KR20050079322A - 반도체 소자의 디펙트 검사 장비 - Google Patents

반도체 소자의 디펙트 검사 장비 Download PDF

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김상민
정우영
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 디펙트 검사 장비를 개시한다. 개시된 본 발명의 반도체 소자의 디펙트 검사 장비는, 변형 조명 기술을 이용한 반도체 소자의 미세화된 디펙트를 검출하기 위한 장비로서, 빛을 조명하는 광원부와, 상기 광원부에서 나오는 빛을 필터링하는 필터와, 상기 필터를 투과한 빛을 사입사(off axis) 각도로 웨이퍼에 반사하는 빔 스플릿터와, 상기 빔 스플릿터에서 반사된 빛을 반도체 소자의 검사영역으로 투과시키며, 상기 반도체 소자의 검사영역에서 반사된 0차 및 1차 회절 광을 모아주는 오브젝티브 렌즈 및 상기 오브젝티브 렌즈에서 모아진 0차 및 1차 회절 광의 이미지 정보를 검사하는 TDI 센서를 포함한다. 본 발명에 따르면, 반도체 표면에 사입사 각으로 입사하여 반도체 표면의 이미지 정보를 가지고 반사되는 빛의 0차 및 1차 회절광을 수집하여 반도체 표면 검사시 해상도를 높힐 수 있으며, 이에 따라, 미세화된 디펙트를 검출할 수 있다. 또한, 광원의 파장 축소나 렌즈의 구경을 늘리지 않고도 해상도를 높힐 수 있어, 검사 비용을 감소할 수 있다.

