KR101602580B1

KR101602580B1 - 웨이퍼 검사 방법

Info

Publication number: KR101602580B1
Application number: KR1020140164557A
Authority: KR
Inventors: 정창부; 전영식
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-03-10

Abstract

웨이퍼 검사 방법이 개시된다. 상기 방법은, 명시야 조명을 이용하여 복수의 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 명시야 이미지를 획득하는 단계와, 상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향으로 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 정렬하는 단계와, 상기 정렬된 명시야 이미지를 명시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 명시야 결함들을 검출하는 단계와, 암시야 조명을 이용하여 상기 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 암시야 이미지를 획득하는 단계와, 상기 명시야 이미지의 정렬에 사용된 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬하는 단계와, 상기 정렬된 암시야 이미지를 암시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 암시야 결함들을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼 검사 방법{Method of inspecting a wafer}

본 발명의 웨이퍼 검사 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자들에 대한 검사 공정을 수행하기 위하여 이미지 획득 장치를 통해 획득된 명시야 이미지와 암시야 이미지를 처리하여 웨이퍼 상의 결함들을 검출하는 방법에 관한 것이다.

집적 회로 소자들과 같은 반도체 소자들은 일반적으로 실리콘웨이퍼와 같은 기판 상에 일련의 처리 공정들을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 막을 형성하는 증착 공정, 상기 막을 전기적 특성들을 갖는 패턴들로 형성하기 위한 식각 공정, 상기 패턴들에 불순물들을 주입 또는 확산시키기 위한 이온 주입 공정 또는 확산 공정, 상기 패턴들이 형성된 웨이퍼로부터 불순물들을 제거하기 위한 세정 및 린스 공정 등을 반복적으로 수행함으로써 상기 반도체 소자들이 상기 웨이퍼 상에 형성될 수 있다.

상기와 같이 웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자들에 대한 검사 공정이 수행될 수 있다. 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0029532호, 제10-2013-0130510호 등에는 카메라와 같은 이미지 획득 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 이물질, 얼룩, 스크래치 등의 결함을 검출하기 위한 검사 장치들이 개시되어 있다.

