KR101896903B1

KR101896903B1 - 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법 및 단차 측정 장치

Info

Publication number: KR101896903B1
Application number: KR1020120023458A
Authority: KR
Inventors: 손영훈; 이진우; 정용덕; 양유신; 이상길; 전충삼
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US8759763B2; KR20130102311A; US20130234021A1

Abstract

주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법은, 제1 및 제2 영역을 포함하되, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 단차가 형성된 소자를 제공하고, 주사 전자 현미경(SEM)으로 상기 소자를 촬영하여 SEM 이미지를 획득하되, 상기 SEM 이미지는 상기 제1 영역에 대한 제1 SEM 이미지 영역 및 상기 제2 영역에 대한 제2 SEM 이미지 영역을 포함하고, 상기 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하여, 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 제1 피크값(peak value)과 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 제2 피크값을 산출하되, 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키면서 변경된 초점 거리에 따른 상기 제1 및 제2 피크값을 산출하는 것을 반복하고, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하여, 상기 단차의 크기를 결정하는 것을 포함한다.

Description

주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법 및 단차 측정 장치{Method and apparatus for measuring step difference in device by using scanning elector microscope}

본 발명은 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법 및 단차 측정 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 소형화로 인하여, 미세 패턴의 형성을 위한 공정 마진(margin)이 감소하고 있다. 미세 패턴의 피치(pitch)의 크기에 대한 공정 마진뿐 아니라, 미세 패턴의 식각 깊이에 대한 공정 마진도 감소하고 있다. 그러므로, 미세 패턴의 피치를 측정하기 위한 2차원적 CD(Critical Dimension)를 측정하는 기술뿐 아니라, 미세 패턴의 식각 깊이를 측정하기 위한 3차원적 깊이를 정밀하게 측정하는 기술이 필요하다.

미세 패턴의 식각 깊이를 측정하기 위해, 예컨대, AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하거나, OCD(Optical CD) 측정 장비를 이용할 수 있다.

그런데, AFM은 프로브 팁(probe tip)을 이용한 접촉 스캔 방식을 통해, 미세 패턴의 식각 깊이를 측정할 수 있다. 그러므로, AFM을 이용하여 미세 패턴의 식각 깊이를 다수회 측정하는 경우, AFM의 프로브 팁이 마모되어 측정의 신뢰성이 저하될 수 있다.

그리고, OCD 측정 장비는 미세 패턴에 대한 빛의 산란 특성을 이론적으로 모델링하고 계산함으로써, 미세 패턴의 3차원 형상을 측정할 수 있다. OCD 측정 장비는 비접촉 스캔 방식을 이용한다. 다만, OCD 측정 장비는 측정하는 빛의 스팟(spot) 안에 측정 대상인 미세 패턴이 균일하게 반복된 경우에만, 계산을 통해 미세 패턴의 3차원 형상을 측정할 수 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 비접촉 스캔 방식을 이용하면서 미세 패턴의 반복성이나 형상에 무관하게 3차원적인 식각 깊이를 측정하는 기술로서, 2차원인 CD를 측정할 수 있는 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법의 일 실시예는, 제1 및 제2 영역을 포함하되, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 단차가 형성된 소자를 제공하고, 주사 전자 현미경(SEM)으로 상기 소자를 촬영하여 SEM 이미지를 획득하되, 상기 SEM 이미지는 상기 제1 영역에 대한 제1 SEM 이미지 영역 및 상기 제2 영역에 대한 제2 SEM 이미지 영역을 포함하고, 상기 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하여, 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 제1 피크값(peak value)과 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 제2 피크값을 산출하되, 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키면서 변경된 초점 거리에 따른 상기 제1 및 제2 피크값을 산출하는 것을 반복하고, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하여, 상기 단차의 크기를 결정하는 것을 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 단차 측정 장치의 일 실시예는, 사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 제1 영역과 제2 영역 사이에 단차가 형성된 소자의 단차의 크기를 측정하는 단차 측정 장치로서, 상기 제1 영역에 대한 제1 SEM 이미지 영역 및 상기 제2 영역에 대한 제2 SEM 이미지 영역을 포함하는 SEM 이미지를 획득하되, 상기 SEM 이미지는 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 다수회 변경시키며 촬영되는 SEM 이미지 획득부; 상기 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하는 히스토그램 변환부; 그레이 레벨의 히스토그램을 분석하여, 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 제1 피크값과 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 제2 피크값을 산출하는 피크값 산출부; 초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하는 추이 분석부; 및 상기 추이 분석부로부터 분석 결과를 제공받아, 상기 단차의 크기를 결정하는 단차 크기 결정부를 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 소자에 대한 SEM 이미지이다.
도 5는 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키면서 도 3에 도시된 소자를 촬영하여 획득한 SEM 이미지이다.
도 6은 소자의 제1 영역의 상면에 주사 전자 현미경의 초점이 형성된 것을 나타내는 소자의 단면도이다.
도 7은 도 6의 조건에서 촬영된 SEM 이미지에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다.
도 8은 소자의 제2 영역의 상면에 주사 전자 현미경의 초점이 형성된 것을 나타내는 소자의 단면도이다.
도 9는 도 8의 조건에서 촬영된 SEM 이미지에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제1 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제2 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, 단차의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제1 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제2 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, 단차의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 단차 측정 장치(1)는 SEM(10), SEM 제어부(20) 및 SEM 이미지 처리부(30)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 단차 측정 장치(1)는 전자빔(electron beam)을 이용하는 검사 장치인 주사 전자 현미경(SEM; scanning electron microscope, 10)을 이용한다. 구체적으로, 단차 측정 장치(1)는 SEM(10)으로부터 획득되는 SEM 이미지(도 4의 200 참조)를 분석하여, 소자(도 3의 100 참조)의 단차의 크기를 측정할 수 있다.

