KR100571439B1 - 광학적 검사 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

상부면(12A)과 하부면(12B)을 갖는 목적물(12) 상에 존재하는 결함을 검출하기 위해 상기 목적물(12)을 광학적으로 검사하기 위한 방법 및 장치이다. 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선(118A, 130A)이 발생되고 목적물 상에 안내된다. 상기 목적물의 일면으로부터 반사된 상기 제 1 입사 광선의 광 성분(140), 및 상기 목적물의 상부면 및 하부면을 통해 투과된 제 2 입사 광선의 광 성분(142)이 동시에 감지된다. 각각 반사광 및 투과광 성분으로부터 형성된 제 1 및 제 2 이미지가 포착되고 분석되어 상기 결함을 지시하는 데이타를 제공한다.

Description

광학적 검사 방법 및 장치{OPTICAL INSPECTION METHOD AND APPARATUS}
본 출원은 광학적 검사 기법 분야, 그리고 예를 들어 포토마스크, 인쇄 회로판(PCB) 또는 이들과 유사한 것 등의 패턴화된 목적물을 검사하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
검사 목적물의 패턴화된 표면상에 존재하는 결함의 위치를 파악하기 위한 공통의 목적을 갖는 광학적 검사 시스템에는 매우 다양한 형태가 존재한다. "패턴화된 표면"이라는 용어는 입사 복사선에 관한 광학적 특성이 서로 다른 영역을 보유하도록 형성된 표면을 의미한다.
특정 종류의 검사 시스템은 통상적으로 검사될 목적물을 조명하여 조명된 목적물로부터 반사된 광에 의해 형성된 이미지를 포착하는 수단, 및 이미지 프로세싱 수단을 포함한다. 그러나, 통상적으로 투명한 영역과 불투명한 영역을 포함하는 패턴화된 표면을 갖는 포토마스크, 가요성 인쇄 회로판(PCB), 또는 이와 유사한 것이 검사될 목적물이라면, 조명된 표면으로부터 반사된 광으로 형성된, 포착된 이미지가 예컨대 얼룩이나 먼지 등의 이질 입자와 같은 '결함'을 나타내지 않는다. 다시 말해, 이와 같은 입자의 표면은 거울과 같지 않고, 따라서, 상기 입자로부터 되돌아온 광은 불규칙하게 반사되어 분산된 광이라는 것이 알려져 있다. 가요성 인쇄 회로판, 그래픽 분야 및 인쇄 산업에서 광 도구(phototool)로서 포토마스크를 이용하는 경우 상기 문제점이 매우 중요하다.
목적물을 조명하고, 반사 및 투과된 광선으로 형성된 이미지를 포착하고 처리하는 수단에 의해 검사가 수행되는 방법 및 시스템이 최근 개발되어 왔다. 이러한 시스템들은 예를 들어 미국 특허 제 5,572,598 호 및 제 5,563,702 호에 개시된다. 상기 2개의 특허 시스템은 소위 '스캐닝 기법'을 채용하는데, 여기서는 조명 레이저 빔이 발생되어, 검사될 목적물의 표면 상에 스폿을 형성하는 픽셀 위로 집중된다. 조명된 광선은 진동하는 형태로 굴절되어 검사되는 표면에 걸친 스폿을 지나간다. 상기 시스템은 3개의 다른 작동 모드에 대해 적용된다. 제 1 및 제 2 모드, 소위 "투과광 조사 모드" 및 "반사광 조사 모드"에 따르면, 투과 또는 반사광 중 어느 하나를 검출함에 의해 목적물이 일일이 검사된다. 이들 작동 모드는 적절한 시점에 분리된다. 결함 분류에 목적을 둔 제 3 작동 모드는 반사광 및 투과광 모두를 검출하는 것에 기초를 둔다. 입사 복사선의 단일 레이저 빔이 광 편향 수단을 통해 목적물의 패턴화된 표면 상에 가해지고, 반사되거나 혹은 투과되고, 또는 목적물에 의해 일부 반사되고 일부 투과된다. 입사 빔의 강도는 목적물과의 상호 작용 이전에 결정된다. 2개의 분리된 검출기가 목적물의 대향하는 측면에 수용되어 이와 같은 상호 작용으로부터 초래되는 투과광 및 반사광을 검출한다. 이러한 목적을 위해, 상기 시스템은 투과광과 반사광 각각을 수용하고, 검출기 상으로 이들을 안내하기 위한 분리된 안내 광학 기구(directing optics)를 포함한다.
이러한 접근은 입사 광선과 검사될 목적물과의 상호 작용이 광선의 강도에 변화를 초래한다는 점에 기초를 둔다. 상기 변화는 목적물의 각 영역의 반사도 및 투과도에 따라 달라진다. 따라서, 상호 작용 이전 또는 이후에, 입사 광선, 반사광 및 투과광 각각의 강도를 적절히 검출함으로써, 표면상의 검사가능한 각각의 지점, 또는 픽셀이 소위 'T-R 공간' 내에 표시될 수 있고, 다시 말해 그 지점에서 생성된 투과 및 반사 신호값에 대응하는 좌표축을 갖는 지점에 의해 표시될 수 있다.
