KR20190041163A - 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. 광학 검사 시스템은, 피검사 대상을 수용할 수 있는 스테이지 영역, 제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경시키고, 스테이지 영역에 대해 제1 방향으로 제2 편광 상태의 제1 광을 직각이 아닌 제1 입사각으로 입사시키는 제1 입사 광학계, 제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경시키고, 스테이지 영역에 대해 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 제4 편광 상태의 제2 광을 직각이 아닌 제2 입사각으로 입사시키는 제2 입사 광학계 및 제2 편광 상태의 제1 광이 스테이지 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인 제1 반사광을 검출하는 주 검사 광학계를 포함한다.

Description

광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법{A system and method for oprical testing and method for fabricating using the system and method for oprical testing}
본 발명은 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 반도체 장치의 표면에 존재하는 결함은 반도체 장치의 신뢰성 및 수율에 영향을 줄 수 있다. 결함 검출을 위해, 광을 이용한 다양한 방법들이 결함 검출에 이용될 수 있다. 한편, 반도체 웨이퍼 또는 반도체 장치의 표면의 거칠기로 인해, 일정 크기 이하의 결함은 노이즈와 구분이 힘들 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 피검사 대상에 존재하는 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이들을 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템은, 피검사 대상을 수용할 수 있는 스테이지 영역, 제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경시키고, 스테이지 영역에 대해 제1 방향으로 제2 편광 상태의 제1 광을 직각이 아닌 제1 입사각으로 입사시키는 제1 입사 광학계, 제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경시키고, 스테이지 영역에 대해 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 제4 편광 상태의 제2 광을 직각이 아닌 제2 입사각으로 입사시키는 제2 입사 광학계 및 제2 편광 상태의 제1 광이 스테이지 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인 제1 반사광을 검출하는 주 검사 광학계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 웨이퍼와 반도체 장치 중 어느 하나인 피검사 대상을 제공하고, 상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것을 포함하되, 상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것은, 제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경하고, 상기 피검사 대상의 검사 영역에 대해 제1 방향으로 상기 제2 편광 상태의 제1 광을, 직각이 아닌 제1 입사각으로 상기 검사 영역에 입사시키고, 상기 제2 편광 상태의 제1 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 상기 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인, 제1 반사광을 검출하고, 상기 제1 반사광을 이용하여 제1 이미지 데이터를 얻고, 제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경하고, 상기 검사 영역에 대해 상기 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 상기 제4 편광 상태의 제2 광을, 직각이 아닌 제2 입사각으로 상기 검사 영역에 입사시키고, 상기 복수의 반사광은 상기 제4 편광 상태의 제2 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하되, 상기 복수의 반사광 중 상기 제2 입사각과 다른 제2 반사각으로 반사된 광인, 제2 반사광을 검출하고, 상기 제2 반사광을 이용하여 제2 이미지 데이터를 얻고, 상기 제1 이미지 데이터와 상기 제2 이미지 데이터에 대해 이미지 데이터 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 방법은, 제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경하고, 스테이지 영역에 대해 제1 방향으로 상기 제2 편광 상태의 제1 광을, 직각이 아닌 제1 입사각으로 입사시키고, 상기 제2 편광 상태의 제1 광이 상기 스테이지 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 상기 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인, 제1 반사광을 검출하고, 제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경하고, 상기 스테이지 영역에 대해 상기 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 상기 제4 편광 상태의 제2 광을, 직각이 아닌 제2 입사각으로 상기 스테이지 영역에 입사시키고, 상기 복수의 반사광은 상기 제4 편광 상태의 제2 광이 상기 스테이지 영역에 입사된 후 상기 스테이지 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하되, 상기 복수의 반사광 중 상기 제2 입사각과 다른 제2 반사각으로 반사된 광인, 제2 반사광을 검출하는 것을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 피검사 대상 및 검사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 설명하기 위해, 도 1의 광학 검사 시스템을 측면에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 3의 제1 편광 생성기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 광학 검사 시스템의 제1 변경 조건 및 제1 차단 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 검사 광학 시스템에 포함되는 주 검사 광학계 및 이미지 프로세서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 주 검사 광학계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6의 이미지 프로세서를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 설명하기 위해, 도 9의 광학 검사 시스템을 측면에서 바라본 도면이다.
도 11은 도 10의 주 검사 광학계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다.
도 13 및 도 14 각각은, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1의 피검사 대상(103) 및 검사 영역(TR1)을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 설명하기 위해, 도 1의 광학 검사 시스템을 측면에서 바라본 도면이다. 도 3에서는 도시의 명확성을 위해, 도 1의 제3 입사 광학계(203), 제4 입사 광학계(204), 제3 보조 광학계(303) 및 제4 보조 광학계(304)의 도시는 생략하였다. 도 4는 도 3의 제1 편광 생성기(221)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템은, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204), 제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304), 및 피검사 대상(103)을 수용할 수 있는 스테이지(101)를 포함할 수 있다.
스테이지 영역(SR)은, 피검사 대상(103)을 수용할 수 있는 스테이지(101)를 포함할 수 있다.
