KR20070009705A - 결함 검사 장치 및 그것을 사용한 기판 제조 시스템 - Google Patents

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KR20070009705A
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Abstract

피검체에 대하여 입사각을 변경시킬 수 있는 조명광을 조사하는 조명부와, 상기 조명부의 조명광이 조사된 피검체로부터의 광을 그 검출 각도를 변경 가능하게 수광하는 수광부를 구비하고, 상기 수광부가, 상기 조명부로부터의 조명광의 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되는 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
결함 검사, 웨이퍼, 액정 기판, 노광, 조명, 수광, 피검체, 회절광, 입사, 반사

Description

결함 검사 장치 및 그것을 사용한 기판 제조 시스템{DEFECT INSPECTION DEVICE AND SUBSTRATE PRODUCTION SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은, 결함 검사 장치 및 그것을 사용한 기판 제조 시스템에 관한 것이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 기판의 표면 결함을 검사하는 결함 검사 장치 및 그것을 사용한 기판 제조 시스템에 관한 것이다.
본원은, 2004년 4월 22일에 출원된 일본국 특허 출원 제2004-126767호에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에서 원용한다.
일반적으로 반도체 웨이퍼나 액정 기판은, 실리콘이나 유리 등으로 되는 기판에 포토리소그래피(Photolithography) 프로세스를 행함으로써 제조된다. 상기 포토리소그래피 프로세스에 있어서, 기판 표면에 도포된 레지스트에 막이 얼룩지거나 또는 먼지가 부착되면, 에칭 후의 패턴의 선폭 불량이나 패턴 내의 핀홀 등의 결함이 생기는 원인이 된다.
그러므로, 에칭 전의 기판의 제조 공정에서는, 이와 같은 결함의 유무를 조사하는 전수 검사(全數檢査)를 한다. 이 검사는 작업자가 육안으로 관찰하는 방법이 많이 행해지고 있지만, 작업자에 의한 판단력의 차이나 클린룸에 있어서 작업자의 몸에서 나오는 먼지의 영향을 무시할 수 없으므로, 판단 기능을 가지는 결함 검 사 장치를 사용하는 것 등이 제안되어 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 각도 θ0로 피검체 표면을 조명하는 조명부와 정반사광을 촬상하기 위해 각도 θ0의 위치에 배치된 제1 촬상부와 회절광을 촬상하기 위해, 수직인 위치에 배치된 제2 촬상부와 산란광을 촬상하기 위해 각도 θ1의 위치에 제3 촬상부가 배치되어 있는 것이 개시되어 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 촬상부와 조명광을 안내하는 섬유속(fiber bundle)을 2개 설치하여 입사각 θ1, θ2와 입사각 φ1, φ2를 자유롭게 설정할 수 있도록 한 것이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1]: 일본국 특개평 9-61365호 공보(도 5)
[특허 문헌 2]: 일본국 특개평 7-27709호 공보(도 18)
그러나, 상기와 같은 종래의 결함 검사 장치에는 이하와 같은 문제점이 있다. 특허 문헌 1 및 2에 기재된 기술에서는, 조명부와 촬상부를 사용하여 피검체의 화상을 취득하여 결함을 검출하고 있다. 피검체 표면의 반복 패턴이 미세하게 되면, 조건에 따라 조명광의 입사 방향과 관찰해야 할 회절광의 출사 방향이 중첩되거나 근접하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 조명부와 수광부가 서로 간섭하여 회절광을 수광하지 못하고, 그 방향의 회절광을 사용한 검사를 할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 결함 검사 장치에서는, 표면의 평탄도나 하층 패턴의 영향을 받은 출사광을 관찰하므로, 회절광이 복잡해져서, 화상 처리가 번잡하게 되는 문제 점이 있다.
본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 피검체에 조사되는 조명광에 의해 피검체로부터 광범위하게 출사되는 광을 수광하고, 검사함으로써, 검사 정밀도가 높은 결함 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 결함 검사 장치에서는, 피검체에 대하여 입사각을 변경시킬 수 있는 조명광을 조사하는 조명부와, 상기 조명부의 조명광이 조사된 피검체로부터의 광을 검출 각도를 변경 가능하게 수광하는 수광부를 구비하고, 상기 수광부가, 상기 조명부로부터의 조명광의 입사 방향과 대략 동일한 방향으로 출사되는 광을 수광하도록 구성되어 있다.
본 발명에 의하면, 적어도 검사 시에, 조명부의 조명광에 의해 피검체로부터 출사되는 광, 즉 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되는 광을, 수광부에서 수광하므로, 조명광의 입사각이 변화해도 수광부를 조명광에 대해서 항상 동일한 각도의 위치에 배치할 수 있다. 그 결과, 입사각의 변경 가능 범위 내에서 조명부와 수광부가 서로 간섭하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 입사각의 변경 가능 범위와 동일한 범위에서 피검체로부터 출사되는 광을 검출할 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 결함 검사 장치 및 기판 제조 시스템에 따르면, 조명광의 입사각 변화에 따라서 입사각의 변경 가능 범위와 동일한 범위에서 피검체로부터 출사되는 광을 검출할 수 있으므로, 피검체로부터 다양한 방향으로 출사되는 광을 검사할 수 있고, 결함 검사 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a는 규칙적인 패턴에 의한 회절광을 설명하기 위한 원리도이다.
도 2b는 브래그(Bragg)의 법칙에 대하여 설명하기 위한 투과면에 입사되는 입사광과 회절광의 관계를 나타내는 모식적인 광로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 결함 검사 장치의 제어·처리부의 개략적인 구성을 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결함 검사 장치의 촬상 타이밍과 촬상 신호의 판독 제어에 대하여 설명하는 타이밍 차트의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 검사 장치에 사용하는 복수개의 조명부의 일례에 대하여 설명하기 위한 모식적인 설명도이다.
도 7은 복수개의 조명부의 다른 예에 대하여 설명하기 위한 모식적인 설명도이다.
도 8은 암시야 관찰하는 경우의 광학계의 구성도이다.
도 9는 제2 실시예의 변형예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 제조 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
[부호의 설명]
20, 24, 25, 27, 135, 150: 결함 검사 장치
5: 피검체 50: 기판(피검체)
101, 102: 조명부(복수개의 조명부 중 하나 이상)
121: LED 140: 기판 제조 장치
144, 145: 반송부 146: 도포 현상부
147: 노광부 148: 제어부(자동 교정 수단)
149: LAN 151: 검사 서버
201: 스테이지 202, 203: 광학 유지부
202a: 유지부 이동 기구 400, 414, 415: 광축
401: 수광 소자 402: 편광 필터
403: 슬릿 404: 산란판
405: 조명부 406: 하프 미러(광 분기 수단)
406a: 광 분기면 407: 집광 렌즈
408: 터릿 409: 렌즈
410, 420, 430: 조명·수광 광학계 411: 미러(반사 부재)
416, 417: 슬릿(차광 수단) 50l: 장치 제어부
502: 촬상 제어부(촬상 제어 수단) 503: 기억부
504: 조명 제어부(조명 제어 수단) 505: 스테이지 제어부
506: 필터 제어부 507: 광학계 제어부
510: 표시부 512A, 512B: 검사 알고리즘부
522: 통신 제어부 602: 트리거 신호
603: 노광 신호
이하에서는, 본 발명의 실시예를, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 모든 도면에 있어서, 실시예가 상이한 경우라도, 동일하거나 동일시되는 부재에는 동일한 부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예에 따른 결함 검사 장치에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2a는, 규칙적인 패턴에 의한 회절광에 대하여 설명하기 위한 원리도이다. 도 2b는, 브래그(Bragg)의 법칙에 대하여 설명하기 위한 투과면으로 입사되는 입사광과 회절광의 관계를 나타내는 모식적인 광로도이다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 결함 검사 장치의 제어·처리부의 개략적인 구성을 설명하기 위한 기능 블록도이다.
본 실시예의 결함 검사 장치(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 조명 수광 부(21)와 각종 제어와 화상 처리를 행하는 제어·처리부(22)로 이루어진다.
조명 수광부(21)는, 광학 유지부(202)와, 광학 유지부(202)에 일체로 유지된 조명 광학계(조명부)와, 수광 광학계(수광부)를 겸비하는 조명·수광 광학계(410)로 이루어진다.
광학 유지부(202)는, 적절한 흡착 기구에 의해 흡착 유지된 피검체(5)를 소정 방향으로 이동 반송하는 스테이지(201) 상에 설치되고, 유지부 이동 기구(202a)에 의해 스테이지(201) 상의 검사 위치에 대하여 회동 가능하게 지지된 상자체 부재이다. 스테이지(201) 상의 검사 위치는, 수직 방향에서는 스테이지(201) 상에 배치된 피검체(5)의 상면에서, 수평 방향에서는 피검체(5)의 이동일한 방향에 대하여 고정되고, 이동일한 방향과 교차하는 방향(도 1의 지면과 수직 방향)으로 연장되는 직선형 또는 직선 밴드형으로 설치된다.
유지부 이동 기구(202a)는, 회동축과, 회동축을 중심으로 하여 회전 구동력을 부여하는 모터(도시하지 않음) 등으로 구성되어, 후술하는 광학계 이동 제어부(509)에 의해 회동 각도가 제어되도록 되어 있다. 여기서 회동축은, 조명·수광 광학계의 광축과 피검체(반도체나 액정 등의 표면에 규칙적으로 정렬된 패턴을 가지는 기판)의 표면의 교점을 포함하고, 후술하는 조명부의 라인형의 길이 방향과 평행한 축이 되어 있다.
조명·수광 광학계(410)는, 검사 위치 상에 밴드형의 조명광을 조사하는 조명 광학계와, 검사 위치로부터 출사되는 광을 수광하는 수광 광학계가, 광로를 일부 동일한 축에서 공유하도록 일체화된 광학계이다. 광축(400)은, 이 공유 부분의 광축이다.
도 1의 실선으로 나타낸 광학 유지부(202)는, 조명·수광 광학계(410)의 광축(400)과 피검체(5)의 법선 N이 중첩되는 경우, 즉, 조명광의 피검체(5)에 대한 입사각이 0˚의 경우를 나타낸다. 또한, 2점 쇄선으로 나타낸 광학 유지부(202)는, 광축(400)이 피검체(5)의 법선 N에 대해서, 도시한 바와 같이 시계 방향으로 각도 θ만큼 회동한 경우, 즉, 조명광의 입사각이 θ의 경우를 나타낸다.
조명·수광 광학계(410)의 개략적인 구성은, 광원(405), 산란판(404), 하프 미러(406), 집광 렌즈(407), 렌즈(409), 및 수광 소자(401)로 이루어진다.
광원(405)은, 피검체(5)에 밴드형의 균일한 조명광을 조사하기 위한 것이다. 광원(405)으로서는, 예를 들면, 할로겐 램프나 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp) 등을 복수개 배열하여도 되고, 그 광을 광섬유 등에 의해 전송하는 구성도 채용할 수 있다. 이 경우, 광의 이용 효율을 향상시키기 위하여, 광의 출사 각도 범위가 후술하는 집광 렌즈(407)의 NA의 범위에 포함되는 것이 중요하지만, 그와 같은 설계가 곤란할 경우에는, 광원의 후방에 미러 등을 형성함으로써 광의 이용 효율을 향상시킬 수도 있다.
