KR101018151B1

KR101018151B1 - 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법

Info

Publication number: KR101018151B1
Application number: KR1020090009746A
Authority: KR
Inventors: 김택겸; 김배균
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2011-02-28
Also published as: KR20100090459A; US20100201974A1

Abstract

본 발명은 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 측정대상물을 수용하며, 상기 측정대상물을 직선 및 회전 운동시키는 스테이지와, 상기 측정대상물에 빔을 조사하며, 상기 스테이지에 대하여 상대적인 회전 운동이 가능한 구조를 갖는 광원 및 상기 측정대상물에서 반사된 빔을 검출하는 반사빔 검출부를 포함하며, 상기 광원은 상기 스테이지와 수직하게 형성되는 축을 회전축으로 하여 회전운동하는 표면 측정 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 검출용 빔의 광축에 관계 없이 표면의 이물 검출이 가능하여 검출력이 극대화된 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법를 얻을 수 있다.

표면 측정, 표면 검사, 광축, 이물

Description

표면 측정 장치 및 표면 측정 방법 {SURFACE MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD OF SURFACE MEASUREMENT}

본 발명은 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법에 관한 것으로서, 특히, 검출용 빔의 광축에 관계 없이 표면의 이물 검출이 가능하여 검출력이 극대화된 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적회로는 웨이퍼 상에 포토 리소그래피 공정 등에 따라서 회로를 형성하는 방식으로 제조된다. 이 경우, 웨이퍼 상에 다수의 동일한 집적회로가 배치되며, 그것들을 분리하여 개개의 집적 회로 칩이 제조된다. 이러한 반도체 집적회로에서 웨이퍼 상에 이물 등이 존재한다면, 이물 등이 존재하는 부분에 형성되는 회로 패턴에 결함이 생기기 쉬우며, 이에 따라, 해당 집적 회로의 사용이 불가능해지게 될 수 있다. 그 결과 한 장의 웨이퍼로부터 얻을 수 있는 집적회로의 수가 감소하고 수율 저하를 초래한다. 반도체 집적회로 이외도 마이크로미터 크기의 이물이나 결함이 불량의 원인이 되는 첨단 소재는 디스플레이용 유리와 기판회로 소재 등을 예로 들 수 있다. 따라서, 이러한 이물이나 결함을 측정 및 검사할 수 있는 장비가 요구된다.

일반적으로 웨이퍼 상의 이물이나 결함을 측정하는 방법으로는 웨이퍼 표면에 레이저를 집광하고 그 집광점으로부터 흩어지는 산란 빛을 수광하고 그 신호로부터 이물 등을 검출하는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 표면 측정 장치의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 표면 측정 장치(10)는 레이저빔(L)을 출사하는 광원, 웨이퍼 등의 측정대상물(11), 제1 및 제2 빔 검출부(12,13)를 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 제1 빔 검출부(12)는 상기 웨이퍼(11)로부터 산란됨 빔(Ls)를 검출한다. 즉, 상기 웨이퍼(11) 상의 집광 점으로부터의 산란 되는 빛을 렌즈를 이용하여 광전 변환기에 해당하는 제1 빔 검출부(12)에 수집되는 것이다. 산란 되는 빛을 수집한 상기 제1 빔 검출부는 레이저빔(L)이 이물 등에 의해 산란된 빔의 강도에 따르는 펄스모양의 신호를 출력하고, 그 신호출력의 크기에 따라서 이물 물체의 크기를 판단할 수 있다. 또한, 상기 제2 빔 검출부(13)는 상기 웨어퍼(11)에 의해 반사된 빔(Lr)을 검출한다. 이와 같이, 상기 표면 측정 장치(10)는 산란빔과 반사빔에 의한 신호를 모두 검출함으로써, 웨이퍼(11) 상의 이물의 존재 유무와 이물의 크기를 측정하고, 나아가 반사되는 빔의 각도를 측정하여 3차원 형상을 측정할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 검출용 빔의 광축에 관계 없이 표면의 이물 검출이 가능하여 검출력이 극대화된 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,

