KR20170095273A

KR20170095273A - 웨이퍼 검사를 위한 렌즈 어레이 기반 조명

Info

Publication number: KR20170095273A
Application number: KR1020177018504A
Authority: KR
Inventors: 퀴비아오 첸
Original assignee: 케이엘에이-텐코 코포레이션
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-08-22
Also published as: WO2016090307A1; TWI647448B; TW201625933A; IL252177B; US9625726B2; US20160161749A1; IL252177A0; KR102242926B1

Abstract

웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위한 조명을 제공하도록 구성된 시스템이 제공된다. 일 시스템은 광원에 의해 생성된 광의 형상과 상이한 형상을 갖는 제1 원시야 패턴(far field pattern)의 초점을 맞추도록 구성된 하나 이상의 동공 렌즈(pupil lens)를 포함한다. 또한, 시스템은 하나 이상의 동공 렌즈와 구경 조리개 사이에 위치 설정된 시야 렌즈 어레이를 포함한다. 또한, 시스템은 시야 렌즈 어레이에 의해 생성된 제2 원시야 패턴의 초점을 렌즈 그룹의 후초점면(back focal plane)에 맞추도록 구성된 렌즈 그룹을 포함한다. 렌즈 그룹의 후초점면은 검사될 웨이퍼가 웨이퍼 검사 동안 배치되는 웨이퍼 검사 도구의 시야 평면(field plane)이다.

Description

웨이퍼 검사를 위한 렌즈 어레이 기반 조명{LENS ARRAY-BASED ILLUMINATION FOR WAFER INSPECTION}

본 발명은 일반적으로 웨이퍼 검사를 위한 렌즈 어레이 기반 조명을 위하여 구성된 시스템에 관한 것이다.

다음의 설명 및 예는 본 섹션에서 이를 포함하는 것에 의해서 종래 기술로서 인정되지는 않는다.

검사 공정은 제조 공정에서 더 높은 수율과 이에 따른 더 높은 수익을 촉진하도록 웨이퍼 상의 결함을 검출하기 위해 반도체 제조 공정 동안 다양한 단계에서 사용된다. 검사는 항상 반도체 소자 제조의 중요한 부분이었다. 그러나, 반도체 소자의 치수가 감소함에 따라, 더 작은 결함이 소자를 불량이 되게 할 수 있기 때문에(치명적인 결함 크기도 소자 크기와 함께 축소됨), 검사는 허용 가능한 반도체 소자의 성공적인 제조에 훨씬 더 중요하게 된다.

웨이퍼 검사를 위한 균일한 조명 시야(illumination field)는 전형적으로 다음의 방법 중 하나를 통해 생성된다. 예를 들어, 균일한 조명 시야는 광대역 전자기 스펙트럼에 대한 로드(rod)의 측면에서 내부 전반사를 통하여 하나 이상의 속이 꽉 찬(solid) 직사각형 로드에 의해 생성될 수 있다. 다른 예에서, 균일한 조명 시야는 재료 흡수 및 광학적 손상이 광학 재료에 대하여 중요하게 되는 전형적으로 260 nm 미만의 파장의 협대역 전자기 스펙트럼에 대하여 상대적으로 높은 반사 코팅을 갖는 단일의 속이 빈(hollow) 광 파이프에 의해 생성될 수 있다. 추가적인 예에서, 균일한 조명 시야는 협대역 전자기 스펙트럼에 대하여 릴레이 광학 장치를 갖는 회절 광학 장치에 의해 생성될 수 있다.

웨이퍼 검사를 위한 조명 동공(illumination pupil)(반드시 톱 해트(top hat)의 균일한 동공일 필요는 없다)이 전형적으로 다음과 같은 방법을 통해 생성된다. 예를 들어, 조명 동공은 협대역 전자기 스펙트럼에 대하여 릴레이 광학 장치를 갖는 회절 광학 장치에 의해 생성될 수 있다. 다른 예에서, 조명 동공은 더 넓은 대역의 전자기 스펙트럼에 대하여 굴절 집광 광학 장치(refractive condenser optics)를 이용하여 생성될 수 있다. 추가의 예에서, 조명 동공은 광대역 전자기 스펙트럼에 대하여 반사 광학 장치, 특히 타원 광학 장치를 이용하여 생성될 수 있다.

웨이퍼 검사를 위하여, 다음의 조합이 조합된 시야 및 동공을 생성하기 위해 사용된다. 협대역에 대하여, 회절 광학 장치 및 굴절 광학 장치, 예를 들어, 릴레이 광학 장치를 이용하는 비구면 렌즈는 원하는 형상과 불균일성을 갖는 동공을 형성하는데 사용될 수 있고, 협대역 전자기 스펙트럼에 대하여 하나 이상의 직사각형의 균일한 시야를 생성하기 위하여 릴레이 광학 장치를 이용하는 굴절 광학 장치가 이어진다. 광대역에 대하여, 조합된 시야 및 동공은 균일한 동공 및 시야를 형성하기 위하여 굴절 집광 광학 장치 및 광 파이프(속이 꽉 차거나 속이 빈)의 조합에 의해 생성될 수 있다. 광대역에 대한 다른 예에서, 조합된 시야 및 동공은 동공 및 균일한 시야를 형성하기 위하여 광 파이프가 이어지는 타원형 반사기에 의해 생성될 수 있다. 광대역에 대한 추가적인 예에서, 조합된 시야와 동공은 균일한 동공 및 시야를 형성하기 위하여 광 파이프, 릴레이 광학 장치 및 광 파이프가 이어지는 타원 반사기에 의해 생성될 수 있다. 광대역에 대한 다른 예에서, 조합된 시야 및 동공은 균일한 동공 및 시야를 형성하기 위하여 광 파이프, 마이크로 렌즈 어레이 및 광 파이프가 이어지는 타원 반사기에 의해 생성될 수 있다.

그러나, 위에서 설명된 종래에 사용된 광학 구성에 복수의 단점이 있다. 예를 들어, 회절 광학 장치는 협대역 애플리케이션에 대하여 일반적이고, 재료 분산 때문에 광대역 애플리케이션에 적합하지 않다. 또한, 플라즈마 소스가 일반적으로 4π 입체각(solid angle)으로 방출함에 따라, 집광기 개구수(numerical aperture)(NA, 예를 들어, NA ≤ 0.9) 때문에, 굴절 집광기와 광 파이프 조합은 예를 들어 ~π인 제한된 광 수집 입체각을 가진다. 집광기의 작동 거리는 상대적으로 높은 전력의 레이저로 유도된 플라즈마 소스와 함께 사용되기에 너무 짧을 수 있다. 다른 예에서, 타원 반사기의 수집 입체각은 3π에 접근할 수 있다. (수집 입체각은, 이론적으로, 2개의 타원 미러로 거의 4π에 접근할 수 있고, 구면 미러가 특별한 타원 미러로 고려된다. 그러나, 이러한 구성은 구현하기 어렵고, 잠재적인 광 이득은 플라즈마 재흡수 때문에 제한될 수 있다.) 그러나, 적절한 작동 거리를 이용한 타원 반사기의 각도 배율은 타원 반사기에 의해 생성된 동공이 단독으로 실질적으로 큰 불균일성을 가지도록 실질적으로 높을 수 있다. 이 불균일성은 기계 간 매칭을 위해 바람직하지 않다. 또 다른 예에서, 상대적으로 높은 전력의 광대역 DUV(deep ultraviolet) 애플리케이션에 대한 로드, 릴레이 광학 장치(또는 렌즈 어레이) 및 로드 접근 방식은 열 관리, 재료 처리 및 재료 흡수와 수명 문제 때문에 일반적으로 바람직하지 않다.

따라서, 하나 이상의 전술한 단점을 가지지 않는 웨이퍼 검사를 위한 조명을 제공하기 위한 시스템을 개발하는 것이 유리할 것이다.

다양한 실시예에 대한 이어지는 설명은 어떠한 방식으로도 첨부된 청구범위의 청구물을 한정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.

