KR20090038531A - Method of auto-measuring defect in wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 방법으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 표면 및 벌크(bulk) 내에 존재하는 결정 결함(crystal defect)의 위치, 분포, 밀도 등을 평가하기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention is a method for inspecting defects of a semiconductor wafer such as a silicon wafer, and more particularly, for evaluating the location, distribution, density, etc. of crystal defects present in the surface and bulk of the wafer. It is about a method.
반도체 소자의 집적도가 증가하면서 반도체 소자가 구현되는 웨이퍼의 품질에 따라 반도체 소자의 수율과 신뢰성이 많은 영향을 받는다. 웨이퍼의 품질은 결정 성장 중에 웨이퍼를 제작하는 소위 웨이퍼링(wafering)의 전 과정을 통하여 얼마나 많은 결함이 발생하는지에 의하여 좌우된다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, the yield and reliability of semiconductor devices are greatly affected by the quality of the wafer on which the semiconductor devices are implemented. The quality of the wafer depends on how many defects occur throughout the so-called wafering process of fabricating the wafer during crystal growth.
이러한 웨이퍼의 결함은 잉곳 성장 중에 발생하는 결정 결함과 외부 오염원에 의한 결함으로 나눌 수 있다. 이들 중 먼지 등의 외부 오염원은 식각 또는 세정 공정에 의하여 쉽게 제거되지만, COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect), LDP(Large Dislocation Pit) 등의 결정 결함은 세정 공정 등에 의하여 제거되지 않고 남아 반도체 소자 수율 및 품질에 영향을 미치므로 웨이퍼의 제작 과정에서 그 발생을 억제시켜야만 한다. 따라서, 웨이퍼 상에 반도체 소자를 구현하기 전 단계 에서 이들 결함의 정확한 분포, 밀도 등을 확인 및 검사하는 것은 수율 관리 측면에서 매우 중요하다. These wafer defects can be divided into crystal defects occurring during ingot growth and defects caused by external contaminants. Among them, external contaminants such as dust are easily removed by an etching or cleaning process, but Crystal Originated Particles (COP), Flow Pattern Defect (FPD), Oxygen induced Stacking Fault (OiSF), Bulk Micro Defect (BMD), and Large DP (LDP) Crystal defects such as dislocation pit are not removed by a cleaning process or the like and affect the yield and quality of semiconductor devices. Therefore, the defects must be suppressed during the manufacturing process of the wafer. Therefore, it is very important in terms of yield management to verify and inspect the precise distribution, density, and the like of these defects before the semiconductor device is implemented on the wafer.
예를 들어, 일반적으로 웨이퍼를 이용하여 열처리 과정을 거친 후에 형성되는 산소 석출 관련 결함(process-induced defects) 중 무결함 층(Denuded Zone : DZ) 깊이는 웨이퍼 표면에서 뒷면(backside) 방향으로 벌크 내에 존재하는 결함까지의 깊이를 의미하며, BMD는 웨이퍼 내부에 존재하는 전위나 적층 결함, 석출물 등을 의미하는데, 통상적으로 열처리 후 웨이퍼를 {110}면으로 쪼개어 선택 에칭하고, 100배 이상의 현미경 배율로 벽개면 관찰시 측정되는 결함이다. 따라서, 상기의 결함은 웨이퍼 표면에서는 관찰할 수 없다는 특징을 갖는다. 그렇기 때문에 DZ 깊이와 BMD 밀도를 측정하기 위해서는 웨이퍼를 절단한 수직 샘플을 준비하여 그 벽개면을 현미경의 렌즈와 평행하게 거치한 뒤, 작업자가 원하는 샘플 단면의 지점으로 현미경의 렌즈를 위치시키고 배율을 조정하여 화면 상에 나타나는 DZ 깊이를 측정하고 BMD의 개수를 파악하여 밀도를 측정하고 있다.For example, the depth of the Denuded Zone (DZ) of oxygen-related process-induced defects typically formed after heat treatment using a wafer is within the bulk from the wafer surface in the backside direction. Depth to existing defects, BMD means dislocations, stacking defects, precipitates, etc. existing inside the wafer, typically after the heat treatment, the wafer is cleaved to {110} plane and selectively etched, at a magnification of 100 times or more It is a defect that is measured when the cleaved surface is observed. Therefore, the above defects are characterized in that they cannot be observed on the wafer surface. Therefore, to measure DZ depth and BMD density, prepare a vertical sample cut from the wafer, mount the cleaved surface parallel to the microscope lens, and then place the lens of the microscope at the point of the sample cross section and adjust the magnification. The DZ depth on the screen is measured and the density is measured by determining the number of BMDs.
상기와 같이 DZ 깊이와 BMD 밀도 측정을 위한 종래의 방법은 특별한 장비없이 작업자가 현미경을 이용하여 샘플을 확대하여 관찰하기 때문에 다음과 같이 많은 문제점을 가지고 있다. As described above, the conventional method for measuring the DZ depth and the BMD density has many problems as follows because the operator observes the sample by using a microscope without any special equipment.
첫째, 현미경의 배율을 50배에서 때로는 500배 이상의 고배율까지 달리하여 측정할 수 있기 때문에 실제 현미경의 렌즈를 통해 보이는 배율과 배율에 따른 환산이 일치하지 않을 경우 DZ 깊이가 달라질 수 있다. First, since the magnification of the microscope can be measured by varying the magnification from 50 times to sometimes 500 times higher, the DZ depth may be different if the magnification of the microscope and the conversion according to the magnification do not match.
둘째, 통상적으로 DZ 깊이나 BMD 밀도는 웨이퍼의 중심(center)에서 에 지(edge) 방향으로 일정한 간격만큼 이동하면서 측정한 후, 그래프와 이미지를 이용하여 최종 산출 결과를 나타내는데, 이 과정이 작업자에 의해 진행되므로 이동 간격에 제한이 있어서 더욱 정밀한 간격으로 측정하기 어렵다. Secondly, DZ depth or BMD density is measured at regular intervals moving from the center of the wafer to the edge, and then the final calculation results are represented using graphs and images. It is difficult to measure at a more precise interval since the movement interval is limited.
셋째, 측정 간격이 좁아질수록 측정 시간이 더 많이 늘어나게 된다. 특히, 사람에 의한 작업이기 때문에 시간이 지날수록 작업자의 피로도가 증가하여 생산성도 저하되는 단점을 가진다. 동일한 화면을 계속해서 보면서 하는 작업이기 때문에 작업자의 눈 피로도가 가중되어, 많은 샘플의 DZ 깊이를 측정할 경우에 시간이 지남에 따라 결과의 신뢰성이 저하될 수 있다.Third, the narrower the measurement interval, the longer the measurement time. In particular, since the work is performed by a person, the fatigue of the worker increases as time passes and the productivity also decreases. Since the work is performed continuously while looking at the same screen, the eye fatigue of the operator is increased, and when the DZ depth of many samples is measured, the reliability of the result may be deteriorated over time.
넷째, 300mm 웨이퍼의 경우, 대략 단면의 두께가 750um 정도를 나타내는데 이 수직 방향에 대한 BMD 밀도를 측정할 경우, 현미경 스테이지는 이동의 한계 때문에 정밀한 간격으로 측정할 수가 없다.Fourth, in the case of 300 mm wafer, the thickness of the cross section is about 750 μm. When measuring the BMD density in this vertical direction, the microscope stage cannot be measured at precise intervals due to the limitation of movement.
다섯째, 동일한 샘플을 이용하여 동일한 지점에 대해 반복 측정을 진행할 경우, 아무리 정교하게 조정한다 해도 최초 측정 지점과 동일한 지점에서 측정을 진행할 수 없기 때문에 결과의 재현성을 구현하기가 어렵다.Fifth, when repeated measurements are performed on the same point using the same sample, it is difficult to realize the reproducibility of the result because the measurement cannot be performed at the same point as the initial measurement point even if the fine adjustment is performed.
여섯째, 표면으로부터 첫 번째 결함까지의 깊이 외에도, 두 번째 혹은 세 번째 결함까지의 깊이를 측정해야 하는 경우가 있는데, 사람에 의하여 작업이 이루어지기 때문에 더 많은 분석 시간이 소요되며, 많은 결함이 일정한 깊이에 몰려 있는 경우에는 정확한 결과를 얻기 힘들다. Sixth, in addition to the depth from the surface to the first defect, there are also cases where the depth to the second or third defect needs to be measured, which requires more analysis time because the work is done by humans, and many defects have a constant depth. If you're flocking to, it's hard to get accurate results.
한편, 잉곳 성장시 발생하는 OiSF와 LDP와 같은 결정 기인성 결함(grown-in defects)들은 웨이퍼 표면에 존재하는 결함이다. 이러한 결함들은 육안으로 관찰하 기에는 매우 작기 때문에 현미경을 이용하여 일정한 배율 이상에서 웨이퍼 표면에서의 분포 및 밀도 등을 측정한다. On the other hand, grown-in defects such as OiSF and LDP that occur during ingot growth are defects present on the wafer surface. Since these defects are so small to be observed with the naked eye, a microscope is used to measure the distribution and density on the wafer surface at a certain magnification or higher.
