KR100829658B1 - Wafer inspection system for irradiation at variable angles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광빔을 제공하는 광원 및 스캐닝 빔을 제 1 각도로 기판에 접근시키기 위하여 광빔을 스캐닝 편향시키는 스캐너를 포함하는 가변 조사각도 검사 시스템에 관한 것이다. 스캐닝 빔을 편향시키기 위하여 편향 엘리먼트를 스캐닝 빔의 광경로에 선택적으로 삽입시킬 수 있어, 스캐닝 빔을 제 2 각도로 기판에 접근시킨다.The present invention relates to a variable irradiation angle inspection system comprising a light source providing a light beam and a scanner for scanning deflecting the light beam to approach the scanning beam at a first angle to the substrate. A deflection element may be selectively inserted into the optical path of the scanning beam to deflect the scanning beam, thereby bringing the scanning beam close to the substrate at a second angle.
Description
본 발명은 가변 각도로 조사하는 웨이퍼 검사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer inspection system for irradiating at variable angles.
웨이퍼 검사 시스템은 종래에 널리 공지되어 있었다. 미국 특허 5,699,447에 기술된 하나의 통상적인 시스템은 수직 조사(normal illumination) 및 명시야(bright-field) 검사(즉, 상기 조사 방법은 웨이퍼에 90도로 접근하는 방법이다) 방법을 이용한다. 미국 특허 5,825,482에 기술된 다른 타입의 통상적인 시스템은 경사 조사(oblique illumination) 및 암시야(dark-field) 검사(즉, 상기 조사 방법은 웨이퍼에 비스듬하게 접근하는 방법이다) 방법을 이용한다. 미국 특허 5,982,921에 기술된 제 3 타입의 시스템은 수직 조사 및 암시야 검사 방법을 이용한다. 상기 통상적인 방법들은 모두 장단점을 가지는데, 그 중 일부는 시스템이 사용되는 특정 응용 또는 상황에 관한 것이다.Wafer inspection systems are well known in the art. One conventional system described in US Pat. No. 5,699,447 uses a method of normal illumination and bright-field inspection (ie, the method of approaching the wafer at 90 degrees). Another type of conventional system described in US Pat. No. 5,825,482 uses oblique illumination and dark-field inspection (i.e., the method of irradiation is obliquely approaching the wafer). The third type of system described in US Pat. No. 5,982,921 uses a vertical irradiation and dark field inspection method. All of the above conventional methods have advantages and disadvantages, some of which relate to the particular application or situation in which the system is used.
수직 조사하에서, 관찰된 대상물의 표면은 대물 렌즈의 광축에 수직이며 광은 상기 대상물을 조사하는데 사용된다. 명시야 시스템에서, 입사 빔에 실질적으로 평행한 방향으로 대물 렌즈에 재반사되는 광은 이미지를 형성하는데 사용된다. 따라서, 반사성이 있으며 광선에 수직인 표면은 밝게 나타나며, 반사성이 없으며 대물 렌즈에 보다 적은 광이 경사 반사되는 피처(feature)는 어둡게 나타난다. 암시야 시스템은 수직 또는 경사 조사로 수행될 수 있다. 어느 경우에나, 광학 축으로부터 산란되는 광은 이미지 형성을 위해 관찰된 표면에 소정의 각도로 배치된 암시야 검출기에 의해 수집된다. 따라서, 리지(ridge), 피트(pit), 스크래치, 및 티끌과 같은 피처의 경사 표면은 밝게 나타나서, 구분되지 않는 토포그라피의 피처에서 이러한 피처의 콘트라스트를 증가시킨다. 따라서, 명시야 조사에서 일반적으로 밝게 나타나는 반사 피처는 암시야 조사에서 완전한 흑색이며 명시야 조사를 이용하여 검출할 수 없는 미세한 피처는 암시야 조사로 쉽게 관찰될 수 있다.Under normal irradiation, the surface of the observed object is perpendicular to the optical axis of the objective lens and light is used to irradiate the object. In bright field systems, light that is reflected back to the objective lens in a direction substantially parallel to the incident beam is used to form the image. Thus, reflective and perpendicular surfaces appear bright, and features that are non-reflective and obliquely reflect less light to the objective lens appear darker. The dark field system can be performed with vertical or oblique irradiation. In either case, light scattered from the optical axis is collected by a dark field detector placed at an angle on the observed surface for image formation. Thus, the inclined surfaces of features such as ridges, pits, scratches, and dirt appear bright, increasing the contrast of these features in indistinguishable topography features. Thus, reflective features that generally appear bright in brightfield irradiation are completely black in darkfield irradiation and fine features that cannot be detected using brightfield irradiation can be easily observed with darkfield irradiation.
레이저-스캔 웨이퍼 검사 방법에서, 종종 웨이퍼 표면에 수직으로 웨이퍼를 조사하는 것이 바람직한 반면, 다른 경우에는 웨이퍼 재료, 패턴 및 결함에 따라, 경사 조사 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 반도체 웨이퍼의 광학적 산란 특성은 웨이퍼가 IC 제조 공정 중 하나의 단계로부터 다음 단계로 진행될 때 크게 변화한다. 일부 층(즉, 베어(bare) 실리콘)은 매우 부드러운 반면, 일부 층(즉, 증착된 알루미늄)은 매우 거칠다.In the laser-scanned wafer inspection method, it is often desirable to irradiate the wafer perpendicular to the wafer surface, while in other cases it is desirable to use a gradient irradiation method, depending on the wafer material, pattern and defects. The optical scattering properties of semiconductor wafers vary greatly as the wafer proceeds from one step of the IC manufacturing process to the next. Some layers (ie bare silicon) are very soft while some layers (ie deposited aluminum) are very rough.
