KR20010007152A

KR20010007152A - 결함검사장치 및 결함검사방법

Info

Publication number: KR20010007152A
Application number: KR1020000029549A
Authority: KR
Inventors: 오모리다케오; 고마쯔고이찌로; 고이데노리유끼
Original assignee: 오노 시게오; 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-01-26
Also published as: US20030112428A1

Abstract

보다 미세한 피치의 반복패턴이 형성된 기판에 있어서 양호하게 결함검사를 할 수 있는 결함검사장치 및 검사방법을 제공하는 것.

광속(光束)을 공급하는 광원 유닛 (11), 광원 유닛에서 공급된 광속을 피검 기판으로 유도하는 조명 광학계 (21, 31), 피검 기판으로부터의 회절광을 수광하는 수광 유닛 (32, 61, 71), 및 수광 유닛으로부터의 출력에 근거하여 상기 피검 기판의 표면상태를 검출하는 처리 유닛 (81)를 구비하고, 광원 유닛은 400 ㎚ 보다도 짧은 파장의 자외광을 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

결함검사장치 및 결함검사방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DEFECT INSPECTION}

본 발명은 소정의 회로패턴을 갖는 액정기판 또는 IC 웨이퍼의 손상, 막두께 불균일, 먼지 등의 결함을 검사하는 결함검사장치에 관한 것이다.

IC 웨이퍼나 액정기판 표면의 막두께 불균일, 손상 등의 결함검사는 여러 가지의 광속의 조명 광을 여러 가지 각도에서 조사하여 피검사물을 회전 또는 요동시키면서 피검사물로부터 나오는 광을 관찰자가 직접적으로 육안으로 관찰하는 경우가 많다. 또한, 최근에는 결함의 정량화, 검사의 에너지절약화, 고속화에 수반하여 결함검사를 자동화하자는 요청이 강해져, 이 요청에 대응하는 형태로 여러 가지 장치가 제안되어 있다. 예컨대, 기판 상의 반복패턴으로부터 발생하는 회절광에 의한 기판의 화상을 입력하고 화상처리를 하여 결함을 검사하는 것이다.

관찰자가 육안으로 관찰하는 기판의 통상적인 외관검사에서는 기판에 백색광의 스포트라이트를 조사해서 그 반사광의 색을 띄는 형태를 관찰하여 기판의 양부를 판단한다. 여기서, 기판의 반복패턴이 형성된 부분에서는 회절광이 발생하여 관찰자는 회절광의 스펙트럼을 관찰하게 된다. 그리고, 디포커스 등의 결함이 존재하는 노광영역 (쇼트영역) 은 그 주위의 결함이 존재하지 않은 정상적인 쇼트영역과 회절광 스펙트럼의 색을 띄는 형태, 또는 강도가 다르기 때문에 육안으로 결함이라고 판단할 수 있다.

규칙적인 패턴에서 회절광이 발생한 때에는 이하의 조건식 (1) 이 만족된다.

(1) sinθd - sinθi = mλ/p

여기서 θd 는 입사각, θi 는 회절각, m 은 회절차수, λ 는 파장, p 는 피치를 각각 나타내고 있다. 상기식에서 알 수 있는 바와 같이, 동일한 각도조건에서 보다 작은 피치의 패턴에서 회절광을 발생시키려고 하면 차수와 파장을 작게 하면 된다는 것을 알 수 있다.

가시광을 광원으로 이용한 경우, λ의 하한치는 h 선 (405 ㎚) 부근, 즉 400 ㎚ 정도가 거의 한계이며, 0 차광, 즉 정반사광 이외의 회절광의 회절차수는 절대치로 1 이 최소이므로 피치가 소정치를 밑돌면 회절광이 발생하지 않아 검사가 불가능해진다.

한편, 자동검사장치에서도 육안검사와 마찬가지로 결함부분과 정상부분과의 회절광 강도차를 이용하고 있기 때문에, 광원에 가시광을 이용하는 한은 상술한 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 완성된 것으로, 보다 미세한 피치의 반복패턴이 형성된 기판에서 양호하게 결함검사를 할 수 있는 결함검사장치 및 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 2 는 제 2 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 3 은 제 3 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 4 는 제 4 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 5 는 제 5 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 6 은 제 6 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 7 은 제 7 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 8 은 제 8 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 9 는 제 9 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 10 은 제 10 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도.

도 11 은 제 10 실시형태의 제 1 변형예를 나타내는 도.

도 12 은 제 10 실시형태의 제 2 변형예를 나타내는 도.

도 13 은 부호의 음양을 나타내는 도.

도 14 는 제 1 실시형태의 변형예를 나타내는 도.