피검사 대상(103)은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 패터닝된 반도체 장치일 수 있다. 피검사 대상(103)의 복수의 영역은, 광학 검사 시스템의 검사 대상 영역인 검사 영역(TR1)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각은, 스테이지 영역(SR)(구체적으로, 검사 영역(TR1))을 중심으로 서로 다른 방향을 따라 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 입사 광학계(201)는, 검사 영역(TR1)에 대해 제1 방향(D1)을 따라 배치될 수 있다. 제1 방향(D1)을 기준으로, 제2 입사 광학계(202)는, 제1 방향(D1)과 제1 각도(θ1) 차이나는 제2 방향(D2)을 따라 배치될 수 있다. 즉, 제2 입사 광학계(202)는, 제1 입사 광학계(201)와 제1 각도(θ1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1 방향(D1)을 기준으로, 제3 입사 광학계(203)는, 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)의 합만큼 차이나는 제3 방향(D3)을 따라 배치될 수 있다. 즉, 제3 입사 광학계(203)는, 제2 입사 광학계(202)와 제2 각도(θ2)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1 방향(D1)을 기준으로, 제4 입사 광학계(204)는, 제1 각도(θ1), 제2 각도(θ2) 및 제3 각도(θ3)의 합만큼 차이나는 제4 방향(D4)을 따라 배치될 수 있다. 즉, 제4 입사 광학계(204)는, 제3 입사 광학계(203)와 제3 각도(θ3)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304) 각각은, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각과 대응되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 보조 광학계(301)는, 제1 방향(D1)을 따라 제1 입사 광학계(201)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 보조 광학계(301)는, 제4 입사 광학계(204)와 제4 각도(θ4)만큼 차이나도록 배치될 수 있다. 제2 보조 광학계(302)는, 제2 방향(D2)을 따라 제2 입사 광학계(202)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 보조 광학계(302)는 제1 보조 광학계(301)와 제1 각도(θ1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 보조 광학계(303)는, 제3 방향(D3)을 따라 제3 입사 광학계(203)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제3 보조 광학계(303)는 제2 보조 광학계(302)와 제2 각도(θ2)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제4 보조 광학계(304)는, 제4 방향(D4)을 따라 제4 입사 광학계(204)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제4 보조 광학계(304)는, 제3 보조 광학계(303)와 제3 각도(θ3)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제4 보조 광학계(304)는 제1 입사 광학계(201)와 제4 각도(θ4)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각과, 제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304) 각각은, 서로 쌍을 이룰 수 있다. 예를 들어, 제1 입사 광학계(201)는, 제1 보조 광학계(301)와 한 쌍을 이룰 수 있다. 한 쌍을 이루는 것은, 제1 입사 광학계(201)와 제1 보조 광학계(301)가 동일 평면 상에서 서로 마주보고 배치되는 것을 의미할 수 있다.
제1 내지 제4 각도(θ1, θ2, θ3, θ4)의 합은, 180도일 수 있다.
도면에서 네 개의 입사 광학계(201, 202, 203, 204)가 배치되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 필요에 따라 더 많은 개수 혹은 적은 개수의 입사 광학계가 배치될 수 있음은 물론이다. 만약 제1 입사 광학계(201)와 제1 보조 광학계(301) 사이에 n 개(n은 자연수)의 입사 광학계가 배치되는 경우, 제1 입사 광학계(201)가 배치되는 방향을 기준으로 제n 입사 광학계가 배치되는 방향까지의 각도 및 제n 입사 광학계가 배치되는 방향과 제1 보조 광학계(301)가 배치되는 방향까지의 각도의 합은, 180도 일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204)와 제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304)는, 검사 영역(TR1)에 대해 동시에 광학 검사를 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204)와 제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304)는 순차적으로 검사 영역(TR1)에 대해 광학 검사를 수행할 수 있다.
또한, 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 제1 입사 광학계(201) 및 제1 보조 광학계(301)는 제1 방향(D1)에 따른 위치에서 검사 영역(TR1)에 대해 검사를 수행한 후, 도 1에 도시되어 있는 제2 입사 광학계(202) 및 제2 보조 광학계(302)가 배치된 위치로 이동하여 검사 영역(TR1)에 대해 검사를 수행할 수 있다. 이 경우, 제2 내지 제4 입사 광학계(202, 203, 204) 및 제2 내지 제4 보조 광학계(302, 303, 304)를 도 1에 도시한 것은, 제1 입사 광학계(201) 및 제1 보조 광학계(301)가 광학 검사를 위해 이동하는 궤적을 나타낸 것일 수도 있다.
제1 입사 광학계(201)는, 제1 광원(211)과 제1 편광 생성기(221)를 포함할 수 있다. 제1 광원(211)은, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)을 제1 편광 생성기(221)로 입사시킬 수 있다.
제1 편광 생성기(221)는 제1 광(IL11)의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경시킬 수 있다. 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)은 제1 입사각(a11)으로 스테이지 영역(SR)에 입사될 수 있다. 제2 편광 상태는, 예를 들어, 타원 편광 상태일 수 있다. 즉, 제1 편광 생성기(221)는, 입사되는 광의 편광 상태를 예를 들어, 타원 편광 상태로 변경시킬 수 있다.
제1 편광 생성기(221)는, 예를 들어, 제1 편광기(221_1) 및 보상기(221_2)를 포함할 수 있다. 제1 편광기(221_1) 및 보상기(221_2)는, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)을 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)으로 변경시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 편광기(221_1) 및 보상기(221_2) 각각은, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)을 제2 편광 상태로 변경시키기 위해, 제1 변경 조건에 따라 회전될 수 있다. 제1 변경 조건 및 제1 편광기(221_1) 및 보상기(221_2) 각각의 회전에 관한 자세한 사항은 후술한다.
제1 광원(211)과 제1 편광 생성기(221)는, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)이 제1 입사각(a11)으로 검사 영역(TR1)에 입사되도록 할 수 있다. 여기서 제1 입사각(a11)은, 스테이지(101)의 상면과 수직인 가상선(L0)을 기준으로 측정된 값일 수 있다. 다시 말해서, 제1 입사 광학계(201)는 스테이지 영역(SR)에 대해 제1 방향(D1)으로, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)이 제1 입사각(a11)을 갖도록 입사시킬 수 있다.
