KR100568725B1 - 결함 검사 장치 - Google Patents

Abstract

피검체 상의 일 영역에 제1 입사각으로 제1 광을 조사하여 제1 반사광 생성 및 수집한다. 이어서, 제1 광이 조사된 영역에 제2 광을 제2 입사각으로 조사하여 제2 반사광 생성 및 수집한다. 피검체를 이동시켜가며 제1 및 제2 광을 조사하고 제1 및 제2 반사광을 수집한다. 제1 반사광 및 제2 반사광을 각각 분석하여 피검체 상의 결함을 검사한다. 이 경우. 제1 및 제2 광은 동일한 광원으로부터 생성되되, 소정의 시간차를 두고 반복적으로 생성된다. 제1 광과 제2 광을 소정의 시간차를 두고 순차적으로 피검체에 조사하기 때문에, 각각의 광이 조사된 시점에 대응하게 생성된 반사광을 용이하게 입사각별로 분류할 수 있다. 따라서 하나의 광원 및 하나의 광 경로 전환 부재를 이용하더라도 피검체 상에 다양한 입사각으로 광을 조사할 수 있어 피검체의 결함을 정확히 검사할 수 있을 뿐만 아니라 검사소요 시간을 크게 단축할 수 있다. 나아가 결함 검사 장치의 소형화도 이룰 수 있다.

Description

결함 검사 장치{APPARATUS FOR INSPECTING A DEFECT}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시한 피검체 상에 제1 광이 제1 입사각으로 조사되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 도 1에 도시한 피검체 상에 제2 광이 제2 입사각으로 조사되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 결함 분류 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200：스테이지 110, 210：광원

111, 211：제1 광 112, 212：제2 광

113：제1 반사광 114：제2 반사광

120, 220：광 경로 전환 부재 130：검출 부재

140, 240：프로세스 부재 221：프리즘

223：구동기 229：보조 거울

250：편광 조절기 W：웨이퍼

본 발명은 결함 분류 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 웨이퍼와 같은 정밀한 제품에 존재하는 파티클 및 스크래치와 같은 결함을 신속하게 검색 및 분류할 수 있는 결함 분류 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 웨이퍼(wafer) 상의 결함을 검출하는 검사(Inspection) 공정은 필수적이다. 예를 들어, 미세 패턴의 형성을 위한 패터닝 공정을 수행한 다음에는 웨이퍼에 형성된 패턴 상에 파티클(particle) 또는 미세한 스크래치(micro scratch) 등의 결함이 발생할 수 있으며, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 수행할 경우에도 웨이퍼나 웨이퍼 상에 형성된 패턴에 상에 결함이 발생할 수 있다. 전술한 바와 같은 결함은 결함 검사 설비를 이용하여 검출된다.

삭제

결함 검사 설비는 크게 노말 모드(normal) 및 오블릭 모드(oblique mode)로 나눌 수 있다. 노말 모드(normal)의 검사 설비는 웨이퍼의 상면에 수직한 방향으로 광을 조사하여 검사면 상에 파티클의 존재 여부를 검출하는데 많이 이용되고, 오블릭 모드(oblique)의 검사 설비는 웨이퍼의 중심축으로부터 소정의 각도로 기울어진 방향에서 광을 조사하여 검사면 상에 스크래치나 핏(pit) 과 같은 결함을 검출하는 데 많이 이용된다. 이하, 노말 모드 및 오블릭 모드에 대하여 자세하게 설명한다.

노말 모드는 웨이퍼의 상에 수직한 방향으로 광을 조사한다. 만약, 검사면 상에 파티클이 존재하지 않을 경우, 수직 방향으로 조사된 광은 조사된 광은 입사각과 동일한 각도인 수직 방향으로 반사된다. 하지만, 검사면 상에 파티클이 존재할 경우, 수직 방향으로 조사된 광은 상기 파티클에 의하여 산란됨으로써 입사각과 상이한 각도로 반사 또는 산란된다. 따라서 웨이퍼로부터 반사된 광을 검사하면 파티클의 존재여부를 확인할 수 있다.

그러나 스크래치 또는 핏(pit)과 같은 결함은 노말 모드(normal) 방법으로 쉽게 검출되지 않는다. 스크래치 또는 핏(pit)과 같은 결함은 반도체 기판 내부로 오목하게 들어간 형상을 갖기 때문에 수직한 방향으로 광을 조사 시, 수직한 방향의 반사광이 생성된다. 즉, 웨이퍼 상에 결함이 존재함에도 불구하고 노말 모드로는 상기 결함을 정확히 검출할 수 없다. 이를 개선하기 위하여 웨이퍼의 중심축으로부터 소정의 각도로 기울어진 방향에서 광을 조사하는 오블릭 모드(oblique mode)가 개발되었다.

결함이 없는 웨이퍼 상에 오블릭 모드로 광을 조사할 경우, 광은 입사각과 동일한 각도로 반사된다. 하지만, 웨이퍼 상에 스크래치 또는 핏과 같이 웨이퍼 상에 오목하게 형성된 결함이 존재하는 웨이퍼에 오블릭 모드로 광을 조사할 경우, 광은 수직 방향으로 반사되거나 광이 조사된 방향으로 반사되는 등 불규칙하게 반사된다. 따라서 웨이퍼로부터 반사된 광을 검사하면 스크래치 또는 핏과 같은 결함의 존재여부를 확인할 수 있다.

