KR20120109644A

KR20120109644A - 검사 장치 및 검사 방법

Info

Publication number: KR20120109644A
Application number: KR1020127021867A
Authority: KR
Inventors: 미즈끼 오꾸; 미노리 노구찌; 히로시 가와구찌; 가즈오 다까하시; 게이 시무라
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-10-08
Also published as: WO2011121694A1; JPWO2011121694A1; US20130148113A1

Abstract

표면 검사 장치에서 조명용 광원으로서 광원에 LED를 사용했을 경우, 광을 시료 표면 위에 렌즈로 집광했을 때, 면 발광이기 때문에 스폿 집광할 수 없어, 발광 소자의 형상 및 복잡한 휘도 불균일을 반영하여, 넓은 영역을 조명하게 된다. 또한, 신호 강도의 교정이 곤란해서, 노이즈가 되는 표면 러프니스에 의한 산란광이 많이 발생하여, 미소한 결함에 의한 산란광을 취득할 수 없다는 과제가 있다. LED 광원의 광을 확산판, 파이버를 통해 광을 평균화시켜서 시료 표면에 조사한다. 시료 표면이나 이물질에 의한 산란광을 이미지 인텐시파이어 상에 결상시켜, 렌즈 커플링한 TDI나 CCD 등의 복수 화소 센서로 검출한다. 공간적으로 표면 러프니스에 의한 산란광을 제거해서 감도 좋게 이물질의 산란광을 검출할 수 있다. 이미지 인텐시파이어의 감도 저하에 의한 신호 강도 저하를 방지하기 위해서, 이미지 인텐시파이어를 시프트할 수 있는 기구를 갖는다.

Description

검사 장치 및 검사 방법{TESTING DEVICE AND TESTING METHOD}

본 발명은, 기판을 검사하는 검사 장치, 검사 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 반도체 웨이퍼 상의 미소한 이물질이나 흠집 등의 결함을 검출하는 표면 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 기판이나 박막 기판 등의 제조 라인에서, 제품의 수율을 유지?향상하기 위해, 반도체 기판이나 박막 기판 등의 표면에 존재하는 결함의 검사가 행해지고 있다.

이와 같은 표면 검사 장치의 선행 기술로는, 시료 표면에 조명광을 집광해서 조사하여, 표면 러프니스나 결함에 의해 산란하는 광을 검출하는 특허 문헌 1을 들 수 있다.

또한, 광원에 LED를 사용한 검사 장치로는, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3을 들 수 있다.

또한, 광파이버에 관한 기술로는, 특허 문헌 4를 들 수 있다.

또한, 표면 검사 장치의 다른 선행 기술로는, 특허 문헌 5를 들 수 있다.

일본 특허 출원 공개 제2005-3447호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-153655호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-277596호 공보 미국 특허 제7627007호 미국 특허 제7548308호

그러나, LED는 면 발광 소자이기 때문에 레이저 광원과 같이, 미소 영역에 집광하는 것이 어려운 점이나, 발광 소자의 형상 및 광 강도 분포가 복잡하다는 과제가 있다.

그 때문에, 검사에 사용하기 위해서는, 세선 조명이 곤란하기 때문에, 시료 표면의 표면 러프니스에 의한 노이즈가 커지는 점이나, 복잡한 광 강도 분포에 맞춰서 신호 강도의 교정이 필요하지만, 매우 곤란한 경우도 있다는 점에 대해서는 고려가 이루어지지 않았다.

본 발명은 이하의 특징을 갖는다.

또한, 본 발명은 이하의 특징을 각각 독립적으로 구비하는 경우도 있고, 복합되어 구비하는 경우도 있다.

본 발명의 제1 특징은, LED 광원(예를 들어, 일렉트로 루미네센스를 이용한 발광 소자)을 갖고, 그 출사광을 파이버를 통해 시료 표면에 조사하여, 산란광을 복수 화소 센서 상에 결상시켜, 공간적으로 표면 러프니스에 의한 영향을 제거해서 종래에 비해 감도 좋게 결함에 의한 산란광을 검출하는 것에 있다.

본 발명의 제2 특징은, 산란광을 이미지 인텐시파이어 상에 결상시키고, 렌즈 커플링한 TDI나 CCD 등의 복수 화소 센서를 갖고, 이미지 인텐시파이어의 감도 저하에 의한 신호 강도 저하를 방지하기 위해서, 이미지 인텐시파이어를 시프트하는 것에 있다.

본 발명의 제3 특징은, 적어도 1개 이상의 LED 광원과 상기 LED 광원으로부터의 광을 유도하는 도파 부재를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제4 특징은, 상기 조사 광학계는, 상기 LED 광원과 상기 도파 부재의 사이에, 상기 LED 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제5 특징은, 상기 도파 부재는, 파이버 또는 아이리스인 것에 있다.

본 발명의 제6 특징은, 상기 도파 부재는, 싱글 코어 파이버인 것에 있다.

본 발명의 제7 특징은, 상기 도파 부재는, 멀티 코어 파이버인 것에 있다.

본 발명의 제8 특징은, 상기 멀티 코어 파이버의 상기 기판측의 단부는, 코어가 직선 형상으로 배열되어 있는 것에 있다.

본 발명의 제9 특징은, 제1 파장을 갖는 제1 LED 광원과, 제2 파장을 갖는 제2 LED 광원을 갖는 것에 있다.

