KR850000308B1 - 물질표면의 입자를 검출하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

물질표면의 입자를 검출하는 방법

제1도는 본 발명의 한 실시예의 설명도.

제2도는 제1도의 실시예에서 광선 통로 표시도.

제3도는 조준광선에 투영된 입자에 의하여 생성된 광선의 분산 범위와 웨이퍼 표면으로 부터의 조준광산 반사의 과정 설명도.

제4도는 웨이퍼 표면의 선정된 부위의 관측 순서의 설명도.

제5도는 시간에 대한 표면주사의 계수적 관계를 표시하는 그래프이며, 움직이는 입자가 표면상에 존재하는 상태가 표시되어 있다.

제6도는 광선빔이 점광원으로 수렴되기에 앞서서 렌즈상에 사용되는 마스크 표시도이며, 이 마스크는 웨이퍼 표면상의 조명될 부위를 제한하게 된다.

본 발명은 반도체의 웨이 퍼와 같은 물질 표면에 있는 불순물의 크기와 수를 측정하고 검출하는 방법에 관한 것으로 그 개요를 설명하면 이것은 외부의 빛이 차단된 물질표면에 시준경(視準鏡)을 통하여 고성능 시준광(collimated light)을 조사(照射)하고 입자가 빛을 발산시키는 곳에 작은 구멍을 이용하여 그 표면을 고감도 TV카메라로 관찰함으로 서발산된 그 빛을 포착하여 스크린에 표시한다.

그리하여 그 발산되는 빛의 밀도를 표준 모넬과 비교하면 입자의 크기를 알 수 있다. 그리고 다시 폭넓은 광파를 이용하여 발산된 빛에서 검출되는 입자의 크기의 범위를 알 수 있다. 또한 보통 입수할 수 있는 기재를 이용하여도 이 시스템은 0.3 미크론까지의 작은 입자를 웨이퍼의 표면에서 검사할 수 있다. 그리고 이 시스템은 정지하고 있는 입자와 움직이는 입자를 구별하여 검출 또는 식별을 가능케 한다.

종래 기술에 있어서 하나 또는 그 이상의 반람직스럽지 못한 크기의 입자 예를들면 1 내지 20미크론의 크기의 입자 또한 표면상에 이들 입자가 과대한 수 량으로 존재하는 것 등으로 인하여, 이들 웨이퍼를 검사하여 불합격시키기 위하여 반도체 웨이퍼상의 입자의 크기와 수량을 검출하고 측정하는 방법에는 어떤 종류가 있었다.

가장 보편적으로 사용되는 방법의 하나는 명암(明暗) 현미경을 사용하여 사람에 의하여 검사하는 것이다. 검사자는 눈으로 실제 입자의 수를 계수하고, 1미크론에서 20미크론 사이에서 입자의 크기를 정리하고 그리고서 수량과다의 입자를 가졌거나 특정 크기의 입자를 가진 웨이퍼를 제거하게 된다.

이 방법은 의심의 여지가 없이 부정확하다. 그리고 검사자의 급료면에서 또한 검사후 불합격과 소자생산후 불합격의 수량면에서 (웨이퍼가 검사 과실로 통과하면 예를 들어 불순물 입자의 존재에 의하여 회로 단락이 생기는등 전기적 결함을 갖게 됨) 매우비경제적이다. 반도체 표면상의 분순물 입자는 이들과 더불어 제작되고 또는 이들과 더불어 존재하는 집적회로에 있어서 단선회로나 단락회로 또는 기타 결합을 발생시키게 될 것이다.

집적회로는 2.5 미크론 이하의 회로를 가지며, 또는 보다 진보된 기술의 회로를 가질 수 있다. 계제전인 이유로서, 또한 반제품 웨이퍼를 검사한 후에 집적회로를 제조하는데 있어서 그렇게 많은 단계가 있으므로 오염된 웨이퍼는 여러단계의 공정이 착수되기전에 제조라인에서 제거 되어야한다. 몇몇 경우에 크기가 약 1미크론이 되는 입자를 과대하게 가진 웨이퍼는 제거되어야 하나 오늘날의 기술수준으로는 입자가 대부분의 경우 회로 제품이 이 보다 약간 큰 상태로 받아들여지고 있다.

기타 방법으로 헬름 네온 레이저를 이용하여 웨이퍼 표면을 주사(走査)하고 광전자 배증관(光電子培增管)을 사용하여 반사광선 빔을 검출하는 방법이 있다. 레이저 빔으로부터 광전자 배증관까지 광선을 반사시키게 되는 웨이퍼 표면상의 입자는 광전자 배증관에 의해 수신되는 펄스수에 의하여 입자를 계수하며, 또한 펄스의 강도가 입자 크기를 지시하게 된다.

