KR102302641B1

KR102302641B1 - 암시야 시스템의 tdi 센서

Info

Publication number: KR102302641B1
Application number: KR1020177012165A
Authority: KR
Inventors: 지젠 바재파람빌; 구오헹 자오; 다니엘 카발드지에프; 아나톨리 로마노프스키; 이반 말리브; 크리스챤 볼터스; 스테판 비엘락; 브렛 화이트사이드; 도날드 페티본; 융-호 알렉스 추앙; 데이빗 더블유 숏트
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2021-09-14
Also published as: KR20170063938A; DE112015004550B4; IL250352A0; JP2017536533A; US20160097727A1; JP6629308B2; US9891177B2; DE112015004550T5; TWI656338B; WO2016054570A1; TW201617604A; CN107110792B; SG11201702721RA; IL250352B; CN107110792A

Abstract

웨이퍼 스캐닝 시스템은 유효 스폿 크기를 줄이는 이미징 수집 옵틱스를 포함한다. 더 작은 스폿 크기는 스폿의 면적에 비례하여 표면에 의해 산란된 광자의 수를 감소시킨다. 공기 산란이 또한 감소된다. TDI는 웨이퍼의 선형 움직임 방향으로 통합된 복수의 이미지 신호에 기초하여 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 조명 시스템은 웨이퍼를 광으로 가득히 비추고, 스폿을 생성하는 작업은 이미징 수집 옵틱스에 할당된다.

Description

암시야 시스템의 TDI 센서{TDI SENSOR IN A DARKFIELD SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 검사 시스템에 관한 것으로, 특히 시간 지연 통합(TDI) 센서를 구비한 검사 시스템에 관한 것이다.

시간 지연 통합(time delay integration, TDI)은 움직이는 2차원 물체의 연속적인 이미지를 생성하는 이미징 처리이다. TDI 시스템에서, 이미지 광자는 픽셀들의 어레이에서 광전하로 변환된다. 물체가 움직일 때, 광전하는 센서 아래로 이동축에 평행하게 픽셀로부터 픽셀로 이동된다. 광전하 이동 속도를 물체의 속도와 동기화시킴으로써, TDI는 이미지를 발생하기 위해 움직이는 물체의 고정 위치에서의 신호 강도를 통합할 수 있다. 총 통합 시간은 이미지 모션의 속도를 바꾸고 움직임의 방향으로 더 많은/더 적은 픽셀을 제공함으로써 조절될 수 있다.

TDI 검사 시스템은 웨이퍼, 마스크 및/또는 레티클을 검사하기 위해 사용될 수 있다. 종래의 TDI 센서는 그리드로서 형성된 포토 센서 요소(전하 결합 소자(CCD))의 큰 어레이를 포함한다. 예를 들면, 종래의 TDI 센서는 1024×128 어레이의 포토 센서 요소로 형성될 수 있다. 종래의 TDI 센서를 이용하여 제공되는 것보다 더 높은 감도를 달성하기 위해, 복수의 TDI 픽셀이 서브픽셀 오프셋 패턴으로 배열될 수 있다. 센서 인터리빙은 TDI 검사 시스템의 해상도 및 앤티 앨리어싱 능력을 유리하게 증가시킬 수 있다.

점점 더 작아지는 기술 노드에서는 이미지가 고해상도에서 크게 확대되어 결함 검출을 쉽게 하는 것이 바람직하다. 이와 동시에, 검사 대상의 웨이퍼/마스크/레티클의 복잡도가 증가함에도 불구하고 더 빠른 검사가 요구된다. 이 목표를 달성하기 위해, TDI 센서 어레이의 크기가 증가하였다.

신흥 반도체 제조 처리는 점점 더 작은 입자로 감도를 요구한다. 현재의 툴은 광자를 검출하는 원리로 동작하고, 비정상 입자와 같은 결함에 의해 산란되며, "결함"있는 광자를 노이즈와 구별한다. 노이즈 소스는 웨이퍼 표면 및 공기에 의해 산란되는 "노이즈" 광자와, 센서 및 전자에 의해 신호에 추가되는 하드웨어 노이즈를 포함한다. 더 많은 광자가 결함에 의해 산란되고, 노이즈가 적을수록 결함을 검출하기가 더 쉽다.

그러나 구형 입자에 의해 산란된 광자의 수는 그 직경의 6승에 비례한다. 동일한 조명으로 12nm 입자는 24nm 입자보다 약 64배 더 적은 수의 광자를 산란시킨다. 조명 광자 수의 증가는 열손상 역치 때문에 옵션이 아니고, 그 이상의 조명 광자는 표면을 손상하기 시작한다.

기존의 스폿 스캐닝 기술은 검사 감도의 한계에 도달하였다. 패턴화 응용에서의 기술은 패턴화 및 비패턴화 응용에 필요한 검사 속도를 제한하는 이용 가능한 레이저 파워, 광학 효율, 노이즈 소스 및 XY 스테이지 특유 구현과 같은 특유의 구현 세부 및 기술 한계를 갖는다.

결국, 초고 해상도, 실시간, 암시야 웨이퍼 및 레티클 검사에 적합한 장치가 있다면 유리할 것이다.

