KR20240109032A - 광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

3차원 구조를 계측하기 위한 광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. 광학 계측 설비는, 광을 생성하여 출력하는 광원부, 광의 파워를 변조하여 파워 변조광을 생성하는 광파워 변조기, 계측 대상을 향해 파워 변조광을 입사시키고, 파워 변조광이 계측 대상에 반사된 반사광을 제공하는 제1 광학계, 반사광을 센싱하여, 이미지 신호를 생성하는 센싱부, 및 이미지 신호에서 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 리얼 신호로 분류하고, 리얼 신호를 이용하여 계측 대상을 분석하는 프로세서를 포함한다.

Description

광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법{OPTICAL MEASUREMENT APPARATUS, OPTICAL MEASURING METHOD USING THE SAME, AND METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 3차원 구조를 계측하기 위한 광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 공정의 다양성이 증가되고 반도체 장치의 대량 생산이 가속화됨에 따라, 반도체 공정의 각 단계에서 반도체 웨이퍼의 불량 유무를 즉시 검사하기 위한 계측 기술이 중요해지고 있다.
한편, 반도체 장치의 소형화로 인하여 3차원 구조의 반도체 장치가 생산되고 있다. 3차원 구조의 반도체 장치에 대한 불량 검사, 예컨대, 반도체 장치의 하부에 내재된 결함 등을 검출하기 위해, 전자빔 검사 또는 파괴 검사가 수행될 수 있다. 다만, 이러한 검사 방법은 많은 시간 및 비용이 요구되는 바, 광학 계측을 이용한 검사가 지속적으로 요청되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 3차원 구조의 반도체 장치에 대해 정밀하고 빠른 분석이 가능한 광학 계측 설비를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 3차원 구조의 반도체 장치에 대해 정밀하고 빠른 분석이 가능한 광학 계측 설비를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 3차원 구조의 반도체 장치에 대해 정밀하고 빠른 분석이 가능한 광학 계측 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 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 광을 생성하고, 광의 파워를 변조하여 파워 변조광을 생성하고, 파워 변조광을 이용하여 계측 대상의 이미지 신호를 획득하고, 이미지 신호를 필터링하여 리얼 신호와 폴스 신호를 분리하고, 리얼 신호를 이용하여 계측 대상을 분석하고, 계측 대상에 대한 반도체 공정을 수행하는 것을 포함하되, 이미지 신호를 필터링하는 것은, 이미지 신호에서 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 리얼 신호로 분류하고, 이미지 신호에서 파워 변조광의 광파워에 독립하는 성분을 폴스 신호를 분류하는 것을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비는, 광을 생성하여 출력하는 광원부, 광의 파워를 변조하여 파워 변조광을 생성하는 광파워 변조기, 계측 대상을 향해 파워 변조광을 입사시키고, 파워 변조광이 계측 대상에 반사된 반사광을 제공하는 제1 광학계, 반사광을 센싱하여, 이미지 신호를 생성하는 센싱부, 및 이미지 신호에서 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 리얼 신호로 분류하고, 리얼 신호를 이용하여 계측 대상을 분석하는 프로세서를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비는, 계측 대상이 배치되는 스테이지, 서로 다른 파장 대역을 갖는 제1 광 및 제2 광을 포함하는 광을 생성하여 출력하는 광원부, 제1 광의 파워를 변조하여 제1 변조광을 생성하고, 제2 광의 파워를 변조하여 제2 변조광을 생성하는 광파워 변조기, 계측 대상을 향해 제1 변조광 및 제2 변조광을 입사시키는 제1 광학계로, 제1 변조광에 대하여 제1 초점 거리를 제공하고, 제2 변조광에 대하여 제1 초점 거리와 다른 제2 초점 거리를 제공하는 제1 광학계, 제1 변조광이 계측 대상에 반사된 제1 반사광을 검출하는 제1 검출기, 및 제2 변조광이 계측 대상에 반사된 제2 반사광을 검출하는 제2 검출기를 포함하는 제2 광학계, 제1 검출기로부터 제공되는 제1 반사광을 센싱하여 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 센서, 및 제2 검출기로부터 제공되는 제2 반사광을 센싱하여 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 센서를 포함하는 센싱부, 및 제1 이미지 신호 및 제2 이미지 신호를 이용하여 계측 대상을 분석하는 프로세서를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 반도체 장치의 결함에 대하여 광파워와 신호 대 잡음비 간의 관계를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다.
도 5는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 신호 데이터를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다.
도 6a는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 타겟 영역의 3차원 이미지 데이터를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6b는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 참조 영역의 3차원 이미지 데이터를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다.
도 10은 도 9의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다.
도 13은 도 12의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다.
도 15는 도 14의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 15를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 광학 계측 설비를 설명한다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다. 도 2는 도 1의 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 3은 도 1의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 4는 반도체 장치의 결함에 대하여 광파워와 신호 대 잡음비 간의 관계를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다. 도 5는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 신호 데이터를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다. 도 6a는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 타겟 영역의 3차원 이미지 데이터를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 6b는 도 1의 광학 계측 설비에 의해 생성되는 참조 영역의 3차원 이미지 데이터를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 1 내지 도 6b를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비는 스테이지(100), 광원부(110), 광파워 변조기(130), 제1 광학계(140, 150), 제2 광학계(160), 센싱부(170) 및 프로세서(180)를 포함한다.
스테이지(100)는 계측 대상(W)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 계측 대상(W)은 스테이지(100) 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스테이지(100)는 가동될 수 있다. 예를 들어, 스테이지(100)는 수직 방향 또는 수평 방향으로 가동되어 그 상에 배치되는 계측 대상(W)을 이동시킬 수 있다.
광원부(110)는 광(L)을 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 광원부(110)는 광대역(broadband; 또는 다파장(multi-wavelength)) 광을 생성하여 출력할 수 있다. 상기 광대역 광은 복수의 파장 대역의 광을 포함하는 다색광일 수 있다. 상기 광대역 광은 예를 들어, 자외선(ultraviolet)의 파장 영역(예컨대, 약 100 nm 내지 약 400nm)부터 적외선(infrared)의 파장 영역(예컨대, 약 750 nm 내지 약 1,000 μm)까지 넓은 파장 범위를 가질 수 있다. 일례로, 광원부(110)는 약 150 nm 내지 약 2,100 nm의 파장 범위의 광을 생성하여 출력할 수 있다.