도 15 는 틸트각과 검사대상의 피치와의 관계를 나타내는 도.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명*

1, 3 : 조명 광학계 2, 4 : 수광 광학계

11 : 광원 31, 32, 33 : 구면 반사경

41 : 기판 51 : 스테이지

61 : 카메라 렌즈 71 : 촬상소자

81 : 화상처리장치 91 : 모니터

101 : 케이스 102 : 창

103 : 밸브 104 : 에어커튼

109 : 질소가스 공급장치 110 : 압력 계측장치

111 : 경보장치 112 : 산소농도 계측장치

113 : 기류 계측장치 G : 불활성 가스 공급 유닛

M : 반사경

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 광속을 공급하는 광원 유닛, 상기 광원 유닛에서 공급된 광속을 피검 기판으로 유도하는 조명용 반사경 또는 조명용 볼록 렌즈 중 하나를 구비하는 조명 광학계, 상기 피검 기판으로부터의 회절광을 수광하는 수광용 반사경 또는 수광용 볼록 렌즈 중 하나를 구비하는 수광 광학계, 상기 수광 광학계와 촬상장치로 구성되는 수광 유닛으로부터의 출력에 근거하여 상기 피검 기판의 표면상태를 검출하는 처리 유닛을 구비하고, 상기 광원 유닛은 400 ㎚ 보다도 짧은 파장의 자외광을 공급하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 태양에서는, 결함검출장치에 상기 조명용 반사경과 상기 수광용 반사경을 공용으로 1 개 형성하거나, 또는 상기 조명용 볼록 렌즈와 수광용 볼록 렌즈를 공용으로 1 개 형성할 수 있다.

본 발명의 결함검사장치에 상기 광원 유닛과 조명 광학계로 이루어지는 세트를 복수 형성하거나 상기 수광 유닛을 복수 형성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 태양에서는, 상기 자외광에 기인하여 발생하는 상기 조명 광학계와 상기 수광 유닛 중 적어도 한 쪽의 흐려짐을 제거하기 위한 흐려짐 제거유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 태양에서는, 적어도 상기 광원 유닛 근방을 밀폐하는 챔버부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 400 ㎚ 보다도 짧은 파장을 갖는 광으로 피검 기판을 조사하는 조사공정, 상기 피검 기판으로부터의 광을 수광하는 수광공정, 상기 수광공정에서 수광된 광을 광전변환하고, 상기 광전변환된 출력정보에 근거하여 상기 피검 기판의 표면상태를 검출하는 처리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 검사방법을 제공한다.

(발명의 실시의 형태)

이하, 첨부 도면에 근거하여 본 발명의 실시 형태에 관련된 결함검사장치를 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 광원 유닛으로 기능하는 광원 (11) 으로부터 사출된 광은 릴레이 렌즈 (21) 를 투과하여 구면 반사경 (31) 에 입사한다. 또, 광원 유닛으로는 소정의 파장을 갖는 광을 발하는 광원만으로 구성되는 것에 한정되지 않고, 광원과 그 광원으로부터의 광을 집광하는 집광부재 (집광렌즈, 타원경 등의 반사경 등) 를 포함하는 구성으로 할 수도 있다. 릴레이 렌즈 (21) 에서 구면 반사경 (31) 까지의 계가 조명 광학계 (1) 를 구성한다. 또, 구면 반사경 (31) 대신에 볼록 렌즈를 이용하는 것도 가능하다.

광원 (11) 은 예컨대 수은램프로 365 ㎚ 의 i 선 또는 313 ㎚ 의 J 선, YAG 레이저의 4 배 고조파로 266 ㎚, KrF 엑시머 레이저로 248 ㎚, ArF 의 엑시머 레이저로 193 ㎚ 의 광을 사출하는 것 등을 사용할 수 있다. 또, 광원 (11) 의 사출단에는 가변 개구 조리개가 형성되어 있어, 결함검사측정에 불필요한 광을 차광한다. 또, 광원 (11) 은 365 ㎚ 이하의 파장을 갖는 광을 공급하는 것이 더욱 바람직하다.

수은램프를 이용한 경우에는 광원으로부터 사출된 백색광 중에서 도시하지 않는 간섭필터에 의해 자외역의 광을 추출하여 이것을 조명광으로 이용한다. 더 바람직하게는, 예컨대 투과파장역이 다른 복수의 간섭필터를 리볼버 상에 구비하여 리볼버를 모터로 회전시킴으로써 택일적으로 간섭필터를 광축 상에 삽입, 분리할 수 있는 구성이 바람직하다. 또, 광원 (11) 으로 레이저를 이용한 경우에는 레이저광의 가간섭성을 저감시켜 두는 것이 바람직하다.

구면 반사경 (31) 에서 반사된 광은 대체적으로 평행 광속이 되어 스테이지 (51) 에 탑재된 기판 (41) 에 입사한다. 스테이지 (51) 는 소정 축을 중심으로 한 회전과 틸트 (경사) 를 모두 실시할 수 있다. 기판 (41) 에서 회절된 회절광은 구면 반사경 (32) 에서 반사되어 카메라 렌즈 (61) 에 의해 촬상소자 (71) 의 CCD 촬상면에 이미지를 형성한다. 여기서, 구면 반사경 (32) 과 카메라 렌즈 (61) 로 수광 광학계 (2) 를 구성하고, 그 수광 광학계 (2) 와 촬상소자 (71) 로 수광 유닛을 구성한다. 또, 구면 반사경 (32) 대신에 볼록 렌즈를 이용할 수도 있다.

