KR20230173571A

KR20230173571A - 박리 결함에 대한 에지 프로파일 검사

Info

Publication number: KR20230173571A
Application number: KR1020227011017A
Authority: KR
Inventors: 상카르 무투크리슈난; 바라덴드라 데시판데; 람다스 카루투리; 파반 쿠마르 페라리
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2023-12-27
Also published as: EP4285316A1; IL304714A; WO2022225545A1; CN115581123A

Abstract

예컨대 웨이퍼 에지 부근의 박리를 검출하기 위해 반도체 웨이퍼 이미지의 프로파일 이미지의 검사가 수행될 수 있다. 참조 이미지를 추정하기 위해, 무결한 프로파일 이미지가 결정되고 무결한 프로파일 에지로부터 참조 이미지가 생성된다. 참조 이미지와 프로파일 이미지로부터 차이 이미지가 결정된다. 이진화 후에 차이 이미지에 대해 검사가 수행된다.

Description

박리 결함에 대한 에지 프로파일 검사

[관련 출원과의 교차 참조]

본원은 2021년 4월 19일에 출원되어 특허 출원 번호 202141017914를 부여받은 인도 특허 출원에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원의 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

[발명의 분야]

본 개시내용은 반도체 검사에 관한 것이다.

반도체 제조 산업의 발전으로 수율 관리, 특히 계측 및 검사 시스템에 대한 요구가 더 커지고 있다. 임계 치수는 계속해서 감소하고 있지만, 업계는 고수율, 고부가가치 생산을 위해 시간을 단축해야 한다. 따라서 수율 문제를 검출하여 그것을 해결하는데 걸리는 총 시간을 최소화하는 것이 반도체 제조사의 투자 수익(ROI, return-on-investment)을 최대화하는 것이다.

로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스의 제조는 통상, 다수의 제조 공정을 사용해 반도체 웨이퍼를 처리하여 반도체 디바이스의 다중 레벨 및 다양한 피처를 형성하는 것을 포함한다. 예를 들면, 리소그래피는 레티클로부터의 패턴을 반도체 웨이퍼 상에 배열된 포토레지스트로 전사시키는 것을 수반하는 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정의 추가 예는 화학적 기계 연마(CMP, chemical-mechanical polishing), 에칭, 퇴적 및 이온 주입을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다. 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조되는 다수의 반도체 디바이스의 배열이 개개의 반도체 디바이스로 분리될 수 있다.

본딩형(또는 스택형) 웨이퍼가 반도체 산업에서 빈번하게 사용된다. 캐리어 웨이퍼에 본딩된 하나 이상의 초박형 웨이퍼가 본딩형 웨이퍼(bonded wafer)의 일례이지만, 다른 반도체 웨이퍼 설계도 본딩된 웨이퍼일 수 있다. 예를 들어, 본딩형 웨이퍼는 캐리어 웨이퍼에 본딩된 상부 웨이퍼(top wafer)(예컨대, 디바이스 웨이퍼)를 포함할 수 있다. 이들 본딩형 웨이퍼는 메모리 및 로직 애플리케이션 둘 다에 사용될 수 있다. 본딩형 웨이퍼를 사용하여 3차원 집적 회로(3D IC)를 생산할 수 있다.

본딩형 웨이퍼는 복잡한 에지 프로파일을 가질 수 있다. 본딩형 웨이퍼의 다양한 층들은 상이한 높이 및 직경을 가질 수 있다. 이들 치수는 적층에 앞서 다양한 웨이퍼들의 사이즈에 또는 처리 단계에 영향을 받을 수 있다.

이전에는 본딩형 웨이퍼의 에지 프로파일 이미지를 수동으로 검토하였다. 이것은 번거롭고 느리고 사용자 에러에 치약하다. 또한 수동 검토에 사용되는 이미지는 저감된 감도를 가질 수 있다.

에지 프로파일을 검사하기 위한 개선된 기술이 필요하다.

제1 실시형태에서 방법이 제공된다. 반도체 웨이퍼의 에지의 프로파일 이미지가 프로세서에서 수신된다. 프로세서를 사용하여 프로파일 이미지로부터 참조 이미지가 추정된다. 추정하는 것은: 무결한 프로파일 이미지(defect-free profile edge)를 결정하는 것과 무결한 프로파일 에지를 사용하여 참조 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 프로세서를 사용하여 참조 이미지와 프로파일 이미지 사이의 차이 이미지가 결정된다. 프로세서를 사용하여 차이 이미지가 이진화된다. 이진화 후에 프로세서를 사용하여 결함에 대해 차이 이미지가 검사된다.

무결한 프로파일 에지를 결정하는 것은: 프로파일 이미지를 이진화하는 것; 프로파일 이미지로부터 프린지(fringe)를 제거하는 것: 이진화 및 제거 후의 프로파일 이미지의 에지를 추출하여 에지 이미지를 생성하는 것; 및 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것은: 에지 이미지를 수신하는 것; 부분 다항식 피팅(piecewise polynomial fit)을 사용해서 에지 이미지에서 에지를 추정하여 추정된 에지 이미지를 생성하는 것; 에지 이미지와 추정된 에지 이미지 사이에서 불일치점을 제거하여 무결한 프로파일 에지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 에지를 추정하는 것과 불일치점을 제어하는 것은 반복될 수 있다.

