KR20210121322A - 기판 검사 시스템 - Google Patents

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소프로노프 안톤
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김태현
서민환
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔(laser beam)과 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 광원부; 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 시공간적으로 중첩(superimpose)되도록 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 매칭하는 펄스 빔 매칭부(pulsed beam matching part); 검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔이 혼합되어 소멸파(evanescent wave)를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 및, 상기 기판의 결함에 의해 생성된 산란광을 검출하는 검출부;를 포함하는 기판 검사 장치를 제공한다.

Description

기판 검사 시스템{SUBSTRATE INSPECTION SYSTEM}
본 발명의 기술적 사상은 기판 검사 시스템에 관한 것으로, 특히 기판 상의 결함을 검출할 수 있는 기판 검사 시스템에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 반도체 장치의 표면에 존재하는 결함(defect)은 반도체 장치의 신뢰성 및 수율에 영향을 줄 수 있다. 결함 검출을 위해서 광을 이용한 다양한 비파괴식 결함 검출 방법들이 사용될 수 있다. 한편, 소소 빔의 파장이 짧을수록 미세한 결함을 검출하는데 유리하지만, 반도체 웨이퍼 또는 반도체 장치의 표면 거칠기로 인한 노이즈와 구분이 어려울 수도 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 기판 상에서 미세한 결함을 정밀하게 검출할 수 있는 기판 검사 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔(laser beam)과 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 광원부; 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 시공간적으로 중첩(superimpose)되도록 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 매칭하는 펄스 빔 매칭부(pulsed beam matching part); 검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔이 혼합되어 소멸파(evanescent wave)를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 및, 상기 기판의 결함에 의해 생성된 산란광을 검출하는 검출부;를 포함하는 기판 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원; 상기 제1 레이저 빔을 수신하여 상기 제1 레이저 빔의 일부를 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔으로 변환하고 상기 제1 레이저 빔의 다른 일부를 출력하는 광학 파라메트릭 증폭부(OPA); 상기 광학 파라메트릭 증폭부(OPA)로부터 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 수신하여 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 다른 경로로 분리하여 출력하는 빔 분배부; 상기 제1 레이저 빔의 경로 상에 위치한 복수의 미러를 포함하며, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 중첩되도록 상기 제1 레이저 빔을 지연시키는 광학 지연 라인(optical delay line); 검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 4 파장 혼합(four wave mixing: FWM)에 의해 소멸파(evanescent wave)를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 및, 상기 기판의 결함에 의해 생성된 산란광을 검출하는 검출부;를 포함하는 기판 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 기본 파장을 갖는 빔을 방출하는 레이저 광원; 상기 기본 파장을 갖는 빔을 파장 변환하는 광학 파라메트릭 증폭부; 상기 파장 변환된 빔을 제1 및 제2 분할된 빔으로 분할하여 각각 다른 경로로 제공하는 제1 빔 분배부; 상기 제1 분할된 빔의 주파수를 변조하여 제1 주파수를 갖는 상기 제1 레이저 빔으로 제공하는 제1 광변조부; 상기 제2 분할된 빔의 주파수를 변조하여 제2 주파수를 갖는 상기 제2 레이저 빔을 출력하는 제2 광변조부; 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 시공간적으로 중첩되도록 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 매칭하는 펄스 빔 매칭부; 검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부; 상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 4 파장 혼합에 의해 소멸파를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 상기 광학 파라메트릭 증폭부에서 상기 파장 변환된 빔을 상기 제1 빔 분배기로 향하는 제1 경로와 상기 검출부를 향하는 제2 경로로 분할하는 제2 빔 분배부; 상기 제2 경로로 분할된 빔을 참조 빔으로 이용하여 상기 기판으로부터 수신한 광에서 상기 산란광에 의한 신호만을 선택적으로 검출하는 밸런스 포토다이오드; 및 상기 밸런스 포토다이오드로부터 전달된 상기 산란광에 의한 신호의 세기를 측정하는 산란광 검출기를 포함하는 기판 검사 장치를 제공한다.
본 실시예에 따르면, 2개의 레이저 빔을 FWM(four-wave mixing)방식으로 결합하여 검사 대상인 기판에서 소멸파(evanescent wave)을 생성할 수 있다. 결함이 존재하는 경우에, 생성된 소멸파는 그 결함에 의해 산란광을 생성하며, 이러한 산란광을 이용하여 결함을 검출할 수 있다. 이 경우에, 백그라운드 신호가 제로(zero)이므로, 결함에 의한 산란광 신호만 검출할 수 있고, 그 결과, 신호대 잡음비(SNR)을 개선할 수 있다. 또한, 2개의 펄스 레이저 빔을 결합하여 상대적으로 단파장(예, DUV(deep ultraviolet))의 빔을 생성할 수 있으므로, 미세한 크기(예, 약 10㎚이하)의 결함을 검출할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2a 및 도 2b은 각각 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 펄스들을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 입사각 조절에 따른 소멸파 생성 원리를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제1 레이저 빔의 입사각 변화(@제2 레이저 빔의 입사각 = 0°)에 따른 소멸파 생성 조건을 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b은 기판에서 소멸파를 이용한 결함을 검출 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100)는, 제1 레이저 빔(W1) 및 제2 레이저 빔(W2)을 방출하는 광원부(110)와, 상기 제1 레이저 빔(W1)과 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스를 시공간적으로 매칭하는 펄스 빔 매칭부(pulsed beam matching part)(120)와, 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)이 상기 기판(191)으로 입사되는 각을 조절하는 입사각 조정부(150)와, 검사대상인 기판(191)을 지지하는 기판 지지부(190)와, 기판(191)의 결함을 검출하기 위한 검출부(160)를 포함한다.
