KR101408597B1 - 기판상의 표면결점 검출방법 및 그 방법을 사용하는 표면결점 검출장치 - Google Patents

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Abstract

기판상의 결점검출 방법 및 그 방법을 사용한 장치이며, 전자소자, 광전자소자 및 아날로그 전자소자를 설계하는데 사용되는 기판(2) 상에 생성되는 슬립라인과 같은 표면결점을 검출하는 방법은적어도 아래의 스템으로 구성되며; - 기판표면에서 반사되는 줄무늬를 생성하기 위하여 기판상에 밝은 줄무늬와 검은 밴드가 반복되게 구성한 패턴을 기판에 주사하는 단계; - 상기 기판 상에 주사된 줄무늬 패턴을 치환하기 위하여 적어도 한 방향을 따라 기판(2)과 패턴의 상대적 변위를 얻는 단계; - 이미지를 센서(8)로 기판(2)에서 반사되는 줄무늬 패턴의 변위에 해당하는 패턴 이미지를 한 시컨스에서 적어도 3개를 획득하는 단계; 줄무늬 패턴의 변위를 이용하여 기판표면의 기울기를 결정 판단하는 단계; - 기판(2) 표면의 기울기 편차를 이용하여 기판(2)상에서 표면결점의 존재 여부를 판단하는 단계로 구성되어 있다. 발명의 다른 목적은 상기 방법을 사용한 장치와 관련되어 있다.
슬립라인, 표면결점, 줄무늬 패턴, 변위

Description

기판상의 표면결점 검출방법 및 그 방법을 사용하는 표면결점 검출장치{Method for Detecting Surface Defects on a Substrate and Device Using Said Method}
본 발명은 반도체 기판 상에서 결점 및 결점의 위치를 검출하되, 특히, 단결정의 기판 상에서 결정의 미세(micro)결점들을 검출하는데 적합하도록 설계 제작된 기판상의 결점들을 검출하는 방법 및 그 방법을 채용한 장치에 관한 것이다.
반도체 기판의 표면결점은 반도체기판의 제조공정 중에 발생하게 되며, 예를 들면, SOI(Silicon On Insulator)기판은 마이크로 전자공학, 광전자공학 등의 응용분야에 특별한 목적으로 이용되고 있다.
상기 기판은 스마트 컷(smart cut) 와 연속적인 열처리 공정에 의하여 제조되어 지며. 열처리를 하는 동안에, 기판은 온도변화 및 소성변형에 영향을 받게 되고, 이러한 영향은 기판의 활성영역에 슬립라인(slip line)이라고 부르는 표면결점을 형성하여 기판의 질을 떨어뜨리는 원인이 된다.
SOI 기판은 열처리 동안에 일정 장소에 고정 지지되어 있으며, 예를 들면, 환형지지 또는 3개 또는 4개의 베어링포인트에 의하여 지지되어 있다. 높은 온도에서의 열처리 단계에서는 1,000℃를 초과하는 온도에서 기판을 지지하기 위하여 기판에 강한 힘을 가해서, 특히 전단응력에 대하여 지탱하여야 한다. 이러한 힘은 기판을 변형시키고 균열 후 슬라이딩에 의하여 파생되는 결정 기판의 균열 면을 형성하는 원인이 되어 슬립라인에 해당하는 형상이 기판에 생성될 수 있다. 시프트의 크기는 나노메터의 정도이며, 이것은 기판표면 상에 동일한 크기(dimension)로 생성된다. 이것은 기판의 가장 두꺼운 부분이 교차되어 생성되거나 때로는 기판의 뒷면으로부터 앞면까지 발생하기도 한다.
예를 들면, 양질의 SOI형태의 기판은 1,100℃ 또는 이보다 높은 1200℃에서 열처리가 이루어지며, 이것은 슬립라인 결점의 원인되며, 특히, 열처리동안에 기판과 기판을 지지하는 서포트사이와 인접한 접촉영역에서 발생한다.
하나의 예로, 아마추어 서포트는 3 베어링포인트를 가진 서포트를 사용하여 열처리를 하는 동안에 베어링포인터와 직면한 기판의 베어링이 위치하는 영역에 전형적으로 기판의 주변으로 슬립라인이 나타나게 된다. 스립라인은 절연체 상의 단결정 실리콘의 질을 떨어뜨릴 것이고, 결과적으로 이후 이 기판으로 제조되는 전자소자의 질을 떨어뜨리게 된다.
이러한 결점들은 SOI형태의 헤테로기판 상에서는 관찰되지 않고, 다른 형태의 기판 즉, 동질의 단결정 실리콘 기판에서 발생한다.
시장성을 가진 고품질의 기판을 유지하기 위하여서는, 통상의 공정으로 제조과정에서 발생하는 임의의 슬립라인을 찾아내기 위하여 이들 기판을 검사한다.
한 번의 검출기술을 사용하여 모든 슬립라인을 신속하고 정확하게 검출하는 것은 매우 어렵다.
