KR20080030800A

KR20080030800A - 패턴의 결함 검출 방법

Info

Publication number: KR20080030800A
Application number: KR1020060097145A
Authority: KR
Inventors: 김형섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-07

Abstract

패턴의 결함 검출 방법은, 먼저 기판 상에 형성된 패턴에 전자빔(electron beam)을 조사하여, 상기 패턴으로부터 방출되는 이차전자와 실제 X선을 검출한다. 이어서, 상기 검출된 이차전자로부터 상기 패턴에 대한 이미지를 획득한다. 상기 실제 X선과 기 설정된 기준 X선을 비교한 결과에 따라, 상기 이미지 상에서 상기 패턴의 결함을 검출한다. 따라서, 본 발명에 의하면 기판에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하여 상기 패턴으로부터 방출되는 X선을 이용하여 상기 패턴의 결함을 정확하게 검출하는 것이 가능하다.

Description

패턴의 결함 검출 방법{Method of detecting defects of patterns on a substrate}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패턴의 결함 검사 장치를 개략적으로 설명하는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 상기 패턴의 SEM 이미지의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서, 상기 패턴으로부터 검출되는 X선 특성 맵을 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서, 상기 패턴으로부터 검출되는 X선의 에너지 스펙트럼의 일 예를 보여주는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 기판 2 : 패턴

11 : 전자빔 12 : 이차전자

13 : X선 31 : 주사 전자현미경(SEM)

32 : X선 검출부 40 : 중앙처리부

본 발명은 패턴의 결함 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하여 상기 패턴으로부터 검출되는 X선을 이용하여 패턴의 결함을 검출하는 방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 공정 기술이 발전되고 있다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 기판 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 포토리소그래피 공정은, 기판 상에 감광성 수지인 포토레지스트(photo resist)를 도포하고, 상기 도포된 포토레지스트 막을 경화시키는 베이킹(baking) 공정과, 광을 이용하여 마스크에 형성된 패턴을 상기 포토레지스트 막 상으로 투과시킴으로써 해당부위의 포토레지스트를 노광하는 노광 공정을 포함한다. 또한, 현상액을 이용하여 상기 노광 공정을 통해 광에 반응한 부분 또는 반응하지 않은 부분만을 선택적으로 제거하는 현상 공정을 수행함으로써 포토레지스트 패턴을 형성한다.

상기 패턴은 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 기판을 식각하고 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 형성된다.

상기 검사 공정은 더미 반도체 기판을 통해 공정을 통해 모니터링 하는 검사와, 오프라인(off line) 및 인라인(in line) 검사로 나누어진다. 이 중에서 상기 인라인 검사는 제조 공정이 진행되는 동안 몇 장의 샘플 반도체 기판에 대해 상기 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 선폭 및 결함 등을 검사하는 공정이다.

상기 패턴의 선폭 및 결함 여부를 검사하는 방법으로는 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope, 이하, 'SEM')을 이용하는 방법이 널리 사용되고 있다.

상기 SEM은 진공 중에 놓여진 피검체의 표면에 미세한 전자빔(electron beam)을 조사하여 피검체로부터 방출되는 이차전자, 반사전자, 투과전자, 가시광선, 적외선, X선 등의 신호를 검출하여 피검체에 대한 확대 이미지 및 형태, 미세구조의 관찰이나 구성원소의 분포, 정성, 정량 등의 분석을 행하는 장치이다. 특히 상기 이차전자는 상기 피검체에서 방출되는 신호의 대부분을 차지하는 것으로, 피검체의 표면에 대한 형태관찰에 사용되고, 상기 반사전자나 X선은 피검체의 성분분석에 사용된다.

특히, 상기 SEM을 이용한 선폭 검사 방법은, SEM을 통해 검사대상이 되는 패턴에 대한 실제 이미지를 획득하고, 상기 실제 이미지로부터 패턴에 대한 선폭(Critical Dimension, CD)을 직접 측정하고 검사하게 되므로, 다양한 형태의 패턴에 대한 선폭을 측정하고 검사하는 데 유리하다는 장점이 있다.