기판 (41) 으로부터의 회절광은 패턴의 피치에 의해 회절각이 다르기 때문에, 회절광이 수광 광학계 (2) 에 입사하도록 스테이지 (51) 에 의해 기판 (41) 을 적절히 틸트한다. 또, 스테이지를 틸트시키는 대신 조명 광학계 (1) 와 수광 광학계 (2) 중 어느 하나, 또는 양 쪽 모두를 틸트 축을 중심으로 하여 회전시켜도 된다.

또, 가변 개구 조리개가 카메라 렌즈 (61) 내에 형성되어 있어, 측정에 불필요한 광을 차광함과 동시에 기판측 개구수를 결정하고 있다. 개구 조리개를 조여서 개구수를 작게 하면 기판측 초점 심도를 깊게 할 수 있기 때문에 틸트하더라도 주변의 화상이 희미해지는 일이 없다.

카메라 렌즈 (61) 는 단초점거리 렌즈에 한정되지 않는다. 초점거리가 다른 복수의 렌즈를 교환할 수 있는 구성이고, 기판 이미지의 크기와 촬상소자 촬상면의 크기를 대략 일치시키도록 렌즈를 선택하여 결상 배율을 변화시키는 것이 바람직하다. 기판 이미지의 크기와 촬상소자 촬상면의 크기를 대략 일치시키면 화상처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 더 바람직하게는 카메라 렌즈 (61) 가 가변 초점 길이 렌즈 또는 줌 렌즈라면 렌즈를 교환하지 않고 배율을 변경할 수 있다. 또, 단시간에 결함검사를 하고자 하는 경우에는 배율을 변화시키지 않고 검사를 하는 것이 바람직하다.

화상처리장치 (81) 는 검사 중인 기판 (41) 의 이미지와 미리 기억시켜둔 우수 기판의 이미지를 비교하여 패턴매칭 또는 미리 학습시켜둔 우수 기판의 특징과 다른 부분이 존재하는지 아닌지 등의 화상처리를 한다. 예컨대, 디포커스에 의한 불균일과 같은 결함이 기판의 소정 부분에 존재하는 경우에는 이 소정부분의 명암차 또는 특징의 상이점 등의 정보에 근거해서 결함부분을 인식하여 출력한다.

특정용도용 집적회로 (Application Specific IC, 이하 「ASIC」 라 한다) 또는 Logic (논리) 회로와 같이 다른 피치의 패턴이 혼재하는 기판에 대해서는 각각의 패턴영역마다 결함검사를 한다. 그리고, 패턴 각각에 대하여 우수, 불량 판정을 하고, 또 그들의 논리합을 구하여 최종적인 우수, 불량을 판단한다.

그리고, 통상 하나의 패턴에 대해서는 한 가지 조건으로 결함검사를 하는 것이 일반적이다. 그러나, 실제로 결함이 존재하더라도 박막간섭의 영향에 의해 얻어진 화상의 결함부분과 우수부분 간에 명암차가 명확하지 않은 경우가 있다. 이 때문에 하나의 패턴에 대해서 파장을 변화시키거나 또는 각도조건을 변화시켜서 복수 회 검사하는 것이 바람직하다.

기판 (41) 의 패턴 피치를 p, 조명 광의 파장을 λ, 회절차수를 m, 기판 (41) 이 수평으로 유지되었을 때 기판의 법선과 기판과 교차하는 조명 광이 이루는 각도를 θi, 마찬가지로 해당 법선과 기판과 교차하는 회절광이 이루는 각도를 θd, 틸트각을 θt 라고 하였을 때, 다음식이 성립한다.

(2) sin(θd - θt) - sin(θi + θt) = mλ/p

부호에 관해서는 도 14 에 나타낸 것처럼 조명광의 각도 (θi) 에 관해서는 입사측에 들어가는 각도 방향을 플러스, 반사측에 들어가는 각도 방향을 마이너스로 하고, 회절광의 각도 (θd) 와 틸트각 (θt) 에 관해서는 입사측에 들어가는 각도 방향을 마이너스, 반사측에 들어가는 각도 방향을 플러스로 각각 한다. 또, 회절차수 (m) 는 기판으로의 입사광의 정반사광을 기준으로 하여 입사측에 들어가는 각도 방향을 마이너스, 반사측에 들어가는 각도 방향을 플러스로 각각 한다. 또, θi 의 범위는 0 도에서 90 도까지의 범위이다.

