KR100675888B1 - 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사방법 - Google Patents

Abstract

반도체 소자 검사 장치가 제공된다. 반도체 소자 검사 장치는 반도체 장치의 설계 데이터로부터 시뮬레이션 이미지를 생성하는 시뮬레이션부, 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부, 반도체 장치의 실제 이미지를 생성하는 이미지 생성부, 실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 실제 이미지 데이터 생성부, 및 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부와 실제 이미지 데이터 생성부로부터 수치화된 이미지 데이터를 받아 소정의 연산동작에 의해 이들을 비교하는 이미지 데이터 비교부를 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 반도체 소자 검사 장치를 이용한 반도체 소자 검사 방법도 제공된다.

검사 장치, OPC, 데이터 베이스, 반도체 소자, 시뮬레이션

Description

반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법{Inspection apparatus for semiconductor device and inspection method thereby}

도 1은 웨이퍼에 형성된 반도체 소자들이 제대로 형성되었는지 여부를 검사하기 위한 종래의 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

210: 시뮬레이션부 220: 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부

230: 이미지 생성부 240: 실제 이미지 데이터 생성부

250: 이미지 데이터 비교부 260: 포커싱 장치

21: 본래 이미지 22: 시뮬레이션 이미지

23: 실제 이미지

본 발명은 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자의 각각의 이미지를 비교하여 그 차이를 비교하는 상대적 검사 방법이 아니라, 시뮬레이션된 이상적인 이미지를 데이터 베이스화 하고 이를 실제 이미지와 비교하는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 관한 것이다.

DRAM이나 플래쉬 메모리와 같은 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 막을 증착-식각하는 공정을 통해 소정의 구조물을 형성하는 방식으로 한번에 수십 내지는 수백개의 소자가 한장의 웨이퍼 상에서 제조된다.

상기의 방식으로 제조된 반도체 소자들 각각을 실제 응용기기에서 칩(chip)의 형태로 사용하기 위해 각각의 반도체 소자를 절단(scribing)하고 절단된 각각의 반도체 소자를 패키징(packaging)하는 공정을 거치기 전에 각각의 반도체 소자가 제대로 형성되었는지에 대한 일정한 검사(inspection) 단계를 거치게 된다.

도 1은 웨이퍼에 형성된 반도체 소자들이 제대로 형성되었는지 여부를 검사하기 위한 종래의 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1을 참조하면 종래의 반도체 소자의 검사는 반도체 기판(100)에 형성된 특정한 소자1(C1)과 이와 인접하는 소자2(C2)를 상대적으로 비교하면서 이루어진다.

즉, 소자1(C1) 및 그와 인접하는 소자2(C2)를 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 이용하여 일정한 이미지를 생성한 후, 직접 육안을 통해 그 패턴의 차이를 검사하거나, 생성된 이미지를 수치화하여 일정한 데이터 베이스(D1, D2)를 만들고, 이들 데이터 베이스(D1, D2) 값을 서로 비교함으로써 검사가 이루어지게 된다.

그러나, 종래의 검사방법은 반도체 소자를 이웃하는 반도체 소자와의 이미지를 서로 비교하여 그 패턴의 차이를 통해 결함의 유무를 확인 하는, 이른바 상대적 검사 방법(Relative inspection method)인데, 이러한 상대적 검사 방법은 포토 공정에 사용되는 포토마스크 상에 이물질이 존재하거나, 노광공정이나 OPC(Optical Proximity Correction)공정 오류(Error)에 의해 각각의 반도체 소자마다 유사한 패턴의 결함(defect)이 반복되는 경우엔 결함의 검출이 불가능하다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자에 대한 상대적인 검사가 아닌 절대적 검사를 수행할 수 있는 반도체 소자 검사 장치를 제공하는데에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 반도체 소자 검사 장치를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공하는데에 있다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부 터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 기판 검사 장치는 반도체 장치의 설계 데이터로부터 시뮬레이션 이미지를 생성하는 시뮬레이션부, 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부, 반도체 장치의 실제 이미지를 생성하는 이미지 생성부, 실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 실제 이미지 데이터 생성부, 및 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부와 실제 이미지 데이터 생성부로부터 수치화된 이미지 데이터를 받아 소정의 연산동작에 의해 이들을 비교하는 이미지 데이터 비교부를 포함한다.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 검사 방법은 (a)반도체 장치의 설계 데이터로부터 시뮬레이션 이미지를 생성하는 단계, (b)시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화 하는 단계, (c)반도체 장치의 실제 이미지를 생성하는 단계, (d)실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화 하는 단계, 및 (e)시뮬레이션 이미지 데이터와 실제 이미지 데이터 베이스를 소정의 연산동작에 의해 비교하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(20)는 시뮬레이션부(210), 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부(220), 이미지 생성부(230), 실제 이미지 데이터 생성부(240), 이미지 데이터 비교부(250)를 포함한다.

