 레이저빔을 광학적으로 분리함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 형광을 합하는 단계는 상기 상부층이 스캐닝될 때 픽셀 센서의 연속된 로우를 따라 TDI CCD에서 상기 형광을 방출하는 빛을 모니터링하는 단계와;

   상기 CCD를 따라 상이한 로우 그룹을 조명하도록 각각의 레이저빔을 위치시키는 단계를 포함하고,

   상기 CCD에 집적된 전하는 상기 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 전기적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각각의 레이저빔은 먼저 거의 원형인 빔으로 확대된 후, 레이저광 슬릿의 역할을 하도록 상기 빔을 납짝하게 만드는 원통형 렌즈를 통과하여, 상기 상부층에 충돌하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
6. 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층에 형성된 패턴을 배제시키고 상부층에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 장치로써, 소정 주파수 범위에서의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 재료로 이루어진 상부층에 상기 도체선 패턴이 형성되고, 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정 범위의 주파수와 상이한 광학적 정밀 검사 장치에 있어서,

   상기 레이저광을 발생시켜 상기 상부층에 대해 반대로 경사진 각도로 충돌되는 한쌍의 빔을 따라 상기 상부층에 지향시키는 수단과;

   상기 한쌍의 빔의 지향에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상이한 주파수의 광을 광학적으로 정밀 검사하는 수단 - 각 레이저 빔에 의해 독립적으로 생성된 모니터된 형광 신호의 합의 실효과를 발생시키기 위해 효과적으로 이동됨으로써 상기 상부층을 스캔하는 CCD 카메라를 구비하여 상기 하부층을 차폐하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하고 상기 백그라운드 위에서 상기 도체선 패턴이 어둡게 보임 -과;

   주파수 비트를 발생시킬 수도 있는 정확한 주파수 코히어런시를 피하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 동작을 조정하는 수단과;

   인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 제거하기 위해서, 상기 한쌍의 레이저빔의 상기 반대로 경사진 각도를 조정하는 수단 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 -

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   빔 전력 증가는 한쌍의 개별 레이저로부터 상기 한쌍의 레이저빔을 발생시키는 수단에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 한쌍의 레이저빔은 상기 한쌍의 레이저빔을 생성하도록 공통의 레이저빔을 광학적으로 분리하는 수단에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 CCD 카메라는 픽셀 센서의 연속된 로우를 갖는 TDI CCD와; 상기 상부층이 소정의 속도로 스캐닝될 때 상기 로우를 스캐닝하는 수단과; 상기 CCD에 집적된 전하를 상기 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 전기적으로 이동시키는 수단과; 상기 CCD를 따라 상이한 로우 그룹을 조명하도록 각각의 레이저빔을 위치시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    각각의 레이저빔은 먼저 빔 확대 렌즈에 의해 거의 원형인 빔으로 확대된 후, 레이저광 슬릿의 역할을 하도록 상기 빔을 납짝하게 만드는 원통형 렌즈를 통과하여, 상기 상부층에 충돌하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
11. 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층에 형성된 패턴을 배제시키고 상부층에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 방법에 있어서,

    소정 주파수 범위의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 재료로 이루어진 상부층에 상기 도체선 패턴을 형성하는 단계 - 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정 주파수 범위의 주파수와 상이함 - 와;

    상기 레이저광을 상기 상부층에 대해 경사진 각도로 상기 상부층에 지향시키는 단계와;

    상기 레이저광의 지향에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상이한 주파수의 광을 광학적으로 정밀 검사하는 단계 - 각 레이저 빔에 의해 독립적으로 생성된 상기 재료로부터의 모니터된 형광 신호를 효과적으로 합하여 상기 하부층을 차폐하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하고 상기 백그라운드 위에서 상기 도체선 패턴이 어둡게 보임 -와;

    인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 최소화하기 위해서, 상기 경사진 각도를 조정하는 단계 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 -

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 레이저광은 먼저 거의 원형인 빔으로 확대된 후, 레이저광 슬릿의 역할을 하도록 납짝하게 되어, 경사진 각도로 상기 상부층에 충돌하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 CCD 카메라는 TDI CCD이고, 상기 정밀 검사는 상기 상부층이 스캐닝될 때 픽셀 센서의 연속된 로우를 따라 CCD로 상기 형광을 방출하는 빛을 모니터하고 상기 CCD에 집적된 전하를 상기 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 전기적으로 이동시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 재료는 가시광선에 대해 투명하고, 약 600∼700 nm 파장 범위 내의 가시광선을 방사하도록 약 488∼514 nm 파장 범위 내의 레이저광에 의해 활성 가능한 레지스트인 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.
15. 다층 집적 회로 웨이퍼 등에서 하부층에 형성된 패턴을 배제시키고 상부층에 형성된, 빛을 통과시키지 않는 도체선 패턴을 광학적으로 정밀 검사하는 장치로써, 소정 주파수 범위의 레이저광에 응답하여 형광을 방출하는 레지스트 재료로 이루어진 상부층에 상기 도체선 패턴이 형성되고, 상기 형광을 방출하는 주파수는 상기 소정 주파수 범위의 주파수와 상이한 광학적 정밀 검사 장치에 있어서,

    레이저광을 발생시켜 상기 상부층에 대해 경사진 각도로 충돌되는 빔을 따라 상기 상부층에 지향시키는 수단과;

    상기 빔의 지향에 응답하여 상기 상부층으로부터 형광을 방출하는 상이한 주파수의 광을 광학적으로 정밀 검사하는 CCD 카메라 - 상기 재료로부터의 모니터된 레이저 유발 형광 신호를 합하여 상기 하부층을 차폐하는 조명된 상부층 형광 백그라운드를 생성하고 상기 백그라운드 위에서 상기 도체선 패턴이 어둡게 보임 -과;

    인접한 도체선 사이에서 상기 인접한 도체선의 인접한 변 사이에 어두운 그림자 영역이 발생할 가능성을 최소화하기 위해서, 상기 빔의 상기 경사진 각도를 조정하는 수단 - 만일 그렇게 조정되지 않는 경우에는 어두운 도체선으로 오인될 수도 있음 -

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 형광 신호를 합하는 것은 픽셀 센서의 연속된 로우를 갖는 TDI CCD에서 상기 형광을 방출하는 빛을 모니터하는 수단과; 상기 상부층이 소정의 속도로 스캐닝될 때 상기 로우를 스캐닝하는 수단과; 상기 TDI CCD에 집적된 전하를 상기 스캐닝되는 속도와 동일한 속도로 전기적으로 이동시키는 수단에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 레이저빔은 먼저 빔 확대 렌즈에 의해 거의 원형인 빔으로 확대된 후, 레이저광 슬릿의 역할을 하도록 상기 빔을 납짝하게 만드는 원통형 렌즈를 통과하여, 상기 상부층에 상기 경사진 각도로 충돌하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 경사진 각도는 약 45도인 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
19. 제 15 항에 있어서,

    추가 레이저빔을 상기 상부층에 거의 수직하게 충돌하도록 지향시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 장치.
20. 제 11 항에 있어서,

    추가 레이저빔이 상기 상부층에 거의 수직하게 충돌되는 것을 특징으로 하는 광학적 정밀 검사 방법.