KR970005689B1 - 반도체제조공정에 있어서의 이물질 발생상황 해석방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체제조공정에 있어서의 이물질 발생상황 해석방법 및 그 장치

제1도는 본 발명에 관한 검출화소 사이즈와 잡음레벨의 관계를 도시한 도면.

제2도는 본 발명에 관한 공간필터를 사용한 이물질 검출광학계의 구성도.

제3도는 본 발명에 관한 공간필터면에 있어서의 광강도분포를 도시한 도면.

제4도는 본 발명에 관한 이물질 검출광학계에 있어서의 판별비를 도시한 도면.

제5도는 본 발명에 관한 검출화소 사이즈와 판별비의 관계를 도시한 도면.

제6도는 본 발명에 관한 조명영역과 검출영역을 도시한 도면.

제7도는 본 발명에 관한 장치사양을 결정하기 위한 성능도.

제8도는 본 발명에 관한 이물질 검출광학계의 장치구성을 도시한 도면.

제9도는 본 발명에 관한 패턴잡음광의 웨이퍼 회전각도에 의한 영향을 도시한 1예도.

제10도는 본 발명에 관한 웨이퍼 스테이지 높이에 의한 이물질 검출출력의 변화를 도시한 1예도.

제11도는 본 발명에 관한 조명유닛의 측면도.

제12도는 본 발명에 관한 공간필터면에 있어서의 회절패턴의 평면도.

제13도는 본 발명에 관한 조명유닛의 측면도.

제14도는 본 발명에 관한 공간필터면에 있어서의 회절패턴의 평면도.

제15도는 본 발명에 관한 편광검출에 의한 이물질 검출광학계의 구성도.

제16도는 평관검출에 의한 이물질 검출광학계의 장치구성도.

제17도는 본 발명의 위치 결정과 기능을 도시한 도면.

제18도는 본 발명의 신호처리계의 실시예를 도시한 블럭도.

제19도는 가변공간필터를 사용한 본 발명의 1실시에를 도시한 구성도.

제20도는 제19도에 도시한 경우의 가변공간 필터의 구체적인 구성도.

제21도는 제19도에 도시한 경우의 가변공간필터의 다른 구체적인 구성도.

제22도는 가변공간필터를 사용한 본 발명의 다른 1실시예를 도시한 구성도.

제23도는 제22도에 도시한 경우의 가변공간필터의 구체적인 구성도.

제24도는 본 발명에 의한 장치의 1실시예를 도시한 구성블럭도.

제25도는 제24도에 도시한 검출헤드예를 도시한 구성블럭도.

제26도는 제24도에 도시한 공간필터기구를 도시한 사시도.

제27도는 제24도에 도시한 오퍼레이터 처리부를 도시한 구성블럭도.

제28도는 제24도에 도시한 파라미터 검출계를 도시한 구성블럭도.

제29도는 종래의 방법을 도시한 구성블럭도.

제30도는 본 발명의 기본개념을 도시한 구성블럭도.

제31도는 본 발명의 패턴제거방법을 도시한 구성블럭도.

제32도는 본 발명에 관한 파라미터 검출계의 다른 실시예를 도시한 구성블럭도.

제33도는 본 발명에 관한 검출렌즈의 구성블럭도.

제34도는 본 발명에 관한 회전어긋남 검출계를 도시한 구성블럭도.

제35도는 본 발명에 관한 광학적 필터링에 의한 비교검사의 효과를 도시한 모식도.

제36도는 본 발명에 관한 공간필터의 형상을 설명하는 모식도.

제37도는 본 발명에 관한 패턴소거의 조건을 설명하는 모식도.

제38도는 본 발명에 관한 공간필터기구에 있어서의 회절 영향을 제거하는 방법을 설명하기 위한 구성블럭도.

제39도는 본 발명에 관한 센서의 주사방향을 설명하는 모식도.

제40도는 본 발명에 관한 검출헤드의 이용법을 도시한 시시도.

제41도는 본 발명에 관한 패턴피치의 측정수단을 도시한 구성블럭도.

제42도는 본 발명에 관한 간섭을 사용한 패턴제거방법을 도시한 구성블럭도.

제33도는 본 발명의 신호처리방법을 설명하는 도면.

본 발명은 반도체 제조공정의 양산개시 및 양산라인에 있어서 발생하는 이물질을 검출하고 분석해서 대책을 마련하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질 발생상황 해석방법 및 그 장치 또는 반도체기판상의 이물질을 검사하는 이물질 검사장치에 관한 것이다.

종래의 반도체 제조공정에서는 반도체기판(웨이퍼)상에 이물질이 존재하면 배선의 절연불량이나 단락등의 불량원인으로 되고 또 반도체소자가 미세화해서, 반도체기판중에 미소한 이물질이 존재한 경우에 이 이물질이 캐패시터의 절연막이나 게이트산화막 등의 파괴의 원인으로도 된다. 이들 이물질은 반송장치의 가동부에서 발생하는 것, 인체에서 발생하는 것, 프로세스가스에 의한 처리장치내에서 반응생성된 것이나 약품이나 재료 등에 혼입되어 있는 것 등의 여러 가지 원인에 의해 여러 가지 상태로 혼입된다.

종래의 이러한 종류의 반도체기판상의 이물질을 검출하는 기술의 하나로서 일본국 특허공개공보 소화62-89336호에 개재되어 있는 바와 같이 반도체기판상에 레이저를 조사해서 반도체기판상에 이물질이 부착되어 있는 경우에 발생하는 이물질로 부터의 산란광을 검출하고, 직전에 검사한 동일 품종의 반도체기판의 검사결과와 비교하는 것에 의해서 패턴에 의한 허보를 없애 고감도이며 또한 고신뢰도의 이물질검사를 가능하게 하는 것이, 또 일본국 특허공개공보 소화63-135848호에 개시되어 있는 바와 같이 반도체기판상에 레이저를 조사해서 반도체기판상에 이물질이 부착되어 있는 경우에 발생하는 이물질로부터의 산란광을 검출하고, 이 검출한 이물질을 레이저 포토발광 또는 2차 X선분석(XMR)등의 분석기술로 분석하는 것이 있다.

상기 종래기술은 반도체 제조공정의 양산개시시와 양산라인은 구별되어 있지 않고 양산개시작업에서 사용한 검사장치가 그대로 양산라인에서도 적용되고 있어 양산라인에서는 이물질 생산을 신속하게 감지하여 대책을 마련할 필요가 있지만, 종래의 검사장치가 단독형(stand-along type)이고 제조라인에서 처리한 반도체기판을 검사장치의 장소로 가지고가서 이물질의 검사를 하는 것이었다. 따라서, 반도체기판의 반송, 이물질 검사에 시간을 필요로 했기 때문에, 검사의 빈도를 충분한 값까지 올리는 것은 어렵다는 과제를 갖고 있었다.

이것은 종래기술의 장치규모가 큰데다 검사시간도 길게 걸리고, 이들 종래장치를 사용해서 실시간모니터를 실현하기 위해서는 대규모 장치를 다수 배치할 필요가 있고 이것은 실용상 곤란하였다. 현실적으로는 1로트 또는 수로트 또는 1일마다 1개의 반도체기판을 검사하는 것이 한계였다. 이와 같은 빈도의 이물질 검사에서는 이물질의 발생을 충분히 빨리 감지할 수는 없다. 즉, 양산라인에 대해서 이상적인 실시간 샘플링에는 적합하지 않는 것이었다. 또, 양산라인의 공정수 및 설비를 저감하기 위해서는 필요하지만, 충분한 장소에 필요충분한 모니터를 설치할 필요가 있다는 과제가 있었다.

LSI의 양산개시의 주요작업중의 하나로 이들 이물질의 발생원인을 구명해서 대책을 마련하는 작업이 있으며, 그것에는 발생한 이물질을 검출해서 원소종류 등을 분석하는 것이 발생원인탐구의 큰 실마리로 된다. 한편, 양산라인에서는 이들의 이물질의 발생을 신속하게 감지하여 대책을 마련할 필요가 있다. 이물질 발생부터 이물질 발생의 감지까지 시간이 경과한 경우 불량의 발생수는 많아지고 제조효율은 저하한다. 따라서, 높은 제조효율을 유지하기 위해서는 이물질 발생부터 그 감지까지의 경과시간을 단축하는 것이 불가결하다. 즉, 이물질 검사의 효과를 최대한으로 발휘하기 위해서는 모니터의 샘플링시간을 짧게 하는 것이 필요하고, 이상적으로는 양산라인에 대해 실시간의 샘플링이 바람직하다.

본 발명의 목적은 처리장치의 입구 또는 이 출구 또는 여러개의 처리장치간의 반송계에 설치해서 실시간으로 반도체가판상의 이물질의 발생상황을 검출할 수 있도록 한 양산라인의 반도체 제조공정에 있어서의 이물질 발생상황 해석방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 실시간 샘플링을 실현하는 것으로서, 이물질 모니터링 장치를 소형으로 하여 반도체 제조라인의 처리장치의 입출구 또는 처리장치간의 반송계내에 탑재할 수 있도록 구성하였다. 즉, 본 발명은 여러개의 처리장치를 구비한 양산 반도체 제조라인에 있어서, 조명어레이로 이루어지는 사방(斜方)조명계, 렌즈어레이 또는 마이크로렌즈군으로 구성된 결상광학계, 상기 결상광학게의 푸리에변환면에 설치된 공간필터, 상기 결상광학계의 결상위치에 배치된 검출기 및 기판상에 반복해서 발생하는 패턴신호를 소거하는 소거수단을 구비해서 반도체기판상의 이물질의 발생상황을 검출하는 이물질 모니터링장치를 소정의 처리장치의 입구 또는 이 출구 또는 여러개의 처리장치간의 반송계에 설치해서 상기 처리장치에 의한 반도체기판상의 이물질의 발생상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체제조공정에 있어서의 이물질 발생상황 해석장치 및 그 방법이다.

또, 본 발명은 반도체기판상의 이물질을 검사하는 장치에 있어서, 반도체기판에 대해서는 거의 단파장이고 평면파이며 직선형상의 형상으로 조명하는 조명계, 상기 조명계에 의해서 조명된 반도체기판으로부터의 반사광을 결상하는 결상광학계, 상기 결상광학계의 도중에 반도체기판상의 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 설치된 공간필터, 결상된 광상을 검출하는 검출기, 검출기에 의해 검출된 신호중 반도체기판상에서 반복해서 발생하는 신호를 소거하는 소거수단 및 상기 소거수단에 의해 소거되지 않은 신호에 따라서 반도체 기판상의 이물질을 검출하는 이물질 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이물질검사장치이다. 또, 본 발명은 상기 이물질검사장치에 있어서 상기 결상광학계로서 굴절을 변화형의 렌즈어레이로 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 피치가 다른 반복패턴을 갖는 기판에 대해서 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하는 조명계, 상기 조명계에 의해서 조사된 기판에서의 반사강상을 결상하는 결상광학계, 상기 결상광학계의 도중에 기판상의 피치가 작은 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 설치된 공간필터, 상기 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출하는 검출기, 상기 검출기에 의해 검출된 신호중 상기 공간필터를 통해서 얻어지는 기판상의 피치기 큰 반복패턴에 따라서 발생하는 신호끼리를 비교하여 소거하는 소거수단 및 상기 소거수단에서 얻어지는 신호에 따라서 기판상의 결함을 검출하는 결함 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 결함검출장치 및 그 방법이다. 또, 본 발명은 상기 결함검출장치 및 방법에 있어서, 상기 소거수단은 상기 검출기상의 1개의 화소의 신호가 결함인지 이 판단시에 상기 검출기상의 1개의 화소의 신호레벨과 상기 검출기에 의해 페치된 인저바는 반복패천의 대응하는 장소의 화소의 신호레벨과 상기 대응하는 장소에 근접한 여러개의 화소의 신호레벨을 비교하고, 상기 대응하는 장소 또는 근접하는 장소의 신호레벨중 상기 1개의 화소의 신호레벨과 동일한 값의 화소가 존재한 경우에 상기 검출기상의 1개의 화소로 검출된 신호는 반복패턴으로부터의 신호라고 판단하는 처리수단을 갖는 것을 특징으로 하는 결함검출장치 및 방법이다. 또, 본 발명은 반복패턴을 갖는 기판을 반송하는 반송수단, 상기 반송수단으로 반송되는 기판에 대해서 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하는 조명계, 상기 조명계에 의해 조사된 기판으로부터의 반사광을 결상하는 결상광학계, 상기 결상광학계의 도중에 기판상의 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 결상위치에 설치되고 상호 간격을 변경할 수 있는 여러개의 직선형상 차광물로 구성되는 공간필터, 상기 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출하는 검출기 및 상기 검출기에 의해 검출된 신호에 따라서 기판상의 결함을 검출하는 결함검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 결함검출장치 및 방법이다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명은 미국특허출원 제07/777363호의 개량 발명(한국특허출원 제18156/91호)이다.

반도체제조공정의 양상개시시에는 재료, 프로세스, 장치, 설계 등의 평가, 개량(디버그)를 실행하기 위해 고가이며 고성능인 평가설비에 의해서 각 프로세스, 설비 등을 평가하고, 양산시에는 생산라인의 공정수 및 설비를 가능한한 저감하고 특히 검사, 평가의 항목을 줄여서 설비의 비용 및 검사, 평가에 필요한 시간을 단축하도록 한다. 그것에는 양산개시시의 평가가 원활하고 신속하게 진행하도록 샘플링 반도체기판을 고안한 이물질검출 분석시스템을 사용해서 이물질의 발생원인을 구명해서 재료입수시의 검사사양을 변경하거나 설비의 이물질 발진원(發塵源)의 대책을 세우고, 그 결과가 각각의 재료, 프로세스, 장치 등으로 패드백되어 발진하기 쉬운 프로세스의 사양을 발진에 대해서 강한 소자의 설계사양으로 함과 동시에 양산라인의 검사, 평가의 사양작성에 이용되고, 이물질이 발생하기 쉬운 장소에 필요에 따라서 반도체기판상의 이물질모니터를 설치하거나 특정장소의 특정 이물질의 증감만을 모니터하는 사양으로 한다.

상기와 같이 양산개시시와 양산라인을 분리하는 것에 의해서 양산개시시의 이물질의 검출, 분석, 평가장치를 효율좋게 가동시킬 수 있어 양산개시를 신속하게 할 수 있음과 동시에, 양산라인에서 사용되는 이물질의 검사, 평가설비를 필요 최소한의 간단한 모니터링 장치로 해서 양산라인의 경량화를 도모할 수가 있다.

또, 본 발명의 상기 양산라인의 모니터링장치에 있어서 고속이고 소형이며 또한 종래의 대형의 장치와 동등한 기능을 갖는 검사장치를 현상의 기술로 해결하기 위해서, 다음과 같은 방법에 주목하였다. 우선, 메모리의 반복성에 주목하였다. 종래부터 반복패턴을 제거하여 결함을 검출하는 방법은 알려져 있다. 이 방법은 확실하게 검출성능을 확보할 수 있다. 그러나, 이 방법은 상기의 모니터링 장치를 실형하는데 적합한 것은 언급되어 있지 않다. 또, 이 경우의 모니터는 반도체기판상의 모든 점을 모니터할 필요는 없고, 어느 특정의 비율로 반도체기판상을 감시하고 있으면 좋고, 반복패턴이 많은 메모리의 제조에서는 이 메모리의 반복부만을 모니터하는 것만으로도 효과는 큰 것에 주목하였다.

반복패턴에서는 코히어런트광을 조사하면 어느 특정한 방향으로만 광이 사출한다. 즉, 메모리의 경우는 반복부분에서 특정한 방향으로 사출하는 광을 공간필터에 의해서 차광할 수 있고, 반복해서 발생하는 일이 없는 이물질을 고감도로 검출할 수가 있다. 이 때, 공간필터로서 액정을 사용하면 액정을 온오프에 의해 공간필터의 형상을 임의로 변경할 수 있으므로, 임의의 반복패턴의 검사를 자동으로 할 수 있게 된다.

상기 수단에 의해 반도체 제조시의 제조효율이 향상하는 것은 다음과 같은 이유에 의한다. 반도체 기판상의 이물질갯수의 엄밀한 검출실험에 의해서 이물질갯수는 서서히 증감하는 것은 아니고, 돌발적으로 증감한다는 것이 새로이 판명되었다. 종래 이물질의 갯수는 서서히 증감하는 것이라고 고려되고 있었으므로, 상술한 바와 같이 로트중에서 1개~1일 1개 등의 빈도로 이물질이 검사되고 있었다. 그러나, 이러한 검사빈도로는 돌발적인 이물질의 증가를 발견하지 못하거나 증가한 채로 잠시 시간이 경과한 후에 검출되게 되어 상당수의 불량이 발생하게 된다. 즉, 양산라인에서는 이물질발생의 감지까지 시간이 경과한 경우 불량의 발생수는 커지고 제조효율은 저하한다. 따라서, 이물질발생부터 그 감지까지의 경과시간을 단축하는 것에 의해서 높은 제조효율을 유지할 수 있다. 즉, 모니터의 샘플링시간을 짧게 하는 것, 이상적으로는 실시간의 샘플링에 의해 이물질검사의 효과를 최대한으로 발휘할 수 있다.

또, 종래의 장치에서는 반도체기판을 빼내어 검사하고 있고, 이 때에는 반도체기판상에 새로운 이물질이 부착하는 것에 의해 여전히 제조효율을 저하시킨다. 본 발명에 의한 이물질 검사장치에서는 반도체기판을 빼내지 않고 검사할 수 있으므로, 이 반도체기판으로의 이물질 부착에 의한 제조효율의 저하도 없앨 수 있다.

