KR900007148B1

KR900007148B1 - 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치 및 주사방법

Info

Publication number: KR900007148B1
Application number: KR1019870010249A
Authority: KR
Inventors: 모토스케 미요시; 가츠야 오쿠무라; 시게루 오가와
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 아이오 죠이치
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1990-09-29
Also published as: EP0260522A3; JPS6373635A; JPH0567062B2; EP0260522B1; US4800268A; EP0260522A2; KR880004548A; DE3784989D1; DE3784989T2

Abstract

내용 없음.

Description

반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치 및 주사방법

제1도는 반도체웨이퍼상에 나선형으로 레이저빔을 주사하는 종래의 주사방법에 의해 얻어진 주사패턴을나타낸 도면,

제2도는 반도체웨이퍼상에 종축방향으로 레이저빔을 주사하는 종래의 주사방법에 의해 얻어진 주사패턴을 나타낸 도면,

제3도 및 제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 주사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

제5도는 제3도 및 제4도에 도시된 레이저빔 주사장치에 의해 얻어진 주사패턴을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, LB : 레이저빔 2,26 : 폴리곤미러(polygon mirror)

11 : 반도체웨이퍼 20 : 스테이지

22 : 구동모우터 24 : 펄스모우터

28 : 레이저빔발생기 30 : 수속렌즈계

32 : 빔 검출기 33 : 인코더

34 : 구동기 40 : 제어시스템.

본 발명은 반도체장치의 제조시 반도체웨이퍼의 표면을 검사하기 의해 레이저빔을 그 반도체웨이퍼상에주사시켜 주는 장치 및 주사방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체웨이퍼의 표면에 부착된 미소입자(먼지등)나 표면에 결함을 검출해 내기 위해서는 미세하게 응집된 레이저빔으로 그 웨이퍼의 표면을 주사해서 상기 미소입자나 결함부분으로부터 산란광을 검출해 내고 있다. 이런 경우 종래의 레이저빔 주사방법은 대별해서 다음과 같은 2가지로 구분되고 있는 바, 즉(1) 제1의 방법은 레이저빔주사용 광학계를 고정시킨 채로 제1도에 도시된 것처럼 웨이퍼(11)를 탑재한스테이지름 θ의 회전방향으로 회전시키면서 X방향으로 서서히 직선이동시키므로써, 결과적으르 레이저빔이나선형의 궤적(A)을 그리게끔 웨이퍼(11)상을 조사(照射)하도록 되어 있고, (2) 제2의 방법은 제2도에도시된 것처럼 웨이퍼(11)를 탑재한 스테이지름 고정시킨 채로 레이저빔으로 웨이퍼(11)상을 X,Y방향으로라스터주사하거나, 스테이지름 일정방향 Y로 이동시키면서 레이저빔으로 웨이퍼(11)상을 Y방향과 직교하는 X방향으로 주사하므로써, 결과적으로 도면의 B와 같은 궤적을 그리도록 되어 있다. 여기서 레이저빔의조사는 레이저빔(1)을 폴리곤미러(2 ; polygon mirror)에 조사해서 그 반사광을 이용하여 실시할 수 있다.

상기한 종래의 웨이퍼표면 검사기술에 있어서는 조사면에서의 레이저빔의 스폿트지름이 100μm 정도여서최고검출강도는 0.3∼0.5μm∮(∮는 검출인자의 직경)였는데, 그런 정도의 스폿트지름을 갖는 레이저빔을이용해서 웨이퍼의 전체면을 주사시켜 주는 경우에는 측정시간(주사에 소요되는 시간)과 더불어 광학계의설계기술상의 문제도 비교적 용이하게 해결되고 있었다. 그러나, 검출해내야 할 먼지라던가 결함의 크기가웨이퍼패턴의 미세화기술이 진보됨에 따라 점점 작아지게 되어 검출감도를 보다 높일 필요가 있게 되었는바, 그런 요구에 부응하는 가장 유효한 방법은 레이저빔의 빔지름을 미세하게 줄여서 단위면적당의 조사광강도를 세게 하는 것이다. 예컨대 검출강도를 0.1μm∮로 하기 위해서는 레이저빔의 스폿트지름을 10μm 정도로 축소시킬 필요가 있다. 그러나 전술한 종래의 레이저빔주사방법에서 빔스폿트의 지름을 축소시키면 다음과 같은 문제점이 생기게 된다.

