KR20140006190A - 광학측정장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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이현재
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Abstract

측정대상을 지지하는 스테이션, 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득부, 스테이션 및 영상획득부를 이동시키는 구동부, 구동부와 영상획득부를 제어하여 영상획득부와 측정대상 사이의 거리를 변경하면서 측정대상에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고, 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하고, 복수의 2차원 참조영상과 2차원 스캔영상을 비교하여 측정대상의 패턴을 검출하는 제어부를 포함하는 광학측정장치는 초미세 비반복적인 패턴의 임계치수를 고속으로 측정할 수 있다.

Description

광학측정장치 및 그 제어방법{OPTICAL MEASUREMENT APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 광학측정장치 및 그 제어방법에 관한 발명으로써, 더욱 상세하게는 초미세 패턴의 임계치수를 측정하는 광학측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
집적회로(IC: Integrated Circuit)는 웨이퍼(wafer) 제조, 산화막 형성, 불순물의 확산(diffusion), 불순물의 이온주입(ion implantation), 증착(depostion), 식각(etching), 포토리소그래피(photolithography) 등 다양한 공정을 통하여 제조된다.
이 가운데 리소그래피 공정 및 식각 공정을 통하여 설계자가 원하는 전기적 회로를 구성하는 패턴이 반도체 기판에 형성된다.
리소그래피 공정은 전기적 회로를 구성하는 소자 또는 신호선이 그려진 마스크(mask)를 반도체 기판에 축소 투영하여 마스크에 그려진 전기적 회로가 반도체 기판에 형성되도록 하는 공정을 의미하며, 식각 공정은 마스크를 통하여 형성된 패턴 이외에 불필요한 부분을 제거하는 공정이다.
이와 같은 리소그래피 공정 및 식각 공정 후에는 반도체 기판에 설계자가 원하는 전기적 회로 즉 패턴이 제대로 형성되었는지 검사하여야 한다. 이 때에는 설계자가 원하는 패턴 중 일부가 유실되거나 원하지 않는 패턴이 형성되었는지 여부를 검사할 뿐 만 아니라 설계자가 원하는 크기의 패턴이 형성되었는지 여부도 중요하다. 이와 같이 설계자가 원하는 크기의 패턴이 형성되었지 여부에 관한 측정을 임계치수(Critical Dimension) 측정이라고 한다.
종래 반도체 기판에 형성된 패턴의 임계치수를 측정하는 측정장치는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 대표되는 전자빔을 이용하는 장치와 광학적 임계치수(Optical Critical Dimension, OCD) 측정장치로 대표되는 특정한 파장 범위의 광을 이용하는 장치가 있다.
주사 전자 현미경은 광학 현미경에 비하여 미세한 패턴의 임계치수를 측정할 수 있으나, 최근 200nm이하의 초미세 패턴의 경우 측정 속도가 매우 느린 문제점이 있다.
광학적 임계치수 측정장치는 특정 파장 범위의 측정광을 대상에 조사하고 각 파장에 대한 쐐기그래프를 획득하고 기존에 생성하여둔 데이터베이스에서 일치하는 쐐기그래프를 검색함으로써 패턴의 임계치수를 산출한다. 광학적 임계치수 측정장치는 반복적인 패턴에 대하여만 측정이 가능하다는 단점이 있으며 측정장치의 가격이 고가이므로 집적회로의 생산단가를 상승시킨다.
상술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 초미세 비반복적인 패턴의 임계치수를 측정할 수 있는 광학측정장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의한 광학측정장치는 측정대상을 지지하는 스테이션, 상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득부, 상기 스테이션 및 상기 영상획득부를 이동시키는 구동부 및 상기 구동부와 상기 영상획득부를 제어하여 상기 영상획득부와 상기 측정대상 사이의 거리를 변경하면서 상기 측정대상에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고, 상기 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하고, 복수의 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상을 비교하여 상기 측정대상의 패턴을 검출하는 제어부를 포함한다.
상시 광학측정장치는 상기 복수의 2차원 참조영상을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상과의 차이를 산출하고, 상기 복수의 2차원 참조영상 중에서 상기 2차원 스캔영상과의 차이가 최소인 2차원 참조영상을 선정하고, 상기 측정대상의 패턴은 상기 선정된 2차원 참조영상과 대응되는 참도대상과 패턴과 동일한 것으로 판단한다.
상기 광학측정장치는 상기 영상획득부가 상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득범위, 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 입력받는 입력부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 광학측정장치는 상기 측정 대상에 측정광을 조사하는 광조사부를 더 포함할 수 있다.
상기 측정광은 상기 측정대상과 수직한 방향으로 조사된다.
상기 영상획득부는 상기 측정대상의 영상을 포착하는 적어도 하나의 렌즈 및 1차원 라인영상을 획득하는 라인스캔카메라를 포함하며, 상기 측정대상으로부터 반사 또는 산란되는 광의 광도(luminous intensity)를 검출한다.
상기 구동부는 상기 측정대상과 수직한 방향으로 상기 스테이션 및 상기 영상획득부를 이동시킨다.
상기 구동부는 상기 스테이션을 이동시켜 상기 영상획득부와 상기 측정대상 사이의 거리를 변경시키거나 상기 영상획득부를 이동시켜 상기 영상획득부와 상기 측정대상 사이의 거리를 변경시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀(pixel)의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 제곱평균(mean square of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하거나, 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 절대평균(mean of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 광학측정장치의 제어방법은 영상획득부와 측정대상 사이의 거리를 변경하면서 상기 측정대상에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고, 상기 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하고, 상기 2차원 스캔영상과 복수의 참조영상을 비교하여 상기 측정대상의 패턴을 검출하는 것을 포함한다.
