KR950013433B1 - 반도체 양산 라인에 있어서의 실시간에 의한 이물검사방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

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Description

반도체 양산 라인에 있어서의 실시간에 의한 이물검사방법 및 장치

제 1 도는 본 발명의 1실시예에 따른 반도체 제조공정의 양산 개시 및 양산 라인의 이물검사방법 및 장치의 구성블럭도.

제 2 도는 본 발명의 1실시예의 이물모니터가 탑재된 매엽형(sheet type)CVD장치의 평면도.

제 3 도는 이물 패턴 모니터의 구성도.

제 4 도는 웨이퍼 회전 방향 검출기의 검출 방법을 도시한 도면.

제 5 도는 이물 좌표 관리를 위한 제품 웨이퍼 기준 좌표를 도시한 도면.

제 6 도는 이물 좌표 관리를 위한 장치 기주의 좌표를 도시한 도면.

제 7 도는 이물검출광학계의 구성도.

제 8 도는 사방 조명광학계의 구성도.

제 9 도는 검출광학계의 검출폭을 도시한 도면.

제 10 도는 검출기의 구성도.

제 11 도는 공간필터의 구성도.

제 12 도는 공간필터의 상세도.

제 13 도는 각 생산공정에서의 제품 웨이퍼에 대응한 건판(dry plate)방식에 의한 공간필터군의 구성도.

제 14 도는 건판방식에 의한 AN공간필터의 구성도.

제 15 도는 부분검사에 의한 이물검출광학계의 구성도.

제 16 도는 부분검사에 의한 이물검출광학계의 검출 영역을 도시한 도면.

제 17 도는 2열로 배열된 렌즈의 마이크로 렌즈 방식에 의한 이물검출광학계의 구성도.

제 18 도는 렌즈 어레이를 사용한 경우의 웨이퍼의 회전에 의한 공간필터 검출방법을 도시한 구성도.

제 19 도는 백색광 조명에 의한 이물검출광학계의 구성도.

제 20 도는 백색광에 의한 이물검출 성능을 도시한 도면.

제 21 도는 웨이퍼 비교 검사에 의한 이물검출광학계의 구성도.

제 22 도는 이물모니터를 사용하는 반도체 FA의 시스템도.

제 23 도는 본 발명의 1실시예의 이물검사 장치의 블럭도.

제 24 도는 x방향에서 본 조명광학계의 측면도.

제 25 도는 y방향에서 본 조명광학계의 측면도.

제 26 도는 결상렌즈의 1예를 도시한 도면.

제 27 도는 결상렌즈의 다른 1예를 도시한 도면.

제 28 도는 실시예의 평면도.

제 29 도는 웨이퍼 패턴의 평면도.

제 30 도는 회절 패펀의 평면도.

제 31 도는 굴절률 변화형 렌즈를 도시한 도면.

제 32a 도 ~ 제 32c 도는 공간필터의 평면도.

제 33 도는 이물의 검출예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반도체 제조장치군 20 : 감지부

30 : 유틸리티군 40 : 샘플링부

50 : 검출부 60 : 분석부

70 : 대응 시스템

본 발명은 반도체 제조 공정의 양산 라인에 있어서의 먼저 발생평가를 제품 웨이퍼를 통해 실행하는 이물 모니터에 의한 이물검사방법 및 장치에 관한 것이다.

반도체 제조공정시 웨이퍼상에 이물이 존재하면 배선의 절연 불량 및 단락 등의 불량의 원인으로 된다. 또, 반도체소자를 미세화하는 경우에 웨이퍼내에 이물이 존재하면 커패시터의 절연막 및 게이트 산화막 등의 파괴의 원인으로 된다. 이들 이물은 여러가지 이유로 발생하고 여러종류의 상태에서 혼입된다. 예를들면, 그들중 일부는 반송장치의 가동부에서 발생되거나 인체에서 발생되고, 나머지는 처리가스에 의해 처리장치 내부에서 반응 생성물로서 발생되어 약품 및 재료에 혼입된다.

이런 종류의 웨이퍼상의 이물을 검출하는 종래기술로서는 예를들면 일본국 특허공개공보 소화 62-89336호에 기재되어 있는 바와같이, 웨이퍼상에 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼상에 이물이 부차되어 있는 경우에 발생되는 이물로부터의 산란광을 검출하고, 직전에 검사한 동일 품종의 웨이퍼의 검사 결과와 이 검출 결과를 비교하는 것에 의해서 패턴에 의한 거짓 검출을 제거하여 고감도이고 고신뢰도의 이물검사를 가능하게 하는 것이 있다.

다른 종래 기술로서는 일본국 특허공개공보 소화 63-13584호에 기재되어 있는 바와같이, 웨이퍼상에 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼상에 이물이 부착되어 있는 경우의 이물로부터의 산란광을 검출하고, 이 검출된 이물을 레이저 포토루미네슨스 또는 XMR 등의 분석 기술에 의해 검출된 이물을 분석하는 기술이 있다.

LSI의 양산 개시의 주요 작업중의 하나는 이들 이물의 발생원인을 규명해서 적당한 대책을 고려하는 것이며, 발생된 이물의 검출 및 그안에 포함된 원소 종류의 분석은 원인의 규명에 중요한 열쇠가 된다. 한편, 양산 라인에 있어서는 이들 이물의 발생을 가급적 빨리 검출해서 어떤 대책을 취해야만 한다. 이물의 발생부터 이들 이물의 검출까지 장시간이 경과하면, 불량의 수가 더욱 증가해서 제조 효율이 떨어진다. 그러므로, 높은 제조효율을 유지하기 위해서는 이물의 발생에서 그의 검출까지의 시간을 단축하는 것이 불가피하다. 즉, 이물검사와 효과를 최대화하기 위해서는 모니터의 샘플링 시간을 단축해야 하며, 양산 라인에 대해 실시간 샘플링을 하는 것이 바람직하다.

그러나, 종래 기술은 반도체 조립 공정에 있어서의 양산 라인의 상태와 양산 개시의 상태가 명확하게 구별되어 있지 않아 양산 개시 작업에서 사용한 검사 장치가 그대로 양산 라인에적용되고 있다. 양산 라인에 있어서는 이물의 발생을 가급적 빨리 검출해서 적당한 대책을 취해야 하지만, 종래의 검사 장치는 독립형(stand-alone type)이기 때문에 생산 라인에서 처리된 웨이퍼를 검사 장치의 장소로 가지고와서 이물을 검사하는 것이었다. 이것은 웨이퍼를 반송하고 이물을 검사하는데 장시간이 필요한 것을 의미하므로, 검사빈도를 충분한 값까지 끌어올릴 수는 없었다.

상술한 기술에 따르면, 검사장치의 규모가 커지고 이물검사 시간이 길어진다. 이들 종래 장치를 사용해서 실시간 모니터를 실행하기 위해서는 다수의 대규모 장치를 배치할 필요가 있기 때문에 사실상 이것은 적당하지 않다. 현실적으로는 1로트 또는 수로트 또는 매일 하나의 웨이퍼를 샘플링하는 것은 한계가 있었다. 이물검사를 이러한 반도로 실행하면, 이물의 발생을 충분히 빠르게 검출할 수 없다. 즉, 종래의 샘플링 빈도는 이상적인 실시간 샘플링과는 거리가 멀다. 종래 기술의 또 다른 문제점은 양상라인의 공정수 및 설비를 저감하기 위해서는 충분한 위치에 필요한 수의 모니터를 배치해야만 한다는 것이다.

LSI의 양산 개시의 주요 작업중의 하나는 이들 이물의 발생원인을 규명해서 적당한 대책을 취하는 것이고, 이를 위해 발생된 이물의 검출 및 원소의 종류를 분석하는 것이 이물의 발생 원인을 규명하는데 중요한 실마리가 된다.

