JP2001110863A

JP2001110863A - マイクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装置

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Publication number: JP2001110863A
Application number: JP2000241210A
Authority: JP
Inventors: Chung-Sam Jun; 忠森全; Sang-Moon Chon; 相文全; Soho Sai; 相奉崔; Keidai Cho; 炯▲大▼ 趙; Pil-Sik Hyun; 弼植玄; Kyu-Hong Lim; 圭弘林; Byung-Am Lee; 炳巖李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: DE10041118A1; US6528333B1; US20010038448A1; GB0019869D0; KR20010018816A; KR100301067B1; GB2353592A; CN1285509A; JP4059334B2; CN1144038C; GB2353592B; US6449037B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハ上のスクラッチなどの欠陥の認識率
が高くて速かに判断でき、欠陥を効果的に検出できるマ
イクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロ
スクラッチ検査装置を提供する。【解決手段】欠陥検査方法は検査対象が媒質層に光を
所定角度傾斜して入射するように走査するが、媒質層下
部の他の層からの反射が抑制できる範囲で入射させ、散
乱光は最大限排除して反射光を電気的信号に変換する。
変換された信号からウェーハの表面の位置別電気的強度
信号を得た後これを比較して欠陥を検出するようにす
る。このような方法はウェーハの表面に形成されたマイ
クロスクラッチを成功的にモニターリングすることがで
き、特に検査対象が媒質層下部の構造特にパターン層の
構造に関係なく媒質層の表面に形成されたマイクロスク
ラッチなどを含む欠陥を検査できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロスクラッチ
検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造工程中、ＣＭＰ(Ｃhｅｍ
ｉｃａｌａｎｄＭｅｃhｅｍｉｃａｌＰｌａｎａｒ
ｉｚａｔｉｏｎ)工程はウェーハをポリウレタンパッド
上でスラリー(Ｓｌｕｒｒｙ)をばらまきながら研磨を進
めるＧＰ(ＧｌｏｂａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ)
工程である。スラリーには無数なシリカ粒子が研磨剤と
して含まれている。シリカ粒子中に平均大きさをはるか
に越える１μｍ以上の大きい粒子が存在するが、この粒
子が研磨過程中ウェーハに非正常的なストレスを加え
る。ウェーハの非正常的なストレスを受けた部分は自発
的にストレスを解く(Ｒｅｌｉｅｆ)ために裂け目(Ｆｒ
ａｃｔｕｒｅ)を引き起こす。

【０００３】図１は、スクラッチが生じたウェーハの表
面拡大図であり、図２は、スクラッチが生じたウェーハ
の断面図である。図１に示されたように眉毛模様のスク
ラッチが形成されている。一般に示されるスクラッチの
幅は０．３〜３．０μｍ、長さは３〜３０μｍ、そして
その深さは２００〜２０００Å程度である。ウェーハの
表面に生じたマイクロスクラッチはＣＭＰ工程直後観察
することは難しいがエッチング過程を経ながら物理的に
脆弱な裂け目がほかの部分に比べて多くエッチングされ
ることによりスクラッチが大きく拡大されるようになり
したがって容易に観察することができる。

【０００４】スラリー中に大きいシリカ粒子は約０．１
％以下のみ存在しても、マイクロスクラッチが多量発生
されることと知られている。しかし、スラリー中に含ま
れた大きい大きさのシリカ粒子の除去が難しくて、その
量も測定するのがむずかしい。

【０００５】ＣＭＰ工程に用いられる研磨パッドは多孔
性ポリウレタンで製造され、やはりウェーハにマイクロ
スクラッチを発生させる。研磨パッドの表面に存在する
気孔により研磨パッドの表面は数μｍの粗度を有してい
る。スラリーが供給された研磨パッドのデコボコするよ
うに荒い部分(ａｓｐｅｒｉｔｙ）の谷にスラリーが溜
まっているようになる。この状態で研磨が始まれば、ウ
ェーハにより研磨パッドの荒い部分に圧力が加わりなが
ら研磨が行なわれる。したがって、研磨はウェーハ表面
と荒い部分の谷に存在する一部のスラリーとにより行な
われる。この過程で研磨パッドの荒い部分の谷に存在す
るスラリー中の大きいシリカ粒子によりウェーハの表面
にスクラッチが生じる。

【０００６】このようにＣＭＰ工程中生じるスクラッチ
を検査する従来方法には単色のレーザ光をウェーハ表面
に照射して散乱された光を通してスクラッチの大きさな
どを検査する方法、いわゆるダイ・ツ・ダイ(ｄｉｅ
ｔｏｄｉｅ)信号処理方式によりダイから散乱される
光によりスクラッチを検出する方法、白色光を光源に利
用して高配率の画像イメージを得て画素間信号差により
スクラッチを検出する方法などがある。このような従来
ウェーハ上のスクラッチまたは欠陥を検出する方法はマ
イクロスクラッチの認識率が落ち、また誤認識する場合
が生じる等、マイクロスクラッチを効果的に検出できな
かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はウェーハ上の
スクラッチなどの欠陥を効果的に検出できるマイクロス
クラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッ
チ検査装置を提供することにその第一目的がある。本発
明はウェーハ上の欠陥の認識率が高くて速かに判断でき
るマイクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイ
クロスクラッチ検査装置を提供することにその目的があ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明によるマイクロスクラッチ検査方法は、検
査対象である媒質層が形成されたウェーハの表面に光源
により光を所定角度で入射させながら、ウェーハの表面
を走査させる走査段階と、前記ウェーハ表面から反射さ
れた光を光検出手段により受光して電気的強度信号を得
る検出段階と、前記電気的強度信号から前記光が走査す
るウェーハ表面の部分別光の反射量に対する電気的部分
信号値を得る計算段階と、前記電気的部分信号値を相互
比較してウェーハの表面に形成された欠陥存在有無を判
別する判別段階とを含む。

