KR20150045461A

KR20150045461A - 광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 스캔 모듈

Info

Publication number: KR20150045461A
Application number: KR20157006110A
Authority: KR
Inventors: 라마 알. 고루간투
Original assignee: 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-04-28
Also published as: EP2888620A1; TW201423150A; JP2015529346A; IN2015DN01310A; KR101817289B1; CN104603667A; JP6286428B2; TWI486626B; CN104603667B; WO2014031490A1

Abstract

본 출원은 레이저 스캔 모듈의 각종 구현예를 개시한다. 일 구현예에서, 이러한 레이저 스캔 모듈은 제1 및 제2 선형 편광판을 포함하는 광 아이솔레이터, 레이저 광원에 의해 생성된 광을 수광하고 실질적으로 시준된 광 빔을 제1 선형 편광판으로 통과시키도록 구성된 시준 광학기기, 및 제2 선형 편광판에 의해 통과된 광을 수광하도록 위치된 스캔 유닛을 포함한다. 제1 선형 편광판은 스캔 유닛으로부터 제2 선형 편광판을 이격시키는 제2 거리보다 더 작은 제1 거리만큼 시준 광학기기로부터 이격된다.

Description

광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 스캔 모듈{LASER SCANNING MODULE INCLUDING AN OPTICAL ISOLATOR}

본 출원은 2009년 12월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제12/653,235호(발명의 명칭: "Optical Isolation Module and Method for Utilizing the Same")의 계류 중인 모 출원의 부분 계속 출원인 바, 이의 출원일의 이익을 주장하며, 그 개시 내용을 본 명세서에 완전히 포함한다.

레이저 스캔 현미경 관찰(laser scanning microscopy)은 반도체 제조 시 널리 사용된다. 예를 들어 레이저 스캔 현미경 관찰은 제조된 반도체 디바이스에서 타이밍 한계성(timing marginality)과 같은 소프트 결함을 검출하는 소프트 결함 국부화(soft defect localization)를 수행하는데 사용될 수 있다. 소프트 결함 국부화는 일반적으로 레이저를 사용하여 테스트받는 반도체 디바이스의 구역을 스캔한다. 현대 반도체 디바이스의 크기는 점점 더 작아지고 있으므로, 소프트 결함을 분석하기 위해 개별 디바이스 특징을 아이솔레이션하는데 필요한 해상도도 이에 대응하여 점점 더 높아지고 있다.

반도체 디바이스의 고해상도 이미징은 고체 침지 렌즈(solid immersion lens: S1L)를 사용하는 암시야(dark field) 현미경 관찰 접근법을 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 접근법이 최소 디바이스 크기에 요구되는 이미징 해상도를 달성하기 위하여, 타깃에 입사하는 이미징 광은 타깃을 수용하는 반도체 물질 내에 에베네슨트 필드(evanescent field)를 생성할 수 있는 초임계 광(supercritical light)이어야 한다. 나아가, SIL의 중심축을 따라 또는 이 중심축 부근으로 타깃으로부터 산란된 광을 집광하는 것이 필요할 수 있다. 그 결과, 이러한 타깃에 의해 산란된 광을 집광하는 동시에 광 아이솔레이터(optical isolator)를 사용하여 타깃을 스캔하는 초임계 광을 생성할 수 있는 레이저 스캔 모듈이 레이저 스캔 현미경 관찰에 사용하는데 바람직한 특징이다.

본 발명은 적어도 하나의 도면에 도시되거나 및/또는 이와 관련하여 설명된 바와 같이 및 특허청구범위에 보다 완전히 제시된 바와 같이 광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 스캔 모듈에 관한 것이다.

도 1은 광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 스캔 모듈을 예시적으로 구현하는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템을 도시한 도면;
도 2는 레이저 스캔 현미경 관찰을 수행하는 하나의 예시적인 방법을 구현하는 흐름도;
도 3은 도 1의 예시적인 레이저 스캔 모듈을 포함하는 암시야 현미경 관찰을 수행하도록 구현된 예시적인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템의 일부를 도시한 도면;
도 4는 레이저 스캔 현미경 관찰 공정의 일부로 광 아이솔레이션을 수행하는 하나의 예시적인 방법을 구현하는 흐름도;
도 5a는 일 예시적인 구현예에 따라 도 4에 도시된 예시적인 방법의 초기 단계에서 도 3의 레이저 스캔 모듈의 일부를 도시한 도면;
도 5b는 일 예시적인 구현예에 따라 도 4에 도시된 예시적인 방법의 중간 단계에서 도 3의 레이저 스캔 모듈의 일부를 도시한 도면;
도 5c는 일 예시적인 구현예에 따라 도 4에 도시된 예시적인 방법의 다른 중간 단계에서 도 3의 레이저 스캔 모듈의 일부를 도시한 도면.

이하 상세한 설명은 본 발명을 구현하는 것에 관한 특정 정보를 포함한다. 본 출원의 도면 및 이와 연관된 상세한 설명은 단지 예시적인 구현예에 관한 것이다. 달리 언급이 없는 한, 도면에서 동일하거나 대응하는 요소는 동일하거나 대응하는 참조 부호로 지시될 수 있다. 나아가, 본 출원에서 도면과 예시는 일반적으로 축척에 맞지 않으며, 실제 상대적인 크기에 대응하도록 의도된 것이 아니다.