즉, (1) 나선형으로 레이저빔을 주사시켜 주는 방법에 있어서는 빔스폿트지름의 축소에 수반해서 필연적으로 주사거리가 길어지게 되어 측정시간(즉, 주사시간)이 길어지게 되므로 실용성을 잃게 된다.

(2) 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 레이저빔을 X,Y방향으로 주사시켜 주는 경우에는 주사거리, 즉 진폭이 크게 되는 바, 금후 웨이퍼의 대구경화가 진척되면 점점 그 진폭도 늘어나게 된다. 그리고, 빔스폿트의 지름을 10μm으로 응집시키기 위해서는 축소광학계를 필요로 하게 되는네, 진폭을 크게 하면 수차(收差)가 크게 되므로 빔스폿트의 지름을 줄이는 것 자체가 곤란하게 된다. 또한, 빔스폿트내부의 조도 역시 스폿트의조사위치에 따라 흐트러지게 되는 바, 이로 인해 검출정밀도가 저하되게 된다. 그리고 진폭이 크게 되면 웨이퍼의 중앙에서는 빔의 스폿트가 둥근원이 되어도 웨이퍼의 끝부분에서는 빔의 단면이 타원으로 되어, 결국 웨이퍼상의 측정위치에 따라 검출감도가 서로 다르게 되어 버린다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 발명된 것으로, 웨이퍼의 전체면을 높은 검출감도에서 단시간내에 주사시켜 줄 수 있드록 된 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치 및 주사방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주사장치는, 반도체웨이퍼(11)를 올러놓기 위한 스테이지(20)와,상기 반도체웨이퍼(11)상에서 소정방향을 따라 레이저빔(LB)을 되풀이해서 선형으로 주사시켜 주기 위한레이저빔 주사수단(26,28,30), 상기 반도체웨이퍼(11)를 회전시켜 줌과 더불어 그 반도체웨이퍼(11)를 1회전마다 소정방향으로 소정거리만큼 이동시켜 주기 위한 구동수단(22,24,33)을 구비하여 구성되어 있는데,그중 상기 레이저빔주사수단(26,28,30)은 레이저빔(LB)을 소정량의 진폭으로 선형주사시키도록 되어 있다. 상기한 구성의 주사장치에 있어서 스테이지(20)는 회전하면서 1회전마다 일정방향으로 일정량 직선이동하는 것이고, 폴리곤미러(26)는 레이저빔(LB)을 일정량의 진폭으로 되풀이해서 선형주사시키는 것으로서, 이들 스테이지(20) 및 레이저빔(LB)의 연동을 실현시키는 바탕에서 기계계와 광학계는 복잡한 구조를 필요로하지 않는 것들이므로 본 발명의 취지를 기술적으로 용이하게 달성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 주사방법은 반도체웨이퍼(11)를 회전시키는 단계와, 상기 반도체웨이퍼(11)의 표면에다가 그 반도체웨이퍼(11)의 회전방향과 직교하는 방향에 일정폭으로 레이저빔(LB)을 되풀이해서 선형주사시키는 단계, 상기 반도체웨이퍼(11)가 1회전할 때마다 상기 주사방향과 동일한 방향 또는 역방향으로 소정진폭만큼 반도체웨이퍼(11)를 이동시키므로써 반도체웨이퍼(11)의 표면상에 상기 레이저빔(LB)을 실질적인나선형으로 주사시켜 주는 단계로 이루어져 있다.

