KR20040033060A - 표면 상의 이상을 검사하기 위한 스캐닝 방법 및 시스템 - Google Patents

표면 상의 이상을 검사하기 위한 스캐닝 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검출 민감도가 향상되고 처리량이 높은 표면 검사 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 광선(38)의 집중 빔을 검사되는 표면(40)을 향하여 경사각으로 배향한다. 빔(38)과 표면(40)사이에 상대 운동이 발생되어, 빔(38)은 전체 표면을 커버하는 조사 통로를 주사하고 상기 통로를 따라 산란된 광선은 이상을 검출하기 위하여 수집된다. 주사 통로는 다수의 수직 주사 통로 세그먼트 배열을 포함한다. 광선(38)의 집중 광선은 너비가 5 내지 15 미크론 사이의 표면 영역을 조사하며 상기 시스템은 150 밀리미터 직경 웨이퍼(6인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 40개의 웨이퍼를 초과하여, 200 밀리미터 직경 웨이퍼(8인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 20개의 웨이퍼를 초과하여, 그리고 300 밀리미터 직경 웨이퍼(12인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 10개의 웨이퍼를 초과하여 검사할 수 있다.

Description

표면 상의 이상을 검사하기 위한 스캐닝 방법 및 시스템{SCANNING METHOD AND SYSTEM FOR INSPECTING ANOMALIES ON SURFACE}
본 발명은 표면 검사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 반도체 웨이퍼, 광마스크, 망원경 등의 망선(reticle), 세라믹 타일, 및 기타 표면과 같은 표면상의 이상을 검사하기 위한 고속 스캐너 시스템에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼로 제조된 반도체 소자의 크기는 계속 감소하고 있다. 예를 들면, 본 출원의 출원 시점에, 반도체 소자는 이분의 일 미크론 또는 그 이하의 분해능으로 제조될 수 있으며, 64 메가비트 DRAM은 0.35 미크론 구조 규정으로 제조된다. 크기가 작아질수록 반도체 소자의 감소율은 웨이퍼 검사 기기의 감도에 관하여 보다 엄중한 요구를 부과하며, 상기 검사 기기는 반도체 소자의 크기에 비하여 작은 패턴 결함 및 오염 입자를 검출하는 것이 필요하다. 동시에, 이러한 시스템이 웨이퍼 결함을 검출하기 위하여 인라인(in-line)식 검사에 사용될 수 있도록, 웨이퍼 검사 시스템은 적절한 처리량을 제공하는 것이 바람직하다.
스톤스트롬 등에게 허여되고 본원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제4,898,471호에 있어서, 주사빔에 의하여 웨이퍼 표면상에 조사된 영역은 주사선(scan line) 방향으로 이동하는 타원이다. 상기 특허에 의하여 제공된 하나의 실시예를 살펴보면, 타원은 폭이 20 미크론이고 길이가 115 미크론이다. 이러한 조사 영역에 있어서 이상 또는 패턴에 의하여 산란된 광선은 80 내지 100°의 범위에 있는 방위각으로 위치하는 광검출기에 의하여 검출된다. 광검출기에 의하여 검출된 신호는 템플레이트(template)를 구성하는데 이용된다. 타원형 스폿(spot)이 주사선을 따라 인접한 영역으로 이동하면, 상기 스폿 내부의 구조로부터 산란된 광선은 다시 검출되며, 광검출기 신호는 템플레이트와 비교하여 규칙적인 패턴과 대조될 때 오염 입자 또는 패턴 결함의 존재를 확인한다. 상기 특허에 있어서, 주사빔은 전체 웨이퍼를 가로질러 주사하여 주사 방향으로 웨이퍼의 전체 크기를 가로질러 연장하는 웨이퍼의 길고 협소한 스트립을 조사 및 검사한다. 웨이퍼가 인접한 신장된 스트립을 주사하기 위하여 주사 방향과 거의 직각 방향으로 기계적 스테이지에 의하여 이동된다. 이러한 작동은 전체 웨이퍼가 검사될 때까지 반복된다.
상기 특허에 개시된 시스템은 제조되는 소자의 크기가 계속 감소됨으로써 보다 조잡한 분해능으로 제조된 반도체 소자를 갖는 웨이퍼를 적절히 검사하지만, 상기 시스템을 사용하여 검사하기에 곤란할 수도 있는 매우 작은 이상을 검출하는데 사용될 수 있는 개량된 검사 기기를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 주사 광선에 의하여 조사되는 영역의 크기를 감소시켜 매우 작은 이상이 검출될 수 있는 인식에 기초한 것이다. 스폿에서의 구조로부터 산란된 광선은 표면의 오염 입자, 패턴 결함 또는 불완전성과 같은 이상에 의하여 산란된 광선뿐만 아니라 표면상의 패턴에 의하여 산란된 광선과 같은 배경을 포함한다. 이러한 배경은 상당한 진폭을 가질 수 있다. 이러한 이유로 인하여, 이상이 조사 영역의 크기와 비교하여 작은 크기를 갖는 경우에, 이러한 이상으로부터 산란된 광선은 배경에 의하여 전복되어 배경으로부터 검출될 수 없다. 조사 영역의 크기 또는 스폿 크기를 감소시킴으로써, 이상에 의하여 산란된 광선의 광도와 배경의 그것에 대한 비율은 증가하여, 검출 민감도를 증가시킨다. 그러나, 스폿 크기가 감소하면, 전체 웨이퍼를 교차하는 긴 직선 주사선을 따라 스폿의 균일성을 유지하는 것이 더욱 곤란하다. 주사 경로를 짧은 세그먼트로 나누면, 경로를 따라 스폿의 균일성을 유지하는 동시에 작은 크기의 스폿을 사용할 수 있다. 상기 시스템으로부터 주사 길이를 감소시키면 전방으로 산란된 광선을 검출하기 위한 수집 광학 기기의 크기는 보다 제어하기 용이하다.
따라서, 본 발명의 일 태양은 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 접지각으로 배향시키는 배향 단계; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 주사 경로를 주사하도록 상기 빔과 표면 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 단계; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집하는 수집 단계를 포함하는 표면 이상 검출 방법에 관한 것이다. 상기 주사 경로는 주사 경로 세그먼트로 이루어진 다수의 어레이를 포함하고, 이 주사 경로 세그먼트의 적어도 일부의 각각은 상기 표면 치수 보다 더 짧은 스팬을 갖는다.
