KR20150141241A - 반도체 소자의 검사 방법, 반도체 검사 시스템, 및 이들을 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

반도체 소자의 검사 방법, 반도체 검사 시스템, 및 이들을 이용한 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자의 검사 방법, 반도체 검사 시스템, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법이 제공된다. 검사 방법은, 반도체 기판에 형성된 검사 패턴의 신호를 측정하되, 상기 신호는 상기 검사 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함하고, 상기 측정된 신호로부터 제1 스펙트럼을 갖는 제1 성분 및 제2 스펙트럼을 갖는 제2 성분을 추출하는 것, 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여, 상기 검사 패턴의 비대칭 신호를 획득하는 것을 포함한다. 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼의 면적을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것을 포함한다.

Description

반도체 소자의 검사 방법, 반도체 검사 시스템, 및 이들을 이용한 반도체 소자의 제조방법{A METHOD OF INSPECTING A SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR INSPECTION SYSTEM, AND A METHOD OF A SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자의 검사 방법, 반도체 검사 시스템, 및 이들을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자들은 그들의 소형화, 다기능화, 및/또는 낮은 제조 비용 등의 특성들로 인하여 전자 산업에서 널리 사용되고 있다. 반도체 소자들은 포토리소그라피 공정, 식각 공정, 증착 공정, 이온 주입 공정, 및 세정 공정과 같은 다양한 제조 공정들에 의해 제조될 수 있다.
반도체 소자의 상기 제조 공정들을 수행한 후, 검사 공정을 수행하여 반도체 소자를 구성하는 패턴들의 불량 여부를 판별할 수 있다. 이러한 검사 공정을 통하여 상기 제조 공정들의 조건들을 최적화할 수 있고, 반도체 소자들의 불량 여부를 조기에 확인할 수 있다.
반도체 소자의 고집적화 경향에 따라 반도체 소자의 패턴들은 더욱 미세화되고 있으며, 미세화된 패턴들의 파라미터들을 검사할 수 있는 보다 높은 신뢰성의 반도체 검사 방법 및 반도체 검사 장비가 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 검사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 검사 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 갖는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 검사 방법은, 반도체 기판에 형성된 검사 패턴의 신호를 측정하되, 상기 신호는 상기 검사 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함하고, 상기 측정된 신호로부터 제1 스펙트럼을 갖는 제1 성분 및 제2 스펙트럼을 갖는 제2 성분을 추출하는 것, 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여, 상기 검사 패턴의 비대칭 신호를 획득하는 것을 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼의 면적을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴의 상기 신호를 측정하는 것은 제1 방위각에서 상기 검사 패턴의 제1 신호를 측정하는 것, 및 제2 방위각에서 상기 검사 패턴의 제2 신호를 측정하는 것을 포함하되, 상기 제1 방위각은 θ°이고, 상기 제2 방위각은 (θ+180)°일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분은 상기 제1 신호로부터 추출되고, 상기 제2 성분은 상기 제2 신호로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 각각 제1 뮬러 행렬 및 제2 뮬러 행렬을 포함하되, 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 i번째 행 및 j번째 열의 성분이고, 상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬의 n번째 행 및 m번째 열의 성분이고, 여기서, i, j, n, m은 각각 정수이고, i=n이고, j=m일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나이고, 상기 제2 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴의 상기 신호는 스펙트로스코픽 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer)를 이용하여 측정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴의 상기 신호는 단일 방위각에서 측정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 측정된 신호는 뮬러 행렬을 포함하되, 상기 제1 성분 상기 뮬러 행렬의 x번째 행 및 y번째 열의 성분이고, 상기 제2 성분은 상기 뮬러 행렬의 y번째 행 및 x번째 열의 성분이고, 여기서, x, y는 정수일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분은 각각 상기 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴은 상기 반도체 기판 상에 차례로 적층된 하부 패턴 및 상부 패턴을 포함하고, 상기 비대칭 신호는 상기 하부 패턴과 상기 상부 패턴 사이의 오정렬 데이터를 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호의 상기 방향은, 상기 상부 패턴이 상기 하부 패턴과 오정렬되는 방향을 나타내는 오정렬 방향이고, 상기 비대칭 신호의 상기 양은, 상기 상부 패턴이 상기 하부 패턴과 오정렬되는 거리를 나타내는 오정렬 값을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 일 단면의 관점에서, 상기 검사 패턴은 중심축을 가지고, 상기 비대칭 신호는 상기 중심축이 상기 반도체 기판의 상면에 수직한 기준선에 대하여 기울어진 정도를 나타내는 휨 데이터를 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호의 상기 방향은, 상기 중심축이 상기 기준선에 대하여 기울어진 방향을 나타내는 휨 방향이고, 상기 비대칭 신호의 상기 양은, 상기 중심축이 상기 기준선에 대하여 기울어진 각도를 나타내는 휨 값을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 비대칭 신호의 상기 방향을 획득하는 것은 상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 양의 값을 갖는 경우, 제1 방향의 상기 비대칭 신호를 획득하는 것, 및 상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 음의 값을 갖는 경우, 상기 제1 방향에 반평행한 제2 방향의 상기 비대칭 신호를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것은 상기 스큐 스펙트럼의 상기 면적을 획득하는 것, 상기 스큐 스펙트럼의 상기 면적 및 상기 비대칭 신호의 상기 양 사이의, 미리 계산된 상관 관계 함수를 획득하는 것, 및 상기 미리 계산된 상관 관계 함수에 획득된 상기 면적을 대입하여 상기 비대칭 신호의 상기 