본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100)는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM(four-wave mixing)방식으로 결합(coupling)하여 기판(191)에서 생성되는 소멸파(evanescent wave)를 이용하여 상기 기판(191)의 결함을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 결함은 파티클과 같은 이 물질 또는 패턴의 이상 성장과 같은 다양한 결함을 포함할 수 있다.
기판(191) 상에 결함이 존재하지 않는 경우에 상기 소멸파는 지수함수적으로 감쇠하여 소멸하는 반면에, 결함이 존재하는 경우에는 상기 소멸파는 그 결함과 충돌하여 산란광을 생성한다. 이러한 산란광(SL)을 기초하여 상기 결함 관련 정보(존재 여부, 크기 및 위치)을 검출할 수 있다. 이러한 방식에서는, 백그라운드 신호가 제로(zero)이므로, 결함에 의한 산란광(SL) 관련 신호만 검출할 수 있고, 그 결과, 신호대 잡음비(SNR)을 개선할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 소멸파는 상기 광원부(110)로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM 방식으로 결합하여 생성되며, 이러한 FWM 방식의 결합은 펄스 빔 매칭부(120)와 입사각 조정부(150)에 의해 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100)의 주요 구성을 중심으로 설명한다.
우선, 상기 광원부(110)는 펄스로 발진되는 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 방출하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 서로 다른 제1 및 제2 파장을 갖는 레이저 빔일 수 있다. 본 실시예에 채용된 상기 광원부(110)는, 상기 제1 레이저 빔(W1)과 실질적으로 동일한 기본파 빔(fundamental wave beam)(W1)으로 방출하는 레이저 광원과, 상기 기본파 빔(W1)으로부터 서로 다른 파장의 레이저 빔을 제공하도록 구성된 광학 파라메트릭 증폭부(optical parameteric amplifier: OPA)(115)을 포함할 수 있다. 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)는 상기 기본파 빔(W1)의 일부를 상기 제2 레이저 빔(W2)으로 변환하여 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)을 출력하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)는 비선형 결정(nonlinear crystal)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 파장은 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)이 FWM 방식으로 결합되어 상대적으로 짧은 파장(예, DUV)의 빔을 생성하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제1 파장은 200㎚∼2000㎚ 범위이며, 상기 제2 파장은 200㎚∼2000㎚ 범위이고, 이로써 기판(191)에서 생성된 빔들 중 소멸파의 파장은 200㎚∼2000㎚, 바람직하게 270㎚ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 파장은 약 800㎚이며, 상기 제2 파장은 약 400㎚ 이하이고, 소멸파의 파장은 약 266㎚일 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 FWM 방식으로 결합하여 상대적으로 단파장(예, DUV(deep ultraviolet))의 빔을 생성하여 미세한 크기(예, 약 10㎚이하)의 결함의 검출력을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 광원부(110)로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 펄스 빔 매칭부(120)와 입사각 조정부(150)에 의해 FWM 방식으로 결합되어 기판(191)(특히, 기판(191)의 표면)에서 소멸파를 생성할 수 있다.
상기 펄스 빔 매칭부(120)는 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스들이 시공간적으로 중첩(superimpose)되도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서, 이러한 "시공간적 중첩"을 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스를 "매칭(match)한다"라고 한다. 상기 펄스 빔 매칭부(120)는, 하나의 빔(예, 제1 레이저 빔(W1))을 선택하여 지연되도록 그 빔의 경로를 조절하는 방식으로 구현될 수 있다.
본 실시예에 채용된 상기 펄스 빔 매칭부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이 선택하여 지연시키는 빔 분배부(beam splitter)(122)와, 광학 지연 라인(optical delay line)(125)을 포함할 수 있다. 상기 빔 분배부(122)는 상기 광원부(110)로부터 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)을 수신하여 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)을 다른 경로로 분리하여 출력할 수 있다. 상기 빔 분배부(122)에서 분리된 제1 레이저 빔(W1)은 상기 광학 지연 라인(125)에 선택적으로 입력될 수 있다. 상기 광학 지연 라인(125)은 상기 제1 레이저 빔(W1)의 경로 상에 위치한 복수의 미러(125a,125b,125b)를 배열하여 그 경로를 연장시킴으로써 상기 제1 레이저 빔(W1)을 지연시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b은 각각 제1 레이저 빔(W1) 및 제2 레이저 빔(W2)의 펄스들을 나타내는 그래프이다.
