KR102242559B1 - 광학 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 따른 광학 검사 장치는 제1 광을 출사하는 제1 광원(light source); 상기 제1 광을 투과하거나 반사하는 광 분할기(beam splitter); 상기 제1 광이 포토 마스크의 투명 기판을 투과하여 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 투명 기판 상에 형성된 포토 마스크 패턴의 상면에 제1 초점을 형성시키는 대물 렌즈(objective lens); 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 포토 마스크 패턴의 상면으로부터 반사되는 반사광을 검출하는 광 검출기(light detector); 및 상기 광 검출기 앞에 배치되고, 상기 반사광 중 노이즈를 제거하도록 배치되는 핀홀판(pinhole plate);을 포함할 수 있다.

Description

광학 검사 장치{optical inspecting apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 광학 검사 장치에 관한 것으로, 특히 공초점 현미경을 포함하는 광학 검사 장치에 관한 것이다.
포토 마스크는 반도체 웨이퍼에 패턴을 형성하는 포토 리소그래피 공정에 사용된다. 포토 마스크에 형성된 미세한 결함도 반도체 소자의 열화를 발생시키고, 하나의 포토 마스크가 대량의 반도체 소자를 제조하는 데 공통적으로 사용되므로, 포토 마스크의 결함을 정밀하게 검출하는 것이 필요하다.
포토 마스크의 검사에는 광학 검사 장치가 일반적으로 이용된다. 광학 검사 장치에서는 검사 대상이 되는 포토 마스크에 광을 조사하고, 포토 마스크의 표면에서 반사된 광에 의해 얻어지는 화상을 촬상하여 포토 마스크의 결함 유무를 검사한다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토 마스크의 전면적에 걸쳐 정밀하게 결함을 검사하고, 검사 속도를 향상시킬 수 있는 광학 검사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 광학 검사 장치는 제1 광을 출사하는 제1 광원(light source); 상기 제1 광을 투과하거나 반사하는 광 분할기(beam splitter); 상기 제1 광이 포토 마스크의 투명 기판을 투과하여 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 투명 기판 상에 형성된 포토 마스크 패턴의 상면에 제1 초점을 형성시키는 대물 렌즈(objective lens); 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 포토 마스크 패턴의 상면으로부터 반사되는 반사광을 검출하는 광 검출기(light detector); 및 상기 광 검출기 앞에 배치되고, 상기 반사광 중 노이즈를 제거하도록 배치되는 핀홀판(pinhole plate);을 포함하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광원은 점광원이고, 상기 점광원을 통해 확대된 제1 광은 평행광으로 변환되어 상기 광 분할기에 입사되는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 포토 마스크 패턴은 상기 투명 기판의 제1 면 상에 형성되고, 상기 제1 광은 상기 제1 면과 반대면인 제2 면으로 입사하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 포토 마스크는 수평 스테이지 상에 배치되고, 상기 포토 마스크 패턴이 상기 수평 스테이지와 직접 접촉하지 않도록 상기 투명 기판의 가장자리는 수평 스테이지 상에 배치되는 지지대와 접하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광은 적외선 범위의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광원과 편광 방향 또는 파장 중 적어도 하나가 다른 적어도 하나의 광원과, 상기 적어도 하나의 광원에 의해 발생하여 상기 포토 마스크에 의해 반사된 반사광을 검출하는 광 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광원 및 상기 적어도 하나의 광원을 포함하는 복수의 광원들에서 출사되는 복수의 광들은, 상기 투명 기판을 투과하여 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 투명 기판 상에 형성된 포토 마스크 패턴의 상면에 서로 다른 복수의 초점들을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 광 분할기와 상기 포토 마스크 사이에 배치되는 회전 거울을 더 포함하고, 상기 회전 거울은 상기 복수의 광들이 상기 포토 마스크의 모든 지점을 스캔하도록 회전하고, 상기 포토 마스크의 스캔 진행 방향은 상기 복수의 초점들이 형성되는 방향과 수직으로 진행되는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광원의 상기 제1 광은 제1 편광 방향으로 편광되고, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 제1 편광 방향과는 다른 제2 편광 방향으로 편광된 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 광학 검사 장치는 상기 제1 광과 상기 제2 광을 분할하는 편광 광 분할기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 광원은, 제1 편광 방향으로 편광되고 상기 제1 파장과는 다른 제3 파장을 가지는 제3 광을 출사하는 제3 광원과, 상기 제2 편광 방향으로 편광되고 상기 제2 파장과는 다른 제4 파장을 가지는 제4 광을 출사하는 제4 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광, 상기 제2 광, 상기 제3 광, 및 상기 제4 광이 상기 투명 기판을 투과하여 상기 투명 기판의 상면 또는 상기 투명 기판 상에 형성된 포토 마스크 패턴의 상면에 서로 다른 초점을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 광은 제1 파장을 포함하고, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장을 포함하는 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 광학 검사 장치는 상기 제1 광과 상기 제2 광을 분할하는 다이크로익 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 광 분할기와 상기 대물 렌즈 사이에 배치되는 수직 스테이지를 더 포함하고, 상기 수직 스테이지는 상기 포토 마스크와 상기 대물 렌즈 사이에의 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 광학 검사 장치는, 편광 방향 또는 파장 중 적어도 하나가 서로 다른 복수의 광들을 각각 출사하여 검사 대상에 서로 다른 복수의 초점들을 형성하는 복수의 광원들; 상기 복수의 광들을 투과하거나 반사하는 광 분할기; 상기 복수의 광들을 집속하여 검사 대상에 서로 다른 복수의 초점을 형성시키는 대물 렌즈; 기 검사 대상으로부터 반사되는 복수의 반사광들을 각각 검출하는 복수의 광 검출기들;을 포함하는 광학 검사 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 검사 대상은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 복수의 광들은 상기 제2 면으로 입사하여 상기 제1 면에 복수의 초점들을 형성하고, 상기 복수의 광검출기들은 상기 제1 면으로부터 반사되는 복수의 반사광들을 검출하여 상기 제1 면의 화상을 검출하는 광학 검사 장치일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 광학 검사 장치는 적외선 파장을 갖는 공초점 현미경을 포토 마스크 패턴이 형성되는 포토 마스크의 상면이 아닌 포토 마스크의 하면에 조사하는 것으로, 포토 마스크의 전면적에 걸쳐 음영 영역없이 정밀하게 결함을 검사할 수 있고 검사 속도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 기술적 사상에 의한 광학 검사 장치는 다초점을 갖는 공초점 현미경을 포함한 것으로, 검사 속도를 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 광학 검사 장치와 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치 각각을 이용하여 포토 마스크 검사 과정을 비교한 도면들이다.
