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KR100663365B1 - 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 갖는 렌즈 유니트를구비하는 광학적 검사장비들 및 이를 사용하여 기판의 표면결함들을 검출하는 방법들 - Google Patents

내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 갖는 렌즈 유니트를구비하는 광학적 검사장비들 및 이를 사용하여 기판의 표면결함들을 검출하는 방법들 Download PDF

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KR100663365B1
KR100663365B1 KR1020050064971A KR20050064971A KR100663365B1 KR 100663365 B1 KR100663365 B1 KR 100663365B1 KR 1020050064971 A KR1020050064971 A KR 1020050064971A KR 20050064971 A KR20050064971 A KR 20050064971A KR 100663365 B1 KR100663365 B1 KR 100663365B1
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KR
South Korea
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substrate
lens unit
light
main
lens
Prior art date
Application number
KR1020050064971A
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김종안
이동춘
전충삼
김익철
김상희
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

기판의 표면 결함들을 검출하는 데 사용되는 광학적 검사장비들이 제공된다. 상기 장비들은 그 위에 기판(55)이 로딩되는 척(53) 및 상기 척(53) 상에 위치하는 렌즈 유니트(60)를 구비한다. 상기 렌즈 유니트(60)는 그 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들(60a, 60b)을 구비하고, 상기 빔 경로들(60a, 60b)은 빛의 직진성을 제공한다. 상기 렌즈 유니트(60) 상에 카메라(61)가 설치되고, 상기 카메라(61)는 상기 렌즈 유니트(60)를 관통하는 빛을 이미지로 변환시킨다. 상기 검사장비를 사용하여 상기 기판의 표면 결함들을 검출하는 방법들 역시 제공된다.

Description

내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 갖는 렌즈 유니트를 구비하는 광학적 검사장비들 및 이를 사용하여 기판의 표면 결함들을 검출하는 방법들{Optical inspection tools including lens unit with at least a pair of beam paths therein and methods of detecting surface defects of a substrate using the same}
도 1은 밝은 필드(bright field)를 사용하는 종래의 광학적 검사장비를 도시한 개략도이다.
도 2는 어두운 필드(dark field)를 사용하는 종래의 광학적 검사장비를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학적 검사장비의 개략도이다.
도 4a는 도 3의 렌즈 하우징을 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 3의 렌즈 모듈의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 4c는 도 3의 렌즈 모듈의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 4d는 도 3의 렌즈 모듈에 채택되는 볼록렌즈의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 4e는 도 4d의 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4f는 도 3의 렌즈 모듈에 채택되는 오목렌즈의 일 예를 도시한 평면도이 다.
도 4g는 도 4f의 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4h는 도 3의 렌즈 모듈에 채택되는 볼록렌즈의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 4i는 도 4h의 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4j는 도 3의 렌즈 모듈에 채택되는 오목렌즈의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 4k는 도 4j의 Ⅳ-Ⅳ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학적 검사장비의 개락도이다.
도 6은 도 3의 광학적 검사장비를 사용하여 기판의 표면 결함을 검출하는 방법들을 설명하기 위한 공정 흐름도(process flowchart)이다.
도 7은 도 5의 광학적 검사장비를 사용하여 기판의 표면 결함을 검출하는 방법들을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
본 발명은 광학적 검사장비 및 이를 사용하는 방법에 관한 것으로, 특히 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 갖는 렌즈 유니트를 구비하는 광학적 검사장비들 및 이를 사용하여 기판의 표면 결함들을 검출하는 방법들에 관한 것이다.
반도체 소자들은 반도체 웨이퍼와 같은 기판에 여러 가지의 단위 공정들을 사용하여 제작된다. 상기 단위 공정들은 절연막, 도전막 또는 반도체막과 같은 물질막을 형성하기 위한 증착 공정, 상기 물질막을 패터닝하기 위한 사진/식각 공정, 상기 물질막 또는 상기 반도체 기판의 소정영역들을 불순물들로 도우핑시키기 위한 이온주입 공정, 상기 물질막의 표면을 평탄화시키기 위한 화학기계적 연마 공정, 및 상기 각 공정들이 적용된 기판의 표면에 잔존하는 오염원들(contaminants)을 제거하기 위한 세정 공정 등을 포함할 수 있다.
상기 각 단위 공정들이 적용된 기판의 표면은 파티클들 및/또는 스크래치들과 같은 원하지 않는 결함들(undesired defects)에 기인하여 비정상적인 표면 프로파일을 보일 수 있다. 이러한 파티클들 또는 스크래치들은 후속 공정에서 다른 공정 결함들을 발생시키어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 저하시키는 치명적인 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 개선시키기 위해서는 상기 반도체 기판의 표면 결함들을 정확히 측정하고 분석하는 것이 요구된다. 상기 반도체 기판의 표면 결함들은 광원 및 렌즈를 채택하는 광학적 검사장비(optical inspection tool)를 사용하여 검출될 수 있다.
도 1은 밝은 필드(bright field)를 사용하는 종래의 광학적 검사장비를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 광학적 검사장비는 렌즈모듈(5), 상기 렌즈 모듈(5) 상에 위치하는 빔 스플리터(beam splitter; 3) 및 상기 빔 스플리터(3) 상에 배치된 카메라(7)를 포함한다. 상기 빔 스플리터(3)의 일 측에 광원(9)이 설치되고, 상기 광원(9)은 상기 렌즈 모듈(5)의 하부에 위치하는 기판(1)의 표면에 평행 한 제1 입사광(first incident light; 9a)을 발생시킨다. 상기 빔 스플리터(3)는 상기 제1 입사광(9a)을 상기 기판(1)에 수직한 제2 입사광(9b)으로 변환시키고(convert), 상기 제2 입사광(9b)은 상기 기판(1) 또는 상기 렌즈 모듈(5)에 90°의 입사각도(incident angle)로 조사된다. 그 결과, 상기 기판(1)의 표면 상에서 상기 입사각도와 동일한 각도로 반사되는 정상적인 반사광(normal reflecting light; 9r)이 생성된다. 상기 반사광(9r)의 일 부(9r')는 상기 빔 스플리터(3)를 통하여 상기 카메라(7)로 조사되어 밝은 필드(bright field)를 제공하고, 상기 반사광(9r)의 나머지 부분(9r")은 상기 빔 스플리터(3)에 의해 상기 기판(1)의 표면에 평행한 방향을 향하여 반사되어 상기 밝은 필드의 형성에 기여하지 않는다.
한편, 상기 기판(1)의 표면에 파티클 또는 스크래치와 같은 표면결함(SD)이 존재하면, 상기 제2 입사광(9b)은 상기 표면결함(SD)에 기인하여 난반사되어 산란된 빛(scattered light; 9s)을 생성한다. 즉, 상기 표면 결함(SD)은 상기 산란된 빛(9s)과 같은 비정상적인 반사광(abnormal reflecting light)을 제공하여 상기 밝은 필드 내에서 어두운 이미지(dark image)를 생성시킨다.
