KR101087628B1

KR101087628B1 - 이물질 검사장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR101087628B1
Application number: KR1020090032122A
Authority: KR
Inventors: 코헤이 마에다
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2011-11-30
Also published as: KR20090110232A

Abstract

이물질 검사장치는, 투광기, 산란광을 수광하는 수광기, 및 제어기를 구비한다. 수광기는, 수광기의 광축이 광축과 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 제1 각도만큼 경사지도록 배치된다. 투광광의 편광축의 평면에 대한 각도를 제2 각도로서 정의할 때, 제어기는, 제1 각도와 제2 각도와의 차가 제1 상태 및 제2 상태가 되도록 편광축과 수광기의 배치 중의 적어도 하나를 제어해서, 제1 상태 및 제2 상태에 있어서의 수광기로부터의 출력에 의거하여 이물질을 판정한다.

이물질 검사장치, 투광기, 산란광, 수광기, 법선축, 광축

Description

이물질 검사장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법{FOREIGN PARTICLE INSPECTION APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}

본 발명은, 이물질 검사장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

IC나 LSI의 제조 공정에 있어서는, 레티클 위에 형성되어 있는 회로 패턴을, 노광장치가, 레지스트가 도포된 웨이퍼 위에 전사한다.

이 전사시, 레티클 위에 패턴 결함이나 먼지 등의 이물질(foreign particle or foreign substance)이 존재하면, 이물질이 대상 패턴과 함께 웨이퍼 위에 전사되어서, 제조의 수율을 저하시킨다. 특히, 스텝 앤드 리피트(step & repeat) 방식을 사용해서 노광에 의해 웨이퍼 위의 다수의 샷(shot) 영역에 회로 패턴을 반복해서 전사할 경우에, 레티클 위에 유해한 한 개의 이물질이 존재하면, 이 이물질이 웨이퍼 전체면에 노광에 의해 전사된다. 그 결과, 수율이 크게 저하된다.

그 때문에, 레티클 위의 이물질의 존재를 검출하는 것이 필요하다. 이 필요요건을 충족하기 위해서는, 이물질이 등방적으로 빛을 산란하는 성질을 이용하는 이물질 검사장치가 널리 이용되고 있다.

예를 들면, 평행 광속을 위쪽에서 피검물의 표면 위에 비스듬히 투광하고, 굴절률 분포형의 마이크로렌즈 어레이(gradient-index microlens array)로 이물질에 의해 산란된 광을 일차원 이미지 센서(센서 어레이)로 안내해서, 피검물의 표면을 검사한다(일본국 공개특허공보 특개평7-043312호, 일본국 공개특허공보 특개평7-005115호 참조).

도 10a 및 10b는, 일본국 공개특허공보 특개평7-043312호 및 일본국 공개특허공보 특개평7-005115호에 기재되어 있는 이물질 검사장치에 있어서의 광학계의 기본 구성을 도시한 도면이다. 설명의 간략화를 위해서, 여기에서는, 레티클의 블랭크(blank)면의 이물질을 검사하는 광학계만을 설명한다. 실제로는, 이 장치는 레티클의 회로 패턴면을 이물질로부터 보호하는 펠리클(pellicle)막을 위한 이물질을 검사하는 광학계도 구비하고 있다. 도 10a 및 10b를 참조하면, 참조번호 2는, 펠리클막을 부착하고 있는 펠리클 프레임을 나타낸다.

반도체 레이저(41)로부터 방출되고, 어떤 발산각(angle of divergence)을 가진 레이저빔은, 콜리메이터(collimator) 렌즈(42)에 의해 평행 광속이 된다. λ/2판(43)은, 투광광의 편광축이 투광광의 광축과 수광기(7)가 수광한 광의 광축을 포함한 평면에 대하여 평행하도록 레이저 빔을 안내하고 있다. 레이저 빔은, 피검물의 표면에 대하여 90°에 가까운 입사 각도 θ로 입사하고 있다. 이 동작에 따라, 피검물의 표면으로서의 블랭크면(1a) 위에 레이저빔이 선형의 투광영역(5)을 형성한다.

투광영역(5)에 이물질(3)이 존재할 경우, 이물질(3)에 의해 산란광이 발생한다. 이 산란광은 투광영역(5)의 길이 방향을 따라 렌즈를 배치함으로써 형성되고 산란광을 수광하는 기능을 하는 결상 렌즈(71)(렌즈 어레이)에 의해 라인 센서(72) 위에 집광된다. 결상 렌즈(71)는 투광영역(5)을 라인 센서(72) 위에 결상하도록 구성되어 있다. 도 10b에 나타나 있는 바와 같이, 광학계 전체(10)를 투광영역(5)의 길이 방향에 수직하고, 블랭크면(1a)에 평행한 방향으로 주사함으로써, 즉 X방향으로 직선적으로 주사함으로써 블랭크면(1a) 전체의 이물질을 검사하고 있다.