본 발명은 미국특허출원 제07-77836호(한국특허출원 제18156/91호)의 개량발명이다. 이 때문에 미국특허출원 제07-77836호(한국특허출원 제18156/91호)에 기재된 내용은 생략한다.

여기에서, 고속이고 소형인 이물질 검사장치를 실현하기 위해서 이 공간필터를 사용한 방법은 종래술(일본국 특허공개공보소화62-89336호)에 개시된 편광검출법보다 적합하다. 이 이유를 도 1, 도 2, 도 3을 사용해서 설명한다.

시료에 광을 조명하고 이물질로부터의 산란광을 검출하는 방법에서는 시료표면에 형성된 패턴으로부터의 산란광이 잡음으로 된다. 이 잡음은 도1(c)에 도시한 바와 같이 검출기(2006)의 화소(1개의 신호로써 검출되는 최소단위) 사이즈가 클수록 커진다. 잡음원으로 되는 패턴은 시료상의 거의 전면에 형성되어 있으므로, 잡음은 화소사이즈에 비례해서 커진다.

한편, 화소수가 많을수록 검사시간이 걸리기 때문에, 고속검사를 실현하기 위해서는 화소사이즈를 크게 할 필요가 있다. 따라서, 화소사이즈를 크게 하고 잡음레벨도 작게 할 필요가 있다. 이 잡음레벨을 작게 하는 방법으로서는 고이즈미 외의 「LSI웨이퍼패턴으로부터의 반사광의 해석」, 계측자동제어 학회논문집, 17-2, 77/82(1981)에 편광을 이용한 방법이 해석되어 있다. 이것에 의하면, 편광을 이용하는 것에 의해서 패턴으로부터의 산란광(잡음)을 감쇠시킬 수 있다. 그러나, 이 방법에 의한 산란광의 감쇠율은 상기 논문에 해석되어 있는 바와 같이 검출기의 방향에 의존한다. 이 때문에, 결상광학계를 사용한 경우와 같이 여러 방향으로 사출된 광을 집광하는 경우, 각각의 감쇠율을 적분하면 감쇄율은 0.1%~0.01%정도로 된다.

이에 대해서, 본 출원의 공간필터를 사용한 방법에서는 감쇠율을 0.001%~0.0001%로 할 수 있다. 이러한 이유를 도 2 및 도 3을 사용해서 설명한다. 반복패턴이 형성된 웨이퍼(2001)을 조명광(2002)로 조명하고, 조명한 영역을 렌즈계(2003), (2005)를 사용해서 검출기(2006)에 결상한다. 여기에서, 공간필터(2004)를 탑재한 푸리에변환면에서의 패턴으로부터의 사출광의 강도분포를 도 36에 도시한다. 반복패턴으로부터의 사출광은 패턴의 피치에 다른 위치에 집중한다. 이 집중의 비율을 산출한 예로서 복(複)슬릿인 경우의 회절광 강도분포가 구보타 히로시 저, 「응용광학」(이와나미)에 설명되어 있다. 이것에 의하면, 슬릿의 수(본 출원에서는 동시에 조명되는 반복패턴의 수)가 많아지면 집중비율이 커진다. 이 비율은 푸리에변환F[ ]를 사용해도 산출할 수가 있다. 조명된 패턴의 형상을 a(x, y)로하면, 공간 필터이 위치의 광강도 분포는 F[a(x, y)]로 된다. 공간필터의 형상을 p(u, v)로 하면, p(u, v)*F[a(x, y)]는 공간필터를 통과하는 광으로 된다. 또, 공간필터에 상보적인 도형의 형상을로 하면,는 공간필터에 의해서 차광되는 광성분이다. 이 2개의 성분의 비율이 앞으로 감쇠율로 된다. 패턴의 반폭수가 3일때의 이 감쇠율을 산출하면 0.001%정도이다. 반복수가 5일 때 0.0001%정도로 되고, 더욱 반복수를 많게 하면 감쇠율은 저하한다. 따라서, 편광을 사용하는 것보다 감쇠율을 낮게 할 수 있어 패턴잡음을 저감할 수 있게 된다.

이상의 계산은 패턴형상 및 그밖의 조건이 이상적인 경우이며, 현실의 실험결과와는 반드시 일치하지 않을 가능성이 있다. 그러나, 편광방식보다 1자리수~3자리수 감쇠율이 저하하여 패턴잡음을 저감할 수 있다는 실험결과를 얻고 있다.

다음에, 본 발명은 소형이물질 모니터의 다른 실시예를 도 1~도 4를 사용해서 설명한다. 도 1에 이물질 검출기의 검출화소 사이즈와 잡음레벨의 관계를 도시한다. 소형의 이물질 모너터의 과제로서 고속화 및 소형화가 있다. 도 1(a)에 이물질 검출광학계를 도시한다. 웨이퍼(2001)상의 패턴과 이물질로부터의 산란광을 검출렌즈(2003)을 통해서 검출기(2006)에 의해 검출한다. 검출기(2006)으로부터의 검출신호는 검출기(2006)의 1화소마다 출력된다. 도 1(b)에 검출기(2006)의 1화소에 상당하는 웨이퍼상의 크기가 작은 화소의 경우와 큰 화소의 경우를 도시한다. 검출시간 T는 웨이퍼의 면적 S, 검출기의 데이타 페치시간 t, 검출기의 화소사이즈 w, 검출기의 화소수 n으로 해서, 다음의 식 1로 표시된다.

T=(S·t)/(w·n) …식 1

식 1에 있어서 고속화 및 소형화를 실현하기 위해서는 w를 크게 하는 것과 n을 증가해서 병렬처리를 실행하는 것이 가장 유효하다. 그러나, 동일 도면(c)에 도시한 바와 같이 w를 크게 하면, w에 비례해서 웨이퍼(2001)상의 패턴으로부터의 잡음레벨도 증가한다. 따라서, w를 크게해서 이물질 검출성능을 유지하기 위해서는 패턴으로부터의 잡음레벨을 저감할 필요가 있다.

그래서, 다음에 패턴으로부터의 잡음레벨을 저감하기 위해서 공간필터법에 의한 잡음저감의 효과에 대해서 설명한다. 도 2는 공간필터를 사용한 이물질 검출광학계의 구성도이다. 검출렌즈(2003)의 푸리에변환면에 공간필터(2004)를 설치하고 있다. 잡음인 웨이퍼(2001)상의 반복성이 있는 메모리패턴으로부터의 회절광(2007)은 검출렌즈(2003)을 통과한 후 공간필터(2004)에 의해 차광한다. 또, 웨이퍼(2001)상의 이물질로부터의 산란광(2008)은 검출렌즈(2003), 공간필터(2004), 결상렌즈(2005)를 통과해서 검출기(2006)에 의해서 검출된다.

여기에서, 도 2의 공간필터(2004)면에 있어서의 패턴회절광(2007)의 x방향의 광감도분포를 도 3에 도시한다. 동일도면에 있어서 공간필터(2004)의 투과부분(A)의 차광부분(B)에 상당하는 패턴회절광(2007)의 광강도의 비 즉 A : B는 1 : 10⁵로 되고, 공간필터(2004)를 설치하는 것에 의해서 패턴잡음을 1/10⁵로 저감할 수 있다. 종래의 이물질 검사장치에 사용된 편광필터법에서는 패턴잡음저감은 1/10²이므로, 검출기의 화소사이즈가 동일하면 잡음저감레벨은 10³향상하고 이물질 검출감도도 향상한다. 따라서, 이물질 검출감도의 목표설정을 종래의 이물질 검사장치의 성능이하로 하는 것에 의해서, 검출기의 화소사이즈의 대화소화를 실행할 수 있어 이물질 검출광학계의 고속화 및 소형화가 가능하게 된다.

또한, 공간필터에 의해 차광될 수 있는 패턴은 반복성이 있는 메모리 패턴이고, 메모리패턴붜 이외는 설계 데이타 즉 CAD데이타, 노출데이타에 따라서 소프트 등에 무효데이타 또는 검출금지영역으로 한다.

도 4에 공간필터법을 적응한 경우의 이물질 검출광학계에 있어서의 판별비를 도시한다. 여기에서, 이물질 검출광학계에 있어서의 검출렌즈(2003)은 결상렌즈도 겸하고 있으므로, 결상렌즈를 필요로 하지 않는다. 검출기(2006)으로부터의 검출신호분포에서 이물질의 검출신호를 S, 패턴잡음을 N으로 하면, 판별비 S/N으로 표시된다. 다음에, 도 5에 검출기의 화소사이즈와 판별비의 관계를 도시한다. 여기에서는 이물질로서 2μm의 표준입자의 예를 도시한다. 이물질을 패턴에서 안정하게 판별하기 위해서는 판별비 1이상을 필요로 한다. 따라서, 동일도면에서 2μm표준입자를 패턴에서 판별하고 검출하기 위해서는 검출기의 화소사이즈는 20μm이하이면 좋다는 것을 알 수 있다.

다음에, 도 6에 조명영역과 검출영역을 도시한다. 검사시간 T는 검사폭 Lx, Ly, 검출기의 화소사이즈 w, 검출기의 리드클럭 주파수 f로 해서, 다음의 식 2로 표시된다.

T=(Lx·Ly/w²)·(1/f) …식 2

P=P₀·(w·Lx)/(Wx·Wy) …식 3

여기에서, Wx≒ Lx이므로, 식 3은 식 4로 표시된다.

P=P₀·(w/Wy) …식 4

총 조명광 Pt는 식 2와 식 4에서 식 5로 표시된다.

Pt=T·P

=P₀·(Lx·Ly/Wy)·(1/(w·f))

=K₁(1/(w·f)) …식 5

따라서, 검출신호강도 I는 이물질신호 계수 K₂와 식 5에서 식 6으로 표시된다.

I=K₂·Pt

=K₁·K₂·(1/(w·f)) …식 6

식에서 I는 w·f의 관계로 된다.

이상의 결과에 따라서 도 7에 장치사양을 결정하기 위한 성능도를 도시한다. 화소사이즈와 검사시간의 관계, 화소사이즈와 판별비의 관계, 화소사이즈 및 검출기의 클럭주파수와 검출신호의 관게의 3개의 도면에 의해 장치사양을 결정한다. 예를들면, 20초의 검사시간을 실현하기 위해서 화소사이즈와 검사시간의 관계에서 검출기의 클럭주파수를 2MHz로 설정하면, 검출기의 화소사이즈는 13μm로 좋다. 이 때, 화소사이즈와 판별비의 관계에서 2μm의 이물질의 패턴로부터의 판별비는 2로서, 패턴에서 판별할 수가 있다. 마지막으로, 화소사이즈 및 검출기의 클럭주파수와 검출신호의 관계에서 2μm의 이물질의 검출신호는 화소사이즈 및 클럭주파수에 의해 결정되고, 60mV로서 검출기에 의해 검출할 수 있다. 이상과 같이, 3개의 성능도에 의해 장치의 검출이물질 치수와 검출시간의 사양을 임의로 결정할 수 있다.

도 8은 공간필터법을 사용한 이물질 검출광학계의 장치구성을 도시한 도면이다. 이물질 검출광학계는 제품웨이퍼(111)의 1축 검사(510)에 의해 제품웨이퍼(111) 전면을 검사할 수 있는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 이물질 검출광학게는 조명광학계(110)(501)과 검출광학계(210)((502))로 분리하고, 각각 유닛구성으로 이루어져 있다. 검사대상 웨이퍼(111)이 ψ200mm인 경우에 대해서 이하 설명한다. 예를들면, 8유닛으로 웨이퍼(111)의 전체폭을 검사하기 위해서는 1유닛의 조명영역 및 검출영역(510)은 25mm로 하면 좋다. 따라서, 검사대상 웨이퍼(111)이 ψ150mm인 경우에는 8유닛중 6유닛을 사용하면 좋다. 1유닛의 검출광학계(210)((502))는 검출렌즈(503), 검출렌즈(503)의 푸리에변환면에 설치된 공간필터(504), 검출기로서의 리니어센서(505)로 구성되어 있다. 검출렌즈(503)의 외형치수가 검출폭보다 큰 경우에는 본 실시예의 동일도면에 도시한 바와 같이 지그재그형상으로 배치하는 것에 의해서, 웨이퍼(111)의 전체폭을 확보할 수가 있다. 또, 검출렌즈(50)의 외형치수가 검출폭 이하인 경우 또는 웨이퍼상을 한정하는 검사 즉 부분검사인 경우에는 직선형상으로 배치할 수가 있다. 여기에서 상용하고 있는 공간필터(504)는 검출광학계(21)((502))가 지그재그형상인 경우에는 4유닛 구성을 2조 사용하고, 검출광학계(210)이 직선형상인 경우에는 8유닛 구성을 1조 사용한다. 리니어센서(505)로부터의 검출신호는 이물질 검출처리(별개〈別體〉)(401), (501)에 의해 처리되어 이물질 데이타로서 출력된다.

또, 검출광학계(210)이 지그재그형상인 경우에는 2조, 검출광학계(210)이 직선형상인 경우에는 1조의 공간필터(504)의 교환은 웨이퍼(111)의 품종간에 의해 실행할 필요가 있지만, 공정에는 거의 의존하지 않고 1품종 웨이퍼를 1종류의 공간필터(504)로 대응할 수 있따.

다음에, 본 실시에중이 사양의 1예를 설명한다. 조명광학계는 조명광원으로서 파장 780mm, 출력 200mW의 반도체레이저를 사용하고, 조명광 입사각도는 위쪽에서부터 60°이고 웨이퍼상의 26×1mm²인 영역을 조명한다. 검출광학계는 검출렌즈로서 투영렌즈(50mm) F2.8을 사용하고, 검출배율 1배(검출NA=0.1)로 검출한다. 검출기로서는 화소사이즈 13μm, 화소수 2048, 구동주파수 4MHz의 CCD리니어센서 또는 이물질 판별성능이 높은 화소사이즈 7μm, 화소수 4096, 구동주파수 4MHz의 CCD리니어센서를 사용한다.

다음에, 도 9는 패턴잡음광의 웨이퍼 회전각도에 의한 영향을 도시한 1예도이다. 웨이퍼(111)이 회전하면, 웨이퍼(111)의 패턴으로부터의 회절광도 웨이퍼(111)에 따라서 회전한다. 따라서, 이물질 검출광학계(201)에 대해서 웨이퍼(111)이 회전하고 있으면, 이물질 검출광학계(201)의 공간필터의 차광부분에서 웨이퍼(111)의 패턴으로부터의 회절광이 새어나온다. 따라서, 패턴으로부터의 회절광의 누설광 즉 패턴잡음광은 공간필터의 차광폭과 웨이퍼의 회전각도의 함수로 된다. 여기에서, 웨이퍼의 회전각도 θ는 이물질 검출광학계(201)의 중심선(2020)과 웨이퍼(111)의 중심선(2000)의 각도를 나타낸다. 그러나, 공간필터의 차광폭을 넓히면 이물질로부터의 산란광도 감소하므로, 최적폭을 구할 필요가 있다. 그래서, 종래의 프리얼라인먼트 장치에서는 웨이퍼의 회전각도를 ±2°이내로 억제할 수 있으므로, 이물질 검출성능 예를들면 2μm의 이물질을 패턴에서 판별하고 검출할 수 있는 공간필터의 차광폭을 최적폭으로 한 경우의 웨이퍼의 회전에 의한 패턴잡음과의 변화의 1예를 동일도면에 도시한다.

이물질 검사의 모니터로서의 기능을 갖기 위해서는 가능한한 초점심도가 깊은 이물질 검출계가 필요하다.

초점심도는 검출화소 사이즈의 크기에 의해서 검출렌즈의 NA로 계산되는 초점심도보다 큰 값을 얻을 수가 있다.

검출화소 사이즈가 검출이물질 사이즈보다 충분히 작으면, 초점심도 d는 검출렌즈의 개구수에 의존하고 광의 파장 λ, 검출렌즈의 개구수 NA로 해서, 다음의 식 7로 표시된다.

d=0.5·λ/(NA)²…식 7

식 7에 있어서 예를들면 λ=780mm, NA=0.1인 경우에는 d=39μm로 된다. 또, 검출화소 사이즈가 검출이물질 사이즈보다 충분히 크면, 초점심도는 검출화소 사이즈에 의존한다. 이 경우, 검출화소 사이즈를 상당 해상도 a'로 하면, 상당 개구수 NA'와의 관계는 다음의 식 8로 표시된다.

a'=0.61·λ/NA' …식 8

또, 식 8에 있어서의 NA'를 식 7의 NA에 대입하면, 실제의 초점심도 d를 얻을 수 있다. 예를들면, a'=13μm로 하면 NA'=0.037로 되고 d=285μm로 된다.

따라서, 검출기의 대화소화에 의해서 이물질 검출계의 초점심도를 깊게 하는 효과가 있다.

도 10은 웨이퍼 스테이지의 높이에 따른 이물질 검출출력의 변화를 도시한 1예도이다. λ=780nm. NA=0.1, 검출화소 사이즈 13μm를 사용한 경우의 5μm의 이물질의 검출출력의 변화를 도시하고 있다. 동일 도면에 있어서 초점심도는 ±70μm이다. 이 값은 검출렌즈의 개구수에서 얻어지는 값(39μm)와 검출화소 사이즈에서 얻어지는 값(285μm)사이의 값으로 되어 있다. 13μm의 검출화소 사이즈는 5μm의 이물질에 대해서 충분히 크지는 않지만, 초점심도를 깊게 하고 있다.