참조 이미지를 생성하는 것은: 무결한 프로파일 에지를 수신하는 것; 무결한 프로파일 에지에 거리 변환을 적용하여 거리 변환 이미지를 생성하는 것; 프로파일 이미지로부터 거리 변환 이미지의 에지를 초월한 거리에 있는 픽셀들을 추출하여 추출된 트랙을 생성하는 것; 및 추출된 트랙에 대해 1차원 평균 필터를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 픽셀들을 추출하는 것과 1차원 평균 필터를 적용하는 것은 거리가 임계치보다 작을 때까지 반복될 수 있다.

추정은 온더플라이(on-the-fly)로 행해질 수 있다.

방법은 참조 이미지를 추정하기 전에 프로세서를 사용하여 프로파일 이미지를 사전처리(preprocessing)하는 것을 더 포함할 수 있다. 사전처리는 프로파일 이미지를 플리핑(flip)하는 것을 포함할 수 있다.

프로세서로 하여금 제1 실시형태의 방법을 실행하도록 명령하기 위한 프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체가 구성될 수 있다.

제2 실시형태에서 시스템이 제공된다. 시스템은 웨이퍼를 지지하도록 구성된 스테이지; 웨이퍼의 원주 에지(circumferential edge)의 프로파일 이미지를 생성하도록 구성된 이미징 시스템; 및 이미징 시스템과 전자 통신하는 프로세서를 포함한다. 이미징 시스템은 콜리메이트 광(collimated light)을 생성하도록 구성된 광원 및 프로파일 이미지를 생성하도록 구성된 검출기를 포함한다. 프로세서는: 반도체 웨이퍼의 에지의 프로파일 이미지를 수신하고; 프로파일 이미지로부터 참조 이미지를 추정하고; 참조 이미지와 프로파일 이미지 사이의 차이 이미지를 결정하고; 차이 이미지를 이진화하고; 이진화 후에 결함에 대해 차이 이미지를 검사하도록 구성된다. 추정은: 무결한 프로파일 이미지를 결정하는 것과 무결한 프로파일 에지를 사용하여 참조 이미지를 생성하는 것을 포함한다.

무결한 프로파일 에지를 결정하는 것은: 프로파일 이미지를 이진화하는 것; 프로파일 이미지로부터 프린지를 제거하는 것: 이진화 및 제거 후의 프로파일 이미지의 에지를 추출하여 에지 이미지를 생성하는 것; 및 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것은: 에지 이미지를 수신하는 것; 부분 다항식 피팅(piecewise polynomial fit)을 사용해서 에지 이미지에서 에지를 추정하여 추정된 에지 이미지를 생성하는 것; 에지 이미지와 추정된 에지 이미지 사이에서 불일치점을 제거하여 무결한 프로파일 에지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 에지를 추정하는 것과 불일치점을 제어하는 것은 반복될 수 있다.

프로세서는 또한 참조 이미지를 추정하기 전에 프로파일 이미지를 사전처리하도록 구성될 수 있다. 사전처리는 프로파일 이미지를 플리핑(flip)하는 것을 포함할 수 있다.

본 개시내용의 본질 및 목적에 대한 완전한 이해를 위해, 첨부하는 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조해야 한다.
도 1은 본 개시내용에 따른 방법의 흐름도이다.
도 2와 도 3은 박리 결함(delamination defect)이 있는 웨이퍼의 예시적인 프로파일러 이미지이다.
도 4a 내지 도 4d는 무결한 프로파일 에지를 결정하는 과정 중의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 결함을 제거하는 과정 중의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 참조 이미지를 생성하는 과정 중의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 여기에 개시하는 실시형태들을 사용한 박리 검출의 예를 도시한다.
도 8 및 도 9는 시스템의 블록도의 상면도 및 A-A를 따라 자른 대응하는 단면도이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 실시형태에 대응하는 시스템의 투시도이다.

청구하는 발명의 대상이 특정 실시형태에 관련하여 설명될 것이지만, 여기에 설명하는 모든 이점 및 특징을 제공하지 않는 실시형태를 비롯한 다른 실시형태도 본 개시내용의 범위 내에 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 구조적, 논리적, 공정 단계, 및 전자적 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 첨부하는 청구범위를 참조함으로써만 규정된다.

여기에 개시하는 실시형태들은 에지 프로파일의 실루엣 이미지를 사용하여 웨이퍼 에지 부근의 박리(예컨대, 벗겨짐(peel-off))를 검출하는 데 사용될 수 있다. 스택형 또는 본딩형 웨이퍼에 대한 프로파일 형상은 해당 웨어퍼에 걸쳐 변할 수 있다. 이러한 형상 변화로 인해, 두 프로파일 이미지의 정렬 및 감산은 번거로울 수 있다. 그래서 참조 이미지를 추정하는 데에 이미지가 사용된다. 이에 번거로움이 줄어든다.