종래의 이물질 검사장치는, 입자 사이즈가 커지면 산란광 강도도 커지도록 하기 위해서, 상기 투광광의 광축과 상기 수광광의 광축을 포함한 평면에 거의 평행한 방향으로 레이저빔의 편광축을 설정하고 있다.

그렇지만, 최근의 노광장치에 있어서 레티클 또는 펠리클 위의 최소 허용되는 입자 사이즈는, 10㎛ 정도로 작다. 그 때문에, 상기 이물질 검사장치가 피검물을 검사했을 때, 피검물 위의 10㎛ 입자에 의해 산란된 광으로부터의 신호와 레티클의 회로 패턴에 의해 회절된 광의 신호의 변별이 곤란해지고 있다. 여기에서는, 입자 사이즈가 커지면 산란광 강도도 커지도록, 그리고 피검물 위의 입자에 의해 산란된 광으로부터의 신호와 패턴에 의해 회절된 광의 신호의 변별성을 향상시키도록 이물질 검사장치가 설치되어 있다. 이 상태를 얻기 위해서, 투광기(4)(검사광을 형성하는 유닛) 내에 포함된 λ/2판(43)은 레이저빔의 편광축의 방위와 수광기(7)의 광축의 방위를 최적으로 설정한다.

다음에, 레티클 위의 패턴에 의해 회절된 광을 산란광으로서 오검출하는 현 상에 대해서 설명한다. 도 12는, 오검출이 종종 일어나는 광로를 레티클 위쪽과 레티클 측면(1c)의 옆쪽(X방향)에서 본 도면이다. 투광기(4)는, 블랭크면 위의 선형의 투광영역(5)에 레이저빔을 조사한다. 블랭크면으로의 입사각은 상당히 크기 때문에, 빛의 대부분(90％이상)은 반사하지만, 일부의 빛은 레티클에 입사한다. 이때, 빛이 블랭크면 위의 위치 P에서 굴절해서, Y방향으로 연장되는 선형 회로 패턴(102)을 조사하면, 패턴 회절광 103L 및 패턴 회절광 103R가 회로 패턴(102)에 의해 발생한다.

회로 패턴(102)에 빛이 비스듬히 조사되었을 경우, 그 회로 패턴(102)에 의해 정(正)반사되는 빛을 기준으로 해서 회절광은 회로 패턴(102)과 직교하는 방향으로 산란한다. 90°에 가까운 입사각도로 레이클에 침입할 때 위치 P에서 레이클에 입사하고 그 위치에서 굴절하는 빛이, 패턴 조사광으로서 기능한다. 한층 더 패턴에 의해 빛이 회절하면, 그 회절광이 블랭크면에 도달해도 블랭크면에 의해 전(全)반사된다. 마찬가지로, 블랭크면에 의해 전반사된 빛이 패턴면에 도달한 경우, 이 영역에 회로 패턴이 없으면 다시 그 패턴면 위의 입사영역에서 전반사된다. 또, 회로 패턴(102)의 밀도에 의존해서, 레티클의 뒤측면(1b) 및 레티클 측면(1c)에 의해서도 빛이 전반사되는 경우가 있다. 이렇게, 패턴 회절광(103L)은, 회로패턴(102)을 다시 조명해서 회절현상을 일으키지 않는 한, 패턴면(차광막부, 글래스부, 또는 반투명막부에 관계없이), 블랭크면 및 레티클 측면의 모두에 의해 전반사되는 경우가 있다.

또한 도 12를 참조하면, 패턴 회절광(103L)이 전반사를 반복하면, 투광영 역(5) 아래쪽(Z방향)의 위치로 되돌아가는 경우가 있다. 이 위치에 X방향으로 연장하는 선형 패턴(104)이 있으면, 다시 회절광(105)이 발생하고, 수광기(7)가 그것을 수신하는 경우가 있다. 도 13을 참조하여 이 현상에 대해서 설명한다.

도 13은, 도 10a에 나타낸 광학계를 투광기(4)측에서 본 도면이다. 전반사를 반복하고 있는 패턴 회절광(103L)이 이동하는 광로 중에서, 레티클 측면(1c)으로부터 패턴(104)에 이르는 광로를 점선으로 나타내고 있다. 패턴(104)은 X방향의 선형 패턴이기 때문에, 회절광(105)은, 정반사광을 기준으로 해서 패턴(104)과 직교하는 X축에 대한 기울기를 변화시킴으로써 얻는 것에 대응한다. 그 때문에, 도 13에서, 회절광(105)은, 정반사광과 겹치는 것처럼 보이지만, 도 12는, 블랭크면에 대한 입사각이 임계각보다 작은 경우가 있어, 공중으로 빛이 나오는 것을 나타낸다. 한층 더, 선형 패턴(104)의 밀도에 의존해서, 수광기의 결상 렌즈(71)의 광축의 방향에 가까운 각도로 회절광(105)이 회절되는 경우가 있고, 또 라인 센서(72)에 의해 이물질에 의해 산란된 광으로서 검출되는 경우가 있다.

