KR20070056327A - 기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치 - Google Patents

기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치 Download PDF

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KR20070056327A
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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

Abstract

기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치는 기판 상에 형성된 다수의 스캐닝 영역들에 대해 제1 전자빔을 이용한 스캐닝과 제1 전자빔에 의해 전하가 충전된 영역을 방전시키기 위해 제2 전자빔을 이용한 스캐닝을 반복한다. 스캐닝 영역들은 제1 전자빔이 조사되는 영역과 실질적으로 동일한 경우에는 인접한 스캐닝 영역들은 부분적으로 중첩되고, 제1 전자빔의 조사되는 영역보다 큰 경우에는 인접한 스캐닝 영역들은 중첩되지 않는다. 제1 전자빔 주사에 의해 각 스캐닝 영역들로부터 방출되는 후방산란 전자를 이용하여 스캐닝 영역들의 이미지를 형성하고, 이미지를 이용하여 기판의 결정을 분석한다.

Description

기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치{Method for scanning of a substrate and method and apparatus for inspecting characteristic of crystal}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정 특성 검사 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정 특성 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 제1 전자빔 소스 112 : 제1 전자총
114 : 제1 칼럼 120 : 제2 전자빔 소스
122 : 제2 전자총 124 : 제2 칼럼
130 : 스테이지 132 : 구동부
134 : 챔버 140 : 검사 영역 설정 유닛
142 : 제1 검출부 144 : 제1 이미지 획득부
146 : 제1 이미지 처리부 150 : 결정 특성 검사 유닛
152 : 제12검출부 154 : 제2 이미지 획득부
156 : 제2 이미지 처리부 160 : 표시 유닛
200 : 기판 210 : 검사 영역
220, 230 : 제1 스캐닝 영역 222, 232 : 제2 스캐닝 영역
본 발명은 기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자빔을 이용하여 기판의 표면을 스캐닝하기 위한 기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 증착 공정과, 화학적 기계적 연마 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정, 주입 공정, 세정 공정, 검사 공정 등을 반복하여 수행하여 형성된다. 상기 반도체 장치의 디자인 룰이 감소함에 따라 상기 반도체 장치를 구성하는 회로 패턴의 크기도 상기 회로 패턴을 구성하는 물질의 결정 크기 정도로 작아지고 있다. 따라서 상기 반도체 장치를 구성하는 물질의 물리적 특성, 전기적 특성, 표면적 특성, 내부적 특성 등이 상기 회로 패턴을 구성하는 수 나노에서 수십 나노 크기를 갖는 결정의 특성에 영향을 받는다. 뿐만 아니라 반도체 장치의 제조 공정에서도 상기 결정의 특성을 조절이 필요하다.
상기 결정의 특성은 전자빔을 이용하여 검사한다. 구체적으로, 상기 전자빔을 이용하는 검사 방법은 우선 기판 표면의 분석 부위에 전자빔을 조사한다. 상기 전자빔이 조사된 기판 표면은 순간적으로 전하로 충전되고, 상기 기판 표면으로부터 후방 산란된 전자가 튀어나온다. 이어서 상기 후방 산란된 전자를 검출하고 상기 후방 산란 전자의 회절 패턴을 이용하여 상기 결정 특성을 분석한다.
미합중국 특허 제5,466,934호(Brent, et al.)에는 후방 산란 전자를 이용하여 결정 결함을 검출하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다.
상기와 같이 후방 산란 전자의 회절 패턴을 이용하는 기술은 투과전자 현미경보다 분해능 측면에서는 성능이 떨어지지만, 시편의 제작이 필요하지 않고 넓은 영역의 이차원 측정이 가능하며, 측정 결과의 정량화가 가능하다.
