KR100945206B1 - 광학측정장치 및 이를 포함하는 검사장치 - Google Patents

광학측정장치 및 이를 포함하는 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 및 LCD 등의 제조공정에 있어서 각종 미세패턴의 치수와 결함을 검사하는 광학측정장치에 관한 것으로, 구체적으로 광 경로 선택에 의해 광배율을 변경할 수 있는 광학측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 광학측정장치에 구비되는 복수개의 대물렌즈를 움직임 없도록 고정시킨 후 이들 대물렌즈 각각의 광경로를 따라 대응되는 전자셔터와 반사거울을 구성하여 원하는 배율의 대물렌즈를 통해 검사대상물을 검사하는 것이다.
이를 통해, 원하는 배율의 대물렌즈를 선택하기 위하여 대물렌즈가 장착된 리볼버를 회전시킴으로써 발생되었던 문제점을 방지할 수 있다.
광학측정장치, 현미경, 대물렌즈, 반사거울, 리볼버

Description

광학측정장치 및 이를 포함하는 검사장치{Optical mesurement apparatus and inspection apparatus including the same}
본 발명은 반도체 소자 및 LCD 등의 제조공정에 있어서 각종 미세패턴의 치수와 결함을 검사하는 광학측정장치에 관한 것으로, 구체적으로 광 경로 선택에 의해 광배율을 변경할 수 있는 광학측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 및 LCD는 박막증착(thin film deposition), 포토리소그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등의 과정을 수차례 반복하면서 소정의 미세회로패턴이 웨이퍼 또는 기판 상에 형성되도록 함으로써 제조된다.
이러한 제조공정을 거친 웨이퍼 및 기판은 일련의 검사과정을 거쳐 양품과 불량이 결정되고, 이 검사과정을 통해 웨이퍼 및 기판의 신뢰성과 공정 안정성을 확보할 수 있도록 하고 있다.
여기서, 검사과정은 구체적으로 웨이퍼 또는 기판(이하, 검사대상물이라 함) 상에 형성된 미세회로패턴의 치수측정, 선폭측정, 외관상의 결함측정을 검사하는 공정으로 광학측정장치를 이용하게 된다.
일반적인 광학측정장치는 육안으로 식별이 불가능한 검사대상물의 특정 부위를 일정 배율로 확대하고 그 상태를 확인 또는 검사하기 위한 광학현미경으로, 이러한 광학현미경은 대안렌즈의 장착 개수에 따라 단안광학현미경, 쌍안광학현미경, 삼안광학현미경으로 구분된다.
최근, 대안렌즈를 통해 육안으로 검사대상물을 검사하는 대신에 디지털카메라나 CCD(charge coupled device) 카메라를 장착하여 모니터를 통해 다수의 사람이 함께 이를 관찰할 수 있는 광학측정장치의 사용이 늘고 있는 추세이다.
도 1은 광학측정장치를 포함하는 검사장치의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 검사장치는 검사대와 광학측정장치로 구성된다.
여기서, 이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보면 먼저 검사대(11)는 검사가 행해지는 곳으로, 검사대(11) 상부에는 검사대상물(W)이 놓여지는 스테이지(13)가 위치한다.
그리고, 스테이지(13) 상부로 광학측정장치(10)가 마련되는데, 광학측정장치(10)는 검사대상물(W)에 형성된 미세회로패턴을 관찰 할 수 있는 고배율의 광학현미경으로, 검사대상물(W)로 빛을 조사하기 위한 광원(20)과, 검사대상물(W)의 미세회로패턴을 고배율로 확대하기 위한 렌즈부(40) 그리고 확대된 이미지를 이미지 데이터로 변환하는 CCD 카메라(30)로 이루어진다.
여기서, 렌즈부(40)는 검사대상물(W)에 근접 위치하는 대물렌즈(objective lens : 41)로 이루어지는데, 대물렌즈(41)는 일정 배율을 갖는 복수개가 회전 가능한 리볼버(revolver : 43)에 장착되어 구성된다.
