KR20050005760A - 표면 검사방법 및 표면 검사장치 - Google Patents

Abstract

표면 검사장치에 있어서, 피검사면의 조사역 내의 결함이, 복수의 작은 결합인지, 또는 단일의 큰 결합인지를 용이하게 식별 가능하게 한다.

레이저광(L0)을 출사하는 LD(10)와, 출사된 레이저광(L0)을 웨이퍼(200)의 피검사면(210)에 대해서 소정의 부각(α)으로 입사시키는 조사광학계(20)와, 레이저광(L0)이 피검사면(210)을 나선형상으로 주사하도록 웨이퍼(200)를 변위시키는 주사수단(30)과, 광강도를 검출하는 광강도 검출수단(50)과, 레이저광(L0)이 입사된 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2)을, 광강도 검출수단(50)으로 도광하는 산란광 검출광학계(40)를 구비하고, 광강도 검출수단(50)은, 일차원 방향(Y축 방향)에 대해서, 산란광(L2)을 10개의 채널(ch)로 분해하여 검출하는 멀티 애노드PMT(51)를 구비한다.

Description

표면 검사방법 및 표면 검사장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING SURFACE}

본 발명은 피검사면의 결함을 검사하는 표면 검사방법 및 표면 검사장치에 관한 것으로, 상세하게는, 피검사면에 광속을 조사하여, 그 산란광의 강도를 검출함으로써, 피검사면의 결함을 검사하는 방법 및 장치의 개량에 관한 것이다.

종래, 가령 반도체 웨이퍼 등의 피검사체의 표면(피검사면)에 이물이 부착되거나, 또는 흠집(결정 결함을 포함함)이 나 있는 등 피검사면의 결함을 검사하는 표면 검사장치가 알려져 있다.

이 표면 검사장치는, 가령, 레이저 등 소정의 광속을 출사하는 광원과, 이 광원으로부터 출사된 광속을 피검사면에 대해서 소정의 입사각으로 입사시키는 조사광학계와, 광속이 피검사면을 주사하도록 피검사체를 변위시키는 주사수단과, 입사된 광의 강도를 검사하는 광강도 검출수단과, 광속이 입사된 피검사면의 부분(조사역)으로부터 출사된 산란광을, 광강도 검출수단으로 도광(導光)하는 산란광 검출광학계를 구비하고, 광강도 검출수단에 의해서 검출된 산란광의 강도에 따라서, 결함의 유무를 검사하는 것이다(특허문헌 1).

여기에서, 조사역으로부터의 산란광은, 피검사면으로 입사된 광속이 조사역에 있어서 정반사되는 방향 이외의 방향으로 산란된 광을 의미한다.

따라서, 산란광 검출광학계는, 정반사 방향 이외의 방향으로 그 광축이 설정되어 있고, 가령 피검사면에 대해서 소정의 부각으로 조사역을 향하도록 광축이 설정되어 있다.

[특허문헌 1]

특허공개 소56-67739호 공보

그러나, 상술한 종래의 표면 검사장치는, 조사역 내에서의 결함의 유무에 대해서는 검출할 수 있으나, 그 결함이 단일의 큰 결함인지, 또는 복수의 작은 결함인지를 식별할 수는 없다.

즉, 이 표면 검사장치는, 조사역으로부터 발산된 산란광의 강도를, 조사역 전체를 단일의 단위로서 검출하고, 이 검출된 강도에 의거하여 결함의 유무를 판정하기 때문에, 검출된 산란광의 강도에 따라서는, 조사역 내의 복수의 작은 결함이 존재하고 있는지, 또는 조사역 내에 단일의 큰 결함이 존재하고 있는지를 판정할수 없으며, 또, 피검사면을 기준으로 한 결함의 깊이 또는 높이에 따라서도, 검출되는 강도는 변동할 가능성이 있으며, 단일의 작은 결함에 의해서 검출된 강도가, 큰 결함에 의해서 검출된 강도보다도 커지는 것도 생각할 수 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 피검사면의 조사역 내에서 검출된 결함이, 복수의 작은 결함인지, 또는 단일의 큰 결함인지를 용이하게 식별할 수 있는 표면 검사방법 및 표면 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관계되는 표면 검사장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2의 (a)는, 도 1에 나타낸 표면 검사장치 중, 주로서 산란광 검출광학계 및 광강도 검출수단에 대한 평면도, (b)는 마찬가지로 산란광 검출광학계 및 광강도 검출수단에 대한 측면도이다.

도 3은 조사역의 분할영역과 멀티 애노드 PMT가 분해하는 채널과의 대응관계를 나타내는 도면이다.

도 4는 결함의 종별 또는 상태((a), (b), (c))와, 검출 광강도와의 대응관계를 나타내는 도((d), (e), (f))이다.

도 5는 산란광 검출광학계에 대한 다른 실시예(변형례 1)를 나타내며, (a)는 도 2(a) 상당의 평면도, (b)는 동도(b) 상당의 측면도이다.

도 6은 산란광 검출광학계에 대한 다른 실시예(변형례 2)를 나타내며, (a)는 도 2(a) 상당의 평면도, (b)는 동도(b) 상당의 측면도이다.

도 7은 피검사면에 2파장의 레이저광을 입사하여, 각 파장마다의 산란광을 검출하도록 한 실시예에 관계되는 표면 검사장치 중, 주로서 산란광 검출광학계 및광강도 검출수단에 대한 측면도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10:LD(광원) 20:조사 광학계

30:주사수단 31:회전 테이블

32:리니어 모터 40:산란광 검출광학계

50:광강도 검출수단 51:멀티 애노드 PMT

100:표면 검사장치 200:웨이퍼(피검사체)

210:피검사면 220:조사역

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관계되는 표면 검사방법 및 표면 검사장치는, 산란광의 강도를, 소정의 일차원 방향에 대해서 복수의 채널로 분해하여 검출함으로써, 조사역에 있어서의 공간 분해능을 향상시킨 것이다.

즉, 본 발명의 청구항 1에 관계되는 표면 검사방법은, 소정의 광속을 표면 검사의 대상인 피검사체의 피검사면에 대해서 소정의 입사각으로 입사시키면서, 이 광속이 피검사면을 주사하도록, 광속 및 피검사체 중 적어도 하나를 상대적으로 변위시켜서, 광속이 입사된 피검사면의 부분(조사역)으로부터 출사된 산란광의 강도를 검출함으로써, 피검사면의 검사를 행하는 표면 검사방법에 있어서, 산란광을, 광속이 입사된 피검사면의 부분에 있어서의 소정의 방향에 대응한 일차원 방향에 대해서 복수의 채널로 분해하고, 이 분해하여 얻어진 각 분해 산란광의 광강도를 각별히 검출하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 피검사체로서는, 대표적으로 반도체 웨이퍼나 각종 기판 등이 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 피검사면에 부착된 이물이나 피검사면에 형성된 흠집의 유무 또는 이들의 위치를 검출함으로써 표면 검사를 행하는 대상이 되는 것이라면 어떤 것이라도 된다.

또, 피검사면으로 입사시키는 광속으로서는, 가(可)간섭성이 높은 레이저광을 적용하는 것이 바람직하다.

산란광을, 광속이 입사된 조사역에 있어서의 소정의 방향에 대응한 일차원 방향에 대해서 복수의 채널로 공간적으로 분해하였을 때, 이 분해하여 얻어진 각 분해 산란광은, 조사역을 소정의 방향에 대해서 분할된 각 분할부분으로부터 각각 출사된 산란광이 된다.

따라서, 각 분해 산란광의 광강도를 각별히 검출함으로써, 조사역 내에 있어서의 위치(소정방향에 대응한 위치)마다의 산란광 강도를 검출할 수 있기 때문에, 산란이 생긴 위치, 즉 표면의 결함위치의 검출 분해능(공간 분해능)을 향상시킬 수 있다.

