KR101113602B1 - 웨이퍼 결함 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼가 이미징 시스템의 뷰 필드를 통과하는 동안 웨이퍼의 섹션을, 반복적으로 펄싱된 레이저로부터 단파장 광펄스를 가지고 조명하고, 초점평면 어세블리상으로 이동 웨이퍼를 이미징하고, 광 이미징 시스템의 초점평면에서 광검출기의 연속 평면을 광형성함으로서, 웨이퍼 디펙트의 고속 온라인 광전 검출하는 것에 대하여 기술되었다. 연속으로 이동하는 웨이퍼는 화소 드웰 시간 보다 상당히 짧은 규레이션의 레이저 펄스에 의해 조명되어 웨이퍼 모션동안 사실 아무런 이미지 스미어도 없게 된다. 이 레이저 펄스는 상당한 에너지 및 휘도를 가져, 피검사 웨이퍼 다의 이미지를 생성하기 위해 필요한 각각의 연속 피검사되는 뷰 필드에 필요한 조명을 부여하게 된다. 소스 코히어런스의 효과를 감소시키는데 효과적인 새로운 섬유 광 조명 전달 시스템이 기술되어 있다. 시스템의 다른 새로운 태양은 Q 스위칭된 레이저 출력의 펄스 에너지내의 변화에 대하여 보상하는 시스템, 웨이퍼 이미징 시스템의 오토포커싱을 위한 방법, 및 퓨리에 평면 필터링에 의해 이미지의 반복적인 특징의 제거를 위한 새로운 방법을 포함하여, 웨이퍼 디펙트의 보다 용이한 검출이 가능하다.
Figure 112005038386412-pct00001
웨이퍼 디펙트, 초점면, 대물 평면, 코히어런스, 레이저

Description

웨이퍼 결함 검출 시스템{SYSTEM FOR DETECTION OF WAFER DEFECTS}
본 발명은 결함에 대해 오브젝트를 광학 검사하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 집적회로 다이 또는 칩과 같은 반도체 패터닝된 구조에서의 랜덤한 제조 결함을 광학적으로 검사하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 웨이퍼상에서의 결함을 검출하는 시스템 및 방법은 패턴과 유사한 특징을 이루는, 다수의 인접한 웨이퍼 다이 또는 뷰 필드의 검사로부터 획득된 신호의 비교를 기초로 한다. 웨이퍼 제조 동안 발생된 결함은 본질적으로 랜덤한 것으로 추정된다. 그러므로, 결함 검출은 통계적 접근법을 기초로 하고, 이에의해 동일한 랜덤 결함이 인접한 웨이퍼 다이내의 동일 위치에 존재하게 될 확률이 매우 낮다. 그러므로, 결함 검출은 공지된 다이-다이 비교 방법의 사용을 통해 불규칙성에 대해 식별하는 것을 기초로 한다.
주어진 검사 시스템은 웨이퍼 결함의 가능한 존재를 지시하는 임의의 패턴 불규칙성 또는 차이를 검출하기 위해, 통상적으로 검출 패턴으로 칭해지는 제2 뷰 필드 또는 웨이퍼 다이의 패턴을 검사하고, 그후 이것과 기준 패턴으로서 기능하는 동일 웨이퍼상의 뷰 필드 또는 웨이퍼 다이의 동일 패턴을 비교한다. 결함이 존재를 확인하고 결함을 갖는 웨이퍼 또는 뷰 필드를 식별하기 위해, 이전에 지정된 검 출된 패턴과 제3 뷰 필드 또는 웨이퍼 다이의 유사 패턴간의 제2 비교가 행해진다.제2 비교에서, 제1 웨이퍼 다이 또는 뷰 필드는 기준으로서 고려된다.
반도체 웨이퍼의 제조는 매우 복잡하고 매우 비용이 많이들며, 반도체 웨이퍼의 미니어처 집적회로 패턴은, 유도된 결함, 외부 물질 입자 및 장비 오기능을 처리하는 데에 있어 매우 민감하다. 웨이퍼 결함의 존재와 관련된 비용은 개발단계에서 대량 제조 단계로 옮겨질 때 여러 배가 된다. 그러므로, 반도체 산업은 초기 제조 단계에서 웨이퍼 수율의 초고속 급상승에 크게 좌우되며, 볼륨 제조 동안 연속적인 고 수율을 달성 및 제어한다.
웨이퍼상의 집적회로의 임계치수는 계속하여 감소하여 0.1 미크론에 이른다. 그러므로, 진보된 반도체 웨이퍼는 현재 결함되는 것보다 훨씬 작은 사이즈의 결함에 손상되기 쉽다. 현재 웨이퍼 수율 모니터링 방법은 결함에 대해 프로세스 동안 웨이퍼를 광학적으로 검출하고 제조된 웨이퍼와 제조 프로세스간에, 적절한 파라미터 프로세스 제어로, 피드백 루프를 수립하는 것을 포함한다. 작은 사이즈의 결함을 검출하기 위해, 광학 검사 시스템은 점점 작아지는 픽셀 사이즈를 이용하여 웨이퍼를 스캐닝함에 의해 점점 증가하는 고 레졸루션을 실현한다. 점점 작아지는 픽셀 사이즈를 이용하여 주어진 사이즈의 웨이퍼를 스캐닝하는 것은 웨이퍼 검사 시간당 대응하는 증가를 야기하여, 감소된 웨이퍼 수율로 되게하고, 결함된 웨이퍼의 수 관점에서 감소된 통계 샘플링이되게 한다. 역으로, 현재 광학 시스템 픽셀 사이즈를 이용한 웨이퍼 검사 수율을 증가하기 위한 시도는, 웨이퍼 결함 검출의 효율, 즉 레졸루션이 감소되게 한다.
웨이퍼의 임계치수를 감소시키는 것에 추가하여, 반도체 산업은 8-인치 웨이퍼 제조로부터 12-인치 웨이퍼로 변환시키는 중에 있다. 12-인치 웨이퍼는 표면 영역이 8-인치 웨이퍼 보다 2배 이상이고 따라서 주어진 검사 시스템에 대해, 12-인치 웨이퍼 당 검사 시간은 8-인치 웨이퍼에 대한 것 보다 2배 긴 것으로 예상된다. 12-인치 웨이퍼 제조는 8-인치 웨이퍼 제조 보다 상당히 고가이다. 특히, 12-인치 웨이퍼의 원료의 비용은 8-인치 웨이퍼 보다 고가이다. 웨이퍼 사이즈 변환의 한 결과는 미래의 웨이퍼 제조의 비용 효과적인 생산성이 웨이퍼 검사 시스템의 수율 및 속도 증가에 매우 의존한다.
자동화된 웨이퍼 검사 시스템은 웨이퍼 제조 프로세스, 장비 및 제품에 대한 품질 제어 및 품질 보장에 대해 이용된다. 이러한 시스템은 모니터링 목적을 위해 이용되고 제조 프로세스에 직접 포함되진 않는다. 전체 제조 시스템의 임의의 주요 컴포넌트에 대해, 웨이퍼 검사 방법 및 시스템의 구현은 반도체 웨이퍼 제조의 전체 비용에 비해 비용면에서 효과적이다.
따라서, 현재 이용가능한 것 보다 고 수율 및 비용 효과적으로, 더욱 큰 사이즈 및 더 작은 임계 치수를 특징으로 하는 웨이퍼에 대한, 웨이퍼 다이 결함에 대해 반도체 웨이퍼를 검사할 필요가 있다.
자동화된 광학 웨이퍼 검사 시스템은 수동에서 자동화된 웨이퍼 검사 시스템으로의 변화를 가능하게 한 이미지 프로세싱 및 연관 소프트웨어를 갖춘 전자-광학, 컴퓨터 플랫폼에서 진보한 1980년대에 도입되었다. 그러나, 검사 속도, 및 결과적으로 이들 시스템의 웨이퍼 수율은 기술에 제한되었고 증가하는 엄격한 생산 요구사항, 즉 사이즈가 증가하고 임계치수가 작아지는 웨이퍼로 집적회로를 제조하는 것을 따라가지 못했다.
현재 웨이퍼 검사 시스템은 통상적으로 연속 조명을 이용하지 못하고 이차원으로 웨이퍼를 스캐닝함으로써, 웨이퍼 세그먼트의 이차원 이미지를 생성한다. 이것은 상대적으로 저속이고 결과적으로 제조 프로세스 동안 획득된 온-라인 검사 데이터의 양이 작고, 검사된 웨이퍼의 비교적 작은 통계 샘플을 발생하고, 웨이퍼 제조 문제점을 검출하는 데에 필요한 시간을 비교적 길게한다. 저속 온라인 결함 검사 시스템은 결과적으로 상당량의 웨이퍼 스크랩, 낮은 웨이퍼 제조 수율, 및 웨이퍼 결함을 야기하는 장비 및/또는 제조 프로세싱 단계를 핀포인팅하기 위한 전체적으로 긴 턴-어라운드-시간이 되게 한다.
현재의 웨이퍼 결함 검출 방법 및 시스템의 뛰어난 제한은 웨이퍼 이미지에서의 픽셀 위치의 등록에 관한 것이다. 웨이퍼 결함이 타겟으로 된 또는 검사된 웨이퍼 다이의 이미지의 픽셀 강도에서의 차이를 기준 웨이퍼 다이의 이미지의 픽셀 강도에서의 차이를 비교하는 표준 기술에 의해 검출되기 전에, 검사된 기준 웨이퍼 다이의 이미지의 픽셀 위치는 등록될 것이 요구된다. 변환 스테이지에 유지된 웨이퍼의 이동 동안 전형적인 기계적 부정확성에 기인하여, 웨이퍼 검사 카메라 시스템 밑에 있는 웨이퍼의 속도는 일정하지 않다. 이에 의한 결과로, 검출기의 필드에서의 이미지 픽셀 위치는 왜곡되고 초기에 프로그램된 바와 같지 않다. 그러므로, 가장 적합한 이차원 변환 픽셀 등록 보정이 수행된다.
종래 기술의 웨이퍼 결함 검출의 방법 및 시스템은, Alumot에게 허여된 미국 특허 제 5,699,447호에 교시된 바와 같은 레이저 플라잉 스폿 스캐너를 이용하여 이차원으로 웨이퍼를 스캐닝함에 의해, 또는 Levy에게 허여된 미국 특허 제 4,247,203호에 교시된 바와 같은 광검출기의 선형 어레이를 사용하여 일차원으로 웨이퍼를 스캐닝함에 의해, 연속적 조명와 이차원 이미지 획득의 조합을 특징으로 하고, 모든 픽셀 또는 모든 픽셀 라인에 대한 등록 보정을 필요로 한다. 이들 방법은 시스템 속도, 즉 검사 수율을 제한하고 실질적인 전자 하드웨어를 필요로 한다. 더욱이, 이것들은 보정 프로시저가 이미지의 모든 픽셀에 대해 정확하지 않으므로 오등록이 잔재하게 된다. 잔재 오등록은 시스템 결함 검출 감도를 상당히 감소시킨다.
포토마스크 검사를 위한 장치는 모두 Levy에게 허여된 미국 특허 제 4,247,203호 및 4,347,001호에 개시되어 있다. 이들 특허문헌에 개시된 장치는 포토마스크상의 인접 다이의 패턴을 비교하고 그 차이를 찾음에 의해 포토마스크에서의 결함 또는 오류를 탐색한다. 두 개의 상이한 이미징 채널을 이용함에 의해, 각 다이의 등가의 뷰 필드가 동시에 이미징되고, 이미지는 각각 512 픽셀을 갖는, 두 개의 선형 다이오드 어레이 광검출기에 의해 전자적으로 디지털화된다.
각각의 선택된 뷰 필드의 이차원 이미지는 한 방향에서 검사 중인 오브젝트를 기계적으로 이동시킴에 의해, 그리고 직교 방향으로 어레이 엘리먼트를 전자적으로 스캐닝함에 의해 발생된다. 검출기 노출 시간 동안, 포토마스크는 일 픽셀 이상의 거리만큼 이동될 수 없거나 이미지는 손상된다. 그러므로, 포토마스크 검사 및 스캐닝하기 위한 시간은 매우 길다. 포토마스크는 이차원 이미지가 발생되 는 동안 연속적으로 이동되므로, 포토마스크는 지터 및 가속없이 이동할 것이 필요하다. 이러한 이동제한은 포토마스크를 이동 및 유지시키기 위해 매우 광범위하고 정확한 에어-베어링 스테이지를 필요로 한다. 또한, Levy에게 허여된 특허의 웨이퍼 검사 장치는 포토마스크상에서 95%의 검사 확률로 2.5 미크론 결함을 검출할 수 있다.
0.1 미크론에 육박하는 현재 반도체 집적회로의 임계치수에 대해, 이것은 검사 픽셀은 마찬가지 사이즈의 크기이어야 함을 의미한다. 검사 속도는 평방 픽셀 사이즈에 반비례하므로, Levy에게 허여된 특허의 웨이퍼 검사 장치는 크기의 2배 이상 만큼 저속으로 된다. 더욱이, 필요한 기계적 정확도를 충족시킬 수 있는 이동 스테이지를 구현하는 데에 실제적이지 못하게 된다.
웨이퍼 검사는 또한 IBM 연구원 Byron E. Dom에 의한, "Machine Vision and Applications", (1998) 1: 205-221에 설명된 바와 같은, 이차원 CCD 매트릭스 광검출기를 이용하여 솔리드 스테이트 카메라를 기초로, 단일 이미징 및 검출 채널을 이용하여 구현된다. P300으로 지정된 웨이퍼 검사 시스템은 메모리 디바이스를 위한 반도체 웨이퍼와 같은, 각각의 다이내의 셀의 반복 패턴을 갖는 패터닝된 웨이퍼를 검사하는 것에 대해 설명되어 있다. 이 시스템은 480x512 픽셀을 갖는 이미지 뷰 필드를 캡춰한다.
이미지 프로세싱 알고리즘은 이미지에서, 공지된 수평 셀 주기성, R,을 가정하고 그것을 어느 한 공지된 수평방향이 아닌 곳에 있는 두 픽셀과 비교함에 의해 이미지에서의 각각의 픽셀, 한 패턴 반복율 R을 분석한다. 단일 이미지내의 마찬 가지 셀에 대한 상기와 같은 비교는 셀-투-셀 비교로 불리운다. 테스트 대상 픽셀은 그것이 단지 단일 픽셀과 비교된다면 존재하게 될 모호성을 해결하기 위해 양측에서 주기적인 이웃한 것과 비교된다.
이 시스템이 테스트 대상 오브젝트의 이차원 이미지를 동시에 캡춰링할 수 있는 한편, 전체 웨이퍼를 검사하는 데에는 매우 느리다. 전체 웨이퍼를 이미징하기엔 수백만 이미지 필드가 필요로 된다. 이 시스템은, 표준 마이크로스코프에 사용되는 바와 같은 연속 조명을 이용하므로, 웨이퍼는 검사 카메라 밑에서, 필드에서 필드로 이동되어야 하고 이미지 손상을 방지하기 위해 이미지 노출 동안 정지되어야 한다. 또다른 필드에 도달하기 위해, 웨이퍼를 운바하는 기계적 이동 스테이지는 가속되어야 하고 새로운 위치에 정지하기 위해 감속되어야 한다. 이러한 이동의 각각은 비교적 긴 시간이 걸리고 따라서 웨이퍼 검사는 통상 여러 시간이 걸린다 .
검사 영역에 대한 증가된 조명은 레이저 조명을 이용하여 달성될 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 특성, 및 특히 그 코히어런트 특성은, 예를들어 웨이퍼 검사 시스템에서, 필요로 되는 바와 같은, 검사 영역 전체에 균등한 조명 플럭스를 요구하는 응용분야에서 조명소스로서 사용되는 경우 다수의 문제를 제시한다.
(i) 조명광학기구에서의 광 간섭은 조명영역에서의 비균일성을 생성한다.
(ii) 웨이퍼상의 구조화된 패턴에 의한 조명광의 간섭은 이미지에 불순물을 생성한다.
(iii) 표면 거칠기는 이미지에서의 비균일성을 발생하는 스페클을 생성한다.
(iv) 레이저 빔 자체는 일반적으로 균일하지 않다. 광원으로서 레이저 빔을 직접 사용하는 것은 비균일한 조명을 일으킨다.
상기한 항목 (i) 내지 (iii)을 극복하기 위해, 레이저 빔의 효과는 감소되어야만 하고 바람직하게는 완전하게 제거되어야 한다. 이 프로세스는 코히어런트 브레이킹으로 알려져 있다.
레이저 빔의 코히어런트에 관한 두 개의 정의가 있다.
(a) 공간적 코히어런스, 이것은 레이저 빔 스폿에서 각각의 공간 지점간의 위상 관계이다. 이것은 스폿이 사이클릭 패턴 또는 거친 표면을 조명하는 경우 파고적 또는 건설적 방법으로 스폿내의 상이한 지점이 서로 상호작용할 수 있게 한다. 이 퀄리티는 주로 빔의 모드에 좌우된다. 예로서 기본 모드(TEM00)에서 공간 코히어런트는 빔의 가우시안 프로파일에 의해 정의된다.
(b) 시간적 코히어런스, 이것은 빔의 위상이 정의될 수 있는 통과 거리(관련 매체에서 광속 곱하기 시간)또는 시간에 대한 측정이다. 이 파라미터는 레이저 유형 및 그 스펙트럼 대역폭에 좌우된다. 따라서 예로서, 532nm의 Nd:YAG 레이저 의 제2 고조파에 대해, 코히어런스 길이는 자유공간에서 약 8mm이다.
레이저 조명 이용에 있어서 코히어런트스 효과를 극복하기 위한 여러 방법이 종래기술에 설명되어 있다. 이에 대해선, "Speckle Reduction" by T.S. McKecknie, pp.123-170 in Topics in Applied Physics, Vol. 9., Laser Speckle and Related Phenomena, edited by J.C. Dainty, Springer Verlag(1984), "Speckle reduction in pulsed-laser photography" by D. Kohler et al., published in Optics Communications, Vol. 12, No. 1, pp. 24-28,(Sept. 1974) and "Speckle reduction with virtual incoherent laser illumination using modified fiber array" by B. Dingel et al., published in Optik, Vol. 94, No. 3, pp. 132-136, (1993), 논문들을 참조하고, A. Karpol에 허여된 미국특허 제 6,369,888호의 "Method and Apparatus for Article Inspection including Speckle Reduction"을 참조하라.
본 단락, 및 본 명세서의 기타 단락에서 언급된 모든 문헌 및 문서내의 기술개시는 그 전체내용이 본원에 참조문헌으로 통합된다.
코히어런스 브레이킹 문제에 관한 상기한 종래기술의 다양한 해결책들은 특정한 단점을 가지며, 본 발명의 목적은 그 단점들을 극복하기 위한 것이다.
본 발명은 웨이퍼 결함의 고속 온라인 전자-광학 검출을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 마이크로스코피 옵틱을 갖는 전자-광학 카메라 시스템의 뷰필드에 지향된 펄싱된 레이저로부터의 짧은 광 펄스를 이용하여, 이동 웨이퍼를 조명하고, 이동 웨이퍼를 초점평면 어셈블리(FPA)에 이미징함에 의해 달성된다. FPA는 각각의 검출기 앙상블이 여러개의 이차원 매트릭스 광검출기의 어레이를 포함하는, 여러 개의 광검출기 앙상블로부터 형성된, 광학 이미징 시스템의 초점평면에서 광검출기의 표면을 광학적으로 형성함에 의해 정의된다. 각각의 이차원 매트릭스 광검출기는 픽처 엘리먼트(픽셀)의 매트릭스를 특정화하는 전자 이미지를 산출하고, 따라서 매트릭스 광검출기로부터 동시에 생성된 이미지는 이미지 처리기술을 이용하여 병렬로 처리된다. 이미징된 뷰필드는, 웨이퍼 다이 결함의 존재를 지시하는, 대응 픽셀에서의 차이를 발견하기 위해, 기준으로서 역할을 하는 다른 뷰필드와 비교된다.
임의의 주어진 필드에서 모든 초점평면 어셈블리 픽셀이 동시에 발생된 한 유닛으로서 간주되는 웨이퍼 검사 방법 또는 시스템에 대해, 초점평면 어셈블리의 뷰필드내에 이미지 픽셀 등록이 필요치 않다. 그러므로, 레퍼런스 뷰필드내의 등가 구역과 검사된 뷰필드간의 단일한 이차원 정렬 보정만이 필요로 되고 단일 정렬 보정만은 전체 초점평면 어셈블리 뷰필드에 대해 보정된다. 이러한 프로시저는 잔여 미등록을 무시하는 결과로 되고, 결함 검출 민감도를 개선시킨다.
본 명세서에서, 용어 '웨이퍼'는 '반도체 웨이퍼 다이' 또는 '웨이퍼 다이' 또는 '웨이퍼 칩'으로 공지된, 개별 패터닝된 구조를 특징으로 하는 것을 일컫는다. 현재 반도체 기술은 단일 웨이퍼가, 각각의 다이가 메모리 칩 또는 마이크로프로세서 칩과 같은, 특정 패턴을 갖는 개별 집적회로 칩이 되도록, 집적회로 칩의 제조를 위해 개별 다이로 분할되는 것을 포함한다. 주어진 다이로부터 산출된 칩 유형은 본 발명의 방법 또는 시스템과 무관하다.
본 명세서에서, 용어 '뷰필드'는 FPA와 연계하여 전자-광학 카메라 시스템의 검사 옵틱에 의해 이미징되고 펄싱된 레이저에 의해 조명된 웨이퍼 다이 및 웨이퍼의 세그먼트 또는 파트를 일컫는다. 따라서, 전체 단일 웨이퍼 즉 복수의 웨이퍼 다이를 특징으로 하는 전체 단일 웨이퍼는 복수의 뷰필드 또는 그 시퀀스에 대한 순차적 이미징에 의해 검사된다. 뷰필드는 웨이퍼 또는 웨이퍼 다이상의 검사 시스템 전자-광학 이미징 풋프린트로서 간주될 수 있다. 웨이퍼가 한 방향으로 이동하는 동안 생성된 연속적인 뷰필드는 뷰필드의 '스트립'으로서 참조된다. 픽셀은 전자-광학 검사 시스템에 의해 뷰필드의 이미지를 형성하는 것에 대해 참조된다. 기준 디멘젼으로서, 웨이퍼내의 통상적으로 1평방 웨이퍼 다이 사이즈의 크기 정도는 1센티미터 x 1센티미터, 또는 104 미크론 x 104 미크론 이다.
본 명세서에서, '웨이퍼 결함' 검출은 웨이퍼 다이의 유사 패턴 또는 뷰필드의 유사 패턴의 비교에 의한 불규칙성 또는 차이의 존재에 대한 검출을 일컫는다.
특히, 본 발명의 방법 및 시스템은 웨이퍼의 이동을 정지시킴이 없이 즉시적으로 웨이퍼 다이의 큰 뷰필드 이미지, 고 픽셀 밀도를 캡처링할 수 있게 한다. 고 정확도의 웨이퍼 이동 속도는 요구되지 않고, 웨이퍼를 이동시키기 위한 비교적 단순한 저렴한 기계적 스테이지가 이용될 수 있다. 이동 웨이퍼는 웨이퍼 이동 동안 이미지를 실질적으로 손상시키지 않는, 이미지 픽셀 존재 시간 보다 상당히 짧은, 예로서 10 나노초의 짧은 지속시간의 레이저 펄스로 조명된다. 레이저 펄스의 시간 간격 동안, 웨이퍼 다이 이미지는 픽셀의 10분의 일 미만으로 이동한다. 레이저 펄스는 검사된 웨이퍼 다이의 이미지의 생성에 필요한 검사된 뷰필드로의 필요한 조명을 나누기 위해 충분한 에너지 및 휘도를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 검출기 앙상블을 통한 개별 CCD 매트릭스 광검출기의 광학적 연결과 초점평면 어셈블리를 특징으로 하는 방법 및 시스템의 결과로서, 48 메가픽셀의 이미징 용량을 갖는 예로서 24개의 CCD 매트릭스 광검출기로 된 전체 어레이의 프로세싱 시간은 모든 광검출기의 프로세싱이 병렬로 처리되므로, 1초의 1/30 정도의 단일 CCD 매트릭스 광검출기의 프로세싱 시간과 등가이다. 결과적으로, 24개의 CCD 매트릭스 광검출기를 포함하는 전체 초점평면 어셈블리의 병렬 프로세싱은 초당 거의 1.5 기가 픽셀의 전체 픽셀 처리 데이터 속도를 제공한다. 또한, 전체 웨이퍼 검사 시스템은 100% 효율로 동작하고, 이에의해 초당 30 펄스의 레이저 펄스율은 각각의 CCD 매트릭스 광검출기 의 초당 30 프레임의 프레임 속도로 동기화되고, 웨이퍼는 연속적인 뷰필드간의 거리가 일초의 1/30로 커버되도록 선형 속도로 이동된다.
본 발명의 방법 및 시스템은 초고속 검사 수율로 고 레졸루션의 큰 뷰필드 웨이퍼 다이 이미지를 제공하고 더욱 적은 전자 및 시스템 하드웨어를 필요로 하는 것을 포함하는, 반도체 웨이퍼 제조 산업에서, 웨이퍼 결함의 전자-광학식 검사 및 검출을 위해 현재 사용되는 방법 및 시스템에 대한 개선을 제공한다. 또한, 단일 광 펄스에 의해 조명된 웨이퍼 다이의 고 픽셀 밀도 이미지를 획득하기 위한 여러 CCD 매트릭스 광검출기의 어레이를 채용함에 의해, 본 발명의 방법 및 시스템은 웨이퍼 다이 이미지에서의 픽셀 위치의 오등록을 방지하여, 향상된 결함 검출 민감도를 가능하게 한다. 웨이퍼 결함 검출의 이러한 방법 및 시스템은 종래기술에 의한 것 보다 고속이고, 더욱 효율적이고, 비용절감하는, 웨이퍼 제조 프로세스에서의 피드백 제어로 된다.