Description

반도체 소자의 디펙트 검사 장비{apparatus for detecting defect of semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 디펙트 검사 장비에 관한 것으로, 상세하게는, 변형 조명 기술을 이용한 반도체 소자의 디펙트 검사 장비에 관한 것이다.
일반 조명은 노광이 광축을 중심으로 대칭적으로 입사되는 반면, 사입사 조명(off-axis illumination)은 광축에 대해 비대칭적이다. 즉, 일반 조명이 0차와 -/+ 1차 회절광을 이용한 3빔(beam)의 결상원리를 이용하지만, 사입사 조명은 0차 혹은 -/+ 1차 회절광중 한 개의 광만을 이용한 2 빔의 결상원리를 이용하며, 상기 2빔 결상은 초점심도(Depth of Focus:DOF)를 증가시킨다. 여기서, 상기 사입사 조명은 광원에서 조명된 빛을 어퍼쳐(aperture)를 위치시켜 광축을 경사시켜 조명시킨다.
도 1은 종래의 기술에 따른 조명계를 갖는 반도체 소자의 디펙트 검출 장비를 도시한 단면도이다.
빛을 조명하는 광원부(source)(10)와 상기 광원부(10)에서 나오는 빛을 필터링하는 필터(11)와 상기 필터를 투과한 빛을 수직으로 웨이퍼에 반사하는 빔 스플릿터(beam splitter)(12)와, 상기 빔 스플릿터에서 반사된 빛을 반도체 소자의 검사하고자 하는 영역으로 투과시키며, 상기 반도체 소자의 검사영역에서 반사된 회절 광을 모아주는 오브젝티브 렌즈(objective lens)(13) 및 상기 오브젝티브 렌즈(13)에서 모아진 회절 광의 이미지 정보를 검사하는 TDI(Time Delay Image: 이하 TDI) 센서(sensor)(14)를 포함한다. 여기서, 설명하지 않은 위상 변위기(magnitude changer)(15) 및 줌 렌즈(16)는 이미지 정보를 증폭시키기 위한 것이다.
전술한 바와 같이, 종래의 반도체 소자의 디펙트 검사 장비의 조명 시스템은 빔 스플릿터(beam spliter)(12)를 이용하여 시료 웨이퍼로 수직 입사되는 조명 시스템이다. 또한, 검사의 대상이 되는 가공된 웨이퍼의 표면에 입사된 빛은 검사하고자 하는 영역의 패턴을 인식 후 다시 반사되며, 이는 오브젝티브 렌즈(13)로 다시 모아져 TDI 센서(14)를 통해 인식하게 되고, 상기 검사하고자 하는 영역의 이웃하는 영역을 동일한 방법으로 인식 후, 그 차이를 인식하여 디펙트(defect)를 검출하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 디펙 검사 장비는 패턴의 사이즈가 큰 경우 반사되는 빛의 회절각이 작아 해상도에 문제가 없다. 그러나, 패턴이 더욱 미세화 됨에 따라 패턴에서 반사되는 빛의 회절각이 커저 상을 맺는 빛이 각(..., -1차, 0차, 1차,...)이 커지므로, 상기 빛을 모아주는 오브젝티브(objective) 렌즈의 반경을 벗어나는 빛들은 소멸되어 수직 입사 되는 조명 시스템에서는 해상도가 떨어지는 문제점이 있다.
이하, 패턴의 사이즈에 따른 해상도의 차이를 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 제1 및 제2 크기의 패턴의 피치(Pitch:이하 P)를 갖는 반도체 표면상에 입사광을 조명한 모습을 도시한 단면도이다. 여기서, 제1 크기가 제2 크기보다 크다.
반도체 패턴에 대한 정보는 +/- 1 차광이 담고 있다. 여기서, 파장과 패턴의 피치 및 회절각에 대한 브래그(Brag)의 공식은 P sinθ= λ이며,
여기서, P는 패턴의 피치에 해당하고 θ는 1차 회절각을 의미한다. 즉, θ는 0차광과 1차광 사이의 각이라 정의 할 수 있다. 상기 공식은 패턴에 대한 정보를 담고 있는 1차광이 렌즈 속으로 얼마나 들어가는가를 수식으로 나타낸 값이다. 즉, 해상도를 높히기 위하여 1차광이 렌즈 속으로 많이 투사되도록 하여야 한다.
이를 위해선 두 가지 방법이 있는데, 첫째, 상기 회절 공식에서 λ(노광 빛의 파장)을 작게하여 회절각 θ를 줄이는 방법이 있고, 둘째, 1차항의 정보가 렌즈 속으로 많이 들어가도록 렌즈의 구경을 키우는 방법이 있다.
또한, 임의의 값을 갖는 파장(λ)에서 브래그의 법칙 λ= P sinθ에 따라 회절되는 각 θ는 P의 크기가 증가할 수록 감소하고, 작을 수록 증가하게 된다.
이에 따라, 기존의 조명 시스템에서 패턴 피치 크기가 제1 크기인 경우는 회절각이 작아 회절광이 렌즈 구경내에 들어오나, P의 크기가 제2 크기인 경우는 회절각 커 렌즈 구경내에 0차 광만이 모아지게 된다.
전술한 바와 같은 종래의 기술에 따른 반도체 표면 검사장비는 더욱 미세화된 패턴의 광의 입사후 반사되는 빛은 0차광을 제외한 나머지 광들이 회절각이 커져 일반조명 시스템으로는 렌즈 반경을 벗어나므로 0차광 만이 이미지 정보를 가지고 렌즈로 반사되어 낮은 해상도를 갖게 된다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 미세 패턴에 따른 미세 디펙트를 검출할 수 있는 반도체 소자 표면 검사 장비를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 디펙트 검사 장비는, 변형 조명 기술을 이용한 반도체 소자의 미세화된 디펙트를 검출하기 위한 장비로서, 빛을 조명하는 광원부; 상기 광원부에서 나오는 빛을 필터링하는 필터; 상기 필터를 투과한 빛을 사입사(off axis) 각도로 웨이퍼에 반사하는 빔 스플릿터; 상기 빔 스플릿터에서 반사된 빛을 반도체 소자의 검사영역으로 투과시키며, 상기 반도체 소자의 검사영역에서 반사된 0차 및 1차 회절 광을 모아주는 오브젝티브 렌즈; 및 상기 오브젝티브 렌즈에서 모아진 0차 및 1차 회절 광의 이미지 정보를 검사하는 TDI 센서를 포함하는 반도체 소자의 디펙트 검사장비를 제공한다.
여기서, 상기 TDI 센서와 오브젝티브 렌즈사이에 0차 및 1차 회절광의 이미지 정보를 증폭하기 위한 위상 변위기 및 줌 렌즈를 더 포함한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 디펙 검출 장비를 도시한 단면도이다.
변형 조명 기술을 이용한 반도체 소자의 미세화된 디펙트를 검출하기 위한 장비로서, 빛을 조명하는 광원부(source)(30)와, 상기 광원부(30)에서 나오는 빛을 필터링하는 필터(31)와, 상기 필터(31)를 투과한 빛을 사입사(off axis) 각으로 웨이퍼에 반사하는 빔 스플릿터(32)와, 상기 빔 스플릿터(32)에서 반사된 빛을 반도체 소자의 검사 영역으로 입사시키며, 상기 반도체 소자의 검사 영역에서 입사되고, 다시 반사된 0차 및 1차 회절 광을 모아주는 오브젝티브 렌즈(33) 및 상기 오브젝티브 렌즈(33)에서 모아진 0차 및 1차 회절 광의 이미지 정보를 검사하는 TDI 센서(34)로 이루어져 있다.
또한, 상기 TDI 센서(34)와 오브젝티브 렌즈(33) 사이에 0차 및 1차 회절광의 이미지 정보를 증폭하기 위한 위상 변위기(magnitude changer)(35) 및 줌 렌즈(36)를 개재할 수 있다.
여기서, 상기 반도체 소자의 디펙트 검출을 위한 방법은 상기 광원부(30)에서 조명된 빛은 필터링되어 빔 스플릿터(32)에서 사입사 각으로 웨이퍼를 향해 반사된다. 그런다음, 상기 빔 스플릿터(32)에서 반사된 빛은 오브젝티브 렌즈(33)를 통하여 시료 웨이퍼의 표면에 기 형성된 패턴에 입사된 후, 상기 웨이퍼 표면의 이미지 정보를 담고 있는 0차 및 1차 회절 광이 오브젝티브 렌즈(33)에서 모아진다. 이어서, 상기 오브젝티브 렌즈(33)에서 모아진 웨이퍼 표면의 이미지 정보를 담고 있는 0차 및 1차 회절광을 TDI 센서(34)에서 감지한다. 계속해서, 상기와 같은 방법을 반복하여 이웃하는 영역의 표면의 이미지 정보를 감지하여 디펙트를 검출하게 된다.
도 4는 사입사 조명을 이용한 반도체 소자의 디펙트 검출 장비의 조명계를 도시한 단면도이다.
먼저, 특정 파장(λ)에 대한 브래그(Brag)의 공식을 살펴보면, Psinθ= λ 여기에서 P는 패턴의 피치에 해당하고 θ는 1차 회절각을 의미한다. 즉, θ는 0차광과 1차광 사이의 각이라 정의 할 수 있다. 상기 공식은 패턴에 대한 정보를 담고 있는 회절 광이 렌즈 속으로 얼마나 들어가는가를 수식으로 나타낸 값이다. 즉, 해상도를 높히기 위하여 회절 광이 렌즈 속으로 많이 투사되도록 하여야 한다.
따라서, 미세화된 패턴에 입사되어 이미지 정보를 갖고 반사되는 회절광은 회절각이 커져 기존의 장비의 조명 장치로는 -1 및 1차 회절광이 렌즈 반경을 벗어나 0차 회절광 만이 이미지 정보를 가지고 오브젝티브 렌즈로 반사되어 낮은 해상도를 갖게 된다.
도시한 바와 같이, 사입사 조명 방법을 응용하여 0차 및 1차 회절광을 오브젝티브 렌즈에 수집하여 이를 TDI 센서에서 인식하게 하므로써, 미세 패턴에서도 높은 해상도로 디펙트 검출이 가능하다. 따라서, 사입사 조명계(off axis illumination)를 적용한 경우 패턴의 사이즈가 작은 경우에도 0차광 뿐만 아니라 1차광도 렌즈 구경내에 들어오게 되므로 해상도를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 표면에 사입사 각으로 입사하여 반도체 표면의 이미지 정보를 가지고 반사되는 빛의 0차 및 1차 회절광을 수집하여 반도체 표면 검사시 해상도를 높힐 수 있으며, 이에 따라, 미세화된 디펙트를 검출할 수 있다. 또한, 광원의 파장 축소나 렌즈의 구경을 늘리지 않고도 해상도를 높힐 수 있어, 검사 비용을 감소할 수 있다.
따라서, 반도체 디펙트 검출 장비의 신뢰도를 확보할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 조명계를 갖는 반도체 소자의 디펙트 검출 장비를 도시한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 각각 제1 및 제2 크기의 패턴의 피치(Pitch)를 갖는 반도체 표면상에 입사광을 조명한 모습을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 디펙트 검출 장비를 도시한 단면도.
도 4는 사입사 조명을 이용한 반도체 소자의 디펙트 검출 장비의 조명계를 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30: 광원부 31: 필터
32: 빔 스플릿터 33: 오브젝티브 렌즈
34: TDI 센서 35: 위상 변위기
36: 줌 렌즈

