KR101683548B1 - 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 - Google Patents
전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101683548B1 KR101683548B1 KR1020140138364A KR20140138364A KR101683548B1 KR 101683548 B1 KR101683548 B1 KR 101683548B1 KR 1020140138364 A KR1020140138364 A KR 1020140138364A KR 20140138364 A KR20140138364 A KR 20140138364A KR 101683548 B1 KR101683548 B1 KR 101683548B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- overlay
- wafer
- image
- pattern
- measurement
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 65
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes
- G03F7/705—Modelling or simulating from physical phenomena up to complete wafer processes or whole workflow in wafer productions
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70653—Metrology techniques
- G03F7/70655—Non-optical, e.g. atomic force microscope [AFM] or critical dimension scanning electron microscope [CD-SEM]
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70681—Metrology strategies
- G03F7/706831—Recipe selection or optimisation, e.g. select or optimise recipe parameters such as wavelength, polarisation or illumination modes
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/706835—Metrology information management or control
- G03F7/706837—Data analysis, e.g. filtering, weighting, flyer removal, fingerprints or root cause analysis
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/706843—Metrology apparatus
- G03F7/706849—Irradiation branch, e.g. optical system details, illumination mode or polarisation control
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Abstract
본 발명의 실시예에 따른 전자 빔을 이용한 오버레이 측정을 위한 영상획득 방법은 웨이퍼의 전공정과 현공정의 회로패턴을 얻기 위해 전자 빔 장치에 기설정된 소정의 가속전압 및 전류를 설정하는 단계;와, 상기 웨이퍼의 재질 및 구성에 따라 SE 신호 및 BSE 신호를 수집하기 위해 복수의 검출기를 제어하는 단계;와, 상기 전자 빔을 상기 전공정과 현공정의 센터에 포커싱하는 단계; 및 센터가 포커싱된 상기 웨이퍼의 영상을 촬영하여 획득하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 오버레이 측정과 분석에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 빔을 이용하여 ADI(After Development Inspection), AEI(After Etch Inspection) 웨이퍼의 회로 패턴을 측정하는 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 및 측정 결과에 대해 분석하는 기술에 관한 것이다.
정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급됨에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도를 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
이러한 반도체 소자 공정에 있어서 미세화 기술의 급격한 진행에 따라 구체적으로 1x/2x nm 수준의 회로 패턴을 이루고 있는 반도체 웨이퍼를 검사하고 측정하는데 있어서, 다층 레이어 간의 오버레이를 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 일반적으로 반도체 소자 공정시 광학 방식의 오버레이를 사용하는 경우, 오버레이를 측정하고 분석한 결과를 노광 장치로 피드백(feed back)하는데 약 한 달의 시간이 소요된다. 이러한 시간 자원의 소비는 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 따라서 미세 공정에 대한 오버레이 측정 정밀도와 정확도, 그리고 수율 향상에 있어서 소비 시간 단축에 대한 개선이 요구된다.
공정에 있어서 회로 패턴은 초정밀 해상도 기술을 구사하고, 각 층 마다 노광 및 에칭 과정을 거듭하면서 적층되는데, previous layer(전(前) 공정)과 current layer(현(現) 공정) 사이의 정렬이 복잡하고 정밀하기 때문에 이에 대한 오버레이를 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵고도 중요한 과정이 되었다.
현재까지 적층되는 과정에 있어서 각 층에 대한 오버레이는 광학 검사 장치가 패턴과 공정 과정을 대변할 수 있는 전용 마크를 이용하여 관리되어 오고 있다. 그런데 광학 방식의 전용 마크는 회로 패턴이 아닌 쇼트 영역 주변에 배치되어 관리되고 있기 때문에 거리 차이에 대한 정밀도가 떨어지는 등 광학 렌즈의 특성 상 직접 측정과 거리 상 보상, 전용 마크의 크기와 같은 여러 부분에 있어서 관리적 한계를 드러내고 있다.
특히, 오버레이 측정장치로서 광학 방식의 오버레이 측정장치는 회로 패턴을 직접적으로 측정할 수 없다. 가장 근본적인 이유는 배율의 한계 때문이다. 회로 패턴을 보고 측정하기 위해서는 10만 배율 이상의 고배율을 필요로 한다. 그러나 광학의 물리적 특성상 1000배 이상의 배율에서 영상을 볼 수 없다.
이와 같이 광학 방식은 회로 패턴에 대한 오버레이 측정이 불가능하므로, 간접적인 방법을 통하여 오버레이의 정도를 예측하고 있기 때문에 회로 패턴에 대한 어떠한 정보도 직접적으로 얻을 수 없다.
또한 웨이퍼의 전 영역에 걸쳐 샘플링되어 간접 방식으로 예측된 오버레이 수치는 벡터 스케일로 GUI(Graphic User Interface)에 표시된다. 이때 측정 결과에 대한 분석에 있어서 각 측정 포인트에 대한 회로 패턴의 정확한 오버레이의 정도를 예측할 수는 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 전자 빔을 이용하여 반도체 웨이퍼의 회로 패턴에 대한 오버레이를 측정하는데 있어서, 첫째로 전자 빔 영상의 획득 조건을 제시하고, 둘째로 오버레이를 측정하기 위한 레시피를 설정하며, 셋째로 오버레이를 측정하는 방법을 제시하고, 넷째로 측정된 오버레이를 분석 및 모니터링하는 기술을 제시하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔을 이용한 오버레이 측정을 위한 영상획득 방법은 웨이퍼의 전공정과 현공정의 회로패턴을 얻기 위해 전자 빔 장치에 기설정된 소정의 가속전압 및 전류를 설정하는 단계;와, 상기 웨이퍼의 재질 및 구성에 따라 SE 신호 및 BSE 신호를 수집하기 위해 복수의 검출기를 제어하는 단계;와, 상기 전자 빔을 상기 전공정과 현공정의 센터에 포커싱하는 단계; 및 센터가 포커싱된 상기 웨이퍼의 영상을 촬영하여 획득하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 및 측정결과 분석방법에 따르면, 전자 빔을 이용하여 ADI(after development inspection), AEI(after etch inspection) 웨이퍼의 회로 패턴을 측정하고, 측정 결과에 대한 새로운 분석 방법을 구현할 수 있으며, 사용자의 편의에 따라 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 오버레이를 측정하기 위해 이미지를 획득하기 위한 전자 빔 장치의 구성을 간단히 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔 시그널의 형태를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보정 수치 반영 방법을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 수집 방법을 통한 영상 수집을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레시피 구조를 개략적으로 도시한 블록도.
