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KR20180028787A - 디펙 검사 시스템과 방법, 및 그 검사 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

디펙 검사 시스템과 방법, 및 그 검사 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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KR20180028787A
KR20180028787A KR1020160116576A KR20160116576A KR20180028787A KR 20180028787 A KR20180028787 A KR 20180028787A KR 1020160116576 A KR1020160116576 A KR 1020160116576A KR 20160116576 A KR20160116576 A KR 20160116576A KR 20180028787 A KR20180028787 A KR 20180028787A
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light
camera
wafer
inspection
polarization analyzer
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KR1020160116576A
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조성근
배상우
주원돈
장상돈
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 검사 대상의 디펙을 정밀하게 검출하면서도 고속으로 검출할 수 있는 디펙 검사 시스템과 방법을 제공한다. 그 디펙 검사 시스템은 광원; 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기; 상기 선형 편광기로부터의 광을 원편광 또는 타원편광시키는 보상자; 검사 대상이 배치되는 스테이지; 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기; 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 제1 카메라;를 포함하고, 상기 보상자를 통과한 광은 상기 검사 대상에 경사 입사되고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 상기 광 중에서 디펙이 없는 상태에서 반사된 광에 해당하는 기준 광은 상기 편광 분석기에 의해 차단되도록 하고 상기 검사 대상의 디펙을 검출한다.

Description

디펙 검사 시스템과 방법, 및 그 검사 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법{Defect inspection system and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection method}
본 발명의 기술적 사상은 디펙 검사 시스템과 방법에 관한 것으로, 특히 타원편광법을 기초로 한 디펙 검사 시스템과 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 타원편광법(ellipsometry)은 웨이퍼의 유전체 특성을 연구하기 위한 광학적 기법이다. 타원편광법은 시료(예컨대, 웨이퍼 표면)에서 반사된 반사광의 편광 변화를 분석하여 시료에 관한 정보를 산출할 수 있다. 예컨대, 광이 시료에서 반사되면 시료 물질의 광학적 성질과 시료 층의 두께 등에 따라 반사광의 편광 상태가 달라진다. 타원편광법은 그러한 편광 변화를 측정함으로써, 물질의 기본적인 물리량인 복소 굴절률(complex refractive index) 또는 유전 함수 텐서(dielectric function tensor)를 구하고, 물질의 형태, 결정상태, 화학적 구조, 전기 전도도 등의 시료에 관한 정보를 유도할 수 있다. 기존 분광 타원편광법(Spectroscopic Ellipsometry: SE) 또는 분광 이미징 타원편광법(Spectroscopic Imaging Ellipsometry: SIE)은 광대역 광원을 이용하는 타원편광법의 일종이다. SE 또는 SIE는 여러 파장대(예컨대, 250 ~ 1700㎚)의 광을 사용하여 시료를 반복 측정하여, 타원편광 파라미터인 ψ, Δ를 구하고, 구해진 ψ, Δ 데이터를 회귀 분석 모델링에 적용함으로써, 시료의 CD 값, 시료의 디펙(defect) 존재 여부 등을 계측한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 검사 대상의 디펙을 정밀하게 검출하면서도 고속으로 검출할 수 있는 디펙 검사 시스템과 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 상기 디펙 검사 방법을 이용하여, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 광원; 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기(linear polarizer); 상기 선형 편광기로부터의 광을 원편광 또는 타원편광시키는 보상자(compensator); 검사 대상이 배치되는 스테이지; 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기; 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 제1 카메라;를 포함하고, 상기 보상자를 통과한 광은 상기 검사 대상에 경사 입사되고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 상기 광 중에서 디펙(defect)이 없는 상태에서 반사된 광에 해당하는 기준 광을 상기 편광 분석기에 의해 차단시키고 상기 검사 대상의 디펙을 검사하는 디펙 검사 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 적어도 2개의 검사용 헤드; 및 검사 대상이 배치되는 스테이지;를 포함하고, 상기 검사용 헤드 각각은, 광원, 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기, 상기 선형 편광기로부터의 광을 원편광 또는 타원편광시키는 보상자, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기, 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 적어도 하나의 카메라를 구비하며, 상기 보상자를 통과한 광은 상기 검사 대상에 경사 입사되고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 상기 광 중에서 디펙이 없는 상태에서 반사된 광에 해당하는 기준 광을 상기 편광 분석기에 의해 차단시키고 상기 검사 대상의 디펙을 검사하는, 멀티-헤드(multi-head) 디펙 검사 시스템을 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 디펙이 없는 샘플을 이용하여 디펙 검사 시스템의 널(null) 조건을 설정하는 단계; 상기 널 조건의 상태의 상기 디펙 검사 시스템을 이용하여 검사 대상을 검측하는 단계; 및 상기 검사 대상의 검측 결과를 분석하여 상기 검사 대상에 디펙이 존재하는지 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 디펙 검사 시스템은 광을 원편광 또는 타원편광시켜 상기 검사 대상으로 경사 입사시키고 반사된 광을 검출하여 상기 검사 대상의 디펙을 검사하며, 상기 널 조건은 상기 샘플에서 반사된 광이 차단되는 조건이며, 상기 판단하는 단계에서 상기 검사 대상의 검측 결과를 상기 널 조건의 상태의 상기 샘플의 검측 결과와 비교하는, 디펙 검사 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 디펙이 없는 샘플을 이용하여 디펙 검사 시스템의 널 조건을 설정하는 단계; 상기 널 조건의 상태의 상기 디펙 검사 시스템을 이용하여 웨이퍼를 검측하는 단계; 상기 웨이퍼의 검측 결과를 분석하여 상기 웨이퍼에 디펙이 존재하는지 판단하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 디펙이 존재하지 않는 경우에, 상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 디펙 검사 시스템은 광을 원편광 또는 타원편광시켜 상기 웨이퍼로 경사 입사시키고 반사된 광을 검출하여 상기 웨이퍼의 디펙을 검사하며, 상기 널 조건은 상기 샘플에서 반사된 광이 전부 차단되는 조건이며, 상기 판단하는 단계에서 상기 웨이퍼의 검측 결과를 상기 널 조건의 상태의 상기 샘플의 검측 결과와 비교하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 디펙 검사 시스템과 방법은 고감도의 제1 카메라(180-1)를 이용하여 널 조건을 구하고, 또한 널 조건 상태에서 검사 대상을 검측함으로써, 검사 대상의 디펙을 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 디펙 검사 시스템과 방법은 저배율 광학계를 이용함으로써, 기존의 SE 또는 SIE에 비해 획기적으로 넓은 FOV를 가지고 디펙 검사를 고속으로 수행할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 의한 디펙 검사 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법은 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고 또한 반도체 공정의 수율을 향상시키는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 시스템을 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 디펙 검사 시스템을 단순화하여 디펙을 검출하는 원리를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 3은 도 1의 디펙 검사 시스템을 단순화하여 널(null) 조건을 구하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 널 조건을 구하는데 이용되는 샘플에 대한 단면도 및 광의 인텐서티 I(P,C,A)에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 5a 내지 5d는 디펙을 포함한 웨이퍼에 대한 단면도, 및 웨이퍼에 대한 널 조건의 비적용 상태에서 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들 및 평준화된 인텐서티 에러에 대한 사진이다.
도 6a 내지 6d는 디펙을 포함한 웨이퍼에 대한 단면도, 및 웨이퍼에 대한 널 조건의 적용 상태에서 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들 및 평준화된 인텐서티 에러에 대한 사진이다.
도 7은 편광 분석기의 회전각 A의 변화에 따른 도 6d의 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 2D 어레이 구조의 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도, 디펙을 포함한 2D 어레이 구조의 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도와 평면도, 편광 분석기의 회전각 및 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d는 라인&스페이스(L/S) 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도, 디펙을 포함한 L/S 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도와 평면도, 및 편광 분석기의 회전각 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 디펙 검사 시스템들을 개략적으로 보여주는 구조도들이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 디펙 검사 시스템들에서 검사 대상의 수직 상방, 또는 카메라의 전방에 배치될 수 있는 마스크에 대한 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-헤드(multi-head) 디펙 검사 시스템을 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 방법에 대한 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 시스템을 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 광원(101), 스테이지(103), 단색광 분광기(110, monochromator), 평행광 시준기(120, beam collimator), 선형 편광기(130, linear polarizer), 보상자(140, compensator), 편광 분석기(150, polarization analyzer), 저배율 광학계(160, low magnification optics), 빔 스플리터(170, beam splitter), 카메라부(180), 선형 거치대(190), 및 분석 컴퓨터(105)를 포함할 수 있다.
광원(101)은 넓은 파장대의 광, 예컨대, 250 ~ 1700㎚의 광을 생성하는 광대역(broadband) 광원, 또는 다파장(multi-wavelength) 광원일 수 있다. 또한, 광원(101)은 파장을 가변할 수 있는 파장 가변(tunable) 광원일 수 있다. 물론, 광원(101)이 광대역 광원에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광원(101)은 한 개의 파장의 광을 생성하는 단일 파장 레이저 광원일 수 있다. 만약, 광원(101)이 단일 파장 레이저 광원인 경우, 디펙 검사 시스템(100)은 서로 다른 파장의 광을 생성하는 다수의 레이저 광원들을 구비할 수 있고, 요구되는 파장에 따라 광원들을 교체하면서 사용할 수 있다.
