KR20100131510A - 이동 렌즈 다중-빔 스캐너를 갖는 웨이퍼 결함 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼(108)와 같은 표본의 암시야 검사 시스템은 광빔(151)을 제공하는 레이저 광 소스(101)를 사용한다. 빔(151)은 액티브 영역을 가지며 상기 액티브 영역에서 다수의 이동 렌즈를 선택적으로 형성하도록 RF 입력 신호에 응답하는 이동 렌즈 음향-광학 장치(104)에 인가된다. 이동 렌즈 음향-광학 장치(104)는 광빔(151)을 수신하여 형성된 각각의 이동 렌즈 각 초점에서 다수의 플라잉 스폿이 형성되도록 동작한다. 광 검출 유니트(110)는 다수의 광 검출 섹션을 가지며, 각각의 검출 섹션은 다수의 광 검출기 및 다수의 광 검출기로부터의 평행한 입력을 수신하도록 동작하는 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치를 포함하며, 이용가능한 스캔 데이터를 발생시키는데 이용된다. 각각의 저장 장치에 저장된 정보는 다수의 스테이지로부터 연속적으로 동시에 판독된다.

Description

이동 렌즈 다중-빔 스캐너를 갖는 웨이퍼 결함 검출 시스템{WAFER DEFECT DETECTION SYSTEM WITH TRAVELING LENS MULTI-BEAM SCANNER}

본 발명은 반사된 광 또는 투과된 광의 분석에 의해 결함을 분석하고 식별하는 경우 웨이퍼를 조명하기 위해 스캐닝 레이저 빔을 사용하는 웨이퍼 결함 검출 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 동시적으로 검출되는 대응하는 다수의 반사된 또는 투과된 빔을 검사할 때, 웨이퍼, 레티클, 마스크 등의 샘플을 동시적으로 조명하는 다수의 빔을 사용하는 스캐너 시스템에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 있어 품질 보증 과정의 일부로서 웨이퍼 표면상의 결함, 미립자 및/또는 패턴을 검출하기 위해서, 반도체 웨이퍼의 자동화 검사에 다양한 시스템이 이용된다. 서브-미크론 반도체 제조 프로세스에서 요구되는 신뢰성 및 정확성을 제공하기 위해 현재의 검사 시스템은 고 분해능을 갖는 것이 요구된다. 그러나 품질 및 보증 프로세스가 웨이퍼 제조 과정에서 문제시되지 않도록 상당한 처리량을 허용하는 고속 프로세스를 갖는 것이 중요하다. 따라서, 광학 검사 시스템은 보다 짧은 파장 길이, 보다 많은 개구수 광학계(higher numerical aperture optics) 및 평행 아키텍쳐와의 조합인 고밀도 이미지 포착 기술을 이용하여, 원하는 제품 처리 조건을 만족시키도록 충분히 빠른 속도로 상기 시스템으로부터 데이터를 처리해야 한다.

현재 웨이퍼 검사 시스템에 사용되는 종래의 이미징 아키텍쳐는 고속 이미징을 위한 단일 스폿 스캐닝 레이저를 이용한다. 그러나 이러한 아키텍쳐에 의해 달성될 수 있는 전송률(data rate)은 단일 레이저 빔, 이용가능한 광학 시스템 및 관련 검출 장치의 속도 및 품질에서의 제한으로 인해 야기되는 물리적 한계로 한정된다. 예를 들어, 포인트 광 소스로서 작용하는 단일 레이저는 검사시에 물체 상에 스폿으로 집중되며 스캔에 따라 스테이지 메커니즘 상에서 고정되거나 움직일 수 있는 물체 표면을 스캔한다. 다음 물체로부터 반사된 광은 스캐닝 프로세스로부터 픽셀 데이터를 발생시키는 검출기 상에서 이미지화된다. 검출기는 빔이 종래의 형태로 연속적으로 스캔되고 판독됨에 따라, 그의 개별 소자가 반사된 광을 수신하도록 위치된 CCD 어레이일 수 있다. 이러한 포인트 조명원으로부터 고 분해능이 얻어질 수 있지만, 볼 수 있는 이미지를 구성하기 위해 필드에서 각각의 포인트를 스캔하는 조건은 시스템이 처리량에 따른 제한을 받게 한다.

단일 레이저 빔의 스캐닝은 US 특허 5,065,008호에 개시된 바와 같이, 회전 미러 시스템, 또는 음향-광학 셀에 의해 달성될 수 있다. 그러나 이들 단일 스폿 스캐닝 아키텍쳐에는 속도 제한 및 스캔 수차 가능성, 낮은 조명 밝기 및 고광도 레이저 소스가 사용되는 경우 표본에서의 잠재적 열 손상이 있게 된다. 고정 위치에서의 영역 위로 단일 포인트 광을 이동시킴으로써 동시식 스캐닝 패턴을 형성하면서 고정 조명 및 이미지 위치를 기준으로 표본을 이동시키기 위해 스테이지-타입 스캐닝 시스템이 사용되더라도, 현재의 반도체 제품의 서브미크론 구조를 검사하는데 요구되는 높은 전송률(data rate)은 달성될 수 없다.