양신 개시 작업에 있어서의 검출, 분석, 평가 등의 기능 개선에 관한 것으로서 제목이 "METHOD AND APPARATUS OF INSPECTING FOREIGN MATTERS DURING MASS PROUCTION START-UP AND MASS PRODUCTION LINE IN SEMICONDUCTOR PRODUCTION PROCESS"이고 1991년 4월 2일에 출원된 미국 특허 출원 07/679,317호가 본원의 양도인에게 양도되었다. 참조로서 상기한 출원 명세서의 개시내용이 본원에 삽입된다.

본 발명의 주요 목적은 양산 라인의 이물 실시간 검사방법 및 장치를 제공하는 것이다.

실시간 샘플링을 실현하기 위해, 본 발명의 하나의 특징에 따르면 이물검사 장치를 소형으로 해서 반도체 생산 라인의 처리 장치의 입출력 포트에 설정하거나 처리장치 사이의 반송 시스템내에 설정한다.

더욱 상세하게는 상기한 목적은 반도체 제조공정의 양산 라인의 제품 기간상의 이물검사 장치로서, 반도체 제조공정의 양산란이의 적어도 하나의 소정의 위치에 마련되고 그의 경로를 따라서 제품 기판을 전송하는 전송수단, 전송된 제품 기판상에 형성되어 있는 회로 패턴의 각각의 패턴의 회전방향을 검출하는 수단, 전송수단의 경로를 따라서 전송된 제품 기판의 표면상에 광을 조사하는 수단, 검출렌즈를 통해서, 전송수단의 경로를 따라서 전송되고 광이 조사되는 제품 기판의 표면상에 존재하는 이물로부터의 산란광 검출을 포함하는 제품 기판의 표면의 정보를 검출하는 검출수단, 검출수단의 방향과 제품 기판상의 각각의 패턴의 검출방향을 상대 맞춤하는 수단 및 산란광의 검출에 의해서 전송수단의 경로를 따라 전송된 제품 기판상의 이물의 상태를 판정하는 수단을 포함하는 이물검사장치에 의해 달성할 수 있다.

반도체 생산 공정의 양산 개시에는 재료, 프로세스, 설비 및 설계등의 평가 및 개선(디버그)을 실행하기 위해 고성능이고 고가인 평가 장치에 의해 각 프로세스 및 설비를 평가하는 한편, 생산라인의 고정수 및 설비의 수를 가능한 한 저감하고, 특히 검사 및 평가에 필요한 시간을 저감하기 위해서 검사 및 평가의 항목수를 저감하도록 한다. 이를 위해 양산 개시시의 평가가 원활하고 신속하게 진행되도록 샘플링 웨이퍼를 마련한 이물검사/분석 시스템을 사용해서 이물 발생의 원인을 규명하여 운반된 재료의 입수시의 검사 사양을 변경하거나, 설비에 이물 발생원에 대한 대책을 마련한다. 그 결과가 각각의 재료, 프로페스, 장치 등으로 피드백되어 이물이 발생하기 쉬운 프로세스의 사양을 변경하고 이물 발생에 대해 강한 소자의 사양을 설계함과 동시에 양산 라인의 검사 및 평가의 사양을 준비하는데에도 사용된다. 이물모니터는 필요에 따라 이물이 발생하기 쉬운 장소의 제품 웨이퍼상에 배치하거나 특정 장소의 특정 이물의 증감만을 모니터하는 기능으로 마련한다.

상술한 바와같이, 양산 개시의 상태와 양산 라인의 상태를 서로 분리하면, 양산 개시시의 이물의 검출, 분석 및 평가 장치를 효율좋게 가도시킬 수 있다. 이렇게 해서 양산 개시를 신속하게 할 수 있고, 또한 양산 라인에서 사용되는 이물검사/평가 설비를 필요 최소한의 간단한 모니터 장치로 변경할 수 있어 양산 라인의 경향화가 도모된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 프로세스에서 유용한 기술을 사용하여 종래 대규모 검사 장치와 동등한 기능을 갖는 소형이고 고속인 검사 장치를 달성하기 위해, 다음의 방법에 착안하였다. 우선, 반복성에 착안하였다. 종래부터 반복패턴을 제거하고 결함을 검출하는 방법은 공지되어 있고, 이 방법은 확실하게 검출성능을 확보할 수 있다.

종래부터 메모의 반복성을 사용해서 패턴으로부터의 이물 및 결함을 변별해서 검출하는 기술은 수 많이 알려져 있다. 그러나, 이들 기술은 상기한 본 발명에 따른 양산 라인의 모니터 장치에 있어서 소형의 모니터를 실현하는데 적합한 것에 대해서는 언급하고 있지 않다. 또, 이 경우의 모니터는 주어진 웨이퍼상의 모든 점을 모니터할 필요는 없고 어느 특정한 비율로 웨이퍼상의 점을 모니터하고 있으면 좋다. 다수의 반복 패턴을 갖는 메모리의 제조에 있어서, 모니터가 메모리의 이 반복 부분만을 모니터하는 것만으로도 높은 효율을 얻을 수 있다.

반복패턴에 있어서 코히어런트 공을 조명하는 경우에 광은 어느특정 방향으로만 사출한다. 즉, 메모리의 경우에 반복부분으로부터 특정한 방향으로 사출하는 광을 공간필터에 의해 차광할 수 있으므로, 반복해서 발생하지 않는 이물을 고감도로 검출할 수 있다. 이 경우에 공간필터로서 액정을 사용하면 공간필터의 형상을 액정의 온오프에 의해 임의로 변경할 수 있으므로, 임의의 반복패턴을 자동적으로 검사할 수 있다.

상술한 수단에 의해 반도체 제조시의 제조효율이 개선되는 것은 다음과 같은 이유 때문이다. 웨이퍼상의 각각의 이물 갯수의 엄격한 검출 실험에 의해서 각각의 이물의 수가 점차로 증감하지 않고 돌발적으로 증감한다는 것이 새롭게 판명되어 있다. 종래에는 이물 개수가 점차로 증감한다고 믿었기 때문에, 로드에서 하루에 1매의 웨이퍼를 샘플링하거나 또는 하루에 한번 샘플링하는 비율로 이물검사를 실행하였다. 그러나, 이러한 샘플링 비율로는 돌발적인 이물의 증기가 간과되거나 이물 갯수가 어느정도 증가된 후에만 이물이 검출된다. 따라서, 상당한 수의 결함의 발생을 피할 수 없게 된다. 이물의 발생을 가급적 빨리 검출해서 즉시 대책을 세울 필요가 있으며, 이물의 발생에서부터 이물의 검출까지 다소의 시간이 경과하면 결함의 수가 증가되어 제조효율이 저하한다. 이물의 발생에서부터 이물의 검출까지의 경과된 시간을 단축하는 것에 의해 높은 생산효율을 유지할 수 있다. 즉, 모니터의 샘플링 시간을 단축할 수 있고, 이상적으로는 실시간 샘플링을 실행하는 것에 의해 이물검사의 효과를 최대한으로 나타낼 수 있다.

또, 종래의 검사장치에서는 웨이퍼를 샘플링하여 감사를 실행하고 있고, 이 경우에도 검사 웨이퍼상에 새로운 이물이 부착하여 역시 제조효율을 저하시킨다. 이에 반해, 본 발명의 이물검사장치에서는 제품 웨이퍼를 추출하지 않고 이물검사를 실행할 수 있기 때문에 추출된 웨이퍼로의 이물의 부착에 의한 제조효율의 저하를 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제 1 도는 반도체 제조 공정의 양산 개시 및 양산 라인의 이물검사방법 및 장치의 1실시예를 도시한 것이다.