그러나 이 방법은 완전히 개발되지 않았으며, 발전되지 않았고 적합한 레이저 빔을 형성하는 고가의 공학기구를 필요로 하며 웨이퍼 표면의 같은 횡단장소(same across)를 주사하게 되는 결함과 빔을 향하는 기계적 마스크를 필요로 하는 결함을 가지고 있다.

또한 광학기구 셋트에 의해 행해지거나 그렇지 않던간에 검사는 3인치 웨이퍼의 검사를 위해 약 2 내지 4초가 소요되는 것과 같이 검사 속도가 느리다. 광전 배증 검출기는 또한 일회에 한부위밖에 검사할 수 없으며, 레이저 초점을 웨이퍼 표면을 가로질러 이동하게 된다. 이와 같이 레이저 빔을 사용하므로서 주로 한번에 단지 한점만이 검출되는 바람직스럽지 못한 문제가 있게 된다.

레이저 빔은 웨이퍼 표면을 가로질러 매우 빠른속도로 주사(走査) 될수가 없다. 또한 불편하게도 광전자배증관은 입자를 검사하는데 사용되는 광선이 좁은 레이저 빔이므로 할라인 주사에서 레이저 빔에 의해 포착되는 이동 입자가 다음 라인 주사에서는 혼동되는 관계로 어느입자가 움직이는 것이고 어느 입자가 정지된 것인가를 검출할 수가 없다. 이와 같이 상기 방법에 있어서는 이동 입자의 정확한 배치도를 작성할 수 있는 방법이 없으며, 여기에서 이같은 이동 입자는 마치 정지 입자처럼 관측 될 것이다.

여기에서는 레이저빔이 웨이퍼를 횡단하여 주사시키는 방법이 없으며, 테레비죤 이카메라의 비디콘 전자총과 같은 속도 로서레이져 빔을 웨이퍼에 횡단주사하거나 웨이퍼를 움직일 수 있는 방법이 없다. 레이저 시스템을 사용함에 있어서는 보다 더 실제적인 결점이 있는데 이는 레이저를 사용하기 위해 국가적인 표준 및 규정을 이행하여야 하는 필요한 값비싼 안전장치가 문제이다.

여기에 예를들어 기타 산업에서와 같이 반도체 산업에 있어서도 간단하고 염가인 반도체 웨이퍼등 재료의 내부나 표면상의 입자에 대한 수량과 크기의 검사와 분류 그리고 측정을 위한 방법과 장치에 대한절박한 요구가 따르게 되며, 또한 이들 장치가 미숙련된 검사자에 의하여 조작될 수 있어야 하는 요구가 따르게 된다. 검사된 입자는 0.3 미크론으로 부터 그 이상의 크기이다. 20 미크론 이상 크기의 입자는 통상의 청소방법에 의하여 사전 제거된다. 따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에 있어서의 불편한 점이나 기타 결점을 제거하는데 목적이 있다.

기타 본 발명의 목적은 20미크론 이하의 크기를 갖는 불순물 입자의 수량과 크기를 검사 분류 및 측정하기 위한 비교적 값싸고 단순한 공정을 제공하는데 있으며, 보다 상세하게는 1 미크론 이하의 크기를가진 입자들 예를들어 0.3 미크론과 그 보다 큰 것들을 용이하게 부요소(subcomponent)로 채용할 수 있게 하는 것이다.

또 다른 목적은, 본 발명은 사람의 눈에 의한 판별에 의존하지 않고, 레이저 원을 사용하지 않는 검사 시스템을 얻도록 한 것이다. 본 발명은 반도체 웨이퍼등 재료의 내부 또는 표면상의 불순물 입자의 크기와 수량의 검사 식별 및 측정을 위한 방법을 제공하는 데 목적이 있는 것이다. 방범위한 스펙트럼 파장을 가진 강력한 광선빔은 적합한 렌즈와 핀공장치와 거울에 의하여 조준되며 그 리하여 검사되어야 할 웨이퍼 표면상으로 향하게 된다. 그리하여 이 광선은 웨이퍼 표면으로 부터 반사되어 거의 동일한 광선통로에 연하여 광원쪽으로 되돌아 오게 된다. 입자는 광선을 발산하게 되며, 입자의 크기에 의하여 이 발산 광선의 외곽은 "Y"방향으로 앞쪽과 뒤쪽으로 비례적인 크기로 보인다. 광선 감지도가 높은 TV 카메라에 발산 광선의 외곽을 검출하는 표면이 지시되며, 또한 표면의 선정된 부분이나 전체 표면에 적합한 렌즈에 의하여 초점을 맞추게 된다. 먼저 입자의 크기에 대한 발산 광선의 명암도를 측정하고 카메라와 이에 연결된 검광기는 단순한 관측에 의하여 입자의 존재와 수량과 크기를 측정하게 된다.

