KR20140075995A - 반도체소자의 패턴결함검출장치 및 패턴결함검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반도체소자의 패턴결함검출장치는, 패턴들을 촬상하여 제1 패턴이미지로 출력하는 촬상소자와, 촬상소자로부터 출력된 제1 패턴이미지가 일정 방향으로 이동된 제2 패턴이미지를 생성하는 패턴이미지 이동부와, 제1 패턴이미지와 제2 패턴이미지를 중첩시키는 패턴이미지 중첩부와, 그리고 패턴이미지 중첩부에 의해 중첩된 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 검출하여 결함으로 판정하는 패턴결함 판정부를 포함한다.

Description

반도체소자의 패턴결함검출장치 및 패턴결함검출방법{Apparatus of detecting a defect of pattern in semiconducotor device and method of detecting the defect of pattern in semiconducotor device}

본 발명은 반도체소자에 관한 것으로서, 특히 반도체소자의 패턴결함검출장치 및 패턴결함검출방법에 관한 것이다.

최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 반도체소자를 구성하는 패턴들의 크기도 점점 줄어들고 있다. 패턴들의 크기가 줄어들면서, 패턴들을 형성하는 과정에서 발생하는 패턴결함의 크기도 점점 줄어들고 있으며, 그 결과 패턴결함을 검출하는 것도 점점 어려워지고 있는 실정이다.

현재 패턴결함을 검출하기 위해 여러가지 검출방법들을 채용하고 있는데, 가장 대표적인 검출방법으로 셀들의 패턴이미지를 서로 비교하는 셀투셀(cell-to-cell) 이미지비교방법이 있다. 이 방법은, 셀들의 패턴이미지들을 서로 비교하는 방법으로서, 결함이 없는 기준패턴이미지와 대상패턴이미지의 편차에 대한 이미지신호를 추출하고, 추출된 이미지신호의 그레이 레벨(grey level) 차이로 결함을 찾는 방법이다. 그런데 이와 같은 셀투셀 이미지비교방법은, 결함이 없는 기준패턴이미지를 필요로 하며, 이미지 처리를 복수회 수행하여야 함에 따라 전체적인 프로세스가 복잡하다는 단점이 있다. 더욱이 패턴결함의 크기가 작은 경우 기준패턴이미지와의 단순 비교만으로 검출되지 않는 패턴결함이 발생되며, 이미지 처리 과정에서 발생되는 노이즈(noise)의 영향력이 점점 증가되어, 패턴결함검출에 대한 정확도가 점점 낮아지고 있다는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전체적인 프로세스가 간단하고, 이미지 처리 과정에서의 노이즈에 대한 영향력을 감소시키고, 미세한 패턴결함의 검출 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 반도체소자의 패턴결함검출장치 및 패턴결함검출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출장치는, 패턴들을 촬상하여 제1 패턴이미지로 출력하는 촬상소자와, 촬상소자로부터 출력된 제1 패턴이미지가 일정 방향으로 이동된 제2 패턴이미지를 생성하는 패턴이미지 이동부와, 제1 패턴이미지와 제2 패턴이미지를 중첩시키는 패턴이미지 중첩부와, 그리고 패턴이미지 중첩부에 의해 중첩된 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 검출하여 결함으로 판정하는 패턴결함 판정부를 포함한다.

상기 패턴들은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격되면서 반복적으로 배치되는 구조로 이루어진다.

상기 패턴들은 제1 방향으로의 패턴의 폭과 패턴들 사이의 간격이 동일한 구조로 이루어진다.

상기 패턴이미지 이동부는, 제1 패턴이미지를 제1 방향으로 패턴의 폭만큼 이동시키고, 그 결과를 제2 패턴이미지로 출력한다.

상기 패턴결함 판정부는, 중첩이미지를 제1 방향을 따라 스캔하여 비연속적인 부분의 존재 유무를 판정한다.

본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출방법은, 패턴들에 대한 제1 패턴이미지를 생성하는 단계와, 제1 패턴이미지를 일정 방향으로 이동시켜 제2 패턴이미지를 생성하는 단계와, 제1 패턴이미지 및 제2 패턴이미지를 중첩시킨 중첩이미지를 생성하는 단계와, 그리고 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 패턴결함으로 판정하는 단계를 포함한다.

상기 패턴들은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격되면서 반복적으로 배치되는 구조로 이루어진다.

상기 패턴들은 제1 방향으로의 패턴의 폭과 패턴들 사이의 간격이 동일한 구조로 이루어진다.

상기 제2 패턴이미지는, 제1 패턴이미지를 제1 방향으로 패턴의 폭만큼 이동시켜 형성한다.

