JP2004264299A

JP2004264299A - 基板検査方法及び装置

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Publication number: JP2004264299A
Application number: JP2004042000A
Authority: JP
Inventors: Sang-Moon Chon; 相文全; Sun-Yong Choi; 善鎔崔; Chungsam Jun; 忠森全; Yu-Sin Yang; 裕信梁
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: KR20040077312A; JP4680517B2; KR100524213B1; US20040169851A1; US7113274B2

Abstract

【課題】レーザービームを利用して半導体基板上の異物質を検出するための基板検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】レーザーソースは半導体基板上にそれぞれ互いに異なる複数の波長を有するレーザービームを順次照射し、検出器は前記レーザービームの照射により半導体基板の表面から散乱された第１光と前記半導体基板上の異物質から散乱された第２光を検出する。演算ユニットは前記第１光の強度と前記第２光の強度とをそれぞれ比較して差異値を算出し、前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を選択する。前記異物質を検出するための検査工程は前記選択された波長を有するレーザービームを利用して実施する。従って、半導体基板検査工程の効率及び信頼度が向上される。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板検査装置に関し、より詳細には、半導体基板上にレーザービームを照射し、半導体基板から反射された光を検出する半導体基板表面の欠陥を検出するための装置に関する。

一般に、半導体装置は半導体基板で使用されるシリコンウェーハ上に電気的回路を形成するＦＡＢ工程と、前記ＦＡＢ工程で形成された半導体装置の電気的特性を検査するＥＤＳ工程と前記半導体装置をそれぞれエポキシ樹脂で封じ、個別化させるためのパッケージ工程を通じて製造される。

前記ＦＡＢ工程は半導体基板上に膜を形成するための蒸着工程と、前記膜を平坦化するための化学機械的研摩工程と、前記膜上にフォトレジストパターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程と、前記フォトレジストパターンを利用して前記膜を電気的特性を有するパターンで形成するための食刻工程と、半導体基板の所定領域に特定イオンを注入するためのイオン注入工程と、半導体基板上の不純物を除去するための洗浄工程と、前記膜及びパターンが形成された半導体基板の欠陥を検出するための検査工程を含む。

前記半導体上に残留する異物質のような半導体基板の欠陥は半導体装置の高集積化により半導体装置の信頼度及び生産性を低下させる主な原因として認識され、前記異物質を検出するための検査工程がさらに重要視されつつある。

前記半導体基板上に残留する異物質を検出するための装置の一例として、レーザービームを半導体基板上に照射し、半導体基板の表面から散乱された光を検出して半導体基板の欠陥を検出する装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

半導体基板上にレーザービームを照射する場合、前記半導体基板上で散乱される光の強度は前記半導体基板上に形成された膜及びパターンを成す物質と前記レーザービームの波長により変化する。

図１はシリコンウェーハに対する屈折率と吸収率を示すグラフであり、図２は半導体基板上に形成された窒化膜に対する光の屈折率を示すグラフであり、図３は半導体基板上に形成された酸化膜に対する光の屈折率を示すグラフである。

図１乃至図３を参照すると、特定波長を有するレーザービームの散乱効率は物質の屈折率と吸収率により変化され、前記物質の屈折率と吸収率はレーザービームの波長により変化する。

従来の検査装置は特定波長を有するレーザービームを使用するので、半導体基板上に形成される多様な膜とパターンに対する検査効率が変化されてしまうという短所がある。すなわち、前記特定波長を有するレーザービームの照射により半導体基板から反射される散乱光の強度は、半導体基板上に形成された多様な膜とパターンによって多様に変化されるので、前記検査工程の信頼度が低下される。例えば、酸化膜が形成された半導体基板から散乱された光の強度と窒化膜が形成された半導体基板から散乱された光の強度が互いに異なるので、前記酸化膜上に残留する異物質と前記窒化膜上に残留する異物質に対する検査効率が互いに異なるようになる。また、異物質の種類により前記異物質から散乱された光の強度が異なるので検査効率の信頼度はさらに低下される。
米国特許第６２１５５５１号

前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、半導体基板上に形成された膜及びパターン成分と前記膜及びパターン上の異物質の成分によりレーザービームの波長を選択し、選択された波長を有するレーザービームを使用して半導体基板の欠陥を検査する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は前述した半導体基板の欠陥を検査する方法を実施するのに適合した装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、基板上に互いに異なる波長をそれぞれ有する第１レーザービームを順次照射する段階と、前記第１レーザービームの照射により前記基板の表面から散乱された第１光と前記基板上の異物質から散乱された第２光を検出する段階と、前記第１光の強度と前記第２光の強度をそれぞれ比べて差異値を算出する段階と、前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を有する第２レーザービームを前記基板上に照射する段階と、前記第２レーザービームの照射により前記基板の表面から散乱された第３光及び前記基板上の異物質から散乱された第４光に基づいて、前記基板に欠陥を検出する段階と、を含むことを特徴とする基板検査方法を提供する。