【０００９】前記検出段階は、反射された光をｓ偏光波
とｐ偏光波とに分離する段階をさらに含み、前記ｓ偏光
波及び／またはｐ偏光波から前記電気的強度信号を得る
ようにすることが望ましい。

【００１０】また前記走査段階は、前記光源と前記ウェ
ーハとの光学的距離及び／または前記ウェーハと前記光
検出手段との光学的距離を延ばす距離延長段階をさらに
含み、前記反射角を調整する反射角調整段階をさらに含
むことが望ましい。

【００１１】前記距離延長段階は、前記光源とウェーハ
との間及び前記ウェーハと光検出手段との間の光学的な
距離を各々独立された空間に延ばすようにすることが望
ましい。

【００１２】前記目的を達成するために、本発明のマイ
クロスクラッチ検査方法の他の類型は、検査対象である
媒質層が形成されたウェーハの表面に光源からの光をウ
ェーハと光源との間で所定反射角に所定回数反射させた
後ウェーハの表面を所定角度で走査する段階と、前記ウ
ェーハ表面から反射した光をウェーハと光検出手段との
間で所定反射角に所定回数反射させた後、前記光検出手
段により受光して電気的強度信号を得る検出段階と、前
記電気的強度信号から前記光が走査するウェーハ表面の
部分別光の反射量に対する電気的部分信号値を得る計算
段階と、前記電気的部分信号値を相互比較してウェーハ
の表面に形成された欠陥の有無を判別する判別段階とを
含むマイクロスクラッチ検査方法が提供される。

【００１３】前記検出段階は、反射された光をｓ偏光波
とｐ偏光波とに分離する段階をさらに含み、前記ｓ偏光
波及び／またはｐ偏光波から前記電気的強度信号を得る
ようにすることが望ましい。

【００１４】前記距離延長段階は前記光源とウェーハと
の間及び前記ウェーハと光検出手段との間の光学的な距
離を各々独立された空間に延ばすようにすることが望ま
しい。

【００１５】前記目的を達成するために、本発明のマイ
クロスクラッチ検査装置は、検査対象である媒質層が形
成されたウェーハの表面に光を所定角度に入射させる光
源を備える光学システムと、前記ウェーハ表面で所定角
度に反射された光を受光して電気的強度信号を生じる信
号検出システムと、前記電気的強度信号から前記光が走
査するウェーハ表面の部分別光の反射量に対する電気的
部分信号値を得て、前記電気的部分信号値を相互比較し
てウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する信
号分析システムとを備える。

【００１６】前記目的を達成するために本発明のマイク
ロスクラッチ検査装置の他の類型は、検査対象であるウ
ェーハがローディングされるステージと、前記ウェーハ
を前記ステージに対してローディング／アンロディング
するウェーハハンドラと、検査対象である媒質層が形成
された前記ウェーハの表面に光を所定角度に入射させる
光源を備える光学システムと、前記ウェーハ表面で所定
角度に反射された光を受光して電気的強度信号を生じる
信号検出システムと、前記電気的強度信号から前記光が
走査するウェーハ表面の部分別光の反射量に対する電気
的部分信号値を得て、前記電気的部分信号値を相互比較
してウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する
信号分析システムと、前記システムにより所望する信号
を得るために関連した測定項目を制御する測定制御シス
テムと、前記システムを制御するプロセッサーとを備え
る。

【００１７】前記本発明の検査装置において、前記信号
分析システムは反射された光をｓ偏光波とｐ偏光波とに
分離する偏光素子と、各偏光波からの電気的信号を各々
変換する偏光検出器とを備えて、特に前記ｓ偏光波及び
／またはｐ偏光波から得られた前記電気的強度信号によ
りマイクロスクラッチ存在有無を判断するようにするこ
とが望ましい。

【００１８】また本発明のマイクロスクラッチ検査装置
は、前記光学システムと前記ウェーハとの光進行経路及
びウェーハと信号検出システムとの光進行経路上に光学
的距離を延ばすグレージング光学システムをさらに備え
ることが望ましい。

【００１９】前記グレージング光学システムは相互平行
し、前記ウェーハの平面に対して垂直である第１、第２
ミラーを備え、前記光源は前記ミラー中いずれか一つの
ミラーに所定角に傾斜した方向に光を入射させ、前記二
つのミラー中いずれか一つは最終的に入射された光を前
記ウェーハの表面に反射させるようにすることが望まし
い。

【００２０】前記グレージング光学システムは前記光源
から入射された光を前記第１ミラーと第２ミラーの中い
ずれか一つのミラーに所定角度傾斜した方向に入射させ
ることであり、特に入射された光の反射方向の調整が可
能であるように姿勢調整が可能な第３ミラーを備えるこ
とが望ましい。

【００２１】また、前記グレージング光学システムの第
１ミラーと第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられて
前記光源からウェーハに入射する光の反射経路と、前記
ウェーハから反射されて信号検出システムに反射される
光の反射経路とが第１ミラーと第４ミラー及び第４ミラ
ーと第２ミラーにより空間的に独立しているようにする
ことが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照しな
がら、本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。図３
は、本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された
検出装置の第１実施例の基本的な構成を示す概略図であ
る。