광원부(110)는 예를 들어, 연속 스펙트럼 광을 생성하는 할로겐 램프 광원 또는 LED 광원일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 광원부(110)는 서로 다른 소정의 파장 대역을 갖는 복수의 광들(예컨대, L1, L2, L3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광(L)은 제1 파장 대역을 갖는 제1 광(L1), 상기 제1 파장 대역보다 큰 제2 파장 대역을 갖는 제2 광(L2), 및 상기 제2 파장 대역보다 큰 제3 파장 대역을 갖는 제3 광(L3)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 광(L1)은 청색 광일 수 있고, 제2 광(L2)은 녹색 광일 수 있고, 제3 광(L3)은 적색 광일 수 있다.
광파워 변조기(130)는 광원부(110)로부터 출사되는 광(L)의 파워를 변조하여 파워 변조광(Lm)을 출력할 수 있다. 광(L)의 파워는 광(L)의 세기 또는 광량으로도 지칭될 수 있다. 광파워 변조기(130)는 예를 들어, 변조된 중성 농도 필터(modulated neutral density Filter; modulated ND filter), 전기-광학 변조기(electro-optic modulator; EO modulator) 및 음향-광학 변조기(acousto-optic modulator; AO modulator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광원부(110)로부터 서로 다른 복수의 광들(예컨대, 제1 내지 제3 광(L1~L3))을 제공받음에 따라, 광파워 변조기(130)는 서로 다른 복수의 변조광들(예컨대, Lm1, Lm2, Lm3)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 광파워 변조기(130)는 제1 광(L1)의 파워를 변조하여 제1 변조광(Lm1)을 출력할 수 있고, 제2 광(L2)의 파워를 변조하여 제2 변조광(Lm2)을 출력할 수 있고, 제3 광(L3)의 파워를 변조하여 제3 변조광(Lm3)을 출력할 수 있다. 제1 내지 제3 광(L1~L3)은 서로 다른 파장 대역을 가지므로, 제1 내지 제3 변조광(Lm1~Lm3) 또한 서로 다른 파장 대역을 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워에 대한 공간 변조(spatial modulation)를 수행할 수 있다. 즉, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워를 공간적으로 변조하여 파워 변조광(Lm)을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 파워 변조광(Lm)의 광파워는 파워 변조광(Lm)이 입사되는 계측 대상(W)의 위치에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 광파워 변조기(130)는 영역 별로 다른 투과도를 가질 수 있다. 이를 통해, 광파워 변조기(130)를 통과한 광(L)의 파워는 공간적으로 변조되어 파워 변조광(Lm)을 생성할 수 있다. 일례로, 광파워 변조기(130)는 제1 투과도를 갖는 제1 부분(P1), 상기 제1 투과도보다 작은 제2 투과도를 갖는 제2 부분(P2), 및 상기 제2 투과도보다 작은 제3 투과도를 갖는 제3 부분(P3)을 포함할 수 있다. 제1 부분(P1)을 통과한 광(L)은 제1 광량(I1)을 갖는 파워 변조광(Lm)으로 출력될 수 있고, 제2 부분(P2)을 통과한 광(L)은 제1 광량(I1)보다 작은 제2 광량(I2)을 갖는 파워 변조광(Lm)으로 출력될 수 있고, 제3 부분(P3)을 통과한 광(L)은 제2 광량(I2)보다 작은 제3 광량(I3)을 갖는 파워 변조광(Lm)으로 출력될 수 있다. 이러한 광파워 변조기(130)는 예를 들어, 공간 변조된 중성 농도 필터(spatially modulated neutral density filter)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 파워 변조광(Lm)은 계측 대상(W)의 상면에 평행한 스캔 방향(SD)을 따라 계측 대상(W)을 스캐닝할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(100)가 스캔 방향(SD)과 반대되는 수평 방향으로 가동되어, 제1 광학계(140, 150)에 대해 계측 대상(W)을 이동시킬 수 있다. 이를 통해, 제1 광학계(140, 150)로부터 출사되는 파워 변조광(Lm)은 스캔 방향(SD)을 따라 계측 대상(W)을 스캐닝할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워를 스캔 방향(SD)에서 변조할 수 있다. 즉, 파워 변조광(Lm)의 광파워는 스캔 방향(SD)에서 변할 수 있다. 파워 변조광(Lm)이 스캔 방향(SD)을 따라 계측 대상(W)을 스캐닝함에 따라, 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))에 입사되는 파워 변조광(Lm)의 광파워는 시간에 대하여 변할 수 있다. 일례로, 도시된 것처럼, 제1 시간(t1)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제1 광량(I1)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다. 이어서, 제1 시간(t1) 이후의 제2 시간(t2)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제2 광량(I2)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다. 이어서, 제2 시간(t2) 이후의 제3 시간(t3)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제3 광량(I3)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워를 스캔 방향(SD)에서 주기적으로 변조할 수 있다. 예를 들어, 파워 변조광(Lm)의 광파워는 스캔 방향(SD)을 따라 사인파(sine wave) 형태 또는 톱니파(sawtooth wave) 형태로 변조될 수 있다. 일례로, 광파워 변조기(130)는 상기 제1 투과도를 갖는 제4 부분(P4), 상기 제2 투과도를 갖는 제5 부분(P5), 및 상기 제3 투과도를 갖는 제6 부분(P6)을 더 포함할 수 있다. 제1 부분(P1)과 제4 부분(P4)이 이격되는 거리, 제2 부분(P2)과 제5 부분(P5)이 이격되는 거리, 및 제3 부분(P3)과 제6 부분(P6)이 이격되는 거리는 서로 동일할 수 있다. 이를 통해, 파워 변조광(Lm)은 주기적인 광파워로 계측 대상(W)을 스캐닝할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA) 및 계측 대상(W)의 기준 영역(RA)은 동시에 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 주기적으로 광파워가 변조된 파워 변조광(Lm)은 스캔 방향(SD)을 따라 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)을 동시에 스캐닝할 수 있다. 일례로, 제1 시간(t1)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제1 광량(I1)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다. 이어서, 제1 시간(t1) 이후의 제2 시간(t2)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제2 광량(I2)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다. 이어서, 제2 시간(t2) 이후의 제3 시간(t3)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제3 광량(I3)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다.
