KR20160034112A - 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 설비 및 검사 방법 - Google Patents

반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 설비 및 검사 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 스토커 상에 반도체 웨이퍼를 적재하고, 이송 모듈을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼를 상압의 레이저 어닐 모듈의 내부로 이송하고, 레이저 광선을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역들을 국부적으로 어닐하고, 상기 이송 모듈을 이용하여 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 진공의 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하고, 상기 반도체 웨이퍼의 어닐된 영역 내에 전자빔을 주사하고, 및 상기 전자빔이 주사된 영역으로부터 방출되는 2차 전자들을 포집하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법이 설명된다.

Description

반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 설비 및 검사 방법{Apparatus of Inspecting Resistive Defects of Semiconductor Devices and Inspecting Method Using the Same}
본 발명은 반도체 소자의 저항성 결함들, 특히 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 설비 및 그 설비를 이용하여 반도체 소자의 저항성 결함들을 검사하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 회로 패턴들의 크기가 미세화되면서, 특히 컨택 플러그 패턴들의 저항값들을 검사하는 공정이 매우 중요해졌다. 그에 따라, 컨택 홀 패턴들의 오픈(open)/낫오픈(not open)을 검사하는 공정뿐만 아니라, 완성된 컨택 플러그 패턴들의 저항들이 적절한지를 판단하는 저항성 불량을 검사하는 공정이 필요해졌다. 종래에는 프로브(probe) 등으로 컨택 플러그 패턴들 또는 컨택 플러그 패턴들과 연결된 패드 패턴들과 물리적으로 접촉하여 컨택 플러그 패턴들의 저항을 측정하는 방법이 이용되었다. 컨택 플러그 패턴들이 미세해졌기 때문에, 전자빔 주사 현미경(SEM)을 이용하여 컨택 플러그 패턴들을 검사하는 방법이 수행하기도 어렵게 되었고, 또한 검사 결과의 신뢰성도 매우 낮아졌다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴을 검사하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 설비를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴을 검사하는 설비를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 방법은 웨이퍼 스토커 상에 반도체 웨이퍼를 적재하고, 이송 모듈을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼를 상압의 레이저 어닐 모듈의 내부로 이송하고, 레이저 광선을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역들을 국부적으로 어닐하고, 상기 이송 모듈을 이용하여 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 진공의 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하고, 상기 반도체 웨이퍼의 어닐된 영역 내에 전자빔을 주사하고, 및 상기 전자빔이 주사된 영역으로부터 방출되는 2차 전자들을 포집하는 것을 포함할 수 있다.
상기 이송 모듈은 이송 아암을 포함할 수 있다. 상기 이송 아암은 상기 웨이퍼 스토커 상에 적재된 상기 반도체 웨이퍼를 상기 레이저 어닐 모듈의 내부로 이송할 수 있다.
상기 이송 모듈은 상기 전자빔 주사 모듈과 가깝게 위치한 웨이퍼 스테이션을 더 포함할 수 있다. 상기 이송 아암은 상기 레이저 어닐 모듈의 내부로부터 상기 웨이퍼 스테이션 상으로 상기 반도체 웨이퍼를 이송할 수 있다.
상기 이송 아암은 상기 웨이퍼 스테이션 상의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 스토커 상으로 이송할 수 있다.
상기 이송 모듈은 이송 레일을 더 포함할 수 있다. 상기 이송 아암은 상기 이송 레일을 따라 이동할 수 있다.
상기 레이저 어닐 모듈은, 레이저 광원, 어테뉴에이터, 다수의 대물 렌즈들, 및 스테이지를 포함할 수 있다. 상기 어테뉴에이터는 상기 레이저 광원에서 발생한 레이저 광선의 에너지를 조절할 수 있다. 상기 다수의 대물 렌즈들은 다양한 구경을 가질 수 있다.
상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하는 것은 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 버퍼 챔버의 내부로 이송하고, 상기 버퍼 챔버를 밀폐 및 진공화하고, 및 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 이송하는 것을 포함할 수 있다.
상기 버퍼 챔버는 버퍼 이송 아암을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 이송 아암은 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 가져오고, 및 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하는 것을 포함할 수 있다.
상기 전자빔 주사 모듈은 전자빔 건, 콘덴서 렌즈, 스캐닝 코일, 및 대물 렌즈를 갖는 경통형 바디부, 및 스테이지 및 전자 포집부를 갖는 챔버부, 및 디스플레이 부를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 부는 상기 포집된 상기 2차 전자들의 양을 시각적으로 모니터 상에 디스플레이할 수 있다.