한편, 상기 검사 공정을 수행하기 전에 상기 웨이퍼에 대한 정렬이 필요하며 상기 웨이퍼 정렬은 카메라를 이용하여 웨이퍼 이미지를 획득하고 상기 웨이퍼 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼가 기 설정된 방향으로 위치되도록 웨이퍼 척 또는 스테이지를 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 또한, 상기와 다르게 웨이퍼의 노치 등을 검출하여 일정한 방향으로 웨이퍼를 위치시키는 프리얼라이너가 사용될 수도 있다. 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0129753호 및 대한민국 등록특허공보 제10-1362677호에는 웨이퍼의 노치 또는 플랫존을 검출하고 상기 웨이퍼를 회전시킴으로써 상기 노치 또는 플랫존이 기 설정된 방향으로 위치되도록 하는 웨이퍼 정렬 방법들이 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같이 웨이퍼를 정렬하기 위하여 웨이퍼 척 또는 스테이지를 회전시키기 위한 구동부가 요구되며 아울러 웨이퍼의 정렬에 소요되는 시간으로 인해 웨이퍼 검사 공정의 소요 시간이 증가되는 문제점이 있다. 특히, 암시야 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼의 결함들을 검출하는 경우 상기 암시야 이미지로부터 반도체 다이들의 검출이 어렵기 때문에 상기 웨이퍼에 대한 정렬이 더욱 중요하며, 상기 웨이퍼의 정렬 과정에서 오류가 발생될 경우 상기 암시야 이미지를 이용한 웨이퍼 검사 공정의 신뢰도가 크게 저하될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이용하는 웨이퍼 검사 공정에서 웨이퍼 정렬 단계를 생략할 수 있는 웨이퍼 검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 웨이퍼 검사 방법은, 명시야 조명을 이용하여 복수의 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 명시야 이미지를 획득하는 단계와, 상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향으로 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 정렬하는 단계와, 상기 정렬된 명시야 이미지를 명시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 명시야 결함들을 검출하는 단계와, 암시야 조명을 이용하여 상기 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 암시야 이미지를 획득하는 단계와, 상기 명시야 이미지의 정렬에 사용된 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬하는 단계와, 상기 정렬된 암시야 이미지를 암시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 암시야 결함들을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 명시야 이미지 정렬 단계는, 상기 웨이퍼의 중심에 대하여 노치 또는 플랫존 부분이 기 설정된 방향에 위치되도록 상기 명시야 이미지를 1차 회전시키는 단계와, 상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향을 따라 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 2차 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 명시야 이미지 정렬 단계는, 상기 명시야 이미지에서 상기 웨이퍼에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역들을 커팅하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 암시야 이미지 정렬 단계는, 상기 암시야 이미지의 중심 좌표와 크기가 상기 명시야 이미지와 동일하게 되도록 상기 암시야 이미지를 커팅하는 단계와, 상기 명시야 이미지의 1차 회전 단계와 동일한 각도로 상기 암시야 이미지를 회전시키는 단계와, 상기 명시야 이미지의 2차 회전 단계와 동일한 각도로 상기 암시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 1차 회전 단계는, 상기 명시야 이미지로부터 상기 노치 또는 플랫존 부분을 검출하는 단계와, 상기 웨이퍼의 중심과 상기 노치 또는 플랫존 부분에 대응하는 좌표값들로부터 제1 회전각을 산출하는 단계와, 상기 제1 회전각만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 명시야 이미지의 1차 회전에 의해 상기 노치 또는 플랫존 부분이 상기 웨이퍼의 중심 아래에 위치될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 2차 회전 단계는, x축 방향 또는 y축 방향으로 서로 인접하는 반도체 다이들로부터 정렬 패턴들을 검출하는 단계와, 상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들로부터 제2 회전각을 산출하는 단계와, 상기 제2 회전각만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 2차 회전 단계는, x축 방향 또는 y축 방향으로 배열된 일렬의 반도체 다이들을 선택하는 단계와, 상기 선택된 반도체 다이들로부터 정렬 패턴들을 검출하는 단계와, 상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들로부터 서로 인접하는 정렬 패턴들 사이의 제2 회전각들을 산출하는 단계와, 상기 제2 회전각들의 평균값을 산출하는 단계와, 상기 제2 회전각들의 평균값만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 일렬의 반도체 다이들은 상기 웨이퍼의 중심 부위에 인접하도록 선택될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 방법은 상기 명시야 이미지로부터 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는, 상기 명시야 이미지에서 x축 방향 및 y축 방향으로 배열된 픽셀들의 그레이 레벨들을 분석하여 x축 방향 피크값들 및 y축 방향 피크값들을 검출하는 단계와, 상기 x축 방향 피크값들에 대응하는 x축 좌표들과 상기 y축 방향 피크값들에 대응하는 y축 좌표들을 이용하여 상기 반도체 다이들의 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 산출하는 단계와, 상기 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 이용하여 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는, 상기 명시야 이미지로부터 샷 표시 마크들을 검출하여 샷 영역들을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 샷 영역들을 검출하는 단계는, 상기 x축 좌표들과 상기 y축 좌표들을 조합하여 복수의 2차원 좌표들을 획득하는 단계와, 상기 2차원 좌표들 중 어느 하나를 선택하는 단계와, 상기 선택된 2차원 좌표를 포함하는 제1 분석 영역을 설정하는 단계와, 상기 제1 분석 영역으로부터 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 x축 피치 및 y축 피치만큼 이동하면서 제2 분석 영역들과 제3 분석 영역들을 각각 설정하는 단계와, 상기 제1 분석 영역과 제2 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계와, 상기 제1 분석 영역과 제3 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 샷 영역들을 검출하는 단계는, 상기 x축 좌표들과 상기 y축 좌표들을 이용하여 상기 명시야 이미지 상에 x축 방향 가상선들과 y축 방향 가상선들을 표시하는 단계와, 상기 x축 방향 가상선들과 y축 방향 가상선들의 교차점들을 각각 포함하는 분석 영역들을 설정하는 단계와, x축 방향으로 상기 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계와, y축 방향으로 상기 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는, 상기 샷 영역들의 크기 및 상기 샷 영역들을 각각 구성하는 반도체 다이들의 개수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 x축 방향 피크값들과 y축 방향 피크값들은 상기 명시야 이미지의 중심 부위를 통과하는 픽셀들로부터 획득될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 명시야 결함들 및 상기 암시야 결함들은 다이 대 다이 비교 또는 샷 대 샷 비교를 통해 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 명시야 이미지와 상기 암시야 이미지는 상기 웨이퍼와 이미지 획득 장치의 위치를 고정시킨 상태에서 상기 명시야 조명 및 상기 암시야 조명을 각각 이용하여 획득될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼로부터 검사를 위한 명시야 이미지를 획득하고, 노치 좌표를 이용하여 상기 명시야 이미지를 대략적으로 정렬할 수 있으며, 정렬 패턴들의 좌표들을 이용하여 상기 명시야 이미지를 정밀하게 정렬할 수 있다. 상기와 같이 정렬된 명시야 이미지는 다이 대 다이 비교 또는 샷 대 샷 비교 방법을 이용하여 명시야 기준 이미지와 비교될 수 있으며 이에 따라 명시야 결함들이 검출될 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼로부터 암시야 이미지를 획득하고, 상기 명시야 이미지의 정렬에 사용된 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬할 수 있으며, 상기 명시야 이미지를 이용한 결함 검출 방법과 유사하게 암시야 기준 이미지를 이용하여 상기 암시야 이미지로부터 암시야 결함들을 검출할 수 있다.