경사 조명 각도는 "로이드 미러(Lloyd's mirror)" 효과(특히, 표면으로부터의 높이가 금속 표면에 대한 입사 광의 파장보다 훨씬 적은 거칠기 및 그레인으로부터 실질적으로 산란이 감소되는 표면의 입사 광 및 반사 광의 파괴 간섭)에 의해 그레인 및 거칠기의 원치않는 광학적 산란을 감소시키는데 도움이 된다는 것이 널리 공지되어 있다. 그러나 경사 조사 각도는 일부 층의 수직 조사보다 덜 유용하게 하는 일부 제한을 가진다. 경사 조사 각도의 하나의 단점은 광이 폴리-실리콘 또는 금속 배선에 사용되는 라인과 같은 집약적인 라인 사이를 관통할 수 없다는 것이다. 경사 조사의 다른 단점은 산란된 신호가 기판 피처의 방향에 의존한다는 것이다(즉, 수직 조사시 대칭 손실이 존재한다).The oblique illumination angle has a "Lloyd's mirror" effect (especially the interference of incident and reflected light on the surface where the height from the surface is much less than the wavelength of incident light on the metal surface and the scattering is substantially reduced from the grain). It is well known that it helps to reduce unwanted optical scattering of grain and roughness. However, the oblique irradiation angle has some limitations that make it less useful than the vertical irradiation of some layers. One disadvantage of the oblique irradiation angle is that light cannot penetrate between intensive lines, such as those used for poly-silicon or metal wiring. Another disadvantage of tilted irradiation is that the scattered signal depends on the direction of the substrate feature (ie there is a loss of symmetry in the vertical irradiation).
실제 검사 시스템에서, 스폿(spot) 크기가 결정될 수 있는 대체 가능한 광학 엘리먼트를 가지는 것이 종종 바람직하다. 따라서, 이러한 시스템은 제한된 감도에서도 큰 스폿 크기로 스캐닝하며 매우 높은 스캐닝 속도를 얻도록 최적화되며, 다른 한편으로는 낮은 스캔 속도에서도 작은 스폿 크기로 스캐닝하며 매우 높은 민감도를 얻도록 최적화될 수 있다. 수직 조사에 있어서, 이것은 극히 간단하며 종래의 분해능에 의해서만 스폿이 얼마나 작아질 수 있는가가 제한된다. 그러나 경사 조사에 있어서, 스폿이 경사진 기판 평면을 가로질러 퍼지는 부가적인 기하학적 원인으로 인해 매우 작은 스폿은 얻어질 수 없다.In practical inspection systems it is often desirable to have replaceable optical elements whose spot size can be determined. Thus, such a system can be optimized to scan at large spot sizes and obtain very high scanning speeds even at limited sensitivity, while on the other hand it can be optimized to achieve very high sensitivity at small spot sizes even at low scan speeds. For vertical irradiation this is extremely simple and limits how small the spot can be by conventional resolution only. However, in inclined irradiation, very small spots cannot be obtained due to the additional geometrical causes that the spots spread across the inclined substrate plane.
따라서, 검사시 반도체 웨이퍼의 특정한 광학적 산란 특성에 기초하여, 수직 산란 조사 또는 경사 산란 조사를 선택적으로 그리고 바람직하게 사용하는 개선된 웨이퍼 검사 시스템이 필요로 하게 된다.Accordingly, there is a need for an improved wafer inspection system that selectively and preferably uses vertical scattering radiation or oblique scattering radiation based on the specific optical scattering characteristics of the semiconductor wafer during inspection.
본 발명의 이점은 스캐닝된 층의 검사 특성을 최적화하기 위해 수직 스캐닝 조사 또는 경사 스캐닝 조사를 선택적으로 그리고 바람직하게 사용할 수 있는 웨이퍼 검사 시스템이 사용된다는 것이다.An advantage of the present invention is that a wafer inspection system is used which can optionally and preferably use vertical scanning radiation or oblique scanning radiation to optimize the inspection properties of the scanned layer.
본 발명에 따르면, 전술한 그리고 다른 이점은 가변의 조사 각도로 기판을 검사하는 시스템에 의해 일부 달성된다. 가변 조사 각도의 기판 검사 시스템은 광빔을 제공하는 광원; 제 1 각도로 스캐닝 빔을 기판에 접근시키기 위해 광빔을 스캐닝 편향시키는 스캐너; 및 스캐닝 빔의 광경로에 선택적으로 삽입할 수 있으며 스캐닝 빔을 편향시켜, 제 2 각도로 기판을 접근시킬 수 있는 편향 엘리먼트를 포함한다.According to the invention, the above and other advantages are achieved in part by a system for inspecting the substrate at varying irradiation angles. A substrate inspection system having a variable irradiation angle includes a light source for providing a light beam; A scanner for scanning deflecting the light beam to access the scanning beam at a first angle to the substrate; And a deflection element that can be selectively inserted into the optical path of the scanning beam and deflects the scanning beam to approach the substrate at a second angle.
본 발명의 다른 측면은 광빔을 제공하는 광원 및 제 1 광경로를 따라 기판으로 광빔을 출력시키도록 제공된 스캐닝 엘리먼트를 포함하는 기판 검사를 위한 가변의 조사 각도의 검사 시스템이며, 상기 제 1 광경로는 기판에 입사되어 기판에 대해 제 1 각도를 형성하는 부분을 포함한다. 편향 엘리먼트는 제 2 광경로를 따라 기판으로 광빔을 출력하기 위해 제 1 광경로에 선택적으로 도입되며, 상기 제 2 광경로는 기판에 입사되어 기판에 대해 제 2 각도를 형성하는 부분을 포함하며, 여기서 상기 제 1 각도는 제 2 각도와 상이하다.Another aspect of the invention is a inspection system of varying irradiation angles for substrate inspection comprising a light source for providing a light beam and a scanning element provided for outputting the light beam along the first light path to the substrate. And a portion incident on the substrate to form a first angle with respect to the substrate. The deflection element is selectively introduced into the first light path to output the light beam along the second light path to the substrate, the second light path including a portion incident on the substrate to form a second angle with respect to the substrate, Wherein the first angle is different from the second angle.
