KR100838492B1 - 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법 및 그프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법 및 그프로그램이 기록된 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 에지의 결함 및 표면 거칠기 검사방법은, 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 단계; 상기 피검사물의 에지 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 단계; 상기 DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 단계; 상기 AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 단계; 상기 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에서 결함 이미지를 검사하는 단계; 상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 단계; 상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 단계; 상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 단계; 및 상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 단계;를 포함한다.
웨이퍼 에지, 산란광, DC 그래프, AC 그래프, 차단주파수, 에지스캔 검사장비, MP2200

Description

피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법 및 그 프로그램이 기록된 기록매체{Method of inspecting edge defects and surface roughness of object and computer readable record medium on which a program therefor is recorded}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼 에지의 결함 검사방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 종래기술에 따른 웨이퍼 에지의 표면 거칠기 검사방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 표면 거칠기에 따른 산란광의 강도 변화를 개략적으로 도식화한 도면이다.
도 4는 표면 거칠기에 따른 광택도 변화의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 도 5에서 DC 그래프의 X축 단위변환 전, 후를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 5에서 DC 그래프를 필터링한 상태를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 5에서 필터링된 DC 그래프에 대하여 평가길이를 설정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 5에서 평가길이 설정 후 웨이퍼의 원주를 복수의 국지적인 사이트로 구분한 예를 도식화한 평면도이다.
도 10은 차단주파수를 0.045㎐로 하는 고역통과필터를 적용하여 산출된 표면 거칠기 파라미터 Ra와 통상의 MP2200 표면 거칠기 측정시스템에 의해 산출된 Rms 간의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 차단주파수를 0.01~0.4㎐로 하는 대역통과필터를 적용하여 산출된 표면 거칠기 파라미터 Ra와 통상의 MP2200 표면 거칠기 측정시스템에 의해 산출된 Rms 간의 상관관계를 도시한 그래프이다.
본 발명은 피검사물의 에지(edge) 결함 및 표면 거칠기 검사방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산란광 측정을 이용하여 피검사물의 에지면(edge surface)에서 발생한 깨짐(Fracture), 이빠짐(Chip) 등의 결함과 표면 거칠기(surface roughness)를 검사하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법과 그 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼는 쵸크랄스키 공법 등에 의해 성장된 단결정 잉 곳(ingot)을 수직 방향을 따라 일정 간격으로 얇게 절단(slicing)하여 디스크 형태로 생산된다. 웨이퍼 절단과정에서는 불가피하게 두께 손실이 발생하게 되며 이로 인해 웨이퍼의 표면 손상이나 뒤틀림 등의 형상 변형이 발생하게 되는데, 이를 감소시키기 위해 연마(lapping), 연삭(grinding), 식각(etching), 경면연마(polishing) 등의 여러 후속공정들을 순차적으로 진행하여 고평탄, 고반사면을 가진 웨이퍼를 제조하게 된다.
디스크 형태로 얇게 절단된 반도체 웨이퍼는 연마(lapping), 연삭(grinding), 경면연마(polishing) 등의 후속공정들을 거치면서 깨짐 현상 등이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 절단(slicing) 후에는 에지 연삭(edge grinding) 공정을, 연마(lapping) 후에는 에지 경면연마(edge polishing) 공정을 부가적으로 진행하는 일반적이다.
반도체 웨이퍼의 에지는 가공상태에 따라 내충격성, 파티클(particle) 크기 및 발생빈도, 열응력 저항성 등의 물리적, 기계적 특성이 민감하게 영향을 받는 것으로 알려져 있어 웨이퍼 에지의 가공 품질 평가에 대한 관심과 요구가 증대되고 있다.
반도체 웨이퍼의 에지 상태를 검사하기 위한 기술로서, 일본공개특허공보 평9-269298호(단부 결함 검사 방법과 그 장치)에는 레이저를 피검사물의 에지면과 평행하게 조사하고 산란된 빛을 타원경을 이용하여 수광소자로 받아들여 깨짐, 이빠짐 등의 결함을 검사하는 장치가 개시되어 있다. 이와 관련된 기술로서, 일본공개특허공보 2006-294969호(웨이퍼 검사장치 및 웨이퍼의 검사방법)에는 산란광 강도 를 이용하여 웨이퍼의 에지 품질 검사를 수행함에 있어 대형화, 자동화, 비용문제 등을 개선한 기술이 개시되어 있다. 상기 기술들은 현재 레이텍스(Raytex)사의 '에지 스캔(Edge scan)'이라는 검사장비에 적용되어 상용화되어 있다.
