KR101472357B1 - 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 것으로서, 다수의 픽셀 수를 가진 대형 센서를 장착한 카메라와 함께 고해상도를 나타내는 두 개 이상의 렌즈를 사용하되 두 개 이상의 렌즈를 별개로 이동시키며 초점을 조절하여 반도체 패턴을 검사하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 반도체 패턴 검사에 있어서 크기가 작은 패턴을 검사하는 경우에도 검사 시간을 획기적으로 단축하여 검사 효율 및 생산성을 현저히 향상시키면서도 고해상도 렌즈에 의한 고해상도(높은 NA 값) 검사 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템 {System for Inspecting Semiconductor Pattern using Dual Lens}

본 발명은 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 픽셀 수를 가진 대형 센서를 장착한 카메라와 함께 고해상도를 나타내는 두 개 이상의 렌즈를 사용하되 두 개 이상의 렌즈를 별개로 이동시키며 초점을 조절하여 반도체 패턴을 검사함으로써, 검사 효율을 현저히 향상시키면서도 고해상도 검사 영상을 획득하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 것이다.

최근 반도체가 나날이 고집적화되면서 반도체 웨이퍼의 패턴의 크기가 점점 작아지고 있다. 크기가 작은 패턴을 검사하는 경우 외관 검사 장치의 해상도 또한 상승하여야 하므로 외관 검사 장치, 즉 카메라의 렌즈도 고배율을 사용하게 된다.

그런데, 검사 영역은 렌즈의 배율의 제곱에 반비례하므로 렌즈의 배율이 상승하면 검사 시간은 배율의 제곱에 비례하여 상승하고 검사의 생산성 또는 검사 효율은 배율의 제곱에 반비례하여 하락하게 되는 문제점이 있다.

이와 같이, 종래 점진적으로 고해상도의 렌즈가 요구될수록 일정 시간 동안의 검사 영역이 축소되어 검사 효율이 하락하는 문제점을 극복하고자 하는 시도가 연구된바 있으나, 근본적인 해결책은 되지 못하였다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2007-0080464호 '반도체 소자의 패턴 불량 분석 방법'은, 패턴 검사 시스템에 기준 패턴 정보를 저장하고, 제1 웨이퍼 상에 제1 공정 조건으로 제1 검사 대상 패턴들을 형성하고, 상기 패턴 검사 시스템을 사용하여 상기 제1 검사 대상 패턴들에 대한 제1 패턴 검사를 수행하고, 상기 제1 패턴 검사에 의해 얻어진 상기 제1 검사 대상 패턴들에 대한 제1 검사 패턴 정보를 상기 패턴 검사 시스템에 저장하고, 상기 패턴 검사 시스템에 저장된 상기 기준 패턴 정보와 상기 제1 검사 패턴 정보를 비교하여 상기 제1 검사 대상 패턴들의 불량 유무를 분석하는 단계 등을 제공한다.

그러나 이러한 대한민국 공개특허 제10-2007-0080464호는 기준 패턴 정보가 저장된 패턴 검사 시스템을 사용하여 검사 대상 패턴들의 불량 유무를 분석함으로써 불량 분석에 소요되는 시간을 단축하는데 불과할 뿐, 실제로 검사 장치의 카메라가 고해상도의 렌즈를 사용하면서도 검사 시간 자체를 근본적으로 단축할 수 있는 기술은 아니었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 다수의 픽셀 수를 가지며 대형 센서를 장착한 카메라와 함께 고해상도를 나타내는 두 개 이상의 렌즈를 사용하되 두 개 이상의 렌즈를 별개로 이동시키며 초점을 조절하여 반도체 패턴을 검사함으로써, 검사 효율 및 생산성을 현저히 향상시키면서도 고해상도(높은 NA 값) 검사 영상을 획득하는 것이다.

본 발명은 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 있어서,검사 대상 반도체 패턴에서 반사한 광원을 투과시켜 카메라(1)에 입력될 수 있도록 하되 2 이상의 수로 구성되는 검사 렌즈(10); 2 이상의 상기 검사 렌즈(10)로부터 입력되는 검사 영상을 인지하여 운영장치(30)로 전송하는 카메라 (1); 및 상기 카메라(1)로부터 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 수신하며, 상기 2 이상의 검사 렌즈(10)를 상하 이동시켜 카메라 초점을 조절하고, 검사 대상 반도체를 평행 이동시키며, 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 분석하는 운영장치(30);를 포함하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 2 이상의 검사 렌즈(10)를 투과한 빛을 2개의 빛으로 나누는 빔 스플리터(4)와 빔 스플리터에 의해 분리된 빛의 일부를 수신하여 상기 카메라(1)로 반사하는 반사경(5)을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 빔 스플리터(4)에 의해 분리되고 반사경(5)으로 향하지 않는 나머지 빛을 수신하는 오토포커싱 센서(5)를 추가로 포함하고, 상기 오토포커싱 센서(5)는 수신된 빛의 데이터를 운영 장치(30)에 보낼 수 있다.