도 1은 광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 스캔 모듈의 예시적인 구현예를 포함하는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템을 도시한 도면이다. 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(100)은 이미징 타깃(160)에 사용하기 위한 광(102)을 생성하는 레이저 광원(101), 대물 렌즈(150), 및 이 레이저 광원(101)과 대물 렌즈(150) 사이에 위치된 레이저 스캔 모듈(110)을 포함한다. 레이저 스캔 모듈(110)은 광 아이솔레이터(120) 및 스캔 유닛(140)을 포함하는 것으로 도시된다. 스캔 유닛(140)은 통합된 블록 소자(integrated block component) 또는 유닛으로 도시되지만, 개념을 명확히 하기 위하여, 스캔 유닛(140)은, 예를 들어 스캔 미러 및 하나 이상의 스캔 렌즈(도 1에 도시되지 않은 미러 및 렌즈)를 포함하는 갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner)와 같은 다수의 내부 특징을 포함할 수 있다는 것이 주목된다. 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(100)은 반도체 웨이퍼 또는 다이(die) 상에 제조된 집적 회로(integrated circuit: IC)의 형태를 취할 수 있는 타깃(160)의 소프트 결함을 분석하도록 구현될 수 있다.

광 아이솔레이터(120)는 적어도 제1 선형 편광판(123), 패러데이 회전자(Faraday rotator)(125), 반파장 판(half-wave plate)(126a) 및 개구(126b)를 포함하는 투과 요소(126), 및 제2 선형 편광판(128)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 패러데이 회전자(125), 및 반파장 판(126a)과 개구(126b)를 포함하는 투과 요소(126)는 제1 선형 편광판(123)과 제2 선형 편광판(128) 사이에 위치된다. 선택적으로 및 도 1에 더욱 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 광 아이솔레이터(120)는 공초점 유입 개구(cofocal inlet aperture)일 수 있는 유입 개구(112) 및 시준 광학기기(collimating optics)(121) 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 다시 말해, 일부 구현예에서, 유입 개구(112) 및/또는 시준 광학기기(121)는 광 아이솔레이터(120)에 포함되는 것이 아니라, 레이저 스캔 모듈(110)의 별도의 구성요소들을 구성할 수 있다. 광 아이솔레이터(120)가 시준 광학기기(121)를 생략한 구현예에서, 광 아이솔레이터(120)는 시준 광학기기(121)와 스캔 유닛(140) 사이에 레이저 스캔 모듈(110) 내에 위치된다는 것이 주목된다.

제1 선형 편광판(123)은 제1 거리(124)만큼 시준 광학기기(121)로부터 이격되는 반면, 제2 선형 편광판(128)은 제2 거리(129)만큼 스캔 유닛(140)으로부터 이격된다. 적어도 하나의 구현예에서, 시준 광학기기(121)로부터 제1 선형 편광판(123)을 이격시키는 제1 거리(124)는 스캔 유닛(140)으로부터 제2 선형 편광판(128)을 이격시키는 제2 거리(129)보다 더 작고 또 상당히 더 작을 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 제1 거리(124)는 약 1밀리미터(1㎜)일 수 있고 제2 거리(129)는 약 2㎜일 수 있다. 도 1에는 간격(113), 실질적으로 시준된 광 빔(122), 및 실질적으로 시준된 광 빔(122)으로부터 광 아이솔레이터(120)에 의해 생성된 환형 광(139)이 또한 도시되어 있다.

보다 상세히 아래에 설명된 바와 같이, 광 아이솔레이터(120)를 포함하는 레이저 스캔 모듈(110)은 광(102)을 수광하고, 환형 광(annulus of light)(139)을 생성하고, 및 스캔 유닛(140)을 사용하여 환형 광(139)을 사용하여 타깃(160)을 스캔하도록 구성된다. 나아가, 아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 레이저 스캔 모듈(110)의 광 아이솔레이터(120)는 타깃(160)에 의해 산란된 광을 집광하도록 구성된다.

레이저 스캔 모듈(110)의 기능은 레이저 스캔 현미경 관찰을 수행하는 하나의 예시적인 방법을 구현하는 흐름도를 도시한 도 2를 참조하여 더욱 설명된다. 도 2에서 약술된 방법에서, 본 출원에서 본 발명의 특징의 설명을 불명료하지 않게 하기 위하여 특정 상세 및 특징이 흐름도(200)에서 제외되어 있다는 것이 주목된다.

도 1의 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(100)을 더욱 참조하면서 흐름도(200)를 참조하면, 흐름도(200)는 레이저 스캔 모듈(110)이 레이저 광원(101)에 의해 생성된 광(102)을 수광(210)하는 것으로 시작한다. 레이저 광원(101)에 의해 생성된 광(102)은 레이저 스캔 모듈(110)에 의해 수광되고 유입 개구(112)를 통해 광 아이솔레이터(120)로 진입될 수 있다. 광(102)을 진입시키는 유입 개구(112)는 광 아이솔레이터(120)의 일부로서 포함되거나, 또는 전술한 바와 같이 레이저 스캔 모듈(110)의 별도의 구성요소로서 제공될 수 있는 것으로 이해된다.