도 2a를 참조하면, 점선은 광학 지연 라인(125)로의 입력 전의 제1 레이저 빔(W1)의 펄스를 나타내며, 실선은 광학 지연 라인(125)에 의해 지연(또는 매칭)된 제1 레이저 빔(W1)의 펄스를 나타낸다. 상기 광학 지연 라인(125)에 의해 제2 레이저 빔(W2)의 펄스와의 매칭에 필요한 타임(Δt)만큼 지연시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 매칭에 필요한 지연타임(Δt)은 1 또는 수 ns 또는 서브ns(즉 ps 단위)일 수 있다. 이러한 선택적 지연 과정을 통해서 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 펄스는 시공간적으로 중첩(superimposed in time and space)될 수 있다. 달리 말하면, 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 펄스는 시공간적으로 매칭될 수 있다.
상기 매칭된 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 상기 입사각 조정부(150)에 의해 FWM 결합을 위해서 조절된 입사각(도 5a 및 도 5b의 θ1 및 θ2)으로 상기 기판(191)에 입사될 수 있다. 본 실시예에 채용된 입사각 조정부(150)는 상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 입사각을 조절하는 미러들(155a,155b)을 포함할 수 있다. 각각 미러들(155a,155b)은 별도의 구동부에 의해 회전 구동하여 기판(191)의 검사위치에 원하는 입사각으로 입사되도록 배열될 수 있다. 상기 기판(191)에 입사된 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)은 혼합되어 소멸파(evanescent wave)를 생성할 수 있다. 상기 소멸파는 소정의 입사각에서 기판(191)의 표면에 따라 전파되는 "표면파(surface wave)"라고도 할 수 있다.
소멸파를 생성하기 위한 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 입사각 조건은 도 3을 참조하여 설명할 수 있다. 도 3은 제1 레이저 빔(W1) 및 제2 레이저 빔(W2)의 입사각 조정에 따른 소멸파 생성 원리를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제2 레이저 빔(W2)의 입사각이 ±30°이상의 범위에서 대체로 표면파가 생성되며, "HS1" 및 "HS2"로 표시된 평면파와의 경계선의 인접한 영역에서 높은 FWM 효율로 표면파, 즉 소멸파(S)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 빔(W2)의 입사각이 -60°∼ -40°범위일 때에 제1 레이저 빔(W1)의 입사각은 -30°∼ +10°범위(HS1), 또는 제2 레이저 빔(W2)의 입사각이 +40°∼ +60°범위일 때에 제1 레이저 빔(W1)의 입사각은 -10°∼ +30°범위(HS2)로 표시된 영역들은 높은 효율로 소멸파를 생성할 수 있는 입사각 조건을 나타낸다. 상기 입사각 조정부(150)는 이러한 입사각 조건에 만족하여 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 기판(191) 상에 입사시켜 소멸파를 생성할 수 있다.
이러한 조건에 따른 입사각 설정은 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2) 중 하나를 기판(191)의 표면을 기준으로 하여 수직(입사각=0°)으로 입사하고, 다른 하나의 레이저 빔의 입사각만을 적절한 범위로 설정하여 소멸파를 생성할 수 있다.
도 4을 참조하면, 제2 레이저 빔(W2)의 입사각이 0°일 때에, 제1 레이저 빔(W1)의 입사각은 일정한 영역(I1,I2)에서 거의 평면파(P) 없이 소멸파(S)를 생성할 수 있으며, 특히, 제1 레이저 빔(W1)의 입사각이 ±60°에서 높은 효율로 소멸파(S)를 생성할 수 있다. 일부 실시예(예, 도 6 참조)에서, 입사각을 조절하는 대물 렌즈(도 6의 162A)의 개구수(numerical apeture)가 0.95 이상(예, 1.0)이 가능하므로 대물 렌즈의 해상도를 크게 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 기판 검사 장치(100)의 광학계는, 제2 레이저 빔(W2)이 기판 표면에 대해서 수직(입사각 0°)으로 입사되도록 고정하면서, 제1 레이저 빔(W1)의 입사각만을 고효율 조건을 만족하는 범위로 설정(또는 조절)하도록 구성될 수 있다.
상기 기판 지지부(190)는 그의 상면 상에 기판(191)을 지지할 수 있다. 기판(191)은 반도체 소자를 제조하기 위한 또는 제조된 웨이퍼일 수 있다. 이와 달리, 기판(191)은 유리 기판과 같은 투명 기판일 수 있다. 상기 기판 지지부(190)는 별도의 제어부에 의해, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로, 즉 수평면 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 기판 지지부(190)는 추가적으로 제1 방향 및 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 검사 과정에서, 상기 기판 지지부(190)가 이동되어 기판(191)이 스캐닝(scanning)될 수 있다. 또한, 상기 기판 지지부(190)의 이동 과정에서, 입사각 조정부(150)는 이동된 기판(191)의 검사위치에 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 초점을 형성할 수 있다.
도 5a 및 도 5b은 기판에서 소멸파를 이용한 결함을 검출 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 검사 대상인 기판(191)에 매칭된 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)이 상술된 입사각 조건으로 입사되고, 소멸파(또는 표면파)(S)를 생성할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 파티클과 같은 결함(PT)이 존재하지 않는 경우에 소멸파(S)는 지수함수적으로 감쇠하여 소멸할 수 있다. 반면에, 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(191) 상에 결함(PT)이 존재하는 경우에는 상기 소멸파(S)는 그 결함(PT)과 충돌하여 산란광(SL)을 생성할 수 있다.
