KR20180101628A - 웨이퍼 결함 검사 및 리뷰 시스템 - Google Patents

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Abstract

촬상 대물렌즈 및 이러한 촬상 대물렌즈를 구비한 검사 시스템이 개시된다. 상기 촬상 대물렌즈는 회절 제한된 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈를 포함할 수도 있다. 촬상 대물렌즈는 또한 전방 대물렌즈에 의해 생성된 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이를 포함할 수도 있다. 릴레이는 중간 화상의 투영을 고정된 화상 평면에 전달하도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함할 수도 있다.

Description

웨이퍼 결함 검사 및 리뷰 시스템
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2016년 2월 3일자로 출원된 미국 가출원 제62/290,586호의 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 이익을 주장한다. 상기 미국 가출원 제62/290,586호는 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.
본 출원은 2016년 2월 26일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제15/055,292호에 관한 것이다. 상기 미국 특허 출원 제15/055,292호는 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.
기술 분야
본 개시 내용은 일반적으로 검사 분야에 관한 것으로, 특히 반도체 디바이스의 검사에 관한 것이다.
배경
실리콘 웨이퍼 등과 같은 얇은 연마된 플레이트는 현대 기술의 매우 중요한 부분이다. 예를 들어, 웨이퍼는 집적 회로 및 다른 디바이스의 제조에 사용되는 반도체 재료의 얇은 조각(slice)을 지칭할 수도 있다. 얇은 연마된 플레이트의 다른 예는 자기 디스크 기판, 게이지 블록 등을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 기술은 주로 웨이퍼를 지칭하지만, 이 기술은 또한 다른 유형의 연마된 플레이트에도 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 웨이퍼라는 용어 및 얇은 연마된 플레이트라는 용어는, 본 개시 내용에서 상호 교환적으로 사용될 수도 있다.
웨이퍼는 결함 검사 대상이다. 이러한 검사를 수행하는데 이용되는 도구(tool)는 효율적이고 효과적일 것으로 예상된다. 그러나 대규모 회로 통합 및 크기 축소에 대한 최근의 발전으로 인해 이러한 기대에 직면하게 되었다는 것에 주목해야 한다. 즉, 기존의 검사 도구는 이러한 결함이 점차적으로 작아지고 있으므로 결함을 검출하는데 덜 효율적이고 덜 효과적이다.
전술한 결점들이 없는 개선된 검사 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 개시 내용은 촬상 대물렌즈(imaging objective)에 관한 것이다. 상기 촬상 대물렌즈는 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈를 포함할 수도 있다. 촬상 대물렌즈는 또한 전방 대물렌즈에 의해 생성된 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이를 포함할 수도 있다. 릴레이는 중간 화상의 투영을 고정된 화상 평면에 전달하도록 위치된 3개의 구면 미러를 포함할 수도 있다.
본 개시 내용의 다른 실시예는 검사 시스템에 관한 것이다. 검사 시스템은 검사 시스템 내의 고정된 위치에 배치된 검출기를 포함할 수도 있다. 검사 시스템은 또한 회절 제한된 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈를 포함할 수도 있다. 검사 시스템은 전방 대물렌즈에 의해 생성된 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이(relay)를 더 포함할 수도 있다. 릴레이는 고정된 위치에 배치된 검출기에 중간 화상의 투영을 전달시키도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함할 수도 있다.
본 개시 내용의 추가적인 실시예는 촬상 대물렌즈에 관한 것이다. 상기 촬상 대물렌즈는 회절 제한된 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈를 포함할 수도 있다. 촬상 대물렌즈는 또한 전방 대물렌즈에 의해 생성된 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이를 포함할 수도 있다. 릴레이는 중간 화상을 고정된 화상 평면에 투영시키도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함할 수도 있다. 3개의 구면 미러는 실질적으로 차광 현상(obscuration)이 없는 모든 반사 미러일 수도 있고, 서로에 대하여 상이한 곡률을 갖도록 구성될 수도 있다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 양자는 단지 예시적이고 설명적인 것이며, 본 개시 내용을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 개시 내용의 주제(subject matter)를 예시한다. 함께 합쳐져서, 설명부 및 도면은 본 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 개시 내용의 다수의 이점은 첨부된 도면을 참조하여 당업자에 의해 보다 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따라 구성된 검사 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예에 따라 구성된 예시적인 촬상 대물렌즈의 광학적 레이아웃을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 광학적 레이아웃의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 광학적 레이아웃의 다른 일부를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 광학적 레이아웃의 다양한 배율에 대한 다수의 줌 구성의 오버레이를 도시하는 광학적 레이아웃을 나타내는 도면이다.
