KR20020058309A - 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌표보정용 웨이퍼를 사용하여 비 패턴의 웨이퍼상에서의 결함을 주사전자 현미경으로 관찰할 수 있도록한 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법에 관한 것으로, 표준 결함이 형성된 보정 좌표용 웨이퍼를 준비하는 단계;상기 보정 좌표용 웨이퍼의 표준 결함을 측정하고 생성된 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;상기 SEM에 보정 좌표용 웨이퍼를 로딩하고 플랫존으로 기준으로 정렬하는 단계;표준 결함을 찾아 SEM에 나타난 좌표와 결과 파일에 나타난 좌표값의 차이로 보정 좌표값을 구하는 단계;측정 대상이 되는 비 패턴의 테스트 웨이퍼의 결함을 측정하고 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;비 패턴 웨이퍼를 SEM에 로딩하고 플랫존에 정렬하는 단계;결함중 하나의 좌표에 상기 보정 좌표값을 더한 후 결함을 관찰하는 단계를 포함한다.

Description

비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법{Method for observing the wafer defect of forming nor pattern}

본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 특히 좌표보정용 웨이퍼를 사용하여 비패턴의 웨이퍼상에서의 결함을 주사전자 현미경으로 관찰할 수 있도록한 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법에 관한 것이다.

프로브 스테이션(probe station)에서 웨이퍼(wafer)의 직경을 인식하는 방법은 웨이퍼의 외곽 4점의 위치좌표를 구하고 이를 토대로 하여 웨이퍼의 중심점을 구하고, 이 중심점을 바탕으로 하여 입력된 웨이퍼의 크기를 시스템 운영체제에 알려주는 것이다.

실제 웨이퍼에는 웨이퍼 상태에서 테스트를 진행하는 공정에서 해당 칩의 테스트 방향을 설정하기 위해 이전공정인 확산공정(fabrication)에서 웨이퍼를 절단할 때 형성해 놓은 플랫존(flat zone)이 존재하며, 이 플랫존은 가로/세로 높이를 가진 직사각형으로 구성되고 그 넓이는 제품에 따라 다르다.

패턴이 형성되어있는 웨이퍼와 다르게 패턴에 형성되지 않은 웨이퍼상에서의 발생한 결함은 정렬 방법 및 초점 형성등이 곤란하여 주사전자현미경으로는 관찰하기 대단히 곤란하였다.

패턴이 형성된 웨이퍼상에 발생한 결함을 SEM에서 관찰하는 일반적인 방법은 아래와 같다.

제 1 스텝으로 결함 측정용 장비에서 지정된 정렬 지점에 웨이퍼의 정렬을 완료하고 결함을 측정하여 결과 파일이 생성된다.(측정된 결함들의 위치가 좌표로 표시됨)

그리고 제 2 스텝으로 결함 측정 장비에서 생성된 결과 파일을 SEM으로 전송한다.

그리고 제 3 스텝으로 SEM내에 웨이퍼를 삽입하고 결과 파일을 로딩한다.

그리고 제 4 스텝으로 SEM 화면상에서 웨이퍼 내부의 지정된 정렬 지점에서정렬을 완료하고 결과 파일에 표시된 좌표에 따라 결함 관찰을 실시한다.

여기서, 제 4 스텝은 SEM에서 결과 파일이 포함하는 좌표값과 SEM에 표시되는 좌표값이 실제로 일치될 수 있도록 하는 작업을 말한다. 즉, 결함측정용 장비에서의 정렬 지점과 SEM에서의 정렬 지점을 일치시킴으로써 실제 결함이 존재하는 좌표에 SEM 화면이 위치하게 해주는 것이다.

정렬에 사용되는 방법은 2point법(웨이퍼 좌측의 일정지점과 웨이퍼 우측의 일정지점에 정렬)과 4point법(웨이퍼 좌/우측 지점에 더하여 웨이퍼 윗부분의 일정지점과 웨이퍼 아랫부분의 일정지점에 정렬)이 있으며 주로 간편한 2point법이 사용된다.