또, 일차원 방향으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검출강도를, 인접 채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 분산되어 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 큰 결함인지를 식별할 수 있다.

즉, 어떤 채널에서 소정 레벨 이상의 광강도가 검출되고 있을 때, 그 채널에 인접한 채널에 있어서도, 어느 정도 동일 레벨의 광강도가 검출되고, 그와 같은 광강도가 검출된 채널이 다수 연속되어 있는 경우에는, 채널의 배열방향(상기 일차원 방향)에 대응한 조사역 내에서의 소정방향으로 연장되어 있는 큰 결함(흠집 등)이 있다고 판정할 수 있으며, 한편, 어떤 채널에서 소정 레벨 이상의 광강도가 검출되고 있어도, 그 채널에 인접하는 채널에서 검출된 광강도가, 소정 레벨과는 의미 있는 차를 보이는 광강도인 경우나, 비록 인접한 채널에 있어서, 어느 정도 동일 레벨의 광강도가 검출되고 있어도, 그와 같은 광강도가 검출된 채널이 기껏해야 2∼3채널 정도밖에 연속되지 않는 경우에는, 조사역 내에서의 소정 방향에 대해 연속된 결함은 아니며, 작은 결함(이물의 부착 등)이라고 판정할 수 있다.

이 결과, 종래는 식별하기 힘든 복수의 작은 이물의 부착(표면에 대해서 돌출)과 긴 흠집(표면에 대해서 함몰)을, 용이하게 식별할 수 있다.

또, 「적어도 일차원 방향에 대해서」란 , 입사표면 내의 일차원 방향에 대해서만 복수의 채널로 분해하여 검출하는 것뿐만 아니라, 이 일차원 방향에 직교하는 직교방향(해당 입사면 내)에 대해서도 복수의 채널로 분해하여 검출하는 것, 즉 이차원 매트리스 형상으로 분해하여 검출하는 것을 포함하는 의미이다.

또, 이차원 매트리스 형상으로 분해하여 검출할 경우에는, 산란이 생긴 위치, 즉 조사역 내에서의 결함위치의 검출 분해능을 한층 향상시킬 수 있음과 동시에, 이차원 방향으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검출강도를, 상하 좌우의 인접 채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 이산되어 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 가늘고 긴 결함인지, 면형상으로 펼쳐지는 결함인지를 식별할 수 있다.

또한, 연속된 가늘고 긴 결함이 있는 경우에는 그 연장 방향에 대해서도 판정하는 것이 가능하게 된다.

또, 조사역으로부터 출사된 산란광의 검출은, 입사광속의 진행방향을 피검사면 상에 투영된 방향에 대해서, 가령 대략 직교하는 방향에 있어서, 피검사면에 대해서 소정의 부각으로 조사역을 향한 방향으로부터 검출하는 것이 바람직하다.

이 때, 검출되는 산란광은 소위 측방 산란광이지만, 이 측방 산란광은, 측방 산란광 보다도 입사광속의 하류측(입사광속의 진향방향을 피검사면 상에 투영한 방향에 대해서 예각의 각도를 형성하는 방향)에서 검출되는 전방 산란광이나, 측방향 광속보다도 입사광속의 상류측(입사광속의 진행방향을 피검사면 상에 투영한 방향에 대해서 둔각의 각도를 형성하는 방향)에서 검출되는 후방 산란광 보다도, 산란광으로서 특징적으로 검출할 수 있기 때문이다.

또, 본 발명의 청구항 2에 관계되는 표면 검사방법은, 청구항 1에 관계되는 표면 검사방법에 있어서, 상기 일차원 방향은, 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 장경(長徑)방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 2에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 복수의 채널로 분해되는 상기 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응시킴으로써, 스폿의 장경방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 스폿의 장경방향에 대한 분해능을 향상시키는 것은, 해당 스폿의 단경(短經)방향에 대한 분해능을 향상시키는 경우에 비해서, 스폿 상에 있어서의 검출 피치를 길게 설정할 수 있고, 이 결과 인접하는 채널 간에 있어서의 크로스 톡(cross talk)을 쉽게 방지하는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 3에 관계되는 표면 검사방법은, 청구항 1에 관계되는표면 검사방법에 있어서, 상기 일차원 방향은, 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 한다.

여기에서, 단경방향에 대해서 소정의 각도 방향이란, 단경방향에 대해서 0도 이외의 각도를 형성하는 방향을 의미하는 것이며, 따라서, 장경방향 및 단경방향에 대해서 경사진 경사방향이나 장경방향도 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 3에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 복수의 채널로 분해되는 상기 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도 방향으로 대응시킴으로써, 스폿의 소정각도 방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 4에 관계되는 표면 검사방법은, 청구항 1에 관계되는 표면 검사방법에 있어서, 2이상의 서로 다른 파장의 광속을 피검사면의 부분에 조사하고, 이 피검사면의 부분에서 반사되어 출사된 파장이 서로 다른 2이상의 산란광을 각별히 집광 및 검출하여, 각 파장의 산란광을 각각 복수의 채널로 공간적으로 분해하고, 분해하여 얻어진 각 분해 산란광의 광강도를 각별히 검출하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 4에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 피검사면에 형성된 결함이, 소정의 파장에 대해서 특징적으로 산란광을 발생시키는 결함이 있는 것을 상정하여, 피검사면에 조사하는 광속을, 2이상의 서로 다른 파장의 광으로 하거나, 또는, 해당 2이상의 파장을 포함하는 브로드한 단일 광으로서,각 파장의 산란광을 각별히 검출함으로써, 검출결과에 의거하여 결함의 위치나 크기 또는 종별을 분석할 때의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치는, 소정의 광속을 출사하는 광원과, 광원으로부터 출사된 광속을 표면 검사의 대상인 피검사체의 피검사면에 대해서 소정의 입사각으로 입사시키는 조사광학계와, 광속이 피검사면을 주사하도록 광속 및 피검사체 중 적어도 하나를 상대적으로 변위시키는 주사수단과, 입사된 광의 강도를 검출하는 광강도 검출수단과, 광속이 입사된 피검사면의 부분으로부터 출사된 산란광을, 광강도 검출수단에 도광하는 산란광 검출수단계를 구비한 표면 검사장치에 있어서, 광강도 검출수단은, 이 광강도 검출수단의 입사면 내의 적어도 일차원 방향에 대해서, 산란광을 채널로 분해하여 검출하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 피검사체로서는, 대표적으로는 반도체 웨이퍼나 각종 기판 등이 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 피검사면에 부착된 이물이나 피검사면에 형성된 흠집의 유무 또는 이들의 위치를 검출함으로써, 표면검사를 행하는 대상이 되는 것이면 어떠한 것이라도 된다.

또, 광원으로서는, 가(可)간섭성이 높은 레이저광을 광속으로서 출사하는 레이저 광원(반도체 레이저광원(LD), 아르곤 이온 레이저 광원 등)을 적용하는 것이 바람직하다.

산란광 검출광학계는, 조사역으로부터 출사된 정반사광 이외의 산란광 중 적어도 일부를 집광할 수 있도록, 그 광축방향이 설정되어 있으면 되며, 가령, 피검사면으로 입사되는 입사광속을 피검사면 상에 투영했을 때의 입사광속의 진행방향에 대해서 대략 직교하는 방향으로 산란된 산란광을 집광하도록, 산란광 검출광학계의 광축을 설정할 수 있다.

이때, 광속이 입사된 피검사면의 부분(조사역)으로부터의 산란광을 효율적으로 집광하는 이상, 산란광 검출광학계의 광축은, 피검사면에 대해서 소정의 부각으로 조사역을 향하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 때 검출되는 산란광은, 소위 측방향 산란광이다.

