KR102067972B1 - 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 기판 내부의 결함은 광루미네선스로 검출하고 기판 외부의 결함은 광루미네선스 발생용 입사광의 산란을 이용해 검출하되, 광루미네선스 측정을 위해 파장가변형 분광기를 이용하는 기판 검사장비에 관한 것으로, 본 발명의 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 결함조사 장치는 광루미네선스를 측정하면서 입사광의 산란광 및/또는 반사광을 함께 또는 따로 측정할 수 있는 광학계를 구성하여 시료 영역 전체의 맵핑 데이터(mapping data) 측정시간을 단축하고, 특히 가변 광루미네선스 검출기를 구비하여 영역별 파장 평균값을 확보하고 위치별로 그레이팅으로 중심파장으로 광 강도의 산포를 측정할 수 있어서 필터를 사용하지 않고도 발광 파장별로 빠르고 정확한 발광특성 측정이 가능하다.
Description
본 발명은 광루미네선스(Photoluminescence)를 이용한 기판 검사장비에 관한 것으로, 특히 기판 내부의 결함은 광루미네선스로 검출하고 기판 외부의 결함은 광루미네선스 발생용 입사광의 산란을 이용해 검출하되, 광루미네선스는 중앙값을 중심으로 한 파장성분을 슬릿이 조절하는 밴드폭으로 측정하는 분광기를 이용하는 기판 검사장비에 관한 것이다.
광발광 또는 광루미네선스(Photoluminescence)는 시료물질의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광을 시료에 조사해 전자를 가전자대(Valence band)에서 전도대(Conduction band)로 여기시키면, 여기된 전자가 가전자대로 되돌아오는 과정에서 발생한다. 광루미네선스는 광을 조사하기 때문에 시료에 특별한 처리가 필요없고 손상도 일으키지 않아서 비파괴적으로 반도체 등의 물성을 분석하는데 유용한 방법이다.
시료물질에 불순물이 섞여 있는 등의 결함이 있을 때는 밴드갭 내에 에너지 준위를 형성할 수 있어서, 전자가 여기될 때 전도대 아래 위치한 불순물의 에너지 준위로 여기될 수도 있고 전도대로 여기된 전자가 가전자대 위에 있는 불순물의 에너지 준위로 내려올 수도 있는가 하면, 전도대 아래 위치한 불순물의 에너지 준위에서 가전자대 위에 있는 불순물의 에너지 준위로 내려올 수도 있다. 따라서, 광루미네선스 분석을 하면 원료물질과 불순물이 이루는 여러 에너지 준위 사이의 전자 천이에 대응하는 에너지의 루미네선스를 관찰할 수 있다.
칩공정을 거친 LED 소자의 출력파워를 측정하는 경우에도 광루미네선스 맵핑(PL mapping) 방법을 활용하며, 특히 칩의 한변이 10~100마이크로미터 수준으로 작아지는 마이크로 LED 측정을 위한 광루미네선스 맵핑 연구가 활발하다. 마이크로 LED는 저전력화, 소형화, 경량화가 필요한 모든 광 응용 분야에 적용이 가능한 기술로, LED를 작게 만들면 무기물 재료의 특성상, 휘어질 때 깨지는 단점을 극복할 수 있어서, 플렉시블 디스플레이, 섬유와 LED가 결합한 스마트 섬유, 인체 부착형 의료기기 등에 활용하는 연구가 진행되고 있다.
기판을 포함한 마이크로 LED의 결함(defect)에는 내부에 형성된 결함뿐 아니라 외부에 쌓인 결함도 있어서 광루미네선스는 이 둘을 모두 관찰할 수 있지만, 외부에 형성된 결함을 내부 결함과 구분하여 파악할 필요가 있다. 외부 결함의 크기가 빛으로 관찰 가능한 것이라면 입사광의 반사 또는 산란을 관찰하여 조사할 수도 있다. 따라서 점차 광루미네선스와 입사광의 반사 및/또는 산란을 모두 조사해야 할 필요성이 커지는데, 소자가 소형화됨에 따라서 미세한 측정이 필요하게 되어 정밀 측정으로 인한 측정시간이 늘어나는 문제가 있다. 또한, 시료에서 방출되는 광루미네선스의 파장의 산포가 커지는 경우 각 파장별로 필터를 교체하면서 측정해야 하는 등의 문제가 생긴다.
