KR20030050320A - Method and apparatus for inspecting semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for inspecting a semiconductor substrate is provided to improve work efficiency and reduce a time interval of an inspection process by including a data conversion unit for converting a pattern image of a semiconductor substrate obtained from a scanning electron microscope(SEM) into digital image data and a data analyzer for analyzing the image data. CONSTITUTION: The semiconductor substrate(900) is settled in an XY stage(302) of the SEM. The image focus of the pattern formed on the semiconductor substrate is aligned. The XY stage for forming an image in a particular part of the semiconductor substrate is transferred. An electron beam(100) is irradiated into the particular part and the secondary electrons(102) emitted from the particular part is detected. The image of the particular part is formed from the detected secondary electrons. A reference image of the particular part is inputted. The data analyzer(312) having an image data analyzing program compares the image of the particular part with the reference image to determine whether the semiconductor substrate is defective.

Description

반도체 기판 검사 방법 및 장치{Method and apparatus for inspecting semiconductor substrate}Method and apparatus for inspecting semiconductor substrate

본 발명은 주사 전자 현미경(scanning electron microscope ; SEM)을 이용한 반도체 기판 검사 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 임계치수(critical dimension : CD)를 검사하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for inspecting a semiconductor substrate using a scanning electron microscope (SEM). More particularly, the present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a critical dimension (CD) of a pattern formed on a semiconductor substrate.

일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 최근, 상기 반도체 장치는 고용량 및 고속의 응답 속도 등을 구현하기 위해 고집적화, 미세화 되어가고 있으며, 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석에 필요한 분석 장치 또는 기술의 중요성이 부각되고 있다.In general, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing a unit process such as film formation, etching, diffusion, metal wiring, or the like for forming a pattern having electrical characteristics on a semiconductor substrate. Recently, the semiconductor device has been highly integrated and miniaturized in order to realize high capacity and high speed response speed. Accordingly, the importance of an analytical device or technology required for structural and chemical analysis of finer regions is increasing.

상기 미세 패턴의 임계치수를 측정하는 장치로는 분해능이 우수한 주사 전자 현미경이 주로 사용된다. 주사 전자 현미경은 고체 상태에서 미세 조직과 형상을 관찰하는 데에 가장 다양하게 쓰이는 분석 기기로서 50Å정도의 해상력을 지닌 것이 상품화되어 있고, 최근에는 10Å이하의 해상력을 갖는 상품이 출시되고 있다.As an apparatus for measuring the critical dimension of the fine pattern, a scanning electron microscope having excellent resolution is mainly used. Scanning electron microscopes are the most widely used analytical instruments for observing microstructures and shapes in the solid state, and those having a resolution of about 50 Hz have been commercialized, and products having a resolution of less than 10 Hz have recently been released.

상기 주사 전자 현미경을 사용하는 반도체 기판의 검사 방법을 간략하게 설명하면, 전자총으로부터 생성된 전자빔을 집속 렌즈, 주사 코일, 대물 렌즈 등을 통해 반도체 기판 상의 특정 부위에 주사하고, 상기 특정 부위로부터 방출되는 이차 전자를 검출한다. 이어서, 상기 검출된 이차 전자를 이미지 데이터로 변환하여 모니터 상에 나타내고, 작업자가 모니터 상의 이미지를 육안으로 직접 확인한다. 상기 주사 전자 현미경을 이용한 반도체 기판 검사에 관한 일 예로서, 미합중국 특허 제5,555,319호(issued to Tsubusaki, et al.)에는 주사 전자 현미경으로부터 제공되는 이미지 데이터를 필터링하는 회로를 갖는 임계치수 측정 방법 및 장치가 개시되어 있다.Briefly describing a method for inspecting a semiconductor substrate using the scanning electron microscope, an electron beam generated from an electron gun is scanned to a specific region on the semiconductor substrate through a focusing lens, a scanning coil, an objective lens, and the like, and is emitted from the specific region. Detect secondary electrons Subsequently, the detected secondary electrons are converted into image data and displayed on a monitor, and the operator directly checks the image on the monitor with the naked eye. As an example of inspecting a semiconductor substrate using the scanning electron microscope, US Patent No. 5,555,319 (issued to Tsubusaki, et al.) Has a method for measuring and measuring a critical dimension having a circuit for filtering image data provided from a scanning electron microscope. Is disclosed.

