KR20140100477A - 홀 검사 장치 및 상기 장치를 이용한 홀 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치에서 전자빔을 이용하는 반도체 장치에서 비아홀을 검사하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 다수의 전자빔 조사 수단으로부터 조사된 다수의 전자빔이 반도체장치를 통과하여 전류가 측정되는 반도체장치에서 많은 비아홀들을 빠른 시간 내에 검사하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

홀 검사 장치 및 상기 장치를 이용한 홀 검사 방법{HOLE INSPECTION APPARATUS AND HOLE INSPECTION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치에서 전자빔을 이용하여 비아홀을 검사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 다수의 전자빔 조사 수단으로부터 조사된 다수의 전자빔이 반도체장치를 통과하여 전류가 측정되는 것으로서 반도체장치에서 많은 비아홀들을 빠른 시간 내에 검사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

메모리와 같은 반도체 장치에서는, 하부에 형성된 액티브소자들을 상부에 형성된 배선층에 전기적으로 접속시키기 위해 일반적으로 콘택트 홀 또는 비아홀이 구비된다. 콘택트 홀은 반응성 이온 에칭에 의해 그 표면에서 하부기판까지 산화막같은 절연막을 에칭함으로써 형성된다. 에칭 조건을 최적화하기 위해, 콘택트 홀의 외부 및 내부 구성 또는 콘택트 홀의 하부의 상태를 검출할 필요가 있다.

대한민국 특허 10-0388690호에서 비아홀(via hole) 또는 컨택트 홀(contact hole)을 검사하기 위한 테스터가 설명되어 있다. 이 기술은 기존의 SEM 장비로 비아홀을 검사함에 있어서 비아홀의 개구부는 확인이 가능하나 비아홀의 바닥에 대한 정보를 알 수 없다는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

도1은 종래기술로서 상기 대한민국 특허 10-0388690호의 하나의 실시예이다. 상기 특허 명세서에서, 도 1 은 종래의 반도체장치의 홀을 검사하는 테스터의 블록도이다. 반도체장치 테스터는, 전자빔(2)을 생성하는 전자총(1), 콘덴서 렌즈(3), 전자빔(2)을 평행하게 하는 애퍼처 플레이트(4), 샘플(5)을 이동시켜 샘플(5)의 조사위치를 전자빔으로 주사하는 이동가능 스테이지(6), 전극(7), 전자빔의 조사에 의해 샘플(5)에 생성된 전류를 측정하는 전류계(9), 이동 가능 스테이지(6)의 이동거리를 측정하는 이동거리 측정장치(8), 전류계(9)로부터 생긴 데이터를 처리하는 컴퓨터와 같은 데이터 프로세서(10), 및 전자빔의 가속전압의 변화 및/또는 조사기간의 변화와 같은 제어를 수행하는 빔제어부(11)를 포함한다. 전자총(1)으로부터 방출된 전자빔(2)은 일단 콘덴서 렌즈(3)에 의해 평행 빔으로 평행하게 되어 매우 작은 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트(4)로 향한다. 애퍼처 플레이트(4)는 금속과 같은 것으로 만들어지고 애퍼처 플레이트(4)를 조사하는 전자가 내부에 축적되지 않도록 접지된다. 애퍼처 플레이트(4)의 작은 애퍼처를 통과한 전자빔(2)은 애퍼처의 면적과 실질적으로 동일한 단면적을 갖는 매우 가는 빔으로 되어 샘플(5)로 향한다. 애퍼처의 직경이 애퍼처 플레이트(4)의 열팽창에 의해 변경되지 않게 하기 위하여, 애퍼처 플레이트(4)는 적절히 냉각될 수 있다.

이와 같이 종래의 홀 검사는 하나의 전자빔을 생성하는 전자총(2)을 이용하여 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 즉 홀을 정밀하게 검사할 수는 있으나 검사 대상의 홀이 많은 경우 하나하나 홀을 검사하여야 하므로 시간이 오래 걸리게 된다. 따라서 반도체 장치의 제조 검사나 기타 홀의 관통 검사에 많은 시간이 소요하게 되어 보다 빠르고 편한 검사 장치와 방법이 필요하다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 초소형 전자 칼럼을 다수 개를 이용하여 많은 비아홀을 짧은 시간에 검사할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 검사 장치는,

검사 대상 홀을 검사하기 위하여 전자빔을 조사하는 전자빔 조사 수단;