반도체 공정간에 공정 이상을 체크하는데 사용하는 테스트 웨이퍼는 비 패턴형성 웨이퍼이며 여기에 결함이 발생하였다면 공정 이상이 발생하였다는 신호가 되는데, 공정개선을 위해서는 결함의 정확한 형태의 분류와 성분의 분석이 필요하며 이를 위해서는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, 이하 SEM)에서의 관찰이 필요하다.

일반적으로 웨이퍼 결함 측정장비(KLA-Tencor사의 Suff Scan, AIT, KLA21xx, AMAT사의 WF-73x Series등)을 사용하여 비 패턴형성 웨이퍼상의 결함을 검출할 수는 있다.

측정장비상에서 검출된 비 패턴형성 웨이퍼상의 결함은 현재까지 단지 광학현미경적으로 제한하여 관찰 할 수 있을 뿐이며(일부장비는 이마저도 불가능) 정확한 결함종류의 분류와 성분 분석등을 통해서 결함 발생원인 파악 및 재발 방지 대책을 수립하려면 SEM을 이용한 결함의 관찰이 선행되어야 한다.

그러나 비 패턴형성 웨이퍼상에서 정렬(Alignment)에 필요한 기준점을 정하기 어렵다는 기술적인 난관 때문에 이를 실현하기가 매우 어렵고, 종래에 나와있는 비 패턴형성 웨이퍼 결함 관찰용 장비(Hitachi사 LS-6500등)은 정렬 정밀도에 있어서 오차가 수백 ㎛에 달하므로 그 실용성이 의문시되고 있다.

최근 출시된 AMAT사의 SEM-VISION 등은 커다란 비용부담을 감수해야하는 실정이어서 종래에 갖추고 있는 시스템의 테두리에서 이를 실현하는 방법을 강구하여야 하는 상황이다.

이와 같이 종래 기술의 비 패턴 웨이퍼 테스트에서는 다음과 같은 문제가 있다.

비 패턴 형성 웨이퍼상에서의 결함을 새로운 장비의 도입으로 해결하는 방법에서는 비용 부담 측면에서 매우 불리하고 통상적인 방법의 SEM을 통한 관찰은 기준점 설정의 어려움으로 양산에 적용할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 비 패턴형성 웨이퍼상의 결함을 SEM을 통해 관찰하려면 적절한 정렬방법을 확립하여야 하는데, 본 발명에서는 이를 위해 결함 좌표보정용 웨이퍼를 사용하여 결함의 좌표값을 보정하여 줄수 있는 보정값을 구한 후 (이 보정값은 장비의 고유한 값이므로 한 번 보정값을 구해놓으면 모든 비 패턴형성 웨이퍼에 적용시킬 수 있다.)각 결함의 좌표값에 보정값을 더하거나 빼주면 최소한의 오차범위에서 정확하게 좌표를 추적하여 결함을 관찰 할 수 있도록한 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 비 패턴 웨이퍼상에 표준 결함 형성시의 구성도

도 2는 표준결함 측정후의 결과 데이터를 나타낸 구성도

--도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명--

100. 플랫존 101. 비 패턴 형성 웨이퍼

102. 표준 결함

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법은 표준 결함이 형성된 보정 좌표용 웨이퍼를 준비하는 단계;상기 보정 좌표용 웨이퍼의 표준 결함을 측정하고 생성된 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;상기 SEM에 보정 좌표용 웨이퍼를 로딩하고 플랫존으로 기준으로 정렬하는 단계;표준 결함을 찾아 SEM에 나타난 좌표와 결과 파일에 나타난 좌표값의 차이로 보정 좌표값을 구하는 단계;측정 대상이 되는 비 패턴의 테스트 웨이퍼의 결함을 측정하고 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;비 패턴 웨이퍼를 SEM에 로딩하고 플랫존에 정렬하는 단계;결함중 하나의 좌표에 상기 보정 좌표값을 더한 후 결함을 관찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 비 패턴 웨이퍼상에 표준 결함 형성시의 구성도이고, 도 2는 표준결함 측정후의 결과 데이터를 나타낸 구성도이다.