제1 광학계(140, 150)는 광파워 변조기(130)로부터 출사되는 파워 변조광(Lm)을 계측 대상(W)을 향해 입사시키고, 계측 대상(W)에 반사된 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광파워 변조기(130)로부터 서로 다른 복수의 변조광들(예컨대, 제1 내지 제3 변조광(Lm1~Lm3))을 제공받음에 따라, 제1 광학계(140, 150)는 서로 다른 복수의 반사광들(예컨대, 제1 내지 제3 반사광(Lr1~Lr3))을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학계(140, 150)는 제1 변조광(Lm1)이 계측 대상(W)에 반사된 제1 반사광(Lr1)을 생성할 수 있고, 제2 변조광(Lm2)이 계측 대상(W)에 반사된 제2 반사광(Lr2)을 생성할 수 있고, 제3 변조광(Lm3)이 계측 대상(W)에 반사된 제3 반사광(Lr3)을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 광학계(140, 150)는 빔 스플리터(140) 및 대물 렌즈(150)를 포함할 수 있다.
빔 스플리터(140)는 광파워 변조기(130)로부터 출사되는 파워 변조광(Lm)을 반사시켜 이를 대물 렌즈(150)를 향해 출사할 수 있다. 또한, 빔 스플리터(140)는 대물 렌즈(150)로부터 출사되는 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 투과시켜 이를 제2 광학계(160)를 향해 출사할 수 있다.
대물 렌즈(150)는 빔 스플리터(140)로부터 출사되는 파워 변조광(Lm)을 집광하여 계측 대상(W)으로 입사시킬 수 있다. 또한, 대물 렌즈(150)는 계측 대상(W)에 반사된 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 평행광으로 변환하여 빔 스플리터(140)로 입사시킬 수 있다. 대물 렌즈(150)는 계측 대상(W)의 표면 또는 계측 대상(W) 내에 초점(focus)이 형성되도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 파워 변조광(Lm)은 다중초점 광(multifocal light)으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상술한 것처럼, 제1 내지 제3 변조광(Lm1~Lm3)은 서로 다른 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 내지 제3 변조광(Lm1~Lm3)은 대물 렌즈(150)에 대하여 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 일례로, 대물 렌즈(150)는, 제1 광(L1)에 대하여 제1 초점 거리를 가질 수 있고, 제2 광(L2)에 대하여 상기 제1 초점 거리보다 큰 제2 초점 거리를 가질 수 있고, 제3 광(L3)에 대하여 상기 제2 초점 거리보다 큰 제3 초점 거리를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 계측 대상(W)의 표면(Ws)을 기준으로, 제1 광(L1)의 제1 초점(f1)은 제1 깊이(D1)를 가질 수 있고, 제2 광(L2)의 제2 초점(f2)은 제1 깊이(D1)보다 깊은 제2 깊이(D2)를 가질 수 있고, 제3 광(L3)의 제3 초점(f3)은 제2 깊이(D2)보다 깊은 제3 깊이(D3)를 가질 수 있다.
제2 광학계(160)는 제1 광학계(140, 150)로부터 출사되는 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 센싱부(170)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학계(160)는 제1 광학계(140, 150)로부터 출사되는 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 반시시켜 이를 센싱부(170)를 향해 출사할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 광학계(160)는 제1 광학계(140, 150)로부터 출사되는 복수의 반사광들(예컨대, 제1 내지 제3 반사광(Lr1~Lr3))을 분리하여 센싱부(170)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학계(160)는 제1 반사광(Lr1)을 검출하는 제1 검출기(162), 제2 반사광(Lr2)을 검출하는 제2 검출기(164), 및 제3 반사광(Lr3)을 검출하는 제3 검출기(166)를 포함할 수 있다. 일례로, 제3 검출기(166)는 제3 반사광(Lr3)을 반사시켜 이를 센싱부(170)를 향해 출사할 수 있고, 제1 반사광(Lr1) 및 제2 반사광(Lr2)을 투과시킬 수 있다. 제2 검출기(164)는 제3 검출기(166)를 투과한 제2 반사광(Lr2)을 반사시켜 이를 센싱부(170)를 향해 출사할 수 있고, 제1 반사광(Lr1)을 투과시킬 수 있다. 제1 검출기(162)는 제3 검출기(166) 및 제2 검출기(164)를 투과한 제1 반사광(Lr1)을 반사시켜 이를 센싱부(170)를 향해 출사할 수 있다. 제1 검출기(162), 제2 검출기(164) 및 제3 검출기(166)는 각각 예를 들어, 빔 스플리터를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
센싱부(170)는 제2 광학계(160)로부터 출사되는 반사광(Lr1, Lr2, Lr3)을 센싱하여 이미지 신호(S1, S2, S3)를 생성할 수 있다. 센싱부(170)는 예를 들어, CCD(Charge Coupled Device) 카메라 또는 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 센싱부(170)는 제2 광학계(160)로부터 분리되는 복수의 반사광들(예컨대, 제1 내지 제3 반사광(Lr1~Lr3))에 대응하는 복수의 이미지 신호들(예컨대, 제1 내지 제3 이미지 신호(S1~S3))을 생성할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(170)는 제1 센서(172), 제2 센서(174) 및 제3 센서(176)를 포함할 수 있다. 제1 센서(172)는 제1 반사광(Lr1)을 센싱하여 제1 이미지 신호(S1)를 생성할 수 있다. 제2 센서(174)는 제2 반사광(Lr2)을 센싱하여 제2 이미지 신호(S2)를 생성할 수 있다. 제3 센서(176)는 제3 반사광(Lr3)을 센싱하여 제3 이미지 신호(S3)를 생성할 수 있다.
상술한 것처럼, 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))에 입사되는 파워 변조광(Lm)의 광파워는 변할 수 있고, 센싱부(170)는 그에 따른 이미지 신호들을 생성할 수 있다. 일례로, 제1 이미지 신호(S1)는 제1 변조광(Lm1)의 변하는 광파워에 대응하여 생성될 수 있고, 제2 이미지 신호(S2)는 제2 변조광(Lm2)의 변하는 광파워에 대응하여 생성될 수 있고, 제3 이미지 신호(S3)는 제3 변조광(Lm3)의 변하는 광파워에 대응하여 생성될 수 있다.
프로세서(180)는 센싱부(170)로부터 제공되는 이미지 신호(S1, S2, S3)를 이용하여 계측 대상(W)을 분석할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 계측 대상(W)의 결함을 검출할 수 있다.
프로세서(180)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 프로세서(180)는 단순 컨트롤러, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 프로세서(180)는 자동 결함 분류(Automatic Defect Classification; ADC) 기능을 제공할 수 있다.