이러한 결함들도 측정하기 위해 제작한 별도의 장비가 없으며, 범용적으로 사용하는 현미경을 이용하여 평가하는 경우가 많다. 좀 더 편하게 관찰하기 위하여, 결함의 분포 외에 특정한 방향의 밀도를 구하기 위해서 일정 넓이가 파여진 특수한 다이(die)를 샘플 위에 올려놓고 그 위에서 현미경을 이용하여 밀도를 측정하는 경우도 있다.These defects do not have any special equipment manufactured to measure them, and they are often evaluated using a general-purpose microscope. In order to more easily observe, in order to obtain a density in a specific direction in addition to the distribution of defects, a special die with a certain width is placed on the sample and the density is measured by using a microscope thereon.
그러나, DZ 깊이 및 BMD 밀도 측정과 마찬가지로 이들 결함역시 현미경을 이용하여 사람이 측정하므로 정밀하게 측정하기가 어려우며, 시간이 지날수록 작업자의 피로도가 증가하여 생산성이 저하되고 결과의 신뢰성을 확보할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. However, as with DZ depth and BMD density measurements, these defects are also difficult to measure precisely because they are measured by a microscope, and as time passes, the fatigue of the operator increases, resulting in poor productivity and reliability of the results. I have a problem.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼의 다양한 결정 결함을 자동으로 검사할 수 있는 웨이퍼 결함 검사 방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a wafer defect inspection method that can automatically inspect various crystal defects of the wafer.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서 제안하는 웨이퍼 결함 검사 방법은 현미경 자동 초점 조절 방식의 웨이퍼 결함 검사 방법으로서, 최종 초점 위치까지 이분법을 자동 적용하는 것이다. 즉, (가)상기 현미경 렌즈의 최고 위치와 최저 위치 사이의 상, 하 이동영역을 설정하는 단계; (나)상기 현미경 렌즈의 최초 위치에서 샘플을 촬영하여 최초 위치 이미지를 얻는 단계; (다)상기 현미경 렌즈가 상기 최초 위치에서 상기 최고 위치와 최저 위치로 각각 이동 후 최고 위치 이미지와 최저 위치 이미지를 얻는 단계; (라)상기 최초 위치 이미지 선명도를 상기 최고 위치 이미지 선명도 및 상기 최저 위치 이미지 선명도와 자동 비교하여, 선명도가 높은 곳으로 거리를 이분법을 적용하여 상기 현미경 렌즈가 이동하는 단계; (마)이동된 위치에서 상기 샘플을 촬영하여 이동 위치 이미지를 얻는 단계; (바)상기 이동 위치 이미지 선명도를 이동 전의 이미지 선명도와 자동 비교하여, 선명도가 높은 곳으로 거리를 이분법을 적용하여 상기 현미경 렌즈가 이동하는 단계; 및 (사)상기 (마) 및 (바) 단계를 순차적으로 반복 수행하여 최종적으로 초점이 가장 잘 맞는 위치를 얻는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the wafer defect inspection method proposed by the present invention is a wafer defect inspection method of a microscope auto focus adjustment method, and automatically applies a dichotomy to a final focus position. That is, (a) setting the up and down moving area between the highest position and the lowest position of the microscope lens; (B) taking a sample at an initial position of the microscope lens to obtain an initial position image; (C) obtaining the highest position image and the lowest position image after the microscope lens is moved from the initial position to the highest position and the lowest position, respectively; (D) automatically comparing the initial position image clarity with the highest position image clarity and the lowest position image clarity, and applying the dichotomy to a distance where the sharpness is high; (E) photographing the sample at the moved position to obtain a moving position image; (E) automatically comparing the moving position image sharpness with the image sharpness before moving, and applying the dichotomy to a distance where the sharpness is high; And (g) repeatedly performing the steps (e) and (bar) sequentially to obtain a position where the focal point is best focused.
본 발명에서는 또한, 이러한 자동 초점 조절 방식을 이용한 두 가지 검사 방법도 제안하는데, 이러한 검사 방법은 샘플 표면을 관찰할 수 있는 현미경, 상기 샘플을 거치할 수 있는 샘플 지지대, 상기 현미경 및 샘플 지지대의 작동을 제어하는 컴퓨터와 상기 현미경의 촬영 영상 및 상기 컴퓨터의 처리 화면을 출력하는 모니터를 구비하는 웨이퍼 결함 검사 장치를 이용하게 된다. The present invention also proposes two inspection methods using such an auto focusing method, which includes a microscope for observing a sample surface, a sample support for mounting the sample, and operation of the microscope and a sample support. The wafer defect inspection apparatus includes a computer for controlling the monitor and a monitor for outputting the photographed image of the microscope and the processing screen of the computer.
첫 번째 방법은 DZ 깊이, BMD 밀도 등 웨이퍼 벌크 내 결함을 측정할 수 있는 것으로서, (a)샘플의 최초 측정 지점에서 현미경 자동 초점 조절 후 결함 자동 측정을 실시하는 단계; (b)상기 측정 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬하는 단계; (c)미리 지정된 간격만큼 상기 샘플을 이동시켜, 현미경 자동 초점 조절 후 결함 자동 측정을 실시하는 단계; (d)상기 측정 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬하는 단계; 및 (e)최종 측정 지점에서의 측정이 종료될 때까지 상기 (c) 및 (d) 단계를 순차적으로 반복 수행하는 단계를 포함한다.The first method is to measure defects in wafer bulk such as DZ depth, BMD density, etc., comprising: (a) performing defect auto-measurement after microscopic autofocusing at the first measurement point of the sample; (b) automatically storing and sorting the measurement result value and the measurement image; (c) moving the sample at predetermined intervals to perform autodetection of defects after microscopy autofocus; (d) automatically storing and sorting the measurement result value and the measurement image; And (e) sequentially repeating steps (c) and (d) until the measurement at the last measurement point is completed.
두 번째 방법은 OiSF 밀도, LDP 밀도 등 웨이퍼 표면의 결함을 측정할 수 있는 것으로서, (a)샘플의 최초 측정 지점에서 현미경 자동 초점 조절 후 결함 자동 측정을 반경 방향을 따라 실시하는 단계; (b)상기 측정 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬하는 단계; (c)미리 지정된 각도만큼 상기 샘플을 회전시켜, 결함 자동 측정을 반경 방향을 따라 실시하는 단계; 및 (d)최종 측정 지점에서의 측정이 종료될 때까지 상기 (c) 단계를 반복 수행하는 단계를 포함한다.The second method is capable of measuring defects on the wafer surface such as OiSF density, LDP density, etc., comprising: (a) performing automatic measurement of defects along the radial direction after microscope autofocusing at the first measurement point of the sample; (b) automatically storing and sorting the measurement result value and the measurement image; (c) rotating the sample by a predetermined angle to perform automatic defect measurement along the radial direction; And (d) repeating step (c) until the measurement at the last measurement point is finished.
본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 방법을 통하여, 사람에 의해 진행되던 DZ 깊이와 BMD 밀도 측정, OiSF 및 LDP 밀도 측정 등을 자동으로 수행하여 정량적인 산술 결과뿐만 아니라 이미지를 포함하는 정성적인 산출 결과 또한 정확하게 얻을 수 있다. 각종 결함 검사가 자동적으로 수행되므로 작업자의 숙련도와 관계없이 항상 정확한 웨이퍼 결함 검사가 가능하다는 장점이 있다. Through the wafer defect inspection method according to the present invention, the DZ depth, BMD density measurement, OiSF and LDP density measurement, etc., performed by humans are automatically performed, so that not only quantitative arithmetic results but also qualitative calculation results including images can be accurately obtained. You can get it. Since various defect inspections are automatically performed, there is an advantage in that accurate wafer defect inspection is always possible regardless of the skill of the operator.
DZ 깊이와 BMD 밀도 측정 등 웨이퍼 벌크 내 결함 측정의 경우, 본 발명에서는 현미경과 웨이퍼의 단면을 수평인 상태로 만든 후 자동 측정을 진행하여, 현미경이 샘플의 표면과 자동 포커싱(auto focusing)하여 초점을 맞춘 뒤 측정을 실시할 수 있다. 웨이퍼 표면으로부터 첫 번째 결함까지의 깊이 외에도, 두 번째 혹은 세 번째 결함 등을 최초 자동 측정 이전에 작업자에 의해 지정할 경우, 빠른 시간 안에 자동으로 측정이 가능하며, 많은 결함이 일정한 깊이에 몰려 있는 경우에도 정확한 결과를 얻을 수 있다. In the case of defect measurement in wafer bulk such as DZ depth and BMD density measurement, in the present invention, the microscope and the cross section of the wafer are made horizontal and then the automatic measurement is performed, and the microscope automatically focuses with the surface of the sample to focus. The measurement can then be made. In addition to the depth from the wafer surface to the first defect, if the second or third defect is specified by the operator prior to the first automatic measurement, the measurement can be made automatically in a short time, even when many defects are concentrated at a constant depth. Accurate results can be obtained.