하지만, 수 나노에서 수십 나노의 크기를 갖는 나노 스케일을 갖는 회로 패턴의 결정은 분석하기 어렵다. 또한, 절연체 등과 복합적으로 구성된 회로 패턴에서는 전자빔의 충전에 따른 영향으로 결정 분석이 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 나노 스케일을 갖는 회로 패턴이 형성된 기판을 스캐닝하기 위한 기판의 스캐닝 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 전자빔 스캐닝을 이용하여 나노 스케일을 갖는 회로 패턴의 결정을 분석하기 위한 결정 특성 검사 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자빔 스캐닝을 이용하여 나노 스케일을 갖는 회로 패턴의 결정을 분석하기 위한 결정 특성 검사 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바람직한 일실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법은 우선 제1 전자빔으로 기판 상의 제1 영역을 스캐닝한 후, 상기 제1 전자빔의 조사에 의해 상기 제1 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위해 제2 전자빔으로 상기 제1 영역을 스캐닝한다. 다음으로, 상기 제1 전자빔으로 상기 기판 상의 제2 영역을 스캐닝한 후, 상기 제1 전자빔의 조사에 의해 상기 제2 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위해 상기 제2 전자빔으로 상기 제2 영역을 스캐닝한다. 이후, 상기 기판의 나머지 영역에 대해 제1 전자빔에 의한 스캐닝 및 제2 전자빔에 의한 스캐닝을 반복한다.
상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 각각 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역보다 큰 영역을 가지며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 인접할 수 있다. 또한, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 각각 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가지며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 부분적으로 중첩될 수 있다. 이때, 상기 제1 전자빔은 펄스 형태인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바람직한 일실시예에 따른 결정 특성 검사 방법은 우선 기판에 다수개의 스캐닝 영역을 설정한 후, 각각의 스캐닝 영역에 대해 제1 전자빔에 의한 스캐닝 및 상기 제1 전자빔의 조사 에 의해 상기 스캐닝 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위한 제2 전자빔에 의한 스캐닝을 반복한다. 다음으로, 상기 제1 전자빔에 의한 스캐닝에 의해 각각의 스캐닝 영역들로부터 방출되는 후방산란 전자를 이용하여 상기 스캐닝 영역들에서의 회절 패턴을 획득한다. 상기 회절 패턴을 이용하여 상기 기판의 결정을 분석하여 상기 기판의 결정 특성을 검사한다.
상기 스캐닝 영역들은 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역보다 크며, 인접한 스캐닝 영역들은 중첩되지 않을 수 있다. 한편, 상기 스캐닝 영역들은 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역과 실질적으로 동일하며, 인접한 스캐닝 영역들은 부분적으로 중첩될 수 있다. 이때, 상기 제1 전자빔은 펄스 형태를 갖는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 결정 특성 검사 장치는 기판을 지지하기 위한 스테이지를 구비한다. 제1 전자빔 소스는 상기 기판으로 펄스 형태의 제1 전자빔을 경사지도록 조사한다. 제2 전자빔 소스는 상기 제1 전자빔에 의해 충전된 기판을 방전시키기 위해 상기 기판으로 제2 전자빔을 조사한다. 제1 검출부는 상기 제1 전자빔 주사에 의해 상기 기판으로부터 발생되는 이차 전자를 검출하고, 제1 이미지 획득부는 상기 검출된 이차 전자를 이용하여 상기 기판의 회로 패턴 이미지를 획득하며, 제1 이미지 처리부는 상기 회로 패턴 이미지를 이용하여 상기 기판에 검사 영역을 설정한다. 제2 검출부는 상기 제1 전자빔 주사에 의해 상기 기판으로부터 발생되는 후방 산란 전자를 검출하고, 제2 이미지 획득부는 상기 검출된 후방 산란 전자를 이용하여 전자의 회절 패턴 이미지를 획득하며, 제2 이미지 처리부는 상기 회절 패턴 이미지를 이용하여 상기 기판의 결정 특성을 검사한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 기판의 스캐닝 방법, 결정 특성 검사 방법 및 결정 특성 검사 장치에 대해 상세히 설명한다. 하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 영역 등의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 또한, 각 영역들 및 구성 요소들이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 영역 및 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 영역 및 구성 요소들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
결정 특성 검사 장치
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정 특성 검사 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 결정 특성 검사 장치(100)는 제1 전자빔 소스(110), 제2 전자빔 소스(120), 스테이지(130), 검사 영역 설정 유닛(140), 결정 특성 검사 유닛(150) 및 표시 유닛(160)을 포함한다.
