KR100721231B1

KR100721231B1 - 표면검사방법 및 장치

Info

Publication number: KR100721231B1
Application number: KR1020030069860A
Authority: KR
Inventors: 이소자키히사시; 야마자키미치히로; 요시카와히로시; 다카세다케히로; 시다유타카; 이와요이치로
Original assignee: 가부시키가이샤 토프콘
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2007-05-22
Also published as: DE60315575T2; TW200417728A; TWI306946B; CN1272844C; JP2004132755A; EP1408326A3; IL158217A0; JP4316853B2; DE60315575D1; EP1408326A2; CN1497696A; US20040130727A1; US7394532B2; EP1408326B1; KR20040032766A

Abstract

동일입사각도에서 2종 이상의 레이저를 교체 또는 혼합형으로 막이 부착된 웨이퍼에 입사하여, 웨이퍼의 표면을 검사하는 방법 및 장치에 있어서, 미리, 검사장치에 관한 검사데이터와 막에 관한 막파라미터가, 소정의 검사조건을 얻도록 서로 관련지어진 상태로 검사장치의 기억수단에 기억되어 있다. 각 측정시에, 측정하고자 하는 웨이퍼의 막파라미터를 검사장치의 설정수단으로 오퍼레이터가 설정한다. 그에 따라, 원하는 검사조건이 검사장치 내에서 자동설정된다. 각 측정마다 오퍼레이터에 의해 설정되는 막파라미터는, 막두께나 막의 굴절률이다.

Description

표면검사방법 및 장치{SURFACE INSPECTION METHOD AND APPARATUS}

도 1은, 본 발명의 바람직한 1개의 실시예에 의한 표면검사장치의 주요한 광학요소의 개략배치도.

도 2는, 수광광학계의 상세도.

도 3은, 도 1에 나타내는 표면검사장치의 블록도.

도 4는, 3가지의 파장의 광속을 막에 부착된 웨이퍼에 조사한 경우의 투과막의 막두께와 반사율의 관계를 나타낸 도면.

도 5는, 다른 파장의 광속을 발하는 복수의 광원을 갖는 시스템의 블록도.

도 6은, 도 5에 나타내는 시스템에 사용하는 검출시스템의 블록도.

도 7은, 편광판을 사용한 검출계를 나타낸 도면.

도 8은, 본 발명의 1개의 실시예에 의한 막파라미터의 선택의 플로우 챠트도.

도 9는, SOI웨이퍼의 일례를 나타낸다.

도 10은, SiO₂층을 50nm 고정으로 하였을 때의 Si층의 두께가 다른 경우의 반사율 변화를 나타내는 그래프이다.

도 11은, 도 10의 그래프로부터 최적범위를 연산하여, 직사각형의 테두리로 나타내고 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 표면검사장치 2 : 반도체 웨이퍼, 피검사물

10, 110, 210 : 광원부 11, 12, 111, 112 : 광속

20 : 조사광학계 40 : 수광광학계

41 : 제 1 수광부 42 : 제 2 수광부

43 : 수광소자 50 : 렌즈유니트

52 : 제 2 A/D 변환기 53 : 렌즈

60 : 직선변위부 61 : 회전변위부

120 : 제어연산부 121, 122, 123 : 미러

130 : 인터페이스수단 140 : 기억수단

본 발명은, 예를 들면 웨이퍼와 같은, 막이 부착된 피검사물을 검사하는 표면검사방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 본 발명은, 막구조를 갖는 반도체웨이퍼의 표면에 존재하는 이물질이나 결함을 2종 이상의 레이저로 검사하는 표면검사방법 및 장치에 관한 것이다.

피검사 웨이퍼의 표면을 검사함으로써, 간접적으로, 그 웨이퍼를 가공한 제조장치의 상태를 관리할 수가 있다.

종래의 막이 없는 웨이퍼의 표면을 검사하는 경우, 웨이퍼표면의 반사율이 거의 결정되어 있기 때문에, 웨이퍼자체의 성질은 고려할 필요가 없었다.

이 때문에, 입자지름을 미리 알고 있는 표준입자를 웨이퍼표면에 소정개수 도포된 교정용 웨이퍼를, 각각의 다른 측정마다 공통하여 사용하여, 캘리브레이션 (Calibration)을 함으로써, 정밀도를 관리할 수가 있었다.

따라서, 교정용 웨이퍼에 의한 캘리브레이션은 검사장치 자체의 관리를 위해 사용되고 있다라고 할 수 있다.

한편, 막이 부착된 웨이퍼를 검사대상으로 하는 경우, 표면검사장치의 검사조건 등은 웨이퍼막에 관한 각 파라미터의 값과 잘 조합시키도록, 검사하고자 하는 각 웨이퍼마다, 오퍼레이터가 순차 설정하고 있다. 그렇게 함으로써, 검사시에 사용하는 최적의 캘리브레이션·커브를 설정하고 있었다.

웨이퍼상에 형성된 막의 두께나 성질에 의해, 표면의 반사율, 막의 굴절율, 내부반사 등의 광학적 조건이 변화한다. 그 때문에, 측정대상인 웨이퍼 자체의 두께나 성질을 고려하여, 검사감도를 안정화하는 것이 요구된다. 따라서, 각 측정마다 측정대상이 되는 웨이퍼에 관해서 오퍼레이터가 조건설정을 변경하여 하는 것이 통례이다. 일본 특허공개 2001- 281162에 기재되어 있는 종래 기술의 설명을 참조.