본 발명에 따른 자동 측정시 일정 간격 이동할 때에, 얻어지는 측정 위치의 이미지와 산술적 정량 결과가 자동으로 정렬되어 파일의 형태로 저장된다. 측정 위치에서 얻어지는 이미지는 짧은 간격을 측정할 때, 많은 양의 이미지가 나올 수 있기 때문에 섞일 가능성이 크지만 본 방법에서는 최초 측정시, 샘플 정보만 입력하면 이미지 왼쪽 상단에 측정된 샘플의 정보와 단면 샘플에서의 측정 위치, 그리고 DZ 깊이와 BMD 밀도가 자동으로 생성되어 표시되기 때문에 결과 정리가 용이하며 자료 활용에 편리하다.When moving at regular intervals during automatic measurement according to the invention, the image of the measurement position obtained and the arithmetic quantitative result are automatically aligned and stored in the form of a file. The image obtained at the measurement position is likely to be mixed when measuring short intervals because a large amount of images may come out, but in this method, when the first measurement, only the sample information is input, the information and cross section of the measured sample are displayed on the upper left of the image. The location of the measurement in the sample, and the DZ depth and BMD density are automatically generated and displayed for easy organization of results and convenient use of data.
또한, 측정 간격을 수십에서 수백 마이크로까지 정밀하게 할 수 있기 때문에 정밀한 프로파일(반경 방향 프로파일)을 얻을 수 있다. 일관적인 기준을 가지고 관찰을 진행할 수 있기 때문에 측정하는 사람에 관계없이 동일한 결과를 산출해 낼 수 있다. 즉, DZ 깊이를 측정하기 위해 선택하는 결함의 크기(size)를 자동 측정 전에 레시피(recipe) 선택을 통하여 임의로 조정할 수 있기 때문에 동일한 레시피를 이용하여 측정할 경우, 동일한 결과값을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 현미경을 통하여 보이는 화면 상에서 측정 영역을 임의 지정할 수 있다. In addition, since the measurement interval can be made precisely from tens to hundreds of microns, a precise profile (radial profile) can be obtained. Observations can be made on a consistent basis, producing the same results regardless of who is measuring. That is, since the size of the defect selected for measuring the DZ depth can be arbitrarily adjusted through the recipe selection before the automatic measurement, the same result can be confirmed when the measurement is performed using the same recipe. In addition, the measurement area can be arbitrarily designated on the screen seen through the microscope.
OiSF 및 LDP 밀도 측정과 같은 웨이퍼 표면에서의 결함 측정의 경우, 현미경이 샘플의 표면과 자동 포커싱하여 초점을 맞춘 뒤, OiSF와 LDP를 자동으로 인식한 후, 그 개수를 자동으로 카운팅할 수 있다. 1° 이내의 각도로 샘플을 회전시키기 때문에 다양한 각도에서 라인 프로파일(line profile)을 -150mm ~ +150mm 너비 내 에서 얻을 수 있고(300mm 웨이퍼 기준), 다양한 각도에서 측정을 진행할 수 있기 때문에 한 방향으로의 결과 외에도 다양한 방향으로의 결과를 얻을 수 있다. 카운팅하는 영역과 현미경의 배율을 임의로 조정할 수 있기 때문에 다양한 형태로 결과를 도출할 수 있다. In the case of defect measurement on the wafer surface, such as OiSF and LDP density measurement, the microscope automatically focuses on the surface of the sample, automatically recognizes the OiSF and LDP, and counts the number automatically. By rotating the sample at an angle within 1 °, a line profile can be obtained at various angles within a range of -150 mm to +150 mm (300 mm wafers), and measurements can be made at various angles in one direction. In addition to the results, the results can be obtained in various directions. Since the counting area and the magnification of the microscope can be arbitrarily adjusted, the result can be derived in various forms.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 의미한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only this embodiment is to complete the disclosure of the present invention, those skilled in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 방법은 샘플 표면(웨이퍼의 표면뿐만 아니라 수직 샘플의 벽개면)을 관찰할 수 있는 현미경과 샘플을 거치할 수 있는 샘플 지지대 등을 구비한 형태의 웨이퍼 결함 검사 장치로서 컴퓨터에 의해 제어될 수 있는 모든 가능한 형태의 웨이퍼 결함 검사 장치를 이용해 구현될 수 있다. 특히 본 출원인의 대한민국 출원 제2007-0099078호에 개시된 바와 같은 웨이퍼 결함 검사 장치를 이용하여 수행할 수 있으며, 이하에서는 상기 출원에 개시된 웨이퍼 결함 검사 장치를 이용하여 본 발명을 수행하는 것을 예로 들어 설명하지만 이러한 장치의 사용에 한정되지 않음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.The wafer defect inspection method according to the present invention is a wafer defect inspection apparatus having a microscope for observing a sample surface (a wafer surface as well as a cleaved surface of a vertical sample) and a sample support for mounting a sample. It can be implemented using any possible form of wafer defect inspection apparatus that can be controlled by the. In particular, the present invention may be performed using a wafer defect inspection apparatus as disclosed in Korean Application No. 2007-0099078, and the following description will be given by way of example for carrying out the present invention using the wafer defect inspection apparatus disclosed in the above application. Those skilled in the art will recognize that they are not limited to the use of such devices.
도 1은 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 웨이퍼 결함 검사 장치(100)의 개 략적 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 결함 검사 장치(100)의 개략적 측면도로서, 상기 출원의 도 1과 도 2에 각각 대응된다. 1 is a schematic configuration diagram of a wafer
도 1 및 도 2를 참조하면, 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 받침대(10), 제1스테이지(20), 제2스테이지(30), 회전스테이지(40), 현미경(50) 및 로딩플레이트(60)를 구비한다.1 and 2, the wafer
받침대(10)는 제1스테이지(20), 제2스테이지(30), 회전스테이지(40) 및 현미경(50)이 설치되는 부재이다. 받침대(10)는 평평하게 형성된 상판부(11)를 구비하며, 상판부(11)의 하측에는 4개의 다리(12)가 결합되어 상판부(11)를 지지한다. 또한, 상판부(11)의 하측에는 컴퓨터(미도시)와 전기적으로 연결되어 컴퓨터 동작을 제어하는 키보드(미도시)가 놓일 수 있도록 자판지지대(13)가 마련된다. 자판지지대(13)는 상판부(11)의 하부 양측에 설치된 가이드레일(14) 상에 슬라이딩 가능하게 설치되어, 키보드(미도시)를 외측으로 빼내거나 벌크로 밀어 넣을 수 있다. The
제1스테이지(20)는 받침대(10) 위에 설치된다. 즉, 받침대(10) 상에 X축 방향을 따라 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제1가이드레일(21) 위에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 이에 제1스테이지(20)는 X축 방향을 따라 왕복이동가능하다. 제1스테이지(20)는 리니어 모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 이동하며, 리니어 모터의 조절을 통해 이동량을 정밀하게 제어할 수 있다. The
제2스테이지(30)는 제1스테이지(20) 위에 설치된다. 즉, 제1스테이지(20) 상에 상기 X축과 직교하는 Y축 방향을 따라 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제2가이드레일(31) 위에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 이에 제2스테이지(30)는 Y축 방향을 따라 왕복이동가능하다. 제2스테이지(30)도 리니어 모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 이동하며, 리니어 모터의 조절을 통해 Y축 방향으로의 이동량을 정밀하게 제어할 수 있다. 한편, 제2스테이지(30)의 상부에는 회전스테이지(40)를 수용하도록 오목하게 수용부(32)가 형성되어 있다. The
회전스테이지(40)는 대략 원판형으로 형성되어 상기 제2스테이지(30)의 수용부(32)에 배치된다. 즉, 회전스테이지(40)는 회전량을 정밀하게 제어할 수 있는 스텝 모터(41)에 연결되어 스텝 모터(41)의 작동에 의하여 수용부(32)에서 정역회전 가능하다. The