상기와 같이 정렬된 명시야 이미지와 암시야 이미지로부터 상기 웨이퍼 상의 결함 검출이 가능하므로 일반적인 종래 기술에서 웨이퍼 척 또는 스테이지를 회전시켜 실제 웨이퍼를 정렬하는 과정을 생략할 수 있다. 결과적으로, 상기 웨이퍼 검사 공정에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며, 또한 상기 웨이퍼 검사 장치의 제조 비용이 크게 절감될 수 있다.

특히, 상기 명시야 이미지의 정렬 과정에서 획득되는 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬함으로써 상기 암시야 이미지를 이용하는 웨이퍼 검사에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며, 또한 상기 웨이퍼 검사에 대한 신뢰도가 크게 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 명시야 이미지 정렬 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 명시야 이미지 정렬 단계를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 명시야 이미지로부터 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시된 웨이퍼 맵 생성 단계를 설명하기 위한 개략도들이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼 상의 이물질, 얼룩, 스크래치 등의 결함들을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예는 웨이퍼 검사 공정에서 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 척 또는 스테이지를 회전시키지 않고 상기 웨이퍼로부터 획득된 명시야 이미지 및 암시야 이미지를 처리하여 웨이퍼 검사 공정에 이용할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, S100 단계에서 카메라 등과 같은 이미지 획득 장치(미도시)와 명시야 조명(미도시)을 이용하여 상기 웨이퍼를 촬상함으로써 상기 웨이퍼에 대한 명시야 이미지(도 3 참조)를 획득할 수 있다. 이어서, S110 단계에서 상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향으로 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 정렬할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 명시야 이미지 정렬 단계를 설명하기 위한 순서도이며, 도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 명시야 이미지 정렬 단계를 설명하기 위한 개략도들이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, S112 단계에서 상기 웨이퍼(10)의 중심에 대하여 노치 부분이 기 설정된 방향에 위치되도록 상기 명시야 이미지(100)를 1차 회전시킬 수 있다. 구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 명시야 이미지(100)에서 상기 웨이퍼(10)에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역들을 커팅하여 제거할 수 있으며, 이어서 상기 웨이퍼(10)의 중심을 검출할 수 있다.

계속해서 상기 노치 부분을 검출하며, 상기 웨이퍼(10)의 중심과 상기 노치 부분에 대응하는 좌표값들을 이용하여 제1 회전각을 산출할 수 있다. 이때, 상기 노치 부분에 대응하는 좌표는 상기 노치의 중심 부위로부터 결정될 수 있다. 상기 제1 회전각은 상기 웨이퍼(10)의 중심 좌표와 상기 노치 좌표로부터 역탄젠트함수(arctangent)를 이용하여 산출될 수 있다.

계속해서, 상기 산출된 제1 회전각만큼 상기 명시야 이미지(100)를 회전시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 명시야 이미지(100)의 대략적인 매크로 정렬이 이루어질 수 있다. 상기 명시야 이미지(100)의 매크로 정렬에 의해 상기 반도체 다이들(10)은 직교 좌표계의 x축 방향 및 y축 방향으로 대략 정렬될 수 있다. 일 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 명시야 이미지(100)의 1차 회전에 의해 상기 노치 부분이 상기 웨이퍼(10)의 중심 아래에 위치될 수 있다.

한편, 상기에서는 노치를 갖는 웨이퍼(100)에 대하여 설명되고 있으나, 플랫존을 갖는 웨이퍼의 경우 상기 플랫존 특히 상기 플랫존의 중심 부위에 대응하는 좌표값으로부터 상기 제1 회전각이 산출될 수 있다.

S114 단계에서, 상기 반도체 다이들(20)이 상기 x축 방향 및 y축 방향으로 보다 정밀하게 정렬될 수 있도록 상기 명시야 이미지(100)를 2차 회전시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 x축 방향 또는 y축 방향으로 서로 인접하는 반도체 다이들(20A)로부터 정렬 패턴들을 검출하고, 상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들을 이용하여 제2 회전각을 산출할 수 있으며, 상기 제2 회전각만큼 상기 명시야 이미지(100)를 회전시킬 수 있다.

