KR100542747B1 - 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치 - Google Patents

Abstract

피검체 상의 미세한 결함을 신속 및 정확하게 검사할 수 있는 결함 검사 방법 및 검사 장치가 개시되어 있다. 레시피 셋업(recipe setup) 단계에서 피검체 상에 형성된 미세 구조물을 영역별로 구분하고, 상기 영역별로 광을 조사하여 영역별 최적의 증폭 비를 미리 정의한다. 이후, 피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사한다. 피검체로 반사된 광을 수집한 다음, 상기 반사광을 기 설정된 영역별 특성 값에 따라 증폭한다. 다음으로, 상기 증폭된 반사광을 분석하여 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별한다. 피검체 상의 영역별 특성 값을 미리 정의함으로써, 피검체 이미지의 침윤 현상을 방지할 수 있으며 피검체를 신속 및 정확하게 검사할 수 있다. 또한, 1차 검사 효율을 향상시킴으로써 불필요한 2차 검사에 소요되는 시간적, 재정적 손실을 방지할 수 있다.

Description

결함 검사 방법 및 결함 검사 장치 {APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTION A DEFECT}

도 1은 종래의 결함 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2는 종래의 결함 검사 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검사 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시한 검출부가 다수 배치된 검사 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101：고 반사율 영역 103：저 반사율 영역

110：발광부 121：제1 편광 부재

123：제2 편광 부재 125：집광 부재

130：검출부 131, 132：광증배관

139：전원 공급 장치 140：스테이지

150：기억부 160：제어부

170：판별부 171：A/D 컨버터

173：영상 처리부 175：연산부

W：웨이퍼 SP：검사 스팟

본 발명은 반도체 기판 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 웨이퍼와 같은 정밀한 제품에 존재하는 파티클 및 스크래치와 같은 결함을 신속 및 정확하게 검사할 수 있는 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치에 관한 것이다.

현재의 반도체 장치에 대한 연구는 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되고 있다. 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화를 이루기 위해서는 반도체 기판 상에 박막 패턴을 정확하게 형성하는 박막 증착 기술이 매우 중요하다.

따라서 반도체 기판 상에 박막 패턴이 정확하게 형성되었는지를 판별하는 검사(inspection) 공정이 반드시 필요하다. 예를 들어, 미세 패턴을 형성하기 위한 패터닝(patterning) 공정을 수행한 다음에는, 반도체 기판 상에 형성된 패턴에 파티클(particle) 또는 미세한 스크래치(micro scratch) 등의 결함이 발생할 수 있다. 또한, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 수행한 후에도 반도체 기판 상의 패턴에 상기 결함이 발생될 수 있다.

현재, 반도체 기판 결함 검사 설비에서는 단순히 피검체 상에 파티클 또는 기타 결함의 존재 여부만 검출된다. 결함이 검출된 반도체 기판은 정확한 결함 정보를 파악하기 위하여 작업자에 의해 직접 재검된다. 이 경우, 작업자는 별도의 재검 설비(review tool)를 이용하여 육안 검사한다.

현재 반도체 장치는 고집적 및 고성능화되는 추세이고 따라서 한 기판 당 검사 대상의 수도 급격하게 증가하였다. 과거 한 기판 당 검사 대상이 수십 개 수준이었지만, 요즘에는 기본적으로 수백, 수천 개로 증가하였다.

상술한 바와 같이 검사 대상은 크게 증가하였지만, 검사 장치 및 검사 능력의 발전은 저조하였다. 따라서 검사소요 시간은 현저하게 증가하였고, 제조 단가는 상승되었다. 더욱이 검사소요 시간 및 검사 량의 증가는 반도체 기판의 생산성을 저하시켜 경쟁력 저하의 문제를 유발시켰다.

웨이퍼 상에는 수백, 수천 개의 미세구조물이 형성된다. 상기 수백, 수천 개의 미세구조물 전부에 대하여 검사 공정을 수행하면 생산성 저하되는 문제점이 발생한다.

이에 대한 대처 방안으로 제조된 웨이퍼들 중 임의의 웨이퍼를 선택하고, 상기 선택된 웨이퍼에 대해서만 검사를 실시하여 전체 웨이퍼의 품질을 예측하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 이는 검사소요 시간은 단축할 수 있지만, 검사 결과의 신뢰성 저하라는 또 다른 문제점을 야기한다.

도 1은 종래의 결함 검사 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한 것으로서, 반도체 제조 공정 중 웨이퍼(wafer) 상의 결함을 검사하는 종래의 작업 순서를 나 타낸다.

도 1을 참조하면, 결함 검사 장치 안에 임의로 선택된 웨이퍼를 로딩 한다(S11). 상기 로딩된 웨이퍼 상에 레이저 광을 조사한다(S12). 조사된 레이저 광은 웨이퍼로부터 반사되고(S13), 웨이퍼로부터 반사된 광은 광증배관(photo multiplier tube)에 수집된다(S14). 광증배관은 수집된 반사광의 세기에 따라 최적의 증폭 비를 산출하고(S15), 상기 증폭 비에 따라 상기 반사광을 증폭한다(S16). 증폭된 반사광은 디지털 신호로 변환되고(S17). 상기 디지털 신호는 서버(server)에 저장된다(S18). 이후, 상기 디지털 정보를 기 설정된 기준 웨이퍼의 정보와 비교하여 상기 레이저 광이 조사된 피검체 상의 결함 유무를 판별한다(S19).

웨이퍼 상에는 라인(line), 스페이스(space), 콘택 홀(contact hole) 또는 패턴(pattern) 등과 같은 다수의 미세 구조물이 형성된다. 상기 다수의 미세 구조물은 셀(cell) 영역, 페리(peri) 영역 및 S/A(sense amplifier) 등으로 크게 나눠질 수 있다.

일반적으로 웨이퍼 상에는 상기 영역들이 반복되게 형성된다. 동일한 종류의 영역 내에 형성된 미세 구조물들의 반사율은 거의 동일하다. 하지만, 다른 종류의 영역 내에 형성된 미세 구조물들의 반사율은 상이하다. 따라서 동일한 광을 상기 영역들에 조사하더라도 각각의 영역으로부터 반사된 광의 세기, 즉 반사율이 서로 상이할 수 있다.

웨이퍼로부터 반사된 광은 광증배관에 의하여 수집되고, 소정의 증폭 비로 증폭된다(S16). 이 경우, 상기 다수의 반사율이 서로 상이한 영역으로부터 반사된 광들을 동일한 증폭 비로 증폭할 경우, 적어도 한 영역의 이미지 정보가 불량할 수 있다.

이미지 정보의 불량에 대하여 상세하게 설명하면, 웨이퍼로부터 반사된 광은 광증배관에 의하여 수집된다(S14). 광증배관은 수집된 광의 세기에 따라 다른 수의 광전자가 발생된다. 광전자는 광전류를 생성하며, 광전자의 수에 따라 다른 세기의 광전류가 생성된다. 일반적으로 웨이퍼로부터 반사된 광의 세기는 미약하기 때문에 광증배관에 의한 증폭이 필요하다. 웨이퍼로부터 반사된 광은 광증배관의 전압에 따라서 다른 증폭 비로 증폭된다(S16). 즉, 광증배관의 전압을 조절하면, 약한 세기의 광으로부터 큰 광전류를 출력할 수 있다. 이후, 광전류는 디지털 신호로 변환된다(S17). 상기 디지털 신호에는 광이 조사된 미세 구조물의 영상 정보가 포함되어 있다. 따라서 상기 디지털 신호를 분석하면 광이 조사된 웨이퍼 상의 미세 구조물의 형상을 예측할 수 있다. 만약, 광증배관에 공급되는 전압이 일정할 경우, 광증배관에 수집된 광들은 동일한 증폭 비로 증폭된다. 하지만, 광이 조사된 웨이퍼 상의 미세 구조물들은 다른 반사율을 갖고 있기 때문에, 다른 증폭 비로 증폭되어야 선명한 이미지 정보를 갖는 디지털 신호로 변환될 수 있다. 즉, 광증배관의 전압이 조절되지 않으면, 높은 반사율을 갖는 미세 구조물은 너무 밝은 이미지로 표시되고, 낮은 반사율을 갖는 미세 구조물은 너무 어두운 이미지로 표시된다. 즉, 반도체 기판 상의 이미지들이 정확히 예측되지 못한다.