프로세서(180)는 파워 변조광(Lm)을 이용하여, 센싱부(170)로부터 제공되는 각각의 이미지 신호(S1, S2, S3)들에서 리얼 신호(real signal)와 폴스 신호(false signal)를 분리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 데이터베이스(182), 노이즈 필터(184) 및 결함 분석기(186)를 포함할 수 있다.
데이터베이스(182)는 광파워에 따른 계측 대상(W)의 신호 데이터를 미리 저장해둘 수 있다. 예를 들어, 계측 대상(W)에 대한 이미지 신호(S1, S2, S3)는 계측 대상(W)에 입사되는 광의 파워에 따라 특정한 경향성을 가질 수 있다. 일례로, 도 4에 도시된 것처럼, 계측 대상(W)의 결함에 대한 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio; SNR)는, 광파워가 증가함에 따라 증가하다가 특정한 값(예컨대, Sm)에 포화되는 경향을 가질 수 있다. 데이터베이스(182)는 이러한 결함 신호 데이터를 미리 저장해둘 수 있다.
노이즈 필터(184)는 데이터베이스(182)를 이용하여 센싱부(170)로부터 제공되는 이미지 신호(S1, S2, S3)를 필터링할 수 있다. 구체적으로, 센싱부(170)로부터 제공되는 각각의 이미지 신호(S1, S2, S3)들에는, 계측 대상(W)에 대한 실제 정보인 리얼 신호뿐만 아니라, 노이즈(noise) 또는 뉴슨스(nuisance) 등에 의한 폴스 신호 또한 포함될 수 있다. 계측 대상(W)에 입사되는 광의 파워에 따라 특정한 경향성을 갖는 리얼 신호와 달리, 폴스 신호는 계측 대상(W)에 입사되는 광의 파워에 무관하게 랜덤할 수 있다. 이를 이용하여, 노이즈 필터(184)는 파워 변조광(Lm)의 변하는 광파워에 대응하여 생성되는 이미지 신호(S1, S2, S3)에서 리얼 신호를 분류할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 필터(184)는 각각의 이미지 신호(S1, S2, S3)들에서 파워 변조광(Lm)의 광파워에 종속하는(dependent) 성분을 리얼 신호로 분류할 수 있다. 또한, 노이즈 필터(184)는 이미지 신호(S1, S2, S3)에서 파워 변조광(Lm)의 광파워에 독립하는(independent) 성분을 폴스 신호로 분류할 수 있다.
일례로, 도 2에 도시된 것처럼, 파워 변조광(Lm)은 주기적인 광파워로 계측 대상(W)을 스캐닝할 수 있다. 데이터베이스(182)에 미리 저장된 계측 대상(W)의 신호 데이터에 기초하여, 노이즈 필터(184)는 파워 변조광(Lm)의 변하는 광파워에 대응하여 변하는 신호 대 잡음비(SNR)를 리얼 신호로 분류할 수 있다. 이를 통해, 도 5에 도시된 것처럼, 파워 변조광(Lm)의 변하는 광파워에 대응하여 주기적인 형태를 갖는 리얼 신호(도 5의 RS)가 분류될 수 있다. 또한, 파워 변조광(Lm)의 변하는 광파워에 무관한 형태를 갖는 폴스 신호(도 5의 FS)가 분류될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프로세서(180)는 2주기 이상으로 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))을 분석할 수 있다. 일례로, 도 5에 도시된 것처럼, 프로세서(180)는 제1 주기(C1; 0~ta) 동안 리얼 신호(RS)와 폴스 신호(FS)를 분류할 수 있고, 이어서 제1 주기(C1)와 동일한 제2 주기(C2; ta~tb) 동안 리얼 신호(RS)와 폴스 신호(FS)를 분류할 수 있다.
결함 분석기(186)는 노이즈 필터(184)에 의해 분류되는 리얼 신호를 이용하여, 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))의 결함을 분석할 수 있다. 파워 변조광(Lm)에 의해 생성되는 이미지 신호(S1, S2, S3)는 3차원 이미지 데이터를 포함할 수 있다. 일례로, 도 6a 및 도 6b에 도시된 것처럼, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)은 각각 3차원 좌표계(X, Y, Z)에서 제공될 수 있다.
결함 분석기(186)는 타겟 영역(TA)과 기준 영역(RA)을 비교함으로써 타겟 영역(TA)의 결함 영역(DA)을 검출할 수 있다. 일례로, 타겟 영역(TA)은 제1 지점(Pa)을 포함할 수 있고, 기준 영역(RA)은 그에 대응하는 제2 지점(Pb)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 지점(Pa) 및 제2 지점(Pb)은 3차원 좌표계(X, Y, Z)에서 동일한 좌표(예컨대, (x1, y1, z1))를 가질 수 있다. 결함 분석기(186)는 제1 지점(Pa)의 이미지 신호와 제2 지점(Pb)의 이미지 신호를 비교하여, 타겟 영역(TA)의 결함 영역(DA)을 검출할 수 있다.
상술한 것처럼, 파워 변조광(Lm)은 다중초점 광(multifocal light)으로 제공될 수 있다. 이를 통해, 결함 분석기(186)는 타겟 영역(TA)의 깊이 방향(예컨대, Z축 방향)에서 고속으로 분석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 결함 분석기(186)는 계측 대상(W)의 서로 다른 깊이(예컨대, 도 2의 제1 깊이(D1), 제2 깊이(D2) 및 제3 깊이(D3))에 대한 이미지 신호(예컨대, S1, S2, S3)를 동시에 처리할 수 있다.
일례로, 노이즈 필터(184)는 제1 이미지 신호(S1)에서 제1 변조광(Lm1)의 광파워에 종속하는 성분을 제1 리얼 신호로 분류할 수 있고, 제1 변조광(Lm1)의 광파워에 독립하는 성분을 제1 폴스 신호로 분류할 수 있다. 또한, 노이즈 필터(184)는 제2 이미지 신호(S2)에서 제2 변조광(Lm2)의 광파워에 종속하는 성분을 제2 리얼 신호로 분류할 수 있고, 제2 변조광(Lm2)의 광파워에 독립하는 성분을 제2 폴스 신호로 분류할 수 있다. 또한, 노이즈 필터(184)는 제3 이미지 신호(S3)에서 제3 변조광(Lm3)의 광파워에 종속하는 성분을 제3 리얼 신호로 분류할 수 있고, 제3 변조광(Lm3)의 광파워에 독립하는 성분을 제3 폴스 신호로 분류할 수 있다. 결함 분석기(186)는 상기 제1 리얼 신호, 상기 제2 리얼 신호 및 상기 제3 리얼 신호를 이용하여, 계측 대상(W)의 서로 다른 깊이에 대한 분석을 동시에 처리할 수 있다.
