KR102689649B1 - 웨이퍼 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 검사 장치는, 단색화 분광기, 시준기, 제1 편광부, 이미지 광학계, 분광기, 제2 편광부, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 편광부, 카메라, 및 신호 분석기를 포함할 수 있다. 상기 단색화 분광기는 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출할 수 있다. 상기 시준기는 상기 단색광을 평행광으로 출력할 수 있다. 상기 제1 편광부는 상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사할 수 있다. 상기 이미지 광학계는 상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광할 수 있다. 상기 분광기는 상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈는 상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광 시킬 수 있다. 상기 제2 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들을 집광시킬 수 있다. 상기 제3 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력할 수 있다. 상기 카메라는 상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성할 수 있다. 상기 신호 분석기는 상기 위상차 영상을 분석할 수 있다.

Description

웨이퍼 검사 장치{APPARATUS OF WAFER INSPECTION}
본 발명은 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여 웨이퍼를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 디자인 룰 감소(Design Rule Shrink)가 지속적으로 진행되고 있다. 이로 인해, 반도체 구조 또한 크기가 작아지고, 불량의 발생 분포도 다양해진다. 웨이퍼 상에 형성되는 미세한 패턴들을 측정하기 위해 높은 민감도 및 분포 정보가 요구된다. 또한, 웨이퍼 검사 시 불량 검출의 로컬리티(locality)의 확보가 요구된다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여 속도의 저하 없이 웨이퍼를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여, 불량 검출의 민감도를 높일 수 있는 웨이퍼를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 과제는 단일 측정으로 서로 다른 편광의 위상차 이미지를 획득하여, 불량 검출의 로컬리티를 확보할 수 있는 웨이퍼 검사 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 웨이퍼 검사 장치는, 단색화 분광기, 시준기, 제1 편광부, 이미지 광학계, 분광기, 제2 편광부, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 편광부, 카메라, 및 신호 분석기를 포함할 수 있다. 상기 단색화 분광기는 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출할 수 있다. 상기 시준기는 상기 단색광을 평행광으로 출력할 수 있다. 상기 제1 편광부는 상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사할 수 있다. 상기 이미지 광학계는 상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광할 수 있다. 상기 분광기는 상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈는 상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광 시킬 수 있다. 상기 제2 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들을 집광시킬 수 있다. 상기 제3 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들이 간섭이 간섭되도록 공통 편광을 출력할 수 있다. 상기 카메라는 상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성할 수 있다. 상기 신호 분석기는 상기 위상차 영상을 분석할 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 웨이퍼 검사 장치는, 단색화 분광기, 시준기, 제1 편광부, 이미지 광학계, 분광기, 제2 편광부, 광 셔터, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 편광부, 카메라, 및 신호 분석기를 포함할 수 있다. 상기 단색화 분광기는 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출할 수 있다. 상기 시준기는 상기 단색광을 평행광으로 출력할 수 있다. 상기 제1 편광부는 상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사할 수 있다. 상기 이미지 광학계는 상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광할 수 있다. 상기 분광기는 상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈는 상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광 시킬 수 있다. 상기 제2 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 광 중에서 2개의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력할 수 있다. 상기 광 셔터는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들 및 비편광을 선택적으로 출력할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 상기 광 셔터에서 출력되는 복수의 편광들을 집광시킬 수 있다. 상기 제3 편광부는 상기 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력할 수 있다. 상기 카메라는 상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성할 수 있다. 상기 신호 분석기는 상기 위상차 영상을 분석할 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예들의 웨이퍼 검사 장치는, 단색화 분광기, 시준기, 제1 편광부, 이미지 광학계, 분광기, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 로테이터, 제2 편광부, 제3 편광부, 카메라, 및 신호 분석기를 포함할 수 있다. 상기 단색화 분광기는 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출할 수 있다. 상기 시준기는 상기 단색광을 평행광으로 출력할 수 있다. 상기 제1 편광부는 상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사할 수 있다. 상기 이미지 광학계는 상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광할 수 있다. 상기 분광기는 상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈는 상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광시킬 수 있다. 상기 로테이터는 상기 분광기의 위치를 이동시킬 수 있다. 상기 제2 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들을 집광시킬 수 있다. 상기 제3 편광부는 상기 차수가 상이한 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력할 수 있다. 상기 카메라는 상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성할 수 있다. 상기 신호 분석기는 상기 위상차 영상을 분석할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여, 속도의 저하 없이 향상된 민감도로 웨이퍼를 검사할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여, 불량 검출의 민감도를 높일 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 서로 다른 편광 사이의 위상차 이미지를 획득하여, 불량 검출의 로컬리티를 확보할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 검사 장치의 검사 모드를 변경하여 편광 간섭 방식, 스펙트럼 반사계(SR) 방식, 및 스펙트럼 편광해석(SE) 방식으로 웨이퍼를 검사할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 제1 편광부에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 1에 도시된 제2 편광부의 제1 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 1에 도시된 제2 편광부의 제2 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 3a는 도 1에 도시된 분광기가 1차원(1D)의 격자(grating)를 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 1에 도시된 분광기가 2차원(2D)의 격자를 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a는 도 5에 도시된 제2 편광부의 제1 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 5에 도시된 제2 편광부의 제2 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 6c는 도 5에 도시된 제2 편광부의 제3 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 6d는 도 5에 도시된 제2 편광부의 제4 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 9a는 도 8에 도시된 광 셔터를 이용하여 편광이 이루어진 분광들을 출력하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 8에 도시된 광 셔터를 이용하여 편광된 분광들의 출력을 차단하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 10b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 11a는 광 경로에 분광기를 삽입하여 웨이퍼 검사 장치를 편광 간섭 모드로 동작시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 11b는 광 경로에서 분광기를 제거하여 웨이퍼 검사 장치를 이미징 스펙트럼 반사계 모드로 동작시키는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 개시에 따른 실시 예들의 웨이퍼 검사 장치 및 웨이퍼 검사 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100)는 단색화 분광기(110, monochromator), 시준기(120, collimator), 제1 편광부(130), 이미징 광학계(140), 분광기(150), 제1 렌즈(162), 제2 렌즈(164), 제2 편광부(170), 카메라(180), 제3 편광부(185), 및 신호 분석기(20)를 포함할 수 있다. 제2 편광부(170)는 제1 편광기(172) 및 제2 편광기(174)를 포함할 수 있다.