【００２３】検査対象がウェーハをステージ２に及びそ
の反対に移動させるウェーハハンドラ１、前記ステージ
２に位置したウェーハに光を照射し、これから反射され
た光を検出する光学システム３、光学システム３からの
光を電気的信号で検出する信号検出システム４、前記信
号検出システム４からの電気的信号により前記ウェーハ
の表面にスクラッチ発生有無を判断する信号分析システ
ム８、前記光学システム３から所望するシグナルを得る
ために利用されるいろんな測定に関連した項目を制御す
る測定制御システム６及び前記各装置を全体的に制御す
るコンピュータのようなプロセッサー７を備える。

【００２４】前記光学システム３に含まれる照明手段は
深い紫外線(ＤｅｅｐＵＶ)領域から赤外線領域に至る
波長を含む光を生じる。照明手段の光にしたがって信号
検出システム４と信号分析システム８との細部構成装置
は適切に変更される。

【００２５】図４は、本発明によるマイクロスクラッチ
検出装置の第１実施例で、前記光学システム３と信号検
出システム４との関係を図式的に示す。

【００２６】図４を参照すると、光学システム３から白
色または単色または所定色相帯域の光が検査対象である
ウェーハ１００の表面に所定の入射角θｉで入射され、
ウェーハ１００から反射された光は光学的信号検出装置
４に入射される。

【００２７】前記信号検出システム４は、前記ウェーハ
１００からなるべく反射された光のみを受光する位置に
用意されて散乱光は最小量受光されるようにする。ま
た、ウェーハの表面から散乱された散乱光は全く前記信
号検出システム４に入射されないようにすることが望ま
しい。このような光学システム３は前述したように光源
を有し、前記信号検出システム４は入射された光を電気
的信号に変換する光検出器を備える。

【００２８】前記入射角θｉは、前記光学システム３か
らの光が大部分反射する範囲であり、ウェーハ表面の検
査対象物質層の屈折率ｎと関係する。この時に、前記入
射角θｉは０より大きくて９０度よりは小さい。

【００２９】図５は、本発明によるマイクロスクラッチ
検出装置の第２実施例における光検出装置４の光学的構
成を示す。図５を参照すると、光学システム３から出発
してウェーハの表面から反射された光が光軸４４に対し
て所定角度傾斜するように配置された光検出システム４
のビームスプリッター４１に入射して、Ｐ偏光はビーム
スプリッター４１を通過してＰ偏光検出器４２に入射し
て、Ｓ偏光はビームスプリッターで反射してＳ偏光検出
器４３に入射する。

【００３０】前記Ｐ偏光検出器４２とＳ偏光検出器４３
と各々はフォトアレーディテクターまたはＣＣＤカメラ
が適用できる。前記信号検出システム４により得られた
電気的信号は、前記信号分析システム５に供給されて、
信号分析システム５は、入力された電気的信号からウェ
ーハ表面の特定部位にマイクロスクラッチが生じたのか
否かに対して判断する。

【００３１】（シミュレーション１）このシミュレーシ
ョンでは、下の条件によりウェーハ表面の媒質層に対す
る光の入射角の変化による反射度の変化が検討された。
このシミュレーションで光入射角θｉは、０度〜９０度
の範囲内で変化させ、この時に用いられる光の波長は６
３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ表面に形成され
る媒質層は屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキサ
イドを用いた。また信号検出システムは図５に示された
ようにシステムに適用して反射光をｐ偏光波とｓ偏光波
とに分離してこれを各々検出するようにした。

【００３２】スネルの法則(ｓｎｅｌｌ’ｓｌａｗ)に
より前記媒質に対する前記ｐ偏光波と反射度Ｒｓとｓ偏
光波の反射度Ｒｐとは下の数学式１と２とにより定義さ
れる。

【数１】

【数２】

【００３３】前記（数１）と（数２）とでθｎは媒質内
における光の屈折角である。以上のような条件によりシ
ミュレーションを実行した結果、図６に示されたよう
に、ｓ偏光とｐ偏光との反射度変化を示す結果を得た。
図６を参照すると、ｓ偏光は入射角θｉが増えるほど反
射度が増加し、特に入射角θｉが７０度を越えた時に急
激に増加する。そして、ｐ偏光の反射度は入射角θｉが
６５度付近まで減少してからこれを過ぎた後急激に増え
る。ここでｐ偏光の反射度Ｒｐが最小になる角度は入射
光大部分が媒質層内に透過するブルースター角である。

【００３４】前記の結果を通して、入射角θｉが所定値
以上、特にｐ波の場合ブルースター角より大きい角度、
特に８５度以上を維持する場合媒質層に入射された光の
大部分が反射されることによって、媒質表面のマイクロ
スクラッチなどの欠陥を検出する光として用いられるこ
とができることが分かる。すなわち、例えば入射角を８
５度以上に維持する場合、信号検出システムに入射する
光は媒質層の表面から反射されたものであるので、これ
の光量の変化によって欠陥の検出が可能になる。光量の
変化は正常的な表面から反射された光が正常的に反射し
て信号検出システム４に入射して、マイクロスクラッチ
などの欠陥により散乱された光はその一部が信号検出シ
ステム４に入射することによって示される。

【００３５】（シミュレーション２）このシミュレーシ
ョンではウェーハ表面の媒質層下部に所定のパターンを
有した下部層が用意された場合、入射角θｉの変化によ
って下部層パターンが反射度の変化におよぶ影響を検討
して、これを通して媒質層の下部に所定のパターンを有
した下部層が媒質層表面のマイクロスクラッチの検出に
およぶ影響を検討した。