스테이지(103)는 검사 대상(200)이 배치되는 장치로서, x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동할 수 있다. 그에 따라, 스테이지(103)를 xyz 스테이지라고 부르기도 한다. 스테이지(103)는 모터를 통해 전기적으로 이동할 수 있다. 스테이지(103)를 통해 검사 대상(200)이 이동함으로써, 검사 대상(200)의 요구되는 위치에서 검사가 수행될 수 있다. 검사 대상(200)은 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등의 검사의 대상이 되는 다양한 장치들일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)에서, 검사 대상(200)은 웨이퍼일 수 있다. 여기서, 웨이퍼는 상면 상에 주기적인 패턴이 형성된 웨이퍼이거나 또는 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼일 수 있다. 한편, 스테이지(103) 상에는 샘플이 배치될 수도 있는데, 상기 샘플은 디펙이 없는 웨이퍼로서, 디펙 검사 시스템(100)의 널(null) 조건을 구하는데 이용될 수 있다. 널 조건에 대해서는 도 3의 설명 부분에서 좀 더 상세히 설명한다.
단색광 분광기(110)는 광원(101)으로부터 광대역 파장의 광을 단일 파장 광으로 만들어 출력할 수 있다. 만약, 광원(101)으로 단일 파장 레이저 광원이 이용되는 경우에, 단색광 분광기(110)는 생략될 수 있다.
평행광 시준기(120)는 단색광 분광기(110)로부터의 단일 파장 광을 평행광으로 만들어 출력할 수 있다. 한편, 광원(101)으로 단일 파장 레이저 광원이 이용되는 경우에, 광원(101)으로부터의 광이 바로 평행광 시준기(120)로 입력될 수 있다. 또한, 단일 파장 레이저는 선폭이 좁고 가간섭성(coherence)이 있으므로 분산이 적어, 평행광 시준기(120)가 생략될 수도 있다.
선형 편광기(130)는 평행광 시준기(120)로부터의 광을 선형 편광(linear polarization)시켜 출력할 수 있다. 예컨대, 선형 편광기(130)는 입사된 광에서 p 편광성분(또는 수평성분), 또는 s 편광성분(또는 수직 성분)만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다.
보상자(140)는 선형 편광기(130)로부터의 광을 원형 편광(circular polarization) 또는 타원 편광(elliptical polarization)시켜 출력할 수 있다. 보상자(140)는 선형 편광된 광에 위상차를 줌으로써, 직선 편광을 원편광이나 타원편광으로, 또는 원편광을 직선 편광으로 변화시킬 수 있다. 그에 따라, 보상자(140)는 위상 지연자(phase retarder)라고 불리기도 한다. 예컨대, 보상자(140)는 1/4 파장판(quater-wave plate)일 수 있다.
편광 분석기(150)는 검사 대상(200)에서 반사되어 편광 방향이 변한 반사광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 예컨대, 편광 분석기(150)는 입사된 광 중에서 특정 편광 성분만을 통과시키고 나머지 성분들은 차단하는 일종의 선형 편광기일 수 있다. 경우에 따라, 편광 분석기(150)는 저배율 광학계(160)의 후단에 배치될 수도 있다.
참고로, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)과 같이 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)를 구비한 시스템을 PCSA 타원계(ellipsometer) 시스템이라고 한다. 여기서, P는 선형 편광기를, C는 보상자를, S를 샘플을, 그리고 A는 편광 분석기를 의미할 수 있다. 한편, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 PCSA 타원계 시스템에 한정되지 않고, PSA 타원계 시스템, PSCA 타원계 시스템, 또는 PCSCA 타원계 시스템으로 구현될 수도 있다. 더 나아가, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 보상자(140) 대신 위상 변조기(phase modulator)를 구비할 수도 있다. 위상 변조기를 채용하는 경우, 기계적인 지터(jitter)를 제거하여 정확하고 안정적인 검사 결과를 얻을 수 있다.
저배율 광학계(160)는 결상 광학계(imaging optics)의 일종으로, 편광 분석기(150)로부터의 광을 등배율 또는 저배율로 결상시킬 수 있다. 여기서, 저배율은 1:1의 등배율을 포함하여 1:100 이하의 배율을 의미할 수 있다. 한편, 1:100을 초과하는 배율은 고배율로 분류될 수 있다. 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 저배율 광학계(160)를 이용함으로써, 기존의 SE 또는 SIE에 비해 획기적으로 넓은 FOV(Field of View)를 가지고 디펙 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 예컨대, 1:100의 저배율 광학계(160)가 A/100의 면적에 해당하는 FOV를 갖는다고 하면, A 면적을 갖는 검사 대상(200)의 디펙 검사를 위해 적어도 100번의 샷(shot)이 필요할 수 있다. 그에 반해, 1:10의 저배율 광학계(160)는 A 면적에 해당하는 FOV를 가지게 되므로, 단 한 번의 샷으로 A 면적을 갖는 검사 대상(200)의 디펙을 검사할 수 있다.
저배율 광학계(160)는 검사 대상(200)의 표면이 반사광에 대해 기울어짐으로 인해 발생하는 영상의 왜곡을 보정하여, 검사 대상(200)의 표면을 카메라부(180)에 평행하게 결상시킬 수 있다. 예컨대, 샤임플러그(Scheimpflug) 광학계로 구현될 수 있다. 저배율 광학계(160)는 저배율 광학계(160)는 광의 경로 변경이나 왜곡 방지를 위한 적어도 하나의 반사 거울을 포함할 수 있다. 저배율 광학계(160)는 1:1 에서 1:M(1<M≤100)으로 배율을 자유롭게 조절할 수 있는 줌 렌즈 시스템(zoom lens system)으로 구현될 수 있다.
빔 스플리터(170)는 저배율 광학계(160)로부터의 광을 2개의 광으로 분할하여 출력할 수 있다. 빔 스플리터(170)는 비편광(nonpolarizing) 빔 스플리터, 또는 편광(polarizing) 빔 스플리터일 수 있다. 여기서, 비편광 빔 스플리터는 편광에 상관없이 광을 분할하며, 편광 빔 스플리터는 편광 별로 광을 분할할 수 있다. 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)에서, 빔 스플리터(170)는 비편광 빔 스플리터일 수 있다. 또한, 빔 스플리터(170)는 입력된 광을 1:1의 인텐서티 비율로 분할하거나, 또는 1:N(N>1)의 인텐서티 비율로 분할할 수 있다.
카메라부(180)는 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2) 각각은 빔 스플리터(170)를 통해 분할된 광을 수집하는 위치에 배치될 수 있다. 제1 카메라(180-1)가 빔 스플리터(170)의 측면에 배치되고, 제2 카메라(180-2)가 빔 스플리터(170)의 후단에 배치되고 있으나, 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2)의 배치 위치는 서로 바뀔 수 있다. 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2)는 예컨대, CCD 카메라 또는 CMOS 카메라일 수 있다.
제1 카메라(180-1)는 매우 약한 신호도 검측할 수 있는 고감도(high sensitivity) 카메라일 수 있다. 예컨대, 제1 카메라(180-1)는 ISO(International Organization for Standardization) 감도가 3000 이상일 수 있다. 제1 카메라(180-1)는 예컨대, EMCCD(Electron Multiplying CCD) 카메라 또는 sCMOS(Scientific CMOS) 카메라일 수 있다. 이러한 고감도의 제1 카메라(180-1)를 이용하여 널 조건 상태에서 디펙에 의해 발생한 매우 미세한 산란 광을 검출할 수 있다.
제1 카메라(180-1)는 외부로부터의 광이 완전히 차단될 수 있도록 박스(184) 내부에 밀폐되어 배치되고, 또한, 셔터(182)가 제1 카메라(180-1) 입구의 전단에 배치될 수 있다. 이러한 셔터(182)와 박스(184)는 저조도에 민감한 제1 카메라(180-1)의 픽셀들을 보호하기 위해 배치될 수 있다. 예컨대, 셔터(182)는 널 조건이 아닐 때 닫히고, 널 조건일 때만 열림으로써, 세기가 강한 반사광들로부터 상기 픽셀들을 보호할 수 있다. 예컨대, 셔터(182)는 0.05Lx 이하의 조도에서만 열릴 수 있다. 물론, 셔터(182)의 오픈 조건이 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.
제2 카메라(180-2)는 제1 카메라(180-1)보다는 감도가 낮은 일반 또는 저감도의 카메라일 수 있다. 제2 카메라(180-2)는 디펙 검사 시스템(100)의 널 조건을 구하는데 이용될 수 있다. 한편, 널 조건을 보다 정밀하게 구하기 위하여 제1 카메라(180-1)가 함께 이용될 수 있다. 예컨대, 널 조건을 위한 측정에서, 세기가 강한 반사광의 범위에서는 제2 카메라(180-2)를 통해 반사광을 측정하고, 널 조건에 근접하여 세기가 비교적 약한 반사광의 범위에서는 감도가 높은 제1 카메라(180-1)를 통해 반사광을 측정할 수 있다.
