KR20080111962A

KR20080111962A - 표면 측정 장치

Info

Publication number: KR20080111962A
Application number: KR1020070060571A
Authority: KR
Inventors: 김택겸; 김배균; 이창윤; 홍상수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-24
Also published as: KR100900618B1

Abstract

본 발명은 표면 측정 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는 레이저빔을 출사하는 광원과, 상기 레이저빔을 반사시키는 회전반사미러와, 상기 회전반사미러에 의해 반사된 레이저빔을 측정대상물에 주사하도록 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 주사렌즈와, 상기 광원과 회전반사미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치되며, 상기 측정대상물에서 반사 또는 산란 되어 상기 회전반사미러로 되돌아온 레이저빔 중 반사빔을 통과시키도록 구멍이 형성된 홀미러 및 상기 홀미러를 통과한 반사빔을 검출하기 위한 하나 이상의 반사빔 검출부를 포함하는 표면 측정 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면 대면적을 초고속으로 측정할 수 있으면서도 정밀도가 향상되며, 나아가, 3차원 형상의 측정이 가능한 표면 측정 장치를 제공할 수 있다.

표면 측정, 표면 검사, 빔 주사, 빔 스캔, 회전반사미러, 갈바노 미러, 폴리곤 미러, 홀미러, 천공미러

Description

표면 측정 장치{SURFACE MEASUREMENT APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 표면 측정 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 도 3의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201,301,309: 빔스플리터 202,302: 홀미러

203,303,310: 갈바노 미러 204,304: 주사렌즈

205,305: 웨이퍼 206: 반사빔 검출부

207: 산란빔 검출부 308: 집광렌즈

403,410: 폴리곤 미러 311: 릴레이 렌즈군

L: 레이저빔 Lr: 반사빔

Ls: 산란빔

본 발명은 웨이퍼 표면의 이물 등을 측정하기 위한 표면 측정 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 빔 스캔 방식을 사용함으로써 측정속도 및 정밀도가 향상된 표면 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적회로는 웨이퍼 상에 포토 리소그래피 공정 등에 따라서 회로를 형성하는 방식으로 제조된다. 이 경우, 웨이퍼 상에 다수의 동일한 집적회로가 배치되며, 그것들을 분리하여 개개의 집적 회로 칩이 제조된다.

이러한 반도체 집적회로에서 웨이퍼 상에 이물 등이 존재한다면, 이물 등이 존재하는 부분에 형성되는 회로 패턴에 결함이 생기기 쉬우며, 이에 따라, 해당 집적 회로의 사용이 불가능해지게 될 수 있다. 그 결과 한 장의 웨이퍼로부터 얻을 수 있는 집적회로의 수가 감소하고 수율 저하를 초래한다.

반도체 집적회로 이외도 마이크로미터 크기의 이물이나 결함이 불량의 원인이 되는 첨단 소재는 디스플레이용 유리와 기판회로 소재 등을 예로 들 수 있다.

따라서, 이러한 이물이나 결함을 측정 및 검사할 수 있는 장비가 요구된다.

일반적으로 웨이퍼 상의 이물이나 결함을 측정하는 방법으로는 웨이퍼 표면 에 레이저를 집광하고 그 집광 점으로부터 흩어지는 산란 빛을 수광하고 그 신호로부터 이물 등을 검출하는 방법이 사용되고 있다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 표면 측정 장치(10)는 레이저빔(L)을 출사하는 광원, 웨이퍼 등의 측정대상물(11), 제1 및 제2 빔 검출부(12,13)를 포함하여 구성된다.

이 경우, 상기 제1 빔 검출부(12)는 상기 웨이퍼(11)로부터 산란됨 빔(Ls)를 검출한다. 즉, 상기 웨이퍼(11) 상의 집광 점으로부터의 산란 되는 빛을 렌즈를 이용하여 광전 변환기에 해당하는 제1 빔 검출부(12)에 수집되는 것이다. 산란 되는 빛을 수집한 상기 제1 빔 검출부는 레이저빔(L)이 이물 등에 의해 산란된 빔의 강도에 따르는 펄스모양의 신호를 출력하고, 그 신호출력의 크기에 따라서 이물 물체의 크기를 판단할 수 있다.

