KR100775437B1 - 패턴검사장치및그방법 - Google Patents
패턴검사장치및그방법Info
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Abstract
시료에 상을 형성하고 시료에 형성된 패턴을 검사하기 위한 패턴검사 장치 및 방법에 있어서, 이 방법은 시료의 상에 대응하는 기준 상을 메모리에 축적하는 단계, 상기 메모리로부터 읽어낸 기준 상을 시료의 상과 비교하는 단계, 기준 상과 결점이 있는 시료의 상 사이의 상이한 부분을 검출하는 단계, 검출된 상이한 부분에 근거하여 다른 결함으로부터 시료의 치명결함(즉, 불량의 원인이 되는 결함)이거나 치명결함이 될 결함의 확률을 결정하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 디바이스 제작을 포함하여 다양한 산업분야에 사용되는, 패턴형성을 위해 필수 불가결한 기술의 하나인 패턴검사를 위한 장치와 그 방법에 관한 것이다. 특히, 주사형 전자현미경(가시 검사용 SEM), 레이저 주사현미경, I-빔 현미경, 및 주사형 원자력 현미경과 같은 장치를 사용하여 상이 형성되고, 이렇게 형성된 상을 관찰함으로써 패턴이 검사되는 패턴검사 장치에 관한 것이다.
본 발명이 적용되는 분야의 일 형태로는 반도체 제조분야를 들 수 있다. 반도체 제조에 있어서, 가시-검사 SEM(주사형 전자현미경)이 패턴 검사에 널리 사용되고 있다. 가시-검사 SEM을 사용하여 형성되는 패턴의 검사는, 예를 들어 다음의 단계를 거쳐 수행된다.
웨이퍼 카세트로부터 꺼내어진 검사될 웨이퍼의 시트(sheet)는, 기준으로 사용되는 웨이퍼의 노치나 방위 플랫부에 의해 선-정렬(pre-alignment) 공정이 수행된다. 선-정렬은 웨이퍼의 결정 방향을 XY-스테이지의 이동 방향에 정렬시키는 공정이다. 선-정렬 후, 웨이퍼는 이송되어 XY-스테이지 위에 장착되고 진공으로 유지된 시료실내에 배치된다. XY-스테이지 위에 장착된 웨이퍼는 시료실의 상단에 장착된 광학 현미경을 이용하여 정렬 공정을 수행하게 된다. 상기 정렬 공정은 웨이퍼 위에 형성된 패턴의 좌표계를 스테이지 좌표계로 조정하는데 사용된다. 더욱 구체적으로, 광학 현미경으로 웨이퍼 위에 형성된 정렬 패턴의 수 백배 정도로 확대된 상을 미리 저장되어 있는 정렬 패턴의 기준 상과 비교하고, 후자, 즉 기준 상과 전자의 상이 올바르게 저장되도록 스테이지 좌표 위치를 조정하여 정렬이 수행된다. 정렬 후, 웨이퍼는 상기 스테이지의 이동에 의해 검사될 소정의 점으로 이동된다. 검사되어지는 점은 주사전자빔에 의하여 조사된 위치로 이동하고 그것에 의하여 SEM상이 형성된다. 조작자는 자신이 가지고 있는 지식과 정보에 근거하여서 형성된 SEM상을 관측하고, 패턴 결함의 존재 및 결함의 분류를 결정한다.
위에 주지한 방법은 조작자의 시각에 근거한 결함의 분류이다. 반면에 대상이 SEM상 대신에 광학 현미경 상으로 변환된다면, 자동 분류가 행해진다. 이 자동분류의 방법은 얻어진 결함 상으로부터 크기 및 형태가 같은 특이성을 끄집어낸 후에, 결함 분류자(classifier)는 상기 특징에 근거하여 자동분류를 수행하도록 되어 있다. 이 목적을 위해, 중성 네트워크(neutral network)와 같은 분류자가 널리 사용된다. 이런 방법은 M. H. Bennett 의 "Automatic Defect Classification: Status and industry trends"(SPIE 회보,Vol. 2439, 1995)의 210 ~ 220 쪽에 기술되어 있고, 이하 본 명세서에서 인용한다.
결함 분류의 최대 목적은 소자 불량의 원인이 되는 결함(소위 "치명결함(killer defect)")의 존재를 정확하게 판정하고 분류하는 데에 있다. 그러한 치명결함을 결정함으로써 생산품 산출(수율)에 영향을 미치는 결함을 효과적으로 저감하고 이에 의하여 수율을 단기간에 향상시키는 것이 가능하게 된다.
종래는 일반적으로 결함을 원, 정사각형, 직사각형, 삼각형 등과 같이 기하학적 상으로 나타내거나 결함 크기를 절대 치수로 기술하여 분류하고 있다. 하지만 이와 같은 분류방법은 치명결함과 비-치명결함을 분리하기 위해 항상 적절한 방법은 아니다.
