KR100668218B1 - 주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주사 전자 현미경을 이용하여 반도체 소자의 시편을 분석하는 방법에 관한 것이다. 주사 전자 현미경을 이용하여 시편을 관찰할 때 표면 단차가 작으면 해상도가 나빠 시편 영상의 판독이 어렵다. 본 발명의 시편 분석 방법은 시편의 단차가 작은 경우에 이차 전자 신호를 증폭하여 각각의 표면에서 나오는 신호 차이를 크게 만들어준다. 따라서 표면간 단차가 작은 시편에 대해서 시편 영상의 해상도를 향상시킬 수 있으며 정확하고 신속한 시편 분석을 수행할 수 있다. 이차 전자 신호의 증폭은 최적화된 신호 상태를 찾기 위하여 단계별로 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명은 다양한 표면 단차를 가지는 시편에 대해서도 적용 가능하다.

주사 전자 현미경(SEM), 시편, 표면 단차, 이차 전자 신호, 증폭

Description

주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법 {Inspection Method for SEM Sample}

도 1은 반도체 소자 시편의 일반적인 개념도이다.

도 2은 본 발명에 적용되는 반도체 소자 시편과 주사 전자 현미경의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법의 흐름도이다.

도 4는 종래 기술에 따른 이차 전자 신호와 본 발명의 실시예에 따른 이차 전자 신호를 비교하여 보여주는 도이다.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명>

10: 반도체 소자 시편 11, 12: 제1, 제2 표면

13: 표면의 단차 14, 20: 주사 전자 현미경

15, 21: 전자 빔 22: 전자 빔 발생부

23: 이차 전자 24: 이차 전자 검출부

25: 신호 처리부 26: 제어부

27: 영상 표시부

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 주사 전자 현미경을 이용하여 반도체 소자의 시편을 분석하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서는 미세한 패턴들을 관찰하고 분석하기 위하여 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)을 이용한다. 주사 전자 현미경은 관찰하고자 하는 반도체 소자의 시편에 전자 빔을 발사하고 시편의 표면으로부터 방출되는 이차 전자를 모아서 검출한 후 이를 영상화시키는 장치이다.

도 1은 반도체 소자 시편의 일반적인 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 소자의 시편(10)은 일반적으로 서로 다른 높이에 위치하며 소정의 단차(13)를 가지는 제1 표면(11)과 제2 표면(12)을 포함한다. 주사 전자 현미경(14)은 시편(10)의 표면(11, 12)을 향하여 전자 빔(15)을 발사하고, 두 표면(11, 12)에서 방출되는 이차 전자의 신호를 검출하여 시편(10)의 형태를 모니터에 영상화한다.

이 때, 두 표면(11, 12) 사이의 단차(13)가 충분히 크면 모니터를 통하여 시편(10)의 형태를 판독하는데 별 문제가 없다. 그러나, 두 표면(11, 12) 사이의 단차(13)가 작으면 해상도가 나빠지기 때문에 모니터에 나타나는 시편(10)의 영상을 판독하기가 곤란해진다.

전자 주사 현미경(14)의 모니터에 나타나는 영상은 시편(10)의 패턴 형태에 따른 이차 전자 신호의 강도 변동에 따라 만들어진다. 만약 시편(10)의 단차(13)가 작을 경우에는 제1 표면(11)과 제2 표면(12)에서 방출되는 이차 전자 신호의 강도 차이가 크지 않다. 따라서 이차 전자 신호로부터 만들어지는 시편(10) 영상의 해상도가 저하되고, 제1 표면(11)과 제2 표면(12)의 구분이 힘들어진다. 이러한 문제는 영상의 확대를 통하여 어느 정도 보상할 수 있지만 큰 이득을 기대하기는 어렵다. 결국, 종래 기술은 시편(10)의 단차(13)가 작을 경우 시편(10)에 대한 정확한 분석이 어렵다는 단점을 안고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 주사 전자 현미경을 이용하여 반도체 소자의 시편을 분석할 때 시편의 단차가 작더라도 정확한 분석을 실시할 수 있는 시편 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이차 전자 신호로부터 얻어지는 영상의 해상도를 향상시켜 단차가 작은 시편에서도 선명한 영상을 얻을 수 있는 시편 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 구성을 가지는 시편 분석 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법은, 전자 빔 발생부에서 전자 빔을 생성한 후 시편의 제1 표면과 제2 표면을 향하여 상기 전자 빔을 발사하는 단계; 상기 전자 빔과 부딪혀 상기 제1 표면과 상기 제2 표면으로부터 방 출되는 이차 전자를 이차 전자 검출부에서 검출하는 단계; 검출된 상기 이차 전자를 신호 처리부에서 이차 전자 신호로 변환하는 단계; 상기 제1 표면과 상기 제2 표면에서 나오는 신호 차이를 크게 하기 위하여 상기 신호 처리부에서 상기 이차 전자 신호를 증폭하는 단계; 및 증폭된 상기 이차 전자 신호를 제어부에서 영상으로 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 시편 분석 방법에 있어서, 상기 이차 전자 신호의 증폭 단계는 단계별로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 이차 전자 신호의 증폭 단계는 1차 증폭 단계와 2차 증폭 단계를 포함할 수 있고, 1차 증폭 단계와 2차 감폭 단계를 포함할 수 있다.

