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KR101810078B1 - 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치 - Google Patents

광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치 Download PDF

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KR101810078B1
KR101810078B1 KR1020160176593A KR20160176593A KR101810078B1 KR 101810078 B1 KR101810078 B1 KR 101810078B1 KR 1020160176593 A KR1020160176593 A KR 1020160176593A KR 20160176593 A KR20160176593 A KR 20160176593A KR 101810078 B1 KR101810078 B1 KR 101810078B1
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light
optical
annular
scattered light
scattered
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정현돈
김영범
김정민
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주식회사 에타맥스
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Abstract

본 발명은 기판 내부의 결함은 광루미네선스로 검출하고 기판 외부의 결함은 광루미네선스 발생용 입사광의 산란을 이용해 검출하는 기판 결함 측정 장치에 관한 것으로, 광루미네선스를 측정하는 과정에서 산란 및/또는 반사광을 함께 측정할 수 있도록 광학계를 구성하여 측정시간을 단축하는 장치를 제공한다.

Description

광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치{SYSTEM FOR DEFECT DETECTION BY PHOTOLUMINESCENCE AND SCATTERING MEASUREMENT OF A SAMPLE}
본 발명은 광 루미네선스(Photoluminescence)를 이용한 기판 결함 측정 장치에 관한 것으로, 특히 기판 내부의 결함은 광루미네선스로 검출하고 기판 외부의 결함은 광루미네선스 발생용 입사광의 산란을 이용해 검출하는 기판 결함 측정 장치에 관한 것이다.
광발광 또는 광루미네선스(Photoluminescence)는 광으로 관찰하는 시료 물질의 밴드갭보다 큰 에너지를 가해 전자를 가전자대(Valence band)에서 전도대(Conduction band)로 여기시키면 전자가 가전자대로 되돌아오는 과정에서 발생한다. 광루미네선스는 시료에 광을 조사하기 때문에 시료에 특별한 처리나 손상을 일으키지 않아서 비파괴적으로 반도체 등의 물성을 분석하는데 유용한 방법이다.
시료물질에 불순물이 섞여 있는 등의 결함이 있을 때는 밴드갭 내에 에너지 준위를 형성할 수 있어서, 전자가 여기될 때 전도대 아래 위치한 불순물의 에너지 준위로 여기될 수도 있고 전도대로 여기된 전자가 가전자대 위에 있는 불순물의 에너지 준위로 내려올 수도 있는가 하면 에너지가 높은 불순물의 에너지 준위에서 에너지가 낮은 불순물의 에너지 준위로 내려올 수도 있다. 따라서, 광루미네선스 분석을 하면 원료물질과 불순물이 이루는 여러 에너지 준위의 재결합 과정에 대응하는 에너지의 루미네선스를 관찰할 수 있다.
반도체 기판 또는 소자의 결함(defect)에는 내부에 형성된 결함뿐 아니라 외부에 쌓인 결함도 있어서 광루미네선스는 이 둘을 모두 관찰할 수 있지만, 외부에 형성된 결함을 내부 결함과 구분하여 파악할 필요가 있다. 외부 결함의 크기가 광의 분해능으로 관찰가능한 것이라면 입사광의 반사 또는 산란을 관찰하여 조사할 수 있다. 따라서 점차 광루미네선스와 반사 및/또는 산란을 동시에 조사할 필요성이 커지는데 소자가 소형화됨에 따라서 미세한 측정이 필요하게 되어, 정밀 측정으로 인해 측정시간이 늘어나는 문제가 있다. 대한민국 공개특허 2016-0024968호는 ‘샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템 및 방법’에 관한 것으로, 시료로부터 결함 산란된 방사선 또는 광루미네선스 방사선을 주집하고 3개로 분리하여 광루미네선스 또는 산란 결함을 검출하는 기술을 개시한다. 그러나 상기 기술은 수직입사 방사선 소스와 경사입사 방사선 소스가 필요하고 분광계의 구조가 지나치게 복잡해진다는 단점이 있다.
