KR102632562B1 - Si 기반 검사 장치와 검사 방법, 및 그 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

Si 기반 검사 장치와 검사 방법, 및 그 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 광량 손실을 최소화하면서도 고해상도를 가지고 실시간으로 검사 대상을 정확하게 검사할 수 있는 SI 기반 검사 장치와 검사 방법, 및 그 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법을 제공한다. 그 검사 장치는 광을 생성하여 출력하도록 구성된 광원; 상기 광원으로부터 광을 구조화 조명(Structured Illumination: SI)으로 만들도록 구성된 위상 변위 격자(Phase Shift Grating: PSG); 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터의 반사광을 출사하도록 구성된 빔 스플리터; 이동 가능하고 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지; 및 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하도록 구성된 TDI(Time-Delayed Integration) 카메라;를 포함한다.

Description

SI 기반 검사 장치와 검사 방법, 및 그 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법{Inspecting apparatus and method based on SI(Structured Illumination), and method for fabricating semiconductor device comprising the inspecting method}
본 발명의 기술적 사상은 검사 장치와 검사 장치에 관한 것으로, 특히 SI 기반의 검사 장치와 검사 방법에 관한 것이다.
현재 반도체 제조 공정에서는 디자인 룰의 감소(shrink)가 지속적으로 진행되고 있고, 이로 인해 타겟 디펙의 사이즈도 점차 작아지고 있다. 또한, 웨이퍼 표면의 디펙을 검사하는 검사 장치의 측면에서는 작아진 디펙 사이즈에 따른 검출 감도 저하, 및 검출력 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 이를 극복하기 위해 광학 해상도(resolution)를 향상하기 위한 방법이 지속적으로 연구 및 개발되고 있다. 광학 해상도를 향상하는 방법으로, 단파장화 방법과 높은 NA화 방법이 있다. 단파장화 방법의 경우, 광량 부족으로 인한 한계가 존재할 수 있다. 높은 NA화 방법은, 대물 렌즈(Objective Lens)의 NA를 향상시키는 방법으로, 구조화 조명(Structured Illumination: SI)을 이용하는 구조화 조명 기술(SI Technology)이 연구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 광량 손실을 최소화하면서도 고해상도를 가지고 실시간으로 검사 대상을 정확하게 검사할 수 있는 SI 기반 검사 장치와 검사 방법, 및 그 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 광을 생성하여 출력하도록 구성된 광원; 상기 광원으로부터 광을 구조화 조명(Structured Illumination: SI)으로 만들도록 구성된 위상 변위 격자(Phase Shift Grating: PSG); 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터의 반사광을 출사하도록 구성된 빔 스플리터(Beam Splitter); 이동 가능하고 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지; 및 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하도록 구성된 TDI(Time-Delayed Integration) 카메라;를 포함하는, SI 기반 검사 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광을 생성하여 출력하도록 구성된 광원; 상기 광원으로부터 광을 실질적으로 전부 투과시키고 구조화 조명으로 만들도록 구성된 PSG; 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터의 반사광을 출사하도록 구성된 빔 스플리터; 이동 가능하고 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지; 및 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하도록 구성된 TDI 카메라;를 포함하고, 상기 TDI 카메라를 통해 상기 검사 대상을 이동하면서 촬상함으로써, 위상별 영상 합성을 위한 영상 후처리 없이 상기 검사 대상을 실시간으로 검사하는, SI 기반 검사 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광원에서, 광을 생성하여 출사시키는 단계; PSG에서, 상기 광원으로부터의 광을 실질적으로 전부 투과시켜 구조화 조명을 만드는 단계; 빔 스플리터에서, 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사광을 출사시키는 단계; 및 TDI 카메라에서, 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하는 단계;를 포함하는, SI 기반 검사 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광원에서, 광을 생성하여 출사시키는 단계; PSG에서, 상기 광원으로부터의 광을 실질적으로 전부 투과시켜 구조화 조명을 만드는 단계; 빔 스플리터에서, 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사광을 출사시키는 단계; TDI 카메라에서, 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하는 단계; 및 상기 검사 대상에 디펙이 없는 경우에, 상기 검사 대상에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 SI 기반 검사 장치는, 크롬 없는 PSG를 통해 구조화 조명을 만들어 검사 대상의 촬상에 이용함으로써, 광량 손실을 최소화하면서 해상도를 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 의한 SI 기반 검사 장치는 비교적 낮은 조도의 광원을 이용할 수 있고, 또한, 검사 대상에 대한 고해상도의 영상을 획득하여 검사 대상의 디펙을 정밀하게 검사할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 SI 기반 검사 장치는, TDI 카메라를 이용하여 검사 대상에 대한 영상을 촬상함으로써, 검사 대상에 대한 고속 촬영이 가능하고, 영상들의 위상을 고려하여 통합하는 영상 후처리 과정이 불필요하므로, 검사 대상을 실시간으로 고속으로 검사할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 의한 SI 기반 검사 장치는, TDI 카메라의 이용을 통해, PSG가 조명 광학계 쪽에만 배치됨으로써, 조명 광학계와 결상 광학계가 분리된 분리 광학계 구조의 BF 방식에 용이하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 2a 내지 도 2e는, 도 1의 SI 기반 검사 장치에 포함될 수 있는 다양한 형태의 위상 변위 격자들(PSGs)을 보여주는 개념도들이다.
도 3a는 도 2c의 위상 변위 격자(PSG)의 I-I' 부분을 절단하여 보여주는 단면도와 대응하는 그에 조명의 인텐서티(intensity) 그래프이고, 도 3b는 기존의 바이너리 격자에 대한 단면도와 그에 대응하는 조명의 인텐서티 그래프이다.
도 4a 내지 도 4e는 다양한 형태의 위상 변위 격자들(PSGs)과 그에 대응하는 구조화 조명들, 및 진폭(amplitude) 그래프들이다.
도 5a 및 도 5b는 1D 및 2D 위상 변위 격자(PSG)의 디자인을 위한 개념도들이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 SI 기반 검사 장치에 포함된 TDI 카메라와 관련하여, TDI 카메라의 동작 원리와, TDI 카메라에 의해 검사 대상이 이동되면서 촬상되는 과정을 보여주는 개념도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법을 보여주는 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 SI 기반 검사 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 구조화 조명(Structured Light: SI) 기반 검사 장치(100)는 광원(110), 위상 변위 격자(130, Phase Shift Grating: PSG), 빔 스플리터(140), 대물렌즈(150), 스테이지(170), 및 TDI(Time-Delayed Integration) 카메라(180)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 장치일 수 있다. 광원(110)으로부터 광은 펄스 레이저일 수 있다. 예컨대, 광은 로우 파워 펄스(Low Power Pulse: LPP) 레이저일 수 있다. 물론, 광원(110)의 광이 펄스 레이저에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 실시예에 따라, 광원(110)의 광은 연속파 레이저일 수도 있다.
광원(110)은 다양한 파장의 광을 생성하여 출력할 수 있다. 예컨대, 광원(110)은 248nm(KrF), 193nm(ArF), 157nm(F2) 등의 파장의 광을 생성하여 출력할 수 있다. 물론, 광원(110)의 광이 상기 파장들의 광에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광원(110)은 수십 nm에 해당하는 극자외선(EUV)을 생성하여 출력할 수도 있다.
