KR20220024389A - 다중층 구조 검사 장치와 방법, 및 그 방법을 구비한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

다중층 구조 검사 장치와 방법, 및 그 방법을 구비한 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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곽현수
김정원
양유신
전충삼
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 시료의 손상없이 시료 내의 다중층 구조를 신뢰성 있게 검사할 수 있는 다중층 구조 검사 장치와 방법을 제공한다. 그 검사 장치는, 광을 생성하고 편광시키는 입력부; 상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter); 다중층 구조의 샘플이 구비되고, 상기 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부; 기준 미러가 구비되고, 상기 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부; 및 상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 받아들여 파장 별 광량을 검출하는 검출부;를 포함하고, 상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도(reflectance)와 분산량(dispersion)을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사한다.

Description

다중층 구조 검사 장치와 방법, 및 그 방법을 구비한 반도체 소자 제조방법{Apparatus and method for inspecting multi-layer structure, method for fabricating semiconductor device comprising the method}
본 발명의 기술적 사상은 검사 장치와 방법에 관한 것으로, 특히, 반도체 소자 내의 다중층 구조를 정확하게 검사할 수 있는 검사 장치와 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 내의 다중층의 구조나 각층의 개별 두께 등을 검사하기 위하여, 전자현미경(electron microscope), 분광 타원편광법(Spectroscopic Ellipsometry: SE), 분광 반사측정법(Spectroscopic Reflectometry: SR) 등이 이용되고 있다. 이 중 전자현미경은 전자선(Electron beam)과 전자렌즈(Electron lens)를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장치로, 기존 광학 현미경의 분해능 한계를 극복할 수 있고, 미세 관찰이 가능하기 때문에 반도체 소자의 분석에 많이 이용되고 있다. 한편, SE 또는 SR은 시료에서 나온 편광 성분의 스펙트럼 변화를 광학 시뮬레이션을 통해 획득된 이론적인 스펙트럼과 비교하여 개별 두께를 검사하게 되는데, 시료 절단이나 별도 처리 없이 공정 전, 후 개별 두께 변화를 측정할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 시료의 손상 없이 시료 내의 다중층 구조를 신뢰성 있게 검사할 수 있는 다중층 구조 검사 장치와 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 상기 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, 광을 생성하고 편광시키는 입력부; 상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter); 다중층 구조의 샘플이 구비되고, 상기 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부; 기준 미러가 구비되고, 상기 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부; 및 상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 받아들여 파장 별 광량을 검출하는 검출부;를 포함하고, 상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도(reflectance)와 분산량(dispersion)을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하는, 다중층 구조 검사 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 다파장 광원; 상기 다파장 광원으로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터; 상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기; 상기 제1 편광기로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터; 다중층 구조의 샘플이 구비되고, 상기 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부; 기준 미러가 구비되고, 상기 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부; 상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기; 상기 제2 편광기로부터의 광을 파장 별로 분리하는 분광기; 및 상기 분광기로부터의 파장 별 광량을 검출하는 검출기;를 포함하고, 상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하며, 상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기, 및 상기 차단기를 이동시켜 상기 차단기의 온-오프를 수행하는 차단기 이동 스테이지를 구비하며, 상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하는, 다중층 구조 검사 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 다파장 광원; 상기 다파장 광원으로부터의 광을 단색 광으로 변환시키는 모노크로메이터; 상기 모노크로메이터로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터; 상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기; 상기 제1 편광기로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터; 다중층 구조의 샘플이 구비되고, 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부; 기준 미러가 구비되고, 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부; 상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기; 및 상기 제2 편광기로부터의 광량을 검출하는 검출기;를 포함하고,
상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하며, 상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기, 및 상기 차단기를 이동시켜 상기 차단기의 온-오프를 수행하는 차단기 이동 스테이지를 구비하며, 상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하는, 다중층 구조 검사 장치를 제공한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 입력부에서, 광을 빔 스플리터로 입력시키는 단계; 빔 스플리터에서, 상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 단계; 상기 제1 입사광이 샘플부의 샘플로 입사되어 제1 반사광이 생성되고, 상기 제2 입사광이 기준부의 기준 미러로 입사되어 제2 반사광이 생성되는 단계; 상기 제1 반사광, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광이 중첩된 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 단계; 검출부에서, 상기 빔 스플리터로부터의 상기 제1 반사광, 또는 중첩된 상기 광에서, 파장 별 광량을 검출하는 단계; 및 상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하는 단계;를 포함하고, 측정된 상기 반사도와 분산량을 개별적으로 이용하거나, 또는 측정된 상기 반사도와 분산량을 조합하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하는, 다중층 구조 검사 방법을 제공한다.
마지막으로, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 샘플 웨이퍼에 대하여 측정한 반사도와 분산량에 기초하여, 상기 샘플 웨이퍼 내의 다중층의 구조를 검사하는 단계; 상기 검사에 기초하여 상기 다중층의 구조가 정상인지 판단하는 단계; 및 상기 샘플 웨이퍼가 정상인 경우에, 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 다중층의 구조가 정상인지 판단은 측정된 상기 반사도와 분산량을 개별적으로 이용하거나, 또는 측정된 상기 반사도와 분산량을 조합하여 이용하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다중층 구조 검사 장치는, 샘플의 반사도와 분산량을 함께 측정할 수 있는 구성을 가질 수 있다. 그에 따라, 다중층 구조 검사 장치는 샘플의 동일한 위치에서 반사도와 분산량에 대한 데이터를 안정적으로 획득할 수 있다. 여기서, 반사도와 분산량은 다중층 구조의 반복 패턴의 변화에 민감하게 변하는 변수들이다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 다중층 구조 검사 장치는 샘플의 손상 없이 해당 값들을 측정할 수 있다. 따라서, 다중층 구조 검사 장치는 샘플의 손상 없이 공정 전, 후의 구조적 변화를 높은 정합성을 가지고 검사할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 의한 다중층 구조 검사 장치는, 검사 장치의 상태를 확인하고 측정 데이터의 기준 값을 보상하기 위한 기준 시료의 측정 모드를 구현할 수 있고, 그에 따라, 데이터의 반복성 및 신뢰성을 강화할 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상에 의한 다중층 구조 검사 장치는, 기존 검사 장치와 달리 별도의 편광기를 입력부와 검출부에 장착함으로써, 특정 변수, 예컨대, 특정 편광 성분에 민감한 측정 모드를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 장치를 개략적으로 보여주는 블록 구조도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 다중층 구조 검사 장치를 좀더 상세하게 보여주는 블록 구조도, 및 개념도이다.
도 3은 반도체 소자 내의 다중층 구조를 변경하면서, 파장에 따른 반사도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 유전체 다중층 미러를 이용하여 분산량에 대한 개념을 보여주는 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 장치들에서, 기준부의 동작을 보여주는 블록 구조도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 장치를 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 8은 도 7의 다중층 구조 검사 장치에서, 모노크로메이터 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 장치들을 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 방법들을 보여주는 흐름도들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 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 다중층 구조 검사 장치를 개략적으로 보여주는 블록 구조도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 다중층 구조 검사 장치를 좀더 상세하게 보여주는 블록 구조도, 및 개념도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, 입력부(100, Input Part: I/P), 빔 스플리터(200, Beam Splitter: B/S), 샘플부(300, Sample Part: S/P), 기준부(400, Reference Part: R/P), 및 검출부(500, Detecting Part: D/P)를 포함할 수 있다.
입력부(100)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 광원(110), 콜리메이터(120), 및 제1 편광기(130)를 포함할 수 있다. 광원(110)은 다파장(multi-wavelength)의 광을 생성하여 출력하는 다파장 광원일 수 있다. 예컨대, 본 실시예에의 다중층 구조 검사 장치(1000)에서, 광원(110)은 170 ~ 2100nm의 대역(band)의 광을 생성하여 출력할 수 있다. 광원(110)이 다파장 광원으로 구현됨으로써, 다양한 스펙트럼의 구성이 가능할 수 있다.
