WO2023204679A1 - 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치 - Google Patents

단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치 Download PDF

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WO2023204679A1
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polarization
inspection device
different angles
pixels
light
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PCT/KR2023/005491
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노진성
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한밭대학교 산학협력단
㈜뮤텍코리아
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    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor inspection device for measuring defects in the lower part of a semiconductor using elliptical spectroscopy. More specifically, the present invention relates to a semiconductor inspection device that can obtain various polarization information of a semiconductor sample through a single shooting, thereby measuring defects in the lower part of a semiconductor with excellent precision in a short time. This relates to a semiconductor inspection device using single-image elliptical spectroscopy.
  • VNAND vertical multi-layer structure
  • multi-layered semiconductor devices require components such as holes for electrical or physical connection between each layer, such as holes penetrating the multi-layer structure.
  • Components should ideally be formed as vertical holes with no left-right asymmetry, but in the process of manufacturing microscopic semiconductor devices, holes with left-right asymmetry are generated in some products.
  • patterns including circuit wiring arranged in general semiconductor devices also require vertical matching, but there are also cases where they have asymmetry and mismatch.
  • Non-destructive testing devices are used to measure the presence of these asymmetric patterns.
  • One such device is a spectroscopic ellipsometer.
  • a spectroscopic ellipsometer is used to measure various optical properties of materials. It collects signals produced by transmitting, scattering, or reflecting a polarized beam into the material to be measured, and calculates the 4 * 4 Mueller Matrix. It tells the optical properties of a material.
  • the material to be measured may be a semiconductor device, and the optical characteristic may be the asymmetry of the semiconductor device pattern.
  • Figure 1 shows a block diagram showing a conventional semiconductor device inspection device.
  • the inspection device 100 includes an incident portion 10 that irradiates incident light L1 to a semiconductor substrate 200 including a pattern, and an exit light that is reflected, refracted, transmitted, and scattered by the semiconductor substrate 200. It includes a receiving portion 30 that accommodates (L2).
  • the entrance unit 10 includes a light source 11 that irradiates incident light, a polarizer 12 that polarizes the incident light into polarized incident light, and a device that adjusts and delays the phase of the polarized incident light to irradiate the polarized incident light (L1).
  • the receiving unit 30 includes a second compensator 33 for correcting the polarization state of the emitted light L2 to a ratio different from that of the first compensator 13, and the emitted light L2. It includes a spectrometer 32 for analyzing data such as the wavelength and polarization of (L2), and an analyzer 31 for measuring the amount of light of the emitted light (L2).
  • the receiving part 30 has the following configuration.
  • each detector is provided with one of a plurality of polarization filters (31-1b) with different angles to produce polarized light with different angles. Information can be obtained.
  • one polarization filter (31-2b) is provided in front of one detector (31-2a), and the polarization filter is configured to transmit polarized light having different angles to the detector (31-2a). Polarization information with different angles can be obtained by rotating (31-2b) at a specific angle.
  • the present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to provide a single-image ellipsoidal spectroscopy method that can acquire polarization information at at least four different angles through one shot with one detector. To provide a semiconductor inspection device using
  • the present invention provides a semiconductor inspection device using single-image elliptical spectroscopy in which a micro-polarization array filter is provided in front of the detector so that emitted light is transmitted to the detector through the filter at four or more different polarization angles. there is.
  • a semiconductor inspection device using single-image elliptical spectroscopy includes an irradiation unit 700 that irradiates incident light L10 to a semiconductor sample 600; and a light receiving unit 800 that receives reflected light L20 that is reflected, refracted, transmitted, and scattered by the semiconductor sample 600, and the light receiving unit 800 refracts the reflected light L20 according to colors of various wavelengths. and a greeting 812 for dispersion and a light receiving unit 813 for acquiring polarization information having different angles of light dispersed at various wavelengths, wherein the light receiving unit 813 transmits the dispersed light to each other.
  • micro polarization array filters 910 and 920 for filtering polarization with different angles, a plurality of polarization information with different angles is acquired through one shooting.
  • the light receiving unit 813 is characterized as a micro polarization array camera.