본원에 사용된 바와 같이, 검사되는 표면상의 조사 영역 또는 스폿의 "최소 너비"라는 용어는 표면상이 어느 방향을 따라 영역 또는 스폿 둘레 경계의 최소 치수로 정의되며, 여기서 상기 경계는 조사 광선 광도가 영역 또는 스폿에서의 최대조사 광도의 예정된 분수 또는 백분율이다. 양호한 실시예의 설명에 있어서, 예를 들면 경계는 영역 또는 스폿에서의 최대 조사 광도의 1/e2이며, 여기서 e는 자연수이다. 최소 치수는 영역 또는 스폿의 경계 사이에서 그것을 에워싸는 두 개의 평행선사이의 최소 거리이다. "최소 너비"라는 용어는 아래에서 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 또 다른 고려는 사용된 데이터 수집 및 처리 시스템이 과도하게 복잡하지 않고 저렴하도록 데이터가 검출을 위한 적정한 비율로 수집되는 적절한 처리량을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿 크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 배향시키는 배향 단계; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 단계; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 표면 이상 검출 방법에 관한 것이다. 상기 스폿 크기와 상기 배향 및 발생 단계는 150㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 40개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로, 200㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 20개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로, 그리고 300㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 10개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로 상기 웨이퍼의 전체 표면이 상기 빔에 의해 실질적으로 검사되도록 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 배향시키는 배향 단계; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 단계; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 단계를 포함하는 표면 이상 검출 방법에 관한 것이다. 상기 스폿 크기와 상기 배향 및 발생 단계는 적어도 약 1.5㎠/s의 속도로 상기 표면이 검사되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿 크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 소정 빔을 배향시키는 배향 단계; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 단계; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 단계를 포함하는 표면 이상 검출 방법에 관한 것이다. 상기 표면은 그 표면을 따라 어느 방향으로도 적어도 200㎜의 치수를 가지며, 상기 배향 및 발생 단계는 상기 빔이 약 50∼90초 동안에 실질적으로 전체 표면을 주사하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 태양은 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 접지각에 배향시키는 배향 수단; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 주사 경로를 주사하도록 상기 빔과 표면 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 수단; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 수단을 포함하는 표면 이상 검출 시스템에 관한 것이다. 상기 주사 경로는 주사 경로 세그먼트로 이루어진 다수의 어레이를 포함하고, 이 주사 경로 세그먼트의 적어도 일부의 각각은 상기 표면 치수 보다 더 짧은 스팬을 갖는다.
본 발명의 또 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿 크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 배향시키는 배향 수단; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 수단; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼의 표면에 이상을 검출하는 검출 시스템에 관한 것이다. 상기 스폿 크기와 상기 배향 및 발생 수단은 150㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 40개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로, 200㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 20개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로, 그리고 300㎜ 직경의 웨이퍼에 대하여 시간당 약 10개의 웨이퍼를 초과한 작업 처리량으로 상기 웨이퍼의 전체 표면이 상기 빔에 의해 실질적으로 검사되도록 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿 크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 집속된 빔을 배향시키는 배향 수단; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 수단; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 수단을 포함하는 표면 이상 검출 방법에 관한 것이다. 상기 스폿 크기와 상기 배향 및 발생 수단은 적어도 약 1.5㎠/s의 속도로 상기 표면이 검사되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 태양은 최소 폭이 약 5∼15미크론의 범위에 속하는 스폿크기를 갖는 스폿을 형성하는 표면의 소정 영역을 조사하기 위해 상기 표면을 향하여 빛의 소정 빔을 배향시키는 배향 수단; 상기 빔이 실질적으로 전체 표면을 덮는 소정 경로를 주사하도록 상기 빔과 웨이퍼 사이에 상대 운동을 발생시키는 발생 수단; 및 이상을 검출하기 위한 상기 경로를 따라 산란된 빛을 수집시키는 수집 수단을 포함하는 표면 이상 검출 시스템에 관한 것이다. 상기 표면은 그 표면을 따라 어느 방향으로도 적어도 200㎜의 치수를 가지며, 상기 배향 및 발생 수단은 상기 빔이 약 50∼90초 동안에 실질적으로 전체 표면을 주사하도록 구성된다.
도 1A는 본 발명을 예시하기 위하여 검사될 표면상의 타원형 조사(照射) 영역 또는 스폿의 개략도이다.
도 1B는 본 발명의 예시하기 위하여 스폿의 경계를 한정하기 위한 도 1A의 타원형 스폿의 너비 또는 단축을 가로지르는 조사 광도를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예를 도시하기 위하여 반도체 웨이퍼 표면의 이상을 검사하기 위한 시스템을 블록 다이어그램 형태로 개략적으로 그리고 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 시스템의 조사 및 수집 특징을 상세히 도시하는 개략도이다.
도 4는 양호한 실시예를 도시하기 위하여 표면상의 조사 스폿의 주사 경로를 예시하는 반도체 웨이퍼 표면의 일부의 개략도이다.
도 5는 도 3의 시스템의 조사 및 수집 각도를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 주사 및 데이터 취득 과정을 예시하기 위한 3개의 타원형 조사 영역 또는 스폿 개략도이다.
도 7A 및 도 7B는 검사되는 표면을 도시하기 위하여 본 발명에 사용된 두 개의 다른 편광 방법을 도시하는 측면도이다.
간명성을 위하여, 본 발명의 여러 도면에서 동일한 부재에는 동일한 참조부호가 병기된다.
도 1A는 본 발명의 예시하기 위하여 본 발명의 시스템에 의하여 검사되는 표면의 타원형 조사 영역(또는 스폿)의 개략도이다. 후술된 바와 같이, 검사될 표면을 조사하는 레이저 빔은 접지각(grazing angle)으로 표면에 접근하기 때문에, 조사빔이 거의 원형 단면을 갖더라도, 조사된 영역은 도 1A에서 영역(10)과 같이 형상이 타원형이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 레이저 빔과 같은 광선에 있어서 광선의 광도는 그 분포가 균일하지 않으며 도 1A의 스폿(10)의 경계(10a)에서와 같이 조사 스폿의 경계를 가로질러 갑자기 제로까지 감소되지 않는다. 그 대신에, 광도는 어떤 경사도에 있는 조사 스폿의 외부 가장자리에서 감소되기 때문에, 도 1A에 도시된 경계(10a)와 같이 선명한 경계 대신에, 상기 경계는 통상 흐릿하며 조사 영역의 중심으로부터 거리가 증가하면 광도가 감소하는 밴드를 형성한다.