본 발명은 소스 코히어런스로부터 발생하는 스페클 효과를 감소시키는 데에 효과적인, 새로운 광섬유 조명 운반 시스템을 제공하는 것을 탐구한다. 이 시스템은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 단일 광섬유 번들 또는 일련의 광섬유 번들을 이용한다. 단일 번들 실시예는 번들의 상이한 광섬유간의 광길이의 차가 소스 조명 이하 또는 이상이되도록 된다는 점에서 종래기술 시스템과 상이하다. 본 바람직한 실시예는 시스템의 코히어런스 브레이킹 능력에 상당한 영향을 주지 않고 고 레벨의 조명을 전달하는 조명 시스템의 구성을 가능케 한다.
일련의 번들 실시예는 하기에 설명하는 바와 같이 종래기술 시스템과 상이하다. 종래기술 시스템과 대조적으로, 그 내부의 광섬유의 길이의 차가 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 다른 번들에서의 가장 긴 광섬유와 가장 짧은 광섬유간의 길이의 전체 차와 동일하게 된 광섬유를 포함하는 한 번들에서, 동일한 길이의 광섬유 그룹이 제공되고, 다른 번들에서 가장 긴 광섬유와 가장 짧은 광섬유간의 길이의 전체 차와 동일하도록 또는 바람직하게는 전체 차 보다 작도록 된 이들 그룹의 길이의 차이이다. 본 바람직한 실시예에는 시스템의 코히어런스 브레이킹 능력에 상당한 영향을 주지 않고, 고 레벨의 조명을 전달하는 조명 시스템의 구성을 가능케 한다.
따라서, 본 발명에 따라, 결함에 대한 패터닝된 반도체 웨이퍼 다이를 전자-광학적으로 검사하는 방법이 제공되고, 이 방법은 (a) 패터닝된 웨이퍼를 검사 경로를 따라 이동시키는 단계; (b) 반복적으로 펄싱된 레이저 조명을 제공하는 단계; (c) 펄싱된 레이저 조명 소스를 사용하여 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 복수의 뷰필드의 각각을 순차적으로 조명하는 단계; (d) 적어도 두 개의 이차원 매트릭스 광검출기를 포함하는 전자-광학 카메라를 사용하여 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 순차로 조명된 복수의 뷰필드의 각각의 이미지를 순차적으로 획득하는 단계로서, 적어도 두 개의 이차원 매트릭스 광검출기는 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 순차로 조명된 복수의 뷰필드의 각각의 이미지를 획득하는, 상기 단계; (e) 다이-다이 비교 방법을 이용하여 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 순차로 조명된 복수의 뷰필드의 각각의 획득된 이미지를 순차로 비교함에 의해 웨이퍼 결함을 검출하는 단계를 포함한다.
설명된 바람직한 실시예의 다른 특징에 따라, 반복적으로 펄싱된 레이저는 Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저 이다.
설명된 바람직한 실시예의 다른 특징에 따라, Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저는 발광 다이오드에 의해 광학적으로 펌핑된다.
설명된 바람직한 실시예의 다른 특징에 따라, 제2 고조파 발생 크리스탈로서 기능하고, 반복적으로 펄싱된 레이저 조명소스의 레이저 빔 광경로에 위치된, 비선형 광학 크리스탈을 더 포함하고, 비선형 광학 크리스탈은 반복적으로 펄싱된 레이저에 의해 발생된 레이저 빔 광의 파장을 갖는다.
따라서, 본 발명에 따라, 결함에 대한 패터닝된 반도체 웨이퍼 다이를 전자-광학적으로 검사하는 시스템이 제공되고, 이 시스템은 (a) 패터닝된 웨이퍼의 이동을 검사 경로를 따라 제공하는 매커니즘; (b) 패터닝된 웨이퍼를 조명하기 위한 반복적으로 펄싱된 레이저 조명 소스; (c) 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 순차로 조명된 복수의 뷰필드의 각각의 이미지를 순차적으로 획득하기 위한 적어도 두 개의 이차원 매트릭스 광검출기를 포함하는 전자-광학 카메라로서, 적어도 두 개의 이차원 매트릭스 광검출기는 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 순차로 조명된 복수의 뷰필드의 각각의 이미지를 동시에 획득하기 위한 매커니즘으로 동작하는, 상기 전자-광학 카메라; (d) 다이-다이 비교 방법을 이용하여 순차적으로 획득된 이미지를 순차로 비교함에 의해 웨이퍼 결함을 검출하고 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 복수의 조명된 뷰필드의 각각의 획득된 이미지를 순차적으로 프로세싱하기 위한 이미지 프로세싱 매커니즘을 포함한다.
본 발명에 따라, 결함에 대한 패터닝된 반도체 웨이퍼 다이를 검사하기 위한 전자-광학 카메라가 제공되고, 이 전자-광학 카메라는 적어도 하나의 검출기 앙상블을 포함하는 초점평면 어셈블리를 포함하고, 검출기 앙상블은 복수의 웨이퍼 다이의 각각에서 복수의 조명된 뷰필드의 각각의 이미지의 동시획득을 위한 매커니즘으로 동작하는 적어도 두개의 이차원 매트릭스 광검출기의 어레이를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템의 구현은 수동으로 또는 자동적으로 타스크 또는 단계들 또는 이들의 조합을 수행하거나 완료하는 것을 포함한다. 또한, 주어진 웨이퍼 검사 시스템의 실제 구현 및 장비에 따라, 본 발명의 여러 단계는 하드웨어 또는 임의의 펌웨어의 임의의 운영체제상에서의 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 발명의 지시된 단계들은 임의의 적절한 운영체제를 이용하여 컴퓨터에 의해 시실행되는 복수의 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 어느 경우에도, 본 발명의 방법의 지시된 단계들은 복수의 명령어를 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은, 데이터 프로세서에 의해 수행되는 것으로 설명된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트가 조명되고 운행 경로를 따라 이동되는 동안, 오브젝트를 이미징하도록 동작하는 이미저, 운행 경로를 따라 오브젝트와 이미저간에 상대 이동을 제공하기 위한 트랜스포터, 및 오브젝트가 운행 경로를 따라 운행함에 따라 오브젝트를 조명하기 위한 일루미네이터를 포함하는, 오브젝트를 검사하기 위한 검사 시스템이 제공된다.
더욱이, 상기한 검사 시스템은 트랜스포터의 동작으로 펄싱된 오브젝트 일루미네이터의 동작을 동기화하기 위한 동기화기를 포함한다. 이 동기화기는 트랜스포터가 오브젝트중의 하나를 이미저와 마주보고 있는 새로운 이미징 위치로 가져올 때 마다 조명 구동 신호를 발생시키도록 동작하는 조명 트리거를 포함한다.
검사 시스템의 임의의 실시예에서, 펄싱된 오브젝트 일루미네이터는 바람직하게 레이저를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기한 바와 같은 검사 시스템이 제공되고, 여기서 이미저는 이미지를 동시에 획득하는 적어도 두 개의 이차원 검출기 어레이를 포함한다. 이들 적어도 두 개의 이차원 검출기 어레이는 일반적으로 인터럽트되지 않은 평면 검출기 평면을 정의하도록 광학적으로 연결된다. 또한, 적어도 두 개의 이차원 검출기 어레이는 비상호적으로 공평면 배열로 배열된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기한 바와 같은 검사 시스템이 제공되고, 트랜스포터의 동작 속도 및 펄싱된 오브젝트 일루미네이터의 펄스 길이는 일 픽셀 미만으로 이미지가 손상되는 이미지가 산출되도록 선택된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 검사 시스템의 상기 실시예에서, 펄싱된 오브젝트 일루미네이터는 오브젝트가 그들의 운행경로를 따라 운행함에 따라 오브젝트의 암시야 및 명시야 조명을 제공한다. 또한, 펄싱된 오브젝트 일루미네이터는 오브젝트가 그들의 운행경로를 따라 운행함에 따라 오브젝트의 흐릿한 직교 암시야 조명을 제공한다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트는 복수개의 동일 영역을 포함하고, 검사 시스템은 복수개의 동일 영역중 개별 영역들의 이미지를 비교하기 위한 이미징 비교기를 포함한다.
또한 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 상기한 바와 같은 검사 시스템이 제공되고, 여기서 펄싱된 오브젝트 일루미네이터는 적어도 하나의 광섬유 번들을 포함한다. 적어도 하나의 광섬유 번들은 적어도 몇몇이 상이한 광 길이를 갖는 복수개의 광섬유를 포함하고, 복수개의 광섬유는 광섬유를 통과하는 광의 코히어런스 광 길이 보다 작은 그들간의 광 길이에서의 차이를 갖는 상이한 광 길이를 갖는다.
또한 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 조명 펄스를 방사하는 오브젝트 조명 소스, 조명이 입사하는 적어도 하나의 광섬유 번들, 및 펄스의 지속시간을 늘이기 위한 펄스 스트레처를 포함하고, 펄스 스트레처는 조명이 맨처음 입사하는 적어도 하나의 광섬유 번들의 그것과 소스사이에 배치된다. 이 펄스 스트레처는 제1 미러와 제2 미러사이에 지향된 조명이 그들사이에 복수 배 반사되도록 소정 거리만큼 이격되어 배치된 제1 미러와 제2 미러를 포함하고, 복수의 반사의 각각에서의 입사 지점은 제1 미러와 제2 미러를 가로지르는 측방에 배치되고, 미러중 하나는 프로파일이 측방향에서 점진적으로 절결되고, 따라서 조명 입사광의 일부는 펄스 스트레처로부터 출력되는, 오브젝트를 검사하기 위한 오브젝트 검사 시스템이 제공된다.
더욱이, 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 적어도 부분적으로 코히어런트한 복수개의 소스로 오브젝트를 조명하는 단계; 후면 초점평면을 갖는 오브젝트 엘리먼트에 의해 조명된 오브젝트의 이미지를 형성하는 단계; 및 반복적 특징에 관련된 정보가 여파되도록, 오브젝트 엘리먼트의 후면 초점평면에 소정 형태를 갖는 마스크를 위치지정하는 단계를 포함하고, 적어도 몇몇 소스의 코히어런스는 다른 소스의 코히어런스와 독립적이다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트를 이미징하기 위한 후면 초점평면을 갖는 오브젝트 엘리먼트, 오브젝트의 이미지를 수광하기 위한 오브젝트 엘리먼트의 이미지 평면에 배치된 검출기, 및 후면 초점평면에 위치되고 오브젝트에 관한 광학 정보가 결정되도록, 대물 렌즈의 후면 초점평면의 이미지를 검출기상에 투사하는 보조 렌즈를 포함하는, 오브젝트를 검사하기 위한 검사 시스템이 제공된다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 이미지 평면에서 오브젝트의 이미지를 형성하도록 배치되고 후면 초점평면을 갖는 오브젝트 엘리먼트를 제공하는 단계, 오브젝트의 이미지를 검출하기 위해 이미지 평면에 검출기를 배치하는 단계, 및 보조 렌즈가 후면 초점평면의 이미지를 검출기에 투사하도록, 검출기와 오브젝트 엘리먼트 사이에 보조 렌즈를 배치하는 단계, 및 후면 초점평면에서 오브젝트에 관한 광학 정보를 결정하기 위해 후면 초점평면의 이미지를 이용하는 검출기상에 투사하는 단계를 포함하는, 오브젝트를 검사하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 바람직하게 정보의 일부분을 광학적으로 차단하기 위한 마스크를 구축하기 위해 오브젝트에 관한 광학 정보를 이용하는 단계, 및 광학 정보와 연관된 오브젝트의 특징이 이미지로부터 제거되도록 마스크를 후면 초점평면에 배치하는 단계를 포함한다. 이들 특징은 오브젝트의 반복적 특징일 수 있다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트의 후면 초점평면으로부터 반복적 정보를 차단하기 위한 마스크를 포함하고, 상기 마스크는 후면 초점평면을 가로질러 이동가능한 복수의 차단 엘리먼트를 포함하고, 이들 엘리먼트는 후면 초점평면에서의 소정 정보를 차단하기 위해 후면 초점평면에 위치된다. 이들 차단 엘리먼트는 마스크내의 후면 초점평면의 위치가 후면 초점평면에서의 소정 정보에 따라 조정가능한 와이어에 의해 위치되도록, 조정가능한 가는 와이어상에 지지된다. 이들 와이어는 이미징되어야 할 정보를 차단하지 않도록 충분히 가늘어야 한다.
본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트의 이미지를 이미징 평면에 투사하는 오브젝트 엘리먼트, 이미지의 초점의 정확도가 검출기를 따라 변동하도록, 이미징 평면에 이미징 평면에 배치되고 일정 각도로 경사진 검출기, 및 검출기상의 최적 이미지 정확도의 지점을 결정하도록 동작하는 초점 평면 계산기를 포함하는, 오브젝트 검사 시스템의 이미징 시스템의 최적 초점의 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 이미징 시스템은 이미징 시스템이 최적 초점의 위치에 있도록 미리계산될 수 있고, 검출기상의 최적 이미지 정확도의 지점은 공지된 위치에 있다. 더욱이, 초점 위치 계산기는 바람직하게 최적 이미지 정확도의 지점을 결정하기 위해 이미지 처리 알고리즘을 이용한다.
또한, 이미징 시스템의 최적 초점 위치를 결정하기 위한 상기 설명된 장치에서, 최적 초점 위치의 결정은 오브젝트 검사를 위해 사용된 것과는 상이한 파장의 조명을 이용하여 발생될 수 있다. 이 경우, 오브젝트 검사는 암 시야 모드에서의 제1 파장의 조명로 수행되는 것이 바람직하고, 이미징 시스템의 최적 초점 위치를 결정하는 것은 명시야 모드에서의 제2 파장의 조명로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 광축과 이 광축에 수직인 이미징 평면을 갖는 이미징 시스템의 최적 초점 위치를 결정하기 위한 장치가 제공되고, 이 장치는, (a) 오브젝트의 이미지를 이미징 평면에 투사하기 위한 오브젝트 엘리먼트; (b) 이미징 평면에 배치된 검출기; (c) 오브젝트로부터 일정거리로 배치되고, 빔 스플리터에 의해 이미징 평면에 공초점이 되어지고, 방사 개구를 갖는 조명 소스로서, 이미징 평면상의 상이한 지점의 이미지의 정확도가 검출기에 걸쳐 변동되도록, 방사 개구에 걸친 상이한 지점들이 오브젝트로부터 상이한 거리로 위치되도록 일정 각도로 경사진 상기 조명 소스; 및 (d) 검출기상의 최적 정확도 지점과 그로부터의 초점의 최적 위치를 결정하도록 동작하는 초점 위치 계산기를 포함한다. 본 장치의 이미징 시스템은 그것이 최적 초점 위치에 있는 경우 검출기상에서의 최적 이미지 정확도의 지점은 공지된 위치에 있도록 바람직하게 사전교정된다.
더욱이, 초점 위치 계산기는 바람직하게 최적 이미지 정확도의 지점을 결정하기 위해 이미지 처리 알고리즘을 이용한다. 또한, 상기 장치에서, 최적 초점 위치의 결정은 오브젝트 검사에 사용되는 상이한 파장의 조명을 이용하여 발생된다. 이 경우, 오브젝트 검사는 암 시야 모드에서의 제1 파장의 조명로 수행되고, 이미징 시스템의 최적 초점 위치에 대한 결정은 명시야 모드에서의 제2 파장의 조명로 수행된다.
상기 설명한 장치에서, 경사진 조명 소스는 그 단부가 비수직적으로 어레이의 조명축에 종료하는, 플랫 광섬유 어레이를 포함할 수 있다. 대안으로 및 바람직하게, 복수의 조명된 홀을 포함하는 마스크를 포함하고, 마스크는 조명축에 비수직적으로 경사진다.
본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 광축과 이 광축에 수직인 이미징 평면을 갖는 이미징 시스템의 최적 초점 위치를 결정하기 위한 장치가 제공되고, 이 장치는, (a) 오브젝트의 이미지를 이미징 평면에 투사하기 위한 오브젝트 엘리먼트; (b) 오브젝트로부터 일정거리로 배치되고, 빔 스플리터에 의해 이미징 평면에 공초점이 되어지고, 방사 개구를 갖는 조명 소스로서, 이미징 평면상의 상이한 지점의 이미지의 정확도가 검출기에 걸쳐 변동되도록, 방사 개구에 걸친 상이한 지점들이 오브젝트로부터 상이한 거리로 위치되도록 일정 각도로 경사진 상기 조명 소스; (c) 제1 검출기가 이미징 평면 보다 오브젝트 엘리먼트에 더욱 가까이 위치되도록 배치된 제1 및 제2 검출기로서, 제2 검출기는 이미징 평면 보다 오브젝트 엘리먼트로부터 더욱 멀리 위치된, 상기 제1 및 제2 검출기; (d) 검출기상의 이미지의 정확도가 초점위치에 상이하게 종속하도록, 두 검출기의 각각에 이미지를 투사하기 위한 제2 빔 스플리터; 및 (e) 각각의 검출기상의 최적 정확도 위치, 및 그로부터의 초점의 최적 위치를 결정하도록 동작하는 초점 위치 계산기를 포함한다.
본 장치의 이미징 시스템은 그것이 최적 초점 위치에 있는 경우 검출기상에서의 최적 이미지 정확도의 지점은 공지된 위치에 있도록 바람직하게 사전교정된다. 더욱이, 초점 위치 계산기는 바람직하게 최적 이미지 정확도의 지점을 결정하기 위해 이미지 처리 알고리즘을 이용한다. 또한, 상기 장치에서, 최적 초점 위치의 결정은 오브젝트 검사에 사용되는 상이한 파장의 조명을 이용하여 발생된다. 이 경우, 오브젝트 검사는 암 시야 모드에서의 제1 파장의 조명로 수행되고, 이미징 시스템의 최적 초점 위치에 대한 결정은 명시야 모드에서의 제2 파장의 조명로 수행된다.
본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 비수직적 입사로 오브젝트 평면을 조명하기 위한 암시야 조명 시스템이 제공되고, 이 시스템은 오브젝트 평면상에서 조명 빔의 입사각에 의해 발생된 오브젝트 평면상에서의 빔의 신장을 감소시키도록 단면 형상을 갖는 조명 소스 빔을 포함한다. 이 암시야 조명 시스템에서, 조명 소스 빔은 조명 소스 빔의 단면을 제공하기 위해, 소정 출력 섹션을 갖는 광섬유 출력 번들에 의해 발생될 수 있다. 또한, 광섬유 조명 번들의 소정 출력 섹션은 본질적으로 장방형 섹션일 수 있다. 이 시스템은 빔의 필요한 단면을 발생시키기 위한 원통형 포커싱 엘리먼트를 포함한다.
본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, Q-스위칭된 레이저 출력의 펄스 에너지에서의 변동을 보상하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, (a) 레이저 출력의 일부를 샘플링하고, 레이저의 펄스 에너지를 결정하기 위한 모니터 검출기; (b) 레이저 펄스의 에너지와 적어도 하나의 이전 레이저 펄스의 에너지를 비교하는 펄스 에너지 비교기 회로; (c) 펄스 에너지에서의 시간 트렌드를 결정하기 위해 비교기 회로로부터의 정보를 이용하는 펄스 에너지 트렌드 계산기; 및 (d) 펄스 에너지 트렌드 계산기로부터 정보를 수신하고, 레이저 출력에서 검출된 펄스 에너지에서의 변동을 감소시키기 위해 Q-스위치 지연 시간을 조정하는 Q-스위치 지연 발생기를 포함한다.
더욱이, 본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 광학 펌프 펄스 에너지에서 생기는, Q-스위칭되고 광학적으로 펌핑된 레이저 출력의 펄스 에너지에서의 변동을 보상하기 위한 시스템이 제공되고, 이 시스템은,
(a) 광학 펌프 출력의 일부를 샘플링하고, 광학 펌프 펄스 에너지를 결정하기 위한 모니터 검출기; (b) 공지된 광학 펌프 펄스 에너지로 광학 펌프 펄스의 에너지를 결정하는 펌프 펄스 에너지 비교기 회로; (c) 공지된 펌프 펄스로부터 펌프 펄스 에너지에서의 변화를 결정하기 위해 비교기 회로로부터의 정보를 이용하는 펌프 펄스 에너지 차이 계산기; 및 (d) 펌프 펄스 에너지 차이 계산기로부터 정보를 수신하고, 레이저 출력에서 검출된 펄스 에너지에서의 변동을 감소시키기 위해 Q-스위치 지연 시간을 조정하는 Q-스위치 지연 발생기를 포함한다. 이 시스템에서 광학 펌프의 출력의 일부를 샘플링하는 모니터 검출기는 바람직하게 레이저 의 인클로우저 내부에 위치된다.
또한 본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 기타 오리진으로부터, 또는 광학적으로 펌핑되고 Q-스위칭된 레이저 출력의 펄스 에너지에서의 변동을 보상하고, 이전 두 단락에서의 설명된 실시예의 컴포넌트를 모두 포함하는 시스템이 제공된다.
또한 본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 오브젝트를 검사하기 위한 시스템을 위한 조명 소스의 출력 레벨에서의 변화를 보상하기 위한 방법이 제공되고, 이 방법은, (a) 조명 소스의 출력 레벨을 샘플링하는 단계; (b) 출력 레벨을 소정 레벨과 비교하는 단계; (c) 출력 레벨에서의 변화를 결정하는 단계; (d) 오브젝트를 표현하는 디지털 출력을 발생하는 단계; (e) 조명 소스에서의 변화를 보상하기 위해 디지털 출력의 그레이 레벨을 조정하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 또다른 추가 바람직한 실시예에 따라, 웨이퍼의 조명을 위한 빔의 코히어런스를 감소시키기 위한 광학 시스템으로서, 그 일부가 특정한 코히어런스 길이를 갖는 적어도 부분적으로 코히어런트한 조명 소스와, 복수의 광섬유를 포함하고, 복수의 광섬유의 적어도 일부는 특정 코히어런스 길이 보다 작은 그들간의 광 길이에서의 상이한 차이를 갖는 상이한 광 길이를 갖는다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 웨이퍼의 조명을 위한 빔의 코히어런스를 감소시키기 위한 광학 시스템이 제공되고, 이 시스템은 적어도 일부가 특정 코히어런스 길이를 갖는 적어도 부분적으로 코히어런트 조명 소스와, 적어도 일부가 상이한 광 길이를 갖는, 복수의 광섬유를 포함하는 적어도 하나의 광섬유 번들을 포함하고, 광섬유의 적어도 일부는 특정 코히어런스 길이 보다 작은 그들간의 광길이의 차를 갖는다.
상기 시스템에서, 적어도 부분적으로 코히어런트 조명 소스는 레이저 소스일 수 있고, 코히어런트 조명은 공간적 코히어런스 또는 시간적 코히어런스 또는 이들 모두를 가질 수 있다. 공간 코히어런스를 감소시키기 위해, 적어도 하나의 광섬유 번들내의 복수의 광섬유는 랜덤하게 순서화된다. 또한, 디퓨징 엘리먼트는 빔의 공간 혼합을 위해 사용될 수 있다. 광학 시스템은 빔의 임의 지점으로부터의 조명을 복수의 광섬유의 각각에 지향되도록 위치된 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 광학 시스템에서, 광 길이에서의 차이는 특정 코히어런스 길이 보다 작고, 감소된 전송 손실을 갖는 번들이되는 결과가 된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 조명 빔은 특정 길이를 갖는 펄스를 포함하고, 번들은 펄스의 길이를 늘이도록 동작한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 웨이퍼의 조명을 위한 빔의 코히어런스를 감소시키기 위한 광학 시스템이 제공되고, 이 시스템은 적어도 일부가 특정 코히어런스 길이를 갖는 적어도 부분적으로 코히어런트 조명 소스와, 적어도 일부가 상이한 광 길이를 갖는, 복수의 광섬유를 포함하는 제1 광섬유 번들로서, 광섬유의 적어도 일부는 특정 코히어런스 길이 보다 작은 그들간의 광길이의 차를 갖는 상기 제1 광섬유 번들과, 각각의 광섬유 그룹이 동일길이로 된 광섬유를 포함하는 광섬유 그룹을 포함하고, 광섬유 그룹의 적어도 일부는 제1 번들내의 광섬유의 광 길이의 차이의 합과 적어도 동일한 그들간의 광 길이의 차를 갖는다.
상기 실시예에서, 각각의 그룹은 본질적으로 동일 수의 광섬유를 갖거나, 대안 또는 바람직하게, 각각의 광섬유 그룹내의 광섬유의 수는 그룹의 광 길이에 따라 증가하고 더욱 바람직하게는 각각의 광섬유 그룹내의 광섬유의 수는 그룹의 길이에 비례한다.
번들은 웨이퍼의 조명을 위한 빔이 초기에 제1 번들에 입사하거나 대안 또는 바람직하게, 웨이퍼의 조명을 위한 빔이 초기에 제2 번들에 입사하도록 직렬로 배열될 수 있다. 어느 경우에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 광학 엘리먼트는 제1 번들의 출력의 임의의 지점으로부터 제2 번들의 입력의 각각의 지점으로부터 지향되도록 동작하도록 번들간에 위치된다.