상기 전자빔 조사 수단에서 조사된 전자빔에 의해 발생하는 전자를 상기 홀의 하부에 위치된 전도층, 또는 상기 전도층 및 별도의 디텍터를 통하여 측정하기 위한 전류 측정수단; 및

상기 전류 측정수단으로부터 측정된 데이터를 처리하는 데이터 처리수단;

을 포함하며,

상기 전자빔 조사 수단이 다수의 전자 칼럼이 다수의 홀에 각 전자 칼럼이 대응되게 n×m 배열되어 동시 또는 순차적으로 작동되며,

상기 전자 칼럼의 동시 또는 순차적 작동에 따라 상기 전류 측정수단에서 각 홀들에 대한 전류 값을 측정하고, 그리고

상기 데이터 처리수단은 상기 전류 측정수단에서 측정된 데이터를 동시 또는 순차적으로 처리하여,

홀의 관통 여부에 대한 정보를 얻는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 홀이 구역별로 구분되는 경우,

상기 전자 칼럼도 상기 홀의 구역에 대응되게 구역별로 상기 각 홀에 따라 n×m 배열되고 각 구역별로 동시 또는 순차적으로 작동되며,

상기 전류 측정수단은 상기 구역에 따른 전자 칼럼의 작동에 따라 상기 구역별로 전류 값을 측정하며, 그리고

상기 데이터 처리수단은 상기 전류 측정수단에 대응되어 전류측정수단에 의해 구역에 따른 데이터 값을 구역별로 동시 또는 순차적으로 처리하여,

구역별로 순차적으로 홀의 관통 여부, 깊이, 방향, 또는 구조 등에 대한 정보를 얻는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 홀 검사 장치는 검사 대상인 홀들의 위치에 대응되도록 전자빔 조사 수단을 n×m 배열하여 다수의 홀들을 검사하는 시간을 최소화시킬 수 있도록 한 것이다. 전자빔 조사 수단으로 초소형 전자 칼럼인 마이크로칼럼(micro-column)을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 마이크로칼럼은 그 크기가 기존의 전자빔 조사 수단으로서 CRT 등에 비해 작고 저 전압에서 작동되어 멀티화 및 전자빔이 조사되는 대상에 손상을 덜 주게 된다. 본 발명에서 비아 홀(via hole), 콘택트 홀(contact hole), 또는 관통 홀(through hole)등의 홀의 직경 크기 대 길이 비가 큰 홀을 검사하는 방법은 종래의 홀 검사방법이 그대로 사용될 수 있다. 홀 검사방법으로서 전도층위에 위치되는 절연층의 홀에 전자빔을 주사하여 홀의 내부 크기나 형상 등을 비 파괴적으로 검사하는 방법 등 종래의 방법이 사용될 수 있다. 즉, 특허 제 10-0388690 호에서와 같은 방식을 사용하여 본 발명의 홀 검사장치를 사용할 수 있다.

본 발명에서 검사하게 되는 홀은 반도체 칩같은 반도체 소자나 장치 등에 형성된 비아 홀(via hole), 콘택 홀(contact hole), 또는 관통 홀(through hole)과 같이 전도층 위에 형성된 절연층에 형성된 홀을 검사하기 위한 것이다. 절연층의 홀은 절연층 전체로서 관통되어 전도층에 까지 관통이 된 것이다. 여기서 절연층과 전도층은 상대적인 개념으로 완전 절연 및 완전 전도층의 경우를 포함할 뿐만 아니라 실리콘층의 경우 고도핑과 저도핑에 따른 상대적인 개념도 포함한다. 특히 전도층의 경우 상기 전자빔 조사 수단에 의해 조사된 전자들이 상기 전도층을 통하여 전류값으로 검출될 수 있을 정도의 전도성을 요구하며 절연층은 상대적으로 전도층보다 전도도가 떨어져 관통홀을 통해서 직접 전자가 전도층에 도달할 때의 전류값과 절연층을 통해서 입사되어 전도층에서 검출되는 전류값의 차가 명확할 정도면 가능하다.