콜리메이터(120)는 광원(110)으로부터의 광을 평행 광으로 만들어 출력할 수 있다. 콜리메이터(120)는 적어도 하나의 렌즈를 이용하여 투과형(transmission type)으로 구현될 수 있다. 그러나 그에 한하지 않고, 콜리메이터(120)는 비구면 미러 등을 이용하여 반사형(reflectance type)으로 구현될 수도 있다.
제1 편광기(130)는 콜리메이터(120)로부터의 평행 광을 편광시킬 수 있다. 예컨대, 제1 편광기(130)는 입사된 광에서 p 편광 성분(또는 수평성분), 또는 s 편광 성분(또는 수직 성분)만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다. 실시예에 따라, 광의 사이즈를 조절을 위해 콜리메이터(120)와 제1 편광기(130) 사이에 조리개(iris)가 배치될 수 있다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)에서, 제1 편광기(130)는 회전형 편광 필터로 구현될 수 있다. 예컨대, 회전형 편광 필터로 구현된 경우, 회전을 통해 제1 편광기(130)의 편광 성분, 즉 편광 방향을 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 제1 편광기(130)가 회전형 편광 필터로 구현됨으로써, 편광 성분이 자유롭게 변경될 수 있고, 그에 따라, 반사도(reflectance) 및/또는 분산량(dispersion)에 대한 측정 변수의 다양화를 수행할 수 있다. 편광 성분의 변경에 따른 반사도 및/또는 분산량에 대한 측정 변수의 다양화에 대해서는 차후 제2 편광기(510)와 함께 좀더 상세히 설명한다.
요약하면, 입력부(100)는, 다파장 광을 생성하여 평행 광으로 만든 후, 특정 편광 성분을 빔 스플리터(200)로 입력하는 기능을 할 수 있다.
빔 스플리터(200)는 입력된 광을 제1 입사광(Ip1)과 제2 입사광(Ip2)으로 분리할 수 있다. 빔 스플리터(200)는 입력된 광을 공간적으로 분할하여 제1 입사광(Ip1)과 제2 입사광(Ip2)으로 분리할 수 있다. 예컨대, 빔 스플리터(200)는 비편광(non-polarizing) 빔 스플리터로서, 편광에 상관없이 광을 분리할 수 있다. 또한, 빔 스플리터(200)는 입력된 광을 1:1의 인텐서티 비율로 제1 입사광(Ip1)과 제2 입사광(Ip2)으로 분리할 수 있다. 실시예에 따라, 빔 스플리터(200)는 입력된 광의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킴으로써, 입력된 광을 제1 입사광(Ip1)과 제2 입사광(Ip2)으로 분리할 수도 있다.
빔 스플리터(200)에서 분리된 광 중 하나인 제1 입사광(Ip1)은 샘플부(300)로 입력되고, 나머지 하나인 제2 입사광(Ip2)은 기준부(400)로 입력될 수 있다. 빔 스플리터(200)는 입력된 광을 나누어 샘플부(300)와 기준부(400)로 입사시키고, 샘플부(300)와 기준부(400)에서 반사한 반사광들을 중첩시켜 간섭 현상이 일어나게 함으로써, 분산량의 측정을 가능하도록 한다. 분산량에 대해서는 도 4의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
샘플부(300)는 샘플(310), 샘플 이동 스테이지(Translation Stage: T/S)(320), 및 기준 시료(330)를 포함할 수 있다. 샘플(310)은 검사 대상으로서 내부에 다중층 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 샘플(310)은 내부에 다중층 구조를 구비한 VNAND와 같은 3D 반도체 소자일 수 있다. 그러나 샘플(310)의 종류가 VNAND에 한정되는 것은 아니다.
검사 시에, 샘플(310)은 샘플 이동 스테이지(320) 상에 배치되고, 샘플 이동 스테이지(320)에 의해 지지 및 이동될 수 있다. 샘플(310)에는 빔 스플리터(200)로부터의 광, 예컨대, 제1 입사광(Ip1)이 입사되고, 샘플(310)에 의해 제1 반사광(Rp1)이 생성될 수 있다. 샘플 이동 스테이지(320)가 일 방향으로 이동함으로써, 샘플(310)을 일 방향으로 이동시킬 수 있다. 이러한 샘플 이동 스테이지(320)에 의한 샘플(310)의 이동을 통해, 간섭 현상에 대한 그래프의 변화가 생기고, 그에 따라, 분산량이 측정 및 계산될 수 있다.
기준 시료(330)는 내부의 다중층 구조가 표준, 또는 정상임이 검증된 일종의 표준 샘플일 수 있다. 다시 말해서, 검사 대상인 샘플(310)은, 내부의 다중층 구조가 정상일 수도 있고 비정상일 수도 있다. 따라서, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)를 통해 샘플(310)을 검사함으로써, 샘플(310)의 정상, 또는 비정상을 판단하게 된다. 그러나 때때로 다중층 구조 검사 장치(1000) 자체에 에러가 있는 경우, 샘플(310)의 정상 여부를 정확하게 판단할 수 없다. 그러한 경우, 기준 시료(330)가 이용될 수 있다. 예컨대, 샘플(310)을 대체하여 기준 시료(330)를 샘플 이동 스테이지(320)에 배치하여 검사를 수행하고, 그 결과에 기초하여 다중층 구조 검사 장치(1000)의 에러 여부를 판단할 수 있다. 결국, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, 기준 시료(330)를 이용하여 검사를 수행함으로써, 다중층 구조 검사 장치(1000) 자체의 상태 진단, 측정 스펙트럼의 보정(calibaration), 기준치 보상(compensation) 등을 수행할 수 있다.
기준부(400)는 차단기(410), 기준 미러(420), 및 차단기 이동 스테이지(430)를 포함할 수 있다. 차단기(410)는 빔 스플리터(200)로부터 광, 예컨대, 제2 입사광(Ip2)을 차단하거나 통과시키는 기능을 할 수 있다. 구체적으로, 차단기(410)가 오프(Off) 상태일 때, 빔 스플리터(200)로부터 제2 입사광(Ip2)이 기준 미러(420)로 입사되고, 기준 미러(420)에 의해 제2 반사광(Rp2)이 생성될 수 있다. 한편, 차단기(410)가 온(On) 상태일 때, 빔 스플리터(200)로부터 제2 입사광(Ip2)이 차단기(410)에 의해 차단되고, 따라서, 기준 미러(420)로 제2 입사광(Ip2)이 입사될 수 없다. 또한, 기준 미러(420)에서 제2 반사광(Rp2)도 생성될 수 없다.
차단기(410)에 의한 빔 스플리터(200)로부터 제2 입사광(Ip2)의 차단 기능은 차단기 이동 스테이지(430)의 제어에 의해 수행될 수 있다. 차단기의 구조와 동작과 관련하여 좀더 다양한 실시예에 대하여, 도 5 및 도 6의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
기준 미러(420)는 입사한 제2 입사광(Ip2)을 반사하여 제2 반사광(Rp2)을 생성한다. 기준 미러(420)는 샘플(310)로부터의 제1 반사광(Rp1)과 간섭 현상을 일으키는 제2 반사광(Rp2)을 생성하되, 변경되지 않은 기준 반사 광을 제공하는 기능을 할 수 있다. 다시 말해서, 샘플(310)로부터의 제1 반사광(Rp1)은 샘플(310)이 샘플 이동 스테이지(320)에 의해 이동하면서 변경되나, 기준 미러(420)는 고정되므로 기준 미러(420)로부터의 제2 반사광(Rp2)은 변경되지 않고 고정될 수 있다.