제 1 도에 있어서, 반도체 제조공정의 양산 개시 및 양산 라인의 이물검사장치는 노출장치(11), 에칭장치(12), 세정장치(13), 이온주입장치(14), 스퍼터장치(15), CVD장치(16), 등으로 이루어지는데 반도체 제조장치군(10), 온도센서(21), 반송시스템내의 이물모니터(22), 압력센서(23), 처리장치내의 이물모니터(24) 등으로 이루어지는 감지부(20), 이 감지부의 제어시스템(25), 가스공급기(31) 및 물 공급기(32)를 포함하는 유틸리티군(30), 수질 샘플링 웨이퍼(41), 가스 샘플링 웨이퍼(42), 장치내 샘플링 웨이퍼(43), 디바이스 웨이퍼(44)와 분위기 샘플링 웨이퍼(45)로 이루어지는 샘플링(40), 웨이퍼 이물검출기(51)와 패턴 결합 검출기(52)로 이루어지는 검출부(50), 주사형 전자현미경(SEM)(61), 2차 이온 질량 분석장치(SIMS)(62), 주사형 터널현미경/분광장치(STM/STS)(63) 및 적외선 분광장치(64)로 이루어지는 분석부(60), 이물 치명성 판단시스템(71), 미세이물 원인규명 시스템(72) 및 오염원 대응 시스템(73)으로 이루어지는 대응 시스템(70)을 포함한다. 또, 이들 구성요소는 양산 라인에 대응하는 온라인 이물검사 시스템(81)과 양산 개시에 대응하는 오프라인 이물검사 시스템(82)로 분할되고, 이들은 함께 반도체 제조 공정의 양산 개시 및 양산 라인의 이물검사 시스템(80)을 구성하고 있다.

따라서, 도면에 도시한 바와같이 양산 개시시의 상태와 양산 라인의 상태는 서로 분리되어 있으므로, 양산 개시시의 이물의 검출, 분석 및 평가장치를 효율적으로 가동시킬 수 있어 양산 개시를 신속하게 실행할 수 있다. 동시에, 양산 라인에서 사용되는 이물검사 및 평가 설비를 필요 최소한의 간단한 모니터로 구성할 수 있어 양산 라인의 규모를 줄일 수 있다.

다음에, 온라인 이물검사시스템(81)의 온라인 모니터인 처리장치내의 이물모니터(24) 및 반송 시스템내의 이물모니터(22)에 대해서 설명한다. 제 2 도는 반도체 제조 장치군(10)중에서 특히 대량의 결합이 발생되는 매엽형 CVD장치(16)의 반송시스템에 온라인 모니터로서 이물모니터(101)을 적용한 예를 도시한 것이다. 이 CVD장치(16)은 이물모니터(101)을 구비하는 로더부(102), 예비실(103), 반응실(104), 가열부(105), 가스 시스템(106), 컨트롤러(107) 및 호스트 CVD(108)를 포함한다. 로더부(102)에 배치된 로더카세트(109)에서 예비실(103)으로 제품 웨이퍼(111)을 반송한다. 게이트 밸브(112)를 닫고 예비실(103)을 배기한다. 다음에, 게이트 밸브(113)을 열고 예비실(103) 및 반응실 (104)내의 제품 웨이퍼(111)을 교환한다. 게이트 밸브(113)을 닫고 반응실(104)에서 막형성을 개시한다. 막형성시에 예비실(103)의 내압을 대기압으로 되돌린다. 그후, 게이트 밸브(112)를 열고 웨이퍼(111)을 회수한다. 언로더 카세트(110)으로의 제품 웨이퍼의 반송중에 이물모니터(101)에 의해 제품 웨이퍼(111)상의 이물을 검사한다. 또, 막형성 전후의 웨이퍼상의 이물을 비교하기 위해, 밸브(112) 바로 앞에 모니터(101)을 배치해도 좋다.

다음에, 이물모니터(101)의 구성을 제 3 도를 참조해서 설명한다. 먼저, 이물모니터(101)의 이물검사 개시측에 배치된 웨이퍼 회전방향 검출기(201)에 의해 제품 웨이퍼 (111)의 대향면(orientation flat)의 방향을 검출하고 제품 웨이퍼(111)의 회전방향을 검출한다. 다음에, 이물검출광학계(202)에 의해 제품 웨이퍼(111)의 전면에 걸쳐서 이물검사를 실행한다. 모니터(101)에서 얻은 이물정보를 이물 데이타 처리시스템(203)에 의해 처리하고, 이물의 이상 발생이 있다면 알람등으로 알린다. 또는 장치본체(205)의 동작을 장치정지기능(204)에 의해 정지시킬 수 있다. 키보드(206) 및 CRT(207)에 의해 이물 표시를 실행한다. 또, 이물정보 처리시스템(203)은 이물 분석시스템(208)과 연동되어 있어 정보의 수수가 가능하다. 예를들어, 제품 웨이퍼(111)의 이름, 위치, 샘플링 등의 바라는 정보의 명령이 시스템(28)에서 송신되면, 바라는 정보를 시스템(203)에서 얻을 수 있다.

이 모니터(101)에 있어서, 이물검출광학계(202)는 시스템(203)과는 별개의 부재로 구성되어 있고, 또 스테이지 시스템을 구비하지 않고, 처리장치의 반송시스템을 이용하는 구성으로 되어 있다. 그러나, 물론 모니터(101)은 스테이지 시스템을 구비하는 구성이라도 좋다. 따라서 모니터(101)의 외형 치수는 폭 W, 깊이 L, 높이 H가 각각 1m 이내이거나 또는 이 모니터(101)의 폭이 웨이퍼의 폭 w보다 작다. 따라서, 모니터(101)의 규모를 소형화할 수 있다. 모니터(101)은 자동 교정 기능을 갖고 있고, 제조장치 사이 및 제조고정 사이에서 제품 웨이퍼의 반사율이 다르기 때문에 반사율을 자동적으로 계측할 수 있고, 이물검출광학계의 조명 광량으로 반사율을 피드백하므로, 번거로운 교정을 필요로 하지 않는다. 또, 검출 렌즈의 초점 신도 d는 다음 식으로 계산되며 0.1 ~ 0.5mm로 깊다. 따라서, 자동 초점 맞춤을 필요로 하지 않는다.

d=0.5λ/(NA)²……………………………………………………………(1)

여기에서, λ는 공의 파장이고, NA는 검출 렌즈의 개구수이다. 이물검출광학계 (202)는 소형이므로 유닛의 교환이 가능하고 장치에의 탑재 및 설치가 용이하다. 또한, 유지가 용이한 것은 물론이다.

웨이퍼 회전방향 검출기(201)의 검출 방법을 제 4 도를 참조해서 설명한다. 수개의 이상의 발광점(301)을 갖는 조명계의 아래를 제품 웨이퍼(111)이 웨이퍼 이동방향(303)으로 통과하여 위치(302)에서 위치(304)로 이동한다. 이 도면은 웨이퍼 회전방향 검출기(201)의 조명계의 발광점에서 나온 조명광의 제품 웨이퍼상에서의 궤적(305)를 도시한 것이다. 예를들어, 발광점 A의 경우에 있어서 조명광의 제품 웨이퍼(111)에 닿는 시간 As와 이 광이 제품 웨이퍼(111)에서 떠나는 시간 Ae를 측정하고, 이 절차를 다른 발광점 B 내지 G에 대해서도 마찬가지로 실행한다. 상기한 데이타 및 제품 웨이퍼(111)의 이동 이동 시간에 따라서 제품 웨이퍼(111)의 대향면도 방향을 결정하고 제품 웨이퍼(111)의 회전 방향을 계산한다. 제품 웨이퍼(111)의 회전 방향의 검출 방법으로서는 스크라이브 예리어검출, 칩 검출, 어라이먼트 마크 검출 등의 특정 마크 검출이 있다.