상기 정렬 패턴들은 상기 반도체 다이들(20)에 포함된 패턴들 중에서 x축 방향 또는 y축 방향으로 반복적으로 검출되는 패턴들일 수 있으며, 사용자에 의해 선택될 수 있다. 즉, 반도체 다이(20)를 구성하는 다양한 패턴들 중에서 식별이 용이한 패턴이 정렬 패턴으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 x축 방향으로 배열된 일렬의 반도체 다이들(20A)을 선택할 수 있다. 이때, 상기 일렬의 반도체 다이들(20A)은 상기 웨이퍼(10)의 중심에 인접하도록 선택되는 것이 바람직하며, 상기와 다르게 x축 방향으로 배열된 일렬의 반도체 다이들(20)이 선택될 수도 있다.

이어서, 상기 선택된 일렬의 반도체 다이들(20A)로부터 정렬 패턴들을 검출할 수 있다. 상기 정렬 패턴들은 기 설정된 패턴과의 비교를 통해 검출될 수 있다.

한편, 상기에서는 정렬 패턴들이 상기 반도체 다이들(20)로부터 검출되는 것으로 설명되고 있으나, 이와 다르게 상기 반도체 다이들(20) 사이의 스크라이브 라인들로부터 상기 정렬 패턴들이 획득될 수도 있다.

계속해서, 상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들로부터 역탄젠트함수를 이용하여 제2 회전각들을 산출할 수 있으며, 이어서 상기 제2 회전각들의 평균값이 산출될 수 있다.

상기 명시야 이미지(100)는 상기 산출된 제2 회전각들의 평균값만큼 회전될 수 있으며, 이에 따라 상기 명시야 이미지(100)의 정밀한 마이크로 정렬이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 상기 명시야 이미지(100)의 마이크로 정렬에 의해 상기 반도체 다이들(20)은 직교 좌표계의 x축 방향 및 y축 방향으로 정밀하게 정렬될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, S120 단계에서 상기 정렬된 명시야 이미지(100)를 명시야 기준 이미지(미도시)와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 명시야 결함들을 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 웨이퍼 상의 명시야 결함들은 다이 대 다이 비교(die to die comparison)를 통해 검출될 수 있다. 구체적으로, 상기 명시야 이미지(100)의 반도체 다이 영역들(20)을 명시야 기준 이미지와 순차적으로 비교함으로써 상기 명시야 결함들이 검출될 수 있으며, 상기 검출된 명시야 결함들은 웨이퍼 맵에 기록될 수 있다. 이때, 상기 명시야 기준 이미지는 기준 다이로부터 획득될 수 있다.

다른 예로서, 상기 명시야 결함들은 샷 대 샷 비교(shot to shot comparison)를 통해 검출될 수도 있다. 이때, 샷 영역은 복수의 반도체 다이 영역들(20)을 포함할 수 있으며, 포토리소그래피 공정에서 일회의 샷에 의해 노출되는 영역에 대응할 수 있다. 구체적으로, 상기 명시야 이미지(100) 상에 복수의 샷 영역들이 정의될 수 있으며, 상기 샷 영역들을 명시야 기준 이미지와 순차적으로 비교함으로써 상기 명시야 결함들이 검출될 수 있다. 이때, 상기 명시야 기준 이미지는 기준 샷 영역으로부터 획득될 수 있다. 이와 다르게, 상기 명시야 기준 이미지는 복수의 샷 영역들의 그레이 레벨들의 평균값(Mean value)을 이용하여 획득될 수도 있다.

한편, 상기 다이 영역들과 샷 영역들에 대한 정보는 웨이퍼 맵으로부터 제공될 수 있다. 상기 웨이퍼 맵은 상기 명시야 이미지(100)로부터 획득될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 명시야 이미지(100)를 이용하여 웨이퍼 맵을 생성하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 명시야 이미지(100)를 이용한 웨이퍼 맵 생성 단계는 상기 명시야 이미지 정렬 단계(S110) 이후에 수행될 수 있다.

도 7은 명시야 이미지로부터 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 설명하기 위한 순서도이고, 도 8 내지 도 10은 도 7에 도시된 웨이퍼 맵 생성 단계를 설명하기 위한 개략도들이다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, S116 단계에서, x축 방향 및 y축 방향으로 배열된 픽셀들의 그레이 레벨들을 분석하여 x축 방향 피크값들과 y축 방향 피크값들을 검출할 수 있다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 x축 방향 피크값들과 y축 방향 피크값들은 상기 명시야 이미지(100)의 중심 부위를 통과하는 픽셀들로부터 획득되는 것이 바람직하다.

