KR20170016464A - 웨이퍼 에지용 소형화 촬영 장치 - Google Patents

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Abstract

베벨형 에지를 갖는 웨이퍼 등의 샘플의 원형 에지를 촬영하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 일 실시예에서, 시스템은 샘플의 원형 에지를 향해 위치 설정하는 내부면과 내부면에 대향하는 외부면을 갖는 곡선형 확산기, 및 확산기가 광범위한 입사각으로 샘플의 원형 에지 위에 균일한 광을 출사하도록 확산기의 외부면 상의 복수 개의 지점에 인접하게 복수 개의 조명 빔을 발생시키는 광원을 포함한다. 시스템은 입사광에 응답하여 샘플의 원형 에지로부터 산란된 광을 수광하고 이미지를 생성하기 위해 검출된 신호를 생성하는 센서를 더 포함한다. 이들 요소는 부분적으로 또는 전체적으로 콤팩트한 조립체에 통합된다.

Description

웨이퍼 에지용 소형화 촬영 장치{MINIATURIZED IMAGING APPARATUS FOR WAFER EDGE}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 Paul Horn에 의해 2014년 6월 9일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "웨이퍼 에지용 소형화 촬영 장치(Miniaturized Imaging Method for Wafer Edges)"인 미국 가특허 출원 제62/009,479호의 이익을 청구하고, 상기 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로 모든 목적을 위해 포함된다.
기술분야
본 발명은 전반적으로 웨이퍼 검사 및 촬영 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 원형의 웨이퍼 에지를 검사 및 촬영하기 위한 장치 및 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 산업은 실리콘 등의 기판 상에 층상으로 되고 패터닝되는 반도체 재료를 이용하여 집적 회로를 제작하기 위한 고도로 복잡한 기술을 수반한다. 대규모의 회로 집적과 반도체 디바이스의 크기 감축으로 인해, 제작된 디바이스는 점점 더 결함에 민감해지고 있다. 즉, 디바이스에서 고장을 유발하는 결함은 점점 더 작아지고 있다. 디바이스는 일반적으로 최종 사용자 또는 소비자에게 출하되기 전에 고장이 없을 것이 요구될 수 있다.
반도체 레티클 또는 웨이퍼 상의 결함을 검출하기 위해 반도체 산업 내에서는 다양한 검사 시스템이 사용되고 있다. 한 종류의 검사 툴로는 광학 검사 시스템이 있다. 광학 검사 시스템에서는, 하나 이상의 복사 빔이 반도체 웨이퍼를 향해 지향되고, 이어서 반사된 및/또는 산란된 빔이 검출된다. 이후에, 검출된 빔은 검출된 전기 신호 또는 이미지를 생성하도록 사용될 수 있고, 그러한 신호 또는 이미지는 결함이 웨이퍼 상에 존재하는 지의 여부를 판별하도록 분석된다.
특정한 검사 용례에서, 웨이퍼의 측부가 촬영되어 그러한 웨이퍼의 에지 구역의 이미지를 얻는다. 그러한 에지 구역을 촬영하기 위한 개선된 검사 기술 및 장치에 대한 요구가 계속되고 있다.
아래에서는, 본 발명의 특정한 실시예의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 본 개시의 간소화된 요약이 제시된다. 본 요약은 개시의 폭넓은 개요가 아니고 본 발명의 핵심적인/중요한 요소들을 확인하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 그 단 하나의 목적은 이후에 제공되는 보다 상세한 설명의 서언으로서 본 명세서에서 개시되는 몇몇 개념들을 간소화된 형태로 제공하는 것이다.
일 실시예에서, 베벨형 에지를 갖는 웨이퍼 등의 시편의 원형 에지를 촬영하기 위한 시스템이 개시되어 있다. 일 실시예에서, 시스템은 샘플의 원형 에지를 향해 위치 설정하는 내부면과 내부면에 대향하는 외부면을 갖는 곡선형 확산기, 및 확산기가 복수 개의 입사각으로 샘플의 원형 에지 위에 균일한 광을 출사하도록 확산기의 외부면 상의 복수 개의 지점에 인접하게 복수 개의 조명 빔을 발생시키는 복수 개의 광원을 포함한다. 시스템은 입사광에 응답하여 샘플의 원형 에지로부터 산란된 광을 수광하고 이미지를 생성하기 위해 검출된 신호를 생성하는 센서를 더 포함한다. 광원, 확산기, 및 센서는 콤팩트한 형태로 통합되는 것인 원형 에지 촬영 시스템. 특정한 구현예에서, 센서는 3 mm 이하의 직경을 갖는다. 다른 구현예에서, 광원은 확산기의 외부면으로부터 약 3 mm 내지 1 인치의 거리에 위치 설정된다.