검출부(500)는 제2 편광기(510), 분광기(520, spectrometer) 및 검출기(530)를 포함할 수 있다. 제2 편광기(510)는 빔 스플리터(200)를 통과한 광, 예컨대, 제1 반사광(Rp1), 또는 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)의 중첩 광, 즉, 간섭 광중 특정 편광 성분을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 제2 편광기(510)는 입사된 광 중에서 특정 편광 성분만을 통과시키고 나머지 성분들은 차단하는 일종의 선형 편광기로서, 기능이나 구조적인 면에서 전술한 제1 편광기(130)와 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따라, 보상 기능을 하는 편광기가 더 포함될 수 있다. 참고로, 기준부(400)를 제외하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, SE 또는 SR 시스템에 대응할 수 있다. 한편, 제1 편광자는 단순히 편광기(P), 보상 기능의 편광기는 보상자(C), 그리고 제2 편광자는 분석 편광기(A)라 할 때, 샘플(S)과 함께, 포함 여부 및 위치에 따라, 타원계(ellipsometer) 시스템은 PCSA 타원계 시스템, PSA 타원계 시스템, PSCA 타원계 시스템, PCSCA 타원계 시스템 등으로 구분될 수 있다.
분광기(520)는 제2 편광기(510)를 통과한 광을 파장 별로 분리할 수 있다. 예컨대, 분광기(520)는 프리즘을 통해 구현되거나 또는 회절격자를 통해 구현될 수 있다. 분광기(520)는 입사된 광을 파장 별로 분리하여 검출기(530) 내의 상이한 위치에 입사시킬 수 있다.
검출기(530)는 분광기(520)에서 파장 별로 분리된 광을 수광하여, 파장 별 광량 변화를 검출할 수 있다. 검출기(530)는 여러 파장의 광을 동시에 측정할 수 있는 다중 채널 검출기일 수 있다. 예컨대, 검출기(530)는 CCD(Charge Coupled Device), 또는 PDA(PhotoDiode Array)로 구현될 수 있다. 검출기(530)가 파장 별 광량 변화를 검출함으로써, 샘플(310)에 대한 반사도와 분산량을 측정할 수 있다. 또한, 측정된 샘플(310)의 반사도와 분산량에 기초하여, 샘플(310) 내의 다중층 구조를 검사할 수 있다. 여기서, 다중층 구조의 검사는 다중층 구조 내의 각 층의 두께 측정이나, 또는 다중층 구조 내의 적어도 어느 한 층에서의 디펙의 검출일 수 있다. 물론, 다중층 구조의 검사의 예가 전술한 두께 측정이나 디펙 검출에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)의 동작을, 샘플부(300)와 기준부(400)의 동작에 기초하여 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 기준부(400)의 차단기(410)가 동작하여, 제2 입사광(Ip2)이 차단되어 제2 반사광(Rp2)이 생성되지 않게 되면, 샘플(310)로부터의 제1 반사광(Rp1)만이 빔 스플리터(200)를 통과하여 검출기(530)에서 검출됨으로써, 샘플(310)에 대한 반사도의 측정이 수행될 수 있다. 다음, 차단기(410)가 동작하지 않아, 제2 반사광(Rp2)이 생성되어 빔 스플리터(200)로 입사되면, 빔 스플리터(200)에서 샘플(310)로부터의 제1 반사광(Rp1)과 중첩되어 간섭 광이 형성되고, 검출기(530)에서 간섭 광을 검출함으로써, 샘플(310)에 대한 분산량의 측정이 수행될 수 있다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, 샘플(310)의 손상 없이 반사도와 분산량을 함께 측정할 수 있는 구성을 가질 수 있다. 반사도와 분산량은 다중층 구조의 반복 패턴 변화에 민감하게 변하는 변수들로서, 해당 값들을 측정함으로써, 샘플(310)의 공정 전, 후의 구조적 변화를 높은 정합성을 가지고 검사할 수 있다.
참고로, 기존 검사 장치의 경우, 반사도와 분산량 측정을 위한 장치가 서로 별개로 구성되고, 또한, 분산량 측정이나 반사도 측정 시에 보정을 위한 별도의 장치가 없다. 따라서, 샘플 웨이퍼 내의 특정 위치를 반복성 있게 측정하는데 한계가 있다. 또한, 반사도와 분산량을 동시에 이용할 시, 검사 장치 변경에 기인하여 동일 위치에 대한 데이터의 일치에 한계가 있을 수 있다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는 하나의 장치에서 반사도와 분산량을 함께 측정할 수 있으므로, 샘플의 동일한 위치에 대해 데이터를 안정적으로 획득할 수 있다. 또한, 샘플 측정 전, 후 검사 장치의 상태를 확인하고, 측정 데이터의 기준 값을 보상하기 위한 별도의 기준 시료(330)의 측정 모드를 구현함으로써, 데이터의 반복성 및 신뢰성을 강화할 수 있다. 여기서, 검사 장치의 상태는 장치의 정렬 오차, 장치의 특성 변화 등일 수 있다. 따라서, 기준 시료(330)의 측정 모드를 통해 검사 장치의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, 기존 검사 장치와 달리 별도의 편광기(130, 510)를 입력부(100)와 검출부(500)에 장착함으로써, 특정 변수, 예컨대, 특정 편광 성분에 민감한 측정 모드를 구현할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 편광 성분을 가지는 광이 샘플(310)에서 반사되면, 편광 성분(p파, s파)에 따라 반사도 및 위상 값이 변하게 된다. 또한, 입력부(100)의 제1 편광기(130)의 편광 각도를 변화시켜, 샘플(310)에 입사하는 광의 편광 방향을 변화시킬 수 있고, 검출부(500)의 제2 편광기(510)의 편광 각도를 변화시켜, 샘플(310)에서 반사되어 검출기(530)로 입사하는 광의 편광 방향을 변화시킬 수 있다.
공정 변화나 디펙(defect) 발생에 의해, 측정 위치에서의 패턴의 프로파일이 변할 경우, 샘플(310)의 반사도 및 위상 값이 변하게 되는데, 이때 편광기(130, 510)의 편광 각도를 변화시킴으로써, 패턴의 프로파일 변화의 경향을 보다 명확하게 검출할 수 있다. 측정 샘플(310)이 복잡한 구조를 가질 경우, 변수 별 변화 값이 측정 영역에서의 반사도 및 위상 차에 복합적으로 영향을 주게 되므로, 변수 별 변화량에 가장 민감하게 영향을 받는 편광기(130, 510)의 편광 각도 셋을 획득할 수 있다. 따라서, 편광기(130, 150)를 사용함으로써, VNAND와 같이 다중층 구조가 반복적으로 증착된 샘플에 대해, 개별 두께 측정을 위한 보다 다양한 독립적인 측정 변수들을 획득할 수 있고, 따라서, 개별 두께 측정의 정합성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)는, 파장 별 반사도와 분산량을 측정하기 위하여 파장 주파수를 변조할 수 있는 분광기(520)가 검출부(500)에 포함될 수 있다. 또한, 샘플(310)의 한 포인트에서의 반사도, 및 분산량을 신속하게 측정하기 위하여 기계적 구동이 없는 분광기(520)가 사용될 수 있고, 이 경우 전 파장의 광을 샘플(310)에 입사시킨 후, 샘플(310)과 반응한 광의 주파수 별 특성 변화를 분광기(520)를 통해 분광시킨 후, 검출기(530)가 받아들임으로써, 개별 주파수의 특성을 획득할 수 있다. 덧붙여, 파장 별 반사도 및 분산량을 측정하기 위하여 분광기(520) 대신 모노크로메이터를 이용할 수도 있는데, 모노크로메이터를 포함하는 실시예에 대해서는 도 7 내지 도 9b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 3은 반도체 소자 내의 다중층 구조를 변경하면서, 파장에 따른 반사도 특성을 보여주는 그래프로서, x 축은 파장을 나타내고 y축은 반사도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도시된 바와 같이 반사도가 파장에 따라 달라지고, 또한, 각 층의 두께 변화에 따라 반사도가 변화함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 가공하지 않은 샘플(Raw)과 비교하여, 샘플 내의 제N 번째 층의 두께를 각각 5㎚(Nth+5㎚), 10㎚(Nth+10㎚), 및 20㎚(Nth+20㎚) 만큼 증가시킬 때, 그에 따라 반사도가 변화함을 확인할 수 있다. 따라서, 다중층 구조 내의 각 층들의 두께를 시뮬레이션을 통해 반사도의 그래프로 정량화할 수 있다. 결국, 검사 장치로 측정된 파장 별 반사도 그래프를 시뮬레이션을 통해 구한 파장 별 반사도 그래프와 비교, 분석함으로써, 각 층들의 두께를 측정할 수 있다.