따라서, 고정 또는 스테이지-타입 시스템에서도, 표본을 스캔하는 동안 수집되는 데이터의 신뢰성 및 정확성을 유지 또는 개선시키면서 표본 처리량을 강화시키는 표본 스캐닝 시스템이 요구된다. 이러한 조건은 본 발명에 의해, 표본을 스캐닝하기 위해 다수의 평행 스캐닝 빔을 이용하고, 표본이 표면으로부터 광을 반사시키는지 또는 표면을 통과시키는지에 의한 검사에 따라, 다수의 평행 반사빔 또는 평행 투과빔을 검출하고, 다수의 반사 또는 투과된 빔을 동시에 처리함으로써 달성되며, 처리량은 단일 스폿 스캔 시스템에 비해 상당히 증가된다.

본 발명은 광 빔을 제공하는 단일 광 소스를 사용하는 표본을 검사하는 시스템을 제공한다. 광 빔은 액티브 영역을 가지며 상기 액티브 영역 내에 다수의 이동 렌즈를 선택적으로 형성하기 위해 RF 입력 신호에 응답하는 이동 렌즈 음향-광학 장치상에서 이미지화된다. 이동 렌즈 음향-광학 장치는 각각의 발생된 이동 렌즈의 개별 초점에서 광 빔을 수신하고 다수의 스폿 빔을 형성하도록 동작한다. 또한, 상기 시스템은 다수의 검출 섹션을 가지는 광 검출 유니트를 포함하며, 각각의 검출 섹션은 다수의 광 검출기 및 상기 다수의 광 검출기로부터 입력을 평행하게 수신하도록 동작하는 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치를 포함한다. 멀티-스테이지 저장 장치 각각에 저장된 정보는 다수의 스테이지로부터 동시적으로 연속적으로 판독된다.

본 발명의 또 다른 면에 따라, 본 발명은 다수의 스캐닝 스폿 빔 소스를 포함하는 표본 검사 시스템을 제공한다. 빔은 표본 표면상에서 이미지화되며 다수의 빔은 표본으로부터의 반사 또는 표본 투과에 의해 형성된다. 각각 다수의 광 검출기 및 상기 다수의 광 검출기로부터의 입력을 평행하게 수신하도록 동작하는 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치를 구비한 다수의 검출 섹션을 포함하는 광 검출 유니트가 사용된다. 멀티-스테이지 저장 장치 각각에 저장된 정보는 다수의 스테이지로부터 동시적으로 연속적으로 판독된다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 본 발명은 표본을 검사하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 단일 광 소스로부터 다수의 플라잉 스폿 빔을 제공하고 표본 표면상에서 상기 다수의 스폿 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하며, 다수의 대응하는 빔이 표본으로부터의 반사 또는 표본 투과에 의해 형성된다. 다음 반사 빔 각각의 성분은 각각의 신호 저장 섹션에서 동시적으로 포착되고 저장된다. 저장된 정보는 연속적으로 판독되어 스캔되는 데이터의 속도 및 처리량이 증가한다.

본 발명의 또 다른 면에 따라, 광 소스 및 동시에 스캔되는 다수의 스폿을 제공하는 다수의 이동 렌즈를 형성하기 위한 RF 입력을 수신하는 음향-광학 장치를 제공한다. 상기 장치는 음향파 전파 방향을 한정하는 액티브 영역을 갖는 결정 매체, RF 처프된 입력을 수신하고 음향파 전파 방향으로 상기 매체의 한쪽 단부에 배치되는 RF 입력부 및 상기 광 소스로부터 광을 수신하며 음향파 전파 방향에 대해 가로방향으로 배치되는 광 입력부, 및 광 출력부를 포함한다. RF 입력부로 일련의 RF 펄스 입력은 액티브 영역에 동시에 존재하는 이동 렌즈 시퀀스를 발생시키도록 작용하며, 상기 이동 렌즈는 광 입력부에 입력되는 광을 수신하고 광 출력부로부터 출력되는 다수의 스폿 빔을 발생시키도록 동작한다.

본 발명의 또 다른 면에 따라, 액티브 영역을 갖고, 광 출력부로부터의 다수의 스폿을 동시에 제공하는 다수의 이동 렌즈를 발생시키기 위해 광 입력부 및 RF 입력부에서 광 소스를 수신하는 음향-광학 장치를 동작시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 RF 입력부에 일련의 처프된 입력 펄스를 입력하여 음향파가 각각의 입력 펄스에 대해 형성되고 전파 방향으로 액티브 영역에 전파되는 단계, 상기 전파 방향에 대해 가로 방향으로 상기 소스로부터 광 입력부에 광을 입력하는 단계, 및 전파되는 음향파에 광을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 파는 이동 렌즈를 형성하며 액티브 영역에 동시에 존재하며, 각각의 이동 렌즈는 상기 광이 집중되게 방향설정하여, 각각의 렌즈에 대한 각각의 스폿 빔이 광 출력부로부터 출력된다.