또한, 상기 제2 빔 검출부(13)는 상기 웨어퍼(11)에 의해 반사된 빔(Lr)을 검출한다.

이와 같이, 상기 표면 측정 장치(10)는 산란빔과 반사빔에 의한 신호를 모두 검출함으로써, 웨이퍼(11) 상의 이물의 존재 유무와 이물의 크기를 측정하고, 나아가 반사되는 빔의 각도를 측정하여 3차원 형상을 측정할 수 있다.

그러나, 일반적으로 상기 표면 측정 장치(10)는 제1 및 제2 빔 검출부(12,13) 등의 광학적인 구성 요소들은 고정되며 웨이퍼(11)가 배치된 스테이지(미도시)가 이송되는 방식이다.

이러한 스테이지 이송방식은 측정속도가 매우 느린 것이 단점으로 지적될 수 있으며, 나아가, 스테이지가 이동함에 따라 산란 및 반사되는 빔의 경로도 변화되므로 빔 검출부 역시 같은 방식으로 이동시켜야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 빔 스캔 방식을 사용함으로써 대면적을 초고속으로 측정할 수 있으면서도 정밀도가 향상되며, 나아가, 3차원 형상의 측정이 가능한 표면 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,

레이저빔을 출사하는 광원과, 상기 레이저빔을 반사시키는 회전반사미러와, 상기 회전반사미러에 의해 반사된 레이저빔을 측정대상물에 주사하도록 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 주사렌즈와, 상기 광원과 회전반사미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치되며, 상기 측정대상물에서 반사 또는 산란 되어 상기 회전반사미러로 되돌아온 레이저빔 중 반사빔을 통과시키도록 구멍이 형성된 홀미러 및 상기 홀미러를 통과한 반사빔을 검출하기 위한 하나 이상의 반사빔 검출부를 포함하는 표면 측정 장치를 제공한다.

바람직하게는 상기 레이저빔은 측정대상물의 측정 면에 대하여 수직 방향으로 입사되는 것일 수 있다.

또한, 추가적으로 상기 광원과 홀미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 빔스플리터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 반사빔 검출부는 제1 및 제2 반사빔 검출부를 포함하며, 상기 홀미러를 통과한 반사빔을 분할하여 상기 제1 및 제2 반사빔 검출부에 각각 제공하는 빔스플리터를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 반사빔 검출부는 위치신호 검출부이며, 상기 제2 반사빔 검출부는 반사광량 검출부일 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 빔스플리터의 빔 투과율은 50%인 것일 수 있다.

한편, 측정대상물을 물리적으로 이동시키는 수단을 구비하지 않기 위해, 상기 회전반사미러에서 반사된 레이저빔을 반사시키는 추가적인 회전반사미러를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 2개의 회전반사미러는 회전축의 방향이 서로 다른 것이 바람직하다. 또한, 더욱 바람직하게는, 상기 2개의 회전반사미러는 회전축의 방향이 서로 수직인 것이 측정대상물의 2차원 표면을 측정하는데 적합하다.

나아가, 상기 2개의 회전반사미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 릴레이 렌즈군을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 회전반사미러는 갈바노 미러일 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 회전반사미러는 폴리곤 미러일 수 있다.

바람직하게는, 상기 홀미러에 형성된 구멍의 크기는 상기 레이저빔의 사이즈보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.

추가적으로, 회전반사미러가 하나만 포함된 경우에는 2차원 주사 효과를 나타내기 위해, 상면에 측정대상물이 배치되며 상기 레이저빔이 측정대상물에 주사되는 방향과 다른 방향으로 상기 측정대상물을 이동시키기 위한 스테이지를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 스테이지의 이동방향은 상기 레이저빔이 측정대상물에 주사되는 방향과 수직인 것이 바람직하며, 이는 상술한 바와 같이, 2개의 회전반사미러의 회전축의 방향이 서로 수직인 것이 가장 바람직한 것과 같은 이치로 이해될 수 있다.

한편, 상기 홀미러는 상기 측정대상물에서 산란 되어 상기 회전반사미러로 되돌아온 레이저빔을 반사시킬 수 있다.

