KR100310388B1 - 전자빔측정장치 - Google Patents

Abstract

화상 디스플레이 유닛이 측정대상의 확대화상을 디스플레이할 때, 측정유닛은 소정 위치에서 화상의 치수를 자동적으로 계산한다. 허용 범위설정유닛에는 비교 판정 유닛이 소정위치에서 대상물 치수의 정상 여부를 판단할 수 있도록 하는 상한치와 하한치가 제공되는, 비교판정유닛은 계산된 치수가 상한치와 하한치 사이에 존재하는지를 판정한다. 측정결과가 상한치와 하한치 사이의 범위 밖에서 발견될 때, 가부판정데이터는 메모리에 저장되고 적절한 타이밍으로 화상디스플레이 유닛에 의해 화상의 형태로 다시 디스플레이된다.

Description

전자빔 측정장치

제1도는 본 발명에 따른 주요부품의 구성을 나타내는 기능 블럭 선도;

제2도는 본 발명의 일 실시예인 전자빔 측정장치의 블럭 선도;

제3도는 본 발명의 일 실시예의 동작을 나타낸 흐름도;

제4도는 가부판정 데이터를 일 예로 나타낸 도표이다.

본 발명은 전자빔 측정장치에 관한 것으로서, 특히 반도체장치의 제조공정동안 반도체 칩 상에서 미시적 패턴(microscopic pattern)의 치수를 자동적으로 측정하는데 적합한 전자빔 측정장치에 관한 것이다.

전자빔 측정장치는 반도체장치의 제조공정동안 회로패턴의 폭 및 콘택트 홀(contact hole)의 직경을 측정하는데 이용되어 왔다.

반도체 웨이퍼표면상에 증착(deposition)된 금속박막 또는 반도체 박막 등의 도전성박막을 에칭함으로써 바람직한 회로패턴이 형성되는데, 예를 들면, 사진 감광 기술을 활용하여 도전성박막의 표면에 미리 포토레지스트(photoresist) 패턴을 형성한 후에, 마스크(mask)로서의 그 포토레지스트 패턴과 같이 도전성 박막이 에칭된다.

포토레지스트 패턴의 폭 및 직경은 패턴이 형성된 후에 전자빔 측정장치에 의해 측정되기 때문에, 비규격의 치수 및 직경을 가진 패턴이 에칭공정을 통과하지 못하게 되어 있다. 비규격의 치수 등을 가진 패턴은, 그 포토레지스트 패턴이 박리(peeled off)된 후에 이전의 처리장치로 되돌려 보내져서, 각각의 패턴을 다시 형성한다.

측정동작에서는, 1할당(lot)(예를 들어, 26매 정도)중에서 전체적으로 5매 정도의 웨이퍼가 처음에 선택되어, 각 웨이퍼의 구석 또는 중심부에 배치된 각 칩의 주요부 내의 패턴 폭 및 홀 직경이 자동적으로 측정된다. 규격이외의 어떠한 칩이 발견되는 경우에는, 그 할당내의 모든 웨이퍼가 이전의 공정으로 다시 되돌아가게 되어 포토레지스트 패턴이 다시 형성되도록 되어 있다.

다음과 같은 이유로 인해, 자동측정용으로 전자빔이 사용되는 경우에 측정된 결과에서 에러가 생기는 것으로 알려져 있다.

(1) 화상의 초점이 맞지 않다.

(2) 특히 홀 직경이 측정될 때 샘플의 대전된 표면에 의해 대비(contrast)가 저하됨으로써 저부 모서리가 측정될 수 없다.

(3) 이물질이 모서리로 판정될 수도 있어서 측정의 시작점 또는 종료점이 오판된다.

