KR20160071231A - 플라즈마 광원, 및 그 광원을 포함하는 검사 장치 - Google Patents

플라즈마 광원, 및 그 광원을 포함하는 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 아크방전 램프를 이용한 플라즈마 광원에서의 문제점을 해결할 수 있는 플라즈마 광원, 및 고 휘도의 균일한 광을 제공할 수 있는 조명 광학계 및 검사 장치를 제공한다. 그 플라즈마 광원은 펄스 레이저를 발생시키는 펄스 레이저 발생기; 적외선 연속파(Continuous Wave: CW) 레이저를 발생시키는 CW 레이저 발생기; 상기 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 상기 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror); 상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화(ignition)되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버; 및 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러;를 포함한다.

Description

플라즈마 광원, 및 그 광원을 포함하는 검사 장치{Plasma light source, and inspection apparatus comprising the same light source}
본 발명의 기술적 사상은 광원 및 검사 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조나 검사 공정 등에서 이용되는 플라즈마 광원, 및 고 휘도 플라즈마 광을 제공할 수 있는 검사 장치에 관한 것이다.
고 휘도 광원은 다양한 적용 분야에 사용될 수 있다. 예컨대, 고 휘도 광원은 반도체 웨이퍼 또는 웨이퍼 제조에 사용되는 물질과 관련된 특성을 검사, 시험 또는 측정하도록 사용될 수 있다. 또한, 고 휘도 광원에 의해 생산되는 전자기 에너지는, 웨이퍼 제조에 사용되는 리소그래피 시스템, 마이크로스코피 시스템, 또는 포토레지스트 경화 시스템에 사용될 수 있다. 한편, 광의 변수들, 예컨대, 파장, 전력 레벨 및 휘도 등은 적용 분야에 따라 상이할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 최근 웨이퍼 검사 시스템은 제논 또는 수은 아크 램프들을 사용하여 빛을 제공하며, 상기 아크 램프들은 램프 내에 위치되는 제논 또는 수은 가스를 여기하기 위해 이용되는 양극 및 음극 전극을 포함할 수 있다. 이러한 구조의 아크 램프는 광의 생성 과정 중에 양극 및 음극 전극이 마모되는 문제와 오염 입자가 발생하는 문제가 있고, 또한, 몇몇 분야, 특히, 자외선 스펙트럼 분야에 있어서, 충분한 휘도를 제공하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 아크방전 램프를 이용한 플라즈마 광원에서의 문제점을 해결할 수 있는 플라즈마 광원, 및 고 휘도의 균일한 플라즈마 광을 제공할 수 있는 검사 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 펄스 레이저를 발생시키는 펄스 레이저 발생기; 적외선 연속파(Continuous Wave: CW) 레이저를 발생시키는 CW 레이저 발생기; 상기 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 상기 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror); 상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화(ignition)되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버; 및 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러;를 포함하는 플라즈마 광원을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 내부에 전극이 없을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 타원 미러에 의해 둘러싸이고, 상기 타원 미러의 초점에 위치하며, 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 상기 타원 미러에 의해 상기 챔버로 집광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러는 동축으로 배치되어 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 상기 챔버로 입사되는 입력광들을 합성하고 상기 챔버로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러에 의한 반사와 상기 제2 다이크로익 미러의 투과를 통해 상기 챔버로 입력되고, 상기 적외선 CW 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 챔버로 입력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 레이저 발생기와 상기 제1 다이크로익 미러 사이에 오목렌즈가 배치되고, 상기 CW 레이저 발생기와 상기 제1 다이크로익 미러 사이에 실린더리컬(cylinderical) 렌즈가 배치되는 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 레이저와 적외선 CW 레이저는 링 형태의 빔으로 상기 제1 다이크로익 미러로 입사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 링 형태의 빔은 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈 또는 SLM(Spatial Light Modulator)를 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러; 상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버; 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러; 및 타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고, 반사를 통해 상기 플라즈마 광을 각도적으로 균일화하여 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체;를 포함하는 플라즈마 광원을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 레이저 및 적외선 CW 레이저는 링 형태의 빔으로 상기 제1 다이크로익 미러로 입사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러에 의한 반사와 상기 제2 다이크로익 미러의 투과를 통해 상기 챔버로 입력되고, 상기 적외선 CW 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 챔버로 입력되며, 상기 플라즈마 광은 상기 제2 다이크로익 미러의 반사에 의해 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타원 미러는 일 방향으로 오픈 된 구조를 가지며, 상기 구면 미러는 양 방향으로 오픈 된 구조를 가지되, 상기 양 방향 중 제1 방향은 상기 타원 미러를 향하고 제2 방향은 상기 일 방향을 향하며, 상기 반사구조체는, 상기 타원 미러의 오픈 부분으로 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분이 결합한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구면 미러는, 상기 타원 미러에 의해 반사되지 않은 상기 플라즈마 광을 반사하여 상기 타원 미러로 보내는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분의 지름은 상기 제2 방향의 오픈 부분의 지름보다 크고, 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분의 지름은 상기 타원 미러의 오픈 부분의 지름보다 크며, 상기 구면 미러의 상기 제2 방향의 오픈 부분의 지름은 상기 타원 미러에 의해 반사된 상기 플라즈마 광을 차단없이 투과시킬 수 있는 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구면 미러는, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면 상에서, 중심 영역의 상기 플라즈마 광의 세기와 상기 중심 영역 외부의 외곽 영역의 상기 플라즈마 광의 세기를 균일하게 하는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중심 영역은 상기 플라즈마 광이 상기 타원 미러만에 의해 반사된 영역이고, 상기 외곽 영역은 상기 플라즈마 광이 상기 타원 미러와 상기 구면 미러에 의해 반사된 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타원 미러와 상기 구면 미러의 초점은 동일하며, 상기 챔버는 상기 초점에 위치할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러, 상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버, 및 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러를 구비한 플라즈마 광원; 상기 플라즈마 광이 입사되고, 상기 플라즈마 광을 공간적으로 균일화하는 호모지나이저; 상기 플라즈마 광을 각도적으로 균일화하여 상기 호모지나이저로 입사시키는 균일화 장치; 상기 호모지나이저로부터 출사된 광을 검사 대상으로 전달하는 제1 광학계; 및 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 검출하는 광 검출기;를 포함하는 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 타원 미러에 의해 둘러싸이고, 상기 타원 미러의 초점에 위치하며, 상기 펄스 레이저와 적외선 CW 레이저는 상기 타원 미러에 의해 상기 챔버로 집광되며, 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러는 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 상기 챔버로 입사되는 입력광들을 합성하고 상기 챔버로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 내부에 전극이 없을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균일화 장치는, 상기 플라즈마 광원과 상기 호모지나이저 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면에 대응하여 중심에 가까울수록 상기 플라즈마 광의 투과율이 낮은 ND 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균일화 장치는, 타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고 상기 플라즈마 광을 반사시켜 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체이고, 상기 타원 미러는 상기 호모지나이저 방향으로 오픈 된 구조를 가지며, 상기 구면 미러는 양 방향으로 오픈 된 구조를 가지되, 상기 양 방향 중 제1 방향은 상기 타원 미러를 향하고 제2 방향은 상기 호모지나이저를 향하며, 상기 반사구조체는, 상기 타원 미러의 오픈 부분으로 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분이 결합한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구면 미러는, 상기 타원 미러에 의해 반사되지 않은 상기 플라즈마 광을 반사하여 상기 타원 미러로 보내는 구조를 가지며, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면 상에서, 중심 영역의 광의 세기와 상기 중심 영역 외부의 외곽 영역의 광의 세기를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균일화 장치는, 타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고 상기 플라즈마 광을 반사시켜 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체; 및 상기 반사구조체와 상기 호모지나이저 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면에 대응하여 중심에 가까울수록 상기 플라즈마 광의 투과율이 낮은 ND 필터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학계는, 상기 호모지나이저로부터 출사된 광을 평행 광으로 집속하는 콜리메이션 렌즈; 및 상기 평행 광을 상기 검사 대상으로 조사하고 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 수용하는 대물 렌즈;를 포함하고, 상기 검사 장치는, 상기 콜리메이션 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이, 또는 상기 호모지나이저와 상기 콜리메이션 렌즈 사이에 배치되고, 상기 검사 대상으로 조사되는 광과 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 분리하는 빔 스플리터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 플라즈마 광원은 펄스 레이저를 이용하여 플라즈마 점화를 수행하고 CW 레이저를 통해 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가시킴으로써, 챔버 내에 별도의 전극이 존재할 필요가 없다. 그에 따라, 본 실시예의 플라즈마 광원은 챔버 교환 시 전극을 연결할 필요가 없고, 또한 발광점이 챔버 위치에 의존하지 않으므로 챔버 위치를 재조정할 필요도 없다. 더 나아가 챔버 내부에 금속 부품이 없으므로 챔버의 수명이 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 조명 광학계 및 검사 장치는 ND 필터를 채용함으로써, 타원 미러로부터 반사된 광의 세기 분포를 각도적으로 균일하게 만들 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 의한 조명 광학계 및 검사 장치는 타원 미러와 구면 미러의 결합 구조를 갖는 반사구조체를 포함함으로써, 광의 이용 효율 및 광의 휘도를 증가시킬 수 있고, 또한, 외곽 부분의 광의 세기를 증가시켜 각도적인 광의 세기 분포를 균일화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 광원에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 2는 도 1a의 플라즈마 광원에서의 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈를 통과한 광의 형태를 보여주는 개념도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 광원에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 10은 도 9의 검사 장치에 채용된 ND 필터의 위치에 따른 투과율을 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 9의 검사 장치에서, (a) ND 필터가 없는 경우와 (b) ND 필터가 있는 경우의 호모지나이저를 통과한 광의 세기 분포에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 12는 도 11의 광의 세기 분포를 x축 및 y축으로 잘라서 보여주는 그래프들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예들에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도이다.
도 17 내지 도 19는 도 16의 검사 장치에 채용된 광원 반사구조체의 구조와 기능을 설명하기 위한 사시도 및 개념도들이다.
도 20은 도 16의 검사 장치에서, (a) 타원 미러만 존재하는 경우와 (b) 구면 미러를 포함한 광원 반사구조체가 있는 경우의 호모지나이저를 통과한 광의 세기 분포에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 21은 도 20의 광의 세기 분포를 x축 및 y축으로 잘라서 보여주는 그래프들이다.
도 22 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예들에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 광원에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들로서, 도 1a는 적외선 CW 레이저와 펄스 레이저가 챔버로 입력되는 과정을 보여주고, 도 1b는 챔버로부터 플라즈마 광이 출력되는 과정을 보여준다. 한편, 도 2는 도 1a 및 도 1b의 플라즈마 광원(100)에서의 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈를 통과한 광의 형태를 보여주는 개념도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 펄스 레이저 발생기(110), 연속파(Continuous Wave: CW) 레이저 발생기(120), 챔버(130), 2개의 다이크로익(dichroic) 미러(140, 150) 및 타원 미러(160)를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 광원(100)은 펄스 레이저를 입력하기 위한 제1 입력 광학계(170)와 CW 레이저를 입력하기 위한 제2 입력 광학계(180)를 포함할 수 있다.