한편, 디자인 룰이 더욱 미세화됨에 따라 이물질 및 패턴 결함이 미치는 영향이 커서 고정밀도로 결함을 검출하는 것을 요구한다.

또한, 검출해야할 이물질이 미세화됨에 따라 고정밀도의 검사 장비를 필요로 하며, 검출 감도가 높아지므로 검출되는 이물질 및 결함의 수도 기하급수적으로 증가하기 때문에 고속 검사 장비를 필요로 한다.

기존의 SEM 검사 장비는 검사하고자 하는 패턴의 SEM 이미지를 획득하고, 상 기 SEM 이미지 상에서 그레이 레벨(grey level) 차이를 비교함으로써 결함을 검출하게 되므로, 결함을 검출하는 데 한계가 있다.

예를 들어, 단차기 있는 패턴의 경우, 단차의 하부에 대해서는 이미지를 획득이 어려우며, 그로 인해 결함을 검출하는 것이 어렵다. 디자인 룰이 작아질수록 단차부에 대한 이미지 및 결함 검출은 더더욱 어려워진다.

또한, 이미지 상에서 결함이 주변 영역과 그레이 레벨이 비슷한 경우에는 결함이 아닌 영역도 결함으로 분류되는 의사(擬似) 결함(false defect)이 다량 검출되는 문제점이 있다. 상기와 같이 의사 결함이 다량 검출되는 경우 결함 검출의 정밀도를 저해할 뿐만 아니라, 결함 검출에 소요되는 시간과 결함을 검출하기 위해 고성능의 장치를 필요로 한다.

한편, 상기와 같은 의사 결함의 수를 줄이기 위해, 결함 검출 시에 여러 가지 기존의 이미지 필터링 방법을 적용하고 있으나, 뚜렷한 효과를 나타내는 방법은 아직까지 개시되어 있지 않으며, 필터링 방법에 의해서 결함 검출에 소요되는 시간이 더욱 길어지거나 결함 검출의 정밀도가 저하되는 문제점도 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 패턴에 전자빔을 조사하였을 때 상기 패턴으로부터 방출되는 이차전자와 X선을 이용하여 상기 패턴의 결함을 정확하게 검출하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 제 1 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법은, 먼저 기판 상에 형성된 패턴에 전자빔(electron beam)을 조사하여, 상기 패턴으로부터 방출되는 이차전자와 실제 X선을 검출한다. 이어서, 상기 검출된 이차전자로부터 상기 패턴에 대한 이미지를 획득한다. 상기 실제 X선과 기 설정된 기준 X선을 비교한 결과에 따라, 상기 이미지 상에서 상기 패턴의 결함을 검출한다.

상기 비교 단계는 상기 기준 X선과 실제 X선이 일치하지 않는 불일치 영역을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출 단계는 상기 불일치 영역에서 결함을 검출하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 비교 단계는 상기 기준 X선과 실제 X선이 일치하는 일치 영역을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출 단계는 상기 일치 영역에서 결함을 검출할 수 있다.

상기 결함 검출 단계는 상기 이미지 상에서 검사 대상이 되는 제 1 픽셀과 상기 제 1 픽셀과 인접하는 제 2 픽셀 및 제3 픽셀을 비교하는 단계를 포함하고, 상기 비교 결과에 따라, 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출할 수 있다.

또는, 상기 결함 검출 단계는 상기 이미지 상에서 검사 대상이 되는 제 1 다이와, 상기 제 1 다이와 인접하는 제 2 다이 및 제 3 다이를 비교하는 단계를 포함하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 다이가 상기 제 2 다이 및 제 3 다이 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출할 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법은, 먼저, 기판 상에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하고, 상기 패 턴으로부터 방출되는 이차전자와 실제 X선을 검출한다. 상기 검출된 이차전자로부터 상기 패턴에 대한 이미지를 획득하고, 상기 검출된 실제 X선을 상기 패턴에 대한 이미지로 변환하여 특성 맵을 획득한다. 이어서, 상기 이미지 상에서 제 1 결함을 검출하고, 상기 특성 맵 상에서 제 2 결함을 검출한 후, 상기 제 1 결함의 위치와 제 2 결함의 위치를 각각 비교하여 상기 두 결함이 일치하는 제 3 결함을 검출한다.