양을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 검사 시스템은, 반도체 기판에 형성된 검사 패턴의 신호를 측정하되, 상기 신호는 상기 검사 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함하는 신호 측정 장비, 및 상기 측정된 신호로부터 제1 스펙트럼을 갖는 제1 성분 및 제2 스펙트럼을 갖는 제2 성분을 추출하고, 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼을 획득하고, 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 검사 패턴의 비대칭 신호를 획득하는 제어기를 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼의 면적을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 신호 측정 장비는 스펙트로스코픽 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 측정된 신호는 제1 방위각에서 측정된 제1 신호 및 제2 방위각에서 측정된 제2 신호를 포함하고, 상기 제1 방위각은 θ°이고, 상기 제2 방위각은 (θ+180)°일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 저장하는 저장 장치를 더 포함하되, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 각각 제1 뮬러 행렬 및 제2 뮬러 행렬을 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 뮬러 행렬의 i번째 행 및 j번째 열의 성분인 상기 제1 성분을 추출하고, 상기 제2 뮬러 행렬의 n번째 행 및 m번째 열의 성분인 상기 제2 성분을 추출하고, 여기서, i, j, n, m은 정수이고, i=n이고, j=m일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나이고, 상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 비대칭 신호는 상기 검사 패턴의 오정렬 데이터 또는 휨 데이터를 포함하되, 상기 제어기는 상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 양의 값을 갖는 경우, 제1 방향의 상기 비대칭 신호를 획득하고, 상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 음의 값을 갖는 경우, 상기 제1 방향에 반평행한 제2 방향의 상기 비대칭 신호를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판에 검사 패턴을 형성하는 것, 상기 검사 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판을 신호 측정 장비의 스테이지에 로드하는 것, 상기 신호 측정 장비를 이용하여 상기 검사 패턴의 신호를 측정하되, 상기 신호는 상기 검사 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함하고, 상기 신호 측정 장비에 연결되는 제어기를 구동하여, 상기 신호로부터 제1 스펙트럼을 갖는 제1 성분 및 제2 스펙트럼을 갖는 제2 성분을 추출하고, 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼을 획득하고, 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 검사 패턴의 비대칭 신호를 획득하되, 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은, 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것, 및 상기 스큐 스펙트럼의 면적을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것을 포함하고, 상기 검사 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판을 상기 신호 측정 장비의 스테이지로부터 언로드하는 것, 및 상기 비대칭 신호가 허용 범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 검사 패턴이 반도체 기판의 태그(TEG) 영역에 형성되어 반도체 소자를 구성하지 않는 경우뿐만 아니라, 반도체 기판의 셀 영역에 형성되어 반도체 소자를 구성하는 경우에도, 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 검사 패턴의 오정렬 또는 휨 데이터와 같은 비대칭 신호가 용이하게 획득될 수 있다. 이에 따라, 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 검사 방법 및 반도체 검사 시스템이 제공될 수 있다. 더하여, 이를 이용하여 반도체 소자를 제조함으로써, 우수한 신뢰성을 갖는 반도체 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 검사 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 검사 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3a는 반도체 소자의 제1 유형의 기준 패턴 및 제1 유형의 검사 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 반도체 소자의 제2 유형의 기준 패턴 및 제2 유형의 검사 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 신호 측정 장치의 신호 측정 원리를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 구체적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 구체적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S200)에서 추출된 제1 성분 및 제2 성분의 각각의 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 단계(S300)에서 획득된 스큐 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 단계(S400)을 구체적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 스큐 스펙트럼의 면적과 비대칭 신호의 양 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진, 비대칭 신호에 따른 스큐 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 단계(S200)에서 추출된 제1 성분 및 제2 성분의 각각의 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 얻어진, 비대칭 신호에 따른 스큐 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 검사 방법을 이용하는 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 검사 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 검사 시스템(500)은 신호 측정 장비(510) 및 컴퓨터 시스템(520)을 포함할 수 있다. 상기 신호 측정 장비(510)은 반도체 기판(100)이 로딩되는 스테이지(512, stage), 및 상기 반도체 기판(100)에 형성된 패턴의 광학 신호를 측정하는 측정 유닛(514, measurement unit)을 포함할 수 있다. 상기 광학 신호는 상기 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함할 수 있다. 상기 신호 측정 장비(510)는 비파괴 검사(non-destructive test)에 사용되는 장비일 수 있다. 상기 신호 측정 장비(510)는 일 예로, 스펙트로스코픽 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer)일 수 있다.