따라서, 본 발명은 초고 해상도, 실시간, 암시야 웨이퍼 및 레티클 검사용의 신규 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 있어서, 웨이퍼 스캐닝 시스템은 산란 광을 수집하기 위한 이미징 수집 옵틱스를 포함한다. 조명된 웨이퍼 영역을 멀티픽셀 센서에 이미징하면 각 픽셀이 배경 신호의 일부를 수신하고, 결함 신호가 훨씬 더 적은 수의 픽셀에 이미징되는 동안 그 픽셀에 대한 신호/배경 및 신호/잡음비를 증가시킨다. 더 작은 스폿 크기는 스폿의 면적에 비례하여 표면에 의해 산란된 광자의 수를 감소시킨다. 공기 산란이 또한 감소된다. TDI는 웨이퍼의 선형 모션의 방향으로 통합된 복수의 이미지 신호에 기초하여 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 사용된다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 있어서, 조명 시스템은 웨이퍼를 광으로 가득히 비추고, 스폿을 생성하는 작업은 이미징 수집 옵틱스에 할당된다.

전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 단지 예를 든 것이고 청구되는 발명을 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 발명의 실시형태를 예시한 것이고 상기 일반적 설명과 함께 발명의 원리를 설명하기 위해 소용된다.

본 발명의 많은 장점들이 첨부 도면을 참조함으로써 당업자에게 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 검사 시스템의 블록도이다.
도 2a는 TDI 장치 및 대응하는 신호 패턴의 그래픽 표시도이다.
도 2b는 TDI 장치 및 웨이퍼 조명 패턴의 그래픽 표시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 스캔 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 조명 및 검사 방법의 흐름도이다.

이제, 첨부 도면에 예시되어 있는 개시된 주제에 대하여 상세히 설명한다. 발명의 범위는 특허 청구범위에 의해서만 제한되고, 많은 변형예, 수정예 및 균등물이 포함된다. 명확성을 위해, 실시형태와 관련된 기술 분야에서 공지된 기술적 자료는 설명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 자세히 설명하지 않았다.

시간 지연 통합(TDI)의 처리 및 관련 하드웨어는 미국 특허 제8,772,731호; 미국 특허 제8,624,971호; 미국 특허 제7,952,633호; 미국 특허 제7,609,309호 및 미국 특허 제7,227,984호에 자세히 설명되어 있다. 이러한 처리 및 하드웨어는 또한 미국 특허 출원 공개 제20140158864호; 미국 특허 출원 공개 제20140043463호; 미국 특허 출원 공개 제20130270444호; 미국 특허 출원 공개 제20100188655호; 미국 특허 출원 공개 제20060103725호; 미국 특허 출원 공개 제20130016346호 및 미국 특허 출원 공개 제20040175028호에 설명되어 있다. 상기 미국 특허 및 공개된 미국 특허 출원은 모두 인용에 의해 그 전부가 본원에 통합된다.

본 발명의 실시형태는 협시야 TDI 이미지 획득을 가능하게 한다. 본 발명과 관련해서, 협시야는 흐림(blur)을 줄이기에 충분한 필드 종횡비로서 이해하여야 한다. 본 발명의 실시형태에 따른 TDI 센서는 좁은 채널 이미지 스트림을 수신하고 결과적인 시간 지연된 이미지를 단일 웨이퍼 이미지에 통합하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시형태는 R-쎄타 스테이지에서 조명되고 패턴화되지 않은 웨어퍼로부터 산란 광자를 수집하기 위한 높은 개구수를 가진 이미징 수집 옵틱스를 포함할 수 있다. 산란 광자의 수집은 암시야 결함 검출을 가능하게 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 검사 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템은 레이저와 같은 적어도 하나의 조명원(100)을 포함한다. 일 실시형태에서, 조명원(100)은 약 157nm 내지 532nm 사이에서 동작하는 2-50 와트 모드 고정 레이저를 포함할 수 있다. 조명원(100)은 반사광이 이미징 수집 옵틱스(108)의 시스템에 의해 수집되지 않도록 바람직한 각도로 웨이퍼(122)를 조명하도록 구성된 광을 생성할 수 있다. 원하는 조명 패턴을 위해 광은 비제한적인 예를 들자면 하나 이상의 렌즈, 하나 이상의 필터 및 하나 이상의 광학 요소(106)와 같은 하나 이상의 광학 요소를 통하여 천이될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 조명원(100)은 움직이는 웨이퍼의 협시야부를 조명하도록 구성된다. 조명은 업계에 공지된 임의의 조명 윤곽을 포함할 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들면, 조명은 비제한적인 예를 들자면 평탄 상부(flat-top) 조명 윤곽(예를 들면, 일차원 또는 이차원에서), 가우시안 조명 윤곽, 수퍼 가우시안 조명 윤곽 또는 임의의 다른 적당한 조명 윤곽을 포함할 수 있다.

웨이퍼(122)로부터의 산란 광은 수집된 광을 무한초점(afocal) 렌즈 시스템(110)으로 지향시키도록 구성된 이미징 수집 옵틱스(108)의 시스템에 의해 수집될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 이미징 수집 옵틱스(108)는 스폿을 해결한다. 이미징 수집 옵틱스(108)의 장점을 취하기 위해, 본 발명의 실시형태는 단채널 광전자 증배관(photomultiplier tube, PMT) 또는 다른 단채널 검출기 대신에 고도로 병렬화된 획득 시스템을 생성하는 복수의 픽셀을 가진 TDI CCD를 포함할 수 있다.