도 15 는 가시광으로서 546 ㎚, 자외광으로서 266 ㎚ 의 광을 이용하여 조명 광학계와 수광 광학계를 각각 스테이지의 수평위치를 기준으로 입사각이 +45 도, 회절각이 -10 도가 되도록 배치한 경우, 그 스테이지의 틸트각 (가로축) 과 검사대상의 패턴피치(세로축) 의 관계를 나타낸 도면이다. 도면에서도 알 수 있는 것처럼, 동일한 틸트각, 즉 동일한 각도 조건이면 자외광을 이용하는 것이 미세한 피치의 패턴의 결함검사를 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또, 기판 (41) 은 구면 반사경 (31) 의 초점면에 거의 일치하도록 배치되어 있다. 조명 광학계 (1) 에서는 광원 (11) 이 조명 광학계 (1) 의 초점면에 배치되고, 수광 광학계 (2) 에서는 카메라 렌즈 (61) 의 입사동공면이 구면 반사경 (32) 의 초점면에 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해 본 실시형태에 나타내는 장치의 광학계는 텔레센트릭한 계를 구성하고 있다. 텔레센트릭한 광학계에서는 촬상소자 (71) 로 입력한 화상의 형태를 기판 전면에 걸쳐 동일하게 할 수 있다. 비텔레센트릭한 광학계에서는 기판 상의 위치에 의존하여 상기식 (2) 에서의 기판에 대한 입사각 (θi + θt) 과 회절각 (θd - θt) 이 각각 다르다. 이 때문에, 회절광의 강도는 입사광의 입사각에 의존하여 변화하기 때문에 같은 결함이더라도 기판 상의 위치에 따라 형태가 다르게 보이는 경우가 있다. 본 실시형태에 관련된 결함검사장치 (도 1) 는 텔레센트릭한 광학계를 갖고 있기 때문에, 기판 전면에 걸쳐 입사각 (θi + θt) 과 회절각 (θd - θt) 을 각각 일정하게 할 수 있다. 따라서, 기판상의 결함부분의 위치에 관계없이 동일한 결함이면 형태가 동일하게 보이게 되므로 검출감도가 같아져, 결함부분을 보다 신속하고 정확하게 특정할 수 있다.

또, 굴절계의 텔레센트릭 광학계를 이용하면 장치가 대형화하기 때문에, 구면 반사경을 이용한 반사형의 텔레센트릭 광학계를 이용함으로써 장치의 소형화를 실현하고 있다. 더 바람직하게는 편심 광학계이기 때문에 비점수차를 작게 하기 위해 구면 반사경에 대한 반사광의 입사각을 작게 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 구면 반사경에 대한 반사광의 입사각은 약 10 도이다.

(제 2 실시형태)

도 2 는 제 2 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태를 포함해서 이하에 설명하는 모든 실시형태에 있어서, 상기 제 1 실시형태와 동일한 부분에는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 이용하여 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

본 실시형태는 상기 제 1 실시형태의 변형예로서, 검사기판 (41) 에 대한 입사각의 절대치와 회절각의 절대치가 약간 다르도록 배치하고, 상기 제 1 실시형태에서의 조명 광학계 (1) 와 수광 광학계 (2) 를 구성하는 구면 반사경을 구면 반사경 (31) 하나로 겸용시키고 있다. 이러한 구성에 의해 상기 제 1 실시형태에 관련된 장치보다도 더 소형화할 수 있고, 또 보다 미세한 피치의 패턴을 결함검사할 수 있다.

(제 3 실시형태)

도 3 은 제 3 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 제 1 실시형태에 관련된 장치에 광원 유닛 (12) 및 조명 광학계 (3) 를 추가한 구성이다. 조명 광학계 (3) 는 릴레이 렌즈 (22), 구면 반사경 (33) 으로 구성되어 있다. 조명 광학계 (1) 로부터의 조명광과 조명 광학계 (3) 로부터의 조명광의 각도 조건이 각각 다르기 때문에 2 종류의 피치의 패턴을 동시에 검사함으로써 처리 시간을 단축할 수 있다. 특히, 다른 피치의 패턴이 혼재하는 Logic (논리) 회로 패턴이나 ASIC 등을 검사하는 경우에 효과적이다. 또, 광원 (11) 과 광원 (12) 의 파장을 변경해 둠으로써 한 패턴에 대하여 동시에 두 가지 조건으로 검사하는 것도 가능해진다.

(제 4 실시형태)

도 4 는 제 4 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태는 제 3 실시형태의 변형예로서, 조명 광학계 (1) 와 조명 광학계 (3) 를 구성하는 구면 반사경을 구면 반사경 (31) 으로 겸용시키고 있는 구성이다. 다시 말하면, 제 2 실시형태에 관련된 장치의 광원부 (11) 근방에 새롭게 광원을 추가한 구성과 등가이다. 광원 2 개의 파장이 동일하면 2 종류의 피치 패턴을 동시에 검사할 수 있고 서로 다른 파장이면 한 패턴에 대하여 다른 조건으로 동시에 검사할 수 있어, 장치를 더 소형화할 수 있다.