좀더 보편화하여, 막대한 양의 다중층 구조들에 대한 반사도 그래프들을 데이터 베이스에 축적하고, 검사 장치를 통해 샘플의 반사도 그래프를 획득한 후, 획득한 반사도 그래프를 데이터 베이스 내의 반사도 그래프들과 비교하여 유사한 그래프를 추출함으로써, 샘플 내의 다중층 구조를 검사할 수 있다. 여기서, 다중층 구조의 검사는, 예컨대 다중층 구조 내의 각층들의 두께 측정이나 디펙 유무의 검출일 수 있다. 한편, 반사도 그래프들에 대한 데이터 베이스는 시뮬레이션을 이용하여 구축될 수 있고, 또한, 전자 현미경 이용한 SEM, TEM 등이 데이터 검증에 이용될 수 있다.
도 4는 유전체 다중층 미러를 이용하여 분산량에 대한 개념을 보여주는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 분산 또는 분산량은, 파동(wave)이 파장에 따라 그 진행속도가 다르게 나타나 퍼지는 현상 또는 퍼지는 정도를 말한다. 예컨대, 가시광선의 광은 파장이 짧아지면 진행속도가 느려지고, 이 때문에 프리즘이 가시광선을 색에 따라 펼쳐(분산시켜) 스펙트럼을 볼 수 있도록 한다.
왼쪽에 도시된 바와 같이, 유전체 다중층 미러의 경우, 광이 입사되면, 각층의 경계에서 일부는 투과하고 일부는 반사가 일어나게 된다. 오른쪽에 도시된 바와 같이 이러한 유전체 다중층 미러를 광이 통과하게 되면 분산 현상이 크게 발생할 수 있다. 예컨대, 100fs 정도의 분산량을 갖는 광이 유전체 다중층 미러를 통과하면서 300fs 정도의 분산량을 가질 수 있다. 한편, 유전체 다중층 미러 내의 박막의 두께가 변할 때 분산량의 변화가 수반되는데, 다중층 해석 기법과 분산량 측정 장치를 이용하여 박막 두께를 컨트롤함으로써, 유전체 다중층 미러의 성능을 최적화할 수 있다.
한편, 분산량은 보통 타임 영역에서 펨토초(fs) 또는 그 제곱(fs^2)으로 나타내는데, 그러한 초미세 시간을 측정 장치를 통해 직접적으로 측정하기는 매우 어려울 수 있다. 그에 따라, 간섭 현상을 이용하여 분산량을 간접적으로 측정하는 방법이 이용되고 있다. 예컨대, 기준 미러에 의한 기준 반사광과 샘플에 의해 반사된 샘플 반사광을 중첩하여 간섭 광을 얻을 수 있다. 간섭 광은 기준 반사광 내의 각 파장들과 샘플 반사광 내의 각 파장들 간의 보강 간섭 및/또는 상쇄 간섭에 의해 인텐서티에 대한 특정 형태를 나타낼 수 있다. 한편, 샘플을 미세하게 이동시키면 간섭 광의 형태가 변하게 되는데, 샘플의 이동량과 간섭 광의 형태의 매칭을 통해 분산량이 계산될 수 있다. 단순한 예로, 샘플 반사광에서 소정 분산량을 가지고 2개의 파장이 양쪽으로 퍼져있고, 기준 반사광에서는 거의 퍼지지 않아 2개의 파장이 거의 일치한다고 할 때, 샘플을 이동시킴으로써, 기준 반사광이 샘플 반사광의 각 파장과 보강 간섭이 일어나도록 할 수 있고, 보강 간섭 사이의 샘플의 이동거리를 시간으로 환산하여 샘플 반사광의 분산량을 구할 수 있다.
한편, 분산량에 대한 그래프도 반사도의 그래프와 유사하게, 다중층 구조 내의 각 층의 두께 등과 관련하여 다르게 나타나고, 또한 각 층의 두께 변화에 따라 분산량 그래프도 변화하게 된다. 따라서, 반사도 그래프와 유사하게, 다중층 구조 내의 각 층들의 두께를 시뮬레이션을 통해 분산량의 그래프로 정량화할 수 있고, 검사 장치로 측정된 분산량 그래프를 시뮬레이션을 통해 구한 분산량 그래프와 비교, 분석함으로써, 각 층들의 두께를 측정할 수 있다. 또한, 확장하여, 막대한 양의 다중층 구조들에 대한 분산량 그래프들을 데이터 베이스에 축적하고, 검사 장치를 통해 샘플의 분산량 그래프를 획득한 후, 획득한 분산량 그래프를 데이터 베이스 내의 분산량 그래프들과 비교하여 유사한 그래프를 추출함으로써, 샘플 내의 다중층 구조를 검사할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(도 1의 1000)는 장치의 변경 없이 샘플(310)에 대한 반사도와 분산량을 함께 측정할 수 있다. 따라서, 측정된 반사도 또는 분산량을 이용하거나, 또는 둘 다를 함께 이용하여 샘플(310) 내의 다중층 구조를 검사함으로써, 측정의 정합성과 분석의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 장치들에서, 기준부의 동작을 보여주는 블록 구조도들이다. 도 1 내지 도 2b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)에서, 차단기(410)에 의한 제2 입사광(Ip2)의 차단 기능은 차단기 이동 스테이지(430)의 제어에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 왼쪽에 도시된 바와 같이, 차단기(410)가 온(On) 상태일 때, 즉, 차단기(410)가 빔 스플리터(200)와 기준 미러(420) 사이에 배치된 상태일 때, 빔 스플리터(200)로부터의 제2 입사광(Ip2)이 차단기(410)에 의해 차단되고, 따라서, 기준 미러(420)에서 제2 반사광이 생성될 수 없다. 한편, 오른쪽에 도시된 바와 같이, 차단기(410)가 오프(Off) 상태일 때, 즉, 차단기(410)가 빔 스플리터(200)와 기준 미러(420) 사이에서 제거된 상태일 때, 빔 스플리터(200)로부터 제2 입사광(Ip2)이 기준 미러(420)로 입사되고, 기준 미러(420)에서 제2 반사광(Rp2)이 생성될 수 있다.
참고로, 여기서 차단기(410)는 광을 흡수하는 물질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 빔 스플리터(200)로부터의 제2 입사광(Ip2)은 차단기(410)에 의해 흡수되어 소멸될 수 있다. 한편, 차단기(410)는 제2 입사광(Ip2)을 반사시킬 수도 있다. 그러나 차단기(410)는 제2 입사광(Ip2)을 빔 스플리터(200) 및/또는 기준 미러(420)가 없는 곳으로 반사시킴으로써, 제2 입사광(Ip2)이 기준 미러(420)로 입사되는 것을 차단할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000a)는, 기준부(400a)의 구성에서, 도 5의 다중층 구조 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000a)에서, 기준부(400a)는 기준 미러(420a)와 각도 제어기(450)를 포함할 수 있다. 기준 미러(420a)는 빔 스플리터(200)로부터의 제2 입사광(Ip2)을 반사하여 제2 반사광(Rp2)은 생성할 수 있다. 그러나 기준 미러(420a)의 각도가 각도 제어기(450)를 통해 변경될 수 있다.
