KR101374479B1 - 다크 필드 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다크 필드조명 장치에 관한 것으로, 반도체 부품의 결함 검사를 위해 조명광을 제공하는 조명 장치에 있어서, 결함 검사를 위한 조명광을 제공하는 광파이버, 상기 광파이버에서 출사되는 광을 다수의 광학계와 어퍼쳐(Aperture)를 통해 임의의 형상을 갖는 광을 생성하는 스태틱 모듈(Static Module), 상기 스태틱 모듈에서 출사되는 광의 편광 성분을 선택적으로 결정하는 편광 모듈, 상기 편광 모듈을 통해 임의의 편광 성분을 갖는 광의 사이즈와 형태를 결정하는 광학 제어모듈 및 상기 광학 제어모듈을 통해 빔의 사이즈와 형태가 결정된 광을 조사각을 제어하는 프로젝션 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다크 필드 조명 장치{Darkfield illumination device}

본 발명은 다크 필드 조명 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 부품 소자의 결함 검사를 위해 적용되는 조명 장치로써, 검사 대상체의 특성에 따라 최적의 DF(Darkfield) 조명을 제공할 수 있도록 구현되는 조명 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼(wafer)나 PCB, LCD, PDP, 유기 EL 등의 평판표시소자인 기판(이하 "기판"이라 총칭함.) 생산할 때 기판에 남아 있는 이물이나 얼룩 등의 결함을 발견하기 위하여 제조라인에서는 임의의 공정 종료 후에 검사공정을 두고, 기판에 조명을 조사하고, 그 반사광을 육안관찰 하거나, 또는 그 상을 이미지 센서로 촬상하여 화상처리 함으로써 제품검사를 행하고 있다.이때, 결함의 발견을 용이하게 하기 위하여 기판 전체를 균일하게 조명하는 조명 장치가 사용된다.

반도체 웨이퍼의 표면은 최적으로 편평하게 되어 있다. 그러나, 블랭크 웨이퍼에서 조차도 소량의 잔류 거침부(roughness)가 불가피하게 존재한다. 단지 2nm 이하일 수도 있는(즉, 검사를 위해 사용되는 광의 파장보다매우 작은) 이런 거침부는 다크 필드 검사 시스템의 이미징 센서에서 검출된 산란 광의 바람직하지 않은 요동을 야기할 수도 있다. 이러한 요동은 잡음 플로어(noise floor)로서 특징지어지고 본 명세서에선 "스펙클(speckle)"로 지칭된다.

웨이퍼 검사에 있어서, 스펙클은 이미징 센서의 민감도에 대한 유효 제한 인자이다.즉, 달리 검출될 수도 있는 소형 파티클(예컨대, 결함)은 스펙클에 의해 은폐될 수도 있다.

광대역 시스템의 에지 명암 대비(EC) 모드 또는 레이저 다크 필드 검사 시스템을 포함하는 종래의 다크 필드검사 방법은 스펙클을 극복하도록 고안되지 못했다. 유감스럽게도, 광대역 시스템의 EC 모드는 저휘도 광대역 광원을 사용하여, 이미징 센서에서 낮은 조명 레벨을 야기한다. 또한, 광대역 시스템의 EC 모드는 개구수(NA)가 조명 및 이미징 양자 모두를 위해 사용되기 때문에 결함 검출에 유효한 본질적으로 제한된 개구수를 갖는다. 이런 제한된 NA는 낮은 광학 해상도와, 산란 광에 대한 비교적 낮은 집진율(collection efficiency)을 야기한다.

KLA-Tencor로 제공되는 퓨마 패밀리(Puma family) 제품과 같은 통상적인 레이저 다크 필드 검사 시스템은 해상도를 다소 제한할 수 있는 (예컨대, 1um의 오더의)비교적 대형인 라인 폭을 생성하는 기울어진 광 입사를 사용한다. 또한, 통상적인 레이저 다크 필드 검사 시스템은 강한 공간적 간섭성을 야기하는 단일 조명각을 사용한다. 강한 공간적 간섭성은 실제 결함에 대한 시스템의 최종 민감도에 영향을 미칠 수 있는 비교적 큰 레벨의 거침부 유도 요동(또는 스펙클)을 야기할 수 있다.

결과적으로 종래의 조명 장치는 방향성을 가지는 조명을 사용하기 때문에 대상물 표면의 불량에 따른 형상적 차이로 인하여 광의 조사가 원활하지 못하기 때문에 이미지 획득이 저하되는 단점이 있다.