상기 시스템에서, 적어도 부분적으로 코히어런트 조명의 소스는 레이저 소스일 수 있고, 코히어런트 조명은 공간 코히어런스 또는 시간적 코히어런스 또는 이들 모두를 가질 수 있다. 공간 코히어런스를 감소시키기 위해, 적어도 하나의 광섬유 번들내의 복수의 광섬유는 랜덤하게 순서화된다. 또한, 디퓨징 엘리먼트는 빔의 공간 혼합을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 적어도 광의 일부가 특정 코히어런스 길이를 갖는, 투과된 광의 코히어런스를 감소시키기 위한 광섬유 번들내의 전송 손실을 감소시키는 방법이 제공되고, 이 방법은 적어도 일부가 상이한 광 길이를 갖는 복수의 광섬유를 포함하는 적어도 하나의 광섬유 번들을 제공하는 단계, 상이한 광섬유 길이로 된 적어도 일부 광섬유는 특정 코히어런스 길이 보다 작은 그들간의 광길이에서의 차를 갖도록 복수의 광섬유의 길이를 배열하는 단계를 포함한다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른, 웨이퍼 결함을 고속 온라인 전자-광학식으로 검출하기 위한 방법의 바람직한 실시예에 대한 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른, 웨이퍼 결함을 고속 온라인 전자-광학식으로 검출하기 위한 시스템의 바람직한 실시예를 예시하는 개략도.
도 3a는 본 발명에 따른, CCD 매트릭스 광검출기의 최상부면을 예시하는 개략도.
도 3b는 본 발명에 따른, CCD 매트릭스 광검출기의 측면을 예시하는 개략도.
도 4a는 본 발명에 따른, CCD 매트릭스 광검출기, 및 프리즘을 포함하는, 검출기 앙상블의 측면을 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 4b는 본 발명에 따른, CCD 매트릭스 광검출기, 및 프리즘을 포함하는, 검출기 앙상블의 다른 측면을 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 4c는 본 발명에 따른, 도 4a-4b에 도시된 검출기 앙상블의 부분으로서, 고반사 코팅 영역을 포함하는, 유리 프리즘의 표면을 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 4d는 본 발명에 따른, 복수의 CCD 매트릭스 광검출기를 특징으로 하는, 광학적으로 연속하는 광검출기의 표면의 모습을 도시하는, 도 4a-4c에 도시된 검출 기 앙상블의 전방 광학면을 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 5a는 본 발명에 따른, 빔 스플리팅 프리즘 및 검출기 앙상블을 포함하는, 초점 평면 어셈블리를 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 5b는 본 발명에 따른, 여러 CCD 매트릭스 광검출기를 포함하고 초점 평면 어셈블리의 검출기 앙상블에 이해 형성된 초점평면에서 광학적으로 형성된 연속하는 광검출기의 표면을 예시하는 개략도.
도 5c 및 5d는 도 5a에 도시된 것과 상이하게 배열된, 초점 평면 검출기 어레이의 대안 및 바람직한 실시예로서, 도 5c는 본 바람직한 실시예의 등축도이고 도 5d는 평면도.
도 6은 본 발명에 따른, 각각의 웨이퍼 다이가 한 번에 복수의 뷰 필드 또는 그 뷰 필드들의 일부, 한 뷰 필드를 이미징함에 의해, 순차적으로 검사되는, 웨이퍼 다이를 특징으로 하는 이미지 획득 프로세스를 클로우즈업하여 예시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 광섬유 광학 전송 번들 및 레이저 소스를 이용하는, 오브젝트 검사 시스템을 예시하는 개략도.
도 8은 도 7에서 사용되는 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 광학 전송 번들의 개략도.
도 9a 내지 9e는 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따른 광섬유 애플리케이션의 여러 바람직한 실시예에 따른 개략도.
도 9a는 소스의 코히어런스 길이로 나뉘어진 광섬유 광학 길이 차이의 함수 로서, 도 7의 실시예에 도시된 바와 같은, 단일 광섬유 광학 번들의 코히어런스 감소 인자 및 전송을 그래픽으로 예시하는 도.
도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 더블 번들 광섬유 광학 조명 시스템을 예시하는 개략도.
도 9c 및 9d는 번들이 동일길이의 광섬유 그룹으로 된, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른, 도 9b에 도시된 바와 같은, 더블 번들 조명 시스템의 제1 번들에 대한 두 실시예를 각각 예시적으로 도시하는 도.
도 9e는 각각의 광섬유가 상이한 광 길이, 바람직하게는 광원의 코히어런스 길이 이하만큼 상이한, 도 9b의 바람직한 실시예의 제2의 광섬유 번들의 개략도.
도 9f는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른, 펄스 스트레칭을 수행하기 위한 대안 및 바람직한 장치의 개략도.
도 10은 웨이퍼의 조명 레벨을 개선시키도록 도입된 몇몇 새로운 태양을 포함하는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 명 필드 조명을 제공하기 위한 배열의 개략도.
도 11은 도 10의 실시예의 대물렌즈를 통하는 조명 경로를 간명하게 나타낸 도.
도 12는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른, 광섬유 광학 운송 번들의 전체 수치개구의 조명 필요조건을 충족시키기 위한 상세한 광학 배열을 나타낸 도.
도 13은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라 웨이퍼 검사 시스템의 완 전한 명 필드 조명 시스템을 개략적으로 나타낸 도.
도 14a는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라 시스템에 암시야측 조명을 제공하기 위한 배열을 개략적으로 나타낸 도.
도 14b는 원형 빔이 웨이퍼를 조명하게 되는 애스펙트 비와 반대의 애스펙트 비로 타원형을 갖는 빔으로 웨이퍼를 조명하는 방법을 개략적으로 나타낸 도.
도 15 및 16은 도 14b의 암시야 조명 빔 형상을 위한 타원형 또는 장방형 빔을 발생시키기 위한, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 광학 시스템의 두 직교 방향으로부터 뷰잉된 개략도.
도 17은 상이한 유형의 결함이 효과적으로 뷰잉되어지도록 하기 위해, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 빔 편광 기술을 예시하는 도.
도 18a 및 18b는 본 발명의 검사 시스템을 위한 직교 암시야 조명을 제공하기 위한 배열을 예시하는 도.
도 19는 상이한 조명 파장간에 스위칭하도록 구성된 조명 시스템을 개략적으로 나타낸 도.
도 20은 본 발명의 검사 시스템에 사용되는 바와 같이, Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저에 의해 발생된, 통상적으로 3.5mJ 펄스의 트레인의 출력에너지에 대한 시간이 정해진 플롯으로부터 취할 때, 시간에 따른 레이저 펄스-펄스 변동의 예를 그래프로 나타낸 도.
도 21은 도 20에 도시된 바와 같은, Q-스위칭된 레이저에서 펄스-펄스 출력에너지에서의 변동을 보상하는 데에 사용되는, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예 에 따른 회로의 개략도.
도 22a는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는, 제1 자동 포커싱 배열의 측면 개략도.
도 22b는 도 22a의 실시예에 이용되는 자동 포커스 검출기로부터 획득된, 이 경우 Ronci 룰러인, 라인 스페이싱 타겟의 이미지를 나타낸 도.
도 22c는 최적 포커스의 위치를 결정하기위해, 도 22b의 이미지에 대한 에지 선명도 분석을 나타낸 플롯도.
도 23a는 경사진 조명 소스를 이용한, 대안 및 바람직한 자동 포커싱 시스템에 사용된 개략적인 광학 다이어그램.
도 23b는 플랫 광섬유 어레이를 이용한, 도 23a의 경사짐 빔 소스를 획득하기 위한 바람직한 방법을 예시하는 도.
도 24a 내지 24c는 최적 초점길이를 결정하는 데에 사용된 도 23a의 실시예의 CCD 검출기로부터 획득되고 처리된 신호를 그래픽으로 나타낸 도.
도 25는 초점평면 뒤의 오브젝트로부터, 이미지와 연관된 하나의 구조적 주기 정보를 필터링하기 위한 암시야 배열에 대한 개략적인 예시도.
도 26a는 도 25의 실시예에 사용된 바와 같은, 고정된 푸리에 평면 블록킹 어레이를 개략적으로 예시하는 도.
도 26b는 도 25의 실시예에 사용된 바와 같은, 바아가 부착된 얇은 조정 와이어를 사용하여 조정가능한 기계적인 블록킹 바아 어레이를 개략적으로 예시하는 도.
도 27은 오브젝트의 후 초점 평면이 추가 렌즈를 이용하여 검출기에 이미징되어지게 할 수 있는, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 방법을 예시하는 도.
도 28은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 본 발명의 검사 장치의 광학 이미징 시스템의 필드 곡률의 보정에 대한 광학 배열을 개략적으로 예시하는 도.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명은 웨이퍼 결함을 고속 온라인 광전 검출하는 방법 및 시스템을 제공한다.
웨이퍼 결함을 고속 온라인 광전 검출하는 본 발명의 방법 및 시스템은, 반복적으로 펄싱된 레이저로부터의 쇼트 광 펄스에 의해 웨이퍼 다이를 조명하는 것이 특징인 조명 시스템과 동기화되어, 높은 분해능, 높은 픽셀 밀도, 웨이퍼 다이의 뷰 이미지의 라지 필드를 획득하기 위한 수개의 2차원 매트릭스 광 검출기의 어레이로 형성된 초점면에의 광 검출기의 광학적으로 형성된 표면을 특징으로 하는 새로운 이미징 시스템의 특유의 콤비네이션을 도입하고 있다. 레이저 광 펄스 듀레이션은 웨이퍼가 이동하는 동안 검출기 픽셀에 의해 웨이퍼상의 어떤 포인트가 이미징되는 시간을 일컫는 이미지 픽셀 드웰 타임보다 상당히 더 짧고, 레이저 광 펄스 레이트는 개개의 매트릭스 광 검출기의 프레임 속도와 동기화된다.
본 방법의 동작 단계 및 본 시스템의 컴포넌트는 도면 및 그 설명을 참조하 여 더 잘 이해된다. 여기서 나타내어진 본 발명의 예는 단지 예시의 목적이며 제한을 의미하는 것은 아니다.
이제 도면을 보면, 도 1은 웨이퍼 결함을 고속 광전 온라인 검출하는 방법의 바람직한 실시예의 플로 다이어그램이다. 도 1에서는, 본 발명의 방법의 각각 일반적으로 적용가능한 주요 단계가 프레임안에 번호매겨져 들어있다. 본 방법의 주요 단계를 더 표현하는 하위 단계는 괄호안의 문자로 나타내고 있다. 도 2 내지 도 6은 웨이퍼 결함을 고속 온라인 광전 검출하는 본 발명의 방법을 구현하는 시스템 및 시스템 컴포넌트의 전형적인 바람직한 실시예를 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 1의 본 방법에 대응하는 도 2 내지 도 6에 도시된 시스템 컴포넌트는 도 1의 설명에 참조된다. 도 2 내지 도 6의 시스템 컴포넌트의 상세 및 특정 예는 이하의 설명에 줄곧 제공된다. 도 1의 이하 설명에 나타나는 용어 및 참조는 도 2-6에 도시된 것과 일치한다.
본 방법의 단계(1)에 있어서, 복수의 웨이퍼 다이(14)가 특징인 패터닝된 반도체 웨이퍼(12)는 연속적인 이동 XY 트랜스레이션 스테이지(16)에 놓여 정렬된다. 이것은 웨이퍼 결함을 고속 온라인 광전 검출하는 본 시스템의 전형적인 바람직한 실시예를 예시하는 개략적인 다이어그램인 도 2의 시스템(10)에 나타내어져 있다. XY 트랜스레이션 스테이지(16)는 광학 이미징 시스템(18)의 아래에서 꾸불꾸불한 패턴으로 웨이퍼(12)를 이동시키는 것이 전형적이다. XY 트랜스레이션 스테이지(16)의 이동 및 그에 따른 웨이퍼(12)의 이동은 제어/데이터 링크(22)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)에 의해 동기화되는데, 웨이퍼(12)가 조명 시스템(26)에 노출동 안의 단일 픽셀의 예를 들어 단지 대략 10-2의 차수의 부분만 및 33밀리초의 CCD 매트릭스 광 검출기 프레임 시간동안의 하나의 뷰 필드(24)의 등가물을 이동시켜서 이미지 스미어나 이미지 해상도 손실이 없게 되는 방식으로 멀티 컴포넌트 카메라 시스템은 동작한다.
단계(2)에서, 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있는 (a)조명 시스템(26), (b)광학 이미징 시스템(18), (c)자동 촛점 시스템(28), (d)초점면 어셈블리(30) 및 각각의 시스템 제어/데이터 링크를 포함하는 멀티 컴포넌트 광전 카메라 시스템이 제공된다.
단계(2)의 하위 단계(a)에서, 반복적으로 펄싱된 레이저(32), 레이저 빔 익스팬더(34), 레이저 빔 광 경로(36) 및 제어/데이터 링크(38)를 포함하는 조명 시스템(26)이 제공된다. 이러한 유형의 조명 시스템은 초단시간에 매우 밝고 매우 강력한 광 펄스를 반복적으로 발생시켜 전파시키는 펄싱된 레이저(32)를 특징으로 하여 라지 뷰 필드(24)의 초고속 이미징을 가능하게 한다.
이것은 높은 스루풋을 갖는 웨이퍼 검사 방법 전반에 기여한다. 또한, 바람직하게는, 단색 레이저 조명은, 광학 교정 또는 조정을 필요로 하는 색수차가 없기 때문에, 광학 이미징 시스템(18)의 와이드 뷰 필드의 설계 요구를 간소화하도록 사용된다. 조명 시스템(26)은 제어/데이터 링크(38)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있다.
시스템(10)에서, 펄스 레이트, 즉, 펄싱된 레이저(32)의 초 당 펄스는 초점면 어셈블리(30)의 개개의 매트릭스 광 검출기의 어레이의 프레임 속도와 동기화된다. 매트릭스 광 검출기의 일시적으로 게이팅된 카메라 시스템 초점면 어셈블리(30)의 밀리초 프레임 시간에 비한 나노초의 시간 듀레이션동안 웨이퍼 다이(14)의 뷰 필드(24)를 조명하는 레이저 펄스는 피검사 웨이퍼 다이(14)의 뷰 필드(24)를 순간적으로 조명하게 되는 결과를 초래한다. 하나의 초단 레이저 펄스에 있어서, 수개 예를 들어 24개의 매트릭스 광 검출기의 초점면 어셈블리 어레이(30)의 비교적 다수의 예를 들어 대략 4천 8백만개의 픽셀은 동시에 조명되고, 본질적으로, 픽셀간 상대적 이동은 없다. 레이저 광 펄스 듀레이션은 이미지 픽셀 드웰 타임보다 상당히 더 짧은데, 여기서 픽셀 드웰 타임은 웨이퍼가 이동하는 동안 검출기 픽셀에 의해 웨이퍼상의 어떤 포인트가 이미징되는 시간을 일컫는다.
바람직하게는, 반복적으로 펄싱된 레이저(32)는 Q 스위칭된 Nd:YAG 레이저인데, 대략 10 나노초의 펄스 시간 인터발을 갖고, 초 당 30 펄스의 펄스 레이트로, 발광 다이오드에 의해 광학적으로 펌핑되고, 1.06 미크론의 파장으로 펄싱된 단색 광 빔을 발생시킨다. 초점면 어셈블리(30)상의 CCD 매트릭스 광 검출기의 어레이의 초 당 30 펄스의 펄싱된 레이저 조명 시스템(26)의 펄스 레이트는 초 당 30 프레임의 프레임 속도와 동기화된다.
광학 분해능은 조명하는 파장의 선형 함수이다. 광학 시스템의 분해능은 조명 파장이 감소함에 따라 증가한다. 따라서, 광학 시스템(18)의 분해능 및 그에 따른 검사 시스템(10)의 결함 검출 감도를 증가시키기 위해서, 비선형 광학 속성을 갖고 '제2 고조파' 발생 크리스탈(40)로 역할하는 크리스탈(40)이 조명 시스템(26) 의 레이저 빔 광 경로(36)에 놓인다. 제2 고조파 발생 크리스탈(40)은 펄싱된 레이저(32)에 의해 발생된 레이저 광 빔의 파장을, 예를 들어 1.06 미크론으로부터 0.53 미크론으로, 반감시킴으로써, 웨이퍼 검사 시스템(10)의 분해능을 2배로 증가시킨다. 대안으로 그리고 바람직하게는, 0.266 미크론의 제3 고조파가 더 높은 분해능을 제공하도록 사용될 수 있다.
단계(2)의 하위 단계(b)에서는, 포커싱 렌즈(42), 빔 스플리터(44), 대물 렌즈(46) 및 제어/데이터 링크(49)를 포함하는 광학 이미징 시스템(18)이 제공된다. 이 시스템은 웨이퍼 다이(14)의 와이드 뷰 필드(24)의 예를 들어 50X의 고배율의 초고속 고 분해능 동기식 이미징에 적합하다. 자동 포커싱 시스템(28)은 웨이퍼(12)상의 모든 웨이퍼 다이(14)의 최적 포커스를 위해 광학 이미징 시스템(18)의 대물 렌즈(46)의 위치를 자동으로 조정 및 설정한다. 광학 이미징 시스템(18)은 제어/데이터 링크(49)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있다. 웨이퍼 검사 시스템(10)의 동작 동안, 포커싱 렌즈(42)는 레이저 광(48)을 이미징하는데, 레이저 광(48)은 초점면 어셈블리(30)상에 웨이퍼(12)에 의해 반사되고, 산란되고, 회절된 광을 나타낸다. 이러한 이미징 프로세스는 이하의 도 5A를 참조하여 더 설명된다.
단계(2)의 하위 단계(c)에 있어서는, 센서 및 제어 디바이스(도시되지 않음)를 포함하는 자동 포커싱 시스템(28)이 제공되는데, 광학 이미징 시스템(18)을 통하여, 웨이퍼(12) 및 그에 따른 웨이퍼 다이(14)를 자동으로 촛점 맞춘 상태로 유지한다.
단계(2)의 하위 단계(d)에 있어서는, 다수의 검출기 앙상블(50; 도 4-5)을 포함하는 초점면 어셈블리(30)가 제공되는데, 각각의 검출기 앙상블(50)은 수개의 개개의 2차원 매트릭스 광 검출기, 바람직하게는, 적어도 2개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52; 도 3A-3B), 초점면 어셈블리 전자부품(54) 및 제어/데이터 링크(56, 58, 90)를 특징으로 하여, 웨이퍼 다이(14)의 초고속 고 분해능 동기식 이미징 및 고용량을 가능하게 한다. 초점면 어셈블리(30)의 바람직한 구조적 구성적 컴포넌트 및 특징은 개개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52), 검출기 앙상블(50) 및 초점면 어셈블리(30)의 클로즈업 뷰를 각각 예시하는 개략적인 다이어그램인 도 3A 및 3B, 도 4A 내지 4D, 및 도 5A 및 5B에 나타나 있다.
2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 평면도 및 측면도를 각각 예시하는 개략적인 다이어그램인 도 3A-3B에 있어서, 감광 에어리어(60)는 감광 에어리어(62)에 의해 둘러싸여 있는데, 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기의 물리적 배치가 나란하게 되는 것을 방지하는 구성이다. 예를 들어 총 24개의 상업적으로 이용가능한 고 분해능 흑백 실리콘 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)에 대하여, 초점면 어셈블리(30; 도 2 및 5A)는 수개의 예를 들어 6개의 검출기 앙상블(50; 도 4A 및 4B)을 포함하고, 각각의 검출기 앙상블(50)은 수개의 예를 들어 4개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 포함하는데, 각각의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)는 높은 정세도 표준으로 초 당 30 프레임을 제공할 수 있는 매우 높은 수의 예를 들어 1940x1035(즉, 2백만 또는 2메가의 차수) 이미지 센싱 픽처 엘리먼트 또는 픽셀을 갖는다.
각각의 검출기 앙상블이 4개의 개개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 어레이(64; 도 4D)를 특징으로 하는 6개의 검출기 어셈블리(50)가 특징인 초점면 어셈블리(30)는 모든 24개의 개개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 광학적으로 커플링하여 바람직하게는 예를 들어 초점면(도 5B)에서의 광 검출기(66)의 연속적인 표면을 광학적으로 형성하고, 50X 배율 현미경 광학 이미징 시스템(18)의 비교적 라지 뷰 필드(24)를 채운다. 이러한 광학 구성은 대략 총 4천 8백만(48메가) 픽셀을 갖는 24개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기의 어레이(66)에 의한 단일 레이저 펄스 동시 이미징으로 웨이퍼 다이(14)를 조명하는 것을 가능하게 한다. 초 당 30 프레임의 CCD 매트릭스 광 검출기 프레임 속도 및 대략 48메가 픽셀의 어레이에 대하여, 웨이퍼 다이(14)의 이미지는 초 당 대략 15억(1.5기가) 픽셀의 레이트로 획득된다. 그러한 이미지 획득 레이트는 매우 높은 시스템 스루풋으로 해석된다. 초점면 어셈블리(30)는 제어/데이터 링크(56, 58; 도 2)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있다.
도 4A 및 도 4B는 검출기 앙상블(50)의 클로즈업 측면도를 예시하는 개략적인 다이어그램으로서, 예를 들어 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52A, 52B)의 2개 세트의 기하학적 구성을 도시하고 있다. 바람직하게는, 각각의 검출기 앙상블(50)은 2개의 글래스 프리즘(68, 70)으로 구성되고, 각각의 프리즘은 직각 및 45도 대각면을 갖는다. 프리즘(68)의 대각면(72)은 바람직하게는 100%에 근접한 매우 반사적인 코팅이 도포되어 있는 존을 갖는다. 각각의 프리즘(68, 70)에는 적어도 하나의 CCD 매트릭스 광 검출기가 광학적으로 본딩되어 있다. 프리즘(68)상에 본딩된 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52A)의 전형적인 세트는 프리즘(70)상에 본딩된 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52B)의 전형적인 세트와 동일하다. 도 4B에 있어서, 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52A)의 세트는 프리즘(68)상에 스트레이트 파일로 본딩되어 있고 2개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52B)의 세트는 프리즘(70)상에 스트레이트 파이로 본딩되어 있고, 본딩된 CCD 매트릭스 광 검출기의 정확한 위치는 개개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52A, 52B)의 모든 감광 에어리어(60)가 뷰(A)로부터 뷰잉될 때 하나의 연속적인 스트레이트 스트립으로서 광학적으로 나타나도록 선택된다.
도 4C는 높은 반사성 코팅의 존을 포함하는, 글래스 프리즘(68)의, 대각면(72)의 클로즈업 뷰를 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 4C는 도 4A의 단면(B-B)의 뷰를 도시하는데, 대각면(72)상의 존(74)은 높은 반사성 코팅으로 코팅되어 있고, 프리즘(68)상에 본딩된 CCD 매트릭스 광 검출기(52A)의 감광 에어리어(60)에 마주하도록 표면(72)상에 배열되어 있다. 뷰(A)를 따라, 반사성 존(74)에 마주하여, 검출기 앙상블(50)로 들어가는 광은 반사성 존(74)에 의해 반사되고 90도만큼 편이되어 CCD 매트릭스 광 검출기(52A)상에 부딪힌다. 뷰(A)를 따라, 반사성 존(74)에 마주하지 않고, 검출기 앙상블(50)로 들어가는 광은 편이없이 프리즘(68, 70)을 통과하여 CCD 매트릭스 광 검출기(52B)상에 부딪힌다.
도 4D는 도 4A-4C에 도시된 검출기 앙상블(50)의 클로즈업 정면도를 예시하는 개략적인 다이어그램으로서, 복수의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 특징으로 하는 광 검출기의 광학적으로 연속적인 표면의 모습을 도시하고 있다. 도 4D는 도 4B의 뷰(A)를 도시하고, 4개의 감광 광 검출기 에어리어(60)를 특징으로 하는 연속 적인 표면(64)의 광학 수단에 의한 생성을 설명한다. 표면(64)내에서, 반사성 존(74)에 마주하는 그들 감광 에어리어(60)는 프리즘(68)상으로 본딩된 CCD 매트릭스 광 검출기(52A)와 연관되어 있다. 반사성 존(74)에 마주하지 않는 다른 감광 에어리어(60)는 프리즘(70)상으로 본딩된 CCD 매트릭스 광 검출기(52B)와 연관되어 있다. 광 검출기(52A, 52B)는 다른 표면 또는 평면에 있고 감광 에어리어(60)는 연속적이지 않지만, 검출기 앙상블(50)은 광학 수단에 의해 표면(64)을 생성한다.
도 5A는 빔 스플리팅 프리즘(76, 78) 및 검출기 앙상블(50)을 포함하는 초점면 어셈블리(30)의 클로즈업 뷰를 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 도 5A에 있어서, 초점면 어셈블리(30)는 6개의 검출기 앙상블(50), 50A로 라벨링된 2개, 50B로 라벨링된 2개, 및 50C로 라벨링된 2개를 포함한다. 웨이퍼(12)로부터의 반사되고, 산란되고, 회절된 레이저 조명 광을 나타내는 광(48)은 포커싱 렌즈(42)에 의해 초점면 어셈블리(30)로 디렉팅 및 포커싱된다. 광(48)은 이미징 채널(80)을 형성하면서 광(48)의 대략 33%를 90도로 반사하고 광(82)의 대략 67%를 투과시키는 빔 스플리팅 글래스 큐브(76)를 통과한다. 빔 스플리팅 큐브(76)로부터 나오는 투과된 광(82)은 이미징 채널(84)을 형성하면서 광(82)의 대략 50%를 90도로 반사시키고 이미징 채널(86)을 형성하면서 광(82)의 대략 50%를 투과시키는 제2 빔 스플리팅 큐브(78)를 통과한다.
