KR100393586B1 - 규칙적 패턴의 결함검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 규칙적 패턴의 결함검출방법은 평면파를 발산하는 광원이 격자의 폭과 격자 사이의 공간이 같지 않은 격자구조를 통과하여 나타나는 광분포를 광검출 장치를 통해 검출하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계의 검출결과를 격자에 의한 회절파 수치해석을 통하여 분석함으로써 최적 결함 검출 위치를 결정하고 상기 위치에 해당되는 회절 무늬의 균일도를 측정하여 임계값을 설정하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 설정된 임계값을 검사대상체의 회절형상을 측정한 광검출 장치의 광강도 값과 비교하여 상기 검사대상체의 격자 결함을 판별하는 제 3 단계로 구성되어 격자 간격이 동일하지 않은 경우에도 적용 가능하여 사용도가 향상되고 회절 무늬의 균일도를 나타내는 G 값을 정의하고 검사하고자 하는 대상체의 회절 형상을 측정하여 격자 구조의 결함을 판별함으로써 불규칙적인 성분을 빠르게 판별할 수 있는 효과가 있다.

Description

규칙적 패턴의 결함검출방법{Defect Detection Method of Regular Pattern}

본 발명은 규칙적 패턴의 결함검출방법에 관한 것으로서, 특히 결함검출을 위한 최적의 회절 무늬가 나타나는 곳을 찾기 위해서 회절 무늬의 균일도를 나타내는 G 값을 정의하고 검사하고자 하는 대상체의 회절 형상을 측정하여 격자 구조의 결함을 판별하는 규칙적 패턴의 결함검출방법에 관한 것이다.

요즘 전자산업에 사용되는 부품들 중에서 많은 부품들이 규칙성을 가지고 배열되어 있고, 이들은 점점 미세화되는 경향을 보이고 있다. 초고밀도 직접회로의 도선, LCD(liquid crystal display) 화소, CRT(cathode-ray tube)에 사용되어지는 새도우 마스크(shadow mask) 등은 그 구성요소들이 규칙성을 가지고 미세하게 배열되어 있는 예들이다.

일례로 상기 고밀도 직접회로(VLSI : very large scale integration)칩은 현대의 각종 전자산업 및 전자응용 산업에서 광범위하게 사용되어지고 있는 중요한 부품중의 하나이다. 상기 칩들은 미소한 기판의 상면에 하나 또는 그 이상이 장착되어 시스템의 연산 작용에 사용되어지고 있다.

상기와 같은 초고밀도 칩들은 전자제품의 미세화, 경량화와 더불어 점점 더 그 물리적 크기가 작아지는 경향을 보이고 있고, 상기 초고밀도 칩들의 소형화는 칩에 연결되어 신호를 전달하는 도선들의 크기와 간격 또한 소형화되는 결과를 초래하였다.

상기와 같은 미세 도선들은 제조상의 실수 및 취급상의 부주의에 의해 쉽게 훼손될 수 있는 단점이 있어, 상기 불량 칩들이 하나라도 기판에 장착되게 되면 전체 제품의 불량으로 이어져 제조 전반에 걸친 손실을 가져오고 원가의 상승으로 나타나게 된다.

결국, 상기 초고밀도 칩이 기판에 장착되기 전에 도선 검사가 중요한 의미를 가지게 된다.

상기 CRT 새도우 마스크의 경우에도 얇은 철판의 상면에 수십만 개의 홀들이 규칙성을 가지고 배열되어 있으며, 정확한 발광을 유도하기 위해서는 상기 홀들의 크기 및 위치가 정확해야 한다. 또한, CRT 산업이 화소의 미세화, 화면의 대형화의 방향으로 발전하면서 홀들의 간격은 줄어들고 상기 마스크의 전체적인 크기는 증가하여 미세한 결함을 빠른 시간 안에 검사할 수 있는 기술이 필요하게 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 1997년에 발표된 미국특허 5,663,799번에서는 상기 초고밀도 직접회로의 도선검사에서 간섭성 광원을 이용하여 규칙적인 패턴의 회절무늬를 생성한 후, 상기 회절무늬를 관찰함으로써 결함을 판별하는 방법을 사용하였다. 즉, 상기 미국특허 5,663,799번에서는 규칙적으로 배열된 패턴에 의한 회절무늬의 균일성을 관측함으로써 결함을 검출하는 독특한 방법을 발표하였다.