패턴 회절광(103R)은, 마찬가지로 전반사를 반복하지만, 측면(1b) 위의 회로 패턴 영역(101)에 입사하면, 회절광이 발생하기 때문에 서서히 소실된다. 발생한 회절광은 수광기(7)에 입사하는 일이 없기 때문에, 오검출은 발생하지 않는다.

본 발명의 목적은, 패턴에 의해 회절된 광에 의한 오검출을 방지해서, 피검물의 이물질을 정밀하게 검사할 수 있는 이물질 검사장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1의 측면에 의하면, 피검물의 표면에 광을 투광하는 투광기와, 상기 투광기에 의해 상기 표면에 투광되고 상기 표면에 의해 산란되는 광을 수광하는 수광기와, 상기 수광기로부터의 출력에 의거하여 상기 표면에 있어서의 이물질의 유무와 크기 중의 적어도 하나를 판정하는 제어기를 구비하는 이물질 검사장치가 제공되고, 상기 투광기는, 상기 투광기의 광축이 상기 표면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 수광기는, 상기 수광기의 광축이 상기 투광기의 광축과 상기 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 제1 각도만큼 경사지도록 배치되며, 투광광의 편광축의 상기 평면에 대한 각도를 제2 각도로서 정의할 때, 상기 제어기는, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도와의 차가 서로 다른 제1 상태 및 제2 상태가 되도록 상기 투광광의 편광축과 상기 수광기의 배치 중의 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 제1 상태에 있어서의 상기 수광기로부터의 출력과 상기 제2 상태에 있어서의 상기 수광기로부터의 출력에 의거하여 이물질을 판정한다.

본 발명에 의하면, 패턴에 의해 회절된 광에 의한 오검출을 방지해서, 피검물의 이물질을 정밀하게 검사할 수 있는 이물질 검사장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시 예에 대해서 상세히 설명한 다. 또한, 이하에 설명하는 실시 예는, 본 발명의 일례이며, 본 발명이 적용되는 장치의 구성이나 각종 조건에 따라 적당하게 수정 또는 변경되어야 할 것이다.

[제1의 실시 예]

도 1a 및 도 1b는, 제1의 실시 예에 따른 이물질 검사장치의 광학계의 기본 구성을 도시한 도면이다. 설명의 간략화를 위해서, 여기에서는 레티클(1)의 블랭크면(1a)의 이물질을 검사하는 광학계만을 설명한다. 실제로, 이 장치는 레티클(1)의 회로 패턴면을 이물질로부터 보호하는 펠리클막을 위한 이물질을 검사하는 광학계도 구비할 수 있다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 참조번호 2는, 펠리클막이 부착되어 있는 펠리클 프레임이다. 따라서, 피검물은, 레티클(1) 및 펠리클막 중의 적어도 하나일 수 있다.

레티클(1)의 표면에 빛을 투광하는 투광기(4)는, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 것과 같이, 반도체 레이저(41), 콜리메이터 렌즈(42), 및 λ/2판(43)으로 구성된다. 단, 도 1a 및 1b에 나타낸 투광기(4)에는 λ/2판(43)을 광축에 대해서 회전 구동시킬 수 있는 기구가 설치되어 있다. λ/2판(43) 대신에 편광 필터, λ/4판, 편광소자 등이 사용되어도 된다. 투광기(4)에 의해 투광되고 블랭크면(1a)에 의해 산란된 광을 수광하는 수광기 8의 구성은, 도 10a에 나타낸 수광기 7과 같다. 그러나, 도 1a에 나타낸 이물질 검사장치는, 수광기 8과 같은 구성의 수광기 9와, 수광기 8, 9로부터의 출력에 의거하여 블랭크면(1a)에 있어서의 이물질의 유무와 크기 중의 적어도 하나를 판정하는 제어기(미도시)를 더 구비하고 있다. 도 1b에 나타나 있는 바와 같이, 이물질 검사장치는, 투광영역(5)의 길이 방향에 수직하고 블랭크 면(1a)에 평행한 방향으로 광학계 전체(10)를 주사함으로써, 즉 X방향으로 직선적으로 주사함으로써 블랭크면(1a) 전체의 이물질을 검사하고 있다.

투광기(4)는, 해당 투광기(4)가 투광하는 광의 광축이 블랭크면(1a)에 대하여 각도 θ만큼 경사지도록 배치되어 있다.

도 2는, 수광기 전체의 기본구성과 레이저빔의 편광축의 설정 방향을 나타내고, 레티클로 레이저빔이 투광되는 방향, 즉 Y방향에서 본 단면도다. 수광용의 결상 렌즈 81 및 82가 수광하는 빛의 광축, 즉 수광기 8의 광축은, 투광기(4)의 광축과 피검물의 표면(블랭크면 또는 펠리클면)의 법선축을 포함한 평면에 대하여 제1 각도 φ1만큼 경사져 있다. 한편, 수광용의 결상 렌즈 91 및 92의 광축(수광기(9)의 광축)은, 투광기(4)의 광축과 피검물의 표면(블랭크면 또는 펠리클면)의 법선축을 포함한 평면에 대하여 별도의 제1 각도 φ2만큼 경사져 있다. 수광기 8의 제1 각도 φ1과 수광기 9의 제1 각도 φ2는 서로 다르다.