(제 5 실시형태)

도 5 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 제 3 실시형태에서의 조명 광학계 (1) 또는 조명 광학계 (3) 에 라인형 라이트 가이드 화이버 (101) 와 실린더리컬 렌즈 (111) 를 이용하는 구성이다. 또, 광원 (11) 에서 나온 광은 반사경 (M) 에 의해 꺾여 있다. 또, 관련된 구성에 의해 입사각이 커지는 경우에도 조명 광량의 손실을 적게 할 수 있다.

(제 6 실시형태)

도 6 는 제 6 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 제 1 실시형태에 관련된 장치에 수광 광학계 (4) 를 1 세트 추가한 구성이다. 수광 광학계 (4) 는 구면 반사경 (33) 과 카메라 렌즈 (62) 로 구성되며, 수광 광학계 (4) 에 의한 이미지는 촬상소자 (72) 로 촬상된다. 또, 광원 (11) 에서 나온 광은 반사경 (M) 에 의해 꺾여 있다. 제 3, 제 4 실시형태와 마찬가지로 각각 각도 조건이 다르기 때문에 2 종류의 피치의 패턴을 동시에 검사할 수 있어 처리시간을 단축할 수 있다. 그리고, 수은램프 등과 같이 복수의 스펙트럼선 (파장광) 을 발하는 광원을 이용하면 한 패턴 (피검사물) 에 대하여 동시에 두 가지 파장조건으로 피검사물을 검사하는 것도 가능해진다. 또, Logic 회로 패턴 또는 ASIC 등에서 특히 효과적이라는 점도 마찬가지이다.

(제 7 실시형태)

도 7 은 제 7 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태는 제 6 실시형태의 변형예이며, 수광 광학계 (2) 와 수광 광학계 (4) 를 구성하는 구면 반사경을 구면 반사경 (32) 으로 겸용시킨 구성이다. 다시 말하면, 제 1 실시형태의 수광소자 근방에 새로 카메라 렌즈 (62) 와 촬상소자 (72) 를 추가한 구성과 등가이다. 2 종류의 피치 패턴을 동시에 검사하거나, 또는 수은램프 등과 같이 복수의 스펙트럼선 (파장광) 을 발하는 광원을 이용하면 하나의 패턴 (피검사물) 에 대하여 동시에 두 가지 파장조건으로 피검사물을 검사할 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 소형화가 가능하다.

(제 8 실시형태)

도 8 은 제 8 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태는 제 6 실시형태의 변형예이며, 조명 광학계 (1) 와 수광 광학계 (4) 를 구성하는 구면 반사경을 구면 반사경 (31) 으로 겸용시킨 것이다. 다시 말하면, 제 1 실시형태의 장치의 광원 근방에 새로 카메라 렌즈 (62) 와 촬상소자 (72) 를 추가한 구성과 등가이다. 2 종류의 피치 패턴을 동시에 검사하거나, 또는 수은램프 등과 같이 복수의 스펙트럼선 (파장광) 을 발하는 광원을 이용하면 하나의 패턴 (피검사물) 에 대하여 동시에 두 가지 파장조건으로 피검사물을 검사할 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 소형화가 가능하다.

(제 9 실시형태)

도 9 는 제 9 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 2 세트의 조명 광학계 (1, 3) 와 2 세트의 수광 광학계 (2, 4) 를 갖고 있다. 조명 광학계와 수광 광학계에 모두 오목면 반사경 (31, 32) 을 겸용시키고 있다. 조명 광학계의 광원 (11) 과 광원 (12) 은 각각 사용 파장이 다르다. 300 ㎚ 보다 짧은 파장일 때에는 카메라 렌즈를 색 소거 수차보정하는 것이 어렵기 때문에, 수광 광학계를 2 세트 형성해서 다른 파장을 이용하여 검사한다.

(제 10 실시형태)