본 발명의 목적은 치명으로 이어지는 결함을 정확, 신속하게 판정하고 분류하기에 적합한 패턴검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 시료에 형성된 패턴을 검사하고 시료의 상을 생성하는 패턴검사 장치에 있어서, 시료의 상에 대응하는 기준 상을 저장하고, 저장된 기준 상을 읽어내고, 읽어낸 기준 상과 시료의 상을 비교하고, 결점을 가진 표본상과 기준 상과의 상이한 부분을 검출하고, 그리고 검출한 부분들에 근거한 다른 결점으로부터 치명적 결점을 분리하는 것을 특징으로 기술된다.
본 발명에 의하면, 정확하고 빠르게 치명적 결함의 존재를 결정하고 그들을 분류하는데 적합한 패턴검사 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
도 2a에 도시된 예들의 방식에 의해, 배선 패턴에서 돌출의 결함이 고려될 때, 결점의 치명률(the rate of criticalness)(즉 "치명 결함", 다시 말해서, 칩 및 웨이퍼 불량의 명백한 원인이 되는 결점이 될 확률)은, 결합d 와 e 로 지시되는 것과 같이 패턴내의 스페이스 및 결함들 사이의 상대적 크기보다, a, b 및 c로 지시되는 것과 같이 결함의 절대 크기와 기하학적 형태와 더 낮은 상관성을 갖는다. 다시 말해, 결함 a, b, c 에 대해 치명적인 결함으로 되는 결함의 확률은 실질적으로 같으며 그들의 기하학적 형태와 무관하다. 반면에, 비록 결함d가 결함e 보다 클지라도, 결함e가 치명적 결함이 될 확률은 결함d가 치명적 확률이 될 확률보다 크다.
더 나아가, 도 2b에 도시된 바와 같이, 결함 부분의 상, 크기에 관계없이 배선의 단선이나 단락회로는 반드시 치명결함이 된다. 한편, 단락회로, 단선의 결함과 유사한 다른 결함으로서는 돌출, 공동, 핀홀 및 독립(isolation) 결함을 들 수 있다. 다른 한편, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함이 불량을 직접적으로 일으키는 일은 드물다. 그러나, 그와 같은 결함은 이후의 공정에서 불량이나 디바이스의 특성 저하 및 후속 단계들에서 신뢰도 저하를 일으킬 수 있다.
불량을 일으키는 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 같은 결함의 확률은 결함이 현존하는 부분의 패턴 크기와 인접 패턴까지의 거리에 의존하고 있다. 유사한 결함이라도, 결함이 현존하는 부분 패턴 크기가 클수록 또는 인접 패턴까지의 거리가 길수록 그 결함이 치명결함이 될 확률은 적어진다. 예를 들어, 도 2c에서, 핀홀 b가 치명적 결함으로 될 확률은 핀홀 b가 좁은 패턴에서 형성되기 때문에 동일 크기의 핀홀 a가 치명적 결함이 될 확률보다 매우 크다. 유사하게, 도 2d에서 도시된 독립들이 치명결함이 될 확률은 결함 b가 가장 크고 결함 c가 가장 작다(결함 a는 그 둘 사이). 부연하면, 여기에서 상기 "독립" 이라는 용어는 하나 이상의 고립된 패턴의 물질의 조각이 이격되어 형성되지만 패턴부에 인접된 도 2d에 도시된 결점의 형태로서 언급한다.
상기 경험에 근거한 고찰에서, 검사 방법은 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함으로 분류하는 단계를 포함한다. 또한 돌출, 공동, 핀홀 및 독립의 결함에 대해 스페이스 및 패턴 폭을 단위로 사용하여 크기별로 결함을 소분류하는 단계를 더 포함한다. 검사 장치는 양자의 차이 부분을 결함으로서 검출하도록 검사용 상을 미리 저장된 검사용 기준 상과 비교하는 기능과, 결함을 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함으로 나누어 유형 분류하고, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함에 대하여 패턴 폭 또는 스페이스를 단위로 하여 크기별로 소분류하는 기능을 구비한다.
상기 전술한 설계에서, 치명적 결함의 존재는 좀더 정확하고 신속하게 판정하고 분류할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴검사 장치로서의 가시검사 SEM의 일 실시예의 기본 구성을 나타낸다. 전자총(1)에서 방출된 전자빔(2)은 집속 렌즈(3) 및 대물 렌즈(4)에 의해 가늘게 좁혀지고, 시료인 웨이퍼(5)의 면 위에 초점을 맺는다. 동시에 전자빔(2)의 궤적은 편향기(6)에 의해 구부려지고 그것에 의해 상기 웨이퍼 표면에 2차원적으로 주사된다.
한편, 제 2의 전자(7)는 전자빔(2)에 의해 조사(照射)를 받은 웨이퍼 부분으로부터 방출되고 제 2의 전자(7)는 제 2의 전자 검출기(8)에 의해 검출되고 전기신호로 변환된 후, 증폭 등의 처리를 받는다. 처리를 거친 전기 신호는 표시장치(9)를 휘도-변조하는데 사용된다. 표시장치(9)는 전자빔(2)의 웨이퍼 면의 주사와 동기하여 주사되므로, 표시장치 위에 시료상(SEM상)이 형성된다.