실시예

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 하기 위함이다.

도 2은 본 발명에 적용되는 반도체 소자 시편(10)과 주사 전자 현미경(20)의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주사 전자 현미경(20)을 이용한 시편 분석 방법의 흐름도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 주사 전자 현미경(20)은 전자 빔 발생부(22), 이차 전자 검출부(24), 신호 처리부(25), 제어부(26), 영상 표시부(27)로 구성된다. 전자 빔 발생부(22)는 전자 빔(21)을 생성한 후, 시편(10)의 제1 표면(11)과 제2 표면(12)을 향하여 전자 빔(21)을 발사한다(31).

제1 표면(11)과 제2 표면(12)에 전자 빔(21)이 부딪히면 두 표면(11, 12)으로부터 각각 이차 전자(23)가 방출된다. 시편(10)에 근접하여 위치한 이차 전자 검출부(24)는 시편(10)으로부터 방출되는 이차 전자(23)를 검출한다(32).

검출된 이차 전자(23)는 신호 처리부(25)로 제공된다. 신호 처리부(25)는 이차 전자를 디지털 신호로 변환한다(33). 이 때, 만일 시편(10)의 단차가 작은 경우에는 제1 표면(11)과 제2 표면(12)에서 나오는 신호 차이가 크지 않으므로 이차 전자 신호를 증폭한다(34).

이차 전자 신호는 제어부(26)로 보내진다. 제어부(26)는 이차 전자 신호의 강도에 따른 패턴 형상을 영상으로 처리하고(35), 이를 영상 표시부(27)로 보낸다.

이상 설명한 바와 같이, 시편(10)의 단차가 작은 경우에는 신호 처리부(25)에서 이차 전자 신호를 증폭하여 각각의 표면(11, 12)에서 나오는 신호 차이를 크게 만들어준다. 따라서 표면간 단차가 작은 시편(10)에 대해서도 시편 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.

도 4는 종래 기술에 따른 이차 전자 신호와 본 발명의 실시예에 따른 이차 전자 신호를 비교하여 보여주는 도이다. 도 4에서 41번은 종래 기술에 따른 이차 전자 신호의 곡선을, 42번과 43번은 각각 본 발명의 실시예에 따른 이차 전자 신호의 증폭 곡선을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 종래의 이차 전자 신호 곡선(41)은 시편의 표면 단차에 대응하여 신호 강도의 폭이 크지 않게 나타난다. 반면에, 본 실시예에 따른 이차 전자 신호 곡선(42, 43)은 신호 강도를 프로그램상으로 증폭시킴으로써 신호 강도의 폭이 증가된다.

한편, 다양한 표면 단차를 가지는 반도체 소자 시편에 대해서는 이차 전자 신호의 증폭 과정을 단계별로 수행하면서 최적화된 신호 상태를 찾는 것이 바람직하다. 만약, 1단계로 행한 증폭(42)이 최적화된 해상도를 제공하기에 부족하면, 2단계 증폭(43)을 수행한다. 또한, 1단계 증폭(43)이 과도하여 시편의 실제 형태와 영상 사이에 왜곡을 일으키면, 2단계는 감폭(42)을 수행하여 최적화된 증폭 곡선을 찾는다. 이러한 증폭 신호의 최적화 과정은 작업자에 의하여 수동으로 이루어질 수도 있고 제어부에서 자동으로 수행할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법은 시편의 단차가 작은 경우에 이차 전자 신호를 증폭하여 각각의 표면에서 나오는 신호 차이를 크게 만들어준다. 따라서 표면간 단차가 작은 시편에 대해서 시편 영상의 해상도를 향상시킬 수 있으며 정확하고 신속한 시편 분석을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시편 분석 방법은 이차 전자 신호의 단계별 증폭을 통하여 최적화된 신호 상태를 찾을 수 있다. 따라서 다양한 표면 단차를 가지는 반도체 소자 시편에 대해서도 선명한 시편 영상을 얻을 수 있으며 정확하고 신속한 시 편 분석을 수행할 수 있다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (4)

1. 전자 빔 발생부에서 전자 빔을 생성한 후 시편의 제1 표면과 제2 표면을 향하여 상기 전자 빔을 발사하는 단계;

   상기 전자 빔과 부딪혀 상기 제1 표면과 상기 제2 표면으로부터 방출되는 이차 전자를 이차 전자 검출부에서 검출하는 단계;

   검출된 상기 이차 전자를 신호 처리부에서 이차 전자 신호로 변환하는 단계;

   상기 제1 표면과 상기 제2 표면에서 나오는 신호 차이를 크게 하기 위하여 상기 신호 처리부에서 상기 이차 전자 신호를 증폭하는 단계; 및

   증폭된 상기 이차 전자 신호를 제어부에서 영상으로 처리하는 단계를 포함하고,

   상기 이차 전자 신호의 증폭은 단계별로 수행되며, 특정 단계에서 증폭된 이차 전자 신호의 영상과 실제 시편의 형태 사이에 왜곡이 발생한 경우 상기 제어부를 통해 상기 특정 단계에서 증폭된 이차 전자 신호를 감폭하고 감폭된 이차 전자 신호를 영상으로 처리하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경을 이용한 시편 분석 방법.
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