상기 제1 전자빔 소스(110)는 전자들을 발생시키기 위한 제1 전자총(112)과, 상기 전자들을 제1 전자빔(116)으로 형성하고 상기 제1 전자빔(116)을 실리콘 웨이 퍼와 같은 반도체 기판(200)의 표면으로 조사하기 위한 제1 컬럼(114)을 포함한다.
상기 제1 전자총(112)은 전자들을 발생시키기 위한 필라멘트(112a)와 상기 전자들을 추출하기 위한 추출 전극(112b)을 포함한다. 상기 컬럼(114)은 자기 렌즈(114d), 축 조정 코일(114a), 조리개(114b), 주사 코일(114c) 등을 포함한다.
상기 자기 렌즈(114d)는 일반적으로 코일이 감겨진 원통형의 전자석으로, 자기장을 형성하여 전자들을 집속시킨다. 일반적으로, 전자총(112)에 의해 발생되는 제1 전자빔의 단면적은 10 내지 50㎛ 정도이며, 기판(200) 상에 조사되는 제1 전자빔의 초점 크기는 약 4 내지 200㎚ 정도이다. 상기 자기 렌즈(114d)는 한 쌍의 집속 렌즈(114e)와 한 개의 대물 렌즈(114f)를 포함한다. 상기 한 쌍의 집속 렌즈(114e)는 전자총(112)으로부터 발생된 제1 전자빔을 집속시키며, 제1 전자빔의 세기를 조절한다. 상기 대물 렌즈(114f)는 기판(200)의 표면에 조사되는 제1 전자빔의 초점 크기 및 초점 거리를 조절한다.
축 조정 코일(114a)은 추출 전극(112b)과 자기 렌즈(114d) 사이에 배치되며 상기 추출 전극(112b)에 의해 형성된 제1 전자빔을 상기 자기 렌즈(114d)의 중심축에 일치시킨다.
조리개(114b)와 주사 코일(114c)은 한 쌍의 집속 렌즈(114e)와 대물 렌즈(134) 사이에 배치되며, 주사 코일(114c)은 상기 제1 전자빔이 기판(200)을 스캔하도록 상기 제1 전자빔을 편향시킨다.
상기 제1 전자빔 소스(110)에서 조사되는 제1 전자빔(116)은 펄스 형태를 갖는다. 상기 제1 전자빔(116)이 펄스 형태로 상기 기판(200)으로 조사되므로 연속적 인 형태로 조사되는 경우보다 상기 기판(200)에서 전하의 충전이 적게 이루어진다. 따라서 충전된 전자가 나중에 조사되는 제1 전자빔(116)에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
상기 제1 전자빔 소스(110)는 상기 기판(200)의 표면에 경사지도록 제1 전자빔(116)을 조사한다. 상기 제1 전자빔(116)은 상기 기판(200)의 표면과 약 20 내지 30도 정도의 경사를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 전자빔 소스(120)는 전자들을 발생시키기 위한 제2 전자총(122)과, 상기 전자들을 제2 전자빔(126)으로 형성하고 상기 제2 전자빔(126)을 상기 기판(200)의 표면으로 조사하기 위한 제2 컬럼(124)을 포함한다.
상기 제2 전자빔 소스(120)에 대한 구체적인 설명은 상기 제1 전자빔 소스(110)와 동일하다.
상기 제2 전자빔 소스(120)는 상기 기판(200)의 표면에 수직하도록 제2 전자빔(126)을 조사한다. 상기 제2 전자빔(126)은 제1 전자빔(116)에 의해 전하가 충전된 상기 기판(200)을 방전시킨다. 따라서 상기 제2 전자빔(126)은 상기 기판(200)에 충전되는 전하의 극성과 반대 극성을 갖는 전하가 충전되도록 에너지를 조절하여 주사하거나, 상기 기판(200)에 충전되는 전하의 극성과 동일한 극성을 갖는 전하가 충전되도록 에너지를 조절하여 주사할 수 있다.
상기 제2 전자빔 소스(120)에서 조사되는 제2 전자빔(126)은 펄스 형태나 연속적인 형태 어느 것이나 무방하다.
상기 스테이지(130)는 상기 기판(200)을 지지하며, 상기 스테이지(130)와 연 결된 구동부(132)는 상기 기판(200) 전면 또는 상기 기판(200) 상의 일정한 영역에 상기 제1 전자빔(116) 또는 제2 전자빔(126)이 조사되도록 스테이지(130)의 위치를 조절한다. 상기 구동부(132)로는 직교 좌표 로봇이 사용될 수 있다.
