专利名称：薄膜检查方法及其装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及主要在半导体制造工艺中利用的薄膜检查方法，特别是涉及通过用光的干涉现象检查薄膜表面，能够进行与薄膜种类无关可靠性高的检查的薄膜检查方法及其装置。
现有技术薄膜(thin film)检查在使用以真空镀膜(deposition)、曝光(exposure)、刻蚀(etching)等为代表的半导体工艺的LCD(Liquid Crystal Display液晶显示)、PDP(Plasma Display Panel等离子显示屏)等制品的制造中是极为重要的。在TFT(TFTThin Film Transistor薄膜晶体管)LCD中将具有1000以下厚度的薄膜重叠形成的有/无、缺损/过多或异物的污染对最终制品的质量有深刻的影响。因此，必须进行形成的薄膜检查，随着半导体工程的开发已介绍了各种各样的检查方法。以下叙述其代表的检查方法。
如图1所示，最一般的方法是用区域CCD(Charge-Coupled Device电荷耦合器件)11和照明12的光学系统的检查方法。该方法的优点是，由于可以从极其不同的角度将照明12均匀地给予对象物，所以能够对于极微细的突出和擦痕或者厚度变化钝感成象。这种方法一般主要在由模型的检查测定模型的2维尺寸时使用，另外，由于必须均一大面积的照明，所以光源使用LED。
但是，该光学系统对于要对模型设定检查条件，或者要检测极微细的缺陷是不适合的，而且，由于使用适于区域CCD照明的缘故，所以要进行用线性CCD的高速检查是不适合的。
另外，有利用同轴落射照明的检查方法。如图2所示，该方法是将同轴落射照明21和倾斜照明22固定在适当的角度，给予检查对象物20的表面以照明，由CCD23得到图象的方法。
用该方法检查的最佳条件与薄膜模型的性质有密切的关系，而调节这样条件的方法是很受限制的。即，因调节条件的方法受到调节同轴照明和倾斜照明的明亮度的限制，所以在存在不同种模型或模型性质改变的场合不能找出检测的最佳条件。另外，即使所谓同一过程，也必需有根据过程条件调节检查条件的方法，因此所述方法对此缺少对策。
另外，オルボテツク(Orbotech)公司提出应用偏光解析(Ellipsometry)的光学技术的薄膜检查方法，该方法已在美国专利5333052中公开。如图3所示，该方法使用的装置由偏光器31、延迟器32和分析器33构成，由照明35射出的光一边通过偏光器(Polarizer)31一边改变成线偏振光照射到检查对象30上，由检查对象30的表面反射的椭圆偏振光一边通过延迟器(retarder)32一边再改变成线偏振光，该线偏振光通过分析器(Analyzer)33射入CCD传感器34得到图象。结果，该方法的优点是，对于特定形式的膜可以使其灵敏度最大化，通过改变延迟器和分析器的回转角度，可以调节想要强调的膜的明暗。
即，由于改变延迟器32和分析器33的回转角度能够调节亮度(contrast)，所以可以根据膜的特性改变检测条件。但是，当存在2枚以上特性不同的薄膜时，要决定能完全满足多种膜特性的检测条件是不可能的。也就是说，对于一种膜检测精度高时，对于另一处膜的检测精度可能就低。
因此，在所述薄膜的检查方法中，当多种薄膜混合存在时设定检测条件是困难的，由于在一定的检测条件下检测精度有所不同，所以存在所谓检查结果不可靠的问题。
总之，现有的薄膜检查方法，或者使用一个照明，或者同时使用对表面检查的必要用的多个光源，虽然将偏光解析这样古典的光学的机构用于检查，但是存在有使模型相对灵敏度提高的方法受到极大限制，或者对多种模型不能摸索出调节对策的问题。
发明内容
本发明为解决所述现有技术的问题进行了研究，其目的是，提供通过用能够调节从不同角度入射的光的波长和强度的两个以上光源调节干涉强度，设定最合适的检查条件，即使多种薄膜混合也能够得到有充分可靠性的检查结果的薄膜检查方法和其装置。