본 실시예에서는, 도시하지 않지만, 기판 등의 피검체와 평행하게 배치된 라인형의 조명이며, 백색 LED를 복수개, 선형으로 배열하는 구성을 채용하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여 조명 수명이 길어지고 유지및 보수가 용이한 조명부를 형성할 수 있다.
산란판(404)은, 광원(405)으로부터 조사된 광을 균일하게 하기 위한 것이며, 광원(405)의 출사 측에 설치된다. 산란판(404)은, 본 실시예와 같이 백색 LED를 선형으로 배열하는 경우에는, 배열 방향(선형의 길이 방향)으로 확산 효과가 높아지고, 배열 방향과 직교하는 방향으로는 확산 효과가 낮아지도록 구성된 산란판을 형성하면 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
하프 미러(406)(광 분기 수단)는, 광 분기면(406a)에 의해 광원(405)으로부터 출사된 광을 피검체(5) 측으로 반사하는 동시에, 피검체(5)로부터 광축(400)을 따라 출사되는 광을 투과시킴으로써, 조명 광학계와 수광 광학계의 광로를 분기하는 것이다. 하프 미러(406)는, 전술한 바와 같은 광로 분기가 가능하면, 어떠한 광학 소자에 의하여 구성되어도 되고, 적당한 빔스플리터, 예를 들면, 평행 평면판, 프리즘 등을 채용할 수 있다.
하프 미러(406)의 외주측에는, 불필요한 광을 차단하기 위한 차광 부재나 조리개 등이 적절하게 설치되어 있다.
특히, 산란판(404) 사이에는, 산란판(404)에서 확산되어 밴드형으로 퍼지는 광속에 대해서, 폭 방향의 불필요 광을 규제하는 슬릿(403)이 형성되어 있다. 이와 같이 하면, 명시야(明視野) 광이 암시야(暗視野) 화상에 끼치는 영향을 저감시킬 수도 있다.
집광 렌즈(407) 및 렌즈(409)는, 각각 하프 미러(406)에서 반사된 밴드형의 광이 진행되는 광로 상에 이 순서대로 배치되고, 검사 위치 상에 소정 폭의 밴드형이 되는 균일한 조명광을 형성하는 동시에, 검사 위치의 피검체(5)로부터 출사되는 광을 집광하기 위하여, 지면에 수직인 면 내와 평행한 면 내로 상이한 파워를 가지 고 있는 렌즈 또는 렌즈군이다. 렌즈의 종류로서는, 적절한 렌즈를 채용할 수 있지만, 검사 위치의 길이에 따라, 예를 들면, 길이가 긴 실린더(원통면) 렌즈(cylindrical lens), 토릭 렌즈(toric lens), 애너모픽 렌즈(anamorphic lens)나, 수차를 저감하기 위해 자유 곡면을 가지는 렌즈를 구비한 구성 등을 채용할 수 있다.
집광 렌즈(407)와 렌즈(409) 사이에는, 관찰에 불필요한 파장 성분을 제한하기 위한 각종 필터가 설치되고, 그것들을 광로 내에 적절하게 전환하여 배치하는 터릿(408, turret)이 형성되어 있다. 터릿(408)은, 필터의 배치를 전환하기 위해 도시하지 않은 모터를 구비하고 있고, 후술하는 광학계 제어부(507)에 의해 전환이 제어되도록 되어 있다.
광학 유지부(202)에 배치된 이들 조명 광학계, 즉 광원(405), 산란판(404), 하프 미러(406), 집광 렌즈(407), 및 렌즈(409) 등은 조명부를 구성한다.
수광 소자(401)는, 피검체(5)로부터 출사되고, 렌즈(409), 집광 렌즈(407)에 의해 집광되고, 하프 미러(406)의 광 분기면(406a)을 투과한 광의 결상 위치에 수광면이 배치되고, 그 상을 촬상하여 광전 변환을 행하여 촬상 신호로 변환하는 것으로서, 예를 들면 라인형으로 배열한 CCD 등의 촬상 소자로 이루어진다.
하프 미러(406)와 수광 소자(401) 사이의 광로 내에는, 편광을 관찰할 수 있는 편광 필터(402)가 전후진 가능하게 배치되어 있다.
이들 수광 광학계, 즉, 렌즈(409), 집광 렌즈(407), 하프 미러(406), 편광 필터(402), 및 수광 소자(401) 등은 수광부를 구성한다.
이와 같이, 조명·수광 광학계(410)는, 주요한 광학 소자인 집광 렌즈(407), 렌즈(409)를 공유하고 조명 광학계와 수광 광학계가 형성되어 있으므로, 광원(405)과 수광 소자(401)를 광학적으로 공역인 위치에 배치함으로써, 각각의 길이 방향의 크기를 맞출 수 있다. 이와 같이 하면, 공역이 아닌 배치의 경우에 비해, 광학 유지부(202)의 크기를 작게 할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있는 이점이 있다.
단, 광원(405)의 편차가 비교적 큰 경우에는, 광원(405)을 광학적으로 공역인 위치로부터 조금 옮겨서 배치하여도 된다. 그러면, 검사 위치에서의 조명광의 초점이 맞지 않게 되고, 조도 편차가 저감되어, 조명의 균일화를 도모할 수 있다.
여기서, 본 실시예의 조명 수광부(21)의 작용에 대하여 설명한다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 평탄한 피검체(5) 상에 피치 P로 규칙적인 패턴(30)이 존재하는 경우, 피검체(5)의 표면에 입사각의 여각 α로 입사되는 파장 λ의 광선(31a)이 조사되면 회절광(31b)으로서 출사 각의 여각 β로 출사된다.
이와 같은 회절이 일어나기 위해서는, 행로차가 파장 λ의 정수배가 되는 것이 조건이 되므로,
P·(cosβ - cosα) = nλ ···(1)
이 성립된다. 여기서, n은 정수를 나타낸다(이하 동일).
식(1)을 변형 하면, 식(2)를 얻을 수 있다.
cosβ = (nλ/P) + cosα ···(2)
식 (2)로부터, 회절광(31b)은, 파장 λ와 패턴(30)의 피치 P에 의해 결정되는, 띄엄띄엄 형성되는 각도 β를 취할 수 있다. 일반적으로, n = 0, 1, 2, ·· ·에 대응하여, 각각을 n차 회절광이라 한다. 여기서, 0차 회절광은 정반사광이다.
n = 0 이외의 n차 회절광은, 패턴(30)의 피치 변동과 피검체(5)의 반사율의 변화에 민감하게 반응하여 회절광의 강도를 변화시키므로, 회절 방향의 화상을 관찰하고, 정상적인 화상과 비교하면, 패턴(30)의 이상이 검출하기 용이하므로 결함 검사가 용이하게 된다. 그러므로, 종래에는 회절광을 결함 검사에 사용되고 있었다.
그러나, 피검체(5)가 평탄하지 않은 경우는, 패턴(30)에 의한 회절광이 서로 간섭을 일으키므로, 화상 상의 노이즈가 되어, 양호한 정밀도로 결함을 검출할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은, 브래그의 법칙에 주목하여, 조명 수광부(21)에 있어서 조명 광학계(조명부)와 수광 광학계(수광부)의 광축은, 그 일부가 동일한 축으로 구성됨으로써, 피검체(5)가 평탄하지 않은 경우에도 그 영향을 줄일 수 있도록 있다. 이하, 이러한 작용에 대하여 설명한다.
도 2b는, 도시를 간결하게 하기 위해, 가상 평면(50)의 주위에 미소한 요철을 가지는 투과성의 만곡면(51)이 형성되고, 만곡면(51) 상에 규칙적인 패턴(30)이 형성된 경우의, 입사광(32a)과 회절광(32b)의 관계를 나타내고 있다.
여기서, 패턴(30A)을 가상 평면(50) 상의 패턴이라 하고, 입사광(32a)의 입사각을 γ, 회절광(32b)의 출사각을 δ라 한다. 피치 P만큼으로 인접하는 패턴(30B)은 경사각 φ로 근사할 수 있는 만곡면 상에 형성되어 있는 것으로 한다.
이 때, 기하학적인 관계에 의하여 행로차를 구하고, 회절광이 되는 조건이 성립되면, 다음 식이 성립될 필요가 있다.
P·{sin(γ++sin(δ - φ}/cos = nλ···(3)
식 (3)을 γ에 대하여 풀면, γ는, δ, n, γ, φ의 함수가 되고, n, γ, δ가 일정하더라도, 장소에 의해 상이한 경사각 φ에 의존하는 것을 알 수 있다. 따라서, 만곡면의 요철(평탄도)이 회절광의 강도를 변화시켜서, 결함을 검출할 때의 노이즈가 되는 것을 알 수 있다.
식 (3)을 삼각함수의 덧셈 정리로 변형하면, 식 (4)를 얻는다.
P·{(sinγ + sinδ) + tanφ·(cosγ - cosδ)} = nλ···(4)
여기서, 식 (4)에서, φ = 0라 하면, 만곡면(51)이 평탄한 경우가 되어, 도 4a에 해당하므로, 식 (1)과 동일한 하기식을 얻을 수 있다. 그러나 각도의 정의에 때문에, 식 (1)과 외관상 상이하게 보인다.
P·{(sinγ + sinδ) = nλ···(5)
한편, 식 (4)의 관계를 경사각에 의존하지 않게 하는 조건은, 다음 식이 성립하는 것이다.
cosγ - cosδ = 0···(6)
즉,
δ = γ···(7)
가 성립하는 것이다. 이 때, 식 (4)는, 식(8)과 같이 된다.
2·P·sinγ=nλ···(8)
이것은, 이른바 브래그의 법칙으로서 알려진 조건식이다.
이상은, 만곡면(51)이 투과성을 가지는 것으로 하여 설명하였으나, 반사면이라 하더라도 일반성을 잃지 않고 성립한다.
따라서, 입사 방향과 동일한 방향으로 회절되는 회절광은, 표면의 평탄도의 영향을 받지 않고, 식 (8)에 의해, 패턴의 피치 P, 회절 차수 n, 파장 λ만에 의해 정해지는 방향으로 출사되고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 촬상 공정에서는, 광학 유지부(202)를 회동시켜서 조명광을 각종 입사각 γ로 조사하고, 입사각과 동일한 방향으로의 출사각 δ = γ가 성립하는 회절광을 측정할 수 있기 때문에, 평탄도의 영향을 받지 않는 화상을 취득할 수 있다.
이 때, 조명 광학계와 수광 광학계의 광로를 공통화하여, 일체로 이동하도록 하였으므로, 예를 들면, 수광 소자(401)와 광원(405)이 간섭하여 특정한 회절광을 측정하기 곤란한 문제를 해소할 수 있다. 따라서, 광학 유지부(202)가 가동할 수 있는 모든 범위에 걸쳐서, 입사각의 변경 가능 범위와 동일한 범위에서 발생하는 회절광의 화상을 취득할 수 있다.
다음에, 제어·처리부(22)의 개략적인 구성에 대하여, 도 3의 기능 블록도를 참조하여 설명한다. 그리고, 이들 기능 블록 개개의 구체적인 구성은, 기존의 전기 회로, 디바이스, 마이크로 컴퓨터 등의 수단 또는 이들의 조합에 의해 실현된다.