흐름도(200)는 시준 광학기기(121)가 실질적으로 시준된 광 빔(122)을 통과시키기 위하여 유입 개구(112)를 통해 수광된 광(102)을 시준(220)할 때 계속된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시준 광학기기(121)는 레이저 광원(101)에 의해 생성된 광(102)을 수광하고, 실질적으로 시준된 광 빔(122)을 제1 선형 편광판(123)으로 통과시키도록 구성된다.

일 구현예에 따르면, 시준 광학기기(121)는 간격(113)에 대응하는 초점 길이를 구비하는 색지움 이중접합 렌즈(achromatic doublet lens)를 포함할 수 있다. 유입 개구가 공초점 유입 개구인 구현예에서, 예를 들어, 간격(113)은 시준 광학기기(121)의 초점 길이와 실질적으로 동일할 수 있다. 특정 예로서, 일 구현예에서, 시준 광학기기(121)는 약 50㎜의 초점 길이를 지닐 수 있고, 유입 개구(112)는 실질적으로 50㎜와 같은 간격(113)만큼 시준 광학기기(121)로부터 이격된 공초점 유입 개구일 수 있다.

흐름도(200)는 광 아이솔레이터(120)를 사용하여 실질적으로 시준된 광 빔(122)의 일부를 통과(230)시키는 것으로 계속된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일 구현예에 따르면, 광 아이솔레이터(120)는 제1 선형 편광판(123)에서 실질적으로 시준된 광 빔(122)을 수광하고, 제2 선형 편광판(128)으로부터 환형 광(139)을 통과시키도록 구성된다. 광 아이솔레이터(120)가 실질적으로 시준된 광 빔(122)으로부터 환형 광(139)을 생성하는 예시적인 공정은 아래 도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여 더 설명된다.

흐름도(200)는 스캔 유닛(140)을 사용하여 타깃(160)을 스캔(240)하는 것으로 계속된다. 스캔 유닛(140)은 제2 편광판(128)에서 통과된 광, 예를 들어, 환형 광(139)을 수광하도록 위치되고, 이 광을 사용하여 타깃(160)을 스캔하도록 구성된다. 스캔 유닛(140)은 전술한 바와 같이 갈바노미터 스캐너 및 스캔 렌즈 또는 렌즈를 포함할 수 있다. 스캔 유닛(140)에 의해 타깃(160)을 스캔하는 것은 임의의 적절한 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 고체 침지 렌즈(SIL)를 사용하여 암시야 현미경 관찰을 수행하는 하나의 이러한 기술은 아래 도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여 설명된다.

흐름도(200)는 타깃(160)으로부터 산란된 광을 집광(250)하는 것으로 종결된다. 레이저 스캔 모듈(110)의 광 아이솔레이터(120)를 사용하여 타깃(160)에서 산란된 광을 집광하는 예시적인 구현예예는 도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b를 참조하여 아래에서 더욱 설명된다.

이제 도 3을 참조하면, 도 3은 도 1의 예시적인 레이저 스캔 모듈을 포함하는 암시야 현미경 관찰을 수행하도록 구현된 예시적인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템의 일부를 도시한 도면이다. 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(300)은 광 아이솔레이터(320) 및 스캔 유닛(340)을 포함하는 레이저 스캔 모듈(310), 대물 렌즈(350), SIL(352), 및 타깃(360), 예를 들어, 회로(364)가 그 위에 제조된 예를 들어 반도체 웨이퍼 또는 다이(362)의 배면을 포함한다. 도 3에는 광(302), 실질적으로 시준된 광 빔(322), 실질적으로 초임계 입사하는 광선(351), 및 타깃(360)으로부터 집광된 산란된 광(356)이 또한 도시되어 있다.

광 아이솔레이터(320)는 제1 선형 편광판(323), 패러데이 회전자(325), 반파장판(326a) 및 개구(326b)를 포함하는 투과 요소(326), 및 제2 선형 편광판(328)을 포함한다. 나아가, 일부 구현예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 아이솔레이터(320)는 유입 개구(312) 및/또는 시준 광학기기(321)를 포함할 수 있다. 광 아이솔레이터(320) 및 스캔 유닛(340)을 포함하는 레이저 스캔 모듈(310)은 도 1에서 광 아이솔레이터(120) 및 스캔 유닛(140)을 포함하는 레이저 스캔 모듈(110)에 대응한다. 나아가, 도 3에 있는 유입 개구(312), 시준 광학기기(321), 제1 선형 편광판(323), 패러데이 회전자(325), 투과 요소(326) 및 제2 선형 편광판(328)은, 도 1에 있는 유입 개구(112), 시준 광학기기(121), 제1 선형 편광판(123), 패러데이 회전자(125), 투과 요소(126) 및 제2 선형 편광판(128)에 각각 대응한다. 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(300)은 반도체 웨이퍼 또는 다이(362) 상에 회로(364)의 일부로 제조된 반도체 디바이스의 소프트 결함을 분석하도록 구현될 수 있다.