제2스테이지(30)의 수용부 외측 즉, 로딩플레이트(60)의 외측에는 고리형의 스케일부재(70)가 부착된다. 이 스케일부재(70)는 로딩플레이트(60)를 감싸며 배치되며, 그 상면에는 0° ~ 360°의 각도 눈금이 표시되어 있다. 이에 따라, 기준점이 표시되어 있는 로딩플레이트(60)가 회전스테이지(40)에 의하여 함께 회전되면, 스케일부재(70)에 매겨진 눈금을 보고 회전된 정도를 육안으로 확인할 수 있다.An
로딩플레이트(60)는 검사대상이 되는 샘플을 지지 및 고정하기 위한 것으로서, 회전스테이지(40) 위에 고정되어 회전스테이지(40)와 함께 회전된다. The
현미경(50)은 샘플의 결함을 확대하여 관찰하기 위한 것으로서, 로딩플레이트(60)로부터 상방으로 이격되어 배치된다. 즉, 받침대(10)에는 수직 지지대(18)가 구비되는데, 현미경(40)은 수직 지지대(18)에서 Z축 방향을 따라 승강가능하게 설치된다. 또한, 현미경(50)에는 렌즈에 의하여 확대된 결함을 이미지로 획득하기 위한 CCD 카메라(미도시)가 내장되어 있다. The
또한, 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 미도시의 컴퓨터와 모니터를 구비한다. 컴퓨터는 상기한 키보드 및 모니터와 각각 연결되어 있다. 또한, 컴퓨터는 제1스테이지(20), 제2스테이지(30), 회전스테이지(40) 및 현미경(50)과 각각 전기적으로 연결되어 있어, 이들의 동작을 제어하며, 특히 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 방법은 이 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 저장이 되어 컴퓨터에 의해 구동됨으로써 자동적으로 수행된다. 즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 방법이 저장된 기록매체를 탑재하여, 컴퓨터는 각 스테이지들(20, 30, 40)의 이동과 회전 정도를 제어하며, 현미경(50)의 자동 초점 조절, 현미경(50)에 내장되어 있는 CCD 카메라로부터 획득된 이미지 저장 및 처리를 수행한다. 모니터에는 웨이퍼를 검사하는 데 있어 필요한 사항들 예컨대, 웨이퍼의 X, Y축 방향 이동량, 회전량, CCD 카메라로부터 획득된 이미지, 결함의 위치좌표, 밀도 등이 디스플레이된다. In addition, the wafer
상기한 바와 같이, 웨이퍼의 결함은 두 가지 영역인 웨이퍼의 표면 영역과 웨이퍼의 벌크 영역에서 관찰한다. 웨이퍼의 표면 결함을 관찰할 때에는 웨이퍼를 그대로 로딩플레이트(60)에 올려놓고 그 표면을 현미경(50)으로 검사하면 되고, 벌크 영역에서 관찰되는 결함 측정시에는 다음에 설명하는 바와 같은 방법대로 수직 샘플을 준비하여 로딩플레이트(60)에 올려놓고 그 벽개면을 현미경(50)으로 검사하게 된다. As mentioned above, defects in the wafer are observed in two areas: the surface area of the wafer and the bulk area of the wafer. When observing the surface defects of the wafer, the wafer is placed on the
도 3은 수직 샘플 준비 방법을 보이기 위한 도면이다.3 is a view for showing a vertical sample preparation method.
먼저 열처리를 진행한 웨이퍼(200)를 준비하여 웨이퍼(200)의 표면을 위로 향하게 한 후, 수직 방향(201)으로 웨이퍼(200)를 절단한다. 절단한 면, 즉 벽개 면(210)을 기준으로 하여 일정 간격(202)을 두고 다시 웨이퍼(200)를 수직 방향(201a)으로 절단하면, 길이(212), 두께(211) 및 너비(202)를 갖는 측정용 조각 샘플(213)이 만들어지게 된다. 만들어진 샘플(213)의 두께(211)는 300mm 웨이퍼를 기준으로 약 750um 정도이다. First, the
도 4는 본 발명에 따른 자동 검사 방법의 순서도로서, 특히 벌크 내 측정에 해당하는 DZ 깊이와 BMD 밀도 측정에 관한 것이다.Figure 4 is a flow chart of the automated inspection method according to the present invention, particularly relates to the measurement of DZ depth and BMD density corresponding to the measurement in bulk.
도 4에 도시한 측정 과정에서 작업자는 위의 방법으로 제작한 샘플(213)을 수직 샘플 지지대 또는 웨이퍼 결함 검사 장치(도 1 및 도 2의 100)의 로딩플레이트(60)에 거치(s100)한 후, 최초 측정 지점과 최종 측정 지점에서 초점을 조절하는 단계(s110 ~ s150)를 진행하여야 한다. In the measurement process shown in FIG. 4, the operator places the
먼저 샘플의 최초 측정 지점에서 현미경(50)의 초점을 수동(manual)으로 조절한다(s110), 그런 다음, 샘플의 마지막 측정 위치로 로딩플레이트(60)를 이동시킨다(s120). 이 때 제1스테이지(20)와 제2스테이지(30)가 이용된다. 다음으로, 샘플의 마지막 측정 지점에서의 현미경(50)의 초점 조절을 수동으로 실시한다(s130). 컴퓨터(모니터) 화면 상의 초점 이미지를 기준으로 샘플의 수평도 및 좌, 우, 전, 후의 흔들림을 조정한다(s140). 샘플 상태의 최종 확인을 실시하여(s150), 수평도와 흔들림 정도가 소정의 조건을 만족하면(“예”인 경우) 다음의 검사 단계인 단계 s160으로 진행하지만, 그렇지 못하면(“아니오”인 경우) 단계 s110 또는 s120으로 회귀하여 다시 앞의 과정을 반복하게 된다. First, the focus of the
상기 벌크 내 결함 관찰을 목적으로 제작한 샘플은 웨이퍼를 절단한 뒤, 그 벽개면을 관찰하기 때문에 샘플 자체의 수평도는 모든 샘플마다 다를 수 있다. 물론 상기 측정 과정에서 모든 측정 위치에서의 초점을 맞출 필요는 없으며, 약간의 단차가 존재하여도 후술하는 자동 초점 조절 기능으로 커버할 수 있다. 위 단계들에서는 단지 샘플의 수평 여부와 좌, 우, 전, 후의 위치만 맞추면 가능하다. Since the sample manufactured for the purpose of observing defects in the bulk is cut after the wafer and the cleaved surface is observed, the horizontality of the sample itself may be different for every sample. Of course, it is not necessary to focus at every measurement position in the measurement process, and even if there is a slight step, it may be covered by the auto focus adjustment function described later. In the above steps, it is only necessary to match the sample level with the left, right, front and back positions.
다음으로, 샘플 상태의 최종 확인(s150) 후 최초 측정 지점에서 후술할 자동 초점 조절 후 DZ 깊이 자동 측정을 실시한다(s160). 그 전에 작업자에 의해 샘플 정보를 입력하는 과정을 가질 수 있다. 다음으로, DZ 깊이 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬한다(s170). 작업자가 샘플 정보를 입력하면 샘플의 측정 위치가 이동 중에 자동으로 생성되고, 그 때의 DZ 깊이값이 자동으로 기입되도록 구성할 수도 있다. 그런 다음, 미리 지정된 간격만큼 제1스테이지(20) 또는 제2스테이지(30)를 이동시켜 로딩플레이트(60)를 이동시킨다(s180). 이동된 위치, 즉 다음 측정 지점에서 다시 자동 초점 조절 후 DZ 깊이 자동 측정을 실시한다(s190). 이후에도 앞의 단계 s170과 마찬가지로 DZ 깊이 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬한다(s200). 최종 측정 지점에서의 측정까지 종료되었는지 여부를 확인(s210)하여, 최종 측정 지점에서의 측정까지 종료되지 않았으면(“아니오”인 경우) 단계 s180으로 회귀하여 다음 측정 지점으로 이동하여 측정하는 과정을 반복하며, 최종 측정 지점에서의 측정까지 종료된 것으로 판단되면(“예”인 경우) DZ 깊이 측정을 종료하며, 본 실시예에서는 다음의 BMD 밀도 측정을 위해 다시 최초 측정 지점으로 자동 이동한다(s220). Next, after the final confirmation of the sample state (s150), the DZ depth automatic measurement is performed after the auto focus adjustment to be described later at the initial measurement point (s160). Before that, the operator may have a process of inputting sample information. Next, the DZ depth result and the measured image are automatically stored and aligned (s170). When the operator inputs the sample information, the measurement position of the sample is automatically generated during the movement, and the DZ depth value at that time may be automatically written. Then, the
그런 다음, BMD 밀도 측정을 위한 레시피 선택(s230)을 하는데, 이것은 어떠 한 영상을 결함으로 판단할 것인지에 관한 결함의 정보를 미리 입력하는 것에 해당된다. 이어서 최초 측정 지점에서 자동 초점 조절 후 이번에는 BMD 밀도를 자동으로 측정한다(s240). DZ 깊이 결과값과 측정 이미지를 자동으로 저장한 것처럼, BMD 밀도와 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬한다(s250). 그런 다음, 미리 지정된 간격만큼 로딩플레이트(60)를 이동시킨다(s260). 이동된 위치, 즉 다음 측정 지점에서 다시 자동 초점 조절 후 BMD 밀도 측정을 실시한다(s270). 이후에도 앞의 단계 s250과 마찬가지로 BMD 밀도와 측정 이미지를 자동으로 저장하고 정렬한다(s280). 최종 측정 지점에서의 측정까지 종료되었는지를 확인(s290)하여 그렇지 않으면 단계 s260으로 회귀하여 다음 측정 지점으로 이동하여 측정하는 과정을 반복하며, 최종 측정 지점에서의 측정까지 종료된 것으로 판단되면 측정을 완료한다(s300). Then, a recipe selection for measuring the BMD density (s230) is performed, which corresponds to inputting defect information on which image is to be determined as a defect. Subsequently, after adjusting the auto focus at the first measurement point, this time, the BMD density is automatically measured (s240). Just as the DZ depth result and the measured image are automatically stored, the BMD density and the measured image are automatically stored and aligned (s250). Then, the
상기에서 언급한 방법으로 측정한 실제 DZ 깊이와 BMD 밀도 값에 관해 도면을 참조하여 먼저 설명한다. The actual DZ depth and BMD density values measured by the above-mentioned method will be described first with reference to the drawings.