장치를 위한 하우징은 흑색재료의 도장등에 의하여 완벽하게 광선반사가 되지 않는 상태로 하여야 한다. 또한 하우징 내에 있는 기타 기구나 장치도 완벽하게 광선반사가 되지 않는 상태로 하여야 한다. 시준경(collimating mirror)과 웨이퍼 표면사이에는 웨이퍼 표면상의 광선빔의 접촉면적을 정확하게 결정하기 위하여 조정가능 한 조리개가 장치된다. 혹은 광원으로 부터의 광선빔을 적은 광선원으로 수렴시키는데 사용되는 렌즈상에 마스크가 사용될 수도 있다.

마스크는 웨이퍼 표면의 선정된 부위에 광선을 단지 부딪치게 만 할 수 있다. 본발명을사용 하므로서 약 0.5 미크론의 입자가 반복적으로 검출되고 식별되고 측정될 수 있음을 알게되었다. 그리고 또한 0.3 미크론의 입자도 검출은 되었으나 측정에 있어서의 정확도는 완전히 정밀하지는 못했으며, 약 0.1 미크론의 입자가 검출 가능하였으나 여기에 있어서의 측정은 확인 할수가 없었다.

이와 같이 반도체 웨이퍼 표면상의 불순물 입자의 수량과 크기의 검출과 식별 그리고 측정을 미숙련 검사자로 하여금 가능케 한다. 본 발명의 한 특징은 불필요한 발산광선을 유도하는 일이 없이 표면으로 부터 광원으로 반비되어 돌아오는 광선에 의해 반도체나 기타 재료 표면을 검사하는 광범위한 스펙트럼 광원을 사용하는 것이며, 또한 입자에 부딪치는 반사광선에 응답하여 입자에 의해 발산되는 분산광선의 외곽의 크기와 수량을 검출하고 식별하고, 측정하는 광선감지 비디콘과 검광기를 사용하는 것이다.

기타 장치로는 광선이 반도체 표면에 조명되어 여기에서 광선이 불순물 입자에 의하여 발산되고 이 발산된 분산광선이 광선감지 TV 카메라에 의하여 검출되도록 된 것이다. 시준경과 반도체 표면사이에 조정 가능한 조리개를 배치한 또 다른 장치는 웨이퍼 표면상에 광선이 접촉하는 면적을 규정하며, 웨이퍼 연부 밖으로의 반사를 방지하도록 되어있다.

거울과 조리개를 사용한 기타 장치로서 웨이퍼 표면의 특정부위에 조사(照射)되는 광선빔을 검출하고 웨이퍼의 연부로부터 확산되고 반사되는 광선을 제거하는 것이 있다. 웨이퍼상에 마스크가 영상되도록 한 광원과 웨이퍼이동에 근접되어 있는 렌즈에 마스크를 사용한 기타 장치에 있어서는 웨이퍼의 미리 선정된 부분이 조준된 광선에 의해서 조명되고 조명된 부분의 입자의 수량과 크기의 검출과 계수 그리고 식별 및 측정을 위한 시간에 충분히 검사될때까지 비디콘 카메라에 의하여 관측하도록 되어 있는 것이 있다.

기타 장치로서 광선을 반사시키지 않고 또한 어떤 불필요한 광선을 완벽하게 발생시키지 않는 하우징을 사용한다. 또 다른 장치로서 광파장의 스펙트럼을 가진 광원을 사용한 것이 있으며 여기에서 상이한 크기의 입자는 상이한 파장의 광선으로 퍼지게 된다. 또 다른 장치로서의 검사될 웨이퍼의 적은 부위를 큰배율로 관측하는 카메라에 각종 초점거리의 렌즈들을 사용한 것이 있는데 이는 0.5 미크론 크기나 그 보다적은 크기를 가진 적은 크기의 입자를 검출할수가 있게 한다.

또 다른 장치로서 카메라가 웨이퍼 표면을 향하게 되는 각도를 조절하는 것이 있으며, 약 17도 이상으로 조절된다. 또 다른 장치로서 전체 웨이퍼 표면과 위치 그리고 표면상의 불순물입자의 수량과 크기를 관측하는 스크린상에 즉시 이동시키는 장치가 있다. 또 다른 장치로서 3인치 웨이퍼를 검사하는데 약 33m/s 의 시간을 요하는 것과 같이 전체 웨이퍼 표면의 신속검사 장치가 있으며, 여기에서 입자의 바라는 검출을 얻을수 있게된다.