한편, 널 조건을 구하는 데에 이용하는 제2 카메라(180-2)는 에어리어(area) 카메라일 수 있다. 그에 반해, 제1 카메라(180-1)는 검사 대상(200)을 고속 검사하기 위한 라인 스캔(line scan) 카메라일 수 있다. 물론, 제1 카메라(180-1)는 에어리어 스텝(area step) 또는 에어리어 스캔(area scan) 방식의 카메라일 수도 있다.
선형 거치대(190)는 광을 검사 대상(200)으로 입사시키는 입사 광학계(OPin)와, 검사 대상(200)으로부터의 반사광을 수집하는 검출 광학계(OPde)를 지지할 수 있다. 여기서, 입사 광학계(OPin)는 광원(101)에서부터 검사 대상(200)까지의 광학 소자들을 포함하고, 검출 광학계(OPde)는 검사 대상(200)으로부터 카메라부(180)까지의 광학 소자들을 포함할 수 있다. 또한, 선형 거치대(190)는 입사광(Lin)과 반사광(Lre)이 검사 대상(200)의 상면의 법선(Nl)에 대하여 동일 각도로 움직이도록 입사 광학계(OPin)와 검출 광학계(OPde)를 회전시킬 수 있다. 예컨대, 양쪽 곡선 화살표로 표시된 바와 같이, 선형 거치대(190)는 검사 대상 또는 샘플의 특성에 따라 입사 광학계(OPin)를 회전시켜 입사각(αi)을 조절하되, 동일 각도의 반사각(αr)에 검출 광학계(OPde)가 위치하도록 조절할 수 있다.
분석 컴퓨터(105)는 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2)에 연결되어, 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(180-2)에서 검출된 광에 대한 정보를 입력받아 분석할 수 있다. 예컨대, 분석 컴퓨터(105)는 분석 프로세스를 구비한 일반 PC(Personal Computer), 워크스테이션(workstation), 슈퍼컴퓨터 등일 수 있다. 분석 컴퓨터(105)는 검출된 광의 분석을 통해 디펙 검사 시스템(100)의 널 조건을 구하고, 또한, 검사 대상(200)에 디펙이 존재하는지 판단할 수 있다. 한편, 분석 컴퓨터(105)는 디펙 검사 시스템(100)을 전반적으로 제어할 수도 있다.
본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)에서, 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 광축에 대한 회전각, 즉 방위각(azimuth)이 조절됨으로써, 기준(reference) 광이 편광 분석기(150)를 통해 차단되는 널 조건이 설정될 수 있다. 여기서, 기준 광은 디펙이 없는 표준 샘플, 예컨대, 디펙이 없는 정상 웨이퍼에서 반사된 광을 의미하며, 이하에서, 동일한 의미로 사용한다.
광축에 대한 회전각의 조절을 위하여, 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)는 모터로 구동하는 회전 지지대(미도시) 위에 설치되어, 광축을 중심으로 회전할 수 있다. 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 회전은 지속적으로 회전하는 지속 회전(continuous rotation)일수도 있고, 정해진 각도들만 회전하는 비지속 회전(discontinuous rotation)일 수 있다. 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)에서, 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 회전은 비지속 회전일 수 있다.
선형 편광기(130) 및 편광 분석기(150)는 와이어-그리드(wire-grid) 타입이나 글랜-톰슨(Glan-Thompson) 타입의 고정(static) 선형 편광기로 구현될 수 있다. 그러나 그에 한하지 않고, 선형 편광기(130) 및 편광 분석기(150)는 패러데이 회전자(Faraday rotator)와 같이 전기 신호로 편광의 방향을 바꿀 수 있는 전자 소자로 구현될 수도 있다. 또한, 보상자(140)도 압전 위상 변조기(Piezoelectric phase modulator)와 같은 전기 신호로 제어되는 전자 소자로 대체될 수 있다. 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)가 전자 소자로 구현되는 경우에, 전술한 모터 구동의 회전 지지대는 생략될 수 있다.
본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 저배율 광학계(160)를 이용함으로써, 기존의 SE 또는 SIE에 비해 획기적으로 넓은 FOV를 가지고 디펙 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 또한, 고감도의 제1 카메라(180-1)를 이용하여 널 조건을 구하고 검사 대상(200)을 검측함으로써, 검사 대상(200)의 디펙을 보다 정밀하게 검출할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 신뢰성 있는 반도체 소자의 제조 및 반도체 공정의 수율 향상에 기여할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 디펙 검사 시스템을 단순화하여 디펙을 검출하는 원리를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2a를 참조하면, 먼저, 디펙 검사 시스템(100)에서 널(null) 조건을 구한다. 구체적으로, 디펙이 없는 샘플(200s), 예컨대 디펙이 없는 웨이퍼에 대하여, 타원편광법 이론에 기초하여, 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)를 특정 각도로 회전시켜, 카메라부(180), 예컨대 제2 카메라(180-2)에서 수집된 광의 인텐서티를 측정한다. 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 광축에 대한 회전각, 즉 방위각은 각각 P, C, A로 표현될 수 있다. 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 회전각을 바꿔가면서 3번 내지 4번 측정을 하여 샘플(200s)의 타원편광 파라미터 ψ와 Δ를 구하고, 이를 통해 카메라부(180)로 입사되는 기준 광을 차단하는 널 조건을 구할 수 있다. 여기서, ψ는 p 편광과 s 편광에 관련된 파라미터이고, Δ는 위상 지연에 관련된 파라미터이다. 또한, 널 조건은 기준 광의 차단을 위한 선형 편광기(130), 보상자(140), 및 편광 분석기(150)의 특정 회전각들을 의미할 수 있다. 한편, 널 조건 상태에서 편광 분석기(150)를 통해 기준 광이 전부 차단되어 카메라부(180)에 입사되는 기준 광이 전부 사라질 수 있다. 그러나 널 조건 상태에서 기준 광이 편광 분석기(150)를 통해 완전히 차단되지 않고 최소한의 기준 광이 카메라부(180)에 입사될 수도 있다.
다음, 널 조건 상태의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여 검사 대상(200)에 디펙(De)이 존재하는지 검사한다. 만약, 검사 대상(200)에 디펙(De)이 존재하지 않는다면, 편광 분석기(150)를 통해 기준 광이 전부 또는 대부분 차단되어 샘플(200s)과 동일한 인텐서티가 측정될 수 있다. 그와 달리, 검사 대상(200)에 디펙(De)이 존재하는 경우, 디펙(De)에 의한 산란 광들이 편광 분석기(150)를 통과하여 카메라부(180)에 입사될 수 있다. 디펙(De)에 의한 산란 광들은 매우 약한 세기를 가지나 고감도인 제1 카메라(180-1)에 의해 충분히 검출될 수 있다. 여기서, 디펙(De)은 지름 또는 폭이 100㎚ 이하의 나노 디펙일 수 있다. 물론, 디펙(De)의 사이즈가 상기 치수에 한정되는 것은 아니다.
간단히 정리하면, 디펙이 없는 샘플(200s)을 이용하여 디펙 검사 시스템(100)의 널 조건을 구하고, 널 조건 상태의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여 검사 대상(200)을 검측한다. 검측 결과로서 샘플(200s)과 동일한 인텐서티를 획득한 경우, 검사 대상(200)에 디펙이 없는 것으로 판단할 수 있다. 그와 달리, 검측 결과로서 샘플(200s)과 다른 인텐서티를 획득한 경우, 검사 대상(200)에 디펙이 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 도 1의 디펙 검사 시스템을 단순화하여 널(null) 조건을 구하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 디펙이 없는 샘플(200s)에 도 1의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여 광을 조사하고, 샘플(200s)로부터 반사된 광, 즉 기준 광을 검출한다. 선형 편광기(130), 보상자(140) 및 편광 분석기(150)가 광축을 중심으로 회전된 각도를 각각 P, C, A라고 하면, 편광 분석기(150)를 통과한 광의 복소 진폭(complex amplitude)인 E(P,C,A)는 하기 식(1)로 주어질 수 있다. 여기서, 보상자(140)로서 1/4 파장판이 사용될 수 있다.
E(P,C,A) = rp cosA[cos(P-C)cosC + isinCsin(C-P)] + rs sinA[cos(P-C)sinC - icosCsin(C-P)].................................식(1)
여기서, rp는 p 편광에 대한 샘플(200s)의 반사 계수이고, rs는 s 편광에 대한 샘플(200s)의 반사 계수이며, rp와 rs는 타원편광 파라미터 ψ와 Δ에 대하여 하기 식(2)의 관계가 성립할 수 있다.
tanψei △ ≡ rp/rs .........................식(2)
I(P,C,A)가 카메라부(180), 예컨대, 제2 카메라(180-2)에서 검출된 광의 세기, 즉, 광의 인텐서티라고 할 때, P, C, A에 대해 적어도 3번 다른 값들을 적용하여, 적어도 3개의 I(P,C,A)를 측정하여 획득할 수 있다. 한편, I(P,C,A)와 E(P,C,A)는 하기 식(3)의 관계가 있다.