빔 스플리팅 큐브(76, 78)의 콤비네이션의 이러한 구성은 3개의 이미징 채널(80, 86, 84)을 생성하고, 각각은 동일한 광 에너지를 갖고, 각각은 원래의 입력 광 빔(48)의 광 에너지의 대략 33%를 갖는다. 광학 큐브(88)는 모든 3개의 이미징 채널의 광학 경로에서의 글래스의 양을 동일화하도록 이미징 채널(80)에 삽입되어서, 모든 3개의 채널에서 유사한 이미지 품질이 형성되는 것을 가능하게 한다. 3개의 이미징 채널(80, 86, 84)의 각각에 대해 포커싱 렌즈(42)의 포커스 포인트에 검출기 앙상블(50)의 2개의 세트가 놓인다. 2개의 검출기 앙상블(50A)의 하나의 세트는 이미징 채널(80)에 놓이고, 2개의 검출기 앙상블(50B)의 하나의 세트는 이미징 채널(86)에 놓이고, 2개의 검출기 앙상블(50C)의 하나의 세트는 이미징 채널(84)에 놓인다.
도 5B는 다른 기하학적 표면에 위치한 24개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52) 및 6개의 검출기 앙상블(50)을 사용함으로써 초점면에서의 광 검출기의 계속적인 표면(66)의 광학적 형성을 설명하는 초점면 어셈블리(30)의 정면 광학 뷰(A)를 예시하는 개략적인 다이어그램이다.
이제, 도 5A에 도시된 것과 다르게 배열된 검출기의 초점면 어레이(30)의 대안적이고 바람직한 실시예의 개략적인 도면인 도 5C 및 5D를 참조한다. 도 5C는 이러한 바람직한 실시예의 아이소메트릭 뷰이고, 도 5D는 플랜 뷰이다. 도 5C 및 도 5D에 있어서는, 각각의 이미징 채널에서의 빔의 광학 경로의 트래킹을 더 명료하게 하기 위해, 각각의 별개의 검출기상에 충돌하는 빔은 그 축성 레이 위치에 의해서만 도시되어 있다. 따라서, 들어오는 이미지 빔(48)은 각각의 검출기에 궁극적으로 도달하는 축성 레이를 나타내는 다수의 라인으로 나타난다.
피검사 웨이퍼의 섹션의 뷰 필드의 이미지를 담고있는 입사 빔(48)은 50% 빔 스플리터(69)상에 충돌하고, 그로부터, 입사 빔의 반은 프리즘(75)을 향하여 반사 되는데, 프리즘(75)은 이미지 빔(77)의 그들 입사부를 향하여 그 정점과 정렬되어 있어서, 그것이 그들 입사부를 별개의 빔(79, 81)으로 더 스플리팅한다. 더 세분된 빔 섹션(79, 81)의 각각은 검출기 타워(83, 85)의 형태로 검출기 앙상블을 향하여 디렉팅된다. 본 실시예의 모든 검출기 타워의 예로서 취해진 검출기 타워(85)에서는, 이미 설명된 바와 같이, 6개의 별개의 검출기(87a 내지 87f; 87b는 도 5C에서는 보이지 않는다), 바람직하게는 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기가 존재한다. 프리즘(75)으로부터 오는 광은 바람직하게는 4개의 타워 프리즘(89a 내지 89d)의 면으로부터의 반사에 의해 이들 검출기(87a 내지 87f) 중 하나 또는 다른 하나로 디렉팅되는데, 도 5C에서는 명료화를 위해 상부의 2개(89a, 89b)만을 도시하였다. 이들 4개의 타워 프리즘은, 타워 위로의 그 높이에 따라, 빔(79)의 광축의 어느 한 사이드상에 위치한 타워에서의 검출기상으로 입사 빔(79)의 선택된 부분을 디렉팅한다. 빔(79)의 경로에 직접 위치한 그들 검출기는 타워 프리즘으로부터의 반사없이 입사 빔의 그 섹션을 수신한다. 따라서, 타워 프리즘(89a)은 검출기(87a)상으로 빔(79)의 최상부를 디렉팅하고, 타워 프리즘(89b)은 검출기(87f)상으로 빔(79)의 하부를 디렉팅하는 한편, 검출기(87c)는 그 빔을 타워 프리즘(87a, 87b)간 갭의 통과 후에 반사없이 직접 수신한다. 마찬가지의 방식으로, 검출기 타워(85)는 검출기 타워(85)에서의 6개의 검출기상으로의 입사를 위해 입사 빔 섹션(81)을 스플리팅한다. 명료화를 위해, 검출기 타워(85)에는 이들 검출기 중 4개만이 도시되어 있다.
이러한 방식으로, 입사 이미지 빔(77)의 전체는 도 5C 및 5D에 도시된 검출기 타워(83, 85)에서의 바람직한 배열의 12개의 검출기상에서의 검출을 위해 나뉘어질 수 있다. 검출기의 각각의 감광 에어리어가 광 검출기의 연속적인 표면이, 바람직하게는 도 5B에 도시된 바와 같이, 초점면에서 획득되도록 광학적으로 배열되는 것을 확실하게 하는 수개의 다른 방법이 존재한다. 제1 바람직한 방법에 의하면, 각각의 타워는 전 수직 감광 커버리지가 그 타워의 검출기내에서 달성되도록 각각의 타워는 자체 포함되고 검출기는 수직으로 오프셋되어 있다. 제2 바람직한 실시예에 의하면, 양 검출기 타워(83, 85)는 양 타워의 검출기가 함께 수직으로 배열되어 입사빔 섹션(77)의 전 완벽한 감광 커버리지를 달성하도록 상호작용적으로 배열되어 있다.
빔 스플리터(69)를 투과하는 입사 빔(48)의 다른 50%를 이제 살펴보면, 그것은 이미지 빔(93)의 그들 입사부를 향하여 그 정점과 정렬되어 있는 프리즘(91)을 향해 디렉팅되어서 별개의 빔(95, 97)으로 더 스플리팅된다. 그들 더 세분된 빔 섹션의 각각은 검출기 타워(71, 99)의 형태로 검출기 앙상블을 향하여 디렉팅되는데, 그 컴포넌트 검출기는 검출기 타워(83, 85)와 연관하여 설명된 것과 마찬가지의 방식으로 동작하는 초점면 어레이로 배열되어 있다.
도 5C 및 5D에 도시된 실시예에 의하면, 이미지 빔(48)은 빔 스플리터(69)에 의해 분할되고, 별개의 분할된 부분들은 검출기 타워(83, 85)를 향하여 그리고 검출기 타워(71, 99)를 향하여 디렉팅되는데, 그들은, 상기한 바와 같이, 검출기 타워의 각각에서의 별개의 검출기의 배열에 의해 더 세분된다. 검출기 및 빔 스플리터 스트립의 공간적 배치는, 바람직하게는 도 5B에 도시된 바와 같이, 전체 입력 이미지 빔 에어리어가 감광 검출기 에어리어의 광학적으로 연속적인 표면에 의해 커버링되도록 배열되는 것이 바람직하다. 하지만, 입력 이미지 빔의 상기 바람직한 기하학적 섹션잉은 감광 검출기 에어리어를 갖는 웨이퍼의 이미징된 에어리어의 연속적인 커버리지를 달성하는 방법일뿐만 아니라 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 것이기도 하고 이미지 빔의 다른 기하학적 분할도 동등하게 잘 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2를 다시 참조하면, 단계(2)의 (e)에 있어서는, 38, 49, 54, 56 및 58을 포함하는 제어/데이터 링크 및 중앙 제어 시스템(20)이 다른 시스템과 시스템 컴포넌트간의 전자적 상호접속을 특징으로 하여 웨이퍼 결함 검출 방법의 다양한 단계의 적절한 자동화 및 동기화를 가능하게 한다. 예를 들어, XY 트랜스레이션 스테이지(16)의 이동을 통한 웨이퍼(12)의 자동 이동은 웨이퍼(12)가 조명 시스템(26)에서의 펄싱된 레이저(32)에 의해 방사된 2개의 펄스의 시간 사이에 하나의 뷰 필드(24)의 거리를 이동시키도록 선형 속도로 전자적으로 설정된다. 모든 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 포함하는 초점면 어셈블리(30)의 일시적으로 게이팅된 열림 및 닫힘 또는 프레임 속도는 조명 시스템(26)에서의 펄싱된 레이저(32)의 펄스 레이트와 동기화된다.
단계(3)에 있어서, 단계(2)의 카메라 시스템은 조정되고 포커싱되어 중앙 제어 시스템(20) 신호를 통하여 웨이퍼 다이(14)내 피검사 뷰 필드(24) 위의 위치로 설정된다. 조명 시스템(26)에서의 펄싱된 레이저(32)의 펄스 레이트는 초점면 어셈블리(30)의 검출기 앙상블(50A, 50B, 50C)에 포함된 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 프레임 속도와 동기화된다. 이러한 단계는 초점면 어셈블리(30)의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 하나의 프레임의 시간 인터발동안 피검사 뷰 필드(24)가 커버링되는 그러한 속도로 웨이퍼(12) 및 그에 따른 피검사 웨이퍼 다이(14)의 이동을 가능하게 하기 위해 수행된다.
단계(4)에서, 단계(3)의 피검사 웨이퍼 다이(14)의 피검사 뷰 필드(24)의 순간적인 조명은 중앙 제어 시스템(20) 신호를 통하여 카메라 시스템 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 프레임 시간 및 동기화된 펄스 레이트보다 더 작은 크기의 차수인 예를 들어 10나노초의 시간 듀레이션동안 레이저 펄스를 피검사 웨이퍼 다이(14)상으로 발생시킴으로써 달성된다. 10나노초 레이저 펄스에서는, 24개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 특징으로 하는 초점면 어셈블리(30)의 대략 4천8백만 픽셀이 동시에 조명되고, 픽셀간 상대적 이동은 없다. 더 짧은 레이저 펄스동안에는, 웨이퍼가 이동하는 동안 검출기 픽셀에 의해 웨이퍼상의 어떤 포인트가 이미징되는 시간인 픽셀 드웰 타임보다 레이저 펄스 듀레이션이 더 짧기 때문에 웨이퍼 노출 시간동안 웨이퍼 움직임이 없어 효과적이고, 따라서, 웨이퍼의 연속적인 조명을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법 및 시스템에서의 전형적인 경우와 같이 이미지 해상도를 저하시키는 이미지 스미어가 없어 효과적이다.
단계(5)에 있어서, 단계(4)의 조명된 피검사 뷰 필드(24)는, 중앙 제어 시스템(20) 신호를 통하여, 24개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 특징으로 하는 검출기 앙상블(50A, 50B, 50C)에 광학적으로 링크된 초점면 어셈블리(30)상으로 광학 이미징 시스템(18)에 의해 이미징된다.
단계(6)에 있어서, 웨이퍼 다이(14)의 피검사 뷰 필드(24)의 대략 4천8백만 픽셀을 특징으로 하는 단계(5)의 디지털 이미지(도시되지 않음)는, 중앙 제어 시스템(20) 신호를 통하여, 일시적으로 게이팅된 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 동기화된 열림에 의해 바람직하게는 적어도 2개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 연속적인 표면을 광학적으로 형성하는 초점면 어셈블리(30)를 사용함으로써 획득되지만, 그에 국한되는 것은 아니다. 각각의 액티베이팅된 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 프레임 시간 인터발 동안, 웨이퍼(12) 및 그에 따른 웨이퍼 다이(14)는 XY 트랜스레이션 스테이지(16)를 통하여 하나의 뷰 필드에 상당하는 만큼 이동한다. 이것은 레이저 펄스 시간 인터발에 비해 큰 픽셀 드웰 타임에 대응하여, 초점면 어셈블리(30)의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 어레이(66; 도 5B)에의 노출 동안 단일 픽셀의 예를 들어 10-2차수 정도의 분수만을 웨이퍼가 이동하게 되는 결과를 초래함으로써, 이미지 스미어 또는 이미지 해상도 손실을 방지한다. 하위 단계(a)에서, 획득된 디지털 이미지 데이터는 이미지 그래버(92)에 의해 병렬 구성의 이미지 프로세싱 채널(90)의 세트를 통하여 그래빙되고, 이미지 프로세싱 시스템(100; 도 2)의 일부인 이미지 메모리 버퍼(94)에 저장된다.
단계(7)에서, 단계(3) 내지 단계(6)는 동일한 피검사 웨이퍼 다이(14)내 다음 뷰 필드의 이미지 획득을 위해 순차적으로 반복되어서, 레퍼런스로서 역할하는, 스트립에서의 가장 가까이 이웃하는 웨이퍼 다이의 제1 등가 뷰 필드를 포함할 때까지 뷰 필드의 스트립을 형성한다. 이러한 자동화된 순차적인 이미징 프로세스는 웨이퍼 다이를 특징으로 하는 이미지 획득 프로세스의 클로즈업 뷰를 예시하는 개략적인 다이어그램인 도 6에 명확하게 예시되어 있는데, 각각의 웨이퍼 다이는 한번에 하나의 뷰 필드씩 복수의 뷰 필드 또는 뷰 필드의 스트립을 이미징함으로써 순차적으로 검사된다. 도 6에 있어서, 제1 피검사 웨이퍼 다이(6A)에서의 제1 뷰 필드(24A)의 이미지 획득에 이어, 동일한 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)에서의 제2 뷰 필드(24B)의 이미지가 획득된다. 웨이퍼(12)의 꾸불꾸불한 움직임과 동기화되어, 연속적인 뷰 필드의 이미지 획득은, 차례로, 전체 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)에 전체에 걸쳐 진행하고, 제2 피검사 웨이퍼 다이(14B)에서의 제1 뷰 필드(24J)에 대해 이미지가 획득될 때까지 계속한다. 이러한 프로세스는, 결과적으로 전체 웨이퍼(12)가 완전히 이미징될 때까지, 이미징된 웨이퍼 다이(14)의 연속적인 스트립(110)의 형성의 결과를 초래한다.
단계(8)에서, 피검사 웨이퍼 다이에서의 각각의 뷰 필드의 디지털 이미지 데이터 및, 레퍼런스로서 역할하는, 가장 가까이 이웃하는 웨이퍼 다이에서의 각각의 등가적으로 위치한 뷰 필드의 디지털 이미지 데이터는 이미지 프로세싱 시스템을 사용함으로써 프로세싱된다. 도 2를 참조하면, 이미지 프로세싱 시스템(100)은 이미지 그래버(92)에 의한 이미지 그래빙을 위한 병렬 구성의 이미지 프로세싱 채널(90), 이미지 버퍼(94), 결함 검출 유닛(96), 결함 파일(98) 및 제어/데이터 링크(102)를 포함한다. 24개의 2차원 CCD 매트릭스 광 검출기(52)를 특징으로 하는 초점면 어셈블리(30)에 의해 획득된 이미지 데이터는 병렬로 프로세싱되고, 그로써, 24개의 CCD 매트릭스 광 검출기(52)의 각각은, 초점면 어셈블리(30)의 다른 CCD 매트릭스 광 검출기(52)에 병렬로, 24개의 별개의 이미지 프로세싱 채널(90)을 통하여, 따로따로 이미지 그래버(92)와 통신한다. 초 당 1.5 기가픽셀의 매우 높은 프로세싱 레이트를 갖는 단일 채널의 결과를 초래하는, 초 당 30회의 CCD 프레임 속도 획득 레이트로 48 메가픽셀의 단일 직렬 채널을 사용하여 이미지 데이터를 프로세싱하는 대신에, 초 당 30회의 레이트로 획득된, 이미지 데이터의 대략 2메가픽셀을 갖는 24개의 별개의 이미지 프로세싱 채널(90)의 각각은 초 당 60 메가픽셀의 보통 레이트로 프로세싱하는데 사용된다. 이러한 구성에 있어서, 초 당 1.5 기가픽셀의 전체적인 이미지 프로세싱 레이트는 상업적으로 이용가능한 하드웨어를 사용하여 웨이퍼 결함 검출 시스템(10)에서 구현하기에 더 용이한 상당하게 더 느린 개개의 채널을 사용하여 달성된다. 획득된 이미지 데이터의 병렬 프로세싱의 이러한 특징은 본 발명의 웨이퍼 검사 방법의 결과적인 높은 스루풋에 상당히 기여한다. 이미지 프로세싱 시스템(100)은 제어/데이터 링크(102)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있다.
단계(8)는 피검사 뷰 필드와 레퍼런스 뷰 필드와의 사이의 이미지 정렬을 수행하는 하위 단계(a), 잠재적인 웨이퍼 결함의 존재를 식별하는 하위 단계(b), 결함 파일에 비교 데이터를 저장하는 하위 단계(c), 및 제1 피검사 웨이퍼 다이의 제1 뷰 필드의 불필요한 이미지 데이터를 삭제하는 하위 단계(d)를 포함한다.
단계(8)의 하위 단계(a)에 있어서는, 피검사 웨이퍼 다이에서의 잠재적인 웨이퍼 결함의 존재를 식별하기 이전에, 각각의 피검사 뷰 필드 및 레퍼런스로 역할하는 대응하는 뷰 필드의 이미지 사이에서 이미지 정렬이 수행된다. XY 트랜스레 이션 스테이지(16)의 이동 동안 작은 기계적 부정확성으로 인하여, 카메라 광학 이미징 시스템(18) 아래의 웨이퍼(12)의 속도는 일정하지 않다. 이 결과로서, CCD 매트릭스 검출기의 다중 필드에서의 이미지 픽셀 위치는 시스템간 동기화에 따라 최초 프로그래밍된 대로이지 않을 수 있다. 따라서, 피검사 뷰 필드와 레퍼런스 뷰 필드와의 사이에 2차원 트랜스레이션 이미지 정렬 교정이 수행된다. 더 복잡한 로테이션 레지스트레이션 교정도 수행될 수 있지만, 본 발명의 방법 및 시스템의 표준적인 구현에 대해서 그것은 무시된다. 이미지 비교에 의한 결함 검출 이전에 뷰 필드의 이미지를 정렬하는 이러한 프로세스는 등가적인 뷰 필드의 전형적인 스트립(110)에 대해 도 6에 예시되어 있다. 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)의 제1 뷰 필드(24A)의 이미지에서의 픽셀 위치 및 가장 가까이 이웃하는 웨이퍼 다이(14B)의 등가적으로 위치한 제1 뷰 필드(24J)의 이미지에서의 픽셀 위치는 이미지 버퍼(94)로부터 추출되어 이미지 정렬 교정을 받는다. 이러한 프로세스에 있어서, 가장 가까이 이웃하는 웨이퍼 다이(14B)의 제1 뷰 필드(24J)는 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)의 등가적인 뷰 필드(24A)에 대한 레퍼런스로서 역할한다.
연속적인 웨이퍼 조명의 콤비네이션을 특징으로 하고 1차원 또는 2차원으로 웨이퍼를 스캐닝함으로써 2차원 이미지를 획득하는 웨이퍼 결함 검출 방법의 종래 기술은 모든 픽셀 또는 모든 픽셀 라인에 대해 레지스트레이션 교정을 필요로 한다. 이것은 총체적인 시스템 속도, 즉, 스루풋을 제한하고, 전자적 하드웨어의 요구 및 전반적인 시스템 비용을 증가시킨다. 또한, 이것은 이미지내의 모든 픽셀에 대해 교정 프로시저가 정확하지 않기 때문에 레지듀얼 미스레지스트레이션의 결과를 초래한다. 레지듀얼 미스레지스트레이션은 시스템 결함 검출 감도를 상당히 감소시킨다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 방법 및 시스템의 바람직한 실시예에 대해서는, 초점면 어셈블리의 임의의 소정 뷰 필드에서의 모든 초점면 어셈블리 CCD 매트릭스 검출기 픽셀은 하나의 유닛으로 생각되고, 단일 레이저 펄스에 의해 동시에 생성된다. 따라서, 초점면 어셈블리 뷰 필드내 픽셀 레지스트레이션에 대한 필요가 없고, 피검사 뷰 필드내 임의의 작은 국소화된 존과 레퍼런스 뷰 필드내 등가적인 존과의 사이의 간단한 정렬 교정은 전체 초점면 어셈블리 뷰 필드에 걸쳐 정확하다. 따라서, 본 발명에 있어서, 레지듀얼 미스레지스트레이션은 무시할만하여, 향상된 결함 검출 감도를 가능하게 한다.
단계(8)의 하위 단계(b)에 있어서는, 이미지 정렬 교정에 이어, 피검사 웨이퍼 다이의 각각의, 첫번째로부터 시작하여, 뷰 필드의 이미지의 픽셀 강도의 차이를 가장 가까이 이웃하는 웨이퍼 다이의 각각의 등가적으로 위치한, 첫번째로부터 시작하여, 뷰 필드의 이미지의 픽셀 강도에 대해 비교함으로써, 피검사 웨이퍼 다이내 잠재적인 웨이퍼 결함의 존재를 식별한다. 이러한 결함 식별 단계에 있어서는, 같은 패턴을 특징으로 하는, 인접하는 이웃의 웨이퍼 다이의 동일한 뷰 필드로부터 획득된 이미지의 픽셀 강도를 비교하는 분석에 기초하는 표준 결함 검출 알고리즘이 사용된다. 결함 검출은 통계적 어프로치에 기초하고 있고, 그로써, 인접 웨이퍼 다이내 등가적인 위치에 결함이 존재할 확률은 매우 낮다. 다른 이미지의 픽셀 강도 사이에 불규칙성을 찾아내는 전형적인 표준 알고리즘은 3개의 다이 비교에 기초하고 있다. 전체적인 웨이퍼 검사 시스템은 전형적으로 피검사 패턴이라 일컬어지는, 뷰 필드 또는 웨이퍼 다이의 패턴을 픽셀 단위로 검사하고, 그후, 레퍼런스로 역할하는, 동일 웨이퍼상의 인접하는 이웃의 웨이퍼 다이의 등가적인 패턴에 그것을 비교하도록 프로그래밍되어 있다. 결함 검출기는 현재의 피검사 웨이퍼 다이내의 웨이퍼 결함의 가능한 존재를 나타내는 임의의 패턴 불규칙성 또는 차이를 검출한다. 또한, 피시험 패턴은 시험 패턴이 단 하나의 패턴과만 비교되었다면 존재할 수 있는 모호성을 해결하기 위채 다른 인접하는 웨이퍼 다이의 등가적으로 위치하는 패턴과도 비교된다. 두번째 비교에 있어서, 대칭성을 유지하기 위해, 피시험 패턴은 레퍼런스로 역할한다.
결함 검출 유닛(96; 도 2)에 의해 수행된 이러한 이미지 비교 프로세스는 도 6에 예시되어 있다. 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)의 제1 뷰 필드(24A)의 이미지에서의 각각의 픽셀 강도는 인접하는 이웃의 웨이퍼 다이(14B)의 등가적으로 위치한 제1 뷰 필드(24J)의 이미지에서의 픽셀 강도에 비교된다.
하위 단계(c)에서, 특정 차이 또는 불규칙성 임계 레벨 등의 소정의 비교 척도에 따라, 각각 레퍼런스로 역할하는 웨이퍼 다이(14B, 14A)의 등가적으로 위치하는 제1 뷰 필드(24A, 24J)에서의 2개의 대응하는 픽셀의 강도에서의 차이 또는 불규칙성은 결함 존재 및 위치를 승인 또는 불승인하는 결정 단계(10)에 의해 더 프로세싱되도록 웨이퍼 결함 파일(98)에 저장된다.
하위 단계(d)에서, 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)의 제1 뷰 필드(24A)의 불필요한 이미지 데이터는 이미지 버퍼(94)로부터 삭제된다. 각각 제1 피검사 및 제2 피검사 웨이퍼 다이(14A, 14B)의 등가적으로 위치한 제1 뷰 필드(24A, 24J)의 비교 데이터가 저장되어 있기 때문에, 제1 피검사 웨이퍼 다이(14A)의 제1 뷰 필드(24A)의 이미지 데이터는 웨이퍼(12)내 연속적인 웨이퍼 다이(14)의 이미지 프로세싱에 더 이상 필요하지 않다.
단계(9)에서, 제3 피검사 웨이퍼 다이(14C)의 제1 뷰 필드(24N)의 이미지 프로세싱을 포함하고 그 프로세싱까지, 단계(7) 및 단계(8)는 제2 피검사 웨이퍼 다이(14B)에서의 순차적인 뷰 필드에 대해 반복된다. 단계(7) 및 단계(8)는 병렬로 수행된다. 단계(7)에서의 이미지 획득이 스트립(110)에서의 각각의 뷰 필드에 대해 수행되는 동안, 스트립(110)에서의 각각의 선행하는 뷰 필드의 이미지 프로세싱 및 비교가 단계(8)에 따라 수행된다.
단계(10)는 결함 검출 유닛(96)에 의해 수행되는 결정 및 승인 단계로서, 단계(8)에 따라 처음 프로세싱된, 웨이퍼 다이(14B)의 뷰 필드(24J)로 시작하여, 각각의 뷰 필드에서의 웨이퍼 결함이 검출되는지 아닌지를 결정 및 승인한다. 각각 제1 및 제2 웨이퍼 다이(14A, 14B)의 등가적으로 위치하는 제1 뷰 필드(24A, 24J)와의 사이의 불규칙성 또는 차이의 존재에 이어, 다음에, 웨이퍼 다이(14B)의 뷰 필드(24J)에 위치하는 결함의 존재를 승인 또는 불승인하기 위해, 각각 제2 및 제3 웨이퍼 다이(14B, 14C)의 등가적으로 위치하는 제1 뷰 필드(24J, 24N) 사이가 비교된다.