본 발명의 또 다른 면에서, 동시에 스캔되는 다수의 스폿 빔을 검출하는 선형 광 검출 유니트가 제공된다. 광 검출 유니트는 공통 축을 따라 선형적으로 배치된 다수의 인접한 광 검출 섹션을 포함한다. 각각의 검출 섹션은 다수의 인접한 광 검출기 및 다수의 광 검출기로부터 입력을 평행하게 수신하고 다수의 스테이지에 저장된 정보를 연속적으로 판독하도록 작동하는 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 면에 따라, 다수의 제 1 섹션을 갖는 선형 CCD에 저장된 다수의 픽셀을 검출하는 방법이 제공되며, 상기 각각의 섹션은 다수의 제 2 픽셀 저장 부재를 포함하며 동시에 스캐닝되는 제 3 빔 각각으로부터의 입력을 수신한다. 상기 방법은 각각의 신호 저장 섹션에서 다수의 제 3 빔 각각이 내용을 포착 및 저장하여 저장된 신호를 동시에 연속적으로 판독하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 면은 표본 표면으로부터 명시야 및 암시야 이미지를 검촐하는 장치를 제공하며, 명시야 이미지는 적어도 하나의 CCD에 의해 검출되며 암시야 이미지는 광전증배관(PMT)과 같은 적어도 하나의 고감도 검출기에 의해 검출된다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 또는 다른 표본을 스캐닝하기 위한 제 1 예시적 시스템 및 장치의 개략도;
도 2는 웨이퍼 또는 다른 표본을 스캐닝하기 위한 본 발명의 장치에 의해 형성된 다중 빔의 사용을 위한 예시적 타이밍도;
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 형성되는 4개 빔에 의해 웨이퍼 표면이 동시적으로 스캐닝됨에 따른 웨이퍼 표면 형태를 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 사용됨에 따른 이동 렌즈, 다중-빔 음향-광학 장치의 개략도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 CCD 스캐너에서 사용되는 2 스테이지 수직 전달부(transfer)를 갖는 멀티-스테이지 선형 포토다이오드의 개략도;
도 6A 및 6B는 본 발명에 따른, 웨이퍼 또는 다른 표본 상에 다중 스플리트 빔을 스캐닝하기 위한 제 2 예시적 시스템 및 장치, 및 스플리트 빔에 대해 스캐닝된 라인 구조의 개략도;
도 7A 및 7B는 본 발명에 따른, 표본 표면상의 명시야 및 암시야 이미지의 개별 검출을 위한 단일 조명 레이저 및 환형 조명 레이저 아키텍쳐의 개략도;

이하의 상세한 설명은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 본 발명은 이로 제한되지 않으며, 당업자는 변형 및 추가적 구조가 부가될 수 있음을 알 것이다. 특히, 실시예는 제한되지는 않지만, 표본의 공통 측면 상에 배치되는 광 소스 및 검출 유니트("반사 시스템")를 사용하여 반사되는 광을 검출함으로써 표본 표면을 검사하는 것과 관련하여 개시되며, 당업자는 광 소스의 맞은편 표본 측면 상에 있는 검출 유니트("투과 시스템")를 사용하여 투과되는 광을 검출함으로써 표본을 검사할 수 있다는 것을 알 것이다. 반사 시스템 및 투과 시스템은 상이하지만, 일례로 투과 시스템 내에는 빔 스플리터가 없지만, 본 발명의 원리는 두 가지 타입의 시스템에 적용될 수 있다. 당업자는 두 가지 형태의 시스템이 본 발명에 따라 표본 검사시 개별적으로 또는 함께 이용될 수 있다는 것을 알 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이동 렌즈 다중-빔 스캐너를 이용하는, 웨이퍼, 레티클 또는 유사한 표본의 검출 시스템(100) 및 장치의 개략도이다. 제한되지 않고 단지 예시적으로, 상기 표본은 임의의 몇 가지 제조 단계에서 8인치 또는 12인치 웨이퍼 등과 같은 임의의 반도체 제품일 수 있으며, 또는 제조 프로세스에서 사용되는 마스크, 레티클 등 일 수 있으며, 이러한 표본은 결함, 외부 물체 또는 패턴 정확도에 대해 검사되어야 한다. 이러한 시스템에 있어, 표본 표면상에 나타나는 크기, 위치 및 구조 형태, 결함 또는 물체에 대해 고도의 정확도 및 신뢰성을 확인하는 것이 바람직하다. 또한, 검사 및 품질 보증 단계에 제공되는 제조 프로세스에서의 지연을 최소화시키기 위해, 고속으로 이러한 식별을 수행하는 것이 바람직하다.

시스템(100)은 광 빔 출력(151)을 산출하는 CW(또는 펄스형) 레이저(101)와 같은 명광 소스(bright light source)를 갖는다. 빔(151)은 종래의 디자인을 갖는 빔 셰이퍼(102)로 인가되어, 공지된 방식으로 균일한 세기 프로파일을 갖는 빔(152)을 형성하기 위해 빔(151)을 연장시키고 조준한다. 웨이퍼 검사를 위해, 바람직하게 레이저는 안정한 출력 파워(또는 안정한 펄스 에너지 및 펄스 속도), 안정한 횡모드 및 안정한 빔 포인팅으로, 고분해능을 산출하기 위해, 예를 들어, 248nm 또는 193nm의 단파장에서 바람직하게 동작한다. 조준된 빔(152)은 종래의 미러(103)로 인가되어, 추후 구성 부품에 대해 보다 상세하게 설명되는 조작(operational) 렌즈 시스템으로 빔(153)이 형상화되어 향하게 된다.

특히, 형상화된 빔(153)을 다수의 빔(154a, 154b, 154c)으로 변환시키도록 동작하는 이동 렌즈 음향-광학 장치(104)상으로 상기 형상화된 빔(153)이 투사된다. 예시적으로 편의를 위해 3개의 빔이 도시되었지만, 빔의 수는 더 많을 수 있고 실시예에서는 10개 이상 동시에 스캐닝되는 빔이 있을 수 있다. 이동 렌즈 음향-광학 장치(104)는 각각 일련의 처프된(chirped) RF 펄스, 단일 RF 펄스에 응답하여 단일 렌즈를 형성하고 일련의 펄스에 응답하여 이동 렌즈 장치(104)에 다수의 캐스케이드 렌즈를 형성한다. 각각의 렌즈는 그의 출력에서 입력 레이저 광을 수신하고 집중시켜, 원하는 수의 스폿을 형성한다. RF 펄스가 장치(104)를 거쳐 이동함에 따라, 관련된 렌즈가 이동하여, 각각의 빔은 스캔과 유사하게 이동하게 된다.