산업현장에서 통상적으로 사용되는 여러 가지 기술이 있고, 그 결과를 비교 해 본다면, 한 번에 모든 슬립라인을 찾아내는 기술은 없으며, 특히 기판의 주변에 생성된 슬립라인은 더욱 그러하다. 기판의 표면에 반사 및/또는 산란되는 빔을 검출하는 기술들은 웨이퍼의 가장자리가 둥글기 때문에 빛을 수집 검출할 수 없기 때문에 기판의 가장자리 부분에는 적용할 수 없다. 그러므로 기판의 가장자리 주변 수 밀리미터는 슬립라인의 생성유무를 분석할 수 없다.
그러므로, 한 번의 측정으로 모든 슬립라인과 예를 들면 표면에 존재하는 홀(hole)들과 같은 다른 모든 결점들을 광학적인 방법에 의하여 검출할 수 있는 검사 장치를 구현하는데 있다.
또한, 정확하게 기판 상에 존재하는 슬립라인 및 점 등의 모든 결점들을 광학적으로 검출할 수 있는 성능이 우수하고 복잡한 실험장비가 있으나, 이러한 장치는 매우 고가이고, 시간당 약 7개의 기판만을 검사할 수 있다.
산업형장에서는 시간당 50내지 100개를 검출할 수 있는 장비를 필요로 하고, 이는 서로 양립되는 문제점이 있다.
대부분의 기판 상의 슬립라인의 검출을 위한 방법은 기판 상에 레이저소스에서 발광되는 편광된 간섭성 빛이 발사되도록 구성하고, 광검출기로 기판으로부터 반사되는 빛을 검출하도록 구성되어 있다. 이 방법은 레이저에서 발생된 빔이 기판의 표면에서 반사할 때, 빛이 결점들에 의하여 산란하게 되며, 광 검출기에서는 산란된 빛을 검출하여 정량화하게 된다.
이러한 방법은 예를 들면 일본 특허 JP4042945와 JP60122358에 개시되어 있다.
이러한 방법들은 아주 긴 개발시간이 소요되고, 비효율적인 단점이 있으며, 작은 크기의 슬립라인을 검출할 수 없는 단점이 있다. 특히, 둥근 형상의 기판의 가장자리 부분에서 반서되는 빛을 만족스럽게 수집할 수 없어서 기판의 가장자리에 생성된 슬립라인을 검출할 수 없다.
일본특허 JP3150859 역시 반도체 기판의 슬립라인의 검출방법이 개시되어 있으며, 그 내용은 기판이 컨버터와 연결된 텔레비전 카메라를 구비한 차등간섭 마이크로스코프의 아래에 위치하도록 구성되어 있다. 상기 컨버터는 카메라로부터 얻은 비디오신호를 전기적인 전류신호로 변환하고, 설정된 결점검출 전류와 비교한다. 기판은 기판 전체를 검사하기 위하여 적어도 마이크로스코프 중심라인과 직교하는 두 방향을 따라서 치환되도록 구성되어 있다.
이 방법의 단점은 첫째로 단지 커다란 슬립라인을 검출하는데 사용할 수 있고, 두 번째로 검사시간이 많이 소요되고, 분석된 기판의 이동 시간이 제한되어 있다.
일본특허출원 JP2001/124538에는 슬립라인과 같은 반도체 웨이퍼 표면에 발생하는 결점을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 내용이 개시되어 있다. 이 방법에는 기판의 표면에서 반사되는 밝은 줄무늬(light fringe)를 생성하기 위하여 기판 상에 밝은 줄무늬 및 검은 밴드가 교차로 형성된 패턴을 주사하는 단계를 포함하고 있다. 결과적으로, 기판에서 반사된 패턴이미지는 CCD 센서에 의하여 캡쳐되고, 캡쳐된 결점은 디스플레이 스크린 상에서 시각적으로 검출되어진다.
이 방법은 작은 결점을 검출하는데 비효율적이며, 검출자들의 실수가 발생할 수 있다.
종래기술인 US 2001/0033386에는 목표물 표면에서 반사되는 밝은 줄무늬(fringe)를 생성하기 위하여 기판 상에 밝은 줄무늬 및 검은 밴드가 교대로 반복 형성된 패턴을 주사하는 단계를 포함하고, 목표물의 표면결점을 검출하는 광시스템이 개시되어 있고, 목표물과 패턴의 상대적인 변위를 얻는 단계, 목표물에 의하여 반사된 패턴 이미지 3개를 순서로 인식하는 단계 및 US6,750,899에 따라 이미징 기능으로 높이를 결정하는 단계를 포함하고 있다. 높이는 줄무늬(fringe)의 상대적인 상변화의 함수로부터 각각의 이미지픽셀에 대하여 결정되어 진다.
이 방법은 작은 결점을 검출하는데 비효율적인 단점이 있다.
더구나, 이 모든 방법들은 스마트컷 프로세서를 사용하여 층을 분리하거나 전이하는 단계를 포함하는 제조공정 동안에 발생할 수 있는 비전이 존(non-transfer zone, ZNT)이라 불리는 결점들을 효율적으로 검출할 수 없다. 이러한 ZNT 존들은 이 발명에 속하는 기술분야의 당업자라면 분자결합이 분리 메커니즘에 의하여 효율적으로 작용하지 않고 이러한 영역에서는 전이가 잘 일어나지 않는다. 기판의 가장자리에 있는 ZNT 존들은 항상 검출되지 않으며, 특히 기판의 가장자리가 둥글게 형성되어 있기 때문에 측정할 수 없다. 앞서 살펴본 바와 같이 상기 결점을 검출하는 기술은 ZNT 존에서의 결점 검출이 효율적이지 못하다.
