KR970000781B1 - 이물 검사 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이물 검사 장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 이물검사장치의 기본구성을 표시한 도면.

제2도는 동 실시예에 있어서의 피검사영역을 표시한 도면.

제3도는 동 레이저광에 의한 조명의 경우의 입력화상을 표시한 도면.

제4도는 동 포토마스크를 표시한 도면.

제5도는 동 레이저광과 투과조명에 의한 조명의 경우의 입력화상을 표시한 도면.

제6도는 동 농도분포를 표시한 도면.

(a)는 피검사영역 단면도.

(b)는 레이저광만의 1차원 화상농도분포를 표시한 도면.

(c)는 투과조명만의 1차원 화상농도분포를 표시한 도면.

(d)는 레이저광과 투과조명을 조합하였을때의 1차원 화상농도분포를 표시한 도면.

제7도는 화상처리의 결과를 표시한 도면.

제8도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 이물검사장치에 의해 화상처리를 행한 도면.

(a)는 패턴을 인식한 화상을 표시한 도면.

(b)는 (a)에 팽창처리, 축소처리를 가한 화상을 표시한 도면.

제9도는 동 실시예에 있어서 후처리를 행한 도면.

제10도는 종래의 이물검사장치를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 시료대 12 : 포토마스크

13 : 레이저발진원 14 : 투과조명원

15 : 집광렌즈 16 : S파를 차단하는 검광자

17 : 촬상소자 18 : 촬상소자의 제어기

19 : 화상처리장치 20 : 화상메모리

본 발명은, 반도체제조장치에 사용하는 포토마스크등의 주로 패턴이 형성되어 있는 피검사물체의 이물검출방법 및 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체제조공정에서, 제품의 신뢰성 향상, 수율향상은 중요한 과제의 하나이다. 고집적 반도체제조의 초기공정에서의 불량의 대부분은 공정중의 이물에 기인한다.

그래서, 이들을 해결하기 위하여, 고속 또는 고신뢰성으로 이물을 검사할 수 있는 장치의 개발이 불가결하다.

종래, 이물검사장치의 대부분은 레이저산란광의 검출을 기본으로 하고, 경면(鏡面)의 피검사물을 대상으로 하는 장치에 있어서는, 0.2㎛ 정도의 이물을 검출하는 것이 가능하다. 한편, 패턴부착의 피검사물을 대상으로 하는 장치에 있어서는, 피검사물체에 형성되어 있는 패턴과 부착되고 있는 이물을 구별하는 것에 일본국 특허공보 소63-30570호 공보를 비롯하여 여러가지로 연구를 해서 피검사물체의 이물을 검출하는 것을 가능케 하고 있고, 0.5㎛ 정도의 이물을 검출하는 일이 가능하다.

이하, 제10도를 참조하면서, 종래의 패턴부착의 피검사물을 대상으로 하는 장치의 일예로서, 편향레이저를 조사하였을때의 패턴에지에서의 산란광과, 이물에서의 산란광의 편향특성의 차이를 이용해서 검출을 행하는 이물검사장치의 설명을 한다. 각각의 도면은 S편향레이저조사광에 대해서, (a)는 수직인 패턴으로 부터의 반사광이 검광자에 의해서 소광(消光)되는 것을 표시한 도면, (b)는 각도를 가진 패턴으로부터의 반사광이 대물렌즈에 입사하지 않는 것을 표시한 도면, (c)는 이물로부터의 산란광만이 검출기에 이르는 것을 표시한 도면이며, (1)은 S편향레이저조사, (2)는 패턴으로부터의 반사광, (3)은 검출기, (4)는 검광자, (5)는 대물렌즈, (6)은 이물이다.

제10도(a)에서 S편향레이저광을 포토마스크에 대해서 수평으로 조사한다.

이때 포토마스크위의 조사광에 대해서 수직인 패턴으로부터의 반사광은 편향이 변화하지 않고, S 편향 그대로 대물렌즈로 나아간다. 이 반사광의 편향에 대해서 검광자는 검광축이 수직으로 배치되어 있으므로, 반사광은 소광되고, 검출기에 이르지 않는다.