한국 공개특허 2016-0024968호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광루미네선스를 측정하는 과정에서 산란 및/또는 반사광을 함께 측정할 수 있도록 광학계를 구성하여 측정시간을 단축한 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로: 상기 장치는, 고리형상 광을 내보내는 광원; 상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens); 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지; 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter); 상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기; 상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개; 상기 조리개를 통과한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror); 상기 이색성 거울에서 반사된 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및 상기 이색성 거울을 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로: 상기 장치는, 고리형상 광을 내보내는 광원; 상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens); 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지; 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter); 상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기; 상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 고리형상 반사광을 직각방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개; 상기 경사진 고리형상 조리개를 통과한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror); 상기 경사진 고리형상 조리개에서 반사된 반사광을 검출하는 반사광 검출부; 상기 이색성 거울에서 반사된 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및 상기 이색성 거울을 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 광원은, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로: 상기 장치는, 광루미네선스 여기 광을 광원부 2색성 거울(dichroic mirror)로 보내는 제1 광원; 상기 제1 광원과 직교하는 방향으로 고리형상의 비여기 광을 상기 광원부 2색성 거울로 보내는 제2 광원; 상기 여기 광은 직진 통과시키고, 상기 비여기 광은 상기 여기 광과 동일한 방향으로 진행하도록 직각방향으로 변경하여 상기 여기 광과 상기 비여기 광을 함께 만들어 제1 광 분리기로 보내는 광원부 2색성 거울; 상기 광원부 2색성 거울로부터 함께 진행해 오는 상기 여기광 및 비여기광의 진행경로에 위치하여 상기 여기광 및 비여기광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 여기광 및 비여기광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens); 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 여기광 및 비여기광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지; 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter); 상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기; 상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 광 중 여기광으로부터 발생한 산란광 및 반사광을 차단하고 여기광으로부터 발생한 광루미네선스와 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 통과시키는 광 여과기(filter); 상기 광 여과기를 통과한 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광을 직교방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개; 상기 경사진 고리형상 조리개를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 비여기광으로부터 발생한 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror); 상기 경사진 고리형상 조리개에서 반사된 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광을 검출하는 반사광 검출부; 상기 이색성 거울에서 반사된 여기광으로부터 발생한 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및 상기 이색성 거울을 통과한 여기광으로부터 발생한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 반사광 검출부는, 광여과기, 렌즈 및 검출기를 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 광루미네선스 검출부 및 상기 산란광 검출부는 각각 광여과기와 검출기를 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함하는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 제2 광원은, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 여기광은 파장 375nm인 레이저 광이고, 상기 비여기광은 파장 532nm인 레이저 광이며, 상기 시료는 청색 LED 기판인, 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치를 제공한다.
본 발명의 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치는 광루미네선스를 측정하면서 동시에 산란 및/또는 반사광을 함께 측정할 수 있는 광학계를 구성하여 시료 영역 전체의 맵핑 데이터(mapping data) 측정시간을 단축하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 광원을 이용한 광루미네선스와 산란광 동시 측정 광학계의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 도 1의 (a) A 부분 확대도, (b) B 부분 확대도, 및 (c) C 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 동일 시료의 (a) 광루미네선스 영상, (b) 광루미네선스 부분 확대 영상, (c) 산란광 영상, (d) 산란광 확대 영상, (e) 반사광 영상 및 (f) 반사광 확대영상이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 광원을 이용한 광루미네선스와 산란광 동시 측정 광학계의 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치는, 시료에서 광루미네선스를 방출하는 에너지를 가지며 고리형상 광(21)을 내보내는 광원(10)을 포함한다. 상기 광원은 고리형상 광(21)을 광원 내부에서 형성하여 방출할 수도 있고, 원형의 평행광(11)을 동심원 슬릿(20)에 통과시켜 고리형상 광(21)을 형성할 수도 있다.
