KR100652297B1 - 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 다양한 공정 수행 후, 웨이퍼상 결함(defect)을 효과적으로 검출하여 제거하는 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 반도체 장비에서 공정 수행된 웨이퍼상 결함을 검출함에 있어서, 변경된 세그먼트를 적용하는 SAT모드를 통해 1차로 웨이퍼상 결함을 검출한 후, 전체적인 결함 검출 증가에 따라 서브 영역에서의 누이상스 결함이 증가하여 변형된 세그먼트 SAT 모드로 제거가 어려운 누이상스 결함 발생 영역에 대해서는 와이즈 NF를 통해 누이상스 결함을 제거시킴으로써, 반도체 소자의 집적도 증가에 따른 센시티비티 증가로 발생하는 누이상스 결함을 보다 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

웨이퍼, 디펙, wise NF, SAT, Nuisance

Description

반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출 방법{METHOD FOR DETECTING NUISANCE DEFECT ACCORDING TO INCREASE OF SENSITIVITY IN SEMICONDUCTOR EQUIPMENTS}

도 1은 종래 반도체 소자 집적도 증가에 따른 결함 센시티비티 증가 그래프 예시도,

도 2는 종래 결함 검출장비의 밀도 증가에 따른 DOI 검출비율 그래프 예시도,

도 3은 종래 KLA 장비에서 IADC의 결함 분류 처리 개념도,

도 4는 상기 IADC에서 결함 분류시 사용되는 패치 이미지 신호의 트레이닝 셋트 예시도,

도 5는 IADC에서 검출되는 결함의 분류 예시도,

도 6은 고정(Fixed) 모드에서의 결함 검출을 설명하는 개념도,

도 7은 SAT를 이용한 결함 검출 개념도,

도 8은 오토 SAT 모드에서의 결함 검출을 설명하는 개념도,

도 9는 SAT를 이용한 웨이퍼 상 결함 검출 시 영역에 따른 세그멘테이션 예시도,

도 10은 본 발명에 따른 와이즈 NF에서의 누이상스 결함 제거 흐름도,

도 11은 상기 도 10의 와이즈 NF에서 임계값 조절 예시도,

도 12는 본 발명에 따른 변형 세그멘트 SAT와 와이즈 NF의 조합을 통해 검출된 결함의 웨이퍼맵 예시도,

도 13은 본 발명에서 따른 와이즈 NF를 통한 누이상스 결함 제거 예시도,

도 14는 본 발명에 따른 변형 세그멘트 SAT와 와이즈 NF의 조합과 매뉴얼 SAT에서 검출되는 결함의 웨이퍼맵 예시도.

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조를 위한 다양한 공정 수행 후, 웨이퍼상 결함을 효과적으로 검출하여 제거하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체 소자는 매년 집적도의 증가 추세를 보이고 있으며, 이러한 집적도의 증가는 소자 각각의 구성 요소, 면적 및 크기의 감소를 수반하게 되어 여러 가지 공정상의 제약을 맞게 되었다. 이에 따라 검사 장비 또한 그에 상응하는 센시티비티(Sensitivity)를 요구하게 되었고 매우 작은 크기의 결함(Defect)을 검출(Detect)할 수 있게 되어 웨이퍼(W/F)내의 D/D(Defect Density)가 도 1에서와 같이 이전 보다 매우 높아지게 되었다

즉, 반도체 소자의 집적도가 증가에 따른 선폭의 미세화로 인해 이전까지는 마이너(Minor)로 분류 및 관리가 되어왔던 결함(Defect)이 소자의 특성이나 수율에 킬링(Killing) 성으로 영향을 줄 소지가 충분히 있어 관리의 필요성이 제기되었으며, 또한 현 공정 단계(step)의 파티클(particle) 뿐만 아니라 이전 공정 단계(step)의 결함(defect)의 경향성까지 파악하는 것이 필요하게 되었으며, 때론 이전 공정단계에서의 결함을 스크린(screen)해야 하는 경우도 발생하고 더욱이 마이너(minor)성 결함도 함께 스크린 할 필요성이 대두되고 있다.