도 3은 전자기파의 파장에 따른 포토 마스크 기판의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 일반적인 광학 검사 장치와 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치 각각을 이용하여 촬상한 포토 마스크의 화상들이다.
도 5는 도 1의 광학 검사 장치를 이용하여 검사하는 경우 포토 마스크 상에서 스캐닝 경로를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 광학 검사 장치를 이용하여 포토 마스크를 검사할 경우 포토 마스크상에 다초점이 형성되는 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 광학 검사 장치를 이용하여 검사하는 경우 포토 마스크 상에서 스캐닝 경로를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
아울러 이하의 설명에서는 각 구성요소를 보기 쉽게 하기 위해 도면에서 구성요소에 의해 치수의 축척을 다르게 하여 도시하는 경우가 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치(100)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 광학 검사 장치(100)는 검사 대상이 되는 포토 마스크(21)의 결함 유무를 검사하는 것이다. 상기 광학 검사 장치(100)는 광(L)을 출사하는 광원(light source)(11)과, 상기 광(L)을 반사시키거나 평행광을 분리하는 광 분할기(beam splitter)(15), 상기 광(L)의 경로를 변경하는 회전 거울(resonant mirror)(17), 상기 광(L)의 사이즈를 조절하는 릴레이 광학계(18), 포토 마스크(21)의 하면(BS)으로 광(L)을 입사시키고 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 초점을 형성하는 대물 렌즈(objective lens)(19), 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)의 가장자리와 접하는 지지대(23), 상기 지지대(23)가 배치되는 수평 스테이지(25), 상기 대물 렌즈(19)를 수직으로 이동시키는 수직 스테이지(26), 상기 포토 마스크(21)로부터 반사되는 반사광(Lr)을 집속시키는 집광 렌즈(condensing lens)(29), 상기 반사광(Lr)을 검출하는 광 검출기(light detector)(33), 및 상기 광 검출기(33) 앞에서 잡광을 제거하는 핀홀판(pinhole plate)(31)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 광학 검사 장치(100)는 촬상하고자 하는 포토 마스크(21) 상면(TS)이 아니라, 그 반대면인 포토 마스크(21) 하면(BS)으로 광학계를 접근시켜 결함 검사를 수행한다. 광학계를 포토 마스크(21)의 하면(BS)으로 접근시킨 경우, 촬상하고자 하는 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 음영 영역(SA)이 발생하지 않으므로 포토 마스크(21)의 전면적에 걸쳐 결함 검사를 수행할 수 있다.
상기 광원(11)은 광 분할기(15)를 향해 광(L)을 출사할 수 있다. 상기 광원(11)은 점광원을 포함할 수 있으며, 상기 점광원으로부터 출사된 상기 광(L)은 시준 렌즈(collimating lens)를 통해 평행광으로 변환되어 상기 광 분할기(15)에 입사될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 검사 장치(100)는 상기 광원(11)의 초점, 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 형성된 초점, 및 상기 광 검출기(33)에 형성되는 초점이 일치하는 공초점(confocal) 광학계일 수 있다. 상기 공초점 광학계는 상기 광(L)이 상기 광학계가 상기 포토 마스크(21)의 하면(BS)으로 접근함에 따라 발생하는 잡광들에 의한 영향을 줄일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 광(L)이 출사되는 상기 광원(11)의 앞에는 잡광(noise)을 차단하기 위한 핀홀판을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광(L)은 레이저에 의해 발생한 평행광일 수 있다.
상기 광원(11)으로부터 출사되는 상기 광(L)은 단일 파장일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 광(L)은 적외선 범위의 파장을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 검사 장치(100)는 약 780nm 부터 약 1mm 까지의 적외선 파장 범위의 광(L)을 출사하는 광원(11)을 포함할 수 있다. 적외선 파장 범위를 갖는 상기 광(L)은 포토 마스크 패턴(21b)에 대한 투과율이 높아서 보다 선명한 화상을 얻을 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
상기 광 분할기(15)는 상기 광원(11)으로부터 출사된 상기 광(L) 중 평행광을 투과시킨다. 상기 광 분할기(15)를 투과한 상기 광(L)은 상기 광(L)의 각도를 조절하는 회전 거울(17)로 입사될 수 있다.
상기 회전 거울(17)은 거울을 회전시켜 상기 광(L)의 경로를 변경할 수 있다. 이에 따라, 상기 포토 마스크(21) 상면(TS)에 형성되는 상기 광(L)의 초점 위치를 이동시킬 수 있다. 연속적으로 회전하는 상기 회전 거울(17)에 의해 상기 포토 마스크(21)의 전면적의 화상을 얻을 수 있으며, 이에 의해 상기 포토 마스크(21)의 결함 유무를 확인할 수 있다. 상기 회전 거울(17)은 상기 포토 마스크(21)의 전면적의 화상을 얻기 위한 2차원 스캔용 장치를 예시한 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 상기 2차원 스캔용 장치는 상기 포토 마스크(21) 자체의 위치를 변경하여 상기 광(L)의 초점 위치를 이동시킬 수 있는 수평 스테이지(25)일 수 있다. 도 1에서는 2차원 스캔용 장치로서 상기 회전 거울(17)과 상기 수평 스테이지(25)를 모두 도시하였으나, 어느 하나는 생략될 수 있다. 상기 수평 스테이지(25)가 생략되는 경우, 검사 대상을 지지하는 목적으로 일반적인 스테이지가 도입될 수 있다.
상기 릴레이 광학계(18)는 제1 릴레이 렌즈(18a)와 제2 릴레이 렌즈(18b)를 포함하고 검사 대상인 상기 포토 마스크(21)의 크기에 맞춰 상기 광(L)의 사이즈를 조절할 수 있다.
