KR102015811B1 - Apparatus for inspecting surfaceusing using spectroscopic ellipsometer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료로부터 반사되는 반사광을 라인단위로 동시에 분광하고, 다 측정점으로 이루어지는 라인영역에 대한 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원 이미지 형태로 한번에 획득함으로써, 다 측정점에 대한 동시 분석이 가능하면서도 고 공간 분해능을 갖도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는, 광원에서 발생된 광을 선편광으로 변화시켜 시료 표면으로 투사하되, 시료 표면으로 라인형태의 측정광을 집속시키는 편광제어모듈과, 시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및, 상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되, 상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고, 상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an optical inspection device, and more particularly, to spectroscopically reflect reflected light reflected from a sample on a line-by-line basis, and to obtain spatial information and wavelength information for a line region composed of multiple measurement points at once, in a two-dimensional image form. Accordingly, the present invention relates to a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer which enables simultaneous analysis of multiple measurement points and has high spatial resolution.
The surface inspection apparatus using the spectroscopic ellipsometer according to the present invention includes a polarization control module for converting light generated from a light source into linearly polarized light and projecting it onto a sample surface, focusing the measurement light in the form of a line on the sample surface, and based on the sample. Positioned symmetrically with the polarization control module, the spatial information corresponding to the multiple measurement point position corresponding to the measurement light line and the spectral information of the wavelength of each measurement point for the reflected light having a specific polarization characteristic reflected from the sample on different axes By calculating the elliptic constant based on the wavelength information for the multi-measurement point of the line unit through the polarization analysis module for obtaining a measurement image of the two-dimensional image by imaging to a two-dimensional image provided from the polarization analysis module, It is configured to include an image analysis module for analyzing the surface state of the sample line by line, the polarization analysis module And an imaging spectrometer configured to image each measuring point of the line-shaped reflected light applied from the slit formed on one side to a size one-to-one matching with the pixel size of the spatial information imaging axis of the CCD camera disposed on the other side. A plurality of mirrors forming an optical path so that the reflected light in the form of a line applied from the slit formed in the lens is focused on the CCD camera, and a reflective spectroscope for spectroscopically reflecting the reflected light in the form of a line on the optical path formed in the mirrors. It is characterized by.
Description
본 발명은 광학 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료로부터 반사되는 반사광을 라인단위로 분광하고, 다 측정점으로 이루어지는 라인영역에 대한 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원 이미지 형태로 한번에 획득함으로써, 다 측정점에 대한 동시 분석이 가능하면서도 고 공간 분해능을 갖도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 관한 것이다. The present invention relates to an optical inspection device, and more particularly, by spectroscopically reflecting light reflected from a sample by line, and separating spatial information and wavelength information of a line region composed of multiple measurement points and acquiring them in a two-dimensional image form at once. In addition, the present invention relates to a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer which enables simultaneous analysis of multiple measurement points and has high spatial resolution.
반도체, 디스플레이, 광학박막 등의 분야에서 비 파괴적 측정 방법으로 다양하게 사용되고 있는 타원법(Ellipsometry)은 제어된 편광상태를 갖고 있는 빛을 시료에 입사시킨 후 반사광의 변화된 편광상태를 측정, 분석하여 편광을 변화시킨 요인인 시료의 조밀도 변화, 광학적 두께, 복소 귤절률 등을 구하는 방법이다. Ellipsometry, which is widely used as a non-destructive measurement method in the fields of semiconductor, display, and optical thin film, injects light having a controlled polarization state into a sample, and then measures and analyzes the changed polarization state of reflected light and polarizes it. It is a method to find the density change, the optical thickness, and the complex angulation rate of the sample, which are factors which changed the value.
이를 위한 장치를 타원계라 칭하며 타원계는 빛의 편광상태를 제어하고 측정 및 분석하기 장치로서, 일반적으로 광원, 편광 발생모듈, 시료, 편광 검출모듈, 광 검출기로 구성되며, 특히 타원계 중 빛의 파장에 따라 측정 및 분석을 하는 타원계를 분광 타원계라고 한다.An apparatus for this purpose is called an ellipsometer, and an ellipsometer is a device for controlling, measuring, and analyzing the polarization state of light, and is generally composed of a light source, a polarization generating module, a sample, a polarization detection module, and a light detector. An ellipsometer that measures and analyzes according to the wavelength is called a spectroscopic ellipsometer.