상기 컴퓨터 시스템(520)은 상기 신호 측정 장비로부터 획득된 광학 신호를 처리할 수 있다. 상기 컴퓨터 시스템(520)은 다양한 데이터를 처리할 수 있는 제어기(522, controller), 및 다양한 데이터를 저장할 수 있는 저장 장치(524, memory device)를 포함할 수 있다. 상기 저장 장치(524)는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 저장 장치(524)는 하드디스크 및/또는 비휘발성 반도체 기억 소자(예컨대, 플래쉬 메모리 소자, 상변화 기억 소자, 및/또는 자기 기억 소자 등)을 포함할 수 있다. 상기 제어기(522) 및 상기 저장 장치(524)의 기능들은 추후에 보다 상세히 설명한다. 더하여, 상기 컴퓨터 시스템(520)은 입출력 유닛(526, input/output unit) 및 인터페이스 유닛(528, interface unit)을 더 포함할 수 있다. 상기 입출력 유닛(526)은 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 및/또는 디스플레이 장치(display device)를 포함할 수 있다. 상기 신호 측정 장비(510)로부터 획득된 데이터는 상기 인터페이스 유닛(528)을 통해 상기 컴퓨터 시스템(520)으로 전달될 수 있다. 더하여, 상기 컴퓨터 시스템(520)에서 처리된 데이터는 상기 인터페이스 유닛(528)을 통해 상기 신호 측정 장비(510)로 전달될 수도 있다. 상기 인터페이스 유닛(528)은 유선 요소, 무선 요소, 및/또는 USB(universal serial bus) 포트 등을 포함할 수 있다. 상기 제어기(522), 상기 저장 장치(524), 상기 입출력 유닛(526), 및 상기 인터페이스 유닛(528)은 데이터 버스(data bus)를 통하여 서로 결합될 수 있다.
상술된 반도체 검사 시스템(500)을 이용하여 반도체 소자의 검사 방법이 수행될 수 있다. 이하에서, 반도체 소자의 검사 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 검사 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 3a는 반도체 소자의 제1 유형의 기준 패턴 및 제1 유형의 검사 패턴을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 반도체 소자의 제2 유형의 기준 패턴 및 제2 유형의 검사 패턴을 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 신호 측정 장치의 신호 측정 원리를 나타내는 개념도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 구체적으로 나타내는 플로우 차트이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 구체적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2, 도 3a, 및 도 3b를 참조하면, 검사 패턴(130)의 신호(signal)가 측정될 수 있다(S100). 먼저, 상기 검사 패턴(130)이 반도체 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 검사 패턴(130)은 반도체 소자에 포함될 수 있다. 상기 검사 패턴(130)은 비정상적인 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 검사 패턴(130)은 패턴의 고유한 동작(일 예로, 전기적 연결 등)을 정상적으로 수행할 수 없는 패턴일 수 있다. 상기 검사 패턴(130)은 상기 반도체 소자의 불량 패턴에 해당할 수 있다. 제1 유형의 상기 검사 패턴(130)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100) 상에 차례로 적층된 하부 패턴(114) 및 상부 패턴(116)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 기판(100) 상에 절연막(112)이 배치될 수 있고, 상기 절연막(112)내에 상기 하부 패턴(114)이 배치될 수 있다. 상기 하부 패턴(114) 상에 상부 패턴(116)이 배치될 수 있다. 상기 제1 유형의 상기 검사 패턴(130)은 서로 오정렬된(misaligned) 상기 하부 패턴(114)과 상기 상부 패턴(116)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 상부 패턴(116)은 상기 하부 패턴(114)과 제1 방향(D1)으로 오정렬되거나, 상기 제1 방향(D1)에 반평행한 제2 방향(D2)으로 오정렬될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 오정렬되는 거리를 나타내는 오정렬 값(misalign value, x1)의 절대값은 0보다 클 수 있다(즉, |x1|>0). 제2 유형의 상기 검사 패턴(130)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 일 단면의 관점에서 상기 반도체 기판(100)의 상면에 수직한 기준선(S)에 대하여 일 방향으로 기울어진 중심축(center axis, ca)을 가질 수 있다. 상기 중심축(ca)은 패턴의 하면의 중심(c1)과 상면의 중심(c2)을 연결한 직선으로 정의될 수 있다. 일 예로, 상기 중심축(ca)은 상기 기준선(S)으로부터 상기 제1 방향(D1)으로 기울어지거나, 상기 기준선(S)으로부터 상기 제2 방향(D2)으로 기울어질 수 있다. 이 경우, 상기 중심축(ca)이 상기 기준선(S)으로부터 기울어지는 각도를 나타내는 휨 값(tilt value, x2)의 절대값은 0보다 클 수 있다(즉, |x2|>0).
상기 반도체 기판(100)은 복수의 칩 영역들을 포함하는 웨이퍼(wafer)일 수 있다. 상기 반도체 소자는 상기 칩 영역들의 각각에 형성될 수 있다. 상기 칩 영역들의 각각에 형성된 복수의 패턴들 중 적어도 하나는 상기 검사 패턴(130)에 해당할 수 있다.
