KR20050012937A - 반도체 제조 공정 검사 방법 및 검사 장치 - Google Patents

반도체 제조 공정 검사 방법 및 검사 장치

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KR20050012937A
KR20050012937A KR1020030051638A KR20030051638A KR20050012937A KR 20050012937 A KR20050012937 A KR 20050012937A KR 1020030051638 A KR1020030051638 A KR 1020030051638A KR 20030051638 A KR20030051638 A KR 20030051638A KR 20050012937 A KR20050012937 A KR 20050012937A
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삼성전자주식회사
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Abstract

반도체 제조 공정의 이상 여부를 신속 및 정확하게 검사할 수 있는 반도체 제조 공정 검사 방법 및 검사 장치가 개시되어 있다. 반도체 제조 장비의 셋업을 확인하기 위하여 기준 반도체 기판을 시험 가공 시, 각각의 단위 공정마다 기준 반도체 기판 상에 형성된 미세 구조물의 정보를 기억부에 저장한다. 이 후, 일 단위 공정을 통하여 반도체 기판 상에 형성된 다수의 미세 구조물들 중 적어도 두개를 측정하여 제1 특성 값을 정의하고, 상기 제1 특성 값을 저장된 상기 정보에 대응시켜 제1 특성 값과 상기 정보의 연관 관계를 정의한다. 다음으로, 상기 연관 관계에 따라 상기 대상 반도체 기판의 미 측정된 상기 미세 구조물의 제2 특성 값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 특성 값을 분석하여 상기 반도체 기판의 결함을 검출한다. 마지막으로, 검출된 결함의 종류 및 특성에 따라 상기 일 단위 공정의 이상 여부를 판별한다. 일 단위 공정 후 생성된 다수의 미세 구조물들 중 단지 몇 개만을 측정하여 전체 미세 구조물에 대한 결함 여부를 예측함으로써, 해당 공정의 이상 여부를 신속 및 정확하게 검사할 수 있다.

Description

반도체 제조 공정 검사 방법 및 검사 장치{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTION A SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS}
본 발명은 반도체 제조 공정 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 다수의 단위 공정을 통하여 반도체 기판 상에 미세 구조물을 형성하는 반도체 제조 공정에서 각각의 단위 공정마다 반도체 기판 상에 미세 구조물이 정확히 형성되었는지 검사하여 해당 단위 공정의 이상 여부를 판별할 수 있는 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것이다.
현재의 반도체 장치에 대한 연구는 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되고 있다. 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화를 이루기 위해서는 반도체 기판 상에 박막 패턴을 정확하게 형성하는 박막 증착 기술이 매우 중요하다.
반도체 기판 상에 박막 패턴은 다수의 단위 공정을 통하여 형성된다. 상기 단위 공정들은 웨이퍼 상에 막 형성 공정, 패턴 형성 공정, 금속 배선 형성 공정 등 수많은 공정을 포함한다.
상기 단위 공정들을 수행함으로써 웨이퍼 상에는 라인(line), 스페이스(space), 콘택 홀(contact hole) 또는 패턴(pattern) 등과 같은 미세 구조물이 형성되고, 이후 상기 미세 구조물들이 고성능, 고집적의 반도체 장치로 제조된다. 이 경우, 한 웨이퍼 상에만도 수백, 수천 개의 미세 구조물이 형성된다. 상기 수백, 수천 개의 미세 구조물 중 몇 개만 잘못 형성되더라도 전체 웨이퍼를 폐기하여야 한다. 따라서 상기 일련의 단위 공정 전후마다 웨이퍼 상에 미세 구조물 제대로 형성되었는지 판별하여 후속 공정의 진행여부가 결정된다.
반도체 기판 상에 박막 패턴이 정확하게 형성되었는지를 판별하는 검사(inspection) 공정이 반드시 필요하다. 예를 들어, 미세 패턴을 형성하기 위한 패터닝(patterning) 공정을 수행한 다음에는, 반도체 기판 상에 형성된 패턴에 파티클(particle) 또는 미세한 스크래치(micro scratch) 등의 결함이 발생할 수 있다. 또한, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 수행한후에도 반도체 기판 상의 패턴에 상기 결함이 발생될 수 있다.
반도체 기판 상의 결함은 일차로 반도체 기판 결함 검사 장치에 의하여 검출된다. 일차로 검출된 결함의 종류 및 개수가 후속 공정에 심각한 영향을 미칠 수 있다고 판단되면, 작업자에 의해 직접 재검된다.