상기 주입되는 전자빔의 양보다 상기 2차 전자들의 양이 더 많을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 방법은 컨택 플러그 패턴들을 가진 반도체 웨이퍼를 준비하고, 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 국부적으로 어닐하여 상기 일부 영역 내의 상기 컨택 플러그 패턴들을 결정화시키고, 상기 결정화된 컨택 플러그 패턴들 T상에 전자빔을 주사하고, 및 상기 전자빔이 주사된 컨택 플러그 패턴들로부터 방출되는 2차 전자들을 포집하는 것을 포함할 수 있다.
상기 컨택 플러그 패턴은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 컨택 플러그 패턴은 하부 층 상에 상기 하부 층과 직접적으로 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 하부 층은 금속, 금속 실리사이드, 금속 화합물, 단결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼를 국부적으로 어닐하는 것은, 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역 상의 상기 컨택 플러그 패턴들을 레이저 광선으로 조사하는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼를 국부적으로 어닐하는 것은, 상기 컨택 플러그 패턴들을 600 ~ 800℃로 가열하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 저항성 결함을 검사하는 방법은 웨이퍼 스토커, 이송 모듈, 어닐링 모듈, 버퍼 챔버, 및 전자빔 주사 모듈을 갖는 검사 설비를 준비하고, 컨택 플러그 패턴들을 갖는 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 스토커 상에 적재하고, 상기 이송 모듈의 이송 아암을 이용하여 상기 웨이퍼 스토커 상의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 어닐링 모듈 내부로 이송하고, 상기 어닐링 모듈의 내부에서 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 국부적으로 어닐하여 상기 컨택 플러그 패턴들을 결정화시키고, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 이송하고, 상기 버퍼 챔버를 진공화하고, 상기 버퍼 챔버의 내부의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하고, 상기 전자빔 주사 모듈 내에서 상기 반도체 웨이퍼의 상기 국부적으로 결정화된 상기 컨택 플러그 패턴들 내에 전자빔을 주사하고, 상기 반도체 웨이퍼에서 발생하는 2차 전자들을 포집하고, 상기 포집된 2차 전자들의 양에 따라 상기 컨택 플러그 패턴들의 그레이 스케일 이미지를 시각적으로 모니터 상에 디스플레이하는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼를 국부적으로 어닐하는 것은, 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 레이저 광선으로 조사하는 것을 포함할 수 있다.
상기 결정화된 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 이송하는 것은, 상기 이송 모듈의 상기 이송 아암이 상기 결정화된 반도체 웨이퍼를 상기 이송 모듈 내에 상기 버퍼 챔버와 가깝게 위치한 웨이퍼 스테이션 상으로 이송 및 적재하고, 및 상기 버퍼 챔버의 내부의 버퍼 이송 아암이 상기 웨이퍼 스테이션 상의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 이송하는 것을 포함할 수 있다.
상기 버퍼 챔버의 내부를 진공화하는 것은, 상기 버퍼 챔버의 내부로 상기 결정화된 반도체 웨이퍼가 이송되고, 및 외부 도어 및 내부 도어를 폐쇄하여 상기 버퍼 챔버의 내부를 밀폐하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 버퍼 이송 아암을 이용하여 상기 전자빔 주사 모듈의 내부의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 이송하고, 상기 버퍼 챔버의 내부를 밀폐하고, 및 상기 버퍼 챔버의 내부를 상압화하고, 및 상기 버퍼 챔버의 내부의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 스토커 상으로 이송하는 것을 더 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 반도체 소자의 저항성 결함이 증폭된 결과로 얻어질 수 있으므로 검사가 보다 더 정확하다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 반도체 웨이퍼의 일부 영역만을 어닐하고 전자빔을 주사하므로, 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역(일부 칩)만이 소모된다. 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 집적화된 검사 설비를 이용할 수 있으므로, 검사 공정에 소비되는 시간이 짧아진다. 따라서, 생산성이 높아지고 제품 원가가 낮아진다.
이상에서 언급되지 않은 본 발명의 다양한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 검사 설비들을 개략적으로 도시한 블록도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 레이저 어닐 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 전자빔 주사 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 방법을 설명하는 도면들이다.