계속해서 투광하는 레이저빔의 편광축의 방위를 최적으로 설정하는 방법에 대해서 설명한다. 도 3은, 각 입자 사이즈(10㎛, 15㎛, 30㎛)에 있어서의 편광축의 방위와 산란광의 강도의 출력과의 관계를 나타낸다. 도 3은 φ1=-30°일 때 수광기 8로부터의 출력과 편광축의 방위와의 관계를 나타낸 것이다. 투광광의 편광축의 방위는, 투광기(4) 내에 포함된 λ/2판(43)을 회전시킴으로써 변경될 수 있다. 여기에서, 투광기(4)의 광축과 피검물 표면의 법선축을 포함한 평면에 대한 투광광의 편광축의 각도인 제2 각도를 α라고 한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 반시계방향은 각도 φ 및 α의 포지티브 방향이다. 예를 들면, 도 2에 있어서, φ1 <0 및 φ2>0 이다.

이물질 검사장치는 수광기 8 및 9로부터의 출력에 근거해서 유일하게 입자 사이즈를 결정할 필요가 있다. 상기의 검사조건 하에서, 편광축의 방위 α이 -90°∼+30°일 때에 입자에 의해 산란된 광으로부터의 신호의 출력이 10㎛ < 15㎛ < 30㎛의 입자 사이즈 순으로 나타난다. 수광기(9)가 φ2 = +30°을 만족하면서 검출을 행했을 경우, 편광축의 방위 α이 +90°∼-30°일 때에 입자에 의해 산란된 광으로부터의 신호의 출력이 10㎛ <15㎛ <30㎛의 입자 사이즈 순으로 나타난다.

도 4는 편광축의 방위에 대한 10㎛ 입자에 의해 산란된 광의 강도의 출력과, 패턴에 의해 회절된 광의 강도의 출력과의 관계를 나타낸다. 도 4로부터 알 수 있듯이, 수광기(8)가 φ1 = -30°을 만족하면서 10㎛ 입자에 의해 산란된 광의 출력보다 작게 패턴에 의해 회절된 광의 출력을 설정하기 위해서는, 편광축의 방위 α을 -40°이상으로 설정할 필요가 있다. 또한, 수광기 9가 φ2 = +30°을 만족하면서 검출을 행할 때, 편광축의 방위 α을 +40°이하로 설정할 필요가 있다. 상기의 편광축의 방위의 조건 하에서는, 패턴의 종류에 관계없이 10㎛ 입자에 의해 산란된 광의 출력과 패턴에 의해 회절된 광의 출력과의 정성(定性) 관계는 변하지 않는다.

상기 실시 예에 있어서, 피검물 표면 위의 입자에 의해 산란된 광으로부터의 신호와 패턴에 의해 회절된 광의 신호의 변별성을 향상시키고, 또한 입자 사이즈가 커지면 산란광 강도도 커지도록 장치를 설정한다. 이 상태를 달성하기 위해서, 편광축의 방위 α는, λ/2판(43)에 의해서 투광기(4)의 광축과 피검물의 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 ±30°의 범위 내에서 설정된다. 또한, 펠리클면측의 편광축의 방위 α도 마찬가지로 최적화할 수 있다.

수광기 8 및 9의 광축의 방위를 최적으로 설정하는 방법에 대해서 설명한다. 수광기 8 및 9의 광축의 제1 각도 φ1 및 φ2는 패턴에 의해 회절된 광을 산란광으로서 오검출하는 것을 피하기 위해서 25°이상 90°미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 수광기 8 및 9의 광축의 제1 각도 φ와 편광축의 방위가 되는 제2 각도와의 차(φ-α)는, -60°이상 +60°이하의 범위 내에서 설정할 필요가 있다. 왜냐하면, 편광축의 방위를 고정한 상태에서 수광기 8 및 9의 광축이 경사지면, 입자 사이즈가 커짐에 따라 산란광의 강도도 커지는 조건을 유지하지 않기 때문이다.

예를 들면, 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, φ1=-30°일 때, 입자 사이즈가 커지면 산란광의 강도도 커지는 조건을 충족하는 방위 α는, 전술한 바와 같이 -90°≤α≤＋30°이다(도 5a). 그러나, α= +30°에서 각도 φ1을 φ1'로 △φ1 = -10°만큼 증가시켰을 때(φ'＝-40°), 상기 조건을 충족하는 방위 α는, -100°≤α'≤＋20°로 시프트한다(도 5b). 이때, α= +30°>α'＝ +20°이므로, 산란광으로부터의 신호의 출력이 10㎛ < 15㎛ <30㎛의 입자 사이즈 순으로 나타나지 않는다(도 5c).