제어·처리부(22)의 개략적인 구성은, 전체적으로 제어하는 장치 제어 부(501)와, 장치 제어부(501)에 대해서 외부로부터 제어 정보를 입력하는 조작부(511)와, 장치 제어부(501)에 의해 제어되는 그 외의 제어부와, 표시부(510)와, 수광 소자(401)에 의해 취득된 촬상 신호를 2차원의 화상 데이터로서 기억하는 기억부(503)로 이루어진다. 그 외의 제어부의 제어 대상은, 도시하지 않지만 제어·처리부(22)의 내외에 각각 형성되어 있다.
그 외의 제어부로서는, 조명 제어부(504)(조명 제어 수단), 스테이지 제어부(505), 필터 제어부(506), 광학계 제어부(507), 시료 방향 일치 검출부(508), 촬상 제어부(502)(촬상 제어 수단), 통신 제어부(522), 및 검사 알고리즘부(512A, 512B)가 형성되어 있다. 또한, 결함 사전(519)과 결함 판정부(518)가 형성되어 있다.
조명 제어부(504)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 의해, 광원(405)(도 1 참조)을 촬상 조건에 적합한 광량이 되도록, 촬상 타이밍에 맞추어서 발광량을 제어하기 위한 것이다. 광량 제어는, 본 실시예에서는 LED의 점등 시간을 제어하여 점멸 듀티비(duty rate)를 변경시킬 수 있는 제어를 채용하고 있다.
스테이지 제어부(505)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 의해, 스테이지(201)(도 1 참조)의 동작을 제어하는 것이며, 스테이지(201)에 탑재되는 피검체(5)의 흡착과 흡착 해제 동작, 스테이지(201)의 이동의 온/오프 동작 및 이동 속도 제어를 행하는 것이다. 스테이지(201)의 동작에는, 필요에 따라, 회절광이 나오는 방향으로 피검체(5)를 회전시키는 동작이나, 리프트 핀으로 피검체(5)를 상승 및 하강시키는 동작 등이 포함된다.
필터 제어부(506)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 의해, 조명·수광 광학계(410)의 필터의 전환 제어를 행하는 것이다. 즉, 터릿(408)을 회전시켜서 터릿(408) 상의 필터를 전환시키거나, 편광 필터(402)를 광로 내에서 전후진시킨다.
광학계 제어부(507)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 의해, 유지부 이동 기구(202a)를 작동시켜서, 광학 유지부(202)의 각도를 변경시키도록 제어하는 것이다.
시료 방향 일치 검출부(508)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 의해, 피검체(5)의 세트 방향, 세트 위치로부터의 어긋남의 유무를 검출하기 위한 것이다. 예를 들면, 피검체(5)의 위치를 맞추기 위하여 설치된 오리플라나 노치(notch) 등의 위치를 위치 검출 센서에 의해 검출하여, 소정 위치로부터 어긋나는 양이나 어긋남의 유무를 검출 신호로서 장치 제어부(501)에 출력한다.
촬상 제어부(502)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 따라, 수광 소자(401)에 대해서 촬상 제어 신호를 출력하고, 촬상 동작의 제어, 촬상의 타이밍이나 노광 시간(exposure time) 등의 촬상 조건 제어, 및 촬상 신호의 판독 제어를 행하고, 수광 소자(401)로부터 판독된 촬상 신호를 기억부(503)에 전송하는 것이다.
여기서, 도 4를 참조하여, 촬상 타이밍과 촬상 신호의 판독 제어에 대하여 설명한다.
도 4는, 촬상 타이밍과 촬상 신호의 판독 제어에 대하여 설명하는 타이밍 차 트의 모식도이다.
클록 신호(601)는 수광 소자(401)의 동작의 기준이 되는 것이다.
트리거 신호(602)는, 촬상 제어부(502)로부터 수광 소자(401)에 클록 신호(601)와 동기하여 임의의 타이밍으로 출력되는 펄스형의 제어 신호이다. 수광 소자(401)는, 트리거 신호(602)가 하이(high)가 되는 타이밍에서 촬상의 개시와 종료를 전환하도록 되어 있다.
노광 신호(603)는, 노광 시간을 제어하기 위해 촬상 제어부(502)로부터 수광 소자(401)에 출력되는 클록 신호(601)와 동기하는 가변 길이의 제어 신호이다. 노광 신호(603)가, 촬상 개시를 나타내는 트리거 신호(602)와 동기하여 하이가 되고, 노광 시간만큼 하이 레벨을 유지한다. 수광 소자(401)는, 노광 신호(603)가 하이가 되어 있는 동안만큼 노광 동작을 수행하도록 되어 있다.
촬상 제어부(502)에 의한 노광 시간의 제어는, 피검체(5)로부터 출사되는 광량과 수광 소자(401)의 촬상 감도에 따라, 피검체(5)가 적절하게 촬상되도록 행해진다.
트리거 신호(602)의 간격으로 정해지는 촬상 시간은, 수광 소자(401)의 라인 취입 시간이 되어 있고, (라인 취입 시간 - 노광 시간)이 화상 전송 시간이 되어 있다. 즉, 이 시간 내에, 촬상 소자의 각 축적 전하가 차례로 판독되고, A/D 변환되어, 촬상 제어부(502)에 전송 되도록 되어 있다.
통신 제어부(522)는, 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 따라, 장치의 외부와 통신을 제어하는 것이다. 예를 들면, 결함 검사 장치(20)가 피검체(5)의 제조 장치에 내장된 경우, 그와 같은 제조 장치의 통신 단계에 따라, 제어 신호나 데이터를 통신하고, 협조 동작을 실현할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 예를 들면, 장치의 외부가, LAN 등의 통신 회선일 경우, 통신 회선의 통신 단계에 따라, 통신 회선 상에서 제어 신호나 데이터의 통신이 이루어지도록 하는 것이다.
검사 알고리즘부(512A, 512B)는, 모두 장치 제어부(501)로부터의 제어 신호에 따라, 기억부(503)에 기억된 화상 데이터를 판독하여 화상 처리를 행하고, 결함을 추출하여, 결함의 특징 데이터를 장치 제어부(501)에 출력하기 위한 것이다. 이들이 실현하는 결함 추출의 알고리즘은 동일하며, 병행 동작이 가능하도록 되어 있다.
이하, 검사 알고리즘부(512A)에 대하여 설명하고, 검사 알고리즘부(512B)의 설명은 생략한다.
검사 알고리즘부(512A)는, 화상 얼룩 보정부(513), 왜곡 보정부(514), 화상 위치 보정부(515), 결함 추출부(516), 결함 특징 추출부(517)로 이루어지고, 기억부(503)로부터 전송되는 화상 데이터가, 이들 사이를 전술한 순서대로 송신됨으로써, 결함을 추출하기 위한 화상 처리가 차례대로 이루어지도록 되어 있다.
화상 얼룩 보정부(513)는, 미리 설정된 보정 데이터 기억부(521)에 보존되어 있는 파라미터에 기초하여, 수광 소자(401)나 조명·수광 광학계(410)의 특성에 의한 화소마다의 차이를 보정하는 쉐이딩(shading) 보정을 행하는 것이다.
이 때문에, 보정 데이터 기억부(521)에는, 교정 기준 샘플을 촬상하여 화상 처리함으로써 미리 취득된 광원(405)의 조명 편차나 수광 소자(401)의 특성 편차 등에 기인하는 화상 정보가 기억되어 있다.
왜곡 보정부(514)는, 조명·수광 광학계(410)의 편차에 의한 화상 편차를 특징 기억부(520)에 보존되어 있는 교정 데이터에 따라 왜곡 보정이나, 피검체(5) 등의 편차난 조명·수광 광학계(410)의 변화에 의한 휘도의 변화를 해소하기 위한 휘도 보정을 행하는 것이다.
화상 위치 보정부(515)는, 피검체(5)의 위치 보정 처리 등의 화상 보정을 행하는 것이다.
이로써 화상 처리된 화상 데이터는, 각각의 처리가 종료된 단계에서 기억부(503)에 각각 기억시킬 수 있도록 되어 있다.
결함 추출부(516)는, 기억부(503)에 기억된 피검체(5)의 화상과, 미리 기억부(503)에 기억되어 있는 우량 화상을 비교 처리하여, 피검체(5)의 결함을 추출할 수 있도록 되어 있다.
다만, 우량 화상과 비교 검사할 뿐만 아니라, 피검체(5)의 화상을 세분화하고, 많이 포함되어 있는 부분을 우량으로 판단하여 우량 화상을 구축하고, 이 구축 화상과 피검체(5)의 화상을 비교하여 결함을 검출하는 추출 방식도 실행할 수 있도록 되어 있다.
결함 특징 추출부(517)는, 결함 추출부(516)에 의해 추출된 결함의 형상 정보나 위치 정보를 분석하여, 결함의 특징을 추출하기 위한 것이다.
결함 사전(519)은, 결함의 종류를 특정하기 위해 기존의 결함 정보를 분류하여 기억하여, 검색할 수 있는 데이터 기억부이다.
결함 판정부(518)는, 검사 알고리즘부(512A, 512B)로 특징이 추출된 결함의 형상 정보나 위치 정보를 결함 사전(519)의 데이터를 참조함으로써, 결함의 종류를 판정하도록 되어 있다. 결함의 종류의 분류는, 그 특징을 피검체(5)의 제조 공정별로 발생하는 특징에 따라 분류하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 결함을 제조 공정과 관련시킬 수 있고, 결함의 원인의 특정에도 공헌할 수 있는 이점이 있다.
표시부(510)는, 조작부(511)에 의해 입력된 제어 정보, 수광 소자(401)가 취득하는 화상, 검사 알고리즘부(512A, 512B)에 의해 추출된 결함의 화상 및 검사 결과 정보 등을 화면에 표시하는 것이다. 즉, 결함 검사 장치(20)의 사용자 인터페이스를 형성하는 것이다.
다음에 결함 검사 장치(20)의 동작에 대하여 설명한다. 그리고, 전술한 바와 같이, 각 제어부의 동작 등은 장치 제어부(501)에 의해 제어되므로, 각각의 제어 신호가 장치 제어부(501)에 의해 분배되는 것에 대한 설명은 생략한다.
결함 검사 장치(20)의 개략적인 동작은, 피검체 로드 공정, 초기화 공정, 촬상 공정, 결함 검사 공정을 이 순서대로 수행하도록 되어 있다.
피검체 로드 공정에서는, 제조 공정 투입 전 또는 투입 후의 기판이, 피검체(5)로서, 예를 들면 반송용 로봇 등에 의해, 스테이지(201) 상에 반송된다. 그리고 적절한 가이드에 안내되어, 스테이지(201) 상의 흡착 기구에 흡착되어 위치가 고정된다.
초기화 공정에서는, 먼저 시료 방향 일치 검출부(508)를 동작시켜서, 피검 체(5)의 위치가 소정 위치에 정확하게 위치가 결정되었는지의 여부를 판정한다. 만약, 위치가 어긋나 있으면, 스테이지 제어부(505)에 의해 스테이지(201)를 동작시켜서, 피검체(5)의 자세를 수정한다.