비 패턴형성 웨이퍼상에 발생한 결함을 SEM에서 관찰하는데 있어서 제한 사항은 지정된 정렬 지점에 정렬하기가 불가능하거나 매우 어려워 지나치게 오차가 크다는 것이다.

이를 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 방법을 제시한다.

제 1 스텝으로 결함 측정용 장비에서 비 패턴 웨이퍼의 결함을 측정하여 결과 파일을 생성한다.

그리고 결함 측정장비에서 생성된 결과파일을 SEM으로 전송한다.

이어, 제 3 스텝으로 SEM내에 웨이퍼를 삽입하고 결과 파일을 로딩한다.

그리고 제 4 스텝으로 SEM 화면상에서 웨이퍼 내부의 일정지점에 정렬하기 전에 보정좌표값을 가/감한 후 정렬완료하고 결함 관찰하는 단계로 정리할 수 있다.

이와 같은 내용을 기준으로 보면, 보정 좌표값을 구할 수 있으면 결함 좌표에의 정렬이 가능해지는 것을 알 수 있다.

좌표 보정용 웨이퍼를 사용하여 보정 좌표를 구하는 방법은 다음과 같다.

제 1 스텝으로 표준 결함이 형성되어 있는 좌표 보정용 웨이퍼를 준비하여 제 2 스텝으로 좌표 보정용 웨이퍼를 결함 측정용 장비에서 표준 결함을 측정하여 결과파일을 생성한 후, 제 3 스텝으로 좌표 보정용 웨이퍼를 SEM에 삽입하고 기본값으로 정렬한 후, 결과파일에 나타난 표준결함을 SEM에서 지원하는 광학현미경 모드로 찾은 후 결과파일에 나타난 표준결함의 좌표와 SEM에 나타난 실제 좌표와의 차이를 구함으로써 얻는다.

다음으로 좌표 보정용 웨이퍼를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1a와 도 1b에서와 같이, 비 패턴 웨이퍼(101)를 준비하고 비패턴 웨이퍼(101)에 표준 결함(102)을 형성한다.

여기서, 표준 결함(102) 형성은 마스크를 사용한 식각, 레이저 마킹, 표준 파티클을 웨이퍼 표면에 전사하는 방법의 어느 하나를 사용할 수 있고, 표준 결함을 만들기 전후에 하나 이상의 층들을 형성하는 단계가 포함될 수 있다.

즉, 레이저를 이용하여 웨이퍼상에 일정 간격으로 홈을 형성하는데 일반적으로 홈의 직경은 약 100㎛가량으로 크기가 매우 커서 광학현미경으로도 쉽게 찾을 수 있다.

그리고 결함 측정용 장비나 SEM 장비에서는 웨이퍼가 로딩되면 웨이퍼 측면에 만들어져있는 평평한 부분 즉, 플랫존(Flatzone)(100)을 인식하여 수평 정렬을 맞춘다. 플랫존의 개수가 많을수록 더욱 정확한 수평 정렬이 가능해 진다.

그리고 보정 좌표를 구하는 순서를 도 2를 참고하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제 1 스텝으로 좌표 보정용 웨이퍼를 결함 측정장비에 로딩한다. 이때 장비는 웨이퍼의 플랫존을 인식하여 수평 정렬한다.

제 2 스텝으로 좌표 보정용 웨이퍼상의 표준 결함을 측정하여 표준 결함의 좌표값을 포함한 결과 파일을 생성한다.

제 3 스텝으로 결함 측정장비에서 웨이퍼를 언로딩한다.

제 4 스텝으로 SEM에 좌표 보정용 웨이퍼를 로딩한다. 그리고 제 5 스텝으로 플랫존을 기준으로 정렬 실시한다.

제 6 스텝으로 좌표 보정용 웨이퍼를 정렬후 SEM에 부착된 옵티컬 마이크로 스코프 모드(Optical Microscope Mode)로 결함 1을 찾는다. 표준 결함의 평균 크기는 약 100㎛정도 차이로서 약 300배 정도의 배율을 갖는 옵티컬 마이크로 스코프로 1-2분내에 쉽게 찾을 수 있는 크기이다.