따라서, 수광기의 광축이, 투광기의 광축과 피검물의 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 25°이상 90°미만의 각도로 경사져 있고, 또한 상기 직선 편광의 편광방향에 대하여 ±60°범위 내의 각도로 경사져 있을 필요가 있다.

[제2의 실시 예]

이물질 검사장치에 있어서, 제어기가 피검물의 표면 위의 입자에 의해 산란 된 광으로부터의 신호와 패턴에 의해 회절된 광의 신호를 변별하는 방법에 대해서 설명한다.

도 6에 나타나 있는 바와 같이, 편광축의 방위 α에 대한, 피검물의 표면에 있어서의 10㎛ 입자에 의해 산란된 광의 출력 곡선과 패턴에 의해 회절된 광의 출력 곡선은 서로 다르다. 이 점에 주목해서, 검사시에 신호를 검출했을 때에 편광축의 방위α을 변경하고, 다시 검출을 행한다. 일련의 검출동작에 의해 취득한 복수의 출력들 간의 차에 의거하여, 제어기는, 출력이 피검물의 표면에 존재하는 이물질의 정보에 의한 것인지 혹은 패턴에 의해 회절된 광 등의 이물질 이외의 요인에 의한 것인지를 판정한다. 또한, 제어기는 편광축의 방위 α을 변경하기 전후의 복수의 출력들 간의 비에 의거해서 이 판정을 행한다. 예를 들면, 편광축의 방위 α를 α1로부터 α2로 전환했을 때 출력이 A1 혹은 A1'로부터 A2 혹은 A2'로 변경되었다고 한다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 출력이 입자에 의해 산란된 광의 정보에 의한 것이면 A2 - A1 > 0이 되고, 출력이 패턴에 의해 회절된 광의 정보에 의한 것이면 A2'-Al'＜0이 된다. 이 사실로부터, 입자에 의해 산란된 광과 패턴에 의해 회절된 광을 변별할 수 있다. 또한, 출력이 입자에 의해 산란된 광의 정보에 의한 것이면 A2/A1>1이 되고, 출력이 패턴에 의해 회절된 광의 정보에 의한 것이면 A2'／A1'＜1이 되는 것으로부터도 이 변별을 행할 수 있다.

사전에 편광축의 방위마다의 기준입자(예를 들면, 10㎛ 입자)로부터의 신호의 출력의 기준값을 취득(기록)한다. 그 취득한 출력에 대한 검출 신호 출력의 관계로부터, 출력이 입자에 의해 산란된 광의 정보에 의한 것인지 혹은 패턴에 의해 회절된 광의 정보에 의한 것인지를 판정한다. 예를 들면, 편광축의 방위를 α1로부터 α2로 전환했을 때의 피검물의 표면 위의 10㎛ 입자의 출력이 A1로부터 A2로 변화되었을 때의 출력 A1 및 A2을 기록해 둔다. 실제의 검사시에는 편광축의 방위를 α1로부터 α2로 전환했을 때 출력이 A1'로부터 A2'로 변화되었다고 한다. 그때, A1-A1'＜A2-A2'이면, 출력은 패턴에 의해 회절된 광의 정보에 의한 것이라고 판정한다.

[제3의 실시 예]

도 7은 φ＝-30°및 α=0°로 정의된 제1 상태에서 취득한 검사결과를, 횡축을 입자 사이즈라고 하고, 종축을 입자에 의해 산란된 광의 출력이라고 하는 그래프를 이용해서 나타낸 것이다. 이 결과에 의하면, 입자 사이즈가 A㎛을 넘으면, 입자 사이즈가 커짐에 따라 산란광 강도도 커지는 관계가 성립하지 않게 된다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, φ＝－30°및 α=+60°로 정의된 제2 상태에서 검사를 행하면, 입자 사이즈가 A㎛을 넘어도 입자 사이즈가 커짐에 따라 산란광 강도도 커지는 관계가 성립한다. 다만, 입자 사이즈가 A㎛보다 작은 경우에는 이 관계가 성립하지 않게 된다. 이 사실을 고려해서, 변별해야 할 입자 사이즈에 따라, 투광광의 편광 상태를 적절히 전환해도 된다. 좀더 구체적으로는, 1개의 수광기를 사용하는 경우, 투광기(4)와 수광기 8과의 위치 관계를 유지하면서, 투광광의 편광축의 방위를 변경해서 피검물의 표면을 따라 상대적으로 복수회 투광기(4)와 수광기 8을 주사함으로써 피검물의 표면 전체를 검사한다. 연속적인 주사 동작들 간의 간격에 있어서, 투광광의 편광축의 방위를, 변별 대상으로 하는 입자 사이즈가 A㎛이하일 때의 α=0°과, 입자 사이즈가 A㎛이상일 때 광축이 수광기 8의 광축과 직교하는 조건 사이에서 전환한다.