제2 입사 광학계(202)는, 제2 광원(212)과 제2 편광 생성기(222)를 포함할 수 있다. 제2 광원(212)은, 제3 편광 상태의 제2 광(IL21)을 제2 편광 생성기(222)로 입사시킬 수 있다. 제2 편광 생성기(222)는 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경시킬 수 있다. 제4 편광 상태의 제2 광(IL22)은 제2 입사각(a21)으로 스테이지 영역(SR)에 입사될 수 있다. 제4 편광 상태는, 예를 들어, 타원 편광 상태일 수 있다. 즉, 제2 편광 생성기(222)는, 입사되는 광의 편광 상태를 예를 들어, 타원 편광 상태로 변경시킬 수 있다.
제2 편광 생성기(222)는, 제1 편광 생성기(221)와 마찬가지로, 예를 들어, 제2 편광기 및 보상기를 포함할 수 있다. 제2 편광기 및 보상기는, 제3 편광 상태의 제2 광(IL21)을 제4 편광 상태의 제2 광(IL22)으로 변경시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 편광기 및 보상기 각각은, 제3 편광 상태의 제2 광(IL21)을 제4 편광 상태로 변경시키기 위해, 제2 변경 조건에 따라 회전될 수 있다. 제2 변경 조건 및 제2 편광기 및 보상기 각각의 회전에 관한 자세한 사항은 후술한다.
제2 광원(212)과 제2 편광 생성기(222)는, 제4 편광 상태의 제2 광(IL22)이 제2 입사각(a21)으로 검사 영역(TR1)에 입사되도록 할 수 있다. 여기서 제2 입사각(a21)은, 스테이지(101)의 상면과 수직인 가상선(L0)을 기준으로 측정된 값일 수 있다. 다시 말해서, 제2 입사 광학계(202)는 스테이지 영역(SR)에 대해 제2 방향(D2)으로, 제4 편광 상태의 제2 광(IL22)이 제2 입사각(a21)을 갖도록 입사시킬 수 있다.
제3 입사 광학계(203) 및 제4 입사 광학계(204) 각각도, 제1 입사 광학계(201) 및 제2 입사 광학계(202)와 마찬가지로, 광원 및 광원으로부터 생성된 광의 편광 상태를 편경시키는 편광 생성기를 포함할 수 있다. 편광 생성기를 통과한 광은, 스테이지 영역(SR)에 대해 직각이 아닌 제3 및 제4 입사각으로 입사될 수 있다. 제3 입사 광학계(203) 및 제4 입사 광학계(204) 각각의 편광 생성기도, 편광기 및 보상기를 포함할 수 있음은 물론이다. 또한, 제3 입사 광학계(203) 및 제4 입사 광학계(204) 각각의 편광 생성기에 포함된 편광기 및 보상기 각각은, 편광 상태의 변경을 위해 일정 각도로 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 입사각(a11), 제2 입사각(a21), 제3 입사각 및 제4 입사각은, 동일할 수 있다.
제1 입사각(a11) 및 제2 입사각(a21)은, 직각이 아닐 수 있다. 나아가, 제3 입사 광학계(203) 및 제4 입사 광학계(204) 각각이 스테이지 영역(SR)으로 입사시키는 입사광 각각의 입사각도, 직각이 아닐 수 있다. 다시 말해서, 스테이지 영역(SR)으로 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204)가 입사시키는 입사광들은, 스테이지(101)의 상면에 대해 수직으로 입사되지 않을 수 있다.
제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각이 광원 및 편광 생성기를 포함하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204)는, 필요에 따라 모노크로메이터, 콜리메이터 등 스테이지 영역(SR)에 입사되는 광을 타원 편광 상태로 형성하기 위한 다양한 구성요소들을 포함할 수 있음은 물론이다.
입사광(예를 들어, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12) 및 제4 편광 상태의 제2 광(IL22))은, 스테이지 영역(SR)으로 입사된 후, 스테이지 영역(SR)으로부터 반사될 수 있다. 예를 들어, 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL12, RL1, RL2, N1)은, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각이 스테이지 영역(SR)으로 입사시키는 광들이 스테이지 영역(SR)으로부터 반사된 반사광들을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304) 각각은, 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL12, RL1, RL2, N1) 중, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204)가 스테이지 영역(SR)으로 입사시킨 광들이 정반사된 반사광을 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 정반사된 반사광은 RL1과 RL2일 수 있다.
복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL12, RL1, RL2, N1) 중 정반사된 반사광을 제외한 반사광(예를 들어, DL11, DL12, N1)은, 주 검사 광학계(400)에 의해 수신될 수 있다. 복수의 반사광 중 정반사된 반사광(예를 들어, RL1, RL2)을 제외한 반사광(예를 들어, DL11, DL12, N1) 각각은, 제1 입사각(a11) 및 제2 입사각(a21) 각각의 크기와 상이한 크기의 반사각(예를 들어, 제3 반사각(b1) 및 제4 반사각(b2))으로, 스테이지 영역(SR)으로부터 반사되는 광일 수 있다. 다시 말해서, 제3 반사각(b1) 및 제4 반사각(b2) 각각은, 제1 입사각(a11) 및 제2 입사각(a21) 중 어느것과도 동일하지 않을 수 있다.
나아가, 제3 반사각(b1) 및 제4 반사각(b2) 각각은, 제3 및 제4 입사 광학계(203, 204)에 의해 스테이지 영역(SR)으로 입사되는 입사광의 입사각과도 동일하지 않을 수 있다. 한편, 주 검사 광학계(400)에 대한 자세한 사항은 후술한다.
제1 보조 광학계(301)는, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)이 스테이지 영역(SR)으로 입사된 후, 정반사된 제1 반사광(RL1)을 수신할 수 있다. 다시 말해서, 제1 반사광(RL1)은, 스테이지 영역(SR)으로부터 제1 반사각(a12)으로 반사되는 광일 수 있다. 제1 반사각(a12)은, 제1 입사각(a11)과 동일할 수 있다. 제1 반사광(RL1)은, 예를 들어, 선형 편광된 광일 수 있다.