따라서, 스테이지(13) 상에 검사대상물(W)이 놓여지면 렌즈부(40)의 리볼버(43)를 회전시킴으로써 원하는 배율을 갖는 대물렌즈(41)가 검사대상물(W)과 근접 위치하도록 하여, 검사대상물(W)을 관찰 할 수 있다.
이때, 대물렌즈(41)를 통해 확대된 이미지는 CCD 카메라(30)를 통해 외부의 모니터(미도시)로 표현된다.
한편, 원하는 배율의 대물렌즈(41)를 선택하기 위하여 리볼버(43)를 회전시키는 과정은 컨트롤러PC를 통해 진행되는데, 이러한 과정은 몇 가지 문제점을 야기하게 된다.
첫째, 컨트롤러PC를 통해 리볼버(43)를 회전시키는 과정에서 선택한 대물렌즈(41)가 위치해야 할 위치에서 약 5 ~ 15㎛의 기구적인 위치 오차가 발생할 수 있는데, 이는, 검사대상물(W)의 초점이 맞지 않아 정확하게 관찰할 수 없게 한다.
이러한 기구적인 위치 오차는 다른 대물렌즈(41)를 선택하여 검사하고자 할 시 항상 존재하게 된다.
따라서, 대물렌즈(41)가 정위치에 위치할 수 있도록 하는 별도의 수단이 마련되어야 한다.
둘째, 리볼버(43)를 회전시키는 과정에서 리볼버(43)의 마모현상이 발생될 수 있으며, 이같은 마모로 인한 파티클과 같은 이물질을 발생시켜 검사대상물(W)로 낙하되어 검사대상물(W)을 오염시키게 되는 문제점을 야기하게 된다.
셋째, 리볼버(43)를 통해 선택된 대물렌즈(41)를 통한 초기에 정해진 광학 배율은 광학 특성상 자유로운 배율 선택을 할 수 없는 제약이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학측정장치를 통해 검사공정의 신뢰성을 향상시키고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광경통유닛에 고정되며, 서로 다른 배율을 갖는 제 1 내지 제 3 대물렌즈와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 각각 대응되는 제 1 내지 제 3 전자셔터와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로에 위치하는 복수개의 반사거울 및 반투과거울과; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 의해 획득된 이미지를 외부의 모니터로 출력하는 카메라와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈로 빛을 공급하는 광원을 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈 중 선택된 하나의 대물렌즈에 대응되는 전자셔터는 열림(open)상태이며, 그외의 전자셔터는 닫힘(close)상태인 것을 특징으로 하는 광학측정장치을 제공한다.
이때, 상기 광경통유닛 내부의 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로 상에는 서로 다른 배율을 갖는 제 1 및 제 2 튜브렌즈가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 튜브렌즈 각각에 대응되는 제 1 및 제 2 튜브전자셔터가 더욱 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 대물렌즈는 제 1 광경로를 통해 획득된 이미지를 상기 카메라로 전달하는데, 상기 제 1 광경로는 상기 제 1 대물렌즈에 대응되는 열림상태의 상기 제 1 전자셔터와, 상기 제 1 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울을 통해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈 그리고 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 제 3 반사거울 및 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 대물렌즈는 제 2 광경로를 통해 획득된 이미지를 상기 카메라로 전달하는데, 상기 제 2 광경로는 상기 제 1 대물렌즈에 대응되는 열림상태의 상기 제 1 전자셔터와, 상기 제 1 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울을 투과한 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 2 대물렌즈는 제 3 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 3 광경로는 상기 제 2 대물렌즈와 대응되는 열림상태의 상기 제 2 전자셔터와, 상기 제 2 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울을 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈와, 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 3 반사거울 및 상기 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 대물렌즈는 제 4 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 4 광경로는 상기 제 2 대물렌즈와 대응되는 열림상태의 상기 제 2 전자셔터와, 상기 제 2 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 3 대물렌즈는 제 5 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 5 광경로는 상기 제 3 대물렌즈에 대응되는 상기 제 3 전자셔터와, 상기 제 3 