도 7은 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 8은 SE 시그널을 기반으로 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 BSE 시그널을 기반으로 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 SE 시그널과 BSE 시그널의 믹스를 기반으로 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면.
도 11은 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이 분석에 대해 설명하기 위한 도면.
도 12는 반복된 이미지에 대한 ROI의 오버레이 분석, 즉 평균, 분산, 표준편차를 구하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면.
도 13 및 도 14는 추출한 ROI에 대한 전공정과 현공정의 센터 및 오버레이 분석 결과를 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 15는 획득한 복수개의 영상을 모니터링하고, 동시에 복수개의 데이터로 평균을 산출하여 획득한 전공정과 현공정의 오버레이 측정 수치, 좌표정보 및 영상처리정보를 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 16은 오버레이 측정 결과 분석 중 개별적인 전체 데이터 기록을 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 가상의 레시피 런을 프리셋 기능 시뮬레이션하는 모습을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔 시그널의 형태를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보정 수치 반영 방법을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 수집 방법을 통한 영상 수집을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레시피 구조를 개략적으로 도시한 블록도.
도 7은 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 8은 SE 시그널을 기반으로 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 BSE 시그널을 기반으로 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 SE 시그널과 BSE 시그널의 믹스를 기반으로 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 도면.
도 11은 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이 분석에 대해 설명하기 위한 도면.
도 12는 반복된 이미지에 대한 ROI의 오버레이 분석, 즉 평균, 분산, 표준편차를 구하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면.
도 13 및 도 14는 추출한 ROI에 대한 전공정과 현공정의 센터 및 오버레이 분석 결과를 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 15는 획득한 복수개의 영상을 모니터링하고, 동시에 복수개의 데이터로 평균을 산출하여 획득한 전공정과 현공정의 오버레이 측정 수치, 좌표정보 및 영상처리정보를 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 16은 오버레이 측정 결과 분석 중 개별적인 전체 데이터 기록을 모니터링하는 모습을 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 가상의 레시피 런을 프리셋 기능 시뮬레이션하는 모습을 나타내는 도면.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정장치와, 측정방법 및 측정 결과 분석 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 오버레이를 측정하기 위해 이미지를 획득하기 위한 전자 빔 장치의 구성을 간단히 도시한 도면이고, 도 2는 전자 빔 시그널의 형태를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 먼저, 반도체 웨이퍼의 오버레이를 측정하기 위한 장치를 설명하기로 한다.
반도체 웨이퍼의 오버레이를 측정하기 위해 반도체 공정라인의 전자 빔을 이용하는 장비 중에서 대표적인 것으로 CD-SEM과 Review-SEM이 있다.
이러한 전자 빔 장비들의 주된 측정 목적은 웨이퍼의 표면 정보를 얻기 위함이므로 측정하고자 하는 위치는 웨이퍼의 표면(surface)이다. 이와 같이 웨이퍼 표면의 패턴을 측정하는 경우에는 전자의 대전(charge)이나 수축(shrinkage)과 같은 현상이 발생하는데, 이러한 현상에 대한 손실을 최소화하기 위해서 가속 전압(Vacc)이나 프루브 전류(Ip)를 최적화하는 과정이 필요하다. 대부분의 경우 1keV 미만의 가속 전압(Vacc)과 20pA 미만의 프로브 전류(Ip) 범위에서 사용한다.
도 2를 참조하여 표면 패턴 검출 방법에 대하여 설명하자면, 웨이퍼의 표면 측정은 패턴의 표면정보(topograph) 획득이 목적이므로 대부분 SE 신호를 검출한다. 피사체에 부딪혀서 나오는 2차 전자(secondary electron, SE)는 피사체의 기하학적 정보를 포함하고 있다. 따라서 SE 신호를 검출하여 표면 패턴 정보를 그려낼 수 있다.
여기서 상기 SE 신호 검출에 대한 주사 방식에 따른 최종 영상에 따라서 측정 방법이 서로 다르게 적용된다. CD(Critical Dimension) 측정의 경우에는 frame grab 방식으로 측정을 위한 최종 영상을 결정하는데, 스캔을 빠르게 하여 여러 장의 영상을 합친 후 각 픽셀 값을 평균하여 최종 영상으로 결정한다.
한편 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 장비의 목적은 이미지 오버레이와 마찬가지로 패턴을 이루고 있는 두 층 사이의 오정렬을 측정하는 것이며, 이를 위해서 웨이퍼의 표면 정보뿐만 아니라 내부 층의 정보도 함께 얻어야 한다. 이미지 오버레이 장비는 분해능과 배율의 물리적 한계를 가지고 있기 때문에 이를 극복하기 위한 방법으로 본 발명의 실시예에서는 전자 빔의 특성인 높은 분해능과 높은 배율을 이용하고자 한다.