본 발명은 전자빔에서 조사된 전자들이 절연층에 형성된 홀을 통해서 전도층에 입사되며, 전자들의 흐름을 전도층을 통해 검출하여 절연층에 형성된 홀에 대한 정보를 얻는 것이다. 전자들의 흐름을 전도층을 통해 검출하여 절연층에 형성된 홀에 대한 정보를 얻는 방법으로는 크게 두 가지가 있을 수 있다. 먼저 전자 칼럼으로부터 조사되는 전자빔을 형성하는 전자들이 절연층에 형성된 홀을 통해서 전도층에 도달할 때, 전도층에서 검출되는 전자들의 양 즉 전류값의 변화를 통해서 관통홀에 대한 정보를 얻는 방법이 있다. 그리고 다른 방법으로는 전도층에서 얻어지는 전류값의 변화를 전자현미경과 같이 전자 칼럼에서 주사된 전자빔을 이용해 이미지화 하여 정보를 얻는 것이다.

먼저 전자의 방법에서 전류값의 차이만으로 홀의 관통 여부에 대한 정보를 얻기 위해서는 조사되는 전자빔이 일정한 크기와 전자들의 량을 가지는 것이 바람직하다. 즉 소정의 영역에 조사된 전자빔은 정해진 양만큼의 전류값으로 나타내 질 수 있어야 한다. 따라서 전자빔의 형성과 관리에 주의하여야만 하며, 평행 빔 또는 포커스빔을 일정하게 조사하도록 하여야 하고 스테이지나 빔의 이동시에도 매우 주의하여야 한다. 본 발명의 검사장치는 다수의 전자빔 조사 수단을 대응되는 홀에 따라 n×m 배열로 배치하여 사용하므로 각각의 전자빔 조사 수단은 각각 순차적으로 작동하여 각 홀을 검사하거나 아니면 전체 전자빔 조사 수단이 동시 또는 그룹별로 순차적으로 작동하여 홀에 조사되어 사용할 수 있다. 각 전자빔 조사 수단이 순차적으로 작동시는 순차적으로 전류값의 차이를 확인하는 것이며, 그리고 동시 또는 그룹별로 순착적으로 작동시는 전체 또는 그룹별로 전류값의 차이를 확인하여 홀들의 이상 유무를 판단하는 것이다.

후자의 방법에서는 전자현미경과 같이 빔을 스캔하는 방식을 사용할 수 있다. 전자 칼럼으로 전자빔을 주사하여 절연층을 스캔하면 절연층의 홀을 통과하는 전자들이 전도층을 통하여 전류가 측정되어 이를 데이타로 활용하여 이미지를 얻을 수 있다. 이때 얻어지는 데이타는 주로 절연층의 바닥과 관련된 이미지 데이타를 얻을 수 있게 된다. 또한 별도의 디텍터를 이용하여 절연층의 상부에 형성된 홀의 입구에 대한 이미지 데이타를 얻을 수 있다. 이때 디텍터는 전자빔이 절연층에 주사되어 나오는 2차 전자나 반사된 전자들을 디텍팅함으로써 이미지 데이타를 얻을 수 있다. 여기서 디텍터는 종래의 전자 현미경에서 사용하는 디텍터를 사용하여 정보를 얻을 수 있게 된다. 즉. 후자의 방법으로는 절연층의 홀의 입구측 이미지 데이타와 전도층 측에 형성된 출구 측의 이미지 데이타를 모두 얻을 수 있다. 따라서 이런 이미지 데이타로서 홀의 이상유무를 판단할 수 있다. 이미지 데이타로서 홀의 이상유무를 판단하는 것은 종래의 이미지 프로세싱등 다양한 방법으로 홀의 크기 및 홀의 형성에 대한 값을 얻을 수 있다. 특히 초소형 전자 칼럼은 저에너지로서 많은 전자들을 방출하므로 어느 정도 입체적 이미지 데이타가 얻어질 수 있다. 방출되는 전자량에 따라 입체 이미지의 폭이 결정될 수 있다. 물론 후자의 경우도 전자 칼럼에서 방출되는 전자빔의 양을 미리 데이타화 하고 빔을 제어하면 전자의 방법을 함께 사용할 수 있다. 이미지 프로세싱으로 검사하는 경우에는, 지정된 홀의 위치에서의 출구측 홀의 이미지가 확인 여부 방식 또는 홀의 입구측 및 출구측의 이미지를 비교하는 방식이 사용될 수 있다.

전자의 방법과 후자의 방법은 모두 디텍터와 전도층에서 검출되는 전류값 데이타를 이용하여 홀들의 이상 유무를 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 홀 검사 장치는 다수의 전자빔 조사 수단을 이용하여 절연층에 형성된 홀들의 검사시간을 단축할 수 있다.