  • the micro polarization array filter 910 has pixels 950 forming a plurality of rows and columns arranged in a grid, and each pixel is formed with a polarization filtering mask to transmit polarized light at a certain angle, It is characterized in that a combination of pixels each formed with at least four polarization filtering masks having different angles is repeatedly arranged.
  • the micro polarization array filter 910 is capable of acquiring polarization information having at least four different angles for each wavelength intensity in pixels formed along a horizontal line, and at a specific wavelength in pixels formed along a vertical line. It is characterized in that images having at least four different angles can be obtained as many as the number of combinations of pixels.
  • the angle is characterized in that it includes at least 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees.
  • the micro polarization array filter 920 has a plurality of rows of pixels 960 arranged according to the intensity of the wavelength, and a polarization filtering mask is formed at each pixel to transmit polarized light at a certain angle, A single combination of pixels each having at least four polarization filtering masks having different angles is disposed.
  • the micro-polarization array filter 920 is formed to enable acquisition of a plurality of polarization information having four different angles in a specific wavelength band, and a pixel on which a polarization filtering mask having a specific angle depending on the intensity of the wavelength is formed. It is characterized by being formed as a single unit.
  • the angle is characterized in that it includes at least 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees.
  • micro polarization array filter 920 may further include pixels each having a polarization filtering mask having an angle different from the above angle.
  • the semiconductor inspection device using the single-image ellipsoidal spectroscopy of the present invention with the above configuration can reduce the cost of building the equipment because it uses one detector, and can maintain consistency for image data acquired from the detector. Therefore, it has the effect of improving inspection precision.
  • the inspection process can be simplified and inspection time can be reduced.
  • customizing the array of micro-polarization array filters allows the application of filters optimized for elliptical spectroscopy, which has the effect of enabling more precise measurement of defects in the lower part of semiconductors.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conventional semiconductor device inspection device.
  • Figure 2 is a conceptual diagram for acquiring polarization information with different angles in the related art.
  • Figure 3 is a conceptual diagram of another embodiment for acquiring polarization information with different angles according to the related art.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a semiconductor device inspection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a micro polarization array filter according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a micro-polarization array filter according to the first embodiment exposed to light dispersed at various wavelengths.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a micro-polarization array filter according to the second embodiment exposed to light dispersed at various wavelengths.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a semiconductor inspection device 200 (hereinafter, “inspection device”) using single-image ellipsoidal spectroscopy according to an embodiment of the present invention.
  • the inspection device 500 has an irradiation unit 700 that irradiates incident light (L10) to the semiconductor sample 600 and receives reflected light (L20) that is reflected, refracted, transmitted, and scattered by the semiconductor sample 600. Includes a light receiving unit 800.
  • the irradiation unit 700 includes a light source 710 for irradiating white light containing various wavelengths, a parabolic mirror 740 for reflecting the white light and irradiating parallel light to the rear end, and a parabolic mirror ( A polarizer 720 that polarizes the parallel incident light L11 reflected through 740 into polarized incident light L12 polarized at a specific angle, and a first lens 730 for focusing the polarized incident light L12 on the semiconductor sample 600. ) and consists of.
  • the light receiving unit 800 includes a spectrometer 810 for measuring the spectrum of reflected light L20 that is reflected, refracted, transmitted, and scattered in the semiconductor sample 600, and for focusing the reflected light L20 on the spectrometer 810. It includes a second lens 820 for.
  • the spectrometer 810 includes a line slit 811 that aligns the reflected light (L20) into linear light, a grating 812 that refracts and disperses the linearly aligned light according to colors of various wavelengths, and light dispersed in various wavelengths. It is configured to include a light receiving unit 813 for acquiring polarization information having different angles. Grating 812 may be replaced with a regular prism.
  • the light receiving unit 813 includes a micro polarization array filter 814 for filtering the scattered light into polarization having different angles, and a detector 815 for acquiring polarization information filtered through the micro polarization array filter 814.
  • the detector 815 may be a typical CCD camera (charge-coupled device camera) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • Figure 5 shows a schematic diagram of a micro-polarization array filter 910 according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 6 shows a schematic diagram of a micro-polarization array filter 910 exposed to light dispersed at various wavelengths. there is.
