KR101993936B1 - 적외광을 이용한 스루홀 패턴 검사 방법 - Google Patents

적외광을 이용한 스루홀 패턴 검사 방법 Download PDF

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Abstract

패턴의 안쪽 부분까지 검사 가능한 실리콘 기판(웨이퍼)의 검사 방법을 제공한다.
한쪽 면에 소정의 패턴이 형성된 실리콘 기판의 한쪽 면 또는 다른쪽 면에, 실리콘 기판에 대해 침투성을 갖는 조명광을 조사하는 조사 단계(S101)와, 조명광이 조사된 실리콘 기판으로부터의 광을 검출하는 검출 단계(S102)와, 검출 단계에서 검출한 실리콘 기판으로부터의 광의 검출 신호로부터, 패턴의 주기성에 의한 광의 특성을 이용한 실리콘 기판의 검사를 행하는 검사 단계(S103)를 갖고 있다.

Description

적외광을 이용한 스루홀 패턴 검사 방법{SUBSTRATE INSPECTION METHOD, SUBSTRATE INSPECTION DEVICE, EXPOSURE SYSTEM, AND MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 3차원 적층 등에 이용되는 기판의 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것이다. 또한, 이들을 이용한 노광 시스템 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체의 미세화가 한계에 가까워졌다고 평가되는 중에, 반도체 칩을 3차원 적층하는 것은, 퍼포먼스 향상, 전력 절감, 공간 절감 등의 장점이 있어서, 반도체의 미세화에 필적하는 부가 가치 향상 수단으로서 계속해서 급속하게 보급되고 있다. 3차원 적층은, 반도체 칩을 10~50㎛ 정도까지 얇게 하여 적층하는 기술이지만, 상하의 칩 사이의 전기적 접속은, 칩을 관통하는 다수의 전극(TSV:실리콘 관통 전극)을 이용해서 행하고 있다. 이와 같이 하면, 칩 사이를 짧은 거리로 전기적으로 접속할 수 있기 때문에, 칩을 수평으로 나열시켜서 접속하는 종래의 SiP(System in a Package)에 비해서, 소자의 동작 속도의 향상, 전력 절감, 공간 절감이 달성된다.
TSV(Through-Silicon Via)의 형성 방법은, 반도체 칩 상의 소자를 형성하기 이전에 행하는 경우나, 반도체 칩상의 소자를 형성한 이후에 행하는 경우 등, 여러 가지가 있지만, 어떤 경우에도, 웨이퍼(실리콘 기판) 상에 미세한 직경의 깊은 구멍을 형성하고, 구멍의 측벽을 절연막으로 덮은 후에, 구리 등의 도전성이 높은 물질을 충전함으로써 형성된다. 이 때, TSV의 형성 과정 및 TSV의 형성 이후의 검사가 중요하지만, 이들 검사는, 웨이퍼를 나누어서 SEM(주사형 전자 현미경)이나 TEM(투과형 전자 현미경) 등으로 관찰함으로써 행해지고 있다. 이 방법은, 단면의 실제 모양을 관찰할 수 있는 반면, 파괴 검사로, 검사에 시간이 걸린다.
한편, 현미경 등으로 웨이퍼의 표면을 관찰하는 방법도 있지만, 이렇게 해서는 웨이퍼의 표면의 상태 밖에 확인할 수 없다. 또한, 적외광을 이용한 현미경에 의해 투과 이미지를 관찰하는 것도 행해지고 있지만, 한번에 관찰할 수 있는 것은 극히 작은 영역으로, 웨이퍼 전체면의 TSV를 이 방법으로 검사하는 것은 현실적이지 않다. 또한, 이 방법에서는, 한쪽에서 본 투과 이미지를 관찰하기 때문에, 미소한 입체적인 형상 변화를 검출하는 것은 어렵다.
그런데, 반도체 웨이퍼에 형성된 반복 패턴을 회절광의 강도나 편광 상태의 변화 등으로 검사하는 기술이 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조). 이 방식에 의하면, 넓은 면적을 단시간에 검사할 수 있고, 패턴을 형성하기 위한 노광 장치의 포커스 변동 또는 도즈(dose) (노광 에너지) 변동에 의한 이상(異常)이나, 가공 장치의 불량이나 조정 불량에 기인한 이상을 단시간에 감도 좋게 검출할 수 있다.
미국 특허 제 7298471호 명세서
그러나, 이 방식을 이용한 종래의 장치에서는, 조명광의 파장이 가시~심자외(深紫外)의 파장역으로, 웨이퍼의 표면 부근의 상태, 즉 웨이퍼 표면에서의 TSV의 직경이나 개구부의 이상의 검사 밖에 할 수 없어서, TSV에서의 구멍의 깊은 부분의 이상이 검출할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안해서 이루어진 것으로, 패턴의 안쪽 부분까지 검사 가능한 기판의 검사 방법 및 검사 장치, 및 이들을 이용한 노광 시스템 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 기판의 검사 방법은, 한쪽 면에 상기 면으로부터 내부로 연장하는 패턴이 형성된 기판의 상기 한쪽 면 또는 다른쪽 면에, 상기 기판에 대해 소정 깊이까지 침투하는 침투성을 갖는 조명광을 조사하는 조사 단계와, 상기 조명광이 상기 기판에서 반사 또는 투과한 광을 검출하는 검출 단계와, 상기 검출 단계에서 검출한 상기 패턴에 기초한 정보를 이용해서 상기 기판의 검사를 행하는 검사 단계를 갖고 있다.
한편, 상술한 검사 방법에서는, 상기 기판은 실리콘 기판이어도 되고, 상기 검사 단계에서, 상기 조명광의 상기 실리콘 기판으로의 침투 특성에 기초해서, 상기 검출 단계에서 검출한 상기 실리콘 기판으로부터의 검출 신호로부터, 상기 실리콘 기판의 소망 깊이 위치까지의 상기 검사를 행하도록 해도 된다.
또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 조명광으로서 약 600㎚~약 1100㎚의 파장의 광을 이용해도 된다.
또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 패턴은, 상기 기판에 구멍을 뚫어서 형성된 복수의 홀로 이루어진 홀 패턴이어도 되고, 상기 홀은 상기 기판에 관통 전극을 형성하기 위한 홀이어도 된다.
또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 기판으로부터의 광과 상기 홀의 직경의 상관을 이용해서, 상기 검출 단계에서 검출한 검출 신호로부터 상기 홀의 직경을 산출하는 연산 단계를 가져도 된다.
또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 조사 단계에서 상기 기판의 상기 패턴에서 회절광이 발생하도록 상기 조명광을 상기 기판에 조사해도 되고, 상기 검출 단계에서 상기 조명광이 조사되고 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광을 검출해도 된다.
또한, 본 발명에 따른 기판의 검사 장치는, 한쪽 면에 상기 면으로부터 내부로 연장하는 패턴이 형성된 기판의 상기 한쪽 면 또는 다른쪽 면에 적외선인 조명광을 조사하는 조사부와, 상기 조명광이 조사된 상기 기판으로부터의 광을 검출하고, 검출 신호를 출력하는 검출부와, 상기 기판과 상기 조사부와 상기 검출부 중 적어도 하나를 상기 패턴에 따라 조정하는 조정부와, 상기 검출 신호의 상태를 이용해서 상기 기판의 검사를 행하는 검사부를 구비하여 구성된다.
한편, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판이어도 되고, 상기 검사부는, 상기 조명광의 상기 실리콘 기판으로의 침투 특성과, 상기 실리콘 기판으로부터의 상기 검출 신호에 기초해서, 상기 실리콘 기판의 소망 깊이 위치까지의 상기 검사를 행하도록 해도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조사부는 상기 조명광으로서 복수의 파장의 조명광을 각각 상기 기판에 조사해도 되고, 상기 검사부는 상기 조명광의 상기 기판으로의 침투 특성에 기초해서, 상기 소망 깊이 위치의 상기 검사를 행하도록 해도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조명광으로서 약 600㎚~약 1100㎚의 파장의 광을 이용해도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조사부는, 상기 패턴이 형성되어 있지 않은 상기 다른쪽 면측으로부터, 적어도 상기 패턴에 도달할 정도의 침투성을 갖는 광을 상기 기판에 조사해도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 패턴은, 상기 기판에 표면으로부터 내부를 향해서 형성된 복수의 홀로 이루어지는 홀 패턴이어도 되고, 상기 홀은 상기 기판에 관통 전극을 형성하기 위한 홀이어도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 기판으로부터의 광과 상기 홀의 직경의 상관을 이용해서, 상기 검출 신호로부터 상기 홀의 직경을 산출하는 연산부를 구비해도 된다.
또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조사부는, 상기 기판의 상기 패턴에서 회절광이 발생하도록, 상기 조명광을 상기 기판에 조사해도 되고, 상기 검출부는 상기 조명광이 조사되고 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광을 검출해도 된다. 또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 기판에서 반사한 광을 검출할 때에, 상기 조명광으로서, 적어도 상기 패턴에 도달할 정도의 침투성을 갖는 조명광을 상기 다른쪽 면에서 조사해도 된다. 또한, 상술한 검사 방법에서는, 상기 침투성이 서로 다른 복수의 파장의 조명광을 이용해서 상기 조사광을 조사하는 것과, 상기 기판에서 반사 또는 투과한 광을 검출하는 것과, 상기 기판의 검사를 행하는 것을, 상기 복수의 파장의 조명광마다 반복해도 된다.
