KR102240270B1

KR102240270B1 - 광 변환 모듈 및 광학 측정 시스템

Info

Publication number: KR102240270B1
Application number: KR1020140091807A
Authority: KR
Inventors: 김태중; 정용덕; 김광수; 전병환; 양유신; 이상길; 전충삼
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2021-04-14
Also published as: US9897552B2; KR20160010974A; US20160018328A1

Abstract

예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 시스템은 검사대상체의 표면에 입사시키기 위한 평행광을 생성하고 평행광의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부, 평행광의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각으로 회전 가능하도록 구비되어 평행광의 파장 및 회전각에 따라 검사대상체의 표면에 대한 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 회전격자, 및 회전격자를 통과한 평행광이 입사각 및 입사위치로 검사대상체의 표면에 입사 및 반사하여 생성되는 반사광을 수집하는 수집부를 포함할 수 있다. 파장을 가변하고 회전격자를 회전시켜 검사대상체의 표면에 대한 평행광의 입사각 및 입사위치를 변경할 수 있기 때문에, 빠른 속도로 검사대상체의 표면을 검사할 수 있다. 광학 측정 시스템의 결점 검출 효율이 높일 수 있고 반도체 생산 공정의 전체 효율 및 생산성을 높일 수 있다.

Description

광 변환 모듈 및 광학 측정 시스템{OPTICAL TRANSFORMATION MODULE AND OPTICAL MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 광학 변환 모듈 및 광학 측정 시스템에 관한 것이다.

미세 패턴을 갖는 반도체 웨이퍼 상에 발생하는 결점들(defects)을 검출하기 위하여 다양한 브라이트 필드(bright field) 광학 현미경들이 사용될 수 있다. 상기 광학 현미경에서 생성되는 광을 상기 웨이퍼의 표면에 입사시켜, 상기 표면에서 반사되는 반사광으로부터 상기 웨이퍼의 표면 상에 상기 결점들의 존재를 확인할 수 있다. 특히, 상기 결점들의 종류 및 상기 미세 패턴의 형상에 따라 상기 광이 특정한 입사각으로 상기 웨이퍼의 상기 표면에 입사할 때, 상기 광학 현미경은 상기 결점들을 더욱 선명하게 검출할 수 있다.

종래의 각도 스케터로미터(angle scatterometer)에 있어서, 공간필터를 이용하여 상기 광을 다양한 입사각으로 상기 웨이퍼의 상기 표면에 입사시킬 수 있다. 그러나, 상기 공간필터를 통과하는 상기 광의 광량 손실이 매우 크기 때문에 검출 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 상기 공간필터에 의한 상기 광의 입사각 변경 속도가 느리기 때문에, 상기 웨이퍼의 상기 표면 전체에 다양한 입사각으로 상기 광을 입사시켜 검사하기 위해 많은 소요시간을 필요로 한다. 따라서, 상기 웨이퍼의 생산성을 저하하는 요인이 되고 있다.

상기 광을 상기 웨이퍼의 상기 표면에 다양한 입사각을 가지도록 하면서도 상기 광량 손실이 작고, 보다 빠른 상기 입사각 변경 속도를 가진 결점 검출 효율이 높은 광학 측정 시스템에 대한 요구가 커지고 있다.

본 발명의 일 목적은 결점 검출 효율이 높은 광 변환 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 결점 검출 효율이 높은 광학 측정 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 결점 검출 효율이 높은 광학 측정 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 광 변환 모듈은 검사대상체의 표면에 입사시키기 위한 평행광을 생성하고 상기 평행광의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부, 및 상기 평행광의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각으로 회전 가능하도록 구비되어 상기 평행광의 상기 파장 및 상기 회전각에 따라 상기 검사대상체의 상기 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 회전격자를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전격자는 서로 다른 굴절율을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전격자는 서로 다른 투과율들을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전격자는