측정대상물을 수용하며, 상기 측정대상물을 직선 및 회전 운동시키는 스테이지와, 상기 측정대상물에 빔을 조사하며, 상기 스테이지에 대하여 상대적인 회전 운동이 가능한 구조를 갖는 광원 및 상기 측정대상물에서 반사된 빔을 검출하는 반사빔 검출부를 포함하며, 상기 광원은 상기 스테이지와 수직하게 형성되는 축을 회전축으로 하여 회전운동하는 표면 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원은 상기 스테이지에 대하여 0 ~ 90°의 각도로 상대적인 회전 운동이 가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원은 고정된 상태의 상기 스테이지에 대하여 회전 운동이 가능한 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원이 회전하는 동안 상기 광원은 일정한 영역에 빔을 조사할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원 및 상기 반사빔 검출부는 단일 구조물에 의해 일체로 형성되어 함께 회전될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스테이지는 측정 중에 상기 측정대상물을 일 방향의 직선 운동과 회전 운동을 동시에 시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사빔 검출부는 제1 및 제2 반사빔 검출부를 포함하며, 상기 측정대상물에서 반사되어 상기 반사빔 검출부를 향하는 빔을 분할하여 상기 제1 및 제2 반사빔 검출부에 각각 제공하는 빔스플리터를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 반사빔 검출부는 위치신호 검출부이며, 상기 제2 반사빔 검출부는 반사광량 검출부일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 측정대상물 상에 배치되며, 상기 측정대상물로부터 산란된 빔을 검출하기 위한 산란빔 검출부를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 측정대상물로부터 산란된 빔을 집광하여 상기 산란빔 검출부에 제공하는 집광렌즈를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은,

스테이지 상에 측정대상물을 배치하는 단계와, 상기 측정대상물을 직선 및 회전 운동 시키는 단계와, 광원으로부터 빔을 출사하여 상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계 및 반사빔 검출부를 배치하여 상기 측정대상물에서 반사됨 빔을 검출하는 단계를 포함하며, 상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 위치를 상기 스테이지에 대하여 상대적으로 회전 운동 되도록 실행되며, 상기 광원은 상기 스테이지와 수직하게 형성되는 축을 회전축으로 하여 상기 회전 운동되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 회전 운동은 0 ~ 90°의 범위에서 실행되는 것이 바람직하다.

삭제

이 경우, 상기 측정정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 최초 위치를 상기 스테이지에 대하여 0°라 할때, 0°, 45° 및 90°의 위치에서 각각 실행될 수 있다.

이와 달리, 상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 최초 위치를 상기 스테이지에 대하여 0°라 할때, 0°, 30°, 60° 및 90°의 위치에서 각각 실행될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원 및 반사빔 검출부는 하나의 구조물에 의해 일체로 형성되어 함께 회전될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 검출용 빔의 광축에 관계 없이 표면의 이물 검출이 가능하여 검출력이 극대화된 표면 측정 장치 및 표면 측정 방법를 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표면 측정 방법을 나타내는 순서도이다. 본 실시 형태에 따른 표면 측정 방법은 크게 3단계로 구성되며, 우선, 제1 단계(S11)로서, 스테이지 상에 웨이퍼를 배치한다. 웨이퍼는 측정대상물로서 웨이퍼 외에 PCB 기판 등을 측정 대상으로 사용할 수도 있다. 다음으로, 제2 단계(S12)로서, 상기 웨이퍼를 회전 및 병진 운동시킨다. 웨이퍼를 회전 운동과 병진 운동을 동시에 시키는 것은 고정된 광원으로부터 2차원 스캔의 효과를 얻기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 스테이지 위에 상기 웨이퍼와 연결된 모터를 배치할 수 있으며, 상기 스테이지는 직선 운동이 가능한 이송 장치 위에 배치될 수 있다. 다음으로, 제 3단계(S13)로서, 회전 및 병진 운동 중인 웨이퍼에 대하여 빔을 조사하되, 광원을 상기 스테이지에 대하여 상대적으로 회전 운동하면서 웨이퍼의 표면을 측정한다. 광원을 회전 운동하면서 빔을 조사하는 것은 이물의 형상에 따라 검출을 위해 다양한 광축이 요구되기 때문이며, 이에 대한 보다 자세한 사항은 후술한다.

이하, 도 2에서 설명한 표면 측정 방법을 적용하기 위한 표면 측정 장치의 구성을 설명한다. 도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 사시도이다. 우선, 도 3을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치(100)는 빔을 조사할 수 있는 광원(L), 측정대상물(102)을 수용하는 스테이지(101), 반사빔 검출부(103) 및 산란빔 검출부(104)를 갖추어 구성된다. 상기 광원(L)은 상기 측정대상물(102)의 표면 상태를 측정하도록 상기 측정대상물(102)에 의해 반사 및 산란이 가능한 빔, 예컨대 레이저빔을 출사하며, 특히, 상기 스테이지(101)에 대하여 상대적인 이동이 가능한 구조를 갖는다.

상기 스테이지(101)는 웨이퍼 등의 측정대상물(102)을 상면에 수용하며, 상기 측정대상물(102)을 일 방향 직선 운동 및 회전 운동이 되도록 한다. 상기 측정대상물(102)은 직선 운동과 더불어 회전 운동됨으로써 2차원 표면 전체가 빔에 의해 스캔될 수 있다. 상기 광원(L)으로부터 출사된 빔은 상기 측정대상물(102)에 의해 반사 및 산란되어 반사빔(Lr)은 반사빔 검출부(103)에 의해 수광되며, 산란빔(Ls)은 집광렌즈(105)를 거쳐 산란빔 검출부(104)에 수광된다.