대한민국 공개특허 2016-0024968호는 '샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템 및 방법'에 관한 것으로, 시료로부터 결함 산란된 방사선 또는 광루미네선스 방사선을 주집하고 3개로 분리하여 광루미네선스 또는 산란 결함을 검출하는 기술을 개시한다. 그러나 상기 기술은 수직입사 방사선 소스와 경사입사 방사선 소스가 필요하고 분광계의 구조가 지나치게 복잡해질 뿐 아니라, 파장의 산포가 클 경우에 파장별 필터교체가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광루미네선스를 측정하는 과정에서 입사광의 산란광을 함께 측정할 수 있도록 광학계를 구성하여 측정시간을 단축하고, 광루미네선스는 중앙값을 중심으로 한 파장성분을 슬릿이 조절하는 밴드폭으로 측정하는 분광기를 포함하는 마이크로 발광다이오드 검사장비를 제공하고자 한다.
본 발명은, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비로: 상기 장비는, 고리형상 평행광을 내보내는 광원부; 상기 고리형상 평행광의 진행경로에 위치하여 상기 평행광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는, 상기 제1 광 분리기와 상기 시료 사이에 위치한 대물렌즈(Objective lens); 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료 표면을 주사할 수 있도록 시료를 이동시키는 시료 스테이지; 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 직진 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 일부를 직각방향으로 반사하고 나머지를 직진 통과시키는 제2 광 분리기; 상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광 경로상에 위치하며, 상기 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 경로를 수직방향으로 변경하는, 위치 이동 가능한 반사거울을 포함하는 경로조절부; 상기 경로조절부의 상기 반사거울이 광경로에서 벗어날 때 직진하는 광 경로상에 위치하며, 상기 경로조절부를 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스를 영상화하는 영상검출기; 상기 반사거울이 광경로 상에 위치할 때 경로가 직각방향으로 변경되어 진행하는 광 경로상에 놓여 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 광루미네선스를 차단하는 이색성 거울을 포함하는 산란광 선택부; 상기 산란광 선택부를 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부; 상기 제2 광 분리기에서 반사된 광경로 상에 위치하며, 상기 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 산란광을 차단하는 이색성 거울을 포함하는 광루미네선스 선택부; 및 상기 광루미네선스 선택부를 통과한 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 분광 검출부를 포함하고, 상기 광루미네선스 분광 검출부는, 상기 광루미네선스 분광 검출부로 입사하는 광루미네선스의 입사광 폭을 조절하는 가변 입사슬릿; 상기 입사슬릿을 통과한 광루미네선스를 회전 그레이팅(Grating)으로 반사하는 제1 곡면 거울(Concave Mirror); 상기 제1 곡면거울에서 입사한 광루미네선스를 분광시켜 제2 곡면거울로 진행시키는 회전 그레이팅(grating); 상기 회전 그레이팅으로부터 입사한, 분광된 광루미네선스를 방향선택 거울로 반사하는 제2 곡면 거울; 상기 제2 곡면 거울로부터 입사한, 상기 분광된 광루미네선스를 제1 검출기로 반사하는, 위치 이동 가능한 방향선택 거울; 상기 방향선택 거울에서 반사되어 입사한, 상기 분광된 광루미네선스를 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD) 검출기 어레이(detector array) 또는 다중채널검출기(Multi-Channel Detector)로 검출하여 상기 분광된 광루미네선스의 파장을 측정하는 제1 검출기; 상기 방향선택 거울이 반사위치를 벗어나면, 제2 슬릿을 통과하여 입사한 분광된 광루미네선스를 광전자 증배관(Photo Multiplier Tube, PMT) 또는 광다이오드(Photodiode, PD)로 검출하여 광루미네선스의 세기(intensity)를 측정하는 제2 검출기; 및 분광기 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 검출기가 상기 광루미네선스의 파장성분을 확인하도록 상기 방향선택 거울의 위치를 조절하고, 상기 확인된 파장성분의 중심파장 또는 미리 정한 값을 중앙값으로 설정하도록 상기 회전 그레이팅을 제어하며, 상기 중앙값을 중심으로 한 