KR20230065514A - 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 검사 장치는 시료에 대한 백색광을 이용한 외형 검사와, 여기광을 이용한 분광 검사가 모두 이루어질 수 있도록 하며, 백색광을 조사(irradiation)하는 제1 조사부, 여기광을 조사하는 제2 조사부, 백색광에 의한 시료의 반사 이미지를 감지하는 제1 감지부, 여기광에 의해 시료에서 발생된 PL광 또는 형광의 분광 정보를 감지하는 제2 감지부, 반사광과 PL광(또는 형광)을 제1 감지부와 제2 감지부로 유도하는 광학계, 시료가 배치되는 스테이지부, 제1 측정모드와 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는 구동부, 제1 감지부와 제2 감지부를 통해 감지된 정보를 분석하는 분석부를 포함하여 이루어진다. 시료의 다수 측정 영역 각각에 대하여, 정지 상태에서 어느 한 측정 영역에 대한 백색광을 이용한 측정이 이루어지고, 다음 측정 영역에 대한 측정을 위하여 이동하는 도중 여기광을 이용한 측정이 이루어지기 때문에, 버려지는 시간의 낭비가 없어, 더욱 신속하고 효율적인 측정이 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 검사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼, 반도체 기판, 마이크로 LED 등 다양한 시료에 대하여, 백색광을 이용한 외형 검사 및 여기광에 의해 발생된 PL광이나 형광을 이용한 분광 검사가 모두 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.
웨이퍼, 반도체 기판, 마이크로 LED 등 다양한 분야에서 여기광을 이용한 비접촉식 검사가 이루어지고 있다.
예를 들어, 디스플레이에 사용되는 마이크로 LED 칩(chip)은 크기가 매우 작고, 개수가 많아 프로브를 일일이 접촉하는 검사가 어렵고, 접촉식 검사가 가능하더라도, 검사 과정에서 훼손될 가능성이 크다.
이 때문에 각 마이크로 LED 칩에 여기광(excitation light)을 조사(irradiation)하고, 여기광에 의해 발생하는 PL(Photoluminescence) 광이나 형광을 분광 분석하는 비접촉식 검사 방식이 이용되고 있다.
한편, 여기광에 의해 시료에서 발생하는 PL광이나 형광을 분광 분석하면, 시료의 특성에 관한 여러 가지 정보를 얻을 수 있지만, 더욱 정확한 검사를 위해서는 가시광 영역에서 촬영되는 외형 검사도 필요하다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 10-1861919호는 시편을 여기시키는 단계, 시편에서 발광된 빛을 스캔하여 측정광을 획득하는 단계, 측정광을 분광기로 전달하는 단계, 전달된 측정광을 분광기를 이용하여 선측정하거나 또는 면측정하여 광학정보를 획득하는 단계, 및 광학정보를 CCD(전자결합소자)를 이용하여 CCD 이미지를 획득하여 광학정보를 처리하는 단계를 포함하는, 반도체의 고속 광학 검사 방법을 개시하고 있다.
여기서, 면측정이란 분광기의 입구슬릿을 완전히 열거나 또는 제거한 상태에서 시료 이미지를 수집하는 것을 말하며, 반도체 소자의 점등 여부 또는 점등 지속 시간의 분석에 이용될 수 있다.
그러나, 상기 등록특허 10-1861919호와 같이 시료의 외형 촬영을 위하여 분광기의 입구슬릿을 완전히 열거나 제거해야 하면, 선측정과 면측정을 전환할 때마다 입구슬릿의 상태를 변경해야 하므로, 불편하고 공정이 복잡해지며, 검사 시간이 지연되는 등 다양한 문제점이 나타날 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 등록특허 10-1861919호에서는 스스로 점등되어 빛을 내지 않는 시료에 대한 면측정(외형 측정)에 대해서는 언급하지 않고 있다. 이때, 여기광을 조사한 상태에서 시료의 외형을 검사한다면, 그 정확성은 백색광을 이용할 때에 비해 크게 감소될 수밖에 없다.
이와 같이, 종래에는 시료의 외형 검사와 여기광을 이용한 분광 검사를 전환하는 과정이 복잡하고 불편하며, 외형 검사에도 여기광을 이용함에 따라 선명한 외형 영상을 얻을 수 없어 분석의 정확도가 낮다.
