KR100958493B1

KR100958493B1 - 면 조잡도 검사 장치

Info

Publication number: KR100958493B1
Application number: KR1020087013141A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 하야시; 히데키 모리
Original assignee: 시바우라 메카트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2010-05-17
Also published as: KR20080078812A; EP1959487A4; WO2007066659A1; CN101326622B; TW200728683A; US20090177415A1; EP1959487A1; US8433102B2; CN101326622A; JPWO2007066659A1; JP5322257B2; EP1959487B1; DE602006021785D1; TWI408333B

Abstract

<과제>

검사 대상으로 되는 물체 표면이 만곡한 면이더라도 적절한 검사를 행할 수 있는 면 조잡도 검사 장치를 제공하는 것이다.

<해결 수단>

라인 센서(22)를 가지고, 검사 대상으로 되는 물체 표면(101)을 라인 센서(22)가 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하면서 라인 센서(22)로부터 화소마다의 농담 신호를 출력하도록 한 촬상 유닛(20)과, 촬상 유닛(20)의 라인 센서(22)로부터의 농담 신호를 처리하는 처리 유닛(50)을 가지고, 처리 유닛(50)은 라인 센서(22)로부터의 농담 신호에 기초하여 화소 농담값을 취득하는 수단(S2)과, 상기 검사 대상으로 되는 물체 표면(101)에 대해서 취득된 모든 화소 농담값에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보 Pf를 생성하는 농담 상태 생성 수단(S7)을 가지는 구성으로 이루어진다.

검사, 표면, 만곡, 조잡도, 라인 센서, 주사, 화소, 농담 신호, 촬상 유닛, 농담값, 농담 상태

Description

면 조잡도 검사 장치{SURFACE ROUGHNESS TESTER}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 둘레 단면 등의 검사 대상으로 되는 물체 표면의 조잡도를 검출하는 면 조잡도 검사 장치에 관한 것이다.

종래, 검사 대상으로 되는 물체 표면의 조잡도를 검출하는 면 조잡도 검사 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이런 종류의 검사 장치에서는 레이저 광이 검사 대상으로 되는 물체 표면에 조사되고, 그 물체 표면에서 산란하여 반사하는 레이저 광량이 측정된다. 그리고, 그 측정량에 기초하여 상기 물체 표면의 면의 조잡도를 나타내는 정보가 생성된다. 이러한 검사 장치에 의하면 반도체 웨이퍼 등의 면의 조잡도를 객관적으로 검사할 수 있도록 된다.

　 <특허 문헌 1> 일본국 특허공개 1994-244261호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그렇지만, 상기 종래의 검사 장치는 반도체 웨이퍼의 면과 같은 평탄한 면을 검사 대상으로 하는 것이고, 반도체 웨이퍼의 둘레 단면과 같은 곡율을 가진 면을 검사 대상으로 하는 경우 적절한 검사가 어렵다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 둘레 단면을 검사 대상으로 하는 경우 레이저 스폿(spot)의 직경은 적어도 그 반도체 웨이퍼의 두께(약 700㎛∼2㎜ 정도) 정도로 설정해야 하지만, 그처럼 레이저 스폿의 직경을 설정하면, 둘레 단면의 만곡의정도에 영향을 받아 그 둘레 단면에서의 레이저 산란광을 확실하게 수광할 수가 없다. 그 때문에 수광 소자의 감도를 조정하는 등의 측정 조건을 적당 변경하지 않으면 확실한 데이터를 취득할 수가 없다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 검사 대상으로 되는 물체 표면이 만곡한 면이더라도 적절한 검사를 행할 수 있는 면 조잡도 검사 장치를 제공하는 것이다.

　 <과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치는 라인 센서를 가지고, 검사 대상으로 되는 물체 표면을 상기 라인 센서가 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하면서 상기 라인 센서로부터 화소마다의 농담 신호를 출력하도록 한 촬상 유닛과, 상기 촬상 유닛의 상기 라인 센서로부터의 농담 신호를 처리하는 처리 유닛을 가지고, 상기 처리 유닛은, 상기 라인 센서로부터의 농담 신호에 기초하여 화소 농담값을 취득하는 수단과, 상기 검사 대상으로 되는 물체 표면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보를 생성하는 농담 상태 생성 수단을 가지는 구성으로 이루어진다.

이러한 구성에 의해, 라인 센서의 폭은 지극히 작기 때문에, 검사 대상으로 되는 물체 표면이 만곡하고 있어도, 물체 표면의 만곡 방향과 라인 센서의 방향을 적절히 설정함으로써, 물체 표면의 만곡의 정도의 영향을 매우 없앤 상태로 라인 센서가 그 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 상기 물체 표면을 주사할 수 있게 된다. 그리고, 그 라인 센서(촬상 유닛)가 상기 물체 표면을 주사할 때에 당해 라인 센서로부터 출력되는 농담 신호에 기초하여 화소마다 화소 농담값이 취득되고, 상기 물체 표면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보가 생성된다. 상기 물체 표면의 국부적인 면의 방향이나 요철 등에 의해 라인 센서로부터 출력되는 농담 신호의 레벨이 변화하기 때문에, 그러한 라인 센서로부터의 농담 신호에 기초하여 얻어지는 상기 농담 상태 정보는, 검사 대상으로 되는 물체 표면의 상기 주사 방향에 있어서의 조잡도 상태를 나타낼 수 있는 것으로 된다.

또, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 상기 처리 유닛은, 상기 농담 상태 정보에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담의 프로파일(profile)을 표시 유닛에 표시시키는 표시 제어 수단을 가지는 구성으로 할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 표시 유닛에 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담의 프로파일이 표시되므로, 조작자는 그 프로파일을 보고, 상기 물체 표면의 상기 주사 방향에 있어서의 조잡도를 판단할 수 있도록 된다.

또, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 상기 처리 유닛은, 상기 농담 상태 정보에 기초하여 상기 물체 표면의 조잡도를 판정하는 판정 수단을 가지는 구성으로 할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 검사 대상으로 되는 물체 표면의 라인 센서에 의한 주사 방향에 있어서의 조잡도 상태를 나타낼 수 있는 농담 상태 정보에 기초하여 상기 물체 표면의 조잡도가 판정 되므로, 그 판정 결과에 기초하여 상기 물체 표면의 조잡도를 판단할 수 있도록 된다.

또한, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 상기 농담 상태 생성 수단은, 상기 검사 대상으로 되는 물체 표면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값으로 나타나는 화상 정보에 대해서 설정되는 하나 또는 복수의 주사 라인 분의 윈도우를 상기 물체 표면에 대한 주사 방향으로 비켜놓으면서 각 주사 위치에서의 상기 윈도우 내의 모든 화소 농담값에 기초하여 당해 윈도우를 대표하는 영역 농담값을 연산하는 연산 수단을 가지고, 상기 각 주사 위치에서의 상기 영역 농담값에 기초하여 상기 농담 상태 정보를 생성하는 구성할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 윈도우 내의 모든 화상 농도값에 기초하여 연산되는 영역 농담값에 기초하여 농담 상태 정보가 얻어지므로, 윈도우의 폭(라인 수)을 적당하게 설정함으로써, 상기 농담 상태 정보에 기초하여 물체 표면의 조잡도를 마크로(macro)적으로 판단할 수 있도록 된다.

또, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 상기 연산 수단은, 상기 윈도우 내의 모든 화소 농담값의 전체 합을 영역 농담값으로서 연산하는 구성으로 할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 윈도우 내의 모든 화소 농담값을 전체 합하므로써 당해 윈도우를 대표하는 영역 농담값이 얻어지므로, 그 영역 농담값을 용이하게 얻을 수 있다.

또, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 상기 윈도우의 상기 주사 방향의 폭을 설정하는 윈도우 설정 수단을 가지는 구성으로 할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 윈도우의 폭을 여러 가지 설정할 수가 있으므로, 여러 가지의 조건에서 물체 표면의 조잡도를 판단할 수가 있다.

또, 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 있어서, 검사 대상으로 되는 물체는 반도체 웨이퍼로서, 상기 라인 센서는, 상기 반도체 웨이퍼의 면에 대략 수직인 방향으로 뻗도록 배치되고, 상기 반도체 웨이퍼를 그 면에 수직인 축을 중심으로 회전시킴으로써 상기 반도체 웨이퍼의 둘레 단면을 주사하는 구성으로 할 수가 있다.

이러한 구성에 의해, 라인 센서가 반도체 웨이퍼의 둘레 단면을 그 둘레 방향으로 주사할 때에 당해 라인 센서로부터 출력되는 농담 신호에 기초하여 화소마다 화소 농담값이 취득되고, 상기 반도체 웨이퍼의 둘레 단면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값에 기초하여 그 둘레 단면의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보가 생성된다. 그리고, 그 농담 상태 정보는, 반도체 웨이퍼의 둘레 단면의 상기 주사 방향(둘레 방향)에 있어서의 조잡도 상태를 나타낼 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치에 의하면, 물체 표면의 만곡의 정도의 영향을 매우 없앤 상태로 라인 센서가 그 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 상기 물체 표면을 주사할 수 있게 되고, 그 라인 센서로부터 출력되는 농담 신호에 기초하여 상기 물체 표면의 상기 주사 방향에 있어서의 조잡도 상태를 나타낼 수 있는 농담 상태 정보가 생성되므로, 검사 대상으로 되는 물체 표면이 만곡한 면이더라도 그 면의 조잡도에 대한 적절한 검사를 행할 수 있도록 된다.