재검사의 목적은 일정 개수 이상의 결함을 갖는 웨이퍼를 대상으로 실제 결함들이 공정에 영향을 미치는 것인지 여부를 판단하고, 공정에 심각한 영향을 미치는 결함인지 판단하기 위함이다. 이 경우, 일반적으로 작업자가 육안으로 직접 확인한다.
재검사를 수행한 결과, 해당 공정의 진행을 중단할 것인지, 계속 진행 할 것인지 결정된다. 결함의 개수가 일정 개수를 넘거나, 공정에 심각한 영향을 미치는 결함으로 판별되면 해당 공정이 중지된다.
현재 반도체 장치는 고집적 및 고성능화되는 추세이고 단위 공정의 수도 급격히 증가하였다. 또한, 반도체 기판 상에 형성되는 미세 구조물의 수도 증가하여 한 기판 당 검사 대상이 수백, 수천 개나 된다.
상술한 바와 같이 반도체 제조 공정의 수 및 미세 구조물의 수의 급증으로 각 단위 공정마다 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물들을 모두 검사할 경우, 막대한 시간적, 재정적 손실이 발생된다.
이에 대한 차기 방안으로, 일부 단위 공정에서만 반도체 기판의 결함 여부를 검사하고, 일정 배수를 곱하여 결함의 개수 및 비율을 추측하는 방법이 사용되고 있지만, 근본적으로 신뢰할 수 없는 방법이다.
각각의 단위 공정에서 반도체 기판의 결함 여부를 정확히 검출하지 못하면, 이상이 있는 단위 공정에 반도체 기판이 계속 제공될 수 있다. 이상이 있는 단위 공정이 수행된 반도체 기판은 후속 공정에 제공되어 큰 손실을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 경제적, 시간적 손실을 유발한다.
따라서 각 단위 공정마다 반도체 기판 상의 결함을 신속하게 그리고 효율적으로 처리할 수 있으면서도 정확한 검사를 수행할 수 있는 검사 방법 및 검사 장치가 요구된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 반도체 제조 장비의 셋업을 확인하기 위하여 실시되는 기준 반도체 기판 시험 가공에서 각각의 단위 공정마다 정의되는 모든 미세 구조물의 정보를 이용하여, 대상 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물들을 예측할 수 있고, 나아가 공정의 이상 여부를 검사할 수 있는 반도체 제조 공정의 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상기 반도체 제조 공정의 검사 방법에 따라 단위 공정의 이상 여부를 판별할 수 있는 반도체 제조 공정 검사 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 검사 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110：입력부 120：기억부
130：연산부 140：검출부
150：출력부
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 제조 장비의 셋업을 확인하기 위하여 기준 반도체 기판을 시험 가공 시, 각각의 단위 공정마다 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물의정보를 기억부에 저장한다. 이 후, 일 단위 공정을 통하여 반도체 기판 상에 형성된 다수의 미세 구조물들 중 적어도 두개를 측정하여 제1 특성 값을 정의하고, 상기 제1 특성 값을 저장된 상기 정보에 대응시켜 제1 특성 값과 상기 정보의 연관 관계를 정의한다. 다음으로, 상기 연관 관계에 따라 미 측정된 상기 미세 구조물의 제2 특성 값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 특성 값을 분석하여 상기 반도체 기판의 결함을 검출한다. 마지막으로, 검출된 결함의 종류 및 특성에 따라 상기 해당 단위 공정의 이상 여부를 판별한다.
전술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물의 정보가 기억된 기억부; 단위 공정이 수행된 반도체 기판 상의 다수의 미세 구조물중 적어도 두개를 측정하여 정의된 제1 특성 값을 입력하기 위한 입력부; 상기 입력부와 상기 기억부 모두에 연결되며, 제1 특성 값과 상기 기억부에 저장된 정보의 연관 관계를 정의하고, 상기 연관 관계에 따라 미 측정된 미세 구조물들의 제2 특성 값을 산출하기 위한 연산부; 및 상기 연산부에 연결되어 상기 제1 및 제2 특성 값을 제공 받으며, 상기 제1 및 제2 특성 값을 분석하여 상기 반도체 기판 상의 결함을 검출하고, 상기 결함에 따라 해당 단위 공정의 이상 여무를 판별하기 위한 검출부를 포함한다.
