KR930011703B1 - 십자선 검사장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

십자선 검사장치 및 방법
제1도는 십자선 검사장치의 개략적인 사시도.
제2도는 제1도의 2-2선을 따라 절개한 검사 헤드의 개략적인 단면도.
제3도는 제2도의 3-3선을 따라 절개한 검사 헤드의 개략적인 측면도.
본 발명은 평면작업편의 양면을 검사하기 위한 레이저 주사 시스템에 관한 것으로 특히, 실리콘 마이크로칩 생산에 사용되는 십자선마스크의 양면을 검사하기 위한 저입사각 레이저 주사시스템에 관한 것이다.
실리콘마이크로칩을 제조하는 과정에 있어서, 빛은 십자선 마스크를 통과하여 실리콘웨이퍼디스크에 있는 피로를 식각(etch)한다. 십자선 마스크 또는 실리콘웨이퍼의 표면에 불결물, 먼지, 얼룩 또는 그 밖의 이질물의 존재는 최종회로에 불리한 영향을 주므로 바람직하지 못하다. 결과적으로 십자선 및 실리콘웨이퍼는 사용전에 반드시 검사되어야 한다. 통상의 검사 기술중 하나는 검사자가 제조시 강렬한 조명 아래에서 각각의 표면을 확대하여 시각적으로 검사하는 것이다. 그러나, 시각적으로 발견될 수 있는것 보다도 작은 파편일지라도 최종마이크로칩을 손상시킨다.
레이져 표면주사 검사 장치는 작은 파편을 정확하게 발견하는 실리콘웨이퍼 표면검사용으로 발전되었다. 이와 같은 장치의 실례는 알포드의 1983년 3월 15일자 미국 특허 제4376583호 및 모란의 1986년 12월 16일자 미국 특허 제4630276호에 기술되어있다. 이러한 공지된 레이저표면주사시스템에 있어서, 레이저 빔은 실리콘웨이퍼의 표면을 가로질러 이동되는데 이러한 웨이퍼로부터의 레이저빔 반사는 수집되고 분석되어 웨이퍼 표면에 소정의 파편이 존재한다는 정보를 제공하게 된다. 파편이 부재한 경우 모든 빛은 표면으로부터 거울과 같이 반사되고, 파편이 존재하는 경우 빔이 표면 파편과 충돌하는 위치에서 빛은 산란하게 된다. 산란된 빛과 거울과 같이 반사된 빛을 이격되게 수집하므로써, 검사장치는 실리콘 웨이퍼디스크의 표면조건을 정확하게 결정할 수 있게 된다.
그러나, 이와 같은 장치는 십자선 검사용으로는 부적합하다. 십자선은 마스킹을 형성하는 표면에 아주 얇게 코팅되어 있다. 이러한 코팅의 가장자리는 빛을 산란하는 경향이 있기 때문에 다른물질의 검출로 오인되는 경향이 있다. 또한 회로의 복잡성은 검사장치가 깨끗한 십자선에 파편이 스며들었다는 결정을 내리는 결과를 초래할 수도 있다. 또한 이와 같은 종래 기술 장치의 사용은 작업편의 오직 한면만을 검사하므로 부적합하다. 십자선의 양면이 모두 깨끗해야하며 따라서 양면 모두 검사되어야만 한다. 미국 특허 제3,836,261호에 기술된 검사장치는 물체의 양면을 검사할 수 있다. 그러나 이 장치는 상기 언급된 이유 때문에 십자선 검사에는 적합하지 않다.
본 발명은 상기 언급된 문제를 표면 오염을 발견하기 위하여 십자선의 양면에 연속적이며 실질적으로 동시에 주사하는 레이저 주사시스템의 설비로서 해결하였다. 마스크코팅의 가장자리에 산란되는 빛이 최소가 되도록 레이저광빔을 비교적 낮은 각도로 양면을 가로질러 주사하여 오직 표면 파편 또는 오염만을 발견하도록 한다. 이러한 십자선 양면 검사는 동일 시간내에 취급되므로, 뒤이어 일어나는 오염의 위험을 줄여주며 검사시 요구되는 시간도 줄여준다.