도 1은 본 발명의 실시의 한 형태와 관련되는 면 조잡도 검사 장치의 구성을 나타내는 도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 면 조잡도 검사 장치에 있어서의 CCD 카메라 내의 라인 센서와 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼의 둘레 단면의 위치 관계를 나타내는 평면도 (a) 및 상기 라인 센서와 반도체 웨이퍼의 둘레 단면의 위치 관계를 나타내는 측면도 (b)이다.

도 3은 도 1에 나타내는 면 조잡도 검사 장치에 있어서의 처리 유닛에서의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.

도 4는 폭이 다른 윈도우(window) W1∼Wn를 나타내는 도이다.

도 5는 화상 정보 EI에 대해서 설정되는 윈도우 W를 나타내는 도이다.

도 6은 프로파일 정보를 나타내는 그래프도이다.

도 7은 다른 폭의 윈도우를 설정해 얻어진 복수의 프로파일을 나타내는 도이다.

도 8은 JIS에 규정되어 있는 조잡도를 나타내는 각종 변수를 나타내는 도이다.

도 9는 베어 웨이퍼(bear wafer)에 대해서 면 조잡도를 판정하는 수법을 설 명하는 도이다.

도 10은 성막된 제품 웨이퍼에 대해서 면 조잡도를 판정하는 수법을 설명하는 도이다.

도 11은 가장 낮은 주파수에서의 프로파일 정보의 모델을 나타내는 도이다.

도 12는 높은 주파수에서의 프로파일(profile) 정보의 모델을 나타내는 도이다.

도 13은 프로파일 정보로부터 면 조잡도를 판정할 때에 이용되는 판정 레벨을 정하기 위한 처리를 나타내는 플로차트이다.

<부호의 설명>

10 웨이퍼 회전 얼라이너(aligner)

11 회전 테이블(turn table)

20 CCD 카메라 21 렌즈계

22 라인 센서 30 광원 유닛

31 전원 50 처리 유닛

51 조작부 52 모니터 유닛

100 반도체 웨이퍼 101 둘레 단면

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면에 기초하여 설명한다.

본 발명의 실시의 형태와 관련되는 면 조잡도 검사 장치는 도 1에 나타내듯이 구성된다. 이 면 조잡도 검사 장치는 반도체 웨이퍼의 둘레 단면의 조잡도를 검 사하는 것이다.

도 1에 있어서, 이 면 조잡도 검사 장치는 웨이퍼 회전 얼라이너(aligner)(10)를 가지고, 웨이퍼 회전 얼라이너(10)에 의해 회전되는 회전 테이블(turn table)(11) 상에 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)가 셋팅(setting)된다. 또, 회전 테이블(11) 상에 셋팅된 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면에 대해서 소정의 위치 관계가 되도록 CCD 카메라(20)(촬상 유닛)가 설치되고, 전원(31)으로부터의 전력 공급에 의해 확산광을 조사하는 광원 유닛(30)이 CCD 카메라(20)의 촬상 범위로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면을 상기 확산광에 의해 비추도록 설치되어 있다.

또, 이 면 조잡도 검사 장치는 처리 유닛(50)을 가지고, 처리 유닛(50)은 조작부(51)에서의 조작에 기초하여 웨이퍼 회전 얼라이너(10)를 제어하여 회전 테이블(11)을 소정의 속도로 회전시킴과 아울러, CCD 카메라(20)로부터 출력되는 화소마다의 농담 신호를 처리한다. 처리 유닛(50)은 CCD 카메라(20)로부터의 화소마다의 농담 신호에 기초하여 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면의 화상이나 각종 정보를 모니터 유닛(52)(표시 유닛)에 표시시킬 수가 있다.

CCD 카메라(20)는, 도 2(a), (b)에 나타내듯이, 렌즈계(21)(대물렌즈) 및 라인 센서(22)(단색의 CCD 라인 센서)를 구비하고 있다. CCD 카메라(20)는, 도 2(b)에 나타내듯이, 라인 센서(22)가 반도체 웨이퍼(100)의 면에 대략 수직인 방향으로 뻗도록 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)에 대향하도록 설치되어 있다. 또, CCD 카메라(20)의 방향은, 도 2(a)에 나타내듯이, 광원 유닛(30)으로부터의 광에 의해 비추어지는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면의 광조사 부위 P로부터의 반사광을 라인 센서(22)에 의해 유효하게 수광할 수 있도록 설정되어 있다.

라인 센서(22)와 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)과의 위치 관계가 상술한 것처럼 설정되므로(도 2(a), (b) 참조), 라인 센서(22)의 지극히 가는(예를 들면, 3㎛) 주사 라인은, 반도체 웨이퍼(100)의 면(상하 면)에 대략 수직, 즉 둘레 단면(101)의 둘레 방향으로 직교하는 방향으로 설정된다. 이에 의해 라인 센서(22)는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 만곡의 정도의 영향을 없앤 상태로 둘레 단면(101)을 둘레 방향으로 주사할 수 있도록 된다.

처리 유닛(50)은 도 3에 나타내는 순서에 따라 처리를 실행한다.