상기 챔버(134)는 상기 스테이지(130)를 수용한다. 상기 챔버(134)에는 진공 제공 수단이 연결된다. 상기 진공 제공 수단에 의해 상기 챔버(134)는 진공 상태로 유지된다. 진공을 유지시키는 이유는 제1 전자빔(116) 및 제2 전자빔(126)이 기판(10)에 도달할 때까지 공기 중의 분자들과 충돌하여 진로를 잃는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 검사 영역 설정 유닛(140)은 상기 기판(200)에서 검사가 필요한 영역을 설정한다. 구체적으로, 상기 검사 영역 설정 유닛(140)은 제1 검출부(142), 제1 이미지 획득부(144) 및 제1 이미지 처리부(146)를 포함한다.
상기 제1 검출부(142)는 상기 제1 전자빔(116)의 조사에 의해 상기 기판(200)으로부터 방출되는 이차 전자(170)를 검출하며, 검출된 이차 전자(170)와 대응하는 전류 신호를 전압 신호로 변환시키고, 상기 전압 신호를 증폭시킨다. 이때, 제1 검출부(142)에는 상기 이차 전자(170)를 검출하기 위한 바이어스 전압이 인가된다.
상기 제1 이미지 획득부(144)는 상기 제1 검출부(142)와 연결되며, 상기 증폭된 전압 신호를 기판(200)과 대응하는 회로 패턴 이미지 정보로 변환시킨다. 상기 회로 패턴 이미지 정보는 상기 기판(200)과 대응하는 이미지를 이루는 다수의 픽셀의 그레이 레벨들을 포함한다. 즉, 상기 제1 이미지 획득부(144)는 아날로그형 의 전압 신호를 디지털형의 이미지 정보로 변환시키는 AD 컨버터(analog digital convertor)로써 기능한다.
상기 제1 이미지 처리부(146)는 상기 제1 이미지 획득부(144)와 연결되며, 상기 회로 패턴 이미지 정보에서 결정의 결함 검사가 필요한 검사 영역을 설정한다. 상기 검사 영역의 예로는 상기 기판(200)의 액티브 영역을 들 수 있다.
상기 결정 특성 검사 유닛(150)은 상기 기판(200)의 회로 패턴을 형성하는 결정의 특성을 검사한다. 구체적으로, 상기 결정 특성 검사 유닛(150)은 제2 검출부(152), 제2 이미지 획득부(154) 및 제2 이미지 처리부(156)를 포함한다.
상기 제2 검출부(152)는 상기 제2 전자빔(126)의 조사에 의해 상기 기판(200)으로부터 방출되는 후방 산란 전자(172)를 검출한다. 이때, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 기판(200)의 검사 영역으로 조사되는 것이 바람직하다. 상기 제2 검출부(152)는 검출된 후방 산란 전자(172)와 대응하는 전류 신호를 전압 신호로 변환시키고, 상기 전압 신호를 증폭시킨다. 이때, 제2 검출부(152)에는 상기 후방 산란 전자(172)를 검출하기 위한 바이어스 전압이 인가된다.
상기 제2 이미지 획득부(154)는 상기 제2 검출부(152)와 연결되며, 상기 증폭된 전압 신호를 이미지 정보로 변환시킨다. 상기 이미지 정보는 상기 후방 산란 전자(172)의 회절 패턴을 나타낸다.
상기 제2 이미지 처리부(156)는 상기 제2 이미지 획득부(154)와 연결되며, 상기 회절 패턴의 이미지 정보를 이용하여 상기 회로 패턴을 구성하는 물질의 결정 방향을 확인할 수 있다. 상기 결정 방향을 이용하여 상기 물질의 결정 특성을 검사 할 수 있다.