일 실시예는 웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템에 관한 것이다. 시스템은 광을 생성하도록 구성된 광원을 포함한다. 또한, 시스템은 광원에 의해 생성된 광의 형상과 상이한 형상을 갖는 광의 제1 원시야 패턴(far field pattern)을 생성하도록 구성된 하나 이상의 동공 렌즈(pupil lens)를 포함한다. 또한, 시스템은 시야 렌즈 어레이(field lens array)를 포함하고, 시야 렌즈 어레이는 하나 이상의 동공 렌즈와 시야 렌즈 어레이에 근접하게 위치 설정된 구경 조리개(aperture stop) 사이에 위치 설정된다. 시야 렌즈 어레이는 시야 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 광의 제2 원시야 패턴을 생성하도록 구성된다. 시스템은 렌즈 그룹을 더 포함한다. 구경 조리개는 시야 렌즈 어레이와 렌즈 그룹 사이에 배치된다. 렌즈 그룹은 제2 원시야 패턴의 초점을 렌즈 그룹의 후초점면(back focal plane)에 맞추도록 구성된다. 렌즈 그룹의 후초점면은 웨이퍼 검사 동안 검사될 웨이퍼가 제2 원시야 패턴으로 조명되도록 웨이퍼가 배치되는 웨이퍼 검사 도구의 시야 평면(field plane)이다. 시스템은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 더 구성될 수 있다.

다른 실시예는 웨이퍼를 검사하도록 구성된 시스템에 관한 것이다. 시스템은 위에서 설명된 시스템의 요소들을 모두 포함한다. 또한, 본 시스템은, 제2 원시야 패턴의 초점이 렌즈 그룹에 의해 시야 평면에 맞추어짐에 따라 웨이퍼의 조명에 기인하는 웨이퍼로부터의 광을 검출하고, 검출된 광에 응답하는 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 검출기를 포함한다. 또한, 본 시스템은 출력에 기초하여 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 구성된 컴퓨터 서브 시스템을 포함한다. 시스템은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 더 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 숙독과 다음의 첨부 도면에 대한 참조에 따라 명백해질 것이다.
도 1은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 구성된 시스템의 실시예의 측면도를 도시하는 개략도이다.
도 2는 동공 렌즈 어레이의 적어도 일부의 일 실시예의 단면도를 도시하는 개략도이다.
도 3은 동공 렌즈 어레이의 일 실시예에 의해 생성될 수 있는 광의 제1 원시야 패턴의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 구성된 시야 렌즈 어레이의 적어도 일부의 일 실시예의 단면도를 도시하는 개략도이다.
도 5는 시야 렌즈 어레이의 일 실시예에 의해 생성될 수 있는 광의 제2 원시야 패턴의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 동공 렌즈 어레이의 적어도 일부의 일 실시예의 단면도, 동공 렌즈 어레이 내의 하나의 개별 렌즈의 일 실시예의 사시도, 그 하나의 개별 렌즈에 입사하고 이를 관통하고 이를 빠져나오는 광선 및 동공 렌즈 어레이에 의해 생성될 수 있는 광의 제1 원시야 패턴을 도시하는 개략도이다.
도 7은 시야 렌즈 어레이의 적어도 일부의 일 실시예의 단면도, 시야 렌즈 어레이 내의 하나의 개별 렌즈의 일 실시예의 사시도, 그 하나의 개별 렌즈에 입사하고 이를 관통하고 이를 빠져나오는 광선 및 시야 렌즈 어레이에 의해 생성될 수 있는 광의 제2 원시야 패턴을 도시하는 개략도이다.
도 8은 톱 해트(top hat) 형상의 방사 조도(irradiance)를 도시하는 그래프이다.
본 발명이 다양한 변형예 및 대안적인 형태로 되기 쉽지만, 이의 특정 실시예는 도면에서 예로서 도시되고, 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 도면 및 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 한정하도록 의도되지 않으며, 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정물, 균등물 및 대체물을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.

이제 도면을 참조하면, 도면들은 정확한 축척으로 작도되지 않은 것이 주목된다. 특히, 도면의 일부 요소의 축척은 그 요소의 특징을 강조하기 위해 상당히 과장된다. 또한, 도면들은 동일한 축척으로 작도되지 않았다는 점이 주목된다. 유사하게 구성될 수 있는 2개 이상의 도면에 나타나는 요소들은 동일한 참조 번호를 이용하여 표시된다. 본 명세서에 달리 언급되지 않는다면, 설명되고 도시된 임의의 요소는 임의의 적합한 상업적으로 입수 가능한 요소를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 실시예들은 일반적으로 일체의 렌즈 어레이 조명 시스템에 관한 것이다. 다른 말로 하면, 본 명세서에서 설명된 실시예들은 시스템을 위하여 조명 동공(illumination pupil)과 조명 시야(illumination field)를 생성하도록 구성된 렌즈 어레이를 포함한다.

일 실시예는 웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템에 관한 것이다. 웨이퍼 검사를 위하여, 도구 간에 실질적으로 균일한 동공 조명과 실질적으로 일관된 조명 시야 프로파일을 갖는 것이 중요하다. 또한, 더 짧은 파장을 위하여, 더 긴 수명 동안 상대적으로 높은 플루언스(fluence)를 지속할 수 있는 광학 구성을 갖는 것이 중요하다.

본 명세서에서 설명된 실시예는 다음 중 하나 이상을 생산할 수 있는 시스템을 제공함으로써 이러한 능력을 제공하도록 구성된다: 광대역 전자기 스펙트럼을 갖는 조명광; 웨이퍼를 위한 공간적으로 균일한 조명; 웨이퍼의 모든 위치에 대하여 일관된 각도 균일(또는 제어된 각도 분포) 조명; 및 DUV(deep ultraviolet) 및 VUV(vacuum ultraviolet) 전자기 스펙트럼의 상대적인 높은 전력 밀도 하에서 적절한 소유 비용으로 연장된 수명을 가능하게 하는 주요 컴포넌트를 갖는 조명 아키텍처. 본 명세서에 설명된 실시예와 연관된 일관된 각도 균일 조명은 모든 각도(시스템의 제한 내에서)로부터 웨이퍼로의 입사 에너지가 균일하거나 실질적으로 균일하다는 것을 의미한다. 또한, 이는 조명 동공에서의 방사 조도(irradiance)가 균일하거나 실질적으로 균일하다는 것을 의미한다.

도 1은 웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템의 일 실시예를 도시한다. 시스템은 광(102)을 생성하도록 구성된 광원(100)을 포함한다. 일 실시예에서, 광원에 의해 생성된 광은 광대역 광이다. 예를 들어, 광원은 광대역 플라즈마 광원일 수 있다. 광대역 광은 일반적으로 상대적으로 큰 범위의 파장을 걸쳐 있는 비이산형(non-discrete) 파장을 갖는 광으로서 정의될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원에 의해 생성된 광은 DUV 광을 포함한다. DUV 광은 일반적으로 대략 200 nm와 대략 400 nm 사이의 파장 또는 파장들을 갖는 광으로서 정의될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 광원에 의해 생성된 광은 VUV 광을 포함한다. VUV 광은 일반적으로 대략 200 nm 아래의 파장 또는 파장들을 갖는 광으로서 정의될 수 있다. 광원과 광원에 의해 생성되고 본 명세서에서 설명된 실시예에 의해 사용되는 광의 파장(들)은, 예를 들어, 조명을 이용하여 수행될 웨이퍼 검사의 종류 및/또는 조명을 이용하여 검사될 웨이퍼의 종류에 따라 변동될 수 있다. 원칙적으로, 광의 충분한 투과를 갖는 렌즈 어레이가 제조될 수 있는 재료가 있는 한, 본 명세서에서 설명된 실시예가 사용될 수 있는 파장(들)에 대한 제한은 없다.

또한, 시스템은 광원으로부터의 광(102)의 경로 내에 위치 설정된 하나 이상의 동공 렌즈(104)를 포함한다. 하나 이상의 동공 렌즈는 광원에 의해 생성된 광의 형상과 다른 형상을 갖는 광의 제1 원시야 패턴(far field pattern of light)을 생성하도록 구성된다.

