KR20230037102A - 주사 전자 현미경 장치, 반도체 생산 장치, 및 그 제어 방법 - Google Patents

주사 전자 현미경 장치, 반도체 생산 장치, 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치는, 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스, 소정의 패턴을 갖는 구조체들을 포함하는 객체가 안착되는 스테이지와 상기 전자 빔 소스 사이에 배치되며, 전자기장을 생성하여 렌즈를 제공하는 주사 코일 및 비점수차 조절기를 포함하는 렌즈부, 및 상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 구조체들이 나타나는 패턴 영상과 상기 객체 상에서의 상기 전자 빔의 분포가 나타나는 복수의 커널 영상들을 획득하며, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들을 이용하여 상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절한다.

Description

주사 전자 현미경 장치, 반도체 생산 장치, 및 그 제어 방법{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE DEVICE, SEMICONDUCTOR MANUFACTURING DEVICE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 주사 전자 현미경 장치, 반도체 생산 장치, 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
주사 전자 현미경 장치 등과 같이 전자 빔을 이용하는 장치에서는, 분석하고자 하는 대상 및/또는 공정을 진행하고자 하는 대상에 전자 빔을 정확하게 조사할 필요가 있다. 전자 빔 소스로부터 방출된 전자 빔은 전자기장으로 형성되는 콘덴서 렌즈 등을 통과하여 대상에 입사하게 되며, 전자 빔을 대상에 정확하게 조사하기 위해서는 초점(focus)과 비점수차(stigmation)를 정확하게 제어할 수 있어야 한다. 다만, 수동으로 초점과 비점수차를 조절하는 데에는 긴 시간이 소요되어 공정의 효율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 초점과 비점수차를 자동으로 조절하여 동시에 최적화함으로써, 공정 효율을 개선할 수 있는 주사 전자 현미경 장치, 반도체 생산 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치는, 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스, 소정의 패턴을 갖는 구조체들을 포함하는 객체가 안착되는 스테이지와 상기 전자 빔 소스 사이에 배치되며, 전자기장을 생성하여 렌즈를 제공하는 주사 코일 및 비점수차 조절기를 포함하는 렌즈부, 및 상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 구조체들이 나타나는 패턴 영상과 상기 객체 상에서의 상기 전자 빔의 분포가 나타나는 복수의 커널 영상들을 획득하며, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들을 이용하여 상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치는, 객체로 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스, 상기 객체와 상기 전자 빔 소스 사이에 배치되는 렌즈부, 및 상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 객체에 맺히는 상기 전자 빔의 분포가 점 확산 함수 형태로 표현되는 복수의 커널 영상들을 획득하며, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들을 기초로 상기 작동 거리 및 비점수차를 최적화하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법은, 전자 빔을 객체에 조사하는 전자 빔 소스 및 상기 전자 빔 소스와 상기 객체 사이에 배치되는 렌즈부를 포함하는 반도체 생산 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 조절하며 복수의 원본 영상들을 획득하는 단계, 상기 복수의 원본 영상들로부터, 상기 객체에 포함되는 구조체들을 포함하는 하나의 패턴 영상, 및 상기 객체에서 상기 전자 빔의 분포를 포함하는 복수의 커널 영상들을 획득하는 단계, 상기 복수의 커널 영상들에서 특징값들을 추출하는 단계, 상기 특징값들을 2차원 평면에 맵핑하는 단계, 상기 2차원 평면에서 상기 특징값들을 연결하는 벡터들을 이용하여 생성한 대표 벡터를 참조하여, 상기 렌즈부의 비점수차 조절을 위한 보상 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자 빔을 이용하는 장치에서 렌즈부와 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 복수의 원본 영상들에서 객체 상에서의 전자 빔의 분포를 표현하는 복수의 커널 영상들을 추출하며, 복수의 커널 영상들의 특징값들을 이용하여 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절할 수 있다. 서로 영향을 주는 파라미터들인 초점과 비점수차를 동시에 자동으로 조절하여 최적화함으로써, 전자 빔을 이용하는 반도체 공정의 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 초점과 비점수차를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 초점과 비점수차를 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치로 획득한 영상들을 나타낸 도면들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 14a 내지 도 14i는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치는 주사 전자 현미경 (Scanning Electronic Microscope; SEM) 장치(10)일 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치(10)는 전자 빔 소스(20), 렌즈부(30), 제어부(40) 등을 포함할 수 있다. 주사 전자 현미경 장치(10)는 스테이지(50)에 안착된 객체(60)에 전자 빔을 조사하고, 객체(60)로부터 방출되는 신호를 수집하여 객체(60)에 대한 영상을 획득할 수 있다. 일례로, 객체(60)에 조사되는 전자 빔에 의해 객체(60)로부터 방출되는 신호는 이차 전자(SE; Secondary Electron), 후방 산란 전자(BSE; Back Scattered Electron), X선, 가시광선 및 음극 형광 등을 포함할 수 있다.
전자 빔 소스(20)는 전자 빔을 생성하여 방출하며, 전자 빔 소스(20)에서 방출된 전자 빔은 렌즈부(30)에서 가속 및 집속되어 객체(60)로 조사될 수 있다. 일례로 전자 빔 소스(20)는 전자 총을 포함할 수 있으며, 전자 총은 텅스텐 등으로 형성되는 필라멘트를 가열하여 전자를 발생시키고, 전자에 전압을 걸어 가속시킴으로써 전자 빔을 생성할 수 있다.
렌즈부(30)는 제1 집속 렌즈(31)와 제2 집속 렌즈(32) 및 대물 렌즈(33) 등을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 집속 렌즈들(31, 32)은 전자 빔 소스(20)로부터 방출된 전자 빔이 객체(60)의 어느 한 점에 효과적으로 모일 수 있도록 전자 빔을 집속할 수 있다. 일례로, 객체(60)에 조사되는 전자 빔의 직경이 작을수록, 제어부(40)가 획득하는 영상의 분해능이 향상될 수 있으며, 렌즈부(30)는 영상의 분해능을 높이기 위해 둘 이상의 집속 렌즈들(31, 32)을 포함할 수 있다. 전자 빔 소스(20)에서 방출한 전자 빔의 직경은, 제1 및 제2 집속 렌즈들(31, 32)를 통과하며 점차 감소할 수 있다.
대물 렌즈(33)는 제1 및 제2 집속 렌즈들(31, 32)에서 집속된 전자 빔을 객체(60)에 포커싱(focusing)할 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(33)는 객체(60)에 조사되는 전자 빔의 크기를 결정할 수 있다. 대물 렌즈(33)와 객체(60)의 사이의 거리는 작동 거리(working distance)로 정의될 수 있으며, 작동 거리에 따라 객체(60)에 조사되는 전자 빔의 직경이 달라질 수 있다. 따라서, 대물 렌즈(33)의 위치를 조절함으로써, 객체(60)에 대응하는 영상의 분해능을 조절할 수 있다.
한편, 대물 렌즈(33)는 복수의 코일들을 포함할 수 있으며, 코일들에 흐르는 전류에 의해 객체(60)에 조사되는 전자 빔의 주사 각도 및/또는 주사 방향이 달라질 수 있다. 일례로, 코일들에 흐르는 전류에 따라 전자 빔이 휘어지는 정도가 달라질 수 있다. 이와 같이, 렌즈부(30)의 비점수차(stigmation)에 의해 객체(60) 상에 조사되는 전자 빔의 분포가 달라질 수 있으며, 결과적으로 코일들에 흐르는 전류를 조절하는 등의 방법으로 렌즈부(30)의 비점수차를 조절함으로써, 객체(60) 상에 원하는 형상으로 전자 빔을 정확하게 조사할 수 있다.
다만, 렌즈부(30)의 초점과 비점수차는 서로 영향을 주는 파라미터들일 수 있다. 예를 들어, 렌즈부(30)가 원하는 초점을 갖도록 대물 렌즈(33)와 객체(60) 사이의 작동 거리를 조절한 후, 대물 렌즈(33)의 코일들에 흐르는 전류를 조절하여 비점수차를 조절하는 경우, 비점수차를 조절하는 과정에서 초점이 틀어질 수 있다. 따라서, 렌즈부(30)의 초점과 비점수차는 동시에 최적화될 수 있다.