도 5b에 예시된 산란광(SL)을 기초하여 상기 검출부(160)는 상기 결함을 검출할 수 있다. 본 실시예에 채용된 검출부(160)는 기판(191) 상에 배치되어 산란광(SL)을 수집하는 대물 렌즈(obective lens)(162)와, 상기 기판(191)으로부터 반사된 광에서 상기 소멸파(S)에 의한 산란광(SL)을 선택적으로 전달하는 광 선택부(164)와, 상기 광 선택부(164)로부터 전달된 상기 산란광(SL)의 세기를 측정하는 산란광 검출기(169)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 대물 렌즈(162)는 적어도 하나의 볼록 또는 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 기판(191)에 조사되어 생성되는 빔들은 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)과 물질의 비선형 특성으로 인하여, FWM에 의한 소멸파(또는 산란광) 외에도, SFG(sum frequency generation), SHG(second harmonic generation), THG(third harmonic generation)등과 같은 신호를 포함할 수 있다. 이러한 빔들은 상기 광 선택부(164)에 의해 산란광만을 선택적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 선택부(164)는 파장선택 필터 또는 다이크로닉 미러(dichroic mirror)를 포함할 수 있다. 선택된 산란광(SL)은 상기 산란광 검출기(169)에 수신되어 결함 발생 여부 및 강도에 기초한 결함 특성(예, 크기)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 산란광 검출기(169)는 PMT(photo multiplier tube) 또는 EMCCD(electron multiplying CCD)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100)는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM(four-wave mixing)방식으로 결합(coupling)하여 기판(191)에서 생성되는 소멸파(evanescent wave)를 이용하여 상기 기판(191)의 결함을 검출할 수 있다. 이 경우에, 백그라운드 신호가 제로(zero)이므로, 결함에 의한 산란광(SL) 관련 신호만 검출할 수 있고, 그 결과, 신호대 잡음비(SNR)을 크게 개선할 수 있다. 또한, 서로 다른 제1 및 제2 파장을 갖는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 결합하여 상대적으로 단파장(예, 270㎚ 이하)의 검출 빔을 생성할 수 있으므로, 미세한 크기(예, 약 10㎚ 이하)의 결함을 정밀하게 검출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100A)는, 입사각 조정부(150A) 및 검출부(160A)이 앞선 실시예의 대응 구성요소와 달리 구성되는 점과, 매칭 모니터링부(130)와 샘플 모니터링부(140)와 편광기(118)를 더 포함하는 점을 제외하고 도 1에 도시된 기판 검사 장치(100)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1에 도시된 기판 검사 장치(100)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100A)는, 앞선 실시예와 유사하게, 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM 방식으로 결합하여 기판(191)에서 생성되는 소멸파를 이용하여 상기 기판(191)의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기판 검사 장치(100A)는, 광원부(110), 입사각 조정부(150A), 검출부(160A) 및 기판 지지부(190)를 포함하며, 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스 매칭을 모니터링하는 매칭 모니터링부(130)와, 상기 기판(191)의 검사 영역을 모니터링하기 위한 샘플 모니터링부(140)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용된 입사각 조정부(150A)는, 상기 기판 지지부(190) 상에 배치되며 상기 입사면의 입사 위치에 따라 출사각이 변하도록 구성된 대물 렌즈(162A)와, 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 경로에 각각 변경하여 상기 입사면에 입사되는 위치를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)는 수평면에서 서로 교차하는 제1 및 제2 방향으로 이동되도록 구성될 수 있으며, 이동된 위치에 따라 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 경로를 변경할 수 있는 광학 수단(예, 반사미러 또는 굴절률층)을 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)는 별도의 제어부에서 수신되는 제어 신호에 의해 이동되도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)를 모두 포함하여 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 경로를 모두 변경하도록 구성된 형태를 예시하였으나, 상기 제1 레이저 빔(W2) 및 상기 제2 레이저 빔(W2) 중 적어도 하나의 레이저 빔의 경로만 변경하도록 하나의 빔 경로 조절기만 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서는, 도 4에서 설명된 바와 같이, 상기 제2 레이저 빔(W2)은 상기 기판(191)의 표면에 대해 수직으로 입사되도록 구성될 수 있으며, 상기 제1 레이저 빔(W1)의 입사각만을 일정 범위로 설정하거나 조정하도록 제1 빔 경로 조절기(156a)만을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)와 함께, 상기 대물 렌즈(162A)는 입사각을 조정하기 위한 입사각 조정부(160)를 구성할 수 있다. 상기 대물 렌즈(162A)는 입사면의 입사 위치에 따라 출사각이 변하도록 구성된 볼록 또는 오목 렌즈 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 본 실시예에 채용된 대물 렌즈(162A)는 상술된 입사각 조정 기능과 함께, 앞선 실시예에서 설명된 대물 렌즈(160)와 같이 상기 기판(191)으로부터 얻어진 산란광(SL)을 수집하는데 사용되는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 매칭 모니터링부(130)는 상기 기판(191)에서 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 혼합된 광의 세기를 기반하여 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스 매칭을 모니터링하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 채용된 매칭 모니터링부(130)는, 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2) 중 하나의 레이저 빔의 경로 상에 배치된 주파수 변조부(frequency modulator)(132)와, 상기 기판(191)에서 반사된 상기 혼합된 광을 수신하여 상기 혼합된 광의 세기를 측정하는 포토 다이오드(135)와, 상기 주파수 변조부(132)와 상기 포토 다이오드(135)에 각각 연결된 잠금 증폭부(lock-in amplifier)(139)를 할 수 있다.
