KR101199082B1 - 반도체 웨이퍼의 표면 검사방법 및 그 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 표면 검사방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 기판(基板) 표면에 있는 미세한 이물질 또는 결정(結晶)결함등 미세한 상처를 검사하는 표면 검사방법 및 그 장치에 관한 것으로, 파장이 서로 다른 적어도 두 개의 레이저 광선을 동일한 투영렌즈를 사용하여 같은 검사부위를 비춰주는 단계와 각 레이저 광선의 반사율의 값 변동을 서로 보완할 수 있도록 양쪽 레이저 광선의 입사각(入射角)을 설정하는 단계 및 반사 산란광을 검출하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법과 파장이 서로 다른 복수개의 레이저 광선을 독립하여 사출(射出)하는 적어도 두 개의 레이저 발광부(發光部)와 상기 레이저광을 기판의 표면에 투영하는 투영렌즈 및 이 투영렌즈에 레이저광을 평행으로 입사케 하는 투영(投影)광학계를 구비하고, 상기 투영렌즈에 대한 입사위치(入射位置)를 조절하여 각 레이저광의 기판 표면에 대한 입사각을 설정함을 특징으로 하는 표면 검사장치에 관한 것으로, 서로 막의 종류가 다르거나, 막의 두께가 다른 어떠한 기판에 대하여도 안정적인 검사를 할 수 있게 된다.

Description

반도체 웨이퍼의 표면 검사방법 및 그 장치{Method and Device for surface inspection}
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 개략 구성도,
도 2는 상기 실시예의 설명도,
도 3은 광선의 파장이 서로 다른 경우의 기판(基板) 성막 두께의 변동에 따르는 반사율 변동의 선도,
도 4는 광선의 파장이 서로 다른 경우의 기판(基板) 성막 두께의 변동에 따르는 반사율 변동의 선도,
도 5는 종래의 예를 나타내는 개략 구성도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호설명]
1 : 광원부 3 : 수광부(受光部)
2 : 기판(基板) 6 : 제어부
11 : 제 1레이저 발광부 12 : 제 2레이저 발광부
17 : 제4거울 18 : 광검출기
21 : 투광 광학계(光學系) 22 : 제1레이저광선
23 : 제2레이저광선 24 : 광로 교체수단
25 : 제1렌즈유니트 26 : 제1투영거울
27 : 제2투영거울 28 : 투영렌즈
29 : 제1투영광축 30 : 제2렌즈유니트
31 : 제3투영거울 32 : 제4투영거울
33 : 제2투영광축 34 : 주(主)광축
본 발명은 반도체 웨이퍼의 기판 표면에 있는 미세한 이물질 또는 결정(結晶)결함등의 미세한 상처를 검사하는 표면 검사방법 및 그 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 경우, 웨이퍼 등 기판의 표면에 부착된 미세한 이물질이 제품의 품질이나 제품의 수율에 크게 영향을 주게 되며, 이 때문에 반도체 소자의 제조공정에 있어, 기판 표면에 대한 표면검사가 실시되고 있다. 또한 반도체 소자는 점점 더 고밀도화가 이루어지고, 제조 프로세스도 더욱 더 복잡화되어, 웨이퍼의 표면에는 여러 종류의 막이 형성되게 된다.
표면 검사장치는 기판의 표면에 검사광을 조사(照射)하고, 이물질에 의해서 발생되는 반사 산란광을 검출기에 의해서 수광(受光)함으로써 이물질의 검출을 행하게 된다. 반도체 웨이퍼의 표면검사에 있어서, 높은 검출 정밀도를 얻기 위해서 는 이물질을 검출하여 구별할 수 있는 S/N 비율을 확보하는 것이 중요하고, 이를 위하여 이물질에서의 반사 산란광의 광량을 충분히 얻을 수 있도록 검사조건을 설정할 필요가 있다.
검출감도 및 검출 정밀도는 기판의 표면을 조사하는 검출광의 파장 및 강도와 관계가 있는 것으로, 파장을 짧게 함으로서 검출감도를 향상시킬 수 있고, 충분한 반사 산란광의 강도를 얻음으로서 검출의 S/N 비율을 높혀서 검출 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 5에 의해 종래의 표면 검사장치의 개략 구성에 대하여 설명한다.
