KR20220130407A - 주사 전자 현미경을 이용한 cd 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

CD 측정 방법은 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것; 상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고; 상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및 상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며, 상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높다.

Description

주사 전자 현미경을 이용한 CD 측정 방법{METHOD FOR MEASURING CD USING A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}
주사 전자 현미경을 이용한 CD 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화에 따라 고정밀도 및 균일도를 갖는 반도체 미세구조물이 필요하다. 반도체 소자의 디자인 룰 축소에 따라 제조된 미세 패턴의 선폭(Critical Dimension, CD)에 대한 측정의 중요성이 증대되고 있다. 주사 전자 현미경은 반도체 소자의 패턴에 대한 이미지를 생성할 수 있고, 생성된 이미지를 통해 CD를 측정할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 과제는 CD(Critical Dimension, 이하 CD) 측정 시 CD의 측정 오류를 줄일 수 있는 CD 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 방법은 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것; 상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고; 상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및 상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며, 상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높다.
본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 방법은 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것; 상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고; 상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및 상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며, 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지를 생성하는 것은, 상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역에 각각에 대하여 주사 전자 현미경을 이용하여 주사 방향을 제1 방향으로 하여 스캔하는 것을 포함하고, 상기 CD를 측정하는 것은, 상기 측정 대상에 대한 제2 방향의 CD를 측정하는 것을 포함하며, 상기 기판은 스크라이브 레인으로 분리되는 복수의 칩 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역은 각각 서로 다른 칩 영역에 포함되고, 상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높다.
본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 방법은 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것; 상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고; 상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및 상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며, 상기 기판은 스크라이브 레인으로 분리되는 복수의 칩 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역은 각각 서로 다른 칩 영역 내에서 상대적 위치가 동일하고, 상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높다.
본 개시의 실시예에 따르면, 해상도가 증가된 SEM 이미지를 획득함으로써, SEM 이미지를 통한 CD 측정 시 정밀도가 개선될 수 있고, CD 측정 시 사람이 개입하는 횟수가 현저하게 감소될 수 있다. 또한, SEM 이미지를 획득하는 과정에서 기판의 손상 또는 파괴 없이 해상도가 증가된 SEM 이미지를 획득할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 시스템을 통해 CD를 측정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판에 대한 복수의 SEM 이미지를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4은 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 기판의 제1 칩 영역과 제2 칩 영역에 대한 확대도이다.
도 6은 도 4의 기판의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에 대한 확대도들의 일 예시이다.
도 7은 도 4의 기판의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에 대한 확대도들의 일 예시이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 병합 이미지이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 병합 전의 SEM 이미지들과 SEM 이미지들이 병합된 병합 이미지를 보여준다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 장치를 도시한 블록도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 시스템의 블록도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 시스템을 통해 CD를 측정하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판에 대한 복수의 SEM 이미지를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 4은 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4의 기판의 제1 칩 영역과 제2 칩 영역에 대한 확대도이다. 도 6은 도 4의 기판의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에 대한 확대도들의 일 예시이다. 도 7은 도 4의 기판의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에 대한 확대도들의 일 예시이다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 병합 이미지이다.
도 1을 참조하면, CD 측정 시스템(10)은 패턴 생성 장치(100)와 CD 측정 장치(200)를 포함할 수 있다. CD 측정 장치(200)는 이미지 생성부(210), 이미지 병합부(220) 및 CD 측정부(230)를 포함할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 패턴 생성 장치(100)는 기판(W) 내에 패턴들을 형성할 수 있다(S10). 예를 들어, 기판(W)은 웨이퍼나 레티클과 같은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 패턴 생성 장치(100)는 기판(W)를 식각하여 패턴들을 형성하거나, 기판(W) 상에 형성된 물질을 식각 또는 노광하여 패턴들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 패턴 생성 장치(100)는 식각 장비, 증착 장비 또는 노광 장비 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
패턴들은 기판(W)이 식각되어 형성된 반도체 패턴일 수 있고, 및/또는 기판(W) 상에 형성된 물질막 패턴일 수 있다. 물질막 패턴은 포토레지스트 패턴 또는 전기 신호의 통로가 되는 도전막 패턴, 또는 도전막 패턴을 타 도전 패턴으로부터 절연시키는 절연막 등과 같은 다양한 물질막 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물질막 패턴은 기판의 하부막 상에 형성될 수 있다. 하부막은 반도체층, 절연막, 도전막 또는 하드 마스크막 등을 포함할 수 있다.