이상과 같이 검출렌즈의 개구수를 작게 하는 것과 검출화소 사이즈를 크게 하는 것에 의해서 초점심도를 깊게 할 수 있어 웨이퍼 반송계의 높이방향의 위치제어를 골고루 미치게 할 수가 있다.

다음에, 본 소형 이물질 모니터링 장치에 사용하는 조명광학계의 18유닛의 구성을 설명한다. 웨이퍼상을 한쪽은 검사영역을 충분히 조명할 수 있도록 넓히고, 다른쪽은 충분한 조도로 되도록 좁혀서 선형상 조명이 가능한 구성으로 되어 있다. 조명광원이 점광원이면, 양쪽 모두 평면파 즉 평행한 광속이 생긴다. 여기에서, 조명광을 평행광으로 하면, 검출광학계의 공간필터위치의 상을 예리하게 할 수 있어 공간필터에 의한 패턴의 차광성능을 높이고 이물질 검출성능도 높일 수 있다. 그러나, 예들들면 조명광원으로서 소형의 반도체 레이저를 사용하는 경우, 고출력으로 됨에 따라서 발광점의 한쪽의 길이가 길어진다. 따라서 한쪽은 평면파 즉 평행한 광속은 생기지 않는다. 그래서 그것에 대응한 조명광학계의 실시예를 2가지 설명한다. 단, 웨이퍼상의 선형상 조명중 빔이 긴 방향을 y방향, 빔이 짧은 방향을 x방향으로 한다.

첫 번째 방식의 구성을 도 11에 도시하고, 동일 도면(a)에 x방향에서 본 구성을 도시하고, 동일 도면(b)에 y방향에서 본 구성을 도시한다. 여기에서, 반도체 레이저(2101)의 발광점(2100)이 긴 방향이 x방향, 발광점(2100)이 짧은(점광원에 가까운)방향이 y방향이다. 단, 웨이퍼상에 있어서 P편광 조명이면, S편광 조명으로 되도록 λ/2판을 삽입한다.

동일 도면(a)의 x방향에서는 반도체 레이저(2101)에서 사출된 광은 렌즈(2102)~(2106)을 사용하고, 광속을 좁혀서 웨이퍼(111)상을 조명한다. 동일 도면(b)의 y방향에서는 반도체 레이저(2101)에서 사출된 광은 렌즈(2102)~렌즈(2106)을 사용하고, 광속을 넓혀서 평행광으로 한다. 이 방식은 x방향의 광속을 용이하게 수속할 수 있으므로, 조명의 고조도화가 가능하다. 이 방법에서는 x방향의 광속을 평행광이 아닌 임의의 각도로써 수속하기 때문에 검출광학계의 공간필터면에 있어서의 x방향의 회절패턴은 길어지지만, 도 19에 도시한 바와 같은 직선형상의 공간필터를 사용하는 것에 의해서 패턴으로부터의 회절광을 차광할 수가 있다. 도 12는 도 11의 조명광학계를 사용한 경우의 검출광학계의 공간필터면에 있어서의 웨이퍼상의 회절패턴의 평면도의 1예를 도시한 도면이다. 웨이퍼상의 패턴으로부터의 회절패턴의 1점의 크기는 x방향 은 조명의 개구수에 의존하고 x1=수mm이며, y방향은 평행광이므로 y1=수μm로 되어 y방향만 예리한 광으로 된다. 웨이퍼의 방향에 따라 동일 도면(a)에 도시한 바와 같이 y방향의 피치py가 x방향의 피치px보다 짧은 경우에는 공간필터의 차광율이 높아지고, 이물질로부터의 검출출력도 저하한다. 그래서, 웨이퍼를 90°회전시키는 것에 의해서, 웨이퍼상의 패턴으로부터의 회절패턴은 동일 도면(b)에 도시한 바와 같이 되고, y방향이 피치는 동일 도면(a)에 있어서의 px와 동일하고, 공간필터의 차광성능을 향상시킬 수가 있다. 이와 같이, y방향에 회절패턴의 피치가 긴 방향이 오도록 웨이퍼의 방향을 미리 설정하는 것에 의해, 이물질로부터의 검출출력을 더욱 향상시킬 수가 있다. 이 웨이퍼의 최적한 방향은 미리 데이타로서 입력할 수 있다. 또 한 번 회절패턴의 방향을 보고 웨이퍼의 최적한 방향을 검출하고, 그 후에는 그의 최적한 방향의 위쪽을 사용한다.

두 번째 방식의 구성을 도 13에 도시하고, 동일 도면(a)에 x방향에서 본 구성을 도시하고, 동일 도면(b)에 y방향에서 본 구성을 도시한다. 여기에서, 반도체 레이저(2101)의 발광점(2100)이 짧은(점광원에 가까운) 방향이 x방향, 발광점(2100)이 긴 방향이 y방향이다. 단, 웨이퍼상에 있어서 P편광조명이면 S편광조명으로 되도록 λ/2판을 삽입한다.

동일 도면(a)의 x방향에서는 반도체 레이저(2101)에서 사출된 광은 렌즈(2202)~렌즈(2207)을 사용하고, 광속을 좁혀서 평행광으로 한다. 동일 도면(b)의 y방향에서는 반도체 레이저(2101)에서 사출된 광은 렌즈(2202)~렌즈(2207)을 사용하고 광속을 넓혀서 웨이퍼(111)상을 조명한다. 그러나, x방향의 발광점(2100)의 길이가 수십μm로 길기 때문에, 평행광으로 할 수가 없다. 여기에서, 광원(2100)은 렌즈(2202)~렌즈(2207), 결상렌즈(2014)를 통해서 공간필터(2015)의 위치에 결상한다. 이 총합결상배율은 공간필터의 차광성능보다 수십μm이하가 최적하므로, 1배 전후로 되도록 한다.

도 14에 도 13의 조명광학계를 사용한 경우의 검출광학계의 공간필터면에 있어서의 웨이퍼상의 패턴으로부터의 회절패턴의 평면도의 1예를 도시한다. 공간필터면에 있어서의 웨이퍼상의 패턴으로부터의 회절패턴의 1점의 크기는 x방향은 평행광이므로 x2=100μm정도, y방향은 조명광원의 크기에 비례하므로 y2=수십μm로 되고, 웨이퍼의 방향에 관게없이 x방향, y방향 모두 비교적 예리한 광을 얻어져 공간필터의 차광성능을 향상시킬 수가 있다.

다음에, 본 발명의 소형 이물질 모니터의 편광검출법에 의한 이물질 검출광학계의 다른 실시예를 도 15 및 도 16을 사용해서 설명한다.

편광검출법은 메모리패턴에 한정되지 않고, 웨이퍼 전면의 모든 패턴에서 이물질을 판별하여 검출하는 것이 가능하다.

도 15는 검출렌즈로서 굴절을 변화형의 렌즈어레이를 사용한 이물질 검출광학계의 구성도이다. 사방 조명 광학계(501)과 검출광학계(210a)로 이루어진다. 사방조명 광학계(501)은 도면에 도시한 바와 같이 1개 이상의 조명어레이로 이루어져 있다. 검출광학계(210a)는 검출렌즈로서 굴절을 변화형의 렌즈어레이(503a), 편광소자로서 편광판(504a), 굴절을 변화형의 렌즈어레이(503a)의 결상위치의 검출기(505)로 이루어져 있다. 조명어레이에 의해 웨이퍼의 전체폭을 조명하는 선형상 조명으로 하여 웨이퍼의 전체폭을 검출한다. 따라서, 웨이퍼(111)의 1축 주사(510)에 의해 웨이퍼(111)전면을 검사할 수가 있다. 조명 어레이(501)의 조명각도는 수평방향에서 수도(°) 위쪽에서 실행하고, 자계벡터가 조명의 입사면에 대해 수직으로 되는 직선편광(S편광)으로 웨이퍼(111)상을 조사한다. 또, 웨이퍼(111)상의 패턴 및 이물질로부터의 산란광은 굴절을 변화형의 렌즈어레이(503a)를 통과한 후, 편광판(504a)에 의해 P편광(자계벡터가 조명의 입사면에 대해 평행한 성분의 직성편광)만을 통과시키고, 패턴으로부터의 산란광을 저감하고 이물질로부터의 산란광을 강조시켜서 검출기(505)에 의해 검출한다.

도 16은 검출렌즈로서 통상의 렌즈를 사용한 이물질 검출광학계의 장치구성도이다. 이물질 검출광학계는 제품웨이퍼(111)의 1축 주사(510)에 의해 제품 웨이퍼(111)이 전면을 검살 수 있는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 이물질 검출광학계는 조명광학계(110)((501))과 검출광학계(210)((502))로 분할하고, 각각 유닛구성으로 이루어져 있다. 검사대상 웨이퍼가 ψ200μm인 경우에 대해서 이하 설명한다. 예를들면, 8유닛으로 웨이퍼(111)의 전체폭을 검사하기 위해서는 1유닛의 조명영역 및 검출영역(157)은 25mm로 하면 좋다. 따라서, 검사대상 웨이퍼가 ψ150μm인 경우에는 8유닛중 6유닛을 사용하면 좋다. 1유닛의 검출광학계(210)은 검출렌즈(503), 편광판(504a) 및 검출기로서의 리니어센서(505)로 구성되어 있다. 검출렌즈(503)의 외형치수가 검출폭보다 큰 경우에는 본 실시예의 동일도면에 도시한 바와같이 지그재그형상으로 배치하는 것에 의해서, 웨이퍼(111)의 전체폭을 확보할 수가 있다. 또, 검출렌즈(503)의 외형치수가 검출폭 이하인 경우 또는 웨이퍼상을 한정하는 검사 즉 부분검사인 경우에는 직선형상으로 배치할 수가 있다. 조명유닛(110)((501))의 조명각도는 수평방향에서 수도 위쪽에서 실행하고, 자계백터가 조명의 입사면에 대해 수직으로 되는 직선편광(S편광)으로 웨이퍼(111)상을 조사한다. 또, 웨이퍼(111)상의 패턴 및 이물질로부터의 산란광은 검출렌즈(503)을 통과한 후, 편광판(504a)에 의해 P편광(자계벡터가 조명이 입사면에 대해 평행한 성분의 직선편광)만을 통과시키고, 패턴으로부터의 산란광을 저감하고 이물질로부터의 산란광을 강조시켜 리니어센서(505)에 의해 검출한다. 리니어센서(505)로부터의 검출신호는 이물질 검출처리(별체)(410), (501)에 의해 처리되어 이물질 데이타로서 출력된다.

도 17에 본 발명의 위치결정과 기능을 도시한다. LSI의 양산개시의 주요작업중의 한가지로서 이물질의 발생원인을 구명해서 대책을 마련하는 작업이 있고, 그것에는 발생 이물질을 검출해서 원소종류 등을 분석하는 것이 발생원인 탐구의 큰 실마리로 된다. 한편, 양산라인에서는 이들 이물질을 신속하게 감지해서 대책을 마련할 필요가 있다. 이물질발생부터 그 감지까지의 시간이 경과한 경우 불량의 발생수는 많아져 제조효율은 저하한다. 따라서, 높은 제조효율을 유지하기 위해서는 이물질발생부터 그 감지까지의 경과시간을 단축하는 것이 불가결하다. 또, 웨이퍼상의 이물질 갯수의 엄밀한 검출실험에 의해 이물질 갯수는 서서히 증감하는 것은 아니고 돌발적으로 증감한다는 것이 새로이 판명되었다. 동일 도면(a)에 CVD등의 처리장치내에서 발생하는 제품 웨이퍼상의 이물질수의 시간추이를 도시한다. 동일 도면(b)에 종래방식을 도시한다. 종래장치는 단독형으로서, 양산라인에서 처리한 웨이퍼를 검사장치의 장소로 가지고가서 이물질 검사를 실행하는 샘플링검사였다. 따라서, 웨이퍼의 반송 및 이물질검사에 시간을 필요로 하므로, 검사의 빈도 즉 샘플링은 동일 도면 (a)에 도시한 바와 같이 1로트 또는 수로트 또는 1일마다 1개로 검사갯수에 한계가 있었다. 이와 같은 샘플링에서는 돌발적인 이물질의 증가를 발견할 수 없거나 증가한 채로 잠시 시간이 경과한 후에 검출되게 되어 상당수의 불량(매우 많은 불량)이 발생하게 된다. 즉, 이와 같은 샘플링에서는 이물질의 방생을 충분히 신속하게 감지했다고는 할 수 없다. 그래서, 동일 도면(c)에 도시한 바와 같이 이물질 모니터링장치를 소형으로 한 소형 이물질 모니터(101)을 처리장치(103), (104)의 입출력구(102) 또는 처리장치 사이의 반송계내에 탑재하고, 소형 이물질 모니터(101)로부터의 이물질 데이타를 이물질 관리시스템(128)에 페치하는 것에 의해서 이물질 관리를 1장마다 실행할 수가 있다. 따라서, 본 소형 이물질 모니터(101)을 사용하는 것에 의해서, 동일 도면(a)에 도시한 바와 같이 모니터이 샘플링시간을 단축할 수 있어 1장당의 실시간 샘플링이 가능하여 이물질 검사의 효과를 최대한으로 발휘할 수 있다.

본 발명의 기능으로서는 다음과 같은 5항목이 있다. 처리장치의 반송계에 부착가능한 크기 즉 소형이고 웨이퍼의 장당의 검사를 실행할 수 있는 고속검사가 가능하고 처리장치마다의 이물질관리가 가능하도록 처리장치의 옵션으로 될 수 있는 저렴한 가격이다. 또, 모니터이므로 세팅이 용이하고 관리가 자유롭게 되어 있다.

다음에, 다른 실시예를 도 18에 따라서 설명한다.

도 18에 신호처리계(1410)(A/D변환기(1411)), 2진화 회로(1412), 논리회로(1414), 이물질데이타 메모리(1418), (1416), 패턴메모리(1417), 화상절단회로(1420), 알람수단(1517)의 기능을 겸한 이물질패턴 판단계를 도시한다. 데이타처리계(1501)에서는 웨이퍼내의 칩의 반복성을 이용해서 칩주변의 비반복패턴을 식별해서 제거하고 있다. 이 기능은 도 24, 도 27에 도시한 회로에 의해서도 달성된다.

이 실시예는 화상절단회로(1420)을 갖는다. 화상절단회로(1420)은 절단부(1421), (1422) 및 피판단부(1423)으로 구성된다. 이 절단부(1421), (1422)는 피판단부(1423)에 대해서 시료상에서의 칩피치 p만큼 떨어진 위치의 화상을 절단실 수 있게 배치되어 있다. 여기에서, 웨이퍼는 회전오차 Δp를 갖고 있으므로, 화상절단부(1421), (1422)는 피판단부(1423)에 대해서 대략 ±Δα, ±Δp의 여유를 갖고 있다. 이 값은 실험적으로 또는 장치의 제작정밀도를 기본으로 설계되면 좋은 값이지만, 본 실시예의 경우 화소사이즈를 7μm로 해서 Δp를 1.5화소, Δα를 0.5도로 하고 피치가 10mm정도로해서 Δw(Δα·p)를 12.5화소로 하고 있다. 이 화상절단회로(1420)에 의해 절단된 신호는 도 27에 도시한 시호처리계에 따라서 처리된다. 논리회로(1414)에 있어서 절단부(1421), (1422)의 전체영역에 걸쳐서 AND회로(1430)에 있어서 반전된(부정된) 신호의 논리곱과 OR회로(1432)에 있어서 논리합이 취해진다. 즉, 절단부(1421), (1422)에서는 절단된 전체영역을 P(i, j)로 하고 있다. 그리고, AND회로(1431)에 있어서는 피판단부(1423)의 신호와 AND회로(1430)의 신호의 논리곱이 취해지고 이물질이라고 판단된 신호가 출력되어 이물질 데이타메모리(1418), (1416)에 기억되고, 한편 AND회로(1433)에 있어서는 피판단부(1423)의 신호와 OR회로(1432)의 신호의 논리곱이 취해지고 반복되는 패턴이라고 판단된 신호가 출력되어 패턴메모리(1417), (1415)에 기억된다.

이 구성에서는 데이타 처리계(1501)에 있어서의 FET회로 및 반복제거회로를 생략할 수 있다.

이하, 공간필터의 실시예를 도 19~도 22를 사용해서 설명한다. 이 공간필터는 액정표시소자를 사용해서 구성해도 좋지만, 액정소자의 경우 특정한 편광방향의 광밖에 사용할 수 없다. 또, 광의 감쇠율이 작으므로 패턴으로부터의 회절광을 충분히 차광할 수 없다는 문제가 있다. 그래서, 공간필터를 금속판 등을 사용해서 기계적으로 구성하는 것이 좋다.

공간필터는 도 20 및 도 21에서 설명한 바와 같이, 직선형상의 패턴의 집합으로 구성된다.(물론, 공간필터는 도 12(a)에 도시한 바와 같은 점의 집합을 차광하도록 1회전 큰 점의 집합인 것이 바람직하며, 여기에서 설명한 바와 같은 직선의 집합이라도 충분히 그 기능은 하며 또한 구성이 단순하다는 효과도 있다). 이 직선 형상의 패턴의 피치와 위상을 일치시키면 좋다. 도 19에 이 금속판을 사용한 피치가변 공간필터(1270)의 1실시예를 도시한다.

이 실시예는 조명광학계(110), 검출광학계(1210), 스테이지계(1300), 신호처리계(1401), 데이타 처리계(1501)로 구성되어 있다.

