KR20230096171A - 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법 - Google Patents

반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230096171A
KR20230096171A KR1020210184699A KR20210184699A KR20230096171A KR 20230096171 A KR20230096171 A KR 20230096171A KR 1020210184699 A KR1020210184699 A KR 1020210184699A KR 20210184699 A KR20210184699 A KR 20210184699A KR 20230096171 A KR20230096171 A KR 20230096171A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electron beam
semiconductor device
column
stage
irradiating
Prior art date
Application number
KR1020210184699A
Other languages
English (en)
Inventor
조유진
강종혁
박인혜
이수영
전충삼
노홍채
이장희
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020210184699A priority Critical patent/KR20230096171A/ko
Priority to US17/891,204 priority patent/US20230197402A1/en
Publication of KR20230096171A publication Critical patent/KR20230096171A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/01—Subjecting similar articles in turn to test, e.g. "go/no-go" tests in mass production; Testing objects at points as they pass through a testing station
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855—Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/286—External aspects, e.g. related to chambers, contacting devices or handlers
    • G01R31/2865—Holding devices, e.g. chucks; Handlers or transport devices
    • G01R31/2867—Handlers or transport devices, e.g. loaders, carriers, trays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1471—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path for centering, aligning or positioning of ray or beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/263—Contrast, resolution or power of penetration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/004—Charge control of objects or beams
    • H01J2237/0048—Charging arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24564—Measurements of electric or magnetic variables, e.g. voltage, current, frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Abstract

반도체 소자를 지지하는 스테이지; 상기 스테이지 상에 배치된 상기 반도체 소자를 향해 제1 전자 빔을 조사하는 제1 칼럼; 상기 반도체 소자를 향해 제2 전자 빔을 조사하는 제2 칼럼; 및 상기 제2 전자 빔에 의해 발생한 2차 전자를 검출하는 검출기; 를 포함하되, 상기 제1 칼럼은 상기 반도체 소자의 상면과 제1 각도를 이루도록 배치되고, 상기 제2 칼럼은 상기 반도체 소자의 상기 상면과 제2 각도를 이루도록 배치되되, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 다른 반도체 소자 검사 장치가 제공된다.

Description

반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법{Inspection apparatus for semiconductor device and inspection method for semiconductor device using the same}
본 발명은 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비 접촉 방식으로 반도체 소자의 불량 여부를 검사할 수 있는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 다양한 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자는 실리콘 등의 웨이퍼에 대한 포토 공정, 식각 공정, 증착 공정 및 테스트 공정 등을 거쳐 제조될 수 있다. 반도체 소자에 대한 테스트 공정에서, 반도체 소자의 전기적 불량을 계측할 수 있다. 이를 위해, 반도체 소자에 전자의 주입시켜야 할 수 있다. 전자가 주입된 반도체 소자를 스캐닝하여, 반도체 소자의 전기적 불량 여부를 확인할 수 있다. 