웨이퍼 상의 미세 구조물은 크게 영역별로 유사한 반사율을 갖기 때문에, 광이 웨이퍼 상의 일 영역으로부터 타 영역으로 이동 시, 광증배관의 증폭 비를 변화 시켜 주는 것이 바람직하다.

광증배관을 이용한 1차 검사 후, 한 웨이퍼 상의 결함 개수가 일정 개수를 넘어가게 되면 웨이퍼 제조 설비는 스펙 아웃에 의해 정지되고(spec out interlock), 해당 웨이퍼는 별도의 리뷰 설비로 옮겨 존재하는 결함들을 재검사(review)된다. 여기서, 재검사란 결함 검사 장치 설비에서 얻어진 결함 위치 정보에 따라 별도의 재검 설비에서 해당 위치에 존재하는 결함 모양 및 형태 등을 육안으로 확인하는 공정을 의미한다.

따라서 광증배관을 이용한 1차적 검사는 정확하게 수행되어야 한다. 이는 작업자의 수작업에 의한 2차 재검이 현실적으로 한계가 있기 때문에 난이하기 때문에 1차 검사에서 최대한 검사 오차를 줄여야 한다. 또한, 1차 검사에서 결함 유무가 정확히 판별되지 못하면, 결함이 있는 웨이퍼가 2차 검사도 받지 않고 후속 공정에 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 1차적으로 광증배관을 이용한 결함 검사 결과에 따라, 작업자의 수작업에 의한 2차 검사 유무가 결정되고, 2차 검사에 의한 검사 결과에 따라 전체 웨이퍼 제조 공정의 흐름이 제어된다. 부정확하게 검사된 결과를 바탕으로 2차 검사 수행되면, 불필요한 시간 손실을 유발되며 정확한 결함 유무도 판단할 수 없어 경제적, 시간적 손실이 발생한다.

도 2는 종래의 결함 검사 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 결함 검사 장치는, 웨이퍼(W) 상에 광을 조사하는 레이저 광원(10), 웨이퍼(W) 상에 다양한 광을 조사하기 위한 편광체(20), 웨이퍼(W)로부 터 반사된 광을 수집하기 위한 광증배관(photo multiplier tube)(30), 광증배관(30)에 전원을 공급하기 위한 전원부(40), 전원부(40)와 연결되어 광증배관(30)의 증폭 비를 제어하는 제어부(50), 상기 반사광을 이용하여 반도체 기판 상의 결함을 판별하기 위한 중앙 처리부(60)를 포함한다.

검사 장치의 내부 중앙에는 웨이퍼(W)가 놓여지는 스테이지(70)가 배치된다. 스테이지(70)로부터 약 45도 상부의 검사 장치 내부에는 레이저 광원(10)이 설치된다. 레이저 광원(10)과 스테이지(15) 사이에는 편광체(20)가 배치된다. 광증배관(30)은 웨이퍼(W)로부터 반사되는 광을 수집하기 용이한 위치에 설치된다. 중앙 처리부(60) 내에는 A/D 컨버터가 설치되어 상기 반사광이 디지털 신호로 변환되어 서버에 저장된다.

광증배관(30)의 작동 알고리즘은 크게 고정 이득(fixed gain) 방식과 변동 이득(adaptive gain) 방식으로 구분된다.

고정 이득 방식은 입사된 광의 양 및 세기에 관계없이 일정한 증폭 비로 동작된다. 이 경우, 상대적으로 광의 세기가 변화되는 경계부분에서 광증배관(30)의 증폭비가 변화되지 않기 때문에 피검체 이미지의 침윤(saturation)현상이 발생된다.

침윤 현상에 대하여 자세하게 설명하면, 고정 이득 방식은 웨이퍼로부터 반사되는 광의 세기가 변화되는 것과는 무관하게 웨이퍼 상의 모든 영역으로부터 반사되는 광을 동일한 증폭 비로 증폭한다.

웨이퍼(W)상의 고 반사율 영역으로부터 반사된 광의 출력 신호와 저 반사율 영역으로부터 반사된 광의 출력 신호는 다른 증폭 비로 증폭되지 못하면, 두 영역 중 적어도 한 영역의 미세 구조물이 희미한 영상으로 표시된다. 이는, 고 반사율 영역으로부터 반사된 광의 출력 신호에 비하여 저 반사율 영역으로부터 반사된 광의 출력 신호가 상대적으로 미약하기 때문에 저 반사율 영역의 미세 구조물의 선명도가 저하되기 때문이다.

상술한 바와 같이, 이미지의 선명도가 저하되는 현상을 침윤 현상이라고 한다.

침윤 현상은 변동 이득 방식에서도 부분적으로 나타난다.

변동 이득 방식은 광증배관(30)에 수집된 광의 양 및 세기에 따라 광 증폭 비가 변화된다. 즉, 고 반사율 영역으로부터 반사된 광의 증폭 비는 감소되고, 저 반사율 영역으로부터 반사된 광의 증폭 비는 증가된다. 따라서 변동 이득 방식은 암시야 영역과 명시야 영역 모두 선명하게 판별할 수 있다. 당연히, 고정 이득 방식에 비하여 검출 효과가 우수하다.

하지만, 변동 이득 방식에는 과도 시간(delay time)이 존재하여 이미지의 침윤 현상이 발생된다. 보다 자세하게 설명하면, 광원(10)으로부터 조사된 광이 웨이퍼(W) 상의 셀(cell)과 같이 저 반사율 영역으로부터 페리(peri)나 S/A(Sense Amp)와 고 반사율 영역으로 이동 시, 제어부가 이를 감지하여 최적의 증폭 비를 결정하기까지 과도 시간이 소요된다. 상기 과도 시간 동안에는 변동 이득 방식이라 할지라도 고정 이득 방식과 같이 이미지의 침윤(saturation) 현상이 발생된다. 따라서 전체 결함 검사 장치의 검출 효과 저하가 초래된다.

고정 이득 방식이나 변동 이득 방식에서 발생되는 이미지의 침윤 현상은 결함 검사 장치의 검출 효과 저하시켜 전체 제조 공정의 효율을 저하시킨다. 광증배관을 이용한 1차 검사에서 피검체가 결함 유무를 정확히 판별해 낼 수 없을 경우, 예를 들어, 이미지의 침윤 현상이 발생되는 동안 광증배관(30)에 수집된 산란 정보를 모두 무결함으로 처리 시 또는, 광증배관(30)에 수집된 산란 정보를 모두 유 결함으로 처리 시 불필요한 2차 재검이 실시될 수 있어 시간적, 재정적 손실이 야기된다.

2차 재검은 작업자에 의한 수작업으로 수행되기 때문에 시간도 자동 검사 장치를 이용할 경우보다 훨씬 더 많이 소요된다.