상기 결함 검출 단계는 상기 이미지와 특성 맵 상에서의 위치를 서로 일치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 특성 맵은 상기 패턴 전체에 대해서 일괄적으로 획득되거나, 상기 패턴에서 상기 제 1 결함 영역에 대해서 선택적으로 획득될 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 결함 검출 단계는, 상기 이미지와 상기 특성 맵 상에서 검사 대상이 되는 제 1 픽셀과 상기 제 1 픽셀과 인접하는 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀을 각각 비교하는 단계를 포함하고, 상기 비교 결과에 따라, 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출할 수 있다.

또는, 상기 제 1 및 제 2 결함 검출 단계는, 상기 이미지와 상기 특성 맵 상에서 검사 대상이 되는 제 1 다이와, 상기 제 1 다이와 인접하는 제 2 다이 및 제 3 다이를 각각 비교하는 단계를 포함하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 다이가 상기 제 2 다이 및 제 3 다이 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출할 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 3 실시예에 따른 패턴 의 결함 검출 방법은, 기판 상에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하고, 상기 패턴으로부터 방출되는 실제 X선을 검출한다. 이어서, 상기 검출된 실제 X선을 상기 패턴에 대한 이미지로 변환하여 특성 맵을 획득하고, 상기 특성 맵 상에서 상기 패턴의 결함을 검출한다.

상기 특성 맵 획득 단계는, 상기 검출된 실제 X선의 에너지 스펙트럼을 획득하고, 상기 스펙트럼 상에서 나타나는 피크 X선을 검출하고, 상기 실제 X선을 이미지로 변환하기 위한 변환 파라미터를 상기 피크 X선에 적용한다. 그리고, 상기 패턴 상의 위치 정보와 해당 위치에서의 변환된 X선 정보를 이용하여 상기 패턴의 이미지를 형성하는 것을 포함한다.

상기 검출된 결함이 포함된 특성 맵을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, SEM 검사 장치에서 이차전자를 수집하는 동안 검출되는 X선을 이용하고, 특히 상기 X선을 의사 결함을 제거하는 필터로 사용하여 패턴의 결함 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패턴의 결함 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어 야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않 는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 패턴의 결함 검출 방법을 수행하기 위한 검사 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

상기 검사 장치는 기판(1) 상에 형성된 패턴(2)에 전자빔(11)을 조사하고, 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 이차전자(secondary electron)(12)를 검출하는 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope, 이하, 'SEM')(31)과, 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 X선(13)을 검출하는 X선 검출부(32) 및 검출 장치의 동작을 제어하고, 상기 SEM(31) 및 X선 검출부(32)로부터 획득한 정보를 저장하고 처리하는 중앙처리부(40)를 포함한다.

상기 SEM(31)은 상기 패턴(2)에 전자빔(11)을 조사하고, 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 이차전자(12)를 이용하여 SEM 이미지를 형성한다.

상기 X선 검출부(32)는 상기 이차전자(12)와 함께 상기 패턴으로부터 방출되는 X선(13)을 검출한다.

전자빔을 피검사체에 조사하면, 상기 피검사체의 성분 물질을 구성하는 전자가 상기 전자빔으로부터 에너지를 전달받아서 에너지 준위가 높아지고, 이러한 여기상태의 전자가 안정적인 바닥상태로 환원되는 과정에서 상기 바닥상태와 여기상태 사이의 에너지 준위차에 해당하는 전자파가 방출된다.

상기 전자파는 이차전자(12)와 X선(13)을 포함한다.

상기 이차전자(12)는 상기 전자파의 대부분을 차지하고, 상기 이차전자(12) 의 검출 신호는 상기 피검사체의 표면 형상에 의존하므로, 상기 이차전자(12)를 이용하여 피검사체의 표면 이미지를 형성하는 데 유리하다. 상기 X선(13)은 상기 피검사체의 성분 물질의 종류에 따라 특정되는 것으로, 상기 X선(13)의 에너지 스펙트럼을 분석함으로써 상기 피검사체의 성분을 파악할 수 있다.