펄스 레이저 발생기(110)는 펄스 레이저, 예컨대, 가시광 펄스 레이저를 생성하여 챔버(130)로 입력할 수 있다. 물론, 펄스 레이저 발생기(110)에 의해 생성되는 펄스 레이저가 가시광 펄스 레이저에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 펄스 레이저 발생기(110)에 의해 생성되는 펄스 레이저는 적외선, 자외선 등 다양한 파장을 가질 수 있다.
한편, 펄스 레이저 발생기(110)에 생성된 펄스 레이저의 피크(peak) 파워는 매우 클 수 있다. 예컨대, 상기 펄스 레이저는 챔버(130) 내부로 입력되어 챔버(130) 내에서 플라즈마를 점화(ignition)할 수 있는 정도의 피크 파워를 가질 수 있다. 또한, 상기 펄스 레이저는 플라즈마 점화에만 이용되므로 챔버(130)로 입력되는 시간이 짧고 평균 출력도 낮을 수 있다. 그에 따라, 상기 펄스 레이저에 의해 점화된 플라즈마의 발광은 약할 수 있다. 물론, 플라즈마 점화 후 일정 시간 동안 상기 펄스 레이저를 챔버(130)가 계속 입력될 수도 있다.
상기 펄스 레이저는 제1 입력 광학계(170)를 통해 링 형태의 빔으로 변환되고, 제1 다이크로익 미러(140)에 의한 반사와 제2 다이크로익 미러(150)의 투과를 통해 타원 미러(160)로 입사될 수 있다. 상기 펄스 레이저는 타원 미러(160)의 반사에 의해 챔버(130) 내부로 입사되어 집광됨으로써, 플라즈마를 점화시킬 수 있다. 제1 다이크로익 미러(140), 제2 다이크로익 미러(150), 및 타원 미러(160)의 구조와 기능에 대해서는 각각에 대한 설명 부분에서 좀더 상세히 기술한다.
CW 레이저 발생기(120)는 CW 레이저, 예컨대 적외선(Infrared Ray: IR) CW 레이저를 생성하여 챔버(130)로 입력할 수 있다. 물론, CW 레이저 발생기(120)에 의해 생성되는 CW 레이저가 적외선 CW 레이저에 한정되는 것은 아니다.
한편, CW 레이저 발생기(120)에 의해 생성된 CW 레이저는 점화된 플라즈마를 유지하고 고출력으로 증가시키기 위해 챔버(130)로 입력될 수 있다. 그에 따라, 상기 CW 레이저는 예컨대, 점화된 플라즈마를 유지하고 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있을 정도의 에너지를 갖는 고출력 CW 레이저일 수 있다.
이러한 상기 CW 레이저는 제2 입력 광학계(180)를 통해 링 형태의 빔으로 변환되고, 제1 다이크로익 미러(140)와 제2 다이크로익 미러(150)를 투과하여 타원 미러(160)로 입사될 수 있다. 상기 CW 레이저는 타원 미러(160)의 반사에 의해 챔버(130) 내부로 입사되어 집광됨으로써, 플라즈마의 유지 및 세기 증가에 기여할 수 있다. 한편, 상기 펄스 레이저와 CW 레이저는 타원 미러(160)에 의한 반사를 통해 챔버(130) 내부의 동일한 집광점, 예컨대 타원 미러(160)의 초점으로 집광되어 중첩됨으로써, 고출력의 플라즈마가 생성될 수 있고, 고출력의 플라즈마가 생성된 이후에는 상기 펄스 레이저를 중단해도 고출력의 플라즈마가 그대로 유지될 수 있다.
한편, 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)는 펄스 레이저와 CW 레이저를 평행 광 형태로 출력하기 위하여 내부에 콜리메이션(collimation) 렌즈를 포함할 수 있다.
챔버(130) 또는 램프는 플라즈마 점화(ignition)용 매체 물질을 수용할 수 있다. 즉, 챔버(130)는 고체, 액체 또는 기체 상태의 플라즈마 점화용 매체 물질을 초기에 밀봉된 상태로 수용할 수 있다. 여기서, 플라즈마 점화용 매체 물질은 이온화 가능 매체 물질로 언급될 수도 있다. 이러한 챔버(130)는 지지체(미도시)에 의해 지지 되어 타원 미러(160)에 고정될 수 있다. 예컨대, 챔버(130)는 타원 미러(160) 반사에 기여하지 않은 부분으로 연결된 지지체에 의해 지지되어 타원 미러(160)의 초점 부분에 고정될 수 있다. 좀더 정확히는 챔버(130) 내의 집광점이 타원 미러(160)의 초점에 일치하도록 챔버가 타원 미러(160)에 고정될 수 있다.
챔버(130)는 예컨대, 유전 물질, 석영 물질, 수프라실(Suprasil) 석영, 사파이어, MgF2, 다이아몬드 또는 CaF2 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 챔버(130)를 구성하는 물질은 수용되는 플라즈마 점화용 매체 물질 및/또는 챔버(130)로부터 생성 및 출력이 요구되는 파장의 플라즈마 광을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 챔버(130)는 펄스 레이저, CW 레이저 및 자외선(ultraviolet ray: UV)에 대하여 투과성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 챔버(130)는 발생한 플라즈마 광 중 UV에 해당하는 플라즈마 광을 외부로 방출할 수 있다.
챔버(130)는 다양한 플라즈마 점화용 매체 물질을 수용할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 점화용 매체 물질은 희가스(noble gas), Xe, Ar, Ne, Kr, He, D2, H2, O2, F2, 금속 할로겐화물, 할로겐, Hg, Cd, Zn, Sn, Ga, Fe, Li, Na, 엑시머 형성 가스, 공기, 증기, 금속 산화물, 에어로졸, 유동 매체, 또는 재생 매체 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 이에 한하지 않고, 챔버(130) 내에 고체 또는 액체 타겟(미도시)이 형성되어 있고, 이러한 타겟을 이용하여 챔버(130) 내에서 플라즈마 점화용 매체 물질이 생성될 수도 있다. 예컨대, 레이저를 챔버(130) 내의 타겟에 조사함으로써, 플라즈마 점화용 매체 물질이 생성되도록 할 수 있다. 타겟은 금속 풀(pool) 또는 금속 필름일 수 있다. 타겟은 챔버(130) 내에서 이동하는 고체 또는 액체(예컨대, 챔버(130) 내에서 이동하는 액체 방울(droplet) 형태일 수 있다.
이러한 플라즈마 점화용 매체 물질은 챔버(130) 내로 유입되어 플라즈마 점화(ignition)에 이용되는 물질이며, 펄스 레이저, 예컨대 가시광 펄스 레이저를 이용하여 용이하게 플라즈마를 점화시킬 수 있는 물질일 수 있다. 플라즈마가 점화되면 챔버(130)로 CW 레이저, 예컨대 적외선 CW 레이저에 의한 고출력의 에너지가 공급됨으로써, 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기가 극대화될 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 광원(100)에서, 플라즈마의 점화는 펄스 레이저를 이용하여 수행되므로, 챔버(130) 내에는 전극이 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 무전극 램프 또는 무전극 챔버를 채용한 플라즈마 광원일 수 있다.
제1 다이크로익 미러(140)는 펄스 레이저 발생기(110)로부터 입사된 펄스 레이저를 반사하여 타원 미러(160) 방향으로 향하게 하고, CW 레이저 발생기(120)로부터 입사된 CW 레이저를 투과시켜 타원 미러(160) 방향으로 향하게 할 수 있다. 이러한 제1 다이크로익 미러(140)는 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)의 레이저가 출사하는 방향으로 배치되되, 반사와 투과의 특성에 따라 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)가 소정의 각도를 유지하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)는 제1 다이크로익 미러(140)를 꼭짓점으로 하여 거의 90°각도를 유지하도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 다이크로익 미러(140)는 상기 펄스 레이저와 CW 레이저의 진행 방향 각각에 대하여 거의 45°의 기울기를 가지고 배치될 수 있다. 한편, 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)의 배치 각도는 달라질 수 있다. 그러한 경우, 제1 다이크로익 미러(140)의 기울기가 달라질 수 있다.
제2 다이크로익 미러(150)는 제1 다이크로익 미러(140)와 타원 미러(160) 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저와 상기 CW 레이저 둘 다를 투과시켜 타원 미러(160) 방향으로 향하게 할 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(150)는 챔버(130)에서 방출된 플라즈마 광을 반사시켜 글래스로드(glass rod) 렌즈와 같은 호모지나이저(homogenizer, 240)로 향하게 할 수 있다. 좀더 구체적으로, UV에 해당하는 플라즈마 광은 챔버(130)로부터 방출되어 바로 제2 다이크로익 미러(150)의 반사에 의해 호모지나이저(240)로 향하거나, 또는 먼저 타원 미러(160)에 의해 반사된 후 제2 다이크로익 미러(150)의 반사에 의해 호모지나이저(240)로 향할 수 있다. 참고로, 호모지나이저(240)는 광을 공간적으로 균일화하는 광학 기구일 수 있고, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)의 구성요소로는 포함되지 않을 수 있다.
한편, 호모지나이저(240)는 제2 다이크로익 미러(150)를 꼭지점으로 하여 타원 미러(160)에 대해 거의 90°각도를 가지도록 배치될 수 있다. 제2 다이크로익 미러(150)는 반사와 투과의 특성에 기초하여, 상기 펄스 레이저와 CW 레이저, 그리고 플라즈마 광의 진행방향 각각에 대하여 거의 45°의 기울기를 가지고 배치될 수 있다. 물론, 호모지나이저(240)의 배치 각도가 달라질 수 있고, 그러한 경우, 제2 다이크로익 미러(150)의 기울기가 달라질 수 있다.
참고로, 다이크로익 미러는 굴절률이 다른 다수의 물질 박막들의 결합으로 이루어지는 거울로서, 어떤 파장의 광은 반사하고, 다른 파장의 광은 모두 투과하는 성질을 가질 수 있다. 보통의 색 필터에 비해서 흡수에 의한 손실이 매우 적고, 선택 반사하는 광의 파장 범위를 재료의 두께나 구조에 의해 가감할 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 광원(100)에서, 도시된 바와 같이 제1 다이크로익 미러(140)와 제2 다이크로익 미러(150)는 세 종류의 광, 예컨대, 펄스 레이저, CW 레이저, 및 플라즈마 광에 대하여 동축 상에 배치될 수 있다. 여기서, 동축은 펄스 레이저의 경우는 제1 다이크로익 미러(140)의 반사에 의해 타원 미러(160)로 향하는 광을 기준으로 한 것이고, 플라즈마 광의 경우는 타원 미러(160)로부터 제2 다이크로익 미러(150)로 향하는 광을 기준으로 한 개념일 수 있다.