그리고, 스테이지 제어부(505)에 의해 스테이지(201)를 구동하여 피검체(5)를 검사 위치로 이동시킨다.
한편, 검사 개시 전에 입력하여 설정된 검사 조건에 기초하여, 수광 소자(401)를 동작시키고, 광원(405)의 조명 조건이나 광학 유지부(202)의 각도 위치 등을 초기화한다.
즉, 촬상 제어부(502)에 의해 수광 소자(401)를 기동하여 촬상 가능하게 한다.
또한, 필터 제어부(506)에 의해 조명·수광 광학계(410)의 필터를 조합하여 설정하고, 조명 제어부(504)에 의해 광원(405)의 발광량을 조정한다.
또한, 광학계 제어부(507)에 의해, 유지부 이동 기구(202a)를 구동시키고, 광학 유지부(202)를 피검체(5)의 법선에 대해서, 검사 조건에 기초하여, 예를 들면 소정 각도 θ만큼 경사지는 위치로 이동한다.
본 실시예에서는, 발광량 조정은 광원(405)에 포함되는 LED의 점멸 듀티비를 적절하게 설정하여 행한다. 이와 같이 함으로써, 광량 손실을 초래하거나 광량이 안정도기를 기다리지 않아도, 효율적이며 신속히 광량 전환을 행할 수 있다.
또한, LED는, 연속 점등 시간이 너무 길면 광량 저하를 일으키므로, 이와 같이 적당히 점멸함으로써, 안정된 발광량을 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 촬상 제어부(502)로 노광 신호(603)의 길이를 바꾸어 노광 제어를 행할 수도 있으므로, 노광 신호(603)를 바꾸면서 수광 소자(401)의 촬상 신호를 연산 처리하고, 촬상 신호가 적절한 게인을 가지도록 노광 신호(603)의 시간 폭을 조정하여 조명 제어부(504)에 의한 광량 조정을 대신할 수도 있다.
피검체(5)의 상을 적절하게 얻기 위해, 발광량 제어를 행할 것인지, 노광 시간 제어를 행할 것인지는 자유롭게 선택할 수 있다.
예를 들면, 피검체(5)의 반사율 등에 의해 광원(405)의 발광량을 변경시켜서, 노광 시간을 일정하게 설정하면, 검사 택트를 일정하게 할 수 있으므로, 통상은 그와 같은 모드를 선택한다.
한편, 광원(405)의 발광량을 일정하게 설정하고, 노광 시간을 변경시키면, 특히, 광량을 저감할 때에 검사 택트를 단축할 수 있다.
그래서, 조작부(511)로부터의 입력에 의해, 광원(405)의 발광량을 증대시키는 동시에 노광 시간을 단축하는 제어를 행하고, 적절한 광량을 확보하면서 검사 택트를 고속화하는 고속 모드를 설치하면 적합하다.
수광 소자(401)의 출력은, 조도와 시간의 적(product)에 의해 나타내므로, 동일 조건의 피검체(5)에 대해서 동일한 출력을 얻기 때문에, LED의 점멸 듀티비와 노광 시간과 반비례하는 관계가 된다. 따라서, 피검체(5)의 종류, 반사율, 조명광의 입사각, 필터의 투과 특성 등의 검사 조건으로부터 정해지는 광학 특성 파라미터를 기억부(503)에 기억시켜 두고, 그들의 광학 특성 파라미터에 따라, 시간 보정하여 점멸 듀티비 및 노광 시간을 결정하도록 해도 된다.
이와 같이 하면, 광량 조정을 신속하게 행할 수 있으므로, 검사 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
또한, 발광량의 제어와 노광 시간의 제어가 모두 반비례하는 시간을 제어하기만 하면, 제어 파라미터의 개수가 적어져서 간단하게 된다. 그 결과, 제어가 용이하게 되는 이점도 있다.
초기화 공정 종료 후, 촬상 공정을 행한다. 즉, 스테이지 제어부(505)에 의해 스테이지(201)를 일정 속도로 이동시키면서, 수광 소자(401)가 촬상을 행한다.
스테이지(201)의 일정 속도는, 트리거 신호(602)의 주기와 동기하여 검사 위치의 노광 폭이 이동하는 속도가 되고, 검사 위치의 노광 폭에 해당하는 촬상 신호가 촬상 제어부(502)에 의해 판독되어 기억부(503)에 차례대로 전송된다. 이로써, 피검체(5)의 표면이 주사되고, 피검체(5)의 2차원 화상이 기억부(503)에 기억된다.
이 때, 도 1에 나타낸 바와 같이, 각도 θ0만큼 경사진 광학 유지부(202)로부터는, 광축(400)을 따라 조명광이 입사각 θ0으로 피검체(5)에 조사된다.
피검체(5)의 표면에 도달한 조명광은, 일부는 피검체(5)에 의해 흡수되지만, 나머지는, 반사광이나, 피검체(5)에 형성된 회로 패턴 등의 미세하고도 규칙적인 패턴에 따라 발생하는 입사각 θ0에서의 회절광이 되어, 피검체(5)의 외부로 출사된다. 이들 반사광, 회절광 중, 광축(400) 방향으로 출사되는 광이 조명·수광 광학계(410)에 입사하고, 렌즈(409), 집광 렌즈(407)에서 집광되고, 터릿(408)으로 전환된 필터와 편광 필터(402)를 투과하여, 수광 소자(401)에서 수광된다.
따라서, 본 실시예에서는, 각도 θ0가 바뀌어도, 항상 입사 방향과 동일한 축 방향으로 향하는 반사광 또는 회절광이 수광되는 것이다. 이와 같은 반사광은, 거시적으로 보면, θ0 = 0˚에서는 정반사광이지만, 그 이외에서는 산란광의 일부가 되어 있다.
이와 같이 초기화 조건에서의 촬상 공정이 종료되면, 광학계 제어부(507)에 의해 광학 유지부(202)의 경사각을, 예를 들면 각도 θ1 등으로 변경하여 촬상 공정을 반복한다. 즉, 스테이지(201)를 리셋하여 초기 검사 위치로 되돌리고, 광학 유지부(202)를 각도 θ1으로 설정한 상태에서, 필요에 따라 초기화 공정과 마찬가지로 광량 조정이나 노광 시간의 조정을 행하고, 상기와 마찬가지로 촬상 공정을 행한다.
이와 같이 하여, 검사에 필요한 경사각 θ0, θ1, ···, θi-1(i는 양의 정수)모두에 대하여 촬상 공정을 행한다.
그리고, 터릿(408)에 의해, 파장을 제한하는 필터를 광로 내에 삽입하면, 적절한 회절 조건에 해당되는 화상만을 촬상할 수 있다. 또한, 편광 필터(402)를 전환함으로써, 적절한 편광만을 수광하여 촬상할 수도 있다.
이와 같이, 필요에 따라서, 동일한 경사각 θj(j는 정수)에 대해서, 필터 등의 조건을 바꾸어서 복수개의 화상을 취득함으로써, 결함 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기의 촬상 공정이 모두 종료되거나, 또는 상기의 각 촬상 공정과 병행하여 결함 검사 공정을 행한다.
결함 검사 공정은, 장치 제어부(501)의 제어 신호에 의해, 각 촬상 공정에 의해 기억부(503)에 기억된 피검체(5)의 화상 데이터를 검사 알고리즘부(512A, 512B)에 송신하고, 화상 처리함으로써 행해진다. 검사 알고리즘부(512A, 512B)는, 병행 처리가 가능하므로, 적절한 타이밍에서 상이한 화상 데이터를 전송하고, 각각의 화상 데이터로부터 결함을 추출할 수 있다. 이하에서는, 검사 알고리즘부(512A)에서 행해지는 화상 처리에 대하여 설명한다.
검사 알고리즘부(512A)로 송신된 화상 데이터는, 화상 얼룩 보정부(513)에 의해, 보정 데이터 기억부(521)에 보존되어 있는 파라미터에 따라 쉐이딩 보정한다.
또한, 계속적으로 다른 화상 데이터의 보정을 실행할 수 있도록, 보정 후의 화상 데이터를 기억부(503)로 송신하여 기억부(503)에 기억시킨다. 기억된 화상 데이터는, 조작부(511)로부터의 지시에 의하여, 필요에 따라 표시부(510)에 표시된다(이하, 기억부(503)에 기억된 데이터는 동일).
그리고, 왜곡 보정부(514)에 의해 왜곡 보정, 휘도 보정이 이루어지고, 이어서 화상 위치 보정부(515)는 피검체(5)의 위치 어긋남을 보정하는 처리가 행해진다. 각각 의 보정 후의 화상 데이터는, 순서대로 기억부(503)에 기억된다.
결함 추출부(516)에서는, 화상 얼룩 보정부(513), 왜곡 보정부(514), 및 화상 위치 보정부(515)에 의해 보정된 화상 데이터를, 기억부(503)에 사전에 기억되 어 있는 피검체(5)의 우량 화상 데이터와의 차분을 취하는 등의 비교 처리를 행하고, 결함 화상 만을 추출하는 결함 특징 추출부(517)에서는 결함 추출부(516)에 의해 추출된 결함 화상의 특징 추출을 행하고, 결함의 형상 정보, 위치 정보 등을 추출한다. 추출된 결함에 관한 데이터는 결함 판정부(518)에 송신된다.
이와 같은 결함에 관한 데이터는, 결함 고유의 특징이 피검체(5) 상의 위치나 자세 등의 정보와 독립된 정보로서 추출되고 있으므로, 결함 사전(519)에 기억되어 있는 결함에 관한 데이터와 비교할 수 있도록 되어 있다.
결함 판정부(518)에서는, 검사 알고리즘부(512A, 512B)로부터 송신된 결함에 관한 데이터와 결함 사전(519) 내의 데이터를 비교하여, 결함의 종류를 판정한다. 그리고, 소정의 판정 기준에 기초하여, 합격 여부의 판정을 행하고, 장치 제어부(501)에 통지한다. 또한, 피검체(5)의 제조 공정, 검사 조건과 동시에, 합격 여부의 판정, 결함의 종류, 위치 정보, 개수 등의 정보를 기억부(503)에 기억시킨다.
이상에 의하여, 결함 검사 공정이 종료된다.
장치 제어부(501)는, 일련의 결함 검사 공정이 종료되는 것을 검출하면, 결함 판정부(518)의 통지에 기초하여, 검사 결과를 필요한 정보 및 화상과 함께 표시부(510)에 표시한다.
합격으로 판정된 경우는, 스테이지 제어부(505)에 의해, 피검체(5)의 흡착을 해제하여 장치의 외부로 반송한다. 그리고, 그 다음 피검체에 대해서, 상기 공정을 행한다.
불합격으로 판정된 경우는, 그 다음 검사를 보류하고, 필요한 경보 등을 표 시하고, 오퍼레이터의 지시를 기다리는 대기 상태가 된다.
이와 같이, 본 실시예의 결함 검사 장치에 의하면, 광학 유지부(202)의 가동 범위의 모든 방향으로 출사되는 광을 촬상할 수 있고, 피검체(5)의 표면의 평탄도에 의하여 영향을 받지 않는 회절광에 의한 화상을 취득함으로써, 양호한 정밀도로 표면의 결함을 검사할 수 있다.
