KR100852177B1 - 웨이퍼 표면 결함 검사방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 표면 결함 검사방법이 개시된다. 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법은 파티클 카운터에 미분간섭(differential interference contrast, DIC) 모드를 적용하여 웨이퍼의 결함 후보 영역을 선정하는 단계 및 결함 후보 영역을 미분간섭 현미경으로 검사하여 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계를 갖는다. 그리고 결함 후보 영역을 선정하는 단계와 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계 사이에 웨이퍼의 결함 후보 영역의 주변에 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다. 본 발명에 따르면, 미분간섭 현미경을 통한 직접적 관찰 이전에 미분간섭 모드가 적용 가능한 파티클 카운터로써 결함 후보 영역을 선정하므로, 보다 신속하고 정확한 결함의 검사가 가능하게 된다. 또한, 결함 후보 영역 주변에 패턴을 형성하여 경계를 명확히 하면 포커싱하기에 용이하므로 신속한 결함 검사가 가능하게 된다.
DIC, SP1, 파티클 카운터, 미분간섭 현미경, 패터닝

Description

웨이퍼 표면 결함 검사방법{Method for surface inspection on wafer}
본 발명은 웨이퍼 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이퍼의 결함 검사방법에 관한 것이다.
최근 반도체 기술이 급속하게 발전함에 따라 웨이퍼 제조공정에서 발생되는 공정 불량을 방지하고, 생산 수율을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 반도체 소자의 고집적화에 의해 한 장의 웨이퍼 상에는 수백 내지 수천만 개에 달하는 반도체 칩이 탑재되고 있다. 따라서 웨이퍼 제조공정에서 발생되는 웨이퍼 자체의 결함에 대한 검사와 정확한 해석이 필요하다.
통상, 반도체 웨이퍼는 초크랄스키 방법을 이용하여 단결정 잉곳(ingot)을 성장시킨 후, 이 단결정 잉곳을 결정 성장 방향에 수직하게 절단하는 슬라이싱(slicing), 슬라이싱 중에 가해진 손상을 완화시키기 위한 래핑(lapping), 거친 웨이퍼 표면을 고도의 평탄도를 갖도록 하는 폴리싱(polishing) 등을 거쳐서 제조된다. 이와 같이 웨이퍼의 제조를 위해 여러 공정이 수행될 때 웨이퍼에 결함이 발생할 수 있다. 결함들은 파티클(particle), 홈(pit), 돌출부(jut), 이 빠짐 (chip), 깨짐(fracture), 스크래치(scratch) 등이 있다. 이러한 결함들을 검사하는 장비는 결함들의 크기에 따라 상이하게 다르다.
결함의 크기에 따른 검사장비를 살펴보면, 수 마이크로미터의 크기와 수십 나노미터의 z축(웨이퍼 깊이 방향) 단차를 가지는 결함은 분해능이 뛰어난 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM), 원자현미경(atomic force microscope, AFM), 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 등으로 검사가 가능하다. 또한 반도체 업계와 웨이퍼 업계에서 파티클 카운터(particle counter)로 널리 상용되고 있는 SP1의 암시야(dark field)법을 통해서도 검사가 가능하다.
그리고 수십 내지 수백 마이크로미터의 크기와 수십 나노미터의 z축 단차를 가지는 결함은 광학 현미경(optical microscope), 일방 투명경(magic mirror) 또는 나노토포그래피(nanotopography)를 이용하여서도 검사가 가능하다.
그러나 수백 마이크로미터의 크기와 수 나노미터의 z축 단차를 가지는 결함의 경우에는 검사가 용이치 않다. 주사전자현미경은 우수한 초점 심도(depth of focus, DOF)를 가져서 수 나노미터의 단차를 가지는 결함을 검사하기에 용이치 않고 원자현미경은 가로 방향의 협소한 측정 영역을 가지므로 수백 마이크로미터의 크기를 갖는 결함을 검사하기에 용이치 않다. 그러나 미분간섭(differential interference contrast, DIC) 현미경을 이용하면 상기의 결함을 검사할 수 있다.
미분간섭 현미경은 빛의 간섭을 이용하여 지금까지는 평면상으로만 보이던 물체를 입체적으로 보이도록 고안된 현미경이다. 미분간섭 현미경은 편광현미경을 기초로 하여, 광원으로부터 방출된 빛은 편광판을 통과하여 일정 방향으로 진동하 는 빛만이 통과된다. 그리고 이 빛이 다시 2중 굴절프리즘(Normaski Prism)을 통과할 때 프리즘의 특성으로 인하여 진동에 의한 한 방향의 빛과 굴절에 의한 다른 빛으로 분리된다. 이 두 빛이 물체에 부딪친 후 다시 반대 작용을 하는 특수프리즘에 의하여 합쳐지면서 간섭현상이 생긴다. 미분간섭 현미경은 샘플의 높고 낮은 공간 파장에 대한 광경로 차를 명암차로 나타내고 이를 이미지화하여 물체의 높낮이 식별이 곤란한 물체를 검사하는 데 사용된다.