I(P,C,A) = │E(P,C,A)│2..................식(3)
예컨대, 적어도 3개의 I(P,C,A)가 I1(0,π/4,0), I2(0,π/4,π/4) 및 I3(π/4,π/4,π/2)인 경우, tanψ와 상기 sin△는 하기 식(4)와 식(5)로 표현될 수 있다.
tanψ = (I1/I3)1/2.........................................식(4)
sin△ = (I1 + I3 - 2I2)/2(I1*I3)1/ 2.........................식(5)
식(4)와 식(5)를 통해 ψ 및 △를 구할 수 있다. 물론, 앞서 P, C, A의 조합들 이외에도 다른 조합들로 3번 또는 그 이상의 측정을 통해 ψ 및 △를 구할 수 있다. 한편, ψ 및 △를 구하기 위하여 최소 3번의 P, C, A의 조합들이 필요하지만, 더욱 정확한 ψ 및 △을 구하기 위해, 4번 이상의 P, C, A 조합들에 의한 측정이 수행될 수도 있다.
ψ 및 △를 구한 후, 널 조건, 즉 기준 광이 편광 분석기(150)를 통과하지 못하도록 차단하는 조건은 다음과 같이 구할 수 있다.
일단 C의 각도를 π/4로 설정하면, 식(1)은 하기 식(1-1)로 표현될 수 있다.
E(P,C,A) = rs/21/2 cosAe-i(π/4-p)[rp/rs*ei(π/2-2P) + tanA].......식(1-1)
널 조건, 즉, E(P,π/4,A) = 0이 되는 조건과 식(2)에 의해, A = ψ, 및 P = △/2-π/4이 구해질 수 있다. ψ 및 △은 이미 구해진 값이므로 A와 P 값이 계산될 수 있다. 결국, 널 조건으로, C=π/4, A=ψ, 및 P = △/2-π/4가 구해질 수 있다. 물론, C의 각도로 π/4 이외의 값이 설정될 수도 있다.
정리하면, 디펙이 없는 샘플(200s)에서, I(0,π/4,0), I(0,π/4,π/4)와 I(π/4,π/4,π/2)의 세 차례의 측정(또는 다른 P, C, A의 조합에서의 측정)을 통해 ψ와 Δ를 구할 수 있고, 이를 통해 널 조건에 해당하는 P, C, A를 구할 수 있다. 이후, 널 조건의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여 나노 디펙에서 산란하는 약한 광을 제1 카메라(180-1)를 통해 검출함으로써, 검사 대상(200)의 디펙 존재 여부를 판단할 수 있다. 이러한 방법은, 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼 표면뿐만 아니라, 표면에 주기적인 패턴(periodic pattern)이 있는 웨이퍼의 디펙 검사에도 이용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 널 조건을 구하는데 이용되는 샘플에 대한 단면도 및 광의 인텐서티 I(P,C,A)에 대한 시뮬레이션 사진들로서, 도 4b에서 인텐서티(In.)는 입력 광에 대한 상대적인 인텐서티를 의미할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 1의 디펙 검사 시스템(100)을 모사한 FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 시뮬레이션을 통해 300㎚ 두께의 샘플(200s)에 대한 광의 인텐서티 I(P,C,A)가 구해질 수 있다. FDTD 시뮬레이션에 대해 간단히 설명하면, 샘플(200s) 표면이 저배율 광학계(160)를 통과해서 디텍터(detector), 예컨대, 제2 카메라(180-2)에 1:1로 결상된다고 가정하고, 시뮬레이션 영역은 가로 5㎛, 세로 5㎛, 및 높이 1.4㎛이고, 광원의 위치는 샘플(200s) 표면 위의 0.55㎛이며, 633㎚의 평면파가 샘플(200s) 표면의 법선에 65°의 각도로 입사하도록 셋팅될 수 있다. 또한, 제2 카메라(180-2)는 가로 5㎛, 및 세로 5㎛의 이차원 면적 카메라이고, 샘플(200s) 표면 위의 0.6㎛에 위치하며, 샘플(200s)에서 반사된 광의 Ex, Ey, Ez를 검출하고 이를 회전 변환 후, 편광 분석기(150)를 통해 통과하는 성분만 고려하여, 최종 이미지에 대한 광의 인텐서티만 검출되도록 시뮬레이션 될 수 있다. 참고로, 도 4a에서, 편광 분석기(150) 뒤의 점선(Me)은 편광 분석기(150)를 통과한 광의 인텐서티가 획득됨을 의미할 수 있다.
도 4b는 널 조건을 위하여 P, C, A 값들을 변경하면서 획득한 광의 인텐서티 I(P,C,A)에 대한 시뮬레이션 사진들이 보여주고 있는데, 타원편광 파라미터인 ψ와 Δ를 식(4)와 식(5)에서와 같이 I(0,π/4,0) ), I(0,π/4,π/4), 및 I(π/4,π/4,π/2)의 3번의 측정으로 구할 수도 있지만, 다른 P, C, A의 조합의 광의 인텐서티 측정으로도 구할 수 있다. 예컨대, 도 4b의 시뮬레이션 사진에서는 I(π/4,0,π/4), I(π/4,π/2,π/4), I(π/4,π/3,π/4), 및 I(π/4,π/6,π/4)의 4번의 P, C, A의 조합의 결과를 사용한다. 한편, 도 4b의 x축 y축 상의 숫자들은 단순히 2차원 좌표 값들을 의미하고 그에 대해서는 도 5b 및 도 5c의 설명 부분에 좀 더 상세히 설명한다.
식(1)과 식(2)를 이용하여, (ψ,Δ)=(0.4205,0.1588)을 구할 수 있다. 이러한 결과는, 공기(air)-실리콘(Si)-공기(air)의 삼상계를, 프레넬(Fresnel) 방정식으로 푼 결과인 (ψ,Δ)=(0.4347,0.1573)와 거의 동일함을 확인할 수 있다. ψ와 Δ를 구한 후, C의 각도에 π/4을 적용하여, 널 조건으로서, (P,C,A)=(-40.49°, 45°, 24.91°)을 구할 수 있다.
도 5a 내지 5d는 디펙을 포함한 웨이퍼에 대한 단면도, 및 웨이퍼에 대한 널 조건의 비적용 상태에서 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들 및 평준화된 인텐서티 에러에 대한 사진이다.
도 5a 내지 5d를 참조하면, 웨이퍼(200) 상에 존재하는 디펙(De)은, 예컨대, 가로, 세로, 높이 100㎚의 실리콘 큐브(Si cube) 형태를 가질 수 있다. 도 5a의 편광 분석기(150) 앞의 점선(Me)은 편광 분석기(150) 없이, 또는 널 조건의 비적용 상태에서 광의 인텐서티가 획득됨을 의미할 수 있다.
도 5b 및 도 5c의 상단은 디펙이 없는 웨이퍼의 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들이고, 도 5b 및 도 5c의 하단은 웨이퍼(200) 상에 디펙이 있는 웨이퍼(200)의 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들이다. 여기서, 디펙이 없는 웨이퍼는 예컨대, 도 4a의 샘플(200s)에 해당할 수 있다. 한편, 시뮬레이션 사진들 각각은 제2 카메라(180-2)의 하나의 픽셀 사이즈에 대응하고, x축과 y축은 각각 5㎛ 정도일 수 있다.
도 5b의 시뮬레이션 사진에서는 533 by 533 행렬의 포인트들로서 광의 인텐서티가 표시되고 있다. 그러나 실제로의 광의 인텐서티는 제2 카메라(180-2)의 픽셀 하나의 해상도(resolution)로 검출될 수 있다. 도 5b의 행렬의 포인트들의 광 인텐서티 값들의 평균값을 취함으로써, 도 5c와 같은 시뮬레이션 사진을 얻어 수 있고, 그에 따라, 도 5c의 시뮬레이션 사진은 제2 카메라(180-2)의 하나의 픽셀에 실질적으로 대응할 수 있다. 또한, 도 5c의 시뮬레이션 사진들에서, x-y 좌표 평면 상의 (1, 1)을 중심으로 하여 전체가 평균 인텐서티로 표시되고, 중심에 해당 광의 평균 인텐서티 값이 기재되어 있다.
도 5d의 시뮬레이션 사진은 널 조건의 비적용 상태에서, 웨이퍼(200) 상에 디펙이 없을 때와 디펙이 있을 때의 광의 인텐서티 차이를 보여주고 있다. 구체적으로, 도 5d은 도 5c의 하단의 광의 평균 인텐서티 값에서 상단의 광의 평균 인텐서티 값을 빼고, 다시 상단의 광의 평균 인텐서티 값으로 나눈 값에 해당하고, 이하, '평준화된 인텐서티 에러(Normalized Intensity Error)'라고 지칭한다. 널 조건의 비적용 상태에서, 평준화된 인텐서티 에러는 0.0042로서 0.4% 정도에 불과할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(200) 상에 디펙이 존재하는지를 판단하는 것은 거의 불가능하다.
도 6a 내지 6d는 디펙을 포함한 웨이퍼에 대한 단면도, 및 웨이퍼에 대한 널 조건의 적용 상태에서 광의 인텐서티의 시뮬레이션 사진들 및 평준화된 인텐서티 에러에 대한 사진이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 웨이퍼(200) 상에 존재하는 디펙(De), 역시, 가로, 세로, 높이 100㎚의 실리콘 큐브 형태를 가지며, 도 6a의 편광 분석기(150) 뒤의 점선(Me)은 편광 분석기(150)를 통과한, 또는 널 조건의 적용 상태에서 광의 인텐서티가 획득됨을 의미할 수 있다.