렌즈부(30)의 초점과 비점수차를 작업자가 직접 수동으로 조절하는 경우에는, 초점과 비점수차를 최적화하는 데에 수십분의 긴 시간이 소요될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 자동으로 렌즈부(30)의 초점과 비점수차를 동시에 최적화할 수 있다. 또한, 주사 전자 현미경 장치(10)로 확인하고자 하는 객체(60)에 포함되는 구조체들의 패턴들에 관계없이 렌즈부(30)의 초점과 비점수차를 최적화함으로써, 주사 전자 현미경 장치(10) 또는 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치 등을 이용하는 공정의 효율을 개선할 수 있다.
일례로, 제어부(40)는 대물 렌즈(33)와 객체(60) 사이의 작동 거리를 조절하며 객체(60)에 대한 복수의 원본 영상들을 획득할 수 있다. 작동 거리를 조절하며 획득한 복수의 원본 영상들 중 일부는 초점이 맞지 않은 영상들일 수 있다. 제어부(40)는 복수의 원본 영상들로부터 객체(60)에 포함된 구조체들이 나타나는 패턴 영상과, 객체(60)에서 전자 빔의 형상 및 분포 등이 나타나는 복수의 커널 영상들을 획득하고, 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들에 기초하여 렌즈부(30)의 초점 및 비점수차를 자동으로 최적화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 생산 장치(100)는 제어부(110), 대물 렌즈(120) 등을 포함하며, 대물 렌즈(120)는 복수의 주사 코일들(121), 비점수차 조절기(123) 및 조리개(125) 등을 포함할 수 있다. 복수의 주사 코일들(121)은 전자 빔을 대물 렌즈(120)의 한 점에 편향시킬 수 있다. 비점수차 조절기(123)는 복수의 스티그메이터들을 포함할 수 있으며, 스티그메이터들에 흐르는 전류를 조절하여 대물 렌즈(120)를 통과하는 전자 빔의 비점수차를 조절할 수 있다.
제어부(110)는 대물 렌즈(120)로 제1 제어 신호(ΔWD)와 제2 제어 신호(ΔSTIG)를 출력할 수 있다. 제1 제어 신호(ΔWD)는 대물 렌즈(120)의 작동 거리를 조절하기 위한 신호일 수 있으며, 제1 제어 신호(ΔWD)에 의해 대물 렌즈(120)가 이동하여 대물 렌즈(120)와 객체 사이의 거리가 달라질 수 있다. 제2 제어 신호(ΔSTIG)는 비점수차 조절기(123)로 입력되는 신호일 수 있다. 제2 제어 신호(ΔSTIG)에 따라 비점수차 조절기(123)의 스티그메이터들에 흐르는 전류가 달라질 수 있으며, 그에 따라 대물 렌즈(120)의 비점수차를 조절할 수 있다.
제어부(110)는 작동 거리를 조절하며 획득한 복수의 원본 영상들로부터, 조리개(125)를 통과하여 객체로 조사되는 전자 빔의 분포를 표현하는 복수의 커널 영상들을 획득할 수 있다. 제어부(110)는 복수의 커널 영상들로부터 특징값들을 추출하고, 특징값들을 소정의 2차원 평면에 맵핑하여 대물 렌즈(120)의 비점수차를 조절하기 위한 보상 방향과, 객체로부터 최적의 패턴 영상을 얻을 수 있는 작동 거리를 결정할 수 있다. 상기와 같은 작업을 통해, 제1 제어 신호(ΔWD)와 제2 제어 신호(ΔSTIG)가 결정될 수 있다.
비점수차 조절기(123)는 복수의 방향들에서 비점수차를 조절할 수 있다. 일례로, 비점수차 조절기(123)에 포함되는 스티크메이터들에 의해, 객체의 표면에 평행한 방향들 중, 적어도 둘 이상의 방향들에서 비점수차를 조절할 수 있다.
도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치에 포함되는 비점수차 조절기(200)를 간단하게 나타낸 도면일 수 있다. 도 3을 참조하면, 비점수차 조절기(200)는 전자기장을 변경하여 비점수차를 조절할 수 있는 복수의 스티그메이터들(210-240)을 포함할 수 있으며, 복수의 스티그메이터들(210-240) 각각은 한 쌍의 스티그메이터들을 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 일 실시예에서, D1-D2 평면은 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치에서 전자 빔이 통과하는 평면일 수 있다. 일례로, 제1 스티그메이터(210)와 제2 스티그메이터(220)는 D1 방향 및 D2 방향에서 전자 빔을 조절할 수 있으며, 제3 스티그메이터(230)와 제4 스티그메이터(240)는 D1 방향 및 D2 방향과 교차하는 대각선 방향들에서 전자 빔을 조절할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제1 스티그메이터(210)와 제2 스티그메이터(220)에 가해지는 전류를 조절함으로써 객체 표면에 조사되는 전자 빔의 분포를 D1 방향 또는 D2 방향에서 조절할 수 있다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 스티그메이터(210)와 제2 스티그메이터(220)에서 양(+)의 방향으로 비점수차를 조절하는 경우, 전자 빔은 D2 방향으로 연장되는 장축을 갖는 타원 형상을 가질 수 있다. 반대로, 제1 스티그메이터(210)와 제2 스티그메이터(220)에서 음(-)의 방향으로 비점수차를 조절하는 경우, 전자 빔은 D1 방향으로 연장되는 장축을 갖는 타원 형상을 가질 수 있다.
한편 도 5a를 참조하면, 제3 스티그메이터(230)와 제4 스티그메이터(240)에 가해지는 전류를 조절함으로써 객체 표면에 조사되는 전자 빔의 분포를 D1 방향 및 D2 방향과 교차하는 대각선 방향에서 조절할 수 있다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 제3 스티그메이터(230)와 제4 스티그메이터(240)에서 양의 방향으로 비점수차를 조절하는 경우, 전자 빔은 제1 대각선 방향을 따라 연장되는 장축을 갖는 타원 형상을 가질 수 있다. 제1 대각선 방향은, D1 방향을 기준으로 시계 반대 방향으로 45도만큼 기울어진 방향일 수 있다. 반대로, 제3 스티그메이터(230)와 제4 스티그메이터(240)에서 음의 방향으로 비점수차를 조절하는 경우, 전자 빔은 제1 대각선 방향과 수직하는 제2 대각선 방향으로 연장되는 장축을 갖는 타원 형상을 가질 수 있다.
따라서, 복수의 스티그메이터들(210-240)을 이용하여 다양한 방향으로 비점수차를 조절할 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 스티그메이터들(210, 220)에서 양의 방향으로 비점수차를 조절하고, 제3 및 제4 스티그메이터들(230, 240)에서 음의 방향으로 비점수차를 조절하는 경우, 전자 빔은 제2 대각선 방향과 D2 방향 사이의 방향으로 연장되는 장축을 갖는 타원 형상을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 초점과 비점수차를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
일례로, 반도체 생산 장치의 전자 빔 소스에서 조사되는 전자 빔은, 주사 코일들에 의해 객체의 한 점에 집중될 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 전자 빔 소스가 조사한 전자 빔은, 대물 렌즈 평면에서 원형 형상을 가질 수 있다. 따라서, 전자 빔을 이용하는 반도체 공정에서 전자 빔이 조사되어야 하는 객체의 타겟 영역이 대물 렌즈의 초점 거리에 위치하면, 타겟 영역에서 전자 빔의 분포 역시 원형으로 나타날 수 있다. 예를 들어 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치가 주사 전자 현미경 장치인 경우, 주사 전자 현미경 장치로 측정하고자 하는 구조체들이 존재하는 타겟 영역이 대물 렌즈의 초점 거리에 위치하면, 타겟 영역에서 전자 빔의 분포는 원형을 갖고, 구조체들이 왜곡없이 정확하게 표현된 패턴 영상을 얻을 수 있다.