도면중 부호 1은 광원부, 부호 2는 투광 광학계, 부호 3은 수광부(受光部), 부호 4는 회전 구동부, 부호 5는 검사대상인 웨이퍼의 기판, 부호 6은 제어부를 나타낸다. 상기 회전 구동부(4)는 회전모터(7)와 이 회전모터(7)에 의해 회전되는 회전테이블(8)로 구성되고, 이 회전테이블(8)에 상기 기판(5)이 고정되어 있고, 또 회전모터(7)는 제어부(6)의 지령에 의해 구동부(9)에서 소정의 회전수로 정속(定速)회전하도록 제어를 받게 된다.
상기 광원부(1)는 파장λ1과 파장λ2의 레이저 광선을 사출하는 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)를 가지고 있다. 상기 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)의 발광체는 취급하기 쉽고, 안전하며, 수명이 길다는 이유에서 레이저 다이오드(LD)를 사용하고 있다.
상기 광원부(1)에서 사출되는 레이저 광선은 투광 광학계(2)를 거쳐, 기판(5)에 조사된다. 또, 상기 투광 광학계(2)는 레이저 발광부(11)에서 사출되는 파장λ1의 레이저 광선을 렌즈 유니트(15)에 유도하여 제 1거울(13) 또, 제 2레이저 발광부(12)에서 사출된 파장λ2의 레이저 광선을 렌즈 유니트(15)에 유도하여 제 2거울(14),
상기 렌즈 유니트(15)에서의 레이저 광선을 기판(5)의 검사부위를 조사하는 제 3거울(16)과 제 4거울(17)을 가지게 된다.
상기 제 1거울(13)은 제 1레이저 발광부(11)에서의 파장λ1의 레이저 광선을
투과시키고, 타의 파장의 레이저 광선을 반사하여 상기 제 2거울(14)은 제 2레이저 발광부(12)에서의 파장λ2의 레이저 광선을 반사하고, 이 파장λ2의 레이저 광선을 파장λ1의 레이저 광선과 동일 광축이 되도록 상기 제 1거울(13)에 입사된다.
또, 상기 렌즈 유니터(15)는 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)에서의 레이저 광선이 검사부위에서 집광하도록 레이저 광선의 광속상태를 조정한다.
레이저 광선이 상기 기판(5)에 조사되어 이물질이나 상처 때문에 생기 반사
산란광은 광검출기(18)에 의해 검출되고, 데이터는 신호 처리부(19)에 의해서 상기 제어부(6)에 입력된다.
상기 제어부(6)에 의해서 검출된 이물질의 크기에 따라 광원부(1)의 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12) 중 어느 하나가 선택되고 레이저 광선이 사출된다. 레이저광은 상기 투광 광학계(2)에 의해 검사부위를 조사하게 된다.
상기 제어부(6)는 구동부(9)에 의해 기판(5)을 일정 속도로 회전시키고, 또 도시되어 있지는 않으나 주사부(走査部)에 의해 조사위치(照射位置)를 반지름 방향으로 이동시켜 레이저 광선이 상기 기판(5)의 전체면을 나선모양으로 주사(走査)하도록 제어한다.
상기 광검출(18)이 검출된 반사 산란광은 전기신호로 출력되고, 이 전기신호가 신호 처리부(19)에서 증폭되고, 노이즈 제거 또는 A/D 변환등의 신호처리가 이루어진 후 제어부(6)에 입력된다. 이 제어부(6)는 신호처리부(19)로부터의 신호에 근거하여 이물질, 상처, 결함등의 검출이 이루어지게 되며, 이물질의 위치, 개수등을 연산하여 검출결과를 도시되지 않은 기억부에 기록하거나, 또는 도시되지 않은 표시부에 검사결과를 표시하게 된다.
특히, 표면 검사장치로서는 예를들면, 일본 특허공보 특공평8-20371호 및 특개2000-294610호에 소개되고 있다.
상기한바와 같이 표면검사에 있어서, 검출감도 및 검출 정밀도는 검출되어지는 반사 산란광의 강도, 즉 광량에 영향을 주게 된다. 그러나 광투과성을 갖는 피검사 대상의 표면에 있어서는 기판 표면상에 형성되는 막의 두께 또는 막의 종류에 따라 반사 산란광의 표면상의 반사특성이 변화하게 된다.
