KR20050064458A - 패턴 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 패턴의 결함 유무를 검사하는 장치에 관한 것으로, 본 발명의 패턴 검사 장치는 상기 검사시료가 장착되는 XY 스테이지; 상기 XY 스테이지 상에 장착된 상기 검사시료의 패턴에 광원을 조사하여 패턴의 화상을 촬상하는 2개의 촬상 광학부; 및 상기 제1,2촬상 광학부로부터 얻은 영상을 비교하여 상기 패턴의 결함을 검출하는 영상 비교부를 포함하되; 상기 촬상 광학부는 상기 검사 시료의 하부에서 광원을 조사하는 광원조사부; 상기 검사 시료의 상부에서 상기 패턴을 투과한 광을 검출하는 투과광 검출부 및; 상기 투과광과 상기 투고광 검출부 사이에 배치되는 반사부를 더 포함한다.

Description

패턴 검사 장치{ PATTERN DETECTOR}

본 발명은 반도체 제조 공정에서 패턴의 결함 유무를 검사하는 장치에 관한 것이다.

레티클상의 패턴은 대량생산을 위해 반도체 웨이퍼에 전사된다. 따라서, 레티클은 그 차제가 결함이 없어야 한다. 그러므로, 결함 검출이나 결함을 검출하기 위한 조사 절차는 레티클을 제조하는데 있어서 매우 중요한 역할을 하며, LSI(Large-Scale Integrated circuit) 제조용 레티클( 또는 마스크, 기판)의 외관을 검사하기 위하여, 두 가지 방법이 공지되어 있다.

두 가지 방법 중의 하나는 단일 공통 레티클 상의 서로 다른 위치에 있는 동일한 패턴 또는 칩(다이;die)를 비교하는 '다이 투 다이 검사'이다. 다이 투 다이 검사 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 광학렌즈(12,14)를 레티클(20)의 상부 윗부분에 설치하고, 이 렌즈(12)와 렌즈(14)간 거리를 변경하여 레티클상의 칩 어레이에 대한 다이 투 다이 비교 방식으로 서로 다른 부분을 비교 분석함으로써 다이의 이상 유무를 판정하고 있다.

이 검사 장치(10)에서는 검사 대상인 칩 간의 거리가 두 광학렌즈를 가장 가까이 모았을 때, 두 개의 광축(a1,a2)의 거리(L1)보다 큰 피치를 가지는 다이에 대해서만 검사가 가능하였다. 두 광학렌즈의 최소 광축 간의 거리(L1)보다 작은 리치를 가지는 다이에 대해서는 검사가 불가능 하였다.

두 가지 방법 중의 다른 하나는 레티클 패턴을 그리는 데에 사용된 CAD(Computer Aided Design) 데이터와 레티클 패턴을 비교하는 '다이 투 데이터베이스 검사'이다. 이는 1개의 광학렌즈를 이용하여 레티클 표면을 스캐닝하고, 다이 투 다이 검사 대상 중 척 다이의 결과를 메모리에 저장하고, 다음 비교 대상 다이를 스캐닝하여 검출 결과를 첫 다이의 저장 기록과 비교 분석하여 이상 유무를 판정하고 있다. 그러나, 이 방식은 첫 다이의 검사 결과를 저장할 메모리가 필요하게 된다는 점과, 전체적인 검사 시간이 바람직하지 못하게 길어진다는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 검사 가능한 다이의 최소 거리의 한계가 없는 새로운 형태의 반도체 기판의 패턴 검사 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제들을 이루기 위한 본 발명의 패턴 검사 장치는 상기 검사시료가 장착되는 XY 스테이지; 상기 XY 스테이지 상에 장착된 상기 검사시료의 패턴에 광원을 조사하여 패턴의 화상을 촬상하는 2개의 촬상 광학부; 및 상기 제1,2촬상 광학부로부터 얻은 영상을 비교하여 상기 패턴의 결함을 검출하는 영상 비교부를 포함하되; 상기 촬상 광학부는 상기 검사 시료의 하부에서 광원을 조사하는 광원조사부; 상기 검사 시료의 상부에서 상기 패턴을 투과한 광을 검출하는 투과광 검출부 및; 상기 투과광과 상기 투고광 검출부 사이에 배치되는 반사부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 반사부는 상기 패턴을 투과한 투과광을 수직한 방향으로 반사하는 제1미러를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 반사부는 상기 제1미러에서 반사된 투과광을 재반사하는 제2미러를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 검사 시료는 복수의 검사영역을 갖는 반도체 웨이퍼, 또는 동일한 패턴을 갖는 한 쌍의 마스크 중 어느 하나 일 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴 검사 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3 및 도 4는 2개의 미러를 갖는 반사부와, 하나의 미러를 갖는 반사부에서의 투과광 경로를 보여주는 요부구성도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 패턴 검사 장치(100)는, 검사시료(a)가 장착되는 XY 스테이지(110), 상기 XY 스테이지(110) 상에 장착된 상기 검사시료의 다이에 광원을 조사하여 패턴의 화상을 촬상하는 제1,2 촬상 광학부(120,130), 상기 검사시료(a)와 상기 제1,2 촬상 광학부의 투과광 검출부(122,132) 사이에 배치되는 반사부(160), 상기 제1,2촬상 광학부(120,130)로부터 얻은 영상을 비교하여 상기 패턴의 결함을 검출하는 영상 비교부(140) 및 장치 전체를 제어하는 제어기(150)를 포함한다.