현재 반도체 장치가 고집적 및 고성능화로 진행되는 추세에 따라, 과거 수십 개 수준의 결함 관리는 수백, 수천 개로 늘어나게 되었다. 이는 과거에는 무시되었던 작은 결함이 현재와 같은 고집적 반도체 장치에서는 큰 문제로 발전할 수 있기 때문이다.

상술한 바와 같은 이유로, 최신의 결함 검사 설비는 노말 모드 및 오블릭 모드를 모두 이용한다. 이 경우, 결함 검사 설비는 노말 모드용 광원과 오블릭 모드용 광원을 포함한다. 노말 모드용 광원으로부터 생성된 광은 제1 경로를 통하여 웨이퍼에 수직하게 조사되고, 오블릭 모드용 광원으로부터 생성된 광은 제2 경로를 통하여 웨이퍼에 기울어지게 조사된다.

결함 검사 설비는 일차로 웨이퍼 전면에 대하여 노말 모드에 따른 결함 검사 공정을 수행한다. 상기 노말 모드를 이용한 검사가 완료되면, 결함 검사 설비는 이차로 상기 웨이퍼 전면에 대하여 오블릭 모드에 따른 결함 검사 공정을 수행한다. 즉, 하나의 웨이퍼에 대하여 두 번에 걸쳐 검사 공정을 수행하는 것이다. 이와 같이 노말 모드 및 오블릭 모드를 모두 이용할 경우, 검사 능력은 향상되나 검사소요 시간 및 노력은 현저하게 증가하는 문제가 발생한다.

검사에 소요되는 시간 및 노력의 증가는 웨이퍼의 생산성을 저하시킬 수 있다. 따라서 현실적으로는 웨이퍼의 생산성 저하를 막기 위하여 전체 웨이퍼들 중 랜덤하게 몇 개의 웨이퍼만 선택하여 노말 모드 및 오블릭 모드의 방법으로 각각 검사를 수행하고 있다. 하지만 이는 검사에 대한 신뢰성 저하라는 또 다른 문제점은 갖는다. 따라서 웨이퍼 상의 결함을 신속하고 효율적으로 처리할 수 있는 결함 검사 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 펄스형 광을 일정한 시간마다 번갈아 가며 다양한 입사각으로 피검체 상에 조사하고, 상기 광이 조사된 시점에 대응하게 수집된 광으로부터 웨이퍼 상의 결함 존재 여부를 신속 및 정확하게 판별할 수 있는 결함 검사 장치를 제공하는 것이다.

삭제

전술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결함 검사 장치는, 제1 광 및 제2 광을 소정의 시간차를 두고 번갈아 가며 생성하는 광원, 상기 시간차에 따라 제1 및 제2 광은 번갈아 가며 서로 다른 입사각으로 피검체 상에 조사하기 위한 광 경로 전환 부재, 피검체로부터 반사된 광을 수집하여 입사각 별로 분류하기 위한 검출 부재, 및 분류된 반사광을 각각 분석하여 피검체 상의 결함을 판별하기 위한 프로세스 부재를 포함한다. 여기서, 광 경로 전환 부재는 복수 개의 거울과 같은 광 반사체 또는 다면체 프리즘과 같은 광 굴절체, 및 상기 반사체 또는 굴절체의 기울기를 조절하기 위한 구동기를 포함하며, 상기 구동기가 상기 반사체 또는 굴절체의 기울기를 조절함으로써 제1 광이 제1 입사각으로 피검체에 조사되고, 제2 광이 제2 입사각으로 피검체에 조사된다.

삭제

본 발명에 따르면, 광원으로부터 일정한 시간차를 두고 주기적으로 광을 생성하고, 상기 시간차에 따라 광 경로 전환 부재의 기울기를 조절함으로써 피검체 상에 적어도 두 종류의 입사각으로 광을 조사한다. 상술한 바와 같이 시간차를 두고 피검체에 광을 조사하기 때문에, 피검체로부터 반사되는 반사광도 시간차를 두고 발생한다. 광이 조사된 시점에 대응하게 발생된 반사광을 검출함으로써, 반사광을 입사각별로 분류할 수 있다. 한 개의 광원 및 한 개의 광 경로 전환 부재를 이용하더라도 피검체 상에 적어도 두 종류의 입사각으로 광을 조사할 수 있어 검사 효율의 증대 및 검사 장치의 소형화를 이룰 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치에 적용되는 편광의 산란 원리에 대하여 상세하게 설명한다.

편광 산란의 원리

피검체의 검사면에 빛이 조사되면, 원칙적으로 입사각과 동일한 반사각으로 반사된다. 그러나 피검체 상에 미세한 파티클(particle)이 존재하면, 미세한 파티클에 조사된 빛은 산란된다.

파티클이 구형임을 가정하면, 산란광의 강도는 입사각의 강도에 의해 하기의 수학식 1과 같이 표현된다.