본 발명의 제10 특징은, 상기 조사 광학계는 반사 광학계를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 제11 특징은, 상기 제1 LED 광원으로부터의 제1 광을 유도하는 제1 멀티 코어 파이버와, 상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버를 갖고, 상기 제1 멀티 코어 파이버의 코어와, 상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버의 코어는, 상기 기판측의 단부에서 교대로 배치되어 있는 것에 있다.

본 발명의 제12 특징은, 상기 제1 멀티 코어 파이버의 코어와, 상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버의 코어는, 상기 기판측의 단부에서 랜덤하게 배치되어 있는 것에 있다.

본 발명의 제13 특징은, 상기 도파 부재를 통과한 광을 집광하는 원통형 렌즈(Cylindrical Lens)를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제14 특징은, 상기 도파 부재를 통과한 광의 편광을 조절하는 광학 소자를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제15 특징은, 상기 기판으로부터의 광을 검출하는 검출 광학계를 갖고, 상기 검출 광학계는 결상 광학계이며, 상기 검출 광학계는, 복수의 화소를 갖는 센서를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제16 특징은, 상기 기판으로부터의 광을 증폭하는 증폭 소자를 갖고, 상기 센서는 상기 증폭 소자에 의해 증폭된 광을 검출하는 것에 있다.

본 발명의 제17 특징은, 상기 증폭 소자를 이동시키는 이동부를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제18 특징은, 상기 센서와 상기 증폭 소자의 사이를 공간적으로 분할하는 광학 소자를 갖는 것에 있다.

본 발명의 제19 특징은, 기판의 검사 방법에 있어서, 적어도 1개 이상의 LED 광원으로부터의 광을 평균화해서 기판에 조사하는 것에 있다.

본 발명의 제20 특징은, 상기 평균화된 광을 선 형상으로 집광하여, 상기 기판에 조사하는 것에 있다.

본 발명의 제21 특징은, 상기 증폭 소자에서의 상기 기판으로부터의 광이 닿는 영역을 바꾸는 것에 있다.

본 발명의 제22 특징은, 상기 증폭된 광을 공간적으로 분할하여, 결상하는 것을 특징으로 하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, LED 광원의 복잡한 광 강도 분포를 해소하여, LED 광원을 사용한 검사 장치를 실현할 수 있다. 그 결과, 이하의 효과를 발휘하는 검사 장치를 실현할 수 있다. 또한, 이하의 효과는 독립적으로 발휘되는 경우도 있고, 동시에 발휘되는 경우도 있다.

(1) 수명이 길다.

(2) 저렴하다.

(3) 광원 자체의 크기 이외에, 전원 및 냉각기 등의 스페이스가 불필요해지기 때문에 공간 절약이다. 그에 따라 소비되는 전력도 적게 할 수 있다.

(4) LED는 연속 발광시킬 수 있으므로, 고에너지 밀도의 단 펄스 레이저와 같이 시료 표면이나 광학 소자를 손상시키기 어렵다.

도 1은 실시예 1의 표면 검사 장치의 개략도.
도 2는 조명 스폿과 검출 광학계의 위치 관계를 도시한 도.
도 3은 회절 격자를 이용한 검출 광학계의 개략도.
도 4는 검출부 회로 개략도.
도 5는 종래 기술의 조명 스폿의 크기와 신호 강도를 도시하는 도.
도 6은 복수 화소의 광센서를 사용했을 경우의 신호 강도를 도시하는 도.
도 7은 실시예 2의 검출계의 개략도.
도 8은 실시예 3의 조명계의 개략도.
도 9는 실시예 4에서의 멀티 코어 파이버의 코어 배열 방법의 개략도.
도 10은 실시예 5의 조명계의 개략도.
도 11은 실시예 6의 조명계의 개략도.
도 12는 실시예 7에서의 표면 검사 장치의 개략도.
도 13은 실시예 7에서의 광량 조정부의 확대도.
도 14는 실시예 7에서의 광량 조정 평가 장치의 개략도.
도 15는 실시예 7에서의 합파기의 확대도.

이하, 도면을 사용해서 발명의 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 1은 실시예 1의 표면 검사 장치의 개략도다.

도 1에 도시한 바와 같이, 조명용 LED 광원(10a, 10b), 확산판(11a, 11b), 렌즈(12a, 12b), 광파이버(13a, 13b), 시료 스테이지(101), 스테이지 구동부(102), 산란광을 검출하는 복수 화소 센서(104), 신호 처리부(105), 후술하는 다양한 제어를 행하는 전체 제어부(106), 메카니즘 제어부(107), 정보 표시부(108), 입력 조작부(109), 기억부(110) 등을 구비하고 있다.

스테이지 구동부(102)는, 회전축을 중심으로 시료 스테이지(101)를 회전시키는 회전 구동부(111), 수직 방향으로 이동하는 수직 구동부(112), 시료의 직경 방향으로 이동시키는 슬라이드 구동부(113)를 구비하고 있다.

조명용 LED 광원(10a, 10b)으로부터의 광을 도파 부재의 일례인 광 파이버(13a, 13b)를 사용해서 시료(100)에 조사하고, 시료 표면 위 또는 표면 근방 내부에 존재하는 이물질이나 결함 및 시료 표면에서, 산란, 회절, 또는 반사된 광을 검출 광학계(116)에 의해 포집하여, 복수 화소 센서(104) 상에 결상해서 검출한다.