최근 반도체 공정은 회로 선폭 30 nm 대의 공정에서 회로 선폭 1x nm 대의 공정으로 진행됨에 따라 박막의 공정 두께와 선폭 또한 작아지며 반도체분야에서 박막의 두께를 모니터링 하는 데 필수적으로 사용되고 있는 분광 타원계 분야에서도 공간 분해능을 향상시키는 요구가 커지고 있다.As the semiconductor process is progressed from the process of the circuit line width of 30 nm to the process of the circuit line width of 1x nm, the process thickness and line width of the thin film are also reduced, and the space of the spectroscopic ellipsometer, which is essential for monitoring the thickness of the thin film, is used in the semiconductor field. There is a growing demand for improving resolution.
분광 타원계는 광원에서 출원한 빛을 집속 광학계를 사용하여 시료 표면에 한 점이 스폿으로 집속하는데, DUV 영역에서부터 근 적외선 영역까지의 넓은 파장 대역에 대해 시료위치에서 수십 μm 이내의 직경을 가지는 스폿을 만들어 내기는 빛의 회절 한계와 광학계의 가공, 조립 오차 등의 원인으로 구현하는데 매우 어려운 단점이 있다. A spectroscopic ellipsometer focuses light applied from a light source into a spot on a sample surface using a focusing optical system, and spots with a diameter of several tens of μm or less at the sample position over a wide wavelength band from the DUV region to the near infrared region. It is very difficult to implement due to the diffraction limit of the light, processing of the optical system, assembly error, etc.
또한, 상기한 분광 타원계는 타원계의 광원에서 발생한 빛이 측정을 위한 한 점의 스폿으로 집광되어 스폿의 한 점의 두께, 굴절률 등과 같은 광학적 물성을 측정한다. 이에 따라 시료의 측정점마다 시료나 측정 모듈을 기계적으로 이동시켜야 하는 불편함이 있음은 물론, 대면적의 시료를 측정하기 위해서는 많은 측정 시간이 요구되는 단점이 있다. In addition, the spectroscopic ellipsometer collects light generated from the light source of the ellipsometer into a spot for measurement to measure optical properties such as thickness, refractive index, etc. of the spot of the spot. Accordingly, there is a disadvantage in that the sample or the measurement module must be mechanically moved for each measurement point of the sample, and a large measurement time is required to measure a large area of the sample.
이에, 본 발명은 시료로 다점 영역에 대응되는 라인 단위의 측정광을 시료로 입사시키고, 시료에서 반사된 라인단위의 측정광을 반사형 광학 분산계를 이용하여 다파장으로 분산하여 CCD카메라로 제공하되, 한 축은 파장의 분광정보가 표시되고 다른 한 축은 시료의 위치정보가 표시되는 2차원 형태의 측정 영상을 CCD 카메라를 통해 수집함으로써, 종래 분광 타원계의 스폿 한 점에 대한 측정만 가능한 측정 제한과, 고 공간 분해능 분광 타원계가 갖는 스폿의 한계를 극복할 수 있도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Accordingly, in the present invention, the measurement light in the line unit corresponding to the multi-point region is incident to the sample, and the measurement light in the line unit reflected from the sample is distributed to multiple wavelengths using a reflective optical scatterometer to provide the CCD camera. In addition, by collecting a two-dimensional measurement image in which one axis shows spectral information of a wavelength and the other axis shows a position information of a sample through a CCD camera, it is possible to measure only a single spot of a spectroscopic ellipsometer. It is a technical object of the present invention to provide a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer that can overcome the limitations of the spots of a high spatial resolution spectroscopic ellipsometer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는, 광원에서 발생된 광을 선편광으로 변화시켜 시료 표면으로 투사하되, 시료 표면으로 라인형태의 측정광을 집속시키는 편광제어모듈과, 시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및, 상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되, 상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고, 상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.Surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer according to an aspect of the present invention for achieving the above object, by converting the light generated from the light source to linearly polarized light and projected to the sample surface, focusing the measurement light in the form of a line on the sample surface Spatial information and each measurement point corresponding to the measurement point position corresponding to the measurement light line with respect to the polarization control module and the reflected light having a specific polarization characteristic reflected from the specimen while being symmetrically positioned with respect to the polarization control module with respect to the sample. Polarization analysis module for acquiring measurement images of two-dimensional images by forming spectral information of different wavelengths on different axes, and wavelengths for multiple measurement points in line units through measurement image analysis of two-dimensional images provided from the polarization analysis module. The image analysis module analyzes the surface state of the sample line by line by calculating the elliptic constant based on the information. The polarization analysis module includes an imaging spectrometer configured to image each measuring point of the line-shaped reflected light applied from the slit formed on one side to a size that is one-to-one matching with the pixel size of the spatial information imaging axis of the CCD camera disposed on the other side. The imaging spectrometer comprises a plurality of mirrors forming an optical path so that the reflected light in the form of a line applied from a slit formed on one side is focused on the CCD camera, and the reflected light in the form of a line on the optical path formed in the mirrors. A reflective spectrometer for spectroscopy is arranged and configured.