이와 같이 동축 상에 배치된 2개의 다이크로익 미러(140, 150)를 통해 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 챔버(130)로 입사되는 입력광들을 합성하고 챔버(130)로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리할 수 있다. 구체적으로, 2개의 다이크로익 미러(140, 150)를 통해, 펄스 레이저와 CW 레이저를 챔버(130)로 입사시켜 합성하고, 또한, 챔버(130)에서 생성된 플라즈마 광을 펄스 레이저와 CW 레이저로부터 분리하여 호모지나이저(240)로 출력하도록 할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 플라즈마 광원(100)은 동축 상에 배치된 2개의 다이크로익 미러(140, 150)를 통해 각각의 광들을 입출력시키는 구조를 가짐으로써, 장비의 이동 부분이 없는 매우 단순한 구조를 가질 수 있다.
타원 미러(160)는 챔버(130)를 감싸는 구조를 가지되, 다이크로익 미러들(140, 150)이 배치된 방향으로 오픈 된 구조를 가질 수 있다. 이러한 타원 미러(160)는 대부분의 전자기파를 반사할 수 있다. 예컨대, 타원 미러(160)는 펄스 레이저, CW 레이저, 및 UV에 해당하는 플라즈마 광을 반사시킬 수 있다.
타원 미러(160)는 다음과 같은 반사의 법칙을 가질 수 있다. 즉, 타원 미러의 어느 하나의 초점에서 나온 광은 타원 미러에 반사되어 다른 하나의 초점으로 진행한다. 따라서, 챔버(130) 내의 집광점이 타원 미러(160)의 어느 하나의 초점인 제1 초점(F1)과 동일한 경우, 타원 미러(160)의 다른 하나의 초점인 제2 초점(F2)에서 입사된 광은 타원 미러(160)의 반사에 의해 제1 초점(F1)에 해당하는 집광점으로 모이게 되고, 집광점에서 방출된 광은 타원 미러(160)의 반사를 통해 제2 초점(F2)으로 진행하게 된다. 참고로, 제1 다이크로익 미러(140)의 반사를 통해 입력되는 상기 펄스 레이저는 타원 미러(160)의 입장에서는 제2 초점(F2)에서 나온 광으로 간주 될 수 있다. 또한, 타원 미러(160)의 반사를 통해 출력되는 플라즈마 광도 실제로는 제2 다이크로익 미러(150)의 반사를 통해 상방으로 꺾이지만 타원 미러(160)의 입장에서는 제2 초점(F2)으로 진행하는 것으로 간주 될 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 광원(100)에서는 타원 미러(160)를 채용함으로써, 입력광들, 예컨대, 펄스 레이저와 CW 레이저의 챔버(130) 내로의 집광 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 타원 미러(160)를 통해 챔버(130)로부터 방출되는 플라즈마 광의 출력 효율도 극대화시킬 수 있다.
제1 입력 광학계(170)는 펄스 레이저 발생기(110)로부터의 펄스 레이저를 제1 다이크로익 미러(140)로 입사시키기 위한 광학계로서, 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈(171), 및 오목 렌즈(173)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈(171)는 펄스 레이저를 링 형태의 빔으로 변환시킬 수 있다. 링 형태의 빔은 도 2에 도시된 바와 같이, 광이 진행하는 방향에 수직인 단면 상에서, 도너츠 또는 원형 링과 같은 형태로 광이 분포하는 빔을 의미할 수 있다.
오목 렌즈(173)는 입사된 광을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 예컨대, 링 형태의 빔이 오목 렌즈(173)로 입사되는 경우, 내부 반지름(도 2의 R1) 및 외부 반지름(도 2의 R2), 그리고 폭(W1)이 확대될 수 있다. 제1 입력 광학계(170)는 결국, 펄스 레이저를 링 형태의 빔으로 변환하여 제1 다이크로익 미러(140)로 입사시키되 확대하여 입사시키는 기능을 할 수 있다.
참고로, 펄스 레이저의 경우 집광하면 대기 중에서도 플라즈마가 발생할 수 있다. 이는 대기 중에 플라즈마 점화용 매체들인 산소, 질소, 물 등이 존재하기 때문이다. 따라서, 오목 렌즈(173)를 채용함으로써, 대기 중의 플라즈마 발생을 방지할 수 있다.
또한, 오목 렌즈(173)는 하나의 점에서 광이 확장된 것처럼 보이게 할 수 있다. 그에 따라, 오목 렌즈(173)와 제1 다이크로익 미러(140)를 통해 타원 미러(160)의 제2 초점(F2)에서 펄스 레이저가 나온 것으로 보이게 할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 초점(F2)으로부터 나온 광은 타원 미러(160)의 반사에 의해 집광점에 해당하는 제1 초점(F1)으로 진행하게 된다. 따라서, 오목 렌즈(173)를 통과한 링 형태의 펄스 레이저는 타원 미러(160)의 반사를 통해 챔버(130) 내의 집광점으로 집광될 수 있다.
제2 입력 광학계(180)는 CW 레이저 발생기(120)로부터의 CW 레이저를 제1 다이크로익 미러(140)로 입사시키기 위한 광학계로서, 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈(181), 볼록 렌즈(183) 및 실린더리컬(cylinderical) 렌즈(185)를 포함할 수 있다. 제1 입력 광학계(170)에서와 같이 한 쌍의 엑시콘(axicon) 렌즈(181)는 CW 레이저를 링 형태의 빔으로 변환시킬 수 있다.
볼록 렌즈(183)는 입사된 광을 집광시키는 기능을 할 수 있다. 예컨대, 링 형태의 빔이 볼록 렌즈(183)로 입사되는 경우, 링 형태의 빔은 거의 점에 가까울 정도로 축소될 수 있다. 한편, 이러한 볼록 렌즈(183)는 입사된 광을 타원 미러(160)의 제2 초점(F2)으로 집광한 후 계속해서 타원 미러(160)로 향하도록 한다. 따라서, 볼록 렌즈(183)를 통과한 링 형태의 CW 레이저 역시 타원 미러(160)의 반사를 통해 챔버(130) 내의 집광점으로 집광될 수 있다.
제2 입력 광학계(180)를 통해 입력되는 CW 레이저, 예컨대, 적외선 CW 레이저의 경우는 제1 다이크로익 미러(140)과 제2 다이크로익 미러(150)를 통과하면서 수차(aberration)가 발생할 수 있다. 실린더리컬 렌즈(185)는 그러한 수차를 보정하기 위하여 배치될 수 있다. 한편, 제1 입력 광학계(170)를 통해 입력되는 펄스 레이저의 경우도 수차가 발생할 수 있으나, 펄스 레이저의 경우 플라즈마 점화를 위해 일시적으로만 입력되므로 실린더리컬 렌즈가 채용될 필요는 없다.
본 실시예의 플라즈마 광원(100)에서의 플라즈마 광의 생성 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 1a의 굵은 화살표로 표시된 바와 같이 먼저, 펄스 레이저 발생기(110)로부터의 펄스 레이저는 한 쌍의 엑시콘 렌즈(171)를 거쳐 링 형태의 빔으로 변환되고 오목 렌즈(173)를 거치면서 확대된 후, 제1 다이크로익 미러(140)로 입사된다. 계속해서 상기 펄스 레이저는 제1 다이크로익 미러(140)에 의해 반사되고 제2 다이크로익 미러(150)를 투과하여 타원 미러(160)로 입사된다. 이후, 상기 펄스 레이저는 타원 미러(160)의 반사를 통해 챔버(130) 내로 입사되고 집광점으로 집광되어 플라즈마를 점화한다.
다음, CW 레이저 발생기(120)로부터의 CW 레이저는 한 쌍의 엑시콘 렌즈(181)를 거쳐 링 형태의 빔으로 변환되고 볼록 렌즈(183)를 거치면서 집광된 후, 실린더리컬 렌즈(185)를 통과하여 제1 다이크로익 미러(140)로 입사된다. 계속해서 상기 CW 레이저는 제1 다이크로익 미러(140) 및 제2 다이크로익 미러(150)를 투과하여 타원 미러(160)로 입사된다. 이후, 상기 CW 레이저는 타원 미러(160)의 반사를 통해 챔버(130) 내로 입사되고 집광점으로 집광되어 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가시킨다. 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가 후, 상기 펄스 레이저의 입력은 중단될 수 있다.
한편, 도 1b의 굵은 화살표로 표시된 바와 같이, 챔버(130) 내의 플라즈마에 의해 발생한 플라즈마 광, 예컨대 UV는 챔버(130) 외부로 방출되고, 타원 미러(160)의 반사에 의해 제2 다이크로익 미러(150)로 입사된다. 이후, 플라즈마 광은 제2 다이크로익 미러(150)에 의해 반사되어 호모지나이저(240)로 입사된다. 한편, 챔버(130) 외부로 방출된 플라즈마 광의 일부는 타원 미러(160)의 반사 없이 바로 제2 다이크로익 미러(150)로 입사되고, 제2 다이크로익 미러(150)의 반사에 의해 호모지나이저(240)로 입사될 수도 있다.
본 실시예의 플라즈마 광원(100)은, 펄스 레이저를 이용하여 플라즈마 점화를 수행하고 CW 레이저를 통해 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가시킴으로써, 챔버(130) 내에 별도의 전극이 존재할 필요가 없다. 그에 따라, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 챔버(130) 교환 시 전극을 연결할 필요가 없고, 또한 발광점이 챔버 위치에 의존하지 않으므로 챔버 위치를 재조정할 필요도 없다. 더 나아가 챔버 내부에 금속 부품이 없으므로 챔버의 수명이 증가할 수 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은, 동축 상에 배치된 2개의 다이크로익 미러(140, 150)를 통해 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 챔버(130)로 입사되는 입력광들을 합성하고 챔버(130)로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 광원(100)은 장비의 이동 부분이 없는 매우 단순한 구조를 가질 수 있고, 그러한 단순한 구조에 기초하여 낮은 제조 비용으로 제조할 수 있다.
더 나아가, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 타원 미러(160)를 채용함으로써, 입력광들, 예컨대, 펄스 레이저와 CW 레이저의 챔버(130) 내로의 집광 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 타원 미러(160)를 통해 챔버(130)로부터 방출되는 플라즈마 광의 출력 효율도 극대화시킬 수 있다.
이러한 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 반도체 제조공정에서 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등을 검사하는 검사 장치나 현미경에 이용될 수 있다. 또한, 본 실시예의 플라즈마 광원(100)은 노광 공정에서의 광원으로서 이용될 수도 있다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 광원에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다. 설명의 편의를 위해 도 1a 및 도 1b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100a)은 제2 다이크로익 미러(150a)의 배치 각도 측면에서, 도 1a의 플라즈마 광원(100)과 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 플라즈마 광원(100a)에서 제2 다이크로익 미러(150a)는 플라즈마 광을 하방으로 반사시켜 진행하도록 하는 경사를 가지고 배치될 수 있다. 그에 따라, 제2 다이크로익 미러(150a)로부터 반사된 플라즈마 광을 입력받기 위하여 호모지나이저(240)는 도시된 바와 같이 제2 다이크로익 미러(150a)의 하방에 배치될 수 있다.