이를 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)이 사용될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자의 손상을 방지할 수 있는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수 있는 공정의 자동화가 가능하여 in-line에서 사용할 수 있는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제어가 정확하고 용이한 검사가 가능할 수 있는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부의 전기적 불량 여부를 검출할 수 있는 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 검사 장치는 반도체 소자를 지지하는 스테이지; 상기 스테이지 상에 배치된 상기 반도체 소자를 향해 제1 전자 빔을 조사하는 제1 칼럼; 상기 반도체 소자를 향해 제2 전자 빔을 조사하는 제2 칼럼; 및 상기 제2 전자 빔에 의해 발생한 2차 전자를 검출하는 검출기; 를 포함하되, 상기 제1 칼럼은 상기 반도체 소자의 상면과 제1 각도를 이루도록 배치되고, 상기 제2 칼럼은 상기 반도체 소자의 상기 상면과 제2 각도를 이루도록 배치되되, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 다를 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 검사 장치는 반도체 소자에 전자 빔을 조사하는 SEM 어셈블리; 및 상기 SEM 어셈블리 밑에 위치하되, 상기 SEM 어셈블리에 대해 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동 가능한 스테이지; 를 포함하되, 상기 SEM 어셈블리는: 상기 스테이지(ST) 상에 배치된 상기 반도체 소자(W)의 상면에 사선(oblique line)으로 제1 전자 빔(EB1)을 조사하는 제1 칼럼(1); 및 상기 반도체 소자(W)의 상기 상면에 수직하게 제2 전자 빔(EB2)을 조사하는 제2 칼럼(3); 을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 검사 방법은 스테이지 상에 반도체 소자를 배치하는 것; 상기 반도체 소자의 제1 검사 영역 내 전극에 제1 전자 빔을 조사하는 것; 상기 반도체 소자의 상기 제1 검사 영역에 제2 전자 빔을 조사하는 것; 및 상기 제2 전자 빔에 의해 상기 제1 검사 영역으로부터 발생한 2차 전자를 검출하는 것; 을 포함하되, 상기 제1 전자 빔을 조사하는 것은, 상기 반도체 소자의 상면과 제1 각도를 이루도록 상기 제1 전자 빔을 조사하는 것을 포함하고, 상기 제2 전자 빔을 조사하는 것은, 상기 반도체 소자의 상면과 제2 각도를 이루도록 상기 제2 전자 빔을 조사하는 것을 포함하되, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 다를 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 따르면, 반도체 소자의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 따르면, 공정의 자동화가 가능하여 in-line에서 사용할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 따르면, 제어가 정확하고 용이한 검사가 가능할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 따르면, 내부의 전기적 불량 여부를 검출할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 소자 검사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 소자 검사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 도 10은 도 2의 순서도에 따른 반도체 소자 검사 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
도 11 및 도 12는 도 2의 순서도에 따른 반도체 소자 검사 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명한다. 명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 소자 검사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 반도체 소자 검사 장치(A)가 제공될 수 있다. 반도체 소자 검사 장치(A)는 반도체 소자의 전기적 불량을 검출할 수 있는 장치일 수 있다. 반도체 소자 검사 장치(A)는 진공 챔버(VC), SEM 어셈블리(SEMA), 스테이지(ST), 검출기(5), 스테이지 구동 장치(SA), 제1 칼럼 제어부(C1), 제2 칼럼 제어부(C2), 검출기 제어부(DC), 통합 제어부(TC) 및 디스플레이(D)를 포함할 수 있다.
진공 챔버(VC)는 검사 공간(Vh)을 제공할 수 있다. 검사 공간(Vh)은 진공 상태로 유지될 수 있다. 이를 위해 검사 공간(Vh)에 연결되는 진공 펌프(미도시) 등이 제공될 수 있다. 진공 챔버(VC) 내에 반도체 소자가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 진공 챔버(VC) 내의 스테이지(ST) 상에 반도체 소자가 배치될 수 있다.
SEM 어셈블리(SEMA)는 적어도 일부가 진공 챔버(VC) 내에 위치할 수 있다. SEM 어셈블리(SEMA)는 제1 칼럼(1) 및 제2 칼럼(3)을 포함할 수 있다.
제1 칼럼(1)은 SEM 칼럼일 수 있다. 제1 칼럼(1)은 스테이지(ST) 상의 반도체 소자를 향해 제1 전자 빔(EB1)을 조사할 수 있다. 제1 칼럼(1)은 반도체 소자에 제1 전자 빔(EB1)을 조사하여, 반도체 소자 내 전극 등의 전도체를 하전시킬 수 있다. 예를 들어, 2차 전자 수율(secondary electron yield)이 1보다 큰 제1 전자 빔(EB1)이 조사된 반도체 소자 내 전극은 +전하로 대전될 수 있다. 혹은, 2차 전자 수율이 1보다 작은 제1 전자 빔(EB1)이 조사된 반도체 소자 내 전극은 -전하로 대전될 수 있다. 이를 위해 제1 칼럼(1)은 콘덴서 렌즈, 대물 렌즈 및 디플렉터 등을 포함할 수 있다. 제1 칼럼(1)은 스테이지(ST) 상에 배치되는 반도체 소자의 상면과 제1 각도(α)를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 칼럼(1)은, 제1 칼럼(1)이 조사하는 제1 전자 빔(EB1)이 반도체 소자의 상면과 제1 각도(α)를 이루도록 배치될 수 있다. 제1 칼럼(1)의 분해능은, 제2 칼럼(3)의 분해능보다 낮을 수 있다.
