KR20060079483A - Defect sensing apparatus of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 결함을 이미지 등으로 검출하는 장치에 관한 것으로 특히, 장파장 광원과 단파장 광원을 이원적으로 구비하고; 통상적인 검사의 경우는 장파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하고, 장파장 광원으로 반도체 기판의 이미지를 촬영하는 경우 IMD CMP, W CMP, Metal etch 등의 하부 막질이 보이거나, 생상 변화(color variation)가 심한 레이어(Layer)에 대한 검사(Inspection)의 경우 자동적으로 단파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 결함 검출 장치를 제공하면, 이미지 취득을 위해 사용되는 장파장의 램프이외에 단파장의 램프를 추가로 부가하여 생성된 이미지의 콘트라스트 및 균일성을 개선함으로써 자동 경함 분류의 수행능력을 증대시킬 수 있다.The present invention relates to an apparatus for detecting defects in a substrate such as a semiconductor wafer with an image or the like, in particular having a long wavelength light source and a short wavelength light source; In the case of a conventional inspection, an image of a semiconductor substrate is photographed using a long wavelength light source, and when the image of a semiconductor substrate is photographed using a long wavelength light source, lower film quality such as IMD CMP, W CMP, and metal etch is seen or color variation In the case of inspection for a heavy layer, a long-wavelength lamp used for image acquisition is provided by providing a semiconductor defect detection device, which automatically photographs an image of a semiconductor substrate through a short wavelength light source. In addition, the addition of short wavelength lamps can be added to improve the contrast and uniformity of the generated image, thereby increasing the performance of automatic hardness classification.

color, variation, Layer, Inspection, UVcolor, variation, Layer, Inspection, UV

Description

반도체 결함 검출 장치{Defect Sensing Apparatus of Semiconductor Device}Defect Sensing Apparatus of Semiconductor Device

도 1은 일반적인 반도체 결함 검출 장치의 구성 예시도1 is a configuration example of a general semiconductor defect detection device

도 2는 장파장 광원을 이용한 경우의 콘택홀 형성 패턴을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도2 is an exemplary planar capture image of a semiconductor having a contact hole formation pattern in the case of using a long wavelength light source;

도 3은 본 발명에 따른 단파장 광원을 이용한 경우의 콘택홀 형성 패턴을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도3 is an exemplary planar capture image of a semiconductor having a contact hole formation pattern when using a short wavelength light source according to the present invention;

도 4는 장파장 광원을 이용한 경우의 결함을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도4 illustrates a planar capture image of a semiconductor having a defect when a long wavelength light source is used.

도 5는 본 발명에 따른 단파장 광원을 이용한 경우의 결함을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도5 is an exemplary planar capture image of a semiconductor having a defect in the case of using a short wavelength light source according to the present invention

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 결함을 이미지 등으로 검출하는 장치에 관한 것으로 특히, 이미지 취득을 위해 사용되는 장파장의 램프이외에 단파장의 램프를 추가로 부가하여 생성된 이미지의 콘트라스트 및 균일성을 개선함으로써 자동 경함 분류의 수행능력을 증대시키기 위한 반도체 결함 검출 장치에 관한 것이 다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting defects in a substrate such as a semiconductor wafer as an image. In particular, an additional short wavelength lamp is added in addition to the long wavelength lamp used for image acquisition to improve contrast and uniformity of the generated image. The present invention relates to a semiconductor defect detection apparatus for increasing the performance of automatic hard classification.

일반적으로, 결함 검출은 반도체장치 제조에서 중요한 측면이다. 가급적 다수의 제조 스테이지에서의 조기 검출은 다수의 웨이퍼가 영향을 받기 전에 결함원인이 확인되고 제거될 수 있도록 한다. In general, defect detection is an important aspect in semiconductor device manufacturing. Early detection, preferably at multiple manufacturing stages, allows defects to be identified and eliminated before multiple wafers are affected.

현재, KLA-Tencor의 21XX-시리즈 웨이퍼 검사수단과 같은 광검사수단을 이용하여 대부분의 인라인 검사가 수행된다. 그러나 이들 광수단은 회절로 인한 흐려짐과 그 작은 집속 깊이에 의해 그 성능이 제한된다. Currently, most in-line inspections are performed using light inspection means such as KLA-Tencor's 21XX-series wafer inspection means. However, these optical means are limited in their performance by blurring due to diffraction and their small focusing depth.