또한, 일본공개특허공보 평10-232123호(광학식 표면 거칠기 인라인 검사장치)에는 피검사물에 간섭성(coherent)의 광원을 조사하여 그 산란광을 검사한 후 피검사면의 표면 거칠기를 계측하고 평가 기준을 근거로 피검사물의 양부 판정을 하여 양품을 선별하는 검사장치가 개시되어 있다.
한편, ASME B46.1-1995에는 표면 거칠기의 정의와 평가방법에 대한 표준절차가 기술되어 있다. 이를 참조하면, 표면 거칠기는 검사기에서 얻은 표면의 단면곡선(Profile)을 필터링(Filtering)하여 평가하고자 하는 표면 굴곡을 강조하여 나타내고 이를 기술통계량 Rms로 산출하여 평가된다.
통상적으로 웨이퍼 에지의 품질 검사는 깨짐 검사, 이빠짐 검사 및 표면 거칠기 검사로 구분된다. 이 중 깨짐 검사와 이빠짐 검사는 집광등 하에서 육안으로 이루어지거나 레이텍스(Raytex)사의 '에지 스캔(Edge scan)' 장비를 이용하여 수행되고, 표면 거칠기 검사는 채프먼(Chapman)사의 'MP2200', 'MPS' 장비 등에 의해 수행되고 있다. 이하에서는 종래의 깨짐, 이빠짐 등의 결함 검사와 표면 거칠기 검사 방법을 살펴보기로 한다.
도 1에는 레이텍스(Raytex)사의 '에지 스캔(Edge scan)' 장비를 이용하여 웨이퍼의 에지에 대하여 깨짐, 이빠짐 등의 결함 검사를 수행하는 방법이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 먼저 웨이퍼를 회전시키면서 에지면에 레이저를 조사하여 웨이퍼 원주에 따른 산란광의 강도를 측정하는 단계(S10)가 수행된다. 이후 측정된 산란광 강도를 데이터화하여 DC 그래프로 나타내는 단계(S11), DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 단계(S12), AC 그래프에서 문턱전압(threshold voltage)을 설정하는 단계(S13) 등이 순차적으로 수행되고, 최종적으로 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에 대하여 결함 이미지를 검사하는 단계(S14)가 수행된다.
도 2에는 채프먼(Chapman)사의 'MP2200'나 'MPS' 장비를 이용해 웨이퍼의 에지에 대한 표면 거칠기(Roughness)를 검사하는 방법이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제조된 웨이퍼의 에지면에 레이저를 조사한 후 반사된 빛과의 간섭효과를 이용하는 비접촉식 간섭계를 사용해 표면의 국부적인 기울기를 연속적으로 측정하여 표면굴곡으로 나타내는 단계(S20)가 수행된다. 이후 표면굴곡 데이터에서 표면 거칠기에 해당되는 파장(wavelength)을 갖는 사인곡선(sine wave)만을 필터링하는 단계(S21)와, 필터링된 데이터에서 평가길이(Evaluation length)를 설정하는 단계(S22)가 수행되고, 최종적으로 각 평가길이에 대하여 아래의 수학식 1을 이용하여 표면 거칠기 파라미터(Parameter) Rms를 산출하는 단계(S23)가 수행된다. 여기서, 수학식 1의 의미는 후술하기로 한다.