제1 보조 광학계(301)는, 제1 서브 편광기(311)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 서브 편광기(311)는, 제1 반사광(RL1)을 수신하고, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부를 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 편광기(311)는, 수신된 제1 반사광(RL1)의 광량의 약 20만분의 1 이하를 통과시킬 수 있다.
또는, 몇몇 실시예에서, 제1 서브 편광기(311)는, 수신된 제1 반사광(RL1)을 차단할 수 있다.
제1 서브 편광기(311)는, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부를 통과시키거나, 제1 반사광(RL1)을 차단하기 위해, 제1 차단 조건에 따라 회전될 수 있다.
제1 보조 광학계(301)는, 예를 들어, 검출기를 더 포함할 수 있다. 검출기는, 제1 서브 편광기(311)로부터 나오는 광을 검출하여, 검출된 광에 대한 이미지를 생성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 검출기는 CCD(Charge Coupled Device)일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 검사 영역(TR1)에 결함이 존재하지 않는 경우, 제1 반사광(RL1)은, 제1 차단 조건 하에서 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단될 수 있다. 한편, 검사 영역(TR1)에 결함이 존재하는 경우, 제1 반사광(RL1)은 제1 차단 조건 하에서, 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단되는 광 성분과, 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단되지 않는 광 성분(DL0)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 보조 광학계(301)의 검출기는, 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단되지 않는 광 성분(DL0)을 검출할 수 있다. 제1 차단 조건 하에서 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단되지 않는 광 성분(DL0)은, 검사 영역(TR1)에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 검사 영역(TR1)에 결함이 존재하지 않는 경우, 제1 차단 조건 하에서, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부만 제1 서브 편광기(311)를 통과할 수 있다. 한편, 검사 영역(TR1)에 결함이 존재하는 경우, 제1 서브 편광기(311)를 통과한 광(DL0)은, 제1 차단 조건 하에서, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부를 차지하는 광 성분과, 광(DL0)에서 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부를 차지는 광 성분을 제외한 나머지 광 성분을 포함할 수 있다. 제1 차단 조건 하에서, 제 광(DL0)에서 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부를 차지는 광 성분을 제외한 나머지 광 성분은, 검사 영역(TR1)에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함할 수 있다.
제1 차단 조건 및 제1 서브 편광기(311)의 회전에 관한 좀 더 자세한 사항은 후술한다.
제2 보조 광학계(302)는, 제4 편광 상태의 제2 광(IL22)이 스테이지 영역(SR)으로 입사된 후, 정반사된 제2 반사광(RL2)을 수신할 수 있다. 다시 말해서, 제2 반사광(RL2)은 스테이지 영역(SR)으로부터 제2 반사각(a22)으로 반사되는 광일 수 있다. 제2 반사각(a22)은, 제2 입사각(a21)과 동일할 수 있다. 제2 반사광(RL2)은, 예를 들어, 선형 편광된 광일 수 있다.
제2 보조 광학계(302)는, 제2 서브 편광기(312)를 포함할 수 있다. 제2 내지 제4 보조 광학계(302, 303, 304)는, 제1 보조 광학계(301)와 실질적으로 유사한 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 도 1의 광학 검사 시스템의 제1 변경 조건 및 제1 차단 조건을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 생략한다.
제1 편광 상태의 제1 광(IL11)은, 제1 편광기(221_1)를 통과하여 보상기(221_2)로 입사될 수 있다. 보상기(221_2)를 통과한 광은, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)일 수 있다. 제1 편광기(221_1)와 보상기(221_2)는, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)을 제2 편광 상태로 변경하기 위해, 제1 변경 조건에 따라 일정 각도로 회전할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 x축 방향(X1, X2)은, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)의 진행 방향과 수직인 방향일 수 있다. 제1 및 제2 x축 방향(X1, X2)은, 예를 들어, p 편광 방향일 수 있다. 제1 및 제2 y축 방향(Y1)은, 제1 및 제2 x축 방향(X1, X2) 및 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)의 진행 방향과 교차하고, 제1 및 제2 x축 방향(X1, X2) 및 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)의 진행 방향 각각과 수직인 방향일 수 있다. 제1 및 제2 y축 방향(Y1)은, 예를 들어, s 편광 방향일 수 있다.
제1 편광기(221_1)의 편광 방향(221_1P)은, 제1 x축 방향(X1)을 기준으로, 제1 회전 각도(C1)만큼 회전될 수 있다. 보상기(221_2)의 편광 방향(221_2P)은, 제2 x축 방향(X2)을 기준으로, 제2 회전 각도(C2)만큼 회전될 수 있다. 여기서, 제1 회전 각도(C1) 및 제2 회전 각도(C2)는, 제1 변경 조건에 포함될 수 있다. 제1 편광기(221_1) 및 보상기(221_2) 각각이 제1 회전 각도(C1) 및 제2 회전 각도(C2)만큼 회전됨에 따라, 제1 편광 상태의 제1 광(IL11)은, 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)으로 변경될 수 있다.
제2 편광 상태의 제1 광(IL12)이 검사 영역(TR1)에 입사된 후, 검사 영역(TR1)으로부터 반사된 제1 반사광(RL1)은, 제1 서브 편광기(311)로 입사될 수 있다.
제1 서브 편광기(311)는, 선형 편광 상태의 제1 반사광(RL1)을 차단하거나, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부만을 통과시키기 위해, 제1 차단 조건에 따라 일정 각도로 회전할 수 있다.
예를 들어, 제3 x축 방향(X3)은, 제1 반사광(RL1)의 진행 방향과 수직인 방향일 수 있다. 제3 x축 방향(X3)은, 예를 들어, p 편광 방향일 수 있다. 제3 y축 방향(Y3)은, 제3 x축 방향(X3) 및 제1 반사광(RL1)의 진행 방향과 교차하고, 제3 x축 방향(X3) 및 제1 반사광(RL1)의 진행 방향 각각과 수직인 방향일 수 있다. 제3 y축 방향(Y3)은, 예를 들어, s 편광 방향일 수 있다.