본 발명에 따른 검사 순서의 일 예를 도 3에 나타낸다. 우선 단계(1)에서, 검사될 웨이퍼(5)의 1매가, 단계(1)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 카셋트(10)에서 꺼내어진다. 단계(2)에서, 웨이퍼가 선-정렬(pre-alignment)되는 과정을 거치는 동시에, 이 웨이퍼 위에 형성된 웨이퍼 번호가 비도시된 웨이퍼 번호 판독기에 의해 읽혀진다. 웨이퍼 번호는 각 웨이퍼에 고유하게 할당된 것이다. 단계(3)에서, 이 웨이퍼에 대응하는 미리 기록된 레시피(recipe)이 키로 사용되는 읽혀진 웨이퍼 번호와 함께 읽혀진다. "레시피"란 웨이퍼의 검사 과정이나 검사 조건을 제공하는 것이다.
이후의 단계는 읽어낸 레시피에 따라 자동적 또는 반자동적으로 수행된다. 단계(4)에서, 웨이퍼 번호가 읽힌 후, 웨이퍼(5)는 이송되고 진공으로 유지된 시료실(11) 내의 XY-스테이지(12) 위로 장착된다. 단계(5)에서, XY-스테이지(12) 위에 장착 웨이퍼(5)는 시료실(11)의 윗면에 장착된 광학 현미경(13)에 의하여 정렬 공정이 수행된다. 정렬공정은 웨이퍼(5)위에 형성된 정렬 패턴의 광학 현미경 상(수 백배 정도로 확대된)과 레시피에 따라 미리 기록된 정렬에 대한 기준 상을 비교하고, 전자의 상과 후자 즉, 기준 상과 겹치도록 스테이지 위치 좌표를 조정함으로써 행하여진다. 정렬이 이루어진 후, 단계(6)에 보는 것처럼, 이 웨이퍼에 대응한 웨이퍼 맵(검사점 맵)이 읽혀져, 표시장치 위에 표시된다. 웨이퍼 맵에는 이 웨이퍼의 검사가 요구되는 점들과 내력이 나타난다.
웨이퍼 맵 표시된 후, 단계(7)에 보는 것처럼, 조작자는 웨이퍼 맵 위에 표시된 점 중에서 검사될 하나이상의 부분의 대응점을 지정한다. 단계(8)에서 보는 것처럼, 검사점이 지정되었을 때, 피측정 웨이퍼(5)는 지정된 검사점이 정확하게 전자빔 아래에 오도록 스테이지 동작에 의해 이동된다. 웨이퍼가 이동된 후, 주사전자빔이 검사될 지점 위에 조사되고, 이것에 의하여 비교적 저배율에서의 SEM상(위치결정용 상)이 형성된다. 단계(9)에 보는 것처럼, 형성된 저배율 SEM상은 정렬 공정에서 이루어진 것처럼, 지정의 검사점에 대응하는 미리 기록된 기준용 SEM 상(위치결정용 기준 상)과 비교되고, 검사점의 정밀한 위치결정은 전자 상이 후자, 즉 기준용 SEM 상과 정확히 겹치도록 행하여진다. 위치결정은 예를 들어 전자빔의 주사 영역을 미(微)조정함으로써 행하여진다.
상술된 바와 같이 위치 결정된 웨이퍼는 피검사 영역이 사실상 화면 중앙, 즉 전자빔 바로 아래에 위치한다. 단계(10)에 보는 것처럼, 이 상태에서 피검사 영역의 검사를 위한 고 배율 검사 SEM상(검사용 상)이 형성된다. 단계(11)에 보는 것처럼, 검사 SEM상은 레시피에 상응하여 기록되는 검사하에서, 이 피조사 영역에 상응한 기준용 SEM상(검사용 기준 상)과 비교되고, 양상의 차이 부분이 검출된다. 차이 부분은 패턴 결함이라고 간주된다. 단계(12)에 보는 것처럼, 패턴 결함은 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함으로 유형 분류된다.
이어서, 돌출 및 독립 결함은 인접 패턴과의 거리를 최소 공간을 단위로 사용하여 인접패턴과의 거리를 표현하고, 최소 패턴 폭을 단위로 사용하여 대향 길이(결함을 패턴에 투영하였을 때의 그 그림자의 길이)를 표현함으로써 크기별로 분류된다. 한편 단계(13)에서 보는 것처럼, 핀홀 및 공동 결함은 그들이 존재하는 패턴의 폭을 횡 방향의 단위로 사용하고, 최소 패턴 폭을 종 방향의 단위로 사용하여 크기별로 분류된다. 또한, 최소 패턴 폭 및 최소 공간은 검사 디바이스의 패턴 설계 규칙에 따르고, 검사에 앞서 기록된 값이다.