여기서, '다이'라는 용어는 패턴 비교의 단위로서 사용되는 소정 블록의 패턴 영역 또는 그의 검출 화상을 의미한다.

한편, 본 발명에서 가장 구조적인 특징은 검사시료와 상기 제1,2촬상 광학부(120,130)의 투과광 검출부(122,132) 사이에 반사부(160)가 설치되어, 투과광들의 경로를 변경할 수 있다는데 있다. 즉, 기존에는 투과광 검출부의 대물광학계(122a,132a, 일명 광학 렌즈라고 함)의 직경으로 인해 다이들의 간격 제한이 있었으나, 본 발명에서는 투과광의 경로를 변경함으로써 die to die 검사의 한계를 극복하였다.

상기 제1,2촬상 광학부(120,130) 모두 동일하게 상기 검사 시료(a)의 하부에서 광원(예를 들면, 레이저)을 조사하는 광원조사부(124,134)와, 상기 검사 시료(a)의 상부에서 상기 패턴을 투과한 투과광을 검출하는 투과광 검출부(122,132) 그리고 검사시료와 상기 투고광 검출부 사이에서 투고광의 경로를 변경하기 위한 반사부(160)를 갖는다. 상기 반사부(160)는 도 3에서와 같이, 2개의 미러(162,164)를 사용할 수도 있으며, 또한, 도 4에서와 같이 하나의 미러(162)만을 사용하여 투과광의 경로를 변경할 수 있다. 이렇게 함으로써, 대물광학계(122a,132a)의 렌즈 직경으로 인해 광축 거리를 좁힐 수 없었던 문제를 해소할 수 있고, 따라서, 두 개의 광축 거리(L1)를 기존 장치에 비하여 현저하게 줄임으로써, 보다 조밀한 간격으로 배치된 다이들의 패턴 검사가 가능해진다.

다시 한번 강조하면, 본 발명에서는 투과광 검출부(122,132)의 대물광학계(또는 광학 렌즈)(122a,132a)와 검사시료 사이에 투과광의 경로를 변경하기 위한 반사부(160)를 배치함으로써, 두 개의 광축(a1,a2) 거리(L1)를 기존보다 좁힐 수 있음으로써, 작은 피치를 가지는 다이에 대해서도 검사가 가능하다.