예를 들면, 최근의 SOI 등의 웨이퍼와 같이, 특별한 막구조를 갖는 웨이퍼의 경우, 각 웨이퍼 자체의 상태를 엄밀히 검사한다. 최적의 검출감도를 설정하기 위해서, 광량이나 편광을 검사데이터로서 설정한다. 이 때, 이것들의 검사데이터와, 막파라미터(막의 종류, 막의 개수, 굴절률 등)와의 상호관계를 충분히 고려한 후에, 원하는 광학적 검사조건을 오퍼레이터가 수동으로 설정하고 있었다. 이러한 조건설정은 오퍼레이터에게 있어서 복잡하고 또한 곤란하고, 고도한 지식과 숙련이 필요하였다.

이와 같이, 막이 부착된 웨이퍼에 대하여 최적의 표면검사를 하기 위해서는, 측정대상이 되는 웨이퍼상의 막에 관한 막파라미터(막두께나 굴절률 등)와, 그에 대한 검사장치측의 검사데이터(검사광의 파장, 편광상태, 웨이퍼표면으로의 입사각 등)를 관련시켜, 요컨대, 최적의 상관관계를 가지고, 오퍼레이터가 각 측정에 대한 조건을 적당히 설정하는 것이 필요하였다.

종래는, 각 측정마다 측정대상이 되는 웨이퍼의 막파라미터(특히 막두께와 굴절률)에 근거하여, 검사광의 파장이나 편광상태, 입사각 등의 검사데이터를, 오퍼레이터가 미리 알고 있는 상호적인 상관관계에 근거하여 수동으로 입력하여 설정하고 있었다.

예를 들면, 오퍼레이터는 각 막파라미터의 값을 콤마단락의 텍스트형식 데이터의 형태로 기술하여, 검사장치가 그 값을 판독하도록 했다.

그러나, 이러한 오퍼레이터에 의한 조건설정작업은, 복수의 막파라미터를 고려하면서, 최적의 광학적 검사조건을 선택하여, 값을 설정해가는, 복잡하고 또한 곤란한 작업이다. 이것은, 숙련자가 아니면 적절하게 실행할 수 없다. 또한, 이것은 숙련자이더라도 큰 부담을 강제로 주는 것이었다.

또한, 표면검사장치에 있어서, 1장치 1입사각도에 있어서 파장을 교체(또는 혼합)할 수 없는 경우, 검사대상이 되는 웨이퍼의 막두께 및 막의 굴절률에 대하여 검사장치의 검사조건을 최적의 조건으로 설정하는 것이 곤란하였다.

또한, 장치의 구성이나 설정(setting)을 변경할 때, 검사하는 웨이퍼의 막두께나 막의 굴절률에 따라서, 검사광의 파장이나 입사각의 편광의 설정을 자동화할 수 없었다.

본 발명의 목적은, 숙련자가 아니더라도, 간단하고 또한 용이하게 최적의 검사조건을 설정할 수 있는 표면검사방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 바람직한 모드를 예시하면, 다음과 같다.

(1)동일입사각도에서 2종 이상의 파장의 레이저를 교체 또는 혼합의 형태로 막이 부착된 피검사물에 입사시켜, 피검사물의 표면을 검사하는 방법에 있어서, 미리, 검사장치에 관한 검사데이터와 피검사물상의 막에 관한 막파라미터를, 소정의 광학적 검사조건을 얻도록 서로 관련지어 검사장치내에 기억시켜 두고, 측정시에, 측정하고자 하는 피검사물의 막파라미터를 검사장치에 오퍼레이터가 설정함에 의해, 소정의 검사조건을 검사장치내에서 자동설정한다.

(2)동일입사각도에서 2종 이상의 파장의 레이저를 교체 또는 혼합의 형태로 막이 부착된 피검사물에 입사시켜, 피검사물의 표면을 검사하는 장치에 있어서, 검사장치에 관한 검사데이터와 피검사물상의 막에 관한 막파라미터를 소정의 광학적 검사조건을 얻도록 서로 관련지어서 기억하는 기억수단과, 측정시에, 측정하고자 하는 웨이퍼의 막파라미터를 오퍼레이터에 의해 설정하는 파라미터 설정수단과, 파라미터 설정수단에 의해 설정된 파라미터에 근거하여 소정의 검사조건을 자동적으로 연산하는 연산수단과, 연산수단에 의해 연산된 소정의 검사조건에 근거하여 장치의 각부를 제어하는 제어수단을 갖는다.

본 발명은, 검사장치측의 검사데이터와 피검사물(예를 들면 웨이퍼)에 부착하고 있는 막의 파라미터의 최적의 상관관계에 근거하여, 각 측정마다 오퍼레이터에 의해 입력되는 막파라미터로부터 최적의 광학적 검사조건을 자동적으로 설정 가능하게 하는 것이다. 예를 들면, 검사대상이 되는 피검사물의 제조공정에 있어서 분명하게 되는 파라미터(막이 부착된 웨이퍼의 경우, 막의 개수, 막의 종류, 막두께 등)와 검사데이터를 관련지어서 미리 기억해 두고, 각 측정마다 오퍼레이터에 의해 입력되는 막파라미터로부터 최적의 광학적 검사조건을 자동적으로 설정 가능하게 하는 것이다.