상기 표면결함(SD)에 상응하는 상기 어두운 이미지의 해상도(resolution; R)는 다음의 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
R∝λ/NA
여기서, "λ"는 상기 입사광(9a, 9b)의 파장을 나타내고, "NA"는 상기 렌즈 모듈(5)의 개구수(numerical aperture)를 나타낸다. 상기 개구수(NA)는 상기 렌즈 모듈(5)의 직경(DM)에 근사적으로(approximately) 비례하고 상기 렌즈 모듈(5) 및 상기 기판(1) 사이의 거리(d), 즉 상기 렌즈 모듈(5)의 초점거리(focal distance)에 근사적으로 반비례한다.
또한, 상기 개구수(NA)는 다음의 [수학식 2]로 표현될 수 있다.
NA=n×sin(θ)
여기서, "n"은 공기중에서 1인 값을 갖고, "θ"는 상기 렌즈 모듈(5)의 중심 수직축 및 상기 렌즈 모듈(5)의 초점으로부터 그 가장자리를 향하는 빛 사이의 각도를 나타낸다.
상기 렌즈 모듈(5)의 성능을 개선시키기 위해서는 상기 해상도(R)를 감소시켜야 한다. 즉, 상기 수학식 1 및 2로부터 알 수 있듯이, 상기 해상도(R)를 향상시키기 위해서는 "θ"를 증가시켜야 한다. 다시 말해서, 상기 해상도(R)를 향상시키기 위해서는 상기 렌즈 모듈(5)의 직경(DM)을 증가시키거나 상기 렌즈 모듈(5)의 초점거리(d)를 감소시켜야 한다.
도 1에 보여진 종래의 광학적 검사장비는 상기 렌즈 모듈(5)의 초점거리(d)를 감소시키는 데 어떠한 제약도 따르지 않는다. 따라서, 밝은 필드를 사용하는 종래의 광학적 검사장비의 해상도를 향상시키는 것은 매우 용이할 수 있다. 그러나, 밝은 필드를 채택하는 종래의 광학적 검사장비는 기판의 표면에 수직한 입사광을 사용하여 결함들의 이미지를 생성시킨다. 따라서, 상기 결함들의 형태에 따라 선명한 이미지를 얻기가 어려울 수 있다. 예를 들면, 평평한 바닥면을 갖는 그루브 형 태의 결함들(groove-shaped defects)은 밝은 필드를 채택하는 종래의 광학적 검사장비가 사용될지라도 고해상도의 이미지(high resolution image)를 제공하지 못할 수 있다. 이러한 그루브 형태의 결함들과 아울러서 파티클들 및 스크래치들을 포함하는 모든 표면 결함들은 사입사 조명 방식(oblique illumination manner)을 채택하는 검사장비, 즉 어두운 필드(dark field)를 사용하는 광학적 검사장비에 의해 용이하게 검출될 수 있다.
도 2는 어두운 필드를 사용하는 종래의 광학적 검사장비를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 광학적 검사장비는 렌즈 모듈(13), 상기 렌즈 모듈(13)을 둘러싸는 렌즈 하우징(17) 및 상기 렌즈 모듈(13) 상에 설치된 카메라(15)를 포함한다. 상기 렌즈 모듈(13)의 일 측 및 타 측에 각각 광원(19) 및 광 트랩(21)이 설치된다. 상기 광원(19)은 상기 렌즈 모듈(13)의 하부에 위치하는 기판(11)의 표면 상에 90°보다 작은 입사각(α)으로 조사되는 입사광(19a)을 발생시킨다. 상기 광 트랩(21)은 상기 기판(11)의 표면 상에서 정상적으로 반사되는 반사광(19n)을 수광할(receive) 수 있는 위치에 설치된다. 상기 정상적인 반사광(19n)의 반사각(reflective angle; β)은 상기 입사각(α)과 동일하다. 따라서, 상기 기판(11)의 표면에 어떠한 결함도 존재하지 않는 경우에, 상기 렌즈 모듈(13)에 어떠한 빛도 조사되지 않으므로 상기 카메라(15)는 어두운 필드(dark field)를 제공한다.
만일 상기 기판(11)의 표면에 파티클 또는 스크래치와 같은 표면 결함(11a)이 존재하면, 상기 입사광(19a)은 상기 표면 결함(11a)에 기인하여 난반사되어 산 란된 빛(scattered light; 19s)을 생성하고, 상기 산란된 빛(19s)의 일 부는 상기 렌즈 모듈(13)로 조사되어 상기 어두운 필드 내에서 상대적으로 밝은 이미지(bright image)를 생성시킨다.
상기 표면 결함(11a)에 상응하는 상기 밝은 이미지의 해상도(resolution; R) 역시 상기한 [수학식 1]로 표현될 수 있다. 결과적으로, 상기 표면 결함(11a)의 해상도(R)는 상기 렌즈 모듈(13) 및 상기 기판(11) 사이의 거리(d; 초점거리)에 근사적으로 반비례하고 상기 렌즈 모듈(5)의 직경(DM)에 근사적으로 비례한다. 따라서, 상기 해상도(R)를 향상시키기 위해서는 상기 렌즈 모듈(13) 및 상기 기판(11) 사이의 거리(d)를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈(13)의 직경(DM)을 증가시켜야 한다. 그러나, 도 2에 보여진 종래의 광학적 검사장비에 있어서, 상기 초점거리(d)를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈(13)의 직경(DM)을 증가시키는 데에 제약이 따를 수 있다. 이는, 상기 초점거리(d)를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈(13)의 직경(DM)을 증가시키는 경우에, 상기 렌즈 모듈(13) 및 이를 둘러싸는 상기 렌즈 하우징(17)이 상기 입사광(19a)을 차단시킬 수 있기 때문이다.