따라서, 이 이물모니터(101)은 웨이퍼 회전방향 검출기(201)에서 얻어진 제품 웨이퍼(111)의 회전 방향 및 제 5 도에 도시한 바와같이 대향면의 연장선 X축과 이 X축과 직교하고 제품 웨이퍼(111)의 바깥 둘레와 접하는 Y축과의 교점을 가상 원점(401)로 하는 대향면 기준의 좌표 또는 회로패턴(402)의 연장선 사이의 교점을 가상원점(403)으로 하는 회로패턴(402) 기준의 좌표에 의해, 이물의 위치 정보를 얻을 수 있는 이물좌표 관리가 가능하다.

이물모니터(101)은 장치내의 먼지 발생 분포를 알기 위해 제품 웨이퍼(111)이 여러가지 회전방향(451),(452),(453) 및 (454)로 반송되더라도, (454)로 나타낸 바와같이 각 제품 웨이퍼(111)의 바깥 둘레와 반송방향(510)이 서로 접하게 되는 X축과 이 X축과 직교하는 제품 웨이퍼(111)의 바깥 둘레가 접하는 Y축과를 포함하는 제품 웨이퍼(111)의 회전방향에 의존하지 않는 장치 기준에 의한 이물 좌표 관리 기능도 갖고 있다. 장치내에 먼지가 발생하면, (461)과 같이 규칙적인 이물분포를 나타낸다.

또, 모니터(101)의 웨이퍼 회전방향 검출기(201)은 제품 웨이퍼(111)의 회전방향을 검출함과 동시에 제품 웨이퍼(111)의 반송 속도를 결정할 수 있다. 따라서, 제품 웨이퍼(111)의 반송 속도와 동기해서 검출기 예를들면 CCD 리니어 센서의 주사속도를 변경할 수 있다. 따라서, 제품 웨이퍼(111)의 반송 속도에 관계없이 안정된 검출성능을 달성할 수 있다.

제 7 도는 제품 웨이퍼(111)상의 이물검사를 고속으로 실행하고 또한 소형인 공간필터를 사용한 이물 접촉광학계(202)의 1실시예를 도시한 것이다. 이것은 사방 조명광학계(501)과 검출광학가(502)를 포함한다. 사방조명계(501)은 적어도 하나의 조명 어레이를 포함한다. 검출광학계(502)는 검출 렌즈로서의 렌즈 어레이(503), 렌즈 어레이의 푸리에 변환명상의 공간필터(504) 및 렌즈 어레이의 결상위치 검출기(505)를 포함한다.

제 8 도는 사방조명광학계(501)의 구성도이다. 여기에서, "사방조명"이라함은 제품 웨이퍼(111)의 법선(603)에서 각도 θ로 경사진 방향(604)로 부터의 조명을 말한다. 송형이고 고출력의 반도체 레이저(601)을 광원으로 사용하고, 애나몰픽(anamorphic)프리즘(602)에 의해 고휘도 코히어런트 조명을 가능하게 한다. 제품 웨이퍼(111)상에 코히어런트 조명을 실시하는 경우, 검출렌즈(503)의 푸리에 변화면에서 제품 웨이퍼(111)의 패턴의 샤프한 푸리에 변환상을 얻을 수 있다. 또, 애나몰픽 프리즘(602)는 조명 어레이의 인접 조명성분에 의해 영향을 받지않는 넓은 범위의 조명을 가능하게 한다. 인접조명광의 영향이 존재하면, 인접조명에 의해 패턴의 푸리에 변환상이 어긋나고 중첩되므로, 푸리에 변환면의 에리어가 증가하고 공간필터의 필터부의 에리어도 증가한다. 이때문에, 공간필터를 통하과하는 이물로부터의 산란광의 양이 적어져서 이물검출 성능이 떨어진다.

제 9 도는 검출광학계(502)의 검출폭을 도시한 것이다. 검출광학계(502)의 검출폭(701)은 제품 웨이퍼(111)의 폭과 동일하며, 제품 웨이퍼(111)의 이송량(feed)(510)인 1주사(510)에 의해 제품 웨이퍼(111)의 전면을 일괄해서 검사할 수 있어 고속 검사가 가능하게 된다.

제 10 도는 검출기(505)로서 CCD 리니어 센서를 사용한 경우를 도시한 것이다. 제품 웨이퍼(111)의 폭을 일괄해서 검출하기 위해, 도면에 도시한 바와같이 여러개의 CCD 리니어 센서(751)을 지그재그로 배열한다. 센서가 서로 중첩되는 부분(752)에서는 선 B를 삭제하고 선 A의 데이타를 유효 데이타로 한다.

제 11 도는 공간필터(504)의 구성도이다. 렌즈 어레이(503)의 각각의 렌즈소자(801)에는 각각의 공간필터(802)가 대응한다.

제 12 도는 공간필터(504)의 상세도이다. 제품 웨이퍼(111)의 규칙성이 있는 반복패턴으로 부터의 회절광(901)은 렌즈 어레이(503)의 푸리에 변환면상의 공간필터(504)의 위치에서 규칙적인 상(902)로 된다. 따라서, 도면에 도시한 바와같은 공간필터(504)은 제품 웨이퍼(111)의 규칙성이 있는 반복패턴을 차광할 수 있으므로, 그 패턴은 검출기인 CCD 리니어 센서(505)로 들어가지 못한다.

공간필터(504)에는 건판상에 제품 웨이퍼(111)의 반복패턴의 푸리에 변환상을 프린트하는 건판식 공필터를 사용한다. 따라서, 공간필터(504)가 프린트된 부분은 제품 웨이퍼(111)의 규칙성이 있는 반복패턴으로부터의 광이 통과하지 못한다. 또는, 액정을 사용한 액정방식의 공간필터를 사용해도 좋다. 먼저, 제품 웨이퍼(111)의 규칙성이 있는 반복패턴으로 부터의 회절광(901)에 의해 형성된 렌즈 어레이(503)의 푸리에 변환면상의 공간필터(504)의 위치에서의 규칙적인 상(902)를 TV모니터등으로 검출하여 이 상(902)에 대응한 액정 소자의 위치를 기억시킨다. 다음에, 기억된 액정 소자 부분에 전압을 인가하는 것에 의해 이들 부분에 닿는 광을 차폐할 수 있다. 따라서, 각 생산 공정의 제품 웨이퍼마다의 상에 대응한 액정 소자를 기억시키고 그들을 포맷화하는 것에 의해, 각 생산공정의 제품 웨이퍼마다의 액정 소자의 온 오프에 의한 공간필터를 구성할 수 있다.

제 13 도는 각 생산공정의 제품 웨이퍼(111)에 대응한 건판방식에 의한 공간필터군(1011)을 도시한 것이다. 각 생산공정의 제품 웨이퍼(111)에 대응하는 공간필터를 건판방식으로 작성하고, 도면에 도시한 바와같이 리니어 가이드 스테이지등의 이동기구에 의해 교환하고 검출렌즈(503)에 대해서 위치결정한다. 이것에 의해, 모든 생산 공정의 제품 웨이퍼(111)에 대응하도록 공간필터를 배치할 수 있다.

제 14 도는 건판방식에 의한 AND공간필터(1101)을 도시한 것이다. 여러종류의 생산공정의 공간필터 사이에서 AND연산을 실행하는 것에 의해, 공간필터의 수를 저감할 수 있고 여러종류의 생산공정의 제품 웨이퍼의 반복패턴으로 부터의 광을 1개의 AND공간필터(1102)로 차광할 수 있다. 그러므로, AND공간필터(1101)을 사용하면, 생산 공정수가 많은 경우에도 공간필터의 수를 저감할 수 있어 장치의구성을 간단하게 할 수 있다. 또한, 액정방식의 공간필터에도 이 방법을 적용할 수 있어 포맷의 수를 저감할 수 있는 것은 물론이다. 원칙적으로는 전체 생산공정의 공간필터 사이에서 AND 연산을 실행하는 것에 의해서 1개의 AND 공간필터만을 사용하는 것도 가능하지만, 이 경우에 AND 공간필터를 통과하는 이물로부터의 산란광량이 적어지므로, 이물검출 성능이 떨어진다.