단색화 분광기(110)는 광원으로부터 입사된 광으로부터 단색광을 추출할 수 있다. 일 예로서, 단색화 분광기(110)는 자외선-가시광선 분광계(UV-Vis Spectrometer)를 포함할 수 있다. 단색화 분광기(110)는 광원과 시준기(120) 사이에 배치될 수 있다. 광원에서 출력되는 광은 여러 가지 색의 광들이 섞여 있음으로, 웨이퍼(10)의 검사에는 적합하지 않다. 단색화 분광기(110)를 이용하여 웨이퍼(10)의 검사에 적합한 단색광을 추출하고, 단색광을 시준기(120)로 출력할 수 있다.
시준기(120)는 하나 이상의 곡면 거울 또는 렌즈를 포함하며, 단색화 분광기(110)와 제1 편광부(130) 사이에 배치될 수 있다. 시준기(120)는 단색화 분광기(110)로부터 입사된 단색광을 평행광으로 출력할 수 있다. 광은 퍼지는 성질이 있어 웨이퍼(10)의 검사에 그대로 이용할 수 없으며, 웨이퍼(10)를 검사하기 위해서는 평행한 광이 필요하다. 시준기(120)는 대물렌즈를 통해서 광이 퍼지지 않도록 평행광을 생성하여 제1 편광부(130)로 출력할 수 있다.
도 2a는 도 1에 도시된 제1 편광부(130)에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 제1 편광부(130)는 시준기(120)와 웨이퍼(10) 사이에 배치될 수 있다. 제1 편광부(130)는 시준기(120)로부터 입사된 광을 편광시켜 웨이퍼(10)로 출력할 수 있다.
제1 편광부(130)는 입사된 광 중에서 소정 각도의 편광을 출력할 수 있다. 일 예로서, 제1 편광부(130)는 0°와 90°의 편광을 출력할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(10)의 상면에는 45°의 편광이 조사될 수 있다.
웨이퍼(10)의 시편(試片, test piece)에서 반사된 광은 이미징 광학계(140)로 입사될 수 있다. 이미징 광학계(140)는 웨이퍼(10)와 분광기(150) 사이에 배치될 수 있다. 이미징 광학계(140)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있으며, 웨이퍼(10)에서 반사된 빛을 집광시켜 분광기(150)로 출력할 수 있다.
분광기(150)는 이미징 광학계(140)와 제1 렌즈(162) 사이에 배치될 수 있다. 분광기(150)는 이미징 광학계(140)에 의해서 광의 초점이 맺히는(즉, 상이 맺히는) 위치에 배치될 수 있다. 분광기(150)는 임의의 복수의 회절 차수(diffraction order)를 적용할 수 있으며, 입사된 광을 회절 차수가 상이한 복수의 분광을 출력할 수 있다. 도 1에서는 분광기(150)가 두 개의 회절 차수의 분광을 출력하는 것을 일 예로 도시하고 있다.
도 3a는 도 1에 도시된 분광기(150)가 1차원(1D)의 격자(grating)를 포함하는 것을 나타내는 도면이다. 도 3b는 도 1에 도시된 분광기(150)가 2차원(2D)의 격자(grating)를 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 분광기(150)는 균일하게 배치된 1차원(1D)의 격자(152, grating)를 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 분광기(150)는 균일하게 배치된 2차원(2D)의 격자(154)를 포함할 수 있다.
분광기(150)에 형성된 1차원의 격자(152) 또는 2차원의 격자(154)에 의해서 회절 차수가 상이한(-1th order, 1st order) 복수의 분광(예로서, 2개의 분광)을 출력할 수 있다. 일 예로서, 1차원(1D)의 격자(152) 또는 2차원의 격자(154)는 그루브(Grove)라는 톱니 형태의 홈을 포함할 수 있다. 격자(154)의 그루브(Grove)를 이용하여 입사된 광을 분산시키고, 특정 파장의 광을 출력할 수 있다.
제1 렌즈(162)는 분광기(150)와 제2 편광부(170) 사이에 배치될 수 있다. 제2 렌즈(164)는 제2 편광부(170)와 제3 편광부(185) 사이에 배치될 수 있다. 제2 편광부(170)는 제1 렌즈(162)와 제2 렌즈(164) 사이에 배치될 수 있다. 제3 편광부(185)는 제2 렌즈(164)와 카메라(180) 사이에 배치될 수 있다.
제1 렌즈(162)와 제2 렌즈(164)를 이용하여 분광기(150)에서 출력되는 복수의 분광(예로서, 2개의 분광)이 특정 지점에서 초점이 맺히도록 할 수 있다. 제1 렌즈(162)는 분광기(150)에서 출력되는 복수의 분광(예로서, 2개의 분광)이 제1 편광기(172)와 제2 편광기(174)에 집광되도록 한다. 즉, 제1 렌즈(162)는 복수의 분광(예로서, 2개의 분광)이 퍼지지 않고 평행광으로 제1 편광기(172)와 제2 편광기(174)에 입사되도록 할 수 있다. 제2 렌즈(164)는 제1 편광기(172)에서 출력되는 제1 편광 및 제2 편광기(174)에서 출력되는 제2 편광이 공통 편광을 갖도록 제3 편광부(185)에 집광시킬 수 있다.