미국특허 5,777,729번에서는 규칙적 패턴에서 결함 검출을 위하여 격자무늬를 이용하였으나, 반도체 웨이퍼 검사 등에서 일반적으로 사용되고 있는 단색광 회절무늬를 이용한 규칙적 패턴 검사는 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절무늬를 이용하고있으며, 상기 방법은 프레넬(Fresnel) 회절무늬를 이용하는 방법과 비교하여 근본적인 차이를 가지고 있다.

상기 미국특허 5,777,729 등에서와 같이 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절무늬를 이용하는 결함검출 시스템에서는 검사 대상체와 이에 의한 관측 회절무늬가 격자를 지난 파면이 평면파로 취급될 수 있을 정도의 먼 거리로 떨어져 있을 때 나타나는 간섭현상으로, 상기 간섭성 광원이 조사되는 전체 면적에 대한 규칙적 패턴에 의한 간섭 회절무늬가 일정한 패턴과 세기로 나타나게 된다.

이때, 만약 상기 규칙적 패턴에 불규칙 성분이 포함되게 되면, 상기 간섭 회절무늬에 변화가 오게 되고 이를 이용하여 결함을 검출하는 방법을 사용하였다. 상기와 같은 경우에는 광원이 조사되는 전체 면적에 대한 총체적 회절무늬가 발생하므로 전체 조사 면적상에 불규칙적 성분이 존재하는지 여부만을 알 수 있다. 프라운호퍼 회절무늬의 결상을 근거리에서 관측하기 위해서는 결상 광학계를 사용하면 된다.

그러나, 상기 미국특허 5,663,799번에서는 상기 검사 대상체의 근거리에서 발생하는 프레넬 간섭무늬를 사용하여 결함을 검출하는 방법으로 상기 검사 대상체의 프레넬 간섭영역에서의 회절무늬를 결함검출 시스템에 적용하였다.

또한, 상기 검사 대상체와 아주 가까운 위치의 회절무늬 간섭의 변화를 측정함으로해서 상기 결함에 의한 회절파와 결함 주위의 일부 회절파와의 간섭 현상에 의한 상기 간섭무늬의 측정이 가능하기 때문에 상기 광원이 조사되는 전체 면적 중에서 결함위치에 대한 정보까지 얻을 수 있다는 장점이 있다.

일반적으로 간섭성이 우수한 평면파가 서로 간섭을 일으키게 되면 상기 간섭에 의한 무늬가 나타나게 된다. 이때, 간섭을 일으키는 구조가 도 1과 같이 규칙적인 패턴을 가지게 되면 그 후방 평면에 간섭을 일으키는 구조와 일치하는 간섭무늬가 주기적으로 나타난다는 것이 1836년 Talbot란 사람에 의해 보고되었으며, 이를 Talbot 효과, 또는 간섭을 일으키는 구조와 일치하는 간섭 무늬가 후방 평면에 다시 나타나는 현상을 강조하여 셀프 이미지(self image) 효과라고 일컬어진다.

상기 셀프 이미지가 발생되는 거리는 수학식 1과 같이 간섭을 일으키는 구조와 사용되는 거리는 간섭을 일으키는 구조와 사용되는 빛의 파장에 의해 결정되며, d는 격자 사이의 간격, λ는 사용광원의 파장, n은 정수를 나타낸다.

상기 도 1과 같은 구조에서 규칙적인 패턴에 의한 패턴의 후방 평면에서의 회절무늬의 변화 양상을 도 2에 도시하였다.