반면, 객체의 타겟 영역이 대물 렌즈의 초점 거리와 일치하지 않으면, 도 6에 도시한 바와 같이 타겟 영역에서 전자 빔의 원형이 아닌, 방향성을 갖는 형상을 따라 분포할 수 있다. 일례로, 객체의 타겟 영역이 대물 렌즈의 초점 거리보다 멀리 위치하는 과초점(over focus) 조건의 경우, 타겟 영역에서 전자 빔의 분포는 제1 대각선 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 한편, 객체의 타겟 영역이 대물 렌즈의 초점 거리보다 가까이 위치하는 과소 초점(under focus) 조건의 경우, 타겟 영역에서 전자 빔의 분포는 제2 대각선 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 주사 전자 현미경 장치의 경우, 과초점 조건에서는 타겟 영역에 포함된 구조체가 제1 대각선 방향으로 연장되어 왜곡되게 나타날 수 있으며, 과소 초점 조건에서는 구조체가 제2 대각선 방향으로 연장되어 왜곡되게 나타날 수 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 대물 렌즈와 객체 사이의 작동 거리를 조절할 수 있으나, 비점수차가 틀어진 상태에서는 영상에 블러 등의 노이즈가 증가할 수 있으며, 따라서 정확하게 초점을 맞출 수 있는 작동 거리를 결정하기 어려울 수 있다. 비점수차를 먼저 조절하는 경우에도, 비점수차를 조절하는 동안의 작동 거리가 정확하게 초점이 맞는 작동 거리가 아니라면, 비점수차를 제거하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있다. 결국, 대물 렌즈의 비점수차와 작동 거리를 동시에 조절하여 왜곡 없는 영상을 얻을 수 있는 동작 조건을 찾을 수 있다. 이에 본 발명에서는, 자동으로 대물 렌즈의 작동 거리와 비점수차를 동시에 조절할 수 있는 방법을 제안한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 과초점 조건에서 객체의 타겟 영역에 전자 빔이 조사되는 영역이 갖는 방향성은, 과소 초점 조건에서 객체의 타겟 영역에 전자 빔이 조사되는 영역이 갖는 방향성과 수직일 수 있다. 이하, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 초점과 비점수차를 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 7a에 도시한 일 실시예에서는, 과초점 조건(301)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포가, D1 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다. 이 경우, 과소 초점 조건(302)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포는, D1 방향과 수직하는 D2 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다.
다음으로 도 7b를 참조하면, 과초점 조건(303)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포가, 좌측 상부를 향하는 제2 대각선 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다. 반면, 과소 초점 조건(302)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포는, 제2 대각선 방향과 수직하는 제1 대각선 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다.
도 8a에 도시한 일 실시예에서는, 과초점 조건(305)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포가, D2 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다. 이 경우, 과소 초점 조건(306)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포가, D2 방향과 수직하는 D1 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다.
도 8b를 참조하면, 과초점 조건(307)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포가, 우측 상부를 향하는 제1 대각선 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다. 반면, 과소 초점 조건(308)에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포는, 제1 대각선 방향과 수직하는 제2 대각선 방향에 대응하는 방향성을 가질 수 있다.
이와 같이, 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포는, 비점수차와 동시에 대물 렌즈의 작동 거리의 영향으로 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 대물 렌즈의 작동 거리를 조절하며 획득한 원본 영상들로부터 전자 빔의 분포를 나타내는 커널 영상들을 획득할 수 있다. 커널 영상들 각각은, 원본 영상들을 촬영한 대물 렌즈의 작동 거리에 따라 과초점 조건 또는 과소 초점 조건에서 객체의 타겟 영역에 조사되는 전자 빔의 분포를 나타낼 수 있다. 따라서, 커널 영상들로부터 전자 빔의 방향성을 나타내는 특징값들을 추출할 수 있으며, 특징값들을 이용하여 비점수차 조절을 위한 보상 정보, 및 최적의 영상을 얻기 위한 작동 거리를 획득할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, 대물 렌즈의 작동 거리와 비점수차를, 자동으로 동시에 조절함으로써 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치의 성능을 개선할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도들이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명하는 반도체 생산 장치의 제어 방법은 주사 전자 현미경 장치 등과 같이, 전자 빔을 이용하는 장치에 적용될 수 있으며, 반도체 생산 장치의 제어부에서 실행될 수 있다. 먼저 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법은, 제어부가 작동 거리를 조절하며 복수의 원본 영상들을 획득하는 것으로 시작될 수 있다(S10). 앞서 설명한 바와 같이 작동 거리는 대물 렌즈와 객체 사이의 간격일 수 있다. 대물 렌즈의 작동 거리가 초점 거리와 일치하는 경우, 대물 렌즈의 초점에 객체의 타겟 영역이 정확할 수 있다.
반면 대물 렌즈의 작동 거리가 초점 거리보다 길면, 과초점 조건에서 객체의 타겟 영역에 전자 빔이 조사될 수 있다. 또한 대물 렌즈의 작동 거리가 초점 거리보다 짧으면, 과소 초점 조건에서 객체의 타겟 영역에 전자 빔이 조사될 수 있다. 따라서, 작동 거리를 조절하며 S10 단계에서 획득한 복수의 원본 영상들에는, 과초점 조건에서 획득한 적어도 하나의 원본 영상과, 과소 초점 조건에서 획득한 적어도 하나의 원본 영상이 포함될 수 있다.
복수의 원본 영상들을 획득하면, 제어부는 복수의 원본 영상들로부터 하나의 패턴 영상 및 복수의 커널 영상들을 획득할 수 있다(S11). 패턴 영상은 객체에서 전자 빔을 조사하고자 하는 타겟 영역에 존재하는 구조체들이 나타나는 영상일 수 있다. 복수의 커널 영상들은, 객체에 조사되는 전자 빔의 분포가 나타난 영상들일 수 있다. 일례로 복수의 커널 영상들 각각에 나타나는 전자 빔의 분포는, 앞서 도 6 내지 도 8b를 참조하여 설명한 바와 같이, 대물 렌즈의 초점 거리와 작동 거리의 차이, 및 비점수차 등에 의해 달라질 수 있다.
제어부는 복수의 커널 영상들에서 특징값들을 추출할 수 있다(S12). 특징값은, 복수의 커널 영상들 각각에 나타나는 전자 빔의 분포의 방향성을 나타내는 값일 수 있다. 일례로, 특징값은, 전자 빔의 분포가 향하는 방향, 및 해당 방향으로 얼마나 넓게 전자 빔이 퍼져서 분포하는지 등의 정보를 포함할 수 있다.
제어부는, 특징값들에서 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득할 수 있다(S13). 일례로, 복수의 커널 영상들에서 전자 빔의 분포가 서로 다르게 나타날 수 있으며, 따라서 특징값들에 포함되는 정보들 역시 다를 수 있다. 제어부는 특징값들을 이용하여, 특징값들의 전체적인 경향에서 크게 벗어나지 않는 견고한(robust) 특성을 갖는 보상 정보를 획득하고, 이를 이용하여 비점수차를 조절할 수 있다(S14). 제어부는 비점수차를 조절함과 동시에, 대물 렌즈의 최적의 작동 거리 역시 판단할 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법은, 제어부가 작동 거리를 조절하며 복수의 원본 영상들을 획득하는 것으로 시작될 수 있다(S20). 복수의 원본 영상들을 획득하면, 반도체 생산 장치의 제어부는 복수의 원본 영상들로부터 하나의 패턴 영상 및 복수의 커널 영상들을 획득하기 위한 연산을 진행할 수 있다.
일례로, 복수의 원본 영상들 각각은, 객체에 존재하는 구조체들이 나타나는 패턴 영상과, 작동 거리에 따라 객체에 조사되는 전자 빔들의 형상에 대응하는 복수의 커널 영상들 각각의 합성곱에 대응할 수 있다. 따라서 제어부는, 역합성곱(deconvolution) 연산을 복수의 원본 영상들에 적용하여 패턴 영상에 대응하는 제1 수학식과, 복수의 커널 영상들 각각에 나타나는 전자 빔 형상의 분포에 대응하는 제2 수학식을 획득할 수 있다.
제어부는, 패턴 영상과 복수의 커널 영상들 각각을 획득하기 위하여, 패턴 영상과 복수의 커널 영상들을 초기화할 수 있다(S21). 다시 말해, 제어부는 패턴 영상의 초기값과 복수의 커널 영상들 각각의 초기값을 설정할 수 있다. 일례로, 제어부는, 패턴 영상의 초기값을 랜덤 노이즈 영상으로 선택하고, 복수의 커널 영상들 각각의 초기값을 방향성이 없는 가우시안 분포를 갖는 점 확산 함수(Point Spread Function, PSF)로 선택할 수 있다.
