KR20030085943A - 반도체 소자의 결함 검사 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 제조 공정시, 소자 구성에 대한 결함 유무의 검사를 간단하면서도 정확히 이룰 수 있도록 하기 위하여, 반도체 소자의 웨이퍼 기판 상에 형성된 각 회로 패턴의 결함 여부를 판정하는 반도체 소자의 결함 검사 방법에 있어서, 상기 웨이퍼 기판에 전자빔을 주사하는 단계와, 상기 전자빔에 의해 상기 각 회로 패턴에서 방출되는 이차 전자를 상기 웨이퍼 기판에 설정된 임의의 영역별로 검출하여 이를 전기적 신호로 판독하는 단계와, 상기 판독된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계와, 상기 변환된 디지털 신호를 상기 각 회로 패턴에 대한 기준값과 비교하는 단계 및 비교된 신호를 출력하여 결과를 표시하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 소자의 결함 검사 방법 및 그 장치{METHOD OF ANALYZING FOR FAILURE OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND APPARATUS OF THE SAME}

본 발명은 반도체 소자의 결함 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자에 있어 비아 컨택(via contact) 등이 제대로 이루어졌는지를 검사하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조에 있어, 해당 반도체 소자의 수율에 영향을 미치는 하나의 요소로서 배선 연결 상태의 결함을 들 수 있는 바, 이러한 결함은 날로 반도체 소자에 대한 집적도가 높아지는 기술 발전의 동향에 따라 그 관리의 중요성이 더욱 대두되고 있다.

상기한 배선 연결의 예로는, 웨이퍼 기판 상의 트랜지스터층과 금속층의 연결 상태를 들 수 있는데, 주지된 바와 같이, 이의 연결은 비아 컨택을 통해 이루어지고 있다.

종래에 상기 비아 컨택의 확인을 통한 반도체 소자의 결함 검사는, 현미경 특히 주사형 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscopy, 이하 편의상 SEM 이라 칭한다.)을 통한 작업자의 육안 검사로 실시되고 있다.

즉, 종래에는 상기 SEM 장비를 통해 일정의 공정이 끝난 웨이퍼 기판에 전자빔을 주사하여 상기 웨이퍼 기판 상에 나타내는 2차 전자상(電子像), 가령 각 패턴별의 컨트라스트 차이를 작업자가 육안 검사하여 그 결함 여부를 판정하고 있다.

그러나, 이러한 반도체 소자의 결함 검사 방법은, 검사 장비의 조건이나 작업자의 육안 검사의 실시로 인해 그 신뢰성에 문제가 있을뿐더러, 그 검사 작업을 진행하는데 많은 인력과 시간을 투여해야 하므로, 반도체 소자의 제조 단가를 상승시키는 하나의 요인이 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 소자의 제조 공정시, 소자 구성에 대한 결함 유무의 검사를 간단하면서도 정확히 이룰 수 있는 반도체 소자의 결함 검사 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 방법을 실현할 수 있는 반도체 소자의 결함 검사 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 결함 검사 장치의 구성을 설명하기 위해 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 결함 검사 방법시, 웨이퍼 기판을 임의의 패턴으로 구획화하여 회로 패턴의 결합 유무를 검사하게 되는 것을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이에 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

반도체 소자의 웨이퍼 기판 상에 형성된 각 회로 패턴의 결함 여부를 판정하는 반도체 소자의 결함 검사 방법에 있어서, 상기 웨이퍼 기판에 전자빔을 주사하는 단계와, 상기 전자빔에 의해 상기 각 회로 패턴에서 방출되는 이차 전자를 상기 웨이퍼 기판에 설정된 임의의 영역별로 검출하여 이를 전기적 신호로 판독하는 단계와, 상기 판독된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계와, 상기 변환된 디지털 신호를 상기 각 회로 패턴에 대한 기준값과 비교하는 단계 및 비교된 신호를 출력하여 결과를 표시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 결함 검사 방법을 제공한다.