이 예에서, 작업 실행 중에 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집된다. 예를 들어, 최대 180 개소까지 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집되지만 더 많거나 더 적은 수의 이미지가 수집될 수 있다. 이미지의 수는 메모리 한계에 기초하지만 소정의 웨이퍼에 대한 이미지의 수를 증가시키는 것이 유용할 수 있다. 사전처리 동안 이미지에 다수회 교정이 적용될 수 있다. 이들 교정된 이미지로부터 에지 맵이 추출될 수 있다. 실제 에지 맵(true edge map)으로부터 무결한 에지 맵이 추정될 수 있다. 이 무결한 에지 맵으로부터 참조 이미지가 추정될 수 있다. 교정된 이미지와 참조 이미지 사이의 차이가 결정된 다음에 이진화될 수 있다. 마지막으로, 바이너리 이미지 내의 후보 결함 픽셀에 대한 필터링 및 병합과 같은 사후처리가 모든 개소에 대한 결함 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 방법(50)의 흐름도이다. 방법(50)의 단계들의 일부 또는 전부는 프로세서를 사용할 수 있다.

단계 51에서, 반도체 웨이퍼의 에지의 프로파일 이미지가 수신된다. 이것은 원시(raw) 프로파일 이미지일 수 있다. 예시적인 프로파일 이미지가 단계 51의 우측에 도시된다. 박리 결함이 있는 이미지의 추가 예가 도 2와 도 3에 도시된다. 도 2와 도 3에서는 점선으로 표시한 타원 내의 박스를 사용하여 박리 결함을 하이라이팅한다.

일례로 프로파일 이미지는 후속하여 단계 52에서 참조 이미지를 추정하기 전에 사전처리된다. 사전처리는 프로파일 이미지를 플리핑(flip)하는 것을 포함할 수 있다. 이미지는 상하 반전된 채로(upside-down) 수집될 수 있어 이미지를 플리핑하는 것은 이미지를 보정할 수 있다. 다른 사전처리는, 데드 픽셀 보정, 왜곡 분석, 및/또는 레이저 빔 경로 보정을 수행하는 것과 같이, 원시 이미지를 교정하는 것을 포함할 수 있다.

단계 52에서 프로파일 이미지로부터 참조 이미지(reference image)가 추정된다. 참조 이미지의 예가 단계 52의 우측에 도시된다.

단계 52의 참조 이미지의 추정은 무결한 프로파일 에지(defect-free profile edge)를 결정하는 것과 무결한 프로파일 에지를 사용하여 참조 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 추정은 온더플라이(on-the-fly)로 행해질 수 있다. 참조 이미지는 웨이퍼들 또는 동일한 웨이퍼의 부분들 사이의 프로파일 변화를 벌충할 수 있다.

일례로 단계 52의 무결한 프로파일 에지의 결정은 프로파일 이미지를 이진화하는 것; 프로파일 이미지로부터 프린지를 제거하는 것: 프로파일 이미지의 에지를 추출하여 에지 이미지를 생성하는 것; 및 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 프린지는 웨이퍼의 에지에서 회절 때문에 발생할 수 있다. 이들 프린지가 검사 또는 측정과 간섭하기 때문에 프린지(fringe)는 검출을 진행하기 전에 제거될 수 있다. 에지 추출이 웨이퍼의 경계를 발견할 수 있다. 도 4a는 교정된 프로파일 이미지의 예를 도시한다. 도 4b는 이진화 및 프린지 제거 후의 도 4a의 이미지를 도시한다. 이진화는 이미지를 그레이스케일로부터 흑백으로 변환할 수 있다. 이미지로부터의 바이너리 이미지는 글로벌로 결정된 임계치를 초과한 모든 값에 대해서는 1로 그 외의 것은 0으로 대체함으로써 작성될 수 있다. 도 4c는 에지 추출 후의 도 4b의 이미지를 도시한다. 에지 이미지인 도 4d는 결함 제거 후의 도 4c의 이미지를 도시한다. 도 4c의 좌측 하부에 있는 웨이퍼의 외측 에지 상의 결함이 제거되어 도 4d의 매끄러운 프로파일을 형성한다.

에지 이미지에서 결함을 제거하는 것은 에지 이미지를 수신하는 것; 부분 다항식 피팅(piecewise polynomial fit)을 사용해 에지 이미지에서 에지를 추정하여 추정된 에지 이미지를 생성하는 것; 에지 이미지와 추정된 에지 이미지 사이에서 불일치점을 제거하여 무결한 프로파일 에지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 실제 에지 이미지는 결함이 있을 수 있다. 실제 에지 이미지로부터 무결한 에지 이미지를 추정하는 것이 이 방법에서 사용될 수 있다. 이들 두 이미지를 비교함으로써 결함 영역이 식별될 수 있다. 도 5a는 실제 에지 이미지이고 도 6a는 추정된 에지 이미지이다. 이들 두 이미지를 비교하여 결함을 찾아낼 수 있다.