도 2a는 결함이 없는 규칙적 격자에 의한 텔밧 거리의 1/4 지점에서의 회절 무늬를 도시한 것이고 도 2b는 텔밧 위치에서의 회절 무늬를 도시한 것으로 규칙적인 패턴 또는 격자에 의한 회절무늬는 상기 격자로부터의 거리에 따라 변화함을 볼 수 있다. 상기 격자로부터 Talbot 거리만큼 떨어진 지점에서는 규칙적인 격자 구조에 의한 회절무늬가 회절을 일으키는 격자와 동일한 형상을 갖게된다.

상기 미국특허 5,663,799번에서는 상기 초고밀도 칩의 도선을 검사함에 있어서 셀프 이미지 효과가 나타나는 텔밧 거리의 1/4 지점에서 규칙적 격자에 의한 회질패턴이 균일한 광분포를 가지는 성질을 이용하였다,

즉, 상기 검사하려는 도선에 결함이 있으며, 상기 도선의 폭과 간격이 동일한 조건에서는 간섭 광원에 의한 회절무늬가 균일 광 강도를 가지는 현상을 도선 검사에 이용하였다.

도 3은 상기 회절무늬를 이용한 결함 검출의 방법을 도시한 것으로, 상기 미국 특허 5,663,799번에서 기술되어진 바와 같이 상기 도선의 폭과 도선 사이의간격이 동일한 조건에서는 도선에 불량이 없는 경우 텔밧 거리의 1/4 지점에서 격자에 의한 회절무늬가 균일한 광 분포를 가지게 되는 반면에, 도선의 결함에 의해 격자의 규칙성이 손상되면 상기 회절무늬 또한 변화되어 더 이상 균일한 광 강도를 가지지 않고 결함 위치 주위로 광 국부적인 변화가 발생된다.

그러므로, 이를 광센서를 통하여 측정함으로서 결함을 검출할 수 있게 된다.이때, I 값은 측정된 광 강도의 크기를 나타낸다.

일반적으로 간선무늬는 사용되는 광원의 파장크기 정도의 아주 작은 크기 변화에도 민감하게 반응하므로, 도 3에 도시된 바와 같은 결함검출방법은 사용되는 광원의 파장크기 정도의 정밀도를 가지게 되어서 격자에 나타난 미소한 결함을 거출할 수 있는 장점을 가지게 된다.

상기 텔밧 효과를 이용한 회절무늬 관찰에 의한 결함검출 시스템의 구성도를 도 4에 간략하게 나타낸 것으로, 간섭성을 가지는 빛(1)이 사준기(2)를 거쳐 격자(3)를 통과하여 발생한 간섭무늬가 광 검출기(4)를 통하여 관측된다. 이때, 관측된 데이터들은 전용 하드웨어(5)를 통하여 컴퓨터(6)에 전달되고 상기 컴퓨터(6)에서는 이 데이터를 분석하여 결함을 판정한다.

또한, 상기 컴퓨터(6)에서는 이와 관련된 자료들을 저장하고 필요에 따라서는 분석한 정보들을 디스플레이하거나 주변장치와 통신하여 결함에 대해 가능한 조치를 취하게 된다.

그러나, 종래의 미국특허 5,663,799번에서는 도선의 폭과 도선사이의 간격 즉, 도선 중심에서 중심까지의 간격이 동일한 조건을 만족하는 특수한 경우에 대해서만 적용하였으며 도선폭과 도선 사이의 간격이 다른 경우, 즉 1차원 배열에서 광을 통과하는 부분과 통과시키지 않는 부분의 간격이 다른 경우에 대해서는 텔밧 거리의 1/4 지점에서의 회절무늬가 균일한 광 강도를 가지지 않으며 상기와 같은 방식을 직접적으로 적용할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 결함검출을 위한 최적의 회절 무늬가 나타나는 곳을 찾기 위해서 회절 무늬의 균일도를 나타내는 G 값을 정의하고 검사하고자 하는 대상체의 회절 형상을 측정하여 격자 구조의 결함을 판별함으로써 불규칙적인 성분을 빠르게 판별할 수 있는 규칙적 패턴의 결함검출방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적으로 규칙적인 패턴에 의한 텔밧 효과를 도시한 도면,