단위 공정이 수십 가지이고 상기 단위 공정을 통하여 생성된 미세 구조물의 개수가 수천에 이르는 경우, 각 단위 공정마다 모든 미세 구조물을 확인하는 것은 시간적, 재정적 문제를 야기한다. 따라서 현실적으로는 반도체 기판의 일부만 랜덤(random)하게 분류하고 일정 배수를 곱하여 결함의 개수 및 비율을 추측하는방법이 사용되고 있어, 근본적으로 신뢰할 수 없는 방법이다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 장비 셋업 시 실시된 모든 단위 공정별, 모든 미세 구조물의 결함 검사의 결과를 저장해두었다가 이후 실시되는 단위 공정에서 이용함으로써 반도체 기판 상의 모든 결함을 정확하게 검사할 수 있으며, 나아가 공정의 이상 여부를 확인할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 반도체 제조 공정의 검사 방법 및 검사 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것을 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정 검사 방법을 설명하기위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 단위 공정이 수행된 반도체 기판 상의 다수의 미세 구조물 중 적어도 두개를 측정하여 제1 특성 값을 정의한다(S11). 제1 특성 값을 기 측정되어 정의된 기준 반도체 기판의 정보에 대응시켜 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 정의한다(S13). 정의된 연관 관계에 따라 미 측정된 나머지 미세 구조물들의 제2 특성 값을 산출한다(S15). 제1 및 제2 특성 값을 분석하여 반도체 기판 상의 결함을 검출하고(S17), 검출된 결함에 따라 해당 단위 공정의 이상 여부를 판별한다(S19).
이 경우, 제1 특성 값은 측정된 미세 구조물들의 임계 치수, 두께 또는 광 반사율에 대한 정보를 포함하고, 제2 특성 값은 상기 연산 관계에 따라 상기 기준반도체 기판의 정보를 변화시켜 산출된 대상 반도체 기판의 미 측정된 미세 구조물의 정보를 포함한다. 제1 특성 값 및 제2 특성 값은 동일한 종류이다. 일예로, 예를 들어 제1 특성 값이 임계치수 값이면, 제2 특성 값도 임계치수 값이다.
또한, 기준 반도체 기판에 대한 정보는 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물들의 임계 치수 또는 두께에 대한 정보를 포함한다.
모든 반도체 제조 장비의 셋업(setup) 단계 시, 상기 셋업의 이상 여부를 확인하기 위하여 기준(reference) 반도체 기판을 제조한다. 기준 반도체 기판은 각각의 단위 공정마다 검사되며, 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물이 검사된다.
기준 반도체 기판에 대하여 보다 자세하게 설명하면, 반도체 제조 장비는 매우 민감한 장비이다. 동일 장비에 같은 조건을 부여하여 반도체 기판을 제조하여도 그 결과는 동일하지 않다. 따라서 새로운 조건을 부가되거나 오버롤(overall) 정비 후에는 반드시 반도체 제조 장비를 재 세팅(setting)하여야 한다. 반도체 제조 장비에 대한 재 세팅 시에는 반드시 세팅이 올바로 되었는지 확인하는 기준 반도체 기판의 시험 가공이 필요하다. 시험 가공은 정규 반도체 제조 공정과 동일하게 실시된다. 각 공정마다 기준 반도체 기판 상에 라인(line), 스페이스(space), 콘택 홀(contact hole) 또는 패턴(pattern) 등과 같은 미세 구조물들을 모두 생성한 후, 전자 현미경(scanning electron microscope)과 같은 검사 장비를 이용하여 모든 미세 구조물을 검사한다.
기준 반도체 기판 상에 정확한 패턴의 미세 구조물을 형성되지 않은 경우,해당 세팅의 이상 여부를 확인하고 다시 세팅을 한다.
기준 반도체 기판 상에 원하는 패턴의 미세 구조물을 형성된 경우, 해당 세팅이 완료된다. 즉, 기준 반도체 기판 상에는 해당 반도체 제조 장비에 대한 바람직한 미세 구조물이 형성된다.
세팅의 이상 여부를 확인하지 않고 공정을 진행할 경우, 반도체 기판 상에 불량 미세 구조물들이 반복되어 형성되고, 후속 공정에도 영향을 미쳐 반도체 장치의 전체의 불량률을 높이는 심각한 문제를 야기한다.
상술한 바와 같이 반도체 제조 장비를 세팅 시, 기준 반도체 기판의 시험 가공은 반드시 필요한 사항이며, 기준 반도체 기판에 형성된 미세 구조물 또한 모두 검사되어야 한다.