다음에, 제 15 도는 부분검사에 의한 이물검출광학계(202)의 1실시예를 도시한 구성이다. 검출렌즈로서 마이크로렌즈군(1201)을 사용하고, 공간필터(1202)를 각각의 마이크로렌즈(1201)의 푸리에 변환면상에 배치한다. 또한, 검출기로서 각각의 CCD 리니어 센서(1203)을 배치한다. 해상도가 높은 마이크로렌즈(1201)을 사용하므로, 렌즈 어레이(503)을 사용하는 것보다 더 미소한 이물을 검출할 수 있다. 그러나, 이 방식에서는 검출렌즈로서 마이크로렌즈(1201) 대신에 종래의 렌즈를 사용하여 검출할 수 있는 것은 물론이다. 부분검사의 1실시예로서 마이크로렌즈군(1201)의 피치를 제품 웨이퍼의 칩 간격에 맞추는 것에 의해 검사 범위를 유효하게 할 수 있다.

그러나, 제 16 도에 사선부로 도시한 바와같이, 마이크로렌즈군(1201)을 1열만 사용하는 경우, 제품 웨이퍼(111)상의 검사는 부분 검사로 된다. 이 경우에 이물의 모니터 기능을 완수할 수는 있지만, 제품 웨이퍼(111)의 전면을 검사할 수는 없다. 여기에서, (1251)은 하나의 마이크로렌즈(1201) 1개의 검출폭이다. 제품 웨이퍼(111)을 여러번 주사하면 제품 웨이퍼(111)의 전면을 검사하는 것이 가능하게 된다. 또는, 제 17 도에 도시한 바와같이, 지그재그 배열로 마이크로렌즈(1301)을 1열 이상으로 배치하는 것에 의해 1주사(510)으로 제품 웨이퍼(111)의 전면을 검사할 수 있게 된다.

제 15 도에서는 다른 실시예로서 사방조명계(501)에 펄스 발광레이저를 사용해서 제품 웨이퍼상을 광범위이고 고휘도로 조명한다. 또한, 검출기로서 2차원 CCD 센서 또는 TV카메라(1203)을 사용하면 넓은 영역에서 검출할 수 있게 된다. 사방조명계(501)에서 펄스발광을 실행하는 경우는 검출기도 조명에 동기해서 검출을 실행한다.

상술한 실시예에 있어서 공간필터를 사용하는 경우, 대향면 위치맞춤기구를 반송시스템의 도중에 배치하고 공간필터의 방향에 제품 웨이퍼(111)의 방향을 맞춘다. 이것에 의해, 공간필터 검출이 가능하게 된다. 그러나, 제품 웨이퍼(111)이 여러가지 회전방향으로 반송되는 경우 제품 웨이퍼(111)의 반복패턴의 방향도 변화하므로, 제품 웨이퍼(111)의 회전방향에 맞춰 공간필터를 회전시켜야 한다. 제 15 도 및 제 17 도에 도시한 마이크로렌즈를 사용하는 경우, 인접하는 공간필터를 서로 독립되어 있다. 그러므로, 개개의 공간필터를 제품 웨이퍼(111)의 회전방향에 맞추어 회전시키면 좋다. 그러나, 렌즈 어레이를 사용하면, 인접하는 공간필터는 연속되어 있으므로 제 18 도에 도시한 바와같이 제품 웨이퍼(111)의 회전방향(1851)에 맞추어 이물검출광학계(202)를 (1852)의 방향으로 (1861)로 나타낸 바와같이 회전시켜야 한다. 또한, 마이크로렌즈를 사용하는 경우, 제품 웨이퍼(111)의 회전방향(1851)에 맞추어 이물검출광학계(202)를 회전시켜도 좋은 것은 물론이다. 여기에서, 방향(1851)과 방향(1852)는 동일하다. 회전의 각도는 최대 45°이고, 제 18 도의 경우에 검출폭은 회전하는 분만큼 길어진다.

공간필터를 사용하는 경우, 제품 웨이퍼(111)상의 규칙적인 반복패턴부의 검사는 실행할 수 있지만, 그 이외의 부분은 검사할 수 없다. 따라서, 제품 웨이퍼(111)상의 규칙적인 반복패턴부 이외의 부분을 소프트웨어에 의해 무효 데이타 에리어 또는 검출 금지 에리어로 한다. 이 경우, 제품 웨이퍼(111)상의 모든 점에서 이물을 모니터하지 않고 특정 비율로 제품 웨이퍼(111)상의 스폿을 모니터하지만, 다수의 반복패턴을 갖는 메모리의 제조의 경우에는 이 메모리의 반복부만을 모니터하는 것만으로도 큰 효과가 얻어진다.

다음에, 제 19 도는 백색 고명에 의한 이물검출광학계(202)의 1실시예를 도시한 구성도이다. 이 시스템은 렌즈 어레이(503) 및 검출기(505)를 포함하는 검출광학계(1402)와 백색광에 의한 사방조명계(1401)을 포함한다. 이 시스템을 사용하면, 공간필터 방식에 비해서 이물의 검출성능은 저하한다. 그러나, 제 20 도에 도시한 바와같이, 백색광 조명검출(1451)은 공간필터를 사용하지 않는 레이저 조명 검출에 비해 검출성능이 높고, 제품 웨이퍼(111)의 규칙적인 반복패턴부에 한정하지 않고 전면을 검사하는 것이 가능하다. 이 도면에 있어서, 이물로 부터의 검출출력은 기준(1453)으로서 제품 웨이퍼(111)상의 모든 패턴의 피크값을 취하고 있다.

제 21 도는 웨이퍼 비교검사에 의한 이물검출광학계의 1실시예를 도시한 구성도이다. 이 시스템은 사방조명광학계(501) 및 검출광학계(502)를 포함한다. 도면에 도시한 바와같이, 사방조명광학계(501)은 적어도 하나의 조명 어레이를 포함한다. 검출광학계(502)는 검출렌즈로서 렌즈 어레이(503) 또는 마이크로렌즈군을 포함하고, 검출렌즈(503)의 푸리에 변환면에 배치된 공간필터(504), 검출렌즈(503)의 결상 위치에 배치된 검출기(505) 및 검출기로부터의 검출신호를 화상처리하는 화성처리 시스템(1460)을 포함한다. 먼저, 제 1의 제품 웨이퍼(111)을 검출하고 화상으로서 메모리(1462)에 기억시킨다. 다음에, 제 1의 제품 웨이퍼(111)의 메모리 화상(1462) 및 제 2의 제품 웨이퍼(111)의 제 2의 메모리 화상(1461)을 비교회로(1463)으로 비교하여 이물의 존재를 확인한다. 제 3의 제품 웨이퍼(111) 이후의 검출화상은 제 1, 제 2 또는 이전의 제품 웨이퍼(111)의 메모리 화상 비교한다. 본 실시예에서는 공간필터(504)를 사용하는 것에 의해 패턴 정보를 저감시키고 있다. 따라서, 이물검출계에 의해 검출하기 전에 대향면 위치맞춤 기구등을 배치하고, 모든 제품 웨이퍼(111)의 회전방향을 공간필터의 회전방향과 일치시킨다.