도 1은 종래 결함 검사장치의 한 예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 웨이퍼 결함 검출을 위한 검사장치에는 DF 조명모듈(10)과 BF 조명모듈(20)이 구성되어 웨이퍼 표면으로 조명광을 각각 제공하고 여기서 반사되는 검출광(반사광)은 대물렌즈(40)를 다시 투과하여 다수의 광학계(50)를 통해 검출모듈(30)로 입사된다.

이와 같이 결함 검사 장치에 적용되는 종래의 DF 또는 BF조명 장치는 단순히 단일한 형태의 조명광을 조사하기 때문에 검사 대상체의 다양한 특성에 대처하여 보다 분해능이 높은 반사광을 획득하기에는 매우 제한적인 문제가 있었다.

KR 10-2012-0098868호 KR 10-2009-0040572호 KR 10-0972425호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 결함 검사를 위한 검사 대상체에 따라 다크 필드 영역에서 최적의 조명광을 제공할 수 있는 조명 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명의 조명광의 편광성분, 입사각도, 광 사이즈, 광 형태를 선택적으로 제어하여 조사함에 따라 신속한 검사를 달성할 수 있는 조명 장치 제공과 더불어 검사 정확도를 제고할 수 있는 조명 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 부품의 결함 검사를 위해 조명광을 제공하는 조명 장치에 있어서, 결함 검사를 위한 조명광을 제공하는 광파이버, 상기 광파이버에서 출사되는 광을 다수의 광학계와 어퍼쳐(Aperture)를 통해 임의의 형상을 갖는 광을 생성하는 스태틱 모듈(Static Module), 상기 스태틱 모듈에서 출사되는 광의 편광 성분을 선택적으로 결정하는 편광 모듈, 상기 편광 모듈을 통해 임의의 편광 성분을 갖는 광의 사이즈와 형태를 결정하는 광학 제어모듈 및 상기 광학 제어모듈을 통해 빔의 사이즈와 형태가 결정된 광을 조사각을 제어하는 프로젝션 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스태틱 모듈은, 다수의 실리더리컬 렌즈와 어퍼쳐 스톱(Aperture Stop)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 편광 모듈은, P Polarization, S Polarization, Non Polarization 중 어느 하나의 편광을 선택적으로 결정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광학 제어모듈은, 상기 편광 모듈에서 입사되는 편광광의 높이 경로를 변경하기 위한 람보이드 프리즘(Rhomboid prism)과 다수의 광학계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프로젝션 모듈은, 프로젝션 렌즈(Projection Lens)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 결함 검사를 위해 필요한 DF 조명광을 구성함에 있어 검사 대상체의 특성에 따라 조명광의 편광 성분, 광 사이즈, 광 형태, 입사 각도 등 조명광을 조건을 능동적으로 변경하여 조명광을 제공할 수 있기 때문에 결과적으로 결함 검출에 매우 효과적인 조명 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명 장치는 스태틱 모듈, 편광 모듈, 광 제어 모듈, 입사 제어 모듈로 각각 구성되어 섬세한 조명광 특성을 제어할 수 있고, 오토매틱 메커니즘을 구현하는 광 제어 모듈을 통해 장치 구동에 신속성을 제고할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 결함 검사장치에서 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다크 필드조명 장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 다크 필드조명 장치의 구체적인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 다크 필드조명 장치의 조명광 입사의 형태를 도시한 도면,
도 5는 도 4에 도시한 조명광 입사 형태를상세히 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 다크 필드조명 장치 광경로 시뮬레이션을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 다크 필드(Darkfield) 조명 장치는, 반도체 부품의 결함 검사를 위해 조명광을 제공하는 조명 장치에 있어서, 결함 검사를 위한 조명광을 제공하는 광파이버(100), 상기 광파이버에서 출사되는 광을 다수의 광학계와 어퍼쳐(Aperture)를 통해 임의의 형상을 갖는 광을 생성하는 스태틱 모듈(Static Module 200), 상기 스태틱 모듈에서 출사되는 광의 편광 성분을 선택적으로 결정하는 편광 모듈(300), 상기 편광 모듈을 통해 임의의 편광 성분을 갖는 광의 사이즈와 형태를 결정하는 광학 제어모듈(400) 및 상기 광학 제어모듈을 통해 빔의 사이즈와 형태가 결정된 광을 조사각을 제어하는 프로젝션 모듈(500)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치는, 웨이퍼의 결함 검사를 위해 제공되는 조명광의 특성에 해당하는 편광성분, 입사각도, 광 사이즈, 광 형태 등 조명광을 자유롭게 제어하여 결함 검사 대상체에 가장 적합한 조명광을 제공할 수 있는 다크 필드용 조명 장치를 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치의 개략적인 구성도이다. 본 발명에 따른 조명 장치의 광원은 UV 또는 DUV만 사용하는 것이 아니라 소스광원의 파장은 200nm내지2000nm까지 다양한 파장의 레이저 및 램프를 사용할 수 있다. 소스광원으로부터 발생되는 광을 전달받아 출력하기 위해 다수의 광섬유 다발로 구성되어 전달하는 광파이버(100), 상기 광파이버에서 출력된 광의 형상을 제어하기 위한 다수의 광학계로 이루어진 스태틱 모듈(200)과, 여기서 제어된 광의 편광을 결정하는 편광 모듈(300), 상기 편광 모듈에서 임의의 편광 성분으로 편광된 광을 전달받아 다수의 광 모드를 통해 광의 사이즈나 형태를 변형시키는 광학 제어 모듈(400)과 상기 광학 제어 모듈에서 출력되는 조명광을 검사 대상체에 입사시키는 프로젝션 모듈(500)을 포함하여 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치의 구체적인 구성도이다.

