KR100675885B1 - Method of inspecting wafer using e-beam - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은, 전자빔을 웨이퍼에 조사하여 웨이퍼의 결함 여부를 표시되는 이미지의 명암으로 나타내는 방법이다. 이와 같은 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은, 웨이퍼의 검사대상영역의 밝기등급을 가장 어두운 등급에서부터 가장 밝은 등급의 1/2에 해당하는 등급으로 한정하여, 이미지의 명암신호의 최저피크신호는 한정된 등급 내에 포함 되도록 하고 최고피크신호는 한정된 등급 밖에 포함되도록 하는 설정조건하에서 전자빔을 웨이퍼에 조사하는 단계와, 웨이퍼로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 단계와, 그리고 검출된 2차 전자를 분석하고 분석 결과를 데이터화하여 웨이퍼의 결함 존재 여부를 이미지로 표시하는 단계를 포함한다.The wafer inspection method using the electron beam of the present invention is a method in which the electron beam is irradiated onto the wafer to indicate whether the wafer is defective or not by the contrast of the displayed image. In the wafer inspection method using the electron beam according to the present invention, the brightness level of the inspection target region of the wafer is limited to the class corresponding to 1/2 of the darkest to the brightest, and thus the lowest peak signal of the contrast signal of the image. Irradiating an electron beam to the wafer under a set condition such that the peak peak signal is included in the limited class and the peak peak outside the limited class, detecting the secondary electrons generated from the wafer, and analyzing the detected secondary electrons. And converting the analysis result into data to display whether or not a defect exists in the wafer as an image.
전자빔, 웨이퍼 검사, 이미지 트레이닝, 이미지 밝기등급, 게인 형태 Electron Beam, Wafer Inspection, Image Training, Image Brightness Rating, Gain Shape
Description
도 1은 종래의 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 사용되는 검사조건을 설명하기 위하여 나타내 보인 그래프이다.1 is a graph shown to explain inspection conditions used in a wafer inspection method using a conventional electron beam.
도 2는 도 1의 검사조건에 의한 검사 결과로서 표시되는 이미지 트레이닝을 나타내 보인 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating image training displayed as an inspection result according to the inspection condition of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 사용되는 검사조건을 설명하기 위하여 나타내 보인 그래프이다.Figure 3 is a graph shown to explain the inspection conditions used in the wafer inspection method using an electron beam according to the present invention.
도 4는 도 3의 검사조건에 의한 검사 결과로서 표시되는 이미지 트레이닝을 나타내 보인 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating image training displayed as an inspection result according to the inspection condition of FIG. 3.
도 5는 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 의해 검사가 이루어진 결과와 실제 공정이 이루어진 후에 테스트를 수행한 결과를 비교하기 위하여 나타내 보인 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a result of a test performed by a wafer inspection method using an electron beam according to an embodiment of the present invention and a test performed after an actual process is performed.
본 발명은 웨이퍼 검사방법에 관한 것으로서, 특히 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer inspection method, and more particularly, to a wafer inspection method using an electron beam.
일반적으로 반도체소자를 제조하는 과정에서 공정이 적절하게 이루어졌는지를 확인하기 위하여 여러 가지 검사방법들을 사용하여 웨이퍼를 검사한다. 이와 같은 검사방법들 중에서 컨택 여부를 검사하기 위해서는 전자빔(E-beam)을 이용한 웨이퍼 검사방법을 사용한다. 통상적으로 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은 전자빔 검사장비를 통해 수행된다.In general, the wafer is inspected using various inspection methods to confirm that the process is properly performed during the manufacturing of the semiconductor device. Among such inspection methods, a wafer inspection method using an electron beam (E-beam) is used to inspect a contact. Typically, a wafer inspection method using an electron beam is performed through an electron beam inspection equipment.