오버레이는 두 층 간의 오정렬을 측정하고 평가하는 것이므로 전자 빔에서 발생하는 대전 및 수축 현상에 대해서 비교적 영향을 적게 받는다. 측정 위치에 대해서 대전 및 수축현상이 심하게 편향되어 발생하지 않기 때문이다. 이는 각 층의 패턴 중심 위치를 측정하는 데 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 웨이퍼의 표면 아래의 패턴들을 측정해야 하므로 전자 빔의 입사 조건에 있어서 CD 측정 방법과 큰 차이를 보인다. 유효한 침투 용적(penetration volume)을 확보하기 위해서 50keV 미만의 높은 가속 전압을 가해야 하며, 유효한 영상 정보를 확보하기 위해서 800nA 미만의 높은 프로브 전류가 요구된다. 또한 오버레이는 두 층의 패턴을 측정하는 장치이므로 포커스의 위치가 두 패턴의 사이에 형성되도록 맞춘다.
오버레이는 두 층 사이의 오정렬을 측정하는 것을 목적으로 하기 때문에 표면정보 외에 하부 공정 패턴 정보도 얻어야 한다. 하부 패턴의 정보는 표면 정보를 알 수 없기 때문에 패턴의 구성 성분 정보를 이용해야 한다. 이는 도 2에 도시된 후방 산란 전자(backscatter electron, BSE)를 이용하여 알 수 있는데 BSE 신호는 조성 정보(composition information)를 포함하고 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 전자 빔을 이용한 오버레이 장치에는 컬럼(column) 내부에 2개 이상의 신호 검출기(signal detector)를 장착하여 서로 다른 특성의 신호를 검출하였다.
전자 빔의 침투 용적과 유효 패턴 신호 검출에 있어서 일반적인 프레임 그랩(frame grab) 방식은 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio, SNR)가 낮기 때문에 측정에 적합한 영상을 얻기가 쉽지 않다. 더욱이 하부 층의 패턴 신호는 거의 볼 수 없는 경우가 많기 때문에 전자 빔이 측정 위치에 머무는 시간을 길게 가져가면서 충분한 신호를 얻을 수 있는 스캔 방식을 사용한다. 이와 같은 스캔 방식은 여러 장의 스캔 영상이 필요 없기 때문에 frame grab 방식은 아니며 전자 빔이 스캔하는 위치(spot)에 머무는 시간이 최대한 짧아야 하므로 유효한 스캔 경과 시간을 설정하는 것이 포인트이다. 시간 설정은 웨이퍼의 특성에 따라서 사용자가 선택할 수 있다.
[1] 전자 빔을 이용한 오버레이 측정을 위한 영상의 획득 방법은 다음과 같다.
1) 우선 전자 빔의 조건에 있어서 이전 레이어(previous layer)와 현 레이어(current layer)의 회로 패턴(IC pattern)을 얻기 위하여 10k~50keV 수준의 충분히 높은 가속전압으로 제어한다.
2) 일반적으로 CD-SEM에서 사용되는 프로브 전류(probe current)는 수십여 피코 암페어(pico-Ampere)지만 오버레이를 측정하기 위해서는 수십 피코 암페어 ~수백 나노 암페어(nano-Ampere)의 프로브 전류가 요구되므로 이에 대응하는 적절한 전류량으로 제어한다.
3) 또한 웨이퍼의 재질이나 구성에 따라서 SE 신호와 BSE 신호를 사용하는데, SE 신호는 기하학 특성 정보를 포함하고 있으며 BSE 신호는 성분 특성 정보를 포함하고 있다. 이러한 특성 정보는 보다 정확한 오버레이를 측정하는 데 도움을 준다. 이와 같은 SE 신호 및 BSE 신호를 수집하기 위하여 복수의 검출기를 독립적으로 제어한다.
4) 전 레이어 및 현 레이어의 두 레이어 센터에 포커싱을 한다. 이때, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 보정 수치 정보를 이용하여 피드백 컨트롤을 구현하여 포커싱시 보정 수치를 반영한다. 구체적으로 도 3을 참조하면, 피드백 컨트롤은 전자빔이 출사(e-beam incidence)되고난 이후 여러 요인에 의해 축소된 전자 빔을 보정하는 역할을 한다. 이 피드백 컨트롤은 가속 전압(accelerate voltage), 프로브 전류, 밝기 또는 명암(brightness or contrast)과 같은 축소 정보(shrinkage information)를 이용하여 구현된다. 이와 같은 피드백 컨트롤에 의해 보정된 전자 빔을 웨이퍼에 조사한다. 즉, 웨이퍼에 조사되는 전자 빔(
)은 초기 전자 빔(
)에 축소된 전자 빔을 보정하는 피드백 값(
)이 반영된 것이다.
5) 측정을 위한 영상은 회로 패턴의 특성에 따라서 프레임 수집이나 스마트 스캐닝 수집 방법을 이용한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 스캐닝 방법을 통해 측정을 위한 영상을 수집할 수 있다. 구체적으로 두 가지 스캐닝 방법이 있는데, 하나는 멀티 이미지 그랩(multi-image grab)으로서, 영상을 통합(integration)하거나 평균(averaging)을 내는 타입이고, 다른 하나는 스마트 스캔(smart scan) 타입이다.
6) 도 17에 도시된 바와 같이 가상의 레시피 런(recipe run)인 프리셋 기능 시뮬레이션(pre-set function simulation)을 통하여 최적의 조건을 위한 영상의 상태를 확인한다. 여기서 상기 시뮬레이선 결과를 피드백하여 컬럼 조건과, 이미지 프로세싱 조건 조정 단계에서 변수를 재조정한다.(Feedback: parameter re-control)
여기서 프리셋 기능은 장비가 레시피 런을 수행하기 전에 컬럼(column)을 통하여 획득한 영상에 대한 1차적인 검증 역할을 한다. 오프라인 분석(off-line analyzer)의 역할을 하는 것과 같다. 웨이퍼의 필요한 영역에 대하여 획득한 영상을 분석하여 최적의 조건을 찾게 하는 데 그 목적이 있다. 즉, 오버레이 측정을 위한 최적의 파라미터 값을 결정하고 키 인(key-in) 하는데 있어서 시간 및 비용에 대한 절감이 가능하다. 이와 같은 기능은 반복적인 분석이 가능하며, 측정 위치를 임의대로 가져갈 수 있으며, 다양한 위치적 영상 조건에 따른 측정 변수를 사용자 편이에 따라서 판단하여 파라미터 값들을 정할 수 있다. 프리셋 기능의 동작은 다음과 같은 순서에 따라서 진행된다.
