KR100675890B1 - Method for inspecting the defects of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 소자의 불량 검출 방법은 검사 대상 비교패턴들이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계; 웨이퍼에 광을 조사하여 반사/산란되는 광을 검출하여 비교패턴들의 각각에 대한 그레이 레벨을 구하는 단계; 비교패턴들에 대한 불량검출기준값을 웨이퍼 위치별로 설정하는 단계; 불량검출기준값을 비교패턴들에 대한 그레이 레벨과 일대일로 비교하여 패턴의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함한다.Defect detection method of a semiconductor device of the present invention comprises the steps of preparing a wafer on which the inspection target comparison patterns are formed; Irradiating light onto the wafer to detect reflected / scattered light to obtain a gray level for each of the comparison patterns; Setting defect detection reference values for the comparison patterns for each wafer position; And comparing the defective detection reference value with the gray level of the comparison patterns one-to-one to determine whether the pattern is defective.
그레이 레벨, 불량검출기준값 Gray level, bad detection reference value
Description
도 1은 반도체 소자의 불량을 검사하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a method for inspecting a defect of a semiconductor device.
도 2a 내지 2d는 종래 기술에 따른 광학검사장비를 이용한 반도체 소자의 불량 검출 방법 및 문제점을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 2A to 2D are views illustrating a defect detection method and a problem of a semiconductor device using an optical inspection apparatus according to the prior art.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 순서도이다. 3 and 4 are flowcharts illustrating the defect detection method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 도 3 및 도 4의 각 단계들을 구체적으로 설명하기 위하여 나타내 보인 셈(SEM)사진들이다. 5A to 5D are SEM images shown to specifically explain the steps of FIGS. 3 and 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
40 : 제1 비교패턴 42 : 제2 비교패턴40: first comparison pattern 42: second comparison pattern
44 : 제3 비교패턴 46 : 제4 비교패턴44: third comparison pattern 46: fourth comparison pattern
48 : 픽셀48 pixels
본 발명은 반도체 소자의 불량 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학검사장비를 이용하여 반도체 소자의 불량을 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a defect detection method of a semiconductor device, and more particularly, to a method of detecting a defect of a semiconductor device using an optical inspection equipment.
일반적으로 반도체 소자의 불량을 검사하는 방법은 검사대상인 반도체 소자의 특정 부분에 빛을 비추어 직반사되는 빛의 양을 이용하는 브라이트 필드(bright field)방식과, 검사대상인 반도체 소자의 특정 부분에 빛을 비추어 산란되는 빛의 양을 이용하는 다크 필드(dark field)방식이 있다. 반도체 소자의 불량을 검사하기 위해서는 이러한 방식 중의 하나를 선택하여 반도체 소자로부터 반사 또는 산란되어 광학검사장비의 센서에 도달된 빛의 양, 즉 광자의 수를 검사한다.In general, a method of inspecting a defect of a semiconductor device includes a bright field method using an amount of light reflected directly from a specific part of a semiconductor device to be inspected, and by illuminating a specific part of the semiconductor device to be inspected. There is a dark field method that uses the amount of light scattered. In order to inspect the defect of the semiconductor device, one of these methods is selected and the amount of light, that is, the number of photons, is reflected or scattered from the semiconductor device and reaches the sensor of the optical inspection equipment.
센서에 도달된 빛의 양을 검사하는 방법은 반사 또는 산란되어지는 빛의 양의 정도를 일정 구간으로 나누어 검사영역(scan area)의 비교 최소 영역인 픽셀(pixel)마다 그레이 레벨(Gray level)을 부여한 후에 인접 영역의 그레이 레벨을 서로 비교하여 차이값이 불량검출기준값(Threshold)보다 크면 불량부분(defect)으로 인식하는 원리를 가진다.The method of checking the amount of light reaching the sensor is to divide the amount of reflected or scattered light into a certain section to determine the gray level for each pixel, the minimum area of comparison of the scan area. After assigning, the gray levels of adjacent areas are compared with each other, and when the difference is larger than the threshold value of detection, the defect is recognized as a defect.