음향 광학 셀의 기본 이론, 구조 및 재료는 Gerald F. Marshall에 의해 발행된 "Optical Scanning", Chapter 11(1991, Marcel Dekker에 의해 공개)에 설명되어 있다. Page 675-677에 설명된 바와 같이, 단일 빔의 주파수 처프(chirp) 스캐닝은 선형 주파수 이동(sweep)("처프")이 적용되는 음향 광학 브래그 셀을 수반한다. 셀의 광학 개구부에 대해 형성되는 주파수 변화도(gradient)는 초점 길이가 처프 속도를 기초로 하는 실린더형 렌즈로서 작용한다. 선형적으로 이동하는 음향 주파수에 의해 회절되는 광은 수렴되거나 또는 발산될 수 있으며, 보완 광학 렌즈에 의해 보상될 수 있다. 상기 문헌에 따라, 음향 광학 스캐너는 특히 랜덤 액서스 타임이 짧은 경우 비용 및 성능 면에서 우수한 장점을 제공한다. 전형적으로, 음향 광학 스캐너는 하나의 스캐닝 빔을 발생시키며 Marshall의 문헌 page 682-683에 개시된 것처럼 다중 빔이 바람직한 경우, 처프된 RF 펄스를 각각 수신하는 다수의 처프 셀이 요구된다. 특히, 선형적으로 증가하는 주파수가 어레이 내의 다수의 처프 셀 각각의 드라이버에 인가될 때, 시간 영역(time domain)에서 증가하는 피치를 갖는 회절 위상은 어레이의 각각의 조준된 빔의 연속적인 스캔 각도가 Bragg 조건에 따라 형성되도록 설정되어, 스폿 어레이의 선형 스캔을 산출한다. 높은 차단 주파수에서, 드라이버 신호는 제로로 설정되어, 처프 셀에서의 음향 에너지 방출을 허용하여 다음 스캔의 개시 전에 스폿을 재설정한다.

하나는 밴드 폭이 다중화되고 다른 하나는 분해능이 다중화되는, 두 가지 형태의 음향 어레이 스캐너가 Marshall의 page 682-683에 설명되어 있다. 제 1 경우에 있어, 개별적으로 구동되는 작고 조밀하게 배열된 다수의 변환기가 TeO₂ 글라스 및 PbMoO₄ 및 TeO₄ 결정으로 구성된 음향 광학 매체에 평행하게 장착된다. 제 2 경우에 있어, 음향 광학 어레이는 일련의 부재 배열을 포함한다. 각각 특정한 분해능(라인당 포인트)을 갖는 스캐너 어레이는 복잡한 광학계를 사용함으로써 보다 큰 분해능(라인 당 포인트)을 산출한다.

대조적으로, 본 발명에 사용되는 음향 광학 장치(104)는 일련의 RF 펄스 입력에 기초한 다수의 이동 렌즈를 발생시키는데 효과적인 단결정을 이용한다. 장치에 있어 단결정은 UV 광 소스와 호환성이 있는 물질로 구성되며, 용융된 실리카, GaAs로, 또는 TeO₂ 글라스로 구성된 음향-광학 매체를 포함할 수 있으며, 공지된 다른 물질을 사용할 수도 있다. 결정은 양쪽 측면에 대해 0.5% 미만의 속도로 각각의 주요 측면 상에 무-반사 코팅을 갖는다. 장치는 130MHz의 대역폭을 갖는 266nm의 파장 및 200MHz의 중심 주파수에서 종축 음향 모드에서 동작한다. RF 전력은 3.0 와트 미만이다. 본 실시예에서 장치의 액티브 개구부는 1.0mm "H" × 60mm "L"일 수 있다.

도 4에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 동작시, 당업자에게 공지된 바와 같이 단일 빔 또는 다수의 조준된 빔일 수 있는 레이저 광(401)이 변환기(410)의 하나의 주표면(411)에 인가된다. RF 발생기(430)는 바람직하게 실시예에서는 기간 및 진폭이 동일하나, 이동 렌즈의 원하는 광학 효과에 따라 상이할 수 있는 일련의 "처프(chirp)" 또는 펄스형 RF 파형(431, 432, 433 등)을 RF 입력부(SNA 커넥터)(413)에 제공한다. 포트는 광 경로에 대해 가로방향으로 위치되어 결정의 에지에 RF 파형이 주입되고, 실시예에서 매체내 음속이 약 5.96mm/㎲인 속도로 결정의 길이 방향을 횡단하는 압력파를 설정하게 한다. 결정 매체를 거쳐 전파되는 압력파는 입력 주표면(411)은 통과하고 출력 주표면(412)으로부터는 배기되는 레이저 광(401)에 대해 캐스케이드 초점 렌즈(421, 422)를 제공하도록 배열된다. 각각의 렌즈(421, 422)는 당업자에게 공지된 바와 같이, 초점(443, 444)에서 통과 빔(441, 442)을 집중시킨다.