에지를 추정하는 것과 불일치점을 제거하는 것은 불일치점이 제거될 때까지 반복될 수 있다. 도 5a는 도 4c와 일치하는 실제 에지 이미지를 도시한다. 도 5b는 부분 다항식 피팅 후의 도 5a의 이미지를 도시한다. 도 5c는 불일치점이 식별되고 제거된 후의 도 5b의 이미지를 도시한다. 도 5c의 이미지는 도 4d의 이미지와 유사하다. 도 5c에 나타낸 틈은 해당 픽셀들이 실제 에지 이미지에서 부분 다항식 피팅을 추종하지 못하는 것을 나타낸다. 알고리즘은 해당 픽셀 영역들의 불일치를 하이라이팅하고, 이들을 제거하고, 해당 픽셀을 추정하고 그 픽셀을 채운다.

일례로 실제 에지 이미지(도 5a)와 추정된 에지 이미지(도 5b) 사이에서 불일치점이 식별되고 제거될 수 있다. 추정되는 에지점마다 시스템은 실제 이미지에서 가장 가까운 에지점을 찾을려고 할 수 있다. 찾지 못하면 이들은 불일치점으로서 식별된다. 이 과정은 불일치가 없을 때까지 또는 최대 반복수까지 반복될 수 있다. 그런 다음 추정된 에지 이미지가 출력될 수 있다.

단계 52의 참조 이미지의 생성은, 무결한 프로파일 에지를 수신하는 것; 무결한 프로파일 에지에 거리 변환을 적용하여 거리 변환 이미지를 생성하는 것; 프로파일 이미지로부터 거리 변환 이미지의 에지를 초월한 거리에 있는 픽셀들을 추출하여 추출된 트랙을 생성하는 것; 및 추출된 트랙에 대해 1차원 평균 필터를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 픽셀들을 추출하는 것과 1차원 평균 필터를 적용하는 것은 거리가 임계치보다 작을 때까지 반복될 수 있다. 임계치는 시스템이 프로파일 이미지로부터 얼마나 멀리 떨어져야 하는지를 나타낼 수 있다. 이 임계치는 일례로 제1 프린지 내에 있을 수 있고, 그래서 임계치는 고정된 수일 수 있다.

바이너리 이미지가 주어지면, 거리 변환은 주어진 픽셀의 강도가 바이너리 이미지에서 가장 가까운 넌제로 픽셀이 되는 또 다른 이미지를 출력할 수 있다. 거리 변환으로부터, 바이너리 이미지 내의 가장 가까운 넌제로 픽셀이 모든 픽셀에 대해 찾아질 수 있다. 그런 다음, 프로파일 에지로부터 거리 d를 두고 멀리 떨어진 픽셀들이 추출된다. 거리 d는 제로부터 일정 값의 범위일 수 있다. 1차원 평균 필터는 특정 픽셀의 강도 추정치를 제공한다. 일례로 해당 특정 픽셀 주위의 평균 값이 취해진다.

도 6a는 도 4d에 대응하는 무결한 프로파일 에지의 예이다. 도 6b는 도 6a의 이미지에 거리 변환이 적용된 후의 거리 변환 이미지의 예이다. 이것은 모든 픽셀에 대해 가장 가까운 에지점을 제공한다. 거리 변환 이미지를 사용하여 에지로부터, 에지와의 일정한 거리를 초월한 모든 픽셀들(트랙)이 추출될 수 있다. 예를 들어, 도 6c는 에지로부터 5픽셀 거리를 둔 픽셀들을 도시한다. 추출된 트랙에 대해 1차원 평균 필터가 적용될 수 있다. 이 과정은 그 거리(트랙)가 최대 거리보다 작아질 때까지 반복될 수 있다. 도 6d는 한번에 하나의 트랙을 필터링한 후의 추정된 참조 이미지를 도시한다. 검은 점들은 평균화 때문에 고려되지 않을 수도 있다. 도 6d는 측면 영역을 도시한다.

다시 도 1을 참조하면, 단계 53에서 참조 이미지와 프로파일 이미지 사이에서 차이 이미지가 결정된다. 차이 이미지의 예가 단계 53의 우측에 도시된다.

단계 54에서 차이 이미지가 이진화된다. 이진화된 차이 이미지의 예가 단계 54의 우측에 도시된다. 결함은 점선으로 표시한 타원 내의 박스에서 하이라이팅된다.

단계 55에서 이진화후 결함에 대해 차이 이미지가 검사된다. 결함이 결정될 수 있다. 예를 들어, 단계 54의 우측에 도시한 이진화된 차이 이미지에서 결함이 하이라이팅되어 있다.

방법(50)은 웨이퍼에 대해 1회 이상 수행될 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 여기에 개시하는 실시형태들을 사용한 박리 검출의 예를 도시한다. 결함은 점선으로 표시한 타원 내의 박스에서 하이라이팅된다. 여기에 개시하는 실시형태들은 모든 개소를 수동 검토할 필요성을 없앨 수 있고 반도체 제조사가 자동으로 결함 개소를 찾아 내게 할 수 있다. 이미지들이 관련될 수 있기 때문에 개선된 결과를 제공할 수 있는, 잠재적 결함 이미지로부터 무결한 에지 프로파일이 생성될 수 있다. 이에 잠재적으로 유사하지 않은 참조 이미지의 사용을 방지하여 에러를 피한다. 게다가 수동 검토에 비해 감도가 상승한다. 반도체 제조사는 웨이퍼 에지 상의 결함 사이즈 및 위치에 관한 정보를 수신할 수 있다.