이들 광수단의 작은 집속깊이는 초미세한 특징을 영상화하기 위해 요구되는 다수의 애퍼처 대물렌즈의 고유 제한이 된다. 장치의 표면에서가 아닌 임의의 결함은 대개 초점이 맞지 않을 것이고 따라서 검출할 수 없다.The small focusing depth of these light means is an inherent limitation of many aperture objectives required for imaging ultra fine features. Any defect that is not at the surface of the device will usually be out of focus and thus not detectable.

그러한 표면하의 결함의 예로는 다규소 게이트 단락, 개방 바이어 및 접촉, 및 금속 스트링거가 있다. 또한, 광수단의 회절-제한 해상도는 작은 표면 결함을 흐리게 하여, 그들을 0.25㎛ 이하의 최소 CDs(critical dimensions) 수축과 같이 검출할 수 없게 한다. 이들은 최소 CD이거나 그 이하인 분실 또는 임시 패턴의 영역 및 ~0.1㎛ 입자와 같은 결함을 포함한다.Examples of such subsurface defects are polysilicon gate shorts, open vias and contacts, and metal stringers. In addition, the diffraction-limited resolution of the light means blurs small surface defects, making them undetectable, such as minimal CDs (critical dimensions) shrinkage of 0.25 μm or less. These include areas of missing or temporary patterns that are at least CD or less and defects such as ˜0.1 μm particles.

현재의 KLA 검사(Inspection) 장비에서 사용하는 램프(Lamp)는 파장이400~700㎚의 비교적 장파장을 사용하고 있고 ADC (Auto-defect classification)도 동일한 광원을 사용함에 있어, 장파장의 optic 광원을 씀으로 인해 IMD CMP, W CMP, Metal etch 등의 하부 막질이 보이거나 생상 변화(color variation)가 심한 레이어(Layer)에 대한 검사(Inspection)의 경우, 심한 노이즈(Noise)로 인해 실제 결함(Real defect)과 노이즈(Noise)와의 구별이 모호하여 ADC(Auto-defect classification)의 수행능력(Performance)이 저하되게 된다.Lamp used in current KLA inspection equipment uses relatively long wavelength of 400 ~ 700nm and ADC (Auto-defect classification) also uses long wavelength optic light source. In case of inspection of the layer which shows lower film quality such as IMD CMP, W CMP, Metal etch, or color variation, due to severe noise, it is a real defect. ) And the noise is ambiguous, and the performance of the ADC (auto-defect classification) is degraded.

즉, ADC(Auto-defect classification)는 실제 우리가 분류하고자 하는 결함(Defect)들의 군을 설정해 KLA 검사과정에서 이미지로 캡쳐(capture)되는 결함(defect)과 ADC(Auto-defect classification) 장비에 탑재되어 있는 검사프로그램(software)에 저장되어 있는 결함(defect)과 비교, 발생되어진 결함(defect)의 분류를 자동으로 코딩(coding)할 수 있는 기능을 수행한다.In other words, ADC (Auto-defect classification) actually sets a group of defects that we want to classify and mounts on defects and ADC (Auto-defect classification) equipment that are captured as images during KLA inspection process. Compared with the defects stored in the inspection software, the classification of the generated defects is performed automatically.