예컨대, 왼쪽에 도시된 바와 같이, 각도 제어기(450)에 의해 기준 미러(420a)의 상면은 제2 입사광(Ip2)에 대하여 소정 각도를 가지도록 기울어질 수 있다. 따라서, 기준 미러(420a)에 의한 제2 반사광(Rp2)은 빔 스플리터(200)를 향하지 않게 된다. 또한, 오른쪽에 도시된 바와 같이, 각도 제어기(450)에 의해 기준 미러(420a)가 평평하게 배치됨으로써, 즉, 기준 미러(420a)의 상면이 제2 입사광(Ip2)에 대하여 수직이 되도록 함으로써, 기준 미러(420a)에 의한 제2 반사광(Rp2)이 빔 스플리터(200)를 향할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000a)는, 각도 제어기(450)가 기준 미러(420a)의 각도를 조절함으로써, 도 5의 다중층 구조 검사 장치(1000)의 차단기(410)와 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 왼쪽과 같이 기준 미러(420a)를 경사지게 하여 제2 반사광(Rp2)이 빔 스플리터(200)를 향하지 않도록 함으로써, 샘플부(300)의 샘플(310)로부터의 제1 반사광(도 2b의 Rp1)만이 빔 스플리터(200)를 통과하여 검출부(500)를 통해 검출되도록 할 수 있다. 한편, 오른쪽과 같이 기준 미러(420a)를 평평하게 배치하여, 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)이 중첩된 간섭 광이 빔 스플리터(200)를 통과하여 검출부(500)를 통해 검출될 수 있다.
지금까지, 두 가지 기준부들(400, 400a)의 구성을 예시하였지만, 기준부의 구성이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 기준 미러(420)로의 제2 입사광(Ip2)의 차단, 기준 미러(420)에서 제2 반사광의 미생성, 또는, 기준 미러(420)의 제2 반사광이 빔 스플리터(200)로 향하지 않게 하는 기능 등을 하는 다양한 기준부의 구성이 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치에 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 장치를 개략적으로 보여주는 구조도로서, 도 2a의 대응하는 구조도이다. 도 1 내지 도 2b, 도 5, 및 도 6의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000b)는 분광기 대신 모노크로메이터(140)가 포함된다는 점에서, 도 2a의 다중층 구조 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000b)에서, 입력부(100a)는 광원(110)과 콜리메이터(120) 사이에 모노크로메이터(140)를 더 포함하고, 검출부(500a)는 분광기를 포함하지 않을 수 있다.
모노크로메이터(140)는 광원(110)으로부터의 다파장 광을 단색광(monochromatic light)으로 변환하여 출력시킬 수 있다. 여기서, 단색광은 파장의 폭이 매우 짧은 단일 파장 광을 의미할 수 있다. 예컨대, 단색광은 수 ㎚ 정도의 파장 폭을 갖는 광일 수 있다. 실시예에 따라, 모노크로메이터(140)는 하나의 파장 영역의 단색광만이 아니라 복수의 파장 영역의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 예컨대, 모노크로메이터(140)는 소정의 파장 범위에서 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 또한, 모노크로메이터(140)는 소정의 파장 범위에서 설정된 파장 폭을 가지고 스위핑(sweeping)하면서 복수의 단색광들을 출력시킬 수 있다. 모노크로메이터(140)의 구조에 대해서는 도 8의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000b)는, 광원(110)의 뒷 단에 위치한 모노크로메이터(140)를 사용하여, 다파장 광을 원하는 특정 파장을 가지는 단일 파장 광으로 변조한 후, 샘플(310)에 입사시켜, 반사도와 분산량을 측정할 수 있다. 이와 같이, 모노크로메이터(140)를 이용하는 경우, 단일 파장에 대한 반사도 광량과 간섭량 광량을 차단기(410) 동작에 따라 별도로 획득할 수 있다. 그에 따라, 샘플(310)에 입사하는 광의 균일성을 강화할 수 있고, 샘플(310)의 넓은 영역에서 반사도와 분산량을 측정할 수 있다. 또한, 모노크로메이터(140)에서 분광 된 개별 파장 광들의 정보를 조합하여, 최종 파장 별 반사도과 분산량 측정을 할 수 있다.
도 8은 도 7의 다중층 구조 검사 장치에서, 모노크로메이터 부분을 좀더 상세하게 보여주는 구조도이다.
도 8을 참조하면, 모노크로메이터(140)는 콜리메이터(141), 미러(143), 격자 소자(145), 집광 렌즈(147), 및 슬릿(149)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 모노크로메이터(140)는 광원(도 7의 110)으로부터의 다파장 광을 단색광으로 변환하여 출력시킬 수 있다.
콜리메이터(141)는 제1 광 섬유(150in)를 통해 입사된 광을 평행 광으로 만들고, 미러(143)는 반사를 통해 광의 경로를 변경하여 광을 격자 소자(145)로 소정 입사각(θ)을 가지고 입사시킬 수 있다. 격자 소자(145)는 단색광을 추출하기 위한 소자로서, 입사된 광을 파장 별로 분광시켜 반사시킬 수 있다. 격자 소자(145)로 입사되는 광의 각도, 즉, 입사각(θ)에 따라 격자 소자(145)에 의해 특정 위치로 반사되는 광의 파장이 달라질 수 있다. 이는 회절에 의해 1 차광이 반사되는 각도가 광의 파장에 따라 변화하는 광학 특성에 기인할 수 있다. 따라서, 화살표로 도시된 바와 같이 격자 소자(145)를 회전시켜 광의 입사각(θ)을 변화시킴으로써, 특정 위치로 반사되는 단색광의 파장을 변화시킬 수 있다.
집광 렌즈(147)는 격자 소자(145)에 대하여 상기 특정 위치에 배치되고, 격자 소자(145)를 통해 파장 별로 분광된 광들 중 추출하고자 하는 단색광이 집광 렌즈(147)로 입사될 수 있다. 입사된 단색광은 집광 렌즈(147)를 통해 집광되고, 슬릿(149)을 통과하여 제2 광 섬유(150out)로 입사될 수 있다. 전술한 바와 같이, 격자 소자(145)를 회전시킴으로써, 다른 파장의 분광 광을 집광 렌즈(147)로 입사시킬 수 있다. 따라서, 격자 소자(145)를 회전시킴으로써, 다른 파장의 단색광이 집광 렌즈(147)를 통해 집광 및 출력되도록 할 수 있다. 한편, 집광 렌즈(147) 대신 오목 미러가 이용될 수도 있는데, 오목 미러를 이용하는 경우에는 광의 경로가 변경되고, 그에 따라, 슬릿(149)과 제2 광 섬유(15out)의 위치가 변경될 수 있다.
한편, 격자 소자(145) 대신에 프리즘을 이용하여 입사된 광을 파장 별로 분광시킬 수도 있다. 프리즘을 이용하는 경우에는, 입사각을 변경하기보다는 집광 렌즈(147)의 위치를 변경함으로써, 집광 렌즈(147)를 통해 출사하는 단색광의 파장을 변경할 수 있다. 한편, 모노크로메이터(140)는 제1 광 섬유(150in)와 제2 광 섬유(150out)와 결합하지 않고, 바로 광원(110)으로부터 다파장 광을 입력받고, 또한, 콜리메이터(120)로 바로 단색 광을 출력할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 장치들을 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다. 도 1 내지 도 2b, 도 5, 내지 도 8의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 9a를 참조하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000c)는, 검출부(500b)의 구성에서, 도 7의 다중층 구조 검사 장치(1000b)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000c)에서, 검출부(5000b)는 제1 결상 광학계(540, Imaging Optics: I/O)를 더 포함할 수 있다.
제1 결상 광학계(540)는 제2 편광기(510)로부터 광을 검출기(530)로 입사시켜 검출기(530)에 파장 별 반사도와 분산량에 관련한 이미지를 결상시킬 수 있다. 또한, 모노크로메이터(140)를 통한 강화된 광의 균일성에 기반하여, 결상 광학계(540)를 이용하여 샘플(310)의 비교적 넓은 영역에 대하여 파장 별 반사도와 분산량에 관련한 이미지를 획득하는 것이 가능할 수 있다. 결상 광학계(540)는 예컨대, 대물렌즈, 미러, 및 튜브 렌즈 등을 포함하여 구현될 수 있다.