여기에서, 반도체레이저(1111)의 사출구(1021)이 도 19에 도시한 바와 같이 세로로 길게 배치된 경우 도 11의 조명계를 사용하면, 공간필터의 직선방향은 도 19에 도시한 바와 같이 조명광속의 입사면과 평행하게 된다. 이 경우, 공간필터의 위치맞춤으로서 공간필터의 중심에 있는 직선형상태턴을 기준으로 해서 직선형상패턴의 피치를 일치시키는 것만으로 좋다. 이 경우, 공간필터의 피치가변기구는 단순하게 구성할 수가 있다.

도 19이 피치가변 공간필터(1270)의 구성을 도 20에 도시한다. 피치가변 공간필터(1270)은 금속 또는 금속산화물 또는 플라스틱 등의 차광율이 높은 재료로 형성된 여러개의 직성형상패턴(1271), 스프링형상 지지기구(1272), 지지기구(1273), 고정수단(1274), 나사(1275), 나사구동수단(1276)으로 구성된다. 여기에서, 나사(1275)에는 (1277)부에 오른쪽 나사, (1278)에 왼쪽나사가 형성되어 있다. 여기에서, 나사구동수단(1276)에 의해 나사(1275)를 회전시키는 것에 의해서 직선형상패턴(1271)간의 피치를 변경할 수가 있다. 이 나사구동수단(1276)의 구동은 웨이퍼 반입시에 웨이퍼상의 칩피치p와 동시에 칩내의 셀피치d를 받는 것에 의해서, 직선형상패턴(1271)간의 피치가 산출된 값에 따라서 제어된다. 여기에서, 스프링형상 지지기구(1272)는 고무라도 좋다.

또, 여기에서 이 공간필터(1270)의 피치는 넓은 다이나믹 면적으로 변경하는 것은 곤란하다. 예를들면, 피치를 1/10로 하는 경우 나사(1275)는 공간필터로서 필요한 길이의 10배의 길이가 필요하게 되기 때문이다. 그래서, 공간필터(1270)을 여러개 겹쳐서 설치해 두고, 피치를 작게 변화시키는 경우에는 겹친 상태로 앞의 가변기구에 의해 가변시키고, 크게 변화시키는 경우에는 겹친 각각의 공간필터를 어긋나게 하는 것에 의해서 작은 피치를 실현할 수가 있다. 물론, 필요에 따라서 가변기구와 어긋나게 하는 것을 동시에 할 수도 있다.

여기에서, 공간필터(1270)의 중앙부의 직선형상패턴(1279)는 다른 직선형상패턴보다 굵게 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 중앙부의 회절광 즉 0차 회절광은 광강도가 강하고 회절광의 강도분포의 폴이 넓으므로, 충분히 회절광을 차광하기 위해서는 폭넓은 직선형상패턴을 필요로 하기 때문이다.

또, 여기에서는 구동기구의 1실시예를 기술했지만, 본 발명을 실시함에 있어서 여기에 기술한 실시예일 필요는 없고, 차광성이 높은 직선형상패턴(1271)을 구동하는 구성이면 도시한 바와 같은 구성이라도 좋다. 구체적으로는 도 21에 도시한 바와 같은 구성이라도 좋다. 이 실시예에 있어서는 직선형상패턴(1271P은 링크(1291)에 의해 지지되고 있고, 링크구동기구(1292)에 의해 링크(1291)의 기울기를 변경하는 것에 의해 피치를 변경하는 구성이다.

또, 공간필터의 피치를 크게 할 수 있는 방향 즉 웨이퍼상의 패턴의 피치d가 작은 방향으로 웨이퍼의 방향을 설정하면 더욱 좋다.

도 22 및 도 23에 도시한 바와 같이 조명광학계(1110)으로서 도 12에 도시한 광학계를 사용한 경우, 공간필터의 중앙부에 약간 큰 직선형상 공간필터(1279)를 조명입사면과 평행하게 배치하고, 이것에 대해 수직으로 직선형상패턴을 배치할 필요가 있다. 이 경우, 공간필터의 위치맞춤으로써 피치와 위상을 조정할 필요가 있다. 조명이 입사각을 α, 직선형상 회절패턴의 사출각을 θn, 조명광의 파장을 λ, 웨이퍼상의 패턴의 기본피치를 d로 하면, 다음의 식이 성립한다.

sin(α-θn)=n·λ/d …(식 9)

따라서, 식 9를 성립시키는 가변기구를 구성할 필요가 있다.'

구체적으로는 도 22에 도시한 피치가변 공간필터(1270)을 90도 회전시킨 방향을 배치하고, 피치의 조정 이외에 피치가변 공간필터(1270)의 전체를 직선형상패턴(1271)과 수직인 방향으로 이동시키는 것에 의해서 위상을 조정한다. 이 위상의 조정은 워상조정수단(1281)에 의해 실행한다. 또, 이 구성에서는 공간필터의 중심위치에 조명입사면과 평행하게 약간 굵은 구체적으로는 직선형상패턴의 1~3배 정도의 차광판을 배치하면 좋다.

직선형상패턴의 두께는 실험적으로는 구하는 것이 좋지만, 설계적으로는 조명계의 광원(1111)의 공간필터상에서의 상의 크기의 1할~2할 크게 설정되어야 한다. 단, 공간필터의 조정기구의 정밀도를 고려하는 경우, 더욱 큰 여유를 마련할 필요가 있다.

또, 도 18의 구성을 6채널의 병렬로 설명하고 있지만, 6채널이 아니라도 좋고 웨이퍼의 사이즈, 검사기간 등의 사양에 의해 결정되는 것이다.

여기에서는 도 11 및 도 12에 도시한 광학계에 의해 조명광학계를 구성한 경우의 공간필터기구를 설명했지만, 여기에서 설명하지 않은 다른 조명계를 사용한 경우라도 기계적인 공간필터를 사용하는 것에 의해서 차광율을 향상시킬 수 있으므로, 패턴으로부터의 회절광을 효율적으로 차광할 수 있어 이물질의 검출감도를 향상시킬 수 있다.

또, 공간필터의 피치 및 폭을 더욱 가늘게 하고자 하는 경우, 여기에 기술한 기계적 구성으로는 정밀도가 부족하게 된다. 이 경우, 「마이크로 메카니즘」으로서 소개되어 있는 방법을 이용해서 가변공간필터를 만들 수 있다.

이상의 구성은 제품의 피치간 피치, 셀피치 등의 데이타를 받는 것에 의해서 자동적으로 공간필터의 피치를 변경할 수 있으므로, 공간필터를 제품마다 교환하는 수고가 생략된다는 효과를 갖는다.

공간필터를 제품마다 작성해 두고 이 공간필터를 자동적으로 교환해도 좋다. 이러한 방법은 검출기가 3개인 필터를 1개의 기판상에 설치하고, 이것을 교환하는 것이다.

본 발명에 의하면, 이물질 검사장치를 라인에 도입하는 것에 의해서 라인을 통과하는 웨이퍼전체를 검사할 수 있어 이물질의 증가를 실시간으로 검출할 수가 있다. 이것에 의해, 이물질 발생에 의한 대량의 불량품의 생산을 미연에 방지할 수 있어 제조효율을 향상시킬 수가 있다.

또, 본 발명에 의하면, 반도체 제조공정의 양산라인에 있어서 간편한 모니터링장치만으로 이물질을 모니터링하는 것에 의해서, 생산라인을 경향화하여 제품코스트의 저감을 가능하게 한다. 또, 모니터링장치는 이물질검사를 실시간으로 실시할 수 있으므로, 불량 발생을 최소한으로 할 수 있어 제품의 제조효율의 향상에 크게 기여한다.

다음에, 본 발명의 온라인 모니터의 다른 구체적인 실시예의 구성을 도 24~도 30을 사용해서 설명한다.

본 실시예는 도 24에 도시한 바와 같이 조명수단(2102), 검출광학계(2103), 회전맞충기구(2105), 공간필터유닛(2106), 검출기(2107), 연상증폭기(2201), A/D변환기(2202)로 구성되는 검출헤드(2101), 피치검출수단(2212), 오퍼레이터 처리계(2203), 이물질데이타 메모리(2206), 패턴메모리(2208), 소프트웨어 처리계(2210), 파라미터 전달수단(2209), 이물질 메모리(2211), 좌표데이타 작성수단(2232), 마이크로컴퓨터(2229), 표시수단(2230)으로 구성된다.

또, 도 25에 도시한 바와 같이 조명수단(2102)는 반도체레이저(2112), 콜리메이터렌즈(2113), 오목렌즈(2114), 리시버렌즈(2115)로 이루어지는 빔신장치, 원기둥렌즈(2116), 미러(2118)로 구성되고, 검출광학계(2103)은 푸리에변환렌즈(2110), 공간필터유닛(2106), 회전검출수단(2108), 푸리에변환렌즈(2111)로 구성된다.

또, 도 26에 도시한 바와 같이 공간필터유닛(2106)은 코일스프링(2121), (2122), 여러개의 직선형상 공간필터(2141), 코일스프링 지지기구(2119), (2120), 가이드(2125), 오른쪽나사부(2127)과 왼쪽나사부(2128)을 갖는 나사(2126), 웜기어(2129), (2130), 모터(2140)으로 구성된다. 또, 공간 필터유닛(2106)에는 회전검출용의 검출기(2123), (2124)가 설치되어 있다.

또, 도 27에 도시한 바와 같이 오퍼레이터 처리계(2203)은 4호소 가산수단(2214), 8진화 수단(2215), 여러개의 라인메모리(2216)으로 이루어지는 절단수단(2204), 버퍼베모리(2217), 판정화소 절단수단(2218), 오퍼레이터 절단수단(2219), (2231), 여러개의 이물질 비교회로(2220)으로 이루어지는 비교회로군, 임계값 설정회로(2221), OR회로(2224), AND회로(2226)으로 구성된다.

또, 도 28에 도시한 바와 같이 피치검출수단(2212)는 FFT회로(2242), 오퍼레이터 피치산출수단(2241), 필터피치 산출수단(2244), 공간필터 제어계(2243)으로 구성된다.

또, 도 24에 도시되는 회전맞춤기구(2105)는 회전가이드, 회전바, 스프링, 도 40에 도시한 압전소자(2154), 압전소자 컨트롤러, 가대(架臺)로 구성된다.

[관 계]

기판(1001)은 조명수단(2102)에 의해 조명되고, 표면의 이물질, 결함 또는 패턴으로부터의 산란광 또는 회절광이 페치되고, 공간필터유닛(2106)에 의해 광학적인 필터링처리가 실시되며, 검출광학계(2103)내의 검출기(2107)에 의해 검출된다. 검출된 신호는 검출헤드(2101)내어 연산증폭기(2201)에서 임피던스가 큰 잡음이 혼입되기 어려운 신호로 증폭되고, A/D변환기(2202)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 오퍼레이터처리계(2203)으로 전송된다. 회전검출수단(21408)에 의해 기판(1001)의 회전방향이 계측되고, 회전제어수단(2213)에 의해 제어되는 회전맞춤 기구(2105)에 의해 기판(1001)에 대해서 미리 회전 방향이 맞춰진다. 또, 검출광학계(2103)은 충분히 큰 초점심도를 갖고 있으므로, 기판(1001)을 반송계(도시하지 않음)에 의해 기계정밀도로 반송해 오면, 자동초점맞춤은 기본적으로 불필요하다. 구체적으로는 약 800nm의 파장을 사용하고 개구수가 0.08인 경우, 초점심도는 약 ±100미크론이다. 물론, 자동초점기구를 갖고 있어도 문제없다.

피치검출수단(2212)에서는 검출신호에서 기판(1001)상의 패턴의 반복피치 및 칩의 피치가 계측된다. 오퍼레이터 처리계(2203)에서 파라미터 전달수단(2209)에 의해 전달된 칩의 반복피치 등의 정도에 따라서 칩피치의 반복성을 이용해서 패턴벙보가 제거된다. 결과는 이물질 데이타메모리(2206), 대이물질데이타메모리, 패턴메모리(2208)에 저장되고, 또 파라미터 전달수단(2209)에 의해 전달된 테스트소자군의 위치좌표칩의 반복피치 등의 정보에 따라서 칩간의 반복성을 갖지 않는 테스트소자군등의 패턴정보가 소프트처리계(2201)에 의해 제거되어 이물질 메모리(2211)에 저장된다. 여기에서, 좌표데이타 작성수단(2232)에 의해 좌표데이타가 작성되고, 이물질 정보와 동시에 필요에 따라서 저장된다. 다음의 처리는 마이크로 컴퓨터(2229)에 의해 관리되고 표시수단(2230)에 의해 표시된다.

또, 도 25에 도시한 바와 같이 조명수단(2102)에서는 반도체레이저(2112)로부터의 광이 콜리메이터렌즈(2113), 오목렌즈(2114), 리시버렌즈(2115)에 의해 평면파로서 수렴되고, 원기둥렌즈(2116), 미러(2118)을 통해서 기판(1001)상을 조명한다. 여기에서, 원기둥렌즈(2116)에 의해 조명은 도면에 도시한 바와 같이 x방향만 수렴되고, y방향은 기판상에서 집광된다. 검출광학계(2103)에서는 푸리에 변환렌즈(2110)에 의해 푸리에 변환된 광속이 공간필터유닛(2106)에 의해 광학적인 필터링처리가 실시되고, 또 푸리에 변환렌즈(2111)에 의해 검출기(2107)상에 기판상의 상이 결상된다.

또, 도 26에 도시한 바와 같이 공간필터유닛(2106)에서는 가이드(2125)에 의해 가이드되면서 오른쪽나사부(2127)과 왼쪽나사부(2128)을 갖는 나사(2126)의 회전에 의해서 이동하는 코일스프링 지지기구(2119), (2120)에 의해 코일스프링(2121), (2122)의 코일사이로 전달된 흑색의 직선형상 공간필터(2141)간의 피치를 변화시킬 수가 있다. 동력은 웜기어(2129), (2130)을 쳐서 모터(2140)에서 공급된다.

또, 공간필터유닛(2106)상에 설치된 회전검출용의 검출기(2123), (2124)에 의해 기판의 검출헤드(2101)에 대한 기판(1001)의 회전방향으로 기울기가 계측된다. 이 도 26은 도면을 보기 쉽게 하기 위해 검출광의 위쪽방향에서 입사하도록 도시하고 있다.

또, 도 27에 도시한 오퍼레이터 처리계(2203)에서는 검출신호의 주위의 화소 2×2가 4화소 가산수단(2214)에 의해 가산되고 평균화된다. 이 처리는 평균화에 의한 안정검출이 목적이지만, 검출성능(검출감도) 자체는 약간 떨어지므로, 필요에 따라서 바이패스되도록 바이패스수단이 설치되어 있다. 가산된 신호는 로그스케일화하기 위해 8진화 수단(2215)에 의해서 8진화되고, 여러개의 라인메모리(2216)에 저장된다. 저장된 후 판정화소 절다수단(2218),레이터 절단수단(2219), (2231)에 의해서 2차원의 화상데이타 중에서 필요한 데이타가 절다노디고 비교회로(2219)로 보내진다. 여기에서, 검출기(2107)은 고속의 스테이지주사에 의한 고속검출이 가능하도록 1차원의 리니어센서를 사용하고 있다. 이 검출기(2107)로부터이 데이타를 2차원 화상으로 변환하는 것이 라인메모리(2216)과 버퍼메모리(2217)이고, 검출기(2107)로부터의 신호가 1화소씩 전송될 때마다 화상전체가 x방향으로 1화소씩 이동한다. 소위 파이프라인처리이다. 여러개의 이물질 비교회로(2220)으로 이루어지는 비교회로군, 임계값 설정회로(2221), OR회로(2224), AND회로(2226)에 의해서 다음에 설명하는 논리에 의해 이물질신호가 추출된다.

또, 도 28에 도시한 피치검출수단(2212)에서는 FFT회로(2242)에 의해 검출화상의 푸리에 변환처리가 실시되고, 이 결과에서 오퍼레이터 피치산출수단(2241)에 의해 오퍼레이터피치가 산출되고 필터피치 산출수단(2244)에 의해 공간필터피치가 산출되고, 공간필터 제어계(2243) 및 오퍼레이터 절단수단(2219), (2231)로 보내진다.

[원 리]

본 발명의 파라미터 압축형 공간필터(PRES(Parameter Reduction Spatial)필터)의 원링 대해서 설명한다.

종래부터 웨이퍼표면의 패턴의 반복성을 이용해서 비반복성을 갖는 이물질 또는 결함을 검출하고자 하는 기술이 개시되고 있다. 그러나, 반복성을 갖는 패턴이라고는 해도 반복주기, 기본패턴의 형상에 따라서 회절패턴의 형상은 다르다. 그 때문에, 대상으로 되는 반복패턴의 형상에 맞게 차광판인 공간필터의 형상을 변경하지 않으면 안되었다. 이 공간필터의 변경방법으로서 사진건판을 사용한 방법 등이 개시되어 있다. 이들 방법에서는 대상에 따른 공간필터를 작성하는데 시간이 걸리거나 대규모의 장치가 필요했었다.

구체적으로는 도 29(a)에 도시한 바와 같이 경사진 측에서 코히어런트광 즉 평면파로 조명한 경우, 에를들면 도 29(b), (c)에 도시한 바와 같은 회절패턴이 푸리에변환의 위치에서 관찰되었다. 이 경우, 기판상의 패턴의 피치가 변화했을 때 회절패턴의 피치 pu, pv뿐만 아니라 전체의 위상 ψ가 변화한다. 또, 기판상의 패턴의 기본형상이 변화하면, 회절패턴을 형성하는 점패턴의 배치가 변화한다. 즉, 푸리에변환면 형상의 회절패턴을 기술하는 파라미터가 많아 패턴형상에 대응하는 것은 곤란하였다.