상기한 반도체 소자의 결함 검사 방법에 있어, 상기 전자빔의 주사 단계 및 상기 이차 전자를 검출하여 전기적 신호로 판독하는 단계는 주사형 전자 현미경에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 반도체 소자의 결함 검사 방법에 있어, 상기 이차 전자를 검출하여 판독한 전기적 신호가 상기 회로 패턴의 컨트라스트에 대응하는 신호로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 목적을 실현하기 위하여,

회로 패턴이 형성된 웨이퍼 기판에 대해 전자빔을 주사하는 전자빔 주사부와, 상기 전자빔의 의해 상기 웨이퍼 기판으로부터 방출된 이차 전자를 상기 웨이퍼 기판에 설정된 임의의 영역별로 검출하여 이를 전기적 신호로 판독하는 신호 판독부와, 이 신호 판독부로부터 전송받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기와, 이 A/D 변환기로부터 전송받은 신호를 기준값과 비교하는 제어부와,이 제어부에 비교된 값을 전기적 신호로 출력하는 신호 출력부 및 이 신호 출력부로부터 전송받은 신호에 따라 비교값을 디스플레이하는 표시부를 포함하는 반도체 소자의 결함 검사 장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 결함 검사 장치를 설명하기 위해 도시한 구성 블록도이다.

상기 반도체 소자의 결함 검사 장치는, 다수의 회로 패턴이 형성된 웨이퍼 기판(10) 상으로 전자빔을 주사하여 이 전자빔에 의해 상기 각 회로 패턴에서 발생된 이차 전자를 검출하고, 그 검출된 값을 기설정된 기준값과 비교하여 그 차이에 따라 회로 패턴에 대한 결함 유무를 검사할 수 있도록 구성되고 있다.

이의 구성을 살펴보면, 우선 상기 검사 장치에는 상기 웨이퍼 기판(10)으로 전자빔을 주사하도록 하는 전자빔 주사부(12)와, 이 전자빔 주사부(12)에서 주사된 전자빔에 의해 상기 웨이퍼 기판(10)으로부터 발생된 이차 전자를 감지하여 전기적 신호로 판독하는 신호 판독부(14)가 포함된다. 여기서 상기 전자빔 주사부(12)와 신호 판독부(14)는 SEM의 구성으로 이루어지는 것이 바람직한 바, 이에 이 전자빔 주사부(12)과 신호 판독부(14)는 상기 웨이퍼 기판(10)과 더불어 챔버 내에 제공된다.

본 발명에 있어, 상기 신호 판독부(14)는, 상기 웨이퍼 기판(10)으로부터 이차 전자를 검출시, 상기 웨이퍼 기판(10)에 임의의 패턴으로 설정된 소단위영역별(10a,10b,10c…)(도 2 참조)로 검출된 신호를 판독하게 되는 바, 여기서 이 판독된 신호는 상기 각 회로 패턴의 컨트라스트 값에 대응하는 것이다.

또한, 상기 검사 장치에는, 상기 신호 판독부(14)에서 판독한 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기(16) 포함되는 바, 이 A/D 변환기(16)는 CPU를 포함하는 제어부(18)에 전기적으로 연결된다. 여기서 이 제어부(18)는, 기입력되어 있거나 또는 상기 A/D 변환기(16)로부터 디지털 신호가 입력될 때, 별도로 입력되는 기준 신호 즉, 상기 각 회로 패턴의 기준 컨트라스트 값에 대응하는 기준 신호와 상기 디지털 신호를 비교하여 그 차이를 분석하게 된다.

여기서 상기한 각 소단위 영역별로 분석/비교된 값은, 상기 제어부(18)에 연결된 신호 출력부(20)를 거쳐해 모니터와 같은 결과 표시부(22)를 통해 작업자에게 최종 디스플레이되게 된다.

이에 상기와 같이 구성되는 본 발명의 반도체 소자 결함 검사 장치는, 다음의 단계를 거쳐 상기 웨이퍼 기판 상의 각 회로 패턴에 대한 결함 유무를 작업자가 알 수 있도록 한다.

먼저, 다수의 회로 패턴이 형성된 웨이퍼 기판(10)이 상기한 챔버 내로 제공되면, 상기 전자빔 주사부(12)에서 상기 회로 패턴에 대응하여 상기 웨이퍼 기판(10)으로 전자빔을 주사한다. 이때, 상기 전자빔은 상기 각 회로 패턴에 대응하여 각 회로 패턴에 순차적으로 주사되는 것이 바람직하다.

상기 과정에서 상기 각 회로 패턴으로부터는 상기 전자빔에 의해 이차 전자가 발생하게 되는데, 이 때, 상기 신호 판독부(14)에서는 상기 이차 전자의 발생정도를 감지하여 이를 전기적 신호로서 판독한다. 여기서 상기 신호 판독부(14)는 전술한 바와 같이, 상기 이차 전자에 대한 감지/판독을 상기 웨이퍼 기판(10)의 소단위 영역별(10a,10b,10c…)로 이룬다. 여기서 상기 소단위 영역(10a,10b,10c…)은 일정한 하나의 패턴으로 정해지는 것은 아니고, 검사 패턴에 따라 작업자의 선택에 의해 자유로이 설정될 수 있다.

