KR20180058005A - 광학 검사 장치와 방법, 및 그 검사 장치를 이용한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

광학 검사 장치와 방법, 및 그 검사 장치를 이용한 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술적 사상은 ROI 전체 영역에 대한 두께 정보를 높은 정밀도로 검사할 수 있는 광학 검사 장치와 방법을 제공한다. 그 광학 검사 장치는 광대역 광원; 상기 광대역 광원으로부터의 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑하면서 출력시키는 모노크로메이터; 빔 스플리터(Beam Splitter) 없이, 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는 영상 획득 장치; 및 상기 영상 획득 장치를 통해 획득한 복수의 파장 영역의 상기 검사 대상의 2D 이미지를 분석하는 분석 장치;를 포함한다.

Description

광학 검사 장치와 방법, 및 그 검사 장치를 이용한 반도체 소자 제조방법{Optical inspection apparatus and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 광학 검사 장치와 방법에 관한 것으로, 특히 스펙트럼 반사 측정법(Spectral Reflectometry: SR)을 이용한 광학 검사 장치와 방법에 관한 것이다.
스펙트럼 반사 측정법(SR) 기술은 박막에서 반사되는 광의 파장 특성이 바뀌는 현상을 이용하여 박막의 두께 및/또는 CD(Critical Dimension) 측정하는 기술이다. 광이 박막에서 반사되는 경우, 경계면 사이에서 반사되는 광들 사이의 간섭 현상으로 인해 파장에 따라 반사율에 차이가 발생한다. SR 기술은 광대역(broadband) 광을 박막 시편에 조사한 후, 반사된 광의 파장 스펙트럼이 변화하는 정도를 정량적으로 분석하여 박막의 두께 및 CD를 측정한다. 대부분의 상용 SR 장치는 측정 시편의 한점(one point) 정보만을 분석하여 두께를 측정한다. 그에 따라, 기존 상용 SR 장치의 경우, 넓은 ROI(Region Of Interest)에 대해서 동시에 두께 정보를 얻기 어렵고, 또한, ROI에 대한 두께 정보를 획득할 수 있다 하더라도 획득하는 데에 많은 시간이 요소될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 ROI 전체 영역에 대한 두께 정보를 높은 정밀도로 검사할 수 있는 광학 검사 장치와 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 상기 광학 검사 장치를 이용하여, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 광원; 상기 광대역 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑(sweeping)하여 복수의 파장 영역의 광을 출력시키는 모노크로메이터(monochromator); 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면에 소정 입사각을 가지고 입사시키는 조명 광학계; 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 출사시키는 결상(imaging) 광학계; 및 상기 결상 광학계로부터의 광을 수광하여 상기 검사 대상의 2 차원(2D) 이미지를 생성하는 디텍터;를 포함하고, 상기 복수의 파장 영역의 상기 2D 이미지를 분석하여 상기 검사 대상을 검사하는 광학 검사 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광대역 광원; 상기 광대역 광원으로부터의 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑하면서 출력시키는 모노크로메이터; 빔 스플리터(Beam Splitter) 없이, 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는 영상 획득 장치; 및 상기 영상 획득 장치를 통해 획득한 복수의 파장 영역의 상기 검사 대상의 2D 이미지를 분석하는 분석 장치;를 포함하는 광학 검사 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광대역 광원, 모노크로메이터, 및 영상 획득 장치를 이용하여, 복수의 파장 영역에서 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는 단계; 및 분석 장치를 이용하여, 상기 복수의 파장 영역의 상기 검사 대상의 2D 이미지를 분석하여 상기 검사 대상을 검사하는 단계;를 포함하고, 상기 영상 획득 장치는, 빔 스플리터 없이 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는, 광학 검사 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광대역 광원, 모노크로메이터, 및 영상 획득 장치를 이용하여 복수의 파장 영역에서 웨이퍼의 2D 이미지를 생성하는 단계; 분석 장치를 이용하여, 상기 복수의 파장 영역의 상기 웨이퍼의 2D 이미지를 분석하여 상기 웨이퍼를 검사하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 이상이 없는 경우에, 상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 영상 획득 장치는, 빔 스플리터 없이 상기 모노크로메이터로부터 광을 웨이퍼의 상면으로 입사시키고, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 웨이퍼의 2D 이미지를 생성하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 광학 검사 장치와 방법은, 영상 획득 장치의 조명 광학계를 검사 대상에 대해 경사 광학계로 구현함으로써, 충분한 광량을 확보하여 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 영상 획득 장치의 결상 광학계를 더블 텔리센트릭 광학계로 구현함으로써, 2D 이미지를 이용한 SR 기술에서 넓은 파장 대역을 사용함으로써 발생하는 색수차를 최소화하여 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 더 나아가, 영상 획득 장치의 결상 광학계가 0.03 ~ 0.08로 비교적 높은 NA 및 2 ~ 10배의 배율을 채용함으로써, 분해능을 향상시키면서도 충분한 상의 밝기를 확보할 수 있다. 한편, 영상 획득 장치의 CCD 카메라는 UV 대역에서 높은 QE를 가짐으로써, UV 대역 광량의 부족을 보충할 수 있고, 또한, 동적 셔터 스피드 기술을 채용함으로써, 파장 영역들 간의 광량 불균일을 최소화할 수 있다. 따라서, 파랑 영역들 간의 광량 부족이나 불균일에 의해 발생할 수 있는 에러를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 상기 광학 검사 장치를 이용한 반도체 소자 제조방법은, 상기 광학 검사 장치를 이용한 반도체 소자의 검사에 기초하여 반도체 소자를 제조함으로써, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고 또한, 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치를 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 2는 도 1의 광학 검사 장치를 통해 획득한 파장별 2D 이미지들에 대한 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 실시예의 따른 광학 검사 장치를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 원리를 설명하기 위한 사시도 및 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 모노크로메이터 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 조명 광학계 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 입사각(Angle Of Incidence: AOI)에 따른 파장 및 감도 변화가 없음을 설명하기 위한 단면도 및 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 조명 광학계의 콜리메이터와 편광기를 좀더 상세하게 보여주는 구조도들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 결상 광학계에 적용된 더블 텔리센트릭(double telecentric) 광학계의 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 9a 내지 도 9c 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치를 통해 획득한 웨이퍼 상의 ROI에 대한 2D 이미지에 대한 평면도, 2D 이미지의 각 픽셀에 대한 파장별 반사율 그래프, 및 반사율 그래프에 기초한 ROI의 높이 프로파일 이미지에 대한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 11은 도 10의 광학 검사 방법에서, 검사 대상의 2D 이미지 생성 단계(S110)를 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치를 개략적으로 보여주는 구조도이고, 도 2는 도 1의 광학 검사 장치를 통해 획득한 파장별 2D 이미지들에 대한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)는 광원(100), 모노크로메이터(200), 영상 획득 장치(300), 스테이지(400), 및 분석 장치(500)를 포함할 수 있다.
광원(100)은 광대역(broadband)의 광을 생성하여 출력하는 광대역 광원일 수 있다. 예컨대, 본 실시예에의 광학 검사 장치(1000)에서, 광원(100)은 170 ~ 2100nm의 대역(band)의 광을 생성하여 출력할 수 있다. 광원(100)이 광대역 광원으로 구현됨으로써, 다양한 스펙트럼의 구성이 가능할 수 있다.
모노크로메이터(200)는 광원(100)으로부터의 광대역 광을 단색광(monochromatic light)으로 변환하여 출력시킬 수 있다. 여기서, 단색광은 파장의 폭이 매우 짧은 광을 의미할 수 있다. 예컨대, 단색광은 수 ㎚ 정도의 파장 폭을 갖는 광일 수 있다. 모노크로메이터(200)는 하나의 파장 영역의 단색광만이 아니라 복수의 파장 영역의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 예컨대, 모노크로메이터(200)는 소정의 파장 범위에서 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 또한, 모노크로메이터(200)는 소정의 파장 범위에서 기 설정된 파장 폭을 가지고 스위핑(sweeping)하면서 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다.
예컨대, 본 실시예에의 광학 검사 장치(1000)에서, 모노크로메이터(200)는 광원(100)으로 광대역 광을 전달받아 5㎚의 파장 폭의 단색광으로 출력하되, 250 ~ 800nm의 파장 범위에서 5㎚ 파장 간격으로 스위핑하면서 단색광들을 출력시킬 수 있다. 즉, 첫 번째 250 ~ 255nm의 제1 단색광을 출력하고, 두 번째 255 ~ 260nm의 제2 단색광을 출력하며, 세 번째 260 ~ 265nm의 제3 단색광을 출력하는 식으로 단색광들을 출력시킬 수 있다.