패턴 영상과 복수의 커널 영상들 각각의 초기값이 결정되면, 제어부는, 제1 수학식과 제2 수학식 각각에 경사 하강법(gradient descent)을 적용함으로써, 패턴 영상과 복수의 커널 영상들을 최적화할 수 있다(S22-S23). 도 10을 참조하면, 제어부는 패턴 영상과 복수의 커널 영상들을 교대로 최적화할 수 있다. 다만, 도 10에 도시한 일 실시예와 달리, 패턴 영상보다 복수의 커널 영상들을 먼저 최적화할 수도 있다. 제어부는 패턴 영상과 복수의 커널 영상들에 대한 최적화 작업을 반복 실행할 수 있으며, 소정의 최적화 횟수만큼 최적화 작업을 반복 실행할 수 있다(S24). 최적화 작업에 소요되는 시간을 단축시키기 위해, 제어부는 CPU가 아닌, 영상 처리에 특화된 GPU에서 최적화 작업을 실행할 수 있다.
최적화 횟수만큼 패턴 영상과 복수의 커널 영상들이 최적화되면, 제어부는 복수의 커널 영상들 각각에서 전자 빔의 분포를 나타내는 특징값들을 추출할 수 있다(S25). 복수의 커널 영상들 각각에서 추출되는 특징값들은, 복수의 커널 영상들 각각에 나타나는 전자 빔의 분포의 길이와 기울어진 각도 등을 나타낼 수 있다. 제어부는, S24 단계에서 추출한 특징값들을 별도로 정의되는 2차원 평면에 맵핑할 수 있다(S26),
제어부는, 2차원 평면에 맵핑된 특징값들을 서로 연결하는 벡터들을 생성하고(S27), 벡터들로부터 대표 벡터를 생성할 수 있다(S28). 일례로 제어부는, 생성한 복수의 벡터들을 정규화하고, 정규화한 벡터들의 메디안 벡터의 방향을 대표 벡터의 방향으로 결정할 수 있다. 또한 제어부는 특징값들의 분산, 예를 들어 표준 편차를 대표 벡터의 길이로 결정할 수 있다.
제어부는, S28 단계에서 생성한 대표 벡터로부터, 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득하고(S29), 보상 정보에 따라 비점수차를 조절할 수 있다(S30). 일례로, 대표 벡터의 방향에 따라 제어부는 비점수차를 보상하고, 대표 벡터의 길이만큼 비점수차를 보상할 수 있다.
제어부는, S30 단계에서 비점수차와 함께 대물 렌즈의 작동 거리를 조절할 수 있다. 일례로, 제어부는 2차원 평면에 맵핑된 특징값들 중에서, 2차원 평면의 원점에 가장 가까운 특징값을 찾고, 찾은 특징값에 대응하는 원본 영상에 대응하는 작동 거리로, 대물 렌즈의 작동 거리를 설정할 수 있다.
작동 거리와 비점수차 조절이 완료되면, 제어부는 초점과 비점수차 조절이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다(S31). 일례로, 제어부는 S26 단계에서 2차원 평면에 맵핑된 특징값들의 분포를 이용하여 초점과 비점수차 조절이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다(S26). 일 실시예에서 제어부는, 특징값들이 2차원 평면의 소정 범위 이내에 분포하면, 최적화가 완료된 것으로 판단할 수 있다.
S31 단계에서 초점과 비점수차 조절이 완료되지 않은 것으로 판단되면, 제어부는 다시 대물 렌즈의 작동 거리를 조절하며 새로운 원본 영상들을 획득할 수 있다(S20). 제어부가 새로운 원본 영상들을 다시 획득하는 동안, 대물 렌즈의 작동 거리는 S30 단계에서 설정된 작동 거리를 기준으로 변경되며, 대물 렌즈의 비점수차는 S30 단계에서 조절된 비점수차를 가질 수 있다. 따라서, 제어부가 획득한 새로운 원본 영상들은, 앞서 설명한 복수의 원본 영상들과 다를 수 있다.
제어부는, 새로운 원본 영상들을 이용하여 다시 S21 내지 S30 단계를 실행함으로써, 비점수차 조절을 위한 보상 정보 및 대물 렌즈의 새로운 작동 거리를 판단할 수 있다. 또한 제어부는, 2차원 평면에 맵핑된 특징값들의 분포를 참조하여, 초점과 비점수차 조절이 완료되었는지 여부를 다시 판단할 수 있다(S31). 판단 결과, 이번에도 최적화가 완료되지 않은 것으로 판단되면, 새로 추출한 특징값들에 기초하여 대물 렌즈의 작동 거리와 비점수차를 조절한 후에, S20 내지 S30 단계를 다시 실행할 수 있다.
한편, S31 단계의 판단 결과 초점과 비점수차 조절이 완료된 것으로 판단하면, 제어부는 객체의 타겟 영역에 대한 영상을 획득할 수 있다(S32). S20 내지 S30 단계를 적어도 한 번 이상 실행하여 대물 렌즈의 작동 거리가 초점 거리에 맞게 조절되고, 대물 렌즈의 비점수차를 최대한 보상할 수 있으므로, 객체의 타겟 영역에 포함되는 구조체들의 방향성에 관계없이 선명하고 정확한 영상을 획득할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 대물 렌즈의 작동 거리의 초기값만 결정되면, 반도체 생산 장치가 자동으로 대물 렌즈의 비점수차를 조절함과 동시에, 최적의 초점에 대응하는 대물 렌즈의 작동 거리를 결정할 수 있다. 따라서, 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치에서 비점수차 조절 및 초점 거리 최적화에 소요되는 시간을 단축함으로써, 반도체 생산 장치를 이용하는 다양한 공정들의 효율을 개선할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치로 획득한 영상들을 나타낸 도면들이다.
먼저 도 11a에 도시한 일 실시예에서는, 주사 전자 현미경 장치로 획득한 영상에 방향성이 약한 구조체들이 포함될 수 있다. 일례로, 도 11a를 참조하면, 수직형 메모리 장치에 포함되는 채널 구조체들과 같이, 방향성이 약하고 반복적으로 나타나는 구조체들을 주사 전자 현미경으로 촬영하는 경우에는, 주사 전자 현미경 장치의 비점수차 조절 및 초점 조절이 상대적으로 용이할 수 있다.
반면, 도 11b에 도시한 일 실시예에서는, 반도체 장치에 포함되는 배선 패턴들과 같이 방향성이 뚜렷하고 반복되지 않는 구조체들을 주사 전자 현미경 장치로 촬영할 수 있다. 이 경우, 도 11a에 도시한 일 실시예에 비해, 주사 전자 현미경 장치의 비점수차 조절 및 초점 조절에 상대적으로 더 긴 시간이 소요될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주사 전자 현미경 장치에서 작동 거리를 변경하면서 획득한 복수의 원본 영상들에 역합성곱 연산을 적용하여 비점수차로 인한 전자 빔의 분포를 나타내는 복수의 커널 영상들을 추출할 수 있다. 따라서, 도 11b에 도시한 바와 같이 방향성이 뚜렷한 구조체들을 촬영하고자 하는 경우에도, 비점수차로 인한 전자 빔의 분포 왜곡이 반영되는 복수의 커널 영상들을 획득할 수 있다. 또한, 복수의 커널 영상들로부터 추출한 특징값들에 기초하여 비점수차를 조절하기 위한 보상 정보를 획득할 수 있으므로, 객체에 포함되는 구조체들의 방향성과 형상 등에 관계없이, 비점수차 조절과 초점 조절을 빠르게 자동으로 진행할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 12a 내지 도 12c는, 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치(400)에서, 대물 렌즈(401)의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면들일 수 있다. 도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 스테이지(402) 위에 객체(403)가 안착되며, 주사 전자 현미경 장치(400)의 제어부는 대물 렌즈(401)의 작동 거리를 제1 내지 제3 작동 거리(WD1-WD3)로 변경하며 복수의 원본 영상들(405-407)을 획득할 수 있다. 작동 거리는, 앞서 설명한 바와 같이 대물 렌즈(401)와 객체(403) 사이의 간격일 수 있다. 객체(403)와 가까운 대물 렌즈(401)의 일측에는, 전자 빔 수집부(404)가 마련될 수 있다.
먼저 도 12a를 참조하면, 대물 렌즈(401)가 제1 작동 거리(WD1)에 위치한 상태에서, 제어부가 제1 원본 영상(405)을 획득할 수 있다. 일례로 제1 작동 거리(WD1)는 대물 렌즈(401)의 초점 거리보다 짧을 수 있으며, 제1 원본 영상(405)은 과소 초점 조건에서 촬영한 영상일 수 있다.