도 6a 및 6b는 레이저 어닐되지 않은 컨택 플러그 패턴들에서 2차 전자들이 방출되는 것을 보이는 도면 및 SEM 사진이고, 도 7a 및 7b는 레이저 어닐된 컨택 플러그 패턴들에서 2차 전자)들이 방출되는 것을 보이는 도면 및 SEM 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 검사 설비들을 개략적으로 도시한 블록도들이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비(10A)는 웨이퍼 스토커(20)(wafer stocker), 이송 모듈(30)(transfer module), 레이저 어닐 모듈(40)(laser anneal module), 버퍼 챔버(50)(buffer chamber), 및 전자빔 주사 모듈(60)(E-beam scanning module)을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼 스토커(20)는 선반(shelf) 또는 테이블(table) 형태를 가질 수 있다. 상기 웨이퍼 스토커(20) 상/내에 상기 검사 설비(10A) 내로 투입될 반도체 웨이퍼(W)들 또는 상기 검사 설비(10A) 내에서 검사된 반도체 웨이퍼(W)들이 임시적으로 적재될(stocked) 수 있다.
상기 이송 모듈(30)은 이송 아암(31) 및/또는 웨이퍼 스테이션(32)을 포함할 수 있다. 상기 이송 아암(31)은 상기 반도체 웨이퍼(W)들을 로드(load)하여 이송(transfer)할 수 있다. 예를 들어, 상기 이송 아암(31)은 상기 웨이퍼 스토커(20) 상/내의 상기 반도체 웨이퍼(W)들을 상기 레이저 어닐 모듈(40)의 내부로 이송하거나, 상기 레이저 어닐 모듈(40)로부터 상기 웨이퍼 스테이션(32) 또는 상기 버퍼 챔버(50) 내부로 상기 반도체 웨이퍼(W)들을 전달하거나, 또는 상기 웨이퍼 스테이션(32) 또는 상기 버퍼 챔버(50)의 내부로부터 상기 웨이퍼 스토커(20) 상으로 상기 반도체 웨이퍼(W)들을 이송할 수 있다. 상기 웨이퍼 스테이션(32)은 상기 버퍼 챔버(50)과 가깝도록 상기 이송 모듈(30) 내에 배치된 수 있다. 상기 웨이퍼 스테이션(32) 상에 검사될 반도체 웨이퍼(W1) 및 검사된 반도체 웨이퍼(W2)가 각각 임시적으로 구분되어 적재될 수 있다.
상기 버퍼 챔버(50)는 밀폐 가능한 로드-록 챔버(load-lock chamber)를 포함할 수 있다. 상기 버퍼 챔버(50)는 상압 상태로부터 진공 상태로 또는 진공 상태에서 상압 상태로 내부 압력을 조절할 수 있다. 상기 버퍼 챔버(50)는 외부 도어(51), 내부 도어(52), 및 버퍼 이송 아암(53)을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 이송 아암(53)은 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 이송 모듈(30)로부터 상기 전자빔 주사 모듈(60) 내부로 이송하거나 또는 상기 전자빔 주사 모듈(60)으로부터 상기 이송 모듈(30)로 이송할 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼 챔버(50)의 내부가 상압인 상태에서, 상기 외부 도어(51)가 개방되고, 상기 버퍼 이송 아암(53)이 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 웨이퍼 스테이션(32)으로부터 상기 버퍼 챔버(50)의 내부로 이송하고, 상기 외부 도어(51)가 폐쇄되어 상기 버퍼 챔버(50)가 밀폐되고 진공화된 후, 상기 내부 도어(52)가 개방되고, 상기 반도체 웨이퍼(W)가 상기 전자빔 주사 모듈(60) 내부로 이송되고, 상기 이송 아암(53)이 상기 버퍼 챔버(50) 내부로 이동하고, 및 상기 내부 도어(52)가 폐쇄되어 상기 전자빔 주사 모듈(60)의 내부가 밀폐될 수 있다.
전자빔 주사 공정이 수행된 후, 상기 내부 도어(52)가 개방되고, 상기 버퍼 이송 아암(53)이 상기 전자빔 주사 모듈(60) 내의 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 버퍼 챔버(50)의 내부로 이송하고, 상기 내부 도어(52)가 폐쇄되어 상기 버퍼 챔버(50)가 밀폐되고, 상기 버퍼 챔버(50)의 진공이 해제된 후, 상기 외부 도어(51)가 개방되고, 및 상기 버퍼 이송 아암(53)이 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 이송 모듈(30)의 상기 웨이퍼 스테이션(32) 상으로 이송할 수 있다.