또한, 상기 홀미러에서 반사된 상기 산란빔을 검출하기 위한 산란빔 검출부를 더 포함하는 것이 정밀한 표면 측정을 위해 바람직하다.

나아가, 상기 홀미러와 산란빔 검출부 사이의 상기 산란빔 경로 상에 배치된 집광렌즈를 더 포함하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 주사렌즈는 에프쎄타 렌즈인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치(20)는 레이저빔(L)을 출사하는 광원, 빔스플리터(201), 가운데 구멍이 형성된 홀미러(202), 갈바노 미러(203), 주사렌즈(204), 반사빔 검출부(206) 및 산란빔 검출부(207)를 구비하여 구성된다. 표면 측정의 대상이 되는 웨이퍼(205) 등의 측정대상물은 미도시된 스테이지 상에 배치되며, 상기 스테이지는 후술할 바와 같이 레이저빔(L)이 웨이퍼(205)에 주사되는 방향과 수직으로 이동될 수 있다.

이하, 상기 표면 측정 장치에 포함된 구성 요소들과 작동 원리를 상세히 설 명한다.

우선, 광원으로부터 출사된 레이저빔(L)은 빔스플리터(201)를 투과하여 홀미러(202)를 향해 진행한다. 이 경우, 본 실시 형태에서 웨이퍼(205) 표면 측정과는 무관하여 미도시하였으나, 상기 레이저빔(L) 중의 일부는 빔스플리터(201)에 의해 반사되어 표면 측정에 사용되지 않는다.

상기 빔스플리터(201)는 후술할 바와 같이 웨이퍼(L)에서 반사되어 돌아온 레이저빔(Lr)을 반사시킴으로써 그 경로가 반사빔 검출부(206)를 향하도록 하는 기능을 하며, 레이저빔(L)과 이루는 각도나 코팅 정도에 따라 빔의 투과 정도가 달라진다.

한편, 본 실시 형태에서 사용되는 레이저빔(L)은 표면 측정 용도로 기능할 수 있는 어떠한 레이저도 사용될 수 있으며, 예를 들면, YAG 레이저, 펨토초 레이저 등을 들 수 있다.

상기 홀(hole)미러(202)는 가운데 구멍이 형성된 천공 미러로서 그 구멍을 통하여 빔스플리터(201)를 투과한 레이저빔(L)이나 웨이퍼(205)로부터 반사되어 돌아온 빔(Lr)을 통과시킨다. 또한, 홀미러(202)는 웨이퍼(205)에서 산란된 빔(Ls)은 극히 일부만을 통과시키고, 대부분을 반사시켜 상기 산란빔(Ls)이 산란빔 검출부(207)를 향한 경로로 진행하도록 한다.

이 경우, 홀미러(202)의 구멍의 형태와 크기는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 만약, 구멍의 크기가 커져서 산란빔(Ls)의 투과도는 어느 정도 늘어나더라도 표면 측정을 수행하는 데는 큰 지장이 없다. 이는 산란빔(Ls)의 강도가 반사빔(Lr)의 강도보다 훨씬 약하기 때문이다.

다만, 반사빔(Lr)이 홀미러(202)에 의해 재차 반사되어 산란빔 검출부(207)에 신호로써 제공되는 경우, 원하는 표면 측정 결과를 얻지 못할 수 있으므로, 상기 홀미러(202)는 반사빔(Lr)은 모두 투과시키는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시 형태에서 상기 홀미러(202)에 형성된 구멍의 크기는 상기 레이저빔(L) 및 반사빔(Lr)의 사이즈보다 크거나 같다.

한편, 본 실시 형태에서 상기 홀미러(202)는 일반적으로 사용될 수 있는 미러에 가운데 구멍을 형성한 것으로서 레이저빔(L)에 대하여 높은 반사율을 갖는다면 어떠한 형태나 구조도 채용될 수 있을 것이다. 또한, 구멍의 위치가 정 가운데 형성되어 있는 것이 일반적이겠으나, 본 실시 형태에서 요구되는 빔의 사이즈에 따른 선택적 반사 기능을 수행할 수 있다면 구멍의 위치가 가운데가 아닌 것도 무방할 것이다.