이 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은, 다음에 세 가지 공정단계에서 수행될 수 있다. 첫 번째는 컨택홀을 형성한 후로서, 예컨대 랜딩플러그를 위한 컨택홀, 스토리지노드를 위한 컨택홀 또는 금속배선을 위한 컨택홀을 형성한 후에 컨택홀이 충분히 오픈되었는지의 여부를 검사하기 위한 것이다. 두 번째는 컨택홀을 형성한 후에 컨택홀을 도전성물질로 채운 후로서, 이 경우는 컨택홀이 불완전하게 식각되었는지의 여부와, 하부 패턴 또한 하부 접합의 미세결함이 존재하는지의 여부를 검사하기 위한 것이다. 세 번째는 컨택 상부의 도전막에 대한 패터닝을 수행한 후로서, 이 경우에는 만들어진 패턴 사이의 잔류물이나 스트링거(stringer)의 존재 유무를 검사하기 위한 것이다.The wafer inspection method using this electron beam can be performed in the following three process steps. The first is to check whether the contact hole is sufficiently open after forming the contact hole, for example, after forming the contact hole for the landing plug, the contact hole for the storage node, or the contact hole for the metal wiring. Secondly, after the contact hole is formed, the contact hole is filled with a conductive material. In this case, it is necessary to check whether the contact hole is incompletely etched and whether there is a microdefect of the lower pattern or the lower junction. will be. The third is after patterning the conductive film on the upper part of the contact, in this case, to check for the presence of residues or stringers between the patterns made.
이 중에서 첫 번째 경우와 세 번째 경우에는 사실상 한가지 종류의 결함만을 검출할 수 있는 반면에, 두 번째 경우에는 여러 종류의 결함들을 한번에 검출할 수 있으며, 이에 따라 가장 효과적인 검사방법은 두 번째 경우라고 할 수 있다. 그러나 이 경우 전자빔 검사장비에서 웨이퍼를 포지티브(+)로 대전시키면, 컨택홀을 채우는 도전성물질과 기판 접합부에 의한 pn 접합이 역바이어스가 인가되게 되며, 이 에 따라 각 접합에서의 누설전류량이 불균일하게 발생된다. 이와 같이 각 접합에서의 누설전류량이 불균일하게 발생되면, 검사결과를 나타내는 이미지 트레이닝에서 실제 결함과 누설전류량의 불균일에 의해 나타나는 결함 사이의 구별이 어려워지며, 그 결과 실제 결함만을 선택적으로 검출하기가 용이하지 않다.In the first and third cases, only one type of defect can be detected, whereas in the second case, several types of defects can be detected at one time. Thus, the most effective inspection method is the second case. Can be. In this case, however, if the wafer is positively charged by the electron beam inspection equipment, the reverse bias is applied to the pn junction by the conductive material and the substrate junction that fills the contact hole, resulting in uneven leakage current at each junction. Is generated. In this way, when the leakage current amount at each junction is unevenly generated, it is difficult to distinguish between the actual defect and the defect caused by the nonuniformity of the leakage current amount in the image training showing the inspection result, and as a result, it is easy to selectively detect only the actual defect. Not.
도 1은 종래의 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 사용되는 검사조건을 설명하기 위하여 나타내 보인 그래프이다. 그리고 도 2는 도 1의 검사조건에 의해 검사가 이루어진 결과를 나타내 보인 도면이다. 도 1에서 가로축은 웨이퍼 내의 검사대상영역의 밝기등급을 나타내고 세로축은 신호의 세기를 나타낸다.1 is a graph shown to explain inspection conditions used in a wafer inspection method using a conventional electron beam. FIG. 2 is a diagram illustrating a result of inspection performed by the inspection condition of FIG. 1. In FIG. 1, the horizontal axis represents the brightness level of the inspection target region in the wafer, and the vertical axis represents the signal intensity.