본 발명에 따른 레이저 주사시스템은 재료경로에 따라 작업편을 운반하기 위한 수단, 레이저광빔을 발생하기 위한 수단, 예정된 주사경로를 따라 레이저광빔을 반복적으로 주사하기 위한 수단, 및 재료경로의 일측으로 향하는 제1스위핑검사 주사와 재료경로의 반대측으로 향하는 제2스위핑검사 주사로서 주사경로에 레이저광빔을 분할하기 위한 수단으로 구성된다. 또한 레이저 주사시스템은 상기 제1및 제2스위핑검사 주사가 저입사각으로 재료경로에 직진하도록 하는 수단 및 재료경로로부터 반사된 빛을 수집하기 위하여 재료경로의 양면에 인접한 수집수단으로 구성된다.
더우기 본 시스템은 표면의 소정의 파편들을 정확하게 찾아내고 분석하는 전자제어 및 분석수단과 타이밍센서가 설비되어 있다. 또한 이러한 시스템은 레이저주사가 평행하도록 병령주사형태를 충분히 형성시키기 위한 광학셀(optical cell)이 설비되어 있다.
본 발명의 다른 면은 첨부도면과 연관하여 이후 상세히 기술될 것이다.
제1도는 십자선검사 시스템(10)이다. 십자선검사시스템은 하우징(파선으로 도시되었음으로 바람직하게 밀페되고 저(低)와트수 헬륨네온레이저와 같은 레이저광빔(B)을 발생하기 위한 레이저광발생수단(21)을 포함한다. 빔(B)은 내로우 스풋빔(narrow spot beam)을 형성하는 렌즈(23 및 25)에 의하여 접속된다. 여기서 거울(22 및 24)은 빔(B)의 방향을 바꾸어 회전다면 경(26)으로 직진시킨다. 회전다면경(26)은 레이저빔을 고속으로 계속적으로 주사하는 원인이 된다. 주사된 레이저빔은 바운스(bounce)거울(33)에 의하여 곡면 거울(31)과 평면거울(32)로 구성되는 광학셀(30)로 전달된다. 곡면 거울(31)과 평면거울(32)은 주사된 레이저빔이 광학셀로 부터 벗어나기 전에 많은 회수로 각각의 거울사이에 반사되도록 한 모양으로 위치된다. 연속반사의 결과로서 광학셀(30)은 본질적으로 복사하는 레이저주사를 평행하도록 병렬주사형태로 변화시킨다. 광학셀은 모란의 미국 특허 제4630276호에 명시되어 있고 여기서 참고 문헌으로 인용하였다. 도시된 실시형태에 있어서, 회전다면경(26)은 광학셀(30) 및 바운스거울(33 및 34)과 함께 주사 발생수단을 포함한다.
광학셀로부터 벗어난 레이저주사는 바운스거울(34)에 의하여 주사헤드(15)에서, 레이저빔은 하향 포인팅화살(35)로 표시된 예정주사경로를 따라 움직인다. 각각의 연속주사는 주사의 꼭대기에서 시작하여 아래로 움직인다. 각각의 포인트에서 주사되는 동안에 레이저빔은 각각의 다른 포인트에서 주사되는 동안의 빔의 방향과 실질적으로 병렬 방향이 되도록 유지된다. 주사헤드(15)는 재료경로(12)의 양면에 위치하고 재료경로와는 약 45°를 이루는 한쌍의 수직분할 거울(16 및 17)을 포함한다. 레이저주사경로는 분할 거울(16 및 17)에 의하여 효과적으로 분할되는데, 주사경로의 상층부분동안에 빔은 제1분할거울(16)에 의하여 경로가 변경되어 제1스위핑검사주사를 형성하며, 주사경로의 저층부분 동안에 빔은 제2분할거울(17)에 의하여 경로가 변경되어 제2스위핑검사주사를 형성한다. 제1스위핑검사주사는 재료경로(12)의 한면으로 향하고 제2스위핑검사주사는 일반적으로 수직적인 방법에서의 반대면으로 향한다. 한쌍의 저각도 거울(18 및 19)은 재료경로의 양면에 위치시키되, 반사면은 경로와 떨어져 있고 각각의 거울은 한쌍의 분할거울중 하나와 향하도록 놓여져 있다.