이어서, 상기 홀미러(202)를 통과한 레이저빔(L)은 갈바노 미러(203)에 입사된다. 상기 갈바노 미러(203)는 회전부와 반사부로 구성되며, 홀미러(202)를 통과한 레이저빔(L)을 일 방향을 따라 직선으로 반사(주사)시키는 기능을 수행한다.

즉, 상기 갈바노 미러(203)는 모터 등이 될 수 있는 회전부에 의해 반사부가 회전축을 따라 회전되며, 이에 따라 상기 반사부에 입사된 상기 레이저빔(L)의 반 사 방향이 달라진다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반사부가 회전함에 따라, 레이저빔(L)은 반사 경로는 L1에서 L2, 다시 L2에서 L3로 변화된다. 이 경우, 상기 경로 변화는 연속적이므로, 상기 반사빔들(L1, L2, L3) 사이에는 도시되지 않은 무수히 많은 레이저빔이 존재한다. 따라서, 본 실시 형태에서 상기 갈바노 미러(203)에 의해 반사된 레이저빔의 거동과 관련하여 3개의 반사된 빔(L1, L2, L3)을 기준으로 설명하고 있으나, 이러한 거동은 도시되지 않은 무수히 많은 다른 빔들에 대해서도 적용될 수 있을 것이다.

한편, 본 실시 형태에서는 빔의 주사 수단으로서 갈바노 미러를 채용하였으나 빔의 주사 기능을 수행할 수 있다면, 실시 형태에 따라, 폴리곤 미러 등의 다른 구조의 회전반사미러가 채용될 수 있다.

이후, 상기 갈바노 미러(203)에 의해 일 방향으로 반사된 레이저빔들(L1, L2, L3)은 주사렌즈(204)에 의해 빔 경로가 조정되어 웨이퍼(205)에 주사된다. 이 경우, 웨이퍼(205)의 표면에 레이저빔들(L1, L2, L3)은 실선으로 표시된 것과 같이 일 방향으로 주사된다.

상기 주사렌즈(204)에 의해 주사용 레이저빔들(L1, L2, L3)은 웨이퍼(205)의 측정되는 면에 수직 방향으로 입사된다. 이와 같이 수직 방향으로 주사되는 구조를 가짐에 따라, 상기 웨이퍼(205)에 의해 반사 또는 산란된 빔은 레이저빔(L)이 진행되어온 경로를 되돌아갈 수 있다.

상기 주사렌즈(204)는 레이저빔들(L1, L2, L3)을 수직으로 주사하기 위해 에프쎄타(F-theta) 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 에프쎄타 렌즈(204)는 빔 주사 방향 및 입사각을 일정하게 유지하도록 하는 기능 등을 수행할 수 있으며, 이에 따라, 보다 정밀하게 웨이퍼(205)의 표면을 측정할 수 있다.

상기 주사렌즈(204)를 거친 빔은 상기 웨이퍼(205)에 주사되며, 상기 웨이퍼(205) 표면의 형상에 따라 산란 또는 반사된다. 이렇게 산란 또는 반사된 빔(점선으로 도시)은 상술한 바와 같이, 웨이퍼(205)의 입사 시 경로를 되돌아 간다.

우선, 반사빔(Lr)의 진행 경로를 설명하면, 웨이퍼(205)의 표면에서 반사된 빔들은 갈바노 미러(203)로 되돌아 가며, 레이저빔(L)이 갈바노 미러(203)에 의해 주사된 것과 반대 과정에 의해 다시 홀미러(202)를 향한다.

상술한 바와 같이, 홀미러(202)에 형성된 구멍의 크기는 반사빔(Lr)의 크기보다 크거나 같으므로, 상기 반사빔(Lr)은 홀미러(202)를 통과하며 처음 통과했던 빔스플리터(201)로 되돌아 온다. 상기 빔스플리터(201)에 되돌아온 반사빔(Lr)은 다시 빔스플리터(201)에 반사되어 반사빔 검출부(206)로 향한다. 이 경우, 반사빔(Lr) 중 일부는 빔스플리터(201)을 투과하여 진행하므로 반사빔 검출부(206)에 입사되지 않는다. 한편, 빔스플리터(201)의 빔 투과율 또는 반사율은 레이저빔(L)과 이루는 각도나 코팅된 정도 등에 따라 적절히 조절될 수 있는 사항이다.