일 실시예에서, 하나 이상의 동공 렌즈는 동공 렌즈 어레이를 포함하고, 제1 원시야 패턴이 갖는 형상은 동공 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 제1 원시야 패턴의 단면 형상을 가진다. 원시야 패턴에 관하여 본 명세서에서 용어가 사용되는 바와 같은 "단면 형상(cross-sectional shape)"은 원시야 패턴의 초점이 맞추어지는 평면에 평행한 평면에서의 원시야 패턴의 형상이다. 개별 렌즈에 관하여 본 명세서에서 용어가 사용되는 바와 같은 "단면 형상"은 개별 렌즈를 통한 광 이동 방향(또는 렌즈의 광축)에 수직인 평면에서의 개별 렌즈의 형상이다.

이러한 일 실시예에서, 광의 제1 원시야 패턴의 단면 형상은 육각형이다. 예를 들어, 동공 렌즈 어레이의 원시야 패턴은 육각형일 수 있는 동공 렌즈 어레이의 단위 셀 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 동공 렌즈 어레이의 개별 렌즈가 개별 렌즈의 전체 길이를 따라 실질적으로 동일한 단면 형상을 가질 수 있기 때문에, 동공 렌즈 어레이는 양 측에서 육각형 단위 셀을 가질 수 있다. 육각형 형상은 이러한 형상이 원에 상대적으로 가깝게 피팅되기 때문에(즉, 육각형은 원과 유사하여, 예를 들어, 제1 원시야 패턴 형상은 조명 동공 형상에 가깝게 매칭됨) 유익할 수 있고, 육각형 단면 형상을 갖는 동공 렌즈 어레이의 개별 렌즈는 함께 밀집될 수 있다.

이러한 일 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 동공 렌즈 어레이의 적어도 일부는 각각이 육각형인 단면 형상을 갖는 3개의 개별 렌즈(200)를 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 개별 렌즈들의 각각이 동일한 단면 형상을 가지기 때문에, 개별 렌즈들의 각각의 면들이 개별 렌즈들의 각각 사이에 실질적으로 공간이 없이 인접한 렌즈의 면과 접촉한다는 점에서, 이들은 함께 밀집될 수 있다. 동공 렌즈 어레이의 3개의 개별 렌즈가 도 2에 도시되지만, 동공 렌즈 어레이가 임의의 적합한 개수의 개별 렌즈를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이러한 동공 렌즈 어레이는 육각형 단면 형상을 역시 갖는 도 3에 도시된 광의 제1 원시야 패턴(300)을 생산하도록 구성될 수 있다. 다른 말로 하면, 도 3은 본 명세서에서 더 설명된 시야 렌즈 어레이의 앞 부분의 광의 방사 조도 패턴(300)을 도시하고, 광의 제1 원시야 패턴은 "추가 렌즈 그룹"이라고도 하는 제1 렌즈 그룹에 의해 맞추어질 수 있다. 방사 조도 패턴의 백색의 밝은 부분은 방사 조도 패턴의 조명된 영역에 대응하고, 방사 조도 패턴의 흑색 부분은 방사 조도 패턴의 조명되지 않은 영역에 대응한다.

일 실시예에서, 시스템은 추가 렌즈 그룹 또는 "제1 렌즈 그룹"(106)을 포함한다. 이러한 일 실시예에서, 동공 렌즈 어레이는 추가 렌즈 그룹의 전초점면(front focal plane)에 위치 설정되고, 추가 렌즈 그룹은 제1 원시야 패턴의 초점을 추가 렌즈 그룹의 후초점면(back focal plane)(110)에 맞추도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제1 렌즈 그룹은 동공 렌즈 어레이에 이어질 수 있고, 동공 렌즈 어레이의 실질적으로 균일한 육각형 원시야 패턴의 초점을 시야 렌즈 어레이의 앞쪽에 맞출 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "실질적으로 균일한(substantially uniform)"이라는 용어는 균일하지만 물리적 시스템의 통상적이고 일상적인 제한 때문에 가능성 있게는 일부 무시할 만한 불균일성을 갖는 것을 의미하도록 의도된다. 이러한 방식으로 "실질적으로 균일한"이라는 용어는 정확하게 균일한 상태와 시스템의 물리적 제한이 허용하는 정도의 균일성을 아우르도록 의도된다. "실질적으로(substantially)"라는 용어의 본 명세서에서의 다른 사용은 유사한 의미를 가지도록 의도된다.

도 1을 다시 참조하면, 시스템은 시야 렌즈 어레이(112)를 더 포함하고, 시야 렌즈 어레이(112)는 하나 이상의 동공 렌즈와, 시야 렌즈 어레이에 근접하게 위치 설정된 구경 조리개(aperture stop)(114) 사이에 위치 설정된다. 일 실시예에서, 시야 렌즈 어레이는 제1 렌즈 그룹의 후초점면(110)에 위치 설정된다. 시야 렌즈 어레이는 시야 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 광의 제2 원시야 패턴을 생성하도록 구성된다. 시스템 구경 조리개는 약간의 광 손실의 비용으로 시스템 구경 조리개의 기계적 이동을 위한 여지를 만들기 위하여 시야 렌즈 어레이로부터 상대적으로 작은 거리만큼 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 시야 렌즈 어레이와 구경 조리개 사이에 기계적 유격을 위한 상대적으로 작은 갭이 있을 수 있다. 이와 같이, 시야 렌즈 어레이에 관한 구경 조리개의 위치와 연계되는 "근접하게(proximate)"라는 용어의 사용은 시스템의 하나 이상의 요소의 임의의 기계적 이동을 허용하면서 가능한 한 시야 렌즈 어레이에 가깝게 되는 것으로 정의될 수 있다. 구경 조리개는 상대적으로 높은 각도의 광선을 시스템의 다른 요소로 전파하는 작업으로부터 제거하도록 구성될 수 있고, 이는 시스템에 의해 형성된 이미지의 모호함(blurriness)을 감소시킬 수 있다. 또한, 구경 조리개는 신호대 잡음비를 열화시킬 수 있고 렌즈 마운트 에폭시 및 렌즈 위치 정밀도를 열화시킬 수 있는 미광(stray light)을 감소시킬 수 있다.

시스템은 본 명세서에서 "제2 렌즈 그룹"이라고도 하는 렌즈 그룹(116)을 더 포함한다. 구경 조리개(114)는 시야 렌즈 어레이와 렌즈 그룹 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 구경 조리개(114)는 렌즈 그룹(116)의 전초점면(118)에 위치 설정된다. 예를 들어, 본 명세서에 더 설명되는 시야 평면에서의 텔레센트리시티(telecentricity)를 위하여, 구경 조리개는 렌즈 그룹의 전초점면에 배치된다. 그러나, 중간 시야 평면을 위하여, 구경 조리개 위치는 전체 광학계 최적화를 위하여 렌즈 그룹의 전초점면으로부터 의도적으로 떨어져 이동될 수 있다. 이 경우에, 텔레센트리시티 상태는 중간 시야 평면에서 깨어진다. 그러나, 중간 시야 평면과 최종 웨이퍼 평면 사이의 후속 릴레이 광학 장치는 그것을 보정할 수 있고, 텔레센트리시티 상태는 최종 웨이퍼 평면에서 여전히 유지될 수 있다.

렌즈 그룹은 렌즈 그룹의 후초점면(120)에 제2 원시야 패턴의 초점을 맞추도록 구성된다. 렌즈 그룹의 후조첨면은 웨이퍼가 제2 원시야 패턴으로 조명되도록 웨이퍼(122)가 웨이퍼 검사 동안 배치되는 웨이퍼 검사 도구의 시야 평면이다. 조명하의 웨이퍼와 조명 동공이 렌즈 그룹의 전초점면과 후초점면에 배치되기 때문에, 조명 동공과 웨이퍼는 푸리에 변환 쌍을 형성한다.