PSG(130)는 회절(diffraction) 및 위상 변위(phase shift) 현상을 이용하여 광원(110)의 광을 구조화 광, 즉 구조화 조명(SI)으로 만들 수 있다. 예컨대, PSG(130)는 광원(110)의 광을 2극(dipole) 조명이나 4극(quadrupole) 조명으로 만들 수 있다. 물론, PSG(130)에 의해 만들어지는 구조화 조명이 2극 조명과 4극 조명에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, PSG(130)에 의해 8극(octapole) 조명을 만들 수도 있다. 구조화 조명은 영상에 대한 해상도를 향상시킬 수 있다. 이는 구조화 조명에서 이웃하는 광의 입사 각도가 일반적인 조명에 비해 크고 그에 따라 한계 해상도가 작아져 해상도가 향상될 수 있기 때문이다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130)는 크롬(Chrome)과 같은 메탈은 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, PSG(130)는 크롬 없는(Chrome-less) PSG일 수 있다. 그에 따라, PSG(130)는 광원(110)의 광을 실질적으로 모두 투과시킬 수 있다. 그러나 PSG(130)의 영역별로 광이 투과하는 속도가 달라짐으로써, 위상 변이가 발생할 수 있다. 또한, PSG(130)의 각 영역들을 투과하면서 광들이 회절함으로써, 구조화 조명이 형성될 수 있다. PSG(130)의 단면 구조와 격자 형태, 및 그에 따른 구조화 조명들에 대해서는 도 2a 내지 도 6b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
빔 스플리터(140)는 PSG(130)를 통해 형성된 구조화 조명을 검사 대상(200)으로 입사시키고, 검사 대상(200)으로부터 반사된 반사광을 TDI 카메라(180) 방향으로 출사시킬 수 있다. 예컨대, 빔 스플리터(140)는 PSG(130)으로부터 입사된 구조화 조명을 투과 또는 반사시켜 검사 대상(200)으로 입사시키고, 검사 대상(200)으로부터 반사광을 반사 또는 투과시켜 TDI 카메라(180) 방향으로 출사시킬 수 있다.
대물렌즈(150)는 빔 스플리터(140)로부터 구조화 조명을 검사 대상(200)으로 집광하여 입사시킬 수 있다. 또한, 대물렌즈(150)는 검사 대상(200)으로부터 반사된 반사광을 빔 스플리터(140)로 입사시킬 수 있다.
스테이지(170) 상에는 검사 대상(200)이 배치될 수 있다. 스테이지(170)는 x 방향, y 방향, 및 z 방향의 직선 이동을 통해 검사 대상(200)을 이동시킬 수 있다. 그에 따라, 스테이지(170)는 x-y-z 스테이지라고 부르기도 한다. 한편, 실시예에 따라, 스테이지(170)는 직선 및/또는 회전 이동을 통해 검사 대상(200)을 이동시킬 수도 있다.
스테이지(170)가 화살표로 표시한 바와 같이 스캔 방향(S)으로 이동함으로써, 검사 대상(200)을 스캔 방향(S)으로 이동시킬 수 있다. 그에 따라, TDI 카메라(180)는 검사 대상(200)을 스캔 방향(S)으로 이동하면서 촬상할 수 있다. TDI 카메라(180)에 의한 검사 대상(200)의 촬상에 대해서는 도 6a 내지 도 6c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
여기서, 검사 대상(200)은, 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등의 검사의 대상이 되는 다양한 소자들일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, 검사 대상(200)은 다수의 반도체 소자들을 포함하는 웨이퍼일 수 있다. 참고로, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 검사 대상(200)을 검사하여 검사 대상(200)의 디펙을 검출할 수 있다. 디펙은 예컨대, 검사 대상(200) 상의 미세 파티클이나 검사 대상(200)에 형성된 스크래치(scratch) 등일 수 있다. 그러나 디펙이 미세 파티클이나 스크래치에 한정되는 것은 아니다. 덧붙여, 디펙은 모든 파티클이나 스크래치를 의미하는 것이 아니고, 허용치를 벗어난 사이즈의 파티클이나 스크래치를 의미할 수 있다. 이하에서도 검사 대상(200)의 디펙은 동일한 개념으로 사용될 수 있다. 디펙은 추후 검사 대상(200)에 대한 공정에서, 검사 대상(200)의 불량을 야기할 수 있다. 예컨대, 검사 대상(200)이 웨이퍼인 경우, 웨이퍼에 대한 추후 반도체 공정에서, 디펙은 웨이퍼 내의 반도체 소자들의 불량을 야기할 수 있다. 따라서, 검사를 통해 검사 대상(200)에서 디펙을 미리 검출하여 디펙을 제거하거나 또는 검사 대상(200) 자체를 폐기함으로써, 검사 대상(200)의 불량을 방지하거나 해당 검사 대상(200)에 대한 불필요한 공정을 생략할 수 있다. 더 나아가, 디펙 발생의 원인을 분석하여 디펙의 발생을 근본적으로 차단하는 방법을 모색할 수도 있다.
TDI 카메라(180)는 다수의 라인 형태의 픽셀들을 포함하는 카메라로서, 소정 시간 간격을 가지고 촬영 대상을 여러 장 촬영하고, 각각의 촬영을 통해 획득한 영상들을 중첩하여 통합함으로써, 선명한 하나의 영상을 획득할 수 있다. TDI 카메라(180)는 각 영상들의 위상이 적산되어 평균화되는 방식으로 영상들을 통합할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는 영상들의 위상을 고려하여 통합하는 영상 후처리(post image processing) 과정을 수행할 필요가 없다. TDI 카메라(180)에 대해서는 도 6a 내지 도 6c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 광원(110)으로부터의 광을 검사 대상(200)으로 전달시키는, 적어도 2개의 릴레이 렌즈(120-1, 120-2)를 구비한 조명 릴레이 렌즈부(120)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 검사 대상(200)으로부터의 반사광을 TDI 카메라(180)로 전달시키는, 적어도 2개의 릴레이 렌즈(160-1, 160-2)를 구비한 결상 릴레이 렌즈부(160)를 포함할 수 있다. 덧붙여, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 콜리메이션 렌즈, 다양한 기능의 필터들, 다수의 미러들 등을 더 포함할 수 있으나 생략되어 도시되지 않고 있다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 크롬 없는 PSG(130)를 통해 구조화 조명을 만들어 검사 대상(200)의 촬상에 이용함으로써, 광량 손실을 최소화하면서 해상도를 크게 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는 비교적 낮은 조도의 광원을 이용할 수 있고, 또한, 검사 대상(200)에 대한 고해상도의 영상을 획득하여 검사 대상(200)에 대한 디펙을 정밀하게 검사할 수 있다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, TDI 카메라(180)를 이용하여 검사 대상(200)에 대한 영상을 촬상함으로써, 검사 대상(200)에 대한 고속 촬영이 가능하고, 영상들의 위상을 고려하여 통합하는 영상 후처리 과정을 수행할 필요가 없다. 따라서, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는 검사 대상(200)을 실시간으로 검사할 수 있고, 또한, 검사 대상(200)에 대한 검사 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, TDI 카메라(180)의 이용을 통해, PSG(130)가 조명 광학계 쪽에만 배치되도록 할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 조명 광학계(Ill-Optics)와 결상 광학계(Ima-Optics)가 분리된 분리 광학계 구조의 BF(Bright Field) 방식에 용이하게 활용될 수 있다. 여기서, 조명 광학계는 광원(110)에서부터 대물렌즈(150)까지의 경로 상의 광학계를 의미하고, 결상 광학계는 대물렌즈(150)로부터 TDI 카메라(180)까지의 경로 상의 광학계를 의미할 수 있다. 또한, BF 방식은 검사 대상에 조명을 직접 조사하여 관찰하는 방식을 의미하고, 산란 광을 이용하여 검사 대상을 관찰하는 DF(Dark Field) 방식에 대응할 수 있다.
참고로, TDI 카메라(180)를 이용하지 않는 기존의 SI 기반 검사 장치의 경우, 격자를 회전해 가면서 동일한 FOV(Field Of View)에 대해 복수의 촬영이 필요하고, 위상이 다른 각 영상들을 합치기 위하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 수행하여, 주파수 영역에서 영상들을 합성한 후 시간 영역으로 역변환하여 영상을 복원하는 과정, 즉, 영상 후처리 과정이 필수적이다. 이러한, 기존의 SI 기반 검사 장치는 복수의 촬영 및 영상 후처리를 위한 시간 소비가 많을 수 있다. 또한, 기존의 SI 기반 검사 장치는 영상 후처리가 필요하기 때문에 검사 대상(200)을 실시간으로 검사할 수 없는 문제가 있다. 더 나아가, 기존의 SI 기반 검사 장치는 광량 손실도 많아 높은 조도의 광원이 요구될 수 있다.