파장성분이 상기 제 2검출기로 입사하도록 거울의 위치를 조절하고, 상기 분광된 광루미네선스의 밴드폭을 결정할 수 있도록 상기 제 2슬릿의 폭을 조절하는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 광원부는, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 광루미네선스 분광 검출부 및 상기 산란광 검출부는 광 경로상에 광여과기를 더 포함하는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함하는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 발광다이오드 검사장비는, 상기 광원의 파장, 상기 광원의 세기, 및 상기 광루미네선스 세기 값을 포함하는 측정정보가 표시되는 디스플레이부를 더 포함하는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료 스테이지는, 다축 구동부를 포함하고,
상기 다축 구동부는 평면이동 2축(X-Y)구동부, 공간이동 3축(X-Y-X) 구동부 또는 공간이동 4축(X-Y-Z-θ) 구동부인, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료 스테이지는 상기 시료를 평면 회전시키며, 상기 회전하는 방향을 따라 측정하면서 미리 정한 간격만큼 상기 평면 회전하는 방향과 수직한 상하 방향으로 시료를 이동시키거나, 상기 시료를 상하 방향으로 지속적으로 이동시키며, 상기 이동하는 방향을 따라 측정하면서 미리 정한 각도만큼 상기 상하 방향과 수직한 방향인 평면 회전방향으로 시료를 회전시키는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 광루미네선스 분광 검출부는, 상기 입사슬릿을 통과한 광루미네선스를 제1 곡면 거울(Concave Mirror)로 반사하는 방향전환 거울을 더 포함하는, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비를 제공한다.
본 발명의 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 결함조사 장치는 광루미네선스를 측정하면서 입사광의 산란광 및/또는 반사광을 함께 또는 따로 측정할 수 있는 광학계를 구성하여 시료 영역 전체의 맵핑 데이터(mapping data) 측정시간을 단축하고, 특히 가변 광루미네선스 검출기를 구비하여 영역별 파장 평균값을 확보하고 그레이팅의 중심파장을 기준으로 위치별 광 강도의 산포를 측정할 수 있어서 필터를 사용하지 않고도 발광 파장별로 빠르고 정확한 발광특성 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부와 상기 분광 검출부로 측정한 파장성분을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출기의 제2 슬릿 개방간격에 따른 파장성분을 나타내는 데이터이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부의 제2 슬릿 개방간격을 1000μm와 100μm로 했을 때, 각각의 측정 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부와 상기 분광 검출부로 측정한 파장성분을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출기의 제2 슬릿 개방간격에 따른 파장성분을 나타내는 데이터이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부의 제2 슬릿 개방간격을 1000μm와 100μm로 했을 때, 각각의 측정 결과를 나타낸다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비의 개념도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비는, 고리형상 평행광(1)을 내보내는 광원부; 상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter)(30); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는, 상기 제1 광 분리기와 상기 시료 사이에 위치한 대물렌즈(Objective lens)(40); 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료 표면을 주사할 수 있도록 시료를 이동시키는 시료(100) 스테이지; 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 직진 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 일부를 직각방향으로 반사하고 나머지를 직진 통과시키는 제2 광 분리기(65); 상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광 경로상에 위치하며, 상기 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 