일 실시형태에서, 개소마다 프로파일 유도 참조 이미지(profile-guided reference image)를 생성하는 대신에 (이웃하는 개소들의)로컬 중앙값 또는 (모든 개소들의)글로벌 중앙값으로부터 참조치가 결정될 수 있다. 참조 이미지는 모든 프로파일러 이미지 모두를 정렬하여 그로부터 중앙값을 취함으로써 생성될 수 있다. 이것은 웨이퍼내 개소들에 걸쳐 프로파일 변화가 없는 경우에 사용될 수 있다.

다른 실시형태에서는, 퍼지 k-평균 클러스터링을 사용한 다음에 약한 결함을 검출할 동적 임계치를 구한다. 차이 이미지에 대해 고정된 임계치를 사용하는 대신에, 강도 분포의 통계치를 분석하여 임계값을 동적으로 결정할 수 있다.

도 8 및 도 9는 시스템(100)의 블록도의 상면도 및 A-A를 따라 자른 대응하는 단면도이다. 도 10은 도 8 및 도 9의 실시형태에 대응하는 시스템(100)의 투시도이다. 시스템(100)은 섀도우그램 이미지를 획득함으로써 본딩형 웨이퍼의 계측을 수행하도록 구성된다. 섀도우그램은 섀도우그래프 기술을 적용하고 본딩형 웨이퍼(102)의 원주 에지와 같은 본딩형 웨이퍼(102)의 섀도우를 시각화 또는 이미징한다. 스테이지(101)는 본딩형 웨이퍼(102)를 회전시키도록 구성될 수 있지만, 시스템(100)도 본딩형 웨이퍼(102)에 대해 회전할 수 있다. 이러한 회전은 스텝식 또는 연속식일 수 있다. 본딩형 웨이퍼(102)은 이미징 동안에 회전하지 않을 수 있고, 시스템(100)의 컴포넌트들은 고정될 수 있다.

예시적인 본딩형 웨이퍼(102)가 캐리어 웨이퍼(107) 및 상부 웨이퍼(108)와 함께 도시된다. 캐리어 웨이퍼(107)와 상부 웨이퍼(108)는 도 10에 도시하는 바와 같이 상이한 직경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 캐리어 웨이퍼(107)는 캐리어 웨이퍼일 수 있고 상부 웨이퍼(108)는 디바이스 웨이퍼일 수 있다. 대안으로, 캐리어 웨이퍼(107)와 상부 캐리어(108) 둘 다가 디바이스 웨이퍼일 수 있거나 캐리어 웨이퍼(107)와 상부 웨이퍼(108) 이상이 본딩형 웨이퍼(102)를 형성할 수 있다.

광원(103)은 콜리메이트 광(104)을 본딩형 웨이퍼(102)의 에지로 지향시키도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 콜리메이트 광(104)은 에지 프로파일의 섀도우를 생성하기 위해, 본딩형 웨이퍼(102)에 대해, 접선 방향으로 지향된다. 이에, 본딩형 웨이퍼(102)는 콜리메이트 광(104)의 일부를 차단한다. 콜리메이트 광(104)은 대략 원형으로서 예시되지만 다른 형상일 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 광원(103)은 발광 다이오드(LED)를 사용한다. 콜리메이트 광을 생성할 수 있는 램프, 레이저, 초연속체 레이저, 레이저 구동 형광체, 또는 레이터 구동 램프와 같은 기타 적절한 광원(103)도 본 개시내용의 견지에서 명백할 것이다. 레이저와 LED와 같이, 광원(103)의 조합을 사용할 수도 있다. 광원(103)은 단일 시스템 또는 다중 시스템에서 단일 대역 및 광대역 광원 둘 다를 포함할 수 있다. 콜리메이트 광(104)은 본딩형 웨이퍼(102)의 평면에 평행할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이트 광(104)은 상부 웨이퍼(108)가 배치되어 있는 캐리어 웨이퍼(107)의 평면에 평행할 수 있다. 측정에 악영향을 미칠 수 있는 회절 관련 아티팩트를 제거하기 위해 회절 억제 기술이 사용될 수 있다. 다른 치수도 가능하지만 콜리메이트 광(104)을 사용한 프로파일에서 본딩형 웨이퍼(102)의 대략 수 밀리미터가 보여진다.