일반적으로 반도체 기판 상에는 웨이퍼 상에는 라인, 스페이스, 콘택 홀 또는 패턴 등과 같은 미세 구조물이 수백, 수천 개가 형성된다. 상기 수백, 수천 개의 미세 구조물 중 몇 개만 잘못 형성되더라도 전체 반도체 기판을 폐기하여야 한다. 미세 구조물에 결함이 발생되는 이유는 거의 해당 단위 공정 중에 문제가 존재하기 때문이다.
하지만, 각 공정마다 수백, 수천 개의 미세 구조물을 모두 검사하여 해당 공정의 이상 여부를 확인할 경우, 시간적, 재정적으로 큰 문제가 발생된다.
따라서 실제로는 중요한 공정에서만 그리고 일부 미세 구조물에 대해서만 검사를 수행하여 해당 공정의 이상 여부를 판별한다.
본 실시예에 따른 반도체 제조 공정 검사 방법은 반도체 제조 장비 세팅 시정의된 기준 반도체 기판의 미세 구조물에 대한 정보를 이용한다.
반도체 제조 장비 세팅 시에는 반도체 기판의 미세 구조물에 대하여 각각의 공정마다 모든 미세 구조물에 대하여 확인한다. 따라서 각각의 공정마다 형성된 미세 구조물에 대한 바람직한 정보를 알 수 있다.
기준 반도체 기판의 각 단위 공정별 미세 구조물에 대한 정보는 서버와 같은 기억장치에 저장된다.
일반적으로 반도체 제조 공정 시, 중요 공정을 실시한 후 일부 미세 구조물에 대하여 검사를 한다. 이 경우, 전자 현미경과 같은 장비를 이용하여 일부 미세 구조물에 대한 임계 치수 또는 두께에 대하여 측정을 실시한다.
측정되는 미세 구조물의 개수 및 종류는 선택적으로 변화될 수 있다. 반도체 기판 상에는 다종의 그리고 다수의 미세 구조물이 형성된다. 따라서 반도체 기판의 표면은 다수의 영역으로 구분할 수 있다. 현재, 각 단위 공정마다 모든 미세 구조물을 검사할 수 없어, 각 종류별 미세 구조물을 랜덤(random)식으로 선택하고, 선택된 미세 구조물에 대해서만 검사하고 있다.
본 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 검사 방법에서도 미세 구조물을 현재 수행되고 있는 랜덤식으로 선택하는 것이 바람직하다. 가능한 많은 종류의 미세 구조물을 선택하여 검사하는 것이 바람직하만, 최소 두개의 미세 구조물만 측정하여도 본 검사 방법을 수행할 수 있다.
이하, 일부 미세 구조물에 대하여 검사를 실시한 결과 정의된 결과를 측정된 일부 미세 구조물들의 제1 특성 값이라 하고, 정규 반도체 제조 공정을 통하여 제작된 반도체 기판을 대상 반도체 기판이라고 한다.
대상 반도체 기판의 제1 특성 값이 정의된 후(S11), 제1 특성 값이 정의된 해당 단위 공정에 대응하는 기준 반도체 기판의 단위 공정을 찾는다.
다음으로, 제1 특성 값에 대응하는 기준 반도체 기판의 정보를 찾는다. 이 경우, 동일한 장비를 이용하여 동일한 공정을 수행한 경우라도 기준 반도체 기판에 형성된 미세 구조물과 대상 반도체 기판에 형성된 미세 구조물은 동일하거나 약간 다를 수 있다.
일차적으로, 측정된 제1 특성 값이 기준 반도체 기판의 정보와 크게 상이한 경우, 해당 공정의 이상이 있는 것으로 정의한다. 만약 제1 특성 값이 기준 반도체 기판의 정보와 크게 상이하지 않은 경우 즉, 제1 특성 값이 허용 오차 범위 내에 있는 경우, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보와의 연관 관계를 정의한다(S13).
제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보가 동일할 경우, 나머지 미 측정된 미세 구조물도 기준 반도체 기판의 정보와 동일할 것으로 예측한다. 보다 자세하게 설명하면, 제1 특성 값이 정의된 대상 반도체 기판의 측정된 미세 구조물과 동일한 좌표를 갖는 기준 반도체 기판의 정보를 찾는다. 대상 반도체 기판과 기준 반도체 기판의 동일 좌표의 정보가 동일할 경우, 나머지 미측정 된 대상 반도체 기판의 미세 구조물은 대상 반도체 기판의 정보와 동일할 것으로 예측한다.