고품질 광학 시스템에서 해상도는 회절 한계에 가깝다는 점에 주목한다. 예를 들면, 해상도는 266nm 파장광에 대하여 0.2㎛ 미만일 수 있다. 그러나 약 0.5㎛의 실제 해상도가 수용 가능하고 스폿 스캐닝 기술에 대한 실질적인 개선을 나타내는 것으로 인식된다. 일 실시형태에 있어서, 스폿 스캐닝 시스템의 경우에, 조명 스폿은 입사각(1/cos)에 의해 연장된 빗각 조명을 포함할 수 있다. 예를 들면, 70° 입사각의 경우에, 연장 인수(elongation factor)는 2.92이고, 다시 말하자면 빗각 조명 스폿은 입사면의 방향을 따르는 정상보다 고유적으로 2.92배 더 크고, 이것은 1㎛보다 훨씬 더 크지 않은 해상도를 가능하게 한다.

다른 실시형태에 있어서, 조명 스폿은 웨이퍼의 표면에 실질적으로 수직인 각으로 웨이퍼의 표면에 부딪치는 정상적으로 입사하는 레이저 조명을 포함할 수 있다. 여기에서 웨이퍼의 검사시에 빗각 입사 조명을 사용하는 것은 일반적으로 미국 특허 출원 공개 제20130016346호에 설명되어 있고, 이 문서는 인용에 의해 그 전부가 이미 본원에 통합되었다는 점에 주목한다.

다른 실시형태에 있어서, 수집 렌즈 마스크 시스템(112)은 집속된 광을 TDI 요소(118)에 전달하기 위한 복수의 채널로 분할할 수 있다. 수집 렌즈 마스크 시스템(112)은 최대 5개의 채널에 대한 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 수집 렌즈 마스크 시스템(112)은 3개의 채널을 포함할 수 있다. 광 감지는 수집 렌즈 마스크 시스템(112)에서 증강기(intensifier)(114) 또는 전자 충격 장치에 의해 향상될 수 있다.

여기에서 TDI 데이터 획득은 연속파 또는 준연속파 레이저를 고출력 및 제어된 조명 강도로 사용할 수 있게 한다는 점에 주목한다. TDI 폭의 선택은 R-쎄타 스테이지 모션에 의해 야기된 기하학적 흐림과 조명 강도 사이의 거래(trade-off)를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, TDI 클럭의 조정은 단일 광학 구성에서 검사를 연속적으로 변화시키기 위해 사용될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 광학 요소(106)를 이용함으로써 톱햇(tophat) 윤곽이 얻어질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 톱햇 윤곽은 접선 축에서 약간 분리된 2개 이상의 좁고 긴 가우시안 스폿으로 얻어질 수 있지만 방사상 축에서 스폿 크기의 약 절반이 겹쳐진다. 이와 관련하여, TDI 통합에 의해 실행되는 합산 강도는 거의 톱햇 윤곽이다.

더 나아가, 본 발명의 추가의 실시형태는 복수의 스폿 조명을 포함할 수 있다. 여기에서, 복수의 스폿 조명은 업계에 공지된 임의의 방법으로 실행될 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들면, 웨이퍼의 검사시에 사용되는 복수의 스폿 또는 "멀티 패치" 조명은 미국 특허 출원 공개 제20130016346호에 자세히 설명되어 있고, 이 문서는 인용에 의해 그 전부가 이미 본원에 통합되었다.

다른 실시형태에 있어서, 수집 렌즈 마스크 시스템(112)은 집속된 분할 광의 하나 이상의 채널을 증강기(114) 또는 센서 릴레이(116)에 전달할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 증강기(114)는 스위칭 가능하고, 광학 경로 밖으로 이동될 수 있으며 증강기(114)가 낮은 광 층에서만 사용되도록 센서 릴레이(116)에 의해 교체될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 매우 거친 필름과 같은 밝은 층의 경우에, 이미지는 TDI 요소(118)에 직접 릴레이되고, 그래서 증강기(114)의 수명 시간이 연장되고 증강기(114)의 추가의 흐림을 피할 수 있다.

여기에서 증강기(114) 및 센서 릴레이(116)는 예를 들면 5-50 광자/광자의 광학 이득을 제공할 수 있다는 점에 주목한다. 또한 증강기(114) 뒤의 TDI 요소(118)에 의한 광 감지는 0.2-1.0 범위의 양자 효율을 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, TDI 요소(118)는 하나 이상의 채널 광학 스트림을 수신하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 제1 스트림은 TDI 요소(118)의 단일 픽셀 또는 제한된 수의 픽셀에 의해 샘플링된 광학 해상도를 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제2 스트림은 TDI 요소(118)의 단일 픽셀 또는 제한된 수의 픽셀에 의해 샘플링된 광학 해상도를 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 스트림과 제2 스트림은 TDI 요소(118)의 다른 수의 픽셀에 의해 샘플링된 다른 광학 해상도를 가질 수 있다. TDI 요소(118)는 비제한적인 예를 들자면 단일 TDI 칩, 별도의 TDI 칩, 또는 다른 스트림을 수신하는 독립 TDI 카메라를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 스트림과 제2 스트림은 동일한 광학 해상도를 가질 수 있다.