모노크로메이터(200)는 기 설정된 파장 폭을 가지고 스위핑하되, 연속적으로 스위핑하지 않고, 간헐적으로 스위핑할 수도 있다. 예컨대, 첫 번째 250 ~ 255nm의 제1 단색광을 출력하고, 두 번째 260 ~ 265nm의 제2 단색광을 출력하며, 세 번째 270 ~ 275nm의 제3 단색광을 출력하는 식으로 간헐적으로 스위핑하면서 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 모노크로메이터(200)의 내부 구조 및 스위핑의 원리에 대해서는 도 4의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
광원(100)으로부터의 광대역 광은 제1 광 섬유(150, optical fiber)를 통해 모노크로메이터(200)로 전달될 수 있다. 또한, 모노크로메이터(200)부터의 광은 제2 광 섬유(250)를 통해 영상 획득 장치(300)로 전달될 수 있다. 제1 광 섬유(150)와 제2 광 섬유(250)는 상용 광 섬유로 형성될 수 있다. 한편, 광원(100)에서 제1 광 섬유(150)로의 광의 커플링 NA(Numerical Aperture)는 0.22 정도일 수 있다. 또한, 모노크로메이터(200)부터 제2 광 섬유(250)로의 광의 커플링 NA 역시 0.22 정도일 수 있다. 물론, 제1 광 섬유(150) 및 제2 광 섬유(250)로의 광의 커플링 NA가 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.
영상 획득 장치(300)는 조명 광학계(310), 결상(imaging) 광학계(320), 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(330)를 포함할 수 있다.
조명 광학계(310)는 모노크로메이터(200)로부터의 광을 스테이지(400) 상에 배치된 검사 대상(2000)의 ROI(Region Of Interest)에 조사 또는 조명할 수 있다. 이러한 조명 광학계(310)는 콜리메이터(312, collimator), 편광기(314, polarizer) 및 제1 미러(316)를 포함할 수 있다.
콜리메이터(312)는 모노크로메이터(200)로부터의 광을 평행광으로 만들어 출력할 수 있다. 편광기(314)는 콜리메이터(312)로부터의 평행광을 선형 편광시킬 수 있다. 예컨대, 편광기(314)는 입사된 광에서 p 편광성분(또는 수평성분), 또는 s 편광성분(또는 수직 성분)만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 광의 사이즈를 조절을 위해 콜리메이터(312)와 편광기(314) 사이에 조리개(iris)가 배치될 수 있다. 콜리메이터(312)와 편광기(314)에 대해서는 도 7a 및 도 7b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
제1 미러(316)는 편광기(314)로부터의 선형 편광된 광을 반사시켜 스테이지(400) 상의 검사 대상(2000)의 ROI로 조사할 수 있다. 제1 미러(316)는 폴딩(folding) 미러라고도 하며, 반사를 통해 광의 경로를 변경시켜 검사 대상(2000)의 상면에 광을 소정 입사각을 가지고 입사시킬 수 있다. 제1 미러(316)를 통해 광이 검사 대상(2000)의 상면에 소정 입사각을 가지고 입사됨으로써, 조명 광학계(310)는 검사 대상(2000)에 대하여 경사 광학계를 구성할 수 있다. 경사 광학계에 대해서는 도 5, 및 도 6a 내지 도 6b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
결상 광학계(320)는 검사 대상(2000)으로부터 반사된 광을 CCD 카메라(330)로 입사시켜 CCD 카메라(330)에 검사 대상(2000)을 결상시킬 수 있다. 물론, 검사 대상(2000) 전체가 결상되는 것이 아니라 검사 대상(2000)에서 FOV(Field Of View)에 해당하는 부분만 결상 광학계(320)를 통해 CCD 카메라(330)에 결상될 수 있다. FOV는 결상 광학계(320)에 의해 결정되며, FOV 내에 ROI가 포함될 수 있다. 이러한 결상 광학계(320)는 대물렌즈(322), 제2 미러(324), 및 튜브 렌즈(326)를 포함할 수 있다.
대물렌즈(322)는 적어도 하나의 렌즈를 구비할 수 있다. 대물렌즈(322)는 광을 검사 대상으로 집광하여 입사시키거나, 반대로, 검사 대상(2000)으로부터 광을 평행광 형태로 만들어 제2 미러(324)로 입사시킬 수 있다.
제2 미러(324)는 대물렌즈(322)로부터의 광을 반사시켜 튜브 렌즈(326)로 입사시킬 수 있다. 제2 미러(324)는 반사를 통해 경로를 변경시킴으로써, 검사 대상(2000)과 CCD 카메라(330) 사이의 실질적인 거리를 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 제2 미러(324)는 영상 획득 장치(300)의 사이즈를 축소하는 데에 기여할 수 있다. 예컨대, 제2 미러(324)가 없는 경우, 대물렌즈(322)로부터의 광은 일 방향으로 향하고, CCD 카메라(330)도 그 방향을 따라 배치되게 된다. 따라서, 영상 획득 장치(300)의 사이즈 축소는 결상 광학계에서 요구되는 거리에 의해 제한받게 된다. 그러나 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 결상 광학계(320)가 제2 미러(324)를 포함하여 광의 경로를 변경함으로써, 영상 획득 장치(300)의 사이즈를 축소할 수 있고, 또한, 전체 광학 검사 장치(1000)의 사이즈도 축소할 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 하나의 제2 미러(324)가 배치되고 있지만 제2 미러(324)의 개수가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제2 미러(324)는 2개 이상 배치될 수 있고, 경우에 따라 생략될 수도 있다. 제2 미러(324)의 개수가 달라지거나 제2 미러(324)가 생략되는 경우에, 광의 경로가 달라지므로 CCD 카메라(330)의 배치 위치도 달라질 수 있다.
튜브 렌즈(326)는 제2 미러(324)로부터 반사된 광으로부터 중간상을 형성하여 CCD 카메라(330)의 결상 렌즈(미도시)로 입사시킬 수 있다. 이러한 튜브 렌즈(326)는 대물렌즈(322)와 상기 결상 렌즈 사이에 배치되어 중간상을 형성함으로써, 대물렌즈(322)를 뒷받침하는 기능을 할 수 있다. 한편, 상기 결상 렌즈는 일반적으로 CCD 카메라(330)에 내장되고, 적어도 하나의 렌즈를 구비할 수 있다. 이러한 상기 결상 렌즈는 CCD 카메라(330) 내부의 이미지 센서에 물체의 상을 결상시킬 수 있다. 또한, 상기 결상 렌즈는 확대경으로 기능을 할 수도 있다. 만약, 상기 결상 렌즈가 확대경으로 기능을 하는 경우에, 결상 광학계(320)의 전체 배율은 대물렌즈(322)의 배율과 상기 결상 렌즈의 배율의 곱으로 나타날 수 있다.
일반적으로 결상 광학계의 배율이 커질수록 수광되는 광량이 작아져 상이 어두워질 수 있으나, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서는 조명 광학계(310)를 경사 광학계로 구성함으로써, 광량을 충분히 확보할 수 있고, 그에 따라, 결상 광학계(320)는 수 내지 수십 배의 배율을 가지도록 구현될 수 있다. 좀더 구체적으로, 결상 광학계(320)는 2 ~ 10배의 배율을 가질 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 결상 광학계(320)는 4배의 배율을 가질 수 있다.
