KR19980033101A

KR19980033101A - 고정밀 패턴 검사 방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980033101A
Application number: KR1019970054492A
Authority: KR
Inventors: 무라까미신고; 야마네쓰요시; 오구라유끼오; 나까따니가쓰히꼬; 아이다요시아끼
Original assignee: 가네꼬히사시; 닛뽕덴끼가부시끼가이샤
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1998-07-25
Also published as: EP0838679A2; EP0838679A3; KR100300212B1; TW368714B; DE69735985D1; EP0838679B1; DE69735985T2; US6381356B1

Abstract

본 발명은 레이저빔이 복수의 빔으로 분할되고, 복수의 빔의 각각은 특별한 편광 또는 세기 등의 식별 표식을 갖는 레이저빔으로 시료를 검사하는 방법 및 장치이다. 표시된 빔의 각각은 시료를 검사하는데 필요한 시간을 감소하기 위하여 시료의 여러 부위를 검사한다.

Description

고정밀 패턴 검사 방법 및 장치

본 발명은 대규모 직접회로 (LSI) 제조용 레티클 (reticle) 또는 LSI 이들의 패턴의 외관을 검사하는 것과 관련된 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것이다.

종래에는, LSI 제조용 레티클 또는 LSI 이들의 패턴은 야금술 현미경을 사용한 두 개의 광학계를 사용하여, 동시에, 시험중의 패턴의 식별 부위를 관찰하고, 흠결을 검출하기 위하여 이들 부위간의 차이점을 얻어서 검사되는 것이 일반적인 실시예이다.

LSI 패턴들이 크기가 감소되었기 때문에, 상술한 종래의 방법은 해상력 (resolving power) 의 제한 때문에 최근의 LSI 패턴과는 더 이상 합치하지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 미국특허 제 5,572,598 호에 개시된 방법이 제안되었다. 이 방법에서는, 양호한 수렴 (convergence) 특성을 갖는 레이저빔이 광원으로 사용된다. 이 레이저는 현미경 스포트 (spot) 에 모인다. LSI 제조용 패턴 등의 시료의 표면은 상기 레이저빔으로 검사된다. 관찰된 시료의 표면의 화상은 시료로부터의 투과된 또는 반사된 레이저빔의 광량의 편위에 기초하여 구성된다.

그러나, 상술한 방법은 관측된 화상을 얻도록 이차원 방법으로 레이저 스포트로 시료가 검사되는 기법을 사용한다. 따라서, 단차원 또는 이차원 방법으로 카메라 또는 이에 상당하는 검출기에 의해 일괄적으로 관찰된 화상을 얻는 종래의 기술과 비교하여 볼 때, 관찰된 화상 검출에 대한 시간은 현저하게 증가한다.

더욱이, 검사용 해상력은 계속 증가하기 때문에, 데이터 처리 요건이 대단히 또한 증대된다. 따라서, 관찰된 시료의 화상에 대한 검출시간을 줄이는 것이 매우 요청된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술 보다 고도로 정밀한 LSI 조립 반도체 칩용 레티클 (reticle) 또는 LSI 이들의 패턴 (이하에서는 시료 라 칭함) 을 검사하는 시간을 줄이는 검사 방법 및 검사 장치를 제공하여 상술한 문제점을 해결하는데 있다.

본 발명을 수행하여 그의 일 실시예에 따르면, 레이저빔으로 시료의 표면을 검사하고, 이 시료의 표면으로부터 반사된 하나 이상의 광 빔과 시료의 표면을 투과하는 광 빔을 이용하여 고정밀의 패턴을 검사하는 방법은, 복수의 분할된 주사 레이저빔으로서의 레이저빔으로 시료의 표면을 주사하기 위하여 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할시키는 단계와, 동시에 복수의 분할된 주사 레이저빔의 각각에 식별 표식을 할당하는 단계와, 식별된 분할 주사 레이저빔의 각각에 상응하는 시료의 표면의 화상을 제공하도록 복수의 분할된 주사 레이저빔의 각각을 식별 표식으로 식별하는 단계를 포함한다.

레이저빔 분할 단계는 레이저빔을 두 개로 분할하는 단계와, 분할된 레이저빔 중 하나의 레이저빔의 광학축선을 경사시키는 단계와, 두 개의 분할된 레이저빔을 합성하는 단계를 포함할 수 있다. 식별 표식은 분할된 주사 레이저빔 각각에 할당된 여러 가지의 편광상태이거나 또는 시간 분할 방법으로 분할된 주사 레이저빔 각각에 할당된 광세기의 편위일 수 있다.

바람직하게는, 레이저빔은 자외선 파장을 갖는다.

본 발명을 수행하여 그의 다른 실시예에 따르면, 시료의 표면을 레이저빔으로 주사하고 시료의 표면으로부터 반사된 하나 이상의 광 빔과 시료의 표면을 투과한 광 빔을 이용하여 고정밀 패턴을 검사하는 장치는, 레이저빔으로 시료의 표면을 주사하는 주사 수단과, 복수의 분할된 주사 레이저빔으로서의 레이저빔으로 동시에 시료의 표면을 주사하도록 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하는 레이저빔 주사 수단과, 식별 표식을 복수의 분할된 주사 레이저빔 각각에 할당하는 식별 표식 할당 수단과, 시료의 표면 위에 식별 표식으로 할당된 복수의 분할된 주사 레이저빔을 조사하는 조사수단과, 시료의 표면에서 반사된 하나 이상의 광과 시료의 표면을 투과한 광을 검출하는 화상 신호 검출 수단과, 식별 표식에 의해 복수의 분할된 주사 레이저빔의 각각을 식별하고 화상신호 검출수단으로부터 얻은 검출 신호와를 이용하여 시료의 표면의 화상을 얻어 흠결을 검출하고 화상 처리 유니트와, 소정의 화상을 표시하는 화상 표시부와, 외부에서 데이터를 입력하는 입력부를 갖는 시스템 제어부와, X 축과 Y 축 방향으로 동일하게 구동시키도록 시료를 고정시키는 XY 단을 포함할 수 있다.

레이저빔 분할수단은 레이저빔을 두 개로 분할하는 분할수단과, 두 개의 분할 레이저빔 중 하나의 분할 레이저빔의 광축선을 경사시키는 광학축선 변경수단과, 분할된 두 개의 레이저빔을 합성하는 합성수단을 포함할 수 있다.

레이저빔 분할수단은 하나 이상의 병렬 및 직렬 배열로 제공된 복수의 복수의 유니트 레이저빔 분할 수단일 수 있으며, 이 유니트 레이저빔 분할 수단은 레이저빔을 두 개로 분할시키는 하나의 분할 수단과, 두 개의 분할 레이저빔 중 하나의 분할 레이저빔의 광학축선을 경사시키는 하나의 광학축선 변경수단과, 두 개의 분할 레이저빔을 합성하는 하나의 합성수단을 포함한다.

광학축선 변경수단은 웨지형 유리판을 포함할 수 있다.

식별 표식 할당 수단에 의해 할당될 식별 표식은 복수의 분할 주사 레이저빔의 각각에 할당된 여러 가지의 편광상태이거나 또는 시간 분할 방식으로 복수의 분할 주사 레이저빔의 각각에 할당된 광세기의 편위일 수 있다.

식별 표식을 제공하는 광세기의 편위를 할당하는 식별 표식 할당 수단은 그의 광세기를 변경하도록 복수의 분할 주사 레이저빔의 각각에 대하여 아나로그 변조를 수행하는 초음파 변조수단과 소정의 시간 분할 방법으로 초음파 변조 수단에 변조신호를 출력하는 변조 신호 발생 수단을 포함할 수 있다.

더욱이, 바람직하게는 레이저빔은 자외선 파장을 가질 수 있다.

레이저광원으로부터 조사된 레이저빔은 시료 표면이 소정범위의 표면을 주사하도록 복수의 레이저빔으로 주사될 수 있도록, 레이저빔 분할 수단에 의하여 복수의 레이저빔으로 분할된다. 레이저빔을 두 개로 분할되고, 분할 레이저빔 중 하나의 레이저빔의 광학축선을 경사시키고, 분할 레이저빔을 합성시키는 복수의 유니트 레이저빔 분할 수단을 하나 이상의 병렬 및 직렬 배열로 결합하여, 그의 홀수를 갖는 소정수의 분할 주사 레이저빔이 발생될 수 있다.

식별 표식을 분할된 주사 레이저빔의 각각에 할당하여, 분할된 주사 레이저빔을 시료 표면으로부터 반사되어 투과된 하나 이상의 광빔을 검출하는 화상 신호 검출 수단으로부터 얻은 검출신호로 식별될 수 있다. 따라서, 넓은 시료 표면의 화상이 흠결검출로 단시간내로 얻어질 수 있다.

레이저빔 조사위치에 대하여 시료를 고정하여 X 축과 Y 축 방향으로 구동시키기 위한 XY 단에 의해, 시료는 X 축 방향으로 주사될 수 있다. 시료가 X 축 방향으로 한 번 주사되면, 시료는 Y 축 방향으로 단이동 (step-fed) 되어 X 축 방향과 반대 방향으로 주사되도록 한다. 이러한 동작이 반복되어 복수의 분할 주사 레이저빔이 차례로 배열된 주사 폭으로 시료의 대상 면적 전부에 걸쳐서 주사된다.