또 다른 장치로서 이동하는 입자를 검출하고 이들 이동하는 입자를 고정 입자로부터 식별하는 장치가 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명코저 한다.

제1도에는 반도체 웨이퍼 표면상에 있는 불순물 입자의 수량과 크기를 검출하고 측정하고 식별하며 계수하기 위한 설명적인 실시예의 시스템이 표시되어 있다. 하우징(5)에는 바람직스럽지 못한 반사광선과 발산광선을 방지하기 위한 흑색 재료의 내부벽이 있으며, 이안에 고감도의 TV 카메라(11)와 렌즈(15)와 조리개(7)와 시준경(6)과 검사될 웨이퍼를 파지하기 위한 진공척(chuck)(8) 등이 배치되어 있다.

조리개(7)는 흑색 또는 기타 빛을 억제하는 색체 또는 재료를 가지고 적합하게 도장되며, 웨이퍼 표면의 원하는 부위로 빛이 향하도록 적합하게 조정된다. 예를들어 조리개(7)는 그 연부의 모든 광선을 차단하며 이로서 상기 연부에서 광선이 산란하여 반사되는 것을 방지하게 된다.

웨이퍼 표면의 특정된 부위상에 조준되는 광선을 수렴하게하는 기타 방법은 흑색 비가연성 재료의 마스크를 사용하는 것이며, 이것은 광원(1)의 전면에 설치된 렌즈(2) 상에 설치하게 된다. 이같은 마스크(60)는 제6도는 복수개의 상이한 구멍이나 패턴(61)을 가진것으로 표시되어 있다.

또한 마스크(60)를 이동시키는 장치(62)와 연결될 수 있다. 이로서 웨이퍼 표면의 특정부위를 검사하기를 원하게되면 마스크(60)나 조리개(7)를 사용하여 웨이퍼 표면의 특정부위에다 조준광선(14)을 하정시킨다. 카메라(11)는 렌즈(15)에 의하여 초점이 마추어지며, 이로서 상기 특정부위만이 큰 배율로 관찰된다. 이 방법에 의하여 적은 입자들이 선명하게 확대된다. 진공척(8)이 호스를 통하여 진공펌프(10)에 연결되어 있다.

진공펌프(10)는 지지구 표면에서 진공압력을 생산하며, 이로서 웨이퍼는 검사되어야 할 표면을 접촉하는 일이 없이 진공에 의하여 지지된다. 지지구상에 웨이퍼를 위치시키기 위하여 진공세척에 의해 조작되어는 집개장치가 사용되어 웨이퍼나 소자의 둥쪽을 파지하도록하며, 이로서 웨이퍼는 운반되고 지지구(8)의 진공력이 웨이퍼의 둥쪽을 지지하게 된다.

이 방법으로 웨이퍼 표면에 사람의 손을 대는 일이없게되며, 이로서 더 이상의 어염이 없게 된다. 광선빔(14)은 광원(1)으로 부터 발생되며, 이는 150와트의 크세는 아크램프이면 되고 핀공장치(3)를 통하여 렌즈(2)에 의해 초점이 맞추어지고 이어서 시준경(6)에 의해 조준되고 조정가능한 조리개(7)를 통하여 방향이 정해지고 웨이퍼(표적 : target)(9)의 표면 특정 부위에 한정되게 된다.

제1도의 표시와 같이 카메라(11)와 시준경(6)을 포함하는 광선통로 사이에는 흑색재료와 같은 비반사용 재료의 의해 도장된 벽(13)이 마련되어, 웨이퍼(9)를 향하게 되는 광선빔(14)으로부터 카메라(11)를 차단시키는 일을 하게 된다.

카메라(11)는 광선에 예민하여, 따라서 하우징 내부의 어떤 산란광선이나 불필요한 외부 광선을 포착할 수 있다. 이같은 불필요한 광선은 웨이퍼 표면상의 입자에 의하여 발산 광선을 포착하게 되는 카메라의 감지 동작을 간섭하게 된다.

카메라가 포착하는 정밀성은 상시 모든 불필요한 광선의 존재에 의하여 나쁜 영향을 받게된다. 따라서 하우징의 내측과 벽(13)은 완벽하게 비반사 이발산광선 처리가 되어야 한다. 또한 하우징은 완벽하게 불필요한 외부 광선을 제거하도록 충분히 밀봉되어야 한다. 이와 같은 이유로 다른 벽이나 칸막이(17)가 광원(1)과 웨이퍼(9) 사이에 마련된다.