이때, 상기 편광제어모듈은 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 일정 각도 단위로 회전함으로써, 광원으로부터 인가되는 백색광을 선편광으로 변화시키는 편광자와, 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 측정광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제1 집속렌즈를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the polarization control module is disposed on the optical axis between the light source and the sample and rotated by a predetermined angle unit, the polarizer for changing the white light applied from the light source to linear polarization, and disposed on the optical axis between the light source and the sample to measure the measurement light It is characterized by comprising a first focusing lens for changing to parallel light in the form of a line.
또한, 상기 편광분석모듈은 상기 편광자에 대응되는 편광 특성을 갖는 반사광을 통과시키는 검광자와, 반사광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제2 집속렌즈, 제2 집속렌즈를 통과한 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시키는 결상 분광기 및, 결상 분광기의 결상면에 형성되는 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 획득하는 CCD 카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The polarization analysis module may include an analyzer for passing reflected light having a polarization characteristic corresponding to the polarizer, a second focusing lens for converting the reflected light into parallel light in a line shape, and a parallel light type passing through the second focusing lens. And a CCD camera for acquiring a measurement image in the form of a two-dimensional image formed on an imaging plane of the imaging spectrometer by spectroscopically reflecting the reflected light in a predetermined path to form spatial information and wavelength information on different axes. It is characterized by.
또한, 상기 결상 분광기는, 제2 집속렌즈로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 라인 단위에 대응되는 형태로 유입하기 위한 라인 구조의 슬릿과, 슬릿의 대향면에 배치되면서, 슬릿을 통해 유입되는 평행광 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시키는 제1 미러, 제1 미러의 대향면에 배치되면서, 제1 미러로부터 반사되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사하되, 분광된 평행광 형태의 반사광을 파장정보와 공간정보로 분리하여 서로 다른 축을 갖도록 투사하는 분광기, 상기 분광기의 대향면에 배치되면서, 분광기로부터 입사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시키는 제2 미러 및, 상기 제2 미러의 대향면에 배치되면서, 제2 미러로부터 반사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 CCD 카메라가 위치하는 결상면에 결상시키는 제3 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The imaging spectrometer may include a slit of a line structure for introducing reflected light in the form of parallel light applied from a second focusing lens in a form corresponding to a line unit, and parallel to the slit while being disposed on an opposite surface of the slit. The first mirror for reflecting the reflected light in the form of light having a first direction angle, the first mirror to be arranged on the opposite surface of the first mirror, the reflected light in the form of parallel light reflected from the first mirror to have a second direction angle A spectroscope for projecting the reflected light in the direction of the direction and separating the spectroscopic parallel light into two different axes by dividing it into wavelength information and spatial information, and being arranged on opposite surfaces of the spectroscope, A second mirror that reflects toward the spectroscope direction to have a third direction angle, and a spectrometer that is reflected from the second mirror while being disposed on an opposite surface of the second mirror The reflected light of the parallel beam type, characterized in that comprises a third mirror for imaging on the imaging surface of the CCD camera location.
또한, 상기 CCD 카메라를 통해 획득되는 측정 영상은 X축으로 파장정보가 형성되고, Y축으로 시료의 측정광 라인에 해당하는 측정점 위치정보가 형성되는 2차원 이미지인 것을 특징으로 한다. The measurement image acquired by the CCD camera may be a two-dimensional image in which wavelength information is formed on an X axis, and measurement point position information corresponding to a measurement light line of a sample is formed on a Y axis.
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또한, 상기 영상분석모듈은 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 신호처리를 동시에 수행하도록 구성되는 것을 수행하는 것을 특징으로 한다. The image analysis module may be configured to simultaneously perform signal processing on multiple measurement points corresponding to measurement light lines using a graphic processing unit (GPU).
상기와 같은 본 발명에 의하면, 하나의 2차원 이미지를 통해 수집한 라인단위의 다 측정점에 대한 분광정보를 이용하여 동시에 다 측정점에 대한 분석이 가능하여 시료 표면 검사의 신속성을 확보할 수 있음은 물론, 각 측정점에 대한 분광정보를 통해 수 μm 단위 공간 분해능을 갖는 매우 정밀한 검사장치를 제공할 수 있다. According to the present invention as described above, by using the spectroscopic information on the multiple measurement points of the line unit collected through one two-dimensional image can be analyzed at the same time the multiple measurement points can be ensured the rapidity of the sample surface inspection, of course In addition, the spectral information for each measuring point can provide a very precise inspection device with a spatial resolution of several μm.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치의 구성을 나타낸 도면.