다른 구현예에서, 확산기는 돔 형상으로 형성된다. 일 양태에서, 확산기는 균일한 광을 웨이퍼의 베벨형 에지의 모든 표면 위에 출사하도록 형성 및 크기 설정된다. 다른 양태에서, 균일한 광은 또한 웨이퍼의 상단면의 경계 영역을 커버한다. 또 다른 예에서, 센서는 베벨형 에지의 하나 이상의 표면의 특정한 세트로부터 산란된 광을 수광하도록 광원에 관하여 확산기에 위치 설정된다. 다른 실시예에서, 센서는 확산기의 홀 내에 장착되거나 접합된다. 다른 실시예에서, 센서는 홀 내에 그리고 확산기의 내부면에 관하여 우묵하게 들어가 있다.
다른 양태에서, 시스템은 원형 에지의 하나 이상의 표면의 상이한 세트를 촬영하도록 확산기, 광원, 및 센서를 상이한 지점으로 조절 가능하게 이동시키는 위치 설정 메카니즘을 포함한다. 다른 양태에서, 광원이 고정되는 지지 구조체를 포함한다. 특정한 구현예에서, 광원은 확산기의 외부면에 고정되는 LED(light emitting diode)이다. 다른 특징에서, 확산기는 또한 샘플이 삽입될 수 있는 슬롯을 포함하고, 시스템은, 샘플이 확산기의 슬롯을 통해 이동하고 센서가 상이한 입사각으로부터 광을 수광하도록, 확산기, 광원, 및 센서를 슬롯과 평행한 평면에서 회전시키는 위치 설정 메카니즘을 더 포함한다.
다른 실시예에서, 시스템은 상이한 입사각에서 광을 수광하도록 확산기에 삽입되는 복수 개의 센서를 포함한다. 다른 양태에서, 광원은 하나 이상의 광 발생기로부터 광을 지향시키는 복수 개의 광섬유의 형태이다. 다른 양태에서, 광원은 조명 빔을 임의의 광학 요소를 통해 확산기로 전송하지 않고 조명 빔을 확산기 위로 직접 발생시키는 전자 구성요소로 구성된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 샘플을 검사하는 검사 시스템에 관한 것이다. 검사 시스템은 샘플의 원형 에지를 촬영하는 전술한 에지 검출 시스템의 하나 이상의 실시예를 포함한다. 검사 시스템은 하나 이상의 제2 조명 빔을 샘플의 상단면을 향해 지향시키는 검사 광학 기기, 샘플로부터 반사 또는 산란되는 출사 빔에 응답하여 샘플로부터 산란 또는 반사되거나 샘플을 통해 투과되는 출사 빔에 응답하여 검출된 신호 또는 이미지를 수신하는 검사 검출기, 및 검사 검출기로부터 검출된 신호 또는 이미지를 분석 또는 검토하여 샘플 상의 결함을 검출하도록 구성되고, 샘플의 원형 에지를 촬영하기 위한 시스템으로부터 검출된 신호 또는 이미지를 분석하여 샘플의 원형 에지 상의 결함을 검출하도록 구성되는 프로세서 및 메모리를 더 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 도면을 참조하여 아래에서 더 설명된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 검출 시스템의 개략적인 절취 측면도이다.
도 1b는 본 발명의 특정한 구현예에 따른 도 1a의 확산기의 사시도이다.
도 1c는 일 실시예에 따른 확산기 외부면 위에 광원의 분포를 예시하는 개략적인 배면도이다.
도 2는 본 발명의 특정한 구현예에 따른, 센서가 대안적인 위치에서 확산기에 장착되는 대안적인 에지 검출 시스템의 절취 측면도를 예시한다.
도 3은 변형예에 따른, 따로 떨어져 있고 확산기에 인접한 지지 피스에 광원들이 장착되는 에지 검출 시스템의 절취 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 변형예에 따른 에지 검출 시스템의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 에지 검출 시스템의 절취 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 카메라를 갖는 에지 검출 시스템의 절취 측면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 센서 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 대안적인 구현예에 따른, 광섬유 번들을 이용하는 에지 검출 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 에지 검출 프로세스를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 특정한 실시예에 따른 검사 장치의 개략도를 제공한다.
아래의 설명에서, 다수의 특정한 상세는 본 발명의 철저한 이해를 제공하도록 기재된다. 본 발명은 이러한 특정한 상세의 일부 또는 전부가 없이도 실시될 수 있다. 다른 경우에, 널리 알려진 구성요소 또는 프로세스 작동은 본 발명을 쓸데없이 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않는다. 본 발명은 특정한 실시예와 함께 설명되지만, 본 발명을 그러한 실시예로 제한하려는 의도는 없다는 점을 이해할 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "시료" 및 "샘플"이라는 용어는 일반적으로 해당 결함이 배치될 수 있는 에지를 갖는 웨이퍼 또는 임의의 다른 시료를 지칭한다. "시료", "샘플"이라는 용어가 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용되지만, 웨이퍼에 관하여 설명되는 실시예는 검사 및 촬영을 위해 구성 및/또는 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "웨이퍼"라는 용어는 일반적으로 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성되는 기판을 지칭한다. 반도체 재료의 예로는, 제한하지 않지만, 단결정 실리콘, 갈륨 비화물, 및 인듐 인화물을 포함한다. 그러한 기판은 반도체 제작 설비에서 일반적으로 관찰 및/또는 처리될 수 있다.
