KR20180042649A - 반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법이 제공된다. 반도체 소자 검사 장치는, 반도체 패턴으로 광을 조사하는 광원, 상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광을 통과시키는 대물 광학계, 상기 대물 광학계를 통과한 광을 제공받고, 적어도 하나 이상의 바 패턴을 포함하여 상기 광의 회절 노이즈를 필터링하는 제1 노이즈 필터, 상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여, 상기 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하고 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키는 제2 노이즈 필터, 상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 검출하는 광 검출기를 포함한다.

Description

반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법{INSPECTION APPARTUS OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명의 반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 소자는 저전압에서 고속 동작을 할 수 있는 방향으로 발전하고 있으며, 반도체 소자의 제조 공정은 집적도가 향상되는 방향으로 발전되고 있다. 따라서, 고도로 스케일링된 고집적 반도체 소자의 패턴들은 미세한 폭을 가지고 미세한 피치로 이격될 수 있다.
한편, 반도체 소자의 미세화에 따라, 반도체 소자의 불량 여부를 검사할 수 있는 검사 장치에 관한 요구도 높아지고 있다. 특히, 반도체 패턴의 밀도 변화가 큰 영역에서, 광원을 조사하여 얻어진 이미지의 노이즈로 인하여 선명하지 않은 이미지가 얻어짐으로써 효과적으로 반도체 소자의 불량 여부를 검사할 수 없는 경우가 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 패턴의 밀도 변화가 큰 영역에서, 이미지의 노이즈를 저감시켜 선명한 이미지를 얻음으로써 반도체 소자를 검사할 수 있는 반도체 소자 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 패턴의 밀도 변화가 큰 영역에서, 이미지의 노이즈를 저감시켜 선명한 이미지를 얻음으로써 반도체 소자를 검사할 수 있는 반도체 소자 검사 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치는, 반도체 패턴으로 광을 조사하는 광원, 상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광을 통과시키는 대물 광학계, 상기 대물 광학계를 통과한 광을 제공받고, 적어도 하나 이상의 바 패턴을 포함하여 상기 광의 회절 노이즈를 필터링하는 제1 노이즈 필터, 상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여, 상기 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하고 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키는 제2 노이즈 필터, 상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 검출하는 광 검출기를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 구동 방법은, 반도체 패턴으로 광을 조사하고, 상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광을 대물 광학계를 통해 통과시키고, 상기 대물 광학계를 통과한 광에 대해 적어도 하나 이상의 바 패턴을 포함하는 제1 노이즈 필터를 이용하여 회절 노이즈를 필터링하고, 상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여, 제2 노이즈 필터를 이용하여 상기 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하되 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키고, 상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 검출하는 광 검출기로 검출하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제1 노이즈 필터의 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제1 노이즈 필터의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 의해 검사되는 반도체 소자의 예시를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 동작을 도시한 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 동작을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 의하여 얻어진 반도체 패턴의 이미지의 S/N 비율의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 도시한 개략도이다.
도 9a 및 9b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터의 평면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치는 광원(100), 대물 광학계(110), 제1 노이즈 필터(120), 빔 스플리터(130), 제2 노이즈 필터(140) 및 결상 광학계(150) 및 광 검출기(160)을 포함할 수 있다.
광원(100)은 기판(10) 상의 반도체 패턴(15)을 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(100)은 예를 들어, 헬륨네온(HeNe) 레이저, 아르곤(Ar) 레이저 등의 다양한 파장의 레이저 다이오드(LD, Laser Diode)를 포함하는 광 발생부와, 광 발생부로부터 발생한 광을 평행광으로 만들어 광원(100) 외부로 출사시키는 광원 광학계를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
광원(100)으로부터 입사된 광은, 빔 스플리터(130)를 통해 기판(10) 상의 반도체 패턴(15)을 향해 조사된다. 즉, 빔 스플리터(130)는 광원(100)으로부터 입사된 광을 반사하여 반도체 패턴(15)을 향해 조사하는 한편, 반도체 패턴(15)으로부터 반사되고 대물 광학계(110) 및 제1 노이즈 필터(120)를 통과한 광을 통과시켜 제2 노이즈 필터(140) 및 결상 광학계(150)를 포함하는 후속 계통으로 전달할 수 있다.