제2 다이크로익 미러(150a)는 도시된 바와 같이 제1 다이크로익 미러(140)와 경사 방향이 동일할 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(150a)는 제1 다이크로익 미러(140)와 경사 각도가 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 제1 다이크로익 미러(140)와 제2 다이크로익 미러(150a)의 경사 각도는 펄스 레이저 발생기(110)와 호모지나이저(240)의 배치 위치에 따라 달라질 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100b)은 펄스 레이저 발생기(110) 및 제1 입력 광학계(170)의 위치와 CW 레이저 발생기(120) 및 제2 입력 광학계(180)의 위치가 서로 바뀌었다는 점에서, 도 1a의 플라즈마 광원(100)과 다를 수 있다. 구체적으로, 펄스 레이저 발생기(110)와 제1 입력 광학계(170)는 제1 다이크로익 미러(140a)에 대하여 왼쪽 전방으로 배치되고, CW 레이저 발생기(120)와 제2 입력 광학계(180)는 제1 다이크로익 미러(140a)에 대하여 하부에 배치될 수 있다.
한편, 이와 같이 위치가 바뀜에 따라, 제1 다이크로익 미러(140a)의 반사 및 투과 특성도 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 다이크로익 미러(140a)는 상기 펄스 레이저, 예컨대 가시광 펄스 레이저를 투과시켜 제2 다이크로익 미러(150)로 향하게 할 수 있다. 또한, 제1 다이크로익 미러(140a)는 상기 CW 레이저, 예컨대 적외선 CW 레이저를 반사시켜 제2 다이크로익 미러(150)로 향하게 할 수 있다.
바꾸어 말하면, 제1 다이크로익 미러(140a)의 반사 및 투과 특성에 따라 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)의 배치 위치가 달라질 수 있다. 또한, 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)의 배치 위치가 달라짐에 따라, 제1 입력 광학계(170)와 제2 입력 광학계(180)의 배치 위치도 달라질 수 있다. 한편, 제1 입력 광학계(170) 및 제2 입력 광학계(180)의 구성과 기능은 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 같다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100c)은 펄스 레이저의 입력 구조와 다이크로익 미러의 구성에 있어서, 도 1a의 플라즈마 광원(100)과는 전혀 다를 수 있다.
구체적으로 설명하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100c)에서, 타원 미러(160a) 오른쪽 후방으로 배치된 펄스 레이저 발생기(110)로부터 펄스 레이저가 볼록 렌즈(185)를 거쳐 챔버(130)로 직접 입사될 수 있다. 상기 펄스 레이저가 챔버(130)로 직접 입사되기 위하여, 타원 미러(160a)에는 상기 펄스 레이저를 투과시킬 수 있는 렌즈나 윈도우 같은 투과 영역(At)이 형성될 수 있다. 경우에 따라, 투과 영역(At)은 별도의 물질층이 없는 관통 홀과 같은 형태를 가질 수 있다. 한편, 상기 펄스 레이저는 볼록 렌즈(185)에 의해 챔버(130)의 집광점으로 집광될 수 있다. 따라서, 상기 펄스 레이저는 도 1a의 플라즈마 광원(100)에서와 같이 챔버(130) 내에 플라즈마를 점화시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 광원(100c)에서는 제2 다이크로익 미러(150)만 존재하고 제1 다이크로익 미러(140)는 생략될 수 있다. 다시 말해서, 제1 다이크로익 미러(140)의 주기능은 펄스 레이저를 입사시키는 기능일 수 있는데, 본 실시예의 플라즈마 광원(100c)에서는 상기 펄스 레이저가 타원 미러(160a)의 후방에서 바로 입사되므로 제1 다이크로익 미러(140)가 존재할 필요가 없을 수 있다.
따라서, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저는 제2 입력 광학계(180)를 거쳐 제2 다이크로익 미러(150)로 입사되고, 제2 다이크로익 미러(150)를 투과하여 타원 미러(160a)에 의해 반사됨으로써, 챔버(130)의 집광점으로 집광하고 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있다. 한편, 챔버(130)로부터 방출된 플라즈마 광은 도 1a의 플라즈마 광원(100)에서와 같이 타원 미러(160a)의 반사와 제2 다이크로익 미러(150)의 반사를 통해 호모지나이저(240)로 입사될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100d)은 CW 레이저가 제1 다이크로익 미러(140a)의 반사에 의해 챔버(130)로 입력된다는 점에서, 도 5의 플라즈마 광원(100c)과 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 플라즈마 광원(100d)은 도 5의 플라즈마 광원(100c)과 유사하게 펄스 레이저가 타원 미러(160a)의 오른쪽 후방에서 직접 입력되는 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 실시예의 플라즈마 광원(100d)은 제2 다이크로익 미러(150)의 왼쪽 전방에 배치된 제1 다이크로익 미러(140a)를 더 포함하고, CW 레이저는 제1 다이크로익 미러(140a)의 반사에 의해 챔버(130) 입력될 수 있다.
다시 말해서, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저는 제2 입력 광학계(180)를 거쳐 제1 다이크로익 미러(140a)로 입사되고, 제1 다이크로익 미러(140a)에 의해 반사되어 타원 미러(160a)로 입사된다. 이후, 상기 CW 레이저는 타원 미러(160a)에 의해 반사되어 챔버(130)로 입사되어 집광점으로 집광될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100e)은 제2 다이크로익 미러(150b)의 반사 및 투과 특성 측면에서, 도 5의 플라즈마 광원(100c)과 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 플라즈마 광원(100e)에서, 제2 다이크로익 미러(150b)는 플라즈마 광, 예컨대 UV는 투과시키고, CW 레이저, 예컨대 적외선 CW 레이저는 반사시키는 특성을 가질 수 있다. 그에 따라, CW 레이저 발생기(120) 및 제2 입력 광학계(180)는 제2 다이크로익 미러(150b)의 상부로 배치되고, 호모지나이저(240)는 제2 다이크로익 미러(150b)의 왼쪽 전방으로 배치될 수 있다.
구체적으로 설명하면, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저는 제2 다이크로익 미러(150b)의 반사를 통해 타원 미러(160a)로 입사되고, 타원 미러(160a)의 반사를 통해 챔버(130)의 집광점으로 집광될 수 있다. 한편, 챔버(130)로부터 방출된 플라즈마 광, 예컨대 UV는 타원 미러(160a)의 반사에 의해 제2 다이크로익 미러(150b)로 향하고, 제2 다이크로익 미러(150b)를 투과하여 호모지나이저(240)로 입사될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 광원(100f)은 펄스 레이저 발생기(110)와 CW 레이저 발생기(120)의 위치가 서로 바뀌었다는 점에서, 도 5의 플라즈마 광원(100c)과 다를 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 광원(100f)에서, 펄스 레이저 발생기(110) 및 제1 입력 광학계(170)가 제2 다이크로익 미러(150)의 왼쪽 전방으로 배치되고, CW 레이저 발생기(120)가 타원 미러(160a)의 오른쪽 후방에 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조를 가지고, 펄스 레이저 발생기(110)로부터 펄스 레이저는 제1 입력 광학계(170)를 거쳐 제2 다이크로익 미러(150)로 입사되고, 제2 다이크로익 미러(150)를 투과하여 타원 미러(160a)로 입사된다. 이후, 상기 펄스 레이저는 타원 미러(160a)의 반사에 의해 챔버(130)의 내부로 입사되어 집광점에 집광됨으로써, 플라즈마를 점화시킬 수 있다.
한편, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저는 볼록 렌즈(185)에 의해 타원 미러(160a)의 투과 영역(At)을 거쳐 챔버(130)의 집광점에 집광됨으로써, 플라즈마의 유지 및 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있다. 또한, 챔버(130)로부터 방출된 플라즈마 광은 도 5의 플라즈마 광원(100c)에서와 같이 타원 미러(160a)와 제2 다이크로익 미러(150)의 반사에 의해 호모지나이저(240)로 입사될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 광원(210), 타원 미러(220), ND(Neutral Density) 필터(230), 호모지나이저(240), 제1 광학계(250), 빔 스플리터(260), 제2 광학계(1250) 및 검출기(1200)를 포함할 수 있다. 검사 장치(1000)는 반도체 제조공정에서 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등을 검사하는 장치일 수 있다. 또한, 검사 장치(1000)는 현미경에 해당할 수도 있다. 여기서, 광원(210), 타원 미러(220), ND(Neutral Density) 필터(230), 호모지나이저(240), 제1 광학계(250), 및 빔 스플리터(260)가 광을 검사 대상체(3000)로 조사하는 조명 광학계에 해당하고, 제2 광학계(1250)와 검출기(1200)가 검사 대상체(3000)에서 반사된 광을 검출하는 검출 광학계에 해당할 수 있다.
광원(210)은 플라즈마 광원일 수 있다. 예컨대, 광원(210)은 도 9에 도시된 바와 같이, 쇼트아크방전(short arc discharge) 램프를 포함하는 플라즈마 광원일 수 있다. 그러나, 본 실시예의 광원(210)이 쇼트아크방전 램프에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광원(210)은 마이크로파, 자외선, 고주파, 플래시 램프, 펄스 레이저, 펄스 램프 등 다양한 점화원을 이용하여 플라즈마를 점화하는 모든 종류의 플라즈마 광원을 포함할 수 있다. 더 나아가, 광원(210)은 플라즈마 광원에 한하지 않고, 레이저 광원, LED 광원 등도 포함할 수 있다.
쇼트아크방전 램프 구조의 광원(210)은 플라즈마 발생용 매체가 밀봉되고 플라즈마가 점화되는 챔버(211), 챔버(211) 내부에서 방전을 일으키기 위하여 챔버 내부로 돌출된 한 쌍의 전극(213), 및 챔버(211)를 지지하고 전극(213)의 연장 통로를 제공하는 한 쌍의 다리(leg, 215)를 포함할 수 있다.
타원 미러(220)는 광원(210)의 구성요소로 취급될 수도 있고, 광원(210)과 별개로 취급될 수도 있다. 타원 미러(220)는 광원(210)에서 발생한 광을 반사시켜 호모지나이저(240)로 집광하는 기능을 할 수 있다.
한편, 타원 미러(220)로 광을 집광하면 호모지나이저(240)의 입사면에서 공간적인 빛의 세기는 가우스 분포로 나타날 수 있다. 공간적으로 강도가 다른 빛을 그대로 현미경이나 검사 장치의 조명으로 사용하면 밝게 보이는 부분과 어둡게 보이는 부분이 생기는데, 이러한 부분에 따른 밝기 차이는 현미경이나 검사 장치에서 큰 문제가 될 수 있다. 공간적인 광의 세기 분포는 호모지나이저(240)를 통과시켜 비교적 간단하게 균일하게 만들 수 있다. 그러나 호모지나이저(240)를 통과할 때, 광은 내부에서 전반사만 반복하기 때문에, 광의 호모지나이저(240)로의 입사각과 출사각은 동일하다. 따라서, 호모지나이저(240)가 각도적인 광의 세기 분포를 균일하게 만들 수는 없다. 여기서, 각도는 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면 상에서, 동심원 중심에서 멀어질수록 커지는 각도, 예컨대 입체각을 의미할 수 있다.