상기 수학식 1에서, I_i는 입사광의 강도(intensity), I_s는 산란광의 강도, λ는 입사광의 파장(incident beam wavelength), n은 파티클의 굴절율(particle refractive index), R은 산란광이 측정되는 위치로부터의 거리(즉, 검출기(detector)의 거리), a는 파티클의 직경(particle diameter), θ는 입사각(incident angle)으로 각기 정의된다.

여기서, 미세한 파티클(small particle)이라 함은 입사광(incident beam) 파장(λ) 보다 작은 입자를 말한다. 따라서 일반적으로 사용되는 약 488nm의 파장을 갖는 아르곤 레이저(Ar laser)를 사용하는 설비에서 미세한 파티클은 약 0.5㎛보다 작은 직경을 가진 파티클을 의미한다.

상기 수학식 1에 있어서, 괄호 내의 1은 산란 scatter가 측정되는 면에 수직인 입사 편광(S 편광)에 대한 것을 일컫는 항이고, COS²θ은 측정면 안에 있는 입사 편광(P 편광)에 대한 항이다.

산란광은 입사 파장(λ)의 4승수, 검출기(detector)까지의 거리의 2승수에 반비례하고, 파티클(particle) 직경(a)의 6승수에 비례한다. 또한, 입사광 강도 및 파티클 물성에 따른 굴절율(n)과도 상관관계가 있다.

편광의 종류에 따라 입사광에 대한 산란광의 강도는 다양한 형태로 표현된다. 물론, 레이저의 입자각도(θ), 레이저 파장(λ), 편광의 종류, 파티클의 굴절율(n), 파티클 크기(particle size), 그리고 파티클의 형태(particle shape) 등의 영향을 받는다.

실제 공간상의 파티클에 의한 산란광의 양을 계산하는 것은 훨씬 복잡하다. 또한, 반도체 공정에서의 결함 검사 설비는 일반적으로 웨이퍼의 표면에서의 파티클, 마이크로 스크래치(micro scratch) 등을 검출하므로 파티클 크기, 재질 및 형태 이외에도 하부 막질의 구조, 물성 및 두께 등의 영향을 받는다. 따라서 상기 결함들을 정확히 검출하기 위해서는 다양한 입사각으로 광을 조사하고, 상기 입사각별로 반사광을 분류하여 검사해야 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 결함 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 피검체 상에 제1 광이 제1 입사각으로 조사되는 것을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 도 1에 도시한 피검체 상에 제2 광이 제2 입사각으로 조사되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 결함 검사 장치는 스테이지(100), 광원(110), 광 경로 전환 부재(120), 검출 부재(130) 및 프로세스 부재(140)를 포함한다.

피검체인 웨이퍼(W)는 스테이지(100)에 배치된다. 스테이지(100)는 웨이퍼(W)를 지지하고, 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 이동시킨다. 스테이지(100) 상부에는 광원(110)이 배치되고, 광원(110)과 스테이지(100) 사이에는 광 경로 전환 부재(120)가 배치된다. 또한, 스테이지(100)에 인접하게는 복수개의 검출 부재(130)가 배치되고, 광원(110), 광 경로 전환 부재(120) 및 검출 부재(130)는 모두 프로세스 부재(140)에 연결된다.

광원(110)은 웨이퍼(W) 상에 조사하기 위한 광을 생성한다. 광원(110)으로부터 방출되는 광은 약 488 nm 파장의 레이저인 것이 바람직하며, 상기 광을 소정의 시간차를 두고 주기적으로 생성한다. 광원(110)으로부터 방출되는 광을 다르게 표현하면 소정의 시간차를 두고 발생되는 펄스(pulse)형 광이다.

광원(110)으로부터 방출되는 광은 홀수 번째 펄스의 제1 광(111)과 짝수 번째 펄스의 제2 광(112)으로 구분된다. 제2 광(112)은 광원(110)으로부터 제1 광(111)이 생성된 다음 일정한 시간(t)이 흐른 뒤에 생성되는 광으로써, 제1 광(111)과 소정의 시간차를 가질 뿐 물리적으로 상이하지 않다. 본 실시예에서는 두 종류의 입사각을 갖는 광을 이용하기 때문에 광원(110)으로부터 방출되는 광을 발생 순서에 따라 제1 광(111)과 제2 광(112)으로 구분하였다. 하지만, 광을 보다 다양한 입사각으로 구분하여 웨이퍼(W) 상에 조사할 경우, 광원(110)으로부터 방출되는 광을 상기 시간(t)에 따라 제 3광, 제4 광 등으로 더 구분할 수 있다.

펄스 형 광을 생성하기 위한 광원(110)은 종래의 검사 장치에 이용되는 일반적인 광원을 개량하여 이용할 수 있다. 일예로, 광을 생성하기 위하여 광원(110)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치(도시되지않음)에 타이머(timer)나 스위치를 부가하여 광원(110)에 공급되는 전원을 주기적으로 단락시키면 펄스 형 광을 생성할 수 있다.