상기 광학측정장치의 제어방법은 상기 복수의 참조대상에 대한 2차원 참조영상을 생성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 광학측정장치의 제어방법은 상기 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상과의 차이를 산출하고, 상기 2차원 참조영상 중에서 상기 2차원 스캔영상과의 차이가 최소인 2차원 참조영상을 선정하고, 상기 측정대상의 패턴은 상기 선정된 2차원 참조영상에 대응되는 참조대상의 패턴과 동일한 것으로 판단한다.
상기 광학측정장치의 제어방법은 상기 영상획득부가 상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득범위, 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 입력받는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 1차원 라인영상은 상기 측정대상으로부터 반사 또는 산란된 광의 광도를 획득한 것이다.
상기 광학측정장치의 제어방법은 상기 영상획득부를 상기 측정대상과 수직한 방향으로 이동시켜 상기 영상획득부와 상기 측정대상의 거리를 변경시키거나 상기 측정대상을 지지하는 스테이션을 상기 측정대상과 수직한 방향으로 이동시켜 상기 영상획득부와 상기 측정대상의 거리를 변경시킬 수 있다.
상기 광학측정장치의 제어방법은 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 제곱평균(mean square of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하거나, 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 절대평균(mean of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 초미세 비반복적인 패턴의 임계치수를 측정할 수 있고 저가의 장비를 이용하므로 집적회로의 생산 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 반도체 기판에 형성된 패턴에 광이 조사되는 경우 패턴에 의하여 반사 또는 산란된 광 사이의 간섭 현상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치를 간략하게 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치를 간략하게 도시하는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 복수의 렌즈 및 렌즈에 의하여 반도체 기판에 형성된 패턴의 영상이 포착되는 것을 간략하게 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 스테이션이 이동하며 영상획득부가 1차원 라인영상을 획득하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 영상획득부가 이동하며 1차원 라인영상을 획득하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광학측정장치의 복수의 렌즈 및 렌즈가 반도체 기판에 형성된 패턴의 영상을 포착하는 것을 간략하게 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 영상획득부와 스테이션 사이의 거리에 따라 획득되는 1차원 라인영상의 광도를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치에 의하여 생성되는 2차원 스캔영상을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계측방법에 따른 측정 순서를 도시하는 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 광이 조사되는 경우 패턴에 의하여 반사 또는 산란된 광 사이에 발생하는 간섭 현상을 도시한 도면이다.
패턴(11)에 조사된 광 가운데 패턴(11)의 모서리에 조사된 광은 도 1에서 도시한 바와 같이 선형 패턴(11)의 모서리에서 방사형으로 산란된다. 이 때 패턴(11)의 양쪽 모서리에서 방사형으로 산란된 광은 서로 간섭(interference)을 일으키게 된다.
전자파에 해당하는 광은 파형의 골과 골 또는 마루와 마루가 만나는 위치에서는 보상간섭을 일으켜 광의 세기가 강해지고 파형의 골과 마루가 만나는 위치에서는 소멸간섭을 일으켜 광의 세기가 약해진다.
그로 인하여 패턴(11)과 특정한 거리에 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기(intensity)를 검출하면, 보강간섭으로 인하여 상대적으로 밝은 부분과 소멸간섭으로 인하여 상대적으로 어두운 부분이 교대로 위치하는 줄무늬영상을 획득할 수 있다. 이와 같은 줄무늬의 영상은 패턴(11)의 폭, 높이 및 기울기에 따라 줄무늬 사이의 간격, 줄무늬의 위치, 줄무늬의 밝기 등이 달라진다.
또한, 다른 패턴(11) 즉 폭, 높이 또는 기울기가 다른 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기을 검출하면, 보강간섭과 소멸간섭이 발생하는 위치가 달라지므로 줄무늬 사이의 간격, 줄무늬의 위치, 줄무늬의 밝기가 달라진 줄무늬영상을 획득할 수 있다.
또한, 패턴(11)과의 거리를 변경하여 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기를 검출하면, 보강간섭과 소멸간섭이 발생하는 위치가 달라지므로 줄무늬 사이의 간격, 줄무늬의 위치, 줄무늬의 밝기가 달라진다.
이와 같이 줄무늬영상을 통하여 반도체 기판에 형성된 패턴(11)의 폭, 높이 및 기울기 즉 임계치수를 측정할 수 있다. 구체적으로 참조패턴에 대한 참조 줄무늬영상를 알고 있다면 측정 대상이 되는 패턴으로부터 획득된 줄무늬영상과 참조패턴으로부터 획득한 참조 줄무늬영상을 비교하여 측정 대상이 되는 패턴의 임계치수를 측정할 수 있다.
여기서 참조패턴은 임계치수를 측정하고자 하는 패턴의 모양에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 임계치수를 측정하고자 하는 패턴이 반도체 기판에서 신호선 또는 MOSFET(Metal-Oxide-Silicon Feild Effect Transistor)의 게이트와 같이 그 폭 및 높이에 비하여 길이가 긴 직육면체의 형태을 가지고 있는 경우에는 참조패턴은 서로 다른 폭을 가지는 복수의 패턴, 서로 다른 높이를 가지는 복수의 패턴, 서로 다른 기울기를 가지는 복수의 패턴이 가능하다.