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 평행광 생성부는 광을 생성하고, 상기 광의 파장을 가변할 수 있는 광원, 및 상기 광의 경로 상에 위치하여 상기 광을 상기 파장을 갖는 평행광으로 변환하는 조준 렌즈를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 평행광 생성부는 레이저 광을 생성하고 상기 레이저 광의 파장을 가변할 수 있는 레이저 광원을 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 광학 측정 시스템은 검사대상체의 표면에 입사시키기 위한 평행광을 생성하고 상기 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 광 변환 모듈, 및 상기 평행광이 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체의 상기 표면에 입사 및 반사하여 생성되는 반사광을 수집하는 수집부를 포함할 수 있다. 상기 광 변환 모듈은 상기 평행광을 생성하고 상기 평행광의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부, 및 상기 평행광의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각으로 회전 가능하도록 구비되어 상기 평행광의 상기 파장 및 상기 회전각에 따라 상기 검사대상체의 상기 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 회전격자를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전격자는 줄무늬 또는 격자무늬를 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 광학 측정 시스템은 상기 평행광을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체에 입사시킬 수 있는 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈 어레이는 상기 회전격자를 통과한 상기 평행광의 경로 상에 위치하여 상기 평행광을 수렴발산광으로 변환시키고 상기 수렴발산광의 초점위치를 조절할 수 있는 초점 렌즈, 상기 수렴발산광의 경로 상에 위치하여 상기 수렴발산광을 상기 평행광으로 다시 복원 변환하고 상기 평행광을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체에 입사시키고 상기 평행광이 상기 검사대상체에 반사되어 입사하는 상기 반사광을 반사평행광으로 변환하는 대물 렌즈, 및 상기 반사평행광의 경로 상에 위치하여 상기 반사평행광을 수렴시켜 상기 반사광으로 다시 복원 변환하는 경통 렌즈를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 초점 렌즈 및 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여 상기 초점 렌즈를 통과한 상기 수렴발산광을 반사하여 상기 대물 렌즈로 입사시키는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반사광은 상기 검사대상체의 이미지 정보를 가지며 상기 수집부는 상기 반사광으로부터 상기 검사대상체의 상기 이미지 정보를 수집하는 CCD 렌즈를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 검사대상체는 웨이퍼일 수 있다.

상술한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 광학 측정 방법은 평행광 생성부가 파장을 가변할 수 있는 평행광을 생성할 수 있다. 상기 생성된 평행광을 소정의 회전각으로 회전 가능한 회전격자에 입사시킬 수 있다. 상기 평행광의 상기 파장 및 상기 회전격자의 상기 회전각을 조절하여 검사대상체의 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 변경할 수 있다. 상기 평행광을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체의 상기 표면에 입사시킬 수 있다. 수집부에서 상기 평행광이 상기 검사대상체의 상기 표면에 반사되어 생성되는 반사광을 수집할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전격자는 서로 다른 굴절율들을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 시스템은 평행광을 생성하고 상기 평행광의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부 및 회전 가능하도록 구비되는 회전격자를 포함한다. 상기 평행광 생성부에서 상기 평행광의 상기 파장을 가변하면, 상기 평행광이 상기 회전격자를 통과할 때 상기 평행광은 상기 파장에 따라 굴절하게 되고 상기 평행광은 변경된 입사각으로 검사대상체에 입사할 수 있다. 또한, 상기 회전격자의 회전으로 인하여 상기 검사대상체에 대한 상기 평행광의 입사위치를 회전시키며 변경할 수 있다.

상기 파장을 가변하여 상기 검사대상체에 대한 상기 평행광의 상기 입사각을 변경할 수 있기 때문에, 상기 평행광의 광량 손실을 줄일 수 있다. 또한, 상기 회전격자의 상기 회전으로 상기 검사대상체에 대한 상기 평행광의 상기 입사위치를 회전시키며 변경할 수 있기 때문에, 빠른 속도로 상기 검사대상체의 표면을 검사할 수 있다. 따라서, 결점 검출 효율이 높일 수 있고 반도체 생산 공정의 전체 효율 및 생산성을 높일 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이다.
도 3은 도 1의 광학 측정 시스템의 회전격자를 나타내는 사시도이다
도 4는 도 1의 평행광이 검사대상체의 표면에 입사하는 것을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 도 1의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 시스템을 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이다. 도 3은 도 1의 광학 측정 시스템의 회전격자를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 1의 평행광이 검사대상체의 표면에 입사하는 것을 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 1의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다. 도 6은 도 1의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 광학 측정 시스템은 평행광(102)을 생성하고 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 광 변환 모듈, 회전격자(200)를 통과한 평행광(102)을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시키는 렌즈 어레이(300), 및 평행광(102)이 검사대상체(w)의 표면(104)에 반사되어 생성되는 반사광(302)을 수집하는 수집부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광 변환 모듈은 평행광(102)을 생성하는 평행광 생성부(100), 및 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 회전격자(200)를 포함할 수 있다.