为达到所述目的，本发明的薄膜检查方法由以下阶段构成使多个光源从不同的角度照射到形成薄膜的平板上的光照射阶段、一边使在所述光照射阶段照射的光由薄膜反射一边由传感器识别产生干涉的反射光的识别阶段和分析在所述识别阶段识别的光并判断薄膜状态的判断阶段。
另外，本发明的薄膜检查装置的特征在于由以下各部分构成放置具有不同折射率和厚度的模型的平板、可以一边使光照射角度改变一边使光照射到所述模型上的照明部、位于所述照明部和所述平板之间调节照射到所述模型上的光的入射光调节部、识别由所述模型反射的反射光的传感器部、位于所述平板和所述传感器部之间调节由所述传感器部识别的所述模型的反射光的反射光调节部和控制所述照明部及传感器部移动的控制部。
图1是概略表示一般光学系统的模式图；图2是表示现有薄膜检查中使用的照明系统的示意图；图3是表示使用椭圆偏光器的光学系统的模式图；图4是表示本发明的薄膜检查装置的构成图；图5是本发明使用技术的示意图；图6是表示本发明使用的技术的主要部分的示意图；图7是表示本发明使用的光源的行进路径的示意图；图8(a)是表示光合成原理的曲线图，(b)是表示光削弱原理的曲线图；图9是表示在本发明光学系统中由一种条件形成的干涉变化率的曲线图图10是表示在本发明光学系统中由另一条件形成的干涉变化率的曲线图；图11是表示在本发明光学系统中由一种条件形成的模拟结果的曲线图；图12是表示在本发明光学系统中由其它条件形成的模拟结果的曲线图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施例。
本发明的薄膜检查方法由以下阶段构成对在平板上形成具有不同厚度或折射率的薄膜的平板使用分别独立的多个光源从不同的角度把光照射到平板上的光照射阶段、一边使在所述光照射阶段照射的光由薄膜反射一边由传感器识别产生干涉的反射光的识别阶段和分析在所述识别阶段识别的光并获得信息判断薄膜状态的判断阶段。
这里，所述光照射阶段的光源可以实时调节光的波长和照射方向，通过使所述光源水平移动，可以调节光的入射角。
而且，所述识别阶段能够选择地识别由所述光源的调节结果获得的反射光的波长并调节特定材料的图象的灵敏度。
即在所述光照射阶段以使所述光源水平移动，光的入射轴由光源的中心轴偏离的方式照射的光，在构成薄膜的平板的模型上一边反射或透过一边折射，折射的光因衍射在模型的周边形成明暗带，使得到的材料图象成为被强调的形状。
作为得到这样被强调的形状的方法，可以举出应用斜角照明显微镜(bevel illumination microscope)的原理的方法，斜角照明显微镜使用为使所观察对象体的形状更明确，使光源的倾斜角从显微镜的光轴稍微偏离的照光方法。
另一方面，所述薄膜检查方法使传感器的位置与所述光源相对向配置，并使由所述光源照射到平板上的入射光的路径和由所述平板至传感器的反射光的路径不重合。
图4是表示本发明薄膜检查装置的构成图。
为实现所述本发明的方法，本发明薄膜检查装置，如图4所示，由以下部分构成放置形成薄膜的模型P1、P2的平板60；使光以一定的角度照射到所述平板60和模型P1、P2上并能使光的照射角可变的照明部50；位于所述照明部50和所述平板60之间调节照射到所述模型P1、P2上的光的入射光调节部70；识别由所述模型P1、P2反射的反射光的传感器部90；位于所述平板60和所述传感器部90之间调节由所述传感器部90识别的所述模型P1、P2的反射光的反射光调节部80和控制所述照明部50及传感器部90移动的控制部(未图示)。
这里，所述照明部50和所述传感器部90以相对倾斜的方式配设，因此从所述照明部50照射的光无干涉地传达到所述传感器部90。
此外，所述照明部50因相对于光轴可水平移动地设置，所以通过移动所述照明部的位置，能够调节入射到所述入射光调节部光的角度。
所述照明部50包括可调节光的波长和强度的至少两个以上光源51而构成，在所述光源51的前方分别配置波长调制手段52，由所述光源照射的光一边透过，一边调制波长。