먼저 도 1을 참조하면, 종래의 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에서는 게인 형태(gain type)를 노멀 게인(normal gain)으로 설정하였다. 여기서 노멀 게인은 검사결과를 나타내는 이미지의 명암에 대한 게인을 조절하는데 있어서 명암레벨을 검사대상영역마다 최적화된 다른 값으로 조절할 수 있는 조건을 의미한다. 이 외에도 검사대상영역의 밝기등급조건을 50-200 사이로 한정하였다. 통상적으로 전체 밝기등급은 256 등급으로 나누어진다. 이 경우에는 최저피크신호(110) 및 최단피크신호(120)가 모두 밝기등급 내에 포함되게 된다.First, referring to FIG. 1, in a conventional wafer inspection method using an electron beam, a gain type is set to a normal gain. Here, the normal gain refers to a condition in which the contrast level can be adjusted to a different value optimized for each region to be examined in adjusting the gain for the contrast of the image representing the inspection result. In addition, the brightness class condition of the inspection area was limited to 50-200. Typically, the overall brightness class is divided into 256 classes. In this case, both the
그 결과 나타나는 이미지 트레이닝에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 실제 결함 외에도 누설전류의 불균일성에 의한 결함까지 함께 나타나며, 특히 두 결함 사이의 구분이 쉽지 않게 된다. 구체적으로 도 2의 좌측 도면에서 나타낸 바와 같이, 검사된 웨이퍼(200) 내의 결함존재여부가 명암으로 표시되며, 이 중 검은 부분이 결함이 있는 것으로 표시되는 부분이다. 또한 도 2의 우측 도면에서 나타낸 바 와 같이, 표시되는 영상에서는 결함이 있는 부분이 밝은 부분으로 표시된다. 그런데 이와 같이 검사결과 결함이 있는 것으로 나타내는 부분은 실제 결함 외에도 누설전류의 불균일성에 의한 결함도 포함되며, 앞서 언급한 바와 같이 두 결함 사이의 구별이 용이하지 않다는 문제가 있다.As a result of the image training, as shown in Fig. 2, in addition to the actual defects, defects due to the nonuniformity of the leakage current appear together, and in particular, it is difficult to distinguish between the two defects. Specifically, as shown in the left figure of FIG. 2, the presence or absence of defects in the inspected
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실제 결함만을 선택적으로 정확하게 검출할 수 있는 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a wafer inspection method using an electron beam capable of selectively and accurately detecting only actual defects.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은, 전자빔을 웨이퍼에 조사하여 웨이퍼의 결함 여부를 표시되는 이미지의 명암으로 나타내는 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 검사대상영역의 밝기등급을 가장 어두운 등급에서부터 가장 밝은 등급의 1/2에 해당하는 등급으로 한정하여, 상기 이미지의 명암신호의 최저피크신호는 상기 한정된 등급 내에 포함 되도록 하고 최고피크신호는 상기 한정된 등급 밖에 포함되도록 하는 설정조건하에서 상기 전자빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 단계; 상기 웨이퍼로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 2차 전자를 분석하고 그 결과를 데이터화하여 상기 웨이퍼의 결함 존재 여부를 이미지로 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a wafer inspection method using an electron beam according to the present invention, in the wafer inspection method using an electron beam in which the electron beam is irradiated to the wafer to indicate whether the wafer is defective or not represented by the contrast of the image, The brightness class of the inspection target region is limited to the class corresponding to 1/2 of the darkest to the brightest class so that the lowest peak signal of the contrast signal of the image is included in the limited class and the highest peak signal is the limited class. Irradiating the electron beam onto the wafer under a set condition to be included outside; Detecting secondary electrons generated from the wafer; And analyzing the detected secondary electrons and converting the result into data to display whether or not a defect exists in the wafer as an image.
본 발명에 있어서, 상기 이미지의 명암의 게인을 조절하는 게인형태는, 상기 웨이퍼의 검사대상영역의 전체에 걸쳐서 균일한 값으로 이득을 조절하는 리니어 게 인조건으로 설정할 수 있다.In the present invention, the gain type for adjusting the gain of the contrast of the image can be set to a linear gain condition for adjusting the gain to a uniform value over the entire inspection target region of the wafer.
상기 웨이퍼의 검사대상영역의 밝기등급은 1-120등급일 수 있다.The brightness grade of the inspection target region of the wafer may be 1-120 grade.
상기 웨이퍼는, 상기 웨이퍼상의 하부막 위에 배치되는 절연막과, 그리고 상기 절연막을 관통하여 상기 하부막과 전기적으로 연결되는 도전성컨택을 포함할 수 있다.The wafer may include an insulating layer disposed on the lower layer on the wafer, and a conductive contact electrically connected to the lower layer through the insulating layer.
이 경우 상기 도전성컨택은 내부의 불순물이 활성화된 폴리실리콘막일 수 있다.In this case, the conductive contact may be a polysilicon film in which impurities inside are activated.