또한 상기 벽은 웨이퍼(9)와 광선통로(14)에 영향을 주게될 광원(1)으로 부터의 열을 차단하게 되며, 칸막이는 광원(1)에 공기 통로를 제공하게 된다.

본 실시예에서 공기청정장치(laminar flow apparatus)(21)가 마련되며 이는 웨이퍼(9)의 주위와 벽(17)의 주위 그리고 광원(1)의 주위에 청결한 청정공기를 보내게 된다.

이 방법으로 웨이퍼(9) 표면 주위는 청결하게 보존되며, 광원(1)으로부터의 열은 하우징(5)의 벽에 절결된 개구(19)로 배출된다. 광원이 하우징의 외부에 설치된 경우에는 선풍기(18)을 사용하여 광원을 냉각하게 된다.

그리고 제2도에 표현한 것과 같이 광원(1)은 광선빔을 발생시키고 이 광선빔은 렌즈(2)에 의하여 집합 광원으로 수렴되며 여기에 마련된 핀공장치(3)는 집합광원을 제외한 불필요한 광선을 제거하게 된다. 핀공장치(3)는 흑색재료로 제작되어 불필요한 광선을 흡수하도록 하여야 한다.

광선빔(14)은 시중경(6)으로 향하고 여기에서 광선(14)이 반사되어 웨이퍼(9)의 표면상에 거의 평행인 광선빔처럼 향하게 된다.

조정가능한 조리개(7)(제1도 참조)는 시준경(6)과 웨이퍼(9) 사이에 배치되어 있으며, 웨이퍼 표면의 미리 선정된 부위에 광선빔을 한정시키는데 사용된다. 광선빔(14)은 거의 단일방향성과 평행성을 가졌으며, 이로서 어떤 바람직하지 않는 광선의 반사나 산란을 최소한으로 하게 된다.

웨이퍼 표면에 충돌한 후의 광선빔은 거의 동일한 광선빔 통로를 따라 반사하며, 이 방법에서 카메라(11)에 노출되는 어떠한 불필요한 광선이 극소 또는 전무하게 된다. 오직 입자에 의한 반사광선만이 TV 카매라에 검출되게 된다. 즉, 광원(1)에서 발산되는 광선빔이 시준경(6)에 투광되고 이 광선은 웨이퍼(9)에 비추어 불순물입자가 발하는 반사광을 시준경(6)에서 투광되는 배경으로 TV 카매라에 검출되는 것이다. 이때 웨이퍼(9) 표면상의 불순물입자는 거의 각 입자마다 광선빔(14)을 반사하게 되는바 입자가 반사하는 반사광은 입자크기보다 큰 반사외곽을 형성한다. 이 반사광선의 외곽이 카메라(11)에 의하여 검출되며, 그리하여 검광기(12)에 보내지고 여기에서 입자들의 크기를 측정하여 검출되는 것이다.

적합한 실시예로서 TV 카메라는 SIT(Silicon intesified target)형의 츄브(tube)를 가진 것이 있으며, 이는 아주 고감도이며, 사람의 눈으로 볼 수 없는 광원까지도 검출할 수 있도록 되어 있으며, 하마마쓰 TV 주식회사 제품의 C1000-12형이 성공적으로 사용되고 있다. 또 다른 형태의 카메라로서 2단계 적외선 채널판형 카메라(two stage infrared channel plate type camera)가 있다. 이 카메라는 고정시켜 놓고서 렌즈(15)로서 웨이퍼 (9) 표면의 선정된 다른 부위에 부딪치는 광선빔(14)의 촛점을 맞추는 것이다.

제3도를 참조하면 여기에는 웨이퍼(9) 표면(30)상에 입자(31)가 존재하는 웨이퍼(9)가 표시되어 있다.

이들 입자는 웨이퍼 표면에 생긴 불순물 입자이며, 다시말해 통상적인 청결작업후에 남겨진 것이며, 이 입자들로 인해 집적회로 제작시에 유해로운 것이 될 수 있는 것이다. 이들의 크기의 범위는 0.3미크론이나 그 이상 크기의 것이다.

광선빔(14)이 표면상으로 향해질때 빔은 입자에 충돌되며, 빔(14a)이 입자(31)에 충돌하고 그리하여 시준경(6)쪽으로 빔이 반사하여 되돌아올 것이다(제2도 참조). 입자는 외곽(36)으로 표시된 것과 같이 광선을 분산하게 된다(즉 "Y"로 표시된 광선방향이 되고 그후에 반데쪽 방향인 "X"로 된다). 상기 외곽(36)은 앞쪽으로 길어져 있다.

카메라(11)에 의하여 "Z"방향으로부터 관측하게 되면 조준광선은 전면부와 후면부로 구성될 것이며 여기에서 앞쪽광선이 웨이퍼 표면으로부터 반사되어 나갈 것이다.