这样，波长被调制的光入射到视准透镜53并垂直地照射到所述入射光调节部70，为此，调整由所述波长调制手段52照射的光的路径，配置诱导到所述视准透镜53的路径调整系统。
所述波长调制手段52由可回转地设在各光源51的前方的轮52a和在所述轮52a上环状配列的多种色差的滤色片52b构成，由所述光源51照射的光一边通过所述滤色片52b一边调制波长。
另一方面，所述路径调制系统最好由所述波长调制手段52的前方和所述视准透镜53的后方之间连接设置的光纤54构成，或者由至少一个以上的反射镜构成。
藉此，由光源51照射的光一边通过光纤54或反射镜，一边折射或反射，无损失地传到所述视准透镜53上。
在所述视准透镜53的前方配置所述入射光调节部70，调节照射到模型上的光的波长或强度，所述入射光调节部70由将所述照明部50照射的光折射并一条直线地照射到模型P1、P2上的折射透镜71和配置在所述第1折射透镜71和平板60之间可以调节入射到所述模型P1、P2上的光量的入射滤光片72构成。
所述第1折射透镜71由入射面平坦出射面鼓起的半圆筒形透镜构成，所以入射时光不折射，而出射时光向中心线折射。
而且，所述入射滤光片72使用不具有极性的中性密度(Neutral Density)的一般滤光片，或者使用具有极性的偏光滤光片以改变透过的光的极性。
所述传感器部90由可以水平移动并识别从所述模型P1、P2反射的反射光的线性传感器91和把在所述线性传感器91形成的信号数字化表示的AD转换器92构成。
而且，所述反射光调节部80由设在所述线性传感器91和平板60间、将反射光集中到所述线性传感器91侧的第2折射透镜82和设在所述第2折射透镜82和模型P1、P2间、调节可测定的光量的检测滤光片81构成。
所述视准透镜53和所述线性传感器91相对倾斜配设，所述光源51可以用一个方向上长排列的点照明或者光纤形成。所述轮52a可以一边用马达或手动回转，一边容易地改变入射波长；所述视准透镜53和线性传感器91可以通过控制部(未图示)动作的驱动装置水平移动。
所述第2折射透镜82由入射面鼓起出射面平坦的半球形凸透镜的构成，因此入射时光向中心折射。
另一方面，所述检测滤光片81与所述入射滤光片72同样，使用不具有极性的中性密度的一般滤光片，或者使用具有极性的偏光滤光片以改变透过的光的极性。
按照以上构成的本发明薄膜检查装置，当检查多种薄膜混合的平板时，可以通过下述过程适宜调节检查条件。
由光源51照射的光，一边通过所述波长调制手段52的滤色片52b一边改变波长后，经过光纤54传到视准透镜53。这时，所述视准透镜53使光经由第1折射透镜71和入射滤光片72照射到平板60上的模型P1、P2上，而且，入射到所述第1折射透镜71的光折射并一条直线地照射到平板上，入射到模型P1、P2上的光量由所述入射滤光片72调节。接着，由模型P1、P2反射的反射光经检测滤光片81通过第2折射透镜82由线性传感器91检测，该线性传感器91的信号由AD转换器92数字化表示。
此时，所述波长调制手段52的轮52a一边回转，一边使光通过不同的滤色片调制光的波长。另外，所述视准透镜53由电机(未图示)直线状地移动，微调入射到模型P1、P2上的光的入射角。另外，所述线性传感器91也一边由线性马达(未图示)移动一边检测反射光，若考虑由所述视准透镜53的位置和滤色片52b所决定的入射光的波长等，就能够设定最合适的检查条件。
以下，基于理论根据进一步详细地说明本发明薄膜检查方法及其装置的动作。
图5是适用本发明的技术的示意图，图6是表示适用本发明的技术的主要部分的示意图，进而说明通过用能够调节从不同角度入射的光的波长和强度的两个以上光源调节干涉强度，可以设定最合适的检查条件。
即，将以一定的厚度置于平板(flat plate)上的薄膜称为模型(pattern)，图5的P1和P2是指具有不同折射率和厚度的两个模型，因各个模型厚度和折射率不同，使干涉(interference)强度不同。L1和L2是光源，使用反射镜或光纤可以调整光的照射路径，各光源具有特定的波长特性，或使用滤光片可以调整其特性。