상기와 같은 주사 전자 현미경을 이용한 미세 패턴의 검사 공정에서, 작업자가 직접 육안으로 패턴의 임계치수 등을 확인하는 작업은 반도체 장치 제조 공정의 자동화 및 패턴의 미세화 등으로 용이하게 수행하기가 어렵다는 단점이 있고, 작업자의 판단 오류로 인한 반도체 장치의 신뢰도가 저하된다는 문제점이 발생한다. 또한, 작업자의 직접적인 판단은 반도체 장치의 생산성 및 제조 공정의 효율을 저하시키는 문제점으로 지적되고 있다.In the micro-pattern inspection process using the scanning electron microscope as described above, the task of directly checking the critical dimension of the pattern by the naked eye is difficult to perform easily due to the automation of the semiconductor device manufacturing process and the miniaturization of the pattern. In addition, a problem arises in that the reliability of the semiconductor device is lowered due to a worker's judgment error. In addition, direct judgment by the worker has been pointed out as a problem of lowering the productivity of the semiconductor device and the efficiency of the manufacturing process.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 반도체 기판의 특정 부위의 기준 이미지를 이용한 비교 분석이 자동적으로 수행되는 반도체 기판 검사 방법 및 장치를 제공하는데 있다.The present invention for solving the above problems is to provide a semiconductor substrate inspection method and apparatus in which a comparative analysis using a reference image of a specific portion of the semiconductor substrate is automatically performed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating a semiconductor substrate inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 XY스테이지를 나타내는 평면도이다.FIG. 2 is a plan view showing the XY stage shown in FIG. 1. FIG.

도 3은 도 2에 도시한 얼라인먼트 포지션 시료를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an alignment position sample shown in FIG. 2.

도 4는 도 1에 도시한 반도체 기판 검사 장치를 사용하는 반도체 기판 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart for explaining a semiconductor substrate inspection method using the semiconductor substrate inspection apparatus shown in FIG. 1.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 전자빔 102 : 이차 전자100: electron beam 102: secondary electron

200 : 전자빔 제공부 202 : 칼럼200: electron beam providing unit 202: column

204 : 전자총 206 : 축조정 코일204: electron gun 206: axis adjustment coil

208 : 집속 렌즈 210 : 주사 코일208: focusing lens 210: scanning coil

212 : 대물 렌즈 300 : 시료실212: objective lens 300: sample chamber

302 : XY스테이지 304 : 도어302: XY stage 304: door

306 : 카세트 308 : 이차 전자 검출기306: cassette 308: secondary electron detector

310 : 데이터 변환부 312 : 데이터 분석기310: data converter 312: data analyzer

314 : 모니터 316 : 데이터 저장부314: monitor 316: data storage

318 : 광학현미경 320 : XY좌표 제어기318: optical microscope 320: XY coordinate controller

322 : 구동부 324 : 고정핀322: drive unit 324: fixed pin

326 : 얼라인먼트 포지션 시료 900 : 반도체 기판326: alignment position sample 900: semiconductor substrate

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

ⅰ) 반도체 기판을 주사 전자 현미경의 XY스테이지 상에 안착시키는 단계와,Iii) placing a semiconductor substrate on an XY stage of a scanning electron microscope;

ⅱ) 상기 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 이미지 포커스를 얼라인하는 단계와,Ii) aligning an image focus of a pattern formed on the semiconductor substrate;

ⅲ) 상기 반도체 기판의 특정 부위의 이미지를 형성하기 위한 상기 XY스테이지를 이동시키는 단계와,Iii) moving the XY stage to form an image of a particular portion of the semiconductor substrate;

ⅳ) 상기 특정 부위에 전자빔을 주사하여 방출되는 이차 전자를 검출하는 단계와,Iii) detecting secondary electrons emitted by scanning an electron beam at the specific site;

ⅴ) 상기 검출된 이차 전자로부터 상기 특정 부위의 이미지를 형성하는 단계 및Iii) forming an image of the specific site from the detected secondary electrons, and

ⅵ) 상기 특정 부위의 기준 이미지가 입력되어 있고, 이미지 데이터 분석 프로그램이 설치된 데이터 분석기로 상기 특정 부위의 이미지와 상기 기준 이미지를 비교 분석하여 상기 반도체 기판의 결함 여부를 판단하는 단계를 포함하는 반도체 기판 검사 방법을 제공한다.And a step of determining whether the semiconductor substrate is defective by comparing and analyzing the image of the specific region and the reference image with a data analyzer having a reference image of the specific region and an image data analysis program installed therein. Provide a test method.

상기 방법은 상기 특정 부위의 이미지 및 상기 판단 결과를 디스플레이(display)하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 이미지의 배율은 작업자가 육안으로 관찰 가능하도록 8000 내지 10만배로 설정된다.The method may further include displaying an image of the specific site and the determination result, wherein the magnification of the image is set to 8000 to 100,000 times so that the operator can visually observe the naked eye.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 기판 검사 장치는,The semiconductor substrate inspection apparatus according to the present invention for achieving the above object,

반도체 기판이 놓여지고, 설정된 XY좌표에 따라 구동되는 XY스테이지와,An XY stage on which a semiconductor substrate is placed and driven according to a set XY coordinate;

상기 XY스테이지 상에 놓여진 반도체 기판의 특정 부위에 전자빔을 주사하기 위한 전자빔 제공 수단과,Electron beam providing means for scanning an electron beam to a specific portion of the semiconductor substrate placed on the XY stage;

상기 특정 부위로부터 방출된 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기와,A secondary electron detector for detecting secondary electrons emitted from the specific site;

상기 검출된 이차 전자로부터 상기 특정 부위의 이미지를 생성하는 이미지 데이터로 변환하는 이미지 데이터 변환부; 및An image data converter converting the detected secondary electrons into image data for generating an image of the specific region; And

상기 이미지 데이터와 기준 이미지 데이터를 비교 분석하고, 그 결과에 따라 상기 반도체 기판의 결함 여부를 판단하는 데이터 분석기를 포함한다.And a data analyzer for comparing and analyzing the image data and the reference image data, and determining whether the semiconductor substrate is defective according to the result.