하나 이상의 층이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 그러한 층은, 제한하지 않지만, 레지스트, 유전체 재료, 및 도전성 재료를 포함할 수 있다. 많은 상이한 종류의 층들이 당업계에 공지되어 있고, 본 명세서에 사용되는 웨이퍼라는 용어는 상부에 모든 종류의 층들이 형성될 수 있거나 어떠한 층도 아직 형성되지 않은 웨이퍼를 포괄하도록 의도된다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층은 패터닝될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼는 복수 개의 다이를 포함할 수 있고, 각각의 다이는 반복 가능한 패턴 피쳐들을 갖는다. 그러한 재료층의 형성 및 처리는 최종적으로 반도체 디바이스를 완성할 수 있다. 요약하면, 웨이퍼는 어떠한 층도 상부에 형성되어 있지 않은 베어 기판(bare substrate), 완성 반도체 디바이스의 층들의 일부가 상부에 형성된 기판, 또는 완성 반도체 디바이스의 모든 층들이 상부에 형성된 기판을 포함할 수 있다.
웨이퍼는 웨이퍼의 에지에 결함을 포함할 수 있다. 웨이퍼의 에지에서 발견될 수 있는 결함의 예는, 제한하지 않지만, 칩, 크랙, 스크래치, 마크, 파티클, 및 잔류 화학물질(예컨대, 레지스트 및 슬러리)을 포함한다. 예컨대, 웨이퍼를 포토레지스트 재료로 스핀 코팅하는 동안에, 포토레지스트 비드가 웨이퍼 주변 둘레에 형성될 수 있고 과잉의 포토레지스트는 웨이퍼의 에지를 지나서 아래로 이동할 수 있다. 그러한 과잉의 에지 포토레지스트는 떨어져 나가서 웨이퍼의 디바이스 영역으로 이동할 수 있다. 유사하게, 에칭 화학물질 또는 증착 필름 재료가 웨이퍼 에지 상에 잔류하여 디바이스 영역으로 이동할 수 있다. 임의의 갯수의 이들 에지 결함으로 인해 수율 손실이 초래될 수 있다. 다수의 웨이퍼들이 함께 접합될 때에, 그러한 웨이퍼들 사이의 접합부에 결함이 있을 수 있다.
웨이퍼 에지 등의 원형 또는 베벨형 샘플 에지의 결함 검사를 위한 장치 및 기술이 본 명세서에서 설명된다. 일반적으로, 베벨형 웨이퍼 에지와 같이 심한 곡선형 또는 원형 표면을 균일하게 조명하고 촬영하는 에지 검출 시스템이 제공된다. 에지 검출은 일반적으로 베벨형 웨이퍼 에지와 같은 원형 에지 둘레에 끼워질 수 있는 콤팩트한 곡선형 확산기를 포함하고, 확산기에는 다수의 광원이 제공되어 확산기 표면 상의 다수의 지점에서 조명을 발생시킨다.
이제, 도면을 참조하면, 도면들은 실척으로 묘사되지 않았다는 점이 유념된다. 구체적으로, 도면들의 요소들 중 일부의 축척은 요소들의 특징을 강조하도록 크게 과장되어 있다. 또한, 도면들은 동일한 축척으로 묘사되어 있지 않다는 점이 유념된다. 유사하게 구성될 수 있는 2개 이상의 도면에 도시된 요소들은 동일한 참조 번호를 이용하여 지시하였다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 검출 시스템(100)의 개략적인 절취 측면도이다. 에지 검출 시스템(100)은 샘플의 베벨형 에지 상의 결함을 검출할 수 있다. 이 예에서, 반도체 웨이퍼의 가장 얇은 에지 표면인 반도체 웨이퍼 단면 부분(101)이 해당 샘플로서 예시된다. 웨이퍼의 에지는 전체 길이를 따라 베벨형 또는 원형일 수 있다. 예컨대, 샘플(101)은 단지 베벨형 에지 부분(102)을 포함할 수 있다. 대안으로 예시된 바와 같이, 샘플(101)은, 예컨대 다수의 웨이퍼들이 적층되고 함께 접합되는 접합된 웨이퍼형 구조에서, 베벨형 에지 부분(102)과 비-베벨형 에지 부분(103)을 모두 포함할 수 있다. 양쪽의 예에서, 웨이퍼 에지는 베벨형 에지를 초래하는 연마, 절단 또는 폴리싱 프로세스를 받을 수 있다. 그러한 연마, 절단 또는 폴리싱 중에, 에지의 일부는 비베벨형으로 있을 수 있다. 베벨형 에지는 상단면(102a), 바닥면(102b), 및 측면(102c)을 갖는다. 상단면(102a)과 바닥면(102b)은 측면(102c)으로 경사진다. 그러나, 원형 에지는 임의의 적절한 갯수의 베벨형 패싯(beveled facet)에 의해 형성될 수 있다.