여러 가지 레이저에 있어서, 발생된 레이저 빔은 도 1B에 도시된 것과 같이 가우스 광도 분포(Gaussian intensity distribution)를 갖는다. 도 1B는 도 1A에도시된 바와 같이 검사될 표면의 스폿(10)을 조사하기 위하여 양호한 실시예에서 사용되는 레이저 빔의 Y 방향에서 조사 광도의 공간 분포를 도시하는 그래프로서, Y 방향에서의 스폿(10)을 가로지르는 조사 광도 분포이다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 조사 광도는 최대 광도가 1이 되도록 표준화되었으며, 상기 조사 광도는 Y 방향뿐만 아니라 X 방향으로 가우스 분포를 갖는다. 포인트(12, 14)는 최대 광도의 1/e2까지 조사 광도 강하를 가리키는 공간 위치(y1, y5)에 있으며, 여기서 e는 자연수(natural number)이다. 양호한 실시예를 설명하기 위하여 본원에서 사용된 바와 같이, 스폿(10)의 최소 너비는 두 지점간의 거리(y1과 y5 간의 거리)이다. 이러한 거리는 타원형 조사 영역(10)의 단축 길이이며 도 1A에서 너비(W)로 지시되어 있다. 스폿(10)은 조사가 스폿의 중심에서 최대 조사 광도의 1/e2인 경계(10a)에 속하는 영역에 의하여 한정된다.
넓은 정의로서, 타원형 스폿(10a)의 최소 너비는 그 사이에 영역 또는 스폿의 경계를 에워싸는 두 개의 평행선사이의 최소 거리로서 규정될 수 있다. 도 1A에서의 스폿(10)을 참조하면, 예를 들어 선 q1, q2와 같이 경계(10a)를 에워싸는 두 개의 평행선을 인출하면, 선 q1, q2 사이의 거리는 d이며, 상기 거리는 두 선 q1, q2가 경계에 접촉할 때 최소이다. 거리 d는 선 q1, q2가 그리드 선 x1, x5와 일치할 때 모든 선 q1, q2의 방향에 대하여 최소가 되므로, 스폿(10)의 최소 너비는 w이다. 참조부호 10a가 타원형이 아닌, 장방형, 정방형 또는 불규칙한 형상과 같은 다른 형상을 갖더라도, 동일한 넓은 정의가 적용될 수 있다.
도 1B는 레이저 또는 광선에 의하여 조사된 스폿의 메인 로브(lobe)만을 도시하는 것에 주목하여야 한다. 또한, 메인 로브가 사이드로브(sidelobe)를 수반하기 때문에, 영역 또는 스폿(10)의 표면 외측 영역이 조사되는 것을 알 수 있다. 사이드로브에서 광선의 표면 구조에 의한 산란과 검출기에 의한 수집은 소음을 야기한다.
검사될 표면의 크기와 비교할 때 비교적 작은 스폿의 경우에, 웨이퍼의 전장 또는 너비에 걸쳐 주사 통로 세그먼트를 가로질러 스폿의 균일성을 유지하는 것이 곤란하다. 사이드로브의 레벨과 초점면의 메인 로브의 최소 너비(전술된 바와 같이)에서의 편차는 광선이 표면을 가로질러 주사할 때 스폿(10)의 균일성의 척도이다. 최소 너비와 사이드로브 레벨이 세그먼트에 걸쳐 거의 변화하지 않는 경우에, 스폿은 균일하다고 한다. 환언하면, 스폿 크기가 검사될 표면의 크기와 비교하여 상대적으로 작으면, 웨이퍼의 전체 폭을 가로지르는 긴 세그먼트의 범위에 걸쳐 초점면의 사이드로브의 균일한 레벨과 메인 로브의 균일한 너비를 유지하는 것이 곤란하다. 이러한 두 파라미터(메인 로브의 너비, 사이드로브 레벨)중 어느 하나에서의 편차는 세그먼트를 따라 검출 민감도에서의 편차를 야기하므로, 바람직하지 않다.
상기 문제를 고려하여 본 출원인은 균일한 검출 민감도를 유지하면서, 스캐닝 광선에 의하여 조사되는 영역의 크기가 감소될 수 있는 경우에 본 발명의 표면 검사 시스템에 있어서, 도 2 및 도 4의 양호한 실시예에 도시된 바와 같이 주사되는 표면의 치수보다 작은 공간 전장(全長)을 갖는 짧은 주사 통로 세그먼트를 스캐닝 광선으로 주사하는 표면 검사 시스템을 발명하였다. 상기 짧은 주사 통로 세그먼트는 상호 연결되지 않지만 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 주사 통로 세그먼트의 배열(array)을 형성하도록 위치한다.
이하, 본 발명의 표면 검사 시스템을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 레이저 빔(24)을 제공하는 레이저(22)를 구비한다. 빔(24)은 빔 확장기(26)에 의하여 확장되고, 확장된 빔(28)은 음향-광학적 편향기(acousto-optic deflector; AOD)(30)에 의하여 편향 빔(32)으로 편향된다. 편향 빔(32)은 포스트 AOD 및 편광 선택 광학부(34)를 통과하며, 최종 빔은 텔레센트릭(telecentric) 주사 렌즈(36)에 의하여 반도체 웨이퍼, 광마스크 또는 세라믹 타일의 표면과 같은 검사될 표면(40)상의 스폿(10)상에 패턴 또는 비패턴식으로 집중된다.
전체 표면을 주사하도록 표면(40)상에 집중된 조사 영역을 이동시키기 위하여, AOD(30)는 편향 빔(32)의 방향을 변경시켜, 표면(40)상의 조사 스폿(10)이 주사선(50)을 따라 주사된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주사선(50)은 주사선과 동일한 방향을 따라 표면(40)의 치수보다 작은 길이를 갖는 직선이 바람직하다. 주사선(50)이 곡선인 경우에도, 전장은 동일한 방향을 따라 표면(40)의 치수보다 작다. 조사 스폿이 주사선(50)을 따라 표면(40)을 주사한 이후에, 웨이퍼의 표면(40)은 X 축을 따라 이동되어, 표면의 주사 영역은 화살표 52를 따라 이동하고 AOD(30)에 의하여 조사 스폿은 주사선(50)과 평행하게 그리고 마이너스 X 축을 따라 주사선(50)으로부터 이격된 인접 지점으로 주사한다. 조사 스폿이 상기 주사선을 차폐한 이후에, 표면(40)은 짧은 거리만큼 이동하므로, 피조사 표면 영역이 다른 X 지점에서 인접 주사선을 주사하기 위하여 방향(52)을 따라 이동한다. 이러한 과정은 조사 스폿이 스트립(54)을 차폐할 때까지 반복된다. 이 지점에서 적시에 조사 영역은 에지(54a)에 또는 그것에 인접한다. 이러한 지점에서, 표면(40)은 에지(56a)에서 또는 그것과 인접한 지점에서 개시하여 인접한 스트립(56)을 주사 및 차폐하기 위하여 주사선(50)의 길이 정도만큼 Y 방향을 따라 XY 스테이지(124)에 의하여 이동된다. 표면(50)이 스트립(58)을 주사하기 위하여 Y 방향을 따라 다시 이동하는 지점에 스트립(56)의 다른 단부 또는 에지(56b)가 도착할 때까지, 스트립(56)에서의 표면은 이와 유사한 방법으로 참조부호 50과 같이 짧은 주사선에 의하여 차폐된다. 이러한 과정은 스트립(54, 56, 58)의 주사 이전에 반복되고 전체 표면(40)이 주사될 때까지 이러한 스트립의 주사 이후에 속행한다. 그러므로, 표면(40)은 다수의 주사선 배열을 주사함으로써 주사되며, 상기 배열 전체는 전체 표면(40)을 실질적으로 차폐한다.