Figure 112007048935909-pat00001
(L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
상술한 바와 같이 종래의 웨이퍼 에지 깨짐 및 이빠짐 검사는 산란광의 강도 데이터를 이용하여 수행되고, 표면 거칠기 검사는 비접촉식 간섭계를 이용하여 표면굴곡 데이터를 산출함으로써 수행된다. 그러므로 웨이퍼 에지의 깨짐, 이빠짐 및 표면 거칠기를 모두 검사하기 위해서는 각기 다른 형태의 고가의 정밀 검사장비가 구비되어야 하고, 각각 별도의 검사 절차를 진행해야만 하는 불편함이 있다. 따라서, 종래에는 웨이퍼 에지의 검사시 비용과 시간이 많이 소요되는 문제가 있었으며, 특히 종래의 표면 거칠기 검사 시스템은 국지적인 영역에 대해서만 검사가 가능하므로, 그 검사결과가 웨이퍼 에지의 전체 품질상태를 대변하지 못하는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 피검사물 에지면의 깨짐, 이빠짐 등을 검사하는 에지 결함 검사장비를 이용하여 표면 거칠기도 검사하도록 하여 검사 비용과 시간을 절약하고, 절차를 간소화할 수 있는 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법과 그 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 산란광의 강도를 데이터화 한 DC 그래프의 X축을 공간주파수(spatial frequency)에 따른 신호 변화의 파악이 가능하도록 길이단위로 변환하고, 표면 거칠기와 무관한 불필요한 노이즈(Noise)를 제거하기 위해 차단주파수를 최적으로 설정하는 과정이 수행된다. 또한, 표면 거칠기를 정량적으로 표현하기 위해 필터링된 DC 그래프에서 일정 평가길이로 나누어 복수의 국지적인 사이트(site)를 정의하고, 각 사이트에 대한 표면 거칠기 파라미터 Ra(roughness average)를 산출하여 각 사이트별 표면 거칠기의 열위 파악을 용이하게 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법은, (a) 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 단계; (b) 상기 피검사물의 에지 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 단계; (c) 상기 DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 단계; (d) 상기 AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 단계; (e) 상기 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에서 결함 이미지를 검사하는 단계; (f) 상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 단계; (g) 상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 단계; (h) 상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 단계; 및 (i) 상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 피검사물로는 반도체 웨이퍼가 해당될 수 있고, 상기 단계 (f)에서는,
Figure 112007048935909-pat00002
(L: 원호 길이, x: 중심각, r: 웨이퍼 반지름)
으로 표현되는 수학식을 이용해 상기 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 단계 (g)에서는 상기 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터(Band pass filter)를 사용할 수 있다.
대안으로, 상기 단계 (g)에서는 상기 차단주파수가 0.01Hz인 고역통과필터(High pass filter)를 사용할 수 있다.
상기 단계 (i)에서, 상기 표면 거칠기 파라미터는,
Figure 112007048935909-pat00003
(L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
으로 표현되는 수학식에 의해 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 제1단계; 상기 피검사물의 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 제2단계; 상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 제3단계; 상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 제4단계; 상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 제5단계; 및 상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 제6단계;를 포함하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 레이저를 이용하여 피검사물의 에지 표면을 검사하는 장비에 탑재되어 판독되는 기록매체에 있어서, 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 절차와, 상기 피검사물의 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 절차와, 상기 DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 절차와, 상기 AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 절차와, 상기 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에서 결함 이미지를 검사하는 절차와, 상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 절차와, 상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 절차와, 상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 절차와, 상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 절차를 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에서는 피검사물의 에지면에 대하여 레이저를 조사하고, 이에 따라 에지면에서 산란된 산란광의 강도를 측정하여 피검사물의 에지면에서 발생한 깨짐, 이빠짐 등의 결함과 표면 거칠기를 검사한다. 본 발명은 반도체 웨이퍼나 하드 디스크 등과 같이 디스크 형태를 갖는 피검사물에 적용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 실질적으로 좁고 긴 에지면을 가진 피검사물이라면 어떠한 것이라도 무방하다. 이하에서는 설명의 편의상 피검사물이 반도체 웨이퍼인 경우를 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.