단계(10)의 하위 단계(a)에서, 승인된 웨이퍼 결함의 위치를 포함하는 승인된 웨이퍼 결함 정보는 웨이퍼 제조 프로세스의 피드백 제어에서의 가능한 사용을 위해 검출 파일(98)에 적절하게 저장된다.
단계(11)에서, 단계(7) 내지 단계(10)는 동일 웨이퍼내의 뷰 필드 스트립(110)에서의 각각의 뷰 필드의 검사에 대해 순차적으로 반복된다. 도 6에 있어서, 예를 들어, 웨이퍼 다이(14B)에서의 웨이퍼 뷰 필드(24K)는 단계(7) 내지 단계(10)에 의해 이미지 프로세싱될 다음의 피검사 뷰 필드로 된다. 웨이퍼 다이(14B)에서의 뷰 필드(24K)로 시작하여, 제2 웨이퍼 다이(14B)에서의 연속적인 뷰 필드의 이미지는 웨이퍼 다이(14A, 14C)에서의 뷰 필드의 등가적으로 위치한 이미지에 비교될 것이다. 웨이퍼 다이(14B)에서의 뷰 필드(24K)는 웨이퍼 다이(14A)에서의 등가적으로 위치한 뷰 필드(24B)에, 뷰 필드(24B)가 레퍼런스로 역할하여, 비교되고, 웨이퍼 다이(14B)에서의 뷰 필드(24K)는, 뷰 필드(24K)가 레퍼런스로 역할하여, 웨이퍼 다이(14C)에서의 뷰 필드(24P)에 비교된다. 이러한 경우에 있어서, 스트립(110)에서의 뷰 필드의 각각의 연속적인 세트의 각각의 이미지는, 스트립에서 그것을 속행시키는 웨이퍼 다이상의 등가적인 뷰 필드에 한번 비교되고, 스트립에서 그것을 계승하는 웨이퍼 다이상의 등가적인 뷰 필드에 한번 비교된다. 각각의 비교되는 뷰 필드는 비교에 있어서 레퍼런스 뷰 필드로 한번 역할하고, 비교에 있어서 피검사 뷰 필드로 한번 역할한다. 웨이퍼(12)의 꾸불꾸불한 움직임과 동기화되어, 연속적인 웨이퍼 다이의 연속적인 뷰 필드의 이미지의 선택, 조명, 이미징, 획득 및 프로세싱은, 전체 웨이퍼(12)에 쭉 걸쳐 웨이퍼 다이로부터 웨이퍼 다이로, 웨이퍼(12)의 모든 웨이퍼 다이(14)가 결함이 검사될 때까지, 차례로 진행한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 결함 검출 장치의 완전한 조명 시스템의 전체 측면 개요도가 도시되어 있다. 다른 바람직한 동작 방법 에 따라: 명시야(BF), 측면 조명 암시야(DF) 및 직각 또는 암 반사 암시야(ODF)의 3개의 대안의 조명 모드가 제공된다. 각각의 조명 모드는 다른 생산 처리 단계에서 다른 형태의 결함을 검출하는데 사용된다. 예컨대 실리콘 옥사이드와 같은 투명층에 내포되어있는 결함을 검출하는 데는 BF조명 모드가 바람직하다. 표면상의 작은 입자를 검출하는데는, 일반적으로 DF조명 모드가 더 나은 결과를 나타낸다.
일반적으로 명시야 조명 모드에서는, 시료 관찰용으로 사용될 때 조명이 동일한 대물 렌즈를 통해 시료에 입사된다. 도 7을 참조하면, 명시야 조명 레이저광원(300)이 바람직하게는 레이저-광섬유 커플러(150)에 의해 출력빔(15)을 광섬유 전달 다발(21)로 출력하고 있다. 이러한 광섬유 다발(21)은 이하 상세히 설명되는 바와 같이 시료에 균일 조명을 제공하면서 레이저 조명의 코히어런스 깨기를 위한 이중의 목적을 위해 필요하다. 도 7의 바람직한 실시예에서, 단일 광섬유 다발만이 사용되고 있지만, 이하 도시하는 것처럼, 일련의 광섬유 다발 또한 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 광섬유 다발(21)의 출력 종단으로부터 나온 레이저빔은 조명 전달 렌즈(301, 302)에 의해, 조명을 피검사 웨이퍼면(100)에 포커싱하는, 사용중의 대물 렌즈(201)상에 상을 맺는다. 적당한 대안의 대물 렌즈(201')는 현미경 분야에서 알려져있는 대물렌즈 리볼버(200)상의 위치에서 회전할 수 있다. 웨이퍼에서 반사된 조명은 같은 대물렌즈(201)에 의해 모여서, 빔 스플리터(202)에 의해 조명로에서 제 2 빔 스플리터(500)로 편향되고, 제 2 빔 스플리터(500)에서 이미징 렌즈(203)로 반사되어 웨이퍼로부터 반사된 광의 상이 검출기(206)에 맺히게 된다. 제 2 빔 스플리터(500)는, 자동 초점 이미징 렌즈(501)에 의해 자동 초 점 검출기(502)로 향해가는, 자동 초첨 기능부에서 사용된 광에서 이미징 기능부로 가는 광을 분리하는데 사용된다.
종래의 암시야 조명이 직접 이미징하는데 필요하다면, 암시야 측 조명원(231)은 웨이퍼(100)상에 필요한 조명빔(221)을 투사하는데 사용된다. 직접 이미징하기 위해 직교 암시야나 암반사 암시야 조명이 필요하다면, 대안의 암시야 조명원(230)은 필요한 조명빔(232)을 암반사 미러(240)를 통해 상기한 것으로부터 직교하여 웨이퍼(100)상에 투사하는데 사용된다.
하술된 된 바와 같이, 반복적으로 펄싱되는 레이저 광원이 본 발명의 조명 시스템에서 사용되지만 다른 바람직한 실시예에서, CW레이저 조명 또한 사용될 수 있다. 일방향으로 강하고 고 반복율이며 짧은 시간 주기의 빔을 발생시키는 고휘도 광원의 요구에 따라, 바람직하게는 Nd:YAG레이저의 제 3 고조파 출력이 사용된다. 제3 고조파의 사용에 대한 이유는 도 19에 도시된 실시예에 관하여, 아래에 더 설명될 것이다.
레이저 빔의 특성, 및 특히 그 코히어런트 특성은, 예를들어 웨이퍼 검사 시스템에서, 필요로 되는 바와 같은, 검사 영역 전체에 균등한 조명 플럭스를 요구하는 응용분야에서 조명소스로서 사용되는 경우 다수의 문제를 제시한다.
(i) 조명광학기구에서의 광 간섭은 조명영역에서의 비균일성을 생성한다.
(ii) 웨이퍼상의 구조화된 패턴에 의한 조명광의 간섭은 이미지에 불순물을 생성한다.
(iii) 표면 거칠기는 이미지에서의 비균일성을 발생하는 스페클을 생성한다.
(iv) 레이저 빔 자체는 일반적으로 균일하지 않다. 광원으로서 레이저 빔을 직접 사용하는 것은 비균일한 조명을 일으킨다.
상기한 항목 (i) 내지 (iii)을 극복하기 위해, 레이저 빔의 효과는 감소되어야만 하고 바람직하게는 완전하게 제거되어야 한다. 이 프로세스는 코히어런트 브레이킹으로 알려져 있다.
CW레이저에 의한 스페클 효과는, 파면이 변하는 동안 신호를 애버리징할 수 있기 때문에, 극복하기가 비교적 쉽다. 이것을 수행하기 위해 종래 몇가지 방법을 설명한다. 그러나, 이미징 처리에 각각의 획득된 이미지에 대하여 단일 펄스를 이용하면, 이러한 방법을 구현하기 불가능하게 된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 많은 빔렛으로 레이저빔을 분기시키고 빔렛간 명확한 위상차이가 없도록 각각의 빔렛을 그 이전 빔렛에 비해 지연시킴으로써 레이저빔의 코히어런스 효과를 줄이는 방법을 제공한다. 따라서 레이저빔은 많은 부분으로 나누어지고, 각각의 부분은 다른 부분과 위상 코히어런스가 형성되지 않는다. 그러나, 시료상의 가시 영역(FOV: field of view)내의 각 지점은 레이저빔의 전 부분에 의해 조명되어야 할 필요가 있기 때문에, 이 조건으로는 불충분하다. 레이저빔의 각 부분은 그 자신의 빔과 코히어런스하거나 또는 부분적으로 코히어런스하고 따라서 스페클을 발생시키는데, 또는 고 콘트라스트의 허상을 생성하는 기타 간섭 효과를 일으키는데 일조할 수 있다. 빔의 각 부분은 빔의 다른 부분과 코히어런스하지 않기 때문에, 전 부분의 레이저빔에 의해 FOV를 조명하는 것을 보증함으로써, 전체 효과는 평균이 된다. 나머지 코히어런스 효과는 사용된 빔렛의 수에 좌우된다. 각각의 빔렛은 다른 빔렛과는 독립적이기 때문에, 모든 빔렛의 세기 기여도가 동일하다면, 간섭 효과는 빔렛 수의 제곱근으로 감소한다. 결과적으로, 빔렛의 수가 커질수록, 코히어런스 허상이 나타나는 빈도가 낮아진다.
본 기술 구현의 바람직한 방법에 따라, 도 7에 개략적으로 도시된 광섬유 다발(21)과 같은, 광섬유 다발에 레이저빔을 도입한다. 광섬유 다발내의 광섬유의 길이는 대략 광섬유 매질내의 레이저 코히어런스 길이 이하의 거리 만큼 서로 차이가 난다. 광섬유 다발 내 광섬유의 수는 이미지 내의 나머지 코히어런스 효과의 콘트라스트를 지시한다. 바람직하게는 광섬유 다발은 균일하게 조명해야 한다. 광섬유 다발내의 각각의 광섬유는 어느 정도 동일한 에너지를 전달해야 하고, 그렇지 않으면 코히어런스 효과의 애버리징이 효과적으로 수행되지 않는다. 레이저빔 그 자체는 균일하지 않고 고저의 공간 주파수 성분을 포함하고 있기 때문에, 광섬유에 레이저빔을 도입하기 전에 레이저빔을 공간적으로 믹싱해야한다. 또한, 광섬유 다발의 원단부에서는, 균일각의 강도 분포가 필요하므로, 바람직하게는 광섬유의 전체 수치 구경이 채워져야한다. 상기한 후자의 두 요건은 종래 기술에서는 만족하는 것 같지 않다. 상기 Dingel등의 참조 문헌에서는, 쾨흘러 조명(Koehler illumination)이 발생하는 것으로 설명되어 있지만, 레이저빔을 공간적으로 믹싱하는 어떠한 장치도 도시되어 있지 않을 뿐더러 각각의 광섬유의 수치 구경이 완전히 조명되도록 입사광을 비추는 것을 보증하는 특별한 방법 또한 설명되어 있지 않다. 나타난 조건에서, 각각의 광섬유는 랜덤하게 조명하여, 조리개면의 세기를 비균일하게 하고, 이후 물체면에서 조명이 비균일하게 되도록 한다. 더욱이, 상기 Dingel등의 문헌에서, 제안된 배치가, 임의의 두 광섬유의 길이차가 광원의 코히어런스 길이보다 큰 N 광섬유-가이드로 구성되어 있는 것으로 설명되어 있다. 이러한 배치는, Dingel등의 문현에서 선택된 기준에 따르면, 임의의 두 광섬유의 광섬유 길이의 차이이고 광 코히어런스 길이보다 크게 될 필요가 있는 절대적 길이 차이가 아니기 때문에 대개 과도한 차이를 일으킬 수 있다. 마지막으로, 종래 기술에서 설명된 조명 시스템은 전송 이미징 시스템용이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 본 방법의 구현에 대하여 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 평행빔 또는 다소 수렴하는 빔이거나, 다소 발산하는 빔일 수 있는 레이저빔(15)이, 대안의 바람직한 실시예에 따라, 보통의 확산기, (MEMS같은)홀로그래픽 확산기 또는 입사광을 필요한 각도로 확산시키는 수치 구경을 갖는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있는 확산 엘리먼트(16)에 투시된다. 확산기내의 다른 위치에서 같은 각으로 확산된 3개의 전형적 형태의 선(17)으로 도 8에 개략적으로 도시된 확산빔은 바람직하게는, 단일 렌즈 또는 수차를 줄이기 위한 다중 엘리먼트 렌즈 중 하나일 수 있는 포커싱 엘리먼트(18)에 의해 광섬유 다발(21)의 단자 커넥터(19)의 단면(20)의 1지점에 상을 맺는다. 도 8에 도시된 이러한 선(17)으로부터 다른 각도로 확산된 선은 광섬유 다발(21)의 단면(20)의 다른 지점에 상을 맺는다. 따라서 확산기로부터 출력되는 모든 협각으로부터의 광은 포커싱 엘리먼트(18)에 의해 상을 맺어 광섬유 다발의 단면(20)의 전체 입구를 커버한다. 빔은 광섬유 다발(21)을 횡단하여 출력 커넥터(22)에서 광섬유의 반대편 단면(29)으로 출력된다.
최적의 광전달 효율을 위해, 바람직하게는 확산 엘리먼트(16)는 포커싱 엘리 먼트(18)의 좌측 초점면에 위치하고, 광섬유 다발(21)의 단면(20)은 포커싱 엘리먼트의 우측 초점면에 위치한다.
확산 엘리먼트의 반각(α)과 포커싱 엘리먼트의 초점 거리(f)는 아래 기술한 방법으로 계산된다.
r을 입력 빔 반경, NA를 광섬유(21)의 개구수라고 하면, 정의에 따라 NA=r/f이다. 따라서 f=r/NA가 된다. 여기서, R을 광섬유 번들 반경이라 하면 α*f=R이다. 따라서, 특정 입력 빔의 직경과 광섬유의 직경에 대하여 초점 거리와 확산각을 간단히 계산할 수 있다.
코히어런스 깨기를 수행하기 위해 광섬유 다발을 사용하는 종래 기술 부분에서 일반적으로 설명된 실시예는 광섬유내 전송 효율에 관한 단점을 가지고 있다. 양호한 코히어런스 깨기를 하기 위해, 광섬유 다발의 임의의 광섬유쌍간의 길이 차이가 종래 기술을 설명한 부분에서는 광원의 코히어런스 길이 이상이 되어야 하는 것으로 설명했다. 결과적으로, 광섬유 다발내 광섬유간 길이차는 다른 광섬유 다발내의 광섬유의 길이배 이상이 된다. 따라서, 종래의 기준에 따르면, 수백 내지 수천개의 광섬유를 포함하는 광섬유 다발에서도, 광섬유 다발의 최단 및 최장 광섬유간에 식별가능한 길이차가 있다. 이것이 종래의 광섬유 다발에 두가지 불리한 효과를 일으킨다.
(i) 첫째, 전형적으로 사용된 광섬유 물질내의 전송 손실 때문에, 광섬유 다발의 각각의 광섬유로부터 출력된 광 세기는 광섬유 길이의 증가에 따라 크게 다를 수 있다. 그러나, 코히어런스 깨기 효과가 유효하게 되도록, 이상적으로는 다양한 광섬유 출력사이에 위상이나 경과 시간 차이만 있어야 하고, 임의의 세기의 기여도에 있어서의 차이는 원하는 코히어런스 깨기 효과를 악화시킨다.
(ii) 둘째, 이러한 길이 차이가 클수록, 전체 다발 길이는 길어지고, 전송 손실 자체는 코히어런스 깨기 효과의 영향과는 별개로 커진다. 이러한 전송 손실에 의해 조명 시스템은 비효율적이면서 가격이 저렴하지 못하게 된다.
이러한 효과는, 전송과 코히어런스 깨기 효과간의 광섬유 길이 차이에 있어서 상기한 보상의 결과를 그래프로 도시한 도 9A를 참조하여 설명될 수 있다. 도 9A에 나타난 결과는 40,000개의 광섬유를 포함하는 광섬유 다발, 및 0.1db/m 정도의 UV전송 손실을 갖는 광섬유에 대한 것이다. 두개의 세로 좌표는 Delta/Lc의 함수로서 광섬유 다발 전송율과 코히어런스 감소율을 나타내고, 여기서 각각의 광섬유는 Delta mm로 길이가 다르고, Lc는 광원의 코히어런스 길이를 나타낸다. 전송율은 다양한 길이의 광섬유 다발내 최단 광섬유의 길이와 같은 균일한 광섬유 길이를 갖는 광섬유 다발에 대하여 측정된다. 도시된 예에 대한 Lc의 값은 5mm이다.
40,000개의 광섬유를 갖는 광섬유 다발에 대하여, 이론적으로 최대 코히어런스 감소율은 (40,000)1/2=200으로 주어진다. 그래프에 나타나 있는 것과 같이, Delta/CL=1에 대하여, 광섬유의 길이 차이가 코히어런스 길이와 같다는 말은 코히어런스 감소율이 이론적인 최대치인 200과 비교하여, 대략 90이라는 것이다. 각각의 연속 광섬유의 삽입 손실이 증가한다는 것은 각각의 개별 광섬유의 전체 출력에 대 한 세기 기여도는 동일하지 않고, 따라서 코히어런스 깨기 효율이 줄어든다는 것을 의미하기 때문에 코히어런스 감소율은 이론치에 이르지 못함을 유의해야 한다. 한편, 광섬유 다발의 전송율은 Delta/CL=0, 즉 길이 차이가 없을 때의 광섬유 다발의 전송율의 0.22배에 불과하고, 이러한 전송 손실은 심각하다.
한편, 광섬유 길이 차이가 단지 0.4Lc로 줄어들면, 코히어런스 감소율은, 6%만이 감소하는, 대략 85로 줄어들고, 전송율은, 110%이상 증가하는, 대략 0.45로 증가한다.
이 결과에 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 광섬유 다발을 통해 전송된 광의 코히어런스를 깨기 위한 조명 전달 광섬유 다발이 제공되고, 광섬유 다발내의 광섬유의 길이 차이는 광원의 코히어런스 길이보다 작다. 따라서, 코히어런스 길이보다 작은 광섬유 길이차이를 취함으로써 코히어런스 깨기 특성에 다소간 절충하여 조명 레벨을 상당히 증가시키는 이러한 광섬유 다발을 사용함으로써 상기한 종래의 광섬유 다발에 비해 상당한 경제적 이점을 가지고 있다.
상기한 실시예에서는 대체로, 코히어런스 길이가 대개 수 밀리미터 정도인 Nd:YAG레이저와 같은 전형적인 펄싱 레이저원에 관하여 설명했다. 보다 긴 코히어런스 길이의 레이저를 사용하는 시스템에서는, 문제가 몇 배로 배가됨은 명백하다. 예컨대, 헬륨-네온 CW레이저의 경우 전형적으로 20cm 정도의 코히어런스 길이를 갖고, 이 조건에서는, 본 발명의 다양한 실시예 중 어느 하나의 이점이 훨씬 더 명백하게 드러난다.
코히어런스 깨기 효율을 개선하기 위해, 예컨대, 상기 참조한 미국 특허 제 6,369,888호에 나타난 바와 같이, 많은 광섬유를 포함한 하나의 광섬유 다발보다, 각각 소수의 광섬유를 포함한 두 개의 광섬유 다발을 사용하는 것이 보다 경제적일 수 있다고 알려져 있다. 제 1 광섬유 다발내의 광섬유의 길이차가 제 2 광섬유 다발내의 최단 및 최장 광섬유간의 전체 광섬유 길이차를 초과하면, 광섬유 깨기 프로세스에 관여하는 유효 광섬유 수는 제 1 광섬유 다발내의 광섬유수의 제 2 광섬유 다발내의 광섬유 수 배가 된다. 이것은 제 2 광섬유 다발내의 각 광섬유에 기여하는 광이 제 1 광섬유 다발내의 광섬유 전체에서 나온 경우에 적용된다.
도 9B를 참조하면, 이러한 결과를 얻기 위한 광학 배치의 개요도가 나타나 있고, 여기서 제 2 광섬유 다발은 도 8의 제 1 광섬유 다발에 이어지고 있다. 제 1 광섬유 다발(21)의 출구 단면(29)에서부터, 단면(20)내의 다른 위치에서 같은 각도로 전파하는 전형적인 3개의 선(23)이, 단일 렌즈이거나 다중 엘리먼트 렌즈일 수 있는, 포커싱 엘리먼트(24)에 의해 제 2 광섬유 다발(27)의 단자 커넥터(25)의 광섬유 단면(26)상에 상이 맺히는 것이 나타나 있다. 빔은 제 2 광섬유 다발(27)에서 출력 커넥터(28)의 광섬유 원단면(26)에 출력된다. 도 9B의 바람직한 실시예에서 도시된 바와 같이, 제 1 광섬유 다발(21)의 직경이 제 2 광섬유 다발(27)의 직경과 같아야할 필요는 없다. 제 1 광섬유 다발의 직경이 보다 작다면, 제 2 광섬유 다발의 입력부를 채우기 위해, 그 단부에 단면으로부터 방사되는 광의 각 분포를 증가시키기 위한 확산기가 필요하다.
미국 특허 제 6,369,888호에 설명된 이중 광섬유 다발 배치 실시예에서, 양 쪽 다발내의 광섬유는 상이한 길이를 가지는 것으로 설명되어 있고, 그 중 하나의 광섬유 다발내의 임의의 두 광섬유간의 길이 차이ΔL는 바람직하게는 광원의 코히어런스 길이보다 크게 되도록 선택된다. 나머지 광섬유 다발내의 임의의 광섬유쌍간의 길이 차이는 바람직하게는 먼저 언급한 광섬유 다발내의 최단 및 최장의 광섬유간의 길이차이보다 크게 되어 있는 것으로 설명되어 있다.
그러나, 광섬유 다발에 의해 전송된 전체 세기에 대한 광섬유 길이의 영향에 관해 상기한 종래 기술의 단점에 더하여, 종래의 이중 광섬유 다발 실시예의 다양한 광섬유에 의해 전송된 세기 변화에 관한 또 다른 단점이 있다. 이중 광섬유 다발 구성에 의해 양호한 코히어런스 깨기를 제공하기 위해, 제 1 광섬유 다발내의 광섬유의 길이 차이에 의해 발생된 것과 같이, 제 2 광섬유 다발로의 위상 분리된 빔렛의 입력이 이상적으로 동일한 세기로 하여야 하는 것은 중요하다. 같은 세기에서 시작할 경우, 다르게 위상 변이된 출력 빔의 몇몇은 우선적으로 나머지 것들보다 훨씬 세고, 따라서 순수한 나머지 코히어런스 효과를 일으키기 때문에, 제 2 광섬유 다발내의 코히어런스 깨기 효과를 악화시킨다. 상기한 Karpol등의 특허에서, 제 1 광섬유 다발내의 임의의 광섬유쌍간의 길이 차이는 바람직하게는 나머지 광섬유 다발내의 최단 및 최장 광섬유간의 길이 차이보다 크게 되어 있는 것으로 설명되어 있다. 나머지 광섬유 다발의 임의의 광섬유쌍간의 길이 차이는 광원의 코히어런스 길이보다 큰 것으로 설명되어 있고, 따라서 나머지 광섬유 다발내의 최단 및 최장 광섬유간의 길이 차이는 나머지 광섬유 다발의 수의 광원 코히어런스 길이배 이상이 된다. 이러한 응용분야를 위해 사용된 레이저에 의해 발생된 전형 적인 코히어런스 길이는 수 밀리미터 정도이다. 결과적으로, 이러한 종래 기술의 기준에 의하면, 제 1 광섬유 다발의 광섬유간에는 뚜렷한 길이 차이가 있게 된다.
따라서 코히어런스 깨기의 효율에 반대 영향을 미치는, 두 효과간의 제 2의 보상도 있다. 한편, 제 2 광섬유 다발내의 광섬유의 길이간 차이는 바람직하게는 이러한 광섬유 다발내의 효율적인 코히어런스 깨기를 일으키도록 코히어런스 길이보다 커야 하고, 다른 한편으로는, 이중 광섬유 다발예의 어디든 광섬유간의 길이차이가 클수록, 제 2 광섬유내의 코히어런스 깨기는 세기가 통일 되지 않으므로 더 악화된다.
더욱이, 상기한 Karpol등의 종래 기술에서, 1 광섬유 다발내의 두개의 광섬유간의 길이차ΔL는 바람직하게는 광원의 코히어런스 길이보다 길도록 선택된다고 설명되어 있다. 이러한 바람직한 길이 차이는 광섬유내의 광로의 길이보다 인자(N)만큼 더 길고(여기서 N은 코어 물질의 굴절율이다.), 따라서 이 방법은, 하기하는 광섬유의 길이차를 줄이기 위한 임의의 자극을 주기전에도, 광학적으로 고려함으로써 나타나는 것 보다 긴 광섬유간 차이의 사용을 제안한다.
도 9C와 9D를 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 두개의 이중 광섬유 다발 전달 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 이 실시예는 종래의 이중 광섬유 다발 전달 시스템의 상기 단점을 제거하도록 동작한다. 이 실시예의 동작을 설명하기 위해, 도 9C에 도시된 광섬유 다발은, 도 9B의 실시예에서는 부재번호21로 표시된, 입력 광섬유 다발로 간주되고, 도 9D에 나타난 광섬유 다발은, 도 9B에는 부재번호27로 표시된, 출력 광섬유 다발로 간주되 지만, 정확하게 맞아떨어지는 구성요소가 제공된다면, 이러한 실시예는 어느 순서의 광섬유에도 동일하게 동작할 수 있음을 이해해야 한다.