예를들면, 어떤 파장을 갖는 검사광을 동일한 종류의 막을 형성하는 기판 위에 입사시킬 경우, 표면위에 형성되는 막의 두께 변화에 따라 표면의 반사율은 주기적으로 변동하기 때문에 특정의 막 두께로는 이물질 결함등의 검출 정밀도는 심 하게 손상되는 경우가 발생한다.
이 때문에 표면 검사장치의 광원에서 발생하는 레이저 광선의 파장, 즉 검사에 사용되는 레이저 광선의 파장과 피검사 대상이 되는 기판상에 형성된 막의 두께에 대하여는 소정의 조건하에서 반사율이 현저히 떨어지고, 반사 산란광의 강도 즉 검
출되는 광량의 값이 아주 감소되어 표면검사의 정밀도에 영향을 주게 된다.
예를들면, 동일한 종류의 막이라도 막의 두께가 서로 다른 기판을 검사하는 경우, 또는 동일한 기판 위에서 막의 두께가 변동하는 검출조건에서는 반사율의 변동 즉 반사 산란광의 강도, 광량에 변동이 생겨 표면검사의 정밀도에 영향을 주어 검사를 할 수 없게 된다.
한편, 서로 다른 파장의 레이저 광선을 동시에 사용하여 반사 산란광의 강도가 현저히 감소하는 것을 방지할 수도 있으나, 각 파장에 있어서 막의 두께 변화에 따라 반사 산란광의 강도의 피크값이 현저하게 다르면, 검출감도의 다이나믹 렌지를 넓게 설정할 필요가 있게 되고, 노이즈등 다른 원인으로부터의 영향을 받기 쉽게 된다. 한편, 표면에 성막된 막의 종류에 따라서도 반사율이 달라지기 때문에 막의 종류도 검출 정밀도에 영향을 주게 된다.
본 발명은 막의 종류 및 막의 두께가 서로 다른 광 투과성을 갖는 피검사 대상에 대해서도 반사 산란광의 강도, 광량이 심하게 변동함에 따르는 검출 정밀도의 변동을 억제하고, 막의 종류 및 막의 두께에 영향을 주지 않는 고정밀도의 표면검사를 가능케 하기 위함을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면검사 방법은 파장이 서로
다른 적어도 두 개의 레이저 광선을 동일한 투영렌즈를 사용하여 같은 검사부위에
조사(照射)시키는 단계와 각 레이저 광선의 반사율 값의 변동을 서로 보완하도록 양쪽 레이저 광선의 입사각을 설정하는 단계 및 반사 산란광을 검출하는 단계를 구비하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 적어도 두 개의 레이저 광선이 검사부위에 대해 서로 다른 입사각을 갖도록 한 것이고, 또 본 발명에 의한 표면검사방법은 상기 복수개의 레이저 광선의 파장이 395㎚ 및 415㎚인 것이며, 또 본 발명에 의한 표면 점사방법은 상기 레이저 광선의 파장이 395㎚의 레이저광의 입사각이 64.5도이고, 상기 레이저광의 파장이 415㎚의 레이저 광선의 입사각이 74.6도인 것이다. 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 상기 각 레이저광의 파장과 검사부위에 형성된 막의 두께에 근거하여 상기 입사각을 설정하는 것이다. 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 상기 검사부위에 형성된 막의 종류에 따라, 상기 각 레이저 광의 입사각을 설정하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 적어도 두 개의 레이저 광선을 동시에 조사하여, 양쪽 레이저광의 반사 산란광을 검출하는 것이며, 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 적어도 두 개이상의 레이저 광선을 각각의 반사 산란광을 분리 검출하고, 그 검출치가 큰 쪽을 검출광으로 하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 적어도 두 개의 레이저 광선을 교호로 조사하여 상기 두 개의 레이저 광선중 각각의 반사 산란광을 분리 검출하고, 검 출치가 큰 쪽을 검출광으로 하는 것이다. 또 본 발명에 의한 표면 검사방법은 상기 각 레이저광의 입사각이 기판 위에 형성된 막의 종류에 따라 각각 결정되어지는 것이다.
