KR20140048092A

KR20140048092A - 검사 장치 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140048092A
Application number: KR1020137023438A
Authority: KR
Inventors: 유지 구도
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-04-23
Also published as: TW201236100A; US20130329222A1; CN103384822A; JP6036680B2; WO2012115013A1; JPWO2012115013A1

Abstract

패턴의 깊이 방향의 형상 변화를 검출 가능한 검사 장치를 제공한다. 주기성을 갖는 패턴이 형성된 웨이퍼(5)에, 웨이퍼(5)에 대해 투과성을 갖는 조명광으로 조명하는 조명부(20)와, 조명광이 패턴으로 회절되어서 상기 조명광으로 조명된 측으로 반사되는 반사 회절광을 수광하고, 제 1 검출 신호를 출력하는 반사 회절광 검출부(30)와, 조명광이 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과하는 투과 회절광을 수광하고, 제 2 검출 신호를 출력하는 투과 회절광 검출부(40)와, 제 1 검출 신호와 제 2 검출 신호 중 적어도 한쪽 신호에 따라서 패턴의 상태를 검출하는 신호 처리부(51)를 구비하고 있다.

Description

검사 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{INSPECTING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 3차원 실장 등에 이용되는 기판의 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 진화, 부가 가치 증대의 수단으로서, 반도체 장치의 미세화와 함께 TSV(Through Silicon Via:실리콘 관통 전극)를 이용한 3차원 실장 기술이 주목받아서, 활발하게 개발되고 있다. 반도체 칩을 적층하고, TSV를 통해서 상하로 접속함으로써 실장 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이것에 그치지 않고, 고속화, 저소비전력화 등의 장점이 있어, 고기능이고 또한 고성능의 시스템 LSI를 실현할 수 있다. 한편, TSV를 이용한 디바이스의 제조에 있어서는 TSV가 적절하게 형성되었는지 확인하기 위한 검사가 빠질 수 없다. TSV 형성을 위해서는 어스펙트비가 높고 깊은 구멍(이후, 이러한 구멍을 TSV용 홀 패턴이라 함)를 형성할 필요가 있고, 이 때문의 에칭에 고도한 기술과 충분한 프로세스 관리가 요구된다. TSV용 홀 패턴은 주기 패턴이기 때문에, 회절 효율의 변화를 검출함으로써 패턴의 검사가 가능하다.

종래, 이러한 종류의 검사 장치로서, 피검사 기판으로부터의 회절광을 수광하기 위해서, 피검사 기판과 조명계 또는 수광계의 광축이 이루는 각도가 가변이도록 구성된 장치가 알려져 있다. 또한, 피검사 기판을 경사 이동시켜서 회절광을 수광하여 패턴의 이상(결함)을 검출하는 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).

미국 특허 제 6646735 호 공보

그러나 종래의 장치에서는 조명광으로서, 실리콘 웨이퍼에 대해 투과성을 갖지 않는 가시광이나 자외광을 이용하고 있기 때문에, 회절광이 기판 표면의 극히 얕은 부분으로부터 발생한다. 이 때문에, 기판 표층에서의 형상 변화에 기초하는 이상(결함)밖에는 검출없어서, TSV용 홀 패턴과 같이 깊이가 수십 ㎛부터 백 ㎛에나 이르는 깊은 패턴에 대해서는, 각 홀의 깊이 방향으로 변화되는 형상 변화를 파악할 수 없다.

본 발명은 이러한 문제를 감안해서 이루어진 것으로, 패턴의 깊이 방향의 형상 변화를 검출 가능한 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적의 달성을 위해서, 제 1 발명에 따른 검사 장치는, 주기성을 갖는 패턴이 형성된 기판에, 상기 기판에 대해 투과성을 갖는 조명광으로 조명하는 조명부와, 상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측으로 반사되는 반사 회절광을 수광하고, 제 1 검출 신호를 출력 가능한 반사 회절광 검출부와, 상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과하는 투과 회절광을 수광하고, 제 2 검출 신호를 출력 가능한 투과 회절광 검출부와, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 적어도 한쪽 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출하는 상태 검출부를 구비하고 있다.

한편, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 상태 검출부가 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 양쪽의 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 표면과 직교하는 방향을 향하는 깊이를 갖는 패턴이어도 되고, 상기 상태 검출부는 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 한쪽의 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 상기 표면 부근의 상태를 검출해도 되고, 다른쪽의 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 깊이 방향의 상태를 검출해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 수광하는 반사 회절광의 파장이, 상기 수광하는 투과 회절광의 파장보다 짧아도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 상태 검출부는, 상기 제 1 검출 신호에 기초해서 상기 기판 표면 부근의 상기 패턴의 상태를 검출해도 되고, 상기 제 2 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 깊이 방향의 상태를 검출해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 투과 회절광 검출부를 투과 회절광의 방향에 따라 구동하는 구동부를 구비해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조명광이 대략 평행광이어도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조명광이 0.9㎛ 이상인 파장의 적외선을 포함하도록 해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 반사 회절광 검출부와 상기 투과 회절광 수광부 중 적어도 한쪽이 수광하는 광의 파장을 선택하는 파장 선택부를 구비해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 적어도 한쪽의 신호와, 상기 패턴의 상태를 관련지어서 기억하는 기억부를더 구비해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부, 상기 기판 중 적어도 2개가, 소망의 차수의 투과 회절광을 수광하도록 경사 이동 가능해도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 기판을 유지하는 홀더를 더 구비해도 되고, 상기 홀더는 상기 대략 평행한 조명광의 입사면에 직교하는 경사 이동축을 중심으로 경사 이동 가능하게 구성되어도 되며, 상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부 및 상기 반사 회절광 검출부가 상기 경사 이동축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있어도 된다.

또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조명광이 1.1㎛ 파장의 적외선을 포함해도 된다. 또한, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 조명부는 상기 조명광의 광로 상에 삽입 가능하게 배치된 편광판을 가져도 된다.

또한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 것과, 상기 노광이 행해진 상기 패턴에 따라 기판의 표면에 에칭을 행하는 것과, 상기 노광 또는 상기 에칭이 행해져서 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 것을 갖는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 검사 공정이 본 발명에 따른 검사 장치를 이용해서 행해지게 되어 있다.

또한, 제 2 발명에 따른 검사 장치는 주기성을 갖는 패턴이 형성된 기판에, 상기 기판에 대해 투과성을 갖는 광을 포함하는 조명광을 조명하는 조명부와, 상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과하는 투과 회절광을 수광하고, 검출 신호를 출력 가능한 투과 회절광 검출부와, 상기 투과 회절광 검출부가 수광하는 투과 회절광의 회절 차수와 입사 조건 중 적어도 한쪽을 선택 가능한 선택부와, 상기 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출하는 상태 검출부를 구비하고 있다.

한편, 상술한 검사 장치에 있어서, 상기 선택부는 상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부, 상기 기판 중 적어도 2개가, 경사 이동 가능해도 된다.