상기 레이저 어닐 모듈(40) 및 상기 전자빔 주사 모듈(60)은 후술될 것이다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비(10B)는, 도 1a의 상기 검사 설비(10A)와 비교하여, 하나의 레이저 어닐 모듈(40)과 다수 개의 전자빔 주사 모듈(60A, 60B)들을 포함할 수 있다. 레이저 어닐 공정을 수행하는 시간보다 전자빔 주사 공정을 수행하는 시간이 매우 기므로, 하나의 상기 레이저 어닐 모듈(40)과 다수 개의 상기 전자빔 주사 모듈(60A, 60B)들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 검사 설비(10B)는 상기 각 전자빔 주사 모듈(60A, 60B)마다 각각, 개별적으로 버퍼 챔버(50A, 50B)들을 가질 수 있다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비(10C)는 길게 연장하는 이송 모듈(30C)의 일 측면(first side)에 나란하게 배치된 하나의 레이저 어닐 모듈(40) 및 다수의 전자빔 주사 모듈(60A, 60BM 60B, 60D), 및 상기 이송 모듈(30)의 타 측면(second side)에 배치된 웨이퍼 스토커(20)를 포함할 수 있다. 상기 이송 모듈(30C)은 이송 레일(33), 상기 이송 레일(33) 상에서 이동 가능한 이송 아암(31C), 및 다수의 웨이퍼 스테이션(32A, 32B, 32C, 32D)들을 포함할 수 있다. 상기 이송 아암(31C)은 상기 이송 레일(33)을 따라 이동하며 상기 반도체 웨이퍼(W)들을 상기 웨이퍼 스토커(20), 상기 레이저 어닐 모듈(40), 상기 버퍼 챔버(50A, 50B, 50C, 50D)들, 상기 전자빔 주사 모듈(60)들, 및 상기 웨이퍼 스테이션(21)들로 전달할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비(10D)는 이송 모듈(30D)의 양 측면들에 배치된 전자빔 주사 모듈(60A, 60B, 60C, 60D)들을 포함할 수 있다. 상기 검사 설비(10D)는 다수 개의 레이저 어닐 모듈(40A, 40B)들을 포함할 수도 있다.
도 1e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비(10E)는 클러스터(cluster) 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙에 배치된 이송 모듈(30E)을 중심으로 방사형으로 배치된 웨이퍼 스토커(20), 레이저 어닐 모듈(40), 및 버퍼 챔버(50A, 50B, 50C, 50D)들 및 전자선 주사 모듈(60A, 60B, 60C, 60D)들을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 레이저 어닐 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 레이저 어닐 모듈(40)은 레이저 광원(41)(laser source), 어테뉴에이터(42)(attenuator), 대물 렌즈(43)들, 및 스테이지(44)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 광원(41)은 레이저 발진기를 포함할 수 있다. 상기 레이저 발진기는 Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, Nd:YLF 레이저, Ti:sapphire 레이저, He:Ne 레이저, IR 레이저, 그린 레이저, 블루 레이저, 또는 기타 다양한 레이저들 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 어테뉴에이터(42)는 상기 레이저 광원(41)에서 발생한 레이저 광선(L)의 에너지 또는 크기(amplitude)를 조절할 수 있다. 상기 어테뉴에이터(42)는 파장 변환기, 빔 셰이퍼, 또는 셔터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 파장 변환기는 상기 레이저 광선(L)의 파장을 균일화할 수 있고, 상기 빔 셰이퍼는 상기 레이저 광선(L)의 모양을 성형할 수 있고, 및 상기 셔터는 상기 레이저 광선(L)을 연속파(CW; continued wave) 형태 또는 펄스 형태로 출력할 수 있다.
상기 대물 렌즈(43A, 43B)들은 각각 다양한 구경(NA, Numerical Aperture)들을 가질 수 있다. 따라서, 상기 대물 렌즈(43A, 43B)들은 상기 레이저 광선(L)의 빔 사이즈를 다양하게 조절하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 상기 레이저 광선(L)이 조사될 영역의 크기를 수 십 (nm) ~ 수 백 (nm)로 다양하게 정의할 수 있다. 상기 대물 렌즈(43A, 43B)들은 회전하여 상기 레이저 광선(L)의 조사 경로 상에 정렬될 수 있다.
상기 스테이지(44) 상에 상기 반도체 웨이퍼(W)가 마운트될 수 있다. 상기 스테이지(44)는 상하/전후/좌우로 이동할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 전자빔 주사 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 검사 설비의 전자빔 주사 모듈(60)은 전자빔 건(52), 콘덴서 렌즈(63), 스캐닝 코일(64), 및 대물 렌즈(65)를 갖는 바디부(61), 스테이지(67) 및 전자 포집부(68)를 갖는 챔버부(66), 및 디스플레이 부(69)를 포함할 수 있다.
