KR101785069B1 - 다크 필드 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다크필드 조명장치는 반도체 부품의 결함검사를 위해 조명광을 제공하는 조명장치에 있어서, 결함을 검출하기 위해 광원을 조사하는 광원부와, 상기 광원이 조사된 후 산란된 광선을 분석함으로써 검출된 결함의 검출율을 획득하는 분석부 및 상기 검출율에 따라 광원부의 이동을 제어하여 광원의 회전각(rotation angle)을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

다크 필드 조명 장치{Darkfield illumination device}

본 발명은 다크 필드 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부품 소자, 디바이스의 결함 검사를 위해 적용되는 조명장치로써, 검사 대상체의 특성에 따라 최적의 DF(Darkfield) 조명을 제공할 수 있도록 구현되는 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼(wafer)나 PCB, LCD, PDP, 유기 EL 등의 평판표시소자인 기판(이하 "기판"이라 총칭함.)을 생산할 때 기판에 남아 있는 이물이나 얼룩 등의 결함을 발견하기 위하여 제조라인에서는 소정의 공정 종료 후에 검사공정을 구비하여, 기판에 조명을 조사하고, 그에 의한 반사광을 육안으로 관찰하거나 또는 그에 의한 상을 이미지 센서로 촬상하여 화상처리 함으로써 제품 검사를 행하고 있다. 이때, 결함을 용이하게 발견하기 위하여 기판 전체를 균일하게 조명하는 조명 장치가 이용된다.

반도체 웨이퍼의 표면은 최적으로 편평한 형태이다. 그러나, 블랭크 웨이퍼에서 조차도 소량의 잔류 거침부(roughness)가 불가피하게 존재한다. 단지 2nm 이하(즉, 검사를 위해 사용되는 광의 파장보다 매우 작은)일 수도 있는 이런 거침부는 다크 필드 검사 시스템의 이미징 센서에서 검출된 산란 광의 바람직하지 않은 요동을 야기할 수도 있다. 이러한 요동은 잡음 플로어(noise floor)로서 특징지어지고 본 명세서에서는 "스펙클(speckle)"로 지칭된다.

웨이퍼 검사에 있어서, 스펙클은 이미징 센서의 민감도에 대한 유효 제한 인자이다. 즉, 달리 검출될 수도 있는 소형 파티클(예컨대, 결함)은 스펙클에 의해 은폐될 수도 있다.

광대역 시스템의 에지 명함 대비(EC) 모드 또는 레이저 다크 필드 검사 시스템을 포함하는 종래의 다크 필드 검사 방법은 스펙클을 극복하도록 고안되지 못하였다. 유감스럽게도 광대역 시스템의 EC 모드는 저휘도 광대역 광원을 사용하여, 이미징 센서에서 낮은 조명 레벨을 야기한다. 또한, 광대역 시스템의 EC 모드는 개구수(NA)가 조명 및 이미징 양자 모두를 위해 사용되기 때문에 결함 검출에 유효한 본질적으로 제한된 개구수를 갖는다. 이러한 제한된 NA는 낮은 광학 해상도와, 산란 광에 대한 비교적 낮은 집진율(collection efficiency)을 야기한다.

KLA-Tencor 로 제공되는 퓨마 패밀리(Puma family) 제품과 같은 통상적인 레이저 다크 필드 검사 시스템은 해상도를 다소 제한할 수 있는 (예컨대, 1um 의 오더의)비교적 대형인 라인 폭을 생성하는 기울어진 광 입사를 사용한다. 또한, 통상적인 레이저 다크 필드 검사 시스템은 강한 공간적 간섭성을 야기하는 단일 조명각을 사용한다. 강한 공간적 간섭성은 실제 결함에 대한 시스템의 최종 민감도에 영향을 미칠 수 있는 비교적 큰 레벨의 거침부 유도 요동(또는 스펙클)을 야기할 수 있다.

결과적으로 종래의 조명 장치는 방향성을 가지는 조명을 사용하기 때문에 대상물 표면의 불량에 따른 형상적 차이로 인하여 광의 조사가 원활하지 못하기 때문에 이미지 획득이 저하되는 단점이 있다.

