KR19980702809A

KR19980702809A - 시편 표면 검사 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR19980702809A
Application number: KR1019970706216A
Authority: KR
Inventors: 클레멘티리디.; 포씨마이클이.
Original assignee: 로버트 씨. 아베; 에이디이옵티컬시스템즈코포레이션
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1998-08-05
Also published as: JP3801635B2; DE69622384T2; EP0815436A1; ATE220794T1; CN1181135A; DE69622384D1; EP0815436B1; AU5092196A; JPH11501727A; WO1996027786A1; US5712701A

Abstract

시편의 표면을 검사하는 표면 검사 시스템 및 방법이 상기 시편의 표면상 또는 냉의 입자, 결함 또는 다른 표면 특성을 검출하기 위하여 제공된다. 상기 표면 검사 시스템은 재료 이동 경로를 따라 시편을 이송하기 위하여 배열된 이송기와 상기 이송기와 연결되며 상기 재료 이동 경로를 따라 병진 이동시 시편을 회전하도록 배열된 회전기를 구비하는 것이 바람직하다. 스캐너가 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시 시편의 표면을 스캐닝하도록 위치 배열되어 있다. 상기 스캐너는 광선이 발생되도록 배열된 광원과 상기 시편이 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시에 상기 광선을 수납하도록 위치하고 상기 시편의 표면을 가로질러 소정의 스캔 경로를 따라 상기 광선을 편향시키기 위하여 배열된 편향기를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 집광기가 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시 상기 시편의 표면으로부터 거울 반사 및 산란된 빛을 수집하기 위하여 바람직하게 배열되어 있다.

Description

시편 표면 검사 시스템 및 그 방법

실리콘 또는 반도체 마이크로 칩과 같은 대상물이나 시편을 제조하는 공정에 있어서, 회로를 실리콘 웨이퍼에 식각하기 위해 일반적으로 레티클 마스크(reticle mask)를 사용하여 빛을 직접 인가한다. 레티클 마스크 또는 실리콘 웨이퍼 표면의 결점, 흠집, 오물, 먼지, 얼룩 또는 이물질은 상당히 바람직하지 못하며, 최종 회로에 해로운 영향을 미친다. 따라서 사용하기 전에 레티클 및 실리콘 웨이퍼를 검사하는 것이 필요하다. 검사 기술중의 하나는 사람이 각각의 표면을 확대하여 강렬한 빛을 인가하여 눈으로 검사하는 것이다. 인간의 눈으로 검사할 수 없는 작은 먼지와 흠집도 제조된 마이크로 칩과 마스크를 손상시킨다. 따라서 동일한 품질 지표 및 기준을 사용하더라도 인간에 의한 판단 결과는 많이 다르다.

레이저 검사 시스템은 소량의 입자나 결함을 검출하기 위해 실리콘 웨이퍼와 같은 대상물의 표면을 검사하는 방법을 발달시켰다. 상기 레이저 검사 시스템은 일반적으로 대상물 표면에서 반사되는 조명광은 웨이퍼 표면과 관련된 조명도 및 표면의 물리적 특성에 의해 달라진다는 원리 하에서 작동된다. 예를 들어 상기 물리적 특성에는 대상물 표면의 비교적 매끄러운 영역, 파상(undulating)영역, 거칠기, 입자 및 다른 결함 등이 있다. 종래의 레이저 검사 시스템에서는 대상물 표면으로부터 빛이 거울 반사되고 동시에 산란(scatter)된다. 거울 반사된 빛과 산란된 빛은 대상물 또는 시편의 표면상에 존재하는 입자나 결함을 나타낸다. 표면으로부터 거울 반사된 빛 다시 말해 명채널(light channel), 표면으로부터 산란된 빛 다시 말해 암채널(dark channel)을 각각 집광하여, 개별적으로 광전자 증배관(PMT: photomultiplier tube) 또는 전하 결합 소자(CCD: charge coupled device)와 같은 광검출기로 공급한다. 대상물 표면으로부터 산란된 빛에는 회절된 빛도 포함된다.

병진 이동(translational travel) 시에 대상물 또는 시편의 표면을 스캔(scan)하기 위해 많은 종류의 스캐너를 사용하고, 또는 대상물 표면으로부터 반사되고 산란된 빛을 집광하기 위해 많은 종류의 집광기(collector)를 사용하는 다수의 레이저 검사 시스템이 발달해왔다. 이러한 시스템의 예는 Moran의 Compact Laser Scanning System (미국 특허 번호 4,630,276), Malin 등의 Method of Calibrating Scanners And Arrangement For Producing Defined Scattered Light Amplitude (미국 특허 번호 5,108,176)와 Moran의 Method And Apparatus For Low Angle, High Resolution Surface Inspection (미국 특허 번호 5, 127,726)에 공개되어 있다.

대상물 표면상의 입자나 결함의 존재를 검출하는 레이저 검사 시스템은 검출할 표면 및 입자에 대한 증가된 정보를 제공하는 다양한 스캔 기술을 포함한다. 다수의 나선형(spiral) 스캔 시스템은 Tomoyasu의 Laser Beam Scanning System (미국 특허 번호 5,067,798), Uto 등의 Method Of And Apparatus For Inspecting Surface Defects (미국 특허 번호 5,135,303), Ohshima 등의 System For Checking Defects On A Flat Surface Of An object (미국 특허 번호 4,508,450), Steigmeier 등의 Defect Detection System (미국 특허 번호 4,314,763), Jann 등의 Particle Detector For Rough Surfaces (미국 특허 번호 5,189,481)에 공개되어 있지만 상기 특허는 실리콘 웨이퍼 표면에 나선형 스캔 패턴을 제공하는 방법만 설명한다. 상기 시스템들은 대상물 표면을 검사하기 위해 필요한 시간과 표면으로부터 반사된 빛을 검출하는 동안에 제공되는 정보의 양을 제한한다. 또한 상기 시스템은 표면 검사 과정에 있어서의 높은 공간 해상도와 많은 처리량만을 위한 것이다.

본 발명은 표면 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게 말하자면 실리콘 웨이퍼와 같은 대상물이나 시편(試片)에 대하여 그 표면에 입자, 결점 또는 흠집 등이 존재하는 가를 검사하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 사시도이다.

도2는 시편이 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동하도록 하는 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 이송기를 도시한다.

도3은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한다.

도3a는 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 명채널 검출기를 단편적으로 도시한다.

도4는 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 광학적 스캔 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한다.

도5는 본 발명에 따라 검사 영역을 관통하여 수행되는 시편의 회전 및 병진 이동을 개략적으로 도시한다.

도6은 본 발명에 따라 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 집광하는 분할된 렌즈를 구비하는 표면 검사 시스템의 집광기를 도시한다.

도7은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 시스템 컨트롤러를 개략적으로 도시한다.

상기 사실에 기초하여, 본 발명의 목적은 시편의 표면으로부터 반사되고 산란된 빛을 간단하게 효율적으로 스캔하고 집광하는 표면 검사 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 표면 검사 과정에 있어서 비교적 높은 공간 해상도와 비교적 많은 처리량을 갖는 효율적인 표면 검사 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 시편의 표면상의 입자, 결점, 스크래치(scratch), 흠집을 포함하여 대상물 또는 시편의 표면 상태를 쉽게 식별하고 분석하는 높은 민감도를 갖는 표면 검사 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적들은 시편의 내부 및 표면 위에 입자, 결함 또는 다른 표면 특성을 검출하기 위한, 시편의 표면을 검사하는 표면 검사 시스템 및 방법에 의해 구현될 수 있다. 표면 검사 시스템은 시편이 회전(rotation) 및 병진 이동을 할 때, 소정의 바람직하게 하자면 비교적 협소한 스캔 경로를 따라 시편의 표면 전체를 스캔하는 스캐너와 시편의 표면으로부터 반사되고 산란된 빛을 정확하게 집광하는 분할된 렌즈를 갖는 집광기를 포함하는 것이 바람직하다. 그리하여 본 발명에 따른 표면 검사 시스템은 비교적 사용하기 쉽고, 간단하고, 효율성이 높은 검사 시스템을 제공하며, 대상물의 전체 표면을 검사하는데 있어서 그 표면상에서 검출된 분자 또는 흠집에 대해 상당히 정확한 결과를 제공하며, 표면 검사 과정 동안에 높은 공간 해상도와 많은 처리량을 제공한다.