그러나, 상기 시스템은 조명 및 수집 광학 장치에 대한 매우 복잡한 구성을 필요로 한다. 즉, 목적물과의 상호 작용에 앞서 광선의 강도를 판단하기 위해, 조명 장치는 입사광의 광학적 경로 내에 적절히 수용되는 검출기와 광 편향 수단을 구비해야 한다. 이것이 입사 광선의 광학적 경로를 복잡하게 만들고 연장시킨다. 더욱이, 단일 광선의 입사 복사선의 이용에 의해, 수집 광학 장치뿐 아니라 반사광 및 투과광을 감지하기 위한 검출기를 목적물의 대향하는 측면에 배치하는 것이 불가피해 진다.
본 발명의 목적은 입사 복사선의 반사 및 투과광 성분을 검출함으로써 목적물을 자동적으로 광학적으로 검사하는 신규의 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 목적물 상에 존재하는 결함을 검출하기 위해 상부 및 하부면을 가지는 목적물의 광학적 검사를 위한 방법으로서, 상기 방법은,
a) 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선을 제공하는 단계;
b) 상기 목적물 상에 상기 입사 복사선의 제 1 광선을 안내하고, 상기 목적물의 일면으로부터 반사되는 광 성분을 감지하는 단계;
c) 상기 목적물 상에 상기 입사 복사선의 제 2 광선을 안내하고, 상기 목적물의 상기 상부 및 하부면을 통해 투과되는 광 성분을 감지하는 단계;
d) 상기 목적물의 제 1 및 제 2 이미지를 동시에 포착하는 단계로서, 상기 제 1 이미지는 상기 반사된 광 성분에 의해 형성되고 상기 제 2 이미지는 상기 투과된 광 성분에 의해 형성되는 단계; 및
e) 상기 결함을 나타내는 데이터를 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 방법이다.
여기에 사용된 "결함"이라는 용어는 예컨대 목적물 상에 위치하는 이질 입자의 존재와 같은 목적물의 바람직하지 않은 상태를 의미한다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상은 하기의 주요 특징에 기초한다. 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선이 발생되고 이들을 상부 면으로 집중시키기 위해 목적물을 향해 안내된다. 일반적으로, 각각의 입사 광선은 목적물의 서로 다른 영역에 의해 반사되기도 하고 투과되기도 한다는 것이 알려져 있다. 다시 말해, 각각의 입사 광선은 목적물과 상호 작용하는 영역에 따라 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되어 각각 투과된 광성분 및 반사된 광성분을 형성할 수 있다. 이를 위하여, 2개의 이미지 센서에 의해 실제로 검출된 것들은 각각 목적물로부터 반사된 제 1 입사 광선의 광 성분 및 목적물을 통해 투과된 제 2 입사 광선의 광 성분이다.
일반적으로, 상기 제 1 및 제 2 입사 광선은 동일 측면으로부터, 즉 상부면 또는 하부면 중 어느 하나로부터 목적물 상에 안내될 수 있다. 이러한 경우, 센서 및 연관된 안내 광학 장치가 목적물의 대향하는 측면들에 위치된다. 목적물을 대향하는 면들로부터 조명하는 것이 유리하다는 것을 인식하여야 한다. 이는 센서가 목적물의 일측에 위치될 수 있게 하고, 이로써 상기 공통의 안내 광학 장치가 반사광 및 투과광 성분 모두를 수용하고 이들을 각각의 센서로 안내하는데 이용될 수 있다.
따라서, 반사광 및 투과광 성분은, 바람직하게는, 양 광 성분의 광학적 경로 내에 적절히 수용된 공통의 광학적 시스템을 통해 서로 다른 센서로 안내된다. 따라서, 서로 다른 광 성분들이 서로 다른 이미지 센서들에 의해 감지될 수 있도록 이들을 성공적으로 분리하기 위한 수단이 제공되어야 함을 알 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 2개의 대안적 실시예가 예시된다.
일 실시예에 따르면, 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선이 동시에 목적물의 서로 다른 부분 상으로 안내된다. 보다 상세하게는, 이들은 각각 제 1 및 제 2의 이격되고 평행하며 서로 동등한 상부면 스트립을 조명한다. 2개의 조명된 스트립과 공통의 광학 시스템 사이의 관계는 상기 스트립들이 공통의 광학 시스템의 광학 축에 대해 대칭적으로 연장되도록 하는 것이다. 상기 광학 시스템은 바람직하게 라인 센서(line sensor)인 제 1 및 제 2 이미지 센서상으로 실제로 스트립을 투영한다. 따라서, 대상물의 이격되고 평행한 한쌍의 라인이 이미지화된다. 상기 라인의 크기는 이미지 센서의 시야(field of view)에 의해 정해지는데, 라인의 폭(a)은 조명된 스트립의 폭보다 상당히 작다는 것을 알 수 있다. 2개의 조명된 스트립 간의 공간은 2개의 이미지 간의 겹침 영역을 최소화하도록 조절된다. 2개의 이미지화된 라인간의 공간(d)은 하기의 조건을 충족한다.
d = na
여기서 n은 n≥1인 정수이다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선은, 스트립 형태인 상부면의 동일 부분을 조명한다. 이를 위하여, 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선이 서로 다른 파장을 가지거나, 혹은 서로 다른 편광성을 갖는 광으로 형성된다. 파장이 서로 다른 경우, 공통의 광학 시스템은 예컨대, 색선별(dichroic) 광선 스플릿터(splitter)와 같은 적절한 광선 스플릿터를 포함한다. 편광성이 서로 다른 경우, 공통의 광학 시스템은 예컨대, 이중 굴절 효과에 기초한 적절한 광선 편광 장치를 구비한다.