상기 사입사 조명(oblique illumination)을 사용하는 광학적 검사장비는 미국특허 제5,631,733호에 "깨끗한 표면들의 제조를 위한 대면적 결함 모니터 장비(Large Area Defect Monitor Tool for Manufacture of Clean Surfaces)"라는 제목으로 헨리(Henley)에 의해 개시된 바 있다. 헨리에 따르면, 복수개의 렌즈 모듈들 및 그에 상응하는 복수개의 카메라들이 제공되어 1회의 사입사 조명(a single step of oblique illumination)을 통하여 넓은 면적 내의 표면 결함들을 검출한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사입사 조명과 함께 해상도를 향상시키기에 적합한 광학적 검사장비 및 이를 사용하여 기판의 표면 결함을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 기판을 렌즈 모듈의 초점 거리에 정확히 위치시키기에 적합한 광학적 검사장비 및 이를 사용하여 기판의 표면 결함을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 그 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 갖는 렌즈 유니트를 구비하는 광학적 검사장비들을 제공한다. 상기 광학적 검사장비들은 척 및 상기 척 상부에 위치하는 렌즈 유니트를 포함한다. 상기 척은 기판이 로딩되는 장소를 제공하고, 상기 렌즈 유니트는 그 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들을 구비한다. 상기 빔 경로들은 렌즈의 기능을 갖지 않는다. 따라서, 상기 빔 경로들만을 통과하는 빛은 직진한다. 상기 렌즈 유니트 상에 카메라가 설치된다. 상기 카메라는 상기 렌즈 유니트를 관통하여 상기 카메라에 도달하는 빛을 이미지로 변환시킨다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 적어도 한 쌍의 빔 경로들은 상기 렌즈 유니트의 수직 중심축에 대하여 서로 대칭인 적어도 하나의 제1 빔 경로 및 적어도 하나의 제2 빔 경로를 포함할 수 있다. 상기 빔 경로들의 각각은 상기 렌즈 유니트를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분을 관통하는 빈 공간 일 수 있다. 이 경우에, 상기 빔 경로들의 각각은 열려진 슬릿 형태(opened slit shape) 또는 홀 형태를 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 빔 경로들의 각각은 상기 렌즈 유니트를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분에 형성된 평면부를 포함할 수 있다. 상기 평면부는 서로 평행한 상부면 및 하부면을 가질 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 렌즈 유니트에 메인 광원 및 광 트랩이 고정될 수 있다. 상기 메인 광원은 상기 제1 빔 경로를 통하여 상기 기판 상에 조사되는 메인 사입사광을 제공하도록 설치될 수 있고, 상기 광 트랩은 상기 제2 빔 경로를 통하여 상기 기판의 표면으로부터 반사되는 메인 반사광을 받아들이도록 설치될 수 있다. 더 나아가서, 상기 렌즈 유니트에 보조 광원 및 센싱 유니트가 고정될 수 있다. 상기 보조 광원은 상기 기판 상에 조사되는 보조 사입사광을 제공할 수 있고, 상기 센싱 유니트는 상기 보조 사입사광에 의해 상기 기판으로부터 반사되는 보조 반사광을 감지할 수 있다. 따라서, 상기 보조 반사광이 상기 센싱 유니트에 조사되는 영역의 위치는 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트 사이의 거리에 따라서 변화할 수 있다. 결과적으로, 상기 보조 반사광이 상기 센싱 유니트를 구성하는 복수개의 센서들중 원하는 센서에 조사될 때까지 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트 사이의 거리를 변화시킴으로써 상기 기판을 상기 렌즈 유니트로부터 일정 거리에 위치시킬 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 렌즈 유니트 및 상기 카메라 사이에 빔 스플리터가 개재될 수 있고, 상기 빔 스플리터에 조사되는 메인 입사광을 제공하도록 메 인 광원이 설치될 수 있다. 상기 빔 스플리터는 상기 메인 입사광의 일부를 상기 기판 상에 조사되는 메인 수직 입사광으로 변환시킨다. 이 경우에, 상기 렌즈 유니트에 고정된 보조 광원 및 센싱 유니트가 추가로 설치될 수 있다. 상기 보조 광원은 상기 제1 빔 경로를 통하여 상기 기판 상에 조사되는 보조 사입사광을 제공할 수 있고, 상기 센싱 유니트는 상기 제2 빔 경로를 통하여 상기 기판의 표면으로부터 반사되는 보조 반사광을 감지할 수 있다. 결과적으로, 상기 보조 반사광이 상기 센싱 유니트에 조사되는 영역의 위치는 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트 사이의 거리에 따라서 변화할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 광학적 검사장비를 사용하여 기판의 표면 결함들을 검출하는 방법들이 제공된다. 이 방법들은 기판을 준비하는 것과, 상기 기판을 척 상에 로딩시키는 것을 포함한다. 상기 척 상부에 렌즈 유니트가 배치되고, 상기 렌즈 유니트는 그 내부에 적어도 하나의 제1 빔 경로 및 적어도 하나의 제2 빔 경로를 구비한다. 상기 제1 및 제2 빔 경로들은 빛의 직진성을 제공한다. 상기 기판을 상기 렌즈 유니트의 초점 거리에 위치시킨다. 이어서, 상기 렌즈 유니트 상에 설치된 카메라를 사용하여 상기 기판의 표면의 표면 프로파일에 상응하는 이미지를 생성시킨다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 빔 경로 및 상기 제2 빔 경로는 상기 렌즈 유니트의 수직 중심축에 대하여 서로 대칭일 수 있다. 상기 빔 경로들의 각각은 상기 렌즈 유니트를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분을 관통하는 빈 공간일 수 있다. 이 경우에, 상기 빔 경로들의 각각은 열려진 슬릿 형태(opened slit shape) 또는 홀 형태를 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 빔 경로들의 각각은 상기 렌즈 유니트를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분에 형성된 평면부를 가질 수 있다. 상기 평면부는 서로 평행한 상부면 및 하부면을 가질 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 기판을 상기 렌즈 유니트의 초점 거리에 위치시키는 것은 상기 렌즈 유니트에 고정된 보조 광원을 사용하여 상기 기판 상에 보조 사입사광을 조사하여 상기 렌즈 유니트에 고정된 센싱 유니트를 향하는 보조 반사광을 생성시키는 것과, 상기 보조 반사광이 상기 센싱 유니트의 특정 센서에 조사될 때까지 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트 사이의 거리를 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 보조 사입사광은 상기 제1 빔 경로를 통하여 조사될 수 있고, 상기 보조 반사광은 상기 제2 빔 경로를 통하여 반사될 수 있다. 이에 더하여, 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트 사이의 거리는 상기 기판 및 상기 렌즈 유니트중 적어도 어느 하나를 상/하로 이동시킴으로써 변화될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 이미지를 생성시키는 것은 상기 제1 빔 경로를 통하여 상기 기판 상에 메인 사입사광을 조사하여 상기 제2 빔 경로를 지나는 메인 반사광을 생성시키는 것과, 상기 메인 사입사광이 조사되는 동안 상기 기판의 표면으로부터의 산란된 빛을 상기 렌즈 유니트를 통하여 상기 카메라에 조사시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 메인 사입사광은 상기 렌즈 유니트에 고정된 메인 광원을 사용하여 제공될 수 있고, 상기 메인 반사광은 상기 렌즈 유니트에 고정된 광 트랩에 의해 포획될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 이미지를 생성시키는 것은 상기 렌즈 유니트 및 상기 카메라 사이에 설치된 빔 스플리터를 사용하여 상기 기판 상에 메인 수직 입사광을 조사하여 상기 기판의 표면으로부터의 메인 수직 반사광 및 산란된 빛을 생성시키는 것과, 상기 메인 수직 반사광 및 상기 산란된 빛을 상기 렌즈 유니트 및 상기 빔 스플리터를 통하여 상기 카메라에 조사시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 메인 수직 입사광은 상기 렌즈 유니트에 고정된 메인 광원을 사용하여 제공될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학적 검사장비를 도시한 개략도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 도 3의 렌즈 하우징 및 렌즈 모듈을 도시한 사시도들이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 밀폐된 공간(sealed space)을 제공하는 케이스(51) 내에 척(53)이 제공된다. 상기 척(53)은 그 위에 반도체 웨이퍼와 같은 기판(55)이 로딩되는 장소를 제공한다. 상기 기판(55)은 상기 케이스(51)의 측벽의 일 부분을 관통하는 슬릿 형태의 개구부(51a)를 통하여 로딩되거나 언로딩될 수 있 다.
