KR20240026150A - 데브리 판정방법 - Google Patents

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KR20240026150A
KR20240026150A KR1020237044893A KR20237044893A KR20240026150A KR 20240026150 A KR20240026150 A KR 20240026150A KR 1020237044893 A KR1020237044893 A KR 1020237044893A KR 20237044893 A KR20237044893 A KR 20237044893A KR 20240026150 A KR20240026150 A KR 20240026150A
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마사토 오니시
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 웨이퍼 이면의 HLM 주변에 발생하는 데브리를 외관검사장치에 의한 화상으로부터 판정하는 방법으로서, 화상의 휘도데이터를 행렬데이터로 치환하고, HLM의 인자영역을 추출하고, 휘도의 최소제곱면을 구하고, 인자영역으로부터 최소제곱면을 빼고 규격화 행렬데이터를 구하고, 그 0 미만의 행렬값에 0을 대입하여 볼록측 행렬데이터를 구하고, 규격화 행렬데이터의 부호를 반전하고, 도트와 노이즈를 나타내는 행렬값에 0을 대입하여 오목측 행렬데이터를 구하고, 볼록측·오목측 행렬데이터로부터 합성 행렬데이터를 구하고, 합성 행렬데이터를 처리하여 로우패스 행렬데이터를 구하고, 로우패스 행렬데이터로부터 소정의 임계값에 의해 데브리를 판정하고, 데브리의 면적비율을 구하여 인자영역에 있어서의 데브리의 유무를 판정하는 것을 포함하는 데브리 판정방법이다. 이에 따라, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리를 확실하게 검출하여 데브리의 유무를 판정할 수 있는 데브리 판정방법이 제공된다.

Description

데브리 판정방법
본 발명은, 웨이퍼 이면의 하드 레이저 마크의 주변에 발생한 데브리(debris)를 외관검사장치에 의해 얻은 화상을 이용하여 판정하는 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 개체를 식별하기 위해, 웨이퍼 이면의 단(端)의 평면부분에 고체레이저를 이용하여 개체번호를 인자(印字)하는 공정이 있다(하드 레이저 마크 공정). 하드 레이저 마크는 고출력의 고체레이저로 웨이퍼 자체를 녹이면서 도트를 단속적으로 형성하고, 문자로서 각인하기 때문에, 도트부 주변은 실리콘이 아몰퍼스화되며, 이후의 연마공정에서 아몰퍼스화된 부분은 다른 단결정부위와 동일한 연마속도로 연마할 수 없다. 그 때문에 도트 주변의 아몰퍼스부에는 국소적으로 비교적 완만한 경사를 가진 돌기가 형성되는 것으로 생각하고 있다. 이것을 데브리라고 부르며, 데브리가 디바이스공정의 스테이지와 간섭한 경우, 디바이스 제조에 지장을 초래하는 것이 지적되고 있다. 그 때문에, 레이저 마크부에 발생한 데브리의 검출이 필요하게 된다.
종래에는 형상측정기를 사용하여 하드 레이저 마크부의 데브리를 두께변화에 따른 형상 이상으로서 판별하는 수법을 이용하고 있었는데, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리가 디바이스 제조공정에서 문제가 되는 케이스가 발생하고 있다. 그 때문에, 이러한 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리를 확실하게 검출할 필요가 있다.
종래기술로서, 화상처리에 의해 표면의 요철이나 표면의 결함을 검출하는 방법이 개시되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 구면상 오목부 및 구면상 볼록부를 화상처리한 경우의 일례가 나타내어져 있고, REV모드(리버스 위치 디포커스)로 하면, 볼록형상은 밝게 촬상되는(오목형상은 어둡게 촬상되는) 것이나, FOW모드(포워드 위치 디포커스)에서는 오목형상이 밝게 촬상되는(볼록형상은 어둡게 촬상되는) 것이 개시되어 있다.
이 기술은, 가공 기인 또는 결정 기인의 움푹 팬 형상의 결함의 검출을 목적으로 한 것으로, 완만한 돌기(데브리)를 검출하는 것을 목적으로 한 것은 아니다.
이 방법에 의해 하드 레이저 마크 인자영역의 표면의 요철을 검출하고자 한 경우, 하드 레이저 마크의 인자부의 요철이 검출될 뿐이며, 완만한 돌기(데브리)를 검출하는 것은 불가능하다.
또한, 특허문헌 2에는, 검사대상물의 표면을 미분간섭현미경으로 촬영하고, 화상처리에 의해 표면에 관찰되는 결함의 개수를 계수(計數)하는 결함검사방법에 있어서, 촬영화상 중에서 휘도가 변화하는 점을 기초로 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 결함검사방법이 개시되어 있다.
그러나, 이 기술은 표면의 결함개수를 계측하는 방법으로서, 이면의 하드 레이저 마크 인자영역의 완만한 돌기(데브리)를 검출할 수는 없다.
일본특허공개 2017-53764호 공보 일본특허공개 2002-365236호 공보
상기와 같이, 종래, 형상측정기를 사용하여 하드 레이저 마크부의 데브리를 두께변화에 따른 형상 이상으로서 판별하는 수법을 이용하고 있었는데, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리가 디바이스 제조공정에서 문제가 되는 케이스가 발생하고 있다.