기판(W)는 스크라이브 레인(SL)으로 분리되는 복수개의 칩 영역(CH)들을 포함할 수 있다. 칩 영역(CH)은 반도체 소자가 형성되는 영역일 수 있다. 상기 반도체 패턴 또는 상기 물질막 패턴은 칩 영역(CH) 내에 형성될 수 있다.
패턴들은 기판(W)의 각각의 칩 영역(CH)마다 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 각각의 칩 영역(CH)에 형성된 패턴들은 서로 크기, 형상, 배열 등이 실질적으로 동일하고, 각각의 칩 영역(CH) 내에서의 상대적인 위치가 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 기판(W)의 제1 칩 영역(CH1) 내의 패턴들은 제2 칩 영역(CH2) 내의 패턴들과 동일할 수 있다. 기판(W)의 제3 칩 영역(CH3) 내의 패턴들은 제1 칩 영역(CH1) 및 제2 칩 영역(CH2) 내의 패턴들과 동일할 수 있다. 제1 내지 제3 칩 영역(CH1, CH2, CH3)은 기판(W) 내의 서로 다른 임의의 칩 영역일 수 있다.
패턴 생성 장치(100)에 의해 형성된 패턴들을 포함하는 기판(W)은 CD 측정 장치(200)로 제공될 수 있다. 패턴들을 포함하는 기판(W)은 CD 측정 장치(200)의 이미지 생성부(210)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(W)은 이미지 생성부(210)의 SEM에 제공될 수 있다.
이미지 생성부(210)는 패턴들을 포함하는 기판(W)에 대한 복수의 SEM 이미지를 생성할 수 있다(S20). 이미지 생성부(210)는 전자 빔을 이용하는 검사 장치인 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)을 포함할 수 있다. 예를 들어, SEM은 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 소스, 전자 빔을 집속하기 위한 전자기 렌즈 및 검사 대상을 배치하기 위한 스테이지 등을 포함할 수 있다. 패턴들을 포함하는 기판(W)이 SEM에 제공되고, 이미지 생성부(210)가 SEM을 제어하여, SEM을 통해 기판(W)을 스캔하여 SEM 이미지를 생성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, SEM은 CD 측정 장치(200)의 외부의 장치일 수도 있다.
SEM은 기판(W)의 적어도 일부 영역 상에 1차 전자를 조사하여 스캐닝한 후, 기판으로부터 방출 또는 반사되는 2차 전자를 검출하여 패턴에 대한 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 2차 전자는 1차 전자에 의하여 기판의 원자로부터 이온화된 전자일 수 있다. 2차 전자는 기판의 표면 또는 기판의 패턴의 형상에 따라 다른 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 패턴의 상면보다는 경사면에서 높은 에너지를 갖는 2차 전자가 생성되고, 패턴의 경사면보다는 에지 영역에서 더 높은 에너지를 가지는 2차 전자가 생성될 수 있다. 패턴의 형상에 따라 다른 세기로 방출되거나 또는 반사되는 2차 전자가 갖는 에너지 준위에 따라 다른 세기의 전자 신호가 생성될 수 있다. SEM은 생성된 전자 신호를 검출하고, 검출된 전자 신호를 증폭시킨 후, 증폭된 전자 신호를 패턴에 대한 이미지 데이터(즉, SEM 이미지)로 변환시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 이미지 생성부(210)가 기판(W)에 대한 복수의 SEM 이미지를 생성하는 것(S20)은 기판(W) 내에서 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 설정하는 것(S21)을 포함하고, 설정된 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 SEM 이미지들을 생성하는 것(S22)을 포함할 수 있다(n은 2 이상의 자연수일 수 있다). 도 4에 도시된 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각의 위치는 임의로 도시된 것이며, 본 발명이 도 4에 도시된 것에 의해 제한되는 것은 아니다.