본 발명의 제 1 이점은 초음파 검출기와 레이저빔을 두 개로 분할하는 기법이 결합된 검사방법은 시간당 종래에는 500 포인트에서 1000 포인트로 화상 신호 검출을 확대할 수 있다는 데에 있다. 레이저빔의 분할은 단위당 포인트의 수를 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 예컨대 LSI 조립용 레티클의 흠결을 검사하는 시간이 줄어들어 생산성을 증대시킬 수 있다. 이 방법은 또한 LSI 자체의 비용을 현저하게 줄인다.

본 발명의 제 2 이점은 흠결검사에 대하여 약 0.3 ㎛ 의 종래기술의 해상력과 비교할 때, 0.1 ㎛ 의 작은 흠결크기가 실현될 수 있으므로, 종래기술 보다도 고정밀 패턴의 흠결검사를 가능하게 하도록, 파장이 363.8 nm 인 UV 광이 광원으로 사용된다는 데에 있다. 이것이 특성상 더 현미경적인 것을 얻는 실시예용의 최근의 LSI 제조 레티클에 대하여 대단히 효과적인 검사기법을 제공한다.

본 발명의 제 3 이점은 동일한 레이저광원이 조명과 자동포커싱에 사용된 종래기술의 기법과 비교할 때, 광학축선조절 등이 용이하게 행할 수 있으며, 동시에, He-Ne 레이저 (632.8 nm 의 파장) 가 조명용 광원에 관계없이 오토 포커싱 광원에 사용되기 때문에, 오토 포커스 검출의 정밀성이 증대될 수 있다는 데에 있다.

본 발명의 제 4 이점은 시료의 고정밀 배열이 3 차원, 즉 X, Y, 및 θ 방향의 자유도를 갖는 단 (stage) 을 사용하여 수행될 수 있다는 데에 있다.

도 1 은 고정밀 패턴 검사 장치를 도시하는 일반적인 블록도이다.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예로서 실시된 검사 장치의 광학 시스템을 도시하는 상세 블록도이다.

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예의 편향 주사의 시간 선도이다.

도 4 는 본 발명의 제 1 실시예의 시료상의 주사 레이저빔의 상태를 도시하는 블록도이다.

도 5 는 본 발명의 제 1 실시예의 편향 주사 신호를 발생시키는 회로의 동작을 도시하는 블록도이다.

도 6 은 XY 단의 동작을 도시하는 개략도로서, 도 6(a) 는 XY 단을 도시하는 사시도이며, 도 6(b) 는 본 발명의 제 1 실시예의 동작을 도시하는 도면이고, 도 6(c) 는 종래예의 동작을 도시하는 도면이다.

도 7 은 본 발명의 제 2 실시예로 실시된, 고정밀 패턴 검사 장치의 광학 시스템을 도시하는 상세 블록도이다.

도 8 은 제 2 실시예의 편향 주사의 시간 선도이다.

도 9 는 본 발명의 제 2 실시예의 시료상의 주사 레이저빔의 상태를 도시하는 도면으로서, 도 9(a) 는 주사상태의 개략선도이고, 도 9(b) 는 Y 축선 편향 주사 신호와 경과시간간의 관계를 나타낸는 그래프이다.

도 10 은 제 2 실시예의 주사영역과, 변조 신호와, Y 축 편향 주사 신호간의 관계를 상세히 도시하는 개략 선도이다.

도 11 은 본 발명의 제 3 실시예로 실시된, 고정밀 패턴 검사용 장치의 레이저 빔을 4 분할 하는 광학 시스템을 도시하는 일반 블록 선도이다.

도 12 는 본 발명의 제 3 실시예로 실시된 XY 단의 동작을 도시하는 개략 선도이다.

도 13 은 본 발명의 제 3 실시예의 편향 주사의 시간 선도이다.

도 14 는 제 3 실시예에 있어서 레이저빔의 주사 상태를 도시하는 개략 선도이다.

도 15 는 본 발명의 제 4 실시예로 실시된, 고정밀 패턴 검사 장치에서 8 개로 레이저빔이 분할되는 광학 시스템을 도시하는 일반 블록 선도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

110 : 광학시스템 111 : 레이저광원

112 : 어테뉴에이터 113, 114 : 편향 주사 수단

119 : 레이저빔 130 : 2 분할 광학계

150 : 반사광 검출기 160 : 투과광 검출부

170 : 오토포커스부 181 : XY 단

182 : 시료 186 : X 단

187 : Y 단 188 : θ 단

190 : 시스템 제어부 191 : 화상처리 유니트

191a : 데이터 기억부 191b : 화상 데이터 축적부

191c : 흠결정부 기억부 191d : 화상 처리 제어부

192 : 표시부 193 : 데이터 입력부

다음은 도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 고정밀 패턴 검사장치는 예컨대, 시료의 형상의 오차, 크기, 표시 (registration) 및 패턴의 흠결 등등의 흠결을 찾아내는 검사장치이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정밀 패턴 검사 장치는 조명광을 제공하는 레이저광원 (111) 과, 레이저광원에서 출력된 레이저빔 (119) 을 편향적으로 주사하는 편향 주사 수단 (113 및 114) 과, 레이저빔을 두 개로 분할하는 레이저 분할 수단인 2 분할 광학계 (130) 와, 또 다른 광학계와, 검사될 시료 (182) 를 위에 고정시키는 XY 단 (181) 을 포함하는 광학시스템 (110) 과, 표시부 (192) 와 데이터 입력부 (193) 를 갖는 시스템 제어부 (190) 로 구성된다.

XY 단 (181) 은 자동적으로 X 축 방향으로 이동되는 X 테이블 (도시되지 않음) 과 Y 축 방향으로 단이동되는 Y 테이블을 포함한다. 각각의 테이블은 AC 서보 모터의 회전운동을 볼 스크류에 의해 선형운동으로 전환시키는 기구 (도시되지 않음) 에 의해 구동된다.

다음은 도 2 를 참조하여 광학시스템 (110) 을 상세히 설명한다. 이 광학시스템 (110) 은 레이저빔을 편향시켜 발생된 레이저빔을 2 분할 광학계 (130) 로 투과시키는 제 1 투과시스템과, 2 분할 광학계 (130) 와, 2 분할 광학계에서 나온 레이저빔을 시료 (182) 에 투과시키는 제 2 투과시스템과, 반사광 검출기 (150) 와, 투과광 검출부 (160) 와, 오토포커스부 (170) 로 구성된다.

제 1 투과시스템은 조명용 레이저빔 (119) 을 조사하는 레이저 광원 (111) 과, 레이저빔 (119) 의 출력세기를 조절하는 어테뉴에이터 (112) 와, 스페이셜 필터 (113) 와, 레이저빔 (119) 을 고속으로 하여 시료를 편향적으로 주사하는 초음파 편향기 (121 및 126) 를 포함하는 편향 주사 수단 (120 및 125) (빔 익스팬더 (122) 와 2 분의 1 파장판 (123) 을 포함함) 과, 이들 편향 주사 수단 (120 및 125) 으로부터 레이저빔을 X 축 방향으로 집광시키는 원형 렌즈 (114) 와, 레이저빔 (119) 의 진행방향을 변경하여 그 일부를 투과시키는 빔 스프리터 (115) 와, 빔 스프리터 (115) 를 투과한 레이저빔을 검출하여 어테뉴에이터 (112) 의 출력측에서의 레이저빔 (119) 의 출력세기를 조절하는 파워 모니터 (116) 와, 반사광의 측면에 있는 릴레이 렌즈 (117) 와, 4 분의 1 파장판 (118) 으로 구성된다. 이와 같이 구성된 제 1 투과시스템은 빔 스프리터 (108) 에 의해 반사된 레이저빔을 2 분할 광학계 (130) 로 투과시킨다.

레이저빔을 P 편광과 S 편광의 두 레이저빔으로 분할하는 2 분할 광학계 (130) 는 입사 레이저빔 (128) 을 P 편광과 S 편광의 두 레이저빔으로 분할하는 포랄라이저 (131) 와, 분할된 레이저빔 (139) 의 광학축선을 변경하기 위하여 웨지형 유리판으로 구성된 웨지판 (133) 과, 레이저빔 (139) 의 방향을 변경하는 미러 (132b) 와, 분할된 다른 레이저빔 (128) 의 진행방향을 변경하여 투과거리를 조절하는 미러 (132c, 132d, 132e 및 132f) 와, 레이저빔 (138) 과 기타 레이저빔 (139) 을 합성하는 포랄라이저 (134) 로 구성된다. 따라서, 이렇게 구성된 2 분할 광학계 (130) 는 합성된 레이저빔 (129) 을 제 2 투과시스템으로 전달된다.

