KR20070119977A - 웨이퍼의 검사 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 불량검출 대상의 이미지 정보를 필터링하기 위하여 최대의 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율을 도출할 수 있는 웨이퍼 검사 방법이 개시된다. 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정한다. 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 일차 필터링한다. 상기 일차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제1 비율들을 산출한다. 상기 제1 비율들 중에서 최대값과 대응하는 필터를 일차 선택한다. 상기 일차 선택된 필터를 중심으로 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 이차 필터링한다. 상기 이차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제2 비율들을 산출한다. 상기 제1 비율들과 상기 제2 비율들 중에서 최대값에 대응하는 필터를 이차 선택한다. 상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 이미지 정보와 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 웨이퍼의 불량 여부를 판정한다. 이에 따라, 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율이 최대가 되는 필터를 사용하여 이미지 정보를 변형시킬 수 있어 이후 불량 검사공정의 정확성을 높이고, 검출시간을 줄일 수 있다.

Description

웨이퍼의 검사 방법{Method of inspecting a wafer}

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 방법을 수행하기 위한 웨이퍼 불량검사 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 웨이퍼 120 : 광원

130 : 지지대 140 : 이미지 검출수단

150 : 데이터 처리수단 160 : 판단수단

170 : 문턱값 설정수단 180 : 운용 단말기

본 발명은 웨이퍼의 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 광을 조사하고 반사된 반사광을 수집한 후 상기 웨이퍼의 불량을 검출할 수 있도록 필터링시키는 웨이퍼의 검사 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형 성하기 위한 막 형성, 식각, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다.

상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등의 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.

또한, 상기 반도체 장치가 고집적화 및 고속화됨에 따라 상기 반도체 장치의 제조에서 웨이퍼 상의 파티클(particle) 등과 같은 결함에 대한 검사도 철저하게 이루어지고 있다. 이는 상기 결함이 반도체 장치의 불량과 직결되기 때문이다.

이러한 웨이퍼의 불량 검사는 웨이퍼 내의 그레이 레벨(gray level)을 작성한 후 불량 검출대상 픽셀의 그레이 레벨과 인접픽셀의 그레이 레벨의 차이를 이용하여 수행된다. 현재 널리 사용되는 불량 검출 방식은 상기 그레이 레벨의 차이를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값보다 높으면 불량으로 평가하고, 낮으면 불량이 아닌 것으로 평가한다.

종래의 웨이퍼 불량을 검사하는 검사 방법을 살펴보면, 먼저 박막이 형성된 웨이퍼의 표면으로 광을 조사한다. 상기 기판 표면으로부터 반사되는 반사광을 센싱하여 검사 장비에서 웨이퍼 표면의 각 픽셀에 대한 이미지 정보를 형성한다. 상기 이미지 정보를 제1 필터링한다. 이어서, 불량 검출대상 픽셀과 인접하는 대응픽셀과의 그레이 레벨 차이인 차감 이미지 정보를 생성한다. 상기 차감 이미지 정보를 제2 필터링한다. 동시에 상기 필터링된 차감 이미지 정보와 비교하여 불량 여부를 판정할 기준값인 문턱값을 설정한다. 상기 차감 이미지 정보의 음수여부를 판단하여, 만약 음수 이상이면 절대값을 취하여 상기 양수로 변환한다. 이어서, 상기 차감 이미지 정보를 문턱값과 비교하여 문턱값 이상이면 불량으로 판정한다.

여기서, 필터링하는데 사용되는 필터로는 크기에 따라서 3×3 필터, 5×5 필터 등으로 구분된다. 상기 필터의 예로서는 평균 필터(Average Filter), 가우시안 필터(Gaussian Filter), 통계적으로 일부를 빼고 정리하는 필터 등이 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 이미지 정보의 필터링을 사용하는 종래의 웨이퍼 검사 방법은 아래와 같은 문제점이 있다. 웨이퍼로부터 획득된 상기 이미지 정보를 필요에 따라서 원하는 방식으로 변형시킬 수 있도록 필터링해주는 필터를 사용하기 어렵다. 즉, 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 필터링하는데 있어서 필터링된 이미지 정보의 필터링 효과를 정확히 파악하지 못하여 적합한 필터를 선택하기가 어렵다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보를 원하는 방식으로 변형시킬 수 있는 필터를 선택하여 필터링한 후 웨이퍼 불량을 판정할 수 있는 웨이퍼 검사 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정한다. 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 제1 차이값만큼 서로 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 일차 필터링한다. 상기 일차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제1 비율들을 산출한다. 상기 제1 비율들 중 에서 최대값과 대응하는 필터를 일차 선택한다. 상기 일차 선택된 필터를 중심으로 상기 제1 차이값보다 작은 제2 차이값만큼 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 이차 필터링한다. 상기 이차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제2 비율들을 산출한다. 상기 일차 선택된 필터와 대응하는 제1 비율들과 상기 제2 비율들 중에서 최대값에 대응하는 필터를 이차 선택한다. 상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 이미지 정보와 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 웨이퍼의 불량 여부를 판정한다.