기판(W)이 이미지 생성부(210)에 제공되면, 이미지 생성부(210)는 기판(W) 내에서 SEM에 의해 스캔 될 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 설정할 수 있다(S21). 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각 측정 대상을 포함하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각 CD 측정에 사용될 적어도 하나의 패턴을 포함하거나 CD 측정에 사용될 패턴들의 일부를 포함할 수 있다. 이미지 생성부(210)는 외부 입력 신호에 따라 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 설정할 수 있고, 또는 미리 저장된 설정 신호에 따라 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 결정할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 제1 내지 제n 영역(1, 2, 3, ?, n)은 기판(W) 내의 서로 다른 영역일 수 있다. 제1 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 기판(W) 상에서 서로 중첩되지 않는 영역일 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(1)과 제2 영역(2)은 기판(W) 상의 서로 다른 영역이고, 제3 영역(3)은 제1 영역(1) 및 제2 영역(2)과 다른 기판(W) 상의 영역일 수 있다. 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 기판(W) 상에서 서로 이격될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각 기판(W) 내의 서로 다른 칩 영역(CH) 내에 위치하는 영역들일 수 있다. 기판(W)은 스크라이브 레인(SL)으로 구분되는 복수의 칩 영역(CH)들을 포함할 수 있고, 제1 내지 제n 영역(1, 2, 3, ..., n)은 각각 복수의 칩 영역(CH)들에서 서로 다른 칩들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(1)은 제1 칩 영역(CH1) 내의 일부 영역이고, 제2 영역(2)은 제2 칩 영역(CH2) 내의 일부 영역이고, 제3 영역(3)은 제3 칩 영역(CH3) 내의 일부 영역일 수 있다. SEM의 전자 빔에 의해 패턴이 일정 한도 이상 조사되는 경우 패턴이 손상될 수 있기 때문에, 본 발명은 이격되는 여러 영역으로부터 복수의 SEM 이미지를 획득함으로써, SEM의 전자 빔에 의해 패턴이 손상되는 것을 최소화 할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각이 위치하는 칩 영역(CH)들 내에서 상대적인 위치가 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 칩 영역(CH1)에서 제1 지점(01)의 좌표를 기준점 (0,0)으로 할 때, 제1 영역(1)의 제1 꼭지점(m1)의 좌표가 (a, b)라고 하자. 이 경우, 제2 칩 영역(CH2)에서 제1 지점(1)에 대응하는 제2 지점(02)의 좌표를 기준점 (0,0)으로 두면, 제1 영역(1)의 제1 꼭지점(m1)과 대응하는 제2 영역(2)의 제2 꼭지점(m2)의 좌표는 (a, b)일 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 이미지 생성부(210)에 의해 설정되는 제1 영역 내지 제n 영역(도면에서는 n=3까지만 도시)은 각각 동일한 패턴을 포함할 수 있다. 즉, 제1 영역 내지 제n 영역이 포함하는 패턴들은 각각이 포함되는 영역 내에서 서로 개수, 형상, 크기, 배열 등이 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 내지 제3 영역(1, 2, 3)은 각각 CD를 측정하고자 하는 측정 대상(MO1, MO2, MO3)을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 이미지 생성부(210)에 의해 설정되는 제1 영역 내지 제n 영역(도면에서는 n=3까지만 도시)은 각각 동일한 패턴을 포함하되, 포함하는 패턴의 개수 및/또는 배열이 다를 수 있다. 다만, 이 경우에도 제1 내지 제3 영역(1, 2, 3)은 각각 CD를 측정하고자 하는 측정 대상(MO1, MO2, MO3)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각 서로 동일한 패턴을 적어도 하나 포함할 수 있다.