도 1에서는 상기 릴레이 광학계(18)를 구성하는 릴레이 렌즈(18a, 18b)가 2개인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 릴레이 광학계(18)는 1개 또는 3개 이상의 릴레이 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 대물 렌즈(19)는 상기 릴레이 광학계(18)와 상기 포토 마스크(21) 사이에 배치될 수 있다. 상기 대물 렌즈(19)는 상기 포토 마스크(21)의 하면(BS)에 입사하여, 상기 포토 마스크(21)를 투과한 상기 광(L)이 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 초점을 형성시킬 수 있다. 상기 초점은 상기 대물 렌즈(19)의 특성 및 상기 광원(11)의 파장에 의해 결정될 수 있다. 도 1에서는 포토 마스크 패턴(21b) 상에 접착된 결함(D)
에 상기 초점이 형성되어 있다. 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 초점이 형성되면, 상기 초점으로부터 반사되어 되돌아오는 반사광(Lr)의 이동 경로가 결정된다. 이 경우, 상기 광원(11)과, 상기 포토 마스크(21) 상면(TS)의 초점과, 상기 광 검출기(33)에 맺어지는 초점은 서로 공액 관계(conjugate)에 있으며, 이러한 공액 관계는 전술한 공초점 광학계의 특성이다.
상기 수평 스테이지(25) 상에는 검사 대상이 되는 상기 포토 마스크(21)가 배치된다. 상기 수평 스테이지(25) 상에는 검사 대상인 포토 마스크(21)를 지지하기 위한 지지대(23)가 배치된다. 구체적으로, 상기 광학 검사 장치(100)의 검사 대상이 되는 상기 상기 포토 마스크(21)는 투명 기판(21a)과, 상기 투명 기판(21a) 상에 형성된 포토 마스크 패턴(21b)과, 상기 포토 마스크 패턴(21b)이 외부로부터 오염되는 것을 방지하기 위하여 상기 투명 기판(21a)의 가장 자리에 배치된 펠리클 지지대(21c)와, 상기 펠리클 지지대(21c)상에 형성되는 페리클(21d)을 포함할 수 있다. 상기 광학 검사 장치(100)는 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)이 상기 스테이지(25)와 직접 접촉하지 않도록, 상기 스테이지(25) 상에 지지대(23)를 포함할 수 있다. 상기 지지대(23)는 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)이 상기 수평 스테이지(25)와 대향할 때 상기 포토 마스크 패턴(21b) 및 상기 펠리클(21d)을 보호하기 위한 것이다. 즉, 상기 지지대(23)는 상기 포토 마스크 패턴(21b) 및 상기 펠리클(23d)이 상기 수평 스테이지(25)와 직접 접촉하지 않도록, 상기 투명 기판(21a)의 가장자리만을 지지한다.
도 1에서는 상기 광학 검사 장치(100)의 검사 대상으로서 포토 마스크(21)를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 광학 검사 장치(100)는 촬상하고자 하는 면의 구조물에 의해 발생하는 음영 영역을 해결하기 위한 것으로, 포토 마스크(21)뿐만 아니라 촬상하고자 하는 면에 구조물이 있는 대상체를 검사하는 데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 대상인 대상체가 구조물이 형성된 제1 면과 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 갖는 경우, 상기 제1 면이 상기 스테이지(25)와 직접 접촉하지 않도록, 상기 지지대(23)는 제1 면의 가장자리와 접하도록 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 수평 스테이지(25)는 종횡방향(도 1의 X방향 및 Y방향)으로 이동될 수 있다. 상기 수평 스테이지(25) 상에는 상기 포토 마스크(21)가 배치되므로, 상기 수평 스테이지(25)의 이동에 의해 상기 포토 마스크(21)의 전면적을 스캐닝하여 2차원 화상을 얻을 수 있다. 다만, 2차원 스캔용 장치로서 상기 회전 거울(17)이 이용되는 경우, 상기 수평 스테이지(25)는 이동되지 않고 바닥면(27)에 고정될 수 있다.
상기 수직 스테이지(26)는 상기 대물 렌즈(19)와 연결되어 상기 대물 렌즈(19)를 수직 방향(도 1의 Z방향)으로 이동시킬 수 있다. 이에 의해 상기 포토 마스크(21) 상면(TS)의 3차원 화상을 측정할 수 있다. 상기 수직 스테이지(26)를 구동하여 상기 대물 렌즈(19)의 높이를 조절하고, 이에 따라 상기 광 검출기(33)에서 검출되는 신호가 최대가 되는 위치를 찾아 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 존재하는 이물질 등의 결함(D)의 형상을 측정할 수 있다. 다만, 상기 수직 스테이지(26)에 의하지 않고 상기 광학 검사 장치(100) 자체를 수직 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 수직 스테이지(26)는 생략될 수 있다.
상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)으로부터 반사되는 반사광(Lr)은 상기 포토 마스크(21)로의 입사할 때의 경로와 유사하게 진행할 수 있다. 상기 반사광(Lr)은 상기 대물 렌즈(19)를 통과하면서 평행광으로 조정되고, 상기 릴레이 광학계(18)를 통과하면서 사이즈가 조정되며, 상기 회전 거울(17)에 의해 반사되어, 상기 광 분할기(15)에 입사될 수 있다. 상기 광 분할기(15)는 상기 반사광(Lr)을 집광 렌즈(29)를 향해 반사시킬 수 있다.
상기 집광 렌즈(29)는 상기 반사광(Lr)이 상기 광 검출기(33)에서 초점을 형성하도록 상기 반사광(Lr)을 조정할 수 있다. 상기 집광 렌즈(29)의 앞에는 핀홀판(31)이 배치될 수 있다.
상기 핀홀판(31)은 상기 반사광(Lr)에 포함되는 잡광(L')을 차단할 수 있다. 상기 광학 검사 장치(100)는 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)을 촬상하기 위하여 상기 광(L)이 상기 포토 마스크(21)의 하면(BS)을 통과하도록 동작하므로, 상기 하면(BS)에서 산란되는 잡광(L')이 많아 화상의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 그러나 상기 핀홀판(31)은 잡광을 효과적으로 차단할 수 있으므로, 상기 투명 기판(21a)이 두껍더라도 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)의 화상을 선명하게 획득할 수 있다.