즉, 종래에는 여기광을 이용한 분광 검사와 가시광을 이용한 외형 검사가 효율적으로 함께 이루어지지 못하고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 백색광을 이용하여 시료의 선명한 외형 이미지를 얻는 측정과, 라인광 형태의 여기광을 이용하여 발생시킨 PL광 또는 형광의 분광 정보를 얻는 측정이 모두 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치는, 백색광을 조사(irradiation)하는 제1 조사부; 여기광을 조사하는 제2 조사부; 상기 백색광에 의한 시료의 반사 이미지를 감지하는 제1 감지부; 상기 여기광에 의해 시료에서 발생된 PL광 또는 형광의 분광 정보를 감지하는 제2 감지부; 및 상기 제1 조사부에서 조사된 백색광을 시료로 유도하고, 시료에서 반사된 반사광을 상기 제1 감지부로 유도하며, 상기 제2 조사부에서 조사된 여기광을 시료로 유도하고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 PL광 또는 형광을 상기 제2 감지부로 유도하는 광학계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 복수 개로 구분되는 시료의 측정 영역 각각에 대하여, 상기 제1 조사부와 제1 감지부를 이용한 제1 측정모드에서의 측정이 순차적으로 이루어지고, 어느 한 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정과 다음 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정 사이에, 상기 제2 조사부와 제2 감지부를 이용한 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 구성된다.
본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치는, 시료가 배치되고 이동 가능한 스테이지부; 상기 제1 조사부, 제1 감지부, 제2 조사부, 제2 감지부, 및 스테이지부를 제어하여, 상기 제1 측정모드와 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는 구동부; 및 상기 제1 감지부와 제2 감지부를 통해 감지된 정보를 분석하는 분석부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 구동부는 상기 스테이지부를 정지시킨 상태에서 상기 제1 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 현재 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정이 이루어진 후, 다음 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정을 수행하기 위하여 상기 스테이지부를 이동시키는 상태에서, 상기 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리할 수 있다.
상기 제1 측정모드에서의 측정은 면광 형태의 백색광을 통해 이루어지고, 상기 제2 측정모드에서의 측정은, 라인광 형태의 여기광을 통해 이루어질 수 있다.
상기 라인광 형태의 여기광은 갈바노 스캐너(galvano scanner)를 통해 형성될 수 있다.
상기 분석부는 상기 제2 감지부로부터 분광 정보를 수신할 때, 복수 개의 분광 정보당 하나의 대푯값을 수신하도록 구성될 수 있다.
상기 광학계는, 배율을 결정하는 대물렌즈, 제1 빔 분배부, 상을 맺히게 해주는 튜브 렌즈, 라인빔 반사 미러, 제2 빔 분배부, 및 고대역 필터부를 측정 대상 시료면에 수직한 방향으로 순서대로 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 빔 분배부는 상기 제1 조사부를 통해 입사되는 백색광을 시료 방향으로 보내고, 상기 시료에서 반사된 광은 상측으로 통과시킬 수 있다.
상기 라인빔 반사 미러는 상기 제2 조사부를 통해 입사되는 라인광 형태의 여기광을 시료 방향으로 보내고, 시료에서 발생된 광은 상측으로 통과시킬 수 있다.
상기 제2 빔 분배부는 상기 백색광으로 인해 시료에서 반사된 광은 상기 제1 감지부로 보내고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 광은 상기 고대역 필터부로 통과시킬 수 있다.
상기 고대역 필터부는 상기 여기광은 차단하고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 PL광과 형광은 통과시켜 상기 제2 감지부로 보내도록 구성될 수 있다.
상기 제1 조사부와 제2 조사부는 각각 상기 백색광과 여기광을 시료 면의 상측으로 수직한 방향의 측면에서, 그 방향과 직교하도록 입사시킬 수 있다.
본 발명에 따른 검사 장치는 시료에 대한 백색광을 이용한 외형 검사와, 여기광을 이용한 분광 검사가 모두 이루어질 수 있도록 한다.
시료의 다수 측정 영역 각각에 대하여, 어느 한 측정 영역에 대해 백색광을 이용한 측정이 이루어지고, 다음 측정 영역으로 이동하는 상태에서 여기광을 이용한 측정이 이루어지기 때문에, 버려지는 시간의 낭비가 없어, 더욱 신속하고 효율적인 측정이 이루어질 수 있다.
백생광을 이용하여 감지되는 시료의 외형 이미지는 PL광 또는 형광을 통해 얻는 이미지에 비해 더 많은 정보를 포함하므로, 더욱 정확한 외형 검사가 가능하다.