샘플의 상단면(103a)은 하나 이상의 패터닝된 층일 수 있거나 베어(bare)일 수 있다. 웨이퍼는, 집적 회로; 박막 헤드 다이; 마이크로-전자-기계적 시스템(MEMS; micro-electro-mechanical system) 디바이스; 평판 디스플레이; 자기 헤드; 자기 및 광학 저장 매체; 레이저, 도파관 및 웨이퍼 상에서 처리되는 다른 수동 구성요소와 같은 광자 및 광전자 디바이스; 인쇄 헤드; 및 웨이퍼 상에서 처리되는 바이오-칩 디바이스의 적어도 일부를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 에지 검출 시스템은 베벨형 에지 표면의 모든 부분 또는 실질적인 부분을 촬영하도록 광범위한 입사각에 대해 조명을 제공하는 매우 콤팩트한 디자인을 갖는다.
예시된 예에서, 에지 검출 시스템(100)은, 복수 개의 광원(예컨대, 104a~104k)과, 소형화된 돔형 확산기(106)와 커플링되거나 확산기에 인접한 콤팩트 감지 요소(108)로 구성된다. 매우 콤팩트한 임의의 적절한 광원이 사용될 수 있다. 예시적인 콤팩트한 소형 광원은 LED(light emitting diode), 할로겐 램프와 같이 광섬유와 커플링되는 하나 이상의 광원, 다이오드 레이저 등을 포함한다. 매우 콤팩트한 임의의 적절한 이미지 센서가 사용될 수 있다. 예컨대, 센서는 수 mm 이하인 직경을 가질 수 있다.
특정한 실시예에서, 전체 에지 검출 시스템은 에지 검출 시스템(100)이 해당 에지에 비교적 가깝게 위치 설정되게 하도록 매우 작고, 예컨대 25 mm 미만인 반경을 갖는다.
확산기(106)는 광이 확산기의 전체 내부로부터 광범위한 각도로 베벨형 에지 표면을 향해 산란되도록 광원으로부터 광을 투과하고 산란(예컨대, 확산)시키는 재료로 형성될 수 있다. 확산기(106)는 미국 뉴햄프셔주 노스 셔톤 소재의 Labsphere, Inc.사로부터 입수 가능한 플루오로폴리머 또는 스펙트랄론(Spectralon), 폴리카보네이트 수지 등과 같은 광 확산 재료로 기계 가공될 수 있다. 대안으로, 확산기(106)는 3D 프린터로 생성될 수 있다. 확산기는 또한 광원과 필름 사이에 위치 설정되는 투명한 기판에 부착되는 확산기 필름으로 형성될 수 있다. 확산기(106b)의 내부면은 또한 확산된 광을 돔의 내측을 향해 그리고 베벨형 에지 표면을 향해 반사하도록 반사성 재료가 코팅될 수 있다.
확산기는 광원으로부터의 조명 빔이 투과 및 산란될 수 있는 표면을 제공하도록 임의의 적절한 형상을 가질 수 있어, 광이 베벨형 에지의 모든 표면 또는 모든 표면의 실질적인 부분을 향해 방출된다. 예시된 예에서, 확산기(106)는 광원의 입사각 범위를 커버하는 크기의 돔형으로 형성된다.
특정한 구현예에서, 에지 검출 시스템(100)은 베벨형 에지 표면 전부에 그리고 상단면 상의 경계 구역으로 최대 10 mm 이상까지 조명을 제공하도록 위치 설정된다. 광은 베벨형 에지의 모든 측부에 완벽하게 충돌하도록 돔의 전체 표면으로부터 출사된다.
어느 한 위치에서, 광원은 입사각 범위를 가로질러 분포될 수 있다. 도 1b는 본 발명의 특정한 구현예에 따른 도 1a의 확산기의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 광원(104)은, 광원의 일부만이 도시되어 있지만 확산기의 전체 외부면(106a)에 걸쳐 분포된다. 도 1c는 일 실시예에 따른 확산기 외부면 위에 광원의 분포를 예시하는 개략적인 배면도(에지를 향해 보는)이다. 도시된 바와 같이, 광원(104)은 센서(108) 둘레에서 그리고 확산기의 전체 외부면(106a)에 걸쳐서 분포될 수 있다. 예시 및 분포된 광원의 축척은 실제 디자인과 상이할 수 있다.
광원은 반드시 확산기의 전체 표면에 걸쳐서 분포될 필요는 없다. 일례로서, 광원은 단일 수평선(도시 생략) 및/또는 단일 수직선(예컨대, 120)을 따라 배치될 수 있다. 하나 이상의 링 패턴, 하나 이상의 직사각형 패턴, 무작위 패턴 등과 같은 다른 구조가 예상된다.
에지 검출 시스템의 확산기 및 광원 구조의 결과로서, 광은 센서 또는 카메라에 의해 수신되도록 베벨 상의 모든 표면으로부터 반사되고 산란된다. 즉, 베벨형 표면의 실질적인 부분 또는 전부가 촬영된다.