도 2a는 결함이 없는 규칙적 격자에 의한 텔밧 거리의 1/4 지점에서의 회절 무늬를 도시한 그래프이고, 도 2b는 텔밧 위치에서의 회절 무늬를 도시한 그래프,

도 3은 종래 기술에 따른 회절 무늬를 이용한 결함 검출의 방법을 도시한 순서도,

도 4는 일반적인 결함 검출 시스템의 구성을 도시한 블록도,

도 5a는 격자 간격이 동일한 경우를 도시한 평면도이고, 도 5b는 격자 간격이 동일하지 않능 경우를 도시한 평면도,

도 6은 결함에 의한 회절 무늬의 변화를 도시한 그래프,

도 7a는 격자 간격이 동일하지 않은 경우의 G값의 변화도이고, 도 7b는 상기 G 값이 최소인 지점에서의 회절분포를 도시한 그래프,

도 8a는 격자 폭의 변화에 따른 G 값의 변화를 도시한 그래프이고, 도 8b는 격자 위치의 변화에 따른 G 값의 변화를 도시한 그래프,

도 9은 본 발명에 의한 규칙적 패턴의 결함검출방법을 도시한 순서도

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 규칙적 패턴의 결함검출방법의 특징에 따르면, 평면파를 발산하는 광원이 격자의 폭과 격자 사이의 공간이 같지 않은 격자구조를 통과하여 나타나는 광분포를 광검출 장치를 통해 검출하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계의 검출결과를 격자에 의한 회절파 수치해석을 통하여 분석함으로써 최적 결함 검출 위치를 결정하고 상기 위치에 해당되는 회절 무늬의 균일도를 측정하여 임계값을 설정하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 설정된 임계값을 검사대상체의 회절형상을 측정한 광검출 장치의 광강도 값과 비교하여 상기 검사대상체의 격자 결함을 판별하는 제 3 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 일반적인 격자 구조를 도시한 것으로, 도 5a에 도시된 격자는 그 간격이 동일한 경우(d=w)와 도 5b에 도시된 격자 간격이 동일하지 않은 경우(d≠w)로 구분되어 본 발명에서는 상기 동일한 격자구조가 아닌 불규칙한 격자구조에서의 결함검출방법을 설명한다.

상기 불규칙한 격자는 텔밧 거리의 1/4 지점에서의 회절무늬가 균일한 광 분포를 가지지 않게 되어, 상기와 같은 경우에는 격자의 구조에 따라서 균일성이 가장 높은 광 분포를 가지는 회절무늬가 나타나는 지점이 달라지게 된다.

상기 회절무늬를 이용하여 비규칙적 성분을 검출하기 위해서는 결함이 없는 격자에 의한 회절무늬가 가장 균일한 광 강도를 가지는 지점이 결함검사를 위한 최적의 위치가 되므로 상기 위치는 격자에 의한 회절파 분석을 통해서 구할 수 있다.

상기 수학식 2는 상기 격자구조에서 정방형 형태의 구경을 가지는 규칙적 패턴에서 y축 방향의 변화를 무시한 1차원 격자의 격자 후방 L 지점에서의 회절파를 계산하는 수식으로, 여기서 λ는 사용광원의 파장, k는 파수를 나타낸다.

상기 수학식 2에서 알 수 있듯이, 격자의 주기가 변화함에 따라 회절패턴이 변화되므로 각각의 격자 구조에 대한 결함검출을 위한 최적위치 또한 변화하게 되어 본 발명에서는 일반적 격자 구조에 대한 수치해석적 접근을 통하여 최적 결함위치를 추출하고자 한다.