Claims (2)

  1. 변형 조명 기술을 이용한 반도체 소자의 미세화된 디펙트를 검출하기 위한 장비로서,
    빛을 조명하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 빛을 필터링하는 필터;
    상기 필터를 투과한 빛을 사입사(off axis) 각도로 웨이퍼에 반사하는 빔 스플릿터;
    상기 빔 스플릿터에서 반사된 빛을 반도체 소자의 검사영역으로 투과시키며, 상기 반도체 소자의 검사영역에서 반사된 0차 및 1차 회절 광을 모아주는 오브젝티브 렌즈; 및
    상기 오브젝티브 렌즈에서 모아진 0차 및 1차 회절 광의 이미지 정보를 검사하는 TDI 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 디펙트 검사장비.
  2. 제 1 항에 의하여, 상기 TDI 센서와 오브젝티브 렌즈사이에 0차 및 1차 회절광의 이미지 정보를 증폭하기 위한 위상 변위기 및 줌 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한는 반도체 소자의 디펙트 검사장비.
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KR100933467B1 (ko) * 2008-05-07 2009-12-23 주식회사 고영테크놀러지 에이오아이（ａｏｉ） 장치
CN115060740A (zh) * 2022-07-08 2022-09-16 凌云光技术股份有限公司 基于离轴式照明结构的表面缺陷检测装置及方法

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