기판(10)과 반도체 패턴(15)은 예를 들어, 실리콘 기판에 형성된 반도체 패턴일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 기판(10)에 형성된 반도체 패턴(15)은 DRAM에 포함된 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 기판(10)에 형성된 반도체 패턴(15)은 DRAM의 센스 앰프(sense amp) 또는 서브 워드 라인(sub-word line)에 포함된 것일 수 있다.
빔 스플리터(130)는 광원(100)으로부터 제공받은 광을 반사시켜, 기판(10)에 실질적으로 수직인 각도로 광을 입사시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 반도체 소자 검사 장치(1)는 빔 스플리터(130)를 포함하지 않을 수도 있다. 즉, 광원(100)으로부터 발생된 광은 반도체 패턴(15) 또는 기판(10)의 표면을 향하여 예각을 이루며 입사하고, 다시 예각을 이루며 반사된 반사광이 대물 광학계(110) 및 제1 노이즈 필터(120)로 진입하면서, 조사된 광과 반사된 광 사이의 광로가 일치하지 않을 수도 있다. 이 경우, 반도체 소자 검사 장치(1)는 빔 스플리터(130)를 포함하지 않을 수도 있다.
대물 광학계(110)는 기판(10)으로부터 대물 광학계(110)의 초점 거리만큼 이격되어, 기판(10) 및 반도체 패턴(15)의 이미지를 획득함과 동시에, 이 이미지를 적절한 배율로 확대시켜 이후의 계통으로 전달한다.
비록, 도 1에서 대물 광학계(110)는 하나의 렌즈를 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 대물 광학계(110)는, 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 복수 매의 렌즈를 포함함으로써, 기판(10) 및 반도체 패턴(15)로부터 얻어진 이미지의 품질 또는 배율을 향상시키는 구조를 가질 수도 있다.
제1 노이즈 필터(120)는, 대물 광학계(110) 및 결상 광학계(150) 사이에 위치하여, 대물 광학계(110)를 통과한 이미지 신호에 대하여 1차 노이즈 필터링을 수행하고, 제2 이미지 필터(140)와 결상 광학계(150)로 이어지는 후속 계통으로 이미지를 제공할 수 있다.
제1 노이즈 필터(120)는, 대물 광학계(110)를 통과하는 광과 정렬되도록 대물 광학계(110) 상에 배치될 수 있다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 제1 노이즈 필터(120)는 대물 광학계(110)와 결상 광학계(150) 사이에 배치될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 제1 노이즈 필터(120)가 제공받는 광은 대물 광학계(110)를 통과한 광이 아니라, 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광을 직접 제공받을 수도 있다. 이를 위해서, 제1 노이즈 필터(120)는 대물 광학계(110)와 기판(10) 사이의 공간에 배치될 수도 있다.
이 경우, 대물 광학계(110)는 제1 노이즈 필터(120)에 의하여 필터링된 광을 제공받고 이를 확대하여 빔 스플리터(130) 또는 제2 노이즈 필터(140)에 제공할 수 있다.
제1 노이즈 필터(120)의 동작과 관련하여, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)에 포함된 제1 노이즈 필터(120)의 평면도이고, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)에 포함된 제1 노이즈 필터(120')의 평면도이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 제1 노이즈 필터(120)는 원형의 외곽부(125)를 포함하며, 외곽부(125)로 인해 형성된 내부 공간에는 적어도 하나 이상의 바(121a, 121b)가 소정의 간격을 두고 이격되어 형성된 바 패턴(121)을 포함할 수 있다.
제1 노이즈 필터(120)은, 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광이, 반복되는 반도체 패턴(15)으로 반사됨으로써 발생하는 회절 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광이 회절되어 형성되는 회절 패턴은 일정한 방향성을 가지고 제1 노이즈 필터(120)로 입사될 수 있다. 이 때, 제1 노이즈 필터(120)의 바 패턴(121) 사이의 이격 거리(P), 바 패턴(121)의 넓이(t), 바 패턴(121)의 각도(θ)를 조절함으로써, 바 패턴(121)과 제1 노이즈 필터(120)로 입사되는 광의 노이즈 패턴을 중첩시킬 수 있다. 바 패턴(121)과 중첩된 노이즈 패턴은제1 노이즈 필터(120)에 의하여 필터링되고, 노이즈 패턴을 제외한 광 신호만이 제1 노이즈 필터(120)를 통과하여 빔 스플리터(130) 또는 제2 노이즈 필터(140)로 제공된다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 제1 노이즈 필터(120)는 기계적 구동 방식에 의하여 동작할 수 있다. 즉, 상술한 것과 같이, 제1 노이즈 필터(120)의 바 패턴의 넓이(t), 바 패턴 사이의 이격 거리(P) 및 바 패턴의 각도(θ)는 반도체 소자 검사 장치(1)가 측정하는 반도체 소자에 따라 변형될 수 있다.