한편, 영상 후처리를 피하기 위하여, 격자를 빔 스플리터와 대물렌즈 사이에 배치하여 회전시킴으로써, 광이 격자를 두 번 통과하도록 하는 구조가 검사 장치에 채용될 수 있다. 그러나 그러한 구조의 검사 장치의 경우, 광량 손실이 매우 크고, 또한 조명 광학계와 결상 광학계가 분리된 구조의 분리 광학계에는 활용될 수 없는 문제가 있다. 더 나아가, 그러한 구조의 검사 장치는, 에어리어 카메라를 이용하여 영역 이미지를 촬영하기 때문에 TDI 카메라를 이용할 수 없고, 따라서, 속도가 매우 느릴 수 있다.
그에 반해, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는 크롬 없는 PSG(130) 및 TDI 카메라(180)를 포함함으로써, 기존 SI 기반 검사 장치에서의 문제점들을 모두 해소할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)는, 기존 분리 광학계에 용이하게 활용될 수 있고, 비교적 낮은 조도의 광원을 이용할 수 있으며, 고해상도를 가지고 고속 및 실시간으로 검사 대상(200)을 검사할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는, 도 1의 SI 기반 검사 장치에 포함될 수 있는 다양한 형태의 위상 변위 격자들(PSGs)을 보여주는 개념도들이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하고, 도 1의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 2a는 PSG(130)을 통과하기 전의 조명의 형태를 보여준다. 이러한 조명은 광원(110) 자체에 의해 형성되거나 또는 해당 조명의 형태를 갖는 어퍼처 스톱(aperture stop)을 광원(110)의 광이 통과하면서 형성될 수 있다. 참고로, 이러한 형태의 조명을 스몰 시그마(small sigma(σ)) 조명이라고 하고, σ는 해당 조명의 지름, 또는 지름에 NA(Numerical Aperture)를 곱한 값에 해당할 수 있다. 외곽의 큰 원은 퓨필 면(pupil plane)에 해당할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130a)는 라인앤스페이스 형태를 가질 수 있다. 여기서, PSG(130a)의 라인앤스페이스 형태에서, 스페이스는 비어있는 공간이 아니고 라인에 비해서 얇은 부분일 수 있다. 예컨대, 스페이스에 해당하는 제1 부분(130a-1)은 라인에 해당하는 제2 부분(130a-2)보다 얇을 수 있다. PSG(130a)의 단면 구조와 관련하여, 도 3a 및 도 3b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
PSG(130a)는 하부에 도시된 바와 같이 2극(dipole) 조명(S-Illa)을 만들 수 있다. 이러한 2극 조명(S-Illa)은, 도 2a의 스몰 시그마 조명이 PSG(130a)를 통과하면서 회절 및 위상 변이가 발생하여 형성될 수 있다. 간단히 설명하면, 일반적으로 광은 PSG(130a)의 제1 부분(130a-1)을 통과하면서, 회절현상이 발생할 수 있다. 예컨대, PSG(130a)의 제2 부분(130a-2)이 불투명하여 광이 통과하지 못한다고 가정하고, 제1 부분(130a-1)과 제2 부분(130a-2)이 등 간격을 갖는다고 할 때, 회절된 광의 경로는 다음과 같은 식(1)에 의해 계산될 수 있다.
Sin(θ) - Sin(θi) = mλ/2d ....................식(1)
여기서, θ와 θi는 회절광의 회절각과 입사광의 입사각을 의미하고, 2d는 제1 부분(130a-1)과 제2 부분(130a-2)에 의해 이루어진 패턴의 주기를 의미하며, m은 회절 차수로서, 0, ±1, ±2, … 등을 가질 수 있다. 식(1)을 통해, 동일한 파장(λ) 및 동일한 입사각(θi)의 입사광에 대하여, 패턴의 주기(2d)가 작아지면 회절광의 회절각이 커지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 따라서, 패턴의 주기(2d)를 조절함으로써, 도 2b의 하부에 배치된 2극 조명의 위치를 조절할 수 있다.
한편, 바이너리 격자(Binary Grating)의 경우, 제2 부분(130a-2)에 크롬과 같은 금속층이 형성되어 제2 부분(130a-2)으로 광이 통과하지 못할 수 있다. 그러한 바이너리 격자의 경우, 0차 회절광 성분에 의해 중심 부분에 조명 폴(pole)이 더 형성될 수 있다(도 4a 참조). 그러나 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130a)의 경우, 제2 부분(130a-2)으로 광이 통과되고, 제2 부분(130a-2)을 통과된 광과 제1 부분(130a-1)으로 통과된 광이 위상 차를 가짐으로써, 중심 부분에 조명 폴이 형성되지 않을 수 있다.
중심의 조명 폴을 제거하는 방법은, 위상 변이 격자(PSG)뿐만 아니라 오프-축(off-axis) 바이너리 격자를 통해서도 구현될 수 있다. 예컨대, 입사광의 입사각을 기울여 0차 회절광 성분과 +1차 또는 -1차 회절광 성분만이 퓨필 면 상에 나타나도록 할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130b)는 체크 무늬 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 부분(130b-1)과 제2 부분(130b-2)는 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)을 따라서 서로 교대로 배치될 수 있다. PSG(130b)는 하부에 도시된 바와 같이 4극 조명(S-Illb)을 만들 수 있다. 이러한 4극 조명(S-Illb)은, 도 2a의 스몰 시그마 조명이 PSG(130b)를 통과하면서 회절 및 위상 변이가 발생하여 형성될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130c)는 도 2c의 PSG(130b)와 유사하게 체크 무늬 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 부분(130c-1)과 제2 부분(130c-2)은 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)의 사이의 2개의 대각 방향(D1, D2)을 따라서 서로 교대로 배치될 수 있다. PSG(130c)는 하부에 도시된 바와 같이 4극 조명(S-Illc)을 만들 수 있다. 이러한 4극 조명(S-Illc)은, 도 2a의 스몰 시그마 조명이 PSG(130c)를 통과하면서 회절 및 위상 변이가 발생하여 형성될 수 있다.
도 2c의 PSG(130b)와 도 2d의 PSG(130c)를 비교하면, 도 2c의 PSG(130b)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 45°회전시키면, 도 2d의 PSG(130c)가 될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 2d의 PSG(130c)의 4극 조명(S-Illc), 역시 도 2c의 PSG(130b)의 4극 조명(S-Illb)의 45°회전에 대응함을 알 수 있다. 따라서, 도 2c의 PSG(130b)와 도 2d의 PSG(130c)는 별도로 따로 제작될 필요없이, 하나만 제작하여 광원(110)의 전단에 배치하되 회전을 통해, 도 2c의 PSG(130b) 또는 도 2d의 PSG(130c)로서 이용할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130d)는 그물망 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 부분(130d-1)은 그물망의 그물실과 같이 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)으로 연속적으로 연장될 수 있다. 또한, 제2 부분(130d-2)은 그물망의 그물눈의 위치에 배치되어 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)을 따라 제1 부분(130d-1)과 교대로 배치될 수 있다.
PSG(130d)는 하부에 도시된 바와 같이 4극 조명(S-Illd)을 만들 수 있다. 이러한 4극 조명(S-Illd)은, 도 2a의 스몰 시그마 조명이 PSG(130d)를 통과하면서 회절 및 위상 변이가 발생하여 형성될 수 있다.
한편, 도 2e의 PSG(130d)의 4극 조명(S-Illd)과, 도 2d의 PSG(130c)의 4극 조명(S-Illc)은 유사한 구조를 가짐을 알 수 있다. 구체적으로, 도 2d의 PSG(130c)와 도 2e의 PSG(130d)의 4극 조명(S-Illc, S-Illd)은 둘 다 4개의 조명 폴이 정사각형의 각 변 부분에 인접하여 배치될 수 있다. 그에 반해, 도 2c의 PSG(130b)의 4극 조명(S-Illb)은 4개의 조명 폴이 정사각형의 각 꼭짓점 부분에 인접하여 배치될 수 있다. 참고로, 도 2c 내지 도 2e의 PSG(130b, 130c, 130d)와 같이 제1 부분(130b-1, 130c-1, 130d-1)과 제2 부분(130b-2, 130c-2, 130d-2)이 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)을 따라 교대로 배치된 구조를 직각(orthogonal) 구조라 한다.