한편, 타원 미러(220)의 구조상 중심의 구멍 근처(B 화살표)에서 반사되는 광의 세기가 가장 강하고, 외곽 부분(A 화살표)으로 갈수록 광의 세기가 약해져 광의 세기는 입사각도에 크게 의존함을 알 수 있다. 따라서, 타원 미러(220)로부터 반사된 광은 호모지나이저(240)를 통과하더라도, 각도적인 광의 세기 분포는 불균일할 수 있다.
ND 필터(230)는 중심에 가까울수록 광의 투과율을 낮게 하는 기능을 할 수 있다. 예컨대, 광이 ND 필터(230)를 통과할 때, 중심에서의 광의 투과율이 낮고 외곽 부분에서의 광은 투과율이 높을 수 있다. 따라서, 중심에서 광의 세기가 크고 외곽 부분에서 광의 세기가 작은 광이 ND 필터(230)를 통과하게 되면, ND 필터(230)의 투과율 특성에 기인하여 전체적으로 균일한 광이 생성될 수 있다.
ND 필터(230)는 ND 그라디언트 필터, 또는 그라디언트 ND 필터라고 하기도 한다. ND 필터(230)의 기능과 관련하여, 도 10 내지 도 12 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
호모지나이저(240)는 전반사를 통해 광의 세기를 공간적으로 균일하게 하는 기능을 할 수 있다. 그러나 전반사 특성에 기인하여 광의 세기를 각도적으로 균일하게 하지는 못함은 전술한 바와 같다.
제1 광학계(250)는 콜리메이션 렌즈(252) 및 대물 렌즈(254)를 포함할 수 있다. 콜리메이션 렌즈(252)는 호모지나이저(240)에서 출력된 광을 평행광으로 바꾸는 기능을 할 수 있다. 콜리메이션 렌즈(252)는 예컨대 튜브 렌즈의 형태를 가질 수 있다. 대물 렌즈(254)는 콜리메이션 렌즈(252)로부터의 평행광을 집광하여 검사 대상체(3000)에 조사한다.
참고로, 검사 대상체(3000)는 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등의 검사의 대상이 되는 다양한 장치들일 수 있다. 이러한 검사 대상체(3000)는 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동할 수 있는 검사 스테이지(미도시) 상에 배치되어 지지될 수 있다.
빔 스플리터(beam splitter, 260)는 콜리메이션 렌즈(252)로부터의 평행광을 투과시켜 대물 렌즈(254)로 전달하고, 또한 검사 대상체(3000)로부터 반사되어 대물 렌즈(254)를 통해 전달된 반사광을 반사시켜 제2 광학계(1250)로 전달할 수 있다. 이러한 빔 스플리터(260)는 일종의 이색 거울에 해당할 수 있다. 한편, 빔 스플리터(260)의 반사 및 투과 특성에 따라, 콜리메이션 렌즈(252)로부터의 평행광을 반사시키고, 대물 렌즈(254)로부터의 반사광을 투과시킬 수도 있다. 그러한 경우에는 광원(210), 타원 미러(220), ND 필터(230) 및 콜리메이션 렌즈(252)가 빔 스플리터(260)의 측면으로 배치되고, 제2 광학계(1250)와 검출기(1200)는 검사 대상체(200)와 동일 선상이 되도록 빔 스플리터(260)의 상부에 배치될 수 있다.
제2 광학계(1250)는 빔 스플리터(260)로부터 전달받은 반사광을 검출기(1200)로 전달할 수 있다. 제2 광학계(1250)는 예컨대 릴레이 렌즈일 수 있다.
검출기(1200)는 제2 광학계(1250)로부터의 반사광을 수용하고, 반사광을 분석하기 위해 반사광을 다른 분석 장치(미도시)로 전달할 수 있다. 경우에 따라 검출기는 분석장치를 포함하거나 분석장치와 연동함으로써, 반사광에 대한 분석을 수행할 수도 있다. 검출기(1200)는 예컨대, CCD(charge coupled device) 카메라일 수 있다. 물론, 검출기(1200)가 CCD 카메라에 한정되는 것은 아니고, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서와 같이 다양한 센서가 검출기(1200)로 채용될 수 있다.
본 실시예의 조명 광학계 또는 검사 장치는 ND 필터(230)를 채용함으로써, 타원 미러(220)로부터 반사된 광의 세기 분포를 각도적으로 균일하게 만들 수 있다. 구체적으로 설명하면, 전술한 바와 같이 타원 미러(220)를 사용하는 경우, 광의 세기는 입사각도에 크게 의존하여 외곽 부분에서 광의 세기가 약해지므로 광의 세기 분포가 각도적으로 불균일할 수 있다. 즉, 광이 진행하는 방향에 수직인 단면 상에서, 중심 부분에서 광의 세기는 크고 외곽 부분에서 광의 세기는 작을 수 있다. 이러한 분포를 갖는 광이 ND 필터(230)를 통과하게 되면, ND 필터(230)의 특성상 중심의 광의 세기가 작아지므로, ND 필터(230)를 통과한 광은 각도적으로 균일한 광의 세기 분포를 가질 수 있다.
참고로, 광의 세기 분포의 각도적 균일도를 향상시키기 위하여 광파이버를 이용하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 그러나 광파이버는 가시광 영역의 출력이 낮은 경우에만 이용가능하고, 고출력의 자외선(UV)의 경우는 이용하기 어렵다. 왜냐하면, UV는 광파이버에 대한 투과율이 낮아 광 손실이 크며, 또한 UV가 입사할 때 광파이버에 손상을 발생시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 광과 같은 고휘도의 UV에 대해서는 광파이버를 이용할 수 없다.
도 10은 도 9의 검사 장치에 채용된 ND 필터의 위치에 따른 투과율을 보여주는 개념도이다.
도 10을 참조하면, ND 필터(230)는 중심점(C)을 기준으로 대칭적으로 광의 투과율이 달라질 수 있다. 예컨대, ND 필터(230)는 중심점(C)을 기준으로, 제1 반지름(R1)까지의 제1 영역(A1), 제1 영역(A1)의 외곽 경계에서 제2 반지름(R2)까지의 제2 영역(A2), 제2 영역(A2)의 외곽 경계에서 제3 반지름(R3)까지의 제3 영역(A3), 및 제3 영역(A3)의 외곽 경계에서 제4 반지름(R4)까지의 제4 영역(A4)으로 나누어질 수 있다. 여기서, 제1 반지름(R1)은 36㎜, 제2 반지름(R2)은 48㎜, 제3 반지름(R3)은 60㎜, 그리고 제4 반지름은 100㎜일 수 있다. 또한, 제1 영역(A1)의 투과율은 35%, 제2 영역(A2)의 투과율은 45%, 제3 영역(A3)의 투과율은 60%, 그리고 제4 영역(A4)의 투과율은 98%일 수 있다. 물론, ND 필터(230)의 영역 분할과 각 영역에 대한 투과율은 상기 수치에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
전체적으로 균일한 세기 분포를 갖는 광이 ND 필터(230)를 통과하게 되면, 통과된 광은 외곽 부분, 즉 제4 영역(A4)으로 갈수록 광의 세기가 커지는 분포를 가질 수 있다. 한편, 중심에서 광의 세기가 크고 외곽 부분에서 광이 세기가 작은 분포의 광의 경우, 적절한 투과율 분포를 갖는 ND 필터(230)를 통과시키게 되면, 전체적으로 균일한 광의 세기 분포를 얻을 수 있다. 따라서, 타원 미러(220)에 의해 반사되어 각도적으로 불균일한 광에 대하여 ND 필터를 적용함으로써, 각도적으로 균일한 광을 얻을 수 있다.
도 11은 도 9의 검사 장치에서, (a) ND 필터가 없는 경우와 (b) ND 필터가 있는 경우의 호모지나이저를 통과한 광의 세기 분포에 대한 시뮬레이션 사진들로서, 도 9의 검사 장치의 콜리메이션 렌즈 하단의 퓨필(pupil) 면에서 광의 세기 분포를 나타낸다.
도 11을 참조하면, (a) ND 필터(230)가 없는 경우, 도시된 바와 같이 중심에서 외곽 부분으로 갈수록 영역별로 광의 세기가 약해짐을 알 수 있다. 그러나 (b) ND 필터(230)가 존재하는 경우, 광의 세기가 전체적으로 균일하게 됨을 알 수 있다. 여기서, 밝은 부분이 광의 세기가 큰 부분이고 어두울수록 광의 세기가 작은 부분이다.
참고로, (a) 및 (b) 사진들에서 중심 부분과 외곽 부분의 검은 부분은 광이 존재하지 않는 부분으로 이는 광원(210) 및 타원 미러(220)의 구조에 기인할 수 있다. 예컨대, 광원(210)이 도 9와 같이 예컨대, 쇼트아크방전 램프 구조를 갖는 경우 다리(215)에 해당하는 부분은 광이 차단되므로 중심 부분에 광이 존재하지 않게 되고, 또한 타원 미러(220)에 의해 반사된 광만이 호모지나이저(240)로 집광하고 그 외부의 광은 차단되므로 타원 미러(220)의 외부에 해당하는 외곽 부분에 광이 존재하지 않게 된다.
도 12는 도 11의 광의 세기 분포를 x축 및 y축으로 잘라서 보여주는 그래프들로서, (a) 및 (b) 그래프들 각각은 도 11의 (a) 및 (b) 사진들에 대응한다.
도 12를 참조하면, (a) 그래프에서 알 수 있듯이, ND 필터(230)가 없는 경우 광의 세기는 중심 부분에서 외곽으로 갈수록 점점 약해짐을 알 수 있다. 한편, (b) 그래프와 같이, ND 필터(230)가 있는 경우에는 중심과 외곽 부분에서 광의 세기가 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있다.
한편, (b)의 그래프의 광의 세기를 (a)의 그래프의 광의 세기와 수치적으로 비교할 때, (b)의 그래프의 전체적인 광의 세기는 (a) 그래프의 외곽 부분의 광의 세기와 비슷함을 알 수 있다. 결국, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 ND 필터(230)를 적용하여 중심 부분의 광의 세기를 낮춤으로써, 전제적인 광의 세기를 균일하게 함을 알 수 있다. 여기서, 광의 세기가 낮은 중심 부분(Ac)은 도 11의 사진들에서 광이 존재하지 않은 중심 부분에 대응한다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예들에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다. 설명의 편의를 위해 도 9에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000a)는 미러(270)를 더 포함하고, 그에 따라, 구성요소들의 배치 위치가 달라진다는 점에서, 도 9의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 미러(270)는 ND 필터(230)의 오른쪽 후방으로 배치되고, 미러(270)의 왼쪽 전방으로 광원(210), 타원 미러(220) 및 ND 필터(230)가 배치될 수 있다. 이러한 배치를 가지고 미러(270)는 왼쪽부터 입사된 광을 반사시켜 하부로 향하게 할 수 있다. 한편, 미러(270)의 하부에는 호모지나이저(240), 제1 광학계(250), 및 빔 스플리터(260)가 배치될 수 있고, 빔 스플리터(260)의 측면으로 제2 광학계(1250) 및 검출기(1200)가 배치될 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000a)는 미러(270)를 채용함으로써, 구성 요소들의 공간 배치의 자유도를 증가시킬 수 있고, 그에 따라 좀더 콤택트(compact)한 검사 장치를 구현할 수 있도록 한다.