다음으로 도 12b를 참조하면, 대물 렌즈(401)가 제2 작동 거리(WD2)에 위치한 상태에서, 제어부가 제2 원본 영상(406)을 획득할 수 있다. 제2 작동 거리(WD2)는 대물 렌즈(401)의 초점 거리와 거의 일치할 수 있으며, 따라서 제2 원본 영상(406)에서는 객체에 포함되는 구조체들이 상대적으로 선명하게 표시될 수 있다.
도 12c를 참조하면, 대물 렌즈(401)가 제3 작동 거리(WD3)에 위치한 상태에서, 제어부가 제3 원본 영상(407)을 획득할 수 있다. 일례로 제3 작동 거리(WD3)는 대물 렌즈(401)의 초점 거리보다 길 수 있으며, 제3 원본 영상(407)은 과초점 조건에서 촬영한 영상일 수 있다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하여 설명한 바와 같이, 반도체 생산 장치(400)의 제어부는, 대물 렌즈의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들(405-407)을 획득할 수 있다. 대물 렌즈의 작동 거리에 따라 과초점, 과소 초점 등의 다양한 조건에서 같은 객체의 타겟 영역에 전자 빔이 조사되므로, 객체의 타겟 영역은 복수의 원본 영상들(405-407)에서 서로 다르게 표현될 수 있다. 이하, 도 13을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 13은, 전자 빔을 이용하는 반도체 생산 장치에서, 다양한 작동 거리들(WD1-WD9)에서 객체의 타겟 영역에 전자 빔을 조사하고 획득한 복수의 원본 영상들(501-509)을 나타낸 도면들일 수 있다. 도 13을 참조하면, 대물 렌즈의 초점 거리에 가장 가까운 작동 거리는, 제3 작동 거리(WD3) 또는 제4 작동 거리(WD4)일 수 있다. 따라서, 제3 원본 영상(503) 또는 제4 원본 영상(504)에서 객체의 타겟 영역에 포함되는 구조체들이 가장 선명하게 표시될 수 있다.
반면, 제1 원본 영상(501), 제7 내지 제9 원본 영상들(507-509) 각각에서는 객체의 타겟 영역에 포함되는 구조체들이 거의 표시되지 않을 수 있다. 다만, 복수의 원본 영상들(501-509)은 동일한 구조체들에 전자 빔을 조사하고 획득한 영상들이므로, 구조체들이 표시된 패턴 영상 및 복수의 커널 영상들의 합성곱 연산을 통해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 패턴 영상에 서로 다른 제1 내지 제9 커널 영상들을 각각 적용하여 제1 내지 제9 원본 영상들(501-509)을 얻을 수 있다.
따라서 역으로, 복수의 원본 영상들(501-509) 각각에 역합성곱 연산을 적용하여 하나의 패턴 영상과 복수의 커널 영상들을 얻을 수 있다. 패턴 영상은, 객체의 타겟 영역에 형성된 구조체들이 표시된 영상일 수 있으며, 복수의 커널 영상들은 객체의 타겟 영역에 조사된 전자 빔의 분포를 나타내는 영상들일 수 있다. 일례로, 복수의 커널 영상들 각각에서 전자 빔의 분포는 점 확산 함수 형태로 표현될 수 있다. 이하, 도 14a 내지 도 14i를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 14a 내지 도 14i는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 14a 내지 도 14i를 참조하면, 동일한 조건에서 대물 렌즈의 작동 거리만을 변경하며 객체의 타겟 영역에 전자 빔을 조사하여 복수의 원본 영상들(501-509)을 획득할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 원본 영상들(501-509)에 역합성곱 연산을 적용함으로써 하나의 패턴 영상(510)과 복수의 커널 영상들(521-529)을 추출할 수 있다.
다만, 객체의 타겟 영역에 포함되는 구조체들이 표시되는 패턴 영상(510)과, 객체의 타겟 영역에 조사된 전자 빔을 점 확산 함수로 나타내는 복수의 커널 영상들(521-529)이 모두 모르는 값이므로, 패턴 영상(510)과 복수의 커널 영상들(521-529) 각각에 대한 추정이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에서는, 패턴 영상(510)에 표시되는 구조체들이 샤프한 특성을 갖는 구조체들이라는 점과, 복수의 커널 영상들(521-529)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수는 가우시안 분포를 갖는다는 점, 및 복수의 원본 영상들(501-509)을 촬영하는 데에 이용한 작동 거리의 범위 내에 대물 렌즈의 초점 거리가 존재한다는 점을 가정하여, 패턴 영상(510)과 복수의 커널 영상들(521-529) 각각을 추정할 수 있다.
먼저, 패턴 영상(510)과 복수의 커널 영상들(521-529) 각각을 추출하기 위한 역합성곱의 최적화 식은, 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서 k는 가우시안 분포를 갖는 점 확산 함수, 다시 말해 복수의 커널 영상들(521-529)에 대응하며, u는 패턴 영상(510)에 대응할 수 있다. 한편 f는 복수의 원본 영상들(501-509)에 대응하며, λ는 밸런싱 파라미터일 수 있다. 수학식 1은, 다시 패턴 영상(510)을 획득하기 위한 수학식 2와, 복수의 커널 영상들(521-529)을 획득하기 위한 수학식 3으로 구분될 수 있다. 반도체 생산 장치의 제어부는, 수학식 2와 수학식 3을 번갈아 최적화하며, 일례로 미리 정해진 횟수만큼 경사 하강법을 적용하여 수학식 2와 수학식 3을 최적화할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
수학식 2와 수학식 3 각각에 경사 하강법을 적용하여 최적화하기 위해서는, 패턴 영상(510)에 대한 초기값과 복수의 커널 영상들(521-529) 각각에 대한 초기값이 선택될 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 반도체 생산 장치의 제어부는, 패턴 영상(510)의 초기값을 랜덤 노이즈 영상으로 설정하고, 복수의 커널 영상들(521-529) 각각에 포함되는 점 확산 함수의 초기값을 방향성 없는 가우시안 분포 함수로 설정할 수 있다. 패턴 영상(510)과 복수의 커널 영상들(521-529) 각각에 경사 하강법을 적용하여 최적화하는 방법은, 아래의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
[수학식 5]
Figure pat00005
요약하면, 패턴 영상(510)은, 초기값인 랜덤 노이즈 영상을 시작으로, 수학식 2를 패턴 영상(510)에 대응하는 u로 미분한 값을 반복 차감하는 방식으로 최적화될 수 있다. 한편, 복수의 커널 영상들(521-529) 각각이 나타내는 점 확산 함수는, 초기값인 방향성 없는 가우시안 분포 함수를 시작으로, 수학식 3을 복수의 커널 영상들(521-529)의 공분산에 대응하는 Σi로 미분한 값을 반복 차감함으로써 최적화될 수 있다. 수학식 4 및 수학식 5를 참조하여 설명한 연산을 반복 수행함으로써, 도 14a 내지 도 14i에 도시한 바와 같이 패턴 영상(510) 및 복수의 커널 영상들(521-529)을 추출할 수 있다.
복수의 커널 영상들(521-529)은 전자 빔의 분포를 점 확산 함수로 나타내므로, 복수의 커널 영상들(521-529) 중 적어도 일부에서, 90도로 회전된 점 확산 함수들이 나타날 수 있다. 일례로, 도 14a 내지 도 14i에 도시한 실시예들에서, 제4 커널 영상(524)에 나타나는 제4 점 확산 함수는, 제6 커널 영상(526)에 나타나는 제6 점 확산 함수를 기준으로 90도 회전된 형상을 가질 수 있다. 이는, 앞서 도 7a 내지 도 8b를 참조하여 설명한 바와 같이, 과초점 조건과 과소 초점 조건 각각에서, 객체에 조사되는 전자 빔의 분포가 90도 회전된 형태로 나타나기 때문일 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 15는 앞서 도 14a 내지 도 14i를 참조하여 설명한 연산을 반복 수행하여 복수의 원본 영상들로부터 패턴 영상과 복수의 커널 영상들을 최적화하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 연산에 앞서 패턴 영상(601)과 복수의 커널 영상들(611-619: 610)이 초기화될 수 있다.