  • the micro polarization array filter 910 may have pixels 950 forming multiple rows and columns arranged in a grid. At this time, a polarization filtering mask may be formed in each pixel to transmit polarized light having a certain angle. More specifically, the micro polarization array filter 910 includes a 135 degree polarization filtering mask pixel 951, a 45 degree polarization filtering mask pixel 952, a 90 degree polarization filtering mask pixel 953, and a 0 degree polarization filtering mask pixel. 954 constitutes one unit pixel 950a, and the unit pixel 950a may be configured to form a repetitive pattern.
  • the light receiving unit including the micro polarization array filter 910 as described above may be a micro polarized array (MPA) camera.
  • MPA micro polarized array
  • polarization images with four different angles for each wavelength can be acquired as many as the number of unit pixels 910a through one shooting, so four images can be obtained through one shooting with one detector. There is an advantage in being able to obtain polarization information at different angles.
  • the polarization filtering mask formed at the same angle in each pixel may cause angle deviation for each pixel, which may affect the inspection accuracy. Therefore, the angle information of the polarization filtering mask formed in each pixel must be monitored in advance. Calibration work may be required.
  • Figure 7 shows a schematic diagram of a micro polarization array filter 920 according to a second embodiment of the present invention exposed to light dispersed at various wavelengths.
  • the micro polarization array filter 920 may have pixels 960 forming multiple rows arranged according to the intensity of the wavelength. At this time, a polarization filtering mask may be formed in each pixel to transmit polarized light having a certain angle. More specifically, the micro polarization array filter 910 includes a 0 degree polarization filtering mask pixel 921, a 45 degree polarization filtering mask pixel 922, a 90 degree polarization filtering mask pixel 923, and a 135 degree polarization filtering mask pixel. 924 may be formed along a vertical line.
  • the micro polarization array filter 920 may be composed of only four pixels.
  • micro polarization array filter 920 increases the number of pixels and adds pixels with polarization filtering masks of various angles to enable more precise measurement of defects in the lower part of the semiconductor. You can.
  • the micro polarization array filter 920 is composed of 19 pixels at intervals of 10 degrees.
  • the micro polarization array filter 920 can be configured with 10 pixels.
  • angle deviation cannot occur for each pixel, and there is only one pixel on which a polarization filtering mask of a specific angle is formed, so the angle information of the polarization filtering mask formed on each pixel is It has the advantage of reducing the number and drastically shortening the task of calibrating them.

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Abstract

본 발명은 타원분광법을 이용해 반도체의 하부 불량을 계측하기 위한 반도체 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 번의 촬영을 통해 반도체 샘플의 다양한 편광 정보를 얻을 수 있어 단시간에 우수한 정밀도의 반도체 하부 불량 계측이 가능한 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사장치에 관한 것이다.

Description

단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치
본 발명은 타원분광법을 이용해 반도체의 하부 불량을 계측하기 위한 반도체 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 번의 촬영을 통해 반도체 샘플의 다양한 편광 정보를 얻을 수 있어 단시간에 우수한 정밀도의 반도체 하부 불량 계측이 가능한 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치에 관한 것이다.
다층 구조의 반도체 소자들은 급격하게 증가하는 데이터 전송량을 처리할 수 있는 메모리 등을 구성하는 데에 필수적인 부품이 되고 있는데, 이러한 수직적 다층 구조의 반도체 소자들(예를 들면 VNAND)은 메모리 칩 들의 크기를 대폭 줄이면서 반대로 큰 폭의 용량 증가를 가져오는 기술로 알려져 있다.
그러나 반도체 소자의 패턴으로서 하나의 예를 들면, 다층 구조의 반도체 소자들은 각각의 층간의 전기적 또는 물리적인 연결을 위하여 홀(hole)과 같은 구성요소를 필요로 하는데, 다층 구조를 관통하는 홀과 같은 구성요소는 이상적으로 좌우로 편향되는 비대칭성이 없는 수직 홀로 형성되어야 하겠으나, 미세한 크기의 반도체 소자를 제조하는 공정에서는 일부 제품에 있어서 좌우로 편향되는 비대칭성을 가지는 홀들이 발생하게 된다.