본 발명에 따라 측정되는 산란광의 강도는 산란된 빛의 정도를 나타내는 물리량이며, 이와 밀접한 관련을 갖는 표면 거칠기는 정반사된 빛의 정도를 나타내는 광택도(gloss)와는 반대의 개념이다. 즉, 상대적으로 매끄러운 표면(도 3의 (a) 참조)에서는 산란광의 강도가 정반사광에 비해 작으나, 상대적으로 거친표면(도 3의 (b) 참조)에서는 산란광의 강도가 정반사광에 비해 커지게 되고, 도 4에 도시된 바와 같이 광택도는 표면 거칠기와 반비례하는 특성을 나타낸다. 따라서, 산란광의 강도는 표면 거칠기와 비례관계를 갖게 되므로 산란광의 강도를 이용하면 표면 거칠기를 측정할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 제조된 웨이퍼를 회전시키면서 에지면에 레이저를 조 사하여 웨이퍼의 에지면 둘레, 즉 원주에 따른 산란광의 강도를 측정하는 단계( S100)가 수행되고, 이후 측정된 산란광 강도를 데이터화하여 DC 그래프로 나타내는 단계(S110), DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 단계(S120), AC 그래프에서 문턱전압(Threshold)을 설정하는 단계(S130) 및 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에 대하여 결함 이미지를 검사하는 단계(S140)를 포함하는 결함 검사과정이 진행된다.
산란광 강도를 측정하는 단계(S100)는 웨이퍼를 회전시키면서 에지면에 레이저를 조사하고, 에지면에서 산란된 빛을 타원경을 이용하여 수광소자에 입사시키는 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하나. 이러한 예에 한정되지 않음은 물론이다.
DC 그래프를 작성하는 단계(S110)에서는 웨이퍼를 360도 회전시키면서 웨이퍼의 원주를 따라 레이저를 조사하여 산란된 빛을 수광소자에 받아들이고, 이를 바람직하게 25000개의 전기적 데이터로 변환하여 그래프로 나타낸다. 웨이퍼의 크기에 따라 원주 길이는 변화하지만 검사 데이터 수는 25000개로 동일하게 설정된다.
DC 그래프를 AC 그래프로 변환하는 단계(S120)에서는 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency)를 설정한 후 예컨대, 고역통과필터(High pass filter; HPF)를 적용하여 AC 그래프로 변환하는 처리를 수행한다. 본 발명에 있어서, '필터(filter)'는 필요한 신호만을 골라내거나, 불필요한 신호를 걸러내기(진폭을 감쇠시키기) 위하여 사용하는 전기회로(Electronics circuit)에 해당하며, '차단주파수(cutoff frequency)'는 필터에서 걸러내고자 하는 주파수의 경계로 정의된다.
AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 단계(S130)는 AC 그래프에서 결함 여부를 구분할 수 있는 전압 수준을 설정하는 단계로서, 이에 따라 문턱전압 이상의 높은 신호를 나타낸 것을 결함으로 판정하게 된다.
결함 이미지를 검사하는 단계(S140)에서는 AC 그래프에서 결함으로 판정된 웨이퍼 에지 부분에 대하여 CCD 카메라를 이용하여 이미지를 측정하여 깨짐, 이빠짐 등의 결함 구조를 검사한다.
이상과 같은 과정을 통해 결함 검사가 완료된 후에는 웨이퍼의 에지면에 대하여 표면 거칠기를 검사하는 과정이 진행된다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 작성된 DC 그래프의 X축 단위를 변환하는 단계(S150), DC 그래프를 필터링하는 단계(S160), 웨이퍼의 에지면에 대하여 평가길이 및 사이트를 설정하는 단계(S170) 및 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 단계(S180)가 차례대로 수행된다.
단계 S150에서는 상기 AC 그래프를 사용하는 것도 가능하나, 웨이퍼 에지의 표면상태를 보다 잘 반영할 수 있는 DC 그래프를 사용하는 것이 바람직하다. DC 그래프의 X축 단위변환은 도 6에 도시된 바와 같이 25000개의 데이터 서열이나 각도를 길이단위로 변환함으로써 수행된다. 도 6에서 그래프 (a)와 (b)는 각각 DC 그래프의 X축 단위변환 전, 후를 나타낸다.