상기 폴리실리콘막의 불순물 활성화는 퍼니스 내에서의 어닐링 또는 급속열처리를 사용하여 수행할 수 있다.Impurity activation of the polysilicon film may be performed using annealing or rapid heat treatment in the furnace.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
먼저 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법은, 웨이퍼를 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사장비에 로딩한 후에, 웨이퍼 검사장비에 일정 조건을 설정한 상태에서 전자빔을 웨이퍼에 조사한다. 그러면 전자빔에 의해 웨이퍼 표면에 2차 전자가 발생하고, 이 2차 전자를 검출한 후에 검출된 2차 전자를 데이터화하여 이미지의 명암으로서 웨이퍼의 결함 여부를 나타낸다. 이때 웨이퍼에는 소정의 하부막 위의 절연막을 관통하는 컨택홀이 형성되어 있는 상태이거나, 컨택홀 내에 도전막이 매립되어 만들어지는 도전성컨택이 형성되어 있는 상태이거나, 또는 도전성컨 택 상부의 물질막을 패터닝한 후의 상태일 수도 있다. 가장 바람직한 경우는 두 번째 경우로서, 이때 도전성컨택을 구성하는 도전막으로서 불순물이 활성화된 폴리실리콘막을 사용한다. 이 폴리실리콘막의 불순물 활성화는 통상의 퍼니스에서 이루어지는 어닐링 공정을 통해 수행할 수 있다. 또는 경우에 따라서 급속열처리공정(RTP; Rapid Temperature Process)을 통해 수행할 수도 있다.First, in the wafer inspection method using the electron beam according to the present invention, the wafer is loaded onto the wafer inspection equipment using the electron beam, and the electron beam is irradiated onto the wafer while the wafer inspection equipment is set at a predetermined condition. Then, secondary electrons are generated on the wafer surface by the electron beam, and after detecting the secondary electrons, the detected secondary electrons are data to indicate whether the wafer is defective as a contrast of the image. In this case, a contact hole penetrating through the insulating film on a predetermined lower layer is formed in the wafer, or a conductive contact is formed in the contact hole, and a material film on the upper portion of the conductive contact is patterned. It may be a later state. The most preferable case is the second case, wherein an impurity activated polysilicon film is used as the conductive film constituting the conductive contact. Impurity activation of this polysilicon film can be carried out through an annealing process made in a conventional furnace. Or, in some cases, may be performed through a Rapid Temperature Process (RTP).
도 3은 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 사용되는 검사조건을 설명하기 위하여 나타내 보인 그래프이다. 도 3에서 가로축은 웨이퍼 내의 검사대상영역의 밝기등급을 나타내고 세로축은 신호의 세기를 나타낸다.Figure 3 is a graph shown to explain the inspection conditions used in the wafer inspection method using an electron beam according to the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis represents the brightness level of the inspection target region in the wafer, and the vertical axis represents the signal intensity.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 전자빔을 이용하여 웨이퍼를 검사하는데 있어서, 웨이퍼 검사장비의 검사조건으로서 웨이퍼의 검사대상영역의 밝기등급을 가장 어두운 등급에서부터 가장 밝은 등급의 1/2에 해당하는 등급으로 한정하는 설정조건을 사용한다. 즉 웨이퍼의 검사대상영역의 밝기등급을 전체적으로 1등급에서 255등급으로 분류한 상태에서 하여, 가장 얻은 등급인 1등급에서 가장 밝은 등급의 절반 수준인 대략 120-130 등급까지로 한정한다. 그러면 이미지 명암신호의 최저피크신호(310)는 한정된 등급내, 예컨대 1등급에서 120등급까지의 범위 내에 포함되고, 이미지 명암신호의 최고피크신호(320)는 1등급에서 120등급까지의 범위 밖에 포함된다. 즉 전체적으로 어두워진 이미지 트레이닝 결과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 누설전류의 불균일성에 의한 결함보다는 실제 결함에 의한 결함표시만을 선택적으로 얻을 수 있다.Referring to FIG. 3, in inspecting a wafer by using an electron beam according to an embodiment of the present invention, as an inspection condition of a wafer inspection apparatus, the brightness grade of the inspection target region of the wafer is from the darkest to the brightest grade. Use the setting conditions limited to class 2. That is, the brightness grade of the inspection target area of the wafer is classified into grades 1 to 255, and is limited to approximately 120-130 grades, which is half the level of the brightest grade, which is the most obtained grade. Then, the
이 외에도 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에서는, 이미지 의 명암의 게인을 조절하는 게인형태로서 리니어 게인(linear gain)조건을 사용한다. 여기서 리니어 게인조건은, 상기 웨이퍼의 검사대상영역의 전체에 걸쳐서 균일한 값으로 이득을 조절하는 조건을 의미한다. 즉 전체적으로 균일하게 어두워지게 하거나 밝게 하는 형태로 게인을 조절하는 조건이다.In addition, in the wafer inspection method using the electron beam according to the present invention, a linear gain condition is used as a gain type for adjusting the gain of the contrast of the image. Herein, the linear gain condition means a condition for controlling gain to a uniform value over the entire inspection target region of the wafer. That is, it is a condition for adjusting gain in the form of darkening or brightening uniformly.