이제 개시된 주제에 대하여 상세하게 참조가 행해질 것이며, 이는 첨부된 도면에 도시된다.
본 개시 내용에 따른 실시예는 촬상 대물렌즈 및 이러한 촬상 대물렌즈를 구비한 검사 시스템에 관한 것이다. 본 개시 내용에 따라 구성된 촬상 대물렌즈는, 완전한(예를 들어, 회절 제한된) 또는 불완전한 중간 화상 및 3-미러 전(all) 반사 릴레이를 특징으로 할 수 있다. 이러한 방식으로 구성된 촬상 대물렌즈는, 미국 특허 제6,894,834호(이는 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합됨)에 기재된 촬상 대물렌즈의 대안물(alternative)로서 작용할 수도 있다. 미국 특허 제6,894,834호에 기재된 촬상 대물렌즈는 중간 화상 평면에서 회절 제한 성능을 제공하지 않아서, 공초점(confocal) 적용에 사용할 수 없게 만든다는 것에 주목해야 한다. 본 개시 내용의 실시예에 따라 구성된 촬상 대물렌즈는 미래의 광대역 촬상 대물렌즈를 위한 베이스라인 설계로서 이용될 수 있다는 것이 고려된다.
일반적으로 도 1을 참조하면, 본 개시 내용의 실시예에 따라 구성된 검사 시스템(100)을 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 검사 시스템(100)은 조명(illumination) 소스(102), 조명 미러(또는 렌즈 시스템)(104), 타겟 기판(106), 기판 홀더 (107), 촬상 대물렌즈(108), 센서(검출기)(110), 및 데이터 프로세서(112)를 포함할 수도 있다.
상기 조명 소스(102)는 예를 들어 광 빔(122)을 출력할 수 있는 레이저 유도 플라즈마 소스를 포함할 수도 있다. 조명 미러(104)는 입사 빔(124)이 타겟 기판(106)을 향해 제공될 수 있도록 광 빔(122)을 반사 및 지향시킬 수도 있다. 그 후, 타겟 기판(106)(예를 들어, 웨이퍼)은, 검사 시스템(100)의 시야(field of view; FOV)가 검사될 기판 상의 영역을 커버할 수 있도록 기판 홀더(107)를 제어 가능하게 병진시킴으로써 빔(124) 아래에서 스캐닝될 수도 있다. 결과적으로, 출력 광(126)은 타겟 기판(106)으로부터 촬상 대물렌즈(108)로 반사될 수도 있으며, 그 후, 상기 촬상 대물렌즈(108)는 출력 광의 투영(128)을 센서(110)로 출력할 수도 있다.
센서(110)는 다양한 다른 유형의 광 감지 디바이스 뿐만 아니라 하나 이상의 전하 결합 디바이스(charged coupled device; CCD), CCD 어레이, 시간 지연 통합(time deley integration; TDI) 센서, TDI 센서 어레이, 광전자 증배관(photomultiplier tube; PMT)를 포함할 수도 있다. 센서(110)에 의해 캡쳐된 신호는 추가적인 처리를 위해 데이터 프로세서(112)에 제공될 수도 있다. 일부 실시예에서, 데이터 프로세서(112)는 감지된 광 빔의 강도, 위상, 및/또는 다른 특성을 분석하도록 구성될 수도 있다. 데이터 프로세서(112)는 또한 분석 결과를 하나 이상의 시스템 또는 사용자에게 제공하도록 구성될 수도 있다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 개시 내용에 따라 구성된 화상 대물렌즈(108)의 예시적인 구현예를 나타내는 도면이 도시되어 있다. 촬상 대물렌즈(108)는 전방 대물렌즈(130) 및 릴레이(이는 또는 줌 광학 장치로서 작용할 수 있고, 따라서 줌 릴레이라고도 지칭될 수 있음)(132)를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 전방 대물렌즈(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 중간 화상의 앞에 배치되며, 대물렌즈 헤드를 가지며, 상기 대물렌즈 헤드는, (1) 플라노 측이 반사면으로도 작용하는 플라노-볼록(plano-convex) 렌즈(130A), (2) 메니스커스 렌즈(130B), 및 (3) 일련의 굴절성의 융융된 실리카 및 칼슘 플루오라이드 렌즈 뿐만 아니라 오목 미러(130C)를 포함한다.