일 실시형태에 있어서, TDI 요소(118)로부터의 신호는 별도의 신호 스트림으로부터 복수의 웨이퍼 이미지(124)를 생성하기 위해 이미지 처리 컴퓨터(120)에 보내질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 이미지 처리 컴퓨터(120)는 검출기로부터의 데이터 스트림에 기초하여 웨이퍼 이미지(124)를 생성할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 예를 들면, 10-10000 픽셀로부터의 임의의 곳이 사용될 수 있고, 100kHz-100MHz로부터의 임의의 곳의 회선 속도(line rate) 또는 원하는 웨이퍼 스루풋을 달성하는 임의의 회선 속도를 사용할 수 있다. 여기에서 상기 값 및 범위는 단지 설명 목적으로 제공되고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 점에 주목한다.

다른 실시형태에 있어서, 고감도 스캔의 경우에, 웨이퍼(122)의 회전의 선 속도(linear speed)는 약 0.1 m/s에 도달할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 웨이퍼(122)의 회전과 관련된 선 속도는 소정 웨이퍼 반경에 대한 고 스루풋 스캔의 경우에 약 100 m/s에 도달할 수 있다. 예를 들면, <0.1 m/s 내지 >100 m/s의 선 속도가 예상된다. 여기에서 상기 선 속도 범위는 단지 설명 목적으로 제공되고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 점에 주목한다.

본 설명의 많은 부분이 비패턴화 웨이퍼의 검사에 초점이 맞추어지지만, 본 발명의 원리 및 각종 실시형태는 패턴화 웨이퍼의 검사에까지 연장될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 비패턴화 웨이퍼의 검사는 미국 특허 출원 공개 제20130016346호에 자세히 설명되어 있고, 이 문서는 인용에 의해 그 전부가 이미 본원에 통합되었다.

비록 소정의 속성 또는 속성들의 범위를 가진 요소들을 설명하지만, 당업자라면 각종 광학 속성의 파장, 스캐닝 옵틱스 및 요소들의 많은 변형예를 생각할 수 있을 것이다. 예를 들면, TDI 요소(118)의 경우에, 픽셀들은 더 높은 스루풋을 위해 통합 방향으로 빈(bin)될 수 있다. 다른 예로서, TDI 요소(118)의 경우에, 판독 클럭은 와선 스캔의 반경을 따르는 선 속도 변화를 수용하기 위해 다른 주파수로 설정될 수 있다.

도 2a를 참조하면, TDI CCD 및 대응하는 신호 패턴의 그래픽 표시가 도시되어 있다. 예를 들면, 웨이퍼(202)의 조명 부분의 TDI 스캔용으로 구성된 TDI(200)가 도시되어 있다. 예를 들면, (도 1에 도시된 것처럼) 선택된 각도로 웨이퍼를 조명하는 조명원을 가진 시스템에서, TDI(200)는 TDI(200)의 수직축이 R-쎄타 스캐닝의 방사상 방향과 일치하고 TDI(200)의 TDI 판독 방향(208)인 수평축이 R-쎄타 스캐닝의 접선 방향과 일치하도록 지향될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 방사상 축을 따르는 광 강도(206)와 관련된 조명 윤곽은 접선 축을 따라 균일한 감도 및 광 강도(204)를 달성하는 톱햇 윤곽을 포함한다. 광 강도(206)와 관련된 조명 윤곽은 비제한적인 예를 들자면 가우시안 윤곽 등과 같은 좁은 폭으로 한정되는 에너지 윤곽을 제공하기에 적합한 공지된 임의의 조명 윤곽을 포함할 수 있다는 점에 또한 주목한다. 웨이퍼가 이동함에 따라, TDI(200)로부터의 신호들의 시간 지연 통합은 움직이는 웨이퍼와 동일한 선 속도로 전하가 이동하도록 동기화된다. 일 실시형태에 있어서, TDI(200)는 약 1024개의 수직 픽셀 및 128개의 수평 픽셀을 포함할 수 있다. 여기에서 상기 전하 결합 소자의 픽셀들의 수는 단지 설명 목적으로 제공되고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 점에 주목한다.

도 2b를 참조하면, 웨이퍼의 TDI 및 조명 패턴이 도시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, TDI 센서(200)는 회전하는 웨이퍼를 스캔한다. 다른 실시형태에 있어서, TDI 센서(200)의 길이와 결합된 회전 방향은 TDI 센서(200)의 다른 부분과 관련된 웨이퍼의 선 속도의 불일치를 생성한다. 예를 들면, 회전하는 웨이퍼는 웨이퍼의 중심에 가장 가까운 TDI 센서(200) 부분에서 좁은 조명 필드(212)를 가로지르는 느린 선 속도를 생성하고, 웨이퍼의 가장자리에 가장 가까운 TDI 센서(200) 부분에서 좁은 조명 필드(212)를 가로지르는 빠른 선 속도를 생성할 수 있다.