도 4는 도 3의 검사조건에 의해 검사가 이루어진 결과를 나타내 보인 도면이다. 도 4에서 좌측 도면은 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 의한 웨이퍼의 이미지 트레이닝을 나타내고, 우측 도면은 이미지 트레이닝에서 결함으로 표시된 부분을 나타내는 영상을 나타낸 것이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a result of inspection performed by the inspection condition of FIG. 3. 4 shows the image training of the wafer by the wafer inspection method using the electron beam according to the present invention, and the right figure shows the image showing the portion marked as a defect in the image training.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(400)의 대부분은 밝게 표시되는 반면에 주로 웨이퍼(400)의 가장자리 부분에서 어둡게 표시되는 부분이 많이 나타난다는 것을 알 수 있다. 이것은 웨이퍼(400)에서 실제 결함들이 주로 웨이퍼(400)의 가장자리에서 주로 존재한다는 것을 의미한다. 도 4에 나타낸 명암의 분포를 종래의 검사방법에 의해 수행된 결과를 나타내는 도 2와 비교하면, 명백하게 실제 결함만이 선택적으로 나타난다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that a large portion of the
도 5는 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 의해 검사가 이루어진 결과와 실제 공정이 이루어진 후에 테스트를 수행한 결과를 비교하기 위하여 나타내 보인 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a result of a test performed by a wafer inspection method using an electron beam according to an embodiment of the present invention and a test performed after an actual process is performed.
도 5를 참조하면, 실제 공정이 이루어진 후의 웨이퍼(500)의 실제 결함이 존재하는 것을 나타내는 어두운 부분과, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 의한 결과 나타나는 이미지 트레이닝의 결과가 거의 일치한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, a dark portion showing the actual defect of the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 웨이퍼 검사방법에 의하면, 검사대상영역의 밝기등급을 대략 1-120의 조건으로 하고 게인 형태를 리니어 형태로 설정한 상태에서 전자빔을 이용한 검사를 수행함으로써, 누설전류의 불균일성에 의한 결함보다는 실제 결함에 의한 표시가 명확하게 이루어지며, 이에 따라 공정불량여부를 정확하게 파악할 수 있을뿐더러 예상 수율을 보다 정확하게 설정할 수 있다는 이점이 제공된다.As described so far, according to the wafer inspection method using the electron beam according to the present invention, the inspection using the electron beam is performed with the brightness level of the inspection target region being approximately 1-120 and the gain form set to the linear form. As a result, the display by the actual defect is made clear rather than the defect due to the nonuniformity of the leakage current, and thus, it is possible not only to accurately determine whether the process is defective, but also to provide an advantage of setting the expected yield more accurately.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다. 예컨대 경우에 따라서는 게인 형태를 노멀 게인으로 설정할 수도 있으며, 또한 검사대상영역을 대략 1-120으로 설정하더라도 최고피크신호가 설정범위 내에 포함되도록 할 수도 있다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do. For example, in some cases, the gain type may be set to normal gain, and even if the inspection target area is set to about 1-120, the peak signal may be included in the setting range.
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