상기 광원(11)은 점광원을 포함하므로, 상기 포토 마스크(21)의 한 지점에서의 화상만을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 광학 검사 장치(100)는 상기 포토 마스크(21)의 전면적의 화상을 얻기 위하여 2차원 스캔용 장치를 포함한다. 이 경우, 전술한 바와 같이 상기 포토 마스크(21)가 배치된 상기 수평 스테이지(25)가 종횡방향(도 1의 X방향 및 Y방향)으로 이동하는 시편 스캔 방식에 의할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 광(L)이 입사되는 회전 거울(17)의 회전각을 조절하여 상기 광(L)의 각도를 변화시킬 수 있고, 이에 의해 상기 포토 마스크(21)의 전면적을 스캐닝하여 2차원 화상을 얻을 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 일반적인 광학 검사 장치와 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치 각각을 이용하여 포토 마스크 검사 과정을 비교한 도면들이다. 도 2는 광학 검사 장치 중 일부분으로, 포토 마스크가 배치되는 수평 스테이지(25)와, 포토 마스크(21) 및 상기 포토 마스크에 광(L)을 집속시키는 시준 렌즈(19) 만을 간단히 나타내는 것이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 일반적인 광학 검사 장치를 이용하여 포토 마스크(21)를 검사하는 경우를 나타낸 것이다. 상기 포토 마스크(21)는 반도체 웨이퍼에 패턴을 형성하는 포토 리소그래피 공정에서 사용되는 것이다. 포토 마스크(21)에 존재하는 미세한 결함(D)도 반도체 소자의 열화를 발생시키고, 하나의 포토 마스크(21)가 반도체 소자를 대량 생산하는데 공통적으로 사용되므로, 반도체 소자의 열화 방지 및 비용 절감을 위해 포토 마스크(21) 상에 이물질을 포함한 결함(D)이 없을 것이 요구된다.
포토 마스크(21)는 투명 기판(21a)과 상기 투명 기판(21a) 상에 형성되는 포토 마스크 패턴(21b)을 포함한다. 또한, 포토 마스크(21)의 이송 과정에서 포토 마스크 패턴(21b) 면이 오염되는 것을 방지하기 위하여, 상기 포토 마스크 패턴(21b)이 형성된 면의 가장자리에 펠리클(pellicle) 지지대(21c)를 배치하고, 상기 펠리클 지지대(21c) 상에 펠리클(21d)을 형성하여 상기 포토 마스크 패턴(21b)이 외부의 이물질로부터 침입되지 않도록 할 수 있다.
일반적인 광학 검사 장치는 평평한 수평 스테이지(25)만이 제공되므로, 포토 마스크 패턴(21b)이 형성되지 않은 투명 기판(21a)의 하면(BS)은 상기 수평 스테이지(25)과 맞닿도록 배치하고, 상기 포토 마스크 패턴(21b)이 형성된 상기 투명 기판(21a)의 상면(TS)에 광(L)을 조사한다. 이 경우, 상기 투명 기판(21a)의 상면(TS)의 가장자리에는 상기 펠리클 지지대(21c)가 배치되어 있으므로, 상기 펠리클 지지대(21c)가 상기 광(L)을 가려서 상기 펠리클 지지대(21c)와 인접한 곳에서 음영 영역(shadow area; SA)이 발생한다. 이에 따라, 상기 음영 영역(SA)에 존재하는 이물질 등의 결함(D)은 일반적인 광학 검사 장치로는 검출하기 어려운 문제가 있다. 따라서 상기 음영 영역(SA)에 존재하는 결함(D)은 육안으로 검사할 수 있는데, 이 경우 검출력이 저하되고 검사 속도도 현저히 낮아지는 문제가 있다.
반면, 도 2의 (b)를 참조하면, 도 1의 본 발명의 기술적 사상에 따른 광학 검사 장치(100)에 따르면, 광학 검사 장치(100)는 포토 마스크 패턴(21b)이 형성되지 않은 상기 투명 기판(21a)의 하면(BS)에 상기 광(L)을 조사하고, 상기 광(L)은 상기 투명 기판(21a)을 투과하여 상기 투명 기판(21a)의 상면(TS), 즉 상기 포토 마스크 패턴(21b)이 형성된 면을 촬상한다. 상기 광학 검사 장치(100)에 포함되는 수평 스테이지(25) 상에는 상기 수평 스테이지(25)와 상기 펠리클(21d)이 직접 접촉하지 않도록, 상기 투명 기판(21a)의 가장자리와 접하여 상기 포토 마스크(21)를 지지하는 지지대(23)가 배치될 수 있다. 상기 광학 검사 장치(100)는 광학계를 포토 마스크(21)의 하면(BS)으로부터 접근시키므로, 상기 펠리클 프레임(21c)에 의한 도 2의 (a)의 음영 영역(SA)이 발생하지 않아 상기 포토 마스크(21)의 전체 면적에 대한 검사가 가능하다. 이에 따라 상기 광학 검사 장치(100)를 이용한 포토 마스크(21)의 검사에서는 도 2의 (a)의 음영 영역(SA)에 대하여 추가적인 육안 검사를 필요로 하지 않으므로, 결함 검출력과 검사 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 음영 영역(SA)이 발생하는 상기 투명 기판(21a)의 가장 자리에는 포토 마스크 패턴(21b)을 형성하지 않는 경우가 있다. 그러나, 상기 포토 마스크(21)의 이송 과정 등에서 음영 영역(SA)에 존재하는 부유성 이물질 등의 결함(D)이 포토 마스크 패턴(21b)이 형성되어 있는 중심부로 이동하여 포토 마스크 패턴(21b)을 오염시키므로, 상기 음영 영역(SA)에 포토 마스크 패턴(21b)의 존부와 무관하게 상기 음영 영역(SA)에의 정밀한 결함 검사가 필요하다.