3차원 구조의 계측 대상을 분석하기 위한 광학 계측에서, 하부층에 의한 노이즈 또는 뉴슨스 등의 폴스 신호는 정밀한 광학 계측의 장애가 된다. 예를 들어, 3차원 구조의 반도체 장치의 하부에 내재된 결함 등을 검출하기 위한 광학 계측에서, 노이즈 또는 뉴슨스 등의 폴스 신호는 결함이 형성된 깊이를 모호하게 만들 수 있다.
그러나, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비는 파워 변조광(Lm)을 이용하여 효율적으로 리얼 신호와 폴스 신호를 분류할 수 있다. 구체적으로, 상술한 것처럼, 광파워 변조기(130)는 광(L)으로부터 파워가 변조된 파워 변조광(Lm)을 출력할 수 있고, 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))에 입사되는 파워 변조광(Lm)의 광파워는 시간에 대하여 변할 수 있다. 또한, 프로세서(180)는 파워 변조광(Lm)의 변하는 광파워에 대응하여 생성되는 이미지 신호(S1, S2, S3)에서 리얼 신호를 분류할 수 있고, 분류된 리얼 신호를 이용하여 계측 대상(W)을 분석할 수 있다. 이를 통해, 3차원 구조의 반도체 장치에 대해서도 정밀하고 빠른 분석이 가능한 광학 계측 설비가 제공될 수 있다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 6을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비에서, 광파워 변조기(130)는 전기-광학 변조기(EO modulator) 또는 음향-광학 변조기(AO modulator)를 이용하여 광(L)의 파워에 대한 공간 변조를 수행할 수 있다.
예를 들어, 광파워 변조기(130)는 서로 다른 위치에 배열되는 제1 변조 장치(132) 및 제2 변조 장치(134)를 포함할 수 있다. 제1 변조 장치(132) 및 제2 변조 장치(134)는 서로 다른 크기로 광(L)의 파워를 변조시킬 수 있다. 일례로, 광파워 변조기(130)가 전기-광학 변조기를 포함하는 경우에, 제1 변조 장치(132) 및 제2 변조 장치(134)는 각각 전극(electrode)일 수 있다. 다른 예로, 광파워 변조기(130)가 음향-광학 변조기를 포함하는 경우에, 제1 변조 장치(132) 및 제2 변조 장치(134)는 각각 압전 변환기(piezoelectric transducer)일 수 있다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비의 광파워 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 6을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비에서, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워에 대한 시간 변조(time modulation)를 수행할 수 있다.
즉, 광파워 변조기(130)는 광(L)의 파워를 시간적으로 변조하여 파워 변조광(Lm)을 생성할 수 있다. 이를 통해, 계측 대상(W)의 일 지점(예컨대, 타겟 영역(TA))에 입사되는 파워 변조광(Lm)의 광파워는 시간에 대하여 변할 수 있다. 일례로, 제1 시간(t1)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제1 광량(I1)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다. 이어서, 제1 시간(t1) 이후의 제2 시간(t2)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제2 광량(I2)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다. 이어서, 제2 시간(t2) 이후의 제3 시간(t3)에, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA)으로 제3 광량(I3)의 파워 변조광(Lm)이 입사될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 광파워 변조기(130)는 주기적인 파워 변조광(Lm)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 파워 변조광(Lm)은 사인파(sine wave) 또는 톱니파(sawtooth wave)로 변조될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 계측 대상(W)의 타겟 영역(TA) 및 계측 대상(W)의 기준 영역(RA)은 동시에 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 주기적인 파워 변조광(Lm)은 스캔 방향(SD)을 따라 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)을 동시에 스캐닝할 수 있다. 일례로, 제1 시간(t1)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제1 광량(I1)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다. 이어서, 제1 시간(t1) 이후의 제2 시간(t2)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제2 광량(I2)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다. 이어서, 제2 시간(t2) 이후의 제3 시간(t3)에, 타겟 영역(TA) 및 기준 영역(RA)으로 제3 광량(I3)의 파워 변조광(Lm)이 동시에 입사될 수 있다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다. 도 10은 도 9의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 8을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비는 초점 변조기(120)를 더 포함할 수 있다.
초점 변조기(120)는 광원부(110)로부터 출사되는 광(L)으로부터 다중초점 광(multifocal light)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 초점 변조기(120)는 광원부(110)로부터 출사되는 광(L)을 변조하여, 대물 렌즈(150)에 대하여 서로 다른 굴절률을 갖는 제4 광(L4) 및 제5 광(L5)을 출력할 수 있다.
광파워 변조기(130)는 제4 광(L4)의 파워를 변조하여 제4 변조광(Lm4)을 출력할 수 있고, 제5 광(L5)의 파워를 변조하여 제5 변조광(Lm5)을 출력할 수 있다. 제1 광학계(140, 150)는 제4 변조광(Lm4)이 계측 대상(W)에 반사된 제4 반사광(Lr4)을 생성할 수 있고, 제5 변조광(Lm5)이 계측 대상(W)에 반사된 제5 반사광(Lr5)을 생성할 수 있다. 제1 센서(172)는 제4 반사광(Lr4)을 센싱하여 제4 이미지 신호(S4)를 생성할 수 있고, 제2 센서(174)는 제5 반사광(Lr5)을 센싱하여 제5 이미지 신호(S5)를 생성할 수 있다. 프로세서(180)는 제4 변조광(Lm4) 및 제5 변조광(Lm5)을 이용하여, 센싱부(170)로부터 제공되는 각각의 이미지 신호(S4, S5)들에서 리얼 신호(real signal)와 폴스 신호(false signal)를 분리할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 초점 변조기(120)는 빔 변위기(beam displacer)를 포함할 수 있다. 빔 변위기는 복굴절(birefringence)성을 갖는 물질(예컨대, 방해석 등)을 포함하여 광(L)으로부터 분할되는 제4 광(L4) 및 제5 광(L5)을 생성할 수 있다.