광강도 검출수단의 입사면 내에서의 일차원 방향은, 광속이 입사된 피검사면의 부분(조사역)에 있어서의 소정의 방향에 대응하고 있기 때문에, 산란광을 이 일차원 방향에 대해서 복수의 채널로 분산했을 때, 이들의 분해하여 얻어진 각 분해 산랑광은, 조사역을 소정의 방향에 대해서 분할한 각 분해부분으로부터 각각 출사된 산란광이 된다.

따라서, 각 분해 산란광의 광강도를 각별히 검출함으로써, 광속이 입사된 조사역 내에 있어서의 위치(소정방향에 대응한 위치)마다의 산란 광강도를 검출할 수 있기 때문에, 산란광이 생긴 위치, 즉 표면의 결함위치의 검출 분해능을 향상시킬 수 있다.

또, 일차원 방향으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검출강도를, 인접채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 산란하고 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 큰 결함인지를 식별할 수 있다.

즉, 어떤 채널에서 소정 레벨 이상의 광강도가 검출되고 있을 때, 그 채널에인접하는 채널에 있어서도, 어느 정도 동일 레벨의 광강도가 검출되고, 그와 같은 광강도가 검출된 채널이 다수 연속되어 있는 경우에는, 채널의 배열방향(상기 일차원 방향)에 대응한 조사역 내에서의 소정방향으로 연장되어 있는 큰 결함(흠집 등)이라고 판정할 수 있으며, 한편, 어떤 채널에서 소정 레벨 이상의 광강도가 검출되고 있어도, 그 채널에 인접한 채널에서 검출된 광강도가, 소정 레벨과는 의미 있는 차를 보이는 광강도인 경우나, 비록 인접한 채널에서, 어느 정도 동일 레벨의 광강도가 검출되고 있어도, 그와 같은 광강도가 검출된 채널이 기껏해야 2∼3채널 정도밖에 연속되지 않는 경우에는, 조사역 내에서의 소정방향에 대해서 연속된 결함은 아니며, 작은 결함(이물의 부착 등)이라고 판정할 수 있다.

이 결과, 종래는 식별하기 힘든 복수의 작은 이물의 부착(표면에 대해서 돌출)과 긴 흠집(표면에 대해서 함몰)을, 용이하게 식별할 수 있다.

또, 입사된 산란광을, 입사면 내의 일차원 방향에 대해 복수의 채널로 분해하여 검출하도록 설정된 광강도 검출수단으로서는, 가령, 대표적으로는 멀티 애노드 광전자 증배관(PMT:포트 멀티 플라이어)등을 사용할 수 있으나, 이와 같은 멀티 애노드PMT로 한정되는 것은 아니며, 멀티 채널형 수광기나 싱글 채널의 수광기를 각 채널에 대응시켜서 복수개 나열한 구성이라도 된다.

또, 「적어도 일차원 방향에 대해서」란, 입사면 내의 일차원 방향에 대해서만 복수의 채널로 분해하여 검출할 뿐만 아니라, 이 일차원 방향에 직교하는 직교방향(해당 입사면 내)에 대해서도 복수의 채널로 분해하여 검출하는 것, 즉 이차원 매트리스 형상으로 분해하여 검출하는 것도 포함하는 의미이다.

또, 광강도 검출수단으로서, 이차원 매트리스 형상으로 분해하여 검출하는 것을 적용한 경우에는, 산란이 생긴 위치, 즉 조사역 내에서의 결함위치의 검출 분해능을 한층 향상시킬 수 있음과 동시에, 이차원 형상으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검출강도를, 상하 좌우의 인접 채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 이산하고 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 가늘고 긴 결함인지, 면형상으로 넓어지는 결함인지를 식별할 수 있다.

또한, 연속된 가늘고 긴 결함의 경우에는 그 연장되는 방향에 대해서도 판정하는 것이 가능하게 된다.

단, 통상의 제품(피검사체) 품질에 있어서는, 일차원 방향에 대해서만 산란광을 복수의 채널로 분해하여 검출하도록 설정된 광강도 검출수단을 구비한 표면 검사장치에 의해서, 충분히 검사품질을 향상시킬 수 있기 때문에, 표면 검사장치의 제조 코스트와 검사품질과의 균형의 관점으로부터, 일차원 형상으로 분해하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 청구항 6에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 산란광 검출광학계가, 일차원 방향에 대한 굴절력이, 이 일차원 방향에 직교하는 직교방향에 대한 굴절력 보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 6에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단이, 상기 일차원 방향에 대해서 산란광을 복수의 채널로 분해하여 검출하도록 설정되어 있는 경우에, 산란광 검출광학계의 상기 일차원 방향에 대한굴절력을 상기 직교방향에 대한 굴절력 보다도 크게 설정함으로써, 상기 각 채널에서, 인접하는 채널로 입사되어야 할 산란광이 입사되는 크로스 톡을 억제할 수 있어, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 7에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 6에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 상기 산란광 검출광학계는, 상기 일차원 방향에 대해서 굴절력을 갖고, 상기 직교방향으로 굴절력을 갖지 않는 원통형(cylindrical) 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 7에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 산란광 검출광학계가, 상기 일차원 방향에 대해서 굴절력을 갖고 상기 직교방향으로 굴절력을 갖지 않는 원통형 렌즈를 구비함으로써, 간단한 구성으로, 일차원 방향의 굴절력을 직교방향의 굴절력 보다도 크게 설정할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 8에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 상기 산란광 검출광학계는, 상기 일차원 방향에 대한 공역위치와 상기 직교방향에 대한 공역위치가, 광축방향에 있어서 대략 동일 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 8에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 이와 같이 서로 직교하는 방향에 대한 공역위치가, 광축방향에 있어서 대략 동일 위치에 설정되어 있음으로써, 산란광 검출광학계에 시야 조리개를 설정할 경우에, 해당 공역위치에 설정함으로써 효율적인 시야 조리개를 설정할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 9에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는표면 검사장치에 있어서, 상기 일차원 방향을, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 9에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단에서의 입사면에 있어서의 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응시킴으로써, 스폿의 장경방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 스폿의 장경방향에 대한 분해능을 향상시키는 것은, 해당 스폿의 단경방향에 대한 분해능을 향상시키는 경우에 비해서, 스폿 상에서의 검출 피치를 길게 설정할 수 있고, 이 결과 인접하는 채널 사이에서의 크로스 톡을 쉽게 방지하는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 10에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 상기 일차원 방향은, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도 방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 10에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단에서의 입사면에 있어서의 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도방향에 대응시킴으로써, 스폿의 소정각도 방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 11에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 상기 피검사면은 대략 진원이며, 상기 주사수단은, 이 대략 진원의 중심을 회전 중심으로 하여 상기 피검사체를 회전시키는 회전수단과, 상기 피검사면을 따르는 소정방향으로 이 피검사체를 직선 이동시키는 리니어 이동수단을 구비하고, 상기 주사에 의한 궤적이 나선형상인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 11에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 회전수단 및 리니어 이동수단이라는 간단한 조합에 의해서, 주사 궤적이 매끄러운 나선형상이 되는 주사수단을 구성할 수 있다.