수 나노미터의 z축 단차를 가지는 결함들을 미분간섭 현미경, 나노토포그래피 및 일방 현미경으로 관찰한 사진들을 도 1a 내지 도 2c에 나타내었다. 도 1a 내지 도 1c는 트렌치(trench)라고 불리는 결함을 각각 미분간섭 현미경, 나노토포그래피 및 일방 투명경을 이용하여 관찰한 사진들이고, 도 2a 내지 도 2c는 링 형태의 블로치(blotch)라고 불리는 결함을 각각 미분간섭 현미경, 나노토포그래피 및 일방 투명경을 이용하여 관찰한 사진들이다. 도 1a 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이 트렌치(110)나 블로치(210)를 미분간섭 현미경으로는 검사가 가능하나, 나노토포그래피나 일방 투명경을 이용하는 경우에는 검사가 되지 않음을 알 수 있다.
종래의 미분간섭 현미경을 이용한 결함 검출 방법은 다음과 같다. 우선 미분간섭 현미경에 웨이퍼를 로딩하고, 대략적인 결함의 분포 영역을 검사한다. 그리고 대략적인 결함 분포 영역에서 최적의 검사 조건을 설정하여 검사한다. 이와 같은 방식으로 수백 마이크로미터의 크기와 수 나노미터의 z축 단차를 가지는 결함을 검사할 수 있다.
그러나 종래의 방법을 이용할 경우, 사전에 결함을 예측할 수 없기 때문에 대략적인 결함 분포 영역을 파악하기 위해 여러 번 시행착오를 겪어야 하므로 많은 시간과 노력이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 대략적인 결함 분포 영역을 파악하였다고 하더라도 수 나노미터의 단차를 가지는 결함은 포커싱(focusing) 하기가 매우 힘들기 때문에 포커싱을 위해서 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 결함의 분포와 밀도를 손쉽게 예측 가능하고, 포커싱을 용이하게 할 수 있는 웨이퍼 표면 결함 검사방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법은 파티클 카운터에 미분간섭(differential interference contrast, DIC) 모드를 적용하여 웨이퍼의 결함 후보 영역을 선정하는 단계; 및 상기 결함 후보 영역을 미분간섭 현미경으로 검사하여 상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법에 있어서, 상기 결함 후보 영역을 선정하는 단계와 상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계 사이에 상기 웨이퍼의 결함 후보 영역의 주변에 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 미분간섭 현미경을 통한 직접적 관찰 이전에 미분간섭 모드가 적용 가능한 파티클 카운터로써 결함 후보 영역을 선정하므로 보다 신속하고 정확한 결함의 검사가 가능하게 된다. 따라서 결함의 분포와 밀도를 손쉽게 알 수 있다. 또한, 결함 후보 영역 주변에 패턴을 형성하여 경계를 명확히 하면 포커싱하기에 용이하므로 신속한 결함 검사가 가능하게 된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선 미분간섭 모드가 적용 가능한 파티클 카운터를 이용하여 결함 후보 영역을 선정한다(S310). 이를 위해, 본 실시예에서는 미분간섭 모드가 적용 가능한 파티클 카운터의 일종으로 KLA-Tencor사의 surfscan 장비인 SP1 장치를 이용한다. SP1 장치는 일반적으로 레이저 스캐터링(laser scattering) 원리를 이용하여 파티클, 홈, 돌출부와 같은 결함을 검출하는 장비로 암시야(dark field)법을 이용하여 주로 결함들을 검출한다. 그러나 z축(웨이퍼 깊이방향)으로 나노미터의 단차를 갖는 결함들은 도 4a에 나타낸 바와 같이 미분간섭 모드를 적용하더라도 암시야법으로는 검출되지 않는다. 그러나 명시야(bright field)법에 미분간섭 모드를 적용하게 되면 도 4b에 나타낸 바와 같이 결함 후보 영역으로 정의할 수 있는 결함들이 검출된다. 다만 명시야법으로 결함들이 검출되더라도 이는 결함의 대략적인 분포나 밀도 등을 알 수 있게 될 뿐이고, 결함의 종류, 형태 및 이미지 등을 파악하기는 어렵다.
이와 같이 미분간섭 모드가 적용 가능한 파티클 카운터를 이용하게 되면, 종 래 미분간섭 현미경을 통해 여러 번의 시행착오를 통하는 것에 비해 훨씬 신속하고 정확하게 결함 후보 영역을 선정할 수 있다. 또한 결함의 대략적인 분포나 밀도를 알 수 있게 되어, 후술할 미분간섭 현미경으로 결함의 종류나 이미지를 파악하기에 용이하게 된다.
다음으로, 파티클 카운터를 이용하여 선정한 결함 후보 영역 주변에 패턴을 형성한다(S320). 그리고 미분간섭 현미경으로 결함 후보 영역을 관찰하여 웨이퍼에 형성된 결함을 검사하여 결함을 검출한다(S330).