상기 반사빔(Lr)을 검출하는 반사빔 검출부(206)는 산란빔 검출부(207)와 같 이 광신호를 전기신호로 변환하여 이를 분석하는 기능을 수행한다. 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 상기 반사빔 검출부(206)와 산란빔 검출부(207)의 신호를 함께 분석함으로써 정밀하게 웨이퍼(205)의 표면을 측정할 수 있으며, 이에 대한 보다 구체적인 내용은 도 3에서 설명하기로 한다.

또한, 상술한 바와 같이, 검출용으로 사용될 반사빔(Lr)의 경로는 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 입사빔의 이동에 따라 반사빔 검출부(206)를 이동시킬 필요가 없다. 덧붙여, 도 3에 도시된 실시 형태에서 설명할 바와 같이, 검출용으로 사용될 반사빔의 경로가 일정하다면, 이를 분할함으로써 복수의 검출부를 통하여 다양한 신호를 분석할 수 있다. 복수의 검출부를 적절히 배치하는 경우, 더욱 정밀한 표면 상태의 측정이 가능하며, 나아가, 3차원의 입체적인 정보까지 얻어낼 수 있다.

다음으로, 웨이퍼(205)에서 산란된 빔의 진행 경로를 살펴보면, 산란빔들(Ls1, Ls2, Ls3)들은 상술한 반사빔의 경우와 같이, 갈바노 미러(203)를 거처 홀미러(202)로 되돌아 간다. 다만, 산란된 빔들(Ls1, Ls2, Ls3)은 각각 그에 대응되는 주사된 빔들(L1, L2, L3) 및 반사된 빔들에 비하여 큰 발산각을 갖는다. 즉, 상기 산란빔들(Ls1, Ls2, Ls3)은 웨이퍼(205) 표면에 존재하는 이물 등에 의해 경로의 변화 정도가 크게 될 수 있으므로, 넓게 퍼져서 진행한다. 또한, 웨이퍼(205)의 전체 표면적에 비하여 산란을 일으키는 이물 등의 비중은 매우 작기 때문에, 상기 산란빔들(Ls1, Ls2, Ls3)의 강도는 반사빔에 비하여 매우 작은 것이 일반적이다.

이와 같은 발산각과 강도의 차이 외에는 홀미러(202)에 다시 도달하기 전까지의 산란빔(Ls)의 경로는 상술한 반사빔(Lr)의 경로와 같은 것으로 이해될 수 있다.

상기 홀미러(202)에 도달한 산란빔(Ls)은 홀미러에(202)에 의해 반사되어 산란빔 검출부(207)에 입사된다. 산란빔(Ls)은 반사빔에 비하여 넓게 퍼져서 진행하기 때문에, 반사빔(Lr) 투과용으로 만들어 놓은 홀미러(202)의 구멍을 통과하는 것은 극히 일부가 된다. 또한, 산란빔(Ls) 자체의 강도도 반사빔(Lr)의 강도에 비하여 매우 작기 때문에, 산란빔(Ls) 중 일부가 홀미러(202)를 통과하여 반사빔(Lr)과 같이 반사빔 검출부(206)에 입사되는 경우에도 표면 측정에 큰 영향을 미치지 않는다.

상기 홀미러(202)의 반사 면에서 반사된 산란빔(Ls)이 수광 되는 산란빔 검출부(207)는 상술한 반사빔 검출부(206) 마찬가지로 광신호를 전류신호로 변환하여 이를 해석함으로써 상기 웨이퍼(205)의 위치 등을 판단할 수 있으며, 나아가, 반사빔 검출부(206)의 출력을 보정하는 데에도 이용될 수 있다.