위와 같은 홀들 뿐만 아니라 일반적인 반도체 소자들에 배치되는 회로 배선들을 포함하는 패턴들 역시 상하수직적인 정합이 필요하나, 마찬가지로 비대칭성을 가지면서 부정합이 되는 경우들이 발생한다.
이러한 비대칭적인 패턴의 존재 여부를 측정하기 위해서 비파괴 검사 장치들이 사용된다. 이러한 장치로서는 분광 타원 계측기(spectroscopic ellipsometer)가 있다.
분광 타원 계측기는 물질의 여러 가지 광학적 특성 등을 측정하기 위하여 사용되는데, 측정 대상 물질에 편광빔을 투과, 산란 또는 반사시켜 나오는 신호를 수집하여 4 * 4 뮬러 행렬(Mueller Matrix)을 계산해냄으로써 측정대상 물질의 광학적 특성을 알려준다. 여기서 측정 대상 물질은 반도체 소자가 될 수 있으며, 광학적 특성은 반도체 소자 패턴의 비대칭성이 될 수 있다.
도 1에는 종래의 반도체 소자 검사 장치를 나타낸 블록도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 검사 장치(100)는, 패턴을 포함하는 반도체 기판(200)에 입사광(L1)을 조사하는 입사부(10)와 반도체 기판(200)에서 반사, 굴절, 투과 및 산란되는 출사광(L2)을 수용하는 수용부(30)를 포함한다. 또한 입사부(10)는 입사광을 조사하는 광원(11)과, 입사광을 편광된 입사광으로 편광 시키는 편광기(12) 및 편광된 입사광(L1)을 조사하기 위해 편광된 입사광의 위상을 조정 및 지연시키는 제1 보상기(13)를 포함하고, 수용부(30)는 출사광(L2)의 편광 상태를 제1 보상기(13)의 비율과 다른 비율로 수정하기 위한 제2 보상기(33)와, 출사광(L2)의 파장, 편광과 같은 데이터를 분석하기 위한 분광기(32)와, 출사광(L2)의 광량을 측정하기 위한 검광기(31)를 포함한다.
이때, 반도체 소자의 하부 불량 계측을 위해서는 최소 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득해야 하기 때문에 수용부(30)는 다음과 같은 구성을 갖는다.
즉 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 디텍터(31-1a)를 구비하고, 각각의 디텍터마다 서로 다른 각도를 갖는 복수 개의 편광 필터(31-1b) 중 어느 하나를 구비하여 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득할 수 있다.
위 실시 예의 경우 복수 개의 디텍터를 구비해야 하기 때문에 장비 구축에 비용이 많이 소요되며, 서로 다른 디텍터의 동일한 성능을 보장할 수 없기 때문에 각각의 디텍터에서 획득하는 이미지 데이터에 대한 일관성이 떨어져 정밀한 측정이 불가능한 단점이 있다.
다른 실시 예로 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 디텍터(31-2a) 앞에 하나의 편광 필터(31-2b)를 구비하되, 서로 다른 각도를 갖는 편광을 디텍터(31-2a)에 전달하도록 편광 필터(31-2b)를 특정 각도로 회전시켜가며 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득할 수 있다.
위 실시 예의 경우 하나의 디텍터를 이용해 편광 필터(31-2b)를 회전시켜 가며 여러 번 촬영이 이루어지기 때문에 측정 시간이 길어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 하나의 디텍터로 한 번의 촬영을 통해 최소 4개 이상의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득할 수 있는 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명은 마이크로 편광 어레이 필터를 디텍터의 전방에 구비하여 출사광이 상기 필터를 통해 4개 이상의 서로 다른 각도를 갖는 편광이 디텍터에 전달되도록 한 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치는, 반도체 샘플(600)에 입사광(L10)을 조사하는 조사부(700); 및 상기 반도체 샘플(600)에서 반사, 굴절, 투과 및 산란되는 반사광(L20)을 수광하는 수광부(800)를 포함하고, 상기 수광부(800)는, 상기 반사광(L20)을 다양한 파장의 색상별로 굴절 및 분산시키기 위한 그리팅(812)과, 다양한 파장으로 분산된 빛의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득하기 위한 수광부(813)를 포함하되, 상기 수광부(813)는, 상기 분산된 빛을 서로 다른 각도를 갖는 편광으로 필터링 하기 위한 마이크로 편광 어레이 필터(910, 920)를 포함하여 한 번의 촬영을 통해 서로 다른 각도를 갖는 복수의 편광 정보를 획득한다.