본 발명에 의하면, 패턴의 깊이 방향의 형상 변화를 검출할 수 있다.

도 1은 검사 장치의 개요 구성도,
도 2는 웨이퍼의 평면도,
도 3(a)는 정상인 홀 패턴의 단면도이고, (b)는 홀직경이 변화된 홀 패턴의 단면도이며, (c)는 테이퍼 형상의 홀 패턴의 단면도,
도 4는 반사 회절광 및 투과 회절광의 일례를 나타내는 모식도,
도 5는 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명이 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예의 검사 장치를 도 1에 나타내고 있으며, 이 장치에 의해 실리콘 기판인 웨이퍼(5)의 표면 전체를 한번에 검사한다. 본 실시예의 검사 장치(1)는 웨이퍼 홀더(10)와, 조명부(20)와, 반사 회절광 검출부(30)와, 투과 회절광 검출부(40)와, 제어부(50)와, 신호 처리부(51)와, 모니터(52)를 구비해서 구성된다. 웨이퍼(5)는 검사 대상이 되는 가공 처리(예컨대, 에칭 처리) 후에, 가공 장치(예컨대, 에칭 장치)로부터 도시 생략한 반송 장치에 의해 웨이퍼 홀더(10) 상으로 반송된다. 또한 이 때, 검사 대상이 되는 웨이퍼(5)는, 웨이퍼(5)의 패턴 또는 외연부에 마련된 기준 마크(노치나 오리엔테이션 플랫 등)를 기준으로 해서 얼라이먼트가 행해진 상태로, 웨이퍼 홀더(10) 상으로 반송된다. 한편, 웨이퍼(5)로서, 예컨대 두께 725㎛인 원반 형상의 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 그러나 웨이퍼(5)의 치수, 형상 등은 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

대략 원반 형상으로 형성된 웨이퍼(5)의 표면에는 도 2에 나타낸 바와 같이 복수의 노광 샷(6)이 형성되고, 각 샷(6)에 주기성을 갖는 TSV용 홀 패턴(7)이 형성되어 있다. 한편, TSV용 홀 패턴(7)은 실리콘(Si)으로 이루어지는 베어 웨이퍼에 규칙적인 배치로 구멍이 형성된 구조로 되어 있다.

웨이퍼 홀더(10)는 웨이퍼(5)를 투과하는 광을 차단하지 않도록, 예컨대 웨이퍼(5)의 외주부에 맞춘 원형 고리 형상으로 형성되며, 웨이퍼(5)의 단부를 유지하게 되어 있다. 또한, 웨이퍼 홀더(10)에 설치된 틸트 기구(11)에 의해, 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)를, 웨이퍼(5)의 중심을 지나는 축(RC)을 중심으로 틸트(즉, 조명광의 입사면과 수직인 축을 중심으로 경사 이동 혹은 요동)시키는 것이 가능하며, 조명광의 입사각을 조정할 수 있게 되어 있다. 한편, 웨이퍼(5)의 단부를 유지하는 경우에 웨이퍼(5)를 수평으로 하면 자체 무게에 의해 중앙 부근을 최하점으로 해서 휘어지는 경우가 있다. 회절 검사의 경우, 휘어짐이 발생하면 회절광의 방향이 일정하게 되지 않기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 휘어짐을 방지하기 위해서는 웨이퍼(5)를 평면이 중력 방향과 평행하게 되도록 지지하면 된다. 또한, 웨이퍼(5)를 수평에 가까운 상태로 유지할 필요가 있는 경우에, 종래의 진공척식 웨이퍼 홀더를 이용하면, 흡착구의 모서리부에 의한 산란광이 노이즈가 되어 버린다. 이런 경우에는 웨이퍼(5)를 흡착구가 없는 평면에 탑재하고, 정전척 등으로 유지할 수도 있다.

조명부(20)는 조명광을 사출하는 광원부(21)와, 광원부(21)로부터 사출된 조명광을 웨이퍼(5)의 표면을 향해서 반사시키는 조명 미러(23)를 갖고 구성된다. 광원부(21)는 자외선으로부터 근적외선까지의 파장을 선택 가능한 파장 선택부(22)를 갖고 있고, 조명광으로서 파장 선택부(22)에 의해 선택된 소정의 파장을 갖는 발산 광속을 사출한다. 광원부(21)로부터 조명 미러(23)로 사출된 발산 광속(조명광)은 광원부(21)의 사출부가 오목 거울인 조명 미러(23)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명 미러(23)에 의해 거의 평행한(텔레센트릭한) 광이 되어서 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)의 표면 전체에 조사된다. 또한, 조명부(20)는 조명광을 편광시키기 위한 편광판(25)을 갖고 있다. 이 편광판(25)은 조명부(20)의 광로 상에 삽입 가능하며 또한 조명부(20)의 광축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1의 2점 쇄선으로 도시된 바와 같이 조명부(20)의 광로 상에 삽입된 상태로, 조명광을 임의의 방향으로 편광시키는 것이 가능하다.

반사 회절광 검출부(30)는 오목 거울인 제 1 수광 미러(31)와, 제 1 렌즈(32)와, 제 1 이차원 촬상 소자(33)를 갖고 구성된다. 웨이퍼(5)의 TSV 홀 패턴(7)에서 회절해서 조명광으로 조명된 측으로 반사된 회절광(이하, 반사 회절광이라 함)은 평행광 그대로 제 1 수광 미러(31)에 입사한다. 제 1 수광 미러(31)에서 반사된 반사 회절광은 수속 광속이 되고, 제 1 렌즈(32)에 의해 거의 평행한 광속이 되어 제 1 이차원 촬상 소자(33) 상에 웨이퍼(5)의 이미지를 형성한다. 이 때, 제 1 수광 미러(31)와 제 1 렌즈(32)가 협동해서 웨이퍼(5)와 제 1 이차원 촬상 소자(33)를 공액으로 연결하고 있기 때문에, 제 1 이차원 촬상 소자(33)에 의해 웨이퍼(5)의 이미지를 촬상할 수 있다. 그리고, 제 1 이차원 촬상 소자(33)는 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(5)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호(제 1 검출 신호)를 생성하고, 생성한 화상 신호를 제어부(50)를 통해서 신호 처리부(51)에 출력한다.

한편, 웨이퍼(5)로부터는 예컨대, 도 4에 나타낸 바와 같이, 다른 차수의 복수의 반사 회절광이 발생한다. 본 실시예에서는 웨이퍼(5)는 웨이퍼 홀더(10)와 함께 상술한 축(RC)(도 1 참조)을 중심으로 틸트(경사 이동) 가능하게 되어 있고, 웨이퍼(5)의 틸트각(기울기 각)을 변화시킴으로써, 조명광의 입사각 및 반사 회절광의 출사각(검출 각도)을 한번에 변화(증감)시킬 수 있기 때문에, 소망의 특정 차수의 반사 회절광을 반사 회절광 검출부(30)로 유도할 수 있다.