또한, 광량의 증가를 위해 결상 광학계(320)를 구성하는 렌즈들은 넓은 파장 대역에 걸쳐 낮은 반사율을 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 결상 광학계(320)를 구성하는 렌즈들은 250 ~ 800㎚ 파장 대역에서 렌즈당 3% 미만의 반사율을 가지도록 MgF2을 이용하여 특수 코팅처리 될 수 있다. 한편, 결상 광학계(320)는 분해능 향상시키고 SR 신호의 정합성 확보를 위하여, 0.03 ~ 0.08의 NA(Numerical Aperture)를 가질 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 결상 광학계(320)는 0.05의 NA를 가질 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 결상 광학계(320)는 더블 텔리센트릭(double telecentric) 광학계로 구성될 수 있다. 텔리센트릭 광학계는 광이 무한 광원의 광의 형태로 진행하도록 하는 광학계를 의미하며, 더블 텔리센트릭 광학계는 검사 대상(2000) 측과 CCD 카메라(330) 측 모두에서 텔리센트릭을 구성하는 광학계를 의미할 수 있다. 더블 텔리센트릭 광학계에 대해서는 도 8a 및 도 8b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
CCD 카메라(330)는 검사 대상(2000)으로부터 반사된 광을 결상 광학계(320)를 통해 수광하여, 이미지 센서에 검사 대상이 결상 되도록 함으로써, 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지를 생성할 수 있다. 또한, CCD 카메라(330)는 복수의 파장 영역들에서 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지들을 생성할 수 있다. 여기서, 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지는, 검사 대상(2000) 전체가 아니라 검사 대상(2000)의 ROI에 대한 2D 이미지일 수 있다. 이하에서, 특별히 구별하지 않는 한, 검사 대상(2000)과 검사 대상(2000)의 ROI는 실질적으로 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 2는 그러한 복수의 파장 영역들(λ1, λ2, ..., λ10)에서 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지들을 보여주고 있다. 여기서, x축과 y축은 각각 검사 대상(2000)의 상면에 대응하는 x-y 평면 상의 위치를 나타내고, z축은 복수의 파장 영역들을 나타낼 수 있다. 또한, pixel 1(x,y)은 검사 대상(2000)의 ROI 내의 한 픽셀에 해당할 수 있다. 이와 같이, 픽셀들 각각에 대하여 파장 영역별로 인텐서티 또는 반사율을 추출하여 픽셀들 각각에 대한 파장 영역별 인텐서티 또는 반사율 그래프를 획득할 수 있다. 반사율 그래프에 대해서는 도 9b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 2에서, 10개의 파장 영역들만이 도시되고 있지만, 파장 영역들이 10개에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 파장 영역들은 9개 이하로 설정될 수도 있고, 또는 11개 이상으로 설정될 수도 있다. 한편, 도 2에서, 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지가 원형의 형태로 도시되고 있는데, 이는 단순히 설명의 편의를 위한 것이다. 실제로 검사 대상(2000)에 대한 2D 이미지의 형태는 검사가 요구되는 ROI의 형태에 따라 다양하게 나타날 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 영상 획득 장치(300)가 2D 이미지 생성을 위한 디텍터로서 CCD 카메라(330)를 포함하고 있지만, 상기 디텍터가 CCD 카메라(330)에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 영상 획득 장치(300)는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 카메라를 디텍터로서 포함할 수도 있다.
한편, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, CCD 카메라(330)는 UV 대역의 부족한 광량을 보충하기 위하여 높은 QE(Quantum Efficiency)를 가질 수 있다. 예컨대, CCD 카메라(330)는 UV 대역에서 30% 이상의 높은 QE를 가질 수 있다. 또한, 광원(100)의 광대역 광은 파장에 따라 광량이 다르므로, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, CCD 카메라(330)는 입사되는 광량에 따라 셔터 속도를 동적으로 조절하는 동적 셔터 스피드(Dydnmic Shutter Speed) 기술을 채용할 수 있다. 그에 따라, CCD 카메라(330)는 광량이 남는 파장 영역과 광량이 부족한 파장 영역 사이의 광량 불균일을 제거하여 오차 발생을 최소화할 수 있다.
스테이지(400)는 검사 대상(2000)이 배치되는 장치로서, 직선 및 회전 이동을 통해 검사 대상(2000)을 이동시킬 수 있다. 그에 따라, 스테이지(400)를 R-θ 스테이지라고 부르기도 한다. 도 1에서, 스테이지(400) 아래의 양쪽 직선 화살표가 직선 이동을 의미하고, 스테이지(400) 내부의 타원형의 화살표가 회전 이동을 의미한다. 스테이지(400)는 R-θ 스테이지에 한하지 않고, x-y-z 스테이지로 형성될 수도 있다. 스테이지(400)가 x-y-z 스테이지로 형성된 경우, 스테이지(400)는 x 방향, y 방향 및 z 방향의 직선 이동을 통해 검사 대상(2000)을 이동시킬 수 있다.
한편, 검사 대상(2000)은 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등의 검사의 대상이 되는 다양한 소자들일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 검사 대상(2000)은 웨이퍼일 수 있다. 여기서, 웨이퍼는 기판 상에 박막이 형성된 웨이퍼일 수 있다. 상기 박막에는 라인-앤-스페이스(L/S)와 같은 주기적인 패턴이 형성되거나 또는 비주기적인 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 상기 박막에는 패턴이 형성되지 않을 수도 있다.
분석 장치(500)는 영상 획득 장치(300), 즉 CCD 카메라(330)에 연결되어, CCD 카메라(330)로부터 검사 대상(2000)의 2D 이미지에 대한 정보를 입력받아 분석할 수 있다. 분석 장치(500)는 예컨대, 분석 프로세스를 구비한 일반 PC(Personal Computer), 워크스테이션(workstation), 슈퍼컴퓨터 등일 수 있다. 경우에 따라, 분석 장치(500)는 CCD 카메라(330)와 일체로 형성되어 디텍터 또는 검출 장치의 일부를 구성할 수도 있다.
구체적으로, 분석 장치(500)는 복수의 파장 영역들에 따른 검사 대상(2000)의 2D 이미지들에 기초하여 검사용 반사율 그래프를 생성할 수 있다. 또한, 분석 장치(500)는 검사용 반사율 그래프를 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프와 비교하여, 검사 대상(2000)의 ROI 내의 박막 두께, 박막의 패턴 CD(Critical Dimension) 등을 검사할 수 있다.
한편, 분석 장치(500)는 광대역 광의 다른 파장 영역 간의 인텐서티 차이 및 CCD 카메라(330)의 QE 차이를 보상한 후, 2D 이미지에 기초한 검사용 반사율 그래프의 생성과 기준 반사율 그래프와의 비교 등을 수행할 수도 있다. 또한, CCD 카메라(330)를 통해서 획득한 검사 대상(2000)의 2D 이미지에서의 인텐서티 정보가 검사 대상(2000)의 반사율을 정확히 대표할 수는 없다. 따라서, 분석 장치(500)는 반사율을 알고 있는 표준 시편(standard specimen)을 이용하여 전체 광학계의 투과율을 보정 또는 보상한 후에, 검사용 반사율 그래프의 생성과 기준 반사율 그래프와의 비교 등을 수행할 수 있다. 따라서, 분석 장치(500)는 검사 대상(2000)의 ROI 내의 박막 두께, 박막의 패턴 CD 등을 높은 측정 정밀도를 가지고 한 번에 검사할 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)는, 모노크로메이터(200)를 이용하여 광대역 광을 기 설정된 파장 폭의 단색광 형태로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭 간격으로 스위핑하면서 출력함으로써, 복수의 파장 영역들에 걸쳐 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)는, 영상 획득 장치(300)의 조명 광학계(310)를 검사 대상(2000)에 대해 경사 광학계로 구현함으로써, 충분한 광량을 확보하여 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 조명 광학계(310)를 경사 광학계로 구현함으로써, 기존 BS(Beam Splitter)를 이용한 조명 광학계에 비해 현저하게 많은 광량을 확보할 수 있다. 또한, 영상 획득 장치(300)의 결상 광학계(320)를 더블 텔리센트릭 광학계로 구현함으로써, 2D 이미지를 이용한 SR 기술에서 넓은 파장 대역을 사용함으로써 발생하는 색수차를 최소화하여 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 결상 광학계(320)를 더블 텔리센트릭 광학계로 구현함으로써, 경사 광학계의 FOV별 배율 차이와 색수차를 제거하여 측정의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
더 나아가, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 결상 광학계(320)는, 경사 광학계로 구현된 조명 광학계(310)에 기초하여, 0.03 ~ 0.08로 비교적 높은 NA 및 2 ~ 10배의 배율을 채용함으로써, 분해능을 향상시키면서도 충분한 상의 밝기를 확보할 수 있다. 또한, 영상 획득 장치(300)의 CCD 카메라(330)는 UV 대역에서 높은 QE를 가짐으로써, UV 대역 광량의 부족을 보충할 수 있고, 또한, 동적 셔터 스피드 기술을 채용함으로써, 파장 영역들 간의 광량 불균일을 최소화할 수 있다. 따라서, 파랑 영역들 간의 광량 부족이나 불균일에 의해 발생할 수 있는 에러를 최소화할 수 있다.