또한, 상기 수광부(813)는, 마이크로 편광 어레이 카메라인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 편광 어레이 필터(910)는, 다수의 행과 열을 이루는 픽셀(950)이 격자형으로 배치되고, 각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성되되, 적어도 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀의 조합이 반복적으로 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 편광 어레이 필터(910)는, 가로 라인을 따라 형성된 픽셀에서 파장의 세기 별 서로 다른 적어도 4개의 각도를 갖는 편광 정보의 획득이 가능하고, 세로 라인을 따라 형성된 픽셀에서 특정 파장에서의 서로 다른 적어도 4개의 각도를 갖는 이미지를 상기 픽셀의 조합의 수만큼 획득 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각도는 적어도 0도, 45도, 90도 및 135도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는, 다수의 행을 이루는 픽셀(960)이 파장의 세기에 따라 배치되고, 각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성되되, 적어도 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀의 조합이 단수 개 배치된다.
또한, 상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는, 특정 파장대에서 서로 다른 4개의 각도를 갖는 복수의 편광 정보의 획득이 가능하도록 형성되되, 파장의 세기에 따라서는 특정 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀이 단일로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각도는 적어도 0도, 45도, 90도 및 135도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는, 상기 각도와 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치는 하나의 디텍터를 이용하기 때문에 장비 구축에 필요한 비용을 절감할 수 있고, 디텍터에서 획득하는 이미지 데이터에 대한 일관성을 유지할 수 있기 때문에 검사 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 편광 필터를 회전시키기 위한 구동부 없이 한 번의 촬상을 통해 최소 4개 이상의 서로 다른 각도의 편광 정보를 얻을 수 있기 때문에 부피가 작은 광학계 구성이 가능해지고 이로 인해 콤팩트한 광학계 구성이 가능하기 때문에 설비 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 한 번의 촬영을 통해 최소 4개 이상의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보의 획득이 가능하기 때문에 검사 과정을 단순화할 수 있고, 검사 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 마이크로 편광 어레이 필터의 배열 커스터마이징을 통해 타원분광법에 최적화된 필터의 적용이 가능하여 보다 정밀한 반도체 하부 불량 계측이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 반도체 소자 검사 장치를 나타낸 블록도
도 2는 종래의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보 획득을 위한 개념도
도 3은 종래의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보 획득을 위한 다른 실시 예의 개념도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 나타낸 블록도
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터의 개략도
도 6은 다양한 파장으로 분산된 빛에 노출된 제1 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터의 개략도
도 7은 다양한 파장으로 분산된 빛에 노출된 제2 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터)의 개략도
- 부호의 설명 -
500 : 반도체 검사 장치
600 : 반도체 샘플
700 : 조사부
710 : 광원
720 : 편광기
730 : 제1 렌즈
740 : 포물면거울
800 : 수광부
810 : 분광기
811 : 라인 슬릿
812 : 그레이팅
813 : 수광부
814, 910, 920 : 마이크로 편광 어레이 필터
815 : 디텍터
820 : 제2 렌즈
L10 : 입사광
L11 : 평행 입사광
L12 : 편광 입사광
L20 : 반사광
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치(200)(이하, “검사 장치”)의 블록도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 검사 장치(500)는, 반도체 샘플(600)에 입사광(L10)을 조사하는 조사부(700)와 반도체 샘플(600)에서 반사, 굴절, 투과 및 산란되는 반사광(L20)을 수광하는 수광부(800)를 포함한다.
또한 조사부(700)는 다양한 파장을 포함하는 흰색광을 조사하는 광원(710)과, 상기 흰색광을 반사시켜 평행광선을 후단으로 조사하기 위한 포물면거울(parabolic mirror)(740)과, 포물면거울(740)을 통해 반사된 평행 입사광(L11)을 특정 각도로 편광된 편광 입사광(L12)으로 편광 시키는 편광기(720) 및 편광 입사광(L12)을 반도체 샘플(600)에 포커싱하기 위한 제1 렌즈(730)를 포함하여 구성된다.