상기 고려형상 광(21)은 제1 광 분리기(Beam splitter)(30)에 입사하여 경로를 직각방향으로 변경해 시료 방향으로 진행한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광은 대물렌즈(Objective lens)(40)를 통과하면서 집속되어 시료로 향한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료 표면을 주사할 수 있도록 시료(100)를 장착한 시료 스테이지(50)는 입사광(1)의 수직방향으로 전후좌우(xy-scanning)로 또는 평면 나선(r-θ scanning) 운동하면서 맵핑한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 입사광(1)은 고리형상 광(21) 형태로 입사하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 시료는 반도체 기판, LED 기판, 공정 진행 중이거나 공정을 마친 소자일 수 있다. 상기 시료표면에서는 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 반사광(4)이 발생하여 대물렌즈로 향하는데, 반사광은 입사한 광의 형태인 고리형상을 가진다.
본 발명의 일 구현예에서 대물렌즈(Objective lens)는 상기 시료에서 발생한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 평행광으로 만들어 상기 제1 광 분리기(30)로 보낸다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 대물렌즈는 고정되고 시료가 운동하므로 상기 고리형상 반사광은 대물렌즈를 벗어날 때 입사했던 고리 형상을 유지하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 대물렌즈(40)를 통과 후 평행광이 되어 제1 광 분리기(Beam splitter)(30)를 직진 통과한다. 본 발명의 일 구현예에서 산란광과 반사광은 상기 대물렌즈(40)와 상기 제1 광 분리기(30) 전체 면에 걸쳐서 평행광으로 진행할 수 있다.
본 발명이 일 구현예에서, 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈(40) 및 상기 제1 광 분리기(30)를 통과한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)은 제2 광 분리기(Beam splitter)(60)에서 일부가 직진 통과하고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로가 직각방향으로 변경된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제2 광 분리기(60)를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기(200)에 도달하여 영상을 형성한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 영상검출기(200)는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함한다. 또한, 상기 제2 광 분리기(60)에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광 중 고리형상 반사광은 상기 변경된 경로상에 위치하는 고리형상 조리개(70)에서 차단된다. 상기 고리형상 조리개(70)는 상기 조리개 위치로 직진하는 광루미네선스와 산란광은 그 중 일부만 함께 차단하지만, 고리형상 반사광은 전부 차단하게 된다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 조리개를 통과한 광루미네선스(2)와 산란광(3)이 진행하는 경로상에 위치한 이색성 거울(Dichroic mirror)(80)은 광루미네선스(2)를 직각방향으로 변경하고, 산란광은 통과시킨다. 상기 이색성 거울(80)에서 반사된 광루미네선스(2)는 광루미네선스 검출부(400)에서 검출된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 이색성 거울을 통과한 산란광(3)은 산란광 검출부(300)에서 검출된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광루미네선스 검출부(400)는 광루미네선스 여과기(410), 광루미네선스 렌즈(420) 및 광루미네선스 검출기(미도시)를 포함한다. 또한, 상기 산란광 검출부(300)는 산란광여과기(310), 산란광 렌즈(320) 및 산란광 검출기(미도시)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 도 1의 (a) A 부분 확대도, (b) B 부분 확대도, 및 (c) C 부분 확대도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 A 부분은 원형의 평행광(11)을 생성하는 광원과 상기 원형의 평행광을 고리형상 광(21)으로 만드는 동심원 슬릿(20)을 포함한다. 상기 B 부분은 대물렌즈(40)를 통과하여 시료(100)에 입사하는 고리형상 입사광(1)이 고리형상 반사광(4), 광루미네선스(2), 및 산란광(3)으로 대물렌즈에 다시 입사한 뒤 평행광으로 바뀌어 제1 광분리기로 진행하는 구성을 나타내었다. 상기 고리형상 반사광(4)은 고리형상 입사광(1)과 함께 고리형상의 광 경로(X)를 공유한다. 상기 광루미네선스(2)와 상기 산란광(3)은 고리형상 내부의 원통형 광경로(Y)에서 유의미한 경로를 형성한다. 상기 광루미네선스(2)와 상기 산란광(3)이 상기 고리형상의 광 경로(X)를 통과하지 않는 것은 아니지만 C 부분에서 상세하게 묘사된 바와 같이, 고리형상 반사광(4)이 반사될 때 함께 반사(미도시)된다. 