평행광 생성부(100)는 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시키기 위한 평행광(102)을 생성하고 평행광(102)의 파장을 가변할 수 있다. 평행광 생성부(100)는 광(112)을 생성하고 광(112)의 파장을 가변할 수 있는 광원(110), 및 광(112)의 경로 상에 위치하여 광(112)을 상기 파장을 갖는 평행광으로 변환하는 조준 렌즈(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 가시광선 광원일 수 있다. 이와는 달리, 광원(110)은 UV 광원 또는 EUV 광원일 수 있다. 예를 들어, 평행광 생성부(100)는 레이저 광을 생성하고 상기 레이저 광의 파장을 가변할 수 있는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 또한, 평행광 생성부(100)는 광 결정 섬유(photonic crystal fiber)를 더 포함하여 원하는 광 분산 특성을 가진 광을 생성할 수도 있다.

회전격자(200)는 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 평행광(102)의 상기 파장에 따라 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ)을 변경할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회전격자(200)는 서로 다른 굴절율을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(210)은 제1 굴절율을 가지고, 제2 영역(220)은 상기 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 가질 수 있다. 회전격자(200)의 제1 영역(210)과 제2 영역(220)은 교대로 반복적으로 형성될 수 있다.

이와는 달리, 제1 영역(210)은 제1 투과율을 가지고, 제2 영역(220)은 상기 제1 투과율과는 다른 제2 투과율을 가질 수도 있다. 또는 제1 영역(210)은 제1 두께를 가지고, 제2 영역(220)은 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께를 가질 수도 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 회전격자(200)는 줄무늬 또는 격자무늬(grid)를 가질 수 있다.

예를 들어, 제1 영역(210) 및 제2 영역(220)은 유리(glass) 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 영역(210) 및 제2 영역(220)의 폭(width)는 수 마이크로미터일 수 있다.

또한, 유리판에 홈을 파거나, 레이저를 이용한 리소그래피 공정을 수행하여 회전격자(200)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 유리판에 홈을 판 영역을 제1 영역(210), 유리판에 홈이 없는 영역을 제2 영역(220)으로 형성할 수 있다.

스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 평행광(102)이 회전격자(200)를 통과할 때 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ)은 평행광(102)의 상기 파장에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 파장의 크기가 클수록 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 입사각(θ)의 크기는 보다 작을 수 있다. 따라서, 평행광 생성부(100)에서 평행광(102)의 상기 파장을 가변하면, 회전격자(200)를 통과한 평행광(102)의 입사각(θ)은 상기 파장에 따라 변경될 수 있다. 즉, 평행광(102)의 상기 파장의 변화 때문에, 1차원적으로 변경 가능한 입사각으로 평행광(102)을 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시킬 수 있다.

또한, 회전격자(200)는 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비되어 회전격자(200)의 회전각(Φ1)에 따라 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사위치를 변경할 수 있다. 예를 들어, 회전격자(200)가 회전각(Φ1)만큼 회전하면 상기 입사위치도 회전각(Φ2)만큼 회전하여 변경될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 회전격자(200)를 통과하기 전의 평행광(102)은 X축을 따라 진행할 수 있다. 즉, 회전격자(200)를 통과하기 전의 평행광(102)의 주축(LC)과 X축은 실질적으로 평행할 수 있다. 평행광(102)이 회전격자(200)를 통과한 이후 평행광(102)의 주축(LC)이 제1 평면(Y1-Z1 평면)에 대한 X축으로부터의 입사각(θ)으로 진행될 수 있다.