또한 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)으로부터의 거리를 달리하며 줄무늬영상를 획득하고 획득된 줄무늬영상를 패턴(11)으로부터의 거리에 따라 조합하여 3차원 줄무늬영상을 생성하고 참조 패턴으로부터 생성된 3차원 참조 줄무늬영상을 비교함으로써 더욱 정확한 패턴(11)의 임계치수를 측정할 수 있다.
구체적으로 복수의 참조패턴으로부터 획득한 3차원 참조 줄무늬영상과 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)으로부터 획득한 3차원 줄무늬영상 사이의 차이를 산출하고, 그 차이가 최소가 되는 3차원 참조 줄무늬영상을 선정하면, 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)은 선택된 3차원 참조 줄무늬영상을 획득한 참조패턴과 같은 임계치수를 갖는 것으로 판단할 수 있다.
그러나 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기를 패턴(11) 전체에 대하여 획득할 필요는 없다. 즉 패턴(11) 전체로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기를 2차원 줄무늬영상으로 획득할 필요는 없다.
즉 설계자가 관심을 갖는 부분은 패턴(11)의 임계치수 즉 패턴(11)의 폭, 높이 또는 패턴의 기울기일 뿐이므로 이와 같은 패턴(11)의 임계치수를 측정하기 위하여 패턴(11)을 가로지르는 1차원 라인영상만으로 충분한 정보를 얻을 수 있다.
따라서 도 1에서 도시한 바와 같이 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)을 가로질러 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 광의 세기를 검출하여 1차원 라인 영상을 획득할 수 있다.
임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)과의 거리를 달리하며 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란되는 복수의 1차원 라인영상을 획득하고, 이러한 복수의 1차원 라인영상을 패턴(11)과의 거리에 따라 조합하여 2차원 스캔영상을 생성할 수 있다.
이와 같은 2차원 스캔영상만으로도 설계자가 측정하고자 하는 패턴(11)의 임계치수를 측정할 수 있다. 즉 복수의 참조 패턴으로부터 생성된 2차원 참조영상과 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)으로부터 생성된 2차원 스캔영상을 비교하여 패턴(11)의 임계치수를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치는 상술한 원리를 이용한 것이다. 또한, 집적회로의 전기적 회로를 구성하는 패턴의 임계치수를 측정하기 위한 것이므로 측정대상은 반도체 기판에 형성된 패턴임을 가정한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)를 간략하게 도시하는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치를 간략하게 도시하는 블럭도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)의 렌즈 및 렌즈가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 포착한는 것을 간략하게 도시하는 도면이다.
도 2, 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치는 반도체 기판(10)을 지지하는 스테이션(130), 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란된 광 사이에 발생하는 간섭현상에 의하여 형성된 줄무늬형태의 영상(이하 "패턴의 영상"이라 한다.)을 포착하는 적어도 하나의 렌즈(122, 124) 및 적어도 하나의 렌즈(122, 124)가 포착한 영상으로부터 1차원 라인영상을 획득하는 라인스캔카메라(115)를 포함하는 영상획득부(110), 영상획득부(110)와 스테이션(110) 사이의 거리를 변경시키는 구동부(140), 영상획득부(110)에 의하여 획득된 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하는 제어부(150), 제어부(150)에 의하여 생성된 2차원 스캔영상을 표시하는 표시부(160), 사용자로부터 동작명령을 입력받는 입력부(170)를 포함한다.
스테이션(130)은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 임계치수의 측정하는 과정에서 반도체 기판(10)이 움직이지 않도록 반도체 기판(10)을 고정시킨다.
스테이션(130)은 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 위치하도록 도 2에 도시된 X방향 또는 Y방향으로 이동할 수 있다. 또한, 스테이션(130)은 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)이 형성된 반도체 기판(10)과 영상획득부(110) 사이의 거리가 변경되도록 도 2에 도시된 Z방향으로 이동할 수 있다.
영상획득부(110)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 포착하는 적어도 하나의 렌즈(122, 124), 렌즈(122, 124)에 의하여 포착된 영상으로부터 1차원 라인영상을 획득하는 라인스캔카메라(115)를 포함한다.
적어도 하나의 렌즈(122, 124)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 확대 또는 축소하여 포착한다. 적어도 하나의 렌즈(122, 124)는 반도체 기판(10)에 가까이 위치하여 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 확대하는 대물렌즈(122)와 라인스캔카메라(115)에 가까이 위치하여 대물렌즈(122)에 의하여 확대된 영상을 더욱 확대하는 접안렌즈(124)로 구성될 수 있다(도 3 참조).
라인스캔카메라(115)는 적어도 하나의 렌즈(122, 124)에 의하여 확대된 영상으로부터 1차원 라인영상을 획득한다. 즉 라인스캔카메라(115)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)으로부터 1차원 라인영상을 획득한다. 이 때 라인스캔카메라(115)가 획득하는 1차원 라인영상은 도 1에 도시된 바와 같이 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)을 가로지르는 방향의 1차원 라인영상인 것이 바람직하다.
라인스캔카메라(115)는 광신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD(Charge-Coupled Device)를 포함하는 카메라 등의 디지털 카메라를 채용할 수 있다. 또한 라이스캔카메라(115)는 한줄 또는 2이상의 광센서를 포함할 수 있으며 각각의 광센서는 영상의 기본 단위가 되는 픽셀(pixel)을 형성한다.
일반적인 영상획득장치에 해당하는 에어리어스캔카메라(area scan camera)는 가로 및 세로 모두 복수의 광센서을 포함하여 특정한 영역의 2차원 영상을 획득한다.