허용범위 밖에 존재하는 측정결과는, 상기 포토레지스트 패턴의 치수 및 홀 직경이 이상하다는 것을 항상 의미하는 것은 아니다. 그러나, 지금까지는 측정결과를 선호해 왔기 때문에, 실제로 허용범위내의 것조차 불량으로 생각하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하여 자동적으로 측정된 결과가 허용범위 밖에 존재할 때도 그 측정결과의 가부를 판단할 수 있도록 만든 전자빔 측정장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자빔 측정장치에는, 가부판정데이터메모리와 재디스플레이유닛이 설치되어 있어 측정결과가 소정범위 밖으로 판정될 때, 가부판정 데이터가 메모리에 저장된 다음에, 적절한 타이밍으로 가부판정 데이터가 화상디스플레이유닛에 의해 화상의 형태로 다시 디스플레이된다.

다음의 설명에서 본 발명의 다른 목적 및 특징은 충분히 나타내질 것이다.

동봉한 도면들을 참조하여, 본 발명은 차례로 상세히 설명될 것이다. 제1도는 본 발명에 따른 주요부품의 구성을 나타내는 기능 블럭 선도이다.

제1도에서, 화상 디스플레이유닛(70)은 반도체 칩 상의 회로패턴, 콘택트 홀 등의 측정대상물의 확대화상을 디스플레이한다; 자동측정유닛(20)은 상기 화상디스플레이유닛(70)에 의해 디스플레이되는 화상과, 확대화상의 치수를 소정위치에서 자동적으로 측정한다; 허용범위설정유닛(30)은 그 소정위치에서 치수의 허용범위를 설정한다.

비교판정유닛(40)은 자동측정유닛(20)에서 측정된 결과와 허용범위설정유닛(30)에 의해 설정된 허용범위를 비교하여 측정결과가 허용범위 내에 존재하는지의 여부를 판정한다. 가부판정데이터메모리(50)는 예를 들어, 측정대상물의 확대화상과 측정지점을 나타내는 데이터(예를 들어, 선의 윤곽: line profile)를 저장한다. 재디스플레이유닛(60)은 메모리(50) 내에 저장된 가부판정데이터를 디스플레이한다. 재디스플레이유닛(60)은 화상디스플레이유닛(70)의 디스플레이유닛을 공통으로 사용할 수 있다.

상기 구성에 의해 화상디스플레이유닛(70)이 측정대상물의 확대화상을 디스플레이할 때, 자동측정유닛(20)이 그 모서리들간의 거리를 검출함으로써 소정위치에 배치된 패턴 폭 및 콘택트 홀 직경을 자동적으로 계산한다.

허용범위설정유닛(30)에는 비교판정유닛이 소정 위치에서 대상물의 치수의 정상여부를 판단할 수 있도록 하는 상한치와 하한치가 제공되는 한편, 비교판정유닛(40)은 자동측정유닛(20)에 의해 계산된 모서리들간의 거리가 상한치와 하한치 사이(허용범위) 내에 존재하는지의 여부를 판정한다.

상기 판정에 따라서 모서리들간의 거리가 상기 상한치와 하한치 사이에 존재하는 것이 발견될 때, 가부판정데이터메모리(50)에는 모서리의 검출 및 모서리 검출신호(선의 윤곽)의 가부를 결정하기 위해서 측정대상물의 화상이 저장된다. 따라서, 이렇게 저장된 가부판정데이터는 적절한 타이밍으로 재디스플레이유닛(60)에 의해 화상의 형태로 디스플레이될 수 있다.

제2도는 본 발명의 일 실시예인 전자빔 측정장치의 구성을 나타내는 블럭 선도이다.

제2도에서, 전자총(1-1), 수렴렌즈(converging lens)(1-2), 편향코일(deflecting coil)(1-3) 및 대물렌즈(1-4)가 전자광학 시스템(1)을 구성하는 한편, 전자광학시스템 제어전원(12) 및 주사전원(6)(scanning power supply)이 각 부품에 전력을 공급하는데 사용된다.

전자광학시스템(1) 내에 미세하게 수렴되는 전자빔은 샘플 스테이지(4) 상에 장착된 웨이퍼(2) 상에서 2차원 주사(scanning)용으로 사용된다. 샘플 스테이지(4)를 각 방향으로 구동시키는데 사용되는 전력은 CPU(15)에 의해 제어되는 스테이지 제어전원(13)에 의해 공급된다.