도 4는 전술된 주사 과정을 보다 상세히 예시하기 위하여 두 개의 스트립(54, 56)의 일부와 다른 두 개의 인접 스트립의 보다 작은 부분을 확대도이다. 도 4에 도시된 바와 같은 양호한 실시예에 있어서, 광 빔(38)은 주사 통로 세그먼트(50, 50', 50'', 50''')의 화살표로 도시된 바와 같이 단지 한 방향으로 주사한다. 주사 통로(50)는 참조부호 72에서 유효 개시 지점을 가지며, 스폿(10)은 스트립(54, 56) 사이의 가장자리(55)에 도달할 때까지 우측으로 이동한다. 스폿이 주사선을 횡단하면, 스테이지(도 3 참조)가 주사선 방향 Y에 거의 직각 방향으로표면(40)을 이동시키며, 스폿은 새로운 시작 지점(74)을 취하고 주사선(50)과 평행한 주사선(50')를 따라 이동한다. 주사선(50, 50', 50'', 50''')을 따른 스폿(10)의 이동 등과 같은 것은 후술된 바와 같이 AOD(30)에 의하여 달성된다.
AOD(30)에 의한 빔(32)의 편향은 처프(chirp) 신호를 발생시키는 처프 발생기(80)에 의하여 제어된다. 처프 신호는 증폭기(82)에 의하여 증폭되어 AOD(30)의 변환부에 인가되어 당업자에게 공지된 방법으로 빔(32)을 편향시키기 위하여 음파를 발생시킨다. AOD의 작동에 대한 상세한 설명을 위하여 게랄드 에프. 마샬 편저광학 스캐닝에서 밀튼 갓트리브 저서 "음향-광학적 스캐너 및 변조기" (덱커 1991, 615 내지 685 페이지) 참조. 요컨대, AOD(30)의 변환부에 의하여 발생된 음파는 주기적인 형태로 음향-광학적 크리스탈의 광반사율을 조정하여 빔(32)을 편향시킨다. 처프 발생기(80)는 적정 신호를 발생시켜, 렌즈(36)에 의하여 집중된 이후에 빔(32)의 편향은 집중된 빔을 전술된 방식으로 주사선(50)과 같이 주사선을 따라 주사시킨다.
처프 발생기980)는 양호한 실시예에서 마이크로프로세서를 구비하는 전자 회로(84)의 시간 조절에 의하여 제어된다. 마이크로프로세서는 개시와 종료 주파수(f1, f2)를 적정 처프 신호를 발생시키기 위한 처프 발생기(80)에 공급하여, 주파수(f1, f2)에 의하여 결정된 소정의 편향각 범위 이내에서 빔(32)을 편향시킨다. 표면(40)의 레벨 또는 높이를 검출하는 자동 위치 센서(APS) 광학부(90)와 APS 전자기기(92)가 사용되며, 이것은 관련 출원의 일부를 이룬다. 검출기(110b)와 같은 검출기가 표면과 주사선(50)을 따라 그 상방의 구조뿐만 아니라 이상에 의하여 산란된 광선을 수집 및 이상을 검출하고 그 특징을 분석하기 위하여 출력 신호를 프로세서(130)에 공급한다.
도 3은 도 2의 시스템(20)의 개략도로서, 양호한 실시예를 예시하기 위하여 수집/검출 채널의 배열을 상세히 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 채널이 사용되는바, -(75 내지 105)°와 (75 내지 105)°방위각의 각각의 범위에 있는 산란 광선을 수집하기 위한 두 개의 채널(110a, 110b)이 사용된다. 또한 부가적인 수집 채널(111a, 111b)은 -(30 내지 60)°와 (30 내지 60)°방위각의 각각의 범위에 있는 전방으로 산란된 광선을 수집하기 위하여 사용된다. 필요에 따라, 방위각으로 ±45°에서 실질적으로 만곡된 전방 광선을 수집하기 위하여 전방에 위치하는 두 개의 수집 채널과 90°방위각으로 실질적으로 센터링된 전방 광선을 수집하기 위하여 위치하는 두 개의 채널인, 다른 수집 입체 각도를 갖는 4개의 독립한 수집 채널을 사용하는 것이 가능하다.
도 5는 4개의 검출기의 수집 각도를 도시하는 평면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 채널(110a, 110b)의 입체 수집 각도는 Θ1로 표시되고 채널(111a, 111b)에 대한 그것은 Θ2로 표시된다. 도면을 간략화하기 위하여, 레이저(22)와 포커스 빔(38)간의 성분은 도 5에 도시되지 않았다. 도 3을 참조하면, 시스템(20)은 영상 채널(121)과 정렬/등록 채널(122)을 또한 구비한다.
표면(40)은 참조부호 118에서와 같이 평탄하거나 119에서와 같이 패턴 처리되어 있다. 표면(40)에 대한 경사진 초점 빔(38)과 수직 방향(150)간의 각도는 약10 내지 85°의 범위에 있는 것이 바람직하며, 특히 50 내지 80°범위에 속하는 것이 보다 바람직하다. 도 3에 있어서, 상기 각도는 Θ로 표시되어 잇다. 4개의 수집 채널은 표면(40)의 평면으로부터 3 내지 30°로 산란된 광선을 수집하는 앙각(α)이 바람직하다.