이와 달리 라인스캔카메라는 가로 방향 또는 세로 방향으로만 복수의 광센서가 마련되어 선형태의 1차원 라인영상을 획득한다. 라인스캔카메라를 이용하여 2차원 에어리어영상을 얻기 위해서는 촬영대상 또는 라인스캔카메라가 일정한 속도로 이동하여야 한다. 즉 촬영대상과 라인스캔카메라가 일정한 상대속도를 가지고 이동하며 라인스캔카메라가 일정한 시간 간격으로 영상을 획득하고 획득된 선형태의 1차원 라인영상을 조합하면 2차원 영상을 얻을 수 있다.
후술하는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)의 라인스캔카메라(115)는 라인스캔카메라(115)와 반도체 기판(10) 사이의 거리를 변경하면서 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고 획득된 복수의 1차원 라인영상을 라인스캔카메라(115)와 반도체 기판(10) 사이의 거리에 따라 조합하여 2차원 스캔영상을 생성한다.
라인스캔카메라(115)는 한 줄의 광센서를 통하여 1차원 라인영상을 획득하므로 가로 및 세로 모두 복수의 광센서를 통하여 2차원 영상을 획득하는 에어리어스캔카메라에 비하여 영상 획득 시간이 짧다. 그러므로 고속으로 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득할 수 있을 뿐만 아니라 고속으로 획득된 선형태의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)의 라인스캔카메라(115)는 광의 세기(luminous intensity: 광도)를 획득한다. 즉 본 발명의 일 실시예에 의한 영상획득부(110)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란된 광 사이에서 간섭현상이 발생된 광의 세기를 측정한다.
구동부(140)는 측정 대상이 되는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)과 영상획득부(110) 사이의 거리가 변경되도록 한다. 특히 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)을 통과하도록 스테이션(130) 또는 영상획득부(110)를 이동시키는 것이 바람직하다.
또한 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 반도체 기판(10)과 수직한 방향으로 이동하도록 구동부(140)는 스테이션(130) 또는 영상획득부(110)를 반도체 기판(10)과 수직한 방향으로 이동시킨다.
도 4을 참조하여 설명하면, 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 Z축 방향으로 이동하도록 구동부(140)는 스테이션(130) 또는 영상획득부(110)를 Z축 방향으로 이동시킨다.
이와 같이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)과 영상획득부(110)의 거리를 변경하기 위하여는 다음의 3가지 방법을 이용할 수 있다.
첫번째는 구동부(140)가 반도체 기판(10)이 Z축 방향으로 이동하도록 스테이션(130)을 Z축으로 이동시키는 것이다. 구동부(140)가 영상획득부(110)의 위치를 고정시키고 스테이션(130)을 Z축 방향으로 이동시킴으로써 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 사이의 상대적인 거리를 변경시킬 수 있다.
두번째는 구동부(140)가 영상획득부(110)를 Z축 방향으로 이동시키는 것이다. 구동부(140)가 스테이션(130)의 위치를 고정시켜 반도체 기판(10)의 위치를 고정시키고 영상획득부(110)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 사이의 상대적인 거리를 변경시킬 수 있다.
세번째는 구동부(140)가 영상획득부(110)의 대물렌즈(122) 또는 대물렌즈(122)와 접안렌즈(124)를 Z축 방향으로 이동시키는 것이다. 구동부(140)가 스테이션(130)의 위치를 고정시켜 반도체 기판(10)의 위치를 고정시키고 영상획득부(110)의 대물렌즈(122) 또는 대물렌즈(122)와 접안렌즈(124)를 Z축 방향으로 이동시켜 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 사이의 상대적인 거리를 변경시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 스테이션이 이동하며 영상획득부가 1차원 라인영상을 획득하는 개념도이며, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치의 영상획득부가 이동하며 1차원 라인영상을 획득하는 개념도이다.
구체적으로 도 5는 구동부(140)가 영상획득부(110)의 위치를 고정시키고 스테이션(130)을 이동시키는 경우 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점과 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 사이의 상대적인 위치를 도시한다.
구동부가(140)가 스테이션(130)을 이동시켜 반도체 기판(10)이 위치(a)에 위치하면 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)보다 아래에 위치하게 된다. 그에 따라 영상획득부(110)는 초점이 맞지 않아 흐릿한 패턴(11)의 영상을 획득할 수 있다.
반도체 기판(10)이 위치(b)에 위치하면 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점은 패턴(11) 상에 위치한다. 그에 따라 영상획득부(110)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 의하여 반사된 영상을 획득할 수 있다.
반도체 기판(10)이 위치(c)에 위치하면 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점은 패턴(11)보다 위에 위치한다. 그에 따라 영상획득부(110)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 의하여 산란된 광 사이에 간섭현상이 발생하여 생성된 영상을 획득할 수 있다.
구체적으로 반도체 기판(10)이 위치(a)에서 위치(b)로 이동하면 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 아래에서 출발하여 패턴(11) 상으로 이동하고, 반도체 기판(10)이 위치(a)에서 위치(b)로 이동함에 따라 영상획득부(110)는 초점이 맞지 않아 흐릿한 패턴(11)의 영상에서 또렷한 패턴(11)의 영상으로 점점 변화하는 영상을 획득한다. 또한 반도체 기판(10)이 위치(b)에서 위치(c)로 이동하면 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 상에서 패턴(11)의 위로 이동하고, 도체 기판(10)이 위치(b)에서 위치(c)로 이동함에 따라 영상획득부(110)는 패턴(11)에서 반사된 영상에서 패턴(11)에 의하여 산란된 광 사이에 간섭현상이 발생하여 생성된 영상으로 점점 변화하는 영상을 획득한다.
