KR20100062654A - 패턴 검사장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료 전체에 광을 한 번에 조사하고, 시료에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 시료의 형상 정보를 생성하고, 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 검출된 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 패턴 검사장치의 구성으로 높은 정밀도를 유지하면서도 고속으로 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사할 수 있다.

Description

패턴 검사장치 및 그 방법{APPARATUS FOR INSPECTING PATTERN AND METHOD THEREOF}
본 발명은 패턴 검사장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 패턴 검사장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 패턴 검사장치는 패턴(pattern)이 형성되는 시료에 광을 조사하고, 그 조사에 의한 시료로부터의 반사광을 검출하여 시료에 형성되는 패턴의 결함을 검사하는 장치로서, 반도체 제조 공정에서 마스크나 웨이퍼 시료에 형성되는 패턴의 균일도나 이물 결함 등을 검사하는 데에 이용되고 있다.
이러한 패턴 검사장치 중 OCD(Optical Critical Dimension) 기술을 이용한 패턴 검사장치는 기존의 이미징 기술로 측정하기 어려운 서브 마이크로 사이즈의 패턴에 대한 프로파일(profile) 측정을 구현하는 장치이다.
그런데, 이러한 종래 패턴 검사장치는 투과율과 반사율 스펙트럼 결과를 동시에 측정할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 한 점의 투과 및 반사율을 측정하기 위해 최소 수 초 이상의 오랜 측정시간이 필요하며, 이러한 이유로 6인치의 포토마스크 시료나 300㎜ 웨이퍼 시료 패턴과 같은 넓은 면적을 갖는 시료(대면적 시료) 의 균일도 검사에 있어서는 검사속도의 한계 및 광원의 불안정도 등 시스템적 문제 때문에 사용하기 어려운 문제점이 많다.
본 발명의 사상은 대면적 시료를 한 번에 조사하여 생성된 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 패턴 검사장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사방법은 시료 전체에 광을 한 번에 조사하고, 시료에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 시료의 형상 정보를 생성하고, 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 검출된 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사한다.
또한, 본 발명은 기준 거울 전체에 광을 한 번에 조사하고, 기준 거울에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 기준 거울의 형상 정보를 생성하고, 기준 거울의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 시료의 스펙트럼을 보상하는 것을 더 포함한다.
여기서, 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 시료의 스펙트럼을 보상하는 것은 시료의 스펙트럼 값에서 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 것이다.
그리고, 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하는 것은 시료의 형상 정보에서 각 픽셀마다 파장에 따른 스펙트럼을 검출하는 것이다.
또, 스펙트럼을 분석하여 상기 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 것은 미리 정해진 시료 패턴의 CD 및 높이와 이에 대응하는 스펙트럼을 이용하여 관계함수를 생성하고, 생성된 관계함수를 이용하여 스펙트럼에서 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치는 시료 전체에 광을 한 번에 조사하는 광원과, 시료에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 시료의 형상 정보를 생성하는 촬영부와, 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 검사부를 포함한다.
또한, 본 발명은 시료에 조사된 후 반사되어 나온 광을 집광하는 렌즈를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치 및 그 방법에 따르면, 대면적 시료를 한 번에 조사하여 생성된 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사할 수 있기 때문에 높은 정밀도를 유지하면서도 고속으로 검사할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 시료의 스펙트럼에서 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 작업을 통해 시료의 광량을 보상함으로써 광원의 안정도를 높일 수 있으며, 보다 정확하게 시료 패턴의 CD 및 높이를 측정할 수 있다.
또한, 시료의 형상 정보에서 각 픽셀 단위로 스펙트럼을 검출하기 때문에 각 픽셀에 들어오는 셀(Cell) 영역과 패리(Peri) 영역을 포함한 스펙트럼의 평균값을 검출하게 되어 별도로 시료를 재정렬할 필요가 없는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치의 개념도이다.
도 1에서, 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치(1)는 패턴과 박막이 다 층으로 도포되어 있는 마스크와 같은 주기 패턴의 시료 전체(10)에 광을 한 번에 조사하는 광원(20)과, 시료(10)에 조사된 후 반사되어 나온 광을 집광하는 렌즈(30)와, 렌즈(30)에서 집광된 광을 이용하여 시료(10)의 형상 정보를 생성하는 촬영부(40)와, 촬영부(40)를 통해 형성된 시료(10)의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 이 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD(Critical Dimension) 및 높이(Height)를 검사하는 검사부(50)를 포함하여 구성된다.