여기광에 의해 발생하는 PL광이나 형광을 이용한 측정은 라인 단위로 이루어지기 때문에 점 단위의 측정에 비해 신속한 검사가 가능하다.
또한, 제2 감지부에서 감지된 다수의 분광 정보는 적절하게 샘플링되어 수집되고 분석되므로, 분광 정보의 처리도 더욱 신속하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치의 실시예,
도 2는 시료가 다수의 측정 영역으로 구분되는 것을 설명하는 예,
도 3은 스테이지부의 정지와 이동에 따라, 백색광을 이용한 측정과 여기광을 이용한 측정이 이루어지는 것을 설명하는 예,
도 4는 본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치의 구체적인 실시예,
도 5는 제1 측정모드에서 백색광과 반사광의 경로를 설명하는 예,
도 6은 제2 측정모드에서 여기광과 PL광(또는 형광)의 경로를 설명하는 예,
도 7은 분광 정보를 샘플링하여 이용하는 것을 설명하는 예,
도 8과 도 9는 반사광을 통해 감지된 시료 이미지와, PL광을 통해 감지된 시료 이미지의 예,
도 10은 백색광을 통해 얻은 외형 이미지와 각 지점에서의 분광 정보 등 다양한 검사 정보가 출력된 GUI 화면의 예이다.
도 2는 시료가 다수의 측정 영역으로 구분되는 것을 설명하는 예,
도 3은 스테이지부의 정지와 이동에 따라, 백색광을 이용한 측정과 여기광을 이용한 측정이 이루어지는 것을 설명하는 예,
도 4는 본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치의 구체적인 실시예,
도 5는 제1 측정모드에서 백색광과 반사광의 경로를 설명하는 예,
도 6은 제2 측정모드에서 여기광과 PL광(또는 형광)의 경로를 설명하는 예,
도 7은 분광 정보를 샘플링하여 이용하는 것을 설명하는 예,
도 8과 도 9는 반사광을 통해 감지된 시료 이미지와, PL광을 통해 감지된 시료 이미지의 예,
도 10은 백색광을 통해 얻은 외형 이미지와 각 지점에서의 분광 정보 등 다양한 검사 정보가 출력된 GUI 화면의 예이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세 설명에서 세부적인 내용을 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1을 참조하자면, 본 발명에 따른 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치(100)는 백색광을 조사(irradiation)하는 제1 조사부(110), 여기광을 조사하는 제2 조사부(120), 백색광에 의한 시료(30)의 반사 이미지를 감지하는 제1 감지부(130), 여기광에 의해 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광의 분광 정보를 감지하는 제2 감지부(140), 광학계(150), 제1 감지부(130)와 제2 감지부(140)를 통해 감지된 정보를 분석하는 분석부(180)를 포함할 수 있다.
여기서 광학계(150)는 제1 조사부(110)에서 조사된 백색광을 시료(30)로 유도하고, 시료(30)에서 반사된 반사광을 제1 감지부(130)로 유도하여 시료(30)의 외형 이미지를 측정할 수 있도록 한다.
또한, 광학계(150)는 제2 조사부(120)에서 조사된 여기광을 시료(30)로 유도하고, 여기광으로 인해 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광을 제2 감지부(140)로 유도하여, 시료(30)의 분광 정보를 측정할 수 있도록 한다.
검사 대상인 시료(30)는 다양한 종류일 수 있다. 예를 들어, 시료(30)는 마이크로 LED가 제작되는 각 공정에서의 웨이퍼, 반도체 기판, 바이오 칩 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
시료(30)는 다수의 가상 측정 영역으로 구분될 수 있으며, 각 측정 영역에 대해 측정이 이루어진다.
도 2를 참조하자면, 시료(30)는 백색광을 이용하여 한 번에 촬영될 수 있는 다수의 측정 영역(예: 31, 32)으로 구분될 수 있다.
그리고, 어느 하나의 측정 영역(31)에 대한 측정이 이루어진 후, 다음 측정 영역(32)에 대한 측정이 이루어지는 것과 같이, 각 측정 영역에 대한 측정이 순차적으로 이루어질 수 있다.
백색광을 이용한 각 측정 영역에 대한 순차적 측정을 위해, 한 측정 영역에 대한 측정이 이루어진 후에는 다음 위치로 측정 영역이 변경되어야 한다.
측정 위치의 이동과 관련하여, 시료(30)를 이동시키는 방식, 광학계(150)를 이동시키는 방식 등이 사용될 수 있지만, 안정적인 측정을 위해서는 시료(30)를 이동시키는 방식이 바람직하고, 구현이 용이하다.
