KR102119930B1 - 복수의 이동가능한 빔 칼럼을 갖는 이미징 장치 및 실질적으로 일치하도록 의도된 기판의 복수의 영역을 검사하는 방법 - Google Patents

복수의 이동가능한 빔 칼럼을 갖는 이미징 장치 및 실질적으로 일치하도록 의도된 기판의 복수의 영역을 검사하는 방법 Download PDF

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Abstract

기판을 검사하는 장치는 검사될 기판을 지지하고 그렇게 지지된 기판을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키도록 동작가능한 X-Y 스테이지; 및 개별적으로, 서로 분리된, 에너지의 빔들에 의해 상기 X-Y 스테이지에 의해 지지되는 기판의 영역들을 조사하도록 동작가능한 복수의 빔 칼럼을 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 상기 빔 칼럼들 중 개별적인 빔 칼럼은 전자 빔 칼럼의 다른 전자 빔 칼럼에 관하여 이동가능하다. 기판은 상기 기판의 영역들 중 적어도 3개의 영역의 이미지를 포착하고, 상기 포착된 이미지 중 하나의 평균 이미지를 생성하고, 상기 평균 이미지를 생성하도록 사용되지 않는 하나의 이미지로부터 평균 이미지를 감산하서 차분 이미지를 생성하며 상기 차분 이미지의 픽셀을 분석함으로써 검사된다.

Description

복수의 이동가능한 빔 칼럼을 갖는 이미징 장치 및 실질적으로 일치하도록 의도된 기판의 복수의 영역을 검사하는 방법{IMAGING APPARATUS HAVING A PLURALITY OF MOVABLE BEAM COLUMNS, AND METHOD OF INSPECTING A PLURALITY OF REGIONS OF A SUBSTRATE INTENDED TO BE SUBSTANTIALLY IDENTICAL}
본 발명의 개념은 반도체 디바이스 등의 결함을 검사하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 개념은 에너지의 빔을 사용하여 반도체 디바이스 등의 미세 패턴과 같이 기판상에 형성된 마이크로스코픽 특징(feature)의 이미지를 포착하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 개념은 또한 에너지의 빔을 사용하여 이러한 마이크로스코픽 특징의 결함을 감지하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스, 리소그래피 마스크(포토마스크 또는 레티클) 등의 제조는 기판에 걸쳐 동일한 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 이러한 패턴은 집적 회로 또는 기타 마이크로-디바이스가 되거나 그에 상응할 수 있다. 예컨대, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼의 다수의 영역에서 일치하는 집적 회로들을 형성하도록 처리될 수 있으며 이어서 웨이퍼는 서로로부터 상기 영역을 분리하도록 슬라이스되며, 각각의 생성된 피스(piece)는 공통적으로 다이로 지칭된다. 또한, 각각의 다이는 기판(웨이퍼의 피스) 및 상기 기판에 걸친 복수의 동일한 패턴(예컨대, 집적 회로의 메모리 셀)을 포함할 수 있다.
반도체 디바이스 등의 제조는, 다양한 결함에 대한, 그리고 제조 프로세스가 구체화되거나 균일한 동작 특성을 갖는 최종 산물을 야기하는 실질적으로 균일한 패턴을 생성하는 것을 보장하기 위한 검사 프로세스를 또한 포함한다.
이를 위해, 기판을 검사하기 위한 비파괴적 장치가 일정 기간 동안 이용가능했다. 이러한 타입의 장치는 미국 특허 제 5,502,306호 및 제 5,578,821호에 개시된 바와 같이 전자 빔 검사 장치이며, 상기 특허들의 개시는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.
기판의 결함을 검사하는 경우에, 일치하도록 의도된 2개의 영역의 이미지가 통상적으로 포착되고 비교된다. 이러한 영역은 2개의 상이한 다이의 영역 또는 메모리 내에서 2개의 영역이 될 수 있다. 특정 스레스홀드보다 더 큰 2개의 이미지 사이의 차이는 결함을 잠재적으로 표시한다. 결함이 존재한다고 결정될 경우, 제 3 이미지는 이로써 2개의 오리지널 이미지가 잠재적인 결함을 포함하는 것을 결정하도록 2개의 오리지널 이미지와 비교된다. 후속하는 프로세싱은 분류를 돕는 사이즈 또는 색상과 같이 결함의 특징을 판정하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 개념의 일 목적은 다수의 영역을 이미징하기 위한 그리고 높은 처리량(throughput)을 갖는 이미징 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념의 다른 목적은, 거질 결함(false defect)을 표시하지 않는 기판 검사 장치 및 기판 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념의 더욱 구체적인 목적은, 이들은 샷 노이즈(shot noise)로 인한 거짓 결함을 표시하지 않을 웨이퍼의 다이를 검사하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념의 또 다른 목적은 낮은 콘트라스트 결함의 고속 감지능력을 가능하게 하는 장치를 제공하는 것이다.