전방 대물렌즈(130)는, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 도 2 내지 도 4에 도시된 구성과 다르게 구성될 수도 있음이 고려된다. 전방 대물렌즈(130)의 특정 구현 예는 달라질 수도 있지만, 이는 중간 화상에서 회절 제한 성능[예를 들어, 0.9 이상의 스트렐(strehl) 비율을 가지며, 일부 실시예에서는, 0.5 이상의 스트렐 비율을 가짐]을 제공하도록 계속해서 조정(최적화)될 수도 있음이 고려된다. 그 후, 중간 화상은 중간 화상 평면에서의 개구수(NA)가 비교적 작은 값, 예를 들어 0.2 이하로 감소되도록 합리적으로 큰 값, 예를 들어 50배 만큼 확대될 수도 있다. 더 작은 NA는 중간 화상에서의 성능을 최적화함으로써 회절 제한된 성능을 달성하는 것을 가능하게 하는 것으로 고려된다. 중간 화상 표면인 계면(interface)에서의 더 작은 NA는, 또한 전방 대물렌즈(130)과 줌 릴레이(132)의 커플링을 상대적으로 용이하게 하여, 전방 대물렌즈(130) 및 줌 릴레이(132)는 독립적으로 설계될 수 있는 반면에 중간 화상에서의 계면은 텔레센트릭(telecentric)될 수 있다. 또한, 계면에서의 NA가 작기 때문에, 줌 릴레이(132) 및 전방 대물렌즈(130)의 정렬 허용오차가 비교적 느슨하여, 이는 결과적으로 촬상 대물렌즈(108)가 비용 효율적으로 설계 및 제조될 수 있게 한다는 것에 주목해야 한다.
일부 실시예에서, 줌 릴레이(132)에 의해 도입된 수차(aberration)가 최소화될 수 있도록 텔레센트릭되는 중간 화상을 가지는 것이 바람직할 수도 있다. 중간 화상이 텔레센트릭될 수 없는 경우에, 줌 릴레이(132)에 의해 도입된 수차가 최적화될 수 있도록, 동공 위치의 적절한 매칭이 고려될 수도 있다. 도 4는 예시적인 줌 릴레이(132)를 상세히 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 줌 릴레이(132)는 고정된 화상 표면(140)을 유지하기 위해 축 방향으로 그리고 수직 방향으로(예를 들어, Y 및 Z 방향으로) 모두 이동할 수 있는 3개의(부분적) 구면 미러(132A, 132B, 및 132C)를 포함할 수도 있다. 고정된 화상 평면(140)을 유지하는 것은, 센서(110)가 고정된 위치에 남아 있도록 허용하며, 이는 다양한 이유로 이해될 수도 있다는 것을 주목해야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 줌 릴레이(132)의 미러(132A, 132B, 및 132C)는 차광 현상(obscuration) 없이 모두 반사성일 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 차광 현상은 낮은 주파수 신호 응답 내지 중간 주파수 신호 응답을 감소시킬 수 있기 때문에, 차광 현상이 제거되는 것에 주목하여야 한다.
일부 실시예에서, 줌 릴레이(132)의 미러(132A, 132B 및 132C)는 상이한 곡률로 구성된다. 줌 릴레이(132)를 이러한 방식으로 구성함으로써, 중간 화상에 대한 공액(conjugate) 화상 평면이 화상 경로에 생성된다는 것을 주목해야 한다. 필드 스톱(field stop)이 수차에 대해 자동으로 보정되는, 조명 경로의 공액 화상 평면에 배치되는 경우, 필드 스톱으로부터 웨이퍼 공액까지의 조명을 최적화할 필요가 없다. 즉, 이제 조명 경로 설계가 자동으로 완료된다.