SEM(10)은, 소자(100)에 대한 전자의 주사(scanning)가 직접 수행되는 검사 영역일 수 있다. 예컨대, SEM(10)은 전자빔을 발생시키기 위한 전자빔 소스, 전자빔을 집속하기 위한 전자기 렌즈(electromagnetic lens) 및 검사 대상을 위치시키기 위한 스테이지 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

다만, 단차 측정 장치(1)를 이용하여 단차의 크기를 측정하기 위해, SEM(10)의 초점 거리를 조절하여, SEM(10)의 초점이 형성되는 위치를 변경시키면서 촬영이 진행될 수 있다. 본 명세서에서, SEM(10)의 초점이 형성되는 위치는, SEM(10)의 전자빔의 초점이 형성되는 위치를 의미할 수 있다. 그리고, SEM(10)의 초점 거리를 변경하는 것은, SEM(10)의 전자기 렌즈의 초점 거리를 변경하는 것을 의미할 수 있다.

SEM 제어부(20)는, SEM(10)을 제어하는 제어 영역일 수 있다. 예컨대, SEM 제어부(20)는 SEM(10)의 초점이 형성되는 위치를 변경시키기 위해, SEM(10)의 초점 거리를 조절할 수 있다.

SEM 이미지 처리부(30)는, SEM(10)의 전자 주사를 통해 획득되는 SEM 이미지(200)를 분석하여, 소자(100)의 단차의 크기를 결정하는 영역일 수 있다. 구체적으로, SEM 이미지 처리부(30)는, SEM 이미지 획득부(31), 히스토그램 변환부(33), 히스토그램 분석부(35), 단차 크기 결정부(37)를 포함할 수 있다.

SEM 이미지 획득부(31)는, 전자빔의 주사에 의해 검사 영역으로부터 방출되는 이차 전자를 검출하여, SEM 이미지(200)를 획득하는 영역일 수 있다. 즉, SEM 이미지 획득부(31)를 통해, 소자(100)와 같은 검사 대상을 촬영한 SEM 이미지(200)를 얻을 수 있다. SEM 이미지(200)는 2차원적 이미지일 수 있고, SEM(10)의 초점 거리를 다수회 변경시키며 SEM 이미지(200)가 촬영될 수 있다.

히스토그램 변환부(33)는, SEM 이미지 획득부(31)에서 획득한 SEM 이미지(200)를 기초로 그레이 레벨(gray level)의 히스토그램(histogram)을 도출하는 영역이다. 즉, 히스토그램 변환부(33)에서는 SEM 이미지(200)를 그레이 레벨의 히스토그램화하는 작업이 수행될 수 있다.

그레이 레벨의 히스토그램은 SEM 이미지(200)에 포함되는 다수의 픽셀(pixel)에 대한 명암 값의 분포를 나타낸 것이다. 예컨대, 256 그레이 레벨의 SEM 이미지에서 명암 값의 범위는 0~255 값일 수 있고, 256 그레이 레벨의 SEM 이미지가 변환된 그레이 레벨의 히스토그램은, 각 명암 값의 빈도수를 조사하여 그래프의 높이로 나타낸 것이다. 다만, 그레이 레벨은 256 그레이 레벨로 제한되지 않는다.

히스토그램 분석부(35)는, 히스토그램 변환부(33)에서 도출된 그레이 레벨의 히스토그램의 특징을 분석하는 영역이다. 히스토그램 분석부(35)는 피크값 산출부(35-1)와 추이 분석부(35-2)를 포함할 수 있다.