상기 표시 유닛(160)은 상기 제1 이미지 획득부(144), 상기 제1 이미지 처리부(146), 상기 제2 이미지 획득부(154) 및 상기 제2 이미지 처리부(156)와 각각 연결된다. 상기 표시 유닛(160)은 상기 제1 이미지 획득부(144)에서 획득된 상기 기판(200)의 회로 패턴 이미지 및 상기 제1 이미지 처리부(146)에서 설정된 검사 영역을 표시한다. 또한 상기 표시 유닛(160)은 상기 제2 이미지 획득부(154)에서 획득된 상기 검사 영역의 회절 패턴 및 상기 제2 이미지 처리부(156)의 검사 결과를 표시한다.
상기와 같이 결정 특성 검사 장치(100)는 제1 전자빔(116)을 펄스 형태로 조사하므로 상기 제1 전자빔(116)에 의한 전하의 충전을 줄일 수 있다. 또한, 제1 전자빔(116)에 의해 충전된 전하를 제2 전자빔(126)으로 방전시킨 후, 다시 제1 전자빔(116)을 조사하므로, 충전된 전하에 의한 영향을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 기판(200)의 패턴을 구성하는 결정이 수 나노에 수십 나노의 크기를 갖더라도 용이하게 명확하게 상기 결정을 특성을 검사할 수 있다.
제1 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법
도 2a 내지 2d는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2a를 참조하면, 우선 상기 기판(200) 상에 설정된 검사 영역(210)에 포함되는 제1 스캐닝 영역(220)을 스캐닝하기 위해 제1 전자빔(116)을 조사한다. 상기 제1 스캐닝 영역(220)은 라인 형태를 갖는다. 상기 제1 스캐닝 영역(220)의 크기는 상기 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기보다 큰 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 전자빔(116)은 펄스 형태를 갖는다. 또한, 상기 제1 전자빔(116)은 상기 기판(200)에 경사지도록 조사된다. 상기 제1 전자빔(116)의 경사 각도는 상기 기판(200)의 표면과 약 20 내지 30도 정도인 것이 바람직하다.
상기 제1 전자빔(116)이 펄스 형태로 조사되므로 연속적인 형태의 전자빔이 조사되는 경우보다 상기 제1 스캐닝 영역(220)에 전하가 적게 충전된다. 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역의 크기는 후술하는 높은 분해능에서의 제1 전자빔이 조사되는 영역의 크기보다 큰 것이 바람직하다.
도 2b를 참조하면, 상기 제1 스캐닝 영역(220)을 스캐닝하도록 제2 전자빔(126)을 조사한다. 상기 제2 전자빔이 조사되는 영역의 크기는 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역의 크기와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제1 스캐닝 영역(220)에 충전되는 전하의 극성과 반대 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖거나, 상기 제1 스캐닝 영역(220)에 충전되는 전하의 극성과 동일한 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖는다. 따라서, 상기 제2 전자빔(126)을 주사하여 상기 제1 전자빔(116)에 의해 상기 제1 스캐닝 영역(220)에 충전된 전하를 방전시킨다. 이때, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제1 스캐닝 영역(220)을 방전시킬 수 있으면 펄스 형태 또는 연속적인 형태 중 어느 형태로 조사되어도 무방하다. 또한, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 기판(200)에 경사지도록 조사되거나 수직하도록 조사될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 기판(200)을 이동하여 상기 검사 영역(210)에 포함되며, 상기 제1 스캐닝 영역(220)에 중첩되지 않으면서 인접한 제2 스캐닝 영역(222)을 스캐닝하기 위해 제1 전자빔(116)을 조사한다. 상기 제2 스캐닝 영역(222)도 라인 형태를 갖는다. 상기 제2 스캐닝 영역(222)의 크기는 상기 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기보다 큰 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 전자빔(116)은 펄스 형태를 가지며, 상기 기판(200)에 경사지도록 조사된다.
도 2d를 참조하면, 상기 제2 스캐닝 영역(222)을 스캐닝하기 위해 제2 전자빔(126)을 조사한다. 상기 제2 전자빔이 조사되는 영역의 크기는 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역의 크기와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제2 스캐닝 영역(222)에 충전되는 전하의 극성과 반대 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖거나, 상기 제2 스캐닝 영역(222)에 충전되는 전하의 극성과 동일한 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖는다. 따라서, 상기 제2 전자빔(126)을 주사하여 상기 제2 전자빔(126)에 의해 상기 제2 스캐닝 영역(222)에 충전된 전하를 방전시킨다. 이때, 상기 제2 전자빔(126)은 펄스 형태 또는 연속적인 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 기판(200)에 경사지도록 조사되거나 수직하도록 조사될 수 있다.