광선을 발생시키기에 적합한 단일 광원 또는 2개의 광원에 의해 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선이 발생될 수 있다. 단일 광원이 채용되면, 광선을 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선으로 분할하는 광선 스플릿터를 통해, 발생된 광선이 목적물로 안내된다.
바람직하게는, 이미지 센서는 광 신호를 수용하고 이를 나타내는 전기적 출력을 제공하는데 적합한 종류이다. 예를 들어, 전하 결합 소자(CCD) 카메라, 또는 양방향 시간 지연 적분(bi-directional time delay integration)(TDI) 센서가 채용될 수 있다.
목적물 전체를 연속적으로 검사하기 위하여, 수직으로 배치된 2개의 축을 따른 검사 평면 내의 활주운동(sliding movement)이 지원된다. 소위 "이중 측면(double side)" 조명을 허용하기 위하여, 대안적으로 목적물의 주위를 단독으로 지지하는 프레임 또는 투명한 판 상에서 목적물이 지지될 수 있다. 검사 결과, 목적물의 상부면 상의 각 지점은 소위 '반사' 그리고 '투과' 이미지로 표현된다. 이들 이미지를 서로 비교하는 것은 목적물 상에서 결함의 위치를 파악할 수 있게 한다. 이러한 목적으로, 이미지 센서에 의해 제공된 출력 신호가, 제 1 및 제 2 이미지를 서로 비교하기 위해, 적절한 소프트웨어에 의해 작동되는 프로세서로 전송된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부 및 하부면을 갖는 목적물 상에 존재하는 결함을 검출하기 위해 상기 목적물을 광학적으로 검사하는 장치로서,
i) 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선을 생성하고 동시에 이들을 상기 목적물 상으로 안내하기 위한 조명 시스템;
ii) 상기 상부면으로부터 반사된 제 1 입사 광선의 광성분과 상기 목적물의 상부 및 하부면을 통해 투과된 제 2 입사 광선의 광성분을 감지하고, 그 광성분들을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 설치된 감지 시스템;
iii) 상기 반사 및 투과된 광성분을 상기 감지 시스템 상으로 안내하기 위해 상기 광성분들의 광학 경로 내에 수용되는 광 안내 시스템; 및
iv) 반사 및 투과된 광 성분을 나타내는 상기 출력 신호를 수용하고 분석하여 상기 결함을 나타내는 테이타를 제공하기 위해 상기 감지 시스템에 연결된 프로세서를 포함하는 장치가 제공된다.
따라서, 본 발명은 2개의 입사 광선으로 목적물을 동시에 조명하고, 이들 입사 광선의 반사 및 투과된 광성분을 각각 검출함으로써 목적물을 검사할 수 있도록 한다. 다시 말하자면, 상기 미국 특허와 비교할 때, 검사되는 목적물의 각 지점이 "T-맵(map)" 및 "R-맵(map)", 즉, "투과(transmitted) 이미지" 및 "반사(reflected) 이미지"로 표시된다. 이것은 분석 과정을 간소화시킨다. 또한, 반사광 및 투과광을 서로 다른 센서 상으로 안내하기 위한 공통의 광학 시스템을 제공함으로써, 그리고 상기 반사광과 투과광 간의 성공적인 분리를 위한 상기 해결책을 제공함으로써, 장치의 구조 및 작동이 상당히 간단해질 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명은 예컨대, 크롬과 같은 불투명한 얇은 층으로 피복된 다수의 이격된 영역을 갖는 상부면을 보유한 연마된 투명 기판의 형태를 통상적으로 취하고 있는 포토마스크를 검사하는데 이용된다. 포토마스크의 상부면은 투명한 영역 및 불투명한 영역의 형태의 패턴을 나타낸다. 본 발명에 따른 방법에 의해 검출될 수 있는 결함들은, 불투명 영역 내의 통공 및/또는 이들 영역의 폭 변화의 형태를 취할 수도 있다. 포토마스크의 불투명 및 투명 영역은 '반사된 이미지' 내에서 밝은 영역과 어두운 영역, 그리고 '투과된 이미지' 내에서 각각 어두운 영역과 밝은 영역으로 표시될 것이다. 투명 영역 내에 이질 입자가 위치하면, 반사된 이미지에서는 어두운 배경 상에서 밝은 점으로, 투과된 이미지에서는 그와 반대로 나타날 것이다. 만약 이질 입자가 불투명 영역 내에 위치하면, 반사광 성분에 반응하는 이미지 센서만이 이를 검출할 것이다. 이러한 입자는 반사된 이미지 내의 밝은 배경 상에서 어두운 점으로 나타날 것이다. 예를 들어, 불투명한 영역 내의 통공 또는 이들 영역의 폭 변화와 같은 다른 종류의 결함은 반사된 광선과 투과된 광선 모두에 의해 검출될 것이다.