카메라 또는 센서(108)는 또한 베벨형 에지(예컨대, 102a~c)의 하나 이상의 표면의 특정한 세트로부터 산란된 광을 수광하도록 위치 설정될 수 있다. 센서 또는 카메라(108)는 일반적으로 해당 에지로부터 산란된 광의 일부를 검출기/센서(108b) 위로 지향시키고 집속하는 포집 광학 기기(108a)를 포함한다. 카메라(108)는 확산기(106)에 통합될 수 있다. 예컨대, 센서(108)는 확산기(106)의 홀 또는 슬롯 내에 장착 또는 접합될 수 있다. 카메라는 확산기의 내부면(106b)에 대해 동일한 높이가 되도록 또는 확산기 표면 아래의 우묵한 곳에 들어가도록 장착 또는 접합될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 예컨대 카메라(18)는 베벨형 표면의 전부로부터 광을 수광하도록 측면 에지(102c)에 수직으로 위치 설정된다. 카메라(108)는 하나 이상의 베벨형 표면들의 특정한 세트로부터 광을 수광하도록 임의의 적절한 각도로 조절식으로 또는 고정식으로 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 확산기, 광원, 및 센서(108)는 하나 이상의 에지 표면들의 특정한 세트를 관찰 및 촬영하도록 복수 개의 위치[예컨대, 도 1a의 수직 축선(112)에 관한 방향(θ) 또는 축선(113)에 관한 방향(Ψ)]로 위치 설정 메카니즘(116)을 통해 회전될 수 있다. 위치 설정 메카니즘(116)은 스크류 드라이브와 스텝 모터, 피드백 위치를 갖는 리니어 드라이브, 또는 밴드 액츄에이터와 스텝 모터와 같이 임의의 형태를 취할 수 있다.
대안으로, 센서(108)는 확산기(106)에 관하여 상이한 각도로 고정식으로 위치 설정될 수 있다. 도 2는 센서가 대안적인 위치에서 확산기에 장착되는 대안적인 에지 검출 시스템의 절취 측면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 광원(예컨대, 104a~e 및 104g~k)은 센서(108)에 관하여 비대칭으로 분포된다. 예컨대, 센서(108)와의 선 위에 5개의 광원이 분포되고 선 아래에 6개의 광원이 분포된다. 센서(108)는 또한 법선(112)으로부터 각도(θ)에 위치 설정된다.
광원(예컨대, 104a~k)은 콤팩트한 에지 검출 시스템을 형성하도록 임의의 적절한 방식으로 확산기(106)에 부착되거나 확산기에 인접하게 위치 설정될 수 있다. 바람직하게는, 광원과 확산기의 외부면(예컨대, 도 1a의 106a) 사이의 거리는 3 mm 내지 약 1 인치의 범위를 갖는다. 예컨대, 해당 에지와 대면하는 LED가 확산기 내부면(예컨대, 106b)에 대향하는 확산기 외부면(예컨대, 106a)에 부착될 수 있다. 다른 예에서, 광원은 확산기의 외부면에 인접하게 위치 설정되는 다른 피스에 커플링되거나, 고정되거나, 또는 통합될 수 있다. 도 3은 변형예에 따른, 따로 떨어져 있고 확산기(106)에 인접한 지지 피스(302)에 광원들이 장착되는 에지 검출 시스템(300)의 절취 측면도이다. 지지 피스(320)는 광원들 전부를 유지하기 위한 단일 피스 또는 상이한 광원들을 유지하기 위한 다수의 피스를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 지지 피스(302)가 확산기(106)에 인접하게 위치 설정될 때에, 지지 피스(302)는 확산기 둘레를 둘러싸도록 돔형으로 형성된다.
다른 실시예에서, 확산기는 샘플에 관한 확산기의 이동 자유도를 가능하게 하도록 형성될 수 있지만, 샘플은 확산기의 내부면 및 센서에 가깝게 위치 설정된다. 도 4a는 본 발명의 변형예에 따른 에지 검출 시스템(400)의 사시도이다. 도 4b는 도 4a의 에지 검출 시스템(400)의 절취 측면도이다. 확산기(406)는 샘플(102)이 삽입될 수 있는 슬롯(410a, 410b)을 포함한다. 검출 시스템(400)은 샘플(102)과 동일한 평면에서, 예컨대 축선(414) 둘레에서 방향(416)으로 회전될 수 있다. 샘플(102)의 측면 에지(102c)에 관하여 법선 축선을 따라 위치 설정되는 센서에 의해 획득되는 이미지와 비교했을 때에, 상이한 방위각[측면 에지(102c)에 관하여 비-법선]은 추가의 또는 상이한 정보로 상이한 구조 또는 결함이 촬영되게 할 수 있다. 즉, 특정한 구조(예컨대, 반복 패턴)가 사각으로부터 관찰되면, 그러한 구조는 더 선명하게 촬영될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 카메라를 갖는 에지 검출 시스템(500)의 절취 측면도이다. 도시된 바와 같이, 다수의 카메라(예컨대, 508a, 508b, 508c)는 확산기(506) 내에 위치 설정될 수 있다. 상이한 카메라는 임의의 갯수의 용례를 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 각 카메라는 해당 표면에 관하여 상이한 각도로 배치될 수 있다. 각 카메라는 또한 특정한 범위의 파장 또는 칼라를 검출하도록 구성될 수 있다. 물론, 다수의 칼라를 검출하도록 각각 구성되는 카메라가 이 실시예에서 또는 본 명세서에 설명되는 임의의 실시예에서 대안으로 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 센서 시스템(600)의 개략도이다. 이 센서 시스템은 상이한 칼라 또는 파장 범위를 수신하고 검출하도록 배치된다. 예컨대, 검출된 광은 렌즈 요소(602)에 의해 수신될 수 있고, 렌즈 요소는 수신된 광을 제1 필터(604)를 향해 지향시킨다. 제1 필터(604)는 제1 세트의 파장(예컨대, 레드 그린)을 제2 필터(608)를 향해 투과하고 제2 세트의 파장(예컨대, 블루)을 제1 검출기(606)를 향해 반사한다. 제2 필터(608)는 제3 세트의 파장(예컨대, 레드)을 제2 검출기(612)를 향해 투과하고 제4 세트의 파장(예컨대, 그린)을 제3 검출기(610)를 향해 반사한다. 물론, 센서는 하나 이상의 검출기에 의해 임의의 적절한 갯수의 파장 범위를 검출하도록 구성될 수 있다.