상기 반도체 검사 장치는 제5항에 있어서, 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 얼라인먼트 패턴의 이미지를 획득하는 광학 현미경과, 상기 획득된 얼라인먼트 패턴의 이미지와 기설정된 얼라인먼트 이미지가 중첩되도록 상기 XY좌표를 설정하는 XY좌표 제어기 및 상기 XY좌표 제어기와 연결되고, 상기 XY스테이지를 구동시키는 구동 수단을 더 포함한다. 그리고, 상기 특정 부위의 이미지 및 상기 판단 결과를 보여주는 디스플레이부 및 상기 판단 결과를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함한다.The semiconductor inspection apparatus of claim 5, wherein the XY coordinates are set to overlap an optical microscope for acquiring an image of an alignment pattern formed on the semiconductor substrate, and an image of the obtained alignment pattern and a preset alignment image. And a driving means connected to an XY coordinate controller and the XY coordinate controller to drive the XY stage. The display apparatus may further include a display unit which shows the image of the specific part and the determination result, and a data storage unit which stores the determination result.

따라서, 반도체 기판 상에 형성된 패턴을 작업자의 육안 검사에 의존하지 않고, 반도체 기판 검사 장치에 의해 자동적으로 수행함으로서, 반도체 장치의 신뢰도 및 생산성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the pattern formed on the semiconductor substrate is automatically performed by the semiconductor substrate inspection apparatus without depending on the visual inspection of the operator, whereby the reliability and productivity of the semiconductor device can be improved.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating a semiconductor substrate inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(900) 상에 형성된 미세 패턴을 검사하는 장치는 전자빔(100)을 이용한 주사 전자 현미경 방식을 적용하고 있다. 상기 검사 장치는 반도체 기판(900)에 주사되는 전자빔(100)을 제공하는 전자빔 제공부(200) 및 전자빔 제공부(200)의 하부에 구비되는 시료실(300)을 구비한다. 반도체 기판(900)은 시료실(300) 내부에 구비되는 XY스테이지(302) 상에 놓여진다. 시료실(300)의 일측에는 반도체 기판(900)이 로딩되는 도어(304)가 구비되고, 시료실(300) 외부, 도어(304)의 일측에는 다수매의 반도체 기판이 수용되어 있는 카세트(306)가 로딩되어 있다.Referring to FIG. 1, a device for inspecting a fine pattern formed on a semiconductor substrate 900 uses a scanning electron microscope method using an electron beam 100. The inspection apparatus includes an electron beam providing unit 200 providing an electron beam 100 scanned on the semiconductor substrate 900 and a sample chamber 300 provided under the electron beam providing unit 200. The semiconductor substrate 900 is placed on the XY stage 302 provided in the sample chamber 300. One side of the sample chamber 300 is provided with a door 304 on which the semiconductor substrate 900 is loaded, and a cassette 306 in which a plurality of semiconductor substrates are accommodated outside the sample chamber 300 and on one side of the door 304. ) Is loaded.

전자빔 제공부(200)는 원통 형상의 칼럼(202) 내부에 전자총(electron gun, 204)이 설치되어 있다. 전자총(204)의 역할은 광원으로 쓰이는 전자를 만들고 가속시키는 역할을 한다. 전자총(204)은 전자빔(100)의 형태로 사용되는 안정된 전자원을 공급하게 되며, 이는 리차드슨(Richardson)의 법칙을 따른다. 전자총(204)에서 전자를 생산하는 방법에는 두 가지가 있는데, 하나는 필라멘트를 고온으로 가열시켜서 필라멘트의 표면으로부터 자유전자가 진공 중으로 방출되도록 하는 법이고, 다른 하나는 고진공 중에서 필라멘트 표면에 고압의 전위차를 걸어주어 전자를 방출시키는 법이다. 앞의 것을 열전자라 하고, 후자를 전위차계전자(field emission electron)라고 한다.The electron beam providing unit 200 is provided with an electron gun 204 inside the cylindrical column 202. The role of the electron gun 204 serves to create and accelerate electrons used as a light source. The electron gun 204 supplies a stable electron source used in the form of the electron beam 100, which follows Richardson's law. There are two ways to produce electrons in the electron gun 204. One is to heat the filament to a high temperature so that free electrons are released into the vacuum from the surface of the filament. To emit electrons. The former is called a hot electron and the latter is called a field emission electron.