상기 피크값들은 상기 반도체 다이들(20) 사이의 스크라이브 라인들에 의해 발생될 수 있으며 또한 상기 반도체 다이들(20)의 패턴들에 의해 발생될 수도 있다.

S117 단계에서, 상기 x축 방향 피크값들에 대응하는 x축 좌표들과 y축 방향 피크값들에 대응하는 y축 좌표들을 이용하여 상기 반도체 다이들(20)의 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 산출할 수 있으며, S118 단계에서 상기 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 이용하여 웨이퍼 맵을 생성할 수 있다.

일 예로서, 상기 반도체 다이들(20) 사이의 스크라이브 라인들에 대응하는 x축 방향 피크값들과 y축 방향 피크값들에 각각 대응하는 x축 좌표들과 y축 좌표들 사이의 간격들의 평균값들을 산출함으로써 상기 x축 방향 피치와 y축 방향 피치가 획득될 수 있다. 또한, 상기 스크라이브 라인들에 대응하는 x축 좌표들과 y축 좌표들을 이용하여 상기 웨이퍼 맵이 생성될 수 있다.

한편, 상기 샷 영역들은 노광 공정이 수행되는 영역들로서 상기 샷 영역들의 모서리 부위들에는 각각 스테퍼 블록 마크 또는 샷 정렬 마크와 같은 샷 표시 마크들(미도시)이 형성될 수 있다. 즉 상기 샷 표시 마크들은 상기 스크라이브 라인들의 교차 부위에 형성될 수 있으며, 상기 명시야 이미지(100)로부터 샷 표시 마크들을 검출함으로써 상기 샷 영역들이 검출될 수 있다.

예를 들면, 상기 스크라이브 라인들에 대응하는 x축 좌표들과 y축 좌표들을 조합하여 복수의 2차원 좌표들 즉 xy 좌표들을 획득한 후 사용자에 의해 상기 2차원 좌표들 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 이어서 도 9에 도시된 바와 같이 상기 선택된 2차원 좌표를 포함하는 제1 분석 영역(102)을 설정하고, 상기 제1 분석 영역(102)으로부터 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 x축 피치 및 y축 피치만큼 이동하면서 제2 분석 영역들(104)과 제3 분석 영역들(106)을 각각 설정할 수 있다.

계속해서, 서로 인접하는 제1 분석 영역(102) 및 제2 분석 영역들(104) 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출할 수 있으며, 서로 인접하는 제1 분석 영역(102) 및 제3 분석 영역들(106) 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출할 수 있다. 예를 들면, 서로 인접하는 제1 분석 영역(102)과 제2 분석 영역(104)의 픽셀들을 서로 비교하여 그레이 레벨 차이를 산출할 수 있으며 또한 서로 인접하는 제2 분석 영역들(104)의 픽셀들을 서로 비교하여 그레이 레벨 차이를 산출할 수 있다. 상기와 같이 산출된 그레이 레벨 차이값들을 이용하여 상기 제1 분석 영역(102)과 제2 분석 영역들(104) 사이의 유사도를 수치화할 수 있으며, 이를 통해 상기 샷 표시 마크가 형성된 분석 영역들을 검출할 수 있다.

상기와 다르게, 상기 제1 분석 영역(102)을 기준 영역으로 설정하고, 상기 제1 분석 영역(102)과 상기 제2 분석 영역들(104)을 순차적으로 비교함으로써 상기 x축 방향으로 상기 샷 표시 마크들을 검출할 수 있으며, 또한 상기 제1 분석 영역(102)과 상기 제3 분석 영역들(106)을 순차적으로 비교함으로써 상기 y축 방향으로 상기 샷 표시 마크들을 검출할 수 있다.

상기와 같이 검출된 샷 표시 마크들에 의해 상기 샷 영역들이 정의될 수 있으며, 이어서 상기 샷 영역들의 크기와, 각각의 샷 영역들을 구성하는 반도체 다이들의 개수가 산출될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 스크라이브 라인들에 대응하는 상기 x축 좌표들과 상기 y축 좌표들을 이용하여 상기 명시야 이미지(100) 상에 x축 방향 가상선들(112)과 y축 방향 가상선들(114)을 표시하고, 상기 x축 방향 가상선들(112)과 y축 방향 가상선들(114)의 교차점들을 각각 포함하는 분석 영역들(116)을 설정할 수 있다.