실시예에 따라, 결상 광학계(540)는 저배율 광학계로 구현될 수 있다. 저배율 광학계는 광을 등배율 또는 저배율로 결상시키는 결상 광학계를 의미하며, 여기서, 저배율은 1:1의 등배율을 포함하여 1:100 이하의 배율을 의미할 수 있다. 한편, 1:100을 초과하는 배율은 고배율로 분류될 수 있다. 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000c)가 결상 광학계(540)로 저배율 광학계를 이용함으로써, 기존의 SE에 비해 획기적으로 넓은 FOV(Field of View)를 가지고 디펙 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 예컨대, 1:100의 저배율 광학계가 A/100의 면적에 해당하는 FOV를 갖는다고 하면, A 면적을 갖는 샘플(310) 전체의 검사를 위해 적어도 100번의 샷(shot)이 필요할 수 있다. 그에 반해, 1:10의 저배율 광학계는 A 면적에 해당하는 FOV를 가지게 되므로, 단 한 번의 샷으로 A 면적을 갖는 샘플(310) 전체를 검사할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000d)는, 샘플부(300a), 및 기준부(400b)의 구성에서, 도 9a의 다중층 구조 검사 장치(1000c)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000d)에서, 샘플부(300a)는 샘플(310) 전단에 배치된 제2 결상 광학계(340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기준부(400b)는 기준 미러(420)의 전단에 배치된 제3 결상 광학계(460)를 더 포함할 수 있다. 샘플부(300a)와 기준부(400b) 각각이 결상 광학계(340, 460)를 포함함으로써, 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)의 결상을 보다 선명하게 할 수 있다. 그 외 결상 광학계(340, 460)에 대한 내용은 도 9a의 다중층 구조 검사 장치(1000c)에서 제1 결상 광학계(540)에 대해 설명한 바와 같다.
한편, 기준부(400b)의 제3 결상 광학계(460)가 차단기(410)와 기준 미러(420) 사이에 배치되고 있지만, 실시예에 따라, 차단기(410)와 빔 스플리터(200) 사이에 제3 결상 광학계(460)가 배치될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 2b를 함께 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 2b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용들은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 10을 참조하면, 먼저, 광원(110)에서, 다파장 광을 생성한다(S110). 다음, 콜리메이터(120)에서, 광원(110)으로부터의 광을 평행 광으로 만든다(S120), 이후, 제1 편광기(130)에서, 콜리메이터(120)로부터의 광을 임의의 편광 상태로 편광시킨다(S130). 편광 상태는 외부에서 입력되는 명령에 의해 자유롭게 변할 수 있고, 따라서, 제1 편광기(130)는 요구되는 특성을 분석하기 위하여 최적의 편광 각도로 셋팅 될 수 있다.
빔 스플리터(200)에서, 제1 편광기(130)로부터의 편광 광을 제1 입사광(Ip1)과 제2 입사광(Ip2)으로 분리한다(S140). 제1 입사광(Ip1)은 샘플부(300)로 입사되고, 제2 입사광(Ip2)은 기준부(400)로 입사될 수 있다.
기준부(400)의 차단기(410)의 온 또는 오프 동작을 판단한다(S150). 차단기(410)가 온인 경우(On), 즉, 차단기(410)가 제2 입사광(Ip2)을 차단하여, 기준 미러(420)로의 입사가 차단된 경우, 기준 미러(420)에 의한 제2 반사광은 생성되지 않고, 샘플(310)에 의해 제1 반사광(Rp1)만이 생성된다(S180). 제1 반사광(Rp1)은 빔 스플리터(200)를 통과하여 제2 편광기(510)로 입사될 수 있다.
한편, 차단기(410)가 오프인 경우(Off), 즉, 차단기(410)가 제2 입사광(Ip2)을 진행을 차단하지 않아, 제2 입사광(Ip2)이 기준 미러(420)로 입사된 경우, 기준 미러(420)에 의해 제2 반사광(Rp2)이 생성되고, 또한, 샘플(310)에 의해 제1 반사광(Rp1)이 생성된다(S160).
제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)은 빔 스플리터(200)에서 중첩되어 간섭 광을 형성한다(S170). 간섭 광은 제2 편광기(510)로 입사될 수 있다.
이후, 제2 편광기(510)가, 제1 반사광(Rp1)에서, 또는 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)의 간섭 광에서, 설정된 편광 성분만을 통과시킨다(S190). 분광기(520)에서, 제2 편광기(510)로부터의 광을 파장 별로 분리한다(S200). 검출기(530)에서, 분광기(520)로부터의 광으로부터 파장 별 광량을 검출한다(S210). 이후, 검출된 파장 별 광량에 기초하여, 샘플(310)의 반사도와 분산량을 측정한다(S220).
이후, 측정된 샘플의 반사도와 분산량을 시뮬레이션을 통해 구한 반사도와 분산량와 비교, 분석하여, 샘플 내의 다중층 구조의 개별 두께를 측정하거나 디펙 유무에 의한 불량을 검출할 수 있다. 또한, 확장하여, 막대한 양의 다중층 구조들에 대한 반사도 및 분산량 그래프들을 축적하고 있는 데이터 베이스를 이용할 수도 있다. 즉, 본 실시예의 다중층 구조 검사 장치(1000)를 통해 획득한 샘플의 반사도와 분산량 그래프를 데이터 베이스 내의 반사도와 분산량 그래프들과 비교하여 유사한 그래프를 추출함으로써, 샘플 내의 다중층 구조를 검사할 수도 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 다중층 구조 검사 방법들을 보여주는 흐름도들이다. 도 7 내지 도 9b를 함께 참조하여 설명하고, 도 7 내지 도 9, 및 도 10의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 먼저, 광원(110)에서, 다파장 광을 생성한다(S110). 다음, 모노크로메이터(140)에서, 광원(110)으로부터의 다파장 광을 단색 광으로 변환한다(S115). 콜리메이터(120)에서, 모노크로메이터(140)로부터의 광을 평행 광으로 만든다(S120),
이후, 광을 임의의 편광 상태로 편광시키는 단계(S130)에서부터, 제1 반사광(Rp1)에서, 또는 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)의 간섭 광에서, 설정된 편광 성분만을 통과시키는 단계(S190)까지는 도 10의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
한편, 제2 편광기(510)를 통과한 광은 모노크로메이터(140)에서 단색광으로 변환된 광이므로 다시 분광기(520)에서 분광할 필요가 없다. 따라서, 검출기(530)에서, 제2 편광기(510)로부터의 단색 광의 광량을 검출한다(S210a). 또한, 모노크로메이터(140)를 통해 다파장 광을 파장 별 단색광들로 변환하고, 그러한 파장 별 단색광들을 검출기(530)에서 검출하여 함께 조합함으로써, 파장 별 광량을 검출할 수 있다. 이후, 검출된 파장 별 광량에 기초하여, 샘플(310)의 반사도와 분산량을 측정한다(S220).