경로를 수직방향으로 변경하는, 위치 이동 가능한 반사거울을 포함하는 경로조절부(85); 상기 경로조절부의 상기 반사거울이 광경로에서 벗어날 때 직진하는 광 경로상에 위치하며, 상기 경로조절부를 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스를 영상화하는 영상검출기(200); 상기 반사거울이 광경로 상에 위치할 때 경로가 직각방향으로 변경되어 진행하는 광 경로상에 놓여 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 광루미네선스를 차단하는 이색성 거울을 포함하는 산란광 선택부(60); 상기 산란광 선택부를 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부(300); 상기 제2 광 분리기에서 반사된 광경로 상에 위치하며, 상기 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 산란광을 차단하는 이색성 거울을 포함하는 광루미네선스 선택부(70); 및 상기 광루미네선스 선택부를 통과한 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 분광 검출부(400)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 광원부는 원형광을 방출하는 광원(10)과 동심원 슬릿부(20)로 고리형상 광(1)을 형성할 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 광원부는 고리형상 광(1)을 방출하는 광원을 구비할 수도 있다. 상기 고려형상 광(1)은 제1 광 분리기(Beam splitter)(30)에 입사하여 경로를 직각방향으로 변경해 시료 방향으로 진행한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광은 대물렌즈(Objective lens)(40)를 통과하면서 집속되어 시료로 향한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료 표면을 주사할 수 있도록 시료(100)를 장착한 시료 스테이지(미도시)는 입사광(1)의 수직방향으로 전후좌우(xy scanning)로 또는 평면 나선(r-θ scanning) 운동하면서 맵핑한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 입사광(1)은 고리형상 광 형태로 입사하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 시료는 반도체 기판, LED 기판, 공정 진행 중이거나 공정을 마친 소자일 수 있다. 상기 시료표면에서는 광루미네선스, 산란광 및 반사광이 발생하여 대물렌즈로 향하는데, 반사광은 입사한 광의 형태인 고리형상을 가진다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 광원(10)의 파장은 LED의 파장대역에 따라 355nm, 375nm, 또는 532nm로 선택할 수 있다. 상기 각각의 파장은 선택된 어느 한 파장보다 긴 파장의 LED광을 발광하는 시료에서 광루미네선스를 측정하는데 사용될 수 있다. 상기 각각의 파장은 선택된 어느 한 파장보다 긴 파장의 LED광을 발광하는 시료에서 광루미네선스를 측정하는데 사용될 수 있다. 상기 입사된 광은 일부가 반사 또는 산란되며, 일부는 시료에 흡수되어 광루미네선스를 발생시킨다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 입사광, 상기 반사광 또는 산란광 및 상기 루미네선스 광은 시료로 입사하고 반사하는 구간에서 서로 간섭하지 않으며 중첩되어 표시될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 중첩되어 표시된 광 중 입사광을 제외한 광루미네선스와 반사광 또는 산란광은 함께 분광기를 향해 진행하며 상기 반사광 또는 산란광은 상기 분광기 앞에 위치한 이색성 거울(dichroic mirror)에서 반사되고 광루미네선스 입사광만 상기 이색성 거울을 통과해 분광기로 입사한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 이색성 거울은 광루미네선스만 통과시키고, 반사광 또는 반사광은 반사시킬 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 대물렌즈(Objective lens)는 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 평행광으로 만들어 상기 제1 광 분리기(30)로 보낸다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 대물렌즈는 고정되고 시료가 운동하므로 상기 고리형상 반사광은 대물렌즈를 벗어날 때 입사했던 고리 형상을 유지하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 대물렌즈(40)를 통과 후 평행광이 되어 제1 광 분리기(Beam splitter)(30)를 직진 통과한다. 