시료 스테이지(101)는, 웨이퍼 등의 시료(100)를 지지하고 있으며, 시료 스테이지(101)를 회전 구동부(111)에 의해 회전시키면서 슬라이드 구동부(113)에 의해 수평으로 이동시킴으로써, 상대적으로 조명광이 시료(100) 위를 소용돌이 형상으로 주사한다.

따라서, 시료 표면의 요철에 의해 산란되는 광은 연속적, 결함에 의한 산란광은 펄스식으로 발생하고, 연속적으로 발생하는 광의 숏(shot) 노이즈가, 표면 검사 장치의 노이즈 성분이 된다.

또한, 본 실시예에서는 회전 및 병진 스테이지를 사용해서 설명하고 있지만, 2축의 병진 스테이지라도 좋다.

도 2는 조명 스폿과 검출 광학계의 위치 관계를 도시한 도다.

도 1에서는 하나의 복수 화소 센서를 도시했지만, 도 2와 같이 센서의 수에 한정은 없으며, 각각 조명광(202)으로부터의 방위각(φ) 및 앙각(χ) 중 적어도 한쪽이 상이하도록 2개 이상의 검출기가 배치되어 있으면 된다.

또한, 검출 광학계는, 도 1과 같은 직선계의 결상계나, 도 3에 도시한 바와 같이, 산란광의 제1 실상을 결상 광학계(301)에 의해 회절 격자(303) 상에 결상시키고, 제2 결상 광학계(302)에 의해 복수 화소 센서(104c) 상에 확대해서 결상시켜도 좋다.

도 4는, 검출부 회로 개략도다.

발생한 산란광을 복수 화소 센서(104)로 검출하고, 신호 처리부(105)에서, BPF(밴드 패스 필터(402)), LPF(로우 패스 필터(405))를 통과하여, 각각 고주파 성분과 저주파 성분으로 분리한다.

각 신호를 증폭기(403, 406)에 의해 다른 채널과 감도를 맞추도록 보정하여, 아날로그/디지털 변환기(404a, 404b)에서 디지털 변환해서 컴퓨터의 기억부(407)에 기억한다. 복수의 센서 간에 감도의 차이가 존재할 때는, 증폭기(401)를 사용해서 신호 강도를 보정해도 좋다.

표면 검사 장치에 있어서, 레이저 대신에 LED를 사용하는 효과에는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다.

또한, 이하의 효과는 독립적으로 발휘되는 경우도 있고, 동시에 발휘되는 경우도 있다.

(1) 표면 검사 장치의 광원 수명이 길어진다.

(2) 광원 자체의 크기가 작아져서 전원 및 냉각기 등의 스페이스가 불필요해지기 때문에 공간 절약적인 표면 검사 장치를 구성할 수 있다.

(3) 소비 전력이 적은 표면 검사 장치를 구성할 수 있다.

(4) 전원 및 냉각기가 불필요해지기 때문에 고성능의 표면 검사 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.

(5) LED는 연속 발광시킬 수 있으므로, 고에너지 밀도의 단 펄스 레이저에 비해 시료 표면을 잘 손상시키지 않는 표면 검사 장치를 구성할 수 있다.

LED를 사용했을 때의 과제는 면 발광 소자이기 때문에 세선 조명이 곤란한 점이나, 발광 소자의 형상 및 광 강도 분포가 복잡하다는 과제가 있다.

검사에 사용하기 위해서는, 세선 조명을 위한 광학계나, 그 복잡한 광 강도 분포에 맞춰서 신호 강도의 교정이 필요하지만 매우 곤란한 경우도 있다.

LED의 복잡한 광 강도 분포를 평균화시키기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 조명용 LED 광원(10a, 10b)으로부터 발광한 광을 확산판(11a, 11b)에서 확산시킨다.

또한, 렌즈(12a, 12b)를 사용하여, 싱글 코어의 광파이버(13a, 13b)에 광을 도입한다.

광파이버(13a, 13b)는, 멀티 모드의 파이버이어도 좋다.

멀티 모드의 파이버는 코어 직경이 크기 때문에, 스폿 집광할 수 없는 LED의 광으로도 파이버 단부면에서의 광 손실을 낮게 할 수 있다는 효과가 있다.

파이버 내에서 광은 복수 회 반사하기 때문에, 강도는 더욱 평균화되어 특이적인 광 강도의 피크 등이 완화된다.

파이버 종단부에 집광용 렌즈(15)를 배치해서 시료 표면 위에 집광하여 조사한다. 집광용 렌즈(15)는, 선 형상으로 조명하기 때문에 원통형 렌즈이어도 좋다.

편광을 정렬시키기 위해서, 편광자(16)를 통과시켜도 좋다. 편광의 방향을 조정하기 위해 편광자(16)는 회전할 수 있다.

시료 표면 위에서의 광 강도 분포를 미리 측정해 두고, 그 강도 분포를 기초로 신호를 규격화해도 좋다.

LED의 광 강도는 레이저 광에 비해 작으므로, 충분한 산란광 강도를 얻기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 2대 이상의 복수의 LED를 배치하여, 파이버로 유도해서 커플러(14)에서 결합할 수도 있다.

또한, 파장이 상이한 복수의 LED를 사용하는 것도 가능하며, 이 경우에는, 광파이버 이후의 광로에는, 집광용 렌즈(15) 등을 사용한 투과형 검출 광학계 대신에, 방물면경을 사용한 반사 광학계를 사용하면 좋다.