보다 상세하게 말하자면, 표면 검사 시스템은 시편을 재료의 이동 경로(material path)를 따라 이송시키는 이송기(transporter)와, 상기 이송기와 결합되어 있으며 병진(translational) 이동 시에 재료의 이동 경로를 따라 시편을 회전하기 위한 회전자(rotator)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동 시에 시편의 표면을 스캔하기 위해 스캐너를 설치한다. 상기 스캐너는 광선(light beam)을 발생하기 위한 광원(light source)과, 상기 광선을 수신하여 시편이 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동을 할 때 소정의 스캔 경로를 따라 시편의 표면에 광선을 스캔하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동을 할 때, 시편의 표면으로부터 반사되고 산란된 빛을 집광하는 집광기를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동을 할 때 시편의 표면을 스캔하는 스캐너를 설치한다. 상기 스캐너는 광선을 발생하기 위한 광원 다시 말해 레이저, 및 상기 광선을 수신하는 위치에 설치되며 시편이 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동을 할 때에 소정의 구체적으로 말하자면 비교적 협소한 스캔 경로를 따라 광선을 스캔하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 스캔 수단은 시편의 병진 이동 방향과 일치하는 방향으로 비교적 대략 0.1 라디안보다 협소한 스캔 경로를 제공하는 음향-광검출기이다.

본 발명에 따른 집광기는 시편의 표면으로부터 거울 반사된 빛을 검출하기 위한 명채널과, 상기 명채널과 인접한 위치에 있으며 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 검출하는 암채널을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 암채널 검출기는 서로 인접하게 위치하고 시편의 표면으로부터 서로 다른 각각의 소정의 각도로, 또는 시편의 표면으로부터 반사된 빛의 각도로부터 산란된 빛의 성분을 집광하는 다수의 집광기를 구비한다. 상기 암채널 검출기의 다수의 집광기는 서로 인접하게 위치한 적어도 두 개의 집광기를 구비한 분할 렌즈를 형성한다. 다수의 집광기는 시편의 표면으로부터 비교적 소각도로 전방향으로(forwardly) 산란된 빛의 성분을 집광하는 소각도 집광기(small angle collector), 시편의 표면으로부터 비교적 중각도로 실질적으로 법선(normal) 방향으로 산란된 빛의 성분을 집광하는 중각도 집광기(medium angle collector), 및 시편의 표면으로부터 비교적 대각도로 후방향으로(backwardly) 산란된 빛의 성분을 집광하는 대각도 집광기(large angle collector)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 암채널 검출기는 모두 해당 집광기와 광학적으로 통신할 수 있도록 위치한 소각도 검출기, 중각도 검출기 및 대각도 검출기를 포함한다. 또한 상기 암채널 검출기는 상기 소각도 검출기, 상기 중각도 검출기, 상기 대각도 검출기와 전기적으로 연결되어 있고, 시편의 표면상의 입자의 존재를 검출하기 위해 검출기로부터 전기 신호를 수신하는 수단을 구비한다.

예를 들어 입자나 결함이 검출되면 소각도 집광기는 시편의 표면으로부터 전방향으로 산란된 빛을 수신, 집광하도록 위치하고, 중각도 집광기는 법선 방향으로 산란된 빛을 수신, 집광하도록 위치하고, 대각도 집광기는 후방향으로 산란된 빛을 수신, 집광하도록 위치한다. 더 상세하게 말하자면 암채널 집광기는 입자나 결함을 쉽게 식별, 분석할 수 있는 고 민감도의, 본 발명에 따른 표면 검사 시스템을 제공하고, 시편 내부 및 표면상에 존재하는 입자, 결점, 스크래치, 흠집 등을 포함하는 대상물 또는 시편의 표면의 상태를 담은 정밀 사진을 제공한다.

또한 본 발명은 대상물 또는 시편의 표면을 검사하는 방법을 제공한다. 시편의 표면을 검사하는 방법은 시편을 재료의 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동을 하는 단계 및 시편이 재료의 이동 경로를 따라 이동할 때 시편의 표면 전체를 관통하여 빛의 비교적 협소한 스캔 경로(α)를 스캔하는 단계를 포함한다. 재료의 이동 경로를 따라 시편을 회전 및 병진 이동을 하는 단계와 시편의 표면을 스캔하는 단계를 동기화함으로써 시편의 표면을 실질적-형상으로(substantially-shaped) 스캔한다. 시편의 표면으로부터 거울 반사된 빛과 산란된 빛을 각각 집광하는 것이 바람직하다. 이때 시편의 표면으로부터 전방향으로 산란된 빛의 성분과 시편의 표면으로부터 후방향으로 산란된 빛의 성분을 각각 집광한다. 시편의 표면을 스캔하는 동안, 스캔할 대상에 따라 병진 이동 속도를 포함하여 적어도 회전 이동 속도가 서로 다르기 때문에 시편의 표면에 대하여 구체적인 일정 스캔 속도를 부여한다. 시편의 표면을 스캔하는 동안의 스캔된 빛의 광학적 이득(optical gain) 또한 서로 다를 수 있다.

시편의 표면을 검사하는 다른 방법은 소정의 다시 말해 비교적 협소한 스캔 경로를 따라 광선을 편향하는 단계와, 비교적 낮은 입사각으로 상기 스캔 경로를 따라 편향된 광선을 시편의 표면을 향하도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 방법은 시편의 회전 이동 및 병진 이동으로 나누어 이송시킴으로써 시편의 전체 표면을 관통하여 나선형 경로를 따라 상기 협소한 스캔 경로를 형성할 수 있도록 한다.

시편의 표면 위에서 검출된 분자에 대한 정보를 제공하는, 시편의 표면을 검사하는 또 다른 방법은 시편의 표면으로부터 반사된 빛을 검출하는 단계와, 다수의 산란 각도로 설치된 다수의 집광기에 의해 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 소정의 산란 각도에 위치한 다수의 집광기 중 두 개의 집광기는 각각 시편의 표면으로부터 전방향 및 후방향으로 산란된 빛을 집광하도록 위치하는 것이 바람직하다. 시편 내부 또는 표면상에 존재하는 입자 또는 결함을 다수의 소정의 산란 각도로 검출한다.

본 발명에 따라 시편의 표면을 검사하는 방법은 전방향으로 산란된 빛 즉 시편의 표면으로부터 소정의 제1 산란 각도로 산란된 빛을 집광하는 단계, 법선 방향으로 산란된 빛 즉 시편의 표면으로부터 소정의 제2 산란 각도로 산란된 빛을 집광하는 단계 및 후방향으로 산란된 빛 즉 시편의 표면으로부터 소정의 제3 산란 각도로 산란된 빛을 집광하는 단계를 더 포함한다.

또한 입자, 결함 또는 기타 표면 특성에 대한 정보를 제공하는, 시편의 표면을 검사하는 방법은 소정의 근접한 산란 각도로 설치한 다수의 집광기에 의해 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 집광함으로써 집광된 빛을 나타내는 신호를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 시편의 표면에 대하여 소정의 산란 각도를 적절하게 위치시킴으로써, 적어도 전방향 및 후방향으로 산란된 빛을 각각 집광하도록 한다. 다음, 시편 내부 또는 표면상에서 검출된 입자 또는 결함을 판정하기 위해 소정 물질의 유전율을 나타내는 소정의 데이터와 상기 신호를 비교한다.