덧붙여, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)의 구조나 원리는, 기존의 광학 검사 장비에 적용하여 이용될 수 있다. 예컨대, 검사 대상의 검사를 위해 기존의 광학 검사 장비에 이용하는 경우에, 기존 광학 검사 장비의 광학계를 경사 광학계, 및 더블 텔리센트릭 광학계가 되도록 교정하고, 광학계의 투과율 특성을 측정한 후에, 분석 장치에서 분석 프로세스를 적절히 교정함으로써, 기존 광학 검사 장비를 이용하여 검사 대상의 박막의 두께나 CD 측정이 가능하도록 할 수 있다. 한편, 기존 광학 검사 장비를 이용하는 경우, 사용되는 CCD 카메라가 다르므로, CCD 카메라 종류에 따른 QE의 보정 작업도 또한 수행될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 실시예의 따른 광학 검사 장치를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 원리를 설명하기 위한 사시도 및 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 도 3a는 기판(2100) 상에 실리콘옥사이드(SiO2)층(2200)이 형성된 검사 대상(2000a)을 보여준다. 여기서, 기판(2100)은 실리콘 기판이고, 실리콘옥사이드층(2200)은 50㎚, 670㎚, 또는 1050㎚의 두께를 가질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 도 3b는 도 3a의 검사 대상(2000a)에 대하여 파장 영역별로 광을 조사하고 반사된 광을 검출하여 획득한 파장별 인텐서티 그래프를 보여준다. 또한, 도 3b는 실리콘옥사이드층(2200)의 두께에 따른 파장별 인텐서티 그래프를 보여준다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 실리콘옥사이드층(2200)의 두께에 따라 인텐서티 그래프가 다르게 나타남을 확인할 수 있다.
이러한 결과에 기초하여, 박막의 두께 측정은 다음과 같은 방법을 통해 이루어질 수 있다. 먼저, 특정 재질의 물질층들을 포함한 박막 구조물에 대하여, 박막구조 및 박막 두께를 변경하면서, 다양한 파장별 인텐서티 그래프들을 획득하여 기준 인텐서티 그래프들로서 데이터 베이스에 저장한다. 이후, 동일한 물질층을 포함하는 검사 대상에 대하여 광학 검사 장치(1000)를 이용하여 검사용 파장별 인텐서티 그래프를 획득하고, 검사용 파장별 인텐서티 그래프를 기준 인텐서티 그래프들과 비교함으로써, 검사 대상(2000)의 박막 구조 또는 박막 두께 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 검사 대상(2000)에 박막이 적절한 구조 또는 두께로 형성되었는지 알고자 하는 경우에, 광학 검사 장치(1000)를 이용하여 검사 대상(2000)에 대하여 검사용 파장별 인텐서티 그래프를 획득한다. 이후, 검사용 파장별 인텐서티 그래프를 해당 박막 구조 또는 해당 박막 두께에 대응하는 기준 인텐서티 그래프들과 비교하고, 허용 범위 내에서 유사한지를 판단한다. 판단 결과에 기초하여, 검사 대상(2000)에 박막이 적절한 구조 또는 두께로 형성되었는지 판단할 수 있다.
한편, 본 실시예의 따른 광학 검사 장치(1000)는 검사 대상(2000)에 대한 파장별 2D 이미지를 획득하고, 2D 이미지의 픽셀들 각각에 대하여 파장별 인텐서티를 검출함으로써, 검사 대상(2000), 즉 검사 대상(2000)의 ROI의 전체 영역에 대하여 한꺼번에 박막 구조 또는 박막 두께 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 참고로, 도 3a는 검사 대상(2000)의 2D 이미지에서 하나의 픽셀에 대응하고, 도 3b은 그 하나의 픽셀의 파장별 인텐서티 그래프에 대응할 수 있다. 한편, 도 3b의 그래프에서, y축이 임의 단위의 인텐서티로 표시되고 있는데, y축이 인텐서티 대신 반사율로 표시되어도 실질적인 차이는 없다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 모노크로메이터 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 모노크로메이터(200)는 콜리메이터(210), 미러(220), 격자 소자(230), 집광 렌즈(240), 및 슬릿(245)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 모노크로메이터(200)는 광원(도 1의 100)으로부터의 광대역 광을 단색광으로 변환하여 출력시킬 수 있다.
콜리메이터(210)는 제1 광 섬유(150)를 통해 입사된 광을 평행광으로 만들고, 미러(220)는 반사를 통해 광의 경로를 변경하여 광을 격자 소자(230)로 소정 입사각(θ)을 가지고 입사시킬 수 있다.
격자 소자(230)는 단색광을 추출하기 위한 소자로서, 입사된 광을 파장별로 분광시켜 반사시킬 수 있다. 격자 소자(230)로 입사되는 광의 각도, 즉, 입사각(θ)에 따라 격자 소자(230)에 의해 특정 위치로 반사되는 광의 파장이 달라지게 된다. 이는 회절에 의해 1 차광이 반사되는 각도가 광의 파장에 따라 변화하는 광학 특성에 기인한 것이다. 따라서, 화살표로 도시된 바와 같이 격자 소자(230)를 회전시켜 광의 입사각(θ)을 변화시킴으로써, 특정 위치로 반사되는 단색광의 파장을 변화시킬 수 있다.
집광 렌즈(240)는 격자 소자(230)에 대하여 상기 특정 위치에 배치되고, 격자 소자(230)를 통해 파장별로 분광된 광들 중 추출하고자 하는 단색광이 집광 렌즈(240)로 입사될 수 있다. 입사된 단색광은 집광 렌즈(240)를 통해 집광되고, 슬릿(245)을 통과하여 제2 광 섬유(250)로 입사될 수 있다. 전술한 바와 같이, 격자 소자(230)를 회전시킴으로써, 다른 파장의 분광 광을 집광 렌즈(240)로 입사시킬 수 있다. 따라서, 격자 소자(230)를 회전시킴으로써, 집광 렌즈(240)를 통해 다른 파장의 단색광이 집광되어 출력되도록 할 수 있다. 한편, 집광 렌즈(240) 대신 오목 미러가 이용될 수도 있는데, 오목 미러를 이용하는 경우에는 광의 경로가 변경되고, 그에 따라, 슬릿(245)과 제2 광 섬유(250)의 위치가 변경될 수 있다.
격자 소자(230) 대신에 프리즘을 이용하여 입사된 광을 파장별로 분광시킬 수도 있다. 프리즘을 이용하는 경우에는, 입사각을 변경하기보다는 집광 렌즈(240)의 위치를 변경함으로써, 집광 렌즈(240)를 통해 출사되는 단색광의 파장을 변경할 수 있다. 한편, 모노크로메이터(200)는 콜리메이터(210)의 전단의 제1 광 섬유(150)와 결합하는 부분에 입사 슬릿을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 조명 광학계 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310)는 검사 대상(2000)에 대하여 경사 광학계를 구성할 수 있다. 경사 광학계는 검사 대상(2000)으로 입사되는 광이 검사 대상(2000)의 상면에 대하여 수직하지 않고 경사를 가지고 입사되도록 하는 광학계를 의미할 수 있다. 즉, 조명 광학계(310)를 통해 광은 검사 대상(2000)의 상면에 소정 입사각(φ)을 가지고 입사될 수 있다. 입사각(φ)은 예컨대, 3 ~ 10°일 수 있다. 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310)는 검사 대상(2000)에 광을 5°의 입사각(φ)으로 입사시킬 수 있다. 한편, 경사 광학계의 개념은 조명 광학계(310)뿐만 결상 광학계(320)에도 적용될 수 있다. 예컨대, 광의 반사 법칙에 의해 입사각(φ)과 반사각은 동일하므로, 조명 광학계(310)가 경사 광학계로 구성된 경우에, 결상 광학계도 경사 광학계로 구성될 수 있다.
도 1의 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 조명 광학계(310)는 콜리메이터(312), 편광기(314), 및 제1 미러(316)를 포함할 수 있다. 제1 미러(316)를 통해 광의 경로를 변경함으로써, 조명 광학계(310)를 경사 광학계로 구현시킬 수 있다. 이와 같이, 조명 광학계(310)를 경사 광학계로 구현함으로써, 광의 이용 효율을 대폭적으로 증가시킬 수 있다. 그에 따라, 결상 광학계(도 1의 320)에 수 내지 수십 배의 배율 적용이 가능하여, CCD 카메라(330)에 충분한 밝기를 유지하면서 확대된 상이 맺히도록 할 수 있고, 그에 따라, 측정 정밀도 및 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.