마찬가지로, 본 발명의 다른 목적은 낮은 콘트라스트 결함이 신속하게 감지될 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념의 일 측면에 있어서, 장치가 제공되고, 상기 장치는 검사될 기판을 지지하며 그렇게 지지된 기판을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키도록 동작가능한 X-Y 스테이지 및 X-Y 스테이지에 의해 지지되는 기판의 영역들을 서로 분리된, 에너지의 빔들에 의해 개별적으로 조사하도록(irradiate) 동작가능한 복수의 빔 칼럼을 포함하는 이미징 시스템을 포함하고, 여기서 빔 칼럼들 중 개별적인 빔 칼럼은 전자 빔 칼럼들 중 다른 전자 빔 칼럼에 관하여 이동가능하다.
본 발명의 개념의 다른 측면에 있어서, 기판을 검사하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 기판의 (m+1)개의 영역의 이미지를 포착하는 단계 - n은 적어도 2와 동일한 정수임 - 포착된 이미지들 중 하나를 제외한 모든 이미지의 평균 이미지를 생성하도록 포착된 이미지의 (m-1)의 평균을 내는 단계, 차분 이미지를 생성하도록 평균 이미지를 생성하도록 사용되지 않는 하나의 이미지로부터 평균 이미지를 감산하는 단계 및 차분 이미지의 픽셀을 분석하는 단계를 포함한다.
이러한 그리고 기타 목표, 특징 및 장점은 동반하는 도면을 참조하여 이하에서 참조된 선호되는 실시예의 상세한 기재로부터 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 이미징 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치의 이미징 시스템의 확대도이다.
도 3은 이미징 시스템의 빔 칼럼들 중 하나의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 개념에 따른 이미징 장치의 다른 실시예의 이미징 시스템의 평면도이다.
도 5는 웨이퍼에 관한 사전 정렬 포지션에서의 도 1의 장치의 이미징 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 6은 웨이퍼가 이미징될 정렬된 포지션에서의 도 1의 장치의 이미징 시스템을 도시하되 도 5와 유사한 개략적인 평면도이다.
도 7은 이미징 시스템이 정렬된 포지션일 때 웨이퍼 및 기판 지지부의 개략적인 평면도이다.
도 8은 진행 중인 웨이퍼의 스캔을 설명하는 웨이퍼 및 기판 지지부의 개략적인 평면도이다.
도 9는 웨이퍼의 스캐닝의 종료를 설명하는 웨이퍼 및 기판 지지부의 개략적인 평면도이다.
도 10은 기판상의 결함을 감지하는 종래의 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 개념에 따라 기판의 결함을 검사하는 방법의 흐름도이다.
이하의 상세한 기재에서, 제한이 아닌 설명의 목적으로, 특정 상세는 본 교수법에 따른 설명적인 실시예의 완전한 이헤를 제공하도록 상술된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 특정 상세로부터 벗어난 본 교수법에 따른 기타 실시예는 첨부된 청구항들의 권리범위 내에서 유지되는 것이 본 발명의 이익을 취하는 당업자에게 명백할 것이다. 더욱이, 잘 알려진 장치 및 방법의 기재는 설명적인 실시예의 기재를 모호하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 이러한 방법은 본 교수법의 범위내에서 명확하다.
설명적인 개념의 특정한 예시 또는 실시예를 기재하고자 하는 목적으로 본 명세서에서 사용된 기타 용어는 맥락에 따라 이해될 것이다. 예컨대, 본 명세서에서 사용될 시에 "포함하다" 또는 "포함하는" 이라는 용어는 언급된 특징 또는 프로세스의 존재를 명시하되 그 존재 또는 추가적인 특징 또는 프로세스를 제외하지 않는다. 또한, "에너지"의 빔이라는 용어는 반도체 등의 이미징 및 검사의 분야에서 사용되는 빔의 다양한 타입을 지칭할 것이므로 하전된 입자의 빔 뿐만아니라 광의 빔을 포함할 것이다.
명세서 및 첨부된 도면에서 사용된 바와 같이, 용어 "하나", "하나의" 및 "상기"와 같은 용어는 문맥이 명확하게 다른 것을 지시하지 않는 한 모두 단수 및 복수 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예컨대, "하나의 장치"는 하나의 장치 및 복수개의 장치를 포함한다. 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 그리고 그 일반적인 의미에 더하여, "실질적인" 또는 "실질적으로"라는 용어는 허용가능한 한계치 또는 정도내를 의미한다. 예컨대, "실질적으로 삭제된"이라는 의미는 당업자가 허용가능해질 삭제를 고려하는 것을 의미한다. 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 그리고 그 일반적인 의미에 더하여, "대략" 또는 "약"과 같은 용어는 당업자에게 있어서 허용가능한 한계치 또는 양을 의미한다. 예컨대, "대략 동일한"이라는 용어는 당업자가 비교된 항목들이 동일한 것으로 고려한 것을 의미한다.