본 발명의 또 다른 측면은 가변의 조사 각도의 기판 검사 시스템에 사용되는 편향 엘리먼트를 제공한다. 이러한 편향 엘리먼트는 제 1 편향 표면 및 제 2 편향 표면을 포함하며, 제 1 및 제 2의 편향 표면은 각각 미러 표면을 포함한다. 제 1 편향 표면은 제 2 편향 표면에 대해 소정의 각도로 배치되며, 그 결과, 제 1 방향으로부터 편향 엘리먼트에 입사되는 조사 빔은 제 2 방향으로 편향 엘리먼트로부터 출력된다.Another aspect of the invention provides a deflection element for use in a substrate inspection system of varying irradiation angles. Such a deflection element includes a first deflection surface and a second deflection surface, and the first and second deflection surfaces each comprise a mirror surface. The first deflection surface is disposed at an angle with respect to the second deflection surface, so that the irradiation beam incident on the deflection element from the first direction is output from the deflection element in the second direction.
따라서, 상기 이유 및 여기서 논의된 이유로 인해, 본 발명은 스캐닝된 층의 특정한 특성에 대해 최적화될 수 있다. Thus, for the above reasons and the reasons discussed herein, the present invention can be optimized for the specific characteristics of the scanned layer.
본 발명의 추가의 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명으로 당업자에게 용이하게 이해될 것이며, 여기서는 본 발명의 바람직한 실시예만이 본 발명을 수행하는 최적의 방법에 대한 설명에 의해 간단하게 도시되며 기술된다. 구현되는 바와 같이, 본 발명은 다르고 상이한 실시예가 가능하며, 여러 가지 세부 사항은 다양하고 명백한 관점에서 변형이 가능하며, 이는 모두 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는다. 따라서, 도면 및 명세서는 예시적인 것이지, 제한적이지 않다는 것이 인식되어야 한다.Additional features and advantages of the invention will be readily understood by those skilled in the art from the following detailed description, in which only preferred embodiments of the invention are shown and described simply by way of explanation of the optimal method for carrying out the invention. . As will be realized, the invention is capable of different and different embodiments, and its several details are capable of modification in various obvious respects, all without departing from the scope of the invention. Accordingly, it should be appreciated that the drawings and specification are illustrative, but not restrictive.
도 1은 본 발명에 따라 수직으로 설정된 조사 시스템의 제 1 실시예의 도면.1 is a diagram of a first embodiment of an irradiation system set vertically in accordance with the present invention;
도 2는 제 1 각도로 경사지게 설정된 도 1의 조사 시스템의 도면.2 is an illustration of the irradiation system of FIG. 1 set to be inclined at a first angle;
도 3은 제 2 각도로 경사지게 설정된 도 1의 조사 시스템의 도면.3 is a view of the irradiation system of FIG. 1 set to be inclined at a second angle;
도 4는 스캐닝 엘리먼트 이후에 틸트(tilt)가 제공되는 본 발명에 따른 시스템의 제 2 실시예의 도면.4 shows a second embodiment of a system according to the invention in which a tilt is provided after a scanning element.
도 5는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 경사 조사 조절기의 도면.5 is a diagram of a tilt irradiation regulator that may be used in accordance with the present invention.
도 6은 오토포커스 장치와 함께 사용된 도 5의 경사 조사 조절기의 도면.6 is a view of the tilt irradiation regulator of FIG. 5 used with the autofocus device.
도 7은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 다른 형태의 경사 조사 조절기의 도면.7 is a diagram of another form of inclined irradiation regulator that may be used in accordance with the present invention.
도 8a-8b는 결함 검출시 양방향으로 조사하는 도면.8A and 8B are views irradiated in both directions upon defect detection.
도 9는 경사지게 설정되는 본 발명의 조사 실시예의 도면.9 is a view of a survey embodiment of the present invention set to be inclined.
도 10은 수직으로 설정되는 도 9의 조사 실시예의 도면.10 is a view of the irradiation embodiment of FIG. 9 set vertically;