또, 동 도면(b)에 표시한 바와 같이, 조사광에 대해서 각도 α를 가진 패턴으로부터의 반사광은 대물렌즈에 들어가지 않아 검출되지 않는다. 동 도면(c)에서는, 이물에 조명광이 부딪친 경우이며, 이물로부터의 반사광은 편향이 변화하여, P 편향이 발생한다. 이들은 검광자를 통과하므로 이물검출이 가능하게 된다.

종래의 구성으로는, 요구되는 정밀도에 의해서 고신뢰성으로 이물검사를 할 수 없다. 그 이유는 다음과 같다. 일반적으로, 포토마스크등과 같은 피검사물위에 레이저광을 조사하였을 때에는, 피검사물위에 부착된 이물로부터는 지향성 없이 산란광이 발생하고, 피검사물위에 형성된 패턴, 소위 회로 패턴의 에지(크롬등의 차광부의 에지)로부터는 지향성을 가진 산란광이 발생한다. 그래서, 패턴의 에지에 의해서 발생하는 산란광을 고려해서, 편향등의 수단을 사용해서 검출을 행하고 있었다. 그러나, 이와 같은 이물의 검출을 행하는 장치에서는, 포토마스크에 레이저광이 입사했을때, 그 입사면에서 레이저광이 반사하거나, 회로패턴이외의 광투명부에서는 레이저광이 입사하거나 한다.

이 반사, 또는 입사한 레이저광은, 장치내부에서 다시 반사 또는 산란해서 전술의 광전수단에 도달하고, 이물이 존재하지 않는데도 불구하고, 마치 이물로부터 산란광을 수광한 것같은 광전신호를 발생해버린다. 이 결점은 특히 미소한 이물을 검출하지 않으면 않될 때, 혹은 편향레이저광의 입사각도가 수평으로부터 떨어질수록 문제가 된다.

본 발명은, 제2광절단재료가 그 위에 형성된 제1광전달재료보다 적은 광을 전달할 수 있으며, 상기 제2광전달재료로 만들어진 패턴을 가진 상기 제1광전달재료로 만들어진 피검사물체위의 이물을 검출하는 이물검사장치에 있어서, 제1소정의 직경을 코히어런트광을 상기 피검사물체의 제1표면에 대해 소정의 입사각도로 상기 제1표면에 조사해서 이 제1표면으로부터 반사되는 반사코히어런트광을 발생하기 위한 제1조명수단과, 상기 코히어런트광은 상기 피검사물체의 상기 제1표면과 평행한 제1방향으로 편광되며, 상기 반사코히어런트광은 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 편광되며 ; 조명광을 조사해서 상기 피검사물체의 상기 제1표면과 대향하는 제2표면을 조명하여, 이 제1표면으로부터 전달되는 전달광을 발생하기 위한 제2조명수단과 ; 상기 반사코히어런트광과 상기 전달광에 의거하여 상기 제1표면의 제1화상을 형성하는 화상 형성수단을 구비하고, 그에 의해 상기 패턴에지로부터 반사된 상기 반사코히런트광이 상기 패턴을 통과하는 상기 전달광에 부가되어, 상기 패턴에지의 화상농도분포가 매끄럽게 되고 또한 상기 이물의 화상농도 분포가 강화되도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 간단하게 장치를 구성할 수 있고 고정밀도·고진뢰성으로 이물의 검출을 할 수 있다. 이것은, 광의 조사방법을 연구하여, 얻어지는 화상의 처리방법을 간략화 하였기 때문이다.