본 발명의 목적 중에 하나는 반도체 기판에서 표면결점을 검출하기 위한 기술을 제안함에 있어 이러한 단점을 극복하고, 가격이 저렴하게 장치를 설계하며, 30초보다 짧은 시간 내에 작은 슬립라인을 신속하게 검출하는 수단을 공급하는데 있다. 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위하여 전자소자, 광전자소자 또는 아날로그 전자소자의 설계를 위하여 사용되는 기판상의 슬립라인과 같은 표면결점을 검출하는 방법의 사용이 제안되었으며, 그 방법은 놀랄만 하며, 적어도 아래의 스텝으로 구성되어 진다.
- 기판 표면에서 반사되는 빛에 의하여 줄무늬(fringe)를 생성하기 위하여 기판 상에 밝은 줄무늬 및 검은 밴드가 교대로 형성된 패턴을 주사하고,
- 기판 상의 줄무늬 패턴(fringe pattern)의 변위를 검출하기 위하여 적어도 한 방향을 따라서 기판과 패턴의 상대적인 변위를 검출하며,
- 센서를 사용하여 기판에서 반사되는 적어도 3 패턴이미지들을 연속적으로 획득하고, 획득되는 이미지에서 줄무늬패턴의 변위에 해당하는 것을 검출함,
- .줄무늬패턴의 변위를 사용하여 기판표면의 변화여부를 결정하며,
- 보다 바람직하게는, 줄무늬패턴들은 서로 평행되고, 나아가 기판의 첫 번째 주요한 결정축과 평행되고 및/또는 기판의 두 번째 주요한 결정축과 평행되게 한다.
이점으로는, 첫 번째 순서의 이미지는 패턴을 주사함에 의하여 얻어지며, 줄무늬들은 서로 평행되고, 나이가 기판의 첫 번째 주요 결정축과도 평행되게 하며, 상기 플랜지들은 상기 플랜지의 방위와 직교되는 방향을 따라서 변위가 일어난다. 이미지의 두 번째 순서는 플랜지가 평행되게 형성되도록 패턴을 주사함에 의하여 얻어지고, 나아가 기판의 두 번째 주요한 결정축과도 평행되며, 상기 플랜지들은 플랜지들의 방위와 직각되는 방향을 따라서 변위가 일어난다.
부가적으로, 본 발명에 따른 방법은 기판표면의 기울기에서 편차로부터 결정되는 결점들 공간의 위치를 결정하는 단계를 구비한다.
결점들 공간의 위치는 설정된 문특 값과 동일하거나 보다 큰 곡률반경을 가진 기판 표면의 점을 결정함에 의하여 정하여지며, 공간의 분포가 기판의 평균과의 통계적인 차이에 의하여 얻을 수 있다.
결점 공간의 위치는 기판 상의 기준 점을 사용함에 의하여 정하여진다.
이를 이루기 위하여, 기판은 기준점을 형성하기 위하여 평판디스크의 주변에 반지름방향으로 새낌눈이 형성된 평판디스크로 구성되어 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 방법은 발명의 이점으로 검출된 표면결점들의 성질을 결정하는 단계가 포함되어 있다.
표면결점들의 성질은 각 검출된 표면결점의 크기 및/또는 길이 및/또는 모양 및/또는 방위를 결정함에 의하여 얻어진다.
패턴 및/또는 기판은 둘이 직교하는 방향으로 움직인다.
본 발명에 따른 검출장치는 전자소자, 광전자소자 또는 아날로그 소자의 설계에 사용되는 기판 상의 슬립라인형태의 결점과 같은 표면결점의 검출을 위한 장치와 관련된 발명의 다른 목적은 놀랄만하며, 장치의 구성은 연속적으로 밝은 줄무늬 및 검은 밴드가 교차로 형성된 패턴을 주사하는 수단, 기판에서 반사되는 줄무늬의 변위를 기록할 수 있는 하나의 센서와, 적어도 한 방향을 따라 기판과 패턴의 상대적인 변위를 찾아내는 수단, 패턴 줄무늬들의 변위를 사용하여 기판표면의 기울기를 결정하는 수단 및 기판표면 기울기의 편차를 사용하여 기판상의 표면결점의 존재를 결정하는 수단으로 구성되어 있다.
패턴을 주사하는 상기 수단은 밝은 줄무늬와 검은 밴드가 반복되는 순서로 구성되어 나타나는 이미지 상의 스크린으로 구성되어 있다. 상기 기판과 패턴의 상대적인 변위를 결정하는 상기 수단은 밝은 줄무늬와 검은 밴드를 보정하기 위하여 스크린으로 전송되는 비디오 신호를 처리하기 위한 알고리즘으로 구성되어 있다. 옵셋은 반 픽셀에서 다수의 픽셀사이에서 균일한 주기 또는 비 균일한 주기가 되도록 스크린, 기판 및 센서가 고정시킨다.
더욱 바람직하게는, 상기 센서는 CCD 센서로 이루어진 디지털 카메라로 구성되어 진다.
기판표면의 곡률반경 및/또는 기울기를 결정하는 상기 수단은 센서에 의하여 전송된 신호를 사용하여 기판표면의 각 점에서의 줄무늬 패턴들의 상 옵셋을 계산할 수 있는 알고리즘(첫 번째)으로 구성되어 있다.