도 3에 있어서, 처리 유닛(50)은 조작부(51)에서 소정의 스타트(start) 조작이 되면, 웨이퍼 회전 얼라이너(10)를 제어하여 회전 테이블(11)을 회전시킨다. 이 회전 테이블(11)의 회전에 수반하여 반도체 웨이퍼(100)가 소정 속도로 회전하고, 반도체 웨이퍼(100)의 CCD 카메라(20)에 의한 둘레 단면(101)의 주사가 개시된다(S1). 그 둘레 단면(101)의 주사의 과정에서, 처리 유닛(50)은 CCD 카메라(20)의 라인 센서(22)로부터 순차 출력되는 화소마다의 농담 신호를 입력하고, 그 농담 신호를 화소 농담값으로 변환하여 소정의 메모리에 저장한다(S2). 그리고, 처리 유닛(50)은 반도체 웨이퍼(100)가 일회전하여 단면 둘레 전체에 대한 주사가 종료하였는지 아닌지를 판정하면서(S3) 상기 처리(S2)를 반복 실행한다.

처리 유닛(50)은 반도체 웨이퍼(100)의 단면 둘레 전체에 대한 주사가 종료하였다고 판정하면(S3에서 YES), 조작부(51)의 조작에 의해 지정되는 윈도우의 크 기를 취득한다(S4). 도 4에 나타내듯이, 라인 센서(22)에 의한 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101) 상에 형성되는 하나 또는 복수의 주사 라인 분의 윈도우를 설정할 수 있다. 즉, 하나의 주사 라인 분의 윈도우 W1, 2개의 주사 라인 분의 윈도우 W2, 3개의 주사 라인 분의 윈도우 W3,····, n개의 주사 라인 분의 윈도우 Wn 등을 지정할 수 있다. 또, 반도체 웨이퍼(100)의 단면 둘레 전체에 대한 주사가 종료한 시점에서, 그 단면 둘레 전체에 대해서 얻어진 모든 화소 농담값은, 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면 둘레 전체(0°위치로부터 360°위치)의 화상을 나타내는 화상 정보로서 상기 메모리에 전개되어 있다.

처리 유닛(50)은, 도 5에 나타내듯이, 상기 메모리에 전개된 모든 화소 농도값으로 구성되는 화상 정보 EI에 대해서, 주사 위치(0°)로부터 차례로 지정된 크기의 윈도우 W를 설정하고, 그 윈도우 W에 포함되는 모든 화소 농담값을 가산(적분)하여 그 전체 합을 당해 윈도우 W를 대표하는 영역 농담값으로서 산출한다(S5). 그리고, 처리 유닛(50)은 단면 둘레 전체에 대응한 화상 정보 EI에 대한 처리가 종료하였는지 아닌지를 판정하면서(S6), 상기 윈도우 W를 비켜놓으면서 상기 처리(S5)를 반복 실행한다.

처리 유닛(50)은 단면 둘레 전체에 대응한 화상 정보 EI에 대한 처리가 종료하였다고 판정하면(S6에서 예(YES)), 예를 들면 주사 위치(θ)와 각 주사 위치에서 설정된 윈도우 W에 대해서 얻어진 영역 농담값을 대응시키고, 농담에 대한 프로파일 정보를 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보로서 생성한다. 예를 들면, 도 6 에 나타내듯이, 화상 정보 EI에 배경의 농담 레벨에 비해 크게 다른 농담 레벨로 되는 부위 D1, D2, D3, D4, D5가 존재하면, 그 부위에 대응한 주사 위치 θ1,θ2,θ3,θ4,θ5에서의 영역 농담값이 돌출하는 것 같은 프로파일 정보 Pf가 얻어진다. 이 프로파일 정보에 있어서의 위치 분해능은 설정된 윈도우 W의 폭에 의해 정해진다.

처리 유닛(50)은 전술한 것처럼 농담에 대한 프로파일 정보(농담 상태 정보)를 생성하면, 그 프로파일 정보를 이용하여 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 조잡도의 판정 처리를 행한다(S8). 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 국부적인 면의 기울기나 요철 등에 의해 라인 센서(22)로부터 출력되는 농담 신호의 레벨이 변화하기 때문에, 그러한 라인 센서(22)로부터의 농담 신호에 기초하여 얻어지는 상기 프로파일 정보(농담 상태 정보)는, 그 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 상기 주사 방향에 있어서의 조잡도 상태를 나타내는 것이 된다.

따라서, 상기 조잡도의 판정 처리(S8)에서는, 프로파일 정보에 있어서의 각 주사 위치에서의 영역 농담값이 소정의 임계치 Lth를 넘는지 아닌지가 판정된다. 그리고, 그 임계치 Lth를 넘는 영역 농담값으로 되는 주사 위치에 대응한 둘레 단면(101)의 부위의 면이 특히 조잡하고, 그 부위에는 흠집 등의 결함이 있는 것으로 판정된다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 프로파일 정보로부터는, 영역 농담값이 임계치 Lth를 넘는 주사 위치 θ1 및 θ3에 대응한 둘레 단면(101)의 부위의 면이 특히 조잡하고, 그 부위에는 흠집 등의 결함이 있는 것으로 판정된다.