또한, 수광부(800)는, 반도체 샘플(600)에서 반사, 굴절, 투과 및 산란되는 반사광(L20)의 스펙트럼을 계측하기 위한 분광기(810)와, 반사광(L20)을 분광기(810)에 포커싱하기 위한 제2 렌즈(820)를 포함한다.
분광기(810)는 반사광(L20)을 선형 광으로 정렬하는 라인슬릿(811)과, 선형으로 정렬된 광을 다양한 파장의 색상별로 굴절 및 분산시키기 위한 그레이팅(812)과, 다양한 파장으로 분산된 빛의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득하기 위한 수광부(813)를 포함하여 구성된다. 그레이팅(812)은 통상의 프리즘(prism)으로 대체될 수도 있다.
특히 수광부(813)는 상기 분산된 빛을 서로 다른 각도를 갖는 편광으로 필터링 하기 위한 마이크로 편광 어레이 필터(814)와, 마이크로 편광 어레이 필터(814)를 통해 필터링된 편광 정보를 획득하는 디텍터(815)로 구성될 수 있다. 디텍터(815)는 통상의 CCD 카메라(charge-coupled device camera) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.
도 5에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터(910)의 개략도가 도시되어 있고, 도 6에는 다양한 파장으로 분산된 빛에 노출된 마이크로 편광 어레이 필터(910)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 마이크로 편광 어레이 필터(910)는 다수의 행과 열을 이루는 픽셀(950)이 격자형으로 배치될 수 있다. 이때 각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 마이크로 편광 어레이 필터(910)는 135도 편광 필터링 마스크 픽셀(951)과, 45도 편광 필터링 마스크 픽셀(952)과, 90도 편광 필터링 마스크 픽셀(953)과, 0도 편광 필터링 마스크 픽셀(954)이 하나의 단위 픽셀(950a)을 구성하며, 상기 단위 픽셀(950a)이 반복적인 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 일예로, 상기와 같은 마이크로 편광 어레이 필터(910)를 포함하는 수광부는 MPA(micro polarized array) 카메라일 수 있다.
따라서 도 6에 도시된 바와 같이 한 번의 촬영을 통해 파장별로 서로 다른 4개의 각도를 갖는 편광이미지를 상기 단위 픽셀(910a)의 수만큼 획득할 수 있으므로, 하나의 디텍터로 한 번의 촬영을 통해 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.
즉 도면상의 가로 라인을 따라 형성된 픽셀(911)에서는 4개의 각 편광 별 서로 다른 파장 정보 획득이 가능하며, 세로 라인을 따라 형성된 픽셀(911)에서는 특정 파장에서의 서로 다른 4개의 각도를 갖는 편광 정보를 단위 픽셀(910a)의 수만큼 획득이 가능하다. 따라서 각 파장 별 서로 다른 4개의 편광 정보를 통해 알파(Alpha)와 베타(Beta) 값을 구할 수 있고 이를 통해 최종적으로 반도체 하부 불량의 계측이 가능하다.
한편, 각각의 픽셀에 동일한 각도로 형성된 편광 필터링 마스크는, 픽셀별로 각도의 편차가 발생할 수 있고, 이는 검사 정밀도에 영향을 줄 수 있으므로, 각각의 픽셀에 형성된 편광 필터링 마스크의 각도 정보를 미리 모니터링 하여 이를 캘리브레이션하는 작업이 요구될 수 있다.