개선된 검출 감도
검출 감도라는 관점으로부터, 조사된 스폿(10)의 최소 폭(w)이 최소화되도록 시스템(20)의 조사 광학 기기를 설계하는 것이 바람직하다. 최소 폭(w)은 렌즈(36)의 초점 거리에 비례하고, 빔(28, 32)의 빔 직경에 반비례한다. 따라서, 최소 폭(w)은 렌즈(36)의 초점 거리를 감소시키거나 빔(28)의 직경을 증가시킴으로써, 또는 모두에 의해 감소될 수 있다. 렌즈(36)의 초점 거리가 증가되는 경우, 이는 바람직하지 않을 수도 있는 주사선(50)의 길이를 증가시킨다. 빔(28)의 직경이 ＡＯＤ(30)에서 경정의 클리어 구경에 필적하게 되는 경우, 이는 바람직하지 않을 수도 있는 보다 높은 레벨 사이드로브(sidelobe)를 발생시킨다. 전술한 바와 같이, 증가된 레벨의 사이드로브는 배경 신호 레벨을 증가시킨다. 본 출원인은 ＡＯＤ(30)에서 결정의 클리어 구경과 빔(28, 32)의 직경 사이의 비가 1.2를 초과하는 것이 바람직하다는 것을 발견했다.
k를 1.2 이상으로 유지하면서, 빔(28, 32)의 빔 직경을 증가시키는 것이 큰 ＡＯＤ 결정을 사용함으로써 가능하다. 그러나, 비용이라는 고려 사항을 제외하더라도, ＡＯＤ 결정이 커질수록, 손실이 더 커지게 됨으로써, ＡＯＤ 장치의 회절 효율을 저하시킨다. 이러한 이유로, 감도 및 작업 처리량의 요구 조건을 만족시키는 동시에, 가능한 한 적은 ＡＯＤ 결정을 사용하는 것이 바람직하다. ＡＯＤ(30)로 들어가는 빔(28)이 가우스 세기 프로파일을 가진다면, ＡＯＤ의 클리어 구경, 즉 D는 이하 방정식을 만족시킨다.
여기에서, ∏는 직경에 대한 원주의 비이다.
l은 총 주사 길이이고, v는 ＡＯＤ 결정(30)에서 음속이고, w는 표면(40) 상에서 단축의 타원 스폿의 길이 (또는 비타원인 경우에는 최소 폭의 스폿)이고, f, 즉 (f2-f1)은 ＡＯＤ(30)의 대역 폭이고, T는 세그먼트의 지속 기간이다. 상수 k는 1.2 ∼5의 범위가 바람직하다. 일 실시예에 있어서, k는 1.7이고, L은 약 2∼10㎜의 범위에 속한다.
작업 처리량의 고려 사항
웨이퍼의 전체 표면을 검사하기 위해 웨이퍼 검사에 이용될 반도체 웨이퍼 검사 기구에 대하여, 작업 처리량의 고려 사항은 탁월하다. 따라서, 전술한 감도 능력을 제외하더라도, 본 발명의 웨이퍼 검사 시스템이 높은 작업 처리량을 가지는 것도 또한 바람직하다. 이러한 의미에서, 작업 처리량은 시간당 검사되는 반도체 웨이퍼의 수를 나타낸다. 먼저 반도체 웨이퍼를 검사하는데 필요한 시간은 웨이퍼의 전체 표면을 주사하기 위해 조사 광선에 필요한 시간을 포함한다. 전술한 짧은 주사선을 수행하기 위해, 전체 표면을 주사하는데 필요한 시간은 수많은 인자에 의존한다. 인자들중 하나는 조사 빔의 조사 각도, 또는 θ의 값, 즉 도 3에 도시된 검사 대상 표면(40)에 대한 법선(150)과 조사 빔 사이의 각도임에 명백하다. θ의 값이 클수록(즉, 입사 접지각이 작을수록), 도 1A에서의 스폿(10)의 형상은 더욱 길어지게 되고, 검사되는 영역은 더 커지게 된다. 작업 처리량에 영향을 미치는 또 다른 인자는 조사 빔의 세기 분포가 예컨대, 가우스 분포의 형태로 통상적으로 편평하지 않지만 변한다는 사실에 있다. 따라서, 표면 상의 임의의 지점으로부터의 산란 세기는 그 지점에서 조사하는 빛의 세기에 의존한다. 그와 같은 세기의 변동을 보상하기 위해, 수많은 데이터 포인트가 특정 지점으로부터 산란에 의해 얻게 되며, 이때 스폿은 후술된 도 6에 예시된 방식으로 그 지점을 가로질러 이동하게 된다.
도 6은 시스템(20)의 스캐닝 및 데이터 수집 과정을 예시하기 위하여 검사될 표면상의 조사 영역의 3 부분을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 빔(38)은 표면(40)상의 영역(10)을 일 순간적으로 조사한다. 영역 또는 스폿(10)은 그리드 라인 x1 내지 x5, y1 내지 y5에 의하여 16개의 화소로 분할되어 있다. 상기 문장에 있어서, 화소(pixel)라는 용어는 도 1B에서와 같이 광도 분포를 가로질러 데이터 샘플을 취하고 후속 데이터 처리에 관할 때에만 의미 있고, 비디오 기술과 같은 다른 기술에서의 데이터 샘플링 및 처리에서 차용된 것이다. 그리드 라인 x2, x3 및 y2, y3에 의하여 경계가 결정된 화소는 도 6에 표현된 영역으로 도시된 화소 P이다. 상기 화소 P에 이상이 존재하면, 그리고 광선을 조사하는 화소 P가 그리드 라인 y2 및 y3사이의 고광도 레벨을 갖는 도 1B에 도시된 바와 같은 광도 분포를 가지면, 이상에 의하여 산란된 광선 역시 고광도를 갖는다. 그러나, 영역(10')이 조사되도록 Y 축을 따라 빔이 이동하면, 화소 P는 그리드 라인 y1 및 y2 사이의 낮은 광도 레벨에서 여전히 조사된다. 도 1B를 참조하면, 조사의 광도는 도 1B에서의 그리드 라인 y1 및 y2 사이의 광도이다. 그러므로, 조사 빔이 지점(10)에 있을 때와 조사 빔이 지점(10')에 있을 때 샘플이 취해지도록 수집 채널(110a, 110b, 111a, 111b)에 의하여 검출된 광선을 처리하기 위하여 도 3의 데이터 프로세서(130)에 의하여 채용된 샘플링율이 설정되면, 두 개의 데이터 포인트가 기록된다. 따라서, P와 같은 어떤 하나의 화소에 대하여, 다수의 데이터 포인트, 즉 도 1B에서의 데이터 포인트(D2)로 도시된 바와 같이 조사의 레벨이 보다 높은 데이터 포인트와, 도 1B에서의 데이터 포인트(D1)로 도시된 바와 같이 조사의 레벨이 보다 낮은 데이터 포인트가 취해진다. 지점(10)이 도 3 및 도 4에 도시된 짧은 주사 통로 세그먼트(50)의 개시 지점이 아니면, 조사 빔이 지점(10)에 있는 표면(40)을 조사하는 시간 이전에 두 개의 종래 샘플을 취하고 있으므로, 그리드 라인(y3, y4)사이 그리고 라인(y4, y5)사이의 광도 수치의 광선이 이러한 화소 P를 각각 조사할 때, 프로세서는 조사빔의 이전 지점에 대응하는 두 개 이상의 데이터 포인트(D3, D4)를 얻는다(물론, 그리드 라인(y1 내지 y5)은 스폿의 위치와 함께 이동한다). 환언하면, 조사 빔이 Y 방향을 따라 스캐닝할 때 화소 P를 조사하는 경우에 4개의 개별 데이터 포인트(D1 내지 D4)는 화소 P에 존재하는 이상에 의하여 산란된 광선을 취한다.