而且，LS1为入射面平坦、出射面鼓起的半圆筒形透镜；LS2为入射面鼓起的、出射面平坦的半球形凸透镜。
光源L1和L2在与检查对象表面垂直的线的θ0方向上视准并照射光，通过半圆筒形透镜LS1并以同一条直线照射，θ0可以随着对象物调节使用。此时，通过使传感器和照明倾斜并相对配设，使入射的入射光路径和反射光的路径不重合。
另外，调整加到模型表面的光的照射角度时，可以调整内部反射光(internal reflection light；Ix)和外部反射光(external reflection light；Iy)的干涉程度。
另一方面，图6表示通过光源L1和L2的水平移动，入射角随着视准位置改变的原理。与光轴平行的方向入射的光通过透镜的焦点，而加到透镜边缘的光形成大的折射角入射到对象物表面，加到透镜中央的光没有折射地入射到表面。
图7是表示本发明使用的光源行进路径的示意图，图8(a)是表示光的合成原理的的曲线图，图8(b)是表示光的削弱原理的曲线图。
即，使光照射到模型表面时，如图7所示，外部反射光和内部反射光沿不同的路径行进，由入射光的角度可以改变两反射光的干涉程度。此时，由这两反射光的相位使干涉的结果不同，如图8所示因干涉有时显现较明亮，有时显现较暗。
例如，当由模型表面反射的内部反射光Ix和外部反射光Iy以同一波长反射时，如图8(a)所示根据光的重叠原理合成光Ia的强度增强，相反，当内部反射光Ix和外部反射光Iy以互相相反的波长反射时，如图8(b)所示根据光的削弱原理合成光Ib的强度削弱。
入射到模型上的光量可以通过调节光源的亮度或者使用滤光片进行调节。F1和F2是滤色片，可以分别调节入射到模型表面的光量和可以测定的光量。
光源L1和L2可以分别在x1和x2方向移动，因随着光源移动距离δ1和δ2改变，所以可以高精度地调节入射角。
本发明涉及当具有不同厚度的薄膜均匀地置于平坦的材料上作为模型存在时有利于测定、检查、监视模型的有/无和缺损/过多及厚度的变化的光学系统，有利于检测的条件是(a)为强调模型的有/无和缺损/过多，使模型和背景亮度的差别充分大。
(b)为区分模型的各区域，要使不同模型间亮度的差别充分大。
(c)要使由薄膜的厚度/折射率形成的检测光量的变化量充分大。
在由一定的方向对以一定的厚度均一涂布在材料表面上的电介质薄膜进行照明时，可检测光的平均强度和由厚度形成的变化率用下述数学式1表示。
数学式1I=Ix+Iy+2IxIycos(4πnTTcosθT/λ+π)]]>δI/δ(T)=8(IxIy)π/λ·nT·cosθTx·sin(4π·nTT·cosθTx/λ)]]>式中，λ为入射波长，θT为折射角，Ix为内部反射，Iy为外部反射，这些变量可以外部调节。另外，T为薄膜厚度，nT为薄膜折射率，这些变量是检查对象的变量。
以下是将所述(a)、(b)及(c)条件称为“检测条件”。而且，为便于分析，规定Ix/Iy＝1，按照下述数学式2分配变量τ并取等效厚度(equivalentthickness)。
数学式2τ＝nTT另外，检测条件(a)(b)及(c)用数学式表示时，是如下述数学式。
数学式3Im(θTX′λ)τ＝τ1＞I1Im(θTX′λ)τ＝τ2＞I2δI/δτ(θTX′λ)τ＝τ1＞Q1δI/δτ(θTX′λ)τ＝τ2＞Q2|I1-I0|＞δ1|I2-I0|＞δ2|I3-I0|＞δ3式中，I0是背景光量，常数I1和I2是区分各个模型的必要的最小光量。δi(i＝1、2、3)是为得到相对灵敏度(contrast)而规定充分值的常数。另外，常数Q1和Q2是为识别厚度的变化所必要的最小光量变化率，按情况必须能够调整到敏感或者不敏感。以上常数在不发生误判(false defect)的范围内必须决定为充分大的值。