이렇게 조사된 전자빔에 따라 웨이퍼(2) 표면상의 미시적 패턴으로부터 방출된 2차 전자는, 2차 전자검출기(7)에 의해 검출된다. 이렇게 검출된 신호는 비디오 증폭기(8)에 의해 증폭된 다음에, A/D변환기(9)에 의해 디지털 데이터로 변환된 후, 화상메모리(10)에 저장된다.

한편, 웨이퍼(2) 상의 전자빔의 주사영역은, 미리 키보드(16)를 통하여 입력된 배율에 근거하여 주사전원(6)의 출력을 적절히 설정하도록 하는 호스트CPU(15)에 의해 결정되고 있다.

CPU(15)는 화상메모리(10)에 저장된 화상데이터를 판독하고, 공지의 패턴인식기술을 이용하여 측정된 대상물의 위치를 인식하고 그 위치에서 모서리들의 검출 결과 및 그 배율 값에 근거하여 측정을 수행한다. 다시 말해서, CPU(15)는 검출된 모서리들간의 거리를 측정한다. 또한, 화상메모리(10)로부터 판독된 화상데이터는 화상디스플레이유닛(11)으로 보내져서 그 곳에서, 예를 들어 음극선관(cathode ray tube) 같은 것에 디스플레이된다.

외부저장장치(14)는 화상메모리(10)에 접속되고, CPU(15)는 그 외부저장장치(14)에 명령하여 화상메모리(10)에 저장된 화상데이터 또는 CPU(15)에 의해 계산된 측정결과를 저장하도록 한다.

측정결과 등의 데이터는 CPU(15)의 명령에 의해 외부저장장치(14)로부터 판독되기도 하여 화상메모리(10)를 경유하여 화상디스플레이유닛(11)에 공급되어 진다. 또한, 이들 데이터는 다른 문자디스플레이유닛 상에 디스플레이되도록 배치되어도 좋다.

다음에, 반도체웨이퍼 표면 상에서 에칭용 레지스트 패턴이 형성된 다음에, 그 포토레지스트 패턴을 평가하는 측정을 수행하는 예로써 본 실시예의 동작에 대한 상세한 설명이 제공된다.

제3도는 본 실시예의 동작을 나타내는 흐름도이고, 여기서 제 1공정-제 3공정이 웨이퍼의 처리공정을 나타낸다.

제1공정에서, 반도체웨이퍼의 전체 표면 상에 포토레지스트가 도포된다.

제2공정에서, 포토레지스트표면이 마스크를 통해 빛에 노광된다.

제3공정에서, 현상처리(development process)를 통해 원하던 포토레지스트 패턴이 형성된다.

이와 같은 방식으로 포토레지스트 패턴이 각 표면 상에 형성된 반도체웨이퍼는 각각 1개당 25매씩을 포함하는 카세트에 수납되어, 다음단계의 평가공정으로 운반된다. 이 경우에, 본 실시예의 설명은 1개의 카세트(웨이퍼 25매가 포함됨)가 제조공정에서 1할당에 상응한다는 가정에 근거하고 있다.

평가공정중의 공정(S1)에서는, 반도체웨이퍼(2)가 1매씩 로더챔버(5)(제2도)로부터 차례로 보내져서 샘플챔버(3)내의 샘플스테이지(4)상으로 로드된다.

공정(S2)에서는, 웨이퍼(2)상의 반도체 칩의 좌표계와 샘플스테이지(4)의 좌표계가 일치하도록 하기 위해(이하, 웨이퍼얼라이먼트라 칭함) 주사전원(6)이 CPU(15)에 의해 제어되며, 예를 들어 200배정도 이상의 확대화상이 얻어지는 방식으로 전자빔의 주사범위가 설정된다. 공정(S3)에서는, 웨이퍼얼라이먼트를 행하기 위해서 자동원점 보정이나 칩회전 보정이 행하여진다.

웨이퍼얼라이먼트를 수행하기 위해서는 웨이퍼얼라이먼트용 마크의 모델화상 및 웨이퍼(2)상의 웨이퍼얼라이먼트용 마크의 개략적 위치가 외부저장장치(14)에 미리 저장되어 CPU(15)가 모델화상과 같은 화상을 웨이퍼(2)의 확대화상 내에서 탐색할 수도 있다.