도 1은 본 발명의 제 1 실시예이다. 아르곤 레이저 또는 적절한 고밀도의 다른 레이저 빔 소스와 같은 레이저(100)는 진공 척에 의해 수용되는 반도체 웨이퍼 또는 기판(105) 표면을 스캔하는데 사용되는 광빔을 제공한다. 통상적인 광학 장치(110)는 광빔을 형상화하는데 사용되며 예를 들어, 빔 확장기 및 원통형 렌즈(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 전술한 소자 및 그 소자의 동작 원리는 널리 공지되어 있어 여기서는 상세히 기술하지 않는다.1 is a first embodiment of the present invention. The
레이저 빔을 스캐닝하기 위한 메카니즘이 제공된다. 널리 공지된 바와 같이, 이러한 레이저 빔 스캐닝 메카니즘은 갈바노메타의 스캐닝 평면 미러, 회전형 및 다각형 미러, 음향-광학 편향기(AOD), 또는 레이저 빔에 요구되는 레이저 스캔 움직임을 부여하기 위한 다른 모든 메카니즘을 포함하며, 이 메카니즘은 도면 부호(120)로 도 1에서 도시되고 이하에서는 스캐닝 엘리먼트(120)와 동일하게 기재될 것이다. 아울러, 스캐닝된 빔을 바람직한 광학 채널(예를 들어, 수직 또는 경사 조사 채널)을 향해 편향시키는 메카니즘이 제공된다. 편향 메카니즘은 예를 들어, 채널들 중 어느 하나를 향하도록 빔을 회전시킬 수 있는 이동 가능한 미러, 광경로의 내부 및 외부로 이동시키는 선형 액츄에이터 상의 미러, 또는 AOD를 포함할 수 있다. 스캐닝 메카니즘 및 검출 메카니즘의 여러 구성 및 조합이 이하에서 추가로 상세히 기술되지만, 기술된 상기 예는 제한적이지 않으며 본 발명에 따라 스캐닝 메카니즘 및 편향 메카니즘을 위한 다수의 다른 조합 및 하위 조합이 제공될 수 있다.A mechanism for scanning a laser beam is provided. As is well known, these laser beam scanning mechanisms are Galvanometer's scanning plane mirrors, rotary and polygon mirrors, acoustic-optical deflectors (AODs), or any other method for imparting the laser scan movement required for a laser beam. A mechanism is shown, which is shown in FIG. 1 by
하나의 기본적인 구성에서, 당업자에게 공지된 바와 같이, 스캐닝 엘리먼트(120)는 스캐닝 제어기(115)로부터의 스캐닝 명령 신호에 응답하는 소정의 미소한 증가에 의해 미러 각도를 조절할 수 있는 모터(126)에 의해 회전된 갈바노메타 스캐닝 평면 미러를 포함한다. 이러한 실시예에서, 스캐닝 메카니즘 및 편향 메카니즘은 바람직하게는 단일 엘리먼트로 통합된다. 스캔은 다수의 중앙 위치 주위에서 시작되며, 각각의 중앙 위치는 수직 및 경사 조사 채널에 따라 바람직한 방향으로 스캐닝된 빔의 편향에 대응된다. 이러한 2개의 조사 채널은 도 1 및 2에 도시되며, 상기 도 1 및 2는 수직 조사 경로 또는 채널에 대응하는 하나의 중앙 위치 및 경사 조사 채널에 대응하는 다른 하나의 중앙 위치를 각각 나타낸다.In one basic configuration, as is known to those skilled in the art, the
스캐닝 엘리먼트(120)는 반도체 웨이퍼 또는 기판(105)을 향해 또는 대물 렌즈(130) 또는 미러(140)와 같은 광학 소자를 향해 소정의 방향으로 광빔을 편향시킨다. 상기 스캐닝은 예를 들어, X축과 같은 제 1 축을 따라 수행될 수 있는 반면, 웨이퍼는 Y축과 같은 제 1 축에 수직인 제 2 축을 따라 스캐닝 스테이지(도시되지 않음)에 의해 이동된다. 스캐닝 속도, 스캐닝 라인의 길이, 인접한 라인 사이의 간격, 및 광빔의 스폿 크기와 같은 프로세서 변수의 다른 조합은 사용자에 의해 목표되는 바와 같이, 본 발명을 수행하는데 사용될 수 있다.The
도 1에 도시된 위치에서, 갈바노메타 스캐닝 평면 미러를 포함하는 스캐닝 엘리먼트(120)의 틸트 각도는 상기 빔이 수직(예를 들어, X축 및 Y축에 수직인 Z축을 따라)으로 웨이퍼(105)를 향하도록 설정된다. 당업자에게 공지되어 여기서는 상세히 기술되지 않는 방법에서, 광학 릴레이(106)는 스캐닝 엘리먼트(120) 및 대물 렌즈(130) 사이의 광을 중계하는데 사용되는 한 쌍의 렌즈를 포함하며, 웨이퍼 상에 스캐닝된 빔을 포커싱한다. 암시야 검출기(160)는 바람직하게는 일본 하마마쯔에 의해 제조된 4개의 광다중화기 튜브(PMT), 또는 당업자에게 공지된 방식으로 웨이퍼의 X 및 Y축에 대해 기울어진 피처로 산란된 광을 검출하기 위해, 서로 90°로 이격되며 웨이퍼(105)의 X 및 Y축에 대해 약 45°의 각도로 배치된 광 다이오드 검출기를 포함한다. 보다 많거나 보다 적은 수의 PMT 또는 광 다이오드가 사용될 수 있으며 이러한 검출기의 배치는 또한 특정 응용에 따라 암시야 검출을 최적화시키도록 변화될 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 미러(140), 대물 렌즈(150), 제 1 미러(170), 제 2 미러(180), 및 액츄에이터(190)는 스캐닝 광빔의 광경로에 포함되지 않는다.In the position shown in FIG. 1, the tilt angle of the
도 2는 도 1의 경사 조사 모드 시스템을 도시한다. 이러한 모드에서, 스캐닝 엘리먼트(120) 평면 미러의 틸트는 광학 릴레이(107)를 통과하여 미러(140)를 향해 스캐닝된 빔을 편향시키도록 변화된다. 미러(140)는 대물 렌즈(150)를 향하고 이를 통과하는 광을 편향시킨다. 액츄에이터(190)는 다수의 미러(170, 180) 중 하나를 빔 경로에 도입시킨다. 도 2에서는 2개의 미러만이 도시되지만, 본 발명은 바람직하게는 2개 이상의 미러를 포함할 수 있다. 각각의 미러(170, 180)는 각각 이동 액츄에이터 아암(175, 185)에 접속된다. 미러(180)는 스캐닝 미러(120) 및 중간에 위치한 모든 광학 엘리먼트로부터 입사광을 수광하고 경사 조사를 제공하는 경사 각도로 웨이퍼(105)를 향해 광빔을 편향시킨다.FIG. 2 illustrates the tilt irradiation mode system of FIG. 1. In this mode, the tilt of the
도 2 및 3에서 도시된 바와 같이, 조사 각도를 변화시키기 위해, 액츄에이터(190)는 다른 미러, 즉 미러(170)를 도입하여 스캐닝 미러로부터 출력된 광빔을 인터셉트하고 선택 해제된 미러(180)를 집어 넣는다. 선택 해제된 미러(즉, 미러(180))와 다른 경사도 또는 각도를 가지는 미러(170)를 삽입하여 도 3에서 도시된 바와 같이, 조사 각도를 변화시킨다. 소정의 각도로 정렬된 다수의 미러는 다소 상이한 각도로 미리 정렬된 각각의 미러로부터 웨이퍼(105) 상의 동일한 위치까지 입사 광빔의 방향을 지향시키는데 사용된다. 선택적으로, 미러(170, 180) 대신에 단일 미러가 사용될 수도 있으며, 상기 미러는 입사 광빔에 관한 선택된 축에 대해 원하는 각도로 선택적으로 경사지게 되며, 요구되는 조사 각도를 얻으며, 이에 의해 웨이퍼(105) 상에 입사되는 조사 스폿의 위치를 변경시킨다.As shown in FIGS. 2 and 3, in order to change the irradiation angle, the