제2 칼럼(3)은 제1 칼럼(1)으로부터 이격 배치될 수 있다. 제2 칼럼(3)은 SEM 칼럼일 수 있다. 제2 칼럼(3)은 스테이지(ST) 상의 반도체 소자를 향해 제2 전자 빔(EB2)을 조사할 수 있다. 제2 칼럼(3)은 스캐닝 SEM 칼럼일 수 있다. 즉, 제1 전자 빔(EB1)에 의해 대전된 반도체 소자의 전극이 제2 칼럼(3)이 조사하는 제2 전자 빔(EB2)에 의해 스캐닝될 수 있다. 이를 위해 제2 칼럼(3)은 제1 콘덴서 렌즈(CL1), 제2 콘덴서 렌즈(CL2), 대물 렌즈(OL) 및 디플렉터(DF) 등을 포함할 수 있다. 디플렉터(DF)는 제2 전자 빔(EB2)의 조사 각도를 제어할 수 있다. 제2 칼럼(3)은 스테이지(ST) 상에 배치되는 반도체 소자의 상면과 제2 각도(β)를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 칼럼(3)은, 제2 칼럼(3)이 조사하는 제2 전자 빔(EB2)이 반도체 소자의 상면과 제2 각도(β)를 이루도록 배치될 수 있다. 제2 각도(β)는 제1 각도(α)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 각도(β)는 약 90도이고, 제1 각도(α)는 예각일 수 있다. 제2 각도(β)가 수직인 경우, 스캐닝의 정밀성이 향상될 수 있다. 제1 전자 빔(EB1)과 제2 전자 빔(EB2)은 반도체 소자의 상면 혹은 상면의 아래에서 교차할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다. 제2 칼럼(3)의 분해능은, 제1 칼럼(1)의 분해능보다 높을 수 있다.
스테이지(ST)는 SEM 어셈블리(SEMA)의 밑에 위치할 수 있다. 스테이지(ST)는 반도체 소자를 지지할 수 있다. 반도체 소자는 스테이지(ST)의 상면 상에 배치될 수 있다. 스테이지(ST)는 반도체 소자를 고정하기 위한 척(chuck) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(ST)는 정전기력으로 반도체 소자를 고정하는 정전 척(ESC) 또는 진공압으로 반도체 소자를 고정하는 진공 척 등을 포함할 수 있다. 스테이지(ST)는 SEM 어셈블리(SEMA)에 대해 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 이동 가능할 수 있다. 이에 따라 스테이지(ST) 상의 반도체 소자도 SEM 어셈블리(SEMA)에 대해 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 이동할 수 있다.
검출기(5)는 전자 빔에 의해 발생한 2차 전자(secondary electron) 및/또는 후방산란전자(backscatter electron) 등을 검출할 수 있다. 예를 들어, 검출기(5)는 제2 전자 빔(EB2)이 조사된 반도체 소자에서 튀어나오는 2차 전자를 검출할 수 있다. 검출기(5)가 검출한 2차 전자에 대한 정보는 통합 제어부(TC)에 전달될 수 있다.
스테이지 구동 장치(SA)는 스테이지(ST)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 스테이지 구동 장치(SA)는 반도체 소자가 배치된 스테이지(ST)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.
제1 칼럼 제어부(C1)는 제1 칼럼(1)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 칼럼 제어부(C1)는 제1 칼럼(1)이 조사하는 제1 전자 빔(EB1)의 조사 각도, 2차 전자 수율 및 조사 시간 등을 제어할 수 있다.
제2 칼럼 제어부(C2)는 제2 칼럼(3)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 칼럼 제어부(C2)는 제2 칼럼(3)이 조사하는 제2 전자 빔(EB2)의 조사 각도, 2차 전자 수율 및 조사 시간 등을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 칼럼 제어부(C2)는 디플렉터(DF)를 제어하여, 제2 전자 빔(EB2)의 조사 각도를 제어할 수 있다.