또, 처리 유닛(50)은 조잡도의 판정 처리(S8)와 아울러, 상기 프로파일 정보에 기초하여 조잡도의 프로파일을 모니터 유닛(52)에 표시시킬 수도 있다(표시 제어). 이 경우, 예를 들면 도 6에 나타내는 것 같은 프로파일 Pf가 모니터 유닛(52)에 표시되므로, 조작자는 그 모니터 유닛(52)에 표시된 프로파일 Pf에 기초하여 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 조잡도의 상태를 판단할 수 있도록 된다.

또, 상기 조잡도의 판정 처리(S8)는 전술한 것 같은 처리에 한정되지 않는다, 예를 들면 도 7에 나타내듯이, 폭이 다른 복수의 윈도우 Wi, Wj, Wk의 각각에 대해 얻어진 프로파일 정보 Pfi, Pfj, Pfk를 비교함으로써 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 조잡도를 판정할 수도 있다. 폭이 넓은 윈도우에 대해서 얻어진 프로파일 정보는, 화상 정보 EI의 비교적 낮은 주파수 성분의 상태를 나타낼 수 있는 것이고, 또 폭이 좁은 윈도우에 대해서 얻어진 프로파일 정보는, 화상 정보 EI의 비교적 높은 주파수 성분의 상태를 나타낼 수 있는 것으로 된다. 이와 같이 화상 정보 EI가 다른 주파수 성분의 상태를 비교함으로써, 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 조잡도를 판정할 수가 있다. 예를 들면, 화상 정보 EI가 다른 주파수 성분에 대응한 복수의 프로파일 정보 Pfi, Pfj, Pfk가 똑같이 변동하는 경우, 그 둘레 단면(101)은 비교적 안정된 면으로 되는 것으로 판정할 수가 있다. 한편, 화상 정보 EI가 다른 주파수 성분에 대응한 복수의 프로파일 정보 Pfi, Pfj, Pfk에 있어서의 피크값(peak value)의 주사 위치의 어긋남이 큰 경우에는, 그 주사 위치 근방에 대응한 둘레 단면(101)의 부위가 조잡한 것으로 판정할 수가 있다.

또한, 상기 조잡도의 판정 처리(S8)에서는, 얻어진 프로파일 정보로부터 도 8(a), (b), (c)에 나타내듯이 JIS에 규정된 조잡도를 나타내는 각 변수에 상당하는 변수를 연산하고, 그 변수에 의해 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 조잡도를 판정할 수가 있다. 또, 도 8(a), (b), (c)에 나타내는 프로파일은 직경 약 30㎝의 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)에 대한 것이고, 주사 위치(0°)로부터 주사 위치(360°)까지의 단면 둘레 전체 길이 L이 약 1000㎜로 되어 있다.

도 8(a)에 나타내는 예에서는, JIS　B0601-1994에서 규정되는 산술 평균 조잡도 Ra에 상당하는 변수를 식 (1)에 따라 산출하는 것이 가능하고, 도 8(b)에 나타내는 예에서는, JIS　B0601-1994에서 규정되는 최대 높이 Ry에 상당하는 변수를 식 (2)에 따라 산출하는 것이 가능하고, 또 도 8(c)에 나타내는 예에서는, JIS　B0601-1994에서 규정되는 요철의 평균 간격 Sm에 상당하는 변수를 식 (3)에 따라 산출하는 것이 가능하다.

전술한 것 같은 면 조잡도 검사 장치에 의하면, 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)의 만곡 정도의 영향을 없앤 상태로 라인 센서(22)가 그 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 둘레 단면(101)을 주사할 수 있도록 되고, 그 라인 센서(22)로부터 출력되는 농담 신호에 기초하여 둘레 단면(101)의 주사 방향(둘레 방향)에 있어서의 조잡도 상태를 나타낼 수 있는 프로파일 정보(도 6 내지 도 8 참조)가 생성되므로, 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면(101)이 만곡한 면이더라도 그 면의 조잡도에 대해서 적절한 검사를 할 수 있도록 된다.

전술한 예에서는, 각 윈도우의 영역 농담값 그것을 이용하여 프로파일 정보 가 생성되었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 복수의 윈도우에 대한 영역 농담값의 이동 평균치(예를 들면, 윈도우를 1화소분씩 비켜놓으면서 영역 농담값을 평균화한 값)에 기초하여 프로파일 정보를 생성하는 것도 가능하다.

전술한 조잡도의 판정 처리(도 3에 있어서의 S8)에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다. 또, 이 판정 처리에서의 결과는, 웨이퍼 단면의 거울면화 처리 공정의 종단점(연마의 최종점)을 확인하기 위해서 이용할 수가 있다.