피크값 산출부(35-1)는 그레이 레벨의 히스토그램의 피크값(peak value)을 산출하는 영역일 수 있다. 피크(peak)는, 그레이 레벨의 히스토그램에서 빈도수가 극대값을 갖는 점을 의미한다. 그리고, 피크값은, 피크에서의 그레이 레벨의 값 및 빈도수의 값 중 어느 하나일 수 있다.

추이 분석부(35-2)는, SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 피크값의 변화의 추이를 분석하는 영역일 수 있다. 우선, 추이 분석부(35-2)는, 피크값 산출부(35-1)로부터 SEM(10)의 초점 거리와, 해당 초점 거리에 대응되는 피크값에 관한 정보를 수신할 수 있다. 구체적으로, 추이 분석부(35-2)는, 피크값 산출부(35-1)로부터 다양한 SEM(10)의 초점 거리에 각각 대응되는 피크값에 관한 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 추이 분석부(35-2)는, 피크값 산출부(35-1)로부터 수신한 정보를 토대로, SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 피크값의 변화의 추이를 분석할 수 있다.

SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 피크값의 변화의 추이를 분석하는 것은 예컨대, 피크값이 최대 값을 가지기 위한 SEM(10)의 초점 거리를 산출하는 것일 수 있다.

상술한 것과 같이 그레이 레벨의 히스토그램의 특징을 분석하여, SEM(10)의 초점이 검사 대상의 표면에 형성되었을 때의 SEM(10)의 초점 거리를 도출할 수 있다. 구체적으로, SEM(10)의 초점이 검사 대상의 표면에 형성되는 경우, 가장 선명한 SEM 이미지를 얻을 수 있으며, 이 때 얻어진 SEM 이미지의 이미지 콘트라스트(image contrast)가 가장 높을 수 있다. 그러므로, SEM(10)의 초점 거리를 다양하게 변화시키면서 촬영한 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하여 분석하면, SEM(10)의 초점이 검사 대상의 표면에 형성된 경우의 SEM 이미지에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이 상대적으로 가장 폭이 좁은 분포를 가질 수 있다. 또한, SEM(10)의 초점이 검사 대상의 표면에 형성된 경우의 그레이 레벨의 히스토그램에 나타나는 피크에 해당하는 그레이 레벨의 값 및 빈도수의 값이 각각 상대적으로 가장 클 수 있다.

그러므로, SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 피크값의 변화의 추이를 분석하여, 피크값이 최대 값을 가지기 위한 SEM(10)의 초점 거리를 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 SEM(10)의 초점 거리를 적용할 때, SEM(10)의 초점이 검사 대상의 표면에 형성되었다고 판단할 수 있다.

단차 크기 결정부(37)는, 추이 분석부(35-2)로부터 분석 결과를 제공받아, 이를 토대로 검사 대상에 형성된 단차의 크기를 결정하는 영역일 수 있다. 예컨대, 단차의 상부면과 하부면이 존재하는 경우, 단차 크기 결정부(37)는, 추이 분석부(35-2)로부터 SEM(10)의 초점이 단차의 상부면에 형성되기 위한 제1 초점 거리와, SEM(10)의 초점이 단차의 하부면에 형성되기 위한 제2 초점 거리에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 그리고, 단차 크기 결정부(37)는 제1 초점 거리와 제2 초점 거리의 차이의 크기를 단차의 크기로 결정할 수 있다. 즉, SEM(10)의 전자기 렌즈의 위치는 고정되어 있으므로, 전자기 렌즈로부터 단차의 상부면까지의 거리인 제1 초점 거리와, 전자기 렌즈로부터 단차의 하부면까지의 거리인 제2 초점 거리의 차이의 크기는 결국 단차의 크기와 동일할 수 있다.

본 발명의 단차 측정 장치(1)를 이용하면, 2차원적 이미지인 SEM 이미지(200)를 분석하여, 3차원적인 깊이를 측정할 수 있다. 그리고, 단차 측정 장치(1)를 이용하여 깊이 또는 높이에 대한 정보를 얻을 수 있으므로, 검사 대상의 3차원 형상을 도출할 수 있다. 그러므로, SEM(10)을 이용하면, 3차원적 깊이 또는 3차원 형상을 측정하기 위한 별도의 장비를 도입할 필요가 없으므로, 비용을 절감할 수 있다.