【００３６】このシミュレーションで光入射角θｉは０
度〜９０度の範囲内で変化されて、この時に用いられる
光の波長は６３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ表
面に形成される媒質層は１００００〜１３０００Åの厚
さを有すると屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキ
サイドを用いた。前記媒質層下部のパターン層は厚さが
３５０００Åであり、屈折率は１．３４０２に設定し
て、基板の屈折率は３．８８０６に設定した。

【００３７】以上のような条件に従うシミュレーション
により図７〜図９のような結果を得た。図７はｐ偏光波
の反射度Ｒｐ変化を示し、図８はｓ偏光波の反射度Ｒｓ
変化を示す。図７と図８とで寄与度は下部パターン層を
考慮した時の反射度に対する媒質層の反射度比率を示
し、寄与度が大きいということは下部パターン層の変化
が媒質層の反射度に影響を小さく与えるということを意
味する。

【００３８】図７に示されたように、下部パターンが考
慮されたｐ偏光波の反射度は０度から５０度へ行きなが
ら次第に縮まり、それ以上で示されなく、媒質層の表面
反射度は０度から５０度へ行きながら次第に縮まり、反
面、それ以上に高まると次第に高まり、特に８０度から
急激に増える。また寄与度はブルースター角付近で大き
く低下されて、７０度以上でほとんど１００％に至る。

【００３９】図８に示されたように、入射角θｉが大き
くなるほど寄与度も一緒に増え、８０度以上で寄与度が
９０％以上に示される。図９は下部パターン層が考慮さ
れた状態で、ｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の
反射度Ｒｐの比率の変化を示す。図９に示されたよう
に、反射度比率Ｒｐ／Ｒｓは入射角θｉが大きくなりな
がら寄与度も一緒に減少してから５０度以上から急激に
増える。

【００４０】以上のようなシミュレーション２による
と、ｓ偏光の反射度Ｒｓ、ｐ偏光の反射度Ｒｐ、ｓ偏光
の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率Ｒｐ／Ｒｓ中、
ｐ偏光の反射度の寄与度が相対的に安定的であり広範囲
で高く示されることが分かる。これはｐ偏光を媒質層の
マイクロスクラッチの検出に用いることが有利であるこ
とを示す。

【００４１】（シミュレーション３）本シミュレーショ
ンではウェーハ表面の媒質層下部に所定のパターンを有
した下部層が用意された場合、下部パターン層のパター
ン変化と入射角θｉの変化とによる媒質層の表面反射度
のＳ／Ｎ比(ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ)を
検討した。

【００４２】このシミュレーションで光入射角θｉは、
０度〜９０度の範囲内で変化されて、この時に用いられ
る光の波長は６３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ
表面に形成される媒質層は１００００〜１３０００Åの
厚さを有して屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキ
サイドが適用された。前記媒質層下部のパターン層は厚
さが３５０００Åであり、屈折率は１．３４０２に設定
し、基板の屈折率は３．８８０６に設定した。そして反
射度を測定することにおいて、媒質層の厚さを１０００
０Åから３０Åずつ１３０００Åまで増加させながら反
射度を計算した。

【００４３】ここでＳ／Ｎ比は、媒質層の厚さ変化によ
る反射度変化量に対する反射度の平均値の比率を示す。
図１０を参照すると、ｐ偏光の反射度の変化量は入射角
が７０度以上の時からその平均値より小さくなり、した
がって、Ｓ／Ｎ比が急激に増加する。図１１を参照する
と、ｓ偏光の反射度の変化量は入射角が大きくなること
によりＳ／Ｎ比が増加し、特に８５度以上の時からＳ／
Ｎ比が３００％以上に示される。

【００４４】図１２を参照すると、５０度〜６０度以上
に入射角が大きくなりながらｓ偏光波の反射度Ｒｓに対
するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化が平均値に比べ
て非常に小さくなるようになり、したがって、Ｓ／Ｎ比
も急激に減る。

【００４５】以上のようなシミュレーション３による
と、ｓ偏光の反射度Ｒｓ、ｐ偏光の反射度Ｒｐ、ｓ偏光
の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率Ｒｐ／Ｒｓ中、
ｐ偏光の反射度のＳ／Ｎ比が相対的に安定的であり広い
範囲で高く示されることが分かる。これはやはりｐ偏光
を媒質層のマイクロスクラッチの検出に用いることが有
利であることを示す。

【００４６】（シミュレーション４）本シミュレーショ
ンでは入射角を変化させながら、ウェーハ表面の媒質層
に形成されたマイクロスクラッチ部分での反射量変化を
検討した。このシミュレーションで入射角は４５．９度
〜６４．２度の範囲内で変化させ、入射光の波長は６３
２．８ｎｍである。光の走査は図１３に示されたように
ウェーハ１００の媒質層に形成されたマイクロスクラッ
チ１０１を横切る方向に直線的に５μｍの間隔で、光ス
ポットのサイズは５×１０μｍに設定した。

【００４７】シグナル分析することにおいて、隣接した
二スキャン部位から得られた反射度比率(Ｄａｔａ１、
Ｄａｔａ２)から下に定義された式により信号を増幅さ
せて補正値を得た。ここで、反射度比率はs偏光の反射
度に対するｐ偏光の反射度の比率を示す。

【数３】

【００４８】図１４を参照すると、入射角が増加するこ
とにより、マイクロスクラッチが生じた部位から信号の
変化が現れ始まり、その変化幅も入射角が増加すること
により次第に増加する。これを通して、入射角が大きく
なることによってウェーハの媒質層に存在するマイクロ
スクラッチによる反射比率（Ｒｐ／Ｒｓ）の変化が大き
く示され、特に６４．２度より大きい入射角からマイク
ロスクラッチの検出感度が大幅に高まることが分かる。