저각도 거울(18)은 분할 거울(16)로부터 제1스위핑검사주사를 수신하고 작업편(11)의 표면에 낮은 각도로 반사시킨다. 유사하게, 저각도 거울(19)는 제2스위핑 검사주사를 수신하여 작업편(11)의 반대면으로 향하도록 하다. 저각도는 십자선의 마스크코팅에 의한 빛의 산란을 최소한시켜주며 이에 대한 일반적인 범위는 약 2°-10°정도이지만 약 5°가 바람직하다. 스위핑검사주사는 작업편 양면의 각각의 선형충돌경로(48 및 49)로서 한정되고 이러한 주사는 작업편을 가로질러 스위프(sweep)한다. 컨베이어 또는 로봇팔(roboticarm)과 같은 적합한 작업편 운반수단(13)은 각각의 전체표면에 주사되도록 충돌경로쪽으로 작업편을 운반하기 위하여 재료경로에 설비된다. 주사경로(35)를 따라 레이저빔의 각각의 하향스위프 또는 주사동안에, 레이저검사빔은 충돌경로(48 및 49)에 위치한 작업편의 상부표면 및 하부표면을 연속적으로 가로질러 지나는 원인이 된다.
표면검사는 반사된 빛을 수집하고 분석함으로써 성취될 수 있다. 도시된 바람직한 실시형태에 있어서, 실시형태는 오직 산란된 빛만을 수집하는데, 그러나 이것은 어떤 실례로서 이해되며 거울과 같이 반사된 빛도 추가로 수집하는 것이 바람직하다. 수집수단은 렌즈(40 및 41), 섬유광학소선(fiber optic strand)(42 및 43) 및 광전자증배관과 같은 광검파기(44 및 45)로 구성된다. 렌즈(40 및 41)는 표면으로부터 반사된 빛을 수집하고 광검파기(44 및 45)로 수집된 빛을 전달하는 섬유광학소선(42 및 43)의 단부로 반사된 빛을 집속시키다. 광검파기(44 및 45)는 빛을 전자제어 및 분석수단(50)에 제공하기 위하여 전기적인 신호로 변환시킨다. 반사된 빛은 표면의 이질물 또는 불순물의 존재를 가르키고 반사된 빛의 강도는 불순한 파편의 크기를 가르킨다. 이와 같이, 전기적인 신호는 존재하는 불순한 파편의 크기를 나타낸다. 전자제어 및 분석수단(50)은 작업편의 표면조건을 결정하기 위하여 광전자증배관으로부터 수신된 데이터를 처리하도록 프로그램된 마이크로프로세서를 포함한다. 수집수단의 위치를 정하는 것은 십자선 표면의 마스크층이 무시되도록 검사시스템을 돕는다. 십자선의 마스크층은 아주 얇으므로(대략 1000-2000A)무시할 수 있는 량의 빛이 저각도 광빔의 소오스(source)로 다시 반사된다. 이와 같이, 수집렌즈(40 및 41)는 저각도거울(18 및 19)과 충돌경로(43 및 49) 사이에 위치되며, 이것은 제3도에 도시되어 있다.
