KR20020053621A

KR20020053621A - 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치

Info

Publication number: KR20020053621A
Application number: KR1020000083330A
Authority: KR
Inventors: 김은하; 정수천
Original assignee: 이 창 세; 주식회사 실트론
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-05

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치에 관한 것으로 표면에 미세 결함의 유무가 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와, 상기 스테이지에 실장된 상기 웨이퍼에 레이저를 주사시키면서 경사지게 조사하는 레이저 발생기와, 상기 웨이퍼 표면의 상기 미세 결함에 의해 산란되는 빛만을 검출하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의해 검출된 빛을 전기 신호로 변환하여 상기 웨이퍼 표면을 촬상하는 촬상기와, 상기 전기 신호로 촬상된 상기 웨이퍼 표면을 영상 신호로 변환하여 출력하는 모니터를 구비한다. 따라서, 웨이퍼 표면에 존재하는 ㎚ 크기 이하의 스크레치성 미세 결함을 용이하며 재현성 있게 측정할 수 있다.

Description

웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치{Equipment for measuring defect of wafer surface}

본 발명은 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치에 관한 것으로서, 특히, 웨이퍼 표면 상에 위치하는 ㎛ 이하의 미세 결함을 측정할 수 있는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치에 관한 것이다.

실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 쵸크랄스키 방법(Czochralski method : 이하, CZ 방법이라 칭함)에 의하여 결정 성장시키는데 있어서 단결정 내 결함은 결정의 인상속도 및 냉각 등의 성장 조건에 크게 의존한다. 이러한 결함은 반도체소자의 특성에 큰 영향을 준다. 특히, 반도체소자의 집적도가 VLSI(Very Large Scale Integrated circuit) 시대에서 ULSI(Ultra Large Scale Integrated circuit) 시대로 발전하면서 반도체소자의 선폭이 더욱 미세하게 되며, 이에 따라, 반도체소자의 제조 공정은 더욱 세분화되고 복잡해지고 있다. 이로 인해 웨이퍼의 미세 결함은 반도체소자의 성능과 수율에 중대한 영향을 끼치므로 웨이퍼에 대한 품질 요구 수준이 더욱 높아질 뿐만 아니라 이러한 웨이퍼 표면 상의 미세 결함을 정확히 측정하는 것이 요구되고 있다.

종래에는 웨이퍼 표면 상의 스크레치(scratch) 성의 미세 결함을 육안 검사(visual inspection), 광학현미경(optical microscope) 또는 파티클 카운터(particle counter) 장비를 이용하여 측정하였다.

상기에서 육안 검사는 40만 룩스 이상의 조도를 갖는 할로겐 램프를 광원으로 사용하여 웨이퍼 표면 상의 ㎛ 크기(scale)의 미세 결함에 의해 광이 산란되는 것을 육안으로 확인하는 방법이다.

또한, 광학 현미경을 이용하는 방법은 검사할 웨이퍼의 전면적을 X축 및 Y축으로 이동하면서 500배 이상의 배율을 갖는 광학 현미경으로 측정한다.

그리고, 파티클 카운터 장비를 이용하는 방법은 웨이퍼를 일정한 크기로 구분된 다 수개의 영역을 수백 배의 배율로 확대하여 단계 별로 검사하는 것으로 산란되는 레이저를 검출하여 미세 결함의 유무와 위치를 측정한다.

그러나, 종래 기술에 따른 육안 검사 방법은 넓은 파장대를 갖는 할로겐 램프를 광원으로 사용하므로 ㎛ 크기(scale) 보다 작은 ㎚ 크기의 스크레치성 미세 결함의 관측이 불가능한 문제점이 있었다. 또한, 광학 현미경으로 측정하는 방법은 배율이 증가됨에 따라 한 번에 측정할 수 있는 면적이 감소되므로 측정이 어렵고 긴 시간이 필요할 뿐만 아니라 결함의 위치 확인시 재현성이 저하되는 문제점이 있었다.그리고, 파티클 장비를 이용하는 방법은 일정한 크기 내의 스크레치성 미세 결함들 중에서 가장 크기가 큰 결함만 검출되고 작은 결함들은 측정되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 ㎚ 크기 이하의 스크레치성 미세 결함을 용이하며 재현성 있게 측정할 수 있는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치는 표면에 미세 결함의 유무가 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와, 상기 스테이지에 실장된 상기 웨이퍼에 레이저를 주사시키면서 경사지게 조사하는 레이저 발생기와, 상기 웨이퍼 표면의 상기 미세 결함에 의해 산란되는 빛만을 검출하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의해 검출된 빛을 전기 신호로 변환하여 상기 웨이퍼 표면을 촬상하는 촬상기와, 상기 전기 신호로 촬상된 상기 웨이퍼 표면을 영상 신호로 변환하여 출력하는 모니터를 구비한다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치의 개략도

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치에서 조사된 레이저를 웨이퍼 상에 주사하는 것을 도시하는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치에서 조사된 레이저를 웨이퍼 상에 주사하는 것을 도시하는 도면이다.