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울을 통해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 대물렌즈는 제 6 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 6 광경로는 상기 제 3 대물렌즈에 대응되는 상기 제 3 전자셔터와, 상기 제 3 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울을 투과한 광축상에 위치하는 제 4 반사거울과, 상기 제 4 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈와, 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 3 반사거울 및 상기 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 광경통유닛에 고정되며, 서로 다른 배율을 갖는 제 1 내지 제 3 대물렌즈와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 각각 대응되는 제 1 내지 제 3 전자셔터와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로에 위치하는 복수개의 반사거울 및 하프반사거울과; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 의해 획득된 이미지를 외부의 모니터로 출력하는 카메라와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈로 빛을 공급하는 광원을 포함하는 광학측정장치와; 상기 광학측정장치 하부에 위치하며, 검사대상물이 안착되는 스테이지로 구성되며, 상기 광학측정장치는 상기 스테이지 상에서 이동하는 것을 특징으로 하는 검사장치를 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 광학측정장치에 구비되는 복수개의 대물렌즈를 움직임 없도록 고정시킨 후 이들 대물렌즈 각각의 광경로를 따라 대응되는 전자셔터와 반사거울을 구성하여 원하는 배율의 대물렌즈를 통해 검사대상물을 검사할 수 있으므로, 원하는 배율의 대물렌즈를 선택하기 위하여 대물렌즈가 장착된 리볼버를 회전시킴으로써 발생되었던 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 광학측정장치를 통한 검사 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1 및 제 2 튜브렌즈를 더욱 구성함으로써, 다양한 배율을 갖는 광학측정장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치의 내부구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 광학측정장치(100)는 크게 조명부(120)와 렌즈부(140) 그리고 카메라부(130)로 이루어진다.
이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보면 먼저 조명부(120)는 광경통유닛(111)의 일측에 위치하는 광원(121)과 광원(121)에서 발산된 빛을 검사대상물(W) 측으로 안내하는 빛반사거울(123)을 포함한다.
여기서, 빛반사거울(123)은 광경통유닛(111) 내부에 배치되는데, 빛반사거울(123)은 광원(121)으로부터 발생된 빛을 전반사 하여 렌즈부(140)에 집광하여 동일 광축상에 놓인 검사대상물(W)로 그 집광된 빛을 조사하게 한다.
이때, 광원(121)은 고휘도의 발광다이오드 또는 형광램프일 수 있으며, 이들로부터 발산된 빛을 집속하는 콜리메이터(collimator)를 더욱 포함할 수 있다.
그리고, 렌즈부(140)는 광학측정장치(100)의 하부에 위치하는 검사대상물(W)에 근접 위치하여 검사대상물(W)을 고배율로 확대하는 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)와, 각각의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)에 대응하여 구비되는 제 1 내지 제 3 전자셔터(auto shutter. 143a, 143b, 143c) 그리고 각각의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)의 광 경로를 형성하기 위한 복수개의 반사거울(145a, 145b, 145c, 147a, 147b)로 구성된다.
이때, 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)는 각각 일정한 광학 배율 을 가지며, 광학측정장치(100)에 움직임 없이 고정되어 장착되는 것을 특징으로 하며,
일예로, 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)는 각각 2.5x, 50x, 20x의 광학 배율을 가질 수 있다.
따라서, 작업자의 의도에 따라 선택된 배율을 갖는 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 검사대상물(W)의 광축상에 놓고 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)의 배율에 따라 검사대상물(W)을 확대하여 이의 이미지를 획득하게 한다.
이때, 선택된 배율을 갖는 대물렌즈(141a, 141b, 141c)에 대응하는 전자셔터(143a, 143b, 143c)는 열림(open)상태가 되고, 선택되지 못한 다른 배율을 갖는 대물렌즈(141a, 141b, 141c)에 대응하는 전자셔터(143a, 143b, 143c)는 닫힘(close)상태가 된다.