비록 TDI 통합 방향으로 움직이는 입자의 선 속도가 TDI 센서(200)의 길이를 따른 입자의 상대 위치에 따라 변하지만, 시간 지연 통합 중의 전하 통합의 속도는 일반적으로 전체 필드 전역에서 일정하다. 전하 통합 속도와 비교한 선 속도의 차는 이미지 흐림 및 결함 신호 퇴화를 야기한다. 또한, 웨이퍼에서 소정 지점의 아크 경로와 시간 지연 통합 중의 전하 통합의 직선 간의 차도 역시 이미지 흐림을 야기한다. 예를 들면, 아크 경로(207)에 의해 야기된 흐림이 우세해지는 경향이 있다.

다른 실시형태에 있어서, 흐림은 이미징 시스템의 광학 해상도 또는 픽셀 크기에 대하여 측정되고, 이것은 광학 해상도의 일부 미만이 바람직하다. 다른 실시형태에 있어서, 흐림은 좁은 조명 필드(212)에 의해 최소화될 수 있고, 이것은 TDI 센서(200)의 높은 광 효율과 고감도 및 고속 웨이퍼 검사를 달성하기 위한 R-쎄타 스캐닝의 고속을 결합하는데 소용된다. 다른 실시형태에 있어서, 이미징 시스템은 작은 회전 반경에 기인하여 선 속도가 더 낮고 흐림이 더 강한 경우에 웨이퍼의 중심 쪽으로 더 긴 통합 시간을 가진 이미지 흐림에 의해 야기된 감도 손실을 보상할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, TDI 센서(200)는 여기에서 "탭"이라고도 부르는 복수의 판독 요소(216, 220)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 각각의 판독 요소(216, 220)는 TDI 센서(200)의 별도의 부분에 대응한다. 다른 실시형태에 있어서, 각각의 판독 요소(216, 220), 또는 각각의 판독 요소(216, 220)에 대응하는 TDI 센서(200) 부분은 가변 클럭 신호(214, 218)에 의해 구동될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 각각의 가변 클럭 신호(214, 218)는 조명 필드(212)에 관련된 TDI 센서(200)의 선 속도가 웨이퍼의 회전에 기인하여 변할 때 판독 요소(216, 220)에 대한 판독 신호를 제어하도록 구성된다. 다른 실시형태에 있어서, TDI 센서(200)의 다른 부분의 거리에 기인하는 선 속도의 차는 제2 클럭 신호(218)와 비교할 때 제1 클럭 신호(214)의 변화와 함께 고려될 수 있다.

여기에서 웨이퍼 중심을 향한 더 긴 통합 시간은 웨이퍼 손상을 가져온다는 점에 주목한다. 그래서, 좁은 조명 필드(212)의 강도는 웨이퍼 손상을 피하기 위해 웨이퍼의 회전축으로부터 TDI 센서(200)의 거리에 기초하여 조정될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨이퍼 스캐닝 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 웨이퍼(400)에서의 좁고 긴 필드는 오로지 산란된 광자만이 이미징 수집 옵틱스(402)의 시스템에 의해 수집되도록 암시야 구성에서 선택된 각도로 광원에 의해 조명된다. 다른 실시형태에 있어서, 광원과 관련된 조명 옵틱스 및 수집 옵틱스(402)는 편광을 제어하기 위한 광학 요소를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 이미징 수집 옵틱스(402)로부터의 빔이 그 다음에 무한초점 렌즈 시스템(406)에 전달된다. 다른 실시형태에 있어서, 도 3의 시스템은 업계에 공지된 임의의 추가의 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 시스템은 비제한적인 예를 들자면 이미징 수집 옵틱스(402)로부터의 빔을 시스템의 추가 부분에 지향시키기 위한 미러들의 집합을 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 무한초점 렌즈 시스템(406)으로부터의 빔은 퓨리에 면 빔 스플리터(408)로 지향될 수 있다. 이와 관련하여, 퓨리에 면 빔 스플리터(408)는 빔을 복수의 광학 채널로 분할할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 퓨리에 면 빔 스플리터(408)는 편광 빔 슬리핑 큐브(slipping cube) 및 하나 이상의 마스크를 포함한다.

다른 실시형태에 있어서, 빔 스플리터(407)로부터의 제1 빔은 제1 빔을 제1 TDI 카메라(416)에 집속하는 제1 렌즈 시스템(408)에 보내질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 빔은 제1 렌즈 시스템(408)과 제1 전하 결합 소자 카메라(416) 사이에 배치된 빔 반전 요소(424)를 통해 전송될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 TDI 카메라(416)는 제1 확대를 위해 구성될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 빔 스플리터(408)로부터의 제2 빔은 제2 빔을 제2 TDI 카메라(418)에 집속하는 제2 렌즈 시스템(410)에 보내질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제2 빔은 릴레이 렌즈 시스템(414)을 통해 전송될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 증강기(412)가 다른 약한 빔을 증강하기 위해 제2 렌즈 시스템(410)과 릴레이 렌즈 시스템(414) 사이에 개재될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제2 TDI 카메라(418)는 제1 확대와 다른 제2 확대를 위해 구성될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 빔 스플리터(408)로부터의 제3 빔이 제3 빔을 제3 TDI 카메라(422)에 집속하는 제3 렌즈 시스템(420)에 보내질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 TDI 카메라(416)와 제3 TDI 카메라(422)는 하나의 결합된 장치일 수 있고, 이것에 의해 제1 빔과 제3 빔은 각각 결합된 장치의 일부에 집속된다. 예를 들면, 제1 TDI 카메라(416)와 제3 TDI 카메라(422)는 단일 TDI 센서의 양측을 이용하는 분할 판독(split readout)을 포함할 수 있다. 그러한 실시형태에서, 단일 TDI 센서의 일측은 웨이퍼와 함께 이동하고, 한편 신호는 단일 TDI 센서의 반대측에서 반대 방향으로 이동한다.