기준 패턴(120)이 상기 반도체 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 기준 패턴(120)은 반도체 소자에 포함될 수 있다. 상기 기준 패턴(120)은 정상적인 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 기준 패턴(120)은 패턴의 고유한 동작을 정상적으로 수행할 수 있는 패턴일 수 있다. 제1 유형의 상기 기준 패턴(120)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(100) 상에 차례로 적층된 상기 하부 패턴(114) 및 상기 상부 패턴(116)을 포함할 수 있다. 상기 제1 유형의 상기 기준 패턴(120)은 서로 정렬된(aligned) 상기 하부 패턴(114)과 상기 상부 패턴(116)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 오정렬 값(x1)은 0일 수 있다(즉, x1=0). 제2 유형의 상기 기준 패턴(120)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 기준선(S)과 실질적으로 동일한 선 상에 있는 상기 중심축(ca)을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 휨 값(x2)은 0일 수 있다.
이 후, 도 1을 참조하여 설명된 상기 신호 측정 장치(510)를 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호가 측정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 예로, 상기 반도체 기판(100) 상에 복수 개의 상기 검사 패턴(130)이 소정의 방향(Q)을 따라 배열될 수 있다. 입사빔(incident beam, Li)이 상기 측정 유닛(514)으로부터 상기 검사 패턴(130)을 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상으로 조사될 수 있다. 이 경우, 빛의 입사면(plane of incidence, P)은 상기 소정의 방향(Q)에 대하여 θ의 각도(angle)에 있을 수 있다. 이하에서, 상기 각도(angle, θ)는 방위각(azimuth)으로 정의될 수 있다. 상기 방위각(θ)은 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호를 측정하기 위해 최적화될 수 있다. 최적화된 상기 방위각(θ)은 상기 검사 패턴(130)의 구조에 따라 달라질 수 있다. 상기 입사빔(Li)이 상기 검사 패턴(130)에 의해 회절될 수 있고, 반사빔(reflected beam, Lr)이 상기 측정 유닛(514)에 의해 분석되어 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호가 측정될 수 있다. 상기 신호는 상기 검사 패턴(130)의 스펙트럼 데이터를 포함할 수 있다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 일 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호를 측정하는 것은, 제1 방위각(θ1)에서 상기 검사 패턴(130)의 제1 신호를 측정하는 것(S110), 및 제2 방위각(θ2)에서 상기 검사 패턴(130)의 제2 신호를 측정하는 것(S120)을 포함할 수 있다. 상기 제2 방위각(θ2)은 아래의 수학식1으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
구체적으로, 먼저, 상기 신호 측정 장치(510)의 상기 스테이지(512) 상에 상기 검사 패턴(130)을 포함하는 상기 반도체 기판(100)이 배치될 수 있다. 이 후, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 방위각(θ1)에서 상기 입사빔(Li)이 상기 반도체 기판(100) 상으로 조사될 수 있다. 상기 입사빔(Li)이 상기 검사 패턴(130)에 의해 회절될 수 있고, 반사빔(Lr)이 상기 측정 유닛(514)에 의해 분석되어 상기 제1 신호가 측정될 수 있다. 상기 제1 신호은, 아래의 수학식2와 같이, 제1 뮬러 행렬(Muller Matrix, M1)에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Mij은 상기 제1 뮬러 행렬(M1)의 i번째 행 및 j번째 열의 성분(element)이고, i, j는 각각 정수이다. 상기 제1 뮬러 행렬(M1)의 각각의 성분은 고유의 스펙트럼을 가질 수 있다.
계속하여, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 방위각(θ2)에서 상기 입사빔(Li)이 상기 반도체 기판(100) 상으로 조사될 수 있다. 상기 입사빔(Li)이 상기 검사 패턴(130)에 의해 회절될 수 있고, 반사빔(Lr)이 상기 측정 유닛(514)에 의해 분석되어 상기 제2 신호가 측정될 수 있다. 상기 제2 신호은, 아래의 수학식3와 같이, 제2 뮬러 행렬(Muller Matrix, M2)에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, Mnm은 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 n번째 행 및 m번째 열의 성분이고, n, m은 각각 정수이다. 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 각각의 성분은 고유의 스펙트럼을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 단계(S200)에서 추출된 제1 성분 및 제2 성분의 각각의 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 1, 도 2, 및 도 7을 참조하면, 먼저, 상기 측정된 신호는 상기 컴퓨터 시스템(520)의 상기 저장 장치(524)에 저장될 수 있다. 이 후, 상기 제어기(522)를 구동하여, 상기 측정된 신호로부터 제1 성분(element) 및 제2 성분이 추출될 수 있다(S200). 일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분은 상기 제1 신호로부터 추출될 수 있고, 상기 제2 성분은 상기 제2 신호로부터 추출될 수 있다. 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬(M1)의 i번째 행 및 j번째 열의 성분(Mij)일 수 있고, 상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 n번째 행 및 m번째 열의 성분(Mnm)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, i는 n과 같을 수 있고, j는 m과 같을 수 있다. 즉, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분은 상기 제1 뮬러 행렬(M1) 및 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 서로 대응하는 성분들일 수 있다.