제 2 투과시스템은 레이저빔 (129) 을 통과하여 투과하는 핼프 (half) 미러 (141) 와, 레이저빔의 방향을 단주사 대신에 X 축 방향으로 변경하여 일정한 범위의 화상을 얻는 갈바노 미러 (142) 및 미러 (143) 와, 텔리스코프 (144) 와, 레이저빔을 반사하여 레이저빔의 방향을 변경하는 디크로익 (dichroic) 미러 (145) 와, 대물렌즈 (146) 로 구성된다. 레이저빔 (149) 은 대물렌즈 (146) 를 통해 시료의 패턴표면상에 집광된다.

화상신호 검출수단 중 하나인, 반사광 검출부 (150) 에 있어서, 최초 레이저빔의 광경로에 되돌아간 시료 (182) 로부터 반사된 레이저빔은 핼프 미러 (141) 에 의해 반사된 후에 포랄라이저 (152) 에 들어간다.

반사광 검출부 (150) 는 반사된 레이저빔의 P 편향 성분을 투과시켜 포랄라이저 (155) 의 방향으로 나머지 성분을 반사하는 포랄라이저 (152) 와, 포랄라이저를 투과한 P 편향 성분을 반사광 검출부 (154) 의 검출면 위에 집광하는 콘덴서 렌즈 (153) 와, 포랄라이저 (152) 로부터 반사된 광 중에서 S 편광 성분을 분할하여 집광하는 포랄라이저 (155) 와, 반사광 검출부 (157) 의 검출면 위에 분할된 S 편광 성분을 집광하는 콘덴서 렌즈 (156) 로 구성된다.

화상신호 검출수단 중 또 다른 하나인 투과광 검출부 (160) 는, 시료 (182) 를 통하여 투과된 레이저빔을 모으는 코렉터 렌즈 (161) 와, P 편광 성분을 투과시켜서 포랄라이저 (165) 의 방향으로 나머지 부분을 반사하는 포랄라이저 (162) 와, 포랄라이저 (162) 를 투과한 광을 투과광 검출부 (164) 의 검출면 위에 집광시키는 콘덴서 렌즈 (163) 와, 투과광 검출부 (164) 와, 포랄라이저 (162) 의 반사광 중 S 편광을 분할시키는 포랄라이저 (165) 와, 분할된 S 편광 성분을 투과광 검출부 (167) 의 검출면 위에 집광시키는 콘덴서 렌즈 (166) 와, 투과광 검출부 (167) 로 구성된다.

오토포커스부 (170) 는 He-Ne 레이저 (파장은 632.8 nm) 등의 선형 극성 레이저빔을 이용한 오토포커스 광원 (171) 과, 오토 포커스 광원 (171) 에서 조사된 레이저빔을 확장하는 빔 익스팬더 (172) 와, 오토포커스 광원 (171) 에서 조사된 레이저빔을 투과하여 시료 (182) 에서 반사되어 시료의 광경로를 따라 되돌려진 광을 분할소자 (177) 에 반사시키는 빔 스프리터 (173) 와, 선형편광을 원형편광으로 전환시키는 4 분의 1 파장판 (178) 과, 레이저빔을 대물렌즈 (146) 를 통하여 투과한 후에 레이저빔 (149) 과 동일면상에 포커스시키는 보정렌즈 (174) 와, 디크로익 미러 (145) 를 투과한 레이저빔 (129) 을 따라 시료 (182) 위에 조사시켜서 시료 (182) 에서 반사된 광을 빔 스프리터 (173) 에 반사시키는 미러 (175) 와, 빔 스프리터 (173) 에서 반사된 광을 집광시키는 집광렌즈 (176) 와, 칼날 (179) 과, 분할소자 (177) 로 구성된다.

도 1 을 더 참조하면, 화상처리 유니트 (191) 는 시료 (182) 로부터 반사되어 투과된 광으로부터 검출부에 의해 검출된 검출신호를 수용하여, 수용된 검출신호로부터 화상을 발생하고, 시료간의 비교에 기초하여 검사시 사용하기 위해 이미 주사된 기준 시료의 화상데이터를 저장하는 화상 데이터 축적부 (191b) 와, 시료와 시료 데이터베이스를 비교하여 검사를 수행시에 데이터베이스로부터 얻은 보정 화상데이터를 저장하는 데이터 기억부 (191a) 와, 검사에 의해 발견된 흠결에 대하여, 정보를 저장하는 흠결정부 기억부 (191c) 와, 화상처리 유니트의 구성요소의 디지털 기능을 집중적으로 제어하여 외부장치와 인터페이스 하는 화상 처리 제어부 (191d) 로 구성된다.

표시부 (192) 는 화상과, 흠결정보 등등을 표시하여, CRT 등의 표시장치를 통하여 검출된 흠결의 내용을 작업자에게 알려준다. 이러한 표시는 후술될 데이터 입력부 (193) 로부터 입력을 수정하는데 또한 사용된다.

데이터 입력부 (193) 는 데이터를 상술한 데이터 베이스에 입력하여 예컨대 표시부 (192) 상에 표시의 내용을 결정하도록 사람 - 기계 인터페이스로 사용된다. 즉, 키보드가 데이터 입력부로 사용된다.

다음은 본 발명의 제 1 실시예의 동작을 설명한다. 사용될 레이저빔은 바람직하게는 레이저빔이 양호한 포커스를 갖거나, 또는 시료 (182) 상의 스포트 크기가 가급적 작아야만 하는 관점에 비추어 더 짧은 초음파 파장을 가진다. 그러나, 360 nm 이하의 파장대에서, 사용할 수 있는 렌즈 재료는 매우 제한적이어서, 작은 편위를 갖는 렌즈를 제조하는데에 매우 곤란하게 만들며, 동시에, 레이저빔을 편향시키는 수단을 제조하기가 매우 곤란하게 만든다. 따라서, 본 실시예에서는 363.8 nm 의 파장을 갖는 Ar 레이저의 UV 광으로부터 양호한 결과를 얻었다.

조명용의 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔 (119) 은 주사 스캔 수단 (120 및 125) 에 의해 Y 방향으로 편향되고, 이 편향된 레이저빔은 2 분할 광학계 (130) 에 의해 XY 단상에 고정된 시료 (182) 위에 조사되는 P 편광과 S 편광으로 분할된다.

지금부터 도 3 을 참조하면, Y 축 주사 스캔 신호 (307) 에 의해 지시된 구동 신호가 주사 스캔 수단 (120 및 125) 의 초음파 편향기 (121 및 126) 에 사용된다. X 단이 소정의 위치에 오면, 클록 펄스 (CLK) 와 동기하여, 제 1 회 Y 주사 개시 신호 (301) 가 발생되고, 제 1 회 Y 주사 개시 신호 (301) 로부터 제 1 주사중 신호 (305) 가 발생되며, Y 축 편향 주사 신호 (307) 에 의해 지시된 구동 신호가 발생된다. 제 1 회 주사중 신호 (305) 가 온 (on) 되면, 시료 (182) 의 주사영역 (1-1) 과 주사영역 (1-2) 의 패턴면이 분할된 두 레이저빔의 각각 편향 주사되어 그 결과의 화상 데이터가 샘플된다.

제 1 회 주사중 신호 (305) 가 주사영역 (1) 의 주사가 종료되는 시간에서 오프 (off) 하면, Y 축 편향 주사 신호 (307) 가 Y 축 편향 주사 신호의 0 레벨 (308) 로 신속하게 복귀하여 제 2 회 주사중 신호 (306) 가 제 2 회 Y 주사 개시 신호 (302) 에 의해 on 될 때까지 대기상태로 유지된다. 대기시간은 가급적 짧게 설정된다.

도 4(a) 를 참조하면, 시료 (182) 의 패턴면상의 레이저빔 스포트는 다음과 같이 이동한다. 분할된 두 레이저빔의 각각은 초기에는 위치 (411 및 421) 에 있고 Y 축 편향 주사 신호 (307) 에 의해 화살표 A 방향으로 이동한다. Y 축 편향 주사 신호 (307) 가 도 4 (b) 에 도시된 바와 같은 각각의 스포트 위치에서 단계별 (선형이 아님) 로 증가한다 .

제 1 회 주사중 신호 (305) 는 영역 (1) 의 Y 축 주사의 단부위치 (414 및 424) 가 각각의 레이저빔으로 편향적으로 주사될 때에 off 된다. 제 1 회 주사중 신호 (305) 가 off 되면, Y 축 편향 주사 신호 (307) 는, Y 축 편향 주사 신호의 0 레벨 (308) 로 신속하게 복귀하여, 각각의 레이저빔이 또한 주사 개시 위치에 돌아오도록 한다. XY 단이 X 축 방향으로 이동하면, 각각의 레이저가 제 2 편향 주사 개시 위치 (415 및 425) 로 위치되어, 제 2 회 주사중 신호 (306) 가 제 2 회 Y 주사 개시 신호 (302) 에 의해 on 될 때까지 대기상태로 유지한다. 제 2 회 Y 주사중 신호 (306) 가 on 되면, Y 축 편향 주사 신호 (307) 는 제 1 회 Y 주사와 동일한 방법으로 발생되어, 발생된 신호가 편향기에 사용된다. 따라서, 상술한 기능이 주사영역 (1) 의 모든 영역상에 소정회수로 반복되어 수행된다.