표면결점의 존재여부를 결정하는 상기 수단은 첫 번째 알고리즘에 의하여 계산된 상 옵셋(phase offset)을 사용하여 기판의 표면상의 각 점에서 곡률반경 및/또는 기울기의 편차를 계산할 수 있는 두 번째 알고리즘으로 구성되어 있다.
부가적으로, 본 발명에 따른 장치는 기판표면에 결점공간의 위치를 결정하는 수단을 구비하고 있다.
기판표면에 결점공간의 위치를 결정하는 수단은 상기 기판의 표면상에 각 포인트의 횡좌표와 종좌표를 계산할 수 있는 알고리즘으로 구성되며, 보다 구체적으로 설정된 문특 값과 동일하거나 보다 큰 곡률반경을 가진 기판 표면의 점을 결정함에 의하여 정하여지며, 공간의 분포가 기판의 평균과의 통계적인 차이에 의하여 얻을 수 있다.
기판 상에 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위하여 장치는 기판의 표면과 평행되게 유체의 라미나흐름(laminar flow)을 생성하는 수단 및/또는 수직으로 상기 기판을 지지하는 수단 등의 유리한 장점을 구비하고 있다.
다른 이점 및 특성은 본 발명에 따른 상기 방법을 사용한 장치와 기판상의 표면 결점 검출을 위한 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 기재된 무제한의 실 시예를 이해함으로써 보다 더 명백해질 것이다.
도1은 본 발명에 따른 기판의 표면결점을 검출하기 위한 장치를 개략도
도2는 본 발명에 따른 장치에서 패턴을 도시한 도면
도3은 본 발명에 따라 검출된 결점 위치의 결정을 위한 기준점을 구비한 기판상단의 모양- 도4는 도2에서 제시된 패턴에서 빛의 강도의 분포를 나타낸 그래프
도5는 본 발명에 따라 제작된 장치의 패턴에서 빛 강도의 분포변화를 나타낸 그래프
도6은 본 발명에 따라 제작된 장치의 패턴에서 빛 강도의 두 번째 화를 나타낸 그래프
도7은 본 발명에 따라 기판에서 결점 검출을 위한 방법을 단계별로 도시한 다이야그램
<도면 부호의 간단한 설명>
1 ; 주사수단, 2 ; 기판, 3 ; 패턴, 4; 줄무늬, 5; 검은 밴드, 6 ; 스크린, 7 ; 컴퓨터 8 ; 센서
도1과 도2에서, 본 발명에 따른 장치에는 기판 상에 검은 밴드5와 연속적인 밝은 줄무늬4의 반복으로 구성된 도2에 나타난 상기 패턴3을 주사하는 주사수단1을 구비하고 있다.
기판2는 도면에 나타나 있지 아니하지만 지름300㎜ 가진 기판을 지지하기 위하여 고리모양의 지지대가 설치되어 있거나 3개 또는 4개의 베어링포인트가 설치되어 있다.
본 발명의 특별한 실시 예는 검은 밴드5와 밝은 줄무늬4의 폭은 거의 동일하나, 검은 밴드5와 밝은 줄무늬4가 임의의 폭을 가질 수 있으며, 그러하더라도 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는다.
이들 주사수단1은 스크린6으로 구성되어 있다. 예를 들면, 상기 스크린은 컴퓨터7에 비쥬얼 신호를 전송하는 수단 및 검은 밴드5와 밝은 줄무늬4가 교대로 구성된 비쥬얼 신호를 수신하는 수단과 연결된 상기 기판2에 위치하는 플라즈마 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 스크린이다.
바람직하게는, 50인치 LCD 스크린을 사용하는 것이며, LCD 스크린이 플라즈마 스크린보다 슬립라인 검출에 보다 적합하다. 예를 들면, 스크린과 지름300㎜인 기판사이의 간격은 60㎝이다.
스크린6은 프로잭터에 의하여 주사되는 패턴을 내는 프로잭션 스크린으로 대 치할 수 있다. 모든 경우에 있어서, 스크린6은 전체 기판 상에서 균등한 해상도를 얻을 수 있도록 광축과 수직을 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.
패턴3은 스크린6의 평면에 주사된 구조화된 줄무늬를 보여준다.
도2에 도시된 패턴3의 실시 예에서, 줄무늬와 수직하는 빛의 분포는 전체적으로 톱니 모양(도6)으로 넓게 구성되어 있다. 다시 말하면 빛의 강도는 0%에서 100%사이에서 주기적으로 변화한다.
바람직하게는, 패턴3에서 줄무늬에 수직하는 빛 강도의 분포는 거의 사인곡선을 이루는 평행한 줄무늬로 이루어지는 것이다.
사인곡선의 주기는 스크린6의 경우에 약10 픽셀에 해당함을 관찰할 수 있고, 빛의 강도분포의 모양은 도5에 도시된 것과 유사하다.
이 실시 예에서는 아주 폭이 좁은 줄무늬4를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면 스크린6에서 10개의 픽셀에 해당하는 정도이다. 1000픽셀로 구성된 스크린6에서, 이것은 기판2에서 반사되는 약 100 개의 밝은 줄무늬에 해당한다.