도 1은 반도체 소자의 불량을 검사하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a method for inspecting a defect of a semiconductor device.
도 1을 참조하면, 좌측은 기준 검사영역(100)의 이미지를 나타내며, 가운데는 그에 인접하여 비교되는 검사영역(102)을 나타낸다. 반도체 기판에 빛을 비추어 반사 또는 산란되는 빛의 양을 조사하여 좌측의 기준 검사영역(100)의 이미지와 비교하여 우측의 검사영역(104)에서와 같이 차이(106)가 있는 경우에 결함이 있다고 판단할 수 있다. 여기서 상기 검사영역들(100,102,104)은 복수개의 픽셀(101)을 포 함하여 이루어진다. 이때, 해당 픽셀(101)로부터 반사되는 빛의 양에 따라 그레이 레벨을 설정한다. 예컨대 가장 어두운 경우(dark)(108)를 0으로 표시하고 가장 밝은 경우(white)(110)를 255로 표시할 수 있으며, 회색(112)영역은 흑과 백의 명암 정도에 따라서 1~254로 표현할 수 있다. 따라서 검사영역(102)의 이미지가 기준 이미지(100)와 비교하여 그 차이값이 미리 정해 놓은 불량검출기준값보다 큰 경우에 그 해당 픽셀(114)은 불량(defect)으로 인식하게 된다. Referring to FIG. 1, the left side shows an image of the
그러나 이러한 비교 검사방식은 바로 옆 반복되는 패턴의 해당 픽셀과 비교하여 어느 정도의 차이가 발생되어야 불량으로 인식하는 방법으로 비교되는 반복 패턴간에 미세한 차이가 진행형으로 이루어질 경우에는 불량이 존재하여도 검출이 어렵게 된다. However, this comparison test method recognizes that a certain amount of difference must occur in comparison with the corresponding pixel of the next-repeated pattern, and it is recognized as a defect. Becomes difficult.
도 2a 내지 2d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법 및 문제점을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 2A to 2D are diagrams illustrating a defect detection method and a problem of a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 2d를 참조하면, 종래의 불량 검출방법에서는 먼저 비교패턴의 픽셀 각각에 그레이 레벨(10, 20, 30, 40)을 부여하고, 인접 비교패턴과 비교하여 어느 정도의 그레이 레벨이 불량검출기준값 이상이 되어야 불량 부분으로 인식하게 되어 있으나, 인접 비교패턴간의 차이가 미미할 경우 불량 검출이 어려워진다. 여기서 비교패턴은 비교 최소 영역인 픽셀(28)을 포함하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 도 2a 내지 도 2d의 패턴들은 서로 인접하는 비교패턴일 수 있다. 2A to 2D, in the conventional defect detection method, the
예를 들어 불량검출기준값을 20으로 부여할 경우, 제1 비교패턴(20)의 그레이 레벨인 10과 제2 비교패턴(22)의 그레이 레벨인 20의 차이값은 10이다. 다음에 상기 제2 비교패턴(22)의 그레이 레벨과 인접하는 비교패턴인 제3 비교패턴(24)의 그레이 레벨인 30의 차이값은 10이 되고, 제3 비교패턴(24)과 인접하는 비교패턴인 제4 비교패턴(26)의 그레이 레벨인 40의 차이값이 10이 된다. For example, when the defect detection reference value is 20, the difference between 10 which is the gray level of the
그러면 상기 인접하는 비교패턴간의 차이값은 각각 10으로 나타나게 되어 불량검출기준값인 20의 이하가 되므로 불량 부분은 없는 것으로 나타난다. 그러나 픽셀(28)에 정해지는 그레이 레벨을 비교해 보면, 제1 비교패턴(20)에서 제4 비교패턴(26)으로 가면서 미세한 차이가 발생하고, 이러한 차이는 누적되어 웨이퍼의 성능에 영향을 미치게 된다. 즉, 비교패턴의 픽셀간에 비교되어지는 동일부분의 픽셀의 그레이 레벨 차이가 적어 불량으로 검출되지는 않지만, 그 미미한 그레이 레벨의 차이값이 동일하게 적용되고 여러 반복 비교패턴을 지나게 되면 최초의 비교패턴(20)에서의 최소 단위인 픽셀과 최종의 비교패턴(26)에서의 최소 단위인 픽셀간의 그레이 레벨의 차이는 최초 인접 패턴의 비교차 값에 지나친 반복된 비교패턴수의 배만큼 커진다. Then, the difference value between the adjacent comparison patterns is represented by 10, respectively, and becomes less than or equal to 20, which is a defective detection reference value, so that there is no defective portion. However, when comparing the gray levels defined for the