또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 파장이 서로 다른 여러개의 레이저 광선을 독립하여 사출하는 적어도 2개의 레이저 발광부와 상기 레이저 광선을 기판의 표면에 투영하는 투영렌즈와 이 투영렌즈에 전술한 레이저 광선을 평행으로 입사시
키는 투영 광학계를 구비하여, 상기 투영렌즈에 대한 입사위치를 조정함으로서 각 레이저 광선의 기판 표면에 대한 입사각을 설정하는 것이다.
또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 상기 레이저 광선의 투영렌즈로의 입사위치를 각 레이저 광선의 기판 표면에서의 반사율 값 변동을 서로 보완시키도록 설
정하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 파장이 서로 다른 여러개의 레이저 광선의 입사각과 기판 표면상에 있어서의 반사율과의 관련 데이터를 기억시키는 메모리부를 가지며, 피 검사대상이 되는 기판에 따라 상기 관련 데이터를 참조하여 각 레이저 광선의 기판 표면에 있어서의 반사율 값의 변동을 보완하는 입사각을 설정하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 파장분리광학 수단을 가지며 복수개의 상이한 레이저 광선이 동시에 조사되는 경우의 반사 산란광으로부터 개개의 레이저 광선에 대응하는 반사 산란광을 검출 비교하고 비교값이 큰 반사 산란광을 검출광으로 검출하는 것이다.
또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 상기 투광 광학계가 광로 교체수단을 가지며, 이 광로 교체수단의 광로 교체에 의해서 투광 레이저 광선을 택일적으로 투 광하고, 각 레이저 광선의 반사 산란광을 분리 검출하여 개개의 반사 산란광을 비교하여 비교값이 큰 반사 산란광을 검출광으로 하여 검출하는 것이고, 또 본 발명에 의한 표면 검사장치는 상기 복수개의 레이저 광선의 파장이 395㎚ 및 415㎚의 것이고, 특히 본 발명에 의한 표면 검사장치는 상기 레이저 광선의 파장이 395㎚인 레이저 광선의 입사각이 64.5도, 상기 레이저 광선의 파장이 415㎚인 레이저 광선의 입사각이 74.6도인 경우이다.
이하, 도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 있어서, 본 발명의 표면 검사장치의 개략 구성장치를 설명한다.
도 1 및 도 5 중에서 동일한 부분에 대하여는 같은 부호를 부치고, 그 설명을 생략하기로 한다.
표면 검사장치는 주로 광원부(1), 투광 광학계(21), 수광부(3), 회전구동부(4) 제어부(6) 등으로 구성되고 있다. 상기 광원부(1)는 파장λ1의 제 1레이저 광원(22)을 사출하는 레이저 발광부(11), 파장λ2의 제 2레이저 광선(23)을 사출하는 제 2레이저 발광부(12)로 구성되어 있다.
상기 파장λ1과 파장λ2는 파장이 서로 상이하며, 본 실시예에서는 λ2 〉λ1
이고, 예를들면, λ1은 395㎚, λ2는 415㎚의 레이저 광선이 쓰이고 있다.
상기 레이저 발광부(11)에서 사출된 제 1레이저 광선(22)은 광로 교체수단(24), 제 1렌즈유니트(25), 제 1투영 거울(26), 제 2투영 거울(27), 투영 렌즈(28)에 의해서 기판(5)의 검사부위에 집광 조사된다.
상기 제 1렌즈 유니트(25), 상기 제 1투영 거울(26), 상기 제 2투영 거울(27), 투영렌즈(28)는 제 1투영 광축(29)을 구성하도록 배설되어 있다. 상기 제 2레이저 발광부(12)에서 사출된 상기 제 2레이저 광선(23)은 상기 광로 교체수단(24), 제 2렌즈 유니트(30), 제 3투영 거울(31), 제 4투영 거울(32), 상기 투영렌즈(28)에 의해서 상기 기판(5)의 검사부위에 집광 조사한다.