일 실시예에서, 제2 원시야 패턴의 단면 형상은 직사각형이다. 예를 들어, 시야 렌즈 어레이의 제2 원시야 패턴은 직사각형일 수 있는 시야 렌즈 어레이의 단위 셀 형상과 동일하다. 또한, 시야 렌즈 어레이의 개별 렌즈가 개별 렌즈의 전체 길이를 따라 실질적으로 동일한 형상을 가지기 때문에, 시야 렌즈 어레이는 양 측에서 직사각형 단위 셀을 가질 수 있다. 텔레센트릭 렌즈 설계를 위하여, 개별 렌즈렛(lenslet)의 전면과 후면은 모든 측면에서 정확하게 동일하게 설계된다. 이러한 종류의 설계는 에탕듀(etendue)를 보존하고 투과 광손실을 최소화한다.

직사각형 단면 형상을 갖는 시야 렌즈 어레이의 개별 렌즈가 함께 밀집될 수 있기 때문에 직사각형 형상은 유익할 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 시야 렌즈 어레이(112)의 적어도 일부는 각각이 직사각형인 단면 형상을 갖는 4개의 개별 렌즈(400)를 포함할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 개별 렌즈의 각각이 동일한 단면 형상을 가지기 때문에, 개별 렌즈들의 각각의 면들이 개별 렌즈들의 각각 사이에 실질적으로 공간이 없이 인접한 렌즈의 면과 접촉한다는 점에서, 이들은 함께 밀집될 수 있다. 시야 렌즈 어레이의 4개의 개별 렌즈가 도 4에 도시되지만, 시야 렌즈 어레이가 임의의 적합한 개수의 개별 렌즈를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이러한 시야 렌즈 어레이는 직사각형 단면 형상을 역시 갖는 도 5에 도시된 광의 제2 원시야 패턴(500)을 생산하도록 구성될 수 있다. 다른 말로 하면, 도 5는 렌즈 그룹의 시야 조리개 평면/후초점면에서 광의 방사 조도 패턴(500)을 도시한다. 방사 조도 패턴의 백색의 밝은 부분은 방사 조도 패턴의 조명된 영역에 대응하고, 방사 조도 패턴의 흑색 부분은 방사 조도 패턴의 조명되지 않은 영역에 대응한다. 이러한 방식으로, 렌즈 그룹은 시야 렌즈 어레이/시스템 구경 조리개에 이어지고, 시야 렌즈 어레이의 직사각형 원시야 패턴의 초점을 시스템 시야 평면인 렌즈 그룹의 후초점면에 맞춘다.

다른 실시예에서, 제2 원시야 패턴의 단면 형상은 웨이퍼 검사 도구의 검출기의 감광성 영역의 단면 형상과 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 본 명세서에서 더 설명되는 TDI(time delay integration) 센서와 같은 검출기는 도 5에 도시된 원시야 패턴의 단면 형상과 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 감광성 영역을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 상의 조명된 시야(시야 렌즈 어레이에 의해 생성된 제2 원시야 패턴에 의해 조명되고 초점이 렌즈 그룹에 의해 웨이퍼 표면에 맞추어지는 영역)가 웨이퍼 검사 도구의 검출기의 감광성 영역과 동일한 단면 형상을 가질 수 있고, 이는 검출기에 의해 검출될 수 있는 웨이퍼로부터의 광량을 최대화하는데 도움을 줄 수 있다. 검출기의 감광성 영역에 관하여 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "단면 형상"이라는 용어는 검출기의 감광성 영역으로의 광 이동 방향에 수직인 평면에서의 감광성 영역의 형상으로서 정의된다.

이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명된 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템은 동공 렌즈 어레이가 하나의 단위 셀 형상(예를 들어, 육각형)을 갖고 시야 렌즈 어레이가 상이한 단위 셀 형상(예를 들어, 직사각형)을 갖는 일체의 렌즈 어레이 조명기로서 구성될 수 있다. 동공 렌즈 어레이의 단위 셀 형상은 웨이퍼 상에서 검출될 결함에 대한 결함 신호대 잡음비를 강화하도록 선택될 수 있는 조명 동공에서의 조명의 원하는 형상에 기초하여 선택될 수 있고, 시야 렌즈 어레이의 단위 셀 형상은 검출기(들)의 감광성 영역의 형상에 밀접하게 매칭하는 형상을 갖는 실질적으로 균일한 조명 시야 방사 조도를 생성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 동공 렌즈 어레이 단위 셀은 제조될 수 있는 임의의 형상 및/또는 삼각형, 직사각형 및 육각형과 같은 함께 밀집될 수 있는(단지 효율성을 위하여) 임의의 형상을 가질 수 있다. 그러나, 조명 동공은 일반적으로 원형 어퍼처이다. 따라서, 동공 투과 효율을 개선하기 위하여, 최소 잉여 영역을 가지면서 원형 어퍼처에 밀접하게 매칭하기 때문에 육각형 형상이 동공 렌즈 어레이 단위 셀에 대하여 선택될 수 있다. 유사한 방식으로, 시야 렌즈 어레이 단위 셀은 삼각형, 직사각형 및 육각형과 같은 함께 밀집될 수 있는 임의의 것일 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 더 설명되는 시스템 검출기(들)는 일반적으로 직사각형 형상을 가진다. 따라서, 시야 투과 효율을 개선하기 위하여, 최소 잉여 영역을 가지면서 검출기 기하 구조에 매칭하기 때문에 직사각형 형상이 일반적으로 선택된다.

또한, 조명 동공은 촬상 동공(imaging pupil)보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 일부 경우에, 본 명세서에 설명된 시스템은 조명 동공 크기가 촬상 동공 크기와 실질적으로 매칭되도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 더 설명되는 것과 같은 광원으로부터 방출된 실질적으로 높은 에너지 광자는 전형적으로 UV 경화 에폭시인 렌즈 마운트에 대한 손상을 야기할 수 있기 때문에, 렌즈 지름을 감소시키고(비용을 줄이고) 렌즈 마운트 영역을 보호하기 위하여 상대적으로 양호하게 한정된 조명 동공을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

도 6 및 7은 각각 동공 렌즈 어레이와 시야 렌즈 어레이의 추가 세부사항을 도시한다. 예를 들어, 도 6은 육각형 단위 셀 형상과 육각형 원시야 패턴을 갖는 동공 렌즈 어레이의 일 실시예를 도시한다. 본 예에서, 동공 렌즈 어레이(601)는 각각의 단위 셀이 육각형 형상의 갖는 단위 셀 어레이를 포함한다. 동공 렌즈 어레이의 4개의 개별 렌즈가 도 6에 도시되지만, 동공 렌즈 어레이가 도 6에 도시된 것과는 상이한 개수의 개별 렌즈를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 동공 렌즈 어레이는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 동공 렌즈 어레이는 한 쌍의 고속 푸리에 변환(FFT(fast Fourier transform)) 평면을 형성하는 전면과 후면을 포함하고, 전면은 동공 렌즈 어레이의 전초점면이고, 후면은 동공 렌즈 어레이의 후초점면이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 동공 렌즈 어레이는 동공 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈 어레이 요소(604)의 전면(600)과 후면(602)이 한 쌍의 FFT 변환 평면을 형성하도록 설계될 수 있다. 따라서, 동공 렌즈 어레이의 전면과 후면은 한 쌍의 FFT 변환 평면을 형성할 것이다. 이와 같이, 전면(600)은 개별 렌즈 어레이 요소의 전초점면이고, 후면(602)은 개별 렌즈 어레이 요소의 후초점면이다.

다른 실시예에서, 동공 렌즈 어레이와 추가 렌즈 그룹은 시스템의 조명 동공에서 실질적으로 균일한 조명을 생성하도록 구성되고, 조명 동공은 렌즈 그룹의 전초점면에 위치된다. 이러한 방식으로, 조명 동공은 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈 그룹(116)의 전초점면(118)에 위치된다. 일반적으로, 샘플 평면에서 최대 입사각을 정의하는 원형 어퍼처(예를 들어, 구경 조리개(114))가 있을 수 있는 전초점면은 "조명 동공(illumination pupil)"이라 한다. 조명 동공 내의 조명은 실질적으로 전체 조명 영역 내에서 방사 조도 및 임의의 다른 특성에서 실질적으로 균일할 수 있다.