도 5a는 300mm 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼의 중심에서 에지 방향으로 10mm 간격으로 DZ 깊이를 측정한 산술적인 정량 결과를 그래프로 도시한 것이다. FIG. 5A graphically illustrates the arithmetic quantitative results of measuring DZ depths at intervals of 10 mm from the center of the wafer to the edge direction using a 300 mm wafer.
도 5a에서 동그라미와 실선으로 나타낸 “1P DZ-테스트1”은 일반적으로 표면으로부터 벌크 방향으로 존재하는 첫 번째 결함까지의 깊이를 측정한 결과이며, 세모와 점선으로 나타낸 “1P DZ-테스트1-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 가리킨다. 본 그래프를 통해서 관찰한 결과, 반복 측정에 따른 결과의 동일성을 확인할 수 있다. “1P DZ-
도 5b는 도 5a의 결과 중 최초 측정한 중심점(center, 0mm)에서 측정한 사진이다. FIG. 5B is a photograph measured at a center point (center, 0 mm) measured initially among the results of FIG. 5A.
도 5b에 나타나는 화면 상에서 표면으로부터 최초(첫 번째) 결함까지의 깊이(300)를 정확하게 인식한 것을 확인할 수 있다. 또한 도 5b 상단에 나타나는 "1P-0 mm/DZ-9.9 um"라는 정보는 샘플정보-측정위치/DZ 깊이값을 의미하는데, 최초 자동 측정을 진행하기 전에 작업자에 의해 샘플 정보인 "1P"(310)만 입력하면 옆의 샘플의 측정 위치(311)가 이동 중에 자동으로 생성되고, 그 때의 DZ 깊이값(312)이 자동으로 기입되어 이미지만을 가지고도 쉽게 결과 확인이 가능하다는 장점을 가진다. It can be seen that the
도 5c는 이러한 과정을 반복하여 웨이퍼의 중심에서 에지 방향으로 10mm 간격만큼 이동하면서 얻어진 DZ 깊이의 이미지 결과를 나타낸다(312, 313). 실제로 샘플 로딩 시간을 제외하고 한 포인트 측정 후 10mm 간격만큼 이동하여 측정하는 데 걸리는 시간은 6초 정도였다. FIG. 5C shows the image results of the DZ depths obtained by repeating this process by moving 10 mm intervals from the center of the wafer to the edge direction (312, 313). In fact, except for the sample loading time, it took about 6 seconds to move the
상기 시간은 한 포인트를 측정하고 일정 간격(상기 조건에서는 10mm)만큼 이동 후, 후술하는 자동 포커싱 기능을 이용하여 화면 상의 이미지를 자동으로 초점 조절한 뒤, 결과값(DZ 깊이)을 산출하고, 이미지의 상단에 샘플 정보와 측정값의 정보를 모두 기입하는 데에 소요되는 시간을 의미한다.The time is measured one point and moved by a predetermined interval (10mm in the above conditions), and then automatically focus the image on the screen using the automatic focusing function described later, calculates the result value (DZ depth), the image This is the time taken to fill in both the sample information and the measured value information at the top of.
따라서, 아무리 숙달된 작업자가 진행하는 분석이라도 그 측정 간격을 더욱 정밀하게 진행한다면 분석시 걸리는 시간을 많이 단축할 수 있다. 상기 결과는 화면 상에 보이는 이미지(도 5b) 전체를 하나의 측정 영역으로 지정하여 평가한 결과 를 나타내며, 그 내부에서 좀 더 작은 영역을 하나의 측정 영역으로 지정할 수도 있다.Therefore, even if the analysis is performed by a skilled worker, if the measurement interval is more precisely progressed, the time required for analysis can be greatly reduced. The result indicates an evaluation result of designating the entire image (FIG. 5B) displayed on the screen as one measurement area, and a smaller area may be designated as one measurement area therein.
다음으로, 도 6a 내지 도 6c는 상기 도 5a 내지 도 5c에서 진행한 동일 샘플을 이용하여 웨이퍼의 표면으로부터 세 번째 결함까지의 깊이를 DZ 깊이라고 정의하고 난 뒤, 측정한 결과값을 나타낸다.Next, FIGS. 6A to 6C show the measured values after defining the depth from the surface of the wafer to the third defect using the same sample proceeded from FIGS. 5A to 5C as DZ depth.
도 6a는 도 5a와 마찬가지로 300mm 웨이퍼를 이용하여 중심에서 에지 방향으로 10mm 간격으로 DZ 깊이를 측정한 산술적인 정량 결과를 그래프로 도시한 것이다. 도 6a에서 동그라미와 실선으로 나타낸 “3P DZ-테스트1”은 표면으로부터 벌크 방향으로 존재하는 세 번째 결함까지의 깊이를 측정한 결과이며, 세모와 점선으로 나타낸 “3P DZ-테스트1-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 가리킨다. 본 그래프에 나타나는 세 번째 결함까지의 깊이 결과는 반복 측정시에도 동일하게 얻어짐을 확인할 수 있다.FIG. 6A is a graph illustrating arithmetic quantitative results of measuring DZ depths at intervals of 10 mm from the center to the edge direction using a 300 mm wafer as in FIG. 5A. In FIG. 6A, the “3P DZ-
또한 도 6b는 도 6a의 결과 중 최초 측정한 중심점(0 mm)에서 측정한 사진을 나타낸다. 도 6b 상단에 나타나는 "3P-0 mm/DZ-17.2 um"라는 정보로부터 샘플정보(410)-측정위치(411)/DZ 깊이값(412)을 알 수 있으며, 실제로 첫 번째 결함(320a)과 두 번째 결함(320b)까지가 아닌 세 번째 결함(320c)까지의 깊이를 DZ 깊이(400)로 간주한 것을 확인할 수 있다. 이 결과는 도 6c의 다른 측정 지점에서도 동일하게 확인할 수 있다. 6B also shows a photograph measured at the center point (0 mm) measured initially among the results of FIG. 6A. Sample information 410-
상기 결과에서도 세 번째 결함(320c)까지의 깊이(400) 측정 역시, 자동으로 측정할 경우, 샘플 로딩 시간을 제외하고 한 포인트 측정시에 6초의 시간이 소요되 었으며, 두 번째 혹은 네 번째 결함 등은 최초 작업자에 의해 정의될 수 있다. In the above results, the measurement of the
도 7a 내지 도 7e는 BMD 밀도를 측정한 결과를 나타낸다. 7A to 7E show the results of measuring the BMD density.
먼저 도 7a는 300mm 웨이퍼를 이용하여 중심에서 에지 방향으로 10mm 간격으로 웨이퍼 내 BMD 밀도를 측정한 산술적인 정량 결과를 그래프로 도시한 것이다. 도 7a에서 동그라미와 실선으로 나타낸 그래프 “BMD 테스트1”은 최초 측정 결과를 나타내며, 세모와 점선으로 나타낸 그래프 “BMD 테스트1-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 나타낸다. 본 결과에서 적은 오차 범위 내에서 두 값이 일치하는 것을 확인할 수 있다. First, FIG. 7A is a graph illustrating arithmetic quantitative results of measuring BMD density in a wafer at intervals of 10 mm from the center to the edge direction using a 300 mm wafer. In FIG. 7A, the graph “
다음으로, 도 7b는 도 7a의 측정 결과에서 중심 지점에서의 이미지 결과를 보여준다. 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 DZ 깊이를 측정했던 결과와 마찬가지로 작업자에 의해 최초 "BMD"라는 샘플 정보만 입력시키면 BMD 측정 위치(500)와 측정 결과(501)가 이미지 좌측 상단에 자동으로 기입되게 된다. 또한 BMD 밀도를 측정하기 위한 화면 상의 영역(502)도 임의로 지정할 수 있다. 본 결과는 일정한 영역(502)을 지정한 뒤, 다른 위치에서도 동일하게 적용한 결과이다. Next, FIG. 7B shows the image result at the center point in the measurement result of FIG. 7A. As described with reference to FIG. 5B, as in the result of measuring the DZ depth, when the operator inputs only the first "BMD" sample information, the
도 7c는 도 7b의 결과를 최초 측정 지점(0 mm)에서 최종 측정 지점(140mm)까지 측정한 이미지 결과를 나열한 것이다. FIG. 7C lists the image results of measuring the result of FIG. 7B from the initial measurement point (0 mm) to the final measurement point (140 mm).