또한 상기 전자빔 조사 수단을 마이크로칼럼으로 사용하면 저에너지의 다수의 전자들을 이용하게 되므로 시료에 대한 손상의 위험이 감소한다. 또한 전자 칼럼을 사용하면 스캔 기능을 이용하여 절연층에 형성된 홀의 이미지 데이타까지 얻을 수 있어 보다 정밀하게 홀에 대한 데이타를 얻을 수 있다.

또한 다수의 전자 칼럼으로 홀들의 관통 여부는 물론 이미지를 얻을 뿐만 아니라 홀의 깊이, 위치, 형상 등에 대한 정보를 얻을 수 있어 홀이 잘못된 위치에 형성된 것을 확인할 수 있다.

또한 전자빔을 이용하여 홀을 관통하도록 수정하는 것이 가능하여 검사 대상 제품을 수리하여 사용이 가능하게 된다.

도1은 종래의 반도체 장치의 홀을 검사하는 테스터의 블록도.
도2는 본 발명에 따른 홀 검사 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도3은 하나의 전자 칼럼(100)이 하나의 홀(21)을 검사하는 것을 나타내는 개략적 단면도이다.
도4는 절연층의 4개의 홀(21)을 4개의 전자 칼럼이 검사하는 일 예를 개념적으로 나타내는 평면도이다.
도5는 전자빔(B)의 크기가 홀(21)의 크기보다 큰 경우를 개념적으로 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도6은 전자빔(B)의 하나의 빔 사이즈 내에 여러 홀들(21. 22)이 포함되어 조사되는 경우를 개념적으로 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도2는 본 발명에 따른 홀 검사 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도2에서는 4개의 전자 칼럼(100)이 전자빔 조사 수단으로 사용되었다. 각 전자 칼럼(100)은 설명을 위하여 3개의 홀(21)들에 전자빔을 주사하게 된다. 홀(21)들은 절연층(20)에 형성되어 있다. 그리고 하부에는 전도층(30)이 위치한다. 여기서 절연층(20)에는 하나의 전자 칼럼(100)에 의해 검사될 3개의 홀(21)이 형성되어 있다. 여기서 홀(21)의 갯 수, 형상 및 크기는 설명을 본 발명에 따른 검사 장치를 설명하기 위하여 설정된 것으로 다양한 크기와 갯 수 및 형상이 존재할 수 있다.

절연층(20)은 도2에서 두 개의 구역으로 나뉘어 존재하며 상기 절연층(20) 아래의 전도층(30)은 하나의 층으로 되어 있다. 그러므로 상기 하나의 전도층(30)에서 각 절연층(20)의 홀(21)들을 통과한 전자들이 검출될 수 있다. 만일 전도층(30)이 구역이 나뉘고 각 구역에 여러 검사 대상 홀들이 존재한다면, 각 전도층의 구역별로 배선을 통하여 전자량(전류값)을 검출하고 데이터 처리 및 검사가 수행 될 것이다. 이하 하나의 전도층을 기준으로 여러 홀을 검사하는 것을 위주로 설명한다.

도3은 하나의 전자 칼럼(100)이 하나의 홀(21)을 검사하는 것을 나타내는 개략적 단면도이다. 전자 칼럼(100)에서 조사된 전자빔(B)이 절연층(20)에 형성된 홀(21)을 관통하여 전도층(30)에 조사된다. 상기 전도층(30)에 연결된 전자 검출장치(A)는 전도층(30)에 도달된 전자빔에 대한 데이타로서 상기 전도층(30)에서 도달된 전자들의 양을 전류값으로서 검출하고 상기 전류값이 적을 경우 증폭도 하게 된다.

도4는 절연층의 4개의 홀(21)을 4개의 전자 칼럼이 검사하는 일 예를 개념적으로 나타내는 평면도이다. 전자 칼럼에서 방출된 전자빔(B)은 도4의 a∼d의 순서로 진행하며 홀(21)들을 전자 칼럼의 전자빔(B)이 스캔 또는 이동하며 검사하게 된다. 도4에서 전자빔(B)의 크기는 홀(21)의 크기보다 작다. 그리고 전자 칼럼은 디플렉터(미도시)에 가해지는 전압에 의해 정해진 각도만큼 디플렉팅 되며, 연속적으로 디플렉터에 변화되며 인가되는 전압에 의해 전자빔(B)은 스캔된다.