또한, 본 발명에 따른 노광 시스템은, 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 장치와, 상기 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 검사 장치를 구비하고, 상기 검사 장치는, 본 발명에 따른 검사 장치로서, 상기 검사부에 의한 상기 검사의 결과를 상기 노광 장치에 출력하고, 상기 노광 장치는, 상기 검사 장치로부터 입력된 상기 검사의 결과에 따라, 상기 노광 장치의 노광 조건을 설정하게 되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 공정과, 상기 노광이 행해진 상기 패턴에 따라 기판의 표면에 에칭을 행하는 에칭 공정과, 상기 노광 또는 상기 에칭이 행해져서 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 검사 공정을 가진 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 검사 공정이 본 발명에 따른 검사 방법을 이용해서 행해지게 되어 있다.
본 발명에 의하면, 실리콘 기판의 패턴의 내부까지 검사할 수 있다.
도 1은 검사 방법을 나타내는 흐름도,
도 2는 검사 장치의 개요 구성도,
도 3(a)는 웨이퍼를 위에서 보았을 때의 확대도이고, (b)는 웨이퍼의 단면 확대도,
도 4(a)는 구멍의 중간이 부풀어 버린 상태의 웨이퍼의 단면 확대도이고, (b)는 구멍의 깊은 곳이 가늘어져 버린 상태의 웨이퍼의 단면 확대도,
도 5는 광의 파장에 대한 실리콘의 복소 굴절률의 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 광의 파장에 대한 실리콘으로의 침입 길이의 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 실리콘으로의 침입 길이와 광의 파장의 관계를 나타내는 표,
도 8은 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도,
도 9는 노광 시스템의 개요 구성도,
도 10은 노광 장치의 제어 블록도,
도 11(a)는 제 1 테스트 웨이퍼의 단면 확대도이고, (b)는 제 2 테스트 웨이퍼의 단면 확대도이며, (c)는 제 3 테스트 웨이퍼의 단면 확대도이고, (d)는 제 4 테스트 웨이퍼의 단면 확대도,
도 12는 제 1 테스트 웨이퍼의 회절 화상을 나타내는 도면,
도 13(a)는 제 2 테스트 웨이퍼의 회절 화상을 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 회절 화상에 있어서의 신호 강도와 구멍 직경의 관계를 나타내는 그래프,
도 14(a)는 제 2 테스트 웨이퍼의 회절 화상을 나타내는 도면이고, (b) 및 (c)는 각각 (a)의 회절 화상에 있어서의 신호 강도와 구멍 직경의 상관을 비교한 그래프,
도 15는 제 1 테스트 웨이퍼로부터 제 3 테스트 웨이퍼로의 패턴의 변화에 대한 신호 변화를 나타내는 그래프,
도 16(a)는 제 1 테스트 웨이퍼와 같은 조건으로 제작한 웨이퍼의 회절 화상을 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 회절 화상에 있어서의 신호 강도와 구멍 깊이의 상관을 나타내는 그래프,
도 17은 제 1 테스트 웨이퍼로부터 제 4 테스트 웨이퍼로의 패턴의 변화에 대한 신호 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 실시예 1의 검사 장치를 도 2에 나타내고 있고, 이 장치에 의해 실리콘 기판인 웨이퍼(W)의 표면 전체를 한번에 검사한다. 실시예 1의 검사 장치(10)는, 대략 원반형으로 형성된 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 척(15)을 구비하고, 도시 생략한 반송 장치에 의해서 반송되어 오는 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 척(15)의 위에 탑재됨과 아울러 진공 흡착에 의해서 고정 유지된다. 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)는, 회전 틸트 기구(rotating and tilting mechanism)(16)에 의해서, 웨이퍼(W)의 회전 대칭축(웨이퍼 척(15)의 중심축)을 회전축으로 해서 회전 가능하다. 또한, 회전 틸트 기구(16)에 의해, 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)를, 웨이퍼(W)의 표면을 지나는 축을 중심으로 틸트(경사 이동)시키는 것이 가능하여, 조명광의 입사각을 조정할 수 있게 되어 있다.
검사 장치(10)는 또한, 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면에 조명광을 평행광으로서 조사하는 조명계(조사부)(20)와, 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼(W)로부터의 광을 집광하는 수광계(30)와, 수광계(30)에 의해 집광된 광을 받아서 웨이퍼(W)의 이미지를 촬상하는 촬상 장치(검출부)(35)와, 컨트롤러(조정부)(40) 및 화상 처리부(검사부)(45)를 구비하여 구성된다. 조명계(20)는 조명광을 사출하는 광원부(21)와, 광원부(21)로부터 사출된 조명광을 웨이퍼(W)의 표면을 향해서 반사시키는 조명측 오목면 거울(25)을 갖고 구성된다. 광원부(21)는, 할로겐 램프 등으로 구성되며, 도시하지 않은 복수의 파장 선택 필터를 이용해서, 상세한 것은 후술하는 복수의 파장으로부터 선택한 광을 사출할 수 있게 되어 있다. 한편, 파장 선택 필터에 한하지 않고, 분광기를 이용해서 조명광의 파장을 선택하도록 해도 된다.
그리고, 광원부(21)로부터 조명측 오목면 거울(25)로 사출된 조명광은, 광원부(21)의 사출부가 조명측 오목면 거울(25)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목면 거울(25)에 의해 평행한(텔레센트릭한) 광이 되어, 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면 전체에 조사된다. 한편, 웨이퍼(W)에 대한 조명광의 입사각과 출사각은, 웨이퍼 척(15)을 틸트(경사 이동)시켜서 웨이퍼(W)의 탑재 각도를 변화시킴으로써 조정 가능하다.
웨이퍼(W)로부터의 출사광(회절광이나 정반사광 등)은 수광계(30)에 의해 집광된다. 수광계(30)는, 웨이퍼 척(15)에 대향해서 설치된 수광측 오목면 거울(31)을 주체로 구성되고, 수광측 오목면 거울(31)에 의해 집광된 출사광은, 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하여, 웨이퍼(W)의 이미지가 결상된다. 촬상 장치(35)는, 도시하지 않은 대물 렌즈나 이미지 센서 등으로 구성되고, 이미지 센서의 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(W)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호(검출 신호)를 생성하며, 생성한 화상 신호를, 컨트롤러(40)를 통해서 화상 처리부(45)에 출력한다.
컨트롤러(40)는, 웨이퍼 척(15), 회전 틸트 기구(16), 광원부(21), 촬상 장치(35) 등의 작동을 각각 제어한다. 한편, 컨트롤러(40)는 후술하는 회절 조건을 맞추기 위해서, 웨이퍼 척(15), 회전 틸트 기구(16), 광원부(21), 촬상 장치(35) 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되어 있다. 화상 처리부(45)는 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼(W)의 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(W)의 디지털 화상을 생성한다. 화상 처리부(45)와 전기적으로 접속된 데이터베이스(46)에는, 무결함 웨이퍼의 화상 데이터가 미리 기억되어 있고, 화상 처리부(45)는 웨이퍼(W)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 생성한 웨이퍼(W)의 화상 데이터와 데이터베이스(46)에 기억된 무결함 웨이퍼의 화상 데이터를 비교해서, 웨이퍼(W)에서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(45)에 의한 검사 결과 및 이 때의 웨이퍼(W)의 화상이 도시하지 않은 화상 표시 장치로 출력 표시된다. 한편, 데이터베이스(46)는 화상 처리부(45)와 반드시 전기적으로 접속되어 있지 않아도 되고, 예컨대, 무선 회선을 통해서 정보 전달 가능하게 접속되어 있어도 된다.
그런데, 검사 대상이 되는 웨이퍼(W)는, 검사 대상이 되는 가공 처리(예컨대, 에칭 처리) 이후에, 가공 장치(예컨대, 에칭 장치)로부터 도시 생략한 반송 장치에 의해 웨이퍼 척(15) 상으로 반송된다. 또한 이 때, 검사 대상이 되는 웨이퍼(W)는, 웨이퍼(W)의 패턴 또는 외연부에 마련된 위치 기준(노치(notch)나 오리엔테이션 플랫 등)을 기준으로 해서 얼라이먼트가 행해진 상태로, 웨이퍼 척(15) 상으로 반송된다.
웨이퍼(W)의 표면에는, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같은 반복 패턴(홀 패턴)이 형성되어 있다. 이 패턴 A는, 실리콘(Si)으로 이루어지는 베어 웨이퍼에 규칙적인 배치로 구멍(비아 또는 홀)이 형성된 구조로 되어 있다. 여기서, 도 3(a)는 웨이퍼(W)를 위에서 보았을 때의 일부를 확대한 것이고, 도 3(b)는 웨이퍼(W)의 단면도를 확대한 것이다. 일례로서, 구멍의 직경은 2㎛, 구멍의 피치는 4㎛, 구멍의 깊이는 20㎛이다. 한편, 웨이퍼(W)의 두께는 725㎛이고, 도 3에서는 웨이퍼(W)의 두께를 생략해서 기재하고 있다. 또한, 도 3에서는, 실리콘 부분을 사선(해칭)으로, 구멍 부분을 백색으로 나타내고 있다.
패턴 A를 구성하는 구멍이 정상으로 형성되어 있지 않은 경우의 예를 도 4에 나타낸다. 여기서, 도 4(a)는 구멍의 중간이 부풀어 버린 경우를 나타내고, 도 4(b)는 구멍의 깊은 곳이 가늘어져 버린 경우를 나타내고 있다. 이러한 형상으로 되어 버리면, 그 이후의 형성 프로세스 및 완성된 TSV의 기능에 지장을 초래하기 때문에, 검사에 의해 발견해야 한다.