상기 제1 뮬러 행렬(M1) 및 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 각각의 성분들 M13 , M14, M23 , M24 , M31 , M32 , M41 , 및 M42은 뮬러 행렬의 비대각 성분들(off-diagonal elements)일 수 있고, 상기 제1 뮬러 행렬(M1) 및 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 각각의 성분들 M11, M12 , M21 , M22 , M33 , M34 , M43 , 및 M44은 뮬러 행렬의 대각 성분들(diagonal elements)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬(M1)의 상기 비대각 성분들 중 하나일 수 있고, 상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 상기 비대각 성분들 중 하나일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬(M1)의 성분 M23일 수 있고, 상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬(M2)의 성분 M23일 수 있다. 이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 성분은 제1 스펙트럼(E1)을 가질 수 있고, 상기 제2 성분은 제2 스펙트럼(E2)을 가질 수 있다. 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분이, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 기준 패턴(120)으로부터 측정되는 경우, 상기 제1 스펙트럼(E1) 및 상기 제2 스펙트럼(E2)은 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분이, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 검사 패턴(130)으로부터 측정되는 경우, 상기 제1 스펙트럼(E1) 및 상기 제2 스펙트럼(E2)은 서로 다를 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 단계(S300)에서 획득된 스큐 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 단계(S400)을 구체적으로 나타내는 플로우 차트이다. 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 스큐 스펙트럼의 면적과 비대칭 신호의 양 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1, 도 2, 및 도 8을 참조하면, 상기 제1 스펙트럼(E1)과 상기 제2 스펙트럼(E2)의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼(skew spectrum, Es)이 획득될 수 있다(S300). 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 획득하는 것은 상기 제어기(522)를 구동하여 수행될 수 있다. 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 아래의 수학식4에 의해 얻어질 수 있다.
Figure pat00004
획득된 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 저장 장치(524)에 저장될 수 있다.
계속하여, 도 1, 도 2, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 비대칭 신호가 획득될 수 있다(S400). 상기 비대칭 신호는, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 하부 패턴(114)과 상기 상부 패턴(116) 사이의 오정렬 데이터 또는 상기 기준선(S)에 대한 상기 패턴의 상기 중심축(cs)의 휨 데이터를 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은, 상기 제어기(512)를 구동하여 수행될 수 있다.
상기 비대칭 신호를 획득하는 것은, 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것(S410), 및 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 면적(A)을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것(S420)을 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호의 상기 방향은, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 오정렬되는 방향을 나타내는 상기 오정렬 방향(misalign direction) 또는 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)에 대하여 기울어진 방향을 나타내는 상기 휨 방향(tilt direction)일 수 있다. 더하여, 상기 비대칭 신호의 상기 양은, 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 오정렬되는 거리를 나타내는 상기 오정렬 값(misalign value, x1) 또는 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)에 대하여 기울어진 각도를 나타내는 상기 휨 값(tilt value, x2)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)이 양의 값을 갖는 경우(+ skew), 상기 비대칭 신호의 상기 방향은 상기 제1 방향(D1)일 수 있다. 즉, 상기 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)이 양의 값을 갖는 경우, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 패턴(116)은 상기 하부 패턴(114)과 상기 제1 방향(D1)으로 오정렬되거나, 상기 패턴의 상기 중심축(cs)은 상기 기준선(S)에 대하여 상기 제1 방향(D1)으로 기울어질 수 있다. 상기 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)이 음의 값을 갖는 경우(- skew), 상기 비대칭 신호의 상기 방향은 상기 제2 방향(D2)일 수 있다. 즉, 상기 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)이 음의 값을 갖는 경우, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 패턴(116)은 상기 하부 패턴(114)과 상기 제2 방향(D2)으로 오정렬되거나, 상기 패턴의 상기 중심축(cs)은 상기 기준선(S)에 대하여 상기 제2 방향(D2)으로 기울어질 수 있다. 상기 소정 파장 범위는, 일 예로, 약 300nm 내지 약 600nm일 수 있다.
상기 비대칭 신호의 상기 양을 획득하는 것은, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A) 및 상기 비대칭 신호의 상기 양 사이의, 미리 계산된 상관 관계 함수를 획득하는 것을 포함할 수 있다. 상기 면적(A)과 상기 비대칭 신호의 상기 양 사이의 상관 관계 함수는 실험적으로 얻어질 수 있다. 일 예로, 상기 면적(A)과 상기 비대칭 신호의 상기 양은, 도 10에 도시된 바와 같이, 선형의 상관 관계를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 면적(A)이 증가할수록, 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114) 사이의 상기 오정렬 값(x1)이 증가하거나, 상기 기준선(S)에 대한 상기 중심축(cs)의 상기 휨 값(tilt value, x2)이 증가할 수 있다.