특정한 실시예에서, 광을 샘플을 향해 발생, 확산 및 산란하기 위한 에지 검출 시스템의 구성요소는 모두 전자적이고, 광을 원격 지점으로부터 샘플로 지향시키기 위한 어떠한 광학 기기도 포함하지 않는다. 즉, 이들 에지 검출 시스템은 광이 멀리서 발생되어 부피가 큰 광학 요소를 통해 샘플로 지향될 필요가 없다. 게다가, 광원이 확산기에 인접하게 배치되는 실시예에서는, 원형 또는 베벨형 에지를 조명하고 촬영하기에 충분한 광을 발생시키기 위해 더 적은 갯수의 광원이 요구될 수 있다. 더 적은 광원은 또한 열 부하를 감소시키고, 전력 요건을 저하시키며, 광원의 수명을 연장시키고, 시스템에서의 마모를 적게 할 수 있다. 에지 검출 시스템의 특정한 실시예는 또한 임의의 적절한 계측 또는 검사 툴에 쉽게 끼워질 수 있는 단일의 통합된 유닛을 제공할 수 있다.
변형예에서, 에지 검출 시스템은 조명을 하나 이상의 원격 광원으로부터 복수 개의 광섬유를 통해 확산기로 지향시킬 수 있다. 도 7은 본 발명의 대안적인 구현예에 따른, 광섬유 번들을 이용하는 에지 검출 시스템(700)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 광원(704)(또는 다수의 광원)은 복수 개의 섬유를 위한 조명을 발생시킨다. 각 섬유(702)의 일단부는 광원(704)에 인접하고, 각 섬유(702)의 대향 단부는 확산기(106)의 특정한 위치에 근접하게 위치 설정된다. 즉, 섬유(702)는 확산기(106)의 외부면(106a) 상의 상이한 지점에 개별적인 광원을 제공한다. 각 섬유는 그 대응하는 지점에서 확산기로 광을 출사하고, 그러한 광은 전술한 바와 같이 확산기(106)에 의해 산란 및 확산된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 에지 검출 프로세스(800)를 설명하는 흐름도이다. 처음에, 단계(802)에서, 샘플의 원형 에지 둘레에 위치 설정되는 확산기의 외부면 상의 복수 개의 위치에서 복수 개의 조명 빔(또는 광원)이 발생될 수 있다. 단계(804)에서, 확산기는 발생된 조명 빔을 산란 및 확산시키고 균일한 광을 (예컨대, 전술한 바와 같이 다수의 입사각으로) 샘플의 원형 에지 위로 출사한다.
이어서, 단계(806)에서, 원형 에지의 실질적인 부분으로부터 산란된 출사 광은 센서(또는 다수의 센서들)에 의해 수신된다. 다음에, 단계(808)에서, 원형 에지의 실질적인 부분의 이미지가 수신된 출사 광을 기초로 하여 생성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 에지 검출 시스템 및 방법은 임의의 적절한 광학 촬영 시스템에 통합될 수 있다. 에지 검출 시스템은 도 9에 개략적으로 예시된 검사 시스템(950)과 같이 특별하게 구성된 다양한 검사 또는 검열 시스템에 통합될 수 있다. 검사 시스템(950)은 샘플(S)의 상단면을 검사하기 위한 구성요소들 뿐만 아니라 샘플(S)의 에지를 촬영하기 위한 구성요소들을 포함할 수 있다.
상단면을 위해, 예시된 검사 시스템(950)은 평면(952)에 있는 레티클 또는 웨이퍼 등의 샘플(S) 위로 조명 광학 기기(951a)를 통해 지향되는 광선을 생성하는 조명원(960)을 포함한다. 광원의 예는 코히런트 레이저 광원(coherent laser light source; 예컨대, 딥 UV 또는 기체 레이저 발생기), 필터형 램프, LED 광원 등을 포함한다. 검사 대상 샘플(S)은 평면(952)에서 스테이지 상에 배치되고 광원에 노출된다.