여기서, 분광기(150)로부터 제1 렌즈(162)의 제1 거리(f1)와 제1 렌즈(162)에서 출력되는 광의 초점이 맺히는 지점까지의 제2 거리(f1)는 동일할 수 있다. 또한, 제2 렌즈(264)와 카메라(180)까지의 제3 거리(f2)와 광의 초점이 맺히는 지점에서 제2 렌즈(164)까지의 제4 거리(f2)는 동일할 수 있다.
도 2b는 도 1에 도시된 제2 편광부의 제1 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다. 도 2c는 도 1에 도시된 제2 편광부의 제2 편광기에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 1, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제2 편광부(170)의 제1 편광기(172)와 제2 편광기(174)는 90° 차이의 편광을 출력할 수 있다. 일 예로서, 제1 편광기(172)는 제1 렌즈(162)로부터 입사되는 제1 회절 차수(-1th order)의 분광을 제1 편광(90° 편광)시켜, 제1 회절 차수(-1th order)의 90° 편광을 제2 렌즈(164)로 출력할 수 있다. 제2 편광기(174)는 제1 렌즈(162)로부터 입사되는 제2 회절 차수(1st order)의 분광을 제2 편광(0°)시켜, 제2 회절 차수(1st order)의 0° 편광을 제2 렌즈(164)로 출력할 수 있다.
제2 렌즈(164)에서 출력되는 2개의 분광의 초점이 맺히는 위치에 제3 편광부(185)가 배치될 수 있다. 제2 렌즈(164)를 통해 두 개의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광)의 초점을 맺히게 하여, 제1 편광과 제2 편광이 제3 편광부(185)에 입사될 수 있다. 즉, 카메라(180)에는 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)이 합쳐진 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)이 입사될 수 있다.
상이한 제1 편광과 제2 편광이 제3 편광부(185)로 입사될 수 있다. 상이한 제1 편광과 제2 편광은 서로 간섭을 일으키지 않으나, 제3 편광부(185)에 의해서 제1 편광과 제2 편광이 간섭되도록 공통 편광으로 출력될 수 있다. 제3 편광부(185)에 의해서 제1 편광과 제2 편광의 간섭을 발생시킬 수 있다. 제1 편광기(172)에서 90° 편광이 출력되고, 제2 편광기(174)에서 0° 편광이 출력됨으로, 두 개의 편광들이 서로 간섭되도록 제3 편광부(185)는 45° 편광판이 적용될 수 있다. 제3 편광부(185)는 입사되는 제1 편광(90°)과 제2 편광(0°)을 간섭되도록 45° 공통 편광을 출력할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 제3 편광부(185)는 15~30° 중 하나의 공통 편광 또는 60~75° 중 하나의 공통 편광을 출력할 수 있다.
카메라(180)는 입사되는 공통 편광에 기초하여 간섭 무늬의 시편 영상을 생성할 수 있다. 카메라(180)는 생성된 간섭 무늬의 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 여기서, 간섭 무늬의 시편 영상은 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)에 의한 위상차 영상을 의미한다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
일반적인 스펙트럼 반사계(SR: Spectral Reflectometry) 방식은 불량 검출의 민감도가 떨어지는 단점이 있다. 스펙트럼 반사계(SR) 방식은 한 지점에 대해서 측정이 이루어짐으로 불량 검출의 로컬리티(locality)를 확보할 수 없다.
일반적인 스펙트럼 편광해석(SE: Spectral Ellipsometry) 방식은 편광에 따른 빛의 세기 및 위상 정보를 측정한다. 스펙트럼 편광해석(SE) 방식은 스펙트럼 반사계(SR) 방식 대비 불량 검출의 민감도가 높지만, 불량 검출의 로컬리티(locality)를 확보할 수 없다.
일반적인 이미징 스펙트럼 반사계(Imaging SR) 방식에서 위상 정보를 측정하는 과정을 추가한 이미징 스펙트럼 편광해석(imaging SE) 방식을 이용할 수 있다. 이미징 스펙트럼 편광해석(imaging SE) 방식은 불량 검출의 민감도와 로컬리티(locality)를 모두 확보할 수 있다. 그러나, 이미징 스펙트럼 편광해석(imaging SE) 방식은 위상 정보를 획득하기 위해서 여러 번 편광을 돌려가면서 신호를 측정해야 함으로, 검사 시간이 증가하는 문제가 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치(100)와 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정(single-shot)으로 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)을 생성할 수 있다. 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)을 간섭시킨 공통 편광을 이용하여 웨이퍼(10)의 전체 영역에 대해서 간섭 무늬의 시편 영상들을 생성할 수 있다. 이를 통해, 단일 측정으로 불량 검출의 높은 민감도 및 로컬리티(locality)를 확보하여, 웨이퍼(10) 상의 패턴들이 정확하게 형성되었는지 분석할 수 있다. 또한, 단일 측정으로 웨이퍼(10)를 검사할 수 있어, 검사 시간을 줄일 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100-1)를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100-1)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100-1)는 단색화 분광기(110), 시준기(120), 제1 편광부(130), 이미징 광학계(140), 분광기(150), 제1 렌즈(162), 제2 렌즈(164), 제2 편광부(170), 카메라(180), 제3 편광부(185), 신호 분석기(20), 및 기준 광 신호 생성기(190)를 포함할 수 있다.
제3 편광부(185)는 제2 렌즈(164)와 카메라(180) 사이에 배치될 수 있다. 제2 렌즈(164)는 제1 편광기(172)에서 출력되는 제1 편광 및 제2 편광기(174)에서 출력되는 제2 편광이 공통 편광을 갖도록 제3 편광부(185)에 집광시킬 수 있다. 제2 렌즈(164)에서 출력되는 2개의 분광의 초점이 맺히는 위치에 제3 편광부(185)가 배치될 수 있다. 제2 렌즈(164)를 통해 두 개의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광)의 초점을 맺히게 하여, 제1 편광과 제2 편광이 제3 편광부(185)에 입사될 수 있다. 즉, 카메라(180)에는 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)이 합쳐진 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)이 입사될 수 있다.