다시 도 1을 참조로, 음향 광학 장치(104)의 액티브 영역에 있는 다수의 렌즈(104a, 104b, 104c)의 창출 효과는 형성되는 렌즈 각각에 대해 이동 렌즈 음향 광학 장치의 초점(154a, 154b, 154c)에서 플라잉 스폿을 형성하는 것이다. 다음 플라잉 스폿(154a, 154b, 154c)은 종래의 조준 렌즈(105)를 통과하여, 조준된 빔(155a, 155b, 155c) 그룹이 이색성 미러(106)의 표면(106a) 상으로 입사하나, 이색성 미러(106)를 통과한다. 미러(106)는 웨이퍼, 레티클 또는 스캔되는 다른 표본(108)의 표면상에서 다수의 빔(156a, 156b, 156c)으로서 이미징을 위해 대물렌즈(107) 상에 조준된 빔(155a, 155b, 155c) 모두를 통과시킨다. 대물렌즈(107)에 의해 출력되는 다수의 평행 빔(156a, 156b, 156c)이 웨이퍼, 레티클 또는 다른 표본 표면상의 개별 스폿(108a, 108b, 108c) 상에 집중되어 평행 빔(157a, 157b, 157c)으로서 반사된다. 상기 반사된 빔(157a, 157b, 157c)은 다시 대물렌즈(107)를 통과하여 이색성 미러(106)의 후면(106b) 상으로 향한다. 이들 평행 반사빔(158a, 158b, 158c)은 모듈(106)에 의해 반사되어 조준 렌즈(109)에 인가된다.

렌즈(109)로부터의 빔은 멀티-스테이지, 멀티-탭, 수직 전달 CCD(110)를 갖는 카메라상으로 출력된다. CCD는 빔(159a, 159b, 156c) 중 하나에 의해 조명되는 각각의 검출 영역(111, 112, 113)을 갖는다. 빔이 웨이퍼(108) 표면을 스캔하여 평행한 이미지 스트림을 산출함에 따라, 전하 결합 장치(110) 각각의 섹터(111, 112, 113)는 각각의 개별 빔에 있는 출력 픽셀을 포착한다. 멀티-탭 CCD(110) 각각의 섹터(111, 112, 113)는 빔(159a, 159b, 156c)에 대응되는 각각의 시프트 레지스터 섹션(114, 115, 116)을 포함한다. 이들 평행-입력 섹터는 평행하게 판독될 수 있어, 이미지 검출 장치의 처리량이 증가된다. 따라서, 주어진 시간 주기에서, 평행 판독은 시프트 레지스터 각각에 일련의 판독 펄스를 입력함으로써 수행되어, 평행 데이터 스트림으로 이들의 내용(content)을 출력할 수 있다.

일반적인 예에서, 시프트 레지스터(114)를 갖는 제 1 섹터(111)는 증폭기(121)를 통해 입력되는 섹터 전달 신호(160a)에 의해 판독된다. 신호는 일련의 펄스로, 스테이지가 평행하게 장착된 시프트 레지스터가 출력 라인(161a) 상의 버퍼(131)를 거쳐 일련의 데이터를 판독하게 한다. 유사하게, 섹터(2, 3)에 대한 클록킹 신호가 증폭기(122, 123)를 통해 각각 멀티-탭 CCD 섹터(112, 113)의 시프트 레지스터(115, 116)에 인가된다. 증폭기(132, 133)를 통해 연속적으로 판독되는 결과 데이터는 데이터 출력(161b, 161c)에 제공된다.

멀티-섹션 탭 선형 CCD 구조(110)에 의해 웨이퍼 표면 또는 표본(108) 표면으로부터 후방 반사된 광 빔(157a, 157b, 157c)의 포착은 매우 효율적이고 효과적인 설계를 제공한다. 동일한 대물렌즈 구조가 스캐닝 및 반사된 광에 대해 사용되도록 구조(110)가 설계된다. 또한, 각각의 스캐닝 빔으로부터 반사된 광이 분할된(segmented) CCD 구조(110)에 인가되는 경우, 표본 각각의 섹션의 스캐닝으로부터 유도되는 정보 내용은 임시 시프트 레지스터로 평행하게 전달되어 연속적으로 판독된다. CCD(110)의 다수의 섹터로부터의 전달은 웨이퍼 검사 시스템에서 매우 바람직한 대용량 데이터 처리를 제공할 수 있다.

실제적인 카메라 설계를 위한 센서(500)의 실시예는 도 5에 도시된다. 장치는 2048개의 부재(501)를 갖는 선형 CCD로, 이들 각각은 16㎛의 수평 치수 및 64㎛의 수직 치수, 및 16μ의 픽셀 피치의 픽셀 크기를 갖는다. 2048개의 부재는 32개의 부재(501)를 갖는 64개의 독립 섹션(502)으로 분할되며, 이들 각각은 그의 섹션(502)에 있는 다른 31개 부재의 출력과 평행하게 제 1 임시 저장 스테이지(504)에 제공되는 출력(503)을 갖는다. 섹션(502)은 또 다른 섹션에 바로 인접하게 배치된다. 또 다른 실시예에서, 보다 높은 속도를 제공하기 위해, 탭당 16개 픽셀만을 갖는 128개의 출력이 있을 수 있다. 각각의 제 1 임시 저장 스테이지(504)의 32개 값은 각각의 제 2층 저장 스테이지(505)에 평행한 각각의 클록 C₁-C₆₄에 의해 판독되며 제 2층 저장 스테이지(505)의 모든 32개 값은 각각의 판독 시프트 레지스터 스테이지(506)에서 신호 클록 C₀에 응답하여 판독된다. 각각의 판독 시프트 레지스터 스테이지(506)에서 32 바이트는 클록 입력(C_k)에 의해 연속적으로 클록되고, 레지스터로부터 전압 모드 아날로그 출력이 64개의 각각의 섹션(502)에 대해 각각의 출력 포트 OUT₁-OUT₆₄에 제공된다. 바람직한 전압이 당업자에게 공지된 것과 같이, 적절한 동작을 위해 장치에 인가된다. 이러한 아키텍쳐를 갖는 센서는 20-40MHz(1.0-1.6MHz 회선 속도)의 전송률 및 초당 2.0-3.2 Gpix의 범위에서 출력을 갖도록 설계된다.

