KR20240081176A - 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편광자(polarizer)와 검광자(analyzer)의 사이에 투광성 기판을 거치하는 단계; 상기 기판을 상하로 연장되는 축을 기준으로 0도를 포함하여 특정각도를 이루도록 고정하는 단계; 상기 편광자의 기판 반대방향으로부터 광을 조사하여 기판에 광을 투과시키는 단계; 상기 검광자를 미리 정해진 각도 단위로 회전시키면서 각 각도에서 기판으로부터 투과된 광의 광량을 검출하는 단계; 및 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점에서의 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법을 제공한다.

Description

기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치{Device for and method of monitoring the surface defect of substrate}
본 발명은 결정질 또는 비정질 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 기판은 투광성을 가지며, 편광자(polarizer)와 검광자(analyzer)의 사이에 기판을 거치하고, 편광자의 배면에서 광원을 점등하면 광이 편광자의 슬릿을 통과하여 기판에 조사되면, 조사된 광이 검광자를 통과하면서 측정되는 광량의 변화로부터 기판의 표면 상태를 영상을 통하여 확인할 수 있는데, 이 때 미리 정해진 각도로 편광자를 위치시키고, 광을 조사하면서 편광자를 회전함으로써 기판으로부터 가장 선명한 영상이 획득되는 지점을 특정하고, 그 지점에서 기판의 결함 상태, 결함 크기, 결함 종류 등을 파악할 수 있도록 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
투광성을 갖는 얇은 두께의 기판의 종류는 예를 들어 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 염화칼슘 기판, 다이아몬드 기판 등이 있으며, 이들은 두께가 얇아서 광을 투과할 수 있을 정도로 연마하여 사용한다.
이와 같이 기판을 연마하는 과정에서 기판상에 크고 작은 결함(defect)이 발생될 수 있으나, 더 빈번한 사례는 기판의 제작 과정에서 기판에 도입되는 전위, 쌍정 등에 의한 원천적인 결함의 사례이다.
이와 같은 결함은 제어되어야 하며, 특히 양품의 수율을 확보하기 위해서는 결함을 명확히 검출하고 그 결함의 종류를 파악하여 그 결함의 원인을 분석함으로써, 제조 장비의 오류인지 아니면 제조 프로세스상의 오류인지 규명되어야 할 필요가 있다. 그러므로, 기판에서의 결함의 검출 및 분석은 매우 중요한 과정으로서 공정 프로세스의 개선을 위하여 반드시 선행되어야 하는 과정에 해당되는 바, 이와 관련된 기술의 개량 발전이 반드시 이루어져야할 것으로 판단된다.
기판의 표면을 모니터링하는 방법으로는 통상적으로 광학현미경이 사용된다. 보다 정밀한 검사를 위해서는 전자현미경이 사용되기도 하는데, 통상적으로 광학현미경을 사용하며, 이 경우 결함의 위치를 특정하기도 어렵고, 결함의 형태를 파악하기 위해서 필요한 해상도도 낮으며, 따라서 기판의 결함 특성을 명확히 분석하기가 어려운 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제1020439호 (2011.02.28)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 기판의 결함을 기판 전체에 대해서 검사하여 명확한 영상을 도출하고, 이로부터 결함의 종류, 형태, 더 나아가 원인 분석까지 할 수 있도록 근거 데이터를 제공할 수 있는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 광학현미경 대비 보다 선명한 영상을 획득하며, 결함의 위치, 방향 등을 좌표로써 특정할 수 있도록 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 전체에 대해서 결함을 검출하는데 있어서 기존의 광학 현미경 방법에 비하여 보다 더 신속하게 결함을 검출할 수 있도록 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 편광자(polarizer)와 검광자(analyzer)의 사이에 투광성 기판을 거치하는 단계; 상기 기판을 상하로 연장되는 축을 기준으로 0도를 포함하여 특정각도를 이루도록 고정하는 단계; 상기 편광자의 기판 반대방향으로부터 광을 조사하여 기판에 광을 투과시키는 단계; 상기 검광자를 미리 정해진 각도 단위로 회전시키면서 각 각도에서 기판으로부터 투과된 광의 광량을 검출하는 단계; 및 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점에서의 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법을 제공한다.
상기 검광자를 360도 회전시켜 광량을 검출하는 것을 1사이클이라고 정의할 때, 기판의 상기 각도를 미리 정해진 간격으로 변화시키면서 1사이클씩 진행하고, 이로부터 영상을 획득하는 것이 바람직하다.
상기 검출되는 광량은 다음의 식을 기준으로 측정되는 것이 바람직하다.
I = cos2ψ-sin2ψsin(δ/2)
여기서, I는 광의 강도, ψ는 검광자를 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각, δ는 기판을 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각
상기 δ 또는 ψ는 1도씩 변화되는 것이 바람직하다.