도 3의 구현예에 따르면, 광(302)은 도 1에 있는 레이저 광원(101)에 대응하는 레이저 광원과 같은 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(300)의 광원(도 3에 미도시된 광원)으로부터 유입 개구(312)를 통해 진입된다. 광(302)은 시준 광학기기(321)에 의해 수광되고, 시준 광학기기는 실질적으로 시준된 광 빔(322)을 제1 선형 편광판(323)으로 통과시킨다. 실질적으로 시준된 광 빔(322)은 이후 광 아이솔레이터(320)에 의해 필터링되고 조작되어 제2 선형 편광판(328)에 의해 통과된 환형 광(339)으로 성형된다.

환형 광(339)은 스캔 유닛(340)에 의해 수광되고, 스캔 유닛은 실질적으로 초임계로 입사하는 광선(351)을 사용하여 대물 렌즈(350) 및 SIL(352)을 통해 타깃(360)을 스캔하도록 구성된다. 따라서, 광은 광(302)으로 레이저 스캔 모듈(310)에 입사하고, 실질적으로 초임계로 입사하는 광선(351)으로 레이저 스캔 모듈을 출사한다. 나아가, SIL(352)의 중심 광 축(354)을 따라 또는 이 중심축 부근으로 진행하는 타깃(360)으로부터 산란된 광(356)은 회로(364)의 이미징 반도체 디바이스에 사용하기 위해 광 아이솔레이터(320)를 통해 집광될 수 있다.

아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 광 아이솔레이터(320)의 특정 구성에 따라, 광 아이솔레이터(320)는 광(302) 또는 실질적으로 시준된 광 빔(322)을 수광하고, 실질적으로 초임계로 입사하는 광선(351)을 제공하도록 성형된 환형 광(339)을 생성함은 물론, SIL(352)의 중심 광 축(354)을 따라 산란된 광(356)을 집광하도록 구성될 수 있다.

도 3은 특정 순서로 특정 요소를 포함하는 것으로 광 아이솔레이터(320)를 도시하지만, 다른 구현예에서, 광 아이솔레이터(320)는 도 3에 도시된 것과는 다른 배열을 구비할 수 있다는 것이 주목된다. 따라서, 도 3의 구현예는 제1 선형 편광판(323)과 투과 요소(326) 사이에 위치된 것으로 패러데이 회전자(325)를 도시하고 있으나, 다른 구현예에서, 투과 요소(326)는 제1 선형 편광판(323)과 패러데이 회전자(325) 사이에 배치될 수 있다.

도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 특정 구현 환경은 개념을 명확히 하기 위해 도시된 것일 뿐이므로, 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 더 주목된다. 본 출원에 도시되고 설명된 바와 같이, 본 발명의 개념은 반도체 디바이스의 고해상도 이미징에 적용가능하다. 그러나, 보다 일반적으로, 본 개념은 나노-물질 및 생물학적 샘플, 및 반도체 다이(패키징되었건 또는 웨이퍼 상에 있건 간에)에 레이저 스캔 현미경 관찰을 수행하는데 사용될 수 있다.

광 아이솔레이터(320)를 포함하는 레이저 스캔 모듈(310)을 사용하여 레이저 스캔 현미경 관찰 공정의 일부로 광 아이솔레이션을 수행하는 것이 이제 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 더 설명된다. 도 4에 약술된 방법에서, 본 출원에서 본 발명의 특징의 설명을 불명료하지 않게 하기 위하여 특정 상세 및 특징이 흐름도(400)에서 제외되어 있다는 것이 주목된다.

도 5a를 참조하면, 도 5a는 도 4에서 흐름도(400)에 도시된 예시적인 방법의 초기 단계에서 도 3의 레이저 스캔 모듈(310)의 일부를 포함하는 레이저 스캔 환경(532)을 도시한다. 레이저 스캔 환경(532)은 실질적으로 시준된 광 빔(522), 제1 선형 편광판(523), 패러데이 회전자(525), 대물 렌즈(550), SIL(552), 및 반도체 웨이퍼 또는 다이(562) 및 회로(564)를 포함하는 타깃(560)을 포함한다.

실질적으로 시준된 광 빔(522), 제1 선형 편광판(523), 패러데이 회전자(525), 대물 렌즈(550), SIL(552) 및 타깃(560)은 도 1/도 3에 있는 실질적으로 시준된 광 빔(122/322), 제1 선형 편광판(123/323), 패러데이 회전자(125/325), 대물 렌즈(150/350), SIL(352) 및 타깃(160/360)에 각각 대응한다. 나아가, 도 5b에서 도입된 반파장판(526a) 및 개구(526b)를 포함하는 투과 요소(526)는 도 1/도 3에 있는 반파장판(126a/326a) 및 개구(126b/326b)를 포함하는 투과 요소(126/326)에 대응한다. 나아가, 도 5c에 있는 제1 선형 편광판(523), 패러데이 회전자(525), 투과 요소(526) 및 제2 선형 편광판(528)을 포함하는 광 아이솔레이터(520)는, 도 1/도 3에 있는 레이저 스캔 모듈(110/310)의 광 아이솔레이터(120/320)에 대응한다. 도 5a에는 선형으로 편광된 광(533), 제1 회전된 이미징 광(535) 및 각 편광 다이어그램(533P 및 535P) 뿐만 아니라 실질적으로 시준된 광 빔(522)의 편광 다이어그램(522P)이 또한 도시되어 있다.