하지만 제1 특성 값이 기준 반도체 기판의 정보와 상이할 수 있다. 일반적으로, 제1 특성 값이 상이하면 미 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물의 치수 또는 두께도 제1 특성 값의 상이한 정도와 비례한다. 즉, 비례식 연관 관계를 갖는다.
일예로, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 차이의 평균값을 산출한 결과, 제1 특성 값이 기준 반도체 기판의 정보보다 약 0.01㎛ 큰 값을 갖는 경우, 미 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물도 약 0.01㎛ 큰 값을 갖는 것으로 예측한다. 또한, 제1 특성 값이 기준 반도체 기판의 정보에 비하여 약 0.01 배정도 큰 값을 갖는 경우, 미 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물도 약 0.01 배정도 큰 값을 갖는 것으로 예측한다.
제1 특성 값이 많은 경우, 즉 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물이 많은 경우, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 정의하는 것이 난이 할 수 있다. 하지만, 분산된 수치들의 연관 관계를 계산하는 수학식 또는 프로그램은 현재 많이 공개되어 있기 때문에 통상의 지식을 가진 당업자라면 용이하게 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 정의할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 특성 값 및 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 알면, 미 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물의 값을 산출할 수 있다(S15). 이하, 연관 관계에 따라 산출된 미세 구조물의 특성 값을 제2 특성 값이라 한다.
비록, 측정된 미세 구조물의 오차가 허용 오차 범위 내에 존재한다고 하더라도, 미 측정된 미세 구조물의 오차가 허용 오차 범위 내에 존재하지 않을 수 있다. 이는 대상 반도체 기판 상의 수많은 미세 구조물의 허용 오차 범위가 동일하지 않기 때문이다. 대상 반도체 기판 상에는 다종의 수많은 미세 구조물이 형성되기 때문에 미세 구조물의 종류마다 허용 오차 범위가 다른 것이다.
상술한 바와 같이, 다수의 미세 구조물의 허용 오차 범위가 다르기 때문에 제1 및 제2 특성 값을 종합하여 대상 반도체 기판의 분석이 필요하다.
제1 및 제2 특성 값을 종합하면, 대상 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물에 대한 정보를 알 수 있다.
종합된 제1 및 제2 특성 값은 오차 계산 프로그램에 대입된다. 오차 계산 프로그램은 잡 프로파일(job profile)을 기준으로 기 설정된다. 오차 계산 프로그램에는 해당 반도체 기판 상의 좌표별 허용 오차 범위의 정보가 포함된다. 따라서 종합된 제1 및 제2 특성 값을 오차 계산 프로그램에 대입하면, 대상 반도체 기판 상의 모든 미세 구조물에 대한 결함 여부를 예측할 수 있다(S17). 이 경우, 반드시 오차 계산 프로그램을 이용해야 하는 것은 아니다.
오차 계산 프로그램은 대상 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물들에 대한 결함 여부를 용이하게 검사하기 위한 것이다. 경우에 따라서, 종합된 제1 및 제2 특성 값을 작업자가 직접 검사할 수 있지만 그리 바람직하진 않다.
종합된 제1 및 제2 특성 값을 오차 계산 프로그램에 대입하여 분석한 결과, 대상 반도체 기판에 심각한 결함이 있는 것으로 판별되면, 해당 단위 공정의 진행을 중지한다(S19). 해당 단위 공정은 이상 여부가 해소된 후에 재 진행된다.
대상 반도체 기판의 각 단위 공정별 제1 및 제2 특성 값 그리고, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보와의 연관 관계는 서버에 저장되어 재 이용될 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 반도체 제조 장비의 이용 빈도가 증가할수록 제조되는 반도체 기판의 소정의 경향으로 조금씩 변화된다. 따라서 각 단위 공정마다 제조된 반도체 기판의 정보 및 연관 관계를 서버에 저장 시, 반도체 기판의 변화되는 경향을 알 수 있다. 반도체 기판의 변화되는 경향을 알면, 해당 반도체 제조 장비의 정비 시점을 알 수 있을 뿐만 아니라, 제조되는 반도체 기판의 특성도 예측할 수 있다.