상이한 제1 편광과 제2 편광이 제3 편광부(185)로 입사될 수 있다. 제3 편광부(185)에 의해서 제1 편광과 제2 편광이 간섭되도록 공통 편광이 출력될 수 있다. 제3 편광부(185)에 의해서 제1 편광과 제2 편광의 간섭을 발생시킬 수 있다. 제3 편광부(185)는 입사되는 제1 편광(90°)과 제2 편광(0°)을 간섭되도록 45° 공통 편광을 출력할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 제3 편광부(185)는 15~30° 중 하나의 공통 편광 또는 60~75° 중 하나의 공통 편광을 출력할 수 있다.
기준 광 신호 생성기(190)는 웨이퍼(10)에 조사되는 소스 광의 특성을 신호 분석기(20)에 제공하기 위한 것으로, 소스 광을 분리시키기 위해 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 기준 광 신호 생성기(190)는 시준기(120)와 제1 편광부(130) 사이에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 기준 광 신호 생성기(190)는 제1 편광부(130)와 웨이퍼(10) 사이에 배치될 수 있다.
기준 광 신호 생성기(190)는 신호 분석기(20)에서 간섭 무늬의 시편 영상을 분석할 때, 분석의 정확도를 높이기 위해서 기준 광 신호를 생성할 수 있다. 일 예로서, 기준 광 신호 생성기(190)는 웨이퍼(10)에 소스 광이 조사되기 전에 소스 광을 분광시키고, 소스 광으로부터 분광된 기준 광(reference light)을 분석하여 기준 광 신호를 생성할 수 있다. 기준 광 신호는 신호 분석기(20)로 출력될 수 있다. 신호 분석기(20)는 기준 광 신호에 기초하여 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치(100)와 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 불량 검출의 높은 민감도 및 로컬리티(locality)를 확보하여, 웨이퍼(10) 상의 패턴들이 정확하게 형성되었는지 분석할 수 있다. 또한, 단일 측정으로 웨이퍼(10)를 검사할 수 있어, 검사 시간을 줄일 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(200)를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(200)는 단색화 분광기(210), 시준기(220), 제1 편광부(230), 이미징 광학계(240), 분광기(250), 제1 렌즈(262), 제2 렌즈(264), 제2 편광부(270), 카메라(280), 제3 편광부(285), 및 신호 분석기(20)를 포함할 수 있다.
분광기(250)는 임의의 복수의 회절 차수(diffraction order)를 적용할 수 있으며, 입사된 광을 회절 차수가 상이한 복수의 분광을 출력할 수 있다. 도 5에서는 분광기(250)가 네 개의 회절 차수의 분광을 출력하는 것을 일 예로 도시하고 있다.
분광기(250)에 형성된 1차원의 격자 또는 2차원의 격자에 의해서 회절 차수가 상이한(-1th order, 1st order, 2nd order, 3rd order) 4개의 분광을 출력할 수 있다.
제2 편광부(270)는 제1 렌즈(262)와 제2 렌즈(264) 사이에 배치될 수 있다. 제2 편광부(270)는 복수의 편광기들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 제2 편광부(270)는 제1 편광기(272), 제2 편광기(274), 제3 편광기(276), 및 제4 편광기(278)를 포함할 수 있다.
도 6a는 도 5에 도시된 제2 편광부(270)의 제1 편광기(272)에 의한 편광을 나타내는 도면이다. 도 6b는 도 5에 도시된 제2 편광부(270)의 제2 편광기(274)에 의한 편광을 나타내는 도면이다. 도 6c는 도 5에 도시된 제2 편광부(270)의 제3 편광기(276)에 의한 편광을 나타내는 도면이다. 도 6d는 도 5에 도시된 제2 편광부(270)의 제4 편광기(278)에 의한 편광을 나타내는 도면이다.
도 5, 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 제1 편광기(272)와 제2 편광기(274)는 90° 차이의 편광을 출력할 수 있다. 제3 편광기(276)와 제4 편광기(278)는 90° 차이의 편광을 출력할 수 있다.
일 예로서, 제1 편광기(272)는 제1 렌즈(262)로부터 입사되는 제1 회절 차수(-1th order)의 분광을 제1 편광(90° 편광)시켜, 제1 회절 차수 (-1th order)의 90° 편광을 제2 렌즈(264)로 출력할 수 있다.
일 예로서, 제2 편광기(274)는 제1 렌즈(262)로부터 입사되는 제2 회절 차수(1st order)의 분광을 제2 편광(0° 편광)시켜, 제2 회절 차수(-1th order)의 0° 편광을 제2 렌즈(264)로 출력할 수 있다.
일 예로서, 제3 편광기(276)는 제1 렌즈(262)로부터 입사되는 제3 회절 차수(2nd order)의 분광을 제3 편광(45° 편광)시켜, 제3 회절 차수(2nd order)의 45° 편광을 제2 렌즈(264)로 출력할 수 있다.
일 예로서, 제4 편광기(278)는 제1 렌즈(262)로부터 입사되는 제4 회절 차수(3rd order)의 분광을 제4 편광(135° 편광), 제4 회절 차수(3rd order)의 135° 편광을 제2 렌즈(264)로 출력할 수 있다.
제2 렌즈(264)를 통해 제1 편광(90° 편광), 제2 편광(0° 편광), 제3 편광(45° 편광), 및 제4 편광(135° 편광)들이 일정 거리에서 초점이 맺히게할 수 있다. 제2 렌즈(264)는 제1 편광기(272)에서 출력되는 제1 편광, 제2 편광기(274)에서 출력되는 제2 편광, 제3 편광기(276)에서 출력되는 제3 편광, 및 제4 편광기(278)에서 출력되는 제4 편광이 공통 편광을 갖도록 제3 편광부(285)에 집광시킬 수 있다.