在现有的方法中或使用一个照明，或同时使用对表面检查所必要的多种光源，或者将偏光解析这样古典的光学的机构用于检查，但用这些方法时，提高模型相对灵敏度的方法受到极大限制，或者不能摸索出对多个模型的调节方法。另外，两种以上的模型在材料上形成膜时，各个模型有不同的最适宜检查条件。因而，使用两个变量(θTX、λ)可选定满足数学式3的条件的I1、I2、Q1及Q2的范围变窄，也有不能进一步选定所希望条件的情况。
图9至图12所示的模拟结果表示用一个照明不能设定希望的检测条件的情况。
图9表示λ＝550nm、T＝1700时因折射角而变化的干涉光强度及其变化率，图10是相同波长T＝2800时的结果。在该模拟中为了分析方便，折射率n固定为常数，观察由T变化产生的结果。
如图9所示，满足T＝1700的模型的检测条件是θT＜38°。但是，如图10所示，在T＝2800的模型中，由Im＞I2的条件，θT＜41°。
根据所述模拟结果可以认为，改变波长或在更宽的范围内调节θT是能克服的，但是实际上是有界限的。
数学式4θT＜θ0λmin＜λ＜λmax在所述数学式4中，折射角太大时，由材料表面发生全反射，达到结构的界限。另外，若研究通常使用的光检测传感器的波长区别特性，λmin大约是400nm、λmax大约是600nm的水平。
图11和图12是因(θT、λ)而变化的光强度和变化率的模拟结果。可以看出如预测的那样不能够由模拟结果决定满足所述检测条件的一个(θT、λ)。即在使用一个照明时，只能设定强调一个膜那样的条件。
因而，在本发明中提出使至少两个以上的独立光源从不同的角度同时入射的方法。当两个不同的照明Ix和Iy照到检查对象上时，不相互干涉、可测定的光的强度用下述数学式5表示。
数学式5Im＝Ix+Iy-Ix cos(4π·τ·cosθTX/λ2)-Iy cos(4π·τ·cosθTY/λ1)＝2·Ix sin2(2π·τ·cosθTX/λ1)+2·Iy sin2(2π·τ·cosθTY/λ2)另外，对τ变化的Im的变化率用下述数学式6表示。
数学式6δI/δ(τ)＝4π[Ix/λ·cosθTX·sin(4π·τ·cosTX/λ1)+Iy/λ2·cosθTy·sin(4π·τ·cosTy/λ2)]如所述数学式5和数学式6表示那样，对于一个薄膜检测条件选定良好的条件，对其余的1个用同样的方法选定检测条件时，对于不同的两个模型可以满足检测条件。
由图11和图12模拟结果可知，对于T＝1700和T＝2800的模型，分别由θT＝38°和θT＝45°的方向入射L1和L2光源，由同一传感器识别时，能够得到满足检测水准的亮度和变化率。另外，使用不同的波长、调节入射角度，也可以提高两个模型的亮度，降低变化率。
以上参照具体的实施例和
了本发明的薄膜检查方法及其装置，但本发明不限定于这些，无须说，在本发明的技术思想范围内，本专业的人员可以进行各种变型。
按以上这样构成的本发明的薄膜检查方法及装置，能够使用可以调节从不同角度入射的光的波长和强度的两个以上光源调节干涉强度，因此即使多种薄膜混合也能够设定最适宜的检查条件，得到有充分可靠性的检查结果。
权利要求
1.一种薄膜检查方法，其特征在于，由以下阶段构成使多个光源从不同的角度照射到形成薄膜的平板上的光照射阶段；一边使在所述光照射阶段照射的光由薄膜反射，一边由传感器识别产生干涉的反射光的识别阶段；和分析在所述识别阶段识别的光并判断薄膜状态的判断阶段。
2.如权利要求1所述的薄膜检查方法，其特征在于，在所述光照射阶段中，实时调节光的波长和照射方向。
3.如权利要求1或2所述的薄膜检查方法，其特征在于，在所述光照射阶段，水平移动所述光源调节光的入射角。
4.如权利要求1或2所述的薄膜检查方法，其特征在于，在所述识别阶段，能够选择地识别由所述光源的调节结果获得的反射光的波长，并调节特定材料的图象灵敏度。
5.如权利要求1所述的薄膜检查方法，其特征在于，使所述光源和传感器相对向配置，并使由所述光源至平板的入射光的路径和由所述平板至传感器的反射光的路径不重合。