일반적으로, 본 명세서에 도시된 도면 및 다양한 소자는 실제 축적대로 도시되어 있지 않은 것이 이해된다. 또한, "위에", "아래에", "상부", "하부", "상위" 및 "하위"와 같은 상대적 용어는 동반하는 도면에 도시된 바와 같이 다양한 소자의 서로에 대한 관계를 기재하도록 사용된다. 이러한 상대적 용어는 도면에 도시된 배향에 대하여 디바이스 및/또는 소자의 상이한 배향을 포함하도록 의도되는 것이 이해된다. 예컨대, 장치는 도면에서의 시야에 관하여 반전될 경우, 예컨대 다른 소자의 "위에" 있는 것으로 기재되는 소자는 이제 그 소자의 아래에 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 이미징 장치의 일 실시예는 도 1 내지 도 3을 참조하여 이제 상세히 기재될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 장치는 검사될 기판을 지지하고 서로 독립적으로 X 및 Y 방향(도 1의 x-축 및 y-축 방향)으로 기판을 이동시키도록 동작가능한 X-Y 스테이지(100)를 포함한다. X-Y 스테이지(100)는 기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지부(110), X 방향으로 기판 지지부(110)를 이동시키기 위한 X-축 구동 메커니즘(120) 및 Y 방향으로 기판 지지부(110)를 이동시키기 위한 Y-축 구동 메커니즘(130)을 포함한다. 본 실시예에서, Y-축 구동 메커니즘(130)은 Y 방향에서 길이방향으로 연장하며 기판 지지부(110) 그에 장착되는 Y-축 레일 및 레일을 따라 기판 지지부(110)를 구동하기 위한 모터를 포함한다. X-축 구동 메커니즘(120)은 X 방향에서 길이방향으로 연장하며 Y-축 구동 메커니즘이 그에 장착되는 X-축 레일 및 X-축 레일을 따라 Y-축 구동 메커니즘를 구동하기 위한 모터를 포함한다. 기판 지지부(110)는 정전 척(electrostatic chuck)이다. 다른 타입의 X-Y 스테이지가 대신 사용될 수 있다. 임의의 경우에, X-Y 스테이지는 선행 기술에 알려져 있으므로 X-Y 스테이지(100)는 더 상세히 기재되지 않을 것이다.
장치는 또한 X-Y 스테이지(100) 위에서 지지되는 이미징 시스템(200)을 또한 포함한다. 이미징 시스템(200)은 X-Y 스테이지(100)의 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판의 영역들을 개별적으로 이미지의 별개의 빔들에 의해 조사하도록 동작가능한 복수의 빔 칼럼(210)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 각각의 빔 칼럼(210)은 에너지(213)를 방출하는 에너지원(212) 및 X-Y 스테이지(100)의 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판(S)상에 에너지의 빔(215)을 보내는 구성요소(216)의 어셈블리(214)를 포함할 수 있다. 구성요소(216)는 이하에서 더욱 상세히 기재되는 바와 같이, 에너지원(212)에 의해 방출되는 에너지(213)를 집속하기(focusing) 위한 렌즈(들), 기판(S)의 표면의 영역을 걸쳐서 빔(215)을 스캐닝하는 편광기 및 빔(215)에 의해 조사되는 것의 결과로서의 기판(S)으로부터의 방출을 감지하는 감지기를 포함할 수 있다. 더욱이, 참조 번호 300은 이미징 장치의 프로세서를 지정하며, 빔 칼럼(210)의 감지기가 이것에 모두 연결되어서 프로세서(300)는 모든 빔 칼럼(210)의 출력을 수신할 수 있다.
본 실시예에서, 빔 칼럼(210)은 별개의 전자 빔으로 기판(S)을 조사하는 이-빔 "마이크로 칼럼"(e-beam "micro-columns")이 될 수 있다.
본 실시예에서 사용될 수 있는 이-빔 마이크로칼럼의 예시들은 노벨엑스 인크(Novelx, Inc.)의 2006년 9월 19일자로 발행된 미국 특허 제 7,109, 486에 개시되며, 이것의 개시는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다. 이러한 이-빔 마이크로 칼럼이 빔 칼럼(210)으로서 사용되는 경우에, 에너지원(212)은 전자(213)의 소스이며, 어셈블리(214)는 기판(S)이 표면상에서 전자의 빔(215)을 집속하는 렌즈, 표면을 따라 빔(215)을 편향하기 위한 편향기 및 기판(S)의 표면으로부터 산란된 전자를 감지하기 위한 감지기를 포함하는 별개의 또는 집적된 소자들을 포함한다.