도 6b 및 도 6c는 널 조건이 적용되었다는 점을 제외하고는 도 5b 및 도 5c에서 설명한 바와 같다. 널 조건의 적용에 의해, 검출된 광의 인텐서티는 도 5b나 도 5c에 비해 매우 낮음을 알 수 있다. 이는, 널 조건의 적용에 의해 웨이퍼로부터의 기준 광이 편광 분석기(150)에 의해 대부분 차단되었기 때문이다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 널 조건의 적용에 의해 평준화된 인텐서티 에러는 0.5238로서 52.3% 정도에 해당할 수 있다. 따라서, 널 조건 상태의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여 웨이퍼(200)를 검사함으로써, 웨이퍼(200) 상에 디펙이 존재하는지를 명백하게 판단할 수 있다. 참고로, 웨이퍼(200) 상에 디펙이 존재하는 경우에, 널 조건 상태에서 광의 인텐서티가 더 높게 나오는 이유는 디펙에 의한 산란 광들이 편광 분석기(150)를 통과하고, 그러한 산란 광들이 광의 인텐서티의 증가에 기여하기 때문이다. 한편, 널 조건을 적용하지 않은 경우에도, 디펙이 존재하는 웨이퍼의 광의 인텐서티가 더 높을 수 있으나, 매우 높은 인텐서티를 갖는 기준 광이 함께 검출되므로, 산란 광에 의한 광의 인텐서티의 증가의 비율은 매우 미미할 수 있다.
도 7은 편광 분석기의 회전각 A의 변화에 따른 도 6d의 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다. 여기서, x축이 회전각 A를 나타내고 y축이 평준화된 인텐서티 에러를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 편광 분석기(150)를 회전시키면서, 도 6b 내지 도 6d의 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 디펙이 없는 웨이퍼, 예컨대, 샘플(200s)과 디펙이 있는 웨이퍼(200) 사이의 평준화된 인텐서티 에러를 구할 수 있다. 이후, 편광 분석기(150)의 회전각 A 대하여 평준화된 인텐서티 에러를 표시함으로써, 도 7과 같은 그래프를 얻을 수 있다.
그래프를 통해 알 수 있듯이, 널 조건에 해당하는 A=24.91°에서, 평준화된 인텐서티 에러가 최대값을 나타낼 수 있다. 또한, 그래프는 10°이상의 반치폭(half-width)을 나타내고 있다. 따라서, 웨이퍼에 100㎚ 사이즈의 디펙이 존재할 경우, 편광 분석기(150)의 회전각 A를 널 조건에 정확히 일치시키지 않고, 널 조건 근처에 위치시켜도 디펙의 존재를 충분히 검출할 수 있음을 알 수 있다.
지금까지, 패턴이 없는 베어 웨이퍼에 대한 디펙 검사에 대하여 설명하였다. 그러나 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100)은 패턴이 없는 베어 웨이퍼에 한정되지 않고 주기적인 패턴을 갖는 웨이퍼에 대한 디펙 검사에도 이용될 수 있다. 주기적인 패턴을 갖는 웨이퍼에 대한 디펙 검사에 대하여, 이하 도 8a 내지 도 9d의 설명 부분에서 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 2D 어레이 구조의 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도, 디펙을 포함한 2D 어레이 구조의 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도와 평면도, 및 편광 분석기의 회전각 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 디펙이 없는 웨이퍼(200s')는 300㎚의 두께를 가지며, 상면 상에는 가로, 세로, 높이 100㎚의 실리콘 큐브가 규칙적으로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 큐브가 가로와 세로로 각각 500㎚ 간격으로 규칙적으로 배열되어 2D 어레이 구조의 제1 패턴(P1)을 구성할 수 있다. 이와 같이 상면 상에 제1 패턴(P1)이 형성된 웨이퍼(200s')는 디펙이 없는 샘플에 해당할 수 있다.
한편, 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(200a)는 상면 상에 형성된 2D 어레이 구조의 제1 패턴(P1)을 포함하되, 중앙 부분에 실리콘 큐브 하나가 빠진 디펙(De)을 포함할 수 있다.
먼저, 디펙이 없는 웨이퍼(200s')에 대하여 FDTD 시뮬레이션을 통해 널 조건을 구한다. 시뮬레이션 조건은 도 4a 및 도 4b의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 또한, 도 4b에서와 같이, I(π/4,0,π/4), I(π/4,π/2,π/4), I(π/4,π/3,π/4), I(π/4,π/6,π/4)의 시뮬레이션 값들을 이용하여, ψ와 Δ의 값을 얻을 수 있고, 이어서, E(P,π/4,A) = 0에 의해 널 조건에 해당하는 P, C, A 값을 구할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 널 조건을 적용하여 검출한 디펙이 없는 웨이퍼(200s')에 대한 광의 평균 인텐서티는 0.0057 정도로 나타나고, 디펙이 있는 웨이퍼(200a)에 대한 광의 평균 인텐서티는 0.0068 정도로 나타날 수 있다. 그에 따라, 평준화된 인텐서티 에러는 0.192로서 19.2% 정도에 해당할 수 있다. 따라서, 2D 어레이 구조의 패턴이 형성된 웨이퍼에 대한 디펙 존재 여부를 충분히 판단할 수 있다.
도 8d는 도 7에 대응하는 그래프로서, 디펙을 포함하는 웨이퍼(200a)에 대하여, 편광 분석기(150)의 회전각 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주고 있다. 그래프를 통해 알 수 있듯이, 널 조건에 해당하는 A=32.7°에서, 평준화된 인텐서티 에러가 최대값을 나타낼 수 있다. 또한, 그래프는 10°이상의 반치폭을 나타내고 있다. 한편, 여기서, 반치폭에 대응하는 평준화된 인텐서티 에러는 약, 0.1, 즉 10% 정도일 수 있다. 따라서, 2D 어레이 구조의 패턴이 형성된 웨이퍼에 디펙이 존재할 경우, 편광 분석기(150)의 회전각 A를 널 조건에 정확히 일치시키지 않고, 널 조건 근처에 위치시켜도 디펙의 존재를 충분히 검출할 수 있음을 알 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 라인&스페이스(L/S) 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도, 디펙을 포함한 L/S 패턴들이 형성된 웨이퍼에 대한 단면도와 평면도, 및 편광 분석기의 회전각 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d를 참조하면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 디펙이 없는 웨이퍼(200s")는 300㎚의 두께를 가지며, 상면 상에는 폭 10㎚와 높이 40㎚의 실리콘 라인이 규칙적으로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 라인이 10㎚ 간격으로 규칙적으로 배열되어 L/S 구조의 제2 패턴(P2)을 구성할 수 있다. 이와 같이 상면 상에 제2 패턴(P2)이 형성된 웨이퍼(200s")는 디펙이 없는 샘플에 해당할 수 있다.
한편, 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(200b)는 상면 상에 형성된 L/S 구조의 제2 패턴(P2)을 포함하되, 중앙 부분에 실리콘 라인이 연결된 디펙(De)을 포함할 수 있다. 이러한 실리콘 라인이 연결된 부분은 단락 회로(short circuit)에 해당하는 디펙일 수 있다.
먼저, 디펙이 없는 웨이퍼(200s")에 대하여 FDTD 시뮬레이션을 통해 널 조건을 구한다. 도 4b에서와 같이, I(π/4,0,π/4), I(π/4,π/2,π/4), I(π/4,π/3,π/4), I(π/4,π/6,π/4)의 시뮬레이션 값들을 이용하여, ψ와 Δ을 구하고, 다시 E(P,π/4,A) = 0에 의해 널 조건에 해당하는 P, C, A 값을 구할 수 있다. 구해진 널 조건을 적용하여 검출한 디펙이 없는 웨이퍼(200s")에 대한 광의 평균 인텐서티는 1.616E(-8) 정도로 나타나고, 디펙이 있는 웨이퍼(200b)에 대한 광의 평균 인텐서티는 1.924E(-8) 정도로 나타날 수 있다. 그에 따라, 평준화된 인텐서티 에러는 0.191로서 19.1% 정도에 해당할 수 있다. 따라서, L/S 패턴이 형성된 웨이퍼에 대한 디펙 존재 여부를 충분히 판단할 수 있다.
도 9d는 도 7에 대응하는 그래프로서, 디펙을 포함하는 웨이퍼(200b)에 대하여, 편광 분석기(150)의 회전각 A의 변화에 따른 평준화된 인텐서티 에러를 보여주고 있다. 그래프를 통해 알 수 있듯이, 널 조건에 해당하는 40° 근처에서, 평준화된 인텐서티 에러가 최대값을 나타냄을 알 수 있다. 한편, 그래프는 거의 0°에 가까운 반치폭을 나타낼 수 있다. 따라서, 도 9b의 웨이퍼(200b)의 경우, 편광 분석기(150)의 회전각 A를 널 조건에 정확히 일치시켜야 디펙의 존재를 검출할 수 있음을 알 수 있다. 이는, 광의 파장보다 작은 디펙에서 산란 광의 세기는, 디펙의 체적의 제곱에 비례하는 레일리 산란(Rayleigh Scattering)을 따르는데, 앞서 100nm 큐브의 디펙의 예와 달리, 디펙의 사이즈가 가로 10nm, 세로 10nm, 높이 40nm로 체적이 200배 이상 작고, 따라서 산란 광의 세기도 입사광의 세기와 비교할 수 없이 작아지기 때문이다.