제1 서브 편광기(311)의 편광 방향(311P)은, 제3 x축 방향(X3)을 기준으로, 제3 회전 각도(C3)만큼 회전될 수 있다. 여기서 제3 회전 각도(C3)는, 제1 차단 조건에 포함될 수 있다. 제1 서브 편광기(311)가 제3 회전 각도(C3)만큼 회전됨에 따라, 제1 반사광(RL1)은 제1 서브 편광기(311)에 의해 차단되거나, 제1 반사광(RL1)의 광량의 일부가 통과될 수 있다.
도면에서, 제1 편광기(221_1), 보상기(221_2) 및 제1 서브 편광기(311) 각각이 제1 광(IL11, IL12) 및 제1 반사광(RL1)의 진행 방향을 기준으로 시계 방향으로 회전되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 1 편광기(221_1), 보상기(221_2) 및 제1 서브 편광기(311) 각각은 반시계 방향으로 회전될 수도 있음은 물론이다.
제1 변경 조건(제1 및 제2 회전 각도(C1, C2)) 및 제1 차단 조건(제3 회전 각도(C3))은, 제1 반사광(RL1)의 복소 진폭(E(C1, C2, C3), 식 1), 타원 편광 계수(ψ, Δ)에 관한 식(식 2), 및 광의 세기에 관한 식(식 3)들을 이용하여 얻어질 수 있다. 여기서 rp는 p 편광에 대한 검사 영역(TR1)의 반사 계수일 수 있고, rs는 s 편광에 대한 검사 영역(TR1)의 반사 계수일 수 있다.
E(C1, C2, C3) = rp*cosA*[cos(C1-C2)*cosC2 + i*sinC2*sin(C2-C1)] + rs*sinC3*[cos(C1-C2)*sinC2 - i*conC2*sin(C2-C1)] (식 1)
tanψ*ei*Δ = rp/rs (식 2)
I(C1, C2, C3) = │E(C1, C2, C3)│2 (식 3)
예를 들어, I(0, π/4, 0), I(0, π/4, π/4), I(π/4, π/4, π/2)를 통해, 아래의 식 5 및 식 6과 같이 타원 편광 계수(ψ, Δ)를 구할 수 있다.
Figure pat00001
(식 5)
Figure pat00002
(식 6)
여기서, C3을 π/4라 가정하면, 식 1은 식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
(식 7)
제1 차단 조건을 구하기 위해 E(C1, C2, C3)=0이라 하면, 제1 변경 조건은 아래의 식 8 및 식 9와 같이 얻어질 수 있다.
C2 = ψ (식 8)
C1 = Δ/2 - π/4 (식 9)
타원 편광 계수(ψ, Δ)를 구하기 위해, I(0, π/4, 0), I(0, π/4, π/4), I(π/4, π/4, π/2) 및 식 1 내지 식 6을 이용하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 식들을 이용하여 타원 편광 계수(ψ, Δ)를 구할 수 있음은 물론이다.
나아가, 제1 차단 조건과 제1 변경 조건을 식 1 내지 식 9를 통해 구하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 차단 조건과 제1 변경 조건은 식 1 내지 식 9와 상이한 식들을 이용해 구해질 수 있다. 또는, 예를 들어, 제1 차단 조건과 제1 변경 조건은 실험적으로 구해질 수도 있음은 물론이다.
제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각의 제1 내지 제4 변경 조건 각각은 서로 상이할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 보조 광학계(301, 302, 303, 304) 각각의 제1 내지 제4 차단 조건 각각은 서로 상이할 수 있다.
도 6은 도 1의 검사 광학 시스템에 포함되는 주 검사 광학계(400) 및 이미지 프로세서(450)를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 6의 주 검사 광학계(400)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 도 6의 이미지 프로세서(450)를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 생략한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 주 검사 광학계(400)는 제2 편광 상태의 제1 광(IL12)이 스테이지 영역(SR)으로부터 반사되는 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL12, RL1, N1) 중, 제1 입사각(a11)과 상이한 반사각으로 반사되는 반사광(DL1)을 수신할 수 있다. 제1 입사각(a11)과 다른 반사각으로 반사되는 반사광(DL1)은, 예를 들어, 제1 노이즈(N1), 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12)을 포함할 수 있다. 제3 반사광(DL11)은 제3 반사각(b1)으로 반사되고, 제4 반사광(DL12)은 제4 반사각(b2)으로 반사될 수 있다.
다시 말해서, 제1 입사각(a11)과 동일한 제1 반사각(a12)으로 반사되는 제1 반사광(RL1)은, 주 검사 광학계(400)로 입사되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 주 검사 광학계(400)는, 스테이지 영역(SR)에 대해 수직하게 위치할 수 있다.
제1 노이즈(N1), 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12)은, 렌즈(401)를 통해 분석기(403)로 입사될 수 있다.
분석기(403)는 일정 각도로 회전되어 분석기(403)로 입사되는 광들 중 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어 분석기(403)는, 제1 노이즈(N1), 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12) 중 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12)을 통과시킬 수 있다. 분석기(403)를 통과한 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12)은, 검출기(404)로 입사될 수 있다. 분석기(403)의 회전 각도는 제3 회전 각도(C3)를 이용하여 계산될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 분석기(403)의 회전 각도는, 노이즈를 제거하기 위해, 실험적으로 계산될 수 있다.
검출기(404)는, 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12)을 이용하여, 제3 반사광(DL11) 및 제4 반사광(DL12) 각각에 대한 제1 이미지 데이터(S1) 및 제2 이미지 데이터(S2)를 생성할 수 있다. 주 검사 광학계(400)는 생성된 이미지 데이터(S)를 이미지 프로세서(450)에 제공할 수 있다. 이미지 데이터(S)는, 제1 이미지 데이터(S1) 및 제2 이미지 데이터(S2)를 포함할 수 있다.