도2는 도1에 도시된 결상 분광기(230)의 구성을 도시한 도면.
도3은 도2에 도시된 CCD 카메라(240)를 통해 획득된 측정 영상을 예시한 도면.1 is a view showing the configuration of a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of an
FIG. 3 is a diagram illustrating a measured image obtained by the
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Configurations shown in the embodiments and drawings described in the present invention are merely preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, the scope of the invention is the embodiments and drawings described in the text It should not be construed as limited by That is, since the embodiments may be variously modified and may have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, the objects or effects presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all or only such effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereby.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. The terms defined in the commonly used dictionary should be interpreted to correspond with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning not explicitly defined in the present invention.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치의 구성을 도시한 도면이고, 도2는 도1에 도시된 결상 분광기(230)의 구성을 도시한 도면이며, 도3은 도2에 도시된 CCD 카메라(240)에서 획득된 측정 영상을 예시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the configuration of the
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는 시료(1)를 기준으로 편광제어모듈(100)과 편광분석모듈(200)이 상호 대칭적으로 특정각을 이루도록 배치되고, 편광분석모듈(200)의 출력단에는 영상분석모듈(300)이 결합되어 구성된다.1 to 3, in the surface inspection apparatus using the spectroscopic ellipsometer according to the first embodiment of the present invention, the
상기 편광제어모듈(100)은 백색광을 선편광으로 변조하여 라인형태의 측정광을 시료(1)로 조사한다.The
시료(1)로 입사되는 라인형태의 측정광은 시료(1)의 표면 특성에 따라 편광상태가 변화되고, 표면 특성에 대응되는 편광상태의 반사광이 편광분석모듈(200)로 반사된다.The line-shaped measurement light incident on the
편광분석모듈(200)은 입사되는 반사광 중 상기 편광제어모듈(100)의 선편광 특성에 대응되는 편광 특성의 반사광을 통과시키고, 라인형태의 반사광을 분광하여 측정과 라인에 대한 공간정보와 분광정보를 분리하여 2차원 면형태로 결상시킨다.The
그리고, 영상분석모듈(300)은 상기 편광분석모듈(200)로부터 제공되는 2차원 이미지를 이용하여 라인단위의 다 측정점에 대한 타원상수를 산출함으로써, 라인단위로 다 측정점에 대한 표면상태 분석처리를 동시에 수행한다.In addition, the
일반적으로 종래 타원상수 산출처리는 CPU에서 처리되며, CPU는 직렬처리 방식(한 가지 작업을 마친 뒤 다음 작업을 처리)에 최적화된 1~8개의 코어로 구성되어 있어 구조상 하나의 측정점 단위로 타원상수 산출처리를 수행하게 된다. 즉, 타원상수 처리수단으로 CPU를 본 실시예에 적용하는 경우 하나의 라인에 대해 카메라의 공간정보에 해당하는 축의 픽셀 수와 각 픽셀(측정점)에 대한 소요시간을 곱한 만큼의 시간이 소요되는 단점이 있다. In general, the elliptic constant calculation processing is performed in the CPU, and the CPU is composed of 1 to 8 cores optimized for the serial processing method (processing the next task after completing one operation). The calculation process is performed. In other words, when the CPU is applied to the elliptic constant processing means in this embodiment, the time required for multiplying the number of pixels on the axis corresponding to the spatial information of the camera by the time required for each pixel (measurement point) is one line. There is this.
또한, CCD 카메라의 픽셀수는 측정하는 공간분해능과도 연관되어 있고, CCD 카메라의 픽셀수를 높일수록 공간분해능이 향상된다. In addition, the number of pixels of the CCD camera is also related to the spatial resolution to be measured. As the number of pixels of the CCD camera is increased, the spatial resolution is improved.
즉, 시료에 대한 보다 정밀한 표면 검사를 위해서는 고 공간분해능이 요구되고, 이를 위해서는 보다 많은 수의 CCD 카메라 픽셀 수가 요구되나, CPU를 이용하여 각 측정점 단위로 타원상수를 산출하는 방법은 많은 소요시간이 요구되는 문제가 있다. In other words, high spatial resolution is required for more accurate surface inspection of the sample, and a larger number of CCD camera pixels are required for this purpose.However, the method of calculating elliptic constants in units of measurement points using a CPU requires a lot of time. There is a problem that is required.