도 5 를 참조하면, 편향주사수단 (120 및 125) 에 입력될 Y 축 편향 주사 신호 (307) 는 도 5 에 도시된 바와 같이, 클록 펄스 CLK (331) 가 입력된 회수를 카운터하는 카운터 (332) 와, 클록이 소정수로 카운터될 때 마다 축적값을 출력하는 대수기능을 수행하는 메모리 (333) 와, 메모리 (333) 의 디지털 출력을 아나로그 값으로 변환하는 D/A 변환기 (334) 와, 증폭기 (335) 의 출력으로부터 발생된다.

도 6(b) 를 참조하여, XY 단 (181) 은 시료 (382) 를 운반하여 X 축을 따라 일방향으로 이동하고, 시료 단부 (387) 가 주사 레이저빔 조사위치 (340) 에 도달하면, 이동을 멈추고, 여기에서 도 6(b) 에 도시된 제 1 회 주사 영역 (310) 에 대하여 X 축 이동이 종료한다.

이 위치는 고정위치이다. 레이저빔은 실시예에서 P 편향 주사 레이저빔 (341) 과 S 편향 주사 레이저빔 (342) 이 제공된 Y 축 방향으로 주사된 상기 위치에서 두 개로 분할된다. 설명의 편의를 위해, 레이저빔 (342) 의 단부 (341a) 와 레이저빔 (342) 의 단부 (342b) 가 사이에 공간이 있는 것으로 되어 있으나, 그러나 실제로는 각각의 레이저빔의 주사폭은 레이저빔 (341 및 342) 양자가 상호간 겹치도록 설정됨을 유의해야 한다.

다음은, XY 단 (181) 이 Y 방향 (화살표 A 방향) 으로 두 단이 이동되고, XY 단 (181) 은 Y 축 방향과 거꾸로 X 축 방향으로 이동되며, 이에 기해 주사영역 (320) 의 제 2 의 X 축 이동이 시작한다. 검사를 받은 시료단부 (386) 가 주사 레이저빔 조사위치 (340) 에 도달하면, XY 단이 정지한다.

도 6(b) 에 도시되지 않았지만, 제 3 주사영역과 제 4 주사영역 등의 복수의 주사영역이 존재하는 경우, X 축 주사와 Y 축 단 이동이 반복되어 시료상의 모든 주가영역이 주사 레이저빔 (341 및 342) 으로 주사된다.

반면, 레이저빔 (119) 의 출력세기는 파워 모니터 (116) 에 의해 제어된다. 파워 모니터 (116) 의 검출신호를 사용하여, 어테뉴에이터 (112) 는 레이저 파워 제어기 (도시되지 않음) 에 의해 제어되어 일정 수준으로 레이저빔 (119) 의 출력세기를 유지한다.

상술한 기능이 시스템 제어부 (190) 의 제어하에 다른 구성요소의 기능과 협동하여 수행된다.

도 6(c) 를 참조하면, 종래예에서는, 본 실시예에 사용된 분할된 두 레이저빔이 사용되지 않는다. 따라서, 제 1 회 주사영역은 주사폭에 있어서 본 실시예의 제 1 회 주사영역의 절반이고, 그 결과, 본 실시예와 동일한 X 축 방향이지만 Y 방향에 있어서는 단일 단이동이 된다. 그 결과, 본 발명과 비교하여, 시료검사시간은 거의 2 배이다. 환언하면, 본 발명은 종래기술의 절반으로 검사시간을 줄일 수 있으므로, 뛰어난 이점을 제공한다.

다음은 도 2 를 참조하여 광학계 (110) 의 기능을 상세히 설명한다. UV - Ar 레이저를 이용한 레이저 광원 (111) 에서 조사된 레이저빔 (119) 은 어테뉴에이터 (112) 에 의해 출력세기가 조절되고 이 조절된 레이저빔이 한 쌍의 초음파 편향기 (121 및 126) 로 구성된 편향 주사 수단에 의해 검사 화상 (도 6(b) 에 도시됨) 의 Y 축 방향으로 편향 주사되도록 스케이셜 필터 (113) 를 투과한다. 초음파 편향기 (126) 로부터 출력된 레이저빔은 원형렌즈 (114) 를 통해 X 축 방향으로 집광된다. Y 축 방향에서, 원형렌즈 (114) 와 함께, 레이저는 초음파 편향기 (126) 자체의 집광작용에 의해 동일한 포커스 위치로 집광된다. 따라서, 레이저는 빔 스프리터 (115) 를 통하여 릴레이 렌즈 (117) 와 4 분의 1 파장판 (118) 을 투과하여 2 분할 광학계 (130) 에 의해 분할된다.

빔 스프리터 (115) 를 투과한 레이저빔은 파워 모니터 (116) 에 의해 수용되어, 이에 의해 레이저 빔 세기의 편위가 제어된다.

2 분할 광학계 (130) 에 들어가는 레이저빔은 4 분의 1 파장판 (118) 에 의해 원형 편광 상태로 되어 P 편광과 S 편광의 두 레이저빔으로 분할된다. 분할된 레이저빔 중 하나, 또는 레이저빔 (139) 은 미러 (132a) 를 통해 그의 광학축선의 경사로 변경되어 미러 (132b) 를 통해 포랄라이저 (134) 에 들어간다.

다른 레이저빔 (138) 은 투과거리 조절미러 (132c, 132d, 132e 및 132f) 를 통해 포랄라이저 (134) 에 들어간다. 포랄라이저 (134) 는 포랄라이저 (131) 에 의해 분할된 레이저빔 (138 및 139) 을 합성한다. 이렇게 합성된 레이저빔은 P 편광 및 S 편광으로 구성된다.

레이저빔은 상호간 약간 다른 광축선 방향을 가진다. 이러한 축선 방향의 차이는 레이저빔이 도 6(b) 에 도시된 주사영역폭에 상응하는 폭 만큼 상호간 분할되도록 웨지판 (133) 의 경사를 조절하여 조정된다. 레이저빔이 시료의 표면상에 집광되는 상태에서, 웨지판 (133) 의 경사 (17´) 가 시료표면상에서 약 0.05 ㎛ 가 되어 위치변경은 대단히 정밀한 조절이 된다. 따라서, Y 축 방향에서의 레이저빔의 주사수단으로서의 하나의 시스템만을 구비함에도 불구하고, 시료 (182) 상의 두 영역이 동시에 주사될 수 있으므로 병렬처리가 수행될 수 있다.

2 분할 광학계 (130) 로부터 출력된 레이저빔 (129) 이 핼프미러 (141) 를 통과하여 갈바노미러 (142) 와 미러 (143) 로부터 반사되어 텔리스코프 (144) 로 들어간다. 갈바노미러 (142) 는 레이저빔의 방향을 단주사 대신에 X 축 방향으로 전환시켜 소정영역의 화상을 얻는다. 후술되는 바와 같이, 레티클의 패턴을 검사하는 데 있어서, 레티클을 장착한 XY 단 (181) 이 이동하여 화상을 얻는다.

텔리스코프 (144) 로부터 출력된 레이저빔은 후술되는 디크로익 미러 (145) 에 의해 반사되어 디크로익 미러 (145) 를 투과한 오토포커싱 레이저빔과 혼합된다. 이 결과의 레이저빔이 대물렌즈 (146) 에 들어간다.

검출 가능한 흠결의 최소치가 선택될 수 있도록, 텔리스코프 (144) 는 주사 스포트의 크기와 시료 (182) 상의 레이저빔의 주사 영역을 변경할 수 있다. 주사범위의 길이가 주사 스포트 크기에 비례하여 증가되도록 텔리스코프 (144) 의 렌즈 시스템을 설계하는 것이 또한 가능하다. 텔리스코프 (144) 에서 나오는 레이저빔은 대물렌즈 (146) 를 통하여 시료 (182) 표면 위에 집광된다.

레이저 광원 (111) 으로부터 시료 (182) 위에 조사된 레이저빔 (119) 은 시료 (182) 의 패턴 표면으로부터 부분적으로 반사되어 최초의 레이저빔을 따라 광학경로에 복귀되고 나머지는 반사광 검출기 (152) 의 포랄라이저 (152) 의 방향으로 가도록 핼프 미러 (141) 로부터 반사된다. 이렇게 반사된 레이저빔이 포랄라이저 (152) 에 들어가서 포랄라이저 (152) 를 투과한 P 편광은 콘덴서 렌즈 (153) 에 의해 집광되어 반사광 검출기 (154) 에 의해 수용된다. 한편, 포랄라이저 (152) 로부터 반사된 빔에 대하여는, 포랄라이저 (155) 를 투과한 S 편광이 콘덴서 렌즈 (156) 에 들어가서 반사광 검출기 (157) 에 의해 수용된다.