상기 바디부(61)는 경통(tube) 모양을 가질 수 있다. 상기 챔버부(66)는 상기 바디부(61)의 아래에 위치하도록 결합될 수 있다. 상기 바디부(61) 및 상기 챔버부(66)의 내부는 모두 진공화될 수 있다.
상기 전자빔 건(62)은 전자빔(E1)을 방출할 수 있다. 상기 콘덴서 렌즈(63)는 상기 전자빔(E1)이 경로를 벗어나지 않고 직진할 수 있도록 상기 전자빔(E1)의 진행 경로를 조절할 수 있다. 상기 콘덴서 렌즈(63)는 전기장 및 자기장을 형성할 수 있다.
상기 스캐닝 코일(64)은 상기 전자빔(E1)을 일정 범위를 왕복하도록 스윙(swing)시킬 수 있다. 상기 스캐닝 코일(64)에 따라 상기 전자빔(E1)은 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 세그먼트(segment) 형태로 조사될 수 있다.
상기 대물 렌즈(65)는 상기 전자빔(E1)을 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 조사되도록 포커싱할 수 있다. 상기 대물 렌즈(65)도 전기장 및 자기장을 형성할 수 있다.
상기 스테이지(67) 상에 상기 반도체 웨이퍼(W)가 마운트될 수 있다. 상기 스테이지(67)는 상하/전후/좌우로 이동할 수 있다.
상기 전자 포집부(68)는 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차 전자(E2, secondary electrons)들, 또는 되튐 전자(recoiled electrons)들을 포집할 수 있다.
상기 디스플레이 부(69)는 모니터를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 부(69)는 상기 전자 포집부(68)에 의해 포집된 상기 2차 전자(E2)의 양에 따라 시각적 이미지를 상기 모니터 상에 디스플레이 할 수 있다. 상기 시각적 이미지는 그레이 스케일 이미지를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 방법을 설명하는 플로우차트이고, 도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 방법을 설명하는 도면들이다.
도 4 및 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 컨택 플러그 패턴들의 저항성 결함을 검사하는 방법은, 다수의 칩 영역(C)들을 가진 반도체 웨이퍼(W)를 준비하는 것을 포함할 수 있다. (S10) 상기 반도체 웨이퍼(W)는 단결정 실리콘 층, 실리콘 에피택셜 층, 다결정 실리콘 층, 또는 비정질(amorphous) 실리콘 층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 5b는 도 5a의 A 영역의 확대도이다. 도 5b를 참조하면, 상기 반도체 웨이퍼(W)의 상기 칩 영역(C)은 다수의 컨택 플러그 패턴(120)들을 포함할 수 있다. 도면에는 컨택 플러그 패턴(120)들이 격자형으로 균일하게 배열되었으나, 단지 예시적인 것이다. 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 단독으로, 쌍으로, 다각형의 꼭지점들 모양으로, 수평 또는 수직한 열을 형성한 스트링 모양으로, 또는 다수 개가 군집한 그룹 모양으로 불규칙하게 배열될 수 있다.
도 5c는 도 5b의 I-I' 방향을 따라 절단한 종단면도이다. 도 5c를 참조하면, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 하부 층(110) 상에 상기 하부 층(110)과 접촉하도록 직접적으로 형성될 수 있다. 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 측면들은 절연층(130)으로 둘러싸일 수 있다. 상기 하부 층(110)은 반도체 기판 또는 상기 반도체 기판 상에 형성된 전도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도체는 금속, 금속 실리사이드, 금속 화합물, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 층(110)과 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 물질적으로 연속하도록 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 절연층(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
도 1a 내지 1e, 및 4를 참조하면, 상기 방법은 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 검사 설비(10)의 상기 웨이퍼 스토커(20) 상에 적재하는 것을 포함할 수 있다. (S20)
도 1a 내지 1e, 및 4를 참조하면, 상기 방법은 상기 이송 모듈(30)의 상기 이송 아암(31)을 이용하여 상기 웨이퍼 스토커(20) 상의 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 레이저 어닐 모듈(40) 내로 이송하는 것을 포함할 수 있다. (S30) 상기 레이저 어닐 모듈(40)의 내부는 상압일 수 있다.