상기 불규칙한 격자구조에서 결함 검출을 위한 최적의 회절무늬가 나타나는 곳을 찾기 위해서 상기 회절무늬의 균일도를 나타내는 G 값을 정의하고, 상기 격자의 후방 평면에서의 G값을 측정하여 결함검출을 위한 최적위치 선정의 기준으로 삼는다.

도 6은 결함에 의한 회절무늬의 변화를 도시한 그래프로서 A는 결함이 없는경우이고 B는 결함이 있는 경우이다.

상기 G 값은 도면에 도시된 바와 같이 상기 격자의 후방 평면의 한 지점에서의 상기 회절패턴에서 평균값과 최대분산의 비로 정의되며, G값이 작은 값을 가질수록 상기 회절무늬는 균일한 광 강도를 가지게 되므로 상기 G값이 최소가 되는 지점이 결함검출을 위한 최적의 위치가 된다.

즉, 상기 격자에 의한 상기 회절패턴이 가장 균일한 값을 가지는 지점이 되는 것이고, 상기 G 값의 변화를 상기 격자 후방 평면에서 광축을 따라 이동하면서 측정하여 결함 검출을 위한 최적 위치를 찾는 방법이 도 7에 도시되어 있다.

도 7a는 d/w=5인 경우에 대한 격자의 후방 평면에서의 G값의 변화도이고, 도 7b는 상기 지점에서의 회절분포를 도시한 것으로서, 상기 도면에서 나타나듯이 격자의 폭이 균일하지 않은 일반적인 경우에도 G값이 최소가 되는 지점이 존재하며 상기 지점이 결함을 검출하기에 최적의 지점이 된다.

일반적인 격자 구조에서도 G값이 최소인 지점에서는 회절무늬가 비교적 균일한 광 분포를 가지게 된다.

상기 결함검출을 위한 최적의 위치가 결정되면 상기 위치에서 G 값을 관찰함으로써 결함의 존재 유무를 판별할 수 있게 되고, 만약 격자 구조에 결함이 존재하게 되면 상기 회절패턴이 균일성이 파괴되어 회절 패턴의 최대분산의 크기가 증가하게 되어 G값이 커지게 된다.

상기 최적 결함검출 위치에서 격자에 의한 상기 회절무늬는 도 6 과 같은 분포를 가지게 되는데, 이때 결함이 없는 격자 구조에 의한 상기 회절무늬는 비교적 균일한 분포를 가지는 반면, 결함이 있는 상기 회절무늬는 균일한 패턴에서 많이벗어난 분포를 가지게 된다.

그러므로, 결함이 있는 경우에는 G값이 큰 값을 가지게 되어 결함검출의 지표로 이용할 수 있게 되어 상기 격자에 따라 적정한 G 값을 기준값으로 설정할 경우 광 센서에 의해 검출되는 G 값과 기준 G값과의 비교를 통해서 결함 유무를 빠르고 간단하게 판별할 수 있게 된다.

이때, 상기 G 값은 격자 구조의 불연속성에 의한 오차를 최소화하기 위하여 전체 회절패턴 영역의 70%만을 사용하여 구한다.

도 8a및 도 8b는 d/w=5인 격자의 결함에 대한 G값의 변화를 도시한 것으로, 도 8a는 격자중이 하나의 폭이 변화하는 경우에 대한 G값의 변화로서 상기 격자가 정상 격자에 비하여 굵어지거나 가늘어짐으로써 상기 G 값이 커지는 것을 볼 수 있다.

도 8b에서는 상기 격자의 폭은 정상이나 위치가 틀어져서 생기는 결함에 대한 G값의 변화로서 상기 격자의 위치가 틀어짐에 따라 G값이 증가하는데, 상기 도 8a과 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 결함에 의한 G 값을 관찰하여 적절한 공정상 허용 임계 G값을 가변적으로 설정할 수 있게 되고, 상기와 같은 과정을 통하여 원하는 크기의 결함을 자유롭게 판별할 수 있게 된다.