일부 실시예에서, 릴레이는 2X 줌 범위를 커버하도록 설계된다. 큰 줌 범위가 요구되는 경우, 줌 범위는 복수의 서브-줌 어셈블리로 분할될 수도 있으며, 각 서브-줌 어셈블리는 그 서브-줌 범위 내에서 수차가 보정된 3개의 미러 줌 릴레이(132)를 구현한다. 이들 줌 어셈블리(132)는 전환 가능하도록 구성될 수도 있고, 더 큰 줌 범위를 달성하기 위해 함께 이용될 수 있다. 릴레이에 대한 NA가 (전술한 바와 같이) 비교적 작기 때문에, 줌 어셈블리의 틸트 및 배치 허용오차는 비교적 느슨할 수 있으며, 이는 대체 가능한 줌을 실현가능하게 만든다. 도 5는 본 명세서에 기술된 바와 같이 중첩된 복수의 서브-줌 어셈블리를 도시하는 도면이다. 이러한 방식으로 구성된 미러 릴레이는, 모든 반사성 설계로 인해 색수차의 자동 보정을 가능하게 한다는 것에 주목해야 한다.
위의 내용으로부터 알 수 있듯이, 본 개시 내용에 따라 구성된 촬상 대물렌즈는 완전한 (회절 제한된) 중간 화상을 제공할 수 있어, 공초점 적용을 위한 구현을 제공하는 것을 가능하게 한다. 또한, 회절이 제한적이라는 것은, 수차에 할당된 마진이 그에 따라 감소될 수 있어, 본 개시 내용에 따라 구성된 촬상 대물렌즈를 구비한 검사 시스템이 감소된 렌즈 가열 및 미광(stray light)으로 보다 효율적으로 될 수 있음을 의미한다. 중간 화상에서의 NA가 비교적 작기 때문에, 통합 허용오차는 비교적 느슨해 질 수 있으며, 줌 릴레이 및 전방 대물렌즈가 독립적으로 설계되고 테스트될 수 있게 한다는 것에 주목해야 한다. 추가적으로, 줌 릴레이는 최소의 산란을 갖도록 구성된 모든 미러를 이용하도록 구성되기 때문에, 산란으로 인한 미광이 감소될 수도 있다(이는 모든 반사 릴레이 설계의 추가적인 이점임). 또한, 줌 릴레이를 구현하는데 필요한 미러들의 수가 감소되기 때문에, 본 개시 내용에 따라 구성된 촬상 대물렌즈의 제조 비용은, 결과적으로 현저하게 감소될 수 있고(예를 들어, 저 NA 구면 미러의 비용은 굴절의 융합된 실리카 및 칼슘 플루오라이드 렌즈와 비교하여 매우 낮음), 다양한 이유에 대하여 이해될 수 있는 특징부(feature)를 제공한다.
상기 예들은 타겟 기판으로서 웨이퍼를 지칭하였지만, 이러한 참조는 단지 예시적인 것이며 제한적인 것을 의미하지 않는다고 이해해야 한다. 본 개시 내용에 따라 구성된 촬상 대물렌즈 및 이를 구비한 검사 시스템은, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 연마된 플레이트에도 적용 가능하다는 것이 고려된다. 본 개시 내용에서 사용되는 웨이퍼라는 용어는 집적 회로 및 다른 디바이스 뿐만 아니라 자기 디스크 기판, 게이지 블록 등과 같은 다른 얇은 연마된 플레이트의 제조에 사용되는 반도체 재료의 얇은 조각을 포함할 수도 있다.
또한, 도면들에 도시된 다양한 블록들은 설명의 목적을 위해 분리되어 제시된다고 이해된다. 도면들에 도시된 다양한 블록들이 분리된(및 통신상으로 결합된) 디바이스들 및/또는 처리 유닛들로서 구현될 수도 있지만, 이들은 또한 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 함께 통합될 수도 있다는 것이 고려된다.
본 개시의 시스템 및 장치 및 그에 따른 다수의 장점은, 전술한 설명에 의해 이해될 것이며, 개시된 주제를 벗어나지 않고 또는 모든 재료 이점을 희생하지 않으면서 구성요소의 형식, 구성 및 배열에 다양한 변경이 행해질 수도 있음이 명백할 것이다고 믿어진다. 기술된 형식은 단지 설명을 위한 것이다.