광원(103)으로부터 이격 배치되어 있는 검출기(105)가 콜리메이트 광(104)의 적어도 일부를 수광한다. 검출기(105)는 본딩형 웨이퍼(102)가 이미징되고 있는 경우에, 섀도우의 적어도 일부(즉, 섀도우를 생성하는 광)가 검출기(105)에 의해 수광되도록 배치된다. 검출기(105)는 예컨대 전하 결합 디바이스(CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 카메라일 수 있다. 이렇게 웨이퍼 에지 실루엣의 이미지가 형성된다(즉, 웨이퍼 에지 프로파일 이미지). 검출기(105)는 고도의 샘플링(high sampling)을 위해 본딩형 웨이퍼(102)의 수백 개의 웨이퍼 에지 프로파일 이미지를 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 더 많은 이미지가 수집될 수도 있지만, 본딩형 웨이퍼(102)의 2 내지 500 개의 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집될 수 있다. 일례로 본딩형 웨이퍼의 16 개의 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집된다. 다른 예로 본딩형 웨이퍼의 36 개의 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집된다. 다른 예로 본딩형 웨이퍼의 360 개의 웨이퍼 에지 프로파일 이미지가 수집된다.

콜리메이트 광(104)은 섀도우를 생성할 수 있는 파장 또는 파장들을 가질 수 있다. 예를 들어, 청색광 또는 백색광과 같은 가시광이 사용될 수 있다. 본 개시내용의 견지에서 기타 적절한 콜리메이트 광(104)도 명백할 것이다. 예를 들어, 자외선이 사용될 수 있다. 콜리메이트 광(104)은 편광화될 수 있고 펄스형이거나 연속적일 수 있다.

도 8 내지 도 10에는 단일 광원(103) 및 검출기(105)만을 도시하지만, 다중 광원(103) 및 검출기(105)가 사용될 수도 있다. 다중 광원(103) 및 검출기(105)는 본딩형 웨이퍼(102)의 상이한 위치에서 이미지를 수집하기 위해 본딩형 웨이퍼(102)의 주위 둘레의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 이에 검사 처리율에 대한 영향은 최소화할 수 있지만 검사 처리율이 증가하거나 생성되는 이미지의 수가 증가할 수 있다. 다중 광원(103) 및 검출기(105)가 본딩형 웨이퍼(102) 주위 둘레의 다양한 위치에 배치되는 경우, 본딩형 웨이퍼(102)가 광원(103) 또는 검출기(105)에 대해 회전하지 않을 수 있다.

검출기(105)에는 컨트롤러(106)가 동작 가능하게 접속된다. 컨트롤러(106)는 본딩형 웨이퍼(102)의 에지의 이미지를 분석하도록 구성되고 검출기(105)를 사용한 이미지의 취득을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(106)는 광원(103) 또는 검출기(105)에 대해 본딩형 웨이퍼(102)를 회전시킬 수 있다. 또한 컨트롤러(106)는 본딩형 웨이퍼(102)에 대한 이미지 취득의 타이밍 또는 위치를 제어할 수 있다. 컨트롤러(106)는 검출기(105)의 출력을 사용하여 다른 기능 또는 추가 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(106)는 도 1의 단계 중 일부 또는 모두를 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 컨트롤러(106)는 프로세서(109) 및 메모리(110)를 포함할 수 있다.

여기에 설명하는 컨트롤러(106), 기타 시스템(들), 또는 기타 서브시스템(들)은 퍼스널 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 어플라이언스, 인터넷 어플라이언스, 병렬 프로세서, 또는 기타 디바이스를 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다. 일반적으로, "컨트롤러"란 용어는 메모리 매체로부터 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 디바이스를 망라하도록 넓게 정의될 수 있다. 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 또한 당업계에 공지된 병렬 프로세서 등의 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 고속 프로세싱 및 소프트웨어를 구비한 플랫폼을, 독립형 또는 네트워크형 툴로서 포함할 수 있다.

시스템이 복수의 서브시스템을 포함하면, 서브시스템 간에 이미지, 데이터, 정보, 명령어 등을 전송할 수 있도록 상이한 서브시스템이 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브시스템은 당업계에 공지된 임의의 적합한 유선 및/또는 무선 전송 매체를 포함할 수 있는 임의의 적합한 전송 매체에 의해 추가 서브시스템(들)에 의해 결합될 수 있다. 이러한 서브시스템들 중 두 개 이상은 또한 공유된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(도시되지 않음)에 의해 효과적으로 결합될 수 있다.

다른 실시형태에서, 컨트롤러(106)는 해당 기술분야에서 공지된 임의의 방식으로 시스템(100)의 다양한 컴포넌트 또는 서브시스템의 임의의 것에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 컨트롤러(106)는 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템으로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수 있다. 이런 식으로, 전송 매체는 컨트롤러(106)와 시스템(100)의 다른 서브시스템 또는 시스템(100) 외부의 시스템 사이에서 데이터 링크로서 역할할 수도 있다.

추가 실시형태는 본딩형 웨이퍼 계측을 위한 컴퓨터 구현 방법을 수행하기 위해, 예컨대 여기에 개시한 기술을 수행하기 위해, 컨트롤러 상에서 실행 가능한 프로그램 명령어를 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다. 특히, 도 8에 도시하는 바와 같이, 컨트롤러(106)는 컨트롤러(106) 상에서 실행 가능한 프로그램 명령어를 포함한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 구비한 메모리(110) 또는 기타 전자 데이터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 구현 방법은 여기에 설명한, 예컨대 도 1과 관련하여 개시한 임의의 방법(들)의 임의의 단계(들)를 포함할 수 있다. 메모리(110) 또는 기타 전자 데이터 저장 매체는 리드 온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 비휘발성 메모리, 솔리드 스테이트 메모리, 자기 테이프, 또는 당업계에 공지된 기타 적절한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 저장 매체일 수 있다.