상기 열전자의 경우, 텅스텐과 같은 금속을 높은 온도로 가열시키면, 표면의원자에 구속되어 있던 전자들이 원자핵의 속박에서 벗어나 진공 중으로 이탈된다. 양극은 주로 텅스텐으로 약 100마이크로미터의 직경의 선필라멘트로 끝이 V자 모양을 가진 머리핀 모양으로 구부러져 있다. 이 필라멘트는 전류로부터 직접 가열되고 작동 중에 높은 전압(1∼50kV)을 유지하게 된다. 텅스텐의 경우 전형적인 작동온도는 2700K로 10 내지 5torr의 진공에서 40 내지 80시간을 사용할 수 있게 된다. 온도를 더 높이면 전자방출밀도는 증가하게 되나 사용수명은 감소하게 된다. 발생된 전자의 밀도를 높이기 위해서 LaB6의 구조를 가진 B화합물을 필라멘트로 사용하기도 하는데, 이 재료는 텅스텐보다 더 많은 양의 전자를 훨씬 낮은 온도(1400∼2000K)에서 발생하는 장점을 가지고 있다. 금속 표면에서 이탈된 전자는 필라멘트에 비해 25∼30kV의 전위차를 가진 양극판으로 가속되며, 양극 중앙에 위치한 구멍을 통하여 경축(optical axis)으로 진행된다.In the case of the hot electrons, when a metal such as tungsten is heated to a high temperature, electrons confined to the surface atoms are released from the bondage of the atomic nucleus and released into the vacuum. The anode is mainly tungsten, a line filament with a diameter of about 100 micrometers, and bent into a V-shaped hairpin. This filament is heated directly from the current and maintains a high voltage (1-50 kV) during operation. In the case of tungsten, the typical operating temperature is 2700K, allowing 40 to 80 hours of use at a vacuum of 10 to 5 torr. Increasing the temperature increases the electron emission density but decreases the service life. In order to increase the density of generated electrons, B compound having a structure of LaB 6 is used as a filament, and this material has an advantage of generating a larger amount of electrons at a much lower temperature (1400 to 2000K) than tungsten. Electrons deviating from the metal surface are accelerated to the positive electrode plate having a potential difference of 25 to 30 kV relative to the filament, and proceed to the optical axis through a hole located in the center of the positive electrode.

전자총(204)의 하부에는 축조정 코일(206), 집속 렌즈(208), 주사 코일(210) 및 대물 렌즈(212)가 구비된다. 전자총(204)의 중심축과 집속렌즈(208)의 중심축이 기계적으로 위치가 흩어져 있으면 전자총(204)에서 방사되어 집속렌즈(208)에 들어가는 전자빔이 어긋나게 된다. 이는 렌즈의 수차발생의 원인이 되며 분리능을 떨어뜨리게 된다. 이때 전자총(204) 하부의 축조정 코일(206)은 전자빔의 방향을 X-Y축방향으로 적당량을 편향하여 집속렌즈(208)의 축에 일치하게 한다. 집속렌즈(208)는 전자총(204)을 빠져나온 전자빔을 모아주는 역할을 하며, 전자빔의 세기를 결정하는 2차 인자가 된다. 반도체 기판(900)에 조사되는 전자빔(100)의 크기를 결정하는 대물렌즈(212)는 전자빔 형성렌즈로도 불리며, 작은 전자빔(100)을 만들기 위해서는 초점거리가 짧고 반도체 기판(900)의 표면에 가깝게 위치되도록 한다. 주사 코일(210)은 집속렌즈(208)와 대물렌즈(212) 사이에 위치하여 전자빔(100)을 대물렌즈(212) 중심의 한 점에 편향시키는 역할을 하는 것이다. 이 점에서 대물렌즈(212)에 의해 다시 확대되며 이를 전자빔(100)이 시간에 따라 왕복하게 하는 작용을 하게 된다. 일반적으로, 전자총(204)에서 나오는 전자빔(100)의 크기는 약 10 내지 50마이크로미터로, 축조정 코일(206), 집속 렌즈(208), 주사 코일(210) 및 대물 렌즈(212)를 순차적으로 통과하여 최종적으로 반도체 기판(900)에 주사되는 크기는 초기 전자빔(100) 크기의 약 1/10000인 5 내지 200nm정도이다.An axis adjustment coil 206, a focusing lens 208, a scanning coil 210, and an objective lens 212 are provided below the electron gun 204. If the central axis of the electron gun 204 and the central axis of the focusing lens 208 are mechanically scattered, the electron beam radiated from the electron gun 204 to enter the focusing lens 208 may be displaced. This causes lens aberration and degrades resolution. At this time, the axis adjustment coil 206 under the electron gun 204 deflects the direction of the electron beam by an appropriate amount in the X-Y axis direction to match the axis of the focusing lens 208. The focusing lens 208 collects the electron beams exiting the electron gun 204 and becomes a secondary factor that determines the intensity of the electron beams. The objective lens 212, which determines the size of the electron beam 100 irradiated onto the semiconductor substrate 900, is also called an electron beam forming lens. In order to make the small electron beam 100, the focal length is short and the surface of the semiconductor substrate 900 is short. Keep it close. The scan coil 210 is positioned between the focusing lens 208 and the objective lens 212 and serves to deflect the electron beam 100 to a point at the center of the objective lens 212. At this point, it is magnified again by the objective lens 212 and serves to cause the electron beam 100 to reciprocate with time. In general, the size of the electron beam 100 from the electron gun 204 is about 10 to 50 micrometers, and the sequential adjustment coil 206, the focusing lens 208, the scanning coil 210 and the objective lens 212 are sequentially The size of the semiconductor wafer 900 which is finally passed through and is finally scanned is about 5 nm to about 200 nm, which is about 1/10000 of the size of the initial electron beam 100.