상기 비대칭 신호의 상기 양을 획득하는 것은, 상기 제어기(522)를 구동하여 도 2의 단계(S300)에서 획득된, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A)을 획득하는 것, 및 획득된 상기 면적(A)을 상기 미리 계산된 상관 관계 함수에 대입하여, 이에 대응하는 상기 오정렬 값(x1) 또는 상기 휨 값(x2)을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 획득된 상기 비대칭 신호는 상기 저장장치(524)에 저장되고, 상기 입출력 유닛(526)을 통해 외부에 표시될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진, 비대칭 신호에 따른 스큐 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로, 도 11a는, 도 3a에 도시된, 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114) 사이의 오정렬에 따른 스큐 스펙트럼들(Es)을 나타낸다. 도 3a 및 도 11a을 참조하면, 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114)이 서로 정렬된 경우(x1=0), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다(Es0). 즉, 상기 제1 유형의 기준 패턴(120)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다. 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 상기 제1 방향(D1)으로 오정렬된 경우(x1=2nm, x1=4nm), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 양의 값을 가질 수 있고(Es1, Es2), 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 상기 제2 방향(D2)으로 오정렬된 경우(x1=-2nm, x1=-4nm), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 음의 값을 가질 수 있다(Es3, Es4). 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114) 사이의 상기 오정렬 값(x1)의 절대값이 증가할수록, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A)이 증가할 수 있다.
유사하게, 도 11b는, 도 3b에 도시된 패턴의 휨에 따른 스큐 스펙트럼들(Es)을 나타낸다. 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)과 동일 선 상에 있는 경우(x2=0), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다(Es0). 즉, 상기 제2 유형의 기준 패턴(120)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다. 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)으로부터 상기 제1 방향(D1)으로 기울어진 경우(x2=1°, x2=2°), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 양의 값을 가질 수 있고(Es1, Es2), 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)으로부터 상기 제2 방향(D2)으로 기울어진 경우(x2=-1°, x2=-2°), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 음의 값을 가질 수 있다(Es3, Es4). 상기 중심축(cs)과 상기 기준선(S) 사이의 상기 휨 값(x2)의 절대값이 증가할수록, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A)이 증가할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 단계(S100)을 설명하기 위한 개념도이다. 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2의 단계(S200)에서 추출된 제1 성분 및 제2 성분의 각각의 스펙트럼을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 2, 도 3a, 도 3b, 및 12를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 상기 신호 측정 장치(510)를 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 신호가 측정될 수 있다(S100). 본 실시예에 따르면, 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호를 측정하는 것은, 소정의 방위각(θ3)에서 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호는 단일 방위각에서 측정될 수 있다. 상기 소정의 방위각(θ3)은, 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호를 측정하기 위해 최적화된 방위각일 수 있다.
구체적으로, 상기 신호 측정 장치(510)의 상기 스테이지(512) 상에 상기 검사 패턴(130)을 포함하는 상기 반도체 기판(100)이 배치될 수 있다. 이 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 소정의 방위각(θ3)에서 상기 입사빔(Li)이 상기 반도체 기판(100) 상으로 조사될 수 있다. 상기 입사빔(Li)이 상기 검사 패턴(130)에 의해 회절될 수 있고, 반사빔(Lr)이 상기 측정 유닛(514)에 의해 분석되어 상기 검사 패턴(130)의 상기 신호가 측정될 수 있다. 상기 신호는, 아래의 수학식5와 같이, 제3 뮬러 행렬(M3)에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00005
여기서, Mxy은 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 x번째 행 및 y번째 열의 성분이고, x, y는 각각 정수이다. 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 각각의 성분은 고유의 스펙트럼을 가질 수 있다.
도 1, 도 2, 및 도 13을 참조하면, 먼저, 상기 측정된 신호는 상기 컴퓨터 시스템(520)의 상기 저장 장치(524)에 저장될 수 있다. 이 후, 상기 제어기(522)를 구동하여, 상기 측정된 신호로부터 제1 성분(element) 및 제2 성분이 추출될 수 있다(S200). 본 실시예에 따르면, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분은 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 서로 대칭되는 성분들일 수 있다. 즉, 상기 제1 성분은 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 x번째 행, y번째 열의 성분일 수 있고, 상기 제2 성분은 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 y번째 행, x번째 열의 성분일 수 있다.
상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 각각의 성분들 M13 , M14 , M23 , M24 , M31 , M32 , M41 , 및 M42은 뮬러 행렬의 비대각 성분들(off-diagonal elements)일 수 있고, 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 각각의 성분들 M11 , M12 , M21 , M22 , M33 , M34 , M43 , 및 M44은 뮬러 행렬의 대각 성분들(diagonal elements)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분은 각각 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 상기 비대각 성분들 중 하나일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 성분은 상기 제3 뮬러 행렬(M3)의 성분 M23 이고, 상기 제2 성분은 상기 제3 물러 행렬(M3)의 성분 M32일 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 성분은 제1 스펙트럼(E1)을 가질 수 있고, 상기 제2 성분은 제2 스펙트럼(E2)을 가질 수 있다. 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분이, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 기준 패턴(120)으로부터 측정되는 경우, 상기 제1 스펙트럼(E1) 및 상기 제2 스펙트럼(E2)은 실질적으로 서로 대칭될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분이, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한, 상기 검사 패턴(130)으로부터 측정되는 경우, 상기 제1 스펙트럼(E1) 및 상기 제2 스펙트럼(E2)은 서로 대칭되지 않을 수 있다.