또한, 공정 마진(margin)의 변화가 있어 웨이퍼 전체적으로는 패턴의 변화가 크나 국소적으로는 패턴 변화가 적은 웨이퍼의 불량 검사 및 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 공정 진행 후에 패턴 형성 공정이 진행된 웨이퍼의 경우 및 유사하게 연마된 포토마스크 매트릭스(Photo mask Matrix)진행 웨이퍼의 불량 검사 등의 경우에도 종래의 불량 검출 방법으로는 불량 검출 가능성이 매우 낮아지는 문제가 발생한다. In addition, there is a change in process margin, so that the pattern formation process is performed after a process such as defect inspection and chemical mechanical polishing of wafers with a large pattern change but a small pattern change locally. In the case of wafers and similarly inspected wafer defects of a photo polished matrix, a problem in which a defect detection possibility becomes very low by a conventional defect detection method occurs.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 불량검출방법에서 불량검출기준값 이상이어야 불량으로 인식하는 불량 검출 방법을 개선하는 반도체 소자의 불량 검출 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method for detecting a defect in a semiconductor device, which improves a method for detecting a defect when the defect detection method for a semiconductor device according to the prior art recognizes the defect only when the defect is detected.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법은, 검사 대상 비교패턴들이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 웨이퍼에 광을 조사하여 반사/산란되는 광을 검출하여 상기 비교패턴들의 각각에 대한 그레이 레벨을 구하는 단계; 상기 비교패턴들에 대한 불량검출기준값을 웨이퍼 위치별로 설정하는 단계; 상기 불량검출기준값을 상기 비교패턴들에 대한 그레이 레벨과 일대일로 비교하여 상기 비교패턴의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a failure detection method of a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of preparing a wafer on which the inspection target comparison patterns are formed; Irradiating light onto the wafer to detect reflected / scattered light to obtain a gray level for each of the comparison patterns; Setting defect detection reference values for the comparison patterns for each wafer position; And comparing the defective detection reference value with the gray level of the comparison patterns one-to-one to determine whether the comparison pattern is defective.
본 발명에 있어서, 상기 비교패턴의 그레이 레벨이 불량검출기준값 이상일 경우, 불량으로 인식하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the gray level of the comparison pattern is equal to or more than the defective detection reference value, it is recognized as a defective.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법은,검사 대상 비교패턴들이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 웨이퍼에 광을 조사하여 반사/산란되는 광을 검출하여 상기 비교패턴들의 각각에 대한 그레이 레벨을 구하는 단계; 상기 비교패턴들에 대한 불량검출기준값을 웨이퍼 위치별로 설정하는 단계; 및 상기 불량검출기준값과 일정 영역내의 비교패턴들에 대한 그레이 레벨의 평균값을 비교하여 상기 영역내의 불량 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a failure detection method of a semiconductor device according to the present invention, preparing a wafer on which the inspection target comparison patterns are formed; Irradiating light onto the wafer to detect reflected / scattered light to obtain a gray level for each of the comparison patterns; Setting defect detection reference values for the comparison patterns for each wafer position; And comparing the average value of the gray levels with respect to the comparison patterns in the predetermined region and the defective detection reference value to determine whether the defect is in the region.