예를 들어, 광(L)은 수평 성분 빔 및 수직 성분 빔을 포함할 수 있다. 상기 수평 성분 빔은 광(L)의 입사면에 수평한 방향(예컨대, p-편광 방향(η))으로 진동하는 광(L)의 편광 성분(즉, p-편광 성분)이고, 상기 수직 성분 빔은 광(L)의 입사면에 수직한 방향(예컨대, s-편광 방향(ξ))으로 진동하는 광(L)의 편광 성분(즉, s-편광 성분)이다. 상기 수평 성분 빔 및 상기 수직 성분 빔은 상기 빔 변위기에 대하여 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.
일례로, 상기 빔 변위기의 광축(OA)은 광(L)의 진행 방향(Z) 및 p-편광 방향(η)을 포함하는 평면(η-Z 평면) 내에 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 수평 성분 빔은 이상광선(extraordinary wave)이 될 수 있고, 상기 수직 성분 빔은 정상광선(ordinary wave)이 될 수 있다. 일례로, 광(L)은 상기 빔 변위기를 향해 수직으로 입사될 수 있다. 이 때, 상기 수평 성분 빔은 광축(OA)에 의해 굴절될 수 있고, 상기 수직 성분 빔은 굴절되지 않을 수 있다. 즉, 상기 수평 성분 빔은 p-편광 방향(η)으로 시프트(shift)될 수 있고, 상기 수직 성분 빔은 시프트되지 않을 수 있다. 이를 통해, 상기 빔 변위기를 포함하는 초점 변조기(120)는 광(L)을 상기 수평 성분 빔인 제4 광(L4) 및 상기 수직 성분 빔인 제5 광(L5)으로 분할할 수 있다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 10을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비에서, 광파워 변조기(130)는 광원부(110)와 초점 변조기(120) 사이에 개재될 수 있다.
예를 들어, 광파워 변조기(130)는 광원부(110)로부터 출사되는 광(L)의 파워를 변조하여 파워 변조광(Lm)을 출력할 수 있다. 초점 변조기(120)는 광파워 변조기(130)로부터 출사되는 파워 변조광(Lm)을 변조하여, 대물 렌즈(150)에 대하여 서로 다른 굴절률을 갖는 제4 변조광(Lm4) 및 제5 변조광(Lm5)을 출력할 수 있다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다. 도 13은 도 12의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 11을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비에서, 초점 변조기(120)는 모노크로메이터(monochromator)를 포함할 수 있다.
모노크로메이터는 광원부(110)로부터 출사되는 광대역의 광(L)을 단색광(monochromatic light)으로 변환하여 출력할 수 있다. 여기서, 단색광이란 파장 폭이 매우 짧은 광(예컨대, 수 nm 정도의 파장 폭을 갖는 광)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 것처럼, 초점 변조기(120)는 입구 슬릿(121), 결상 거울(122, 123, 125, 126), 회절 격자(124) 및 출구 슬릿(127)을 포함할 수 있다.
광원부(110)로부터 출사되는 광(L)은 입구 슬릿(121)을 통해 초점 변조기(120)로 입사될 수 있다. 결상 거울(122, 123, 125, 126)은 입구 슬릿(121)으로부터 퍼져나가는 광(L)을 반사시켜 출구 슬릿(127)을 통해 출사시킬 수 있다. 결상 거울(122, 123, 125, 126)의 개수 및 배치 등은 예시적인 것일 뿐이며, 도시된 것에 한정되지 않는다. 회절 격자(124)는 입구 슬릿(121)으로부터 출구 슬릿(127)을 향하는 광 경로 중간에 배치되어 파장에 따라 광(L)을 분광할 수 있다. 일례로, 광(L)은 제1 광(L1), 제2 광(L2) 및 제3 광(L3)으로 분광될 수 있다. 회절 격자(124)는 예를 들어, 반사형 회절 격자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 출구 슬릿(127)은 분광된 광(L)으로부터 소정의 파장 대역을 갖는 광을 선택적으로 출사시킬 수 있다. 일례로, 출구 슬릿(127)은 제3 광(L3)을 선택적으로 출사시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 초점 변조기(120)는 소정의 파장 대역에서 소정의 파장 폭을 가지고 스위핑(sweeeping)하면서 복수의 단색광들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 회전하는 회절 격자(124)는 광(L)을 소정의 파장 폭 단위로 스위핑할 수 있다. 소정의 파장 폭 단위로 스위핑되는 단색광들은 대물 렌즈(150)에 대하여 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 이를 통해, 프로세서(180)는 계측 대상(W)의 서로 다른 깊이(예컨대, 도 2의 제1 깊이(D1), 제2 깊이(D2) 및 제3 깊이(D3))에 대하여 이미지 신호(예컨대, S1, S2, S3)를 처리할 수 있다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비를 설명하기 위한 예시적인 개념도이다. 도 15는 도 14의 광학 계측 설비의 초점 변조를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 13을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 도 12 및 도 13을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 설비에서, 대물 렌즈(150)는 다중초점 렌즈(multifocal lens)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 대물 렌즈(150)는 서로 다른 굴절률을 갖는 제1 영역(150a) 및 제2 영역(150b)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 영역(150a)의 굴절률은 제2 영역(150b)의 굴절률보다 클 수 있다. 이를 통해, 파워 변조광(Lm)은 다중초점 광(multifocal light)으로 제공될 수 있다. 일례로, 제1 영역(150a)을 통과하는 파워 변조광(Lm)은 제4 초점(f4)을 갖는 제6 변조광(Lm6)으로 출사될 수 있고, 제2 영역(150b)을 통과하는 파워 변조광(Lm)은 제5 초점(f5)을 갖는 제7 변조광(Lm7)으로 출사될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 계측 대상(W)의 표면(Ws)을 기준으로, 제6 변조광(Lm6)의 제4 초점(f4)은 제4 깊이(D4)를 가질 수 있고, 제7 변조광(Lm7)의 제5 초점(f5)은 제4 깊이(D4)보다 깊은 제5 깊이(D5)를 가질 수 있다.
제1 광학계(140, 150)는 제6 변조광(Lm6)이 계측 대상(W)에 반사된 제6 반사광(Lr6)을 생성할 수 있고, 제7 변조광(Lm7)이 계측 대상(W)에 반사된 제7 반사광(Lr7)을 생성할 수 있다. 제1 센서(172)는 제6 반사광(Lr6)을 센싱하여 제6 이미지 신호(S6)를 생성할 수 있고, 제2 센서(174)는 제7 반사광(Lr7)을 센싱하여 제7 이미지 신호(S7)를 생성할 수 있다. 프로세서(180)는 제6 변조광(Lm6) 및 제7 변조광(Lm7)을 이용하여, 센싱부(170)로부터 제공되는 각각의 이미지 신호(S6, S7)들에서 리얼 신호(real signal)와 폴스 신호(false signal)를 분리할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 광학 계측 방법을 설명한다.