그리고, SEM(10)은 높은 해상도를 가지며, 미세 패턴의 반복성이나 형상에 의한 제한없이 미세 패턴에 대한 SEM 이미지(200)를 추출할 수 있다. 그리고, SEM(10)은 비접촉 스캔 방식을 이용하기 때문에, 측정 회수의 증가로 인한 측정의 신뢰성 저하 문제를 방지할 수 있다.

도 2 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차의 크기를 측정하는 방법을 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 소자에 대한 SEM 이미지이다. 도 5는 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키면서 도 3에 도시된 소자를 촬영하여 획득한 SEM 이미지이다. 도 6은 소자의 제1 영역의 상면에 주사 전자 현미경의 초점이 형성된 것을 나타내는 소자의 단면도이다. 도 7은 도 6의 조건에서 촬영된 SEM 이미지에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다. 도 8은 소자의 제2 영역의 상면에 주사 전자 현미경의 초점이 형성된 것을 나타내는 소자의 단면도이다. 도 9는 도 8의 조건에서 촬영된 SEM 이미지에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제1 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제2 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, 단차의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

우선, 도 2 및 도 3을 참조하여, 제1 영역(Ⅰ) 및 제2 영역(Ⅱ)을 포함하되, 제1 영역(Ⅰ)과 제2 영역(Ⅱ) 사이에 단차가 형성된 소자(100)를 제공할 수 있다(S10).

소자(100)는 시료를 총칭하는 것으로 이해될 수 있다. 예컨대, 소자(100)는 웨이퍼일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 소자(100)에는 단차가 형성될 수 있다. 예컨대, 소자(100)에는 식각에 따른 식각 패턴이 형성될 수 있다. 소자(100)에서 식각된 영역에는 트렌치, 홈 또는 홀이 형성될 수 있다. 그러므로, 소자(100)에서 식각된 영역은, 상대적으로 식각이 덜 되었거나 식각이 되지 않은 영역과 높이 차이가 발생할 수 있다. 다만, 소자(100)에 형성된 단차가 식각에 의해 형성된 것으로 제한되지 않는다.

구체적으로 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)과 제2 영역(Ⅱ) 사이에 단차가 형성될 수 있다. 제1 영역(Ⅰ)은 상대적으로 식각이 덜 되었거나 식각이 되지 않은 영역일 수 있고, 제2 영역(Ⅱ)은 상대적으로 더 식각된 영역일 수 있다. 도 3에는 제2 영역(Ⅱ)에 트렌치(105)가 형성된 것으로 도시되었다. 그러므로, 예컨대, 단차의 크기(D)는 소자의 식각된 깊이와 실질적으로 동일할 수 있다.

소자(100)는 상면(100-1) 및 하면(100-2)을 포함할 수 있다. 제2 영역(Ⅱ) 상에 트렌치(105)가 형성되었기 때문에, 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)의 위치가 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)의 위치와 다를 수 있다. 예컨대, 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)의 위치가 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)의 위치보다 상대적으로 낮을 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

이어서, 도 2 내지 도 5를 참조하여, SEM(10)으로 소자(100)를 촬영하여 SEM 이미지(200)를 획득하되, SEM 이미지(200)는 제1 영역(Ⅰ)에 대한 제1 SEM 이미지 영역(210) 및 제2 영역(Ⅱ)에 대한 제2 SEM 이미지 영역(220)을 포함할 수 있다(S20).

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, SEM(10)을 이용하여 소자(100)의 상면(100-1)을 촬영하여 SEM 이미지(200)를 획득할 수 있다. SEM 이미지(200)는 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)이 촬영된 제1 SEM 이미지 영역(210) 및 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)이 촬영된 제2 SEM 이미지 영역(220)을 포함할 수 있다.

다만, SEM(10)을 이용한 소자(100)의 촬영은, SEM(10)의 초점 거리를 변경하면서 다수회 수행될 수 있다. 도 3에는 SEM(10)의 초점이 형성되는 위치가 예시적으로 표시되어 있다. SEM(10)의 전자기 렌즈가 소자(100)의 상부에 위치할 수 있기 때문에, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 상부에 위치한 전자기 렌즈와 가깝게 형성될수록 초점 거리가 감소(f-)할 수 있다. 즉, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 하면(100-2)으로부터 멀리 형성될수록 SEM(10)의 초점 거리가 감소(f-)할 수 있다. 그리고, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 하면(100-2)에 가깝게 형성될수록 SEM(10)의 초점 거리가 증가(f+)할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단차의 크기를 측정하는 방법에서, SEM(10)의 초점이 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 정확히 형성되었을 때 촬영한 SEM 이미지와 SEM(10)의 초점이 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 정확히 형성되었을 때 촬영한 SEM 이미지가 있는 경우, 단차의 크기 측정의 신뢰성을 높일 수 있다.