이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 설정한 후, 설정된 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대해 한 번씩 스캔하여, 설정된 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대해 SEM 이미지를 하나씩 생성할 수 있다(S22). 즉, 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제n 영역 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 이미지 생성부(210)는 총 n개의 SEM 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 n은 대략 10~13일 수 있다. 즉, 이미지 생성부(210)는 대략 10~13개의 SEM 이미지를 생성할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)은 각각 사각형, 직사각형 또는 원형 등의 형상이며, 서로 동일한 형상과 크기를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 이미지 생성부(210)가 설정된 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 SEM 이미지들을 생성할 때, SEM은 전자 빔을 일 방향으로 이동시키면서 기판을 스캔할 수 있다. 여기서, 전자 빔이 이동하는 방향은 주사 방향으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, SEM은 제1 방향(D1)을 따라 전자 빔을 조사하면서 기판을 스캔할 수 있다. 즉, SEM은 도 5에 도시된 제1 라인(id1)들과 같이 기판을 스캔할 수 있다. 이 경우, 주사 방향은 제1 방향(D1)일 수 있다. 또는, SEM은 전자 빔을 제2 방향(D2)을 따라 조사하면서 기판을 스캔할 수 있다. 즉, SEM은 도 5에 도시된 제2 라인(id2)들과 같이 기판을 스캔할 수 있다. 이 경우, 주사 방향은 제2 방향(D2)일 수 있다. 주사 방향은 전자 빔의 이동 방향을 조절함으로써 변경될 수도 있고, 또는 전자 빔의 이동 방향은 그대로 두고 기판을 회전시키는 것을 통해서도 변경될 수 있다.
이미지 생성부(210)는 SEM을 통해 제1 영역 내지 제n 영역 각각에 대해 전자 빔을 조사하여 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각을 스캔 하되, 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 주사 방향을 조절할 수 있다. 일 실시예에 있어서, SEM은 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 주사 방향을 동일하게 하여 스캔할 수 있다. 예를 들어, SEM은 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대하여 주사 방향을 제1 방향(D1)으로 하여 스캔할 수 있다. 또는, SEM은 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대하여 주사 방향을 제2 방향(D2)으로 하여 스캔할 수 있다. 다만, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 다른 방향으로 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대하여 주사 방향을 동일하게 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 이미지 생성부(210)는 SEM을 통해 제1 영역 내지 제n 영역 중 일부 영역에 대하여는 주사 방향을 일 방향으로 설정하고, 다른 일부 영역에 대하여는 주사 방향을 일 방향과 다른 방향으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 중 일부 영역에 대하여는 주사 방향을 제1 방향(D1)으로 설정하고, 다른 일부 영역에 대하여는 주사 방향을 제2 방향(D2)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 직교할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 내지 제10 영역에 각각에 대하여 SEM 이미지를 생성하는 경우, 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제5 영역에 대하여는 주사 방향을 제1 방향(D1)으로 설정하고, 제6 영역 내지 제10 영역에 대하여는 제1 방향과 다른 제2 방향(D2)으로 주사 방향을 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, SEM은 동일한 조건에서 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 SEM 이미지들을 생성할 수 있다. 즉, SEM은 동일한 조건에서 제1 영역 내지 제n 영역 각각을 스캔할 수 있다. 여기서, 동일한 조건이란, 밝기, 대비, 배율, 픽셀 사이즈 등의 주사 방향을 제외한 모든 조건 포함할 수 있다.