이처럼 소단위 영역별(10a,10b,10c…)로 좌표화되어 감지된 이차 전자에 대한 신호값은, 상기 A/D 변환기(16)를 통해 디지털값으로 변환되고 이어 상기 제어부(18)로 전송되는 바, 이 제어부(18)에서는 상기 A/D 변환기(16)로부터 전송받은 상기 소단위 영역별 측정값을 별도로 입력받은 기준값에 비교하게 된다.

여기서 상기 제어부(18)로 별도 입력되는 기준값은, 상기한 회로 패턴의 기준 컨트라스트에 대응하는 값 이외에 회로 패턴들 사이에 해당하는 부위의 컨트라스트에 대응하는 값도 입력될 수 있는데, 이러한 다른 기준값은 상기 제어부(18)가 상기한 측정값과 기준값을 비교시, 상기 측정값을 상기 패턴들 사이 부위의 기준값과 비교하면 어느 임의의 차이값을 나타내므로, 이를 통해 작업자가 상기 차이값을 보고 그 해당 부위는 회로 패턴들 사이 부위임을 인식할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 제어부(18)를 통해 비교된 차이값은 상기 신호 출력부(20)를 통해 전기적인 신호로 출력되고 이는 다시 상기 결과 표시부(22)를 통해 작업자에게 최종 디스플레이되는 바, 이에 작업자는 이 결과 표시부(22)에서 출력되는 값을 인식하여 상기 각 회로 패턴에 대한 결함 유무를 판정하게 된다. 다시 말해, 그 비교값의 차이가 어느 기준치 내에 들면, 해당 회로 패턴의 비아 컨택에 제대로 이루어진 것으로 판정하고, 그 비교값의 차이가 상기 기준치를 벗어나게 되면 해당 회로 패턴의 비아 컨택에 문제가 있는 것으로 판정하게 되는 것이다.

이처럼 본 발명에 있어서는 반도체 소자의 회로 패턴에 대한 결함 유무를, 해당 회로 패턴의 컨트라스트를 측정하여 그 측정값과 이 측정값에 대한 기준값을 전자적 구성에 자동 비교 검사할 수 있도록 한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자의 결함 검사 방법 및 장치는, 작업자가 많은 수고를 하지 않으면서도 그 결과를 손쉽게 취득하여 작업을 수행할 수 있도록 하므로, 이에 본 발명은 작업 신뢰성 향상은 물론, 작업 인력 및 시간을 단축하여 작업 생산성에 향상에도 이점을 가질 수 있다.

Claims (4)

1. 반도체 소자의 웨이퍼 기판 상에 형성된 각 회로 패턴의 결함 여부를 판정하는 반도체 소자의 결함 검사 방법에 있어서,

   상기 웨이퍼 기판에 전자빔을 주사하는 단계;

   상기 전자빔에 의해 상기 각 회로 패턴에서 방출되는 이차 전자를 상기 웨이퍼 기판에 설정된 임의의 영역별로 검출하여 이를 전기적 신호로 판독하는 단계;

   상기 판독된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 단계;

   상기 변환된 디지털 신호를 상기 각 회로 패턴에 대한 기준값과 비교하는 단계; 및

   비교된 신호를 출력하여 결과를 표시하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 결함 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자빔의 주사 단계 및 상기 이차 전자를 검출하여 전기적 신호로 판독하는 단계가 주사형 전자 현미경에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 결함 검사 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이차 전자를 검출하여 판독한 전기적 신호가 상기 회로 패턴의 컨트라스트에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 결함 검사 방법.
4. 회로 패턴이 형성된 웨이퍼 기판에 대해 전자빔을 주사하는 전자빔 주사부와;

   상기 전자빔의 의해 상기 웨이퍼 기판으로부터 방출된 이차 전자를 상기 웨이퍼 기판에 설정된 임의의 영역별로 검출하여 이를 전기적 신호로 판독하는 신호 판독부와;

   이 신호 판독부로부터 전송받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기와;

   이 A/D 변환기로부터 전송받은 신호를 기준값과 비교하는 제어부와;

   이 제어부에 비교된 값을 전기적 신호로 출력하는 신호 출력부; 및

   이 신호 출력부로부터 전송받은 신호에 따라 비교값을 디스플레이하는 표시부

   를 포함하는 반도체 소자의 결함 검사 장치.