도 15를 참조하면, 패턴 영상(601)은 랜덤 노이즈 영상으로 초기화될 수 있으며, 따라서 초기화된 패턴 영상(601)에서는 특정 패턴을 갖는 구조체가 나타나지 않을 수 있다. 한편, 복수의 커널 영상들(611-619)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수는, 방향성 없는 가우시안 분포 함수로 초기화될 수 있다. 따라서, 도 15에 도시한 바와 같이, 초기화된 커널 영상들(611-619) 각각에서 전자 빔의 분포는, 동일한 점 확산 함수의 형태로 나타날 수 있다.
도 15를 참조하면, 최적화를 반복 실행함에 따라, 패턴 영상들(602-604)이 업데이트될 수 있으며, 최종적으로는 객체의 타겟 영역에 포함된 구조체들이 표시된 패턴 영상(604)을 획득할 수 있다. 또한, 최적화를 반복 실행함에 따라 복수의 커널 영상들(620-640)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수들이, 서로 다른 방향성과 분포를 갖는 가우시안 분포 함수로 표현될 수 있다.
일례로, 제1 횟수만큼 최적화를 반복 실행한 후에 획득한 복수의 커널 영상들(621-629: 620)을 참조하면, 초기화된 커널 영상들(611-619)과 달리 적어도 일부에서 방향성을 갖는 가우시안 분포 함수로 점 확산 함수가 표현될 수 있다. 또한, 제1 횟수보다 많은 제2 횟수만큼 최적화를 반복 실행한 복수의 커널 영상들(631-639: 630)에서는 점 확산 함수의 차이가 더 또렷하게 나타나며, 제2 횟수보다 많은 제3 횟수만큼 최적화를 반복 실행한 복수의 커널 영상들(641-649: 640)에서는 점 확산 함수의 차이가 더 증가할 수 있다. 일례로, 제3 횟수만큼 최적화를 반복 실행한 후, 제1 커널 영상(641)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수는, 제9 커널 영상(649)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수와 완전히 다른 방향성 및 분포를 가질 수 있다.
도 15에 도시한 바와 같이 최적화를 반복 실행하고, 실행 횟수가 미리 정해진 횟수에 도달하면, 반도체 생산 장치의 제어부는 복수의 커널 영상들(641-649) 각각에서 특징값을 추출하고, 그로부터 최적화가 완료되었는지를 판단할 수 있다. 이하, 도 16 내지 도 18을 참조하여, 복수의 커널 영상들(641-649)로부터 특징값들을 추출하는 방법, 및 최적화 완료 여부를 판단하는 방법 등을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 16을 참조하면, 반도체 생산 장치의 제어부는, 소정의 횟수만큼 최적화를 반복 실행하여 획득한 복수의 커널 영상들(701-709)로부터 특징값들을 추출할 수 있다. 도 16에 도시한 일 실시예에서 제어부는 대물 렌즈의 작동 거리를 변경하며 9개의 원본 영상들을 획득하고, 그로부터 9개의 커널 영상들(701-709)을 획득하는 것을 가정하며, 따라서 특징값들의 개수 역시 9개일 수 있다. 다만, 커널 영상들(701-709)과 특징값들의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
제어부는, 커널 영상들(701-709) 각각에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수의 공분산 행렬을 획득하고, 공분산 행렬의 고유값(eigen value)을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 수학식 6과 같이 공분산 행렬(Σ)로부터 제1 고유값(λ1)과 제2 고유값(λ2)을 획득할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
수학식 6에서 제1 고유값(λ1)은 점 확산 함수의 장축, 제2 고유값(λ2)은 점 확산 함수의 단축에 대응할 수 있다. 제1 고유값(λ1)과 제2 고유값(λ2)을 획득하면, 아래의 수학식 7과 같이 x축과 y축이 정의되는 2차원 평면을 생성하고, 2차원 평면에 커널 영상들(701-709)로부터 추출한 특징값들을 맵핑할 수 있다. 일례로, 커널 영상들(701-709)에 대응하는 특징값들은 도 16에 도시한 바와 같이 2차원 평면에 맵핑될 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00009
Figure pat00010
도 16에 표시된 직선은, 2차원 평면에 맵핑된 특징값들로부터 획득한, 비점수차의 보상 방향일 수 있다. 다만, 이와 같이 2차원 평면에 맵핑된 특징값들로부터 비점수차의 보상 방향을 결정하는 경우, 초점이 많이 틀어져서 원본 영상에 나타난 블러 등의 노이즈로부터 많은 영향을 받은 제1 특징값 등이 보상 방향에 크게 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 비점수차를 정확하게 조절할 수 있는 보상 방향을 획득하기 어려울 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는, 도 17에 도시한 바와 같이 복수의 특징값들을 이용하여 복수의 벡터들을 생성할 수 있다. 도 17을 참조하면, 벡터들은 i번째 특징값에서 j번째 특징값으로 연결되는 벡터들일 수 있으며, i가 j보다 작을 수 있다. 따라서 N개의 특징값들을 연결하여 N*(N-1)/2 개의 벡터들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 특징값에서 제2 내지 제9 특징값들로 연결되는 벡터들을 생성하고, 제2 특징값에서 제3 내지 제9 특징값들로 연결되는 벡터들을 생성할 수 있다. 생성된 벡터들은 2차원 평면의 원점을 시작점으로 정렬되며, 정렬된 벡터들을 정규화하여 대표 벡터(VR)를 생성할 수 있다. 대표 벡터(VR)는 메디안(median) 벡터일 수 있으며, 대표 벡터(VR)의 방향으로 비점수차 조절을 위한 보상 방향이 결정될 수 있다.
다음으로 제어부는, 비점수차 조절의 강도에 대응하는 대표 벡터(VR)의 길이(LVEC)를 결정할 수 있다. 도 18을 참조하면, 대표 벡터(VR)의 길이(LVEC)는 특징값들의 좌표들로부터 계산한 분산, 예를 들어 표준 편차로 결정될 수 있다. 제어부는 대표 벡터(VR)의 방향과 길이(LVEC)를 이용하여, 스티그메이터들에 흐르는 전류를 조절함으로써 비점수차를 조절할 수 있다. 한편, 초점을 맞추기 위한 대물 렌즈의 작동 거리는, 2차원 평면의 원점과 가장 가까운 특징값을 추출한 원본 영상의 작동 거리로 결정될 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 19 및 도 20은 서로 다른 초기 비점수차 조건에서 복수의 원본 영상들을 촬영하고, 복수의 원본 영상들로부터 추출하여 최적화한 복수의 커널 영상들을 나타낸 도면들일 수 있다. 도 19 및 도 20을 참조하여 설명하는 실시예들에서는, 스티그메이터를 이용하여 의도적으로 비점수차를 발생시킨 상황에서 복수의 원본 영상들을 획득할 수 있다.
먼저 도 19에서 첫번째 그룹(800)에 속하는 커널 영상들(801-809)은, 스티그메이터를 이용하여 X 방향에서 -1.2%, Y 방향에서 -1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 일례로, X 방향은 앞서 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 D1 방향 및 D2 방향에 대응할 수 있으며, Y 방향은 앞서 도 5a 및 도 5b를 참조하여 대각선 방향들에 대응할 수 있다.
반도체 생산 장치의 제어부는, 첫번째 그룹(800)의 커널 영상들(801-809)로부터 특징값들을 추출하고 이를 2차원 평면에 맵핑하여 최적의 결과를 얻을 수 있는 대물 렌즈의 작동 거리 및 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예로, 첫번째 그룹(800)에서 최적의 작동 거리는, 제5 커널 영상(805)을 획득한 작동 거리로 결정될 수 있다.
두번째 그룹(810)의 커널 영상들(811-819)은, X 방향에서 -1.2%, Y 방향에서 +1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 따라서, 커널 영상들(811-819)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수가, 첫번째 그룹(800)과는 다르게 나타날 수 있다. 두번째 그룹(810)에서도, 최적의 작동 거리는 제5 커널 영상(815)을 획득한 작동 거리일 수 있다.