상기 척(53) 상부에 렌즈 유니트(60)가 설치된다. 상기 렌즈 유니트(60)는 렌즈 모듈(57) 및 상기 렌즈 모듈(57)의 측벽을 둘러싸는 렌즈 하우징(59)을 포함할 수 있다. 상기 렌즈 모듈(57)은 복수개의 렌즈들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 렌즈 모듈(57)은 적어도 하나의 볼록렌즈 및 적어도 하나의 오목렌즈로 구성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 모듈(57)은 도 4b에 도시된 바와 같이 원기둥 모양을 가질 수 있다. 상기 렌즈 하우징(59)은 상기 렌즈 모듈(57)의 하부 면의 가장자리를 덮도록 연장될 수도 있다.
상기 렌즈 유니트(60)는 그 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들(a pair of beam paths), 예를 들면, 제1 및 제2 빔 경로들(first and second beam paths; 60a, 60b)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)은 상기 렌즈 유니트(60)를 관통하는 제1 및 제2 빈 공간들(empty spaces)일 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 빈 공간(60a)은 상기 렌즈 유니트(60)의 일 측에 설치된 메인 광원(63)으로부터 상기 기판(55)을 향하여 조사되는 메인 사입사광(oblique incident light; 63a)의 통로 역할을 한다. 상기 메인 사입사광(63a)의 입사각(incident angle; α')은 도 3에 도시된 바와 같이 90°보다 작은 경사각(oblique angle)이다. 따라서, 상기 제1 빈 공간(60a)은 상기 렌즈 유니트(60)의 하부 코너 영역을 관통할 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 빈 공간(60a)은 상기 렌즈 모듈(57)을 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 최하부의 렌즈(lowermost lens)의 일 부분과 아 울러서 상기 렌즈 하우징(59)의 하부 코너 영역을 관통할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 빈 공간(60a)은 상기 렌즈 하우징(59)을 관통하는 제1 하우징 개구부(도 4a의 59a) 및 상기 렌즈 모듈(57)을 관통하는 제1 렌즈 개구부(도 4b의 57a)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(57)은 상기 제1 렌즈 개구부(57a)가 상기 제1 하우징 개구부(59a)와 정렬되도록 상기 렌즈 하우징(59) 내에 삽입된다.
상기 제2 빈 공간(60b)은 상기 메인 사입사광(63a)이 상기 제1 빈 공간(60a)을 통하여 상기 기판(55)에 조사되는 동안 상기 기판(55) 상에서 반사되는 메인 반사광(reflecting light; 63n)의 통로 역할을 한다. 이 경우에, 상기 메인 반사광(63n)의 반사각(β')은 상기 입사각(α')과 동일하다. 따라서, 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)은 상기 렌즈 유니트(60)의 중심을 지나는 수직축(60c)에 대하여 서로 대칭인 것이 바람직하고, 상기 제2 빈 공간(60b) 역시 상기 제1 빈 공간(60a)처럼 상기 렌즈 하우징(59)을 관통하는 제2 하우징 개구부(도 4a의 59b) 및 상기 렌즈 모듈(57)을 관통하는 제2 렌즈 개구부(도 4b의 57b)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 상기 제2 하우징 개구부(59b)는 상기 중심축(60c)에 대하여 상기 제1 하우징 개구부(59a)와 대칭일 수 있고, 상기 제2 렌즈 개구부(57b)는 상기 중심축(60c)에 대하여 상기 제1 렌즈 개구부(57a)와 대칭일 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 렌즈 개구부(57a)가 상기 제1 하우징 개구부(59a)와 정렬되면, 상기 제2 렌즈 개구부(57b) 역시 상기 제2 하우징 개구부(59b)와 정렬될 수 있다. 상기 제2 빈 공간(60b)을 지나는 상기 메인 반사광(63n)은 상기 렌즈 유니트(60)의 타 측에 설치된 광 트랩(65)에 의해 포획된다. 상기 메인 광원(63) 및 상기 광 트랩(65)은 상기 렌 즈 유니트(60)에 고정되어 상기 렌즈 유니트(60)와 함께 이동될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 렌즈 모듈(57) 및 상기 기판(55) 사이의 거리(d')가 감소하거나 상기 렌즈 모듈(57)의 직경(DM')이 증가할지라도, 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)의 존재에 기인하여 상기 메인 사입사광(63a)은 어떠한 손실 없이 상기 기판(55) 상에 정상적으로 조사될 수 있고 상기 기판(55)으로부터의 상기 메인 반사광(63n) 역시 어떠한 손실 없이 상기 광 트랩(65)에 도달할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)은 상기 렌즈 모듈(57)의 기능을 저하시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 렌즈 모듈(57)의 해상도는 종래기술에 비하여 현저히 개선될 수 있다. 이는, 상기 렌즈 모듈(57)의 직경(DM')의 증가 및/또는 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리의 감소에 따른 해상도의 증가율이 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)의 존재에 기인하는 해상도의 저하율보다 클 수 있기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 제1 빈 공간(60a)은 상기 제1 하우징 개구부(59a)만을 포함할 수도 있다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 빈 공간(60b) 역시 상기 제2 하우징 개구부(59b)만을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)은 상기 렌즈 모듈(57)의 어떠한 기능저하도 유발시키지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예들에서, 상기 렌즈 유니트(60)는 복수개의 제1 빔 경로들 및 이들에 각각 상응하는 복수개의 제2 빔 경로들을 구비할 수 있다. 즉, 상기 렌즈 유니트(60)는 복수개의 제1 빈 공간들 및 이들에 각각 상응하는 복수개의 제2 빈 공간들을 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 단일 메인 광원(63) 대신에 복수개의 메인 광원들이 설치될 수 있고, 상기 단일 광 트랩(65) 대신에 복수개의 광 트랩들이 설치될 수 있다.
한편, 상기 메인 사입사광(63a)의 상기 입사각(α')은 검사되어야 할 표면 결함들의 형태 및 종류에 따라서 변화될 수도 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 빈 공간들(60a, 60b)은 상기 입사각(α') 및 상기 반사각(β')의 변화를 고려하여 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 열려진 슬릿 모양(opened slit configuration)을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
상기 기판(55) 상에 표면 결함들(55a)이 존재하면, 상기 메인 사입사광(63a)이 상기 기판(55) 상에 조사되는 동안 상기 표면 결함들(55a)로부터 난반사되는(irregularly reflected) 산란광(scattered light)이 생성될 수 있고 상기 산란광의 일부는 상기 렌즈 모듈(57)을 향하여 조사된다. 상기 렌즈 모듈(57)은 상기 산란광을 집속시키고, 상기 집속된 산란광은 상기 렌즈 모듈(57) 상에 부착된 전하결합소자(charge coupled device) 또는 씨모스 이미지 센서(CMOS image sensor; CIS)를 구비하는 카메라(61)에 의해 상기 표면 결함들(55a)에 상응하는 이미지로 변환된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 보조 광원(151) 및 센싱 유니트(SS)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 보조 광원(151)은 상기 기판(55) 상에 조사되는 보조 사입사광(151a)을 제공한다. 상기 보조 사입사광(151a)은 상기 제1 빔 경로, 즉 상기 제1 빈 공간(60a)을 통하여 조사될 수 있다. 상기 보조 사입사광(151a)의 입사각은 상기 메인 사입사광(63a)의 입사각(α') 과 다를 수 있다. 상기 보조 사입사광(151a)이 조사되면, 상기 기판(55)의 표면으로부터 반사되는 보조 반사광(151n)이 생성되고, 상기 보조 반사광(151n)은 상기 센싱 유니트(SS)를 향하여 조사된다.