도 14를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000b)는 빔 스플리터(260)의 배치 위치가 도 9의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 도 9의 검사 장치(1000)에서는 빔 스플리터(260)가 콜리메이션 렌즈(252)와 대물 렌즈(254) 사이에 배치되었지만, 본 실시예의 검사 장치(1000b)에서는 빔 스플리터(260)가 호모지나이저(240)와 콜리메이션 렌즈(252) 사이에 배치될 수 있다.
빔 스플리터(260)는 검사 대상체(3000)로 조사되는 광과 검사 대상체(3000)로부터 반사된 반사광을 단순히 분리하는 기능을 하므로, 빔 스플리터(260)가 콜리메이션 렌즈(252) 상부로 배치되든 하부로 배치되든 검사 장치에는 크게 영향을 미치지는 않을 수 있다. 물론, 빔 스플리터(260)의 배치 위치에 따라, 빔 스플리터(260)로부터 반사광을 전달받는 제2 광학계(1250)와 검출기(1200)의 위치도 변경될 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000c)는 광원(210a)의 종류가 도 9의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 예컨대, 광원(210a)은 쇼트아크방전 램프가 아닌 도 1a 및 도 1b에서 설명한 플라즈마 광원(100) 구조를 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 광원(210a)은 펄스 레이저 발생기(110), CW 레이저 발생기(120), 챔버(130), 제1 다이크로익 미러(140), 제2 다이크로익 미러(150a), 타원 미러(160), 제1 입력 광학계(170) 및 제2 입력 광학계(180)를 포함할 수 있다.
펄스 레이저 발생기(110)로부터의 펄스 레이저, 예컨대 가시광 펄스 레이저가 챔버(130)로 입사되어 플라즈마가 점화되고, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저, 예컨대 적외선 CW 레이저가 챔버(130)로 입사되어 플라즈마가 유지 및 세기가 증가하며, 챔버(130)로부터 방출된 플라즈마 광, 예컨대 UV는 타원 미러(160)에 의해 반사되어 제2 다이크로익 미러(150a)로 향하고, 제2 다이크로익 미러(150a)에 의해 반사되어 ND 필터(230)로 향하게 된다. 그 이후의 출력 광의 진행 과정은 도 9의 검사 장치(1000)에 대해 설명한 바와 동일할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000c)는 무전극 챔버 구조의 플라즈마 광원(210a)을 포함하고, 또한 ND 필터(230)를 채용함으로써, 광원 구조를 단순화하면서도 각도적인 광의 세기 분포를 균일화할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 광원(210a)으로 도 1a 및 도 1b에 예시된 플라즈마 광원(100)이 적용되었지만, 도 1a의 플라즈마 광원(100) 대신, 도 3 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100a ~ 100f) 중 어느 하나가 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 광원(210a)이 도 1a 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100, 100a ~ 100f)에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 광원(210a)은 마이크로파, 자외선, 고주파, 플래시 램프, 펄스 램프 등 다양한 점화원을 이용하는 플라즈마 광원일 수 있고, 또한, 광원(210a)은 플라즈마 광원에 한하지 않고, LED 광원 또는 레이저 광원일 수도 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 빔 스플리터(260)는 도 14의 검사 장치(1000b)에서와 같이 호모지나이저(240)와 콜리메이션 렌즈(252) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(1000c)에서도 도 13의 검사 장치(1000a)와 같이 미러(270)를 도입하여 구성 요소들의 공간 배치 활용도를 향상시킬 수도 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(2000)는 광원(310), 반사구조체(320), 호모지나이저(340), 제1 광학계(350), 빔 스플리터(360), 제2 광학계(2250) 및 검출기(2200)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원(310), 반사구조체(320), 호모지나이저(340), 제1 광학계(350), 및 빔 스플리터(360)가 광을 검사 대상체(3000)로 조사하는 조명 광학계에 해당하고, 제2 광학계(2250)와 검출기(2200)가 검사 대상체(3000)에서 반사된 광을 검출하는 검출 광학계에 해당할 수 있다.
광원(310)은 플라즈마 광원일 수 있다. 예컨대, 광원(310)은 도 16에 도시된 바와 같이, 쇼트아크방전 램프를 포함한 플라즈마 광원일 수 있다. 쇼트아크방전 램프 구조의 광원(310)은 도 9의 검사 장치(1000)와 유사하게 챔버(311), 한 쌍의 전극(313), 및 한 쌍의 다리(315)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 광원(310)이 쇼트아크방전 램프에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광원(310)은 마이크로파, 자외선, 고주파, 플래시 램프, 펄스 레이저, 펄스 램프 등 다양한 점화원을 이용하여 플라즈마를 점화하는 모든 종류의 플라즈마 광원을 포함할 수 있다. 더 나아가, 광원(310)은 플라즈마 광원에 한하지 않고, 레이저 광원, LED 광원 등도 포함할 수 있다.
반사구조체(320)는 타원 미러(322)와 구면 미러(324)를 포함할 수 있다. 이러한 반사구조체(320)는 광원(310)의 구성요소로 취급될 수도 있고, 광원(310)과 별개로 취급될 수도 있다. 반사구조체(320)는 광원(310)에서 발생한 광을 반사시키되 광의 세기 분포를 각도적으로 균일화하여 호모지나이저(340)로 집광하는 기능을 할 수 있다.
타원 미러(322)는 광원(310)에서 발생한 광을 반사시켜 호모지나이저(340)로 집광하는 기능을 할 수 있다. 그러나 타원 미러(322)만으로 광을 집광하면 호모지나이저(340)의 입사면에서 공간적인 빛의 세기가 가우스 분포로 나타나게 되고, 호모지나이저(340)를 통과시켜 공간적인 광의 세기 분포를 균일하게 만들 수는 있으나, 호모지나이저(340)의 전반사 특성에 기인하여 호모지나이저(340)에 의해 각도적인 광의 세기 분포를 균일하게 할 수 없음은 전술한 바와 같다.
한편, 타원 미러(322)의 구조상, 중심의 구멍 근처(B 화살표)에서 반사되는 광의 세기가 가장 강하고, 외곽 부분(A 화살표)으로 갈수록 광의 세기가 약해져 광의 세기는 입사각도에 크게 의존함은 전술한 바와 같다. 이러한 타원 미러(322)를 현미경에 응용하면 개구수(Numerical Aperture: NA)가 작은 부분에서는 밝게, 그리고 NA가 큰 부분에서는 어둡게 조명될 수 있다. 현미경의 해상도를 올리기 위해서는 다양한 각도에서 균일하게 조명되어야 하며, 검사기 등에 응용되는 경우에는 균일도와 함께 더욱 높은 휘도가 요구될 수 있다.
참고로, 타원 미러(322)의 특성은 타원 미러(322)의 초점에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 챔버(311)의 중심이 타원 미러(322)의 제1 초점(F1)이고 타원 미러(322)로부터 거리를 제1 초점 거리(Fl1)이며, 호모지나이저(340)의 입사면 부분이 제2 초점(F2)이고 타원 미러(322)로부터 거리를 제2 초점 거리(Fl2)라고 할 때, 타원 미러(322)에 의해 집광되는 광의 양은 Fl2:Fl1의 비율이 커짐에 따라 증가할 수 있다. 즉, Fl2:Fl1의 비율이 커지면 제1 초점(F1)이 타원 미러(322)의 더 깊은 내부로 위치하게 되고, 그에 따라, 더 많은 광이 타원 미러(322)를 통해 반사될 수 있다.
한편, 타원 미러(322)에 의해 집광점, 즉 제2 초점(F2)에 집광된 스팟의 사이즈는 Fl2/Fl1 배로 커지게 된다. 따라서, Fl2:Fl1의 비율을 크게 하면 스팟의 사이즈가 커지고, 그에 따라 광의 호모지나이저(240)와의 커플링 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 타원 미러(220)의 구조상 주변부에서 반사되는 광의 세기가 약해져, 각도에 따라 광의 세기가 불균일하게 되는 문제, 즉 각도적인 광의 세기 분포 불균일이 발생할 수 있다. 여기서, 각도는 역시 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면 상에서, 동심원 중심에서 멀어질수록 커지는 각도, 예컨대 입체각을 의미할 수 있다.
한편, 반대로 Fl2:Fl1의 비율을 낮추면, Fl2/lF1가 작아지므로 작은 스팟을 만들 수 있어 광의 호모지나이저(240)와 커플링 효율을 높일 수 있고, 또한 각도에 따른 광의 세기 분포 균일도가 향상될 수 있다. 그러나, Fl2:Fl1의 비율을 낮추면 전술한 바와 같이 타원 미러(322)에 의해 집광할 수 있는 광의 양이 감소하고, 그에 따라 광의 이용 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
전술한 타원 미러(322)의 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예의 검사 장치(2000)에서는, 타원 미러(322)에 구면 미러(324)를 결합한 반사구조체(320)를 채용한다. 반사구조체(320)를 구조를 좀더 상세히 설명하면, 도시된 바와 같이 타원 미러(322)가 호모지나이저(340) 방향, 즉 제1 방향((-)y 방향)으로 오픈 된 구조를 가질 때, 구면 미러(324)는 타원 미러(322)의 오픈 된 부분을 감싸며 양 방향으로 오픈 된 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 구면 미러(324)는 상기 양 방향 중 제1 방향(y 방향)은 타원 미러(322)를 향하고 제2 방향((-)y 방향)은 호모지나이저(340)를 향할 수 있다.
구면 미러(324)의 제1 방향의 오픈 부분의 제1 지름(도 18의 D1)은 제2 방향의 오픈 부분의 제2 지름(도 18 D2)보다 클 수 있다. 또한, 구면 미러(324)의 제1 지름(D1)은 타원 미러(322)의 오픈 부분의 제3 지름(도 18의 D3)보다 클 수 있다. 한편, 구면 미러(324)의 제2 지름(D2)은 타원 미러(322)에 의해 반사된 광이 차단없이 투과될 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 구면 미러(324)의 제2 지름(D2)은 타원 미러(322)의 제3 지름(D3)보다 클 수 있다.
한편, 타원 미러(322)와 구면 미러(324)의 초점 위치는 동일할 수 있다. 또한, 챔버(311)는 타원 미러(322) 및 구면 미러(324)의 동일 초점에 위치할 수 있다. 그러나 경우에 따라, 타원 미러(322)와 구면 미러(324)의 초점 위치가 다를 수도 있고, 또한, 챔버(311)가 동일 초점에 위치하지 않을 수도 있다.