도 7d는 상기 샘플(213)을 이용하여 두께(211) 방향의 BMD 밀도를 측정한 결과이다. 7D illustrates a result of measuring the BMD density in the
상기 도 7a 내지 도 7c는 샘플(213)의 중심에서 에지 방향(0mm ~ 140mm)로 측정한 결과를 도시한 반면에, 도 7d는 한 지점(예를 들어 중심)에서 웨이퍼(200) 의 표면에서부터 뒷면 방향으로의 BMD 밀도를 측정한 결과에 해당된다. 본 결과는 샘플(213)의 약 770um 두께(211)를 15 등분으로 나누어 각 측정 영역(503)에서의 밀도를 측정하였다. 7A to 7C show the measurement results in the edge direction (0 mm to 140 mm) at the center of the
도 7d에서 동그라미와 실선으로 나타낸 그래프 “1st V_BMD 테스트”는 최초 측정 결과를 나타내며, 세모와 점선으로 나타낸 그래프 “1st V_BMD 테스트_반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 나타낸다. 본 결과에서 적은 오차 범위 내에서 두 값이 일치하는 것을 확인할 수 있으며, 샘플(213)의 전면 이미지와 총 15 등분한 지점에서의 BMD 밀도가 일치함을 알 수 있다. In FIG. 7D, the graph “1st V_BMD test” represented by circles and solid lines represents an initial measurement result, and the graph “1st V_BMD test _ repeated” represented by triangles and dotted lines represents a result of repeated measurements using the same sample. From the results, it can be seen that the two values coincide within a small error range, and it can be seen that the BMD density coincides with the front image of the
특히 본 기능은 얇은 두께의 샘플을 작업자의 기준에 따라 측정 영역을 임의로 조정할 수 있다는 장점을 가진다. 예를 들어 본 결과에서는 15 등분으로 나뉘어 밀도를 평가했지만 더 조밀하게 지역을 나눠서 평가할 수 도 있고, 더 넓은 간격으로도 평가할 수 있다. In particular, this function has the advantage that the measurement area can be arbitrarily adjusted according to the operator's reference for a thin sample. For example, the results show that the density is divided into 15 equal parts, but the densities can be assessed by dividing the area more closely, or by wider intervals.
도 7e는 상기 동일한 샘플을 이용하여 다른 지점에서의 평가 결과를 나타낸다. 도 7e에서 동그라미와 실선으로 나타낸 그래프 “2nd V-BMD 테스트”는 최초 측정 결과를 나타내며, 세모와 점선으로 나타낸 그래프 “2nd V-BMD 테스트-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 나타낸다. 도 7d와 마찬가지로 반복 측정에 따른 결과의 정확성을 확인할 수 있다. 7E shows the evaluation results at different points using the same sample. The graph “2nd V-BMD test” shown in circles and solid lines in FIG. 7E represents the initial measurement results, and the graph “2nd V-BMD test-repeats” represented by triangles and dotted lines shows the results of repeated measurements using the same sample. . As in FIG. 7D, the accuracy of the result according to the repeated measurement can be confirmed.
다음으로, 본 발명에서 DZ 깊이와 BMD 밀도를 자동으로 측정할 수 있는 방법과 원리에 대해 상세히 설명하기로 한다. Next, the method and principle of automatically measuring the DZ depth and the BMD density in the present invention will be described in detail.
먼저 도 8에 현미경(50)의 렌즈가 샘플(213)의 벽개면(210)에 대해 자동으로 초점을 조절하는 원리를 나타내었다. First, FIG. 8 illustrates a principle in which the lens of the
우선, 측정용 수직 샘플(213)의 벽개면(210, 웨이퍼의 단면)을 현미경(50)의 렌즈와 평행하게 볼 수 있도록 거치한 뒤, 현미경(50)의 렌즈가 수직 방향(Z축)으로 움직이면서 샘플(213)의 표면을 자동으로 초점을 맞출 수 있도록, 최고 위치(600)와 최저 위치(605) 사이의 상, 하 이동영역을 먼저 설정한다. 그 이후, 현미경(50)의 렌즈가 최초 위치(601)에서 샘플(213)의 벽개면(210)을 촬영하면 이 이미지는 CCD 카메라를 통해 영상으로 취득하여 얻어지게 되고, 취득한 영상의 이미지는 그 선명도가 자동으로 분석된다. First, the cleaved surface 210 (cross section of the wafer) of the measurement
최초 위치(601)에서의 이미지 선명도 분석이 완료되면 현미경(50)의 렌즈는 최초 위치(601)에서 기 설정된 Z축의 최고 위치(600)와 최저 위치(605)로 각각 이동 후 각각 측정 이미지를 얻게 되며, 다시 이 이미지는 상기 과정과 동일하게 CCD 카메라를 통하여 영상으로 취득한 후, 그 선명도를 자동으로 분석하게 된다. When the image sharpness analysis at the
최초 위치(601) 이미지 선명도를 최고 위치(600) 그리고 최저 위치(605)의 이미지 선명도와 자동 비교한 후에, 선명도가 높은 곳으로 거리를 이분법을 적용하여 현미경(50)의 렌즈가 이동한다. 도 8에서 최초 위치(601)의 이미지 선명도를 기준으로 최저 위치(605)의 이미지 선명도가 더 좋다는 가정 하에, 최초 위치(601)로부터 최저 위치(605)까지의 거리의 반이 되는, 첫 번째 이분법을 통하여 옮겨진 제1 이동 위치(604)를 나타내었다. After automatically comparing the
다음으로, 제1 이동 위치(604)에서 얻어진 이미지 선명도는 다시 이전 위치인 최초 위치(601)에서 얻어진 이미지 선명도와 자동으로 비교하여, 상기에서 설명 한 방법처럼 선명도가 더 높은 곳으로 이분법을 적용하여 이동하게 된다. 도 8에서는 최초 위치(601)에서의 이미지와 제1 이동 위치(604)에서의 이미지 선명도 중에 최초 위치(601)의 이미지 선명도가 더 높다는 가정 하에, 제1 이동 위치(604)로부터 최초 위치(601)까지의 거리의 반이 되는, 두 번째 이분법을 통하여 옮겨진 제2 이동 위치(602)를 나타내었다. Next, the image sharpness obtained at the first moving
제2 이동 위치(602)에서 얻어진 이미지 선명도는 이전 위치인 제1 이동 위치(604)에서 얻어진 이미지 선명도와 자동으로 비교하게 되며, 세 번째 이분법을 통하여 이미지 선명도가 높은 곳으로 이분법을 적용하여 제3 이동 위치(603)로 이동하게 된다. The image sharpness obtained at the second moving
상기 과정을 반복하면서, 즉 이동 위치 이미지 선명도를 이동 전의 이미지 선명도와 자동 비교하여, 선명도가 높은 곳으로 거리를 이분법을 적용하여 현미경(50) 렌즈가 이동하는 단계를 반복하면서 최종적으로 초점이 가장 잘 맞는 위치(Z축)에서 자동 초점 조절이 이루어지게 되며, 도 8에는 제3 이동 위치(603)가 자동 초점이 맞추어지는 위치로 도시하였다. Repeating the above process, that is, automatically comparing the moving position image sharpness with the image sharpness before moving, repeating the step of moving the
이와 같이, 상기에서 설명한 일련의 과정을 컴퓨터의 제어 하에 현미경(50)이 자동으로 반복하게 된다면 거리를 이분법하는 원리에 의해 최고 선명도를 가지는 위치(Z축)를 찾아갈 수 있는 것이다. 기 설정된 최고 위치(600)와 최저 위치(605)는 상당히 짧은 거리이며, 상기 도 8 과정은 최초 위치(601)에서 최종 자동 초점 위치(603)까지 조절되는 데 소요되는 시간이 약 3초로 매우 짧은 시간 안에 이루어졌다. As such, when the
다음으로 화면 상에서 나타나는 이미지를 통해 결함을 인식할 수 있는 원리를 설명한다. Next, the principle of recognizing a defect through an image displayed on the screen will be described.