예를 들어, EDX(energy dispersion X-ray spectrum) 장치는 전자현미경(주사 전자현미경(SEM), 투과 전자현미경(TEM) 등)에 부착시켜 사용하는 장치로서, 피검사체로부터 방출되는 X선의 에너지 스펙트럼을 분석하여, 상기 피검사체의 조성 성분을 분석하는 장치이다.

도 2는 상기 X선(13)의 에너지 스펙트럼을 분석한 결과의 일 예를 보여주는 그래프이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 패턴(2)으로부터 검출되는 X선(13)의 에너지 스펙트럼(이하, 스펙트럼)을 살펴보면, 일정 에너지 대역에 다수의 불연속적인 피크값이 나타나는 형태를 보인다. 상기 스펙트럼은 보통의 EDX 검사에 비해 물질의 성분에 대한 정보를 충분히 포함하고 있지는 않다.

그러나, 본 발명에 따른 결함 검출 방법은, 상기 패턴(2)을 형성하는 물질의 성분 분석을 하기 위한 것이 아니므로, EDX 검사와 달리 소량의 X선을 이용하여 상기 패턴(2)의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 즉, SEM 검사에서 주로 사용되는 1000~2000eV 사이의 에너지를 가지는 전자빔(11)을 조사하여, 상기 이차전자(12)를 수집하는 동안 수집되는 비교적 낮은 에너지를 갖는 소량의 X선(13)을 이용함이 바람직하다.

한편, 상기 스펙트럼은 상기 전자빔(11)의 에너지 및 상기 전자빔(11)이 상기 패턴(2)에 연속적으로 조사된 시간에 의존하고, 이러한 상기 전자빔(11)의 에너지에 따라 상기 스펙트럼 상의 피크 X선(13)의 수와 크기가 다르게 나타난다.

도 3은 상기 X선(13)을 상기 패턴(2)의 이미지로 변환한 특성 맵이고, 도 4는 상기 이차전자(12)를 이용하여 형성한 상기 패턴(2)의 SEM 이미지이다.

상기 X선(13)은 상기 패턴(2)에 의존한다. 라인-스페이스 패턴을 예를 들면, 상기 라인 상에서 검출되는 X선은 동일한 특성을 보이지만, 상기 라인 상에서 검출되는 X선과 상기 스페이스 상에서 검출되는 X선은 서로 다른 특성을 보인다.

따라서, 상기 검출되는 X선(13)의 변화는 상기 패턴(2) 상에서의 변화되는 부분을 반영하므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 X선(13)을 영상 데이터로 변환시킴으로써 상기 패턴(2)에 대한 이미지를 획득할 수 있다.

상기 특성 맵은 상기 검출된 X선(13)을 소정의 수치로 변환하고, 상기 패턴(2) 상의 위치 정보와, 해당 위치에서 변환된 X선(13)을 포함하는 이미지이다.

실시예 1

본 발명의 제 1 실시예에 따른 결함 검출 방법은 X선(13)을 필터로 사용하여 상기 SEM 이미지 상에서 검출되는 결함들 중에서 의사(擬似) 결함(false defect)을 분류하고 제외시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 제 1 실시예는 상기 SEM 이미지 상에서 결함을 검출한 후 또는 결함을 검출하기 전에, 패턴(2)으로부터 검출되는 X선(13)을 이용하여 의사 결함을 배제함 으로써 결함 검출의 정확성을 향상시키는 방법을 제시하고 있다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 결함 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 결함을 검출할 때 기준이 되는 기준 X선을 설정한다(S101).

여기서, 상기 기준 X선은 검출하고자 하는 결함 영역에 대한 특성 X선을 설정하거나, 결함에서 제외시키고자 하는 영역에 대한 특성 X선을 설정할 수 있다.

이어서, 검사하고자 하는 패턴(2)이 형성된 기판(1)을 검사 장치에 투입하고, 상기 패턴(2)에 전자빔(11)을 조사한다(S102).