도 3a는 도 2c의 위상 변위 격자(PSG)의 I-I' 부분을 절단하여 보여주는 단면도와 그에 대응하는 조명의 인텐서티(intensity) 그래프이고, 도 3b는 기존의 바이너리 격자에 대한 단면도와 그에 대응하는 조명의 인텐서티 그래프이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, PSG(130b)는 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)을 포함할 수 있다. 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)은 투명한 동일 재질로 형성될 수도 있고, 투명한 다른 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)은 둘 다 쿼츠(quartz)로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 투명층(132)만이 쿼츠로 형성되고 제2 투명층(134)은 쿼츠가 아닌 다른 투명 물질, 예컨대, 유리, 실리콘산화물 등으로 형성될 수 있다. 물론, 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)의 재질이 전술한 물질들에 한정되는 것은 아니다.
PSG(130b)는 제1 투명층(132)만이 존재하는 제1 영역(A1)과 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)이 함께 존재하는 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)은 PSG(130b)의 제1 부분(도 2c의 130b-1 참조)에 해당하고, 제2 영역(A2)은 PSG(130b)의 제2 부분(도 2c의 130b-2 참조)에 해당할 수 있다. 또한, 구조적으로 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 각각, 도 2b, 도 2d 및 도 2e의 PSG(130a, 130c, 130d)의 제1 부분(130a-1, 130c-1, 130d-1)과 제2 부분(130a-2, 130c-2, 130d-2)에 대응할 수 있다.
PSG(130b)의 제1 영역(A1)을 통과하여 출사된 제1 출사광(L1out)은 제2 영역(A2)을 통과하여 출사된 제2 출사광(L2out)과 위상이 달라질 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 제1 영역(A1)으로 입사하는 제1 입사광(L1in)과 제2 영역(A2)으로 입사하는 제2 입사광(L2in)은 입사면 쪽의 제2 투명층(134)과 공기의 경계면 위치에서 동일한 위상을 가질 수 있다. 제1 입사광(L1in)은 제1 투명층(132)과 공기의 경계면 위치까지 공기를 통과하고, 제2 입사광(L2in)은 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)의 경계면 위치까지 제2 투명층(134)을 통과하게 된다. 공기와 제2 투명층(134)의 굴절률이 다르므로, 제1 투명층(132)과 공기 또는 제1 투명층(132)과 제2 투명층(134)의 경계면 위치에서 제1 입사광(Llin)과 제2 입사광(L2in)의 위상이 달라져 위상 차가 발생할 수 있다. 한편, 제1 입사광(Llin)과 제2 입사광(L2in)은 동일한 두께의 제1 투명층(132)을 함께 통과하므로, 출사면 쪽의 제1 투명층(132)과 공기의 경계면 위치에서 위상 차를 그대로 유지할 수 있다. 결국, 제1 출사광(L1out)과 제2 출사광(L2out)은 앞서 공기와 제2 투명층(134)을 통과하면서 발생한 위상 차를 그대로 유지할 수 있다.
한편, 도 3b와 같이 기존의 바이너리 격자(30)는 쿼츠의 투명층(32)과 투명층(32) 상의 불투명한 크롬층(34)을 포함할 수 있다. 즉, 바이너리 격자(30)는 투명층(32)만이 존재하는 제1 영역(B1)과 투명층(32)과 크롬층(34)이 존재하는 제2 영역(B2)을 포함할 수 있다. 바이너리 격자(30)는 도 2c 내지 도 2e의 PSG(130b ~ 130d)와 유사한 형태를 가질 수 있다. 다만, 제2 부분(130b-2, 130c-2, 130d-2)에 제2 투명층(134) 대신 크롬층(34)이 배치될 수 있다.
바이너리 격자(30)의 제1 영역(B1)으로 입사되는 제1 입사광(L1in)은 투명층(32)을 통과하여 제1 출사광(L1out)으로서 제1 입사광(L1in)과 동일한 방향으로 진행할 수 있다. 그에 반해, 바이너리 격자(30)의 제2 영역(B2)으로 입사되는 제2 입사광(L2in)은 크롬층(34)에 의해 반사되어 제2 반사광(L2re)으로서 제1 입사광(L1in)과 반대 방향으로 진행할 수 있다. 즉, 제2 입사광(L2in)은 바이너리 격자(30)를 통과할 수 없다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, 입사되는 광은 실질적으로 전부 PSG(130b)를 통과할 수 있다. 다시 말해서, PSG(130b)의 제2 영역(A2)은 광을 지연시켜 제1 영역(A1)으로 통과하는 광과 위상을 다르게 할 뿐 광 자체를 차단하지 않을 수 있다. 그에 반해, 바이너리 격자(30)의 경우, 광이 제2 영역(B2)을 아예 통과할 수 없다. 그에 따라, PSG(130b)와 바이너리 격자(30)의 하부의 그래프를 알 수 있듯이, 인텐서티가 크게 차이가 날 수 있다. 예컨대, 바이너리 격자(30)의 경우, 제2 영역(B2)을 통해 50% 이상의 광 손실이 발생할 수 있고, 따라서, PSG(130b)를 통과한 광과 바이너리 격자(30)를 통과한 광은 거의 2배 이상의 인텐서티 차이를 보일 수 있다. 물론, 바이너리 격자(30)와 PSG(130b)를 통과한 광의 인텐서티의 차이가 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.
도 4a 내지 도 4e는 다양한 형태의 위상 변위 격자들(PSGs)과 그에 대응하는 구조화 조명들, 및 진폭(amplitude) 그래프들이다. 그래프에서 x축과 y축은 위치를 나타내고, z 축은 조명의 진폭을 나타내며, 단위는 상대적일 수 있다. 도 1 내지 도 3b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 4a를 참조하면, 바이너리 격자(30)에 의해 3극 조명(S-Ill)이 형성될 수 있다. 여기서, 바이너리 격자(30)는 도 2b의 PSG(130a)와 유사하게 라인앤스페이스 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 바이너리 격자(30)는 스페이스에 해당하는 제1 부분(도 2b의 130a-1 참조)에 투명층(도 3b의 32 참조)을 포함하고 제2 부분(도 2b의 130a-2 참조)에 투명층(32)과 크롬층(도 3b의 34 참조)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 바이너리 격자(30)에 의한 3극 조명(S-Ill)은 중심에 0차 회절 광 성분에 의한 조명 폴을 포함할 수 있다.
진폭 그래프에서, 광이 바이너리 격자(30)를 50% 이하로 통과하므로, 진폭은 상대적으로 작을 수 있다. 한편, 바이너리 격자(30)의 제1 부분과 제2 부분이 이루는 패턴이 제1 피치(P1)를 갖는 경우, 조명의 파형은 그에 대응하여 제1 피치(P1)를 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 2b의 PSG(130a)에 의해 2극 조명(S-Illa)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 2극 조명(S-Illa)에는 중심 부분에 조명 폴은 포함되지 않을 수 있다. 진폭 그래프에서, 광이 PSG(130a)를 실질적으로 100%로 통과하므로, 그에 대응하여 진폭은 상대적으로 클 수 있다. 한편, PSG(130a)의 제1 부분(도 2b의 130a-1 참조)과 제2 부분(도 2b의 130a-2 참조)이 이루는 패턴이 제2 피치(P2)를 갖는 경우, 조명의 파형은 제2 피치(P2)의 반에 해당하는 피치(P2*0.5)를 가질 수 있다. PSG(130a)의 패턴의 제2 피치(P2)의 계산과 관련해서, 도 5a의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 4c를 참조하면, 오프-축 바이너리 격자(30')에 의해 2극 조명(S-Ill')이 형성될 수 있다. 여기서, 오프-축 바이너리 격자(30')는 바이너리 격자(30)와 실질적으로 동일한 라인앤스페이스 구조를 가질 수 있다. 또한, 오프-축 바이너리 격자(30') 역시, 투명층(32)의 제1 부분과 투명층(32)과 크롬층(34)의 제2 부분을 포함할 수 있다. 다만, 오프-축 바이너리 격자(30')의 경우, 광이 입사되는 입사각이 도 4a의 바이너리 격자(30)와는 다를 수 있다. 이러한 오프-축 바이너리 격자(30')에 의한 2극 조명(S-Ill')은 중심에 조명 폴이 포함되지 않을 수 있다. 2극 조명(S-Ill')에서 왼쪽의 조명 폴이 0차 회절 광 성분에 의한 것이고, 오른쪽의 조명 폴을 +1차 회절 광 성분에 의한 것일 수 있다.