지금까지 설명한 디펙 검사 방법은 기본적으로 1:1의 등배율의 저배율 광학계(160)를 이용한 결과일 수 있다. 만약, 1:1 이상의 배율, 예컨대 1:10의 배율의 저배율 광학계(160)를 이용하는 경우, 평준화된 인텐서티 에러는 증가할 수 있다. 예컨대, 앞서 L/S 구조의 제2 패턴(P2)이 형성된 웨이퍼(200b)에 1:10의 배율의 저배율 광학계(160)를 적용하는 경우에, 평준화된 인텐서티 에러는 6.31, 즉 631% 정도로 나타나므로, 디펙의 검출이 좀 더 용이할 수 있다. 또한, 반치폭도 증가하여 편광 분석기(150)의 회전각 A의 널 조건의 일치에 대한 허용범위도 증가할 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 디펙 검사 시스템들을 개략적으로 보여주는 구조도들이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100a)은, 카메라부(180)가 제1 카메라(180-1)만을 구비한다는 점에서, 도 1의 디펙 검사 시스템(100)과 다를 수 있다. 또한, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100a)은 빔 스플리터(도 1의 170)를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 제1 카메라(180-1)만 존재하므로 저배율 광학계(160)로부터의 광을 분할할 필요가 없고, 따라서, 빔 스플리터는 생략될 수 있다.
본 실시예의 디펙 검사 시스템(100a)에서, 제1 카메라(180-1)는 고감도 카메라로서, 널 조건 상태에서 디펙을 검출하는데 이용될 수 있다. 따라서, 제1 카메라(180-1)는 박스(184) 내에 밀폐되어 배치되고, 또한 입구 전단에 셔터(182)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 카메라(180-1)는 디펙 검사 시스템(100a)의 널 조건을 구하는 데에도 이용될 수 있다. 그에 따라, 제1 카메라(180-1)는 기준 광에 의해 손상되는 않는 픽셀들을 포함할 수 있다. 한편, 제1 카메라(180-1)는 감도를 변경할 수 있는 감도 가변 카메라일 수 있다. 그에 따라, 널 조건을 구할 때에는 제1 카메라(180-1)가 일반 또는 저감도를 유지하고, 디펙을 검출할 때에는 제1 카메라(180-1)가 고감도를 유지할 수 있다.
경우에 따라, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100a)에서, 제1 카메라(180-1)와 제2 카메라(도 1의 180-2)는 교체되어 사용될 수 있다. 예컨대, 널 조건을 구할 때는 제2 카메라가 저배율 광학계(160)의 후단에 배치될 수 있다. 또한, 널 조건 상태에서 디펙을 검출할 때는 제2 카메라 대신에 제1 카메라(180-1)가 저배율 광학계(160)의 후단에 배치될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100b)은, 검출 광학계(OPde) 쪽에 추가 보상자(140a)를 더 포함한다는 점에서, 도 1의 디펙 검사 시스템(100)과 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100b)에서, 추가 보상자(140a)가 편광 분석기(150)의 전단에 배치될 수 있다. 추가 보상자(140a)의 기능이나 구조 등은 도 1의 디펙 검사 시스템(100)의 보상자(140)에 대해 설명한 바와 같다.
추가 보상자(140a)를 추가함으로써, 널 조건을 보다 정밀하게 구할 수 있고, 또한, 편광 분석기(150)가 기준 광을 보다 완벽하게 차단할 수 있다. 다만, 추가 보상자(140a)의 광축에 대한 회전각이 추가되므로, 널 조건을 구하기 위한 광의 인텐서티 측정이 적어도 4번 수행될 수 있다. 한편, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100b)과 같이 입사 광학계(OPin)에 보상자(140)를 포함하고 검출 광학계(OPde)에 추가 보상자(140a)를 포함한 시스템을 PCSCA 타원계 시스템이라고 한다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100c)은 검출 광학계(OPde)가 반사광(Lre)의 경로 상에 배치되지 않는다는 점에서, 도 10의 디펙 검사 시스템(100a)과 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100c)에서, 검출 광학계(OPde)는 검사 대상(200)의 표면의 법선(Nl) 상에 배치될 수 있다.
이와 같이, 검출 광학계(OPde)가 검사 대상(200)의 표면의 법선(Nl) 상에 배치에 되는 경우에, 기준 광의 대부분은 반사광(Lre)의 경로를 통해 진행하므로, 널 조건의 효과가 더욱 커질 수 있다. 다시 말해서, 널 조건 상태에서, 법선(Nl) 상에 배치된 편광 분석기(150)를 통과하는 기준 광은 거의 사라질 수 있다. 또한, 널 조건이 아닌 상태에서도 법선(Nl) 방향으로의 기준 광의 세기는 미미하므로, 널 조건을 구하는데 제1 카메라(180-1)가 이용될 수 있고, 기준 광에 의해 제1 카메라(180-1)의 픽셀들이 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100c)에서, 검출 광학계(OPde)는 빔 스플리터(도 1의 170)와 제2 카메라(도 1의 180-2)를 구비하지 않을 수 있다. 물론, 검출 광학계(OPde)가 빔 스플리터와 제2 카메라를 구비하는 것을 전적으로 배제하는 것은 아니다.
한편, 편광 분석기(150)는 법선(Nl)에 대하여 경사지게 배치되거나 수직이 되도록 배치될 수 있다. 예컨대, 편광 분석기(150)는 기준 광을 효과적으로 차단할 수 있는 경사를 가지고 배치될 수 있다. 도 1의 디펙 검사 시스템(100)과 같이 편광 분석기(150)가 반사광(Lre)의 경로 상에 배치되는 경우에, 반사광의 경로에 수직으로 편광 분석기(150)가 배치되는 것이 기준 광을 차단하는데 효과적일 수 있다. 그러나 편광 분석기(150)가 반사광의 경로가 아닌 부분에 배치되는 경우에는, 편광 분석기(150)에 의한 기준 광의 차단 효과는 경사지게 배치될 때 더 커질 수도 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100d)은 널 조건을 찾기 위한 보정(calibration) 광학계(OPca)와 디펙을 정밀 검사하기 위한 검출 광학계(OPdea)가 서로 분리되어 배치된다는 점에서, 다른 실시예들의 디펙 검사 시스템들(100, 100a ~ 100c)과 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100d)에서, 보정 광학계(OPca)는 반사광의 경로에 평행하게 배치되고, 검출 광학계(OPdea)는 검사 대상(200)의 표면의 법선 상에 배치될 수 있다. 이러한 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100d)은 도 10과 도 12의 실시예를 조합한 듀얼 시스템(Dual system)에 해당할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100d)에서, 검출 광학계(OPdea)는 편광 분석기(150a)가 저배율 광학계 (160a)의 위에 배치된 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 저배율 광학계(160a)의 대물렌즈가 검사 대상(200)에 최대한 가까이 배치되도록 하여, 디펙에 의한 산란 광의 검출을 극대화시킬 수 있다. 물론, 편광 분석기(150a)가 저배율 광학계(160a)의 밑에 배치되는 것이 배제되는 것은 아니다. 또한, 검출 광학계(OPdea)는 저배율 광학계(160)를 통해 배율이 용이하게 조정될 수 있다. 더 나아가, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100d)에서는 보정 광학계(OPca)와 검출 광학계(OPdea)가 따로 배치됨으로써, 빔 스플리터가 불필요하고, 따라서 빔 스플리터에 의한 광 손실이 발생하지 않을 수 있다.
덧붙여, 검출 광학계(OPdea)는 디펙의 검출에만 이용되는 것이 아니라 널 조건을 찾는 데에도 이용될 수 있다. 예컨대, 일단 보정 광학계(170)를 이용하여 브로드하게 널 조건을 찾고, 이후, 검출 광학계(OPdea)를 이용하여 정밀하게 널 조건을 찾을 수 있다. 정밀한 널 조건을 찾은 후에, 검출 광학계(OPdea)를 이용하여 검사 대상(200)을 검사함으로써, 디펙을 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100e)은 검출 광학계(OPde)가 반사광(Lre)의 경로 상에 배치되지 않는다는 점에서, 도 12의 디펙 검사 시스템(100c)과 유사할 수 있다. 그러나 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100e)에서, 검출 광학계(OPde)는 저배율 광학계(도 12의 160)를 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 디펙 검사 시스템(100e)에서, 카메라부(180), 예컨대 제1 카메라(180-1)는 검사 대상(200)의 표면의 법선(Nl) 상에 배치되되, 편광 분석기(150) 바로 위에 배치될 수 있다. 저배율 광학계 없이 제1 카메라(180-1)가 배치된 경우에, 제1 카메라(180-1)는 디지털 홀로그래피(digital holography) 방법을 통해 광을 검출할 수 있다.