다른 실시형태에 있어서, 추가의 빔이 빔 스플리터(408)로부터 발생할 수 있다. 예를 들면, 빔 스플리터의 다른 부분으로부터 수집된 제4 빔과 제1, 제2, 제3 또는 제4 빔 중 하나의 동일 부분으로부터 수집되지만 다른 편광을 가진 제5 빔이 발생할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제4 빔과 제5 빔은 기존의 결합 소자 카메라(416, 418, 422)를 활용할 수 있고, 또는 제1 빔 및 제3 빔과 유사하게 결합 소자 카메라를 공동 활용할 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 결합 소자 카메라(416, 418, 422) 중 적어도 하나로부터의 신호는 TDI를 통해 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 결합 소자 카메라(416, 418, 422)는 웨이퍼가 시간에 따라 이동할 때 조명 필드에 대응하는 신호를 생성한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 조명 및 검사 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 웨이퍼는 길고 좁은 조명 필드로 조명된다(600). 다른 실시형태에 있어서, 웨이퍼는 R-쎄타 스테이지에서 스캔되고(601), 여기에서 검사 시스템은 움직이는 웨이퍼로부터의 산란된 광자를 빔에 수집한다(602). 다른 실시형태에 있어서, 빔은 그 다음에 복수의 채널로 분할된다(603). 다른 실시형태에 있어서, 제1 빔이 제1 시간 지연 통합 전하 결합 소자에 의해 수신 및 지연되고(604), 제2 빔이 제2 시간 지연 통합 전하 결합 소자에 의해 수신 및 지연되며(608), 제3 빔이 제3 시간 지연 통합 전하 결합 소자에 의해 수신 및 지연된다(612).

다른 실시형태에 있어서, 제1 TDI로부터의 신호는 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 지연될 수 있다. 마찬가지로, 제2 TDI로부터의 신호는 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 지연될 수 있고 제3 시간 지연 통합 전하 결합 소자로부터의 신호는 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 지연될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 각 신호 스트림으로부터의 개별 신호, 또는 개별 신호들의 일부가 웨이퍼의 회전축으로부터 각 TDI 센서 픽셀의 변화하는 거리에 기초하여 선 속도의 차에 기인하는 흐림을 고려하도록 조정, 필터링 또는 다른 방식으로 변환될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 신호 스트림으로부터의 신호가 제1 웨이퍼 이미지를 형성하도록 통합되고(606); 제2 신호 스트림으로부터의 신호가 제2 웨이퍼 이미지를 형성하도록 통합되며(610); 제3 신호 스트림으로부터의 신호가 제3 웨이퍼 이미지를 형성하도록 통합(614)될 수 있다. 당업자라면 본 발명이 3개의 신호 스트림으로 제한되지 않고 여기에서 설명한 원리들이 N개의 신호 스트림을 포함한 시스템에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 각 신호 스트림은 결함을 검출하기 위해 프로세서에 의해 분석될 수 있다. 조명된 웨이퍼로부터 수집된 산란 광에 대응하는 신호 스트림은 개별적으로 또는 서로와 관련해서 분석될 수 있고, 또는 분석을 위해 신호 스트림들을 결합할 수 있다.