그 때문에, 본 발명은, 이러한 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리를 확실하게 검출하여 데브리의 유무를 판정할 수 있는 데브리 판정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 웨이퍼 이면에 하드 레이저 마크를 형성한 후, 또는, 상기 하드 레이저 마크의 형성 후에 상기 이면을 연마한 후에, 상기 이면의 하드 레이저 마크 주변에 발생하는 데브리를 외관검사장치에 의해 얻은 화상을 이용하여 판정하는 방법으로서,
상기 외관검사장치로 얻은 그레이스케일 화상의 휘도데이터를 행렬데이터로 치환하는 공정A와,
상기 행렬데이터로부터 상기 하드 레이저 마크를 포함하는 하드 레이저 마크 인자영역을 추출하는 공정B와,
상기 추출한 하드 레이저 마크 인자영역 내의 상기 하드 레이저 마크가 없는 부분을 기준으로 휘도의 최소제곱면을 구하는 공정C와,
상기 하드 레이저 마크 인자영역으로부터 상기 휘도의 최소제곱면을 빼고, 상기 하드 레이저 마크 인자영역의 휘도의 기울기를 제거하여 규격화 행렬데이터를 구하는 공정D와,
상기 규격화 행렬데이터로부터 0 미만의 행렬값에 0을 대입하여 볼록측 행렬데이터를 구하는 공정E와,
상기 규격화 행렬데이터의 부호를 반전하고, 상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트를 나타내는 행렬값과 노이즈를 나타내는 행렬값에 0을 대입하여 오목측 행렬데이터를 구하는 공정F와,
상기 볼록측 행렬데이터와 상기 오목측 행렬데이터를 모두 더하여 합성 행렬데이터를 구하는 공정G와,
상기 합성 행렬데이터에 2차원의 이동평균처리를 실시한 로우패스 행렬데이터를 구하는 공정H와,
상기 로우패스 행렬데이터로부터 소정의 임계값을 초과하는 행렬값을 나타내는 데이터를 상기 데브리라고 판정하여, 이 데브리의 데이터의 개수를 계수하고 상기 하드 레이저 마크 인자영역의 데이터수로 나누어, 상기 데브리의 면적비율을 구하고, 이 데브리의 면적비율에 기초하여, 상기 하드 레이저 마크 인자영역에 있어서의 상기 데브리의 유무를 판정하는 공정I
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 데브리 판정방법에 따르면, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리만을 확실하게 추출하는 것이 가능해져, 종래법보다도 확실하게 데브리의 유무 판정을 행할 수 있다.
또한 데브리의 면적비율을 구함으로써, 정량적인 평가가 가능해진다.
이때, 상기 공정B에서는,
상기 행렬데이터로 구성된 상기 그레이스케일 화상 내의 비트맵 데이터로부터 상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트의 위치에 해당하는 행번호 및 열번호의 데이터를 포함하는 영역을, 상기 하드 레이저 마크 인자영역으로서 추출할 수 있다.
이와 같이 하여, 보다 간편하게 하드 레이저 마크 인자영역을 추출할 수 있고, 화상처리대상으로 할 수 있다.
또한, 상기 공정H에서는,
상기 2차원의 이동평균처리로서, 가우시안분포를 가진 가중행렬을 이용하여 처리할 수 있다.
이와 같이 하면, 합성 행렬데이터에 있어서는 완전히 다 제거하지 않은 하드 레이저 마크의 도트 외주연부의 단주기의 수치변동을 제거한 로우패스 행렬데이터를, 보다 간편하고 적절하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 공정I에서는,
미리, 상기 하드 레이저 마크 인자영역에 있어서의 상기 데브리의 면적비율과 디바이스 제조공정에 있어서의 데브리 기인의 품질불량의 관계를 구하고, 또한, 상기 데브리 기인의 품질불량이 발생하는 데브리의 면적비율의 임계값(데브리 있음)을 설정해 두고,
상기 로우패스 행렬데이터로부터의 상기 데브리의 면적비율이, 상기 임계값(데브리 있음) 이상인 경우는, 데브리 있음이라고 판정할 수 있다.
디바이스 제조공정에 있어서 데브리 기인으로 발생하는 품질특성의 불량을 알고 있는 경우, 상기와 같이 하여 판정하면, 매우 정밀도가 높은, 효과적인 데브리 판정방법으로 할 수 있다.
또한, 상기 공정F에서는,
상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트를 나타내는 행렬값을 30 이상으로 하고,
상기 노이즈를 나타내는 행렬값을 10 이하로 하며,
상기 공정I에서는,
상기 소정의 임계값을 10으로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리만을 보다 확실하게 추출할 수 있어, 보다 확실한 데브리의 유무 판정을 행할 수 있다.
또한 본 발명은, 이면에 하드 레이저 마크를 갖는 웨이퍼로서,
상기 본 발명의 데브리 판정방법에 의해 데브리가 없다고 판정된 상기 하드 레이저 마크 인자영역을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼를 제공한다.