상기 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 패턴결함으로 판정하는 단계는, 중첩이미지를 제1 방향을 따라 스캔하여 비연속적인 부분의 존재 유무를 판정하여 수행한다.

본 발명에 따르면, 패턴 이미지를 처리하는 과정에서 발생되는 노이즈를 최소화하고, 이미지 처리 회수를 최소화함으로써, 패턴결함의 검출속도를 향상시키고 정확도를 향상시킬 수 있다는 이점이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출장치를 나타내 보인 블록도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출장치를 나타내 보인 블록도이다. 그리고 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 먼저 도 1을 참조하면, 본 예에 따른 반도체소자의 패턴결함검출장치는, 반도체소자의 패턴들을 촬상하여 제1 패턴이미지로 출력하는 촬상소자(110)와, 촬상소자(110)로부터 출력된 제1 패턴이미지가 일정 방향으로 이동되어 형성되는 제2 패턴이미지를 생성하는 패턴이미지 이동부(121)와, 제1 패턴이미지와 제2 패턴이미지를 중첩시키는 패턴이미지 중첩부(122)와, 그리고 패턴이미지 중첩부(122)에 의해 중첩된 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 검출하여 결함으로 판정하고, 이를 패턴결함정보로 출력하는 패턴결함 판정부(123)를 포함하여 구성된다. 본 예에서 패턴이미지 이동부(121), 패턴이미지 중첩부(122), 및 패턴결함 판정부(123)는 개별적으로 분리시켰으나, 이는 단지 일 예로서, 다른 예에서 패턴이미지 이동부(121), 패턴이미지 중첩부(122), 및 패턴결함 판정부(123)는 하나의 프로세서 또는 컨트롤러(120) 내에 포함될 수도 있다.

도 2를 참조하면, 촬상소자(110)에 의해 촬상된 제1 패턴이미지(200)는, 제1 방향인 X 방향을 따라서는 스페이스 간격(d)만큼 상호 이격되면서 반복적으로 배치되고, 제2 방향인 Y 방향을 따라서는 길게 연속적으로 배치되는 스트라이프 형태의 라인/스페이스 구조를 갖는 제1 패턴들(210, 212)을 포함한다. 제1 방향인 X 방향과 제2 방향인 Y 방향은 서로 수직이다. X 방향으로의 제1 패턴들(210, 212)의 폭(W)은 X 방향으로의 제1 패턴들(210, 212) 사이의 스페이스 간격(d)과 동일하다. 본 예에서 X 방향으로의 제1 패턴들(210, 212)의 폭(W)과 스페이스 간격(d)의 합을 피치(pitch)로 정의하기로 한다. 제1 패턴들(210, 212)은, 결함이 없는 제1 정상패턴(210)과, 결함(212A)을 가지고 있는 제1 비정상패턴(212)을 포함할 수 있다. 경우에 따라서 제1 패턴들(210, 212)은, 결함이 없는 제1 정상패턴(210)들로만 구성될 수도 있으나, 본 예에서는 결함(212A)을 검출하는 방법을 설명하기 위해, 비정상적으로 끊어진 결함(212A)을 가지고 있는 제1 비정상패턴(212)을 포함하는 경우를 예로 들기로 한다. 촬상소자(110)에 의해 촬상된 제1 패턴이미지(200)는, 패턴이미지 이동부(121) 및 패턴이미지 중첩부(122)로 전달된다. 이때 제1 패턴이미지(200)는 화상 형태로 전달될 수도 있고, 경우에 따라서는 제1 패턴이미지(200)를 스캔하여 추출한 이미지신호의 형태로 전달될 수도 있다.