상기 프로잭션 수단1은 기판에 패턴3을 주사할 수 있는 프로잭션 수단과 동일한 어떤 것으로도 대치할 수 있으며, 패턴은 밝은 줄무늬와 검은 밴드가 연속적으로 교대로 반복되도록 구성되어 있다. 예를 들면, 이러한 수단은 연속적으로 빛을 방출하는 사인곡선을 가진 빛(광원)으로 구성할 수 있다. 즉, 간섭성이 없는 빛 과 상기 광원과 기판사이에 위치하는 그리드로 구성하거나 상기 광원들사이의 간섭에 의한 사인곡선신호의 공급에 의하여 만들어진 두 개의 구형파로 이루어진 간섭성 광원으로 구성할 수 있다.
장치는 적어도 한 방향을 따라서 기판2와 패턴사이의 상대적인 변위를 결정하는 수단을 구비하고 있다. 특별한 실시 예로, 상기 변위를 결정하는 수단은 반 픽셀, 하나의 픽셀 및 다수의 픽셀 중에서 하나를 선택하여 정기적 또는 비정기적인 주기로 밝은 줄무늬와 검은 밴드를 옵셋으로 제어하여 스크린6에 전송되는 비디오신호를 처리하기 위한 알고리즘에 의하여 이루어진다. 주기는 픽셀로 균일화할 필요는 없다.
바람직하게는, 패턴3은 하나의 픽셀로 대치한다. 스크린 상에 10픽셀이 하나의 피치로 구성된 사인곡선 강도를 가진 밝은 줄무늬4의 경우에는 10개의 다른 이미지가 기록된다. 상기 패턴3은 단계별로 서로 바꾸어서 수행할 수 있다. 즉, 각 단계를 별도로 수행하거나 연속적으로 하나 또는 다수를 안내를 따라서 수행할 수 있다.
도1을 참고하면, 본 발명에 따른 장치는 기판2에서 반사되는 줄무늬4와 그들의 변위를 기록하기 위하여 특별히 센서8을 구비하고 있다. 센서8은 11,000,000 픽셀을 가진 CCD센서를 구비한 카메라로 구성되어 있다. 카메라는 기판2 상에 위치하며, 기판2에서 반사되는 스크린의 미러이미지 상에 위치하지는 않는다. 상기 카메라는 500㎳ 내에 이미지를 얻을 수 있고, 카메라로 얻은 이미지를 500㎳ 내에 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있다. 그리고 일초 내에 본 발명에 따른 방법을 사용하여 슬립라인 여부를 판단할 수 있다. 이는 분당 2개 또는 3 개 이상의 기판을 검사할 수 있고, 시간당 100개 이상을 처리할 수 있다.
이 센서8은 컴퓨터7과 연결되어 있으며, 기판의 검사를 처리하기 위하여 기 판2에서 반사되는 이미지에 관한 정보를 받는다.
센서의 해상도를 높이면, 본 발명에 따른 장비는 기판의 작은 표면결점을 검출할 수 있다.
더나아가, 특별한 실시 예로, 스크린6, 기판2 및 센서8이 고정되고, 장치가 진동하지 않을 경우에는 부품들사이의 마찰에 의하여 발생하는 광원의 오염은 없고, 불규칙성이 살아진다. 나아가 장치는 진동에 민감하지 않다.
이러한 정보는 패턴3의 줄무늬4의 변위를 사용한 기판2의 곡률 반경을 결정하는 수단에 의하여 처리되어 진다.
기판2의 곡률반경을 결정하는 이러한 수단은 컴퓨터의 지원 하에 수행되는 알고리즘으로 구성되고, 센서8에서 전송된 신호를 사용하여 기판2 표면의 각점에서 패턴3의 줄무늬4의 상 옵셋을 계산함에 의하여 가능하고, 기판2 표면상에서의 상기 점의 곡률반경을 추론한다.
본 발명의 검출장치는 기판표면의 기울기 편차를 이용하여 기판 상에서 표면결점의 존재여부를 결정하는 수단을 구비하고 있다. 표면결점의 존재여부를 결정하는 이러한 수단은 컴퓨터7의 매체(메모리)에 기록된 두 번째 알고리즘으로 구성되고, 첫 번째 알고리즘으로 계산된 상 옵셋을 사용하여 기판표면 상의 각 점(point)에서 기울기 값을 계산할 수 있다.
특히, 장치는 장점으로 기판2 표면상에서 결점 공간의 위치를 판단하는 수단을 구비하고 있다. 결점 공간의 위치를 판단하는 상기 수단은 기판2 상의 기준점과 관계가 있는 설정된 문턱 값보다 크거나 동일한 곡률반경을 가진 상기 기판2의 표 면에서 횡좌표와 종좌표를 계산할 수 있는 알고리즘으로 구성되어 있다.
변형된 실시 예에 따르면, 결점공간의 위치를 판단하는 상기 수단은 기판2의 나머지 부분의 기울기 분포로부터 국부적 기울기 분포의 통계적인 차이로 상기 기판2의 표면에서 횡좌표와 종좌표를 계산할 수 있는 알고리즘으로 구성할 수 있다.