종합된 제1 및 제2 특성 값을 분석한 결과, 단위 공정 자체의 문제가 발생된 경우, 해당 단위 공정이 수행된 모든 반도체 기판에 결함이 존재할 수 있다.
일반적으로 한 단위 공정에 수백, 수천 장의 반도체 기판이 연속적으로 제공되기 때문에 단위 공정 자체의 이상은 상당한 재정적, 시간적 문제를 야기한다. 또한, 불량하게 제조된 반도체 기판이 후속 공정에 제공될 경우, 반도체 장치의 전체의 불량률을 높이는 심각한 문제를 야기할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각각의 단위 공정마다 형성된 모든 미세 구조물을 확인하여 해당 단위 공정의 이상 여부를 판별하는 것은 매우 중요하다.
본 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 검사 방법은 상기 문제를 해소할 수 있어, 단위 공정의 이상으로 인하여 발생될 수 있는 재정적, 시간적 손실을 방지할 수 있다.
실시예 2
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정 검사 장치를 설명하기위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 단위 공정이 수행된 대상 반도체 기판 상의 다수의 미세 구조물들 중 적어도 두개를 측정하여 정의된 제1 특성 값을 입력하기 위한 입력부(110); 상기 입력부로부터 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물에 대한 정보가 입력되어 저장된 기억부(120); 입력부(110)와 기억부(120) 모두에 연결되어 제1 및 제2 특성 값을 제공 받으며, 제1 및 제2 특성 값을 분석하여 대상 반도체 기판 상의 결함을 검찰하고, 검출된 결함에 따라 단위 공정의 이상 여부를 판별하기 위한 검출부(140); 및 공정의 이상 여부가 판별된 결과가 출력되는 출력부(150)를 포함한다.
대상 반도체 기판은 웨이퍼나 레티클, 포토 마스크 등 미세 구조물이 형성되는 다양한 기판이 선택될 수 있다.
일반적인 반도체 기판인 웨이퍼 상에는 아몰퍼스 실리콘 막, 실리콘 산화물 막, 실리콘 질화물 막, 또는 실리콘 산질화물 막 등과 같은 다양한 박막이 증착된다. 웨이퍼 상의 막에 미세 구조물을 형성하기 위해서는 일련의 마스크들이 사용된다. 각각의 마스크들은 반도체 기판에 형성되는 회로 성분에 대응하는 복잡한 패턴들을 포함한다. 이러한 마스크들은 반도체 기판에 형성된 절연막 또는 도전막 등과 같은 박막 상에 미리 도포되어 있는 포토레지스트 막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 데 사용된다. 포토레지스트 막은 포토레지스트 패턴을 형성하도록 노광 및 현상되며, 이와 같은 포토레지스트 패턴을 이용하여 배선이나 도전 패턴 또는 홀 등과 같은 미세 구조물을 형성하도록 하부의 도전막 또는 절연막을 선택적으로 식각한다.
상술한 바와 같이 막 증착 공정, 노광 공정, 식각 공정 등 다양한 단위 공정을 통하여 반도체 기판 상에 라인, 스페이스, 콘택 홀 또는 패턴 등과 같은 미세 구조물이 형성된다. 반도체 기판 상에 형성된 미세 구조물은 반드시 검사 공정을 통해 미세 구조물들이 정확히 형성되었는지 판별하여야 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조 공정 검사 장치도 기준 반도체 기판에 형성된 미세 구조물을 검사하기 위하여 레이저 검사 장치나 전자 현미경 검사 장치를 이용할 수 있다.
기준 반도체 기판은 반도체 제조 설비의 세팅 시, 세팅의 이상 여부를 판별하기 위하여 이용된다. 이 경우, 각각의 단위 공정마다 기준 반도체 기판에 형성된 모든 미세 구조물들을 검사하여 반도체 제조 설비의 세팅에 이상이 없음을 확인한다.
반도체 제조 설비의 세팅이 이상이 없음이 판명되면, 해당 기준 반도체 기판에 대한 정보를 각각의 단위 공정별로 기억부(120)에 저장한다. 이 경우, 기준 반도체 기판에 대한 정보는 입력부(110)를 통하여 기억부(120)에 저장된다.
반도체 제조 설비의 세팅이 완료되면, 정규 반도체 제조 공정이 수행된다. 이하, 정규 반도체 제조 공정을 통하여 제조된 반도체 기판을 대상 반도체 기판이라고 한다.
일 단위 공정이 수행된 대상 반도체 기판 상에 형성된 미세 구조물은 확인 공정을 통하여 후속 공정에 제공된다.