대부분의 레이저 빔에 있어서, 빔 광도는 Y 방향뿐만 아니라 X 방향에서의가우스 광도 분포를 갖는다. 이러한 이유로 인하여, 조사 빔이 도 4에 도시된 세그먼트(50)와 같은 짧은 주사 통로 세그먼트를 스캐닝하기 위한 스캐닝 작동을 종료한 이후에, 조사 빔이 인접 통로(50')를 스캐닝하기 위하여 지점(74)으로 복귀하면, Y 방향을 따라 그리고 X 방향으로 따라 다수의 샘플 또는 데이터 포인트가 다시 취해질 수 있도록 주사선(50')을 따른 조사 영역은 주사선(50)의 그것과 중첩하는 것이 바람직하다. 스폿(10)은 인접한 세그먼트간의 중첩을 나타내기 위하여 도 4에 실척으로 도시되어 있지 않다. 그러므로, 조사 빔이 도 4에 도시된 바와 같이 개시 지점(74)으로부터 주사선(50')을 따라 스캐닝할 때, 조사 영역은 스폿(10)을 중첩한다. 이러한 중첩 스폿은 도 5에 도시된 바와 같이 10''이며, 상기 스폿(10'')은 타원(10, 10'')의 장축의 사분의 일만큼 스폿(10)에 대하여 마이너스 X 방향을 따라 변위된다.
전술한 바와 같이, 스폿(10, 10', 10'')의 최소 폭(즉, 단축의 길이)은 w이다. 만약 조사 광선과 검사 대상 표면(40)에 대한 법선(150) 사이의 각도가 도 3에 도시된 바와 같은 θ인 경우, 그때 타원(10, 10', 10'')의 장축의 크기는 w/cosθ이다. 따라서, 각각의 짧은 주사 통로 세그먼트에 있어서, 조사하는 빛의 빔에 의해 순차적으로 조사된 영역은 (w/cosθ)*l 에 의해 주어지며, l은 50과 같은 주사 통로 세그먼트의 길이이다. 따라서, 표면(40)의 반경이 R이고, 빔이 짧은 주사선을 주사하는데 걸리는 시간이 T이며, 그때 조사 빔이 전체 웨이퍼를 가로질러 주사하는데 걸리는 시간은 N∏R2Tcosθ/lw 에 의해 주어진다. (여기에서, 조사 광학 기기가 스트립들, 예컨대 스트립(54, 56) 사이에 빔을 이동시키는데 필요한 시간은고려되지 않았다.) 이 표현에서, N은 가령 10, 10', 10'' 같은 각각의 스폿에서 X 축선을 따라 화소의 수이며, 이는 표면 상의 각각의 화소가 전술한 바와 같이 X 방향에서 조사 세기의 변동을 고려하기 위해 주사하는 과정 중에 N개의 횟수로 조사되기 때문이다. 4개의 데이터 포인트가 X 및 Y 방향 모두에서 취해진 도 6에 도시된 양호한 실시예에 있어서, N은 4의 값을 가진다.
도 2 내지 도 4와 관련하여 전술한 주사 과정에 있어서, 조사 광학 기기는 가령 스트립(54, 56)과 같은 스트립들 사이에 조사 스폿을 이동시키는데 시간을 필요로 한다는 것을 유의해야 한다. τ은 스트립들 사이에 조사 스폿을 이동시키는데 필요한 시간이라면, 그때 이러한 추가의 시간은 전체 웨이퍼 표면을 주사하는데 필요한 총 시간을 제공하는 것으로 설명되어야 한다. 전술한 양호한 실시예에 있어서, 모터를 포함하는 XY 스테이지(124)는 표면을 이동시키기 위해 이용되어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 표면 상의 하나의 스트립을 주사하기 위한 위치로부터 인접한 스트립까지 조사 스폿을 이동시킨다. 반경 R인 원형 웨이퍼에 대하여, 스폿은 전체 웨이퍼 상의 포든 스트립을 가로질러 스폿을 이동시키기 위해 인접한 스트립들 사이에서 2R/ηL 횟수로 이동될 필요가 있으며, 필요한 추가의 시간은 다음 방정식에 의해 주어지는 2Rτ/ηL이며, 여기에서 η은 부하 시간율이다.
상기 수학식 (3)으로부터, 50과 주사 통로 세그먼트를 따라 주사할 시간(T)이 짧을수록, 전체 웨이퍼를 주사하는데 필요한 시간은 더 짧아지며, 따라서 작업 처리량(throughput)이 더 많아진다는 것은 명백하다. 시간(T)은 데이터 속도를 측정하는 처프 지속 기간(chirp duration)으로서 불려진다. 데이터를 처리하기 위한 전자 회로의 속도는 처프 지속 기간에 대한 낮은 한계를 설정한다.
상기 수학식 (1)으로부터, 주어진 스폿 크기, 주사선의 길이, 그리고 k의 값에 대하여, 대역폭 f, 즉 f2-f1이 더 좁을수록, ＡＯＤ를 필요로 하는 클리어 구경 (clear aperature)이 더 작아진다는 것은 명백하다. ＡＯＤ로부터 최대 대역폭을 얻기 위해, ＡＯＤ는 가능한 최대 주파수에서 동작해야하고, 그때 변환기의 중심 주파수 근처에 하나의 옥타브 대역폭을 얻을 것을 기대한다. 그러나, ＡＯＤ 결정에서 음향 손실은 중심 주파수의 동작과 함께 증가한다. 큰 음향 손실은 2개의 주된 문제점, 즉 회절 효율의 감소 및 결정에서 유도된 열적인 에러를 발생시킬 수 있다. 회절 효율의 감소는 소립자에 대한 시스템의 감도를 감소시킨다. ＡＯＤ 변환기가 고주파수에서 동작되는 경우에, 대부분의 음향 에너지는 ＡＯＤ 결정에서 열적인 구배를 설정하는 열로 전환된다. 그와 같은 열적인 구배는 다음에 변형을 검출하기 위한 감도의 감소에 이르는 초점(focal spot)을 저하시킴으로써 에러를 발생시킨다. 따라서, 가능한 한 변환기의 중심 주파수를 낮게 선택함으로써음향 손실을 최소화하는 것이 바람직하다. 그 후에, 허용 검출 감도 및 허용 작업 처리량을 산출하기 위해 절충안을 찾아내야 한다. 본 출원인은 50-300 ㎒의 범위에 있는 중심 주파수와, 50-250 ㎒의 범위에 속하는 것이 바람직한 대역폭이 허용 가능하다는 것을 발견했다. ＡＯＤ(30)는 도 2에서 발생기(80)로부터 선형 주파수 변조된(FM) 처프 신호(chirp signal)에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 양 ηL 또는 l은 주사선의 유효 길이이고, 양호한 실시예에 있어서, 유효 길이는 2-10㎜의 범위에 속하지만, 5.47㎜의 값을 가지는 것이 더욱 바람직하며, L은 6.2㎜의 값을 가진다.