또한, 회전격자(200)는 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비될 수 있다. 회전격자(200)가 제2 평면(Y2-Z2 평면) 상에서 Z2축으로부터 소정의 회전각(Φ1)만큼 회전하면, 평행광(102)의 주축(LC) 또한 제1 평면(Y1-Z1 평면) 상에서 Z1축으로부터 회전각(Φ2)만큼 회전하게 되고 평행광(102)은 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 회전 변경된 상기 입사위치로 입사될 수 있다.

따라서, 회전격자(200)는 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비되어 평행광(102)의 상기 파장 및 회전격자(200)의 회전각(Φ1)에 따라 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ) 및 상기 입사위치를 각각 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 평행광 생성부(100)에서 제1 파장을 갖는 평행광(106)을 생성하여 회전격자(200)를 통과시키면 평행광(106)을 입사각(θ1)으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시킬 수 있다. 회전격자(200)가 회전을 하면, 평행광(106)의 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 입사위치(P1) 또한 회전하면서 변경될 수 있다. 따라서, 평행광(106)은 입사각(θ1) 및 회전된 입사위치(P1)로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사할 수 있다.

또한, 평행광 생성부(100)에서 상기 제1 파장보다 더 큰 파장인 제2 파장을 갖는 평행광(108)을 생성하여 회전격자(200)를 통과시키면 평행광(108)을 입사각(θ2)으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시킬 수 있다. 회전격자(200)가 회전을 하면, 평행광(108)의 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 입사위치(P2) 또한 회전하면서 변경될 수 있다. 따라서, 평행광(108)은 입사각(θ2) 및 회전하는 입사위치(P2)로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사할 수 있다.

따라서, 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 다양한 입사각을 갖는 평행광이 검사대상체(w)의 표면(104) 전체로 입사할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈 어레이(300)는 평행광(102)을 입사각(θ) 및 상기 입사위치로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시키고 평행광(102)이 검사대상체(w)의 표면(104)로부터 반사되어 생성되는 반사광(302)으로부터 검사대상체(w)의 표면(104)의 선명한 이미지를 얻기 위해 초점 위치 등을 조절하기 위하여 다양한 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이(300)는 초점 렌즈(310), 대물 렌즈(320), 및 경통 렌즈(330)를 포함할 수 있다. 또한, 검사대상체(w)는 미세한 패턴을 갖는 웨이퍼일 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 렌즈 어레이(300)는 회전격자(200)를 통과한 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 평행광(102)을 수렴발산광(312)으로 변환시키는 초점 렌즈(310), 수렴발산광(312)의 경로 상에 위치하여 수렴발산광(312)을 평행광(102)으로 다시 복원 변환하고 평행광(102)이 검사대상체(w)의 표면(104)에서 반사되어 생성되는 반사광(302)을 반사평행광(322)으로 변환하는 대물 렌즈(320), 및 반사평행광(322)의 경로 상에 위치하여 반사평행광(322)을 반사광(302)으로 복원 변환하는 경통 렌즈(330)를 포함할 수 있다.

또한, 렌즈 어레이(300)는 초점 렌즈(310) 및 대물 렌즈(320) 사이에 위치하여, 초점 렌즈(310)를 통과한 수렴발산광(312)을 반사하여 대물 렌즈(320)로 입사시키는 빔 스플리터(340)를 더 포함할 수 있다.

초점 렌즈(310)는 회전격자(200)를 통과한 평행광(102)의 경로 상에 위치하여, 평행광(102)을 수렴발산광(312)으로 변환시키고 수렴발산광(312)의 초점(F)의 위치를 조절할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 평행광(102)의 주축(LC)이 X축으로부터의 입사각(θ)으로 진행하여 초점 렌즈(310)에 입사하여 통과하면, 평행광(102)은 수렴발산광(312)으로 변환될 수 있다. 평행광(102)의 입사각(θ), 수렴발산광(312)의 초점위치의 길이(d), 및 초점 렌즈(310)의 후초점거리(back focal length: BFL)는 다음과 같은 [수학식1]을 만족한다.