시료실(300)의 상부 일측에는 반도체 기판(900)과 전자빔(100)의 반응에 의해 방출되는 이차 전자(102)를 검출하기 위한 이차 전자 검출기(308)가 구비된다. 20∼30keV의 에너지를 갖고 반도체 기판(900)에 입사된 전자빔(100)은 반도체 기판(900)의 원자와 탄성, 비탄성 충돌을 하며, 이차 전자(102), 후방산란 전자, X선 및 가시광선과 같은 신호를 발생시킨다. 이차 전자 검출기(308)에는 125내지 250V 정도의 바이어스 전압이 인가되고, 상기 신호들 중에서 비교적 에너지가 낮은 이차 전자(102)를 검출한다. 이차 전자 검출기(308)에 의해 검출된 이차 전자(102)들은 이미지 데이터 변환부(310)를 통해 이미지 데이터로 변환된다. 이미지 데이터 변환부(310)는 광증폭관(photomultiplayer tube ; PMT, 도시되지 않음) 및 A/D 컨버터(analog/digital converter, 도시되지 않음)를 포함하고, 상기 광증폭관을 통해 증폭된 이차 전자(102)들은 전기적인 신호로 변환된다. 상기 전기적인 신호는다시 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호 형태를 갖는 이미지 데이터로 변환된다.The upper one side of the sample chamber 300 is provided with a secondary electron detector 308 for detecting secondary electrons 102 emitted by the reaction of the semiconductor substrate 900 and the electron beam 100. The electron beam 100 incident on the semiconductor substrate 900 with an energy of 20 to 30 keV collides with the atoms of the semiconductor substrate 900 in an elastic and inelastic manner, and the secondary electrons 102, backscattered electrons, X-rays and visible light Produces the same signal. A bias voltage of about 125 to 250V is applied to the secondary electron detector 308, and among the signals, the secondary electron 102 having a relatively low energy is detected. The secondary electrons 102 detected by the secondary electron detector 308 are converted into image data through the image data converter 310. The image data converter 310 includes a photomultiplayer tube (PMT, not shown) and an A / D converter (not shown), and the secondary electrons amplified through the optical amplifier are 102 are converted into electrical signals. The electrical signal is again converted into image data having a digital signal form through an A / D converter.

상기 이미지 데이터는 데이터 분석기(312)로 전송된다. 데이터 분석기(312)에는 검사하고자 하는 반도체 기판(900)의 특정 부위에 대한 기준 이미지 데이터가 기 입력되어 있고, 이미지 데이터 분석 프로그램이 설치되어 있다. 데이터 분석기(312)는 기 입력된 기준 이미지 데이터와 상기 이미지 데이터를 비교 분석하고, 그 결과에 따라 반도체 기판(900)의 결함 여부를 판단하게 된다. 즉, 패턴의 임계치수가 기 입력된 이미지 데이터와 비교하여 오차 범위보다 클 경우 결함 판정을 하게 되고, 반도체 기판(900) 상에 파티클 등의 오염 물질이 발견될 경우에도 결함 판정을 하게 된다.The image data is sent to the data analyzer 312. In the data analyzer 312, reference image data of a specific portion of the semiconductor substrate 900 to be inspected is pre-input, and an image data analysis program is installed. The data analyzer 312 compares and analyzes the input reference image data and the image data, and determines whether the semiconductor substrate 900 is defective according to the result. That is, when the critical dimension of the pattern is larger than the error range compared with the input image data, the defect is determined, and even when contaminants such as particles are found on the semiconductor substrate 900, the defect is determined.

데이터 분석기(312)는 모니터(314)와 연결되고, 작업자는 상기 판정 결과를 모니터(314) 상에서 확인할 수 있다. 또한, 작업자는 기준 이미지와 측정된 이미지를 동시에 또는 선택적으로 모니터(314)에서 확인할 수 있도록 구성되어 있다. 작업자는 상기 이미지들을 육안으로 확인할 수 있으며, 패턴의 임계치수를 육안으로 확인할 수도 있다.The data analyzer 312 is connected to the monitor 314, and the operator can check the determination result on the monitor 314. In addition, the operator is configured to be able to check the reference image and the measured image simultaneously or selectively on the monitor 314. The operator can visually check the images and can visually check the critical dimension of the pattern.

또한, 데이터 분석기(312)와 연결되는 데이터 저장부(316)는 상기 판정 결과를 저장함으로서 이후, 공정 개선에 활용할 수 있도록 한다.In addition, the data storage unit 316 connected to the data analyzer 312 stores the result of the determination so that it can be used later to improve the process.