본 발명은, 동일입사각도에서 2종 이상의 파장의 레이저를 교체 또는 혼합의 형태로 막이 부착된 웨이퍼에 입사시켜, 웨이퍼의 표면을 검사하는 방법 및 장치를 개량한 것이다. 미리, 검사장치에 관한 검사데이터와 막에 관한 막파라미터가, 소정의 광학적 검사조건을 얻도록 서로 관련지어지고, 요컨대, 최적의 상관관계를 갖도록, 검사장치의 기억수단에 기억되어 있다. 각 측정시에, 측정하고자 하는 웨이퍼의 막파라미터를 검사장치의 설정수단에 의해서 오퍼레이터가 설정한다. 그에 따라, 원하는 광학적 검사조건이 검사장치내에서 자동설정된다. 각 측정마다 오퍼레이터에 의해 설정되는 막파라미터는 막두께나 막의 굴절률이다.

우선, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 표면검사장치를 구성하는 주요한 구성요소를 설명한다.

- 광원부

제 1 광속과 제 2 광속을 방출한다.

- 조사광학계

제 1 광속과 제 2 광속을 막이 부착된 피검사물의 표면에 조사한다.

- 변위부

막이 부착된 피검사물과 조사광학계의 조사광속을 상대적으로 변위시킨다.

- 수광광학계

조사광학계로 조사되어 막이 부착된 피검사물 표면의 검사대상으로부터 생기는 제 1 광속의 산란광과 조사광학계로 조사되어 막이 부착된 피검사물 표면의 검사대상으로부터 생기는 제 2 광속의 산란광을 수광한다.

- 제 1 수광부

수광광학계로 수광한 제 1 광속의 산란광을 제 1 수광신호로 변환한다.

- 제 2 수광부

수광광학계로 수광한 제 2 광속의 산란광을 제 2 수광신호로 변환한다.

- 기억수단

기억수단에는 검사장치에 있어서의 검사데이터(검사광의 파장, 편광, 입사각 등에 관한 데이터)와, 막에 관한 여러 가지의 파라미터(막두께나 굴절률 등)를 최적의 상관관계를 갖도록 관련지어서 미리 기억해 둔다.

- 제어연산수단

연산수단, 제어수단 등을 갖는다.

- 연산수단

기억수단에 기억되어 있는 검사데이터와 막파라미터와의 상관관계에 따라서, 각 측정시에 장치에 입력되는 막파라미터에 근거하여, 연산수단이 자동적으로 적절한 광학적 검사조건의 값을 연산(선택)한다.

- 제어수단

주로 연산수단으로부터의 데이터에 의해 검사광의 파장, 편광, 입사각 등을 제어한다.

- 인터페이스수단

오퍼레이터에 대하여 정보를 표시하는 동시에, 오퍼레이터가 원하는 데이터를 입력 가능하게 하는 인터페이스수단은 표시수단이나 설정수단 (예를 들면 모니터, 키보드, 마우스 이외, 터치패널 등)을 포함한다.

- 센서수단

검사광의 파장, 편광, 입사각을 검출(모니터)한다.

본 발명은, 상술의 구성요소 등을 구비하고 있고, 특히 웨이퍼상의 막의 두께와 굴절률에 착안하여, 각 웨이퍼의 표면을 검사한다. 그것은 표면상에 막구조를 갖는 웨이퍼를 검사대상으로 한 경우, 검출감도의 변화는 웨이퍼상에 형성된 막의 막두께와 반사율의 변화에 의한 부분이 크기 때문이다.

일반적으로, 반사율의 변화는 막두께, 입사각도, 파장, 편광이 큰 요인이다. 측정하는 웨이퍼의 막두께에 대하여 입사각도, 파장, 편광이 결정되면, 측정대상물인 웨이퍼에 의해서 최적의 광학적 검사조건이 얻어진다.

피검사대상이 되는 웨이퍼상에 형성된 막의 파장에 따른 굴절률을(막두께와의 상관관계를 포함해서) 막파라미터로서 미리 검사장치의 기억수단에 기억해 두고, 각 측정시에는, 오퍼레이터가 측정대상물인 웨이퍼의 막두께만을 입력(선택)함으로써, 그 기억된 굴절률에 따라서 최적의 광학적 검사조건을 구한다. 이에 따라, 최적의 검사조건이 극히 용이하게 검사장치로 설정된다. 그 결과, 피측정물인 막이 부착된 웨이퍼상에 있어서의 이물질을 높은 감도로 검출할 수가 있고, 대단히 능률적인 측정이 가능하게 된다.

막두께의 값에 관하여 서술하면, 막두께는 웨이퍼의 제조과정에서 항상 관리되는 항목이기 때문에, 막두께측정계에 의해 정밀히 측정된 값을 각 웨이퍼에 관해서 미리 알려진 것으로서 구체적으로 얻을 수 있다.

바람직하게는, 표면검사장치의 인터페이스수단, 특히 그 표시부는 막파라미터를 입력하기 위한 데이터입력화면을 설치하는 것이 바람직하다.

막파라미터로서는 막두께와 굴절률 이외에, 바람직하게는 다음 것을 덧붙일 수 있다.

(1)막의 개수(다층막, 단일막)

(2)각 층의 막두께·편차(% 입력 등)

(3)각 층의 파장에 의한 굴절률

(4)각 층의 재질

(5)웨이퍼명칭(웨이퍼마다 저장한 검사조건)

측정시에 오퍼레이터에 의해 입력되는 막파라미터에 대응하여, 미리 기억되고 있는 최적의 상관관계에 따라서, 검사장치는, 파장, 입사각도, 편광, 그 밖의 최적의 광학적 검사조건을 자동적으로 산출(선택)한다.

막파라미터의 각 값에 따라서 개별로 최적의 검사조건을 준비하더라도 좋고, 미리 등록된 막파라미터가 불러내어졌을 때에 최적의 검사조건을 구하더라도 좋다.