본 발명의 일 구현예에서 산란광과 반사광은 상기 대물렌즈(40)와 상기 제1 광 분리기(30) 전체 면에 걸쳐서 평행광으로 진행할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈(40) 및 상기 제1 광 분리기(30)를 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 제2 광 분리기(Beam splitter)(65)에서 일부가 직진 통과하고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로가 직각방향으로 변경된다. 상기 직각방향으로 변경된 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광 중 고리형상 반사광은 경로상에 위치한 광루미네선스 선택부의 고리형상 조리개에서, 산란광은 광루미네선스 선택부의 이색성 거울 반사과정에서 차단되고, 광루미네선스(2)만 분광검출부로 입사하게 된다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 제2 광 분리기(65)를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 상기 제2 광 분리기(65)를 직진 통과한 광 경로상에 위치하는 경로조절부(85)에 도달하여 경로조절부 내의 반사거울에 반사하여 경로를 수직방향으로 변경하거나 반사거울의 위치가 광경로에서 벗어났을 때 직진하여 영상검출기(200)에 도달하여 영상을 형성한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 영상검출기(200)는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함한다. 상기 경로조절부(85)에서 반사거울에 반사하여 직각방향으로 변경된 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광 중 고리형상 반사광은 경로상에 위치한 산란광 선택부의 고리형상 조리개에서, 광루미네선스는 산란광 선택부의 이색성 거울 반사과정에서 차단되고, 산란광만 산란광검출부(300)로 입사하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 산란광검출부(300)는 산란광 세기를 검출하는 광전자 증배관(Photo Multiplier Tube, PMT)(230) 또는 광다이오드(Photodiode, PD)를 검출기로 구비할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 발광다이오드 검사장비는, 상기 광원의 파장, 상기 광원의 세기, 및 상기 광루미네선스 세기 값을 포함하는 측정정보가 표시되는 디스플레이부(500)를 더 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 디스플레이부는 산란광의 세기 값을 포함하는 측정정보를 더 표시할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 시료 스테이지는, 다축 구동 어셈블리를 포함하고, 상기 다축 구동부는 평면이동 2축(X-Y)구동부, 공간이동 3축(X-Y-X) 구동부 또는 공간이동 4축(X-Y-Z-θ) 구동부일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 시료 스테이지는 상기 시료를 평면 회전시키며, 상기 회전방향을 따라 측정하면서 미리 정한 간격만큼 상기 평면 회전방향과 수직한 상하 방향으로 시료를 이동시키거나, 상기 시료를 상하 방향으로 지속적으로 이동시키며, 상기 이동방향을 따라 측정하면서 미리 정한 각도만큼 상기 상하 방향과 수직한 방향인 평면 회전방향으로 시료를 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광원은 입사광을 시료에 지속적으로 주사하고, 상기 시료 스테이지는 상기 시료를 제1 방향으로 이동시키며, 회전방향으로 측정하면서 미리 정한 간격만큼 상기 회전방향과 수직한 상하방향으로 시료를 이동시킨다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 광원은 입사광을 시료에 지속적으로 주사하고, 상기 시료 스테이지는 상기 시료를 상하방향으로 지속적으로 움직이면서 상기 상하방향과 수직한 방향인 회전방향으로 시료를 회전시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부와 상기 분광 검출부로 측정한 파장성분을 나타낸다. 