[수학식 1]

(단, θ는 평행광의 X축으로부터의 입사각, d는 Z축으로부터 초점(F)까지의 길이, BFL은 초점 렌즈의 후초점거리, BFL1은 FLZ1축으로부터 Z축까지의 거리, 및 BFL2는 X축으로부터 FX축까지의 거리를 나타냄.)

즉, 평행광(102)의 X축으로부터의 입사각(θ)의 변경된 크기는 수렴발산광(312)의 초점위치(d)의 길이의 변경으로 나타난다. 따라서, 초점 렌즈(310)를 X축 방향으로 움직이면, 초점위치(d)를 조절하여 검사대상체(w)의 표면의 선명한 이미지를 얻을 수 있다.

대물렌즈(320)는 수렴발산광(312)의 경로 상에 위치하여, 수렴발산광(312)을 평행광(102)으로 다시 복원 변환하여 평행광(102)을 입사각(θ)으로 검사대상체(w)에 입사시키고, 평행광(102)이 검사대상체(w)에 반사되어 입사하는 반사광(302)을 반사평행광(322)로 변환할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 수렴발산광(312)이 초점위치(d)를 가지고 대물 렌즈(320)에 입사하여 통과하면, 수렴발산광(312)은 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 입사각(θ), 즉 Z축으로부터의 입사각(θ)을 가진 평행광(102)으로 다시 복원 변환될 수 있다. 평행광(102)의 입사각(θ), 수렴발산광(312)의 초점위치의 길이(d), 및 후초점거리(back focal length: BFL)는 다음과 같은 [수학식2]를 만족한다.

[수학식 2]

(단, θ는 평행광의 검사대상체의 표면에 대한 입사각, d는 수렴발산광의 초점위치의 길이(Z축으로부터의 초점(F)의 거리), BFL3는 대물 렌즈의 후초점거리(FX축으로부터 OLX축까지의 거리)를 나타냄.)

따라서, 대물 렌즈(320)를 Z 방향으로 움직이면, 초점위치(d)를 조절할 수 있어, 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 선명한 이미지를 얻을 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(320)는 검사대상체(w)에 반사되어 입사하는 반사광(302)을 반사평행광(322)으로 변환하여, 수집부(400) 가까이로 반사평행광(322)을 전달할 수 있다.

경통 렌즈(330)는 반사평행광(322)의 경로 상에 위치하여, 반사평행광(322)을 수렴하여 반사광(302)으로 다시 복원 변환할 수 있다. 경통 렌즈(330)를 Z 방향으로 움직여 초점위치를 조절하고 검사대상체(w)의 표면(104)의 선명한 이미지를 얻을 수 있다.

수집부(400)는 경통 렌즈(330)를 통과하여 반사평행광(322)에서 변환된 반사광(302)을 수집할 수 있다. 예를 들어, 반사광(302)은 검사대상체(w)의 표면(104)의 이미지 정보를 가질 수 있다. 수집부(400)는 반사광(302)으로부터 검사대상체(w)의 상기 이미지 정보를 수집하는 CCD 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 수집부(400)는 상기 수집한 이미지 정보를 기초로 하여, 검사대상체(w)의 표면(104) 상에 결점들을 검출할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 시스템은 평행광(102)을 생성하고 평행광(102)의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부(100) 및 회전 가능하도록 구비되는 회전격자(200)를 포함한다. 평행광(102)의 상기 파장을 가변하면, 평행광(102)이 회전격자(200)를 통과할 때 평행광(102)은 상기 파장에 따라 굴절하게 되고 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각을 변경시킬 수 있다. 또한, 회전격자(200)의 회전으로 인하여 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 상기 입사위치는 회전하면서 변경될 수 있다.

굴절률의 차이를 이용하여 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ)을 변경할 수 있기 때문에, 평행광(102)의 광량 손실을 줄일 수 있다. 또한, 또한, 회전격자(200)의 회전으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 상기 입사위치를 변경할 수 있기 때문에, 빠른 속도로 검사대상체(w)의 표면(104)을 스캐닝할 수 있다.