그리고, 매끄러운 나선형상의 주사는, 가령 동심형상으로 트랙을 주사하고, 하나의 트랙의 주사가 종료할 때마다, 반경방향으로 이동하여 다음 트랙을 주사한다고 하는 순차 트랙 주사를 행하는 주사수단 보다도, 피주사 대상의 관성력의 영향을 받기 어려워, 표면 검사장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 12에 관계되는 표면 검사장치는, 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 있어서, 상기 광원은, 서로 다른 파장의 광속을 각별히 출사하는 2이상의 광원, 또는 상기 서로 다른 파장을 포함하는 브로드한 광속을 출사하는 광원이며, 상기 피검사면의 부분으로부터 출사된 상기 2이상의 산란광을 각별히 집광 및 검출하도록, 이 2이상의 산란광에 대응한 수량의 상기 산란광 검출광학계 및 상기 광강도 검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 청구항 12에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 피검사면에 형성된 결함이, 소정의 파장에 대해서 특징적으로 산란광을 발생시키는 결함이 있는 것을 상정하여, 피검사면에 조사하는 광속을, 서로 파장이 다른 2이상의 광으로 하거나, 또는 해당 2이상의 파장을 포함하는 브로드한 단일 광으로 하도록 설정된 표면 검사장치에 있어서는, 상술한 산란광 검출광학계 및 광강도 검출수단이, 해당 2이상의 파장의 광에 각각 대응한 수량만큼 구비되어 있음으로써, 각 파장의 산란광을 각별히 검출할 수 있기 때문에, 검출결과에 의거하여 결함의 위치나 크기 또는 종별을 분석할 때의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 2이상의 산란광 검출광학계는, 집광된 파장마다의 산란광의 광로의 일부가 공통되도록, 이들 광학계의 일부가 공용화되어도 된다.

이하, 본 발명에 관계되는 표면 검사방법 및 표면 검사장치의 구체적인 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 일실시예에 관계되는 표면 검사장치(100)를 나타낸다.

이 표면검사장치(100)는, 레이저광(L0)을 출사하는 반도체 레이저광원(이하, LD라고 한다.)(10)과, LD(10)로부터 출사된 레이저광(L0)을 대략 진원판인 웨이퍼(피검사체)(200)의 피검사면(210)에 대해서 소정의 부각(α)(=입사각(90°-α)으로 입사시키는 조명 광학계(20)와, 레이저광(L0)이 피검사면(210)을 나선형상(도 2(a)참조)으로 주사하도록 웨이퍼(200)를 변위시키는 주사수단(30)과, 입사된 광의 강도를 검출하는 광강도 검출수단(50)과, 레이저광(L0)이 입사된 피검사면(210)의 부분(이하, 조사역이라 한다.)(220)으로 반사된 반사광(L2)을, 광강도 검출수단(50)으로 도광하는 산란광 검출광학계(40)를 구비하고 있다.

여기에서, 광강도 검출수단(50)은, 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 이 광강도 검출수단(50)의 입사면 내의 일차원 방향(Y축 방향)에 대해서, 산란광(L2)을 10개의 채널(ch)로 분해하여 검출하도록 설정되어 있다.

또, 웨이퍼(200)의 피검사면(210)내의 직교축을 YZ축으로 하고, 피검사면(210)에 직교하는 축을 X축으로 하면, 피검사면(210)은 수평축인 Y축 둘레로 약간 회전한 경사상태로 유지되고 있으며, 이 결과 X축은, 수평면에 대한 연직축에 대해서 경사져 있다(도 1 및 도 2(b)참조).

LD(10)로부터 출사된 레이저광(L0)은, 조사광학계(20)에 의해서, 조사역(220)까지, XY면 내로 도광된다. 따라서, 레이저광(L0)을 피검사면(210)상에 X축을 따라서 투영하면, 그 투영괘적은 Y축에서 중첩된다. 또, 도 2(a)에 도시한 평면도에 있어서는, 수평면에 대한 연직축을 따른 투영괘적으로 되기 때문에, 레이저광(L0)의 피검사면(210)상으로의 투영궤적은, Y축에서 중첩되지 않는다.

또, 조사역(220)에서 정반사된 광(L0)의 반사광(L1)은, 앙각(仰角)(α)(출사각(90°-α))으로, 조사역(220)으로부터 출사된다.

또, 피검사면(210)에 레이저광(L0)이 입사하여 피검사면에 형성된 레이저 스폿인 조사역(220)은, Y축 방향으로 최대 직경이 되는 대략 타원형상을 이루고 있다.

주사수단(30)은, 웨이퍼(200)를, 그 중심(O)을 회전중심(X축)으로 하여 회전시키는 회전 스테이지(회전수단)(31)와, 웨이퍼(200)를 회전 스테이지(31)마다 Y축 방향으로 직선 이동시키는 리니어 모터(리니어 이동수단)(32)로 이루어진다.

그리고, 회전 스테이지(31)에 의해서 웨이퍼(200)를 회전시키면서, 리니어 모터(32)에 의해서 웨이퍼(200)를 직선 변위시킴으로써, 레이저광(L0)은웨이퍼(200)상을 나선형상으로 주사하게 된다.

산란광 검출광학계(40)는, 그 광축(O2)이 Y축에 대해서 대략 직교함과 동시에, 조사역(220)을 향해서, 또 피검사면(210)에 대해서 부각(β)(본 실시예에서는 β=30°)을 이루며 배치되어 있고, 조사역(220)에서 반사된 반사광(L1)이외의 방향으로 산란되는 산란광(L2)을 집광함과 동시에, 이 집광된 산란광(L2)을 광강도 검출수단(50)까지 도광한다.

여기에서, 산란광 검출광학계(40)는, 상세하게는 도 2에 도시한 바와 같이, 산란광(L2)의 진행방향 상류측으로부터 순서대로, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2)을 집광하는 집광렌즈(41)와, 입사된 산란광(L2)의 파면을 정돈하는 편광판(42)과, 산란광(L2)의 연직방향 성분에 대해서는 파워를 갖지 않고, Y축 방향 성분에 대해서만 정의 파워를 갖는 원통형 렌즈(43, 44)와, Y축 방향성분에 대해서는 파워를 갖지 않고, 연직방향 성분에 대해서만 정의 파워를 갖는 원통형 렌즈(45)와, 산란광(L2)의 확산을 후단의 광강도 검출수단(50)의 입사면의 크기로 줄이는 시야 조리개(46)와, ND 필터(47)를 구비하고 있다.

또, 상술한 3개의 원통형 렌즈(42, 43, 44)에 의한 Y축 방향에 대한 파워와 연직방향에 대한 파워의 배율차에 의해서, Y축 방향에 대한 결상배율은 약 70배, 연직방향에 대한 결상배율은 약 등배(1배)이며, 가령 조사역(220)의 Y축 방향을 따르는 장경이 0.14㎜일 때, 시야 조리개(46)의 Y축 방향을 따르는 개구길이는 9.8㎜(=0.14×70)로 설정되어 있다.

또, 시야 조리개(46)가 배치된 위치는, 산란광 검출광학계(40)의 Y축 방향및 연직방향에 대한 공역위치이다.

또한, 본 실시예에 있어서의 집광 렌즈(41)는, 초점거리f=21㎜, 개구수NA=0.3으로 설정되고, 원통형 렌즈(43)는 초점거리f=210㎜로 설정되며, 원통형 렌즈(44, 45)는 모두 초점거리f=21㎜로 설정되어 있다.

또, 각 도에 있어서는, 광궤적이나 렌즈의 곡률, 렌즈간 거리 등을 모식적으로 나타내고 있기 때문에, 상술한 각 렌즈(41, 43∼45)의 초점거리f는 정확하게 표현되어 있지 않다.

또, 원통형 렌즈(43, 44)는, 소위 텔레센트릭 광학계(telecentric optical system)를 구성하고 있으며, 위치(P)에 있어서, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광의 상이 결상된다.