하지만 상술한 바와 같이 IMD CMP, W CMP, Metal etch step등의 레이어(layer)의 경우, 실리콘 옥사이드 막질의 굴절하는 효과로 인해서 많은 색상변화가 발생되고 이로 인해 ADC(Auto-defect classification)의 수행능력(Performance)이 저하되게 되는 것이다.However, as described above, in the case of layers such as IMD CMP, W CMP, and metal etch step, a lot of color change occurs due to the refractive effect of silicon oxide film, and thus the ability of performing ADC (Auto-defect classification). (Performance) will be degraded.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 결함을 이미지 등으로 검출하는 장치에 관한 것으로 특히, 이미지 취득을 위해 사용되는 장파장의 램프이외에 단파장의 램프를 추가로 부가하여 생성된 이미지의 콘트라스트 및 균일성을 개선함으로써 자동 경함 분류의 수행능력을 증대시키기 위한 반도체 결함 검출 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-mentioned problems relates to an apparatus for detecting defects in a substrate such as a semiconductor wafer by an image or the like, and in particular, by adding an additional short wavelength lamp in addition to the long wavelength lamp used for image acquisition The present invention provides a semiconductor defect detection apparatus for increasing the performance of automatic hardness classification by improving the contrast and uniformity of a processed image.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 결함 검출 장치의 특징은, 반도체 기판의 이미지를 촬영하여 이를 저장하고, 기 설정된 겸함 패턴과 저장된 이미지를 부분적으로 비교하여 결함의 발생정도 및 결함의 위험도등을 인식하도록 하는 광학 반도체 검사 장비에서: 장파장 광원과 단파장 광원을 이원적으로 구비하고; 통상적인 검사의 경우는 장파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하고, 장파장 광원으로 반도체 기판의 이미지를 촬영하는 경우 IMD CMP, W CMP, Metal etch 등의 하부 막질이 보이거나, 생상 변화(color variation)가 심한 레이어(Layer)에 대한 검사(Inspection)의 경우 자동적으로 단파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하도록 하는 데 있다.A feature of the semiconductor defect detection apparatus according to the present invention for achieving the above object is to take an image of the semiconductor substrate and store it, and to compare the preset combined pattern and the stored image partially to determine the occurrence of the defect and In an optical semiconductor inspection equipment for recognizing a danger level, etc., comprising: a dual wavelength light source and a short wavelength light source; In the case of a conventional inspection, an image of a semiconductor substrate is photographed using a long wavelength light source, and when the image of a semiconductor substrate is photographed using a long wavelength light source, lower film quality such as IMD CMP, W CMP, and metal etch is seen or color variation In the case of inspection of a heavy layer, an image of a semiconductor substrate is automatically captured by a short wavelength light source.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above object and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 입자빔 조사에 의한 측정 시스템으로써, 이미지 처리 서브시스템(56)은 이미지 정렬 및 이미지 비교를 위해 데이터 처리를 수행한다. Mercury Computer Systems of Chelmsford(Massachusetts)의 적절하게 프로그램된 멀티프로세서-어레이 컴퓨터와 같은 이미지 처리 서브시스템은 비디오 입출력보드, 프로세서 어레이, RAM, 및 큰 디스크 기억장치를 포함한다.1 is a measurement system by particle beam irradiation, where the image processing subsystem 56 performs data processing for image alignment and image comparison. Image processing subsystems such as a suitably programmed multiprocessor-array computer from Mercury Computer Systems of Chelmsford (Massachusetts) include video input / output boards, processor arrays, RAM, and large disk storage.

예를 들어, 이미지 처리 서브시스템(56)은 검출 데이터 및 기준 이미지 저장을 위해 32개 300㎒ 파워 PC 프로세서, 4Gbytes의 RAM, 및 200Gbytes 디스크 기억장치의 어레이를 구비할 수 있다. 이미지 처리 서브시스템(56)은 메모리를 위한 셀 대 셀 비교; 랜덤한 논리를 위한 다이대 기준 또는 다이대 다이 비교; 및 접촉부 및 다른 층을 위한 특징기반 비교를 포함하지만 그에 제한되지는 않는 종래의 이미지 처리 알고리즘 범위를 실행시키도록 프로그램될 수 있다.For example, image processing subsystem 56 may have an array of 32 300 MHz power PC processors, 4 Gbytes of RAM, and 200 Gbytes of disk storage for detection data and reference image storage. Image processing subsystem 56 may include cell to cell comparisons for memory; Die-to-die or die-to-die comparisons for random logic; And conventional image processing algorithms, including but not limited to feature-based comparisons for contacts and other layers.