상기 센싱 유니트(SS)는 복수개의 센서들, 예컨대 n개의 센서들(SS1, ... , SSn)을 구비할 수 있고, 상기 센서들(SS1, ... , SSn)은 서로 다른 높이들을 갖도록 설치될 수 있다. 따라서, 상기 보조 사입사광(151a)이 기판(55) 상에 조사되는 동안, 상기 보조 반사광(151n)이 상기 센싱 유니트(SS)에 조사되는 영역의 위치는 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리가 증가하면 상기 보조 반사광(151n)은 상기 센싱 유니트(SS)의 하부 영역을 지날 수 있고, 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리가 감소하면 상기 보조 반사광(151n)은 상기 센싱 유니트(SS)의 상부 영역을 지날 수 있다. 이는, 상기 보조 광원(151) 및 센싱 유니트(SS)가 상술한 바와 같이 상기 렌즈 유니트(60)에 고정되어 상기 렌즈 모듈(57)과 함께 이동하기 때문이다.
상기 보조 반사광(151n)이 상기 센서들(SS1, ... , SSn)중 특정 센서에 조사될 때까지 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리를 변화시키면, 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리가 항상 일정하게 조절될 수 있다. 다시 말해서, 상기 보조 광원(151) 및 상기 센싱 유니트(SS)는 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 조절기로 사용될 수 있다. 상기 기판(5) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리는 상기 척(53) 및 상기 렌즈 유니트(60)중 적어도 어느 하나를 상/하로 이동시킴 으로써 변화시킬 수 있다. 상기 렌즈 모듈(57)을 포함하는 상기 렌즈 유니트(60)는 도 3의 화살표(A)로 표시된 바와 같이 상/하로 이동하도록 설치될 수 있고, 상기 척(55)은 도 3의 화살표(B)로 표시된 바와 같이 상/하로 이동하도록 설치될 수 있다.
상기 보조 사입사광(151a)은 상기 메인 사입사광보다 작은 빔 사이즈를 가질 수 있다. 상기 보조 사입사광(151a)의 빔 사이즈가 감소하면, 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리를 정밀하게 제어할 수 있다. 결과적으로, 상기 보조 사입사광(151a)의 빔 사이즈를 감소시키면, 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리에 정확히 위치시킬 수 있다.
상기 초점 조절기를 사용하여 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리에 위치시킨 후에 상기 메인 광원(63) 및 상기 광 트랩(65)을 사용하여 상기 기판(55)의 표면결함들을 검출하면, 상기 표면 결함들의 이미지 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 케이스(51)의 외부에 제어기(controller; 70)가 설치될 수 있다. 상기 제어기(70)는 중앙처리 장치(67) 및 모니터(69)를 포함할 수 있다. 상기 중앙처리 장치(67)는 상기 카메라(61)에 의해 생성된 이미지 데이터를 분석하고 상기 메인 광원(63)의 동작을 제어한다. 또한, 상기 중앙처리 장치(67)는 상기 이미지 데이터의 분석결과를 작업자가 인식할 수 있도록 상기 모니터(69)를 통하여 보여줄 수 있다. 더 나아가서, 상기 중앙처리장치(67)는 상기 보조 광원(151)의 동작을 제어하고 상기 보조 반사광(151n)이 상기 센서들(SS1, ... , SSn)중 원하는 센서에 조사 되는지의 여부를 감지한다.
상기 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a, 57b)의 모양은 도 4a 및 도 4b에 보여진 상기 열려진 슬릿 형태에 한정되지 않고 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 메인 사입사광(63a)이 고정된 입사각으로 조사되는 점 형태의 빔(spot-shaped beam)인 경우에, 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)은 각각 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 렌즈 모듈(57)의 내부를 관통하는 제1 렌즈 개구부(57a') 및 제2 렌즈 개구부(57b')를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a', 57b')은 홀 형태를 가질 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)은 도 4d 내지 도 4k에 도시된 바와 같이 도 4b 및 도 4c의 렌즈 개구부들(57a, 57a', 57b, 57b')과 다른 형태를 구비할 수 있다.
도 4d는 도 3의 렌즈 모듈(57)을 구성하는 적어도 하나의 볼록렌즈의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 4e는 도 4d의 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4d 및 도 4e를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(57)을 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 볼록렌즈(57e)는 그것의 양 가장자리들에 각각 제공된 제1 및 제2 평면부들(FP1', FP1")을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2 평면부들(FP1', FP1")은 상기 볼록렌즈(57e)의 중심점(P)에 대하여 서로 대칭일 수 있고 상기 볼록렌즈(57e)의 외주면에 접할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP1', FP1")은 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP1', FP1")은 빛을 굴절시키는 렌즈의 기능을 갖지 않는다. 다시 말해서, 상기 평면부들(FP1', FP1")을 관통하는 빛은 직진한다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP1', FP1")은 도 4b에 보여진 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a, 57b) 대신에 채택될 수 있다.
도 4f는 도 3의 렌즈 모듈(57)을 구성하는 적어도 하나의 오목 렌즈의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 4g는 도 4f의 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4f 및 도 4g를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(57)을 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 오목 렌즈(57f)는 그것의 양 가장자리들에 각각 제공된 제1 및 제2 평면부들(FP2', FP2")을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2 평면부들(FP2', FP2")은 상기 오목 렌즈(57f)의 중심점(P)에 대하여 서로 대칭일 수 있고 상기 오목 렌즈(57f)의 외주면에 접할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP2', FP2")은 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP2', FP2")은 빛을 굴절시키는 렌즈의 기능을 갖지 않는다. 다시 말해서, 상기 평면부들(FP2', FP2")을 관통하는 빛 역시 직진한다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP2', FP2")은 도 4b에 보여진 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a, 57b) 대신에 채택될 수 있다.