일정 영역내의 비교패턴들에 대한 그레이 레벨의 평균값보다 3이상의 그레이 레벨일 경우, 불량으로 인식하는 것을 특징으로 한다.In the case where the gray level is greater than or equal to the average value of the gray levels for the comparison patterns in the predetermined region, the gray level is recognized as defective.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 순서도들이다. 그리고 도 5a 내지 도 5d는 도 3 및 도 4의 각 단계들을 구체적으로 설명하기 위하여 나타내 보인 셈(SEM)사진들이다. 3 and 4 are flowcharts illustrating a failure detection method of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. 5A through 5D are SEM images shown to specifically describe the steps of FIGS. 3 and 4.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 소정의 공정을 거친 반도체 기판의 불량을 검출하기 위하여 검사장비 내로 로딩(loading)한다(단계 300, 단계 400). 다음에 반도체 기판 표면으로부터 불량을 검출하기 위하여 반도체 기판 표면에 광을 조사한다. 반도체 기판의 표면에는 동일한 패턴을 갖는 최소 비교영역인 픽셀(48, 도5 참조)을 포함하여 형성할 수 있다. 여기서 기판 표면으로 조사하는 광은 반사성능이 우수하여 반도체 기판 표면에서의 간섭가능성을 줄일 수 있도록 단파장 광을 이용하는 것이 바람직하다. 그리고 반도체 기판 표면으로부터 각 비교패턴에 대해 반사되는 빛의 양에 따라 그레이 레벨을 부여한다(단계 310, 단계 410).Referring to FIGS. 3 and 4, first, loading is performed into inspection equipment in order to detect a failure of a semiconductor substrate which has been subjected to a predetermined process (
다음에 각 비교패턴에 부여된 그레이 레벨과 비교하여 불량여부를 판정할 기준인 불량검출기준값을 설정한다(단계 320, 단계 420).Next, a defect detection reference value, which is a criterion for determining whether a defect is determined, is set by comparing with the gray level applied to each comparison pattern (
다음에 불량검출기준값과 제1 비교패턴을 비교한다(단계 330, 단계 430). 여기서 불량검출기준값과 비교패턴을 비교하는 방법은 불량검출기준값과 비교패턴의 그레이 레벨 자체를 비교하는 방법을 이용할 수 있다. (도 3참조) 불량검출기준값과 비교패턴의 그레이 레벨을 비교하여 각 비교패턴의 그레이 레벨이 불량검출기준값보다 큰 값을 갖게 되면 이 비교패턴은 불량 패턴으로 인식할 수 있다(단계 340, 350). Next, the defect detection reference value is compared with the first comparison pattern (
이때, 불량검출기준값과 제1 비교패턴을 비교하는 방법으로 동일 위치의 비교패턴의 그레이 레벨 평균값과 불량검출기준값을 비교하는 방법을 이용할 수도 있다.(도 4참조) 각 비교패턴의 그레이 레벨의 평균값이 불량검출기준값보다 큰 값을 갖게 되면 이 비교패턴은 불량 패턴으로 인식할 수 있다(단계 440, 450).In this case, as a method of comparing the defective detection reference value and the first comparison pattern, a method of comparing the gray level average value and the defective detection reference value of the comparison pattern at the same position may be used (see FIG. 4). If the value has a value larger than the defective detection reference value, the comparison pattern can be recognized as a defective pattern (
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 비교패턴의 그레이 레벨 자체를 불량검출기준값과 비교하는 경우, 먼저 비교패턴 각각에 그레이 레벨(10, 20, 30, 40)을 부여하고 불량검출기준값을 예컨대, 25로 부여한 후 해당 비교패턴의 그레이 레벨과 비교한다. 그러면 그레이 레벨이 25보다 낮은 그레이 레벨인 제1 비교패턴(40)과 제2 비교패턴(42)은 정상으로 인식하고, 25보다 높은 그레이 레벨을 갖는 제3 비교패턴(44)과 제4 비교패턴(46)은 불량 픽셀로 인식하게 된다.5A to 5D, when the gray level itself of the comparison pattern is compared with the defective detection reference value, the