상기 C 부분은 상기 고리형상 반사광(4), 광루미네선스(2), 및 산란광(3)이 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 뒤 고리형상 조리개(70)에서 고리형상 반사광이 차단되는 형상을 자세히 나타낸 것이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 고리형상 조리개에서 고리형상 부분으로 진행하는 광루미네선스(2)와 산란광(3)도 함께 반사(미도시)된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광루미네선스, 산란광 및 반사광을 동시에 검출하는 결함조사 장치는, 고리형상 광(21)을 내보내는 광원 또는 원형광을 내보내고 동심원 슬릿(20)을 통과시켜 고리형상 광을 만드는 광원부; 상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료(100) 방향으로 진행하는 입사광(1)이 되도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(30); 상기 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광(21)을 집속하여 입사광(1)으로 시료에 보내고, 상기 시료(100)에서 발생한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)은 평행광으로 상기 제1 광 분리기(30)로 보내는 대물렌즈(40); 상기 대물렌즈(40)에서 집속되어 입사한 입사광(1)인 고리형상 광(21)이 상기 시료(100)를 맵핑할 수 있는 스테이지(50); 상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈(40) 및 상기 제1 광 분리기(30)를 통과한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(60); 상기 제2 광 분리기(60)를 직진 통과한 광루미네선스(2), 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 영상화하는 영상검출기(200); 상기 제2 광 분리기(60)에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 고리형상 반사광을 직각방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개(75); 상기 경사진 고리형상 조리개(75)를 통과한 광루미네선스(2)의 경로를 직각방향으로 변경하고, 산란광(3)은 통과시키는 이색성 거울(80); 상기 경사진 고리형상 조리개(75)에서 반사된 고리형상 반사광(4)을 검출하는 반사광 검출부(500); 상기 이색성 거울(80)에서 반사된 광루미네선스(2)를 검출하는 광루미네선스 검출부(400); 및 상기 이색성 거울(80)을 통과한 산란광(3)을 검출하는 산란광 검출부(300)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 광루미네선스, 산란광 및 반사광을 동시에 검출하는 결함조사 장치의 상기 반사광 검출부는, 광여과기, 렌즈 및 검출기를 포함하고, 상기 광루미네선스 검출부 및 상기 산란광 검출부는 각각 광여과기와 검출기를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계는, 시료(100)에서 광루미네선스를 여기할 수 있는 에너지를 가진 여기광(1)을 광원부 2색성 거울(25)로 보내는 제1 광원(10); 상기 제1 광원과 직교하는 방향으로 상기 시료(100)에서 광루미네선스를 여기할 수 있는 에너지를 갖지 못한 고리형상의 비여기 광(5)을 상기 광원부 2색성 거울(25)로 보내는 제2 광원(15); 상기 여기 광(1)은 직진 통과시키고, 상기 비여기 광(5)은 상기 여기 광과 동일한 방향으로 진행하도록 직각방향으로 변경하여 상기 여기 광과 상기 비여기 광을 함께 입사광(1,5)으로 만들어 제1 광 분리기(30)로 보내는 광원부 2색성 거울(25); 상기 함께 진행하는 여기광(1) 및 비여기광(5)의 진행경로에 위치하여 상기 여기광 및 비여기광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2), 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(30); 상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 여기광(1) 및 비여기광(5)을 집속하여 입사광으로 시료(100)로 보내고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2), 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(40); 상기 대물렌즈(40)에서 집속되어 입사한 여기광(1) 및 비여기광(5)이 상기 시료(100)를 맵핑할 수 있는 스테이지(50); 상기 시료(100)에서 발생하여 상기 대물렌즈(40) 및 상기 제1 광 분리기(30)를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2), 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(60); 상기 제2 광 분리기(60)를 직진 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기(200); 상기 제2 광 분리기(60)에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 광 중 여기광으로부터 발생한 산란광 및 반사광을 차단하고 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2)와 비여기광으로부터 발생한 산란광(3) 및 고리형상 반사광(4)을 통과시키는 광 여과기(71); 상기 광 여과기를 통과한 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광(4)을 