발산광선의 강도는 입자의 크기에 의하여 정해진다. 이로서 카메라(11)는 발산광선을 검출하고 발산광선의 강도에 의하여 입자크기를 측정할 수가 있게 될 것이다. 다른 광선은 웨이퍼에 의해 카메라 안으로 반사되지 않는다.

상기에서와 같이 조리개(7)를 조정하여 광선빔을 웨이퍼(9)의 특정표면부분상에 한정시킬 수가 있고 웨이퍼의 연부로부터 오는 빛을 차단할 수 있다. 이에 데한 실시예에 있어서 흑색재료와 같은 불투명한 마스크(60) 표면이 광원(1)의 렌즈(2)상에 또는 가까이 설치된 것이 있다.

마스크는(제6도 참조) 하나이상의 구멍(61)을 가지며, 모터장치(62)에 의하여 이동되며, 또는 수동으로 이동될 수 있다. 이 방법에 의하여 광선빔은 웨이퍼 표면의 특정부위를 용이하게 향할 수가 있다.

카메라(11)는 웨이퍼 표면상에 적합하게 초점을 맞추기 위하여 적합한 렌즈(15)를 가지고 있다. 배율을 변경시키므로서 렌즈(15)의 시야는 전체 웨이퍼 표면을 관측할 수가 있고 또는 웨이퍼 표면의 적은 부위에 시야를 한정시킬 때에는 적은 부위를 관측할 수 있으므로 보다 적은 크기의 입자를 보다 용이하게 검출할 수가 있다. 예를 들어 3인치 웨이퍼의 전체표면을 시야로 관측하면 0.5미크론의 입자를 검출할 수 있으며, 웨이퍼 표면의 일부위만을 시야로 관측하면 0.5미크론보다 적은 입자를 검출할 수가 있다.

이론적으로는 본 발명을 이용하므로서 0.1미크론의 입자까지 검출가능하다. 명확하게 본 발명을 이용하므로서 0.3미크론의 입자까지는 검출할 수 있다.

그리고 본 발명에 광범위 파장의 스펙트럼을 채용하게 되며, 예를 들어 350-850 나노메타 범위의 파장을 가진 150와트의 크세는 아크램프를 사용하게 되면 짧은 파장이 보다 적은 입자에 의하여 발산광선을 잘 유도하게 된다.

좀더 긴 파장은 큰 입자에 의한 발산광선을 잘 유도하게 된다. 기타 파장범위도 장치되어 있다. 엄지손 가락의 법칙(rule of thump)에 따라 검출할 수 있는 최소할의 입자크기는 입자를 조사하는데 사용된 광선의 파장의 반이 된다. 발산광선으로부터의 광선광도는 입자의 크기를 표시하게 된다.

이와 같이 측정하기 전의 계산과정에 편리하게 사용된다. 특정입자로부터의 발산광선은 광도와 크기가 측정되고 현미경을 사용하여 측정한 입자의 실제적인 물리적 크기와 비교된다.

그리하여 그 입자크기의 광선광도는 계산으로 비교된다. 다른 경우의 배경광선은 검광기에 배경의 광선광도를 미리 설정하여 주므로서 방지할 수가 있다. 검사되어야 할 표면부위의 범위나 세부적 요구사항에 따라서 한부분 이상의 부위 즉, 전체 표면을 검사하기 위하여 순서적으로 검사된다.

제4도에는 전체 표면이 검사를 완료할때까지의 상이한 부위를 순서적으로 검사하는데 데한 설명도가 표시되어 있다. 예를 들어 먼저 부위(1)가 광선빔에 노출되어 카메라에 의해 판독되며 다음에 웨이퍼(9)가 지지구(8) 장치에 의하여 이동되어 부위(2)가 광선빔에 노출되게 되어 카메라에 의해 판독된다. 동일하게 부위(3)……이 순서적으로 광선빔에 노출되고 전체표면이 검사완료될때까지 카메라에 의해 판독된다.

웨이퍼(9)가 이동되는 데신 조리개(7)가 광선빔을 이동시킬 수 있게 하여 보다 세밀하게 선정된 부위를 조사할 수 있다. 또한 마스크(60)를 사용하여 광선조명이 선정된 부위에 데하여 적절한 면분활을 제공하여도 된다.

제4도의 예에서 분활면(1)(2)(3)(4)에 데하여 핀형마스크가 사용되어 광선빔을 이들 데응부위에 조명하고 또한 분활면(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)에 대해서도 조명하도록 되어 있으며, 호(弧)는 마스크가 사용될 수도 있게 되어 있다. 어떤 특정분활면이 조명되었을때 이 분활면 주위의 분활면들은 각각 정확하게 한정되고, 흑색화되어 판독되어야 하며, 그러므로서 난반사나 기타 분사광이 없도록 하여야 한다.