본 발명 및 그 부수적인 많은 장점들은 본 발명의 실시형태에 관한 전술한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지고, 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고, 또는 발명의 중요한 장점들을 희생하지 않고 그 컴포넌트들의 형태, 구성 및 배열에 있어서 각종 변화가 있을 수 있다는 것은 명백하다. 전술한 형태는 단지 예시적인 실시형태를 든 것이고, 첨부된 특허 청구범위는 그러한 변화를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법에 있어서,
R-쎄타(R-Theta) 스테이지 상에 배치된 움직이는 웨이퍼를 조명 필드로 조명하는 단계;
상기 움직이는 웨이퍼로부터 광을 수집하는 단계;
회전 스캐닝 동안 시간 지연 통합(time-delay integration; TDI) 센서로부터 제1 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도(linear speed)에 대응하는 지속기간만큼 상기 제1 이미지 스트림을 지연시키는 단계; 및
제1 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 상기 지연된 제1 이미지 스트림을 통합하는 단계
를 포함하고,
상기 시간 지연 통합 센서는 상기 시간 지연 통합 센서의 긴 치수의 섹션에 대응하는 하나 이상의 판독 요소를 포함하고,
상기 하나 이상의 판독 요소 각각은 클럭과 연관되어 있으며,
상기 하나 이상의 판독 요소 중 제1 판독 요소는 상기 제1 이미지 스트림과 연관되어 있으며;
상기 제1 판독 요소는 제1 클럭 신호에 의해 구동되도록 구성되고,
상기 제1 판독 요소와 연관된 상기 제1 클럭 신호는 선 속도 불일치에 의해 야기된 블러링(blur)을 감소시키도록 구성되는 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼를 조명하는 단계는 상기 움직이는 웨이퍼를 일정 각도로 조명하는 단계를 포함하고,
상기 광을 수집하는 단계는 비산란 광자를 배제하는 단계를 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 이미지 스트림을 증강(intensify)시키는 단계
를 더 포함하고,
상기 제1 이미지 스트림은 고감도를 필요로 하는 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 수집된 광을 제2 이미지 스트림으로 분할하는 단계;
상기 제2 이미지 스트림을 시간 지연 통합 전하 결합 디바이스에 의해 수신하는 단계; 및
제2 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 상기 제2 이미지 스트림을 통합하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제2 이미지 스트림과 연관된 제2 클럭 신호는 선 속도 불일치에 의해 야기되는 블러링을 감소시키도록 구성된 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 이미지 스트림과 상기 제2 이미지 스트림 중 적어도 하나를 이산 증강기 또는 전자 충격 디바이스 중 어느 하나로 증강시키는 단계
를 더 포함하는 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼에서 결함들을 검출하기 위해 상기 제1 이미지 스트림과 상기 제2 이미지 스트림 중 적어도 하나를 분석하는 단계
를 더 포함하는 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 이미지 스트림과 상기 제2 이미지 스트림은 동일한 시간 지연 통합 전하 결합 디바이스의 별개 부분들에 의해 수신되는 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제7항에 있어서,
상기 제2 이미지 스트림을 반전시키는 단계
를 더 포함하고,
상기 제1 이미지 스트림은 웨이퍼 움직임의 제1 방향에 대응하고,
상기 제2 이미지 스트림은 반대 방향에 대응한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼의 회전축으로부터의 TDI의 거리에 기초하여 좁은 조명 필드의 세기를 조정하는 단계
를 더 포함하는 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 클럭 신호는 회전 사이클의 상이한 부분들 동안의 상기 움직이는 웨이퍼에 대한 시간 지연 통합 전하 결합 디바이스의 선 속도 불일치에 대응하는 가변 주파수를 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼를 조명하는 단계는, 회절 광학 요소 또는 2개 이상의 오버랩된 가우시안 스폿(Gaussian spot)들 중 적어도 하나에 의해 톱햇(tophat) 조명 패턴을 생성하는 단계를 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명 필드는 최상부 평탄 프로파일(profile)을 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명 필드는 가우시안 프로파일을 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 조명 필드는 수퍼가우시안(supergaussian) 프로파일을 포함한 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼는 패터닝되지 않은 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼는 패터닝된 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.
웨이퍼 검사 장치에 있어서,
움직이는 웨이퍼의 필드를 조명하도록 구성된 조명원을 포함한 조명 시스템;
상기 움직이는 웨이퍼로부터 광을 수집하도록 구성된 하나 이상의 렌즈를 포함한 이미지 수집 장치;
상기 수집된 광을 제1 이미지 스트림과 제2 이미지 스트림으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터;
상기 제1 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제1 이미지 스트림을 지연시키도록 구성된 제1 시간 지연 통합 센서 - 상기 제1 시간 지연 통합 센서는 적어도 하나의 판독 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 판독 요소는 상기 제1 이미지 스트림과 연관되어 있고, 상기 제1 시간 지연 통합 센서의 긴 치수의 섹션에 대응하며, 선 속도 불일치에 의해 야기되는 블러링을 감소시키도록 구성된 클럭과 연관됨 -;
상기 제2 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제2 이미지 스트림을 지연시키도록 구성된 제2 시간 지연 통합 센서; 및
상기 지연된 제1 이미지 스트림으로부터 제1 웨이퍼 이미지를 생성하고 상기 지연된 제2 이미지 스트림으로부터 제2 웨이퍼 이미지를 생성하도록 구성된 이미지 처리 컴퓨터
를 포함하고,
상기 제1 이미지 스트림과 연관된 상기 판독 요소는 제1 클럭 신호에 의해 구동되도록 구성되고,
상기 판독 요소와 연관된 상기 제1 클럭 신호는 선 속도 불일치에 의해 야기된 블러링(blur)을 감소시키도록 구성되는 것인 웨이퍼 검사장치.
제17항에 있어서,
상기 조명 시스템은 상기 움직이는 웨이퍼를 일정 각도로 조명하도록 구성되고,