DC 그래프의 데이터 서열이나 각도를 길이단위로 변환하는 처리는 웨이퍼 원주를 따라 밀리미터(mm) 단위로 수행하여 공간주파수(spatial frequency)에 따른 산란광 강도의 변화 파악이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, DC 그래프는 웨이퍼의 노치(Notch)나 플랫(Flat)을 기준으로 웨이퍼를 시계반향으로 360도 회전하면서 검사(도 9 참조)함에 따른 25000개의 전기적 데이터를 표현한 것이므로, 0.00144도 회전시마다 1개의 데이터를 검사한 것이다.
중심각(x) 및 웨이퍼 반지름(r)과 원호 길이(L) 사이에는 아래의 수학식 2와 같은 관계식이 성립하므로 수학식 2를 이용하면 DC 그래프를 길이에 따른 산란광 강도로 나타내는 것이 가능하다. 여기서, 웨이퍼를 360도 회전시키면서 검사한 DC 그래프의 X축 길이는 웨이퍼의 크기에 따라 달라지며, 예컨대 200mm 웨이퍼의 X축은 628mm로, 300mm 웨이퍼의 X축은 942mm로 설정된다.
Figure 112007048935909-pat00004
(L: 원호 길이, x: 중심각, r: 웨이퍼 반지름)
DC 그래프를 필터링하는 단계(S160)에서는 차단주파수 범위와 필터 종류에 상응하는 필터링 특성에 따라 표면 거칠기와 무관한 불필요한 노이즈를 제거한다. 여기서, 차단주파수는 요구되는 필터링 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 필터로는 저역통과필터(Low pass filter; LPF), 고역통과필터(High pass filter; HPF), 대역통과필터(Band pass filter; HPF), 대역저지필터(Band reject filter; BRF) 등의 다양한 종류가 채택될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 통상적으로 사용되고 있는 깨짐 및 이빠짐 검사장비의 차단주파수 범위 및 필터 종류와의 상관성을 감안하여, 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터가 사용되거나 차단주파수 범위가 0.01Hz인 고역통과필터가 사용되는 것이 바람직하다. 도 7에는 도 6의 그래프 (b)에 대하여 상기와 같 은 차단주파수 범위와 필터를 적용하여 필터링을 수행한 결과가 나타나 있다.
평가길이 및 사이트를 설정하는 단계(S170)에서는 표면 거칠기를 정량적으로 표현하기 위해 상기 필터링된 DC 그래프에 대하여 도 8에 도시된 바와 같이 일정 평가길이를 적용하고, 도 9에 도시된 바와 같이 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 처리가 수행된다. 이때, 설정된 평가길이에 따라 사이트의 개수는 변화하게 되며, 동일한 평가길이라 하더라도 웨이퍼의 크기에 따라 사이트의 개수가 변화함은 물론이다. 예를 들어, 200mm 웨이퍼에 대하여 8개의 국지적인 사이트로 정의하고자 하는 경우는 평가길이를 78mm로 설정해야 하고, 300mm 웨이퍼에서는 평가길이를 200mm 웨이퍼와 동일한 78mm로 설정하면 약 12개의 국지적인 사이트로 정의된다. 도 9에는 300mm 웨이퍼에 대해 평가길이를 110mm로 설정하여 8개의 국지적인 사이트로 구분한 예가 도시되어 있다.
표면 거칠기 파라미터를 산출하는 단계(S180)에서는 각각의 사이트(site)에 대한 표면 거칠기 파라미터를 산출한다. 이렇게 산출된 표면 거칠기 파라미터를 분석하면 위치에 따른 웨이퍼 에지의 표면 거칠기 열위 파악이 가능하다.
표면 거칠기를 나타내는 파라미터로는 평균 거칠기 Ra(Roughness average)와 제곱평균 거칠기 Rms(Root mean square Roughness)(수학식 1 참조)가 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 열위 파악의 용이성 등을 감안하여 평균 거칠기 Ra를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 평균 거칠기 Ra는 평가길이 내에서 평균선(mean line)으로 검사된 단면곡선(profile) 변위의 높이편차(height deviation) 절대값의 산술평균이며 수학식3과 같이 표현된다.