상기한 이점 이외에도, 본 발명에 따른 표면 검사 시스템과 방법은 높은 공간 해상도, 해당면의 좁은 시야 영역을 제공하고 나아가, 가장자리 검출 능력과 검사 과정의 반복성을 개선할 수 있다. 또한 암채널 집광기는 시편의 표면에 대하여 소정의 각도로 설치된 다수의 집광기를 구비하는 특별한 구성으로 이루어져 있기 때문에, 시편의 표면으로부터 반사되고 산란된 빛을 검출하는 과정에 있어서 본 발명에 따른 표면 검사 시스템은 분자 산란에 의한 간섭 신호를 감소시킨다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그런데, 본 발명은 여러 가지 다른 실시예를 가질 수 있고, 따라서 예시된 실시예들의 설명에 국한된 것으로 파악해서는 안된다; 오히려 이러한 실시예들은 특허출원의 설명이 충분해질 수 있도록 하고, 이 기술이 속하는 분야의 숙련자들에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달하기 위해서 제공된다. 적합한 수의 실시예가 전체에 걸쳐 적당하게 언급된다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼와 같은 시편이나 대상물의 표면에서 입자, 결함, 흠집 등을 검출하기 위한 표면 검사 시스템(20)의 투시도를 나타내고 있다. 상기 시스템(20)의 일부분은 목적을 보다 분명하게 나타내기 위해 절개되어 있고, 상기 표면 검사 시스템(20)의 여러 가지 구성 요소를 설명하기 위하여 가상 라인들에 의해 도시되어 있다. 본 발명의 상기 표면 검사 시스템(20)은 증착 필름을 가진 것과 갖지 않은 것 모두 패턴이 형성되지 않은 웨이퍼들(W)의 표면을 검사를 위해 이용하는 것이 바람직하다. 오히려 상기 시스템(20)은 재료 이동경로(P)를 따라서 시편(W)을 병진 이동시키는 수단, 시편이 재료 이동경로(P)를 따라서 이동할 때 시편을 회전시키는 수단, 시편(W)이 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동하는 동안 시편(W)을 스캐닝하는 수단, 그리고 시편(W)의 표면(S)으로부터 반사 및 산란되는 빛을 모으는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 표면 검사 시스템(20)은 작업 테이블(21)을 포함하는 워크스테이션으로 배열된다. 광 실험 하우징(22), 비디오 디스플레이 장치(23), 키보드(25), 그리고 마우스(26)가 일반적으로 근접해 있고, 실질적으로 작업 테이블(31) 위에 위치하게 된다. 시스템 컨트롤러(50)를 탑재하기 위해 캐비닛(27)이 상기 작업 테이블(21)에 부착되어 있다. 프린터(29)를 탑재하기 위한 선반(28)이 상기 캐비닛(27)에 인접해서 있고, 프린팅 페이퍼(29a)와 결합되게 된다. 본 발명의 검사 장비를 구체적으로 설명하기 위해서 상기 하우징(22)은 부분적으로 절개되어 있다. 상기 웨이퍼(W)의 검사는 검사 테이블(31) 상의 검사 영역(Z)에서 실행되는 것이 바람직하다. 자동 웨이퍼 핸들링 장치(32)는 검사 스테이션(20)에 인접해서 놓여지며, 상기 카세트(33)로부터 상기 검사 테이블(31) 위로 웨이퍼들(W)을 로드 및 언로드하게 된다. 상기 카세트(33)는 다수의 웨이퍼(W)를 탑재하고 있고, (도시되지 않은) 도어를 통해 캐비닛(27) 속으로 로드된다. 상기 하우징(22) 내의 상기 웨이퍼들(W)의 핸들링은 오염이나 얼룩을 피하기 위해서 인간의 손에 의한 접촉이 없이 자동으로 수행된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 표면 검사 시스템(20)은 재료 이동경로(P)를 따라서 시편(W)을 병진 이송시키는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 시편(W) 이송수단은 재료 이동경로(P)를 따라서, 특히 검사 지역이나 영역(Z)을 따라서 시편(W)을 병진 이송시키기 위해 배열된 이송기(40)이다. 도시된 바와 같이, 상기 병진 이송기(40)는 기어(42), 상기 기어(42)를 회전시키기 위해 배열된 축(41a)을 포함하는 모터(41), 다수의 이(Teeth)가 형성되어 있는 가이드들(36, 37)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 모터 축(41a)의 상부에 놓인 상기 모터(41)와 기어(42)는 시스템에 대한 척(Chuck)(50)을 구성하게 된다. 상기 척의 모터(41)는 스테이지 부재(43)에 탑재되는 것이 바람직하고, 상기 스테이지 부재(43)는 도시된 바와 같이 상기 시편(W)의 끝단을 따라서 그로부터 상부 방향으로 확장하고, 시편(W), 즉 실리콘 웨이퍼를 수납하는 다수의 플랜지(43a)를 가지고 있다. 상기 시편(W)에 대한 탑재 기술은 상기 시편의 하부 표면의 위치를 상기 스테이지 부재(43)의 상부 표면에 위치시켜 결합될 수 있는 얼룩이나 다른 표면 문제를 줄여준다. 상기 스테이지 부재(43)는 그 하부를 보호하는 스테이지 가이드 부재(38, 39)를 따라서 병진 이송되는 것이 바람직하다. 또한 상기 스테이지 부재와 상기 스테이지 부재를 회전시키기 위한 모터에 탑재되는 피스톤과 실린더 배열 등 다른 병진/회전 수단은 이 기술이 속하는 분야의 숙련자에게 이해될 수 있듯이, 본 발명에 의해 이용될 수 있다.

또한, 회전자(45)로 도시되어 있는 것처럼, 시편(W)을 회전시키는 수단은 상기 이송기(40)와 결합되어 있고, 재료 이동경로(P)를 따라서 병진 이동 중에 시편(W)을 회전시키기 위해 배열된다. 도시된 바와 같이, 상기 회전자(45)는 소정의 속도로 그 상부에 탑재된 웨이퍼를 회전시키기 위해 상기 스테이지 부재의 하부에 탑재되는 것이 바람직하다. 상기 이송기(40)와 회전자(45)는 스캐너(80)와 함께 동기 및 배열되어 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동 중에 상기 시편의 표면에 걸쳐 나선형의 협소각 스캔(α)을 구성하게 된다.

도 1과 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 스캐너(80)는 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동 중에 상기 시편(W)의 표면을 스캔하기 위해 위치 및 배열된다. 그런데 이 기술 분야에 속하는 숙련자가 쉽게 알 수 있듯이, 상기 스캐너(80)는 상기 시편(W)이 정지, 또는 병진 및 회전 운동을 하고 있는 동안에 회전 및 병진 운동을 시키기 위해 배열된 것이다. 따라서 본 발명은 광선(B)을 발생시키기 위한 광원(81), 상기 광원(81)을 전달받아서 시편(W)을 스캐닝하기 위한 수단, 즉 거울(82), 렌즈(84, 86), 편향기(85), 그리고 시편(W)의 회전 및 병진 스캔을 부여하기 위한 수단, 즉 이송기(40)와 회전자(45)를 포함하게 된다.

본 발명에 따른 스캐너(80)는 광선(B)을 발생하기 위한 광원(81), 즉 레이저, 상기 시편(W)이 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동할 때, 상기 시편(W)의 표면(S)에 걸쳐 비교적으로 협소한 스캔 경로(α)를 따라서 상기 광선(B)을 전달받기 위해 위치하고, 상기 광선(B)을 스캐닝하기 위해 배열되는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광원(81)은 이 기술이 속하는 분야의 숙련자들이 알고 있듯이, 비교적으로 짧은 파장을 갖는 아르곤 이온이나 고체 상태와 같은 가시광선의 레이저인 것이 바람직하다. 또한 상기 레이저(81)는 이 기술 분야에 속하는 숙련자에 의해 알 수 있듯이 외부적인 광학 기구를 갖는 레이저의 조합인 것이 바람직하다. 상기 레이저는 약 0.6 밀리미터(mm)의 빔 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그런데 상기 스캐너(80)는 결합된 광학 기구를 포함하고 있고, 최대 반 넓이의 폭이 0.1 밀리미터 보다 작은 전체 넓이를 구성하는 스폿 크기를 가진 선형으로 편광된, 즉 P-편광된 빛을 발생하기 위해서 배열되는 것이 바람직하다. 또한 이 기술이 속하는 분야의 숙련자가 알 수 있듯이, 또한 S-편광된 빛 또는 원형 편광된 빛이 본 발명에 의해 발생 및 이용될 수 있다.