Claims (22)

  1. 촬상 대물렌즈(imaging objective)에 있어서,
    중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈와,
    상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이
    를 포함하며,
    상기 릴레이는 상기 중간 화상의 투영을 고정된 화상 평면에 전달하도록 배치된 3개의 구면(spherical) 미러를 포함하는 것인 촬상 대물렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간 화상은 회절이 제한되는 것인 촬상 대물렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 릴레이는 3-미러 릴레이인 것인 촬상 대물렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는 실질적으로 차광 현상(obscuration)이 없는 모든 반사 미러인 것인 촬상 대물렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는 상이한 곡률을 갖는 것인 촬상 대물렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는, 상기 중간 화상의 상기 고정된 화상 평면으로의 투영을 여전히 유지하면서 적어도 축 방향으로 또는 수직 방향으로 이동 가능한 것인 촬상 대물렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전방 대물 렌즈는 또한, 상기 전방 대물 렌즈와 상기 릴레이 사이의 계면(interface)에서 상기 중간 화상의 개구수를 감소시키도록 상기 중간 화상을 확대하도록 구성되는 것인 촬상 대물렌즈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 계면에서 상기 중간 화상의 개구수는, 0.2 이하인 것인 촬상 대물렌즈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상은 텔레센트릭(telecentric)인 것인 촬상 대물렌즈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈는,
    반사 표면으로서 작용하는 플라노(plano) 측을 갖는 렌즈와,
    메니스커스 렌즈와,
    오목 미러와,
    일련의 굴절성의 용융된 실리카 및 칼슘 플루오라이드(fluoride) 렌즈
    를 포함하는 것인 촬상 대물렌즈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 추가 릴레이를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 추가 릴레이는 상기 중간 화상의 제2 투영을 상기 고정된 화상 평면에 전달하도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 릴레이는 언급된 제1 릴레이의 줌 범위와 상이한 줌 범위를 가지는 것인 촬상 대물렌즈.
  12. 검사 시스템에 있어서,
    상기 검사 시스템 내의 고정된 위치에 배치된 검출기와,
    회절 제한된 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈와,
    상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이
    를 포함하며,
    상기 릴레이는 상기 고정된 위치에 배치된 상기 검출기로 상기 중간 화상의 투영을 전달하도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함하는 것인 검사 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는 실질적으로 차광 현상이 없는 모든 반사 미러인 것인 검사 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는 상이한 곡률을 갖는 것인 검사 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 3개의 구면 미러는 상기 중간 화상의 상기 검출기로의 투영을 여전히 유지하면서 적어도 축 방향으로 또는 수직 방향으로 이동 가능한 것인 검사 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈는 또한, 상기 전방 대물렌즈와 상기 릴레이 사이의 계면에서 상기 중간 화상의 개구수를 감소시키기 위하여 상기 중간 화상을 확대하도록 구성되는 것인 검사 시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 계면에서의 상기 중간 화상의 개구수는 0.2 이하인 것인 검사 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상은 텔레센트릭인 것인 검사 시스템.
  19. 제12항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈는,
    반사 표면으로 작용하는 플라노 측을 갖는 렌즈와,
    메니스커스 렌즈와,
    오목 미러와,
    일련의 굴절성의 용융된 실리카 및 칼슘 플루오라이드 렌즈
    를 포함하는 것인 검사 시스템.
  20. 제12항에 있어서, 상기 검출기는 시간 지연 통합(time delay integration; TDI) 검출기인 것인 검사 시스템.
  21. 제12항에 있어서, 상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 추가 릴레이를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 추가 릴레이는, 상기 고정된 위치에 배치된 상기 검출기로 상기 중간 화상의 제2 투영을 전달하도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함하고, 상기 하나의 추가 릴레이는, 언급된 제1 릴레이의 줌 범위와 상이한 줌 범위를 가지는 것인 검사 시스템.
  22. 촬상 대물렌즈에 있어서,
    회절 제한된 중간 화상을 생성하도록 구성된 전방 대물렌즈와,
    상기 전방 대물렌즈에 의해 생성된 상기 중간 화상을 수신하도록 구성된 릴레이
    를 포함하며,
    상기 중간 화상은 고정된 화상 평면으로 상기 중간 화상의 투영을 전달하도록 배치된 3개의 구면 미러를 포함하고, 상기 3개의 구면 미러는 실질적으로 차광 현상이 없는 모든 반사 미러이고, 상기 3개의 구면 미러는 또한 서로에 대하여 상이한 곡률을 가지도록 구성되는 것인 촬상 대물렌즈.
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