이미지 프로세서(450)는, 이미지 데이터(S)에 대해 이미지 프로세싱을 수행하여, 최종 이미지 데이터(SF)를 생성할 수 있다. 최종 이미지 데이터(SF)는, 피검사 대상(103)에 존재하는 결함에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다.
도면에서, 이미지 프로세서(450)는 주 검사 광학계(400)와 별도로 배치되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 주 검사 광학계(400)는 이미지 프로세서(450)를 포함할 수 있음은 물론이다.
이하에서, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 생략한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다. 도 9에서는 도시의 명확성을 위해, 주 검사 광학계(400) 및 이미지 프로세서(450)의 도시는 생략하였다. 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 설명하기 위해, 도 9의 광학 검사 시스템을 측면에서 바라본 도면이다. 도 11은 도 10의 주 검사 광학계(400)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 제5 입사 광학계(205) 및 이에 대응되는 제5 보조 광학계(305)는, 제1 방향(D1)을 따라 제1 입사 광학계(201) 및 제1 보조 광학계(301)와 이격되도록 배치될 수 있다. 제5 입사 광학계(205) 및 이에 대응되는 제5 보조 광학계(305)는 쌍을 이룰 수 있다.
제5 입사 광학계(205)는, 제5 광원(215)과 제5 편광 생성기(225)를 포함할 수 있다. 제5 광원(215)은, 제5 편광 상태의 제5 광(IL51)을 제5 편광 생성기(225)로 입사시킬 수 있다.
제5 편광 생성기(225)는 제5 광(IL51)의 제5 편광 상태를 제6 편광 상태로 변경시킬 수 있다. 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)은 제5 입사각(a51)으로 스테이지 영역(SR)에 입사될 수 있다. 제6 편광 상태는, 예를 들어, 타원 편광 상태일 수 있다. 즉, 제5 편광 생성기(225)는, 입사되는 광의 편광 상태를 예를 들어, 타원 편광 상태로 변경시킬 수 있다.
제5 광원(215)과 제5 편광 생성기(225)는, 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)이 제5 입사각(a51)으로 검사 영역(TR1)에 입사되도록 할 수 있다. 여기서 제5 입사각(a51)은 스테이지(101)의 상면과 수직인 가상선(L0)을 기준으로 측정된 값일 수 있다. 다시 말해서, 제5 입사 광학계(205)는 스테이지 영역(SR)에 대해 제1 방향(D1)으로, 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)이 제5 입사각(a51)을 갖도록 입사시킬 수 있다.
제5 입사각(a51)은, 직각이 아닐 수 있다. 다시 말해서, 스테이지 영역(SR)으로 제5 입사 광학계(205)가 입사시키는 입사광들은, 스테이지(101)의 상면에 대해 수직으로 입사되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제5 입사각(a51)은, 제1 입사각(a11)과 다른 값을 가질 수 있다.
복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, RL1, RL5, N1, N2)은, 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)이 스테이지 영역(SR)으로부터 반사된 반사광(DL51, N2)을 포함할 수 있다.
제5 보조 광학계(305)는, 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, RL1, RL5, N1, N2) 중, 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)이 스테이지 영역(SR)으로부터 정반사된 제5 반사광(RL5)을 수신할 수 있다. 제5 반사광(RL5)은, 스테이지 영역(SR)으로부터 제5 반사각(a52)으로 반사되는 광일 수 있다. 제5 반사각(a52)은, 제5 입사각(a51)과 동일할 수 있다. 제5 반사광(RL5)은, 예를 들어, 선형 편광된 광일 수 있다.
복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, RL1, RL5, N1, N2) 중 정반사된 제5 반사광(RL5)을 제외한 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, N1, N2)은 주 검사 광학계(400)에 의해 수신될 수 있다. 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, RL1, RL5, N1, N2) 중 정반사된 제5 반사광(RL5)을 제외한 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, N1, N2)은 제5 입사각(a51)과 상이한 반사각으로 스테이지 영역(SR)으로부터 반사되는 광일 수 있다. 다시 말해서, 제6 반사각(b3)은, 제1 입사각(a11) 및 제5 입사각(a51) 중 어느 것과도 동일하지 않을 수 있다.
제5 보조 광학계(305)는, 제5 서브 편광기(315)를 포함할 수 있다. 제5 서브 편광기(315)는, 제1 서브 편광기(311)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 제5 차단 조건은, 제1 차단 조건과 다를 수 있다. 그러나, 제5 서브 편광기(315)의 기능은, 제1 서브 편광기(311)와 실질적으로 동일할 수 있다.
주 검사 광학계(400)는 제2 편광 상태의 제1 광(IL12) 및 제6 편광 상태의 제5 광(IL52)이 스테이지 영역(SR)으로부터 반사되는 복수의 반사광(예를 들어, DL11, DL51, DL12, RL1, RL5, N1, N2) 중, 제1 및 제5 입사각(a11, a51)과 다른 반사각으로 반사되는 반사광들(DL2)을 수신할 수 있다.
제1 및 제5 입사각(a11, a51)과 다른 반사각으로 반사되는 반사광들(DL2)은, 예를 들어, 제1 노이즈(N1), 제2 노이즈(N2), 제3 반사광(DL11), 제4 반사광(DL12), 및 제6 반사광(DL51)을 포함할 수 있다. 제3 반사광(DL11)은 제6 반사각(b3)으로 반사될 수 있다.
제1 노이즈(N1), 제2 노이즈(N2), 제3 반사광(DL11), 제4 반사광(DL12), 및 제6 반사광(DL51)은, 렌즈(401)를 통과하여 분석기(403)로 입사될 수 있다. 분석기(403)는 일정 각도로 회전되어 분석기(403)로 입사되는 광들 중 노이즈를 제거할 수 있다.