도 7에 나타낸 제1 상태와 도 8에 나타낸 제2 상태에 있어서, 각도 φ은 각각 동일한 -30°의 값을 갖지만, 이들 상태에서의 방위 α는 0°와 +60°의 상이한 값을 갖는다. 즉, 제1 상태와 제2 상태 사이에서는, 제1 각도와 제2 각도와의 차(φ－α)가 다르다.

복수의 수광기가 배치될 경우, 투광기(4)와 복수의 수광기 8 및 9와의 위치 관계를 유지하면서 피검물의 표면을 따라 상대적으로 1회 투광기(4)와 복수의 수광기 8 및 9를 주사함으로써 피검물의 표면 전역을 검사한다. 그 경우, 예를 들면, φ1=-60°, α=+30°및 φ2 = +40°를 설정한다(도 9). 그렇게 하면, 수광기 8, 9에 있어서, 전술한 바와 같이, 패턴에 의해 회절된 광을 검출하지 않고, 변별하고 싶은 입자 사이즈에 있어서 입자 사이즈가 커짐에 따라 산란광의 강도 출력이 커지는 조건을 충족시키고, 조속히 검사를 행할 수 있다.

도 11a는, 광학계 전체(10)를 왕복구동해서 1개의 수광기 8을 이용한 검사 시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 우선, 수광기 8을 방위 α이 제1 상태(기준 A 위치)에 있는 상태에서 +X방향으로 주사해서 검사를 행한다. 이물질의 검출이 없으면, 검사는 종료한다. 이물질을 검출한 경우에는, 방위 α을 제2 상태(기준 B 위치)로 설정해서 수광기 8을 -X방향으로 주사해서 다시 검사를 행한다. 따라서, 이 플로차트에서 이물질을 검출했을 때에는, 광학계 전체(10)를 여러번 주사한다. 광학계 전체(10)의 주사 방향을 변경하기 위해서, λ/2판(43)을 회전시킬 필요가 있 다. +X방향 및 -X방향의 주사 동작시에 수광기 8로부터의 출력은, 예를 들면 평방 밀리미터(square millimeter)의 각 좌표에 있어서의 검출 입자 사이즈로서 미리 검사장치 내에 저장되어 있다. 최종적인 검사 결과로서는, 좌표마다 수광기 8가 취득한 2개의 검사 결과의 작은 쪽의 검출 입자 사이즈를 결정한다. 이물질이 검출된 경우에는 수광기 8로부터의 2개의 출력은 같은 검출 입자 사이즈의 정보에 기인하기 때문에 정확하게 이물질을 검출할 수 있다.

도 11b는, 2개의 수광기 8, 9를 이용한 검사 시퀀스를 나타내는 플로차트이다. λ/2판(43)은 편광축의 방위 α을 -40°이상 +40°이하의 범위 내에서 설정한다. 한층 더, 수광기 8, 9의 광축은, 모두 투광기의 광축과 피검물 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 25°이상 90°미만의 각도로 경사져 있고, 직선 편광의 편광방향에 대하여 ±60°범위 내의 각도로 경사져 있다. 이 상태에서, 수광기 8, 9를 +X방향으로 주사함으로써 동시 검사를 행한다. 이 검사방법에서는, 수광기 8, 9에 있어서 패턴에 의해 회절된 광에 기인한 오검출이 발생하는 일이 없다. 한층 더, 2개의 수광기 8, 9를 조절하여 상기의 검사 조건을 만족시키면 λ/2판(43)을 회전시켜서 광학계 전체(10)를 왕복구동시킬 필요가 없다(λ/2판(43)의 회전 위치를 고정). 그것에 의해 조속히 정확하게 이물질을 검출할 수 있다.

도 11c는, 2개의 수광기 8, 9를 이용한 또 다른 검사 시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 도 11c의 플로차트에서는, 수광기 8, 9를 +X방향으로 주사해서 검사를 행한다. 이물질의 검출이 없으면, 검사는 종료한다. 이물질을 검출한 경우에는, 수광기 8, 9를 -X방향으로 주사해서 다시 검사를 행한다. 주사 방향을 변경하기 위해 서, λ/2판(43)을 회전시킨다. 최종적인 결과로서, 각 주사 방향의 각 수광기 8, 9로부터의 출력의 변화(출력들 간의 차, 출력들 간의 비, 기준입자출력에 대한 출력의 비의 변화)에 따라 이물질의 사이즈, 이물질에 의해 산란된 광, 및 패턴에 의해 회절된 광을 판정한다.

1개의 수광기 8을 이용하는 것으로 한다. 광학계 전체(10)를 +X방향으로 주사해서 검사를 행할 때에, λ/2판을 회전시켜서 수광기의 광축과 직교하는 방향으로 투광광의 편광축을 설정한다(사이즈가 큰 이물질 검사). 광학계 전체(1O)를 -X방향으로 주사할 경우, λ/2판을 회전시켜서 투광광의 편광축의 각도 α가 ±40°의 범위 내에 있고, 또 수광기의 광축에 대하여 ±60°의 범위 내에 있는 방위에서 편광축을 설정한다(사이즈가 작은 이물질 검사). 즉, 주사시마다 변별 대상의 이물질 사이즈에 따라 λ/2판의 회전 위치를 설정한다.