도 2, 4 및 5d를 참조하면, 상기 방법은 상기 레이저 어닐 모듈(40) 내에서 레이저 어닐 공정을 수행하여 국부적으로 상기 반도체 웨이퍼(W)의 일부 영역들 내에 형성된 상기 컨택 플러그 패턴(120)들을 어닐하는 것을 포함할 수 있다. (S40) 상기 레이저 어닐 공정은 상기 레이저 어닐 모듈(40)의 대물 렌즈(43)로부터 레이저 광선(L)을 상기 반도체 웨이퍼(W)의 국부적인 영역 상으로 조사하는 것을 포함할 수 있다. 상기 레이저 어닐 공정은 상기 반도체 웨이퍼(W)를 전체적으로 조사 및 가열하지 않고 검사가 필요한 영역만 선택적으로 어닐하는 것을 포함할 수 있다. 상기 레이저 어닐 공정에 의하여, 레이저 광선(L)이 조사된 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 결정화될 수 있다. 예를 들어, 다결정 실리콘 상태 또는 비정질 실리콘 상태에서 단결정 실리콘 상태 또는 다결정 실리콘 상태처럼 결정화(crystallized) 상태로 전이(transit)되거나 결정화 상태가 보다 진전될 수 있다.
상기 레이저 어닐 공정은 다양하게 스플릿될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 어닐 공정은 다양하게 스플릿된 에너지를 갖는 레이저 광선(L)으로 상기 반도체 웨이퍼(W)를 조사하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 조사된 레이저 광선(L)의 에너지에 따라 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 다양한 수준으로 결정화될 수 있다. 상기 어닐된 컨택 플러그 패턴(120a)들은 결정화된 수준에 따라 다양한 캐리어 모빌리티들을 가질 수 있다.
상기 레이저 광선(L)이 조사되는 상기 반도체 웨이퍼(W)의 영역은 상기 컨택 플러그 패턴(120)들이 결정화될 수 있도록 약 600~850℃로 가열될 수 있다.
도 1a 내지 1e 및 4를 참조하면, 상기 방법은 상기 국부적으로 레이저 어닐된 반도체 웨이퍼(W)를 상기 전자빔 주사 모듈(60) 내부로 이송하는 것을 포함할 수 있다. (S50) 예를 들어, 상기 이송 모듈(30)의 상기 이송 아암(31)이 상기 국부적으로 레이저 어닐된 반도체 웨이퍼(W)를 상기 웨이퍼 스테이션(32) 상으로 이송하고, 상기 버퍼 챔버(50) 내의 상기 버퍼 이송 아암(53)이 상기 웨이퍼 스테이션(32) 상의 상기 국부적으로 레이저 어닐된 웨이퍼(W)를 상기 버퍼 챔버(50) 내부로 이송하고, 상기 버퍼 챔버(50)가 밀폐 및 진공화되고, 상기 버퍼 챔버(50)와 상기 전자빔 주사 모듈(60)의 통로가 개방되고, 상기 버퍼 이송 아암(53)이 상기 레이저 어닐된 반도체 웨이퍼(W)를 상기 전자빔 주사 모듈(60) 내부로 이송하여 상기 스테이지(67) 상에 마운트 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 챔버(50)는 상압 상태로부터 진공 상태로 변화할 수 있고, 및 상기 전자빔 주사 모듈(60)의 내부는 진공 상태일 수 있다.
도 3, 4 및 도 5e를 참조하면, 상기 방법은 전자빔 주사 공정 및 포집 공정을 수행하여 상기 레이저 어닐된 반도체 웨이퍼(W) 상에 전자빔(E1)을 주사하고, 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 생성된 2차 전자(E2)들을 포집하는 것을 포함할 수 있다. (S60)
상기 전자빔 주사 공정은 상기 주입되는 전자빔(E1)의 전자들의 양보다 상기 2차 전자(E2)들의 양이 더 많도록 수행될 수 있다. 상기 2차 전자(E2)들은 상기 컨택 플러그 패턴(120)들로부터 주로 발생할 수 있다. 상기 2차 전자(E2)들은 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 캐리어 모빌리티의 수준에 따라 다르게 포집될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 캐리어 모빌리티가 우수하면 상기 2차 전자(E2)들이 많이 발생 및 포집될 것이고, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 캐리어 모빌리티가 우수하면 상기 2차 전자(E2)들이 덜 발생 및 포집될 것이다. 예를 들어, 상기 2차 전자(E2)들이 발생하여 상기 전자빔 주사 모듈(60)의 상기 전자 포집부(69)에 포집되면, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들 내에 전위차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들과 상기 하부 층(110) 내에 존재하는 전자들의 농도 차이에 의해 전위차가 발생할 수 있다. 상기 전위차에 의해 상기 하부 층(110)으로부터 상기 컨택 플러그 패턴(120)으로 전자들이 공급될 수 있다. 따라서, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 캐리어 모빌리티가 우수하면 상기 하부 층(120)으로부터 전자들이 상대적으로 더 많이 공급될 것이므로, 우수한 캐리어 모빌리티를 갖는 상기 컨택 플러그 패턴(120)들은 상대적으로 더 많은 2차 전자(E2)들을 방출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의하여, 상기 컨택 플러그 패턴(120)들의 전기적 전도도의 차이가 증폭된 결과로 얻어질 수 있다.