이상과 같이 구성되는 검사 장치(10)를 이용한 웨이퍼(W)의 검사 방법에 대해서, 도 1에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 또한, 사전에, 도시 생략한 반송 장치에 의해, 검사 대상이 되는 웨이퍼(W)를 표면이 상방을 향하도록 웨이퍼 척(15) 상에 반송해 둔다. 또한, 반송 도중에 도시 생략한 얼라이먼트 기구에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 패턴 A의 위치 정보를 취득하고 있어, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 척(15) 상의 소정의 위치에 소정의 방향에서 탑재할 수 있다. 한편, 이하의 동작은 도시 생략한 기억 장치에 기억된 시퀀스를 컨트롤러(40)가 각부에 실행하도록 지령을 내림으로써 실현된다.
우선, 웨이퍼(W)의 표면에, 웨이퍼(W)에 대해 투과성(침투성)을 가진 조명광을 조사한다(스텝 S101). 이 조사 단계에 있어서, 소정의 파장(가시광 또는 근적외선의 파장역)을 갖는 조명광이 광원부(21)로부터 조명측 오목면 거울(25)으로 사출되고, 조명측 오목면 거울(25)에서 반사한 조명광이 평행광이 되어 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면 전체에 조사된다.
이 때, 광원부(21)로부터 사출되는 조명광의 파장과, 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)의 회전 각도 및 경사 각도를 조정함으로써(이하, 회절 조건을 맞춘다고 함), 규칙적으로 형성된 소정 피치의 반복 패턴 A으로부터의 회절광을 촬상 장치(35)에서 수광하여 웨이퍼(W)의 이미지를 형성할 수 있다. 구체적으로는, 회전 틸트 기구(16)에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 상에서의 조명 방향(조명계(20)로부터 수광계(30)를 향하는 방향)과 패턴 A의 반복 방향이 일치하도록 웨이퍼 척(15)을 회전시킴과 아울러, 패턴 A의 피치를 P라고 하고, 웨이퍼(W)의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ라고 하며, 조명광의 입사각을 θ1라고 하고, n차 회절광의 출사각을 θ2라고 했을 때, 호이겐스의 원리(Huygens' principle)로부터, 다음 수식 1을 만족하도록 설정한다(웨이퍼 척(15)을 틸트시킴).
Figure 112013040978589-pct00001
다음으로, 조명광이 조사된 웨이퍼(W)로부터의 회절광을 검출한다(스텝 S102). 웨이퍼(W)의 반복 패턴 A으로 발생한 회절광은, 수광측 오목면 거울(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하고, 웨이퍼(W)의 이미지(회절광에 의한 이미지)가 결상된다. 이 검출 단계에서 촬상 장치(35)의 이미지 센서는, 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(W)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(45)에 출력한다.
그리고, 검출한 회절광의 정보(회절광의 강도)를 이용해서 웨이퍼(W)의 검사를 행한다(스텝 S103). 이 검사 스텝에 있어서, 화상 처리부(45)는 촬상 장치(35)로부터 입력된 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(W)의 화상(디지털 화상)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(45)는, 웨이퍼(W)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 생성한 웨이퍼(W)의 화상 데이터와 데이터베이스(46)에 기억된 무결함 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(W)에서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 한편, 웨이퍼(W)의 검사는 칩 영역마다 실시되고, 검사 대상이 되는 웨이퍼(W)의 신호 강도(휘도값)와 무결함 웨이퍼의 신호 강도(휘도값)의 차이가 소정의 임계값보다 큰 경우에는, 이상이라고 판정한다. 한편, 신호 강도(휘도값)의 차이가 임계값보다 작으면, 정상이라고 판정한다. 그리고, 화상 처리부(45)에 의한 검사 결과 및 이 때의 웨이퍼(W)의 화상이 도시하지 않은 화상 표시 장치로 출력 표시된다.
본 실시예의 검사 장치(10)를 이용해서 웨이퍼(W) 전체면으로부터의 회절광에 기초한 화상을 취득하면, 취득한 화상은 회절광의 강도에 따른 밝기를 갖는 화상(이하, 회절 화상이라 함)이 된다. 회절광의 강도는 회절 효율의 분포에 따라 변화되고, 규칙적으로 형성된 패턴 A가 균일하게 되어 있으면, 회절 효율의 국소적인 변화는 발생하지 않는다. 이에 반해서, 일부 영역의 패턴 A의 형상이 변화되었으면, 그 영역의 회절 효율이 변화되고, 결과적으로 대응하는 영역의 회절 화상의 밝기가 변화되기 때문에, 대응하는 영역에서의 패턴의 변화를 검출할 수 있다. 한편, 패턴의 변화란, 패턴 A의 선폭(구멍 직경)이나 단면 형상의 변화이다.
촬상 장치(35)에 의해 촬상 취득한 회절 화상의 1 화소에 상당하는 웨이퍼(W) 상의 거리(픽셀 크기)는, 예컨대 300㎛로, 패턴 A의 치수나 반복 피치보다 훨씬 크지만, 회절 화상에 있어서의 각 화소의 밝기는, 웨이퍼(W) 상의 해당하는 영역의 패턴으로부터의 회절광이 평균적인 강도에 대응한 것으로 된다. 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 등의 불량에 의해, 웨이퍼(W)의 패턴 A가 정상으로 형성되지 않은 경우에는, 어떤 면적을 가진 영역의 패턴 전체가 동일하게 변형하기 때문에, 픽셀 크기가 패턴 A의 치수나 반복 피치보다 크더라도, 해당하는 영역의 이상(불량)을 검출하는 것이 가능하다.
예컨대, 컨트롤러(40)로부터의 지령에 의해 광원부(21)로부터 파장 546㎚(e 선)의 광(조명광)이 사출되도록 설정하여, 회절 조건을 맞추면, 촬상 장치(35)에 의해 회절 화상을 취득할 수 있다. 이 회절 화상으로부터, 상술한 바와 같이, 패턴 A의 이상(불량)을 검출할 수 있다. 단, 파장 546㎚인 광은 실리콘을 투과하지않기 때문에, 검출할 수 있는 이상은 웨이퍼(W) 표면 부근의 이상뿐이다. 즉, 검출할 수 있는 이상은, 웨이퍼(W) 표면 부근의 구멍 직경의 이상이나, 웨이퍼(W) 표면 부근의 구멍의 단면 형상의 이상 등이다.
컨트롤러(40)로부터의 지령에 의해 광원부(21)로부터 파장 1100㎚인 광(조명광)이 사출되도록 설정하여, 회절 조건을 맞추면, 마찬가지로 회절 화상을 취득할 수 있지만, 파장 1100㎚인 광은 실리콘을 투과하기 때문에, 구멍의 깊숙한 부분의 이상(불량)이라도, 검출할 수 있다. 파장 1100㎚인 광은 실리콘을 투과하지만, 웨이퍼(W)의 실리콘의 부분과 구멍의 부분의 굴절률의 차이에 의해 반사·산란된 광이 서로 강화시킴으로써 회절광(회절 현상)이 발생하기 때문이다.
단, 이 경우, 웨이퍼면 상의 어떤 위치에 이상(불량)이 있는지는, 회절 화상상의 밝기가 변한 위치로부터 구할 수 있지만, 그 이상이 구멍의 깊이 방향의 어떤 부분에 있는 것인지는, 이 회절 화상으로부터 특정하는 것은 곤란하다.
도 5는, 조명광의 파장에 대한 복소 굴절률의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 도 5의 그래프에서, n이 실수부(굴절률)이고, k가 허수부(소쇠 계수:extinction coefficient)이다. 이 k가 흡수 정도를 나타낸다. 이 k로부터, 광의 강도가 흡수에 의해 1/e, 1/10, 1/100이 되는 거리(침입 길이라고 함)를 각각 계산하여 그래프로 하면, 도 6과 같이 된다. 여기서 e는, 자연 대수의 밑이다. 아울러 이 관계로부터, 광의 강도가 흡수에 의해 1/10가 되는 거리가 1㎛, 5㎛, 10㎛, 20㎛, 30㎛ …가 되는, k를 가진 파장을 계산에 의해 구하면, 도 7과 같이 된다. 즉, 조명 파장을 바꿈으로써 광이 도달하는 깊이를 바꿀 수 있다.
광의 강도가 1/10까지 감쇠하여 도달한 부분의 이상(불량)을 검출할 수 있도록 구성된 검사 장치에서는, 예컨대 파장 623㎚인 광이면, 깊이 1㎛정도까지의 이상만을 검출할 수 있는 데 반해서, 파장 816㎚인 광으로는 깊이 30㎛까지의 이상, 파장 845㎚인 광으로는 깊이 50㎛까지의 이상을 검출할 수 있다. 이 3종류의 파장을 이용한 검사를 순차적으로 행하면, 이상 개소의 대략의 깊이를 알아낼 수 있다. 파장 623㎚인 광으로 이상이 검출되면, 1㎛보다 얕은 부분의 이상이고, 파장 623㎚인 광으로 이상이 검출되지 않고 파장 816㎚인 광으로 이상이 검출되면, 1㎛부터 30㎛까지의 범위의 이상이며, 파장 623㎚인 광 및 파장 916㎚인 광으로 모두 이상이 검출되지 않고 파장 845㎚인 광으로 이상이 검출되면, 30㎛~50㎛ 사이의 이상이라고 할 수 있다.