추가 실시예에서, 동공 렌즈 어레이는 광원으로부터의 광의 원시야 패턴의 초점을 동공 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 후면에 맞추도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 램프와 같은 광원(도 6에서는 도시되지 않음)으로부터 들어오는 에너지(606)의 원시야 패턴의 초점은 동공 렌즈 어레이에 의해 각각의 개별 렌즈 어레이 요소의 후면(602)에 맞추어진다.

다른 실시예에서, 동공 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 후면에 대한 광의 근시야(near field) 패턴은 광원으로부터의 광의 원시야 패턴이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 렌즈 어레이 요소 후면(602)에 대한 근시야 패턴(608)은 광원으로부터 들어오는 광(606)의 원시야 패턴이다. 렌즈 어레이 요소의 후면의 각각의 소스 포인트에 대한 원시야 패턴은 동공 렌즈 어레이 단위 셀 형상에 의해 결정되는 것과 동일한 형상의 패턴(예를 들어, 육각형)이다. 예를 들어, 원시야 검출기(610)가 도 6에 도시된 렌즈 어레이 요소의 후면의 소스 포인트에 대한 원시야 패턴을 검출하도록 배치되면, 광(612)은 위에서 더 설명된 방사 조도 패턴(300)을 가질 것이다. 위에서 더 설명된 바와 같이, 동공 렌즈 어레이는 추가 렌즈 그룹의 전초점면에 위치 설정될 수 있다. 따라서, 동공 렌즈 어레이가 추가 렌즈 그룹의 렌즈의 전초점면에 위치되도록 추가 렌즈 그룹의 렌즈가 동공 렌즈 어레이에 관하여 배치되면, 도 6에 도시된 원시야 패턴의 초점은 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 맞추어질 것이다.

다른 실시예에서, 동공 렌즈 어레이는 동공 렌즈 어레이의 후면에서 부(secondary) 소스 포인트로부터의 원시야 패턴 사이에 펼쳐 있는 각도를 최소화하는 텔레센트릭 설계를 가지며, 이에 의해 제1 원시야 패턴의 균일도와 방사 조도를 최대화한다. 다른 말로 하면, 중첩된 육각형 패턴이 균일도 및 방사 조도 모두에 있어서 최대화되도록, 동공 렌즈 어레이의 텔레센트릭 설계는 동공 렌즈 어레이 뒷쪽에서 부 소스 포인트로부터의 모든 이러한 육각형 원시야 패턴 사이에 펼쳐 있는 각도를 최소화한다. 이러한 방식으로 동공 렌즈 어레이는 위에서 더 설명된 바와 같이 실질적으로 균일한 조명을 생성하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 동공 렌즈 어레이의 후초점면은, 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일을 갖는 동공 렌즈 어레이 내의 개별 렌즈로부터의 개별 원시야 패턴이 서로 중첩되어 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어져 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일을 갖는 시야 렌즈 어레이의 조명을 형성하도록, 추가 렌즈 그룹의 전초첨면에 위치된다. 다른 말로 하면, 동공 렌즈 어레이의 후초점면이 추가 렌즈 그룹의 전초점면에 위치됨에 따라, 동공 렌즈 어레이로부터의 중첩된 톱 해트 원시야 패턴의 초점이 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 맞추어져 시야 렌즈 어레이의 조명을 위한 톱 해트 육각형 방사 조도 패턴을 형성한다.

"톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일"이 도 8에 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 패턴에서의 광의 방사 조도가 1차원의 조명에 걸친 위치(예를 들어, 조명의 단면 영역, 즉 조명 광학 장치의 광축에 수직인 평면에서의 영역의 지름에 걸친 위치)의 함수로서 그려지면, 방사 조도는 일반적으로 위치의 직사각형 함수이고, 조명된 영역 밖의 위치는 실질적으로 낮은(거의 없거나 무시할만한) 방사 조도를 가지며, 조명된 영역 안의 위치는 실질적으로 균일한 훨씬 더 높은 방사 조도를 가진다. 이러한 그래프는 일반적으로 톱 해트 형상을 갖는 그래프(800)로서 도 8에 도시된다. 이와 같이, 도 8에 도시된 그래프는 톱 해트 형상을 갖는 조명된 영역의 하나의 차원에 걸친 광의 방사 조도 프로파일이다. 이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명된 광의 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일은 조명된 영역 내에서 실질적으로 균일한 방사 조도를 가지며 조명된 영역의 에지에서 방사 조도의 극적인 감소를 가진다.

도 7은 직사각형 단위 셀 형상과 직사각형 원시야 패턴을 갖는 시야 렌즈 어레이의 일 실시예를 도시한다. 본 예에서, 시야 렌즈 어레이(112)는 각각의 단위 셀이 직사각형 형상을 갖는 단위 셀 어레이를 포함한다. 시야 렌즈 어레이의 4개의 개별 렌즈가 도 7에 도시되지만, 시야 렌즈 어레이가 도 7에 도시된 것과는 상이한 개수의 개별 렌즈를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 시야 렌즈는 본 명세서에 설명된 바와 같이 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어진 제2 원시야 패턴은 공간적으로 균일한 조명이다. 예를 들어, 렌즈 그룹에 의해 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어진 제2 원시야 패턴은 원시야 패턴에 걸쳐(그리고 그에 따라 공간에서) 광의 방사 조도 및 가능하게는 하나 이상의 다른 특성에서 균일(또는 실질적으로 균일)할 수 있다. 렌즈 그룹의 후초점면에서(그리고 그에 따라 시스템의 시야 평면에서) 이러한 원시야 패턴을 생성하는 것은 웨이퍼 상의 모든 위치가 실질적으로 균일한 조명으로 그리고 그에 따라 실질적으로 균일한 감도로 검사되는 것을 보장하도록 웨이퍼의 실질적으로 균일한 방사 조도 조명을 제공하는데 중요하다.

다른 실시예에서, 렌즈 그룹의 후초점면으로 지향된 광은 광이 실질적으로 균일한 렌즈 그룹의 후초점면으로 지향되는 모든 각도로부터 입사 에너지를 갖는다. 다른 말로 하면, 렌즈 그룹의 후초점면으로, 그리고 그에 따라 시스템의 시야 평면으로 지향된 광은, 모든 각도로부터(시스템의 한계 내에서) 웨이퍼로의 입사 에너지가 웨이퍼의 모든 위치에 대하여 균일하거나 실질적으로 균일한, 일관된 각도 균일 조명일 수 있다. 렌즈 그룹은, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 동공 렌즈(그리고 선택적으로는 추가 렌즈 그룹)에 의해 생산된 조명 동공에서의 실질적으로 균일한 방사 조도 때문만 아니라, 본 명세서에서 설명된 시야 렌즈 어레이 및 렌즈 그룹의 구성 때문에, 시야 평면에서 일관된 각도 균일 조명을 생산할 수 있다.

추가 실시예에서, 시야 렌즈 어레이는 한 쌍의 FFT 평면을 형성하는 전면 및 후면을 포함할 수 있고, 전면은 시야 렌즈 어레이의 전초점면이고, 후면은 시야 렌즈 어레이의 후초점면이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 시야 렌즈 어레이는 시야 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈 어레이 요소(704)의 전면(700)과 후면(702)이 한 쌍의 FFT 변환 평면을 형성하도록 설계될 수 있다. 따라서, 시야 렌즈 어레이의 전면과 후면은 한 쌍의 FFT 변환 평면을 형성할 것이다. 이와 같이, 전면(700)은 개별 렌즈 어레이 요소의 전초점면이고, 후면(702)은 개별 렌즈 어레이 요소의 후초점면이다.