본 발명을 이해하고 본 발명이 실제로 어떻게 수행되는지를 알기 위해, 비제한적인 예만을 이용한 첨부 도면을 참조하여 몇몇 바람직한 실시예가 하기에 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 패터닝된 목적물의 광학적 검사를 위한 장치의 주요 구성요소를 도시한 블록 선도이다.
도 2 및 3은 도 1의 장치의 주요 작동 원리를 보다 상세히 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 장치의 광학 시스템의 주요 작동 원리를 그래프로 도시한 것이다.
도 5a 내지 5f는 도 1의 장치의 연속 작동 단계 동안 목적물의 도시된 상부면의 이미지를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6a 및 6b는 목적물의 상부면의 2개의 이미지 영역의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 검사 장치의 주요 구성요소를 도시한 블록 선도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 검사 장치의 주요 구성요소를 도시한 블록 선도이다.
도 1을 참조하면, 포토마스크(12)를 검사하기 위한 장치(10)가 도시되어 있다. 오직 상기 장치(10)의 주요 구성 원리의 이해를 돕기 위한 목적으로 광선의 전달 경로를 여기에 개략적으로 나타내었다. 포토마스크(12)는 통상적으로 각각 상부 및 하부면(12a 및 12b)을 갖는 연마된 투명 기판의 형태이다. 상부면(12a)은 예를 들어 크롬 등의 얇은 불투명 막으로 피복된 다수의 이격된 영역을 갖는 패턴(미도시됨)으로 형성된다. 다시말해, 상부면(12a)은 투명 영역과 불투명 영역으로 형성된다. 포토마스크(12)는 서로 직각을 이루는 x축과 y축을 따라 활주 운동하기 위해 설치된 프레임(14) 상의 주변 영역에서 지지된다. 대안적으로, 투명한 물질로 형성된 활주 베이스가, 하부면(12b)으로의 조명 접근을 제공하는 방식으로 포토마스크(12)를 검사 평면 내에서 활주식으로 변위시킨다고 하는 동일 목적을 위해 채용될 수 있다.
상기 장치(10)는 상부면(12a)을 조명하기 위해 포토마스크(12)의 상부측에 설치된 조명 어셈블리(16)를 포함한다. 상기 어셈블리(16)는 광선(18a)를 생성하는 광원(18)과, 상기 광선(18a)의 광학 경로 내에 수용되는 광학 시스템(20)을 포함한다. 상기 광학 시스템(20)은 상세히 도시되지 않은 하나 또는 다수개의 원통형 렌즈를 통상적으로 포함하는 왜곡상 광학 장치(anamorphic optics)(22), 광선 스플릿터(24) 및 대물렌즈(26)를 포함한다. 광학 시스템(20)의 이들 구성요소 모두는 잘 알려져 있기 때문에 이들이 원하는 형태의 광선(18a)을 획득하여 포토마스크(12) 상에 집중시킬 수 있게 한다는 점 이외에는, 더 상세히 설명할 필요가 없을 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 광선(18a)은 상부면(12a)의 스트립(Sr)을 조명한다.
상부면(12a)을 조명하기 위해 포토마스크(12)의 하부측에 설치된 하나의 조 명 어셈블리(28)가 더 제공된다. 마찬가지로, 상기 어셈블리(28)는 광선(30a)을 생성하는 광원(30), 및 상기 광선(30a)의 광학 경로 내에 수용되는 광학 시스템(32)을 포함한다. 상기 광학 시스템(32)은 왜곡상 광학 장치(34), 거울(36) 및 콘덴서 렌즈(38)를 포함한다. 투명한 하부면(12b)을 통해 투과되는 광선(30a)은 상부면(12a)의 스트립(St)을 조명한다. 거울(36)의 제공은 선택적이고, 오로지 상기 하부면(12b)에 대한 광원(30)의 위치에만 의존한다.
도 1에 보다 개략적으로 도시되고 도 2에서 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 광선(18a)은 상부면(12a) 상에 충돌하고, 스트립(Sr) 내에 배치된 반사 영역(만약 존재한다면)으로부터 반사되어, 반사광(40)을 형성한다. 포토마스크(12)의 투명한 하부면(12b)을 통해 투과되는 입사 광선(30a)은 상부면(12a) 상에 충돌하고, 스트립(St) 내부의 투명한 영역(만약 존재한다면)을 통해 투과되어, 투과광(42)을 생성한다.