참고로, 기존의 SR 장치는 빔 스플리터(BS)를 이용하여 조명 광학계와 결상 광학계를 검사 대상(2000)에 대하여 수직 광학계로 구성한다. 이와 같이 빔 스플리터를 이용하는 경우에, 빔 스플리터의 특성상, 광이 빔 스플리터를 통해 검사 대상으로 입사될 때, 1/2 정도의 광 손실이 발생하고, 또한, 검사 대상으로부터 반사된 광이 빔 스플리터를 통해 CCD 카메라(330)로 진행할 때 다시 1/2 정도의 광 손실이 발생하여 전체적으로 3/4 정도의 광 손실이 발생할 수 있다. 그에 반해, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310) 및 결상 광학계(320)는 경사 광학계로 구성되므로, 빔 스플리터에 의한 광 손실이 없다. 따라서, 다른 광학 소자들에 의한 광 손실을 무시하는 경우에, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)는, 모노크로메이터(200)로부터 영상 획득 장치(300)로 입사된 광을 거의 100%로 이용할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 입사각(Angle Of Incidence: AOI)에 따른 파장 및 감도 변화가 없음을 설명하기 위한 단면도 및 그래프들이다.
도 6a를 참조하면, 도 6a는 기판(2100) 상에 실리콘나이트라이드(Si3O4)층(2400)이 형성된 검사 대상(2000b)을 보여준다. 여기서, 기판(2100)은 실리콘 기판이고, 실리콘나이트라이드층(2400)은 385㎚, 365㎚, 또는 445㎚의 두께를 가질 수 있다. 한편, 광은 조명 광학계(도 1 또는 도 5의 310)를 통해 실리콘나이트라이드층(2400)의 상면으로 소정의 입사각(α)을 가지고 입사될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 6b는 도 6a의 검사 대상(2000b)의 상면에 대하여 수직으로 파장 영역별로 광을 조사하고 반사된 광을 검출하여 획득한 파장별 반사율 그래프를 보여준다. 또한, 도 6b는 실리콘나이트라이드층(2400)의 두께에 따른 파장별 반사율 그래프를 보여준다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 실리콘나이트라이드층(2400)의 두께에 따라 반사율 그래프가 다르게 나타남을 확인할 수 있다. 예컨대, 반사율에 대한 두 번째 피크를 살펴보면, 실리콘나이트라이드층(2400)이 각각 445㎚, 365㎚, 및 385㎚의 두께를 가질 때, 각각 340㎚, 350㎚, 및 370㎚의 파장에서 두 번째 피크를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 이러한 박막의 두께에 따른 파장별 반사율 그래프들의 차이를 이용하여, 실리콘나이트라이드층(2400)의 두께를 검측할 수 있음은 도 3a 내지 도 3c의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
도 6c를 참조하면, 도 6c는 도 6a의 검사 대상(2000b)의 상면에 대하여 0°, 5°, 및 10°의 입사각(α)을 가지고 파장 영역별로 광을 조사하고 반사된 광을 검출하여 획득한 파장별 반사율 그래프를 보여준다. 이때, 실리콘나이트라이드층(2400)의 두께는 385㎚일 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 입사각(α)에 따른 파장별 반사율 그래프들 간의 차이가 거의 없음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310)를 경사 광학계로 구성하여도 박막의 상태, 즉 박막의 두께나 CD를 검사하는 데에는 전혀 문제가 없음을 알 수 있다.
참고로, 검사 대상(2000)으로부터 반사된 광을 임의 단위의 인텐서티 그래프로 표현하는 경우, 기준을 무엇으로 하느냐에 따라, 수직 조명계와 경사 조명계의 그래프의 형태가 달라질 수 있다. 예컨대, 영상 획득 장치(300)로 처음 입사된 광을 기준으로 하는 경우, 수직 조명계의 인텐서티는 전반적으로 매우 낮고, 경사 조명계의 인텐서티는 전반적으로 높을 수 있다. 이는 빔 스플리터의 사용 유무에 따른 것일 수 있다. 한편, 검사 대상으로부터 반사된 광을 반사율의 그래프로 표현하는 경우는, 도 6c를 통해 알 수 있듯이 수직 조명계와 경사 조명계의 그래프가 실질적으로 동일할 수 있다. 이는, 반사율이 검사 대상(2000)으로 입사된 광에 대한 검사 대상(2000)에서 반사된 광의 비율이므로, 빔 스플리터와는 전혀 무관하기 때문이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 조명 광학계의 콜리메이터와 편광기를 좀더 상세하게 보여주는 구조도들이다.
도 7a을 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310)의 콜리메이터(312a)는 반사형(reflectance type)으로 비구면 미러로 형성될 수 있다. 한편, 콜리메이터(312a)의 반사면(312ar)에는 UV 대역의 광의 반사율을 극대화할 수 있는 코팅이 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콜리메이터(312a)는 제2 광 섬유(250)로부터의 광을 반사하여 평행광으로 만들 수 있다. 한편, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 콜리메이터(312a)는 반사형에 한하지 않고, 적어도 하나의 렌즈를 이용하여 투과형(transmission type)으로 형성될 수도 있다. 이때, 렌즈에는 반사율을 최소화하는 코팅이 형성될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 편광기(314a)는 입사된 광에서 특정 방향으로 진동하는 성분만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다. 예컨대, 도 7b에서, 양쪽 화살표(A1)는 편광 축을 의미할 수 있고, 편광기(314a)로 입사된 광은 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 성분만이 통과될 수 있다. 여기서, 수평 직선(A2)은 광축을 의미하고, 편광기(314a)의 광축에 대한 회전각, 즉 방위각은 제1 각도(β)를 가질 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 조명 광학계(310)의 편광기(314a)는 회전형 편광 필터로 형성될 수 있다. 예컨대, 회전형 편광 필터의 경우, 곡선의 화살표(A3)로 표시된 바와 같이 편광기(314a)를 회전시킴으로써, 편광기(314a)의 방위각, 즉 편광 방향을 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 편광기(314a)가 회전형 편광필터로 형성됨으로써, 스테이지(400)가 R-θ 스테이지와 같이 회전형인 경우에, 검사 대상의 회전을 보상해 줄 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 일반적으로 검사 대상(2000)의 라인-앤-스페이스(L/S) 패턴의 CD를 측정할 때, 편광기(314a)를 이용하여 광의 진동 방향이 패턴의 연장 방향과 일치되도록 광을 편광시켜 검사 대상(2000)으로 입사시킬 수 있다. R-θ 스테이지와 같은 회전형 스테이지(400)를 사용하는 경우, 처음의 검사 대상(2000)의 ROI의 패턴에 대해서는 광의 편광 방향을 일치시켰다고 하더라도, 검사 대상(2000)의 다른 ROI에서는 패턴의 연장 방향과 광의 편광 방향이 틀어져 소정 각도를 가지게 된다. 이러한 경우, 회전형 편광 필터를 통해 편광 방향을 변경하여 패턴의 연장 방향과 일치되도록 함으로써, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 한편, 스테이지(400)가 x-y-z 스테이지로 형성되는 경우에는, 편광기는 고정형 편광 필터로 형성될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치에서, 영상 획득 장치의 결상 광학계에 적용된 더블 텔리센트릭(double telecentric) 광학계의 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 일반적으로 렌즈는 렌즈가 가지고 있는 곡률에 따라 굴절각이 달라지고 굴절각에 따라 초점거리가 변한다. 굴절각이 클수록(렌즈가 두꺼울수록) 초점거리가 짧아지고 광각(wide-angle) 효과를 기대할 수 있다. 또한, 렌즈의 상은 수차 현상에 의해 주변부가 흐려지거나 형태가 틀어지게 된다. 수차는 대표적으로 색 수차와 구면 수차를 들 수 있다. 여기서, 색 수차는 렌즈를 통해 입사되는 빛이 파장에 따라 굴절률이 달라져 초점이 다른 위치에 맺어짐에 따라 상이 흐려지는 현상을 의미한다. 또한, 구면 수차는, 렌즈가 구면(球面)인 관계로 중심부로 입사한 빛과 주변부로 입사한 빛이 한 곳에 맺지 못하고 상이 흐려지는 현상을 의미한다. 구면 수차의 경우, 일반적으로 렌즈의 설계 과정에서 렌즈 상호 간에 구면 수차가 상쇄되도록 함으로써 제거할 수 있다.