즉, 작업자가 제 1 대물렌즈(141a)를 선택하면 제 1 대물렌즈(141a)와 대응되는 제 1 셔터(143a)가 열림 상태가 되고, 이를 통해 제 1 대물렌즈(141a)를 통해 확대된 이미지는 제 1 셔터(143a)를 지나 복수개의 반사거울(145a, 145c, 147a, 147b)에 의한 광 경로를 따라 카메라부(130)로 전달되는 것이다.
이때, 제 2 및 제 3 대물렌즈(141b, 141c)를 통해 원하지 않는 이미지가 확대될 수 있는데, 이러한 확대된 이미지는 닫힘 상태의 제 2 및 제 3 셔터(143b, 143c)에 의해 차단되는 것이다.
여기서, 전자셔터(143a, 143b, 143c)는 매우 정밀한 소형모터를 통해 작업자가 원하는 배율의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 선택하는 과정에서 스위 칭(switching) 할 수 있도록 구성할 수 있으며, 또는 전자셔터(143a, 143b, 143c)의 열림 및 닫힘 동작을 프로그래밍(programing)된 중앙처리유닛을 통해 제어할 수도 있다.
그리고 반사거울(145a, 145b, 145c, 147a, 147b)은 각각의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해 확대된 이미지를 카메라부(130)로 전달되도록 반사시키거나, 광원(121)으로부터의 발산되어 빛반사거울(123)을 통해 전반사된 빛을 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)로 반사되도록 하는 역할을 한다.
이때, 본 발명의 광학측정장치(100)는 다수의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)가 고정된 상태이므로 반사거울(145a, 145b, 145c, 147a, 147b)의 배열위치가 매우 중요하게 작용하게 된다. 이에 대해서 차후 좀더 자세히 설명하도록 하겠다.
카메라부(130)는 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해 획득된 검사대상물(W)의 이미지를 이미지 데이터로 변환하기 위한 메모리를 갖는 CCD(charge coupled device)카메라(131)와 각각의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해 획득된 이미지를 카메라(131)로 안내하는 제 1 및 제 2 튜브렌즈(tube lens : 133a, 133b)와 반사거울(135, 137)로 구성된다.
제 1 및 제 2 튜브렌즈(133a, 133b)는 각각 일정한 광학 배율을 갖는데, 일예로 0.5x, 1.0x의 광학 배율을 가질 수 있다.
따라서, 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해 확대된 이미지는 카메라(131)로 전달되는 과정에서 각각의 제 1 및 제 2 튜브렌즈(133a, 133b)에 의해 또다시 확대되어 카메라(131)로 전달된다.
이때, 제 1 및 제 2 튜브렌즈(133a, 133b) 또한 각각 대응되는 제 1 및 제 2 튜브렌즈셔터(139a, 139b)가 마련되어 선택되는 각각의 튜브렌즈(133a, 133b)로 이미지가 통과되도록 한다.
제 1 및 제 2 튜브렌즈셔터(139a, 139b) 또한 소형모터를 통해 작업자가 원하는 배율의 튜브렌즈(133a, 133b)를 선택하는 과정에서 스위칭(switching) 할 수 있도록 구성할 수 있으며, 또는 제 1 및 제 2 튜브렌즈셔터(139a, 139b)의 열림 및 닫힘 동작을 프로그래밍(programing)된 중앙처리유닛을 통해 제어할 수도 있다.
전술한, 조명부(120), 카메라부(130), 렌즈부(140)는 광경통유닛(111)에 의해 모듈화되어 광학측정장치(100)를 구성하게 된다.
이때, 광경통유닛(111)의 일측에는 렌즈부(140) 각각의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)가 검사대상물(W)의 확대하는 과정에서 자동으로 초점을 맞출 수 있도록 자동광초점유닛(150)이 마련될 수도 있다.