또, 오퍼레이터의 판단을 필요로 하는 경우나, 오퍼레이터에게 안내를 나타내는 경우 등은, 연산수단의 연산결과, 반사율과 막두께의 그래프를 표시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, 그 웨이퍼의 막두께에 제조회사를 나타내어, 알기 쉽게 표시하는 것도 가능하다.

각 측정시에 오퍼레이터에 의해 입력된 막파라미터에 대한 검사데이터의 조건설정이 충분하면, 자동적으로 최적의 광학적 검사조건이 선택되어 설정된다.

미리 기억된 검사데이터나 막파라미터가 충분하지 않은 경우는, 최적의 검사조건을 복수 준비하여, 실제로 측정을 함으로써, 1개의 최적의 검사조건을 결정하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 편광성분을 고려한 경우, P 편광 또는 S 편광에서 어느 쪽이 좋은 지는 경험적으로 막의 표면조도에 근거하는 것이 많다. 그러나, 표면조도는 그 막을 만드는 장치의 레시피(Recipe)에도 좌우되기 때문에, 오퍼레이터가 아는 것은 어렵다. 그 때문에, 최적의 검사조건을 몇 가지 준비해 두고, 현실에 맞는 조건을 사용자가 간단히 선택 또는 입력할 수 있도록 한다. 그 때문에, 복수의 최적조건을 나타내는 것이 바람직하다. 이 경우, 측정작업을 재촉하는 취지의 표시가 오퍼레이터에 대하여 인터페이스수단의 표시화면에 표시되는 것이 바람직하다. 오퍼레이터는 그 화면의 표시내용으로부터 목적을 안 후에 측정작업을 장치에 대하여 지시할 수가 있다. 반대로, 그것을 거부하는 것을 가능하게 하더라도 좋다.

또한, 미리 기억된 검사데이터에 근거하여, 오퍼레이터에 대하여 광학적 검사조건의 선택을 재촉하는 표시를 하는 것도 가능하게 하는 것이 바람직하다.

검사대상에 따른 조건설정, 예를 들면 소정의 입자지름 이상의 이물질이나 주사방향에 대한 형상 등, 여러 가지의 조건에 따라서 임의로 설정하고 기억시킬 수도 있다. 이미 입력된 검사데이터나 막파라미터에 있어서 최적의 것이 있으면, 그것을 적당히 선택하여, 오퍼레이터에 대하여 나타내어, 최적의 광학적 검사조건으로서 설정할 수가 있다.

또, 표면검사장치는 바람직하게는, 광원으로부터의 광로의 전환수단, 입사각도나 편광각도의 변경수단, 광로내에 배치되는 편광소자, 그것을 광로내에 삽입이탈 가능하게 하는 편광소자 가동수단을 구비하고 있다.

또, 본 명세서에 있어서, 막구조는 투과막을 포함함을 유의해야 한다. 상기 막구조는 굴절률에 의존하는 투과막일 수 있다.

[실시예]

도 1∼3은, 본 발명의 1개의 실시예에 의한 표면검사장치의 주요한 구성요소의 개략배치도이다.

표면검사장치(1)는 적어도 제 1 파장(λ1)의 광속(11)과, 이것과 다른 제 2 파장(λ2)의 광속(12)을 방출하는 레이저튜브 등의 광원부(10)와, 광원부(10)로부터의 제 1 파장(λ1)의 광속(11)과 제 2 파장(λ2)의 광속(12)을 제 1 조사각도(θ1)에 의해서, 막이 부착된 피검사물 막이 부착된 반도체웨이퍼(2)의 표면의 검사점 P상에 조사하는 조사광학계(20)와, 조사광학계(20)에 의해서 조사된 광속(11, 12)에 의한 반도체웨이퍼(2)의 표면의 검사점 P로부터의 산란광을 제 1 수광방향으로부터 수광하는 수광광학계(40)와, 막이 부착된 피검사물인 막이 부착된 반도체웨이퍼(2)를 조사광학계(20)의 조사광속(11)에 대하여 상대적으로 직선 및 회전이동 가능하게 하는 변위부(60)를 갖는다. 도 1의 수광광학계(40)의 앙각(仰角, Elevation angle)은, 30°이다.

광원부(10)를 설명한다. 광원부(10)는 적어도 제 1 파장의 광속(11)과, 이것과는 다른 제 2 파장의 광속(12)을 방출한다. 광원부(10)로서는, 복수의 파장의 광속을 발하는 각종의 것을 이용할 수 있다. 예를 들면 멀티라인의 레이저와 같이 1개의 광원으로 복수의 파장의 광속을 방출하는 것이나, 다른 파장의 광속을 방출하는 복수의 광원의 광속을 하프미러 등으로 합성하여 1개의 빔을 형성하는 것을 채용할 수 있다.

멀티라인의 레이저를 채용할 때에, 불필요한 파장의 광속이 발생하는 경우는, 제 1 파장과 제 2 파장을 통과시키는 대역통과필터를 통과시킴으로써, 필요한 파장의 광속만을 추출할 수 있다.

다른 파장의 광속을 발하는 복수의 광원을 사용하는 경우는, 복수의 광속을 하프미러 등으로 합성하여 1개의 빔을 형성한다.