도 1 은 종래 결함 검사장치의 한 예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 웨이퍼 결함 검출을 위한 검사장치에는 DF 조명모듈(10)과 BF 조명모듈(20)이 구성되어 웨이퍼 표면으로 조명광을 각각 제공하고 여기서 반사되는 검출광(반사광)은 대물렌즈(40)를 다시 투과하여 다수의 광학계(50)를 통해 검출모듈(30)로 입사된다.

이와 같이 결함 검사 장치에 적용되는 종래의 DF 또는 BF 조명 장치는 단일 조명각을 사용하기 때문에 웨이퍼 상의 다양한 패턴 형태에 따라 적응적으로 결점을 검출하는데에 한계가 있다.

KR 10-2012-0098868호 KR 10-2009-0040572호 KR 10-0972425호

따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 부품에 대한 결함 검출율을 높일 수 있는 다크필드 조명장치를 제공하는데 있다. 또한 결함 검사 대상체에 따라 적응적으로 광원의 회전각을 조절할 수 있는 다크필드 조명장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 다크필드 조명장치는 반도체 부품의 결함검사를 위해 조명광을 제공하는 조명장치에 있어서, 결함을 검출하기 위해 광원을 조사하는 광원부와, 상기 광원이 조사된 후 산란된 광선을 분석함으로써 검출된 결함의 검출율을 획득하는 분석부 및 상기 검출율에 따라 광원부의 이동을 제어하여 광원의 회전각(rotation angle)을 조절하는 제어부를 포함한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다크필드 조명장치에 따르면, 광원의 조사각도 및 회전각도에 따라 검사대상의 결함에 대한 산란광을 증가시켜, 검사대상에 존재하는 스크래치 등의 다양한 결함으로부터 산란광을 효율적으로 검출함으로써, 결함을 검출하기 위한 유리한 조건을 다양하게 구현할 수 있다.

도 1 은 종래 결함 검사장치의 한 예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다크필드 조명장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광원부의 구체적인 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광원부를 포함하는 다크필드 조명장치의 레이아웃을 도시한 도면.
도 5는 다크필드 조명장치의 광원 입사시 조사각을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다크필드 조명장치의 사시도.
도 7은 검사 대상의 예로서 웨이퍼의 측면 및 평면을 도시한 도면.
도 8은 웨이퍼에 광원을 조사하는 모습을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 검출율을 나타내는 SNR 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 각종 이미지 사진 및 SNR을 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

본 발명에 따른 다크필드 조명장치는 신호 대 잡음비의 분석에 따라 광원장치의 조사각 뿐만 아니라 특히 회전각을 조절하여 광원을 조사함으로써, 결함 검사 대상체에 가장 적합한 조명광을 제공할 수 있는 다크 필드용 조명장치를 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

더불어 본 발명에 따른 다크필드 조명장치는 조명광의 특성에 해당하는 편광성분, 입사각도, 광 사이즈, 광형태 및 특히, 검사 대상의 수평면에 대한 광의 회전각을 자유롭게 제어함으로써, 결함 검사 대상체에 더욱 적합한 조명광을 제공할 수 있는 다크 필드용 조명장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 다크필드 조명장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다크필드 조명장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다크필드 조명장치는 반도체 부품의 결함 검사를 위해 조명광을 제공하는 조명장치에 있어서, 결함을 검출하기 위해 광원을 조사하는 광원부(1000), 상기 광원이 조사된 후 산란된 광선을 분석함으로써 검출된 결함의 검출율을 획득하는 분석부(2000) 및 상기 검출율에 따라 광원부의 이동을 제어하여 광원의 조사각(glancing angle) 및 회전각(rotation angle)을 조절하는 제어부(3000)를 포함하여 구성된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광원부의 구체적인 구조를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 조명 장치의 광원은 UV 또는 DUV 만 사용하는 것이 아니라 소스광원의 파장은 200nm 내지 2000nm 까지 다양한 파장의 레이저 및 램프를 사용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 광원부(1000)는 소스광원으로부터 발생되는 광을 전달받아 출력하기 위해 다수의 광섬유 다발로 구성되어 전달하는 광파이버(100), 상기 광파이버에서 출력된 광의 형상을 제어하기 위한 다수의 광학계로 이루어진 스태틱 모듈(200)과, 여기서 제어된 광의 편광을 결정하는 편광 모듈(300), 상기 편광 모듈에서 임의의 편광성분으로 편광된 광을 전달받아 다수의 광 모드를 통해 광의 사이즈나 형태를 변형시키는 광학 제어 모듈(400)과 상기 광학 제어 모듈에서 출력되는 조명광을 검사 대상체에 입사시키는 프로젝션 모듈(500)을 포함하여 구성된다. 본 발명에서는 조명장치를 구성하기 위한 개념적인 차원에서 각 모듈의 구성에 대하여 언급하고 그 권리범위를 보호받기 위한 것으로서, 각 모듈의 상세 특징은 본 출원인의 또 다른 출원에 게시되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광원부를 포함하는 다크필드 조명장치의 레이아웃을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 특히 광원부(1000)는 중심축을 기준으로 서로 대칭하는 두 개의 조명장치(1100, 1200)로 구비되고, 상기 두 조명장치(1100, 1200)는 검사 대상에 광원을 각각 조사한다. 이에 의해 광량을 증가시킬 수 있으므로 결함에 대한 검출력이 향상될 수 있다.