상기 방정식 (3)으로부터, 각도(θ)가 더 클수록, 작업 처리량은 더 많아진다는 것을 알 수 있으며, 이는 조사된 스폿이 더 넓은 표면적을 덮기 때문이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 스폿 크기가 더 클수록, 검출 감도는 더 낮아진다. 양호한 실시예에 있어서, θ는 10°∼ 85°의 범위에 있지만, 50°∼ 89°의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 방정식 (3)으로부터, 조사된 스폿 직경을 가로질러 취한 샘플의 수가 많을수록, 웨이퍼를 주사하는데 필요한 시간은 더 길다는 것은 명백하다. 양호한 실시예에 있어서, 두 직교 축선(X, Y)을 따라 조사된 스폿 직경을 가로질러 측정된 샘플의 수는 2∼10개의 범위에 속한다. 4개의 웨이퍼가 적어도 X 축을 따라 취해지면, N은 수학식에서 4이다.
감도를 고려한 경우, 조사된 영역의 최소 폭(w)은 5∼15㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. θ가 50°∼ 80°의 범위에 있는 경우, 그때 조사빔은 표면은 적어도 약 2.5㎠/s, 더욱 바람직하게는 약 2.5∼3.8㎠/s의 범위의 속도에서 검사되는 그런 속도에서 50과 같은 짧은 주사 통로 세그먼트를 조사한다.
상기 방정식 (5)로부터, 조사된 스폿이 스트립(54, 56)과 같은 인접한 스트립 사이에 전이되도록 조사 빔 또는 웨이퍼를 이동시키는데 필요한 시간이 고려하는 경우, 그때 전체 표면(40)을 주사하기 위한 평균 속도는 참조부호 50과 같이 주사 통로 세그먼트를 주사하기 위한 평균 속도에 비해 감소된다. 또한, 전체 웨이퍼를 검사하기 위한 속도는 웨이퍼 상의 각각의 화소(pixel)가 도 6을 참조로 하여 전술한 바와 같이 여러 번 주사되기 때문에 추가로 감소된다. τ의 값이 약 0.3초인 경우, 그리고 각각의 주사선을 따라 주사 속도는 적어도 2.5㎠/s인 경우, 그때 전체 표면을 주사하는 조사빔에 대한 평균 속도는 적어도 약 1.5㎠/s이다. 양호한 실시예에 있어서, 평균 속도는 약 1.5 ∼ 5㎠/s의 범위에 속하는 것이 바람직하다. 주사된 표면(40)이 표면을 따라 어느 방향으로도 적어도 200㎜의 치수를 가진다면, 그때 조사 빔은 약 50∼90초안에 전체 표면을 주사할 것이다. 전술한 바와 같이, 세그먼트(50)와 같은 주사 통로 세그먼트의 길이는 검사된 표면(40)의 치수에 비해 짧은 것이 바람직하다. 양호한 실시예에 있어서, 이들 주사선은 약 2∼10㎜의 범위에 실질적으로 속한다.
양호한 실시예에 있어서, 발생기(80)는 처프 지속 기간이 약 20∼200㎲(microsecond)의 범위에 속하는 것이 바람직하고, 약 80∼120㎲의 범위에 속하는 것이 더욱 바람직하도록 ＡＯＤ를 동작하기 위해 선형 FM 처프 신호를 공급한다. ＡＯＤ(30)에 의한 편향 이전의 빔(28)은 약 4∼12㎜의 범위에서 적어도 하나의 단면 치수(가령, 더 긴 치수)를 가진다. 바람직하게는, 주사 렌즈(36)는 빔(38)이 원심적으로 표면(40)을 주사하도록 ＡＯＤ(30)으로부터 이격하여 하나의 초점 거리 상에 실질적으로 위치한다.
상기로부터, 고감도와 높은 작업 처리량 표면 검사 시스템에 대한 본 발명의 목적은 데이타 샘플링에 대한 적당한 비용으로 보통의 데이터 속도(가령, 20㎒)를 이용하여 달성되었고, 처리 전자 기기는 여전히 달성될 수 있다는 것은 명백하다. 이 시스템은 64 및 256 메가비트 DRAM 기술용 패턴 웨이퍼와 같이, 0.25 및 0.35㎛ 설계 규정을 이용하여 패턴 웨이퍼를 검사할 수 있다. 그 시스템은 메모리 및 논리 장치에 관한 오염 입자 및 팬턴 결함을 검출할 수 있다. 검사 대상 시스템(20)에 준비된 스테이지(124)의 웨이퍼(40)와, 이에 관련된 고유의 지체(웨이퍼당 약 25 초)를 제거하여 대체하기 위한 현재 최첨단 로봇 구현(robotic implementation)을 이용하여, 전술한 시스템(20)은 150㎜ 직경 웨이퍼(6 인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 40개의 웨이퍼를 초과하여, 200㎜ 직경 웨이퍼(8 인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 20개의 웨이퍼를 초과하여, 그리고 300㎜ 직경 웨이퍼(12 인치 웨이퍼)에 대하여 시간당 약 10개의 웨이퍼를 초과하여 검사할 수 있다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명에 의하여 채용된 편광 방법을 도시하는 측면도이다. 소정의 편광 방법을 이용하면, 시스템의 신호 대 배경이 실질적으로 향상될 수 있음을 발견하였다. 사용된 편광 방법은 표면에 종속하며 그리고 이상의 구성(유전체 재료에 대한 금속과 같은)을 결정하는데 사용될 수 있다. 패턴 결함에 대하여, 도 2의 포스트 AOD 및 편광 선택 광학 기기(34)에 포함된 편광 요소는 P 또는 S 편광중 어느 하나의 상태에서 조사 빔을 향한다. 도 7A는 조사 빔(214)이 S 편광 상태에 있는 경우를 도시하며, 여기서 전기장 E는 입사 빔(214)과 반사 빔(214a)에 의하여 형성된 입사 평면에 직교한다. 빔의 벡터 표시가 진행 방향을 나타내는 k 벡터로 도시된다. 자기장은 H 벡터로 도시된다. 전기장 벡터는 점으로 도시된 입사 평면에 직교하며 E로 표시된다. 도 7B에 있어서, 빔(214)은 전기장이 입사 평면에 있으며 그리고 종이의 평면에 있는 P 편광의 상태에 있다. 도 7B에서 빔(214)은 진행 벡터 k를 갖는 벡터 형태로 도시되며, 전기장 벡터 E가 진행 벡터 k에 직교하는 점 표시 H로 도시되어 있다. P 또는 S 편광 상태 대신에, 조사 빔은 좌측 또는 우측 원형 편광을 갖는다. 조사 빔의 편광 상태가 신호 대 노이즈 배경과 결함 검출을 최대화하기 위하여 선택된 경우에, 집광기 또는 수집 채널은 검출 성능 및 신호 대 노이즈 배율을 향상시키기 위하여 소정의 편광 상태에 있는 광선을 통과하도록 편광 필터를 구비한다.