들어오는(예를 들어, 추가 렌즈 그룹으로부터) 에너지(706)의 원시야의 초점은 시야 렌즈 어레이에 의해 각각의 개별 렌즈 어레이 요소의 후면(702)에 맞추어진다. 각각의 렌즈 어레이 요소 후면(702)에 대한 근시야 패턴(708)은 들어오는(예를 들어, 추가 렌즈 그룹으로부터) 광(706)의 원시야 패턴이다. 렌즈 어레이 요소의 후면의 각각의 소스 포인트에 대한 원시야 패턴은 시야 렌즈 어레이 단위 셀 형상에 의해 결정되는 것과 동일한 형상의 패턴(예를 들어, 직사각형)이다. 예를 들어, 원시야 검출기(710)가 도 7에 도시된 렌즈 어레이 요소의 후면의 소스 포인트에 대한 원시야 패턴을 검출하도록 배치되면, 광(712)은 위에서 더 설명된 방사 조도 패턴(500)을 가질 것이다. 위에서 더 설명된 바와 같이, 시야 렌즈 어레이는 렌즈 그룹의 전초점면에 위치 설정될 수 있다. 따라서, 시야 렌즈 어레이가 렌즈 그룹의 렌즈의 전초점면에 위치되도록 렌즈 그룹의 렌즈가 시야 렌즈 어레이에 관하여 배치되면, 도 7에 도시된 원시야 패턴의 초점은 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 맞추어질 것이다.

일부 실시예에서, 추가 렌즈 그룹에 의해 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어지는 제1 원시야 패턴은 제1 단면 형상을 갖는 톱 해트 형상의 방사 조도를 가지며, 렌즈 그룹에 의해 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어지는 제2 원시야 패턴은 제2 단면 형상을 갖는 톱 해트 형상의 방사 조도를 가지며, 제1 및 제2 단면 형상은 서로 상이하다(또는 동일할 수 있다). 예를 들어, 본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이, 시스템은 육각형일 수 있는 단면 형상을 갖는 방사 조도 톱 해트 조명 동공과 직사각형일 수 있는 단면 형상을 갖는 방사 조도 톱 해트 조명 시야를 함께 형성하는 2개의 렌즈 어레이(동공 렌즈 어레이(601) 및 시야 렌즈 어레이(112))와 2 세트의 릴레이 광학 장치(추가 렌즈 그룹(106) 및 렌즈 그룹(116))을 포함할 수 있다.

렌즈 그룹이 도 1에서 소정의 종류의 굴절 렌즈를 포함하는 것으로 도시되지만, 렌즈 그룹은 임의의 적합한 배열로 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 개수의 임의의 적합한 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 그룹에 포함된 렌즈는 오목하거나 볼록하거나 평평한 평면을 갖는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈를 포함할 수 있고, 광이 통과하는 렌즈의 표면은 오목하거나 볼록하거나 평평한 표면 등의 혼합을 포함할 수 있다. 또한, 시스템의 모든 요소(시스템 어퍼처 제외)가 도 1에서 굴절 광학 요소로서 도시되지만, 시스템은 또한 다른 종류의 광학 요소(예를 들어, 반사성, 회절성 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 협대역 애플리케이션에 대하여, 굴절 광학 요소(렌즈 어레이, 비구면 렌즈 등과 같은), 회절 광학 장치(CGH(computer generated hologram)과 같은) 및 반사 광학 장치(MEMS(micro-electro-mechanical system) 어레이)가 사용될 수 있다. 광대역 애플리케이션에 대하여, 굴절 및 반사 빔 성형 광학 장치가 색상의 영향을 감소시키기 위하여 선호된다.

하나 이상의 동공 렌즈가 동공 렌즈 어레이로서 구성되는 것으로 위에서 설명되지만, 하나 이상의 동공 렌즈는 반드시 렌즈 어레이를 포함하여야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서, 하나 이상의 동공 렌즈(104)는 단일의 단위 셀만을 갖는 유일한 하나의 비구면 렌즈일 수 있다. 특히, 하나 이상의 동공 렌즈는 소정의 빔 성형 목적을 위한 단일의 셀 비구면 렌즈일 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 제1 원시야 패턴의 형상은 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일이다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 동공 렌즈에 의해 생성된 형상은 원시야 패턴으로의 광의 이동 방향에 수직인 원시야 패턴의 1차원 또는 2차원에 걸친 광의 방사 조도의 그래프의 형상일 수 있다. 예를 들어, 이러한 빔 성형 목적은 레이저 가우시안(Gaussian) 빔 형상을 직사각형 톱 해트 형상으로 변경하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 동공 렌즈에 의해 생성된 광의 제1 원시야 패턴의 형상은 제1 원시야 패턴에 걸친 광의 방사 조도 프로파일의 형상일 수 있다. 이러한 경우에, 단위 셀은 임의의 형상일 수 있고, 렌즈 측면 형상은 이것이 생성하는 원시야 패턴과 아무런 관계도 가지지 않을 수 있다.

하나 이상의 동공 렌즈가 동공 렌즈 어레이를 포함하지 않을 때, 시스템은 위에서 설명된 추가 렌즈 그룹을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 하나 이상의 동공 렌즈의 비구면 구성에서, 제1 렌즈 그룹은 필요하지 않을 수 있고, 비구면 렌즈의 전면과 후면은 푸리에 변환 쌍이 아닐 수 있다. 시스템이 추가 렌즈 그룹을 포함하지 않는 일 실시예에서, 시야 렌즈 어레이는 하나 이상의 동공 렌즈의 후초점면에 위치 설정된다. 이 경우에, 시야 렌즈 어레이는, 반드시 동공 렌즈의 초점면은 아닌, 원하는 동공 패턴이 동공 렌즈 그룹에 의해 형성되는 평면에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 추가 렌즈 그룹(106)을 포함한다. 하나 이상의 동공 렌즈는 추가 렌즈 그룹(106)의 전초점면(108)에 위치 설정된다. 추가 렌즈 그룹은 제1 원시야 패턴의 초점을 추가 렌즈 그룹의 후초점면(110)에 맞추도록 구성된다. 시야 렌즈 어레이(112)는 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 위치 설정된다. 이러한 방식으로, 추가 렌즈 그룹은 하나 이상의 동공 렌즈에 의해 생성된 광의 원시야 패턴을 추가 렌즈 그룹의 후초점면으로 릴레이할 수 있다. 추가 렌즈 그룹은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 더 구성될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 설명된 조명을 제공하도록 구성된 시스템은 스펙트럼 필터(들), 편광 요소(들), 반사 요소(들), 공간 필터(들), 빔 스플리터(들) 및 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 다른 광학 요소(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 다른 광학 요소는 시스템 내의 임의의 적합한 위치에 시스템을 통과하는 광로를 따라 위치 설정될 수 있다. 또한, 시스템이 직각 또는 실질적으로 직각인 입사각으로 시야 평면으로 광을 지향시키는 것으로 도 1에 도시되지만, 시스템은 임의의 다른 적합한 입사각(예를 들어, 0도 내지 64도)으로 시야 평면으로 광을 지향시키도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 웨이퍼 검사 도구는 웨이퍼의 명시야(bright field(BF)) 검사를 위하여 구성된다. 예를 들어, 웨이퍼 검사 도구는 웨이퍼로부터 정반사된 광을 검출하고, 웨이퍼로부터 정반사되고 하나 이상의 검출기에 의해 검출된 광에 응답하는 하나 이상의 검출기에 의해 생성된 출력에 기초하여 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 웨이퍼 검사 도구는 웨이퍼의 암시야(dark field(DF)) 검사를 위하여 구성된다. 예를 들어, 웨이퍼 검사 도구는 웨이퍼로부터 산란된 광을 검출하고, 웨이퍼로부터 산란되고 하나 이상의 검출기에 의해 검출된 광에 응답하는 하나 이상의 검출기에 의해 생성된 출력에 기초하여 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 웨이퍼 검사 도구는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 더 구성될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 실시예들은 웨이퍼의 조명을 위하여 종래 사용된 시스템에 비하여 많은 이점을 가진다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 실시예들의 전력 밀도는 종래의 방법보다 더 낮다. 특히, 하나 이상의 동공 렌즈에서의 전력 밀도는 종래의 방법과 대략 동일할 수 있다. 그러나, 시야 렌즈 어레이에서의 전력 밀도는 적어도 종래에 사용된 시스템 및 방법에서 톱 해트 시야를 생성하는데 사용된 로드(rod)에서의 전력 밀도보다 더 낮은 크기 차수를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명된 실시예들은, 시야 균질화를 위한 상대적으로 긴 유리 로드를 필요로 하지 않으며, 이러한 로드는, 190 nm 내지 260 nm의 파장 대역 또는 그 아래에 대하여 상대적으로 긴 수명을 위하여 상대적으로 높은 전력 밀도 하에 있게 하는 것이 매우 힘들다. 또한, 동공 균일도가 종래 방법에 비하여 개선된다.