한편, 카세트(306)에 수용되어 있는 다수매의 반도체 기판의 검사는 상황에 따라 전수 검사 또는 샘플링 검사를 선택적으로 수행할 수 있다. 카세트(306)에 수용된 반도체 기판이 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 시료실(300) 내부로 이송되어 XY스테이지(302)에 안착되면, 반도체 기판(900) 상에 형성된 패턴 형상에 대한정확한 이미지를 획득하기 위한 포커스를 얼라인하게 된다. 이때, 상기 이미지의 배율은 작업자가 육안으로 확인 가능하며, 이미지 데이터의 분석에 적절하도록 설정되어야 한다. 상기와 같은 이유로 상기 배율은 8000 내지 10만배 정도로 설정된다. 이미지의 배율이 너무 작을 경우 패턴의 형상을 정확히 알 수 없고, 반대로 너무 클 경우 검사 부위가 너무 좁아지는 단점이 있다.On the other hand, the inspection of the plurality of semiconductor substrates accommodated in the cassette 306 can selectively perform a full inspection or a sampling inspection depending on the situation. When the semiconductor substrate accommodated in the cassette 306 is transferred into the sample chamber 300 by a transfer robot (not shown) and seated on the XY stage 302, an accurate image of the pattern shape formed on the semiconductor substrate 900 is provided. The focus is to be obtained to obtain the. At this time, the magnification of the image can be visually confirmed by the operator and should be set to be suitable for analyzing the image data. For the same reason as above, the magnification is set to about 8000 to 100,000 times. If the magnification of the image is too small, the shape of the pattern may not be known exactly. On the contrary, if the magnification of the image is too large, the inspection area may be too narrow.

XY스테이지(302) 상에 놓여진 반도체 기판(900)은 시료실(300)의 상부에 설치된 광학현미경(318)을 이용하여 얼라인된다. 얼라인먼트는 반도체 기판(900) 상에 형성된 패턴의 좌표계와 XY스테이지(302)의 좌표계의 보정을 행하는 조작이다. 구체적으로는, 반도체 기판(900) 상에 형성된 얼라인먼트 패턴의 수백배 정도로 확대된 광학현미경 이미지를 미리 등록되어 있는 얼라인먼트 패턴의 참조용 이미지와 비교하여 참조용 이미지와 정확히 겹치도록 스테이지 위치좌표를 보정한다. 광학현미경으로부터 획득된 이미지는 XY좌표 제어기(320)로 전송되고, XY좌표 제어기(320)는 참조용 이미지와 광학현미경 이미지를 비교하고, 이에 따라 보정된 XY좌표를 XY스테이지(302)와 연결된 구동부(322)로 전송한다. 구동부(322)는 상기 보정된 XY좌표에 따라 XY스테이지(302)를 이동시킨다. 이어서, XY좌표 제어기(320)에 등록된 특정 위치로 XY스테이지(302)를 이동시킨다.The semiconductor substrate 900 placed on the XY stage 302 is aligned using the optical microscope 318 provided on the upper part of the sample chamber 300. Alignment is an operation of correcting the coordinate system of the pattern formed on the semiconductor substrate 900 and the coordinate system of the XY stage 302. Specifically, the stage position coordinates are corrected so as to exactly overlap the reference image by comparing the optical microscope image enlarged by several hundred times the alignment pattern formed on the semiconductor substrate 900 with the reference image of the previously registered alignment pattern. . The image obtained from the optical microscope is transmitted to the XY coordinate controller 320, the XY coordinate controller 320 compares the reference image and the optical microscope image, and thus the drive unit connected to the XY coordinates corrected according to the XY stage 302 To 322. The driving unit 322 moves the XY stage 302 according to the corrected XY coordinates. Next, the XY stage 302 is moved to a specific position registered in the XY coordinate controller 320.