촬상소자(110)로부터 제1 패턴이미지(200)를 전달받은 패턴이미지 이동부(121)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 패턴이미지를(200)를 일정 방향으로 이동시키고, 그 결과를 제2 패턴이미지(300)로 출력시킨다. 출력된 제2 패턴이미지(300)는 패턴이미지 중첩부(122)로 입력된다. 도 3에서, 제1 패턴이미지(210)와 제2 패턴이미지(300)의 상대 위치를 서로 비교하기 위해 제1 패턴이미지(200)를 점선으로 나타내었다. 구체적으로 제2 패턴이미지(300)는 제1 패턴이미지(200)를 X 방향으로 1/2 피치(pitch), 즉 제1 패턴이미지(200)의 제1 패턴들(210, 212)의 폭(W) 또는 제1 패턴들(210, 212) 사이의 간격(d)만큼 X 방향으로 이동시킨다. 제2 패턴이미지(300)는, 제1 패턴이미지(200)의 X 방향으로의 위치만 이동시킨 이미지이므로, 제2 패턴이미지(300) 또한 제2 정상패턴(310) 및 제2 비정상패턴(312)을 포함하는 제2 패턴들(310, 312)로 구성된다. 따라서 제2 정상패턴(310)은, 제1 정상패턴(210)과 X 방향으로의 위치만 다를 뿐 형태 등 나머지는 동일하며, 마찬가지로 제2 비정상패턴(312)도 제1 비정상패턴(212)과 X 방향으로의 위치만 다르고 형태 등 나머지는 동일하다. 또한 제2 비정상패턴(312)이 갖고 있는 결함(312A)도 제1 비정상패턴(212)의 결함(212A)의 X 방향으로의 위치만 다르고 나머지는 동일하다. 제1 패턴이미지(200)를 X 방향으로 1/2 피치(pitch) 이동시켜 제2 패턴이미지(300)를 형성함에 따라, 제2 패턴이미지(300)의 제2 패턴들(310, 312)은 제1 패턴들(210, 212) 사이의 스페이스에 위치하고, 제1 패턴들(210, 212)이 배치되던 영역은 제2 패턴들(310, 312) 사이의 스페이스가 된다.

도 4를 참조하면, 촬상소자(110)로부터의 제1 패턴이미지(200), 및 패턴이미지 이동부(121)로부터의 제2 패턴이미지(300)를 입력받은 패턴이미지 중첩부(122)는, 제1 패턴이미지(200) 및 제2 패턴이미지(300)를 중첩시킨 중첩이미지(400)를 발생시키고, 발생된 중첩이미지(400)는 패턴결함 판정부(123)로 입력된다. 중첩이미지(400)는, 제1 정상패턴(210) 및 제2 정상패턴(310)이 교대로 배치되고, 그 사이에는 빈 공간이 존재하지 않는다. 마찬가지로 제1 비정상패턴(212) 및 제2 비정상패턴(312)도 서로 인접되게 배치되고, 그 사이에는 빈 공간이 존재하지 않는다. 즉 제1 정상패턴(212) 및 제2 정상패턴(310)이 위치하는 부분에서는 빈 공간이 존재하지 않는다. 반면에 제1 비정상패턴(212)의 결함(212A)이 있는 부분과, 제2 비정상패턴(312)의 결함(312A)이 있는 부분만 빈 공간(412A)으로 존재하게 된다. 중첩이미지(400)를 입력받은 패턴결함 판정부(123)는, 입력되는 중첩이미지(400)에 빈 공간(412A)이 있는지의 여부를 판단하고, 빈 공간(412A)이 있는 경우 결함이 존재하는 것으로 판정한다. 중첩이미지(400)의 빈 공간(412A)은 제1 패턴이미지(200)의 결함(212A)의 2배 크기이므로, 결함 검출의 정확도가 증가된다.

일 예에서, 패턴이미지 처리 및 빈 공간(412A)의 존재 유무에 의한 결함의 유무 판정은, 중첩이미지(400)를 스캔하여 만들어지는 이미지신호 분포를 통해 수행한다. 이때 스캔은 X 방향을 따라 이루어지며, 일 예로서 도 2 내지 도 4에서 선 V-V'를 따라 스캔하여 얻어진 이미지신호 분포가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서 (a)로 나타낸 그래프는 제1 패턴이미지(200)의 이미지신호 분포를 나타내고, (b)로 나타낸 그래프는 제2 패턴이미지(300)의 이미지신호 분포를 나타내며, 그리고 (c)로 나타낸 그래프는 중첩이미지(400)의 이미지신호 분포를 나타낸다.

도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 패턴이미지(200)의 이미지신호 분포에서 제1 정상패턴(210)이 있는 영역에서는 정상적인 제1 이미지신호(510)가 발생된다. 그러나 점선(512)으로 나타낸 바와 같이, 이미지신호가 발생되어야 정상인 영역에서 이미지신호가 발생되지 않는 부분이 생길 수 있으며, 이와 같은 현상은 결함(212A)이 존재하기 때문에 발생된다. 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2 패턴이미지(300)의 이미지신호 분포에서 제2 정상패턴(310)이 있는 영역에서는 정상적인 제2 이미지신호(610)가 발생된다. 그러나 점선(612)으로 나타낸 바와 같이, 이미지신호가 발생되어야 정상인 영역에서 이미지신호가 발생되지 않는 부분이 생길 수 있으며, 이와 같은 현상은 결함(312A)이 존재하기 때문에 발생된다. (a)의 이미지신호 분포와 (b)의 이미지신호 분포는 각각 제1 패턴이미지(200) 및 제2 패턴이미지(300)를 스캔하여 얻을 수 있다. 그러나 중첩이미지(400)에서 직접 중첩이미지신호 분포를 얻을 경우 (a)의 이미지신호 분포 및 (b)의 이미지신호 분포의 생성은 생략할 수 있다.