레이저 스캔 환경(532)은 이러한 공정의 초기 단계에서 일 예시적인 구현예에 따라 광 아이솔레이터(120/320)를 포함하는 레이저 스캔 모듈(110/310)에 의해 수행되는 광 아이솔레이션 공정을 도시한다. 나아가, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 각 레이저 스캔 환경(534 및 536)은 흐름도(400)의 예시적인 방법의 중간 단계에서 광 아이솔레이터(120/320)를 포함하는 레이저 스캔 모듈(110/310)에 의해 수행된 광 아이솔레이션의 결과를 도시한다.

도 5a에 있는 레이저 스캔 환경(532)을 더욱 참조하면서 흐름도(400)를 참조하면, 흐름도(400)는 제1 방향으로 제1 회전만큼 실질적으로 선형으로 편광된 광 빔(522)의 편광 축을 회전(432)시키는 것으로 시작한다. 편광 다이어그램(522P)에 도시된 바와 같이, 실질적으로 시준된 광 빔(522)은 비편광된 상태에서 제1 선형 편광판(523)에 도달할 수 있는 것으로 이해된다. 수평 편광판으로 도시된 제1 선형 편광판(523)은, 편광 다이어그램(533P)에서 도시된 바와 같이 수평 편광 축을 구비하는 선형으로 편광된 광(533)을 통과시킨다. 편광 다이어그램(535P)에서 더욱 도시된 바와 같이, 제1 방향으로 제1 회전은 패러데이 회전자(525)에 의해 수행되고, 제1 선형 편광판(523)에 의해 통과된 선형으로 편광된 광(533)을 반시계방향 회전으로 45°회전시킨다.

도 5a의 구현예는 제1 선형 편광판(523)을 수평 편광판으로 도시하지만, 이 특징은 단지 예시적인 것임이 주목된다. 다른 구현예에서, 제1 선형 편광판(523)은 실질적으로 시준된 광 빔(522)에 대해 임의의 각도 편향을 갖는 편광 축을 제공할 수 있다. 나아가, 선형으로 편광된 광(533)은 0도(0°)가 아닌 편광 각도를 구비할 수 있으므로, 즉, 편광된 광(533)은 수평으로 편광되지 않을 수 있으므로, 패러데이 회전자(525)에 의해 선형으로 편광된 광(533)을 시계방향으로 45°회전시키면 편광 다이어그램(535P)에 도시된 것과는 다른 편광을 가지는 제1 회전된 이미징 광(535)을 생성할 수 있다.

이제 도 4와 함께 도 5b에 있는 레이저 스캔 환경(534)을 참조하면, 흐름도(400)는 제1 방향으로 제2 회전만큼 제1 회전된 이미징 광(535)의 일부를 선택적으로 회전(434)시킨 것으로 계속된다. 이러한 선택적인 회전은 투과 요소(526)에 의해 수행될 수 있다. 언급된 바와 같이, 투과 요소(526)는 반파장판(526a)을 포함한다. 본 구현예에서, 이 배열은 예를 들어 약 2.3㎜의 직경을 구비하는 원형 개구를 포함할 수 있는 있는, 투과 요소(526)의 중심 개구(526b)를 둘러싸는 환형 반파장판(526a)(도 5b에서 단면으로 도시된)으로 도시된다. 그 결과, 반파장판(526a)을 통과하는 제1 회전된 이미징 광(535)의 일부는 반시계방향 방향으로 추가적인 90도 (90°)만큼 회전되는 반면, 개구(526b)를 통과하는 부분은 더 회전되지 않는다. 따라서, 선택적인 회전은, 제1 선형으로 편광된 광 빔 부분, 예를 들어, 투과 요소(526)의 개구(526b)를 통과하여 패러데이 회전자(525)에 의해 제1 회전만큼만 회전된 부분, 및 제2 선형으로 편광된 광 빔 부분, 예를 들어, 투과 요소(526)의 반파장판(526a)을 통과하여 패러데이 회전자(525)에 의해 부과된 45°제1 회전과 동일한 방향으로 90°회전된 제2 부분을 포함하는 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)을 생성한다.

그 결과, 편광 다이어그램(537P)에 도시된 바와 같이, 투과 요소(526)를 통과하는 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)은 중심 부분의 편광 축에 수직인 편광 축을 갖는 환형 부분을 특징으로 한다. 편광 다이어그램(537P)에 더욱 도시된 바와 같이, 본 예시적인 방법은 반파장판(526a)을 통과하여 반시계방향으로 135도(135°)만큼 회전된 편광 축을 갖는 환형 광빔 부분, 및 개구(526b)를 통과하여 반시계방향으로 45°회전된 편광 축을 갖는 중심 광빔 부분을 생성한다.