진폭 그래프에서, 광이 오프-축 바이너리 격자(30')를 50% 이하로 통과하므로, 진폭은 역시 상대적으로 작을 수 있다. 한편, 오프-축 바이너리 격자(30')의 제1 부분과 제2 부분이 이루는 패턴이 제1 피치(P1)를 갖는 경우, 조명의 파형은 제1 피치(P1)에 반에 해당하는 피치(P1*0.5)를 가질 수 있다.
도 4d를 참조하면, 도 2c의 PSG(130b)에 의해 4극 조명(S-Illb)이 형성될 수 있다. 진폭 그래프에서, 광이 PSG(130b)를 실질적으로 100%로 통과하므로, 진폭은 상대적으로 클 수 있다. 한편, PSG(130b)의 제1 부분(도 2c의 130b-1 참조)과 제2 부분(도 2c의 130b-2 참조)이 이루는 패턴이 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향) 각각으로 제3 피치(P3)를 갖는 경우, 조명의 파형은 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)으로 제3 피치(P3)에 반에 해당하는 피치(P3*0.5)를 가질 수 있다. PSG(130b)의 패턴의 제3 피치(P3)의 계산과 관련해서, 도 5b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 4e를 참조하면, 도 2d의 PSG(130c)에 의해 4극 조명(S-Illc)이 형성될 수 있다. 진폭 그래프에서, 광이 PSG(130c)를 실질적으로 100%로 통과하므로, 진폭은 상대적으로 클 수 있다. 한편, 도 4e의 PSG(130c)와 조명의 파형은 도 4d의 PSG(130b)와 조명의 파형을 시계 방향이나 반시계 방향으로 45°회전시킨 것에 대응할 수 있다. 따라서, 도 4e의 PSG(130c)의 피치와 조명의 파형의 피치의 관계는 도 4d의 PSG(130b)의 피치와 조명의 파형의 피치의 관계와 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 도 2e의 PSG(130d)에 의해서도 4극 조명(S-Illc)과 실질적으로 동일한 형태의 4극 조명(도 2e의 S-Illd 참조)을 구현할 수 있음은 물론이다.
참고로, 도 4a 내지 도 4e 각각의 콘트라스트(contrast)를 비교하면, 도 4b, 도 4d, 및 도 4e의 조명들(S-Illa, S-Illb, S-Illc)이 1이라고 할 때, 도 4a와 도 4b의 조명(S-Ill, S-Ill')은 0.38와 0.20 정도로 매우 낮을 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 입사광의 50% 이상이 바이너리 격자(30), 또는 오프-축 바이너리 격자(30')에 의해 통과되지 못하고 차단되기 때문일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 1D 및 2D 위상 변위 격자(PSG)의 디자인을 위한 개념도들이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 4e의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 5a를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)가 라인앤스페이스 패턴을 포함한 검사 대상(200)을 검사한다고 할 때, 2극 조명을 이용하는 것이 해상력 측면에서 유리할 수 있다. 예컨대, 검사 대상(200)에 라인과 스페이스가 제1 방향(x 방향)을 따라 번갈아 배치되고 제2 방향(y 방향)으로 연장되는 형태의 라인앤스페이스 패턴이 형성되어 있는 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 방향(x 방향)으로 2개의 조명 폴이 서로 이격되어 배치된 2극 조명(S-Illa)이 해상력을 향상시킬 수 있다. 또한, 검사 대상(200)의 라인앤스페이스 패턴의 라인과 스페이스가 제2 방향(y 방향)을 따라 번갈아 배치되고 제1 방향(x 방향)으로 연장되는 형태를 가질 때, 2개의 조명 폴이 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격되어 배치된 2극 조명이 해상력을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5a의 2극 조명(S-Illa)은, 도 2a의 라인앤스페이스 형태의 PSG(130a)을 이용하여 구현될 수 있다. PSG(130a)의 제1 부분(130a-1)과 제2 부분(130a-2)이 제1 방향(x 방향)으로 실질적으로 동일한 폭을 가지고 교대로 배치된다고 할 때, PSG(130a)의 제1 부분(130a-1)과 제2 부분(130a-2)으로 이루어진 패턴의 제1 방향(x 방향)의 패턴 주기(Px)는 2극 조명(S-Illa)과 다음 식(2)의 관계를 가질 수 있다.
Px = λ/(NA - σ) ..............................식(2)
여기서, λ는 조명의 파장이고, NA는 대물렌즈의 개구수이며, σ는 조명 폴의 지름에 NA를 곱한 값을 의미할 수 있다. 한편, 검사 대상(200) 상의 측정 구조에 따라, 해상력 향상을 위한 최적 입사 각도가 달라질 수 있다. 여기서, 입사 각도는 조명 폴이 중심에서 멀어질수록 커질 수 있다. 또한, 일반적으로 격자의 피치가 작아질수록 2개의 조명 폴의 거리는 멀어질 수 있다. 따라서, 검사 대상(200) 상의 측정 구조에 따라, 해상력 향상을 위하여, PSG(130a)의 패턴 주기(Px)를 조절하여 2개의 조명 폴이 NA에 대응하는 원에서 벗어나지 않으면서, 원 내에서 적절한 곳에 위치하도록 조절될 수 있다. 한편, NA, σ, 및 λ가 결정되면, 식(2)에 의해 PSG(130a)의 패턴 주기(Px)가 결정될 수 있다. 따라서, 검사 대상(200) 상의 라인앤스페이스 형태의 패턴 검사에 최적화된 광학계의 조건들, 예컨대, NA, σ, 및 λ가 결정되면, 그에 따라, PSG(130a)가 식(2)에 기초하여 적절하게 디자인될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)가 체크 무늬 또는 그물망 형태에 대응하는 패턴을 포함한 검사 대상(200)을 검사한다고 할 때, 4극 조명을 이용하는 것이 해상력 측면에서 유리할 수 있다. 예컨대, 검사 대상(200)에 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)을 따라 체크 무늬나 그물망 형태로 배치된 패턴이 형성되어 있는 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 4개의 조명 폴이 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격되어 배치된 4극 조명(S-Illb)이 해상력을 향상시킬 수 있다. 또한, 검사 대상(200)에 체크 무늬 형태의 패턴이 2개의 대각 방향(도 2d의 좌표의 D1, D2 참조)을 따라 배치된 경우, 4개의 조명 폴이 2개의 대각 방향(D1, D2)으로 서로 이격되어 배치된 4극 조명(도 2d의 S-Illc 참조)이 해상력을 향상시킬 수 있다. 유사하게 검사 대상(200)에 그물망 형태의 패턴이 형성되어 있는 경우에도, 4개의 조명 폴이 2개의 대각 방향(D1, D2)으로 서로 이격되어 배치된 4극 조명(도 2e의 S-Illd 참조)이 해상력을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5b의 4극 조명(S-Illb)은, 도 2c의 체크 무늬 형태의 PSG(130b)을 이용하여 구현될 수 있다. PSG(130b)의 제1 부분(130b-1)과 제2 부분(130b-2)이 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)을 따라 실질적으로 동일한 폭을 가지고 교대로 배치된다고 할 때, PSG(130b)의 제1 부분(130b-1)과 제2 부분(130b-2)으로 이루어진 패턴의 제1 방향(x 방향)의 패턴 주기(Px) 및 제2 방향(y 방향)의 패턴 주기(Py)는 4극 조명(S-Illb)과 다음 식(3)과 식(4)의 관계를 가질 수 있다.