이하에서는, 도 1의 광학 측정 시스템을 이용하여 검사대상체의 표면을 검사하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 7은 예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 7, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 광학 측정 방법은 평행광 생성부(100)는 파장을 가변할 수 있는 평행광(102)을 생성한다(S100). 평행광 생성부(100)는 평행광(102)을 생성하고 평행광(102)의 파장을 가변할 수 있다.

예를 들어, 평행광이 아닌 광원(110)에서 광(112)을 발생할 수 있다. 발생된 광(112)을 조준 렌즈(120)를 통과시키면, 광(112)은 평행광(102)으로 변환될 수 있다. 이와는 달리, 레이저원(도시되지 않음)을 이용하여 평행광(102)을 생성할 수도 있다.

이어서, 평행광(102)을 소정의 회전각으로 회전 가능한 회전격자(200)에 입사시킬 수 있다(S102).

이어서, 평행광(102)의 상기 파장 및 회전격자(200)의 상기 회전각을 조절하여 검사대상체(w)의 평면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ) 및 입사위치를 변경할 수 있다(S104).

회전격자(200)는 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비되어 평행광(102)의 상기 파장 및 회전각(Φ1)에 따라 검사대상체(w)의 평면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ) 및 상기 입사위치를 변경할 수 있다.

또한, 회전격자(200)는 평행광(102)의 경로 상에 위치하여 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비되어 회전각(Φ1)에 따라 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사위치를 변경할 수 있다. 예를 들어, 회전격자(200)가 회전각(Φ1)만큼 회전하면 상기 입사위치도 회전각(Φ1)만큼 회전하여 변경될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 회전격자(200)를 통과하기 전의 평행광(102)은 X축을 따라 진행할 수 있다. 즉, 회전격자(200)를 통과하기 전의 평행광(102)의 주축(LC)과 X축은 실질적으로 평행할 수 있다. 평행광(102)이 회전격자(200)를 통과한 이후 평행광(102)의 주축(LC)이 제1 평면(Y1-Z1 평면)에 대한 X축으로부터 입사각(θ)으로 진행될 수 있다.

따라서, 회전격자(200)는 소정의 회전각(Φ1)으로 회전 가능하도록 구비되어 평행광(102)의 상기 파장 및 회전각(Φ1)에 따라 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각(θ) 및 상기 입사위치를 각각 변경할 수 있다

이어서, 평행광(102)을 입사각(θ) 및 상기 입사위치로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시킬 수 있다(S106).

예시적인 실시예들에 있어서, 평행광(102)을 입사각(θ)으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시키는 것은 초점 렌즈(310)를 이용하여 평행광(102)을 수렴발산광(312)으로 변환시키는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 대물 렌즈(320)를 이용하여 수렴발산광(312)을 다시 평행광(102)으로 변환하여 평행광(102)을 입사각(θ)으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 입사시킬 수 있다. 이어서, 대물 렌즈(320)를 이용하여 검사대상체(w)의 표면(104)에서 반사되는 반사광(302)을 반사평행광(322)으로 변환할 수 있다. 이어서, 경통 렌즈(330)를 이용하여 반사평행광(322)을 다시 반사광(302)으로 복원 변환할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이(300)는 초점 렌즈(310), 대물 렌즈(320), 및 경통 렌즈(330)를 포함할 수 있다.

초점 렌즈(310), 대물 렌즈(320), 및 경통 렌즈(330)의 위치를 조절하여 보다 선명한 검사대상체(w)의 표면(104)의 이미지를 얻을 수 있다.

이어서, 수집부(400)를 이용하여 경통 렌즈(330)를 통과하여 복원 변환된 반사광(302)을 수집할 수 있다(S108). 예를 들어, 반사광(302)은 검사대상체(w)의 표면(104)의 이미지 정보를 가질 수 있다. 수집부(400)는 반사광(302)으로부터 검사대상체(w)의 표면(104)의 상기 이미지 정보를 수집하는 CCD 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 수집부(400)는 상기 수집한 이미지 정보를 기초로 하여, 검사대상체(w)의 표면(104) 상에 결점들을 검출할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따른 광학 측정 방법은 평행광(102)을 생성하여 평행광(102)의 파장을 가변하고, 평행광(102)을 회전 가능하도록 구비되는 회전격자(200)에 통과시킨다. 평행광(102)의 상기 파장을 가변하면, 평행광(102)이 회전격자(200)를 통과할 때 평행광(102)은 상기 파장에 따라 굴절하게 되고 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 입사각을 변경시킬 수 있다. 또한, 회전격자(200)의 회전으로 인하여 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 상기 입사위치를 회전시켜 변경할 수 있다.