상기 제 2렌즈 유니트(30), 상기 제 3투영 거울(31), 제 4투영 거울(32), 상기 투영렌즈(28)는 제 2투영 광축(33)을 구성하도록 배설되어 있다. 또 상기 제 1투영광축(29), 제 2투영 광축(33)은 기준상태에서 상기 투영렌즈(28)의 주광축(34)과 평행을 이루고 소요거리만큼 떨어져 있다. 또 상기 제 1투영 광축(29)과 제 2투영 광축(33)이 서로 평행을 이루는 경우에는 반드시 상기 주광축(34)과 평행이 아니더라도 좋다. 따라서 상기 제 1투영 광축(29)을 갖는 광속(光束), 상기 제 2투영 광축(33)을 갖는 광속(光束)은 투영렌즈(28)에 의해서 주광축(34) 상의 동일 검사부위에 집광된다. 특히, 상기 제 1투영 광축(29)의 기판(5)에 대한 입사각(θ1), 상기 제 2투영 광축(33)의 기판(5)에 대한 입사각(θ2)은 상기 제 2투영 광축(33)의 입사각(θ2)쪽이 더 크다. (도 2 참조 : θ1, θ2는 기판(5)의 수직선에 대한 각도) 또, 상기 입사각(θ1), 입사각(θ2)은 각도 차가 크게 되도록 또 상기 제 1투영 광축(29), 제 2투영 광축(33)은 기판(5)에 대해서 수직인 동일 평면내에 존재하도록 설정하는 것이 바람직하다.
서로 상이한 파장의 레이저광선(22), (23)을 상기 기판(5)에 입사각(θ1), 입사각(θ2)으로 조사하는 경우, 막의 두께에 의한 반사율의 변동에 의해 검출되는 반사 산란광의 강도가 각각 다른 파장의 레이저 광선(22), (23)에 관해서 서로 보완하도록 상기 입사각(θ1), 입사각(θ2)을 설정하도록 한다.
예를들면, 제 1레이저광선(22)의 파장이 395㎚, 제 2레이저광선의 파장이 415㎚인 경우, 입사각(θ1)은 64.5도, 입사각(θ2)은 74.6도가 되는것이 바람직하다.
막의 종류가 같더라도 막의 두께가 변동하면, 반사율은 변동하게 되는 것에 대하여는 상술한바와 같으며, 특히 파장이 서로 다른 경우, 각 파장마다 반사율은 막의 두께를 0.05～0.2μ의 범위에서 대략 동일한 주기로 변동하게 되나, 변동주기의 위상은 서로 달라지게 된다.
도 3은 상기한 파장λ1이 395㎚, 파장λ2가 415㎚의 P 편광의 레이저광선(22), (23)을 파장λ1의 제 1레이저광선(22)의 입사각(θ1)을 적게 하고, 파장θ2의 제 2레이저 광선(23)의 입사각(θ2)은 크게 되도록 설정한 조건에서 기판에 레이저 광선을 조사하는 경우의 반사율 변동 모양을 나타내는 것이다. 또 S 편광의 레이저 광선을 조사한 경우에도 그 반사율은 같은 모양으로 변동한다.
파장λ1과 파장λ2와의 차이가 20㎚정도의 가까운 파장으로 하는 것으로, 각각의 반사율 변동주기가 대략 π/2만큼 차이가 있어, 양자의 반사율 극대치와 극소 치가 서로 겹치게 된다. 또 파장λ1(395㎚)의 레이저 광선의 입사각(θ1)을 64.5도, 파장λ2(415㎚)의 레이저 광선의 입사각(θ2)을 74.6도로 설정함으로서 반사 산란광의 반사율의 극대치의 크기가 양 레이저 광선간에서 대략 같게 된다.
또, 도 4는 파장이 긴 레이저 광선을 입사각(θ2)으로 하여 크게 하고, 또 파장이 짧은 레이저 광선을 입사각(θ1)로 하여 적게 한 경우를 나타낸 것이고, 반사 산란광의 반사율의 극대치의 차가 현저하게 나타나게 된다. 이 경우에도 양 레이저 광선의 반사율의 극대치와 극소치가 대략 서로 겹치게 되어, 상기 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)에서 사출되는 레이저 광선(22), (23)의 강도를 각각 제어하여 광량을 조정함으로서 양 레이저 광선의 반사 산란광의 강도를 동일 또는 같도록 할 수 있게 된다.