도5는 전자빔(B)의 크기가 홀(21)의 크기보다 큰 경우를 개념적으로 개략적으로 나타내는 평면도이며 도6은 전자빔(B)의 하나의 빔 사이즈 내에 여러 홀들(21. 22)이 포함되어 조사되는 경우를 개념적으로 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도5와 도6에서 전자빔의 빔 사이즈는 검사 대상인 개개의 홀의 사이즈 보다 큰 경우로 도5는 각각의 홀에 대한 검사를 진행하는 것이며 도6은 여러 개의 홀들이 하나의 빔에 의해 검사되는 것이다. 이 경우 전자빔 조사 수단으로서 초소형 전자 칼럼은 스캔이 필요 없이 사용될 수 있다. 대신에 빔 블랭커를 사용하여 필요한 지점에서 빔을 조사하고 다시 다른 지점으로 이동하여 다른 홀에 빔을 조사하는 방식을 사용할 수 있다.

이하 도2 내지 도4를 참고하여 본 발명의 홀 검사 방법을 설명한다.

전자 칼럼(100)에서 조사된 전자빔(B)은 상응되는 홀(21)을 스캔하게 된다. 스캔하는 방법은 도4의 도면을 참조로 설명한다.

도4의(a)에서 4개의 전자빔(B) 각각 상응하는 4개의 홀(21)의 좌 상부에 조사되고 있다. 상기 주사된 전자빔은(B)은 모두 각각의 홀(21)을 관통하여 전도층(30)에 주사되고 각각의 빔은 전도층(30)에 연결된 전자 검출장치(A)에서 검출된다. 그런데 전도층(30)은 하나의 층으로 되어 있기 때문에 동시에 전자빔(B)이 전도층에 주사되면 전도층(30)에 주사된 전자빔의 이미지 데이터를 해석하기 곤란하다. 즉 하나의 전도층(30)에서 많은 전류값이 동시에 측정되면 전류값을 이용해 각 홀(21)의 이미지를 얻기가 어렵다. 따라서 전자 칼럼(100)이 빔 블랭커(미도시)와 같이 빔을 일정시간 조사하고 다시 빔을 차단하는 장치를 구비하여 각 전자 칼럼(100)이 하나의 홀(21)에 전자빔(B)을 조사하는 동안 다른 전자 칼럼(100)은 빔 블랭커에 의해 빔의 조사가 차단된다. 따라서 하나의 홀(21)에서 얻어진 전자양을 검출하여 특정 위치의 이미지를 얻고 다시 다른 전자 칼럼(100)이 전자빔(B)을 주사하면 나머지 전자 칼럼(100)은 전자빔 주사가 차단된다. 즉 각각의 전자 칼럼(100)이 순차적으로 작동하여 전도층(30)을 통해 전자 검출장치(A)에서 전자를 검출하여 각 홀에 대한 이미지 데이타를 얻게 된다.

도4(a)는 홀(21) 좌상부에 각 전자 칼럼(100)의 전자빔(B)이 동일 좌표에 각각 순차적으로 주사되는 것을 나타낸다. 각 전자 칼럼(100)이 순차적으로 전자빔(B)을 동일 좌표에 주사하고 나면 도4(b)와 같이 X 방향으로 소정의 거리만큼 이동하여 다시 순차적으로 빔을 주사하게 된다. 그리하여 전자 칼럼(100)들이 X 방향의 스캔을 완료하면 전자 칼럼(100)은 전자빔(B)을 다시 도4(c)와 같이 Y방향으로 이동시킨다. 이 때 전자빔(B)을 도4(c)와 같이 최초의 X 방향 원점으로 되돌려 시작할 수 도 있고 아니면 X축의 최종지점에서 Y방향으로만 이동시켜도 된다. 그리고 다시 전자 칼럼(100)은 전자빔(B)을 도4(d)와 같이 X 방향으로 스캔하게 된다. 여기서 X-Y 방향의 스캔 순서나 방법은 디플렉터에 의해 임의로 조절이 가능하다. 다만 데이터의 처리를 위하여 일정한 스캔 순서를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 전자빔(B)은 해당 홀(21)의 동일한 좌표를 주사하고 스캔하는 방법을 설명하였다. 그러나 각 전자빔(B)이 동일 좌표를 주사하지 않고 순차적으로 주사한다면 개별적으로 전자빔(B)이 상응하는 소정의 구역을 스캔하면서 측정하여도 무방하다. 다만 이 경우 각 전자빔(B)은 해당 구역 개별적으로 스캔하여야 하므로 각 전자칼럼이(100) 전자빔(B)의 스캔 제어하는 것이 어려워질 수 있다.