도 1∼3의 예에서 광원부(10)로서 아르곤이온 레이저를 사용하는 경우, 488nm의 파장과 514.5nm의 파장을 선택할 수 있다. 광원부(10)로부터 방출된 제 1 파장의 광속(11)과 제 2 파장의 광속(12)은 제 1 미러(21)에 의해 방향이 바뀌어, 제 1 조사렌즈군(22), 제 2 미러(23)를 통해 제 1 조사각도(θ1)로 막이 부착된 피검사물(2)의 표면의 조사점(P)에 조사된다.

조사점(P)에 검사대상, 즉 이물질 등이 존재하는 경우, 이에 조사광속이 조사되면, 소정의 지향성에 따라서 산란광이 생긴다. 제 1 조사각도(θ1)는, 막이 부착된 피검사물(2)의 법선방향을 기준으로 설정한다.

도 1∼3의 실시예에 있어서는, 제 1 파장(λ1)과 제 2 파장(λ2)의 크기는 임의로 선택 가능하다.

다음은, 수광광학계(40)를 설명한다. 상술의 산란광을 수광하기 위해서 수광광학계(40)가 설치되어 있다. 수광광학계(40)는 조사광학계(20)에 의해서 조사된 광속(11, 12)에 의한 막이 부착된 반도체웨이퍼(2)의 표면의 검사점(P)로부터의 산란광을 제 1 수광방향에서 수광한다. 제 1 수광방향의 제 1 수광수평각 (θH1, 예를 들면 90°)은, 조사광학계(20)에 의한 조사광속(11, 12)이 막이 부착된 피검사물(2)로 경면반사되었을 때의 반사방향을 기준으로 하여 측정한다. 제 1 수광방향의 수광앙각은, 예를 들면 30°로 설정된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 수광광학계(40)에서 수광된 수광광속은 화살표방향으로 이동가능하게 배치되어 수광광로로부터 삽입 또는 이탈되는 ND필터(200)를 거친 후, 제 1 파장(λ1)의 광속과 제 2 파장(λ2)의 광속으로 다이클로익 미러(Dichroic mirror, 45)로 분리된다. 그리고, 제 1 수광부(41)는 수광광학계 (40)에서 수광한 제 1 파장(λ1)의 산란광을 수광하여, 제 1 수광신호로 변환한다. 제 2 수광부(42)는 제 1 수광광학계(40)에서 수광한 제 2 파장(λ2)의 산란광을 수광하여, 제 2 수광신호로 변환한다. 제 1 수광부(41) 및 제 2 수광부(42)는, 포토멀티플라이어(Photo-multiplier) 등의 수광소자가 바람직하다.

변위부(60)를 설명한다. 변위부(60)는 막이 부착된 피검사물(2)을 회전변위시키는 회전변위부(61)와 막이 부착된 피검사물(2)을 직선변위시키는 직선변위부 (62)로 구성되어 있다. 회전변위부(61)의 1회전의 변위에 대하여, 직선변위부(62)를 광속의 폭의 소정비율만큼 이동시키도록 함으로써, 조사광학계(20)의 조사광에 의해 막이 부착된 피검사물(2)을 남김없이 나선주사를 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 주사방법에 한정되는 것이 아니라, 회전변위 대신에 조사광속을 폴리곤미러(Polygon mirror) 등으로 직선주사를 하도록 하더라도 상관없다.

도 1∼3의 실시예에서는, 회전변위부(61)는 회전테이블을 회전시키는 회전모터를 구비하고, 직선변위부(62)는 그 회전모터를 직선적으로 이동시키는 슬라이드이동부를 구비하고 있다. 슬라이드이동부는 그 이동에 의해 조사광학계(20)의 조사광속(11, 12)의 조사위치가 피검사물(2)의 중심을 통과하여, 지름방향으로 지나가도록 변위시킨다.

도 3은, 도 1에 나타내는 표면검사장치의 블록도이다.

제 1 수광부의 제 1 수광신호 및 제 2 수광부의 제 2 수광신호는, 각각 제 1 A/D 변환기(51) 및 제 2 A/D 변환기(52)에 의해 디지털신호로 변환된 후, 제어연산부 (120)로 보내어지고, 거기서 소정의 연산처리가 이루어진다. 제어연산부(120)는, 후술하는 소정의 연산처리를 하여, 검사결과나 연산결과를 필요에 따라서 인터페이스수단 (130)의 표시부에서 표시시키거나, 기억수단(140)에 기억하거나, 그 기억내용의 읽어내기를 한다.

기억수단(140)에는 검사장치에 있어서의 검사데이터(검사광의 파장, 편광, 입사각 등에 관한 데이터)와, 막에 관한 여러 가지의 파라미터(막두께나 굴절률 등)를 최적의 상관관계를 갖도록 관련지어서, 미리 기억해 둔다.

제어연산부(120)는 연산수단과 제어수단으로 이루어진다.

연산수단은 기억수단(140)에 기억되어 있는 검사데이터와 막파라미터와의 상관관계에 따라서, 각 측정시에 장치에 입력되는 막파라미터에 근거하여, 자동적으로 적절한 광학적 검사조건의 값을 연산(선택)한다.

제어수단은 연산수단으로부터의 데이터에 의해, 장치측의 광학적 검사조건, 예를 들면 검사광의 파장, 편광, 입사각 등을 제어한다.

또한, 제어연산부(120)는 회전변위부(61)의 회전모터나 직선변위부(62)의 슬라이드이동부를 제어하거나, 제 1 수광부(41) 및 제 2 수광부(42)의 감도를 제어한다.

인터페이스수단(130)은 오퍼레이터에 대하여, 검사결과나 연산결과(그래프) 등의 정보를 표시하는 동시에, 오퍼레이터가 원하는 데이터나 파라미터를 입력 가능하게 한다. 인터페이스수단(130)은, 표시수단이나 설정수단(예를 들면 모니터, 키보드, 마우스 이외, 터치패널 등)을 포함한다.