상기 주파수 변조부(132)는 상기 하나의 레이저 빔의 주파수를 변조하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 주파수 변조부(132)가 제1 레이저 빔(W1)의 경로에만 위치하는 형태로 예시되어 있으나, 다른 실시예에서는 제2 레이저 빔(W2)의 경로에 위치하여 제2 레이저 빔(W2)의 주파수를 변조하는 주파수 변조부를 대체하여 또는 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수 변조부(132)는 상기 하나의 레이저 빔을 주기적으로 간섭하도록 구성된 광학 초퍼(optical chopper)를 포함할 수 있다.
상기 잠금 증폭부(139)는 상기 주파수 변조부(132)의 동작 주파수(operating frequency)의 신호(OS)를 참조하여 노이즈 성분 없이 상기 포토 다이오드로부터 수신된 신호(LS)를 증폭할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)이 매칭되는 순간, 기판(191) 상에서 혼합된 광의 반사율이 떨어지므로, 이러한 순간의 신호(LS)를 상기 잠금 증폭부(139)에 의해 증폭시켜 모니터링함으로써 원하는 펄스 매칭이 이루어졌는지 여부를 판단할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 잠금 증폭부(139)는 비선형 결정으로 대체될 수 있다.
상기 샘플 모니터링부(140)은 조명 광(L1)을 이용하여 상기 기판(191)의 검사 영역을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에 채용된 샘플 모니터링부(140)은 조명 광(L1)을 방출하여 상기 기판의 검사 영역에 조사하는 조명 발광부(141)와, 상기 기판(191)의 검사 영역으로부터 반사된 조명 광(L2)을 수신하는 CMOS부(145)를 포함할 수 있다. 상기 샘플 모니터링부(141)는 조명 광(L1,L2)을 반사하면서 결함 검출과 관련된 다른 빔들을 투과하도록 구성된 빔 분배기(144)와, 조명 광(L1,L2)의 진행 방향에 따라 선택적으로 투과/반사되도록 구성된 광 필터(142)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조명 발광부(141)는 소정의 파장을 갖는 LED를 포함할 수 있다.
상기 검출부(160A)는 앞선 실시예와 유사하게, 대물 렌즈(162)와 광 선택부(164)와 산란광 검출기(169)를 포함할 수 있으며, 상기 광 선택부(164)와 상기 산란광 검출기(169) 사이에 배치된 보상자(compensator)(165) 및 렌즈(166)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100A)는 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2) 중 적어도 하나의 빔의 경로 상에 해당 레이저 빔의 편광을 조절하기 위한 편광기(polarizer)(119a,119b)를 포함할 수 있다. 상기 편광기(119a,119b)는 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 일 방향으로 선형 편광되거나 원형 편광되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 편광기는 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 편광을 서로 다르게 조절할 수 있다.
상기 편광기(119a,119b) 및 상기 보상자(165) 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전이 가능하고, 제1 및 제2 빔 경로 조절기(156a,156b)와 유사하게, 전기적 신호에 d의해 제어될 수 있는 모터가 구비된 회전 스테이지 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 편광기(119a,119b) 및 상기 보상자(165) 중 적어도 하나는 전자 소자(piezoelectric phase modulator)로 대체될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100B)는, 광원부(110A)가 2개의 레이저 광원(111,112)을 구비하고 별도의 매칭 모니터링부를 구비하지 않는 점을 제외하고 도 6에 도시된 기판 검사 장치(100)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1 및 도 6에 도시된 기판 검사 장치(100,100A)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100B)는, 도 6에 도시된 기판 검사 장치(100A)와 유사하게, 광원부(110A)와 펄스 빔 매칭부(120A)와 샘플 모니터링부(140)와 입사각 조정부(150A)와 기판 지지부(190)와 검출부(160)를 포함하며, 상기 광원부(110A)로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM 방식으로 결합하여 기판(191)에서 생성되는 소멸파를 이용하여 상기 기판(191)의 결함을 검출할 수 있다.