제1 노이즈 필터(120)가 기계적 구동 방식에 의하는 경우, 바 패턴의 넓이(t), 바 패턴 사이의 이격 거리(P) 및 바 패턴의 각도(θ)는 미세한 크기를 갖는 모터, 예를 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 타입의 모터에 의하여 조절될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 노이즈 필터(120)는 공간 광 변조 소자(Spatial Light Modulator; SLM)를 포함하여 구성될 수도 있다.
즉, 제1 노이즈 필터(120)는 예를 들어, GLV(Grating Light Valve), 투광성 세라믹을 이용한 전기광학소자, 액정 등을 포함할 수 있으며, SLM을 포함하는 제1 노이즈 필터(120)는 바 패턴(121)를 전자적으로 형성하여 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광을 차단할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에서, 제1 노이즈 필터(120')는 앞서 설명한 반도체 소자 검사 장치의 제1 노이즈 필터(120)와 다른 형태를 가질 수 있다.
즉, 제1 노이즈 필터(120')는 바 패턴(126)을 구성하는 바의 개수, 바 패턴(126) 사이의 이격 거리(P'), 바 패턴(126)의 넓이(t) 및 바 패턴(126)의 각도에서, 제1 노이즈 필터(120)의 그것과는 다르게 구성될 수 있다.
제1 노이즈 필터(120)와, 제1 노이즈 필터(120')는 기판(10)의 서로 다른 영역 상의 반도체 패턴(15)의 검사 시 발생하는 회절 노이즈를 필터링하는 것일 수 있다. 즉 예를 들어, 제1 노이즈 필터(120)는 센스 앰프 영역의 검사 시 패턴으로부터 발생하는 회절 노이즈를 필터링하는 것일 수 있다. 반면에, 제1 노이즈 필터(120')는 서브 워드 라인에 포함된 반도체 패턴의 검사 시 발생하는 회절 노이즈를 필터링하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)에서, 제1 노이즈 필터(120)와 제1 노이즈 필터(120')는, 하나의 반도체 소자 검사 장치(1)에 함께 포함되어, 교대로 이용될 수도 있다. 이와는 달리, 반도체 소자 검사 장치(1)는 하나의 제1 노이즈 필터(120)를 포함하고, 기판(10) 상의 제1 영역에 대한 측정이 종료한 후 기판(10) 상의 제2 영역에 대한 측정 개시 시점에 제1 노이즈 필터(120)를 제1 노이즈 필터(120')의 형태로 변형하여 측정할 수도 있다.
제1 노이즈 필터(120)의 동작과 관련하여, 도 4 및 도 5를 참조하여 좀더 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 의해 검사되는 반도체 소자의 예시를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 동작을 도시한 개략도이다. 설명의 편의를 위해, 도 5에서 기판(10), 반도체 패턴(15) 및 제1 노이즈 필터(120)를 제외한 나머지 구성 요소의 도시는 생략하였다.
먼저, 도 4를 참조하면, 검사 대상인 반도체 패턴(15)은 제1 내지 제3 반도체 패턴들(15a, 15b, 15c)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 내지 제2 반도체 패턴(15a, 15b)는, 형상이 불규칙하여 패턴 밀도가 불규칙하게 변화하며, 주위의 다른 패턴들과의 관계에 따라 회절 신호를 발생시키지 않는다. 한편, 두 개의 패턴들(15a, 15b)는 제조 공정상에서 브릿지 불량(A)이 발생한 것이 예시적으로 도시되었다.
한편, 패턴 밀도가 불규칙하게 변화하는 패턴들(15a, 15b) 가운데 규칙적으로 반복되는 패턴(15c)가 존재한다. 이와 같이 규칙적으로 반복되는 패턴(15c)는 앞서 설명한 것과 마찬가지로 입사 및 반사되는 광에 회절에 의한 노이즈를 발생시키는 원인이 될 수 있다.