2개의 수광기를 사용하는 것으로 한다. 광학계 전체(10)를 +X방향으로 주사해서 검사를 행할 때에, λ/2판을 회전시킨다. 적어도 1개의 수광기의 광축과 직교하고 또한 투광기의 광축과 피검물 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 ±40°의 범위 내에 있으며, 다른 수광기의 광축에 대하여 ±60°의 범위 내에 있는 방위에서 편광축을 고정한다. 즉, 2개의 수광기가, 변별 대상의 상이한 이물질 사이즈의 동시 검사를 행할 수 있도록 λ/2판의 회전 위치를 고정한다.

본 발명은, 반도체소자와 액정표시소자 등의 제조에 사용되는 반도체 노광장치뿐만 아니라, 각종 고정밀 가공장치와 각종 고정밀 측정장치 등에도 적용가능하고, 피가공물이나 피측정물의 피검사면 위의 이물질을 검출하는데 유효하다.

[노광장치의 설명]

본 발명에서 적용되는 예시적인 레티클의 패턴을 기판에 전사해서 기판을 노광하는 노광장치를 설명한다. 노광장치는 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 조명장치(501), 레티클을 탑재한 레티클 스테이지(502), 투영 광학계(503), 및 기판을 유지하는 기판 스테이지(504)를 구비한다. 상기한 바와 같이, 구동기구(미도시)는 기판 스테이지(504)를 Y방향으로 주사하고, X방향으로 스텝 이동시킨다. 노광장치는, 레티클 위에 형성된 회로 패턴을 기판에 투영해서 주사 노광을 행한다.

조명장치(501)는 회로 패턴이 형성된 레티클을 조명하고, 광원유닛과 조명 광학계를 갖는다. 예를 들면, 광원유닛으로서 광원으로서의 레이저를 사용한다. 레이저는, 예를 들면 파장 약193nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약248nm의 KrF 엑시머 레이저, 파장 약153nm의 F₂엑시머 레이저 등을 사용할 수 있다. 그러나, 레이저의 종류는 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 예를 들면 YAG 레이저여도 되고, 그 레이저의 개수도 한정되지 않는다. 광원으로서 레이저가 사용될 경우, 레이저 광원으로부터의 평행 광속을 원하는 빔 형상으로 정형하는 광학계, 코히런트 레이저 빔을 인코히런트(incoherent) 레이저 빔으로 변환하는 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 광원부에 사용가능한 광원은 레이저에 한정되는 것이 아니고, 1 또는 복수의 수은램프나 크세논 램프 등도 사용가능하다. 조명 광학계는 마스크를 조명하며, 렌즈, 미러, 라이트 인테그레이터(light integrator), 조리개 등을 포함한다.

투영 광학계(503)는, 복수의 렌즈 소자만으로 이루어지는 광학계, 복수의 렌 즈 소자와 적어도 한 장의 요면경을 갖는 광학계, 복수의 렌즈 소자와 적어도 한 장의 키노폼(kinoform) 등의 회절 광학소자를 갖는 광학계, 전 미러형의 광학계 등을 사용할 수 있다.

레티클 스테이지(502) 및 기판 스테이지(504)는, 예를 들면 리니어 모터에 의하여 이동가능하다. 각각의 스테이지 502 및 504는 동기해서 이동한다. 또한, 레티클의 패턴을 기판 위에 위치맞춤하기 위해서 웨이퍼 스테이지(504) 및 레티클 스테이지(502)에 액추에이터(구동기구; 미도시)를 설치한다.

다음에 상기의 노광장치를 이용한 디바이스 제조방법의 실시 예를 설명한다.

디바이스(예를 들면, 반도체 집적회로소자 및 액정표시소자)는, 전술의 실시 예에 따른 노광장치를 사용해서 기판을 방사 에너지에 노광하는 공정과, 노광 공정에서 노광된 기판을 현상하는 공정과, 현상 공정에서 현상된 기판을 가공하는 다른 주지의 공정(에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 공정 등)에 의해 제조된다.

본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명했지만, 본 발명의 이 예시적인 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 청구범위는 모든 변경, 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

도 1a 및 도 1b는, 제1의 실시 예에 따른 이물질 검사장치의 개략도다.

도 2는, 제1의 실시 예에 따른 이물질 검사장치의 단면도다.

도 3은, 입자에 의해 산란된 광의 출력과 편광축의 방위와의 관계를 도시한 도면이다.

도 4는, 입자에 의해 산란된 광의 출력과 편광축의 방위와의 관계를 도시한 그래프 및 도면이다.

도 5a 내지 도 5c는, 입자에 의해 산란된 광의 출력과 편광축의 방위와의 관계를 도시한 그래프 및 도면이다.

