KR20010021381A - 결함 검사 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

검사 장치에서의 검출 갯수가 많은 경우, 검출된 이물의 분석을 행하는 데 방대한 시간이 걸려, 제조 프로세스의 불량 대책이 지연된다. 이 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 검출기(204)로 이물이나 결함을 검출하여 얻어진 데이터로부터, 이물이나 결함의 크기를 실시간으로 측정하고, 이 측정한 크기의 정보를 이용하여 이물이나 결함을 선택하고, 검출 결과로서 데이터 표시부(206)에 표시하도록 하였다.

Description

결함 검사 방법 및 그 장치{DEFECT INSPECTION METHOD AND DEVICE THEREOF}

본 발명은, 박막 기판이나 반도체 기판이나 포토마스크 등에 존재하는 이물(異物)·결함 (이하, 이들을 통합하여 '결함'이라 한다)을 고감도로 검사하고, 상기 결함의 크기 정보를 실시간으로 측정하고, 상기 크기 정보를 이용한 표시 기능을 갖는 결함 검사 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체 기판 상의 결함을 검출하는 기술로서, 일본국 공개 특허62-89336호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 반도체 기판 상에 레이저를 조사하여 반도체 기판 상에 이물이 부착되어 있는 경우에 발생하는 이물로부터의 산란광을 검출하여, 직전에 검사한 동일 품종 반도체 기판의 검사 결과와 비교함으로써, 패턴에 의한 허위 보도를 없애고, 고감도이며 또한 신뢰도 높은 이물 및 결함 검사를 가능하게 하는 것이 있다.

또한, 입자 또는 결함의 크기 정보의 측정 방법 및 장치로서, 특개평5-273110호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 레이저 빔을 피검물체 조사하고, 상기 피검물체의 입자 또는 결함으로부터의 산란광을 수광하여 화상 처리함으로써 입자 또는 결함의 크기를 측정하는 방법이 개시되어 있다.

종래의 이물 결함 검사 장치에서는, 검사 결과로서, 검출물의 피검사물 상에서의 위치와, 검출 갯수를 출력하고 있었다. 그 때문에, 상기 검사 장치를 이용하여 제조 프로세스의 관리를 하는 경우에는, 검사 장치로부터의 검출 갯수의 추이로 평가를 행하고 있었다. 예를 들면, 도 1은 가로축에 있는 제조 장치에서 처리하고, 검사 장치에서 검사한 처리 매수를, 세로축에 상기 검사 장치에서 검출한 결함의 갯수를 나타낸 것이다.

종래에는, 도 1 데이터에 대해, 제조 프로세스 상의 관리 임계치(101)를 설정하고, 관리 임계치(101)를 초과한 경우에는, 피검사물에 이상이 발생한 것으로서, 상기 피검사물 상의 검출물의 분석을 행하고 있었다.

그러나, 이 수법에서는, 상기 피검사물 상의 전체 검출물을 분석하는 것은 방대한 시간이 걸리기 때문에, 분석할 것을 검출물 중으로부터 적당하게 선택하여, 이 선택한 검출물의 분석을 행하고 있었다. 그러나, 이 방법에서는, 피검사물 상의 전체 검출물의 검출 갯수가 많으면 분석해야 할 검출물을 정확하게 선택할 수 있는 가능성이 낮아지고, 분석·대책에 많은 시간을 필요로 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 검출물의 크기 정보를 실시간으로 측정하고, 상기 크기 정보를 이용하여 특정한 크기의 검출물만을 관리함으로써, 이상의 원인 구명을 신속하게 행할 수 있도록 한 것이다. 또한, 피검사물의 레이아웃 정보를 이용하여, 피검사물 상의 장소에 따라, 관리해야 할 검출물의 크기를 바꿈으로써, 분석해야 할 검출물의 선택을 용이하게 행할 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명에서는, 시료 상의 결함을 검사하는 방법에 있어서, 시료에 광을 조사하고, 이 광이 조사된 시료로부터의 반사광을 검출하여, 이 검출한 신호를 반사광의 검출과 동기하여 처리함으로써 시료 상의 결함의 위치를 검출하고, 반사광의 검출과는 비동기에서 검출한 결함을 미리 설정한 크기마다 분류하고, 이 크기마다 분류한 결함의 정보를 출력하도록 하였다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점들이 이하 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 보다 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.