1. 컬럼(column)으로부터 획득한 영상을 불러온다. 영상은 획득한 모든 영상 중에서 사용자의 임의에 따라서 선택할 수 있다.
2. 영상 분석은 소프트웨어의 디폴트 파라미터(default parameter) 값을 기준으로 사용자가 파라미터를 조정하는 작업을 통하여 이루어진다.
3. 영상 분석을 통하여 얻은 파라미터 값을 이용하여 가상의 레시피 런(recipe run)을 수행한다.
4. 레시피 런 결과를 피드백하면서 사용자가 원하는 파라미터 값들을 선택한다.
5. 선택된 파라미터 값들은 실제 레시피 런을 위한 컬럼 및 영상처리 파라미터로 설정하여 이에 적용된다.
도 6은 레시피 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 레시피(recipe) 관리 및 작성을 위한 구조는 크게 디바이스(device), 레이어(layer), 템플릿(template)의 3가지로 구성되어 있으며 각각 독립적인 폴더 형태로 관리된다.
최상위에 위치한 디바이스는 웨이퍼의 가장 중요한 특성을 나타내는 사이즈 정보를 기준으로 분류한다. 바로 아래 하위 단계인 레이어는 웨이퍼 공정 단계 별 정보로 분류하여 관리하며 '공용 사용자'라는 템플릿의 확장자 특성을 갖는 파일을 포함한 폴더를 함께 관리한다. '공용 사용자' 파일을 포함하는 폴더는 레시피 실행에 있어서 과도한 소프트웨어의 작업량을 간단하고 깔끔하게 처리할 수 있는 장점을 제공한다. 마지막으로 최하위 단에 위치한 템플릿 구조는 여러 가지 특성에 따른 데이터 파일을 갖는 폴더를 포함한다. 템플릿을 이루고 있는 항목은 다음과 같이 웨이퍼의 정보(wafer information), 광학 정렬(optic alignment), 전자 빔 정렬(SEM alignment), 패턴 인식(pattern recognition), 측정(measurement), 계측 방법(metrology)로 분류하여 각 특성에 따라서 데이터들이 관리된다.
[2] 전자 빔을 이용한 오버레이 측정을 위한 레시피 구성 및 이에 대한 템플릿 작성 방법은 다음과 같다.
1) 레시피 작성을 위하여 사용자 로그인을 한다.
2) 측정하고자 하는 웨이퍼의 특성에 따라서 디바이스와 레이어에 차례대로 등록한다.
3) 상위 폴더의 명칭에 대한 설명은 다음과 같다.
(3-1) 디바이스(Device)는 2x/3x nm 등의 웨이퍼 패턴의 사이즈를 나타낸다.
(3-2) 공정(Layer)은 BLC, SNC 등 웨이퍼의 공정 단계를 나타낸다.
(3-3) 커먼(Common)은 레시피 생성(file) 시 참조하는 고정 템플릿(default template) 그룹이다.
(3-4) 레시피는 레시피 내용(file)을 담는 그룹이다.
4) 공통(Common)폴더에 있는 3가지 하부 폴더에 대한 설명은 다음과 같다.
(4-1) 옵틱 정렬(optic alignment)은 선택한 레이어의 고정 옵틱 얼라인먼트 템플릿(default optic alignment template) 파일 및 패턴 마크 이미지(pattern mark image) 파일을 가지는 부분이다.
(4-2) SEM alignment는 선택한 Layer의 고정 SEM 얼라인먼트 템플릿(default SEM alignment template) 파일 및 패턴 마크 이미지(pattern mark image) 파일을 가지는 부분이다.
(4-3) wafer info(information)는 선택한 Layer의 고정 웨이퍼 맵(default wafer map) 파일을 가지는 부분이다.
5) 레시피(Recipe) 폴더의 레시피 네임(Recipe name)은 선택한 레이어에서 실제로 생성한 레시피 이름을 나타내며 레시피 파일 및 커먼 템플릿(Common Template)의 복사한 내용을 가지는 부분으로 레시피 폴더에 있는 4가지 하부 폴더에 대한 설명은 다음과 같다.
(5-1) 옵틱 정렬은 선택된 레시피의 옵틱 얼라인먼트 템플릿(optic alignment template) 파일 및 패턴 마크 이미지(pattern mark image) 파일을 가지는 부분이다. 광학 측정 영역에서 측정하고자 하는 패턴을 FOV(Field Of View)의 센터에 위치시키기 위한 웨이퍼와 스테이지(stage)의 이동 정보 등이 입력된다.
(5-2) SEM alignment는 선택된 Recipe의 SEM 얼라인먼트 템플릿(SEM alignment template) 파일 및 패턴 마크 이미지(pattern mark image) 파일을 가지는 부분이다. 전자 빔 측정 영역에서 측정하고자 하는 패턴을 FOV의 센터에 위치시키기 위한 웨이퍼와 스테이지(stage)의 이동 정보 등이 입력된다.
(5-3) wafer info(information)은 선택된 Recipe의 웨이퍼 맵(wafer map) 파일을 가지는 부분이다. 여기에 측정될 웨이퍼의 크기 및 field, chip의 개수 등에 대한 정보가 입력된다.
(5-4) Measurement는 선택된 Recipe의 어드레싱(addressing) 파일 및 알고리즘(algorithm) 파일을 가지는 부분이다.
6) Measurement는 다음과 같은 process가 진행된다.