다음에 상기 동작을 행하기 위한 조작 방법에 대하여 간단하게 설명한다.
조작부(511)의 조작은, 특히 전용 조작, 입력 수단이 준비되어 있는 경우 외에는, 표시부(510) 상에 표시되는 가상 조작 화면을 조작하여 행한다. 조작부(511)의 범용적인 입력 디바이스, 예를 들면, 키보드, 마우스, 죠이 스틱 등의 입력치는, 실시간으로 가상 조작 화면 상에 반영되는 인터페이스가 되어 있다.
가상 조작 화면에는, 필요에 따라, 검사 화상이나 화상 처리 데이터를 표시하는 그래픽 표시부가 설치된다.
검사 개시 전에, 조작부(511)를 통해서 검사 조건을 입력한다. 이 때 검사 조건을 식별하기 위해, 피검체(5)의 품종명이나 공정명 등의 정보를 입력한다.
또한, 마찬가지의 검사 조건을 설정하는 경우에 편리하도록, 이전의 검사 조건을 기억부(503)로부터 호출하여 활용하거나, 변경되는 조건만을 수정하여 입력하는 활용 편집 모드도 준비되어 있다. 활용 편집 모드로 검사 조건이 설정된 경우는 자동적으로 검사 조건의 버젼 번호가 Ver. XX(XX는 적절한 숫자) 등을 부가하여, 그 전에 작성한 검사 조건을 그대로 사용할 수도 있다.
조작 화면에는, 조작자의 수고를 덜기 위하여, 최신 입력 정보가 남아 있고, 상이한 항목만 변경할 수 있도록 되어 있다. 버젼 번호가 있는 것은 최신 버젼 번호가 표시된다.
다음에, 피검체(5)의 검사 영역을 설정하기 위하여, 검사 영역 및 그 중에 제조되어 있는 패턴의 맵핑 정보를 입력한다. 이로써 동일한 패턴이 복수개 제조되어 있는 경우에는, 그 위치 정보를 촬상한 화상과 중첩 표시하여 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다.
촬상은, 조작부(511)에 설치된 촬상 개시 버튼을 눌러서 이루어지고, 이로써 피검체(5)의 촬상을 개시하는 동시에, 최적 광량을 얻을 수 있도록 자동 조광이 행해지고, 조광 조건이 표시부(510)에 표시되어 조작자가 확인할 수 있도록 되어 있다.
검사 모드는, 정반사광, 회절광, 암시야의 3개의 모드가 설치되고, 이들 모드 중에서 필요에 따라 조작부(511)가 선택한다. 예를 들면, 표시부(510) 상에 조작 화면이 표시되고, 각각에 체크 박스가 설치되며, 조작부(511)의 선택 디바이스, 예를 들면 마우스 등을 사용하여 선택한다.
정반사광 모드에서는, 본 실시예의 경우, 광학 유지부(202)를 광축(400)이 피검체(5)에 대해서 수직 방향을 향하도록 설정한다.
회절광 모드에서는, 몇차의 회절광에 의해 검사하느냐에 따라, 광학 유지부(202)의 경사 각도를 변경하고, 그 회절광이 최적으로 검출될 수 있도록, 스테이지(201)의 위치를 조정한다. 예를 들면 스테이지(201)를 수평면에서 회전시킨다. 이것은, 검사 위치의 맵핑 정보로부터 자동적으로 판단하여 위치가 조정된다.
암시야 모드의 경우는, 회절광을 자동적으로 검출하는 공정과 마찬가지로 하여, 정반사광도 회절광도 검출하지 않는 각도를 자동적으로 검출하여 광학 유지부(202)의 각도를 설정한다.
이들 검사 모드에 따라 조명 각도 및 조명 위치 조정이 종료되면, 자동적으로 광량 조정 동작을 행한다.
이상으로, 촬상을 개시하기 위한 준비가 종료된다.
촬상 개시의 준비가 종료되면, 표시부(510)에는 검사 모드 화면이 표시된다. 검사 모드 화면에는, 입력된 품종명, 공정명, 버젼 번호 등이 표시되고, 검사 개시 버튼을 누름으로써, 검사를 개시할 수 있게 된다.
그리고, 검사가 종료되면, 촬상된 화상 및 검출된 결함이 화상 상에 중첩되어 표시된다.
결함부의 부근에는 결함을 식별하는 라벨 번호가 표시되어 있고, 화면에는 각 라벨 번호에 대응한 결함의 종류, 그 면적, 좌표, 및 분류 확률 등의 정보가 표시된다.
그리고, 이 화면에는, 품종명, 공정명, 버젼 번호 등의 입력부가 설치되고, 이들을 입력하면, 기억부(503)에 기억된 검사 결과를 수시로 호출할 수 있도록 되어 있다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따른 결함 검사 장치에 대하여 설명한다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성에 대 하여 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 검사 장치에 사용하는 복수개의 조명부의 일례에 대하여 설명하기 위한 모식적인 설명도이다. 도 7은, 상기 복수개의 조명부의 다른 예에 대하여 설명하기 위한 모식적인 설명도이다.
본 실시예의 결함 검사 장치(24)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 결함 검사 장치(20)의 조명 수광부(21) 대신, 조명 수광부(23)를 설치한 것이다. 조명 수광부(23)는, 조명 수광부(21)와 조명부(101, 102)(복수개의 조명부 중 하나 이상)로 이루어진다.
그리고, 도 5에서는, 도 1와 마찬가지로 광축(400)이 피검체(5)의 법선 N과 중첩되는 위치에 있는 경우의 광학 유지부(202) 등을 실선으로 나타내고 있다.
이하, 제1 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
조명부(101)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 피검체(5)의 법선 N에 대해서 각도 φ1만큼 경사진 위치로부터 검사 위치 방향으로 조명광을 출사할 수 있도록 배치되어 있다. 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이, LED(121), 산란판(122), 렌즈(123), 슬릿(124), 및 필터(125)에 의하여 구성된다.
LED(121)는, 광원(405)과 동일한 백색 LED가 도 6의 지면의 깊이 방향으로 복수개 배열된 것이다.
산란판(122)은, LED(121)로부터 출사된 광을 확산하여 균일화하며, 지면의 깊이 방향으로 연장되어 배치되고, LED(121)의 배열에 맞추어서 균일한 깊이 방향 (검사 위치의 길이 방향)으로 확산광을 얻을 수 있도록 산란면이 조정되어 있다.
렌즈(123)는, 산란판(122)에서 확산된 광을 집광하여 평행광으로 하는 광학 소자이다.
슬릿(124)은, 렌즈(123)로부터 출사되는 평행광의 불필요한 광을 차광하고, 조명광을 직사각형으로 정형하는 것이다.
필터(125)는, 필요에 따라 슬릿(124)를 투과한 광속의 파장을 제한하거나, 편광 성분을 규제하기 위한 필터 소자이다.
조명부(102)는, 검사 위치에 대하여 넓은 범위의 각도로부터 조명광을 입사시켜서, 조명을 산란할 수 있도록 한 것이다. 도 5, 7에 나타낸 바와 같이, 피검체(5)의 법선 N에 대해서 각도 φ2(φ2 < φ1)만큼 경사진 위치를 중심으로 하여, 검사 위치 방향으로 조명광을 출사할 수 있도록 배치되어 있다. 그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이, LED(131), 산란판(132), 및 렌즈(133)로 구성된다. 부호 134는, 조명부(102)의 광축을 나타낸다.
LED(131)는, 광원(405)과 동일한 백색 LED를 도시한 단면 내에 광축(134)을 중심으로 하여 복수개 배열하고, 또한 지면의 깊이 방향으로 복수개 배치하고 있다.
산란판(132)은, 산란판(122)과 마찬가지로 LED(131)로부터 출사된 광을 확산하여 균일화하는 것이다.
렌즈(133)는, 산란판(132)에서 확산된 광을 검사 위치 방향으로 집광하는 광 학 소자이다.
이와 같은 조명부(101, 102)를 구비함으로써, 본 실시예의 결함 검사 장치(24)는, 이하와 같은 결함 검사를 행할 수 있는 것이다.
먼저, 조명부(101)에 의해 각도 φ1의 조명광이 검사 위치로 조사되므로, 광원(405)을 사용하지 않고 검사를 행할 수 있다. 특히, 입사광에 대한 정반사광으로 검사할 수 있게 된다. 조명부(101)는 각도 φ1을 변경할 수도 있다.
또한, 조명부(101)의 각도 φ1을 비교적 크게 취하여, 광축(400)을 피검체(5)에 대해서 수직 또는 수직보다 조금 경사지게 배치하면, 암시야 조명에 의한 관찰을 행할 수 있다. 즉, 조명부(101)의 조명광은 피검체(5)의 표면에 대해서 작은 각도로 반사 되므로, 피검체(5)의 흠집이나 이물질 등에서 산란된 광만 수광 소자(401)에 도달하고, 암시야 내에서 흠집이나 이물질을 선명하게 관찰할 수 있다. 그러므로, 패턴 등의 영향을 그다지 받지 않고 흠집이나 이물질 등의 결함 화상을 취득할 수 있다.
또한, 피검체(5)가 다층막으로 구성되는 경우, 상층막과 하층막의 경계에서, 조명광이 전반사되는 정도로 각도 φ1을 크게 설정해도 된다. 그러면, 하층막에서 조명광이 전반사되고, 하층막 이하의 패턴에 의한 회절광이 발생하지 않는 화상을 취득할 수 있다. 그러므로, 결함을 추출하기 위한 화상 처리가 용이해지고, 상층막의 결함만을 효율적으로 추출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 필터(125)로서 편광 필터를 사용하고, 편광 필터(402)와의 편광 특성 을 조정해 두면, 일정한 편광 성분만을 검출할 수 있고, 표면층의 변화에 민감한 성분만을 검출할 수 있게 된다.
또한, 조명부(102)에 의하면, 조명광을 다양한 방향으로부터 피검체(5)에 조사할 수 있고, 특히 NA를 크게 설정할 수 있으므로 이물질이나 흠집 등의 규칙성이 없는 결함에 대해서 효율적으로 산란광을 발생시킬 수 있다. 따라서, 조명부(101)과 같이 일방향으로부터의 조명광에서는 산란광이 잘 발생하지 않는 미소한 이물질이나 흠집도 용이하게 검출할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기에서는, 조명부(101, 102)만 조명 광학계로서 사용하여 암시야 조명을 행하는 예를 설명하였으나, 광원(405)을 암시야 조명의 조건으로 설정하고, 거기에 더하여 조명부(101, 102)의 조명광도 사용함으로써, 미소한 이물질이나 흠집에 대한 검출 정밀도를 더 향상시킬 수도 있다.
여기서, 도 8에 암시야에서 관찰하는 경우의 광학계의 구성도를 나타낸다. 기본적으로 조명 수광부(21, 23)와 동일한 구성이지만, 슬릿(416, 417)(차광 수단)을 추가함으로써 정반사광이 수광 소자(401)에 입사되지 않으므로, 암시야에서 관찰할 수 있도록 되어 있다.