본 실시예에 채용된 광원부(110A)는 서로 다른 레이저 빔(W1,W2)을 방출하기 위한 2개의 다른 레이저 광원(111,112)을 구비할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(110A)는 제1 레이저 빔(W1)을 방출하는 제1 레이저 광원(111)과, 제2 레이저 빔(W2)을 방출하는 제2 레이저 광원(112)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 각각 제1 및 제2 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 파장은 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)이 FWM 방식으로 결합되어 상대적으로 짧은 파장의 빔을 생성하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제1 파장은 700㎚∼800㎚ 범위이며, 상기 제2 파장은 300㎚∼400㎚ 범위이고, 이로써 기판(191)에서 생성된 빔들 중 소멸파의 파장은 270㎚ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100B)는, 별도의 매칭 모니터링부를 구비하지 않는 형태로 예시하였으나, 도 6에 도시된 실시예와 유사하게 매칭 모니터링부(130)를 더 포함하여 상기 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)의 펄스 매칭을 모니터링할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100C)는, 제1 레이저 빔(W1) 및 제2 레이저 빔(W2)을 방출하는 광원부(110B)와, 상기 제1 레이저 빔(W1)과 상기 제2 레이저 빔(W2)의 펄스를 시공간적으로 매칭하는 펄스 빔 매칭부(120)와, 상기 제2 레이저 빔(W2)이 상기 기판(191)으로 입사되는 각을 조절하는 입사각 조정부(150)와, 검사대상인 기판(191)을 지지하는 기판 지지부(190)와, 기판(191)의 결함을 검출하기 위한 검출부(160B)를 포함한다.
본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100C)는 앞선 실시예들과 유사하게 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)을 FWM 방식으로 결합하여 기판(191)에서 생성되는 소멸파를 이용하여 상기 기판(191)의 결함을 검출하도록 구성되나, RF 주파수 대역의 신호를 이용하므로 광학적 필터(예, 광 선택 필터)를 생략할 수 있을 뿐만 아니라 상대적으로 고속 검출이 가능한 검출부(160B)를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 채용된 광원부(110B)는 소정의 주파수(ω)을 갖는 기본 빔(W0)을 방출하는 레이저 광원(111)과, 상기 기본 빔(W0)을 파장 변환하는 광학 파라메트릭 증폭부(115)을 포함한다. 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)에서 변환된 빔(W)은 변환된 파장에 따른 주파수(2ω)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)는 비선형 결정을 포함할 수 있다.
상기 광원부(110B)는 상기 파장 변환된 빔(W)을 분할하여 제1 및 제2 분할된 빔(W1',W2')을 다른 경로로 제공하는 제1 빔 분배부(116a)와, 상기 제1 및 제2 분할된 빔(W1',W2')의 주파수(2ω)를 서로 다른 주파수로 변조하여 제1 및 제2 레이저 빔(W1',W2')을 출력하는 제1 및 제2 광변조부(119a,119b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 광변조부(119a,119b)는 음향 광학 변조기(acoustic optical modulator, AOM)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 기판 검사 장치(100)는 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)와 상기 제1 빔 분배부(116) 사이에 위치하며, 상기 광학 파라메트릭 증폭부(115)에서 상기 파장 변환된 빔(W)을 다른 제1 및 제2 경로들로 분리하는 제2 빔 분배부(116b)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 경로에서는, 상기 파장 변환된 빔(W)은 제1 빔 분배기(116a)에 도달하며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1 빔 분배기(116a)을 통해 상기 빔(W)이 분할하여 동일한 주파수(2ω)를 갖는 제1 및 제2 분할된 빔(W1',W2')을 제공하며, 상기 제1 및 제2 분할된 빔(W1',W2')은 각각 상기 제1 및 제2 광변조부(119a,119b)를 통해서 각각 제1 및 제2 주파수(2ω+δ1,2ω+δ2)로 변조된 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)으로 제공할 수 있다.
본 실시예에 채용된 펄스 빔 매칭부(120B)은 복수의 미러(125a,125b,125c,125d)를 구비한 광학 지연 라인을 포함할 수 있다. 상기 제2 레이저 빔(W2')의 펄스가 상기 제1 레이저 빔(W1')의 펄스가 시공간적으로 중첩되도록 광학 지연 라인에 의해 지연될 수 있다.
본 실시예에 채용된 입사각 조정부(150C)는, 상기 기판 지지부(190)의 전면에 배치되며 상기 입사면의 입사 위치에 따라 출사각이 변하도록 구성된 제1 대물 렌즈(152)와, 상기 펄스 빔 매칭부(120B)을 통해 매칭된 상기 제1 레이저 빔(W1)을 상기 입사면에 입사되는 위치를 조절하는 빔 경로 조절부(156)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 제2 레이저 빔(W2)이 기판(191) 표면에 대해서 수직(입사각: 0°)으로 입사되도록 고정하면서, 제1 레이저 빔(W1)의 입사각만을 고효율 조건을 만족하는 범위로 설정(또는 조절)하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판 검사 장치(100C)는 상기 제1 레이지 빔(W1) 및 상기 제2 레이저 빔(W2)의 경로에 각각 배치된 제1 및 제2 편광기(119a,119b)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 편광기(119a,119b)는 상기 제1 대물 렌즈(152)의 전단에 배치될 수 있다.
매칭된 제1 및 제2 레이저 빔(W1,W2)은 제1 대물 렌즈(152)을 통해 기판(191)에 소정의 각으로 입사되어 4 파장 혼합(FWM)에 의한 소멸파와 함께 다른 비선형 빔들(예, SFG, SHG, THG 등)을 생성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광변조부(119a,119b)를 AOM로 제공하는 경우에, 생성되는 FWM에 의한 소멸파의 주파수는 2W+2δ1-δ2임을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 기판(191)은 유리와 같은 투명 기판인 경우에 산란광(SL)은 기판(191)의 후면에 배치된 검출부(160B)에 의해 측정될 수 있다.