도 3a ~ 3d를 참조하여 렌즈부의 반사거울 배열위치 및 광학측정장치의 광 경로에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 3a ~ 3d는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치의 광 경로를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3a는 조명부(120)의 광원(121)으로부터 발산된 빛이 각각의 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)로 집광되는 경로를 나타낸 개략도로, 제 1 대물렌즈(141a)를 선택하면 광원(121)에서 발산된 빛은 빛반사거울(123)을 통해 전반사되어 제 1 반투과거울(145a)을 통해 반투과된다.
여기서, 제 1 반투과거울(145a)은 입사되는 빛을 반사시킴과 아울러 그대로 반투과시킬 수 있는데, 이는 작업자의 선택에 의해 조절 가능하다.
이때, 제 1 반투과거울(145a)을 통해 굴절된 빛은 제 2 반사거울(147b)을 통해 제 1 반사거울(147a)에서 전반사되어 제 1 대물렌즈(141a)로 집광된다.
제 2 대물렌즈(141b)는 빛반사거울(123)과 제 1 및 제 3 반투과거울(145a, 145c)과 제 2 반사거울(147b)을 통해 빛이 집광되며, 제 3 대물렌즈(141c) 또한 제 2 반투과거울(145b)을 통해 빛이 집광된다.
도 3b는 제 1 대물렌즈(141a)를 통해 검사대상물(W)의 이미지를 획득하는 과정으로, 앞서 설명한 바와 같이 제 1 대물렌즈(141a)로 빛이 집광되면 제 1 대물렌즈(141a)에 검사대상물(W)의 이미지가 맺히게 되고, 이의 이미지는 제 1 반사거울(147a)을 통해 전반사되어 제 3 반투과거울(145c)을 통해 반사된다.
제 3 반투과거울(145c)을 통해 전반사된 이미지는 제 1 튜브렌즈(133a)에 맺힌 후 제 3 반사거울(135)과 제 4 반투과거울(137)을 통해 전반사되어 CCD 카메라(131)로 입사된다.
이때, 제 1 대물렌즈(141a)를 통해 관찰되는 이미지는 작업자의 선택에 의해 제 1 반사거울(147a)에서 전반사된 후 제 2 반투과거울(145c)을 반투과하여 제 2 반사거울(147b)에서 전반사 되도록 함으로써, 제 2 튜브렌즈(133b)로 이미지가 맺히도록 할 수도 있다.
제 2 튜브렌즈(133b)에 맺힌 이미지는 제 4 반투과거울(137)을 반투과하여 CCD 카메라(131)로 입사된다.
이를 통해 제 1 대물렌즈(141a)를 통해 CCD 카메라(131)로 입사되는 이미지의 배율을 제 1 및 제 2 튜브렌즈(133a, 133b)를 통해 조절할 수 있으므로, 하나의 대물렌즈(141a)를 통해 두 개의 다른 배율을 갖는 이미지를 얻을 수 있다.
즉, 일예로 제 1 대물렌즈(141a)가 2.5x의 광학배율을 가지고 제 1 튜브렌즈(133a)가 0.5x, 제 2 튜브렌즈(133b) 1.0x의 광학배율을 가지면, CCD 카메라(131)로 입사되는 이미지는 1.25x배 확대된 이미지와 2.5x확대된 이미지를 작업자의 선택에 따라 획득할 수 있는 것이다.
도 3c는 제 2 대물렌즈(141b)를 통해 검사대상물(W)의 이미지를 획득하는 과정으로, 제 2 대물렌즈(141b)에 검사대상물(W)의 이미지가 맺히면, 이의 이미지는 제 3 반투과거울(145c)을 그대로 반투과한 후 제 1 튜브렌즈(133a)로 맺히게 되는데, 이렇게 제 1 튜브렌즈(133a)에 맺힌 이미지는 제 3 반사거울(135)과 제 4 반투과거울(137)을 통해 전반사되어 CCD 카메라(131)로 입사된다.