상기 광루미네선스 분광 검출부(400)는, 상기 광루미네선스 분광 검출부로 입사하는 광루미네선스의 입사광 폭을 조절하는 가변 입사슬릿(110); 상기 입사슬릿을 통과한 광루미네선스(55)를 회전 그레이팅(Grating)으로 반사하는 제1 곡면 거울(Concave Mirror)(130); 상기 제1 곡면거울에서 입사한 광루미네선스를 분광시켜 제2 곡면거울로 진행시키는 회전 그레이팅(grating)(140); 상기 회전 그레이팅으로부터 입사한, 분광된 광루미네선스(57)를 방향선택 거울로 반사하는 제2 곡면 거울(150); 상기 제2 곡면 거울로부터 입사한, 상기 분광된 광루미네선스(57)를 제1 검출기로 반사하는, 위치 이동 가능한 방향선택 거울(160); 상기 방향선택 거울에서 반사되어 입사한, 상기 분광된 광루미네선스를 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD) 검출기 어레이(detector array) 또는 다중채널검출기(Multi-Channel Detector)로 검출하여 상기 분광된 광루미네선스의 파장을 측정하는 제1 검출기(210); 상기 방향선택 거울이 반사위치를 벗어나면, 제2 슬릿(120)을 통과하여 입사한 분광된 광루미네선스를 광전자 증배관(Photo Multiplier Tube, PMT) 또는 광다이오드(Photodiode, PD)로 검출하여 광루미네선스의 세기(intensity)를 측정하는 제2 검출기(220); 및 분광기 제어부(450)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 제어부(450)는 상기 제1 검출기가 상기 광루미네선스의 파장성분을 확인하도록 상기 방향선택 거울(160)의 위치를 조절하고, 상기 확인된 파장성분의 중심파장 또는 미리 정한 값을 중앙값으로 설정하도록 상기 회전 그레이팅을 제어하며, 상기 중앙값을 중심으로 한 파장성분이 상기 제2 검출기로 입사하도록 거울의 위치를 조절하고, 상기 분광된 광루미네선스의 밴드폭을 결정할 수 있도록 상기 제2 슬릿의 폭을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제어부는 방향선택 거울을 광경로에 위치하도록 해서 광루미네선스가 제1 검출기로 먼저 입사하도록 하여 파장성분을 확인한 뒤, 방향선택 거울을 광경로에서 벗어나게 위치해 광루미네선스가 제2 검출기로 입사하도록 한다. 본 발명의 일 구현예에서, 광루미네선스가 제2 검출기로 입사할 때 제 2 슬릿의 폭을 조절해 슬릿을 통과하는 광루미네선스의 밴드폭을 조절할 수 있고, 회전 그레이팅을 이용해 중심파장을 설정할 수 있기 때문에 필터의 교체 없이 밴드폭 및 파장 조절이 가능할 뿐 아니라, 제조사별로 서로 다른 LED 칩의 기준 파장과 밴드폭에 관계없이 하드웨어 교체없이도 파장 수율 검사가 가능하다는 장점을 가진다.
본 발명의 발광다이오드 검사장비는 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 것이 가능하며, 광루미네선스 또는 산란광을 단독으로도 검출할 수 있다. 산란광과 광루미네선스의 초기 동시검출 후 광루미네선스의 단독검출이 이어지는 방식 또는 산란광 검출 후 광루미네선스의 검출이 이어지는 검출방식도 가능함은 물론이며, 광루미네선스 검출 후 산란광 검출도 가능하다. 동시검출 후 단독검출 또는 단독검출 후 동시검출을 포함한 모든 검출모드는 상기 제어부에서 미리 선택하는 것이 가능하다.
측정예.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출기의 제2 슬릿 개방간격에 따른 파장성분을 나타내는 데이터이다. 할로겐램프를 상기 분광 검출기의 100μm으로 고정된 입사 슬릿을 통하여 조사하고 그레이팅의 중심파장을 532nm로 설정하였을 때 제2 슬릿 개방간격에 따른 파장성분 변화를 나타낸다. 제2 슬릿의 개방간격은 20μm ~ 1000μm 내에서 설정되었으며, 20μm ~ 300μm 내에서는 20μm 단위로, 그 이후 300μm ~ 1000μm 범위는 100μm 단위로 측정하였다. 제2 슬릿의 개방간격을 조절할 경우 통과하는 빛의 밴드폭(파장폭) 영역의 신호만 받아들여 원하는 밴드폭 만큼의 신호만 걸러내는 필터효과를 크게 볼 수 있다. 따라서 제2 슬릿의 개방간격을 조절하는 것만으로 원하는 밴드폭을 조절할 수 있기 때문에 하드웨어 교체 없이도 필터를 바꿔 쓴 것과 같은 효과를 볼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광루미네선스 분광 검출부의 제2 슬릿 개방간격을 1000μm와 100μm로 했을 때, 각각의 측정 결과를 나타낸다. ①그림은 제2 슬릿의 개방간격에 따른 측정 결과의 차이를 보기위해 파장 봉우리 산포(peak wavelength)를 측정한 것이다. 해당 시료는 파장 봉우리가 448nm ~ 455nm 범위에서 다양하게 나타난다. 제 2슬릿의 개방간격에 따른 신호변화를 극명하게 볼 수 있도록 그레이팅의 중심파장을 448nm로 설정하였다. ② 그림은 각각 분광기를 사용하지 않았을 때, 제2 슬릿의 개방간격이 1000μm인 경우, 제2 슬릿의 개방간격이 100μm인 경우를 나타낸다. 제2 슬릿의 개방간격을 1000μm로 설정하면, 그레이팅의 중심파장을 기준으로 약 ±10nm 밴드폭의 신호를 통과할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 제2 슬릿의 개방간격을 100μm로 설정하면 그레이팅의 중심파장을 기준으로 약 ±3nm 밴드폭의 신호를 통과하는 것을 알 수 있다.