통상적으로 하나 또는 다수개의 수집 렌즈(미도시됨)로 구성된 광학 시스템(44)은 반사광(40) 및 투과광(42) 양자의 광학 경로 내에 존재하기 위해 포토마스크(12)의 상부측에 위치한다. 상기 시스템(44)은 점선(OA)으로 나타낸 광학 축을 갖는다. 상기 시스템(44)은 광선(40 및 42)을 각각 라인 센서(46 및 48) 상에 안내하고, 이로써 기하학적으로 분리된 2개의 스트립(Sr 및 St)을 2개의 이미징된 라인(Lr 및 Lt)으로 투사한다. 이미지(Lr)는 광선(18a)으로부터 조명된 스트립(Sr)으로부터 반사된 광으로 형성되고, 반면 이미지(Lt)는 조명된 스트립(St)를 통해 투과광에 의해 형성된다. 도 3에서 보다 상세히 도시된 바와 같이, 2개의 센서의 이미지 품질을 동일하게 하기 위해, 조명된 스트립(Sr 및 St)이 광학축(OA)에 대해 대칭으로 연장되도록 하는 구성을 갖는다.
상세히 도시되지는 않았으나, 이미징된 라인(Lr 및 Lt)의 치수는 각각의 센서(46, 48)의 시야에 의해 형성되고, 스트립(Sr, St)의 크기보다 상당히 작다는 것을 알 수 있다. 센서(46, 48)는 광신호를 수용하고 예를 들어, 종래의 라인 형태 CCD 카메라와 같이 이에 상응하는 전기적 출력을 생성하는데 적합한 종류이다.
도 4는 각각 2개의 둥근 돌출부(50, 52) 형상인 광선(40, 42)의 강도 분배를 도시한다. 도시된 2개의 스트립(Sr, St) 사이의 공간은 겹침 영역(54)을 최소화함으로써 2개의 이미지 간의 혼선을 줄이기 위해 배열된다는 것을 알 수 있다.
도 1로 돌아가면, 센서(46, 48)의 전기적 출력을 수용하는 프로세서(56)가 센서(46, 48)에 연결된다. 상기 프로세서(56)는 전기적 출력을 서로 비교하고 포토마스크(12) 상의 결함(만약 존재한다면)을 나타내는 정보를 제공하는 것에 의해, 이미징된 라인(Lr, Lt)을 분석할 수 있는 이미지 처리 기법을 수행하는 적절한 소프트웨어에 의해 작동된다. 상기 전기적 출력은 프로세서(56)의 데이타베이스에 저장되거나 다른 포토마스크 또는 검사되는 동일한 포토마스크의 다른 부분으로부터 얻어질 수 있는 대응하는 기준 데이타와 비교될 수도 있다. 상기 프로세서(56)의 구조와 작동과정은 본 발명의 일부를 이루지 않고, 따라서 보다 상세히 기술될 필요가 없다. 이미지 프로세서(56)에 의해 생성된 정보는 컴퓨터 장치(58)의 출력이고 스크린(58a) 상에 디스플레이된다.
대안적으로, 상세히 도시되지는 않았으나, 프로세서(56) 및 컴퓨터 장치(58)가 하나의 통합 유닛으로 조합될 수 있다. 광원(18, 30)은 복사 광선을 생성하기 위한 단일 광원으로 교체될 수 있는데, 이 경우 생성된 광선은 광선 스플릿터를 통해 검사되는 포토마스크 상에 안내되어, 대향하는 면들로부터 상기 포토마스크를 조명하기 위한 2개의 분리 광선으로 분할된다.
이하에서는 검사중인 포토마스크(12)의 상부면(12a)의 이미지가 일부 도시된 도 5a-5f를 참조하여 상기 장치(10)의 작동을 설명한다. 먼저, 2개의 스트립이 상기한 방식으로 동시에 조명되고(미도시됨) 2개의 라인(Lr1, Lt1)이 이미징된다. 상기 라인(Lr1, Lt1)은 동일한 폭(a)과 길이(b)를 갖는 동일한 것이고, y축을 따라 이격되고 평행한 관계로 정렬된다. 라인(Lr1 및 Lt1)사이의 공간(d)은 다음과 같이 정의된다.
d = na (1)
여기서, n은 n≥1인 정수이고, 현재의 예에서는 1과 동일하다.
다음 작동 스테이지에서, 지지 프레임(14)이 방향(D1)을 따라 포토마스크를 임의의 소정 단계만큼 이동시키는데, 이 단계는 다음 조건을 충족한다.
H1 = n1a (2)
여기서 n1은 n1≥1인 정수이고, 현재의 예에서는 1과 동일하다. 다른 한쌍의 라인(Lr2 및 Lt2)은 각각 센서(46 및 48)에 의해 이미징되고, 대응하는 전기적 출력이 프로세서(56)로 전송된다. 한편, 방향(D1)을 따른 프레임(14)의 활주 운동은 동일 단계(H1)만큼 포토마스크가 더욱 변위되는 것을 초래하고, 한쌍의 라인(Lr3, Lt3)이 이미징된다. 도 5c에서 명확히 볼 수 있듯이, 라인(Lt1 및 Lr3)이 일치하는데, 이는 상부면(12a)의 대응하는 스트립이 광선(30a 및 18a)에 의해 지금까지 연속적으로 조명되었음을 의미한다. 도 5d 및 5e는 입사 복사선의 2개의 광선에 의해 조명된 스트립에 대응하는 다수의 이미징된 라인의 연속적 증가를 자체 설명적인 방식으로 도시하고 있다.