이하, 작동에 대해 설명한다. 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)는 각각 독립하여 구동되고, 개개가 독립하여 레이저 광선을 사출하게 되며, 사출강도 등 사출상태는 상기 제어부(6)에 의해서 제어된다. 또 상기 광로 교체수단(24)에 의해 상기 제 1레이저 발광부(11)에서 사출되는 제 1레이저 광선(22)을 상기 제 1투영광축(29)에서 기판(5)에 조사하고, 또 상기 제 2투영 광축(33)으로 조사하는 것이 선택될 수 있다.
이와같이 상기 광로 교체수단(24)에 의해 제 2레이저 발광부(12)에서 사출되는 제 2레이저 광선(23)을 상기 제 2투영 광축(33)으로 기판(5)에 조사하고, 또는 상기 제 1투영 광축(29)으로 조사할 수 있는 등의 선택을 할 수 있게 된다.
즉, 상기 광로 교체수단(24)에 의해서 투영렌즈(28)에 대한 입사위치를 변경함으로서 검사부위(기판의 표면)에 대한 입사각을 변경할 수 있게 된다.
또한 상기 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)에서 상기 제 1레이저광선(22), 제 2레이저 광선(23)을 동시에 검사부위에 조사할 수 있게 된다.
또 상기 회전모터(7)에 의해서 기판(5)이 회전되고, 특히 레이저광선(22), (23)의 조사점(照射点)이 반지름 방향으로 변위하게 되는 것으로, 검사부위는 기판(5)의 전체면에 걸쳐서 나선 모양으로 이동하게 된다.
그리하여 상기 기판(5)에 성막된 막의 종류에 따라 적정한 검사조건을 상기 제 1레이저 발광부(11), 제 2레이저 발광부(12)의 선택 또는 광로 교체수단(24)에 의한 광로 교체에 의해서 여러 가지 선택이 이루어진다.
이 피검사 대상이 되는 기판 위의 막의 종류에 따라 각 검사광의 각각의 파장(θ), 각 입사각도(θ)를 적의 선택하여 기판 표면상의 반사율 변동의 영향을 받지 않고, 표면검사를 할 수 있게 된다. 또 파장이 서로 다른 여러개의 레이저 광선의 입사각과 기판 표면상에서 반사율과의 관련 데이터를 장치에 내장시키고, 또 접속된 메모리부에 기억시킨 다음, 피검사 대상이 되는 기판에 따라 상기 관련 데이터를 참조하여 각 레이저 광선의 기판 표면상에서의 반사율의 변동을 보완하는 입사각을 설정하는 것도 가능하게 된다.
한편, 레이저 광선의 입사각과 기판 표면상에 있어서 반사율과의 관련 데이터에 관해서는 네트워크등의 통신수단에 의존하게 되며, 외부의 기억장치로부터 입수할수도 있게 되고, 항상 새로운 관련 데이터를 얻을 수 있게 되어, 고정밀도의 검사를 할 수 있게 된다.
다음에 성막되는 막의 두께는 변동이 있는 기판 또는 변동이 예상되는 기판
에 대해서 표면검사를 하는 경우에 대하여 설명한다. 검사부위를 기판(5)의 전체면에 걸쳐 이동시키고 검사부위의 이동에 의해 이 검사부위에서의 막의 두께의 변동이 일어나게 된다. 그러나, 레이저 광선의 조사 조건으로는 조사하는 파장λ1(395㎚)의 제 1레이저광선(22)을 파장λ2(415㎚)의 제 2레이저광선(23)에 있어 상기 제 1레이저광선(22)에 입사각(θ1)을 64.5도, 상기 제 2레이저광선(23)에 입사각(θ2)을 74.6도로 한다. (도 3에 도시된 조사조건과 같음).
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1레이저 광선(22)과 제 2레이저 광선(23)의 반사율의 변동은 서로 보완하는 상태에 있으므로, 상기 제 1레이저광선(22)과 제 2레이저광선(23)과를 동시에 조사하여 상기 광 검출기(18)에서 양쪽 레이저광선(22), (23)의 반사 산란광의 합계를 검출하도록 하면, 막의 두께 변동에 따르는 반사율의 떨어짐을 억제할 수 있고, 막의 두께 변동이 있는 경우에도 필요한 강도를 갖는 반사 산란광을 검출할 수 있게 된다.