도 1은 종래의 문제점을 나타내는 특성도.

도 2는 본 발명을 이용한 이물 검사 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 이물의 크기 측정 방법을 나타낸 도면.

도 4는 제조 장치에서 발생하는 이물의 분포를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일례를 나타낸 도면.

도 6은 반도체 웨이퍼의 칩 내의 영역 분할을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 관리 임계치

201 : 조명 광원

202 : 피검사물

203 : 집광 렌즈

204 : 검출기

205 : 신호 처리 회로

206 : 데이터 표시부

207 : 스테이지

301 : 이물 데이터

302 : 이물 데이터(301)의 파형

401, 402 : 이물의 분포 영역

501, 502, 503 : 관리 임계치

504, 505 : 관리 임계치를 넘어선 이상

601, 602, 603 : 칩 내의 영역

701 : 검사 결과상 분석해야 할 이물

본 발명의 일실시예를 이하에 설명한다. 이하에서는, 반도체 웨이퍼 상의 이물을 검사하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 2에, 반도체 웨이퍼 상의 이물을 검출하는 장치의 일례를 나타낸다. 도 2에 도시한 장치에 있어서, 조명 광원(201), 피검사물(202), 집광 렌즈(203), 검출기(204), 신호 처리 회로(205), 데이터 표시부(206), 스테이지(207)이다.

다음에, 이 장치의 주된 동작을 설명한다. 우선, 조명 광원(201)으로 피검사물(202)을 조사하고, 피검사물(202)로부터의 산란광을 집광 렌즈(203)로 집광하여, 검출기(204)에서 피검사물(202)로부터의 반사광을 검출한다. 검출기(204)에서 검출된 상기 반사광은 광전 변환 등이 실시되고, 신호 처리 회로(205)에서 신호 처리함으로써 이물을 검출한다.

또한, 이들의 동작을 스테이지(207)를 구동하여 그 위에 장착한 피검사물(202)을 집광 렌즈(203) 및 검출기(204)에 대해 이동시킴으로써, 검출기(204)는, 피검사물(202)의 전 영역에 걸쳐 검출할 수 있다. 또한, 검출기(204)에서 검출한 신호는 신호 처리 회로(205)에서 처리되어, 그 결과가 데이터 표시부(206)에 표시된다.

여기서, 조명 광원(201)은 예를 들면, Ar 레이저나 반도체 레이저 등의 레이저 광원이고, 검출기(204)는 예를 들면 TV 카메라나 CCD(Charge Coupled Device : 전하 결합 소자) 선형 센서나 TDI(Time Delay Integration ; 시간 지연 적분형) 센서나 포토 멀티 튜브이다. 또한, 신호 처리 회로(205)는, 예를 들면 검출기(204)로부터 출력되는 검출 신호를 처리하여 이물을 추출함과 함께, 추출한 이물의 크기의 정보를 얻는 바와 같은 처리를 행한다. 스테이지(207)는 예를 들면, 피검사물을 수평· 수직 방향으로 이동이나 회전이 가능한 것이면 좋다.

다음에, 신호 처리 회로(205)에 있어서, 검출한 이물의 크기 정보를 얻는 수단의 일례를, 도 3을 이용하여 설명한다.

도 3a는, 상기 신호 처리 회로(205)에서 처리되는 화상의 일례이고, 화상의 중앙부에 이물 데이터(301)가 존재한다. 이물 데이터(301)은, 검출기(204)의 출력 신호를 신호 처리 회로(205)에서 검출기(204)의 검출과 동기하여 처리함으로써 얻어지는 농담치를 갖은 데이터이다.