한편, 색 수차의 경우, 한점(one point)을 촬영하는 경우에는 크게 문제가 되지 않으나, 넓은 영역을 촬영하고 또한 넓은 파장 대역을 사용하는 경우에 색 수차가 필연적으로 발생하여 측정 정밀도를 저하시킬 수 있다.
이러한 색 수차를 제거하기 위하여, 결상 광학계를 텔리센트릭 광학계로 구성할 수 있다. 텔리센트릭 광학계는 렌즈를 통해 출사하는 광이 무한 광원의 광 형태 또는 평행광 형태로 출사되도록 하는 광학계를 의미할 수 있다. 반대로 무한 광원의 광, 또는 평행광이 렌즈로 입사하여 렌즈의 초점 위치에 집광되도록 하는 광학계를 의미할 수 있다. 이러한 텔리센트릭 광학계의 경우, 물체의 원근감이 무시되고 색 수차가 최소화될 수 있다.
텔리센트릭 광학계의 경우, 도 8b에 도시된 바와 같이, 렌즈(312 or 314)의 초점 위치에 검사 대상(2000) 또는 CCD 카메라(330)의 이미지 센서가 위치되도록 하고, 또한, 렌즈(312 or 314)로부터 출사되는 광이 중심 광축(일점 쇄선)에 평행하게 진행하도록 함으로써, 구현될 수 있다. 도 8b에서, 단순히 하나의 렌즈(312 or 314)에 의해 평행광이 구현되는 것으로 표현되고 있지만 일반적으로 평행광의 구현을 위해 다수의 렌즈들이 이용될 수 있다. 또한, 텔리센트릭 광학계의 경우, 렌즈(312 or 314)에 입사된 광이 초점 위치, 예컨대 검사 대상(2000) 또는 CCD 카메라(330)의 이미지 센서 부분에 수직으로 입사될 수 있다.
본 실시예의 광학 검사 장치(1000)는, 색수차를 제거하여 측정의 정밀도를 향상시키기 위하여, 결상 광학계(320a)를 더블 텔리센트릭 광학계로 구성할 수 있다. 더블 텔리센트릭 광학계는 대물렌즈(322)의 초점 위치에 검사 대상(2000)을 위치시키고, 결상 렌즈(328)의 초점 위치에 CCD 카메라(330)의 이미지 센서를 위치시킴으로써, 구현할 수 있다. 물론, 대물렌즈(322)와 결상 렌즈(328) 사이에서 광은 평행광 형태, 즉 무한 광원의 광 형태로 진행할 수 있다. 한편, 대물렌즈(322)와 결상 렌즈(328) 사이에는 튜브 렌즈와 같은 적어도 하나의 렌즈가 배치될 수 있다. 또한, 대물렌즈(322)와 결상 렌즈(328) 각각은 역시 적어도 2개의 렌즈로 구현될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 장치를 통해 획득한 웨이퍼 상의 ROI에 대한 2D 이미지에 대한 평면도, 2D 이미지의 각 픽셀에 대한 파장별 반사율 그래프, 및 반사율 그래프에 기초한 ROI의 높이 프로파일 이미지에 대한 사시도이다.
도 9a를 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 영상 획득 장치(300)를 통해 검사 대상(2000), 예컨대 웨이퍼의 ROI에 대한 2D 이미지를 생성할 수 있다. 여기서, ROI는 웨이퍼 상에 점선의 네모 또는 확대된 점선의 네모 부분에 해당할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2D 이미지는 파장 영역들에 대응하여 복수 개 생성될 수 있다. 복수의 2D 이미지들 각각은 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 2D 이미지에 포함된 픽셀들 각각은 인텐서티 또는 반사율에 대한 정보를 포함할 수 있다. 한편, 2D 이미지에 대한 평면도에서 사선 해칭된 부분은 실리콘옥사이드(SiO2)와 같은 옥사이드 필름에 해당하고, 그 외의 부분은 실리콘 기판에 해당할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 분석 장치(도 1의 500)는 영상 획득 장치(300)로부터 파장 영역별로 2D 이미지에 대한 정보를 전달받아 분석하여, 도 9b에 도시된 바와 같이 픽셀들에 대한 파장 영역별 반사율 그래프인 검사용 반사율 그래프를 생성할 수 있다. 여기서, x축은 파장 영역들을 나타내고, y축은 반사율을 나타내며, z축은 픽셀 넘버를 의미할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 도 2의 2D 이미지들에 알 수 있듯이, 제1 픽셀(pixel 1(x,y))의 인텐서티 또는 반사율은 파장 영역에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 제1 파장 영역(λ1)에서, 제1 픽셀(pixel 1(x,y))의 반사율은 0.2이고, 제3 파장 영역(λ3)에서 제1 픽셀(pixel 1(x,y))의 반사율은 0.4일 수 있다. 파장 영역들을 매우 미세하게 세분하고, 각각의 픽셀에 대하여 파장 영역별로 반사율을 표시함으로써, 도 9b와 같은 검사용 반사율 그래프가 획득될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 본 실시예의 광학 검사 장치(1000)에서, 분석 장치(500)는 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프를 도 9b의 검사용 반사율 그래프와 비교하고, 비교 결과에 기초하여, 검사 대상(2000), 예컨대, 웨이퍼의 ROI의 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다. ROI의 상태는, 예컨대, ROI의 박막의 두께나 패턴 CD, 또는 ROI의 박막의 구조일 수 있다. ROI의 박막의 구조는, 도 9c에 도시된 바와 같이, 3차원으로 파악될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 다수의 기준 반사율 그래프들을 도 9b의 검사용 반사율 그래프와 비교하고, 도 9b의 검사용 반사율 그래프에 근접하는 기준 반사율 그래프를 추출한다. 이후, 추출된 기준 반사율 그래프에 기초하여, ROI의 박막의 두께나 CD, 또는 ROI의 박막의 구조에 대한 정보를 획득할 수 있다. 다시 말해서, 기준 반사율 그래프들은 박막의 두께나 CD, 또는 박막의 구조에 대한 정보를 이미 알고 있는 물질층 구조들에 대한 것이므로, 검사용 반사율 그래프에 근접하는 기준 반사율 그래프가 추출되면, 해당 물질층 구조에 대한 정보에 기초하여 ROI의 박막에 대한 정보를 바로 획득할 수 있다.
한편, 경우에 따라, 비교 결과에 기초하여, 검사 대상(2000), 예컨대, 웨이퍼의 ROI의 상태가 정상인지 판단할 수 있다. 예컨대, 비교 결과에 기초하여, ROI에 박막이 정상적인 두께로 형성되었는지, 정상적인 CD를 갖는 패턴이 형성되었는지, 또는 박막이 정상적인 구조로 형성되었는지 판단할 수 있다. 구체적으로, ROI에 형성되어야 할 박막의 두께, 패턴 CD, 또는 구조가 특정된 경우에, 해당 박막의 두께, 패턴 CD 또는 구조에 대응하는 물질층 구조에 대한 기준 반사율 그래프를 데이터 베이스로부터 불러와, ROI의 픽셀들에 대한 파장 영역별 반사율 그래프, 즉 ROI의 검사용 반사율 그래프와 비교한다. 이후, 비교 결과가 허용 범위 내에 있는지를 판단하여 ROI에 박막이 정상적으로 형성되었는지 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 설명의 편의를 위해 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 10을 참조하면, 광학 검사 장치(1000)를 이용하여, 복수의 파장 영역에서 검사 대상(2000)의 2D 이미지를 생성한다(S110). 예컨대, 광학 검사 장치(1000)의 영상 획득 장치(300)의 CCD 카메라(330)를 통해 복수의 파장 영역에서 검사 대상(2000)의 2D 이미지, 예컨대, 웨이퍼의 ROI에 대한 2D 이미지를 생성한다. 그에 따라, 웨이퍼의 ROI의 2D 이미지는 도 2에 도시된 바와 같이 파장 영역들에 대응하여 복수 개로 생성될 수 있다. 검사 대상(2000)의 2D 이미지의 생성 과정은 도 11의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
다음, 광학 검사 장치(1000)를 이용하여, 검사 대상(2000)의 2D 이미지를 분석하여 검사 대상을 검사한다(S120). 구체적으로, 먼저, 광학 검사 장치(1000)의 분석 장치(500)를 이용하여, 영상 획득 장치(300)에서 획득한 복수의 파장 영역들의 2D 이미지들을 기초로 검사용 반사율 그래프를 생성한다. 여기서, 검사용 반사율 그래프는 예컨대, 도 9b에 도시된 바와 같이 2D 이미지 내의 각 픽셀들의 파장 영역별 반사율에 대한 그래프일 수 있다. 다음, 검사용 반사율 그래프 생성 후, 분석 장치는 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프와 검사용 반사율 그래프를 비교하여, 검사 대상(2000)에 대한 정보를 획득한다. 예컨대, 검사 대상(2000)에 대한 정보는 예컨대, 웨이퍼의 ROI에서, 박막의 두께, 박막의 패턴의 CD, 또는 박막의 구조 등에 대한 정보일 수 있다. 또한, 검사 대상(2000)에 대한 정보는, 예컨대, 웨이퍼의 ROI에서, 박막의 두께가 허용 범위 내인지, 박막 내의 패턴 CD가 허용 범위 내인지, 또는 박막이 적정한 구조를 갖는지 등에 대한 정보일 수도 있다.