투과 회절광 검출부(40)는 오목 거울인 제 2 수광 미러(41)와, 제 2 렌즈(42)와, 제 2 이차원 촬상 소자(43)를 갖고 구성된다. 본 실시예에 있어서, 광원부(21)의 파장 선택부(22)는 조명광의 파장으로서 1.1㎛의 파장을 선택 가능하다. 이 파장에서는 실리콘 웨이퍼의 투과율이 높아지기 때문에, 투과 회절광 검출부(40)에 의해, 웨이퍼(5)의 TSV 홀 패턴(7)으로 회절되어서, 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과한 회절광(이하, 투과 회절광이라 함)을 검출하는 것이 가능해진다.

웨이퍼(5)의 TSV 홀 패턴(7)으로부터 발생한 투과 회절광은 평행 광속 그대로 제 2 수광 미러(41)에 입사한다. 제 2 수광 미러(41)에서 반사된 투과 회절광은 집광되어, 제 2 렌즈(42)에 의해 거의 평행광이 되어 제 2 이차원 촬상 소자(43) 상에 웨이퍼(5)의 이미지를 형성한다. 이 때, 제 2 수광 미러(41)와 제 2 렌즈(42)가 협동해서 웨이퍼(5)와 제 2 이차원 촬상 소자(43)를 공액으로 연결하고 있기 때문에, 제 2 이차원 촬상 소자(43)에 의해 웨이퍼(5)의 투과 이미지를 촬상할 수 있다. 그리고, 제 2 이차원 촬상 소자(43)는 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(5)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호(제 2 검출 신호)를 생성하고, 생성한 화상 신호를, 제어부(50)를 통해서 신호 처리부(51)에 출력한다.

한편, 웨이퍼(5)로부터는 예컨대 도 4에 나타낸 바와 같이, 다른 차수의 복수의 투과 회절광이 웨이퍼(5)에 대해 반사 회절광과 대칭인 방향으로 발생한다. 본 실시예에서는 도 1의 2점 쇄선 등으로 나타낸 바와 같이, 투과 회절광 검출부(40)에 마련된 투과광 검출부 구동부(46)에 의해서, 투과 회절광 검출부(40) 전체가 일체적으로, 상술한 축(RC)(도 1 참조)을 중심으로 회전(경사 이동) 가능하게 구성되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼(5)를 틸트(경사 이동)시킴과 아울러, 투과 회절광 검출부(40) 전체를 회전(경사 이동)시켜서, 조명광의 입사각 및 투과 회절광의 출사각(검출 각도)을 변화시킴으로써, 소망의 입사각에서의 소망의 특정 차수의 투과 회절광을 투과 회절광 검출부(40)로 유도할 수 있다. 또한, 조명부(20)는 조명광 구동부(26)에 의해, 일체적으로 조명광이 축(RC)을 향하는 상태를 유지한 채로 경사 이동함으로써 웨이퍼(5)에의 조사각을 변경할 수 있다. 또한, 반사 회절광 검출부(30)는 반사광 검출부 구동부(36)에 의해, 일체적으로 축(RC) 방향에서의 회절광을 수광 가능한 상태를 유지한 채로, 다른 복수의 차수의 회절광을 수광 가능하게 경사 이동할 수 있다. 한편, 조명광 구동부(26), 반사광 검출부 구동부(36) 및 투과광 검출부 구동부(46)는 각각 제어부(50)에 내장된 기억부에 기억된 레시피(조사각이나 투과광 수광각 및 반사광 수광각을 기억한 시퀀스)에 기초해서 제어부(50)의 지령을 받아 구동된다. 한편, 이후 특별히 설명이 없는 경우에는 각 구동 및 각 처리는 제어부(50)에 내장된 기억부에 기억된 레시피에 기초해서 행해진다. 또한, 제어부(50)는 도시 생략한 입력 장치와 접속되어 있으며, 조작자가 입력 장치를 사용해서 투과 회절광의 검출과 반사 회절광의 검출 중 어느 하나 혹은 양쪽을 선택해서 레시피에 등록할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 도 1에서는 반사 회절광 검출부(30) 및 투과 회절광 검출부(40)를 동일면 내에 기재하고 있기 때문에, 투과 회절광 검출부(40)의 회전 가능 범위가 좁게 보인다. 이에 반해서, 예컨대 제 1 렌즈(32) 및 제 1 이차원 촬상 소자(33)가 도면의 종이면 안쪽이 되도록 제 1 수광 미러(31)를 종이면 수직 방향으로 기울여서 배치하고, 제 2 렌즈(42) 및 제 2 이차원 촬상 소자(43)가 종이면 앞쪽이 되도록 제 2 수광 미러(41)를 종이면 수직 방향으로 기울여서 배치하면, 양자의 간섭이 없어져서 넓은 각도로 투과 회절광 검출부(40)의 회전이 가능해진다.

제어부(50)는 웨이퍼 홀더(10) 및 틸트 기구(11), 광원부(21), 제 1 및 제 2 이차원 촬상 소자(33, 43), 각 구동부(26, 36, 46), 신호 처리부(51) 및 모니터(52) 등의 작동을 각각 제어한다. 신호 처리부(51)는 제 1 이차원 촬상 소자(33) 또는 제 2 이차원 촬상 소자(43)로부터 입력된 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(5)의 화상(디지털 화상)을 생성한다. 그리고, 신호 처리부(51)의 처리에 기초한 웨이퍼(5) 상의 TSV 홀 패턴(7)의 이미지가 모니터(52)에 표시된다. 한편, 웨이퍼(5) 상의 TSV 홀 패턴(7)은 제 1 및 제 2 이차원 촬상 소자(33, 43)의 화소보다 미세한 패턴이기 때문에, TSV 홀 패턴(7)의 형태가 표시되는 것은 아니고, 화상의 밝기의 정보가 얻어질 뿐이다.

이 때, 패턴의 주기 구조의 상태(예컨대, 홀 직경 등)에 이상(결함)이 있으면, 회절 효율에 변화가 일어나기 때문에 회절 광량이 변화되어, 2차원 촬상 소자상의 이미지의 강도가 변화된다. 따라서, 웨이퍼(5) 상의 복수의 패턴(7)(노광 샷(6)) 중 정상인 패턴과 이상인 패턴이 있으면, 모니터(52)로 각각의 밝기가 다르게 보이게 된다. 그래서, 미리 SEM(주사형 전자 현미경) 등에 의해 측정하여, 정상인 것이 확인된 패턴의 밝기를 기억해 두면, 밝기가 다른 패턴이 있는 경우에 어느 쪽이 정상인 패턴인지의 식별이 가능하게 된다. 또한, 어느 하나의 패턴(7)(노광 샷(6)) 중에서 부분적으로 이상이 있는 경우에도 검출이 가능하다.