광원(110)으로부터 생성된 제1 및 제2 광(111, 112)은 광 경로 전환 부재(120)에 제공된다. 광 경로 전환 부재(120)는 광원(110)으로부터 생성된 제1 및 제2 광(111, 112)의 진행 방향으로 변경시킨다. 광 경로 전환 부재(120)는 복수 개의 거울을 포함하는 반사체나 다면체 프리즘과 같은 굴절체, 및 상기 반사체 및 굴절체의 기울기를 조절하기 위한 구동기를 포함한다. 여기서 다면체 프리즘은 크리스탈 또는 다이아몬드와 광 투과성 광물을 의미한다.

도 2 및 도 3에서는 광 경로 전환 부재가 정팔면체 프리즘(221)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 이것이 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다. 프리즘(221)은 반드시 정팔면체의 형상을 가질 필요는 없으며, 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 프리즘(221)의 기울기를 조절함에 따라 광의 굴절율이 달라져 광의 진행 경로를 변경하는 기술은 당업자가 용이하게 알 수 있는 사항이며, 따라서 본 실시예에서는 프리즘(221)의 기울기에 대한 구체적인 수치 설명은 생략한다.

도 2에는 광원(210)으로부터 생성된 제1 광(211)이 제1 틸팅각(θ₁)으로 기울어진 프리즘(221)을 통과하면서 굴절되어 제1 입사각(α₁)으로 웨이퍼(W)에 조사되는 경로가 도시되어 있다.

광원(210)으로부터 제1 광(211)이 생성되면 프로세스 부재(240)는 구동기(223)는 제어하여 프리즘(221)을 제1 틸팅각(θ₁)으로 기울인다.

제1 광(211)은 제1 틸팅각(θ₁)으로 기울어진 프리즘(221)을 통과하면서 웨이퍼(W)의 입사면에 대하여 제1 입사각(α₁)을 갖도록 진행 방향이 변경된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제1 광(211)을 웨이퍼(W) 상에 제1 입사각(α₁)으로 조사하기 위하여 보조 거울(229)을 더 이용하였다. 하지만, 보조 거울(229)이 웨이퍼(W)에 대한 광 경로 전환 부재(220)의 배치 위치에 따라 부가적으로 선택될 수 있는 사항이라는 것은 자명하다.

프로세스 부재(240)에는 광원(210) 및 구동기(223)가 모두 연결된다. 따라서 프로세스 부재(240)는 광원(210)으로부터 제1 광(211)이 생성된 것을 바로 감지하고 구동기(223)에 신호를 전송하여 프리즘(221)을 제1 틸팅각(θ₁)으로 기울인다. 비록, 도시하지는 않았지만, 제1 광(211)을 제1 입사각(α₁)으로 웨이퍼(W)에 조사하기 위하여 광의 진행 경로 상에 복수개의 거울을 배치할 수 있다. 이 경우, 구동기(223)는 각각의 거울의 기울기를 조절하여 제1 광(211)이 제1 입사각(α₁)으로 웨이퍼(W)에 조사되도록 할 수도 있다. 복수개의 거울을 이용하여 광의 진행 경로를 변경하는 기술은 많은 공개 공보에 개시되어 있는바, 이에 대한 설명은 생략한다. 하지만 상술한 바와 같이, 복수개의 거울을 포함하는 광 경로 전환 부재에 구동기를 부가하여 광의 진행 경로를 반복적으로 변환시키는 것 또한 본 발명의 일 실시예이다.

웨이퍼(\)의 표면에는 파티클, 마이크로 스크래치(micro scratch) 등과 같이 다양한 결함이 존재할 수 있다. 또한, 파티클도 그 크기, 재질 및 형태 이외에도 하부 막질의 구조, 물성 및 두께 등에 따라서도 영향을 받는다. 일반적으로 웨이퍼(\) 상의 결함을 정확히 검출하기 위하여 광을 웨이퍼(W)에 수직한 방향과 소정의 각도로 기울어진 방향으로 조사한다. 본 실시예에서는 웨이퍼(W) 표면에 수직한 각도를 제1 입사각(α₁)으로 정하였고, 웨이퍼(W) 표면으로부터 기울어진 각도를 제2 입사각(α₂)으로 정하였다.

도 3에는 광원(210)으로부터 생성된 제2 광(212)이 제2 틸팅각(θ₂)으로 기울어진 프리즘(221)을 통과하며 굴절됨으로써 제2 입사각(α₂)으로 웨이퍼(W)에 조사되는 경로가 도시되어 있다.

광원(210)으로부터 제1 광이 생성된 후, 소정의 시간이 경과한 후에 제2 광(212)이 생성되면 프로세스 부재(240)는 구동기(223)는 제어하여 프리즘(221)을 제2 틸팅각(θ₂)으로 기울인다.

제2 광(212)은 제2 틸팅각(θ₂)으로 기울어진 프리즘(221)을 통과하면서 굴절되어 웨이퍼(W)의 입사면에 대하여 제2 입사각(α₂)을 갖도록 진행 방향이 변경된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제2 광(212)을 웨이퍼(W) 상에 제2 입사각(α₂)으로 조사하기 위하여 보조 거울(229)을 더 이용하지 않는다. 즉, 제2 광(212)이 제2 틸팅각(θ₂)으로 기울어진 프리즘(221)을 통과하면서 바로 웨이퍼(W)의 입사면에 대하여 제2 입사각(α₂)을 갖는 광으로 변환된다.