SEM(10)의 초점 거리는 SEM 제어부(20)에 의해 변경될 수 있다. 그리고, SEM 이미지 획득부(31)에서 SEM(10)의 초점 거리를 다수회 변경시키며 촬영된 SEM 이미지(200)를 획득할 수 있다. 다만, 변경된 초점 거리 중 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 차이의 크기는, 단차의 크기(D) 보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단차의 크기를 측정하는 방법이 의하면, SEM(10)의 초점 거리를 달리하면서 소자(100)를 촬영하기 때문에, 다양한 초점 거리에 따른 SEM 이미지(200)를 획득할 수 있다. 도 5을 참조하면, SEM(10)의 초점 거리가 변함에 따라, SEM 이미지의 이미지 콘트라스트(image contrast)가 변할 수 있다. 이미지 콘트라스트(contrast)의 변화는, SEM 이미지의 선명도가 변하는 것으로 알 수 있다. 예컨대, 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 SEM(10)의 초점이 형성되는 경우, 제1 SEM 이미지 영역(210)의 이미지 콘트라스트가 높아져서, 제1 SEM 이미지 영역(210)이 선명해질 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 SEM(10)의 초점이 형성되는 경우, 제2 SEM 이미지 영역(220)의 이미지 콘트라스트가 높아져서, 제2 SEM 이미지 영역(220)이 선명해질 수 있다.

그러므로, SEM 이미지(200)를 분석하여, SEM(10)의 초점이 형성되는 위치를 예측할 수 있다. 예컨대, 도 5의 각각의 SEM 이미지(200)를 검토하여, 제1 SEM 이미지 영역(210)의 선명도가 가장 우수한 SEM 이미지(200)를 찾을 수 있다. 그리고, 해당 SEM 이미지(200)를 촬영할 때, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 형성되었다는 점과 이 때의 SEM(10)의 제1 초점 거리를 알 수 있다.

이와 마찬가지로, 도 5의 각각의 SEM 이미지(200)를 검토하여, 제2 SEM 이미지 영역(220)의 선명도가 가장 우수한 SEM 이미지(200)를 찾을 수 있다. 그리고, 해당 SEM 이미지(200)를 촬영할 때, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 형성되었다는 점과 이 때의 SEM(10)의 제2 초점 거리를 알 수 있다.

후술하는 단계에서, 제1 및 제2 SEM 이미지 영역(210, 220)의 선명도를 판단하기 위해, SEM 이미지(200)를 그레이 레벨의 히스토그램화 할 수 있다.

이어서, 도 2, 도 6 내지 도 9를 참조하여, SEM 이미지를 그레이 레벨 히스토그램으로 변환할 수 있다(S30).

구체적으로, 히스토그램 변환부(33)에서는, SEM 이미지(200)를 그레이 레벨의 히스토그램화할 수 있다. 도 7 및 도 9를 참조하면, SEM 이미지(200)의 각 픽셀에서의 명암 값의 그레이 레벨을 수치화 하여, 각각의 그레이 레벨에 대한 빈도수를 표시하였다. 다만, 도 7은 SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 형성된 상태에서 촬영된 SEM 이미지(200)에 대한 히스토그램이고, 도 9는 SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 형성된 상태에서 촬영된 SEM 이미지(200)에 대한 히스토그램이기 때문에, 도 7 및 도 9의 그레이 레벨의 히스토그램이 서로 상이할 수 있다.

제1 그래프(G1)는 제1 SEM 이미지 영역(210)을 그레이 레벨의 히스토그램화한 것이고, 제2 그래프(G2)는 제2 SEM 이미지 영역(220)을 그레이 레벨의 히스토그램화한 것이다. 도 7 및 도 9는, 제1 SEM 이미지 영역(210) 및 제2 SEM 이미지 영역(220)에 대하여 각각 그레이 레벨의 히스토그램화를 진행하여, 제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 구별되게 도시하였다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 및 제2 SEM 이미지 영역(210, 220)에 대한 구별 없이 SEM 이미지(200)를 그레이 레벨의 히스토그램화할 수도 있다.

이어서, 도 2, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 제1 SEM 이미지 영역(210)과 관련된 제1 피크값(peak value)과 제2 SEM 이미지 영역(220)과 관련된 제2 피크값을 산출할 수 있다(S40). 다만, SEM(10)의 초점 거리를 변경시킴에 따라, 변경된 초점 거리에 따른 제1 및 제2 피크값을 산출하는 것이 반복될 수 있다.