여기에서, 도 20(a)에 도시한 바와 같은 평면파가 아니라 도 30(a), (d)에 도시한 바와 같은 y방향으로는 시료(1001)상에서 수렴하고, x방향은 코히어런트 즉 평면파를 조명한 경우를 고려한다. 이 경우, 푸리에변환면에서는 v축 방향으로는 결상하지 않고 u축 방향으로 압축된 형상이 회절패턴이 된다. 결과적으로, 공간필터(2106)은 u축 방향만의 1차원의 파라미터로 압축되게 된다. 여기에서, 압축된 회절패턴의 u축 방향의 피치pu는 기판표면에서 조명되고 있는 영역의 x축 방향의 피치에 따른 피치로 된다. 또, 한 개 한 개의 선상의 회절패턴의 두께 w는 앞쪽의 푸리에변환렌즈(2110)의 푸리에변환면으로의 개구서 sinβ에 의해 결정된다. 구체적으로는 조명계(2102)의 사출측 개구수와 앞쪽의 푸리에변환렌즈(2210)의 개구수에 의해 결정된다. 따라서, 조명계(2102) 및 푸리에 변환렌즈(2110)이 결정되면 결정되는 것으로서, 검사대상인 기판(1001)상의 패턴의 영향을 받지 않는다. 그러나, 조명의 개구수를 변경하는 경우 등도 있고, 직선형상 공간필터(2106)의 폭은 가변인 것이 좋은 경우도 있다.

또, 실제로는 고속의 검사를 실현하기 위해서는 검출기(2107)로서 스테이지(도시하지 않음)의 연속주사가 가능한 1차원의 이미센서가 적합하다. 이 1차원의 이미지센서를 사용한 경우, 조명의 효율을 향상시키기 위해서는 1차원의 센서의 형상 즉 시료(1001)의 표면상에서 직선형상의 조명이 적합하다. 이와 같은 조명을 실현하기 위해서는 적어도 1방향을 좁힐 필요가 있다. 즉, 1방향 코히어런트 조명은 조명강도의 효율향상을 위해서도 큰 효과를 갖는다.

이상 설명한 바와 같이, 종래 기판상의 패턴의 형상은 천차만별이고 이 천차만별의 패턴에 대응하기 위해서는 각각의 패턴에 따른 공간필터가 필요로 되고 있었다. 그러나, 본 발명에 의하면 이들 천차만별의 공간필터도 관점을 바꾸면 피치 p만의 함수로 고려할 수 있고, 다차원의 파라미터를 갖는 공간필터가 1차원으로 압축되게 된다. 이와 같이, 공간필터의 파라미터의 차원을 압축하는 것에 의해서, 복잡한 형상으로 인해 형상변화로의 대응이 곤란했던 공간필터를 단순하게 해서 모든 반복패턴에 대응가능하게 할 수 있다.

이상의 구성은 웨이퍼 또는 액정표시소자 등의 위의 이물질 또는 결함을 검출하는 것 뿐만 아니라, 반복성을 갖는 패턴에서 비반복성을 갖는 부분을 검출해야 할 모든 검사대상에 적용할 수가 있다. 구체적으로는 반도체 마스트, 레티클, 반도체 행정을 사용하는 마이크로 머시닝 부품, 그밖의 마이크로머시닝부품, 프린트기판 등에 적용가능하다. 본 발명은 이들 대상을 검사할 때에 대상마다 공간필터를 교환하는 일업이 공간필터링기술을 적용하면서 조도가 높은 조명을 실현하는 것에 의해서 고속의 검사를 실현하는 것이다.

[공간필터제어, 오퍼레이터 피치제어]

도 31(a) 및 도 31(b)에 따라서 (A) 공간필터(2106)에 의한 패턴소거방법, 오퍼레이터 피치처리계(2203)에 있어서의 (B)의 쇼트비교 오퍼레이터에 의한 패턴소거방법 및 소프트웨어 처리계(2210)((2206)~(2211)) 등에 있어서의 (C)소프트웨어 처리에 흰 TEG패턴 소거방법에 대해서 설명한다. 본 발명에서는 수미크론피치 이하의 셀의 반복성을 공간필터(2106)을 사용해서 패턴을 소거하고, 오퍼레이터 처리계92203), (2217)에 의한 (B)쇼트비교 오퍼레이터에 의한 수백미크론 피치이상의 반복을 인접하는 피치간(경우에 따라서는 1회의 노출을 의미하는 쇼트간)의 반복성을 사용해서 패턴소거하고, 또 반복성을 갖지 않는 칩(TEG패턴)은 소프트웨어 처리계(2210)((2206)~(2211))등에 있어서 좌표 및 매트릭스 데이타를 사용해서 검사하지 않도록 데이타를 소거하는 구성을 취하고 있다. 여기에서, 각각의 소거시에 각각 필요한 파라미터가 있다. 공간필터(2106)에 의한 소거시에는 공간필터피치, 칩간 반복에 의한 소거시에는 칩간피치, 반복을 갖지 않는 칩(TEG패턴)의 소거시에는 칩의 위치정보가 각각 필요하게 된다. 따라서, 본 발명의 검출헤드(2101)은 최소한 2칩을 동시에 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 검출헤드(2101)의 검출광학계(2103)의 시야사이즈가 최소한 2칩의 길이이사으이 길이가 필요하게 된다. 물론, 이 시야사이즈가 있으면 바람직하다는 것 뿐이고, 여러개 설치되는 검출헤드(2101)의 위치관계를 정확하게 알아둑 이 위치관계를 파라미터 전달수단(2209)에 기억시켜두며 오퍼레이터 처리계(2203) 등에 의해 여러개의 검출헤드(2101)간에서 이 비교처리를 실시하는 경우에는 시야사이즈가 2칩 이상일 필요는 없다. 단, 광학계(검출헤드)(2101)의 필요정밀도와 오퍼레이터처리계(2203) 및 소프트웨어 처리계(2210)에 있어서의 데이타처리를 위한 회로계의 복잡함을 고려하면, 시야사이즉 2칩이상의크기를 갖고 있는 것이 바람직하다.

또, 여기에서는 2칩 이상으로서 설명했지만, 스테이지에 따라 웨이퍼(1001)상으로 패턴을 전사할 때 마스크로서 사용하는 래티클상에 2칩이상의 칩이 라이트되어 있는 경우에는 이들 칩간에 테스트소자군(TEG)라 불리는 패턴이 라이트되어 있는 경우가 많고, 이들 패턴도 소거하기 위해서는 상기 반복피치를 사용해서 소거할 때 칩간의 피치를 사용하는 것이 아니라 쇼트(1회의 노출로 소결되는 패펀, 레티클상의 패턴)간의 피치(파라미터 전달수단(2209)에 기억된다)를 사용할 필요가 있다. 물론, 이 방법도 반드시 필요한 것은 아니며, 이들 1쇼트내에 형성된 TEG패턴은 다음의 처리에 의해 소거되어도 문제없다.

이들 정보는 기판(1001)에 대응시켜서 사전에 측정되어 파라미터 전달수단(2209)에 기억된다. 이 기억된 정보중에서 기판에 대응하는 파라미터가 선택되고, 본 발명의 이물질 결함검사장치(소프트웨어처리계(2210) 및 파라미터 전달수단(2209)를 거쳐서 오퍼레이터처리계(2203)으로 피드백된다. 따라서, 이 방법을 사용할 때에는 기판을 동정할 필요가 있다. 이 동정을 목적으로 해서 기판에는 기판에 대응한 번호 또는 기호가 기재되어 있다. 검사에 앞서서 이 기호를 리드하고, 번호에서 기판의 제품번도, 르트번호, 품종을 알아내고, 본 발명의 이물질 검사장치가 설치되어 있는 곳으 데이타에 의해 공정을 알아내고, 파라미터 전달수단(2209)를 거쳐서 피치검출수단(2212)에 설정해서 공간필터(2106)의 피치, 임계값의 값을 설정해도 좋다.

또, 본 발명의 이물질 결함방법을 실현함에 있어서는 반드시 파라미터를 상기에서 설명한 바와 같이 취득해서 상기와 같이 본 발명의 장치로 보낼 필요는 없다. 오히려, 다음에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 장치에 의해 독자적으로 취득되는 경우가 바람직한 경우도 있다. 상기의 방법에서는 사전에 입력하는 파라미터의 값을 알아둘 필요가 있지만, 독자적으로 취득되는 경우에는 그와 같은 수고가 필요없기 때문이다. 또, 물론 기판에 기재된 번호를 리드할 필요도 없어진다.

본 발명에서는 상기에서 설명한 바와 같이 복잡한 배경패턴을 갖는 기판상에 부착된 이물질 또는 결함과 배경패턴을 구별해서 이물질 또는 결함을 추출해서 검출하기 위해 3단계의 패턴제거기능을 갖고 있다. 이 패턴제거기능은 사실상 패턴이라고 판단된 곳은 검사대상으로 하지않고 포기하게 된다. 구체적으로는 수백미크론 피치 이하의 반복을 공간필터(2106)에 의해 제거하고, 파라미터 전달수단(2209)를 거쳐서 부여되는 파라미터에 따라서 오퍼레이터처리계(2203)에 있어서 수백미크론피치 이상의 반복을 칩간의 반복성을 사용해서 소거하고, 또 반복성을 갖지 않는 칩은 파라미터 전달수단(2209)에 기억된 좌표 및 매트릭스데이타에 따라서 소프트웨어 처리계(2210)등에서 검사하지 않도록 데이타를 소거하는 구성을 취하고 있다.

이와 같이 패턴이 형성되는 영역을 검사대상에서 제외하는 것은 다음의 이유에 의한 것이다. 패턴이 형성되어 있어도 인접하는 칩에는 동일한 형상을 갖고 동일한 사출방향으로 동일한 광량을 사출하는 패턴이 형성되어 있다. 따라서, 이 2개의 패턴으로부터의 광의 검출광 강도를 비교하면, 공간필터(2106)에 의해 소거할 수 없는 형상이 패턴이 형성되어 있는 영역에서도 이물질 또는 결함의 검사가 가능하게 되는 것이다. 그러나, 이들 패턴은 특히 산란광을 검출하는 경우 검출광의 강도는 불안정하게 되기 쉽고, 상기에서 설명한 비교에 의한 패턴제거를 실시하면 허보(이물질이 아닌 패턴정보가 이물질로서 검출되어 버린다)가 많아진다. 그래서, 패턴이 형성되어 있는 영역을 검사대상에서 제외하는 것이 오히려 유효하게 되는 경우가 많다. 즉, 안전성을 고려해서 특히 산란광을 검출하는 경우, 복잡한 패턴이 형성되어 있는 영역을 검사대상에서 제외하거나 인접하는 칩패턴으로부터의 광의 검출광강도를 비교하는 것에 의해서 이물질의 검사를 실행할 것인지를 결정해야 한다.

[파라미터의 취득방법]

이하, 구체적인 파라미터의 취득방법을 도 32를 사용해서 설명한다. 검출광학계(2101)이 웨이퍼(1001)의 반복패턴을 취할 수 있는 위치에 웨이퍼(1001)이 반송된 시점에서 공간필터 제어계(2243)이 공간필터(2106)의 피치를 최대위치에서 최소위치까지 변화시킨다. 이 때, 1차원 검출기(2107)에 페치된 신호를 전체화소 가산회로(2245)에 의해 각 화소의 값이 전부 가산되고, 이 가산값이 피치의 변화에 대해서 최소로 되는 위치의 피치가 피치산출회로(2246)에 의해 선택된다. 이 값이 공간필터 구동기구(2106)로 보내지고, 공간필터(2106)이 소정의 피치로 설정된다.

또, 이 공간필터(2106)의 피치의 선택에 있어서는 이와 같이 공간필터(2106)을 변화시키지 않아도 도 28에 도시한 주파수 분석을 실시해도 산출할 수가 있다. 검출광학계(2101)이 웨이퍼(1001)의 반복패턴을 페치할 수 있는 위치로 웨이퍼(1001)의 반송된 시점에서의 검출기(2107)이 검출한 신호를 FFT회로(2242)에 의해서 주파수 분석하고, 이 주파수분석의 결과에 따라서 공간필터 피치산출수단(2244)에 의해 주파수영역에서 피크로 되는 공간주파수로 되도록 공간필터의 피치가 선택된다. 이 값이 공간필터 제어계(2243)을 거쳐서 공간필터 구동기구(2106)로 보내지고, 공간필터(2106)이 소정의 피치로 설정된다. 이 주파수 분석에 있어서는 고속푸리에변환이 처리속도 등에서 가장 바람직하지만, 반드시 고속푸리에변환일 필요는 없으며, 다른 아다멀변환, 적분에 의한 주파수분속, 자기상관 함수연산에 의한 방법 등의 방법이라도 문제없다. 또, 이 주파수 분석에 의한 방법에서는 공간필터의 피치뿐만 아니라 공간필터에 의해 제거할 수 없는 성분을 제거하기 위한 방법을 위한 칩간 피치(오퍼레이터피치)도 오퍼레이터 피치산출수단(2241)에 의해서 동시에 연산처리된다. 이 칩간 피치는 주파수해석으로 산출된 것 또한 검출광학계의 시야의 1/2보다 작은 것중 최대의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 최대의 것이 다음에 설명하는 쇼트간 피치에 상당하는 경우가 많기 때문이다.

이상과 같이 검사를 위한 파라미터의 값이 설정된 후에 검사가 실시된다.

이상 설명한 방법은 반송중인 웨이퍼(1001)의 최초의 부분은 이물질검사를 할 수 없다는 문제를 갖고 있다. 한편, 검사장치를 다른 시호전달시스템에 대해서 독립시킬 수 있다는 효과를 갖는다.

[텔레센트릭 광학계]

본 발명에서는 상기에서 설명한 바와 같이 수백미크론 피치이하의 반복을 공간필터(2106)에 의해 소거하고, 수백미크론 피치이상의 반복을칩간의 반복성을 이용해서 소거하고, 또 반복성을 갖지 않는 칩은 검사하지 않도록 데이타를 소거하는 구성을 취하고 있다. 여기에서, 칩간의 반복성을 이용해서 칩의 패턴의 검출신호를 소거하기 위해, 칩간의 검출신호를 비교하고 임의의 값보다 차가 클 때에는 이물질로서 검출하는 구성을 치하고 있다. 즉, 인접하는 칩이 없는 패턴으로부터의 산란광 또는 회절광은 강도가 동일한 것을 전제로 하고 있다. 그래서, 인접하는 칩의 대응하는 위치로부터의 광을 안정하게 검출할 필요가 있다. 그러나, 패턴으로부터의 회절광은 지향성이 있으므로, 시야가 넓어 시야내의 각 위치에서 렌즈의 예상 각도와 크게 다른 경우에는 이 지향성에 의한 시야내의 위치에 따라 광강도가 달라진다.

여기에서, 텔레센트릭 광학계(2103)는 대상물(1001)상의 각 점에서의 주광선을 서로 평행하게 하는 것에 의해서 초점위치가 어긋난 경우라도 결상이 배율이 변화하지 않도록 개발된 기술이다. 이 텔레센트릭 광학계(2103)를 본 발명에 이용하는 것에 의해서 상기의 이물질로부터의 산란광 또는 회절광의 지향성에 의한 검출광강도의 변화에 대처해서 대상물의 각 점으로부터의 검출광의 강도를 안정하게 해서 일정하게 유지할 수 있다. 본 발명에 의해 대상물(1001)의 모든 점에서 동일한 방향에서 조명하여 모든 점에서 동일한 방향에서 검출할 수 있으므로, 패턴으로부터의 회절광 또는 산란광에 의한 지향성이 있던 경우에도 패턴의 형상이 동일하면 검출광의 강도는 동일하게 되기 때문이다.

이와 같이, 배율을 변화시키는 것은 화소사이즈를 변화시키기 위함이다. 화소사이즈를 크게하면 1개의 신호로서 검출하는 영역이 커지므로, 결과로써 검사속도를 빠르게 할 수 있지만 검출계의 분해능은 떨어지기 때문에 작은 이물질 또는 결함의 검출이 곤란하게 된다. 반대로, 화소사이즈를 작게 하면 분해능이 높아져 보다 작은 결함 또는 이물질을 검사할 수 있게 되나, 검사시간은 길어진다. 물론, 이 경우 광학계의 분해능도 높게 할 필요가 있다.

렌즈의 교환기구에 대해서 도 33을 사용해서 설명한다. 본 실시예에서는 이상 설명한 바와 같이 1대 1의 결상배율의 텔레센트릭 광학계(2103)를 사용하고 있다. 본 발명의 효과를 충분히 얻기 위해서는 텔레센트릭인 것이 중요하고, 도 33(a)에 도시한 바와 같이 1대 1의 배율일 필요는 없다. 따라서, 다른 배율의 광학계를 사용할 수도 있고, 그밖의 배율의 광학계를 실현함에 있어서 도 33(b)에 도시한 바와 같이 공간필터를 사이에 둔 2개의 푸리에변환렌즈(2110), (2111)의 한쪽(구체적으로는 물체측의 렌즈가 최적하지만)을 푸리에 변환렌즈(2161)로 교환하는 것에 의해서 배율을 변경할 수가 있다. 이와 같은 구성에 의해서, 상(像)측의 렌즈(2111) 및 검출기(2107)을 교환할 필요가 없어지므로, 결과적으로 배율이 다른 광학계를 저렴하게 공급할 수 있게 된다.