또한, 결함 검출시스템(58)은 시스템 제어 소프트웨어(도시되지 않음) 및 윈도우 NT 운영시스템을 실행시키기는 펜티엄 프로세서 및 디스플레이(62)를 가지는 PC와 같은 제어 컴퓨터(60)를 포함한다. 결함 검출시스템(58)은 또한 상기한 시스템 구성요소를 작동시키기 위해 신호를 제공하기 위한 컴퓨터(60)의 제어하에서 제어 전자수단(64)를 포함한다. 결함 검출시스템(58)은 유리하게 미리 정해진 저장된 결함 검출방법에 기초한 자동화 공장 환경내 오퍼레이터 또는 실험실 또는 프로세스 개발 환경내 엔지니어에 의한 사용을 지원하기 위해 다중레벨의, 사용하기 쉽고, 그래픽적인 사용자 인터페이스(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 소프트웨어는 시스템 제어, 이미지 처리, 자동 빔 셋업, 빔 정렬, 자동집속, 및 자동 비점수차 교정과 같은 기능을 위해 제공될 수 있다.The defect detection system 58 also includes a control computer 60, such as a PC having a Pentium processor and a display 62 to run system control software (not shown) and a Windows NT operating system. The defect detection system 58 also includes control electronics 64 under the control of the computer 60 for providing a signal to operate the system components described above. The defect detection system 58 advantageously provides a multilevel, easy-to-use, graphical user interface to support use by operators in automated factory environments or engineers in laboratory or process development environments based on predefined stored defect detection methods. Not shown). Software can be provided for functions such as system control, image processing, automatic beam setup, beam alignment, autofocusing, and automatic astigmatism correction.

제어 전자수단(64)은 예를 들어, 이온 펌프 및 TFE 건 제어기(66), 진공 시퀀서(68), 에어로봇 제어기(70), 진공로봇 제어기(72), 로드 로크 제어기(74), 터보 펌프 제어기(76), 및 조압연 펌프 제어기(78)를 포함한다.The control electronics 64 are, for example, an ion pump and a TFE gun controller 66, a vacuum sequencer 68, an aerobot controller 70, a vacuum robot controller 72, a load lock controller 74, a turbopump. Controller 76, and rough rolling pump controller 78.

이미지 처리 서브시스템(56)은 전자광학 컬럼 제어기(82), 비디오 다지타이저(84), 기계식 스테이지 제어기(86), 빔 위치 및 기계식 스테이지 위치 피드백을 위한 간섭계 제어기(88), 디스플레이를 위해 컴퓨터(60)를 제어하기 위한 이미지 신호를 공급하기 위한 비디오 출력 스테이지(90), 및 VxWorks등과 같은 실시간 작 동 시스템을 가지는 실시간 제어 컴퓨터(92)를 포함하는 이미지 캡처 프로세싱 전자공학수단(80)의 일부를 형성한다.Image processing subsystem 56 includes electro-optic column controller 82, video digitizer 84, mechanical stage controller 86, interferometer controller 88 for beam position and mechanical stage position feedback, computer for display Part of an image capture processing electronics means 80 including a video output stage 90 for supplying an image signal for controlling 60 and a real time control computer 92 having a real time operating system such as VxWorks or the like. To form.

이와 같은 시스템에 적용되는 광원은 조사빔에 의한 자연광에 가깝기 때문에 실제적으로 검사를 위해 캡쳐(capture)되어진 이미지는 첨부한 도 2 혹은 도 4와 같다.Since the light source applied to such a system is close to natural light by the irradiation beam, the captured image for the inspection is substantially the same as that of FIG. 2 or 4.

도 2는 장파장 광원을 이용한 경우의 콘택홀 형성 패턴을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도이며, 도 4는 장파장 광원을 이용한 경우의 결함을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도이다.FIG. 2 illustrates a planar capture image of a semiconductor having a contact hole formation pattern when a long wavelength light source is used, and FIG. 4 illustrates a planar capture image of a semiconductor having a defect when a long wavelength light source is used. .

이때, 할로겐을 광원으로 사용하는 UV 램프(lamp)의 경우, 단파장(248㎚)을 사용함으로써 옥사이드(Oxide)막질로 인해 서 굴절되어 발생되게 되는 노이즈(Noise)를 효과적으로 제어할 수 있어, 첨부한 도 3 혹은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 결함에 대한 좋은 해상도를 얻을 수 있게 된다. At this time, in the case of a UV lamp using a halogen as a light source, by using a short wavelength (248 nm) it is possible to effectively control the noise (reflection) generated due to the oxide (Oxide) film quality is reduced, As shown in Fig. 3 or 5, a good resolution for the defect can be obtained.