본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치는 스테이지(13), 레이저 발생기(15), 렌즈(17), 촬상기(19) 및 모니터(21)를 포함한다.

스테이지(13)는 웨이퍼(11)가 실장되는 것으로 X축 및 Y축으로 이동이 가능하다.

레이저 발생기(15)는 스테이지(13)에 실장된 표면의 스크레치성 미세 결함(12)의 유무를 측정하기 위한 웨이퍼(11)의 전면에 레이저를 조사(照射)한다. 상기에서 레이저 발생기(15)가 레이저를 조사할 때 스테이지(13)는 X축 및 Y축으로 이동하여 웨이퍼(11)에 레이저가 도 2에 도시된 바와 같이 주사(scanning)되도록 한다.

레이저 발생기(15)로부터 조사되는 레이저는 웨이퍼(11) 표면에 존재하는 스크레치성 미세 결함(12)에 의해 산란된다. 산란되는 빛의 세기는 미세 결함(12)의 크기에 따라 변하는 데, 미세 결함(12)의 크기가 상대적으로 크면 빛의 세기가 상대적으로 강하고 상대적으로 작으면 빛의 세기도 상대적으로 약하게 된다. 상기에서 레이저는 파장대가 매우 좁으므로 ㎛ 크기 보다 작은 ㎚ 크기의 크레치성 미세 결함(12)에 의해서도 산란된다.

또한, 레이저가 웨이퍼(11)를 주사하면서 조사하므로 크기가 다른 스크레치성 미세 결함(12)이 다 수가 인접하게 존재하여도 동시에 산란되지 않고 각각 레이저가 조사될 때만 각각 산란한다. 그러므로, 미세 결함(12)은 산란시 상대적으로 작은 것이 상대적으로 큰 것에 의해 영향을 받지 않게 된다.

레이저 발생기(15)는 아르곤(Ar) 레이저, 네온(Ne) 레이저 또는 루비(Ru) 레이저 등으로 이루어지며, 발생되는 레이저는 400∼800㎚ 정도의 가시 영역의 파장대를 갖는 것이 바람직하다. 레이저 발생기(15)는 조사되는 레이저가 스크레치성 미세 결함(12)에서 산란이 잘 이루어지도록 웨이퍼(11)에 20∼80°의 각도로 조사한다.

렌즈(17)는 200∼1000배 정도의 배율을 갖는 것으로 웨이퍼(11)의 미세 결함(12)에의해 산란된 빛만을 검출한다. 그러므로, 렌즈(17)는 X축 및 Y축으로 이동하는 스테이지(13)에 의해 레이저와 동일하게 웨이퍼(11)를 주사하면서 스크레치성 미세 결함(12)이 없는 부분에서 반사된 빛을 제외한 미세 결함(12)에 의해 산란되어 웨이퍼(11)에 대해 90°정도의 각도로 반사되는 빛만을 검출한다.

이 때, 렌즈(17)는 200∼1000배 정도의 배율을 가지므로 웨이퍼(11) 표면에 존재하는 ㎛ 크기 보다 작은 ㎚ 크기의 크레치성 미세 결함(12)에 의해 산란된 약한 세기의 빛도 검출할 수 있다. 상기에서 렌즈(17)의 배율이 200배 보다 작으면 웨이퍼(11) 표면에 스크레치성 미세 결함(12)이 존재하여도 검출되지 않으며, 1000배 보다 크면 초점이 형성되기 어렵다. 그러므로, 렌즈(17)는 200∼1000배 정도의 배율, 바람직하기는, 500∼700배 정도의 배율을 가져야 한다.

촬상기(19)는 렌즈(17)에 의해 검출된 빛을 전기 신호로 변환하여 웨이퍼(11)의 레이저가 조사된 부분을 촬상하는 것으로 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera)로 이루어진다. 상기에서 렌즈(17)가 웨이퍼(11) 표면의 스크레치성 미세 결함(12)에 의해 산란된 빛만을 검출하므로 웨이퍼(11)는 촬상기(19)에 의해 스크레치성 미세 결함(12)이 있는 부분이 밝고 없는 부분은 어둡게 촬상된다.

모니터(21)는 촬상기(19)에 의해 전기 신호로 촬상된 상을 영상 신호로 변환하여 영상으로 표시한다. 상기에서 모니터(21)는 촬상기(19)에 의해 촬상된 웨이퍼(11)의 스크레치성 미세 결함(12)이 없는 부분은 어둡게 표시되고 있는 부분은 밝게 표시된다.