따라서 제2 슬릿의 개방간격을 1000μm으로 설정한 경우, 그레이팅의 중심파장이 448.5nm 이므로 447nm ~ 448nm 파장대의 신호가 제2 슬릿을 통과 가능하다. 이는 해당 웨이퍼의 모든 파장을 다 통과할 수 있는 것과 같으므로 상기 분광 검출기를 사용하지 않았을 때와 같은 측정결과를 얻을 수 있다. 제2 슬릿의 개방간격을 1000μm에서 100μm로 줄일 경우, 그레이팅의 중심파장을 기준으로 약 ±3nm 밴드폭의 신호가 통과할 수 있기 때문에 445.5nm ~ 451.5nm 범위의 파장성분만 통과 가능하다. 그러므로, 중심파장이 제2 슬릿을 통과할 수 있는 측정범위(445nm ~ 451nm)를 벗어난 영역의 측정 세기가 매우 약해진 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
1. 고리형상 평행광
2. 광루미네선스
10. 광원
20. 동심원 슬릿부
30. 제1 광 분리기
40. 대물렌즈
55. 입사슬릿을 통과한 광루미네선스
57. 분광된 광루미네선스
60. 산란광 선택부
65. 제2 광 분리기
70. 광루미네선스 선택부
85. 경로조절부
100. 시료
110. 가변 입사슬릿
120. 제2 슬릿
130. 제1 곡면 거울
140. 회전 그레이팅
150. 제2 곡면 거울
160. 방향선택 거울
200. 영상검출기
210. 제1 검출기
220. 제2 검출기
230. 광전자 증배관
300. 산란광 검출부
400. 광루미네선스 분광 검출부
450. 분광기 제어부
500. 디스플레이부
2. 광루미네선스
10. 광원
20. 동심원 슬릿부
30. 제1 광 분리기
40. 대물렌즈
55. 입사슬릿을 통과한 광루미네선스
57. 분광된 광루미네선스
60. 산란광 선택부
65. 제2 광 분리기
70. 광루미네선스 선택부
85. 경로조절부
100. 시료
110. 가변 입사슬릿
120. 제2 슬릿
130. 제1 곡면 거울
140. 회전 그레이팅
150. 제2 곡면 거울
160. 방향선택 거울
200. 영상검출기
210. 제1 검출기
220. 제2 검출기
230. 광전자 증배관
300. 산란광 검출부
400. 광루미네선스 분광 검출부
450. 분광기 제어부
500. 디스플레이부
Claims (8)
- 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비로:
상기 장비는, 고리형상 평행광을 내보내는 광원부;
상기 고리형상 평행광의 진행경로에 위치하여 상기 평행광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter);
상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는, 상기 제1 광 분리기와 상기 시료 사이에 위치한 대물렌즈(Objective lens);
상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료 표면을 주사할 수 있도록 시료를 이동시키는 시료 스테이지;
상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 직진 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 일부를 직각방향으로 반사하고 나머지를 직진 통과시키는 제2 광 분리기;
상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광 경로상에 위치하며, 상기 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스의 경로를 수직방향으로 변경하는, 위치 이동 가능한 반사거울을 포함하는 경로조절부;
상기 경로조절부의 상기 반사거울이 광경로에서 벗어날 때 직진하는 광 경로상에 위치하며, 상기 경로조절부를 통과한 산란광, 고리형상 반사광 및 광루미네선스를 영상화하는 영상검출기;
상기 반사거울이 광경로 상에 위치할 때 경로가 직각방향으로 변경되어 진행하는 광 경로상에 놓여 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 광루미네선스를 차단하는 이색성 거울을 포함하는 산란광 선택부;
상기 산란광 선택부를 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부;
상기 제2 광 분리기에서 반사된 광경로 상에 위치하며, 상기 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개와 산란광을 차단하는 이색성 거울을 포함하는 광루미네선스 선택부; 및
상기 광루미네선스 선택부를 통과한 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 분광 검출부를 포함하고,
상기 광루미네선스 분광 검출부는,