또한, 불량검출기준값과 비교패턴을 비교하는 방법은 각 비교패턴(40,42,44,46)의 평균값보다 어느 정도의 값 이상이 되는 비교패턴을 불량 패턴으로 인식하는 방법도 이용할 수도 있다. 예를 들어, 평균값보다 예컨대, 3이상의 값 을 불량으로 인식하는 불량검출기준값으로 부여하는 경우, 제1 비교패턴(40) 내지 제4 비교패턴(46)의 평균 그레이 레벨값은 (10+20+30+40)/4=25가 된다. 여기서 평균값인 25보다 3이상의 값을 불량으로 인식할 경우, 제3 비교패턴(44)과 제4 비교패턴(46)의 그레이 레벨은 각각 30,40이 되므로 불량으로 인식할 수 있다. In addition, the method of comparing the defect detection reference value and the comparison pattern may also use a method of recognizing a comparison pattern that is a certain value or more than the average value of each of the
여기서 비교패턴의 그레이 레벨 자체를 불량검출기준값과 비교하는 방법은 웨이퍼의 마진을 체크하는 경우나 패턴정도를 측정할 때 이용할 수 있고, 평균값을 이용하는 방법은 심각한 결함 정도만 체크할 경우 이용할 수 있다. 또한, 불량 검출기준값과 비교패턴의 그레이 레벨을 비교할 경우, 상기 제시한 방법들 외에도 동일 위치의 비교패턴의 중간값, 표준편차값, 최대값 및 최소값 등의 함수값을 이용하여 불량 픽셀을 검출할 수도 있다.Here, the method of comparing the gray level itself of the comparison pattern with the defect detection reference value can be used when checking the margin of the wafer or measuring the pattern accuracy, and the method using the average value can be used when checking only the serious defect degree. In addition, when comparing the gray level of the defective detection reference value and the comparison pattern, in addition to the above-described methods, it is possible to detect the defective pixels by using function values such as the median value, standard deviation value, maximum value and minimum value of the comparison pattern in the same position. It may be.
이러한 과정을 웨이퍼 상의 모든 비교패턴의 그레이 레벨과 비교하여 불량 검출 기준값을 만족할 때까지 수행하면(단계 360, 460), 반도체 기판을 광학 검사 장비로부터 언로딩(unloading)(단계 380, 480)하고 종료한다. If this process is performed until the defect detection reference value is satisfied by comparing the gray levels of all the comparison patterns on the wafer (
본 발명의 실시예에 따라 비교패턴의 그레이 레벨 자체를 불량검출기준값과 비교하거나 평균값을 이용하는 방법은 인접 패턴간의 차이가 미미하여도 불량 인식이 가능하며 종래의 불량 검출 방법으로는 검출 가능성이 매우 낮았던 마진 관련 패턴 웨이퍼 검사의 불량 검사보다 용이하게 진행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gray level itself of the comparison pattern is compared with the defect detection reference value or the average value is used, even if the difference between adjacent patterns is inferior. The margin of detection is very low in the conventional defect detection method. It can proceed more easily than the defect inspection of the related pattern wafer inspection.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 불량 검출 방법에 의하면, 인접 패턴간의 차이가 미미하여도 불량 인식이 가능하고, 웨이퍼 내의 패턴의 형성정도나 불량 정도를 보다 쉽게 검출할 수 있다. As described so far, according to the defect detection method of the semiconductor element according to the present invention, even if the difference between adjacent patterns is insignificant, the defect can be recognized, and the formation degree or the defect degree of the pattern in the wafer can be detected more easily.
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