제2 렌즈(264)에서 출력되는 4개의 분광의 초점이 맺히는 위치에 제3 편광부(285)가 배치될 수 있다. 제2 렌즈(264)를 통해 두 쌍의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광, 45° 편광 및 135° 편광)의 초점을 맺히게 하여, 제1 편광 내지 제4 편광들이 제3 편광부(285)에 입사될 수 있다. 카메라(280)에는 제1 편광 내지 제4 편광들이 간섭된 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)이 입사될 수 있다.
제3 편광부(285)에 의해서 제1 편광 내지 제4 편광들이 간섭되도록 공통 편광이 출력될 수 있다. 제3 편광부(285)에 의해서 제1 편광 내지 제4 편광들의 간섭을 발생시킬 수 있다. 제1 편광기(272)에서 90° 편광이 출력되고, 제2 편광기(274)에서 0° 편광이 출력되고, 제3 편광기(276)에서 45° 편광이 출력되고, 제4 편광기(278)에서 135° 편광이 출력됨으로, 제1 내지 제4 편광들이 서로 간섭되도록 제3 편광부(285)는 15°, 20°, 25°, 30°, 60°, 65°, 70°, 75°, 105°, 110°, 115°, 120°, 150°, 155°, 160°, 165° 중 어느 하나의 편광판이 적용될 수 있다. 제3 편광부(285)는 제1 내지 제4 편광들이 간섭되도록 15°, 20°, 25°, 30°, 60°, 65°, 70°, 75°, 105°, 110°, 115°, 120°, 150°, 155°, 160°, 165° 중 어느 하나의 공통 편광을 출력할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 제3 편광부(185)는 제1 내지 제4 편광들이 간섭되도록 60~75° 중 하나의 공통 편광, 15~30° 중 하나의 공통 편광, 105~120° 중 하나의 공통 편광, 또는 150~165° 중 하나의 공통 편광을 출력할 수 있다.
카메라(280)는 입사되는 공통 편광에 기초하여 간섭 무늬의 시편 영상을 생성할 수 있다. 카메라(280)는 생성된 간섭 무늬의 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치(200)와 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 불량 검출의 높은 민감도 및 로컬리티(locality)를 확보하여, 웨이퍼(10) 상의 패턴들이 정확하게 형성되었는지 분석할 수 있다. 또한, 단일 측정으로 웨이퍼(10)를 검사할 수 있어, 검사 시간을 줄일 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(200-1)를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 웨이퍼 검사 장치(200-1)를 설명함에 있어서, 도 6에 도시된 웨이퍼 검사 장치(200)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 7을 참조하면, 웨이퍼 검사 장치(200-1)는 기준 광 신호 생성기(290)를 더 포함할 수 있다. 기준 광 신호 생성기(290)는 웨이퍼(10)에 조사되는 소스 광의 특성을 신호 분석기(20)에 제공하기 위한 것으로, 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 기준 광 신호 생성기(290)는 시준기(220)와 제1 편광부(230) 사이에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 기준 광 신호 생성기(290)는 제1 편광부(230)와 웨이퍼(10) 사이에 배치될 수 있다.
기준 광 신호 생성기(290)는 웨이퍼(10)에 소스 광이 조사되기 전에 분광시키고, 소스 광에서 분광된 기준 광(reference light)을 분석하여 기준 광 신호를 생성할 수 있다. 기준 광 신호는 신호 분석기(20)로 출력될 수 있다. 신호 분석기(20)는 기준 광 신호에 기초하여 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(300)를 나타내는 도면이다. 도 8에 도시된 웨이퍼 검사 장치(300)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(300)는 단색화 분광기(310), 시준기(320), 제1 편광부(330), 이미징 광학계(340), 분광기(350), 제1 렌즈(362), 제2 렌즈(364), 제2 편광부(370), 카메라(380), 제3 편광부(385), 신호 분석기(20), 및 광 셔터(390)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈(362)는 분광기(350)와 제2 편광부(270) 사이에 배치될 수 있다. 분광기(350)는 이미징 광학계(340)와 제1 렌즈(362) 사이에 배치될 수 있다. 제2 렌즈(364)는 광 셔터(390)와 제3 편광부(385) 사이에 배치될 수 있다. 제2 편광부(370)는 제1 렌즈(362)와 광 셔터(390) 사이에 배치될 수 있다. 제3 편광부(385)는 제2 렌즈(364)와 카메라(380) 사이에 배치될 수 있다.
분광기(350)는 이미징 광학계(340)에 의해서 광의 초점이 맺히는(즉, 상이 맺히는) 위치에 배치될 수 있다. 분광기(350)는 임의의 세 개의 회절 차수(diffraction order)를 적용할 수 있으며, 입사된 광을 회절 차수가 상이한 3개의 분광을 출력할 수 있다. 분광기(350)에 형성된 1차원의 격자 또는 2차원의 격자에 의해서 회절 차수(-1th order, 0th order, 1st order)가 상이한 3개의 분광을 출력할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 분광기(350)는 4개 이상의 분광을 출력할 수도 있다.
제2 편광부(370)는 제1 편광기(372) 및 제2 편광기(374)를 포함할 수 있다. 제2 편광부(370)의 제1 편광기(372)와 제2 편광기(374)는 90° 차이의 편광들을 출력할 수 있다. 제1 회절 차수(-1th order)의 분광은 제1 편광기(372)에 입사될 수 있다. 일 예로서, 제1 편광기(372)는 제1 렌즈(362)로부터 입사된 광 중에서 제1 편광(90° 편광)을 광 셔터(390)로 출력할 수 있다.