제 22 도는 이물모니터(101)을 사용한 반도체 FA(Factory Automation)의 시스템도이다. 이 시스템은 제품 웨이퍼(111)을 일괄처리할 수 있는 일괄처리 스테이션(1501), 각종 특수처리에 대응하는 각종 잡 스테이션(jop station)(1502), 검사 스테이션(1503) 및 분석 스테이션(1504)를 포함한다. 각각의 스테이션은 클린터널내의 반송 시스템에 의해 접속되어 있다. 일괄처리 스테이션(1501)과 각종 잡 스테이션(1502)에 있어서, 특히 다량의 불량 발생 가능성이 높은 CVD 장치 및 에칭장치에 이물모니터(101)을 팁재하여 이들 장치내의 이물을 모니터한다. (1551) 및 (1552)등과 같이 스테이션의 출입구의 반송 시스템에도 이물모니터(101)을 탑재한다. 본 발명의 상술한 특징은 라인 개시시에 있어서도 양산라인의 가시에 적용해도 좋다.

본 발명에 따르면, 반도체 제조공정의 양산라인에 있어서 간편한 모니터로 이물을 모니터하는 것에 의해, 생산라인을 간소화하여 제조코스트를 저감할 수 있다. 또한, 모니터는 실시간 샘플링이 가능하기 때문에 제조효율에 매우 치명적인 대량 불량을 미연에 방지할 수 있어 제조효율을 안정하게 확보하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 이물모니터의 구체적인 실시예를 제 23 도 ~ 제 3 도에 따라서 설명한다.

아하, 이 실시예의 구성을 제 23 도를 사용해서 설명한다. 이 실시예는 반도체 레이저(1111), 콜리메이터렌즈(1112), x확산렌즈(1113), 집광렌즈(1114), y확산렌즈(1115) 및 미러(1116)을 포함하는 조명광학계(1110), 결상렌즈(1211), 공간필터(1212), 편광판(1213) 및 1차원 검출기(1214)를 포함하는 검출광학계(1201), 웨이퍼 반송수단(1311), 자동 초점 검출기(1312) 및 자동 초점위치 검출기구(1313)을 포함하는 스테이지계(1310), A/D변환기(1411), 스레쉬홀드값회로(1412), 2차원 화상 분할회로(1413), 패턴 이물 판단회로(1414), 패턴데이타 메모리(1415), 이물데이타 메모리(1416)을 포함하는 신호처리계(1410), FFT회로(1511), 반복부분 제거회로(1512), 데이타 메모리(1513), 마이크로컴퓨터(1515), 데이타 표시계(1516) 및 아상 표시 알람(1517)을 포함하는 데이타 처리계(1510)을 포함한다.

조명광학계에서는 반도체 레이저(1111)에서 사출된 빔이 콜리메이터렌즈(1112)에 의해 평면파로 변환되고 x방향만이 x확산렌즈(1113)에 의해 확장된다. x확산렌즈(1113)에서 사출된 빔은 집광렌즈(1114)에 의해 x방향 평행한 광속 즉 평면파로 변환되고, y방향은 집광된다. 그러므로, y확산 렌즈에 의해 y방향의 빔이 평행한 광속까지 확산된다. 결국, 빔이 x 및 y방향 모두에서 평행한 광속 즉 평면판이고, y방향으로 긴 직선상의 빔으로 되어 우이퍼(1)을 조명한다.

제 24 도는 조명광학계(1110)을 x방향에서 본 구성을 도시한 것이고, 제 25 도는 y방향에서 본 구성을 도시한 것이다. 빔은 조명 에리어를 충분히 조명할 수 있도록 y방향으로는 확장하지만, x방향으로는 충분한 조도로 되도록 수축된다. 단, 이 조명은 평면파 즉 x에서든 y방향에서든 평행한 광속으로 된다.

이 실시예서는 빔을 x 및 y방향 모두에서 평행한 광속 즉평면파로 변환하여 조명을 실행하지만, 근사적으로 평면파로 되는 광학계이면 충분하다. 여기에서, 자계 백터가 조명의 입사면과 수직이 되도록 직선 평광을 조사한다. 이것에 의해, 이물로부터의 산란광을 패턴으로 부터의 산란광에 대해서 상대적으로 향상시킬 수 있다. 이 편광은 반드시 s편광일 필요는 없고, 직선 편광, 타원형 편광, 원형 편광등의 다른 편광이라도 본 발명의 목적을 달성하는 데 충분하다.

검출광학계(1210)에 있어서, 결상렌즈(1211)은 웨이퍼(1)상의 검출위치(2)에서 방사된 광속을 공간필터(1212) 및 편광판(1213)을 거쳐서 1차원 검출기(1214)상에 결상된다. 편광판(1213)에 있어서 자계 백터는 조명의 입사면에 수직인 광(s편광)을 차광한다. 이 편광판은 이물로부터의 산란광을 패턴으로 부터의 산란광을 대해서 상대적으로 향상시키는 효과가 있다. 그러나, 이 편광판은 반드시 필요한 것은 아니며, 편광판을 사용하지 않고도 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있다.

검출광학계의 결상렌즈(1211)은 제 26 도에 도시한 바와같은 통상의 렌즈라도 좋고, 제 27 도에 도시한 바와 같은 반사율 변화형 렌즈 어레이라도 좋다. 어떠한 경우에도 조명광학계(1110)으로서 제 24 도 및 제 25 도에 도시한 평면파를 조명할 수 있는 광학계를 사용하면, 공간필터(1212)등에서와 같은 구성상의 차이는 없다.

제 28 도는 조명광학계 및 검출광학계의 평면도이다. 여러개의 검출광학계(1210) ~ (1260)과 1차원 검출기(1214) ~ (1264)가 웨이퍼의 직경 L의 전체 면적이 커버되도록 배치되어 있다. 각각의 조명광학계(1110) ~ (1160)은 각각 1차원 검출기(1214) ~ (1264)의 검출 에리어를 조명하도록 배치되어 있다. 이 구성에 따르면, 웨이퍼의 전체 영역을 평행한 광속 즉 평면파로 조명할 수 있다.

스테이지계(1310)에 있어서, 웨이퍼(1)을 반송수단(1311)상에 탑재한 후, x방향으로 웨이퍼 반송수단(1311)을 이동시킨다. 여기에서, 웨이퍼 반송수단(1311)은 다른 처리장치의 반송수단 즉 성막장치, 에칭장치, 노출장치 등의 반송 시스템으로서 기능한다. 물론, 본 발명의 이물검사장치가 이 반송수단을 구비해도 좋다. 자동초점 검출계(1312)는 본 발명에 의한 장치와 웨이퍼 사이의 거리를 측정하고, 이 결과에 따라 자동초점 제어계(1313)에 의해 본 발명의 장치와 웨이퍼(1) 사이의 거리가 최적화되도록 제어한다. 이 제어는 검사 개시전에 1회만 실행하면 충분하지만, 웨이퍼 반송수단(1311)의 레벨 정밀도에 따라서는 검사중에 실식나에서 제어를 실행해야하는 경우도 있다.

신호처리계(1410)에 있어서, 1차원 검출기(1214)로부터의 검출신호는 A/D변환기(1411)에 의해 A/D변환되어 스레쉬홀드값회로(1412)를 통과한다. 2진화된 1비트의 신호는 5×5의 2차원 화상 분할회로(1413)으로 전달되어 도면에 도시한 논리식에 따른 패턴 이물 판단회로(1414)에 의해 패턴과 이물이 판정된다. 즉, 중앙점의 논리값을 P(0,0)이라고 가정하면, 도시한 다음의 식(1)이 성립할 때 P(0,0)의 신호를 이물로 판단하고, 도시한 다음의 식(2)가 성립할 때 패턴이라고 판단한다.

(식 1)

P(0,0)*πP(i,j)=1

| i | = 2

| j | = 2

(여기서, * 및 π는 논리적이다.)