Px = (2)1 / 2λ/(NA - σ) ...........................식(3)
Py = (2)1 / 2λ/(NA - σ) ...........................식(4)
여기서도, 역시, λ는 조명의 파장이고, NA는 대물렌즈의 개구수이며, σ는 조명 폴의 지름에 NA를 곱한 값을 의미할 수 있다. 도 5a에서 설명한 바와 같이, 검사 대상(200) 상의 측정 구조에 따라, 해상력 향상을 위해 PSG(130a)의 패턴 주기들(Px, Py)를 조절하여, 4개의 조명 폴이 NA에 대응하는 원에서 벗어나지 않으면서, 원 내에서 적절한 곳에 위치하도록 조절될 수 있다. 한편, NA, σ, 및 λ가 결정되면, 식(3)과 식(4)에 의해 PSG(130b)의 제1 방향(x 방향)의 패턴 주기(Px)와 제2 방향(y 방향)의 패턴 주기(Py)가 결정될 수 있다. 따라서, 검사 대상(200) 상의 체크 무늬 형태의 패턴 검사에 최적화된 광학계의 조건들, 예컨대, NA, σ, 및 λ가 결정되면, 그에 따라, PSG(130b)가 식(3)과 식(4)에 기초하여 적절하게 디자인될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 SI 기반 검사 장치에 포함된 TDI 카메라와 관련하여, TDI 카메라의 동작 원리와, TDI 카메라에 의해 검사 대상이 이동되면서 촬상되는 과정을 보여주는 개념도들이다. 도 1을 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 5b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서, TDI 카메라(180)는 일종의 라인 스캔 카메라일 수 있다. 라인 스캔 카메라와 일반 에어리어(area) 스캔 카메라의 차이점을 간단히 설명하면 다음과 같다. 에어리어 스캔 카메라는, 한 번에 한 프레임(frame)만 스캔하여 전송하는 방식으로, 픽셀이 2차원 매트릭스 형태로 배치되고, 검사 대상과 카메라가 정지돼 있는 상태에서 촬영을 할 수 있다. 그에 반해, 라인 스캔 카메라는, 픽셀이 라인 형태로 배치되고, 검사 대상과 카메라가 움직이는 상태에서 촬영을 할 수 있다.
기존의 일반적인 라인 스캔 카메라는 에어리어 스캔 카메라보다 적은 수의 픽셀을 사용한다는 경제성과 검사 대상의 길이에 한계가 없다는 장점이 있는 반면, 노출 시간이 짧아 감도가 약하다는 단점이 있다. TDI 카메라(180)는 그러한 기존의 라인 스캔 카메라의 단점을 극복한 것으로, 여러 개의 라인 형태의 픽셀을 사용하여 검사 대상(200)의 같은 부분을 중복하여 촬영함으로써, 검사 대상(200)에 대한 선명한 상을 획득할 수 있다.
구체적으로, TDI 카메라(180)의 동작 원리에 대해 설명하면,
도 6a에 도시된 바와 같이 검사 대상(200)에 해당하는 개체가 1→2→3의 방향으로 이동한다고 가정하면, 개체의 이동에 따라, TDI 카메라(180)에 내장된 TDI 이미지 센서의 각 스테이지(St1, St2, St3)에 개체의 상이 맺힐 수 있다. 스테이지(St1, St2, St3)마다 동일한 개체를 촬영해야 하기 때문에, 개체의 이동 속도에 맞춰 뒤의 스테이지가 앞의 스테이지보다 조금 늦게 개체를 촬영할 수 있다. 다시 말해서, 각 스테이지에 대응하는 TDI 카메라(180)의 FOV(Field Of View)의 이동 속도가 개체의 이동 속도에 동기화될 수 있다. 이러한 특성에 기인하여, "Time Delayed"라는 이름이 유래한다.
기존의 라인 스캔 카메라의 경우, 감도 향상을 위해 높은 조도를 지닌 메탈 할라이드(metal halide) 조명을 사용한다. 그에 반해, TDI 카메라(180)는 좀 더 낮은 조도를 갖는 LED와 같은 조명을 사용하면서도 높은 선명도를 구현할 수 있다. 따라서, TDI 카메라(180)는 조명의 설치 비용 및 유지비를 줄일 수 있고, 기존 라인 스캔 카메라는 설치할 수 없는 고속 애플리케이션에 설치할 수 있다. 또한, TDI 카메라(180)는 효과적이고 빠른 영상의 통합을 통해 검사 속도를 향상시킬 수 있다. 더 나아가, TDI 카메라(180)에서, 각 영상들의 위상이 적산되어 평균화되는 방식으로 통합됨으로써, 영상들 각각의 위상을 고려하여 통합할 필요가 없다. 한편, TDI 카메라(180)는 검사 대상(200)과 동기화와 정렬이 요구되나, 동기화와 정렬의 요구 수준은 크게 높지 않고, 작은 정렬 불량은 영상의 품질에 크게 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 6b를 참조하면, 스테이지(170)의 스캔 방향(S)으로의 이동에 의해, 검사 대상(200)이 스캔 방향(S)으로 이동할 수 있다. 한편, 구조화 조명을 구현하는 PSG(130)의 격자들은 고정될 수 있다. 그에 따라, 검사 대상(200)에 형성된 패턴 'A'는 검사 대상(200)이 이동하는 스캔 방향(S)으로 이동하고, 격자들에 대해서 상대적으로 위치가 변경될 수 있다. 참고로, 도 6b는, 시간 진행에 따른 검사 대상(200) 상의 패턴 'A'의 상대적인 위치를 보여주고 있는데, 시간 화살표(Time)로 표시된 바와 같이, 시간은 상부에서 하부 방향으로 진행될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 도 6b와 같이 검사 대상(200)이 스캔 방향(S)으로 이동하고, 그와 동기하여 TDI 카메라(180)가 검사 대상(200)을 촬영할 수 있다. 한편, 검사 대상(200)이 이동함에 따라, 그에 대응하여 촬상된 영상의 위상은 달라질 수 있다. 예컨대, 도 6c에 표시된 바와 같이, 위에서부터 첫 번째 위치의 영상이 위상 0°에 해당하고, 두 번째 위치의 영상이 위상 132°에 해당하고, 세 번째 위치의 영상이 위상 265°에 해당하며, 마지막 네 번째 영상이 위상 38°에 해당할 수 있다. TDI 카메라(180)는 영상들을 함께 통합하되, 영상들 각각의 위상을 적산하여 평균화하는 방식으로 통합할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100)에서는, 영상들 각각의 위상을 고려하여 푸리에 변환과 역변환을 통해 영상을 통합하는 영상 후처리 과정이 불필요할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이다. 도 1 내지 도 6c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100a)는 배율 조절용 광학계(190)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100a)는 로드 렌즈(112, rod lens), 콜리메이션 렌즈(114, collimation lens), 다수의 필터들(116), 조리개 또는 어퍼쳐(165), 다수의 미러들(M1 ~ M4)을 포함할 수 있다.
배율 조절용 광학계(190)는 다수의 미러들(m1 ~ m4)과 렌즈(L)를 포함할 수 있다. 배율 조절용 광학계(190)는 미러들(m1-m4)의 교체나 상대적 위치의 변경을 통해 SI 기반 검사 장치(100a)의 배율을 변경할 수 있다. 도 7에서, 배율 광학계(190) 내에 기재된 ×M1, ×M2는 그와 같은 배율들을 의미할 수 있다. 2개의 배율만이 기재되고 있지만, 실시예에 따라 3개 이상의 배율들로 변경할 수 있음은 물론이다.
참고로, 다수의 필터들(116)은 공간 필터(spatial filter), 분광 필터(spectral filter), ND 필터(Neutral Density filter) 등을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 다수의 필터들(116)은 편광 필터(polarizing filter)를 포함할 수도 있다.
본 실시예의 SI 기반 검사 장치(100a) 역시, 크롬 없는 PSG(130) 및 TDI 카메라(180)를 포함함으로써, 기존의 SI 기반 검사 장치에서의 문제점들, 예컨대, 분리 광학계 적용 불가능, 높은 조도의 광원 이용, 느린 검사 속도, 영상 후처리의 필수적 수행, 및 그에 따른 실시간 검사 불가능의 문제 등을 모두 해소할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 7의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 SI 기반 검사 방법은, 먼저, 광원(110)에서 광을 생성하여 출사한다(S110). 광원(110)으로부터의 광은, 예컨대, 로우 파워 펄스(LPP) 레이저일 수 있다. 물론, 광원(110)으로부터의 광이 펄스 레이저에 한정되는 것은 아니다.