프로세스 부재(240)는 광원(210)으로부터 제1 광(211)이 생성된 후 소정의 시간(t)이 경과한 후에 제2 광(212)이 생성된 것을 감지하고 구동기(223)에 신호를 전송하여 프리즘(221)을 제2 틸팅각(θ₂)으로 기울인다.

프로세스 부재(240)에는 프리즘(221)의 틸팅각에 따라 변화되는 웨이퍼(W)에 조사되는 광의 입사각에 대한 정보가 기 설정되어 있다. 보다 발전적으로, 제1 및 제2 광(211,212)을 보다 다양한 입사각으로 웨이퍼(W)에 조사하기 위해서는 프로세스 부재(240)를 제어하여 프리즘(221)의 틸팅각을 조절하면 된다.

제1 광(211)을 제1 입사각(α₁)으로 웨이퍼(W)에 조사하기 위하여 광의 진행 경로 상에 복수개의 거울을 배치할 수 있는 것과 마찬가지로, 제2 광(212)을 제2 입사각(α₂)으로 웨이퍼(W)에 조사하기 위하여 광의 진행 경로 상에 복수개의 거울을 배치할 수 있다. 당연히 이 경우도, 구동기(223)는 각각의 거울의 기울기를 조절하여 제2 광(212)이 제2 입사각(α₂)으로 웨이퍼(W)에 조사된다. 제2 입사각(α₂)의 범위는 웨이퍼(W)의 입사면에 대하여 최대 약 10 이상 약 80도 범위 내, 보다 자세하게는 약 10 ~ 30 도 또는 약 40 ~ 50 도로 선택하는 것이 바람직하다. 하지만, 제2 입사각(α₂)의 범위는 프리즘(221)을 제2 틸팅각(θ₂)을 조절하면 변경할 수 있기 때문에 당업자가 용이하게 선택할 수 있다. 또한, 구동기(223)가 프리즘(121)의 기울기를 조절함에 따라, 프리즘(221)을 경유하는 제1 및 제2 광(211, 212)의 진행 방향을 변경하는 기술은 당업자가 용이하게 알 수 있는 사항이기 때문에 본 실시예에서는 프리즘(221)의 기울기에 대한 구체적인 수치 설명은 생략한다.

또한, 웨이퍼(W)와 광 경로 전환 부재(220) 사이에 편광 조절기(250)를 더 배치할 수 있다. 편광 조절기(250)는 1/2파장 및 1/4파장 플레이트를 포함하여 제1 및 2 광(211, 212)을 P 편광, S 편광 또는 C 편광으로 변환시킨다. 편광 조절기(250)는 플레이트의 조합에 의해 편광들을 생성한다. 본 발명에서는 웨이퍼(W) 상에 존재하는 결함을 결함의 타입에 따라 용이하게 분류하기 위하여 편광을 이용한다. 이 경우, 제 1 및 2 광(211, 212)을 P 편광, S 편광, 또는 C 편광(circular polarization)으로 변환하는 것이 바람직하며, P-S 편광, S-C 편광 또는 P-C 편광의 조합으로 변환할 수도 있다.

보다 발전적인 실시예로서, 편광에 따른 결함의 반응성이 다름을 이용하여 검출과 동시에 결함의 특성을 미리 파악할 수 있다. 즉, 검사 영역에 서로 다른 종류의 편광을 조사하고 동일 검사 영역 대한 산란광의 측정치를 분석하여, 결함의 개수 및 결함의 종류를 판단할 수 있다. 게다가 동일 조건에서의 결함의 타입에 따른 결함의 측정치 샘플이 정의된다면, 다른 피검체의 표면에 존재하는 결함의 종류를 실시간으로 분석할 수도 있다. 하지만, 이는 본 발명을 보다 바람직하게 발전시키기 위한 사항이기 때문에 결함 검출과 동시에 결함의 특성을 파악할 수 있는 것에 대하여 더 이상 자세하게 설명하지 않지만, 당업자라면 본 설명을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 제1 광(111)이 웨이퍼(W)로부터 반사되어 제1 반사광(113)이 생성되고, 제2 광(112)이 웨이퍼(W)로부터 반사되어 제2 반사광(114)이 생성된다. 제1 및 제2 반사광(113, 114)은 웨이퍼(W)에 인접하게 배치된 검출 부재(130)에 수집된다.

웨이퍼(W)를 기준으로 광 경로 전환 부재(120)에 대향된 방향에는 검출 부재(130)가 배치된다. 검출 부재(130)는 제1 검출기(131) 및 제2 검출기(132)를 포함하며, 제1 및 제2 검출기(131, 132)로서 PMT(Photo Multiplier Tube)를 이용하는 것이 바람직하다.