상기한 본 발명의 주사방법에 있어서, 레이저빔(LB)의 스폿트는 반도체웨이퍼(11)상에서 그 반도체웨이퍼(11)의 회전에 따라 일정량의 진폭으로 되풀이해서 선형주사되므로 결과적으로는 그 반도체웨이퍼(11)의회전방향에 연해서 소정폭으로 주사되어, 레이저빔(LB)의 스폿트의 지름을 좁힌 경우에 있어서도 반도체웨이퍼(11)의 전체면을 실질적인 나선형으로 단시간내에 주사시켜 줄 수 있게 된다. 이런 경우, 레이저빔(LB)의 진폭은 반도체웨이퍼(11)의 직경보다 짧게해도 되기 때문에 주사위치에 따른 레이저빔(LB)의 형상이라던가 스폿트의 직경변화가 거의 문제되지 않게 되어, 반도체웨이퍼(11) 표면의 검출감도는 레이저빔(LB)의 주사위치에 의해 변화하지 않고 균일하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제3도와 제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 이 주사장치는 검사할 반도체웨이퍼(11)를 탑재하기 위한 스테이지(20)와, 이 스테이지(20)를 회전시키는 구동모우터(22), 상기 스테이지(20)를 각 회전마다 반도체웨이퍼(11)의 표면에 연한소정방향 X로 소정거리에 걸쳐 이동시키는 펄스모우터(24)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 폴리곤미러(26)는 Ar 이온 레이저빔발생기(28)로부터 반사경을 통해 도출되는 레이저빔(LB)을 반사면에서 반사시킨다음, 수속렌즈계(30 ; 收束 lens系)를 통해 반도체웨이퍼(11)의 표면상에 조사시켜 주는 것이다.

상기와 같이 해서 반도체웨이퍼(11)의 표면으로부터 반사된 레이저빔(LB)의 일부는 광체배기나 빔검출기(32)에 의해 검출되고, 빔검출기(32)의 출력신호는 CPU와 피이크검출기등을 포함하는 제어시스템(40)에의해 처리된다. 여기에서 상기 폴리곤미러(26)는 구동기(34)에 의해 소정속도로 회전하여 반도체웨이퍼(11)상에서 소정방향, 바람직하게는 반도체웨이퍼(11)의 회전중심을 통과하는 소정방향으로 소정길이(W)의 라인세그멘트에 대해 레이저빔(LB)를 주사시켜 주도록 배치되어 있다. 예컨대 폴리곤미러(26)가 8개의 반사면을 갖추고 있는 경우에는 그 폴리곤미러(26)가 1회전할 때마다 소정의 진폭(W)으로 선형주사가 8회 실행되게 된다. 한편으로 수속렌즈계(30)는 예컨대 θ렌즈를 포함하고 있으면서 폴리곤미러(26)에서 반사된레이저빔(LB)을 반도체웨이퍼(11)의 표면상에 수속시켜 주는바, 이로써 폴리곤미러(26)의 회전에 따라 레이저빔(LB)이 반도체웨이퍼(11)의 표면상에 주사된 경우에도 그 반도체웨이퍼(11)의 표면상에 조사된 레이저빔(LB)의 스폿트형상 및 지름이 변동되지 않게 된다.

한편, 상기 펄스모우터(24)에는 인코더(33)로부터의 회전각도정보를 기초로해서 스테이지(20)가 1회전한것이 검출될 때마다 상기 제어시스템(40)의 위치제어기로부터 구동신호가 부여되는 바, 이로써 스테이지(20)가 소정방향 X에 연해서 소정거러(W)만큼 이동하게 된다. 더우기 상기 위치제어기는 인코더(33)로부터의 각도정보에 기초해서 스테이지(20)가 △θ회전할 때마다 레이저빔(LB)이 1회 주사되어지도록 폴리곤미러(26)를 소정각도만큼씩 회전시키는 구동기(34)를 제어하게 된다.

이하, 제3도와 제4도에 나타낸 레이저빔주사장치를 사용한 레이저빔주사방법 및 반도체웨이퍼표면의 검사방법을 설명한다.

반도체웨이퍼(11)의 검사시에는 반도체웨이퍼(11)를 탑재한 스테이지(20)가 구동모우터(22)에 의해 일정속도에서 θ방향으로 회전함과 더불어, 레이저빔(LB)이 폴리곤미러(26)에 의해 제5도에 도시된 것처럼 반도체웨이퍼(11)의 내주측으로부터 시작해서 만도체웨이퍼(11)의 표면상에서 X방향에 연한 외주측으로 진폭(W)만큼 반복해서 선형으로 주사되게 된다. 이때 반도체웨이퍼(11)의 표면상에서 난반사되는 레이저빔(LB)의 일부는 빔검출기(32)에 의해 검출되어지는데, 이 빔검출기(32)는 수광한 레이저빔(LB)의 광량에따라 출력신호를 발생시킨다.