굴절률의 차이를 이용하여 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(104)의 입사각(θ)을 변경할 수 있기 때문에, 평행광(102)의 광량 손실을 줄일 수 있다. 또한, 회전격자(200)의 회전으로 검사대상체(w)의 표면(104)에 대한 평행광(102)의 상기 입사위치를 변경할 수 있기 때문에, 빠른 속도로 검사대상체(w)의 표면(104) 전체에 대한 2차원 스캐닝을 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 평행광 생성부 102: 평행광
110: 광원 120: 조준 렌즈
200: 회전격자 300: 렌즈 어레이
302: 반사광 310: 초점 렌즈
312: 수렴발산광 320: 대물 렌즈
322: 반사 평행광 330: 경통 렌즈
340: 빔 스플리터 400: 수집부

Claims

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검사대상체의 표면에 입사시키기 위한 평행광을 생성하고, 상기 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 광 변환 모듈; 및
상기 평행광이 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체의 상기 표면에 입사 및 반사하여 생성되는 반사광을 수집하는 수집부를 포함하고,
상기 광 변환 모듈은
상기 평행광을 생성하고, 상기 평행광의 파장을 가변할 수 있는 평행광 생성부;
상기 평행광의 경로 상에 위치하여, 소정의 회전각으로 회전 가능하도록 구비되어 상기 평행광의 상기 파장 및 상기 회전각에 따라 상기 검사대상체의 상기 표면에 대한 상기 평행광의 입사각 및 입사위치를 각각 변경할 수 있는 회전격자; 및
상기 평행광을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체에 입사시킬 수 있는 렌즈 어레이를 포함하고,
상기 렌즈 어레이는
상기 회전격자를 통과한 상기 평행광의 경로 상에 위치하여, 상기 평행광을 수렴발산광으로 변환시키고 상기 수렴발산광의 초점위치를 조절할 수 있는 초점 렌즈;
상기 수렴발산광의 경로 상에 위치하여, 상기 수렴발산광을 상기 평행광으로 다시 복원 변환하고, 상기 평행광을 상기 입사각 및 상기 입사위치로 상기 검사대상체에 입사시키고, 상기 평행광이 상기 검사대상체에 반사되어 입사하는 상기 반사광을 반사평행광으로 변환하는 대물 렌즈; 및
상기 반사평행광의 경로 상에 위치하여, 상기 반사평행광을 수렴시켜 상기 반사광으로 다시 복원 변환하는 경통 렌즈를 포함하는 광학 측정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 회전격자는 서로 다른 굴절율을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함하는 광학 측정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 회전격자는 서로 다른 투과율들을 각각 갖고 교대로 반복 형성된 다수개의 영역들을 포함하는 광학 측정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 회전격자는 줄무늬 또는 격자무늬를 갖는 광학 측정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 평행광 생성부는
광을 생성하고, 상기 광의 파장을 가변할 수 있는 광원; 및
상기 광의 경로 상에 위치하여, 상기 광을 상기 파장을 갖는 평행광으로 변환하는 조준 렌즈를 포함하는 광학 측정 시스템.
삭제
제 5 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 초점 렌즈 및 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여 상기 초점 렌즈를 통과한 상기 수렴발산광을 반사하여 상기 대물 렌즈로 입사시키는 빔 스플리터를 더 포함하는 광학 측정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 반사광은 상기 검사대상체의 표면의 이미지 정보를 가지고, 상기 수집부는 상기 반사광으로부터 상기 검사대상체의 상기 이미지 정보를 수집하는 CCD 렌즈를 포함하는 광학 측정 시스템.