직각방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개(75); 상기 경사진 고리형상 조리개(75)를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2)의 경로를 직각방향으로 변경하고, 비여기광으로부터 발생한 산란광(3)은 통과시키는 이색성 거울(80); 상기 고리형상 조리개에서 반사된 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광(4)을 검출하는 반사광 검출부(500); 상기 이색성 거울(80)에서 반사된 여기광으로부터 발생한 광루미네선스(2)를 검출하는 광루미네선스 검출부(400); 및 상기 이색성 거울(80)을 통과한 여기광으로부터 발생한 산란광(3)을 검출하는 산란광 검출부(300)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 상기 제1 광 분리기는 2색성 거울(Dichroic mirror)이고, 상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 광원은, 고리형상 광을 방출하거나, 원형의 평행광을 방출하여 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만들 수도 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 상기 고리형상 반사광을 검출하는 반사광 검출부는, 광여과기, 렌즈 및 검출기를 포함하고, 상기 광루미네선스 검출부 및 상기 산란광 검출부는 각각 광여과기와 검출기를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 형태가 다른 두 광원을 이용한 광루미네선스, 산란광 및 반사광 동시 측정 광학계의 시료는 반도체용 실리콘기판 또는 LED기판일 수 있다. 시료가 LED기판일 경우 여기광의 파장과 비여기광의 파장은 LED 발광파장에 맞게 조절할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 시료가 청색 LED 기판일 경우, 상기 여기광은 파장 375nm인 레이저 광이고, 상기 비여기광은 파장 532nm인 레이저 광일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 동일 시료의 (a)광루미네선스 영상, (b)광루미네선스 부분 확대 영상, (c)산란광 영상, (d)산란광 확대 영상, (e)반사광 영상 및 (f)반사광 확대영상이다. 광루미네선스로 영상(mapping)을 관찰하면서 동시에 획득한 산란광 영상과 반사광 영상은 결함분석을 정확하고 빠르게 진행할 수 있도록 하는 효과를 나타냄을 볼 수 있다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
1. 입사광(여기광)
2. 광루미네선스
3. 산란광
4. 반사광
5. 입사광(비여기광)
10. 광원(제1 광원)
11. 원형 평행광
20. 동심원 슬릿
21. 고리형상 광
25. 광원부 2색성 거울
30. 제1 광 분리기
40. 대물렌즈
50. 시료 스테이지
60. 제2 광 분리기
70. 고리형상 조리개
71. 광 여과기
75. 경사진 고리형상 조리개
80. 이색성 거울
100. 시료
200. 영상검출기
300. 산란광 검출부
310. 산란광 여과기
320. 산란광 렌즈
400. 광루미네선스 검출부
410. 광루미네선스 여과기
420. 광루미네선스 렌즈
500. 반사광 검출부
510. 반사광 여과기
520. 반사광 렌즈

Claims (10)

  1. 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로:
    상기 결함조사 장치는, 고리형상 광을 내보내는 광원;
    상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens);
    상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지;
    상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기;
    상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 고리형상 반사광을 차단하는 고리형상 조리개;
    상기 조리개를 통과한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror);
    상기 이색성 거울에서 반사된 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및
    상기 이색성 거울을 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  2. 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로:
    상기 결함조사 장치는, 고리형상 광을 내보내는 광원;
    상기 고리형상 광의 진행경로에 위치하여 상기 광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 고리형상 광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 발생한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광은 평행광으로 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens);
    상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 고리형상 광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지;
    상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 광루미네선스, 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기;