시료(30)를 이동시키는 실시예에서, 검사 장치(100)는 시료가 배치되고 이동 가능하게 구성되는 스테이지부(160)를 포함한다.
또한, 검사 장치(100)는 제1 조사부(110), 제1 감지부(130), 제2 조사부(120), 제2 감지부(140), 스테이지부(160)를 제어하여, 제1 측정모드와 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는 구동부(170)를 포함할 수 있다.
제1 측정모드란 제1 조사부(110)와 제1 감지부(130)를 통해 백색광을 이용한 시료의 외형 이미지 측정이 이루어지는 모드를 말한다.
제2 측정모드란 제2 조사부(120)와 제2 감지부(140)를 통해 여기광을 이용한 시료의 PL광이나 형광의 분광 정보 측정이 이루어지는 모드를 말한다.
구동부(170)는 복수 개로 구분되는 시료(30)의 측정 영역 각각에 대하여, 제1 측정모드에서의 측정이 순차적으로 이루어지도록 처리한다.
이때, 어느 하나의 측정 영역에 대한 제1 측정모드에서의 측정과 다음 측정 영역에 대한 제1 측정모드에서의 측정 사이에, 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리한다. 제1 측정모드에서의 측정은 스테이지부(160)가 정지된 상태에서 이루어지고, 제2 측정모드에서의 측정은 스테이지부(160)가 이동하는 상태에서 이루어질 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 구동부(170)는 스테이지부(160)를 정지시킨 상태에서 현재 측정 영역(31)에 대한 제1 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리한다.
그리고, 현재 측정 영역(31)에 대한 제1 측정모드에서의 측정이 이루어진 후, 다음 측정 영역(32)에 대한 제1 측정모드에서의 측정을 위해 스테이지부(160)를 이동시키는 상태에서 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리한다.
스테이지부(160)는 다양한 방식으로 이동할 수 있으며, 일정한 속도(등속도)로 이동할 수 있다.
제1 측정모드에서의 측정은 면광 형태의 백색광을 통해 이루어질 수 있다.
즉, 도 2에 보인 예와 같이, 제1 측정모드에서 시료(30)의 측정 영역 촬영은 면광 형태의 백색광을 측정 영역에 비추고, 해당 측정 영역에서 반사된 반사광을 제1 감지부(130)를 통해 수집하여 이루어질 수 있다.
그리고, 제2 측정모드에서의 측정은, 라인광 형태의 여기광을 통해 이루어질 수 있다. 여기광을 라인광 형태로 시료(30)에 입사시키는 방식은 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 갈바노 스캐너를 통해 물리적인 흔들림을 이용하여 여기광을 라인광 형태로 인가할 수도 있고, 원통형 렌즈(cylindrical lens)와 같은 광학요소를 이용하여 여기광 자체를 라인광 형태로 변형시킬 수도 있다.
도 3은 스테이지부(160)의 정지와 이동에 따라, 백색광을 이용한 반사 이미지 측정과 PL광 또는 형광의 분광 정보 측정이 이루어지는 것을 보인 예이다.
도 3a를 참조하면, 구동부(170)는 스테이지부(160)를 제어하여 시료(30)를 현재 측정 영역(31)에 대한 반사 이미지 측정이 이루어질 수 있는 위치로 이동시킨 후 스테이지(160)를 정지시킨다(㉠). 그리고, 현재 측정 영역(31)에 대한 반사 이미지 측정이 이루어진 후, 다음 측정 영역(32)에 대한 반사 이미지 측정이 이루어질 수 있도록 스테이지부(160)를 이동시킨다(㉡).
즉, 스테이지부(160)가 정지된 짧은 시간 동안 제1 감지부(130)를 통해 백색광을 이용한 외형 이미지 촬영이 이루어지고, 스테이지부(160)는 등속도로 다음 측정 정역에 대한 반사 이미지 촬영을 위해 이동한다.
도 3b와 도 3c를 참조하면, 구동부(170)는 스테이지부(160)가 정지된 상태에서 제1 조사부(110)를 구동하여 백색광이 시료(30)에 입사될 수 있도록 하고, 제2 조사부(120)는 오프시켜 백색광을 이용한 측정에 방해가 되지 않도록 한다.
반면, 구동부(170)는 스테이지부(160)가 이동하는 상태에서는 제2 조사부(120)를 구동하여 여기광이 시료(30)에 입사될 수 있도록 하고, 제1 조사부(110)는 오프시켜 여기광을 이용한 측정에 방해가 되지 않도록 한다.