따라서, y축을 따라 방향(D1)으로 포토마스크(12)를 단계적으로 변위시키면서, 상부면(12a)의 슬라이스(Bi)는 스트립 하나하나씩(strip-by-strip) 단계적으로 검사된다. 광선(18a 또는 30a) 중 어느 하나에 의해 각각 조명되는 스트립에 대응하는 라인들(Lr'-Lr" 및 Lt'-Lt")이 상부면(12a)의 비패턴화된 영역, 소위 '마진(margin)'과 연계되도록, 검사의 시작이 정해진다는 것을 알 수 있다.
상부면(12a)의 인접한 슬라이스(Bi+1)을 검사하기 위해, 활주 프레임(14)이 x축을 따라 방향(D2)으로 소정 단계(H2)만큼 이동되는데, 단계(H2)는 다음과 같이 정 의된다.
H2 = b (3)
그 후에, 포토마스크(12)가 y축을 따라 방향(D3)으로 동일한 거리(H1) 만큼 단계적으로 변위된다. 도시된 바와 같이, 슬라이스(Bi+1)의 동시에 이미징된 한쌍의 라인(Lr 및 Lt)에서, '반사' 및 '투과' 이미지는, 슬라이스(Bi)의 동시에 이미징된 한쌍의 라인(Lr1 및 Lt1)에 비교할 때, 포토마스크의 변위 방향에 대해 반대의 관계로 위치된다. 이러한 목적으로, 포토마스크(12)의 운동 방향으로의 각각의 변화를 고려하기 위해, 이미지 프로세서(56)는 그 프로세서의 작동을 제어하기 위한 적절한 소프트웨어를 구비한다. 또한, 상세히 도시되지는 않았으나, 광학 센서가 프레임(14)의 일측면에 적절히 수용될 수 있다.
만약 한쌍의 시간지연적분(TDI) 센서가 이미징 센서(46, 48)로 사용되면, 이들은 소위 '양방향' 종류이어야 한다. 이러한 '양방향' TDI센서의 구성 및 작동은 원래 잘 알려져 있고 본 발명을 구성하는 부분이 아니다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 광선(30a 및 18a)에 의해 연속적으로 조명되는, 상부면(12a) 상의 조명되는 동일한 스트립에 대응하는 이미징된 라인(Lt1 및 Lt3)이 보다 상세히 도시되어 있다. 조명된 스트립 내부에 있는 상부면의 일부가 투명한 영역(60)과 불투명한 영역(62)을 포함하고, 또한 이질 입자(64, 66)가 각각 투명한 영역(60)과 불투명한 영역(62) 내에 위치한다고 가정한다. 명확히 도시된 바와 같이, 투명한 영역(60)과 불투명한 영역(62)이 '투과된' 이미지(Lt1) 내에서 각각 밝은 영역과 어두운 영역의 형태이고(도 6a), 반면에 '반사된' 이미지(Lt3) 내에서는 각각 어두운 영역과 밝은 영역의 형태이다(도 6b). 이질 입자에 있어서는, 이들 입자의 표면이 거울과 같지 아니하고, 따라서 입자로부터 되돌아온 광은 불규칙하게 편향되고 분산된 광이라는 것이 알려져 있다. 따라서, 투과된 광선(40)과 반사된 광선(42)은 투명한 영역 내부에 위치한 입자(64)의 존재를 나타낸다. 상기 입자(64)는 광 저하(light fall-off), 즉 '투과된' 이미지(Lt1) 내에서는 밝은 배경(60) 상에 어두운 점으로, 또한 '반사된' 이미지(Lr3) 내에서는 어두운 배경(60) 상의 밝은 점으로 나타난다. 불투명한 영역(62) 상에 위치하는 입자(66)의 존재는 오직 반사된 광선(40)에 의해서 검출될 수 있는데, '반사된' 이미지(Lr3) 내에서 밝은 배경 상의 어두운 점으로 나타난다.
입자(64)가 위치한 평면의 식별, 즉 포토마스크(12)의 상부 또는 하부면의 식별은 축(OA)를 따라 상부면(12a)을 약간 이동시켜서 촛점 평면으로부터 벗어나게 하고 전기적 출력의 변화를 검출함으로써 달성될 수 있다는 것을 또한 알 수 있다. 또한, 상세히 도시되지는 않았으나, '반사' 및 '투과' 이미지 모두가, 불투명한 영역내의 통공으로서 또한 소위 '폭 변화 결함'을 나타내는 상실된 크롬 코팅으로서 이러한 '결함'을 나타내게 됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 y축 및 x축에 따른 포토마스크(12)의 이동 도중에, 센서(46, 48)에 의해 발생된 전기 신호가 계속적으로 입력되는 프로세서(56)가 이들 전기 신호를 분석하여 포토마스크(12)의 상태를 나타내는 데이타를 생성한다. 처리된 데이타는 각각의 '결함'을 그 형태와 좌표의 측면에서 나타내는 스크린(58a) 상에 디스플레이되는 리스트의 형태일 수 있다.