일반적으로, 세가지 중요한 요소가 본 발명의 표면 검사 시스템(20)에 대한 검출 감도를 판정하게 된다. 레이저 세기, 레이저 파장, 그리고 레이저 빔 스폿 크기가 그것이다. 레이저 세기와 스폿 크기는 함께 세기 밀도를 결정하고, 직접 산란된 신호의 크기에 비례하게 된다. 본 발명에 따른 표면 검사 시스템(20)에 대하여, 레이저 스폿 크기는 60 마이크론 보다 작고, 즉 25∼40 마이크론 범위이며, 보다 상세하게는 약 30 마이크론이다. 이러한 구체적인 스폿 크기는 픽셀, 즉 공간 해상도의 대략 세배로서, 표면 검사의 충분한 샘플링과 개선된 검출 감도를 제공하게 된다. 상기 스폿 크기를 감소시키고, 이득들, 집광각들, 그리고 광효율들이 동일하다고 가정함으로써, 검출 범위 내에서 눈에 띄는 개선이 얻어질 수 있는데, 이것은 상기 표면 검사 시스템(20)의 신호대 잡음비(S/N 비)에 의해 결정될 수 있다. 만일 레이저 세기가 실질적으로 증가한다면, 즉 두배가 되면, 이때 검출 범위는 크게 개선되게 된다. 그런데 만일 레이저 세기의 변화가 전혀 일어나지 않으면, 입사각, 편광, 집광 구조를 최적화하여 검출 범위를 개선할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 스캐닝 수단은 광선(B)을 전달받기 위해 위치하고, 비교적으로 협소한 스캔 경로(α)를 따라서 광선(B)을 편향시키기 위해 배열된 편향기(85)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 편향기(85)는 도시된 바와 같이 음향-광(AO) 편향기이고, 상기 비교적으로 협소한 스캔 경로(α)는 0.1 라디안 보다 크지 않은 것이 바람직하며, 보다 자세하게는 0.025∼0.040 라디안의 범위 내에 있다. 도 4에 잘 도시되어 있듯이, 상기 스캔 경로(α)는 직접적으로 병진 이동경로(P)에 대응하며, 화살표로 나타낸 바와 같이 일반적으로 평행 방향인 것이 바람직하다. 상기 반사는 고주파의 음파를 갖는 수정을 여기시켜 동작이 수행되고, 예를 들어, 광선(B)을 시프트시키고나서 전파 각도를 변화시키는 방식으로 입사 광파에 상호 작용한다. 수정의 다양한 주파수는 다양한 전파 각도에 대응하여 반사되기 위해 그곳을 통과하는 빛에 감응적으로 기인할 것이라는 것을 알 수 있다. 음파의 주파수는 톱니 패턴으로 지나가고, 레이저 빔(B)은 주파수에 비례하는 각도(α)를 통하여 스캔된다. 상기 AO 편향기(85)는 대상물 표면으로부터 반사된 입자나 결함에 대응하여 일정한 또는 소정의 시간을 제공하는 일정한 스캐닝 속도를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명이 상기 AO 편향기를 기준으로 설명되었지만, 이 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 검류계, 압전 스캐너, 공명 스캐너, 회전 거울, 스캐닝 헤드, 다른 전자식 스캐너 등과 같이 협소 각도를 제공하는 수단이 본 발명에 또한 이용될 수 있다.

또한, 빔 익스팬더(82)는 상기 광선(B)이 음향-광 편향기(85)에 들어가기 전에 광선(B)을 신장시키게 위해 광원(81)과 편향기(85) 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 빔 익스팬더(82)는 상기 편향기(85)의 스캔 각도를 최대한 이용하기 위해 상기 편향기(85)의 활성 구멍(Avtive Aperture)을 충분히 채우기 위한 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 편향기(85)를 지나거나 또는 하부로의 신장은, 예를 들어, 빔 직경이 증가할 때 동일 요소에 의해 편향 각도가 감소하게 된다. 상기 편향기(85)에서 실제의 빔 직경은 아래와 같은 식으로 주어지는 필요 투사 시간에 의해 제한된다:

T = D / V_a

여기에서 D는 빔 직경이고, V_a는 내부에 위치하는 변환기에서의 음속이다.

또한 상기 스캐너(80)는 상기 편향기(85)와 위치적으로 배열되는 수단, 그리고 상기 시편(W)이 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동할 때, 상기 광선(B)이 상기 협소 스캔 경로(α)로부터 비교적으로 적은 입사 각도(β)에서 상기 시편(W)의 표면(S)을 향하도록 지향하기 위해 배열되는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 입사 각도(β)가 특별한 경우에 실질적으로 상기 시편(W)에 직각이거나 직각보다 적을 수 있지만, 상기 비교적으로 적은 입사 각도(β)는 대상물 표면에 법선 방향으로부터 45도 보다 크고, 즉 시편(W)의 표면으로부터 45도 보다 적고, 보다 자세하게는 대상물 표면에 법선 방향으로부터 65∼85도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 지향 수단은 거울(82), 그리고 다수 개의 광학 렌즈(84, 86)로 도시되어 있고, 상기 레이저(81)로부터 검사하기 위한 상기 시편(W)의 표면을 향해 상기 광선(B)을 지향하게 된다. 상기 광선(B)이 상기 AO 편향기(85)로부터 이동할 때, 상기 빔(B)은 검사 지역을 통해 대상물이 회전 및 병진 이동하는 동안에 상기 대상물의 표면 선형 스캔을 위해 광선(B)의 각도를 방위적으로 바람직하게 맞추는 원통형 렌즈(84)를 지나게 된다. 정지 부재(87)가 상기 AO 편향기(85)에 근접한 상기 원통형 렌즈(84)와 위치적으로 정렬되어 있고, 상기 시편(W)의 표면 스캔을 위해 선형으로 방위가 배열되지 않은 비교적 적은 빛의 일부를 정지시키게 된다. 상기 원통형 렌즈(84) 다음에 위치하고 있는 상기 광학 렌즈(86)는 초점 또는 에프쎄타(f-thea) 렌즈로서, 상기 시편(W)의 표면 위에 상기 광선의 초점을 맞추기 위한 것이라는 것은 이 분야의 숙련자라면 쉽게 이해할 수 있다.

본 발명에 따른 스캐너(80)는 이송기(40)와 회전자(45)를 고려하여 배열되는 것이 바람직하고, 재료 이동경로(P)를 따라서 회전 및 병진 이동 중인 상기 시편(W)의 표면(S)의 나선형 협소 각도 스캔을 구성하게 위해 서로 동기되는 것이 바람직하다(도 5 참고). 따라서 상기 스캐너(80)는 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 나선형 스캔 패턴을 수행하기 위해 회전 운동과 선형, 수평 또는 병진 운동(Y)으로 방사 방향(θ)에서 상기 광선(B)을 스캔하게 된다.

상기 스캔 각도(α)의 지향은 상기 시편(W)의 병진 이동의 지향과 대응하게 된다. 협소 각도 스캔은 회전하는 시편, 즉 웨이퍼의 외부 반경에서 시작하는 것이 바람직하다. 상기 시편은 소정의 속도, 즉 약 50 rpm(분당 회전속도)으로 회전하는 것이 바람직하다. 상기 시편(W)이 상부에 탑재된 상기 스테이지 부재(43)는 상기 회전에 동기되어 움직이는 것이 바람직하며, 부드러운 나선을 생성하게 된다. 상기 반경이 감소함에 따라, 음향-광 편향기(85)의 스캔 속도를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 병진 속도와 아울러 회전 속도는 점점 증가하게 된다. 이러한 스캔 과정은 비교적으로 일정한 회전 속도, 즉 약 200 rpm으로 최심부 5회전이 유지될 때까지 계속되게 된다. 시스템의 분균형에 기인한 내재된 수평 또는 병진력을 최소화하기 위해서 소정의 회전 속도를 판정하게 된다. 상기 회전자(45)는 상기 시편(W)의 표면(S)의 스캔 중에 상기 재료 이동경로(P)를 따라서 병진 이동 중인 상기 시편의 회전 속도를 변화시키는 수단, 즉 가변 속도 모터(46)를 포함하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 이송기(40)는 상기 시편(W)의 표면(S) 스캔 중에 재료 이동경로(P)를 따라서 이동중인 시편을 병진 이동시키기 위한 속도 변화 수단, 즉 가변 속도 모터(41)를 포함하고 있다.

추가적으로, 상기 광선(B)의 광 출력 세기나 광학적 이득은 다양한 표면 특성이 검사되는, 즉, 상기 시편(W)의 주변 부위를 따라 광학적 이득이 작아지는 상기 시편의 여러 부위에서 증가 또는 감소될 수 있다. 이러한 상기 광 출력 세기나 광학적 이득의 변화는 증가된 표면의 조도 영역에 의해 기인한 간섭 또는 상기 표면 내 또는 표면 위에서 입자나 결함을 검출하기 위한 시스템의 능력에 영향을 주는 다른 특성들을 최소화시키고, 뿐만 아니라 다른 시스템 성능 장점들을 제공하게 된다. 그러므로, 본 발명의 표면 검사 시스템(20)은 개선된 에지부 검출 성능과 개선된 검사 과정에서 반복성을 제공하는 높은 공간 해상도, 높은 생산성, 해당 평면의 작은 시야 영역을 제공하게 된다.