이미지 생성부(210)는 기판을 이용하여 복수의 SEM 이미지를 형성한 후, 기판을 다시 패턴 생성 장치(100)에 제공할 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 생성부(210)가 복수의 SEM 이미지를 형성한 후에, 이미지 병합부(220)가 병합 이미지를 생성할 수 있다(S30). 일 실시예에 있어서, 이미지 병합부(220)는 이미지 생성부(210)로부터 복수의 SEM 이미지를 제공받고, 제공받은 SEM 이미지들을 병합하여 병합 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제n 영역 각각에 대한 SEM 이미지들을 형성한 후, SEM 이미지들을 이미지 병합부(220)로 제공할 수 있다. 이미지 병합부(220)는 SEM 이미지들을 구성하는 화소들을 중첩시켜 병합 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 병합부(220)는 각각의 SEM 이미지들에 포함되는 측정 대상들에 대한 패턴 이미지들이 서로 완전히 중첩되도록 SEM 이미지들을 중첩시킬 수 있다. 여기서, 패턴 이미지는 SEM 이미지에 포함되는 기판 상의 실제 패턴(또는, 측정 대상)의 이미지를 의미한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 이미지 병합부(220)는 측정 대상(MO1, MO2, MO3)들 각각에 대한 패턴 이미지가 서로 완전히 중첩되도록 SEM 이미지를 중첩시킬 수 있다. 도 7과 같이, SEM 이미지들 각각이 포함하는 패턴이 다른 경우에도, 이미지 병합부(220)는 각각의 SEM 이미지들에서 측정 대상(MO1, MO2, MO3)에 대한 패턴 이미지들을 선택하고, 선택된 패턴 이미지들을 중첩시켜 병합 이미지를 생성할 수 있다. 패턴 이미지들을 중첩시키는 것은 패턴 이미지들 각각에 대한 기준점을 설정하고, 기준점들을 중첩시키는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이미지 병합부(220)는 제공받은 SEM 이미지들 각각을 병합 가능한 상태로 처리한 후, 처리된 이미지들을 병합하여 병합 이미지를 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 이미지 병합부(220)는 제공받은 SEM 이미지들 각각을 기초로 SEM 이미지들에 대응하는 전자 신호를 생성하고, 생성된 전자 신호들을 병합한 후, 병합된 전자 신호들을 기초로 병합 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 병합부(220)는 제1 내지 제n 이미지 각각으로부터 제1 신호 내지 제n 신호를 추출할 수 있고, 제1 신호 내지 제n 신호를 병합하여 병합된 신호를 통해 병합 이미지를 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 이미지 병합부(220)는 이미지 생성부(210)로부터 전자 신호들을 제공받고, 제공받은 전자 신호들을 병합한 후, 병합된 전자 신호를 통해 병합 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성부(210)는 SEM이 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n)을 각각 스캔하여 SEM 이미지들을 생성하기 위한 전자 신호들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성부(210)는 제1 영역에 대한 스캔을 통해 제1 전자 신호를 얻을 수 있고, 제2 영역에 대한 스캔을 통해 제2 전자 신호를 얻을 수 있다. 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내지 제n 영역을 스캔하여 얻은 각각의 전자 신호들(제1 신호 내지 제n 신호)을 저장할 수 있고, 저장된 전자 신호들을 이미지 병합부(220)에 제공할 수 있다. 또는, 이미지 생성부(210)는 제1 영역 내제 제n 영역을 스캔하여 전자 신호를 얻을 때마다 얻은 전류 진호를 이미지 병합부(220)로 제공할 수 있다. 이미지 병합부(220)는 제공받은 전자 신호들을 병합한 후 병합된 전자 신호를 기초로 병합 이미지를 생성할 수 있다.