이제 도 4를 계속 참조하면서 도 5c의 레이저 스캔 환경(536)을 참조하면, 흐름도(400)는 지금까지 생성된 2개의 선형으로 편광된 광 빔들 중 하나를 필터링하여 환형 광(539)을 생성(436)하는 것으로 계속된다. 도 5c의 구현예에 따르면, 설명된 필터링은 환형 광 빔 부분을 투과하도록 선택된 편광축을 갖는 제2 선형 편광판(528)을 사용하여 편광축이 서로 수직인 2개의 선형으로 편광된 부분을 구비하는 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)을 필터링하는 것에 대응한다. 중심 광 빔 부분의 편광 축은 환형 부분의 편광 축에 수직하므로, 이 편광축은 제2 선형 편광판(528)의 편광축과도 실질적으로 수직이어서, 편광된 광 빔의 중심 부분을 차단하게 한다.

따라서, 본 구현예에 따르면, 제2 선형 편광판(528)은 135°로 설정된 편광 축을 구비하므로, 중심 섹션이 제2 선형 편광판(528)에 의해 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)의 중심 부분을 차단하는 것을 나타내도록 흑색으로 도시된 편광 다이어그램(539P)에 도시된 바와 같이, 환형 광(539)을 실질적으로 통과시킨다. 광 아이솔레이터(520)의 여러 소자의 전술한 설명은 하나의 가능한 구현 모델을 설명하지만, 다수의 변형이 있다. 예를 들어, 패러데이 회전자(525) 및 투과 요소(526)의 위치를 교환하더라도 도 5c의 구현예서 달성된 바와 같이 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)의 각 제1 및 제2 부분과 실질적으로 동일한 누적 회전을 생성할 수 있을 것이다.

나아가, 다른 일부 구현예에서, 투과 요소(526)는 개구(526b)가 아니라 반파장판이 차지하는 중심 섹션을 구비할 수 있고, 이 경우 외부 환형 구역은 투과된 광을 실질적으로 회전시키지 않도록 구성된다. 이 일부 구현예에서, 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)의 환형 부분은 패러데이 회전자(525)를 통과하는 것으로 인해 45°만큼 한번 회전하는 반면, 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)의 중심 부분은 2번 회전하여, 이 중심 부분에 대해 135°의 누적 회전을 생성할 수 있다. 제2 선형 편광판(528)을 135° 아니라 45°로 설정된 편광축을 가지는 선형 편광판으로 단순히 대체하면, 광 아이솔레이션된 이미징 광(537)의 중심 부분을 실질적으로 차단하면서 환형 광(539)을 다시 한번 실질적으로 투과시킬 수 있다.

흐름도(400)는 SIL(552)을 사용하여 반도체 웨이퍼 또는 다이(562) 상에 제조된 회로(564)와 같은 타깃(560) 상에 환형 광(539)을 포커싱(focusing) (442)하는 것으로 계속된다. 타깃(560) 상에 환형 광(539)을 포커싱하는 것은 대물 렌즈(550)를 통해 광 아이솔레이터(520) 및 스캔 유닛을 포함하는 레이저 스캔 모듈로부터 실질적으로 초임계 입사 광선(551)을 수광하는 SIL(552)에 대응할 수 있다(스캔 유닛은 이 도면에서 광 아이솔레이션을 강조하는 것으로 인해 도 5c에는 생략되어 있다). 그 결과, SIL(552)은 광 아이솔레이터(520)를 포함하는 레이저 스캔 모듈에 의해 제공된 초임계 이미징 광을 사용하여 회로(564)에 개별 디바이스를 이미징하도록 사용될 수 있다.

도 3을 더욱 참조하면, 흐름도(400)는 SIL(352)의 중심 광 축(354)을 따라 타깃(360)으로부터 산란된 광을 집광(452)하는 것으로 종결된다. 예를 들어, 우리는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 구현예에 기인하는 샘플 구현 상세를 상기한다. 다시 말해, 제1 선형 편광판(323)이 수평 편광판이고, 투과 요소(326)는 환형 반파장판(326a) 및 개구(326b)를 포함하고, 제2 선형 편광판(328)의 편광 축은 환형 광(339)을 SIL(352)로 통과시키도록 선택된 것으로 가정한다.