또는 제 3 반투과거울(145c)에서 전반사된 후 제 2 반사거울(147b)에서 전반사되어 제 2 튜브렌즈(133b)로 맺힌 후 제 4 반투과거울(137)을 반투과하여 CCD 카메라(131)로 입사되도록 할 수도 있다. 따라서 제 2 대물렌즈(141b)를 통해서도 두 개의 다른 배율을 갖는 이미지를 얻을 수 있다.
도 3d는 제 3 대물렌즈(141c)를 통해 검사대상물(W)의 이미지를 획득하는 과정으로, 제 3 대물렌즈(141c)에 검사대상물(W)의 이미지가 맺히면, 이의 이미지는 제 2 반투과거울(145b)과 제 1 반투과거울(145a)에서 전반사된 후 제 2 튜브렌즈(133b)에 맺힌 후, 제 4 반투과거울(137)을 반투과하여 CCD 카메라(131)로 입사 된다.
이때, 도면상에 도시하지는 않았지만 제 5 반투과거울을 더욱 구비하여 제 3 대물렌즈(141c)를 통해 CCD 카메라(131)로 입사되는 이미지가 제 1 튜브렌즈(133a)로도 맺히도록 하여 제 3 대물렌즈(141c)를 통해 획득하는 이미지도 서로 다른 배율을 갖도록 할 수도 있다.
CCD 카메라(131)로 입사된 이미지는 모니터(미도시) 등의 영상표시장치로 입력되어 디스플레이 될 수 있다.
이와 같이 전술한 광학측정장치(100)는 반도체 소자의 웨이퍼 및 LCD 기판을 검사대상물(W)로, 웨이퍼 및 기판 상에 형성된 미세회로패턴의 치수측정, 선폭측정, 외관상의 결함측정을 검사하는 공정 시 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치를 포함하는 검사장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이때, 본 발명의 검사공정은 작업자의 육안으로 확인하는 비쥬얼 테스트로 검사대상물(W)의 불량여부를 판정한 후 진행하는 것이 바람직한데, 이때 검사대상물(W) 상에는 불량발생 부위가 마킹(marking)된 상태이다.
도시한 바와 같이, 검사장치는 검사대(200)와 광학측정장치(100)로 구성된다.
먼저 검사대(200)는 검사가 행해지는 곳으로, 검사대(200) 상부에는 검사대상물(W)이 놓여지는 스테이지(210)가 위치한다.
그리고, 스테이지(210) 상부에는 스테이지(210)와 일정간격 이격하여 광학측 정장치(100)가 위치하는데, 광학측정장치(100)를 통해 검사대상물(W)에 형성된 미세회로패턴을 관찰 할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치(100)의 제 1 내지 제 3 대물렌즈(141a, 141b, 141c)는 광학측정장치(100)에 고정된 상태이므로 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 검사대상물(W)에 인접하여 위치시키기 위해서는 광학측정장치(100)를 정확한 위치로 위치시켜, 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)가 검사대상물(W)의 광축상에 놓이도록 해야 한다.
이러한, 광학측정장치(100)는 스테이지(210) 상단에 설치된 리니어모터를 통해 스테이지(210)의 x축, y축 또는 z축으로 이동가능하다.
즉, 리니어모터는 스테이지(210)의 양측에 각각 구비되는 제 1 리니어(221a)와, 제 1 리니어(221a)에 의해 양단이 지지되는 제 2 리니어(221b)로 구성된다. 그리고, 제 2 리니어(221b)에는 제 2 리니어(221b)를 따라 슬라이딩 이동 가능한 제 3 리니어(221c)가 장착되어 있다.
이때, 제 1 리니어(221a)는 스테이지(210) 양측 가장자리를 따라 이동 가능한데 이는 도면상으로 도시한 y축 방향이며, 제 2 리니어(221b)에 장착된 제 3 리니어(221c)는 도면상으로 도시한 x축 방향으로 슬라이딩 이동가능하다.