제6도에 표시되어 있는 바와 같이 마스크(60)가 이 목적을 위하여 사용될 수 있다. 다시 제1도 및 제2도를 참조하여 광선빔(14)의 반사를 위하여 사용되는 시준경(6) 즉 거울은 예를들어 블록형 등과 감은 적합한 형상이면 되며 웨이퍼(9)의 표면에 조준되게 광원(1)의 광원빔을 적합하게 조사하도록 하면 된다.

렌즈(2)(15)는 물론 거울들도 매우 청결하여야 하며 거울이나 렌즈의 불순물로 인하여 카메라(11) 내에 산란광선이 생기지 않토록 하여야 한다. 웨이퍼(9)는 진공지지구(8)의 지지표면에 지지되며 진공지지구(8)는 진공펌프(10)에 의하여 공기가 배출된다. 지지구는 광선빔(14)에 의하여 조명되는 표면의 각부위가 골고루 노출될 수 있도록 모터장치나 기타 장치(16)에 의하여 이동조작될 수도 있다.

하우징은 적합하게 내부에 흑색처리를 하고 전체 장치를 수용하므로서 불필요한 광선과 반사 또는 산란을 없게 하고, 이들의 방해로 인한 과실판독을 없게 하며, 또한 외부 대기로부터의 오염물질이 웨이퍼와 장치 그리고 관측기구들에 오염되지 않게 한다. 하우징(5) 내부에 수용된 모든 장치는 렌즈(2)(15)와 시준경(6)을 제외하고는 모두 최적의 운전을 위하여 흑색으로 도색 혹은 도금하는 것이 좋다.

핀공장치(3)는 시준경에 광선의 적은 광원을 정밀하게 한정하는데 사용된다. 또한 이질적 광선과 반사는 핀구멍장치(3)에 의하여 광선빔 통로로부터 제거된다. 광선빔은 거의 직진 평행빔이 되도록 적합하게 조준되어 웨이퍼 표면에 충돌하며, 카메라(11)쪽으로 전환되는 일이 없이 광원을 향하여 반사되어 되돌아온다. 웨이퍼 표면에 상당한 량의 광원의 반사 및 굴절일 있으면 스크린상엔 눈덮인 상태로 나타난다.

어떤 양호한 조준장치로는 적합한 핀공장치와 광원상의 적합한 렌즈 그리고 시준경이 만족스럽고 작업성이 좋음을 알았다. 특정장치로서 f/1.2, 50mm 렌즈(2)가 광원(1)의 전면에 배치되어 있으며, 핀공상에 광선의 초점을 조정하게 되어 있다. 핀공(3)은 광원의 영상평면에 설치되어 있다.

시준경(6)은 볼록져 있으며 750mm의 초점거리를 가졌으며, 광선빔의 조준을 위하여 사용된다. 시준경(6)은 약 6인치 직경이며, 6인치 크기 이상의 웨이퍼를 조명 가능하도록 되어 있다. 전형적인 설계는 5인치의 거울로서 조명하도록 한다. 조작에 있어서 먼저 장치는 최상의 검출조건을 위한 조정을 하게 된다.

광원(1)이 켜지고 렌즈(2)가 핀공(3)을 통해 호형(弧形) 영상을 맺도록 조정되며, 그리하여 시준경(6)이 웨이퍼(9) 표면에다 광선관측을 위한 광선을 조사되도록 조정하게 된다.

웨이퍼는 모든 광선이 광원쪽으로 반사되어 되돌아가도록 최적상태로 위치하게 한다. 광원으로부터의 거의 모든 광선이 카메라(11)쪽으로 반사되어서는 않된다. 조리개(7)는 웨이퍼상에 광선빔의 위치를 조정하여 웨이퍼에 조명되고 검사되는 검사부위 외에는 모든 광선을 차단하게 된다. f/4 또는 그 이상되는 렌즈(15)는 웨이퍼(9) 표면의 적정한 투위상에 카메라(11)에 초점을 맞추도록 조정된다.

입자크기는 먼저 현미경을 사용하여 측정한 입자실제 크기와 상기 동일입자에 의하여 발생한 웨이퍼 표면상의 발산광선의 광도를 비교측정하여 척도를 정하게 된다. 이 척도를 사용하여 다른 웨이퍼 표면상의 입자크기를 정밀하게 측정하게 된다.