한편, 위와 같은 미세 선폭에서 발생하는 마이너성 결함을 검출하기 위해서는 매우 높은 센시티비티의 증가가 필수적이나 센시티비티의 증가에 따른 누이상스 결함(Nuisance Defect)의 증가로 샘플링 리뷰(Sampling Review) 방법 시 문제가 발생하였다. 상기 누이상스 결함이라 함은, 웨이퍼상 검출되는 결함들 중 반도체 소자의 동작에 치명적인 영향을 주지 않은 미세 결함을 의미한다.

도 2는 센시티비티 증가에 따른 DOI(Defect Of Interest : 관심 결함)감소와누이상스(Nuisance) 증가를 도시한 그래프 예시도로써, 상기 도 2에서 보여지는 바와 같이 센시티비티의 증가에 따라 반도체 공정 수행된 웨이퍼 상에서 결함 검출 시 누이상스 결함이 증가하고 DOI 검출율(Capture Rate)이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.

이를 위해 종래에는 센시티비티 증가에 따른 누이상스 검출을 줄이기 위해 일반적으로 사용되는 임계값(Threshold)을 높여 관리하는 방법이 있으나, 이는 작은 크기(Size)의 디펙에 대한 검출 실패(Miss)가 발생 할 수 있으며, 반대로 임계값을 낮춰 관리 할 경우 생산성(Yield)에 영향을 주지 않는 누이상스 결함을 많이 검출하게 되어 킬링성 결함(Killer Defect)에 대한 관리의 어려움을 야기하게 되는 문제점이 있었다.

도 3은 종래 KLA 검사장비에서 반도체 공정이 수행된 웨이퍼상의 결함을 검출하는 개념을 도시한 것이다. 통상 결함에 대한 시그널 피쳐링(signal featuring)과 패치 이미지(patch image)를 가지고 일정한 그룹 형태의 트레이닝 셋트(training set)를 만들어 검사장비에서 검사와 동시에 여러 개의 Bin 형태로 분류하는 것을 IADC(Inline Automatic Defect Classification)라고 한다.

즉, 상기 도 3은 KLA 검사장비에서 TDI image에 의해 생성되는 패치 이미지(patch image)의 특성을 트레이닝 셋트와 비교하여 반도체 공정이 수행된 웨이퍼상에서 검출된 결함이 분류되는 것을 나타낸 간략한 블록도이며, 도 4는 패치(patch image)에 따라 binning되는 형태와 Klarity에서 rough bin으로 분류(classify)된 것을 나타낸다. 이때 상기 패치 이미지는 웨이퍼 검사 시 디지털화된 이미지이며, binning은 같은 형태 혹은 성질을 가지는 것으로 여겨지는 결함(defect)에 대해서 그룹핑(grouping)을 해주는 것을 의미한다. 또한 rough bin은 IADC를 사용하여 자동으로 분류(classify)된 것을 매뉴얼 분류 코드(manual classify code)와 분류해서 검사하기 위한 것으로 IADC용 분류 코드(classify code)를 의미한다. 즉, 상기 도 4에서는 트레이닝 셋트(training set)와 패치(patch image)를 비교하여 일치되는 특성이 있는 경우에는 해당 bin으로 분류(classify)한다.

위와 같이 상기 도 4의 종래 KLA 장비에서는 결함의 종류를 분류하기 위한 다수의 트레이닝 셋트를 구비하여 상기 도 3의 iADC에서 분류되는 결함의 신호파형을 상기 구비된 트레이닝 셋트의 파형과 비교하여 웨이퍼상 검출된 결함을 분류함 으로써, 도 5에서 보여지는 바와 같이 검출된 결함의 종류를 구별할 수 있게 된다.

이때 위와 같은 KLA 장비에서 검사된 각각의 신호(signal) 들은 Die To Die 비교 방식을 이용하여 웨이퍼상의 디펙을 검출하게 되는데, 도 6에서 보여지는 바와 같이 SAT(Segmented Auto Threshold)를 이용하여 레퍼런스 이미지와 타겟 이미지간의 DIH(Difference image histogram) 차이를 통해 임계값(Threshold)을 기준으로 디펙에 대한 판단을 하게 된다.