또, 상기 제 1레이저광선(22)과 제 2레이저광선(23)을 동시에 조사하는 경우로서 상기 수광부(3)에 광학필터 등의 파장분리수단을 써서 상기 제 1레이저 광선(22)과 상기 제 2레이저광선(23)과를 분리 검출 가능하게 하고, 상기 제 1레이저 광선(22)의 반사 산란광 성분과 제 2레이저 광선(23)의 반사 산란광 성분과를 비교하여 큰 쪽을 항상 검출광으로 하더라도 좋다. 이 경우, 반사 산란광의 강도 는 변동이 적으므로 안정된 상태를 유지하게 된다. 또 상기 광로 교체수다(24)에 의해 기판(5)에 대한 레이저광선(22), (23)의 주사속도 보다 충분히 빠른 속도로 상기 제 1레이저 발광부(11)에서의 제 1레이저 광선(22)의 사출, 제 2레이저 발광부(12)에서의 제 2레이저 광선(23)의 사출을 교호로 ON/OFF 하도록 하여, 상기 광 검출기(18)에 의해 제 1레이저 광선(22)의 반사 산란광을 제 2레이저 광선(23)의 반사 산란광과 분리 검출을 가능케 하고, 양 반사 산란광을 비교하여 반사 산란광이 큰 쪽을 검출광으로 하는 것이 좋다. 이 경우에도 반사 산란광의 강도는 변동이 적고, 안정된 상태를 유지하게 된다.
또, 상기 실시예에서는 두 종류의 서로 다른 파장의 레이저 광선을 상대하고 있으나, 3종류 이상의 서로 다른 파장의 레이저 광선을 사용하여 적어도 두 개의 레이저 광선으로 반사율의 변동을 보완하도록 하여 반사 산란광을 검출하여도 좋다. 또 레이저 광선의 파장이 상기한 395㎚, 415㎚ 이외의 경우에도 좋다.
또, 반사율의 극대치의 상위를 레이저 광선의 강도를 조정하고, 수광 반사 산란광의 강도를 조정하는 경우에는 복수개의 레이저 광선의 기판(5)에 대한 입사각도를 달리할 필요는 없다. 더욱이 상기 실시예에서는 상기 투영 렌즈(28)의 주광축(34)와 평행으로, 레이저 광선(22), (23)은 입사시키고, 상기 기판(5)에 대한 레이저 광선(22), (23)의 입사각을 변하도록 하였으나, 상기 투영렌즈(28)를 생략하고, 제 2투영 거울(27), 제 4투영 거울(32)을 회전되도록 하여, 상기 제 2투영 거울(27), 제 4투영 거울(32)의 조정으로 입사각을 변경시켜도 좋다.
본 발명에 의하면, 파장이 서로 다른 적어도 두 개의 레이저 광선을 동일한 투영렌즈를 사용하여 같은 검사부위를 조사하는 단계와 각 레이저 광선의 반사율
값의 변동을 서로 보완하도록 양쪽 레이저 광선의 입사각을 설정하는 단계와, 반사 산란광을 검출하는 단계로 이루어지도록 한 것으로, 광 투과성을 갖는 피검사 대상의 표면막의 두께 변화에 따른 반사율의 변동에 영향을 받지 않고 안정된 검사 정밀도를 확보하게 되는 표면검사가 가능하게 된다. 또 동일 기판에 있어서 막의 두께 변동이 있는 경우, 반사 산란광의 강도 변동이 억제되어 검출 정밀도의 변동을 억제시키고, 표면검사의 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.
본 발명은 검사광의 파장과 검사대상이 되는 기판상에 형성된 막의 두께에 대해서 적절한 반사 산란광의 강도를 안정적으로 얻기 위해 투광 광학계로서의 입사각을 변경시키지 않고, 파장이 다른 복수개의 레이저 광선을 기판상에 대한 입사각이 서로 다르도록 입사시킴으로서 서로 다른 막의 종류, 막의 두께를 형성시키는 어떠한 기판에 대하여도 안정적인 검사를 할 수 있게 한다.