반사 광학계를 사용함으로써, 색수차의 영향을 방지할 수 있다. 서로 다른 파장을 사용함으로써, 파장 의존성을 갖는 결함도 효율적으로 검출할 수 있다.

실시예 2

다음으로 실시예 2에 대해서 설명한다.

LED를 사용했을 때의 다른 과제는, LED는 면 발광이기 때문에, 시료 표면 위에 스폿 조사를 할 수 없어, 헬름홀츠?라그랑주의 불변식에 따라서, 임의의 크기를 갖고 결상되어버리는 것이다.

그 때문에, 노이즈가 되는 표면 러프니스에 의한 산란광이 많이 발생하여, 미소한 결함에 의한 산란광을 취득하기 어렵다.

따라서, 본 실시예 2에서는, 결상 검출 광학계와 복수 화소 센서를 사용하여, 공간적으로 노이즈 성분을 제거해서 고감도화한다.

도 5는, 실시예 2의 신호에 관한 개략도다.

도 5의 (a)는, 종래와 같이 광원으로서 레이저를 사용했을 경우의 시료 표면 위의 조명광(501)과 신호 강도를 도시하고 있다.

영역 A에 조명광(501)이 닿아 있을 때는 표면 러프니스에 의한 산란광만이 검출된다.

영역 C의 경우도 영역 A의 경우와 마찬가지다.

시료를 회전시켜, 조명광(501)이 결함(502)을 통과하는 영역 B에서, 결함에 의한 산란광이 펄스식으로 검출된다.

조명용 광원으로서 레이저를 사용하면 미소 영역에 집광할 수 있기 때문에, 시료 표면 러프니스에 의한 산란광이 적다.

도 5의 (b)는 광원으로서 LED를 선택했을 경우를 도시하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 파이버 종단부로부터 출사하는 광을 렌즈로 집광해도, 레이저와 같이 미소 영역에 스폿 집광할 수는 없다.

그 때문에, 레이저 광원일 때와 동일한 파워 밀도로 조사했을 경우에는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 레이저일 때와 비교하여, 결함에 의한 산란광 강도는 변화되지 않지만, 표면 러프니스에 의한 산란광 강도가 커져버린다.

도 6은, 복수 화소의 광센서를 사용했을 경우의 신호 강도를 도시하는 도다.

표면 검사 장치에 있어서, 미소한 이물질을 검출하기 위한 주된 방법은, 입사광량을 증대시켜, 이물질로부터 발생하는 산란광량을 증대시키거나, 검사 시간을 증대시켜서 산란광을 적산하거나, 본 실시예 2와 같이 복수 화소 센서를 사용하여 노이즈 성분을 감소시키는 것이다.

입사광량을 증대시키면 시료 표면을 온도 상승시켜 데미지를 안겨줄 가능성이 있다.

따라서, 본 실시예 2에서는, 검사 시간을 유지한 채로 미소 이물질을 검출하기 위해 복수 화소 센서를 사용한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 복수 화소 센서를 사용하면, 검출 범위를 공간적으로 분할해서 측정할 수 있기 때문에, 시료 표면의 요철에 의해 산란되는 광을 감소시켜, 보다 미소한 결함을 검출할 수 있다.

그리고, 필요한 화소 수는 대응하는 입자에 의한 산란 포톤 수와 표면 러프니스에 의한 산란 포톤 수로부터 산출할 수 있다.

도 7은 본 실시예 2의 검출계의 개략도다.

결함에 의한 산란광은 미약하므로 이미지 인텐시파이어(Image intensifier)(701)와 같은 증배관에 의해 증폭할 필요가 있다.

이미지 인텐시파이어(701)에서는, 광전 변환한 전자를 MCP(Multi Channel Plate)(703)를 사용해서 증폭하여, 형광판(704)에 입사해서 가시광을 얻는다.

이들은 진공 중에 유지되어 있지만, 외부로부터 진입하는 미량의 화학 물질이 MCP에 부착되어, 거기에 전자가 입사함으로써, 손상되어 증폭률이 저하한다는 과제가 있다.

따라서, 임의의 일정 기간 경과 후 또는 증폭률이 저하하면, 이동부의 일례인 수평 구동부(707)에 의해, 이미지 인텐시파이어(701)의 위치를 시프트하여, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 새로운 개소에서 광을 검출 및 증폭한다.

또한, 이때, 이미지 인텐시파이어(701)의 시프트량을 계측하는 센서(708)를 설치해도 좋다.

이 경우, 한정된 이미지 인텐시파이어(701)의 면적을 유효 활용할 수 있다.

조명광은 선 형상 조명하고 있기 때문에, 산란광은 이미지 인텐시파이어 상에 선 형상으로 결상된다.

수평 구동부에 사용하는 스테이지는 면상의 위치 정밀도가 나빠도, 검사에는 영향이 없다. 그러나, 각도 정밀도가 나쁘면, 복수 화소 센서 상에서 일그러지기 때문에 주의해야 한다.

따라서, 이미지 인텐시파이어의 각도를 계측하는 센서(709), 센서(709)에 기초하여 각도를 조절하는 각도 조정 기구(710)를 설치해도 좋다.

이 경우, 복수 화소 센서의 변형을 억제하면서 이미지 인텐시파이어를 이동할 수 있다.