제1 검출기(131)는 웨이퍼(W)의 입사면을 기준으로 약 45도 벌어진 위치에 배치되고, 제2 검출기(132)는 웨이퍼(W)의 입사면을 기준으로 약 90도 벌어진 위치에 배치된다. 제1 및 검출기(131, 132)를 약 45도와 약 90로 배치하는 이유는, 약 40도 이상 50도 이하의 범위와 약 80도 이상 100도 이하의 범위에서 파티클의 반사 신호에 대한 노이즈 비율(signal to noise ratio)이 가장 낮아 표면 효과를 배제하고 파티클을 효과적으로 검출할 수 있기 때문이다.

검출 부재(130)는 제1 및 제2 검출기(131, 132) 외에 더 많은 검출기를 더 포함할 수 있으며, 검출기가 기울기도 다르게 변경할 수 있다. 이는 당업자가 결함의 종류 및 공정 여건에 따라 선택할 수 있다.

제1 및 제2 반사광(113, 114)은 검출 부재(130)에 소정의 시간차를 두고 수집된다. 보다 정확히 설명하면, 제1 광(111)이 웨이퍼(W)로부터 반사되어 제1 반사광(113)이 생성되고, 상기 제1 반사광(113)이 검출 부재(130)에 수집된다. 제1 광(111)이 웨이퍼(W)에 반사된 후 소정의 시간(t)이 경과하면, 제2 광(112)이 웨이 퍼(W)에 조사되어 제2 반사광(114)이 생성된다. 상기 제2 반사광(114)도 검출 부재(130)에 수집된다. 즉, 검출 부재(130)에 수집되는 제1 및 제2 반사광(113, 114)의 시간차는 제1 광과 제2 광(111, 112)의 시간차와 실질적으로 동일하다.

광원(110)으로부터 제1 광(111)이 웨이퍼(W)에 조사되면, 프로세스 부재(140)는 검출 부재(130)에 신호를 제공하여 제1 반사광(113)이 수집될 것을 통보한다. 따라서 검출 부재(130)는 제1 광(111)이 웨이퍼(W)에 조사된 시점에 대응하게 수집된 반사광을 제1 반사광(113)으로 분류할 수 있다.

이어서, 광원(110)으로부터 제2 광(112)이 웨이퍼(W)에 조사되면, 프로세스 부재(140)는 검출 부재(130)에 신호를 제공하여 제2 반사광(114)이 수집될 것임을 통보한다. 검출 부재(130)는 제2 광(112)이 웨이퍼(W)에 조사된 시점에 대응하게 수집된 반사광을 제2 반사광(114)으로 분류한다.

검출 부재(130)는 프로세스 부재(140)로부터 제1 및 제2 광(111, 112)이 웨이퍼에 조사되는 시점에 대한 정보를 제공받음으로써, 제1 및 제2 반사광(113, 114)을 용이하게 분류할 수 있다. 이와 같은 방법으로 검출 부재(130)는 제1 및 제2 반사광(113, 114)을 제1 및 2 입사각(α1, α2)별로 분류한다.

검출 부재(130)는 제1 및 제2 반사광(113, 114)의 산란 정도에 따라 다른 전압을 발생한다. 검출 부재(130)는 제1 및 제2 반사광(113, 114)의 산란 정도에 대응하는 전압을 각각 프로세스 부재(140)에 제공하고, 프로세스 부재(140)는 기설된 바람직한 웨이퍼(W)의 스캔 정보를 기초로 하여 웨이퍼(W) 상의 제1 및 제2 광(111, 112)이 조사된 일 영역에 광 조사영역에 대한 결함을 검출 및 분류한다. 일예로, 검출 부재(130)에서 발생된 전압(voltage)이 0.0 ~ 1.0 정도까지는 소형 파티클(small particle)로, 1.0 ~ 2.5 정도는 중형 파티클(medium particle), 그리고 2.5 ~ 4.5 정도는 대형 파티클(large particle)로 분류할 수 있다.

상기 일 영역에 대한 검사 공정이 완료되면, 프로세스 부재(140)는 스테이지(100)에 신호를 전달하여 웨이퍼(W)를 수평 이동시킨다. 웨이퍼(W)가 수평 이동됨으로써 제1 및 제2 광(111, 112)이 조사되는 영역에 대한 좌표가 변경된다. 상기 좌표가 변경된 영역에 대하여 상술한 검사 공정을 반복 수행하며 웨이퍼(W)의 전 영역에 대한 검사 공정을 수행한다.

본 실시예에 따른 검사 장치는 하나의 광원(110) 및 하나의 광 경로 전환 부재(120)를 이용하더라도 웨이퍼(W) 상에 두 종류 이상의 입사각으로 광을 조사할 수 있다. 따라서 검사 공정의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 검사 장치의 소형화 및 검사소요 시간을 크게 단축할 수 있다.