(예컨대, 레티클을 위해) 샘플(S)로부터 패터닝된 이미지는 패터닝된 이미지를 센서(954a) 상으로 투사하는 광학 요소(953a)의 포집을 통해 지향될 수 있다. 반사 시스템에서, 광학 요소[예컨대, 빔 스플리터(976)와 검출 렌즈(978)]는 반사된 광을 센서(954b) 상으로 지향시키고 캡쳐한다. 2개의 센서가 도시되어 있지만, 동일한 레티클 영역의 상이한 스캔 중에 반사되고 투과된 광을 검출하는 데에 단일 센서가 사용될 수 있다. 적절한 센서는 전하 결합 소자(CCD; charged coupled device), CCD 어레이, 시간 지연 적분(TDI; time delay integration) 센서, TDI 센서 어레이, 광전자 증배관(PMT; photomultiplier tube), 및 기타 센서들을 포함한다.
샘플(S)의 패치를 스캔하기 위해, 조명 광학 기기 컬럼이 스테이지에 대해 이동될 수 있고 및/또는 스테이지가 임의의 적절한 메카니즘에 의해 검출기 또는 카메라에 대해 이동될 수 있다. 예컨대, 모터 메카니즘이 스테이지를 이동시키는 데에 이용될 수 있다. 모터 메카니즘은, 일례로서, 스크류 드라이브와 스텝 모터, 피드백 위치를 갖는 리니어 드라이브, 또는 밴드 액츄에이터와 스텝 모터로 형성될 수 있다.
에지를 위해, 검사 시스템(950)은 또한 전술한 바와 같은 에지 검출 시스템(예컨대, 100)을 포함할 수 있다. 샘플(S)의 에지를 촬영하기 위하여 임의의 에지 검출 시스템이 검사 시스템(950) 내에 사용될 수 있다. 검사 시스템(950)은 또한 전술한 바와 같이 에지 검출 시스템을 에지를 촬영하기 위한 위치로 이동시키는 위치 설정 메카니즘(116)을 포함할 수 있다.
각 센서[검사 시스템의 954a 및 554b와 에지 검사 시스템(100)의 센서]에 의해 캡쳐된 신호는, 센서로부터의 아날로그 신호를 처리용 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그 대 디지털 변환기를 포함할 수 있는 컴퓨터 시스템(973)에 의해, 또는 보다 일반적으로는 신호 처리 디바이스에 의해 처리될 수 있다. 컴퓨터 시스템(73)은 감지된 광선의 강도, 상(phase), 이미지 및/또는 다른 특성을 분석하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(973)은 이미지 및 다른 검사 특성을 디스플레이하기 위한 유저 인터페이스를 (예컨대, 컴퓨터 스크린 상에) 제공하도록 (예컨대, 프로그래밍 명령에 의해) 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템(973)은 또한 검출 임계값, 초점 등의 변화와 같은 유저 입력을 제공하기 위한 하나 이상의 입력 디바이스(예컨대, 키보드, 마우스, 조이스틱)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(973)은 통상적으로 입력/출력 포트에 커플링되는 하나 이상의 프로세서, 및 적절한 버스 또는 다른 통신 메카니즘을 경유한 하나 이상의 메모리를 갖는다.
그러한 정보 및 프로그램 명령은 특별하게 구성된 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있기 때문에, 그러한 시스템은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있고 본 명세서에서 설명되는 다양한 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령/컴퓨터 코드를 포함한다. 기계 판독 가능 매체의 예는, 제한하지 않지만, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프 등의 자기 매체; CD-ROM 디스크 등의 광학 매체; 광 디스크 등의 광자기 매체; 및 리드 온리 메모리 디바이스(ROM) 및 랜덤 엑세스 메모리(RAM)와 같이 프로그램 명령을 저장 및 수행하도록 특별하게 구성되는 하드웨어 디바이스를 포함한다. 프로그램 명령의 예는 컴파일러(compiler)에 의해 생성되는 것과 같은 기계 코드와, 번역기를 이용하여 컴퓨터에 실행될 수 있는 더 높은 레벨의 코드를 포함하는 파일을 모두 포함한다.
특정한 실시예에서, 샘플을 검사하는 시스템은, 전술한 기술을 수행하고 및/또는 검사 툴을 작동시키도록 구성되는 적어도 하나의 메모리와 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.
전술한 설명 및 도면은 시스템의 특정한 구성요소에 관한 제한으로서 해석되지 않고 시스템은 많은 다른 형태로 구현될 수 있다는 점을 유념해야 한다. 예컨대, 검사 또는 측정 툴은 레티클 또는 웨이퍼의 피쳐의 중요한 측면을 해결하도록 배치되는, 다수의 적절하고 공지된 촬영 또는 계측 툴 중 임의의 툴일 수 있다. 일례로서, 검사 또는 측정 툴은, 명시야 촬영 현미경 검사, 암시야 촬영 현미경 검사, 풀 스카이 촬영 현미경 검사(full sky imaging microscopy), 상 대비 현미경 검사, 편광 대비 현미경 검사, 및 간섭 프로브 현미경 검사에 맞춰질 수 있다. 또한, 타겟의 이미지를 캡쳐하기 위하여 단일 및 다중 촬영 방법이 사용될 수 있다는 점이 예상된다. 이들 방법은, 예컨대 단일 채취, 이중 채취, 단일 채취 간섭 프로브 현미경 검사(CPM; coherence probe microscopy) 및 이중 채취 CPM 방법을 포함한다. 산란 측정법(scatterometry) 등의 비-촬영 광학 방법이 예상될 수 있다.