상술한 바와 같이, 종래의 시간적, 재정적 손실을 방지하기 위하여 피검체 상의 결함을 신속하게 그리고 효율적으로 처리할 수 있으면서도 정확한 검사를 수행할 수 있는 결함 검사 방법 및 검사 장치가 요구된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 피검체 상의 영역별 최적의 증폭 비를 미리 산출하여 검사 공정 시, 피검체 이미지의 침윤(saturation) 현상을 방지하여 피검체 상의 결함을 정확하게 검사할 수 있고 나아가 불필요한 2차 검사(review)의 소요 시간을 줄일 수 있는 결함 분류 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 피검체 이미지의 침윤 현상을 최소화하여 피검체 상의 결함을 정확 및 신속하게 수행할 수 있는 결함 분류 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레시피 셋업(recipe setup) 단계에서 피검체 상에 형성된 미세 구조물을 영역별로 구분하고, 상기 영역별로 광을 조사하여 영역별 특성 값을 미리 정의한다. 이후, 정규 검사 공정 시, 피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사한다. 다음으로, 피검체로부터 반사된 광을 수집하고, 소정의 증폭 비로 증폭한다. 이 경우, 상기 증폭된 반사광의 변화량에 대응하는 특성 값을 제공 받아 반사광의 증폭 비를 변화시킨다. 마지막으로, 기 설정된 특성 값에 따라 증폭된 반사광을 A/D 컨버터에 제공하여 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 판별부에 제공하여 결함 유무를 판별한다.

전술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 결함 검사 장치는, 피검 체를 지지 및 이송하기 위한 스테이지(stage); 스테이지로부터 소정 간격 이격되어 피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사하기 위한 발광부; 피검체에 인접하게 배치되며, 피검체로부터 반사된 광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭하기 위한 검출부; 검출부에 연결되며 증폭된 반사광의 변화량에 대응하는 기 설정된 영역별 최적의 증폭 비에 따라 반사광의 증폭 비를 변화시키기 위한 제어부; 및 검출부에 연결되며, 증폭된 반사광을 분석하여 피검체 상의 결함 유무를 판별하기 위한 판별부를 포함한다.

종래의 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치는, 검사 장치에 의한 1차 검사의 결과에 따라 2차 재검 여부를 결정하기 때문에 1차 검사의 정확도가 매우 중요하 다. 1차 결함 결과, 결함의 개수가 수백에서 수천 개에 이르는 경우 2차 검사소요 시간이 너무 길어져서 모든 결함을 확인할 수 없다. 따라서 현실적으로는 웨이퍼의 일부만 랜덤(random)하게 분류하고 일정 배수를 곱하여 결함의 개수 및 비율을 추측하는 방법이 사용되고 있어, 근본적으로 신뢰할 수 없는 방법이다.

더욱이, 수작업에 의한 재검사에 있어서 결함의 분류 및 평가는 작업자의 주관적인 평가에 의존한다는 점에서 객관성이 결여될 수 있다.

실제로, 증착 공정 관련 설비에서 검사 설비는 하루에 대당 약 200~300매의 웨이퍼를 검사하고 있으며, 하나의 반도체 생산라인에서 약 7대의 검사 설비를 사용하여 결함 검사를 진행하여 매일 검사되는 웨이퍼는 약 1400 ~ 2100매 정도에 이른다.

이중 실제로 재검되는 웨이퍼 중에서도 결함의 개수가 많은 경우에는 일부만 재검사하기 때문에 결함 검사에 있어 유실되는 결과는 많다.

본 발명에 따르면, 피검체의 영역별 최적의 증폭 비를 미리 정의하여 1차 검사 시, 피검체의 이미지의 침윤 현상을 방지할 수 있다. 따라서 피검체 상의 모든 결함을 정확하게 검사할 수 있으며, 나아가 불필요한 2차 검사를 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것을 아니다.

실시예 1

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검사 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시한 검출부가 다수 배치된 결함 검사 장치를 설명하기 위한 간략한 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 결함 검사 장치는, 웨이퍼가(W) 놓여지는 스테이지(140); 웨이퍼(W) 상의 적어도 두 영역에 광을 조사하기 위한 발광부(110); 웨이퍼(W)에 인접하게 배치되며, 웨이퍼(W)로부터 반사된 광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭하기 위한 검출부(130); 기 설정된 영역별 특성 값이 저장된 기억부(150); 증폭된 반사광의 변화량에 대응하는 기 설정된 영역별 특성 값을 기억부(150)로부터 제공받아 반사광의 증폭 비를 변화시키기 위한 제어부(160); 및 검출부(130)에 연결되며 증폭된 반사광을 분석하여 웨이퍼(W) 상의 결함 유무를 판별하기 위한 판별부(170)를 포함한다.

검출부(130)는 반사광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭하기 위한 광증배관(131, 132), 및 광증배관(131, 132)을 동작 전압을 인가하기 위한 전원 공급 장치(139)를 포함한다.

판별부(170)는 증폭된 반사광을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터(171); 디지털 신호를 이미지 정보로 변환하기 위한 영상 처리부(173); 영상 처리부(173)로부터 변환된 이미지와 기 설정된 기준 이미지를 비교하여 이미지들 간의 차이를 산출하고, 상기 차이에 따라 상기 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별하기 위한 연산부(175)를 포함한다.

웨이퍼(W)는 스테이지(140)에 지지된다. 웨이퍼(W)는 스테이지(140)에 의하 여 수평방향으로 이동된다. 따라서 스테이지(140)에 의하여 광이 웨이퍼(W) 상의 전 영역에 조사될 수 있다.

발광부(110)는 웨이퍼(W) 상에 광을 조사한다. 발광부(110)는 웨이퍼(W)의 평면으로부터 수직 또는 경사지게 광을 조사한다. 바람직하게는, 발광부(110)가 웨이퍼(W)의 수평면으로부터 약 20도 각도로 기울어지게 배치되어, 광이 웨이퍼(W)의 평면으로부터 약 20도 기울어지게 조사된다. 하지만, 경우에 따라서는 발광부(110)가 웨이퍼(W)의 수평면으로부터 약 10 ~ 90의 각도로 기울어지게 배치될 수 있다. 발광부(110)의 기울기는 검사 장치 또는 검사 공정에 따라 선택적으로 조절된다.

발광부(110)로부터 웨이퍼(W)에 조사되는 광은 약 488 nm 파장의 레이저 광이 제일 바람직하다. 이 경우, 반드시 약 488 nm 파장의 레이저 광만이 웨이퍼에 조사될 수 있는 것은 아니다. 다른 파장의 광이 이용될 수 있다. 단, 488 nm 파장의 레이저가 제일 안정적이기 때문에 가장 적합하다.

웨이퍼(W)와 발광부(110) 사이에는 제1 편광 부재(121)가 배치되고, 웨이퍼(W)와 검출부(130) 사이에는 제2 편광 부재(123)와 집광 부재(125)가 순차적으로 배치된다.

제1 편광 부재(121)는 1/2 파장 및 1/4 파장용 플레이트 등과 같은 편광 플레이트를 포함한다.

발광부(110)로부터 생성된 광은 제1 편광 부재(121)를 통하여 P 편광, S 편광 또는 C(circular polarization) 편광과 같은 편광으로 전환된다.

발광부(110)로부터 생성된 광을 편광으로 전환하여 웨이퍼(W)에 조사하는 이 유는, 웨이퍼(W) 상의 결함을 용이하게 판별할 수 있기 때문이다. 보다 자세하게 설명하면, 웨이퍼(W) 상에 조사되는 편광의 종류에 따라서 웨이퍼(W) 상에 형성된 결함의 반응이 다르다. 따라서 결함의 검출과 동시에 결함의 특성을 파악하기 위해서는 웨이퍼(W) 상에 편광을 조사하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 P 편광, S 편광, 또는 C 편광으로 생성하기 위한 편광 플레이트를 이용하였으나. 이에 본 발명이 한정되지 않는다. P 편광과 S 편광의 조합 또는 S 편광과 C 편광의 조합 등 다른 편광들의 조합을 생성할 수 있는 편광 플레이트도 이용될 수 있다. 편광 플레이트는 통상의 지식을 가진 당업자가 용이하게 선택적으로 변경할 수 있다.