검출기 제어부(DC)는 검출기(5)를 제어할 수 있다. 검출기 제어부(DC)는 검출기(5)로부터 검출된 정보를 통합 제어부(TC)에 전달할 수 있다. 통합 제어부(TC)는 제1 칼럼 제어부(C1), 제2 칼럼 제어부(C2), 검출기 제어부(DC) 및 스테이지 구동 장치(SA)를 제어할 수 있다. 통합 제어부(TC)는 검출기(5)로부터 받은 2차 전자에 대한 정보를 이용하여, 콘트라스트 이미지(contrast image)를 형성할 수 있다. 디스플레이(D)는 통합 제어부(TC)에 연결될 수 있다. 디스플레이(D)는 통합 제어부(TC)가 형성한 콘트라스트 이미지를 출력할 수 있다. 사용자는 디스플레이(D)에 출력된 콘트라스트 이미지를 보고, 반도체 소자에 대한 불량 여부를 파악할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 소자 검사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참고하면, 반도체 소자 검사 방법(S)이 제공될 수 있다. 반도체 소자 검사 방법(S)은 도 1을 참고하여 설명한 반도체 소자 검사 장치(A, 도 1 참고)를 이용해 반도체 소자의 전기적 불량 여부를 검출하는 방법을 의미할 수 있다. 반도체 소자 검사 방법(S)은 스테이지 상에 반도체 소자를 배치하는 것(S1), 제1 검사 영역을 검사하는 것(S2), 스테이지를 이동시키는 것(S3) 및 제2 검사 영역을 검사하는 것(S4)을 포함할 수 있다.
제1 검사 영역을 검사하는 것(S2)은, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211), 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212), 2차 전자를 검출하는 것(S22) 및 제1 검사 영역에 대한 콘트라스트 이미지를 형성하는 것(S23)을 포함할 수 있다.
이하에서, 도 3 내지 도 10을 참고하여 도 2의 반도체 소자 검사 방법(S)을 상세히 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 10은 도 2의 순서도에 따른 반도체 소자 검사 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
도 3 및 도 2를 참고하면, 스테이지 상에 반도체 소자를 배치하는 것(S1)은 스테이지(ST) 상에 검사하고자 하는 반도체 소자(W)를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 반도체 소자(W)는, 배선, 트랜지스터 등이 형성된 웨이퍼 형태의 기판일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 스테이지(ST) 상에 로딩되는 반도체 소자(W)는 칩 형태를 가질 수도 있다. 반도체 소자(W)는 스테이지(ST) 상에 고정될 수 있다. 반도체 소자(W)의 배치 이후, 진공 챔버(VC)의 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 2를 참고하면, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211)은 제1 칼럼(1)이 제1 전자 빔(EB1)을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 제1 칼럼 제어부(C1)는 제1 칼럼(1)을 제어하여, 제1 전자 빔(EB1)의 2차 전자 수율 및/또는 조사 각도 등을 조절할 수 있다. 도 5를 참고하면, 제1 전자 빔(EB1)은 반도체 소자(W)의 상면(Wu)과 제1 각도(α)를 이루도록 반도체 소자(W)에 조사될 수 있다. 제1 각도(α)가 예각인 경우, 제1 전자 빔(EB1)은 반도체 소자(W)의 상면(Wu)에 사선(oblique line)으로 조사될 수 있다.