이밖에, 도시되어 있지 않지만, 센서수단을 설치하여, 검사장치의 파장, 편광, 입사각을 검출(모니터)하도록 되어 있다.

일반적으로, 투과막과 이물질 검출감도는 반사율과 막두께의 관계에 근사하고 있다. 즉, 반사율이 높을수록 검출감도가 높다.

웨이퍼상의 막에 관한 파라미터로서는, 기본적으로 굴절률이 사용되지만, 반사율은 이 굴절률과, 막두께, 재질에 의해, 일반적인 관계식에 의해 구할 수 있다.

도 4는 파장 0.488㎛, 0.680㎛, 0.780㎛의 3종류의 광속을 투과막이 부착된 웨이퍼에 조사한 경우의 투과막의 막두께와 반사율의 관계를 나타낸 도면이다.

파장에 따라, 반사율이 큰 산(Peak)이나, 반사율이 작아진 골짜기(Valley)의 부분의 주기가 다른 것을 알 수 있다. 이 때문에, 몇 개의 서로 다른 파장을 갖는 광속을 선택적으로 조합하여, 동축으로 또한 동시에 입사하여 검사를 하면, 1파장의 광속을 입사하여 검사를 하는 경우와 비교하여, 감도가 현저히 다른 장소의 수가 적어진다. 요컨대, 반사율이 일정하게 유지되고 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 막두께가, 0.32㎛, 0.46㎛, 0.88㎛의 투과막이 설치된 막이 부착된 웨이퍼가, 혼재하는 라인으로 사용되는 경우를 상정한다. 이 경우, 0.32㎛의 투과막이 설치된 막이 부착된 웨이퍼를 측정하는 경우에는, 0.488㎛의 파장의 빛을 선택하고, 0.46㎛의 투과막이 설치된 막이 부착된 웨이퍼를 측정하는 경우에는, 0.680㎛의 파장의 빛을 선택하고, 0.88㎛의 투과막이 설치된 막이 부착된 웨이퍼를 측정하는 경우에는, 0.780㎛의 파장의 빛을 선택하는 것에 의해, 모든 막두께의 웨이퍼의 측정 시에도 적절한 감도로 측정을 할 수 있다.

막두께와 선택하는 파장의 상성(Compatibility, 相性)을 표 1에 나타낸다. 이 표 1중, ◎는 최적, ○는 양호 - 는 불량을 나타내고 있다.

이러한 파장을 갖는 광속을 선택하면, 투과막의 막두께의 변화에 의한 감도의 불안정화가 억제되고, 감도의 안정화가 기도되어, 최적의 검사조건를 얻을 수 있다.

수광부(41)에서 수광된 제 1 수광신호는, 제 1 A/D 변환기(51)에 의해 아날로그신호로부터 디지털신호로 변환된다. 수광부(42)에서 수광된 제 2 수광신호는, 제 2 A/D 변환기(52)에 의해 아날로그신호로부터 디지털신호로 변환된다.

디지털신호로 변환된 제 1 수광신호와 제 2 수광신호는, 제어연산부(120)에 보내어지고, 제어연산부(120)에 의해, 막이 부착된 웨이퍼표면의 검사위치마다 최적의 광학적 검사조건이 선택된다.

제어수단에 의한 장치측의 광학적 검사조건의 제어는, 파장에 관해서는 광원(110, 210)의 제어, 편광에 관해서는 렌즈유니트(50)의 제어, 입사각에 관해서는 미러(123)의 각도의 제어 등에 의해 행하여진다.

본 발명은 이상의 실시예에 한정되지 않는다.

막이 부착된 웨이퍼의 표면상에 입사하는 광속은, 서로 다른 파장을 갖는 3가지 이상의 광속을 사용하더라도 좋다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 광원부로서는 다른 파장의 광속을 방출하는 복수의 광원부(110, 210)를 사용하더라도 좋다. 이 경우, 광원부(110, 210)는 각각 ON/OFF 제어를 할 수가 있다. 광원부(110)로부터 방출되는 파장(λ1)의 광속 (111)은 하프미러(103)를 통과한다. 광원부(210)로부터 발해지는 파장(λ2)의 광속 (112)은 미러(121)로 반사된다. 미러(121)로 반사된 파장(λ2)의 광속(112)은 하프미러(103)로 반사된다. 파장(λ1)의 광속(111)과 파장(λ2)의 광속(112)은 렌즈유니트(50)를 통과한다. 렌즈유니트(50)는 빔 정형(Beam shaping)기능이나 편광선택기능을 갖는다. 렌즈유니트(50)를 통과한 파장(λ1) 광속(111)은 미러(122)와 미러(123)로 반사되어 막이 부착된 피검사물(2)상에 조사된다. 렌즈유니트(50)를 통과한 파장(λ2)의 광속(112)은 미러(122)와 미러(123)로 반사되어 막이 부착된 피검사물(2)상에 조사된다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 막이 부착된 피검사물(2)상에 광속(111, 112)이 조사되어 생긴 산란광은 렌즈(53)와 파장밸브별도소자(54)와 수광소자(41, 42)로 이루어지는 검출계에서 검출된다.

또한, 본 발명에 있어서 조사하는 복수의 광속은 동일방향으로부터의 조사뿐만 아니라, 동일한 조사각도에서 서로 다른 방향으로부터 조사하더라도 좋다.