한편, 도 7의 수치(침입 길이)는, 이해하기 쉽도록, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 수직으로 광이 입사시켰을 때의 침입 길이를 나타내고 있지만, 본 실시예의 검사 장치(10)에 있어서는 수직 입사가 아니므로, 이것을 고려해서 수정할 필요가 있다. 또한, 도 7의 예에서는 광의 강도가 1/10가 되는 곳의 이상(불량)을 검출할 수 있는 것으로 했지만, 광의 강도가 어느 정도까지 감쇠했을 때까지 이상을 검출할 수 있는지는, 촬상 장치(35)(이미지 센서)의 감도나 화상 처리의 내용에 따라 결정되는 것이다. 어떻든, 서로 (검사의) 투과율이 다른 복수의 파장을 이용해서 회절광에 의한 검사를 행함으로써, 검출된 이상이 깊이 방향의 어떤 위치에 있는 것인지를 파악하는 것이 가능하다.
이와 같이, 실시예 1에 의하면, 소정의 패턴 A가 형성된 웨이퍼(W)(실리콘 기판)의 표면에, 웨이퍼(W)에 대해 투과성(침투성)을 가진 조명광을 조사하여, 패턴 A의 주기성에 의한 광의 특성(예컨대, 회절광)을 이용한 웨이퍼(W)의 검사를 행하기 때문에, 조명광이 웨이퍼(W)의 내부에까지 도달하여, 패턴 A에서의 구멍의 깊은 곳의 이상(불량)을 검출할 수 있다는 점에서, 웨이퍼(W)의 패턴 A의 심부까지 검사할 수 있게 된다.
또한, 조명광의 투과율(투과 특성)에 기초해서, 웨이퍼(W)의 소정 깊이 위치까지의 검사를 행하도록 하면, 검출된 이상이 웨이퍼(W)의 깊이 방향의 어떤 위치에 있는 것인지를 식별할 수 있다.
또한, 조명광으로서 근적외선 또는 가시 광선을 이용하도록 하면, 일반적인 이미지 센서를 이용해서 웨이퍼(W)로부터의 광을 검출(웨이퍼(W)의 이미지를 촬상)할 수 있어, 간편한 구성으로 검사를 행할 수 있다. 한편, 근적외선에 대해서는, 이미지 센서의 감도가 저하되어 신호 잡음비(signal-noise ratio)가 저하되는 경우가 있기 때문에, 필요에 따라 냉각형 이미지 센서를 이용해서 신호 잡음비를 높일 수 있다.
또한, 실리콘 관통 전극(TSV)을 형성하기 위한 구멍의 검사를 행하도록 하면, 구멍의 깊숙한 부분의 이상(불량)을 검출할 수 있다는 점에서, 실리콘 관통 전극(TSV)의 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 회절광을 이용해서 검사하도록 하면, 웨이퍼(W)의 화상의 픽셀 크기가 패턴 A의 치수나 반복 피치보다 크더라도, 해당하는 영역의 이상을 검출하는 것이 가능하다.
한편, 적외선으로 TSV가 형성된 웨이퍼(W)를 검사하면, 웨이퍼(W)를 투과하여 아래의 웨이퍼 척(15)의 형상, 예컨대 진공척을 위한 홈이 보여 버려서, 검사에 지장이 되는 경우가 있다. 이것을 피하기 위해서는, 웨이퍼 척(15)을 홈 등이 없는 평탄한 것으로 하면 바람직하다. 웨이퍼를 전기적으로 흡착하는 정전척 방식 등을 이용하면, 웨이퍼 척(15)을 평탄하게 하는 것이 가능하다. 또한, 진공척을 위한 홈의 단면을 직사각형으로 하지 않고 완만한 산(山) 형상으로 함으로써, 홈의 외관을 얇게 혹은 보이지 않게 할 수 있다. 한편, 웨이퍼 척은 통상의 척 그대로 해도, 조명 파장의 개선에 의해서 검사에 지장이 되지 않도록 하는 것이 가능하다. 즉, 패턴이 형성된 웨이퍼(W)의 표면으로부터 검사하는 경우, 실리콘 부분까지 도달하지만 웨이퍼(W)의 두께 방향의 전부를 투과하지 않는 조명 파장을 선택함으로써 웨이퍼 척(15)에 방해받지 않고 검사할 수 있다. 예컨대, 파장 976㎚인 광을 이용하면, 도 7의 경우와 같은 계산으로, 광의 강도가 흡수에 의해 1/10가 되는 거리가 500㎛이 된다. 본 실시예와 같이, 웨이퍼(W)의 두께가 725㎛인 경우에는, 웨이퍼(W) 표면의 TSV의 검사는 가능하고, 또한 웨이퍼 척(15)까지 보이지 않는 검사를 행할 수 있다.
또한, 로직 디바이스의 웨이퍼(W)에서는 TSV의 배열이 규칙적이지 않은 경우가 있지만, 이러한 경우에도 상술한 웨이퍼(W)의 검사 방법을 QC 용도로서 사용할 수 있다. 즉, 에칭 장치 등의 조건 설정이나 정밀도 확인을 위해, TSV를 규칙적으로 배치한 패턴을 형성한 웨이퍼(파일럿 웨이퍼)를 이용해서 회절 검사를 행하도록 하면, 가공의 균일성 등을 평가할 수 있다.
다음으로 검사 장치의 실시예 2에 대해서 설명한다. 실시예 2의 검사 장치는, 웨이퍼(W)를 뒤집어서 웨이퍼 척(15)에 유지시킨다는 점을 제외하면, 실시예 1의 검사 장치(10)와 마찬가지의 구성이며, 각 부에 실시예 1의 경우와 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다(도 2 참조).
여기서, 실시예 2의 검사 장치를 이용한 웨이퍼(W)의 검사 방법에 대해서 설명한다. 실시예 2에서는, 사전에, 도시 생략한 반송 장치에 의해, 검사 대상이 되는 웨이퍼(W)를 이면이 상방을 향하도록 웨이퍼 척(15) 상에 반송해 둔다. 또한 이 때, 박막 상의 보호 부재에 의해 패턴 A가 형성된 웨이퍼(W)의 표면을 피복해서 보호하도록 해도 된다.
우선, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 해서, 웨이퍼(W)의 이면에, 웨이퍼(W)에 대해 투과성을 가진 조명광을 조사한다(스텝 S101). 이 조사 단계에서, 소정의 파장(가시광 또는 근적외선의 파장역)을 가진 조명광이 광원부(21)로부터 조명측 오목면 거울(25)으로 사출되고, 조명측 오목면 거울(25)에서 반사한 조명광이 평행광이 되어 웨이퍼 척(15)에 유지된 웨이퍼(W)의 이면 전체에 조사된다.
다음으로 실시예 1의 경우와 마찬가지로 해서, 조명광이 조사된 웨이퍼(W)로부터의 회절광을 검출한다(스텝 S102). 웨이퍼(W)의 이면에 조사된 조명광이 표면측의 반복 패턴 A까지 도달하고, 상기 패턴 A에서 발생한 회절광은, 수광측 오목면 거울(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하며, 웨이퍼(W)의 이미지(회절광에 의한 이미지)가 결상된다. 이 검출 단계에서 촬상 장치(35)의 이미지 센서는, 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(W)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호를 생성하여, 화상 신호를 화상 처리부(45)에 출력한다.
그리고, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 해서, 검출한 회절광의 정보를 이용해서 웨이퍼(W)의 검사를 행한다(스텝 S103). 이 검사 스텝에 있어서, 화상 처리부(45)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(W)의 화상(디지털 화상)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(45)는, 웨이퍼(W)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 생성한 웨이퍼(W)의 화상 데이터와 데이터베이스(46)에 기억된 무결함 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(W)에서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(45)에 의한 검사 결과 및 이 때의 웨이퍼(W)의 화상이 도시하지 않은 화상 표시 장치로 출력 표시된다.
실시예 2에서는, 웨이퍼(W)를 뒤집어서 웨이퍼 척(15)에 유지시키고, 구멍(패턴 A)이 형성된 면(표면)과 반대측의 면(이면)으로부터 회절 검사를 행한다. 구멍 형상의 검사에서는, 구멍의 깊숙한 부분, 특히 구멍의 바닥의 형상이 가장 중요한 경우가 많지만, 통상의 검사로는 이상(결함) 유무의 검사(판정)이 가장 어려운 부분이다. 실시예 1로도 구멍의 깊은 부분의 검사가 가능하지만, 검출되는 정보량으로서는 구멍의 깊은 부분에 비해서 얕은 부분의 정보가 많기 때문에, 얕은 부분에 비해서 구멍의 깊은 부분의 이상(불량)에 대해서는 일반적으로 감도가 낮게 된다. 실시예 2와 같이, 웨이퍼를 뒤집어서 반대측으로부터 회절 검사를 행하면, 얕은 부분에 비해서 구멍의 깊은 부분의 정보량을 많게 할 수 있기 때문에, 구멍의 깊은 부분을 감도 좋게 검사할 수 있다. 또한, 이 경우, 기판의 투과율이 다른 복수의 파장으로 회절 화상을 취득하면, 어떤 파장에서 회절광이 검출되었는지에 따라서, 및/또는 파장마다의 신호 강도에 따라서, 대강의 구멍의 깊이를 아는 것도 가능하다.
이와 같이, 실시예 2에 의하면, 실시예 1의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있고, 나아가, 구멍의 깊은 부분을 감도 좋게 검사할 수 있다.