한편, 광강도 검출수단(50)은, 입사된 산란광(L2)을, Y축 방향을 따라서 나열된 10개의 채널(ch)로 분해하고, 이 분해하여 얻어진 각 채널(ch1, ch2, …ch10)마다 광강도를 검출하는 멀티 애노드 PMT(51)와, 각 채널(ch1, …)로부터 출력된 광강도를 나타내는 신호를 각각 각별히 증폭하는 10개의 앰프(52)(ch1에 대응하는 앰프(52a), ch2에 대응하는 앰프(52b), …ch10에 대응하는 앰프(52j))와, 각 앰프(52)에 의해서 증폭된 신호로부터 소정의 노이즈 성분을 각각 컷트하는 10개의 BPF(밴드 패스 필터)(53)와, 각BPF(53)를 통과한 신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 10개의 A/D 컨버터(54)와, 각 A/D 컨버터(54)에 의해서 디지털화된 디지털 신호를 각각 기억하는 10개의 메모리(55)와, 각 메모리(55)에 기억된 각 채널마다의 광강도에 관계되는 디지털 신호에 의거하여, 조사역(220)내에서의 피검사면(210)의결함의 크기나 종별 등을 판정하는 분석수단(56)을 구비하고 있다.

여기에서, 멀티 애노드 PMT(51)의 10개의 채널(ch1, ch2, …, ch10)은, 산란광 검출광학계(40)와의 관계에 의해서 도 3에 도시한 바와 같이, 조사역(220)을 Y축 방향을 따라서 분할한 10개의 영역(220a, 220b, …, 220j)에 대응하고 있으며, 제 1영역(220a)으로부터 출사된 산란광(La)(실선으로 나타냄)은 ch1으로 입사되고, 제 2영역(220b)으로부터 출사된 산란광(Lb)은 ch2로 입사되며, 이하 마찬가지로, 제 10의 영역(220j)으로부터 출사된 산란광(Lj)(파선으로 나타냄)은 ch10으로 입사되도록 설정되어 있다.

또, 분석수단(56)을 구비하는 대신에, 각 메모리(55)에 기억된 각 채널마다의 광강도에 관계되는 디지털 신호를, 가령 채널마다 그래프 표시하거나, 또는 디지털 수치로서 표시하는 표시수단을 구비한 구성과, 각 채널마다의 광강도에 관계되는 디지털 신호를, 가령 채널마다 그래프 인쇄하거나, 또는 디지털 수치로서 인쇄하는 프린터 혹은 프록터를 구비한 구성으로 해도 된다.

또, 원통형 렌즈(43, 44)가 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있기 때문에, 각 영역(220a, 220b, …220j)으로부터 출사하여, 원통형 렌즈(43)을 통과한 후의 각 산란광(La, Lb, …, Lj)의 주광선은, 광축(O2)과 평행하게 되어 있다.

이와 같이 분석수단(56) 대신에 표시수단이나 프린터 등을 구비한 구성의 광강도 검출수단(50)을 갖는 표면 검사장치(100)에 있어서는, 조사역(220)내에서의 피검사면(210)의 결함의 크기나 종별 등의 판정은, 표시수단에 표시된 정보 또는 종이 등의 매체에 인쇄된 정보에 의거하여, 그 출력된 정보를 관찰한 분석자가 판정할 수 있다.

물론, 분석수단(56)이, 상술한 표시수단이나 프린터 등을 추가로 구비한 구성으로 해도 된다.

다음에, 본 실시예에 관계되는 표면 검사장치(100)의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, LD(10)로부터 레이저광(L0)이 출사되고, 이 출사된 레이저광(L0)은 조사광학계(20)에 의해서, 웨이퍼(200)의 피검사면(210)에 있어서의 Y축상의 중심(O) 근방에서, Y축의 부(負)방향으로부터 부각(α)으로 입사된다.

이때, 피검사면(210)의 레이저광(L0)이 입사된 부분에는, Y축 방향으로 장경을 갖는 타원형상의 조사역(220)이 형성되고, 이 조사역(220)에, 흠집이나 이물의 부착 등의 결함이 존재하지 않는 경우에는, 입사된 레이저광(L0) 중, 조사역(220)에서 흡수된 분을 제외한 나머지의 광(L1)이, 정반사광으로서, 입사각(90°-α)과 동일 각도의 반사각(90°-α)으로, Y축 정반사 방향으로 출사된다.

따라서, 원칙적으로, 정반사광(L1)이 출사되는 방향 이외로는, 광이 출사되는 일은 없다.

이것에 대해서, 조사역(220)에 흠집이 존재하는 경우에는, 그 흠집을 형성하는 미소한 요철(凹凸) 등에 의해서 레이저광(L0)이 난반사되기 때문에, 정반사광(L1)이외에, 해당 난반사에 의한 산란광이 생긴다.

이와 마찬가지로, 조사역(220)에 이물이 부착되어 있는 경우에는, 그 이물의 돌출벽 등에 의해서 레이저광(L0)이 난반사되기 때문에, 정반사(L1)이외에, 해당난반사에 의한 산란광이 생긴다.

이 결과 이들 흠집이나 이물 등 결함의 존재에 의해서 생긴 산란광의 일부(이하, 간단히 산란광이라 한다.)(L2)는, Y축에 대략 직교함과 동시에, 피검사면에 대해서 부각(β)으로 조사역(220)을 향한 광축(O2)을 갖는 산란광 검출광학계(40)로 입사된다.

한편, LD(10)로부터 레이저광(L0)이 출사되면, 주사수단(30)을 구성하는 회전 스테이지(31)가 등각속도로 화살표(R)방향으로 회전됨과 동시에, 리니어 모터(32)가, 회전 스테이지(31)를 화살표 방향(Y축 정방향)으로 등속 변위된다.

이것에 의해서, 회전 스테이지(31)상에 설치된 웨이퍼(200)의 피검사면(210)에 있어서의 조사역(220)은, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 피검사면(210)상을 상대적으로 나선형상으로 이동한다. 따라서, 결과적으로, 레이저광(L0)이 피검사면(210)을 나선형상으로 주사하게 된다.

또, 회전 스테이지(31)의 회전 각속도 및 리니어 모터(32)의 변위속도 중, 적어도 하나를 조정함으로써, 웨이퍼(200)의 반경방향에 대한 주사궤적의 피치의 광협(廣狹)을 조정할 수 있으며, 조사역(220)의 크기와 함께, 주사궤적의 피치를 조정함으로써, 레이저광(L0)은 피검사면(210)의 전면을 주사할 수 있다.

조사역(220)에 결함이 존재하고, 이 결함에 의해서 생긴 산란광(L2)은, 산란광 검출광학계(40)의 집광렌즈(41)에 의해서 집광되고 편광판(42)에 의해서 파면이 정돈되어, 원통형 렌즈(43, 44, 45)로 입사되며, 시야 조리개(46)에 의해서 조사역(220)이외로부터의 광(역광을 포함함)의 입사가 제거되고, ND필터(47)에 의해서 감광되어, 멀티 애노드 PMT(51)로 입사된다.

또, 본 실시예에 있어서는 설명을 간략화하기 위해서, 레이저광(L0)이 피검사면으로 입사된 부분인 조사역(220)의 전체에 대해서, 산란광의 검출대상으로 하고 있으나, 조사역(220) 중, 레이저광(L0)의 조사강도가 비교적 작은 가장자리부 영역에 대해서는, 검출 산란광의 강도 레벨이 낮기 때문에, 산란광의 검출대상에서 제외해도 되며, 이 경우에는, 그 제외영역(가장자리부 영역)으로부터의 산란광이 멀티 애노드 PMT(51)로 입사되지 않도록, 시야 조리개(46)에 의해서 차광하면 된다.

여기에서, 멀티 애노드 PMT(51)는, 그 산란광(L2)의 입사면이, Y축 방향, 즉 조사역(220)의 장경방향에 대해서, ch1∼ch10이라고 하는 10개의 광강도 검출영역으로 분할되어 있기 때문에, 멀티 애노드 PMT(51)는, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2)을, 그 장경방향(Y축 방향)에 대해서 공간적으로 분해한다.