前記のような基板検査方法を実施するための基板検査装置は、それぞれ互いに異なる波長を有する基板上に照射するためのレーザーソースと、前記レーザービームの照射により前記基板から散乱された光を検出するための検出器と、前記散乱された光のうち前記基板の表面から散乱された第１光の強度と前記基板上の異物質から散乱された第２光の強度をそれぞれ比較し、前記第１光の強度及び第２光の強度の間の差異値を算出し、前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を選択するための演算ユニットと、前記レーザーソースが前記レーザービームを順次的に前記基板上に照射し、前記選択された波長を有するレーザービームを前記基板上に照射するように前記レーザーソースの動作を制御するための制御部と、前記選択された波長を有するレーザービームの照射により前記基板から散乱され、前記検出器により検出された光から前記基板の表面イメージを獲得し、前記イメージから前記基板の欠陥を検出するためのイメージ処理ユニットを含む。

半導体基板上にはそれぞれ多様な波長を有する第１レーザービームが段階的に照射され、前記第１レーザービームの照射により半導体基板から散乱された光は検出器によって検出される。前記散乱された光のうち半導体基板の表面から散乱された第１光は第１レーザービームの波長により互いに異なる強度を有し、前記半導体基板上の異物質から散乱された第２光は第１レーザービームの波長により互いに異なる強度を有する。

前記選択された波長は前記第１光と第２光との間の差異値のうち最も大きい差異値と対応する。従って、前記選択された波長を有する第２レーザービームを使用して半導体基板の欠陥を検査する場合、半導体基板の検査工程効率が向上される。即ち、前記第２レーザービームの照射により半導体基板の表面から散乱された第３光の強度と半導体基板上の異物質から散乱された第４光の強度は最も大きい差異値を有するので半導体基板上の異物質を容易に検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。

図４は本発明の一実施例による基板検査方法を示すフローチャートである。

図４を参照すると、前記一実施例による基板検査方法は互いに異なる複数個波長を有する第１レーザービームのうち半導体基板を検査するためのレーザービームの波長を選択するための第１工程と、選択された波長を有する第２レーザービームを使用して半導体基板の欠陥を検出するための第２工程を含む。

前記第１工程を詳細に説明すると、半導体基板の表面上で設定されたサンプリング領域に第１レーザービームを照射する（段階１００）。ここで、第１レーザービームはサンプリング領域をｘ軸方向にスキャンし、半導体基板はｘ軸と直交するｙ軸方向に移動する。

前記第１レーザービームの照射により前記サンプリング領域の表面から散乱された第１光と前記サンプリング領域上に残留する異物質から散乱された第２光を検出する（段階１２０）。このとき、半導体基板上にはトランジスターまたはキャパシターを形成するための膜及びパターンが形成されている。

検出された第１光の強度と第２光の強度とを比べて前記第１光と第２光との間の差異値を算出する（段階Ｓ１３０）。

前記第１レーザービームの波長を段階的に変化させながらＳ１１０からＳ１３０段階を反復的に実施する（段階Ｓ１４０）。前記第１レーザービームの波長は２５０〜７００ｎｍの間で変化されることが望ましい。さらに望ましいことは２５０〜４００ｎｍの間で変化されることである。前記第１レーザービームの波長は初期の第１レーザービームの波長で１０ｎｍずつ段階的に増加されることが望ましい。

算出された差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を選択する（段階Ｓ１５０）。

前記第２工程を詳細に説明すると、選択された波長を有する第２レーザービームを前記基板上に全体的に照射する（段階Ｓ２１０）。このとき、第２レーザービームはｘ軸方向に半導体基板をスキャンし、半導体基板はｙ軸方向に移動する。

第２レーザービームの照射により半導体基板の表面から散乱された第３光及び半導体基板上の異物質から散乱された第４光を検出する（段階Ｓ２２０）。

前記第３光の強度及び第４光の強度を電気的信号に変更させ、前記電気的信号を映像信号で変更して半導体基板の表面イメージを獲得する（段階Ｓ２３０）。

前記イメージを分析して半導体基板の欠陥を検出する（段階Ｓ４０）。ここで、前記第３光の強度と第４光の強度との差異値は他の第１光及び第２光の間の差異値より大きいので、半導体基板上に残留する異物質が容易に検出され、半導体基板検査工程の効率が向上される。