타이밍센서(20)는 센서의 장소를 순간적으로 가로지르는 레이저빔을 감지하도록 주사경로에 설치된다. 타이밍센서(20)는 하나 또는 그 이상의 광전지 및 광응답전자장치로 구성되어야 한다. 타이밍센서(20)는 상부분할거울(16)의 최하단 부분과 하부분할거울(17)의 최상단부분사이의 주사경로상의 한 위치에 놓여지는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이 위치는 주사경로의 데드공간(dead space)이므로 작업편의 각각의 표면으로 향하는 빛이 존재하지 않는다. 그러나, 타이밍센서(20)는 주사경로의 하단부에 임의로 설비될 수 있다. 예를 들어, 타이밍 신호는 표면의 파편들의 위치를 가르키는 반사된 빛 데이터와 함께 필요한 정보를 전자제어 및 분석수단(50)에 제공한다. 제어 및 분석수단(50)은 십자선의 합격 또는 불합격을 차후 결정하기 위하여 불순한 파편의 수, 위치 및 크기의 관한 증거를 간직한다. 또한 타이밍센서(20)는 전자제어 및 분석수단(50)에 그 밖의 정보 즉, 빔의 촛점, 빔의 강도 및 빔의 정렬 등등을 제고하도록 배치될 수 있다.
작동시, 제2도에 나타난 바와 같이, 주사시점(SOS)에서의 레이저빔(실선으로 도시되었음)은 분할거울(16) 꼭대기의 상부 확장 부분에 의하여 수신된다. 레이저빔은 상부 저각도 거울(18)로 반사되되 저각도 거울(18)은 레이저빔을 작업편(11)의 좌측 가장자리에 낮은 각도로 입사시킨다. 레이저주사 경로를 가로질러 레이저빔이 이동하면 거울(16 및 18)의 반사면을 가로질러 레이저빔이 이동하고 그리고 작업편(11)의 상부표면을 가로질러 이동한다. 주사가 거울(16)의 하부에 도달되었을 때, 레이저빔은 작업편(11)의 상부표면의 우측자장자리로 직진하고, 상부표면의 검사주사의 한 스위프(sweep)가 완료된다. 레이저주사는 상부 분할거울(16)의 하부와 하부 분할거울(17)의 상부사이의 데드공간을 통과할때도 계속된다. 레이저빔이 하부 분할거울(17)의 상부 도달될 때, 레이저빔(파선으로 도시되어 있음)은 재료 경로(12) 하부에 위치한 저각도 거울(17)의 상부에 도달될때, 레이저빔(파선으로 도시되어 있음)은 재료경로(12) 상부에 위치한 저각도 거울(19)로 진행하여 작업편(11)의 좌측 가장자리에 도달될때까지 작업편을 가로질러 움직인다. 이 점이 주사종점(EOS)이고 십자선 양면의 검사주사의 한 스위프가 완료된다. 십자선은 재료경로를 따라 움직이므로, 레이저 표면을 가로질러 연속적으로 주사되며, 일련의 인접병렬주사를 형성한다. 반사된 빛은 상기 수집 수단에 의하여 연속적으로 수집되고 이로 부터 발생된 데이타는 전자제어 및 분석수단(50)에 의하여 분석된다.
본 도면과 명세서는 본 발명의 바람직한 실시형태로서 기록되었으며, 비록 전문용어를 사용했지만 일반적이고 서술적인 의미로 사용되었으며 이로써 본 발명이 제한되지는 않는다.