시료 (182) 를 투과한 레이저빔은 코렉터 렌즈 (161) 에 의해 집광되고 P 편광은 포랄라이저 (162) 를 투과하여 콘덴서 렌즈 (163) 에 의해 집광되어 투과광 검출기 (164) 에 의해 수용된다. 한편, 포랄라이저 (162) 로부터 반사된 빔에 대하여는, S 편광이 포랄라이저 (165) 에 의해 반사되어 콘덴서 렌즈 (166) 에 들어가서 반사광 검출기 (167) 에 의해 수용된다.

오토 포커스부 (170) 에서 He-Ne 레이저 (파장이 632.8 nm 인 선형 편광 레이저) 를 사용한 오토 포커싱 광원 (171) 으로부터 조사된 레이저빔은 소정의 빔 크기를 얻기 위하여 빔 익스팬더 (172), 빔 스프리터 (173), 4 분의 1 파장판 (178), 보정렌즈 (174), 미러 (175) 를 통과하여 광로의 경사와 디크로익 미러 (145) 를 변경시키고 레이저빔은 대물렌즈 (146) 를 통해 시료 (182) 의 표면 위에 집광되어 이 레이저빔은 시료 (182) 의 표면에 의해 반사된다.

반사광은 시료 (182) 의 입사방향과 반대방향으로 돌아와서, 디크로익 미러 (145) 를 투과하여, 미러 (175) 에 의해 반사되어 경로를 변경시키고, 4 분의 1 파장판 (178) 의 작용에 의해 다시 빔 스프리터 (173) 에 의해 반사되어, 집광렌즈 (176) 에 의해 집광되고, 분할 검출기 (177) 에 들어간다.

분할 검출기 (177) 전방에는, 광절단판, 즉 칼날 (179) 이 위치하여 광의 절반을 절단시킨다.

반사된 He-Ne 레이저빔이 분할 검출기 (177) 의 표면상에 집광되는 위치에서 시료 (182) 가 있을 때에만 동일양의 빛이 분할 검출기 (177) 의 두 검출기에 들어가도록 칼날 (179) 이 배열된다. 시료 (182) 의 표면의 높이가 변하면, 반사된 레이저빔의 포커스 위치가 변하고 분할 검출기 (177) 의 각각의 검출기에 들어간 빛의 양은 칼날 (179) 에 의해 반사된 빛의 일부가 절단되기 때문에 불균형하게 된다. 검출기 상호간의 차이를 검출신호로 취해서 대물렌즈 (146) 를 구동시키는 서보 기구 (도시되지 않음) 를 통하여 대물렌즈 (146) 의 상하위치를 변경함으로써, 조사용 레이저 광원 (111) 으로부터의 레이저빔의 포커스와 오토 포커싱용 레이저 광원 (171) 으로부터의 레이저빔의 포커스가 시료 표면상에 상호간 일치되도록 피드 백 위치 제어가 수행된다.

본 실시예는 다음의 이유를 위하여 패턴 시각 검사용 레이저빔의 파장대와 다른 파장대를 갖는 오토 포커싱용의 레이저빔을 가진다. 본 발명이 사용된 고정밀 패턴의 검사에 있어서, 시료 (182) 의 표면상에서 파장 크기 보다 작은 레이저 스포트 크기를 집광시킬 필요가 있다. 이를 위해, 대물렌즈 (146) 의 NA 는 상당히 커야만 한다. 높은 NA 를 갖는 대물렌즈는 초점깊이가 얇아야만 한다. 본 실시예에 있어서, 역시, 필요한 다음의 오포 포커싱의 정밀도는 0.05 ㎛ 이다. 이러한 고정밀을 달성하기 위한 해답은 오포 포커싱의 검출기인 분할 검출기 (177) 에서의 신호차이를 명확하게 검출하는 것이다. 반도체 장치만이 실제의 분할 검출기 (177) 에 사용되기 때문에, 반도체 장치에 의한 수용 감성도가 낮은 UV 광을 이용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 본 실시예는 감성도가 충분히 높은 파장대에 He-Ne 레이저가 사용된다.

다음은, 도 6 을 참조하여 검사시에 XY 단 (181) 의 기능을 설명한다. 시료 (182) 가 3 차원, 즉 자유도의 X, Y 및 θ 방향으로 XY 단 (181) 상에 놓인다. 이 실시예에서, XY 단 (181) 은 순차로 X 단 (186), Y 단 (187), 및 θ 단 (188) 의 적층구조를 가지며 검사 화상을 얻을 때에는 X 방향으로 이동한다.

시료 (182) 는 이송기구 (도시되지 않음) 에 의해 단 (181) 상에서 정밀하게 설정되어 고정된다. 다은은, θ 단 (188) 이 작동하여 배열이 수행된다. θ 단으로 배열하여, 보다 정밀한 작동이 XY 삽입 작동으로 배열하는 것 보다 양호하게 유지된다.

검사중에 XY 단 (181) 의 작동을 이하 설명한다. 우선, X 단 (186) 이 일정속도로 자동 이동되고 반면 화상 획득점이 검사영역 (383, 384 및 385) 을 통과할 때까지, Y 단 (187) 은 레지스터를 유지하며 삽입 작동을 수행하지 않는다. 화상 획득점이 검사영역 (385) 을 통과하고, X 단 (186) 이 정지할 때에 Y 단 (187) 은 이동하여 X 단 (186) 이 일정속도로 반대방향으로 자동 이동한다.

X 단 (186) 이 일정속도로 이동되는 동안에, UV-Ar 레이저빔은 초음파 검출기 (121, 126) 에 의해 Y 축 방향으로 검사영역 (383, 384, 385) 상에서 반복적으로 조사하고, 반사광 또는 투과광은 상술한 반사광 검출기 (150) 또는 투과광 검출부 (160) 에 의해 검출된다.

테이블 각각이 AC 서보 모터의 회전운동을 볼 스크류에 의해 선형이동으로 변환시키는 기구 (도시되지 않음) 에 의해 구동된다.

끝으로, 다음은 신호처리방법을 설명한다. 화상처리 유니트 (191) 는 시료 (182) 를 통과하여 반사된 빔의 검출기로부터 검출신호를 수용하고, 수용된 검출데이터로부터 화상데이터를 발생하여 화상데이터 축적부 (191b) 에서 발생된 화상데이터를 저장한다. 통상적으로 모양, 크기 등등의 흠결을 검사하는 경우에는 투사광이 사용될 뿐이고, 이물질을 검사하는 경우에는 반사광이 사용될 뿐이다.

복수의 동일 회로 패턴이 동일 시료상에 형성되어 시료 대 시료 검사 방법이 채택된 경우에는, 검출기에서 추출한 화상데이터와 화상데이터 축적부 (191b) 에 이미 검사되어 저장된 동일 특성을 갖는 시료의 화상데이터와의 비교를 행하는 경우, 불일치가 발견되면 검출된 흠결의 위치, 흠결화상데이터와 기준 데이터가 흠결정보기억부 (191c) 내에 흠결정보로 저장된다.

한편, 시료 대 데이터베이스 검사에 대하여는, 검사된 시료의 화상데이터와 데이터베이스 축적부 (191b) 내에 저장된 상응하는 화상정보를 비교하여 흠결을 검출한다. 검출된 흠결은 흠결정보로서 저장된다.

표시부 (192) 는 화상, 흠결정보 등등을 표시하여 검출된 흠결의 내용을 작업자에게 고지한다.

다음은 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 도 7 에서, 참조번호 711 은 레이저 광원, 참조번호 712 는 어테뉴에이터, 참조번호 713 은 스페이셜 필터, 참조번호 714 는 원형렌즈, 참조번호 715 는 빔 스프리터, 참조번호 716 은 파워 모니터, 참조번호 717 은 릴레이 렌즈, 참조번호 718 은 4 분의 1 파장판, 참조번호 719 는 레이저빔, 참조번호 721 은 초음파 검출기, 참조번호 722 는 빔 익스팬더, 참조번호 723 은 2 분의 1 파장판, 참조번호 728 및 729 는 레이저빔, 참조번호 730 은 2 분할 광학계, 참조번호 731 은 빔 스프리터, 참조번호 732a, 732b, 732c, 732d, 732e 및 732f 는 미러, 참조번호 734 는 프리즘, 참조번호 735 및 736 은 초음파 변조기, 참조번호 738 및 739 는 레이저빔, 참조번호 741 은 핼프 미러, 참조번호 742 는 갈바노 미러, 참조번호 743 은 미러, 참조번호 744 는 텔리스코프, 참조번호 745 는 디크로익 미러, 참조번호 746 은 대물렌즈, 참조번호 749 는 레이저빔, 참조번호 750 은 반사광 검출기, 참조번호 753 은 코렉터 렌즈, 참조번호 753 은 콘덴서 렌즈, 참조번호 754 는 반사광 검출기, 참조번호 760 은 투사광 검출부, 참조번호 761 은 코렉터 렌즈, 참조번호 763 은 콘덴서 렌즈, 참조번호 764 는 투과광 검출기, 참조번호 770 은 오토 퍼커스부, 참조번호 771 은 광원, 참조번호 772 는 빔 익스팬더, 참조번호 773 은 빔 스프리터, 참조번호 774 는 보정 렌즈, 참조번호 775 는 미러, 참조번호 776 은 집광렌즈, 참조번호 777 은 분할 검출기, 참조번호 778 은 4 분의 1 파장판, 참조번호 782 는 시료를 나타낸다.