図５は図４に図示された基板検査方法を実施するための基板検査装置を説明するための概略的構成図であり、図６は図５に図示された基板検査装置を示すための斜視図である。図７及び図８は半導体基板から散乱された第１光及び第２光を示すための概略的正面図である。

図５乃至図８を参照すると、基板検査装置１００はレーザービーム２０を発生させるためのレーザーソースと、半導体基板１０から散乱された光３０を検出するための検出器１２０と、前記散乱された光３０の強度を分析するための演算ユニット１３０と、レーザーソース１１０の動作を制御するための制御部１４０と、前記散乱された光３０から半導体基板１０の表面イメージを獲得するためのイメージ処理ユニット１５０を含む。

レーザーソース１１０は互いに異なる波長を有するレーザービーム２０を半導体基板１０上に順次的に照射する。即ち、レーザーソース１１０はレーザービーム２０の波長を段階的に変化させながら半導体基板１０上にレーザービーム２０を照射する。前記レーザーソース１１０はレーザービーム２０の波長を段階的にまたは線形的に変更させることができる波長可変レーザーシステム（ｔｕｎａｂｌｅｏｐｔｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｒｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍ）を含む。前記波長可変レーザーシステムから前記半導体基板１０上に照射されるレーザービームの波長は２５０〜７００ｎｍであることが望ましい。

半導体基板１０は移動ステージ１６０上に支持され、移動ステージ１６０はレーザーソース１１０から発生されたレーザービーム２０が半導体基板１０の表面をスキャンするように水平方向に移動する。移動ステージ１６０は駆動軸１６２により移動ステージ１６０を移動させるための駆動ユニット１６４と連結される。駆動ユニット１６４は移動ステージ１６０を水平方向に移動させるための直交座標ロボットを含み、レーザービーム２０が半導体基板１０上に設定されたサンプリング領域１２または半導体基板１０の全体表面をスキャンするように移動ステージ１６０をｘ軸及びｙ軸方向に移動させる。

ビーム拡張器１１２はレーザーソース１１０から発生されたレーザービーム２０の断面積を拡張させる。ビーム偏向器１１４はビーム拡張器１１２により拡張されたレーザービーム２２が半導体基板１０の表面をスキャンするように、前記拡張されたレーザービーム２２を偏向させる。フォーカシングレンズ１１６はビーム偏向器１１４によって偏向されたレーザービーム２４が照射される半導体基板１０の表面上のスポットサイズの大きさを一定に保持するために、前記偏向されたレーザービーム２４の焦点距離を調節する。

検出器１２０は前記レーザービームの照射による半導体基板１０から散乱された光３０を検出し、散乱された３０を電気的な信号に変換して演算ユニット１３０及びイメージ処理ユニット１５０に伝送する。

演算ユニット１３０は前記電気的信号に基づいて半導体基板１０の表面から散乱された第１光３１の強度と前記半導体基板１０上の異物質１４から散乱された第２光３２の強度とをそれぞれ比較し、前記第１光３１の強度及び第２光３２の強度の間の差異値を算出する。そして、前記差異値のうち最も多きい差異値と対応する波長を選択する。

制御部１４０は前記演算ユニット１３０と連結され、前記レーザーソース１１０が前記レーザービームを順次前記半導体基板１０上に照射し、前記選択された波長を有するレーザービームを前記半導体基板１０上に照射するように、レーザーソース１１０の動作を制御する。また、前記レーザービームが半導体基板１０の表面をｘ軸方向にスキャンするようにビーム偏向器１４の動作を制御し、前記レーザービームが半導体基板１０の全体表面をスキャンするように駆動ユニット１６４の動作を制御する。

イメージ処理ユニット１５０は検出器１２０から伝送された電気的信号を映像信号に変換させ、ディスプレーユニット１７０を通じて半導体基板１０の表面イメージを表示する。また、イメージ処理ユニット１５０は映像信号を分析して半導体基板１０上に残留する異物質１４の位置及び大きさを検出する。

以下、図５乃至８を参照して本発明の一実施例による基板検査方法を詳細に説明すると次のようである。

移動ステージ１６０上に半導体基板１０が載置される。レーザーソース１１０から発生された第１レーザービーム拡張器１１２を通じて拡張され、ビーム偏向器１１４及びフォーカシングレンズ１１６を通じて予め設定された半導体基板１０上のサンプリング領域１２に照射される。ビーム偏向器１１４は第１レーザービームがサンプリング領域１２の表面をｘ軸方向にスキャンするように第１レーザービームを偏向させ、駆動ユニット１６４は第１レーザービームがサンプリング領域１２の表面をスキャンするように半導体基板１０をｙ軸方向に移動させる。前記サンプリング領域１２の幅はビーム偏向器１１４によって偏向された第１レーザービームのスキャン幅と対応し、長さは制御部１４０により制御される半導体基板１０の移動距離によって調節される。