그리고, 도 2에는 캐드 이미지(21), 시뮬레이션 이미지(22) 및 공정이 완료된 후의 실제 이미지(23)에 대한 이미지들이 표시되어 있는데, 이는 본 발명과는 직접적인 관계는 없고, 다만 본 발명의 이해를 돕기 위해 예로서 제시되는 이미지이다.

시뮬레이션부(210)는 캐드(CAD) 등에 의해 작성된 반도체 소자의 본래 (original) 이미지(21)를 일정하게 프로그램된 처리 장치를 이용하여 시뮬레이션하여 본래 이미지로부터 시뮬레이션된 시뮬레이션 이미지(22)를 생성한다.

이러한 시뮬레이션부(210)를 이용해 시뮬레이션을 함에 있어서 OPC(Optical Proximity Correction)와 같은 작업이 수행되기도 하며, 시뮬레이션 이미지는 현재 노광 공정에 의해 최대한 정밀하게 수행될 수 있는 척도가 된다.

시뮬레이션 이미지 데이터 생성부(220)는 시뮬레이션부(210)로 부터 시뮬레이션 이미지(22)를 받아 이를 수치화하여 일정한 데이터 베이스(data-base)화 하는 역할을 한다.

다만, 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부(220)는 시뮬레이션 이미지(22)를 데이터 베이스화함에 있어서 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고, 각각의 분할된 격자영역을 수치화한다.

이러한, 수치화된 데이터 베이스는 CD나 하드디스크와 같은 일정한 데이터 저장장치(미도시)에 기록된다.

시뮬레이션 이미지(22)를 수치화하여 데이터 베이스화 함에 있어서는 종래에 알려진 코딩-인코딩 방법을 이용하게 된다.

이미지 생성부(230)는 노광 공정이 완료되거나, 반도체 소자 제조 공정이 완료된 반도체 소자에 대한 실제(real) 이미지(23)를 생성하는 장치이다.

이미지 생성부(230)로 이용될 수 있는 장치는 투과 전자 현미경, 기타 고배율 광학 현미경이 있으나 바람직하게는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 이용한다.

즉, 소정의 공정이 완료되어 검사를 필요로 하는 반도체 소자를 전자빔(electron beam)으로 스캐닝하여 일정한 전기적 신호를 생성하게 된다.

이러한 전기적 신호는 디스플레이 장치에 제공되어 작업자가 모니터링 할 수도 있고, 일정한 전기적 신호로 변환되어 CD나 하드디스크와 같은 저장장치에 데이터 베이스화 될 수도 있으며, 두 작업이 동시에 수행될 수도 있다.

실제 이미지 데이터 생성부(240)는 이미지 생성부(230)에서 전기적 신호로 이루어진 실제 이미지(23)를 받아서 이를 수치화하고 데이터 베이스화하는 장치이다.

실제 이미지 데이터 생성부(240)는 실제 이미지(23) 중 검사를 필요로 하는 특정 위치를 포커싱(focusing) 해주는 포커싱 장치(260)를 더 구비할 수도 있다.

실제 이미지 데이터 생성부(240)가 실제 이미지(23)을 받아서 이를 수치화하고 데이터 베이스화 함에 있어서는 실제 이미지(23)의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화는 과정을 거치게 된다. 또한, 이 과정에서 포커싱 장치(260)는 실제 이미지(23)에 있어서 검사(inspection)를 필요로 하는 특정 영역을 포커싱하여 주는 역할을 하게 된다.

이미지 비교부(250)는 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부(220)에 의해 생성된 수치화된 시뮬레이션 이미지 데이터 베이스를 전기적 신호(En1)로 인가 받고, 실제 이미지 데이터 생성부(240)에 의해 생성된 수치화된 실제 이미지 데이터 베이스를 전기적 신호(En2)로 인가 받아 이들을 비교하는 장치이다.

이미지 비교부(250)에서 시뮬레이션 이미지 데이터 베이스 전기적 신호(En1) 와 실제 이미지 데이터 베이스 전기적 신호(En2)를 비교함에 있어서는 일정한 연산동작을 거치게 되는데, 연산결과 시뮬레이션 이미지 데이터 베이스 전기적 신호(En1)와 실제 이미지 데이터 베이스 전기적 신호(En2)간에 소정의 수치이상 차이가 나는 경우에 이미지 비교부(250)는 본 발명에는 도시되지 않았지만, 외부의 모니터나 스피커등에 소정의 수치 이상의 오차가 존재한다는 의미의 신호를 내보내게 된다.

실제의 공정에 있어서 검사는 반도체 장치의 특정 위치에 대해서 이루어지는 경우가 많은바, 이 경우에는 포커싱 장치(260)가 작동하게 되고 포커싱 장치(260)에 이해 특정 위치에 포커싱된 실제 이미지 데이터와 시뮬레이션 이미지 데이터에서 상기 특정 위치에 대응되는 데이터를 축출하여 이를 비교하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 이용하여 반도체 소자를 검사하기 위해서는 먼저, 시뮬레이션 이미지를 생성한다(S110).