도 3은 전자기파의 파장에 따른 포토 마스크 패턴의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 약 100nm 부터 약 400nm 까지의 자외선 파장 범위(UV)와, 약 400nm 부터 약 780nm 까지의 가시광선 파장 범위(VL)와, 약 780nm 부터 약 1mm까지의 적외선 파장 범위(IR)에서의 도 1의 포토 마스크 패턴(21b)에 대한 투과율이 나타나 있다. 상기 적외선 파장 범위(IR)의 광(L)을 조사할 경우 약 15%부터 약 30%까지의 투과율을 보여, 약 10% 내외의 투과율을 보이는 자외선 파장 범위(UV) 및 가시광선 파장 범위(VL)를 갖는 광(L)에 비해 선명한 화상을 얻을 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 1의 광학 검사 장치(100)는 적외선 파장 범위(IR)를 갖는 광(L)을 출사하는 광원(11)을 포함하고, 몰리실리사이드 (Molybdenum silicide, MoSi) 재질을 포함하는 포토 마스크 패턴(21b)을 검사 대상으로 할 수 있다.
도 4는 일반적인 광학 검사 장치와 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치(100) 각각을 이용하여 촬상한 포토 마스크의 화상들이다. 도 4의 화상들은 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 펠리클 지지대(21c)와 인접하여 음영 영역(SA)이 발생할 수 있는 지점을 촬상한 것이다.
도 4의 (a) 및 도 2의 (a)를 참조하면, 일반적인 광학 검사 장치를 이용하여 포토 마스크(21)를 촬상한 것으로, 수평 스테이지(25) 상에 포토 마스크(21)의 하면(BS)이 접하도록 배치하여 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 광(L)을 조사한 것이다. 도 1 및 도 2의 (a)에서 전술한 바와 같이, 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 배치된 펠티클 지지대(23)에 의해 상기 광(L)이 조명할 수 없는 음영 영역(SA)이 발생하므로, 이 영역에서는 화상을 출력할 수 없으므로 결함 유무를 판단할 수 없다.
이에 반해, 도 4의 (b) 및 도 2의 (b)는 본 발명의 기술적 사상에 따른 광학 검사 장치(100)를 이용하여 포토 마스크(21)를 촬상한 것으로, 광(L)은 포토 마스크 패턴(21b)이 형성된 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)이 아닌 상기 포토 마스크(21)의 하면(BS)에 조사된다. 이 경우 도 4의 (a)의 일반적인 경우와는 달리 펠리클 지지대(21c)에 의한 음영 영역(SA)이 발생하지 않으므로, 포토 마스크(21) 상면(TS)의 전면적에 걸쳐 검사가 가능하고, 상기 펠리클 지지대(21c)와 인접한 곳에서의 결함(D) 또한 검출할 수 있다.
도 4의 (c) 및 도 2의 (b)를 참조하면, 도 4의 (b)와 같이 본 발명의 기술적 사상에 따른 광학 검사 장치(100)를 이용하여 포토 마스크(21)를 촬상하면서, 적외선 파장 범위(IR)를 갖는 광원(11)을 사용한 경우이다. 도 3에서 전술한 바와 같이, 적외선 파장 범위(IR)는 자외선 파장 범위(UV) 및 가시광선 파장 범위(VL)에 비하여 상기 포토 마스크(21)에 대한 투과율이 높아 보다 선명한 화상을 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 존재하는 결함(D)을 보다 용이하게 검출할 수 있다. 도 4의 (b)에서는 가시광선 파장 범위(VL)인 약 405nm 파장을 갖는 광원(11)을 사용하여 촬상하고, 도 4의 (c)에서는 적외선 파장 범위(IR)인 약 1300nm 파장을 갖는 광원(11)을 사용하여 촬상한 것이다. 적외선 파장 범위(IR)를 사용한 도 4의 (c)의 화상이 가시광선 파장 범위(VL)를 사용한 도 4의 (b)의 화상보다 선명할 수 있다. 즉, 이물질 등의 결함(D)과 포토 마스크(21) 표면간의 대비(contrast)가 우수할 수 있다.
도 4의 (b) 내지 도 4의 (c)의 화상에 검출된 결함(D)은 직경 100nm의 금 나노 입자(gold nano-particle)들로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 광학 검사 장치(100)가 약 100nm 이하의 결함(D)을 구분할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 상기 광학 검사 장치(100)는 약 4 ㎛정도의 검출력을 갖는 육안 검사보다 현저히 뛰어난 검출력을 가질 수 있다. 또한 자동화 설비이므로 육안 검사보다 검사 속도를 현저히 증가시킬 수 있다.
도 5은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치(100)의 2차원 스캐닝 경로를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 5을 참조하면, 광(L)이 입사되는 회전 거울(17)의 회전각을 조절하여 포토 마스크(21)의 전면적을 스캐닝할 수 있다. 이 경우 래스터 스캔(raster scan) 방법이 이용될 수 있다. 즉, 포토 마스크(21) 상에서 제1,2 지점(s1, s2) 등을 포함하는 한 줄의 스캐닝이 완료되면, 그 다음 줄에서 다시 수평 방향으로 스캐닝을 진행할 수 있다. 상기 회전 거울(17)은 상기 광(L)의 초점이 수평 방향으로 이동하도록 조정될 수 있고, 수평 방향으로의 스캐닝이 완료되면 상기 광(L)의 초점이 다음 줄로 넘어가도록 수직 방향으로 이동하도록 조정될 수 있다. 이 때 수평 방향으로의 스캐닝을 위한 제1 회전 속도는 수직 방향으로의 스캐닝을 위한 제2 회전 속도보다 빠를 수 있다. 상기 제1 회전 속도 및 상기 제2 회전 속도에 의해 각각 수평 스캐닝 속도 및 수직 스캐닝 속도가 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 수평 스캐닝 속도는 상기 수직 스캐닝 속도보다 1000배 이상 빠를 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 상기 광학 검사 장치(100)는 상기 광원(11) 및 상기 광 검출기(33) 외에 상기 광원(11)과 편광 방향 또는 파장 범위 중 적어도 하나가 다른 적어도 하나의 광원과, 상기 적어도 하나의 광원에 의해 발생한 반사광을 각각 검출하는 광 검출기를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광학 검사 장치(100)는 복수의 광원들에 의한 복수의 초점들을 형성하여 포토 마스크(21)에 대한 검사를 고속으로 진행할 수 있다. 이에 대해서는 도 6 및 도 9을 통해 자세히 설명하도록 한다.