이 때 반도체 기판(10)과의 관계에서 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점의 위치는 Z축 방향으로만 변경되며 X축 또는 Y축 방향으로는 변경되지 않는다. 즉 구동부(140)는 반도체 기판(10)을 고정시키는 스테이션(130)을 Z축 방향으로만 이동시키며 X축 또는 Y축 방향으로는 이동시키지 않는다.
도 6은 구동부(140)가 스테이션(130)의 위치는 고정시키고 영상획득부(110)의 위치를 변경시키는 경우 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점과 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 사이의 상대적인 위치를 도시한다.
영상획득부(110)의 대물렌즈(122)가 위치(d)에 위치하면 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)보다 위에 위치하게 되며, 대물렌즈(122)가 위치(e)에 위치하면 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 상에 위치하고, 대물렌즈(122)가 위치(f)에 위치하면 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)보다 아래에 위치한다.
구체적으로 대물렌즈(122)가 위치(f)에서 위치(e)를 거쳐 위치(d)로 이동하면 대물렌즈(122)의 초점은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 아래에서 출발하여 패턴(11)을 통과하여 패턴(11)의 위에 위치할 때까지 이동한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 영상획득부(110)의 렌즈 및 렌즈에 의하여 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상이 포착되는 것을 간략하게 도시한다. 구체적으로 도 7은 광학측정장치(100)가 측정광을 조사하는 광조사부(190)를 포함하는 경우의 영상획득부(110)를 도시한다.
도 7을 참조하면, 광학측정장치(100)는 측정광을 조사하는 광조사부(190)를 포함하여, 영상획득부(110)는 일방으로부터 입사되는 광은 통과시키고 다른 일방으로부터 입사되는 광은 반사시키는 하프미러(halfmirror)(126)를 더 포함한다.
광조사부(190)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 조사되는 측정광을 생서한다. 광조사부(190)는 레이저(LASER: Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)를 방출하는 레이저생성장치, 특정 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode), 나트륨등(sodium lamp) 등을 사용할 수 있다.
광조사부(190)는 측정 대상이 되는 반도체 기판(10)과 수직한 방향으로 측정광을 조사한다. 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 의하여 산란된 광 사이에서 발생하는 간섭현상에 의한 줄무늬영상을 선명하게 획득하기 위하여 반도체 기판(10)과 수직한 방향의 측정광이 필요하다.
하프미러(126)는 광조사부(190)로부터 조사되는 측정광은 통과시키고, 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)으로부터 반사 또는 산란된 광은 반사시킨다. 하프미러(126)를 채용함으로써 광조사부(190)와 라인스캔카메라(115)가 다른 위치에 위치할 수 있고 광조사부(190)와 라인스캔카메라(115)가 같은 공간에 위치하여야 하는 공간적 제약을 극복할 수 있다.
입력부(170)는 사용자로부터 영상획득부(110)가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하는 영상획득범위, 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 입력받는다.
입력부(170)는 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)이 가장 가까운 위치에 위치할 경우의 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점과 반도체 기판(10) 사이의 거리와 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)이 가장 멀리 위치할 때의 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점과 반도체 기판(10) 사이의 거리 즉 영상획득범위를 입력받는다.
이 때 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)을 통과하도록 영상획득범위가 설정되는 것이 바람직하다.
또한 입력부(170)는 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 상술한 영상획득범위에서 변경되는 동안 영상획득부(110)가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하는 영상획득간격을 더 입력받을 수 있고, 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 영상획득범위안에서 변경되는 동안 영상획득부(110)가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하는 영상획득횟수를 더 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 구동부(140)를 제어하여 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)사이의 거리가 변경되도록 하면서 영상획득부(110)를 제어하여 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 변경되는 동안 영상획득부(110)가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하도록 한다.
입력부(170)를 통하여 사용자가 영상획득범위를 설정하면 제어부(150)는 설정된 영상획득범위에 따라 구동부(140)를 제어하여 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 변경되도록 한다.
사용자가 입력부(170)를 통하여 영상획득범위를 입력하지 않으면, 제어부(150)는 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 높이를 기초로 영상획득범위를 결정할 수 있다. 이 때 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 높이는 반도체 제조장치(미도시)로부터 제공받을 수 있다.
예를 들어, 패턴(11)을 형성하기 위하여 폴리실리콘(poly silicon) 또는 알루미늄(Al)을 증착하거나, 산화막(Oxide)을 생성하는 경우 증착된 폴리실리콘, 알루미늄 또는 산화막의 두께를 반도체 제조장치로부터 입력받을 수 있다.
제어부(150)는 입력부(170)를 통하여 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 더 입력받을 수 있다.
입력부(170)를 통하여 사용자로부터 영상획득횟수를 입력받은 경우, 제어부(150)는 영상획득범위와 영상획득횟수를 기초로 영상획득간격을 산출할 수 있다. 입력부(180)를 통하여 사용자로부터 영상획득간격을 입력받은 경우 역시 제어부(150)는 영상획득범위와 영상획득간격을 기초로 영상획득횟수를 산출할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 영상획득범위를 영상획득간격 또는 영상획득횟수로 나누어 영상획득횟수 또는 영상획득간격을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 사용자로부터 입력부(170)를 통하여 영상획득간격, 영상획득횟수를 입력받으면 영상획득범위를 산출할 수 있다.
입력부(180)를 통하여 사용자로부터 1차원 라인영상의 영상획득횟수 또는 영상획득간격을 입력받지 못한 경우 제어부(150)는 패턴(11)의 높이를 기초로 1차원 라인영상의 영상획득간격을 산출할 수 있다.