도 16은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 16을 참조하면, 먼저, 광을 생성한다(S10).
상기 광은 예를 들어, 광대역(broadband; 또는 다파장(multi-wavelength)) 광일 수 있다. 상기 광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 광원부(110)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 광을 변조하여 파워 변조광을 생성한다(S20).
상기 파워 변조광은 상기 광의 파워가 변조되어 생성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 파워 변조광은 상기 광에 대한 공간 변조(spatial modulation)를 통해 생성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 파워 변조광은 상기 광에 대한 시간 변조(time modulation)을 통해 생성될 수 있다. 상기 파워 변조광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 광파워 변조기(130)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 파워 변조광을 이용하여 계측 대상의 이미지 신호를 획득한다(S30).
예를 들어, 상기 파워 변조광을 상기 계측 대상에 입사시키고, 상기 계측 대상에 반사된 반사광을 센싱할 수 있다. 상기 파워 변조광이 상기 계측 대상에 입사됨에 따라, 상기 계측 대상의 일 지점(예컨대, 타겟 영역)에 입사되는 상기 파워 변조광의 광파워는 시간에 대하여 변할 수 있다. 상기 이미지 신호를 획득하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 제1 광학계(140, 150), 제2 광학계(160) 및 센싱부(170)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 이미지 신호를 필터링하여 리얼 신호와 폴스 신호를 분리한다(S40).
예를 들어, 상기 이미지 신호에서 상기 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 상기 리얼 신호로 분류하고, 상기 이미지 신호에서 상기 파워 변조광의 광파워에 독립하는 성분을 상기 폴스 신호로 분류할 수 있다. 상기 이미지 신호를 필터링하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 데이터베이스(182) 및 노이즈 필터(184)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 리얼 신호를 이용하여 계측 대상을 분석한다(S50).
예를 들어, 상기 리얼 신호를 이용한 3차원 이미지 데이터를 통해, 상기 계측 대상의 일 지점의 결함이 분석될 수 있다. 상기 계측 대상을 분석하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 결함 분석기(186)에 의해 수행될 수 있다.
도 17은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 16을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 17을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법은, 상기 광을 생성한(S10) 후에 상기 광을 변조하여 다중초점 광을 생성한다(S22).
예를 들어, 빔 변위기(beam displacer) 등에 의해, 상기 광으로부터 다중초점 광이 생성될 수 있다. 상기 다중초점 광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 9 및 도 10을 이용하여 상술한 초점 변조기(120)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 다중초점 광을 변조하여 파워 변조 다중초점 광을 생성한다(S24).
상기 파워 변조 다중초점 광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 9 및 도 10을 이용하여 상술한 광파워 변조기(130)에 의해 수행될 수 있다. 상기 파워 변조 다중초점 광을 생성하는 것은 도 16을 이용하여 상술한 S20 단계와 유사하므로, 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 상기 파워 변조 다중초점 광을 이용하여 계측 대상의 이미지 신호를 획득한다(S32).
상기 이미지 신호를 획득하는 것은 예를 들어, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상술한 제1 광학계(140, 150), 제2 광학계(160) 및 센싱부(170)에 의해 수행될 수 있다. 상기 이미지 신호를 생성하는 것은 도 16을 이용하여 상술한 S30 단계와 유사하므로, 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 도 16을 이용하여 상술한 S40 단계 및 S50 단계가 수행될 수 있다.
도 18은 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 17을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 18을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 광학 계측 방법은, 상기 광을 생성한(S10) 후에 상기 광을 변조하여 파워 변조광을 생성한다(S26).
상기 파워 변조광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 1 및 도 15를 이용하여 상술한 광파워 변조기(130)에 의해 수행될 수 있다. 상기 파워 변조광을 생성하는 것은 도 16을 이용하여 상술한 S20 단계와 유사하므로, 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 상기 파워 변조광을 변조하여 파워 변조 다중초점 광을 생성한다(S28).
상기 파워 변조 다중초점 광을 생성하는 것은 예를 들어, 도 11을 이용하여 상술한 초점 변조기(120)에 의해 수행될 수 있다. 상기 파워 변조 다중초점 광을 생성하는 것은 도 17을 이용하여 상술한 S22 단계와 유사하므로, 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 도 17을 이용하여 상술한 S32 단계, S40 단계 및 S50 단계가 수행될 수 있다.
도 19는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 19를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 19는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 18을 이용하여 상술한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 19를 참조하면, 먼저, 광을 생성하고(S10), 상기 광을 변조하여 파워 변조광을 생성하고(S20), 상기 파워 변조광을 이용하여 계측 대상의 이미지 신호를 획득하고(S30), 상기 이미지 신호를 필터링하여 리얼 신호와 폴스 신호를 분리하고(S40), 상기 리얼 신호를 이용하여 계측 대상을 분석한다(S50). S10 내지 S50의 단계는 도 16 내지 도 18을 이용하여 상술한 것과 실질적으로 동일하므로, 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 계측 대상에 결함이 존재하는지 판단한다(S50). 상기 계측 대상(예컨대, 웨이퍼)에 결함이 존재하는지 여부는 상기 계측 대상을 계측함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 16 내지 도 18을 이용하여 상술한 광학 계측 방법을 이용하여 계측 대상을 계측한 결과를 기초로 상기 계측 대상 상에 미세 파티클이나 스크래치가 존재하는지 판단할 수 있다.
상기 계측 대상에 결함이 존재하는지 판단한 결과(S50), 상기 계측 대상에 결함이 존재하는 것으로 판단된 경우(Y), 결함의 종류 및 그 원인을 분석한다(S60). 몇몇 실시예에서, 결함의 종류에 따라 세정 공정 등을 통해 결함을 제거하는 단계가 수행될 수 있다. 또는, 몇몇 실시예에서, 결함의 종류에 따라 해당 계측 대상을 폐기하는 단계가 수행될 수도 있다.