이 구현 설정에서, SIL(352)의 중심 광 축(354)을 따라 지향된 산란된 광(356)(이후 "근-축(near-axis) 산란된 광(356)")은 스캔 유닛(340)에 의해 영향을 받지 않고, 제2 선형 편광판(328)에 의해 편광되고, 투과 요소(326)의 개구(326b)를 통해 실질적으로 변경 없이 통과하며, 패러데이 회전자(325)에 의해 시계방향 방향으로 45°만큼 회전된다. 그 결과, 근-축 산란된 광(356)은 제1 선형 편광판(323)에 수평 편광된 광으로 들어가고, 그 결과 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(300)의 검출기(도 3에 미도시된 검출기)로 실질적으로 통과된다. 근-축 산란된 광(356)이 설명된 시계방향으로 회전하는 것은 패러데이 회전자의 고유한 특성의 결과이고, 여기서 패러데이 회전자에 의해 생성된 회전 방향은 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 패러데이 회전자를 통해 광이 전파하는 방향에 따라 변한다는 것이 주목된다. 따라서, 광 아이솔레이터(320)의 소자로 패러데이 회전자(325)를 레이저 스캔 모듈(310)에 포함하면 SIL(352) 쪽으로 진행하는 선형으로 편광된 광이 반시계 방향으로 회전하게 하지만, SIL(352)로부터 멀어지게 진행하는 광은 시계방향으로 회전하게 하여, 근-축 산란된 광(356)을 집광하게 한다.

보다 일반적으로, 타깃(360)으로부터 근-축 산란된 광(356)을 집광하는 것은, 예를 들어, 제2 선형 편광판(328)에 의해 근-축 산란된 광(356)을 선형으로 편광시키는 것, 및 제1 방향으로 제3 회전만큼 선형으로 편광된 산란된 광의 일부를 선택적으로 회전시켜 제1 및 제2 선형으로 편광된 산란된 광 부분을 생성하는 것을 포함한다. 다시 말해, 반파장판(326a)을 통과하는 산란된 광(도 3에 미도시된 오프-축(off-axis) 산란된 광)의 오프-축 부분은 반시계방향으로 90°회전되는 반면, 근-축 산란된 광(356)은 개구(326b)를 통과하는 동안 회전되지 않는다. 근-축 산란된 광(356)을 집광하는 것은 오프-축 산란된 광 및 근-축 산란된 광(356) 모두의 제4 회전, 예를 들어, 시계방향으로 45°회전에 의하여 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 제1 및 제2 선형으로 편광된 산란된 광 부분을 회전시키는 것을 더 포함한다. 그 결과, 근-축 산란된 광(356)은 제4 회전만큼만 회전되는 반면, 오프-축 산란된 광 부분은 제3 및 제4 회전을 모두 받는다. 제1 선형 편광판(323)에 의해 후속적으로 필터링하면 오프-축 산란된 광이 차단되고 중심 광 축(354)을 따라 진행하는 근-축 산란된 광(356)을 통과시키고 집광할 수 있다.

보다 더 일반적으로, 타깃(360)에 의해 산란된 광을 예시적으로 집광하는 것은 특정 설계 파라미터 측면에서 설명되었으나, 전술한 구현예의 변형을 고려하면 본 출원에 설명된 광 아이솔레이터(320)를 포함하는 레이저 스캔 모듈(310)의 각종 구현예 전부는 전부 (1) 아임계(subcritical) 이미징 광 성분을 실질적으로 차단하는 동시에 실질적으로 초임계 입사 광선(351)을 포함하는 환형 광(339)을 전달하고, 및 (2) SIL(352)의 중심 광 축(354)을 따라 진행하는 근-축 산란된 광(356)을 집광하도록 구성될 수 있다.

본 발명자는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템(300)에 의해 웨이퍼 또는 다이에 생성된 에베네슨트 필드의 결과로 타깃 반도체 디바이스로부터 산란된 광의 상당한 부분이 중심 광 축(354)을 따라 지향된다는 것을 발견하였다. 그 결과, 중심 광 축을 따라 이미징 광 빔의 아임계 중심 부분을 차단하고, 근-축 산란된 광(356)을 집광할 수 있는 솔루션을 제공하는 것으로부터 실질적으로 초임계 이미징 광을 타깃 디바이스로 전달할 수 있고 이미지 휘도 및 콘트라스트를 개선시킬 수 있다고 하는 중요한 장점이 발생한다.

전술한 바와 같이, 본 출원은 바람직하게는 실질적으로 초임계 이미징 광 성분을 전달하고, 실질적으로 아임계 이미징 광 성분을 차단하며, 타깃으로부터 산란된 광을 매우 유리하게 선택적으로 집광할 수 있는 레이저 스캔 모듈 및 시스템을 개시한다. 그 결과, 본 발명의 개념의 구현예는 50 나노미터(50㎚) 정도의 측방향 해상도를 제공할 수 있다. 나아가, 본 출원에 개시된 레이저 스캔 모듈은 반도체 웨이퍼 또는 다이 상에 제조된 디바이스를 신속히 및 효율적으로 이미징할 수 있는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템을 구현할 수 있게 한다. 나아가, 본 레이저 스캔 모듈의 구현예는 SIL과 조합하여 구현될 수 있으므로, 개시된 솔루션은 IC 및 디바이스 이미징에, 및 소프트 결함 국부화와 같은 회로 분석 응용에 로버스트한 접근법을 제공한다.