상술한 바와 같이 본 발명에서 검출하고자 하는 결함은 수십 마이크로 미터의 크기와 수 나노미터의 z축(웨이퍼 깊이방향)의 단차를 갖는 것이므로, 포커싱하기가 용이하지 않다. 그러나 패터닝을 하게 되면, 패턴 영역은 결함에 비해 단차가 두드러지므로 포커싱하기가 용이하다. 따라서 우선 패턴 영역에 초점을 맞추고 그에 따라 패턴 영역 주변에 있는 결함은 미세 조정을 거치면 정확하게 포커싱을 할 수 있게 되어, 이러한 과정 없이 결함에 바로 포커싱을 하는 것에 비해 신속하게 포커싱을 하는 것이 가능하게 된다. 또한 패턴이 없는 경우에 비해 보다 정확하게 포커싱을 하는 것이 가능하여 정확한 이미지를 구현할 수 있게 된다. 다만 패터닝 없이 포커싱하는 것이 용이하다면 패터닝을 하지 않고 미분간섭 현미경으로 결함을 검사하는 것도 가능하다.
패터닝은 포토 레지스트의 노광 및 현상을 이용하는 일반적인 리쏘그라피(lithography) 공정을 통해서 이룰 수 있다. 패터닝은 결함의 경계가 불분명한 결함들을 용이하게 포커싱하기 위함이므로, 도 5에 도시된 바와 같이 검사하고자 하는 결함 후보 영역(510) 주변에 별도의 박막을 패턴(520)을 형성한다. 이때의 패턴(520)은 별도의 박막을 증착하고 에칭하여 형성할 필요 없이 단차가 있는 패턴이면 가능하므로 포토 레지스트 패턴이면 된다. 따라서 간단하게 포토 레지스트만을 스핀 코팅하고 노광 및 현상하여 포토 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이때 형성된 패턴(520)이 결함 후보 영역(510) 상에 형성되면 결함의 이미지를 얻는데 부적절하므로 패턴(520)은 결함 후보 영역(510)의 주변에 형성하는 것이 바람직하다.
도 6a 내지 도 7b는 웨이퍼를 미분간섭 현미경으로 측정한 사진들로서, 도 6a 및 도 7a는 패턴 없이 측정한 사진들이고, 도 6b 및 도 7b는 결함 주변에 패턴을 형성한 후 측정한 사진들이다. 도 6a 및 도 6b는 트렌치(610a, 610b)를 관찰한 사진들이고, 도 7a 및 도 7b는 블로치(710a, 710b)를 관찰한 사진들이다.
도 6a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 패턴 없이 결함(610a, 710a)을 측정한 사진들(도 6a, 도 7a)도 결함을 관찰할 수는 있으나 명확하지는 않다. 반면에 패턴을 형성한 후 결함(610b, 710b)을 측정한 사진들(도 6b, 도 7b)은 결함이 명확하게 관찰된다. 따라서, 패터닝을 하면, 신속하게 포커싱을 할 수 있을 뿐 아니라 정확하게 포커싱을 할 수 있게 되어 관찰되는 결함이 명확하게 되는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1a 내지 도 1c는 트렌치(trench)에 해당하는 결함을 각각 미분간섭 현미경, 나노토포그래피(nanotopography) 및 일방 투명경(magic mirror)을 이용하여 관찰한 사진들이다.
도 2a 내지 도 2c는 링 형태의 블로치(blotch)에 해당하는 결함을 각각 미분간섭 현미경, 나노토포그래피 및 일방 투명경을 이용하여 관찰한 사진들이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 결함 검사방법의 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4a는 SP1 파티클 카운터에 암시야 미분간섭 모드를 적용하여 웨이퍼를 검사한 사진이다.
도 4b는 본 발명에 따라 SP1 파티클 카운터에 명시야 미분간섭 모드를 적용하여 선정된 웨이퍼의 결함 후보 영역을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 웨이퍼의 결함 후보 영역 주변에 형성된 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 7b는 웨이퍼를 미분간섭 현미경으로 측정한 사진들로서, 도 6a 및 도 7a는 패턴 없이 측정한 사진들이고, 도 6b 및 도 7b는 결함 주변에 패턴을 형성한 후 측정한 사진들이다.

Claims (6)

  1. 파티클 카운터에 미분간섭(differential interference contrast, DIC) 모드를 적용하여 웨이퍼의 결함 후보 영역을 선정하는 단계; 및
    상기 결함 후보 영역을 미분간섭 현미경으로 검사하여 상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계;를 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결함 후보 영역을 선정하는 단계와 상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계 사이에 상기 웨이퍼의 결함 후보 영역의 주변에 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴은 포토 레지스트 패턴인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결함 후보 영역을 선정하는 단계는,
    상기 파티클 카운터에 명시야(bright field) 미분간섭 모드를 적용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계는,
    상기 웨이퍼의 깊이 방향으로 수십 나노미터의 단차를 가지는 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 결함을 검출하는 단계는 수백 마이크로미터의 크기를 가지는 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 결함 검사방법.
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