KR20050018478A

KR20050018478A - 반도체 계측설비의 젬사진 칼라형성방법

Info

Publication number: KR20050018478A
Application number: KR1020030056352A
Authority: KR
Inventors: 김장훈; 박찬훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-02-23

Abstract

본 발명은 반도체 제공정 중에 계측설비를 이용하여 작업할 때 인라인 젬(SEM: Scanning Electron Microscope)에서 찍은 사진을 칼라로 표시하는 젬이미지 칼라 형성방법에 관한 것이다.

반도체 계측설비에서 빔을 주사하여 웨이퍼의 SEM 사진을 찍을 때 SEM이미지를 칼러로 보이도록 하여 결함상태를 쉽게 찾아 대형 품질사고를 방지하기 위한 본 발명의 반도체 계측설비의 젬이미지 칼라형성방법은, 전자총으로부터 발생된 1차 전자선을 제1 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하여 시료로 조사하는 단계와, 상기 시료로 조사된 1차 전자선이 반사된 2차 전자선을 제2 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하는 단계와, 상기 최적화된 2차 전자선을 여러 단계로 증폭하여 그 증폭한 단계별 전자선을 빛으로 각각 변환하여 여러 가지 색깔로 젬이미지를 형성하는 단계로 이루어진다.

Description

반도체 계측설비의 젬사진 칼라형성방법{METHOD FOR FORMING COLOR SEM IMAGE OF SEMICONDUCTOR MEASURE DEVICE}

본 발명은 반도체 계측설비의 젬(SEM) 이미지 칼라형성방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제공정 중에 계측설비를 이용하여 작업할 때 인라인 젬(SEM: Scanning Electron Microscope)에서 찍은 이미지를 칼라로 표시하는 젬이미지 칼라 형성방법에 관한 것이다.

반도체장치의 고집적화, 패턴의 미세화에 따라 고분해능, 높은 스루풋의 검사장치가 요구되고 있다. 1OOnm 디자인규칙의 웨이퍼기판의 결함을 조사하기 위해서는, 1OOnm 이하의 분해능이 필요하고, 장치의 고집적화에 의한 제조공정의 증가에 의하여 검사량이 증대하기 때문에 높은 스루풋이 요구되고 있다. 또 장치의 다층화가 진행됨에 따라 층간의 배선을 연결하는 비어의 콘택트불량(전기적 결함)을 검출하는 기능도 검사장치에 요구되고 있다. 현재는 주로 광방식의 결함 검사장치가 사용되고 있으나, 분해능 및 콘택트 불량검사의 점에서는 광방식의 결함 검사장치를 대신하여 전자선을 사용한 결함 검사장치가 앞으로 검사장치의 주류가 될 것으로 예상된다. 단, 전자선방식 결함 검사장치에도 스루풋의 점에서 광방식에 뒤떨어진다는 약점이 있다. 이 때문에 고분해능, 높은 스루풋, 또한 전기적 결함검출이 가능한 검사장치의 개발이 요구되고 있다. 광방식에서의 분해능은 사용하는 빛의 파장의 1/2이 한계라고 말해지고 있어, 실용화되어 있는 가시광의 예에서는 0.2㎛정도이다.

한편 전자선을 사용하는 방식에서는 주사형 전자선방식(SEM 방식)이 실용화되어 있고, 분해능은 0.1㎛, 검사시간은 20cm 웨이퍼의 경우에는 8시간/매이다. 전자선방식은 또 전기적 결함(배선의 단선, 도통불량, 비어의 도통불량 등)도 검사 가능한 것이 큰 특징이다. 그러나 검사시간은 매우 느려 검사속도가 빠른 결함 검사장치의 개발이 기대되고 있다.

일반적으로 임계선폭 및 스페이서 폭을 측정하거나 웨이퍼 내의 미세 표면을 관할 시 전자빔을 주사하는 SEM장비를 사용하고 있다. 전자선을 사용한 주사(SEM)방식의 검사장치에 대하여 설명한다. SEM방식의 검사장치는 전자선을 가늘게 조여 주사하여 라인형상으로 시료를 조사한다. 이 전자선 지름이 분해능에 상당한다. 한편 스테이지를 전자선의 주사방향에 직각의 방향으로 이동시킴으로써, 평면형상으로 관찰영역을 전자선으로 조사한다. 전자선의 주사폭은 일반적으로 수 1OO㎛이다. 상기 가늘게 조여진 전자선(1차 전자선이라 함)의 조사에 의하여 시료로부터 발생한 2차 전자선을 검출기, 예를 들면 신틸레이터와 포토멀티플레이어(광전자 증배관) 또는 반도체방식의 검출기(PIN 다이오드형)와의 조합으로 검출한다. 조사위치의 좌표와 2차 전자선의 양(신호강도)을 합성하여 영상화하고, 기억장치에 기억하고, 또는 CRT(브라운관)상에 화상을 출력한다.

이상은 SEM(주사형 전자현미경)의 원리이고, 이 방식으로 얻어진 화상으로부터 공정 도중의 반도체(통상은 Si) 웨이퍼의 결함을 검출한다. 스루풋에 상당하는 검사속도는 1차 전자선의 양(전류값), 빔지름, 검출기의 응답속도로 결정된다. 빔지름 0.1㎛(분해능과 동일하다고 생각하여도 좋다) 전류값 100nA, 검출기의 응답속도 100MHz가 현재의 최고 값이고, 이 경우에 검사속도는 20cm지름의 웨이퍼 1매당 약 8시간이라고 말해지고 있다.