상기와 같은 포커스 얼라인 작업은 얼라인먼트 포지션(alignment position) 시료에 의해 수행될 수도 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, XY스테이지(302) 상에는 반도체 기판(900)이 지정된 위치에 놓여지도록 하기 위하여 고정핀(324)이 구비된다. 즉, 반도체 기판(900)의 플랫 존(flat zone)을 기준으로 얼라인이 이루어질 수있도록 소정 위치에 다수개의 고정핀(324)이 구비되어 있다. 반도체 기판(900)이 놓여지는 부위의 일측에는 얼라인먼트 포지션 시료(326)가 형성되어 있다. 상기 얼라인먼트 포지션 시료(326)는 도 3의 단면도에서 알 수 있듯이 금속막 홀더(328)와, 금속막 시료(330)가 절연접착제(332)를 사이에 두고 접착된 구조로 이루어져 있다. 이때, 상기 금속막 홀더(328)는 금속 재질 예를 들면, 알루미늄(Al)으로 이루어지고, 금속막 시료(330)는 구리(Cu)로 이루어진다. 전자총(204)으로부터 제공되는 전자빔을 얼라인먼트 포지션 시료(326)에 조사하고, 이에 따라 방출되는 이차 전자를 검출하며, 상기 이차 전자에 의해 생성되는 얼라인먼트 포지션 이미지를 통해 XY스테이지(302)를 얼라인할 수 있다. 이때, XY좌표 제어기(320)는 데이터 분석기(312)와 연결되고, 데이터 변환부(310)로부터 제공되는 얼라인먼트 포지션 이미지 데이터를 기 등록된 기준 얼라인먼트 포지션 이미지 데이터와 비교한 결과에 따라 XY좌표를 보정한다.The focus alignment operation as described above may be performed by an alignment position sample. 2 and 3, the pin 324 is provided on the XY stage 302 so that the semiconductor substrate 900 is placed at a designated position. That is, a plurality of fixing pins 324 are provided at predetermined positions so that alignment may be performed based on a flat zone of the semiconductor substrate 900. An alignment position sample 326 is formed on one side of the portion where the semiconductor substrate 900 is placed. The alignment position sample 326 has a structure in which the metal film holder 328 and the metal film sample 330 are bonded to each other with the insulating adhesive 332 interposed therebetween, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3. In this case, the metal film holder 328 is made of a metal material, for example, aluminum (Al), and the metal film sample 330 is made of copper (Cu). The electron beam provided from the electron gun 204 is irradiated to the alignment position sample 326, thereby detecting the secondary electrons emitted, and the XY stage 302 can be aligned through the alignment position image generated by the secondary electrons. Can be. In this case, the XY coordinate controller 320 is connected to the data analyzer 312 and corrects the XY coordinates according to a result of comparing the alignment position image data provided from the data converter 310 with the reference alignment position image data registered in advance. do.

이어서, 도 4에 도시된 반도체 기판 검사 방법의 흐름도를 참조하여 반도체 기판 상에 형성된 패턴을 검사하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Next, a method of inspecting a pattern formed on a semiconductor substrate will be described with reference to the flowchart of the semiconductor substrate inspection method illustrated in FIG. 4.

먼저, 다수매의 반도체 기판이 수용된 카세트를 시료실 외부에 구비되는 스테이지에 안착시킨다. 그리고, 이송 로봇을 이용하여 상기 카세트로부터 선택된 반도체 기판을 시료실 내부에 구비되는 XY스테이지에 안착시킨다.(S100)First, a cassette containing a plurality of semiconductor substrates is mounted on a stage provided outside the sample chamber. Then, the semiconductor substrate selected from the cassette is mounted on the XY stage provided in the sample chamber by using the transfer robot (S100).

이어서, 광학현미경으로부터 획득된 얼라인먼트 패턴의 이미지와 기 등록된 얼라인먼트 패턴의 이미지를 비교하여 포커스를 얼라인한다.(S200)Subsequently, the focus is aligned by comparing the image of the alignment pattern obtained from the optical microscope with the image of the previously registered alignment pattern.

계속해서, 검사하고자 하는 특정 부위에 전자빔이 도달되도록 XY스테이지를이동시킨다.(S300)Subsequently, the XY stage is moved to reach the specific beam to be inspected (S300).

그리고, 전자총으로부터 제공되는 전자빔을 상기 특정 부위에 주사하고, 상기 전자빔에 의해 상기 특정 부위로부터 방출되는 이차 전자를 검출한다.(S400)Then, the electron beam provided from the electron gun is scanned on the specific site, and the secondary electrons emitted from the specific site are detected by the electron beam (S400).

검출된 이차 전자는 이미지 데이터 변환부로 전송되고, 이미지 데이터 변환부는 상기 검출된 이차 전자로부터 상기 특정 부위의 이미지 데이터를 형성한다.(S500)The detected secondary electrons are transmitted to the image data conversion unit, and the image data conversion unit forms image data of the specific region from the detected secondary electrons (S500).

이어서, 상기 이미지 데이터는 모니터 상에 이미지를 형성하고, 또한 이미지 분석기로 전송된다. 이미지 분석기는 기 입력된 기준 이미지 데이터와 상기 이미지 데이터를 비교 분석한다. 즉, 디지털화된 이미지 데이터를 비교함으로서, 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 결함 여부를 판단한다. 그리고, 판단 결과를 모니터 상에 작업작가 확인할 수 있도록 보여준다.(S600)The image data then forms an image on the monitor and is also sent to the image analyzer. The image analyzer compares and analyzes the input reference image data with the image data. That is, by comparing the digitized image data, it is determined whether the pattern formed on the semiconductor substrate is defective. And, the result of the determination is shown so that the work can be confirmed on the monitor (S600).