6.一种薄膜检查装置，其特征在于，由以下各部分构成放置具有不同折射率和厚度的模型的平板；可以一边使光照射角度改变一边使光照射到所述模型上的照明部；位于所述照明部和所述平板之间调节照射到所述模型上的光的入射光调节部；识别由所述模型反射的反射光的传感器部；位于所述平板和所述传感器部之间调节由所述传感器部识别的所述模型的反射光的反射光调节部；和控制所述照明部及传感器部移动的控制部。
7.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述照明部和所述传感器部相对倾斜配置。
8.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述照明部以相对于光轴可水平移动地设置并能够调节入射到所述入射光调节部的光的角度。
9.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述照明部包括可调节光的波长和强度的至少两个以上的光源；在所述光源的前方分别配置并改变透过光的波长的波长调制手段；使透过所述波长调制手段的光垂直地入射到所述入射光调节部的视准透镜；配置在所述视准透镜和波长调制手段之间并可以调整照射的光的路径的路径调整系统。
10.如权利要求9所述薄膜检查装置，其特征在于，所述波长调制手段由可回转地设在各光源前方的轮和在所述轮上环状配列的多种色差的滤色片构成。
11.如权利要求9所述薄膜检查装置，其特征在于，所述路径调制系统由所述波长调制手段的前方和视准透镜之间连接设置的光纤构成。
12.如权利要求9所述薄膜检查装置，其特征在于，所述路径调制系统由至少一个以上的反射镜构成。
13.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述入射光调节部由以下部分构成使由所述照明部照射的光以一条直线地照射的方式使光折射的第1折射透镜；配置在第1折射透镜与平板间并可以调节入射到所述模型上的光量的入射滤光片。
14.如权利要求13所述薄膜检查装置，其特征在于，所述第1折射透镜由入射面平坦出射面鼓起的半筒形透镜构成。
15.如权利要求13所述薄膜检查装置，其特征在于，所述入射滤光片由偏光滤光片构成。
16.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述传感器部由可以水平移动并识别所述模型反射的反射光的线性传感器和将在所述线性传感器形成的信号数字化表示的AD转换器构成。
17.如权利要求6所述薄膜检查装置，其特征在于，所述反射光调节部由配设在所述线性传感器和平板之间、将反射光集中到所述线性传感器一侧的第2折射透镜和配设在所述第2折射透镜和模型之间、调节可测定光量的检测滤光片构成。
18.如权利要求17所述薄膜检查装置，其特征在于，所述第2折射透镜由入射面鼓起、出射面平坦的半球形凸透镜构成。
19.如权利要求17所述薄膜检查装置，其特征在于，所述检测滤光片由偏光滤光片构成。
全文摘要
本发明提供薄膜检查方法及其装置，该装置通过使用能够调节从不同角度入射的光的波长和强度的两个以上光源调节干涉强度，即使多种薄膜混合也能够设定最合适的检查条件而得到有充分可靠性的检查结果。其解决手段是，利用有以下构成的光学系统放置具有不同折射率和厚度的模型的平板；使光照射到所述模型上并可改变光的照射角的照明部；位于所述照明部和所述平板之间并调节入射到所述模型上的光的入射光调节部；识别由所述模型反射的反射光的传感器部；位于所述平板和所述传感器部之间并调节由所述传感器部识别的所述模型的反射光的反射光调节部和控制所述照明部及传感器部移动的控制部。
文档编号G01B11/06GK1414377SQ0215751
公开日2003年4月30日 申请日期2002年10月18日 优先权日2001年10月18日
发明者郑富溶, 林大铁, 金敬玖 申请人:Lg电子株式会社