지금까지 다양한 구조의 디펙 검사 시스템들(100, 100a ~ 100e)에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 널 조건을 구한 후, 널 조건 상태에서 고감도 카메라를 이용하여 디펙을 검출할 수 있는 모든 디펙 검사 시스템의 구조가 본 발명의 기술적 사상에 속한다고 할 것이다. 또한, 널 조건 상태에서 저배율 광학계(160)를 이용하여 고속으로 디펙을 검출할 수 있는 디펙 검사 시스템의 구조 역시 본 발명의 기술적 사상에 속할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 디펙 검사 시스템들에서 검사 대상의 수직 상방, 또는 카메라의 전방에 배치될 수 있는 마스크에 대한 평면도이다.
도 15를 참조하면, 전술한 디펙 검사 시스템들(100, 100a ~ 100e)은 검사 대상(200) 위에, 또는 카메라부(180), 예컨대 제1 카메라(180-1)의 전방에 배치된 마스크(107)를 더 포함할 수 있다. 검사 대상(200)이 웨이퍼라고 할 때, 웨이퍼 상의 일부분에는 주기적인 패턴들이 형성되어 있고, 나머지 부분에서 비주기적인 패턴들이 형성될 수 있다. 그러한 경우, 주기적인 패턴들(P)만을 노출시키는 마스크(107)가 웨이퍼의 수직 상방 또는 카메라의 전방에 배치됨으로써, 디펙 검사 시스템들(100, 100a ~ 100e)이 주기적인 패턴들(P)에 대해서만 디펙 검사를 수행할 수 있다. 도 15에서, 마스크(107)의 오픈 영역(O)을 통해 웨이퍼의 주기적인 패턴들(P)이 노출되고 있다. 한편, 마스크(107)가 카메라부(180)의 전방에 배치되는 경우에, 마스크(107)는 카메라부(180)의 입구에 대응하는 사이즈를 가지며, 또한, 저배율 광학계(160)의 배율에 따라, 주기적인 패턴들의 전부 또는 일부가 마스크(107)의 오픈 영역(O)을 통해 노출될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-헤드(multi-head) 디펙 검사 시스템을 개략적으로 보여주는 구조도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 멀티-헤드 디펙 검사 시스템(100-M)은 3개의 검사용 헤드(100-1, 100-2, 100-3)를 포함할 수 있다. 3개의 검사용 헤드(100-1, 100-2, 100-3) 각각은, 도 1, 및 도 10 내지 도 13의 디펙 검사 시스템들(100, 100a ~ 100e) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 도 16에서, 입사 광학계(OPin)와 검출 광학계(OPde)를 사각기둥 형태로 단순화하여 표현하고 있고, 회전 거치대, 스테이지, 분석 컴퓨터 등은 생략하여 도시되고 있다. 한편, 스테이지, 분석 컴퓨터 등은 공통으로 이용될 수 있다.
본 실시예의 멀티-헤드 디펙 검사 시스템(100-M)은 3개의 검사용 헤드(100-1, 100-2, 100-3)를 포함함으로써, 검사 대상(200)에 대한 디펙 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 한편, 본 실시예의 멀티-헤드 디펙 검사 시스템(100-M)이 3개의 검사용 헤드(100-1, 100-2, 100-3)를 포함하지만, 검사용 헤드의 개수가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 멀티-헤드 디펙 검사 시스템(100-M)은 2개의 검사용 헤드 또는 4개 이상의 검사용 헤드를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 방법에 대한 흐름도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1의 디펙 검사 시스템(100)을 함께 참조하여 설명한다.
도 17을 참조하면, 먼저, 디펙이 없는 샘플을 이용하여 디펙 검사 시스템(100)의 널 조건을 설정한다(S110). 널 조건을 설정하는 구체적인 방법은 도 3의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
널 조건 설정 후, 널 조건 상태의 디펙 검사 시스템(100)을 이용하여, 검사 대상(200)을 검측한다(S120). 널 조건 상태에서 검사 대상(200)을 검측하게 되면, 디펙이 없는 상태의 반사광에 해당하는 기준 광이 편광 분석기(150)를 통해 완전히 차단되거나 또는 대부분 차단될 수 있다.
이후, 검측 결과를 분석하여 검사 대상(200)에 디펙이 존재하는지 판단한다(S130). 예컨대, 검사 대상(200)의 검측 결과를 디펙이 없는 샘플의 검측 결과와 비교한다. 그에 따라, 검사 대상(200)의 검측 결과와 샘플의 검측 결과가 일치하는 경우에 검사 대상(200)에 디펙이 없는 것으로 판단하고, 또한 샘플의 검측 결과와 불일치하는 경우에 검사 대상(200)에 디펙이 있는 것으로 판단할 수 있다. 한편, 검사 대상(200)과 샘플이 완전히 동일하지 않으므로, 검사 대상(200)에 디펙이 없더라도 검사 대상(200)의 검측 결과와 샘플의 검측 결과 사이에 차이가 존재할 수 있다. 따라서, 앞서 도 5d 또는 도 6d를 통해 설명한 평준화된 인텐서티 에러의 개념을 가지고 디펙이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 평준화된 인텐서터 에러가 10% 이상인 경우에, 검사 대상(200)에 디펙이 있는 것으로 판단하고 그 이하의 경우는 디펙이 없는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 디펙 존재 여부의 판단을 위한 평준화된 인텐서티 에러의 기준이 10%에 한정되는 것은 아니다, 예컨대, 디펙 존재 여부의 판단을 위한 평준화된 인텐서티 에러의 기준은 5%, 20% 등 검사 대상(200), 디펙의 형태나 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 디펙 검사 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다. 역시, 도 1의 디펙 검사 시스템(100)을 함께 참조하여 설명한다.
도 18을 참조하면, 널 조건 설정 단계(S210) 내지 디펙 존재 여부의 판단 단계(S230)는 도 17의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 다만, 웨이퍼의 검측 단계(S220)에서, 검사 대상(200) 대신 구체적인 웨이퍼가 검측될 수 있다. 또한, 디펙 존재 여부의 판단 단계(S230)에서, 판단 결과에 따라 서로 다른 단계로 진행될 수 있다.
웨이퍼에 디펙이 없는 경우(No), 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행한다(S240). 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하여 해당 반도체 소자에 요구되는 집적 회로들 및 배선들을 형성할 수 있다. 웨이퍼에 대한 반도체 공정은 웨이퍼 레벨의 반도체 소자에 대한 테스트 공정을 포함할 수 있다. 한편, 웨이퍼에 대한 반도체 공정 중에, 웨이퍼 상에 형성된 주기적인 패턴에 대하여, 널 조건 설정 단계(S210) 내지 디펙 존재 여부의 판단 단계(S230)의 과정이 수행될 수도 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화 한다(S250). 각각의 반도체 칩으로의 개별화는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다.
이후, 반도체 칩에 대한 패키징을 수행한다(S260). 패키징 공정은 반도체 칩들을 PCB 상에 실장하고 밀봉재로 밀봉하는 공정을 의미할 수 있다. 한편, 패키징 공정은 PCB 상에 다수의 반도체를 다층으로 적층하여 스택 패키지를 형성하거나, 또는 스택 패키지 상에 스택 패키지를 적층하여 POP(Package On Package) 구조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 반도체 칩에 대한 패키징 공정을 통해 반도체 소자 또는 반도체 패키지가 완성될 수 있다. 한편, 패키징 공정 후에 반도체 패키지에 대한 테스트 공정이 수행될 수 있다.