도 7 를 참조하면, 제 2 실시예는 2 분할 광학계 (730) 에서 제 1 실시예와 다르다, 즉, 도 2 에 도시된 제 1 실시예의 2 분할 광학계 (130) 의 포랄라이저 (131) 가 빔 스프리터 (731) 로 대체되고 분할된 레이저빔 (738 및 739) 을 합성하는 프리즘 (734) 에 의해 대체된다. 또, 초음파 변조기 (735 및 736) 가 분할된 레이저빔 (738 및 739) 의 광학경로에 배열된다.

다음은, 반사광 검출기 (750) 는 도 2 에 도시된 포랄라이저 (152 및 155) 를 필요로 하지 않으며 한 쌍의 콘덴서 렌즈 (753) 와 반사광 검출기 (754) 로 구성된다. 투과광 검출부 (760) 는 포랄라이저 (162 및 165) 를 필요로 하지 않으며 코텍터 렌즈 (761), 콘덴서 렌즈 (763) 와 투과광 검출기 (764) 만으로 구성된다. 다른 구성요소는 도 2 의 구성요소와 동일하고 이들 구성요소의 설명은 생략한다.

다음은, 제 1 실시예와의 차이점에 대하여 제 2 실시예의 기능을 주로 설명한다. 도 7 을 참조하면, 레이저 광원 (711) 에서 조사된 레이저빔이 빔 스프리터 (715) 를 통해 그 경로를 변경하여 2 분할 광학계 (730) 에 들어간다.

2 분할 광학계 (730) 에 들어간 레이저빔은 빔 스프리터 (731) 에 의해 두 개의 레이저빔 (738 및 739) 으로 분할된다.

레이저빔 (738 및 739) 은 초음파 변조기 (735 및 736) 에 의해 각각 아나로그 변조되어 빛으로 세기가 변한다. 이 아나로그 변조는 후술될 시간분할 방법으로 수행된다.

도 8 은 제 2 실시예의 편광주사의 시간선도이다. 이 도면에서, 참조번호 801 은 제 1 회 Y 스캔 개시신호, 참조번호 802 는 제 2 회 Y 스캔 개시신호, 참조번호 805 는 제 1 회 주사중 신호, 참조번호 806 은 제 2 회 주사중 신호, 참조번호 807 은 Y 축 편광주사신호, 참조번호 808 은 Y 축 편광주사신호의 0 레벨, 참조번호 811 은 제 1 빔 변조신호(a), 참조번호 812 는 제 2 빔 변조신호 (b) 를 나타낸다.

제 1 회 주사영역 (1) 의 두 개의 분할된 주사영역에 상응하여, 초음파 변조기 (735) 는 제 1 빔 변조신호 (811) 를 1-1 변조신호 (a) 의 타이밍에서의 제 1 빔 주사영역으로 출력하고 초음파 변조기 (736) 는 제 2 빔 변조신호 (812) 를 1-2 변조신호 (b) 의 타이밍에서의 제 2 빔 주사영역으로 출력하여 변조작용을 수행한다.

도 7 의 레이저빔 (739) 은 웨지판 (733) 에 의해 그 광축의 경사로 변경된다. 제 1 실시예와 같이, 이 경사는 도 6(b) 에 도시된 시료 (382) 의 주사영역 폭의 단위로 조절된다.

제 1 실시예를 참조하여 기술할 때 아나로그 변조된 레이저빔 양자는 합성 프리즘 (734) 에 의해 합성되어 시료 (782) 위에 조사된다.

다음은 도 8, 도 9 및 도 10 을 참조하여 시료 (782) 의 표면상에 주사 레이저빔의 기능을 설명한다.

도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에서 주사 레이저빔이 시료상에 주사하는 상태를 나타내는 선도이다. 이 도면에서, 도 9(a) 는 주사상태의 개략적인 선도이고, 도 9(b) 는 Y 축 편광주사신호와 경과시간간의 관계를 도시하는 그래프이다. 참조번호 810 은 주사영역 1, 참조번호 811 은 제 1 빔 주사영역 1-1, 참조번호 812 는 제 2 빔 주사영역 1-2, 참조번호 911 은 제 1 빔 스포트 개시위치, 참조번호 912, 913, 914, 915, 916 및 917 은 스포트 위치, 참조번호 918 은 제 1 회 종료위치, 참조번호 919 는 제 2 회 개시위치, 참조번호 921 은 제 2 빔 스포트 개시위치, 참조번호 922, 923, 924, 925, 926 및 927 은 스포트 위치, 참조번호 928 은 제 1 회 종료위치, 참조번호 929 는 제 2 회 개시위치를 나타낸다.

두 개의 분할 레이저빔은 최초에는 스포트 위치 (911 및 921) 에 있고, 다음은 Y 축 편향 주사신호 (807) 에 의해 화살표 A 방향으로 이동된다. 반면에, 두 개의 분할 레이저빔은 강레이저빔과 약레이저빔이 시료 (782) 의 패턴표면의 주사영역 1-1 및 1-2 상에 교대로 나타나도록 상술한 바와 같이 교대로 변조된다.

도면에서, 굵은 선의 원 (911, 913, 915, 917 및 919) 은 강레이저빔을, 얇은 선의 원 (912, 914, 916 및 918) 은 세기가 거의 0 인 레이저빔을 나타낸다.

설명의 편의를 위해, 주사영역 1-1 의 측면상의 레이저빔은 P 편광이고, 반면에 주사영역 1-2 의 측면상의 레이저빔은 S 편광이다. 주사영역 1-1 에 상응하는 P 편광의 레이저빔이 위치 (911, 913, 915 및 917) 중 하나의 위치에 있을 때, 또는 도 8 의 제 1 회 주사중 신호 (805) 가 ON 이고 제 1 빔 변조신호 (811) 의 1-1 변조신호 (a) 가 ON 이면, 시료 (782) 의 주사영역 1-1 에 상응하는 도 7 의 반사광 검출기 (750) 에 의해 검출된 반사광은 반사광 검출신호를 제공한다.

이 때, S 편광 레이저빔의 반사광이 반사광 검출기 (750) 에 의해 주사영역 1-2 로부터 또한 검출된다. 이 레이저빔이 얇은 선의 원 (921, 923, 927 등) 에 상응하는 제로와 거의 동일한 세기이기 때문에, 상기 레이저빔의 반사광 검출신호는 주사영역 1-1 에서 나오는 강반사광 검출신호와 구별된다.

주사영역 1-2 에 상응하는 S 편광 레이저빔은 위치 (922, 924, 926 및 928) 중 한 위치에 있거나, 또는 도 8 의 제 1 회 축 주사중 신호 (807) 가 ON 이고 제 2 빔 변조신호 (812) 의 1-2 변조신호 (b) 가 ON 이면, 반사광 검출기 (750) 에 의해 검출된 반사광은 시료 (782) 의 주사영역 1-2 에 상응하는 반사광 검출신호를 제공한다. 동시에, P 편광 레이저빔의 반사광이 반사광 검출기 (750) 에 의해 주사영역 1-1 에서 또한 검출된다. 이 레이저빔은 얇은 선의 원 (912, 914, 916, 918 등) 에 상응하는 제로와 거의 동일한 세기를 가지기 때문에, 이 반사광은 주사영역 1-2 에서 나오는 강한 반사광 검출신호와 구별된다. 상술한 바와 같이 제 2 실시예는 변조신호와 합성되는 반사광 검출수단을 이용하여 제 1 실시예의 반사광 검출기 (29) 의 S 편광으로부터 P 편광을 분할시키는 별도의 수단을 요하지 않기 때문에, 레이저빔 편광 상태와 관계없이 두 위치에서 분할된 레이저빔의 동시 검출을 가능하게 한다.

또, 제 2 실시예는 양호한 S/N 비의 검출이 가능한 편광을 이용하여 레이저빔을 두 개로 분할한 광학계에 적용 가능하다.

도 10 은 변조신호 a 와 b, 주사영역 1-1 과 1-2, Y 축 흠결주사신호 (907) 간의 관계를 상세히 도시하는 도면이다.

시료 (782) 를 투과한 빔이 투과광 검출기 (764) 에 의해 투과광 검출부 (760) 의 코렉터 렌즈 (761) 와 콘덴서 렌즈 (763) 를 통해 검출된다. 투과광이 검출되는 방법은 반사광 검출신호가 검출되는 방법과 동일하므로 따라서 그 설명을 생략한다.

기타 동작은 제 1 실시예를 참조하여 설명한 바와 같이 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.