한편, 패턴 A가 형성되는 면과는 반대인 웨이퍼(W)의 이면에서 회절 검사를 행하는 경우에는, 웨이퍼(W)의 이면이 거울면으로 연마되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)의 이면에 얼룩 등의 부착이 없도록 관리하는 것이 바람직하다. 조명광이 웨이퍼(W)의 이면을 2회 지나가기 때문에, 이 면이 산란면(미연마면)인 경우나, 이 면에 얼룩 등이 부착되어 있는 경우에는, 검사에 장해가 되기 때문이다.
한편, 상술한 실시예 1과 실시예 2를 조합해서, 표면으로부터의 검사와 이면으로부터의 검사를 행하여, 각각의 깊이에 있어서의 정보를 조합시킴으로써 더 상세한 검사를 행할 수도 있다. 또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 웨이퍼(W)의 패턴 A에서 발생한 회절광을 검출하여 웨이퍼(W)의 검사를 행하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 예컨대 웨이퍼(W)의 패턴 A에서 발생한 구조성 복굴절에 의한 편광의 상태 변화를 검출하도록 해도 된다. 구조성 복굴절에 의한 편광의 상태 변화는, 조명계(20)와 수광계(30)의 광로 중에 각각 편광 소자를 배치하고, 조명계(20)의 편광 소자와 수광계(30)의 편광 소자를 직교 니콜(crossed-nicol)로 함으로써 검출할 수 있다. 한편, 조명계(20)의 편광 소자와 수광계(30)의 편광 소자의 관계는, 반사광의 편광 상태에 따라 직교 니콜로부터 어긋나게 함으로써 감도가 높아지는 경우가 있다. 또한 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면(또는 이면)으로부터의 정반사광이나 산란광을 검출하도록 해도 된다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서, TSV 형성용 구멍이 규칙적으로 형성된 웨이퍼(W)(실리콘 기판)를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 절연막 형성 후의 검사나, TSV 형성 후의 검사에도 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면에 홀 패턴이 형성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 예컨대 라인·앤드·스페이스 패턴이어도 된다. 또한 예컨대, 웨이퍼(W)를 맞붙인 상태(적층화한 상태)라도 내부 검사가 가능하다. 한편, 순수한 실리콘 기판에 비해서, 반도체를 형성하기 위해서 불순물로서 이온을 주입한 실리콘 기판에서는, 광(적외선)의 투과율이 바뀌지만,이에 따라서, 검사에 사용하는 파장의 선택이나, 조명광량 등을 조정하면 바람직하다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 조명광을 조사하는 측과 같은 측으로 회절한 광을 검출하도록(웨이퍼(W)의 이미지를 촬상함) 구성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 웨이퍼(W)의 반대측으로 투과한 회절광이나, 산란광, 편광의 상태 변화 등을 검출하도록 해도 된다. 한편, 이들 광학계의 구성은, 검사 대상이 되는 기판의 두께, 패턴의 구조, 광의 투과율, 검출할 이상(불량)의 내용 등에 따라서, 최적의 광학 구성을 선택하면 바람직하다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 조명계(20)(광원부(21))가 특정 파장의 조명광을 웨이퍼(W)에 조사하도록 구성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 조명계(20)(광원부(21))가 근적외역을 포함하는 백색광을 웨이퍼(W)에 조사하고, 촬상 장치(35) 직전에 특정 파장의 광(회절광)만을 투과시키는 파장 선택 필터를 적절하게 삽입하는 구성이어도 된다. 또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 검사 장치(10)는 웨이퍼(W)의 표면 전체를 한번에 검사했었지만, 본 교시는 반드시 이와 같은 구성으로 한정되는 것은 아니고, 예컨대 수회로 나누어서 웨이퍼(W)의 표면 전체를 검사해도 된다.
이어서, 상술한 검사 방법에 의해 웨이퍼(W)의 검사가 행해지는 반도체 장치의 제조 방법에 대해서, 도 8에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 도 8의 흐름도는, 3차원 적층형의 반도체 장치에 있어서의 TSV 형성 프로세스를 나타내고 있다. 이 TSV 형성 프로세스에 있어서, 우선, 웨이퍼(베어 웨이퍼 등)의 표면에 레지스트를 도포한다(스텝 S201). 이 레지스트 도포 공정에서는, 레지스트 도포 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 웨이퍼를 회전 지지대에 진공척 등으로 고정하고, 노즐로부터 액상의 포토레지스트를 웨이퍼의 표면에 적하한 후, 웨이퍼를 고속 회전시켜서 얇은 레지스트막을 형성한다.
다음으로, 레지스트가 도포된 웨이퍼의 표면에, 소정의 패턴(홀 패턴)을 투영 노광한다(스텝 S202). 이 노광 공정에서는, 노광 장치를 이용해서, 예컨대 소정의 패턴이 형성된 포토 마스크를 통해서, 소정 파장의 광선(자외선 등의 에너지선)을 웨이퍼 표면의 레지스트에 조사하여, 마스크 패턴을 웨이퍼 표면에 전사한다.
다음으로 현상을 행한다(스텝 S203). 이 현상 공정에서는, 현상 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 노광부의 레지스트를 용제로 녹이고, 미노광부의 레지스트 패턴을 남기는 처리를 행한다. 이로써, 웨이퍼 표면의 레지스트에 홀 패턴이 형성되게 된다.
다음으로 레지스트 패턴(홀 패턴)이 형성된 웨이퍼의 표면 검사를 행한다(스텝 S204). 현상 이후의 검사 공정에서는, 표면 검사 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 웨이퍼의 표면 전체에 조명광을 조사하고, 레지스트 패턴에서 발생한 회절광에 의한 웨이퍼의 이미지를 촬상하며, 촬상한 웨이퍼의 화상으로부터 레지스트 패턴 등의 이상의 유무를 검사한다. 이 검사 공정에서, 레지스트 패턴의 양부(良否)를 판정하여, 불량인 경우에는 레지스트를 박리하여 레지스트 도포 공정부터 다시 하는 액션, 즉 리워크를 행할지 여부를 판단한다. 리워크가 필요한 이상(결함)이 검출된 경우에는, 레지스트를 박리하고(스텝 S205), 스텝 S201~S203까지의 공정을 다시 행한다. 한편, 표면 검사 장치에 의한 검사 결과는, 레지스트 도포 장치, 노광 장치 및 현상 장치로 각각 피드백된다.
현상 이후의 검사 공정에서 이상이 없다는 것을 확인하면, 에칭을 행한다(스텝 S206). 이 에칭 공정에서는, 에칭 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 남아 있는 레지스트를 마스크로 해서, 베이스의 베어 웨이퍼의 실리콘의 부분을 제거하고, TSV 형성용 구멍을 형성한다. 이로써, 웨이퍼(W)의 표면에, TSV 형성용 구멍으로 구성되는 반복 패턴 A가 형성된다.
다음으로, 에칭에 의해 패턴 A가 형성된 웨이퍼(W)의 검사를 행한다(스텝 S207). 에칭 이후의 검사 공정은, 상술한 어느 한 실시예에 따른 검사 방법을 이용해서 행해진다. 이 검사 공정에서, 이상이 검출된 경우에는, 이상의 종류 및 이상의 정도에 따라, 노광 장치의 노광 조건(변형 조명 조건·포커스 오프셋 조건 등)이나 에칭 장치의 어떤 부분을 조정할지, 그 웨이퍼(W)를 폐기할지 여부, 또는 그 웨이퍼(W)를 더 나누어서 단면 관찰하는 등의 상세한 해석이 필요한지 여부가 판단된다. 한편, 이상의 종류 및 이상의 정도에는, 판별된 이상이 어느 정도의 깊이 위치에서 발생한 것인지에 대한 정보가 포함된다. 에칭 이후의 웨이퍼(W)에 중대하고 또한 광범위한 이상이 발견된 경우에는, 리워크할 수 없기 때문에, 그 웨이퍼(W)는 폐기되거나, 또는 단면 관찰 등의 해석으로 돌려진다(스텝 S208).
에칭 이후의 검사 공정에서 이상이 없다는 것을 확인하면, 구멍의 측벽에 절연막을 형성하고(스텝 S209), 절연막을 형성한 구멍의 부분에 Cu를 충전한다(스텝 S210). 이로써, 웨이퍼(베어 웨이퍼)에 TSV가 형성된다.
한편, 에칭 이후의 검사 공정에서의 검사 결과는, 주로 노광 장치나 에칭 장치로 피드백된다. 구멍의 단면 형상의 이상이나, 구멍 직경의 이상이 검출되었을 때에는 노광 장치의 포커스나 도즈 조정을 위한 정보로서 피드백을 행하고, 깊이 방향의 구멍 형상의 이상이나 구멍 깊이의 이상은 에칭 장치 조정을 위한 정보로서 피드백을 행한다. TSV 형성 프로세스에 있어서의 에칭 공정에서는, 어스펙비(깊이/직경)이 높은(예컨대, 10~20이 된다) 구멍을 형성해야 하기 때문에, 기술적으로 난이도가 높고, 피드백에 의한 조정은 중요하다. 이와 같이, 에칭 공정에서는, 수직에 가까운 각도로 깊은 구멍을 형성하는 것이 요구되어서, 최근에는 RIE(Reactive Ion Etching:반응성 이온 에칭)이라는 방식이 널리 채용되고 있다. 에칭 이후의 검사의 경우, 에칭 장치에 이상이 없는지를 감시하여, 이상을 검출하면 에칭 장치를 멈추고 조정한다고 하는 피드백 운용이 주로 행해진다. 에칭 장치를 조정하기 위한 파라미터로서, 예컨대 세로 방향과 가로 방향의 에칭 레이트비를 제어하는 파라미터나, 깊이를 제어하는 파라미터, 웨이퍼면 내에서의 균일성을 제어하는 파라미터 등을 생각할 수 있다.