또한, 용이하게 시프트하기 위해, 이미지 인텐시파이어(701)와 복수 화소 센서(104) 사이는 파이버 커플링이 아니라 마이크로 어레이 렌즈(705) 등에 의해 공간을 두고(분할해서) 렌즈 커플링을 한다.

본 실시예 2에서는 복수 화소 센서(104)로서 이미지 인텐시파이어(701)와 CCD나 TDI 카메라를 조합한 촬상계를 사용해서 설명했지만, 그 밖에, 멀티 애노드의 광전자 증배관, 어발란체 포토다이오드 어레이, CCD 리니어 센서, EM-CCD(Electron Multiplying CCD), EB-CCD(Electron Bombardment CCD)이어도 좋다.

실시예 3

다음으로 실시예 3에 대해서 설명한다. 본 실시예 3에서는, 실시예 1, 2와 상이한 부분을 주로 설명한다.

도 8은, 본 실시예 3의 조명계의 개략도다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 세선 조명을 하기 위해 멀티 코어의 광파이버를 사용한다.

우선, LED 광원(10a)으로부터 출사한 광은 싱글 코어 파이버(13a)에 렌즈(12a)를 사용해서 도입하여, 광 강도를 균일화한다.

도 8의 (d)는 도 8의 (a)의 커플링부의 확대도다.

도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 싱글 코어 파이버(13a)를 통과해서 균일화한 광은 평행광용 렌즈(807)에 의해 평행광으로 하고, 광을 손실하지 않기 위해 마이크로 렌즈(808)에 의해 멀티 코어 파이버(801)에 도입한다.

여기서, 마이크로 렌즈(808)에 의해 평행광이 집광되는 위치(초점 위치)는 멀티 코어 파이버(801)의 단부면에 존재하고 있다.

파이버 종단부(803)는 도 8의 (b)와 같이 배열하고 있던 코어(805)를 도 8의 (c)와 같이 리본 형상(바꿔 말하면 선 형상, 또는 띠 형상)으로 배열한다.

광은 선 형상으로 출사하여, 집광용 렌즈(15)에 의해 또한 시료 표면 위에 집광한다.

단, 코어 형상이 결상하므로, 휘도 불균일 저감을 위해, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 광은 흐리게 해서 시료 표면에 조사한다.

이때 집광용 렌즈(15)는 원통형 렌즈이어도 좋다.

또한, 멀티 코어 파이버로부터 시료 표면의 사이에 확산판을 설치해서 휘도 불균일을 저감시켜도 좋다.

실시예 4

다음으로 실시예 4에 대해서 설명한다.

본 실시예 3에서는, 다른 실시예와 상이한 부분을 주로 설명한다.

도 9는, 본 실시예 4에서의 멀티 코어 파이버의 코어 배열 방법의 개략도다.

코어의 배열 방법은, 도 9의 (a)나 (b)와 같이, 파이버 시단부의 중심을 종단부의 중심으로 하여, 순서대로 외측에 배열되도록 규칙적으로 배치해도 좋고, 파이버 시단부의 정렬 순서에는 관계없이 랜덤하게 배열해도 좋다.

실시예 5

다음으로 실시예 5에 대해서 설명한다.

도 10은 실시예 5의 조명계의 개략도다.

본 실시예 5에서는 조사 광학계에 있어서, 서로 다른 파장을 갖는 LED 광원으로부터 광을 각각 유도하는 2개의 멀티 코어 파이버(1001a, 1001b)를 접속한 후, 접속한 후의 파이버 종단부(1002)에서, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 멀티 코어 파이버(1001a, 1001b)의 코어를 교대로 배치한다.

또한, 그 후, 전반사 광학계(예를 들어 미러의 일종인 오목면경(1005), 미러(1006))에서 반사하여, 편광자(16)를 통해 시료(100) 위에 집광된다.

여기서, 복수의 파장이 서로 다른 LED와 멀티 코어 파이버를 사용해서 세선 조명을 하는 경우에는, 싱글 코어 파이버부 또는 멀티 코어 파이버부에서 결합해도 좋다.

싱글 코어 파이버부에서 결합하는 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이 커플러(14)로 결합한다.

또한, 상술한 바와 같이, 파이버 종단부의 코어 배열은 중심부에서 외주부로 순서대로 규칙적으로 배열시켜도 좋다.

본 실시예 5에 따르면, 색수차의 영향을 방지할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장을 사용함으로써, 파장 의존성을 갖는 결함도 효율적으로 검출할 수 있다.

실시예 6

다음으로 실시예 6에 대해서 설명한다.

도 11은 실시예 6의 조명계의 개략도다.

도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 조명용 LED 광원(10a)의 발광부 외주부에서 매우 광이 강할 때에는, 광파이버 대신에 도파 부재의 다른 일례인 광 선택용의 아이리스(1102)를 집광용 렌즈(1101) 뒤에 설치하여, 원하는 광 강도 분포의 영역만 취출해서 집광용 렌즈(15)로 집광하여, 편광자(16)를 통해 시료 표면 위에 집광해도 좋다.

또한, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 조명용 LED 광원의 광을 효율적으로 얻기 위해서 광원의 배면부로부터 측면에 걸쳐 광 집광용 반사경(1103)을 배치하고, 또한 LED 전방의 파이버 집광용 렌즈(12a)를 사용해서 파이버(13a)에 광을 도입해도 좋다.