도 6는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치(200)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6를 참조하면, 광학 검사 장치(200)는 편광 방향이 서로 다른 2개의 광원들(11a, 11b)을 포함할 수 있다. 광학 검사 장치(200)는 도 1의 광학 검사 장치(100)와 같은 공초점 광학계를 이용하면서, 상기 2개의 광원들(11a, 11b)에 의해 검사 대상에 위치가 다른 2개의 초점들을 형성하여 검사를 고속으로 진행할 수 있다.
구체적으로, 상기 광학 검사 장치(200)는 편광 방향이 서로 다른 광들(La, Lb)을 출사하는 2개의 광원들(11a, 11b)과, 상기 광들(La, Lb)을 편광 방향에 따라 반사시키거나 평행광을 분리하는 편광 광 분할기(polarized beam splitter)(43, 45)와, 상기 광(Lb)이 상기 편광 광 분할기(43)에 입사되도록 경로를 변경하는 제1 회전 거울(41)과, 상기 편광 방향과는 무관하게 상기 광들(La, Lb)을 반사시키거나 평행광을 분리하는 광 분할기(15)와, 상기 광들(La, Lb)의 경로를 변경하는 제2 회전 거울(17)과, 상기 광들(La, Lb)의 사이즈를 조절하는 릴레이 광학계(18)와, 검사 대상인 포토 마스크(21)에 초점을 형성하는 대물 렌즈(19)와, 상기 포토 마스크(21)의 가장자리를 지지하는 지지대(23)와, 상기 지지대(23)가 배치되는 수평 스테이지(25)와, 상기 대물 렌즈(19)를 수직 방향으로 이동시키는 수직 스테이지(26)와, 상기 포토 마스크(21)로부터 반사되는 반사광들(Lar, Lbr)의 편광 방향을 조정하는 편광판들(47a, 47b)과, 상기 반사광들(Lar, Lbr)을 집속시키는 집광 렌즈들(29a, 29b)과, 상기 반사광들(Lar, Lbr)을 검출하는 광 검출기들(33a, 33b), 및 상기 광 검출기들(33a, 33b) 앞에서 잡광을 제거하는 핀홀판들(31a, 31b)을 포함할 수 있다.
제1 광원(11a)은 제1 편광 방향을 갖는 제1 광(La)을 출사하고, 제2 광원(11b)은 상기 제1 편광 방향과는 다른 제2 편광 방향을 갖는 제2 광(Lb)를 출사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 광(La) 및 상기 제2 광(Lb)은 각각 S파 및 P파이거나, 그 반대일 수 있다.
상기 제2 광(Lb)은 상기 제1 회전 거울(41)을 통해 상기 편광 광 분할기(43)로 입사될 수 있다. 이 경우 상기 회전 거울(41)은 상기 편광 광 분할기(43)에서 반사되어 광 분할기(15)로 입사되는 상기 제2 광(Lb)이 상기 제1 광(Lb)의 경로와 일치하지 않도록 상기 제1 회전 거울(41)의 각도가 결정될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1 광(La) 및 상기 제2 광(Lb)은 상기 포토 마스크(21)에 서로 다른 위치의 초점들을 형성할 수 있다.
상기 편광 광 분할기(43)를 투과한 상기 제1 광(La)과, 상기 편광 광 분할기(43)에 반사된 상기 제2 광(Lb)은 상기 광 분할기(15)에 입사될 수 있다. 상기 광 분할기(15)는 상기 광들(La, Lb)의 평행광을 투과시켜 상기 제2 회전 거울(17)에 입사되도록 할 수 있다.
상기 제2 회전 거울(17)에서 반사된 상기 광들(La, Lb)은 상기 릴레이 광학계(18) 및 상기 대물 렌즈(19)를 거쳐 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 2개의 초점들을 형성할 수 있다.
도 7은 도 6의 광학 검사 장치(200)를 이용하여 포토 마스크를 검사할 경우 포토 마스크상에 다초점이 형성되는 단면을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 포토 마스크(21) 근방 지점(P)에서의 제1 광(La) 및 제2 광(Lb)이 구체적으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 광(La) 및 상기 제2 광(Lb)은 도 6의 편광 광 분할기(43), 광 분할기(15), 회전 거울(17), 릴레이 광학계(18), 및 대물 렌즈(19)를 공통적으로 거칠 수 있다. 그러나, 제2 광원(11b) 앞에 배치된 제1 회전 거울(41)을 이용하여, 촬상하고자 하는 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 서로 다른 2개의 초점들이 형성되도록 상기 제1 광(La)과 제2 광(Lb)의 경로를 서로 다르게 조정한다. 상기 제1 광(La) 및 상기 제2 광(Lb)은 서로 다른 경로를 통해 상기 포토 마스크(21)의 하면(BS)에 입사되며, 투명 기판(21a)을 투과하여, 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 서로 다른 2개의 초점들 형성할 수 있다. 상기 제1 광(La)은 포토 마스크 패턴(21b) 상에 존재하는 결함(D)에 제1 초점을 형성하고 있고, 상기 제2 광(Lb)은 상기 제1 초점과는 다소 떨어진 곳에 제2 초점을 형성하고 있다. 이와 같이, 상기 광학 검사 장치(200)는 2개의 광원들(11a, 11b)을 포함함으로써 동시에 2개의 지점에 대한 화상을 촬상할 수 있다. 이에 따라, 광학계는 2차원 화상을 획득할 경우 검사 속도가 다소 느린 공초점 광학계의 문제를 해소할 수 있다.
도 6를 다시 참조하면, 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)으로부터 반사된 2개의 반사광들(Lar, Lbr)은 대물렌즈(19), 릴레이 광학계(18), 회전 거울(17), 광 분할기(15)를 거쳐 편광 광 분할기(45)로 입사될 수 있다. 상기 편광 광 분할기(45)는 상기 2개의 반사광(Lar, Lbr) 중 상기 제1 편광 방향을 갖는 반사광(Lar)과 상기 제2 편광 방향을 갖는 반사광(Lbr)을 각각 분할할 수 있다.