도 10, 11 은 제 10 실시형태에 관련된 결함검사장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 기본적인 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용하여 중복되는 설명은 생략한다. 광원 광으로서 자외선영역의 광, 특히 i 선보다도 짧은 파장의 광을 이용하는 경우, 자외선과 공기 중의 NH4+ 나 SOX 등의 불순물이 광화학 반응을 일으킨다. 예컨대 (NH4)2SO4 를 발생시켜 이것이 광학부품 표면에 부착하여 광학부품에 흐려짐을 발생시킨다. 그 결과, 반사성 광학부품 (반사경 등) 의 경우에는 반사율의 저하를 초래하며, 굴절성 광학부품 (렌즈 등) 의 경우에는 투과율의 저하를 초래한다. 또, ArF 엑시머 레이저와 같은 광원에서는 발광 스펙트럼이 산소의 흡수 스펙트럼 영역과 겹치기 때문에 산소의 흡수에 의한 투과율의 저하, 오존 발생에 기인하는 반사성 광학부품의 반사율 저하, 또는 굴절성 광학부품 (렌즈 등) 의 투과율의 저하, 광학부품 표면과의 반응에 의한 장치 내의 환경오염을 야기한다. 본 실시형태는 이러한 문제를 감안한 것으로, 도 10 에 나타낸 바와 같이 광학계 전체를 케이스 (101) 로 둘러싸서 광이 케이스로부터 출입하는 부분에 창유리 (102) 를 형성하고 있다. 그리고, 케이스 (101) 내에 질소 등의 불활성 가스를 채워 (NH4)2S04 의 발생이나 오존 발생에 기인하는 환경오염을 방지할 수 있다. 케이스 (101) 내에 채우는 기체로는 질소 이외에 헬륨 (He) 이나 아르곤 (Ar) 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다. 또, 케이스 (101) 내에 불활성 가스를 충전, 공급하는 것 대신 케이스 내부를 진공 분위기로 해도 된다. 또, 창유리 (102) 와 기판 (41) 사이는 공기이기 때문에 창유리 (102) 에 상술한 흐려짐이 생긴다. 따라서 창유리 (102) 을 정기적으로 교환하는 것이 바람직하다. 또, 모든 광학부품을 교환할 필요가 없으므로 결과적으로 저렴하다. 그리고, 흐려짐의 발생을 경감하기 위해 기판 (41) 과 창유리 (102) 간의 거리는 가능한 한 가깝게 하는 것이 바람직하다.

도 11 은 제 10 실시형태의 제 1 변형예의 구성을 나타내는 도면으로, 창유리 (102) 대신에 불활성 가스에 의한 에어 커튼 (104) 을 이용하는 것이다. 불활성 가스 공급 유닛 (G) 에서 공급된 불활성 가스가 밸브 (103) 에서 힘있게 분출되어 에어 커튼 (104) 을 형성한다. 이 불활성 가스의 에어 커튼 (104) 이 기판 (41) 주위의 공기가 케이스 내로 침입하는 것을 막고 있다. 또, 창유리를 형성한 다음에 다시 에어 커튼을 형성해도 된다. 그 때에는 상술한 창유리의 교환은 불필요해진다. 또, 광학계 뿐만 아니라 장치 내 전체를 불활성 가스로 충전해도 물론 좋다. 이 경우에는 기판 교환시에 기판의 출입구 (도시생략) 로부터 오염된 외부공기가 장치 내부에 진입할 우려가 있기 때문에, 기판의 출입구 근방에 불활성 가스에 의한 에어 커튼을 형성하여 외부에서 공기가 진입하는 것을 막는 것이 바람직하다.

도 12 는 제 10 실시형태의 제 2 변형예의 구성을 나타내는 도면이다. 기판도 검사장치 전체도 케이스 내에 있으며, 불활성 가스로서 질소를 이용한 경우이다. 케이스 (101) 에는 질소가스 공급장치 (109) 가 접속되며, 케이스 (101) 의 내부는 질소가스로 치환된다. 예컨대, 검사개시 전에 소정의 질소가스 농도가 될 때까지 질소가스를 충전하고, 검사 중에 질소가스 공급장치 (109) 는 케이스 (101) 와 차단한다. 검사 중에도 질소가스를 연속해서 케이스 (101) 에 공급해도 된다.

케이스 (101) 내에는 압력 계측장치 (110) 와 산소농도 계측장치 (112a) 도 형성되어 있다. 케이스 (101) 외부에는 산소농도 계측장치 (112b) 와 경보장치 (111) 가 형성되어 있다. 케이스 (101) 외측에 있는 작업실은 통상 클린 룸이다.

압력 계측장치 (110) 는 케이스 (101) 내의 압력을 계측한다. 산소농도 계측장치 (112a) 는 케이스 (101) 내측의 산소농도를 측정한다. 산소농도 계측장치 (112b) 는 케이스 (101) 외측에 있는 작업실의 산소농도를 측정한다. 압력 계측장치 (110), 산소농도 계측장치 (112a 및 112b) 는 각각 경보장치 (111) 와 접속되어 있다.

또, 케이스 (101) 의 내부를 1030 hPa (헥토파스칼) 이상의 압력으로 해 두면 질소가스가 케이스 (101) 에서 누설되어 케이스 (101) 내부가 감압된 것을 쉽게 검출할 수 있다. 압력 계측장치 (110) 는 이 압력의 변화를 검지해서 경보장치 (111) 로 경보신호를 출력한다. 경보장치 (111) 는 경보음을 발하고, 작업자는 질소가스가 누설되었다는 것을 알 수 있다.

한편, 케이스 외측의 산소농도 계측장치 (112b) 에서 감지되는 산소농도가 18.5% 미만이 되면 경보장치 (111) 는 경보를 발하여 작업실 내의 산소농도가 저하된 것을 작업자에게 알린다. 산소농도 계측장치 (112a) 는 케이스 (101) 내의 산소농도를 검출하여 케이스 (101) 내에 산소가 유입된 것, 또는 케이스 (101) 내가 질소가스로 충분히 채워진 것을 검출할 수 있다. 따라서, 산소농도 계측장치 (112a) 를 작업실 내에 설치한 표시장치 (도시생략) 에 접속시켜 케이스 (101) 내의 산소농도를 표시한다.