도 7 및 도 9를 참조하면, 피크값 산출부(35-1)는 도출된 그레이 레벨의 히스토그램으로부터 피크값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제1 그래프(G1)의 피크(A)에 해당하는 제1 피크값을 산출할 수 있다. 제1 피크값은 제1 SEM 이미지 영역(210)과 관련된 피크(A)에 해당하는 그레이 레벨의 값(L1, L3)일 수 있다.

또한, 제2 그래프(G2)의 피크(B)에 해당하는 제2 피크값을 산출할 수 있다. 제2 피크값은 제2 SEM 이미지 영역(220)과 관련된 피크(B)에 해당하는 그레이 레벨의 값(L2, L4)일 수 있다.

다만, SEM(10)의 초점 거리가 변경되어 촬영될 때마다 새로운 SEM 이미지(200)를 얻을 수 있고, 이에 따라, 새로운 그레이 레벨의 히스토그램을 도출할 수 있다. 그러므로, SEM(10)의 초점 거리를 변경시킴에 따라, 변경된 초점 거리에 따른 제1 및 제2 피크값을 산출하는 것이 반복될 수 있다. 그러므로, 피크값 산출부(35-1)는, SEM(10)의 초점 거리에 따른 제1 및 제2 피크값에 대한 정보를 추이 분석부(35-2)에 제공할 수 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하여, SEM(10)의 초점 거리의 변경에 따른 제1 및 제2 피크값의 변화 및 제1 및 제2 그래프(G1, G2)의 변화를 살펴본다. 도 7은, 도 6에 도시된 것과 같이, SEM(10)의 초점 거리가 fp이고, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 형성된 상태에서 촬영된 SEM 이미지(200)에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다. SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 형성되어 있으므로, 제1 SEM 이미지 영역(210)의 이미지 콘트라스트가 상대적으로 높을 수 있다. 반면에, 도 9는, 도 8에 도시된 것과 같이, SEM(10)의 초점 거리가 fq이고, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 형성된 상태에서 촬영된 SEM 이미지(200)에 대한 그레이 레벨의 히스토그램이다. SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)으로부터 이격되어 있으므로, 제1 SEM 이미지 영역(210)의 이미지 콘트라스트가 상대적으로 낮을 수 있다.

그러므로, 제1 SEM 이미지 영역(210)과 관련된 도 7의 제1 그래프(G1)의 피크 폭이, 도 9의 제1 그래프(G1)의 피크 폭에 비하여 좁을 수 있다. 또한, 도 7의 제1 그래프(G1)의 제1 피크값(L1)은, 도 9의 제1 그래프(G1)의 제1 피크값(L3)에 비하여 클 수 있다.

이와 반대로, 제2 SEM 이미지 영역(220)과 관련된 도 9의 제2 그래프(G2)의 피크 폭이, 도 7의 제2 그래프(G2)의 피크 폭에 비하여 좁을 수 있다. 또한, 도 9의 제2 그래프(G2)의 제2 피크값(L4)은, 도 7의 제2 그래프(G2)의 제2 피크값(L2)에 비하여 클 수 있다.

이어서, 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하여, 초점 거리의 변화에 따른 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 제2 피크값의 변화의 추이를 분석할 수 있다(S50).

도 10을 참조하면, 추이 분석부(35-2)는 SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 제1 피크값의 변화에 대한 제1 추이 그래프(300)를 도출할 수 있다. 즉, 제1 추이 그래프(300)는 SEM(10)의 초점 거리의 변화와 제1 피크값(그레이 레벨)의 변화 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.

그리고, 추이 분석부(35-2)는, 제1 추이 그래프(300)를 분석하여, 제1 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제1 초점 거리를 산출할 수 있다. 예컨대, 초점 거리의 변화에 따른 제1 피크값의 변화의 추이를 초점 거리에 대하여 미분한 결과를 반영하여 제1 초점 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 미분 값이 0이 되는 점을 찾고, 미분 값이 0이 되는 때에 해당하는 초점 거리를 제1 초점 거리로 결정할 수 있다.

예컨대, 미분 값이 0이 되는 점은, 초점 거리가 fp이고, 그레이 레벨의 값이 L1인 점일 수 있다. 초점 거리가 fp이고, 그레이 레벨의 값이 L1인 점은, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)에 형성된 경우에 해당할 수 있다. 그러므로, 제1 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제1 초점 거리는, SEM(10)의 전자기 렌즈로부터 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)까지의 거리와 동일할 수 있다.