이후, 상기 방법은 검사 결과를 상기 디스플레이 부(69) 상에 그레이 스케일 이미지로 디스플레이 하는 것을 포함할 수 있다. (S70)
도 6a 및 6b는 레이저 어닐되지 않은 컨택 플러그 패턴들에서 2차 전자들이 방출되는 것을 보이는 도면 및 SEM 사진이고, 도 7a 및 7b는 레이저 어닐된 컨택 플러그 패턴들에서 2차 전자)들이 방출되는 것을 보이는 도면 및 SEM 사진이다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 상기 어닐되지 않은 컨택 플러그 패턴(120)들로부터 방출되는 2차 전자(E2)들은 오픈/낫오픈 상태에 따라 큰 차이를 보이지 않는다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 상기 어닐된 컨택 플러그 패턴(120a)들로부터 방출되는 2차 전자(E2)들은 오픈/낫오픈 상태에 따라 증폭되어 상대적으로 큰 차이를 보인다.
상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들과 상기 하부 층(110) 간의 접촉 면적에 따라 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들은 각각 서로 다른 전기적 저항 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들과 상기 하부 층(110) 간의 접촉 저항에 따라 상기 하부 층(110)으로부터 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들로 공급되는 전자들이 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들 중, 풀-오픈(fully open) 컨택 홀 내에 형성되어 상기 하부 층(110)과 완전하게 전기적으로 연결된 컨택 플러그 패턴(121, 121a)들은 상기 하부 층(110)으로부터 전자를 공급받아 충분한 2차 전자들(E2)을 방출할 수 있다. 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들 중, 세미-낫오픈 컨택 홀 내에 형성되어 상기 하부 층(110)과 부분적으로 연결된 상기 컨택 플러그 패턴(122, 122a)들은 상기 하부 층(110)으로부터 전자를 부분적, 제한적으로 공급받고 및 부분적, 제한적으로 2차 전자(E2)들을 방출할 수 있다. 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들 중, 낫오픈 컨택 홀 내에 형성되어 상기 하부 층(110)과 전기적으로 연결되지 않은 상기 컨택 플러그 패턴(123, 123a)들은 상기 하부 층(110)으로부터 전자를 공급받지 못하여 적은 양의 2차 전자(E2)들을 방출할 것이다. 따라서, 컨택 홀들의 오픈/낫오픈 상태, 상세하게 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들이 상기 하부 층(110)과 전기적 및 물리적으로 연결된 상태에 따라 상기 2차 전자(E2)의 방출량이 달라질 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의하여, 상기 레이저 어닐된 컨택 플러그 패턴(120a)들의 전기적 저항이 낮으므로, 상기 하부 층(110)으로부터 상기 컨택 플러그 패턴(120a)들로 자유 전자가 더 용이하게 이동할 수 있다. 따라서, 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들의 오픈/낫오픈 뿐만 아니라, 상기 컨택 플러그 패턴(120, 120a)들의 전기적 저항 차이가 보다 더 증폭되어 나타날 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 반도체 소자의 생산성이 높아질 수 있다. 상기 반도체 웨이퍼(W)를 전체적으로 어닐하여 검사하는 공정은 코일형 히터 또는 할로겐 램프를 이용하므로 상기 반도체 웨이퍼(W)를 어닐하는 공정 시간이 길고, 또한 검사된 상기 반도체 웨이퍼를 버려야 하므로 생산성이 낮아진다. 본 발명의 기술적 사상은 레이저를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼(W)의 일부만을 가열하므로 공정 시간이 매우 짧고, 또한 상기 반도체 웨이퍼(W)의 국부적으로 어닐된 부분만을 버리므로 검사되지 않은 상기 반도체 웨이퍼(W)의 다른 부분들은 양품으로 사용될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 10A-10E: 검사 설비
20: 웨이퍼 스토커 30: 이송 모듈
31: 이송 아암 32: 웨이퍼 스테이션
33: 이송 레일 40: 레이저 어닐 모듈
41: 레이저 광원 42: 어테뉴에이터
43: 대물 렌즈들 44: 스테이지
50: 버퍼 챔버 51: 외부 도어
52: 내부 도어 53: 버퍼 이송 아암
60: 전자빔 주사 모듈 61: 바디부
62: 전자빔 건 62: 콘덴서 렌즈
63: 스캐닝 코일 64: 대물 렌즈
66: 챔버부 67: 스테이지
68: 전자 포집부 69: 디스플레이부
W: 웨이퍼 L: 레이저 광선
E1, E2: 전자빔 110: 하부 층
120, 121, 122, 123: 컨택 플러그 패턴
120a, 121a, 122a, 123a: 어닐된 컨택 플러그 패턴
130: 절연층

Claims (10)

  1. 웨이퍼 스토커 상에 반도체 웨이퍼를 적재하고,