즉, 슬릿(417)에 의해 조명광이 광축(400)과 다른 광로를 통과하도록 하여, 렌즈(409)에 의해 굴곡되어 암시야 관찰에 적합한 비교적 큰 입사각으로 피검체(5)에 입사 시킬 수 있다. 이 조명광의 정반사광은 광축(400)과 상이한 광로를 통하여 집광 렌즈(407)에 입사되고, 슬릿(416)에 의해 차광되므로, 수광 소자(401)에는 입사되지 않도록 되어 있다.
그리고, 슬릿(417)은, 도 1, 5, 9의 조명 수광부(21, 23, 25)의 광원(405)으로부터 출사되는 광 중에서 적어도 광축으로 입사되는 광속을 차광하면 되고, 슬릿(416)은, 슬릿(417)을 통과하여 피검체(5)에서 정반사되는 광속만 차광하면 된다. 또한, 슬릿(416, 417)은 슬라이드 기능을 가지게 하여, 삽입 및 인출할 수 있도록 해도 된다.
다음에, 본 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
도 9는, 제2 실시예의 변형예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
본 변형예의 결함 검사 장치(26)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예의 결함 검사 장치(24)의 조명 수광부(23) 대신 조명 수광부(25)를 설치한 것이다.
조명 수광부(25)는, 조명 수광부(21)의 광학 유지부(202) 대신 광학 유지부(203)를 설치하고, 그 내부에 조명·수광 광학계(410)의 광로를 반사시키는 조명·수광 광학계(420)를 배치하여 구성된다.
조명·수광 광학계(420)에는, 집광 렌즈(407)와 렌즈(409) 사이에 미러(411)(반사 부재)가 설치되고, 광로가 V자형으로 반사되어 광축(400)이 피검체(5)의 법선 N에 일치한 상태에서, 수광 소자(401)가 조명부(102) 및 조명부(101)의 상측으로 배치된다.
광학 유지부(203)는, 이와 같은 조명·수광 광학계(420)를 수용하는 상자체이며, 광학 유지부(202)와 마찬가지로 유지부 이동 기구(202a)에 의해 가동되도록 지지되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 광학 유지부(203)를 소형화하여, 조명부(101, 102)의 상측으로 모을 수 있으므로, 광학 유지부(203)의 가동 범위를 비교적 넓게 취할 수 있다.
그리고, 도 9에서는, 지면과 평행한 방향으로 광로를 절곡시키고 있지만, 지면에 수직인 면 내로 절곡시켜도 된다. 이로써, 회동 각도의 범위를 넓힐 수 있다.
또한, 예를 들면, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등은, 최근, 비용 저감을 위해 대형화하는 추세에 있지만, 이와 같은 구성으로 하면, 조명·수광 광학계(420)의 광로 길이가 길더라도 소형화된 결함 검사 장치를 구성할 수 있으므로, 대형 피검체(5)를 검사하더라도 검사에 필요한 공간을 좁게 하여도 되므로 바람직하다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예에 따른 결함 검사 장치에 대하여 설명한다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 결함 검사 장치의 개략적인 구성에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시예의 결함 검사 장치(28)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 결함 검사 장치(20)의 조명 수광부(21) 대신 조명 수광부(27)를 설치한 것이다. 조명 수광부(27)는, 제1 실시예의 조명·수광 광학계(410) 대신 조명·수광 광학계(430)를 구비한다.
이하, 제1 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
조명·수광 광학계(430)는, 제1 실시예의 조명·수광 광학계(410)의 하프 미 러(406)를 없애고, 렌즈(409) 대신 렌즈(412)를 구비하는 수광 광학계를 가진다. 상기 수광 광학계는, 피검체(5)로부터 출사된 광을 광축(414)과 중첩되는 광로를 따라 집광하고, 수광 소자(401) 상으로 안내한다.
한편, 조명 광학계는, 광원(405), 산란판(404), 렌즈(412)에 더하여, 산란판(404)에서 확산된 광을 대략 평행광으로 하여 렌즈(412)에 입사시키는 집광 렌즈(413)로 이루어지고, 피검체(5)의 검사 위치 상에서 광축(414)에 대해서 각도 Δθ만큼 경사진 방향으로부터 조명광을 조사할 수 있도록 한 광학계가 된다.
그리고, 조명·수광 광학계(430)는, 광학 유지부(202)에 고정되어 있고, 유지부 이동 기구(202a)를 중심으로 회동될 수 있도록 유지된다. 따라서, 이와 같이 회동할 때, 조명 광학계와 수광 광학계의 광로가 이루는 각도는 Δθ로 유지된다.
Δθ는 미소한 것이 바람직하고, 조명광의 입사 방향과 거의 동일한 방향이 되는 각도인 것이 바람직하다. 예를 들면, 15˚ 이하이면 된다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 렌즈(412)를 수광 광학계와 조명 광학계에서 공통적으로 이용할 수 있도록 설계되어 있다. 집광 렌즈(413)를 형성함으로써, 조명 광학계와 수광 광학계의 광로 길이는 상이하게 되도록 설계할 수 있다. 따라서, 수광 광학계에 비해 수차를 엄격하게 하지 않아도 되는 조명 광학계에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이 소형으로 설계할 수 있으므로, 장치 전체를 소형화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 수광 광학계와 조명 광학계가 동일한 축이 아니기 때문에, 양쪽의 광학 특성이 만족하기 곤란한 경우에도, 각각에 필요한 수차 보정량이 상이한 점에 주목하여, 예를 들면, 수광 광학계의 수차 보정보다 우선적으로 렌즈(412)를 설계하고, 조명 광학계에 남아 있는 수차의 영향, 예를 들면 조명 편차 등은, 산란판(404), 슬릿(403), 또는 적당한 쉐이딩 보정 필터 등의 수단에 의해 보정하도록 구성해도 된다.
또한, 각도 Δθ의 크기에 따라서, 수광 광학계의 광로와 조명 광학계의 광로를 분리하고, 각각 상이한 광학 특성을 가지는 렌즈면을 지나도록 해도 된다. 그 경우 렌즈(412)는, 자유 곡면 렌즈일 수도 있고, 2개의 렌즈를 접합시킨 것을 수도 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 광축(414)가 피검체(5)의 법선 N과 일치하는 상태에서는, 광원(405)으로부터 조사된 광이, 광축(415)을 따라 피검체(5)에 대해서 입사각 Δθ로 입사된다. 그리고, 피검체(5)에 의해 광축(414)의 방향으로 출사되는 광이 렌즈(412), 터릿(408), 집광 렌즈(407), 편광 필터(402)의 순서대로 투과하여 수광 소자(401) 상에 집광되고, 그 상이 촬상된다.
그리고, 광학 유지부(202)를 회동시킴으로써, 조명광의 입사각을 바꾸어 피검체(5)를 조명할 때의 각도 Δθ만큼 어긋난 방향으로 출사되는 광을 연속적으로 촬상한다.
이로써, 광학 유지부(2O)2의 가동 각도 범위로부터 Δθ만큼 뺀 각도의 범위에 포함되는 정반사광, 회절광을 수광하고, 이들에 의한 화상으로부터 결함을 추출할 수 있다.
정반사광에 의해 촬상 가능한 것은, 광축(414, 415)이 각각 피검체(5)의 법선 N으로부터 각도 Δθ/2의 위치로 회동되는 경우이다.
본 실시예의 결함 검사 장치(28)에 의하면, 광학 유지부(202)의 가동 범위의 입사각으로 피검체(5)에 입사되는 조명광을 사용하여, 그 입사 방향과 일정 각도 Δθ만큼 어긋난 방향으로 출사되는 광을 촬상할 수 있고, 피검체(5)로부터 출사되는 광을 넓은 범위에서 촬상할 수 있다.
또한, 조명 광학계와 수광 광학계를 나누어서 구성하므로, 각각 필요한 고정밀도에 따른 광학계로서 구성할 수 있으므로, 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
그리고, 제2 실시예의 조명부(101, 102)나 암시야 관찰용 슬릿(416, 417)을 추가하거나, 제2 실시예의 변형예의 미러(411)를 설치하여 광로를 절곡하는 것 등을 적절하게 행할 수도 있다.
[제4 실시예]
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 제조 시스템에 대하여 설명한다.
도 11은, 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 제조 시스템의 개략적인 구성에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시예의 기판 제조 시스템(100)은, 반도체 웨이퍼 기판에 회로 패턴을 형성하는 기판 제조 장치에 본 발명의 결함 검사 장치를 내장하고, 기판 제조 장치로 제조 되는 기판을 피검체로 하여 결함 검사를 행할 수 있도록 한 시스템이다. 또한, 기판 제조 장치는, 자기 교정이 가능하며, 결함 검사 장치의 검사 결과를 판독하여 자동 교정할 수 있도록 되어 있다.
기판 제조 시스템(100)의 개략적인 구성은, 기판 제조 장치(140)와, 기판 제조 장치(140)에 내장된 결함 검사 장치(135)로 이루어진다.
기판 제조 장치(140)은, 외부로부터 반송된 캐리어(141)와 복수개의 기판(50)(피검체)을 제조 공정으로 반입 및 반출하는 반송부(144)와, 기판(50)에 도포 현상 공정을 행하는 도포 현상부(146)와, 기판(50)에 노광 공정을 행하는 노광부(147)와, 기판(50)을 결함 검사 장치(135) 사이에서 주고받는 반송부(145)와, 이들의 동작을 제어하는 제어부(148)로 이루어진다.
반송부(144, 145)는, 기판(50)을 유지하여 반송하기 위한 반송 로봇(142, 143)(반송 수단)을 각각 구비한다. 반송 로봇(142, 143)은, 각각 반송부(144, 145) 상의 수평면 내를 이동할 수 있으며, 기판(50)의 유지부가 수평 방향으로 신축되고, 상하 방향 이동과, 수직축 주위의 회전 운동을 행할 수 있도록 되어 있다.
제어부(148)(자동 교정 수단)는, 기판 제조 장치(140)의 제조 프로세스를 제어함과 동시에, 각 제조 프로세스의 제어 파라미터를 제어하는 것이다. 그리고, 적절한 네트워크 회선, 예를 들면 이더넷(Ethernet) 등으로 이루어지는 LAN(149)에 접속되어 있고, LAN(149)을 통하여 제어 신호, 데이터 통신을 행할 수 있게 되어 있다.
제어부(148)에 포함되는 자동 교정 수단은, 결함 발생의 정보가 통지되면. 그 정보에 따라, 각 프로세스의 제어 파라미터의 변화와 결함 발생의 상관 관계에 관한 정보를 참조하여, 제어 파라미터를 재교정할 수 있도록 되어 있다.
제어 파라미터의 변화와 결함 발생의 상관 관계는, 미리 실험 등에 의해 구 해져서, 제어부(148)가 참조 가능한 장소에 기억되어 있다.
예를 들면, 제어 파라미터의 변화와 결함 발생의 상관 관계의 예로서는, 예를 들면 노광 공정에서 포커스가 흐릿해지거나 노광량이 비정상인 문제에 의해, 맵핑 구획을 따른 형태에 의존한 형상의 불량이 나타나는 예가 있다.
본 실시예에서는, 제어부(148) 내부의 기억 수단에 기억되어 있지만, 예를 들면 데이터 기억부(154) 등의 외부에 기억되어 있어도 된다.