제2 회절 차수(1st order)의 분광은 제2 편광기(374)에 입사될 수 있다. 일 예로서, 제2 편광기(374)는 제1 렌즈(362)로부터 입사된 광 중에서 제2 편광(0° 편광)을 광 셔터(390)로 출력할 수 있다.
제3 회절 차수(0th order)의 분광은 편광기를 거치지 않은 비편광으로 광 셔터(390)에 바로 입사될 수 있다.
제1 렌즈(362)와 제2 렌즈(364)를 이용하여 광 셔터(390)에서 출력되는 하나의 분광(일 예로서, 0th order 분광) 또는 복수의 분광(일 예로서, -1th order, 1st order)이 특정 지점에서 초점이 맺히도록 할 수 있다. 하나의 분광(일 예로서, 0th order 분광) 또는 복수의 분광(일 예로서, -1th order, 1st order)의 초점이 맺히는 위치에 제3 편광부(385)가 배치될 수 있다.
도 9a는 도 8에 도시된 광 셔터(390)를 이용하여 편광이 이루어진 분광들을 출력하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9a를 참조하면, 광 셔터(390)는 제2 편광부(370)와 카메라(380) 사이에 배치될 수 있다. 광 셔터(390)는 복수의 서브 셔터(일 예로서, 3개의 서브 셔터(392, 394, 396))를 포함할 수 있다.
광 셔터(390)는 3개의 서브 셔터(392, 394, 396)를 이용하여 차수가 상이한 복수의 편광들을 선택적으로 출력하거나, 차단할 수 있다. 또한, 광 셔터(390)는 비편광을 선택적으로 출력하거나, 차단할 수 있다.
광 셔터(390)의 제1 서브 셔터(392)는 제1 편광기(372)와 대응하도록 배치될 수 있다. 제1 서브 셔터(392)에 의해서 제1 회절 차수(-1th order)의 제1 편광(90° 편광)이 출력되거나, 또는 차단될 수 있다.
광 셔터(390)의 제2 서브 셔터(394)는 제2 편광기(374)와 대응하도록 배치될 수 있다. 제2 서브 셔터(394)에 의해서 제2 회절 차수(1st order)의 제2 편광(0° 편광)이 출력되거나, 또는 차단될 수 있다.
광 셔터(390)의 제3 서브 셔터(396)는 편광기를 거치지 않은 제3 회절 차수(0th order)의 비편광의 경로에 대응하도록 배치될 수 있다. 제3 서브 셔터(396)에 의해서 제3 회절 차수(0th order)의 비편광이 출력되거나, 또는 차단될 수 있다.
광 셔터(390)의 제1 서브 셔터(392) 및 제2 서브 셔터(394)가 온(on)되고, 제3 서브 셔터(396)가 오프(off)될 수 있다. 이 경우, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명한 것과 동일하게 편광 간섭 방식으로 웨이퍼(10)를 분석할 수 있다.
제1 서브 셔터(392)가 온(on)되면 제1 회절 차수(-1th order)의 제1 편광(90° 편광)이 제1 렌즈(362)로 출력될 수 있다. 제2 서브 셔터(394)가 온(on)되면 제2 회절 차수(1st order)의 제2 편광(0° 편광)이 제2 렌즈(364)로 출력될 수 있다. 제3 서브 셔터(396)가 오프(off)되면 제3 회절 차수(0th order)의 분광은 출력되지 않는다.
제2 렌즈(364)를 통해 두 개의 수직한 편광들(일 예로서, 90° 편광 및 0° 편광)의 초점을 맺히게하여, 두 개의 수직한 편광들(일 예로서, 90° 편광 및 0° 편광)이 제3 편광부(385)에 입사되도록 할 수 있다. 즉, 제3 편광부(385)는 입사되는 두 개의 수직한 편광들(일 예로서, 90° 편광 및 0° 편광)이 간섭되도록 공통 편광을 출력할 수 있다. 제3 편광부(385)에 의해서 두 개의 수직한 편광들(일 예로서, 90° 편광 및 0° 편광)의 간섭을 발생시킬 수 있다. 제3 편광부(385)는 공통 편광을 카메라(380)로 출력할 수 있다. 카메라(380)에는 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)이 합쳐진 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)이 입사될 수 있다.
카메라(380)는 입사된 공통 편광에 기초하여 간섭 무늬의 시편 영상을 생성하고, 생성된 간섭 무늬의 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
도 9b는 도 8에 도시된 광 셔터(390)를 편광된 분광들의 출력을 차단하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9b를 참조하면, 광 셔터(390)의 제1 서브 셔터(392) 및 제2 서브 셔터(394)가 오프(off)되고, 제3 서브 셔터(396)가 온(on)될 수 있다. 이 경우, 스펙트럼 반사계(SR) 방식 또는 스펙트럼 편광해석(SE) 방식으로 웨이퍼(10)를 분석할 수 있다.
제1 서브 셔터(392)가 오프(off)되면 제1 회절 차수(-1th order)의 제1 편광(90° 편광)의 출력이 차단된다. 제2 서브 셔터(394)가 오프(off)되면 제2 회절 차수(1st order)의 제2 편광(0° 편광)의 출력이 차단된다. 즉, 광 셔터(390)를 이용하여 분광기(350)에서 분광된 광들 중에서 제1 회절 차수(-1th order)의 제1 편광(90° 편광) 및 제2 회절 차수(1st order)의 제2 편광(0° 편광)의 출력을 선택할 수 있다. 제3 서브 셔터(396)가 온(on)되면 제3 회절 차수(0th order)의 분광이 제2 렌즈(364)로 출력될 수 있다.