상술한 구성의 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 스테이지(13) 상에 스크레치성 미세 결함(12)의 유무를 측정하기 위한 웨이퍼(11)를 실장한다. 그리고, 스테이지(13)를 X축 및 Y축으로 이동시키면서 레이저 발생기(15)에서 400∼800㎚ 정도의 가시 영역의 파장대를 갖는 레이저를 웨이퍼(11)에 20∼80°의 경사각(θ)을 갖도록 조사한다. 그러므로, 웨이퍼(12)의 표면에 레이저는 주사되면서 조사된다.

웨이퍼(12)의 표면에 조사된 레이저는 스크레치성 미세 결함(12)이 없는 부분에서 입사각과 동일한 각으로 반사되며, 스크레치성 미세 결함(12)이 있는 부분에서 난반사에 의해 산란된다. 상기에서 산란된 빛의 세기는 미세 결함(12)의 크기에 따라 변하는 데, 미세 결함(12)의 크기가 상대적으로 크면 빛의 세기가 상대적으로 강하고 상대적으로 작으면 빛의 세기도 상대적으로 약하게 된다. 그리고, 레이저는 파장대가 매우 좁으므로 ㎛ 크기 보다 작은 ㎚ 크기의 스크레치성 미세 결함(12)에 의해서도 산란된다. 또한, 레이저가 웨이퍼(11)를 주사하면서 조사하므로 크기가 다른 스크레치성 미세 결함(12)이 다 수가 인접하게 존재하여도 동시에 산란되지 않고 각각 산란되므로 상대적으로 작은 것이 상대적으로 큰 것에 의해 영향을 받지 않게 된다. 그러므로, 웨이퍼(11) 표면에 존재하는 ㎚ 크기 이하의 스크레치성 미세 결함(12)을 용이하며 재현성 있게 측정할 수 있다.

스크레치성 미세 결함(12)에 의해 산란된 빛은 웨이퍼(11)에 대해 90°정도의 각도로 설치된 렌즈(17)에 의해 검출되고 촬상기(19)에 전기적 신호로 변환되어 촬상된다. 상기에서 렌즈(17)는 200∼1000배 정도의 배율, 바람직하기는, 500∼700배 정도의 배율을 가지므로 상대적으로 작은 크기의 스크래치성 미세 결함(12)에 의해산란된 약한 빛도 검출한다. 그리고, 촬상기(19)는 렌즈(17)에 의해 검출된 빛을 전기 신호로 변환하므로 스크레치성 미세 결함(12)이 있는 부분이 밝고 없는 부분은 어둡게 촬상된다.

그리고, 촬상기(19)에 의해 전기적 신호로 촬상된 상을 모니터(21)는 영상 신호로 변환하여 영상으로 표시한다. 이 때, 모니터(21)는 촬상기(19)에 의해 촬상된 웨이퍼(11)의 스크레치성 미세 결함(12)이 없는 부분은 어둡게 표시하고 있는 부분은 밝게 표시한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치는 웨이퍼의 표면에 레이저를 주사시키면서 조사하여 인접하는 상대적으로 미세 결함에 의해 영향을 받지 않으며 ㎛ 크기 보다 작은 ㎚ 크기의 스크레치성 미세 결함에 의해서도 산란되는 빛만을 200∼1000배 정도의 배율, 바람직하기는, 500∼700배 정도의 배율을 갖는 렌즈로 검출하고 촬상기로 촬상한 후 모니터로 영상으로 표시하여 미세 결함을 검사한다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼 표면에 존재하는 ㎚ 크기 이하의 스크레치성 미세 결함을 용이하며 재현성 있게 측정할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

표면에 미세 결함의 유무가 측정될 웨이퍼가 실장되는 스테이지와,

상기 스테이지에 실장된 상기 웨이퍼에 레이저를 주사시키면서 경사지게 조사하는 레이저 발생기와,

상기 웨이퍼 표면의 상기 미세 결함에 의해 산란되는 빛만을 검출하는 렌즈와,

상기 렌즈에 의해 검출된 빛을 전기 신호로 변환하여 상기 웨이퍼 표면을 촬상하는 촬상기와,

상기 전기 신호로 촬상된 상기 웨이퍼 표면을 영상 신호로 변환하여 출력하는 모니터를 구비하는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 스테이지가 X축 및 Y축으로 이동하는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 레이저 발생기가 아르곤(Ar) 레이저, 네온(Ne) 레이저 또는 루비(Ru) 레이저로 이루어진 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 3에 있어서 상기 레이저 발생기는 400∼800㎚의 가시 영역의 파장대의 레이저를 발생하는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 레이저 발생기는 레이저를 20∼80°의 각도로 조사하는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 렌즈는 200∼1000배 정도의 배율을 갖는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 6에 있어서 상기 렌즈는 500∼700배 정도의 배율을 갖는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 렌즈는 상기 미세 결함에 의해 산란되어 상기 웨이퍼에 대해 90°의 각도로 반사되는 빛만을 검출하는 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.
청구항 1에 있어서 상기 촬상기가 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera)로 이루어진 웨이퍼 표면의 미세 결함 측정 장치.