본 실시예에서는 신호 처리부(51)와 전기적으로 접속된 기억부(53)에, 정상인 패턴의 화상 데이터(신호 강도 등)가 미리 기억되어 있고, 신호 처리부(51)는 웨이퍼(5)의 화상을 생성하면, 웨이퍼(5) 상의 패턴(7)의 화상 데이터와 기억부(53)에 기억된 정상인 패턴의 화상 데이터를 비교해서, TSV 홀 패턴(7)에 있어서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 그리고, 신호 처리부(51)에 의한 검사 결과가 모니터(52)에 표시된다.

여기서, 투과 회절광 검출부(40)의 필요성에 대해서 설명한다. 반사 회절광을 이용한 검사에서는 가시광과 같은 실리콘 웨이퍼에 대해 투과성을 갖지 않는 조명광을 이용하면, 웨이퍼(5)의 표층에서 회절광이 발생하여, 홀이 깊은 부분에는 광이 도달하지 않는다. 그 때문에, 홀의 깊이 방향으로 형상 변화가 있는 경우에는 회절 효율이 변화하지 않는다. 구체적으로 설명하면, 도 3(a)에 도시한 바와 같은 정상인 홀 패턴(7a)에 비해서, 도 3(b)에 도시한 바와 같은 홀 직경이 변화된 홀 패턴(7b)에서는 회절 효율이 변화되기 때문에 이상(결함)으로서 검출 가능하다. 그러나 도 3(c)에 도시한 바와 같은 테이퍼 형상의 홀 패턴(7c)에서는 표층의 홀 직경이 같기 때문에 회절 효율이 거의 변화되지 않아서 이상(결함)으로서 검출할 수 없다. 한편, 조명광으로서 약 0.9㎛보다 긴 파장의 광을 이용해서 투과 회절광 검출부(40)에 의해 투과 회절광을 검출하면, 웨이퍼(5)의 표층뿐만 아니라 홀의 깊은 부분을 포함한 홀 패턴 전체에서 회절되기 때문에, 도 3(c)에 도시한 바와 같은 형상 변화여도 회절 효율이 변화되기 때문에 이상(결함)으로서 검출하는 것이 가능해진다. 한편, 조명광으로서 약 0.9㎛보다 긴 파장의 광으로 조명한 경우, 투과 회절광과 함께 반사 회절광도 발생한다. 또한, 홀 패턴의 개구부는 에지 형상으로 되어 있기 때문에 비교적 강한 반사 회절광이 발생한다. 이 현상을 이용해서, 예컨대 약 0.9㎛의 파장의 광으로 조명하고, 반사 회절광에 기초해서 기판 표면 부근의 홀 패턴의 상태를, 투과 회절광에 기초해서 홀 패턴의 깊이 방향의 상태를 검출할 수 있다. 즉 투과 회절광과 반사 회절광 양쪽의 정보에 기초해서 홀의 깊이 방향의 상태(이상 또는 결함의 유무 등)를 검출할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 검사 장치(1)를 이용한 웨이퍼(5)의 검사에 대해서 설명한다. 또한 사전에, 도시 생략한 반송 장치에 의해, 검사 대상이 되는 웨이퍼(5)를 표면이 위쪽을 향하도록 웨이퍼 홀더(10) 상으로 반송해 둔다. 또한, 반송의 도중에, 도시 생략한 얼라이먼트 기구에 의해 웨이퍼(5)에 형성되어 있는 TSV 홀 패턴(7)의 위치 정보를 취득하고 있어서, 웨이퍼(5)를 웨이퍼 홀더(10) 상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다.

반사 회절광을 이용한 검사를 행하는 경우, 우선 제어부(50)의 지령에 따라서 파장 선택부(22)에 의해 선택된 소정의 파장(예컨대, 0.436㎛의 파장)을 갖는 조명광이 광원부(21)로부터 조명 미러(23)로 사출되고, 조명 미러(23)에서 반사된 조명광이 평행광이 되어 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)의 표면 전체에 조사된다. 이 때, 광원부(21)로부터 사출되는 조명광의 파장에 기초해서, 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)의 틸트각(기울기 각)을 조정함으로써 규칙적으로 형성된 소정 피치의 반복 패턴(TSV 홀 패턴(7))으로부터의 회절광을 반사 회절광 검출부(30)로 수광하여 웨이퍼(5)의 이미지를 형성할 수 있다. 구체적으로는, 도시 생략한 얼라이먼트 기구를 이용해서 웨이퍼(5) 상의 반복 패턴의 반복 방향을 구하고, 웨이퍼(5)의 표면 상에서의 조명 방향(조명부(20)로부터 반사 회절광 검출부(30)을 향하는 방향)과 패턴(7)의 반복 방향이 일치하도록 웨이퍼(5)를 배치해 두고, 틸트 기구(11)에 의해 웨이퍼(5)를 틸트(경사 이동)시키며, 패턴(7)의 피치를 P라고 하고, 웨이퍼(5)의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ라고 하며, 조명광의 입사각을 θ1라고 하고, n차 회절광의 출사각을 θ2라고 했을 때, 다음 수학식 1을 만족하도록 설정한다.

또한 이 때, 제어부(50)의 지령에 기초해서 회절 조건 서치를 이용해서 회절 조건을 구하고, 회절광이 얻어지도록 상기 설정을 행하도록 해도 된다. 회절 조건 서치란, 정반사 이외의 각도 범위로 웨이퍼(5)의 틸트각(기울기 각)을 단계적으로 변화시켜서 각각 틸트각에서 화상을 취득하고, 화상이 밝아지는, 즉 회절광이 얻어지는 틸트각을 구하는 기능을 가리킨다.

웨이퍼(5)의 TSV 홀 패턴(7)에서 발생한 반사 회절광은 제 1 수광 미러(31)에서 반사되고, 제 1 렌즈(32)를 통과해서 제 1 이차원 촬상 소자(33)에 도달하여, 제 1 이차원 촬상 소자(33) 상에 웨이퍼(5)의 이미지(반사 회절광에 의한 이미지)가 결상된다. 제 1 이차원 촬상 소자(33)는 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(5)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호(제 1 검출 신호)를 생성하고, 생성한 화상 신호를, 제어부(50)를 통해서 신호 처리부(51)에 출력한다.

신호 처리부(51)는 제 1 이차원 촬상 소자(33)로부터 입력된 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(5)의 화상(디지털 화상)을 생성한다. 또한, 신호 처리부(51)는 웨이퍼(5)의 화상을 생성하면, 웨이퍼(5) 상의 패턴(7)의 화상 데이터와 기억부(53)에 기억된(반사 회절광에서의) 정상인 패턴의 화상 데이터를 비교해서, TSV 홀 패턴(7)에 있어서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 한편, 패턴(7)의 검사는 노광 샷(6)마다 실시되며, 검사 대상이 되는 패턴(7)과 정상인 패턴의 신호 강도의 차가 소정의 임계값보다 큰 경우에, 이상이라고 판정한다. 한편, 신호 강도의 차가 임계값보다 작으면 정상이라고 판정한다. 그리고, 신호 처리부(51)에 의한 검사 결과 및 웨이퍼(5) 상의 패턴(7)의 이미지가 모니터(52)에 표시된다.