각각의 단위 공정마다 대상 반도체 기판 상에는 다수의 미세 구조물이 형성될 수 있다. 다수의 미세 구조물을 전부 검사할 경우, 시간적, 재정적 손실이 발생되기 때문에 일부 미세 구조물이 랜덤식으로 선택되어 검사 및 측정된다.
랜덤식으로 선택된 일부 미세 구조물의 임계 치수나 두께 등을 측정한 결과는 입력부(110)를 통하여 검사 장치에 입력된다. 이하, 랜덤식으로 선택된 일부 미세 구조물의 임계 치수나 두께 등을 측정한 결과를 제1 특성 값이라 한다.
입력부(110)를 통하여 입력된 제1 특성 값은 연산부(130)에 제공된다. 제1 특성 값은 측정된 일부 미세 구조물에 대한 위치 정보, 임계 치수, 두께 등의 정보를 포함한다.
연산부(130)는 입력된 제1 특성 값에 대응하는 기준 반도체 기판의 정보를 기억부(120)로부터 제공 받는다. 연산부(130) 제1 특성 값 및 제1 특성 값에 대응하는 기준 반도체 기판의 정보를 비교하여 연관 관계를 정의한다.
제1 특성 값이 많은 경우, 즉 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물이 많은 경우, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 정의 하는 것이 난이 할 수 있다. 하지만, 분산된 수치들의 연관 관계를 계산하는 수학식 또는 프로그램이 많이 공개되어 있어, 통상의 지식을 가진 당업자라면 용이하게 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 정의할 수 있다.
연산부(130)는 제1 특성 값 및 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보의 연관 관계를 이용하여 미 측정된 대상 반도체 기판의 미세 구조물에 대한 정보를 산출할 수 있다. 제2 특성 값은 연관 관계에 따라 산출된 미세 구조물의 임계 치수또는 두께와 같은 정보를 포함한다.
상기 연산 관계에 대한 상세한 설명은 상기 실기예 1에 설명한 바와 유사하여 생략한다.
제1 및 제2 특성 값을 종합하면, 대상 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물에 대한 정보를 알 수 있다.
연산부(130)는 제2 특성 값을 산출하여 기억부에 저장함과 동시에 검출부(140)에 제공한다.
검출부(140)는 기억부(120) 및 연산부(130)로부터 제1 및 제2 특성 값을 제공받아 분석한다. 대상 반도체 기판에 형성된 다수의 미세 구조물은 각기 허용 오차 범위가 다를 수 있기 때문에 검출부(140)에서 분석된다.
검출부(140)는 오차 계산 프로그램을 포함한다. 종합된 제1 및 제2 특성 값은 검출부(140)의 오차 계산 프로그램에 대입된다.
오차 계산 프로그램은 잡 프로파일(job profile)을 기준으로 기 설정된다. 오차 계산 프로그램에는 해당 반도체 기판 상의 좌표별 허용 오차 범위의 정보가 포함된다. 따라서 종합된 제1 및 제2 특성 값을 검출부(140)의 오차 계산 프로그램에 대입하면, 대상 반도체 기판 상의 모든 미세 구조물에 대한 결함 여부를 예측할 수 있다. 이 경우, 반드시 오차 계산 프로그램을 이용해야 하는 것은 아니다. 일예로, 작업자의 수작업에 의한 검사도 가능하며 종래에 개시된 다른 프로그램이 이용될 수 있다.
검출부(140)는 제1 및 제2 특성 값을 오차 계산 프로그램에 대입하여 분석한결과를 기억부(120)에 제공함과 동시에 출력부(150)에 제공한다.
출력부(150)는 모니터와 같은 일반적인 출력장치가 사용될 수 있다. 또한, 출력부(150)에는 반도체 제조 장비의 제어부가 연결될 수 있다.
검출부(140)의 분석 결과 대상 반도체 기판에 심각한 결함이 있는 것으로 판별되면 출력부(150)는 결함 사항을 워닝(warning) 신호를 표시하고, 반도체 제조 장비의 제어부에 공정 중지 신호를 출력할 수도 있다.
기억부(120)에는 대상 반도체 기판의 각 단위 공정별 제1 및 제2 특성 값 그리고, 제1 특성 값과 기준 반도체 기판의 정보와의 연관 관계가 저장된다. 따라서 단위 공정의 이용 빈도가 증가할수록 반도체 기판에 형성된 미세 구조물이 변화되는 경향을 인수 있다. 또한, 해당 반도체 제조 장비의 정비 시점을 알 수 있을 뿐만 아니라, 제조되는 반도체 기판의 특성도 예측할 수 있다.