또한, 그리고 이들 특정크기가 된 입자들은 카메라에 의한 계수에서 제외될 수 있게 되며, 또한 주위의 잡신호는 공지의 기술을 사용하여 보상하게 된다. 최초설치의 이후에 웨이퍼는 진공척(8)상에 설치되어 광원이 점등되어 검사된다. 조준된 광선은 웨이퍼(9)의 표면을 조명하게 되고 표면상의 어떤 입자는 광선을 흐트러지게 한다. 발산광선은 카메라(11)에 의해 관측되고 동시에 이동스크린상에 나타나게 된다.

검광기(12)에는 적합한 회로가 마련되며 콤퓨터 프로그램은 웨이퍼 표면에 나타나는 상이한 부분이 스크린상에 상이한 파장으로 나타나게 되어 입자들의 계수를 검출가능하게 하며, 입자를 크기별로 분류하고 입자를 측정할 수 있게 셋팅한다. 카메라는 주위에서 광선검출을 하기 위하여 셋트된다. 불순물입자의 존재를 표시하게 되는 그 발산광선은 조준된광선에 의하여 입자를 조명하여 생기는 발산광선이 된다.

본 발명은 모든 반사광선, 외부광선과 입자에 의하여 생기지 않는 발산광선을 거의 완벽하게 제거하게된다. 적합한 스레스홀드(threshold)값이 검광기에 사전셋트되며 웨이퍼 표면근처에 있는 어떤 외부광선 또는 피할 수 없는 광선에 대하여 보상하게 된다. 그리고 본 발명의 장치는 웨이퍼 표면상의 입자의 수량과 크기에 대하여 검출하고 분류하고 계수하고 측정할 수 있게 되어 있다.

이에 더하여 본 발명은 움직이는 입자의 검출과 분류가 가능하여 또한 이들은 고정입자들로부터 분류할 수가 있게 되어 있다.

제5도를 참조하면 여기에는 웨이퍼 표면의 조명광(51)이 표시되어 있고 카메라(11)에 의하여 주사되는 움직이는 입자들이 곡선으로 나타나는 것이 표시되어 있다.

카메라가 각 수평라인을 주사하므로서 입자는 다음 라인의 주사에서 다른 위치에서 검출되게 된다. 예를 들어 이들이 계산신호로 변환된다며는 이는 아래 그래프와 같이 나타날 것이며, 하나의 패턴은 다른 위치에 나타날 것이고, 그리고 여기서 적절한 회로와 프로그램밍을 사용하므로서 신호를 스크린 또는 기타 기록장치로부터 제거할 수가 있게 된다.

이와같이 하여 검사자는 스크린상의 입자의 이동을 볼 수 있을 것이며, 또는 스크린으로부터 이동광선을 제거하는 방식으로 움직이는 패턴의 방향으로 회로를 동작시켜 상기 입자를 스크린에서 제거할 수가 있다. 이 장치는 불순물입자에 대한 검사시 청정된 공기흐름이 있을 경우에도 웨이퍼 검사실내에는 불가피한 모종의 움직이는 불순물입자가 존재하게 되므로 비록 깨끗한 실내에서 검사를 한다 할지라도 조심해야 한다. 본 발명은 반도체 웨이퍼의 검사에만 한정되지 않는다.

본 발명은 잡다한 입자 또는 기타 결함, 또는 상이한 재료들에 측정과 검출 또는 계수 또는 적합한 설치에 대한 검사등이 필요로 할때 사용될 수 있다. 그러나 이때 반사되는 표면 예를 들면 광학거울, 고른 금속성물질 표면 등은 필요치 않다.

상기 설명은 본 발명의 원리의 예시적 설명이며, 이 분야에 숙련자이면 누구나 변형이나 모방이 가능함을 특기하는 바이며, 이들 변형이나 모방은 본 발명의 범위와 정신내에 속한다.

Claims (1)

1. 재료표면의 불순물 입자를 검출하는 방법에 있어서, 검사기구가 내장된 하우징의 내부를 완벽한 광선비반사면으로 마련하고, 광원으로부터의 광선빔이 상기 재료 표면의 선정된 부위상으로 향하게 되고 이로서 상기 입자가 그 크기에 비례하는 광선광도로 광선을 발산하게 되며, 상기 표면위치를 조정하므로서 조준광선이 어떤 반사나 흐트러짐없이 광원으로 반사되어 되돌아오도록 유도하게 되며, 상기 재료의 표면 상에 광선감지 TV 카메라의 초점을 맞춤으로서 지시된 입자의 발산광선을 검출하고, 상기 카메라에 의하여 상기 발산광선으로부터 신호를 처리하여 상기 입자의 측정계수, 위치측정을 하게 되도록 되어 있는 것이 특징인 입자검출을 위한 방법.

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