도 6을 참고하면, 반도체 소자(W)는 내부 배선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자(W)의 제1 검사 영역(TR1)에 제1 내부 배선(L1) 및 제2 내부 배선(L2)이 위치할 수 있다. 제1 내부 배선(L1) 및 제2 내부 배선(L2)은 결함 부위(DT)에서 서로 간의 연결이 끊어져 있을 수 있다. 즉, 제1 내부 배선(L1)과 제2 내부 배선(L2)은 공정 중 결함에 의해 전기적으로 연결되지 아니할 수 있다. 제1 전자 빔(EB1)은 제1 내부 배선(L1)에 조사될 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 빔(EB1)은 제1 전극(E1) 상의 일측(P1)에 조사될 수 있다. 제1 전극(E1)에 제1 전자 빔(EB1)이 조사되면, 제1 내부 배선(L1)이 대전될 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 빔(EB1)의 2차 전자 수율이 1보다 크면, 제1 내부 배선(L1)은 +전하로 대전될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전자 빔(EB1)이 조사되면, 제1 전자 빔(EB1)의 전자에 의해 제1 내부 배선(L1) 내 전자가 제1 내부 배선(L1)의 외부로 튀어 나갈 수 있다. 혹은, 제1 전자 빔(EB1)의 2차 전자 수율이 1보다 작으면, 제1 내부 배선(L1)은 -전하로 대전될 수 있다. 이하에서, 제1 전자 빔(EB1)의 수율이 1보다 커서, 제1 내부 배선(L1)이 +전하로 대전된 것을 기준으로 서술하도록 한다. 제1 내부 배선(L1)의 일측(P1)에 조사된 제1 전자 빔(EB1)에 의해, 제1 내부 배선(L1)의 전체가 +전하로 대전될 수 있다. 그러나 제2 내부 배선(L2)은 결함 부위(DT)에 의해 제1 내부 배선(L1)으로부터 단선되어 있어, 제2 내부 배선(L2)은 대전되지 아니할 수 있다.
도 7 및 도 2를 참고하면, 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)은 제2 칼럼(3)이 제2 전자 빔(EB2)을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 제2 전자 빔(EB2)의 궤적과 제1 전자 빔(EB1)궤적은 제1 검사 영역(TR1) 내에서 교차할 수 있다. 예를 들어, 제2 전자 빔(EB2)의 궤적과 제1 전자 빔(EB1)궤적은, 반도체 소자(W)의 상면 상에서 교차할 수 있다. 혹은, 제2 전자 빔(EB2)의 궤적과 제1 전자 빔(EB1)궤적은, 반도체 소자(W)의 상면 아래에서 교차할 수 있다. 제1 검사 영역(TR1)에 대한 검사 중에, 스테이지(ST)는 일정 위치에 고정되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211)에서의 스테이지(ST)의 위치와, 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)에서의 스테이지(ST)의 위치는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211)에서의 스테이지(ST)의 위치를 제1 위치라 칭하면, 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)에서의 스테이지(ST)의 위치도 제1 위치일 수 있다. 즉, 제1 검사 영역(TR1)에 대한 검사가 완료되기 전까지, 반도체 소자(W)는 일정 위치에 고정되어 있을 수 있다. 제2 칼럼 제어부(C2)는 제2 칼럼(3)을 제어하여, 제2 전자 빔(EB2)의 2차 전자 수율 및/또는 조사 각도 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 칼럼 제어부(C2)가 디플렉터(DF)를 제어하여, 제2 전자 빔(EB2)의 조사 각도를 조절할 수 있다. 따라서 반도체 소자(W)의 위치를 고정시킨 상태에서, 제1 검사 영역(TR1)의 전체에 대한 제2 전자 빔(EB2)의 조사가 가능할 수 있다. 제2 전자 빔(EB2)은 반도체 소자(W)의 상면(Wu)과 제2 각도(β)를 이루도록 반도체 소자(W)에 조사될 수 있다.
도 8 및 도 2를 참고하면, 2차 전자를 검출하는 것(S22)은 검출기(5, 도 3 참고)가 2차 전자를 검출하는 것을 포함할 수 있다.
제2 전자 빔(EB2b)이 조사된 제2 내부 배선(L2)으로부터의 2차 전자(SEb)의 방출은 상대적으로 많을 수 있다. 혹은, 제2 전자 빔(EB2b)이 조사된 제2 내부 배선(L2)으로부터 방출되는 2차 전자(SEb)는 멀리 이동할 수 있다. 따라서 제2 내부 배선(L2)으로부터 방출되는 2차 전자(SEb)는 검출기(5, 도 3 참고)에 검출될 수 있다.
한편, 제1 내부 배선(L1)이 +전하로 대전되어 있으므로, 제2 전자 빔(EB2a)이 조사된 제1 내부 배선(L1)으로부터의 2차 전자(SEa)의 방출은 상대적으로 적을 수 있다. 혹은, 제2 전자 빔(EB2a)이 조사된 제1 내부 배선(L1)으로부터 방출되는 2차 전자(SEa)는 멀리 이동하지 못할 수 있다. 따라서 제1 내부 배선(L1)으로부터 방출되는 2차 전자(SEa)는 검출기(5, 도 3 참고)에 검출되지 아니할 수 있다. 2차 전자를 검출하는 것(S22)은, 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)과 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.