병합 이미지는 병합 전의 제1 영역 내지 제n 영역(1, 2, 3, … , n) 각각에 대한 SEM 이미지들 각각의 해상도보다 해상도가 높을 수 있다. 도 8을 참조하면, 병합 전 SEM 이미지들보다 병합 후의 병합 이미지의 해상도가 높은 것을 확인할 수 있다. 전술하였듯이, SEM은 기판으로 1차 전자를 조사하고, 1차 전자와 기판 간의 상호작용으로 발생하는 2차 전자에 의한 전자 신호를 통해 SEM 이미지를 생성한다. 즉, SEM 이미지를 생성하는 과정은 전자들의 상태를 통계적 분포로 추정하는 것이다. 여기서 전자 분포에 대한 변동성은 전자의 양이 증가함에 따라 감소한다. 전자 분포의 변동성이 적을수록 SEM 이미지의 해상도가 증가한다. 따라서, SEM 이미지 형성에 사용되는 전자의 양이 많을수록 SEM 이미지의 해상도가 증가한다. 본 발명은 이와 같은 원리에 따른 것으로, 병합 이미지를 생성할 때 전자 신호를 병합하므로, SEM 이미지 형성에 사용되는 전자 수보다 병합 이미지 형성에 사용되는 전자의 수가 증가되어, 병합 이미지의 해상도가 SEM 이미지의 해상도보다 증가될 수 있다. 또한, SEM 이미지의 화소들을 중첩시켜 병합 이미지를 생성하는 경우에도, SEM 이미지의 화소들은 전자 신호에 대한 표시이므로, 병합 이미지 형성에 사용되는 전자 수가 증가되어, 병합 이미지의 해상도가 SEM 이미지의 해상도보다 증가될 수 있다.
CD 측정부(230)가 병합 이미지를 기초로 CD를 측정할 수 있다(S40). CD 측정부(230)가 병합 이미지를 기초로 CD를 측정하는 것은, CD 측정부(230)가 병합 이미지 내에서 측정 대상에 대한 패턴 이미지를 인식하고, 패턴 이미지 상에 CD를 측정하기 위한 마크들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. CD 측정부(230)는 병합 이미지 내에서 패턴 이미지의 엣지 영역에 마크들을 형성할 수 있다. CD 측정부(230)는 마크들 사이의 거리를 측정함으로써 CD를 측정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 예를 들어, CD 측정부(230)는 제1 패턴 이미지(P1)와 제2 패턴 이미지(P2) 사이의 제1 CD(CD1)를 측정하기 위해서, 병합 이미지 내에서 제1 패턴 이미지(P1)과 제2 패턴 이미지(P2)를 인식하여 제1 패턴 이미지(P1)의 엣지 상에 제1 마크(mark1)를 형성하고, 제2 패턴 이미지(P2)의 엣지 상에 제2 마크(mark2)를 형성할 수 있다. CD 측정부(230)는 제1 마크(mark1)와 제2 마크(mark2) 간의 거리를 측정하여 제1 패턴 이미지(P1)와 제2 패턴 이미지(P2) 간의 제1 CD(CD1)를 측정할 수 있다. 또 다른 예를 들면, CD 측정부(230)는 제3 패턴 이미지(P3)의 제2 CD(CD2)를 측정하기 위해서, 병합 이미지 내에서 제3 패턴 이미지(P3)를 인식하여 제3 패턴 이미지(P1)의 엣지 상에 제3 마크(mark3)와 제4 마크(mark4)를 형성할 수 있다. CD 측정부(230)는 제3 마크(mark3)와 제4 마크(mark4) 사이의 거리를 측정하여 제2 CD(CD2)를 측정할 수 있다. CD 측정부(230)가 인식하는 패턴 이미지들과 패턴 이미지들 상에 형성되는 마크들의 위치는 외부 입력 신호에 따라 결정될 수 있다. 또는, CD 측정부(230)가 인식하는 패턴 이미지들과 패턴 이미지들 상에 형성되는 마크들의 위치는 미리 저장된 설정 신호에 따라 결정될 수 있다.