검사용 반사율 그래프와 기준 반사율 그래프의 비교를 통해 검사 대상(2000)에 대한 정보를 획득하는 방법은 도 9a 내지 도 9c의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
도 11은 도 10의 광학 검사 방법에서, 검사 대상의 2D 이미지 생성 단계(S110)를 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하며, 도 10의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 먼저, 광원(100)에서 광대역 광을 생성하여 출력한다(S110). 예컨대, 광원(100)에서 생성된 광대역 광은 예컨대, 170 ~ 2100㎚ 파장 범위를 가질 수 있다. 이러한 광대역 광은 제1 광 섬유(150)를 통해 모노크로메이터(200)로 입력될 수 있다.
다음, 모노크로메이터(200)에서, 광대역 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력한다(S113). 여기서, 상기 파장 폭은 수 ㎚ 정도일 수 있고, 따라서, 모노크로메이터(200)를 통해 광대역 광이 단색광으로 변환되어 출력될 수 있다. 한편, 모노크로메이터(200)는 하나의 단색광만을 출력하는 것이 아니라, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑하면서 다수의 단색광들을 출력할 수 있다. 다시 말해서, 모노크로메이터(200)는 광대역 광을 단색광으로 변환하여 출력하되, 복수의 파장 영역에 대응하여 복수의 단색광을 출력할 수 있다. 예컨대, 모노크로메이터(200)는 5㎚ 파장 폭의 단색광을 출력하되, 250 ~ 800㎚ 파장 범위에서 스위핑을 통해 연속적으로 또는 간헐적으로 배치된 복수의 단색광을 출력할 수 있다. 한편, 모노크로메이터(200)로부터 출력된 광은 제2 광 섬유(250)를 통해 영상 획득 장치(300)로 입력될 수 있다.
영상 획득 장치(300)의 조명 광학계(310)를 이용하여, 모노크로메이터(200)로부터의 광을 검사 대상(2000)의 상면에 3 ~ 10°의 입사각으로 입사시킨다(S115). 그에 따라, 조명 광학계(310)는 검사 대상(2000)에 대하여 경사 광학계를 구성할 수 있다. 예컨대, 조명 광학계(310)는 제1 미러(316)의 각도를 적절히 조절하여 광을 검사 대상(2000)의 상면에 5°의 입사각으로 입사시킬 수 있다.
영상 획득 장치(300)의 결상 광학계(320)를 이용하여, 검사 대상(2000)으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 또는 평행광 형태로 출사시킨다(S117). 예컨대, 결상 광학계(320)는 더블 텔리센트릭 광학계로 구성될 수 있다. 더블 텔리센트릭 광학계에 대해서는 도 8a 및 도 8b의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 한편, 결상 광학계(320)는 0.03 ~ 0.08의 NA를 가지며, 2 ~ 10배의 배율을 가질 수 있다.
CCD 카메라(330)에서 결상 광학계(320)로부터의 광을 입력받아, 2D 이미지를 생성한다(S119). 한편, 모노크로메이터(200)가 복수의 파장 영역에 대응하여 복수의 단색광들을 생성하여 영상 획득 장치(300)로 입력시키므로, CCD 카메라(330)는 복수의 단색광들에 대응하여 복수의 파장 영역들에서 복수의 2D 이미지들을 생성할 수 있다. 각각의 2D 이미지는 복수의 픽셀들을 포함하고, 각각의 픽셀들에는 광의 인텐서티 또는 반사율 정보가 포함될 수 있다. 한편, CCD 카메라(330)는, UV 대역의 광량을 보충하기 위하여 UV 대역에서 30% 이상의 높은 QE를 가질 수 있다. 또한, 파장 영역들 간의 광량 불균일을 제거하기 위하여, CCD 카메라(330)에는 동적 셔터 스피드 기술이 채용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하며, 도 10 및 도 11의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 12를 참조하면, 웨이퍼의 2D 이미지 생성 단계(S210) 및 웨이퍼의 검사 단계(S220)는 도 10 및 도 11의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 다만, 웨이퍼의 2D 이미지 생성 단계(S210)에서, 검사 대상(2000) 대신 구체적인 웨이퍼의 ROI에 대한 2D 이미지가 생성되고, 또한 웨이퍼의 검사 단계(S220)에서, 구체적인 웨이퍼의 ROI가 검사될 수 있다. 한편, 웨이퍼는 기판 상에 형성된 박막을 포함할 수 있다. 박막은 다양한 구조 및 두께를 가질 수 있고, 반도체 공정을 통해 기판 상에 형성될 수 있다.
웨이퍼의 검사 단계(S220) 이후에, 검사 결과에 기초하여 웨이퍼에 이상이 있는지 판단한다(S230). 웨이퍼에 이상이 있는지의 판단은, 웨이퍼의 검사 단계(S220)에서 획득한 박막에 대한 정보에 기초하여 판단할 수 있다. 예컨대, 박막의 두께가 허용 범위 내에 있는지, 박막의 패턴 CD가 허용 범위 내에 있는지, 또는 박막의 구조가 요구되는 구조에 적합한지 등의 판단을 통해 웨이퍼에 이상이 있는지를 판단할 수 있다. 한편, 형성되어야 할 박막의 두께, 패턴 CD, 또는 박막의 구조가 이미 정해져 있는 경우에는, 검사용 반사율 그래프와 해당 기준 반사율 그래프의 차이가 허용 범위 내에 있는지에 의해 웨이퍼의 이상 여부가 판단될 수도 있다.
웨이퍼에 이상이 없는 경우(No), 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행한다(S240). 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하여 해당 반도체 소자에 요구되는 집적 회로들 및 배선들을 형성할 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 웨이퍼 레벨의 반도체 소자에 대한 테스트 공정을 포함할 수 있다. 한편, 웨이퍼에 대한 반도체 공정 중에, 다른 박막들이 형성될 수 있고, 그러한 박막들 각각에 대하여, 웨이퍼의 2D 이미지 생성 단계(S210) 및 웨이퍼의 검사 단계(S220)의 과정이 다시 수행될 수도 있다.
덧붙여, 웨이퍼의 2D 이미지 생성 단계(S210) 및 웨이퍼의 검사 단계(S220)가 단순히 계측을 위한 용도인 경우, 웨이퍼의 이상 여부 판단 단계(S230) 없이, 웨이퍼에 대한 반도체 공정 수행 단계(240)로 바로 진행할 수도 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화 한다(S250). 각각의 반도체 칩으로의 개별화는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다.
이후, 반도체 칩에 대한 패키징을 수행한다(S260). 패키징 공정은 반도체 칩들을 PCB 상에 실장하고 밀봉재로 밀봉하는 공정을 의미할 수 있다. 한편, 패키징 공정은 PCB 상에 다수의 반도체를 다층으로 적층하여 스택 패키지를 형성하거나, 또는 스택 패키지 상에 스택 패키지를 적층하여 POP(Package On Package) 구조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 반도체 칩에 대한 패키징 공정을 통해 반도체 소자 또는 반도체 패키지가 완성될 수 있다. 한편, 패키징 공정 후에 반도체 패키지에 대한 테스트 공정이 수행될 수 있다.
한편, 웨이퍼에 이상이 있는 경우(Yes), 해당 웨이퍼를 세정하거나 또는 해당 웨이퍼를 폐기한다(S270). 웨이퍼에 이상이 있는 경우는, 예컨대, 두 가지 이유를 들 수 있다. 첫 번째는 웨이퍼의 ROI 상에 이물질이 존재하여 측정이 잘못된 경우일 수 있다. 두 번째는 박막 형성에 대한 반도체 공정에 에러가 존재하여, 박막 자체가 잘못 형성된 경우일 수 있다. 첫 번째에 해당하는 경우에는 이물질을 제거하기 위하여 웨이퍼를 세정할 수 있다. 그러나 두 번째에 해당하는 경우에는 세정을 통해 해결할 수 없으므로 웨이퍼 자체를 폐기한다.