세번째 그룹(820)의 커널 영상들(821-829)은, X 방향에서 +1.2%, Y 방향에서 +1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 따라서, 커널 영상들(821-829)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수가, 첫번째 그룹(800) 및 두번째 그룹(810)과 다르게 나타날 수 있다. 세번째 그룹(820)에서도, 최적의 작동 거리는 제5 커널 영상(825)을 획득한 작동 거리일 수 있다. 도 19를 참조하면, 제5 커널 영상(825)의 점 확산 함수가, 다른 커널 영상들(821-824, 826-829)의 점 확산 함수보다 적은 방향성을 가질 수 있다.
네번째 그룹(830)의 커널 영상들(831-839)은 스티그메이터를 이용하여 비점수차를 최대한 제거한 상태에서 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 따라서, 커널 영상들(831-839)에서 전자 빔의 분포를 나타내는 점 확산 함수들이 상대적으로 적은 방향성을 가질 수 있다. 네번째 그룹(830)에서도, 최적의 작동 거리는 제5 커널 영상(835)을 획득한 작동 거리일 수 있다. 도 19를 참조하면, 제5 커널 영상(835)의 점 확산 함수가, 다른 커널 영상들(831-834, 836-839)의 점 확산 함수보다 좁은 영역에 분포할 수 있다.
도 19를 참조하여 설명한 일 실시예에서는 대물 렌즈의 작동 거리를 소정의 범위 내에서 조절면서 복수의 원본 영상들을 획득하며, 이때 초점 거리에 맞는 작동 거리가 해당 범위의 중간에 존재할 수 있다. 반면 도 20에 도시한 일 실시예에서는 초점 거리에 맞는 작동 거리가 해당 범위의 중간에 존재하지 않을 수 있다.
먼저 도 20에서 첫번째 그룹(900)에 속하는 속하는 커널 영상들(901-909)은, 스티그메이터를 이용하여 X 방향에서 +1.2%, Y 방향에서 +1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출한 영상들일 수 있다. 반도체 생산 장치의 제어부는, 첫번째 그룹(900)의 커널 영상들(901-909)로부터 특징값들을 추출하고 이를 2차원 평면에 맵핑하여 최적의 결과를 얻을 수 있는 대물 렌즈의 작동 거리 및 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예로, 첫번째 그룹(900)에서 최적의 작동 거리는, 첫번째 그룹(900)에서 가장 방향성이 약한 점 확산 함수가 나타나는 제6 커널 영상(906)을 획득한 작동 거리로 결정될 수 있다.
두번째 그룹(910)의 커널 영상들(911-919)은, X 방향에서 -1.2%, Y 방향에서 -1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 두번째 그룹(910)에서 최적의 작동 거리는, 제7 커널 영상(917)을 획득한 작동 거리일 수 있다. 한편 세번째 그룹(920)의 커널 영상들(921-929)은, X 방향에서 -1.2%, Y 방향에서 -1.2%만큼의 비점수차를 발생시키고 획득한 복수의 원본 영상들로부터 추출되는 영상들일 수 있다. 세번째 그룹(920)에서 최적의 작동 거리는 제3 커널 영상(923)을 획득한 작동 거리일 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 21에 도시한 일 실시예에서 가로축은 X 방향에서의 비점수차를 나타내며, 세로축은 Y 방향에서의 비점수차를 나타낼 수 있다. 도 21을 참조하면 복수의 그래프들이 가로축과 세로축을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 복수의 그래프들 각각은 앞서 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한 바와 같이, 복수의 커널 영상들로부터 추출한 특징값들을 2차원 평면에 맵핑한 그래프일 수 있다. 일례로, 복수의 그래프들 각각은, 2차원 평면에 맵핑한 특징값들과, 특징값들을 연결한 벡터들로부터 계산한 대표 벡터를 포함할 수 있다.
복수의 그래프들 각각은, 각 그래프의 좌표에 대응하는 X 방향의 비점수차와 Y 방향의 비점수차가 대물 렌즈에 존재하는 상황에서 복수의 원본 영상들을 획득하고, 복수의 원본 영상들에서 복수의 커널 영상들을 추출하여 생성한 그래프일 수 있다. 일례로, 대물 렌즈의 비점수차가 X 방향에서 +1.2%, Y 방향에서 +1.2%인 경우, 도 21에 표시된 제1 그래프(951)와 같이 비점수차 조절을 위한 보상 정보가 결정될 수 있다. 반도체 생산 장치의 제어부는, 제1 그래프(951)의 보상 정보를 참조하여 비점수차를 조절하고, 제1 그래프(951)에 포함된 특징값들 중 2차원 평면의 원점에 가장 가까운 특징값에 대응하는 작동 거리로 대물 렌즈의 작동 거리를 선택할 수 있다.
제어부는 제1 그래프(951)를 참조하여 비점수차와 대물 렌즈의 작동 거리를 조절한 후, 다시 복수의 원본 영상들을 획득하고 복수의 커널 영상들을 추출하여 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득할 수 있다. 일례로, 두번째로 획득한 복수의 원본 영상들과 복수의 커널 영상들로부터 제어부가 생성하는 그래프는, 도 21의 제2 그래프(952)일 수 있다. 제어부는 제2 그래프(952)를 참조하여 비점수차와 대물 렌즈의 작동 거리를 조절하고, 다시 복수의 원본 영상들을 획득할 수 있다.
상기와 같은 동작을 반복함으로써, 제어부는 자동으로 비점수차를 제거하고 최적의 초점 거리에 대물 렌즈의 작동 거리를 맞출 수 있다. 일례로, 제어부가 비점수차를 조절하고 대물 렌즈의 작동 거리를 선택하기 위하여 마지막으로 생성하는 그래프는, 제3 그래프들(953) 중 하나일 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 생산 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 22에 도시한 일 실시예에서, 반도체 생산 장치(1000)는 전자 빔을 이용하는 노광 장치 시스템일 수 있다. 반도체 생산 장치(1000) 전자 빔(EB)을 방출하는 전자 빔 소스인 전자총(1010), 전자 빔(EB)에 의해 노광되는 레지스트층이 도포된 기판(1002)을 지지하는 스테이지(1001), 전자총(1010)과 스테이지(1001)의 사이에 배 치되며 전자 빔(EB)의 초점과 비점수차 등을 조절하는 렌즈부(1020), 전자 빔(EB)의 단면 형상을 성형하는 어퍼처(aperture)들을 포함하는 어퍼처 시스템(1030), 및 디플렉터(1040) 등을 포함할 수 있다.
반도체 생산 장치(1000)은 어퍼처 시스템(1030)에 포함되는 어퍼처들의 위치를 조절하는 조절부(1050), 어퍼처 시스템(1030)을 통과한 전자 빔(EB)의 세기를 측정하는 측정부(1060), 및 제어부(1070) 등을 포함할 수 있다. 일례로 제어부(1070)는 어퍼처 시스템(1030)에 포함되는 어퍼처들의 정렬 상태를 조절하거나, 렌즈부(1020)에 존재하는 코일에 흐르는 전류를 조절하여 기판(1002)에 조사되는 전자 빔의 형상 및 분포를 조절할 수 있다.
전자총(1010)은 기판(1002)이 지지되는 스테이지(1001)의 상부에 배치될 수 있다. 전자총(1010)은 필라멘트를 포함할 수 있으며, 기판(1001)을 향해서 전자 빔(EB)을 조사할 수 있다. 전자총(1010)으로부터 방출된 전자 빔(EB)은 내부의 가속 전극에 의해 가속될 수 있다. 전자총(1010)은 하나 또는 복수개의 전자총들로 구성될 수 있다.
렌즈부(1020)는 전자총(1010)으로부터 순차적으로 배치되는 제1 내지 제4 렌즈부들(1021-1024)을 포함할 수 있다. 렌즈부(1020)는 콘덴서 렌즈(condensor lens) 및/또는 프로젝션 렌즈를 포함할 수 있으며, 전자 빔(EB)의 경로를 제어하거나 집속(focusing)할 수 있다.
제어부(1070)는 렌즈부(1020)에서 콘덴서 렌즈를 제공하는 코일들에 흐르는 전류를 제어하거나, 또는 비점수차 조절을 위한 스티그메이터에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 또한 제어부(1070)는, 렌즈부(1020)와 기판(1002) 사이의 간격인 작동 거리를 조절할 수 있다. 제어부(1070)는 초점에 영향을 주는 작동 거리와 비점수차를 자동으로 동시에 조절하여 최적화할 수 있다.