이러한 구조의 반사구조체(320)는 타원 미러(322)의 외부로 벗어난 광을 구면 미러(324)가 반사하여 타원 미러(322)로 향하게 하고, 타원 미러(322)가 다시 반사하여 호모지나이저(340)로 집광하게 함으로써, 광의 반사량을 증가시켜 광의 이용 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 구면 미러(324)에 의해 되돌아온 광이 타원 미러(322)의 외곽 부분에서 반사되므로 타원 미러(322) 외곽 부분의 광의 세기가 증가할 수 있다. 따라서, 반사구조체(320)는 각도적인 광의 세기 분포의 균일화에 기여할 수 있다. 반사구조체(320)의 구조 및 기능은 도 17 내지 도 19에서 좀더 상세히 설명한다.
그 외 호모지나이저(340), 제1 광학계(350), 빔 스플리터(360), 제2 광학계(1250), 및 검출기(1200)는 도 9의 검사 장치(1000)에서 설명한 바와 같다. 한편, 빔 스플리터(360)는 도 14의 검사 장치(1000b)에서와 같이 호모지나이저(340)와 콜리메이션 렌즈(352) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(2000)에서도 도 13의 검사 장치(1000a)와 같이 미러(270)를 도입하여 구성 요소들의 공간 배치 활용도를 향상시킬 수도 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000)는 타원 미러(322)와 구면 미러(324)의 결합 구조를 갖는 반사구조체(320)를 포함함으로써, 챔버(311)로부터 방출된 플라즈마 광의 더욱 많은 부분을 반사 및 집광하여 광의 이용 효율을 증가시킬 수 있고, 또한, 외곽 부분의 광의 세기를 증가시켜 각도적인 광의 세기 분포를 균일화할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000)에서, 반사구조체(320)는 구면 미러(324)의 존재로 인해 Fl2:Fl1의 비율이 작은 타원 미러(322)를 사용하면서도 충분한 양의 광을 반사시킬 수 있다. 또한, Fl2:Fl1의 비율이 작은 타원 미러(322)를 사용함으로써, 집광점의 스팟 사이즈를 축소시켜 휘도를 높일 수 있다. 결국, 본 실시예의 조명 광학계 또는 검사 장치(2000)는 타원 미러만을 사용하는 조명 광학계 또는 검사 장치에 비해 높은 휘도를 가지고 각도적으로 균일한 광의 세기 분포를 제공하는 광학 시스템을 구축할 수 있도록 한다.
도 17 내지 도 19는 도 16의 검사 장치에 채용된 반사구조체의 구조와 기능을 설명하기 위한 사시도 및 개념도들이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 도시된 바와 같이 반사구조체(320)는 타원 미러(322)의 오픈 부분이 구면 미러(324)의 한쪽 오픈 부분에 의해 둘러싸여 덮인 구조를 가질 수 있다. 도 17의 경우 이해의 편의를 위해 광원(310)이 생략되어 도시되고 있고, 도 18과 도 19의 경우도 챔버(311)만이 도시되고 광원(310)의 나머지 부분은 생략되어 도시되고 있다.
한편, 타원 미러(322)의 왼쪽의 작은 오픈 부분은 어떤 광원을 사용하느냐에 따라 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다. 예컨대, 도 1a와 같은 플라즈마 광원을 사용하는 경우는 타원 미러(322)의 왼쪽 오픈 부분은 존재하지 않을 수 있다. 또한, 타원 미러(322)의 왼쪽 오픈 부분은 광의 반사에 기여하지 않으므로 광원의 종류에 상관없이 존재할 수도 있다.
전술한 바와 같이 타원 미러(322)의 초점과 구면 미러(324)의 초점은 동일할 수 있고, 그러한 초점에 챔버(311)가 위치할 수 있다. 좀더 정확하게 말하면 챔버(311) 내의 집광점이 초점에 오도록 챔버(311)가 배치될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 타원 미러(322)의 오픈 부분 단면과 구면 미러(324)의 왼쪽 오픈 부분 단면은 동일 평면이 되도록 타원 미러(322)와 구면 미러(324)가 결합할 수 있다. 그러나 경우에 따라, 타원 미러(322)의 오픈 부분 단면과 구면 미러(324)의 왼쪽 오픈 부분 단면이 동일 평면을 이루지 않을 수도 있다. 예컨대, 타원 미러(322)가 오른쪽으로 조금 이동되어 결합함으로써, 타원 미러(322)의 오픈 부분 단면은 구면 미러(324)의 안쪽에 위치하고 그에 따라 외곽 부분 일부가 서로 겹쳐질 수 있다.
한편, 구면 미러(324)의 높이(H)를 조절함으로써, 타원 미러(322)에 의해 반사되는 전체 광의 양을 조절할 수 있다. 예컨대, 구면 미러(324)의 높이(H)를 작게 하면, 구면 미러(324)에 의해 반사되는 광의 양이 적고 그에 따라 타원 미러(322)에 의해 재반사되는 양도 적어질 수 있다. 반대로, 구면 미러(324)의 높이(H)를 크게 하면 구면 미러(324)에 의해 반사되는 광의 양도 많고 그에 따라 타원 미러(322)에 의해 재반사되는 양도 많아질 수 있다.
또한, 구면 미러(324)의 높이(H)를 조절함으로써, 타원 미러(322)의 주변부에서 반사되는 광의 세기를 조절할 수 있다. 다시 말해서, 타원 미러(322)의 재반사 부분의 면적은 구면 미러(324)의 높이(H)에 따라 달라질 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 도 18에 도시된 바와 같이, 구면 미러(324)에 의해 반사된 광은 초점을 거쳐 타원 미러(322)로 향하고, 타원 미러(322)에 의해 반사되어 호모지나이저(340)로 향하게 된다. 한편, 타원 미러(322)에 인접한 구면 미러(324)의 부분에서 반사된 광(P1)은 타원 미러(322)의 외곽 부분에서 재반사되고, 타원 미러(322)로부터 떨어져 구면 미러(324)의 외곽 부분에서 반사된 광(P2)은 타원 미러(322)의 좀더 안쪽 부분에서 재반사될 수 있다. 따라서, 구면 미러(324)의 높이(H)가 커질수록 타원 미러(322)의 재반사 영역은 넓어지고, 구면 미러(324)의 높이(H)가 작을수록 타원 미러(322)의 재반사 영역은 좁아질 수 있다. 또한, 재반사되는 광이 추가에 의해 타원 미러(322)의 재반사 영역에서 광의 세기는 증가하므로, 결국, 구면 미러(324)의 높이(H) 조절에 의해 타원 미러(322)의 주변부의 광의 세기가 조절될 수 있다.
도 20은 도 16의 검사 장치에서, (a) 타원 미러만 존재하는 경우와 (b) 구면 미러를 포함한 반사구조체가 있는 경우의 호모지나이저를 통과한 광의 세기 분포에 대한 시뮬레이션 사진들로서, 도 16의 검사 장치의 콜리메이션 렌즈 하단의 퓨필(pupil) 면에서 광의 세기 분포를 나타낸다.
도 20을 참조하면, (a) 타원 미러(322)만 존재하는 경우, 도시된 바와 같이 중심에서 외곽 부분으로 갈수록 광의 세기가 약해짐을 확인할 수 있다. 그러나 (b) 구면 미러(324)를 포함한 반사구조체((320)가 있는 경우, 광의 세기가 어느 정도 균일하게 됨을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 구면 미러(324)의 반사를 통해 되돌아온 광이 타원 미러(322)의 외곽 부분을 통해 재반사됨으로써, 타원 미러(322)의 외곽 부분의 광의 세기가 증가하기 때문이다. 한편, 도 11의 사진들과 유사하게 (a) 및 (b) 사진들에서 중심 부분과 외곽 부분의 검은 부분은 광원(310)이나 타원 미러(322)의 구조에 의해 광이 차단되어 광이 존재하지 않는 부분들이다.
도 21은 도 20의 광의 세기 분포를 x축 및 y축으로 잘라서 보여주는 그래프들로서,(a) 및 (b) 그래프들 각각은 도 20의 (a) 및 (b) 사진들에 대응한다.
도 21을 참조하면, (a) 그래프에서 알 수 있듯이, 타원 미러(322)만 존재하는 경우 광의 세기는 중심 부분에서 외곽으로 갈수록 점점 약해짐을 알 수 있다. 한편, (b) 그래프와 같이, 구면 미러(324)를 포함한 반사구조체(320)가 있는 경우에는 중심 부분과 외곽 부분에서 광의 세기가 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있다.
한편, (b)의 그래프의 광의 세기를 (a)의 그래프의 광의 세기와 수치적으로 비교할 때, (b)의 그래프의 전체적인 광의 세기는 (a) 그래프의 중심 부분의 광의 세기와 비슷함을 알 수 있다. 결국, 본 실시예의 검사 장치(2000)는 반사구조체(320)를 적용하여 외곽 부분의 광의 세기를 증가시킴으로써, 전제적인 광의 세기 분포를 균일하게 함을 알 수 있다. 여기서, 광의 세기가 낮은 중심 부분(Ac)은 도 20의 사진들에서 광이 존재하지 않은 중심 부분에 대응한다.
한편, (b)의 그래프의 광의 세기를 자세히 살펴보면, 중심에서 외곽으로 가면서 광의 세기가 줄어들다가, 중간 부분에서 광의 세기가 증가하고 다시 점차 줄어드는 경향을 보임을 알 수 있다. 여기서, 광의 세기가 증가하는 중간 부분은 타원 미러(322)의 재반사 영역과 재반사가 발생하지 않는 내부 영역과의 경계 부분일 수 있다. 즉, 재반사가 발생하지 않은 내부 영역은 타원 미러(322)만 존재하는 경우와 같이 외곽으로 가면서 광의 세기가 줄어들며, 재반사 영역에서 구면 미러(324)의 반사에 의해 추가된 광이 재반사되므로 그만큼 광의 세기가 증가할 수 있다. 한편, 구면 미러(324)의 반사에 의해 추가되는 광의 분포가 균일하다고 할 때, 타원 미러(322)의 재반사 영역에서도 외곽으로 갈수록 광의 세기가 약해질 수 있다. 그러나 내부 영역이나 재반사 영역에서 약해지는 정도는 타원 미러(322)만 존재하는 경우에 비해 매우 미미할 수 있다.
도 22 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예들에 따른 조명 광학계를 포함한 검사 장치에 대한 구조를 개략적으로 보여주는 블록 구조도들이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(2000a)는 광원(310a)의 종류가 도 16의 검사 장치(2000)와 다를 수 있다. 예컨대, 광원(310a)은 쇼트아크방전 램프가 아닌 도 1a 및 도 1b에서 설명한 플라즈마 광원(100) 구조를 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 광원(310a)은 펄스 레이저 발생기(110), CW 레이저 발생기(120), 챔버(130), 제1 다이크로익 미러(140), 제2 다이크로익 미러(150a), 제1 입력 광학계(170), 및 제2 입력 광학계(180) 및 반사구조체(320)를 포함할 수 있다.