이후, 상기 검사 영역(210)의 나머지 부분에 대해 제1 전자빔(116) 조사 및 방전을 위한 제2 전자빔(126) 조사를 수행한다. 이때, 상기 제1 전자빔(116) 및 제2 전자빔(126)의 스캐닝 영역들은 이전의 스캐닝 영역과 중첩되지 않으면서 인접한 것이 바람직하다.
상기와 같이 기판의 스캐닝 방법은 제1 전자빔(116)을 펄스 형태로 조사하므로 상기 제1 전자빔(116)의 조사에 의해 상기 기판(200)에 충전되는 전하를 줄일 수 있다. 또한, 제1 전자빔(116)에 의해 충전된 전하를 제2 전자빔(126)으로 방전시킨 후, 다시 제1 전자빔(116)을 조사하므로, 충전된 전하에 의한 영향을 방지할 수 있다. 따라서 충전된 전하가 노이즈로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법
도 3a 내지 3d는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 기판(200) 상에 설정된 검사 영역(210)에 포함되는 제1 스캐닝 영역(230)에 제1 전자빔(116)을 조사한다. 상기 제1 스캐닝 영역(116)의 크기는 상기 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기와 실질적으로 동일하다. 이때, 상기 제1 전자빔(116)은 펄스 형태로 조사된다. 또한, 상기 제1 전자빔(116)은 상기 기판(200)에 경사지도록 조사된다. 상기 제1 전자빔(116)의 경사 각도는 상기 기판(200)의 표면과 약 20 내지 30도 정도인 것이 바람직하다.
상기 제1 전자빔(116)이 펄스 형태로 조사되므로 연속적인 형태의 전자빔이 조사되는 경우보다 상기 제1 스캐닝 영역(230)에 전하가 적게 충전된다. 상기 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기는 낮은 분해능에서의 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기보다 작은 것이 바람직하다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 스캐닝 영역(230)에 제2 전자빔(126)을 조사한 다. 상기 제2 전자빔(126)이 조사되는 영역의 크기도 상기 제1 스캐닝 영역(230)의 크기와 실질적으로 동일하다. 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제1 스캐닝 영역(230)에 충전되는 전하의 극성과 반대 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖거나, 상기 제1 스캐닝 영역(230)에 충전되는 전하의 극성과 동일한 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖는다. 따라서, 상기 제2 전자빔(126)을 주사하여 상기 제1 전자빔(116)의 조사에 의해 상기 제1 스캐닝 영역(230)에 충전된 전하를 방전시킨다. 이때, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제1 스캐닝 영역(230)을 방전시킬 수 있으면 펄스 형태 또는 연속적인 형태 중 어느 형태로 조사되어도 무방하다. 또한, 상기 제2 전자빔(126)은 상기 기판(200)에 경사지도록 조사되거나 수직하도록 조사될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 기판(200)을 이동하여 상기 검사 영역(210)에 포함되며, 상기 제1 스캐닝 영역(230)과 부분적으로 중첩되는 제2 스캐닝 영역(232)에 제1 전자빔(116)을 조사한다. 상기 제2 스캐닝 영역(232)의 크기는 상기 제1 전자빔(116)이 조사되는 영역의 크기와 실질적으로 동일하다. 이때, 상기 제1 전자빔(116)은 펄스 형태로 조사된다.
도 3d를 참조하면, 상기 제2 스캐닝 영역(232)에 제2 전자빔(126)을 조사한다. 상기 제2 전자빔(126)이 조사되는 영역의 크기도 상기 제2 스캐닝 영역(232)의 크기와 실질적으로 동일하다. 상기 제2 전자빔(126)은 상기 제2 스캐닝 영역(232)에 충전되는 전하의 극성과 반대 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖거나, 상기 제2 스캐닝 영역(232)에 충전되는 전하의 극성과 동일한 극성을 갖는 전하를 충전시킬 수 있는 에너지를 갖는다. 따라서, 상기 제2 전자빔(126)을 조사하여 상기 제2 전자빔(126)의 조사에 의해 상기 제2 스캐닝 영역(232)에 충전된 전하를 방전시킨다. 이때, 상기 제2 전자빔(126)은 펄스 형태 또는 연속적인 형태를 가질 수 있다.