第１レーザービームの照射によりサンプリング領域１２の表面から散乱された第１光３１とサンプリング領域１２上の異物質１４から散乱された第２光３２は検出器１２０によって検出される。検出器１２０は第１光３１の強度及び第２光３２の強度を電気的信号に変換して演算ユニット１３０に伝送し、演算ユニット１３０は第１光３１の強度と第２光３２の強度とを比較してその差異値を算出する。

続いて、レーザーソース１１０は予め設定された波長分だけ上昇された波長を有する第１レーザービームを発生させ、上昇された波長を有する第１レーザービームはビーム拡張器１１２、ビーム偏向器１１４とフォーカシングレンズ１１６を通じてサンプリング領域１２に照射される。続いて、前記したような方法で前記上昇された波長を有する第１レーザービームに対応する差異値が算出される。

演算ユニット１３０は前記のような方法で算出された差異値のうち最も大きい差異値を選択する。

制御部１４０はレーザーソース１１０が前記選択された波長を有する第２レーザービームを発生させるようにレーザーソース１１０の動作を制御し、前記第２レーザービームが半導体基板１０をｘ軸方向にスキャンするようにビーム偏向器１１４の動作を制御し、前記第２レーザービームが半導体基板１０を全体的にスキャンするように半導体基板１０をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるために駆動ユニット１６４の動作を制御する。図６に示された矢印はビーム偏向器１１４による第２レーザービームのスキャン方向と、駆動ユニット１６４による第２レーザービームの移動方向をそれぞれ意味する。

第２レーザービームの照射により半導体基板１０の表面から散乱された第３光及び半導体基板１０上の異物質から散乱された第４光は検出器１２０により検出される。検出器１２０は第３光の強度及び第４光の強度を電気的信号に変換してイメージ処理ユニット１５０に伝送する。

イメージ処理ユニット１５０は前記電気的信号を映像信号に変換させ、ディスプレーユニット１７０は前記映像信号によって半導体基板１０の表面イメージをディスプレーする。イメージ処理ユニット１５０は前記映像信号を分析して半導体基板１０上に残留する異物質の位置及び大きさなどを検出する。このとき、半導体基板１０の表面から散乱された第３光の強度と半導体基板１０上の異物質から散乱された第４光との間の差異値は他の第１光の強度及び第２光の強度の間の差異値より相対的に大きいので半導体基板１０上の異物質が容易に検出される。

前記のような本発明によると、それぞれ互いに異なる複数の波長を有する第１レーザービームのうち選択された波長を有する第２レーザービームが半導体基板に照射され、前記半導体基板から散乱された光により前記半導体基板の表面欠陥が検出される。従って、半導体基板上に形成された多様な膜上に残留する異物質を検出するための検査工程の効率及び信頼度が向上される。また、半導体装置の信頼度及び生産性が向上される。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

シリコンウェーハに対する光の屈折率と吸収率を示すグラフである。半導体基板上に形成された窒化膜に対する光の屈折率と吸収率を示すグラフである。半導体基板上に形成された酸化膜に対する光の屈折率を示すグラフである。本発明の一実施例による基板検査方法を示すためのフローチャートである。図４に図示された基板検査方法を実施するための基板検査装置を示すための概略的構成図である。図５に図示された基板検査装置を示すための斜視図である。半導体基板から散乱された第１光及び第２光を示すための概略的正面図である。半導体基板から散乱された第１光及び第２光を示すための概略的正面図である。

符号の説明

１０…半導体基板、
１２…サンプリング領域、
１４…異物質、
２０…レーザービーム、
３０…散乱された光、
１００…基板検査装置、
１１０…レーザーソース、
１１２…ビーム拡張器、
１１４…ビーム偏向器、
１１６…フォーカシングレンズ、
１２０…検出器、
１３０…演算ユニット、
１４０…制御部、
１５０…イメージ処理ユニット、
１６０…移動ステージ、
１６４…駆動ユニット、
１７０…ディスプレーユニット。