【００４９】（シミュレーション５）本シミュレーショ
ンでは本発明のマイクロスクラッチ検査装置を利用して
マイクロスクラッチが生じた地域を走査する場合実測値
を検討した。本シミュレーションでは入射角が６５.０
７度に固定され、入射光の波長は６３２.８ｎｍ、走査
間隔はｘ軸に５μｍ、ｙ軸に１０μｍに設定して図１５
に示されたようにウェーハ１００の媒質層に形成された
マイクロスクラッチ１０１を横切る方向に走査し、媒質
層に対するスポットの大きさは５×１０μｍに設定し
た。

【００５０】ここで測定値は、ｓ偏光の反射度に対する
ｐ偏光の反射度の比率（Ｒｐ／Ｒｓ）でシグナル分析す
ることにおいて、隣接した二スキャン部位から得られた
反射度比率(Ｄａｔａ１、Ｄａｔａ２)から下に定義され
た式により信号を増幅させて補正値を得た。

【数４】

【００５１】図１６を参照すると、入射角が増加するこ
とにより、マイクロスクラッチが生じた部位から信号の
変化Ｂが示され始め、その変化幅も入射角が増加するこ
とにより次第に増加する。図１６で低い入射角で示され
る反射度比率の急激な変化部分Ａは媒質層下部のパター
ン層の厚さ変化により示されることである。

【００５２】図１７は前記のような装置によりウェーハ
表面をスキャニングした結果をイメージ化したことであ
り、これを通して、入射角が大きくなることによりウェ
ーハの媒質層に存在するマイクロスクラッチによる反射
比率Ｒｐ／Ｒｓの変化が大きく現れ、特に６４．２度よ
り大きい入射角からマイクロスクラッチの検出感度が大
幅に高まることが分かる。このような本発明の方法及び
これを使用するマイクロスクラッチ検査装置は結果的に
ウェーハに対する光の入射角を適切に維持させることに
よりウェーハ表面のマイクロスクラッチをモニターリン
グすることができることを示す。

【００５３】以上の説明で、反射光をｓ偏光とｐ偏光と
に分離してこれから信号を検出し、その結果ｐ偏光がマ
イクロスクラッチをモニターリングすることが望ましい
ことが示された。しかし、前述したようにｓ偏光、ｐ偏
光のすべてが所定の入射角より高い角を維持した時、媒
質層下部のパターン層からの反射光の干渉なしで媒質層
の表面からの光により媒質層のマイクロスクラッチをモ
ニターリングできた。したがって、ウェーハ表面のマイ
クロスクラッチをモニターリングすることにおいて、ｐ
偏光が適合であり、しかし、ｓ偏光も使用が可能であ
る。また、反射光を偏光に分離せず、そのまま信号検出
システムから電気的信号で検出してこれを通してウェー
ハの表面に形成されたマイクロスクラッチをモニターリ
ングすることができることはもちろんである。

【００５４】前記のようにウェーハに対する入射角が大
きいほどマイクロスクラッチをモニターリングすること
に望ましいことと明らかになった。しかし、図４に示さ
れたように、光学システム３から直接ウェーハ１００に
光を照射する光学的構造においては入射角を大きくする
のに限界がある。すなわち、入射角が大きくなるほど光
学システム３がウェーハ１００の表面に近接しなければ
ならないが、これは設計的に難しいだけでなくこれによ
り周辺装置の設計自由度が落ちる。したがって、光学シ
ステム３を十分にウェーハから遠く位置させながらもウ
ェーハ１００に対する光の入射角を大きくなるようにす
る構造が必要である。

【００５５】図１８は、本発明によるマイクロスクラッ
チ検出装置の第３実施例で、前記光学システム３と信号
検出システム４との間にグレージング光学システム５が
用意された構造を示す。前記グレージング光学システム
５は、光学システム３がウェーハ１００から十分な距離
を維持した状態で、光学システム３からの光がウェーハ
１００の表面に大きい入射角で入射させて、そしてウェ
ーハ１００から反射された光を前記信号検出システム４
に伝達する機能を有する。

【００５６】図１８を参照すると、光学システム３と信
号検出システム４との光進行経路上に光学システム３か
らの光を複数回反射させウェーハ１００の表面に進行さ
せて、ウェーハ１００から反射された光を複数回反射さ
せ信号検出システムに進行させるグレージング光学シス
テム５が用意されている。

【００５７】前記グレージング光学システム５は、相互
平行した第１ミラー５１と第２ミラー５２とを備える。
光学システム３からの光は最初第２ミラー５２から反射
された後第１ミラーに進み、第１ミラー５１から反射さ
れた光は再び第２ミラー５２に進む。このような反復的
な反射により光は第１ミラー５１と第２ミラー５２との
間を外れてウェーハ１００上に焦点を結び、ウェーハ１
００から反射された光は再び最初に第１ミラー５１に入
射した後第２ミラーに反射される。ウェーハ１００から
反射された光が前記のように第１ミラー５１と第２ミラ
ー５２との間で繰り返して反射された後第１ミラー５１
と第２ミラー５２との間を外れて信号検出システム４に
進む。

【００５８】以上のようなグレージング光学システム５
は、光学システム３からウェーハ１０表面までの光学的
距離を延ばし、光学システム３をウェーハ１００から十
分な距離を維持させた状態でもウェーハ１００に対して
光が大きい入射角で入射できるようにする。図１９は、
本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第４実施例
で、前記光学システム３と信号検出システム４との間に
用意されたグレージング光学システム５の他の応用例を
示す。