광파이버(100)는 다수의 광섬유 다발이 뭉쳐져 구성되며, 소스광원(미도시)으로부터 조명광에 사용할 광을 전달받아 공급하게 된다. 이때, 광 파이버 다발의 끝단은 특정한 N/A 값을 가지고 출력되게 된다.

스태틱 모듈(Static Module ; 200)는 상기 광파이버에서 공급되는 광의 형상을 제어하여 출력한다. 상기 스태틱 모듈은 볼록렌즈와 오목렌즈, 어퍼쳐(Aperture), 그리고 다수의 실린더리컬 렌즈 연속으로 구성되는 모듈이다. 최초 광파이버에서 확산된 광은 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 인해 광학적으로 적절히 집광된 형태를 얻을 수 있으며, 여기서 집광된 광은 실린더리컬 렌즈(220)와 중앙에 위치한 어퍼쳐(210)를 통과하면서 특정 모양을 갖는 형상으로 만들어진다.

상기 스태틱 모듈을 통과한 광은 편광 모듈을(300)통과하여 편광 성분을 결정한다. 본 발명에 따른 편광 모듈은 3종류의 편광 성분으로 변환시킬 수 있는데, S파 편광(수평편광), P파 편광(수직편광), 그리고 무편광으로 결정할 수 있으며, 이것은 상기 스태틱 모듈의 출력단에 구성되는 편광 빔 분할기가 각각 구성되어 선택적으로 편광 성분을 결정할 수 있게 된다.

상기 편광 모듈을 통과한 광은 광학 제어 모듈(400)를 거쳐 광의 사이즈와 형태에 각도를 결정하여 출력한다. 여기서, 상기 광학 제어 모듈(400)은 원하고자 하는 조명과 조건에 맞게 세팅된 광학계가 다수개 마련되어 있고, 각 모드(mode)에 따라서 광학계가 선택되는 Turret구조의 광학계로 구성되었지만, 본 발명에서는 조명 장치를 구성하기 위한 개념적인 차원에서 각 모듈의 구성에 대하여 언급하고 그 권리범위를 보호받기 위한 것으로써, 구조적 특징은 본 출원인의 또 다른 출원을 통해 진행한다.

상기 광학 제어 모듈(400)는 높이차를 보상시키기 위한 람보이드 프리즘(410)이 모듈의 선단에 구성되어 편광 모듈에서 출사되는 광을 제공받게 되고, 광학 제어 모듈에 구성된 어퍼쳐(420)와 다수의 광학 렌즈를 투과하여 빔의 방향성과 사이즈, 형태를 결정하게 된다. 이러한 광학 제어 모듈이 5 ~6개로 각각 구성되어 원하는 형태의 광을 출력할 수 있도록 오토매틱으로 동작함으로써 신속하게 광 모드를 결정한다.

상기 광학 제어 모듈에서 결정된 조명광은 마지막으로 프로젝션 모듈(500)에 전달된다. 상기 프로젝션 모듈(500)은 하나의 미러(520)와 프로젝션 렌즈(510) 그리고 다수의 광학계로 구성되어 광학 제어 모듈에서 출력되는 광을 결함 검사 대상체에 최종적으로 조사된다.