한편, 웨이퍼에 디펙이 존재하는 경우(Yes), 해당 웨이퍼를 세정하거나 또는 해당 웨이퍼를 폐기한다(S270). 이후, 세정한 웨이퍼 또는 다른 웨이퍼를 디펙 검사 시스템(100)에 투입하고(S280), 웨이퍼의 검측 단계(S220)로 진행한다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100a ~ 100e: 디펙 검사 시스템, 100-1, 100-2, 100-3: 검사용 헤드, 100-M: 멀티-헤드 디펙 검사 시스템, 101: 광원, 103: 스테이지, 105: 분석 컴퓨터, 107: 마스크, 110: 단색광 분광기, 120: 평행광 시준기, 130: 선형 편광기, 140: 보상자, 150: 편광 분석기, 160: 저배율 광학계, 170: 빔 스플리터, 180: 카메라부, 180-1, 180-2: 제1, 제2 카메라, 182: 셔터, 184: 박스, 190: 선형 거치대, 200s, 200s', 200s": 샘플 또는 디펙이 없는 웨이퍼, 200, 200a, 200b: 검사 대상 또는 디펙이 있는 웨이퍼

Claims (20)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기(linear polarizer);
    상기 선형 편광기로부터의 광을 원편광 또는 타원편광시키는 보상자(compensator);
    검사 대상이 배치되는 스테이지;
    상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기; 및
    상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 제1 카메라;를 포함하고,
    상기 보상자를 통과한 광은 상기 검사 대상에 경사 입사되고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 상기 광 중에서 디펙(defect)이 없는 상태에서 반사된 광에 해당하는 기준 광을 상기 편광 분석기에 의해 차단시키고 상기 검사 대상의 디펙을 검사하는 디펙 검사 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 광의 차단을 위하여, 디펙이 없는 샘플에서 반사된 광이 차단되도록 상기 선형 편광기, 상기 보상자, 및 상기 편광 분석기의 광축에 대한 회전각(방위각)이 설정된 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 편광 분석기로부터의 광을 2개의 광으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함하고,
    상기 제1 카메라는, 분할된 2개의 상기 광 중 어느 하나의 광을 수집하는 위치에 배치되고,
    분할된 2개의 상기 광 중 다른 하나의 광을 수집하는 위치에 제2 카메라가 더 배치되며,
    상기 제1 및 제2 카메라 중 적어도 하나는 ISO(International Organization for Standardization) 감도가 3000 이상인 고감도 카메라인 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 카메라는 상기 회전각 설정에 이용되고,
    상기 고감도 카메라에 해당하는, 상기 제1 및 제2 카메라 중 어느 하나는 라인 스캔 카메라(line scan camera)이며, 상기 검사 대상의 디펙을 검출하는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 분석기와 상기 제1 카메라 사이에 배치되고, 상기 검사 대상의 표면을 상기 제1 카메라에 결상시키는 1:1 내지 1:100의 저배율 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 광대역 광원이고,
    상기 광원으로부터의 광대역 광을 단파장 광으로 만드는 단색광 분광기(monochromator);
    상기 단색광 분광기로부터의 광을 평행광으로 만드는 평행광 시준기(beam collimator);
    상기 편광 분석기로부터의 광을 저배율로 결상시키는 저배율 광학계; 및
    상기 저배율 광학계로부터의 광을 2개의 광으로 분할하는 빔 스플리터를 더 포함하며,
    상기 제1 카메라는, 분할된 2개의 광 중 어느 하나의 광을 수집하는 위치에 배치되고,
    분할된 2개의 광 중 다른 하나의 광을 수집하는 위치에 제2 카메라가 더 배치된 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 분석기와 상기 제1 카메라는, 반사된 상기 광의 경로 상에 배치되거나, 또는 상기 검사 대상의 표면의 법선 상에 배치된 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 편광기, 상기 보상자 및 상기 편광 분석기 중 적어도 하나는 전기 신호로 제어되는 전자 소자인 것을 특징으로 하는 디펙 검사 시스템.
  9. 적어도 2개의 검사용 헤드; 및
    검사 대상이 배치되는 스테이지;를 포함하고,
    상기 검사용 헤드 각각은,
    광원, 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기, 상기 선형 편광기로부터의 광을 원편광 또는 타원편광시키는 보상자, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기, 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 적어도 하나의 카메라를 구비하며, 상기 보상자를 통과한 광은 상기 검사 대상에 경사 입사되고, 상기 검사 대상으로부터 반사된 상기 광 중에서 디펙이 없는 상태에서 반사된 광에 해당하는 기준 광을 상기 편광 분석기에 의해 차단시키고 상기 검사 대상의 디펙을 검사하는, 멀티-헤드(multi-head) 디펙 검사 시스템.
  10. 디펙이 없는 샘플을 이용하여 디펙 검사 시스템의 널(null) 조건을 설정하는 단계;
    상기 널 조건의 상태의 상기 디펙 검사 시스템을 이용하여 검사 대상을 검측하는 단계; 및
    상기 검사 대상의 검측 결과를 분석하여 상기 검사 대상에 디펙이 존재하는지 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 디펙 검사 시스템은 광을 원편광 또는 타원편광시켜 상기 검사 대상으로 경사 입사시키고 반사된 광을 검출하여 상기 검사 대상의 디펙을 검사하며,
    상기 널 조건은 상기 샘플에서 반사된 광이 차단되는 조건이며,
    상기 판단하는 단계에서 상기 검사 대상의 검측 결과를 상기 널 조건의 상태의 상기 샘플의 검측 결과와 비교하는, 디펙 검사 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 디펙 검사 시스템은, 광원, 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기, 상기 선형 편광기로부터의 광을 상기 원편광 또는 타원편광시키는 보상자, 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지, 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 선택적으로 통과시키는 편광 분석기, 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 제1 카메라;를 포함하고,
    상기 널 조건을 설정하는 단계에서, 상기 샘플에서 반사된 광이 차단되도록 상기 선형 편광기, 상기 보상자, 및 상기 편광 분석기의 광축에 대한 회전각을 설정하는 것을 특징으로 하는 디펙 검사 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 ISO 감도가 3000 이상인 고감도 카메라이고,
    상기 널 조건을 설정하는 단계에서, 상기 제1 카메라보다 ISO 감도가 낮은 제2 카메라와 상기 제1 카메라를 이용하고,
    상기 검사 대상을 검측하는 단계에서, 상기 제1 카메라를 이용하는 것을 특징으로 하는 디펙 검사 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 검사 대상을 검측하는 단계에서, 상기 편광 분석기와 상기 제1 카메라 사이에 배치되고, 상기 검사 대상의 표면을 상기 제1 카메라에 결상시키는 1:1 내지 1:100의 저배율 광학계를 이용하는 것을 특징으로 디펙 검사 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 널 조건을 설정하는 단계에서,
    상기 선형 편광기, 상기 보상자, 및 상기 편광 분석기의 광축에 대한 회전각이 각각 P, C, 및 A 이고,
    상기 편광 분석기로부터 출력된 광의 복소 진폭(complex amplitude)인 E(P,C,A)는 하기 식(1)로 주어지며,
    E(P,C,A) = rp cosA[cos(P-C)cosC + isinCsin(C-P)] + rs sinA[cos(P-C)sinC - icosCsin(C-P)].................................식(1)
    상기 rp는 p 편광에 대한 상기 샘플의 반사 계수이고, 상기 rs는 s 편광에 대한 상기 샘플의 반사 계수이며, 상기 rp와 상기 rs는 타원편광 파라미터 ψ와 Δ에 대해 하기 식(2)가 성립하며,
    tanψei △ ≡ rp/rs .........................식(2)
    상기 P, C, A에 대해 적어도 3번 다른 값들을 적용하여 적어도 3개의 상기 광의 인텐서티인 I(P,C,A)를 측정하여 획득하며, 상기 I(P,C,A)와 상기 E(P,C,A)는 하기 식(3)과 같은 관계가 있으며,
    I(P,C,A) = │E(P,C,A)│2..................식(3)
    획득된 적어도 3개의 상기 I(P,C,A)들의 조합으로 tanψ과 sin△를 표현하고,
    상기 식(1)에서 상기 C에 특정 값 C0를 입력한 후,
    E(P,C0,A) = 0이 되는 조건에 의하여, 상기 A와 P를 상기 ψ와 △로 표현함으로써, 상기 선형 편광기, 상기 보상자, 및 상기 편광 분석기의 광축에 대한 회전각을 설정하는 것을 특징으로 하는 디펙 검사 방법.
  15. 디펙이 없는 샘플을 이용하여 디펙 검사 시스템의 널 조건을 설정하는 단계;
    상기 널 조건의 상태의 상기 디펙 검사 시스템을 이용하여 웨이퍼를 검측하는 단계;
    상기 웨이퍼의 검측 결과를 분석하여 상기 웨이퍼에 디펙이 존재하는지 판단하는 단계; 및
    상기 웨이퍼에 디펙이 존재하지 않는 경우에, 상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 디펙 검사 시스템은 광을 원편광 또는 타원편광시켜 상기 웨이퍼로 경사 입사시키고 반사된 광을 검출하여 상기 웨이퍼의 디펙을 검사하며,
    상기 널 조건은 상기 샘플에서 반사된 광이 전부 차단되는 조건이며,
    상기 판단하는 단계에서 상기 웨이퍼의 검측 결과를 상기 널 조건의 상태의 상기 샘플의 검측 결과와 비교하는, 반도체 소자 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 디펙 검사 시스템은, 광원, 상기 광원으로부터의 광을 선형 편광시키는 선형 편광기, 상기 선형 편광기로부터의 광을 상기 원편광 또는 타원편광시키는 보상자, 상기 웨이퍼가 배치되는 스테이지, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 통과시키는 편광 분석기, 및 상기 편광 분석기로부터의 광을 수집하는 제1 카메라;를 포함하고,
    상기 널 조건을 설정하는 단계에서, 상기 샘플에서 반사된 광이 차단되도록 상기 선형 편광기, 상기 보상자, 및 상기 편광 분석기의 광축에 대한 회전각을 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 ISO 감도가 3000 이상인 고감도 카메라이고,
    상기 널 조건을 설정하는 단계에서, 상기 제1 카메라보다 ISO 감도가 낮은 제2 카메라와 상기 제1 카메라를 이용하고,
    상기 웨이퍼를 검측하는 단계에서, 상기 제1 카메라를 이용하며,
    상기 웨이퍼를 검측하는 단계에서, 상기 편광 분석기와 상기 제1 카메라 사이에 배치된 1:1 내지 1:100의 저배율 광학계를 이용하는 것을 특징으로 반도체 소자 제조방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼 또는 주기적인 패턴이 형성된 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 디펙이 존재하는 경우에, 상기 웨이퍼를 세정하거나 폐기하고,
    상기 웨이퍼를 검측하는 단계로 돌아가 세정한 상기 웨이퍼 또는 다른 웨이퍼에 대하여 검측을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계 이후에
    상기 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화하는 단계; 및
    상기 반도체 칩을 패키징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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