CD 측정부(230)는 SEM 이미지들을 형성할 때의 주사 방향과 무관하게, 임의의 방향으로 CD를 측정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, CD를 측정하는 것은 주사 방향과 직교하는 방향으로 CD를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성부(210)에서 제1 영역 내지 제n 영역 각각에 대해 주사 방향을 제1 방향(D1)으로 하여 SEM 이미지들을 형성한 경우, CD 측정부(230)는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 CD를 측정할 수 있다. 해상도가 개선된 병합 이미지를 통해 CD를 측정하므로, 주사 방향과 다른 방향의 CD를 측정하는 경우에도 CD를 정확하게 측정할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 병합 전의 SEM 이미지들과 SEM 이미지들이 병합된 병합 이미지를 보여준다. 도 9를 참조하면, 병합 전의 SEM 이미지들은 주사 방향을 제1 방향(D1)으로 하여 생성된 이미지들이다. SEM 이미지들에서는 주사 방향과 동일하게 제1 방향(D1)으로 연장되는 패턴 엣지(E1)들은 흐릿하고, 주사방향과 직교하는 제2 방향(D2)으로 연장되는 패턴 엣지(E2)들은 선명한 것을 확인할 수 있다. 종래에 이와 같은 SEM 이미지들에서 패턴 엣지(E1)을 이용하여 제2 방향(D2)의 CD를 측정하는 경우, CD를 정확하게 측정하기 어려웠다. 또한, CD를 측정할 때에 측정 대상의 엣지들 상에 마크를 표시하고, 마크 간의 거리를 통해 CD를 측정하는데, SEM 이미지의 해상도가 낮아 마크가 패턴의 엣지들 상에 정확히 표시되지 않을 경우 사람이 직접 SEM 이미지 각각에 대해 CD를 측정하기 위한 마크를 수정해야 했다. 본 발명에서는 해상도가 개선된 병합 이미지를 이용하여 CD를 측정하므로, CD 측정의 정밀도가 개선될 수 있으며, 사람이 오류를 수정해야할 필요도 없다. 만약, 오류를 수정하는 경우에도 병합 이미지에 대하여 한 번만 수정하면 되므로 사람의 개입 횟수가 현저히 감소될 수 있다. 특히, 병합 이미지에서 확인할 수 있듯이, 주사 방향과 동일한 방향으로 연장되는 패턴 엣지(E3)도 해상도가 증가되므로, 주사 방향과 동일한 방향의 CD 뿐만 아니라, 주사 방향과 직교하는 방향의 CD를 측정할 때에도 정확한 CD를 측정할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 CD 측정 장치를 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, CD 측정 장치(200)는 프로세서(201), 입/출력 장치(202), 및 메모리(203)를 포함할 수 있다. CD 측정 장치(200)는 보조 기억 장치(204)를 더 포함할 수 있다. 입/출력 장치(202), 프로세서(201), 메모리(203) 및 보조 기억 장치(204)는 서로 버스를 통하여 연결될 수 있고, 프로세서(201)는 입/출력 장치(202), 메모리(203) 및 보조 기억 장치(204)를 제어할 수 있다.
프로세서(201)는 CD측정 장치(200)의 구동에 필요한 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(201)는 기판에 형성된 측정 대상의 CD를 측정하기 위한 동작과 관련된 각종 처리 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(201)는 메모리(203)에 저장된 제어 프로그램을 실행함으로써 본 개시의 CD 측정 방법을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도 1의 이미지 생성부(210), 이미지 합성부(220), 및 CD 측정부(230)는 각각 프로세서(201)와 메모리(203)에 의해 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 프로세서(201)는 복수의 코어를 포함하는 멀티 코어 환경으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(201)는 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 프로세서 유닛(GPU), 또는 애플리케이션 프로세서(AP)를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(203)는 SRAM(Static Random Access Memory)이나 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리이거나, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM, NOR 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리일 수 있다.