공정(S4)에서 웨이퍼얼라이먼트가 완료될 때, 패턴인식의 방식으로 측정될 소정의 칩을 선택하도록 5,000배 정도의 배율이 설정되고, 또한 자동초점맞춤이 수행된다.

공정(S5)에서는, 5,000배정도 이상의 확대화상에 근거하여 패턴인식이 실행되고, CPU(15)가 웨이퍼(2)로부터 사전에 등록된 모델화상을 찾아내어 측정대상 칩을 선택하도록 한다.

공정(S6)에서, 칩 내의 소정지점을 측정하기 위하여 예를 들어, 40,000배정도의 배율이 설정되고, 다시 자동초점 맞춤이 행해진다. 또한, 초점맞춤이 완료된 후에 확대화상이 화상메모리(10)에 저장된다. 공정(S7)에서는, 그 확대화상이 화상메모리(10)로부터 판독되어 화상디스플레이유닛(11)상에 디스플레이된다.

공정(S8)에서는, 측정대상패턴의 모서리가 화상디스플레이유닛(11)상에 디스플레이된 확대화상에 근거하여 검출되고, 모서리들간의 거리가 자동적으로 측정된다. 공정(S9)에서는, CPU(15)는 측정결과(L)가 소정의 상한치(Lmax)와 하한치(Lmim)사이에 존재하는지의 여부를 판단한다. 공정(S10)에서는, 측정결과(L)가 그 허용범위 밖이라고 판정되면, 화상디스플레이유닛(11) 상에 디스플레이된 확대화상 즉, 화상메모리(10)에 저장되온 것은 데이터로서 외부저장장치(14)에 저장되는데, 그 데이터에 기초하여 조작자가 나중에 그 판단의 가부여부를 판단하게 된다.

샘플인지 데이터 및 측정(관찰)조건이 화상데이터와 함께 저장되면, 다음의 화상검색이 용이하게 된다. 이 경우에 샘플인지데이터는 그 샘플의 종류명, 그 샘플이 속하는 할당명 및 일괄(batch)명, 그 포토레지스트 패턴이 형성되는 처리공정 등을 의미하는 한편, 측정조건은 가압전압, 프로브(probe) 전류, 배율, 가시영역 위치 등을 의미한다. 공정(S11)에서는, 측정결과가 출력된다.

공정(S12)에서는, 동일 웨이퍼 상에서 샘플화되는 다른 칩이 존재하는지의 여부가 판단되고, 그 위에 다른 칩이 존재하는 경우에는, 그 처리의 흐름이 공정(S4)으로 리턴되고 상기한 처리가 반복된다. 공정(S13)에서는, 샘플화된 모든 칩이 완전히 측정되었을 때, 웨이퍼(2)가 내려져(언로딩) 다른 칩들의 평가가 종료된다.

1케이스 당 25매 중에 소정 매수(예를 들어 5매)의 웨이퍼에 대한 평가가 종료된 후에 웨이퍼 중의 어느 1개라도 허용범위를 벗어난 것이 발견되는 경우에는, 문제의 그 케이스가 불량 할당을 포함한다는 사실을 적절한 수단으로 표시 또는 경고하여 조작자에게 통지된다.

본 실시예에 따르면, 측정결과가 허용범위 밖이라고 판정될 때, 그 판정의 가부여부를 판단하는데 이용되는 화상데이터가 저장되기 때문에, 그 판정의 가부여부 또는 초점 어긋남 등의 장치불량에 기인하는 오판여부가 용이하게 확인된다.

다시 말해서, 칩 자체는 정상임에도 불구하고 측정장치의 오동작으로 인해 불량으로 판단된 할당은 그것을 재측정하여 재평가되어질 수 있다.

본 발명에 따라 각 측정지점의 측정결과가 허용범위 밖이라고 판정되면 그 확대화상이 즉시 저장되는 경우에 대해 설명되었지만, 측정 결과가 허용범위 밖일 때는 그 지점이 반복적으로 측정되어진 후에 그 모든 측정결과가 허용범위 밖에서 발견되는 경우에만 그 확대화상이 저장되도록 하여도 좋다.