도 4는 본 발명의 다른 변화를 도시하며, 스캐닝 엘리먼트는 미국 크리스탈 테크놀로지스 인코포레이티드(CTI)사에 의해 제조된 음향 광학 편향기(AOD)(145) 미러(125)를 포함한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, AOD 스캐닝 엘리먼트(145)는 예를 들어, 선택된 음향 광학 결정의 광학 굴절 지수를 조절하고 광빔을 편향시키며 웨이퍼(105) 사이의 경로로 그리고 경로를 통해 입사 광빔의 방향을 변화시키기 위해 음파를 발생시키는 변환 부분을 포함한다. 미러(125)는 광학기(110)로부터 AOD 스캐닝 엘리먼트(145)로 출력된 광빔의 방향을 설정한다. 선택적으로, 레이저(100) 및 광학기(110)는 AOD 스캐닝 엘리먼트 또는 회전형 미러(145)로 광빔을 직접 입력하도록 배치될 수 있다. 경사 조사는 액츄에이터(195)에 의해 제공되며, 상기 액츄에이터는 미러(140)를 향해 스캐닝 빔을 편향시키기 위하여 스캐닝 빔에 편향 미러(186)를 도입하며, 스캐닝 빔은 도 1-3에 도시된 경로와 유사한 경로를 따른다. 수직 조사를 제공하기 위하여, 액츄에이터(195)는 AOD 스캐닝 엘리먼트(145)에 의해 출력된 광빔의 광경로로부터 편향 미러(186)를 뺀다.4 illustrates another variation of the present invention, wherein the scanning element comprises an acousto-optic deflector (AOD) 145
도 1-4에 도시된 실시예는 편향 미러를 광경로에 선택적으로 삽입하여 원하는 조사 각도를 얻기 위해 액츄에이터를 제공한다. 마찬가지로, 전술한 내용 및 도 5-7에 도시된 실시예에 따르면, 하나 이상의 액츄에이터는 광경로에 여러 대물 렌즈를 선택적으로 삽입할 수 있으며, 개별적으로 또는 대물 렌즈와 함께, 광경로에 글라스 웨지(glass wedge)를 선택적으로 삽입할 수 있다. 도 5-7에서 도시되는 바와 같이, 이러한 글라스 웨지는 대물 렌즈(130)(도 1-4에 도시) 하부에 삽입되어, 기판에 수직한 조사 빔을 기판에 경사진 방향으로 편향시킨다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 이하에서 기술되는 도 5-7에서 각각의 편향 엘리먼트 상에 도시된 대물 렌즈는 도시된 대물 렌즈(130)와 반드시 동일할 필요는 없으며, 유사한 목적을 위해 스캐닝 시스템의 어느 위치에도 배치될 수 있다.1-4 provide an actuator to selectively insert a deflection mirror into the optical path to achieve the desired irradiation angle. Similarly, according to the foregoing and the embodiments shown in FIGS. 5-7, one or more actuators can selectively insert multiple objective lenses into the optical path, and individually or in combination with the objective lens, the glass wedge ( Optional glass wedges can be inserted. As shown in Figs. 5-7, these glass wedges are inserted below the objective lens 130 (shown in Figs. 1-4) to deflect the irradiation beam perpendicular to the substrate in a direction inclined to the substrate. As will be appreciated by those skilled in the art, the objective lens shown on each deflection element in FIGS. 5-7 described below need not necessarily be the same as the
따라서, 전술한 바에 따르면, 경사 조사는 프리즘 또는 반사형 글라스 웨지와 같은 상이한 광학 편향 소자를 수직 조사 스캐닝 빔에 도입함으로써 수직 조사 스캐닝 빔으로부터 얻어질 수 있다. 이것은 예를 들어, 액츄에이터(195) 및 이동 가능한 액츄에이터 암(185)을 이용하여 달성될 수 있거나, 광학 엘리먼트를 광경로에 도입하는 당업자에 의해 인식될 수 있는 다른 모든 방법으로 달성될 수 있다.Thus, according to the foregoing, oblique irradiation can be obtained from the vertical irradiation scanning beam by introducing different optical deflection elements, such as prisms or reflective glass wedges, into the vertical irradiation scanning beam. This may be accomplished, for example, using the
예를 들어, 광학 편향 엘리먼트는 도 5에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(130) 아래에 배치되는 부분 반사되는 글라스 웨지(500)를 포함할 수 있다. 적절한 웨지 형태의 선택과 유리의 굴절 지수는 대물 렌즈(130)의 중앙에 부합하는 A축을 따라 수직으로 제공된 조사 광과 동일한 거리 및 위치에 경사 조사를 포커싱할 수 있게 한다. 환언하면, 도 5는 경사 조사 초점이 수직 조사 초점과 부합되는 바람직한 구성을 나타낸다. 본 발명의 이러한 측면에서, 글라스 웨지는 SFL6 유리로 형성되지만, 변형된 다른 글라스 웨지는 BK7과 같은 통상적인 다른 유리를 이용할 수도 있다. 글라스 웨지의 꼭지각(α)은 30°이고, 상부면의 폭(H)은 10.88mm이고, 최좌측 표면의 길이(L)는 18.8mm이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단부(E)는 기판에 대해 글라스 웨지(500)의 위치 설정을 용이하게 하는 단부(E)의 쉐이딩(shading)에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 도 5는 본 발명에 따른 광학적 편향 엘리먼트를 나타내며 정확한 치수를 한정하거나 설명하도록 해석되어서는 안된다.For example, the optical deflection element may include a partially reflected