여기서, 광학측정장치(100)는 제 3 리니어(221c)에 장착되는데, 제 3 리니어(221c)를 통해 광학측정장치(100)는 상하 즉, 도면상으로 도시한 z축 방향으로 이동 가능하므로, 광학측정장치(100)를 스테이지(210) 상의 임의의 높이에 위치시킬 수 있다.
즉, 광학측정장치(100)는 도면상으로 정의한 xyz축 방향으로 이동가능하다.
따라서, 광학측정장치(100)의 선택된 대물렌즈(141a, 141b, 141c)가 스테이지(210) 상에 놓여진 검사대상물(W)의 검사하고자 하는 위치에 정확하게 인접하여 위치하여 검사할 수 있다.
한편, 광학측정장치(100)를 통해 검사되는 검사대상물(W)을 디스플레이하는 모니터(미도시)가 별도로 구성되며, 광학측정장치(100)를 이동시키는 리니어모터를 구동하거나 제어하기 위한 제어장치(미도시)가 검사대(200) 내부에 설치될 수 있다.
또한, 스테이지(210) 상에는 검사대상물(W)을 고정시키기 위한 진공흡착구(211)가 마련되어, 검사대상물(W)을 이탈 및 유동 없이 고정한다.
도 5는 본 발명에 따른 검사장치를 통한 검사방법의 각 동작에 대한 플로우차트이다.
먼저, 검사대상물을 스테이지 상에 안착한다.(st 1)
이때, 검사대상물은 스테이지 상에 구성된 진공흡착구에 의해 흡착되어 이탈 및 유동 없이 안정적으로 고정된다.
다음으로 광학측정장치를 스테이지의 x축과 y축으로 이동시켜, 검사대상물이 광학측정장치의 선택된 대물렌즈의 광축상에 놓이도록 한다.(st 2)
다음으로 광학측정장치를 통해 검사대상물의 미세회로패턴을 측정 및 검사한다.(st 3)
이때, 광학측정장치를 통해 검사되는 미세회로패턴은 CCD카메라에 의해 외부 의 모니터에 디스플레이 된다.
다음으로, 작업자는 모니터에 디스플레이 되는 검사대상물의 미세회로패턴의 측정결과 확인 및 불량여부를 판단하게 된다.(st 4)
이때, 불량이 판단된 검사대상물은 작업자의 판단에 의해 리페어(repair)를 필요로 할 것인가, 아닌가를 판단하여 다음 공정을 정하게 된다.
이렇듯, 검사대상물의 검사공정을 진행함으로써, 검사대상물의 불량여부의 원인규명과 제품특성의 이해 및 개선에 기여할 수 있어, 품질 향상을 추구할 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학측정장치(100)에 구비되는 복수개의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 움직임 없도록 고정시킨 후 이들 대물렌즈(141a, 141b, 141c) 각각의 광경로를 따라 대응되는 전자셔터(143a, 143b, 143c, 139a, 139b)와 반사거울(145a, 145b, 145c, 147a, 147b, 135, 137)을 구성하여 원하는 배율의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해 검사대상물(W)을 검사할 수 있으므로, 원하는 배율의 대물렌즈(도 1의 41)를 선택하기 위하여 대물렌즈(도 1의 41)가 장착된 리볼버(도 1의 43)를 회전시킴으로써 발생되었던 종래의 문제점을 방지할 수 있다.
즉, 리볼버(도 1의 43)를 회전시키는 과정에서 기구적인 위치 오차가 발생하여 검사대상물(W)을 정확하게 관찰할 수 없었던 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 리볼버(도 1의 43)를 회전시키는 과정에서 리볼버(도 1의 43)의 마모로 인한 파티클과 같은 이물질을 발생시켜 검사대상물(W)로 낙하되어 검사대상물을 오염시키게 되는 문제점을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광학측정장치(100)는 제 1 및 제 2 튜브렌즈(133a, 133b)를 구성함으로써 각각 다른 배율을 갖는 3개의 대물렌즈(141a, 141b, 141c)를 통해서 적어도 6개의 각각 다른 배율을 갖도록 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 광학측정장치를 포함하는 검사장치의 구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치의 내부구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 3a ~ 3d는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치의 광 경로를 개략적으로 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학측정장치를 포함하는 검사장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 검사장치를 통한 검사방법의 각 동작에 대한 플로우차트.