단계(12)의 결점 형태 분류는 제 4도에 단계(124, 125)로 나타낸 과정에 따라 다음과 같이 수행된다. 이전에 준비된 기준 SEM상이 기록될 때, 조작자는 분류선/홀, 패턴/기초, 최소 패턴 폭/공간, 및 기준 SEM 상의 패턴층에 대한 확대 정보를 특정 할 수 있다. 검사용 SEM상이 형성되고, 검사용 SEM 상은 다른 부 및 기준 SEM상과 비교된, 즉, 결함이 검출된 후, 결점이 패턴에 있는지 아니면 제 4도의 단계(121)에 도시한 표시화면에 결함 위치상에 근거한 기초(foundation)에 있는지 여부를 결정하는 것이다. 만약 결함이 기초에 있으면, 결함과 패턴의 단부 사이의 거리가 다음 단계(122)에 의해서 계산 또는 측정된다. 단계(122)에서 이러한 측정은 다음 두 접근(1 및 2)중 하나로 수행된다.
1) 기준 SEM 상과 상기 비교 단계로 얻어진 추출 상은 겹쳐지고 표시화면 상에 표시된다. 그리고 추출 상은 패턴의 단부와 접촉하도록 패턴의 단부로 이동한다. 그것에 의하여 결함과 패턴의 단부사이의 거리는 이동 거리에 근거하여 얻어진다;
2) 기준 SEM 상과 상기 비교의 단계로 얻어진 추출 상은 겹쳐지거나 소정의 스케일(Scale)로 표시화면 상에 표시되고, 그 다음 결함과 패턴의 단부 사이의 거리가 스케일을 사용하여 읽혀진다. 거리를 읽는 이러한 과정은 조작자나 컴퓨터에 의해 수행된다.
패턴매칭(pattern matching) 방법은 상기 제 1 접근에 적용된다. 상기 제 2 접근에 사용된 스케일은 직선 형태의 스케일을 대신하여 결함의 단부를 중심으로 갖는 동심원의 집합 또는 격자선(grid line)일 수 있다. 단계(122)에 나타내듯이, 결함과 패턴의 단부 사이의 거리가 `0`이 아니고, 결함이 패턴의 단부와 접촉하지 않으면, 패턴 결함은 독립으로 분류된다.
반면에, 결함과 패턴의 단부 사이의 거리가 `0`이고 결함이 전후 좌우로 이동될 때 결함이 패턴의 단부에 접하면, 결함이 패턴의 단부에 접하는 접촉부는 다음의 단계(123)로 체크된다. 만약 전후 좌우에서 오로지 하나의 접촉부가 있다면, 패턴 결함은 돌출로 분류된다. 만약 전후 좌우에서 두 개의 접촉부가 있다면, 패턴 결함은 단락 회로 분류된다.
만약 단계(121)가 패턴에 결함이 있는 것으로 결정한다면, 결함은 단계(124, 125)에 도시한 것처럼, 동일한 과정으로 핀홀, 공동 및 단선으로 분류된다. 다시 말해, 단계(124)는 결점이 핀홀인지 여부를 결정하기 위하여 단계(122)에서 수행된 동일한 접근(1, 2)을 이용하고, 그렇지 않다면, 단계(125)는 결점이 공동인지 및 단선인지의 여부를 결정하기 위하여 단계(123)를 유사한 방식으로 수행한다.
상기 기술한 형태분류 단계 후에, 돌출, 독립, 핀홀 및 공동의 결함들은 제 3도의 단계(13)에서 도시한 것처럼, 최소 패턴 폭 및 최소 패턴 스페이스를 단위로 사용하여 크기별로 분류된다.
첫 번째 단계(131)로서, 추출 상(결함)의 최대 절대 측정은 임계차원주사전자 현미경(critical dimensional-SEM; CD-SEM)을 사용하는 공지된 크기 측정과정에 따라 각 방향(X, Y방향)에서 얻어진다. 여기서, CD-SEM의 공지된 크기 측정과정에서, 패턴의 단부는 결함 상의 선 프로파일(profile)에 근거하여 검출되며, 패턴의 크기는 패턴의 단부들 사이의 거리에 근거하여 얻어진다. 상기 단계(131)에서 얻어진 절대측정은 단계(132)에 도시한 것처럼, 이전의 기준 SEM상이 기록되어질 때, 특정된 최소 패턴 폭/ 공간과 같은 장치의 패턴 설계 규칙에 따른 값들로 표준화된다.
결함의 형태와 크기를 분류하기 위하여 사용된 수단은 예를 들어, 도 1의 부분 A에서 도시한 것과 같은 하드웨어 형태이다. 다시 말하면, 부분 A 에 도시된 요소들은 상기에서 기술한 도 3의 단계(12, 13)를 수행한다(도 4, 5에 상술). 상 신호는 A/D 컨버터(21)에 의해 디지털 신호로 바뀐다. 그 신호는 프로세서(22)에 의해 노이즈 제거와 같은 상처리를 거치고 상 메모리(23)에 저장된다. 상 메모리(23)에 저장된 상은 프로세서(22)를 통해 표시장치상에 출력되고, 동시에, 결함분류를 거친다. 결함분류를 달성하기 위해서, 패턴의 윤곽(pattern contour)를 검출하기 위한 상 정보를 추출하고, 검출상과 기준 상과 상호 차이 부분을 검출하고, 차이 부분과 윤곽 사이의 연속성을 판정하고, 차이 부분의 크기 산출하는 소프트웨어 기능이 프로세서(22)에 편성되어 있다. 물론 기준 상은 프로세서 내의 메모리에 저장되어 있다.