본 발명의 이물검사장치를 반도체 포토마스크를 대상으로, 코히어런트광으로서 레이저광을, 광검출기구로서 촬상소자를 사용한 일실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

이하 본 발명의 제1실시예의 기본적인 장치구성 및 처리방법을 최초에 표시한다. 제1도에 기본적인 장치 구성을 표시한다. (11)은 시료대, (12)는 포토마스크, (13)은 소정의 입사각도로 피검사물체를 조사할 수 있는 S파의 직선편향을 가진 레이저발진원, (14)는 피검사물체에의 투과조명원, (15)는 집광렌즈, (16)은 S파를 차단하는 검광자, (17)은 전하결합 디바이스(CCD)등의 촬상소자, (18)은 촬상소자의 제어기, (19)은 화상처리장치, (20)은 화상메모리, (21)은 피검사영역, (22)는 S편향레이저광, (23)은 투과조명, (24)는 피검사영역으로부터의 광정보이다. 여기서, 포토마스크(12)는 X, Y축에 대하여 동일방향의 패턴을 가지고, 투과조명에 대응한 시료대(11)에 설치되어 있는 것으로 한다. 또, 촬상소자(17)가 촬상하고 있는 포토마스크(12)의 피검사영역전체를 조사하는 것이 가능한 스포트직경에 의해서 레이저발진원(13)은 발진하고 있는 것으로 한다.

먼저, 레이저발진원(13) 및 투과조명원(14)에 의해 피검사영역에 조사하여 촬상소자(17)를 사용해서 화상을 도입한다. 제2도는, 촬상소자 1시야의 피검사영역을 표시한다. (25)는 패턴, (26)은 이물이다. 제3도는, 레이저광을 조사하고, 감광자(16)를 통해서 얻은 화상을 표시한다. 또한, 여기에서는 편의상 이물을 검게 표시하고 있으나, 실제는 이물의 화상농도가 배경보다 높다. 도면을 보면, 패턴에지(27)가 얇게 빛나고 있는 것(28)이 보인다. 이것은 상술한 이유에 의한 것이며, 입사각도가 피검사물체표면에 대하여 수평으로 부터 떨어질수록 현저하게 된다. 특히 제4도에 표시한 바와 같이, 보호막(31)을 입힌 포토마스크(30)에 있어서 포토마스크 표면의 이물검사를 필요로 할때, 보호막에 표면반사하지 않도록 레이저광(33)의 입사각도 β를 설정하기 때문에 문제가 된다. 또한, (32)는 보호막의 프레임, (34)는 크롬에 의해 형성되어 있는 패턴이다. 제5도는, 레이저광에 부가하여 투과조명을 부여한 화상이다.

제5도를 제3도와 비교해 보면, 패턴에지가 빛나고 있지 않다는 것을 알 수 있다.

이것은, 투과조명에 의해 화상으로부터 검게 반응하는 패턴에 영향해서 패턴에지가 빛나고 있었던 것이 상쇄되고 있기 때문이다. 제6도에 각 조명에 대한 화상의 1차원화상농도분포를 표시하였다. (a)는 피검사영역단면도, (b)는 레이저광, (c)는 투과조명, (d)는 레이저광과 투과조명을 조합했을때의 1차원 화상농도분포이다. 통상, 패턴(27)의 막두께는 0.05∼0.1㎛ 정도이며, 검출할 이물의 최소사이즈는 64MDRAM 대응의 포토마스크로 0.5㎛ 정도이다.

다음에, 도입한 화상의 처리방법을 표시한다. 제6도(d)에 표시한 바와 같이 한계치 40 이상의 농담치(濃淡値)를 가진 화소를 이물이 존재하는 위치로 간주한다. 제7도에 표시한 바와 같이, 이 처리에 의해 이물(41)만을 검출할 수 있다. 또한, 이 처리전에 노이즈제거를 위하여 평활화처리, 착안화소의 주위의 화소와의 비교를 필요로 하는 경우도 있다. 제3도와 제7도를 비교하면, 투과조명에 의해서 패턴의 영향을 억제하여 부착되고 있는 이물의 판별능력을 높이고 있는 것이 명확하다. 종래의 광전자증배(增倍)관을 사용하는 방법으로는, 제4도와 같은 광정보를 대국적(對局的)으로 포착하고 있었기 때문에 패턴의 영향을 완전히 제거하는 것은 곤란하였다.

이하 본 발명의 제2실시예를 표시한다. 제7도에 표시한 바와 같이 촬상소자를 사용하는 경우는 이물의 위치·형상·면적등을 특정할 수 있는 장점이 있다. 또, 농도분포를 상세히 조사하므로서 이물의 내용을 특정할 수 있는 일을 할수 있다. 컬러대응의 촬상소자를 사용하였을 경우는 색정보에 의해 특히 상세하게 내용을 특정할 수 있다. 이것은, 종래와 같이 광검출기구로서 광전자증배관을 사용하는 경우에는 실현할 수 없는 특징이다.