따라서 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광(L1)은 회절 노이즈 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치(1)는, 제1 노이즈 필터(120)를 이용하여 규칙적으로 반복되는 패턴(15c)에 의한 회절 노이즈를 제거한다.
도 5를 참조하면, 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광(L1)은 제1 노이즈 필터(120)로 제공된다. 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광(L1)은 제1 노이즈 필터(120)로 제공되기 전에, 대물 광학계(110)를 통과할 수 있음은 앞에서 설명한 것과 같다.
제1 노이즈 필터(120)로 제공되는 광(L1)은 반도체 패턴(15)의 이미지에 포함되는 신호와, 반복되어 형성된 반도체 패턴(15c)에 의하여 발생한 회절 노이즈가 혼재되어 있는 상태이다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이 반도체 패턴(15)은 반복되어 형성되는 반도체 패턴(15c)를 포함하고, 이와 같이 반복되는 반도체 패턴(15c)는 조사된 광에 대하여 편광 노이즈를 발생시킬 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 것과 같이, 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광(L1)은 두 종류의 광 패턴(Pattern 1, Pattern 2)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 광 패턴(Pattern 1)의 경우 반복되어 형성된 반도체 패턴(15c)으로 인하여 발생한 회절 노이즈에 해당한다. 이러한 노이즈는 반도체 소자 검사 장치(1)에 의하여 획득된 반도체 패턴(15)의 광학 이미지에 대하여 가로줄 또는 세로줄 모양의 노이즈로 나타날 수 있다.
반면, 제2 광 패턴(Pattern 2)의 경우, 반도체 패턴(15)의 이미지에 의하여 형성된 패턴으로, 즉 회절 노이즈를 형성하지 않는 반도체 패턴(15a, 15b)의 이미지 신호를 포함하는 광 패턴이다.
제1 노이즈 필터(120)에 입사한 광(L1)은, 회절 노이즈를 포함하는 패턴(Pattern 1)과, 포함하지 않는 패턴(Pattern2)을 포함하고, 제1 노이즈 필터(120)를 투과한 광 (L2)는, 회절 노이즈를 포함하지 않는 패턴(Pattern2) 만을 통과시킨다.
제1 노이즈 필터(120)는, 광(L1)이 포함하는 회절 노이즈에 대응하여, 제1 노이즈 필터(120)의 바 패턴의 넓이(t), 바 패턴 사이의 이격 거리(P) 및 바 패턴의 각도(θ)를 조절할 수 있다. 제1 노이즈 필터(120)의 바 패턴의 넓이(t), 바 패턴 사이의 이격 거리(P) 및 바 패턴의 각도(θ)를 설정하기 위하여, 반도체 패턴(15)으로부터 형성되는 광(L1)이 형성하는 이미지에 대한 분석이 선행될 수도 있다.
즉, 반도체 패턴(15)으로부터 반사되어 대물 광학계(110)에 제공되는 광(L1)에 있어서, 반복되는 반도체 패턴(15c)로 인하여 발생하는 가로줄, 또는 세로줄의 패턴을 분석하여, 해당 노이즈의 넓이, 노이즈 패턴 사이의 이격 거리 및 노이즈 패턴의 회전 각도에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
따라서, 상기와 같은 노이즈 패턴에 관한 정보를 획득한 이후에, 제1 노이즈 필터(120)에 대한 미세 조정이 개시될 수 있다. 즉, 해당 노이즈의 넓이, 노이즈 패턴 사이의 이격 거리 및 노이즈 패턴의 회전 각도에 대한 데이터를 이용하여, 제1 노이즈 필터(120)의 바 패턴(121)의 넓이(t), 바 패턴(121) 사이의 이격 거리(P) 및 바 패턴(121)의 각도(θ)를 노이즈 패턴에 맞게 적용하여 제1 노이즈 패턴(120)을 설정한 후, 반도체 소자 검사 장치(1) 내에 배치시킬 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면, 제1 노이즈 필터(120)를 통과하여 회절 노이즈가 제거된 광은 빔 스플리터(130)를 통과하고, 제2 노이즈 필터(140)로 제공된다.
앞서 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)가 빔 스플리터(130)를 포함하지 않는 경우, 제1 노이즈 필터(120)를 통과한 광은 제2 노이즈 필터(140)로 바로 제공될 수도 있다.