상기 제2 경로에서는, 상기 제2 빔 분배기(116b)로부터 상기 파장 변환된 빔(2W)과 동일한 주파수(2)를 갖는 참조 빔(W')이 검출부(160B)로 진행된다. 본 실시예에 채용된 검출부(160B)는, FWM에 의한 산란광(SR)을 포함한 빔들(예, SFG, SHG, THG 등)을 수집하는 제2 대물 렌즈(162B)와, 상기 빔들과 상기 참조 빔(W')을 수신하는 제3 빔 분배기(163)와, 상기 산란광(SR)에 의한 신호만을 선택적으로 검출하는 밸런스 포토다이오드(balanced photodiode)(165)와, 상기 밸런스 포토다이오드(165)로부터 전달된 상기 산란광(SR)에 의한 신호의 세기를 측정하는 산란광 검출기(169)를 포함한다.
일반적으로, 상기 밸런스 포토다이오드(165)는 차동 증폭기를 갖는 2개의 포토다이오드를 포함하며, 2개의 상관된 광학 신호(correlated optical signal) 사이의 차이를 비교하기 위해서 설계되며, 분광 분석(spectroscopic analysis)에서 노이즈를 효과적으로 제거하는데 사용된다. 본 실시예에서, 상기 밸런스 포토다이오드(165)는 상기 참조 빔(W')을 이용하여 상기 기판(191)으로부터 수신한 빔들에서 FWM에 의한 산란광(SR)을 통해 변조된 "2δ1- δ2" 신호만 검출한다. 검출된 "2δ1- δ2" 신호를 잠금 증폭부(168)을 이용하여 증폭시킬 수 있으며, 산란광 검출기(169)는 증폭된 신호를 수신하여 검출된 결함 관련 정보(존재 여부, 크기 및 위치)을 측정할 수 있다.
이러한 방식에서는, 백그라운드 신호가 제로이므로, 결함에 의한 산란광(SL) 관련 신호만 검출할 수 있고, 그 결과, 신호대 잡음비(SNR)을 개선할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치는 검출부에서 별도의 광학적 필터를 사용하지 않고, RF 주파수 영역에서 산란광 관련 신호를 선택적으로 검출하므로, 결함 관련 정보를 고속으로 측정할 수 있다.
상기 기판(191)이 투명 기판인 경우에는, 산란광(SR)을 포함한 빔들이 기판(191) 후면에서도 검출될 수 있으므로, 본 실시예와 같이 상기 검출부(160)는 기판의 후면에 배치될 수 있으며, 앞선 실시예에 따른 기판 검사 장치(100,100A,100B)에서도 검사대상인 기판(191)이 투명 기판인 경우에, 검출부(160,160A)를 기판(191)의 후면에 배치될 수 있다.
이와 달리, 본 실시예에 따른 기판 검사 장치(100C)에서도 기판(191)이 투명 기판이 아닌 경우에는, 앞선 실시예와 유사하게 기판(191)으로부터 산란/반사되는 빔들을 검출할 수 있도록 집광을 위한 대물 렌즈 및 검출부(160B)가 기판 전면에 배치될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 검사 시스템을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 제조방법은 웨이퍼의 검측 단계(S220)로부터 시작될 수 있다. 검사 대상인 웨이퍼는 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼 또는 반도체 소자를 위한 구조물(예, 패턴)이 제조된 웨이퍼일 수 있다.
이러한 웨이퍼 상에 결함 존재 여부의 판단 단계(S230)에서, 판단 결과에 따라 서로 다른 단계로 진행될 수 있다. 우선, 웨이퍼에 결함이 없는 경우(No), 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행할 수 있다(S240). 상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정(S240)은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정(S240)을 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(S240) 중에, 웨이퍼 상에 형성된 주기적인 패턴에 대하여 결함 존재 여부의 판단 단계(S230)의 과정이 추가적으로 수행될 수도 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정(S240)을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화할 수 있다(S250). 각각의 반도체 칩으로의 개별화(S250)는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다.