상기 반사빔 검출부(103) 및 산란빔 검출부(104)는 광 신호를 전기 신호로 변환하여 이를 분석할 수 있는 장치이다. 상기 산란빔 검출부(104)는 상기 측정대 상물(102) 상에 배치되며, 광신호를 전류신호로 변환하여 이를 해석함으로써 상기 측정대상물(102)의 위치 등을 판단할 수 있으며, 반사빔 검출부(103)의 출력을 보정하는데 이용될 수 있다. 즉, 상기 산란빔 검출부(104)는 상기 측정대상물(102)로부터 산란된 빔, 즉, 표면에 존재하는 이물 등에 의해 난반사된 잡음 신호(Ls)를 검출하기 위한 것이다. 상기 측정대상물(102) 표면에서 빔이 주사되는 과정에서 이물이나 흠집 등이 없는 경우에는 대부분의 빔은 산란되지 않고 반사되어 반사빔 검출기(103)에 수광되나, 이물 등이 존재하는 경우에는 순간적으로 산란빔(Ls)의 강도가 증가되며, 이러한 신호와 반사된 빔을 함께 분석하여 이물이 존재하는 위치나 이물의 크기 등을 알아낼 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 광원(L)은 상기 스테이지(101)에 대하여 회전 운동이 가능한 구조이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 일 방향의 광원(L)에 대한 상기 측정대상물(102)의 표면 측정이 완료된 후에는 상기 광원(L)의 위치를 변동시켜 광축을 변경한다. 도 4에서는 도 3의 최초 위치에서 광원(L)이 90° 회전 이동된 모습을 나타내며, 광원(L)의 이동에 따라 반사빔 검출부(103) 및 산란빔 검출부(104)의 이동이 수반된다. 이와 같이, 광원(L)을 회전 운동시켜 표면 검출을 수행함으로써 광축의 개수 확대에 따라 검출력 향상을 가져올 수 있다. 이를 도 5를 참조하면 구체적으로 설명하면, 도 5는 측정대상물 표면의 이물의 형상에 따른 검출력 변화를 설명하기 위한 것이다.

우선, 도 5(a)는 측정대상물(102) 표면의 이물(D)이 빔의 광축에 수직인 경우를 나타내며, 도 5(b)는 측정대상물(102) 표면의 이물(D)이 빔의 광축과 평행한 경우를 나타낸다. 이물(D)이 빔의 광축에 수직인 경우에는 평행인 경우에 비하여 빔의 산란이 잘 일어나 상대적으로 검출이 잘되는 특성이 있다. 따라서, 하나의 광축을 통하여 표면 검출을 할 때보다 광축의 수를 증가시킴으로써 검출력을 향상시킬 수 있는 것이다. 본 실시 형태에서는 이를 위해 광원(L)이 스테이지(101)에 대하여 0 ~ 90°의 범위에서 회전 운동이 가능하도록 하였으며, 예컨대, 0°에서 측정대상물(102)의 표면을 측정한 후, 다음으로, 30°, 60°, 90°의 순서로 측정을 진행한다. 이러한 측정 방식은 측정 속도 및 검출력 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있으며, 0°, 45°, 90°순서의 측정도 가능하다. 다만, 광원(L)의 회전 운동은 스테이지(102)에 대하여 상대적인 것이므로, 광원(L)이 고정되고 스테이지(102)가 광원(L)에 대하여 회전 운동을 할 수도 있을 것이다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는 측정대상물(102)의 회전과 더불어 광원(L)을 회전하며, 광원(L)의 회전과 측정대상물(102)의 회전은 서로 다른 기능을 수행한다. 즉, 측정대상물(102)의 회전은 직선 운동과 결합하여 2차원 스캔을 위한 것이며, 이와 달리, 광원(L) 자체의 회전은 표면 측정용 빔의 광축을 강제적으로 변경시키기 위한 것이다. 만약, 광원(L)의 회전 없이 측정대상물(102)만을 회전시킨다면 하나의 이물은 하나의 방향에 대해서 입사하는 빔에 의해 검출되며, 다양한 광축을 사용한 경우에 비해 검출력이 저하될 수 밖에 없다. 따라서, 광원(L)이 회전 하더라도 상기 광원(L)에서 출사된 빔은 상기 스테이지 내에서 일정한 영역에 조사되는 것이 바람직하며, 이에 의해, 다수의 광축 효과를 얻을 수 있다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 설명하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이, 광원(L)의 이동에 의해 상기 반사빔 검출부(103) 및 산란빔 검출부(104)도 이동되어야 하는 점에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광원(L), 상기 반사빔 검출부(103) 및 산란빔 검출부(104)는 하나의 구조물에 의해 일체로 구성될 수 있다.