원래의 역 초점 길이(B)는 15.8mm이고 대물 렌즈(130)의 대상물 역 초점 평면은 글라스 웨지의 상부로부터 간격(D), 4mm에 위치된다. 대물 렌즈로부터 광학 시스템의 개구 정지부의 중앙을 통과하는 주 광선에서 글라스 웨지의 최좌측 표면의 간격(T)은 8.08mm이다. 전술한 구성에서, 렌즈의 개구수(NA)는 0.125가 되도록 선택된다. 그러나 선택된 파라미터에 기초하여 약 0.04 내지 0.125 범위의 NA가 사용될 수도 있다.The original inverse focal length B is 15.8 mm and the object inverse focal plane of the
이러한 관점에서 직각의 삼각형 프리즘이 이용되지만, 불규칙한 다각형의 다른 형태도 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 또한, 전술한 치수는 경사 조사를 제공하는 글라스 웨지의 하나의 특정 실시예만을 구체화하며 재료, 각도 및 치수의 다른 많은 조합은 본 발명에 따른 전술한 결과를 달성하는데 사용될 수 있다. 환언하면, 상기 실시예에서, 60°의 입사각을 형성하기 위해 30°의 꼭지각이 선택되지만, 전술한 원리를 이용한 상이한 웨지(500)의 기하학적 형태 및 특성을 이용하여 다른 입사각이 얻어질 수도 있으며 전술한 예시적 파라미터는 특정 실시예에 관한 것이며 여기서 개시된 본 발명의 기술적 사상을 제한하지는 안는다는 것이 이해되어야 한다. 아울러, 글라스 웨지(500)가 대물 렌즈(130) 아래에 배치될 수 있는 것으로 기술되지만, 바람직하게는 다른 변형 구성도 사용될 수 있다. 예를 들어, 글라스 웨지(500)는 대물 렌즈(130)에 통합되거나 공통 구조 내에서 구체화되어 입사 조사 광 내에 동시에 배치될 수 있다.Right angled triangular prisms are used in this respect, but other forms of irregular polygons may also be used in accordance with the present invention. In addition, the foregoing dimensions only specify one particular embodiment of a glass wedge that provides tilted illumination and many other combinations of materials, angles, and dimensions can be used to achieve the aforementioned results in accordance with the present invention. In other words, in this embodiment, a vertex angle of 30 ° is selected to form an angle of incidence of 60 °, but other angles of incidence may be obtained using the geometry and characteristics of
도 5에서 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(130)로부터 출력된 광은 반사 알루미늄 또는 알루미늄 합금 코팅과 같은, 그러나 제한적이지는 않은 미러 표면(520)에 반사되어, 수직 조사 초점 상에 경사지게 포커싱된다. 프리즘 및 대물 렌즈를 통해 명시야 검출기로 역 산란된 광이 사용되어 검사 목적을 위해 수집될 수 있다. 아울러, 웨이퍼 또는 표본에 의해 모든 방향으로 확산된 모든 광은 처리를 위해 수집되어 사용될 수 있다.As shown in FIG. 5, the light output from the
자동화된 검사 시스템에서, 오토포커스 메카니즘이 바람직하다. 수직 조사 구성에 이용될 수 있는 일부 오토포커스 시스템은 대물 렌즈를 통해 역 반사된 광을 이용한다. 이러한 오토포커스 메카니즘은 변형된 단방향 경사 조사 조절기에 의해 수용될 수 있다. 변형된 조절기에서, 도 6에서 도시된 오토포커스 프리즘(600)은 제 2 광경로에 의해 오토포커스 가능한 도 5의 글라스 웨지(500)에 제공될 수 있다. 도 5의 실시예에 따라, 하나 이상의 액츄에이터는 상이한 대물 렌즈를 광경로에 선택적으로 삽입하며, 개별적으로 또는 대물 렌즈 및/또는 오토포커스 프리즘(600)과 함께 글라스 웨지(500)를 광경로에 선택적으로 삽입할 수 있다.In automated inspection systems, autofocus mechanisms are preferred. Some autofocus systems that can be used in vertical illumination configurations utilize light reflected back through the objective lens. This autofocus mechanism can be accommodated by a modified one-way tilt irradiation regulator. In a modified regulator, the
이러한 실시예에서, 글라스 웨지(500) 상의 미러 표면(520)은 입사광의 일부를 투과하는 반사 코팅(620)으로 대체된다. 다음으로, 수직 방향으로의 명시야 반사는 반사 코팅(620)을 통해서 대물 렌즈(130)에 적어도 부분적으로 재 투과되어 명시야 검출 및 오토포커스를 가능하게 할 수 있다. 도 5에서, 대물 렌즈(130)로부터의 입사광의 일부는 반사 코팅(620)을 통해서 투과되며, 상기 광의 나머지 일부는 도시된 경사 조사 경로를 따라 투과된다. 예를 들어, 반사 코팅(620)을 통해 투과된 광은 상기 광의 약 5-10%를 포함할 수 있으며, 경사 조사 경로를 따르는 상기 광의 나머지 부분은 대응하여 상기 광의 90-95%를 포함한다. 오토포커스 프리즘(600)은 도 5에서 도시된 바와 같이, 개별적으로 또는 저 전력 원통형 렌즈(630)와 함께 수직 조사 및 경사 조사의 초점 높이를 정합시키도록 구성될 수 있다. 그러나 상기 시스템은 조사 경로 광학 장치에 기초한 오토포커스에 제한되지 않으며 예를 들어, 반사 광 경로에서의 PSD와 같은 다른 원리에 기초한 오토포커스에도 아주 적합하다. 예를 들어, 당업자에게 공지된 방식으로 제 1 조사 빔이 경사지고 웨이퍼로부터 반사된 입사광을 검출하고 이용하도록 검출기가 배치될 때 오토포커스가 수행될 수 있다. 아울러, 본 발명의 시스템은 오토포커스를 구비하거나 구비하지 않고서 동작될 수 있다.In this embodiment, the