제2 노이즈 필터(140)는, 빔 스플리터(130)와 결상 광학계(150) 사이에 배치될 수 있다. 상술한 것과 같이, 만약 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치(1)가 빔 스플리터(130)를 포함하지 않는 경우에, 제2 노이즈 필터(140)는 제1 노이즈 필터(120)와 결상 광학계(150) 사이에 배치될 수도 있다.
제2 노이즈 필터(140)는, 제1 노이즈 필터(120)를 통과한 광, 즉 회절 노이즈가 제거된 광을 통과시키고, 결상 광학계(150)에 제공한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터(140)의 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터(140')의 평면도이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 제2 노이즈 필터(140)는 외곽부(b1)와 중심부(b2)를 포함할 수 있다.
중심부(b2)는 제2 노이즈 필터(140)와 동일한 중심을 공유하는 동심원 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 중심부(b2)는 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광 중, 제2 노이즈 필터(140)의 low NA(numerical aperture) 영역을 지나는 광 성분을 차단할 수 있다. 즉, 중심부(b2)는 차단 영역(146)에 의하여 제2 노이즈 필터(140)에 제공되는 광의 일부를 차단한다.
외곽부(b1)는 제2 노이즈 필터(140)에서 중심부(b2)에 의하여 차단된 영역을 제외한 나머지 영역에 해당한다. 외곽부(b1)는, 제2 노이즈 필터(140)의 외곽 영역을 선택적으로 개방 및 차단할 수 있다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 외곽부(b1)는 차단 영역(145)과 개방 영역(141, 142)에 의하여 선택적으로 광을 개방 및 차단할 수 있다.
도 3a에서 도시된 것은, 제2 노이즈 필터(140)의 외곽부(b1)가 3등분되어 각각 세 개의 차단 영역(145)와 개방 영역(141, 142)을 갖는 것이 도시되었다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 제2 노이즈 필터(140)의 외곽부(b1)의 분할 형태(n=1, 2, …, n은 자연수) 및 차단 영역 사이의 각도(φ)가 조절될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 외곽부(b1)는 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광 중 제2 노이즈 필터(140)의 high NA(numerical aperture) 영역을 지나는 광 성분을 선택적으로 차단할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 노이즈 필터의 형상이 도시된다. 도 3b에 도시된 것과 같이, 제2 노이즈 필터(140')는 중심부(147)만 차단하고, 외곽부(143)를 전부 개방할 수도 있다. 이 경우, 제2 노이즈 필터(140')에 제공되는 광 성분 중 low NA 영역을 지나는 광 성분은 차단되고 high NA 영역을 지나는 광 성분은 전부 통과할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 제2 노이즈 필터(140)는 기계적 구동 방식에 의하여 동작할 수 있다. 즉, 상술한 것과 같이, 제2 노이즈 필터(140)의 외곽부(b1)의 분할 형태 및 차단 영역(145) 사이의 간격(φ)은 반도체 소자 검사 장치(1)가 측정하는 반도체 소자에 따라 변형될 수 있다.
제2 노이즈 필터(140)가 기계적 구동 방식에 의하는 경우, 제2 노이즈 필터(140)의 외곽부(b1)의 분할 형태 및 차단 영역(145) 사이의 간격(φ)은 미세한 크기를 갖는 모터, 예를 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 타입의 모터에 의하여 조절될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 노이즈 필터(140)는 공간 광 변조 소자(Spatial Light Modulator; SLM)를 포함하여 구성될 수도 있다.
즉, 제2 노이즈 필터(140)는 예를 들어, GLV(Grating Light Valve), 투광성 세라믹을 이용한 전기광학소자, 액정 등을 포함할 수 있으며, SLM을 포함하는 제2 노이즈 필터(140)는 차단 영역(145)를 전자적으로 형성하여 제2 노이즈 필터(140)로 제공된 광을 차단할 수 있다.
제2 노이즈 필터(140)의 동작과 관련하여, 이하에서 더욱 자세하게 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 결상 광학계(150)는 제2 이미지 필터(140)를 거친 반도체 패턴(15)의 이미지를 확대하여, 광 검출기(160)에 제공할 수 있다. 결상 광학계(150)는 대물 광학계(110), 제1 노이즈 필터(120) 및 제2 노이즈 필터(140)가 매치된 연장선 상에 위치할 수 있다.