이어서, x축 방향으로 서로 인접하는 분석 영역들(116) 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출할 수 있으며, y축 방향으로 서로 인접하는 분석 영역들(116) 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출할 수 있다. 일 예로서, 상기 분석 영역들(116) 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 분석 영역(116)을 기준으로 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 인접한 분석 영역들(116)에 대한 유사도 분석이 수행될 수 있다.

다른 예로서, 상기 선택된 분석 영역을 기준 영역으로 설정하고, 상기 기준 영역과 상기 기준 영역으로부터 x축 방향으로 배열된 다른 분석 영역들을 순차적으로 비교함으로써 x축 방향으로 상기 샷 표시 마크들을 검출할 수 있으며, 또한 상기 기준 영역과 상기 기준 영역으로부터 y축 방향으로 배열된 다른 분석 영역들을 순차적으로 비교함으로써 y축 방향으로 상기 샷 표시 마크들을 검출할 수 있다.

결과적으로, 상기 반도체 다이들 및 상기 샷 영역들에 대한 정확한 정보를 포함하는 웨이퍼 맵이 생성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도시되지는 않았으나, 상기 명시야 이미지(100)의 다이 영역들(20) 또는 샷 영역들을 상기 명시야 기준 이미지와 비교하는 단계(S120)에서 각각의 다이 영역 또는 각각의 샷 영역과 상기 명시야 기준 이미지를 정렬 또는 매칭하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.

구체적으로, 상기 명시야 이미지(100) 상에서 복수의 샷 영역들이 설정될 수 있으며, 각각의 샷 영역들과 상기 명시야 기준 이미지 사이의 유사도를 분석함으로써 상기 샷 영역들의 위치가 보정될 수 있다. 예를 들면, 비교 대상 샷 영역의 위치를 x축 방향 및/또는 y축 방향으로 픽셀 단위 또는 서브 픽셀 단위로 이동시키면서 상기 명시야 기준 이미지와의 유사도를 산출할 수 있으며, 가장 높은 유사도가 획득되는 위치에서 상기 샷 영역의 위치를 결정할 수 있다. 이어서, 상기 위치 결정된 샷 영역과 상기 명시야 기준 이미지를 비교함으로써 상기 명시야 결함들이 검출될 수 있다.

이어서, S130 단계에서 암시야 조명을 이용하여 상기 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 암시야 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 상기 암시야 이미지와 상기 명시야 이미지의 좌표를 동일하게 하기 위하여 상기 이미지 획득 장치와 상기 웨이퍼의 위치는 변화시키지 않는 것이 바람직하다. 즉, 상기 명시야 이미지와 상기 암시야 이미지는 상기 이미지 획득 장치와 상기 웨이퍼의 위치를 고정시킨 상태에서 상기 명시야 조명 및 상기 암시야 조명을 각각 이용하여 획득될 수 있다.

계속해서, S140 단계에서 상기 명시야 이미지(100)의 정렬에 사용된 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬할 수 있다. 구체적으로, 상기 암시야 이미지를 상기 명시야 이미지(100)와 동일한 크기로 커팅할 수 있으며, 이어서 상기 암시야 이미지를 상기 제1 회전각 및 제2 회전각만큼 순차적으로 회전시킴으로써 상기 암시야 이미지를 정렬할 수 있다. 특히, 상기 명시야 이미지(100)의 커팅에 사용된 좌표값들을 이용하여 상기 암시야 이미지를 커팅함으로써 상기 명시야 이미지(100)와 암시야 이미지의 크기 및 중심 좌표 등을 동일하게 할 수 있다.

마지막으로, S150 단계에서 상기 정렬된 암시야 이미지를 암시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 암시야 결함들을 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 웨이퍼 상의 암시야 결함들은 다이 대 다이 비교를 통해 검출될 수 있다. 구체적으로, 상기 암시야 이미지의 반도체 다이 영역들을 암시야 기준 이미지와 순차적으로 비교함으로써 상기 암시야 결함들이 검출될 수 있으며, 상기 검출된 암시야 결함들은 상기 웨이퍼 맵에 기록될 수 있다. 이때, 상기 암시야 기준 이미지는 기준 다이로부터 획득될 수 있다.