이에, 본 발명에서는 고 공간분해능을 만족하면서도 라인 단위의 고 측정점에 대해 보다 신속하게 타원상수를 산출하기 위해 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 라인 단위로 신호처리를 수행함으로써, 다 측정점에 대한 타원상수 분석을 동시에 수행하는 것이 가능하다. GPU는 수백에서 수천 개의 코어가 들어가 있어 대량의 데이터를 동시에 처리하는 것이 가능하다. Accordingly, in the present invention, the signal processing is performed on a line-by-line basis using a graphic processing unit (GPU) to satisfy the high spatial resolution while calculating the elliptic constant for the high measurement point in the line unit more quickly. It is possible to carry out constant analysis simultaneously. GPUs can contain hundreds to thousands of cores, allowing massive amounts of data to be processed simultaneously.
여기서, 측정점에 대해 파장에 따른 특성정보를 근거로 타원상수를 산출하는 알고리즘은 측정된 파장별 광량과 편광자의 회전 각도 및, 사인(Sine), 코사인(Cosine) 함수를 이용하여 계산하는 공지의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.Here, the algorithm for calculating the elliptic constant based on the characteristic information according to the wavelength with respect to the measurement point is a known technique for calculating using the measured amount of light for each wavelength and the rotation angle of the polarizer, and the sine and cosine functions. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
일반적으로 분광 타원계에서는 무편광 상태의 광을 원하는 편광상태를 제어하기 위해 선편광을 발생시키게 되는데, 선편광을 발생시키는 방식으로는 편광자를 회전시키는 RP(Rotating Polarizer) 방식과, 검광자를 회전 시키는 RA(Rotating Analyzer)방식이 있다. In general, in a spectroscopic ellipsometer, linearly polarized light is generated to control a desired polarization state for unpolarized light. The linearly polarized light generates a rotating polarizer (RP) method for rotating a polarizer and an RA (rotating analyzer). Rotating Analyzer).
본 실시예에서는 검광자를 회전 시키는 RA(Rotating Analyzer) 형태로 분광 결상 타원계를 구성하는 경우 이미지가 검광자의 회전에 따라 흔들림으로 인해 정확한 측정정보를 획득하는데 문제가 발생될 수 있음을 고려하여, 편광자를 회전시키는 RP(Rotating Polarizer) 방식으로 분광 결상 타원계를 구성한다. In the present embodiment, in the case of configuring a spectroscopic image ellipsometer in the form of a rotating analyzer (RA) for rotating an analyzer, the polarizer is considered to have a problem in obtaining accurate measurement information due to the shaking of the analyzer. It constructs a spectroscopic image ellipsometer in a rotating polarizer (RP) method that rotates.
본 발명에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 대해 보다 상세히 살펴보면,Looking in more detail with respect to the surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer according to the present invention,
먼저 편광제어모듈(100)은 광원(110)과 편광자(120) 및 제1 집속렌즈(130)를 포함하여 구성되고, 편광자(120) 및 제1 집속렌즈(130)는 광원(110)의 입력광축상에 순차로 배치된다. 이때, 편광자(120)와 제1 집속렌즈(130)의 배치 순서는 변경 가능하다. First, the
상기 광원(110)은 시료(1)에 조사되는 광 발생장치로서, 원자외선(Deep Ultra Violet; DUV)에서부터 근적외선에 걸친 다양한 파장대역의 광, 즉 백색광을 발생한다. The
편광자(120)는 광원(110)에서 발생한 광을 선 편광상태로 편광시킨다. 즉, 광원(100)에서 발생한 광은 일반적으로 특정 편광상태로 나타낼 수 없는 무 편광으로 나타나기 때문에 편광자(120)는 회전부(미도시)에 의해 일정 각도(편광 각도)단위로 회전함으로써, 편광자(120)를 통과하는 광의 편광을 변화시킨다.The
제1 집속렌즈(130)는 상기 편광자(120)에 의해 편광된 측정광을 라인형태의 평행광으로 시료(1)에 집속시킨다.The first focusing
한편, 시료(1)의 표면에 입사된 측정광은 시료(1)의 굴절률, 두께와 같은 광학적, 구조적 특징에 따라 변형된 편광이 반사되어 편광분석모듈(200)로 입사된다.On the other hand, the measurement light incident on the surface of the sample (1) is reflected by the polarization modified according to the optical and structural features such as the refractive index, the thickness of the sample (1) is incident to the
편광분석모듈(200)은 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220), 결상 분광기(230) 및, CCD 카메라(240)를 포함하여 구성되고, 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220) 및 결상 분광기(230)는 반사광 경로상에 순차로 배치된다. 이때, 상기 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220)의 배치 순서는 변경 가능하다. 그리고, 상기 결상 분광기(230)와 CCD카메라(240)는 일체로 구성되어 CCD 카메라(240)에서 보다 안정적인 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 한다. The
검광자(210)는 편광제어모듈(100)의 편광자(110)에 의해 변조된 편광 특성에 대응하여 시료(1)로부터 인가되는 반사광 중 특정 편광만을 통과시킨다. The