전술한 방법은 이해의 명확화를 위해 일부 상세하게 설명되었지만, 특정한 변화 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주 내에서 실시될 수 있다는 점이 명백할 것이다. 본 발명의 프로세스, 시스템, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식이 존재한다는 점을 유념해야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 제한이 아니라 예시로서 고려되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 상세 내용으로 제한되어서는 안된다.

Claims (20)

  1. 샘플(sample)의 원형 에지를 촬영하는 시스템으로서,
    상기 샘플의 원형 에지를 향해 위치 설정되는 내부면과, 상기 내부면에 대향하는 외부면을 갖는 곡선형 확산기(curved diffuser);
    상기 확산기가 복수 개의 입사각으로 샘플의 원형 에지 위에 균일한 광을 출사하도록 확산기의 외부면 상의 복수 개의 지점(position)에 인접하게 복수 개의 조명 빔을 발생시키는 복수 개의 광원; 및
    입사광에 응답하여 샘플의 원형 에지로부터 산란된 광을 수광하고 이미지를 생성하기 위해 검출된 신호를 생성하는 센서를 포함하며,
    상기 광원, 확산기, 및 센서는 콤팩트한 형태로 통합되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 3 mm 이하의 직경을 갖는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 확산기는 돔형으로 형성되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 샘플은 웨이퍼이고, 상기 에지는 그러한 웨이퍼의 베벨형(beveled) 에지이며, 상기 확산기는 균일한 광을 베벨형 에지의 모든 표면 위에 출사하도록 형성 및 크기 설정되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 균일한 광은 또한 웨이퍼의 상단면의 경계 영역을 커버하는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서는 상기 베벨형 에지의 하나 이상의 표면의 특정한 세트로부터 산란된 광을 수광하도록, 광원에 관하여 확산기에 위치 설정되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 센서는 확산기의 홀 내에 장착되거나 접합되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 센서는 홀 내에 그리고 확산기의 내부면에 관하여 우묵하게 들어가 있는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원형 에지의 하나 이상의 표면의 상이한 세트를 촬영하도록 상기 확산기, 광원, 및 센서를 상이한 지점으로 조정가능하게 이동시키는 위치 설정 메카니즘을 더 포함하는 원형 에지 촬영 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 확산기의 외부면으로부터 약 3 mm 내지 1 인치의 거리에 위치 설정되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광원이 고정되는 지지 구조체를 더 포함하는 원형 에지 촬영 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 확산기의 외부면에 고정되는 LED(light emitting diode)인 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 확산기는 상기 샘플이 삽입될 수 있는 슬롯을 포함하고, 상기 시스템은, 상기 샘플이 확산기의 슬롯을 통해 이동하고 센서가 상이한 입사각으로부터 광을 수광하도록, 상기 확산기, 광원, 및 센서를 슬롯과 평행한 평면에서 회전시키는 위치 설정 메카니즘을 더 포함하는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상이한 입사각에서 광을 수광하도록 상기 확산기에 삽입되는 복수 개의 센서를 더 포함하는 원형 에지 촬영 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광원은 하나 이상의 광 발생기로부터 광을 지향시키는 복수 개의 광섬유의 형태인 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 광원은 조명 빔을 임의의 광학 요소를 통해 확산기로 전송하지 않고 조명 빔을 확산기 위로 직접 발생시키는 전자 구성요소로 구성되는 것인 원형 에지 촬영 시스템.
  17. 샘플을 검사하는 검사 시스템으로서,
    제1항에 따른 샘플의 원형 에지를 촬영하는 시스템;
    하나 이상의 제2 조명 빔을 샘플의 상단면을 향해 지향시키는 검사 광학 기기;
    샘플로부터 반사 또는 산란되는 출사 빔에 응답하여 샘플로부터 산란 또는 반사되거나 샘플을 통해 투과되는 출사 빔에 응답하여 검출된 신호 또는 이미지를 수신하는 검사 검출기; 및
    상기 검사 검출기로부터 검출된 신호 또는 이미지를 분석 또는 검토하여 샘플 상의 결함을 검출하도록 구성되고, 샘플의 원형 에지를 촬영하기 위한 시스템으로부터 검출된 신호 또는 이미지를 분석하여 샘플의 원형 에지 상의 결함을 검출하도록 구성되는 프로세서 및 메모리
    를 포함하는 검사 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광원은 조명 빔을 임의의 광학 요소를 통해 확산기로 전송하지 않고 조명 빔을 확산기 위로 직접 발생시키는 전자 구성요소로 구성되는 것인 검사 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 광원은 상기 확산기의 외부면에 고정되는 LED(light emitting diode)인 것인 검사 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 상기 광원은 하나 이상의 광 발생기로부터 광을 지향시키는 복수 개의 광섬유의 형태인 것인 검사 시스템.
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