이하 본 발명의 제3실시예를 표시한다. 제1실시예에 있어서의 장치에 있어서, 화상을 도입하여 마찬가지의 처리를 행한다. 제8도(a)에 표시한 바와 같이 어떤 한계치 이하의 농담치를 가진 화소를 패턴으로 인식한다. 이 2치 화한 화상을 화상 1로 한다. 여기서, 제8도(b)에 표시한 바와 같이 화상 1에 팽창 처리·축소처리를 행하여 패턴위의 이물을 제거한다. 이 화상을 화상 2로 한다. 또한, (50)은 패턴위에 이물이 부착되어 있었기 때문에 패턴으로서 인식할 수 없었던 부위, (51)은 팽창·수축처리를 행하여 패턴으로서 인식할 수 있도록 된 것을 표시한부위이다.

여기서, 제7도와 제8도(b)의 화상을 비교하여, 패턴위의 이물을 제거한 것을 제9도에 표시한다. 또한, (52)는 패턴위 이외의 검출된 이물이다. 이들은 노광(露光)하였을 때, 웨이퍼(wafer)위에 전사할 염려가 있는 이물이며, 절대적으로 제거할 필요가 있는 것이다. 종래는, 이물검출장치가 검출한 것을 육안에 의해 패턴위의 것인지 혹은 그렇지 않은 것인지를 구별하고 있었으나, 이 방법에 의하면 자동적으로 판별이 가능하다.

이하 본 발명의 제4실시예를 표시한다. 제1, 2, 3실시예에 있어서의 장치에 있어서, 더욱 고정밀도로 검출을 행할 필요가 있을때, 이물과 패턴이 혼합된 입력화상으로부터 이물만, 혹은 패턴만을 분리하는 일이 곤란하게 되는 일이 있다. 여기서는, 편향레이저광(22)만을 부여할 수 있는 화상과, 투과조명(23)만을 부여할 수 있는 화상을 준비한다. 이들 화상을 조합하여 이물의 검출, 패턴의 검출을 행한다. 화상도입을 나눈 일이외는, 장치구성 및 처리방법은 상기한 것과 동일하다. 이 방법에 의해, 이물의 판별능력을 높이는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 있어서, 레이저광·투과조명의 강도는 확실히 이물을 검출할 수 있고, 또한 패턴의 영향을 될수 있는대로 받지 않는 것이라면 특정하지 않는다. 또, 발진하는 레이저파장은 촬상소자에 반응하는 파장이라면 특정하지 않는다. 또, 스포트직경에 대해서도 촬상소자의 1시야 이상의 영역을 조사할 수 있으면 특정하지 않는다. 또, 투과조명원에 대해서도 처리를 충족하는 것이라면 특정하지 않는다. 또, 레이저광의 입사각도에 대해서는 미소한 이물을 포착할 수 있고, 또한 화상처리에 의해서 패턴을 소거하는 일이 가능한 화상을 얻을 수 있는 각도라면 특정하지 않는다. 또, 화상처리에 있어서의 농담의 계조, 한계치에 대해서도 이물·패턴을 인식할 수 있는 것이라면 특정하지 않는다.

또, 본 발명의 제2실시예에 있어서, 이물의 내용에 대해서는 공정관리에 중요한 것이라면 특정하지 않는다. 또, 그 검출방법에 대해서도 특정하지 않는다.

또, 본 발명의 제3실시예에 있어서, 팽창처리·축소처리의 방법에 대해서는 패턴을 복원가능한 것이라면 특정하지 않는다. 또, 패턴위의 이물을 판별하는 방법에 대해서도 특정하지 않는다.