도3에 나타난 발명에 따른 실시 예에는, 기판2는 SOI(Silicon On Insulator) 형태의 반도체기판의 구성이며, 디스크의 형상은 방사형 새김눈(radial notch)이 형성되어 있다. 기판2의 표면에서 검출된 결점10이 위치할 수 있는 직교좌표계에 대한 기준점 역할을 한다.
부가적으로, 본 발명의 표면결점의 성질을 결정하는 수단은 컴퓨터7의 매체상에 기록된 알고리즘으로 구성되고, 검출된 각 표면결점10의 크기, 길이, 모양 및/또는 방위를 계산할 수 있고, 데이터베이스에 저장된 값과 비교한다.
본 장치는 표면결점의 여러 형태를 서로 분별하고 검출할 수 있고, 예를 들면 기판 주변에 생성된 슬립라인과 같은 결정 결점에 대하여 미세 결점을 검출할 수 있으며, 기판의 중앙에서 가장자리사이의 중간거리 영역에서 밀착 지지하도록 구성되고, 결점 길이는 수백마이크로미터까지 검출 가능하며, 깊이는 나노미터 차원까지 검출할 수 있다.
본 발명은 스마트컷 프로세서를 사용하여 층을 분리하거나 전이하는 단계를 포함하는 제조공정 동안에 발생할 수 있는 비전이(non-transferred) 존(ZNT)이라 불리는 결점들을 검출할 수 있다
기판2 상에 먼지가 쌓이는 것을 제한하고 기판의 결함을 야기할 수 있는 중 력을 제한하기 위하여 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자가 임의의 적당한 수단을 사용하여 기판2를 수직으로 위치시켜 결점을 검출할 수 있도록 변형할 수 있다.
더나아가, 본 발명에 따른 장치는 이점으로 먼지에 의한 기판의 오염을 최소화하기 위하여 기판의 표면과 평행되게 또는 평행에 가깝게 유체가 라미나흐름(laminar flow)생성하도록 하는 수단을 포함하고 있다.
줄무늬(도4)와 수직하는 축을 따라 사인곡선 분포를 가진 빛의 강도에 대한 줄무늬로 구성된 패턴3은 상기 기판표면에서 반사되어 줄무늬를 생성하기 위하여 스템100에서 기판상으로 주사되어진다.
기판에서 반사되는 이미지의 빛의 강도는 아래의 형태로 주어진다.
I = I0(1+A0cos(+x)
여기서, Io, A0, 및 x는 미지의 변수이며, I는 기판2에서 반사되는 이미지의 평균강도를 의미하며, A0은 첫 번째 예측되는 줄무늬4의 명암대비, 는 위상각 및 x는 공간좌표를 나타낸다.
반사된 이미지의 각점에서의 값을 결정하기 위하여, 기판2 상에서 패턴3의 줄무늬4를 치환하기 위하여 기판2와 패턴3의 상대적인 변위가 스템105에서 적어도 하나의 방향을 따라 획득하고, 그리고 스템110에서, 기판2에서 반사된 줄무늬4의 변위들은 이미지 상의 각점에서 반사되는 이미지의 평균 빛 강도 I0, 명암대비 A0 및 위상각 를 획득하며, 상기 센서8을 이용하여 메모리에 기록된다. 이미지 상의 각점에서 반사되는 이미지의 평균 빛강도 I0, 명암대비 A0 및 위상각 를 획득할 수 있도록 하기 위하여 하나의 이미지 시퀀스로 획득하도록 구성되어 있다. 한 번의 시퀀스에 이미지는 3내지 10개 이미지사이에서 획득하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 두 시퀀스로 이미지가 획득되어지는 것이며, 첫 번째 시퀀스에서의 이미지 획득은 상기 줄무늬4의 방향에 수직하게 위치하는 첫 번째 방향을 따라 길게 평행되게 형성된 줄무늬4로 구성된 패턴3을 사용하여 획득하며, 두 번째 시퀀스에서의 이미지는 첫 번째 시퀀스 이미지에서 줄무늬4의 방향에 수직한 방향을 따라 줄무늬4와 평행되게 구성된 패턴3을 사용하여 획득한다. 상기 줄무늬4(첫 번째)는 상기 줄무늬4의 방향과 직교하여 치환된다.
본 발명의 이점은 기판2의 주요 결정축에 평행되게 또는 수직으로 길게 형성된 줄무늬4의 패턴을 주사함에 의하여 획득되어 진다. 상기 기판의 결정축은 기판2의 주변에 형성된 방사형 새김눈(radial notch)에 의하여 구체화할 수 있다. 이것은 다수의 이미지 시퀀스의 수행에 의하여 가능하며, 줄무늬4의 패턴3을 사용한 각 시퀀스는 기판2의 주요결정 축의 하나와 평행되게 구성된다. 이러한 방법은 단결정 기판에서 생성되는 슬립라인을 보다 효율적으로 검출할 수 있고, 상기 슬립라인들은 통상적으로 기판2의 결정축을 따라 나란히 나타나며, 원자의 스케일에서, 크기는 길이가 폭보다 훨씬 크며, 수백 마이크론을 가진다. 그리고, 3개의 이미지가 하나의 시컨스이면, 줄무늬4의 변위를 충분히 정확하게 획득할 수 있고, 나중에 기술할 기판 상의 결점의 크기와 존재를 판단할 수 있다.