상기 상세한 설명으로부터 본 발명의 개념의 범위를 벗어남이 없이 본 출원에 설명된 개념을 구현하는데 여러 기술을 사용할 수 있다는 것은 명백하다. 나아가, 여러 개념이 특정 구현예를 참조하여 설명되었으나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 개념의 범위를 벗어남이 없이 형태 및 상세에 여러 변경이 이루어질 수 있는 것을 인식할 수 있을 것이다. 그리하여, 설명된 구현예는 예시적인 것일 뿐 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 본 출원은 상기 설명된 특정 구현예로 제한되지 않으나, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 많은 재배열, 변형 및 대체가 가능한 것으로 이해된다.

Claims

레이저 스캔 모듈(laser scanning module)로서,
제1 및 제2 선형 편광판을 포함하는 광 아이솔레이터(optical isolator);
레이저 광원에 의해 생성된 광을 수광하고 실질적으로 시준된 광 빔을 상기 제1 선형 편광판으로 통과시키도록 구성된 시준 광학기기;
상기 제2 선형 편광판에 의해 통과된 광을 수광하도록 위치된 스캔 유닛을 포함하는 레이저 스캔 모듈.
제1항에 있어서, 상기 시준 광학기기로부터 상기 제1 선형 편광판을 이격시키는 제1 거리는 상기 스캔 유닛으로부터 상기 제2 선형 편광판을 이격시키는 제2 거리보다 더 작은 것인 레이저 스캔 모듈.
제1항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 상기 시준 광학기기를 포함하는 것인 레이저 스캔 모듈.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광원에 의해 생성된 상기 광을 진입시키는 공초점 유입 개구(confocal inlet aperture)를 더 포함하는 레이저 스캔 모듈.
제4항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 상기 공초점 유입 개구를 포함하는 것인 레이저 스캔 모듈.
제1항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 패러데이 회전자(Faraday rotator), 및 반파장판을 포함하는 투과 요소를 더 포함하되, 상기 패러데이 회전자 및 상기 투과 요소는 상기 제1 및 제2 선형 편광판 사이에 위치된 것인 레이저 스캔 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제2 선형 편광판에 의해 통과된 상기 광은 상기 실질적으로 시준된 광 빔으로부터 생성된 환형 광을 포함하는 것인 레이저 스캔 모듈.
레이저 스캔 현미경 관찰 시스템으로서,
레이저 광원 및 대물 렌즈; 및
상기 레이저 광원과 상기 대물 렌즈 사이에 위치된 레이저 스캔 모듈을 포함하되, 상기 레이저 스캔 모듈은,
제1 및 제2 선형 편광판을 포함하는 광 아이솔레이터;
상기 레이저 광원에 의해 생성된 광을 수광하고 실질적으로 시준된 광 빔을 상기 제1 선형 편광판으로 통과시키도록 구성된 시준 광학기기; 및
상기 제2 선형 편광판에 의해 통과된 광을 수광하도록 위치된 스캔 유닛을 포함하는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 상기 시준 광학기기로부터 상기 제1 선형 편광판을 이격시키는 제1 거리는 상기 스캔 유닛으로부터 상기 제2 선형 편광판을 이격시키는 제2 거리보다 더 작은 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 상기 시준 광학기기를 포함하는 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 상기 레이저 스캔 모듈은 상기 레이저 광원에 의해 생성된 상기 광을 진입시키는 공초점 유입 개구를 더 포함하는 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제11항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 상기 공초점 유입 개구를 포함하는 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터는 패러데이 회전자, 및 반파장판을 포함하는 투과 요소를 더 포함하되, 상기 패러데이 회전자 및 상기 투과 요소는 상기 제1 및 제2 선형 편광판 사이에 위치된 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제2 선형 편광판에 의해 통과된 상기 광은 상기 실질적으로 시준된 광 빔으로부터 생성된 환형 광을 포함하는 것인 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
제8항에 있어서, 고체 침지 렌즈(solid immersion lens: SIL)를 더 포함하는 레이저 스캔 현미경 관찰 시스템.
레이저 스캔을 수행하는 방법으로서, 상기 방법은,
레이저 스캔 모듈에 의해, 레이저 광원에 의해 생성된 광을 수광하는 단계;
실질적으로 시준된 광 빔을 통과시키기 위해 상기 광을 시준하는 단계;
상기 레이저 스캔 모듈의 광 아이솔레이터에 의해 상기 실질적으로 시준된 광 빔의 일부를 통과시키는 단계;
상기 레이저 스캔 모듈의 스캔 유닛에 의해 상기 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터에 의해 통과된 상기 실질적으로 시준된 광 빔의 상기 일부는 상기 실질적으로 시준된 광 빔으로부터 생성된 환형 광을 포함하는 것인 방법.
제16항에 있어서, 타깃 상에 상기 광 아이솔레이터에 의해 통과된 상기 실질적으로 시준된 광 빔의 일부를 포커싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 고체 침지 렌즈(SIL)를 사용하여 타깃 상에 상기 광 아이솔레이터에 의해 통과된 상기 실질적으로 시준된 광 빔의 일부를 포커싱(focusing)하는 단계를 더 포함하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 SIL의 중심 광 축을 따라 상기 타깃으로부터 산란된 광을 집광하는 단계를 더 포함하는 방법.