프로그램 명령어는 무엇보다도 프로시저 기반의 기술, 컴포넌트 기반의 기술, 및/또는 객체 지향 기술을 비롯한 다양한 방식 중 임의의 것으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 명령어는 원하는 대로, ActiveX 컨트롤, C++ 객체, JavaBeans, MFC(Microsoft Foundation Classes), SSE(Streaming SIMD Extension) 또는 기타 기술 또는 방법론을 사용하여 구현될 수 있다.

일부 실시형태에서, 여기에 개시한 시스템(100) 및 방법의 다양한 단계, 기능, 및/또는 동작은 다음: 전자 회로, 로직 게이트, 멀티플렉서, 프로그래머블 로직 디바이스, 주문형 반도체(ASIC), 아날로그 또는 디지털 컨트롤/스위치, 마이크로컨트롤러, 또는 컴퓨팅 시스템, 중 하나 이상에 의해 수행된다. 여기에 설명한 방법을 구현하는 프로그램 명령어는 캐리어 매체를 통해 전송될 수도 또는 캐리어 매체 상에 저장될 수도 있다. 캐리어 매체는 메모리(100)와 같은 전자 데이터 저장 매체, 또는 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 포함할 수 있다. 일례로 본 개시내용 전반에서 설명한 다양한 단계들은 단일 컨트롤러(106)(또는 컴퓨터 시스템), 또는 대안으로 다중 컨트롤러(106)(또는 다중 컴퓨터 시스템)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 하나 이상의 컴퓨팅 또는 로직 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로, 앞의 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며 예시일 뿐이다.

여기에서 사용하는 "웨이퍼"라는 용어는 일반적으로 반도체 또는 비반도체 재료로 형성된 기판을 지칭한다. 이러한 반도체 또는 비반도체 재료의 예는 단결정 실리콘, 갈륨 질화물, 갈륨 비화물, 인듐 인화물, 사파이어 및 유리를 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다. 이러한 기판은 주로 반도체 제조 설비에서 발견 및/또는 처리될 수 있다.

웨이퍼는 기판 상에 형성된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 층은 포토레지스트, 유전체 물질, 전도성 물질, 및 반도체성 물질을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다수의 상이한 유형의 이러한 층이 당업계에 공지되어 있으며, 여기에서 사용되는 웨이퍼라는 용어는 모든 유형의 이러한 층을 포함하는 웨이퍼를 포함하는 것으로 의도된다.

웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층은 패터닝되거나 패터닝되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 각각 반복 가능한 패터닝된 피처 또는 주기적인 구조를 갖는 복수의 다이를 포함할 수 있다. 이러한 재료 층의 형성 및 처리로 결국 완성된 디바이스가 될 수 있다. 다수의 상이한 유형의 디바이스가 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 여기에서 사용하는 웨이퍼라는 용어는 당업계에 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제조되는 웨이퍼를 포함하는 것이 의도된다.

다른 유형의 웨이퍼도 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 LED, 태양 전지, 자기 디스크, 평면 패널, 또는 연마판을 제조하는 데 사용될 수 있다. 여기에 개시한 기술 및 시스템을 사용하여 다른 대상체 상의 결함도 분류될 수 있다.

방법의 단계 각각은 여기에 설명한 대로 수행될 수 있다. 방법은 또한 여기에 설명하는 컨트롤러 및/또는 컴퓨터 서브시스템(들) 또는 시스템(들)에 의해 수행될 수 있는 기타 단계(들)를 포함할 수 있다. 단계들은 여기에 설명하는 임의의 실시형태에 따라 구성될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있다. 또한, 전술한 방법은 여기에 설명하는 임의의 시스템 실시형태에 의해 수행될 수도 있다.

하나 이상의 특정 실시형태와 관련하여 본 개시내용을 설명하였지만, 본 개시내용의 다른 실시형태는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부하는 청구범위 및 그것의 적절한 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.