각각의 반사광들(Lar, Lbr)은 각각 편광판들(47a, 47b), 집광 렌즈들(29a, 29b), 핀홀판들(31a, 31b)을 거쳐 광 검출기들(33a, 33b)에 의해 각각 초점들에서의 화상을 나타낼 수 있다. 상기 광학 검사 장치(200)는 공초점 광학계를 사용하면서도 한번에 2개 지점의 화상을 검출할 수 있으므로 고속 검사가 가능하다.
일부 실시예들에서, 상기 검사 대상은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 2개의 광들(La, Lb)은 상기 제2 면으로 입사하여 상기 제1 면에 복수의 초점들을 형성하고, 상기 복수의 광검출기들(33a, 33b)은 상기 제1 면으로부터 반사되는 복수의 반사광들(Lar, Lbr)을 검출하여 상기 제1 면의 화상을 검출할 수 있다.
도 8는 도 6의 광학 검사 장치(200)를 이용하여 검사하는 경우 포토 마스크 상의 스캐닝 경로를 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 광학 검사 장치(200)는 검사 대상인 포토 마스크(21)의 2차원 화상을 얻기 위하여 광원(11)의 포토 마스크(21)의 전면적에 걸쳐 2차원 스캐닝이 필요하다.
도 6 및 도 8를 참조하면, 광들(La, Lb)이 입사되는 회전 거울(17)의 회전각을 조절하여 포토 마스크(21)의 전면적을 스캐닝할 수 있다. 이 경우 전술한 바와 같은 래스터 스캔(raster scan) 방법이 이용될 수 있다. 다만, 상기 포토 마스크(21)에 2개의 광들(La, Lb)에 의한 2개의 초점들이 형성되므로, 동시에 두 줄에 걸쳐 검사가 진행될 수 있다.
구체적으로, 제1 광(La)에 의해 제1,2 지점(s1, s2) 등을 포함하는 제1 줄(R1)의 스캐닝이 진행되는 것과 동시에, 제2 광(Lb)에 의해 제10, 11 지점(s10, s11) 등을 포함하는 제2 줄(R2)의 스캐닝이 진행될 수 있다. 상기 제1 줄(R1)의 제1 광(La)에 의한 스캐닝과, 제2 광(Lb)에 의한 제2 줄(R2)의 스캐닝이 완료되면 상기 광들(La, Lb)의 초점이 다음 줄로 넘어갈 수 있다. 이 경우 상기 광들(La, Lb)에 의해 동시에 2줄이 스캐닝되었으므로, 제1 줄(R1)을 스캐닝한 상기 제1 광(La)은 제3 줄(R3)로 넘어가고, 제2 줄(R2)을 스캐닝한 상기 제2 광(Lb)은 제4 줄(R4)로 넘어갈 수 있다. 상기 회전 거울(17)은 상기 광(L)의 초점이 수평 방향으로 이동하도록 조정될 수 있고, 수평 방향으로의 스캐닝이 완료되면 상기 광들(La, Lb)의 초점이 다음 줄로 넘어가도록 수직 방향으로 이동하도록 조정될 수 있다. 이 때 수평 방향으로의 스캐닝을 위한 제1 회전 속도는 수직 방향으로의 스캐닝을 위한 제2 회전 속도보다 빠를 수 있다. 상기 제1 회전 속도 및 상기 제2 회전 속도에 의해 각각 수평 스캐닝 속도 및 수직 스캐닝 속도가 결정될 수 있다.
도 9은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광학 검사 장치(300)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 9을 참조하면, 광학 검사 장치(300)는 도 6의 광학 검사 장치(200)와 유사하나, 편광 방향 또는 파장 중 적어도 하나가 서로 다른 4개의 광원들(11a, 11b, 11c, 11d)을 포함하고 있다. 광학 검사 장치(300)는 도 1의 광학 검사 장치(100)와 같은 공초점 광학계를 이용하면서, 상기 4개의 광원들(11a, 11b, 11c, 11d)에 의해 검사 대상에 서로 다른 위치를 갖는 4개의 초점들을 형성하며, 검사를 고속으로 진행할 수 있다.
구체적으로, 상기 광학 검사 장치(300)는 도 6의 광학 검사 장치(200)와 비교하여, 제1 편광 방향과 제1 파장을 갖는 제1 광원(11a), 제1 편광 방향과 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장을 갖는 제2 광원(11c), 제2 편광 방향과 제3 파장을 갖는 제3 광원(11b), 및 제2 편광 방향과 상기 제3 파장과는 다른 제4 파장을 갖는 제4 광원(11d)를 포함할 수 있다.
상기 4개의 광원들(11a, 11b, 11c, 11d)은 상기 포토 마스크(21)의 상면(TS)에 4개의 초점들을 형성할 있다. 상기 포토 마스크(21)의 상면으로부터 반사된 4개의 반사광들(Lar, Lbr, Lcr, Ldr)은 대물렌즈(19), 릴레이 광학계(18), 회전 거울(17), 광 분할기(15)를 거쳐 편광 광 분할기(45)로 입사될 수 있다.
상기 편광 광 분할기(45)는 상기 포토 마스크(21)로부터 반사되는 4개의 반사광(Lar, Lbr, Lcr, Ldr) 중 상기 제1 편광 방향을 갖는 반사광(Lar, Lcr)과 상기 제2 편광 방향을 갖는 반사광(Lbr, Ldr)을 각각 분할할 수 있다. 또한, 상기 광학 검사 장치(300)는 4개의 반사광들을 파장별로 분할하는 다이크로익 미러(51a, 51b)를 더 포함한다. 이에 따라, 제1 다이크로익 미러(51a)은 상기 제1 파장을 갖는 제1 반사광(Lar)과 상기 제2 파장을 갖는 제2 반사광(Lcr)을 분할하고, 제2 다이크로익 미러(51b)는 상기 제3 파장을 갖는 제3 반사광(Lbr)과 상기 제4 파장을 갖는 제4 반사광(Ldr)을 분할할 수 있다. 각각의 상기 반사광들(Lar, Lbr, Lcr, Ldr)은 각각 편광판들(47a, 47b, 47c, 47d), 집광 렌즈들(29a, 29b, 29c, 29d), 핀홀판들(31a, 31b, 31c, 31d)을 거쳐 광 검출기들(33a, 33b, 33c, 33d)에 의해 각각 초점들에서의 화상을 나타낼 수 있다. 상기 광학 검사 장치(300)는 공초점 광학계를 사용하면서도 한번에 4개 지점의 화상을 검출할 수 있으므로 고속 검사가 가능하다.