이상광 같이, 텔레센트릭 광학계(2103) 또는 기판(1001)상의 각 점에서 사출되는 주광선이 검출광학계92103)의 퓨필(공간필터(2106)이 배치된 면)의 중앙을 통과하는 광학계는 공간필터(2106)을 사용하는 이물질 결함검사장치에 사용하면 큰 효과를 기대할 수 있지만, 반드시 공간필터(2106)을 사용하는 경우 뿐만 아니라 공간필터(2106)을 사용하지 않는 결함 이물질검사에 적응해도 검출 고강도를 안정하게 검출할 수 있다는 효과가 얻어진다. 특히, 시야가 큰 광학계를 사용하는 경우에 유효하다.

[PRES필터의 기본 개념]

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 PRES필터는 텔레센트릭형이 검출렌즈와 한쪽의 축만 코히어런트한 조명계와 병용하면 최대의 효과를 발휘할 수 있지만, 본 발명의 본래의 목적인 공간필터(2106)을 사용한 이물질 등의 결함검사장치를 실현할 때에는 반드시 이들과 병용할 필요는 없다. 조명을 한쪽만 코히어런트하게 하는 것은 공간필터를 사용할 때 코히어런트가 필요하고 한쪽으로 충분하기 때문이다. 또, 한쪽이 코히어런트가 아닌 것에 의해서 물체상에서 조명광속을 수속할 수 있어 조명강도를 크게 할 수 있다는 효과가 있다. 반대로 말하면, 조명광강도를 충분히 얻을 수 있는 경우, 조명은 x방향, y방향 모두 코히어런트라도 지장이 없다. 즉, 본 발명의 본질은 1차원으로 압축해서 공간필터(2106)이라도 기판(웨이퍼(100))의 회전방향을 맞추는 것에 의해 공간필터링이 가능하게 되는 것이다.

여기에서, 더욱 중요한 것은 조명수단(2102)에 의해 경사지게 조명하는 경우, 공간필터의 파라마터를 1개로 하기 위해서는 직선형상 공간필터(2106)을 조명의 입사면과 평행하게 하는 것으로서, 한쪽만을 코히어런트하게 조명한 조명을 사용하는 것은 아니다. 즉, 조명의 입사면과 직선형상 공간필터의 긴쪽 방향과 기판(웨이퍼)상의 패턴의 반복방향을 일치시키는 것이 본질이다.

또, 파라미터를 1개로 할 필요가 없는 경우에는 직선형상 공간필터를 조명의 입사면과 평행하게 할 필요도 없고 직선형상 공간필터를 사용해서 피치와 유상 도는 피이와 회전방향을 일치시키는 것에 의해서, 모든 패턴에 대응할 수 있는 공간필터를 구성할 수가 있다. 또, 위쪽으로부터의 조명에 대해서는 조명의 입사면과 직선형상 공간필터의 방향은 항상 일치하므로, 공간필터와 기판(웨이퍼)상의 패턴의 반복방향만을 일치시키면 좋다는 효과도 있다.

그러나, 상기의 어떠한 경우도 조명으로서 직선형상의 빔을 사용하거나 검출기(2107)로서 1차원 센서를 사용하고 있는 경우에는 이 방향도 일치시킬 필요가 있다. 그러나, 이 경우의 일치는 조명의 균일성을 얻기 위함이거나 또는 칩간 반복을 이용해서 큰 주기의 반복을 소거하기 위함이며, 공간필터에 의해 작은 주기의 패턴정보를 소거하기 위해서는 필요없는 것이다.

광학계의 텔레센트릭 검출광학계(2103)도 여기에서는 양 텔레센트릭 광학계를 기술했지만, 반드시 양 텔레센트릭일 필요는 없으며 적어도 물체측이 텔레센트릭이면 좋다. 또, 텔레센트릭이 아니라도 기판상의 각 점에서의 조명계(2102)의 주광선 즉 기판상의 각 점에서의 0차 회절광이 검출광하겨기의 퓨필면(공간필터가 설치되어 있는 면)의 중앙을 통과하도록 하고 있으면 좋다. 이와 같은 구성에서도 각 점의 패턴으로부터의 0차 회절광의 분포에 의한 패턴출력의 변동을 회피할 수 있다. 그러나, 패턴으로의 조명의 입사방향이 달라지므로, 이러한 방법은 상기 텔레센트릭 광하겨기에 비하면 성능은 약간 저하한다. 그러나, 대상에 따라서는 이 방법으로 충분한 경우도 있다.

또, 기판상의 각 점에서의 조명계의 주광선 즉 물체상의 각 점으로부터의 0차 회절광이 검출광학계의 퓨필(공간필터가 설치되어 있는 면)의 중앙을 통과하도록 하지 않아도 즉 통상의 고시야렌즈를 사용해도, 본 발명의 본래의 목적인 공간필터를 사용한 이물질 등의 결함검사장치를 실현할 수가 있다.

[사전에 θ를 측정하는 방법]

이상의 검사장치에서는 검사장치를 웨이퍼 또는 기판의 각도의 일치시킬 필요가 있다. 구체적으로는 기판상에 형성된 패턴의 반복방향과 수직 또는 평행하게 검출기 및 조명의 광축을 설정할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위해서 기판의 반송시의 각도를 감도검출기구에 의해 고정밀도로 검출하고, 그 결과에 따라 검출광학계 전체를 기판면의 법선을 축으로 해서 회전시키고 패턴의 방향과 검출기의 방향을 일치시킨다.

구체적인 구성을 도 34에 도시한다. 도 34(a)는 푸리에변화면에 구성되는 공간필터유닛(2106)과 회전방향검출기(2123), (2124)의 배치를 도시한 것이고 검출광학계(2103)을 기판측에서 본 도면으로서, 직선형상 공간필터(2141), 퓨필크기를 제한하기 위한 조리개(2142)도 동시에 도시되어 있다. 검출광학계(2103)은 개구수가 약간 크게 만들어져 있어 파라미터가 압축된 기판(1001)로부터의 회절패턴이 조리개(2142)의 바깥쪽으로 돌출해서 검출기(2123), (2124)에 의해 검출된다. 그래서, 검출기(2123), (2124)에 의해 회절패턴중 0차 회절광을 검출하고, 그 피크위치의 변동을 검출하면 기판(1001)에 대한 검출광학계 헤드(2101)의 회전방향이 계측된다. 구체적으로는 2개의 검출기(2123), (2124)의 간격을 Lp, 검출기(2123), (2124) 중심에서 검출된 회절광의 피크위치간에서의 거리를 hp1, hp2로 한다. 회전 위치가 어긋나 있을 때의 회절광은 푸리에 변환면에서 도 34(b)와 같은 형상을 나타내므로, 회전각도 θp는 대략 다음의 식 10으로 표시된다. 도 34(b)는 푸리에변환면을 포함한 구변을 푸리에변환면의 방향에서 본 도면으로서, 원(2003)은 상기 구면과 기판면의 광선을 나타내고, 원(2004)는 상기 구면과 퓨필면(2142)의 광선을 나타내고, 점(2005)는 조명광의 0차 회절광 즉 반사광과 상기 구면의 교점을 나타낸다.

sinθp=hp1/LP …식 10

여기에서, 엄밀하게는 회절광 피치 Ldp가 마지수이므로, 이미 알고 있는 미소회전각도 θk만큼 회전한 위치에서 회절광의 피크위치간에서의 거리를 다시 계측하고, hp11, hp21로써 연립방정식을 세우면 Lpd 및 θp를 산출할 수가 있다. 또, 다른 방법으로서 hp1, hp2가 모두 0으로 되도록 θ를 회전시키면서 일치시키는 방법도 있다.

여기에서, 검출광학계(2103)의 방향을 검출하기 쉬운 방향으로 회전시킬 때에는 기판(1001)상에 형성된 패턴을 공간필터에 의해서 소거하는 것이 목적이므로, 반드시 광학계(2101) 전체를 회전시킬 필요는 없고 공긴필터(2106)을 회전시켜도 좋다. 또, 광학계(2101)의 회전에 있어서는 몇 개의 유닛을 동시에 회전시켜고 또 각 유닛마다 회전시켜도 문제는 없다.

이 구성에 있어서 중요한 것은 웨이퍼 또는 기판(1001)을 지지하는 스테이지를 회전시키지 않고 기판과의 회전일치는 검출광학계(2101)의 가동으로 대응하고 있는 점이다. 여기에서는 본 발명에 의한 이물질검출장치가 기판(웨이퍼)(1001)의 흐름의 방향에 대해서 완전히 수직이 아니라도 검출가능한 구성으로 되어 있으므로 실현할 수 있는 것이다. 또, 기판(1001)의 회전에 대해서는 광학계(2101)의 회전으로 대응하고, 기판(1001)에 대한 광학계(2101)의 주사에는 기판(1001)의 반송계(도시하지 않음)를 사용하는 것에 의해 2개의 자유도를 2개의 기구에 독립해서 갖게 하는 것에 의해서 각각의 기구를 단순하게 하고 있는 점이 중요하다.

또, 각도검출기구(2108)은 도 34에 도시한 바와 같은 방법을 취하지 않고, 검출기(2107)에 의해 취한 화상에서 기판(1001)상에 형성된 패턴의 방향을 산출해도 좋다. 이 경우, 실시간의 계측이 어렵지만, 검출기(2123), (2124)등의 기구가 불필요하게 된다는 효과도 있다.

[광학계의 회전제어]

회전어긋남 검출결과를 기본으로 광학계(2101) 또는 (2108)을 회전시키는 것이 아니고, 전기처리에 의해서 회전어긋남을 보정할 수도 있다. 도 27에 도시한 바와 같이 버퍼메모리(2217)에 절단된 구형 오퍼레이터를 검출된 웨이퍼의 회전어긋남에 맞춰서 θ방향으로 시프트시키는 것에 의해서, 마치 기판(웨이퍼)(1001)의 회전어긋남을 기계적으로 보정한 것과 같은 효과를 나타낸다. 이 방법은 광학계(2101) 또는 (2180)을 움직일 필요가 없으므로, 보정에 걸리는 시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖는다. 또, 이 회로를 사용하는 것에 의해서 회전어긋남 θ를 계측하지 않고 오퍼레이터(2219), (2231)을 θ방향으로 상시 이동시키고, 가장 검출이물질이 작아지는 조건에서(이 조건이 기판(1001)과 검출헤드(2101)의 회전어긋남이 없는 상태에 해당) 검사를 속행하는 방법도 있다. 이 방법은 고속의 신호처리계를 갖는 것은 물론이다. 또는, 고속의 신호처리계를 사용하지 않더라도 사전에 상기에서 설명한 방법으로 상기 조건을 설정하고, 그 후 검사하는 것에 의해서 마치 기판(웨이퍼)(1001)의 회전어긋남을 기계적으로 보정한 것과 같이 검사를 실시할 수가 있다.

물론, 여기에서 개시한 방법은 반드시 필요한 것은 아니며, 예를들면 축소투영 노출장치에 반입되도록 기판(웨이퍼)(1001)의 회전어긋남을 반송방향에 대해서 어느 일정한 허용범위로 기계적으로 일치시킨 후 반송되는 경우에는 상기와 같이 검출제어계는 필요없다.

[로그스케일 임계값]

도 35에 공간필터 등 광학적인 처리방법을 전처리로서 사용한 경우의 비교검사와 이와 같은 처리를 사용하지 않고 전기신호만으로 비교검사를 실시했을 때의 검출신호의 형태를 도 35에 모식적으로 도시한다. 공간필터(2106)에 의한 방법은 패턴부내의 결함의 정보를 없애지 않고 정보만을 제거할 수 있지만, 칩비교에 의한 방법은 이물질 및 결함정보와 패턴의 정보를 겹친 형태로 검출하여 전기신호로 하고 있으므로, 광전변환시의 다이나믹 면적의 범위에서밖에 이물질 결함신호를 건출할 수 없다. 즉, 패턴신호가 매우 크고 이물질 결함신호가 매우 작은 경우에는 패턴신호에 이물질 결함신호가 파묻혀 이물질 결함신호를 패턴신호와 구별해서 검출하는 것은 어렵다.

도 35에는 횡축에 검출위치를 나타내고 종축에 검출신호강도를 나타낸다. 좌측에 이물질 또는 이물질 결함정보(2004)를 포함한 신호(2018), 우측에 비교대상이 되는 이물질 결함정보를 포함하지 않은 신호(2019)를 나타낸다. 여기에서, 하나의 신호로서 검출하는 화소사이즈를 (2013)으로 검출한 경우, 빗금친 (2016), (2017)의 면적에 상당하는 검출광이 검출된다. 이 경우, 이물질 결함정보(2004)가 총면적에 대해서 작으므로, 이 2개의 검출신호(2016), (2017)의 비교는 안정하게 할 수 없다. 구체적으로는 잡음에 파묻혀 버린다. 이 경우, 조명의 광강도등을 크게 해도, 이물질 결함정보(2004)는 비교에 의해 검출할 수 있게 된다. 화소사이즈를 작게 하는 것은 이와 같은 효과를 나타내는 것이다. 이것과는 반대로 검출신호(2018), (2019)를 안정하게(전기신호 등에 의해 변환하지 않고 본질적인 비교에 의해) 오프셋을 소거할 수 있으면, 구체적으로는 검출신호를 예를들면(2010)의 위치이상에서 끊어서 검출할 수 있으면, 검출신호는 (2005), (2006)으로 되어 비교검사가능한 레벨로 된다. 이 경우, 화소사이즈는 앞의 (2013)인 상태 그대로이므로, 큰 화소에 의한 고속검출이 가능하게 된다. 조명의 광강도 등을 크게 하면, 작은 다이나믹 면적의 검출기라도 이물질 등의 결함정보(2004)를 검출할 수가 있다. 본 발명의 공간필터(2106)을 사용한 방법은 상기의 화소(2013)을 사용한 상태로 미소한 이물질 결함정보(2004)를 검출하는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 광학계의 연구 등에 의해 비교해야 할 인접칩 간의 부분내의 패턴신호를 매우 안정하게 할 수 있었다고 해도, 광강도를 1 : 100 또는 1 : 100정도의 다이나믹 면적에서 검출하는 것이 한계이다. 따라서, 더욱 이 이상의 다이나믹 면적을 필요로 하도록 이물질 결함신호가 작았거나 패턴신호가 컸던 경우, 인접칩 간의 신호강도를 비교하는 것에 의해서 어느 쪽의 신호에 이물질 결함신호가 포함되어 있는지 포함되어 있지 않은지를 판단할 수는 없다. 패턴의 신호에 대한 이물질결함의 신호의 비율이 충분히 큰 경우에만 비교에 의해서 이물질의 유뮤를 검사할 수가 있다. 이 비율이 작을때에는 이물질을 놓쳐버리거나 또는 이물질을 검사하려고 임계값을 작게하면 허보가 많아진다.

그래서, 이들 패턴항에 존재하는 이물질을 허보없이 검사하는 것은 곤란하고, 허보를 없애거나 이물질 검출감도를 작게해서 큰 이물질만을 검출가능하게 할 수 밖에 없다. 본 발명에서 이와 같이 패턴이 형성되어 있는 영역을 검사대상에서 제외하는 실시예를 이용하고 있는 것은 이상 설명한 허보를 없애는 것을 목적으로하고 있다.

또, 이물질 검사허보를 작게 해서 큰 이물질만을 검출할 수 있게 하기 위해서는 다음에 설명하는 로그스케일의 비교검사가 필요하게 된다. 확실하게, 인접하는 칩에는 동일한 형상을 갖고 동일한 사출방향으로 동일한 광량을 사출하는 패턴이 형성되어 있어도 이들 2개의 패턴으로 붙의 검출광은 완전히 동일한 것은 아니다. 따라서, 이 2개의 패턴으로부터의 광의 검출광강도는 불안정하게 될 가능성이 크므로 비교는 곤란하다. 그래서, 비교시에 오퍼레이터(2219) 및 (2231)로 전달된 a와 오퍼레이터(2218)로 절단된 p를 여러개의 이물질 비교회로)2220)에 의해서 비교할 때, 식 11을 만족하는 경우 2개의 신호는 달라 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.

(a-p)δ …식 11

그러나, 이 방법에서는 신호의 절대레벨이 클 때 그 절대량에 대한 비율로 변동하는 불안정함이 있는 경우, 이물질이 없음에도 불구하고 이물질이 있다고 판단하는 소위 허보일 가능성이 커진다. 그래서, 2개의 신호의 비율이 식 12를 만족할 때 이물질이라 판단한다.

(a/p)δ …식 12

그러나, 실제로는 2개의 신호의 제산은 연산회로의 규모가 커지므로, 실제로는 임계값을 대수로 설정하고 식 13이 성립할 때 이물질이 존재한다고 판단한다.

log(a/p)=loga-logpδ …식 13

이와 같이, 식 13을 사용하는 것에 의해서 양자와의 임계값을 대수측을 사용해서 설정해 두면, 본래 제산할 필요가 있는 연산을 비교회로 (2220)에 있어서 감산으로 처리할 수 있다. 이상 설명한 논리를 실현하는 것이 도 27에 도시한 회로구성이다.

이상 설명한 바와 같은 대수의 처리는 도 27에 도시한 8진화 처리계(2215)가 임계값을 대수로 설정하면 좋다.

또, 도 27에 있어서는 상기에서 설명한 8진화 처리계(2215)에서의 대수의 8진화 처리를 사용한 비교회로(2220)에서의 감산처리를 도시했지만, 반드시 이 방법이 아니라 상기 제산처리의 방법을 사용해도 또 8진화 이회의 다진화를 사용해도 지장은 없다. 이 경우, 3진화를 사용하면 모든 패턴상의 이물질을 검출하지 않고 포기해 버리게 되고, 더욱 큰 다진화를 사용하면 광학계가 안정하다면 패턴상의 이보다 작은 이물질의 검출이 가능하게 된다.