다음, PSG(130)에서 광원(110)의 광을 구조화 조명으로 만들어 출사한다(S120). 예컨대, 광원(110)의 광은 PSG(130)를 통과하면서 2극 조명이나 4극 조명의 구조화 조명으로 만들어질 수 있다. PSG(130)는 얇은 두께의 제1 영역(도 3a의 A1 참조)과 두꺼운 두께의 제2 영역(도 3a의 A2 참조)이 라인앤스페이스 형태, 체크 무늬 형태, 또는 그물망 형태로 배치된 구조를 가질 수 있다. 또한, PSG(130)는 크롬과 같은 메탈을 포함하지 않음으로써, 입사되는 광을 차단 없이 실질적으로 모두 통과시킬 수 있다. 다시 말해서, PSG(130)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 둘 다 크롬 없이 쿼츠와 같은 투명 물질로 형성될 수 있다.
한편, PSG(130)는, 검사 대상(200) 상에 형성된 패턴의 형상에 대응하여, 적절한 구조화 광을 생성할 수 있는 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 검사 대상(200) 상에 라인앤스페이스 형태의 패턴이 포함된 경우, PSG(130)는 도 2b의 PSG(130a)와 같이 라인앤스페이스 형태를 가질 수 있다. 또한, 검사 대상(200) 상에 체크 무늬 또는 그물망 형태의 패턴이 포함된 경우, PSG(130)는 도 2c 내지 도 2e의 PSG(130b, 130c, 130d)와 같이 체크 무늬 또는 그물망 형태를 가질 수 있다. 또한, 해상도 향상을 위해, PSG(130)는, 검사 장치(100) 내의 광학계의 조건에 따라, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 이루는 패턴들의 피치가 적절히 디자인될 수 있다.
이후, 빔 스플리터(140)에서 PSG(130)로부터의 구조화 조명을 검사 대상(200)으로 입력시키고, 검사 대상(200)에서 반사된 반사광을 TDI 카메라(180) 방향으로 출사시킨다(S130). 예컨대, 빔 스플리터(140)는 PSG(130)으로부터 입사된 구조화 조명을 투과 또는 반사시켜 검사 대상(200)으로 입사시키고, 검사 대상(200)으로부터 반사광을 반사 또는 투과시켜 TDI 카메라(180) 방향으로 출사시킬 수 있다.
TDI 카메라(180)는 빔 스플리터(140)로부터 출사된 반사광을 검출함으로써, 검사 대상(200)에 대한 영상을 촬상한다(S140). 한편, TDI 카메라(180)에 의한 검사 대상(200)에 대한 촬상은, 스테이지(170)에 의한 검사 대상(200)의 스캔 방향(S)으로의 이동과 TDI 카메라(180)의 FOV 이동이 동기화되면서 진행될 수 있다. 전술한 바와 같이, TDI 카메라(180)는 여러 장의 검사 대상(200)의 영상들을 함께 통합하되, 영상들 각각의 위상을 적산하여 평균화하는 방식으로 통합할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 SI 기반 검사 방법에서는, 영상들 각각의 위상을 고려하여 푸리에 변환과 역변환을 통해 영상을 통합하는 영상 후처리 과정을 수행할 필요가 없다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SI 기반 검사 방법을 포함한 반도체 소자 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1을 함께 참조하여 설명하고, 도 8의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법은, 광을 생성하여 출사하는 단계(S110)부터 검사 대상(200)을 촬상하는 단계(S140)까지를 진행한다. 상기 단계들에 대한 내용은 도 8의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
다음, 검사 대상(200)에 디펙이 존재하는지 판단한다(S150). 검사 대상(200)에 디펙의 존재 여부는 TDI 카메라(180)에서 촬상한 영상을 기초로 판단할 수 있다. 예컨대, TDI 카메라(180)를 통해 획득한 영상을 기초로 검사 대상(200) 상에 미세 파티클이나 스크래치가 존재하는지 판단하여 검사 대상(200)의 디펙 존재 여부를 판단할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 모든 파티클이나 스크래치가 디펙으로 판단되는 것은 아니고, 허용치를 벗어난 사이즈의 파티클이나 스크래치가 디펙으로 판단될 수 있다.
디펙이 존재하는지 판단하는 단계(S150)에서, 디펙이 존재하지 않은 것으로 판단된 경우(No), 검사 대상(200)에 대한 반도체 공정을 수행한다(S160). 예컨대, 검사 대상(200)이 웨이퍼인 경우, 웨이퍼에 대한 반도체 공정을 수행할 수 있다. 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 소자의 테스트 공정을 포함할 수 있다.
웨이퍼에 대한 반도체 공정을 통해 웨이퍼 내에 반도체 칩들이 완성되면, 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화할 수 있다. 각각의 반도체 칩으로의 개별화는 블레이드나 레이저에 의한 소잉 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이후, 반도체 칩에 대하여 패키징 공정을 수행할 수 있다. 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 칩의 패키징 공정을 통해 반도체 소자 또는 반도체 패키지가 완성될 수 있다. 한편, 패키징 공정 후에 반도체 패키지에 대하여 테스트 공정이 수행될 수 있다.
한편, 디펙이 존재하는지 판단하는 단계(S150)에서, 검사 대상(200)에 디펙이 존재하는 것으로 판단된 경우(Yes), 디펙의 종류 및 원인을 분석한다(S170). 실시예에 따라, 디펙의 종류에 따라 세정 등을 통해 디펙을 제거하거나 또는 해당 검사 대상을 폐기하는 과정이 수행될 수도 있다.
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: SI 기반 검사 장치, 110: 광원, 112: 로드 렌즈, 114: 콜리메이션 렌즈, 116: 필터, 120: 조명 릴레이 렌즈, 130, 130a ~ 130d: 위상 변이 격자(PSG), 130a-1, 130b-1, 130c-1, 130d-1: 제1 부분, 130a-2, 130b-2, 130c-2, 130d-2: 제2 부분, 132: 제1 투명층, 134: 제2 투명층, 140: 빔 스플리터, 150: 대물렌즈, 160: 결상 릴레이 렌즈, 165: 조리개, 170: 스테이지, 180: TDI 카메라, 190: 배율 조절 광학계

Claims (20)

  1. 광을 생성하여 출력하도록 구성된 광원;
    상기 광원으로부터 광을 구조화 조명(Structured Illumination: SI)으로 만들도록 구성된 위상 변위 격자(Phase Shift Grating: PSG);
    상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터의 반사광을 출사하도록 구성된 빔 스플리터(Beam Splitter);
    이동 가능하고 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지; 및
    상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하도록 구성된 TDI(Time-Delayed Integration) 카메라;를 포함하고,
    상기 PSG는 크롬 없는(Chrome-less) PSG으로서, 광이 전부 투과되고,
    상기 PSG는 제1 두께를 갖는 제1 영역과 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역을 통과하는 광과 상기 제2 영역을 통과하는 광의 위상이 달라지며,
    상기 PSG는, 상기 제1 영역과 제2 영역이 제1 방향과 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라서 교대로 배치되는 직각(orthogonal) 구조를 가지며,
    상기 구조화 조명은 4극(quadrupole) 조명으로서, 상기 제1 영역과 제2 영역은 체크 무늬 형태를 구성하거나 또는 그물망 형태를 구성한 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 반사광은 격자의 통과 없이 상기 TDI 카메라에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 검사 대상은, 상기 스테이지의 제1 방향으로의 이동에 의해 상기 TDI 카메라에 의해 상기 제1 방향으로 이동되면서 촬상되는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 TDI 카메라에 의해 촬상된 상기 검사 대상에 대한 영상들은 위상별로 적산하여 평균화됨으로써, 위상별 영상 합성을 위한 영상 후처리(post image processing)가 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 검사 대상이 상기 TDI 카메라에 의해 실시간으로 촬상되어 검사되는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  10. 광을 생성하여 출력하도록 구성된 광원;
    상기 광원으로부터 광을 전부 투과시키고 구조화 조명으로 만들도록 구성된 PSG;
    상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터의 반사광을 출사하도록 구성된 빔 스플리터;
    이동 가능하고 상기 검사 대상이 배치되는 스테이지; 및
    상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하도록 구성된 TDI 카메라;를 포함하고,
    상기 검사 대상은, 상기 스테이지의 제1 방향으로의 이동에 의해 상기 TDI 카메라에 의해 상기 제1 방향으로 이동되면서 촬상되고,
    상기 TDI 카메라에 의해 촬상된 상기 검사 대상에 대한 영상들은 푸리에 변환없이 위상별로 적산되어 평균화하여 통합되며,
    상기 검사 대상을 실시간으로 검사하는, SI 기반 검사 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 PSG는 크롬을 포함하지 않고, 제1 두께를 갖는 제1 영역과 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 PSG는, 상기 제1 영역과 제2 영역이 라인 형태로 교대로 배치된 라인앤스페이스 구조를 가지거나, 또는
    상기 제1 영역과 제2 영역이 제1 방향과 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라서 교대로 배치되는 직각 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 PSG는 상기 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 배치되고,
    상기 검사 대상으로부터 상기 TDI 카메라까지의 경로에는 격자가 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    위상별 영상 합성을 위한 영상 후처리가 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 장치.