광원(20)은 시료(10)에 백색광(White Light)을 조사하는 수단으로서, 시료(10) 전체를 한 번에 조사하기 위해 광의 조사 면적이 시료(10) 전체의 면적보다 넓거나 동일하도록 구성된다. 이러한 광원(20)은 디스크에 복수 개의 LED(Light Emitting Diode lamp)를 부착하여 형성될 수 있다.
또한, 광원(20)은 기준 거울 전체에 광을 한 번에 조사한다. 이때, 기준 거울에 광을 조사하는 이유는 기준이 되는 광량을 검출하여 시료(10)의 중심에서 외부로 갈수록 광량이 약해지는 현상을 보상하기 위해서이다.
촬영부(40)는 렌즈(30)에서 집광된 광 영상을 촬영하여 시료(10)의 형상 정보 즉, 시료의 이미지 정보를 생성한다. 이러한 촬영부(40)는 동일한 광원에서 나오는 빛을 두 갈래 이상으로 나누어 진행경로에 차이가 생기도록 한 후 빛이 다시 만났을 때 일어나는 간섭 현상을 관찰하는 간섭계와 CCD(Charge Coupled Device) 카메라로 구성된다.
또한, 촬영부(40)는 기준 거울에 반사되는 광의 영상을 촬영하여 기준 거울의 형상 정보를 생성한다.
검사부(50)는 촬영부(40)를 통해 형성된 시료(10)의 형상 정보에서 각 픽셀마다 파장에 따른 스펙트럼을 검출하고, 이 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사한다.
이때, 시료의 형상 정보를 구성하는 각 픽셀들은 셀(Cell) 영역과 패리(Peri) 영역을 포함하고 있는데, 기존의 패턴 검사장치에서는 광이 셀 영역에 정확히 조사되어야 하기 때문에 시료의 위치를 정확하게 맞추는 별도의 정렬 작업이 필요하였다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치는 셀(Cell) 영역과 패리(Peri) 영역의 평균 스펙트럼을 검출하고, 그 검출결과를 이용하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 측정하기 때문에 시료의 위치를 정확하게 맞추는 별도의 정렬 작업이 필요없어 시료 패턴을 고속으로 검사할 수 있게 된다.
한편, 검사부(50)는 시료의 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하기 전에 기준 거울의 형상 정보에서 각 픽셀마다 파장에 따른 스펙트럼을 검출하고, 검출된 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 시료(10)의 스펙트럼을 보상해준다.
즉, 시료(10)의 중심에서 외부로 갈수록 광량이 약해지는 현상이 발생하므로 조명 즉, 광원(20)에 의한 안정도를 높이기 위해서 검사부(50)는 기준 거울의 스펙트럼을 검출하고, 시료(10)의 스펙트럼에서 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 과정을 통하여 시료(10)의 광량을 보상해주는 것이다.
또한, 검사부(50)는 미리 정해진 시료 패턴의 CD 및 높이와 이에 대응하는 스펙트럼을 이용하여 관계함수를 생성하고, 이 관계함수를 이용하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 검사부(50)는 시료 패턴의 CD 및 높이를 용이하게 검출하기 위해 시료 패턴의 CD 및 높이가 미리 정해진 상태에서 스펙트럼 정보를 이용하여 관계함수를 도출해내며, 이 도출된 관계함수와 스펙트럼을 이용하여 검사하고자 하는 시료 패턴의 CD 및 높이를 용이하게 검사할 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 패턴 검사장치의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치의 제어과정을 설명하기 위한 동작 흐름도로서, 도 2에서 검사 대상인 시료(10)의 프리-얼라이먼트(Pre-alignment)를 진행한다. 이때, 시료(10)의 프리-얼라이먼트란 시료(10)의 위치를 올바르게 정렬하는 것을 말한다.
시료(10)의 프리-얼라이먼트(Pre-alignment)를 진행하는 동안에 기준 거울을 척(Chuck)에 올려 놓고, 광원(20)을 이용하여 기준 거울 전체에 광을 한 번에 조사한다(200).
그리고, 기준 거울에 조사되어 반사되는 광을 렌즈(30)에서 집광하고, 촬영부(40)에서는 집광된 광을 이용하여 기준 거울의 형상 정보를 생성(210)하여 검사부(50)로 전송한다.
검사부(50)는 기준 거울의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출한다(220).
다음으로, 기준 거울의 스펙트럼 검출이 완료되면, 기준 거울을 척에서 빼내 고 시료(10)를 올려 놓는다.
광원(20)을 이용하여 시료 전체(10)에 광을 한 번에 조사(230)하고, 시료(10)에 조사되어 반사되는 광을 렌즈(30)에서 집광한다.