비록, 빔 칼럼(210)이 전자 빔을 형성하기 위한 이-빔 칼럼인 예시가 주어졌으나, 다른 타입의 빔 칼럼이 대신 사용될 수 있다. 즉, 빔 칼럼(210)은 전자를 제외한 하전된 입자의 빔 또는 광의 빔을 포함하는, 전자 빔을 제외한 에너지의 빔을 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 이미징 시스템(200)은 또한 복수의 지지부(220)를 포함하고, 이것에 의해 빔 칼럼(210)들 중 개별적인 빔 칼럼은 빔 칼럼(210)의 다른 빔 칼럼에 관하여 이동가능하다.
본 실시예에서, 지지부(220)는 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나에서 서로에 대해 독립적으로 이동가능하며 빔 칼럼들(210)의 개별적인 빔 칼럼은 그에 의해 이동가능해지도록 지지부(220)의 각각을 따라 장착되고 이격된다. 더욱 구체적으로, 지지부(220)는 복수의 레일을 포함하고 (그리고 이처럼 종종 레일(220)로서 이하에서 지칭되며) 개별적으로 레일을 트랙(221) 상에서 지지되어서 X 방향으로 서로 독립되게 이동가능하다. 또한, X-축 구동 메커니즘(222)은 트랙(221)을 따라 레일을 독립적으로 구동하도록 동작된다. X-축 구동 메커니즘(222)은 레일의 끝에서 그리고 트랙 상에서 운영되는 스테이지 및 스테이지와 트랙 사이에서 집적되고 연결되는 개별적인 압전(piezo-electric) 구동 모터를 각각 포함할 수 있다. 그러므로, 압전 모터는 서로 독립된 트랙(221)을 따라 레일(220)을 이동시켜서 다이 높이(도 5 내지 도 9에 관하여 이하에서 기재됨)를 조절하여 작은 각도 오류를 교정할 수 있다. 더욱이, 이러한 플렉셔 마운트(flexure mount)(M)는 또한 작은 오류를 교정하기 위하여, 레일들이 서로에 관하여 길이방향으로(즉, 트랙(221)에 수직 방향으로) 이동/조절되는 것을 허용하기 위하여 제공될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 이미징 장치의 기타 실시예의 이미징 시스템(200A)은 도 4에 도시된다. 이미징 시스템은 또한 복수의 이동가능한 지지부(220a, 220b)를 포함하고, 이것에 의해 빔 칼럼(210)의 개별적인 빔 칼럼은 빔 칼럼들(210) 중 다른 것에 대해 이동 가능하다. 예컨대, 8개의 이동가능한 지지부(220a, 220b)는 기판 지지부(210)의 외부 둘레에 상응하는 원형을 따라 배치된다. 또한, 고정 지지부(220c)는 원형의 중심에 배치된다. 본 실시예의 예시에서, 이동가능한 지지부(220a, 220b)의 각각은 X 방향과 Y 방향 양쪽에서 서로 독립적으로 이동가능할 뿐만 아니라, 하나의 빔 칼럼(210)은 그에 의해 이동가능하도록 지지부(220a, 220b)의 각각에 장착된다.
더욱이, 이동가능한 지지부의 개별적인 지지부, 즉, 도면에서 220a로 지정된 것은 X 방향 및 Y 방향 중 단 하나로만 이동가능하도록 지지될 수 있는 반면에, 이동가능한 지지부의 나머지, 즉 이동가능한 지지부(220b)는 X 방향 및 Y 방향 양쪽에서 독립적으로 이동가능하도록 지지된다. 따라서, 이러한 도면에서, 참조 번호 222는 X-축 구동 메커니즘(X-축 트랙 및 트랙을 따라 빔 칼럼 지지부를 구동하기 위한 구동 모터)을 지정하고 참조 번호 223은 Y-축 구동 메커니즘(Y-축 트랙 및 트랙을 따라 빔 칼럼 지지부를 구동하기 위한 구동 모터)을 지정한다. 이동가능한 지지부(220b)의 경우에, 따라서, X-축 및 Y-축 구동 메커니즘(222, 223)은 X-Y 스테이지로서 구성된다.
일반적으로, 각각의 칼럼(210)에 대한 동작의 양 축(x-y)이 요구된다. 그러므로, 본 실시예의 도시된 예시에서, 지지부(220a, 220b 및 220c)의 각각은 X-축 및 Y-축 구동 메커니즘(222, 223)의 개별적인 쌍(이것의 가시적인 부분은 이러한 그 아래의 중앙 지지부(220c)에 대하여 제외되고 모두 도시된다)에 의해 구성되는 그 자체 X-Y 스테이지 상에서 지지된다.
본 발명의 개념에 따른 장치를 사용하는 웨이퍼의 다이를 이미징하는 방법은 도 5 내지 도 9를 참조하여 이제 기재될 것이다. 이 방법은 도 1 및 도 2의 실시예의 예시를 오직 설명의 목적으로 참조하여 기재되되 유사한 예시가 도 4의 실시예를 사용하여 수행될 수 있다.