양호한 코히어런스 깨기를 일으키기 위해, 제 1 광섬유 다발을 고찰하면, 모든 광섬유는 제 2 광섬유 다발내의 광섬유의 전체 광섬유 길이 차이의 합만큼, 최적으로 다른 광섬유 길이가 되어야 한다. 한편, 제 2 광섬유 다발의 코히어런스 깨기 효과의 악화에 의한 세기 변화의 영향을 피하기 위해, 이상적으로는 같은 광섬유 길이의 광섬유를 사용하여야 하지만, 이것은 제 1 광섬유 다발내에는 어떠한 코히어런스 깨기도 일으키지 않는다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도 9C에 도시된 것처럼, 광섬유가 그룹으로 분할되는 다발 구조를 포함하고, 각각의 그룹은 동일한 광섬유 길이의 광섬유를 포함하고, 바람직하게는 다발 내 또 다른 그룹과 광섬유 길이에서 제 2 광섬유 다발 내의 광섬유의 전체 광섬유 길이차의 합만큼 차이가 난다. 따라서, 도 9C의 실시예에서, 각각의 그룹내의 광섬유는 제 1 광섬유 다발에서 출력된 빔렛에 균일한 형태의 엘리먼트를 제공하고, 한편 그룹간의 광섬유 길이의 차이에 의해 다른 그룹으로부터 나오는 광의 코히어런스 깨기 특성을 제공한다. 이러한 두가지 효과간의 정확한 보상에 의해 모든 광섬유의 광섬유 길이가 다르지만, 손실이 없는 경우에 생길 코히어런스 깨기 효과에 의한 효율 감소를 크게 상보시킬 수 있고, 따라서 세기 변화의 영향은 중요하지 않다. 이러한 두 효과간의 보상 범위는 사용된 광섬유의 단위 길이당 감쇄율의 함수이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 동일한 광섬유 수를 갖는 각각의 그룹 대신, 긴 그룹이 짧은 그룹보다 광출력이 낮기 때문에, 각각의 그룹내의 광섬유 수를 변화시킴으로써 각각의 그룹이 동일한 전송 세기를 갖도록 할 수 있다. 도 9D를 참조하면, 도 9C에 도시된 것과 마찬가지로, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 광섬유 다발의 개요도가 도시되어 있고, 다만 각각의 그룹의 광섬유 수는 그룹의 길이에 따라 증가되어 있다. 보다 바람직하게는, 각 그룹내의 광섬유의 수는 대체로 그룹의 길이와 비례하도록 되어 있다. 이런식으로, 그룹내의 부가적인 광섬유 길이에 의해 그룹내에서 일어나는 삽입 손실 증가는 그 그룹내의 광섬유수의 증가에 따라 상보될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 따른, 광섬유 그룹의 사용의 또 다른 이점은 평행하게 동작하는 많은 광섬유의 리던던시 효과에 의해, 광학 특성과 목표로 한 갈라진 길이 모두에서, 같은 광섬유간에 본질적으로 일어날 것 같은 임의의 발생 차이를 없애는 효과를 가진다는 점이다.
도 9E를 참조하면, 본 발명의 이러한 바람직한 실시예에 따라, 제 2 광섬유 다발의 개요도가 도시되어 있다. 제 2 광섬유 다발에서, 광섬유의 각각은 바람직하게는 광섬유 길이가 다르게 되어 있고, 그 광섬유 길이는 바람직하게는 광원의 코히어런스 길이 이하만큼 다르게 되어 있다. 제 2 광섬유 다발내의 광섬유의 전체 광섬유 길이 차이는 제 1 광섬유 다발내의 다른 광섬유 그룹간의 광섬유 길이 차이로 확정적으로 고정되어 있고, 상기한 바와 같이, 광섬유간이나 광섬유 그룹간의 세기 변화를 최소화하기 위해 광섬유간의 경로 차이를 가능한 한 짧게 유지하는데 이점이 있기 때문에, 제 2 광섬유 다발내의 광섬유의 광섬유 길이가 가능한 적게 차이가 난다면 제 1 광섬유 다발 파라미터에 부가적인 이점이 있다. 이런 이유 로, 광원의 코히어런스 길이 이하 만큼 차이나는 광섬유의 광섬유 길이의 바람직한 사용에 의해, 조합에 의해 충분한 코히어런스 깨기를 달성하는데 적합한 제 2 광섬유 다발에 유리할 수 있다. 특정 빔 전달 시스템에서 사용하기 위해 코히어런스 길이보다 얼마나 더 작아야 하는지의 결정은 광섬유 다발내에 사용된 광섬유의 감쇄 상수에 따르고, 상기한 보상을 고려하여 확정한다.
본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따라, 광섬유 다발이 단일 광섬유를 포함하는 광섬유 다발의 전후 어느 위치에 위치하느냐에 무관하게, 광섬유 그룹을 포함하는 타입의 단 하나의 광섬유 다발만을 포함하는 시스템을 설명했다. 본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따라, 이러한 단일 광섬유 대신, 일반적으로 그루핑되지 않은 단일 광섬유를 포함하는 광섬유 다발과 연속하여, 광섬유 그룹을 갖는 복수의 광섬유 다발을 사용할 수 있고, 따라서 조명 시스템은 일련의 광섬유 다발을 포함하고, 광섬유 그룹 및 광섬유 각각은 상기한 바와 같이, 양호한 코히어런스 깨기 특성과 최소 전송 손실을 위해 최적으로 배치되어 있다.
도 9C 내지 9E의 1 바람직한 실시예를 정량적으로 설명하기 위한 몇가지 예를 제공할 것이다. 먼저, 도 9E에 나타난 제 2 광섬유 다발을 참조하면, 제 2 광섬유 다발은 k개의 광섬유를 갖고, 여기서 k는 바람직하게는 1000정도가 된다. 제 1 광섬유의 길이는 L이고, 여기서 L은 바람직하게는 1미터 정도이다. 제 2 광섬유는 제 1 광섬유보다 Lc/N만큼 더 길고(여기서 Lc는 레이저광원의 코히어런스 길이이다), 전형적으로는 6mm이며, N은 대체로 1.5정도인 광섬유 코어의 굴절율이고, 따 라서 광섬유의 길이 차이는 4mm정도로 된다. 제 3 광섬유 또한 제 2 광섬유보다 Lc/N만큼 더 길고, 나머지는 동일하다. 따라서 k개 전부의 길이 차이의 합은 k×Lc/N가 되고, 이것은 본 바람직한 실시예에서는 4미터 정도가 된다.
도 9C에서 처럼 제 1 광섬유 다발은 n개의 광섬유 그룹을 갖고, 여기서 n은 바람직하게는 10 내지 20으로 한다. 각각의 그룹은, 바람직하게는 20 내지 50인, m개의 같은 길이 및 같은 광로 길이의 광섬유를 포함한다. 각 그룹간의 길이 차이는 제 2 광섬유 다발의 전체 길이 차이의 합 이상이고, 본 바람직한 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 대략 4미터에 이른다. 이러한 수치에 대에, 광섬유의 길이 변화를 제한하는 이유는 전송 손실 변화를 제한하기 위한 것임은 명백하다.
빔의 코히어런스 깨기를 위한 상기한 본 발명의 실시예에 의해 이러한 조명 시스템내의 단 펄스 레이저의 사용에 관련된 문제의 해결책을 준다. 전형적으로는 수 나노초 만큼 짧은 이러한 짧은 레이저 펄스는 포커싱된 초점이 피검사 웨이퍼에 손상을 줄 수 있을 정도로 높은 최고 전력 밀도를 가질 수 있다. 짧은 레이저 펄스의 최고 전력을 줄이는데 사용되는 일반적인 방법은 펄스 에너지가 보다 긴 시간대에서 소비되어, 보다 낮은 최고 전력을 갖도록 펄스를 스트레칭하는 것이다. 이러한 펄스 스트레칭법은 상이한 광로 길의의 몇몇 광로아래 평행하게 펄스를 전송하고, 전송후 재결합시킴으로써 수행될 수 있다. 이것은 본 발명의 도 8 및 9A 내지 9E의 실시예에서 도시된 광섬유 다발내의 다양한 길이의 광섬유로된 조립체가 있는 상황에 대한 것이므로, 본 발명의 광섬유 다발 또한 펄스 스트레칭법의 적용 에 효과적이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 적용을 설명하기 위해, 상기한 수치들이 사용될 것이다. 20개의 그룹을 갖는 바람직한 광섬유 다발에 대하여, 각각 4미터의 길이 차이가 있고, 전체 길이 차이는 80미터가 되도록 한다. 굴절율이 1.5인 광섬유 매질내의 광 진행 시간은 대략 5nsec/meter이다. 따라서, 80미터의 광섬유 다발에 대한 전체의 광 진행 시간 차이는 대략 400nsec가 된다. 따라서 광섬유 다발의 효과에 의해, 레이저에 의해 방사된 전형적으로 수 나노초의 펄스 길이에서, 대략 2 정도의 크기로 더 길게 펄스를 스트레칭하고, 부수적으로 일어날 수 있는 빔의 손상을 감소시킨다. 적어도 하나의 광섬유 다발에 대하여 광섬유간의 광로 차이의 전부나 일부는 빔 코히어런스 길이보다 작다.
본 발명의 바람직한 실시예의 특징은, 각각의 광섬유쌍간의 광로 길이 차이가 본 시스템이 채용하고 있는 광빔의 코히어런스 길이 이하인, 제 2 광섬유 다발을 포함한다는 점이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른, 펄스 신장을 수행하기 위한 바람직한 다른 장치의 도해 예시도인 도 9F를 참조하여 본다. 빔 신장기는 빔이 바람직하게 그들사이에서 반복적으로 반사될 수 있고, 그들 사이의 비행 시간만큼 미러사이의 각 이동경로에 대해 지연되도록, 서로 떨어져 평행하게 위치되어 있는 2개의 고 반사 미러(180,182)를 포함한다. 출력 미러로 알려진 미러(182)중의 하나는 그로부터 반사된 입사 빔의 일부가 미러를 따라 횡 위치의 함수가 되도록 대각선으로 잘려져 있다. 결과적으로 미러를 넘어 전송되는 광의 일부도 미러를 따라 횡 위치 의 함수이다. 이런 잘려진 실시예는 출력 빔에 각각의 연속적인 미러 반사에서 흡수에 의해 손실되는 광의 일부를 보상한다. 잘려진 프로파일이 도면에서 선형 프로파일로 도시되어 있지만, 더 균일한 출력을 제공하기 위해 지수형과 같은 다른 형상이 될 수 있다.
미러는 입력 빔(184)이 입력 미러(180)를 바람직하게 덮도록 하고, 입력 미러(180)와 출력 미러(182)사이에서 적어도 한번 반사되도록 배열된다. 미러는 그 들사이의 각각 이중 이동에서 반사된 빔이 출력 미러(182)를 따라 횡으로 이동하고, 증가된 부분이 출력이 되도록 하는 각도로 배열된다. 빔의 각각 연속하는 출력부분은 미러사이의 이중 경로를 이동하는 빔의 주행시간만큼 이전 출력 부분에 비해 지연된다. 따라서, 반사의 횟수, 미러의 떨어진 거리를 결정하는, 상호 미러 정렬 각도를 변경함으로써, 빔 신장 시간이 조정될 수 있다. 이런 바람직한 빔 신장기의 사용의 예로서, 90cm떨어진 미러와, 20번의 이중 이동을 경험하는 빔에 대해, 10나노초보다 작은 펄스 폭으로 시작하여 120 나노초 신장된 펄스가 얻어질 수 있다.
입력 빔(184)은 도 14B의 실시예와 관련하여 후술하는 바와 같이, 타원형 입력 빔(185)를 발생하기 위해, 적절하게 배치된 광학소자에 의해 공간적으로 형상지워질 수 있다.
빔 신장기로부터 출력되는 전체 빔은, 공지된 바와 같은, 망원경 배열(183)의 수단에 의해 공간적으로 감소된다. 도 8 및 도 9B를 다시 참조하면, 이 신장된 펄스 빔은 광섬유 번들(21)로 입력되는 지점으로 확산 소자(16)를 통해 통과되어 질 수 있다. 제1 광섬유 번들(21)이전에 빔 신장기를 사용하는 이점은 2가지이다. 첫째, 그것은 빔 펄스의 고 피크 입력 전력 때문에 광섬유 번들에 손상을 줄 가능성을 감소하고, 둘째로, 이전에 기술한 실시예에서, 코히어런스 브레이킹 및 빔 신장을 용이하게 하기 위해 제공되는, 번들에서 그런 긴 광섬유의 사용에 대한 제약을 감소한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 웨이퍼상의 조명 레벨을 향상시키기 위한 새로운 개선점을 포함하고 있는, 명 필드 조명을 제공하기 위한 배열을 도해적으로 예시하는 도 10을 참조하여 본다. 2개의 전달 렌즈(301,302)사이에 바람직하게 같은 거리로 떨어져 위치하는 시야 차단 평면(303)은 대물렌즈(201)를 통해 대물 평면(100)으로 이미징된다. 이 시야 차단 평면의 기능이 설명되어 진다.
대물 렌즈(201)를 통한 조명 경로의 단순화한 도면인 도 11을 참조하여 보자. 대물 평면에 위치되어 있는 웨이퍼상의 전체 시야(FOV)를 커버하기 위해, FOV의 하나의 에지를 조명하는 광선(212)의 조명 경로는 광축(210) 방향에 대해 절반의 각 α 를 가지고 대물 렌즈에 도달하여야 한다. 여기서 α 는 다음의 관계식에 의해 정의된다.
2α=FOV/f
여기서, f는 대물렌즈의 초점 거리이다. 도 11에 도시된 다른 참조 번호는 도 7 및 도 10에서와 동일한 의미를 가진다.
뿐만 아니라, 조명은 완전한 대물 렌즈 개구수(NA)를 효율적으로 사용하기 위해 대물렌즈의 전체 동공을 커버해야 한다. 그렇지 않으면, 시스템 분해능은 제 한된다. 게다가, 광 레이아웃에서 조명원으로서 코히어런스 브레이킹 광섬유 번들의 최적의 사용은 다음을 요구한다:
i) 각각의 광섬유가 전체 FOV를 조명하고,
ii) FOV에서 각각의 지점은 모든 광섬유에 의해 조명된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 상기 요구를 수행하기 위한, 구체적인 광 배열을 예시하는 도12을 참조하여 본다. 각각의 지점이 번들내의 모든 광섬유로부터의 기여에 의해 조명되는 시야 차단 평면(FS)으로 불리는 중간 평면이 정의된다. 이 시야 차단 평면은 그 후 대물렌즈를 통해 대물 평면으로 이미징된다.
도 12에서, 광은 ±α 로부터 광축에 이르는 범위의 각도로 광섬유 번들(21)로부터 방사되는 것으로 도시되고, 시야 차단 포커싱 렌즈(301)에 의해 시야 차단 평면(303)으로 초점맞춤된다. 시야 차단 렌즈(301)는 광섬유 번들(21)의 끝의 소스 및 시야 차단 평면(303)의 양쪽으로부터 초점 거리 fFS 와 동일한 거리로 떨어져 있어야 한다. 3개 세트의 광선이 도시된다. 실선(305)으로 도시된, 광축에 평행하게 광섬유 번들로부터 방사된 광선은 시야 축 평면상의 O 지점에 시야 차단 렌즈(301)에 의해 초점맞춤된다. 넓은 점선(306)으로 도시되는, 광축에 대해 α각도로 광섬유 번들로부터 방사된 광선은 시야 차단 렌즈(301)에 의해 시야 축 평면상의 +X 지점에 초점맞춤된다. 좁은 점선(307)으로 도시된, 광축에 대해 -α 각도로 광섬유 번들로부터 방사된 광선은 시야 차단 렌즈(301)에 의해 시야 축 평면상의 -X 지점에 초점맞춤된다. 이 광선 조합은 따라서 아래와 같은 식으로 주어 지는±X의 조명 영역을 형성한다.
X=fFS*α
여기서, fFS는 시야 차단 포커싱 렌즈의 초점거리이다. 향상된 광학 성능을 위해, 시야 차단 렌즈는 겹렌즈일 수 있다.
각각의 광섬유가 균일한 각 강도 분포를 가진다면, 시야 차단 평면상의 각 지점은 요구된 바와 같이, 모든 광섬유에 의해 조명된다. 광섬유 번들 출력상의 확산체(309)는 각 분포를 균일하게 하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다.
대물 렌즈(201)와 결합하여 작동하는 전달 렌즈(302)의 사용에 의해 시야 차단 평면(303)이 어떻게 대물 평면(100)상으로 이미징되는지를 보여주는, 완전 명 필드 조명 시스템의 도해 예시도인 도13을 참조하여 본다. 대물 동공이 평면(308)내에 지정되어 있다. 도 13에서 도12에서 도시된 바와 동일한, 각각 광축에 평행하고, ±α의 각도로 광섬유 번들로부터 방사되는 3개 세트의 광선이 도시된다. 동일 각도로 광섬유 번들로부터 방사되는 모든 광선은 대물 평면상의 시야내의 동일한 지점에 도달하는 것을 알 수 있다. 광섬유 번들의 출력에서 균일하지 않은 각 강도 분포는 FOV에서 균일하지 않은 조명로 되고, 따라서, 광섬유 번들 출력에서 확산체(309)가 필요하다. 시야 차단은 전달 렌즈(302)로부터 초점 거리 f1 뒤쪽에 위치한다. 이 광학 배열의 배율은 fobj/f1에 해당하고, fobj는 대물 렌즈(201)의 초점 거리이다.
이 조명 광학계의 소자들의 파라미터를 계산하기 위해, 광섬유 번들 직경 및 번들 출력의 개구수로 시작하는 것이 필요하다. 대물 동공(308)은 최적 휘도를 위해 완전히 조명되어야 한다. 배율 M으로 광섬유 번들의 이미지가 305,306,307로 도시된 3개의 세트가 교차하는 지점에서 상기 평면에 광섬유 번들의 이미지를 나타내는 작은 원으로 도시된 바와 같이, 대물 동공(308)상에 형성된다. 따라서, 시야 차단 렌즈의 초점 거리 fFS 및 전달 렌즈의 초점 거리 f1 은 다음식에 의해 관계된다.
M=f1/fFS=대물 동공/광섬유 직경
대물렌즈 입력에서 조명 각도는 대물렌즈 시야각 α 에 매칭되고, 다음의 제2 관계식을 가진다.
α/NA=fFS/f1
NA는 광 개구수이다. 이 두개의 식으로부터, f1 및 fFS에 대한 값이 계산된다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 시스템에 대한 암시야 측면 조명을 제공하는 배열을 도해적으로 예시한 도14a를 참조하여 본다. 암시야 조명은 일반적으로 대물의 표면에 소립자를 검출하는 데 사용된다. 도 14A에 도시된 암시야 실시예에서, 입사광(221)은 정반사된 빔(222)이, 대물 렌즈의 NA가 범위를 정하는 각도 밖에 있도록, 따라서 검출기(206)로 진입하지 않도록 하는 각도 범위로 웨이퍼(100)에 입사한다. 그러나, 입사광은 다수의 방향에서 웨이퍼상의 패턴 이상 및 소립자로부터 산란되고, 이 산란된 광(204)의 일부가 대물 렌즈(201) 및 이미징 렌 즈(203)으로 구성된 이미징 광학계에 수집된다. 미러(2212)는 명 필드 구성에서 사용되는 빔 스플리터(202)를 대체한다. 입자가 작을수록, 산란 효율은 낮아지고, 따라서, 소립자 결함을 검출하기 위해서는 고강도 입사광이 요구된다.
정반사된 빔(222)이 대물렌즈의 수집 각도로부터 가능한 한 멀리 향해지는 것이 중요하다. 대물렌즈는 광수집을 최적화하기 위해 높은 NA를 가지는 것이 요구되기 때문에, 입사광은 상대적으로 적은 NA를 가져야 한다. 전형적으로 0.3~0.8인 고 NA 이미징 렌즈에서 시야의 크기는 조금 작다. 이것은 조명 시스템에서 고 휘도를 유지할 필요를 두드러지게 한다. 상술한 바와 같이, 레이저 빔을 광섬유 번들로 입사할 때, 번들의 직경 및 번들내의 광섬유의 개구수가 번들의 출력에서 휘도를 결정한다. 따라서, 낮은 NA(<0.12) 및 작은 번들 직경을 가지는 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 광섬유 직경이 너무 작으며, 레이저 손상이 광섬유 입력측에서 발생할 수 있고, 이 두가지 팩터사이에서 절충된 광섬유 크기가 선택되어야 한다.
암시야 조명 시스템내의 휘도 손실의 다른 원인이 도 14B에 예시되고, 이것은 광이 웨이퍼상에 낮은 각도로 입사할 때 조명 지점이 웨이퍼상의 입사 방향을 따라 번진다는 사실로부터 기인한다. 따라서, 예를 들어, 웨이퍼 표면으로 입사 각도가 15°이면, 단면이 원형인 빔(221)은 웨이퍼(100) 표면에 약 4의 엑스팩트 비를 가지는 타원(223)을 형성하고, 이것에 의해 조명 휘도가 따라서 감소한다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 효과는 정반대의 엑스팩트 비를 가진 타원 형태를 가지는 빔으로 웨이퍼를 조명하는 것에 의해 반대로 된다.
따라서, 상술한 기준 및 명 필드 조명의 조건에 관련하여 이미 논의한 일반적인 기준을 포함하여 암시야 조명에 대한 요구조건은 다음과 같이 요약될 수 있다:
i) 광은 대물렌즈의 개구수에 의해 정해지는 각도보다 큰 각도로 대물 평면상에 입사해야 한다.
ii) 조명은 작은 개구수로 수행되어야 한다.
iii) 조명되는 영역의 크기는 적어도 FOV의 크기이어야 한다.
iv) 조명 빔은 타원형 또는 이와 유사한 것이어야 한다.
v) 조명 시스템은 가능한 한 비간섭이어야 한다.
vi) FOV내의 각 지점은 암시야 조명을 운반하는 번들내의 모든 광섬유에 의해 조명되어야 한다.
암시야 조명을 위해 타원 또는 직사각형 빔을 발생하기 위해, 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 광학 시스템의 2개의 직교 방향으로부터 본 도해 도인 도15 및 16을 참조하여 본다. 조명 소스는 타원 또는 직사각형 출력을 가지는 광섬유 번들로부터 제공된다. 명 필드 조명와 관련하여 설명한 바와 동일한 방법으로, 시야 차단 평면이 먼저 발생되고, 이 평면이 그 후 웨이퍼상으로 이미징된다. 타원 또는 직사각형 빔을 제공하기 위하여, 원형 시야 차단 이미지를 타원형으로 변환하는 원통형 망원경이 사용된다. 요구되는 액스팩트 비는 웨이퍼상에 암시야 조명의 입사각도에 의존한다. 광학 시스템은 넓은 범위에서 빔의 개구수를 증가함이 없이, 빔의 바람직한 엑스팩트 비를 발생시킬 수 있어야 한다.
도 15에서, 직사각형 번들(30)이 좁은 범위에서 보여지고 도 16에서 넓은 범위에서 보여진다. L1은 시야 차단 이미지(32)를 발생하는 렌즈이다. 이 평면에서 각각의 지점은 번들내의 모든 광섬유에 의해 조명된다. 시야 차단은 원형 형태를 가지는데, 이는 번들내의 광섬유의 개구수가 모두 동일하기 때문이다. 그러나, 광섬유 번들 끝단이 직사각형 형태이기 때문에, 시야 차단 평면내의 조명의 입사각(NA)이 도 15 및 도 16의 각각의 넓은 범위 평면보다 좁은 범위 평면내에서 더 작다. 영사 광학계의 목적이 이 시야 차단 평면을 취하고, 이것을 대물 평면상으로 이미징하는 것이고, 대물 평면상의 입사각(NA)을 증가함이 없이 좁은 평면내에서 이것을 감소한다.
이 작업은 렌즈(L2 내지 L5)로 구성된 망원경에 의해 이루어진다. 렌즈(L2 내및 L5)는 지점 S에 대물 평면으로 시야 차단 평면을 이미징하는, 바람직하게 단일 배율의 망원경을 형성하는 2개의 구형 렌즈이다. L3 및 L4는 다른 평면내에서 굴절 능력이 없는, 원통 평면내에서 감소 망원경(reduction telescope)을 함께 형성하는 원통 렌즈이다. 원통형 렌즈는 좁은 범위(도15)에 평행한 평면내에 굴절 능력을 가지지 않도록 정렬된다. 결과적으로, 좁은 범위 평면내의 시야 차단 이미지는 감소된 범위를 가지고, 그러나 넓은 범위 평면내에서 NA와 동일하게 제한된 NA를 가진다. 이 방향에서 감소된 범위를 가지는 조명 지점은, S에서 효율적으로 기울어진 대물 평면상으로 영사될 때, 필수적으로 동등 범위의 조명 지점을 발생하고, 다른 방향으로 증가된 NA 를 가지지 않는다. 각 렌즈는 수차를 감소하기 위해 하나 이상의 소자로 구성될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 직사각형 시야 차단은 "상부시야" 및 "측면 시야" 평면내에서 상이한 초점 거리를 가지는 원통형 광학계를 사용함으로써 발생된다. 이 직사각형 시야 차단 이미지가 획득되면, 종래의 구형 망원경이 직사각형 시야 차단 평면을 평면 S로 이미징하는 데 사용되어 질 수 있다.