(식 2)

P(0,0)*∑P(i,j) = 1

| i | = 2

| j | = 2

(여기서, ∑는 논리합이다)

판단될 결과는 1차원 검출기(1214)의 기본클럭에서 구해진 좌표신호에 의해 패턴 메모리(1415) 및 이물 메모리(1416)에 저장된다. 스레쉬홀드값회로(1412)에서 이물 메모리(1416)까지 연장하는 회로에 3계통의 여러개의 시스템을 마련하고, 스레쉬홀드값회로(1412)의 스레쉬홀드값을 단계적으로 변환시킨다. 이러한 회로 구성에 의해 필요충분한 기능을 유지하면서 회로규모를 축소할 수 있다는 효과가 얻어진다.

신호처리계(1410) ~ (1460)은 검출광학계(1210) ~ (1260)의 신호를 처리하도록 마련되어 있다.

데이타 처리계(1510)에 있어서, 이물 메모리(1416)으로부터의 데이타는 FFT회로 (1511)에 의해 이물 맵데이타로 푸리에 변환되고, 반복부분 제거회로(1512)에 의해 칩사이의 반복부분이 제거된다. 이렇게 해서 얻은 이물 데이타의 좌표 및 스레쉬홀드값은 이물 메모리(1513)에 저장되고, 이물의 수가 허용범위 이상일때 알람(1517)에 의해 알람신호가 출력된다. 알람신호가 출력될때 작업자는 생산라인의 동작을 정지시키고 이물발생의 원인을 조사해서 적당한 대책을 세운다. 이물의 좌표데이타 및 맵 데이타는 마이크로컴퓨터(151)의 명령에 의해 좌표계(1516)으로 출력된다. 본 발명에 있어서, 메모리에는 패턴 데이타도 저장된다. 이 데이타는 이 패턴부에서는 이물검사를 실행하고 있지 않다는 것을 의미한다. 따라서, 패턴 데이타의 전체 면적에 대한 비율은 검사 면적 비율을 의미한다. 이 검사면적 비율이 소정값보다 작은 경우, 겸사장치의 에러 또는 웨이퍼 프로세스의 에러 가능성이 있다. 이 경우에도 알람(1517)에 의해 경보를 출력한다.

이하, 동작을 제 23 도 ~ 제 32 도를 사용해서 설명한다.

본 발명은 초미세 패턴이 형성된 대규모 LSI상의 이물을 높은 검사 비율이고 또한 공정밀도로 소형의 검사장치에 의해 검사하기 위해서 패턴의 반복성에 특별한 주의를 기울이고 있다. 종래에는 웨이퍼의 전체 면적을 고속 공정밀도로 검사하기 위해서 고성능의 대규모 검사장치를 사용했었다. 그러나, 반도체의 제조효율을 개선하기 위해서는 전체 면적에 대해 이물검사를 실행하는 것보다 오히려 전체 면적 검사를 희생하고 전체 웨이퍼 검사를 실행하는 것이 좋다는 것이 판명되었다. 종래 장치를 사용하는 한, 웨이퍼를 적당한 빈도로 샘플링해서 검사하는 것이 반드시 필요하고, 또한 이 방법에서는 한번 불량이 발생했을 때 대량의 불량이 발생될 가능성이 있었다. 그러나, 전체 웨이퍼 검사를 실행할 때, 웨이퍼의 전체 면적 검사를 실행하지 않고 장치 및 공정에서의 이물의 발생등의 불량을 검출할 수 있다.

그래서, 메모리로 대표되는 LSI에 있어서는 반복패턴이 큰 비율로 존재한다는 것에 주목하였다. 이 비율은 DRAM, SRAM 등에서 적어도 80%이고, 마이크로컴퓨터, 커스텀 LSI 등에서도 대부분의 경우 적어도 30%이다. 비율이 이러한 수준을 유지한다면 이 반복부만을 검사하는 것으로 충분하다. 반복부의 결합, 이물의 검출에는 광학 필터를 사용한 비반복부의 강조검출 기술이 유효하므로, 본 발명에는 이 기술을 사용한다. 이 방법은 공간필터의 작성방법이 매우 중요하다.

제 29 도에 도시한 기본패턴(2010)의 반복패턴상에 제 23 도에 도시한 장치에 의해 광을 조명한 경우, 공간필터(1212)를 통해서 제 30 도에 도시한 규칙적인 회절패턴이 관측된다. 이 회절패턴(2011)은 제 29 도에 도시한 패턴으로부터의 회절에 의한 것이다. 제 29 도상에 이물(2012)가 존재하면, 이 이물로부터의 회절광은 규칙적인 회절패턴(2011)과는 다른 불규칙한 형상으로 되어, 예를 들면 제 30 도상의 패턴(2013)과 같이 관측된다. 그래서, 이 공간필터(1212)상에 회절패턴(2011)을 차광하는 필터를 배치하면 패턴(2014)상의 데이타는 삭제되고, 1차원 검출기(1214)상에서는 제 33 도에 도시한 바와같이 이물(2012)의 데이타만이 관측된다. 즉, 본 발명은 이물(2102)만을 선택적으로 검출한다.

여기에서, 패턴(2014)의 피치 p와 회절패턴(2011)의 피치 θ(관측점(2)에서 결상렌즈(1211)로 입사하는 회절패턴의 각도로 표시된다)의 관계는 조명광학계(1110)에서 사출된 광빔의 파장 λ로 다음식(3)에 의해 나타내어 진다.

sinθ=λ/p‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(3)

따라서, 값 p가 작을 수록 값 θ는 커진다. 즉, LSI가 보다 미세화되고 값 p가 작아질수록 회절패턴의 값θ는 커진다. 따라서, 결상렌즈(1211)로 입사하는 회절패턴이 감소해서 공간필터의 형상을 더욱 간단하게 할 수 있다는 잇점이 있다. 동일한 제품의 경우에 기본패턴(2010)의 형상은 변화해도 기본패턴(2010)의 위치 피치는 변화하지 않는다. 이것은 회절패턴의 기본형상은 변하지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 동일한 제품을 검사하는 한, 회절패턴의 형상은 거의 변화하지 않으므로, 빛을 차광하는 공간필터의 형상도 거의 변하지 않는다. 이 특징을 이용하여, 본 발명은 각 제품마다 각 제조공정의 회절패턴의 형상을 측정하고 그들의 모든 회절패턴을 차광하는 공간필터를 작성하는 경우에도 공간필터는 결상렌즈의 개구로의 빛을 완전하게 차광하지 않는다는 것에 착안한 것이다. 이와같이 각 제조공정마다의 회절패턴을 모두 차광하는 필터를 사용하면, 공간필터를 교환할 필요가 없다. 특히 이러한 구성의 메모리의 제조라인에서는 제품의 종류가 제한되어 있고 제품의 변경도 적으므로 유효하다.

본 발명에서는 결상렌즈(1211)로서 굴절율 변화형 렌즈 어레이를 상하면 장치의 규모를 더욱 축소할 수 있다. 굴절율 변화형 렌즈 어레이는 소형의 광학계를 구성할 수 있으므로, 팩시밀리, 전자복사기등에 사용하고 있다. 이 굴절율 변화형 렌즈 어레이는 광학계는 소형화한다는 목적을 달성하는데 유효하다. 그러나, 본 발명에서는 공간필터를 사용해야만 한다. 종래의 굴절율 변화형 렌즈 어레이에도 푸리에 변환면은 있지만, 공간필터를 굴절율 변화형 렌즈 어레이용으로 사용하는 것에 대해서는 고려되어 있지 않았다. 본 발명은 공간필터를 굴절율 변화형 렌즈 어레이용으로 사용할 수 있다는 것에 착안해서 굴절율 변화형 렌즈 어레이를 사용한 소형의 이물모니터를 달성할 수 있다. 공간필터의 구성 및 동작은 상술한 것과 동일하고, 렌즈어레이의 각각의 렌즈에 대응하도록 하나의 공간필터는 배치하면 좋다. 이 굴절율 변화형 렌즈 어레이의 각각의 공간필터의 위치는 제 31 도에 도시한 바와 같이 렌즈의 사출측으로 된다.