도 11을 참조하면, 추이 분석부(35-2)는 SEM(10)의 초점 거리의 변화에 따른 제2 피크값의 변화에 대한 제2 추이 그래프(310)를 도출할 수 있다. 즉, 제2 추이 그래프(310)는 SEM(10)의 초점 거리의 변화와 제2 피크값(그레이 레벨)의 변화 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.

추이 분석부(35-2)는, 제2 추이 그래프(310)를 분석하여, 제2 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제2 초점 거리를 산출할 수 있다. 예컨대, 초점 거리의 변화에 따른 제2 피크값의 변화의 추이를 초점 거리에 대하여 미분한 결과를 반영하여 제2 초점 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 미분 값이 0이 되는 점을 찾고, 미분 값이 0이 되는 때에 해당하는 초점 거리를 제2 초점 거리로 결정할 수 있다.

예컨대, 미분 값이 0이 되는 점은, 초점 거리가 fq이고, 그레이 레벨의 값이 L4인 점일 수 있다. 초점 거리가 fq이고, 그레이 레벨의 값이 L4인 점은, SEM(10)의 초점이 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)에 형성된 경우에 해당할 수 있다. 그러므로, 제2 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제2 초점 거리는, SEM(10)의 전자기 렌즈로부터 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)까지의 거리와 동일할 수 있다.

이어서, 도 2 및 도 12를 참조하여, 단차의 크기를 결정할 수 있다(S60).

도 12를 참조하면, 단차 크기 결정부(37)는, 제1 추이 그래프(300)를 분석하여 산출한 제1 초점 거리와, 제2 추이 그래프(310)를 통하여 산출한 제2 초점 거리의 차이의 크기를 구할 수 있다. 그리고, 제1 초점 거리와 제2 초점 거리 간의 차이의 크기를 단차의 크기(D)로 결정할 수 있다.

즉, 제1 초점 거리는 SEM(10)의 전자기 렌즈로부터 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)까지의 거리와 동일하고, 제2 초점 거리는 SEM(10)의 전자기 렌즈로부터 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1)까지의 거리와 동일한 경우, 제1 초점 거리와 제2 초점 거리의 차이는, 소자(100)의 제1 영역(Ⅰ)의 상면(100-1)과 소자(100)의 제2 영역(Ⅱ)의 상면(100-1) 사이의 거리와 동일하다. 그러므로, 제1 초점 거리와 제2 초점 거리 간의 차이의 크기를 단차의 크기(D)는 동일할 수 있다.

도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차의 크기를 측정하는 방법을 설명한다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 단차의 크기를 측정하는 방법과의 차이점을 위주로 설명한다. 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제1 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다. 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, SEM의 초점 변화에 따른 제2 피크값의 변화에 대한 추이를 나타내는 그래프이다. 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차 측정 방법에서, 단차의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차의 크기를 측정하는 방법에서, 제1 및 제2 피크값으로 빈도수의 값을 이용할 수 있다. 구체적으로, 제1 피크값은 제1 SEM 이미지 영역(210)과 관련된 피크(A)에 해당하는 빈도수의 값(FR1, FR3)일 수 있다 제2 피크값은 제2 SEM 이미지 영역(220)과 관련된 피크(B)에 해당하는 빈도수의 값(FR2, FR4)일 수 있다. 그러므로, 제3 추이 그래프(400)와 제4 추이 그래프(410)를 분석하여, 단차의 크기(D)를 결정할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 단차 측정 장치 10: SEM
20: SEM 제어부 30: SEM 이미지 처리부
31: SEM 이미지 획득부 33: 히스토그램 변환부
35: 히스토그램 분석부 35-1: 피크 값 산출부
35-2: 추이 분석부 37: 단차 크기 결정부
100: 소자 100-1, 100-2: 상면 및 하면
105: 트렌치 200: SEM 이미지
210: 제1 SEM 이미지 영역 220: 제2 SEM 이미지 영역
300: 제1 추이 그래프 310: 제2 추이 그래프
400: 제3 추이 그래프 410: 제4 추이 그래프