도 1, 도 2, 및 도 8을 다시 참조하면, 상기 제1 스펙트럼(E1)과 상기 제2 스펙트럼(E2)의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼(skew spectrum, Es)이 획득될 수 있다(S300). 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 획득하는 것은 상기 제어기(522)를 구동하여 수행될 수 있다. 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 수학식4에 의해 얻어질 수 있다.
계속하여, 도 1, 도 2, 도 8, 및 도 9를 다시 참조하면, 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 비대칭 신호가 획득될 수 있다(S400). 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은, 소정 파장 범위(W)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것(S410), 및 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 면적(A)을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것(S420)을 포함할 수 있다. 상기 비대칭 신호를 획득하는 것은, 도 1, 도 2, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 검사 방법과 동일하다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 얻어진, 비대칭 신호에 따른 스큐 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로, 도 14a는, 도 3a에 도시된 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114) 사이의 오정렬에 따른 스큐 스펙트럼들(Es)을 나타낸다. 도 3a 및 도 14a을 참조하면, 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114)이 서로 정렬된 경우(x1=0), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다(Es0). 즉, 상기 제1 유형의 기준 패턴(120)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다. 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 상기 제1 방향(D1)으로 오정렬된 경우(x1=2nm, x1=4nm), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 양의 값을 가질 수 있고(Es1, Es2), 상기 상부 패턴(116)이 상기 하부 패턴(114)과 상기 제2 방향(D2)으로 오정렬된 경우(x1=-2nm, x1=-4nm), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 음의 값을 가질 수 있다(Es3, Es4). 상기 상부 패턴(116)과 상기 하부 패턴(114) 사이의 상기 오정렬 값(x1)의 절대값이 증가할수록, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A)이 증가할 수 있다.
유사하게, 도 14b는, 도 3b에 도시된 패턴의 휨에 따른 스큐 스펙트럼들(Es)을 나타낸다. 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)과 동일 선 상에 있는 경우(x2=0), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다(Es0). 즉, 상기 제2 유형의 기준 패턴(120)의 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 0일 수 있다. 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)으로부터 상기 제1 방향(D1)으로 기울어진 경우(x2=1°, x2=2°), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 양의 값을 가질 수 있고(Es1, Es2), 상기 중심축(cs)이 상기 기준선(S)으로부터 상기 제2 방향(D2)으로 기울어진 경우(x2=-1°, x2=-2°), 상기 스큐 스펙트럼(Es)은 상기 소정 파장 범위(W)에서 음의 값을 가질 수 있다(Es3, Es4). 상기 중심축(cs)과 상기 기준선(S) 사이의 상기 휨 값(x2)의 절대값이 증가할수록, 상기 스큐 스펙트럼(Es)의 상기 면적(A)이 증가할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 검사 방법을 이용하는 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 1 및 도 15를 참조하면, 먼저, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 검사 패턴(130)이 형성될 수 있다(S1500). 상기 검사 패턴(130)을 포함하는 상기 반도체 기판(100)은 상기 신호 측정 장치(510)의 상기 스테이지((512)에 로드될 수 있다(S1510). 상기 신호 측정 장치(510)의 상기 측정 유닛(514) 및 상기 컴퓨터 시스템(520)에 의해 상기 검사 패턴(130)의 비대칭 신호가 획득될 수 있다(S1520). 상기 검사 패턴(130)의 비대칭 신호를 획득하는 것은, 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 검사 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 검사 패턴(130)의 상기 비대칭 신호가 획득된 후, 상기 검사 패턴(130)을 포함하는 상기 반도체 기판(100)은 상기 스테이지(512)로부터 언로드될 수 있다(S1530). 이 후, 상기 검사 패턴(130)의 상기 비대칭 신호가 허용범위 내인지 여부가 판단될 수 있다(S1540). 상기 비대칭 신호가 허용범위 내인 경우, 상기 반도체 기판(100) 상에 후속 제조공정이 진행되어 반도체 소자가 제조될 수 있다(S1560). 상기 비대칭 신호가 허용범위를 초과하는 경우, 경고가 발생될 수 있다(S1550).