다시 도 1의 개략도를 참조하면, 스폿 타이밍은 단일 CCD 섹션(114-116)에 대해 단지 한 개의 스폿이 있도록 설계된다. 사실, 도 5의 선형 센서 및 10개의 빔 스캐너를 사용하는 실시예에서, 각각 32개의 픽셀에 대한 저장부를 갖는 64개의 센서 세그먼트의 단지 1/6^th 만이 하나의 시간에서 입력을 수신한다. 다수의 세그먼트로의 단일 빔 입력은 빔이 다음 섹션으로 이동함에 따라 프로세싱을 판독하고 필요한 저장을 허용하는 지연(delay)을 제공한다. 실시예로서 제한되지 않고, 단지 두 개의 스폿에 대한 타이밍도가 도 2에 도시되었으나, 이는 하기 설명에 따라 추가의 스폿에 대해 쉽게 추정될 수 있다. 도면에서, 시간(t) 라인(200)은 다수의 스폿에 의해 웨이퍼, 레티클의 표면 또는 다른 표면의 스캔을 위한 참조를 제공한다. 스폿은 x(도면에서 수평) 방향을 따라 스캔되는 반면 표면은 y(도면에서 수직) 방향으로 예정된 속도로 이동한다. 초기에, 스폿(1)은 웨이퍼의 섹션(1) 위에 위치되며 시간 주기(201) 동안 부분(211)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 또는 다른 표면의 스캔 어크로스 섹션(scan across section)(1)을 제공한다. 스테이지 상에서 웨이퍼 등의 이동으로 인한 표면의 상향 이동으로 때문에 스캔은 직각이다. 프로세싱 부분(220)에 도시된 것처럼 제 2 스폿은 스캔을 시작하지 않는다. 시간 주기(201) 동안 단지 제 1 스폿만이 스캔되기 때문에, 프로세싱 부분(230)에서 섹션(1) 또는 프로세싱 부분(240)에서 섹션(2)으로부터 데이터가 전달되지 않으며, 프로세싱 부분(250)에서 데이터가 출력되지 않는다.

스캔 라인(212)의 부분으로 도시된 것처럼, 제 2 시간 주기(202) 동안 섹션(1)의 스캔은 스폿(1)에 의해 완료되고 섹션(2)에서 스캔이 시작된다. 동시에, 스캔 라인(221)에 의해 도시된 것처럼 제 2 스폿은 섹션(1)의 스캔을 시작한다. 시간 주기(202)의 시작시에, 주기(201)에서 섹션(1)을 스캔하는 동안 얻어지는 모든 데이터는 231에서 평행하게 출력된다. 그러나 상기 시간에서 섹션(2)에 대해 축적되는 데이터가 없기 때문에, 프로세싱 부분(240)에는 입력이 없다. 그러나 231에서 섹션(1)으로부터 평행하게 전달되는 데이터는 데이터 섹션(1) 출력(251)에 의해 도시된 것처럼, 시간 주기(202) 동안 연속적으로 출력된다.

기간(203)의 시작시에, 스폿 빔(1)은 213에서 섹션(3)의 스캔을 시작하는 반면 스폿 빔(2)은 222에서 섹션(2)의 스캔을 시작한다. 프로세싱 부분(230)에서, 섹션(1)의 스폿(2)에 의해 축적되는 데이터는 232에 전달되는 반면 섹션(2)의 스폿(1)에서의 데이터는 241에 전달된다. 시간 주기(203) 동안, 각각의 섹션(1, 2)에 대한 데이터(스캔(221, 212)에 의해 수집된 데이터)는 각각 252 및 253에서 연속적으로 판독된다. 분명한 것은, 10개 빔을 사용하고 선형 스캐너의 64개 섹션을 갖는 실시예에 대해, 빔은 웨이퍼 표면의 일부를 스캔해서 CCD의 적어도 6개 섹션이 또 다른 스캔을 다시 시작하기 전에 각각의 빔으로부터 입력을 수신해야 한다. 따라서, 6개 섹션의 스캔과 유사한 데이터 출력시에 지연이 있을 수 있다. 빔 스캐닝과 CCD 출력 사이의 동기화는 최적의 출력을 달성하기 위해 쉽게 달성되어야 한다.