Claims

基板上にそれぞれ互いに異なる波長を有する第１レーザービームを順次照射する段階と、
前記第１の照射により前記基板の表面から散乱された第１光と前記基板上の異物質から散乱された第２光を検出する段階と、
前記第１光の強度と前記第２光の強度をそれぞれ比べて差異値を算出する段階と、
前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を有する第２レーザービームを前記基板上の照射する段階と、
前記第２レーザービームの照射により前記基板の表面から散乱された第３光及び前記基板上の異物質から散乱された第４光に基づいて、前記基板に欠陥を検出する段階と、
を含むことを特徴とする基板検査方法。
前記第１レーザービームは前記基板上に設定されたサンプリング領域に照射されることを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
前記第１レーザービームの波長は２５０〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
前記基板の欠陥を検出する段階は、
前記第３光及び第４光に基づいて、前記基板の表面イメージを獲得する段階と、
前記イメージから前記基板の欠陥を検出する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
前記イメージを表示する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の基板検査方法。
基板上に設定されたサンプリング領域から第１レーザービームを照射する段階と、
前記第１レーザービームの照射により前記サンプリング領域の表面から散乱された第１光及び前記サンプリング領域上の異物質から散乱された第２光を検出する段階と、
前記サンプリング領域から照射される第１レーザービームの波長を変化させながら前記サンプリング領域から散乱された第１光及び第２光を検出する段階と、
検出された複数の第１光の強度と複数の第２光の強度とをそれぞれ比べて差異値を算出する段階と、
前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を有する第２レーザービームを前記基板上に照射する段階と、
前記第２レーザービームの照射による前記基板の表面から散乱された第３光及び前記基板上の異物質から散乱された第４光に基づいて前記基板の欠陥を検出する段階と、
を含むことを特徴とする基板検査方法。
前記第１レーザービームの波長は段階的に変化されることを特徴とする請求項６記載の基板検査方法。
前記第１レーザービームの波長は予め設定された波長分だけ段階的に増加されることを特徴とする請求項６記載の基板検査方法。
前記第１レーザービームの波長は２５０〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の基板検査方法。
前記第１レーザービーム及び第２レーザービームは前記サンプリング領域及び前記基板をそれぞれスキャンすることを特徴とする請求項６記載の基板検査方法。
前記基板の結合を検出する段階は、
前記第３光及び第４光に基づいて前記基板の表面イメージを獲得する段階と、
前記イメージから前記基板の欠陥を検出する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板検査方法。
前記イメージを表示する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の基板検査方法。
ｉ）基板上にサンプリング領域で第１レーザービームを照射する段階と、
ｉｉ）前記第１レーザービームの照射によりサンプリング領域の表面から散乱された第１光及び前記サンプリング領域上の異物質から散乱された第２光を検出する段階と、
ｉｉｉ）前記第１光の強度と前記第２光の強度を比べて差異値を算出する段階と、
ｉｖ）前記第１レーザービームの波長を段階的に変化させながら前記ｉ）からｉｉｉ）段階を反復的に実施する段階と、
ｖ）算出された差異値のうち最も大きい値と対応する波長を選択する段階と、
ｖｉ）選択された波長を有する第２レーザービームを前記基板上に照射する段階と、
ｖｉｉ）前記第２レーザービームの照射により前記基板の表面から散乱された第３光及び前記基板上の異物質から散乱された第４光を検出して、前記基板の欠陥を検出する段階と、を含むことを特徴とする基板検査方法。
それぞれ互いに異なる波長を有するレーザービームを基板上に照射するためのレーザーソースと、
前記レーザービームの照射によって前記基板から散乱された光を検出するための検出器と、
前記散乱された光のうち前記基板の表面から散乱された第１光の強度と前記基板上の異物質から散乱された第２光の強度とを比較し、前記第１光の強度及び第２光の強度の間の差異値を算出し、前記差異値のうち最も大きい差異値と対応する波長を選択するための演算ユニットと、
前記レーザーソースが前記レーザービームを順次的に前記基板上に照射し、前記選択された波長を有するレーザービームを前記基板上に照射するように前記レーザーソースの動作を制御するための制御部と、
前記選択された波長を有するレーザービームの照射により前記基板から散乱され、前記検出器により検出された光に基づいて前記基板の表面イメージを獲得し、前記イメージから前記基板の欠陥を検出するためのイメージ処理ユニットと、
を含むことを特徴とする基板検査装置。
前記レーザーソースは波長可変レーザーシステムであることを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。
前記レーザービームの波長は２５０〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。
前記基板を支持し、前記レーザービームが前記基板の表面をスキャンするように前記基板を移動させるための移動ステージをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。
前記レーザービームが前記基板の表面をスキャンするように前記レーザービームを偏向させるためのビーム偏向器を含むことを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。
前記レーザーソースのより発生されたレーザービームの断面積を拡張させるためのビーム拡張器と、
前記レーザービームの焦点距離を調節するためのフォーカシングレンズと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。
前記イメージを表示するためのディスプレーユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の基板検査装置。