광원부(1000)는 제어부(3000)에 의해 검사 대상의 수직선상을 기준으로 소정의 각도로 비스듬히 광원을 조사할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 크게 조사각의 크기는 30도, 15도, 13도로 조사한다. 상기 조사각은 일반적인 검사 대상체를 기준으로 임의적으로 설정한 조사각으로 어디까지나 예를 설명한 것이며, 전체 조사각의 경우 0도 내지 81도사이의 다양한 각도로 조사할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 광원부(1000)는 제어부(3000)에 의해 검사 대상의 수평면 상에서 소정의 각도로 회전 이동할 수 있다. 즉, 광원부(1000)는 검사 대상의 수평면에 대하여 회전각의 크기를 0도 내지 45도로 가이드 라인에 따라 회전 이동하며 검사 대상에 광원을 조사할 수 있다. 상기 회전각은 일반적인 검사 대상체를 기준으로 설정한 회전각으로 어디까지나 예를 설명한 것이며, 전체 회전각의 경우 0~360도 사이의 다양한 각도로 회전할 수 있다. 한편, 제어부(3000)는 조사각과 회전각을 동시에 조절할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다크필드 조명장치의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 이와 같이 다크필드 조명장치의 조사각도 및 회전각도에 따라 검사대상의 결함에 대한 산란광을 증가시켜, 검사대상에 존재하는 스크래치 등의 다양한 결함으로부터 산란광을 효율적으로 검출함으로써, 결함을 검출하기 위한 유리한 조건을 다양하게 구현할 수 있다.

이를 위해, 분석부(2000)는 광원이 조사된 후 검사 대상으로부터 산란된 광선을 분석함으로써, 검출된 결함에 대한 검출율을 획득하고, 제어부(3000)는 획득된 검출율에 따라 광원부(1000)의 이동을 제어함으로써, 결함 검사 대상체에 가장 적합하도록 광원의 조사각(glancing angle) 및 회전각(rotation angle)을 조절한다. 여기서 분석부(2000)는 신호 대 잡음비(RNR: signal to noise ratio)를 이용하여 검출율을 획득할 수 있다.

구체적으로, 제어부(3000)는 검사대상에 대해 회전각이 서로 다르게 조사된 광원에 따라 획득된 다수의 신호 대 잡음비를 분석하여, 이중 상대적으로 높은 신호 대 잡음비에 해당하는 회전각을 이용하여 결함 검사를 실행한다.

본 발명의 적용 예를 들기 위해 도 7을 참조하면, 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 적층된 SiO₂ 절연막과 상기 절연막 상에 CaAS로 형성된 소정의 패턴이 구비된 검사 대상에 불순물(Cr, Cu)이 형성된 경우, 상기 불순물을 검출하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상에 소정의 회전각도로 광원을 조사할 수 있다. 이때 광원부(1000)는 제어부(3000)의 제어에 따라 서로 다른 회전각도로 웨이퍼에 광원을 조사한다. 제어부(3000)는 분석부(2000)에 의해 획득한 검출율 중 가장 높은 검출율을 나타내는 회전각도를 추출하여, 추출된 회전각도로 불순물을 집중적으로 검출하게 한다. 도 8에서는 다크필드 광원을 45도의 회전각도로 불순물에 조사하는 경우를 나타낸다.