(6-1) 저배율(20k~50k magnification)에서 1차 어드레싱(1st addressing) 작업이 이루어진다. 측정하고자 하는 패턴의 배율에 따라서 1차 어드레싱 배율이 결정될 수 있다. 1차 어드레싱은 목표 패턴에 도달하기 위한 스테이지 모션(stage motion)에 대한 1차적인 교정 역할을 하며, 목표 패턴의 정확한 측정을 위한 최적 영상 조건 획득에 대한 1차적인 교정 역할을 한다. 저배율 영상과 포지션 좌표 등이 등록된다.
(6-2) 1차 어드레싱이 완료된 후에 실제로 측정하고자 하는 패턴을 획득(image acquisition for measurement)하는 작업이 이루어진다. 웨이퍼의 device(셀 패턴 사이즈)나 layer(공정 단계)에 따라서 배율을 유동적으로 조정할 수 있다(approx. 100k~500k).
(6-3) 측정 영상 획득은 1차 어드레싱과 비슷한 절차로 진행이 된다. 측정 위치는 1차 어드레싱 과정에 등록된 좌표를 기준으로 FOV를 벗어난 가까운 곳으로 정한다(scan shift). 이후에 셀 패턴의 사이즈 및 오버레이 측정을 위한 사이즈를 고려한 배율을 선택하고 영상을 등록한다.
(6-4) metrology: 현 공정(top layer)과 전 공정(bottom layer)의 패턴들을 측정하기 위한 수학적 연산 방법을 선택한다. 이러한 과정을 통하여 각 레이어 패턴의 센터 위치와 폭(width), LER/LWR(line edge roughness/line width roughness) 등의 정보를 산출해 낸다.
(6-5) 수학적 연산 과정에서는 현 공정 패턴(current layer pattern)과 전 공정 패턴(previous layer pattern)을 구분하여 측정을 위한 유효한 패턴을 독립적으로 재정의(redefinition)한다. 즉 각 공정 패턴을 재정의 하는데 서로 간섭이 발생하지 않는다.
(6-6) 수학적 연산을 통하여 얻은 각 layer의 정보를 이용하여 오버레이를 비롯한 여러 가지 유용한 정보들을 산출한다.
템플릿 작성이 완료되고 레시피 런(recipe run)이 시작되면 스테이지 및 관련 모션이 수행되고 포지션에 위치된 영상이 전자 현미경에 의하여 촬상되기 시작하면서 패턴 인식을 포함한 어드레싱 과정과 측정 영상 획득 과정이 차례로 이루어진다. 이렇게 획득한 영상들을 이용하여 오버레이를 측정하게 되는데 영상의 획득과 거의 동시에 오버레이 측정이 이루어진다. 오버레이의 측정은 템플릿 계측방법에서 선택한 측정 방법과 조건에 따라서 진행되며 결과가 산출된다.
도 7은 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
[3] 도 7 내지 도 10을 참조하여 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법에 대해 다음과 같이 설명한다.
1) 획득한 영상을 측정하거나 호출한다.(S110) 이것은 메모리에 저장된 영상을 호출하는 개념이다.
2) 회로 패턴 특성에 따라서 SE 신호 영상이나 BSE 신호 영상을 선택한다.(S120) 혹은 두 영상을 모두 선택하는 경우도 있다.
3) 레시피에서 설정한 ROI(Region Of Interest)영역을 추출한다.(S130)
4) 추출한 ROI 영상에 대해서만 디노이징(De-nosing)처리를 한다.(S140)(영상 처리 시간을 감축시킨다).
5) 디노이즈된 영상은 회로 패턴의 특성에 따라 최적화된 필터링 처리된다.(S150)
6) 각 레이어의 센터를 측정한다(제안된 수학적 모델링에 기반하는 연산 과정을 통하여 측정하며, 각 축에 대한 모든 센터 위치 측정은 동시에 진행된다(S160).
7) 연산 과정을 통하여 계산되고 측정된 모든 데이터(좌표 및 계산 수치)를 저장한다.(S170)
오버레이 측정이 완료되면 산출된 결과 데이터들을 이용하여 필요한 파라미터를 얻기 위한 분석 과정을 거치게 된다. 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 결과 데이터는 광학 방식의 오버레이와 차별성을 갖는데, 이를테면 패턴의 형태를 정의하여 오버레이를 계산하는 것이다. 따라서 패턴의 정확도(accuracy)에 대한 데이터 등을 얻을 수 있다. 이러한 방식은 오버레이 계산뿐만 아니라 표면 패턴의 CD(critical dimension)나 LER(line edge roughness), LWR(line width roughness) 등의 정보를 함께 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 8은 SE 시그널을 기반으로 오버레이 측정 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하여, 웨이퍼의 표면정보를 획득하기 위해 SE 신호를 이용하여 오버레이 측정 과정을 간략히 설명한다.
먼저, 레시피에서 설정한 ROI 영역을 추출하고, 추출한 ROI 영상에 대해서 디노이징(De-noising)처리를 한 후, 회로패턴의 특성에 따라 최적화된 필터링 (Exclusive filtering)을 수행한다. 그리고 전 공정과 후 공정 각각의 패턴 정보를 획득한다. 이때 패턴 정보로서 폭(width), LER, 센터와 같은 라인(Line)과, 메이저(major), 부반지름(minor radius), 센터와 같은 컨택 홀(contact hole)의 정보를 획득할 수 있다. 다음, 오버레이 연산(Overlay arithmatic)을 통하여 오버레이 측정 결과를 획득한다. 구체적으로 전 공정과 현 공정의 센터 정보를 획득하고, 각 공정의 센터차를 계산하여 오버레이를 얻어낼 수 있다.