도 1, 3, 3A, 그리고 도 6 내지 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 시편의 표면으로부터 빛을 모으는 수단은 집광기(100)인 것이 바람직하며, 상기 집광기(100)는 시편(W)의 표면(S)으로부터 거울처럼 반사된 빛을 검출하기 위해 배열된 명채널 검출기(110)와 상기 명채널 검출기(110)에 인접해서 위치하고, 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 검출하기 위한 암채널 검출기(120)를 포함한다. 상기 명채널 검출기(110)는 PMT 이거나 포토다이오드인 것이 바람직하지만, 이 기술 분야의 숙련자가 쉽게 이해할 수 있듯이 4분 셀 디바이스, 즉 검출기로서, 반사된 빛의 경로, 즉 결함이나 입자의 검출 중에 편차를 결정하기 위한 X-Y 좌표의 위치 검출을 위해 배열된 것이다. 이러한 4분 셀 검출기는 캘리포니아주 카마릴로시의 Advanced Photonix사(과거에는 Silicon Detector Corp.)에서 제조된 것이다. 상기에는 특정한 배열이 도시되었지만, 여러 가지 다른 직사각형 또는 복합 셀, 즉 이분 셀 배열 등이 또한 본 발명에서 이용될 수 있다.

상기 암채널 검출기(120)는 각각 서로 근접하여 위치하고 있고, 상기 시편(W)의 표면(S)으로부터 각각 서로 다르게 소정의 각도에서 산란된 빛의 성분을 모으기 위해 배열된 다수의 집광기들(121, 123, 125)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 암채널 검출기(120)의 상기 다수의 집광기(121, 123, 125)는 서로 인접하여 위치하는 적어도 두 개의 집광기를 갖는 분할된 광학 기구를 구성하게 된다. 도시된 바와 같이, 다수의 집광기(121, 123, 125)는 복합 렌즈 배열인 것이 이 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있고, 그리고 다른 렌즈 배열 또한 본 발명에 의해 이용될 수 있다.

다수의 집광기(121, 123, 125)는 각각 비교적 작은 각도(a)에서 시편(W)의 표면(S)로부터 전방향으로 산란된 광성분을 집광하기 위해 배열된 소각도 집광기(121)와, 상기 소각도 집광기(121)에 근접하게 위치하여 비교적 중간 각도(b)에서 시편(W)의 표면(S)으로부터 법선방향으로 산란된 광성분을 집광하도록 배열된 중각도 집광기(123)와, 상기 중각도 집광기(123)에 근접하게 위치하여 비교적 큰 각도(c)에서 시편(W)의 표면(S)으로부터 후방향으로 산란된 광성분을 집광하도록 배열된 대각도 집광기(125)를 포함한다. 암채널 검출기(120)는 각각 대응하는 집광기(121, 123, 125)와 광학적으로 소통하는 위치에 있는 소각도 검출기(122), 중각도 검출기(124) 및 대각도 검출기(126)를 더 포함하고, 상기 소, 중, 대각도 검출기(122, 124, 126)와 전기적으로 연결되며 시편(W)의 표면(S)상에 입자의 존재여부를 판정하기 위하여 상기 검출기로부터의 전기적 신호에 감응하는 수단을 더 포함한다.

도 6의 스크래치 검출기(130)는 바람직하게는 예시된 반사 경로로부터 편향되는 빛을 받아들이도록 배열된다. 시편(W)의 표면에서 빛이 반사되면 집속렌즈(112)를 경유하여 반사경(113)의 표면을 때린다. 상기 반사경(113)은 예시된 바와 같이 빛을 상기 집광기(110)의 앞면(115)을 향하도록 한다. 상기 전면에서 반사된 빛은 스톱 부재(116)에 의해 치워지거나 차단된다. 그러나 만일 시편(W)의 표면에서 스크래치가 검출되면 반사된 빛의 상당한 부분이 예시된 바와 같이 상기 집광기(110) 쪽으로 향하는 경로로부터 편향하게 되고 상기 반사경(113)을 바이패스하여 상기 스크래치 검출기(130) 즉 PMT를 때리게 된다. 집광기의 판정수단은 도 3 및 도 7에 예시된 것과 같은, 해당 기술에 숙련된 자에게 이해되는 전자 신호 판별회로(150)인 것이 바람직하다. 이 회로는 암채널 검출기(122, 124, 126, 130)로부터 집광된 빛을 대표하는 신호를 수신한다.

도 1, 3 및 6에서 가장 잘 예시되어 있듯이, 다수의 집광기(121, 123, 125)의 각각의 상대적인 각도(a, b, c)는 바람직하게는 시편(W)의 표면(S)으로부터 반사된 빛의 반사각(α)에 관하여 판정되고, 또한 스캔의 입사각(β)에 대해 상대적으로 일어나는 광성분의 전방향(a), 후방향(b) 및 실질적으로 법선방향(c)의 산란에 관하여 판정된다. 예를 들면, 만일 입사각이 상대적으로 낮은 경우, 즉 수평으로부터 15° 또는 법선방향으로부터 -75°일 경우, 상기 전방향 산란 또는 작은 각도(a)은 바람직하게 약 +22°내지 +67°이고, 실질적으로 법선방향 산란 또는 중간 각도는 약 -25°내지 +20°이고, 후방향 산란 또는 큰 각도는 약 -72°내지 -27°이다. 입자 또는 결함이 검출되면, 예를 들면 검출된 입자나 결함 등에 관하여 시편의 표면으로부터, 소각도 집광기(121)는 전방향 산란(a)을 수신 및 집광하는 위치에 있고, 중각도 집광기(123)는 실질적으로 법선방향 산란(b)을 수신 및 집광하는 위치에 있고, 대각도 집광기(125)는 후방향 산란(c)을 수신 및 집광하는 위치에 있다. 입사면에 대하여 대체로 직각인 방향에 있어서, 전체각의 약 73°가 상기한 예에서 포착된다. 이것은 세그먼트 당 입체각이 약 0.64 스테리디언이거나, 또는 공지의 검출기에 대하여 대폭 개선된 값인 합계로 약 1.92 스테리디언이다.

본 발명에 의한 암채널 집광기(120)는 바람직하게는, 폴리싱된 웨이퍼와 다양한 피복 필름에 대한 용도와 같이, 표면(S)의 특성과 입자 산란을 분석한다. 특정한 조건, 즉 대부분 표면 조도(粗度)의 허용수준에 관한 조건에 부합될 경우, 표면으로부터 산란된 빛의 분포(BRDF)는 다음과 같이 표현된다:

BRDF = [16π²cosβ_icosβ_sQ S(f_x, f_y)] / λ⁴

여기에서, β_i는 입사각, β_s는 산란각, Q는 입사광의 파장 및 편광(polarization)에서의 반사율이고, S는 표면 조도의 파우어 분광밀도 특성(power spectral density characteristic), λ는 입사광의 파장, f_x, f_y는 차례로 입사각과 산란각의 함수로서 다음식으로 표현되는 공간적인 진동수이다.

f_x= (sinβ_scosΦ_s- sinβ_i) / λ

f_y= sinβ_ssinΦ_s/ λ.

상기 식에서, β는 항상 입사면에서의 각도를 나타내고 Φ는 방위각을 나타낸다. BRDF 곡선의 모양은 S(f_x, f_y)와, 충분한 파우어 분광밀도 정보가 주어지면 수용할 수 있는 결과를 제공하는 상기 식의 cosine 항에 의해 정의된다. 곡선의 진폭은 1차적으로 반사율 Q에 의해 결정된다.

입자표면의 반사율과 그 표면에서 검출된 결함은 검사되는 물질 또는 입자, 즉 실리콘, 알루미늄 등의 유전율에 좌우된다. 또한 P 편광된 빛으로 조명된 물질 또는 입자의 반사율은, 본 발명에 따라 바람직하게는, S 편광된 빛으로 조명된 물질 또는 입자와는 다른 특성을 가지게 된다. P 편광된 빛으로 조명된 유전체의 반사율은 특정 각도, 즉 브루스터의 각(Brewster's angle)에서 0 이고, 다음과 같이 굴절율(n)의 함수이다:

β_b= tan^-1n.