비록, 도 1에서 결상 광학계(150)는 하나의 렌즈를 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 결상 광학계(150)는, 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 복수 매의 렌즈를 포함함으로써, 기판(10) 및 반도체 패턴(15)로부터 얻어진 이미지의 품질 또는 배율을 향상시키는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)는 복수의 결상 광학계(150)를 포함할 수도 있다. 즉, 반도체 소자 검사 장치(1)는 복수의 결상 광학계(150)가 일렬로 배치되고, 하나의 결상 광학계(150)로부터 출력된 광 이미지가 다른 하나의 결상 광학계(150)의 입력으로 제공되는 구조를 가질 수 있다. 이 때, 본 발명의 몇몇 실시예에서 복수의 결상 광학계(150)의 배율은 서로 다를 수도 있다. 또한 복수의 결상 광학계(150)는 제1 노이즈 필터(120) 및 제2 노이즈 필터(140)가 배치된 연상선 상에 정렬되도록 배치될 수 있다.
비록 도 1에서는 제2 노이즈 필터(140)가 결상 광학계(150)와 빔 스플리터(130) 사이에 배치되는 것으로 도시되어, 제2 노이즈 필터(140)를 통과한 광이 결상 광학계(150)로 제공되는 것으로 도시되었으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 몇몇 실시예에서, 결상 광학계(150)가 제2 노이즈 필터(140)와 빔 스플리터(130) 사이에 배치되고, 결상 광학계(150)를 통과한 광이 제2 노이즈 필터(140)로 제공되어 노이즈가 제공될 수도 있다.
광 검출기(160)는 예를 들어, CCD(Charge-Coupled Device) 등의 이미지 센서를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 광 검출기(160)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Sensor)를 포함하는 이미지 센서를 포함할 수도 있다.
광 검출기(160)는 제2 노이즈 필터(140), 결상 광학계(150)가 배치된 연장선 상에 정렬되도록 위치할 수 있다. 광 검출기(160)는 제2 노이즈 필터(140)를 통과하여 노이즈가 제거된 광을 제공받고, 이를 전기적 신호로 변환하여 이미지 파일 등을 생성할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)는 광 검출기(160)가 생성한 이미지 파일을 저장할 수 있는 저장부를 별도로 포함할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 동작을 도시한 개략도이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(1)에서, 제1 노이즈 필터(120)를 통과하여 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광에 의하여 형성되는 이미지는, 노이즈 영역과 제1 시그널 영역으로 나누어질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 6a에서의 측정 영역과는 다른 영역에서 얻어진 이미지로, 제2 시그널 영역과 노이즈 영역으로 나누어질 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서 나타난 시그널 영역과 노이즈 영역을 나누기 위해, 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광에 의하여 형성되는 이미지의 분석 작업이 선행될 수 있다.
이는, 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광에 대하여 복수의 격자(G)를 분류하고, 각각의 격자(G)에 대하여 개방 및 차단을 반복한 결과 검사 대상이 되는 불량의 패턴(예를 들어 도 4의 브릿지 불량)이 식별되는 영역과, 식별되지 않는 영역을 나누는 것이다.
즉, 임의의 격자(G)를 개방하였을 때 노이즈가 증가하여 불량의 패턴의 식별이 어려워진 경우, 해당 격자(G)의 영역은 노이즈 영역으로 식별한다. 이와는 달리 임의의 격자(G)를 개방하였을 때 노이즈가 감소하고 불량의 패턴의 식별이 용이해진 경우, 해당 격자(G)의 영역은 시그널 영역으로 식별한다. 이러한 이미지 분석을 통해, 각각의 검사 대상의 영역에 대하여, 노이즈 영역을 식별하고, 이를 차단하기 위한 제2 노이즈 필터(140)의 패턴을 구성할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 제2 노이즈 필터(140)로 제공되는 광에 의하여 형성되는 이미지의 시그널 영역은, 외곽 영역에서만 식별될 수 있다.
도 6c에서, 도 6a 및 6b로부터 합산한 제1 및 제2 시그널 영역과, 노이즈 영역이 도시된다. 따라서 제2 노이즈 필터(140)는 합산된 제1 및 제2 시그널 영역을 개방할 수 있는 개방부를 형성하고, 노이즈 영역을 차단할 수 있는 차단부가 형성되도록 구성되어 결상 광학계(150) 앞에 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 의하여 얻어진 반도체 패턴의 이미지의 S/N(신호 대 잡음) 비율의 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 제1 및 제2 노이즈 필터를 통과하지 않은 그래프(Original)과, 제1 및 제2 노이즈 필터를 통과한 그래프(Simulation 1)가 도시되었다.