검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)가 베어 웨이퍼로 되는 경우, 그 표면에서의 반사광은 많고, 농담 레벨로서는 낮아진다. 따라서, 이 경우, 예를 들면 도 9(a)에 나타내듯이, 소정의 윈도우 폭 W에 의해 작성된 각 주사 위치(θ)에 대응하는 영역 농담값을 나타내는 프로파일 정보는, 그 배경의 농담 레벨이 비교적 낮은 것으로 된다. 이러한 배경의 농담 레벨의 비교적 낮은 프로파일 정보를 전제로 한 조잡도의 판정 처리에서는 비교적 낮은 레벨의 판정 라인 Th(임계치)가 설정된다.

이에 의해 예를 들면 도 9(b)에 나타내듯이, 판정 라인 Th를 넘는 농담 레벨을 부분적으로 포함한 프로파일 정보로부터는, 면의 조잡도가 불균일하고, 연마의 상태가 양호하지 않은 것으로 판정할 수가 있다. 또, 판정 라인 Th를 넘는 농담 레벨로 되는 부분이 전체 주사 위치(0°∼360°)에 걸쳐서 균일적으로 존재하는 것 같은 프로파일 정보로부터는, 연마의 정도는 아직 충분하지 않지만, 그 표면의 조잡도는 균일한 것으로 판정할 수가 있다. 또한, 도 9(c)에 나타내듯이, 판정 라인 Th를 넘는 농담 레벨의 개소가 없는 프로파일 정보로부터는, 면의 조잡도가 균일하 고, 한편 연마의 종단점에 이른 것으로 판정할 수가 있다.

다음에, 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)가, 예를 들면 성막이 된 제품 웨이퍼의 경우, 그 표면에서의 반사광은 막의 영향을 받아 농담 레벨은 베어 웨이퍼의 경우에 비해 높아진다. 따라서, 이 경우, 예를 들면 도 10(a)에 나타내듯이, 프로파일 정보는, 전체적으로 농담 레벨이 높은 것으로 되어 있다. 이 때문에 전술한 것처럼 베어 웨이퍼를 검사 대상으로 한 처리에 이용한 판정 라인 Th를, 제품 웨이퍼를 검사 대상으로 하는 경우에 그대로 사용할 수 없다.

베어 웨이퍼에 대한 프로파일 정보(도 9(a) 참조)와 성막이 된 제품 웨이퍼에 대한 프로파일 정보(도 10(a) 참조) 그 차이는 그 배경의 농담 레벨의 차이에 기초한 오프셋값(offset value) Δo에 기인하고 있다. 그래서, 이 오프셋양 Δo를 구함으로써 제품 웨이퍼에 대한 표면의 조잡도를 베어 웨이퍼에 대한 표면 조잡도와 같은 판정 기준(판정 라인 Th)에 의해 판정할 수 있도록 된다.

배경의 농담 레벨은, 전체 주사 위치(θ)에 걸쳐서 대략 일정한 것으로 볼 수가 있다. 따라서, 윈도우 폭 W를 여러 가지를 바꾸어 얻어진 각 프로파일 정보는, 그 윈도우 폭 W에 따른 주파수 특성을 가지지만, 배경의 농담 레벨에 대응한 부분은 어느 주파수 특성의 프로파일 정보에서도 대략 같은 농담 레벨로 된다. 이 때문에 예를 들면 반도체 웨이퍼(100)에 대해서 복수의 프로파일 정보를 생성하고, 각 프로파일 정보에 있어서 대략 같게 되는 농담 레벨 중의 가장 낮은 농담 레벨을 상기 오프셋값 Δo로서 정할 수가 있다.

예를 들면, 이와 같이 하여 정해진 오프셋값 Δo와 베어 웨이퍼의 경우에 이 용한 판정 레벨 Th를 이용하여, 새로운 판정값 Th1을

Th1=Th＋Δo (1)

에 따라 정할 수가 있다.

이 경우, 예를 들면 도 10(b)에 나타내듯이, 판정 라인 Th1을 넘는 농담 레벨의 개소가 없는 프로파일 정보(파선 부분은 제외한다)로부터는, 그 전체적인 농담 레벨이 높아도, 면의 조잡도가 균일하고, 연마의 종단점에 이른 것으로 판정할 수가 있다. 한편, 도 10(c)에 나타내듯이, 판정 라인 Th1을 넘는 농담 레벨을 부분적으로 포함한 프로파일 정보로부터는, 면의 조잡도가 불균일하고, 연마의 상태가 양호하지 않은 것으로 판정할 수가 있다.