한편, 투과 회절광을 이용한 검사를 행하는 경우, 우선 파장 선택부(22)에 의해 선택된 소정의 파장(예컨대, 1.1㎛의 파장)을 갖는 조명광이 광원부(21)로부터 조명 미러(23)로 사출되고, 조명 미러(23)에서 반사된 조명광이 평행광이 되어 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)의 표면 전체에 조사된다. 이 때, 광원부(21)로부터 사출되는 조명광의 파장과, 웨이퍼 홀더(10)에 유지된 웨이퍼(5)의 틸트각(기울기 각)과, 투과 회절광 검출부(40)의 회전각을 조정함으로써 TSV 홀 패턴(7)으로부터의 회절광을 투과 회절광 검출부(40)로 수광하여 웨이퍼(5)의 이미지를 형성할 수 있다. 구체적으로는 도시 생략한 얼라이먼트 기구를 이용해서, 웨이퍼(5)의 표면 상에서의 조명 방향(조명부(20)로부터 반사 회절광 검출부(30)를 향하는 방향)과 패턴(7)의 반복 방향이 일치하도록 웨이퍼(5)를 배치해 두고, 틸트 기구(11)에 의해 웨이퍼(5)를 틸트(경사 이동)시킴과 아울러, 투과광 검출부 구동부(46)에 의해 투과 회절광 검출부(40)를 회전(경사 이동)시켜서, 상술한 수학식 1을 만족하도록 설정한다.

또한 이 때, 회절 조건 서치를 이용해서 회절 조건을 구하고, 회절광이 얻어지도록 상기 설정을 행하도록 해도 된다. 이 경우의 회절 조건 서치란, 정반사 이외의 각도 범위로 웨이퍼(5)의 틸트각(기울기 각) 및 투과 회절광 검출부(40)의 회전각을 단계적으로 변화시켜서 각각의 틸트각 및 회전각으로 화상을 취득하고, 화상이 밝아지는, 즉 회절광이 얻어지는 틸트각 및 회전각을 구하는 기능을 가리킨다.

웨이퍼(5)의 TSV 홀 패턴(7)에서 발생한 투과 회절광은 제 2 수광 미러(41)로 반사되고, 제 2 렌즈(42)를 통과하여 제 2 이차원 촬상 소자(43)에 도달하여, 제 2 이차원 촬상 소자(43) 상에 웨이퍼(5)의 이미지(투과 회절광에 의한 이미지)가 결상된다. 제 2 이차원 촬상 소자(43)는 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(5)의 이미지를 광전 변환하여 화상 신호(제 2 검출 신호)를 생성하고, 생성한 화상 신호를, 제어부(50)을 통해서 신호 처리부(51)에 출력한다.

신호 처리부(51)는 제 2 이차원 촬상 소자(43)로부터 입력된 화상 신호에 기초해서, 웨이퍼(5)의 화상(디지털 화상)을 생성한다. 또한, 신호 처리부(51)는 웨이퍼(5)의 화상을 생성하면, 웨이퍼(5) 상의 패턴(7)의 화상 데이터와 기억부(53)에 기억된(투과 회절광에서의) 정상인 패턴의 화상 데이터를 비교해서, TSV 홀 패턴(7)에 있어서의 이상(결함)의 유무를 검사한다. 그리고, 신호 처리부(51)에 의한 검사 결과 및 웨이퍼(5) 상의 패턴(7)의 이미지가 모니터(52)에 표시된다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 투과 회절광 검출부(40)가 마련되기 때문에, 투과 회절광 검출부(40)로 검출한 투과 회절광을 이용해서, 패턴(7)의 깊이 방향의 형상 변화를 검출하는 것이 가능해져, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 웨이퍼(5)의 표면에 박막이 존재하는 경우에도, 본 실시예의 투과 회절광을 이용한 검사가 유효하다. 예컨대, 홀 패턴이 형성된 마스크층(박막)을 하드 마스크로서 이용하여 웨이퍼를 에칭하여 TSV용 홀 패턴(7)을 형성하는 방법이 있다. 이것은 TSV용 홀 패턴(7)을 에칭할 때, 웨이퍼 상에 SiO₂ 등의 마스크 층을 형성하고, 그 위에 포토레지스트를 도포하며, 노광 장치로 홀 패턴을 노광하고, 현상후에 마스크층을 에칭하여, 마스크 층에 홀 패턴을 형성하는 것이다. 이 때, 하드 마스크를 박리하지 않고 TSV용 홀 패턴(7)을 검사하고자 하는 경우가 있다. 이 경우에는 웨이퍼 위에 박막이 존재하는 상태가 되기 때문에, 반사 회절광을 이용하여 검사를 행하면, 하드 마스크의 막 두께 불균일에 기인한 박막 간섭 효과를 받아서 막 두께에 기인한 이미지 강도 불균일이 발생하여, TSV용 홀 패턴(7)의 형상 변화를 검출할 수 없다. 한편, 투과 회절광을 이용한 검사라면, 박막이 있어도 단지 투과할 뿐이므로(SiO₂ 등의 마스크층의 반사율은 일반적으로 수 %로, 투과광은 나머지의 90% 이상이 되기 때문에), 박막 간섭 효과의 영향을 받지 않고서 촬상하여 검사하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 웨이퍼(5) 및 투과 회절광 검출부(40)가 각각 경사 이동 가능하기 때문에, 동일 차수로 입사각이 다른 투과 회절광을 이용한 검사가 가능하다. 예컨대, +1차 투과 회절광을 수광하여 촬상할 때, 조명광의 입사각을 변화시키면 회절각은 변화된다. 본 실시예와 같이, 웨이퍼(5)와 투과 회절광 검출부(40)가 경사 이동 가능한 구성이면, 조명광의 입사각이 다른, 같은 차수의 투과 회절광을 수광할 수 있다. 그 때문에, 상술한 회절 조건 서치를 이용해서 조명광의 입사각을 다양하게 바꿔서 검사하여, 이상(결함)에 대해 회절 효율이 변화되기 쉬운 입사각을 선택하면 홀 패턴의 깊이 방향으로 연장되는 벽에 대한 입사각을 조정할 수 있어서 감도가 높은 회절 조건으로 설정할 수 있어, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

한편, 이러한 것은 조명부(20)를 경사 이동시키는 것에 의해서도 가능하며, 조명부(20), 투과 회절광 검출부(40) 및 웨이퍼(5) 중 적어도 2개가 상대적으로 경사 이동 가능한 것이 필요하다. 한편, 조명부(20)를 경사 이동시키기 위해서는 전술한 축(RC)을 중심으로, 조명광 구동부(26)에 의해 조명부(20) 전체를 일체적으로 경사 이동(회전)시키도록 해도 되고, 웨이퍼(5)와의 사이의 조명부(20)의 광축이 경사 이동(회전)하도록, 광원부(21) 및 조명 미러(23)를 각각 변위시키도록 해도 된다. 또한, 투과 회절광 검출부(40)는 투과광 검출부 구동부(46)에 의해 일체적으로 경사 이동(회전) 가능하게 구성되어 있지만, 웨이퍼(5)와의 사이의 투과 회절광 검출부(40)의 광축이 경사 이동(회전)하도록, 제 2 수광 미러(41)와, 제 2 렌즈(42)와, 제 2 이차원 촬상 소자(43)를 각각 변위시키는 구성이면 된다.