따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 멀티 애노드 PMT(51)의 ch1은, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2) 중, 조사역(220)의 장경방향에 있어서 가장 Y축 방향에 의치하는 영역(220)으로부터 출사된 산란광(La)의 광강도를 검출하고, 이하 마찬가지로, ch2는, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2) 중, 영역(220a)에 인접하는 영역(220b)으로부터 출사된 산란광(Lb)의 광강도를 검출하며, ch10은, 조사역(220)으로부터 출사된 산란광(L2) 중, 가장 Y축 정방향에 위치하는 영역(220j)으로부터 출사된 산란광(Lj)의 광강도를 검출한다.

또한, 멀티 애노드 PMT(51)의 각 ch1∼10에 의해서 조사역(220)의 영역(220a∼220j)마다 대응하여 각각 검출된 산란광(La∼Lj)의 광강도는, 광전변환되어 소정의 전기신호로서 출력되며, 이들 출력신호는, 각 채널(ch1, …)에 대응하여 설치된 각 앰프(52)로 각각 입력되어 증폭되며, 또 각 앰프(52)에 의해서 증폭된 신호는, 각각 대응하는 BPF(53)에 입력되어 소정의 노이즈 성분이 각각 컷트되고, A/D 컨버터(54)로 입력되어 디지털 신호화되며, 대응하는 메모리(55)에 저장된다.

이와 같이 각 메모리(55)에 저장된 산란광(La, Lb, …, Lj)의 각 강도(V)를 나타내는 디지털 신호를, 분석수단(56)에 의해서 분석하면, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 조사역(220)의 다수의 영역에 걸쳐서 형성된 흠집이 존재하는 경우에는, 각 채널에 대응하는 메모리(55)로부터 각각 읽어낸 산란광(La, Lb, …, Lj)의 각 강도(V)는, 동도(d)에 도시한 바와 같이, 다수의 채널 간에서 연속된 정의 출력(V)으로 표시된다.

이것에 대해서, 도 4(c)에 도시한 바와 같이, 조사역(220)의 몇 개의 영역에 이물이 점으로 존재하고 있는 경우에는, 각 채널에 대응하는 메모리(55)로부터 읽어낸 산란광(La, Lb, …, Lj)의 강도(V)는, 도 4(f)에 도시한 바와 같이, 복수의 채널에 있어서 정의 출력(V)이 표시되지만, 그 정의 출력(V)이 표시되는 채널은, 연속되지 않고 이간되어 있다.

따라서, 어떤 채널로 소정 레벌 이상의 광강도(V)가 검출되어 있을 때, 그 채널에 인접하는 채널에 있어서도, 어느 정도 동일 레벨의 광강도(V)가 검출되고, 그와 같은 광강도(V)가 검출된 채널이 다수 연속되어 있는 경우(도 4(d))에는, 채널의 배열방향(Y축 방향)에 대응한 조사역(220)내에서 Y축 방향으로 연장되는 큰결함(흠집 등)이 존재한다고 분석, 판단할 수 있으며, 한편, 어떤 채널에서 소정레벨 이상의 광강도(V)가 검출되고 있어도, 그 채널에 인접하는 채널에서 검출된 광강도(V)가, 소정 레벨과는 의미있는 차를 보이는 광강도(V)인 경우(도 4(f))나, 비록 인접하는 채널에 있어서, 어느 정도 동일 레벨의 광강도(V)가 검출되고 있어도, 그와 같은 광강도(V)가 검출된 채널이 기껏해야 2∼3채널 정도 밖에 연속되지 않는 경우(도 4(e))에는, 조사역 내에서의 소정방향에 대해서 연속된 결함은 아니며, 도 4(c)나 도 4(b)에 도시한 작은 결함(이물의 부착 등)이라고 분석하여, 판정할 수 있다.

이 결과 종래는 식별하기 힘들었던 복수의 작은 결함과 단일의 큰 결함을 용이하게 식별할 수 있다.

또, 조사역(220)내에서의 결함의 존재위치를, 적어도 채널의 배열방향에 대해서, 정확하게 검출하는 것이 가능하게 된다.

더구나, 결함을, 형성된 흠집과 부착된 이물로 구분하였을 경우, 흠집은 비교적 길게 형성되는 것이 많고, 이물은 그 사이즈가 작은 것이 많기 때문에, 그 사이즈의 길고 짧음에 따라서, 흠집과 이물을 식별하는 것도 가능하다.

따라서, 도 4(d)에 도시한 바와 같이, 다수의 채널에서 연속해서 광강도(V)가 검출되었을 때는, 가장 사이즈의 결함, 즉 흠집이라고 판정할 수 있으며, 한편 도 4(e), (f)에 도시한 바와 같이, 인접하는 2∼3개의 채널에서 연속해서 광강도(V)가 검출되었을 때나, 단일의 채널만으로 광강도(V)가 검출되었을 때에는, 짧은 사이즈의 결함, 즉 이물이라고 판정할 수 있다.

또, A/D 컨버터(54)에 의한 샘플링의 주파수를 높임으로써, 각 채널의 출력을 시분할하여 검출할 수도 있기 때문에, 조사역(220)의 화살표(R)방향을 따른 결함의 길이(폭)을 어느 정도 검출할 수도 있다.

이와 같이, 조사역(220)의 Y축 방향에 대해서는 공간적으로 분해하고, Y축으로 직교하는 R방향에 대해서는 시분할함으로써, 조사역(220)의 2차원 매트리스 형상으로 분할하여 산란 광강도를 검출할 수 있어, 분해능을 더욱 향상시키고, 결함의 종류의 식별성능도 한층 향상시킬 수 있다.

또, 시분할하는 것 대신에, 산란광 검출광학계(40)의 연직방향에 대해서도 Y축 방향과 마찬가지로 결상배율을 높임과 동시에, 멀티 애노드 PMT(51)로서, 입사된 광을 2차원 매트리스 형상으로 공간 분해하여 검출하는 멀티 애노드 PMT를 적용해도 된다.

또, 3개의 원통형 렌즈(42, 43, 44)에 의해서, 산란광을 공간 분해하는 방향, 즉 Y축 방향에 대한 굴절력을, 연직 방향에 대한 굴절력 보다도 정방향으로 크게 설정함으로써, 멀티 애노드 PMT(51)에 의한 공간 분해된 개개의 산란광 사이에서의 크로스 톡을 유효하게 방지 또는 억제할 수 있다.

(변형례 1)

도 5는, 도 1에 도시한 표면 검사장치(100)에 있어서의 산란광 검출 광학계(40)의 변형례 1을 나타내고, 도 2에 도시한 텔레센트릭 광학계를 병용한 산란광 검출광학계(40) 대신에, 표면 검사장치(100)에서 사용되는 산란광 검출광학계(40)를 나타낸다.

이 산란광 검출광학계(40)는, 결상면을 동일면 내로 하고, 시야 조리개의 삽입을 용이하게 한 구성으로, 집광렌즈(41'), 편광판(42), 원통형 렌즈(43', 45'), 시야 조리개(46) 및 ND 필터(47)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 산란광 검출광학계(40)를 적용한 표면 검사장치(100)에 의해서도, 상술한 실시예 1에 관계되는 표면 검사장치(100)와 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다.

(변형례 2)

도 6은, 도 1에 도시한 표면 검사장치(100)에 있어서의 산란광 검출 광학계(40)의 변형례 2를 나타나며, 도 2에 도시한 텔레센트릭 광학계를 병용한 산란광 검출광학계(40) 대신에, 표면 검사장치(100)에서 사용되는 산란광 검출광학계(40)를 나타낸다.