도 3의 렌즈 모듈(57)이 상기 볼록렌즈(57e) 및 오목렌즈(57f)를 포함하는 경우에, 상기 볼록렌즈(57e)의 평면부들(FP1', FP1")의 제1 폭(DT1)은 상기 오목렌즈(57f)의 평면부들(FP2', FP2")의 제2 폭(DT2)과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 볼록렌즈(57e)가 상기 오목렌즈(57f) 상에 적층된다면, 상기 제1 폭(DT1)은 상기 제2 폭(DT2)보다 작을 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 평면부들(FP1', FP2') 및 상 기 제2 평면부들(FP1", FP2")은 각각 도 4b의 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a, 57b)에 상응하는 위치들에 제공될 수 있다. 결과적으로, 상기 평면부들(FP1', FP1", FP2', FP2")은 상기 메인 사입사광(63a) 및 상기 메인 반사광(63n)의 경로의 제공과 함께 상기 렌즈 모듈(57)의 기능 저하를 최소화시킬 수 있다.
도 4h는 도 3의 렌즈 모듈(57)을 구성하는 적어도 하나의 볼록렌즈의 다른 예를 도시한 평면도이고, 도 4i는 도 4h의 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4h 및 도 4i를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(57)을 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 볼록렌즈(57g)는 그것의 양 가장자리들에 각각 제공된 제1 및 제2 평면부들(FP3', FP3")을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2 평면부들(FP3', FP3")은 상기 볼록렌즈(57g)의 중심점(P)에 대하여 서로 대칭일 수 있고 상기 볼록렌즈(57g)의 외주면으로부터 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP3', FP3")은 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP3', FP3")은 빛을 굴절시키는 렌즈의 기능을 갖지 않는다. 다시 말해서, 상기 평면부들(FP3', FP3")을 관통하는 빛은 직진한다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP3', FP3")은 도 4c에 보여진 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a', 57b') 대신에 채택될 수 있다.
도 4j는 도 3의 렌즈 모듈(57)을 구성하는 적어도 하나의 오목 렌즈의 다른 예를 도시한 평면도이고, 도 4k는 도 4j의 Ⅳ-Ⅳ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 4j 및 도 4k를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(57)을 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 오목 렌즈(57h)는 그것의 양 가장자리들에 각각 제공된 제1 및 제2 평면부들(FP4', FP4")을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2 평면부들(FP4', FP4")은 상기 오목 렌즈(57h)의 중심점(P)에 대하여 서로 대칭일 수 있고 상기 오목 렌즈(57h)의 외주면으로부터 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP4', FP4")은 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP4', FP4")은 빛을 굴절시키는 렌즈의 기능을 갖지 않는다. 다시 말해서, 상기 평면부들(FP4', FP4")을 관통하는 빛 역시 직진한다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 평면부들(FP4', FP4")은 도 4c에 보여진 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a', 57b') 대신에 채택될 수 있다.
도 3의 렌즈 모듈(57)이 상기 볼록렌즈(57g) 및 오목렌즈(57h)를 포함하는 경우에, 상기 볼록렌즈(57g)의 평면부들(FP3', FP3") 및 그것의 중심점(P) 사이의 제1 거리(S1)는 상기 오목렌즈(57h)의 평면부들(FP4', FP4") 및 그것의 중심점(P) 사이의 제2 거리(S2)와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 볼록렌즈(57g)가 상기 오목렌즈(57h) 상에 적층된다면, 상기 제1 거리(S1)는 상기 제2 거리(S2)보다 클 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 평면부들(FP3', FP4') 및 상기 제2 평면부들(FP3", FP4")은 각각 도 4c의 제1 및 제2 렌즈 개구부들(57a', 57b')에 상응하는 위치들에 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학적 검사장비를 도시한 개략도이다. 도 3 및 도 5의 실시예들에 있어서, 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 따라서, 본 실시예에서, 도 3의 실시예에서 사용된 것과 동일한 참조번호들로 표시된 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 카메라(61) 및 상기 렌즈 유니트(60) 사이에 빔 스플리터(71)가 개재될 수 있다. 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 메인 광원(73)이 설치되고, 상기 메인 광원(73)은 상기 빔 스플리터(71)를 향하여 조사되는 메인 입사광(73a)을 제공한다. 상기 빔 스플리터(71)는 상기 메인 입사광(73a)을 상기 기판(55)에 수직한 메인 입사광(73v)으로 변환시킨다. 상기 메인 수직 입사광(73v)은 상기 기판(55) 상에서 반사되어 메인 수직 반사광(73r)을 생성시킨다. 상기 메인 수직 반사광(73r)의 일 부(73r')는 상기 렌즈 모듈(57) 및 상기 빔 스플리터(71)를 통과하여 상기 카메라(61)에 도달하고, 상기 메인 수직 반사광(73r)의 나머지(73r")는 상기 빔 스플리터(71)로부터 반사되어 상기 메인 광원(73)을 향할 수 있다. 상기 메인 수직 입사광(73v)이 조사되는 동안 상기 기판(55) 상에 표면 결함들이 존재하는 경우에, 상기 표면 결함들로부터 난반사되는 산란광의 일 부 역시 상기 렌즈 모듈(57) 및 상기 빔 스플리터(71)를 통과하여 상기 카메라(61)에 도달한다.
이에 더하여, 본 실시예에 따른 광학적 검사장비는 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이 보조 광원(151) 및 센싱 유니트(SS)로 구성된 초점 조절기를 구비할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 초점거리 조절기를 사용하여 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리(F)에 정확히 위치시킬 수 있고, 상기 빔 스플리터(71) 및 메인 광원(73)은 밝은 필드를 제공한다. 결과적으로, 본 실시예에 따르면, 밝은 필드를 사용하는 광학적 검사장비의 해상도를 향상시킬 수 있다.
이제, 도 6 및 도 7을 참조하여 도 3 및 도 5에 보여진 광학적 검사장비들을 사용하여 기판의 표면결함들을 검출하는 방법들을 설명하기로 한다.
도 6은 도 3의 광학적 검사장비를 사용하여 기판의 표면결함들을 검출하는 방법들을 설명하기 위한 공정 흐름도(process flowchart)이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 반도체 웨이퍼와 같은 기판(55)을 준비한다(도 6의 단계 81). 상기 기판(55)을 밀폐된 공간을 제공하는 케이스(51) 내의 척(53) 상에 로딩시킨다(도 6의 단계 83). 상기 기판(55)은 상기 케이스(51)의 측벽을 관통하는 슬릿 형태의 개구부(51a)를 통하여 로딩될 수 있다. 상기 척(53) 상부에 렌즈 유니트(60)가 배치된다(도 6의 단계 85). 상기 렌즈 유니트(60)는 도 3을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이 그 내부를 지나는 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)을 포함한다. 또한, 상기 렌즈 유니트(60)는 복수개의 렌즈들로 구성된 렌즈 모듈(57) 및 상기 렌즈 모듈(57)의 측벽을 둘러싸는 렌즈 하우징(59)을 포함할 수 있다.
상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 보조 광원(151) 및 센싱 유니트(SS)를 사용하여 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 거리에 위치시킬 수 있다(도 6의 단계 90). 상기 센싱 유니트(SS)는 서로 다른 높이를 갖는 복수개의 센서들을 포함한다. 또한, 상기 센싱 유니트(SS)는 상기 보조 사입사광(151a)이 상기 렌즈 모듈(57)의 초점면(focal plane)에 조사될 때 상기 초점면으로부터 반사되는 빛이 도달하는 위치에 설치된 특정 센서를 갖도록 구성된다.