다른 예로서, 상기 암시야 결함들은 샷 대 샷 비교를 통해 검출될 수도 있다. 구체적으로, 상기 암시야 이미지 상에 복수의 샷 영역들이 정의될 수 있으며, 상기 샷 영역들을 암시야 기준 이미지와 순차적으로 비교함으로써 상기 암시야 결함들이 검출될 수 있다. 이때, 상기 암시야 기준 이미지는 기준 샷 영역으로부터 획득될 수 있다. 이와 다르게, 상기 암시야 기준 이미지는 복수의 샷 영역들의 그레이 레벨들의 평균값(Mean value)을 이용하여 획득될 수도 있다.

한편, 상기 암시야 이미지의 다이 정보 및 샷 정보는 상기 명시야 이미지(100)의 웨이퍼 맵으로부터 제공될 수 있다. 즉 상기 명시야 이미지(100)를 이용한 웨이퍼 맵 생성 과정에서 획득되는 다이 정보와 샷 정보를 이용하여 상기 암시야 이미지 상에서 복수의 다이 영역들과 복수의 샷 영역들이 설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 암시야 이미지의 다이 영역들 또는 샷 영역들을 상기 암시야 기준 이미지와 비교하는 단계(S150)에서 각각의 다이 영역 또는 각각의 샷 영역과 상기 암시야 기준 이미지를 정렬 또는 매칭하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 암시야 기준 이미지에 대한 정렬 또는 매칭 단계는 상기 명시야 기준 이미지에 대한 정렬 또는 매칭 단계와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 추가적인 상세 설명은 생략한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼로부터 검사를 위한 명시야 이미지(100)를 획득하고, 노치 좌표를 이용하여 상기 명시야 이미지(100)를 대략적으로 정렬할 수 있으며, 정렬 패턴들의 좌표들을 이용하여 상기 명시야 이미지(100)를 정밀하게 정렬할 수 있다. 상기와 같이 정렬된 명시야 이미지(100)는 다이 대 다이 비교 또는 샷 대 샷 비교 방법을 이용하여 명시야 기준 이미지와 비교될 수 있으며 이에 따라 명시야 결함들이 검출될 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼로부터 암시야 이미지를 획득하고, 상기 명시야 이미지(100)의 정렬에 사용된 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬할 수 있으며, 상기 명시야 이미지(100)를 이용한 결함 검출 방법과 유사하게 상기 암시야 이미지로부터 결함들을 검출할 수 있다.

상기와 같이 정렬된 명시야 이미지(100)와 암시야 이미지로부터 웨이퍼 상의 결함 검출이 가능하므로 일반적인 종래 기술에서 웨이퍼 척 또는 스테이지를 회전시켜 웨이퍼를 정렬하는 과정을 생략할 수 있다. 결과적으로, 상기 웨이퍼 검사 공정에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며, 또한 상기 웨이퍼 검사 장치의 제조 비용이 크게 절감될 수 있다.

특히, 상기 명시야 이미지(100)의 정렬 과정에서 획득되는 정렬 데이터를 이용하여 상기 암시야 이미지를 정렬함으로써 상기 암시야 이미지를 이용하는 웨이퍼 검사에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며, 또한 상기 웨이퍼 검사에 대한 신뢰도가 크게 향상될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 웨이퍼 20 : 반도체 다이
100 : 명시야 이미지 102, 104, 106, 116 : 분석 영역
112, 114 : 가상선