먼저 현미경(50)의 렌즈로 자동 취득한 영상(도 5b를 예로 듬)을 명암의 강도에 따라 히스토그램으로 분석하면 화면에서 비춰지는 영역 내에서 명암비가 가장 많은 영역대인 샘플(213)의 바탕(도 5b의 360)과 실제 결함(도 5b의 350)을 분리할 수 있다. 또한 사전에 결함의 크기에 대한 최소치와 최대치를 설정해 놓기 때문에 자동 초점을 조절하여 이미지를 얻은 후, 결함 후보 형상의 최대 길이가 설정된 크기 범위 안에 오면 결함으로 인식하여 검출한다. 이 때, 결함 크기의 최소치와 최대치는 변경 가능하다. First, when the image (automatically taken from FIG. 5B) obtained by the lens of the
표면에서 결함까지의 거리를 DZ 깊이로 자동 인식하는 원리는 아래와 같다. The principle of automatically recognizing the distance from the surface to the defect as DZ depth is as follows.
도 6b의 윗부분 검은색 영역(330)은 실제 샘플(213)에 의해 나타나는 영역이 아니기 때문에 검은색으로 나타나게 된다. 이것에 대한 자세한 설명은 도 9에 나타내었다. Since the upper
샘플 지지대(701)에 일정한 길이(700)와 너비(703)를 갖는 샘플(704)을 장착한 경우, 현미경(702)을 이용하여 일정한 배율로 관찰하면 실제 현미경(702)의 렌즈가 샘플(704)의 표면과 초점을 맞춘 상태에서 샘플(704)의 너비(703)를 벗어난 영역은 포커싱이 안 되기 때문에 검은색으로 나타날 수밖에 없다. 따라서 화면 상에서 보이는 이미지에서 표면에서 벌크 방향으로 존재하는 결함까지의 깊이는 히스토그램을 통해 나타나는 명암 차이 값 중, 어두운 값에서 밝은 값으로 변하는 위치(도 5b와 도 6b의 340)를 단면의 최초 시작점으로 인식하고, 최초 시작점과 최초 결함의 위치를 DZ 깊이로 인식하여 정량적인 값으로 나타낼 수 있는 것이다. When the
다음으로 첫 번째 결함까지의 깊이(1P-DZ depth)와 세 번째 결함까지의 깊이(3P-DZ depth)를 화면 상에서 어떻게 자동으로 인식할 수 있는가에 관하여 설명한다. 하기 설명내용은 실험 결과값을 기준으로 첫 번째와 세 번째만 언급하여 설명하고 있지만 실제적으로는 두 번째 혹은 네 번째, 다섯 번째 등 다양한 위치의 결함을 지정하여 측정할 수 있다. Next, how to automatically recognize the depth up to the first defect (1P-DZ depth) and the third up to the third defect (3P-DZ depth) on the screen will be described. The description below describes only the first and the third with reference to the experimental results, but in practice it can be measured by designating defects in various positions such as the second, fourth, and fifth.
예를 들어, DZ 깊이를 세 번째 결함까지의 깊이라고 정의한 후 자동으로 측정한다고 하면 상기에서 설명한 원리를 기본으로 표면에서 첫 번째 결함까지의 깊이, 두 번째 결함까지의 깊이, 세 번째 결함까지의 깊이를 모두 측정하게 된다. 상기 과정에서 측정된 각 결함까지의 거리를 자동으로 저장하여 계산한 후, 그 값의 순위를 스스로 체크하기 때문에 자동으로 지정한 결함까지의 깊이를 측정할 수 있다. 즉, 표면으로부터 벌크 방향으로 최초 발견되는 BMD까지의 깊이를 무결함층 깊이로 검출하거나, 최초 이후 순차적으로 발견되는 각 BMD까지의 깊이를 무결함층 깊이로 검출할 수 있게 되는 것이다. For example, if you define DZ depth as the depth to the third defect and then measure it automatically, based on the principles described above, the depth from the surface to the first defect, the depth to the second defect, and the depth to the third defect are Will be measured. Since the distance to each defect measured in the above process is automatically stored and calculated, the rank of the value is checked by itself so that the depth to the designated defect can be measured automatically. That is, the depth from the surface to the BMD initially found in the bulk direction can be detected as the depth of the defect, or the depth to each BMD found sequentially after the first time can be detected as the depth of the defect.
다음은 BMD 밀도를 측정하는 원리를 설명한다. The following describes the principle of measuring BMD density.
BMD 밀도도 상기 DZ에서 사용한 원리와 동일하게 화면 상에서 나타나는 이미지에서 실제 BMD 후보가 존재하는 부분과 그렇지 않는 바탕을 분리해야 한다. 따라서 상기와 동일하게 CCD 카메라를 통해 얻어진 화면을 히스토그램으로 분석한 뒤, 명암비를 이용하면 명암비의 최고치인 바탕과 실제 존재하는 BMD 후보를 분리할 수 있다. 실제 BMD로 표현되는 부분은 주변과는 다르게 검은색으로 나타나기 때문에 가능하다. 이러한 방법으로 화면 내에서 BMD 후보를 분리한 후, 기 설정된 BMD 크기의 최소치와 최대치를 이용하면 영역 내에서 검출된 BMD 후보 형상의 최대 길이가 최소치와 최대치 범위 내에 있으면 BMD 후보를 BMD로 인식하게 되고 그 때마다 카운트를 하여 개수를 파악할 수 있다. BMD 밀도 측정의 경우에는 화면 상에서 기 설정된 측정 영역(도 7b의 502)과 BMD 개수를 이용하여 밀도로 환산하여 표기하게 된다. The BMD density should be separated from the background where the actual BMD candidate is present and the background where it is not in the image appearing on the screen in the same manner as the principle used in the DZ. Therefore, after analyzing the screen obtained through the CCD camera in the same manner as above, using the contrast ratio, the background of the highest contrast ratio and the actual BMD candidate can be separated. Actually, the part expressed in BMD is possible because it appears in black unlike the surroundings. After separating BMD candidates in the screen in this way, if the minimum and maximum values of the preset BMD size are used, if the maximum length of the detected BMD candidate shape in the region is within the minimum and maximum range, the BMD candidate is recognized as BMD. The count can be counted each time to determine the number. In the case of BMD density measurement, the measurement area (502 in FIG. 7B) and the number of BMDs are displayed on the screen in terms of density.
도 10은 본 발명에 따른 다른 자동 검사 방법의 순서도로서, 특히 표면 측정에 해당하는 OiSF 밀도와 LDP 밀도 측정에 관한 것이다. 상기 2개의 결함은 결함 관찰을 위해 사전에 진행하는 전처리 과정이 다르기 때문에 동일한 웨이퍼 내에 존재하지 않는다. 다만 결함을 인식하는 알고리즘만 다를 뿐 그 측정 방법은 일치하기 때문에 하기와 같은 측정 과정을 동일하게 적용할 수 있다. 10 is a flowchart of another automatic inspection method according to the present invention, and particularly relates to OiSF density and LDP density measurement corresponding to surface measurement. The two defects do not exist in the same wafer because the pretreatment proceeds in advance for defect observation. However, only the algorithm for recognizing defects is different, and the measuring methods are identical. Therefore, the following measuring procedures can be applied in the same way.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 웨이퍼 결함 검사 장치(100)에서 회전스테이지(40)는 1° 이내로 회전 각도를 정할 수가 있으며, 레시피 선택시 포함하지 않으면 진행하지 않는다. OiSF와 LDP는 DZ 깊이나 BMD 밀도와는 다르게 웨이퍼 표면에 존재하는 결함이기 때문에 최초에 자동 초점 기능을 수행하였으면 매 측정 포인트(영역)마다 자동 초점 기능을 다시 수행할 필요는 없다. 본 장치에서는 자동 초점의 수행을 몇 단계마다 할 수 있도록 설정할 수 있기 때문에 특별한 경우가 아니고서는 시간 절약을 위해 매 단계별 자동 초점 기능을 수행하지 않아도 된다. In the wafer
먼저, 열처리 또는 에칭 과정을 거친 평가용 샘플 제작을 완료한다(s800). 샘플 지지대(도 1 및 도 2에 도시한 장치에서는 로딩플레이트(60))에 평가 샘플을 거치한다(s810). 다음으로, 측정 배율 및 측정 위치를 선정하여(s820), 반경 방향을 따라 측정을 시작한다(s830). 이 때 반경 방향을 따라 제1 스테이지(20) 또는 제2 스테이지(30)를 이동시켜 샘플을 이동한다. 반경 방향으로의 측정이 완료(s840)되면 샘플 지지대 회전 여부를 판단하여, 회전시켜야 하는 경우(“예”인 경우, 즉 최종 측정 지점까지 오지 않은 경우)에는 정해진 각도만큼 회전(s860)시켜 다음 측정 시작(s830) 단계로 회귀하여 위의 과정을 반복하며, 회전시킬 필요가 없는 경우(“아니오”인 경우)에는 결함 평가를 완료(s870)한다. First, to complete the sample for evaluation after the heat treatment or etching process (s800). An evaluation sample is placed on the sample support (the
도 11은 상기 과정에서 언급한 샘플 지지대 회전과 관련한 내용이다. 11 is a view related to the rotation of the sample support mentioned in the above process.