도 3b는 도 3a를 3차원적으로 표현한 것으로, x, y축은 상기 화상 내에서의 위치이고, z축은 상기 위치에서의 농담치를 플롯하여, 선으로 연결한 것이다. 도 3b 중, 파형(302)이 도 3a의 이물 데이터(301)에 대응한다. 이 파형(302)은, 조명(201), 집광 렌즈(203)의 성질로부터 가우스 근사가 가능하다. 그리고, 이 경우, 피검사물(202) 상의 이물의 크기에 의해, 이 가우스 근사의 형상의 폭이나 높이가 변화된다. 그래서, 도 2에 도시한 구성으로 분포와 크기가 이미 알려진 각종 표준 입자를 형성한 시료를 사전에 측정하여 두어, 상기 측정 결과와 파형(302)을 비교함으로써, 검출한 이물의 크기 정보를 얻을 수 있다. 여기서, 이 검출한 이물의 크기 정보를 얻는 처리는, 반드시 상기한 검출기(204)의 검출과 동기하여 행할 필요는 없고, 검출기(204)의 검출과는 비동기에서 검출기(204)의 검출과 병행하여 행하여도 좋다.

이 이물의 크기 정보를 얻는 방법은, 상기에 설명한 파형(302)의 정보를 이용하여 행하는 방법뿐만 아니라, 이물 데이터(301) 부분의 데이터의 총합, 즉, 파형(302)의 용적 데이터를 이용하여도 좋다. 또한, 상기 조명(201)으로서 레이저광을 이용하는 경우를 설명하였지만, 백색광을 이용하여 측정을 행하여도 좋다. 또한, 반복성을 갖는 회로 패턴 상의 이물에 대해서는, 이물이 존재하지 않는 반복 패턴의 화상과 이물이 존재하는 화상과의 차분을 취한 후에 상기한 크기 측정 처리를 하여도 좋고, 또한, 회로 패턴의 화상 데이터로부터 회로 패턴 상의 이물의 크기를 추정 가능한 경우에는, 이 화상 데이터를 이용하여 이물의 크기 데이터를 보정하여도 좋다.

다음에, 상기한 바와 같은 수법으로 검출된 이물의 크기 정보를 이용하는 것의 유효성을 설명한다.

도 4는, 반도체 제조 장치, 예를 들면, CVD 장치로부터 발생하는 이물의 크기와 발생 갯수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 영역(401)은 상기 CVD 장치의 프로세스 중에 정상적으로 발생하는 이물의 분포를 나타내고 있고, 이물의 크기는 a∼b의 부분에 집중되어 있다. 또한, 영역(402)은 상기 CVD 장치의 내측 벽면으로부터 정상적이지 않게 박리된 이물의 분포를 나타내고 있고, 이물의 크기는 c∼d의 부분에 집중되어 있는 것을 나타내고 있다.

이와 같이, 반도체 등의 제조 장치에 있어서는, 발생하는 이물의 크기와 이물의 발생 원인에 관련이 있고, 특정한 크기의 이물 발생 상황을 관리함으로써, 제조 장치에서의 이물의 발생 원인을 신속하게 알 수 있다.

다음에, 검출한 이물을 데이터 표시부(206)에서 표시하는 것에 대해 설명한다. 도 5는 동일 제조 장치에서 처리된 동일 프로세스의 웨이퍼에 대해, 이물 검사 장치에서 검사한 처리 매수와, 상기 이물 검사 장치에서의 검출 갯수의 추이를 나타낸 것이다. 도 5a는 검출한 이물의 총수의 추이를, 도 5b는 검출 이물 내, 상기 도 4의 영역(401)에 상당하는 크기 (이 경우에는 a∼b)의 이물만의 검출 갯수를, 또한, 마찬가지로 도 5c는 검출 이물 내, 영역(402)에 상당하는 크기 (이 경우 c∼d)의 이물만의 검출 갯수를 나타내고 있다. 또한, 임계치(501, 502, 503)는 각각의 이물수의 관리 기준치를 나타내고 있고, 상기 임계치보다도 많은 이물을 검출한 경우에는, 그 웨이퍼가 이상임을 나타내고 있다.