상기 이미지 수집 장치의 하나 이상의 렌즈는 비산란 광자를 배제하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제18항에 있어서,
상기 조명 시스템의 조명원은 하나 이상의 레이저를 포함한 것인 웨이퍼 검사 장치.
제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 레이저 각각은 상이한 파장들로 동작하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제18항에 있어서,
상기 조명 시스템은 상기 움직이는 웨이퍼를 60°내지 85°사이의 각도로 조명하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 이미지 수집 장치는 굴절 기반 수집 시스템을 포함한 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 이미지 수집 장치는 반사굴절(catadioptric) 기반 수집 시스템을 포함한 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
하나 이상의 증강기
를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 증강기 각각은 상기 제1 이미지 스트림과 상기 제2 이미지 스트림 중 하나 이상을 증강시키도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 조명 시스템은 상기 움직이는 웨이퍼의 회전축으로부터의 TDI의 거리에 기초하여 좁은 조명 필드의 세기를 조정하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 조명 시스템은 방출 광의 편광을 제어하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 이미지 수집 장치는 상기 수집된 광을 편광에 기초하여 필터링하도록 구성된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 제1 시간 지연 통합 센서는 제1 배율(magnification)과 연관된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제28항에 있어서,
상기 제2 시간 지연 통합 센서는 제2 배율과 연관된 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼는 패터닝되지 않은 것인 웨이퍼 검사 장치.
제17항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼는 패터닝된 것인 웨이퍼 검사 장치.
웨이퍼 이미징 디바이스에 있어서,
움직이는 웨이퍼를 조명하기 위한 조명 수단;
상기 움직이는 웨이퍼로부터 산관 광을 수집하도록 구성된 하나 이상의 렌즈를 포함한 이미지 수집 장치;
상기 수집된 산란 광을 제1 이미지 스트림과 제2 이미지 스트림으로 분할하기 위한 빔 분할 수단;
상기 제1 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제1 이미지 스트림을 지연시키기 위한 제1 시간 지연 이미징 수단 - 상기 제1 시간 지연 이미징 수단은 적어도 하나의 판독 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 판독 요소는 상기 제1 이미지 스트림과 연관되어 있고, 상기 제1 시간 지연 이미징 수단의 긴 치수의 섹션에 대응하며, 선 속도 불일치에 의해 야기되는 블러링을 감소시키도록 구성된 클럭과 연관됨 -;
상기 제2 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제2 이미지 스트림을 지연시키기 위한 제2 시간 지연 이미징 수단; 및
상기 지연된 제1 이미지 스트림에 기초하여 제1 웨이퍼 이미지를 생성하고, 상기 지연된 제2 이미지 스트림에 기초하여 제2 웨이퍼 이미지를 생성하기 위한 이미지 처리 수단
을 포함하고,
상기 제1 이미지 스트림과 연관된 상기 판독 요소는 제1 클럭 신호에 의해 구동되도록 구성되고,
상기 판독 요소와 연관된 상기 제1 클럭 신호는 선 속도 불일치에 의해 야기된 블러링(blur)을 감소시키도록 구성되는 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제32항에 있어서,
상기 조명 수단은 상기 움직이는 웨이퍼를 일정 각도로 조명하도록 구성되고,
상기 이미지 수집 장치는 비산란 광자를 배제하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제32항에 있어서,
상기 제1 이미지 스트림을 증강시키기 위한 증강 수단
을 더 포함하는 웨이퍼 이미징 디바이스.
제32항에 있어서,
상기 빔 분할 수단은 또한, 상기 수집된 산란 광을 제3 이미지 스트림으로 분할하도록 구성되고,
상기 제1 시간 지연 이미징 수단은 또한, 상기 제3 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제3 이미지 스트림을 지연시키도록 구성되며;
상기 이미지 처리 수단은 또한, 상기 제3 이미지 스트림에 기초하여 제3 이미지를 생성하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제35항에 있어서,
상기 움직이는 웨이퍼에서 결함들을 검출하기 위해 상기 제1 이미지 스트림, 상기 제2 이미지 스트림, 및 상기 제3 이미지 스트림 중 하나 이상을 수신하여 분석하도록 구성된 처리 요소
를 더 포함하는 웨이퍼 이미징 디바이스.
제35항에 있어서,
상기 빔 분할 수단은 또한, 상기 수집된 산란 광을 제4 이미지 스트림으로 분할하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제37항에 있어서,
상기 빔 분할 수단은 또한, 상기 수집된 산란 광을 제5 이미지 스트림으로 분할하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제38항에 있어서,
상기 빔 분할 수단은 또한, 상기 수집된 산란 광을 제6 이미지 스트림으로 분할하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
제32항에 있어서,
상기 조명 수단은 상기 움직이는 웨이퍼의 회전축으로부터의 TDI의 거리에 기초하여 좁은 조명 필드의 세기를 조정하도록 구성된 것인 웨이퍼 이미징 디바이스.
반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법에 있어서,
R-쎄타 스테이지 상에 배치된 움직이는 웨이퍼를 조명 필드로 조명하는 단계;
상기 움직이는 웨이퍼로부터 광을 수집하는 단계;
회전 스캐닝 동안 시간 지연 통합 센서로부터 제1 이미지 스트림을 수신하고, 상기 움직이는 웨이퍼의 선 속도에 대응하는 지속기간만큼 상기 제1 이미지 스트림을 지연시키는 단계; 및
제1 웨이퍼 이미지를 생성하기 위해 상기 지연된 제1 이미지 스트림을 통합하는 단계
를 포함하고,
상기 시간 지연 통합 센서는 통합의 방향을 따라 픽셀들을 비닝(bin)하고;
상기 시간 지연 통합 센서는 상기 시간 지연 통합 센서의 긴 치수의 섹션에 대응하는 하나 이상의 판독 요소를 포함하고,
상기 하나 이상의 판독 요소 각각은 클럭과 연관되어 있으며,
상기 하나 이상의 판독 요소 중 제1 판독 요소는 상기 제1 이미지 스트림과 연관되어 있으며;
상기 제1 판독 요소는 제1 클럭 신호에 의해 구동되도록 구성되고,
상기 제1 판독 요소와 연관된 상기 제1 클럭 신호는 선 속도 불일치에 의해 야기된 블러링을 감소시키도록 구성되는 것인 반도체 웨이퍼를 검사하기 위한 방법.