검사될 특정 검사점의 결함 존재의 판정과 결함 분류가 종료한 후, 분류 결과는 웨이퍼 맵 상에 검사될 특정 검사점 위에 겹쳐 쓰여지고 또한 검사 데이터베이스에 저장된다. 이런 방식으로 1점의 검사가 완성된다.
검사점들이 아직 남아 있으면, 다음의 검사점들이 웨이퍼 맵 상에 특정되고, 검사점 특정에 후속하는 도 3의 과정의 단계들이 검사될 각점에 대하여 반복하여 수행된다. 상기 웨이퍼의 전 검사가 종료될 때, 전체 결함(유형으로 분류된 결함/크기로 분류된 결함) 및 수율이 단계(14)에서 각 칩과 각 웨이퍼에 대하여 계산된다. 수율 계산은 결함의 각 유형별에 대한 결함 크기에 대한 미리 기록된 임계등급 표를 이용하여 수행된다. 결함 크기에 대한 임계등급 표는 각 임계등급과 크기별로 분류된 돌출, 공동, 핀홀 및 독립의 결함들을 상관시킨 것이다. 이러한 계산 결과는 검사 결과와 함께 단계(14)에 도시된 바와 같이, 검사 데이터베이스에 저장되고, 그 데이터는 단계15에 나타낸 것처럼 필요에 따라 수시 출력되어 사용된다. 이것은 이후 상세히 기술할 것이다.
웨이퍼 카세트 중에 피검사 웨이퍼가 남아 있다면, 다음에 검사될 웨이퍼를 웨이퍼 카세트에서 꺼낸 후, 도 3의 과정에 따라 검사를 행한다. 복수 웨이퍼의 밀도 및 수율도 상기 1웨이퍼의 경우에 준하여 계산된다.
도 6a는 웨이퍼 맵 상에 검사되는 특정 점들을 도시한다. 도 6b는 웨이퍼 맵상에 검사될 특정점들 위에 겹쳐 쓰여진 결함분류(예를 들어 도 4, 5에서 도시)의 결과를 도시한다. 여기서, 돌출 및 공동과 같은 결함의 크기는 최소 패턴 폭 및 최소 패턴 공간으로 정규화된다. 결함의 크기는 공간의 1/3미만, 1/3 에서 2/3 사이, 2/3 초과와 같은 세가지 유형으로 분류된다. 도 6b에 도시한 예에서, 두 개의 칩, AII(선A, 컬럼II) 및 AIII(선 A, 컬럼III) 는 이미 분류되어 있고, 반면 다른 칩들은 아직 분류되지 않았다.
결함 분류의 결과는 웨이퍼 맵을 대신하여 도 7에 도시된 분류 테이블에 기술될 수 있다. 각 웨이퍼 및/또는 각 칩에 대해 검출된 각 결함들의 밀도(즉, 검사된 점들의 수와 연관되어 검출된 결함개수)는 데이터 양에 근거하여 얻을 수 있다.도 7은 칩 내의 결함의 밀도 및 웨이퍼 내의 결함의 각 유형별 밀도의 계산 결과의 예를 도시한다. 각 결함 크기에 대한 결과 역시 얻어진다. 특정점들을 검사하는 대신 전체 웨이퍼를 검사할 경우에, 각 칩 혹은 웨이퍼에 대한 결함의 밀도는 데이터 양과 및 웨이퍼/칩의 크기에 근거하여 얻어질 수 있다.
다음으로, 상응은 제조 공정에서 얻어지는 임계등급(즉, 치명결함이거나 될 확률)에 연관하여 분류된 결함에 대해 결정된다. 예를 들면, 도 8에서 각 임계등급과 돌출결함 크기 사이의 연관성을 나타내었다. 각 임계등급은 공간의 1/3미만의 돌출 결함크기가 임계등급의 3%(즉, 치명결함으로될 3%의 기회)에 상응하고, 공간의 1/3에서 2/3사이의 돌출결함 크기가 임계등급으로서 40%에 상응하고, 그리고 공간의 2/3 초과의 돌출결함 크기가 임계등급의 70%에 상응하는 것과 같은 유형별로 분류된 각 결함과 연관된다. 이들 각 임계등급은 웨이퍼 불량 혹은 칩 불량의 확률의 계산에 사용된다(수율과 역관계). 예를 들면, 칩 불량의 확률은 칩 내에 존재하는 각 결함에 대한 각 임계등급이 각 결함에 대한 임계등급에 근거하여 부여된 가중계수(weight coefficient)로 곱해지고, 그 곱해진 결과는 다음과 같이 합산되어 계산된다.
(칩 불량의 확률) = ∑(결함 가중 계수)×(결함에 대한 각 임계등급)
예를 들어 단락회로이나 단선과 같은 분명한 치명결함에 대하여 칩 내에서의 결함에 대한 최대 임계등급의 가중 계수는 `1`인 반면에, 다른 가중 계수들은 `0`에서 `1`이다. 계산된 불량 확률은 도 9에서 도시한 웨이퍼 맵에 표현하였다. 웨이퍼 불량의 확률은 웨이퍼내의 칩 불량의 모든 확률을 합산하여 얻어진다.