이제 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되고 조작되는 장치(100)의 주요 구성요소를 도시한 도 7을 참조한다. 장치(10)와 장치(100)에서 동일한 구성요소는 이해를 돕기 위해 동일한 도면 부호를 사용하였다. 장치(100)는 활주 프레임(14)상에 지지되는 포토마스크(12)를 검사한다. 포토마스크(12)의 상부면(12a)을 그 대향하는 측면으로부터 조명하기 위한 2개의 조명 어셈블리(116, 128)가 제공된다. 이 어셈블리(116, 128)는, 각각 입사 복사선 광선을 발산하는 광원 및 발산된 광선의 광학적 경로 내에 수용되는 적절한 광학 시스템을 포함하는, 장치(10)의 그것과 일반적으로 유사하다. 장치(10)와의 차이점은, 광원(118, 130)이 각각 서로 다른 파장(λ1 및 λ2)의 광선(118a 및 130a)를 발생시킨다는 것이다. 광선(118a)은 광학 시스템(20)을 통해 상부면(12a) 상으로 안내되고, 이로써 스트립(Srt)를 조명하고 불투명한 영역(만일 존재한다면)으로부터 반사되어, 반사광(140)을 형성한다. 한편, 광선(130a)은 광학 시스템(32)을 통과하여 상부면(12a) 상에 충돌하고 동일한 스트립(Srt)을 조명함으로써 투과광(142)을 형성한다. 상기 반사광 및 투과광(140, 142)은 광학 시스템(144)을 통해 이미지 센서(46, 48) 상으로 각각 투사된다. 이를 위하여, 상기 시스템(144)은, 수집 렌즈(44) 외에도, 색선별(dichroic) 광선 스플릿터(145)를 포함한다. 상기 색선별 광선 스플릿터는 특정한 대역의 스펙트럼 에너지를 전송하고 다른 어떤 것을 반사시키는데 널리 사용되는 주지의 색상 선택(color-selective) 장치이다.
상세히 도시되지는 않았으나, 장치(100)의 작동과정이 장치(10)의 그것과 일반적으로 유사하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 각각의 조명된 스트립(Srt)이 광학 시스템(144)에 의해 2개의 이미지 라인(미도시됨) 내로 투사된다. 포토마스크(12)가 y축을 따라 임의의 소정 단계만큼 연속적으로 변위된다. 바람직하게는, 이 단계는, 일측면으로는, 이미지간의 겹침을 피하고, 다른 측면으로는, 검사를 가속화하기 위해, 이미징된 라인의 폭과 동일하다. 포토마스크의 슬라이스를 검사할 때, 포토마스크가 x축을 따라 이미징된 라인의 길이와 동일한, 일정 단계만큼 변위된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되고 작동되는 장치(200)가 도시되어 있다. 마찬가지로, 상기에 기술된 실시예 및 장치(200)에서의 구성요소는 동일한 도면부호로 지시된다. 장치(200)는, 서로 다른 편광성을 갖는 입사 복사선 광선(218a, 230a)에 의해 포토마스크(12)의 상부면(12a)의 스트립(S)를 조명할 수 있다. 이를 위하여, 광학 시스템(220, 232)은 각각 광선(218a, 230a)의 광학적 경로 내에 수용된 광선 편광 장치(234, 236)를 포함한다. 대안적으로, 각각의 광원(218, 230)은 편광된 광선을 생성하기에 적합한 종류일 수 있다. 따라서, 반사광선 및 투과광선(240, 242)은 서로 다른 편광성을 갖는다. 도 7의 색선별 광선 스플릿터(145)는 서로 다른 편광성을 분할할 수 있는 종류의 광선 편광 장치(245)로 대체된다. 통상적으로, 이러한 광선 편광 장치는 예를 들어, 복굴절 셀 또는 다중층 유전체 구조의 형태를 갖는 편광 민감성 매체를 포함하는 것으로 알려져 있다. 포토마스크의 상부면의 불투명한 영역 내에 위치한 이질 입자로부터 복귀된 광 성분은, 반사 및 회절 효과에 의해, 탈편광된 분산된 전진 광(depolarized scattered forward light)일 수 있다. 이것은 '반사' 이미지 내의 밝은 배경 상에서 입자 존재의 콘트라스트(contrast)를 증가시킨다.
당업자는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위로부터 일탈됨 없이 지금까지 예시된 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 다양한 변경과 수정을 적용할 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 하기의 방법 클레임에 있어서, 청구된 단계를 지정하기 위해 사용된 용어들은 단지 편의성을 위해 제공된 것이며 이들 단계를 수행하는데 어떠한 특정 순서를 적용함이 아니다.