또, 본 발명의 제4실시예에 있어서, 화상을 복수개 도입하는 이외는 그후의 처리에 대해서는 특정하지 않는다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 간단하게 장치를 구성할 수 있고, 고정밀도·고신뢰성으로 이물의 검출이 가능하다. 본 발명을 사용한 장치 및 처리 방법의 실험에 의하면, 촬상소자의 1화소가 담당하는 영역은 실제의 이물의 사이즈보다도 4∼9배 정도 넓게 하는 것이 가능하다는 것을 알고 있다. 이것은, 코히어런트 광인 강한 레이저광을 피검사물에 조사하고 있기 때문에 이물의 산란광이 이물의 사이즈보다도 넓어져서, 촬상소자에는 실제의 이물의 사이즈이상으로 반응하기 때문이다. 이에 의해, 효율적인 레이저조사방법 및 고속화상 처리방법을 조합시키므로서, 100×100mm의 포토마스크의 최소 0.5㎛의 이물을 검출시키는 경우를 예로들면, 4분정도 처리가 가능하다는 것을 알고 있다. 또, 장치구성을 복수개 가지게 하는 등의 연구에 의해 더욱더 처리속도의 향상이 가능하다. 또 검출대상의 이물의 사이즈에 맞추어서 집광렌즈의 배율을 변경하므로서, 간단히 장치의 변경이 가능하다. 또, 종래방법과 달리 검출기에 촬상소자를 사용하고 있기 때문에 간단히 이물의 형상·내용등도 인식하는 것이 가능하다.

종래부터 이와같은 요망은 높으며 매우 효과 있는 것으로 생각된다.

반도체제조공정에 있어서 이물의 혼입에 의한 영향은 커서, 이전부터 고속 또한 고신뢰성으로 이물을 검사할 수 있는 장치에 대한 요구가 높았다. 이 때문에, 본 발명에 의한 효과는 매우 크다고 생각된다.

Claims (7)

1. 제2광전달재료가 그 위에 형성된 제1광전달재료보다 적은 광을 전달할 수 있으며, 상기 제2광전달재료로 만들어진 패턴을 가진 상기 제1공전달재료로 만들어진 피검사물체위의 이물을 검출하는 이물검사장치에 있어서, 제1소정의 직경을 가진 코히어런트광을 상기 피검사물체의 제1표면에 대해 소정의 임사각도로 상기 제1표면에 조사해서 이 제1표면으로부터 반사되는 반사코히어런트광을 발생하기 위한 제1조명수단과, 상기 코히어런트광은 상기 피검사물체의 상기 제1표면과 평행한 제1방향으로 편광되며, 상기 반사코히어런트광은 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 편광되며 ; 조명광을 조사해서 상기 피검사물체의 상기 제1표면과 대향하는 제2표면을 조명하여 이 제1표면으로부터 전달되는 전달광을 발생하기 위한 제2조명수단과 ; 상기 반사 코히어런트광과 상기 전달광에 의거하여 상기 제1표면의 제1화상을 형성하는 화상형성수단을 구비하고, 그에 의해, 상기 패턴에지로부터 반사된 상기 반사코히어런트광이 상기 패턴을 통과하는 상기 전달광에 부가되어, 상기 패턴에지의 화상농도분포가 매끄럽게 되고 또한 상기 이물의 화상농도 분포가 강화되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피검사물체의 상기 제1표면의 확대된 영역을 조사하기 위하여 제2소정의 직경을 가지도록 상기 코히어런트광을 팽창하기 위한 팽창수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 화상형성수단은 상기 제1화상에 포착된 상기 이물의 형상과 형식을 인식하게 되어 있는 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 촬상소자는 전하결합 디바이스(CCD)인 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1화상에 포함된 패턴화상을 강화함으로써 상기 패턴만을 검출하는 제2화상을 발생하는 제1화상처리수단과, 상기 검출된 패턴은 상기 패턴위의 이물때문에 불완전하며, 화상처리에 의해 상기 패턴의 보충화상을 포함하는 제3화상을 발생하는 제2화상처리수단과 ; 상기 제1화상과 상기 제3화상을 비교함으로써 상기 패턴위의 상기 이물이 제거된 제4화상을 발생하는 제3화상처리수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4화상을 기억하는 화상기억수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3화상처리수단과 상기 기억수단은 일체적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이물검사장치.