상기, 결함의 존재의 결정 및 결함의 분류는 조작자가 검사랑 점을 맵 상에 지정함으로써 개시된다. 그 대신에, 조사되어져야할 점들이 레시피에 주어진 특정에 따라 기계적으로 접근되고 결함의 분류가 기계적으로 수행되는 자동방법이 사용될 수 있다.
전술한 방법은 검사되어지는 소정의 점들이 스테이지가 다음 단계로 이동되거나 반복되는 동안만 검사되어진다도 설명하였다. 그 대신에, 계속적으로 스테이지를 이동시켜 웨이퍼의 전채표면 및 그 영역이 검사되도록 하는것도 가능하다.
웨이퍼의 전체 표면을 검사할 때, 반드시 기준상을 검사 조작에 선행하여 기록하도록 요구되지는 않는다. 검사 공정 중에, 인접한 칩 혹은 셀의 상응하는 부분의 상을 읽고, 연속해서 상기 상을 기준상으로 이용하기 위해 기록하는 것 또한 가능하다.
검사조작 중에 기준 상을 재기록 혹은 추가적 기록의 능력은 이전에 기록된 기준 상의 휘도 혹은 콘트라스트(contrast)가 검사 상과 매우 달라 기준 상을 변경하는 것이 바람직할 때 유용하다.
이전에 기록된 기준 상의 휘도나 콘트라스트가 검사된 상과 매우 다른 경우에 대비하기 위하여, 검사상의 휘도, 채도, 콘트라스트와 같은 상 파라미터가 검사상과 기준상에 대해 별개로 변경될 수 있는 장치를 설계하는 것이 실용적이다.
시료에 의존하는 상은 질이 나빠질 수 있다. 비록 상이한 부분이 결함으로 검출되었을 지라도, 종종 결함을 자동적으로 분류하는 것이 불가능해진다. 그러한 경우, 자동적으로 조작자가 상황을 정정할 수 있도록 조작자 보조 경고를 주는 기능을 제공하는 것이 바람직하다.
전자 빔, 이온빔과 같은 대전입자빔을 사용할 때, 종종 시료를 대전시키기에 오랜 시간이 걸린다. 위치에 대한 상이나 검사 상은, 소정의 기간 동안 대전 입자선의 방사가 가할질 때에야 비로소 유용하다.
검사SEM상 및 기준SEM상의 동시적 표시도 가능하다. 이리하여, 분류 결과의 적정성이 쉽게 확인될 수 있다.
전술에서, 정렬공정이 저배율 상을 사용하여 수행된 후 위치설정 과정이 고배율 상을 사용하여 수행되는 방법이 기술되었다. 그러나, 사전 정렬 과정이 없이, 검사할 특정점을 직접 배치하고, 그 점이 검출되어 질 때까지 상기 검사할 점주위를 조사하는 기능을 갖는 장치가 제공될 수도 있다.
전술에는, XY-스테이지를 사용하였다. XY-스테이지 대신에 XYT(T는 경사를 의미한다)-스테이지가 사용될 수 있고, 그 경우에 시료형태가 경사진 상태에서의 검사될 수 있다.
지금까지는 검사 상의 결함 존재의 판정과 결함분류의 기능만을 기술하였다. 그러나, 장치가 특성 X선 분석기나 오거(Auger) 전자 분석기 등의 분석기능을 구비한다면 결함부의 조성과 같은, 분석 데이터를 함께 얻을 수 있다.
상기에서 상 전자빔이 상형성 프로브(probe)로서 이용하였다. 대신에 이온 빔, 광학 빔 또는 기계적 프로브가 프로브로서 사용될 수도 있다.
상기에서 1프로브·1화소의 경우가 기술되었다. 멀티프로브나 멀티화소로 상을 형성하는 시스템을 또한 사용할 수 있다.
상기에서 주사에 의하여 얻어진 상을 이용하였다. 대신에, 대상으로 상 형성(image-forming)광학 시스템에 의해 형성된 상을 사용하는 것도 가능하다.
반도체 웨이퍼를 검사하는 경우를 상기에서 기술하였다. 검사 대상은 이미징 디바이스용 웨이퍼, 표시장치 또는 다른 장비 형태에서 사용되는 반도체 웨이퍼도 된다. 대안적으로, 검사 대상은 웨이퍼외의 다른 시료 형태도 가능하다.
본 발명에 의하면, 치명적인 결함을 정확, 신속하게 판정하고, 분류하는 데 적합한 패턴 검사장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 패턴검사 장치로써 가시검사(visual inspection) SEM의 일실시 예의 일반적 배치도면;
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 결함 분류의 예를 도면;
도 3은 본 발명에 따른 검사의 과정의 플로우챠트 예시도;
도 4는 본 발명에 따른 형태 분류에 대한 과정의 플로우챠트 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 크기 분류에 대한 과정의 플로우챠트 예시도;
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 검사되는 특정 점들 및 결함 분류 결과를 표시하는 예시도;
도 7은 본 발명에 따른 결함 발생의 확률을 계산한 예시 테이블;
도 8은 본 발명에 따른 임계등급 돌출 결함 크기 사이의 상관의 예시도;
도 9는 본 발명에 따른 계산 불량의 등급을 표시한 예시도이다.