즉, 상기 산란빔 검출부(207)는 웨이퍼(205)로부터 산란된 빔(Ls), 즉, 표면에 존재하는 이물 등에 의해 난반사된 잡음 신호(Ls)를 검출하기 위한 것이다. 웨이퍼(205) 표면에서 빔이 주사되는 과정에서 이물이나 흠집 등이 없는 경우에는 대부분의 빔은 산란 되지 않고 반사되어 반사빔 검출기(209)에 수광 되나, 이물 등이 존재하는 경우에는 순간적으로 산란빔(Ls)의 강도가 증가 되며, 이러한 신호와 반 사된 빔을 함께 분석하여 이물이 존재하는 위치나 이물의 크기 등을 알아낼 수 있다.

다만, 상기 산란빔 검출부(207)는 본 발명에 있어서 필수적인 사항은 아니며, 표면 측정 성능이 저하되기는 하겠으나, 경우에 따라서는 반사빔(Lr) 만으로 웨이퍼의 표면 상태를 측정할 수도 있을 것이다.

한편, 상기 웨이퍼(205)는 이동이 가능한 스테이지(미도시) 상에 배치됨으로써, 2차원에 대하여 빔이 주사되는 효과를 볼 수 있다. 즉, 종래 기술에 따른 표면 측정 장치에서는, 레이저빔을 고정하고 웨이퍼를 좌우로 이동하는 방식이나, 본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치는, 고정된 한 점(0차원)에 입사된 레이저빔(L)이 상기 갈바노 미러(203)에 의해 1차원으로 주사될 수 있으며, 나아가, 상기 웨이퍼(205)가 빔이 주사되는 방향과 다른 방향으로 이동함으로써, 보다 용이하게 2차원 빔 주사 효과를 볼 수 있는 것이다.

이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(205)는 레이저빔이 주사되는 방향에 수직으로 이동하는 것이 빔 주사 효율 측면에서 가장 바람직하나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 2차원의 빔 주사 효과를 보일 수 있는 다른 이동 방향이 선택될 수도 있다.

이어, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 개략도 이다.

본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치(30)는 도 2의 경우와 달리 갈바노 미러가 2개인 구조로서, 레이저빔(L)을 출사하는 광원과 제1 및 제2 빔스플리터(301, 309), 가운데 구멍이 형성된 홀미러(302), 제1 및 제2 갈바노 미러(303, 310), 주사렌즈(304), 반사빔 검출부(306a, 306b), 산란빔 검출부(307), 릴레이 렌즈군(311) 및 집광렌즈(308)를 갖추어 구성된다.

이 경우, 동일한 용어로 기재된 구성 요소는 도 2의 실시 형태의 경우와 동일한 요소로 이해될 수 있으므로, 추가된 제2 회전반사미러(310), 릴레이 렌즈군(311) 등에 대한 내용과 도 2와 달리 반사빔 신호를 2개로 나눠 검출하는 반사빔 검출부(306a, 306b)를 중심으로 설명하기로 한다.

우선, 본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치(30)는 웨이퍼(305)를 이동하지않고 빔 주사 수단, 구체적으로는 갈바노 미러(303, 310)를 2개 배치함으로써 2차원 표면을 측정할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 우선, 광원에서 출사 되어 제1 빔스플리터(301)을 통과한 레이저빔(L)은 제1 갈바노 미러(303)에 의해 일 방향으로 반사(주사)된다. 도 3에서는 2차원으로 도시된 관계로 자세히 표현되지는 않았으나, 제1 갈바노 미러(303)에 의한 주사 방향은 웨이퍼(305)에 주사되는 방향(선으로 표시)에 수직 방향인 것으로 이해될 수 있다.

제1 갈바노 미러(303)를 거친 빔은 도 2에서와 마찬가지로, 제2 갈바노 미 러(310)의 회전에 의해 L1, L2, L3로 경로가 변화되어 주사된다. 이후, 주사렌즈(304)를 거쳐 웨이퍼(305)에 의해 반사되는 빔과 산란 되는 빔들(Ls1, Ls2, Ls3)의 경로는 도 2에서 설명한 것과 같은 방식을 취한다.