성막된 반도체 웨이퍼(100)에서는, 과잉의 연마에 의해 막이 깎아져 벗겨지는 경우가 있다. 이 경우, 막이 벗겨내진 부분에서의 반사광이 많아져 농담 레벨이 낮아진다. 이 때문에 예를 들면 전술하여 구해진 오프셋값 Δo를 하한 판정 레벨 Tho로서 결정할 수가 있다. 이 경우, 도 10(b)의 파선 부분으로 나타내듯이, 또 도 10(c)에 나타내듯이, 하한 판정 라인 Tho를 밑도는 농담 레벨의 부분을 포함한 프로파일 정보로부터는, 연마의 종단점을 넘어가 연마가 된 것으로 판정할 수가 있다. 또한, 구체적으로는, 도 10(b)의 것은 프로파일 정보의 파선 부분으로부터는, 면의 조잡도는 비교적 균일하지만, 과잉의 연마가 된 것으로 판정할 수가 있고, 도 10(c)의 프로파일 정보로부터는, 장치의 어떠한 이상에 의해 부분적으로 과잉의 연마가 된 것으로 판정할 수가 있다.

그런데, 이 면 조잡도 검사 장치는 광학적으로 검출한 농담 정보(영역 농담값)에 기초하여 물체의 면의 조잡도를 검출하는 것이다. 따라서, 면의 조잡도에 관계가 없다, 검사 대상으로 되는 반도체 웨이퍼(100)의 웨이퍼 회전 얼라이너(10) 상에서의 기울기나 편심, 또 반도체 웨이퍼(100)의 면의 왜곡 등의 영향도 농담 정보에 나타나기 때문에, 단일의 주파수 특성의 프로파일 정보로부터만으로는 면의 조잡도를 정확하게 판정할 수 없는 경우가 있다. 반도체 웨이퍼(100)의 기울기나 편심 등에 의해 농담 정보에 나타나는 변동은 그 주기가 비교적 길다. 그 때문에 반도체 웨이퍼의 기울기나 편심 등의 영향은 프로파일 정보에 있어서 비교적 긴 주기로 나타난다. 또, 반도체 웨이퍼(100)의 면의 왜곡에 의해 농담 정보에 나타나는 변동은, 상기 기울기 등의 경우보다는 그 주기는 짧기는 하지만, 전술한 면의 조잡도의 경우에 비해 그 주기는 긴 것으로 된다. 그 때문에 반도체 웨이퍼(100)의 면의 왜곡에 의한 영향은 프로파일 정보에 있어서 중간 정도의 길이가 주기로 나타난다.

반도체 웨이퍼(100)의 단면 둘레 전체로부터 취득한 화소 농담 데이터로부터 윈도우 폭 W를 1화소씩 넓혀 프로파일 정보를 생성하면, 이론적으로는, 도 11(a)에 베어 웨이퍼의 경우, 도 11(b)에 제품 웨이퍼의 경우를 각각 나타내듯이, 주사 위치 0°로부터 360°까지가 1파장으로 되는 가장 파장이 긴(주파수가 낮은) 특성으로 되는 프로파일 정보로부터, 도 12(a)에 베어 웨이퍼의 경우, 도 12(b)에 제품 웨이퍼의 경우를 각각 나타내듯이, 1화소 피치에 대응한 가장 파장이 짧은(주파수가 높은) 특성으로 되는 프로파일 정보를 얻을 수 있다.

이와 같이 여러 가지의 주파수 특성의 프로파일 정보로부터, 전술한 반도체 웨이퍼의 기울기나 편심 등의 영향이 나타난 비교적 낮은 주파수(큰 주기)의 프로파일 정보나 반도체 웨이퍼(100)의 면의 왜곡에 의한 영향이 나타난 중간 정도의 주파수(중간 정도의 주기)의 프로파일 정보를 제외한 나머지의 프로파일 정보로부터 하나 또는 복수의 프로파일 정보가 선택된다. 그리고, 그 선택된 프로파일 정보에 대해서 전술한 판정 레벨(도 9, 도 10 참조)을 적용하여 면의 조잡도나 연마의 상태가 종합적으로 판정된다.

그런데, 전술한 것처럼 면의 조잡도를 판정하기 위해서 사용하는 판정 라인은, 예를 들면 도 13에 나타내는 순서에 따라 결정할 수가 있다. 이 경우, 미리 우량품으로 된 반도체 웨이퍼(100)(기준 웨이퍼)를 대상으로 하여 처리가 이루어진다.

도 11에 있어서, 표시해야할 프로파일 정보의 주파수가 설정된다(S11). 전술한 것처럼 영역 농담값을 얻기 위한 윈도우 폭 W를 바꾸는 것에 의해 프로파일 정보의 주파수 특성을 바꿀 수가 있다. 좁은 윈도우 폭에서 영역 농담값을 얻도록 하면, 높은 주파수의 프로파일 정보(예를 들면, 도 12 참조)가 얻어지고, 넓은 윈도우 폭에서 영역 농담값을 얻도록 하면 낮은 주파수의 프로파일 정보(예를 들면, 도 11 참조)가 얻어진다. 그래서, 표시해야할 프로파일 정보의 주파수로서 비교적 높은 주파수(S), 중간 정도의 주파수(M), 비교적 낮은 주파수(L)가 설정된다.