또한, 도 7에서 도시된 바와 같이, 경사 조사는 도 5의 유리 에지를 글라스 웨지(700, 710, 및 720)를 포함하는 3-섹션 조절기(790)로 대체함으로써 양방향으로 제공될 수 있다. 표면(730)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층과 같은 100% 반사 코팅으로 커버된다. 표면 코팅(740)은 s-편광 및 p-편광(이하에서는 입사광 성분의 투과 비율을 각각 반영하는 s740% 및 p740%로 표시된다)의 특정 부분을 투과하고 투과되지 않은 나머지 광 성분을 반사시키는 섹션(700 및 710)의 경계면에 제공된 편광 빔스플리터 코팅이다. 이러한 실시예에서, 입사광의 편광은 1/4 파장 판 또는 1/2 파장 판의 사용을 통해 s 및 p 편광 모두를 포함하도록 제어된다. 표면 코팅(740)은 p 편광보다 더 큰 비율의 s 편광(즉, s740% > p740%)을 투과하도록 제공된다. 표면 코팅(750)은 대략적으로 s750% s 편광 및 p750% p 편광을 투과하고 s750% > p750%에서 투과되지 않는 나머지 광 성분을 반사시키는 섹션(710 및 720)의 경계면에 제공된 편광 빔스플리터 코팅이다. 따라서, 섹션(700)으로부터 나타나는 경사 빔(705)은 주로 s 편광화되는 반면, 섹션(720)으로부터 나타나는 경사 빔(725)은 주로 p 편광화된다. 상기 실시예에 의하여, 하나의 바람직한 구성은 s740=99% 및 p740=1%인 표면 코팅(740), 및 s750=1% 및 p750=99%인 표면 코팅(750)을 사용한다. 일반적으로, 표면 코팅은 바람직한 모든 성분 또는 광 성분을 투과하는데 사용될 수 있으며 전술한 실시예에 제한되지 않는다.In addition, as shown in FIG. 7, inclined illumination can be provided in both directions by replacing the glass edge of FIG. 5 with a three-
또한, 표면 코팅(740 및 750)은 서로 인접한 다수의 층을 포함할 수 있는데, 상기 코팅(740 및 750)의 기능은 다수의 층에 의해 나누어진다. 예를 들어, s 편광 빔스플리터 코팅(740)은 하나 이상의 층을 이용할 수 있으며, 층의 조합은 원하는 편광 레벨을 형성한다. 따라서, 제 1 편광 비율을 가지는 제 1의 s 편광 빔스플리터 코팅(740)은 제 1의 s 편광 빔스플리터 코팅(740)에 요구되는 편광 레벨을 형성한 후에만 제공되는 제 2 편광 비율을 가지는 제 2의 s 편광 빔스플리터 코팅(741)(도시되지 않음)과 함께 사용될 수 있다.In addition,
선택적으로, 표면 코팅(740 및 750)은 1/2 파장 판 및 편광 빔스플리터 코팅에 의해 대체될 수 있다. 예를 들어, s 편광 빔스플리터 코팅(740) 대신, p 편광 빔스플리터가 2개의 1/2 파장 판 사이에 배치될 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 제 1의 1/2 파장판은 90도 만큼 입력 편광을 회전시키고, s- 를 p-로 바꾸며 그리고 그 역으로 바꾼다. p 편광 빔스플리터 코팅은 p-(원래는 s-)를 투과하고 제 2의 1/2 파장 판은 다른 90도로 입력 편광을 회전시키고, 입력 p 편광을 출력 s 편광으로 바꾼다. 이 실시예는 또한 1/4 파장 판과 같은 파장 판의 다른 조합, 및/또는 원하는 출력 편광 비율을 달성할 수 있는 편광 빔스플리터 코팅을 고려한다. 본 발명의 시스템에 사용하기 적합한 하나의 편광 비율은 대략 99:1이다.Optionally,
3-섹션 조절기(790)는 액츄에이터(190) 및 이동 가능한 액츄에이터 암(185)에 의해 광경로로 도입되어, 경사 각도로 웨이퍼 또는 기판을 향하는 입사광을 편향시키고 대물 렌즈(130)의 중앙에 부합되는 A 축을 따라 수직 방향으로 제공된 조사 광과 동일한 간격 및 동일한 위치에서 경사 조사를 포커싱한다. 본 발명의 이러한 측면에서, 글라스 웨지는 SFL6 유리로 구성되지만, 3-섹션 조절기(790)의 다른 변형은 BK7과 같은 통상의 다른 유리를 이용할 수 있다. 글라스 웨지의 꼭지각(α)은 30°이고, 상부면의 폭(H)은 10.88mm이고, 최좌측면의 길이(L)는 18.8mm이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단부(E)는 기판에 대한 글라스 웨지의 배치를 용이하게 하는 단부(E)의 쉐이딩에 의해 선택적으로 제거될 수 있다.The 3-
원래의 역 초점 길이(B)는 15.8mm이고 대물 렌즈(130)의 대상물 역 초점 평면은 3-섹션 조절기(790)의 상부로부터 4mm의 간격에 배치된다. 글라스 웨지(700 및 720)의 최좌측 또는 최우측면으로부터, 대물 렌즈(130)에서 광학 시스템의 개구 정지부의 중앙을 통과하는 주 광선까지의 간격(T)은 8.08mm이다. 상기 렌즈의 개구수(NA)는 0.125이다. 그러나 선택된 파라미터에 기초한 약 0.04 내지 0.125 범위의 NA가 사용될 수 있다. 도 7은 본 발명에 따른 광빔을 편향시키는 조절기(790)를 나타내며 정확한 치수를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.The original inverse focal length B is 15.8 mm and the object inverse focal plane of the
상기 한정된 치수는 경사 조사를 제공하는데 함께 사용되는 글라스 웨지(700, 710 및 720)의 하나의 특정 실시예만을 나타내고 재료, 각도, 및 치수의 다른 많은 조합은 본 발명의 따른 전술한 결과를 달성하는데 사용될 수 있으며 상기 예시적 파라미터는 하나의 특정 실시예에만 관련된 것이며 이에 제한되지는 않는다. 아울러, 제 1 조사 빔이 경사질 때라도, 3-섹션 조절기(790)는 전술한 바 및 당업자에게 공지된 바와 같이, 오토포커스 시스템의 지속적 사용을 가능하게 한다. 또한, 전술한 실시예에 따라, 하나 이상의 액츄에이터는 광경로에 다른 대물 렌즈를 선택적으로 삽입할 수 있으며 개별적으로 또는 대물 렌즈 및/또는 포커싱 장치와 함께 광경로에 3-섹션 조절기(790)를 선택적으로 삽입할 수 있다.This limited dimension represents only one specific embodiment of the
도 7의 구성에서, 대물 렌즈(130)로부터의 출력광은 미러 표면(730)에 반사되어 수직 조사 초점 상에 경사지게 포커싱된다. 각각의 빔(705, 725)으로부터의 스페큘라(specular) 반사는 대향 편광 빔의 경로로 되돌아간다. 예를 들어, 경사 빔(705)은 표면(775), 또는 입자 또는 그 위에 또는 그 내부에 형태학적 피처에 스페큘라 반사된다. 이러한 반사 빔(705)은 표면 코팅(750)을 향해 직접적으로 또는 대향하는 미러 표면 코팅(730)에 의해 표면 코팅(750)을 향해 간접적으로 웨지(720)의 최우측면 상의 미러 표면(730)에 반사된다. 전술한 바와 같이, 표면 코팅(750)은 빔(705)의 s 편광 부분의 약 1% 및 p 편광 성분의 약 99%를 투과하며 반사 빔(705)의 이러한 부분은 p 편광 빔스플리터 코팅(750)을 통해 투과된다. 유사하게, 반사 빔(725)의 일부는 s 편광 빔스플리터 코팅(740)을 통해 투과된다. 이러한 투과된 부분은 대물 렌즈를 통해 명시야 검출기 및 오토포커스로 연속된다. 오토포커스의 다른 메카니즘 이외에, 이 장치에 의해 이미지가 이중이 아닌 단일 스캔 라인으로 구성된다는 것을 입증함으로써 오토포커스가 달성될 수 있다.In the configuration of FIG. 7, the output light from the