기판2 표면의 곡률은 패턴3의 줄무늬4를 사용하여 스템115에서 판단할 수 있다. 기판2 표면상의 각 점에서의 곡률은 국부적인 기울기의 차이에 의하여 패턴3의 줄무늬4의 변위로부터 반사된 이미지들의 위상을 측정함에 의하여 국부적인 기울기를 측정함에 의하여 계산되어 진다.
상기 국부적인(local) 기울기는 기판에 대하여 로컬(local) 탄잰트이며, 곡률은 로컬 곡률반경이다.
스템120에서, 적어도 하나의 결점은 앞서 계산된 기판2 표면의 곡률에서의 편차를 이용하여 기판2에서 검출되어 진다.
본 발명의 유리한 작용효과로, 적어도 하나의 결점을 검출하기 위한 스템120이 실패할 때, 설정된 문특 값과 동일하거나 보다 큰 곡률반경을 가진 기판 표면의 점(point)을 결정하는 구성 및/또는 기판2의 나머지 부분에 대한 곡률의 분포로부터 곡률의 평균적인 차이의 로컬 분포로 기판 표면의 점을 결정하는 첫 번째 스템125로 이동한다.
두 번째 스템130은 기판2 표면의 곡률 및/또는 기울기 편차를 사용하여 결점10의 공간 위치를 판단하는 구성이다.
결점공간의 위치는 앞서 기술한 기판2의 기준점을 이용하여 결정되어진다. 사실, 도3을 참조하면 기판2는 기판 주변에 기준 점인 방사형 새김눈9가 형성된 평판디스크로 구성되어 있다.
부가적으로, 본 발명에 따른 검출방법은 스템140에서 검출된 각 표면결점의 크기, 길이, 모양 및/또는 방위를 결정함에 의하여 획득되어지는 검출된 표면결점의 특성을 결정 판단하기 위한 스템135를 포함할 수 있고, 스템145에서 검출된 표면결점의 특성을 결정 판단하기 위하여 데이터베이스에 저장된 검출된 각 표면결점 의 크기, 길이, 모양 및/또는 방위와 비교하는 과정을 통해서 검출된 표면결점의 특성을 결정 판단하기 위한 스템135를 포함할 수 있다.
기판2와 패턴3의 상대적인 변위는 서로 직교하는 방향을 따라 이루어진다.
본 발명에 따른 검출방법 및 상기 방법을 사용한 장치는 특히 기판의 결정 네트워크상에 정렬된 평행한 줄무늬를 사용함에 의하여 특별히 단결정 기판상의 미세결점을 검출하는데 적합하다.
더욱, 슬립라인은 기판의 결정축과는 독립되게 형성된 기판상의 스크래치보다는 훨씬 튀어나와 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 검출방법은 하나의 이미지들의 시퀀스로 기판의 전체표면의 분석에서 기판의 주변까지를 할 수 있도록 구성되고, 특히, 한 시간에 100개의 기판을 검사할 수 있다.
이러한 조건들에서, 본 발명에 따른 방법은 얕은 결점들의 검출에서 고해상도를 얻을 수 있다. 다시 말하면, 수 나노미터의 깊이를 검출할 수 있다.
부가적으로, 본 발명은 기판의 뒷면 역시 검사할 수 있다. 장치에는 상기 기판 뒷면 상에 패턴을 주사하는 두 번째 스크린과 두 번째 센서를 설치하고, 기판의 양면을 동시에 분석할 수 있다.
실시 예의 변형에 따라서, 검출장치는 기판을 뒤집을 수 있도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 로봇화된 집게로 기판의 주변을 잡고, 기판의 양면을 교대로 분석할 수 있다.
마지막으로, 앞서 기술한 실시 예들은 특별히 기술된 것에 지나지 않으며, 이로 인하여 발명의 출원범위가 제한되지는 않는다.
본 발명은 반도체 기판에서 표면결점을 검출하기 위한 기술을 제안함에 있어 상기 종래기술의 단점을 극복하고, 가격이 저렴하게 장치를 설계하며, 30초보다 짧은 시간 내에 작은 슬립라인을 신속하게 검출하는 수단을 공급할 수 있는 기판상의 결점검출 방법 및 그 방법을 사용한 장치를 제공할 수 있으므로 산업상이용가능성이 매우 높다.