그러나, 종래 SAT에서는 비슷한 임계값(Threshold)과 비슷한 세그먼트(Segment) 에 누이상스(Nuisance) 디펙이 같이 존재하여 킬링성(Killing) 결함에 대해서는 검출을 할 수 있는 능력이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 누이상스(Nuisance) 결함 및 마이너성 결함을 제거함과 동시에 반도체 소자의 동작에 치명적인 킬링성 결함은 오히려 보다 효율적으로 검출할 수 있는 방법을 찾고자 하는 것으로, 변형 세그먼트 SAT를 적용하여 웨이퍼상 결함을 검출한 후, 변형 세그먼트 SAT 적용시 누이상스 결함을 제거하기 힘든 영역에 대해서 와이즈 NF를 통해 누이상스 결함을 제거시킴으로써 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함을 효과적으로 제거시키는 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 웨이퍼상 누이상스 검출방법으로서, (a)SAT를 적용하지 않은 공정 수행된 웨이퍼상 결함을 검출하는 단계와, (b)상기 웨이퍼에 매뉴얼 SAT를 이용하여 공정 수 행된 웨이퍼 상 결함을 검출하는 단계와, (c)상기 매뉴얼 SAT를 통해 검출되지 않은 관심결함(DOI)에 대해 변형 세그먼트(segment)를 적용하는 변형(modify) SAT를 통해 웨이퍼상 결함을 검출하는 단계와, (d)상기 변형 SAT 적용에 따라 웨이퍼상 누이상스 결함이 증가된 웨이퍼 영역에 대해서는 와이즈 NF를 적용하는 단계와, (e)상기 와이즈 NF를 통해 변형 SAT를 통해 증가된 누이상스 결함을 제거시키는 단계와, (f)상기 변형 SAT와 와이즈 NF 조합의 결함 검출을 통해 누이상스 결함이 제거된 웨이퍼상 마이너 결함을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 공정이 수행된 웨이퍼 표면상의 결함 제거에 있어서, 변형 세그먼트 SAT를 적용하여 웨이퍼상 결함을 검출한 후, 변형 세그먼트 SAT 적용시 누이상스 결함이 증가된 영역에 대해서 와이즈 NF를 통해 누이상스 결함을 제거시킴으로써 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함을 효과적으로 제거시키는 것을 특징으로 한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 매뉴얼(Manual) SAT 및 와이즈(wise) NF(Nuisance Filter)를 이용한 웨이퍼상 결함 제거방법 중 매뉴얼 SAT를 적용한 결함 검출 개념을 도시한 것이다.

상기 도 6에서와 같이, 매뉴얼 SAT에서는 고정된 임계값을 사용할 경우 검출되지 않을 수 있는 결함에 대해 추가적인 검출이 가능하도록 도 8에서와 같은 다이 나믹 오토 임계값(Dynamic Auto-Threshold)을 적용하며, 상기 도 7 세그멘테이션(segmentation)은 비교대상 이미지(candidate image)와 레퍼런스 이미지에 대해서 레인지(range)와 민(mean)값을 가지고 세그멘테이션을 한 후에 레퍼런스 와 타겟 이미지의 세그멘테이션이 다른 경우 하이(high) 세그멘테이션에 적용되게 된다

도 9는 영역에 따라 세그멘테이션을 해주는 간략한 예를 도시한 것으로, 상기 도 9를 참조하면, 대부분의 검사 영역(Inspection area)은 dense arrays, logic, open areas, grainy metal, intermediate pixels 로 구성되어 있는 각각은 그 영역의 특성에 맞는 민(mean)값과 레인지(range)값을 가지고 있다. 여기서 민(mean)은 이미지(image) 의 명암(Contrast)값을 나타내며, 레인지(range)는 부드러움, 날카로움, 거칠기 등과 같은 이미지의 성질을 나타내며, 디바이스 혹은 레이어(layer)에 따라 그 민(mean) 값과 레인지(range)값이 달라지므로 그에 맞는 세그멘테이션을 해주어야 한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 와이즈 NF 에서의 누이상스 결함 제거 처리 흐름을 도시한 것이다.

상기 도 10을 참조하면, DOI와 누이상스 결함 검출 로트(lot)를 생성하고(S100), 레서피(recipe)를 만든 후 lot에 대한 검사를 실시한 후 결함(defect)에 대한 샘플링(sampling)을 하여 리뷰(review)를 실시한다(S102). 이어 리뷰(review) 중에 결함(defect)으로 잡힌 것에 대해 진짜 결함(real defect) 또는 누이상스(nuisance) 결함인지 여부를 결정하여 트레이닝 필터 셋트(training filter set)를 만들고(S104), 다시 그 필터(filter)를 적용하여 반복적인 테스트(test)를 실시한 다(S106). 이때 한 로트에 대한 데이터(data)만으로 전체 적용하기는 힘들므로 여러 로트에 대해서도 반복적인 작업을 실시한다(S108). 그런 후, 어그레시브니스(aggressiveness)를 조절하여(S110) 와이즈 NF에서 적용시키게 되는 것이다(S112).