예를 들어, 상기 전자빔(11)은 SEM에서 주로 사용되는 1000~2000eV의 에너지 대역을 갖는 전자빔(11)을 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 전자빔(11)을 조사하여 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 전자파 중 이차전자(12)와 X선(13)을 각각 검출하고(S103), 상기 검출된 이차전자(12)를 이용하여 상기 패턴(2)에 대한 SEM 이미지를 형성한다(S104).

다음으로, 상기 검출된 X선(13)을 상기 기 설정된 기준 X선과 비교한다(S105).

여기서, 상기 X선(13)과 기준 X선은 일정 수준 이상으로 일치하는 경우 일치하는 것으로 판단한다. 또한, 상기 X선(13)과 기준 X선의 일치하는 수준은 사용자가 설정할 수 있다.

상기 기준 X선을 검출하고자 하는 결함에 대한 특성 X선으로 설정한 경우, 상기 비교 결과를 토대로, 상기 X선(13)과 기준 X선이 일치하는 일치 영역을 산출 한다(S111).

그리고, 상기 일치 영역에 대응되는 상기 SEM 이미지 상에서 결함을 검출한다(S112).

따라서, 상기 X선 비교 단계(S105)에서는 검출하고자 하는 결함을 필터링하는 효과가 있으므로, 상기 검출하고자 하는 결함만을 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 기준 X선을 결함에서 제외하고자 하는 의사 결함에 대한 특성 X선으로 설정한 경우, 상기 X선 비교 결과를 토대로 상기 X선(13)과 기준 X선이 불일치하는 영역을 산출하고(S121), 상기 불일치 영역에 대응되는 상기 SEM 이미지 상에서 결함을 검출한다(S122).

따라서, 상기 X선 비교 단계(S105)를 통해 의사 결함을 제거하는 효과가 있으므로, 상기 불일치 영역 상에서 검출되는 결함은 의사 결함이 포함되지 않고, 결함만을 정확하게 검출할 수 있다.

여기서, 상기 SEM 이미지 상에서 결함을 검출하는 방법(S112,S122)은, 상기 SEM 이미지 상에서 픽셀(pixel) 단위로 이미지를 비교하는 셀 투 셀(cell-to-cell) 방식과, 다이 단위로 이미지를 비교하는 다이 투 다이(die-to-die) 방식이 있다.

먼저 셀 투 셀 방식은, 상기 SEM　이미지 상에서 검사하고자 하는 대상이 되는 제 1 픽셀(pixel)과 상기 제 1 픽셀과 이웃하는 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀을 서로 비교하여 결함을 검출한다. 여기서, 2개의 픽셀을 비교하는 경우, 상기 패턴의 가장자리와 같이 상기 제 1 픽셀과 인접하는 픽셀이 없는 경우에는 결함을 검출하는 것이 불가능하므로, 인접하는 3개의 픽셀을 비교함이 바람직하다.

또한, 상기 셀 투 셀 방식은, 상기 3개의 픽셀을 비교하여 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 또는 제 3 픽셀 중 적어도 하나와 일치하는 경우에는 결함이 아닌 것으로 판단한다.

그리고, 상기 셀 투 셀 방식은 상기 인접하는 3개의 셀을 비교하여, 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀 중 적어도 하나와 일치하는 경우 결함이 아닌 것으로 판단할 수 있다. 마찬가지로, 상기 다이 투 다이 방식도, 서로 인접하는 3개의 다이를 비교하여, 상기 제 1 다이가 상기 제 2 다이 또는 제 3 다이 중 적어도 하나와 일치하는 경우는 결함이 아닌 것으로 판단한다.