Claims

방법에 있어서,
프로세서에서 반도체 웨이퍼의 에지의 프로파일 이미지를 수신하는 단계;
상기 프로세서를 사용하여 상기 프로파일 이미지로부터 참조 이미지를 추정하는 단계로서, 상기 추정은:
무결한 프로파일 에지(defect-free profile edge)를 결정하는 것; 및
상기 무결한 프로파일 에지를 사용하여 상기 참조 이미지를 생성하는 것을 포함하는, 상기 참조 이미지 추정 단계;
상기 프로세서를 사용하여 상기 참조 이미지와 상기 프로파일 이미지 사이의 차이 이미지를 결정하는 단계;
상기 프로세서를 사용하여 상기 차이 이미지를 이진화하는 단계;
상기 이진화 후에 상기 프로세서를 사용하여 결함에 대해 상기 차이 이미지를 검사하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 무결한 프로파일 에지를 결정하는 것은:
상기 프로파일 이미지를 이진화하는 것;
상기 프로파일 이미지로부터 프린지를 제거하는 것;
상기 이진화 및 상기 프린지 제거 후의 상기 프로파일 이미지의 에지를 추출하여 에지 이미지를 생성하는 것; 및
상기 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것을 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것은:
상기 에지 이미지를 수신하는 것;
부분 다항식 피팅(piecewise polynomial fit)을 사용해 상기 에지 이미지에서 에지를 추정하여 추정된 에지 이미지를 생성하는 것; 및
상기 에지 이미지와 상기 추정된 에지 이미지 사이의 불일치점을 제거하여 상기 무결한 프로파일 에지를 생성하는 것을 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 에지를 추정하는 것과 상기 불일치점을 제거하는 것은 반복되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 참조 이미지를 생성하는 것은:
상기 무결한 프로파일 에지를 수신하는 것;
상기 무결한 프로파일 에지에 거리 변환을 적용하여 거리 변환 이미지를 생성하는 것;
상기 프로파일 이미지로부터 상기 거리 변환 이미지의 에지를 초월한 거리에 있는 픽셀들을 추출하여 추출된 트랙을 생성하는 것; 및
상기 추출된 트랙에 대해 1차원 평균 필터를 적용하는 것을 포함하는, 방법.
제5항에 있어서, 상기 픽셀들을 추출하는 것과 상기 1차원 평균 필터를 적용하는 것은 상기 거리가 임계치보다 작을 때까지 반복되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 추정은 온더플라이(on-the-fly)로 행해지는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 참조 이미지를 추정하기 전에 상기 프로세서를 사용하여 상기 프로파일 이미지를 사전처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 사전처리는 상기 프로파일 이미지를 플리핑(flip)하는 것을 포함하는, 방법.
프로세서로 하여금 제1항의 방법을 실행하게 명령하도록 구성된 프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
시스템에 있어서,
웨이퍼를 지지하도록 구성된 스테이지;
상기 웨이퍼의 원주 에지의 프로파일 이미지를 생성하도록 구성된 이미징 시스템으로서, 콜리메이트 광(collimated light)을 생성하도록 구성된 광원과, 상기 프로파일 이미지를 생성하도록 구성된 검출기를 포함하는, 상기 이미징 시스템; 및
상기 이미징 시스템과 전자 통신하는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는:
반도체 웨이퍼의 에지의 프로파일 이미지를 수신하고;
상기 프로파일 이미지로부터 참조 이미지를 추정하고 ― 상기 추정은:
무결한 프로파일 에지를 결정하는 것; 및
상기 무결한 프로파일 에지를 사용하여 상기 참조 이미지를 생성하는 것을 포함함 ―;
상기 참조 이미지와 상기 프로파일 이미지 사이의 차이 이미지를 결정하고;
상기 차이 이미지를 이진화하고;
상기 이진화 후에 결함에 대해 상기 차이 이미지를 검사하도록
구성되는, 시스템.
제10항에 있어서, 상기 무결한 프로파일 에지를 결정하는 것은:
상기 프로파일 이미지를 이진화하는 것;
상기 프로파일 이미지로부터 프린지를 제거하는 것;
상기 이진화 및 상기 프린지 제거 후의 상기 프로파일 이미지의 에지를 추출하여 에지 이미지를 생성하는 것; 및
상기 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것을 포함하는, 시스템.
제11항에 있어서, 상기 에지 이미지에서 결함을 제거하는 것은:
상기 에지 이미지를 수신하는 것;
부분 다항식 피팅을 사용해 상기 에지 이미지에서 에지를 추정하여 추정된 에지 이미지를 생성하는 것; 및
상기 에지 이미지와 상기 추정된 에지 이미지 사이의 불일치점을 제거하여 상기 무결한 프로파일 에지를 생성하는 것을 포함하는, 시스템.
제12항에 있어서, 상기 에지를 추정하는 것과 상기 불일치점을 제거하는 것은 반복되는, 시스템.
제10항에 있어서, 상기 참조 이미지를 생성하는 것은:
상기 무결한 프로파일 에지를 수신하는 것;
상기 무결한 프로파일 에지에 거리 변환을 적용하여 거리 변환 이미지를 생성하는 것;
상기 프로파일 이미지로부터 상기 거리 변환 이미지의 에지를 초월한 거리에 있는 픽셀들을 추출하여 추출된 트랙을 생성하는 것; 및
상기 추출된 트랙에 대해 1차원 평균 필터를 적용하는 것을 포함하는, 시스템.
제14항에 있어서, 상기 픽셀들을 추출하는 것과 상기 1차원 평균 필터를 적용하는 것은 상기 거리가 임계치보다 작을 때까지 반복되는, 시스템.
제10항에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 참조 이미지를 추정하기 전에 상기 프로파일 이미지를 사전처리하도록 구성되고, 상기 사전처리는 상기 프로파일 이미지를 플리핑하는 것을 포함하는, 시스템.