그리고, 촬영부(40)에서는 집광된 광을 이용하여 시료(10)의 형상 정보를 생성(240)하여 검사부(50)로 전송한다.
검사부(50)는 시료(10)의 형상 정보에서 각 픽셀마다 파장에 따른 스펙트럼을 검출(250)하고, 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 시료(10)의 스펙트럼을 보상한다(260). 이때, 시료(10)의 스펙트럼을 보상한다는 것은 시료(10)의 스펙트럼 값에서 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 것을 말한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치로 검출된 기준 거울의 스펙트럼과 시료의 스펙트럼을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 광을 조사한 기준 거울 및 시료(10)의 평면도에서와 같이 중심부에서 외부로 갈수록 광량이 약해지는 현상이 발생하므로 조명 즉, 광원(20)에 의한 안정도를 높이기 위해서 기준 거울을 조사하여 기준이 되는 스펙트럼을 검출하고, 시료(10)의 스펙트럼에서 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 과정을 통하여 시료(10)의 광량을 보상해준다.
시료(10)의 스펙트럼을 보상하는 과정을 수행한 후, 보상된 스펙트럼을 분석하여 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사한다(270). 이때, 검사부(50)는 시료(10) 패턴의 CD 및 높이를 용이하게 검출하기 위해 시료(10) 패턴의 CD 및 높이가 미리 정해진 상태에서 이에 대응하는 스펙트럼 정보를 이용하여 관계함수를 도출해내며, 이 도출된 관계함수를 이용하여 검사하고자 하는 시료(10) 패턴의 CD 및 높이를 용이하게 검사할 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 OCD 기술을 이용한 패턴 검사장치로 측정된 시료 패턴의 CD 및 높이 맵과 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치로 측정된 시료 패턴의 CD 및 높이 맵이다.
도 4a 및 도 4b에서, 종래의 OCD 기술을 이용한 패턴 검사장치로 측정된 데이터를 가지고 만든 시료 패턴의 CD 및 높이 맵과 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치로 측정된 데이터를 가지고 만든 시료 패턴의 CD 및 높이 맵에서 두 시료 패턴의 CD 및 높이결과는 상호 연관성(correlation)이 높게 나왔다.
이러한 결과로 도출해 때, 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치는 높은 정밀도를 유지하면서도 고속으로 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치의 제어과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치로 검출된 기준 거울의 스펙트럼 및 시료의 스펙트럼이다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 OCD 기술을 이용한 패턴 검사장치로 측정된 시료 패턴의 CD 및 높이 맵과 본 발명의 일실시예에 의한 패턴 검사장치로 측정된 시료 패턴의 CD 및 높이 맵이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10...시료 20...광원
30...렌즈 40...촬영부
50...검사부

Claims (7)

  1. 시료 전체에 광을 한 번에 조사하고,
    상기 시료에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 상기 시료의 형상 정보를 생성하고,
    상기 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고,
    상기 검출된 스펙트럼을 분석하여 상기 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 패턴 검사방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기준 거울 전체에 광을 한 번에 조사하고,
    상기 기준 거울에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 상기 기준 거울의 형상 정보를 생성하고,
    상기 기준 거울의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고,
    상기 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 상기 시료의 스펙트럼을 보상하는 것을 더 포함하는 패턴 검사방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 거울의 스펙트럼을 이용하여 상기 시료의 스펙트럼을 보상하는 것은,
    상기 시료의 스펙트럼 값에서 상기 기준 거울의 스펙트럼을 나누는 것인 패 턴 검사방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하는 것은,
    상기 시료의 형상 정보에서 각 픽셀마다 파장에 따른 스펙트럼을 검출하는 것인 패턴 검사방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 것은,
    미리 정해진 상기 시료 패턴의 CD 및 높이와 이에 대응하는 스펙트럼을 이용하여 관계함수를 생성하고,
    상기 관계함수를 이용하여 상기 스펙트럼에서 상기 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 것인 패턴 검사방법.
  6. 시료 전체에 광을 한 번에 조사하는 광원;
    상기 시료에 조사되어 반사되는 광을 이용하여 상기 시료의 형상 정보를 생성하는 촬영부;
    상기 시료의 형상 정보에서 스펙트럼을 검출하고, 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 시료 패턴의 CD 및 높이를 검사하는 검사부를 포함하는 패턴 검사장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시료에 조사된 후 반사되어 나온 광을 집광하는 렌즈를 더 포함하는 패턴 검사장치.
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