【００５９】本実施例においてはウェーハ１００に対す
る入射角の調節を可能にする第３ミラー５３がさらに具
備される。図１９に示されたように光学システム３から
の光がウェーハ１００に隣接した第１ミラー５１と第２
ミラー５２との間に直接入射せず、第３ミラー５３を通
して第２ミラー５２に入射する。このような構造におい
ては光学システム３と信号検出システム３とが同じ方向
に位置することができる。前記第３ミラー５３は位置固
定されている場合もあり、前述したように光入射角の調
節が可能に一点５３１を中心に回動自在に設けられて光
学システム３から光の反射方向を変化させることができ
てしたがって、ウェーハ１００に対する光の入射角を変
化させることができる。また、前記第３ミラー５３が回
動自在に設けられることによって第３ミラー５３の姿勢
を矯正できるようになる。

【００６０】図２０は、本発明によるマイクロスクラッ
チ検出装置の第５実施例で、前記光学システム３と信号
検出システム４との間に用意されたグレージング光学シ
ステム５のさらに他の応用例を示す。

【００６１】図２０に示された類型のグレージング光学
システム５は、光集束機能を有した第３ミラー５３ａを
備える。光集束機能を有した第３ミラー５３ａは光学シ
ステム３からウェーハ１００表面まで延びた光学的距離
による光の発散を補償するためのことであり、前記光学
的距離に相応する集束力を有することによりウェーハ１
００の表面に所望の大きさのスポットを形成することが
できる。

【００６２】図２１〜図２３各々は、本発明によるマイ
クロスクラッチ検出装置の第６、７、８実施例で、前記
光学システム３と信号検出システム４との間に用意され
たグレージング光学システム５のさらに他の応用例を示
す。図２１〜図２３に示された実施例の共通点は、ウェ
ーハ１００に隣接された第１ミラー５１と第２ミラー５
２との間にウェーハ１００に入射する光経路とウェーハ
１００から反射された光が進む経路とを区分するための
第４ミラー５４が用意された構造を示す。

【００６３】図２１に示された第６実施例のグレージン
グ光学システム５は、図１８に示された第３実施例のグ
レージング光学システム５から応用された構造であり、
図２２に示された第７実施例のグレージング光学システ
ム５は図１９に示された第４実施例のグレージング光学
システム５から応用された構造であり、そして、図２３
に示された第８実施例のグレージング光学システム５は
図２０に示された第５実施例のグレージング光学システ
ム５から応用された構造を有する。

【００６４】図２４は、本発明によるマイクロスクラッ
チ検出装置の第９実施例で、第３ミラーから前述した実
施例のグレージング光学システム５から応用された構造
を有する。図２４を参照すると、ウェーハ１００に隣接
したミラー中光３１が入射する側に位置した第１ミラー
５１の上端部が上方に延長されて前記光３１がその上端
部を透過するようになっている。したがって、光は第１
ミラー５１に対して任意の入射角θ１で入射した後、第
１ミラー５１の屈折率に相応する屈折角θ２で第１ミラ
ー５１と第２ミラーまたは第４ミラー５４の間に進入す
る。したがって、第１ミラー５１と第２ミラーまたは第
４ミラー５４の間に進入した光は屈折角θ２で複数回反
射された後ウェーハ１００に到達する。このような機能
が達成されるためには前記第１ミラー５１の上部が光の
通過の可能な条件を有することはもちろんであり、前記
光の大部分が前記第１ミラー５１を透過することができ
るように前記θ１は前記第１ミラーに対するブルースタ
ー角で設定することが望ましい。

【００６５】

【発明の効果】前述したように本発明によると、ウェー
ハの表面に形成されたマイクロスクラッチを成功的にモ
ニターリングすることができ、特に検査対象が媒質層下
部の構造特にパターン層の構造に関係なく媒質層の表面
に形成されたマイクロスクラッチなどを含む欠陥を検査
できる。

【００６６】前述した実施例を通して本発明のマイクロ
スクラッチ検査方法及び装置は十分に理解される。そし
て、本発明のマイクロスクラッチ検査方法及び装置は上
述の実施例に限定されない。本発明は図面に示された実
施例を参考として説明したが、これは例示的なことに過
ぎず、該分野で通常の知識を有する者であればこれから
多様な変形及び均等な他実施例が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクラッチが生じたウェーハの表面拡大図であ
る。

【図２】スクラッチが生じたウェーハの拡大断面図であ
る。

【図３】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用さ
れた検出装置の第１実施例の基本的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第
１実施例で、前記光学システムと信号検出システムとの
関係を示す模式図である。

【図５】本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第
２実施例における光検出装置４の光学的構成を示す模式
図である。

【図６】本発明によるシミュレーション１によるｓ偏光
とｐ偏光との反射度変化を示す模式図である。

【図７】本発明によるシミュレーション２によるｐ偏光
波の反射度Ｒｐ変化を示すグラフである。

【図８】本発明によるシミュレーション２によるｓ偏光
波の反射度Ｒｓ変化を示したグラフである。

【図９】本発明によるシミュレーション２によること
で、下部パターン層が考慮された状態で、ｓ偏光波の反
射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を
示したグラフである。

【図１０】本発明によるシミュレーション３によること
で、ｐ偏光の反射度の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示し
たグラフである。

【図１１】本発明によるシミュレーション３によること
で、ｓ偏光の反射度の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示し
たグラフである。

【図１２】本発明によるシミュレーション３によること
で、ｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒ
ｐの比率の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示したグラフで
ある。

【図１３】本発明によるシミュレーション４でマイクロ
スクラッチが形成されたウェーハ表面に対するスキャン
方向を示す模式図である。

【図１４】本発明によるシミュレーション４によること
で、入射角の変化によるｓ偏光波の反射度Ｒｓに対する
ｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を示したグラフであ
る。