1차원 라인영상의 영상획득범위와 영상획득간격이 입력부(170)로부터 입력되거나 제어부(150)로부터 산출되면, 제어부(150)는 영상획득부(110)와 스테이션(130)이 최소 거리에 해당하는 위치에 위치하도록 구동부(140)를 제어한다. 영상획드부(110)와 스테이션(130)의 최소 거리는 상술한 영상획득범위와 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점거리의 차이를 통하여 얻을 수 있다.
또한 제어부(150)는 영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리가 일정한 속도로 멀어지도록 구동부(140)를 제어하고 동시에 일정한 시간 간격으로 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하도록 영상획득부(110)를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)는 영상획득부(110)와 스테이션(130)이 최소 거리에 해당하는 위치에 영상획득부(110)와 스테이션(130)을 위치시키고 영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리를 넓혀가며 영상획득부(110)가 패턴(11)의 영상을 획득하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 영상획득부(110)와 스테이션(130)이 최대 거리에 해당하는 위치에 영상획득부(110)와 스테이션(130)을 위치시키고 그 거리를 좁혀가며 영상획득부(110)가 패턴(11)의 영상을 획득할 수도 있다.
영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 변경되는 동안 제어부(150)는 영상획득부(110)를 제어하여 영상획득부(110)가 일정한 시간 간격을 가지고 패턴(11)의 영상을 획득하도록 할 수 있다.
영상획득부(110)가 패턴(11)의 영상을 획득하는 시간 간격은 영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리가 멀어지는 속도와 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득간격을 기초로 산출할 수 있다. 즉 영상획득간격을 영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리가 멀어지는 속도로 나누면 영상획득부(110)가 영상을 획득하는 시간 간격을 산출할 수 있다.
영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리가 일정한 속도로 멀어지면서 영상획득부(110)가 일정한 시간 간격으로 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하면 영상획득부(110)가 영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리가 일정한 거리 간격이 될 때마다 패턴(11)의 영상을 획득하게 된다. 즉, 영상획득부(110)가 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리에 따라 복수의 1차원 라인영상을 획득할 수 있다.
예를 들어 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점거리가 10mm이고 영상획득범위가 +20um에서 -20um이고, 영상획득간격이 100nm으로 가정한다. 또한 영상획득부(110)가 4um/s의 속도로 이동함을 가정한다.
이에 의하면 영상획득부(110)은 총 401장의 1차원 라인영상을 획득할 수 있으며, 1초에 40장의 1차원 라인영상을 획득하여야 하므로 25ms마다 1차원 라인영상을 획득한다.
제어부(150)는 구동부(140)를 제어하여 영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 9.98mm가 되도록 한다. 이후 제어부(150)는 구동부(140)를 제어하여 영상획득부(110)가 일정한 속도로 스테이션(130)과 가까워져 영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 10.02mm가 되도록 한다. 이 때 영상획득부(110)는 4um/s의 속도로 스테이션(130)으로부터 멀어진다.
영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 멀어지는 동안 제어부(150)는 영상획득부(110)를 제어하여 영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 100nm 변경될 때마다 즉 25ms마다 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 1차원 라인영상을 획득하도록 한다.
이와 같은 방식으로 -20um에서 +20um의 영상획득범위에서 100nm 간격으로 총 401장의 1차원 라인영상을 획득할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)의 영상획득부(110)와 스테이션(130) 사이의 거리에 따라 획득되는 1차원 라인영상의 광도를 도시하는 도면이다.
도 8의 가로축은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 중심으로부터의 거리를 나타내고 세로축은 광도를 나타낸다.
도 8에 도시된 복수의 그래프 중 가장 아래의 그래프는 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)의 거리가 가장 가까운 경우 즉 영상획득범위가 최소가 되는 경우 영상획득부(110)가 획득한 1차원 라인영상의 광도를 도시하며, 가장 위의 그래프는 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)의 거리가 가장 먼 경우 즉 영상획득범위가 최대가 되는 경우 영상획득부(110)가 획득한 1차원 라인영상의 광도를 도시한다. 또한 중앙의 그래프는 영상획득부(110)의 대물렌즈(122)의 초점이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11) 상에 위치하는 경우 영상획득부(110)가 획득한 1차원 라인영상의 광도를 도시한다.
영상획득부(110)가 도 8에 도시된 것과 같은 복수의 1차원 라인영상을 획득하면, 제어부(150)는 복수의 1차원 라인영상을 영상획득부(110)와 반도체 기판(10)의 거리에 따라 조합하여 2차원 스캔영상을 생성한다.
구체적으로, 제어부(150)는 영상획득부(110)가 복수의 1차원 라인영상을 획득하는 동안 가장 먼저 획득된 1차원 라인영상을 가장 아래의 라인에 위치시키고, 획득된 순서에 따라 1차원 라인영상을 쌓아 올림으로써 2차원 스캔영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)는 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 가장 가까운 거리에서부터 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 멀어지며 영상획득부(110)가 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 영상을 획득하므로 상술한 2차원 스캔영상은 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 가장 가까운 거리에서 획득된 1차원 라인영상이 가장 아래에 위치하며, 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리가 가장 먼 거리에서 획득된 1차원 라인영상이 가장 위에 위치한다.