이후, 상기 검사 영역(210)의 나머지 부분에 대해 제1 전자빔(116) 조사 및 방전을 위한 제2 전자빔(126) 조사를 수행한다. 이때, 상기 제1 전자빔(116) 및 제2 전자빔(126)의 스캐닝 영역들은 이전의 스캐닝 영역과 부분적으로 중첩되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 기판의 스캐닝 방법은 제1 전자빔(116)을 펄스 형태로 조사하므로 상기 제1 전자빔(116)의 조사에 의해 충전되는 전하를 줄일 수 있다. 또한, 제1 전자빔(116)에 의해 충전된 전하를 제2 전자빔(126)으로 방전시킨 후, 다시 제1 전자빔(116)을 조사하므로, 충전된 전하에 의한 영향을 방지할 수 있다. 따라서 충전된 전하가 노이즈로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
결정 특성 검사 방법
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정 특성 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 기판(200)을 스테이지(130) 상으로 로딩한다. 이후, 상기 기판(200) 상에 형성된 오버레이 마크를 이용하여 상기 기판(200)을 정렬한다.
이후, 상기 기판(200)을 이동하면서 상기 제1 전자빔 소스(110)에서 상기 기 판(200)으로 제1 전자빔(116)을 조사한다. 따라서, 상기 기판(200)은 상기 제1 전자빔(116)에 의해 스캐닝된다.
상기 스캐닝에 의해 상기 기판(200)에 형성된 회로 패턴의 이미지 정보를 획득한다. 구체적으로, 상기 스캐닝에 따라 상기 기판(200)으로부터 이차 전자(170)가 방출된다. 방출된 이차 전자(170)는 검출되고, 검출된 이차 전자는 상기 이차 전자의 인텐시티와 대응하는 전류 신호로 변환된 후, 상기 전류 신호로 증폭된다. 증폭된 전류 신호는 상기 기판(200)과 대응하는 회로 패턴의 이미지 정보로 변환된다.
상기와 같이 회로 패턴의 이미지 정보를 이용하여 상기 기판(200)에서 결정의 특성 검사가 필요한 검사 영역을 설정한다(S110).
이후 상기 검사 영역으로 전자빔을 주사한다(S120). 상기 전자빔의 스캐닝 방법은 상기 제1 및 제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법과 동일하다.
요구되는 분해능의 정도에 따라 상기 기판의 스캐닝 방법이 달라진다. 구체적으로, 비교적 낮은 분해능이 요구되는 경우, 상기 제1 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 이용한다. 예를 들면, 상기 제1 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법은 수십 나노 정도의 크기를 갖는 결정의 특성 검사에 이용된다.
비교적 높은 분해능이 요구되는 경우, 상기 제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법을 이용한다. 상기 제2 실시예에 따른 기판의 스캐닝 방법은 수 나노 정도의 크기를 갖는 결정의 특성 검사에 이용된다.
상기 제1 전자빔(116)으로 상기 스캐닝 영역들을 스캐닝할 때마다, 상기 스 캐닝 영역들로부터 후방 산란 전자가 방출된다. 방출된 후방 산란 전자를 검출하고, 검출되는 후방 산란 전자의 브래그 회절(Bragg diffraction)로 인하여 결정 방위에 특유한 선형의 회절 패턴(일반적으로 키쿠치 이미지(Kikuchi image)로 불리워짐)을 획득한다(S130).
상기 회절 패턴을 이용하여 상기 회로 패턴을 구성하는 결정특성을 분석할 수 있다(S140). 상기 회절 패턴의 분석을 통하여 상기 회로 패턴을 구성하는 물질의 결정 방위를 확인할 수 있다.