상기 광루미네선스 분광 검출부로 입사하는 광루미네선스의 입사광 폭을 조절하는 가변 입사슬릿;
상기 입사슬릿을 통과한 광루미네선스를 회전 그레이팅(Grating)으로 반사하는 제1 곡면 거울(Concave Mirror);
상기 제1 곡면거울에서 입사한 광루미네선스를 분광시켜 제2 곡면거울로 진행시키는 회전 그레이팅(grating);
상기 회전 그레이팅으로부터 입사한, 분광된 광루미네선스를 방향선택 거울로 반사하는 제2 곡면 거울;
상기 제2 곡면 거울로부터 입사한, 상기 분광된 광루미네선스를 제1 검출기로 반사하는, 위치 이동 가능한 방향선택 거울;
상기 방향선택 거울에서 반사되어 입사한, 상기 분광된 광루미네선스를 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD) 검출기 어레이(detector array) 또는 다중채널검출기(Multi-Channel Detector)로 검출하여 상기 분광된 광루미네선스의 파장을 측정하는 제1 검출기;
상기 방향선택 거울이 반사위치를 벗어나면, 제2 슬릿을 통과하여 입사한 분광된 광루미네선스를 광전자 증배관(Photo Multiplier Tube, PMT) 또는 광다이오드(Photodiode, PD)로 검출하여 광루미네선스의 세기(intensity)를 측정하는 제2 검출기; 및
분광기 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1 검출기가 상기 광루미네선스의 파장성분을 확인하도록 상기 방향선택 거울의 위치를 조절하고, 상기 확인된 파장성분의 중심파장 또는 미리 정한 값을 중앙값으로 설정하도록 상기 회전 그레이팅을 제어하며, 상기 중앙값을 중심으로 한 파장성분이 상기 제 2검출기로 입사하도록 거울의 위치를 조절하고, 상기 분광된 광루미네선스의 밴드폭을 결정할 수 있도록 상기 제 2슬릿의 폭을 조절하는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 광원부는, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 광루미네선스 분광 검출부 및 상기 산란광 검출부는 광 경로상에 광여과기를 더 포함하는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함하는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 발광다이오드 검사장비는,
상기 광원의 파장, 상기 광원의 세기, 및 상기 광루미네선스 세기 값을 포함하는 측정정보가 표시되는 디스플레이부를 더 포함하는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 시료 스테이지는, 다축 구동부를 포함하고,
상기 다축 구동부는 평면이동 2축(X-Y)구동부, 공간이동 3축(X-Y-X) 구동부 또는 공간이동 4축(X-Y-Z-θ) 구동부인,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 시료 스테이지는 상기 시료를 평면 회전시키며, 상기 회전하는 방향을 따라 측정하면서 미리 정한 간격만큼 상기 평면 회전하는 방향과 수직한 상하 방향으로 시료를 이동시키거나,
상기 시료를 상하 방향으로 지속적으로 이동시키며, 상기 이동하는 방향을 따라 측정하면서 미리 정한 각도만큼 상기 상하 방향과 수직한 방향인 평면 회전방향으로 시료를 회전시키는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
- 제 1항에 있어서,
상기 광루미네선스 분광 검출부는,
상기 입사슬릿을 통과한 광루미네선스를 제1 곡면 거울(Concave Mirror)로 반사하는 방향전환 거울을 더 포함하는,
광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비.
Priority Applications (1)
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| KR1020180114215A KR102067972B1 (ko) | 2018-09-21 | 2018-09-21 | 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114235836A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 深圳市壹倍科技有限公司 | 一种用于半导体缺陷检测的系统 |
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2018
- 2018-09-21 KR KR1020180114215A patent/KR102067972B1/ko active IP Right Grant
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