펄스 레이저 발생기(110)로부터의 펄스 레이저, 예컨대 가시광 펄스 레이저가 챔버(130)로 입사되어 플라즈마가 점화하고, CW 레이저 발생기(120)로부터 CW 레이저, 예컨대 적외선 CW 레이저가 챔버(130)로 입사되어 플라즈마가 유지 및 세기가 증가하며, 챔버(130)로부터 방출된 플라즈마 광, 예컨대 UV는 반사구조체(320)에 의해 반사되어 제2 다이크로익 미러(150a)로 향하고, 제2 다이크로익 미러(150a)에 의해 반사되어 호모지나이저(340)로 향하게 된다. 그 이후의 출력 광의 진행 과정은 도 16의 검사 장치(2000)에 대해 설명한 바와 동일할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000a)는 무전극 챔버 구조의 플라즈마 광원(310a)을 포함하고, 또한 반사구조체(320)를 채용함으로써, 광원 구조를 단순화하면서도 광의 휘도를 향상시키며, 또한 각도적인 광의 세기 분포를 균일화할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000a)에서, 광원(310a)으로 도 1a 및 도 1b에 예시된 플라즈마 광원(100)이 적용되었지만, 도 1a의 플라즈마 광원(100) 대신, 도 3 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100a ~ 100f) 중 어느 하나가 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(2000a)에서, 광원(310a)이 도 1a 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100, 100a ~ 100f)에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 광원(310a)은 마이크로파, 자외선, 고주파, 플래시 램프, 펄스 램프 등 다양한 점화원을 이용하는 플라즈마 광원일 수 있고, 또한, 광원(310a)은 플라즈마 광원에 한하지 않고, LED 광원 또는 레이저 광원일 수도 있다.
또한, 본 실시예의 검사 장치(2000a)에서, 빔 스플리터(360)는 도 14의 검사 장치(1000b)에서와 같이 호모지나이저(340)와 콜리메이션 렌즈(352) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(2000a) 역시, 도 13의 검사 장치(1000a)와 같이 미러(270)를 도입하여 구성 요소들의 공간 배치 활용도를 향상시킬 수도 있다.
도 23을 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(2000b)는 ND 필터(330)를 더 포함한다는 점에서, 도 16의 검사 장치(2000)와 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(2000b)는 호모지나이저(340)의 상부에 ND 필터(330)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 검사 장치(2000b)는 ND 필터(330)를 포함함으로써, 각도적인 광의 세기 분포를 더욱 균일하게 구현할 수 있다.
예컨대, 도 21의 (b) 그래프에 볼 수 있듯이, 타원 미러(322)의 재반사 영역과 재반사가 발생하지 않은 내부 영역 각각에서 외곽으로 갈수록 광의 세기가 조금씩 약해짐을 알 수 있다. 그러한 광의 세기 변화는 미세하지만 각도적인 광의 세기 분포의 불균일을 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 검사 장치(2000b)에서는 ND 필터(330)를 채용함으로써, 각도적인 광의 세기 분포를 더욱 균일하게 개선할 수 있다.
또한, 본 실시예의 검사 장치(2000b)에서, 빔 스플리터(360)는 도 14의 검사 장치(1000b)에서와 같이 호모지나이저(340)와 콜리메이션 렌즈(352) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(2000b) 역시, 도 13의 검사 장치(1000a)와 같이 미러(270)를 도입하여 구성 요소들의 공간 배치 활용도를 향상시킬 수도 있다.
도 24를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(2000c)는 도 22의 검사 장치(2000a)와 유사하나 ND 필터(330)를 더 포함한다는 점에서, 도 22의 검사 장치(2000a)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 검사 장치(2000c)는 광원(310a)으로서 도 1a 및 도 1b의 플라즈마 광원(100) 구조를 채용하고, 또한, 호모지나이저(340)의 상부에 ND 필터(330)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000c)는 무전극 챔버 구조의 플라즈마 광원(310a)을 포함하고, 또한 반사구조체(320) 및 ND 필터(330)를 채용함으로써, 광원 구조를 단순화하면서도 광의 휘도를 향상시킬 수 있고, 또한 각도적인 광의 세기 분포를 더욱 균일화할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000c)에서, 광원(310a)은 도 3 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100a ~ 100f) 중 어느 하나를 채용할 수 있다. 본 실시예의 검사 장치(2000c)에서, 광원(310a)은 도 1a 내지 도 8의 플라즈마 광원들(100, 100a ~ 100f)한정되지 않고 전술한 다양한 플라즈마 광원을 채용할 수도 있고, 또한, 광원(310a)은 플라즈마 광원에 한하지 않고, LED 광원 또는 레이저 광원일 수도 있다.
본 실시예의 검사 장치(2000c)에서, 빔 스플리터(360)는 도 14의 검사 장치(1000b)에서와 같이 호모지나이저(340)와 콜리메이션 렌즈(352) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 검사 장치(2000b) 역시, 도 13의 검사 장치(1000a)와 같이 미러(270)를 도입하여 구성 요소들의 공간 배치 활용도를 향상시킬 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 ~ 100f: 플라즈마 광원, 110: 펄스 레이저 발생기, 120: CW 레이저 발생기, 130, 211, 311: 챔버, 140, 140a, 150, 150a, 150b: 다이크로익 미러, 160, 160a, 220, 322: 타원 미러, 170: 제1 입력 광학계, 185: 볼록 렌즈, 180: 제2 입력 광학계, 200, 210, 210a, 210b, 310, 310a: 광원, 230: ND 필터, 240: 호모지나이저, 250: 제1 광학계, 252: 콜리메이션 렌즈, 254: 대물 렌즈, 260: 빔 스플리터, 270: 미러, 1200: 검출기, 1250: 제2 광학계, 1000, 1000a ~ 1000c, 2000, 2000a ~ 2000c: 검사 장치, 3000: 검사 대상체

Claims (20)

  1. 펄스 레이저를 발생시키는 펄스 레이저 발생기;
    적외선 연속파(Continuous Wave: CW) 레이저를 발생시키는 CW 레이저 발생기;
    상기 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 상기 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror);
    상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화(ignition)되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버; 및
    상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러;를 포함하는 플라즈마 광원.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버는 내부에 전극이 없는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버는 타원 미러에 의해 둘러싸이고, 상기 타원 미러의 초점에 위치하며,
    상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 상기 타원 미러에 의해 상기 챔버로 집광하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러는 동축으로 배치되어 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 상기 챔버로 입사되는 입력광들을 합성하고 상기 챔버로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러에 의한 반사와 상기 제2 다이크로익 미러의 투과를 통해 상기 챔버로 입력되고,
    상기 적외선 CW 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 챔버로 입력되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저와 적외선 CW 레이저는 링 형태의 빔으로 상기 제1 다이크로익 미러로 입사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  7. 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러;
    상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버;
    상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러; 및
    타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고, 반사를 통해 상기 플라즈마 광을 각도적으로 균일화하여 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체;를 포함하는 플라즈마 광원.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 및 적외선 CW 레이저는 링 형태의 빔으로 상기 제1 다이크로익 미러로 입사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러에 의한 반사와 상기 제2 다이크로익 미러의 투과를 통해 상기 챔버로 입력되고,
    상기 적외선 CW 레이저는 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하여 상기 챔버로 입력되며,
    상기 플라즈마 광은 상기 제2 다이크로익 미러의 반사에 의해 출력되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 타원 미러는 일 방향으로 오픈 된 구조를 가지며,
    상기 구면 미러는 양 방향으로 오픈 된 구조를 가지되, 상기 양 방향 중 제1 방향은 상기 타원 미러를 향하고 제2 방향은 상기 일 방향 향하며,
    상기 반사구조체는,
    상기 타원 미러의 오픈 부분으로 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분이 결합한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 구면 미러는,
    상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면 상에서, 중심 영역의 상기 플라즈마 광의 세기와 상기 중심 영역 외부의 외곽 영역의 상기 플라즈마 광의 세기를 균일하게 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 중심 영역은 상기 플라즈마 광이 상기 타원 미러만에 의해 반사된 영역이고,
    상기 외곽 영역은 상기 플라즈마 광이 상기 타원 미러와 상기 구면 미러에 의해 반사된 영역인 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 타원 미러와 상기 구면 미러의 초점은 동일하며,
    상기 챔버는 상기 초점에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원.
  14. 펄스 레이저는 투과하거나 반사시키고, 적외선 CW 레이저는 반사하거나 투과시키는 제1 다이크로익 미러, 상기 펄스 레이저에 의해 플라즈마가 점화되고 상기 적외선 CW 레이저에 의해 플라즈마가 유지되며, 상기 플라즈마에 의해 생성된 플라즈마 광을 방출하는 챔버, 및 상기 펄스 레이저와 상기 적외선 CW 레이저는 투과시키고 상기 플라즈마 광을 반사시키는 제2 다이크로익 미러를 구비한 플라즈마 광원;
    상기 광이 입사되고, 상기 광을 공간적으로 균일화하는 호모지나이저;
    상기 광을 각도적으로 균일화하여 상기 호모지나이저로 입사시키는 균일화 장치; 및
    상기 호모지나이저로부터 출사된 광을 검사 대상으로 전달하는 제1 광학계;
    상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 검출하는 광 검출기;를 포함하는 검사 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 챔버는 타원 미러에 의해 둘러싸이고, 상기 타원 미러의 초점에 위치하며,
    상기 펄스 레이저와 적외선 CW 레이저는 상기 타원 미러에 의해 상기 챔버로 집광되며,
    상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러는 파장에 따라 광을 반사 또는 투과시킴으로써, 상기 챔버로 입사되는 입력광들을 합성하고 상기 챔버로부터 출력되는 출력광을 상기 입력광들로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 챔버는 내부에 전극이 없는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 균일화 장치는, 상기 플라즈마 광원과 상기 호모지나이저 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면에 대응하여 중심에 가까울수록 상기 플라즈마 광의 투과율이 낮은 ND 필터인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 균일화 장치는, 타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고 상기 플라즈마 광을 반사시켜 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체이고,
    상기 타원 미러는 상기 호모지나이저 방향으로 오픈 된 구조를 가지며,
    상기 구면 미러는 양 방향으로 오픈 된 구조를 가지되, 상기 양 방향 중 제1 방향은 상기 타원 미러를 향하고 제2 방향은 상기 호모지나이저를 향하며,
    상기 반사구조체는,
    상기 타원 미러의 오픈 부분으로 상기 구면 미러의 상기 제1 방향의 오픈 부분이 결합한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 균일화 장치는,
    타원 미러와 구면 미러의 조합으로 구성되고 상기 플라즈마 광을 반사시켜 일 방향으로 향하게 하는 반사구조체; 및
    상기 반사구조체와 상기 호모지나이저 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 광이 진행하는 방향에 수직하는 단면에 대응하여 중심에 가까울수록 상기 플라즈마 광의 투과율이 낮은 ND 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 광학계는,
    상기 호모지나이저로부터 출사된 광을 평행 광으로 집속하는 콜리메이션 렌즈; 및
    상기 평행 광을 상기 검사 대상으로 조사하고 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 수용하는 대물 렌즈;를 포함하고,
    상기 검사 장치는,
    상기 콜리메이션 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이, 또는 상기 호모지나이저와 상기 콜리메이션 렌즈 사이에 배치되고, 상기 검사 대상으로 조사되는 광과 상기 검사 대상으로부터 반사된 광을 분리하는 빔 스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
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