제어부(1070)는 작동 거리를 의도적으로 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 복수의 원본 영상들로부터 복수의 커널 영상들을 분리해낼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 커널 영상들을 분리하기 위한 수학식들을 경사 하강법 등으로 최적화하여 복수의 커널 영상들을 획득할 수 있다.
제어부(1070)는 복수의 커널 영상들로부터, 기판(1002)에 조사되는 전자 빔(EB)의 형상에 대응하는 점 확산 함수를 표현할 수 있는 특징값들을 추출할 수 있다. 일례로 특징값들은 점 확산 함수의 장축과 단축, 및 경사각을 포함할 수 있다. 제어부(1070)는 특징값들을 이용하여 정의되는 2차원 평면에 특징값들을 맵핑하고, 특징값들을 연결하는 벡터들로부터 대표 벡터를 생성함으로써, 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 획득할 수 있다. 동시에, 전자 빔(EB)을 기판(1002)의 원하는 위치에 정확하게 조사할 수 있는 렌즈부(1020)의 작동 거리를 결정할 수 있다. 따라서, 별도의 수동 조작없이, 자동으로 초점 거리에 맞게 렌즈부(1020)의 작동 거리를 조절하고, 비점수차를 보상할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10, 100: 주사 전자 현미경 장치
20: 전자 빔 소스
30: 렌즈부
40, 110: 제어부
120: 대물 렌즈
121: 주사 코일
123, 200: 비점수차 조절기
125: 조리개
210-240: 스티그메이터

Claims (20)

  1. 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스;
    소정의 패턴을 갖는 구조체들을 포함하는 객체가 안착되는 스테이지와 상기 전자 빔 소스 사이에 배치되며, 전자기장을 생성하여 렌즈를 제공하는 주사 코일 및 비점수차 조절기를 포함하는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절하는 제어부; 를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 구조체들이 나타나는 패턴 영상과 상기 객체 상에서의 상기 전자 빔의 분포가 나타나는 복수의 커널 영상들을 획득하며, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들을 이용하여 상기 렌즈부의 초점 및 비점수차를 조절하는, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 커널 영상들 각각에서, 상기 전자 빔의 분포는 가우시안 분포를 갖는 점 확산 함수(Point Spread Function, PSF)로 표현되는, 주사 전자 현미경 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 커널 영상들 중 적어도 하나에서, 상기 전자 빔의 분포는 방향성을 갖는 점 확산 함수로 표현되는, 주사 전자 현미경 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 커널 영상들 중 적어도 일부에서, 상기 전자 빔의 분포는 서로 다른 방향성을 갖는 점 확산 함수로 표현되는, 주사 전자 현미경 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 원본 영상들은, 상기 렌즈부의 오버 포커스(over focus) 상태에서 상기 객체를 촬영한 과초점 영상 및 상기 렌즈부의 언더 포커스(under focus) 상태에서 상기 객체를 촬영한 과소초점 영상 중 적어도 하나를 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 원본 영상들 각각은, 상기 패턴 영상과 상기 복수의 커널 영상들 각각의 합성곱(convolution)에 대응하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 원본 영상들 각각에 역합성곱(deconvolution) 연산을 적용하여 상기 패턴 영상과 상기 복수의 커널 영상들을 획득하는, 주사 전자 현미경 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 역합성곱 연산에 의해 상기 패턴 영상에 대응하는 제1 수학식, 및 상기 복수의 커널 영상들 각각에 나타나는 상기 전자 빔의 분포에 대응하는 제2 수학식을 획득하고,
    상기 제1 수학식과 상기 제2 수학식을 경사 하강법으로 최적화하여 상기 패턴 영상과 상기 복수의 커널 영상들을 획득하는, 주사 전자 현미경 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 수학식과 상기 제2 수학식을 교대로 최적화하는, 주사 전자 현미경 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 패턴 영상을 랜덤 노이즈 영상으로 초기화하는, 주사 전자 현미경 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 커널 영상들 각각을 방향성이 없는 가우시안 분포를 갖는 점 확산 함수로 초기화하는, 주사 전자 현미경 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 중앙 처리 장치(CPU), 및 상기 중앙 처리 장치와 다른 그래픽 처리 장치(GPU)를 포함하며,
    상기 그래픽 처리 장치는 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 패턴 영상과 상기 객체 상에서의 상기 복수의 커널 영상들을 획득하는 작업을 실행하는, 주사 전자 현미경 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 상기 특징값들을 하나의 2차원 평면에 맵핑하며,
    상기 2차원 평면에서 상기 특징값들 중 적어도 일부를 서로 연결하는 벡터들의 대표 벡터를 참조하여 상기 렌즈부의 비점수차 조절을 위한 보상 정보를 결정하고,
    상기 특징값들 중에서, 상기 2차원 평면의 원점에 가장 가까운 특징값을 이용하여 상기 렌즈부의 작동 거리를 결정하는, 주사 전자 현미경 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 2차원 평면에서 상기 특징값들이 소정의 범위 내에 분포하지 않으면, 상기 보상 정보를 상기 렌즈부에 적용하여 상기 복수의 원본 영상들과 다른 새로운 원본 영상들을 다시 획득하고, 상기 새로운 원본 영상들로부터 새로운 패턴 영상 및 새로운 커널 영상들을 획득하며, 상기 새로운 커널 영상들에서 추출한 새로운 특징값들을 이용하여 상기 렌즈부의 작동 거리 및 비점수차를 조절하는, 주사 전자 현미경 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 2차원 평면에서 상기 특징값들이 소정의 범위 내에 분포하면, 상기 결정한 작동 거리 및 상기 보상 정보를 상기 렌즈부에 적용하여 상기 객체의 타겟 영역에 대한 영상을 획득하는, 주사 전자 현미경 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 특징값들의 좌표들로부터 계산한 분산을 이용하여, 비점수차의 조절 강도에 대응하는 상기 대표 벡터의 길이를 결정하는, 주사 전자 현미경 장치.
  16. 객체로 전자 빔을 방출하는 전자 빔 소스;
    상기 객체와 상기 전자 빔 소스 사이에 배치되는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 변경하며 복수의 원본 영상들을 획득하고, 상기 복수의 원본 영상들로부터 상기 객체에 맺히는 상기 전자 빔의 분포가 점 확산 함수 형태로 표현되는 복수의 커널 영상들을 획득하며, 상기 복수의 커널 영상들에서 추출한 특징값들을 기초로 상기 작동 거리 및 비점수차를 최적화하는 제어부; 를 포함하는 반도체 생산 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 원본 영상들과 상기 복수의 커널 영상들을 동시에 처리하기 위한 다수의 코어들을 포함하는 그래픽 처리 유닛을 포함하는, 반도체 생산 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 커널 영상들 각각에서, 가우시안 분포를 갖는 상기 점 확산 함수의 공분산을 소정의 행렬로 정의하고, 상기 행렬의 고유 값을 이용하여 상기 점 확산 함수의 형상을 나타내는 장축, 및 경사각을 상기 특징값으로 획득하는, 반도체 생산 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 장축과 상기 경사각에 기초하여 정의되는 가로축과 세로축을 갖는 2차원 평면에, 상기 복수의 커널 영상들에서 획득한 상기 특징값들을 맵핑하고,
    상기 특징값들의 분포를 참조하여 상기 작동 거리 및 비점수차를 최적화하는, 반도체 생산 장치.
  20. 전자 빔을 객체에 조사하는 전자 빔 소스 및 상기 전자 빔 소스와 상기 객체 사이에 배치되는 렌즈부를 포함하는 반도체 생산 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 렌즈부와 상기 객체 사이의 작동 거리를 조절하며 복수의 원본 영상들을 획득하는 단계;
    상기 복수의 원본 영상들로부터, 상기 객체에 포함되는 구조체들을 포함하는 하나의 패턴 영상, 및 상기 객체에서 상기 전자 빔의 분포를 포함하는 복수의 커널 영상들을 획득하는 단계;
    상기 복수의 커널 영상들에서 특징값들을 추출하는 단계;
    상기 특징값들을 2차원 평면에 맵핑하는 단계;
    상기 2차원 평면에서 상기 특징값들을 연결하는 벡터들을 이용하여 생성한 대표 벡터를 참조하여, 상기 렌즈부의 비점수차 조절을 위한 보상 방향을 결정하는 단계; 를 포함하는, 반도체 생산 장치의 제어 방법.


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