또한, 측정대상물(102)로부터 반사된 빔(Lr)을 빔 스플리터(106)로 분할하여 분할된 2개의 빔을 각각 반사광량 측정부(103a) 및 위치신호 검출부(PSD, 103b)에 수광시킬 경우, 3차원 형상의 측정이 가능하다. 즉, 상기 위치신호 검출부(103b)는 반사된 빔 각도의 변화를 측정할 수 있으며, 이러한 측정값을 토대로 삼각측정법으로써 3차원 형상의 측정이 가능하다. 이에 따라, 모폴로지(morphology) 변화에 따른 3차원 형상을 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 반사광량 측정부(103a)는 도 2의 실시 형태에서 설명한 반사빔 검출부와 동일한 것에 해당하며, 상기 빔 스플리터(106)는 표면 코팅 정도를 조절하여 빔 투과도를 적절히(예컨대, 50%) 조절할 수 있다. 본 실시 형태에서는 1개의 빔스플리터(106)와 2개의 빔 검출부(103a, 103b)를 배치한 것을 설명하였으나, 검출에 필요한 수에 따라 복수의 빔스플리터를 배치 함으로써 더 많은 수의 빔으로 분할하여 이를 검출하도록 할 수 있을 것이다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표면 측정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 사시도이다.

도 5는 측정대상물 표면의 이물의 형상에 따른 검출력 변화를 설명하기 위한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 스테이지 102: 측정대상물

103: 반사빔 검출부 104: 산란빔 검출부

105: 집광렌즈 106: 빔스플리터

Claims

측정대상물을 수용하며, 상기 측정대상물을 직선 및 회전 운동시키는 스테이지;

상기 측정대상물에 빔을 조사하며, 상기 스테이지에 대하여 상대적인 회전 운동이 가능한 구조를 갖는 광원; 및

상기 측정대상물에서 반사된 빔을 검출하는 반사빔 검출부;

를 포함하며,

상기 광원은 상기 스테이지와 수직하게 형성되는 축을 회전축으로 하여 회전운동하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원은 상기 스테이지에 대하여 0 ~ 90°의 각도로 상대적인 회전 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원은 고정된 상태의 상기 스테이지에 대하여 회전 운동이 가능한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원이 회전하는 동안 상기 광원은 일정한 영역에 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원 및 상기 반사빔 검출부는 단일 구조물에 의해 일체로 형성되어 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이지는 측정 중에 상기 측정대상물을 일 방향의 직선 운동과 회전 운동을 동시에 시키는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사빔 검출부는 제1 및 제2 반사빔 검출부를 포함하며,

상기 측정대상물에서 반사되어 상기 반사빔 검출부를 향하는 빔을 분할하여 상기 제1 및 제2 반사빔 검출부에 각각 제공하는 빔스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 반사빔 검출부는 위치신호 검출부이며, 상기 제2 반사빔 검출부는 반사광량 검출부인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 측정대상물 상에 배치되며, 상기 측정대상물로부터 산란된 빔을 검출하기 위한 산란빔 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제9항에 있어서,

상기 측정대상물로부터 산란된 빔을 집광하여 상기 산란빔 검출부에 제공하는 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
스테이지 상에 측정대상물을 배치하는 단계;

상기 측정대상물을 직선 및 회전 운동 시키는 단계;

광원으로부터 빔을 출사하여 상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계; 및

반사빔 검출부를 배치하여 상기 측정대상물에서 반사됨 빔을 검출하는 단계;를 포함하며,

상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 위치를 상기 스테이지에 대하여 상대적으로 회전 운동 되도록 실행되며, 상기 광원은 상기 스테이지와 수직하게 형성되는 축을 회전축으로 하여 상기 회전 운동되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
삭제
제11항에 있어서,

상기 회전 운동은 0 ~ 90°의 범위에서 실행되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
제11항에 있어서,

상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 최초 위치를 상기 스테이지에 대하여 0°라 할때, 0°, 45° 및 90°의 위치에서 각각 실행되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
제11항에 있어서,

상기 측정대상물에 빔을 조사하는 단계는 상기 광원의 최초 위치를 상기 스테이지에 대하여 0°라 할때, 0°, 30°, 60° 및 90°의 위치에서 각각 실행되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
제11항에 있어서,

상기 광원 및 반사빔 검출부는 하나의 구조물에 의해 일체로 형성되어 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.