Claims (14)

  1. 작업편의 양면을 검사하기 위한 레이저주사 장치에 있어서, 상기 장치는 재료경로(12)에 따라 작업편을 운반하기 위한 운반수단(13), 레이저광빔을 발생하기 위한 레이저광 발생수단(21), 상기 레이저광빔을 수신하고 예정된 주사경로(35)에 따라서 레이저광빔을 반복적으로 주사하기 위하여 설치된 주사발생수단(26), 상기 레이저광빔을 수신하기 위해 재료경로의 양면에 위치하되 상기 재료경로(12)의 일측을 향하는 제1스위핑검사 주사와 상기 재료경로(12)의 반대측을 향하는 제2스위핑검사주사로서 상기 레이저광빔을 분할하기 위한 한쌍의 거울(16,17), 재료 경로로부터 대체로 떨어져 면하고 있는 반사면으로 재료경로의 양쪽면에 위치하되 분할거울로부터 주사를 받기 위해 분할거울의 각 한면을 향하며 재료경로에 저각도로 주사가 직진하도록 하는 한쌍의 거울(18,19) 및 상기 재료경로에 있는 작업편으로부터 반사된 빛을 수집하도록 상기 재료경로의 양면에 인접하게 설치된 수단(40,41)으로 구성된 십자선 검사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분할수단은 상기 재료 경로의 양면에 위치한 한쌍의 거울(16,17)로서 구성되고, 저각도주사수단은 재료경로로부터 대체로 떨어져 면하고 있는 반사면으로서 재료경로의 양쪽면에 위치되 분할 거울로 부터 주사를 받기 위해 분할거울의 각 한면을 향하며 재료 경로에 저각도 주사가 직진하도록 하는 한쌍의 거울(18,19)로 구성되는 십자선 검사장치.
  3. 제1또는 2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 또한 타이밍센서의 장소를 가로지르는 레이저광빔을 감지하도록 주사경로에 위치한 타이밍센서를 포함하는 십자선 검사장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 타이밍센서(20)는 일반적으로 상기 주사경로의 중앙에 상기 재료경로와 인접하게 위치시키고, 타이밍센서는 적어도 하나의 광전지로 구성된 십자선 검사 장치.
  5. 제1항 내지 제2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쌍의 거울(18,19)은 특정한 방향을 향하도록 되어있어, 상기 제1스위핑검사주사는 상기 재료경로의 일측을 횡단하여 제1충돌경로(48)를 형성하고 상기 제2스위핑검사주사는 상기 재료경로의 반대측을 횡단하여 제2충돌경로(49)를 형성하며, 또한 상기 수집수단(40,41)은 일반적으로 상기 거울(18,19)과 상기 충돌경로사이에 상기 작업편의 양면에 위치시킨 십자선 검사장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수집수단은 작업편으로부터 반사된 빛을 수집하기 위하여 상기 재료 경로에 위치한(40,41), 상기 렌즈로부터 빛을 수신하기 위한 상기 렌즈와 협력하는 섬유 광학소선(42,43), 및 상기 섬유 광학소선으로 부터 빛을 수신하기 위하여 상기 섬유광학소선과 연결된 광검파기(44,45)로 구성되는 십자선 검사장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광검파기(44,45)는 수집된 빛을 수집된 빛의 강도를 나타내는 전기적인 신호로 변환하고, 또한 상기 장치는 상기 타이밍센서의 장소를 가로지르는 레이저광빔을 감지하기 위하여 상기 주사경로에 위치한 타이밍센서(20) 및 작업편 표면에 있는 파편수, 크기 및 위치를 기록하는 타이밍센서와 광검파기로부터 발생된 데이타를 수신하고 분석하기 위한 전자제어 및 분석수단(50)을 포함하는 십자선 검사장치.