이상에서, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211)과 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)이 순차적으로 수행되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 전자 빔을 조사하는 것(S211)과 제2 전자 빔을 조사하는 것(S212)이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있다.
도 9 및 도 2를 참고하면, 제1 검사 영역에 대한 콘트라스트 이미지를 형성하는 것(S23)은 통합 제어부(TC, 도 3 참고)가 검출기(5, 도 3 참고)로부터 검출된 2차 전자에 대한 정보를 받아, 콘트라스트 이미지(CI)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 통합 제어부(TC)는 제1 검사 영역(TR1, 도 6 참고)에서 검출한 2차 전자에 대한 정보를 기준으로 콘트라스트 이미지(CI)를 형성할 수 있다. 콘트라스트 이미지(CI)는 디스플레이(D, 도 3 참고)에 출력될 수 있다. 제1 내부 배선(L1, 도 8 참고)으로부터 검출된 2차 전자가 적거나 없어, 제1 내부 배선(L1)에 해당하는 부분(SE3)은 어두울 수 있다. 반대로 제2 내부 배선(L2)으로부터 검출된 2차 전자는 상대적으로 많아, 제2 내부 배선(L2)에 해당하는 부분(SE1)은 밝을 수 있다. 이를 통해, 결함 부위(DT, 도 8 참고)의 위치를 파악할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 밝은 부분과 어두운 부분의 경계 부분(SE3)이 결함 부위(DT)에 해당할 수 있다. 따라서 사용자는 제1 검사 영역(TR1) 내에서 결함 부위(DT)가 존재하는지 여부 및 결함 부위(DT)의 위치를 파악할 수 있다.
도 10 및 도 2를 참고하면, 스테이지를 이동시키는 것(S3)은 스테이지 구동 장치(SA)가 스테이지(ST)를 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라 스테이지(ST) 상의 반도체 소자(W)도 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 이동할 수 있다. 제1 검사 영역(TR1, 도 6 참고)에 대한 검사가 완료된 뒤, 제2 검사 영역이 검사될 수 있도록 반도체 소자(W)가 SEM 어셈블리(SEMA)의 아래에서 이동할 수 있다.
제2 검사 영역을 검사하는 것(S4)은 제1 칼럼(1) 및 제2 칼럼(3)에 의한 전자 빔의 조사에 의해 수행될 수 있다. 즉, 제1 검사 영역(TR1, 도 6 참고)에 대한 검사가 완료된 뒤 스테이지(ST)를 이용해 반도체 소자(W)를 이동시키면, 반도체 소자(W)의 제2 검사 영역에 대한 검사가 진행될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 다른 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 의하면, 반도체 소자 상에 직접 접하지 않고, 전극을 대전시킬 수 있다. 즉, 비 접촉 방식으로 반도체 소자에 대한 전기적 불량 여부를 검출할 수 있다. 따라서 반도체 소자가 검사 중에 접촉에 의해 오염되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 다른 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 의하면, 반도체 소자에 접촉하는 팁을 가진 프로브 없이, 반도체 소자에 대한 전기적 불량을 검출할 수 있다. 따라서 기계적 구성을 최소화하여 장비를 구성할 수 있다. 이에 따라 장비에 대한 유지 보수의 필요성이 줄어들 수 있다. 정기적으로 교체해주어야 하는 부품이 없으므로, 반도체 소자 검사 방법 전체를 자동화할 수 있다. 즉, 인-라인에서 반도체 소자에 대한 전기적 불량 검출이 가능할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 다른 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 의하면, 제1 칼럼의 배치 각도와 제2 칼럼의 배치 각도가 상이할 수 있다. 즉, 제1 칼럼과 제2 칼럼이 평행하지 않게 배치될 수 있다. 따라서 제1 전자 빔과 제2 전자 빔이 동일한 지점에 조사될 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자 검사 방법 수행 시에 반도체 소자를 이동시키지 않고 일정 위치에 고정시켜 놓을 수 있다. 즉, 반도체 소자를 고정시킨 상태로 하나의 검사 영역에 대한 전기적 불량 여부를 검출할 수 있다. 따라서 반도체 소자에 대한 전기적 불량 여부 검출의 정확성이 향상될 수 있다. 또한, 검사 중에 반도체 소자를 이동시키지 않아도 되므로, 제어가 용이해질 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 2의 순서도에 따른 반도체 소자 검사 방법을 순차적으로 나타낸 도면들이다.