제3 회절 차수(0th order)의 분광은 제2 렌즈(364)를 제3 편광부(385)로 입사될 수 있다. 제3 편광부(385)에서 출력되는 편광이 카메라(380)에 입사될 수 있다. 카메라(380)는 입사된 제3 회절 차수(0th order)의 편광에 기초하여 시편 영상을 생성할 수 있다. 카메라(380)는 생성된 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치(300)와 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 불량 검출의 높은 민감도 및 로컬리티(locality)를 확보하여, 웨이퍼(10) 상의 패턴들이 정확하게 형성되었는지 분석할 수 있다. 또한, 단일 측정으로 웨이퍼(10)를 검사할 수 있어, 검사 시간을 줄일 수 있다. 또한, 하나의 웨이퍼 검사 장치(300)의 검사 모드를 변경하여 편광 간섭 방식, 스펙트럼 반사계(SR) 방식, 및 스펙트럼 편광해석(SE) 방식으로 웨이퍼(10)를 검사할 수 있다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100-2)를 나타내는 도면이다. 도 10a에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100-2)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 10a를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100-2)는 단색화 분광기(110), 시준기(120), 제1 편광부(130), 이미징 광학계(140), 분광기(150), 제1 렌즈(162), 제2 렌즈(164), 제2 편광부(170), 카메라(180), 제3 편광부(185), 신호 분석기(20), 및 로테이터(195)를 포함할 수 있다. 제2 편광부(170)는 제1 편광기(172) 및 제2 편광기(174)를 포함할 수 있다.
로테이터(195)는 분광기(150)와 물리적으로 연결되며, 회전에 의해서 분광기(150)의 위치를 이동시킬 수 있다.
도 10b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 검사 장치(100-3)를 나타내는 도면이다. 도 10b에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100-3)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100)와 동일한 구성들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 기준 광 신호 생성기(190)는 웨이퍼(10)에 조사되는 소스 광의 특성을 신호 분석기(20)에 제공하기 위한 것으로, 소스 광을 분리시키기 위해 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 기준 광 신호 생성기(190)는 시준기(120)와 제1 편광부(130) 사이에 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 기준 광 신호 생성기(190)는 제1 편광부(130)와 웨이퍼(10) 사이에 배치될 수 있다.
기준 광 신호 생성기(190)는 신호 분석기(20)에서 간섭 무늬의 시편 영상을 분석할 때, 분석의 정확도를 높이기 위해서 기준 광 신호를 생성할 수 있다. 일 예로서, 기준 광 신호 생성기(190)는 웨이퍼(10)에 소스 광이 조사되기 전에 소스 광을 분광시키고, 소스 광으로부터 분광된 기준 광(reference light)을 분석하여 기준 광 신호를 생성할 수 있다. 기준 광 신호는 신호 분석기(20)로 출력될 수 있다. 신호 분석기(20)는 기준 광 신호에 기초하여 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
도 11a는 광 경로에 분광기(150)를 삽입하여 웨이퍼 검사 장치(100-2, 100-3)를 편광 간섭 모드로 동작시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 10a, 도 10b 및 도 11a를 참조하면, 로테이터(195)는 분광기(150)를 이미징 광학계(140)와 제1 렌즈(162) 사이에 위치시킬 수 있다. 즉, 로테이터(195)는 분광기(150)를 광 경로에 위치시킬 수 있다. 분광기(150)가 광 경로에 위치하는 경우, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명한 것과 동일하게 편광 간섭 방식으로 웨이퍼(10)를 분석할 수 있다.
분광기(150)가 광 경로에 위치하면, 제1 회절 차수(-1th order)의 제1 편광(90° 편광)이 제2 렌즈(164)로 출력될 수 있다. 또한, 제2 회절 차수(1st order)의 제2 편광(0° 편광)이 제2 렌즈(164)로 출력될 수 있다.
제2 렌즈(164)를 통해 두 개의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광)의 초점을 맺히게 할 수 있다. 제2 렌즈(164)에서 출력되는 두 개의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광)이 제3 편광부(185)에 입사될 수 있다. 제3 편광부(185)는 두 개의 수직한 편광들(90° 편광 및 0° 편광)이 간섭되도록 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)을 카메라(180)로 출력할 수 있다. 즉, 카메라(180)에는 제1 편광(90° 편광)과 제2 편광(0° 편광)이 합쳐진 공통 편광(일 예로서, 45° 편광)이 입사될 수 있다.
카메라(180)는 입사된 공통 편광에 기초하여 간섭 무늬의 시편 영상을 생성할 수 있다. 카메라(180)는 생성된 간섭 무늬의 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 간섭 무늬의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
도 11b는 광 경로에서 분광기(150)를 제거하여 웨이퍼 검사 장치(100-2, 100-3)를 이미징 스펙트럼 반사계 모드로 동작시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 10a, 도 10b 및 도 11b를 참조하면, 로테이터(195)는 이미징 광학계(140)와 제1 렌즈(162) 사이에 위치해있던 분광기(150)를 제거할 수 있다. 즉, 로테이터(195)는 분광기(150)를 광 경로에 제거할 수 있다. 분광기(150)가 광 경로에서 제거되면, 분광 없이 제1 렌즈(162) 및 제2 렌즈(164)에 광이 입사된다. 이 경우, 스펙트럼 반사계(SR) 방식 또는 스펙트럼 편광해석(SE) 방식으로 웨이퍼(10)를 분석할 수 있다.
분광기(150)가 광 경로에서 제거되면 분광이 생성되지 않게 되어 회절 차수가 없는 광들이 제2 렌즈(164)로 출력될 수 있다. 회절 차수가 없는 광들이 제2 렌즈(164)를 거쳐 제3 편광부(185)로 입사될 수 있다. 제3 편광부(185)는 회절 차수가 없는 편광을 카메라(180)로 출력할 수 있다. 카메라(180)는 입사된 편광에 기초하여 웨이퍼(10)의 시편 영상을 생성할 수 있다. 카메라(180)는 생성된 웨이퍼(10)의 시편 영상을 신호 분석기(20)로 출력할 수 있다. 신호 분석기(20)는 웨이퍼(10)의 전체 영역의 시편 영상들을 분석하고, 분석 결과를 출력할 수 있다.