제 7 스텝으로 표준 결함을 찾은후 SEM에 나타난 표준결함의 좌표와 결함 측정장비의 결과파일에 나타난 좌표의 차이를 구한다.

예를 들어, 결과파일에 표준결함 1의 좌표가 (1000,2000)이고, SEM으로 표준결함을 찾고난 후에 나타난 표준결함의 좌표가 (1200,2500)이라면 보정좌표값은 (200,500)이 된다.

그리고 제 8 스텝으로 표준결함 2,3,..에 대해 제 6 스텝과 같은 방법으로 표준결함을 찾은 후 보정 좌표값을 구한다.

그리고 제 9 스텝으로 각각의 보정 좌표값의 평균값을 구한다. 이때 평균값이 보정 좌표값이 되며 표준결함이 많을수록 보정 좌표값은 정확해 진다.

이상에서 설명한바와 같은 방법으로 보정 좌표값을 얻은 후 비 패턴 웨이퍼의 결함을 SEM 관찰하는 순서는 다음과 같다.

제 1 스텝으로 비 패턴 웨이퍼를 결함 측정장비로 결함을 측정하여 결과파일을 얻는다.

그리고 제 2 스텝으로 SEM에 결과 파일을 입력하고 비 패턴 웨이퍼을 로딩한 후 플랫존을 기준으로 수평 정렬을 실시한다.

그리고 제 3 스텝으로 결함 1번 좌표에 보정 좌표값을 더하면 정확한 결함의좌표가 되며 각 결함마다 모두 보정값을 가감할 필요없이 하나의 결함을 찾은 후 SEM에 있는 오프셋(Offset) 기능을 사용하면 모든 결함을 SEM에서 관찰할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

비 패턴형성 웨이퍼의 SEM을 이용한 결함 관찰은 공정 이상 발생시 후속 조치 및 대책을 세우는데 필수 불가결한 요소인데, 본 발명을 사용하면 추가적인 비용의 발생없이 기존의 설비 및 장비를 사용하더라도 비 패턴 형성 웨이퍼상의 결함을 SEM을 이용해 관찰할 수 있다.

이는 비용 절감의 효과 및 공정의 이상 발생시 더욱 자세한 분석이 가능해 재발 방지 대책 수립이 용이해지도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 표준 결함이 형성된 보정 좌표용 웨이퍼를 준비하는 단계;

   상기 보정 좌표용 웨이퍼의 표준 결함을 측정하고 생성된 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;

   상기 SEM에 보정 좌표용 웨이퍼를 로딩하고 플랫존으로 기준으로 정렬하는 단계;

   표준 결함을 찾아 SEM에 나타난 좌표와 결과 파일에 나타난 좌표값의 차이로 보정 좌표값을 구하는 단계;

   측정 대상이 되는 비 패턴의 테스트 웨이퍼의 결함을 측정하고 결과 파일을 SEM에 입력하는 단계;

   비 패턴 웨이퍼를 SEM에 로딩하고 플랫존에 정렬하는 단계;

   결함중 하나의 좌표에 상기 보정 좌표값을 더한 후 결함을 관찰하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 테스트 웨이퍼 또는 보정 좌표용 웨이퍼로 사용되는 비 패턴 웨이퍼가 하나 이상의 플랫 존을 갖고 보정 좌표용 웨이퍼는 표준 결함으로 이용되는 하나 이상의 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 보정 좌표용 웨이퍼의 표준 결함은 마스크를 사용한 식각, 레이저 마킹, 표준 파티클을 웨이퍼 표면에 전사하는 방법의 어느 하나를 사용할 수 있고, 표준 결함을 만들기 전후에 하나 이상의 층들을 형성하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 표준 결함은 복수개가 구성되고 각각의 표준 결함은 각각 서로 다른 x,y 좌표값을 갖는 것을 특징으로 하는 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 측정 대상이 되는 비 패턴의 테스트 웨이퍼의 결함을 측정하고 결과 파일을 SEM에 입력하지 않고 원하는 결함의 좌표값에 보정값을 직접 입력하여 결함을 관찰하는 것을 특징으로 하는 비 패턴 형성 웨이퍼의 결함 관찰 방법.