금속과 기타 흡수 물질들은, 예를 들면 유사한 모양의 곡선을 나타낸다. 그러나 P 편광에 대한 반사율은 0이 아닌 최소치에 도달한다. 이러한 0이 아닌 최소치가 생기는 각도는 의사 브루스터 각(pseudo-Brewster's angle) 또는 다르게는 주축각(principal angle)으로 칭해질 수 있다. 주축각은 복합 유전율(n' = n-ik)에 의존하고 반복 기준으로 다음 식의 값을 구함으로써 알아낼 수 있다:

(n²+ k²)^1/2= sin²β_p/ cosβ_p.

예를 들면, 알루미늄은 강한 흡수제이고 실리콘은 높은 지수의 유전 특성을 나타내는 점에서 알루미늄과 실리콘은 서로 다르지만, 두 물질의 주축각은 동일한 값, 즉 약 78°에 근접한다 (일루미늄 78.1°, 실리콘 77.8°). 관심의 대상인 거의 모든 다른 물질은 알루미늄이나 실리콘보다 더 큰 지수를 가지지 않으므로, 78도와 같거나 그 이하의 주축각을 가진다. 예를 들면, 실리콘 디옥사이드는 주축각 약 58.8°에 상응하는 약 1.65의 굴절율을 갖는다. 유전 필름의 특성도 기질과 필름의 두께에 좌우되며 반사율 곡선은 여러 가지 각도에서 최소치를 나타낼 것이다.

BRDF 곡선, 굴절율 및 유전율로부터 얻어지는 상기한 여러 가지 값을 대표하는 데이터는 표면검사 시스템(50)에 있어서 입자 또는 결함 확인 정보를 판정하는데 사용될 수 있다. 산란각을 판정하기 위한 노이즈에 대한 신호의 상대적 비율은 입자 감응(particle response)을 취하고 BRDF의 제곱근으로 나눔으로써 구해질 수 있다. 이것은 해당 기술분야의 숙련자에게 이해되는 바와 같이, 주된 노이즈 원은 헤이즈(haze) 신호의 프와송(Poisson) 변동인 한계 내에 있는 신호 대 노이즈의 동등한(equivalent) 비(ratio)를 제공한다. 암채널 집광기(120)로부터 집광된 빛, 즉 산란광의 각도에 대한 이러한 비교는 이러한 판정을 보조하고 그에 따라 입자 또는 결함을 분류하기 위한 데이터 표에 있는 것과 같은 공지의 특성 데이터와 비교된다.

이러한 비교 단계는 소정의 명령 신호, 즉 해당 기술분야의 숙련자에게 이해되는, 구조적 하드웨어 내에 있거나 저장된 디스크 등에 있는 소프트웨어 프로그램에 따라 실행되는 것이 바람직하다.

도 1의 사시도와 도 7의 개념도에서 잘 예시된 바와 같이 표면 검사 시스템(20)은 컴퓨터에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 시스템 컨트롤러(50)는 작업자인 사람의 지휘감독 하에 검사 시스템(20)을 가동하고 상기 시스템(20)에 의해 생성된 데이터를 저장하고 복구하며, 바람직하게는 소정의 명령에 응답하여 데이터 분석을 실행한다. 예시된 스캐너 어셈블리 부분(90)은 스캐너(80)와 협동하고, 서보 증폭기(servo amplifier)(91)로 위치를 전달하는 척(chuck)검출기(91)를 포함한다. 검사 대상인 물건의 상대적인 위치는 모터(41, 46)와 모터에 장착된 인코더(93)를 거쳐 시스템(50)으로 통신된다. 위치데이터는, 시스템 전자 섀시(70)의 일부를 형성하고 AO 스캔 드라이버(95)를 거쳐 AO 디플렉터(85)를 감응방식으로 구동하는 AO 스캔컨트롤(73)로 전송된다.

시스템 전자 섀시(70)는 시스템 전원 공급장치(71)를 포함하고, 암채널 검출기(120)와 광채널 검출기(110)로부터 각각 산란광 및 거울면 반사광을 대표하는 신호를 수신한다. 해당 기술분야의 숙련자에게 이해되듯이, 이러한 데이터 신호는 종래에는 전기적으로 아날로그 포맷으로 아날로그 프런트 엔드 일렉트로닉스(75)로 통신이 이루어 지고 디지털 프런트 엔드 일렉트로닉스(74)와 같은 것에 의해 디지털 포맷으로 변환된다. 디지털 프런트 엔드 일렉트로닉스(74)는 또한 AO 스캔컨트롤(73), 시스템 버스 인터페이스(72) 및 디퍼렌셜 인터페이스(69), 즉 퍼스널컴퓨터(PC) 섀시(60)의 디퍼렌셜 버스와 협동한다. 상기 시스템 버스 인터페이스(72)는 또한 표면검사 시스템(50)의 레이저 전원 공급장치(51)와 통신한다.

PC 섀시(60)는 PC로 전원을 공급하기 위해 배설된 PC 전원 공급장치를 포함한다. 상기 PC 섀시(60)는 또한 스캐너 어셈블리(90)의 서보 증폭기(92)와 시스템 컨트롤 컴퓨터(65), 즉 마이크로프로세서 또는 컨트롤러와 감응하여 통신하는 모우션 컨트롤러(64)를 구비한다. 시스템 컨트롤 컴퓨터(65)는 바람직하게는 앞에서 제시된 바와 같이 검사 대상물 또는 웨이퍼를 올려놓고 다루기 위한 소정의 명령 신호를 감응적으로 발신 및 수신하는 웨이퍼 핸들러(52)와 전기적으로 통신한다. 상기 시스템 컨트롤 컴퓨터(65)는 또한 바람직하게는 하드디스크 드라이브(68)와, 디스플레이와 통신하도록 배열된 디스플레이 어댑터(67) 및 네트웍 또는 다른 시스템(50) 교신을 위해 배열된 이터넷 인터페이스(66)와 통신한다.

이미지 프로세서(64)는 디퍼렌셜 인터페이스(69)와, 검사 대상물의 표면 및/또는 결함, 흠집, 기복 또는 표면의 입자 등의 이미지를 처리하는 시스템 컨트롤 컴퓨터(65)와 전기적으로 통신한다. 도 7에 예시되고 해당 분야의 숙련자에게 이해되는 표면 검사시스템(50)은 상기 시스템(50)의 상기한 다양한 구성요소 또는 그것들의 결합을 형성하는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 이루어 지는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 대상물 또는 시편(W)의 표면(S)의 결함을 검사하는 방법도 본 발명에 의해 제공된다. 시편(W)의 표면(S)을 검사하는 방법은 바람직하게는 재료 이동 경로(P)를 따라 회전방식과 병진방식으로 시편(W)을 이송하고 상기 시편(W)이 재료 이동 경로(P)를 따라 이동하는 동안 시편(W)의 표면을 가로질러 비교적 협소한 빛의 스캔 경로(α)를 스캐닝하는 과정이 포함된다. 재료 이동 경로를 따라 시편을 회전식과 병진식으로 이송하는 단계는 바람직하게는 시편 표면의 실물형상의 스캔을 부여하도록 시편의 표면을 스캐닝하는 단계와 동기된다. 시편(W)의 표면(S)으로부터 거울면 반사된 빛과 산란된 빛은 분리하여 집광되는 것이 바람직하다. 산란광의 집광은 적어도 시편(W)의 표면(S)으로부터 전방향으로 산란된 광성분의 집광과 시편(W)의 표면(S)으로부터 후방향으로 산란된 광성분의 집광을 포함한다. 시편의 표면을 스캐닝하는 동안 적어도 시편의 회전속도는, 바람직하게는 병진 이송속도를 포함하여, 시편(W)의 표면(S)의 스캐닝 속도가 실질적으로 일정하도록 변속될 수 있다. 또한 스캐닝된 광의 광학적 이득은 시편의 표면을 스캐닝하는 동안 더 변동될 수 있다.