구체적으로, 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 거리에 위치시키기 위해서는, 상기 기판(55) 상에 상기 보조 사입사광(151a)을 조사시키어 상기 기판(55)의 표면으로부터 반사되는 보조 반사광(151n)을 생성시킨다(도 6의 단계 87). 이어서, 상기 보조 반사광(151n)이 상기 센싱 유니트(SS)의 상기 특정 센서에 조사될 때까지 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 모듈(57) 사이의 거리를 변화시킨다(도 6의 단계 89). 그 결과, 상기 기판(55)은 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 거리에 정확히 위치할 수 있다. 상기 보조 사입사광(151a)은 상기 렌즈 유니트(60)의 상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 조사될 수 있다. 이 경우에, 상기 보조 반사광(151n)은 상기 제2 빔 경로(60b)를 통하여 상기 센싱 유니트(SS)에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 렌즈 모듈(57)의 해상도를 향상시키기 위하여 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈(57)의 직경을 증가시킬지라도, 상기 기판(55)은 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)의 존재에 기인하여 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 거리에 정확히 위치할 수 있다.
계속해서, 상기 렌즈 모듈(57)의 초점거리에 위치한 상기 기판(55) 상에 메인 사입사광(main oblique incident light; 63a)을 조사한다(단계 91). 상기 메인 사입사광(63a)은 상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 상기 기판(55)에 대하여 90°보다 작은 입사각(α')으로 조사될 수 있다. 상기 메인 사입사광(63a)이 조사되는 동안 상기 기판(55) 상에서 반사된 메인 반사광(63n)이 생성된다. 상기 메인 반사광(63n)은 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 광 트랩(65)에 조사되고, 상기 광 트랩(65)은 상기 메인 반사광(63n)이 상기 케이스(51) 내에서 추가로 반사되는 것을 방지하기 위하여 상기 메인 반사광(63n)을 포획한다. 여기서, 상기 메인 반사광(63n)은 상기 입사각(α')과 동일한 각도로 반사되는 빛을 의미한다. 즉, 상기 메인 반사광의 반사각(reflective angle; β')은 상기 메인 사입사광(63a)의 입사각(α') 과 동일하다. 상기 메인 반사광(63n)은 상기 제2 빔 경로(60b)를 통하여 상기 광 트랩(65)에 도달할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)은 각각 상기 메인 사입사광(63a) 및 상기 메인 반사광(63n)이 지나는 광 경로들의 역할을 한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈(57) 및 상기 기판(55) 사이의 거리(d')가 감소하거나 상기 렌즈 모듈(57)의 직경(DM')이 증가할지라도, 상기 메인 사입사광(63a)은 상기 제1 빔 경로(60a)의 존재에 기인하여 상기 기판(55)에 정상적으로 조사될 수 있고 상기 메인 반사광(63n)은 상기 제2 빔 경로(60b)의 존재에 기인하여 상기 광 트랩(65)에 정상적으로 도달할 수 있다. 따라서, 상기 기판(55) 상에 파티클들(particles)과 같은 표면 결함들(55a)이 존재하는 경우에, 상기 표면 결함들(55a)로부터 난반사되어 상기 렌즈 모듈(57)로 향하는 산란광의 양을 현저히 증가시킬 수 있다. 다시 말해서, 상기 렌즈 모듈(57)의 해상도는 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)의 존재에 기인하여 현저히 개선될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(57)은 상기 표면 결함들(55a)로부터 난반사된 상기 산란광의 일 부를 집속시키고, 상기 집속된 산란광은 상기 표면 결함들(55a)에 상응하는 이미지들을 생성시킨다(단계 93). 상기 이미지들은 상기 렌즈 모듈(57) 상에 설치된 카메라(61)에 의해 생성될 수 있다.
도 7은 도 5의 광학적 검사장비를 사용하여 기판의 표면결함들을 검출하는 방법들을 설명하기 위한 공정 흐름도(process flowchart)이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 도 6의 단계들(81, 83, 85 및 90)과 동일한 방법 들을 사용하여 상기 기판(55)을 상기 렌즈 모듈(57)의 초점 거리(F)에 위치시킬 수 있다. 이어서, 상기 렌즈 유니트(60) 및 상기 카메라(61) 사이의 상기 빔 스플리터(71)에 메인 입사광(73a)을 조사하여 상기 기판(55)의 표면 결함들을 검출한다(단계 95).
상기 빔 스플리터(71)를 향하여 상기 메인 입사광(73a)이 조사되면, 상기 빔 스플리터(71)는 상기 기판(55)에 수직한 메인 입사광(73v)을 생성시킨다. 상기 메인 수직 입사광(73v)은 상기 기판(55)의 표면으로부터의 메인 수직 반사광(73r)을 발생시킨다. 상기 기판(55)의 표면에 표면 결함들이 존재하면, 상기 메인 수직 입사광(73v)은 상기 메인 수직 반사광(73r)에 더하여 상기 표면 결함들로부터의 산란광을 생성시킨다. 이 경우에, 상기 메인 수직 반사광(73r)은 밝은 필드를 생성시키고, 상기 산란광은 상기 렌즈 모듈(57) 및 상기 카메라(61)에 의해 상기 표면 결함들에 상응하는 어두운 이미지로 변환된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 렌즈 모듈을 구비하는 렌즈 유니트 내에 제1 및 제2 빔 경로들이 제공된다. 상기 제1 빔 경로를 통하여 상기 렌즈 유니트 하부에 위치하는 기판에 메인 사입사광이 조사되고, 상기 기판으로부터의 메인 반사광은 상기 제2 빔 경로를 통하여 지난다. 따라서, 상기 렌즈 모듈의 초점거리를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈의 직경을 증가시킬지라도, 상기 메인 사입사광은 상기 기판에 정상적으로 조사될 수 있고 상기 메인 반사광은 상기 렌즈 유니트에 인접한 광 트랩에 정상적으로 도달할 수 있다. 이에 따라, 어두운 필드를 사용하는 광학적 검사장비의 해상도를 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 기판을 상기 렌즈 모듈의 초점거리에 위치시키기 위하여 사용되는 보조 사입사광 및 보조 반사광은 각각 상기 제1 및 제2 빔 경로들을 통하여 정상적으로 조사되고 반사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈의 초점거리를 감소시키거나 상기 렌즈 모듈의 직경을 증가시킬지라도, 상기 보조 사입사광의 입사각에 관계없이 상기 기판을 상기 렌즈 모듈의 초점거리에 정확히 위치시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따르면, 밝은 필드 및 어두운 필드를 사용하는 광학적 검사장비들의 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 그 위에 기판(55)이 로딩(loading)되는 척(53);
    상기 척(53) 상부에 위치하되, 그 내부에 적어도 한 쌍의 빔 경로들(60a, 60b)을 구비하고 상기 빔 경로들(60a, 60b)은 빛의 직진성을 제공하는 렌즈 유니트(60); 및