다른 실시예는 웨이퍼를 검사하도록 구성된 시스템에 관한 것이다. 또한, 이러한 시스템은 본 명세서에서 "웨이퍼 검사 도구(wafer inspection tool)"라고도 한다. 도 1은 이러한 시스템의 일 실시예를 도시한다. 예를 들어, 이 시스템은 광원(100), 하나 이상의 동공 렌즈(106), 시야 렌즈 어레이(112), 구경 조리개(114) 및 렌즈 그룹(116)을 포함하며, 이들은 모두 본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이 구성될 수 있다.

또한, 시스템은, 초점이 렌즈 그룹에 의해 시야 평면에 맞추어지는 제2 원시야 패턴을 이용한 웨이퍼의 조명에 기인하는 웨이퍼로부터의 광을 검출하고 검출된 광에 응답하는 출력을 생성하도록 구성된 한 이상의 검출기를 포함한다. 이러한 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 시스템에 의한 조명에 기인하는 웨이퍼로부터 산란된 광(즉, 정반사되지 않은 광)을 검출하도록 구성된 검출기(124)를 포함할 수 있다. 검출기(124)는 TDI 카메라, CCD(charged coupled device) 카메라 또는 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 다른 적합한 검출기를 포함할 수 있다. 시스템은 이에 더하여 또는 이 대신에 시스템에 의한 조명에 기인하는 웨이퍼로부터 정반사된 광을 검출하도록 구성된 검출기(126)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼로부터 정반사된 광은 빔 스플리터(128)에 의해 검출기(126)로 지향될 수 있다. 빔 스플리터는 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 적합한 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 검출기(126)는 위에서 설명된 검출기 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 어떤 도구에서, 동일한 광로 및 검출기(예를 들어, 검출기(126))가 정반사되지 않은 광뿐만 아니라 정반사된 광에 대하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 정반사된 광이 차단되도록 조명 동공 내의 밝은 부분이 촬상(수집) 동공 평면에서 어두워지게 구성될 수 있다.

따라서, 시스템은, 웨이퍼로부터 산란된 광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기 및/또는 웨이퍼로부터 정반사된 광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기인, 하나 이상의 검출기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 웨이퍼의 BF 및/또는 DF 검사를 위하여 구성될 수 있다. 시스템이 웨이퍼로부터 산란된 광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기를 포함하면, 하나 이상의 검출기는 동일하거나 상이한 산란각(예를 들어, 상이한 편각(polar angle) 및/또는 방위각(azimuthal angle))으로 산란된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 시스템은 웨이퍼로부터 검출기로의 광로에 위치 설정된 하나 이상의 광학 부품(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 광학 부품은, 예를 들어, 어퍼처(들), 공간 필터(들), 스펙트럼 필터(들), 편광 부품(들) 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.

또한, 시스템은 출력에 기초하여 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 구성된 컴퓨터 서브 시스템을 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 컴퓨터 서브 시스템(130)을 포함한다. 컴퓨터 서브 시스템(130)은 시스템의 검출기(들)에 의해 생성된 출력을 획득하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 조명 동안 검출기(들)에 의해 생성된 출력은 컴퓨터 서브 시스템(130)으로 제공될 수 있다. 특히, 컴퓨터 서브 시스템은, 컴퓨터 서브 시스템이 검출기(들)에 의해 생성된 출력을 수신할 수 있도록, 검출기(들)의 각각에 결합될 수 있다(예를 들어, 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 적합한 전송 매체를 포함할 수 있는 도 1에서 점선으로 도시된 하나 이상의 전송 매체에 의해). 컴퓨터 서브 시스템은 임의의 다른 적합한 방식으로 검출기의 각각에 결합될 수 있다.

컴퓨터 서브 시스템은 임의의 적합한 방식으로 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 서브 시스템은 결합 검출 방법 및/또는 알고리즘을 웨이퍼 상의 결함을 검출하기 위하여 출력에 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 일례에서, 컴퓨터 서브 시스템은 출력을 임계값에 비교할 수 있다. 임계값 위의 값을 갖는 임의의 출력이 결함인 것으로 판단될 수 있고, 임계값 아래의 값을 갖는 임의의 출력이 결함이 아닌 것으로 판단될 수 있다. 임의의 다른 적합한 결함 검출 방법 및/또는 알고리즘이 웨이퍼 상의 결함을 검출하는데 사용될 수 있다.

또한, 컴퓨터 서브 시스템은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 결함 검출 결과를 저장하도록 구성될 수 있다. 결과는 결함 검출 방법 및/또는 알고리즘에 의해 생성된 임의의 결과를 포함할 수 있고, 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 방식으로 저장될 수 있다. 저장 매체는 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 적합한 저장 매체를 포함할 수 있다. 결과가 저장된 후에, 결과는 저장 매체에서 액세스되어 본 명세서에서 설명된 바와 같이 사용될 수 있고, 사용자로의 디스플레이를 위하여 포매팅될 수 있고, 다른 소프트웨어 모듈, 방법 또는 시스템 등에 의해 사용될 수 있다.

컴퓨터 서브 시스템(130)은, 개인용 컴퓨터 시스템, 메인 프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 시스템 컴퓨터, 이미지 컴퓨터, 프로그래머블 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서 또는 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 다른 장치를 포함하는, 다양한 형태를 취할 수 있다. 일반적으로, "컴퓨터 시스템"이라는 용어는 메모리 매체로부터의 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 장치를 아우르도록 광의로 정의될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 시스템은 웨이퍼가 검사 동안 배치될 수 있는 스테이지(132)를 포함할 수 있다. 스테이지는 당해 기술 분야에서 알려진 임의의 적합한 스테이지를 포함할 수 있다. 또한, 스테이지는 렌즈 그룹에 의해 초점이 시야 평면에 맞추어진 광이 검사 동안 웨이퍼 위로 스캐닝되도록 웨이퍼를 이동시키게 구성된 로봇식 어셈블리 및/또는 기계식 어셈블리(또는 그 일부)에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 상의 상이한 위치들이 검사 프로세스 동안 결함에 대하여 검사될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 시스템 실시예들의 각각은 본 명세서에서 설명된 임의의 다른 실시예(들)에 따라 더 구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 양태의 추가의 변형 및 대체 실시예들이 이 설명을 고려하여 당업자에게는 명백하게 될 것이다. 예를 들어, 웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템이 제공된다. 따라서, 본 설명은 예시적인 것으로만 해석되어야 하고 당업자에게 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 교시하기 위한 것이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 발명의 형태들은 현재 바람직한 실시예로서 취해져야 하는 것으로 이해되어야 한다. 요소들 및 재료들이 본 명세서에 예시되고 설명된 것에 대하여 대체될 수 있고, 부분 및 프로세스들은 반대로 될 수 있으며, 본 발명의 특정 특징들이 독립적으로 이용될 수 있고, 모두 본 발명의 이러한 설명의 이익을 얻은 후에 당업자에게 명백하게 될 것이다. 아래의 청구범위에 설명된 바와 같은 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 요소에 변경이 이루어질 수 있다.