입/출력 장치(202)에서 입력 장치는 사용자가 조작할 수 있도록 구성된 것으로, 예를 들어, 키보드, 조작 패널, 또는 다양한 판독 장치로 구성될 수 있다. 출력 장치는 모니터, 프린터 및 기록 장치 등으로 구성될 수 있다. 출력 장치를 통해 본 개시의 CD 측정 방법에 따라 형성된 SEM 이미지들과 합성 이미지가 사용자에게 디스플레이 될 수 있다.
보조 기억 장치(204)는 CD 측정 장치(200)의 저장 매체로서 제공될 수 있다. 보조 기억 장치(204)는 응용 프로그램들 및 각종 데이터를 저장할 수 있다. 보조 기억 장치는 메모리 카드(MMC, eMMC, SD, MicroSD 등)나 하드디스크 드라이브(HDD)로 제공될 수도 있다. 보조 기억 장치(204)는 대용량의 저장 능력을 가지는 낸드 플레시 메모리를 포함할 수 있다. 또는 보조 기억 장치(204)는 PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등의 차세대 불휘발성 메모리나 NOR 플래시 메모리를 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
10: CD 측정 시스템
100: 패턴 생성 장치
200: CD 측정 장치
210: 이미지 생성부
220: 이미지 병합부
230: CD 측정부

Claims (10)

  1. 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것;
    상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고;
    상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및
    상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며,
    상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높은, CD 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지를 생성하는 것은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역에 각각에 대하여 주사 전자 현미경을 이용하여 주사 방향을 제1 방향으로 하여 스캔하는 것을 포함하고,
    상기 CD를 측정하는 것은,
    상기 측정 대상에 대한 제2 방향의 CD를 측정하는 것을 포함하는, CD 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하는, CD 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지를 생성하는 것은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역 중 일부에 대하여는 주사 전자 현미경을 이용하여 주사 방향을 제1 방향으로 하여 스캔하는 것, 및
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역 중 다른 일부에 대하여는 주사 전자 현미경을 이용하여 주사 방향을 제2 방향으로 하여 스캔하는 것을 포함하며,
    상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교하는, CD 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지를 생성하는 것은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역 각각을 동일한 조건 하에서 주사 전자 현미경으로 스캔하는 것을 포함하는, CD 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동일한 조건은, 배율, 밝기 및 픽셀 사이즈 포함하는, CD 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 스크라이브 레인으로 분리되는 복수의 칩 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역은 각각 서로 다른 칩 영역에 포함되는, CD 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역은 각각 서로 다른 칩 영역 내에서 상대적 위치가 동일한, CD 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 서로 동일한 패턴을 적어도 하나 포함하는, CD 측정 방법.
  10. 기판 내에 복수의 패턴을 형성하는 것;
    상기 기판 내의 제1 영역 내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하는 것, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 각각 상기 복수의 패턴 중 적어도 일부를 포함하고;
    상기 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 생성하는 것; 및
    상기 병합 이미지를 이용하여 상기 복수의 패턴 중 측정 대상에 대한 CD를 측정하는 것을 포함하며,
    상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지를 생성하는 것은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역에 각각에 대하여 주사 전자 현미경을 이용하여 주사 방향을 제1 방향으로 하여 스캔하는 것을 포함하고,
    상기 CD를 측정하는 것은,
    상기 측정 대상에 대한 제2 방향의 CD를 측정하는 것을 포함하며,
    상기 기판은 스크라이브 레인으로 분리되는 복수의 칩 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역 내지 상기 제n 영역은 각각 서로 다른 칩 영역에 포함되고,
    상기 병합 이미지는 상기 제1 이미지 내지 상기 제n 이미지 각각보다 해상도가 높은, CD 측정 방법.
KR1020210035249A 2021-03-18 2021-03-18 주사 전자 현미경을 이용한 cd 측정 방법 KR20220130407A (ko)

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