시뮬레이션 이미지는 캐드(CAD)와 같이 미세 작업이 가능한 툴(tool)로 작성된 이상적인 이미지를 가지고 시뮬레이터(simulator)를 이용하여 시뮬레이션 한 결과 이미지를 의미한다.

다음으로, 시뮬레이션 이미지를 수치화하여 데이터 베이스화한다(S120).

시뮬레이션 이미지를 수치화하여 데이터 베이스화 함에 있어서는 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하는 방법을 사용한다.

다음으로, 반도체 장치의 실제 이미지를 생성한다(S130).

이 공정은 일반적으로 SEM에 의해 수행됨은 앞서 설명한 바와 같다.

다만, 본 공정은 앞서 설명한 시뮬레이션 이미지를 생성하는 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 즉, 반도체 장치의 실제 이미지를 생성함과 동시에 시뮬레이션 이미지를 생성함으로써 검사공정 시간을 단축 시킬 수도 있을 것이다.

다음으로, 실제 이미지를 수치화하여 데이터 베이스화 한다(S140).

실제 이미지를 수치화하여 데이터 베이스화하는 공정은 실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스를 생성하는 방식으로 이루어진다.

또한, 실제 이미지를 수치화하여 데이터 베이스를 생성하는 공정은 실제 이미지 전체에 대하여 수행될 수도 있으나, 앞서 설명한 포커싱 장치를 이용하여 반도체 소자의 특정 위치를 포커싱(focusing)한 후 이 특정 위치에 대한 실제 이미지만을 수치화하여 데이터 베이스를 생성하는 경우도 있다.

본 단계는 앞서 설명한 시뮬레이션 이미지를 수치화하여 데이터 베이스화하는 단계와 동시에 행해질 수도 있다.

다음으로, 시뮬레이션 이미지 데이터와 실제 이미지 데이터를 비교한다(S150).

본 단계를 수행하기 위해서는 소정의 연산 동작을 거치게 되는데 연산 결과 시뮬레이션 이미지 데이터와 실제 이미지 데이터가 미리 설정된 소정의 오차범위 내에 있는 경우에는 정상동작을 하고, 소정의 오차범위를 벗어나는 경우에는 공정을 멈추고 모니터 또는 스피커와 같은 출력장치에 에러 메시지를 내보내게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명에 따른 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 따르면 다음의 효과가 하나 또는 그 이상 있다.

첫째,Die-to-Die 방식의 종래의 반도체 소자 검사방법과는 달리 일정한 절대적인 데이터 베이스를 설정하고 이와 실제 측정한 이미지에 대한 데이터 베이스를 비교함으로써 원하는 반도체 소자가 생성되었는지에 대한 절대적인 검사를 수행하는 것이 가능해 진다.

둘째, 마스크에 이물질이 존재하거나, OPC 공정에 의한 에러에 의해 반도체 소자에 전체적으로 결함이 발생할 경우에도 안정적이고 절대적인 검사의 수행이 가능해 진다.

Claims (8)

1. 반도체 장치의 설계 데이터로부터 OPC를 포함하는 작업을 수행해 시뮬레이션 이미지를 생성하는 시뮬레이션부;

   상기 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부;

   반도체 장치의 실제 이미지를 생성하는 이미지 생성부;

   상기 실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화하는 실제 이미지 데이터 생성부; 및

   상기 시뮬레이션 이미지 데이터 생성부와 상기 실제 이미지 데이터 생성부로부터 수치화된 이미지 데이터를 받아 소정의 연산동작에 의해 이들을 비교하는 이미지 데이터 비교부를 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실제 이미지 데이터 생성부는 상기 실제 이미지 중 검사하고자 하는 특정 위치를 포커싱 해주는 이미지 포커싱 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이미지 데이터 비교부는 수치화된 특정 격자 영역의 시뮬레이션 이미지 데이터와 상기 이미지 포커싱 장치에 의해 특정 위치에 포커싱 된 실제 이미지 데이터를 받아서 소정의 연산동작에 의해 이들을 비교하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 검사 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이미지 생성부는 주사 전자 현미경인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 검사 장치.
5. (a) 반도체 장치의 설계 데이터로부터 OPC를 포함하는 작업을 수행해 시뮬레이션 이미지를 생성하는 단계;

   (b) 상기 시뮬레이션 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈의 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화 하는 단계;

   (c) 반도체 장치의 실제 이미지를 생성하는 단계;

   (d) 상기 실제 이미지의 디자인적 특징을 원하는 사이즈 격자 영역으로 분할하고 이를 수치화하여 데이터 베이스화 하는 단계; 및

   (e) 상기 시뮬레이션 이미지 데이터와 상기 실제 이미지 데이터 베이스를 소정의 연산동작에 의해 비교하는 단계를 포함하는 반도체 소자 검사 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 (d) 단계는 실제 이미지 중 검사하고자 하는 특정 위치를 포커싱 하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자 검사 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 (a) 단계와 상기 (c) 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 검사 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 (b) 단계와 상기 (d) 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 검사 방법.

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