  8. 수평한 작업편(11)의 상부 및 하부표면을 검사하기 위한 레이저주사장치에 있어서, 상기 장치는 수평한 재료 경로(12)에 작업편을 운반하기 위한 운반수단(13), 레이저광빔을 발생하기 위한 레이저광 발생수단(21), 상기 레이저광빔을 수신한고 레이저광빔을 주사하기 위하여 설치된 회전다면경(26), 상기 주사된 레이저광빔을 수신하고 주사를 평행하게 즉, 병령주사형태로 형성시켜 예정된 주사경로에 따라 직진하도록 설치한 접힌 광학셀(30), 상기 레이저광빔을 수신하는 재료경로와 약 45°를 이루며 서로에 대해 수직으로 주사경로의 양측에 위치되고, 상기 재료경로의 일측을 향하는 제1스위핑검사주사와 상기 재료경로의 반대측을 향하는 제2스위핑검사주사로서 상기 레이저광빔을 분할하기 위한 한쌍의 분할거울(16,17), 상기 주사경로상의 상기 한쌍의분할거울 사이에 재료경로의 양면에 설치하되 제1 및 제2스위핑검사주사를 수신하고 상기 재료경로에 저입사각으로 상기 제1 및 제2스위핑검사주사를 직전시키는 한쌍의 저각도 거울(18,19), 상기 재료경로로부터 반사된 빛을 수집하기 위하여 상기 한쌍의 저각도거울과 인접한 상기 재료경로의 양측에 인접하게 설치된 렌즈(40,41)를 포함하는 수집수단, 타이밍센서의 장소를 가로지르는 레이저광빔을 감지하기 위하여 상기 한쌍의 저각도 거울(18,19) 사이의 상기 주사경로에 위치한 타이밍센서(20) 및 상기수집수단 및 타이밍 센서로 부터 수신된 데이타를 처리하기 위하여 수집수단 및 타이밍센서와 연결된 전자제어 및 분석수단(50)으로 구성하되, 상기 레이저빔은 첫번째 상기 한쌍의 분할거울을 가로질러 이동하고 그 다음 두번째 상기 한쌍의 수집수단을 반복하는 방식으로 가로질러 이동하는 십자선 검사장치.
  9. 재료경로를 따라 이동하는 작업편의 양측을 주사하는 방법에 있어서, 레이저광빔을 발생하는 단계, 예정된 주사경로를 따라 반복주사형태로서 상기 레이저광빔이 움직이는 단계, 레이저광 주사 형태를 제1및 제2스위핑검사주사로 분할하고 각각의 상기 제1및 제2스위핑검사주사를 작업편의 양면에 저입사각으로 직진시키는 단계, 및 상기 작업편의 표면으로 부터 반사한 빛을 수집하는 단계를 포함하는 십자선 검사방법.
  10. 제9항에 있어서, 또한 빛을 수집하는 상기 단계는 광빔이 발생한 방향과 일반적으로 역으로 반사되는 빛을 수집하는 단계를 포함하는 십자선 검사방법.
  11. 제9항에 있어서, 레이저광 주사형태를 분할하는 상기 단계는 작업편의 양측에 직업편과 약 45°로 위치한 한쌍의 수직분할거울에 의하여 수행되어지는 십자선 검사방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 각각의 제1및 제2스위핑검사주사를 저각도로 직전시키는 단계는 대체로 작업편에 떨어져 면하고 상기 분할거울(16,17)의 한면을 향하여 작업편의 양면에 위치한 한쌍의 저각도 거울(18,19)로 주사를 보내는 것으로 구성되는 십자선 검사방법.
  13. 제9항 내지 12항중 어느 한 항에 있어서, 주사경로에 위치하고 타이밍신호를 발생하여 제어 및 분석수단에 전달하는 타이밍센서와 접촉하여 타이밍센서의 위치에 통과하는 레이저빔으로써 표면의 파편위치를 정확히 결정할 수 있도록 레이저광빔을 각각의 주사동안에 직진시키는 단계를 포함하는 십자선 검사방법.
  14. 제9항에 내지 12항중 어느 한 항에 있어서, 수집된 빛이 수집된 빛의 강도를 나타내는 전기적인 신호로 변환된 수집된 빛을 분석하는 단계, 예정된 위치를 통과하는 레이저빔을 나타내는 타이밍 신호를 발생하는 단계, 및 상기 작업편 표면상의 파편의수, 크기 및 위치를 누산하는 단계를 포함하는 십자선 검사방법.
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