현재 반도체 생산라인 모든 웨이퍼(W)에 대한 검사 공정을 100% 실시하지 못하는 실정이다. 이는, 결함의 종류가 수십 가지이고 결함의 개수 또한 수백 개를 넘을 수 있기 때문이다. 이를 개선하기 위하여 전체 생산된 웨이퍼(W) 중에서 임의로(at random) 소수의 웨이퍼를 선택한 후, 검사 공정을 수행하여 검출된 결함의 수를 일정한 배수를 곱하여 전체 결함을 분류하고 있다. 이러한 방법은 실제로 비정상인 웨이퍼(W)를 정상으로 판단하여 전체적인 수율을 감소시킬 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 결함 검사 장치는 전술한 바와 같이 적어도 두 종류의 입사각으로 광을 조사하여 검사하는 것을 거의 동시에 수행함으로써, 정확한 검사 공정 수행뿐 만 아니라 검사 공정 시 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있다.

실시예

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 결함 분류 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 웨이퍼를 스테이지에 배치하여 검사 영역에 대한 좌표를 정렬한다(S11). 웨이퍼의 좌표가 정렬되면 제1 광을 생성하고(S13), 상기 제1 광이 웨이퍼의 입사면에 대하여 제1 입사각을 갖도록 제1 광의 진행 경로를 변경한다(S15). 이후, 제1 광을 웨이퍼의 일 검사 영역에 제1 입사각으로 조사하여 생성된 제1 반사광을 수집한다(S17). 이어서, 제2 광을 생성하고(S19), 상기 제2 광이 웨이퍼의 입사면에 대하여 제2 입사각을 갖도록 제2 광의 진행 경로를 변경한다(S21). 이후, 제2 광을 이미 제1 광이 조사된 영역에 조사하여 생성된 제2 반사광을 수집한다(S23). 다음으로 웨이퍼를 수평 이동하여 제1 및 제2 광이 조사되는 영역의 좌표를 변경하며 상기 S13 단계부터 S23 단계를 반복 수행한다(S25). 웨이퍼의 전 검사 영역 대한 상기 S13 단계부터 S23 단계의 반복 수행이 완료되면 수집된 제1 및 제2 반사광을 분석하여 웨이퍼 상의 결함 검출 및 결함 분류를 수행한다(S27).

제1 광을 생성하는 단계(S13) 및 제2 광을 생성하는 단계(S19)에서, 제1 및 제2 광을 동일한 광원에서 생성한다. 또한, 제1 및 제2 광을 상기 광원에서 소정의 시간차를 두고 번갈아 가며 생성한다. 즉, 소정의 시간차를 갖는 펄스 형 광을 생 성하는 것이다. 이 경우, 제1 및 제2 광은 홀수 번째 펄스의 광과 짝수 번째 펄스의 광으로 구분할 수 있다. 본 실시예에서는 웨이퍼에 두 가지의 입사각으로 광을 조사하기 때문에 제1 및 제2 광으로 분류하지만, 보다 다양한 입사각으로 광을 조사 시 제3 및 제4 광 등으로 더 분류할 수 있다.

제1 및 제2 광을 포함하여 웨이퍼에 조사하는 광은 레이저 광인 것이 바람직하다. 그리고 제1 및 제2 광을 웨이퍼에 조사하기 전에 제1 및 제2 광을 편광으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이하, 제1 및 제2 광을 편광으로 변하는 것에 대하여 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는 편광에 따른 결함의 반응성이 다름을 이용하여 검출과 동시에 결함의 특성을 미리 파악하기 위하여 제1 및 제2 광을 편광으로 변환한다. 이 경우, 제1 및 2 광은 P 편광, S 편광, 또는 C 편광으로 변환하는 것이 바람직하며, 보다 발전적으로는 P-S 편광, S-C 편광 또는 P-C 편광의 조합으로도 변환할 수 있다.

제1 및 2 광을 다양한 편광으로 각각 변환하여 웨이퍼에 조사하면 각각의 편광이 웨이퍼에 산란되는 정도가 다르다. 상기 각각의 편광의 산란 정도를 측정 하여 분석하면 결함의 개수 및 결함의 종류를 보다 용이하게 판단 및 판별할 수 있다.

제1 광이 제1 입사각을 갖도록 변경하는 단계(S15) 및 제2 광이 제2 입사각을 갖도록 변경하는 단계(S21)는 제1 및 제2 광을 복수개의 거울 또는 다면체 프리즘과 같은 광 경로 전환 부재에 통과시켜 수행한다.

광 경로 전환 부재의 기울기를 변경하면, 광 경로 전환 부재를 통과하는 광의 출사각을 조절할 수 있다. 제1 광이 광 경로 전환 부재에 입사되기 전에 광 경로 전환 부재를 제1 틸팅각으로 기울이고, 이후, 상기 소정의 시간차만큼 경과 후에 광 경로 전환 부재를 제2 틸팅각으로 기울인다. 다시 상기 소정의 시간차만큼 경과 후 광 경로 전환 부재를 제1 틸팅각으로 복원한다. 이와 같이 소정의 시간차를 두고 광 경로 전환 부재를 반복하여 기울이면, 웨이퍼 상에 제1 광을 제1 입사각으로 조사할 수 있고, 제2 광을 제2 입사각으로 조사할 수 있다.