또한, 조사하는 복수의 광속은, 서로 다른 각도에서 입사할 수도 있다. 그 경우, 수광광학계는 다른 파장을 갖는 광속마다 그 산란광을 수광하여, 임의의 입사각도의 조사광속에 의한 검사대상의 검출을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 사용하는 광속은 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광속을 사용하는 대신에, 서로 다른 편광성분의 광속을 이용하더라도 좋다. 서로 다른 편광성분의 광속을 이용하여 막이 부착된 피검사물의 표면검사를 하는 경우는 검출계에는 편광판을 사용한다.

도 7은 편광판을 사용한 검출계의 일례를 나타낸 도면이다.

편광판을 사용한 검출계는 실린더기구(70)와 편광판(71, 72)과, 렌즈(53)와 수광소자(43)로 이루어진다. 실린더기구(70)는 편광판(71, 72)을 이동시킨다.

이 편광판을 사용한 검출의 경우, 막이 부착된 피검사물(2)상에 광속(111, 112)이 조사되어 생긴 산란광은 편광판(72)과 렌즈(53)를 통해, 수광소자(43)에서 수광된다. 그리고, 편광성분마다 수광신호가 형성된다.

도 8은, 막파라미터의 선정의 플로우의 일례를 나타낸다.

추장파라미터의 조합은 우선도가 높은 순서로 몇 가지가 제시된다. 오퍼레이터가 최적의 것을 선택하여, 측정결과에 만족하지 않은 경우는 다시 다른 추천 파라미터를 선택하여 다시 측정한다.

오퍼레이터가 막파라미터를 입력하였을 때에, 제어연산부(120)에서 반사율 그래프를 작성하여, 그 정보에 근거하여, 오퍼레이터가 추천치 파라미터의 조합을 결정하여, 그것을 인터페이스수단(130)에 표시한다.

추천에 관한 룰은 별도 기술되어, 프로그램중에 호출되거나, 또는 프로그램 끼워넣기로서 동작하도록 한다.

도 9는, SOI 웨이퍼의 일례를 나타낸다.

도 9에 나타나 있는 SOI 웨이퍼의 구조에 있어서는, 사용자마다 표면의 Si층의 두께와 내부의 SiO₂층의 두께가 다르고, 복잡한 반사율을 나타낸다.

도 10은, 도 9의 SOI 웨이퍼의 구조에 있어서의 SiO₂층을 50nm 고정으로 하였을 때의 Si층의 두께가 다른 경우의 반사율의 변화를 나타낸다.

이러한 SOI 웨이퍼의 입력항목의 예 1을 설명하면, 다음과 같다.

제 1 막두께 : 110nm

제 2 막의 종류 : Si

제 1 굴절률 : -

제 2 막두께 : 50nm

제 2 막의 종류 : SiO₂

제 2 굴절률 : -

다만, 장치내부에서 사용하고 있는 파장은 이미 알려져 있기 때문에, 굴절률은 입력하지 않는 경우도 있다.

등록되어 있지 않은 재질의 경우는 별도의 경고나 에러가 표시된다.

처음의 재질 등의 경우는, 장치사용의 파장마다 입력할 필요가 있다.

또한, 별도의 예 2를 나타내면, 다음과 같다.

제 1 막두께 : 110nm

제 2 막의 종류 : Si

제 1 굴절률-1 : 5.0

제 1 굴절률-2 : 5.63

제 2 막두께 : 50nm

제 2 막의 종류 : SiO₂

제 2 굴절률-1 : 1.480

제 2 굴절률-2 : 1.486

상술의 예 1∼2 중, 예 1은 415nm의 경우이고, 예 2는 395nm의 경우이다. 어느 쪽의 예 1∼2에 있어서도, 입력 후, 오퍼레이터에 의해 입력되는 막파라미터에 근거하는 연산이 제어연산부(120)에서 행하여지고, 최적의 파장과 편광이 인터페이스수단 (130)의 표시화면에 나타난다.

도 11은 그와 같이 오퍼레이터에 의해 입력된 막파라미터에 근거하여 연산된 반사율의 그래프의 일례이다.

도 11에서는, 직사각형의 테두리가 최적의 범위로서 선택된다. 상기 Si-110nm의 경우는, 415nm에서 P편광이 자동적으로 제 1 후보로서 선택된다. 제 2 후보는 395nm의 P편광이다.

또, 도 11의 예의 경우는, 표면이 Si층이기 때문에, P편광이 유리하다고 하는 경험에 근거하는 판단이 이루어지고 있다.

이 경험을 기술하는 파일을 사용하더라도 좋고, 프로그램 끼워넣기로 하더라 도 좋다.

제 1 후보를 선택한 후에, 장치는 LD용의 편광판을 조작하여, P편광으로 하여, 415nm의 파장이 소정의 입사각도측에 입사되도록 광학계를 구동하여, 하드계측의 준비를 종료한다.

본 발명에 의하면, 피검사웨이퍼상에 형성된 막에 관한 각종 파라미터를 검사장치에 설정(입력이나 선택)함으로써, 최적의 광학적 검사조건이 자동설정되어, 측정이 가능하게 된다.

동일입사각에 있어서 2종 이상의 파장을 교체 또는 혼합할 수 있는 표면검사장치에 있어서, 최적의 광학적 검사조건의 설정을 자동화하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 숙련자가 아니더라도, 간단히 고정밀도인 측정이 가능하게 된다. 반도체공장의 이물질관리를 효율적이고, 또한 알맞게 할 수 있게 되어, 제품비율의 향상에 크게 기여할 수 있다.