또한, 본 발명은 2 이상의 검사 렌즈(10)의 위치를 이동시켜 카메라의 초점을 조절하는 오토 포커싱 모듈(7)을 추가로 포함하며, 상기 운영 장치(30)는 오토포커싱 센서(5)로부터 수신된 신호 또는 카메라(1)에 의해 수신된 신호에 의해 오토 포커싱 모듈(7)을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 운영장치(30)는, 상기 카메라(1)로부터 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 수신하는 수신수단(31); 카메라의 오토 포커싱 모듈(7)을 이송시켜 카메라 초점을 조절하며, 검사 대상 반도체를 평행 이동시키는 조절수단(32); 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 분석하여 불량 여부를 판단하는 분석수단(33); 및 상기 수신수단(31), 조절수단(32) 및 분석수단(33)의 작동을 제어하는 제어수단(34);을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 카메라 센서(20)는 1초당 1 Gb 이상의 픽셀 처리 용량을 보유할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 픽셀 수를 가지며 대형 센서를 장착한 카메라와 함께 고해상도를 나타내는 두 개 이상의 렌즈를 사용하되 두 개 이상의 렌즈를 별개로 이동시키며 초점을 조절하여 반도체 패턴을 검사함으로써, 검사 효율 및 생산성을 현저히 향상시키면서도 고해상도(높은 NA 값) 검사 영상을 획득하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 전체 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈의 검사 원리를 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시상태를 보여주는 도면.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관해 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 관한 전체 개략도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈의 검사 원리를 설명하기 위한 참고도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템은, 2 이상의 검사 렌즈(2), 카메라 센서(20) 및 운영장치(30)를 포함하여 구성되며, 운영장치(30)는, 수신수단(31), 조절수단(32), 분석수단(33) 및 제어수단(34)을 포함하여 구성된다.

2 이상의 검사 렌즈(2)는, 검사 대상 반도체 패턴(A)에서 반사한 광원을 투과시켜 카메라 센서(20)에 입력될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명의 듀얼 렌즈가 부착된 상태를 보여주고 있다.

본 발명은 웨이퍼(A)의 패턴을 검사하는 것으로서, 조명 장치(도시되지 않음)에 의하여 웨이퍼(A)에 반사된 빛은 양쪽의 렌즈(2)를 투과하여 각각의 광축(8, 9)을 따라 진행하며, 각각의 광축(8, 9)을 따라 진행한 빛은 각각의 빔 스플리터(4)에 의해 일부는 삼각 거울(5)로 보내며 나머지는 빕 스플리터(4)의 후면의 오토 포커싱 센서로 보내진다. 상기 삼각 거울(5)로 진행된 빛은 반사되어 라인 스캔 카메라(1)의 카메라 센서(20)에 입력되고, 카메라 센서(20)에 수신된 빛은 라인 스캔 카메라(1)에서 이미지 신호로 전환되고 상기 전환된 이미지 신호는 도 1에 도시된 운영 장치(30)에 보내져 분석되어, 웨이퍼(A)의 패턴 상의 불량 유무를 판단한다.

또한, 빔 스플리터(4)를 통과한 빛을 수신하는 오토 포커싱 센서(6)는 수신된 빛의 데이터를 운영 장치(30)에 보내고 운영 장치(30)에서 상기 데이터를 분석하여 오토 포커싱 모듈(7)을 제어하여, 렌즈(2)를 투과한 빛이 라인 스캔 카메라(1)의 카메라 센서(20)에 초점이 맞추어 질 수 있도록 한다.

기존에는 하나의 렌즈만을 사용하여 검사를 수행하였으므로 하나의 렌즈를 통해 카메라 센서에 입력되는 검사 영상의 영역이 작아 카메라 센서의 전체 면적을 충분히 이용할 수 없었던 문제점이 있었으며, 이는 특히 고성능, 고해상도 렌즈일수록 크기가 작아지므로 더욱 심각한 문제점으로 부각된다.

반면, 본 발명에 따르면 검사 렌즈(2)가 최소한 2개 이상으로 구비되며, 그 수는 3개 이상일 수도 있고, 각각의 검사 렌즈(2)가 특정한 반도체 웨이퍼 패턴을 검사하는 경우 동시에 검사 영상을 획득하므로 요구되는 고해상도 규격을 만족하면서도 검사 시간을 획기적으로 단축하여 검사 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 카메라 센서(20)는 2 이상의 검사 렌즈(2)로부터 입력되는 검사 영상을 인지하여 실시간으로 운영장치(30)로 전송함으로써 반도체 패턴 검사가 가능하도록 한다.