여기광은 라인 형태의 광으로 시료에 입사될 수 있는데, 라인 형태의 광으로 한 번에 측정될 수 있는 영역은 각 측정 영역(31, 32) 사이의 영역에서 다시 다수 개로 구분될 수 있다.
즉, 도 3d에 도시된 예와 같이, 구동부(170)는 라인광 형태의 여기광으로 한 번에 측정될 수 있는 각 영역에 대해 제2 감지부(140)를 제어하여, 해당 라인광 형태의 여기광으로 인해 발생된 PL광이나 형광의 분광 정보를 측정한다.
분광 정보는 백색광을 이용하는 측정 영역(31, 32)에 비해 더욱 세밀한 영역에 대응하여 측정될 필요가 있다는 점을 고려하면, 면광 형태의 백색광을 이용한 측정을 위해 다음 측정 영역으로 이동하는 도중, 제2 감지부(140)를 통해 다수회의 측정이 이루어질 수 있다(140-1).
구동부(170)에 의한 스테이지부(160)의 정지와 이동이 반복됨에 따라, 각 측정 영역에 대한 반사 이미지와 분광 정보가 측정되는데, 분광 정보는 라인광 형태의 여기광을 이용하여 라인 형태의 영역 단위로 측정된다.
각 측정 영역에 대해 촬영되는 반사 이미지와, 제2 감지부(140)를 통해 수집될 수 있는 정보 중 PL광이나 형광 이미지를 설명하는 예(라인 이미지 형태)를 도 3의 가장 상단에 나타내었다.
이와 같이 측정된 다수의 면 형태의 반사 이미지는 도 8a와 도 9a에 보인 예와 같이 시료 전체나 일부의 이미지로 합쳐질 수 있다. 또한, 다수의 라인 형태의 PL광 또는 형광 이미지는 도 8b와 도 9b에 보인 예와 같이 시료 전체나 일부의 이미지로 합쳐질 수 있다.
갈바노 스캐너의 회전축 방향은 스테이지부(160)에 의해 시료(30)가 이동하는 방향에 직교하는 방향일 수 있다.
대물렌즈(151)를 통해 각 측정 영역을 면광 형태의 백색광으로 조명하는 예와 관련하여, 라인광 형태의 여기광이 측정 영역의 중심 부근에서 시료를 조명한다면, 어느 측정 영역의 절반 부분에서 다음 측정 영역의 절반 부분까지 이르는 위치에서 분광 정보가 측정될 수 있다.
갈바노 스캐너가 회전하는 동안 시료(30)가 일정한 속도로 계속 이동하지만, 도 3d에 보인 예와 같이, 제2 감지부(140)의 감지 속도와 감지 간격 등을 적절하게 조절함에 따라, 충분히 정확한 분광 정보를 얻을 수 있다.
시료의 외형 이미지 측정 과정이 각 측정 영역으로의 이동, 정지, 및 외형 이미지 촬영의 반복으로 이루어지고, 외형 이미지 측정 과정이 완료된 후 다시 시료 전체에 대한 분광 정보 측정이 이루어지면, 외형 이미지 측정 과정에서 대부분의 시간을 차지하는 이동 시간이 그대로 버려져 낭비되므로, 전체 검사 시간이 오래 걸리는 문제점이 발생한다.
그러나 본 발명은 어느 측정 영역에 대한 반사 이미지 촬영이 이루어진 후, 다음 측정 영역에 대한 반사 이미지 촬영을 위해 시료를 이동시키는 도중 그 사이 영역에 대한 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하므로, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 시간이 크게 단축될 수 있다.
제1 조사부(110)에서 조사된 백색광을 시료(30)로 유도하고, 시료(30)에서 반사된 반사광을 제1 감지부(130)로 유도하며, 제2 조사부(120)에서 조사된 여기광을 시료(30)로 유도하고, 여기광으로 인해 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광을 제2 감지부(140)로 유도하는 광학계(150)는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 검사 장치(100)의 구체적인 일 실시예를 보인 것으로서, 광학계(150)는 배율을 결정하는 대물렌즈(151), 제1 빔 분배부(152), 상을 맺히게 해주는 튜브 렌즈(153), 라인빔 반사 미러(154), 제2 빔 분배부(155), 및 고대역 필터부(156)가 측정 대상 시료면의 상측으로 수직한 방향으로 순서대로 배치되도록 구성될 수 있다.