【図１５】本発明によるシミュレーション５でマイクロ
スクラッチが形成されたウェーハ表面に対するスキャン
方向を示す模式図である。

【図１６】本発明によるシミュレーション５によること
で、媒質層の下部にパターン層が考慮された状態で入射
角の変化によるｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波
の反射度Ｒｐの比率の変化を示したグラフである。

【図１７】本発明によるシミュレーション５によりウェ
ーハ表面をスキャニングした結果を示す模式図である。

【図１８】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第３実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図１９】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第４実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図２０】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第５実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図２１】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第６実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図２２】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第７実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図２３】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第８実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【図２４】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用
された検出装置の第９実施例の基本的な構成を示す模式
図である。

【符号の説明】

３光学システム４信号検出システム５信号分析システム５１第１ミラー５２第２ミラー５３ａ第３ミラー１００ウェーハ

フロントページの続き (72)発明者崔相奉大韓民国京畿道水原市八達区梅灘洞810− ３番地三星１次アパート２棟503号 (72)発明者趙炯▲大▼ 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞住公１団地アパート133棟1605号 (72)発明者玄弼植大韓民国京畿道龍仁市器興邑農書里山７− １番地月桂樹棟939号 (72)発明者林圭弘大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞凰谷マウル双龍アパート246棟1402号 (72)発明者李炳巖大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞甓積谷三星アパート926棟1504号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象である媒質層が形成されたウェ
ーハの表面に光源から光を所定角度で入射させながらウ
ェーハの表面を走査する走査段階と、前記ウェーハ表面で反射した光を光検出手段により受光
して電気的強度信号を得る検出段階と、前記光が走査するウェーハ表面の部分別光の反射量に対
する電気的部分信号値を前記電気的強度信号から得る計
算段階と、前記電気的部分信号値を相互比較してウェーハの表面に
形成された欠陥の有無を判別する判別段階とを含むこと
を特徴とするマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項２】前記検出段階は、反射した光をｓ偏光波
とｐ偏光波とに分離する段階をさらに含むことを特徴と
する請求項１に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項３】前記検出段階において、前記ｓ偏光波及
び／またはｐ偏光波から前記電気的強度信号を得ること
を特徴とする請求項２に記載のマイクロスクラッチ検査
方法。
【請求項４】前記検出段階において、電気的強度信号
は、前記ｓ偏光波に対するｐ偏光波の比率値から得るこ
とを特徴とする請求項３に記載のマイクロスクラッチ検
査方法。
【請求項５】前記ウェーハの表面を走査する段階は、
前記光源と前記ウェーハとの間の光学的距離及び／また
は前記ウェーハと前記光検出手段との間の光学的距離を
延ばす距離延長段階をさらに含むことを特徴とする請求
項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロスクラッチ検
査方法。
【請求項６】前記距離延長段階において、前記光源と
ウェーハとの間で所定の反射角で光を複数回反射させ前
記ウェーハ表面に到達させることを特徴とする請求項５
に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項７】前記距離延長段階は、前記反射角を調整
する反射角調整段階を含むことを特徴とする請求項６に
記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項８】前記距離延長段階において、前記光源と
ウェーハとの間及び前記ウェーハと光検出手段との間の
光学的な距離を各々独立して延ばすことを特徴とする請
求項５に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項９】前記距離延長段階において、前記光源と
ウェーハとの間及び前記ウェーハと光検出手段との間の
光学的な距離を各々独立して延ばすことを特徴とする請
求項６または７に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項１０】光源からの光をウェーハと光源との間
で所定反射角で所定回数反射させた後ウェーハの表面に
所定角で入射させながら検査対象である媒質層が形成さ
れたウェーハの表面を走査する段階と、前記ウェーハ表面で反射した光をウェーハと光検出手段
との間で所定反射角で所定回数反射させた後、前記光検
出手段により受光して電気的強度信号を得る検出段階
と、前記電気的強度信号から前記ウェーハ表面の部分別光の
反射量に対する電気的部分信号値を得る計算段階と、前記電気的部分信号値を相互比較してウェーハの表面に
形成された欠陥の有無を判別する判別段階とを含むこと
を特徴とするマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項１１】前記検出段階は、反射した光をｓ偏光
波とｐ偏光波とに分離する段階をさらに含むことを特徴
とする請求項１０に記載のマイクロスクラッチ検査方
法。
【請求項１２】前記検出段階において、前記ｓ偏光波
及び／またはｐ偏光波から前記電気的強度信号を得るこ
とを特徴とする請求項１１に記載のマイクロスクラッチ
検査方法。
【請求項１３】前記検出段階において、電気的強度信
号は、前記ｓ偏光波に対するｐ偏光波の比率値から得る
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロスクラッ
チ検査方法。
【請求項１４】前記ウェーハの表面を走査する段階
は、前記反射角を調整する反射角調整段階を含むことを
特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のマ
イクロスクラッチ検査方法。
【請求項１５】前記ウェーハの表面を走査する段階
は、前記光源と前記ウェーハとの間の光学的距離及び／
または前記ウェーハと前記光検出手段との間の光学的距
離を延ばす距離延長段階をさらに含むことを特徴とする
請求項１４に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項１６】前記距離延長段階において、前記光源
とウェーハとの間及び前記ウェーハと光検出手段との間
の光学的な距離を各々独立して延ばすことを特徴とする
請求項１５に記載のマイクロスクラッチ検査方法。
【請求項１７】検査対象である媒質層が形成されたウ
ェーハの表面に光を所定角度で入射させる光源を備える
光学システムと、前記ウェーハ表面で所定角度に反射された光を受光して
電気的強度信号を生じる信号検出システムと、前記電気的強度信号から前記光が走査するウェーハ表面
の部分別光の反射量に対する電気的部分信号値を得て、
前記電気的部分信号値を相互比較してウェーハの表面に
形成された欠陥の有無を判別する信号分析システムとを
備えることを特徴とするマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項１８】前記信号分析システムは、反射した光
をｓ偏光波とｐ偏光波とに分離する偏光素子と、各偏光