Claims (10)
- 시료의 상을 형성하고 상기 시료에 형성된 패턴을 검사하는 패턴검사 방법에 있어서,상기 시료의 상에 상응하는 기준 상을 메모리에 저장하는 단계;상기 메모리에서 읽혀진 상기 기준 상을 상기 시료의 상과 비교하는 단계;상기 기준 상과 상기 시료의 상 사이의 상이한 부분을 결합으로서 검출하는 단계;상기 검출된 상이한 부분에 근거하여 그것의 완성된 형태에서 시료가 치명 결함을 가질 확률을 결정하는 단계; 및상기 상이한 부분은 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함으로 분유하는 단계를 포함하되,적어도 상기 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함은 패턴의 폭 및 검사되는 패턴과 인접한 패턴 사이의 공간을 단위로 사용하여 크기별로 분류되고,상기 돌출 및 독립 결함은, 최소 공간으로 측정된 상기 인접한 패턴까지의 거리를 단위로 사용하고 최소 패턴 폭으로 측정된 검사된 패턴의 양측 사이의 거리를 단위로 사용하여 크기별로 분류되고,상기 핀홀 및 공동 결함은, 결함이 존재하는 검사된 패턴의 폭을 횡방향에서의 단위로 사용하고 상기 최소 패턴 폭을 종방향에서의 단위로 사용하여 크기별로 분류되어지는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 시료의 상을 형성하고 상기 시료 위에 형성된 패턴을 검사하는 패턴검사장치에 있어서,상기 시료의 상에 상응하는 기준 상을 저장하는 메모리;상기 메모리에서 읽혀진 기준 상을 상기 시료의 상과 비교하고 상기 기준 상과 상기 시료의 상 사이의 상이한 부분을 결함으로서 검출하기 위한 검출 수단;상기 검출된 상이한 부분을 근거로 하여 상기 시료의 치명결함이 되는 결함의 확률을 결정하는 수단; 및적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함으로 상기 상이한 부분을 분류하는 수단을 포함하되,적어도 상기 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함들은 패턴 폭 및 검사되는 패턴과 인접한 패턴 사이의 공간을 단위로 사용하여 크기별로 분류되고,상기 돌출 및 독립 결함은, 최소 공간으로 측정된 상기 인접한 패턴까지의 거리를 단위로 사용하고 최소 패턴 폭으로 측정된 검사된 패턴의 양측 사이의 거리를 단위로 사용하여 크기별로 분류되어지고,상기 핀홀 및 공동 결함은, 결함이 존재하는 검사된 패턴의 폭을 횡방향에서의 단위로 사용하고 상기 최소 패턴 폭을 종방향에서의 단위로 사용하여 크기별로 분류되어지는 것을 특징으로 하는 패턴검사장치.
- 시료의 상을 형성하고 상기 시료 위에 형성된 패턴을 검사하는 패턴검사 방법에 있어서,(1) 상기 시료를 선-정열하는 단계;(2) 상기 시료의 검사 수행을 위한 레시피를 미리 기록하는 단계;(3) 상기 시료 위에 형성된 시료 번호를 읽는 단계;(4) 상기 읽혀진 시료번호에 따라 상기 시료에 상응하는 레시피를 읽는 단계;(5) 상기 읽어낸 레시피에 의거하여 검사를 수행하는 단계;(6) 정렬용 기준 상을 미리 기록하는 단계;(7) 상기 정렬용 기준 상을 형성하고, 상기 시료의 정렬된 패턴의 상을 상기 기준 상과 비교하여 상기 시료를 정렬하는 단계;(8) 상기 시료의 검사될 점의 맵을 미리 기록하는 단계;(9) 검사될 지점의 기록된 맵을 읽고 표시하는 단계;(10) 검출될 지점의 맵 상에서의 지정 또는 상기 레시피의 특정에 의거하여 상기 시료를 이동시켜 그 지정 또는 특정된 검사될 지점을 원하는 위치에 배치하는 단계;(11) 검사될 지정 또는 특정된 점의 기준 상을 미리 기록하는 단계;(12) 검사될 지정 또는 특정된 점의 기준 상을 형성하고 검사될 지정 또는 특정된 점의 위치결정용 상과 그 검사될 점의 위치결정용 기준 상을 비교하여 상기 검사될 점의 위치결정을 수행하는 단계;(13) 상술된 위치 결정된 검사될 지점의 검사용 상을 형성하는 단계;(14) 상술된 위치 결정된 검사될 지점의 검사용 기준 상을 저장하는 단계;(15) 상기 검사용 상과 상기 검사용 기준 상을 표시하는 단계;(16) 상기 검사용 상과 기준 상을 비교하여 서로의 차이 부분을 검출하는 단계;(17) 상기 검사용 상과 기준 상의 차이 부분을 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립의 결함으로 분류하는 단계;(18) 상기 적어도 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함을 크기별로 분류하는 