이때, 제1 조사부(110)와 제2 조사부(120)는 측정 대상 시료면의 상측으로 수직한 방향의 측면에 배치되고, 각각 백색광과 여기광을 상기 방향과 직교하도록 입사시킬 수 있다.
제1 조사부(110)는 시료의 측정 영역에 대한 외형 이미지를 선명하게 촬영할 수 있는, 면광 형태의 백색광을 형성하기 위하여, 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들자면, 제1 조사부(110)는 할로겐 램프나 LED(light-emitting diode)와 같이 백색광을 발생하는 광원(111), 광원(111)에서 발생된 백색광이 통과하는 광파이버(113), 광파이버(113)에서 출력되는 백색광을 확장하고 균일화하는 빔 확장기(115)와 튜브 렌즈(117) 등을 포함하여 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 조사부(120)는 레이저 등 여기광을 발생시키는 광원(121), 광원(121)에서 발생된 여기광을 회전축에 대한 물리적 흔들림을 통해 라인광 형태로 형성하는 갈바노 스캐너(스캐닝 미러, 123), 갈바노 스캐너(123)를 통해 형성되는 라인 형태의 광이 균일하게 맺히게 해주는 스캐닝 렌즈(125) 등을 포함하여 구성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
제1 빔 분배부(152)는 제1 조사부(110)를 통해 입사되는 백색광을 시료 방향으로 보내고, 시료(30)에서 반사된 광은 상측으로 보낸다. 그러면, 반사광은 제2 빔 분배기(155)를 통해 제1 감지부(130)로 유도된다.
라인빔 반사 미러(154)는 제2 조사부(120)를 통해 입사되는 라인광 형태의 여기광을 시료 방향으로 보내고, 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광은 상측으로 통과시킨다.
제2 빔 분배부(155)는 제1 조사부(110)를 통해 인가된 백색광이 시료에서 반사된 광은 제1 감지부(130)로 보내고, 여기광으로 인해 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광은 고대역 필터부(156)로 통과시킨다.
고대역 필터부(156)는 여기광은 차단하고, PL광 또는 형광은 통과시켜 제2 감지부(140)로 보낸다.
제1 감지부(130)는 백색광에 의해 조명된 시료(30)의 반사 이미지(외형 이미지)를 촬영하는 역할을 수행하며, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
제2 감지부(140)는 여기광에 의해 조명된 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광의 분광 정보를 감지하는 역할을 수행한다, 즉, 제2 감지부(140)는 분광기의 역할을 수행할 수 있으며, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 5는 백색광을 이용하여 시료(30)의 반사 이미지(외형 이미지)가 촬영되는 제1 측정모드에서의 광 경로(L1)를 보인 것으로서, 제1 조사부(110)와 제1 감지부(130)가 구동되고, 제2 조사부(120)와 제2 감지부(140)는 동작하지 않는다.
제1 조사부(110)에서 할로겐이나 LED 등의 광원(111)에서 생성된 백색광은 빔 확장기(115)와 튜브 렌즈(117) 등을 통과하고, 제1 빔 분배부(152)에서 반사되어 대물렌즈(151)를 통해 시료(30)에 조사되며, 시료(30)에서 반사된 반사광은 대물렌즈(151)와 제1 빔 분배부(152)를 통과한다.
제1 빔 분배부(152)는 일정 비율로 투과 빛과 반사 빛을 결정하며, 튜브 렌즈(153)는 제1 감지부(130)에 이미지가 형성될 수 있도록 한다. 이때 라인빔 반사 미러(154)는 대부분이 투과 영역이며, 시료(30)에서 반사된 광은 약간의 손실만 있고 대부분 제1 감지부(130)로 전달된다.
도 6은 여기광을 이용하여 시료(30)의 분광 정보가 감지되는 제2 측정모드에서의 광 경로(L2)를 보인 것으로서, 제2 조사부(120)와 제2 감지부(140)가 구동되고, 제1 조사부(110)와 제1 감지부(130)는 동작하지 않는다.
레이저 광원(121)에서 생성된 여기광은 갈바노 스캐너(123)를 통해 회전축 상에서 고속으로 흔들려 라인 광을 형성하고, 스캐닝 렌즈(125) 등을 통해 시료면에 균일한 형태의 라인 광을 형성하도록 처리될 수 있다.
이때 여기광의 광원(121)은 서로 다른 특성을 갖는 복수의 여기광 중 하나가 선택적으로 구동되도록 구성될 수도 있다.