여기에서, 임계값 설정회로(2221)에서는 상기 δ가 설정되고, 여러개의 이물질 비교회로(2220)에서는 상기의 식 11 또는 식 12 또는 식 13에 따르는 비교가 실행되어 오퍼레이터(화소)(2218)과 오퍼레이터(화소)(2219) 및 (2231)의 차가 상기 임계값 δ이상인 것에 대해서, OR회로(2224)에서 OR을 취하고 모든 이물질 비교회로(2220)에서 0이 출력되어 칩(쇼트)간의 반복패턴이 소거되고, 어느 하나의 이물질 비교회로(2220)에서 임계값 δ이상의 것이 1로서 이물질이 출력되어 이물질 데이터메모리(2206)에 기억된다. 또, 여러개의 이물질 비교회로(2220)에서는 상기 식 11 또는 식 12 또는 식13에 따른 비교가 실행되어 오퍼레이터(화소)(2218)과 오퍼레이터(화소)(2219) 및 (2231)의 차가 전부 상기 임계값 δ이하일 때, 모든 이물질 비교회로(2220)에서 0이 출력되고, AND회로(2226)에 있어서 AND가 취해지고 칩(쇼트)간의 반복패턴으로서 검출되어 패턴메모리(2228)에 기억된다.

또, 이상의 대수임계값에 의한 양자화의 형태를 도 43에 도시한다. 횡축은 검출위치, 종축은 검출신호를 나타낸다. 대수의 임계값(2050), (2051), (2052), (2053), (2054)가 설정되고, 피치p만큼 떨어진 부분에 있는 신호가 비교처리된다. 여기에서, 다진으로 하여 비교시에 동일하다고 판단되는 허용범위를 예를들면 1단계씩 넓히는 것에 의해서, 동일한 값으로 양자화되어 있는 패턴신호(2055), (2058)뿐만 아니라 1개 다른 값으로 양자화되어 있는 패턴신호(2056), (2059) 및 (2057), (2060)이 패턴이라고 판정되어 허보로 되지 않는다. 즉, 양자화할 때의 대수임계값의 비를 크게 취하는 것에 의해서, 허용범위가 커져 허보를 작게 할 수 있는 반면, 패턴상에서는 더욱 큰 이물질만을 검출할 수 있게 된다. 또, 이물질 신호(2061), (2062)를 모두 검출할 수 있다. 또, 오퍼레이터(2231)을 평면방향으로 넓히고 있는 것에 의해서, 평면방향의 양자화의 오차를 허용할 수가 있다.

이상과 같이, 공간필터(2106)에 의한 패턴소거와 칩비교에 의한 패턴소거에는 본질적인 차이가 있다. 즉, 공간필터에 의한 방법은 패턴부내의 결함을 강조해서 검출할 수 있지만, 칩비교에 의한 방법은 패턴부내의 이물질 결함정보를 그 형태 그대로 광전변환하여 검출한 후에 비교하므로, 큰 다이나믹 면적을 필요로 하는 점이다. 공간필터에 의한 방법은 마치 간섭을 사용한 셀비교에 의해서 결함만을 강조한 것과 같은 형상으로 되어 있다.

기판상의 모든 피치의 패턴을 소거하기 위해서는 도 37에 도시한 바와 같이 공간필터에 의해 소거할 수 있는 패턴피치의 최대가 오퍼레이터에 의해 소거할 수 있는 패턴피치의 최소보다 크면 좋다. 또, 공간필터에 의해 소거할수 있는 패턴피치(L1)가 클수록 오퍼레이터의 화소에 의한 소거가 적어지므로 기판상의 검출영역율을 높아지지만, 공간필터의 피치(pf1)은 작아져 공간필터의 제작은 어려워진다. 여기에서, 도 36에 피치가변의 PRES필투의 1에를 도시한다. 최소피치 pf1에서 최대피치 2·pf1까지 연속적으로 피치를 변회시킬 수 있도록 형성되어 있다.

[평면방향의 양자화오차와 깊이방향의 양자화오차]

여기에서 사용한 칩간의 반복을 사용한 방법은 기본적으로는 비교검사이지만, 단파장, 점광원의 레이저광원을 사용한 산란광 검출에 의해 이와 같은 비교검사를 안정하게 실현하기 위해서 다음의 구성을 사용하고 있다. 칩간이 반복을 사용한 패턴제거방법을 실현하는 오퍼레이터는 평면방향으로 x방향, y방향 모두 여러개의 회소로 형성되어 있다. 또, 신호가 동일레벨이라고 판단될 것인지 한쪽에 결함 또는 이물질이 존재하기 때문에 신호레벨이 다르다고 판단될 것인지의 비교에는 식 11, 식 12, 식 13을 사용하고 있다. 이들 비교시의 비교수치의 평면방향 및 광강도방향으로의 샘플링의 확대처리에 의해서 안정하게 이물질과 패턴을 구별할 수가 있다.

[컨벌루션에 의한 화상복원]

도 38에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 장치에서는 동일한 피치로 배열된 공간필터(2141)에 의해서 광선이 회절하여 결상면에 회절패턴을 형성한다. 구체적으로는 점상의 회절상이 결상면에 형성된다. 이 상은 0차 회절광의 주위에 ±1차 회절광이 나타나고 있다. 이와 같은 회절광이 나타나면, 예를들면 본래의 피크 주위에 ±1차 피크가 나타난 신호(2026)과 동일한 형상으로 되고 이물질이 3개로 증가되어 검출될 뿐만 아니라, 패턴의 경우는 패턴으로서 소거 또는 검출감도가 떨어지는 곳이 커진다. 이것을 히피하기 위해서는 직선형상 공간필터의 폭을 좁게 하면 좋다. 구체적으로는 공간필터(2141)이 피치에 대해서 직선형상 공간필터의 폭이 1/2인 경우 상기 1차 회절광은 0차 회절광의 1/2배인데 비해서, 공간필터의 피치에 대해서 직선형상 공간필터의 폭이 1/8인 경우 상기 1차 회절광은 0차 회절광의 1/30배로 저감한다. 이들 결과는 공간필터(2106)의 형상 L(u, v)를 푸리에변환하는 것에 의해서 산출되는 것이다. 따라서, 필요에 따라서 공간필터의 피치에 대한 직선형상 공간필터(2141)의 폭을 선택할 필요가 있다. 또, 특히 비율을 작게 할 필요가 있는 경우, 회절패턴이 공간필터에 의해서 충분히 차광되도록 조명계(2102)에 의한 기판(1001)상에 조사된 광원의 푸리에변환의 위치에서의 집광의 방법도 변경할 필요가 있다. 구체적으로는 조명이 기판(1001)에 대한 입사광중 y방향 성분이 개구수를 크게 하는 것에 의해서 달성된다. 이때의 조명의 푸리에 변환면상에서의 결상의 크기는 코히어런트광의 결상논리에 의해 산출된다.

또, 위너필터로서 알려져 있는 화상처리의 방법에 의해서도 상기 회절의 영향은 회피할 수가 있다. 구체적으로는 도 38에 도시한 바와 같이 공간필터의 형상을 L(u, v)로 하면, 미리 1/L(u, v)의 값을 구해서 그 푸리에변환을 산출해 두고, 이 결과를 컨벌루션수단(2251)에 의해서 검출한 화상으로 컨벌루션할 수 있으면 좋다. 이와 같은 컨벌루션수단(2251)에 의해 검출한 화상으로 컨벌루션할 수 있으면, 공간필터(2141)에 의한 회절광을 제거할 수가 있다. 여기에서, 1/L(u, v)의 값은 무한대로 발산하는 부분이 있으므로, 이 값을 필요충분한 큰 값으로 근사시킬 필요가 있다. 또, 푸리에변환의 결과 얻어지는 복소수의 값은 대략 위상이 반전하는 수치를 정부로 하고, 크기가 복소수의 절대값으로 되도록 근사된다. 또, 컨벌루션되는 화상을 절단할 때에도 충분히 효과가 있는 최소의 크기로 되도록 설정되어야 한다.

[미세패턴에 맞게 웨이퍼를 회전시킨다]

이상의 공간필터 및 반복칩에 의한 패턴제거에서는 공간필터에 의해 제거되는 패턴의 피치가 작은쪽이 좋고, 반복칩에 의한 방법에 의해 제거되는 패턴의 피치가 큰 쪽이 좋다. 특히, 패턴으로써 제거되는 면적을 적게 하기 위해서는 반복칩에 의한 방법으로 제거되는 패턴의 피치는 큰 쪽이 바람직하다. 그래서, 검사에 있어서 패턴으로써 제거되는 면적이 적어지도록, 기판상에 형성된 패턴의 형상에 따라서 기판반송시의 기판의 회전방향을 결정하는 것이 좋다. 구체적으로는 도 39에 도시한 바와 같이 공간필터에 의해 제거할 수 없는 패턴피치 L11, L12가 있던 경우보다 큰 패턴피치 L11의 방향이 센서방향으로 되도록, 방향(2028)로 주사하는 것이 좋다. 이와 같은 방향으로 되도록 미리 기판(1001)을 90도 회전시켜 검사하는 구성으로 한다.

[고정밀도의 이물질 검사장치]

이상의 공간필터를 사용해서 검사장치는 이상 설명한 바와 같이 고속이고 소형만을 실현하는 것만이 목적은 아니다. 이상과 완전히 동일한 구성으로 도 33에 도시한 바와 같이 물체측의 푸리에변환렌즈를 교환하는 것에 의해서 분해능을 향상시키면, 구체적으로는 분해능을 1미크론정도로 하면 최소 0.1~0.3미크론 정도의 이물질 또는 결함을 고속으로 검사할 수가 있다. 또, 분해능을 3미크론 정도로 하면, 최소 0.3~0.8미크론정도의 이물질 또는 결함을 고속으로 검사할 수가 있다. 이와 같은 구성을 패턴의 반복성을 이용해서 잡음으로 되는 패턴의 신호를 능숙하게 소거할 수 있으므로, 설계데이타 비교 또는 셀비교, 칩비교의 패턴검사장치에 비해서 큰 화소사이즈를 사용해도 작은 이물질 또는 결함을 검사할 수 있으므로, 결과적으로는 고속검사를 실현할 수가 있다. 이와 같은 검사라도 기본적으로 반복패턴만의 검사이므로, 반복성을 갖지 않는 패턴부는 검사대상의뢰 한다. 이 검사대상외의 부분은 다른 검사장치에 의해 검사하거나 눈으로 검사하는 등의 연구가 필요하게 된다.

[검출헤드의 이용]

이상 설명한 이물질 결함검출장치는 기판(1001)의 1방향의 반송중에 검사하는 것이 가장 효과적이므로, 기판(1001)의 전역을 검사하기 위해서는 여러개의 검사장치(검출헤드)를 병렬로 배치해서 검사하는 것이 바람직하다. 그러나, 도 40에 도시한 바와 같이 1유닛의 검출헤드(2101)을 사용해서 기판의 일부(2035)만을 검사해도 효과가 충분히 발휘되는 경우가 많다. 일부의 이물질 결함검사로 충분히 이물질 결함발생이라는 상기와 같은 사태를 검출할 수 있기 때문이다. 물론, 이것은 1유닛일 필요는 없으며, 필요에 따라서 여러개의 유닛을 배치할 수가 있다.

또, 1유닛 또는 그 이상의 검출헤드를 사용해서 스테이지의 xy주사에 의해 기판전역을 검사하는 구성을 이용해도 좋다.

[패턴현상에 맞춘 다이나믹검사]

도 41에 반복패턴의 피치가 기판내에서 변화하는 경우의 검사장치에 대해서 도시한다. 이 실시예는 반복패턴 피치검출부(2174)와 검출헤드(2101)로 구성된다.

기판이 반송되면 우선 반복패턴 피치검출부(2174)에 의해 검출된 신호에 따라서 파라미터 산출수단(2212)에 의해 상기에서 설명한 주파수 분석방법 등을 이용해서 반복패턴의 피치가 산출된다. 여기에서, 산출된 피치는 검출헤드(2101)로 보내지고, 공간필터의 피치, 오퍼레이터의 피치가 변경된다. 검출헤드(2101)에서는 피치검출부(2174)의 피치가 산출된 부분이 검출헤드(2101)의 검사위치로 반송된 시점에서 검사된다. 검사는 상시 피치가 산출되면서 진행된다. 여기에서, 패턴의 피치가 불연속적으로 변화하지 않는 경우에는 이 방법으로 검사할 수 있다. 피치가 불연속적으로 변화한 경우에는 특히 피치의 설정이 필요없게 될 가능성이 있다. 이와 같은 경우에는 피치의 설정이 종료할 때까지 반송계전송을 정지해 둘 필요가 있다.

[사인커브 회절격차에 의한 회절간섭법]

이하, 회절광과 간섭광을 조합한 패턴검사방법에 대해서 도 42를 사용해서 설명한다.

이 장치는 기본적으로는 이상 설명한 공간필터를 사용한 검사장치와 마찬가지로 조명계92102), 검사광학계(2103), 공간필터유닛(2106) 및 검출기(2107)로 구성되고, 또 공간필터의 위치에 투명한 기판으로 작성된 사인커브의 위상분포를 갖는 회절격자(2175) 및 구동기구(2176)을 추가한 것이다. 여기에서, 상기에서 설명한 방법은 칩의 반복을 이용한 패턴제거처리를 도 27에 도시한 전기처리계로 실현하고 있다. 이상 설명한 바와 같이 이 방법에서는 패턴내에 있는 이물질은 특별히 큰 것이 아니면 검사할 수 없다는 문제를 갖고 있었다. 또, 도 35에 도시한 바와 같이 이상 설명한 바와 같이 이와 같은 큰 배경 잡음중에 있는 정보는 균일하고 확실하게 오프셋을 없앨 수 있는 광처리 등의 방법에 의해서만 검출할 수가 있다. 그래서, 이상의 칩의 반복을 사용한 패턴제거처리를 광학적인 방법 구체적으로는 간섭법으로 실현하고자 하는 것이다.

여기에서, 도 42에 도시한 조명은 기판에 대해서 투명광으로 나타내고 있지만, 투과광이라도 반사광이라도 지장은 없다. 여기에서, 조명은 적어도 1축 방향은 코히어런트하게 조명된다. 여기에서, 반복패턴(2037), (2038)이 있었던 경우, 각각에서 사출된 광의 주공성(0차 회절광)은 각각의 광축을 진행하여 검출기(2107)상에 각각의 상을 결상한다. 그러나, 푸리에변환면에 회절격자(2175)가 설치되어 있으므로, 광은 회절하여 ±1차 방향으로 회절광을 사출한다. 여기에서, 중요한 것은 회절격자(2175)로서 사인커브(코사인커브도 동일)을 사용하고 있으므로, 0차 회절광은 없어져(광강도가 0)±1차 광만으로 되어 사출되는 점이다. 여기에서, 구동기구에 의해서 회절격자(2175)를 광축방향으로 조정하는 것에 의해서, 패턴(2037)으로부터의 ±1차 광과 패턴(2038)로부터의 -1차 광을 검출기상에서 겹칠 수가 있다. 또, 조명축 또는 광축의 적당한 위치에서 위상을 π만큼 어긋나게 한 위상판(2178)을 탑재하면, 검출기(2107)상에서 2개의 광속을 간섭시킬 수가 있다. 결과적으로, 도중의 광속의 위상으로도 보정가능하게 위상판(2178)의 위상변화를 미세조정할 수 있도록 하면, 간섭에 의해 칩의 반복을 이용한 패턴제거처리를 실현할 수가 있다. 또, 회절격자(2175)와 구동기구(2176)을 SAW등의 초음파로 인한 표면파에 따른 굴절율 가변기구를 사용해서 회절격자의 격자간 거리를 초음파의 파장을 변경해서 적당하게 가변하면, 회절격자(2175)에서 사출되는 각각의 -1차 광과 -1차 광을 동일한 방향으로 사출시켜 검출기상에서 겹칠 수가 있다. 이 방법에서는 회절격자(2175)상에 사인곡선을 자동적으로 작성할 수 있다는 효과가 있다. 또, 회절격자(2175)를 광축방향으로 가동시킬 필요는 없다. 물론, 이들을 겸용해도 좋다.

또, 이상은 회절격자로서 사인곡선의 것을 사용했지만 반드시 이것에 한정되는 것은 아니며, 충분히 큰 간격이 떨어진 패턴(2037). (2038)을 비교하는 경우에는 사인커브가 아니기 때문에 발생하는 0차 회절광의 영향을 억제할 수 있으므로 사인커브할 필요는 없다.

또, 도 42(b)에는 패턴을 조명할 때에 각각 패턴의 피치만큼 떨어진 장소만을 스포트로 조명하는 구성을 도시하였다. 이 구성에서 광원(2179)는 주사장치를 갖고 있고, 하프미러(2180), 미러(2181)을 거쳐서 패턴의 피치만큼 떨어진 장소만을 스포트로 조명한다. 이와 같은 구성에 의해, 정확한 위상어긋남 π를 작성해서 검출성능을 향상시킬 수 있다.

[기 타]

이상의 검사장치는 이상 설명한 바와 같이, 반송중인 기판상의 이물질 또는 결함을 검사하는 것이므로, 반송중에 기판이 검출광학계의 초점심도내에 들어가 있을 필요가 있다. 그래서, 정밀도가 그다지 높지 않은 반송계중에서도 검사가능하게 하기 위해서 초점심도는 깊은 것이 좋다. 그래서, 검출분해능보다 초점심도를 우선시키기 위해서, 검출광학계중에 조리개를 설치하고 초점심도를 크게 해도 좋다.