도 9는 BSE 시그널을 기반으로 오버레이 측정과정을 나타내는 도면이다. 오버레이는 두 층 사이의 오정렬을 측정하는 것을 목적으로 하기 때문에 표면정보 외에 하부 공정 패턴 정보도 얻어야 한다. 하부 패턴의 정보는 표면 정보를 알 수 없기 때문에 패턴의 구성 성분 정보를 이용해야 한다. 이는 후방 산란 전자(backscatter electron, BSE)를 이용하여 알 수 있는데 BSE 신호는 조성 정보(composition information)를 포함하고 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔을 이용한 오버레이 장치에는 컬럼(column) 내부에 2개 이상의 신호 검출기(signal detector)를 장착하여 서로 다른 특성의 신호를 검출한다. 그리고 검출한 신호를 바탕으로 도 8을 참조하여 설명한 오버레이 측정 과정과 마찬가지로 두 레이어의 오버레이를 측정한다.
도 10은 SE 시그널과 BSE 시그널의 믹스를 기반으로 오버레이 측정과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 레시피에서 설정한 ROI 영역을 추출하고, 추출한 ROI 영상에 대해서 디노이징(De-noising)처리를 한 후, 회로패턴의 특성에 따라 최적화된 필터링 (Exclusive filtering)을 수행한다. 그리고 전 공정과 후 공정 각각의 패턴 정보를 획득한다. 이때, 현 공정의 패턴에 대해서는 SE 신호를 이용하여 엣지 검출(edge detecting)을 실행할 수 있고, 전 공정의 패턴에 대해서는 BSE 신호를 이용하여 쉐이프 검출(shape detecting)을 실행할 수 있다. 이와 같은 방법으로 획득한 각 공정의 패턴정보를 이용하여 오버레이 연산(Overlay arithmatic)을 수행하고, 오버레이 측정 결과를 획득한다.
도 11은 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이 분석에 대해 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 반복된 이미지에 대한 ROI의 오버레이 분석, 즉 평균, 분산, 표준편차를 구하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
[4] 도 11 및 도 12를 참조하여 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 결과에 대한 분석 방법은 다음과 같다.
1) 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이의 평균을 계산한다.
2) 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이의 분산을 계산한다.
3) 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이의 표준편차를 계산한다.
4) 레시피 작성 시 설정한 측정 샘플의 위치와 개수, 그리고 반복 횟수에 따라서 상기 분석을 실시한다.
5) 정확도(Accuracy: IC pattern OL)는 한 장에 대한 ROI의 오버레이 평균을 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산한다.
6) 정확도에 대한 표준편차(Accuracy STD)는 한 장에 대한 ROI의 오버레이 표준편차를 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산한다.
7) 정확도에 대한 분산(Accuracy Variation)은 한 장에 대한 ROI의 오버레이 분산을 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산한다.
8) 정밀도(Precision: 3-sigma or repeatability)는 계산된 정확도 수치에 대한 3-sigma를 계산한다.
오버레이 및 관련 정보에 대한 모든 측정과 분석이 완료된 후 사용자는 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이 모니터를 통하여 결과를 확인 할 수 있다. 분석 및 측정 결과에 대한 모든 결과는 그래픽이나 차트 등을 통하여 확인할 수 있으며 측정된 패턴들을 쉽게 비교하여 확인할 수 있도록 하는 것에 중점을 두었다.
도 13 내지 도 16은 GUI를 통한 오버레이 측정 결과를 모니터링하는 모습을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 웨이퍼에 나누어진 9개의 각 셀들 중 하나의 셀을 선택하면 이것이 12개의 파트로 나뉘는데 이중 하나를 선택하면, 전 공정과 후 공정의 오버레이 정도를 각각의 산술적인 데이터(individual full data log)와 이미지(image processing history)로 모니터상에서 확인할 수 있다. 첫 번째 프로세스의 이미지는 y축에서 오리지널 센터를 기준으로 패턴이 벗어난 정도를 도시하고, 두 번째 프로세스의 이미지는 x축에서 오리지널 센터를 기준으로 패턴이 벗어난 정도를 도시하고 있다. 여기서 오리지널 센터를 전 공정의 패턴으로 지정하면 현 공정의 패턴이 벗어난 정도를 확인할 수 있고, 반대로 현 공정의 패턴을 오리지널 센터로 지정하면 전 공정의 패턴이 벗어난 정도를 확인할 수 있다. 점선은 오리지널 센터를 기준으로 벗어난 패턴의 표준 편차를 의미한다.
이와 같이 오버레이 측정 결과를 모니터상의 이미지로 확인함과 동시에 모니터 상에서 필드(Field), 칩의 사이즈, 측정한 곳의 X, Y축 좌표, 로테이션 넘버, 정밀도(Precision), 정확도(Accuracy) 및 표준편차(STD)를 포함하는 산술적인 데이터를 확인할 수 있다.
도 14를 참조하면, 모니터의 좌측에는 각 센터가 포커싱된 현 공정의 패턴 이미지와 전 공정의 패턴 이미지가 모니터에 표시되고, 이와 함께 밝기(brightness), 대비(contrast), 필터의 종류, 스레숄드(threshold) 및 히스토그램과 같은 수치를 포함하는 데이터가 표시된다. 모니터상에서 오버레이 측정된 이미지를 호출(Measured Image Call) 하면, 앞서 도 13을 참조하여 설명한 오버레이 측정 결과에 해당하는 이미지와 데이터가 표시된다. 즉, 모니터의 우측과 같이 전 공정과 후 공정의 오버레이 정도를 각각의 산술적인 데이터(individual full data log)와 이미지(image processing history)로 모니터상에서 확인할 수 있다.
원래 팸에서는 여러 영상을 가지고 평균을 내서 측정했는데
도 15는 1번부터 10번까지의 10개의 영상 각각의 현 공정 패턴과 전 공정 패턴 간의 오버레이 정도를 각각 모니터에서 확인할 수 있고, 또한 10개 영상의 오버레이 측정 결과를 가지고 계산한 오버레이 평균값을 확인할 수 있다. 또한, 평균 산술 전 데이터와 평균 산술 후 데이터와 이미지를 동시에 모니터상에서 확인할 수 있다. 마찬가지로 각각의 영상에서 선택적으로 오버레이 측정 수치, 좌표정보 및 영상처리정보를 모니터링 할 수 있다.