이때, 각각의 필터는 평균 필터(Average Filter) 또는 가우시안 필터(Gaussian Filter)를 포함한다.

또한, 각각의 제1 비율 및 제2 비율은 각각의 정상 시그널 및 노이즈 시그널의 최대값들 사이의 비율인 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 불량 검출대상의 이미지 정보를 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율이 최대가 되는 필터를 통해 필터링할 수 있어 상기 필터링된 이미지 정보를 사용하여 웨이퍼의 불량을 검사하기 위한 조건을 선정하기가 유리할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 상세하게 설명한다. 하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하 기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 방법을 수행하기 위한 웨이퍼 불량검사 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼 불량검사 장치는 지지대(130), 광원(120), 이미지 검출수단(140), 데이터 처리수단(150), 문턱값 설정수단(170), 판단수단(160)을 구비한다.

상기 지지대(130)는 소정의 공정을 거치고 공정 불량을 검사하기 위한 웨이퍼(110)를 로딩한다. 일 예로서, 상기 웨이퍼(110)는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing)공정, 에치백 공정,콘택 공정, 산화막 식각 공정 등과 같은 소정의 공정을 거친 반도체 제조용 웨이퍼 일 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼(110)의 표면에는 동일한 패턴을 갖는 다수의 장치단위가 형성되어 있으며, 각 장치단위에는 다수의 픽셀이 포함된다. 반도체 제조용 웨이퍼의 경우에 상기 장치단위는 독립하여 전자회로를 형성하는 셀(cell)로 형성된다. 이때, 상기 기판(120)의 로딩 및 언로딩(unloading)은 로봇 암의 구동과 같은 통상적인 웨이퍼 로딩 메카니즘(mechanism)을 이용한다. 이하에서는, 반도체 제조용 웨이퍼(110)와 상기 웨이퍼(110)의 표면에 형성된 셀을 대상으로 하여 본 발명의 내용을 설명한다. 그러나, 반도체 제조용 웨이퍼에만 본 발명의 내용이 국한되는 것이 아님은 자명하다.

상기 광원(120)은 상기 지지대(130) 상에 위치하여 웨이퍼(110)의 표면으로 광을 조사한다. 상기 웨이퍼(110)의 표면으로부터 반사된 광은 광센서를 포함하는 이미지 검출 수단(140)에 의해 검출되어 아날로그 이미지 신호를 형성한다. 상기 아날로그 이미지는 상기 웨이퍼(110)의 각 셀별로 구분되어 형성된다.

상기 이미지 검출수단(140)에 의해 생성된 아날로그 이미지 신호는 아날로그 디지털 변환수단(Analogue-to-Digital Converter : ADC, 142)에 의해 디지털 이미지 신호로 변환되어 각 셀을 구성하는 픽셀(pixel)에 대한 그레이 레벨(gray level)이 형성된다. 상기 그레이 레벨은 8비트의 디지털 신호로 처리되므로 각 픽셀은 256가지로 구분 가능한 그레이 레벨을 갖게 된다. 따라서, 각 픽셀에 대한 그레이 레벨이 완성되면 하나의 셀에 대한 디지털 이미지가 완성되며, 웨이퍼(110) 상의 모든 셀에 대해 상술한 바와 같은 과정에 의해 디지털 이미지가 결정되면 1매의 웨이퍼(110)에 대한 이미지 맵(image map)이 완성된다.

이어서, 상기 데이터 처리수단(150)에 의해 불량 검출대상 픽셀을 포함하는 셀의 그레이 레벨로부터 상기 불량 검출대상 픽셀을 포함하는 셀과 인접하는 셀의 대응픽셀의 그레이 레벨을 차감한 차감 이미지 정보를 생성한다.

상기 차감 이미지 정보를 생성하는데 있어서 상기 불량 검출대상 픽셀의 그레이 레벨은 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율이 최대인 필터를 통해 필터링되고, 상기 필터링된 그레이 레벨은 상기 대응픽셀의 그레이 레벨을 차감한 후에 상기 필터를 통해 추가적으로 필터링되어 형성된다.

상기 필터는 특정 필터를 지정하지 않고 상기 차감 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정한 후 자동으로 분석하여 최대의 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율을 산출하는 필터인 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터는 기 설정된 필터들로 상기 차감 이미지 정보를 필터링하여 정상 시그널과 노이즈 시 그널 사이의 비율들을 산출하였을 경우 그 중 상기 정상 시그널에서는 상기 비율들이 최대이고, 상기 노이즈 시그널에서는 상기 비율들이 최저로 산출되는 필터일 수 있다.