제2 집속렌즈(220)는 검광자(210)를 통과하는 반사광을 라인형태의 평행광으로 결상 분광기(230)에 집속시킨다. The second focusing
결상 분광기(230)는 제2 집속렌즈(220)를 통과하여 인가되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시키되, 반사광에 포함된 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원의 서로 다른 축상에 결상시키도록 반사경로를 형성함으로써, 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 분광정보를 2차원의 면 형태로 결상시킨다. The
이러한 결상 분광기(230)는 슬릿(231)과, 제1 미러(232), 분광기(233), 제2 미러(234) 및, 제3 미러(235)를 포함하여 구성된다. 이때, 제1 내지 제3 미러(232,234,235) 및 분광기(233)는 일정 크기 및 형상의 내부 공간을 갖는 하우징(2)의 내측에 반사 경로가 형성되도록 적절히 배치된다. The
즉, 상기 결상 분광기(230)는 미러들로 구성되므로 색수차가 발생지 않으며, 파장대역에 대한 제한을 받지 않고 고해상 광학계의 제작에 유리하고, 투과 매질을 사용하지 않아 파장변화에 따른 특성이 없으므로 DUV로부터 근적외선에 걸친 넓은 파장대역에 적용할 수 있다. That is, since the
슬릿(231)은 하우징(2)의 일측에 형성되어 제2 집속렌즈(220)로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 하우징(2) 내부로 유입한다. 슬릿(231)은 반사광의 평행광 형태에 대응되는 라인 구조로 형성된다. 슬릿(231)은 주변 빛이 유입되는 것을 차단하는 기능을 수행함은 물론, 구조를 좁게 형성함으로써 분해능 또는 처리량을 감소시키는 기능을 수행한다. 도3 (A)는 슬릿(231)을 통해 반사형 분광계(230)로 유입되는 라인 형태의 반사광(L)을 나타낸 것으로, 시료(1)의 일정방향에 위치하는 다수의 측정점들로 이루어지는 측정광 라인에 대응된다. The
제1 미러(232)는 상기 슬릿(231)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 슬릿(231)을 통해 유입되는 라인 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시킨다. 제1 미러(232)는 슬릿(231)을 통해 유입되면서 분산된 반사광을 평행하게 만들어 출력하는 시준기, 예컨대 콜리메이팅 미러로 이루어질 수 있다. 이때, 시준기의 크기에 따라 분광기 내의 광선의 직경이 결정된다. The
분광기(233)는 제1 미러(232)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 제1 미러(232)로부터 반사되는 라인 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사한다. The
이때, 분광기(233)는 라인 형태의 반사광을 라인에 대응되는 공간정보와 공간 위치(측정점 위치)별 분광되는 파장정보가 서로 다른 축에 결상되도록 분리하여 투사한다. 예컨대, 분광기(233)는 회절격자로 이루어질 수 있으며, 고정 회절격자 를 통해 측정점에 대한 파장정보를 서로 다른 방향으로 투사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시킬 수 있다. At this time, the
제2 미러(234)는 상기 분광기(233)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 분광기(233)로부터 입사되는 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시킨다. The
제3 미러(235)는 제2 미러(234)의 반사경로상에 제2 미러(234)와 일정 거리 이격되게 배치되면서, 제2 미러(234)로부터 반사되는 반사광에 대해 공간정보와 분광정보를 2차원의 서로 다른 축 상에 각각 결상시킨다.The
그리고, 상기 제3 미러(235)에서 반사되는 반사광의 결상면(236)에는 CCD 카메라(240)가 배치된다. 결상면(236)은 상기 슬릿(231)의 대향면에 배치된다.The
여기서, 상기 분광기(232)와 제2 미러(234), 제3 미러(235) 및 결상면(236)의 위치는 분광기(232)에서 분광된 반사광이 결상면(236)에 결상되는 초점거리에 대응하여 적절하게 설정된다. Here, the positions of the
즉, 라인 형태의 반사광이 결상 분광기(230)의 하우징(2) 내측으로 유입된다. 이때, 슬릿(231)이 형성된 하우징(2)의 대향측에는 CCD 카메라(240)가 배치된다.That is, the reflected light in the form of a line is introduced into the
도3에서 (B)는 CCD 카메라(240)를 통해 수집된 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 예시한 도면이다.3B is a diagram illustrating a measurement image in the form of a two-dimensional image collected by the
도3에 도시된 바와 같이 측정 영상은 X축은 파장(wavelength)정보, Y축은 라인 공간정보(Row)로 이루어지는 2차원 이미지로 이루어진다. 여기서, Y축은 (A)에서 시료(1)로 제공되는 입사광 라인(L)에 대응되는 각 측정점의 위치가 된다.As shown in FIG. 3, the measured image is composed of a two-dimensional image including wavelength information of the X axis and line space information (Row) of the Y axis. Here, the Y axis is the position of each measurement point corresponding to the incident light line L provided to the
다시말해, CCD 카메라(240)를 통해 시료로 입사된 측정광 라인에 대응되는 다수의 각 측정점에 대한 분광정보가 2차원 이미지로 획득된다. 여기서, 하나의 라인에 해당하는 측정점의 수는 CCD 카메라(240)의 픽셀 수에 따라 수십에서 수천개의 측정점으로 설정될 수 있다. In other words, spectral information for each of the plurality of measuring points corresponding to the measuring light lines incident on the sample through the
일반적으로 CCD 카메라(240)의 픽셀 하나의 크기는 4 ~ 5 μm를 갖는다. 따라서, 시료 표면의 다 측정점에 대한 각각의 측정점을 1 대 1 광학계를 이용하여 CCD 픽셀 각각의 위치에 매칭하게 하면 5 μm이하 크기 이하의 측정점에 대한 측정이 가능한 마이크로 스폿 분광 타원계를 구성할 수 있다. 이때, 편광분석모듈(200)은 CCD 카메라(240)의 공간정보 결상 축의 픽셀과 일대일 매칭되게 시료 표면 측정점을 형성하도록 광학계를 구성한다. In general, the size of one pixel of the