예를 들어 분석기(403)는, 제1 노이즈(N1), 제2 노이즈(N2), 제3 반사광(DL11), 제4 반사광(DL12), 및 제6 반사광(DL51) 중 제3 반사광(DL11), 제4 반사광(DL12) 및 제6 반사광(DL51)을 통과시킬 수 있다. 분석기(403)를 통과한 제3 반사광(DL11), 제4 반사광(DL12) 및 제6 반사광(DL51)은, 검출기(404)로 입사될 수 있다.
검출기(404)는 제6 반사광(DL51)에 대한 제3 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이미지 데이터(S)는, 제3 이미지 데이터를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 12를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 생략한다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도이다. 도 12에서는 도시의 명확성을 위해, 주 검사 광학계(도 6의 400) 및 이미지 프로세서(도 6의 450)의 도시는 생략하였다.
도 12를 참조하면, 제1 내지 제4 입사 광학계(201, 202, 203, 204) 각각은, 스테이지 영역(SR)(구체적으로, 검사 영역(TR1))을 중심으로 서로 다른 방향을 따라 배치될 수 있다. 제5 입사 광학계(205)는 제1 방향(D1)을 따라 배치될 수 있다.
제1 내지 제5 보조 검사 광학계(301, 302, 303, 304, 305) 각각은, 제1 내지 제5 입사 광학계(201, 202, 203, 204, 205) 각각과 대응되어 배치될 수 있다.
이하에서 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 13 및 도 14 각각은, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 단계(S10)에서, 피검사 대상이 제공될 수 있다. 피검사 대상(103)은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 패터닝된 반도체 장치일 수 있다.
단계(S20)에서, 피검사 대상에 대해 광학 검사가 수행될 수 있다. 피검사 대상 즉, 반도체 웨이퍼 또는 패터닝된 반도체 장치에 대한 광학 검사는, 예를 들어, 반도체 장치의 제조 공정 중 수행될 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 13의 단계(S20)는, 도 14의 단계(S21, S22, S23, S24)를 포함할 수 있다.
도 14의 단계(S21)에서, 광원으로부터 생성된 광의 편광 상태는 변경될 수 있다.
도 14의 단계(S22)에서, 스테이지 영역에 대해 특정 방향으로, 편광 상태가 변경된 광이 입사각으로 입사될 수 있다. 입사각은, 예를 들어, 직각이 아닐 수 있다.
예를 들어, 스테이지 영역에 대해 제1 방향(도 1의 D1)으로, 제1 편광 상태에서 제2 편광 상태로 변경된 제1 광(도 3의 IL12)을, 직각이 아닌 제1 입사각(도 3의 a11)으로 입사시킬 수 있다.
도 14의 단계(S23)에서, 편광 상태가 변경된 광이 스테이지 영역으로부터 입사각과 다른 반사각으로 반사된 광인, 반사광이 검출될 수 있다.
예를 들어, 제2 편광 상태의 제1 광(도 7의 IL12)이 스테이지 영역으로부터 제1 입사각(도 7의 a11)과 다른 제3 반사각(b1)으로 제1 방향(D1)을 따라 반사된 광인 제3 반사광(도 7의 DL11)이 검출될 수 있다. 즉, 제1 입사각의 크기는, 제3 반사각의 크기와 상이할 수 있다.
도 14의 단계(S24)에서, 검출된 반사광을 이용하여, 이미지 데이터가 생성될 수 있다.
예를 들어, 제3 반사광(도 7의 DL11)을 이용하여 제3 반사광(도 7의 DL11)에 대한 이미지 데이터가 생성될 수 있다.
도 14의 단계(S21)부터 단계(S24)까지는, 제2 내지 제4 방향(도 1의 D2, D3, D4)에 대해 각각 반복되어 수행될 수 있다.
도 13을 참조하면, 단계(S30)에서, 광학 검사로부터 얻어진 최종 이미지 데이터를 통해 피검사 대상에 존재하는 결함이 검출될 수 있다.
도 14의 단계(S21, S22, S23, S24)가 서로 다른 방향(도 1의 D1, D2, D3, D4)에 대해 반복적으로 수행됨에 따라, 각 방향에서 검출된 이미지 데이터들을 이미지 프로세싱하여 최종 이미지 데이터가 생성될 수 있다.