카메라 센서(20)는 다수의 픽셀을 가지며, 바람직하게는 1초당 1Gb 픽셀을 처리할 수 있는 용량을 보유하고 있으며, 장착되는 검사 렌즈(2)의 수에 따라서, 또는 다른 요구 조건에 따라서 다양한 면적으로 설계될 수 있다.

이러한 2 이상의 검사 렌즈(2)와 고성능 카메라 센서(20)에 의하여 본 발명에 따른 반도체 패턴 검사 시스템은 300 mm 규격의 웨이퍼 기준으로 기존 대비 2배 정도의 검사 속도를 개선하였다.

또한, 운영장치(30)는 상술한 바와 같이, 수신수단(31), 조절수단(32), 분석수단(33) 및 제어수단(34)을 포함하는데, 수신수단(31)은 카메라 센서(20)로부터 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼 패턴에 대한 검사 영상을 실시간으로 수신한다.

조절수단(32)은 오토 포커싱 모듈(7)을 이송하여 카메라 초점을 조절하며, 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼를 일정한 속도로 평행 이동(C 방향)시켜 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼에 대한 전체적인 검사 영상 획득이 가능하도록 한다.

분석수단(33)은 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼 패턴에 대한 검사 영상을 분석하여 반도체 웨이퍼의 불량 여부를 판단하며, 이를 위해 기 저장된 기준 패턴과 검사 영상과의 비교 및 일치 여부 판단을 이용할 수 있다.

제어수단(34)은 수신수단(31), 조절수단(32) 및 분석수단(33)의 작동을 제어하며 각종 정보의 송수신을 통제한다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.

10 : 검사 렌즈 20 : 카메라 센서
30 : 운영장치 31 : 수신수단
32 : 조절수단 33 : 분석수단
34 : 제어수단

Claims (5)

1. 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템에 있어서,
   검사 대상 반도체 패턴에서 반사한 광원을 하나의 라인 스캔 카메라(1)의 카메라 센서(20)에 입력될 수 있도록 하는 2 이상의 수로 구성되는 검사 렌즈(2);
   2 이상의 상기 검사 렌즈(2)로부터 입력되는 검사 영상을 인지하여 운영장치(30)로 전송하는 하나의 라인 스캔 카메라(1); 및
   상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)로부터 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 수신하며, 상기 2 이상의 검사 렌즈(2) 각각을 독립적으로 상하 이동시켜 카메라 초점을 조절하고, 검사 대상 반도체를 일정한 속도로 평행 이동시키고, 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 분석하는 운영장치(30);를 포함하고,
   상기 2 이상의 검사 렌즈(2)는 동시에 상기 일정한 속도로 평행 이동중인 반도체 패턴의 영상을 획득하여 상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)에 입력되게 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 2 이상의 검사 렌즈(2)를 투과한 빛을 2개의 빛으로 나누는 빔 스플리터(4)와 상기 빔 스플리터(4)에 의해 분리된 빛의 일부를 수신하여 상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)로 반사하는 반사경(5)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 빔 스플리터(4)에 의해 분리되고 상기 반사경(5)으로 향하지 않는 나머지 빛을 수신하는 오토 포커싱 센서(6)를 추가로 포함하고,
   상기 오토 포커싱 센서(6)는 수신된 빛의 데이터를 운영장치(30)에 보내는 것을 특징으로 하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 2 이상의 검사 렌즈(2)의 위치를 이동시켜 상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)의 초점을 조절하는 오토 포커싱 모듈(7)을 추가로 포함하며, 상기 운영장치(30)는 상기 오토 포커싱 센서(6)로부터 수신된 신호 또는 상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)에 의해 수신된 신호에 의해 상기 오토 포커싱 모듈(7)을 제어하는 것을 특징으로 하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 운영장치(30)는,
   상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)로부터 검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 수신하는 수신수단(31);
   상기 하나의 라인 스캔 카메라(1)의 오토 포커싱 모듈(7)을 이송시켜 상기 하나의 라인 스캔 카메라(1) 초점을 조절하며, 검사 대상 반도체를 평행 이동시키는 조절수단(32);
   검사 대상 반도체 패턴에 대한 검사 영상을 분석하여 불량 여부를 판단하는 분석수단(33); 및
   상기 수신수단(31), 조절수단(32) 및 분석수단(33)의 작동을 제어하는 제어수단(34);을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 렌즈를 이용한 반도체 패턴 검사 시스템.

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