작업실 내의 산소농도는 작업실 내의 기류에 의해 국소적으로 변동하는 일이 있다. 따라서, 케이스 (101) 외측에 있는 작업실 내에는 산소농도 계측장치 (112b) 와는 별도의 장소에 경보장치 (111) 와 접속된 산소농도 계측장치 (112c) 를 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 작업실 내에 배치하는 산소농도 계측장치 (112c) 의 수량 및 위치는 작업실 내의 기류를 변화시킬 수 있는 장해물, 즉, 작업실의 크기·형상, 그 외에 장치나 환기 덕트의 배치 등에 따라 적절히 결정해야 한다.

케이스 (101) 는 질소가스 공급장치 (109) 와 접속되며, 케이스 (101) 내부는 질소가스로 치환된다. 질소가스 공급장치 (109) 는 가스공급관로 (L1) 에서 케이스 (101) 에 질소가스를 공급하며, 가스복귀관로 (L2) 로부터 케이스 (101) 내의 질소가스를 회수한다. 즉, 질소가스를 케이스 (101) 내부에 순환시킨다. 케이스 (101) 내부에는 산소농도 계측장치 (112a) 와 기류 계측장치 (113) 가 형성되어 있다. 케이스 (101) 외부에는 경보장치 (111) 와 산소농도 계측장치 (112b) 가 형성되어 있다.

기류 계측장치 (113) 는 케이스 (101) 내의 기류를 계측한다. 산소농도 계측장치 (112a) 는 케이스 (101) 내측의 산소농도를 측정한다. 산소농도 계측장치 (112b) 는 케이스 (101) 외측에 있는 작업실의 산소농도를 측정한다. 기류 계측장치 (113), 산소농도 계측장치 (112a 및 112b) 는 각각 경보장치 (111) 와 접속되어 있다.

상술한 바와 같이, 기류 계측장치 (113) 는 케이스 (101) 내부의 기류를 계측한다. 예컨대 케이스 (101) 에 구멍을 형성하고 그 구멍에서 질소가 누설되어 케이스 (101) 내의 기류가 변화하면, 기류 계측장치 (113) 는 그 기류의 변화를 계측한다. 기류 계측장치 (113) 가 기류의 변화를 검출하면 경보장치 (111) 가 구동되어 경보음이 울린다. 케이스 (101) 내측에는 산소농도 계측장치 (112a) 가, 외측에는 산소농도 계측장치 (112b) 가 경보장치 (111) 에 접속되어 설치되어 있다.

상기 제 1 ∼제 10 실시형태에서는 화상처리장치를 이용한 자동화 결함검사장치를 나타내었지만, 화상처리장치 (81) 대신에 기판 화상을 표시하는 모니터를 설치하여, 검사원이 모니터 상의 화상을 보면서 우수, 불량 판정을 하는 육안 검사기로 해도 된다. 육안 검사기의 구성예를 도 14 에 나타낸다. 제 1 실시형태에 나타내는 결함검사장치의 화상처리장치 (81) 를 텔레비전 모니터 (91) 로 치환한 것이다. 모니터에는 회절광에 의한 기판의 화상이 표시되며, 검사원은 육안으로 기판 화상을 관찰하여 기판의 우수, 불량을 판정을 한다. 광원에서 CCD 촬상소자까지의 광학계는 케이스 (챔버 ; 101) 로 둘러싸여 있다. 이것은, 자외선이 장치 외부로 누설되어 인체에 악영향을 미치는 것을 방지함과 동시에 상술한 바와 같이 케이스 내부를 화학적으로 청정한 공기나 질소 등의 불활성 가스로 채워 광학부품의 흐려짐을 방지하는 역할도 있다.

그리고, 상기 제 2 실시형태 ∼ 제 9 실시형태에 관련된 결함검사장치에 있어서, 제 10 실시형태와 마찬가지로 광학계를 케이스 (101) 로 둘러싸서 불활성 가스를 그 내부에 공급함으로써 광원 광의 단파장화에 의한 광학부품 표면의 흐려짐 발생을 저감할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

또 상기 각 실시형태에서, Logic (논리) 회로나 ASIC 등의 기판에서는 미세한 피치 패턴과 비교적 거친 피치 패턴이 병존하는 경우도 있어, 2 종류의 파장을 이용하여, 즉 2 종류의 파장 중 하나를 미세 피치용 검사광으로 하여 자외광을 이용하고, 다른 쪽을 거친 피치용 검사광으로 하여 가시광을 이용해도 된다. 이 때, 가시광과 자외광 양쪽에 관해 수광 광학계에서의 색수차보정 (색 소거) 을 하는 것이 곤란하므로 가시광 전용 수광 광학계와 자외광 전용 수광 광학계를 각각 형성하는 것이 바람직하다.