최종 이미지 데이터를 통해, 피검사 대상에 존재하는 결함이 검출될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법은, 복수의 반사광 중 피검사 대상에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함하는 반사광만을 이용하여 이미지 데이터를 생성함으로써, 결함을 효과적으로 검출할 수 있다. 또한, 복수의 반사광 중 피검사 대상에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함하는 반사광을 검출하기 위해, 주 검사 광학계의 분석기가 일정 각도로 회전함으로써, 복수의 반사광 중 노이즈가 제거될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법은, 서로 다른 방향을 따라 광을 입사시킴으로써, 검사 영역에 대한 결함 검출을 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 서로 다른 방향을 따라 광이 입사되고, 복수의 반사광 중 피검사 대상에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함하는 반사광만을 이용하여 이미지 데이터를 생성하기 때문에, 나노 크기의 결함에 대해서도 검출이 가능할 수 있다. 나아가, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 광학 검사 시스템, 광학 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법은, 서로 다른 방향을 따라 피검사 대상에 입사된 광을 이용하고, 피검사 대상에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함하는 복수의 반사광에 대해 이미지 프로세싱을 수행하여 이미지 데이터를 생성함으로써, 결함 검출의 정확도를 높일 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 방향을 따라 피검사 대상에 입사된 광을 이용하고, 피검사 대상에 존재하는 결함에 관한 정보를 포함하는 복수의 반사광에 대해 이미지 프로세싱을 수행하여 이미지 데이터를 생성하는 경우, 피검사 대상의 표면에 거칠기와 피검사 대상에 존재하는 결함을 구분할 수 있어, 결함 검출의 정확도를 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
SR: 스테이지 영역 201: 제1 입사 광학계
202: 제2 입사 광학계 400: 주 검사 광학계

Claims (10)

  1. 피검사 대상을 수용할 수 있는 스테이지 영역;
    제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경시키고, 상기 스테이지 영역에 대해 제1 방향으로 상기 제2 편광 상태의 제1 광을 직각이 아닌 제1 입사각으로 입사시키는 제1 입사 광학계;
    제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경시키고, 상기 스테이지 영역에 대해 상기 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 상기 제4 편광 상태의 제2 광을 직각이 아닌 제2 입사각으로 입사시키는 제2 입사 광학계; 및
    상기 제2 편광 상태의 제1 광이 상기 스테이지 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 상기 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인 제1 반사광을 검출하는 주 검사 광학계를 포함하는 광학 검사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반사광을 이용하여 제1 이미지 데이터를 생성하는 검출기(detector)를 더 포함하는 광학 검사 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 반사광은, 상기 제4 편광 상태의 제2 광이 상기 스테이지 영역에 입사된 후, 상기 스테이지 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하고,
    상기 주 검사 광학계는 상기 복수의 반사광 중 상기 제2 입사각과 다른 제2 반사각으로 반사된 광인 제2 반사광을 검출하는 광학 검사 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 주 검사 광학계는, 상기 제1 반사광과 상기 제2 반사광을 검출하는 분석기(analyzer)를 포함하고,
    상기 분석기는, 일정 각도로 회전하여 상기 복수의 반사광 중 상기 제1 반사광과 상기 제2 반사광을 통과시키는 광학 검사 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    제3 광의 제5 편광 상태를 제6 편광 상태로 변경시키고, 상기 스테이지 영역에 대해 상기 제1 방향으로, 상기 제6 편광 상태의 제3 광을, 직각이 아닌 제3 입사각으로 상기 스테이지 영역에 입사시키는 제3 입사 광학계를 더 포함하고,
    상기 제3 입사각은 상기 제1 입사각과 상이하고,
    상기 복수의 반사광은, 상기 제6 편광 상태의 제3 광이 상기 스테이지 영역에 입사된 후, 상기 스테이지 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하고,
    상기 주 검사 광학계는, 상기 복수의 반사광 중 상기 제3 입사각과 다른 제3 반사각으로 반사된 광인 제3 반사광을 검출하는 것을 더 포함하는 광학 검사 시스템.
  6. 반도체 웨이퍼와 반도체 장치 중 어느 하나인 피검사 대상을 제공하고,
    상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것을 포함하되,
    상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것은,
    제1 광의 제1 편광 상태를 제2 편광 상태로 변경하고,
    상기 피검사 대상의 검사 영역에 대해 제1 방향으로 상기 제2 편광 상태의 제1 광을, 직각이 아닌 제1 입사각으로 상기 검사 영역에 입사시키고,
    상기 제2 편광 상태의 제1 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 복수의 반사광 중, 상기 제1 입사각과 다른 제1 반사각으로 반사된 광인, 제1 반사광을 검출하고,
    상기 제1 반사광을 이용하여 제1 이미지 데이터를 얻고,
    제2 광의 제3 편광 상태를 제4 편광 상태로 변경하고,
    상기 검사 영역에 대해 상기 제1 방향과 제1 각도 차이나는 제2 방향으로 상기 제4 편광 상태의 제2 광을, 직각이 아닌 제2 입사각으로 상기 검사 영역에 입사시키고,
    상기 복수의 반사광은 상기 제4 편광 상태의 제2 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하되, 상기 복수의 반사광 중 상기 제2 입사각과 다른 제2 반사각으로 반사된 광인, 제2 반사광을 검출하고,
    상기 제2 반사광을 이용하여 제2 이미지 데이터를 얻고,
    상기 제1 이미지 데이터와 상기 제2 이미지 데이터에 대해 이미지 데이터 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 데이터를 생성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것은,
    제3 광의 제5 편광 상태를 제6 편광 상태로 변경하고,
    상기 검사 영역에 대해 상기 제1 방향으로, 상기 제6 편광 상태의 제3 광을, 직각이 아닌 제3 입사각으로 입사시키고,
    상기 복수의 반사광은, 상기 제6 편광 상태의 제3 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하되, 상기 복수의 반사광 중 상기 제3 입사각과 다른 제3 반사각으로 반사된 광인 제3 반사광을 검출하는 것을 더 포함하고,
    상기 제3 입사각은 상기 제1 입사각과 상이한 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제3 반사광을 이용하여 제3 이미지 데이터를 얻는 것을 더 포함하고,
    상기 최종 이미지 데이터를 생성하는 것은, 상기 제3 이미지 데이터에 대해 상기 이미지 데이터 프로세싱을 수행하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 피검사 대상에 대해 광학 검사를 수행하는 것은,
    제3 광의 제5 편광 상태를 제6 편광 상태로 변경하고,
    상기 검사 영역에 대해 상기 제2 방향과 제2 각도 차이나는 제3 방향으로 상기 제6 편광 상태의 제3 광을 직각이 아닌 제3 입사각으로 입사시키고,
    상기 복수의 반사광은, 상기 제6 편광 상태의 제3 광이 상기 검사 영역에 입사된 후, 상기 검사 영역으로부터 반사되는 반사광들을 포함하되, 상기 복수의 반사광 중 상기 제3 입사각과 다른 제3 반사각으로 반사된 광인 제3 반사광을 검출하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제3 반사광을 이용하여 제3 이미지 데이터를 얻는 것을 더 포함하고,
    상기 최종 이미지 데이터를 생성하는 것은, 상기 제3 이미지 데이터에 대해 상기 이미지 데이터 프로세싱을 수행하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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