또한, 본 실시예에 의하면, 반사 회절광 검출부(30)에 의해서 촬상된 이미지와 투과 회절광 검출부(40)에 의해서 촬상된 이미지 양쪽의 강도 분포(제 1 및 제 2 검출 신호)를 각각 신호 처리하여, TSV용 홀 패턴(7)의 상태를 검출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 가시광 등의 웨이퍼(5)에 대해 투과성을 갖지 않는 파장을 갖는 조명광으로 조명한 반사 회절광을 이용하면, 홀의 표층부만의 상태를 검출할 수 있다. 또한, 웨이퍼(5)에 대해 투과성이 있는 파장을 갖는 조명광으로 조명한 투과 회절광을 이용하면, 홀의 깊이 방향의 상태도 검출할 수 있다. 그 때문에, 양자를 조합시켜 신호 처리하면, 이상(결함)의 종류를 특정할 수 있다. 예컨대, 반사 회절광과 투과 회절광 양쪽에서 이상이라고 판정되는 것은, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 홀 직경이 전체적으로 변화된 이상(결함)이다. 또한, 반사 회절광으로서는 이상이 아니고, 투과 회절광으로서는 이상이라고 판정되는 것은 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 표면의 홀 직경에는 변화가 없고, 깊이 방향으로 형상이 변화되는 이상(결함)이라고 할 수 있다. 이와 같이, 반사 회절광과 투과 회절광의 조합에 의해 이상(결함)의 종류를 특정하는 것이 가능해진다. 또한, 투과 회절광과 반사 회절광에서 다른 차수의 회절광을 수광하여 조합하는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시예와 같이 파장 선택부(22)가 조명부(20)(광원부(21))에 마련되어 있으면, 투과 회절광의 경우와 반사 회절광의 경우에 조명 파장을 바꿔서 별도로 촬상해야 한다. 이에 반해서, 반사 회절광 검출부(30) 및 투과 회절광 검출부(40)에 파장 선택부를 마련하면, 조명광으로서 백색광 또는 복수의 파장이 혼합된 광(예컨대, 복수의 휘선(輝線)을 갖는 램프 등의 광)을 이용함으로써, 투과 회절광과 반사 회절광에서 다른 파장의 회절광을 수광하여 동시에 촬상하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는 하나의 조명부와 2개의 검출부(투과 회절광 검출부와 반사 회절광 검출부)를 마련했지만, 도 1의 투과 회절광 검출부(40) 대신, 투과 회절용 조명부(구조는 조명부(20)와 같음)를 마련함으로써, 하나의 검출부(반사 회절광 검출부(30))에 의해 반사 회절광에 의한 이미지와 투과 회절광에 의한 이미지 양쪽을 촬상할 수도 있다. 한편, 2개의 조명부를 마련하는 경우, 광원은 1개로 하고 광로(예컨대, 광 섬유)를 전환할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에 있어서, 조명광의 파장을 1.1㎛로 했지만, 약 0.9㎛ 이상이면 투과 회절광의 검출이 가능하다. 파장이 긴 쪽이 웨이퍼의 투과율이 높아지기 때문에 상태는 좋지만, 파장이 지나치게 길면 촬상 소자의 감도가 떨어져 버리기 때문에, 본 실시예에서는 파장을 1.1㎛으로 했다. 그러나, 최적의 파장은 웨이퍼의 투과율과 촬상 소자의 파장 감도 특성의 균형으로 결정되기 때문에, 이 파장으로 한하는 것이 아니다. 한편, 근적외선에 대해서는 촬상 소자의 감도가 저하되어 신호 잡음비(signal-noise ratio)가 저하되는 경우가 있으므로, 필요에 따라 냉각형 촬상 소자를 이용해서 신호 잡음비를 높일 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서, 웨이퍼(5) 전체를 촬상하도록 구성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 웨이퍼(5)의 일부를 촬상하도록 구성해도 상관없다. 단, 하나의 패턴(7)(노광 샷(6)) 내에서의 부분적인 이상을 파악하기 위해서는 적어도 노광 샷(6)보다 큰 영역을 촬상할 수 있다. 이 경우에는 웨이퍼(5) 내의 촬상 위치를 바꾸기 위한 기구가 필요하게 된다.

또한, 상술한 실시예에 있어서, 조명 미러(23)와, 제 1 및 제 2 수광 미러(31, 41)로서, 오목 거울을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 렌즈로 대체하는 것도 가능하다. 또한, 상술한 실시예에서는 광원을 내장하고 있지만, 외부에서 발생한 광을 섬유 등으로 받아들이도록 해도 된다.

또한, 상술한 실시예에 있어서, 반사 회절광 검출부(30)가 경사 이동 가능하게 구성되어도 된다. 웨이퍼(5)와 반사 회절광 검출부(30)가 경사 이동 가능한 구성이면, 조명광의 입사각이 다른 같은 차수의 반사 회절광을 수광할 수 있기 때문에, 투과 회절광 검출부(40)의 경우와 마찬가지로, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다. 반사 회절광 검출부(30)를 경사 이동시키기 위해서는 상술한 축(RC)을 중심으로, 반사광 검출부 구동부(36)에 의해 반사 회절광 검출부(30) 전체를 일체적으로 경사 이동(회전)시키도록 해도 되고, 웨이퍼(5)와의 사이의 반사 회절광 검출부(30)의 광축이 경사 이동(회전)하도록, 제 1 수광 미러(31)와, 제 1 렌즈(32)와, 제 1 이차원 촬상 소자(33)를 각각 변위시키는 구성이면 된다. 한편, 반사 회절광에 관해서는 조명부(20), 반사 회절광 검출부(30), 및 웨이퍼(5) 중 적어도 하나가 경사 이동 가능한 것이 필요하지만, 조명부(20), 반사 회절광 검출부(30), 및 웨이퍼(5)중 적어도 2개가 경사 이동 가능하면, 조명광의 입사각이 다른, 같은 차수의 반사 회절광을 수광할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서, 웨이퍼(5)를 표면이 위쪽을 향하도록 웨이퍼 홀더(10) 상에 탑재하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 이면이 위쪽을 향하도록 해도 된다.