본 실시예 6에 따르면, 조명용 LED 광원(10a)의 발광부 외주부에서 매우 광이 강할 때에도, 검사를 행할 수 있다.

실시예 7

도 12는, 실시예 7에서의 표면 검사 장치의 개략도다.

도 12에 도시한 바와 같이, 강도가 동일한 조명용 LED 광원(10a, 10b), 확산판(11a, 11b), 렌즈(12a, 12b), 광파이버(13a, 13b), 광량 조정용 스테이지(19a, 19b), 합파기(14), 멀티 코어 파이버 결합부(17), 멀티 코어 파이버(18), 시료 스테이지(101), 스테이지 구동부(102), 산란광을 검출하는 복수 화소 센서(104), 신호 처리부(105), 전체 제어부(106), 메카니즘 제어부(107), 정보 표시부(108), 입력 조작부(109), 기억부(110) 등을 구비하고 있다.

조명용 LED 광원(10a, 10b)으로부터의 광을 도파 부재의 일례인 광파이버(13a, 13b)에 도입하고, 합파부(14)에 의해 복수의 LED의 광을 결합하여, 휘도를 높게 한다.

출사광은 결합부(17)를 통해 멀티 코어 파이버(18)에 도입한다.

또한 렌즈(15)를 사용해서 시료(100)에 조사한다.

조명용 광원에는, 지향성이 높고, 고휘도인 LD(Laser Diode), SLD(Super Luminescent Diode)를 LED 광원(10a, 10b) 대신에 사용해도 된다.

LD나 SLD를 사용하는 경우에는 광 이용 효율이 좋기 때문에, 시료(100) 위에서 LED 광원을 사용했을 때와 동일한 파워 밀도를 얻을 때, 광원 자체의 수를 절감할 수 있으며, 공간 절약이라는 효과가 있다.

시료 표면 위 또는 표면 근방 내부에 존재하는 이물질이나 결함 및 시료 표면에서, 산란, 회절, 또는 반사된 광을 검출 광학계(116)에 의해 포집하여, 복수 화소 센서(104) 상에 결상해서 검출한다.

도 12에서는 하나의 복수 화소 센서를 도시했지만, 센서의 수에 한정은 없다. 또한, 센서는 복수 화소가 아니라 단 채널의 PMT나 포토다이오드이어도 좋다.

시료 스테이지(101)는, 웨이퍼 등의 시료(100)를 지지하고 있어, 시료 스테이지(101)를 회전 구동부(111)에 의해 회전시키면서 슬라이드 구동부(113)에 의해 수평으로 이동시킴으로써, 상대적으로 조명광이 시료(100) 위를 소용돌이 형상으로 주사한다.

스테이지(101)의 회전수가 일정한 경우, 시료(100)의 중심부와 외주부에서는 광이 조사되는 시간이 상이하다.

예를 들어, 시료 외주부에서 SN비를 높게 하기 위해 입사 파워를 증대시켰을 경우, 조사 시간이 긴 시료 중심부에서는 시료 표면의 온도가 상승해서 손상을 줄 가능성이 있다.

도 13은, SN비의 균일화와 시료의 손상을 방지하기 위해 사용하는 광 강도 조정 기구부의 개략도다.

도 13의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 광 강도 조정용 스테이지(19a)를 사용하여, 렌즈(12a)의 초점 위치에 대한 파이버 입사 단부의 위치를 변화시켜, 파이버(13a)에 입사하는 광량을 조절한다.

이때, 도 13의 (a), (b)에서는 파이버 위치를 이동시키고 있지만, 그 대신에, 집광 렌즈 또는 광원의 위치를 동시 또는 독립시켜서 조정해도 좋다.

위치의 조정에는 피에조 소자를 사용한 이동 스테이지가 미소한 조정을 할 수 있기 때문에 바람직하지만, 볼 나사 방식이어도 좋다.

또한, 광원에 흘리는 전류량을 변화시켜서 광원의 발광 강도를 변화시켜도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

LED는 지향 각이 크기 때문에, 파이버 집광용 렌즈(12a)는, 단초점이면서 또한 고 NA인 것이 바람직하고, 그 경우는 도 13의 (c)와 같이 파이버 집광용 렌즈(12c)에는 비구면 렌즈를 조합하여, 콜리메이트 후에 파이버 단부면에 집광하는 것이 보다 광 이용 효율이 높아진다.

도 14는 본 실시예 7에 사용하는 광량 조정 평가 장치의 개략도다.

미리, 도 14에 도시하는 바와 같은 평가 장치를 사용하여, 조명용 LED 광원(10a), 확산판(11a), 파이버 집광용 렌즈(12a) 및 광파이버(13a)를 통과한 광의 강도를 파워 측정기(20) 등의 측정 기기를 사용해서 측정하고, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같은 광 강도와 광량 조정용 스테이지(19a, 19b)의 스테이지 위치와의 관계를 얻어 둔다.

다음으로 본 실시예 7의 표면 검사 장치에 있어서, 시료 위치에 대한 원하는 광 강도를 광파이버(12a)의 위치로부터 결정한다(도 14의 (c)).

도 14의 (c)는, 시료의 직경 방향으로 이동시키는 슬라이드 구동부(113)의 위치(바꿔 말하면 시료(100) 위에 형성되는 조명 스폿의 위치)(종축)와, 광량 조정용 스테이지(19a, 19b)의 스테이지 위치(횡축)의 관계를 나타내고 있다.