Claims (10)

  1. 광경통유닛에 고정되며, 서로 다른 배율을 갖는 제 1 내지 제 3 대물렌즈와;
    상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 각각 대응되는 제 1 내지 제 3 전자셔터와;
    상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로에 위치하는 복수개의 반사거울 및 반투과거울과;
    상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 의해 획득된 이미지를 외부의 모니터로 출력하는 카메라와;
    상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈로 빛을 공급하는 광원
    을 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈 중 선택된 하나의 대물렌즈에 대응되는 전자셔터는 열림(open)상태이며, 그외의 전자셔터는 닫힘(close)상태인 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경통유닛 내부의 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로 상에는 서로 다른 배율을 갖는 제 1 및 제 2 튜브렌즈가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 튜브렌즈 각각에 대응되는 제 1 및 제 2 튜브전자셔터가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈는 제 1 광경로를 통해 획득된 이미지를 상기 카메라로 전달하는데, 상기 제 1 광경로는 상기 제 1 대물렌즈에 대응되는 열림상태의 상기 제 1 전자셔터와, 상기 제 1 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울을 통해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈 그리고 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 제 3 반사거울 및 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈는 제 2 광경로를 통해 획득된 이미지를 상기 카메라로 전달하는데, 상기 제 2 광경로는 상기 제 1 대물렌즈에 대응되는 열림상태의 상기 제 1 전자셔터와, 상기 제 1 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반 투과거울을 투과한 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 대물렌즈는 제 3 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 3 광경로는 상기 제 2 대물렌즈와 대응되는 열림상태의 상기 제 2 전자셔터와, 상기 제 2 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울을 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈와, 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 3 반사거울 및 상기 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 대물렌즈는 제 4 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 4 광경로는 상기 제 2 대물렌즈와 대응되는 열림상태의 상기 제 2 전자셔터와, 상기 제 2 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 3 반투과거울과, 상기 제 3 반투과거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으 로 하는 광학측정장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈는 제 5 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 5 광경로는 상기 제 3 대물렌즈에 대응되는 상기 제 3 전자셔터와, 상기 제 3 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울을 통해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 2 튜브렌즈를 거치는 것을 특징으로 하는 광학측정장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈는 제 6 광경로를 통해 획득된 이미지를 카메라로 투과시키는데, 상기 제 6 광경로는 상기 제 3 대물렌즈에 대응되는 상기 제 3 전자셔터와, 상기 제 3 대물렌즈의 광축상에 위치하는 제 2 반사거울과, 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 제 1 반사거울과, 상기 제 1 반사거울을 투과한 광축상에 위치하는 제 4 반사거울과, 상기 제 4 반사거울에 의해 반사된 광축상에 위치하는 상기 제 1 튜브렌즈와, 상기 제 1 튜브렌즈를 투과한 광축상에 위치하는 상기 제 3 반사거울 및 상기 제 4 반투과거울을 거치는 것을 특징으로 하는 광 학측정장치.
  10. 광경통유닛에 고정되며, 서로 다른 배율을 갖는 제 1 내지 제 3 대물렌즈와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 각각 대응되는 제 1 내지 제 3 전자셔터와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈의 광경로에 위치하는 복수개의 반사거울 및 하프반사거울과; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈에 의해 획득된 이미지를 외부의 모니터로 출력하는 카메라와; 상기 제 1 내지 제 3 대물렌즈로 빛을 공급하는 광원을 포함하는 광학측정장치와;
    상기 광학측정장치 하부에 위치하며, 검사대상물이 안착되는 스테이지
    로 구성되며, 상기 광학측정장치는 상기 스테이지 상에서 이동하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
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