상술한 바와 같이 발광부(110)로부터 생성된 광은 제1 편광 부재(121)를 통하여 편광으로 변환된 후 웨이퍼(W)에 조사된다.

발광부(110)와 웨이퍼(W) 사이에는 광 경로 전환 부재가 배치될 수 있다. 광 경로 전환부재는 다수의 미러(mirror)를 포함한다. 발광부(110)로부터 생성된 광은 다수의 미러(mirror)에 의하여 웨이퍼(W) 상에 다양한 각도로 조사될 수 있다. 광 경로 전환부재는 필수사항은 아니며, 경우에 따라서 선택적으로 이용 가능하다.

제1 편광 부재(121)를 통하여 생성된 편광은 웨이퍼(W) 상에 검사 스팟(spot)(SP)을 생성한다. 검사 스팟(SP)은 웨이퍼 상에 광이 조사되어 생성된 영역이다.

편광은 웨이퍼(W) 상의 검사 스팟(SP)으로부터 반사된다. 이 경우, 편광은 웨이퍼(W)상에 입사된 각과 동일한 각으로 반사되거나, 웨이퍼(W) 평면에 있는 결 함에 의하여 산란되게 반사된다.

웨이퍼(W)로부터 반사된 광, 보다 정확하게 설명하면, 입사각과 동일한 각으로 반사된 반사광 그리고 산란되게 반사된 광은 모두 검출부(130)에 수집될 수 있다.

레이저 광을 이용한 일반적인 결함 검사 장치의 경우, 산란되는 반사광을 이용하여 결함을 검사한다. 하지만 반드시 산란되는 반사광만을 이용하여야 결함을 검출 할 수 있는 것은 아니다. 일예로, 웨이퍼(W) 상의 미세 구조물에 결함이 없는 경우, 입사된 광은 거의 다 동일한 각도로 반사된다. 만약 미세 구조물에 결함이 있는 경우, 입사된 광은 산란되게 반사되는 광이 증가하게 된다. 즉, 입사각과 동일하게 반사된 광이 많은 경우, 미세 구조물에 결함이 없는 것으로 예측할 수 있으며, 산란되는 광이 많은 경우, 미세 구조물에 결함이 있는 것을 예측할 수 있다. 따라서 산란되는 광이나 입사각과 동일하게 반사된 광 어느 것을 이용하든지 미세 구조물의 결함 여부를 판별할 수 있다.

산란되게 반사된 광이나 입사각과 동일하게 반사된 광 어느 것을 수집하여 결함을 검출하는 지는 당업자가 용이하게 선택할 수 있다.

웨이퍼(W)로부터 반사된 광은 검출부(130)에 수집된다. 검출부(130)는 반사광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭하기 위한 광증배관(photo multi tube)(131, 132), 및 광증배관(131, 132)을 동작시키는 고전압을 인가하기 위한 전원 공급 장치(139)를 포함한다.

광증배관(131, 132)은 반사광을 수집하기 용이한 위치에 배치된다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 수평면에 대한 검출부(130)의 기울기는 다양하게 조절될 수 있다.

검출부(130)에 대하여 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.

광증배관(131, 132)은 웨이퍼(W) 상의 평면에서 검사 스팟(SP)을 중심으로 약 40 ~ 50 도의 각도 범위에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 광증배관(130, 131)이 편광의 입사 방향을 기준으로 좌우 45도 각도로 배치된다.

광증배관(131, 132)은 공급되는 고전압에 따라 수집된 광의 증폭 비를 변화시키는 진공관 수광 장치이다. 일반적으로 광증배관(131, 132)은 한 개의 광자(photon)까지 측정할 수 있으며, 0.2 ~ 1.1 ㎛ 파장대역에서 이용 가능하다. 또한, 광증배관은 0.3 ㎀ 의 낮은 암전류(dark current)까지 측정 가능하며, 증폭 비는 최대 수백 배까지 증폭 가능하다. 따라서 웨이퍼(W)의 표면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 장치로 광증배관(130, 131)이 매우 바람직하다.

검출부(130)와 웨이퍼(W) 사이에는 상기 제1 편광 부재(121)와 유사한 제2 편광 부재(123)가 배치된다. 제2 편광 부재(123)도 1/2 파장 및 1/4 파장용 플레이트 등과 같은 편광 플레이트를 포함한다.

웨이퍼(W)로부터 반사된 광은 제2 편광 부재(123)를 통하여 특정 파장의 편광으로 필터링(filtering)된다. 필터링된 반사광도 P 편광, S 편광 또는 C 편광 중 하나이다.

반사광을 필터링하는 이유는 웨이퍼(W)의 상태에 따라서 위의 세 가지 편광 중의 특정 편광을 사용함에 따라서, 웨이퍼(W)에 상에 존재하는 규칙적인 신호를 최소화 할 수 있으며, 결함의 신호가 증가되는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

제2 편광 부재(123)와 광증배관(131, 132) 사이에는 집광부재(125)가 배치된다. 제2 편광 부재(123)에 의하여 필터링 된 편광은 집광부재(125)를 통하여 광증배관(131, 132)에 집중된다.

광증배관(131, 132)에 집중된 편광은 소정의 증폭 비에 따라 증폭된다. 이 경우, 증폭 비는 광증배관(131, 132)에 공급되는 고전압에 의하여 조절된다.

광증배관(131, 132)은 광이 조사되면 광전자를 방출하는 음극과 상기 방출된 전자를 수집하는 양극을 포함한다. 상기 음극과 양극에 전원을 공급하여 양극 간에 전위차를 발생시키면, 음극으로부터 양극으로 광전류가 흐른다. 이 경우, 광전류는 음극에서 방출된 광전자의 수에 비례한다. 음극으로부터 방출되는 광전자의 수는 음극에 도달된 광의 세기에 비례한다. 따라서 광전류를 측정하면 광도를 알 수 있다.

광도가 미약할 경우, 다이노드(dynode) 전극이 이용된다. 다이노드 전극은 상기 음극과 양극 사이에 다수 배치된다. 다수의 다이노드 전극은 순차적으로 높은 전위를 인가하여 상기 전자의 에너지를 높인다. 전자의 에너지는 다이노드 전극에 인가된 전압에 대응하게 증폭된다. 광증배관(131, 132)에 높은 전압이 인가되면, 다이오드 전극에도 높은 전압이 인가되며, 전자의 증폭 비는 증가된다.

상술한 바와 같이, 광증배관(131, 132)에 수집되는 광의 세기에 따라서 다른 광전류가 출력되며, 일반적으로 광의 세기는 미약하여 출력되는 광전류를 바로 이용할 수 없다. 따라서 광증배관(131, 132)에 다이노드를 배치하고, 다이오드에 공 급되는 전압을 조절하여 광전류의 증폭을 조절한다.

동일한 광을 웨이퍼(W) 상에 조사하더라도 영역별 반사율에 따라 반사광의 세기가 다르다. 따라서 광이 조사된 영역별에 대응하는 최적의 증폭 비로 반사광을 증폭시켜야 한다. 보다 자세하게 설명하면, 셀 영역과 같은 고 반사율 영역(101)과 S/A 나 페리 영역과 같은 저 반사율 영역(103)으로부터 반사되는 광의 세기는 다르다. 영역별로 반사율의 차이가 생기는 이유는 각 영역별로 형성된 미세 구조물의 종류 및 미세 구조물간의 간격도 다르기 때문이다. 따라서 동일한 광을 조사하더라도, 상기 각 영역으로부터 반사된 광의 세기에는 차이가 있다.

본 실시예에 따른 결함 검사 장치는, 광증배관(131, 132)의 전원 공급 장치(139)에 제어부(160)가 연결된다. 제어부(160)는 광이 조사된 웨이퍼(W) 상의 영역에 대응하는 특성 값 즉, 최적의 증폭 비를 기억부(150)로부터 제공 받는다.

제어부(160)는 기억부(150)로부터 제공받은 영역별 특성 값에 따라 전원 공급 장치(139)를 제어한다. 따라서 광증배관(131, 132)의 증폭 비가 조절된다.

기억부(150)에는 기 설정된 영역별 특성 값이 저장된다. 또한, 기억부(150)에는 웨이퍼(W) 상의 영역별 배경 정보도 저장된다. 상기 영역별 최적의 증폭 비는 검사 공정이 수행되기 전 레시피 셋업 단계에서 수행된다. 이 경우, 웨이퍼(W) 상에 형성된 미세 구조물을 영역별로 크게 구분하여 각 영역에 광을 조사한 후, 직접 또는 간접적으로 검사하여 각 영역별 최적의 증폭 비를 정의한다. 최적의 증폭 비는 기억부(150)에 저장되며, 이 경우, 각 영역의 배경 정보도 저장된다. 배경 정보는 각 영역의 특성 값으로서, 광이 조사된 웨이퍼(W) 상의 영역을 판별 시 이용된 다.

상술한 바와 같이, 발광부(120)로부터 생성된 광은 제1 편광 부재(121)를 통하여 편광으로 변환되어 웨이퍼(W)에 조사된다. 이 경우, 웨이퍼(W)가 스테이지(140)에 의하여 수평 이동되기 때문에, 상기 편광이 적어도 두 영역에 순차적으로 조사된다. 웨이퍼에 조사된 편광은 제2 편광 부재(123)를 통하여 필터링 되고, 집광 부재(125)를 거쳐 광증배관(131, 132)에 집중된다. 이 경우, 상기 편광이 적어도 두 영역에 순차적으로 조사되기 때문에 광증배관(131, 132)에 수집되는 반사광의 세기는 적어도 두 가지 이상이다. 광이 조사된 영역의 이미지 정보의 침윤 현상을 방지하기 위해서는 각 영역의 반사율에 대응하는 증폭 비로 반사광을 증폭 시켜야 한다.

본 발명에 따른 결함 검사 장치는, 웨이퍼(W) 상의 영역별 특성 값 즉, 최적의 증폭 비가 저장된 기억부(150)를 포함한다. 기억부(150)는 제어부(160)를 통하여 전원 공급 장치(139)에 연결된다.

영역별 특성 값은 검사 공정이 수행되기 전 레시피 셋업 단계에서 정의된다. 웨이퍼(W) 상에 형성된 미세 구조물을 영역별로 크게 구분하여 각 영역에 광을 조사한 후, 직접 또는 간접적으로 검사하여 각 영역별 최적의 증폭 비를 정의한다. 최적의 증폭 비는 기억부(170)에 저장되며, 이 경우, 각 영역의 배경 정보도 저장된다. 배경 정보는 각 영역의 특성 값으로서, 검사 스팟(SP)이 위치한 웨이퍼(W) 상의 영역을 판별 시 이용된다.

발광부(110)로부터 웨이퍼(W) 상으로 광을 최초 조사 시, 특성 값은 미리 설정되어 있다. 최초 광이 조사될 영역은 미리 알 수 있기 때문에 최초 반사광의 증폭 비 즉, 특성 값을 미리 설정할 수 있다. 하지만, 웨이퍼(W) 상으로 광을 최초 조사 시의 특성 값을 설정하지 않을 수도 있다. 변동 이득 방식의 광증배관은 수집된 광의 세기에 따라 특성 값을 설정할 수 있다. 따라서 변동 이득 방식을 이용하여 웨이퍼(W) 상으로 광을 최초 조사 시의 특성 값을 산출할 수 있다.

웨이퍼(W)로부터 반사된 광은 검출부(130)에 수집되고, 최초 설정된 특성 값에 따라 증폭된다. 최초 설정된 특성 값은 해당 영역의 최적의 증폭 비에 대한 정보를 포함하고 있어, 해당 영역에 형성된 미세 구조물이 바람직하게 증폭된다. 증폭된 반사광은 A/D 컨버터(171)를 통하여 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호로 변환된 반사광은 영상 처리부(173)를 통하여 이미지 정보로 변환된 후, 연산부(175)에 제공된다. 연산부에 제공된 이미지는 기 설정된 기준 이미지와 비교되며, 연산부(175)는 두 이미지간의 차이에 따라 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별한다.

이후, 스테이지(140)에 의하여 웨이퍼(W)가 수평 이동되면, 광이 웨이퍼(W) 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 조사된다. 이 경우, 반사광의 세기가 변화된다. 반사광의 세기는 웨이퍼 상의 영역과 영역 사이, 즉 경계 영역에서 변화된다.

제어부(160)는 검출부(130)에 연결되어, 반사광의 변화를 감지할 수 있으며, 제어부(160)는 반사광의 변화에 대응하는 특성 값을 기억부(150)로부터 제공 받는다. 이 경우, 제어부(160)는 검출부(130)의 광증배관(131, 132) 뿐만 아니라, 광증배관에 전압을 공급하는 전압 공급 장치(139)에도 연결된다.

제어부(160)는 반사광의 변화에 대응하는 특성 값을 기억부(150)로부터 제공받는다. 제어부(160)는 제공된 특성 값에 따라 광증배관(131, 132)의 증폭 비를 변화시키게 된다. 따라서 제어부(160)는 광이 일 영역으로부터 다른 영역으로 조사되기 전에 미리 다른 영역의 증폭 비를 설정할 수 있고, 다른 영역으로부터 반사된 광은 최적의 증폭 비로 증폭될 수 있다. 일 영역으로부터 다른 영역으로 광이 순차적으로 조사 시, 일 영역과 다른 영역의 사이 즉, 경계 영역으로부터 반사된 광을 이용하여 미리 증폭 비를 변화시킬 수 있다.

소정의 반도체 제조 공정이 수행된 웨이퍼의 표면은 크게 셀(cell) 영역, 페리(peri)영역, S/A (sense AMP)영역 및 SWD(sub-word divider)으로 크게 나눌 수 있다. 또한, 웨이퍼 상에는 셀 영역, 페리 영역 및 S/A 영역 등이 반복적으로 형성된다. 따라서 각 영역에 인접한 다른 영역의 경계 영역으로부터 반사된 광의 정보를 미리 정의하여 저장해 두면, 영역별 최적의 증폭 비를 산출하기 위한 과도시간을 줄일 수 있다.

본 실시예에 따른 결함 검사 장치는, 웨이퍼(W) 상의 경계영역으로부터 반사된 광의 변화를 이용하여, 영역별 반사광의 최적의 증폭 비 설정한다. 하지만, 반드시 경계영역으로부터 반사된 광을 이용할 필요는 없다. 보다 자세하게 설명하면, 일반적인 검사 공정은 기 설정된 잡 프로파일(job profile)에 따라 광의 경로가 정의된다. 따라서 웨이퍼(W) 상의 각 좌표별로 최적의 증폭 비를 정의해 두고, 광의 이동 경로에 따라 해당 좌표에 대응하는 최적의 증폭 비를 제공 받아 반사광을 증폭할 수 있다. 하지만, 일반적인 웨이퍼(W) 상에는 몇 개의 영역이 반복적으로 형 성되기 때문에 각 좌표 당 증폭 비를 정의할 필요성이 적다. 즉, 크게 영역별 최적의 증폭 비를 산출하고, 반복되는 구간에서 해당 증폭 비를 제공받아 사용하면, 셋업 시간을 크게 감소시킬 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따른 결함 검사 장치가 반도체 상의 좌표별로 최적의 증폭 비를 기 설정하여 이용할 수 없는 것은 아니며, 이는 당업자가 용이하게 선택 적용할 수 있는 사항이다.

또한, 본 실시예에 따른 결함 검사 장치는 레시피 셋업 단계 시 설정된 영역별 특성 값을 변화시켜 이용할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 동일한 제조 장비를 이용하여 제조된 웨이퍼(W)라 하더라도, 제조 장비의 특성 상 소정의 경향을 나타내며 다소 상이할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 결함 검사 장치는 계속되는 검사 공정의 결과를 기억부(150)에 저장하여, 상기 소정의 경향으로 변화되는 웨이퍼(W)의 특성을 검사 공정에 반영시킬 수 있다. 검출부(130)는 기억부(150)로부터 최적의 증폭 비를 제공 받음과 동시에 수집된 반사광의 최적의 증폭 비를 산출한다. 비록, 제공받은 증폭 비에 따라 반사광을 증폭하더라도, 이와 독립적으로 수집된 반사광의 최적의 증폭 비를 산출할 수 있다.

독립적으로 산출된 증폭 비는 기억부(150)에 저장되어, 이후 검사 공정에 이용될 수 있다.

상술한 설명을 요약하면, 웨이퍼(W)의 영역별 특성 값을 미리 정의하여 이후 검사 공정 시 이용함으로써, 검출부(130)가 해당 영역에 대한 최적의 증폭 비를 산출하는 과도시간을 줄일 수 있다. 따라서 검출부(130)는 이미지의 침윤 현상 없이 웨이퍼(W) 상의 미세 구조물을 검사할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 미세 구조물이 소 정의 경향으로 변화되는 것 또한 반영할 수 있어 이후, 검사 공정에서 최적의 증폭 비로 반사광을 증폭할 수 있다.

제어부(160)에 의하여 영역별 최적의 증폭 비로 증폭된 반사광은 A/D 컨버터(171)를 통하여 디지털 신호로 전환된다. A/D 컨버터(171)에는 영상 처리부(173)가 연결되어 디지털 신호를 이미지로 변환한다. 이후, 연산부(175)는 변환된 이미지와 기 설정된 기준 이미지의 중심을 일치시킨 후, 두 이미지의 오프셋(offset) 값을 산출한다. 연산부(175)는 두 이미지 간의 오프셋(offset) 값에 따라 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별한다.

최종 검사 결과, 웨이퍼(W) 당 존재하는 결함의 개수가 기준치를 초과 시, 해당 웨이퍼를 2차 검사 즉, 재검 대상으로 정의된다. 광증배관(131, 132)을 이용한 1차 검사 시, 기 설정된 최적의 증폭 비에 따라 반사광을 증폭함으로써, 이미지 정보의 침윤 현상을 방지할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W) 상의 결함이 정확히 판별 및 분류 될 수 있으며, 불필요한 재검의 소요시간을 줄일 수 있다.

실시예 2

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 셋업 단계에서 기준 피검체의 영역별 특성 값을 정의한다(S21). 이후, 결함 검사 장치 내부로 웨이퍼를 로딩한 후, 광을 생성한다(S22). 생성된 광을 제1 편광 부재에 통과시켜 편광으로 변환한 후(S23), 웨이퍼 상에 조사한다(S24). 웨이퍼로부터 반사된 광을 제2 편광 부재에 통과시켜 편광으로 변환한 후(S25), 집광 부재에 통과시켜 검출부에 집중시킨다(S26). 검출부에 집중된 편광을 수집함과 동시에 기억부로부터 기 설정된 영역별 특성 값에 따라 집중된 편광을 증폭한다(S27). 다음으로, 증폭된 편광을 디지털 신호로 변환한 후(S28), 이미지 정보로 변환한다(S29). 해당 이미지 정보를 연산부에 제공하여 기 설정된 이미지 정보와 비교함으로써, 결함 유무를 판별한다(S30).

발광부로부터 약 488 nm 파장의 레이저 광을 생성한다(S22). 이 경우, 반드시 488 nm 파장의 레이저 광만이 생성될 수 있는 것은 아니다. 웨이퍼에 형성된 미세 구조물의 결함 유무를 정확히 판별할 수 있는 광은 모두 이용가능하다.

레이저 광을 생성하는 발광부는 웨이퍼의 수평면으로부터 약 20도 각도로 기울어지게 배치된다. 따라서 발광부로부터 생성된 광을 웨이퍼 상에 약 20도 각도로 기울어지게 조사할 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 광을 웨이퍼의 수평면으로부터 약 10 ~ 90의 각도로 기울어지게 조사할 수 있다.

또한, 발광부를 웨이퍼의 둘레를 따라 다수 배치하여 여러 각도에서 광을 조사할 수 있다.

웨이퍼 상에 조사되는 광의 입사각 및 광의 수는 검사 방법 및 검사 장치에 관한 많은 공개 공보에 개시되어 있으며, 피검체의 종류 및 상황에 따라서 당 업자가 용이하게 선택할 수 있다.

이후, 제1 편광 부재를 발광부와 웨이퍼 상에 배치하여, 발광부로부터 생성된 광을 편광으로 변환한다(S23). 이 경우, 1/2 파장 및 1/4 파장용 플레이트 등과 같은 편광 플레이트를 이용한다. 따라서 광을 P 편광, S 편광 또는 C(circular polarization) 편광과 같은 편광으로 변환시킬 수 있다.

발광부로부터 생성된 광을 편광으로 전환하여 웨이퍼에 조사하는 이유는, 웨이퍼 상의 결함을 용이하게 판별할 수 있기 때문이다. 웨이퍼 상에 조사되는 편광의 종류에 따라서 웨이퍼 상에 형성된 결함의 반응이 다르기 때문에 결함의 검출과 동시에 결함의 특성을 파악하기 위해서는 웨이퍼 상에 편광을 조사하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 편광을 P 편광, S 편광, 또는 C 편광으로 생성하기 위하여 편광 플레이트를 이용하였으나. 이에 본 발명이 한정되지 않는다. P 편광과 S 편광의 조합 또는 S 편광과 C 편광의 조합 등 다른 편광들의 조합을 생성할 수 있는 편광 플레이트도 이용될 수 있다. 편광 플레이트는 통상의 지식을 가진 당업자가 용이하게 선택적으로 변경할 수 있다.

광을 웨이퍼의 전 영역에 조사하기 위하여 웨이퍼를 수평방향으로 이동시킨다(S24). 발광부를 이동시켜 웨이퍼의 전 영역에 광을 조사할 수 있으나, 이 경우 반사광을 수집하기 위한 검출부도 이동시켜야 하기 때문에 바람직하지 않다. 하지만, 본 실시예에 따른 결함 검사 방법에서 발광부를 이동시켜 웨이퍼의 전 영역에 광을 조사할 수 없는 것은 아니다. 발광부를 이동시키는 것은 현재 많은 공개 공보에 개시되어 있어, 당업자라면 용이하게 알 수 있다.

웨이퍼에 조사된 광은 입사된 각과 동일한 반사각으로 반사되거나, 결함에 의하여 산란되게 반사된다.

웨이퍼로부터 반사된 광은 다양한 위치에서 수집된다. 이 경우, 광증배관을 포함하는 검출부가 이용되는 것이 바람직하다. 광증배관의 기울기는 웨이퍼의 수평면에 대하여 다양하게 조절될 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 편광의 입사 방향을 기준으로 좌우 45도 각도에 광증배관을 배치하여 반사광을 수집하는 것이 바람직하다.

검출부와 웨이퍼 사이에 상기 제1 편광 부재와 유사한 제2 편광 부재를 배치하여 반사광은 편광으로 변환한다(S25). 이후, 편광으로 변환된 반사광을 집광 부재에 통과시켜 검출부에 집중시킨다(S26).

따라서 검출부에 수집되는 반사광은, 특정 파장의 편광으로 필터링된 후, 검출부에 집중된 광이다. 이 경우, 필터링된 반사광은 P 편광, S 편광 또는 C 편광 중 하나이다.

반사광을 필터링하는 이유는 반도체의 상태에 따라서 위의 세 가지 편광 중의 특정 편광을 사용함에 따라 웨이퍼에 상에 존재하는 규칙적인 신호를 최소화 할 수 있으며, 결함의 신호가 증가되는 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 광증배관에 집중된 편광은 소정의 증폭 비에 따라 증폭된다. 이 경우, 편광의 증폭 비는 광증배관에 공급되는 고전압에 의하여 조절된다.

광증배관 수집된 광의 세기에 따라 광전류를 출력한다. 따라서 광전류를 측정하면 광도를 알 수 있다.

일반적으로 웨이퍼로부터 반사된 광은 그 세기가 미약하여 출력되는 광전류를 바로 이용할 수 없다. 따라서 광증배관을 이용하여 광전류를 증폭시켜 이용한 다.

동일한 광을 웨이퍼 상에 조사하더라도 영역별 반사율에 따라 반사광의 세기가 다르다. 따라서 광이 조사된 영역별에 대응하는 최적의 증폭 비로 반사광을 증폭시켜야 한다. 일예로, 셀 영역과 같은 고 반사율 영역과 S/A 나 페리 영역과 같은 저 반사율 영역으로부터 반사되는 광의 세기는 다르다. 영역별로 반사율의 차이가 생기는 이유는 각 영역별로 형성된 미세 구조물의 종류 및 미세 구조물간의 간격도 다르기 때문이다. 따라서 동일한 광을 조사하더라도 상기 각 영역으로부터 반사된 광의 세기는 차이가 있다. 따라서 웨이퍼 상의 영역별 반사율에 따라 다른 반사율로 반사광을 증폭 시켜야 한다.

본 실시예에 따른 결함 검사 방법은 검사 공정이 수행되기 전 레시피 셋업 단계에서 영역별 특성 값을 미리 정의하여 이용한다. 보다 자세하게 설명하면, 웨이퍼 상에 형성된 미세 구조물을 영역별로 크게 구분하여 각 영역에 광을 조사한 후, 직접 또는 간접적으로 검사하여 각 영역별 최적의 증폭 비를 정의한다. 또한, 각 영역의 배경 정보도 미리 정의하여 광이 조사된 웨이퍼 상의 영역을 판별 시 이용한다.

상술한 바와 같이, 웨이퍼 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사한다(S24). 이 경우, 웨이퍼 상에 조사되는 광은 편광이다(S23). 최초 광이 조사된 영역으로부터 반사된 광을 편광으로 변환한 다음(S25), 광증배관과 같은 검출부에 집중시킨다(S26). 이 후, 검출부를 통하여 수집된 반사광을 기 설정된 증폭 비에 따라 증폭한다(S27). 이 경우, 증폭 비는 최초로 광이 조사될 영역에 대응하 는 최적의 증폭 비이며, 용이하게 설정할 수 있다. 다음으로, 최적의 증폭 비에 따라 증폭된 반사광을 디지털 신호로 변환한 후(S28), 이미지 정보로 전환한다(S29). 마지막으로, 디지털 신호로부터 변환된 이미지 정보와 기 설정된 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 이미지들 간의 차이를 산출하고(S30), 상기 차이에 따라 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별한다(S31).

웨이퍼 상으로 광을 최초 조사 시. 영역별 특성 값은 설정되어 있다. 최초 광이 조사될 영역은 미리 알 수 있기 때문에 최초 반사광의 증폭 비 즉, 특성 값을 미리 설정할 수 있다.

최초 설정된 특성 값은 해당 영역의 최적의 증폭 비에 대한 정보를 포함하고 있어, 해당 영역에 형성된 미세 구조물이 바람직하게 증폭된다.

이후, 웨이퍼를 수평이동 시켜 웨이퍼 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사한다. 이 경우, 웨이퍼로부터 반사된 광의 세기는 변화된다. 보다 자세하게 설명하면, 반사광의 세기는 웨이퍼 상의 영역과 영역 사이, 즉 경계 영역에서 변화하기 시작한다.

경계 영역에서 반사광의 세기가 변화되면, 반사광의 변화에 대응하는 기 설정된 특성 값을 찾는다. 이후, 광증배관의 증폭 비를 반사광의 변화에 대응하는 특성 값으로 변화시키고, 이후 수집되는 광을 상기 특성 값에 따라 증폭한다(S27).

광이 일 영역으로부터 다른 영역으로 조사되기 전에 미리 다른 영역의 증폭 비를 설정함으로써 다른 영역으로부터 반사된 광은 최적의 증폭 비로 증폭한다. 일 영역으로부터 다른 영역으로 광이 순차적으로 조사 시, 일 영역과 다른 영역의 사 이 즉, 경계 영역으로부터 반사된 광을 이용하여 광이 조사되는 영역의 변화를 감지하고, 이에 따라 증폭 비를 변화시킨다.

소정의 반도체 제조 공정이 수행된 웨이퍼의 표면은 크게 셀(cell) 영역, 페리(peri)영역, S/A (sense AMP)영역 및 SWD(sub-word divider)으로 크게 나눌 수 있다. 또한, 웨이퍼 상에는 셀 영역, 페리 영역 및 S/A 영역 등이 반복적으로 형성된다. 따라서 각 영역에 인접한 다른 영역의 경계 영역으로부터 반사된 광의 정보를 미리 정의하여 저장해 두면, 영역별 최적의 증폭 비를 산출하기 위한 과도시간을 줄일 수 있다.

본 실시예에 따른 결함 검사 방법은, 웨이퍼 상의 경계영역으로부터 반사된 광의 변화를 이용하여, 영역별 반사광의 최적의 증폭 비 설정한다. 하지만, 반드시 경계영역으로부터 반사된 광을 이용할 필요는 없다. 보다 자세하게 설명하면, 일반적인 검사 공정은 기 설정된 잡 프로파일(job profile)에 따라 광의 경로가 정의된다. 따라서 웨이퍼 상의 각 좌표별로 최적의 증폭 비를 정의해 두고, 광의 이동 경로에 따라 해당 좌표에 대응하는 최적의 증폭 비를 제공 받아 반사광을 증폭할 수 있다.

하지만, 일반적인 웨이퍼 상에는 몇 개의 영역이 반복적으로 형성되기 때문에 각 좌표 당 증폭 비를 정의할 필요성이 적다. 즉, 크게 영역별 최적의 증폭 비를 산출하고, 반복되는 구간에서 해당 증폭 비를 제공받아 사용하면, 셋업 시간을 크게 감소시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 결함 검사 장치가 반도체 상의 좌표별로 기 설정된 최적의 증폭 비를 이용할 수 없는 것은 아니며, 이는 당업자가 용이하게 선택 적용할 수 있는 사항이다.