Claims

웨이퍼 검사 도구에 의해 수행되는 웨이퍼 검사를 위하여 조명을 제공하도록 구성된 시스템에 있어서,
광을 생성하도록 구성된 광원과,
상기 광원에 의해 생성된 광의 형상과 상이한 형상을 갖는 광의 제1 원시야 패턴(far field pattern)을 생성하도록 구성된 하나 이상의 동공 렌즈(pupil lens)와,
시야 렌즈 어레이(field lens array)로서, 상기 하나 이상의 동공 렌즈와 상기 시야 렌즈 어레이에 근접하게 위치 설정된 구경 조리개(aperture stop) 사이에 위치 설정되며(positioned), 상기 시야 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 광의 제2 원시야 패턴을 생성하도록 구성되는 것인, 상기 시야 렌즈 어레이와,
렌즈 그룹
을 포함하고,
상기 구경 조리개는 상기 시야 렌즈 어레이와 상기 렌즈 그룹 사이에 배치되고, 상기 렌즈 그룹은 상기 제2 원시야 패턴의 초점을 상기 렌즈 그룹의 후초점면(back focal plane)에 맞추도록 구성되고, 상기 렌즈 그룹의 후초점면은 웨이퍼 검사 동안 검사될 웨이퍼가 상기 제2 원시야 패턴으로 조명되도록 상기 웨이퍼가 배치되는 웨이퍼 검사 도구의 시야 평면(field plane)인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 동공 렌즈는 동공 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 제1 원시야 패턴이 갖는 형상은 상기 동공 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 상기 제1 원시야 패턴의 단면 형상인 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 광의 상기 제1 원시야 패턴의 단면 형상은 육각형인 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이는 한 쌍의 고속 푸리에 변환 평면을 형성하는 전면 및 후면을 포함하고, 상기 전면은 상기 동공 렌즈 어레이의 전초점면(front focal plane)이고, 상기 후면은 상기 동공 렌즈 어레이의 후초점면인 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이는 상기 광원으로부터의 광의 원시야 패턴의 초점을 상기 동공 렌즈 어레이 내의 상기 각각의 개별 렌즈의 후면에 맞추는 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이 내의 상기 각각의 개별 렌즈의 후면에 대한 광의 근시야 패턴(near field pattern)은 상기 광원으로부터의 광의 원시야 패턴인 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이는 상기 동공 렌즈 어레이의 후면에서 부(secondary) 소스 포인트로부터 원시야 패턴들 사이에 펼쳐진 각도를 최소화하여 상기 제1 원시야 패턴의 균일도 및 방사 조도(irradiance)를 최대화하는 텔레센트릭(telecentric) 디자인을 갖는 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
추가 렌즈 그룹을 더 포함하고, 상기 동공 렌즈 어레이는 상기 추가 렌즈 그룹의 전초점면에 위치 설정되고, 상기 추가 렌즈 그룹은 상기 제1 원시야 패턴의 초점을 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 맞추도록 구성되고, 상기 시야 렌즈 어레이는 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 위치 설정되는 것인, 시스템.
제8항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이와 상기 추가 렌즈 그룹은 또한, 상기 시스템의 조명 동공(illumination pupil) 내에 실질적으로 균일한 조명을 생성하도록 구성되고, 상기 조명 동공은 상기 렌즈 그룹의 전초점면에 위치되는 것인, 시스템.
제8항에 있어서,
상기 동공 렌즈 어레이의 후초점면은, 상기 추가 렌즈 그룹의 전초점면에 위치되어, 톱 해트(top hat) 형상의 방사 조도 프로파일을 갖는 상기 동공 렌즈 어레이 내의 개별 렌즈로부터의 개별 원시야 패턴이 서로 중첩되고 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어져, 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일을 갖는 상기 시야 렌즈 어레이의 조명을 형성하는 것인, 시스템.
제8항에 있어서,
상기 추가 렌즈 그룹에 의해 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어진 상기 제1 원시야 패턴은, 제1 단면 형상을 갖는 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일을 갖고, 상기 렌즈 그룹에 의해 상기 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어진 상기 제2 원시야 패턴은, 제2 단면 형상을 갖는 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일을 갖고, 상기 제1 및 제2 단면 형상은 서로 상이한 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 원시야 패턴의 단면 형상은 직사각형인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 원시야 패턴의 단면 형상은 상기 웨이퍼 검사 도구의 검출기의 감광성 영역의 단면 형상과 실질적으로 동일한 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 렌즈 그룹의 후초점면에 초점이 맞추어진 상기 제2 원시야 패턴은 공간적으로 균일한 조명인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 렌즈 그룹의 후초점면으로 지향된 광은, 실질적으로 균일한 상기 렌즈 그룹의 후초점면으로 상기 광이 지향되는 모든 각도로부터의 입사 에너지를 갖는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시야 렌즈 어레이는 한 쌍의 고속 푸리에 변환 평면을 형성하는 전면과 후면을 갖고, 상기 전면은 상기 시야 렌즈 어레이의 전초점면이고, 상기 후면은 상기 시야 렌즈 어레이의 후초점면인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광원에 의해 생성된 광은 광대역 광인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광원에 의해 생성된 광은 DUV(deep ultraviolet) 광인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광원에 의해 생성된 광은 VUV(vacuum ultraviolet) 광인 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼 검사 도구는 상기 웨이퍼의 명시야(bright field) 검사를 위하여 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼 검사 도구는 상기 웨이퍼의 암시야(dark field) 검사를 위하여 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시야 렌즈 어레이는 상기 하나 이상의 동공 렌즈의 후초점면에 위치 설정되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
추가 렌즈 그룹을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 동공 렌즈는 상기 추가 렌즈 그룹의 전초점면에 위치 설정되고, 상기 추가 렌즈 그룹은 상기 제1 원시야 패턴의 초점이 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 맞추어지도록 구성되고, 상기 시야 렌즈 어레이는 상기 추가 렌즈 그룹의 후초점면에 위치 설정되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 동공 렌즈는 단일의 단위 셀만을 갖는 유일한 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 원시야 패턴의 형상은 톱 해트 형상의 방사 조도 프로파일인 것인, 시스템.
웨이퍼를 검사하도록 구성된 시스템에 있어서,
광을 생성하도록 구성된 광원과,
상기 광원에 의해 생성된 광의 형상과 상이한 형상을 갖는 광의 제1 원시야 패턴(far field pattern)을 생성하도록 구성된 하나 이상의 동공 렌즈(pupil lens)와,
시야 렌즈 어레이(field lens array)로서, 상기 하나 이상의 동공 렌즈와 상기 시야 렌즈 어레이에 근접하게 위치 설정된 구경 조리개(aperture stop) 사이에 위치 설정되며, 상기 시야 렌즈 어레이 내의 각각의 개별 렌즈의 단면 형상과 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 광의 제2 원시야 패턴을 생성하도록 구성되는 것인, 상기 시야 렌즈 어레이와,
렌즈 그룹으로서, 상기 구경 조리개는 상기 시야 렌즈 어레이와 상기 렌즈 그룹 사이에 배치되고, 상기 렌즈 그룹은 상기 제2 원시야 패턴의 초점을 상기 렌즈 그룹의 후초점면(back focal plane)에 맞추도록 구성되고, 상기 렌즈 그룹의 후초점면은 웨이퍼 검사 동안 검사될 웨이퍼가 상기 제2 원시야 패턴으로 조명되도록 상기 웨이퍼가 배치되는 상기 시스템의 시야 평면(field plane)인 것인, 상기 렌즈 그룹과,
상기 제2 원시야 패턴의 초점이 상기 렌즈 그룹에 의해 상기 시야 평면에 맞추어짐에 따라 상기 웨이퍼의 조명에 기인하는 상기 웨이퍼로부터의 광을 검출하고, 검출된 상기 광에 응답하는 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 검출기와,
상기 출력에 기초하여 상기 웨이퍼 상의 결함들을 검출하도록 구성된 컴퓨터 서브 시스템
을 포함하는, 시스템.