SOI 웨이퍼는, 개개의 어플리케이션마다 막두께가 다르기 때문에, 그 때마다 최적조건을 구하지 않을 수 없어, 사용자측의 캘리브레이션작업이 많아지거나, 광학의 고도지식이 필요하게 되는 등, 어려운 작업이 되어 버리지만, 본 발명에 의하면, 자동화를 진행시킬 수 있다. SOI 웨이퍼와 같이, 개개의 어플리케이션마다 막두께가 다른 웨이퍼의 경우라도, 복잡한 장치의 조작을 이해하지 않고 있더라도, 또한 장치의 조작에 숙련되어 있지 않더라도, 최적의 검사조건을 설정하는 것을 용이하게 할 수 있다. 필요한 막파라미터를 입력함으로써, 장치가 자동적으로 가장 최적의 조건을 이끌어 내기 때문에, 사용자는 대단히 쉽게 장치를 사용하여, 원하 는 측정을 할 수 있게 된다.

또한, 조건설정에 관해서 필요한 사항을 오퍼레이터에 나타내도록 하면, 조건설정을 틀리지 않고 용이하게 할 수 있다.

본 발명은 숙련자가 아니더라도, 간단하고 또한 용이하게 최적의 검사조건을 설정할 수 있는 표면검사방법 및 장치를 제공한다.

Claims

막이 부착된 복수개의 피검사물을 검사하는 표면검사방법으로서,

검사장치에 관한 검사데이터와 상기 피검사물 상에 부착된 막에 관한 막파라미터를 소정의 검사조건을 얻도록 서로 관련지어서 기억하는 단계; 및

측정시에, 오퍼레이터가 상기 검사장치 내에서 상기 피검사물의 막 파라미터를 선택함으로써, 레이저의 파장, 입사각 및 편광을 검사 장치에 대한 소정의 검사 조건으로서 자동으로 설정하는 단계를 포함하고,

상기 피검사물 상에 부착된 막은 서로 다른 두께를 가지며, 서로 다른 파장을 가지는 광속을 방사하는 2 종류 이상의 레이저는 교체 또는 혼합되어 동일한 입사각도로 막이 부착된 피검사물 상에 레이저를 입사시키는 것을 특징으로 하는, 표면검사방법.
제 1 항에 있어서,

상기 오퍼레이터에 의해 설정되는 상기 막파라미터가 막두께와 굴절률인, 표면검사방법.
제 1 항에 있어서,

측정시에 상기 피검사물의 막두께만이 선택되는, 표면검사방법.
복수개의 피검사물을 검사하는 표면검사장치로서,

검사장치에 관한 검사데이터와 상기 피검사물 상에 부착된 막에 관한 막파라미터를 소정의 검사조건을 얻도록 서로 관련지어서 기억하도록 구성된 검사 데이터 기억수단;

측정시에, 오퍼레이터에 의해 상기 피검사물의 막 파라미터를 설정하도록 구성된 설정수단;

상기 설정수단에 의해 설정된 상기 막 파라미터에 기초하여, 소정의 검사조건을 자동으로 계산하도록 구성된 연산수단; 및

상기 연산수단에 의해 계산된 소정의 검사 조건에 기초하여, 상기 검사 장치를 제어하도록 구성된 제어수단을 포함하고,

상기 피검사물 상에 부착된 막은 서로 다른 두께를 가지고,

상기 표면 검사장치는 서로 다른 파장을 가지는 광속을 방사하는 2종류 이상의 레이저를 구비하고,

상기 표면 검사 장치는 2 종류 이상의 레이저를 교체 또는 혼합하도록 구성되어 상기 막이 부착된 피검사물 상에 레이저를 동일한 입사각도에서 입사시키는, 표면검사장치.
제 4 항에 있어서,

상기 설정수단으로 설정하는 상기 막파라미터가 막두께와 굴절률인, 표면검사장치.
제 4 항에 있어서,

측정시에, 상기 피검사물의 막 두께만이 선택되는, 표면검사장치.
막이 부착된 피검사물의 표면을 검사하는 방법에 있어서,

상기 피검사물 상에 부착된 막에 대한 막 파라미터를 제공하고, 검사 장치에 상기 막 파라미터를 기억시키는 단계;

상기 피검사물의 광 검사를 실행하여 상기 막에 대한 검사 데이터를 결정하고, 상기 검사 장치 내에 상기 검사 데이터를 기억시키는 단계;

상기 기억된 막 파라미터에 대한 상기 검사 데이터의 상관관계로부터 결정되는 최적의 검사 조건을 자동으로 선택하는 단계; 및

선택된 최적의 검사 조건에 기초하여 상기 막이 부착된 피검사물의 광 검사를 실행하는 단계를 포함하고,

상기 광 검사는 서로 교체 또는 혼합되어 동일한 입사각으로 상기 막이 부착된 피검사물 상에 조사되는 2개 이상의 다른 파장을 이용하여 수행되고,

상기 피검사물의 막은 두께가 변하는 것을 특징으로 하는, 표면검사방법.
제 7 항에 있어서,

상기 막 파라미터는 막 두께와 막 굴절률을 포함하는, 표면검사방법.
제 7 항에 있어서,

상기 막 파라미터는 막 두께로 구성되는, 표면검사방법.
제 7 항에 있어서,

상기 막 파라미터는 오퍼레이터에 의해 제공되는, 표면검사방법.
제 7 항에 있어서,

상기 검사 조건은 레이저의 파장, 입사각 및 편광을 포함하는, 표면검사방법.