Claims

단차의 상단이 형성된 제1 영역 및 단차의 하단이 형성된 제2 영역을 포함하되, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 단차가 형성된 소자를 제공하고,
주사 전자 현미경(SEM)으로 상기 소자를 촬영하여 SEM 이미지를 획득하되, 상기 SEM 이미지는 상기 제1 영역에 대한 제1 SEM 이미지 영역 및 상기 제2 영역에 대한 제2 SEM 이미지 영역을 포함하고,
상기 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하여, 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 제1 피크값(peak value)과 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 제2 피크값을 산출하되, 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키면서 변경된 초점 거리에 따른 상기 제1 및 제2 피크값을 산출하는 것을 반복하고,
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하여, 상기 단차의 크기를 결정하는 것을 포함하되,
상기 주사 전자 현미경(SEM)의 초점이 상기 단차의 상단에 형성되는 경우, 그레이 레벨의 히스토그램에서, 상기 제1 피크값에 인접한 상기 제1 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭은 상기 제2 피크값에 인접한 상기 제2 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭보다 작고,
상기 주사 전자 현미경(SEM)의 초점이 상기 단차의 하단에 형성되는 경우, 그레이 레벨의 히스토그램에서, 상기 제1 피크값에 인접한 상기 제1 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭은 상기 제2 피크값에 인접한 상기 제2 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭보다 큰, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 피크값은 그레이 레벨의 히스토그램에서 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 피크에 해당하는 그레이 레벨의 값이고, 상기 제2 피크값은 그레이 레벨의 히스토그램에서 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 피크에 해당하는 그레이 레벨의 값인, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 피크값은 그레이 레벨의 히스토그램에서 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 피크에 해당하는 빈도수의 값이고, 상기 제2 피크값은 그레이 레벨의 히스토그램에서 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 피크에 해당하는 빈도수의 값인, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제1 항에 있어서,
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하는 것은,
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이를 분석하여 상기 제1 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제1 초점 거리를 산출하고, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하여 상기 제2 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제2 초점 거리를 산출하는 것을 포함하는, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제4 항에 있어서,
상기 단차의 크기를 결정하는 것은, 상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리의 차이의 크기를 상기 단차의 크기로 결정하는 것을 포함하는, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제4 항에 있어서,
상기 제1 피크값이 최대 값을 가지기 위한 상기 제1 초점 거리를 산출하는 것은, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이를 초점 거리에 대하여 미분한 결과를 반영하여 상기 제1 초점 거리를 산출하는 것을 포함하고,
상기 제2 피크값이 최대 값을 가지기 위한 상기 제2 초점 거리를 산출하는 것은, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 초점 거리에 대하여 미분한 결과를 반영하여 상기 제2 초점 거리를 산출하는 것을 포함하는, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 변경시키는 것은, 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 다수회 변경시키는 것을 포함하며,
변경된 초점 거리 중 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 차이의 크기는, 상기 단차의 크기 보다 큰, 주사 전자 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 소자의 식각된 영역이며, 상기 단차의 크기는 상기 소자의 식각된 깊이와 실질적으로 동일한, 주사 현미경을 이용하여 소자의 단차를 측정하는 방법.
주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 단차의 상단이 형성된 제1 영역과 단차의 하단이 형성된 제2 영역 사이의 소자의 단차의 크기를 측정하는 단차 측정 장치로서,
상기 제1 영역에 대한 제1 SEM 이미지 영역 및 상기 제2 영역에 대한 제2 SEM 이미지 영역을 포함하는 SEM 이미지를 획득하되, 상기 SEM 이미지는 상기 주사 전자 현미경의 초점 거리를 다수회 변경시키며 촬영되는 SEM 이미지 획득부;
상기 SEM 이미지를 그레이 레벨의 히스토그램화하는 히스토그램 변환부;
그레이 레벨의 히스토그램을 분석하여, 상기 제1 SEM 이미지 영역과 관련된 제1 피크값과 상기 제2 SEM 이미지 영역과 관련된 제2 피크값을 산출하는 피크값 산출부;
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하는 추이 분석부; 및
상기 추이 분석부로부터 분석 결과를 제공받아, 상기 단차의 크기를 결정하는 단차 크기 결정부를 포함하되,
상기 주사 전자 현미경(SEM)의 초점이 상기 단차의 상단에 형성되는 경우, 그레이 레벨의 히스토그램에서, 상기 제1 피크값에 인접한 상기 제1 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭은 상기 제2 피크값에 인접한 상기 제2 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭보다 작고,
상기 주사 전자 현미경(SEM)의 초점이 상기 단차의 하단에 형성되는 경우, 그레이 레벨의 히스토그램에서, 상기 제1 피크값에 인접한 상기 제1 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭은 상기 제2 피크값에 인접한 상기 제2 SEM 이미지 영역의 그레이 레벨의 폭보다 큰 단차 측정 장치.
제9 항에 있어서,
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이와, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하는 것은,
초점 거리의 변화에 따른 상기 제1 피크값의 변화의 추이를 분석하여 상기 제1 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제1 초점 거리를 산출하고, 초점 거리의 변화에 따른 상기 제2 피크값의 변화의 추이를 분석하여 상기 제2 피크값이 최대 값을 가지기 위한 제2 초점 거리를 산출하는 것을 포함하는, 단차 측정 장치.