도 7에는 다양한 파장으로 분산된 빛에 노출된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터(920)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 마이크로 편광 어레이 필터(920)는 다수의 행을 이루는 픽셀(960)이 파장의 세기에 따라 배치될 수 있다. 이때 각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 마이크로 편광 어레이 필터(910)는 0도 편광 필터링 마스크 픽셀(921)과, 45도 편광 필터링 마스크 픽셀(922)과, 90도 편광 필터링 마스크 픽셀(923)과, 135도 편광 필터링 마스크 픽셀(924)이 세로 라인을 따라 형성될 수 있다. 즉 특정 파장대에서 서로 다른 서로 다른 4개의 각도를 갖는 복수의 편광 정보의 획득이 가능하도록 형성되되, 파장의 세기에 따라서는 특정 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀이 단일로 형성되기 때문에 동일한 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 복수 개 형성됨에 따라 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
즉 서로 다른 4개의 각도를 갖는 복수의 편광 정보의 획득을 위해서는 마이크로 편광 어레이 필터(920)가 4개의 픽셀로만 이루어질 수 있다.
한편 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 편광 어레이 필터(920)는 픽셀의 개수를 늘리되 보다 다양한 각도의 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀을 추가하도록 하여 보다 정밀한 반도체 하부 불량의 계측이 가능하도록 구성될 수 있다.
일예로, 0도에서 180도 까지 10도 또는 20도 간격으로 구분된 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀이 세로 방향을 따라 배치되도록 하여 10도 간격의 경우 19개의 픽셀로 마이크로 편광 어레이 필터(920)를 구성할 수도 있고, 20도 간격의 경우 10개의 픽셀로 마이크로 편광 어레이 필터(920)를 구성할 수도 있다.
상술된 제2 실시 예의 마이크로 편광 어레이 필터(920)는, 픽셀별로 각도의 편차가 발생할 수 없고, 특정 각도의 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀이 하나만 존재하기 때문에 각각의 픽셀에 형성된 편광 필터링 마스크의 각도 정보의 수가 줄어들고, 이를 캘리브레이션하는 작업을 획기적으로 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (9)

  1. 반도체 샘플(600)에 입사광(L10)을 조사하는 조사부(700); 및
    상기 반도체 샘플(600)에서 반사, 굴절, 투과 및 산란되는 반사광(L20)을 수광하는 수광부(800)를 포함하고,
    상기 수광부(800)는,
    상기 반사광(L20)을 다양한 파장의 색상별로 굴절 및 분산시키기 위한 그리팅(812)과, 다양한 파장으로 분산된 빛의 서로 다른 각도를 갖는 편광 정보를 획득하기 위한 수광부(813)를 포함하되,
    상기 수광부(813)는,
    상기 분산된 빛을 서로 다른 각도를 갖는 편광으로 필터링 하기 위한 마이크로 편광 어레이 필터(910, 920)를 포함하여 한 번의 촬영을 통해 서로 다른 각도를 갖는 복수의 편광 정보를 획득하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수광부(813)는,
    마이크로 편광 어레이 카메라인 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 편광 어레이 필터(910)는,
    다수의 행과 열을 이루는 픽셀(950)이 격자형으로 배치되고,
    각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성되되,
    적어도 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀의 조합이 반복적으로 배치된 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마이크로 편광 어레이 필터(910)는,
    가로 라인을 따라 형성된 픽셀에서 파장의 세기 별 서로 다른 적어도 4개의 각도를 갖는 편광 정보의 획득이 가능하고,
    세로 라인을 따라 형성된 픽셀에서 특정 파장에서의 서로 다른 적어도 4개의 각도를 갖는 이미지를 상기 픽셀의 조합의 수만큼 획득 가능한 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 각도는 적어도 0도, 45도, 90도 및 135도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는,
    다수의 행을 이루는 픽셀(960)이 파장의 세기에 따라 배치되고,
    각각의 픽셀에는 일정 각도를 갖는 편광을 투과시키기 위한 편광 필터링 마스크가 형성되되,
    적어도 4개의 서로 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀의 조합이 단수 개 배치되는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는,
    특정 파장대에서 서로 다른 4개의 각도를 갖는 복수의 편광 정보의 획득이 가능하도록 형성되되, 파장의 세기에 따라서는 특정 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 형성된 픽셀이 단일로 형성된 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 각도는 적어도 0도, 45도, 90도 및 135도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 마이크로 편광 어레이 필터(920)는,
    상기 각도와 다른 각도를 갖는 편광 필터링 마스크가 각각 형성된 픽셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 단촬상 타원분광법을 이용한 반도체 검사 장치.
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