Claims (17)

  1. 파장이 다른 적어도 두 개의 레이저 광선을 동일한 투영렌즈를 사용하여 같은 검사부위를 조사(照射)하는 단계와, 각 레이저 광선의 반사율 값의 변동을 서로 보완하도록 양쪽 레이저 광선의 입사각을 설정하는 단계와, 반사 산란광을 검출하는 단계를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 레이저 광선이 검사부위에 대해서 서로 다른 입사각을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 두 개의 레이저 광선의 파장이 395㎚ 및 415㎚인 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광선의 파장이 395㎚인 레이저 광선의 입사각은 64.5도, 레이 저 광선의 파장이 415㎚인 레이저 광선의 입사각은 74.6도인 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 레이저 광선의 파장과 검사부위에 형성된 막의 두께에 근거하여 상기 입사각이 설정됨을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사부위에 형성된 막의 종류에 따라 상기 각 레이저 광선의 입사각이 설정됨을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 레이저 광선을 동시에 조사하여 양 레이저 광선의 반사 산란광을 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 레이저 광선을 동시에 조사하여, 광학 분리수단에 의해 양 레이저 광선의 반사 산란광으로부터 상기 두 개의 레이저 광선의 각각의 반사 산란광을 분리 검출하여, 검출된 값이 큰 쪽을 검출광으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 레이저 광선을 서로 교호로 조사시키고, 상기 두 개의 레이저 광선의 각각의 반사 산란광을 분리 검출하여 검출된 값이 큰 쪽을 검출광으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 레이저 광선의 입사각은 기판 위에 형성된 막의 종류에 따라 각각 결정됨을 특징으로 하는 표면 검사방법.
  11. 파장이 다른 두 개의 레이저 광선을 독립적으로 사출하는 적어도 두 개의 레이저 발광부와, 상기 레이저 광선을 기판의 표면에 투영하는 단일 투영렌즈와, 상기 레이저 광선의 광로에 제공된 광로 교체수단과, 상기 투영렌즈에 상기 레이저 광선을 평행으로 입사시키는 투영 광학계를 구비하고, 상기 광로 교체수단은 상기 투영렌즈에 입사하는 상기 레이저 광선을 교체하고 그리고 상기 레이저 광선의 교체에 의해 상기 레이저 광선의 상기 투영렌즈에 대한 입사 위치가 교체되고 그리고 레이저 광선의 기판 표면에 대한 입사각이 변경됨을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 각 레이저 광선의 투영렌즈의 입사위치를 각 레이저 광선의 기판 표면상에 있어서, 반사율의 값 변동을 서로 보완할 수 있도록 설정함을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  13. 파장이 다른 두 개의 레이저 광선의 입사각과 기판 표면상에 있어서의 반사율과의 관련 데이터를 기억시키는 메모리부를 가지며, 피검사 대상이 되는 기판에 따라 상기 관련 데이터를 참조하여 각 레이저 광선의 기판 표면상의 반사율 값의 변동을 보완시키는 입사각을 설정함을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  14. 청구항 11 또는 청구항 13에 있어서,
    파장분리 광학수단을 구비하고, 복수개의 서로 다른 레이저 광선이 동시에 조사되는 경우, 반사 산란광에서 개개의 레이저 광선에 대응하는 반사 산란광을 검출 비교하고, 비교값이 큰 반사 산란광을 검출광으로 하여 검출함을 특징으로 하 는 표면 검사장치.
  15. 청구항 11 또는 청구항 13에 있어서,
    투광 광학계가 광로 교체수단을 가지며, 이 광로 교체수단의 광로 교체에 의해서 투광 레이저 광선을 택일적으로 투광하고, 각 레이저 광선의 반사 산란광을 분리 검출하며 개개의 반사 산란광을 비교하고, 비교값이 큰 반사 산란광을 검출광으로 하여 검출함을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  16. 청구항 11 또는 청구항 13에 있어서, 상기 두 개의 레이저 광선의 파장이 395㎚ 및 415㎚인 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 레이저 광선의 파장이 395㎚의 레이저 광선의 입사각이 64.5도이고, 레이저광의 파장이 415㎚인 레이저 광선의 입사각이 74.6도임을 특징으로 하는 표면 검사장치.
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