본 발명의 개념에 따르면, 상기 검사 패턴(130)은 상기 반도체 기판(100)의 상기 칩 영역에 형성되는 상기 반도체 소자에 포함될 수 있다. 상기 검사 패턴(130)의 스펙트럼 데이터를 포함하는 상기 신호를 측정한 후, 상기 신호를 나타내는 뮬러 행렬로부터 서로 대응하거나 대칭되는 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분을 추출할 수 있다. 상기 제1 성분의 제1 스펙트럼(E1)과 상기 제2 성분의 제2 스펙트럼(E2)의 차이를 이용하여 상기 스큐 스펙트럼(Es)이 획득될 수 있고, 획득된 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 비대칭 신호가 용이하게 획득될 수 있다. 즉, 상기 검사 패턴(130)이 상기 반도체 기판(100)의 태그(TEG) 영역에 형성되어 상기 반도체 소자를 구성하지 않는 경우뿐만 아니라, 상기 검사 패턴이 상기 반도체 기판(100)의 셀 영역에 형성되어 상기 반도체 소자를 구성하는 경우에도, 상기 스큐 스펙트럼(Es)을 이용하여 상기 검사 패턴(130)의 오정렬 또는 휨 데이터와 같은 비대칭 신호가 용이하게 획득될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
500: 반도체 검사 시스템 510: 신호 측정 장비
512: 스테이지 100: 반도체 기판
514: 측정 유닛 520: 컴퓨터 시스템
522: 제어기 524: 저장 장치
526: 입출력 유닛 528: 인터페이스 유닛
114: 하부 패턴 116: 상부 패턴
120: 기준 패턴 130: 검사 패턴
ca: 중심축 S: 기준선
E1:제1 스펙트럼 E2: 제2 스펙트럼
Es: 스큐 스펙트럼 A: 스큐 스펙트럼의 면적

Claims (10)

  1. 반도체 기판에 형성된 검사 패턴의 신호를 측정하되, 상기 신호는 상기 검사 패턴의 스펙트럼 데이터를 포함하고,
    상기 측정된 신호로부터 제1 스펙트럼을 갖는 제1 성분 및 제2 스펙트럼을 갖는 제2 성분을 추출하는 것;
    상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼의 차이를 이용하여 스큐 스펙트럼을 획득하는 것; 및
    상기 스큐 스펙트럼을 이용하여, 상기 검사 패턴의 비대칭 신호를 획득하는 것을 포함하되,
    상기 비대칭 신호를 획득하는 것은:
    소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼을 이용하여 상기 비대칭 신호의 방향을 획득하는 것; 및
    상기 스큐 스펙트럼의 면적을 이용하여 상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것을 포함하는 반도체 소자의 검사 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사 패턴의 상기 신호를 측정하는 것은:
    제1 방위각에서 상기 검사 패턴의 제1 신호를 측정하는 것; 및
    제2 방위각에서 상기 검사 패턴의 제2 신호를 측정하는 것을 포함하되,
    상기 제1 방위각은 θ°이고, 상기 제2 방위각은 (θ+180)°인 반도체 소자의 검사 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 성분은 상기 제1 신호로부터 추출되고, 상기 제2 성분은 상기 제2 신호로부터 추출되는 반도체 소자의 검사 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 각각 제1 뮬러 행렬 및 제2 뮬러 행렬로 표현되고,
    상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 i번째 행 및 j번째 열의 성분이고,
    상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬의 n번째 행 및 m번째 열의 성분이고,
    여기서, i, j, n, m은 각각 정수이고, i=n이고, j=m인 반도체 소자의 검사 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 성분은 상기 제1 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나이고,
    상기 제2 성분은 상기 제2 뮬러 행렬의 비대각 성분들 중 하나인 반도체 소자의 검사 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사 패턴의 상기 신호는 스펙트로스코픽 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer)를 이용하여 측정되는 반도체 소자의 검사 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 검사 패턴은 상기 반도체 기판 상에 차례로 적층된 하부 패턴 및 상부 패턴을 포함하고, 상기 비대칭 신호는 상기 하부 패턴과 상기 상부 패턴 사이의 오정렬 데이터를 포함하되,
    상기 비대칭 신호의 상기 방향은, 상기 상부 패턴이 상기 하부 패턴과 오정렬되는 방향을 나타내는 오정렬 방향이고,
    상기 비대칭 신호의 상기 양은, 상기 상부 패턴이 상기 하부 패턴과 오정렬되는 거리를 나타내는 오정렬 값을 포함하는 반도체 소자의 검사 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    일 단면의 관점에서, 상기 검사 패턴은 중심축을 가지고, 상기 비대칭 신호는 상기 중심축이 상기 반도체 기판의 상면에 수직한 기준선에 대하여 기울어진 정도를 나타내는 휨 데이터를 포함하되,
    상기 비대칭 신호의 상기 방향은, 상기 중심축이 상기 기준선에 대하여 기울어진 방향을 나타내는 휨 방향이고,
    상기 비대칭 신호의 상기 양은, 상기 중심축이 상기 기준선에 대하여 기울어진 각도를 나타내는 휨 값을 포함하는 반도체 소자의 검사 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 비대칭 신호의 상기 방향을 획득하는 것은:
    상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 양의 값을 갖는 경우, 제1 방향의 상기 비대칭 신호를 획득하는 것; 및
    상기 소정 파장 범위의 상기 스큐 스펙트럼이 음의 값을 갖는 경우, 상기 제1 방향에 반평행한 제2 방향의 상기 비대칭 신호를 획득하는 것을 포함하는 반도체 소자의 검사 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비대칭 신호의 양을 획득하는 것은:
    상기 스큐 스펙트럼의 상기 면적을 획득하는 것;
    상기 스큐 스펙트럼의 상기 면적 및 상기 비대칭 신호의 상기 양 사이의, 미리 계산된 상관 관계 함수를 획득하는 것; 및
    상기 미리 계산된 상관 관계 함수에 획득된 상기 면적을 대입하여 이에 대응하는 상기 비대칭 신호의 상기 양을 획득하는 것을 포함하는 반도체 소자의 검사 방법.
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