하나의 점으로 출사된 레이저빔(L)은 2개의 갈바노 미러(303, 310)를 거치면서 2차원으로 주사될 수 있는 것이다. 이를 위해, 상기 제1 및 제2 갈바노 미러(303, 310)의 회전축은 서로 다른 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 경우는, 회전축이 서로 수직인 경우라 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치(30)는 도 2의 실시 형태와 달리 2차원 빔 주사를 위해 웨이퍼(305)의 이동 수단을 이용할 필요가 없는 이점을 제공한다.

추가적으로, 상기 제1 및 제2 갈바노 미러(303, 310) 사이에는 릴레이 렌즈군(311)이 배치된다. 상기 릴레이 렌즈군(311)은 레이저빔(L)의 초점 위치나 빔의 크기 등을 조절하기 위한 것으로 2개 또는 3개 이상의 렌즈를 적절히 배치함으로써 얻어질 수 있다.

한편, 상기 산란빔(Ls)은 도 2의 실시 형태와 마찬가지로 홀미러(302)에 의해 반사되어 집광렌즈(308) 거쳐 산란빔 검출부(307)에 입사된다. 덧붙여, 본 실시 형태와 같이, 검출하고자 하는 산란 빔(Ls)을 집광하여 산란빔 검출부(207)에 제공하도록 상기 산란빔 검출부(207)와 웨이퍼(205) 사이에 집광렌즈(208)를 배치할 수 있다.

홀미러(302)를 통과한 반사빔(Lr)의 경우에는 상기 제1 빔스플리터(301)에 의해 반사되어 반사빔 검출부(306a, 306b) 측으로 향한다. 이 경우에도, 반사빔(Lr) 중 일부는 제1 빔스플리터(301)를 투과하여 검출용 신호로 사용되지 않는다.

상기 제1 빔스플리터(301)에서 반사된 반사빔(Lr)은 제2 빔스플리터(309)에 의해 분할되어 각각 제1 및 제2 반사빔 검출부(306a, 306b)에 입사된다.

여기서, 제1 및 제2 반사빔 검출부(306a, 306b)는 각각 위치신호 검출부(306a)와 반사광량 검출부(306b)이며, 그 반대가 되어도 무방하다.

이 경우, 상기 빔스플리터(309)의 광투과율은 50%일 수 있으며, 각각의 검출부의 필요한 빔의 강도에 따라 광투과율은 적절히 조절될 수 있다.

상기 위치신호 검출부(PSD, 306a)를 이용하여 반사된 빔 각도의 변화를 측정할 수 있으며, 이러한 측정값을 토대로 삼각측정법으로써 3차원 형상의 측정이 가능하다. 이에 따라, 모폴로지(morphology) 변화에 따른 3차원 형상을 측정할 수 있다. 또한, 상기 반사광량 검출부(306b)는 도 2의 실시 형태에서 설명한 반사빔 검출부와 동일한 기능을 수행하는 것으로 이해될 수 있다.

한편, 본 실시 형태에서는 1개의 빔스플리터(309)와 2개의 반사빔 검출부(306a, 306b)를 배치한 것을 설명하였으나, 검출에 필요한 수에 따라 복수의 빔스플리터를 배치함으로써 더 많은 수의 빔으로 분할하여 이를 검출하도록 할 수 있 을 것이다.

마지막으로, 도 4는 도 3의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 표면 측정 장치를 나타내는 개략도이다.

본 실시 형태에 따른 표면 측정 장치는 도 3의 실시 형태에서 갈바노 미러가 6면체로 이루어진 폴리곤 미러(403, 410)로 대체된 형태이다.

즉, 본 실시 형태에서는 빔 주사 수단으로서 폴리곤 미러(403, 410)를 사용하였다. 상기 표면 측정 장치는 도 3의 실시 형태와 마찬가지로 레이저빔(L)을 출사하는 광원과 제1 및 제2 빔스플리터(301, 309), 가운데 구멍이 형성된 홀미러(302), 주사렌즈(304), 반사빔 검출부(306a, 306b), 산란빔 검출부(307)를 포함하며, 제1 및 제2 갈바노 미러(303, 310) 대신 제1 및 제2 폴리곤 미러(403, 410)을 사용하였다.