작업자는 선택적으로 검사 이미지 및 기준 이미지를 모니터 상에서 육안으로 확인할 수 있으며, 결함 판단 결과는 데이터로서 데이터 저장부에 저장된다.The operator can optionally visually check the inspection image and the reference image on the monitor, and the defect determination result is stored as data in the data storage.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 주사 전자 현미경으로부터 획득되는 반도체 기판의 패턴 이미지를 디지털 이미지 데이터로 변환하는 데이터 변환부 및 상기 이미지 데이터를 분석하는 데이터 분석기를 구비함으로서, 작업자의 작업 능률을 향상시키고, 검사 공정의 시간을 단축할 수 있다.According to the present invention as described above, by providing a data converter for converting the pattern image of the semiconductor substrate obtained from the scanning electron microscope into digital image data and a data analyzer for analyzing the image data, to improve the work efficiency of the operator, The time for the inspection process can be shortened.

또한, 작업자의 판단 오류로 인한 반도체 장치의 신뢰도 저하가 방지되고, 전체적으로 반도체 장치의 생산성이 향상된다.In addition, a decrease in reliability of the semiconductor device due to an operator's judgment error is prevented, and the productivity of the semiconductor device as a whole is improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (6)

ⅰ) 반도체 기판을 주사 전자 현미경의 XY스테이지 상에 안착시키는 단계;Iii) mounting the semiconductor substrate on the XY stage of the scanning electron microscope; ⅱ) 상기 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 이미지 포커스를 얼라인하는 단계;Ii) aligning an image focus of a pattern formed on the semiconductor substrate; ⅲ) 상기 반도체 기판의 특정 부위의 이미지를 형성하기 위한 상기 XY스테이지를 이동시키는 단계;Iii) moving the XY stage to form an image of a particular portion of the semiconductor substrate; ⅳ) 상기 특정 부위에 전자빔을 주사하여 방출되는 이차 전자를 검출하는 단계;Iii) detecting secondary electrons emitted by scanning an electron beam at the specific site; ⅴ) 상기 검출된 이차 전자로부터 상기 특정 부위의 이미지를 형성하는 단계; 및Iii) forming an image of the specific site from the detected secondary electrons; And ⅵ) 상기 특정 부위의 기준 이미지가 입력되어 있고, 이미지 데이터 분석 프로그램이 설치된 데이터 분석기로 상기 특정 부위의 이미지와 상기 기준 이미지를 비교 분석하여 상기 반도체 기판의 결함 여부를 판단하는 단계를 포함하는 반도체 기판 검사 방법.And a step of determining whether the semiconductor substrate is defective by comparing and analyzing the image of the specific region and the reference image with a data analyzer having a reference image of the specific region and an image data analysis program installed therein. method of inspection. 제1항에 있어서, 상기 특정 부위의 이미지 및 상기 판단 결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사 방법.The semiconductor substrate inspection method of claim 1, further comprising displaying an image of the specific portion and the determination result. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 배율은 상기 패턴의 임계치수를 육안으로 관찰 가능하도록 8000 내지 10만배인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사 장치.The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 1, wherein the magnification of the image is 8000 to 100,000 times so that the critical dimension of the pattern can be visually observed. 반도체 기판이 놓여지고, 설정된 XY좌표에 따라 구동되는 XY스테이지;An XY stage on which the semiconductor substrate is placed and driven according to the set XY coordinates; 상기 XY스테이지 상에 놓여진 반도체 기판의 특정 부위에 전자빔을 주사하기 위한 전자빔 제공 수단;Electron beam providing means for scanning an electron beam onto a specific portion of the semiconductor substrate placed on the XY stage; 상기 특정 부위로부터 방출된 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기;A secondary electron detector for detecting secondary electrons emitted from the specific site; 상기 검출된 이차 전자로부터 상기 특정 부위의 이미지를 생성하는 이미지 데이터로 변환하는 이미지 데이터 변환부; 및An image data converter converting the detected secondary electrons into image data for generating an image of the specific region; And 상기 이미지 데이터와 기 입력된 기준 이미지 데이터를 비교 분석하고, 그 결과에 따라 상기 반도체 기판의 결함 여부를 판단하는 데이터 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사 장치.And a data analyzer which compares and analyzes the image data and the input reference image data, and determines whether the semiconductor substrate is defective according to the result. 제4항에 있어서, 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 얼라인먼트 패턴의 이미지를 획득하는 광학 현미경;The optical microscope of claim 4, further comprising: an optical microscope for acquiring an image of an alignment pattern formed on the semiconductor substrate; 상기 획득된 얼라인먼트 패턴의 이미지와 기설정된 얼라인먼트 이미지가 중첩되도록 상기 XY좌표를 설정하는 XY좌표 제어기; 및An XY coordinate controller configured to set the XY coordinates such that the image of the obtained alignment pattern and a preset alignment image overlap each other; And 상기 XY좌표 제어기와 연결되고, 상기 XY스테이지를 구동시키는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사 장치.And a driving means connected to the XY coordinate controller and driving the XY stage. 제4항에 있어서, 상기 특정 부위의 이미지, 상기 기준 이미지 및 상기 판단결과를 보여주는 디스플레이부; 및The display apparatus of claim 4, further comprising: a display unit configured to display an image of the specific portion, the reference image, and the determination result; And 상기 데이터 분석기와 연결되고, 상기 판단 결과를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사 장치.And a data storage unit connected to the data analyzer and storing the determination result.
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