상술한 예에 의하면, 영상획득부(110)와 스테이션(130)가 거리가 9980um일 때 즉 최초에 획득된 1차원 라인영상은 2차원 스캔영상 중 가장 아래 줄에 위치하고, 영상획득부(110)와 스테이션(130)의 거리가 9980.1um일 때 즉 25ms가 지난 후에 획득된 1차원 라인영상은 2차원 스캔영상 중에 2번째 줄에 위치한다. 같은 방식으로 50ms가 지난 후에 획득된 1차원 라인영상은 2차원 스캔영상 중에 3번째 줄에 위치하며, 맨 마지막 즉 10초 후에 획득된 1차원 라인영상은 2차원 스캔영상 중의 맨 윗줄에 위치한다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치(100)에 의하여 생성된 2차원 스캔영상를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시된 2차원 스캔영상은 광도에 따라 색을 달리하여 표시된다. 즉 광도가 높으면 붉은 색으로 표시되며 광도가 낮으면 푸른색으로 표시된다.
또한 도 9에 도시된 2차원 스캔영상의 가로축은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 세로축은 영상획득범위를 나타낸다.
이와 같은 2차원 스캔영상은 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 따라 고유한 형태를 갖는다.
따라서 다양한 폭, 높이 또는 기울기 즉 임계치수를 가지는 복수의 참조패턴으로부터 생성되는 복수의 2차원 참조영상과 실제 반도체 제조 공정을 통하여 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)으로부터 생성되는 2차원 스캔영상을 비교하면 반도체 제조 공정을 통하여 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 임계치수를 측정할 수 있다.
뿐만 아니라 설계자가 원하는 폭, 높이 및 기울기 즉 임계치수를 가지는 참조패턴으로부터 생성되는 2차원 참조영상과 실제 반도체 제조 공정에 의하여 형성된 패턴(11)으로부터 생성되는 2차원 스캔영상을 비교하며 반도체 제조 공정에 의하여 형성된 패턴(11)이 설계자가 원하는 임계치수를 가지는지 여부를 확인할 수 있다.
이와 같이 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 임계치수를 측정하기 위하여 제어부(150)는 다양한 폭, 높이 또는 기울기를 가지는 복수의 참조패턴으로부터 상술한 2차원 참조영상을 생성하고 이와 같이 생성된 2차원 참조영상과 실제 반도체 제조 공정에 의하여 형성된 2차원 스캔영상을 비교한다.
복수의 2차원 참조영상은 다양한 방법에 의하여 생성할 수 있다.
우선 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 생성할 수 있다. 시뮬레이터에 다양한 폭, 높이 또는 기울기를 가지는 가상의 패턴을 형성하고 가상의 패턴에 측정광을 조사하여 반사 또는 산란되는 광에 대하여 패턴과의 거리에 따라 복수의 1차원 라인영상을 획득하고 획득된 복수의 1차원 라인영상을 패턴으로부터의 거리에 따라 조합하여 2차원 참조영상을 생성할 수 있다.
다음으로는 반도체 제조 공정에 의하여 복수의 동일한 패턴을 제조하고 복수의 동일한 패턴으부터 본 발명의 일 실시예에 의한 광학측정장치를 이용하여 복수의 2차원 스캔영상을 생성한 후 생성된 2차원 스캔영상을 평균하여 2차원 참조영상을 생성할 수 있다.
이와 같이다양한 임계치수 즉 다양한 폭, 높이 및 기울기를 가지는 패턴에 대한 복수의 2차원 참조영상을 생성할 수 있다.
이와 같은 복수의 2차원 참조영상은 2차원 참조영상이 획득되는 패턴의 임계치수와 함께 후술할 저장부(180)에 저장된다.
제어부(150)는 복수의 2차원 참조영상과 실제 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)에 의하여 획득된 2차원 스캔영상 사이의 차이를 산출하고, 그 차이가 최소가 되는 2차원 참조영상을 선정한다.
2차원 참조영상이 선정되면 선정된 2차원 참조영상이 생성되는 패턴의 임계치수와 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 임계치수가 같음을 예상할 수 있다. 따라서 제어부(150)는 선정된 2차원 참조영상에 대응하는 패턴의 임계치수를 측정하고자 하는 패턴(11)의 임계치수로 판단한다.
이 때 2차원 참조영상과 2차원 스캔영상과의 차이는 2차원 스캔영상을 형성하는 각 픽셀(pixel)의 광도와 그 픽셀에 대응하는 2차원 참조영상의 픽셀의 광도의 차이를 산출하고, 그 차이를 평균하여 차이를 산출할 수 있다.
구체적으로 2차원 스캔영상의 픽셀의 광도와 2차원 참조영상의 픽셀의 광도의 차이의 제곱값을 산출하고, 산출된 제곱값의 평균을 구하는 제곱평균(mean square of difference)을 2차원 스캔영상과 2차원 참조영상의 차이로 정의할 수 있다.
또한 2차원 스캔영상의 픽셀의 광도와 2차원 참조영상의 픽셀의 광도의 차이의 절대값을 산출하고, 산출된 절대값의 평균을 구하는 절대평균(mean of difference)을 2차원 스캔영상과 2차원 참조영상의 차이로 정의할 수도 있다.
저장부(180)는 상술한 바와 같이 다양한 폭, 높이 또는 기울기 즉 다양한 임계치수를 가지는 참조패턴으로부터 생성되는 2차원 참조영상을 저장한다. 저장부(180)는 제어부(150)의 요청에 의하여 2차원 참조영상과 그에 대응하는 패턴의 임계치수를 제어부(150)에 제공한다.
표시부(160)는 제어부(150)에 의하여 생성된 2차원 스캔영상을 표시한다. 표시부(160)는 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도에 따라 색을 달리하여 2차원 스캔영상을 표시할 수 있다. 또는 표시부(160)는 각 픽셀의 광도에 따라 명암만 달리하여 2차원 스캔영상을 표시할 수 있다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계측방법에 따른 측정 순서를 도시하는 순서도이다.