한편, 현상 이후의 검사 공정이 실시되었다면, 레지스트 도포 장치, 노광 장치, 및 현상 장치의 이상은 기본적으로 현상 이후의 검사 공정에서 검출되지만, 현상 이후의 검사 공정이 실시되지 않은 경우나, 에칭을 해봐야 비로소 알 수 있는 이들 장치의 문제가 발견된 경우에는, 각 장치에 대한 피드백(각 장치의 조정)이 행해진다.
한편, 에칭 이후의 검사 공정에서의 검사 결과를, 이후의 공정으로 피드 포워드하는 것도 가능하다. 예컨대, 에칭 이후의 검사 공정에서 웨이퍼(W)의 일부 칩이 이상(불량)이라고 판정된 경우에는, 이 정보는, 상술한 검사 장치(10)로부터 온라인을 통해서 프로세스를 관리하는 호스트 컴퓨터(도시 생략)에 전달되어 기억되고, 이후의 프로세스에 있어서의 검사·측정에서 그 이상 부분(칩)을 이용하지 않는 등의 관리에 사용하거나, 또한 최종적으로 디바이스가 완성된 단계에서 불필요한 전기적 테스트를 행하지 않는 것 등에 활용된다. 또한, 에칭 이후의 검사 공정에서의 검사 결과로부터, 이상 부분의 면적이 클 때에는, 이에 따라서 절연막 형성이나 Cu 충전의 파라미터를 조정하여 무결함 부분에 대한 영향을 경감하는 등 하여 이용할 수 있다.
본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 에칭 이후의 검사 공정이 상술한 실시예에 따른 검사 방법을 이용해서 행해지기 때문에, 에칭 이후의 웨이퍼(W)의 패턴 A의 심부까지 검사하는 것이 가능해져서, 검사 정밀도가 향상된다는 점에서, 반도체 장치의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 TSV 형성 프로세스에 있어서, 웨이퍼 상에 소자를 형성하기 이전의 최초의 단계에서 TSV를 형성하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 소자를 형성하고 나서 TSV를 형성해도 되고, 소자 형성의 도중에 TSV를 형성해도 된다. 나아가 이 경우, 소자 형성 과정에서 이온 주입 등이 행해진 결과, 적외선에 대한 투명도가 저하되지만, 완전하게 불투명하게 되는 것은 아니기 때문에, 투명도의 변화분을 고려해서 파장 선택이나 조명 광량의 조정을 행하면 바람직하다. 또한, 이러한 방식의 생산 라인이더라도, 라인의 조건 설정 및 QC의 목적으로, 베어 웨이퍼에 TSV를 형성하여 검사를 행하도록 하면, 이온의 주입에 의한 투명도의 저하의 영향을 받지 않는 검사가 가능하다.
상술한 바와 같이, 에칭 이후의 검사 공정에서의 검사 결과를, 노광 장치로 피드백하는 것이 가능하다. 여기서, 상술한 검사 장치(10)를 구비한 노광 시스템에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하면서 설명한다. 이 노광 시스템(100)은, 레지스트가 도포된 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 패턴(홀 패턴)을 투영 노광하는 노광 장치(101)와, 노광 장치(101)에 의한 노광 공정, 현상 장치(도시 생략)에 의한 현상 공정, 에칭 장치(도시 생략)에 의한 에칭 공정 등을 거쳐서, 표면에 패턴 A가 형성된 웨이퍼(W)의 검사를 행하는 검사 장치(10)를 구비하여 구성된다.
노광 장치(101)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 조명계(110)와, 레티클 스테이지(120)와, 투영 유닛(130)과, 국소 액침 장치(140)와, 스테이지 장치(150)와, 주 제어 장치(200)(도 10 참조)를 구비하여 구성된다. 한편, 이하에서는, 도 9에 나타낸 화살표 X, Y, Z의 방향을 각각 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 해서 설명한다.
조명계(110)는, 상세한 도시를 생략하지만, 광원과, 옵티컬 인테그레이터 등을 구비한 조도 균일화 광학계와, 레티클 블라인드 등을 구비한 조명 광학계를 갖고, 레티클 블라인드로 규정된 레티클 R 상의 슬릿 형상의 조명 영역을, 조명광(노광광)에 의해 대략 균일한 조도로 조명하도록 구성되어 있다. 조명광으로는, 예컨대, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚)이 사용된다.
레티클 스테이지(120) 상에는, 소정의 패턴(예컨대, 홀 패턴)이 그 패턴면(도 9에 있어서의 하면)에 형성된 레티클(포토 마스크) R이, 예컨대 진공 흡착에 의해 고정 유지되어 있다. 레티클 스테이지(120)는, 예컨대 리니어 모터 등을 구비한 레티클 스테이지 구동 장치(121)(도 10 참조)에 의해서 XY 평면 내에서 이동 가능함과 아울러, 주사 방향(여기서는 Y축 방향으로 함)으로 소정의 주사 속도로 이동 가능하게 구성되어 있다.
레티클 스테이지(120)의 XY 평면 내의 위치 정보(Z축 주위의 회전 방향의 회전 정보를 포함함)는, 레티클 스테이지(120)에 마련된, Y축에 직교하는 반사면을 가진 제 1 반사경(123) 및 X축에 직교하는 반사면을 갖는 제 2 반사경(도시 생략)을 통해서, 레티클 간섭계(125)에 의해서 검출된다. 레티클 간섭계(125)에 의해 검출된 상기 위치 정보는 주 제어 장치(200)로 보내지고, 주 제어 장치(200)는, 그 위치 정보에 기초해서 레티클 스테이지 구동 장치(121)을 통해서 레티클 스테이지(120)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
투영 유닛(130)은, 레티클 스테이지(120)의 하방에 배치되며, 경통(131)과, 경통(131) 내에 유지된 투영 광학계(135)를 갖고 구성된다. 투영 광학계(135)는, 조명광의 광축 AX을 따라 배열된 복수의 광학 소자(렌즈 엘리먼트)를 갖고, 양쪽의 텔레센트릭으로, 소정의 투영 배율(예컨대 1/4배, 1/5배 또는 1/8배 등)을 갖도록 구성되어 있다. 이 때문에, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해서 레티클 R 상의 조명 영역이 조명되면, 투영 광학계(135)의 물체면과 패턴면이 대략 일치하여 배치되는 레티클 R를 투과한 조명광에 의해, 투영 광학계(135)를 통해서 그 조명 영역 내의 레티클 R의 패턴의 축소 이미지가, 투영 광학계(135)의 이미지면 측에 배치된 웨이퍼(W) 상의 노광 영역(레티클 R 상의 조명 영역에 공액인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(W)를 유지하는 스테이지 장치(150)와의 동기 구동에 의해서, 조명 영역에 대해 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대해서 웨이퍼(W)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴으로써 웨이퍼(W) 상의 하나의 샷 영역의 주사 노광이 행해지고, 그 샷 영역에 레티클 R의 패턴(마스크 패턴)이 전사된다.
노광 장치(101)에는, 액침 방식의 노광을 행하기 위해서 국소 액침 장치(140)가 마련되어 있다. 국소 액침 장치(140)는, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 액체 공급 장치(141)와, 액체 회수 장치(142)와, 액체 공급관(143A)과, 액체 회수관(143B)과, 노즐 유닛(145)을 갖고 구성된다. 노즐 유닛(145)은, 투영 광학계(135)를 구성하는 가장 이미지면측(웨이퍼측)의 광학 소자, 여기서는 선단 렌즈(136)를 유지하는 경통(131)의 하단부 주위를 둘러싸도록, 투영 유닛(130)을 유지하는, 도시 생략한 프레임 부재(노광 장치(101)를 구성하는 프레임 부재)로 지지되어 있다. 또한, 노즐 유닛(145)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 그 하단면이 선단 렌즈(136)의 하단면과 대략 동일면이 되도록 설정되어 있다.
액체 공급 장치(141)는, 상세한 도시를 생략하지만, 액체를 저장하는 탱크와, 가압 펌프와, 온도 제어 장치와, 액체의 유량을 제어하기 위한 밸브를 갖고 구성되고, 액체 공급관(143A)을 통해서 노즐 유닛(145)에 접속되어 있다. 액체 회수 장치(142)는, 상세한 도시를 생략하지만, 회수한 액체를 저장하는 탱크와, 흡인 펌프와, 액체의 유량을 제어하기 위한 밸브를 갖고 구성되고, 액체 회수관(143B)을 통해서 노즐 유닛(145)에 접속되어 있다.
주 제어 장치(200)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 액체 공급 장치(141)의 작동을 제어하여 액체 공급관(143A)을 통해서 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(예컨대, 순수(純水))를 공급함과 아울러, 액체 회수 장치(142)의 작동을 제어하여 액체 회수관(143B)을 통해서 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(W)의 사이에서 액체를 회수한다. 이 때, 주 제어 장치(200)는, 공급되는 액체의 양과 회수되는 액체의 양이 항상 같아지도록, 액체 공급 장치(141) 및 액체 회수 장치(142)의 작동을 제어한다. 따라서, 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(W) 사이에는, 일정량의 액체가 항상 교체되어 유지되고, 이로써 액침 영역(액침 공간)이 형성된다. 이와 같이, 노광 장치(101)에서는, 조명광을, 액침 영역을 형성하는 액체를 거쳐서 웨이퍼(W)에 조사함으로써, 웨이퍼(W)에 대한 노광이 행해진다.