이는 도 16에 도시된 바와 같이 오버레이 측정 결과 분석 중 개별적인 데이터 기록을 전체적으로 모니터링할 수 있다. 구체적으로 오버레이 측정 포인트의 X축 및 Y축 좌표값(coordinate)과, 첫 번째 공정과 두 번째 공정의 각 현 공정 센터 및 전 공정 센터값, 표준 편차(STD), 오정렬(OL)을 포함하는 오버레이 계산값 뿐만 아니라 표면 패턴의 CD(Critical Dimension)나 LER(Line Edge Roughness)의 정보를 확인할 수 있다.
[5] 도 13 내지 도 16을 참조하여 분석 결과에 대한 모니터링 방법은 다음과 같다.
1) GUI를 통하여 웨이퍼 상에서 측정한 위치에 대한 결과를 볼 수 있다.
2) 원하는 측정 위치에 대하여 한 개의 그래픽(graphic)화된 대표 패턴으로 나타난다.
3) 아이디얼(ideal)한 패턴을 기준으로 하여 선택된 위치에 대한 회로 패턴의 오버레이 정도를 시각적으로 확인할 수 있다.
4) 이 외에 각 축에 대한 오버레이 측정 수치와 좌표 정보 그리고 영상 처리 정보 등을 부분적으로 혹은 전체적으로 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 전자 빔을 이용한 오버레이 검사장치와 이의 방법 및 검사결과를 분석하는 방법의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (12)
- 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법에 있어서,
웨이퍼의 표면 층과 상기 웨이퍼의 하부에 배치된 적어도 하나의 하부 층의 회로 패턴들을 얻기 위해 전자 빔 장치에 기설정된 소정의 가속전압 및 전류를 설정하는 단계;
상기 웨이퍼의 재질 및 구성에 따라 SE 신호 및 BSE 신호를 수집하기 위해 복수의 검출기를 제어하는 단계;
상기 웨이퍼의 표면 층과 상기 웨이퍼 하부에 배치된 적어도 하나의 하부 층의 회로 패턴들 각각에 대해 회로 패턴 센터를 상기 웨이퍼에 포커싱하여 상기 회로 패턴 센터가 포커싱된 웨이퍼의 영상을 촬영하고 획득하는 단계;
상기 획득한 웨이퍼 영상을 이용하여 상기 웨이퍼의 표면 층과 상기 웨이퍼 하부에 배치된 적어도 하나의 하부 층의 회로 패턴들을 검출하고 상기 검출된 회로 패턴들 각각의 센터들을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 센터들을 기초로 상기 회로 패턴들 사이의 오버레이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 영상을 촬영하는 단계는,
가상의 레시피 런(recipe run)인 프리셋 기능 시뮬레이션(pre-set function simulation)을 통해 최적의 조건을 위한 영상의 상태를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼의 영상을 촬영하는 단계는,
컬럼으로부터 상기 획득한 웨이퍼 영상을 불러오는 단계;
소프트웨어의 디폴트 파라미터 값을 기준으로 파라미터를 조정하여 영상 분석하는 단계;
상기 영상 분석을 통하여 얻은 파라미터 값을 이용하여 가상의 레시피 런을 수행하는 단계;
상기 레시피 런의 결과를 피드백하며 사용자가 원하는 파라미터 값을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 파라미터 값들을 실제 레시피 런을 위한 컬럼 및 영상처리 파라미터로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 레시피는,
관리 및 작성을 위해 디바이스(device), 레이어(layer), 템플릿(template)으로 구성되고,
최상위에 위치한 상기 디바이스는 웨이퍼의 사이즈 정보를 기준으로 분류하며,
바로 아래 하위 단계인 상기 레이어는 웨이퍼 공정단계별 정보로 분류하여 관리하며, '공용 사용자'라는 템플릿의 확장자 특성을 갖는 파일을 포함한 폴더를 함께 관리하고,
상기 템플릿의 구조는 여러 가지 특성에 따른 데이터 파일을 갖는 폴더를 포함하며, 상기 템플릿을 이루는 항목은 웨이퍼의 정보(wafer information), 광학 정렬(optic alignment), 전자 빔 정렬(SEM alignment), 패턴 인식(pattern recognition), 측정(measurement), 계측 방법(metrology)로 분류하여 각 특성에 따라서 데이터들이 관리되는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 삭제
- 제4항에 있어서, 상기 검출된 회로 패턴들 각각의 센터들을 계산하는 단계는
상기 획득한 웨이퍼 영상을 호출하는 단계;
상기 웨이퍼의 회로 패턴 특성에 따라서 SE 신호 영상이나 BSE 신호 영상을 선택하는 단계;
상기 레시피에서 설정한 ROI(Region Of Interest)영역을 추출하는 단계;
상기 추출한 ROI 영상에 대해서만 디노이징(De-nosing)처리를 하는 단계;
상기 디노이징 처리된 영상을 상기 회로 패턴의 특성에 따라 최적화된 필터링 처리하는 단계;
기설정된 수학적 모델링에 기반하는 연산과정을 통해 상기 각 레이어의 센터를 동시에 측정하는 단계; 및
상기 연산과정을 통해 계산되고 측정된 좌표 및 계산 수치를 포함하는 데이터를 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 오버레이를 측정하는 단계는 오버레이 측정결과를 분석하는 단계를 더 포함하고,
상기 오버레이 측정결과를 분석하는 단계는
상기 웨이퍼를 촬영한 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI(Region Of Interest)에 대한 오버레이의 평균을 계산하는 단계;
상기 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이의 분산을 계산하는 단계;
상기 한 장의 영상에 대해서 추출한 ROI에 대한 오버레이의 표준편차를 계산하는 단계; 및
상기 레시피 작성 시 설정한 측정 샘플의 위치와 개수, 그리고 반복 횟수에 따라서 상기 분석을 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 한 장에 대한 ROI의 오버레이 평균을 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산하여 정확도(Accuracy: IC pattern OL) 및 정밀도(Precision: IC pattern OL)를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 정확도 및 정밀도를 계산하는 단계는
상기 한 장에 대한 ROI의 오버레이 표준편차를 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산하여 상기 정확도에 대한 정보를 포함하는 표준편차 (Accurary STD)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 정확도 및 정밀도를 계산하는 단계는
상기 한 장에 대한 ROI의 오버레이 분산을 대표 값으로 하여 반복 횟수에 대한 평균을 계산하여 상기 정확도에 대한 정보를 포함하는 분산(Accuracy Variation)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 오버레이 측정결과를 분석하는 단계는