    상기 렌즈 유니트(60) 상에 설치되어 상기 렌즈 유니트(60)를 관통하는 빛을 이미지로 변환시키는 카메라(61)를 포함하는 광학적 검사장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 빔 경로들(60a, 60b)은 상기 렌즈 유니트(60)의 수직 중심축에 대하여 서로 대칭인 적어도 하나의 제1 빔 경로(60a) 및 적어도 하나의 제2 빔 경로(60b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 상기 렌즈 유니트(60)를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분을 관통하는 빈 공간인 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 열려진 슬릿 형태(opened slit shape; 57a, 57b) 또는 홀 형태(57a', 57b')를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 상기 렌즈 유니트(60)를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분에 형성된 평면부(FP1', FP1", FP2', FP2", FP3', FP3", FP4', FP4")를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평면부는 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 상기 기판(55) 상에 조사되는 메인(main) 사입사광(63a)을 제공하는 메인(main) 광원(63); 및
    상기 제2 빔 경로(60b)를 통하여 상기 기판(55)의 표면으로부터 반사되는 메인(main) 반사광(63n)을 받아들이는 광 트랩(trap; 65)을 더 포함하되, 상기 메인(main) 광원(63) 및 상기 광 트랩(trap; 65)은 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판(55) 상에 조사되는 보조 사입사광(151a)을 제공하는 보조 광원(151); 및
    상기 보조 사입사광(151a)에 의해 상기 기판(55)으로부터 반사되는 보조 반사광(151n)을 감지하는 센싱 유니트(SS)를 더 포함하되, 상기 보조 광원(151) 및 상기 센싱 유니트(SS)는 상기 렌즈 유니트(60)에 고정되고, 상기 보조 반사광(151n)이 상기 센싱 유니트(SS)에 조사되는 영역의 위치는 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 유니트(60) 사이의 거리에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈 유니트(60) 및 상기 카메라(61) 사이에 개재된 빔 스플리터(splitter; 71); 및
    상기 빔 스플리터(splitter; 71)를 향하여 조사되는 메인(main) 입사광(73a)을 제공하는 메인(main) 광원(73)을 더 포함하되, 상기 빔 스플리터(splitter; 71)는 상기 메인(main) 입사광(73a)의 일부를 상기 기판(55) 상에 조사되는 메인(main) 수직 입사광(73v)으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 상기 기판(55) 상에 조사되는 보조 사입사광(151a)을 제공하는 보조 광원(151); 및
    상기 제2 빔 경로(60b)를 통하여 상기 기판(55)의 표면으로부터 반사되는 보조 반사광(151n)을 감지하는 센싱 유니트(SS)를 더 포함하되, 상기 보조 광원(151) 및 상기 센싱 유니트(SS)는 상기 렌즈 유니트(60)에 고정되고, 상기 보조 반사광(151n)이 상기 센싱 유니트(SS)에 조사되는 영역의 위치는 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 유니트(60) 사이의 거리에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 광학적 검사장비.
  11. 기판(55)을 준비하고,
    상기 기판(55)을 척(53) 상에 로딩(loading)시키고,
    상기 척(53) 상부에 렌즈 유니트(60)를 배치하되, 상기 렌즈 유니트(60)는 그 내부에 적어도 하나의 제1 빔 경로(60a) 및 적어도 하나의 제2 빔 경로(60b)를 구비하고 상기 제1 및 제2 빔 경로들(60a, 60b)은 빛의 직진성을 제공하고,
    상기 기판(55)을 상기 렌즈 유니트(60)의 초점 거리에 위치시키고,
    상기 렌즈 유니트(60) 상에 설치된 카메라(61)를 사용하여 상기 기판(55)의 표면의 표면 프로파일에 상응하는 이미지를 생성시키는 것을 포함하는 광학적 검사방법(optical inspection method).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 빔 경로(60a) 및 상기 제2 빔 경로(60b)는 상기 렌즈 유니트(60)의 수직 중심축(60c)에 대하여 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 상기 렌즈 유니트(60)를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분을 관통하는 빈 공간인 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 열려진 슬릿 형태(opened slit shape; 57a, 57b) 또는 홀 형태(57a', 57b')를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 빔 경로들(60a, 60b)의 각각은 상기 렌즈 유니트(60)를 구성하는 복수개의 렌즈들중 적어도 하나의 렌즈의 일 부분에 형성된 평면부(FP1', FP1", FP2', FP2", FP3', FP3", FP4', FP4")를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 평면부는 서로 평행한 상부면 및 하부면을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 기판(55)을 상기 렌즈 유니트(60)의 초점 거리에 위치시키는 것은
    상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 보조 광원(151)을 사용하여 상기 기판(55) 상에 보조 사입사광(151a)을 조사하여 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 센싱 유니트(SS)를 향하는 보조 반사광(151n)을 생성시키고,
    상기 보조 반사광(151n)이 상기 센싱 유니트(SS)의 특정 센서에 조사될 때까지 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 유니트(60) 사이의 거리를 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조 사입사광(151a)은 상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 조사되고, 상기 보조 반사광(151n)은 상기 제2 빔 경로(60b)를 통하여 반사되는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판(55) 및 상기 렌즈 유니트(60) 사이의 거리를 변화시키는 것은 상기 기판(55) 및 상기 렌즈 유니트(60)중 적어도 어느 하나를 상/하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 이미지를 생성시키는 것은
    상기 제1 빔 경로(60a)를 통하여 상기 기판(55) 상에 메인(main) 사입사광(63a)을 조사하여 상기 제2 빔 경로(60b)를 지나는 메인(main) 반사광(63n)을 생성시키고,
    상기 메인(main) 사입사광(63a)이 조사되는 동안 상기 기판(55)의 표면으로부터의 산란된 빛을 상기 렌즈 유니트(60)를 통하여 상기 카메라(61)에 조사시키는 것을 포함하되, 상기 메인(main) 사입사광(63a)은 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 메인(main) 광원(63)을 사용하여 제공되고 상기 메인(main) 반사광(63n)은 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 광 트랩(trap; 65))에 의해 포획되는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 이미지를 생성시키는 것은
    상기 렌즈 유니트(60) 및 상기 카메라(61) 사이에 설치된 빔 스플리터(splitter; 71)를 사용하여 상기 기판(55) 상에 메인(main) 수직 입사광(73v)을 조사하여 상기 기판(55)의 표면으로부터의 메인(main) 수직 반사광(73r) 및 산란된 빛을 생성시키고,
    상기 메인(main) 수직 반사광(73r) 및 상기 산란된 빛을 상기 렌즈 유니트(60) 및 상기 빔 스플리터(splitter; 71)를 통하여 상기 카메라(61)에 조사시키는 것을 포함하되, 상기 메인(main) 수직 입사광(73v)은 상기 렌즈 유니트(60)에 고정된 메인(main) 광원(73)을 사용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 광학적 검사방법.
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