측정된 샘플의 반사도와 분산량에 이용하여 샘플(310)의 다중층 구조를 검사하는 것은 전술한 바와 같다. 예컨대, 측정된 샘플의 반사도와 분산량을 시뮬레이션을 통해 구한 반사도와 분산량와 비교, 분석하여, 샘플 내의 다중층 구조의 개별 두께를 측정하거나 디펙 유무에 의한 불량 등을 검출할 수 있다. 또한, 측정된 샘플의 반사도와 분산량과, 반사도와 분산량에 대한 데이터를 축적하고 있는 데이터 베이스를 이용하여 샘플 내의 다중층 구조를 검사할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 먼저, 광원(110)에서, 다파장 광을 생성하는 단계(S110)에서, 차단기(410)의 온 또는 오프 동작을 판단하는 단계(S150)까지는 도 11의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
다음, 차단기(410)가 온인 경우(On), 샘플(310)에 의해 제1 반사광(Rp1)이 생성되고(S180), 제2 결상 광학계(340)를 통해 제1 반사광(Rp1)을 결상 한다(S185). 또한, 차단기(410)가 오프인 경우(Off), 기준 미러(420)에 의해 제2 반사광(Rp2)이 생성되고, 또한, 샘플(310)에 의해 제1 반사광(Rp1)이 생성되며(S160), 제2 결상 광학계(340)를 통해 제1 반사광(Rp1)이 결상하고, 제3 결상 광학계(460)를 통해 제2 반사광(Rp2)이 결상 한다(S165). 한편, 결상 광학계(340, 460)에 의한 제1 반사광(Rp1)의 결상과 제2 반사광(Rp2)의 결상은 선택적일 수 있다.
이후, 제2 편광기(510)가, 제1 반사광(Rp1)에서, 또는 제1 반사광(Rp1)과 제2 반사광(Rp2)의 간섭 광에서, 설정된 편광 성분만을 통과시키고(S190), 제1 결상 광학계(540)에서, 제2 편광기(510)를 통과한 광을 결상 한다(S205). 제1 결상 광학계(540)는 제2 편광기(510)로부터 광을 검출기(530)에 결상하고, 검출기(530)에서, 결상된 이미지를 기반으로 광량을 검출한다(S210b). 이후, 검출된 이미지 기반의 파장 별 광량에 기초하여, 샘플(310)의 반사도와 분산량을 측정하고(S220), 측정된 샘플(310)의 반사도와 분산량에 이용하여 샘플(310)의 다중층 구조를 검사한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층 구조 검사 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 10 내지 도 12에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 13을 참조하면, 먼저, 샘플 웨이퍼 내의 다중층 구조를 검사한다(S500). 다중층 구조의 검사는, 도 10 내지 도 12의 설명 부분에서 설명한 다중층 구조 검사 방법들 중 어느 하나를 통해 이루어질 수 있다. 여기서, 샘플 웨이퍼는 샘플과 실질적으로 동일한 개념이나, 이후의 웨이퍼에 대한 실질적인 반도체 공정 등을 고려하여 샘플 웨이퍼로 지칭한다.
다음, 샘플 웨이퍼 내의 다중층 구조가 정상인지 판단한다(S600). 다중층 구조가 정상인지 판단은, 측정된 값들이 설정된 기준 범위 내에 포함되는지, 또는 측정 영역 내에 디펙이 존재하는지 등에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 측정된 각 층의 두께가 설정된 두께 범위 내에 있는지, 또는 측정 영역 내의 적어도 어느 한 층에 디펙이 존재하는지 등에 따라 다중층 구조가 정상인지 판단할 수 있다.
샘플 웨이퍼 내의 다중층 구조가 정상인 경우(Yes), 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행한다(S700). 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 소자의 테스트 공정을 포함할 수 있다. 한편, 웨이퍼에 대한 반도체 공정 중에, 내부의 다중층 구조에 대해 검사가 필요한 경우, 해당 공정 단계에서, 다시 샘플 웨이퍼를 선택하고, 다중층 구조가 정상인지 판단하는 단계(S500)를 수행할 수도 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화 한다(S800). 각각의 반도체 칩으로의 개별화는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다.
이후, 반도체 칩에 대하여 패키징 공정을 수행한다(S900). 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 칩의 패키징 공정을 통해 반도체 소자 또는 반도체 패키지가 완성될 수 있다. 한편, 패키징 공정 후에 반도체 패키지에 대하여 테스트 공정이 수행될 수 있다.
한편, 샘플 웨이퍼 내의 다중층 구조가 비정상인 경우(No), 예컨대, 다중층 구조 내의 각 층의 두께가 기준 범위를 벗어나거나 또는 다중층 구조 내에 디펙이 존재하는 경우, 원인 분석을 분석하고 공정 조건을 적절하게 변경한다(S610). 이후, 새로운 공정 조건에 기초하여 새로운 샘플 웨이퍼를 제작한다(S630). 새로운 샘플 웨이퍼는 다중층 구조 검사 장치에 투입되고 다시 다중층 구조가 정상인지 판단하는 단계(S500)가 진행되게 된다.
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, 1000a ~ 1000d: 다중층 구조 검사 장치, 100, 100a: 입력부, 110: 광원, 120: 콜리메이터, 130: 제1 편광기, 140: 모노크로메이터, 200: 빔 스플리터, 300, 300a: 샘플부, 310: 샘플, 320: 샘플 이동 스테이지, 330: 기준 시료, 400, 400a, 400b: 기준부, 410: 차단기, 420, 420a: 기준 미러, 430: 차단기 이동 스테이지, 450: 각도 제어기, 500, 500a, 500b: 검출부, 510: 제2 편광기, 520: 분광기, 530: 검출기

Claims (16)

  1. 광을 생성하고 편광시키는 입력부;
    상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter);
    다중층 구조의 샘플이 구비되고, 상기 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부;
    기준 미러가 구비되고, 상기 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부; 및
    상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 받아들여 파장 별 광량을 검출하는 검출부;를 포함하고,
    상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도(reflectance)와 분산량(dispersion)을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하며,
    상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지(translation stage)를 구비하고,
    중첩된 상기 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 경우, 상기 샘플 이동 스테이지에 의해 상기 샘플이 이동되면서 상기 제1 반사광이 생성되며,
    상기 샘플 이동 스테이지의 이동과, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 시간 단위로 측정하며,
    상기 샘플 이동 스테이지에 상기 샘플 대신 기준 시료가 장착하여, 상기 기준 시료를 통해, 상기 검사 장치의 상태 진단, 측정 스펙트럼 보정(calibration), 및 기준치 보상(compensation) 중 적어도 하나를 수행하는, 다중층 구조 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기(blocker), 및 상기 차단기를 이동시켜 상기 차단기의 온-오프(On-Off)를 수행하는 차단기 이동 스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 차단기가 온(On) 되면, 상기 제1 반사광만이 상기 빔 스플리터를 통과하고,
    상기 검사 장치는, 상기 제1 반사광의 파장 별 반사도를 측정하며,
    상기 차단기가 오프(Off) 되면, 상기 제1 반사광과 제2 반사광이 중첩되어 상기 빔 스플리터를 통과하며,
    상기 검사 장치는, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 측정하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 입력부는,
    다파장 (multi-wavelength) 광을 생성하는 광원, 상기 광원으로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터(collimator), 및 상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기(polarizer)를 구비하고,
    상기 검출부는,
    상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기, 상기 제2 편광기로부터의 광을 파장 별로 분리하는 분광기(spectrometer), 및 상기 분광기로부터의 파장 별 광량을 검출하는 검출기(detector)를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 입력부는,
    다파장 광을 생성하는 광원, 상기 다파장 광을 단색 광으로 변환시키는 모노크로메이터(monochromator), 상기 모노크로메이터로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터, 및 상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기를 구비하고,
    상기 검출부는,
    상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기, 및 상기 제2 편광기로부터의 파장 별 광량을 검출하는 검출기를 구비하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 샘플부의 상기 샘플과 상기 빔 스플리터의 사이, 상기 기준부의 상기 기준 미러와 상기 빔 스플리터의 사이, 및 상기 제2 편광기와 상기 검출기 사이 중 적어도 한 곳에 결상(imaging) 광학계가 더 배치된 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  7. 다파장 광원;
    상기 다파장 광원으로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기;
    상기 제1 편광기로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터;
    다중층 구조의 샘플이 구비되고, 상기 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부;
    기준 미러가 구비되고, 상기 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부;
    상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기;
    상기 제2 편광기로부터의 광을 파장 별로 분리하는 분광기; 및
    상기 분광기로부터의 파장 별 광량을 검출하는 검출기;를 포함하고,
    상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하며,
    상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기, 및 상기 차단기를 이동시켜 상기 차단기의 온-오프를 수행하는 차단기 이동 스테이지를 구비하며,
    상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하며,
    중첩된 상기 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 경우, 상기 샘플 이동 스테이지에 의해 상기 샘플이 이동되면서 상기 제1 반사광이 생성되며,
    상기 샘플 이동 스테이지의 이동과, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 시간 단위로 측정하며,
    상기 샘플 이동 스테이지에 상기 샘플 대신 기준 시료를 장착하여, 상기 기준 시료를 통해, 상기 검사 장치의 상태 진단, 측정 스펙트럼 보정, 기준치 보상 중 적어도 하나를 수행하는, 다중층 구조 검사 장치.