Claims

명시야 조명을 이용하여 복수의 반도체 다이들이 형성된 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 명시야 이미지를 획득하는 단계;
상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향으로 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 회전시킴으로써 상기 명시야 이미지를 정렬하는 단계;
상기 정렬된 명시야 이미지를 명시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 명시야 결함들을 검출하는 단계;
암시야 조명을 이용하여 상기 웨이퍼를 촬상하여 상기 웨이퍼에 대한 암시야 이미지를 획득하는 단계;
상기 명시야 이미지의 정렬에서 상기 명시야 이미지가 회전된 각도와 동일한 각도로 상기 암시야 이미지를 회전시킴으로써 상기 암시야 이미지를 정렬하는 단계; 및
상기 정렬된 암시야 이미지를 암시야 기준 이미지와 비교하여 상기 웨이퍼 상의 암시야 결함들을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 명시야 이미지 정렬 단계는,
상기 웨이퍼의 중심에 대하여 노치 또는 플랫존 부분이 기 설정된 방향에 위치되도록 상기 명시야 이미지를 1차 회전시키는 단계; 및
상기 반도체 다이들이 x축 방향 및 y축 방향을 따라 정렬되도록 상기 명시야 이미지를 2차 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제2항에 있어서, 상기 명시야 이미지 정렬 단계는,
상기 명시야 이미지에서 상기 웨이퍼에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역들을 커팅하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제3항에 있어서, 상기 암시야 이미지 정렬 단계는,
상기 암시야 이미지의 중심 좌표와 크기가 상기 명시야 이미지와 동일하게 되도록 상기 암시야 이미지를 커팅하는 단계;
상기 명시야 이미지의 1차 회전 단계와 동일한 각도로 상기 암시야 이미지를 회전시키는 단계; 및
상기 명시야 이미지의 2차 회전 단계와 동일한 각도로 상기 암시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제2항에 있어서, 상기 1차 회전 단계는,
상기 명시야 이미지로부터 상기 노치 또는 플랫존 부분을 검출하는 단계;
상기 웨이퍼의 중심과 상기 노치 또는 플랫존 부분에 대응하는 좌표값들로부터 제1 회전각을 산출하는 단계; 및
상기 제1 회전각만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제2항에 있어서, 상기 명시야 이미지의 1차 회전에 의해 상기 노치 또는 플랫존 부분이 상기 웨이퍼의 중심 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제2항에 있어서, 상기 2차 회전 단계는,
x축 방향 또는 y축 방향으로 서로 인접하는 반도체 다이들로부터 정렬 패턴들을 검출하는 단계;
상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들로부터 제2 회전각을 산출하는 단계; 및
상기 제2 회전각만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제2항에 있어서, 상기 2차 회전 단계는,
x축 방향 또는 y축 방향으로 배열된 일렬의 반도체 다이들을 선택하는 단계;
상기 선택된 반도체 다이들로부터 정렬 패턴들을 검출하는 단계;
상기 정렬 패턴들에 대응하는 좌표값들로부터 서로 인접하는 정렬 패턴들 사이의 제2 회전각들을 산출하는 단계;
상기 제2 회전각들의 평균값을 산출하는 단계; 및
상기 제2 회전각들의 평균값만큼 상기 명시야 이미지를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제8항에 있어서, 상기 일렬의 반도체 다이들은 상기 웨이퍼의 중심 부위에 인접하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 명시야 이미지로부터 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는,
상기 명시야 이미지에서 x축 방향 및 y축 방향으로 배열된 픽셀들의 그레이 레벨들을 분석하여 x축 방향 피크값들 및 y축 방향 피크값들을 검출하는 단계;
상기 x축 방향 피크값들에 대응하는 x축 좌표들과 상기 y축 방향 피크값들에 대응하는 y축 좌표들을 이용하여 상기 반도체 다이들의 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 산출하는 단계; 및
상기 x축 방향 피치와 y축 방향 피치를 이용하여 웨이퍼 맵을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는,
상기 명시야 이미지로부터 샷 표시 마크들을 검출하여 샷 영역들을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제12항에 있어서, 상기 샷 영역들을 검출하는 단계는,
상기 x축 좌표들과 상기 y축 좌표들을 조합하여 복수의 2차원 좌표들을 획득하는 단계;
상기 2차원 좌표들 중 어느 하나를 선택하는 단계;
상기 선택된 2차원 좌표를 포함하는 제1 분석 영역을 설정하는 단계;
상기 제1 분석 영역으로부터 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 x축 피치 및 y축 피치만큼 이동하면서 제2 분석 영역들과 제3 분석 영역들을 각각 설정하는 단계;
상기 제1 분석 영역과 제2 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계; 및
상기 제1 분석 영역과 제3 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제12항에 있어서, 상기 샷 영역들을 검출하는 단계는,
상기 x축 좌표들과 상기 y축 좌표들을 이용하여 상기 명시야 이미지 상에 x축 방향 가상선들과 y축 방향 가상선들을 표시하는 단계;
상기 x축 방향 가상선들과 y축 방향 가상선들의 교차점들을 각각 포함하는 분석 영역들을 설정하는 단계;
x축 방향으로 상기 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 x축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계; 및
y축 방향으로 상기 분석 영역들 사이의 유사도 분석을 통해 y축 방향으로 샷 표시 마크들을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제12항에 있어서, 상기 웨이퍼 맵 생성 단계는,
상기 샷 영역들의 크기 및 상기 샷 영역들을 각각 구성하는 반도체 다이들의 개수를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 x축 방향 피크값들과 y축 방향 피크값들은 상기 명시야 이미지의 중심 부위를 통과하는 픽셀들로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 명시야 결함들은 다이 대 다이 비교 또는 샷 대 샷 비교를 통해 검출되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 명시야 이미지와 상기 암시야 이미지는 상기 웨이퍼와 이미지 획득 장치의 위치를 고정시킨 상태에서 상기 명시야 조명 및 상기 암시야 조명을 각각 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.