상기한 출력신호는 위치제어기로부터의 레이저빔(LB)의 주사에 동기되는 샘플링신호에 의해 샘플링된다.이에 따라 반도체웨이퍼(11)상의 좌표에 대응되는 레이저빔(LB)의 파고치(波高値)를 얻을 수 있게 되는데,이러한 파고치는 레벨판정되어 입경의 정보로서 각 좌표위치에 대응되게끔 CPU에서 처리된 후 표시부상에표시되어진다. 이러한 1회의 레이저빔(LB)의 선형주사는 스테이지(20)가 소정각도 △θ만큼 회전하는 사이에 종료되는 바, 이런 선형주사는 스테이지(20)가 1회전하기 까지 반복해서 실시된다.

상기와 같이 해서 반도체웨이퍼(11)의 반경방향으로 진폭(W)의 선형주사가 반도체웨이퍼(11)의 1회전에걸쳐 실행되면, 제어시스템(40)의 위치제어에 따라 구동신호가 펄스모우터(24)에 인가되게 되어 스테이지(20)가 X방향으로 소정거리(W)만큼 이동하게 된다. 그후 앞에서의 주사동작과 거의 같은 조건에서 그때의주사영역보다도 거리(W)만큼 바깥쪽의 영역이 선형주사된다. 단, 이때에는 각 영역에서의 주사선간 간격을 일정치로 같게하도록 하기 위해서, 외주영역을 주사하는 경우에는 내주영역을 주사하는 경우보다도 스테이지(20)가 △θ보다 작은 각도로 회전하게 하면서 선형주사를 실행하므로써, 외주영역에서 선형주사를 보다많이 실행하도록 해도 좋다. 이처럼 하여 1주분(一周分)의 주영역(周領域)에 대한 반경방향으로의 선형주사가 종료될 때마다 스테이지(20)를 X방향으로 소정거리(W)만큼 이동시켜서 반도체웨이퍼(11)의 전표면중가장 안쪽에 있는 영역으로부터 가장 바깥쪽에 있는 영역에 걸쳐 순차선형주사를 실행하게 되는 바, 이로부터 얻어지는 선형주사패턴의 일부가 제5도에 도시되어 있다.

제5도에 도시된것처럼 빔스폿트는 진폭(W)의 라인세그멘트상을 순차적으로 반도체웨이퍼(11)의 원주방향을 따라 주사하여 종국에는 반도체웨이퍼(11)의 전체표면을 주사하게 되므로, 실질적으로 나선형 궤적과 마찬가지인 궤적을 만족시키도록 주사가 실행되게 된다. 또한, 상기한 진폭(W)은 반도체웨이퍼(11)의직경보다 짧은 것이고, 검출강도는 0.1μm∮로 하기 위해서 빔스폿트의 직경을 예컨대 10μm으로 줄인 경우의 진폭(W)은 10mm∼15mm가 가장 적당하다. 이런 정도의 진폭(W)이라면, 폴리곤미러(26)에서 일정한진폭으로 반사되는 레이저빔(LB)이 수속렌즈계(30)에 의해 균일하게 집속되므로, 레이저빔(LB)의 주사에의한 위치의 변화가 있어도 레이저빔(LB)의 형상이나 빔스폿트의 지름이 변하는 것은 없게되어 반도체웨이퍼(11)의 표면검출강도가 균일하게 된다.

상기한 실시예와 같이, 빔스폿트의 지름을 10μm으로 줄인 레이저빔(LB)을 폴리곤미러(26)에 의해 예컨대 15mm의 진폭(W)으로 반복하여 선형주사시켜 주면서 반도체웨이퍼(11)의 전체적인 표면상에 거의 나선형의 빔주사를 시켜 주는 본 발명의 주사방법에 의하면,6인치 웨이퍼의 전표면을 주사하는데에는 폴러곤미러(26)의 회전수가 2000rpm으로 되면서 전체적인 주사시간은 겨우 30초 정도밖에 걸리지 않게 된다. 또,그때의 빔스폿트지름의 변화는 ±10% 내외이다. 이런 실시예와 달리, 상기와 동일한 조건하에서 종래의 나선형 주사방법에 의해 빔주사를 실시하면, 웨이퍼의 전표면을 주사시켜 주는데 걸리는 시간은 약 5분정도여서, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 종래의 방법에 비해 그 주사시간을 1/10로 단축시켜 주게 된다.