또, 이상의 각 실시 형태에 의한 검사장치를 이용하여 피검사물체를 검사함으로써 피검 기판에 형성된 미세한 패턴의 우수 또는 불량 (합격 여부 판정) 이 실시된다. 그 결과, 우수 피검 기판만이 장치 등을 완성시키기 위한 다음 처리공정으로 보내지고, 불량 피검 기판은 재공사, 재생공사 또는 폐기 등의 처리공정으로 이행한다.

따라서, 이상의 각 실시 형태에 의한 검사장치를 이용하여 검사공정을 실행함으로써 미세한 패턴의 검사를 정밀하게, 그리고 확실하게 피검사물체 (웨이퍼 등의 감광성 기판) 를 검사할 수 있기 때문에, 양호한 반도체 디바이스 (반도체 장치, 액정표시장치, 박막자기헤드 등) 을 제조할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 각 청구항에 기재된 것에 한정되지 않으며, 이하에 나타내는 기재의 발명으로 할 수도 있다. 즉, 예컨대 본 발명은, 감광성 기판을 검사하는 검사공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서, 상기 검사공정은 400 ㎚ 보다도 짧은 파장을 가지는 광으로 피검 기판을 조명하는 조명공정과, 상기 피검 기판에서 나온 광을 수광하는 수광공정과, 상기 수광공정에서 광전검출하여 상기 피검 기판의 표면 상태를 검출하는 처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 제공할 수도 있다. 이 경우, 조명공정에서는 조명 광학계를 이용하고, 수광공정에서는 수광 광학계를 이용하는 것이 바람직하며, 조명 광학계 또는 수광 광학계 중 적어도 하나의 흐려짐 저하를 방지하는 흐려짐 방지 공정을 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 자외선을 광원으로 이용함으로써 미세한 피치의 검사가 가능해진다. 그리고, 광학계를 케이스로 둘러싸고 불활성 가스를 그 내부에 공급함으로써 흐려짐을 제거할 수 있다.

Claims

광속을 공급하는 광원 유닛,

상기 광원 유닛에서 공급된 광속을 피검 기판으로 유도하는 조명용 반사경 또는 조명용 볼록 렌즈 중 하나를 구비하는 조명 광학계,

상기 피검 기판으로부터의 회절광을 수광하는 수광용 반사경 또는 수광용 볼록 렌즈 중 하나를 구비하는 수광 광학계,

상기 수광 광학계와 촬상장치로 구성되는 수광 유닛으로부터의 출력에 근거하여 상기 피검 기판의 표면상태를 검출하는 처리 유닛을 구비하고,

상기 광원 유닛은 400 ㎚ 보다도 짧은 파장의 자외광을 공급하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 조명용 반사경과 상기 수광용 반사경을 공용으로 1 개 형성하거나, 또는 상기 조명용 볼록 렌즈와 수광용 볼록 렌즈를 공용으로 1 개 형성한 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광원 유닛과 조명 광학계로 이루어지는 세트를 복수 갖는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수광 유닛을 복수 갖는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 3 항에 있어서, 상기 조명용 반사경 또는 조명용 볼록 렌즈를 상기 복수의 조명 광학계에서 공용하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 4 항에 있어서, 상기 수광용 반사경 또는 수광용 볼록 렌즈를 상기 복수의 수광 광학계에서 공용하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 3 항에 있어서, 상기 수광용 반사경을 상기 복수의 조명용 반사경의 적어도 1 개와 공용하거나, 또는 상기 수광용 볼록 렌즈를 상기 복수의 조명용 볼록 렌즈의 적어도 1 개와 공용하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 4 항에 있어서, 상기 조명용 반사경을 상기 복수의 수광용 반사경의 적어도 1 개와 공용하거나, 또는 상기 조명용 볼록 렌즈를 상기 복수의 수광용 볼록 렌즈의 적어도 1 개와 공용하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자외광에 기인하여 발생하는 상기 조명 광학계와 상기 수광 유닛 중 적어도 한 쪽의 흐려짐을 제거하기 위한 흐려짐 제거유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광원 유닛 근방을 밀폐하는 챔버부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
제 10 항에 있어서, 상기 챔버부의 외측에 배치된 산소농도 계측장치, 및 상기 산소농도 계측장치로부터의 계측신호에 근거하여 상기 챔버부 외측의 산소농도가 소정의 기준치 이하가 되었을 때에 경보를 출력하는 경보장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 결함검사장치.
400 ㎚ 보다도 짧은 파장을 갖는 광으로 피검 기판을 조사하는 조사공정,

상기 피검 기판으로부터의 광을 수광하는 수광공정,

상기 수광공정에서 수광된 광을 광전변환하고, 상기 광전변환된 출력정보에 근거하여 상기 피검 기판의 표면상태를 검출하는 처리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 검사방법.