상기 오버레이의 표준 편차를 계산하는 단계 후에, 상기 계산된 표준 편차를 이용하여 정밀도(3-sigma)를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 오버레이를 측정하는 단계 후에, 상기 측정된 오버레이를 모니터링 하는 단계를 더 포함하고,
상기 오버레이를 모니터링 하는 단계는
GUI(Graphic User Interface)를 통하여 상기 웨이퍼 상에서 측정한 위치에 대한 결과를 나타내는 단계,
원하는 측정 위치에 대하여 한 개의 그래픽(graphic)화된 대표 패턴으로 나타내는 단계; 및
아이디얼(ideal)한 패턴을 기준으로 하여 선택된 위치에 대한 회로 패턴의 오버레이 정도를 시각적으로 나타내는 단계를 포함하고, 상기 시각적으로 나타내는 단계는
각 축에 대한 오버레이 측정 수치와 좌표 정보 그리고 영상 처리 정보 중 적어도 하나를 부분적으로 혹은 전체적으로 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔을 이용한 오버레이 측정 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140138364A KR101683548B1 (ko) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140138364A KR101683548B1 (ko) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160044131A KR20160044131A (ko) | 2016-04-25 |
| KR101683548B1 true KR101683548B1 (ko) | 2016-12-08 |
Family
ID=55918597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140138364A KR101683548B1 (ko) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101683548B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102461648B1 (ko) | 2018-12-06 | 2022-10-31 | 삼성전자주식회사 | 반도체 패턴 검출 장치 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101344107B1 (ko) | 2009-12-29 | 2013-12-20 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 패턴 위치 및 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치 |
| JP2014146817A (ja) | 2000-09-20 | 2014-08-14 | Kla-Encor Corp | 半導体製造プロセスのための方法とシステム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100568870B1 (ko) * | 2004-06-11 | 2006-04-10 | 삼성전자주식회사 | 전압 모니터링장치 및 그를 구비한 레이저 설비 |
-
2014
- 2014-10-14 KR KR1020140138364A patent/KR101683548B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014146817A (ja) | 2000-09-20 | 2014-08-14 | Kla-Encor Corp | 半導体製造プロセスのための方法とシステム |
| KR101344107B1 (ko) | 2009-12-29 | 2013-12-20 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 패턴 위치 및 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160044131A (ko) | 2016-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI517210B (zh) | Pattern evaluation method and pattern evaluation device | |
| JP5525421B2 (ja) | 画像撮像装置および画像撮像方法 | |
| JP4262592B2 (ja) | パターン計測方法 | |
| JP4791141B2 (ja) | 電子線式寸法計測装置及びそれを用いた寸法計測方法 | |
| JP5202071B2 (ja) | 荷電粒子顕微鏡装置及びそれを用いた画像処理方法 | |
| KR102268502B1 (ko) | 시료 상의 관심 영역에 대한 좌표 결정 | |
| JP4223979B2 (ja) | 走査型電子顕微鏡装置及び走査型電子顕微鏡装置における装置としての再現性能評価方法 | |
| KR101764658B1 (ko) | 결함 해석 지원 장치, 결함 해석 지원 장치에 의해 실행되는 프로그램 및 결함 해석 시스템 | |
| US8885950B2 (en) | Pattern matching method and pattern matching apparatus | |
| TWI515813B (zh) | Charged particle - ray device | |
| US7932493B2 (en) | Method and system for observing a specimen using a scanning electron microscope | |
| US20130070078A1 (en) | Method and device for testing defect using sem | |
| JP5651428B2 (ja) | パターン測定方法，パターン測定装置及びそれを用いたプログラム | |
| US10545017B2 (en) | Overlay error measuring device and computer program for causing computer to measure pattern | |
| JP5400882B2 (ja) | 半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法 | |
| TWI837655B (zh) | 用來處理藉由帶電粒子束裝置得到的圖像之圖像處理系統，疊合錯位量算出方法，及圖像處理程式 | |
| KR102165735B1 (ko) | 화상 처리 장치, 자기 조직화 리소그래피 기술에 의한 패턴 생성 방법 및 컴퓨터 프로그램 | |
| US6532310B1 (en) | Removing noise caused by artifacts from a digital image signal | |
| KR101683548B1 (ko) | 전자 빔을 이용한 오버레이 측정장치와 이의 측정방법 | |
| JP2011179819A (ja) | パターン測定方法及びコンピュータプログラム | |
| JP6207893B2 (ja) | 試料観察装置用のテンプレート作成装置 | |
| TW202127017A (zh) | 圖像調整方法及帶電粒子束系統 | |
| JP2000251824A (ja) | 電子ビーム装置及びそのステージ移動位置合せ方法 | |
| TWI850667B (zh) | 深度計測裝置、深度計測系統及深度指標值算出方法 | |
| US20230194253A1 (en) | Pattern Inspection/Measurement Device, and Pattern Inspection/Measurement Program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |