KR100642381B1 - 웨이퍼 불량 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴 웨이퍼 불량 검사 장비의 웨이퍼 내 검사 불가능 영역 최소화를 위한 패턴 웨이퍼 불량검사 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 하는 웨이퍼 불량 검사 방법은 패턴 웨이퍼 검사 장비를 이용한 웨이퍼 불량 검사 방법에 있어서, 설정된 검사 영역을 실제 검사시 검사 영역의 픽셀에 부여되는 값을 플로팅 후 기준값과 다른 픽셀을 제외하여 검사 영역을 조정하는 것을 특징으로 한다.

웨이퍼, 검사 영역, 실제 영역, 광학 장비

Description

웨이퍼 불량 검사 방법{Method For Checking Fail For Wafer}

도 1은 도 1은 종래 검사영역 설정의 예를 나타낸 전자 현미경 사진이다.

도 2는 불량(fail)이 발생한 웨이퍼 및 그의 일부 확대 사진이다.

도 3은 웨이퍼 불량 검사 원리를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 패턴 웨이퍼 불량검사 장비의 검사불가능 영역 최소화 방법의 일예를 나타낸 전자현미경 사진이다.

도 5는 그레이 레벨 플로팅시 정상 검사영역과 불량 검사영역의 차이를 나타낸 그레이 레벨 값 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 검사 전 설정 영역 12 : 실제 검사 영역

본 발명은 패턴 웨이퍼 불량검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴 웨이퍼 불량 검사 장비의 웨이퍼 내 검사 불가능 영역 최소화를 위한 패턴 웨이퍼 불량검사 방법에 관한 것이다.

일반적으로 검사 장비를 이용하여 검사 할 때, 장비의 정확도 및 조작 에러 등으로 인하여 검사하고자 하는 영역 중 일정 부분은 실제로는 검사 되지 않는 문제가 있다.

종래 기술에 따른 패턴 웨이퍼 불량검사 방법에 따르면, 패턴 웨이퍼 검사 장비를 이용하여 웨이퍼 불량 검사 시, 검사하고자 하는 영역을 설정한 후 검사를 실시한 다음, 실제 검사가 진행된 실제 검사 영역을 확인해 보면 검사 영역으로 선정된 면적보다 X/Y 방향으로 5-10um 안쪽으로 들어와 검사가 진행된 것을 확인 할 수 있다. 즉, 검사 영역에서 바깥 부분의 일정부분은 검사가 진행되지 않는다.

이와 같이, 일반적으로 검사 장비를 이용하여 검사 할 때, 장비의 정확도 및 조작 에러 등으로 인하여 검사하고자 하는 영역 중 일정 부분은 실제로는 검사 되지 않는 문제가 있다.

도 1은 종래 검사영역 설정의 예를 나타낸 전자 현미경 사진으로서, 이에 나타난 바와 같이, 예를 들어 A부분을 확대하여 보면 (검사영역 설정예 1(어레이 모드) 참조) 점선 부분(10)과 실선 부분(12)을 볼 수 있다. 점선 부분(10)은 검사 전 설정한 검사 영역 표시부분이고, 실선 부분(12)은 실제 장비에서 진행되는 실제 검사 부분을 나타낸다[보통 영역 설정 시, 디폴트(Default)로 5-10um 안쪽으로 설정되도록 장비에 세팅(setting)되어 있는 것이 대부분이다]. 다시 말해, 실선 부분(12)만이 실제 검사가 진행되는 부분이므로 실선과 점선 사이 영역은 검사에서 제외된다.

이는 검사 영역 설정예 2(어레이 모드-2) 및 검사영역 설정 예 3(랜덤 모드)에서도 볼 수 있는 바와 같이, 실제 검사부분(12)이 설정 검사 영역(10)으로부터 안쪽으로 5-10um 들어가서 설정되어있다.

여기서, 어레이 모드(array mode)는 셀(cell) 지역의 반복되는 구간을 나누어 비교하는 방식으로 셀 대 셀 모드(cell to cell mode)라고도 하며, 랜덤 모드는 다이(die)를 통째로 옆 다이와 비교하는 방식으로 다이 대 다이 모드(die to die mode)라고도 한다.

이러한 검사 불가능 영역의 존재로 인하여 실제 팹-아웃(fab-out)된 로트 아이디 "REAA156"은 인라인 KLA(BL)검사시 이상이 없었으나, 팹 아웃후 테스트 시에 비트 라인 오픈(bit line open)에 의한 페일(fail)(∼10%) 다량 발생 등의 사고가 빈번한 문제가 있었다.

도 2는 페일(fail)이 발생한 웨이퍼 및 그의 일부 확대 사진이다.

도 2를 참조하면, 런(run) 진행시 임계치수(CD:Critical Dimension) 측정 포인트 데이터도 정상 범위이고, 웨이퍼 불량 검사시에도 이상이 없었으나 셀 매트릭스 가장자리(cell MAT edge) 부분의 센스(Sense) 증폭기(S/A) 오픈(open)이 발생되어 페일(fail)이 발생된 사례이다. 비트라인 오픈의 최대 발생 다이는 교차(croos) 지역(B,C 다이)으로 인-라인 불량 검사 제외지역이다. 다이 내 집중 발생은 하이 뱅크지역을 Y-디코더 인접 매트릭스이고, 발생 포인트는 Y-디코더 인접 센스 증폭기와 1 매트릭스 안쪽 센스 증폭기이다.

특히, 셀 매트릭스 가장자리 부분은 패턴형성이 취약하게 이루어지는 부분이지만 웨이퍼 불량 검사시 대부분 검사 불가능영역(Edge Border Offset 영역)에 포함되는 부분이다. 현재 이러한 취약 부분은 검사-SEM을 이용하여 수동으로 추가 검토를 진행하여 검증 후, 로트(Lot)를 진행하고 있다.

이러한 검사 영역의 최소화를 위해 하드웨어(스테이지/얼라이너/이동 부품 등) 정확도를 높이고 기타 장비 이용시 발생되는 작업자의 에러를 최소화하는 작업들이 진행 중이나 현존하는 검사 장비 개발 및 성능 향상 계획을 고려하더라도 검사 불가능 영역을 X/Y 방향 3um 이하로 줄이기는 매우 어려운 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래기술에서 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 패턴 웨이퍼 불량 검사 장비의 웨이퍼 내 검사 불가능 영역 최소화를 위한 패턴 웨이퍼 불량검사 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 패턴 웨이퍼 검사 장비를 이용한 웨이퍼 불량 검사 방법에 있어서, 설정된 검사 영역을 실제 검사 할 때, 검사 영역의 픽셀에 부여되는 값을 플로팅 후 기준값과 다른 픽셀을 제외하여 검사 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법을 제공한다.

여기서, 상기 검사 영역의 픽셀에 부여되는 값을 플로팅시 검사 영역의 왼쪽 경계 부분에서 안쪽으로 진행하여 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 검사 영역의 픽셀에 부여되는 값을 플로팅시 검사 영역의 안쪽에서 왼쪽/오른쪽/위/아래 경계 부분으로 선택 진행 및 병렬/직렬 조합으로 진행하여 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플로팅 후 검사 영역 제외하는 경우, 안쪽 값(그레이 레벨값)의 특정 비율에 이상이 있을 때 검사 영역에서 자동으로 제외되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 특정 비율은 안쪽 일정 픽셀 수의 평균값에 사용자가 지정한 값(예, x 1.5 또는 x 2)이상 시 검사영역에서 자동으로 제외되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 패턴 웨이퍼 검사 장비는 광학(브라이트/다크 필드 방식) 검사 장비 또는 E-빔 검사 장비를 사용하는 것이 바람직하다.

우선, 도 3을 참고하여 본 발명의 설명에 앞서 웨이퍼 불량 검사 장비의 원리 및 방식에 대해 간략히 설명한다.

도 3은 웨이퍼 불량 검사 원리를 나타낸 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 반도체 소자의 불량 검사에 사용되는 웨이퍼 불량 검사 장비(주로 광학 조사(optic inspection) 장비)는 웨이퍼에 빛을 조사 후 반사/산란 되어지는 빛의 양(센서에 도달되는 광자 수)의 정도를 수치화하여 수치화된 각 픽셀을 비교 검사하는 방식을 취하고 있다.

이러한 빛의 양의 정도를 디지털화하는 작업(일명 라이트 레벨링(light leveling))을 통해 검사 영역(scan area)의 비교 최소 영역(pixel)마다 기준값(gray level)을 서로 비교하여 차이값이 미리 정한 값(threshold) 보다 크면 불량 부분(defective pixel)으로 인식하는 원리이다. 즉 반사/산란되어지는 빛의 양(센서에 도달하는 광자 수)의 정도를 수치화하여 각 픽셀마다 부여 후 검사하는 방식이다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 불량 검사 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

웨이퍼 불량 검사 장비의 불량 검사 진행시, 선정한 검사 영역에 대해 검사를 진행하고 바깥 가장자리 지역의 최초 픽셀로부터 각 픽셀의 값을 비교하여 어느 정도의 큰 값이 차이가 나는 것은 선정 영역에서 벗어나는 것으로 규정하고 픽셀에 부여된 값의 차이가 유사하게 시작되는 시점을 검사 영역의 시작점으로 진행하게 되면 장비 상의 문제점 및 작업자 조작오류가 발생되어 검사 선정 영역이 벗어나더라도 원하는 검사 영역만의 검사 진행이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 패턴 웨이퍼 불량검사 장비의 검사 불가능 영역 최소화 방법의 일예를 나타낸 전자현미경 사진이고, 도 5는 그레이 레벨 플로팅시 정상 검사영역과 불량 검사영역의 차이를 나타낸 그레이 레벨 값 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이, 셀 지역 검사를 어레이 모드(셀 대 셀 모드)로 진행시 영역 설정 후 검사 시 왼쪽으로 검사 영역이 이동(혹은 천이)(shift)될 경우 왼쪽으로 1-3um 정도의 셀 외 영역이 포함되게 된다.(현재 사용중인 검사 장비들은 대략 1-3um 정도 실제 검사 영역 천이가 발생되고 있어 그런 천이를 감안하여 선정된 검사 영역에서 5-10um를 안쪽으로 설정하는 것이다).