다음은 도 11 을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 도 11 은 본 발명의 제 3 실시예로서 실시된, 고정밀 패턴을 시각적으로 검사하기 위한 장치의 레이저빔을 4 분하는 광학계를 설명한 블록선도이다. 이 도면에서, 참조번호 1120 은 제 1 의 2 분할 광학계, 참조번호 1121 은 빔 스프리터, 참조번호 1122 는 미러, 참조번호 1123 은 웨지판, 참조번호 1127, 1128 및 1129 는 레이저빔, 참조번호 1130 은 제 2 의 2 분할 광학계, 참조번호 1133 은 웨지판, 참조번호 1135 는 초음파 변조기, 참조번호 1140 은 합성광학계, 참조번호 1141 은 미러, 참조번호 1142 는 합성 프리즘, 참조번호 1149 는 레이저빔을 나타낸다.

제 3 실시예는 빔 스프리터 (1121), 미러 (1122), 웨지판 (1123) 으로 구성된 제 1 의 2 분할 광학계 (1120) 와, 제 2 실시예를 참조하여 기술한 것과 동일한 2 세트의 제 2 의 2 분할 광학계와, 두 개의 분할 레이저빔을 합성하기 위하여 미러 (1141) 와 합성프리즘 (1142) 으로 구성된 합성광학계 (1140) 를 포함한다.

다음은 제 3 실시예의 동작을 설명한다. 도 11 를 참조하면, 레이저빔 (1129) 이 제 1 의 2 분할 광학계 (1120) 에 의해 두 개로 분할된다. 분할된 레이저빔 (1127 및 1128) 이 서로 다른 제 2 의 2 분할 광학계 (1130) 로 들어가서 또 다시 두 개로 분할된다. 즉, 레이저빔 (1129) 은 결국 4 개로 분할되고, 4 개로 분할된 레이저빔은 별도로 처리되며, 처리된 레이저빔이 합성프리즘 (1149) 에 의해 레이저빔 (1149) 으로 합성되어 시료 (1282) 위에 조사된다 (도 12 참조).

다음은 분할된 레이저빔의 상태를 설명한다. 레이저빔 (1129) 이 제 1 의 2 분할 광학계 (1120) 에 의해 두 개로 분할된다. 하나의 레이저빔 (1127) 의 광학경로는 웨지판 (1123) 에 의해 다른 레이저빔 (1128) 의 광학경로 쪽으로 경사되어 서로 다른 제 2 의 2 분할 광학계 (1130) 로 들어가는 두 레이저빔 사이의 위치를 변화시킨다. 두 레이저빔간의 위치변경량은 레이저빔 (1127) 이 시료 (1282) 의 주사영역 1-1 을 주사할 수 있으며 다른 레이저빔 (1128) 이 시료 (1282) 의 주사영역 1-3 을 주사할 수 있도록 분할된 폭으로 조절된다.

경사진 레이저빔 (1127) 은 제 2 의 2 분할 광학계 (1130) 에 의해 또 다시 두 개로 분할된다. 이 때, 분할된 레이저빔 중 하나는 웨지판 (1133) 에 의해 주사영역 1-1 에 동일한 영역 폭 만큼 다른 레이저빔과 분할된다. 두 레이저빔간의 위치는 주사영역 1-2 가 주사될 수 있는 경사를 조절하여 결정된다. 따라서, 레이저빔 (1127) 이 두 개로 분할되고, 이 중 하나는 주사영역 1-1 을 다른 것 하나는 주사영역 1-2 를 주사한다. 제 1 의 2 분할 광학계에서 나온 다른 레이저빔 (1128) 에 대하여는, 레이저빔 (1127) 과 같이 웨지판 (1133) 에 의해 상호 위치가 조절되어 주사영역 1-3 및 1-4 에 조사된다. 즉, 4 개의 분할 레이저빔은 주사영역 1 의 4 개로 분할된 주사영역 1-1, 1-2, 1-3 및 1-4 에 각각 조사된다.

4 개의 분할 레이저빔은 제 2 의 2 분할 광학계 (1130) 의 프리즘 (1134) 과 합성광학계 (1140) 에 의해 레이저빔 (1149) 으로 합성되어 시료 (1282) 위에 조사된다. 2 분할 광학계의 4 개의 광학경로 전부는 초음파 변조기 (1135) 에 의해 광세기 변경을 갖는 다른 타이밍의 시간분할 방법으로 아나로그 변조된다.

도 12 는 본 발명의 제 3 실시예로서 실시된 XY 단의 동작을 설명하는 개략도이다. 이 도면에서, 참조번호 1210 은 제 1 회 주사영역, 참조번호 1220 은 제 2 회 주사영역, 참조번호 1227a 는 제 1 레이저빔, 참조번호 1227b 는 제 2 레이저빔, 참조번호 1228a 는 제 3 레이저빔, 참조번호 1228b 는 제 4 레이저빔, 참조번호 1282 는 시료, 참조번호 1283 는 제 1 검사영역, 참조번호 1284 는 제 2 검사영역, 참조번호 1285 는 제 3 검사영역을 나타낸다.

주사영역 1-1 은 레이저빔 (1127) 을 분할하여 얻은 레이저빔 중 하나인 레이저빔 (1127a) 으로 주사되고, 주사영역 1-2 는 다른 레이저빔 (1127b) 으로 주사된다. 주사영역 1-3 은 레이저빔 (1128) 을 분할하여 얻은 레이저빔 중 하나인 레이저빔 (1128a) 으로 주사되고, 주사영역 1-4 는 다른 레이저빔 (1128b) 으로 주사된다.

분할 레이저빔 (1127 및 1128) 과 주사영역간의 교류 (correspondence) 가 상술한 관계에 대해 역으로 되면 상술한 동일한 효과가 얻을 수 있는 것은 자명하다.

상술한 바와 같이, 레이저빔은 4 개로 분할되어 시료 (1282) 의 표면 위에 조사된다. 이들 레이저빔은 도 13 및 도 14 에 도시된 상술한 바와 같이 아나로그 변조된다.

도 13 은 본 발명의 제 3 실시예에 있어서 편향주사의 시간선도이다. 이 도면에서, 참조번호 1301 은 제 1 회 Y 스캔 개시신호, 참조번호 1302 는 제 2 회 Y 스캔 개시신호, 참조번호 1305 는 제 1 회 주사중 신호, 참조번호 1306 은 제 2 회 주사중 신호, 참조번호 1307 은 Y 축 편향 주사신호, 참조번호 1308 은 Y 축 편향 주사신호의 0 레벨, 참조번호 1311 은 제 1 빔 변조신호, 참조번호 1312 는 제 2 빔 변조신호, 참조번호 1313 은 제 3 빔 변조신호, 참조번호 1314 는 제 4 빔 변조신호를 나타낸다.

도 14 는 제 3 실시예의 레이저빔의 주사상태를 도시하는 대략선도이다. 이 도면에서, 참조번호 1210 은 주사영역 1, 참조번호 1401 은 제 1 빔 스포트 개시위치, 참조번호 1402, 1403, 1404, 1407, 1408 및 1409 는 약 스포트 위치, 참조번호 1405 및 1406 은 강 스포트 위치, 참조번호 1410 은 제 1 뢰 종료위치, 참조번호 1411 은 제 2 회 개시위치, 참조번호 1421 은 제 2 빔 스포트 개시위치, 참조번호 1423, 1424, 1425, 1426, 1428 및 1429 는 약 스포트 위치, 참조번호 1422 및 1427 은 강 스포트 위치, 참조번호 1430 은 제 1 회 종료위치, 참조번호 1431 은 제 2 회 개시위치를 나타낸다.

도 13 을 참조하면, 주사영역 1-1 위에 주사될 레이저빔은 제 1 빔 변조신호 (1311) 인 1-1 변조신호 (a) 의 타이밍으로 아나로그 변조되고, 주사영역 1-2 위에 주사될 레이저빔은 제 2 빔 변조신호 (1312) 인 1-2 변조신호 (b) 의 타이밍으로 아나로그 변조되고, 주사영역 1-3 위에 주사될 레이저빔은 제 3 빔 변조신호 (1313) 인 1-3 변조신호 (c) 의 타이밍으로 아나로그 변조되고, 주사영역 1-4 위에 주사될 레이저빔은 제 4 빔 변조신호 (1314) 인 1-4 변조신호 (d) 의 타이밍으로 아나로그 변조된다.

도 14 는 상술한 변조 레이저빔의 스포트가 시료 (16) 상에서 작동하는 상태를 도시한다. 도 9 의 분할된 두 레이저빔이 4 개의 분할된 레이저빔으로 단지 전환되었기 때문에, 도 14 의 레이저빔이 4 개로 분할되는 상세한 설명은 생략한다.

도 14 에 도시된 바와 같이, 주사영역 1-1 에서, 변조신호 (a) 의 타이밍과 동일한 굵은 선의 원 (1401, 1404, 1406, 1410, 1411 등) 으로 나타낸 강레이저빔은 시료 (1282) 의 표면상에 조사되고 세기가 거의 제로인 약레이저빔은 시료 (1282) 의 표면상에 또 다른 타임밍으로 조사된다. 주사영역 1-2 에서, 변조신호 (b) 의 타이밍과 동일한 굵은 선의 원 (1422, 1427 등) 에서 강레이저빔이 조사되고 세기가 거의 제로인 약레이저빔이 또 다른 타임밍으로 조사된다.