도 5는 웨이퍼(W) 위에서 배치된, 빔 칼럼(210)의 어레이, 예컨대 이-빔 마이크로 칼럼(210)을 도시하고, 이것의 다이는 X 방향으로 특정 높이를 갖는다. 본 예시에서, 8개의 레일(220) 및 각각의 레일(220)에 의해 지지되는 16개의 개별적인 빔 칼럼(210)이 존재하며, 이들은 레일을 따라 서로 17mm만큼 서로 이격된다(중심에서 중심까지). 또한, 본 예시에서, 다이의 높이는 X 방향으로 10.5mm이며 Y 방향으로 22mm이다. 웨이퍼(W)는 300mm 직경 반도체 웨이퍼이다.
도 6은 빔 칼럼(210)이 X 방향으로 웨이퍼(W)의 다이의 높이보다 두 배인 높이를 갖는 위치로 레일(220)을 이동시키는 것, 즉, 빔 칼럼(210)이 본 예시에서 21mm의 높이를 갖는 것을 도시한다. 이것은 이미징 시스템의 정렬된 위치로 지칭될 수 있다. 이를 위하여, 코스 정렬(course alignment)은 X-축 구동 메커니즘(222)(예컨대, 압전 모터)에 의해 X 방향으로 레일(220)을 구동함으로써 영향을 받을 수 있으며 미세 조절은 빔 칼럼(210)의 구성요소(들)(216)을 사용하여 각각의 빔(215)의 위치를 이동시킴으로써 영향을 받을 수 있다(도 3). 빔 정렬은 또한 각각의 레일(220)에서 빔 칼럼(210)의 작은 기계적 배치 오류를 교정하도록 사용된다.
도 7은 이미징 시스템이 정렬 포지션에 있을 시 빔 칼럼(210)의 (축방향) 중심(C)을 도시한다. 물론, 기판 지지부(110)는 이러한 정렬된 위치를 성취하도록 이동되어야 할 수 있다. 축방향 중심(C)은 이미징 시스템이 정렬 포지션으로 먼저 이동될 시에 빔에 의해 충돌된 웨이퍼 상의 지점(spot)과 일치한다. 축방향 중심(C)은 도 3의 구성요소(216) 및 에너지원(212)의 광학 축과 일치할 수 있다.
도 8은 방법의 스캐닝 공정의 초기 부분을 도시한다. 본 공정에서, 웨이퍼(W)는 도면에서 웨이퍼의 좌측으로 단방향 화살표로 표시되는 바와 같이 -Y 방향으로 일정한 속도로 기판 지지부(110)에 의해(즉, 도 1에 도시된 장치의 X-Y 스테이지(100)에 의해) 이동된다. 동시에, 빔(215)(도 3을 참조)은 +X 방향 및 -X 방향으로, 즉, 도면의 웨이퍼(W)의 좌측으로 양방향에 의해 도시되는 웨이퍼 움직임의 방향에 대해 직교로, 균일한 양만큼 앞뒤로 빔 칼럼(210)의 어셈블리(214)의 편향기에 의해 편향된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 -Y 방향으로 움직임에 따라 빔(215)이 +X 방향 및 -X 방향으로 전체 길이(본 예시에서 7.68㎛)로 편향될 때마다, 다이의 단일 라인은 빔(215)에 의해 스캐닝된다. 스테이지 속도는, 기판은 빔에 의해 하나의 라인을 스캔하도록 요구되는 시간에 -Y 방향으로 하나의 픽셀에 의해 이동되도록 선택된다(래스터 스캔). 예컨대, 픽셀 사이즈는 15nm이며 빔 스캔은 7.68㎛ 넓이인 512 픽셀이다. 이러한 공정은 이미징된 영역의 스트립을 생성하도록 반복된다. 스캐닝된 영역은 도 8에서 SA로 지정된다.
도 9는 스캐닝 프로세스의 완료를 도시한다. 이 때, 기판 지지부(110) 및 그러므로 웨이퍼(W)는 이미징 시스템에 대해 -Y 방향으로 그 이동을 완료했다(본 예시에서, 각각의 레일 상에서 빔 칼럼(210)들 사이의 중심에서 중심까지의 거리에 상응하는 17mm). 예시로서, 웨이퍼(W)는 복수의 다이(본 예시에서, 91개의 다이) 상의 일치하는 영역을 커버하는 복수의 연속하는 스트립(ST)(본 예시에서 8개)을 따라 스캐닝된다. 그러나, 현안의 영역이 스트립들의 폭(7.68㎛)보다 더 넓을 경우, X-Y 스테이지는 스트립 폭보다 다소 적은 양만큼(예컨대, 10% 적게) X 방향으로 기판 지지부(110)를 인덱싱하며 +Y 방향으로 일정한 속도로 기판 지지부(110)를 움직임으로써 새로운 연속의 스와스(swath)를 시작할 것이며, 그 동안, 빔(215)은 +X 및 -X 방향으로 앞뒤로 다시 편향된다(7.68㎛). 중첩은 갭이 존재하지 않음을 보장할 필요가 있다. 이러한 프로세스는 현안의 영역의 전체가 스캐닝될 때까지 반복된다.