이때, 광학 제어 모듈에서 결정된 조명광을 특성에 따라 광의 조사 위치나 광의 크기가 다르며, 프로젝션 모듈은 각 모드에 따라 달리 출력되는 광을 전달받아 조사한다. 크게 조사각의 크기는 30도, 15도, 13도로 조사한다. 상기 조사각은 일반적인 검사 대상체를 기준으로 임의적으로 설정한 조사각으로 어디까지나 예를 설명한 것이며, 전체 조사각의 경우 0 ~ 81도 사이의 다양한 각도로 조사할 수 있다.

상술한 바와 같이 조명광의 광학적 특성을 조건에 맞게 변환하여 검사 대상체에 조사함으로써 다크 필드 조명 장치를 구현함에 있어 결함의 특성에 따라 가장 이상적인 조명광을 조사하고 해당 영상을 얻어 결함 정보를 획득할 수 있다. 검사 대상체에 조사된 광은 오브젝트 렌즈(600)를 통해 검출 모듈로 전달되어 대상체의 검출 정보를 분석하는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치의 조명광 조사의 형태를 도시한 도면, 도 5는 도 4에 도시한 조명광 조사형태를 상세히 나타낸 도면이다. 상기 광학 제어 모듈에서 결정된 조명광의 조사각, 크기, 형상이 결정되어 출력되면 조사 모듈을 구성하는 광학계에 조사되어 웨이퍼(w)에 조사된다. 여기서 TOP 각도는 대략 30도를 가지며 bottom 각도는 대략 15도에 해당한다.

도 6은 본 발명에 따른 다크 필드 조명 장치 광경로 시뮬레이션을 도시한 도면이다. 광파이버, 스태틱 모듈, 편광 모듈, 광학 제어 모듈, 조사 모듈로 구성되는 본 발명의 다크 필드 조명 장치는 결함 검출을 위해 측방향에서 조사되는 조명광의 편광 선택, 빔 크기, 형태, 조사 각도를 능동적으로 제어할 수 있기 때문에 결함의 특성에 따라 최적의 물리적 특성을 갖는 조명광을 제공함으로써 결과적으로 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 웨이퍼 결함 검출을 위해 측방향에서 조명광을 제공하는 다크 필드 조명 장치를 구성함에 있어 조명광의 편광 상태, 빔의 크기, 형태, 각도를 능동적으로 결정할 수 있기 때문에 다양한 결함 대상체에 표면 조건에 알맞은 조명광을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10 : DF 조명 장치
20 : BF 조명 장치
30 : 검출부
40 : 대출렌즈
50 : 광학계
100 : 광파이버
200 : 스태틱 모듈
210 : 어퍼쳐(Aperture)
220 : 실린더리컬 렌즈
300 : 편광 모듈
400 : 광학 제어모듈
410 : 람보이드 프리즘(
420 : 어퍼쳐(Aperture)
500 : 프로젝션 모듈
510 : 프로젝션 렌즈
520 : 미러
600 : 오브젝트 렌즈
W : wafer

Claims (5)

1. 반도체 부품의 결함 검사를 위해 조명광을 제공하는 조명 장치에 있어서,
   결함 검사를 위한 조명광을 제공하는 광파이버;
   상기 광파이버에서 출사되는 광을 다수의 광학계와 어퍼쳐(Aperture)를 통해 임의의 형상을 갖는 광을 생성하는 스태틱 모듈(Static Module);
   상기 스태틱 모듈에서 출사되는 광의 편광 성분을 선택적으로 결정하는 편광모듈;
   상기 편광 모듈을 통해 임의의 편광 성분을 갖는 광의 사이즈와 형태를 결정하는 광학 제어모듈; 및
   상기 광학 제어모듈을 통해 빔의 사이즈와 형태가 결정된 광의 조사각을 제어하는 프로젝션 모듈;을 포함하여 구성되고,
   상기 스태틱 모듈은 볼록렌즈와 오목렌즈, 연속적으로 구성되는 다수의 실린더리컬 렌즈, 어퍼쳐 스톱(Aperture Stop)로 구성되며, 최초 광파이버에서 확산된 광은 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 인해 집광된 형태를 얻고, 여기서 집광된 광은 상기 실린더리컬 렌즈와 중앙에 위치한 어퍼쳐를 통과하면서 광의 형상을 만들며,
   상기 편광 모듈은 P Polarization, S Polarization, Non Polarization 중 어느 하나의 편광을 선택적으로 결정할 수 있고,
   상기 광학 제어모듈은, 상기 편광 모듈에서 조사되는 편광광의 높이 경로를 변경하기 위한 람보이드 프리즘(Rhomboid prism)과 다수의 광학계를 포함하여 구성되는 다크 필드조명 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 프로젝션 모듈은,
   프로젝션 렌즈(Projection Lens)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다크 필드조명 장치.

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