이상 설명한 검사장치에서는 직선형상필터를 사용하고 있지만 이 필터는 반드시 이와 같은 필터일 필요는 없고, 액정표시소자를 사용한 필터라도 또 염화은을 사용한 가역적인 광차단 필터라도 또 복소공액형의 비선형 소자를 사용해도 좋다. 또, 이상의 실시에는 조명광이 정보로 부터의 광 즉 반사광인 경우를 설명했지만, 본 발명의 효과를 얻는 경우에는 이것이 한정되지 않고 투과광의 조명을 갖는 구성이라도 아무런 지장이 없다.

또, 본 발명의 검사장치에 의해 검출한 이물질 결함정보는 이물질 결함의 수를 카운트하는 것에 의해서 이상을 검출하는 것 뿐만아니라, 이물질 결함의 발생분포를 파악하는 것에 의해 이물질결함의 발생원인을 유추하는 실마리로 될 수 있다. 또, 고정밀도의 검사장치에 발생 원인을 유추하는 실마리로 될 수 있다. 또, 고정밀도의 검사장치에 의한 결과에서 본 발명의 모니터의 배치, 배치수, 감도 등이 설정되면 좋다.

본 발명의 조명계는 조명계(2102)로서 검출계와 독립해서 구성되어 있지만, 이 조명계는 검출계의 일부를 사용하는 것에 의해 생략할 수 있다. 구체적으로는 검출광학계의 푸리에변환면에 반도체 레이저 및 적절한 초점거리의 원통형 렌즈를 탑재하는 것에 의해서 실현할 수 있다. 이와 같이 하는 것에 의해, 검출헤드를 더욱 소형이고 경량으로 할 수 있고 또 저렴하게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반복정보를 고속으로 소거할 수 있으므로, 비반복정보로서 존재하는 이물 등의 결함을 반복패턴중에서 고속으로 검출할 수 있고, 그 결과 소형의 이물질 모니터를 라인에 도입하는 것에의해 라인을 통과하는 웨이퍼전체를 검사할 수 있어 이물질의 증가를 실시간으로 검출할 수가 있다. 이것에 의해, 이물질 발생에 의한 대량의 불량품의 생산을 미연에 방지할 수 있어 제조효율을 향상시킬 수가 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 반도체 제조공정의 양산라인에 있어서 간편한 소형 모니터링장치만으로 이물질을 모니터링하는 것에 의해 생산라인을 경량화해서 제조코스트의 저감을 가능하게 함과 동시에, 상기 모니터링장치는 이물질 검사를 실시간으로 실시할 수 있으므로 불량의 발생을 최소한으로 할 수 있어 제품의 제조효율향상에 크게 기여할 수가 있다. 또, 본 발명에 의하면 반도체 제조공정의 양산개시시 및 양산라인에서의 이물질 검사시스템을 분리하는 것에 의해서 또 고정밀도의 이물질검사장치를 사용하는 것에 의해서 양산개시시에 필요한 이물질의 검출, 분석 및 평가의 기능을 최대한으로 할 수 있으므로, 양산라인으로의 피드백을 원활하게 진행시킬 수 있어 양산개시시간을 단축할 수 있고 양산라인에서는 필요최소한의 소형 이물질 모니터를 사용해서 전체 검사에 가까운 고빈도 샘플링을 실현할 수 있어 제품의 고품질, 고제조효율생산을 실현할 수가 있다.

Claims (36)

1. 피치가 다른 반복패턴을 갖는 기판에 대해서 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하는 조명계, 이 조명계에 의해 조사된 기판으로부터의 반사광상을 결상하는 결상광학계, 이 결상광학계의 도중에 기판상의 피치가 작은 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 설치된 공간필터, 이 공간필터를 통해서 얻을 수 있고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출하는 검출기, 이 검출기에 의해 검출된 신호 중 상기 공간필터를 통해서 얻어지는 기판상의 피치가 큰 반복패턴에 따라서 발생하는 신호끼리를 비교해서 소거하는 소거수단 및 이 소거수단에서 얻어지는 신호에 따라서 기판상의 결함을 검출하는 결함검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 결상광학계로서 굴절율 변화형의 렌즈어레이로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 결상광학계는 여러개의 푸리에변환 렌즈군으로 구성되고, 적어도 상측이 텔레센트릭 광학계로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 소거수단은 상기 검출기상의 1개의 화소의 신호가 결함인지 아닌지의 판단시에 상기 검출기상의 1개의 화소의 신호레벨과 상기 검출기에 의해 취해진 인접하는 반복패턴의 대응하는 곳의 화소의 신호레벨과 상기 대응하는 곳에 근접한 여러개의 화소의 신호레벨을 비교하고, 상기 대응하는 곳 또는 근접하는 곳의 신호레벨중 상기 1개의 화소의 신호레벨과 동일한 값의 화소가 존재한 경우에는 상기 검출기상의 1개의 화소로 검출된 신호는 반복패턴으로부터의 신호라고 판단하는 처리수단을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 공간필터의 직선형상의 패턴의 피치를 상기 공간필터에 의해 차광되는 반복패턴의 반복피치가 상기 대응하는 화소 또는 근접하는 화소를 일치시킨 영역의 폭의 수배보다 크게 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 검출기에 의해 검출된 신호를 푸리에변환하는 푸리에변환수단, 이 푸리에변환수단에 의한 연산결과에서 시료상에 형성된 반복패턴에 의한 푸리에변환상의 피치를 산출하는 피치산출수단 및 이 피치산출수단에 의해 산출된 결과에 따라서 상기 공간필터의 피치를 변경하는 피치가변수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 검출기에서 얻어지는 신호가 극소를 취하는 공간필터의 피치를 산출하는 피치산출수단 및 상기 피치산출수단에서 산출된 피치로 되도록 공간필터의 피치를 변경하는 피치가변수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
8. 반복패턴을 갖는 기판을 반송하는 반송수단, 상기 반송수단으로 반송되는 기판에 대해서 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하는 조명계, 이 조명계에 의해 조사된 기판으로부터의 반사광상을 결상하는 결상광학계, 이 결상광학계의 도중에 기판상의 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 결상위치에 설치되고 상호의 간격을 변경할 수 있는 여러개의 직선형상의 차광물로 구성되는 공간필터, 이 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출하는 검출기 및 이 검출기에 의해 검출된 신호에 따라서 기판상의 결함을 검출하는 결함검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 결상광학계는 여러개의 푸리에변환 렌즈군으로구성되고, 적어도 상측이 텔레센트릭 광하겨기로 구성된 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 여러개의 푸리에변환 렌즈군은 개구수가 다른 렌즈군으로 구성되고, 한쪽의 푸리에변환 렌즈군을 개구수가 다른 렌즈군과 교환가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 기판이 반복패턴의 방향을 측정하는 측정수단 및 이 측정수단에 의해 측정된 기판의 반복패턴의 방향을 따라서 상기 공간필터의 직선형상 차광물의 방향을 제어하는 제어수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 검출기를 직선형상의 검출기로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
13. 기판을 탑재하는 탑재수단, 이 탑재수단상에 탑재한 기판을 조명하는 조명수단, 이 조명수단에 의해 조명되어 상이 기판에서 발생하는 반사광의 반사광상을 결상하는 텔레센트릭 광학계수단, 공간필터수단 및 상기 텔레센트릭 광학계수단에서 나와서 상기 공간필터수단을 투과한 반사광상을 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
14. 반복패턴을 갖는 기판을 탑재하는 탑재수단, 직선형상의 반복패턴을 구비한 공간필터수단, 이 공간필터수단과 평행한 입사면을 갖고 상기 탑재수단상에 탑재한 기판을 조명하는 조명수단, 상기 입사면과 상기 공간필터수단의 직선형상패턴의 긴쪽방향과 상기 기판의 반복패턴의 반복방향을 일치시키는 일치수단, 상기 조명수단에 의해 조명되어 상기 기판에서 발생하는 반사광의 광상을 결상하는 결상광학계수단 및 이 결상광학계 수단에서 결상된 상기 반사광상을 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
15. 기판을 탑재하는 탑재수단, 이 탑재수단상에 탑재한 기판을 조명하는 조명수단, 이 조명수단에 의해 조명되어 상기 기판에서 발생하는 반사광중 0차 회절광이 퓨필면의 중앙을 통과하고 이 퓨필면에 공간필터를 설치한 검출광학계 수단 및 이 검출광학계 수단을 통과한 상기 기판으로부터의 반사광을 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
16. 피치가 다른 반복패턴을 갖는 기판에 대해서 조명계에 의해 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하고, 이 조사된 기판으로부터의 반사광상을 결상광학계에 의해 결상시킴과 동시에 상기 결상광학계의 도중에 기판상의 피치가 작은 반복패턴으로부터의 회절광을 공간필터에 의해 차광하고, 상기 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출기에 의해 검출하고, 이 검출된 신호중 상기 공간필터를 통해서 얻어지는 기판상의 피치가 큰 반복패턴에 따라서 발생하는 신호끼리를 소거수단에 의해 비교해서 소거하고, 상기 소거수단에서 얻어지는 신호에 따라서 상기 기판상의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출장치.
17. 반복패턴을 갖는 기판을 반송하고, 상기 반송되는 기판에 대해서 평면파의 광을 조명계에 의해 직선형상으로 해서 조사하고, 이 조사된 기판으로부터의 반사광상을 결상광하겨기에 의해 결상함과 동시에 상기 결상광학겨8의 도중에 기판상의 반복패턴으로부터의 회절광을 상호의 간격을 변경할 수 있는 여러개의 직선형상 차광물로 구성되는 공간필터에 의해 차광하고, 상기 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출기에 의해 검출하고, 상기 검출된 신호에 따라서 기판상의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 결함검출방법.
18. 반도체 제조공정의 양산라인에서 제품기판상의이물질을 검사하는 방법에 있어서, 상기 반도체제조공정의 양산라인에서 적어도 하나의 소정의 위치에 마련된 반송수단의 경로를 따라서 기판을 반송하는 스텝, 상기 반송된 제품기판에 형성되는 회로패턴의 반복패턴의 회전방향을 검출하는 스텝, 상기 반송수단의 경로를 따라 반송된 제품기판의 표면상에 직선형상의 광을 조명하는 스텝, 상기 제품기판의 표면의 푸리에변환면에 마련된 직선형상의 반복패턴으로 이루어지는 공간필터 및 검출렌즈를 통해서 직선형상의 광으로 조명되고, 상기 반송수단의 경로를 따라서 반송된 제품기판의 표면상에 존재하는 이물질로부터의 산란광을 검출함과 동시에 제품기판의 표면의 정보를 검출수단에 의해 검출하는 스텝, 상기 검출수단의 방향과 상기 제품기판의 반복패턴의 검출되는 방향을 서로 일치시키고, 상기 검출렌즈를 통해서 푸리에변환면에 결상된 회로패턴이 작은 반복패턴으로부터의 회절광을 차광할 수 있는 상기 공간필터의 방향과 상기 제품기판의 반복패턴의 검출되는 방향을 서로 일치시키는 스텝 및 상기 산란광의 검출에 따라서 상기 반송수단의 경로를 따라 반송된 제품기판상의 이물질의 상태를 판별하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
19. 제18항에 있어서, 조명수단은 제품기판의 표면상에 직선형상의 광을 조명하도록 기능하고, 상기 검출수단은 이물질로부터의 산란광을 검출하고 그것을 나타내는 출력신호를 공급하는 광검출기 어레이를 구비하고, 상기 이물질의 상태를 판별하는 스텝은 상기 광검출기 어레이로부터의 출력신호에 따라서 판별을 실행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 회로패턴의 반복패턴의 회전방향을 검출하는 스텝은 제품기판의 배향면의 회전방향을 검출하는 스텝을 구비하고, 상기 제품기판은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 서로 일치시키는 스텝은 서로 일치시키기 위해 웨이퍼의 회전을 제어하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 조명하는 스텝은 상기 검출렌즈와의 간섭없이 인접하는 조명이 겹치도록 지그재그배치로 직선형상의 광을 조명하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
23. 제19항에 있어서, 상기 검출렌즈는 검출렌즈 어레이하고, 길이 및 상기 직선형상광의 길이는 상기 반송수단의 경로를 따라서 반송되는 동안 웨이퍼상의 이물질을 검출할 수 있도록 웨이퍼의 직경에 대응하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 웨이퍼상의 이물질의 상태를 판별하는 스텝은 모니터상에 표시를 실행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
25. 제19항에 있어서, 상기 웨이퍼상의 이물질의 상태를 검출하는 스텝은 상기 웨이퍼의 측정된 굴절율에 따라서 구경측정을 실행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
26. 제19항에 있어서, 상기 산란광을 검출할 수 있는 검출렌즈는 0.1~0.5mm의 초점심도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
27. 제22항에 있어서, 상기 지그재그패턴으로 조명하는 스텝은 반대측에서 조명을 실행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
28. 제18항에 있어서, 상기 조명하는 스텝은 백색광을 사용하는 스텝과 그것의 수직방향에 대해서 경사진 각도로 기판의 표면을 조명하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
29. 제18항에 있어서, 검출된 회전위치에 대한 이물질의 판별 상태 및 기판의 검출된 회전방향에 따라 양산라인의 제조장치의 특성을 판정하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
30. 제18항에 있어서, 상기 조명하는 스텝은 그의 수직방향에 대해서 경사진 각도로 웨이퍼의 표면을 조명하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
31. 제18항에 있어서, 상기 판별하는 스텝은 검출된 회전방향에 따라서 기판에 대해 판별된 2차원 좌표 및 산란광의 검출에 따라서 이물질의 분포를 결정하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
32. 제19항에 있어서, 상기 조명하는 스텝은 코히어런트광을 사용하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
33. 제19항에 있어서, 상기 공간필터의 필터링패턴을 변경할 수 있는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사방법.
34. 반도체 제조공정의 양산라인에서 제품기판상의 이물질을 검사하는 장치에 있어서, 상기 반도체제조공정의 양산라인에서 적어도 하나의 소정의 위치에 마련되고 그 경로를 따라 상기 제품기판을 반송하는 반송수단, 상기 반송된 제품기판상에 형성되는 회로패턴의 반복패턴의 회전방향을 검출하는 수단, 상기 반송수단의 경로를 따라서 반송된 제품기판의 표면상에 직선형상광을 조명하는 수단, 상기 제품기판 표면의 푸리에면에 마련된 직선형상의 반복패턴으로 이루어지는 공간필터 및 검출렌즈를 통해서 직선형상광으로 조명되고, 상기 반송수단의 경로를 따라서 반송된 제품기판의 표면상에 존재하는 이물질로부터의 산란광을 검출함과 동시에 검출렌즈를 통해서 제품기판 표면의 정보를 검출하는 검출수단, 상기 검출수단의 방향과 상기 제품기판의 반복패턴의 검출되는 방향을 서로 일이시키는 수단 및 상기 산란광의 방향에 따라서 반송수단의 경로는 따라 반송된 기판상의 이물질의 상태를 판정하는 수단을 구비하며, 상기 서로 일치시키는 수단은 상기 공간필터의 방향과 상기 제품기판의 반복패턴의 검출방향을 서로 일치시키는 수단을 갖고, 상기 공간필터는 상기 검출렌즈를 통해 푸리에변환면에 결상된 회로패턴의 반복패턴으로부터의 회절광을 차광할 수 있고, 상기 판정하는 수단은 상기 일치시키는 수단에 따라 또한 상기 검출수단의 출력에 따라서 이물질의 분포를 판별하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 검출수단에 의해 검출된 신호중 상기 공간필터를 통해서 얻어지는 기판상의 피치가 큰 반복패턴에 따라서 발생하는 신호끼리를 비교해서 소거하는 소거수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사장치.
36. 피치가 다른 반복패턴을 갖는 기판에 대해서 평면파의 광을 직선형상으로 해서 조사하는 조명계, 이 조명계에 의해 조사된 기판으로부터의 반사광을 결상하는 결상광학계, 이 결상광학계의 도중에 기판상의 피치가 작은 반복패턴으로부터의 회절광을 차광하도록 설치된 공간필터, 이 공간필터를 통해서 얻어지고 상기 결상광학계에 의해 결상된 광상을 검출하는 검출기, 이 검출기에 의해 검출된 신호를 대수신호로 변환하는 대수신호 변환수단, 이 대수신호 변환수단에 의해 변환된 검출기상의 1개의 화소의 대수신호레벨과 상기 대수신호 변환수단에 의해 변환된 검출기에 의해 취해진 인접하는 반복패턴의 대응하는 곳의 화소의 대수신호레벨과 상기 대응하는 곳에 근접한 여러개의 화소의 대수신호레벨을 비교해서 상기 대응하는 곳 또는 근접하는 곳의 신호레벨중에 1개의 화소의 신호레벨과 동일한 값의 화소가 존재한 경우에 검출기상의 1개의 화소로 검출된 신호는 반복패턴으로부터의 신호라고 판단해서 반복패턴을 소거하고, 또 상기 대수신호 변환수단에 의해 변환된 검출기상의 1개의 화소의 대수신호 레벨과 상기 대수신호 변환수단에 의해 변환된 검출기에 의해 취해진 인접하는 반복패턴의 대응하는 곳의 화소의 대수신호레벨과 상기 대응하는 곳에 근접하는 여러개의 화소의 대수신호레벨을 비교해서 차 또는 비율신호를 얻고, 이 차 또는 비율신호를 소정의 임계값과 비교해서 이물질판정을 실행하는 이물질 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조공정에 있어서의 이물질검사장치.