이 산란광 검출광학계(40)는, 가장 단순한 구성의 비대칭 광학계로, 집광렌즈(구면렌즈)(41"), 편광판(42), 원통형 렌즈(43") 및 ND 필터(47)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 산란광 검출광학계(40)를 적용한 표면 검사장치(100)에 의해서도, 상술한 실시예 1에 관계되는 표면 검사장치(100)와 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

도 7은, 상술한 실시예 1에 있어서, 그 파장(λ)이 서로 다른 2개의 레이저광(L0, L0')을, 웨이퍼(200)의 피검사면(210)의 동일부분(조사역)(220)에 조사하도록, LD(10) 및 조사 광학계(20)가 설정되어 있음과 동시에, 이 조사역(220)으로부터 출사된 파장(λ1)의 산란광(L2) 및 파장(λ2)의 산란광(L2')을 각각 집광하여, 각별히 공간 분해하여 검출하도록, 2개의 산란광 검출광학계(40, 40') 및 2개의 광강도 검출수단(50, 50')을 구비한 구성이다.

여기에서, 2개의 산란광 검출광학계(40, 40')는, 집광렌즈(41)를 공용하고 있으며, 집광렌즈(41)와, 산란광 검출 광학계(40)의 편광판(42)의 사이에서, 산란광(L2, L2')의 광로상으로 파장(λ1)의 산란광(L2)을 투과하고, 파장(λ2)의 산란광(L2')을 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)(48)가 배치됨과 동시에, 다이크로익 미러(48)에 의한 반사광의 광로상에서, 다이크로익 미러(48)와 산란광 검출광학계(40')의 편광판(42)사이에, 다이크로익 미러(48)에 의해서 반사된 파장(λ2)의 산란광(L2')을 반사시키는 미러(49)가 배치되어 있다.

또, 산란광 검출광학계(40) 중, 편광판(42)보다도 산란광(L2)의 진행방향 하류측의 구성 및, 산란광 검출광학계(40') 중, 편광판(42)보다도 산란광(L2')의 진행방향 하류측의 구성은, 실시예 1에 있어서의 산란광 검출 광학계(40) 중, 편광판(42)보다도 산란광(L2)의 진행방향 하류측의 구성과 원칙적으로 동일하다.

단, 산란광(L2, L2')의 파장(λ1, λ2)에 따라서, 적절한 결상을 얻을 수 있도록, 렌즈간 거리 등이 적절히 설정되는 것은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 실시예 1에 의한 작용, 효과에 더해서, 피검사면(210)에 형성된 결함이, 어떤 파장(λ1, λ2)에 대해서 특징적으로 산란광(L2, L2')을 일으키는 결함이 있는 경우, 각파장(λ1, λ2)의 산란광(L2, L2')을 각별히 검출할 수 있기 때문에, 검출결과에 의거하여 결함의 위치나 크기 또는 종별을 분석할 때의 분석 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 2개의 산란광 검출광학계(40, 40')는, 집광 렌즈(41)를 공용화함으로써, 산란광(L2)의 광로와 산란광(L2')의 광로의 일부를 공통화하고 있으나, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니며, 전혀 별개인 2개의 산란광 검출광학계(40, 40')로 해도 된다.

또, 피검사면(210)상의 조사역(220)도, 입사되는 레이저광(LO, LO')마다 다른 위치에 형성되도록 해도 된다.

또한, 레이저광(L0, L0')은, 별개의 2개의 LD(10)로부터 출사되는 것이지만, 이것 대신에, 2개의 파장(λ1, λ2)을 포함하는 브로드한 광속을 검출하는 단일의 광원을 이용할 수도 있다.

이 경우, 조사 광학계를 완전히 공용할 수 있기 때문에, 단일의 광원 및 단일의 조사 광학계에 의해서 조사계를 구성할 수 있고, 표면 검사장치의 제조 코스트를 저감함과 동시에, 광축 조정의 수고도 저감할 수 있어, 결과적으로 장치의 신뢰성을 향상시킬 수도 있다.

또, 상술한 각 실시예는, 리니어 모터(32)가, 웨이퍼(200)를 Y축 방향을 따라서 등속 변위시킴으로써, 조사역(220)의 장경방향이 주사궤적인 나선의 법선방향을 따르는 것이 되지만, 본 발명의 표면 검사방법 및 표면 검사장치는, 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

즉, 조사역(220)이 피검사면(210)의 Z축 상에 형성되도록 조사 광학계(20)를 배치함과 동시에, 리니어 모터가, 웨이퍼(200)를 Z축 방향을 따라서 등속 변위시키도록 구성해도 되며, 이 경우에, 조사역(220)의 장경방향은, 주사궤적인 나선의 접선방향을 따르는 것이 된다.

또, 각 실시예에 있어서, 웨이퍼(200)의 피검사면(210)상에 형성되는 주사궤적은, 웨이퍼(200)의 중심(O)측으로부터 외주 가장자리 측을 향하는 나선이지만, 피검사면(210)상에서의 조사역(220)의 초기위치를 웨이퍼(200)의 외주 가장자리측에 설정함으로써, 주사궤적을 웨이퍼(200)의 외주 가장자리측으로부터 중심(O)측을 향하는 나선으로 할 수도 있으며, 이와 같은 실시예에 있어서도, 상술한 실시예와 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다.

또한, 주사수단(30)에 의한 주사궤적은, 상술한 각 실시예와 같이, 나선형상인 것으로 한정되는 것은 아니며, 가령 동심원 형상으로 되는 것이라도 된다. 즉, 하나의 동심원의 주사가 종료함으로써, 반경방향으로 이동하여 다음 동심원을 주시한다고 하는 순차 트랙 주사에 의한 주사궤적을 형성하는 것으로 해도 된다.

물론, 단순히 지그재그 형상의 주사궤적을 형성하도록 하는 것이라도 되는 것은 물론이지만, 매끄러운 나선형상의 주사궤적을 형성할 수 있는 상기 실시예에 있어서의 주사수단(30)에 의하면, 피주사대상(웨이퍼(200)의 관성력의 영향을 받기 어려워, 표면 검사장치(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 각 실시예에 있어서는, 타원형상의 조사역(220)으로부터의 산란광을, 장경방향에 대해서 공간분해하여 광강도를 검출하는 것이지만, 본 발명의 표면검사방법 및 표면 검사장치는, 타원형상의 단경방향 또는 단경방향에 대해서 경사진 방향(단경방향에 대해서 0도 이외의 각도를 형성하는 방향)에 대해서 공간 분해하여 광강도를 검출하는 것으로 해도 되고, 또, 조사역을 타원형상이 아니라 대략 진원 형상으로 해도 되며, 이 경우, 피검사면에 대한 입사각(또는 부각)에 따라서, 조사광학계에 의한 피검사면에 직교하는 방향 및 피검사면에 평행인 방향에 대한 굴절력을 각각 설정해도 된다.

이상으로 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 청구항 1에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 일차원 방향으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검사강도를, 인접 채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 분산되어 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 큰 결함인지를 식별할 수 있다.