본 발명에 따라 측정결과가 허용범위 밖이라고 판단되면 그 가부판정데이터로서 확대화상이 저장되는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이렇게 예시된 경우에만 국한되는 것은 아니다. 제4도에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 주요 주사방향의 화상대비 변화를 나타내는 선의 윤곽(81)이 확대화상(80)위에 중첩되고 저장을 목적으로 디스플레이되어도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 선의 윤곽(81)의 파형은 이물질이 모서리로 오판단되는 경우에 측정의 시점 및 종점을 결정하는데 용이하게 이용될 수 있다. 이런 경우에는 오판단이 쉽게 확인될 수 있다.

또한, 본 실시예와 같이 각 칩의 동일지점이 측정될 때, 측정지점은 측정이 정확하게 행해지는 조건하에서 측정지점에 관한 선의 윤곽은 유사하다. 또한, 불완전한 포토레지스트 패턴의 경우에도 허용범위로부터의 벗어난 양은 대략 수% 정도에 지나지 않는다. 따라서, 이러한 측정이 정확하게 행해지는 시간동안 기대되는 선의 윤곽이 실제로 검출된 선의 윤곽과 극단적으로 다른 경우에는, 그 이유가 포토레지스트 패턴의 불량에 기인하는 것이 아니라 잘못된 측정에 기인한다고 판단할 수가 있다.

양쪽 경우의 측정결과들로만 유사한 판단이 행해질 수 있다. 또한, 이렇게 검출된 선의 윤곽의 최고 값이 둔화될 때는, 대비가 이상일 가능성이 높다는 것이 분명하다.

가부판정은 확대화상 대신에 선의 윤곽 및 측정결과를 포함하는 비교적 작은 양의 데이터를 저장함으로써 행해질 수 있다. 따라서, 메모리 용량이 절약될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 측정결과가 허용범위 밖이라고 판단될 때, 그 판단의 가부를 판단하기 위한 데이터로서 화상이 저장된다. 적절한 타이밍으로 조작자가 그 화상을 디스플레이시키는 경우에, 이렇게 행해진 판단의 가부여부 또는 그 판단이 초점의 어긋남 등의 장치불량에 기인하는 오판인지의 여부를 용이하게 확인할 수 있다.

Claims (5)

1. 측정대상물의 확대화상의 치수를 측정하는 측정유닛;

   소정 위치에서 치수의 허용범위를 설정하는 허용범위설정유닛;

   상기 측정결과와 상기 허용범위를 비교하여 상기 측정 결과가 상기 허용범위내에 존재하는지의 여부를 판단하는 비교판정유닛;

   상기 측정결과가 상기 허용범위 밖으로 확인된후, 이렇게 행해진 판정의 가부를 판단하는 데이타를 저장하는 가부판단데이타 메모리; 및

   가부판정 데이터 메모리에 접속하여 화상디스플레이유닛상에 상기 가부판정데이타를 재디스플레이하는 재디스플레이유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가부판정데이타는 측정대상물의 화상, 측정결과 및 선의 윤곽중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자빔 측정장치.
3. 제1항 또는 2항에 있어서,

   상기 가부판정데이타는 측정대상물을 식별하기 위한 데이타와 함께 저장되는 것을 특징으로 하는 전자빔 측정장치.
4. 제1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 가부판정데이타는 측정조건과 함께 저장되는 것을 특징으로 하는 전자빔 측정장치.
5. 제1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 측정유닛은, 상기 비교판정수단에 의해 측정결과가 상기 허용범위 밖이라고 판단되면 예정회수만큼 측정을 반복하고;

   상기 가부판정데이타 메모리는, 상기 비교판정수단에 의해 측정 결과가 모두 상기 허용범위 밖으로 확인된 후, 이렇게 행해진 상기 판정의 가부를 판단하는 데이타를 저장하는 것을 특징으로 하는 전자빔 측정장치.