즉, 기존 반도체 라인의 공정 측정용 분광 타원계의 마이크로 스폿 광학계는 회절 한계로 인해 측정할 수 있는 스폿의 크기가 20~30 μm를 한계로 보고 있다. 하지만 본 발명에 따른 다 측정점 분광 타원계 방식을 적용할 경우 기존의 마이크로 스폿 광학계가 갖고 있는 회절 한계를 극복하여 수 μm의 측정점에 대한 측정이 가능하다. That is, the micro spot optical system of the spectroscopic ellipsometer for the process measurement of the existing semiconductor line is considered to be the limit of the spot size that can be measured due to the diffraction limit is 20 ~ 30 μm. However, when applying the multi-point spectroscopic ellipsometer method according to the present invention, it is possible to measure a measuring point of several μm by overcoming the diffraction limit of the conventional micro spot optical system.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다 측정점으로부터 이루어지는 라인 단위로 각 측정점에 대한 분광정보를 동시에 획득할 수 있다. 이를 통해 시료나 검사모듈을 이동하지 않고서도 시료의 다 측정점에 대한 측정이 가능하게 됨은 물론, 반사형의 결상 분광기를 통해 각 측정점에 대해 넓은 파장대역에 대한 파장정보를 획득함으로써, 고 공간 분해능을 갖는 검사결과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, spectroscopic information on each measurement point can be obtained simultaneously in line units formed from multiple measurement points. This makes it possible to measure multiple measuring points of a sample without moving the sample or inspection module, and obtains high spatial resolution by obtaining wavelength information for a wide wavelength band for each measuring point through a reflective imaging spectrometer. Test results can be obtained.
100 : 편광제어모듈, 110 : 광원,
120 : 편광기, 130 : 제1 집속렌즈,
200 : 편광분석모듈, 210 : 검광자,
220 : 제2 집속렌즈, 230 : 결상 분광기,
231 : 슬릿, 232,234,235 : 미러,
233 : 분광기, 236 : 결상면,
240 : CCD 카메라, 300 : 영상분석모듈,
1 : 시료, 2 : 하우징.100: polarization control module, 110: light source,
120: polarizer, 130: first focusing lens,
200: polarization analysis module, 210: the analyzer,
220: second focusing lens, 230: imaging spectrometer,
231: slit, 232,234,235: mirror,
233: spectrometer, 236: imaging plane,
240: CCD camera, 300: image analysis module,
1: sample, 2: housing.
Claims (7)
시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및,
상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되,
상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고,
상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
A polarization control module for converting the light generated from the light source into linearly polarized light and projecting it onto the sample surface, focusing the measurement light in the form of a line on the sample surface;
Positioned symmetrically with respect to the polarization control module with respect to the sample, the spatial information corresponding to the multiple measurement point position corresponding to the measurement light line for the reflected light having a specific polarization characteristic reflected from the sample and the spectral information of the wavelength for each measurement point Polarization analysis module for obtaining a measurement image of the two-dimensional image by forming a phase on different axes,
Comprising an image analysis module for analyzing the surface state of the sample by the line unit by calculating the elliptic constant based on the wavelength information for the multi-point measurement point in the line unit through the measurement image analysis of the two-dimensional image provided from the polarization analysis module But
The polarization analysis module comprises an imaging spectrometer for imaging each measurement point of the line-shaped reflected light applied from the slit formed on one side to a size one-to-one matching with the pixel size of the spatial information imaging axis of the CCD camera disposed on the other side,
The imaging spectrometer includes a plurality of mirrors forming an optical path so that the line-shaped reflected light applied from the slit formed on one side is focused to the CCD camera, and a reflection type that spectroscopic line-shaped reflected light on the optical path formed on the mirrors. Surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer, characterized in that the spectrograph is arranged.