Figure 112007048935909-pat00005
(L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
평균 거칠기 Ra는 평가길이 내의 거칠기의 평균값이므로, 우연히 나타나는 한 두 개의 이례적인 산(peak)이나 골(valley) 패턴은 평균값에 영향을 주지 않는다. 전술한 수학식 1과 같이 표현되는 제곱평균 거칠기 Rms는 평균 거칠기 Ra와 비슷한 의미를 갖지만 그 계산방법을 달리 한다. 즉, 상기와 같이 평균 거칠기 Ra는 산술평균을 이용해 계산했으나, 제곱평균 거칠기 Rms는 평균선에서 단면곡선의 각 변위까지의 값들을 제곱평균에 대한 제곱근(root mean square; rms)의 방법으로 계산한다.
상기와 같은 표면 거칠기 파라미터는 그 산출방법에 따라 통상의 표면 거칠기 검사장비(예컨대, 'MP2200')에서 산출되는 표면 거칠기 결과와의 상관성이 달라질 수 있다.
이와 관련하여 도 10에는 통상의 레이텍스(Raytex)사 '에지 스캔(Edge scan)' 검사장비를 이용하되, 차단주파수가 0.045Hz인 고역통과필터를 적용하여 산출된 표면거칠기 파라미터 Ra와 통상의 채프먼(Chapman)사 'MP2200' 표면 거칠기 검사장비를 이용하여 산출된 표면 거칠기 파라미터 Rms 간의 상관관계가 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, DC 그래프에 대하여 차단주파수를 0.045Hz인 고역통과필터를 적용한 후 평가길이 및 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 방법으로 표면거 칠기 파라미터 Ra를 산출하여 선형회귀분석 그래프로 나타냈을 때 Ra와 Rms는 상관관계가 없음을 확인할 수 있다.
한편, 도 11에는 통상의 레이텍스(Raytex)사 '에지 스캔(Edge scan)' 검사장비를 이용하되, 차단주파수가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터를 적용하여 산출된 표면거칠기 파라미터 Ra와 통상의 채프먼(Chapman)사 'MP2200' 표면 거칠기 검사장비를 이용하여 산출된 표면 거칠기 파라미터 Rms 간의 상관관계가 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 도 10의 경우와는 달리 상기 Ra와 Rms는, Ra의 값이 증가할수록 Rms도 이에 비례하게 증가하는 일정한 상관관계가 있음을 확인할 수 있다.
이러한 점을 감안할 때, 본 발명은 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터나 차단주파수 범위가 0.01Hz인 고역통과필터를 통상의 웨이퍼 에지 결함 검사장비에 적용함과 아울러, 상술한 바와 같은 DC 그래프 단위변환, DC 그래프 필터링, 평가길이 및 사이트 설정, 표면 거칠기 파라미터의 산출 과정 등을 적용함으로써 웨이퍼 에지면에서 발생한 깨짐, 이빠짐 등의 결함과 표면 거칠기 검사를 간편히 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 상술한 바와 같은 에지 결함 및 표면 거칠기 검사 절차를 수행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(예컨대, 하드 디스크, CD롬, 플래쉬 메모리 등)가 제공될 수 있다. 이 기록매체는 예컨대, 레이텍스(Raytex)사의 '에지 스캔(Edge scan)'과 같은 에지 결함 검사장비에 탑재되어 판독됨으로써 에지 결함 검사와 표면 거칠기 검사 기능을 모두 제공하게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면 피검사물의 에지면에 대한 산란광 강도를 측정하여 깨짐, 이빠짐 등의 결함을 검사한 후, 이어서 그래프의 변환, 필터링, 표면 거칠기 파라미터 산출 등의 과정을 통해 표면 거칠기 검사를 수행할 수 있다. 이러한 본 발명은 종래에 널리 사용되고 있는 에지 검사장비에 그대로 적용되어 단일 장비만으로도 에지 결함과 표면 거칠기 검사를 모두 수행할 수 있으므로 장비의 효율성을 높일 수 있으며, 특히 웨이퍼의 검사절차를 간소화하여 시간 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 국지적인 영역에서만 검사가 가능했던 종래의 표면 거칠기 검사장비와는 달리 웨이퍼 에지의 모든 면에 대한 표면 거칠기를 검사할 수 있으므로 웨이퍼 에지면의 품질 예측 및 향상에도 기여할 수 있다.