그래프에서 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치의 제1 및 제2 노이즈 필터를 통과한 경우 신호 대 잡음비가 크게 향상된 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치는, 반도체 패턴으로부터 반사된 광에 대하여, 제1 노이즈 필터에 의하여 회절 노이즈를 제거하고, 제2 노이즈 필터에 의하여 외곽부의 시그널 영역만을 선택적으로 통과시켜 광 검출기로 전달한다. 따라서 두 번에 걸친 노이즈 필터링에 의하여 회절 노이즈 및 검출기로 전달되는 광의 외곽부의 시그널을 선택적으로 필터링할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치를 도시한 개략도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(2)는 광원(100), 대물 광학계(110), 제1 노이즈 필터(120), 제1 빔 스플리터(130), 제2 빔 스플리터(230), 제2 노이즈 필터(210), 제3 노이즈 필터(310), 제1 결상 광학계(220), 제2 결상 광학계(320), 제1 광 검출기(230) 및 제2 광 검출기(330)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(2)가 앞서 설명한 실시예에서의 반도체 소자 검사 장치(1)와 다른 점은, 두 개 이상의 광 검출기(230, 330)를 포함하고, 이에 대응하는 노이즈 필터(210, 310) 및 결상 광학계(220, 320)를 추가로 포함한다는 점이다.
광원(100)으로부터 조사된 광은 제1 빔 스플리터(130)를 통해 반사되어 기판(10) 및 반도체 패턴(15) 상으로 조사된다. 반도체 패턴(15)으로부터 반사된 광은 제1 빔 스플리터(130)를 통과하는 한편, 제2 빔 스플리터(230)에 의해 분광되어, 각각 제2 노이즈 필터(210) 및 제3 노이즈 필터(310)로 제공된다.
위에서 설명한 실시예의 반도체 소자 검사 장치(1)와 마찬가지로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(2)는 제1 빔 스플리터(130)를 포함하지 않을 수도 있다.
즉, 광원(100)으로부터 발생된 광은 반도체 패턴(15)의 표면을 향하여 예각을 이루며 입사하고, 반사각을 따라 반사된 반사광이 대물 광학계(110) 및 제1 노이즈 필터(120)로 진입하면서 입사광과 반사광 사이의 광로가 일치하지 않을 수도 있다. 이 경우 반도체 소자 검사 장치(2)는 제1 빔 스플리터(130)를 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치(2)는, 반도체 패턴(15)의 이미지를 얻기 위한 두 가지 광 검출기를 제공할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 제2 광 검출기(230)와 제3 광 검출기(330)는 서로 다른 종류의 광 검출기를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제2 광 검출기(230)는 명시야 현미경(brightfield microscope)를 위한 광 검출기일 수 있고, 제2 광 검출기(330)는 암시야 현미경(darkfield microscope)를 위한 광 검출기일 수 있다.
즉, 제2 광 검출기(230)는 반도체 패턴(15)으로부터 직접 반사된 반사광을 제공받아, 반도체 패턴(15)의 명시야 이미지를 획득할 수 있다. 이와는 달리, 제3 광 검출기(330)는 반도체 패턴(15)으로부터 산란된 산란광을 제공받아, 반도체 패턴(15)의 암시야 이미지를 획득할 수 있다.
따라서 서로 다른 이미지 획득 방식을 수행하는 제2 광 검출기(230) 및 제3 광 검출기(330)에 대하여, 서로 다른 노이즈 성분이 포함되어 제공될 수 있다.
일반적으로, 반복되어 형성된 반도체 패턴(15)에 의하여 발생하는 회절 노이즈의 경우 명시야 현미경 또는 암시야 현미경 여부에 관계없이 공통적으로 발생하여 획득된 이미지에 영향을 미친다.
따라서 대물 광학계(110)와 제2 빔 스플리터(230) 사이에 배치된 제1 노이즈 필터(120)를 이용하여 반도체 패턴(15)의 이미지 상의 회절 노이즈를 제거할 수 있다.
반면, 제2 광 검출기(230)가 명시야 검출기이고, 제3 광 검출기(330)가 암시야 검출기인 경우, 이들로 광을 제공하는 제2 노이즈 필터(210) 및 제3 노이즈 필터(320)의 구성도 다를 수 있다.