결함 검사 장치(135)는, 본 발명의 결함 검사 장치라면, 어떠한 장치라도 되지만, 이하에서는, 제1 실시예의 결함 검사 장치(20)와 동일한 구성인 것으로 가정하여 설명한다.
결함 검사 장치(135)의 조명 수광부(21)는, 노광부(147)와 인접하는 위치에 설치되고, 반송 로봇(142, 143)에 의해 기판(50)을 스테이지(201) 상에 착탈할 수 있는 위치에 내장되어 있다. 그러므로, 기판 제조 시스템(100)에 반송된 기판(50)은, 제조공정의 어느 단계에서도, 적합한 스테이지(201)에 반송하여 검사할 수 있도록 되어 있다
결함 검사 장치(135)의 제어·처리부(22)는, 통신 제어부(522)를 통하여 LAN(149)과 접속되고, 조작부(511)에 의한 조작 외에, LAN(149) 상에 접속된 검사 서버(151)에 의해 외부에서 제어할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 검사 조건 등의 입력 정보도, 검사 서버(151)에 의해 LAN(149)을 경유하여 입력할 수 있도록 되어 있다.
검사 서버(151)는 서버 제어부(153), 데이터 기억부(154)를 구비하고, 데이 터 기억부(154)에는 검사 조건이나 검사 결과를 저장하여 수시로 검색하기 위한 데이터 베이스(152)가 구축되어 있다.
또한, LAN(149)상에는, 기판 제조 시스템(100)과 함께 사용하기에 바람직한 장치로서, 제조 라인 상에 배치되어, 본 발명의 결함 검사 장치와 동일하게 구성되는 결함 검사 장치(150), 결함에 대한 리뷰를 행하는 동시에, 검사 서버(151)에 액세스할 수 있는 통신 제어부를 구비하는 리뷰용 현미경(155)이 설치되어 있다.
기판 제조 시스템(100)의 동작에 대하여 설명한다.
캐리어(141)로부터 기판 제조 시스템(100)에 반송되는 기판(50)은, 반송부(145, 144)에 의해, 도포 현상부(146), 노광부(147)로 반송되고, 각각 도포 현상 공정, 노광 공정이 이루어진다. 이와 같은 제조 개시 전, 또는, 어느 하나의 공정에 의해 표면의 결함 검사가 필요한 단계, 예를 들면 하나의 패턴을 형성한 단계 등에서, 기판(50)은 반송 로봇(142, 143)에 의해 스테이지(201)로 반송된다. 그 때, 반송 로봇(143)에 의해, 도 10의 우측으로부터 스테이지(201)로 반송된다.
조명 수광부(21)에서는, 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 여러 공정을 거쳐, 기판(50)의 결함 검사를 행하고, 제조 공정을 더 계속하는 경우에는, 도포 현상부(146), 노광부(147) 등에 반송되며, 기판(50)의 모든 제조 공정이 종료될 때까지 이것을 반복한다.
기판(50)의 제조 공정에 있어서 마지막 결함 검사가 종료되면, 통신 제어부(522), LAN(149)을 통하여 제어부(148)에 촬상 종료가 통지된다. 그래서, 반송 로봇(142)이 기동되고, 스테이지(201) 상의 기판(50)을 도면의 좌측으로부터 반출 하며, 캐리어(141)에 이송하여, 캐리어(141)가 차면 기판 제조 시스템(100)의 외부로 반출된다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 스테이지(201)를 사이에 두고 좌우 양측으로 반송 로봇(142, 143)이 설치되어 있으므로, 표면 결함 검사 장치(135)로 반입 및 반출을 효율적으로 행할 수 있는 이점이 있다.
이와 같은 검사 과정에서 기판(50)의 결함이 검출되면, 통신 제어부(522)를 경유하여, 제어부(148)로 결함 발견이 통지되어, 결함 검사 장치(135)의 기억부(503)에 기억된 결함의 종류, 개수, 위치 등의 결함에 관한 정보가 송신된다.
제어부(148)는, 이와 같은 결함의 정보에 따라, 그것이 제조 공정의 제어 파라미터로 개선할 수 있는 것으로 판단될 때, 제어 파라미터를 교정한다.
노광 공정에 문제가 있는 것으로 판단되는 경우, 예를 들면 노광부(147)의 노광량, 포커스량, 기판(50)의 지지대의 경사량 등을 재교정하여, 이들 제어 파라미터가 소정값의 범위로부터 벗어나 있는 경우에, 소정값으로 되돌리는 제어를 행한다.
예를 들면, 노광 공정에서 포커스가 흐려지거나 노광량이 비정상적이 되어 생기는 맵핑 구획의 형태에 의존한 불량 결함을 발견한 것으로 가정한다.
이 경우, 노광부(147)에 있어서, 노광 검출 센서 등을 사용하여 노광량을 검출하면서 포커스를 맞추어서, 노광량이 최대가 되는 포커스 위치를 검출한다. 거기로부터 미리 설정되어 있는 포커스 위치까지 이동한다. 다음에 그 포커스 위치에서, 노광 했을 때의 노광량을 검출하면서, 노광량을 재설정함으로써, 포커스량, 노광량을 정상 설정으로 재교정한다.
또한, 마찬가지로 도포 현상부(146)의 현상 공정에 문제가 있는 것으로 판단되는 경우, 예를 들면 현상액의 용량, 온도 등을 도포 현상부(146)에 설치된 용량 센서, 온도 센서 등으로 이들 제어 파라미터를 검출하면서 재교정한다.
제어부(148)는, 결함이 예를 들면 정체 불명의 이물질 부착 등, 제조 공정의 제어 파라미터와의 관계가 불명확한 것으로 판단되는 경우, 또는 재교정해도 제어 파라미터에 이상이 없는 경우에는, 자동 교정으로 해결할 수 없는 결함이 발견된 것을 조작자가 인지할 수 있도록 통지한다. 또한, 기판(50)의 리워크(rework)에 의해 개선되는 결함으로 판단되는 경우, 리워크가 필요한 것을 통지한다.
이와 같이, 기판 제조 시스템(100)에서는, 제조 공정의 제어 파라미터의 문제점을, 도포 현상부(146)에 내장된 결함 검사 장치(135)가 판정한 결함의 정보에 기초하여, 제어부(148)에서 자동적으로 교정할 수 있도록 하였으므로, 결함에 대한 정보를 신속하게 제조 공정에 반영할 수 있어서, 불량율의 저감을 도모할 수 있고, 제조 공정의 검사 인원을 줄이거나, 무인화할 수 있는 이점이 있다.
다음에 결함 검사 장치(150), 검사 서버(151), 리뷰 현미경(155)의 동작에 대하여 설명한다.
결함 검사 장치(150)는, 결함 검사 장치(135)와 동일한 검사를 행할 수 있지만, 본 실시예에서는, 주로 LAN(149)에 접속함으로써 결함 검사 장치(135) 대신 검사 조건의 설정과 그에 대한 유지 관리를 행한다. 즉, 검사 조건을 결함 검사 장치(150)로부터 입력하여, 그 데이터를 보존하고, 적절하게 수정하여, 제조 공정에 맞추어서 검사 조건의 유지 관리를 도모한다.
그리고 이들 검사 조건을, LAN(149)을 통하여 필요에 따라 결함 검사 장치(135)에 전송한다.
검사 조건을 결함 검사 장치(135)에 입력하는 경우에는, 검사가 기판 제조 장치(140)에 의한 기판(50)의 제조 공정과 연동되어 있으므로, 제조 공정을 정지시켜야 하지만, 결함 검사 장치(150)를 사용하여 검사 조건의 설정을 행하기 위해, 제조 공정을 정지시키지 않고도 검사 조건을 설정 및 변경할 수 있다. 그러므로, 기판 제조 장치(140)의 가동 효율을 높일 수 있고, 기판(50)을 염가로 제조할 수 있는 이점이 있다.
검사 서버(151)에 의하면, 결함 검사 장치(135, 150) 내에 보존되어 있는 검사 조건 및 검사 결과를 데이터 기억부(154)에 기억시킴으로써, 데이터 베이스(152)를 구축하여, LAN(149)을 통하여 액서스할 수 있다. 이로써, 기판의 제조나 검사의 효율을 향상시킬 수 있다.
데이터 베이스(152)에 있어서의 데이터 등록은, 다음과 같이 행한다.
결함 검사 장치(135, 150)는, 검사가 종료되면, 장치 제어부(501)(도 3 참조)의 지시에 따라, 통신 제어부(522)를 경유하여, 검사 화상, 검사 데이터를 데이터 기억부(154)에 보존한다. 그 때, 모든 데이터를 송신 후에, 종료의 트리거가 되는 트리거 파일을 데이터 기억부(154)에 보존한다.
서버 제어부(153)는, 트리거 파일의 생성을 항상 감시하고 있고, 트리거 파일을 검출하면, 해당되는 검사의 화상 데이터를 데이터 기억부(154)에 규정된 포맷 에 따라서 보존하는 동시에, 검사 데이터를 데이터 베이스(152)의 레코드로서 등록한다.
이 레코드에는, 등록 후에 각종 검색이 가능하도록, 예를 들면, 품종명, 공정명, 검사 조건, 로트(lot)를 식별하는 로트 ID, 제조 장치를 식별하는 제조 장치 ID, 검사 일시, 조작 관리자명, 화상 데이터의 기억 장소 등의 정보가 등록된다.
이들 데이터를 데이터 베이스(152)에 등록함으로써, 이들 데이터에 관한 조건과 대응하는 화상을 검색 및 표시할 수 있게 된다.
그리고, 서버 제어부(153)로부터의 검색 및 표시는, 인터넷 등을 통하여 보급되어 있는 범용 웹(web) 기능에 포함되는 각종 검색 엔진, 표시용 소프트웨어를 채용할 수 있다. 이와 같이 하면, LAN(149) 고유의 검색 엔진 등을 개발하지 않아도, 다른 검사 장치로의 링크를 용이하게 실현할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 검사 서버(151)에 의해, 결함 검사 장치(135, 150)의 데이터를 일괄적으로 관리할 수 있으므로, 결함 검사 장치(135)의 장치 제어부(501)은, 서버 제어부(153)에 결함 검사 장치(150)로부터 업로드된 검사 조건을, LAN(149)을 통하여, 결함 검사 장치(135)에 다운로드할 수 있다.
그러므로, 결함 검사 장치(135)는, 결함 검사 장치(150)에 의해 적절하게 유지 관리된 검사 조건을 필요에 따라 다운로드하여, 검사할 수 있고, 검사와 검사 조건 설정을 분담하여, 검사 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 결함 검사 장치(150)과 동일한 검사 조건을 업로드 및 다운로드할 수 있는 장치가 복수개 있는 경우에는, 검사 서버(151)에 업로드된 데이터의 수정 은, 서버 제어부(153)에 의해 배타 제어가 행해진다. 즉, 각 검사 조건은, 최초에 업로드한 결함 검사 장치에 의해 버젼 번호, 갱신일을 앞당겨서 갱신되는 경우에만 허가하고, 다른 장치에 의한 수정 업로드는 금지하는 제어를 행한다. 이로써, 검사 조건의 일관성이 유지되어 한 번 작성된 검사 조건이 다른 조작자나 결함 검사 장치에 의해 변경되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 검사 조건의 변경 이력도 관리할 수 있게 된다.