Claims (23)

  1. 상부 및 하부면을 구비한 목적물 상에 존재하는 결함들을 검출하기 위해, 상기 목적물을 광학적으로 검사하는 방법으로서,
    a) 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 제공하는 단계;
    b) 상기 목적물 상에 상기 입사 복사선의 제 1 광선을 안내하고, 상기 목적물의 일면으로부터의 반사광 성분을 감지하는 단계;
    c-1) 상기 목적물 상에 상기 입사 복사선의 제 2 광선을 안내하고, 상기 목적물의 상기 상부 및 하부면을 투과한 광 성분을 감지하는 단계;
    d-1) 상기 목적물의 제 1 및 제 2 이미지들을 동시에 포착하는 단계 - 상기 제 1 이미지가 상기 반사광 성분에 의해 형성되고 상기 제 2 이미지가 상기 투과광 성분에 의해 형성됨 - ; 및
    e) 상기 결함들을 나타내는 데이타를 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 분석하는 단계
    를 포함하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 포착하는 단계는 반사광 및 투과광 성분들을 각각 제 1 및 제 2 이미지 센서 상으로 안내하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 대향하는 면들로부터 상기 목적물 상으로 안내되며,
    c-2) 상기 반사광 및 투과광 성분들의 광학적 경로들 내에 설치된 광학 시스템을 통해 상기 반사광 및 투과광 성분을 상기 목적물의 일측면에 수용된 상기 제 1 및 제 2 이미지 센서들 상으로 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    c-3) 상기 목적물의 서로 평행하게 이격된 제 1 및 제 2 대응 부분들을 조명하기 위해 상기 입사 복사선의 상기 제 1 및 제 2 광선들을 조작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 목적물의 제 1 및 제 2 부분들 각각은 스트립의 형태인 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 상기 대향하는 면들로부터 상기 목적물 상으로 안내되고,
    상기 반사광 및 투과광 성분들은 상기 반사광 및 투과광 성분들의 광학 경로들 내에 설치된 광학 시스템을 거쳐, 상기 목적물의 일측면에 수용된 제 1 및 제 2 이미지 센서들 상으로 각각 안내되며,
    상기 제 1 및 제 2 부분들은 상기 광학 시스템의 광학 축에 대해 대칭적으로 연장하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 상기 목적물의 대향하는 면들로부터 상기 목적물 상으로 안내되고,
    상기 입사 복사선의 상기 제 1 및 제 2 광선들은 서로 다른 파장을 갖는 광으로 형성되는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 상기 목적물의 대향하는 면들로부터 상기 목적물 상으로 안내되고,
    상기 입사 복사선의 상기 제 1 및 제 2 광선들은 서로 다른 편광도를 갖는 광으로 형성되는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부분들의 제 1 및 제 2 이미지들은 2개의 라인의 형태이고, 각각 폭 "a" 및 길이 "b"를 가지며, 상기 폭 "a"는 상기 각 부분의 폭보다 실질적으로 작고, 라인들 간의 공간 "d"가 하기의 조건:
    d = na ("n"은 n≥1인 정수)
    을 충족시키는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 제공하는 단계는 각각 광선을 발생시키는 제 1 및 제 2 광원을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 제공하는 단계는 광선을 발생시키는 광원을 제공하는 단계, 및 상기 발생된 광선을 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선으로 분할시키는 광선 스플릿터를 통해 상기 발생된 광선을 상기 목적물로 안내하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    d-2) 상기 목적물의 각 지점의 제 1 및 제 2 이미지들을 제공하기 위해, 검사 평면 내에서 서로 수직으로 위치된 2개의 축을 따라 활주 운동하도록 상기 목적물을 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 분석하는 단계는 상기 이미지들을 서로 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 방법.
  14. 상부 및 하부면을 갖는 목적물 상에 존재하는 결함들을 검출하기 위해 상기 목적물을 광학적으로 검사하는 장치로서,
    i) 상기 목적물 상으로 동시에 안내되는 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 제공하는 조명 시스템;
    ii) 상기 목적물의 상부면으로부터 반사된 제 1 입사 광선의 광 성분과 상기 목적물의 상부 및 하부면을 통해 투과된 제 2 입사 광선의 광성분을 동시에 감지하고, 상기 광 성분들을 나타내는 출력 신호들을 제공하는, 상기 목적물의 근방에 설치된 감지 시스템;
    iii) 상기 반사광 및 투과광 성분들을 상기 감지 시스템 상으로 안내하는 광 안내 시스템; 및
    iv) 상기 감지 시스템에 연결되어, 상기 반사광 및 투과광 성분들을 나타내는 상기 출력 신호들을 수용하고 상기 결함들을 나타내는 데이타를 제공하도록 상기 신호들을 분석하는 프로세서
    를 포함하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 각각 발생시키기 위한 2개의 광원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 광선을 발생시키는 광원 및 발생된 광선을 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들로 분할하는 광선 스플릿터를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 각각 상기 목적물의 대향하는 면들로 안내하기 위한 안내 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들을 상기 목적물의 평행하게 이격된 제 1 및 제 2 부분들로 각각 안내하기 위한 안내 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 서로 다른 파장들의 광으로 형성된 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 입사 복사선의 제 1 및 제 2 광선들은 서로 다른 편광도의 광으로 형성된 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 감지 시스템은 상기 반사광 및 투과광 성분들을 각각 검출하기 위한 제 1 및 제 2 이미지 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 안내 광학 장치 및 상기 감지 시스템은 상기 목적물의 일측면에 수용되는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
  23. 제 14 항에 있어서, 검사 평면 내에서 서로 수직으로 위치한 2개의 축들을 따라 상기 목적물이 활주운동을 하도록 지지하기 위한 지지 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목적물의 광학적 검사 장치.
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