이와 같은 반도체 계측설비에서 빔을 주사하는 SEM설비는 도 1과 같이 인라인 쳄사진이 흑백으로 찍히기 때문에 이상이 있을 경우 찾아내기 어려우며, 현장의 조명이 어두어 흑백으로 보이는 이미지는 결함이 있어도 잘 보이지 않기 때문에 대형 품질사고를 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 계측설비에서 빔을 주사하여 웨이퍼의 SEM 사진을 찍을 때 SEM이미지를 칼러로 보이도록 하여 결함상태를 쉽게 찾아 대형 품질사고를 방지할 수 있는 반도체 계측설비의 젬이미지 칼라 형성방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 계측설비의 젬이미지 칼라형성방법은, 전자총으로부터 발생된 1차 전자선을 제1 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하여 시료로 조사하는 단계와, 상기 시료로 조사된 1차 전자선이 반사된 2차 전자선을 제2 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하는 단계와, 상기 최적화된 2차 전자선을 여러 단계로 증폭하여 그 증폭한 단계별 전자선을 빛으로 각각 변환하여 여러 가지 색깔로 젬이미지를 형성하는 단계로 이루짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 젬이미지를 컬러로 형성하기 위한 반도체 계측설비의 구조도이다.

1차 전자선을 발생하는 전자총(10)과, 상기 전자총(10)으로부터 발생한 1차 전자선을 조사되도록 하는 전자총 케이블(12)과, 전자총 케이블(12)을 통해 조사된 1차 전자선을 최적화된 빔상태로 형성하는 제1 컬럼부(30)와, 상기 시료(24)로부터 반사되는 2차 전자선을 최적화된 빔상태로 형성하는 제2 컬럼부(26)와, 상기 제2 컬럼부(26)로부터 최적화된 2차 전자선을 여러 단계로 증폭하고, 그 여러 단계로 증폭한 전자선을 빛으로 변환하여 여러 가지의 색깔로 표시되도록 촬상하는 검출하는 검출기(28)로 구성되어 있다. 상기 제1 컬럼부(30)는 상기 전자총 케이블(12)을 통해 전사된 1차 전자선을 평행빔 형태로 균일하고 일정하게 조사하기 위한 제1 및 제2 애노드렌즈(14, 16)와, 상기 제1 및 제2 애노드렌즈(14, 16)를 통과한 1차 전자선이 집광되도록 하는 제1 및 제2 콘덴서렌즈(18, 20)와, 상기 제1 및 제2 콘덴서렌즈(18, 20)를 통과하여 집광된 빔의 빔포커스를 잡아 시료(24)의 영상의 선명도를 조정하는 어퍼츄어(22)로 구성되어 있고, 상기 제2 컬럼부(26)는 캐소드렌즈, 어퍼처, 빈필터 및 광학기구 등으로 형성되어 있다.

상술한 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.

전자총(10)으로부터 발생되는 1차전자선은 전자총 케이블(12)을 통해 제1 및 제2 애노드렌즈(14, 16)로 조사된다. 그러면 제1 및 제2 애노드렌즈(14, 16)는 상기 전자총 케이블(12)을 통해 전사된 1차 전자선을 평행빔 형태로 균일하고 일정하게 조사한다. 그리고 상기 제1 및 제2 애노드렌즈(14, 16)를 통과한 1차 전자선은 제1 및 제2 콘덴서렌즈(18, 20)를 통해 집광된다. 상기 제1 및 제2 콘덴서렌즈(18, 20)를 통과하여 집광된 빔은 어퍼츄어(22)를 통해 빔포커스를 잡아 시료(24)의 영상의 선명도를 조정한다. 상기 어퍼츄어(22)를 통해 포커스가 잡힌 빔은 시료(24)에 조사되어 반사된다. 상기 시료(24)로부터 반사된 2차 전자선은 제2 컬럼부(26)를 통해 최적화된 빔상태로 형성되어 검출기(28)로 인가된다. 상기 검출기(28)는 상기 제2 컬럼부(26)로부터 최적화된 2차 전자선을 여러 단계 예를 들어 6단계로 증폭하고, 각 단계별로 증폭한 전자선을 각각 빛으로 변환하여 여러 단계의 밝기로 표시되도록 젬이미지를 촬상한다. 검출기(28)는 상기 각 단계별로 증폭한 전자선을 각각 빛으로 변환하여 여러 단계의 밝기로 표시되도록 하였으나, 각 단계별로 여러 가지의 색깔로 젬이미지가 표시되도록 촬상하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 계측설비에서 시료로부터 반사된 2차 전자선을 여러 단계로 증폭하여 그 증폭된 단계별로 색깔을 다르게 표시하여 결함상태를 쉽게 판단하여 품질의 대형사고를 예방할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 흑백으로 형성된 젬사진

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 젬이미지를 컬러로 형성하기 위한 반도체 계측설비의 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 전자총 12: 전자총 케이블

14, 16: 제1 및 제2 애노드렌즈 18, 20: 제1 및 제2 콘덴서렌즈

22: 어퍼츄어 24: 시료

26: 제2컬럼부 28: 검출기

30: 제1 컬럼부

Claims

반도체 계측설비의 젬이미지 칼라형성방법에 있어서,

전자총으로부터 발생된 1차 전자선을 제1 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하여 시료로 조사하는 단계와,

상기 시료로 조사된 1차 전자선이 반사된 2차 전자선을 제2 컬럼을 통해 최적화된 빔상태로 형성하는 단계와,

상기 최적화된 2차 전자선을 여러 단계로 증폭하여 그 증폭한 단계별 전자선을 빛으로 각각 변환하여 여러 가지 색깔로 젬이미지를 형성하는 단계로 이루짐을 특징으로 하는 반도체 계측설비의 젬이미지 칼라형성방법.