도 5의 (c)의 중첩이미지신호 분포는 제1 패턴이미지(200)와 제2 패턴이미지(300)를 중첩시킨 중첩이미지(400)를 스캔하여 얻어질 수 있으며, 다른 예에서는 도 5의 (a) 및 (b)의 이미지신호 분포를 합성해서도 얻을 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 정상패턴에서는 연속적인 이미지신호(710)가 발생되는 반면, 결함이 있는 부분(712)에서는 이미지신호가 발생되지 않으며, 이와 같이 이미지신호가 발생되지 않은 부분이 존재하는 경우 결함이 있는 것으로 판정할 수 있다.

지금까지 본 발명은 패턴의 폭과 간격이 동일한 라인/스페이스 형태의 패턴을 예로 들어 설명하였지만, 다른 형태의 패턴에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다는 것은 당연하다. 일 예로, 주기적으로 배치되고, 패턴의 폭과 간격이 동일한 홀(hole) 형태의 패턴의 경우에도 적용할 수 있는데, 이 경우에는 각각 X 방향 및 Y 방향으로 1/2 피치만큼 이동시킨 이미지들을 생성하고, 생성된 이미지들을 모두 중첩시킴으로써 중첩이미지를 얻을 수 있다. 중첩이미지에 대한 결함의 유무 판정은 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.

110...촬상소자 120...프로세서 또는 컨트롤러
121...패턴이미지 이동부 122...패턴이미지 중첩부
123...패턴결함 판정부 210, 제1 정상패턴
212...제1 비정상패턴 310...제2 정상패턴
312...제2 비정상패턴

Claims (10)

1. 패턴들을 촬상하여 제1 패턴이미지로 출력하는 촬상소자;
   상기 촬상소자로부터 출력된 제1 패턴이미지가 일정 방향으로 이동된 제2 패턴이미지를 생성하는 패턴이미지 이동부;
   상기 제1 패턴이미지와 제2 패턴이미지를 중첩시키는 패턴이미지 중첩부; 및
   상기 패턴이미지 중첩부에 의해 중첩된 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 검출하여 결함으로 판정하는 패턴결함 판정부를 포함하는 반도체소자의 패턴결함검출장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 패턴들은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격되면서 반복적으로 배치되는 구조로 이루어지는 반도체소자의 패턴결함검출장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 패턴들은 상기 제1 방향으로의 패턴의 폭과 패턴들 사이의 간격이 동일한 구조로 이루어지는 반도체소자의 패턴결함검출장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 패턴이미지 이동부는, 상기 제1 패턴이미지를 상기 제1 방향으로 상기 패턴의 폭만큼 이동시키고, 그 결과를 상기 제2 패턴이미지로 출력하는 반도체소자의 패턴결함검출장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 패턴결함 판정부는, 상기 중첩이미지를 상기 제1 방향을 따라 스캔하여 상기 비연속적인 부분의 존재 유무를 판정하는 반도체소자의 패턴결함검출장치.
6. 패턴들에 대한 제1 패턴이미지를 생성하는 단계;
   상기 제1 패턴이미지를 일정 방향으로 이동시켜 제2 패턴이미지를 생성하는 단계;
   상기 제1 패턴이미지 및 제2 패턴이미지를 중첩시킨 중첩이미지를 생성하는 단계; 및
   상기 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 패턴결함으로 판정하는 단계를 포함하는 반도체소자의 패턴결함검출방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 패턴들은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격되면서 반복적으로 배치되는 구조로 이루어지는 반도체소자의 패턴결함검출방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 패턴들은 상기 제1 방향으로의 패턴의 폭과 패턴들 사이의 간격이 동일한 구조로 이루어지는 반도체소자의 패턴결함검출방법
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 패턴이미지는, 상기 제1 패턴이미지를 상기 제1 방향으로 상기 패턴의 폭만큼 이동시켜 형성하는 반도체소자의 패턴결함검출방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 중첩이미지에서 비연속적인 부분을 패턴결함으로 판정하는 단계는, 상기 중첩이미지를 상기 제1 방향을 따라 스캔하여 상기 비연속적인 부분의 존재 유무를 판정하여 수행하는 반도체소자의 패턴결함검출방법.

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