먼저 측정하고자 하는 샘플을 샘플 지지대(도 1 및 도 2에 도시한 장치에서는 로딩플레이트(60)) 위에 장착한다. 샘플 장착은 웨이퍼의 노치(230)가 장착될 수 있는 포지션이 로딩플레이트(60)에 준비되어 있으며, 장비 사용자를 기준으로 할 때, 노치(230)가 관찰자 앞에 놓이는 것이 최초 위치이다(240). 이 상태에서 최초 샘플의 반경 방향으로 결함의 밀도를 구하면 한 방향의 밀도를 구할 수 있다(240a). 만약 최초 작업자가 회전 각도를 45°라고 정의했다면 회전스테이지(40)는 1차 측정(240a)이 완료된 후, 45° 각도만큼 회전하게 된다(250). 회전 후, 동일한 방법으로 반경 방향의 밀도를 구하면 2차 측정 결과(250a)를 얻을 수 있다. 다시 회전스테이지(40)는 45° 회전을 하게 되며, 3차 측정 결과(260a)를 얻을 수 있다. First, the sample to be measured is mounted on a sample support (
이러한 방법을 사용할 경우, 다양한 각도에서 반경 방향의 밀도를 구할 수 있기 때문에 결함의 밀도를 확인하는 데 좀 더 정확한 분석을 진행할 수 있다는 장 점을 가진다. 본 실시예에서는 샘플 지지대의 회전을 시계방향으로 설명하였으나, 실제 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 반 시계방향으로 회전시키면서 측정을 진행하며, 로딩플레이트(60)를 감싸며 배치되는 스케일 부재(70)에 각도 눈금이 표시되어 있기 때문에 실제로 육안으로 확인하기에도 쉽다. This method has the advantage of allowing more accurate analysis to determine the density of defects because the radial density can be obtained from various angles. In this embodiment, the rotation of the sample support has been described in the clockwise direction, but the wafer
도 12a는 상기 과정에서 언급한 방법을 이용하여 OiSF의 밀도를 회전 없이 측정한 결과(240a)를 나타내며, 도 12b는 LDP의 밀도를 측정한 결과이다. 도 12a에서 동그라미와 실선으로 나타낸 그래프 “1st OiSF 테스트”는 최초 측정 결과를 나타내며, 세모와 점선으로 나타낸 그래프 “1st OiSF 테스트-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 나타낸다. 도 12b에서 동그라미와 실선으로 나타낸 그래프 “LDP 테스트”는 최초 측정 결과를 나타내며, 세모와 점선으로 나타낸 그래프 “LDP 테스트-반복”은 동일한 샘플을 이용하여 반복 측정한 결과를 나타낸다. 도 12a와 도 12b 모두 반복 측정한 결과, 그 결과값들이 서로 거의 일치하므로 결과의 신뢰성을 확인할 수 있다.FIG. 12A shows a
도 13a와 도 13b는 상기 과정에서 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 웨이퍼 결함 검사 장치(100)가 인식하는 OiSF(도 13a) 및 LDP(도 13b)를 나타낸다. 두 결함의 자동 인식 알고리즘은 후에 설명하도록 한다. 13A and 13B illustrate OiSF (FIG. 13A) and LDP (FIG. 13B) recognized by the wafer
샘플의 표면에 대한 자동 초점 조절 기능의 경우, DZ 깊이 및 BMD 밀도 측정과 관련하여 언급하였기 때문에 생략하도록 한다. Auto focusing on the surface of the sample is omitted because it is mentioned in relation to the DZ depth and BMD density measurements.
다음은 화면 상에서 나타나는 결함의 이미지를 자동으로 인식하는 알고리즘 에 대한 설명이다. The following is a description of the algorithm that automatically recognizes the image of a defect that appears on the screen.
도 13a와 도 13b에서 나타나는 것처럼 OiSF나 LDP 모두, 현미경(50)의 렌즈로 자동 취득한 영상을 명암의 강도에 따라 히스토그램으로 분석하면 화면에서 비춰지는 영역 내에서 명암비가 가장 많은 영역대인 샘플의 바탕과 실제 결함을 분리할 수 있다. OiSF의 경우, 사전에 결함의 크기에 대한 최소치와 최대치를 설정해 놓았기 때문에 자동 초점을 조절하여 이미지를 얻은 후, 결함 후보 형상의 최대 길이가 설정된 크기 범위 안에 들어올 경우, 모든 결함을 인식하여 검출한다. 이 때, 결함 사이즈의 최소치와 최대치는 변경 가능하다. As shown in FIGS. 13A and 13B, both OiSF and LDP analyze the image automatically acquired by the lens of the
도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 웨이퍼 결함 검사 장치(100)에서는 검출할 OiSF의 최대길이(900)와 최소길이(910)가 2배 이상일 때 OiSF으로 인식하도록 하였으며, 그 중 검출된 OiSF 형상의 최대 길이가 설정된 크기 범위에 있으면 그것을 카운트하였다.In the wafer
LDP의 경우, 상기와 동일한 방법으로 CCD 카메라 영상에 대한 명암강도를 히스토그램으로 분석한 뒤, 명암비의 최고치인 바탕과 LDP을 분리한다. LDP의 최소치와 최대치 사이즈는 기 설정되어 있는 상태이며, 검출된 LDP 후보의 형상의 최대 길이가 설정된 크기 범위에 있으면 그것을 LDP로 인식, 카운트하였다. 특히, LDP의 경우, 결함 안에 하얀색 점(920)과 같은 주변보다 밝은 색의 핵이 일정하게 존재할 때만 최종적으로 LDP이라고 인식하도록 하였다. 따라서 OiSF과 LDP은 여러 가지의 옵션에 따라 필터링되고, 최종적으로 정해진 기준에 합당한 결함만 카운팅하게 되어 있다.In the case of LDP, the contrast intensity of the CCD camera image is analyzed by histogram in the same manner as above, and the background and the LDP, which are the highest contrast ratios, are separated. The minimum value and the maximum value size of the LDP are already set, and if the maximum length of the detected LDP candidate shape is within the set size range, the LDP is recognized and counted. In particular, in the case of LDP, only when a nucleus of lighter color than the surroundings such as the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Is obvious.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 방법을 수행할 수 있는 웨이퍼 결함 검사 장치의 개략적인 모식도이다.1 is a schematic diagram of a wafer defect inspection apparatus capable of performing a wafer defect inspection method according to the present invention.
도 2는 도1에 나타낸 웨이퍼 결함 검사 장치의 측면도이다.FIG. 2 is a side view of the wafer defect inspection apparatus shown in FIG. 1.
도 3은 수직 샘플 준비 방법을 보이기 위한 도면이다.3 is a view for showing a vertical sample preparation method.
도 4는 본 발명에 따른 자동 검사 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of an automatic inspection method according to the present invention.
도 5a 내지 도 5e는 DZ 깊이를 측정한 결과를 나타낸다. 5A to 5E show the results of measuring the DZ depths.
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 5a 내지 도 5c에서 진행한 동일 샘플을 이용하여 웨이퍼의 표면으로부터 세 번째 결함까지의 깊이를 DZ 깊이라고 정의하고 난 뒤 측정한 결과값을 나타낸다.6A to 6C show results obtained after defining the depth from the surface of the wafer to the third defect using the same sample proceeded from FIGS. 5A to 5C as DZ depth.
도 7a 내지 도 7e는 BMD 밀도를 측정한 결과를 나타낸다. 7A to 7E show the results of measuring the BMD density.
도 8은 현미경의 렌즈가 샘플의 벽개면에서 자동으로 초점을 조절하는 원리를 나타낸다. 8 shows the principle that the lens of the microscope automatically focuses on the cleaved surface of the sample.
도 9는 표면에서 결함까지의 거리를 DZ 깊이로 자동 인식하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining the principle of automatically recognizing the distance from the surface to the defect as the DZ depth.
도 10은 본 발명에 따른 다른 자동 검사 방법의 순서도이다.10 is a flowchart of another automatic inspection method according to the present invention.
도 11은 샘플 지지대 회전에 따른 측정 상태를 도시한 도면이다.11 is a view showing a measurement state according to the rotation of the sample support.
도 12a는 OiSF의 밀도를 측정한 결과이고, 도 12b는 LDP의 밀도를 측정한 결과이다. 12A is a result of measuring the density of OiSF, and FIG. 12B is a result of measuring the density of LDP.
도 13a는 OiSF의 사진이고, 도 13b는 LDP의 사진이다. FIG. 13A is a photograph of OiSF, and FIG. 13B is a photograph of LDP.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10... 받침대 20... 제1스테이지10 ...
30... 제2스테이지 40... 회전스테이지30 ...
50... 현미경 60... 로딩플레이트50 ...
70... 스케일 부재 100... 웨이퍼 결함 검사 장치70 ...
200... 웨이퍼 210... 벽개면200 ...
213... 샘플 230... 노치213 ... sample 230 ... notch
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