여기서, 상기 필터는 크기에 따라서 3×3 필터, 5×5 필터 등으로 구분되며, 각각의 필터는 평균 필터(Average Filter) 또는 가우시안 필터(Gaussian Filter) 을 포함한다.

한편, 상기 문턱값 설정수단(170)에 의해 불량판정을 위한 비교기준인 문턱값을 미리 설정한다.

상기 판단수단(160)은 상기 차감 이미지 정보의 절대값이 먼저 계산되고, 이어서 미리 설정된 상기 문턱값과 비교하여 불량여부를 검출한다. 이때, 상기 판단수단(160)은 CPU 및 코프로세서를 포함하여 구성되고, 메인 프로그램과 서브 프로그램을 운용하여 상기 문턱값의 비교에 의해 불량여부에 관한 판단을 수행한다. 상기 판단수단(160)의 수행결과는 운용 단말기(180)의 모니터 상에 디스플레이 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정한다(단계 S100). 상기 웨이퍼는 다수의 픽셀을 포함하며 동일한 패턴을 갖는 다수의 장치단위가 형성된 웨이퍼이다. 상기 불량 검출대상 이미지 정보는 상기 웨이퍼의 표면으로 광을 조사하며, 상기 웨이퍼로부터 반사되는 광을 센싱하여 상기 장치단위별로 형성된 이미지 정보이다.

이때, 상기 이미지 정보는 상기 이미지 검출수단에 의해 아날로그 이미지 정 보를 형성하며, 상기 장치단위별로 구분되어 저장된다. 상기 아날로그 이미지 정보는 일 실시예로서 아날로그 이미지 변환기에 의해 디지털 이미지 정보로 변환된다. 상기 디지털 이미지 정보에서 얻어지는 시그널들을 정상 시그널과, 상기 정상 시그널을 제외한 노이즈 시그널로 구분한다.

이어서, 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 필터링하기 위하여 제1 차이값만큼 서로 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 일차 필터링한다(단계 S200).

각각의 필터들은 평균 필터(Average Filter), 가우시안 필터(Gaussian Filter), 통계적으로 일부를 빼고 정리하는 필터 등을 들 수 있다.

또한, 상기 필터는 상기와 같이 특정한 필터를 지정하지 않고 새로운 필터를 추가하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 새로운 필터는 상기 차감 이미지 정보의 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정한 후 자동으로 분석하여 최대의 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율을 산출할 수 있는 필터이다.

상기 새로운 필터는 작업자가 상기 시그널들 중 어느 것을 정상 시그널로 할 것인지, 상기 정상 시그널을 몇 개 선택할 것인지에 따라 얻어지는 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율의 최대값은 달라진다. 또한, 상기 정상 시그널로 선택된 시그널들 수가 증가할수록 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율의 최대값을 얻기 위한 필터의 필터링 세기가 증가되어야 한다. 따라서, 상기 필터의 형태에 따라 필터의 세기를 변화시키면서 필터링시킨다.

상기 불량 검출대상 이미지 정보를 낮은 세기의 필터로 필터링할수록 거의 원상태의 이미지 정보가 획득되며, 높은 세기의 필터로 필터링할수록 평탄화된 이 미지 정보가 획득된다. 이때, 상기 필터들은 적어도 3단계 이상의 다른 세기를 갖으며, 5단계의 다른 세기를 갖는 필터들로 필터링하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 일차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제1 비율들을 산출한다(단계 S300). 이때, 상기 제1 비율은 정상 시그널 및 노이즈 시그널의 최대값들 사이의 비율이다.

이어서, 상기 제1 비율들 중에서 최대값과 대응하는 필터를 일차 선택한다(단계 400).

상기 제1 비율들의 최대값은 상기 필터의 세기에 따라 순차적으로 증가하는 경향을 보이는 경우에서만 실제적으로 최대값으로 인정될 수 있다. 반면에, 상기 제1 비율들의 최대값은 좌우로 상기 최대값보다 작은 값들이 존재할 경우 상기 최대값에 대응하는 필터를 중심으로 주변에 더 큰 제1 비율이 측정될 수 있다. 그러므로, 추가적인 측정이 이루어져야 한다.

이어서, 상기 일차 선택된 필터를 중심으로 상기 제1 차이값보다 작은 제2 차이값만큼 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 이차 필터링한다(단계 S500). 상기 제2 차이값은 당업자가 설정하거나 웨이퍼 불량검사 장치에 따라 설정될 수 있다 .

이어서, 상기 이차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제2 비율들을 산출한다(단계 S600). 이때, 상기 제2 비율은 정상 시그널 및 노이즈 시그널의 최대값들 사이의 비율이다.

이어서, 상기 일차 선택된 필터와 대응하는 제1 비율들과 상기 제2 비율들 중에서 최대값에 대응하는 필터를 이차 선택한다(단계 S700).