제 32 도는 공간필터의 형상을 도시한 것이다. 이중, 제 32a 도에 도시한 바와같은 직선상의 필터가 가장 용이하게 사용되고, 임의의 패턴에 대해 효과가 있다. 제 32a 도에 도시한 필터보다 높은 변별성능을 얻기 위해서는 제 32b 도에 도시한 바와같은 형상을 갖는 필터를 사용해야 한다. 또한, 제 32c 도는 제품의 모든 제조공정에서 사용할 수 있는 형상의 1예를 도시한 것이다.

본 발명의 이물검사장치를 생산라인에 도입하면 라인을 통과하는 모든 웨이퍼를 검사할 수 있어 이물의 증가를 실시간에서 검출할 수 있다. 따라서, 이물의 발생에 의한 대량의 불량품의 발생을 미연에 방지할 수 있어 제조효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이상 기술한 바와같이 구성되어 있으므로, 반도체 제조공정의 양산라인에서와 이물검사를 실시간에서 실행할 수 있어 불량품을 최소화할 수 있고, 제품의 제조효율 향상에 크게 기여할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라서 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것을 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (20)

1. 반도체 제조공정의 양산라인에 있어서의 제품 기판상의 이물검사 방법으로서, 상기 반도체 제조공정의 양산라인에 있어서의 적어도 하나의 소정의 위치에 마련된 전송수단의 경로를 따라서 상기 제품 기판을 전송하는 공정, 상기 전송된 제품 기판상에 형성되어 있는 회로패턴의 각각의 패턴의 회전방향을 검출하는 공정, 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송된 상기 제품 기판의 표면상에 광을 조사하는 공정, 검출렌즈를 통해서, 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송된 상기 제품 기판의 표면상에 광을 조사하는 공정, 검출렌즈를 통해서, 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송되고 상기 광이 조사되는 상기 제품 기판의 표면상에 존재하는 이물로부터의 산란광 검출을 포함하는 상기 제품 기판 표면의 정보를 검출수단으로 검출하는 공정, 상기 검출수단의 방향과 상기 제품 기판상의 상기 각각의 패턴의 검출방향을 상대적으로 맞추는 공정 및 상기 산란광의 검출에 의해서 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송된 상기 제품 기판상의 이물의 상태를 판정하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 제품 기판 표면의 푸리에 변환면상에 배치된 공간필터를 포함하고, 상기 맞춤 공정은 상기 공간필터의 방향과 상기 제품 기판의 각각의 패턴의 검출방향을 맞추는 공정을 포함하며, 상기 공간필터는 상기 검출렌즈를 통해서 상기 푸리에 변환면상에 결상된 상기 회로패턴의 각각의 패턴으로부터의 회절광을 차광하는 이물검사방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조명수단은 상기 제품 기판의 표면상에 광을 조사하고, 상기 검출수단은 상기 이물로 부터의 산란광을 검출하고 그것을 나타내는 출력신호를 출력하는 광검출기 어레이를 포함하며, 상기 이물 상태 판정공정은 상기 광검출기 어레이로부터의 상기 출력신호에 따라서 판정을 실행하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 회로 패턴의 각각의 패턴의 상기 회전방향을 검출하는 공정은 제품 웨이퍼인 상기 제품 기판의 대향면의 회전방향을 검출하는 공정을 포함하는 이물검사벙법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상대적인 맞춤 공정은 상기 상대 맞춤을 실행하도록 상기 제품 웨이퍼의 회전을 제어하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 조사공정은 상기 검출렌즈와의 간섭없이 인접 조명이 중첩되도록 지그재그 배열로 광을 조사하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 검출렌즈는 검출렌즈 어레이이고, 상기 검출렌즈 어레이의 길이와 광 길이는 상기 전송수단을 따라서 전송되는 동안 상기 제품 웨이퍼상의 이물이 검출되도록 상기 제품 웨이퍼의 직경과 실질적으로 동일한 이물검사방법.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 제품 웨이퍼상의 이물의 상태를 판정하는 공정은 모니터상에 표시를 실행하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 제품 웨이퍼상의 이물의 상태를 검출하는 공정은 상기 제품 웨이퍼의 측정된 반사율을 따라서 조정을 실행하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 산란광을 검출하는 상기 검출렌즈의 초점 깊이는 0.1 ~ 0.5mm인 이물검사방법.
11. 제 6 항에 있어서, 상기 지그재그 패턴의 조사공정은 반대측에서 조사를 실행하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 조사공정은 백색광을 사용하여 수직방향에 대해서 경사진 각도로 상기 제품 기판의 표면을 조사하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 검출된 회전 위치에 대해서 상기 이물의 판정 상태와 상기 제품 기판의 검출된 회전방향에 따라 상기 양산 라인의 제조장치의 특성을 판정하는 공정을 또 포함하는 이물검사방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 조사공정은 수직방향에 대해서 경사진 각도로 상기 제품 웨이퍼의 표면을 조사하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 판정공정은 상기 검출된 회전방향에 따라서 상기 제품 기판을 위해 검출된 2차원 좌표와 상기 산란광의 검출에 의해서 이물분포를 판정하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
16. 제 3 항에 있어서, 상기 조사공정은 간섭광을 사용하는 공정을 포함하는 이물검사방법.
17. 반도체 제조공정의 양산 라인의 제품 기판상의 이물검사장치로서, 상기 반도체 제조공정의 양산라인의 적어도 하나의 소정의 위치에 마련되고 그의 경로를 따라서 상기 제품 기판을 전송하는 전송수단, 상기 전송된 제품 기판상에 형성되어 있는 회로패턴의 각각의 패턴의 회전방향을 검출하는 수단, 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송된 상기 제품 기판의 표면상에 광을 조사하는 수단, 검출렌즈를 통해서, 상기 전송수단의 경로를 따라서 전송되고 광이 조사되는 상기 제품 기판의표면상에 존재하는 이물로 부터의 산란광검출을 포함하는 상기 제품 기판의 표면의 정보를 검출하는 검출수단, 상기 검출수단의 방향과 상기 제품 기판상의 상기 각각의 패턴의 검출방향을 상대적으로 맞추는 수단 및 상기 산란광의 검출에 의해서 상기 전송 수단의 경로를 따라 전송된 상기 제품 기판상의 이물의 상태를 판정하는 수단을 포함하는 이물검사방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 제품 기판 표면의 푸리에 변환면상에 배치된 공간필터를 포함하고, 상기 맞춤 수단은 상기 공간필터의 방향과, 상기 제품 기판의 각각의 패턴의 검출방향을 상대적으로 맞추는 수단을 포함하며, 상기 공간필터는 상기 검출렌즈를 통해서 상기 푸리에 변환면상에 결상된 상기 회로패턴의 각각의 패턴으로부터의 회절광을 차광하고, 상기 판정수단은 상기 검출수단의 출력 및 상기 맞춤 수단의 출력에 따라서 이물 분포를 판정하는 이물검사방법.
19. 제 3 항에 있어서, 상기 공간필터의 필터링 패턴을 변경하는 공정을 또 포함하는 이물검사방법.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 제조공정의 양산 개시시에 상기 제품 기판으로서 적어도 하나의 샘플링 웨이퍼를 적어도 하나의 가스 공급수단 및 상기 양산라인의 여러개의 제조장치에 공급하여 상기 공급된 적어도 하나의 샘플링 웨이퍼를 처리하고, 이물 및 오염물질의 발생을 검출하는 공정을 또 포함하는 이물검사방법.