이후, 세정한 웨이퍼 또는 다른 웨이퍼를 광학 검사 장치(1000)에 투입하고(S280), 웨이퍼의 2D 이미지 생성 단계(S210)로 진행한다. 여기서, 다른 웨이퍼는, 새로운 반도체 공정 조건에 의해 기판 상에 박막이 형성된 웨이퍼일 수 있다. 따라서, 검사 시스템에 투입 단계(S280)에서, 다른 웨이퍼를 투입하는 경우에는 새로운 반도체 공정 조건을 통해 기판 상에 박막을 형성하는 공정이 선행될 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1000: 광학 검사 장치, 100: 광원, 150: 제1 광 섬유, 200: 모노크로메이터, 210: 콜리메이터, 220: 미러, 230: 격자 소자, 240: 집광 렌즈, 245: 슬릿, 250: 제2 광 섬유, 300: 영상 획득 장치, 310: 조명 광학계, 312, 312a: 콜리메이터, 314, 314a: 편광기, 316: 제1 미러, 320: 결상 광학계, 322: 대물렌즈, 324: 제2 미러, 326: 튜브 렌즈, 328: 결상 렌즈, 330: CCD 카메라, 400: 스테이지, 500: 분석 장치, 2000: 검사 대상

Claims (20)

  1. 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 광원;
    상기 광대역 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑(sweeping)하여 복수의 파장 영역의 광을 출력시키는 모노크로메이터(monochromator);
    상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면에 소정 입사각을 가지고 입사시키는 조명 광학계;
    상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 출사시키는 결상(imaging) 광학계; 및
    상기 결상 광학계로부터의 광을 수광하여 상기 검사 대상의 2 차원(2D) 이미지를 생성하는 디텍터;를 포함하고,
    상기 복수의 파장 영역의 상기 2D 이미지를 분석하여 상기 검사 대상을 검사하는 광학 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 더블 텔리센트릭(double telecentric) 광학계로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는,
    상기 모노크로메이터로부터 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터(collimator), 상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 편광기(polarizer), 및 상기 편광기로부터의 광을 반사시켜 상기 검사 대상의 상면에 입사시키는 제1 미러를 구비하며,
    상기 제1 미러는 광을 상기 검사 대상의 상면에 3 ~ 10°의 입사각으로 입사시키는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 검사 대상은 회전 스테이지에 배치되어 이동되고,
    상기 편광기는, 상기 검사 대상의 ROI(Region Of Interest) 내의 패턴의 형태에 따라 편광을 변경하는 회전형 편광 필터인 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는 반사형(reflectance type)이고, UV(Ultra-Violet) 광의 반사율을 증가시키는 코팅이 된 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 0.03 ~ 0.08의 NA(Numerical Aperture)를 가지며, 2 ~ 10배의 배율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는, 광의 경로를 변경하는 적어도 하나의 제2 미러를 구비하며,
    상기 결상 광학계를 구성하는 렌즈들은 3% 미만의 반사율을 갖도록 코팅이 된 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 디텍터는 CCD 카메라이고, 상기 CCD 카메라는, 입사되는 광량에 따라 셔터 속도를 동적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 조명 광학계와 상기 결상 광학계는 빔 스플리터(Beam Splitter: BS)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 2D 이미지의 분석은 분석 장치를 통해 이루어지며,
    상기 분석 장치는 상기 복수의 파장 영역의 상기 2D 이미지에 기초하여 검사용 반사율 그래프를 생성하고, 상기 검사용 반사용 그래프를 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프와 비교하여 상기 검사 대상의 박막 두께 또는 패턴의 CD(Critical Dimension)을 검사하며,
    상기 분석 장치는 상기 광대역 광의 다른 파장 영역 간의 인텐서티 차이 및 상기 디텍터의 QE 차이를 보상하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  11. 광대역 광원;
    상기 광대역 광원으로부터의 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하되, 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑하면서 출력시키는 모노크로메이터;
    빔 스플리터(Beam Splitter) 없이, 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는 영상 획득 장치; 및
    상기 영상 획득 장치를 통해 획득한 복수의 파장 영역의 상기 검사 대상의 2D 이미지를 분석하는 분석 장치;를 포함하는 광학 검사 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 영상 획득 장치는 조명 광학계, 결상 광학계, 및 CCD 카메라를 구비하고,
    상기 조명 광학계는, 상기 모노크로메이터로부터 광을 상기 검사 대상의 상면으로 3 ~ 10°의 입사각으로 입사시키며,
    상기 결상 광학계는, 더블 텔리센트릭 광학계로 구성되며,
    상기 CCD 카메라는, 상기 결상 광학계로부터의 광을 수광하여 상기 2D 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는, 0.03 ~ 0.08의 NA 및 2 ~ 10배의 배율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  14. 광대역 광원, 모노크로메이터, 및 영상 획득 장치를 이용하여, 복수의 파장 영역에서 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는 단계; 및
    분석 장치를 이용하여, 상기 복수의 파장 영역의 상기 검사 대상의 2D 이미지를 분석하여 상기 검사 대상을 검사하는 단계;를 포함하고,
    상기 영상 획득 장치는, 빔 스플리터 없이 상기 모노크로메이터로부터 광을 검사 대상의 상면으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 검사 대상의 2D 이미지를 생성하는, 광학 검사 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 검사 대상의 2D 이미지를 획득하는 단계는,
    상기 모노크로메이터를 이용하여, 상기 광대역 광원으로부터의 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하는 단계;
    조명 광학계를 이용하여, 상기 모노크로메이터로부터의 광을 상기 검사 대상의 상면에 3 ~ 10°의 입사각으로 입사시키는 단계;
    결상 광학계를 이용하여, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 상기 무한 광원의 광 형태로 진행시키는 단계; 및
    CCD 카메라를 이용하여, 상기 2D 이미지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 검사 대상을 검사하는 단계는,
    상기 복수의 파장 영역의 상기 2D 이미지에 기초하여 검사용 반사율 그래프를 생성하는 단계;
    상기 검사용 반사율 그래프를 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프와 비교하는 단계; 및
    비교 결과에 기초하여 상기 검사 대상의 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 검사용 반사율 그래프를 생성하는 단계 전에,
    상기 광대역 광원의 광의 다른 파장 영역 간의 인텐서티 차이 및 상기 디텍터의 QE 차이를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 방법.
  18. 광대역 광원, 모노크로메이터, 및 영상 획득 장치를 이용하여 복수의 파장 영역에서 웨이퍼의 2D 이미지를 생성하는 단계;
    분석 장치를 이용하여, 상기 복수의 파장 영역의 상기 웨이퍼의 2D 이미지를 분석하여 상기 웨이퍼를 검사하는 단계; 및
    상기 웨이퍼에 이상이 없는 경우에, 상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 영상 획득 장치는, 빔 스플리터 없이 상기 모노크로메이터로부터 광을 웨이퍼의 상면으로 입사시키고, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 무한 광원의 광 형태로 진행시키며, 상기 웨이퍼의 2D 이미지를 생성하는, 반도체 소자 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 2D 이미지를 획득하는 단계는,
    상기 모노크로메이터를 이용하여, 상기 광대역 광원으로부터의 광을 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하는 단계;
    조명 광학계를 이용하여, 상기 모노크로메이터로부터의 광을 상기 웨이퍼의 상면에 3 ~ 10°의 입사각으로 입사시키는 단계;
    결상 광학계를 이용하여, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 상기 무한 광원의 광 형태로 출사시키는 단계; 및
    CCD 카메라를 이용하여, 상기 2D 이미지를 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 기 설정된 파장 폭의 광으로 변환하여 출력하는 단계에서,
    상기 모노크로메이터는 상기 파장 폭의 간격으로 스위핑하면서 상기 복수의 파장 영역의 광을 출력하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 검사하는 단계는,
    상기 복수의 파장 영역의 상기 2D 이미지에 기초하여 검사용 반사율 그래프를 생성하는 단계;
    상기 검사용 반사율 그래프를 데이터 베이스에 저장된 기준 반사율 그래프와 비교하는 단계; 및
    비교 결과에 기초하여, 상기 웨이퍼의 ROI에서의 박막 두께, 박막의 패턴 CD, 또는 박막의 구조에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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