스테이지 장치(150)는, 투영 유닛(130)의 하방에 배치된 웨이퍼 스테이지(151)와, 웨이퍼 스테이지(151)를 구동하는 스테이지 구동 장치(155)(도 10 참조)를 갖고 구성된다. 웨이퍼 스테이지(151)는, 도시 생략한 에어 슬라이드에 의해 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 갖고 베이스 부재(105)의 상방에 부상 지지되며, 웨이퍼 스테이지(151)의 상면에서 웨이퍼(W)를 진공 흡착에 의해서 유지하도록 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(151)는, 스테이지 구동 장치(155)를 구성하는 모터에 의해서, 베이스 부재(105)의 상면을 따라 XY 평면 내에서 이동 가능하게 되어 있다.
웨이퍼 스테이지(151)의 XY 평면 내의 위치 정보는 인코더 장치(156)(도 10 참조)에 의해 검출된다. 인코더 장치(156)에 의해 검출된 상기 위치 정보는 주 제어 장치(200)로 보내어지고, 주 제어 장치(200)는, 이 위치 정보에 기초해서 스테이지 구동 장치(155)를 통해서 웨이퍼 스테이지(151)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
이상과 같이 구성되는 노광 장치(101)에 있어서, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해서 레티클 R 상의 조명 영역이 조명되면, 투영 광학계(135)의 물체면과 패턴면이 대략 일치해서 배치되는 레티클 R를 투과한 조명광에 의해, 투영 광학계(135)를 거쳐서 그 조명 영역 내의 레티클 R의 패턴의 축소 이미지가, 웨이퍼 스테이지(151) 상에 지지되어 투영 광학계(135)의 이미지면 측에 배치된 웨이퍼(W) 상의 노광 영역(레티클 R 상의 조명 영역에 공액인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(151)의 동기 구동에 의해서, 조명 영역에 대해 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대해 웨이퍼(W)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴으로써 웨이퍼(W) 상의 하나의 샷 영역의 주사 노광이 행해지고, 이 샷 영역에 레티클 R의 패턴이 전사된다.
이렇게 해서 노광 장치(101)에 의한 노광 공정이 실시되면, 현상 장치(도시 생략)에 의한 현상 공정, 에칭 장치(도시 생략)에 의한 에칭 공정 등을 거쳐서, 상술한 실시예에 따른 검사 장치(10)에 의해, 표면에 패턴 A가 형성된 웨이퍼(W)의 검사를 행한다. 즉, 이 에칭 이후의 검사 공정은, 상술한 어느 한 실시예에 따른 검사 방법(또는 상술한 실시예에 따른 검사 방법의 조합)을 이용해서 행해진다. 에칭 이후의 검사 공정에서의 검사 결과는, 주로 노광 장치(101)로 피드백된다. 이 때 예컨대, 검사 장치(10)의 컨트롤러(40)(출력부)는, 접속 케이블(도시 생략) 등을 통해서, 검사 결과에 관한 정보를 노광 장치(101)에 출력한다. 그리고, 노광 장치(101)의 주 제어 장치(200)에 마련된 보정 처리부(210)는, 검사 장치(10)로부터 입력된 검사 결과에 기초해서, 노광 장치(101)의 각 종 설정 파라미터를 보정한다.
이로써, 본 실시예의 노광 시스템(100)에 의하면, 상술한 실시예에 따른 검사 장치(10)로부터 입력된 검사의 결과에 따라 노광 장치(101)의 설정을 보정하기 때문에, 보다 정밀도가 높은 검사 결과에 기초한 보정이 가능해져서, 노광 장치(101)의 설정을 보다 적절하게 행할 수 있다.
한편, 상술한 노광 시스템(100)에 있어서, 상술한 실시예에 따른 검사 장치(10)에 의해, 에칭 이후의 웨이퍼(W)의 검사를 행하지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 현상 이후의 웨이퍼의 검사를 행하도록 해도 된다.
또한, 본원의 발명자는, 테스트 웨이퍼를 작성하여, 다양한 이상(결함)에 대한 검출 감도를 검증했다. 이 실험에서는, 조명광으로서 파장 1100㎚인 근적외광을 사용했다. 한편, 광원은 할로겐 램프로, 간섭 필터에 의해 파장 1100㎚인 광을 취출했다. 파장 1100㎚인 광에 있어서, 실리콘의 k(소쇠 계수)는 약 0.00003으로, 실리콘은 거의 투명하게 된다. 그러나, 이 파장에서는, 이미지 센서의 감도도 매우 작아지기 때문에, 충분한 S/N비(신호 잡음비)를 확보하기 위해서, 냉각 타입의 촬상 장치를 이용했다. 또한 실험에서는, 조명광으로서 파장 850㎚, 파장 800㎚, 파장 700㎚, 파장 546㎚(e선), 파장 436㎚(g선), 파장 405㎚(h선) 등의 광을 이용했다.
도 11(a)에 나타내는 웨이퍼(이하, 제 1 테스트 웨이퍼(WA)라 함)는, 표준 형상의 패턴(홀 패턴)이 형성된 웨이퍼이다. 도 12에, 파장 1100㎚의 조명광에 의한 4차 회절광에 기초한 제 1 테스트 웨이퍼(WA)의 회절 화상을 나타낸다. 제 1 테스트 웨이퍼(WA)의 회절 화상은, 패턴부로부터의 균일한 회절광을 취한 화상으로 되어 있다.
도 11(b)에 나타내는 웨이퍼(이하, 제 2 테스트 웨이퍼(WB)라 함)는, 홀 패턴의 노광시에 웨이퍼면 내에서 도즈를 변화시킴으로써, 샷마다 홀 직경을 변화시켜서 작성한 웨이퍼이다. 한편, 에칭에 의해 형성된 구멍의 직경(비아의 직경)도 도즈량 변화에 따라 변화된다. 또한, 동일의 샷 면 내에서도 구멍 직경에 불균일이 있다. 도 13(a)에, 파장 546㎚(e선)의 조명광에 의한 2차 회절광에 기초한 제 2 테스트 웨이퍼(WB)의 회절 화상을 나타낸다. 도 13(a)에 있어서, 도면의 상방을 향함에 따라서 홀 직경이 작아지고, 도면의 하방을 향함에 따라서 홀 직경이 커지는 샷 배치로 되어 있다. 한편, 각 샷의 구멍 직경은, CD-SEM에 의해 미리 측정되어 있다. 또한, 도 13(b)에, 구멍 직경과 회절광의 강도 변화(신호 강도 변화)의 관계를 나타낸다. 도 13(b)에 있어서, 그래프의 세로축은 신호 강도 변화의 비율이고, 가로축은 구멍 직경이다.
도 13(a) 및 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 회절광의 강도(신호 강도)는 구멍 직경의 변화에 따라, 거의 리니어하게 변화된다. 즉, 구멍 직경 변화를 회절 화상의 명암 변화로서 검출 가능하다. 한편, 회절광의 강도(신호 강도)와 구멍 직경의 관계식(예컨대, 직선 근사식)을 최소 제곱법에 의해 구해 두고, 구한 관계식을 이용해서 회절 화상의 신호 강도로부터 구멍 직경을 구하는 연산부를 검사 장치(10)에 마련해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 검사에 있어서, 연산부에 의해 구멍 직경을 구하는 스텝을 추가하도록 해도 된다. 이로써, 웨이퍼(W)의 회절 화상으로부터 구멍 직경을 구할 수 있다. 한편, 연산부는, 컨트롤러(40), 화상 처리부(45) 등에 포함되는 CPU 등의 연산 회로를 이용해도 되고, 컨트롤러(40), 화상 처리부(45) 등과는 독립해서 마련되어도 된다.
또한, 도 13(a)와 같은 회절 화상을 도 14(a)에 나타내고, 이 회절 화상에 있어서의 신호 강도와 구멍 직경의 상관을 비교한 결과를 도 14(b) 및 (c)에 나타낸다. 도 14(b)에 있어서, 그래프의 세로축은 신호 강도 또는 구멍 직경이고, 가로축은 웨이퍼면 내의 Y 방향(도 14(a)의 세로 방향) 위치이다. 또한, 도 14(c)에 있어서, 그래프의 세로축은 신호 강도 또는 구멍 직경이고, 가로축은 대각선 방향에서의 샷 내 위치이다. 도 14(b), (c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 회절 화상의 신호 강도와 구멍 직경에 강한 상관이 있다는 것을 나타내고 있다.