도 9a 및 9b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 검사 장치에 포함된 제2 노이즈 필터 및 제3 노이즈 필터의 평면도이다.
도 9a에는 제2 노이즈 필터(210)의 예시적인 형상이 도시되었다. 제2 노이즈 필터(210)가 외곽부(b1)와 중심부(b2)를 포함하고, 중심부(b2)는 차단 영역(145)에 의하여 차단되고 외곽부(b1)는 차단 영역(215)과 개방 영역(211, 212)에 의하여 선택적으로 개방 및 차단할 수 있는 것은 앞서 설명한 실시예와 유사하다.
한편, 도 9b에는 제3 노이즈 필터(310)의 예시적인 형상이 도시되었다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제2 노이즈 필터(210)와 제3 노이즈 필터(310)의 형상은 다를 수 있다. 즉, 도 9b에 도시된 것과 같이, 제3 노이즈 필터(310)의 차단 영역(315a, 351b)의 분할 형태, 개방 영역(311, 312) 사이의 간격은 제2 노이즈 필터(210)와 서로 다를 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 15: 반도체 패턴
20: 스테이지 100: 광원
110: 대물 광학계 120: 제1 노이즈 필터
130, 230: 빔 스플리터 140: 제2 노이즈 필터
150: 결상 광학계 160: 광 검출기

Claims (10)

  1. 반도체 패턴으로 광을 조사하는 광원;
    상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광을 통과시키는 대물 광학계;
    상기 대물 광학계를 통과한 광을 제공받고, 적어도 하나 이상의 바 패턴을 포함하여 상기 광의 회절 노이즈를 필터링하는 제1 노이즈 필터;
    상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여, 상기 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하고 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키는 제2 노이즈 필터;
    상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바 패턴은 상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광의 회절 노이즈와 중첩되어 상기 제1 노이즈 필터를 통과하는 광의 회절 노이즈를 제거하는 패턴 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 제공받고, 상기 광을 결상하여 상기 광 검출기로 제공하는 결상 광학계를 더 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광을 분리하는 빔 스플리터를 더 포함하되,
    상기 광 검출기는 제1 광 검출기, 상기 제1 광 검출기와 다른 제2 광 검출기를 포함하고,
    상기 빔 스플리터를 통과한 광은 분주되어 상기 제1 광 검출기 및 상기 제2 광검출기로 각각 제공되는 반도체 소자 검사 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 광 검출기는 명시야(brightfield) 검출기이고, 상기 제2 광 검출기는 암시야(darkfield) 검출기인 반도체 소자 검사 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 노이즈 필터는, 상기 명시야 검출기로 필터링된 광을 제공하는 명시야 필터와, 상기 암시야 검출기로 필터링된 광을 제공하는 암시야 필터를 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 명시야 필터의 외곽부와, 상기 암시야 필터의 외곽부의 형상은 서로 다른 반도체 소자 검사 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 패턴은 DRAM 회로에 배치되고, 제1 영역 및 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  9. 반도체 패턴으로 광을 조사하고,
    상기 반도체 패턴으로부터 반사된 광을 대물 광학계를 통해 통과시키고,
    상기 대물 광학계를 통과한 광에 대해 적어도 하나 이상의 바 패턴을 포함하는 제1 노이즈 필터를 이용하여 회절 노이즈를 필터링하고,
    상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여, 제2 노이즈 필터를 이용하여 상기 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하되 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키고,
    상기 제2 노이즈 필터를 통과한 광을 검출하는 광 검출기로 검출하는 것을 포함하는 반도체 소자 검사 장치의 구동 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 노이즈 필터를 통과한 광에 대하여 빔 스플리터를 이용하여 제1 광과 제2 광으로 분리하고,
    상기 제1 광 및 제2 광에 대하여,
    제2 노이즈 필터 및 제3 노이즈 필터를 각각 이용하여 상기 제1 광 및 제2 광에 의하여 형성되는 이미지의 중앙부는 차단하되 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부의 적어도 일부를 통과시키고,
    상기 제2 노이즈 필터 및 제3 노이즈 필터를 통과한 상기 제1 광 및 제2 광을 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기로 각각 검출하는 것을 포함하는 반도체 소자 검사 장치의 구동 방법.
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