상기와 같이 결정 특성 검사 방법은 제1 전자빔을 펄스 형태로 조사하므로 상기 제1 전자빔에 의한 전하의 충전을 줄일 수 있다. 또한, 제1 전자빔에 의해 충전된 전하를 제2 전자빔으로 방전시키므로, 상기 충전된 전하에 의한 노이즈를 방지할 수 있다. 따라서, 수 나노 또는 수십 나노 크기를 갖는 패턴 결정의 특성을 용이하게 명확하게 검사할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 전자빔을 펄스 형태로 조사하고, 전자빔에 의한 충전 및 방전을 반복하여 기판을 구성하는 물질의 결정의 특성을 검사한다. 그러므로 충전된 전하의 노이즈없이 미세한 크기의 결정이더라도 용이하게 특성을 검사할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 전자빔으로 기판 상의 제1 영역을 스캐닝하는 단계;
    상기 제1 전자빔의 조사에 의해 상기 제1 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위해 제2 전자빔으로 상기 제1 영역을 스캐닝하는 단계;
    상기 제1 전자빔으로 상기 기판 상의 제2 영역을 스캐닝하는 단계;
    상기 제1 전자빔의 조사에 의해 상기 제2 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위해 상기 제2 전자빔으로 상기 제2 영역을 스캐닝하는 단계; 및
    상기 기판의 나머지 영역에 대해 제1 전자빔에 의한 스캐닝 및 제2 전자빔에 의한 스캐닝을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 스캐닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 각각 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역보다 큰 영역을 가지며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 기판의 스캐닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 각각 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역과 실질적으로 동일한 영역을 가지며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 기판의 스캐닝 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전자빔은 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 기판의 스캐닝 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전자빔은 상기 기판에 경사지도록 입사되는 것을 특징으로 하는 기판의 스캐닝 방법.
  6. 기판에 다수개의 스캐닝 영역을 설정하는 단계;
    각각의 스캐닝 영역에 대해 제1 전자빔에 의한 스캐닝 및 상기 제1 전자빔의 조사에 의해 상기 스캐닝 영역에 충전된 전하를 방전시키기 위한 제2 전자빔에 의한 스캐닝을 반복하는 단계;
    상기 제1 전자빔에 의한 스캐닝에 의해 각각의 스캐닝 영역들로부터 방출되는 후방산란 전자를 이용하여 상기 스캐닝 영역들에서의 회절 패턴을 획득하는 단계; 및
    상기 회절 패턴을 이용하여 상기 기판의 결정을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스캐닝 영역들은 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역보다 크며, 인접한 스캐닝 영역들은 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스캐닝 영역들은 상기 제1 전자빔이 조사되는 영역과 실질적으로 동일하며, 인접한 스캐닝 영역들은 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 스캐닝 영역의 구분 이전에, 상기 기판 상에 검사 영역을 설정하는 단계를 더 포함하며, 상기 스캐닝 영역들은 상기 검사 영역 내에 설정되는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판의 검사 영역을 설정하는 단계는,
    상기 기판의 표면으로 제3 전자빔을 조사하는 단계;
    상기 기판으로부터 방출되는 이차 전자를 이용하여 상기 기판의 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 패턴 이미지를 이용하여 상기 기판을 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제1 전자빔은 상기 스캐닝 영역들에 경사지도록 입사되는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 제1 전자빔은 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 방법.
  13. 기판을 지지하기 위한 스테이지;
    상기 기판으로 펄스 형태의 제1 전자빔을 경사지도록 조사하기 위한 제1 전자빔 소스;
    상기 제1 전자빔에 의해 충전된 기판을 방전시키기 위해 상기 기판으로 제2 전자빔을 조사하기 위한 제2 전자빔 소스;
    상기 제1 전자빔 주사에 의해 상기 기판으로부터 발생되는 이차 전자를 검출하기 위한 제1 검출부;
    상기 검출된 이차 전자를 이용하여 상기 기판의 회로 패턴 이미지를 획득하기 위한 제1 이미지 검출부;
    상기 회로 패턴 이미지를 이용하여 상기 기판에 검사 영역을 설정하기 위한 제1 이미지 처리부;
    상기 제1 전자빔 주사에 의해 상기 기판으로부터 발생되는 후방 산란 전자를 검출하기 위한 제2 검출부;
    상기 검출된 후방 산란 전자를 이용하여 전자의 회절 패턴 이미지를 획득하기 위한 제2 이미지 획득부;
    상기 회절 패턴 이미지를 이용하여 상기 기판의 결정 특성을 검사하기 위한 제2 이미지 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정 특성 검사 장치.
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