이어, 반도체 칩에 대한 패키징을 수행할 수 있다(S260). 패키징 공정(S260)은 반도체 칩들을 PCB 상에 실장하고 밀봉재로 밀봉하는 공정을 의미할 수 있다. 한편, 패키징 공정은 PCB 상에 다수의 반도체를 다층으로 적층하여 스택 패키지를 형성하거나, 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, 웨이퍼 상에 결함 존재 여부의 판단 단계(S230)에서 웨이퍼에 결함이 존재하는 것으로 판단되는 경우(Yes)에는, 해당 웨이퍼를 세정하거나 또는 해당 웨이퍼를 폐기한다(S270). 다음으로, 세정한 웨이퍼 또는 다른 웨이퍼를 기판 검사 장치(100,100A,100B,100C)에 투입하고(S280), 웨이퍼의 검측 단계(S220)로 진행할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 100A, 100B, 100C: 기판 검사 장치
110, 110A, 110B: 광원부
120, 120A, 120B: 펄스 빔 매칭부
130: 매칭 모니터링부
140: 샘플 모니터링부
150: 입사각 조정부
160, 160A, 160B: 검출부

Claims (10)

  1. 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔(laser beam)과 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 광원부;
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 시공간적으로 중첩(superimpose)되도록 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 매칭하는 펄스 빔 매칭부(pulsed beam matching part);
    검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔이 혼합되어 소멸파(evanescent wave)를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 및
    상기 기판의 결함에 의해 생성된 산란광을 검출하는 검출부;를 포함하는 기판 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는, 상기 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원과, 상기 제1 레이저 빔의 일부를 상기 제2 레이저 빔으로 변환하여 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 출력하는 광학 파라메트릭 증폭부(optical parameteric amplifier: OPA)을 포함하는 기판 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학 파라메트릭 증폭부는 비선형 결정(nonlinear crystal)을 포함하는 기판 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는, 상기 제1 레이저 빔을 방출하는 제1 레이저 광원과, 상기 제2 레이저 빔을 방출하는 제2 레이저 광원을 포함하는 기판 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 혼합된 광의 세기를 기반하여 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스 매칭을 모니터링하는 매칭 모니터링부를 더 포함하는 기판 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 매칭 모니터링부는,
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 하나의 레이저 빔의 경로 상에 배치되며, 상기 하나의 레이저 빔의 주파수를 변조하는 주파수 변조부(frequency modulator)와,
    상기 기판에서 반사된 상기 혼합된 광을 수신하여 상기 혼합된 광의 세기를 측정하는 포토 다이오드와,
    상기 주파수 변조부와 상기 포토 다이오드에 각각 연결되며, 상기 주파수 변조부의 동작 주파수(operating frequency)를 참조하고 상기 포토 다이오드로부터 수신된 신호를 증폭하는 잠금 증폭부(lock-in amplifier)를 포함하는 기판 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입사각 조정부는, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 경로 상에 배치된 적어도 하나의 미러를 갖는 광학계를 포함하는 기판 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 입사각 조정부는,
    상기 기판 지지부 상에 배치되며, 입사면의 입사 위치에 따라 출사각이 변하도록 구성된 대물 렌즈(objective lens)와,
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 레이저 빔의 경로를 변경하여 상기 적어도 하나의 레이저 빔이 상기 입사면에 입사되는 위치를 조절하는 빔 경로 조절부를 포함하는 기판 검사 장치.
  9. 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 빔을 수신하여 상기 제1 레이저 빔의 일부를 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔으로 변환하고 상기 제1 레이저 빔의 다른 일부를 출력하는 광학 파라메트릭 증폭부(OPA);
    상기 광학 파라메트릭 증폭부(OPA)로부터 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 수신하여 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 다른 경로로 분리하여 출력하는 빔 분배부;
    상기 제1 레이저 빔의 경로 상에 위치한 복수의 미러를 포함하며, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 중첩되도록 상기 제1 레이저 빔을 지연시키는 광학 지연 라인(optical delay line);
    검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 4 파장 혼합(four wave mixing: FWM)에 의해 소멸파(evanescent wave)를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ; 및
    상기 기판의 결함에 의해 생성된 산란광을 검출하는 검출부;를 포함하는 기판 검사 장치.
  10. 기본 파장을 갖는 빔을 방출하는 레이저 광원;
    상기 기본 파장을 갖는 빔을 파장 변환하는 광학 파라메트릭 증폭부;
    상기 파장 변환된 빔을 제1 및 제2 분할된 빔으로 분할하여 각각 다른 경로로 제공하는 제1 빔 분배부;
    상기 제1 분할된 빔의 주파수를 변조하여 제1 주파수를 갖는 상기 제1 레이저 빔으로 제공하는 제1 광변조부;
    상기 제2 분할된 빔의 주파수를 변조하여 제2 주파수를 갖는 상기 제2 레이저 빔을 출력하는 제2 광변조부;
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 펄스들이 시공간적으로 중첩되도록 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 매칭하는 펄스 빔 매칭부;
    검사 대상인 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 매칭된 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 입사각을 조절하여 상기 기판에 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 입사시키고, 상기 기판에서 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 4 파장 혼합에 의해 소멸파를 생성하는 입사각 조정부 - 상기 소멸파가 상기 기판의 결함에 의해 산란광을 생성함 - ;
    상기 광학 파라메트릭 증폭부에서 상기 파장 변환된 빔을 상기 제1 빔 분배기로 향하는 제1 경로와 상기 밸런스 포토 다이오드를 향하는 제2 경로로 분할하는 제2 빔 분배부;
    상기 제2 경로로 분할된 빔을 참조 빔으로 이용하여 상기 기판으로부터 수신한 광에서 상기 산란광에 의한 신호만을 선택적으로 검출하는 밸런스 포토다이오드; 및
    상기 밸런스 포토다이오드로부터 전달된 상기 산란광에 의한 신호의 세기를 측정하는 산란광 검출기를 포함하는 기판 검사 장치.
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