위에서 다수의 전자 칼럼(100)으로 전자빔(B)을 스캔하여 홀(21)의 이미지 정보를 얻기 위해 전자빔(B)을 순차적으로 스캔하여 홀을 검사하는 방법을 설명하였으나, 전체적으로 동시에 전자빔(B)이 홀(21)들을 통하여 전도층(30)에 도달한 전자들의 양을 전류값을 이용하여 홀(21)의 이상 유무를 확인할 수도 있다. 즉 도4(a)에서 전체 전자빔이 전도층(30)에 주사하는 전자들의 전류량을 전자 검출 장치(A)가 전체 값을 측정하면 비록 어느 홀이 문제가 있는지는 알 수 없지만 홀의 위치 및 숫자의 데이터를 미리 얻을 수 있으므로 홀의 이상 유무는 판단이 가능하다. 또한 각 전자빔이 스캔하면서 홀의 크기에 대한 정보도 전체적으로 알 수도 있다.

위에서 전자빔이 스캔되는 것을 위주로 설명하였으나, 전자빔 또는 샘플을 스테이지를 이용하여 이동하면서 평행빔으로 검사할 수 있음은 물론이며, 또한 전자빔 및 샘플을 스테이지를 이용하여 동시에 이동 검사할 수도 있다.

도5는 전자빔(B)의 크기(스폿 사이즈)가 홀(21)의 크기보다 큰 경우를 개념적으로 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도5의 예는 홀(21)의 크기가 매우 작아 전자빔(B) 사이즈 보다 작은 경우이다. 도5에서 위의 홀(21)은 전자빔(B)이 전체 홀(21)을 덮고 있으며 아래의 두 개의 홀(21)은 전자빔(B)이 아직 홀(21) 전체를 조사하지 못하고 있는 것을 도시한다. 4개의 전자 칼럼(100)이 스캔을 하게 되면 전체 홀(21)에 대해 전자빔(B)이 홀(21)의 전체 입구를 통해 전도층(31)으로 입사될 것이다. 만일 홀의 위치가 잘못된 경우 비록 스캔을 하더라도 전체 절연층을 스캔하지 않는 경우 이상이 있는 홀은 전자 칼럼(100)이 이상 있는 홀을 통해 전도층(30)에 전자빔을 주사하지 못하므로 이미지 데이타를 얻을 수 없게 된다. 그러면 이미지 데이타를 이용하여 어느 위치의 홀이 이상이 있는 지를 파악할 수 있다. 그러나 단순히 전자빔을 동시에 주사하여 전도층(30)에서 전류값을 확인한다면 이상이 있는 홀의 갯수까지는 알 수도 있으나 이상이 발생한 홀의 위치에 대한 정보는 얻기가 곤란하다.

도5의 예는 도4의 예보다 전자빔(B)을 스캔하는 범위는 작아지거나 스캔할 필요가 없을 수 있다. 다만 이미지 데이터를 얻기 위해서 또는 문제가 있는 홀을 확인하기 위해서는 도4에서 설명한 바와 같이 전자빔(B)을 순차적으로 주사할 필요가 있다. 단순히 홀(21)의 이상 유무만을 판단하기 위해서는 전체 전자 칼럼(100)을 동시에 이동 또는 스캔하면서 전자빔(B)을 조사하여도 무방하다. 홀(21)의 이미지를 얻는 방법이나 이상 유무만을 판단하는 방법은 위의 도4의 설명과 동일 또는 유사하게 이루어진다.