상기 선택된 필터를 이용하여 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 필터링하면 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율이 최대화될 수 있다.

계속해서, 상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 이미지 정보와 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 웨이퍼의 불량 여부를 판정한다(단계 S800).

구체적으로, 상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 이미지 정보인 그레이 레벨에서 상기 불량 검출대상 픽셀이 속하는 셀과 인접하는 셀에 속하는 대응픽셀의 기준 이미지 정보인 그레이 레벨을 차감하여 제1 차감 이미지 정보를 형성한다. 웨이퍼 상에서 각 셀은 동일한 패턴을 구비하므로 대응픽셀이란 서로 다른 셀에서 동일한 위치에 있는 픽셀을 의미한다. 따라서, 웨이퍼에 대한 공정이 이상적으로 수행되었다면, 비록 셀은 다르다할지라도 각 셀의 대응픽셀은 서로 동일한 패턴을 유지하므로 그레이 레벨은 모두 동일한 값을 갖는다. 따라서, 불량 검출대상 픽셀과 대응픽셀의 그레이 레벨을 비교하여 차이가 난다면, 그 픽셀에 불량이 있다고 판정할 수 있다. 상기 그레이 레벨은 2진수의 디지털 정보로 표현되므로 그레이 레벨의 차감은 2진수의 뺄셈에 의해 수행된다. 이때, 상기 뺄셈의 결과가 음수이면 절대값을 취하여 양수로 변환한다. 따라서, 상기 제1 차감 이미지 정보는 항상 양수로 표현된다.

상기 제1 차감 이미지 정보는 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율이 최대값과 대응하는 필터를 사용하여 추가적으로 필터링한다. 이와 같이, 상기 필터링된 이미지 정보를 사용하여 웨이퍼의 불량을 검사하기 위한 조건을 선정하기 유 리하여 불량 검출 과정을 보다 단시간에 수행할 수 있다.

이후, 상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 제1 차감 이미지 정보와 미리 설정된 불량 여부를 판정할 문턱값(threshold)을 비교하여 상기 문턱값을 초과하는 제1 차감 이미지 정보를 검출하여 제2 차감 이미지를 형성한다. 상기 문턱값은 그레이 레벨의 차이에 해당하는 2진수의 수치로 형성되어 상기 제1 차감 이미지 정보와 비교가능하다.

이때, 상기 문턱값 이상을 갖는 모든 제1 차감 이미지 정보는 불량으로 판정되므로, 상기 제2 차감 이미지 정보는 불량으로 판정된 제1 차감 이미지 정보를 의미한다. 따라서, 그레이 레벨 차이가 문턱값 이상인 웨이퍼의 모든 불량을 검출할 수 있다.

상기 제2 차감 이미지를 불량으로 체크하고, 상기 제2 차감 이미지와 이에 대응하는 불량픽셀을 모니터로 디스플레이 함으로써 상기 불량 검출대상에서 발견되는 불량을 시각적으로 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법에 의하면, 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보를 필터링하거나 상기 이미지 정보와 기준 이미지 정보의 차이값을 필터링할 때 최대의 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 비율을 가지도록 하는 필터를 사용할 수 있다. 이에 따라, 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 원하는 방식으로 변형할 수 있어 불량 검출 공정의 정확성 및 신속성을 현저히 향상시킴으로써 반도체 장치의 생산효율을 향상할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 웨이퍼로부터 획득된 불량 검출대상 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널을 설정하는 단계;

   상기 불량 검출대상 이미지 정보를 제1 차이값만큼 서로 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 일차 필터링하는 단계;

   상기 일차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제1 비율들을 산출하는 단계;

   상기 제1 비율들 중에서 최대값과 대응하는 필터를 일차 선택하는 단계;

   상기 일차 선택된 필터를 중심으로 상기 제1 차이값보다 작은 제2 차이값만큼 다른 세기를 갖는 필터들을 이용하여 상기 불량 검출대상 이미지 정보를 이차 필터링하는 단계;

   상기 이차 필터링된 이미지 정보로부터 정상 시그널과 노이즈 시그널 사이의 제2 비율들을 산출하는 단계;

   상기 일차 선택된 필터와 대응하는 제1 비율들과 상기 제2 비율들 중에서 최대값에 대응하는 필터를 이차 선택하는 단계; 및

   상기 이차 선택된 필터를 이용하여 필터링된 이미지 정보와 기준 이미지 정보를 비교하여 상기 웨이퍼의 불량 여부를 판정하는 단계를 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
2. 제1항에 있어서, 각각의 필터는 평균 필터(Average Filter) 또는 가우시안 필터(Gaussian Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
3. 제1항에 있어서, 각각의 제1 비율 및 제2 비율은 각각의 정상 시그널 및 노이즈 시그널의 최대값들 사이의 비율인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.

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