단계;(19) 상기 시료의 차이 부분을 프로브로 조사하여 물리 분석하는 단계;(20) 검사될 상기 지정 또는 지시된 검사될 점의 차이 부분의 분류 결과를 상기 검사될 점의 맵 위에 쓰는 단계;(21) 상기 시료가 웨이퍼인 경우, 모든 유형의 결함의 밀도, 유형에 의해 분류된 결함 및 각 칩, 각 웨이퍼 및 각 특정 웨이퍼에 대해 크기별로 분류된 결함을 계산하는 단계;(22) 상기 결함의 각 유형에 대한 결함 크기에 대하여 치명결함이 될 결함의 확률의 표를 미리 기록하는 단계;(23) 상기 결함의 각 유형별에 대한 결함 크기의 확률표를 사용하여 각 칩, 각 웨이퍼 단위 및 각 특정 웨이퍼의 수율을 계산하는 단계;(24) 검사될 상기 특정된 점의 차이 부분의 검출 결과, 차이 부분의 분류 결과 및 각 결함밀도 및 수율 계산 결과를 기록하는 단계; 및(25) 기록된 검사 결과와, 계산 결과를 출력하기 위한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 제 3항에 있어서,상기 검사용 상 및 검사용 기준 상의 휘도, 채도 및 콘트라스트를 포함하는 상 파라미터를 상기 검사용 상 및 검사용 기준 상 각각에 대하여 별개로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 제 3항 또는 제 4항에 있어서,상이한 부분을 분류함에 있어서, 상기 상이한 부분이 어떤 형태로도 분류되어 질 수 없을 때에는 조작자 보조 경고가 자동적으로 주어지는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 제 5항에 있어서,상기 검사용 기준상은 검사 공정의 과정동안 기록될 수 있는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 제 6항에 있어서,상기 검사용 상과 상기 검사용 기준상은 동시 또는 매칭 방식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 제 7항에 있어서,대전입자선이 프로브로 사용될 때, 상기 시료가 미리 설정된 시간 동안 상기 프로브에 의해 방출되는 것을 특징으로 하는 패턴검사방법.
- 시료에 상을 형성하고 상기 시료 위에 형성된 패턴을 검사하는 패턴검사장치에 있어서,상기 시료의 상에 상응하는 축적된 기준 상을 저장하는 메모리; 및상기 메모리로부터 읽어낸 기준 상과 상기 시료의 상을 비교하고, 상기 기준 상과 상기 시료의 상 사이의 상이한 부분을 결함으로서 검출하고, 상기 검출된 상이한 부분에 근거한 상기 시료의 치명 결함이 되는 결함의 확률을 결정하는 조작을 수행하는 프로세서를 포함하되,상기 프로세서는 상기 상이한 부분을 적어도 단락회로, 단선, 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함들로 분류하고,상기 돌출, 공동, 핀홀 및 독립 결함은 적어도 검사되는 패턴 및 인접한 패턴 사이의 공간과 패턴 폭을 단위로 하여 크기별로 분류되고,상기 돌출 및 독립의 결함은, 최소 공간으로 측정된 상기 인접한 패턴까지의 거리를 단위로 사용하고 최소 패턴 폭으로 측정된 검사된 패턴의 반대편들 사이의 거리를 단위로 사용하여 크기별로 분류되고,상기 핀홀 및 공동 결함은, 결함이 존재하는 검사되는 패턴의 폭을 횡방향에서의 단위로 사용하고 상기 최소 패턴 폭을 종방향에서의 단위로 사용하여 크기별로 분류되어지는 것을 특징으로 하는 패턴검사장치.
- 시료의 상을 형성하고 상기 시료 위에 형성된 패턴을 검사하는 패턴검사방법에 있어서,상기 시료의 상에 상응하는 기준 상을 메모리에 저장하는 단계;상기 메모리에서 읽혀진 상기 기준 상을 상기 시료의 상과 비교하는 단계;상기 기준 상과 상기 시료의 상 사이의 상이한 부분을 결함으로서 검출하는 단계;상기 검출된 상이한 부분에 근거하여 그것의 완성된 형태에서 시료가 치명 결함을 가질 확률을 결정하는 단계;상기 상이한 부분을 적어도 최소 공간으로 측정된 인접한 패턴까지의 거리를 단위로 사용하여 복수의 유형으로 분류하는 단계; 및상기 결정의 결과를 표시화면에 표시하는 단계를 포함하되,상기 상이한 부분과 상기 기준 상은 겹쳐지고 상기 표시 화면에 기설정된 스케일로 표시되고, 이에 의해 상기 상이한 부분과 상기 인접한 패턴 사이의 거리가 상기 스케일을 사용하여 측정하고,상기 스케일은 직선형, 상기 상이한 부분의 단부를 원의 중심으로 갖는 동심원의 집합 또는 격자선과 같은 형태인 것을 특징으로 하는 패턴검사 방법.
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