이하에서, 도 1 내지 도 10을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 설명을 생략할 수 있다.
도 11을 참고하면, MOSFET에 대한 전기적 불량 여부를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제1 칼럼(1)은 게이트 컨택(GTC)에 제1 전자 빔(EB1)을 조사할 수 있다. 제1 칼럼(1)이 조사하는 제1 전자 빔(EB1)의 2차 전자 수율이 1보다 크면, 게이트 컨택(GTC)에 접한 게이트 전극(GTE)은 +전하로 대전될 수 있다. 따라서 절연체(DE) 밑에 채널(CH, 도 12 참고)이 형성될 수 있다. 소스 영역(SOR) 및 드레인 영역(DRR)은 전기적으로 연결될 수 있다.
도 12를 참고하면, 제2 칼럼(3)이 반도체 소자(W') 상에 제2 전자 빔(EB2)을 조사할 수 있다. 제2 전자 빔(EB2)에 의해, 소스 컨택(SOC) 및 드레인 컨택(DRC) 등으로부터 2차 전자가 방출될 수 있다. 검출기(도 1 참고)는 방출되는 2차 전자를 검출할 수 있다. 통합 제어부(TC, 도 1 참고)는 이를 이용해 콘트라스트 이미지를 형성할 수 있다. 이를 통해 MOSFET의 전기적 불량 여부를 검출할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
A: 반도체 소자 검사 장치
VC: 진공 챔버
SEMA: SEM 어셈블리
ST: 스테이지
SA: 스테이지 구동 장치
1: 제1 칼럼
3: 제2 칼럼
5: 검출기
EB1: 제1 전자 빔
EB2: 제2 전자 빔
C1: 제1 칼럼 제어부
C2: 제2 칼럼 제어부
DC: 검출기 제어부
TC: 통합 제어부
D: 디스플레이
SOC: 소스 컨택
SOR: 소스 영역
DE: 절연체
GTC: 게이트 컨택
GTE: 게이트
DRR: 드레인 영역
DRC: 드레인 컨택

Claims (10)

  1. 반도체 소자를 지지하는 스테이지;
    상기 스테이지 상에 배치된 상기 반도체 소자를 향해 제1 전자 빔을 조사하는 제1 칼럼;
    상기 반도체 소자를 향해 제2 전자 빔을 조사하는 제2 칼럼; 및
    상기 제2 전자 빔에 의해 발생한 2차 전자를 검출하는 검출기; 를 포함하되,
    상기 제1 칼럼은 상기 반도체 소자의 상면과 제1 각도를 이루도록 배치되고,
    상기 제2 칼럼은 상기 반도체 소자의 상기 상면과 제2 각도를 이루도록 배치되되,
    상기 제1 각도 상기 제2 각도는 다른 반도체 소자 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 칼럼의 분해능은 상기 제1 칼럼의 분해능보다 높은 반도체 소자 검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전자 빔의 축과 상기 제2 전자 빔의 축은 상기 반도체 소자의 상기 상면 또는 상기 상면의 아래에서 교차하는 반도체 소자 검사 장치.
  4. 반도체 소자에 전자 빔을 조사하는 SEM 어셈블리; 및
    상기 SEM 어셈블리 밑에 위치하되, 상기 SEM 어셈블리에 대해 수평 방향으로 이동 가능한 스테이지; 를 포함하되,
    상기 SEM 어셈블리는:
    상기 스테이지 상에 배치된 상기 반도체 소자의 상면에 사선(oblique line)으로 제1 전자 빔을 조사하는 제1 칼럼; 및
    상기 반도체 소자의 상기 상면에 수직하게 제2 전자 빔을 조사하는 제2 칼럼; 을 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스테이지를 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시키는 스테이지 구동 장치를 더 포함하는 반도체 소자 검사 장치.