로테이터(195)는 도 4에 도시된 웨이퍼 검사 장치(100-1)에도 적용될 수 있다. 또한, 로테이터(195)는 도 5에 도시된 웨이퍼 검사 장치(200)에도 적용될 수 있다. 또한, 로테이터(195)는 도 7에 도시된 웨이퍼 검사 장치(200-1)에도 적용될 수 있다. 또한, 로테이터(195)는 도 8에 도시된 웨이퍼 검사 장치(300)에도 적용될 수 있다.
본 개시의 웨이퍼 검사 장치와 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법은, 단일 측정으로 불량 검출의 높은 민감도 및 로컬리티(locality)를 확보하여, 웨이퍼 상의 패턴들이 정확하게 형성되었는지 분석할 수 있다. 또한, 단일 측정으로 웨이퍼를 검사할 수 있어, 검사 시간을 줄일 수 있다. 또한, 하나의 웨이퍼 검사 장치의 검사 모드를 변경하여 편광 간섭 방식, 스펙트럼 반사계(SR) 방식, 및 스펙트럼 편광해석(SE) 방식으로 웨이퍼를 검사할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
10: 웨이퍼 20: 신호 분석기
100, 100-1, 100-2, 100-3 200, 200-1, 300: 웨이퍼 검사 장치
110, 210, 310: 단색화 분광기 120, 220, 320: 시준기
130, 230, 330: 제1 편광부 140, 240, 340: 이미징 광학계
150, 250, 350: 분광기 162, 262, 362: 제1 렌즈
164, 264, 364: 제2 렌즈 170, 270, 370: 제2 편광부
172, 272, 372: 제1 편광기 174, 274, 374: 제2 편광기
276: 제3 편광기 278: 제4 편광기
180, 280, 380: 카메라 185, 285, 385: 제3 편광부
190, 290: 기준 광 신호 생성기 195: 로테이터
390: 광셔터 392: 제1 서브 셔터
394: 제2 서브 셔터 396: 제3 서브 셔터

Claims (10)

  1. 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출하는 단색화 분광기;
    상기 단색광을 평행광으로 출력하는 시준기;
    상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사하는 제1 편광부;
    상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광하는 이미지 광학계;
    상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시키는 분광기;
    상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광시키는 제1 렌즈;
    상기 차수가 상이한 복수의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력하는 제2 편광부;
    상기 차수가 상이한 복수의 편광들을 집광시키는 제2 렌즈;
    상기 차수가 상이한 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력하는 제3 편광부;
    상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성하는 카메라; 및
    상기 위상차 영상을 분석하는 신호 분석기;를 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 조사되는 광을 분광시켜 기준 광을 획득하고, 상기 기준 광을 분석하여 기준 광 신호를 생성하는 기준 광 신호 생성기를 더 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    신호 분석기는 상기 기준 광 신호에 기초하여 상기 위상차 영상을 분석하는, 웨이퍼 검사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 분광기는 균일하게 배치된 1차원의 격자를 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분광기는 균일하게 배치된 2차원의 격자를 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 분광기는,
    입사된 광을 제1 회절 차수의 광 및 제2 회절 차수의 광으로 분광시키는, 웨이퍼 검사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 편광부는 서로 90° 차이의 편광을 출력하는 제1 편광기 및 제2 편광기를 포함하고,
    상기 제1 편광기는 상기 제1 회절 차수의 광을 90° 편광시켜 출력하고,
    상기 제2 편광기는 상기 제2 회절 차수의 광을 0° 편광시켜 출력하는, 웨이퍼 검사 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 분광기는,
    입사된 광을 제1 회절 차수의 광, 제2 회절 차수의 광, 제3 회절 차수의 광, 및 제4 회절 차수의 광으로 분광시키는, 웨이퍼 검사 장치.
  9. 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출하는 단색화 분광기;
    상기 단색광을 평행광으로 출력하는 시준기;
    상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사하는 제1 편광부;
    상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광하는 이미지 광학계;
    상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시키는 분광기;
    상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광시키는 제1 렌즈;
    상기 차수가 상이한 복수의 광 중에서 2개의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력하는 제2 편광부;
    상기 차수가 상이한 복수의 편광들 및 비편광을 선택적으로 출력하는 광 셔터;
    상기 광 셔터에서 출력되는 복수의 편광들을 집광시키는 제2 렌즈;
    상기 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력하는 제3 편광부;
    상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성하는 카메라; 및
    상기 위상차 영상을 분석하는 신호 분석기;를 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
  10. 광원으로부터의 광에서 단색광을 추출하는 단색화 분광기;
    상기 단색광을 평행광으로 출력하는 시준기;
    상기 시준기에서 출력되는 광을 편광시켜 웨이퍼에 조사하는 제1 편광부;
    상기 웨이퍼의 시편에서 반사된 광을 집광하는 이미지 광학계;
    상기 이미지 광학계에서 출력되는 광을 회절 차수가 상이한 복수의 광으로 분광시키는 분광기;
    상기 회절 차수가 상이한 복수의 광을 집광시키는 제1 렌즈;
    상기 분광기의 위치를 이동시키는 로테이터;
    상기 차수가 상이한 복수의 광을 90° 차이를 가지는 복수의 편광들로 출력하는 제2 편광부;
    상기 차수가 상이한 복수의 편광들을 집광시키는 제2 렌즈;
    상기 복수의 편광들이 간섭되도록 공통 편광을 출력하는 제3 편광부;
    상기 공통 편광에 기초하여 위상차 영상을 생성하는 카메라; 및
    상기 위상차 영상을 분석하는 신호 분석기;를 포함하는, 웨이퍼 검사 장치.
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