여기서, 상기 픽셀은 상기 패턴(2) 상의 위치와 해당 위치에서의 이미지 정보를 포함하는 이미지의 최소 단위이다. 상기 픽셀의 크기가 작을수록 상기 패턴(2)의 결함을 더욱 정확하게 검출할 수 있는 반면, 상기 결함 검출 과정에서 처리해야 할 데이터의 크기는 증가하고 더불어 중앙처리부(40)의 성능적 부담이 증가하게 된다. 그러나 데이터의 용량 및 성능적 부담이 증가하더라도, 상기 패턴(2)의 결함 검출의 정확성을 향상시키기 위해서 충분히 작은 크기의 픽셀을 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 제 1 실시예에서는, X선과 기준 X선을 비교하여 결함을 검출할 영역(상기 일치 영역 또는 불일치 영역)을 먼저 한정한 후, 상기와 같이 한정된 영역에 대응되는 SEM 이미지 상에서 결함을 검출한다.

반면, 먼저 SEM 이미지 상에서 결함을 검출 한 후, 상기 검출된 결함에 대한 X선을 기준 X선과 비교함으로써 의사 결함을 제거하는 실시예도 가능할 것이다. 이 경우에도, 상기 기준 X선을 결함 또는 의사 결함에 대한 특성 X선으로 설정할 수 있으며, 상기 기준 X선과 X선이 일치하는 수준을 설정하는 것도 가능하다.

실시예 2

본 발명의 제 2 실시예에 따른 결함 검출 방법은 상기 X선(13)을 이용하여 상기 패턴(2)에 대한 특성 맵을 형성하고, 상기 SEM 이미지 및 특성 맵 상에서 각각 결함을 검출한 후, 상기 이미지 상에서 검출된 결함과 상기 특성 맵 상에서 검출된 결함을 비교하여 의사 결함을 제외시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 제 2 실시예는 상기 패턴(2)으로부터 검출된 X선(13)으로 특성 맵을 형성하고, 상기 특성 맵 상에서 검출된 결함을 이용하여 결함 검출의 정확성을 향상시키는 방법을 제시하고 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 결함 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 검사하고자 하는 패턴(2)이 형성된 기판(1)에 전자빔(11)을 조사한다(S201).

상기 패턴(2)으로부터 방출되는 이차전자를 검출하여(S211), 상기 패턴(2)에 대한 SEM 이미지를 형성한다(S212). 그리고, 상기 SEM 이미지 상에서 제 1 결함을 검출한다(S213).

또한, 상기 이차전자를 검출하면서(S211) 동시에 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 X선(13)을 검출한다(S221). 상기 X선(13)을 이용하여 상기 패턴(2)에 대한 특 성 맵을 형성하고(S222), 상기 특성 맵 상에서 제 2 결함을 검출한다(S223).

여기서, 상기 제 1 결함은, 상기 SEM 이미지 상에서 셀 투 셀 방식 또는 다이 투 다이 방식을 사용하여 검출할 수 있다. 상기 셀 투 셀 방식 및 다이 투 다이 방식에 대해서는 제 1 실시예에서 설명하였으므로 중복을 피하기 위하여 설명은 생략한다. 또한, 상기 제 2 결함 역시 상기 특성 맵 상에서 셀 투 셀 방식 또는 다이 투 다이 방식으로 검출하는 것이 가능하다.

여기서, 상기 특성 맵은 상기 X선(13)을 이용한 상기 패턴(2)에 대한 이미지로서, 상기 검출되는 X선(13)이 상기 패턴(2)에 의존하는 특성을 이용하여 상기 X선(13)을 영상 데이터로 변환한 것이다. 예를 들어, 라인-스페이스 패턴을 살펴보면, 상기 라인 및 스페이스 각각에 대해서는 유사한 특성을 보이는 X선이 검출되고, 상기 라인 상에서 검출되는 X선과 스페이스 상에서 검출되는 X선은 서로 다른 특성을 보이게 된다. 따라서, 상기 검출되는 X선(13)의 특성 변화를 통해 상기 패턴(2)에 대한 이미지를 형성하는 것이 가능하다.

상기 특성 맵을 형성하는 방법을 살펴보면, 상기 X선(13)은 하나의 수치로 변환되고, 상기 패턴(2) 상에서의 위치 정보 및 해당 위치에서의 변환된 X선(13)을 통해 상기 패턴(2)에 대한 이미지를 형성한다. 예를 들어, 상기 스펙트럼은 소정 에너지 대역에서 불연속적인 다수의 피크 값으로 나타나고, 상기 피크 X선(13)의 분포와 상기 피크 X선(13)이 가지는 에너지를 곱한 값을 변환 파라미터로 사용할 수 있다.