즉, 도 14의 (b), 14의 (c)에 표현되는 관계를 얻음으로써, 임의의 검사 위치에서 원하는 광 강도로 하기 위해, 광량 조정용 스테이지(19a, 19b)를 어느 정도 움직이면 되는지를 알 수 있다.

본 실시예 7에서는, 검사 중에는 도 14의 (c)를 테이블화한 값을 기억시켜 두고, 시료 위치에 따라서 자동으로 광량을 조정한다.

즉, 본 실시예 7에서는, 스테이지의 위치 등, 반송계의 동작에 대응하여, 조명용 LED 광원과 광파이버(13)의 상대적인 거리를 바꿔서, 시료에 조사되는 광의 강도를 바꾸는 제어를 행한다.

바꿔 말하면, 본 실시예 7에서는, 시료(100)의 내주에서 외주를 따라, 조명용 LED 광원과 광파이버(13)의 상대적인 거리를 바꿔서, 시료에 조사되는 광의 강도를 바꾸는 제어를 행한다고 할 수 있다.

또한, 도 14의 (b)의 광 강도와 스테이지 위치의 관계를 얻기 위해서, 광량 조정 평가 장치를 사용하는 것이 아니라, 도 12에 도시하는 표면 검사 장치에 있어서, 복수 화소 센서(104)를 사용해서 도 14의 (b)에 도시하는 관계를 검사 전에 실제로 측정해 두어도 된다.

도 15는, 파이버 합파부(14)의 확대도다.

LED는 면 발광 소자이며, 레이저나 LD에 비해 지향 각이 크기 때문에, 레이저나 LD보다 휘도는 낮다.

따라서, 도 15에 도시하는 바와 같은 합파기를 사용해서 결합하는 것을 생각할 수 있는데, 파이버 결합 각도(γ)와 광이 파이버에 입사하는 최대 각도(θ)를 적절하게 설정하지 않으면, 대부분의 광이 파이버 결합 직후의 부분에서 클래드부에 흡수되어버린다는 과제가 있다.

도 15에 도시한 바와 같이 파이버 결합 전의 파이버 내에서의 전파각(θ')의 광이, 전반사하면서 전파할 때, 파이버를 결합하는 각도를 γ라고 하면, 결합 후의 파이버 내에서의 전파각(β)은, 식 1과 같이 표현할 수 있다.

단, 코어 직경은 입사측도 출사측도 모두 동일한 직경으로 한다.

또한, 전파각(β)의 모드가 파이버 코어 내에서 전반사하기에는, 전파각(β)이 최대 수광각보다 작으면 되기 때문에, 전파각(β)은 이하와 같이 표현할 수 있다.

또한, 비 굴절률차(Δ)는 식 3과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 파이버 코어부(23)의 굴절률은 n₁, 클래드부(22)의 굴절률은 n₂이다.

또한, 공기 중의 광원으로부터 광이 파이버에 입사하는 각도(θ)는 식 4와 같이 표현할 수 있다.

따라서, 광이 손실 없이 합파하기 위한 θ의 관계는, 식 5로 표현할 수 있다.

그리고, θ를 식 5의 관계를 만족하도록 설정함으로써, 상술한 결합 직후의 부분에서의 광의 흡수를 방지할 수 있다.

여기서, 굽힘 손실 등을 방지하기 위해서, 결합부의 주변은 수지 등에 의한 파이버 고정부(21)에 의해 파이버의 결합부 주변을 고정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 12에서는 하나의 합파부를 도시했지만, 이 식 5의 관계를 유지하는 한, 합파부의 수에 한정은 없다.

또한, 식 1 내지 5의 관계는, 싱글 모드의 파이버에서도 멀티 모드의 파이버에서도 성립한다. 즉, 본 실시예 7에서는, 싱글 모드의 파이버, 멀티 모드의 파이버 양쪽을 사용할 수 있다.

본 실시예 7에서는, 실시예 1과 마찬가지의 우수한 효과를 발휘할 뿐 아니라, 또한 SN비를 균일화하면서 시료의 손상을 방지한다는 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 실시예 7에서는, 2개의 조명용 LED 광원(10a, 10b)을 사용했지만, 조명용 LED 광원은 1개이어도 좋다.

또한, 2개의 조명용 LED 광원(10a, 10b)의 강도는 상이해도 좋다.

또한, 2개의 조명용 LED 광원(10a, 10b)의 파장은 서로 상이해도 좋고, 그 경우에는 실시예 5와 같이 색수차의 영향을 저감하는 그런 광학계를 조합하면 된다.

그 경우에는, 실시예 1과 마찬가지의 우수한 효과를 발휘할 뿐 아니라, SN비를 균일화하면서 시료의 손상을 방지하여, 색수차의 영향을 방지할 수 있고, 파장 의존성을 갖는 결함도 효율적으로 검출할 수 있다.

본 발명은, 실시예를 들어 설명했지만, 본 발명은 본 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 본 실시예는 검사 대상으로 반도체 웨이퍼를 사용해서 설명했지만, 검사 대상은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 하드 디스크 기판, 액정 기판 등의 기판 검사에도 적용할 수 있다.