라인빔 반사 미러(154)는 라인광 형태의 여기광만 반사시키며, 시료(30)에서 발생된 PL광 또는 형광은 대부분 통과시킨다. 고대역 필터부(156)는 여기광은 반사 시키고, PL광 또는 형광만을 투과시켜, PL광 또는 형광만이 최종적으로 제2 감지부(140)의 분광 슬릿에 모이도록 처리한다.
한편, 분석부(180)는 제1 감지부(130)를 통해 측정된 반사 이미지와 제2 감지부(140)를 통해 측정된 분광 정보를 분석한다.
분석부(180)가 제1 감지부(130)를 통해 측정된 반사 이미지와 제2 감지부(140)를 통해 측정된 분광 정보를 분석하는 방법, 및 분석 결과에 따라 시료의 상태를 판단하는 방법 등은 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 분석부(180)는 제1 감지부(130)를 통해 측정된 외형 이미지를 통해 시료의 상태와 결함의 존재 여부 등을 검사할 수 있고, 제2 감지부(140)를 통해 측정된 분광 정보의 중심파장, 반치폭, 색순도, 색좌표 등 다양한 정보를 분석하여 시료의 상태를 검사할 수 있다.
분석부(180)가 제2 감지부(140)를 통해 감지된 분광 정보를 분석하기 위해서는 제2 감지부(140)에서 감지된 분광 정보를 수신해야 한다.
분석부(180)는 제2 감지부(140)로부터 분광 정보를 수신할 때, 복수 개(N)의 분광 정보당 하나의 대푯값을 수신할 수 있다.
도 7을 참조하자면, 분석부(180)는 분광기의 역할을 수행하는 제2 감지부(140)의 전체 CCD 픽셀값(도 7a)을 수신하는 대신, N개의 CCD 픽셀값당 하나의 대푯값을 수신할 수 있다(도 7b).
이와 같은 분광 데이터의 비닝(binning)을 통해 수신 대상 데이터의 개수를 줄이면, 분광 정보의 처리 속도를 높이고, 효율을 개선할 수 있다.
N 값과 대푯값은 샘플링을 통해 효율을 높이면서도 충분한 정확성을 얻을 수 있는 범위에서 적절하게 결정될 수 있다.
대푯값의 구체적인 예로서, 해당 구간(N개의 CCD 픽셀)의 중심에 있는 픽셀값, 해당 구간의 각 픽셀값 중 중간 크기의 값, 해당 구간의 각 픽셀값의 평균 값 등으로 설정될 수 있다.
데이터의 양을 적절히 감소시키는 비닝(binning)을 이용하면, 분광축의 픽셀값 전체를 이용함에 따라 데이터의 양이 많아져 발생하는 측정 및 분석 속도가 느려지는 문제를 방지하면서도, 정확성은 충분히 유지할 수 있다.
도 10은 백색광을 통해 얻은 외형 이미지와 각 지점에서의 분광 정보 등 다양한 검사 정보가 출력된 GUI 화면의 예로서, 제1 화면(10a)에는 시료의 반사 이미지(외형 이미지)가 나타나 있고, 제2 화면(10b)과 제3 화면(10c)에는 제1 화면(10a)에 나타난 반사 이미지의 밝기가 그래프 형식으로 나타나 있다.