  15. 광원에서, 광을 생성하여 출사시키는 단계;
    PSG에서, 상기 광원으로부터의 광을 전부 투과시켜 구조화 조명을 만드는 단계;
    빔 스플리터에서, 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사광을 출사시키는 단계; 및
    TDI 카메라에서, 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하는 단계;를 포함하고,
    상기 검사 대상을 촬상하는 단계에서,
    상기 TDI 카메라는 상기 검사 대상을 제1 방향으로 이동하면서 촬상하고, 상기 검사 대상에 대한 영상들을 푸리에 변환없이 위상별로 적산하여 평균화하여 통합하며,
    상기 검사 대상을 실시간으로 검사하는, SI 기반 검사 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 PSG는, 크롬 없는 PSG이고, 통과하는 광의 위상이 서로 달라지는 제1 두께를 갖는 제1 영역과 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함하며,
    상기 PSG는 회절 및 위상 변위에 의해 상기 구조화 조명을 만드는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    위상별 영상 합성을 위한 영상 후처리를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 SI 기반 검사 방법.
  18. 광원에서, 광을 생성하여 출사시키는 단계;
    PSG에서, 상기 광원으로부터의 광을 전부 투과시켜 구조화 조명을 만드는 단계;
    빔 스플리터에서, 상기 구조화 조명을 검사 대상으로 입사시키고, 상기 검사 대상으로부터 반사광을 출사시키는 단계;
    TDI 카메라에서, 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하는 단계; 및
    상기 검사 대상에 디펙이 없는 경우에, 상기 검사 대상에 대한 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 PSG는 크롬 없는 PSG으로서, 광이 전부 투과되고,
    상기 PSG는 제1 두께를 갖는 제1 영역과 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역을 통과하는 광과 상기 제2 영역을 통과하는 광의 위상이 달라지며,
    상기 PSG는, 상기 제1 영역과 제2 영역이 제1 방향과 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라서 교대로 배치되는 직각 구조를 가지며,
    상기 구조화 조명은 4극 조명으로서, 상기 제1 영역과 제2 영역은 체크 무늬 형태를 구성하거나 또는 그물망 형태를 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  19. 삭제
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 TDI 카메라는 격자를 통과하지 않는 상기 반사광을 검출하여 상기 검사 대상을 촬상하되, 상기 검사 대상을 제1 방향으로 이동하면서 촬상하고, 상기 검사 대상에 대한 영상들을 위상별로 적산하여 평균화함으로써, 위상별 영상 합성을 위한 영상 후처리를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210068890A (ko) 2019-12-02 2021-06-10 삼성전자주식회사 Cdi 기반 검사 장치 및 방법
JP6970866B2 (ja) * 2020-03-06 2021-11-24 フロンティアシステム株式会社 表面検査装置
CN111398295B (zh) * 2020-04-24 2021-09-14 上海御微半导体技术有限公司 一种缺陷检测装置及其方法
KR102225538B1 (ko) * 2020-07-03 2021-03-10 (주)인스케이프 다중 조명을 이용한 카메라 모듈용 외관 검사 카메라 및 이를 포함하는 카메라 모듈의 외관 검사 장치
US20230134909A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-04 SK Hynix Inc. Defect inspection system and semiconductor fabrication apparatus including a defect inspection apparatus using the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040245439A1 (en) * 2002-07-26 2004-12-09 Shaver David C. Optical imaging systems and methods using polarized illumination and coordinated pupil filter
US20060199084A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-07 Mentor Graphics Corporation Chromeless phase shifting mask for integrated circuits
US20080030708A1 (en) * 2003-04-07 2008-02-07 Asml Netherlands B.V. Device manufacturing method

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826317C1 (ko) 1988-08-03 1989-07-06 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar, De
US6437867B2 (en) 1996-12-04 2002-08-20 The Research Foundation Of The City University Of New York Performing selected optical measurements with optical coherence domain reflectometry
CA2277855A1 (fr) * 1999-07-14 2001-01-14 Solvision Methode et systeme de mesure de la hauteur des billes de soudure d'un circuit imprime
JP2003161889A (ja) 2001-11-27 2003-06-06 Nikon Corp 格子照明顕微鏡
US7374865B2 (en) * 2002-11-25 2008-05-20 Intel Corporation Methods to pattern contacts using chromeless phase shift masks
US7648802B2 (en) * 2004-02-24 2010-01-19 The Regents Of The University Of California Phase shifting test mask patterns for characterizing illumination and mask quality in image forming optical systems
US7711174B2 (en) * 2004-05-13 2010-05-04 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Methods and systems for imaging cells
DE102005017516B3 (de) * 2005-04-15 2007-01-25 Infineon Technologies Ag Fotolithografische Abbildungseinrichtung und Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungsverteilung
KR101427433B1 (ko) * 2006-08-02 2014-08-08 가부시키가이샤 니콘 결함 검출 장치 및 결함 검출 방법
US7599051B1 (en) 2006-11-21 2009-10-06 Kla-Tencor Technologies Corporation Calibration of a substrate inspection tool
JP2010539469A (ja) * 2007-09-16 2010-12-16 メイア ベン−レヴィ 周期パターン照明及びｔｄｉによる結像測定システム
JP5039495B2 (ja) 2007-10-04 2012-10-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 マスクブランク検査方法、反射型露光マスクの製造方法、反射型露光方法および半導体集積回路の製造方法
JP5583515B2 (ja) * 2010-08-11 2014-09-03 オリンパス株式会社 レーザ顕微鏡用照明装置およびレーザ顕微鏡
US8629407B2 (en) 2011-04-13 2014-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Contamination inspection
CN102540446B (zh) * 2011-12-28 2014-03-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微***及方法
JP5865738B2 (ja) 2012-03-13 2016-02-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法及びその装置
US20140111616A1 (en) * 2012-10-21 2014-04-24 Ilya Blayvas Structured light 3D scanner with refractive non-absorbing pattern forming element
CN103207449B (zh) * 2013-04-17 2015-04-29 华中科技大学 一种结构光快速扫描显微成像方法
CN105814402B (zh) 2013-11-27 2018-11-06 苏州大学 连续可调结构光照明的超分辨显微成像方法与***
CN104459971B (zh) * 2014-12-24 2016-01-13 中国科学院半导体研究所 一种基于集成光子芯片的结构光照明显微成像***

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040245439A1 (en) * 2002-07-26 2004-12-09 Shaver David C. Optical imaging systems and methods using polarized illumination and coordinated pupil filter
US20080030708A1 (en) * 2003-04-07 2008-02-07 Asml Netherlands B.V. Device manufacturing method
US20060199084A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-07 Mentor Graphics Corporation Chromeless phase shifting mask for integrated circuits

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