시편(W)의 표면(S)을 검사하는 또하나의 방법은 소정의 비교적 협소한 스캔 경로(α)를 따라 광선(B)을 편향시키는 단계와, 스캔 경로(α)로부터 편향된 광선(B)을 시편(W)의 표면(S) 방향으로, 예를 들면 비교적 낮은 입사각으로 유도하는 단계를 포함한다. 검사방법은 또한 협소한 스캔 경로가 나선형 경로를 따라 시편(W)의 표면(S) 전체를 훑고 지나갈 수 있도록 시편(W)에 대한 회전 및 병진 스캔을 실행하는 것이다.

시편(W)의 표면에서 검출되는 입자에 관한 정보를 제공하기 위해 시편(W)의 표면(S)을 검사하는 또 하나의 방법은 바람직하게는, 다수의 집광기(121, 123, 125)를 사용하여 다수의 소정의 산란각(a, b, c)에서, 시편(W)의 표면(S)으로부터 반사된 빛과 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 검출하는 단계를 포함한다. 소정의 산란각에 위치한 다수의 집광기(121, 125) 중 적어도 두 개는 각각 시편(W)의 표면(S)으로부터 전방향 및 후방향으로 산란된 빛을 집광하도록 위치하는 것이 바람직하다. 시편(W)의 표면(S) 위 또는 안에 있는 입자나 결함은 다수의 소정의 산란각에서 검출된 빛에 감응하여 인식된다.

본 발명에 의한 시편(W)의 표면(S)을 검사하는 방법은 전방향 산란광을 집광하도록 배열된 소정의 제 1 산란각에서 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 집광하는 단계와, 실질적으로 법선방향 산란광을 집광하도록 배열된 소정의 제 2 산란각에서 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 집광하는 단계와, 후방향으로 산란된 빛을 집광하도록 배열된 소정의 제 3 산란각에서 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 집광하는 단계를 더 포함한다.

추가로, 시편 표면의 내부 또는 위에 있는 입자나 결합 또는 기타 표면특성에 관한 정보를 제공하기 위해 시편(W)의 표면(S)을 검사하는 방법은 바람직하게는, 집광된 빛을 대표하는 신호를 형성하도록 근접한 다수의 소정의 산란각(a, b, c)에 배열된 다수의 집광기(121, 123, 125)에 의해 시편(W)의 표면(S)으로부터 산란된 빛을 집광하는 단계를 포함한다. 상기한 소정의 산란각들은 시편의 표면에 관하여 적어도 전방향 및 후방향 산란광을 각각 집광하도록 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 신호들은 이어서 시편(W)의 표면 내부 또는 위에서 검출된 입자나 결함을 확인하기 위해 소정의 물질의 유전율을 대표하는 소정의 데이터와 비교한다.

도면과 명세서에는 본 발명의 전형적인 바람직한 실시예가 개시되었고, 특정한 용어가 도입되었으나 이러한 용어는 오직 설명을 위한 관점에서 사용되었을 뿐이며, 한정적인 의도로 사용된 것은 아니다. 본 발명은 댜양한 실시예에 대한 특정한 참고와 함께 상당히 구체적으로 설명되었다. 그러나 앞의 명세서에서 설명되고 첨부된 청구의 범위에서 정의된 본 발명의 사상과 기술범위 내에서 여러 가지 변형과 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims

시편 표면상의 입자 또는 흠 검출용 표면 검사 시스템으로서,

시편을 재료 이동 경로를 따라 병진적으로 이송하는 수단;

상기 이송 수단과 연결되며 상기 재료 이동 경로를 따라 병진적인 이동시 시편을 회전시키는 수단;

상기 재료 이동 경로를 따라 병진 및 회전 이동시 시편의 표면을 스캔하도록 위치 배열된 스캐너로서, 상기 스캐너는 광선을 발산하도록 배열된 광원과 상기 광선을 수용하도록 위치 배열되며 상기 시편이 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동할 때 상기 시편 표면을 가로질러 소정의 스캔 경로를 따라 상기 광원을 스캐닝하는 수단을 포함하는 것임; 및

상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시 상기 시편의 표면으로부터 반사 및 산란되는 빛을 수집하도록 배열된 집광기;

를 포함하는 표면 검사 시스템,
청구항 1에 있어서, 상기 병진 이송 수단 및 상기 회전 수단은 동기되고 상기 스캐너와 함께 배열되어 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시 실질적으로 상기 시편 표면에 나선형 근접의 스캔을 이룰 수 있도록 하는 표면 검사 시스템.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 소정의 스캔 경로는 상기 시편 표면을 따라 0.1 라디안 이하의 비교적 협소 스캔 경로를 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 1, 2 또는 3에 있어서, 상기 스캐닝 수단은 상기 시편 표면을 따라 소정의 협소 스캔 경로를 따라 상기 광선이 반복적으로 편향시키도록 배열된 편향기를 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 상기 집광기는,

상기 시편 표면으로부터 거울 반사되는 빛을 검출하도록 배열된 명 채널 검출기; 및

상기 명 채널 검출기에 근접 위치하며 상기 시편 표면으로부터 산란된 빛을 검출하는 암 채널 검출기, 상기 암 채널 검출기는 서로 근접하여 위치하며 상기 시편 표면으로부터 다른 각각의 소정의 근접들로 산란되는 빛 성분들을 수집하도록 배열된 다수의 집광기를 포함함;

를 포함하는 것인 표면 검사 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 암 채널 검출기의 다수의 집광기는 비교적 소각도에서 시편의 표면으로부터 전방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열된 소각도 집광기와, 상기 소각도 집광기에 근접하여 위치하며 비교적 중각도에서 상기 시편의 표면으로부터 실질적으로 법선방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열되는 중각도 집광기와, 상기 중각도 집광기에 근접하여 위치하며 비교적 대각도에서 상기 시편 표면으로부터 후방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열된 대각도 집광기를 포함하고, 상기 암 채널 검출기는 수집된 빛을 검출하기 위한 대응 집광기와 광통신 하도록 각각 위치한 소각도 검출기, 중각도 검출기, 대각도 검출기와 상기 작은, 중간, 대각도 검출기와 전기적으로 연결되고 상기 검출기로부터의 전기적 신호에 반응하는 상기 시편의 표면상에 입의 존재를 판단하는 수단을 더 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 1, 2, 3, 4, 5 또는 6에 있어서, 상기 회전 수단은 상기 시편 표면의 스캔시에 재료 이동 경로를 따라 병진 이동시에 상기 시편의 회전 속도를 가변시켜 상기 시편 표면의 실질적으로 일정한 스캐닝 속도를 제공하도록 하는 수단을 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 편향기는 상기 시편의 표면을 따라 상기 광선을 각각 편향하도록 배열되며 상기 스캐너는 상기 시편이 상기 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시 비교적 낮은 입사각에서 협소 스캔 경로로부터 시편의 표면으로 광선이 지향하도록 하는 수단을 더 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 비교적 낮은 입사각는 시편에 대한 수직으로부터 45。 이상인 표면 검사 시스템.
청구항 8 또는 9항에 있어서, 상기 편향기는 거울과 상기 레이저 원과 상기 재료 이동 경로 사이에 위치하며 검사할 시편의 표면을 지향하여 광선을 지향하도록 배열된 다수의 광학적 렌즈를 포함하는 표면 검사 시스템.
시편의 표면을 스캐닝하도록 배열된 표면 검사 시스템으로서,

광선이 발생되도록 배열된 광원;

상기 광선을 수납하고 시편 표면을 지향하여 비교적 협소 스캔 경로를 스캐닝하는 수단; 및

상기 시편의 회전 및 병진 스캔을 부여하는 수단;

을 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 시편의 표면을 따른 비교적 협소 스캔 경로는 0.1 라디안 이하인 표면 검사 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 비교적 협소 스캔 경로는 약 0.025 내지 0.040 라디안의 범위에 있는 표면 검사 시스템.
청구항 11, 12 또는 13에 있어서, 상기 스캐닝 수단은 상기 시편의 표면을 따라 소정의 협소 스캔 경로를 따라 광선이 반복적으로 편향하도록 배열된 편향기를 포함하는 표면 검사 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 표면 검사 시스템은 상기 스캐닝 수단과 위치적으로 일렬 정렬되어 있으며 비교적 적은 입사각에서 상기 시편 표면을 지향하여 광선을 지향하도록 하는 수단, 상기 지향 수단은 거울과 다수의 광학적 렌즈를 포함함, 을 더 포함하는 표면 검사 시스템.
시편 표면의 입자 또는 결함을 검출하도록 배열된 광학적 스캐너로서,