또한, 제4 화면(10d)에는 제1 화면(10a)에서 현재 선택된 부분((cross-hair)의 분광 정보가 그래프의 형식으로 나타나 있고, 제5 화면(10e)에는 분광 정보를 통해 산출된 다양한 특성 정보(예: 중심파장, 반치폭, 색순도, 색좌표 등)가 수치 형식으로 나타나 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
30: 시료
31, 32: 측정 영역
100: 검사 장치 110: 제1 조사부
111: 백색 광원 113: 광파이버
115: 빔 확장기 117: 튜브 렌즈
120: 제2 조사부 121: 여기광 광원
123: 갈바노 스캐너 125: 스캐닝 렌즈
130: 제1 감지부 140: 제2 감지부
150: 광학계 151: 대물렌즈
152: 제1 빔 분배부 153: 튜브 렌즈
154: 라인빔 반사 미러 155: 제2 빔 분배부
156: 고대역 필터부 160: 스테이지부
170: 구동부 180: 분석부
100: 검사 장치 110: 제1 조사부
111: 백색 광원 113: 광파이버
115: 빔 확장기 117: 튜브 렌즈
120: 제2 조사부 121: 여기광 광원
123: 갈바노 스캐너 125: 스캐닝 렌즈
130: 제1 감지부 140: 제2 감지부
150: 광학계 151: 대물렌즈
152: 제1 빔 분배부 153: 튜브 렌즈
154: 라인빔 반사 미러 155: 제2 빔 분배부
156: 고대역 필터부 160: 스테이지부
170: 구동부 180: 분석부
Claims (10)
- 백색광을 조사(irradiation)하는 제1 조사부;
여기광을 조사하는 제2 조사부;
상기 백색광에 의한 시료의 반사 이미지를 감지하는 제1 감지부;
상기 여기광에 의해 시료에서 발생된 PL광 또는 형광의 분광 정보를 감지하는 제2 감지부; 및
상기 제1 조사부에서 조사된 백색광을 시료로 유도하고, 시료에서 반사된 반사광을 상기 제1 감지부로 유도하며, 상기 제2 조사부에서 조사된 여기광을 시료로 유도하고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 PL광 또는 형광을 상기 제2 감지부로 유도하는 광학계를 포함하고,
복수 개로 구분되는 시료의 측정 영역 각각에 대하여, 상기 제1 조사부와 제1 감지부를 이용한 제1 측정모드에서의 측정이 순차적으로 이루어지고, 어느 한 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정과 다음 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정 사이에, 상기 제2 조사부와 제2 감지부를 이용한 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 1 항에 있어서,
시료가 배치되고 이동 가능한 스테이지부;
상기 제1 조사부, 제1 감지부, 제2 조사부, 제2 감지부, 및 스테이지부를 제어하여, 상기 제1 측정모드와 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는 구동부; 및
상기 제1 감지부와 제2 감지부를 통해 감지된 정보를 분석하는 분석부를 포함하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 스테이지부를 정지시킨 상태에서 상기 제1 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부는, 현재 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정이 이루어진 후, 다음 측정 영역에 대한 상기 제1 측정모드에서의 측정을 수행하기 위하여 상기 스테이지부를 이동시키는 상태에서, 상기 제2 측정모드에서의 측정이 이루어지도록 처리하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 스테이지부는 등속도로 이동하는 것을 특징으로 하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 측정모드에서의 측정은 면광 형태의 백색광을 통해 이루어지고,
상기 제2 측정모드에서의 측정은, 라인광 형태의 여기광을 통해 이루어지는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 라인광 형태의 여기광은 갈바노 스캐너(galvano scanner)를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 분석부는 상기 제2 감지부로부터 분광 정보를 수신할 때, 복수 개의 분광 정보당 하나의 대푯값을 수신하는 것을 특징으로 하는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학계는,
배율을 결정하는 대물렌즈, 제1 빔 분배부, 상을 맺히게 해주는 튜브 렌즈, 라인빔 반사 미러, 제2 빔 분배부, 및 고대역 필터부를 측정 대상 시료면에 수직한 방향으로 순서대로 포함하고,
상기 제1 빔 분배부는 상기 제1 조사부를 통해 입사되는 백색광을 시료 방향으로 보내고, 상기 시료에서 반사된 광은 상측으로 통과시키며,
상기 라인빔 반사 미러는 상기 제2 조사부를 통해 입사되는 라인광 형태의 여기광을 시료 방향으로 보내고, 시료에서 발생된 광은 상측으로 통과시키며,
상기 제2 빔 분배부는 상기 백색광으로 인해 시료에서 반사된 광은 상기 제1 감지부로 보내고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 광은 상기 고대역 필터부로 통과시키며,
상기 고대역 필터부는 상기 여기광은 차단하고, 상기 여기광으로 인해 시료에서 발생된 PL광과 형광은 통과시켜 상기 제2 감지부로 보내도록 구성되는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 조사부와 제2 조사부는 각각 상기 백색광과 여기광을, 측정 대상 시료 면의 상측으로 수직한 방향의 측면에서, 그 방향과 직교하도록 입사시키는, 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210151164A KR20230065514A (ko) | 2021-11-05 | 2021-11-05 | 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치 |
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| KR1020210151164A KR20230065514A (ko) | 2021-11-05 | 2021-11-05 | 백색광과 여기광을 모두 이용한 검사 장치 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101861919B1 (ko) | 2016-06-16 | 2018-05-28 | 한국과학기술원 | 반도체의 고속 광학 검사방법 |
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2021
- 2021-11-05 KR KR1020210151164A patent/KR20230065514A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101861919B1 (ko) | 2016-06-16 | 2018-05-28 | 한국과학기술원 | 반도체의 고속 광학 검사방법 |
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