Claims (21)

  1. 전자소자, 광전자소자 및 아날로그 전자소자를 설계하는데 사용되는 기판 상에 생성되는 슬립라인과 같은 표면결점을 검출하는 방법에 있어서,
    기판표면에서 반사되는 줄무늬를 생성하기 위하여 기판 상에 밝은 줄무늬와 검은 밴드가 반복되게 구성한 패턴을 기판에 주사하는 단계;
    상기 기판 상에 주사된 줄무늬 패턴을 치환하기 위하여 적어도 한 방향을 따라 기판(2)과 패턴(3)의 상대적 변위를 얻는 단계;
    이미지를 센서로 기판에서 반사되는 줄무늬 패턴의 변위에 해당하는 패턴 이미지를 한 시컨스에서 적어도 3개를 획득하는 단계;
    줄무늬 패턴의 변위를 이용하여 기판 표면의 기울기를 결정 판단하는 단계; 및
    기판(2) 표면의 기울기 편차를 이용하여 기판 상에서 표면결점의 존재를 판단하는 단계로 이루어진 기판상의 표면결점 검출방법.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 줄무늬 패턴은 서로 평행되며, 기판(2)의 첫 번째 주 결정축과도 서로 평행되게 형성함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  3. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 줄무늬 패턴은 서로 평행되며, 기판(2)의 두 번째 주 결정축과도 서로 평행되게 형성함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  4. 청구항2에 있어서,
    첫 번째 시퀀스의 이미지는 줄무늬(4)가 서로 평행되게 또는 기판(2)의 첫 번째 주요 결정축과도 평행되게 형성된 줄무늬 패턴을 주사함에 의하여 획득되며, 상기 줄무늬(4)는 줄무늬(4) 방향에 수직한 방향을 따라 치환되고, 두 번째 시퀀스의 이미지는 줄무늬(4)가 서로 평행되게 또는 기판(2)의 두 번째 주요 결정축과도 평행되게 형성된 줄무늬 패턴을 주사함에 의하여 획득되며, 상기 줄무늬(4)는 줄무늬(4) 방향에 수직한 방향에 따라 치환되도록 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    기판(2) 표면의 기울기의 편차로부터 결정되는 결점공간의 위치를 결정 판단하는 단계로 구성된 기판상의 표면결점 검출방법.
  6. 청구항5에 있어서,
    상기 결점공간의 위치는 설정된 문특 값과 동일하거나 보다 큰 곡률반경을 가진 기판 표면의 점을 찾아서 결정하는 구성 및/또는 공간의 분포가 기판 평균과의 통계적인 차이에 의하여 얻는 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  7. 청구항6에 있어서,
    상기 결점공간의 위치는 기판 상의 기준점을 이용하여 결정 판단함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  8. 청구항7에 있어서,
    상기 기판은 기준점을 형성을 기판 주변에 방사형 새김눈을 형성시켜 이루어진 평판디스크로 구성함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  9. 청구항1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 표면결점 검출방법은 검출된 표면결점의 성질을 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  10. 청구항9에 있어서,
    상기 표면결점의 성질은 검출된 표면결점의 크기, 길이, 모양 및/또는 방위를 결정함에 의하여 이루어짐을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  11. 청구항1 또는 청구항 2에 있어서,
    기판(2) 및/또는 패턴(3)은 서로 직교하는 방향을 따라서 이동함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출방법.
  12. 전자소자, 광전자소자 및 아날로그 전자소자를 설계하는데 사용되는 기판 상에 생성되는 슬립라인과 같은 표면결점을 검출하는 장치에 있어서,
    밝은 줄무늬와 검은 밴드가 연속적으로 반복하도록 구성되어 상기 기판(2)에 패턴을 주사하는 수단과,
    기판에서 반사된 줄무늬의 변위를 기록할 수 있는 적어도 하나의 센서를 구비하고 적어도 한 방향을 따라서 기판과 패턴의 상대적인 변위를 유도하는 수단과,
    줄무늬 패턴의 변위를 사용하여 기판표면의 기울기를 결정하는 수단과,
    기판표면 기울기의 편차를 이용하여 기판 상의 표면결점의 존재를 판단하는 수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  13. 청구항12에 있어서,
    상기 패턴을 주사하는 수단은 밝은 줄무늬와 검은 밴드의 시퀀스로 구성된 이미지가 표시되는 스크린으로 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  14. 청구항13에 있어서,
    기판과 패턴의 상대적인 변위를 결정하는 수단은 고정된 스크린(6), 기판(2) 및 센서를 사용하여 반 픽셀, 하나의 픽셀 및 다수의 픽셀 중에서 하나를 선택하여 주기적 또는 비주기적인 시간간격으로 밝은 줄무늬와 검은 밴드를 옵셋으로 제어하기 위하여 스크린6에 전송되는 비디오신호를 처리하기 위한 알고리즘으로 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  15. 청구항12내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(8)는 CCD 센서를 구비한 디지털 카메라로 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  16. 청구항12내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서,
    기판(2) 표면의 기울기 및/또는 곡률을 결정하는 수단은 센서(8)에서 전송된 신호를 이용하여 기판표면의 각 점에서의 줄무늬(4) 패턴(3)의 상 옵셋을 계산할 수 있는 알고리즘으로 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  17. 청구항16에 있어서,
    상기 표면결점의 존재를 판단하는 수단은 첫 번째 알고리즘으로 계산된 상 옵셋을 사용하여 기판(2)표면상의 각 점에서 기울기 및/또는 곡률의 편차를 계산할 수 있는 두 번째 알고리즘으로 구성됨을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  18. 청구항12내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면결점 검출장치는 기판 표면상의 결점공간의 위치를 판단하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  19. 청구항18에 있어서,
    상기 결점공간의 위치를 판단하는 수단은 설정된 문특 값과 동일하거나 보다 큰 곡률반경을 가진 상기 기판 표면 각점의 종좌표 및 횡좌표를 계산할 수 있는 구성 및/또는 기판의 기준 점과 비교하여 공간의 분포가 기판의 평균과 통계적인 차이에 의하여 얻는 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  20. 청구항12내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면결점 검출장치는 기판의 표면과 평행되게 유체가 라미나 흐름을 생성하도록 하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
  21. 청구항12내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면결점 검출장치는 수직으로 상기 기판을 지지하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 기판상의 표면결점 검출장치.
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