그 후, 전술한 것처럼, 복수의 프로파일 정보에 있어서 대략 동일하든지, 한편 가장 낮은 레벨로 되는 농담 레벨이 오프셋값 Δo로서 설정된다(S12). 그리고, 전술한 것처럼 설정된 3개의 주파수 특성의 프로파일 정보(예를 들면, 도 7 참조)가 모니터 유닛(52)에 표시된다(S13). 조작자는 이 모니터 유닛(52)에 표시된 3개의 프로파일 정보 중, 가장 낮은 주파수(L)의 프로파일 정보로부터 반도체 웨이퍼(100)의 세팅의 상태(기울기, 편심 등)를 대략적으로 알 수 있고, 중간 정도의 주파수(M)의 프로파일 정보로부터 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면의 왜곡의 상태를 대략적으로 알 수 있고, 또한 가장 높은 주파수(S)의 프로파일 정보로부터 반도체 웨이퍼(100)의 둘레 단면의 조잡도의 상태를 대략적으로 알 수 있다.

그 후, 상기 오프셋값 Δo에 기초하여 하한 판정 레벨 Tho가 설정된다(S14). 또, 비교적 높은 주파수의 프로파일 정보의 변동 레벨과, 상기 오프셋값 Δo를 이용하여 상기 수학식 (1)에 따라 판정 레벨 Th1이 결정된다. 판정해야할 면의 조잡도의 등급에 따라 복수 조의 판정 레벨 Th0, Th1이 결정된다. 이와 같이 하여 결정된 하한 판정 레벨 Tho, Th1은 기준 웨이퍼를 특정하는 ID, 조작자 ID, 시각 스탬프(stamp)와 함께 등록된다(S15). 예를 들면, 성막 공정, 연마 공정 등의 각 반도체 웨이퍼에 대해서 이 등록된 판정 레벨 Tho, Th1을 이용하여 전술한 바와 같은 판정 처리가 이루어진다.

이상, 설명한 것처럼 본 발명과 관련되는 면 조잡도 검사 장치는 검사 대상으로 되는 물체 표면이 만곡한 면이더라도 적절한 검사를 할 수가 있다고 하는 효과를 가지고, 반도체 웨이퍼의 둘레 단면 등의 검사 대상으로 되는 물체 표면의 조잡도를 검출하는 면 조잡도 검사 장치로서 유용하다.

Claims

라인 센서를 가지고, 검사 대상으로 되는 물체 표면을 상기 라인 센서가 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하면서 상기 라인 센서로부터 화소마다의 농담 신호를 출력하도록 한 촬상 유닛과,

상기 촬상 유닛의 상기 라인 센서로부터의 농담 신호를 처리하는 처리 유닛을 가지고,

상기 처리 유닛은, 상기 라인 센서로부터의 농담 신호에 기초하여 화소 농담값을 취득하는 수단과,

상기 검사 대상으로 되는 물체 표면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담 상태를 나타내는 농담 상태 정보를 생성하는 농담 상태 생성 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 처리 유닛은, 상기 농담 상태 정보에 기초하여 상기 물체 표면의 주사 방향에 있어서의 농담의 프로파일을 표시 유닛에 표시시키는 표시 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 처리 유닛은, 상기 농담 상태 정보에 기초하여 상기 물체 표면의 조잡도를 판정하는 판정 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 농담 상태 생성 수단은, 상기 검사 대상으로 되는 물체 표면에 대해서 취득된 모든 화소 농담값으로 나타나는 화상 정보에 대해서 설정되는 하나 또는 복수의 주사 라인 분의 윈도우를 상기 물체 표면에 대한 주사 방향으로 비켜놓으면서 각 주사 위치에서의 상기 윈도우 내의 모든 화소 농담값에 기초하여 당해 윈도우를 대표하는 영역 농담값을 연산하는 연산 수단을 가지고,

상기 각 주사 위치에서의 상기 영역 농담값에 기초하여 상기 농담 상태 정보를 생성하도록 한 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제4항에 있어서,

상기 연산 수단은, 상기 윈도우 내의 모든 화소 농담값의 전체 합을 영역 농담값으로서 연산하는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제4항에 있어서,

상기 윈도우의 상기 주사 방향의 폭을 설정하는 윈도우 설정 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.
제1항에 있어서,

검사 대상으로 되는 물체는 반도체 웨이퍼로서, 상기 라인 센서는, 상기 반도체 웨이퍼의 면에 대략 수직인 방향으로 뻗도록 배치되고, 상기 반도체 웨이퍼를 그 면에 수직인 축을 중심으로 회전시킴으로써 상기 반도체 웨이퍼의 둘레 단면을 주사하는 것을 특징으로 하는 면 조잡도 검사 장치.