도 5a에 있어서, 처리 매수 A부분에서 이상(504)이 발생하고 있다. 그러나, 도 5a에서는 이상이 검지되었을 뿐이고, 이 정보만으로는 이상의 원인을 추정하는 것이 어렵다. 그래서, 도 5b, 도 5c에 도시한 바와 같은 이물의 크기 별 검출 갯수의 추이 데이터를 화면 상에 표시함으로써, 이물 발생의 원인을 추정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 도 5에 도시한 실시예의 경우, 도 5b에서는 이상은 검지되고 있지 않지만, 도 5c에서는 이상(505)이 검지되고 있는 것으로부터, 상기 CVD 장치의 내측 벽면에서 박리된 이물에 의한 이상이다라는 추정이 용이하게 행해져, 신속하게 대책을 실시하는 것이 가능해진다.

단, 도 4의 가로축에 기재한 a∼d의 값은 제조 장치·제조 프로세스 등에 의해 변화되는 값이고, 또한, 다른 발생 원인의 이물에서는, 다른 분포를 나타내는 경우가 있기 때문에, 발생 원인마다의 이물의 크기 분포에 맞춘 데이터를 이용할 필요가 있다. 따라서, 본 예로서는 2개의 영역으로 분할하였지만, 3개 이상의 영역으로 분할하여도 좋다.

다음에, 이물의 크기 정보를 이용한 표시 별 이용법, 예를 들면, 검출한 이물로부터 해석해야 할 이물을 선택하는 방법에 대해, 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6은 반도체 웨이퍼 상의 칩을 영역 분할한 도면이다. 도 6에 있어서의 각 영역은, 예를 들면 영역(601)은 메모리셀 회로 부분, 영역(602)은 데이터의 입출력 회로 부분, 영역(603)은 회로 패턴이 존재하지 않는 부분이다. 통상, 이들의 영역(601, 602, 603)에서는 회로 패턴의 집적도가 다르다. 따라서, 각각의 영역에 있어서 불량을 일으키는 원인이 되는 이물의 크기도 다르다. 즉, 칩 내의 영역에 의해, 관리·해석해야 할 이물의 크기가 다르다.

예를 들면, 영역(601)에서는 크기 α 이상의 이물이 있으면 불량으로 되고, 영역(602)에서는 크기 β 이상의 이물, 또한, 영역(603)에서는 크기 γ 이상의 이물이 있으면 불량으로 된다고 생각되는 경우, 이들의 영역 정보와 불량으로 되는 이물의 크기 정보를 미리 검사 장치에 보존하여 둔다. 그리고, 상기 검사 장치에서의 검출 이물의 위치 정보에 의해 영역을 판정하고, 검출 이물의 크기 정보와 상기 α, β, γ의 값과 비교하여 상기 검출 이물이 불량 원인이 되는 크기인지의 여부를 판정한다. 그리고, 불량 원인이 되면 판정한 이물과 불량 원인이 되지 않는다고 판정한 이물의 표시를 바꿈으로써, 불량 원인이 되는 이물을 실시간으로 분류하는 것이 가능해진다. 표시를 바꾼 예를 도 7에 도시한다.

도 7은 검사 장치로부터 얻어지는 검사 결과의 하나이고, 검출 이물의 위치를 나타낸 것이다. 종래에는, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 결과였기 때문에, 불량 원인의 해석에는, 적당하게 이물을 선택하여 상기 이물의 분석을 행하고 있어, 정말로 분석해야 할 이물을 선택할 수 있는 확률이 낮고, 불량 해석에 긴 시간을 필요로 하였다.

그러나, 상술한 바와 같은 판정을 이용하여 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 불량 원인이 된다라고 판정한 이물, 즉 분석해야 할 이물(701)의 표시를 바꿈으로써, 불량 원인이 되는 이물 중으로부터 분석해야 할 이물(701)을 선택하면 좋고, 분석해야 할 이물을 선택할 수 있는 확률이 높아져, 불량 원인의 해석을 신속하게 행하는 것이 가능해진다. 단, 도 7에서는 표시를 바꾸는 방법으로서, 표시 패턴을 바꾸었지만, 그 외에도, 표시 패턴의 색이나 크기를 바꾸어도 좋다. 또한, 여기서는, 칩 내에서 영역 분할을 하였지만, 이것을 웨이퍼 면내에서 영역 분할을 행하여도 좋다.