또, 종래는 식별하기 어려웠던 작은 이물의 부착(표면에 대해서 돌출)과 긴 흠집(표면에 대해서 함몰)을, 용이하게 식별할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 2에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 복수의 채널로 분해되는 상기 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응시킴으로써, 스폿의 장경방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 스폿의 장경방향에 대한 분해능을 향상시키는 것은, 해당 스폿의 단경(短經)방향에 대한 분해능을 향상시키는 경우에 비해서, 스폿 상에 있어서의 검출 피치를 길게 설정할 수 있고, 이 결과 인접하는 채널 간에 있어서의 크로스톡(cross talk)을 쉽게 방지하는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 3에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 복수의 채널로 분해되는 상기 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도 방향으로 대응시킴으로써, 스폿의 소정각도 방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 4에 관계되는 표면 검사방법에 의하면, 피검사면에 형성된 결함이, 소정의 파장에 대해서 특징적으로 산란광을 발생시키는 결함이 있는 것을 상정하여, 피검사면에 조사하는 광속을, 2이상의 서로 다른 파장의 광으로 하거나, 또는, 해당 2이상의 파장을 포함하는 브로드한 단일 광으로서, 각 파장의 산란광을 각별히 검출함으로써, 검출결과에 의거하여 결함의 위치나 크기 또는 종별을 분석할 때의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 5에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 일차원 방향으로 나열된 복수의 채널에 의한 각 검출강도를, 인접채널 사이에서 순차 비교함으로써, 결함이, 산란하고 있는 복수의 작은 결함인지, 또는 연속된 큰 결함인지를 식별할 수 있다.

또, 종래는 식별하기 힘든 복수의 작은 이물의 부착(표면에 대해서 돌출)과 긴 흠집(표면에 대해서 함몰)을, 용이하게 식별할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 6에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단이, 상기 일차원 방향에 대해서 산란광을 복수의 채널로 분해하여 검출하도록 설정되어 있는 경우에, 산란광 검출광학계의 상기 일차원 방향에 대한 굴절력을 상기직교방향에 대한 굴절력 보다도 크게 설정함으로써, 상기 각 채널에서, 인접하는 채널로 입사되어야 할 산란광이 입사되는 크로스 톡을 억제할 수 있어, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 7에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 산란광 검출광학계가, 상기 일차원 방향에 대해서 굴절력을 갖고 상기 직교방향으로 굴절력을 갖지 않는 원통형 렌즈를 구비함으로써, 간단한 구성으로, 일차원 방향의 굴절력을 직교방향의 굴절력 보다도 크게 설정할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 8에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 이와 같이 서로 직교하는 방향에 대한 공역위치가, 광축방향에 있어서 대략 동일 위치에 설정되어 있음으로써, 산란광 검출광학계에 시야 조리개를 설정할 경우에, 해당 공역위치에 설정함으로써 효율적인 시야 조리개를 설정할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 9에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단에서의 입사면에 있어서의 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응시킴으로써, 스폿의 장경방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 스폿의 장경방향에 대한 분해능을 향상시키는 것은, 해당 스폿의 단경방향에 대한 분해능을 향상시키는 경우에 비해서, 스폿 상에서의 검출 피치를 길게 설정할 수 있고, 이 결과 인접하는 채널 사이에서의 크로스 톡을 쉽게 방지하는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 10에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 광강도 검출수단에서의 입사면에 있어서의 일차원 방향을, 피검사면에 있어서의 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도방향에 대응시킴으로써, 스폿의 소정각도 방향에 대한 산란광의 출사위치 분해능을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 11에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 회전수단 및 리니어 이동수단이라는 간단한 조합에 의해서, 주사 궤적이 매끄러운 나선형상이 되는 주사수단을 구성할 수 있다.

그리고, 매끄러운 나선형상의 주사는, 가령 동심형상으로 트랙을 주사하고, 하나의 트랙의 주사가 종료할 때마다, 반경방향으로 이동하여 다음 트랙을 주사한다고 하는 순차 트랙 주사를 행하는 주사수단 보다도, 피주사 대상의 관성력의 영향을 받기 어려워, 표면 검사장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 12에 관계되는 표면 검사장치에 의하면, 피검사면에 형성된 결함이, 소정의 파장에 대해서 특징적으로 산란광을 발생시키는 결함이 있는 것을 상정하여, 피검사면에 조사하는 광속을, 서로 파장이 다른 2이상의 광으로 하거나, 또는 해당 2이상의 파장을 포함하는 브로드한 단일 광으로 하도록 설정된 표면 검사장치에 있어서는, 상술한 산란광 검출광학계 및 광강도 검출수단이, 해당 2이상의 파장의 광에 각각 대응한 수량만큼 구비되어 있음으로써, 각 파장의 산란광을 각별히 검출할 수 있기 때문에, 검출결과에 의거하여 결함의 위치나 크기 또는 종별을 분석할 때의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 소정의 광속을 표면 검사의 대상인 피검사체의 피검사면에 대해서 소정의 입사각으로 입사시켜, 상기 광속이 피검사면을 주사하도록, 상기 광속 및 상기 피검사체 중 적어도 하나를 상대적으로 변위시키고, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분에서 반사된 산란광의 강도를 검출함으로써, 피검사면의 검사를 행하는 표면 검사방법에 있어서,

   상기 산란광을, 상기 광속이 입사된 피검사면의 부분에 있어서의 소정의 방향에 대응한 일차원 방향에 대해서 복수의 채널로 분해하고, 이 분해하여 얻어진 각 분해 산란광의 광강도를 각별(各別)히 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 일차원 방향은, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 장경(長徑)방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 일차원 방향은, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
4. 제 1항에 있어서, 2이상의 서로 다른 파장의 광속을 상기 피검사면의 부분에 조사하고, 이 피검사면의 부분에서 출사된 파장이 서로 다른 2이상의 산란광을 각별히 집광 및 검출하여, 각 파장의 산란광을 각각 복수의 채널로 공간적으로 분해하고, 분해하여 얻어진 각 분해 산란광의 광강도를 각별히 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 검사방법.
5. 소정의 광속을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광속을 표면 검사의 대상인 피검사체의 피검사면에 대해서 소정의 입사각으로 입사시키는 조사광학계와, 상기 광속이 상기 피검사면을 주사하도록, 상기 광속 및 상기 피검사체 중 적어도 하나를 상대적으로 변위시키는 주사수단과, 입사된 광의 강도를 검출하는 광강도 검출수단과, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분으로부터 출사된 산란광을, 상기 광강도 검출수단에 도광하는 산란광 검출수단계를 구비한 표면 검사장치에 있어서,

   상기 광강도 검출수단은, 이 광강도 검출수단의 입사면 내의 적어도 일차원 방향에 대해서, 상기 산란광을 채널로 분해하여 검출하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 산란광 검출광학계는, 상기 일차원 방향에 대한 굴절력이, 이 일차원 방향에 직교하는 직교방향에 대한 굴절력 보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 산란광 검출광학계는, 상기 일차원 방향에 대해서 굴절력을 갖고, 상기 직교방향으로 굴절력을 갖지 않는 원통형(cylindrical) 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 산란광 검출광학계는, 상기 일차원 방향에 대한 공역위치와 상기 직교방향에 대한 공역위치가, 광축방향에 있어서 대략 동일 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
9. 제 5항에 있어서, 상기 일차원 방향을, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 장경방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
10. 제 5항에 있어서, 상기 일차원 방향은, 상기 광속이 입사된 상기 피검사면의 부분인 입사광속의 스폿의 단경방향에 대해서 소정의 각도 방향에 대응한 방향인 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
11. 제 5항에 있어서, 상기 피검사면은 대략 진원이며, 상기 주사수단은, 이 대략 진원의 중심을 회전 중심으로 하여 상기 피검사체를 회전시키는 회전수단과, 상기 피검사면을 따르는 소정방향으로 이 피검사체를 직선 이동시키는 리니어 이동수단을 구비하고, 상기 주사에 의한 궤적이 나선형상인 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
12. 제 5항에 있어서, 상기 광원은, 서로 다른 파장의 광속을 각별히 출사하는 2이상의 광원, 또는 상기 서로 다른 파장을 포함하는 브로드한 광속을 출사하는 광원이며, 상기 피검사면의 부분으로부터 출사된 상기 2이상의 산란광을 각별히 집광 및 검출하도록, 이 2이상의 산란광에 대응한 수량의 상기 산란광 검출광학계 및 상기 광강도 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.