반도체 제조 장비의 셋업을 확인하기 위하여 실시되는 시험 반도체 기판 제조에서 각각의 단위 공정마다 정의되는 모든 미세 구조물의 정보를 기억부에 저장하여, 대상 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물들의 정보를 예측할 수 있고, 나아가 공정의 이상 여부를 용이하게 검사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 설비의 셋업 단계 시, 반드시 제조되는 기준 반도체 기판의 정보를 이용한다. 정규 제조 공정 시 제조된 반도체 기판 상의 일부 미세 구조물만을 측정하여도 모든 미세 구조물의 정보를 예측할 수 있으며, 나아가 공정의 이상 여부도 검사할 수 있어 재정적, 시간적 손실을 방지할 수 있다. 또한,후속 공정에 바람직하게 제조된 반도체 기판을 제공할 수 있어, 전제 반도체 제조 공정의 생산률을 증대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 단위 공정이 수행된 반도체 기판 상의 다수의 미세 구조물 중 적어도 두개를 측정하여 제1 특성 값을 정의하는 단계;
    상기 제1 특성 값을 기 측정되어 정의된 기준 반도체 기판 정보에 대응시켜 상기 제1 특성 값과 상기 기준 반도체 기판의 정보 값의 연관 관계를 정의하는 단계;
    상기 연관 관계에 따라 상기 기준 반도체 기판 정보를 변화시켜 상기 다수의 미세 구조물 중 측정된 미세 구조물을 제외한 나머지 미세 구조물의 제2 특성 값을 산출하는 단계;
    상기 제1 특성 값 및 상기 제2 특성 값을 분석하여 상기 반도체 기판 상의 결함을 검출하는 단계;
    검출된 상기 결함에 따라 상기 단위 공정의 이상 여부를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 특성 값은 측정된 상기 미세 구조물의 임계 치수(critical dimension) 또는 두께에 대한 정보를 포함하고, 상기 제2 특성 값은 상기 제1 특성 값과 동일한 종류의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정의 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 반도체 기판은 반도체 제조 설비의 셋업(setup) 단계 시 시험 제작되는 반도체 기판이며, 상기 기준 반도체 기판의 정보는 각각의 단위 공정마다 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물의, 임계 치수 또는 두께에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 특성 값은 측정된 상기 미세 구조물의 좌표와 동일한 상기 기준 반도체 기판의 좌표 상에 형성된 미세 구조물의 정보에 대응되며, 상기 연관 관계는 상기 미세 구조물의 정보와 상기 제1 특성 값의 차이의 평균 값에 따른 비례식인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 검사 방법.
  5. 단위 공정이 수행된 반도체 기판 상의 다수의 미세 구조물 중 적어도 두개를 측정하여 정의된 제1 특성 값을 입력하기 위한 입력부;
    기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물의 정보가 저장된 기억부;
    상기 입력부와 상기 기억부 모두에 연결되며, 상기 제1 특성 값을 상기 정보에 대응시켜 상기 제1 특성 값과 상기 정보의 연관 관계를 정의하고, 상기 연관 관계에 따라 상기 기준 반도체 기판의 정보를 변화시켜 상기 다수의 미세 구조물 중 측정된 미세 구조물을 제외한 나머지 미세 구조물들의 제2 특성 값을 산출하기 위한 연산부; 및
    상기 연산부에 연결되어 상기 제1 및 상기 제2 특성 값을 제공받으며, 상기제1 및 제2 특성 값을 분석하여 상기 반도체 기판 상의 결함을 검출하고, 검출된 상기 결함에 따라 상기 단위 공정의 이상 여부를 판별하기 위한 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출부는 상기 단위 공정의 이상 여부에 따라 상기 단위 공정의 진행을 제어하기 위하여 상기 단위 공정이 수행되는 반도체 기판 제조 장치에 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 특성 값은 측정된 상기 미세 구조물의 임계 치수 또는 두께에 대한 정보를 포함하고, 상기 제2 특성 값은 상기 제1 특성 값과 동일한 종류의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 기준 반도체 기판의 정보는 기준 반도체 기판 상에 형성된 모든 미세 구조물의, 임계 치수 또는 두께에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 검사 장치.
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