波からの電気的信号を各々変換する偏光検出器とを備え
ることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロスクラ
ッチ検査装置。
【請求項１９】前記信号分析システムは、前記ｓ偏光
波及び／またはｐ偏光波から得られた前記電気的強度信
号によりマイクロスクラッチの有無を判断することを特
徴とする請求項１８に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項２０】前記信号分析システムは、マイクロス
クラッチの有無を判断する時、前記ｓ偏光波に対する電
気的強度信号に対するｐ偏光波の電気的強度信号の比率
を用いることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロ
スクラッチ検査装置。
【請求項２１】前記光学システムから前記ウェーハに
至る光路及びウェーハから信号検出システムに至る光路
上に光学的距離を延ばすグレージング光学システムが設
けられていることを特徴とする請求項１７〜２０のいず
れか一項に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項２２】前記グレージング光学システムは、相
互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１
ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記ミラーの
いずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から光
を入射させ、前記二つのミラー中いずれか一つは最終的
に入射した光を前記ウェーハの表面に反射することを特
徴とする請求項２１に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項２３】前記グレージング光学システムは、前
記光源から入射した光を前記第１ミラーと第２ミラーの
いずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から入
射させる第３ミラーを備えることを特徴とする請求項２
１に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項２４】前記第３ミラーは姿勢を調整可能に設
けられ、前記第３ミラーに入射した光の反射方向の調節
により前記第１ミラーと第２ミラーのいずれか一つに入
射させる光の入射角を調整するようになっていることを
特徴とする請求項２３に記載のマイクロスクラッチ検査
装置。
【請求項２５】前記グレージング光学システムの第１
ミラーと第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前
記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前
記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミ
ラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに
至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特
徴とする請求項２１に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項２６】前記グレージング光学システムの第１
ミラーと第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前
記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経てウ
ェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー
及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る
光路とが空間的に独立して形成されていることを特徴と
する請求項２２〜２４のいずれか一項に記載のマイクロ
スクラッチ検査装置。
【請求項２７】検査対象であるウェーハがローディン
グされるステージと、前記ウェーハを前記ステージに対してローディング／ア
ンローディングするウェーハハンドラと、検査対象である媒質層が形成された前記ウェーハの表面
に光を所定角度で入射させる光源を備える光学システム
と、前記ウェーハ表面で所定角で反射した光を受光して電気
的強度信号を生じる信号検出システムと、前記電気的強度信号から前記ウェーハ表面の部分別光の
反射量に対する電気的部分信号値を得て、前記電気的部
分信号値を相互比較してウェーハの表面に形成された欠
陥の有無を判別する信号分析システムと、前記システムにより所望の信号を得るために関連した測
定項目を制御する測定制御システムと、前記システムを制御するプロセッサーとを備えることを
特徴とするマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項２８】前記信号分析システムは、反射した光
をｓ偏光波とｐ偏光波とに分離する偏光素子と、各偏光
波からの電気的信号を各々変換する偏光検出器とを備え
ることを特徴とする請求項２７に記載のマイクロスクラ
ッチ検査装置。
【請求項２９】前記信号分析システムは、前記ｓ偏光
波及び／またはｐ偏光波から得られた前記電気的強度信
号によりマイクロスクラッチの有無を判断することを特
徴とする請求項２８に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項３０】前記信号分析システムは、マイクロス
クラッチの有無を判断する時、前記ｓ偏光波に対する電
気的強度信号に対するｐ偏光波の電気的強度信号の比率
を用いることを特徴とする請求項２８に記載のマイクロ
スクラッチ検査装置。
【請求項３１】前記光学システムから前記ウェーハに
至る光路及びウェーハから信号検出システムに至る光路
上に光学的距離を延ばすグレージング光学システムが設
けられていることを特徴とする請求項２７〜３０のいず
れか一項に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項３２】前記グレージング光学システムは、相
互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１
ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記ミラーの
いずれか一つのミラーに所定角度に傾斜した方向から光
を入射させ、前記二つのミラーのいずれか一つは最終的
に入射した光を前記ウェーハの表面に反射させることを
特徴とする請求項３１に記載のマイクロスクラッチ検査
装置。
【請求項３３】前記グレージング光学システムは、前
記光源から入射した光を前記第１ミラーと第２ミラーの
いずれか一つのミラーに所定角度傾斜した方向から入射
させる第３ミラーを備えることを特徴とする請求項３１
に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項３４】前記第３ミラーは、姿勢を調整可能に
設けられ、第３ミラーに入射した光の反射方向の調節に
より前記第１ミラーと第２ミラーのいずれか一つに入射
させる光の入射角を調整するようになっていることを特
徴とする請求項３３に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項３５】前記グレージング光学システムの第１
ミラーと第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前
記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前
記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミ
ラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに
至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特
徴とする請求項３１に記載のマイクロスクラッチ検査装
置。
【請求項３６】前記グレージング光学システムの第１
ミラーと第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前
記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前
記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミ
ラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに
至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特
徴とする請求項３２〜３４のいずれか一項に記載のマイ
クロスクラッチ検査装置。