    이송 모듈을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼를 상압의 레이저 어닐 모듈의 내부로 이송하고,
    레이저 광선을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역들을 국부적으로 어닐하고,
    상기 이송 모듈을 이용하여 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 진공의 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하고,
    상기 반도체 웨이퍼의 어닐된 영역 내에 전자빔을 주사하고, 및
    상기 전자빔이 주사된 영역으로부터 방출되는 2차 전자들을 포집하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 어닐 모듈은,
    레이저 광원, 어테뉴에이터, 다수의 대물 렌즈들, 및 스테이지를 포함하고,
    상기 어테뉴에이터는 상기 레이저 광원에서 발생한 레이저 광선의 에너지를 조절하고, 및
    상기 다수의 대물 렌즈들은 다양한 구경을 갖는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하는 것은,
    상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 버퍼 챔버의 내부로 이송하고,
    상기 버퍼 챔버를 밀폐 및 진공화하고, 및
    상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 상기 어닐된 반도체 웨이퍼를 이송하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 주사 모듈은,
    전자빔 건, 콘덴서 렌즈, 스캐닝 코일, 및 대물 렌즈를 갖는 경통형 바디부, 및
    스테이지 및 전자 포집부를 갖는 챔버부, 및
    디스플레이 부를 포함하고,
    상기 디스플레이 부는 상기 포집된 상기 2차 전자들의 양을 시각적으로 모니터 상에 디스플레이하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  5. 컨택 플러그 패턴들을 가진 반도체 웨이퍼를 준비하고,
    상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 국부적으로 어닐하여 상기 일부 영역 내의 상기 컨택 플러그 패턴들을 결정화시키고,
    상기 결정화된 컨택 플러그 패턴들 T상에 전자빔을 주사하고, 및
    상기 전자빔이 주사된 컨택 플러그 패턴들로부터 방출되는 2차 전자들을 포집하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨택 플러그 패턴은 다결정 실리콘을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨택 플러그 패턴은 하부 층 상에 상기 하부 층과 직접적으로 접촉하도록 형성되고,
    상기 하부 층은 금속, 금속 실리사이드, 금속 화합물, 단결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘 중 하나를 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼를 국부적으로 어닐하는 것은,
    상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역 상의 상기 컨택 플러그 패턴들을 레이저 광선으로 조사하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  9. 웨이퍼 스토커, 이송 모듈, 어닐링 모듈, 버퍼 챔버, 및 전자빔 주사 모듈을 갖는 검사 설비를 준비하고,
    컨택 플러그 패턴들을 갖는 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 스토커 상에 적재하고,
    상기 이송 모듈의 이송 아암을 이용하여 상기 웨이퍼 스토커 상의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 어닐링 모듈 내부로 이송하고,
    상기 어닐링 모듈의 내부에서 상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 국부적으로 어닐하여 상기 컨택 플러그 패턴들을 결정화시키고,
    상기 반도체 웨이퍼를 상기 버퍼 챔버의 내부로 이송하고,
    상기 버퍼 챔버를 진공화하고,
    상기 버퍼 챔버의 내부의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 전자빔 주사 모듈의 내부로 이송하고,
    상기 전자빔 주사 모듈 내에서 상기 반도체 웨이퍼의 상기 국부적으로 결정화된 상기 컨택 플러그 패턴들 내에 전자빔을 주사하고,
    상기 반도체 웨이퍼에서 발생하는 2차 전자들을 포집하고,
    상기 포집된 2차 전자들의 양에 따라 상기 컨택 플러그 패턴들의 그레이 스케일 이미지를 시각적으로 모니터 상에 디스플레이하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼를 국부적으로 어닐하는 것은,
    상기 반도체 웨이퍼의 일부 영역을 레이저 광선으로 조사하는 것을 포함하는 반도체 소자의 저항성 결함 검사 방법.
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