10a,10b : 조명용 LED 광원
11a, 11b : 확산판
12a, 12b, 12c : 파이버 집광용 렌즈
13a, 13b : 광파이버
14 : 커플러
15, 1101 : 집광용 렌즈
16 : 편광자
17 : 결합부
18, 801, 1001a, 1001b : 멀티 코어 파이버
19a, 19b : 광량 조정 스테이지
20 : 파워 측정기
21 : 파이버 고정부
22 : 파이버 클래드부
23 : 파이버 코어부
100 : 시료
101 : 시료 스테이지
102 : 스테이지 구동부
103 : 조명 광원
104, 104a, 104b, 104c : 복수 화소 센서
105 : 신호 처리부
106 : 전체 제어부
107 : 메카니즘 제어부
108 : 정보 표시부
109 : 입력 조작부
110, 407 : 기억부
111 : 회전 구동부
112 : 수직 구동부
113 : 슬라이드 구동부
116 : 검출 광학계
201, 202, 501 : 조명광
203 : 제1 검출 광학계
204 : 제2 검출 광학계
301 : 제1 결상 광학계
302 : 제2 결상 광학계
303 : 회절 격자
401, 403, 406 : 증폭기
402 : 밴드 패스필터
404a, 404b : 아날로그/디지털 변환기
405 : 로우 패스 필터
502 : 이물질
601 : 조명 스폿 위치에서의 복수 화소 센서의 화소
701 : 이미지 인텐시파이어
702 : 광전 변환면
703 : MCP
704 : 형광판
705 : 마이크로 어레이 렌즈
706 : 산란광이 광전 변환된 전자
802 : 파이버 커플링부
803 : 멀티 코어 파이버 종단부
804 : 멀티 코어 파이버 시단부 단면
805 : 코어
806 : 멀티 코어 파이버 종단부 단면
807 : 평행광용 렌즈
808 : 마이크로 렌즈
1002 : 파이버 종단부
1003 : 1001a의 파이버 코어
1004 : 1001b의 파이버 코어
1005 : 오목면경
1006 : 미러
1102 : 광 선택용의 아이리스
1103 : 광 집광용 반사경

Claims

조사 광학계와 검출 광학계를 갖고, 기판의 결함을 검사하는 검사 장치에 있어서,
상기 조사 광학계는,
적어도 1개 이상의 LED 광원과,
상기 LED 광원으로부터의 광을 유도하는 도파 부재를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 조사 광학계는,
상기 LED 광원과 상기 도파 부재의 사이에, 상기 LED 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 도파 부재는, 파이버 또는 아이리스인 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 도파 부재는, 멀티 모드 싱글 코어 파이버인 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 도파 부재는, 멀티 코어 파이버인 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제5항에 있어서,
상기 멀티 코어 파이버의 상기 기판측의 단부는, 코어가 직선 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
제1 파장을 갖는 제1 LED 광원과,
제2 파장을 갖는 제2 LED 광원을 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 조사 광학계는,
상기 도파 부재와 상기 기판의 사이에 반사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 LED 광원으로부터의 제1 광을 유도하는 제1 멀티 코어 파이버와,
상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버를 갖고,
상기 제1 멀티 코어 파이버의 코어와, 상기 제2 멀티 코어 파이버의 코어는, 상기 기판측의 단부에서 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 LED 광원으로부터의 제1 광을 유도하는 제1 멀티 코어 파이버와,
상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버를 갖고,
상기 제1 멀티 코어 파이버의 코어와, 상기 제2 LED 광원으로부터의 제2 광을 유도하는 제2 멀티 코어 파이버의 코어는, 상기 기판측의 단부에서 랜덤하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 조사 광학계는,
상기 도파 부재를 통과한 광을 집광하는 원통형 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 조사 광학계는,
상기 도파 부재를 통과한 광의 편광을 조절하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판으로부터의 광을 검출하는 검출 광학계를 갖고,
상기 검출 광학계는 결상 광학계이며,
상기 검출 광학계는, 복수의 화소를 갖는 센서를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제13항에 있어서,
상기 검출 광학계는,
상기 기판으로부터의 광을 증폭하는 증폭 소자를 갖고,
상기 센서는 상기 증폭 소자에 의해 증폭된 광을 검출하는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제14항에 있어서,
상기 검출 광학계는,
상기 증폭 소자를 이동시키는 이동부를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
제14항에 있어서,
상기 검출 광학계는,
상기 센서와 상기 증폭 소자의 사이를 공간적으로 분할하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
기판에 광을 조사하여, 상기 기판으로부터의 광을 검출하고, 상기 기판의 결함을 검사하는 검사 방법에 있어서,
적어도 1개 이상의 LED 광원으로부터의 광을 평균화해서 기판에 조사하여, 상기 기판을 검사하는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제17항에 있어서,
상기 평균화된 광을 선 형상으로 집광하여, 상기 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제17항에 있어서,
상기 평균화된 광의 편광을 제어하는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제17항에 있어서,
상기 평균화된 광은 제1 파장 및 제2 파장을 갖는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제17항에 있어서,
상기 기판으로부터의 광을 증폭 소자에서 증폭하고,
상기 증폭된 광을 결상하고,
상기 결상된 광을 복수의 영역에서 검출하는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제21항에 있어서,
상기 증폭 소자에서의 상기 기판으로부터의 광이 닿는 영역을 바꾸는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
제21항에 있어서,
상기 증폭된 광을 공간적으로 분할하여 결상하는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.