도 3은 본 발명에 따른 단파장 광원을 이용한 경우의 콘택홀 형성 패턴을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도로서, 첨부한 도 2에 대한 동일 패턴을 할로겐을 광원으로 사용하는 UV 램프(lamp)를 광원으로 적용하여 캡쳐한 이미지이다.3 is a planar capture image illustrating a semiconductor having a contact hole forming pattern in the case of using a short wavelength light source according to the present invention. FIG. 2 is a UV lamp using the same pattern as in FIG. ) Is captured image by applying light source.

또한, 도 5는 본 발명에 따른 단파장 광원을 이용한 경우의 결함을 갖는 반도체의 평면 캡쳐(capture)이미지 예시도로서, 첨부한 도 4에 참조번호 A로 지칭되는 부분의 확대도 이며, 결함은 도 5에서 참조번호 B로 지칭하는 영역에 발생된 것을 쉽게 식별가능하다는 것을 알 수 있다. FIG. 5 is an exemplary view illustrating a planar capture image of a semiconductor having a defect in the case of using a short wavelength light source according to the present invention, which is an enlarged view of a portion referred to by reference numeral A in FIG. It can be seen that what occurred in the area designated by reference numeral B in 5 is easily identifiable.                     

이러한 UV 램프(lamp)를 첨부한 도 1에 도시되어 있는 장치에 적용하면, ADC의 소프트웨어를 운영하는 데 있어, 앞에서 언급한 바와같이 Intensity가 큰 Noise와 real defect 과의 구분이 모호함으로써 발생되게 되는 ADC의 능률저하를 억제하게 된다.When applied to the apparatus shown in FIG. 1 attached to such a UV lamp, in operating the software of the ADC, as described above, the distinction between the noise and the real defect having a large intensity is caused by ambiguity. This reduces the efficiency degradation of the ADC.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 결함 검출 장치를 제공하면, 이미지 취득을 위해 사용되는 장파장의 램프이외에 단파장의 램프를 추가로 부가하여 생성된 이미지의 콘트라스트 및 균일성을 개선함으로써 자동 경함 분류의 수행능력을 증대할 수 있게 된다.According to the semiconductor defect detection apparatus according to the present invention as described above, by adding a short wavelength lamp in addition to the long wavelength lamp used for image acquisition by improving the contrast and uniformity of the image generated by the automatic hardness classification It can increase performance.

Claims (1)

반도체 기판의 이미지를 촬영하여 이를 저장하고, 기 설정된 겸함 패턴과 저장된 이미지를 부분적으로 비교하여 결함의 발생정도 및 결함의 위험도등을 인식하도록 하는 광학 반도체 검사 장비에서:In an optical semiconductor inspection device that takes an image of a semiconductor substrate and stores it, and partially compares the preset combined pattern with the stored image to recognize the occurrence of defects and the risk of defects: 장파장 광원과 단파장 광원을 이원적으로 구비하고;Dually equipped with a long wavelength light source and a short wavelength light source; 통상적인 검사의 경우는 장파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하고,In the case of a typical inspection, an image of a semiconductor substrate is taken through a long wavelength light source, 장파장 광원으로 반도체 기판의 이미지를 촬영하는 경우 IMD CMP, W CMP, Metal etch 등의 하부 막질이 보이거나, 생상 변화(color variation)가 심한 레이어(Layer)에 대한 검사(Inspection)의 경우 자동적으로 단파장 광원을 통해 반도체 기판의 이미지를 촬영하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 결함 검출 장치.When photographing a semiconductor substrate with a long-wavelength light source, short wavelengths are automatically displayed in the case of an inspection of a layer having low film quality such as IMD CMP, W CMP, and metal etch, or where color variation is severe. A semiconductor defect detection apparatus, characterized by photographing an image of a semiconductor substrate through a light source.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210215672A1 (en) * 2013-05-24 2021-07-15 The Regents Of The University Of California Identifying desirable t lymphocytes by change in mass responses

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