  6. 스테이지 상에 반도체 소자를 배치하는 것;
    상기 반도체 소자의 제1 검사 영역 내 전극에 제1 전자 빔을 조사하는 것;
    상기 반도체 소자의 상기 제1 검사 영역에 제2 전자 빔을 조사하는 것; 및
    상기 제2 전자 빔에 의해 상기 제1 검사 영역으로부터 발생한 2차 전자를 검출하는 것; 을 포함하되,
    상기 제1 전자 빔을 조사하는 것은, 상기 반도체 소자의 상면과 제1 각도를 이루도록 상기 제1 전자 빔을 조사하는 것을 포함하고,
    상기 제2 전자 빔을 조사하는 것은, 상기 반도체 소자의 상면과 제2 각도를 이루도록 상기 제2 전자 빔을 조사하는 것을 포함하되,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 다른 반도체 소자 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 전자 빔을 조사하는 것과 상기 제2 전자 빔을 조사하는 것은 순차적으로 수행되는 반도체 소자 검사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전자 빔을 조사하는 것에서 상기 반도체 소자를 지지하는 상기 스테이지는 제1 위치에 고정되고,
    상기 제2 전자 빔을 조사하는 것은 상기 스테이지가 상기 제1 위치에 고정된 상태에서 수행되는 반도체 소자 검사 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    검출된 상기 2차 전자에 대한 정보를 이용하여 상기 제1 검사 영역에 대한 콘트라스트 이미지를 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 소자 검사 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 검사 영역으로부터 발생한 상기 2차 전자를 검출하는 것 이후, 상기 스테이지를 이동시키는 것; 및
    상기 스테이지를 이동시킨 후, 상기 제1 검사 영역과는 구분되는 제2 검사 영역을 검사하는 것을 더 포함하는 반도체 소자 검사 방법.
KR1020210184699A 2021-12-22 2021-12-22 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법 KR20230096171A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210184699A KR20230096171A (ko) 2021-12-22 2021-12-22 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법
US17/891,204 US20230197402A1 (en) 2021-12-22 2022-08-19 Semiconductor inspection apparatus and semiconductor inspection method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210184699A KR20230096171A (ko) 2021-12-22 2021-12-22 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230096171A true KR20230096171A (ko) 2023-06-30

Family

ID=86768887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210184699A KR20230096171A (ko) 2021-12-22 2021-12-22 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230197402A1 (ko)
KR (1) KR20230096171A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230197402A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10539589B2 (en) Through process flow intra-chip and inter-chip electrical analysis and process control using in-line nanoprobing
US8280664B2 (en) XY-coordinate compensation apparatus and method in sample pattern inspection apparatus
JP2001313322A (ja) 荷電粒子ビームによる検査方法および検査装置
JP5174750B2 (ja) 荷電粒子線装置及び荷電粒子線画像を安定に取得する方法
US20090152461A1 (en) Hole Inspection Apparatus and Hole Inspection Method using the Same
US11791127B2 (en) System and method for bare wafer inspection
JP5873741B2 (ja) 半導体検査装置および半導体検査方法
JP2006351303A (ja) パターン欠陥検査方法および装置
JP5362355B2 (ja) マイクロカラムを用いた微細パターンおよび形状検査装置
US20090309043A1 (en) Charged particle beam apparatus and sample holding system
US6507029B1 (en) Sample processing apparatus and method for removing charge on sample through light irradiation
KR20230096171A (ko) 반도체 소자 검사 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 검사 방법
TWI767278B (zh) 多重著陸能量掃描電子顯微鏡系統及方法
US20190198372A1 (en) System for dynamically compensating position errors of a sample
KR100633091B1 (ko) 박막 트랜지스터 기판의 검사장치
KR20230126816A (ko) 반도체 소자 검사 방법
JP2011159636A (ja) パターン欠陥検査方法および装置
KR20220010856A (ko) 반도체 소자 본딩 장치 및 반도체 조사 본딩 방법