  8. 다파장 광원;
    상기 다파장 광원으로부터의 광을 단색 광으로 변환시키는 모노크로메이터;
    상기 모노크로메이터로부터의 광을 평행 광으로 만드는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 제1 편광기;
    상기 제1 편광기로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 빔 스플리터;
    다중층 구조의 샘플이 구비되고, 제1 입사광이 상기 샘플로 입사되어 생성된 제1 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 샘플부;
    기준 미러가 구비되고, 제2 입사광이 상기 기준 미러로 입사되어 생성된 제2 반사광이 상기 빔 스플리터로 향하도록 하는 기준부;
    상기 빔 스플리터를 통과한, 상기 제1 반사광에서, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩된 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 제2 편광기; 및
    상기 제2 편광기로부터의 광량을 검출하는 검출기;를 포함하고,
    상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하며,
    상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기, 및 상기 차단기를 이동시켜 상기 차단기의 온-오프를 수행하는 차단기 이동 스테이지를 구비하며,
    상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하며,
    중첩된 상기 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 경우, 상기 샘플 이동 스테이지에 의해 상기 샘플이 이동되면서 상기 제1 반사광이 생성되며,
    상기 샘플 이동 스테이지의 이동과, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 시간 단위로 측정하며,
    상기 샘플 이동 스테이지에 상기 샘플 대신 기준 시료를 장착하여, 상기 기준 시료를 통해, 상기 검사 장치의 상태 진단, 측정 스펙트럼 보정, 기준치 보상 중 적어도 하나를 수행하는, 다중층 구조 검사 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 샘플부의 상기 샘플과 상기 빔 스플리터의 사이, 상기 기준부의 상기 기준 미러와 상기 빔 스플리터의 사이, 및 상기 제2 편광기와 상기 검출기 사이 중 적어도 한 곳에 이미징 광학계가 더 배치된 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  10. 입력부에서, 광을 빔 스플리터로 입력시키는 단계;
    빔 스플리터에서, 상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 단계;
    상기 제1 입사광이 샘플부의 샘플로 입사되어 제1 반사광이 생성되고, 상기 제2 입사광이 기준부의 기준 미러로 입사되어 제2 반사광이 생성되는 단계;
    상기 제1 반사광, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광이 중첩된 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 단계;
    검출부에서, 상기 빔 스플리터로부터의 상기 제1 반사광, 또는 중첩된 상기 광에서, 파장 별 광량을 검출하는 단계; 및
    상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하는 단계;를 포함하고,
    측정된 상기 반사도와 분산량을 개별적으로 이용하거나, 또는 측정된 상기 반사도와 분산량을 조합하여 상기 샘플의 다중층 구조를 검사하며,
    상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하고,
    중첩된 상기 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 경우, 상기 샘플 이동 스테이지에 의해 상기 샘플이 이동되면서 상기 제1 반사광이 생성되며,
    상기 샘플 이동 스테이지의 이동과, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 시간 단위로 측정하며,
    상기 샘플 이동 스테이지에 상기 샘플 대신 기준 시료를 장착하여, 상기 기준 시료를 통해, 상기 검사 장치의 상태 진단, 측정 스펙트럼 보정, 기준치 보상 중 적어도 하나를 수행하는, 다중층 구조 검사 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 기준부는, 상기 제2 입사광을 상기 기준 미러로 선택적으로 입사시키는 차단기를 구비하고,
    상기 빔 스플리터를 통과하는 단계에서,
    상기 차단기가 온 되면, 제1 반사광만 상기 빔 스플리터를 통과하고,
    상기 차단기가 오프 되면, 상기 제1 반사광과 제2 반사광이 중첩되어 상기 빔 스플리터를 통과하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 광을 빔 스플리터로 입력시키는 단계는,
    광원에서, 다파장 광을 생성하는 단계;
    콜리메이터에서, 상기 광원으로부터의 광을 평행 광으로 만드는 단계; 및
    제1 편광기에서, 콜리메이터로부터의 광을 편광시키는 단계;를 포함하고,
    상기 빔 스플리터로는 상기 제1 편광기에 의해 편광된 광이 입력되며,
    상기 파장 별 광량을 검출하는 단계는,
    제2 편광기에서, 상기 빔 스플리터로부터의 상기 제1 반사광, 또는 중첩된 상기 광에서, 설정된 편광 성분을 통과시키는 단계; 및
    검출기에서, 상기 제2 편광기로부터의 파장 별 광량을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광이 평행 광으로 만들기 전에 모노크로메이터를 통해 단색 광으로 변환하거나, 또는, 상기 제2 편광기를 통과한 광을 분광기를 통해 파장 별로 분리하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터를 통해 단색 광으로 변환시키는 경우,
    상기 제1 반사광, 제2 반사광, 및 상기 제2 편광기로부터의 광 중 적어도 하나를 결상시키는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  15. 샘플 웨이퍼에 대하여 측정한 반사도와 분산량에 기초하여, 상기 샘플 웨이퍼 내의 다중층의 구조를 검사하는 단계;
    상기 검사에 기초하여 상기 다중층의 구조가 정상인지 판단하는 단계; 및
    상기 샘플 웨이퍼가 정상인 경우에, 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 다중층의 구조가 정상인지 판단은 측정된 상기 반사도와 분산량을 개별적으로 이용하거나, 또는 측정된 상기 반사도와 분산량을 조합하여 이용하며,
    상기 샘플 웨이퍼 내의 다중층의 구조를 검사하는 단계는,
    입력부에서, 광을 빔 스플리터로 입력시키는 단계;
    빔 스플리터에서, 상기 입력부로부터의 광을 제1 입사광과 제2 입사광으로 분리하는 단계;
    상기 제1 입사광이 샘플부의 샘플로 입사되어 제1 반사광이 생성되고, 상기 제2 입사광이 기준부의 기준 미러로 입사되어 제2 반사광이 생성되는 단계;
    상기 제1 반사광, 또는 상기 제1 반사광과 제2 반사광이 중첩된 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 단계;
    검출부에서, 상기 빔 스플리터로부터의 상기 제1 반사광, 또는 중첩된 상기 광에서, 파장 별 광량을 검출하는 단계; 및
    상기 파장 별 광량에 기초하여 반사도와 분산량을 측정하는 단계;를 포함하며,
    상기 샘플부는, 상기 샘플이 배치되어 이동하는 샘플 이동 스테이지를 구비하고,
    중첩된 상기 광이 상기 빔 스플리터를 통과하는 경우, 상기 샘플 이동 스테이지에 의해 상기 샘플이 이동되면서 상기 제1 반사광이 생성되며,
    상기 샘플 이동 스테이지의 이동과, 상기 제1 반사광과 제2 반사광의 중첩에 의한 간섭 현상에 기초하여 파장 별 분산량을 시간 단위로 측정하며,
    상기 샘플 이동 스테이지에 상기 샘플 대신 기준 시료를 장착하여, 상기 기준 시료를 통해, 상기 검사 장치의 상태 진단, 측정 스펙트럼 보정, 기준치 보상 중 적어도 하나를 수행하는, 반도체 소자 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계 이후에
    상기 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화하는 단계; 및
    상기 반도체 칩을 패키징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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