또한, 주사영역 1-3 에서, 강레이저빔은 변조신호 (c) 의 타이밍으로 조사된다. 주사영역 1-4 에서, 강레이저빔은 변조신호 (d) 의 타이밍으로 조사된다. 또 다른 타이밍에서, 세기가 거의 제로인 약레이저빔은 조사된다.

시료 (1282) 로부터 반사된 빔의 신호의 식별 (identification) 이 분할 레이저빔에 대한 변조 타이밍이 2 분할 대신에 4 분할인 것을 제외하고는 제 2 실시예에서 식별이 행해진 유사한 방법으로 행해진다.

간략히 설명하면, 도 13 에 도시된 바와 같은 시간분할 방법으로 반사광은 변조신호 (a, b, c 및 d) 와 제 1 회 주사중 신호 (1305) 를 사용하여 조사된다. 도 13 의 제 1 회 주사중 신호 (1305) 에서의 변조신호의 타이밍의 반사광 검출신호는 도 12 의 주사영역 1-1 로부터 반사광 검출신호로서 식별되어 검출되고, 변조신호 (b) 에 동일한 타이밍에서의 반사광 검출신호가 주사영역 1-2 로부터 반사광 검출신호로 검출되어 식별되며, 변조신호 (c) 의 타이밍에서의 반사광 검출신호가 주사영역 1-3 으로부터 반사광 검출신호로 검출되어 식별되며, 변조신호 (d) 의 타이밍에서의 반사광 검출신호가 주사영역 1-4 로부터 반사광 검출신호로 식별된다.

주사영역 2 에 대하여는, 반사광 검출신호는 변조신호 (a, b, c 및 d) 와 제 2 회 주사중 신호 (1306) 를 사용하여 역시 식별되어 검출된다. 도시되지 않았지만, 주사영역 3, 4, 등등이 존재하는 경우, 반사광 검출신호는 상술한 방법과 동일하게 식별되어 검출된다. 투사광 신호의 식별은 동일 방법으로 행해져서, 그의 설명이 생략되도록 하였다.

도 15 는 본 발명의 제 4 실시예로서 실시된 고정밀 패턴을 시각적으로 검사하는 장치에서 레이저빔을 8 개로 분할하는 광학계를 도시하는 일반 블록선도이다. 이 도면에서, 참조번호 1520 은 제 1 의 2 분할광학계, 참조번호 1521 은 빔 스프리터, 참조번호 1522 는 미러, 참조번호 1523 은 웨지판, 참조번호 1529 는 레이저빔, 참조번호 1530 은 제 2 의 2 분할광학계, 참조번호 1540 은 합성광학계, 참조번호 1549 는 레이저빔을 나타낸다.

도 15 에 도시된 바와 같이, 레이저빔 (1529) 은 8 개, 10 개, 12 개 등등으로 또한 분할될 수 있음은 자명하다.

레이저빔이 홀수로 분할될 수 있음은 또한 자명하다. 예컨대, 레이저빔을 5 개로 분할하기 위하여, 도 15 의 미러 (1522) 의 레이저빔은 다음의 제 1 의 2 분할 광학계 (1520) 과 2 분할 광학계 (1530) 를 건너뛰어 또 다른 레이저빔과 합성만 될 수 있다.

편광을 이용한 제 2 실시예의 기법과 제 1 실시예의 기법이 조합되어 사용될 수 있음은 또한 자명하다.

오토 포커싱 방법에 대하여는, 칼날 (179) 이 그 앞에 위치한 분할 검출기 (177) 를 이용하는 일명 칼날 방법이 기술된다. 칼날 방법 대신에, 난시 (astigmatism) 와 4 분할 검출기를 갖는 코렉터 렌즈를 사용하는 일명 난시 방법이 사용될 수 있음은 자명하다.

본 발명에 의하면, 초음파 검출기와 레이저빔을 두 개로 분할하는 기법이 결합된 검사방법은 시간당 종래에는 500 포인트에서 1000 포인트로 화상 신호 검출을 확대시키는 효과와, 단위당 포인트의 수를 더욱 증가시키는 효과를 제공하며, LSI 조립용 레티클의 흠결을 검사하는 시간이 줄어들어 생산성을 증대시키는 효과를 제공한다.

또한, 흠결검사에 대하여 약 0.3 ㎛ 의 종래기술의 해상력과 비교할 때, 0.1 ㎛ 의 작은 흠결크기가 실현될 수 있으므로, 종래기술 보다도 고정밀 패턴의 흠결검사를 가능하게 하도록, 파장이 363.8 nm 인 UV 광이 광원으로 사용될 수 있는 효과를 제공하며, LSI 제조 레티클에 대하여 대단히 효과적인 검사기법을 제공하는 효과를 제공한다.

또한, 광학축선조절 등이 용이하게 행해질 수 있음과 동시에, He-Ne 레이저가 조명용 광원에 관계없이 오토 포커싱 광원에 사용되기 때문에, 오토 포커스 검출의 정밀성이 증대되는 효과를 제공한다.

또한, 시료의 고정밀 배열이 3 차원, 즉 X, Y, 및 θ 방향의 자유도를 갖는 단 (stage) 을 사용하여 수행되는 효과를 제공한다.

Claims

시료의 표면을 레이저빔으로 검사하는 방법에 있어서,

레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하는 단계와,

상기 복수의 레이저빔 각각에 식별 표식 (identification marker) 을 제공하는 단계와,

상기 표시된 복수의 레이저빔으로 상기 시료의 표면을 주사하는 단계와,

하나 이상의 반사 및 투과광을 이용하여 상기 표시된 복수의 레이저빔 각각에 상기 시료의 표면의 화상을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔 분할 단계는 상기 레이저빔을 두 개로 분할하는 단계와, 분할된 레이저빔 중 하나의 레이저빔의 광학축선을 경사시키는 단계와, 두 개의 분할된 레이저빔을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 식별 표식은 상기 복수의 레이저빔의 각각에 할당된 여러 가지의 편광상태인 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 식별 표식은 상기 복수의 레이저빔의 각각에 할당된 광세기의 편위인 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔은 자외선 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 주사 단계는 상기 시료의 여러 부위를 상기 표시된 레이저빔의 각각으로 동시에 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 방법.
시료의 표면을 레이저빔으로 검사하는 장치에 있어서,

레이저빔원과,

상기 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하는 수단과,

식별 표식을 상기 복수의 레이저빔 각각에 할당하는 수단과,

표시된 복수의 레이저빔을 상기 시료의 표면 위에 조사하는 수단과,

상기 시료의 표면에서 반사된 하나 이상의 광과 상기 시료의 표면을 통하여 투과한 광을 검출하는 수단과,

상기 표시된 복수의 레이저빔의 각각을 상기 식별 표식에 의해 식별하고, 상기 검출수단으로부터 상기 시료의 표면의 화상을 얻어서 상기 시료의 표면의 흠결을 검출하는 화상 처리 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 분할장치는 상기 레이저빔을 두 개로 분할하는 분할수단과, 분할된 두 개의 레이저빔 중 하나의 레이저빔의 광축선을 경사시키는 광학축선 변경수단과, 상기 분할된 두 개의 레이저빔을 합성하는 합성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 광학축선 변경수단은 웨지형 (wedge-shaped) 유리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 분할수단은 하나 이상의 병렬 및 직렬 배열로 제공된 복수의 유니트 레이저빔 분할 수단이고, 상기 유니트 레이저빔 분할 수단은 상기 레이저빔을 두 개로 분할시키는 하나의 분할수단과, 상기 분할된 두 개의 레이저빔 중 하나의 레이저빔의 광학축선을 경사시키는 하나의 광학축선 변경수단과, 상기 두 개의 분할된 레이저빔을 합성하는 하나의 합성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 광학축선 변경수단은 웨지형 유리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 식별 표식은 상기 분할된 복수의 레이저빔의 각각에 할당된 여러 가지의 편광상태인 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 식별 표식은 상기 분할된 복수의 레이저빔의 각각에 할당된 광세기의 편위인 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 식별 표식 할당 수단은 그의 광세기를 변경하도록 상기 분할된 복수의 레이저빔의 각각의 아나로그 변조용 초음파 변조 수단과, 시간 분할 방법으로 상기 초음파 변조 수단에 변조신호를 출력하는 변조 신호 발생 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 레이저빔은 자외선 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 조사수단은,

상기 시료의 표면 위에 포커싱하기 위하여 레이저빔과 다른 파장의 포커싱 레이저빔을 조사하는 포커싱 수단과,

상기 시료로부터 반사된 광의 포커스 위치의 편위를 검출하는 포커스 위치 검출 수단과,

상기 포커스 위치 검출 수단으로부터 하나의 신호에 기해 상기 포커스 위치를 이동시키는 포커스 위치 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 포커스 위치 검출 수단은,

분할 검출기와,

상기 반사광의 반을 절단하는 칼날을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.
제 7 항에 있어서, X 방향으로만 이동하는 X 단과, Y 방향으로만 이동하는 Y 단과, 회전만 가능한 θ 단을 포함하는 XY 단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 검사 장치.