만약, 제1 및 제2 입사각외에 더 다양한 입사각으로 광을 조사하고자 할 경우, 광 경로 전환 부재의 틸팅각을 보다 다양하게 변경하여 수행한다. 다른 관점에서 보면, 광 경로 전환 부재의 틸팅각의 수에 따라 웨이퍼에 조사되는 광이 분류된다.

제1 반사광을 수집하는 단계(S17) 및 제2 반사광을 수집하는 단계(S23)는 소정의 시간차를 두고 반복적으로 수행된다.

제1 틸팅각으로 기울어진 광 경로 전환 부재를 통과한 제1 광이 웨이퍼에 조사된 시점에 대응하게 생성된 반사광은 제1 반사광으로 분류하고, 제2 틸팅각으로 기울어진 광 경로 전환 부재를 통과한 제2 광이 웨이퍼에 조사된 시점에 대응하게 생성된 반사광은 제2 반사광으로 분류한다. 제1 광 및 제2 광을 소정의 시간차를 두고 웨이퍼에 조사하였기 때문에, 웨이퍼로부터 반사된 제1 반사광 및 2 반사광도 소정의 시간차를 두고 발생한다. 순차적으로 발생되는 광들을 제1 반사광 및 2 반사광으로 번갈아 가며 분류함으로써 제1 및 제2 반사광을 수집하는 단계(S17, S23) 를 용이하게 수행할 수 있다.

웨이퍼 상의 일 영역에 대한 검사 공정을 완료한 후에는 웨이퍼를 수평 이동하고, 상기 S13 단계부터 S23 단계를 반복 수행한다(S25). 웨이퍼의 전 검사 영역 대한 상기 S13 단계부터 S23 단계의 반복 수행이 완료되면 수집된 제1 및 제2 반사광을 분석하여 웨이퍼 상의 결함 검출 및 결함 분류를 수행한다(S27).

본 실시예에 따른 검사 방법에 따르면 소정의 시간차를 두고 주기적으로 발생되는 광을 두 종류 이상의 입사각으로 피검체에 조사함으로써 종래에 입사각별로 각각 수행하던 검사 공정을 한번에 수행할 수 있다. 따라서 검사소요 시간을 크게 단축할 있을 뿐만 아니라, 공정의 신뢰성 또한 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 광원으로부터 일정한 시간차를 두고 주기적으로 광을 생성하고, 상기 시간차에 따라 광 경로 전환 부재의 기울기를 조절함으로써 피검체 상에 적어도 두 종류의 입사각으로 광을 조사한다. 상술한 바와 같이 시간차를 두고 피검체에 광을 조사하기 때문에, 피검체로부터 반사되는 반사광도 시간차를 두고 발생한다. 광이 조사된 시점에 대응하게 발생된 반사광을 검출하여 반사광을 입사각별로 분류한다. 입사각별로 분류된 반사광을 이용하여 피검체 상의 결함 유무를 검사함으로써, 결함 검사 공정을 신속 및 정확하게 수행할 수 있다.

또한, 하나의 광원과 하나의 광 경로 전환부재 그리고 하나의 검출기를 이용하더라도 피검체 상에 다양한 입사각으로 광을 조사하여 검사할 수 있기 때문에 결함 검사 장치의 소형화를 이룰 수 있을 뿐만 아니라 정확한 검사를 단 시간 내에 수행할 수 있다. 이로써, 임의의 추출에 따른 방식이 아닌 피검체 상의 모든 결함을 객관적으로 확인하기 때문에 검사 결과에 대한 신뢰도도 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1 광 및 제2 광을 소정의 시간차를 두고 번갈아 가며 생성하는 하나의 광원;

   상기 시간차에 따라 상기 제1 광 및 제2 광을 번갈아 가며 서로 다른 입사각으로 피검체 상에 조사하기 위한 하나의 광 경로 전환 부재;

   상기 피검체로부터 반사된 광을 수집하여 상기 입사각 별로 분류하기 위한 검출 부재; 및

   상기 입사각 별로 분류된 반사광을 각각 분석하여 상기 피검체 상의 결함을 판별하기 위한 프로세스 부재를 구비하는 결함 검사 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 피검체 상에 상기 제1 및 제2 광이 조사되는 영역의 좌표를 변경하기 위하여 상기 피검체를 이동시키는 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 광 경로 전환 부재는

    상기 제1 및 제2 광이 입사되는 복수개의 거울; 및

    상기 제1 광이 제1 입사각으로 상기 피검체에 조사되고 상기 제2 광이 제2 입사각으로 상기 피검체에 조사되도록 상기 시간차에 따라 상기 복수개의 거울을 기울이기 위한 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 광 경로 전환 부재는

    상기 제1 및 제2 광이 입사되는 다면체 프리즘; 및

    상기 제1 광이 제1 입사각으로 상기 피검체에 조사되고 상기 제2 광이 제2 입사각으로 상기 피검체에 조사되도록 상기 시간차에 따라 상기 다면체 프리즘의 기울기를 조절하기 위한 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 다면체 프리즘은 정 팔면체 크리스탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 입사각은 상기 피검체의 입사면에 대하여 수직한 각이고, 상기 제2 입사각은 상기 피검체의 입사면에 대하여 소정의 각도로 기울어진 각인 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.

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