상기 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점에서의 영상을 획득하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판의 표면 결함이 결함 형성의 방향이 존재하는 경우 해당 결함의 방향에 따라서 ψ값이 달라지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전술한 모니터링하는 방법을 수행하며, 광원과 편광자와 기판과 검광자가 일렬로 배치되고, 상기 기판이 고정되어 있을 때 상기 검광자가 상기 고정된 기판에 대하여 최대 360도 회전하면서 상기 광원으로부터 유래하여 편광자 및 기판을 관통하는 광량을 검출하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 기판의 결함을 기판 전체에 대해서 검사하여 명확한 영상을 도출하고, 이로부터 결함의 종류, 형태, 더 나아가 원인 분석까지 할 수 있도록 근거 데이터를 제공할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 광학현미경 대비 보다 선명한 영상을 획득하며, 결함의 위치, 방향 등을 좌표로써 특정할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 전체에 대해서 결함을 검출하는데 있어서 기존의 광학 현미경 방법에 비하여 보다 더 신속하게 결함을 검출할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치를 나타내는 모식도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치로서, 검광자를 회전시키는 것을 나타내는 모식도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치에서 검광자를 회전시키면서 도시되는 광강도에 관한 3차원 그래프,
도 4는 도 3의 2차원 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 ψ와 δ의 관계 및 이로부터 도출되는 최대광량을 설명하기 위하여 표시된 2차원 그래프로서, 도 4와 ψ와 δ의 각도구간만 상이한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 편광자(polarizer)와 검광자(analyzer)의 사이에 투광성 기판을 거치하는 단계; 상기 기판을 상하로 연장되는 축을 기준으로 0도를 포함하여 특정각도를 이루도록 고정하는 단계; 상기 편광자의 기판 반대방향으로부터 광을 조사하여 기판에 광을 투과시키는 단계; 상기 검광자를 미리 정해진 각도 단위로 회전시키면서 각 각도에서 기판으로부터 투과된 광의 광량을 검출하는 단계; 및 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점에서의 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법이다.
광원이 편광자를 통과해서 기판을 투과한 다음 다시 검광자를 통과했을 때의 광량을 연속적으로 모니터링하고 이를 그래프로 그릴 수 있는데, 기판이 이루는 특정각도에서 광량이 가장 높게 측정되는 검광자의 회전각도를 찾게 되었을 때, 해당 지점에 결함이 존재하는 경우 그 결함을 가장 선명한 영상으로 획득할 수 있다.
상기 검광자를 360도 회전시키면 1사이클이 완성되며, 이와 같이 검광자를 360도 회전시켜서 광량을 검출하는 것을 1사이클이라고 정의할 때, 기판의 상기 각도를 미리 정해진 간격으로 변화시키면서 1사이클씩 진행하고, 이로부터 영상을 획득할 수 있다.
상기 검출되는 광량은 다음의 식을 기준으로 측정되는 것이 바람직하다.
I = cos2ψ-sin2ψsin(δ/2)
여기서, I는 광의 강도, ψ는 검광자를 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각, δ는 기판을 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각을 각각 의미한다.
δ값이 하나의 값으로 고정된 상태에서 ψ가 0도부터 360도까지 변화하며, ψ가 360도에 도달하면 δ값이 소정의 다른 각도로 변화된 다음 다시 ψ가 0도부터 360도까지 변화한다. 이로부터 가장 해상도가 좋은 영상을 획득할 수 있는 δ와 ψ를 도출한다.
이 때, δ를 예를 들어 1도 단위로 시계방향으로 회전한다고 하면, δ를 360도 회전시키면 δ가 360개가 되며, 360개의 δ에 대해서 검광자를 각각 360도씩 회전시키면 검광자는 총 129,600회 회전하는 것이 되며, 이를 통해서 해당 기판의 전 영역에 대해서 δ 별로 가장 선명한 영상을 획득할 수 있게 된다. 즉, 각 δ별로 결함이 존재한다고 할 때, 총 360개의 결함이 관찰될 수 있으며, 360개의 ψ가 도출될 수 있다. 예시적으로 δ 또는 ψ는 1도씩 변화될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3과 도 4는 3차원과 2차원 그래프로 각각 나타낸 것이며, 빨간 점이 가장 해상도가 높은 점이다. 즉, 빨간 점이 광량이 가장 높은 점이며, 그 때의 δ와 ψ을 알 수 있고, 따라서 해당 기판의 결함을 재검토하기 위해서는 해당 δ와 ψ를 알면 그 값으로 세팅해서 기판의 결함을 다시 확인할 수 있다.
주의할 것은 편광자, 기판, 검광자에서 편광자와 검광자의 슬릿이 같은 각도로 배열될 때에만 최대광량이 나오거나 가장 선명한 것은 아니다.