상기 계측 대상에 결함이 존재하는지 판단한 결과(S50), 계측 대상에 결함이 존재하지 않은 것으로 판단된 경우(N), 상기 계측 대상에 대한 반도체 공정을 수행한다(S70). 예를 들어, 상기 계측 대상이 웨이퍼인 경우, 웨이퍼에 대한 반도체 공정이 수행될 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 예를 들어, 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정 및 세정 공정 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정이 수행됨에 따라, 반도체 장치에 요구되는 집적 회로들 및 배선들이 형성될 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 웨이퍼 레벨의 반도체 장치에 대한 테스트 공정을 포함할 수도 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼는 각각의 반도체 칩들로 개별화될 수 있다. 각각의 반도체 칩들로의 개별화는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이어서, 각각의 반도체 칩들에 대한 패키징 공정이 수행될 수 있다. 패키징 공정은 각각의 반도체 칩들을 회로 기판(예컨대, 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 상에 실장하고 밀봉재로 밀봉하는 공정을 의미할 수 있다. 또한, 패키징 공정은 회로 기판 상에 다수의 반도체 칩들을 다층으로 적층하여 스택 패키지를 형성하거나, 또는 스택 패키지 상에 스택 패키지를 적층하여 POP(Package On Package) 구조를 형성하는 것을 포함할 수도 있다. 각각의 반도체 칩들에 대한 패키징 공정을 통해 반도체 패키지가 형성될 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 패키지 레벨의 반도체 장치에 대한 테스트 공정을 포함할 수도 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.
100: 스테이지 110: 광원부
130: 광파워 변조기 140: 빔 스플리터(제1 광학계)
150: 대물 렌즈(제1 광학계) 160: 제2 광학계
162: 제1 검출기 164: 제2 검출기
166: 제3 검출기 170: 센싱부
172: 제1 센서 174: 제2 센서
176: 제3 센서 180: 프로세서
182: 데이터베이스 184: 노이즈 필터
186: 결함 분석기

Claims (10)

  1. 광을 생성하고,
    상기 광의 파워를 변조하여 파워 변조광을 생성하고,
    상기 파워 변조광을 이용하여 계측 대상의 이미지 신호를 획득하고,
    상기 이미지 신호를 필터링하여 리얼 신호와 폴스 신호를 분리하고,
    상기 리얼 신호를 이용하여 상기 계측 대상을 분석하고,
    상기 계측 대상에 대한 반도체 공정을 수행하는 것을 포함하되,
    상기 이미지 신호를 필터링하는 것은, 상기 이미지 신호에서 상기 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 상기 리얼 신호로 분류하고, 상기 이미지 신호에서 상기 파워 변조광의 광파워에 독립하는 성분을 상기 폴스 신호를 분류하는 것을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광을 변조하여, 제1 초점 거리로 상기 계측 대상에 입사되는 제1 광 및 상기 제1 초점 거리와 다른 제2 초점 거리로 상기 계측 대상에 입사되는 제2 광을 생성하는 것을 더 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 파워 변조광을 생성하는 것은, 상기 제1 광의 파워를 변조하여 제1 변조광을 생성하고, 상기 제2 광의 파워를 변조하여 제2 변조광을 생성하는 것을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파워 변조광을 생성하는 것은 상기 광의 파워를 공간적으로 변조하는 것을 포함하고,
    상기 이미지 신호를 획득하는 것은, 상기 파워 변조광을 이용하여 상기 계측 대상의 상면과 평행한 스캔 방향을 따라 상기 계측 대상을 스캐닝하는 것을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 광을 생성하여 출력하는 광원부;
    상기 광의 파워를 변조하여 파워 변조광을 생성하는 광파워 변조기;
    계측 대상을 향해 상기 파워 변조광을 입사시키고, 상기 파워 변조광이 상기 계측 대상에 반사된 반사광을 제공하는 제1 광학계;
    상기 반사광을 센싱하여, 이미지 신호를 생성하는 센싱부; 및
    상기 이미지 신호에서 상기 파워 변조광의 광파워에 종속하는 성분을 리얼 신호로 분류하고, 상기 리얼 신호를 이용하여 상기 계측 대상을 분석하는 프로세서를 포함하는, 광학 계측 설비.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 광파워 변조기는 상기 광의 파워를 공간적으로 변조하여 상기 파워 변조광을 생성하고,
    상기 파워 변조광은 상기 계측 대상의 상면과 평행한 스캔 방향을 따라 상기 계측 대상을 스캐닝하는, 광학 계측 설비.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 광파워 변조기는 상기 광의 파워를 시간적으로 변조하여 상기 파워 변조광을 생성하는, 광학 계측 설비.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 광은 서로 다른 제1 광 및 제2 광을 포함하고,
    상기 파워 변조광은, 상기 제1 광의 파워가 변조된 제1 변조광 및 상기 제2 광의 파워가 변조된 제2 변조광을 포함하고,
    상기 제1 광학계는, 제1 초점 거리로 상기 계측 대상을 향해 상기 제1 변조광을 입사시키고, 상기 제1 초점 거리와 다른 제2 초점 거리로 상기 계측 대상을 향해 상기 제2 변조광을 입사시키는, 광학 계측 설비.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 광 및 상기 제2 광은 서로 다른 파장 대역을 갖는, 광학 계측 설비.
  10. 계측 대상이 배치되는 스테이지;
    서로 다른 파장 대역을 갖는 제1 광 및 제2 광을 포함하는 광을 생성하여 출력하는 광원부;
    상기 제1 광의 파워를 변조하여 제1 변조광을 생성하고, 상기 제2 광의 파워를 변조하여 제2 변조광을 생성하는 광파워 변조기;
    상기 계측 대상을 향해 상기 제1 변조광 및 상기 제2 변조광을 입사시키는 제1 광학계로, 상기 제1 변조광에 대하여 제1 초점 거리를 제공하고, 상기 제2 변조광에 대하여 상기 제1 초점 거리와 다른 제2 초점 거리를 제공하는 제1 광학계;
    상기 제1 변조광이 상기 계측 대상에 반사된 제1 반사광을 검출하는 제1 검출기, 및 상기 제2 변조광이 상기 계측 대상에 반사된 제2 반사광을 검출하는 제2 검출기를 포함하는 제2 광학계;
    상기 제1 검출기로부터 제공되는 상기 제1 반사광을 센싱하여 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 센서, 및 상기 제2 검출기로부터 제공되는 상기 제2 반사광을 센싱하여 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 센서를 포함하는 센싱부; 및
    상기 제1 이미지 신호 및 상기 제2 이미지 신호를 이용하여 상기 계측 대상을 분석하는 프로세서를 포함하는, 광학 계측 설비.
KR1020230000700A 2023-01-03 광학 계측 설비, 그를 이용한 광학 계측 방법 및 그를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 KR20240109032A (ko)

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