또한, 상술한 실시예에 있어서, TSV 홀 패턴(7)을 예로 들어 설명했지만, 검사 대상은 이것으로 한하는 것이 아니라, 기판의 표면에서 상기 표면과 직교하는 방향을 향하는 깊이를 갖는 패턴이면 된다. 예컨대, 홀 패턴으로 한하지 않고, 라인·앤드·스페이스 패턴이어도 된다. 또한, 상술한 실시예에서는 검사 대상으로서 실리콘 웨이퍼에 마련된 TSV의 검사를 설명했지만, 유리 기판 상에 액정 회로가 설치된 액정 기판에도 적용 가능하다. 또한, 상술한 각 실시예에 있어서, 이차원 촬상 소자(33, 43)에 의해서 검출된 화상 신호에 기초해서 웨이퍼(5)의 검사를 행하는 신호 처리부(51)를 구비한 검사 장치를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 이러한 검사부를 구비하지 않고, 이차원 촬상 소자(33, 43)에 의해 취득한 웨이퍼(5)의 화상을 관찰하는 관찰 장치에서도 본 발명을 적용 가능하다.

이어서, 상술한 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(5)의 검사가 행해지는 반도체 장치의 제조 방법에 대해서, 도 5에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 도 5의 흐름도는 3차원 적층형의 반도체 장치에 있어서의 TSV 형성 프로세스를 나타내고 있다. 이 TSV 형성 프로세스에 있어서, 우선 웨이퍼(베어 웨이퍼 등)의 표면에 레지스트를 도포한다(스텝 S101). 이 레지스트 도포 공정에서는 레지스트 도포 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 웨이퍼를 회전 지지대에 진공척 등으로 고정하고, 노즐로부터 액상의 포토레지스트를 웨이퍼의 표면에 적하한 후, 웨이퍼를 고속회전시켜 얇은 레지스트 막을 형성한다.

다음으로 레지스트가 도포된 웨이퍼의 표면에, 소정의 패턴(홀 패턴)을 투영노광한다(스텝 S102). 이 노광 공정에서는 노광 장치를 이용해서, 예컨대 소정의 패턴이 형성된 포토 마스크를 통해서, 소정 파장의 광선(자외선 등의 에너지선)을 웨이퍼 표면의 레지스트에 조사하고, 마스크 패턴을 웨이퍼 표면에 전사한다.

다음으로 현상을 행한다(스텝 S103). 이 현상 공정에서는 현상 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 노광부의 레지스트를 용제로 녹여서 미노광부의 레지스트 패턴을 남기는 처리를 행한다. 이로써, 웨이퍼 표면의 레지스트에 홀 패턴이 형성되게 된다.

다음으로 레지스트 패턴(홀 패턴)이 형성된 웨이퍼의 표면 검사를 행한다(스텝 S104). 현상 후의 검사 공정에서는 표면 검사 장치(도시 생략)를 이용해서, 예컨대 웨이퍼의 표면 전체에 조명광을 조사하고, 레지스트 패턴에 생긴, 회절광에 의한 웨이퍼의 이미지를 촬상하며, 촬상한 웨이퍼의 화상으로부터 레지스트 패턴 등의 이상의 유무를 검사한다. 이 검사 공정에서, 레지스트 패턴의 불량 여부를 판정하여, 불량인 경우에는 레지스트를 박리하여 레지스트 도포 공정부터 다시 하는 액션, 즉 리워크를 행할지 여부를 판단한다. 리워크가 필요한 이상(결함)이 검출된 경우, 레지스트를 박리하고(스텝 S105), 스텝 S101~S103까지의 공정을 다시 한다. 한편, 표면 검사 장치에 의한 검사 결과는 레지스트 도포 장치, 노광 장치, 및 현상 장치로 각각 피드백된다.

현상후의 검사 공정에서 이상이 없다는 것을 확인하면, 에칭을 행한다(스텝 S106). 이 에칭 공정에서는 에칭 장치(도시 생략)를 이용해서 예컨대, 남아 있는 레지스트를 마스크로 해서, 베이스의 베어 웨이퍼의 실리콘의 부분을 제거하여, TSV 형성용 구멍을 형성한다. 이로써, 웨이퍼(5)의 표면에 TSV용 홀 패턴(7)이 형성된다.

다음으로 에칭에 의해 패턴(7)이 형성된 웨이퍼(5)의 검사를 행한다(스텝 S107). 에칭후의 검사 공정은 상술한 실시예에 따른 검사 장치(1)를 이용해서 실시된다. 이 검사 공정에서, 이상이 검출된 경우, 판별된 이상의 깊이를 포함하는 이상의 종류 및 이상의 정도에 따라, 노광 장치의 노광 조건(변형 조명 조건·포커스 오프셋 조건 등)이나 에칭 장치의 어떤 부분을 조정할지, 그 웨이퍼(5)를 폐기할지 여부, 또는 그 웨이퍼(5)를 더 나누어서 단면 관찰하는 등의 상세한 해석이 필요한지 여부가 판단된다. 에칭 후의 웨이퍼(5)에 중대하고 또한 광범위한 이상이 발견된 경우에는 리워크할 수 없기 때문에, 그 웨이퍼(5)는 폐기되거나, 또는 단면 관찰 등의 해석으로 돌려진다(스텝 S108).

에칭 후의 검사 공정에서 이상이 없다는 것을 확인하면, 구멍의 측벽에 절연막을 형성하고(스텝 S109), 절연막을 형성한 구멍의 부분에, 예컨대 Cu 등의 도전성 재료를 충전한다(스텝 S110). 이로써, 웨이퍼(베어 웨이퍼)에 3차원 실장용 관통 전극이 형성된다.

한편, 에칭 후의 검사 공정에서의 검사 결과는 주로 노광 장치나 에칭 장치로 피드백된다. 구멍의 단면 형상의 이상이나, 구멍 직경의 이상이 검출되었을 때에는 노광 장치의 포커스나 선량 조정을 위한 정보로서 피드백를 행하고, 깊이 방향의 구멍 형상의 이상이나 구멍 깊이의 이상은 에칭 장치 조정을 위한 정보로서 피드백를 행한다. TSV 형성 프로세스에 있어서의 에칭 공정에서는 어스펙트비(깊이/직경)가 높은(예컨대, 10~20가 된다) 구멍을 형성해야 하기 때문에, 기술적으로 난이도가 높아서, 피드백에 의한 조정은 중요하다. 이와 같이, 에칭 공정에서는 수직에 가까운 각도로 깊은 구멍을 형성하는 것이 요구되어서, 최근에는 RIE(Reactive Ion Etching:반응성 이온 에칭)이라는 방식이 널리 채용되고 있다. 에칭 후의 검사의 경우, 에칭 장치에 이상이 없는지를 감시하고, 이상을 검출하면 에칭 장치를 멈추고 조정하는, 피드백 운용이 주로 행해진다. 에칭 장치를 조정하기 위한 파라미터로서, 예컨대 세로 방향과 가로 방향의 에칭 레이트비를 제어하는 파라미터나, 깊이를 제어하는 파라미터, 웨이퍼면 내에서의 균일성을 제어하는 파라미터 등을 생각할 수 있다.