상기 표면 측정 장치를 구성하는 동일한 번호와 용어로 표시된 요소들은 그 배치 구조 및 기능이 이전에서 설명한 바와 같으며, 이하에서는 제1 및 제2 폴리곤 미러(403, 410)에 대하여 설명하기로 한다.

상기 폴리곤 미러(403, 410)는 이전 실시 형태에서 채용되었던 갈바노 미러와 유사하게 회전축을 기준으로 회전하도록 모터(미도시) 등과 연결되어 있으며, 이와 같이 회전함으로써 제1 빔스플리터(301)와 홀미러(302)를 통과하여 일정한 방향에서 입사된 레이저빔(L)을 일 방향으로 반사시킨다. 제1 폴리곤 미러(403)에 의해 일 방향으로 반사 또는 주사된 레이저빔은 릴레이 렌즈군(311)을 거쳐 제2 폴리 곤 미러(410)에 입사되며 제2 폴리곤 미러(410)의 회전에 따라 웨이퍼(305)에 2차원으로 주사될 수 있다. 이에 따라, 본 실시 형태의 경우, 도 3의 실시 형태와 같이 웨이퍼(305)를 이동시키는 이동 수단을 부가할 필요 없이 표면 상태의 측정이 가능하다.

다만, 폴리곤 미러(403, 410)가 6면체인 경우 외에도, 다른 실시 형태에서는 4면체 또는 다른 면의 수를 가진 다면체로 이루어진 폴리곤 미러를 채용할 수도 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 대면적을 초고속으로 측정할 수 있으면서도 정밀도가 향상되며, 나아가, 3차원 형상의 측정이 가능한 표면 측정 장치를 제공할 수 있다.

Claims

레이저빔을 출사하는 광원;

상기 레이저빔을 반사시키는 회전반사미러;

상기 회전반사미러에 의해 반사된 레이저빔을 측정대상물에 주사하도록 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 주사렌즈;

상기 광원과 회전반사미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치되며, 상기 측정대상물에서 반사 또는 산란 되어 상기 회전반사미러로 되돌아온 레이저빔 중 반사빔을 통과시키도록 구멍이 형성된 홀미러; 및

상기 홀미러를 통과한 반사빔을 검출하기 위한 하나 이상의 반사빔 검출부;

를 포함하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 레이저빔은 측정대상물의 측정 면에 대하여 수직 방향으로 입사되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원과 홀미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 빔스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사빔 검출부는 제1 및 제2 반사빔 검출부를 포함하며,

상기 홀미러를 통과한 반사빔을 분할하여 상기 제1 및 제2 반사빔 검출부에 각각 제공하는 빔스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제4항에 있어서,

상기 제1 반사빔 검출부는 위치신호 검출부이며, 상기 제2 반사빔 검출부는 반사광량 검출부인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제4항에 있어서,

상기 빔스플리터의 빔 투과율은 50%인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전반사미러에서 반사된 레이저빔을 반사시키는 추가적인 회전반사미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 2개의 회전반사미러는 회전축의 방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제8항에 있어서,

상기 2개의 회전반사미러는 회전축의 방향이 서로 수직인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 2개의 회전반사미러 사이의 상기 레이저빔 경로 상에 배치된 릴레이 렌즈군을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전반사미러는 갈바노 미러인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전반사미러는 폴리곤 미러인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 홀미러에 형성된 구멍의 크기는 상기 레이저빔의 사이즈보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상면에 측정대상물이 배치되며 상기 레이저빔이 측정대상물에 주사되는 방향 과 다른 방향으로 상기 측정대상물을 이동시키기 위한 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제14항에 있어서,

상기 스테이지의 이동방향은 상기 레이저빔이 측정대상물에 주사되는 방향과 수직인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 홀미러는 상기 측정대상물에서 산란 되어 상기 회전반사미러로 되돌아온 레이저빔을 반사시키는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제16항에 있어서,

상기 홀미러에서 반사된 상기 산란빔을 검출하기 위한 산란빔 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제17항에 있어서,

상기 홀미러와 산란빔 검출부 사이의 상기 산란빔 경로 상에 배치된 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 주사렌즈는 에프쎄타 렌즈인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.