도6은 도5와 같이 두 개의 전자빔의 스폿 사이즈가 검사 대상홀 보다 큰 경우이나 전자빔의 스폿 사이즈내에 여러 개의 검사 대상 홀들이 포함되는 경우에 사용하기 위한 것이다. 도6에서는 설명을 위하여 전자빔의 스폿(B)내에 두 개의 홀(21,22)이 포함되는 것을 도시하였다. 위의 두 개의 전자 칼럼에서 방출된 전자빔(B)들이 각각 두 개의 홀들(21,22)을 모두 포함하여 조사하고 있다. 아래의 두 개의 전자빔(B)은 홀(22)만을 포함하며 다른 홀(21)에는 정확히 포함하고 있지 않다. 따라서 전자빔을 스캔하여 위와 같이 홀들을 모두 포함하도록 할 수 있다. 그러나 도6의 예에서는 전자빔의 크기를 포커싱을 조절하여 의도적으로 전자빔의 빔 사이즈를 크게할 수 있다. 한가지 방법으로 아웃 포커싱, 즉 초점을 시료에 도달하기 전에 맞추어 홀의 입구에 도달하기 전에 미리 빔 사이즈를 키우는 방법도 사용이 가능하며, 다른 방법으로는 전자빔의 크기 자체를 크게 하여 평행빔으로 주사하는 방법도 가능하다. 이 경우 포커스 렌즈나 다른 렌즈를 사용하여 빔의 크기를 조절할 수 있다. 도6의 예는 많은 홀들을 검사할 경우에 단순히 관통 여부만을 빠른 시간내에 검사할 수 있는 장점이 있다. 즉, 모든 홀들이 제대로 관통된다면 전도층(30)에서 검출되는 전자량이 홀에 따라 일정할 것이기 때문이다. 그리고 도6의 예에서는 스캔이 필요없이 빔 블랭커를 사용하여 원하는 좌표나 지점에서만 전자빔을 조사하고 다른 위치로 이동하는 방식을 사용하여 계속 검사를 수행할 수 있다. 이와 같은 전자빔의 주사 위치 이동은 빔 블랭커와 디플렉터를 이용해 전자 빔을 이동하는 것 외에, 시료를 스테이지 등을 이용하여 움직이거나, 초소형 전자 칼럼과 같이 소형 전자빔 조사 수단을 스테이지 등을 이용하여 이동하거나, 또는 시료와 전자빔 조사 수단 모두를 이동하도록 하여 가능해진다. 특히 도6의 예는 작은 홀들이 근접하여 형성된 경우에 사용이 편리하다. 별도의 큰 홀에서는 도5와 같은 형식으로 사용이 될 수 있다.

또한 도4나 도5의 경우도 도6의 예와 같이 홀 내에서나 근처에서 스캔 또는 이동없이, 빔 블랭커를 사용하여 한 번 조사하고 다시 검사 대상 홀들의 위치에 따라 소정의 위치에서 다시 조사하는 방식으로 검사할 수 있음은 물론이다.

앞에서 다수의 전자 칼럼을 이용하여, 홀의 이미지를 이용한 홀의 이상 유무를 판단하는 방법과 단지 전도층에서 전류 데이타를 이용하여 전체 홀의 이상 유무만을 판단하는 방법을 설명하였다.

이와 같은 다수의 전자 칼럼을 이용하는 경우 홀과 전자 칼럼을 일대일 대응하여 신속히 검사할 수 있으나 홀 간격이 작은 경우는 하나의 전자 칼럼이 다수의 홀을 검사하여야 한다. 이와 같이 하나의 전자 칼럼이 다수의 홀을 검사하기 위해서는 전자 칼럼이 넓은 영역을 스캔하거나 또는 전자 칼럼이나 시료가 이동할 필요가 있다. 전자 칼럼이 스캔하는 경우 전도층에서 검출되는 전류값으로 홀의 이상유무를 판단하려면 스캔 각도에 따라 전자 칼럼에서 방출되는 전류값을 미리 데이타화 할 필요가 발생할 수 있다. 전자 칼럼은 디플렉터를 제어하여 소정의 양만큼 전자빔을 디플렉팅 할 수 있는데, 전자빔을 디플렉팅시 소정의 간격을 가지고 디플렉팅하도록 하면 쉽게 각 소정의 간격에서 방출되는 전자량을 미리 확인해서 데이타화 할 수 있다. 즉 홀의 검사전에 미리 전자 칼럼에서 방출되는 전자량을 소정의 거리에서 각도별로 미리 측정하는 방법 등으로 미리 전자량을 데이타화 하는 것이 가능하다. 이 데이타를 이용하여 홀의 이상 유무를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 바람직한 검사 방법의 하나로서, 동일 영역에서도 빠른 시간내에 여러 홀들을 다수의 전자빔 조사 수단 전체를 동시에 작동시키고, 전체 홀들의 이상유무를 동일 전도층(30)으로부터 단순히 배선 등을 통하여 전자 검출 수단에서 검출하여 데이터 처리수단으로 확인하는 방법으로 검사할 수 있다. 만일 검출된 전자량에서 이상이 확인되는 경우, 즉 검출된 전자량이 예정된 전자량보다 작은 경우에 도4나 도5와 같이 각 홀을 순차적으로 검사하여 이상이 있는 홀을 확인 할 수 있다. 동시에 여러 홀을 주사하는 방식은 도6과 같이 가능한 큰 사이즈의 빔으로 여러 홀들을 검사하는 것이 바람직하다.