도 9는 규칙적인 배열구조를 가지는 모든 1차원적 구조에 적응할 수 있는 결함 검출 순서도를 도시한 것으로, 기존의 격자간 간격이 같은 경우에만 적용할 수 있는 제약 조건의 개선을 위하여 G 함수를 계산하는 부분이 첨가되었다.

먼저, 평면파를 발산하는 광원이 결함이 없는 격자구조를 통과하여 광 검출장치에 기록되게 된다(S11 및 S12, S13 참조). 이때, 상기에 기술한 바와 같이 광 축을 따라 이동하면서 상기 G 값을 측정하고 상기 측정된 값을 분석하여 최적 결함 검출 위치를 결정하게 되고, 이렇게 결정된 위치에서 상기 G 값을 측정하여 적절한 임계값(threshold)을 설정한다.(S14 및 S15, S16 참조) 일단 임계값이 결정되면 검사하고자 하는 대상체의 회절형상을 광 계측기로 측정하여 상기 측정된 값이 기준으로 삼은 임계값을 초과하면 결함으로 판별하게 된다.(S17 및 S18, S19 참조)

이때, 상기 G값을 측정하여 최적 결함 위치와 임계값을 정하는 과정은 매번 실행할 필요는 없고 검사 대상체의 격자 구조가 바뀌게 되는 경우에만 실행하면 되므로, 일단 상기 최적 결함 위치와 임계값이 결정되면 상기 검사 대상물의 회절 형상을 관측하여 불규칙적인 성분을 빠르게 판별할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 규칙적 패턴의 결함검출방법은 결함검출을 위한 최적의 회절 무늬가 나타나는 곳을 찾기 위해서 회절 무늬의 균일도를 나타내는 G 값을 정의하고 검사하고자 하는 대상체의 회절 형상을 측정하여 격자 구조의 결함을 판별함으로써 불규칙적인 성분을 빠르게 판별할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 규칙적 패턴의 결함검출방법은 격자 간격이 동일한 경우 뿐만 아니라 격자 간격이 같지 않은 경우에도 적용이 가능하여 사용도가 향상될 수 있다.

Claims (4)

1. 평면파를 발산하는 광원이 격자의 폭과 격자 사이의 공간이 같지 않은 격자구조를 통과하여 나타나는 광분포를 광검출 장치를 통해 검출하는 제 1 단계와;

   상기 제 1 단계의 검출결과를 격자에 의한 회절파 수치해석을 통하여 분석함으로써 최적 결함 검출 위치를 결정하고 상기 위치에 해당되는 회절 무늬의 균일도를 측정하여 임계값을 설정하는 제 2 단계와;

   상기 제 2 단계에서 설정된 임계값을 검사대상체의 회절형상을 측정한 광검출 장치의 광강도 값과 비교하여 상기 검사대상체의 격자 결함을 판별하는 제 3 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 규칙적 패턴의 결함검출방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3 단계에서 상기 검사대상체의 광강도 값이 상기 임계값을 초과하면 상기 검사대상체의 격자에 결함이 있는 것으로 판별되고, 상기 검사대상체의 광강도 값이 상기 임계값의 이하이면 결함이 없는 것을 판별하는 것을 특징으로 하는 규칙적 패턴의 결함검출방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 최적 결함 검출 위치는 회절파의 수치 해석을 통하여 격자의 폭과 격자 사이의 공간이 동일하지 않은 격자의 후방 평면에서 가장 균일성이 높은 광분포를 가지는 지점을 선택하는 것을 특징으로 하는 규칙적 패턴의 결함검출방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 수치해석은 격자의 후방 평면에서 회절 무늬의 평균값과 최대 분산의 비를 이용하는 것을 특징으로 하는 규칙적 패턴의 결함검출방법.