상술한 패턴 검사 장치(100)에서는, 상부에 검사시료(a)가 장착된 XY 스테이지(110)가 이동하면서, 제1,2촬상 광학계(120,130)에 의해 검사시료 상의 패턴의 단일 프레임의 화상이 취득된다. 이렇게 취득된 화상은 화상 비교기에서 패턴 결함을 검출하게 된다. 이러한 패턴 검사 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 제1촬상 광학부(120)의 광원조사부(124)와, 제2촬상 광학부(130)의 제2광원조사부(134)로부터의 조명광은 XY 스테이지(110)상에 재치된 검사시료(a)에 각각 조사된다. 여기서 검사시료(a)는 복수의 검사영역을 갖는 반도체 웨이퍼이어도 좋고, 또한 동일한 패턴을 갖는 한쌍의 마스크(레티클을 포함한다) 이어도 좋다. 또한 액정표시장치의 유리기판이어도 좋다. 즉, 기판상에 형성된 미세패턴으로 검사를 요하는 것이면 된다. 검사시료(a) 상방에 각각 배치된 제1,2미러(162,164)는 상기 투과광을 반사하여, 제1,2투과광 검출부(122,132)로 보내게 되고, 이 검출부에서는 투과한 광이 촬상된다. 여기서 투고광 검출부(122,132)는 대물광학계(122a,132a) 및 CCD 라인센서로 이루어지는 수광소자(122b,132b)를 포함할 수 있다. 대물광학계는 자동초점 맞춤기구에 의해 그 초점을 맞춘다. 상기 수광소자(122b,132b)로 촬상된 화상데이터는 화상메모리(142)에 보내어진다. 여기서 수광소자는 항상 또는 선택적으로 화상메모리에 접속될 수 있다. 화상메모리(142)는 패턴합성회로(144)에 접속되어 있다. 패턴합성회로(144)은 공급된 복수의 화상을 위치맞춤하여 합성할 수가 있다. 영상비교부(140)의 검출회로(146)는 복수화상을 중첩하여 형성한 합성화상으로부터 결함을 검출할 수 있는 회로이다. 예를 들어 화상메모리로부터 각각 공급된 촬상데이터를 비교하고, 미소한 차이도 검출하여 미소결함 정보를 공급한다. 또한, 상기 검출회로는 예를 들어 디자인 룰에 의거한 검사를 합성화상에 대해 실시하여 결함을 검출한다. 영상비교부는 제어기(150)에 의해 제어된다. 또한 제어기(150)는 자동초점 맞춤기구 및 XY 스테이지(110)의 제어도 실시한다.

여기서, 본 발명의 제1,2촬상 광학부(120,130)는 투과광의 경로를 변경하는 반사부(160)를 배치함으로써, 대물광학계(또는 광학 렌즈)(122a,132a)의 크기로 인해 발생하던 검사 기능 미니멈 칩 사이즈의 한계를 없앨 수 있었다.

이상에서, 본 발명에 따른 패턴 검사 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 투과광 검출부와 검사시료 사이에 반사부를 배치함으로써, 두 개의 광축 거리를 기존보다 좁힐 수 있음으로써, 작은 피치를 가지는 다이에 대해서도 검사가 가능하다.

도 1은 기존에 2개의 광학렌즈가 레티클의 상부 윗부분에 설치된 상태를 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴 검사 장치의 구성을 나타낸 블록도;

도 3은 도 2에 도시된 패턴 검사 장치의 반사부에서의 투과광의 경로를 보여주는 도면;

도 4는 변형된 반사부에서의 투과광의 경로를 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : XY 스테이지

120 : 제1촬상 광학부

130 : 제2촬상 광학부

140 : 영상 비교부

150 : 제어기

160 : 반사부

Claims (5)

1. 검사시료의 패턴을 검사하기 위한 장치에 있어서,

   상기 검사시료가 장착되는 XY 스테이지;

   상기 XY 스테이지 상에 장착된 상기 검사시료의 패턴에 광원을 조사하여 패턴의 화상을 촬상하는 2개의 촬상 광학부; 및

   상기 제1,2촬상 광학부로부터 얻은 영상을 비교하여 상기 패턴의 결함을 검출하는 영상 비교부를 포함하되;

   상기 촬상 광학부는

   상기 검사 시료의 하부에서 광원을 조사하는 광원조사부;

   상기 검사 시료의 상부에서 상기 패턴을 투과한 광을 검출하는 투과광 검출부 및;

   상기 투과광과 상기 투고광 검출부 사이에 배치되는 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패턴 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 반사부는 상기 패턴을 투과한 투과광을 수직한 방향으로 반사하는 제1미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패턴 검사 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 반사부는 상기 제1미러에서 반사된 투과광을 재반사하는 제2미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패턴 검사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 검사 시료는

   복수의 검사영역을 갖는 반도체 웨이퍼, 또는 동일한 패턴을 갖는 한 쌍의 마스크 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 반도체 패턴 검사 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광원은 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 반도체 패턴 검사 장치.