도 9는 도 8과 같이 웨이퍼에 대해 서로 다른 회전각으로 광원을 조사했을 시, 획득된 SNR의 그래프를 나타내고, 도 10은 웨이퍼에 대해 서로 다른 회전각으로 광원을 조사했을 시 획득된 결점 이미지, 컨투어 이미지, 3D 이미지 및 SNR 수치를 나타낸다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 동일한 불순물을 가진 웨이퍼에 대해서라도 이에 조사되는 광원의 수평면상 회전각에 따라 서로 다른 검출율을 나타냄을 알 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상에 형성된 패턴과 평행한 회전각으로 웨이퍼에 광원을 조사한 경우, SNR은 24.06이고, 웨이퍼 상에 형성된 패턴에 대해 45도 이동한 회전각으로 웨이퍼에 광원을 조사한 경우, SNR은 57.4로 약 두 배 이상의 검출율의 차이가 난다.

상술한 방법을 통해 광원을 다양한 방향과 각도에서 조사할 수 있기 때문에, 검사 대상인 웨이퍼 상에 형성된 패턴에서 패턴간의 고랑이 깊은 경우라도 고랑 사이의 불량에 의한 형상적 차이를 효율적으로 검출할 수 있다.

이에 더불어 본 발명의 결함 검사 장치는 서로 다른 반도체 패턴들에 따라 적응적으로 광원의 조사각(glancing angle) 뿐만 아니라 회전각(rotation angle)을 조절함으로써, 검사 대상에 대한 결함 검출율을 높이고 이에 따라 검사의 신뢰성을 높일 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1000: 광원부 2000: 분석부
3000: 제어부

Claims (8)

1. 반도체 부품인 검사대상의 결함검사를 위해 조명광을 제공하는 조명장치에 있어서,
   결함을 검출하기 위해 광원을 조사하는 광원부;
   상기 광원이 조사된 후 산란된 광선을 분석함으로써 검출된 결함의 검출율을 획득하는 분석부; 및
   상기 검출율에 따라 광원부의 이동을 제어하여 광원의 회전각(rotation angle)을 조절하는 제어부를 포함하며,
   상기 분석부는,
   신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 이용하여 검출율을 획득하며,
   상기 제어부는,
   상기 검사 대상의 수평면 상에서 가이드 라인에 따라 회전 이동하면서 회전각이 서로 다르게 조사된 광원에 따라 획득된 다수의 상기 신호 대 잡음비를 분석하여, 상대적으로 높은 신호 대 잡음비에 해당하는 회전각을 이용하여 결함 검사를 실행하되
   상기 신호 대 잡음비가 높게 검출된 수평면 상에서의 상기 회전각에서, 상기 광원부의 이동을 제어하여 광원의 조사각((glancing angle)을 조절하면서 산란광이 증가되는 조사각을 결정하여 결함검사를 실행하며
   상기 광원부는,
   결함 검사를 위한 조명광을 제공하는 광파이버;
   상기 광파이버에서 출사되는 광을 다수의 광학계와 어퍼쳐(aperture)를 통해 임의의 형상을 갖는 광을 생성하는 스태틱 모듈(static module);
   상기 스태틱 모듈에서 출사되는 광의 편광 성분을 선택적으로 결정하는 편광모듈;
   상기 편광 모듈을 통해 임의의 편광성분을 갖는 광의 사이즈와 형태를 결정하는 광학 제어모듈; 및
   상기 광학 제어모듈에서 출력되는 조명광을 상기 검사대상에 입사시키는 프로젝션 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다크필드 조명장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 광원부는,
   중심축을 기준으로 서로 대칭하는 두 개의 조명장치로 구비되고, 상기 두 조명장치는 광원을 각각 조사하는 것을 특징으로 하는, 다크필드 조명장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 분석부는,
   상기 검출율 분석에 이미지 카메라를 통해 획득한 결점 이미지, 컨투어 이미지 및 3D 이미지를 이용하는 것을 특징으로 하는, 다크필드 조명장치.
   
   
7. 삭제
8. 삭제

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