도 11은 와이즈 NF에서 결함을 분류하는 개념을 도시한 것으로, 상기 도 11에서 보여지는 바와 같이 NF에서의 임계값을 조절하여 특정한 영역 또는 특성을 가진 결함을 제거함으로써 누이상스 결함을 감소시킬 수 있게 된다.

즉, 임계값(Threshold)을 높여 검사를 할 경우 임계값 아래에 있는 결함(defect)은 결함으로 검출되지 않는다. 이런 이유로 인해 임계값을 낮추게 되면 누이상스 결함(nuisance defect) 또는 노이즈(noise)가 증가하게 된다. 이때 증가하는 노이즈 또는 누이상스를 NF filter를 사용하여 제거한다.

상기 도 11을 참조하면, 노이즈 분포(noise distribution) 보다 높은 임계치를 주게 되면 노이즈(noise) 없이 DOI에 대한 검사만을 할 수 있으나 DOI가 노이즈 분포(noise distribution) 영역에 속해 있는 경우 임계치를 낮추게되면 DOI 뿐만 아니라 노이즈를 같이 검출하게 된다. 이때 발생된 노이즈를 NF를 사용하여 제거하는 것이다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 변형 세그멘트 SAT와 와이즈 NF를 통해 결함 검출된 웨이퍼 맵을 도시한 것으로,

상기 도 12의 (a)와 (b)에 도시된 오토(Auto) SAT와 매뉴얼 SAT모드에서 결함 검출된 웨이퍼 맵을 참조하면, 오토 SAT 모드 대비 매뉴얼 SAT 모드에서는 누이상스 결함이나 마이너성 결함에 대한 비율이 매우 줄어들었음을 알 수 있다. 그러 나 위와 같은 매뉴얼 SAT 모드로 레서피(Recipe)를 작성하여 웨이퍼상 결함을 검사하는 경우 DOI(관심결함) 중 검출하지 못하는 결함들이 존재하게 된다. 이를 위해 본 발명에서는 세그멘트(segment)를 변형(modify)한 후, 변형된 세그멘트 SAT를 이용하여 웨이퍼상 결함 검출을 수행하게 되며, 도 12의 (c)에서와 같이 변형 세그멘트 SAT 모드를 통해서도 제거되기 힘든 영역(A1)에 대해서는 다시 와이즈 NF를 수행하는데, 이와 같이 변형 세그멘트 SAT와 와이즈 NF와의 조합을 통한 결함 검출에 따라 도 12의 (d)에서 보여지는 바와 같이, 변형 세그멘트 SAT모드를 통해서도 제거하기 힘든 서브 PT의 효과적인 제거가 이루어져 변형 세그멘트 SAT를 통해 증가한 누이상스 결함에 대한 효과적인 제거가 수행됨을 알 수 있다.

도 13은 상기 12의 변형 세그멘트 SAT 모드와 와이즈 NF를 조합하여 변형 세그멘트 SAT를 통해 제거되기 힘든 서브(sub) 결함들을 제거하는 웨이퍼맵 예시도를 도시한 것이다.