본 발명의 시스템에 의해 검사되는 것이 요구되는 몇몇의 공정 단계에서, 패턴화된 금속 레이어의 상부의 유전체 레이어가 있다. 이 유전체 레이어의 상부 또는 매우 가까이 있는 결함 및 유전체 레이의 하부에 매입된 금속 레이어 내에 또는 유전체 레이어의 벌크 내부에서 발생하는 결함을 검사할 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 조명 빔이 편광되고, 이로 인해 상술한 결함이 더 효과적으로 보여질 수 있도록 하는 편광 기법이 더 제공되어 진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 이 기법이 샘플상에서 작동하는 방법을 예시하는 도해도인 도17을 참조하여 본다. 도17에서, 투명 유전체 레이어(104)로 덮어진 실리콘 레이어(102)를 가지는 샘플 웨이퍼 단면(101)을 도시하고 있다. 실리콘 레이어는 유전체 레이어 아래에 많은 피쳐(106)을 가지고 있고, 이것은 검사될 필요가 있다. 또한, 유전체 레이어의 표면(108)을 검사하는 것도 바람직하다. 입사 빔의 s-편광 요소가 유전체 표면(108)로부터 높은 반사 계수를 가지고 있고, 따라서 유전체 표면의 상부에 있는 소립자에 민감하며, p-편광 요소는 더 낮은 반사율을 가지고, 따라서 유전체 레이어를 통과하고, 아래의 금속 레이어에서 또는 반사 또는 산란을 야기하는, 유전체 레이어내에 매입된 피처로부터 처음으로 반사되거나 산란된다는 것이 공지되어 있다.
이러한 차등 편광 조명 시스템이 어떻게 바람직하게 구현되는지를 도시하는, 도15 및 16의 구성요소(1120)를 다시 참조하여 본다. 광섬유 번들로부터 나온 조명은 일반적으로 완전히 비편광이기 때문에, 편광 큐브(1120)는 시야 차단 평면(32)뒤에 조명 시스템의 빔 경로내에 삽입된다. 웨이퍼의 표면 피처를 보는 것이 바람직할 때, 편광기는 입사 조명의 s-편광 요소를 출력하도록 정렬된다. 웨이퍼의 더 깊은 레이어를 보는 것이 바람직할 때, 편광기는 입사 조명의 p-편광 요소를 출력하도록 정렬된다. 대안적으로, 각 편광 방향은 바람직한 편광 방향 각각에 대해 별개의 전용 편광 큐브를 삽입함으로써 선택되어 질 수 있다. 부가적으로, 비-편광 더미 큐브가 편광되지 않은 조명이 요구될 때, 시스템내의 동일한 광경로 거리를 유지하기 위해 사용되어 질 수 있다. 이 바람직한 실시예가 편광 스플리팅 큐브를 도시하고 있지만, 입사 광을 그 별개의 s- 및 p- 편광 요소로 스플리팅하는 어떤 다른 편광 소자가 동등하게 사용되어 질 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른, 시스템에 대해 직교의 암시야 조명을 제공하기 위한 배열을 도해적으로 예시하는 도 18A 및 18B를 참조하여 본다. 그런 조명은 동작 방법 때문에 가려진 반사율 조명로 또한 알려져 있다. 도 18A는 상기 방법의 동작에 대한 전체적인 도해 광배열을 예시하는 반면, 도 18B는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 작동하고 구성되는 직교 암시야 조명을 가지고 사용되는, 대물렌즈의 바람직한 반사 타입의 도해 예시도이다.
이 조명 모드에서, 평행 또는 반 평행 빔(242)은 바람직한 시야각의 모두에 조명하기 위해 수직으로 타겟에 입사한다. 타겟상 또는 타겟내의 대물로부터 산란 된 광(244)은 대물렌즈(201)에 의해 수집되고, 암시야 미러(2212)에 의해 반사된 후, 렌즈(203)를 통해 검출기(206)로 이미징된다. 암시야 측면 조명와는 달리, 웨이퍼상에 수직으로 입사하는 그런 조명 모드는, 웨이퍼의 내부 투명층에 매입된 결함을 검출할 필요가 있는 경우 이점을 가진다.
정반사된 광은 산란된 광으로부터 어떤 의미있는 신호를 몰아낼 수 있으므로, 정반사광의 경로를 블록할 필요가 있다. 이것은 측면으로부터 입사하는 조명 빔(232)를 웨이퍼(100)에 수직인 방향으로 방향지우고, 정반사된 광이 대물렌즈에 의해 수집되는 것을 막는 2중의 기능을 담당하는 미러(240)의 존재에 의해 도 18A에 도시된다. 대물렌즈는 따라서 점선(245)으로 도시된, 미러(240)에 의해 가려진 영역과 실선(244)으로 도시된, 대물렌즈의 전 개구수 사이의 영역에 의해 한정되는, 중공 원추형의 대물로부터 산란된 광만을 수집한다.
그러나, 도 18A의 실시예에 도시된 바와 같이, 종래의 굴절 광학 대물렌즈가 사용된다면, 정반사를 마스킹하고 산란된 광을 수집하는 일은 대물렌즈 소자 자체내의 광의 산란과 반사에 의해 복잡하게 된다. 이러한 복잡성을 극복하기 위해, 반사 대물렌즈가 사용될 수 있고, 종래의 굴절 대물렌즈에 비해 중대한 이점을 제공한다. 그런 반사 대물렌즈가 도 18B에 도시된다. 도 18A에서와 같이, 조명(232)는 측면으로부터 입사되고, 기울어진 평면 미러(240)가 광을 웨이퍼(100)상으로 수직으로 반사한다. 대물렌즈 자체는 두개의 곡면 미러(270,260)로 구성되고, 산란된 광은 대물렌즈를 벗어나 이미징 렌즈로 전달될 때까지 그들사이에서 반사된다. 곡면 미러(260)는 수차를 줄이기 위해, 종래기술에서와 같이 비구면 표면이 사용될 수 있지만, 바람직하게 구면 프로파일이다. 곡면 미러(260)는 또한 정반사된 광이 대물렌즈로 입사하는 것을 방지하는 가려진 막으로서 기능하고, 단지 미러 에지에 의해 정의된 각보다 큰 각도로 방향지워지는 산란된 광만이 대물렌즈 개구에 의해 수집될 수 있도록 한다. 기울어진 평면 미러(240)는 곡면 미러(260) 바로 아래에 위치하도록 배열되어 있고, 곡면 미러(260)보다 크기가 크지 않아, 어떤 가려짐이 제공되지 않는다. 대물렌즈의 2개의 곡면 미러(270,260)사이에 초점맞춤이후에, 산란된 광은 환형 빔 광으로서 대물렌즈의 출구 개구(28)를 통해 상방으로 방향지워진다.
광원(230)은 직접 레이저 빔이거나 상술한 명 필드 조명 실시예에서 논의한 광섬유 번들로부터 오는 광일 수 있다. 작은 개구수를 가지는 작은 직경의 광섬유 번들의 사용 및 광섬유의 직경보다 넓은 영역을 조명하기 위한 빔의 확장은 조명 빔 각도를 감소하는데 효과적이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템은 결함을 검출하기 위한 자동 시스템이다. 모든 검사 파라미터는 제조공정의 제품 레이어 단계에 따라 바람직하게 프로그램되어 있다. 광학 이미징 모드는 그들 파라미터의 하나로 여겨진다. 프로그래밍동안, 사용자는 웨이퍼내의 위치, 예측되는 결함의 타입에 따라 명시야 모드로 혹은 암 시야 모드중의 하나로 특정 레이어를 검사하도록 선택할 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시스템은 도 19의 도해도에서 기술되는 바와 같이 다른 조명 모드사이를 전환하도록 구성된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 상이한 모드에는 각각의 파장이 검출되어야 할 결함에 대한 최적 검출 효율을 위해 선택되는, 상이한 조명 파장이 제공될 수 있다. 따라서, 예로서, 주어진 사이즈의 적은 결함의 스캐터링 효율은 1/λ4에 비례하는 것이 공지되어 있고, λ는 결함을 뷰잉하기 위해 사용되는 광의 파장이다. 이 기본적 물리적 효과의 결과로서, 조명 광의 파장이 짧을 수록, 적은 결함에 의한 스캐터링된 강도는 커진다. 결과적으로, 암 시야 모드에서 효과적으로 검출하기 위해, 스캐터링된 광이 사용되는 경우, 가능한한 단파장을 사용하는 것이 유리하고, 흔히 사용되는 Nd:YAG 소스를 위해, UV에서의 제3 고조파는 통상적인 단 파장 고조파이다. 일반적으로, 광학 시스템의 레졸빙 파워, λ에 반비례하는, 를 증대시키기 위해 충분한 조명 파워를 제공하는 최단 조명 파장은 일반적으로 이용된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, Nd:YAG 레이저의 제2 고조파는 본 시스템에서 자동포커스 기능을 실행하는 한편 상기한 이유로, 웨이퍼 이미징 시스템을 위한 조명은 제3 고조파에서 동작한다. 이미징 시스템에서의 파장과 상이한 파장의 자동포커싱 시스템의 바람직한 동작은 일반적으로 명 필드 이미지를 기초로 하고, 웨이퍼 이미징 시스템은 암 시야 모드중의 하나에서 동작될 수 있다. 이들 두 기능에 대한 상이한 파장의 이용은 웨이퍼 이미지 신호로부터 자동포커싱 신호의 분리를 용이하게 한다.
도 19의 옵토-미캐니컬 레이아웃에 도시된 바람직한 실시예에서, 레이저 소스(230)는 녹색빔에서 제2 고조파를 산출하고 자외선 빔에서 제3 고조파를 산출하 는 고조파 발생기를 포함한다. 컴포넌트는 레이저 소스와 녹색 및 UV 빔을 지향시키도록 동작할 수 있는 스위치가능한 미러를 포함하는, 레이저-벤치상에 장착된다. 이 벤치는 빔을, 명 필드 또는 암 시야 모드에서, 광섬유로 도입시키기 위한 두 개의 광학 커플링 수단 및 두 개의 광섬유 번들을 포함한다.
레이저 소스(230)는 532nm에서 제2 고조파 녹색 빔(231)을 방사하고 355nm에서 제3 고조파 UV 빔(232)을 방사하는 Nd:YAG 레이저 이다. 녹색 빔(231)은 녹색 빔을 투과하고 UV 빔을 반사시키는, 다이크로익 필터(233)에 의해 명 필드 광섬유 번들(239)내로 항상 지향시킨다. 녹색 빔(231)은 상기한 바와 같이, 포커싱 렌즈(238)와 디퓨저(235)를 통해 명 필드 광섬유 번들(239)내로 도입된다. UV 빔(232)은 미러(234)의 UV 빔 경로 내부로 또는 그로부터 나오는 움직임에 의해 명 필드 광섬유 번들(239) 또는 암시야 광섬유 번들(240) 내부로 도입된다. 미러가 빔 경로에 있는 경우, 그것은 UV 빔을 광섬유 번들(239) 내부로 반사하는 다이크로익 필터(233)에 광을 반사시킨다. 미러(234)가 빔 경로로부터 나오는 경우, UV 빔은 디퓨저(236)와 렌즈(237)를 통해 암시야 광섬유 번들(240)내로 지향된다. 미러(234)는 시스템 컴퓨터 및 컨트롤러에 의해 모터화되고 제어된 기계적 변환 스테이지상에 장착된다. 상기와 같은 방법으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 시스템은 상기한 바와 같이, 이미징 또는 자동-포커싱 기능을 위한 가장 효과적인 파장을 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시예에 따라, 반복적으로 펄싱된 레이저 소스는 미국 몬타나 소재의 Big Sky Laser Corporation of Bozeman에 의해 공급되는 모 델 CFR 400과 같은 Q-스위칭된 플래시 여기된 램프 Nd:YAG 레이저가 바람직한 레이저 유형이다. 이러한 레이저는 펄스-펄스 에너지 또는 강도에서 큰 변동을 갖는다. 이러한 변동은 다이-다이 비교문제를 일으키고, 이미지 처리 기술에 의해 일부 변동을 보정하는 것이 가능하게 하는 방법이 이용가능할 지라도, 더욱 효과적이고 광범위하게 응용가능한 솔루션이 레이저 강도를 안정화시키는 것이다.
이러한 레이저에서, 광학 펌핑은 Nd:YAG 로드에서의 관련 에너지 레벨을 여기시키는 플래시 램프에 의해 수행된다. 레이저의 출력 파워는 플래시 램프 펄스 점화 후 Q-스위치의 개방 시간에 좌우된다. 최대 레이저 펄스 출력을 부여하는 최적 타이밍 지연이 있고, 이 값으로부터의 분산은 짧거나 길거나, 이러한 레이저 유형의 더욱 낮은 레이저 펄스 출력가 되고, Q-스위치 지연 시간은 일반적으로 100 내지 200 μsec 범위에 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 펄스-펄스 지연 시간의 값을 변경시킴에 의해 펄스-펄스 레이저 파워를 제어하는 방법이 제공된다.
이러한 Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저에서, 펄스-펄스에서의 레이저 출력 변동에 공헌하는 두 개 요인이 있다. 하나는 플래시 램프 방사선 자체의 변동이고, 이것은 커패시터 충전, 또는 구동 회로, 또는 램프 자체에서 생기지만 이에 제한되지는 않는다. 플래시의 여기 레벨에서의 변화는 최종 레이저 펄스의 강도에 대한 직접적이고 즉시적인 효과를 갖는다. 다른 용인은 긴 시간 간격으로 발생하고 고차의 고조파 출력이 사용되면 고조파 발생기 크리스탈에서 및/또는 YAG 크리스탈에서 온도 기울기에서의 변화로부터 또는 레이저 출력 펄스에서의 변화가 되는 레이 징 컴포넌트에서의 기타 열적 효과로부터 생기는 변화에 의해 발생한다.
도 20을 참조하면, Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저에 의해 발생된, 명목적으로 3.5mJ 펄스의 트레인의 실질적으로 측정된 출력 에너지의 타임 플롯으로부터 취했을 때, 시간에 따른 레이저 펄스-펄스 변동의 예를 도시하고 있다. 초고속의 펄스-펄스 에너지 변화가 있고, 이는 펄스-펄스로부터의 플래시 출력에서의 변화에 기인하는 것임을 알 수 있다. 이동 평균을 15 펄스에 걸쳐 플롯으로 나타냄으로써, 도 20에 도시된 플롯의 경우에, 펄스 출력 에너지에 대한 저속 변동 컴포넌트가 있음을 알 수 있다.
도 21을 참조하면, Q-스위칭된 레이저에서의 펄스-펄스 출력 에너지에서의 변동을 보상하는 방법을 구현하기 위해 사용되는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 회로의 개략도이다. 레이저(500)내의 Q-스위치 타이밍 지연 회로는 Q-스위치 지연 발생기(502)에 의해 제어된다. 일반적으로 100-200 μsec 범위에 이르는 발생된 지연은 두 입력에 의해 제어된다. 한 입력은, 플래시 램프 또는 램프들의 출력 광을 샘플링할 수 있는 장소의 레이저 인클로우저내에, 또는 펌프 광이 레이징 크리스탈내에서 보열질 수 있게 하는 출력 레이저 빔을 샘플링할 수 있는 위치에 놓인, 플래시 램프 센서(504)로부터 취한다. 이 센서는 최종 레이저 펄스의 출력이 플래시 출력에서의 변화를 보상하도록, 플래시 강도 자체에 따라 각각의 플래시 후에 Q-스위치 시간 지연을 조정한다.
제2 센서(506)는 통상적으로 레이저 출력(510)의 약 1%를 스플리팅오프하는, 빔 스플리터(508)에 의해, 레이저 출력 펄스의 샘플을 측정한다. 센서(506)로부터 의 신호는 펄스-펄스로부터의 레이저 출력에서의 트렌드를 검출하는, Q-스위치 지연 발생기 내부로의 입력으로서 사용되고, 다음 레이저 펄스에서의 상기 트렌드를 상쇄하기 위한 시도를 하기 위해 Q-스위치 지연을 조정한다. 발생된 Q-스위치 지연 조정의 크기는 이전 펄스와 비교하여 레이저 펄스 출력에서의 변화 레벨에 좌우된다. 본 바람직한 방법의 한 실시예에 따라, 펄스 출력의 이동 평균의 미분 값은 장기간 펄스 출력 드리프트에서의 트렌드의 측정으로서 사용되고, 이 미분값은 Q-스위치 지연 발생기로의 제어 신호 입력을 발생시키는 데에 사용된다. 따라서, 예로서, 미분값이 포지티브이고 비교적 크면, 레이저 펄스 출력은 펄스-펄스 출력을 일정하게 유지하기 위해 감소될 필요가 있음을 나타내고, Q-스위치 지연 시간은 레이저 펄스 출력을 감소시키도록 조정된다. 필요한 지연 시간의 포지티브 클로우즈된 루프 제어를 제공하기 위해, 평균 동작 시간은 최대 펄스 출력에 대한 최적 지연 보다 약간 작게 선택되고, 따라서 보정은 필요로 되는 바와 같이, 펄스 출력을 증가 또는 감소시키기 위해 수행될 수 있다. 이 보상 매커니즘은 일반적으로 써멀 오리진에 의한, 레이저 펄스간에 발생하는 장기간 변동을 보상하도록 동작한다.
플래시 램프 출력 및 레이저 파워 출력을 모니터링함에 의해, Q-스위치 지연은 클로우즈된 루프에서 제어될 수 있고, 따라서 동일 펄스 또는 장기간 변동 동안, 실시간으로 레이저 펄스 파워를 안정화시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 한 실시예에 따라, 레이저의 고조파는 레이저의 동작 및 환경 조건에서의 변동에 대한 기본 출력 보다 민감하다는 공지된 현상을 이용하고, 고조파 출력의 모니터링은 기본 출력의 모니터링 보다 더욱 민감한 장기간 변동 보정이 된다. Q-스위치된 Nd:YAG 레이저의 바람직한 실시예에서, 자외선에서의 제3 또는 제4 고조파는, 기본 1064nm 적외선 레이징 라인 대신에, 모니터링된다. 고조파 출력은 고조파 발생기의 출력에서 적절한 다이크로익 미러에 의해 샘플링된다.
미크론의 수분의 일정도의 웨이퍼에서 결함을 검출할 수 있는 광학 시스템의 초점심도는 웨이퍼의 예상 편평도 및 그 연관된 진공 척 보다 작으므로, 검출 스캔동안 광학 초점의 액티브 추적을 유지시킬 필요가 있다. 본 발명의 다른 바람직한 한 실시예에 따라, 자동 포커스 매커니즘을 제공하고, 초점위치의 광학 검출에 기초하여, 검사 프로시저 동안 웨이퍼를 포커스에 유지시키기 위해 광축을 따라 웨이퍼를 이동시키도록 동작하는 모터를 구동하는 피드백 루프를 제공한다.
도 22a를 참조하면, 본 발명의 다른 바람직한 한 실시예에 따라, 구성되고 동작하는, 제1 자동 포커싱 배열의 개략 측면도가 도시되어 있다. 도 22a에서, 도 19의 실시예의 광섬유 번들(239)의 출력과 같은, 입사 조명 광(200)은 Nd:YAG 레이저의 각각 제2 및 제3 고조파가 되는, 녹색 및 UV로 구성된다. 이 조명 광은 조명 빔 스플리터(202)와 대물 렌즈(201)를 통해 웨이퍼(100)상에 입사한다. 웨이퍼로부터 반사된 광은 이미징 렌즈(203)을 통과하고 다이크로익 필터(204)에 의해 두 성분으로 분할된다. UV 광은 반사되고 웨이퍼 검사 프로시저에서 사용되는 이미지인, 검출기(206)상에서의 이미지를 형성한다. 녹색광은 다이크로익 미러(204)를 통해 투과되고 자동 포커싱 프로시저에 사용되는 이미지인, 검출기(206)상에서의 이미지를 형성한다. 검출기(206)는 각도(θ)로 광축(207)에 경사지고, 따라서 이미지의 일부만이 적절히 초점에 있을 수 있다. 시스템은 검출기(205)에서의 이미지가 초점에 맞춰있는 경우, 검출기(206)에서 초점에 맞춰있는 이미지의 일부가 검출기의 중앙에 위치되는 방식으로 정렬된다. 이것은 시스템의 기본 포커싱된 시작위치이다.
이미징 및 자동 포커싱 기능을 위한 상이한 파장의 사용은, 표면 결함 검출에 사용되는 암시야 조명 모드에서 획득된 명암 및 휘도는 명 필드 조명 모드에서 획득된 것 보다 낮으므로 자동 포커싱 응용분야에서의 사용에 덜 적합하고, 본 발명의 검사 시스템에서 유익하다. 본 바람직한 실시예에 따라, 자동 포커싱 기능은 제2 파장과 동시에 동작하는 암시야 조명 모드와의 간섭없이 명 필드 조명 모드에서의 일 파장으로 동작할 수 있게된다.
오브젝트 평면이 대물렌즈(201)에 대해 수직거리(z)만큼 이동할 때, 검출기(206)에서 보정 초점의 위치는 z' = z * m으로 주어 진경우, 거리(z')만큼 본래 초점 위치로부터 광축(207)을 따라 이동하고, 여기서 m은 한 쌍의 렌즈(201 및 203)의 측방 광학 확대이다. 검출기(206)의 각도로 인해, 검출기(206)상의 선 포커싱된 이미지는 더 이상 검출기의 중심에 있지 않지만, 중심으로부터 측방 거리는 z' / sinθ이고, 여기서 θ는 광축(207)에 대해 검출기(206)에 수직인 경사각이다. 이미지의 가장 날카로운 부분이 결정되면, 측방 거리는 픽셀, z'의 값 즉, 계산된 z값으로 측정될 수 있다. 웨이퍼 척에 연결된 모터(208)는 웨이퍼가 포커스를 그 보정 위치로 조정하기 위해 거리(z) 만큼 수직으로 시프트하도록 클로우즈된 루프 제어 시스템(209)에 의해 구동된다.
이미지의 최선 포커싱된 부분의 위치는 이미지가 검출기(206)에 형성될 때 마다 기동되는, 이미지 처리 알고리즘에 의해 결정된다. 본 바람직한 실시예에 따라, 이 알고리즘은 Sobel과 같은 에지 검출기의 사용에 의해 이미지에서 에지의 위치를 추출하도록 동작한다. 그후 검출기의 각각의 라인에 대해, 최대 에지 선예도(sharpness)값을 선택한다. 이것은 측정을 용이하게 하기 위해, 여러 에지에 대해 평균화되고, 위치의 함수로서 에지값의 그래프가 플롯으로 나타내어 진다. 그래프의 최대치는 이미지의 가장 선예한 부분을 표현한다.
이 프로시저는 도 22b 및 22c를 참조하여 설명된다. 도 22b는 자동포커스 검출기(206)로부터 획득된, 이 경우엔 Ronci 룰러인, 라인 스페이싱 타겟의 이미지의 모습이다. 이미지에서 획득되는 바와 같이, 이미지의 좌우측 극단치는 흐릿하게되고, 이미지의 중앙만이 초점맞춰져 있다. 이 이미지의 에지 선예도 분석은 도 22c에 도시된 바와 같은 초점 곡선을 나타내고, 여기서 가로축은 검출기상의 측방 픽셀 수이고 세로축은 픽셀 당 측정된 이미지의 선예도를 나타낸다. 커브의 피크는, 커브의 피크 주위의 개별 측정 지점을 통해 검은 선으로 도시된 바와 같이, 다항식 최적 알고리즘으로 결정된다. 도 22c에 도시된 샘플 커브에서, 검출기 어레이의 최적 포커싱된 위치는 픽셀 No. 1100 주위에서 발생한다. 픽셀에서, 교정 동안 설정되는 바와 같은, 최적 포커싱된 픽셀 위치와 명목 보정 포커싱된 픽셀 위치간의 거리는 제어 시스템에 의해 웨이퍼의 필요한 초점 거리 변화로 변환된다.
레이저 소스(500)의 출력을 모니터링하는 도 22a에 도시된 바와 같은 검출기 (206)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 레이저의 평균 출력 레벨에서의 변화에 대해 이미징 시스템을 보상하기 사용될 수 있다. 검출기(206)는 레이저로부터의 평균 파워 출력 또는 펄스 에너지 출력을 측정하는 유형이도록 선택되는 것이 바람직하다. 이 측정이, 검사 대상 웨이퍼 이미지가 선명하게 되는, 레이저 펄스 에너지가 하강하면, 디스플레이된 또는 동작된 디지털 이미지 처리 회로의 강도가유지되도록, 디지털 이미지 처리 회로의 그레이-스케일 레벨에 대해 조정이 행해진다 .
도 23a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 구성되고 동작하는 대안 및 바람직한 자동 포커싱 소스에 사용되는 광학적인 개략도가 도시되어 있다. 이 시스템은 개량된 동작으로, 도 22a 내지 22c의 실시예에 도시된 것 대신에 사용될 수 있다.
도 23a의 배열에서 이용되는, 광원(250)은 그 폭에 걸쳐 상이한 거리의 지점(A,B,C)을 갖도록, 광축에 수직인 평면에 대해 경사진다. 도 23b에서, 그러한 경사진 소스 빔을 획득하는 한 방법이 도시되어 있다. 소스는, 그 종단 면(258)이 광이 동일 각도로 광섬유 단부로부터 방사되도록, 어레이의 축에 수직인 각도(α)로 연마되는, 플랫 광섬유 어레이(257)를 포함한다. 대안으로 및 바람직하게, 광원은 마스크 뒤에 위치된 광원에 의해 조명된 홀을 구비한 경사진 마스크로부터 발생될 수 있고, 그것을 통해 소망하는 패턴의 스폿이 광경로에 삽입된다.