이어서, 상기 SEM 이미지와 특성 맵 상의 좌표를 매치시킨 후(S231), 상기 제 1 결함과 제 2 결함의 위치를 비교하여(S232), 결함과 의사 결함을 분류한다(S233,234).

상기 비교 단계에서 제 1 결함과 제 2 결함이 불일치하는 경우, 예를 들어, SEM 이미지 상에서 주변과의 해당 셀과 주변 셀의 값이 유사하여 결함이 아닌 것이 결함으로 검출된 의사 결함을 제외시킬 수 있다.

다음으로, 상기 최종적으로 결함으로 분류된 결함들을 디스플레이 한다(S235).

한편, 상기 특성 맵은 상기 패턴(2) 전체에 대해 형성할 수 있으나, 상기 제 1 결함이 검출된 영역에 대해 국부적으로 특성 맵을 형성하는 실시예도 가능할 것이다. 이 경우, 특성 맵을 작성하고 결함을 검출하기 위해 상기 특성 맵을 비교하는 데 필요한 성능적 부담을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

실시예 3

본 발명의 제 3 실시예에 따른 결함 검출 방법은 상기 X선(13)을 이용하여 패턴(2)에 대한 특성 맵을 형성하고, 상기 특성 맵 상에서 결함을 검출하는 것을 특징으로 한다.

즉, 제 3 실시예에서는 SEM 이미지 검사와는 별개로, 상기 X선(13)을 이용한 결함 검출 장치를 더 제공하는 효과가 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 결함 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 검사하고자 하는 패턴(2) 상에 전자빔(11)을 조사하고(S301), 상기 패턴(2)으로부터 방출되는 X선(13)을 검출한다(S302).

이어서, 상기 검출된 X선(13)의 에너지 스펙트럼을 분석한다(S303). 그리고, 상기 X선(13)을 영상 데이터로 변환하기 위한 변환 파라미터를 산출하고(S304), 상기 변환 파라미터를 이용하여 특성 맵을 형성한다(S305).

여기서, 상기 변환 파라미터는 상기 X선(13)을 수치화하기 위한 파라미터로서, 상기 변환 파라미터를 상기 X선(13)에 적용하면 상기 X선(13)은 하나의 수치로 변환되고, 상기 패턴(2) 상에서의 위치 정보 및 해당 위치에서의 변환된 X선(13)을 통해 상기 패턴(2)에 대한 이미지를 형성한다. 예를 들어, 상기 스펙트럼은 소정 에너지 대역에서 불연속적인 다수의 피크 값으로 나타나고, 상기 피크 X선(13)의 분포와 상기 피크 X선(13)이 가지는 에너지를 곱한 값을 변환 파라미터로 사용할 수 있다.

또한, 상기 특성 맵은, 상기 변환된 X선(13)을 그레이 레벨(gray level)로 설정하여 나타낼 수도 있으며, 상기 변환된 X선(13)의 소정 값마다 일정한 컬러를 지정하여 컬러 맵으로 나타낼 수 있다.

이어서, 상기 특성 맵 상에서 결함을 검출한다(S306).

상기 결함은 상기 특성 맵 상에서 셀 투 셀 방식 또는 다이 투 다이 방식으로 검출할 수 있으며, 상기 결함 검출 방식은 상술한 제 1 실시예에서 설명하였으므로 중복을 피하기 위하여 설명을 생략한다.

다음으로, 상기 검출된 결함을 디스플레이 한다(S307).

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 패턴의 결함 검출 방법은, X선을 이용하여 패턴의 결함 검출의 정확성을 향상시킨다. 특히, 기존의 SEM 검사 장치에서 이차전자를 수집하는 동안 동시에 X선을 수집하여 사용하게 되므로, 검사 시간 및 검사 데이터 량의 증가가 없이 검사의 정확성을 향상시키는 것이 가능하다.