상기 도 13을 참조하면, 매뉴얼 SAT모드로 레서피를 작성하여 웨이퍼상 결함을 검사하는 경우 DOI 중 검출하지 못하는 결함들을 웨이퍼상 세그멘트를 변형(modify)한 후, 변형된 세그멘트를 이용하여 SAT 모드를 수행하는 변형 세그멘트 SAT에서도 상기 도 13의 (a)에서와 같이 제거하기 힘든 서브 PT 가 존재하며, 이는 도 13의 (b)에서와 같이 세그멘트의 스펙트럼 촬영화면에서 특정 영역으로 확인된다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 도 13의 (b)에서 보여지는 서브 PT가 존재하는 영역에 대해서는 변형 SAT 모드를 통해 결함 검출 후, 와이즈 NF를 통해 서브 PT의 누이상스 결함을 제거시킴으로써, 와이즈 NF와의 조합을 통한 결함 검출에 따라 도 13의 (c)에서 보여지는 바와 같이, 변형 세그멘트 SAT모드를 통해 제거되기 힘든 서브 영역(A1)의 누이상스 결함을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 매뉴얼 SAT 모드와 변형 세그먼트 SAT 모드, 와이즈 NF를 조합한 결함 검출 시의 웨이퍼 맵 예시도로써, 상기 도 14의 (a)는 변형 세그먼트 SAT 모드와 와이즈 NF를 조합한 결함 검출 동작을 통한 웨이퍼맵과 결함의 확대 예시도이고, 도 14의 (b)는 매뉴얼 SAT모드에서 결함 검출 동작을 통한 웨이퍼맵과 결함의 확대 예시도이다.

상기 도 14의 (a)에서 보여지는 바와 같이 변형 세그먼트 SAT 모드와 와이즈 NF를 조합한 결함 검출 웨이퍼 맵에서 매뉴얼 SAT모드에서 검출되는 결함보다 보다 다양한 마이너성 결함의 효과적으로 검출되고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 장비에서 공정 수행된 웨이퍼상 결함을 검출함에 있어서, 변형된 세그먼트를 적용하는 SAT모드를 통해 1차로 웨이퍼상 결함을 검출한 후, 전체적인 결함 검출 증가에 따라 서브 영역에서의 누이상스 결함이 증가하여 변형된 세그먼트 SAT 모드로 제거가 어려운 누이상스 결함 발생 영역에 대해서는 와이즈 NF를 통해 누이상스 결함을 제거시킴으로써, 반도체 소자의 집적도 증가에 따른 센시티비티 증가로 발생하는 누이상스 결함을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여 져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 장비에서 공정 수행된 웨이퍼상 결함을 검출함에 있어서, 변형된 세그먼트를 적용하는 SAT모드를 통해 1차로 웨이퍼상 결함을 검출한 후, 전체적인 결함 검출 증가에 따라 서브 영역에서의 누이상스 결함이 증가하여 변형된 세그먼트 SAT 모드로 제거가 어려운 누이상스 결함 발생 영역에 대해서는 와이즈 NF를 통해 누이상스 결함을 제거시킴으로써, 반도체 소자의 집적도 증가에 따른 센시티비티 증가로 발생하는 누이상스 결함을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 웨이퍼상 누이상스 결함 검출방법으로서,

   (a)SAT를 적용하지 않은 공정 수행된 웨이퍼상 결함을 검출하는 단계와,

   (b)상기 웨이퍼에 매뉴얼 SAT를 이용하여 공정 수행된 웨이퍼 상 결함을 검출하는 단계와,

   (c)상기 매뉴얼 SAT를 통해 검출되지 않은 관심결함(DOI)에 대해 변형 세그먼트(segment)를 적용하는 변형(modify) SAT를 통해 웨이퍼상 결함을 검출하는 단계와,

   (d)상기 변형 SAT 적용에 따라 웨이퍼상 누이상스 결함이 증가된 웨이퍼 영역에 대해서는 와이즈 NF를 적용하는 단계와,

   (e)상기 와이즈 NF를 통해 변형 SAT를 통해 증가된 누이상스 결함을 제거시키는 단계와,

   (f)상기 변형 SAT와 와이즈 NF 조합의 결함 검출을 통해 누이상스 결함이 제거된 웨이퍼상 마이너 결함을 검출하는 단계

   를 포함하는 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (d)단계에서, 와이즈 NF를 적용할 웨이퍼상 결함 영역은, 상기 변형 SAT가 적용된 웨이퍼맵 상 누이상스 결함 증가 영역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 마이너 결함은, 반도체 집적도의 증가에 따라 반도체 소자에 킬링성으로 작용되는 새로운 관심 결함(DOI) 인 것을 특징으로 하는 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 마이너 결함은, 반도체 집적도에 대응되게 증가되는 결함 검출장비의 센시티비티 증가에 따라 검출 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 마이너 결함은, 반도체 소자의 이전 공정의 서브 레이어에서 발생하는 결함인 것을 특징으로 하는 반도체 장비에서 센시티비티 증가에 따른 누이상스 결함 검출방법.

Images