또한, 상기한 실시예의 방법에서 사용되는 레이저빔 주사장치는 반도체웨이퍼(11)를 회전방향 θ로 회전시키편서 일정방향 X로 이동시키는 스테이지(20)와, 일정한 진폭(W)으로 레이저빔(LB)의 선형주사를 반복시켜 수는 폴리곤미러(26)를 주요구성으로 하는 것이어서, 기계계와 광학계를 기술적으로 용이한 수준에서 구현해낼 수 있게 된다.

본 발명은 이상에서 설명한 실시에에만 한정되지 않고, 가장 바깥쪽 영역에서 수사를 개시하여 반도체웨이퍼(11)의 1회전마다 상기한 경우의 일정방향 X와는 역방향으로 반도체웨이퍼(11)를 이동시키도록 해도된다. 또한, 반도체웨이퍼(11)상의 빔주사위치가 외주측인가 내주측인가에 따라 반도체웨이퍼(11)나 폴리곤미러(26)의 회전속도를 변화시켜주므로써 반도체웨이퍼(11)의 전표면에 절쳐 거의 균일한 밀도로 레이저빔(LB)을 주사시키도록 해도 좋다. 그리고, 상기 실시예에서는 스테이지(20)가 1회전할 때마다 소정방향 X로 소정거리(W)만큼 스테이지(20)를 이동시키게 되어 있는데, 본 발명은 이 거리(W)에만 한정되지 않고예컨대 상기 소정거리(W)보다 짧은 거리만큼 스테이지(20)를 이동시키도록 해도 된다.

Claims

반도체웨이퍼(11)를 탑재하기 위한 스테이지(20)와, 상기 반도체웨이퍼(11)상에다가 레이저빔(LB)을소정방향으로 반복해서 선형으로 주사시켜 주기 위한 레이저빔주사수단(26,28,30) 및, 상기 반도체웨이퍼(11)를 회전시켜 주면서 그 반도체웨이퍼(11)가 1회전할 때마다 반도체웨이퍼(11)를 소정방향으로 소정거리만큼 이동시켜 주기 위한 구동수단(22,24,33)을 구비하여 구성된 것으로서, 상기 레이저빔주사수단(26,28,30)은 레이저빔(LB)을 소정량의 진폭으로 선형주사시켜 주도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치.
제1항에 있어서, 레이저빔주사수단(26,28,30)은 레이저빔발생수단(28)과, 정속으로 회전하면서 상기레이저빔발생수단(28)으로부터의 레이저빔(LB)을 반사시켜주는 폴리곤미러(26) 및, 이 폴리곤미러(26)에서반사되는 레이저빔(LB)을울 반도체웨이퍼(11)상에다가 접속시켜 주는 수속렌즈계(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사장치.
제2항에 있어서, 폴리곤미러(26)와 수속렌즈계(30)는 스테이지(20)의 회전중심을 통과하는 선상에서소정거리에 걸쳐 레이저빔(LB)을 주사시켜 주도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼표면검사용레이저빔의 주사장치.
반도체웨이퍼(11)을 회전시켜 주는 단계와, 상기 반도체웨이퍼(11)의 표면상에다가 그 회전방향과 직교하는 방향으로 레이저빔(LB)을 일정한 진폭으로 반복해서 선형주사시켜 주는 단계, 상기 반도체웨이퍼(11)가 1회전할 때마다 상기 선형주사방향과 동일한 방향 또는 그 역방향으로 소정거리만큼 상기 반도체웨이퍼(11)를 이동시켜 주므로써 반도체웨이퍼(11)의 표면상에다 레이저빔(LB)을 실질적인 나선형상으로 주사시겨 주는 단계를 구비하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사방법.
제4항에 있어서, 반도체웨이퍼(11)의 회전중심을 통과하는 선상에서 레이저빔(LB)을 상기한 소정거리와 동일한 진폭으로 주사시켜 주는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼표면검사용 레이저빔의 주사방법.