전술한 본 발명에서 주사선이 직선과 같이 설명 및 예시되었을지라도, 또한 곡선 주사선도 예컨대, 웨이퍼가 전술한 바와 같이 X 및 Y 방향으로 직선을 따라 번역되는 대신에 임의의 축선을 중심으로 회전되는 것과 같이, 이용되는 것이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 전술한 양호한 실시예에서 주사선은 웨이퍼의 거의 직사각형 스트립을 덮는 각각의 어레이를 형성할지라도, 주사선의 다른 상이한 배치가 전체, 또는 거의 전체 표면(40)을 덮는 것도 가능하다는 것을 이해할 것이며, 이러한 변형 또는 다른 변형도 본 발명에 범주에 속한다. 스폿(10)이 표면(40)의 연부로 접근함에 따라, 주사 통로 세그먼트의 길이는 스폿이 표면(40)을 벗어나지않도록 감소된다. 전술한 모든 장점은 주사선중 적어도 일부는 각각 표면 치수보다 더 짧은 스팬(span)을 가지는 경우에, 비록 세그먼트가 상이한 길이로 구성될지라도 달성된다. 또한, AOD(30)는 다각형 스캐너 또는 갈바노미터로 대체될 수 있다.
본 발명을 양호한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 여러 가지 수정이나 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (17)

  1. 표면을 조사하는 방사 빔을 제공하는 광학원;
    2개 이상인 다수의 검출기;
    채널을 따라서 상기 표면으로부터 산란된 방사를 수집하고 상기 수집되고 산란된 방사를 상기 탐지기로 배향시키며, 상기 검출기가 그것에 응답하여 출력 신호를 제공하도록 하는 다수의 광학 요소;
    상기 빔이 표면의 서로 다른 부분을 조사하도록 하고 상기 검출기가 빔에 의해 조사된 표면의 서로 다른 부분들로부터의 방사에 응답하여 출력 신호를 제공하도록 빔과 표면 사이에 상대적 운동을 발생시키는 장치;
    상기 검출기 출력 신호를 저장하는 저장소; 및
    이상을 확인하기 위하여 탐지기로부터 서로 다른 방향에서 표면의 서로 다른 부분으로부터 산란된 방사에 관한 상기 저장된 검출기 출력 신호로부터 정보를 처리하는 처리기;를 포함하고,
    상기 채널은 각각의 검출기가 표면으로부터 산란된 방사를 다른 검출기에 의해 감지된 방사의 그것들과 다른 방향에서 감지하도록 표면 주변 둘레에 배치되고, 상기 장치는 음향 광학 편향기를 포함하는, 표면 상의 입자 또는 패턴 결함 같은 이상을 검출하기 위한 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학원은 표면을 조사하는 편광 방사의 빔을 제공하는것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학원은 표면을 조사하는 S 또는 P 편광 방사의 빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 요소는 표면에 대한 어느 법선 방향에서 떨어진 방향으로 산란된 방사를 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출기는 방위각에서 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 채널은 표면 주변 둘레에 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 채널은 표면으로부터 3에서 30도 범위인 앙각으로 산란된 방사를 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 채널은 방사 빔에 관한 방위각에서 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 표면 주변 둘레에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 방사 빔을 사용하여 표면을 조사하는 단계;
    표면으로부터 산란된 방사를 채널을 따라 수집하고 상기 수집되고 산란된 방사를 2개 이상인 다수의 탐지기로 배향시키며, 검출기가 그것에 응답하여 출력 신호를 제공하도록 하는 단계;
    상기 검출기가 빔에 의해 조사된 표면의 서로 다른 부분들로부터의 방사에 응답하여 출력 신호를 제공하도록 빔과 표면 사이에 상대적 운동을 발생시키는 단계;
    상기 검출기 출력 신호를 저장하는 단계; 및
    이상을 확인하기 위하여 탐지기로부터 서로 다른 방향에서 표면의 서로 다른 부분으로부터 산란된 방사에 관한 상기 저장된 검출기 출력 신호로부터 정보를 처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 채널 및 검출기는 각각의 검출기가 표면으로부터 산란된 방사를 다른 검출기에 의해 감지된 방사의 그것들과 다른 방향에서 감지하도록 표면 주변 둘레에 배치되고, 상기 상대적 운동을 발생시키는 단계는 음향 광학 편향기를 포함하는 장치에 의하는 것을 특징으로 하는, 표면 상의 입자 또는 패턴 결함 같은 이상을 검출하기 위한 광학 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 조사 단계는 표면을 조사하는 편광 방사의 빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조사 단계는 표면을 조사하는 S 또는 P 편광 방사의 빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 수집 단계는 표면에 대한 어느 법선 방향에서 떨어진 방향으로 산란된 방사를 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수집 및 배향 단계는 방위각에서 대칭적으로 배치되는 검출기로 방사를 배향시키는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 수집 및 배향 단계는 표면으로부터 3에서 30도 범위인 앙각으로 배치된 검출기로 방사를 배향시키는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  16. 제10에 있어서, 상기 수집 단계는 표면 주변 둘레에 대칭적으로 배치되는 채널을 따라서 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 수집 단계는 방사 빔에 관한 방위각에서 대칭적으로 배치되는 채널을 따라서 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
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