이하에서는 도 10을 참조하여, 광학계측방법에 대하여 설명한다.
광학계측장치(100)의 영상획득범위, 영상획득간격 및 영상획득횟수를 설정한다(S220). 영상획득범위, 영상획득간격 및 영상획득횟수는 입력부(170)를 통하여 사용자로부터 입력받거나 제어부(150)가 직접 산출할 수 있다.
다음으로 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리를 변경하며 복수의 1차원 라인영상을 획득한다(S230).
다음으로 영상획득부(110)와 반도체 기판(10) 사이의 거리에 따라 복수의 1차원 라인영사을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성한다(S240).
다음으로 컴퓨터 시뮬레이터를 이용하거나 실제 반도체 제조 공정을 이용하여 사전에 생성해 둔 복수의 2차원 참조영상과 2차원 스캔영상을 비교하여 반도체 기판(10)에 형성된 패턴(11)의 임계치수를 결정한다(S250).
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.
10: 반도체 기판 11: 패턴
110: 영상획득부 130: 스테이션
140: 고정부 150: 제어부
160: 표시부 170: 입력부
180: 저장부 190: 광조사부

Claims (15)

  1. 측정대상을 지지하는 스테이션;
    상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득부;
    상기 스테이션 및 상기 영상획득부를 이동시키는 구동부; 및
    상기 구동부와 상기 영상획득부를 제어하여 상기 영상획득부와 상기 측정대상 사이의 거리를 변경하면서 상기 측정대상에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고, 상기 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하고, 복수의 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상을 비교하여 상기 측정대상의 패턴을 검출하는 제어부를 포함하는 광학측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상과의 차이를 산출하고, 상기 복수의 2차원 참조영상 중에서 상기 2차원 스캔영상과의 차이가 최소인 2차원 참조영상을 선정하고, 상기 측정대상의 패턴은 상기 선정된 2차원 참조영상과 대응되는 참조대상의 패턴과 동일한 것으로 판단하는 것인 광학측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상획득부가 상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득범위, 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 입력받는 입력부를 더 포함하는 광학측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상에 상기 측정대상과 수직한 방향으로 측정광을 조사하는 광조사부를 더 포함하는 광학측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상획득부는 상기 측정대상의 영상을 포착하는 적어도 하나의 렌즈; 및
    1차원 라인영상을 획득하는 라인스캔카메라를 포함하는 것인 광학측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영상획득부는 상기 측정대상으로부터 반사 또는 산란되는 광의 광도(luminous intensity)를 검출하는 것인 광학측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 측정대상과 수직한 방향으로 상기 스테이션 또는 상기 영상획득부를 이동시키는 것인 광학측정장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀(pixel)의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 제곱평균(mean square of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하는 것인 광학측정장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 절대평균(mean of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하는 것인 광학측정장치.
  10. 영상획득부와 측정대상 사이의 거리를 변경하면서 상기 측정대상에 대한 복수의 1차원 라인영상을 획득하고;
    상기 복수의 1차원 라인영상을 조합하여 2차원 스캔영상을 생성하고;
    상기 2차원 스캔영상과 복수의 참조영상을 비교하여 상기 측정대상의 패턴을 검출하는 것을 포함하는 광학측정장치의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 2차원 참조영상과 상기 2차원 스캔영상과의 차이를 산출하고;
    상기 2차원 참조영상 중에서 상기 2차원 스캔영상과의 차이가 최소인 2차원 참조영상을 선정하고;
    상기 측정대상의 패턴은 상기 선정된 2차원 참조영상에 대응되는 참조대상의 패턴과 동일한 것으로 판단하는 것인 광학측정장치의 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 영상획득부가 상기 측정대상의 1차원 라인영상을 획득하는 영상획득범위, 영상획득간격 또는 영상획득횟수를 입력받는 것을 더 포함하는 광학측정장치의 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 1차원 라인영상은 상기 측정대상으로부터 반사 또는 산란된 광의 광도를 획득한 것인 광학측정장치의 제어방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 제곱평균(mean square of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하는 것인 광학측정장치의 제어방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 2차원 스캔영상의 각 픽셀의 광도와 상기 참조영상의 각 픽셀의 광도 사이의 차이의 절대평균(mean of difference)을 상기 2차원 스캔영상과 상기 2차원 참조영상 사이의 차이로 산출하는 것인 광학측정장치의 제어방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2017844A (en) * 2015-12-22 2017-06-28 Asml Netherlands Bv Focus control arrangement and method
KR20170130674A (ko) * 2016-05-18 2017-11-29 삼성전자주식회사 공정 평가 방법 및 그를 포함하는 기판 제조 장치의 제어 방법
KR20220130407A (ko) * 2021-03-18 2022-09-27 삼성전자주식회사 주사 전자 현미경을 이용한 cd 측정 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0148154B1 (ko) * 1994-06-15 1998-09-15 김광호 움직임크기에 따른 동영상데이타의 부호화방법 및 장치
JP3566470B2 (ja) * 1996-09-17 2004-09-15 株式会社日立製作所 パターン検査方法及びその装置
WO2008060124A2 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Silicon Communications Technology Co., Ltd. Low power image sensor adjusting reference voltage automatically and optical pointing device comprising the same
JP2012042348A (ja) * 2010-08-19 2012-03-01 Canon Inc 断層画像表示装置およびその制御方法
EP2633802B1 (en) * 2012-02-29 2021-08-11 Nidek Co., Ltd. Method for taking a tomographic image of an eye

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