또한, 2개의 편광은 반대 방향으로 투과되기 때문에, 산란된 광은 결함 식별에 도움이 될 수 있는 방위각의 편광 의존도를 가진다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, s 및 p 편광을 이용한 양방향 조사로 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 투명한 기판(810) 상의 그리고 그 내부의 미소한 결함의 높이 식별이 가능하다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 입사 빔이 중첩되기 때문에, 기판(810) 표면 상의 작은 피처(800)의 이미지는 다른 암시야 투시법으로부터 얻어지는 이미지의 한 위치에서 나타난다. 그러나 도 8b에 도시된 바와 같이, 피처(800)가 기판 표면 하부 또는 기판 표면 상부에 존재하면 이미지가 이중으로 되는데, 이는 입사빔(820, 830)이 분리되고 상기 피처(800)가 스캐닝 동안 2번 조사되기 때문이다. 스폿 크기에 비교할만한 또는 그 이상이 되도록 피처로부터 기판 표면까지의 수직 간격이 요구되기 때문에 도 8a 및 8b에 도시된 효과가 일반적으로 언급되지 않지만, 전술한 효과로 인해 유용한 정보가 제공된다. 또한, 신호는 잡음을 감소시키기 위해 양립되지 않도록 부가되는 2개의 중첩된 잡음 이미지로 구성되기 때문에 잡음이 있는 하부층은 평탄화될 것이다. 또한, 양방향 빔(820, 830)의 편광은 직각이기 때문에, 상기 빔은 공지된 간섭 패턴을 형성하지는 않을 것이다.In addition, since the two polarizations are transmitted in opposite directions, the scattered light has a polarization dependence of the azimuth angle which can help in defect identification. For example, as described above, bidirectional irradiation using s and p polarizations allows for the identification of the height of the microscopic defects on and within the
본 발명의 다른 실시예는 도 9에서 도시되는데, 여기서 레이저 조사는 경사지게 제공되지만, 수직으로 조사되도록 방향을 재설정할 수도 있다. 특히, 레이저(900)는 광빔을 광학기기(910)에 출력하며, 상기 빔을 형상화하며 예를 들어, AOD 스캐닝 엘리먼트 또는 미러(도시되지 않음)를 사용하는 스캐닝 편향을 제공한다. 광학기기(910)는 예를 들어, 빔 확장기 및 원통형 렌즈(도시되지 않음) 또는 당업자에게 공지된 다른 형태의 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 릴레이는 레이저(900)로부터 대물 렌즈(960)까지 광을 투과하기 위해 제공될 수 있으며 암시야 검출기(950)는 당업자에게 공지된 바와 같이, 웨이퍼(905)로부터 산란된 광을 수집하여 입자 및 결함을 검출할 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다. 수직 조사가 요구될 때, 액츄에이터(920)는 편향 미러를 도입하여 광학 릴레이(108) 및 대물 렌즈(960)를 통해 선택된 기판 좌표까지 광을 미러(930)를 향하도록 편향시키며, 도 10에서 도시된 바와 같이, 제 1 광경로는 기판(905)에 입사되는 부분을 포함한다.Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 9 where the laser irradiation is provided at an angle, but may be redirected to be irradiated vertically. In particular, the
당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 상기 시스템은 수직 또는 경사 모드로 웨이퍼 전체를 스캐닝하도록 배치된 스캐닝 빔을 제공한다. 아울러, 스캐닝 제어기(115)의 도움으로, 시스템은 예를 들어, 이러한 영역의 결함 검출을 향상시키기 위해 웨이퍼의 개별 부분의 선택적인 수직 또는 경사 스캐닝을 제공하도록 조절될 수 있다. 특히, 청구항에서 설명되는 본 발명은 관심이 있는 특정 좌표를 상세히 설명 및 바람직한 투시도의 전체 웨이퍼의 시험을 가능하게 한다.As will be appreciated by those skilled in the art, the system provides a scanning beam arranged to scan the entire wafer in a vertical or inclined mode. In addition, with the help of the
따라서, 본 발명은 웨이퍼 검사 동안 스캐닝된 층의 검사 특성을 최적화하기 위해 수직 스캐닝 조사 또는 경사 스캐닝 조사를 선택적으로 또는 바람직하게 사용할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 재료, 장비 및 방법에 대한 명백한 여러 실시예가 여기서 설명되지만, 여러 구체적 실시예는 당업자에게 공지된 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 여기서 설명된다. 본 발명의 바람직한 실시예 및 여러 가지 일부 실시예가 도시되고 개시되며, 본 발명은 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 범위에서 변형 및 조합이 가능하다는 것이 이해되어야 한다.Accordingly, the present invention provides an apparatus that can selectively or preferably use vertical scanning radiation or oblique scanning radiation to optimize the inspection characteristics of the scanned layer during wafer inspection. While various obvious embodiments of materials, equipment, and methods are described herein in order not to unnecessarily obscure the present invention, several specific embodiments are described herein to provide a thorough understanding of the present invention known to those skilled in the art. Preferred embodiments of the present invention and several various embodiments are shown and described, and it should be understood that the present invention is capable of modification and combination without departing from the scope of the present invention.
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