편광자의 설정각도는 고정되어 있고, 기판과 검광자만 회전할 수 있는데, 예를 들어서, 도 5에서 I가 최대가 되는 점은 δ가 3.141592653633065이고, ψ가 -0.5535743588607456일 때이며, 이 때 최대광량인 빨간점의 광량이 도출된다. 여기서, 위 숫자로 파악되는 δ는 π이고, ψ는 -0.176π가 된다. 이 때의 최대광량인 Imax는 1.348033988749895가 된다.
따라서, 본 발명은 단결정의 결함이 기판의 상하를 가상의 축으로 할 때, 이루는 위치각도인 δ에서 그 결함의 전개방향에 따라서 광량이 결정된다. 즉, 스크래치가 존재한다고 했을 때, 해당 스크래치가 어느 방향으로 전개되느냐에 따라서 최대 광량값은 달라진다. 이는 투광성을 갖는 정도의 얇은 기판에서 마치 스크래치가 편광자의 역할을 하는 것과 같으며, 따라서 같은 위치각도인 δ인 경우에도 스크래치의 전개방향에 따라서 ψ가 달라질 수 있고, 최대광량도 달라질 수 있다. 최대 광량에서 해당 스크래치는 가장 선명하게 보이게 된다.
다시 실시예를 통해 살펴보면, 도 5의 예시에서, δ를 알 때, δ-ψ = π-(-0.176π) = 1.176π인 경우 최대 광량이고 가장 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 이관계식을 만족하는 ψ를 검광자를 회전시키면서 찾는 것이다.
또한, 본 발명은 전술한 모니터링하는 방법을 수행하며, 광원과 편광자와 기판과 검광자가 일렬로 배치되고, 상기 기판이 고정되어 있을 때 상기 검광자가 상기 고정된 기판에 대하여 최대 360도 회전하면서 상기 광원으로부터 유래하여 편광자, 기판 및 검광자를 관통하는 광량을 검출하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치를 제공한다.
여기서, 상기 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점이 대체로 가장 선명한 영상을 획득하는데 필요한 광량으로 판단되며, 따라서 해당 광량이 측정될 때의 영상을 획득하여 기판의 결함 상태를 검사하는 것이 바람직하다.
본 발명은 검광자, 기판, 편광자를 관통하는 광이 최대 광량을 나타낼 때가 가장 선명한 영상을 획득할 수 있다는 가정하에 검광자를 회전하여 기판을 스캔하는 것이며, 다만, 특정 각도(δ)는 기판의 결함의 위치를 특정하기 위하여 기준 축으로부터 측정되는 각도이며, 여기서, 기준 축은 통상 상하를 관통하는 축으로서 바닥면과 수직을 이루는 축으로 정의될 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 특허청구범위는 위 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨은 자명하다고 할 것이다.
100 : 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치 110 : 편광자
111 : 편광자 슬릿 120 : 기판
130 : 검광자 131 : 검광자 슬릿

Claims (7)

  1. 편광자(polarizer)와 검광자(analyzer)의 사이에 투광성 기판을 거치하는 단계;
    상기 기판을 상하로 연장되는 축을 기준으로 0도를 포함하여 특정각도를 이루도록 고정하는 단계;
    상기 편광자의 기판 반대방향으로부터 광을 조사하여 기판에 광을 투과시키는 단계; 및
    상기 검광자를 미리 정해진 각도 단위로 회전시키면서 각 각도에서 기판으로부터 투과된 광의 광량을 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검광자를 360도 회전시켜 광량을 검출하는 것을 1사이클이라고 정의할 때, 기판의 상기 각도를 미리 정해진 간격으로 변화시키면서 1사이클씩 진행하고, 이로부터 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출되는 광량은 다음의 식을 기준으로 측정되는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
    I = cos2ψ-sin2ψsin(δ/2)
    여기서, I는 광의 강도, ψ는 검광자를 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각, δ는 기판을 상하로 구획하는 가상의 축을 중심으로 측정된 위 축으로부터의 회전각
  4. 제3항에 있어서,
    상기 δ 또는 ψ는 1도씩 변화되는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 광량이 최대인 지점 및 그 지점에서 5% 이내의 차이를 갖는 광량 지점에서의 영상을 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면 결함이 결함 형성의 방향이 존재하는 경우 해당 결함의 방향에 따라서 ψ값이 달라지는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 방법.
  7. 제1항의 방법을 수행하며,
    광원과 편광자와 기판과 검광자가 일렬로 배치되고, 상기 기판이 고정되어 있을 때 상기 검광자가 상기 고정된 기판에 대하여 최대 360도 회전하면서 상기 광원으로부터 유래하여 편광자, 기판 및 검광자를 관통하는 광량을 검출하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면 결함을 모니터링하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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