도 11(c)에 나타내는 웨이퍼(이하, 제 3 테스트 웨이퍼(WC)라 함)는, 홀 개구부의 직경이 제 1 테스트 웨이퍼(WA)와 거의 같고, 구멍의 깊은 곳의 직경이 작아져 있는 웨이퍼이다. 패턴 형상이 제 1 테스트 웨이퍼(WA)의 것으로부터 제 3 테스트 웨이퍼(WC)의 것으로 변형되었을 때 이를 검출한다는 관점에서, 회절광의 강도(신호 강도)를 비교한 것이 도 15의 그래프이다. 도 15의 그래프에 있어서, 1100BS는 파장 1100㎚의 조명광에 의한 웨이퍼 이면으로부터의 회절 검사에서의 신호 변화를, 1100fs(850fs, 800fs, …)는 파장 1100㎚(850nm, 800nm, …)의 조명광에 의한 웨이퍼 표면에서의 회절 검사에서의 신호 변화를 나타낸다. (BS는 백사이드의 약자로 웨이퍼 이면으로부터의 회절을 나타내고, fs는 프론트 사이드의 약자로 웨이퍼 표면으로부터의 회절을 나타내고 있다. 도 17에서도 마찬가지임). 한편, 도 15에서는, 각각 제 1 테스트 웨이퍼(WA)의 신호 강도를 100%로 한 신호 변화율을 나타내고 있다. 웨이퍼 표면으로부터의 회절 검사에서는, 파장 1100㎚인 조명광에서의 신호 변화율이 가장 크지만, 신호 변화율은 31%이다. 이에 반해서, 파장 1100㎚의 조명광에 의한 웨이퍼 이면으로부터의 회절 검사에서는, 179%의 신호 변화율이 얻어진다. 구멍 선단 부근의 이상 검출에는, 웨이퍼 이면으로부터의 회절 검사가 가장 효과적인 것이라는 것을 알 수 있다.
한편, 도 16(a)은, 파장 1100㎚의 조명광에 의한 14차 회절광에 기초한, 제 1 테스트 웨이퍼(WA)와 같은 조건으로 제작한 다른 테스트 웨이퍼의 회절 화상이다. 이 화상에는, 특징적인 도넛 형상의 불균일이 있다. 웨이퍼의 중심을 지나는 X 방향(도면의 가로 방향)의 선을 따라 웨이퍼를 절단하고, 웨이퍼의 단면을 SEM으로 관찰하여, 구멍 깊이(비아의 깊이)와 회절광의 강도(신호 강도)를 비교했다. 그 결과, 도 16(a)의 파선에 따른 샷 내 프로파일의 비교에서는, 도 16(b)에 나타낸 바와 같이 구멍 깊이와 상관이 입증되었다. 한편, 도 16(b)에 있어서, 그래프의 세로축은 신호 강도 또는 구멍 깊이이고, 가로축은 X 방향(도면의 가로 방향)에서의 샷 내 위치이다. 그러나, 회절 신호는 구멍 깊이 이외의 형상 변화에도 반응하기 때문에, 도 16(a)의 도넛 형상의 불균일은, 에칭으로서 'Deep RIE'(RIE:Reactive Ion Etching)에 의한 각종 형상 변화를 합한, 웨이퍼면 내 불균일성을 파악한 것이라고 할 수 있다.
측벽 러프니스(roughness)에 대한 검출 감도도 검증했다. 어스펙트비가 높은 구멍을 형성하기 위한 에칭 방법으로서 'Bosch process'가 있지만, 이 방법으로서는, 구멍의 측벽에 특징적인 동심원 형상의 단차가 생기기 쉽다. 측벽 러프니스의 크기에 따라서는, TSV 형성에 지장이 된다. 이 단차를 인위적으로 제작한 것이 도 11(d)에 나타내는 제 4 테스트 웨이퍼(WD)이다. 제 1 테스트 웨이퍼(WA)로부터 제 4 테스트 웨이퍼(WD)로의 패턴의 변화에 대한 신호 변화를 도 17에 나타낸다. 한편, 도 17에서는, 각각 제 1 테스트 웨이퍼(WA)의 신호 강도를 100%로 한 신호 변화율을 나타내고 있다. 또한, 이 테스트 웨이퍼의 조합으로서는, 측벽 러프니스뿐만 아니라, 단면 프로파일이 변해 버리기 때문에, 그 양쪽에 대한 신호 변화가 모두 관측된다. 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 조명광의 파장이 길수록 신호 변화가 큰 경향이 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 에칭 이후 또는 현상 이후의 웨이퍼가 무결함인지 여부를 판정할 수 있는 검사 장치를 포함한 반도체의 노광 시스템에 적용할 수 있다.
10 : 검사 장치 15 : 스테이지
20 : 조명계(조사부) 30 : 수광계
35 : 촬상 장치(검출부) 40 : 컨트롤러(조정부)
45 : 화상 처리부(검사부) 100 : 노광 시스템
101 : 노광 장치 W : 웨이퍼
A : 패턴

Claims (18)

  1. 한쪽 면에 상기 면으로부터 내부로 연장하는 패턴이 형성된 기판의 상기 한쪽 면 또는 다른쪽 면에, 복수의 상이한 파장의 적외광으로서, 상기 복수의 상이한 파장의 적외광이 상기 기판에 대해 각각의 상이한 소정 깊이까지 침투하는 침투성을 갖는 적외광을 조사하는 조사 단계와,
    상기 적외광의 각 파장에 관하여, 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 회절광 또는 상기 기판을 투과한 투과광의 편광 성분을 검출하는 검출 단계와,
    상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광의 검출 결과 또는 상기 기판을 투과한 상기 투과광의 상기 편광 성분의 검출 결과에 근거하여, 상기 소정의 깊이까지의 상기 기판의 상기 패턴의 검사를 행하는 검사 단계
    를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고,
    상기 검사 단계에서, 상기 적외광의 상기 실리콘 기판으로의 침투 특성에 기초해서, 상기 검출 단계에서 검출한 상기 실리콘 기판으로부터의 검출 신호로부터, 상기 실리콘 기판의 소망 깊이 위치까지의 상기 검사를 행하는
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외광으로서 600㎚~1100㎚의 파장의 광이 이용되는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은, 상기 기판에 구멍을 뚫어서 형성된 복수의 홀로 이루어지는 홀 패턴이며,
    상기 홀은, 상기 기판에 관통 전극을 형성하기 위한 홀인
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판으로부터의 광과 상기 홀의 직경의 상관을 이용해서, 상기 검출 단계에서 검출한 검출 신호로부터 상기 홀의 직경을 산출하는 연산 단계를 더 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 단계에서, 상기 기판의 상기 패턴에서 회절광이 발생하도록, 상기 적외광을 상기 기판에 조사하고,
    상기 검출 단계에서, 상기 적외광이 조사되어 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광을 검출하는
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 단계에서, 상기 적외광으로서, 적어도 상기 패턴에 도달할 정도의 침투성을 갖는 적외광을 상기 다른쪽 면으로부터 조사하는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    침투성이 서로 다른 복수의 파장의 적외광을 이용해서, 상기 조사 단계, 상기 검출 단계, 상기 검사 단계를, 상기 복수의 파장의 적외광마다 반복하는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 방법.
  9. 한쪽 면에 상기 면으로부터 내부로 연장하는 패턴이 형성된 기판의 상기 한쪽 면 또는 다른쪽 면에, 복수의 상이한 파장의 적외광으로서, 상기 복수의 상이한 파장의 적외광이 상기 기판에 대해 각각의 상이한 소정 깊이까지 침투하는 침투성을 갖는 적외광을 조사하는 조사부와,
    상기 적외광의 각 파장에 관하여, 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 회절광 또는 상기 기판을 투과한 투과광의 편광 성분을 검출하고, 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 기판과 상기 조사부와 상기 검출부 중 적어도 하나를 상기 패턴에 따라 조정하는 조정부와,
    상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광의 검출 결과 또는 상기 기판을 투과한 상기 투과광의 상기 편광 성분의 검출 결과에 근거하여, 상기 소정의 깊이까지의 상기 기판의 상기 패턴의 검사를 행하는 검사부
    를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고,
    상기 검사부는, 상기 적외광의 상기 실리콘 기판으로의 침투 특성과, 상기 실리콘 기판으로부터의 상기 검출 신호에 기초해서, 상기 실리콘 기판의 소망 깊이 위치까지의 상기 검사를 행하는
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 조사부는, 상기 적외광으로서 복수의 파장의 적외광을 각각 상기 기판에 조사하고,
    상기 검사부는, 상기 적외광의 상기 기판으로의 침투 특성에 기초해서, 소망 깊이 위치까지의 상기 검사를 행하는
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 적외광으로서 600㎚~1100㎚의 파장의 광이 이용되는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 조사부는, 상기 패턴이 형성되어 있지 않은 상기 다른쪽 면측으로부터, 적어도 상기 패턴에 도달할 정도의 침투성을 갖는 광을 상기 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 패턴은, 상기 기판에 표면으로부터 내부를 향해서 형성된 복수의 홀로 이루어지는 홀 패턴이고,
    상기 홀은, 상기 기판에 관통 전극을 형성하기 위한 홀인
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판으로부터의 광과 상기 홀의 직경의 상관을 이용해서, 상기 검출 신호로부터 상기 홀의 직경을 산출하는 연산부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조사부는, 상기 기판의 상기 패턴에서 회절광이 발생하도록 상기 적외광을 상기 기판에 조사하고,
    상기 검출부는, 상기 적외광이 조사되어 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광을 검출하는
    것을 특징으로 하는 기판의 검사 장치.
  17. 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 장치와, 상기 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 검사 장치를 구비하고,
    상기 검사 장치는, 청구항 9에 기재된 검사 장치로, 상기 검사부에 의한 상기 검사의 결과를 상기 노광 장치에 출력하고,
    상기 노광 장치는, 상기 검사 장치로부터 입력된 상기 검사의 결과에 따라, 상기 노광 장치의 노광 조건을 설정하는
    것을 특징으로 하는 노광 시스템.
  18. 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 공정과, 상기 노광이 행해진 상기 패턴에 따라 기판의 표면에 에칭을 행하는 에칭 공정과, 상기 노광 또는 상기 에칭이 행해져서 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 검사 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 검사 공정이 청구항 1에 기재된 검사 방법을 이용해서 행해지는
    것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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