또한 전자빔을 이용하여 홀의 형상이나 깊이가 완전히 관통되지 않은 경우나 관통 형상에 문제가 있는 경우(많이 휘거나 관통량이 적은 경우) 전자빔으로 홀을 관통시키거나 홀의 형상을 원하는 형태로 수정할 수도 있다. 이는 전자빔의 조건을 변경하여, 즉 에너지, 빔의 직경(beam spot), 빔커런트, 가속전압 등의 변경하여 홀의 관통되지 않은 부분이나 튀어나온 부분 등에 계속 주사하여 절연층에서 전자빔이 주사된 부분만을 제거할 수 있도록 하는 것이다. 이는 절연층의 소재에 따라 달라질 수 있으나 전자빔을 이용한 repair 기능과 같은 방법을 사용함으로써 가능해진다. 즉 전자빔을 홀 내부로 주사 스캔하고, 그리고 시료를 식각 (etching) 하여 가능하게 된다. 전자빔을 이온빔으로 변경하면 직적 식각이 가능하고, 또는 소재에 따라 식각을 도와주는 가스를 주입 하여 주사 대상 부위에 분사하여 전자빔 또는 이온빔으로 제거하는 방식을 사용할 수도 있다. 이 경우 도5와 같이 할 수도 있으나 도4와 같이 전자빔의 스폿 사이즈를 홀의 직경보다 작게 하여 전자빔을 홀의 구경내에서 스캔하는 방식이 바람직하다.

또한 본 발명에서 전자빔 조사 수단으로 마이크로칼럼을 이용하면, 전자빔 조사 수단을 틸팅 시킬 수 있다. 마이크로 칼럼은 그 크기가 수 cm 이내로 제작이 가능하므로 틸팅 수단에 의해 용이하게 틸팅 시킬 수 있다. 챔버내에서 상기 마이크로 칼럼을 지지하는 수단 자체를 틸팅 스테이지를 통해서 할 수도 있고, 소형 암로보트 구조를 사용하여도 가능하다. 상기와 같은 틸팅에 의해 전자빔의 스캔 각도를 넓힐 수도 있고 도4와 같이 빔이 홀에 비해 작은 경우 홀의 내부를 틸팅하며 스캔하여 홀 내부 구조에 대한 이미지를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 홀 검사 장치 및 검사 방법은 반도체 웨이퍼 등의 반도체 장치 제조 공정에서 홀 검사를 위한 장치 및 방법으로 사용이 가능하다.

Claims (1)

1. 검사 대상 홀을 검사하기 위하여 전자빔을 조사하는 전자빔 조사 수단;
   상기 전자빔 조사 수단에서 조사된 전자빔의 조사에 의해 발생하는 전자를 상기 홀의 하부에 위치된 전도층, 또는 상기 전도층 및 별도의 디텍터를 통하여 측정하기 위한 전류 측정수단; 및
   상기 전류 측정수단으로부터 측정된 데이터를 처리하는 데이터 처리수단;
   을 포함하며,
   상기 전자빔 조사 수단이 다수의 전자 칼럼이 다수의 홀에 각 전자 칼럼이 대응되게 n×m 배열되어 순차적으로 작동되며,
   상기 전자 칼럼의 순차적 작동에 따라 상기 전류 측정수단에서 상기 전도층을 통해 각 홀들에 대한 전류 값을 측정하고, 그리고
   상기 데이터 처리수단이 상기 전도층에서 측정된 전류 데이터를 이용하여 절연층의 바닥과 관련된 이미지 데이타를 얻어 홀의 관통 여부에 대한 정보를 얻는 것,
   을 특징으로 하는 홀 검사 장치.

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