이상, 본 실시예에서는, 이물 검사 장치를 이용하여 설명하였지만, 본 발명에 의한 방법은 이물을 검사하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 패턴 결함을 검출하는 장치에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 검사 대상은 본 실시예에서 설명한 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, 박막 기판이나 포토마스크, 박막 트랜지스터를 이용한 액정 기판, 플라즈마 디스플레이의 패널 등의 검사에도 적용 가능하다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 시료를 검사하여 얻어진 이물·결함의 크기 정보로부터, 제조 프로세스를 관리하기 위해 유용한 정보를 실시간으로 얻을 수 있다. 그리고, 본 발명에 의한 방법과 장치를 이용함으로써, 불량 해석·대책을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

본 발명의 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않고도 다른 특정 형태로 본 발명이 구현될 수 있다. 본 실시예들은 따라서 모든 면에서 예시적인 것이지 제한적인 것이 아니라는 것과, 본 발명의 범위는 지금까지의 설명 보다는 첨부된 청구범위에 의해서 나타나고, 본 청구범위와 동등한 의미 및 영역에 포함되는 모든 변화는 따라서 본 청구범위에 포함되는 것으로서 고려되어야 한다.

Claims (10)

1. 시료 상의 결함을 검사하는 장치에 있어서,

   시료에 광을 조사하는 조명 수단;

   상기 조명 수단에 의해 조명된 상기 시료로부터의 반사광을 집광하는 집광 수단;

   상기 집광 수단에 의해 집광된 상기 반사광을 검출하는 검출 수단;

   상기 검출 수단으로부터의 검출 신호를 수신하여 상기 시료 상의 결함을 검출하고 상기 검출한 결함의 크기에 관한 정보를 얻는 신호 처리 수단; 및

   상기 신호 처리 수단에 의해 얻어진 상기 결함의 크기에 관한 정보를 출력하는 출력 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 신호 처리 수단은, 상기 시료 상의 결함을 검출하는 것을 상기 검출 신호와 동기하여 행하고, 상기 검출한 결함의 크기에 관한 정보를 얻는 것을 상기 검출 신호와 비동기에서 행하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 신호 처리 수단은, 상기 검출한 결함의 크기에 관한 정보를 얻는 것을, 상기 검출 수단으로 상기 반사광을 검출하고 있을 때에 행하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 신호 처리 수단은 상기 검출한 결함을 크기마다 분류하고, 상기 출력 수단은, 상기 분류에 대응하는 결함의 갯수에 관한 정보를 화면 상에 표시하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 출력 수단은, 상기 분류한 결함 중 적어도 하나의 종류의 크기의 결함에 대해, 상기 검사한 시료의 수에 대응하여 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 신호 처리 수단은, 상기 검출한 결함이 허용할 수 있는 크기의 결함인지의 여부를 판정하고, 상기 출력 수단은, 상기 판정한 결과를 화면 상에 표시하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 시료 상의 결함을 검사하는 방법에 있어서,

   시료에 광을 조사하는 단계;

   상기 광이 조사된 시료로부터의 반사광을 검출하는 단계;

   상기 검출한 신호를 상기 반사광의 검출과 동기하여 처리함으로써 상기 시료 상의 결함의 위치를 검출하는 단계;

   상기 반사광의 검출과는 비동기에서 상기 검출한 결함을 크기마다 분류하는 단계; 및

   상기 크기마다 분류한 결함의 정보를 출력하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 결함의 정보를 출력하는 단계에 있어서, 상기 분류한 크기마다의 결함의 수에 관한 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 결함의 정보를 출력하는 단계에 있어서, 상기 크기마다 분류한 결함 중 적어도 하나의 종류의 크기의 결함에 대해, 상기 검사한 시료의 수에 대응하여 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 검출한 결함이 허용할 수 있는 크기의 결함인지의 여부를 판정하고, 상기 판정한 결과를 화면 상에 표시하는 것을 특징으로 하는 방법.