반도체 형상 측정을 위한 주사전자 현미경 Imaging 시스템에 대한 연구

Abstract

본 논문에서는 메모리 반도체의 Critical Dimension(CD)의 측정에 관한 연구를 수행하였다. CD는 회로상에서 경계 길이나 회로 선 간의 간격 폭을 일컫는 말이다. 메모리 반도체의 경우 선폭이 수십nm 이하로 떨어지면서 고배율 광학계의 한계로 인하여 저 전압 전자빔 주사 영상장치를 이용하는 것이 메모리 표면 형상(CD)를 측정할 수 있는 유일한 방법이 되었다. 일반적으로 반도체 CD측정을 위해 사용되는 방법은 SEM(Scanning Electron Microscopy) 장비를 이용하여 반도체 마스크 형상 영상을 얻고, 이 영상에 대하여 이미지 프로세싱을 이용하여 CD를 측정하는 방법이 사용되고 있다. 본 논문에서는 SEM으로 얻은 마스크 형상 영상의 CD측정에 영향을 주는 비점수차 및 초점 이미지(focused image), 노이즈 개선, CD측정 알고리즘 개발 등 4가지 인자에 대한 개선작업을 바탕으로 CD반복도 향상에 대한 작업을 하였다. SEM에서 발생하는 비점수차를 실시간으로 해결하기 위한 알고리즘을 제안하였고, 이와 더불어 Nonlinear Anistropic Diffusion Filter(이하 NADF)를 이용하여 전자기파간의 간섭에 의해 발생하는 Speckle Noise를 제거 하였다. NADF는 이미지를 일종의 빛의 흐름으로 인식하여 유체 해석에 이용되는 편미분 방정식(PDE: Partial Differential Equation)을 도입하여 확산 방정식(Diffusion Equation)을 이용한 영상 처리 기법이다. 또한 균일한 밝기의 SEM image를 얻기 위한 작업으로 이미지의 밝기 및 Contrast에 영향을 주는 Offset및 Gain Error를 보정하는 A/D Converter를 장착하였고, 이를 바탕으로 ABCC(Auto Bright and Contrast Control) 알고리즘을 고안하여 적용하였다. 마지막으로 NADF 및 ABCC의 구현으로 얻은 SEM 이미지의 intensity profile에 대하여 혼합 가우시안과 facet 모델링을 혼합 Fitting하여 최종적으로 CD를 구하였다.