스트립의 이미지는 결함 감지를 위하여 다이 투 다이 비교(die-to-die comparision)에 즉시 활용될 수 있는 다이의 일치하는 영역으로부터의 이미지이다. 이런 식으로 얻어진 이미지를 사용할 수 있는 결함 감지의 방법이 다음에 상세하게 기재될 것이다.
그러나, 종래의 방법이 도 10을 참조하여 먼저 기재될 것이다.
상기 방법은 일치되는 것으로 가정되는 기판상의 3개의 영역의 이미지를 얻음으로써 시작된다(S1). 다음으로, 이미지들 중 2개가 정렬되고, 이것은 서브-픽셀 보간을 요하며 "차분 이미지"를 형성하도록 픽셀 별 픽셀 베이스로 감산된다(subtracted). "차분 이미지"는 2개의 이미지들 사이의 감산의 절대값이다(S2). 스레스홀드는 차분 이미지(S3)에 적용되며 스레스홀드보다 작은 픽셀 값은 0으로 설정된다. 임의의 픽셀 값이 0보다 더 클 경우(S4), 이로써 잠재적 결함이 존재하는 것으로 판정되며, 제 3 이미지는 2개의 오리지널 이미지 중 어느 것이 잠재적 결함을 포함할지 결정하도록 오리지널 2개와 비교된다(S5 내지 S7).
따라서, 감지될 결함에 있어서, 그 신호는 차분 이미지(S2)의 노이즈보다 더 높아야 할 뿐만 아니라, 복수의 차분 이미지의 노이즈보다 더 높아야 한다(S2 및 S5). 과도하게 낮게 설정된 스레스홀드는 노이즈를 플래그(flag)하며 "거짓 결함"을 야기한다. 실제 결함이 드문 이벤트로 가정되기 때문에 이들은 시스템이 유용해지도록 극도로 작은 수로 유지되어야 한다. 실제로, "거짓 결함"은 수 cm2 로 한정될 필요가 있다.
다수의 노이즈의 소스가 존재하되, 이-빔 검사에 가장 중요한 3개의 소스는 이하와 같다:
1. 제한된 수의 전자/픽셀로 인한 샷 노이즈,
2. 전자 감지 및 증폭 시스템의 전자 노이즈 및
3. 스캐닝 전자 빔을 섭동시키는(perturb) 전자 렌즈 또는 편향기의 노이즈.
SEM의 빔 전류는 소스 밝기, 렌즈 수차 및 통계적 쿨롱 반발력(statistical Coulomb repulsion) 효과에 의해 한정된다. 결과는 한정된 수의 전자/픽셀로 인한 이미지의 샷 노이즈이다. 일반적으로 주 처리량 리미터(main throughput limiter)인, 픽셀 비율(rate), 결함 콘트라스트와 거짓 결함 비율 사이의 이러한 관계를 이끌어내는 이-빔 웨이퍼 검사가 도시될 수 있다.
제한된 수의 픽셀 당 전자로부터의 샷 노이즈는 낮은 콘트라스트 결함이 감지될 수 있는 속도에 대한 영구적인 제한을 이끌어 낸다. 도 9를 참조하여 도시된 그리고 상기 기재된 종래의 방법에서, 차분 이미지(S2)의 샷 노이즈는 낮은 콘트라스트 결함의 감지가능성을 판정한다.
오리지널 이미지의 특정 픽셀의 샷 노이즈는
Figure 112017030430215-pct00001
의 분산(variance)을 갖고, 여기서,
Figure 112017030430215-pct00002
는 픽셀에 대한 전자의 평균 감지된 수다. 동일 픽셀에 대한 차분 이미지의 분산은
Figure 112017030430215-pct00003
이다.
본 발명의 개념에 따른 장치에 의해 가능해지는 바와 같이 다수의 일치하는 영역 이미지의 이미지를 포착할 능력은 도 9의 종래의 방법을 사용하여 얻어질 수 있는 결과를 상당히 개선시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 개념에 따른 기판을 검사하는 방법은, 일치하도록 의도되는 영역의 m개의 정렬된 이미지가 포착되고, 제 1 (m-1)개의 이미지가 동일한 픽셀 위치에서의 이미지들의 각각으로부터 픽셀 값을 더하고 (m-1)에 의해 나뉨으로써 평균이 내질 경우, 평균 이미지의 특정 픽셀에서의 샷 노이즈는
Figure 112017030430215-pct00004
의 분산을 가질 것이라는 실현(realization)에 근거를 둔다. 이제, m번째 이미지 및 (m-1)개의 이미지의 평균으로부터 차분 이미지를 형성할 경우, 특정 픽셀에 대한 분산은
Figure 112017030430215-pct00005
이 될 것이다.