한편, 현상 후의 검사 공정이 실시되었다면, 레지스트 도포 장치, 노광 장치 및 현상 장치의 이상은 기본적으로 현상 후의 검사 공정으로 검출되지만, 현상 후의 검사 공정이 실시되지 않은 경우나, 에칭해 봐야 비로서 알 수 있는 이들 장치의 문제가 발견된 경우에는, 각 장치에의 피드백(각 장치의 조정)이 행해진다.

한편, 에칭 후의 검사 공정에서의 검사 결과를, 이후의 공정으로 피드 포워드하는 것도 가능하다. 예컨대, 에칭 후의 검사 공정에서 웨이퍼(5)의 일부 칩이 이상(불량)이라고 판정된 경우, 그 정보는 상술한 검사 장치(1)로부터 온라인을 통해서 프로세스를 관리하는 호스트 컴퓨터(도시 생략)에 전해져서 기억되고, 이후의 프로세스에서의 검사·측정에서 그 이상 부분(칩)을 이용하지 않는 등의 관리에 사용하거나, 또한 최종적으로 디바이스가 완성된 단계에서 불필요한 전기적 테스트를 행하지 않는 등에 활용된다. 또한, 에칭 후의 검사 공정에서의 검사 결과로부터, 이상 부분의 면적이 클 때에는, 이에 따라서 절연막 형성이나 Cu 충전의 파라미터를 조정하여 양품 부분에 대한 영향을 경감시키는 등으로서 이용할 수 있다.

본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 에칭 후의 검사 공정이 상술한 실시예에 따른 검사 장치(1)를 이용해서 실시되기 때문에, 패턴(7)의 깊이 방향의 형상 변화를 검출하는 것이 가능해져서, 검사 정밀도가 향상된다는 점에서, 반도체 장치의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 TSV 형성 프로세스에서, 웨이퍼 상에 소자를 형성하기 전의 최초의 단계에서 TSV를 형성했지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 소자를 형성하고 나서 TSV를 형성해도 되고, 소자 형성의 도중에 TSV를 형성해도 된다. 또한 이 경우, 소자 형성 과정에서 이온의 주입 등이 행해진 결과, 적외선에 대한 투명도가 저하되지만, 완전하게 불투명하게 되는 것은 아니기 때문에, 투명도의 변화분을 고려해서 파장 선택이나 조명 광량의 조정을 행하면 된다. 또한, 이러한 방식의 생산 라인이어도, 라인의 조건 설정 및 QC 목적으로, 베어 웨이퍼에 TSV를 형성해서 검사하도록 하면, 이온의 주입에 의한 투명도 저하의 영향을 받지 않는 검사가 가능하다.

(산업상 이용 가능성)

본 발명은 반도체 장치의 제조에 있어서, 에칭 후의 검사 공정에서 이용되는 검사 장치에 적용할 수 있다. 이로써, 검사 장치의 검사 정밀도의 향상시킬 수 있어, 반도체 장치의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

1 : 검사 장치 5 : 웨이퍼
57 : TSV 홀 패턴 10 : 웨이퍼 홀더
11 : 틸트 기구 20 : 조명부
22 : 파장 선택부 30 : 반사 회절광 검출부
40 : 투과 회절광 검출부 46 : 투과광 검출부 구동부
50 : 제어부 51 : 신호 처리부(상태 검출부)
53 : 기억부

Claims

주기성을 갖는 패턴이 형성된 기판에, 상기 기판에 대해 투과성을 갖는 조명광으로 조명하는 조명부와,
상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측으로 반사되는 반사 회절광을 수광하고, 제 1 검출 신호를 출력 가능한 반사 회절광 검출부와,
상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과하는 투과 회절광을 수광하고, 제 2 검출 신호를 출력 가능한 투과 회절광 검출부와,
상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 적어도 한쪽 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출하는 상태 검출부를 구비하는
것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 상태 검출부는 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 양쪽의 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 표면과 직교하는 방향을 향하는 깊이를 갖는 패턴이고,
상기 상태 검출부는 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 한쪽 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 상기 표면 부근의 상태를 검출하고, 다른쪽 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 깊이 방향의 상태를 검출하는
것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 수광하는 반사 회절광의 파장이, 상기 수광하는 투과 회절광의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태 검출부는, 상기 제 1 검출 신호에 기초해서 상기 기판 표면 부근의 상기 패턴의 상태를 검출하고, 상기 제 2 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 깊이 방향의 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투과 회절광 검출부를, 투과 회절광의 방향에 따라 구동하는 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명광은 대략 평행광인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명광은 0.9㎛ 이상의 파장의 적외선을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 회절광 검출부와 상기 투과 회절광 수광부 중 적어도 한쪽이 수광하는 광의 파장을 선택하는 파장 선택부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호 중 적어도 한쪽의 신호와, 상기 패턴의 상태를 관련지어서 기억하는 기억부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부, 상기 기판 중 적어도 2개가, 소망의 차수의 투과 회절광을 수광하도록 경사 이동 가능한 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 기판을 유지하는 홀더를 더 구비하고,
상기 홀더는 상기 대략 평행한 조명광의 입사면에 직교하는 경사 이동축을 중심으로 경사 이동 가능하게 구성되며,
상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부 및 상기 반사 회절광 검출부는 상기 경사 이동축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있는
것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 조명광은 1.1㎛ 파장의 적외선을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명부는 상기 조명광의 광로 상에 삽입 가능하게 배치된 편광판을 갖는 검사 장치.
기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 것과, 상기 노광이 행해진 상기 패턴에 따라 기판의 표면에 에칭을 행하는 것과, 상기 노광 또는 상기 에칭이 행해져서 표면에 상기 패턴이 형성된 기판의 검사를 행하는 것을 갖는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 기판의 검사는 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 검사 장치를 이용해서 행해지는
것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
주기성을 갖는 패턴이 형성된 기판에, 상기 기판에 대해 투과성을 갖는 광을 포함하는 조명광을 조명하는 조명부와,
상기 조명광이 상기 패턴으로 회절되어서, 상기 조명광으로 조명된 측과는 대향하는 이면측으로 투과하는 투과 회절광을 수광하고, 검출 신호를 출력 가능한 투과 회절광 검출부와,
상기 투과 회절광 검출부가 수광하는 투과 회절광의 회절 차수와 입사 조건 중 적어도 한쪽을 선택 가능한 선택부와,
상기 검출 신호에 기초해서 상기 패턴의 상태를 검출하는 상태 검출부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 선택부는, 상기 투과 회절광 검출부, 상기 조명부, 상기 기판 중 적어도 2개가 경사 이동 가능한 것을 특징으로 하는 검사 장치.