도 6의 광학 검사 장치(200) 및 도 9의 광학 검사 장치(300)에서는 검사 대상으로서 포토 마스크(21)를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 광학 검사 장치들(200, 300)은 공초점 광학계를 포함하면서 고속 검사를 가능하게 한 것으로, 검사 대상에 제한이 있는 것은 아닌다. 검사하는 데 이용될 수 있다.
도 6의 광학 검사 장치(200)와 도 9의 광학 검사 장치(300)는 각각 2개 및 4개의 광원들을 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 광학 검사 장치는 편광 방향 또는 파장 중 적어도 하나가 서로 다른 복수의 광원들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 광학 검사 장치는 파장이 서로 다른 광을 출사하는 적어도 2개의 광원을 포함하거나, 제1 편광 방향을 갖는 광원과, 제2 편광 방향을 가지면서 파장이 서로 다른 광을 출사하는 적어도 2개의 광원들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원은 3개 또는 5개 이상일 수 있다.
11, 11a, 11b, 11c, 11d: 광원, 15: 광 분할기(Beam Splitter; BS), 17, 41: 회전 거울(Resonant Mirror), 18a, 18b: 제1, 2 릴레이 렌즈, 18: 릴레이 광학계, 19: 대물 렌즈(objective lens), 21: 포토 마스크, 21a: 투명 기판, 21b: 포토 마스크 패턴, 21c: 펠리클 프레임(pellicle flame), 21d: 펠리클(pellicle), D: 이물질, 23: 포토 마스크 지지대, 25: 수평 스테이지, 26: 수직 스테이지, 27: 바닥면, 29, 29a, 29b, 29c, 29d: 집광 렌즈(condensing lens), 31, 31a, 31b, 31c, 31d: 핀홀판, 33, 33a, 33b, 33c, 33d: 광검출기(light detector), L, La, Lb, Lc, Ld: 광, Lr, Lar, Lbr, Lcr, Ldr: 반사광, SA: 음영 영역(Shadow Area), UV: 자외선 영역(Ultra Violet range), VL: 가시광선 영역(Visible Light range), IR: 적외선 영역(Infrared range), 43, 45: 편광 광분할기(Polarizing Beam Splitter; PBS), 47a, 47b, 47c,: 편광판(polarizer), s1, s2,..., s44: 제1,2,..., 44 지점, R1, R2, R3, R4: 제1,2,3,4 줄, 51a, 51b, 51c, 51d: 다이크로익 미러(dichroic mirror), 100, 200, 300: 광학검사 장치.

Claims (10)

  1. 제1 광을 방출하는 제1 광원;
    제2 광을 방출하는 제2 광원;
    상기 제1 및 제2 광들 각각을 투과시키거나 반사시키는 광 분할기;
    상기 광 분할기와 상기 제2 광원 사이의 상기 제2 광의 광 경로 상에 배치된 회전 거울;
    검사 대상의 제1 면을 향하고, 상기 제1 면에 대향하는 상기 검사 대상의 제2 면 상에 상기 제1 광의 제1 초점 및 상기 제1 초점과 이격된 제2 광의 제2 초점을 형성하는 제1 렌즈; 및
    상기 제1 및 제2 광들이 상기 제2 면으로부터 반사되어 생성된 제1 및 제2 반사광들을 검출하는 제1 및 제2 광 검출기들을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 광 검출기들 각각은 상기 검사 대상 상의 서로 다른 초점들에 대응하고,
    상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 둘 이상은 서로 다른 편광 방향을 갖거나 서로 다른 파장을 가지며, 및
    상기 회전 거울은 상기 제2 광이 상기 제1 광의 경로와 일치하지 않도록 하는 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광들은 상기 제2 면으로 입사하여 상기 제1 면에 상기 제1 및 제2 초점들을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 검출기들은 상기 제1 면으로부터 반사되는 상기 제1 및 제2 반사광들을 검출하여 상기 제1 면의 화상을 검출하는 광학 검사 장치.
  4. 제1 편광 방향을 갖는 제1 광을 방출하는 제1 광원;
    상기 제1 편광 방향과 다른 제2 편광 방향을 갖는 제2 광을 방출하는 제2 광원;
    포토 마스크의 제1 면을 향하고, 상기 포토 마스크의 상기 제1 면에 반대인 제2 면 상에 상기 제1 광의 제1 초점 및 상기 제2 광의 제2 초점을 형성하는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 광원 사이의 상기 제2 광의 광 경로 상에 배치된 회전 거울;
    상기 포토 마스크의 상기 제2 면으로부터 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광을 분할하는 제1 스플리터;
    상기 포토 마스크의 상기 제2 면으로부터 반사된 제1 반사광을 검출하는 제1 광 검출기; 및
    상기 포토 마스크의 상기 제2 면으로부터 반사 된 제2 반사광을 검출하는 제2 광 검출기;을 포함하되,
    포토 마스크 패턴이 포토 마스크의 제2 면 상에 형성되고,
    제1 및 제2 광 각각은 적외선 범위의 파장을 가지며; 및
    상기 회전 거울은 상기 제2 광이 상기 제1 광의 경로와 일치하지 않도록 하는 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 반사광의 노이즈를 필터링하기 위해 상기 제1 광 검출기의 앞에 배치된 핀홀 플레이트를 더 포함하는 광학 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광을 투과 또는 반사시키는 제2 스플리터를 더 포함하는 광학 검사 장치.
  7. 제6항에있어서,
    상기 제1 광원은 점 광원인 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  8. 제7항에있어서
    상기 제1 광은 평행 광으로 변환되어 상기 제2 스플리터에 입사하는 것을 특징으로하는 광학 검사 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 검출기들은, 상기 제1 및 제2 초점들이 상기 제2 면의 가장자리를 향해 제1 방향을 따라 이동하여 상기 제2 면을 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 초점들은 상기 제1 방향을 따른 상기 제2 면을 스캐닝한 이후 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 광학 검사 장치.
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