따라서, 도 11을 참조하면, 본 발명의 개념에 따라 기판의 결함을 검사하는 방법에서, 기판의 m개의 영역이 포착되고, m은 적어도 3 그리고 바람직하게 적어도 9와 동일한 정수이다. 즉, 패턴이 일치하도록 의도된 기판의 영역의 적어도 3개의 개별적인 이미지가 포착된다(S10). 이미지는 도 1 및 도 2 또는 도 4에 도시되고 이를 참조하여 도시된 바와 같이 이미징 장치의 실시예에 의해 포착될 수 있다. 또한, 이미지는 도 5 내지 도 9에 도시되고 이를 참조하여 기재된 방법을 사용하여 포착될 수 있다. 대안적으로, 이미지는 종래의 이미징 시스템에 의해 포착될 수 있다. 또한, 프로세서(300)(도 3)는 포착된 이미지를 나타내는 개별적인 데이터가 저장될 수 있는 메모리를 가질 수 있다.
이로써, (m-1)개의 포착된 이미지는 포착된 이미지의 하나를 제외한 모든 이미지의 평균 이미지를 생성하도록 평균을 내어진다(S20). 프로세서(300)는 (m-1)개의 포착된 이미지의 평균을 내는 동작을 수행하도록 구성될 수 있어서 평균 이미지를 나타내는 데이터는 프로세서의 메모리에 저장될 수 있다.
다음으로, 평균 이미지는 하나의 이미지(평균 이미지를 생성하도록 사용되지 않은 이미지)로부터 감산되서 결국 차분 이미지를 생성한다(S30). 이러한 단계는 마찬가지로 프로세서(300)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 메모리에 저장된 이미지를 감산하는 동작을 수행하여 차분 이미지를 나타내는 메모리 데이터에서 다시 저장하도록 구성될 수 있다.
마지막으로, 차분 이미지의 픽셀은 포착된 이미지의 결함을 감지하도록 분석된다. 먼저, 스레스홀드는 차분 이미지(S40)에 적용되며 스레스홀드보다 작은 픽셀 값은 0으로 설정된다. 임의의 픽셀 값이 0보다 더 클 경우(S50), 이로써 잠재적 결함은 이미지(m)에 존재하는 것으로 판정된다.
이러한 방법은 m개의 이미지의 각각에 대하여 수행될 수 있고, 즉, 그 이미지를 제외한 모든 포착된 이미지의 평균을 냄으로써 S20에서 시작하는 각각의 이미지에 대하여 반복된다(S20).
상기 언급된 바와 같이, 도움이 되도록, 샷 노이즈로 인한 거짓 결함의 수는 수 cm2 이하로 유지될 필요가 있다. 예시로서, 픽셀 사이즈가 15nm인 것으로 가정한다. 제곱 cm(suare cm)가 4.4 x 1011 픽셀을 포함하므로, 이는, 픽셀 당, 거짓 결함은 7σ 가능성 이벤트임을 의미한다. W. D. Meisburger, 외., J. Vac. Sci. Technol의. B 9(6), 3010 (1991)에서와 동일한 규칙(convention) 및 정의를 사용하면:
Figure 112017030430215-pct00006
이고, 여기서
Figure 112017030430215-pct00007
이다.
Figure 112017030430215-pct00008
이다.
차분 이미지의 노이즈에 의해 유발된 콘트라스트(C)의 정의는 100%를 초과할 수 있는 것에 주목하는 것이 중요하다:
Figure 112017030430215-pct00009
.
이러한 식은 샷 노이즈 유발된 콘트라스트, 비교된 이미지의 수 그리고 전자/픽셀의 평균 수 사이의 관계를 야기한다. 2개의 이미지가 비교되는 종래의 케이스(도 10)에 있어서, 그 관계는 이하와 같다.
콘트라스트(%) 전자(#)
10 9,800
20 2,450
30 1,089
40 613
50 392
60 272
70 200
80 153
90 121
100 98
예컨대, 392개의 전자가 특정 픽셀에 대한 평균에서 감지될 경우, 이로써 샷 노이즈가 차분 이미지의 50%의 이상의 콘트라스트를 생성할 가능성은 2.5xl0-12이다.
본 발명의 개념에 따른 방법(도 11)을 사용하는 20개의 이미지의 경우에 있어서(즉, m은 20), 이것은 이하를 이끌어 낸다.