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 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

기판 상에 형성된 패턴에 전자빔(electron beam)을 조사하는 단계;

상기 패턴으로부터 방출되는 이차전자와 실제 X선을 검출하는 단계;

상기 검출된 이차전자로부터 상기 패턴에 대한 이미지를 획득하는 단계;

상기 실제 X선과 기 설정된 기준 X선을 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라, 상기 이미지 상에서 상기 패턴의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비교 단계는 상기 기준 X선과 실제 X선이 일치하지 않는 불일치 영역을 검출하는 단계를 포함하고,

상기 결함 검출 단계는 상기 불일치 영역에서 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비교 단계는 상기 기준 X선과 실제 X선이 일치하는 일치 영역을 검출하는 단계를 포함하고,

상기 결함 검출 단계는 상기 일치 영역에서 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 결함 검출 단계는 상기 이미지 상에서 검사 대상이 되는 제 1 픽셀과 상기 제 1 픽셀과 인접하는 제 2 픽셀 및 제3 픽셀을 비교하는 단계를 포함하고,

상기 비교 결과에 따라, 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 결함 검출 단계는 상기 이미지 상에서 검사 대상이 되는 제 1 다이와, 상기 제 1 다이와 인접하는 제 2 다이 및 제 3 다이를 비교하는 단계를 포함하고,

상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 다이가 상기 제 2 다이 및 제 3 다이 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
기판 상에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하는 단계;

상기 패턴으로부터 방출되는 이차전자와 실제 X선을 검출하는 단계;

상기 검출된 이차전자로부터 상기 패턴에 대한 이미지를 획득하는 단계;

상기 검출된 실제 X선을 상기 패턴에 대한 이미지로 변환하여 특성 맵을 획득하는 단계;

상기 이미지 상에서 제 1 결함을 검출하는 단계;

상기 특성 맵 상에서 제 2 결함을 검출하는 단계; 및

상기 제 1 결함의 위치와 제 2 결함의 위치를 각각 비교하여 상기 두 결함이 일치하는 제 3 결함을 검출하는 단계를 포함하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 결함 검출 단계는 상기 이미지와 특성 맵 상에서의 위치를 서로 일치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 특성 맵은 상기 패턴 전체에 대해서 일괄적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 특성 맵은 상기 패턴에서 상기 제 1 결함 영역에 대해서 선택적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 결함 검출 단계는, 상기 이미지와 상기 특성 맵 상에서 검사 대상이 되는 제 1 픽셀과 상기 제 1 픽셀과 인접하는 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀을 각각 비교하는 단계를 포함하고,

상기 비교 결과에 따라, 상기 제 1 픽셀이 상기 제 2 픽셀 및 제 3 픽셀 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 결함 검출 단계는, 상기 이미지와 상기 특성 맵 상에서 검사 대상이 되는 제 1 다이와, 상기 제 1 다이와 인접하는 제 2 다이 및 제 3 다이를 각각 비교하는 단계를 포함하고,

상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 다이가 상기 제 2 다이 및 제 3 다이 모두와 일치하지 않으면 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
기판 상에 형성된 패턴에 전자빔을 조사하는 단계;

상기 패턴으로부터 방출되는 실제 X선을 검출하는 단계;

상기 검출된 실제 X선을 상기 패턴에 대한 이미지로 변환하여 특성 맵을 획득하는 단계; 및

상기 특성 맵 상에서 상기 패턴의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 결함 검출 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 특성 맵 획득 단계는,

상기 검출된 실제 X선의 에너지 스펙트럼을 획득하는 단계;

상기 스펙트럼 상에서 나타나는 피크 X선을 검출하는 단계;

상기 실제 X선을 이미지로 변환하기 위한 변환 파라미터를 설정하는 단계;

상기 변환 파라미터를 상기 실제 X선에 적용하는 단계; 및

상기 패턴 상의 위치 정보와 해당 위치에서의 변환된 X선 정보를 이용하여 상기 패턴에 대한 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 검출된 결함이 포함된 특성 맵을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴의 결함 검출 방법.