도 6은, 입자에 의해 산란된 광의 출력 및 패턴에 의해 회절된 광의 출력과 편광축의 방위와의 관계를 도시한 그래프이다.

도 7은, φ=-30°및 α=0°에 있어서의 산란광의 출력과 입자 사이즈와의 관계를 도시한 그래프 및 도면이다.

도 8은, φ=-30°및 α=+60°에 있어서의 산란광의 출력과 입자 사이즈와의 관계를 도시한 그래프 및 도면이다.

도 9는, φ1=-60°, φ2 =+40°및 α=+30°에 있어서의 편광축의 방위와 2개의 수광기의 광축의 방위와의 관계를 도시한 그래프이다.

도 10a 및 도 10b는, 종래의 이물질 검사장치의 개략도다.

도 11a는, 검사 시퀀스의 일례를 도시한 플로차트다.

도 11b은, 검사 시퀀스의 또 다른 예를 도시한 플로차트다.

도 11c는, 검사 시퀀스의 또 다른 예를 도시한 플로차트다.

도 12는, 패턴에 의해 회절된 광을 산란광으로서 오검출하는 메커니즘의 설명도다.

도 13은, 패턴에 의해 회절된 광을 산란광으로서 오검출하는 메커니즘의 설명도다.

도 14는, 노광장치의 일례를 도시한 도면이다.

Claims

피검물의 표면에 광을 투광하는 투광기와, 상기 투광기에 의해 상기 표면에 투광되고 상기 표면에 의해 산란되는 광을 수광하는 수광기와, 상기 수광기로부터의 출력에 의거하여 상기 표면에 있어서의 이물질의 유무와 크기 중의 적어도 하나를 판정하는 제어기를 구비하는 이물질 검사장치로서,

상기 투광기는, 상기 투광기의 광축이 상기 표면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 수광기는, 상기 수광기의 광축이 상기 투광기의 광축과 상기 표면의 법선축을 포함한 평면에 대하여 제1 각도만큼 경사지도록 배치되며,

투광광의 편광축의 상기 평면에 대한 각도를 제2 각도로서 정의할 때,

상기 제어기는 상기 제1 각도와 상기 제2 각도와의 차가 서로 다른 제1 상태 및 제2 상태가 되도록 상기 투광광의 편광축과 상기 수광기의 배치 중의 적어도 하나를 제어함으로써,

이물질의 입자 사이즈와 각 이물질로부터의 광을 수광한 경우의 수광기의 출력과의 관계를 나타내는 데이터를 이용하여, 상기 제1 상태에 있어서의 수광기의 출력과 상기 제2상태에 있어서의 상기 수광기의 출력으로부터, 이물질의 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 각도와 상기 제2 각도와의 차는, 양쪽 상기 제1 상태 및 상기 제2 상태에 있어서 -60°이상 +60°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 각도와 상기 제2 각도와의 차는, 상기 제1 상태 및 상기 제2 상태 중의 하나에 있어서 90°인 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 각도는, -40°이상 +40°이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 투광기와 상기 수광기 1개와의 위치 관계를 유지하면서 상기 투광기와 상기 수광기를 상기 피검물의 표면을 따라 상대적으로 복수회 주사하고, 복수회의 주사동작마다 상기 제2 각도가 변하도록 상기 투광광의 편광축을 제어함으로써, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태를 설정하는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 수광기는 복수의 수광기들을 포함하고,

상기 제어기는, 상기 투광기와 상기 복수의 수광기들과의 위치 관계를 유지하면서 상기 투광기와 상기 복수의 수광기들을 상기 피검물의 표면을 따라 상대적으로 주사함으로써, 상기 복수의 수광기들로부터 복수의 출력들을 얻는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제어기는, 이물질로부터의 광을 수광한 경우의 수광기의 출력과 상기 피검물의 패턴으로부터의 회절광을 수광한 경우의 수광기의 출력과의 관계를 나타내는 데이터를 이용하여,

상기 복수의 출력들로부터, 상기 복수의 출력들이 상기 피검물의 표면에 존재하는 이물질의 정보에 기인하는지 또는 상기 이물질 이외의 요인에 기인하는지의 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 복수의 출력들 간의 차, 상기 복수의 출력들 간의 비, 및 상기 복수의 출력들 중의 하나의 출력과 이 출력의 기준값과의 차 중의 하나에 의거하여 상기 복수의 출력들이 상기 이물질의 정보에 기인하는지 또는 상기 이물 질 이외의 요인에 기인하는지를 판정하는 것을 특징으로 하는 이물질 검사장치.
레티클의 패턴을 기판에 전사해서 상기 기판을 노광하는 노광장치로서,

상기 레티클의 표면에 있어서의 이물질을 검사하는 청구항 1 내지 8 중의 어느 한 항에 기재된 이물질 검사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
청구항 9에 기재된 노광장치를 이용해서 기판을 방사 에너지에 노광하는 것과,

노광된 기판을 현상하는 것과,

현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 것을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.