레이저 광선을 발생하도록 배열된 레이저;

상기 광선을 수납하고 비교적 협소 스캔 경로를 따라 상기 광선을 편향하도록 배열된 음향-광 편향기, 상기 비교적 협소 스캔 경로는 0.1 라디안 이하임; 및

상기 레이저 및 상기 음향-광 편향기와 연결되며 상기 시편이 재료 이동 경로를 따라 회전 및 병진 이동시에 비교적 낮은 입사각로 시편의 표면을 향하여 상기 광선을 지향시키는 수단, 상기 지향 수단은 거울과 검사할 상기 시편의 표면을 향하여 상기 광선을 지향시키도록 배열된 다수의 광학적 렌즈를 포함함;

을 포함하는 광학적 스캐너.
시편의 표면으로부터 반사되는 빛을 수집하고 시편의 표면상에서 검출되는 입자들에 관한 정보를 제공하기 위한 광학적 집광기로서, 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 검출하기 위한 암 채널 검출 수단을 포함함, 상기 암 채널 검출 수단은 상호 근접하여 위치하며 상기 시편의 표면으로부터 다른 소정의 각도로 산란된 상기 빛 성분을 수집하도록 배열된 다수의 집광기를 포함함, 상기 다수의 집광기는 적어도 상기 시편 표면으로부터 전방향으로 산란되는 빛을 수집하도록 배열된 하나의 집광기와 상기 시편 표면으로부터 후방향으로 산란되는 빛을 수집하도록 배열된 집광기를 포함하는 것인 광학적 집광기.
청구항 17에 있어서, 상기 암 채널 검출기의 다수의 집광기는 비교적 소각도에서 시편의 표면으로부터 전방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열된 소각도 집광기와, 상기 소각도 집광기에 근접하여 위치하며 비교적 중각도에서 상기 시편의 표면으로부터 실질적으로 법선방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열되는 중각도 집광기와, 상기 중각도 집광기에 근접하여 위치하며 비교적 대각도에서 상기 시편 표면으로부터 후방향으로 산란되는 빛 성분을 수집하도록 배열된 대각도 집광기를 포함하고, 상기 암 채널 검출기는 수집된 빛을 검출하기 위한 대응 집광기와 광통신 하도록 각각 위치한 소각도 검출기, 중각도 검출기, 대각도 검출기와 상기 작은, 중간, 대각도 검출기와 전기적으로 연결되고 상기 검출기로부터의 전기적 신호에 반응하는 상기 시편의 표면상에 입의 존재를 판단하는 수단을 더 포함하는 광학적 집광기.
청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 암 채널 집광기는 상기 광 검출기 및 상기 소각도 검출기에 근접하여 위치하며 상기 시편 표면의 스크래치를 검출하는 스크래치 검출기를 더 포함하는 광학적 집광기.
재료 이동 경로를 따라 시편을 회전 및 병진 이송하는 공정; 및

상기 시편이 상기 재료 이동 경로를 따라 이송시 상기 시편의 표면을 가로질러 비교적 협소 스캔 경로를 스캔하는 공정;

을 포함하는 시편 표면의 검사 방법.
청구항 20에 있어서, 상기 시편 표면으로부터 거울 반사되는 빛 및 산란되는 빛을 별도로 수집하는 공정, 상기 수집된 산란된 빛은 적어도 상기 시편의 표면으로부터 전방향으로 산란된 하나의 빛 성분 및 후방향으로부터 산란된 빛 성분을 포함함,을 더 포함하는 방법.
청구항 20 또는 21에 있어서, 재료 이동 경로를 따라 상기 시편을 회전 및 병진 이송하는 상기 공정은 시편 표면을 스캐닝하는 공정과 동기시켜 상기 시편 표면의 실질적으로 나선형 스캔을 부여하도록 하는 방법.
청구항 20, 21 또는 22에 있어서, 상기 표면의 스캐닝시 상기 시편의 병진 이송 속도 및 회전 속도를 가변하여 상기 시편의 표면의 실질적으로 일정한 스캐닝 스피드를 제공하도록 하는 공정을 더 포함하는 방법.
청구항 20, 21, 22 또는 23에 있어서, 상기 시편 표면의 스캐닝시에 스캐닝한 빛의 광학적 이득을 가변하는 공정을 더 포함하는 방법.
소정의 속도로 재료 이동 경로를 따라 시편을 병진적으로 이송하는 공정;

소정의 속도로 재료 이동 경로를 따라 병진 이동시 상기 시편을 회전하는 공정;

상기 시편이 상기 재료 이동 경로를 따라 이동시 상기 시편의 표면을 가로지르는 광 경로를 스캐닝하는 공정; 및

상기 표면의 스캐닝시 적어도 상기 시편의 회전 스피드를 가변하여 상기 시편 표면의 실질적으로 일정한 스캐닝 스피드를 제공하도록 하는 공정;

을 포함하는 시편의 표면 검사 방법.
청구항 25에 있어서, 상기 시편의 표면을 가로질러 광 경로를 스캐닝하는 공정은 비교적 협소 각도 스캐닝하는 공정을 포함하고, 적어도 상기 시편을 회전하는 속도를 가변하는 공정은 상기 표면의 스캐닝시 상기 시편을 병진적으로 이송하는 스피드를 가변하는 공정을 더 포함하는 방법.
비교적 협소 스캔 경로를 따라 광선을 편향시키는 공정;

상기 편향된 광선을 상기 협소 스캔 경로로부터 상기 시편의 표면을 향하여 비교적 작은 입사각으로 지향시키는 공정; 및

상기 시편의 회전 및 병진 스캔을 부여하여 상기 협소 스캔 경로는 나선형 경로를 따라 시편의 전체 표면을 횡단하도록 하는 공정;

을 포함하는 시편의 표면 검사 방법.
시편 표면상에서 검출되는 입자에 관한 정보를 제공하는 시편의 표면 검사 방법으로서,

상기 시편의 표면으로부터 반사된 빛을 검출하는 공정; 및

근접하는 다수의 소정의 산란 각도로 배열된 다수의 집광기에 의해 상기 시편의 표면으로부터 산란되는 빛을 검출하는 공정, 상기 소정의 산란 각도로 상기 다수의 집광기중 적어도 둘은 상기 시편의 표면으로부터 전방향 및 후방향으로 산란된 빛을 수집하도록 각각 위치함;

을 포함하는 방법.
청구항 28에 있어서, 상기 다수의 집광기는 상기 시편의 표면으로부터 실질적으로 법선방향으로 산란되는 빛을 수집하도록 위치하는 집광기를 더 포함하는 방법.
청구항 29에 있어서, 다수의 소정의 산란 각도로 검출되는 빛에 반응하여 시편의 표면상 또는 내의 결함을 동정하는 공정을 더 포함하는 방법.
시편의 표면상에서 검출되는 입자에 관한 정보를 제공하는 시편의 표면 검사 방법으로서,

전방향으로 산란된 빛을 수집하도록 배열된 소정의 제1 산란 각도로 상기 시편의 표면으로부터 산란되는 빛을 수집하는 공정;

실질적으로 법선방향으로 산란되는 빛을 수집하도록 배열된 소정의 제2 산란 각도로 상기 시편의 표면으로부터 산란되는 빛을 수집하는 공정; 및

후방향으로 산란되는 빛을 수집하도록 배열된 소정의 제삼 산란 각도에서 상기 시편으로부터 산란된 빛을 수집하는 공정;

을 포함하는 방법.
시편의 표면상에서 검출되는 입자에 관한 정보를 제공하는 시편의 표면 검사 방법으로서,

근접하는 소정의 다수의 산란 각도로 배열된 다수의 집광기에 의해 상기 시편의 표면으로부터 산란된 빛을 수집하여 수집된 빛을 대표하는 신호를 형성하도록 하는 공정, 상기 소정의 각도는 상기 시편의 표면에 따라 배열되어 적어도 전방 및 후방향으로 산란된 빛을 각각 수집하도록 함; 및

소정의 물질의 유전 상수의 소정의 대표적인 데이터와 상기 수집된 빛의 대표적인 신호를 비교하여 상기 시편의 표면상의 검출된 입자 또는 결함을 동정하는 공정을 포함하는 방법.