또한, 본 실시예에 따른 결함 검사 방법은 계속되는 검사 공정의 결과를 저장하였다가 소정의 경향으로 변화되는 웨이퍼의 특성을 검사 공정에 반영시킬 수 있다. 반사광을 수집함과 동시에 반사광의 최적의 증폭 비를 산출할 수 있다. 비록, 제공받은 증폭 비에 따라 반사광을 증폭하더라도, 이와 독립적으로 수집된 반사광의 최적의 증폭 비를 산출함으로써 이후, 검사 공정에 산출된 최적의 증폭 비를 이용될 수 있다.

상술한 설명을 요약하면, 웨이퍼의 영역별 특성 값을 미리 정의하여 저장해둠으로써, 각 영역별로 최적의 증폭 비를 산출하는 과도시간을 줄일 수 있다. 따라서 침윤 현상 없이 웨이퍼 상의 미세 구조물을 검사할 수 있으며, 웨이퍼의 미세 구조물이 소정의 경향으로 변화되는 것 또한 반영시킬 수 있다.

광증배관을 이용한 1차 검사 결과, 한 웨이퍼 당 존재하는 결함의 개수가 기준치를 초과 시, 해당 웨이퍼를 2차 검사 즉, 재검 대상으로 정의된다.

2차 검사는 작업자는 웨이퍼의 결함을 일일이 육안으로 검사하고, 수작업을 통해 결함의 타입을 분류하여 이를 데이터 서버에 저장한다. 이후, 저장된 결함이 기준치를 초과하면, 해당 제조 공정의 진행을 정지시킨다.

2차 검사는 1차 검사의 결과에 따라 결정된다. 따라서 1차 검사의 정확도가 매우 중요하다. 결함의 개수가 수백에서 수천에 이르는 경우 2차 검사소요 시간이 너무 길어져서 모든 결함을 확인할 수 없다. 따라서 현실적으로는 웨이퍼의 일부만 랜덤(random)하게 분류하고 일정 배수를 곱하여 결함의 개수 및 비율을 추측하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 2차 검사는 개별적으로는 정확할 수 있으나, 일정 배수를 곱하여 결함 유무를 판별하기 때문에 근본적으로는 부정확하다. 따라서 최대한 1차 검사 효율을 증대시킬 필요가 있다.

본 실시예에 따른 결함 검사 방법은 1차 검사 시, 기 설정된 최적의 증폭 비에 따라 반사광을 증폭함으로써, 이미지 정보의 침윤 현상을 방지할 수 있다. 따라서 1차 검사 효율은 증대되고, 상당한 시간이 소요되는 불필요한 2차 검사를 방지할 수 있다. 피검체는 1차 검사에서 거의 정확히 검사되었기 때문에, 2차 검사 시 그 결함의 종류 및 경향을 판별하기 위한 정도로 수행할 수 있어, 전체 반도체 생산 공정의 에러율을 급감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 피검체 상의 영역별 최적의 증폭 비를 미리 산출하여 검사 공정 시, 피검체 이미지의 침윤(saturation) 현상을 방지할 수 있으며, 따라서 피검체 상의 결함을 정확하게 검사할 수 있고 나아가 불필요한 2차 검사(review)의 소요 시간을 줄일 수 있다.

또한, 현재 반도체 생산라인 내 재검 물량을 감안할 때 검사소요 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 이는 종래의 임의 추출 방식보다 신뢰성 있는 결함 검사 결과를 제공할 수 있어, 검사 설비의 상당부분을 자동화 시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사 상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 기준 피검체의 영역별 특성 값을 정의하는 단계;

   피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사하는 단계;

   상기 피검체로부터 반사된 광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭하는 단계;

   상기 증폭된 반사광의 변화량에 대응하는 상기 특성 값에 따라 상기 증폭 비를 변화시키는 단계; 및

   상기 증폭된 반사광을 분석하여 상기 피검체 상의 결함 유무를 판별하는 단계를 포함하는 결함 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 특성 값은 상기 기준 피검체 상의 적어도 두 영역으로부터 각기 반사되어 증폭된 기준 반사광의 변화량 및 상기 기준 피검체의 영역별 반사율에 대응하는 기준 증폭 비인 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭 비를 변화시키는 단계는, 상기 증폭된 반사광의 변화량에 대응하는 상기 증폭된 기준 반사광의 변화량을 선정하는 단계; 및

   상기 선정된 기준 반사광의 변화량에 대응하는 기준 증폭 비에 따라 상기 증폭 비를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법
4. 제 1 항에 있어서, 결함 유무를 판별하는 단계는, 상기 증폭된 반사광을 디 지털 신호로 변환하는 단계;

   상기 디지털 신호를 이미지 정보로 변환하는 단계;

   상기 이미지 정보와 기 설정된 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 이미지와 상기 기준 이미지 간의 차이를 산출하는 단계; 및

   상기 차이에 따라 상기 광이 조사된 영역의 결함 유무를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 피검체는 반도체 기판이며; 상기 적어도 두 영역은 각기 셀(cell) 영역, 페리(peri) 영역, SWD(sub-word divider)영역 및 S/A(sense amplifier)영역으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 광을 편광으로 변환하는 단계를 더 포함하고, 상기 편광을 상기 피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 편광은 P 편광, S 편광 및 C 편광(circular polarization)으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 피검체로 조사되는 광은 10 내지 90 도의 입사각을 갖는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 피검체로부터 반사된 광을 편광으로 변환하는 단계와 상기 편광을 집광하는 단계를 더 포함하고, 상기 집광된 편광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 편광은 P 편광, S 편광 및 C 편광으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 피검체 상의 영역별 특성 값을 산출하고, 상기 산출된 영역별 특성 값과 상기 영역별 특성 값의 평균값에 따라 상기 영역별 특성 값을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
12. 피검체를 지지 및 이송하기 위한 스테이지(stage);

    상기 스테이지로부터 소정 간격 이격되어, 상기 피검체 상의 적어도 두 영역에 순차적으로 광을 조사하는 발광 수단;

    상기 피검체에 인접하게 배치되며, 상기 피검체로부터 반사된 광을 수집하여 소정의 증폭비로 증폭하기 위한 검출 수단;

    상기 검출 수단에 연결되며, 기준 피검체 상의 적어도 두 영역으로부터 각기 반사되어 증폭된 기준 반사광의 변화량 및 상기 변화량에 대응하는 기준 증폭비를 포함하는 영역별 특성 값에 따라 후속하는 검사 영역으로부터 반사되는 광에 적용되는 증폭비를 변화시키는 제어 수단; 그리고

    상기 검출 수단에 연결되며, 상기 증폭된 반사광을 분석하여 상기 피검체 상의 결함 유무를 판별하는 판별 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 광을 제1 편광으로 전환하여 상기 피검체에 조사하기 위하여 상기 발광 수단과 상기 피검체 사이에 배치된 제1 편광 부재; 및 상기 피검체로부터 반사된 광을 제2 편광으로 전환하여 수집하기 위하여 상기 피검체와 상기 검출 수단 사이에 배치된 제2 편광 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 편광 및 제2 편광은 각기 P 편광, S 편광 및 C 편광으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
15. 삭제
16. 제 12 항에 있어서, 상기 검출 수단은 상기 반사광을 수집하여 증폭하기 위한 광증배관과, 상기 광증배관을 동작시키기 위한 전원을 인가하기 위한 전원 공급 장치를 포함하며, 상기 광증배관에 인가되는 전원은 상기 제어 수단으로부터 제공되는 상기 영역별 특성 값에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 제 12 항에 있어서, 상기 피검체는 반도체 기판이며; 상기 적어도 두 영역은 각기 셀 영역, 페리 영역, SWD 영역 및 S/A영역으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.

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