상기 편광제어모듈은 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 일정 각도 단위로 회전함으로써, 광원으로부터 인가되는 백색광을 선편광으로 변화시키는 편광자와,
광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 측정광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제1 집속렌즈를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
The method of claim 1,
The polarization control module is disposed on the optical axis between the light source and the sample and rotated by a predetermined angle unit, the polarizer for changing the white light applied from the light source to linearly polarized light,
And a first focusing lens disposed on an optical axis between the light source and the sample, the first focusing lens converting the measurement light into a parallel light in a line shape.
상기 편광분석모듈은 상기 편광자에 대응되는 편광 특성을 갖는 반사광을 통과시키는 검광자와,
반사광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제2 집속렌즈,
제2 집속렌즈를 통과한 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시키는 결상 분광기 및,
결상 분광기의 결상면에 형성되는 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 획득하는 CCD 카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
The method of claim 2,
The polarization analysis module and the analyzer for passing the reflected light having a polarization characteristic corresponding to the polarizer;
A second focusing lens for converting the reflected light into line-like parallel light,
An imaging spectrometer for spectroscopically reflecting reflected light in the form of parallel light passing through the second focusing lens and reflecting it in a predetermined path, thereby forming spatial information and wavelength information on different axes;
Surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer, characterized in that it comprises a CCD camera for obtaining a measurement image in the form of a two-dimensional image formed on the imaging plane of the imaging spectrometer.
상기 결상 분광기는,
제2 집속렌즈로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 라인 단위에 대응되는 형태로 유입하기 위한 라인 구조의 슬릿과,
슬릿의 대향면에 배치되면서, 슬릿을 통해 유입되는 평행광 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시키는 제1 미러,
제1 미러의 대향면에 배치되면서, 제1 미러로부터 반사되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사하되, 분광된 평행광 형태의 반사광을 파장정보와 공간정보로 분리하여 서로 다른 축을 갖도록 투사하는 분광기,
상기 분광기의 대향면에 배치되면서, 분광기로부터 입사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시키는 제2 미러 및,
상기 제2 미러의 대향면에 배치되면서, 제2 미러로부터 반사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 CCD 카메라가 위치하는 결상면에 결상시키는 제3 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
The method of claim 3,
The imaging spectrometer,
A slit of a line structure for introducing reflected light in the form of parallel light applied from the second focusing lens in a form corresponding to a line unit;
A first mirror disposed on an opposite surface of the slit and reflecting the reflected light in the form of parallel light flowing through the slit to have a first direction angle,
While disposed on the opposite surface of the first mirror, the reflected light in the form of parallel light reflected from the first mirror is spectroscopically projected to the first mirror direction side to have a second direction angle, the reflected light in the form of the parallel light is spectroscopic wavelength and space A spectrometer that separates the information into projections with different axes,
A second mirror disposed on an opposite surface of the spectroscope and reflecting the reflected light in the form of spectroscopic parallel light incident from the spectroscope toward the spectroscope direction to have a third direction angle;
A spectroscopic ellipsometer comprising a third mirror disposed on an opposite surface of the second mirror and configured to reflect reflected light in the form of spectroscopic parallel light reflected from the second mirror onto an image plane on which the CCD camera is located. Surface inspection device using.
상기 CCD 카메라를 통해 획득되는 측정 영상은 X축으로 파장정보가 형성되고, Y축으로 시료의 측정광 라인에 해당하는 측정점 위치정보가 형성되는 2차원 이미지인 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
The method of claim 4, wherein
The measurement image obtained by the CCD camera is a two-dimensional image of which wavelength information is formed on the X-axis and measurement point position information corresponding to the measurement light line of the sample is formed on the Y-axis. Inspection device.
상기 영상분석모듈은 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 신호처리를 동시에 수행하도록 구성되는 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.The method of claim 1,
The image analysis module is a surface inspection apparatus using a spectroscopic ellipsometer, characterized in that configured to perform the signal processing for the multiple measuring points corresponding to the measurement light line using a graphic processing unit (GPU).
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