    상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 고리형상 반사광을 직각방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개;
    상기 경사진 고리형상 조리개를 통과한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror);
    상기 경사진 고리형상 조리개에서 반사된 반사광을 검출하는 반사광 검출부;
    상기 이색성 거울에서 반사된 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및
    상기 이색성 거울을 통과한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광원은, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  4. 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치로:
    상기 결함조사 장치는, 광루미네선스 여기 광을 광원부 2색성 거울(dichroic mirror)로 보내는 제1 광원;
    상기 제1 광원과 직교하는 방향으로 고리형상의 비여기 광을 상기 광원부 2색성 거울로 보내는 제2 광원;
    상기 여기 광은 직진 통과시키고, 상기 비여기 광은 상기 여기 광과 동일한 방향으로 진행하도록 직각방향으로 변경하여 상기 여기 광과 상기 비여기 광을 함께 만들어 제1 광 분리기로 함께 보내는 광원부 2색성 거울;
    상기 광원부 2색성 거울로부터 함께 진행해 오는 상기 여기광 및 비여기광의 진행경로에 위치하여 상기 여기광 및 비여기광이 시료 방향으로 진행하도록 경로를 직각방향으로 변경하고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 직진 통과시키는 제1 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제1 광 분리기에서 경로가 변경된 여기광 및 비여기광을 집속하여 시료로 보내고, 상기 시료에서 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 상기 제1 광 분리기로 보내는 대물렌즈(Objective lens);
    상기 대물렌즈에서 집속되어 입사한 여기광 및 비여기광이 상기 시료를 맵핑할 수 있는 스테이지;
    상기 시료에서 발생하여 상기 대물렌즈 및 상기 제1 광 분리기를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광의 일부를 직진 통과시키고 상기 통과한 일부를 제외한 나머지는 경로를 직각방향으로 변경하는 제2 광 분리기(Beam splitter);
    상기 제2 광 분리기를 직진 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스, 산란광 및 반사광과 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 영상화하는 영상검출기;
    상기 제2 광 분리기에서 경로를 직각방향으로 변경하여 통과한 광 중 여기광으로부터 발생한 산란광 및 반사광을 차단하고 여기광으로부터 발생한 광루미네선스와 비여기광으로부터 발생한 산란광 및 고리형상 반사광을 통과시키는 광 여과기(filter);
    상기 광 여과기를 통과한 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광을 직교방향으로 반사하는 경사진 고리형상 조리개;
    상기 경사진 고리형상 조리개를 통과한 여기광으로부터 발생한 광루미네선스의 경로를 직각방향으로 변경하고, 비여기광으로부터 발생한 산란광은 통과시키는 이색성 거울(Dichroic mirror);
    상기 경사진 고리형상 조리개에서 반사된 비여기광으로부터 발생한 고리형상 반사광을 검출하는 반사광 검출부;
    상기 이색성 거울에서 반사된 여기광으로부터 발생한 광루미네선스를 검출하는 광루미네선스 검출부; 및
    상기 이색성 거울을 통과한 여기광으로부터 발생한 산란광을 검출하는 산란광 검출부를 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 반사광 검출부는, 광여과기, 렌즈 및 검출기를 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  6. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광루미네선스 검출부 및 상기 산란광 검출부는 각각 광여과기와 검출기를 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 광 분리기는 2색성 거울(Dichroic mirror)인,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  8. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상검출기는 영상 결상을 위한 광학계를 더 포함하는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 광원은, 평행광을 동심원 슬릿에 통과시켜 고리형상 광을 만드는,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 여기광은 파장 375nm인 레이저 광이고,
    상기 비여기광은 파장 532nm인 레이저 광이며,
    상기 시료는 청색 LED 기판인,
    광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치.
KR1020160176593A 2016-12-22 2016-12-22 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치 Active KR101810078B1 (ko)

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