리뷰 현미경(155)이 LAN(149)에 접속됨으로써, 결함이 발견된 기판(50)의 결함을 리뷰할 때, 데이터 베이스(152)로부터 결함의 위치나 크기 등의 정보를 인출하고, 이들 정보에 따라 기판(50)의 위치를 신속히 이동하고, 리뷰해야 할 결함을 적절한 배율로 관찰할 수 있게 된다.
그리고, 관찰 결과, 데이터 베이스(152)의 결함에 관한 데이터가 부적절하면, 리뷰 현미경(155)으로부터 데이터 베이스(152)에 액세스하여 수정할 수 있도록 한다. 서버 제어부(153)에서는, 리뷰 현미경(155)에 의한 데이터 베이스(152)의 수정을 허가하는 동시에, 리뷰 결과에 따라 결함 데이터가 변경되었다는 이력을 남긴다.
이와 같이 하여, 리뷰 결과에 따라, 예를 들면 분류 명칭을 변경시키거나, 결함의 크기를 수정하여, 데이터 베이스(152)에 보존된 결함 데이터의 정밀도 향상을 도모할 수 있다. 이와 같이 유지 관리된 정밀도가 높은 결함 데이터에 의해, 제조 공정이나 검사 공정을 양호한 정밀도로 관리할 수 있다.
리뷰 현미경(155)은, 결함을 양호한 정밀도로 관찰할 수 있으면, 다른 장치, 예를 들면 SEM(주사형 전자 현미경), 패턴 검사 장치, 중첩 장치, 선 폭 검사 장치 등이 라도 되고, 이들을 복수개 조합한 것이라도 된다.
본 발명의 결함 검사 장치에서는, 피검체에 대하여 입사각을 변경시킬 수 있는 조명광을 조사하는 조명부와, 상기 조명부의 조명광이 조사된 피검체로부터의 광을 검출하는 각도를 변경 가능하게 수광하는 수광부를 구비하고, 상기 수광부가, 상기 조명부로부터의 조명광의 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되는 광을 수광하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 적어도 검사 시에, 조명부의 조명광에 의해 피검체로부터 출사되는 광, 즉 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되는 광을, 수광부에서 수광하므로, 조명광의 입사각이 변화하더라도 수광부를 조명광에 대해서 항상 동일한 각도 위치에 배치할 수 있다. 그 결과, 입사각의 변경 가능 범위 내에서 조명부와 수광부가 간섭하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 입사각의 변경 가능 범위와 동일한 범위에서 피검체로부터 출사되는 광을 검출할 수 있다.
그리고, 이와 같이 구성하기 위해서는, 조명부와 수광부를 각각의 광로가 일정 각도를 이루도록 일체화해도 되고, 조명부와 수광부를 각각 독립적으로 가동되도록 하여, 검사 시에 서로의 광로가 이루는 각도를 일정하게 하는 이동 제어를 행해도 된다.
또한, 일정 각도는, 검사마다 일정하면 되고, 일정 각도의 값은 조정할 수도 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부의 광축과 수광부의 광축은, 일부가 동일한 축으로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 조명부의 광축과 수광부의 광축이 일부가 동일한 축이 되므로, 장치를 소형화할 수 있다. 그러므로, 조명광의 입사각의 변경 가능 범위를 넓게 설정할 수 있다.
또한, 수광부에서 검출되는 광이 조명광의 회절광인 경우에는, 조명광의 입사 방향과 회절광이 동일한 축이 되고, 브래그의 법칙을 만족하므로, 피검체의 막 두께 변화 등에 의존하지 않는 저 노이즈의 회절광으로서 수광된다. 따라서, 화상 처리가 용이하게 됨과 동시에 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부에서 출사하여 피검체에 조사되고, 피검체로부터의 광을 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에 광로 분기 수단을 배치함으로써, 일부가 동일한 축이 되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 광로 분기 수단에 의해 광로의 일부가 분기되므로, 일부가 동일한 축임에도 불구하고, 광로 상의 부재의 배치가 용이하게 된다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부와 수광부를 일체로 회동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 조명부와 수광부가 일체로 회동 가능하게 되므로, 조명광의 입사 방향과 피검체로부터 출사되는 광을 동일한 방향에서 수광하는 것이 확실하고도 용이해지므로, 검사 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부에서 출사하여 피검체에 조사되고, 피검체로부터의 광을 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에 반사 부재를 설 치하고, 광로를 절곡하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 반사 부재에 의해 광로를 절곡시키므로, 광로 상의 부재의 배치가 용이하게 되어, 구성을 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 피검체로부터의 광을 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에, 정반사하는 반사광의 광로를 차광하는 차광 수단을 설치하고, 암시야에서 관찰할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 정반사하는 반사광의 광로를 차광하는 차광 수단을 설치함으로써, 암시야 관찰할 수 있으므로, 간소한 구성으로 암시야 관찰을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부는 피검체와 평행으로 배치된 라인 형상으로 구성되어 있고, 조명부 및 수광부는, 조명부 및 수광부의 광축과 피검체의 표면의 교점을 포함하고, 조명부의 길이 방향으로 평행한 축을 회동 축으로 하여 회동되도록 구성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 조명부 및 수광부가 그들의 광축과 피검체의 표면의 교점을 포함하고, 조명부의 길이 방향으로 평행한 축을 회동 축으로 하여 회동하므로, 조명부 및 수광부가 회동하여도, 조명광과 마찬가지로 라인 형상으로 조명되어, 검사 위치의 조정 등이 불필요하므로 검사 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 수광부는 피검체로부터의 회절광을 수광하도록 구성되는 것이 바람직하다. 회절광은 조명광의 입사 방향과 동일한 방향으로 회절되는 회절광안 것이 보다 바람직하다.
이 경우, 넓은 범위의 각도 범위에 있어서 회절광에 의해 검사를 행할 수 있 다. 특히, 조명광의 입사 방향과 동일한 방향으로 회절되는 회절광의 경우, 브래그의 법칙에 의해, 피검체의 막 두께 변화 등에 의존하지 않는 저노이즈의 회절광으로서 수광되므로, 화상 처리가 용이해짐과 동시에 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 조명부가 피검체에 대해서 서로 상이한 입사각으로 조명하는 복수개의 조명부로서 설치되고, 복수개의 조명부 중 하나 이상의 조명부에 의한 조명광의 입사 방향이 수광부의 수광 방향과 상이한 방향이 되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 복수개의 조명부 중 하나 이상의 조명부에 의한 조명광이, 피검체로부터 출사되는 광이 수광부의 수광 방향과 상이한 방향으로 출사되도록 할 수 있다. 따라서, 복수개의 조명부 중 하나 이상의 조명부에 의한 조명광, 예를 들면 암시야 관찰 등의 경우에 바람직한 조명광을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 적어도 조명부의 조명광의 점멸 듀티비를 제어하는 조명 제어 수단과, 수광부의 노광 시간을 제어하는 촬상 제어 수단을 구비하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 조명 제어 수단에 의해 조명부의 조명광의 점멸 시간을 제어함으로써 광량을 제어할 수 있고, 촬상 제어 수단에 의해 수광부의 노광 시간을 제어하여 수광부의 노광량을 제어할 수 있으므로, 검사 화상의 휘도를 용이하게 변경시킬 수 있다. 또한, 조명 제어 수단과 촬상 제어 수단이 모두 시간을 제어하므로 간단한 제어 수단에 의해 양측 수단의 제어를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 제조 시스템에서는, 기판을 제조하는 기판 제조 장치와, 제조 과정 중의 상기 기판을 피검체로서 결함 검사를 행하는 상기의 결함 검사 장치를 구비하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 결함 검사 장치와 마찬가지의 작용 효과를 가지는 기판 제조 시스템을 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명의 결함 검사 장치에서는, 이상에서 설명한 바람직한 실시예를 적절하게 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 모든 결함 검사 장치는 본 발명의 기판 제조 시스템에 사용할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 광범위하게 응용될 수 있다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의하여 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 한정된다.
또한, 수광 소자(401)의 촬상 소자가 라인 센서인 것을 상정하여 설명하였으나, 검사 범위를 촬상하여 광전 변환할 수 있으면, 2차원 센서라도 된다.
또한, 상기 결함 검사 장치에 대한 설명에서는, 조명 광학계와 수광 광학계가 일정 각도로 일체로 유지된 예를 설명하였지만, 검사 시에 그와 같은 위치 관계가 유지 되면 되고, 반드시 일체화되어 있을 필요는 없다. 예를 들면, 각각 독립적으로 가동인 유지부에 유지되고, 서로 일정 각도를 유지하여 이동 제어될 수도 있다. 또한, 일정 각도가 검사에 의해 상이한 일정 각도로 조정될 수도 있다.
본 발명은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 기판을 피검체로 하여 그 표면의 결함을 검사하기 위하여 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 피검체에 대하여 입사각을 변경시킬 수 있는 조명광을 조사하는 조명부와,
    상기 조명부의 조명광이 조사된 피검체로부터의 광을 검출 각도를 변경 가능하게 수광하는 수광부를 구비하고,
    상기 조명부 및 상기 수광부는, 상기 조명부 및 상기 수광부의 광축과 상기 피검체의 표면의 교점을 포함하는 축을 회동축으로 하여 회동하고,
    상기 수광부가, 상기 조명부로부터의 조명광의 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되는 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는, 상기 피검체와 평행하게 배치되어, 라인형으로 배열되어 구성되며, 상기 회동축은, 상기 조명부의 길이 방향으로 평행한 축인 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조명부의 광축과 상기 수광부의 광축은, 그 일부가 동일한 축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명부를 출사하여 상기 피검체에 조사되며, 상기 피검체로부터의 광을 상기 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에 광로 분기 수단을 배치함으로써, 그 일부가 동일한 축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명부와 상기 수광부를 일체로 회동할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명부를 출사하여 상기 피검체에 조사되며, 상기 피검체로부터의 광을 상기 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에 반사 부재를 설치하여, 광로를 절곡시킨 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피검체로부터의 광을 상기 수광부에서 수광할 때까지의 광로 내에, 정반사하는 반사광의 광로를 차광하는 차광 수단을 설치하여, 암시야(暗視野) 관찰을 할 수 있도록 한 것을 특징으로 결함 검사 장치
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는 상기 피검체로부터의 회절광을 수광하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회절광은 조명광의 입사 방향과 동일한 방향으로 회절되는 회절광인 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는 피검체에 대하여 상이한 입사각으로 조명하는 복수개의 조명부로서 설치되고, 상기 복수개의 조명부 중 하나 이상의 조명부에 의한 조명광의 입사 방향이 상기 수광부의 수광 방향과 상이한 방향으로 설정된 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  11. 적어도 상기 조명부의 조명광의 점멸 듀티비(duty rate)를 제어하는 조명 제어 수단과,
    상기 수광부의 노광 시간(exposure time)을 제어하는 촬상 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  12. 기판을 제조하는 기판 제조 장치와,
    제조 과정중인 상기 기판을 피검체로 하여 결함 검사를 행하는 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 결함 검사 장치
    를 구비하는 기판 제조 시스템.
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