경사진 소스 빔은, 이미징 렌즈(203)와 대물 렌즈(201)를 통해, 이미징되어야 할 오브젝트 평면(100)에 부분적 반사하는 미러(251)에 의해, 광학 조명 시스템 에 투사된다. 소스 경사로 인해, 자동포커싱 빔 소스의 중심점(B)만이 오브젝트 평면(100)상의 B'에서 이미징된다. 지점(A 및 C)은 각각 지점(A' 및 C')에서 오브젝트 평면 전후에 투사된다. 오브젝트 평면은 이미지 평면(255)을 향한 이미징 렌즈(203)에 의해 대물 렌즈(201)에 의해 이미징되고, 이 이미징 빔은, 그 투사된 위치의 양쪽에 도시된, 이미지 평면의 전후에 각각 위치된, 바람직하게 일차원 CCD 어레이인, 두 검출기(253 및 254)에 지향시키는 빔 스플리터(252)에 의해 스플릿된다. 소스는 소스의 중심의 샤프 이미지가 오브젝트 평면이 보정 초점에 있는 경우 이미지 평면에서 산출되도록, 이미지 평면과 공초점을 이루어 위치된다.
각각의 CCD 검출기(253,254)상에, 경사진 소스 빔으로 인해, 단 하나의 지점만이 초점이 맞춰져 있다. 또한, 검출기는 광축을 따라 상이한 위치에 위치되어 있으므로, 오브젝트상의 임의 지점은 두 검출기상의 상이한 초점 위치에서 검출된다. 따라서, 도 23a의 실시예에서, 검출기(253)에서, 지점(A)은 A"로 초점이 맞춰져 있는 반면, 검출기(254)에서, 지점(C)은 C"로 초점이 맞춰져 있다. CCD 검출기상의 소스의 각각의 지점의 이미지로부터 획득된 신호는 시스템의 초점 정도에 좌우된다. 소스 지점은 양호하게 초점되는 경우, 이 지점으로부터의 에너지는 CCD상의 작은 픽셀의 수에 대해 확대되고 피크 신호는 높다. 소스 지점이 초점이 안 맞춰져 있는 경우, 동일 에너지가 검출기상의 큰 갯수의 픽셀에 대해 확대되고, 피크 신호는 따라서 낮아진다.
이제 도 24a 내지 24c를 참조하면, CCD 검출기로부터 획득되고 처리되고, 오브젝트 평면의 최적 초점을 결정하는 데에 사용되는 신호가 그래픽으로 표현되어 있다. 도 24a는 어레이상에 포커싱된 오브젝트 평면(100)의 단일 초점을 위해, 예로서, 검출기(253)인 시스템의 두 개의 CCD 검출기 어레이중의 하나에 걸친 신호에 대한 개략도이다. 커브의 피크는 최적 초점의 위치를 지시한다. 도 24b에는 오브젝트 평면의 동일 지점의 이미지의 제2 검출기(254)로부터의 출력이 도시되어 있다. 두 검출기는 서로에 대해 광축을 따라 변위되어 있으므로, 피크의 위치는 서로에 대해 오프셋되어 있다. 이들 플롯으로부터 명백한 바와 같이, 특정 지점에 대한 최선 초점의 지점은 도 24c에 도시된 그래프가 최소레벨, 바람직하게는, 완전 초점을 지시하는, 제로 레벨에 접근하는 레벨을 갖는 경우 획득된다.
동작시, 오브젝트 평면(100)은 도 22a의 자동포커싱 시스템에 도시된 바와 같은, 자동포커싱 스테이지 모터(208)에 의해 조정되고, 이것은 오브젝트 평면(255)의 투사된 이미지가 따라서 이동되어지게 한다. 따라서 소스 빔의 이미지의 신호 위치는 검출기(253,254)상에서 변화한다. 도 22a에 도시된 바와 같은, 클로우즈된 루프 제어 시스템(209)은 오브젝트 평면을 이동시키고, 도 23c의 차이 신호의 출력 플롯의 그 가장 평탄하고 낮은 레벨로의 감소에 의해 지시된 바와 같이, 초점을 그 보정 위치에 조정하기 위해 수직으로 웨이퍼를 시프팅시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도 23a의 자동포커싱 시스템은 이미지 평면에서 위치된 한 검출기만을 이용하여 간단한 방식으로 구현될 수 있다. 본 실시예는, 검출기 및 소스의 경사 위치가 역전되었다는 점에서, 도 22a에 도시된 바와 상보적이다. 도 22a의 실시예에서, 소스는 광축에 대해 수직으로 배치되고, 검출기는 경사진다. 도 23a의 단일 검출기 실시예에서, 소스(250)는 경사지고, 사용 된 단일 검출기는 광축에 대해 수직으로 배치된다. 더욱 간단하게, 253으로 도시된 검출기는 빔 스플리터(252)가 필요하지 않도록 된 위치에 배치되는 바와 같이, 사용된다.
도 23a 내지 23c에 설명된 자동포커싱 시스템은 기타 자동포커싱 시스템에 비해 다음과 같은 다수의 이점을 갖는다.
1. 자동포커싱 소스의 웨이퍼로의 투사는 웨이퍼의 패턴에 의한 시스템의 종속성을 제거하고, 패터닝되지 않은 웨이퍼에서도 사용할 수 있게 한다.
2. 동일 패턴을 이미징하는 두 개의 CCD 검출기의 사용은 소스의 광 강도에서의 변화에 대한 바람직하지 않은 감도를 감소시킨다.
3. 초점으로부터의 편차는 강도에 대한 종속성없이 정확하게 측정된다.
4. 광은 반대방향에서 동일 옵틱을 통과해서 두 번 운행하므로, 동일 수차가 상쇄된다.
5. 초점 심도는 대물 렌즈를 통하는 이중 패시지에 의해 감소되고, 이렇게하여 시스템의 감도를 매우 높게한다.
본 발명의 시스템의 목적은 웨이퍼를 커버링하는 패턴의 반복 영역의 이미지에 숨겨진 비정형 또는 작은 결함을 탐지하는 것이다. 이 타스크는 결함으로부터 획득된 신호에 영향을 주지 않고 이미지로부터 패턴 정보를 여파할 필요가 있으므로, 단순한 타스크가 아니다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 이 타스크는 푸리에 필터링에 의해 용이하게 된다.
반도체 웨이퍼의 지오메트리는 웨이퍼의 다이를 정의한 큰 스케일의 멀티플 라이 반복 패턴으로 이루어진다. 각각의 다이내에서, 반복 패턴의 어레이가 수 미크론의 사이클로 나타나는 영역이 있다. 이것은 로직 칩내의 메모리 영역에 또는 메모리 칩에서 특히 발생한다. 코히어런트 또는 부분적인 코히어런트 조명이 그러한 주기적 어레이에 입사하는 경우, 어레이는 정의된 브래그 각에서만 광을 반사시키는 회절격자로서의 역할을 한다. 반사 광은 대물렌즈의 후면 초점 평면에 스폿의 회절 패턴을 산출한다. 이 평면은 이 평면으로부터 획득된 이미지가 오브젝트의 이차원 푸리에 변환이므로, 렌즈의 푸리에 평면으로서 참조된다. 오브젝트 평면에서 사이클이 작을수록, 푸리에 평면에서의 스폿간의 간격은 크다. 이들 스폿의 사이즈는 대물렌즈의 광학 특성에 좌우되지만, 입사 광의 특성에 더욱 좌우된다. 입력 광이 시준된 빔인 경우, 스폿 사이즈는 매우 작다. Montesanto에 허여되고 발명의 명칭이 "Fourier Filtering Mechanism for Inspecting Wafers" 인 미국특허 제 5,970,168호는, 기계적 진동으로부터의 간섭을 보호하기 위해 빌트인 감쇠 매커니즘을 갖춘, 푸리에 평면 필터로서 스프링 어레이의 사용에 대해 설명되어 있다. 그러나, 이 종래기술은 언제나, 시준된 코히어런트 광원인, 광원으로서 레이저의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 본 발명의 암시야 측 조명 실시예에서 사용되는 바와 같이, 다지 부분적으로 코히어런트 확대된 광원이 푸리에 평면에서 정의된 스폿을 산출하도록 사용된다. 본 바람직한 방법에 따라, 조명 빔은 그러한 확대된 광원이므로, 푸리에 평면에서 스폿의 각각의 사이즈 및 형태는 확대된 광원의 이미지의 미니어처가 된다. 또한, 푸리에 평면에서 회절 패턴을 산출하 기 위해, 확대된 광원에서에서의 각각의 조명은 코히어런트 광원일 필요가 없다. 확대되고 부분적으로 코히어런트한 조명 형태는 조명 빔의 각각의 개별 영역이 자기 코히어런트 스폿의 어셈블리로 이루어졌지만, 서로 무관하므로, 푸리에 평면 회절 패턴 어레이를 발생시키는 데에 성공적이다. 이것은 광섬유 출력을 위한 이미징 옵틱에 의해 조명 빔상에서 수행된 광학 처리의 결과이다. 또한, 반복적 패턴의 사이클이 충분히 작은 경우, 대부분의 반도체 웨이퍼에서와 같이, 스폿은 오브젝트 퓨필의 비교적 작은 부분만을 오버랩 및 커버하지 않는다. 이미지로부터의 구조적인 주기적 정보는 여파될 수 있다면, 웨이퍼상의 결함으로부터 생기는 광학 정보 비정형은 공간 주파수의 넓은 범위에 걸쳐 확산된 비주기적 정보 형태로 나타날 수 있다. 이것은 특히 이들 스폿의 영역에서 광의 투과를 봉쇄함으로써, 푸리에 평면을 지나 투과된 잔여 광학 정보로부터의 이미지로부터의 반복 패턴에 관한 정보를 제거함으로써 실제로 수행되고, 웨이퍼상에서 소망 패턴으로부터 벗어남에 의해 야기된 비정형을 검출하는 것이 가능하다.
도 25를 참조하면 이 프로시저를 수행하기 위한 바람직한 방법이 개략적으로 예시되어 있다. 상기 도 14a에 도시된 암시야 측 조명 실시예에 사용된 바와 같이, 비병렬일 수 있는 확대된 소스(261)는 검사 대상 웨이퍼(100)에 입사한다. 웨이퍼로부터 스캐터링된 광(262)은 대물렌즈(201)에 의해 이미징된다. 이 렌즈의,상기한 푸리에 평면인, 후 초점 평면에서, 스캐터링된 광에 의해 이미징되는 웨이퍼의 반복적 특징을 표현하는 패터닝된 스폿 어레이(211)가 발생된다. 이들 스폭간의 위치(215)에서, 검출이 소망되는 결함에 의한 바와 같은, 웨이퍼 다이상의 비 반복적 특징으로부터 임의 광이 스캐터링된다. 소정 패터닝된 스폿 어레이(211)로부터의 광을 정확히 차단하도록 구성된 마스크(213)는 푸리에 평면에 배치되고, 따라서 웨이퍼 다이상에 존재하는 결함으로부터의 스캐터링된 광이 푸리에 평면을 통과할 수 있게하고, 웨이퍼 다이의 예상된 반복적 특징으로부터의 간섭없이, 시스템에 의해 이미징되고 검출되어진다.
대안 및 바람직한 실시예에 따라, 푸리에 평면 필터는 고정 마스크로서, 또는 액정(LCD)으로 된 공간 광 모듈레이터(SLM)을 사용하여, 또는 푸리에 평면에서 마스크의 위상 및 주기를 변화시키기 위해 시프트될 수 있는 작은 바로 된 기계적 어레이를 사용하여 구성될 수 있다. 이제 도 26a를 참조하면, 확대된 소스의 복수 차수의 회절 이미지(271)가 효과적으로 봉쇄되도록, 푸리에 평면 개구(272)에 걸쳐 위치된 고정된 마스크 봉쇄 어레이(270)를 예시한다. 도 26b를 참조하면, 바아가 부착되는 얇은 조정가능한 와이어(276)에 의해 요구된 어레이의 위치에 그 위치가 조정되는(273,274) 봉쇄 바아(271)의 기계적 어레이를 예시한다. 와이어는 임의의 이미징 정보와 관련된 광을 봉쇄하지 않을 정도로 가늘다. 각각의 바아와 연관된 와이어는 소망위치로의 자유이동을 허용하도록 코너에 있는 풀리 휠(277), 각각의 와이어를 Y-방향으로 이동시키기 위한 병진 모터(278), 및 전체 프레임을 X-방향으로 이동시키기 위한 추가의 병진 모터(279)를 포함하는, 프레임(275)상에 장착된다. 이러한 방식으로, 소정 봉쇄 어레이는 전자적으로 설정되고 제위치에 로킹될 수 있다. 도 26b에 도시된 실시예에서, 명확성을 기하기 위해, 단 두 개의 봉쇄 바아가 도시되었지만 다수개가 제공될 수 있음을 알아야 한다. 특정 응용을 위해 필요한 봉쇄 베어의 수는 웨이퍼상의 특징의 밀도에 좌우된다. 웨이퍼상의 특징의 공간 주기가 높을수록, 푸리에 평면에서 볼 수 있는 차수는 더욱 적어지고, 필요한 봉쇄 바아의 수는 더욱 작아진다. 따라서, 예로서, 90 나노미터 기술로 된 메모리 어레이를 검사하는 경우, 단지 2 내지 3 차수는 0.6NA 대물 렌즈에 입력하게 되고, 따라서 단지 2 내지 3 봉쇄 바아가 필요로 된다.
공간 필터 디자인을 특정 층에 적응적으로 적용하기 위해, 이 평면에 획득된 이미지를 뷰잉하는 것이 유용하다. 통상적으로 푸리에 평면은 오브젝트의 후 초점 평면이거나, 혹은 액세스불가능하다면, 다수의 고 파워 오브젝트 디자인에서와 같이, 이 평면의 이미지이다.
도 27을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법이 도시되어 있고, 여기서 이 평면은 추가 렌즈를 이미징 옵틱에 도입함에 의해 기존 검출기상에 이미징될 수 있다. 도 27의 실시예에서, 암시야 조명(221)은 웨이퍼(10)상에 입사하고, 점선(280)으로 지정된 바와 같이, 스캐터링된 광은 이전에 설명한 바와 같이 검출기 이미징 렌즈(203)에 의해 검출기(206)상에 이미징하기 위해, 대물 렌즈(201)에 의해 수집된다.
푸리에 평면(209)은 대물 렌즈(201) 뒤에 위치되고, 직접 이미징을 위해 검출기를 위치시키는 것이 용이하지 않은 위치에 있을 수 있다. 그러므로, 푸리에 평면이 구성을 위해 올바른 푸리에 평면 필터를 결정하기 위해 뷰잉되어야 하는 경우, 푸리에 이미징 렌즈로 공지된 추가 이미징 렌즈(282)가 이미징 경로에 삽입되고, 검출기 이미징 시스템의 파워를 증가시키고, 따라서 검출기는 푸리에 평면 (209)을 이미징한다. 도 27의 실선(284)은, 제위치에 있는 푸리에 이미징 렌즈로, 푸리에 평면으로부터 검출기까지의 광학 이미징 경로를 표현한다. 이 방법으로, 특정 다이 여역에 대해 푸리에 평면에서의 공간 필터의 정확히 확득된 패턴은 오브젝트의 이미징된 필드에 따라 설계될 수 있다. 이 필터는 그후 고정 필터를 구성하는 데에 사용된 출력, 또는 다른 유형의 공간 필터, 또는 LCD와 같은 공간 필터를 구성함에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 검사 시스템을 이용한 웨이퍼의 스캐닝은 큰 뷰필드에 대해 수행되므로, 풀 사이즈 다이는 일반적으로 단지 몇 개의 이미지에 의해 커버될 수 있다. 따라서, 예로서, 큰 이미징 뷰필드로 인해 본 발명의 검사 시스템으로 실행될 수 있는, 4 x 4 mm의 검사 영역을 이용하여, 10 x 10 mm 다이는 9 이미지 프레임으로 커버될 수 있다. 각각의 프레임에 대해, 툴에 의해 이미징된 다이 영역의 필터의 최선 형태는 미리 알 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 상이한 필터 마스크는 각 영역의 실시간 이미징 검사의 실행사이에 상기한 푸리에 이미징 렌즈(282)를 삽입함에 의해, 검사 프로세스 동안 실시간으로 발생될 수 있다. 각각의 마스크는 현재 이미징되는 다이의 영역으로부터의 반복 패턴으로부터 광을 차단하는 데에 최적이다. 따라서, 예로서, 칩의 로직 영역의 반복 패턴은 한 유형 의 주기를 갖고, 따라서 상이한 마스크 유형 및 주기를 갖는다. 푸리에 마스크로서, LCD와 같은 공간 광 모듈레이터의 사용은 이것이 실시간으로 행해지게 한다. 따라서, 전체 칩의 푸리에 패턴은 본 발명의 삽입가능한 푸리에 이미징 렌즈(282)를 이용하여, 초기 검사 동안 알 수 있고, 보정 마스크는 온라인 검사 동안 반복 사용을 위해 SLM 디바이스내에 프로그램된다. 이러한 실시간 푸리에 필터링은, 전혀 실행불가능하면, 라인 검사를 이용하는 종래기술의 웨이퍼 검사 시스템으로는 곤란하다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 결함 검사 장치의 광학 이미징 시스템의 필드 곡률의 보정에 대한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법의 개략도가 도시되어 있다. 업계에 공지된 바와 같이 광학 이미징 시스템은 이미징 시스템에 의해 발생된 초점평면이 플랫이 아닌 이미지 필드 곡률로서 공지된 수차를 디스플레이하지만, 광축 둘레의 곡선으로 된 프로파일을 디스플레이한다. 이 수차는 필드 플래트너로서 공지된 보조 렌즈의 사용으로 보정될 수 있지만, 이것은 추가 광학 엘리먼트를 포함하고 보정은 전체 뷰 필드에 대해 항상 완료되지는 않는다.
도 28은 검사 대상 웨이퍼(100)로부터, 대물렌즈(201) 및 검출기 이미징 렌즈(203)를 통해, 이미징 렌즈의 초점평면에 위치된 검출기(206)으로의 이미징 광학 조명 경로를 간명하게 나타낸 도이다. 일 지점으로부터 나오는 축방향 광선에 대해, 검출기(026)가 위치되어 있는, 초점평면(240)상에서의 최적 초점의 위치이다. 그러나, 뷰필드의 중앙으로부터 떨어진 지점(233)으로부터 이미징된, 오프-축방향 광선에 대해, 최적 초점의 위치는, 이미징 광학기구의 필드 커버어처의 효과로 인해, 지점(237)으로 하강하고 이것은 검출기(206a)가 최적 초점에 대해 위치되어야 할 곳이다. 최적 초점의 라인은 필드 커브(239)로서 도시되어 있다.
각각의 검출기 어레이의 길이방향 위치에 용이한 액세스가 가능한, 도 5c 및 5d의 바람직한 실시예를 이용하여, 필드 커버어처는 필드 커버어처(239)의 라인상 에 각각의 검출기를 배치시킴에 의해 보상되고, 따라서 시스템에 의해 이미징된 각각의 광선은, 정확하게 초점에 맞춰진다. 도 28에서, 기준 뉴머럴(206)로부터 기준 뉴머럴(206a)로 뻗는 일련의 이러한 검출기 위치가 도시되어 있다.
당업자는 본 발명이 상기와 같이 특정하게 도시되고 설명된 바에 의해 제한되지 않음을 알아야 한다. 본 발명의 범위는 종래기술에 나타나 있지 않은 상기 상세한 설명을 읽음으로써 당업자가 생각할 수 있는 변형 및 수정과 상기 설명한 다양한 특징의 조합을 포함한다.

Claims (58)

  1. 오브젝트 검사 시스템에 있어서,
    상기 오브젝트가 조명되고 운행경로를 따라 이동중에 상기 오브젝트를 이미징하도록 동작하는 이미저로서, 상기 이미저는 초점면을 형성하는 표면을 갖는 적어도 2개의 별개의 이차원 검출기 및 상기 적어도 2개의 이차원 검출기 사이에서 상기 초점면의 이미지를 분할하도록 동작하는 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 채용하고, 상기 적어도 2개의 이차원 검출기의 각각은 상기 오브젝트의 부분적으로 상이한 영역에 포커싱되고 이차원 디지털 출력을 제공하는, 상기 이미저;
    상기 이미저와 상기 운행경로를 따르는 상기 오브젝트 사이의 상대적 이동을 제공하는 트랜스포터;
    상기 오브젝트가 상기 운행경로를 따라 운행할 때 상기 오브젝트를 조명하기 위한 펄싱된 레이저 일루미네이터; 및
    초점면을 형성하는 표면을 갖는 적어도 2개의 이차원 검출기에 포함된 모든 픽셀을 하나의 유닛으로서 여기도록 동작하는 레퍼런스 뷰필드와 피검사 뷰필드 사이의 정렬을 위한 정렬 처리 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정렬 처리 회로는 상기 오브젝트의 피검사 뷰필드내 임의의 작은 국소화된 존과 레퍼런스 뷰필드내 등가적인 존과의 사이의 정렬 보정을 행하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  3. 오브젝트 검사 시스템에 있어서,
    상기 오브젝트가 조명되고 운행경로를 따라 이동중에 상기 오브젝트를 이미징하도록 동작하는 이미저로서, 상기 이미저는 다수의 검출기 앙상블을 채용하고, 상기 다수의 검출기 앙상블 각각은 적어도 2개의 이차원 검출기를 포함하고, 상기 적어도 2개의 이차원 검출기는 상기 다수의 검출기 앙상블 내의 적어도 2개의 이차원 검출기의 표면이 초점면을 형성하도록 상호 직교인 평면에 장착되고, 상기 적어도 2개의 이차원 검출기의 각각은 상기 오브젝트의 부분적으로 상이한 영역에 포커싱되고 이차원 디지털 출력을 제공하는, 상기 이미저;
    상기 이미저와 상기 운행경로를 따르는 상기 오브젝트 사이의 상대적 이동을 제공하는 트랜스포터; 및
    상기 오브젝트가 상기 운행경로를 따라 운행할 때 상기 오브젝트를 조명하기 위한 펄싱된 레이저 일루미네이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 검출기 앙상블에 의해 연속적인 광표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다수의 검출기 앙상블의 각각은 상이한 반사면을 채용하여서 상기 연속적인 광표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 다수의 검출기 앙상블의 각각은 각각 이미지를 분할하도록 동작하는 광학 엘리먼트로부터 광을 수용하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  7. 오브젝트 검사 시스템에 있어서,
    상기 오브젝트가 조명되고 운행경로를 따라 이동중에 상기 오브젝트를 이미징하도록 동작하는 이미저로서, 상기 이미저는 초점면을 형성하는 표면을 갖는 적어도 2개의 이차원 검출기를 채용하고, 상기 적어도 2개의 이차원 검출기의 각각은 상기 오브젝트의 부분적으로 상이한 영역에 포커싱되고 이차원 디지털 출력을 제공하는, 상기 이미저;
    상기 이미저와 상기 운행경로를 따르는 상기 오브젝트 사이의 상대적 이동을 제공하는 트랜스포터;
    상기 오브젝트가 상기 운행경로를 따라 운행할 때 상기 오브젝트를 조명하기 위한 펄싱된 레이저 일루미네이터; 및
    적어도 하나의 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터로부터 떨어진 적어도 하나의 반사 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 서브시스템으로서, 상기 적어도 하나의 빔 스플리터 및 상기 적어도 하나의 반사 광학 엘리먼트는 상기 적어도 2개의 이차원 검출기 사이에서 상기 초점면의 이미지를 분할하도록 함께 동작하는, 상기 광학 서브시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반사 광학 엘리먼트는 적어도 2개의 반사 광학 엘리먼트를 포함하고, 상기 이미지는 상기 적어도 하나의 빔 스플리터에 의해 부분으로 분할되고 이어서 상기 부분의 각각은 상기 적어도 2개의 반사 광학 엘리먼트 중 하나에 의해 분할되고,
    상기 적어도 2개의 반사 광학 엘리먼트 및 상기 적어도 2개의 이차원 검출기는 연속적인 광학 표면을 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 적어도 4개의 검출기 앙상블을 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 이차원 검출기는 상기 적어도 4개의 검출기 앙상블 중 하나 이상에 포함되고, 상기 초점면의 이미지는 상기 적어도 4개의 검출기 앙상블 사이에서 분할되어서 상기 적어도 4개의 검출기 앙상블의 각각은 상기 오브젝트로부터 상기 초점면으로 반사되고 산란되고 회절된 광의 일부를 수용하고 상기 초점면은 상기 적어도 4개의 검출기 앙상블에 포함된 상기 검출기에 의해 형성된 연속적인 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 4개의 검출기 앙상블 각각은 적어도 6개의 2차원 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 시스템.
  11. 오브젝트 검사 방법에 있어서,
    상기 오브젝트가 조명되고 이미저에 대하여 운행경로를 따라 이동중에 상기 오브젝트를 이미징하는 단계로서, 상기 이미저는 적어도 2개의 이차원 검출기를 형성하는 초점면을 채용하고, 상기 이차원 검출기의 각각은 상기 오브젝트의 부분적으로 상이한 영역에 포커싱되고 이차원 출력을 제공하는, 상기 오브젝트를 이미징하는 단계;
    상기 이미저와 상기 운행경로를 따르는 상기 오브젝트 사이의 상대적 이동을 제공하는 트랜스포터를 채용하는 단계;
    상기 오브젝트가 상기 운행경로를 따라 운행할 때 펄싱된 레이저 일루미네이터에 의해 상기 오브젝트를 펄싱된 레이저 조명하는 단계; 및
    상기 이차원 검출기 사이에서 상기 초점면의 이미지를 분할하도록, 적어도 하나의 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터로부터 떨어진 적어도 하나의 반사 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 서브시스템을 채용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 검사 방법.
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