이렇게 포함된 검사 이외의 영역은 보통 검사 영역과 패턴 모양과 패턴 밀도 등이 달라 빛의 반사/산란량이 다르게 나타난다. 즉 검사의 최소 단위인 픽셀로 검사 영역을 나누어 각 픽셀에 값(gray level)을 부여 후 플로팅(plotting)시 천이된 만큼의 이상 피크(peak)가 나타나게 된다. 그러면 이상 피크가 나타난 만큼은 검사 시 제외하면 실제 천이된 영역은 포함되지 않으면서 원하는 영역의 검사가 가능하게 된다.

도 5에서와 같이, 그레이 레벨값이 크게 나타난 영역은 검사 천이 영역으로서 실제 불량 검사시 기준을 정해 천이 만큼 검사 영역에서 제거가능하다. 그레이 레벨값이 미리 정해둔 값보다 적게 나타난 부분은 정상 검사 영역을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 불량 검사 장비는 검사 영역으로 선정된 지역은 검사를 위한 최소 단위인 픽셀로 구분하여 비교 검사를 진행하게 되므로 천이된 부분에서의 픽셀에서는 원래 검사 영역(점선 부분)보다 상이한 값들이 천이 영역의 픽셀에 부여될 것이다. 이렇게 검사 영역의 값과 상이한 값을 가지는 픽셀이 존재하는 경계 부분을 제외하면 실제 검사하고자 하는 영역과 동일한 영역을 검사하는 결과를 가지게 된다.

실제 검사 영역으로 선정한 부분의 시작점에서 각 픽셀의 값(통상 그레이 레벨값이라고 함)을 플로팅해보면 천이된 만큼 원래 선정하고자 한 지역의 값과 상이한 값을 가지는 영역이 존재하게 된다. 바로 이 부분의 픽셀들을 검사 시 제외하게 되면 실제 원하는 검사 영역에서의 검사 결과를 얻을 수 있게 된다. 정상 검사 영역과 어느 정도의 값으 차이가 나는 부분은 검사 영역에서 제외한다는 식의 방법을 이용하여 천이된 영역을 실제 검사에서 제외할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 불량검사 방법에 의하면, 원래 검사시 선정하고자 한 지역의 값과 상이한 값을 가지는 영역의 픽셀들을 검사 시 제외함으로써 실제 원하는 검사 영역에서의 검사 결과를 얻을 수 있는 효과가 있고, 이로 인해 웨이퍼 불량 검사시 검사 불가능 영역을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존 패턴 검사 장비로 제외된 불량/취약 지역 검사가 가능한 효과가 있다.

또한, 검사 영역의 천이발생시 나타나는 오류 감소로 실제 결함 검출 능력이 향상되는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 최종적으로 수율 감소 및 웨이퍼 감소를 사전에 방지하고 공정 피드백 시간이 감소되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 패턴 웨이퍼 검사 장비를 이용한 웨이퍼 불량 검사 방법에 있어서,

   웨이퍼 상에 검사 영역을 설정하는 단계;

   상기 설정된 검사 영역의 각 픽셀에 대한 그레이 레벨값을 플로팅하는 단계;

   그레이 레벨값이 미리 정해둔 기준값을 초과하는 픽셀을 상기 설정된 검사 영역에서 제외·조정하고, 나머지 검사 영역에 대해 불량 검사를 진행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 불량 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 설정된 검사 영역의 왼쪽 경계부분으로부터 안쪽을 향하여 각 픽셀에 대한 그레이 레벨값을 플로팅하고,

   그레이 레벨값이 미리 정해둔 기준값을 초과하는 픽셀을 상기 설정된 검사 영역에서 순차적으로 제거해 나가는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 그레이 레벨값의 플로팅 단계 및 검사 영역의 조정 단계는, 상기 설정된 검사 영역의 안쪽에서 왼쪽/오른쪽/위/아래 경계 부분으로 선택 진행 및 병렬/직렬 조합으로 진행하여 조정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 검사 영역의 조정 단계에서는, 안쪽 픽셀의 그레이 레벨값이 특정 비율을 초과하는 경우 상기 설정된 검사 영역에서 자동으로 제외하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 특정 비율은, 상기 설정된 검사 영역 내의 픽셀의 평균 그레이 레벨값에 1.5 또는 2를 곱한 값으로 설정되는 웨이퍼 불량 검사 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 패턴 웨이퍼 검사 장비는 광학(브라이트/다크 필드 방식) 검사 장비인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 패턴 웨이퍼 검사 장비는 E-빔 검사 장비인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 불량 검사 방법.

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