콘트라스트(%) 전자(#)
10 5,158
20 1,289
30 573
40 322
50 206
60 143
70 105
80 81
90 64
100 52
본 발명의 개념에 따른 방법(도 11)으로 행해진 가정은, 평균 이미지가 의도된 이미지의 결함 없는 표시라는 것이다. 평균 이미지의 수가 크고 결함의 가능성이 작을 경우, 이로써 이것은 합리적인 가정이 된다. 그러나, 이것이 충족되지 못할 경우, 잠재적인 결함은 평균 이미지보다 이미지(m)으로 인한 것일 가능성이 있다. 이런 경우에, 추가 단계는 이미지를 교정하기 위하여 잠재적 결함을 매칭할 필요가 있다. 예컨대, m개의 이미지 중 하나가 정상에 비해 상당히 큰 픽셀 값을 갖는 잠재적 결함을 포함하고, 이것이 평균을 냄으로써 임계값 이하로 감소되지 않을 경우, 그 결과는 m개의 모든 비교가 동일한 픽셀 위치에서 잠재적 결함을 도시하는 결과가 될 것이다. 이런 경우에, m개의 비교 중 하나는 다른 것보다 차분 이미지의 훨씬 높은 픽셀 값을 가지며 실제 잠재적인 결함을 포함하는 이미지에 상응한다.
마지막으로, 본 발명의 개념의 실시예 및 그의 예시는 전술된 내용에서 상세하게 기재되었다. 그러나, 본 발명의 개념은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기 기재된 실시예에 한정된 것으로 해석되어서는 안된다. 그보다는, 이러한 실시예는, 본 공개가 완벽하고 당업자에게 본 발명의 개념을 충분히 전달하도록 기재되었다. 따라서, 본 발명의 개념의 참된 정신 및 권리 범위는 상기 기재된 실시예 및 예시가 아닌 이하의 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (20)

  1. 기판을 검사하는 장치에 있어서,
    검사될 기판을 지지하고 이로써 지지된 기판을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키도록 동작가능한 X-Y 스테이지;
    상기 X-Y 스테이지에 의해 지지된 기판의 영역들을, 각각, 서로 별개인 에너지의 빔들에 의해 조사하도록(irradiate) 동작가능한 2개보다 많은 빔 칼럼들을 포함하는 이미징 시스템으로서, 상기 빔 칼럼들 각각은 다른 빔 칼럼들에 관하여 이동가능한, 상기 이미징 시스템; 및
    X 방향 및 Y 방향으로 서로에 관하여 독립적으로 이동가능한 복수의 지지부들을 포함하며,
    상기 빔 칼럼들 중 적어도 하나의 빔 칼럼은 상기 지지부들의 각각에 장착되어 상기 지지부들과 함께 이동가능하고, 상기 지지부들은 각각 복수의 레일(rail)들이고, 상기 레일들은 X 방향 및 Y 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하도록 지지되며, 복수의 빔 칼럼들이 상기 레일들 각각에 장착되어서 상기 레일들과 함께 이동하는, 기판을 검사하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 칼럼들 각각은, 전자 소스(source of electrons)와, 스캐닝 방향으로 전자 빔을 편향시키도록 동작하는 편향기를 포함하는, 기판을 검사하는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 칼럼들의 각각은, 전자 소스와, X 방향 및 Y 방향 중 하나의 방향에 평행한 스캐닝 방향으로 전자 빔을 편향시키도록 동작하는 편향기를 포함하는, 기판을 검사하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부들은 X 방향 및 Y 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하도록 각각 지지되는 스테이지들을 포함하고, 상기 빔 칼럼들 중 적어도 하나의 빔 칼럼은 상기 스테이지들의 각각에 장착되어 상기 스테이지들과 함께 이동하는, 기판을 검사하는 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 빔 칼럼들 중 하나의 빔 칼럼만이 상기 스테이지들의 각각에 장착되는, 기판을 검사하는 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 빔 칼럼들의 각각은, 전자 소스와, X 방향 및 Y 방향 중 하나의 방향에 평행한 스캐닝 방향으로 전자 빔을 편향시키도록 동작하는 편향기를 포함하는, 기판을 검사하는 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 이미징 시스템은,
    상기 빔들에 의해 조사되는 기판의 영역들로부터의 방출(emission)을 감지하고, 상기 감지된 방출로부터 상기 기판의 영역들의 이미지들을 나타내는 데이터를 생성하는 감지기(detector)들; 및
    상기 감지기들로부터 상기 기판의 영역들의 이미지들을 나타내는 데이터를 수신하도록 상기 감지기들의 각각에 동작 가능하게 연결되는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 기판의 (m+1)개의 영역들의 이미지들을 나타내는 데이터를 저장하도록 구성된 메모리를 가지며, 이로써 상기 기판의 적어도 3개의 영역의 포착된 이미지를 나타내는 데이터가 저장되고, m은 적어도 2와 동일한 정수이며,
    상기 프로세서는,
    m개의 포착된 이미지들을 평균화하여 상기 포착된 이미지들 중 하나의 이미지를 제외한 모든 이미지의 평균 이미지를 만들고,
    상기 포착된 이미지들 중 상기 하나의 이미지로부터 상기 평균 이미지를 감산하여(subtract), 차분 이미지를 나타내는 데이터를 생성하며,
    상기 차분 이미지의 픽셀들을 분석하도록 구성되는, 기판을 검사하는 장치.
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