도 3은 검사시 웨이퍼, 레티클 또는 유사한 물체의 실제 표면(300)을 나타낸다. 수평 방향으로의 디비젼(0-12)은 개개의 픽셀(light square 301-312)의 위치를 식별하고 이들 픽셀의 몇 개(301, 304, 307, 310)는 웨이퍼, 레티클 또는 다른 물체의 이동에 직교하는 방향으로 진행되는 스캔을 위한 스캔 개시 위치가 된다. 이러한 이동은 부호 0-10으로 표시된 방향으로 이루어진다. 도면 우측 픽셀(10)에서 스캔 시리즈(350')를 시작하는 것으로 도시된 것처럼, 웨이퍼 자체는 단일 시리즈로 다수의 빔(350, 360, 370)에 의해 스캔되며, 빔 스캔은 순차적인 시리즈로 반복된다. 웨이퍼가 수직으로 번호 0-10의 전개로 도시된 종래의 전달 스테이지 장치(170)에 의해 이동함에 따라(도 1), 빔은 웨이퍼 표면의 대각선으로 스캔된다. 따라서, 제 1 시리즈 스캔에서, 스폿(350)은 섹터(1)의 포인트(301)에서 시작된다. 다음, 스캔에 따라, 스폿(350)은 섹터(2)의 픽셀(302), 섹터(3)의 픽셀(303)로 이동한다. 제 2 스폿(360)은 섹터(1)의 포인트(304)에서 시작되며 섹터(2)의 포인트(305), 섹터(3)의 포인트(306), 섹터(4)의 포인트(307) 등으로 이동한다. 스폿(370)의 이동은 유사하게 섹터(1)의 포인트(7)에서 시작된다. 제 2 스캔 시리즈는 스폿(350')에서 다시 시작되나 섹터(1)의 포인트(310)에 다시 시작된다. 제 2 스캔에서 스폿(360, 370)의 스캔의 유사한 반복이 이루어지며, 웨이퍼가 스테이지(170)에 의해 이동됨에 따라 스폿(350-370) 스캔의 유사한 반복이 순차적 시리즈로 발생된다. 상기 주어진 스캐닝으로, 웨이퍼 전체 영역의 평행한 판독을 볼 수 있다.

도 6A에는 제 2 실시예가 도시되며, 시스템(600)은 도 1의 실시예와 거의 유사하나, 이동 렌즈 각각으로부터 다수의 빔을 형성하기 위해 빔 스플리터를 사용한다는 것에는 차이가 있다. 특히, 레이저(601)는 공지된 방식으로 균일한 세기의 빔 프로파일을 갖는 빔(652)을 형성하기 위해 종래의 빔 셰이퍼(602)에 인가되는 광 빔 출력(651)을 형성한다. 광학-음향 이동 렌즈(604)를 갖는 조작 렌즈 시스템으로 빔(653)이 향하도록, 종래의 미러(603)에 조준된 빔(652)이 인가된다. 이동 렌즈 음향-광학 렌즈(604)는 형상화된 빔(653)을 다수의 빔(654a, 654b, 654c)으로 변환시키도록 동작한다. 다시, 예시적으로 편의를 위해 3개의 빔이 도시되었지만, 빔의 수는 더 많을 수 있고 실시예에서 10개 이상의 빔이 동시적으로 스캐닝될 수 있다. 이동 렌즈 음향-광학 장치(604)는 이동 렌즈 장치(604)의 액티브 영역에 다수의 캐스케이드 렌즈 중 하나를 형성하기 위해 처프된 RF 펄스의 시리즈 각각에 응답한다. 장치(604)를 통해 음향 펄스가 이동함에 따라, 관련 렌즈가 이동하여, 이들 빔 각각이 스캔을 따라 이동하게 된다. 음향 광학 장치(604)의 액티브 영역에서 다수의 캐스케이드 렌즈(604a, 604b, 604c)는 이동 렌즈 음향 광학 장치의 초점(654a, 654b, 654c)에서 플라잉 스폿의 형성을 야기시키며, 플라잉 스폿(654a, 654b, 654c)은 종래의 조준 렌즈(605)를 통과한다.

제 1 실시예로부터, 조준된 빔(605)의 다중 빔 출력은 담만 회절(Damman grating) 또는 빔 스플리터(640)(도시된 실시예에서는 1×3 타입이나, 본 발명의 범주 내에서 다른 분할비가 이용될 수 있다)를 통과하여, 몇 개의 팬-아웃 빔(fanned-out beam)(655a, 655b, 655c)을 형성한다. 분할(split)은 각각의 분할 빔의 에너지가 거의 동일한 한, 임의의 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 이들 각각의 빔은 이색성 미러(606)의 표면상으로 입사되는 다수의 스폿 빔(655a_{1 -3}, 655b_1-3, 655c_{1 -3}; 미도시)을 포함하며, 스캔되는 표본(608)의 표면상에 다수의 빔(656a_{1 -3}, 656b_{1 -3}, 656c_{1 -3})으로서 이미지화를 위해 대물렌즈(607)를 통과한다. 대물렌즈(607)에 의해 출력되는 다수의 평행 빔(656a_{1 -3}, 656b_{1 -3}, 656c_{1 -3})은 표본 표면 상의 영역(608a, 608b, 608c) 상에 집중된다. 각각의 영역은 빔(655a, 655b, 655c)중 개별적인 하나로부터 발생되는 개별 플라잉 스폿에 의해 스캔되며, 실시예에서는 도 6B에 도시된 것처럼 스캔 라인 구조를 형성하며, 개별 빔(656a₂, 656b₂, 656c₂)으로부터의 스캔은 밀집되나(clustered) 시간 및 위치에서는 상쇄된다. 이들 스캔으로부터의 광은 대물렌즈(607)를 다시 통과하고 이색성 미러(606)의 후면을 향하여 평행 빔(3 스캔의 3개의 빔; 미도시)으로서 복귀된다. 이들 평행 반사 빔은 미러(606)에 의해 반사되어 조준 렌즈(609)에 인가된다.

렌즈(609)로부터의 빔(659a_{1 -3}, 659b_{1 -3}, 659c_{1 -3})은 각각 개별 멀티-스테이지, 멀티-탭, 수직 전달 CCD(610A, 610B, 610C)을 갖고 도 1의 실시예에서 선형 CCD와 같은 구조 및 기능을 갖는 3개의 카메라상으로 출력된다. 이러한 아키텍쳐는 이미지 검출 장치의 처리량 및 분해능을 더 증가시킨다.

도 7A에 도시된 것처럼 또 다른 실시예에서, 이미 개시된 바와 같이 다수의 플라잉 스폿 또는 단일 스폿을 포함할 수 있는 소스로부터의 레이저 광은 제 1 이색성 미러(710)를 통과할 수 있다. 미러(710)는 레이저 광(701)을 제 1 표면(710a)에 통과시키나 맞은편 표면(710b)으로부터의 명광(bright light)은 반사시킨다. 통과된 레이저 광(702)은 레이저 광을 통과시키는 제 1 표면(720a)과 암시야 광(704)은 반사시키는 제 2 표면(720b)을 갖는 제 2 이색성 미러를 통과한다. 표본(708) 표면상에 충돌하는 레이저 광(703)은 암시야 광(704) 및 명시야 광(705)으로서 다시 반사된다. 암시야 광(704)은 암시야 광은 반사하고 명시야 광은 통과시키는 이색성 미러(720)의 표면(720b)에 의해 명시야 광(705)으로부터 분리된다. 암시야 광(704)은 고감도를 갖는 광전자증배관(740)에 의해 검출된다. 종래의 디자인으로 Hammamatsu 및 Burle로부터 시판되는 이러한 PMT는 암시야광의 산란이 적은 경우 특히 바람직하다. 명시야 광은 미러(720)를 통과하며, 저감도를 갖지만 PMT 보다 다이나믹 범위는 크고 고속인 멀티-스테이지 또는 단일 스테이지 CCD일 수 있는 CCD(730)를 향해 표면(710b)에 의해 반사된다.

선택적인 실시예에서, 환형 조명 형태인 레이저(751)는 앞서 개시된 원리에 따른 이동 렌즈에 의해 스캔되며, 표본(758)의 표면상에 집중되도록 이색성 미러(760) 및 이색성 미러(770)를 거쳐 대물렌즈(757)에 제공된다. 암시야 및 명시야 성분을 나타내는 반사빔은 미러(770) 표면을 향하며, 명시야 광은 CCD(790)를 향해 반사된다. 암시야 광은 그의 표면이 검출을 위해 PMT(780)에서 광을 반사시키는 미러(760)를 향해 빔스플리터(770)를 통과한다.

본 발명은 특정 실시예에 대해 개시되었지만, 이로 제한되지 않으며, 본 발명의 전체 범주는 첨부된 청구항에 개시된다.

Claims (7)

1. 다수가 동시에 스캐닝되는 스폿 빔을 검출하는 선형 광 검출 장치로서,
   공통축을 따라 선형적으로 배치된 다수의 인접한 광 검출 섹션을 포함하며, 상기 각각의 검출 섹션은 다수의 인접한 광 검출기 및 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치를 포함하며, 상기 적어도 하나의 멀티-스테이지 저장 장치는 상기 다수의 광 검출기로부터의 입력을 평행하게 수신하고 상기 다수의 스테이지에 저장된 정보가 연속적으로 판독되도록 동작하는,
   선형 광 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 검출 섹션 각각은 섹션 전달 신호에 대한 입력 및 상기 섹션의 일련의 판독에 대한 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   선형 광 검출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 각각의 광 검출 섹션은 다수의 스테이지를 갖는 임시 시프트 레지스터를 포함하며, 상기 시프트 레지스터는 대응하는 검출기의 내용을 각각의 스테이지에서 평행하게 수신하여 연속적으로 판독되도록 동작하는 것을 특징으로 하는,
   선형 광 검출 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   섹션 전달 신호 소스 - 상기 소스는 연속적으로 상기 다수의 스테이지를 판독하기 위해 섹션 전달 신호를 제공함 -, 상기 연속적 데이터 판독 신호를 보유하는 버퍼를 포함하는 데이터 출력 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   선형 광 검출 장치.
5. 각각의 섹션이 다수의 제 2 픽셀 저장 부재를 포함하며 다수가 동시에 스캐닝되는 제 3 빔중 각각의 하나로부터의 입력을 수신하는, 다수의 제 1 섹션을 갖는 선형 CCD에 저장된 다수의 픽셀을 검출하는 방법으로서,
   각각의 신호 저장 섹션에서 동시적으로 상기 다수의 제 3 빔 각각의 내용을 포착및 저장하는 단계 ; 및
   상기 저장된 신호를 동시에 연속적으로 판독하는 단계
   를 포함하는,
   다수의 픽셀 검출 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 다수의 제 3 빔을 스캐닝하는 단계와 상기 저장된 신호를 판독하는 단계의 타이밍을 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   다수의 픽셀 검출 방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 포착 및 저장하는 단계는 상기 다수의 제 1 섹션의 일부에서만 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는,
   다수의 픽셀 검출 방법.

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