Claims (15)

  1. (a) 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 피검사물의 에지 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 단계;
    (c) 상기 DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 단계;
    (d) 상기 AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 단계;
    (e) 상기 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에서 결함 이미지를 검사하는 단계;
    (f) 상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 단계;
    (g) 상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 단계;
    (h) 상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 단계; 및
    (i) 상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 단계;를 포함하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피검사물은 반도체 웨이퍼이고,
    상기 단계 (f)에서,
    Figure 112007048935909-pat00006
    (L: 원호 길이, x: 중심각, r: 웨이퍼 반지름)
    으로 표현되는 수학식을 이용해 상기 길이단위로 변환하는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (g)에서,
    상기 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터(Band pass filter)를 사용하는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (g)에서,
    상기 차단주파수가 0.01Hz인 고역통과필터(High pass filter)를 사용하는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (i)에서,
    상기 표면 거칠기 파라미터는,
    Figure 112007048935909-pat00007
    (L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
    으로 표현되는 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법.
  6. 피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 제1단계;
    상기 피검사물의 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 제2단계;
    상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 제3단계;
    상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 제4단계;
    상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 제5단계; 및
    상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 제6단계;를 포함하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피검사물은 반도체 웨이퍼이고,
    상기 제3단계에서,
    Figure 112007048935909-pat00008
    (L: 원호 길이, x: 중심각, r: 웨이퍼 반지름)
    으로 표현되는 수학식을 이용해 상기 길이단위로 변환하는 것을 특징하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제4단계에서,
    상기 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터(Band pass filter)를 사용하는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제4단계에서,
    상기 차단주파수가 0.01Hz인 고역통과필터(High pass filter)를 사용하는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제5단계에서,
    상기 표면 거칠기 파라미터는,
    Figure 112007048935909-pat00009
    (L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
    으로 표현되는 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 피검사물의 에지 표면 거칠기 검사방법.
  11. 레이저를 이용하여 피검사물의 에지 표면을 검사하는 장비에 탑재되어 판독되는 기록매체에 있어서,
    피검사물의 에지 표면에 레이저를 조사하고 그에 따른 산란광의 강도를 측정하는 절차와,
    상기 피검사물의 둘레에 대하여 데이터 서열 또는 각도에 따른 산란광 강도를 DC 그래프로 나타내는 절차와,
    상기 DC 그래프를 필터링하여 AC 그래프로 변환하는 절차와,
    상기 AC 그래프에 대하여 문턱전압을 설정하는 절차와,
    상기 문턱전압보다 높은 신호를 나타내는 위치에서 결함 이미지를 검사하는 절차와,
    상기 DC 그래프의 데이터 서열 또는 각도를 길이단위로 변환하는 절차와,
    상기 길이단위로 변환된 DC 그래프에 대하여 차단주파수(Cutoff frequency) 범위 및 적용 필터(filter)를 설정하여 필터링하는 절차와,
    상기 필터링된 그래프에서 평가길이를 설정한 후 복수의 국지적인 사이트를 정의하는 절차와,
    상기 각각의 사이트에 대해 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 절차를 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  12. 제11항에 있어서,
    Figure 112007048935909-pat00010
    (L: 원호 길이, x: 중심각, r: 웨이퍼 반지름)
    으로 표현되는 수학식을 이용해 상기 길이단위로 변환하는 절차를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 차단주파수 범위가 0.01~0.4Hz인 대역통과필터(Band pass filter)를 설정하여 필터링하는 절차를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 차단주파수가 0.01Hz인 고역통과필터(High pass filter)를 설정하여 상기 필터링하는 절차를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    Figure 112007048935909-pat00011
    (L: 평가길이, Z: 단면곡선 변위의 높이편차, N: 변위의 개수)
    으로 표현되는 수학식을 이용해 상기 표면 거칠기 파라미터를 산출하는 절차를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004325389A (ja) 2003-04-28 2004-11-18 Renesas Technology Corp 端部検査装置
KR20070065725A (ko) * 2005-12-20 2007-06-25 주식회사 실트론 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법

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