이러한 본 발명의 웨이퍼는, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리에 대해서도 없다고 판정된 합격품이며, 나중에 디바이스 제조공정에 걸쳐서도 데브리 기인의 문제가 발생하는 것을 억제가능한 양품이 된다.
본 발명의 데브리 판정방법이면, 형상측정기로는 검출할 수 없는 데브리를 확실하게 검출하고, 그 유무 판정을 할 수 있다. 또한, 정량적인 데브리의 평가가 가능하다.
도 1은 본 발명의 데브리 판정방법의 일례를 나타내는 플로우도이다.
도 2는 공정B에서 추출한 하드 레이저 마크 인자영역의 일례를 나타내는 화상이다.
도 3은 공정C에서 구한 하드 레이저 마크 인자영역에 있어서의 휘도의 최소제곱면(휘도의 기울기)의 일례를 나타내는 화상이다.
도 4는 공정D에서 구한 규격화 행렬데이터의 일례를 나타내는 화상이다.
도 5는 규격화 행렬데이터로부터 볼록측 행렬데이터로의 변천의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 규격화 행렬데이터의 부호를 반전한 행렬데이터로부터 오목측 행렬데이터로의 변천의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 합성 행렬데이터로부터 로우패스 행렬데이터로의 변천의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 로우패스 행렬데이터로부터의, 소정의 임계값을 기초로 한 데브리의 판정·추출을 나타내는 그래프이다.
도 9는 데브리의 면적비율과 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예에 있어서의 판정대상용의 29매 중 15매의, 공정I에서 데브리라고 판정된 부분의 행렬을 나타내는 화상이다.
도 11은 실시예에 있어서의 판정대상용의 29매 중 나머지 14매의, 공정I에서 데브리라고 판정된 부분의 행렬을 나타내는 화상이다.
도 12는 비교예에 있어서의 ESFQR과 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 하드 레이저 마크를 포함하는 노치 위치의 셀을 나타내는 설명도이다.
도 14는 1차원에 있어서의 가우시안분포의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 실시형태를 설명하는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 간단함을 위해 이하에서는, 하드 레이저 마크를 HLM, 하드 레이저 마크 인자영역을 인자영역이라고 하는 경우가 있다.
본 발명은, 개체번호로서 HLM을 형성한 웨이퍼 이면이나, 그 후에 추가로 연마한 이면에 있어서, HLM의 주변에 발생한 데브리를 외관검사장치에 의해 얻은 화상(그레이스케일 화상)을 이용하여 판정하는 방법이다. 외관검사장치로는, 예를 들어 종래부터 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 일례로서, SIFTer300을 들 수 있다.
도 1에 본 발명의 데브리 판정방법의 일례를 나타낸다. 크게 나누어, 공정A: 행렬데이터로의 치환, 공정B: 인자영역 추출, 공정C: 휘도의 최소제곱면 산출, 공정D: 규격화 행렬데이터 산출, 공정E: 볼록측 행렬데이터 산출, 공정F: 오목측 행렬데이터 산출, 공정G: 합성 행렬데이터 산출, 공정H: 로우패스 행렬데이터 산출, 공정I: 판정으로 이루어져 있다.
각 공정에 대하여 이하에 상세히 서술한다.
<공정A: 행렬데이터로의 치환>
외관검사장치로 얻은 그레이스케일 화상의 휘도데이터를 행렬데이터로 치환하는 공정이다.
우선 외관검사장치로 얻어지는 그레이스케일 화상으로는, 하드 레이저 마크 인자 위치 검사화상 B_T7(BMP형식)이며, 8bit 그레이스케일(256계조)을 들 수 있다. HLM은 웨이퍼의 규정된 위치에 인자되어 있는 것이며, 그 부근을 촬영한 것이다.
공정A에서는, 이 외관검사장치가 인자영역 근방을 촬영하여 얻은 그레이스케일 화상의 휘도데이터를 행렬로 나타낸다. 이 행렬로의 치환작업은 컴퓨터 등에 의해 행할 수 있다. 예를 들어 7669×2048의 행렬로 할 수 있다.
<공정B: 인자영역 추출>
행렬데이터로부터 HLM을 포함하는 인자영역을 추출하는 공정이다.
예를 들어, 상기 행렬데이터화한 그레이스케일 화상 내의 비트맵 데이터로부터 HLM을 구성하는 도트의 위치에 해당하는 행번호 및 열번호의 데이터를 포함하는 영역을 추출하면 간편하다. HLM의 도트가 인자되어 있는 부분을 포함하고, 또한, 그 부분으로부터 특히 가로세로 20행렬 이상 큰 행렬의 범위에서 잘라내는 것이 바람직하다. 상기와 같이 HLM은 웨이퍼 상의 규격으로 설정된 영역에 인자되어 있기 때문에, 인자영역의 행렬범위는 설정해 두는 것이 가능하다. 예를 들어, 공정A에서 얻은 행렬데이터로부터, 행번호 2800~4650, 열번호 1000~1600의 데이터를 잘라내어, 인자영역의 행렬로 할 수 있다. 추출한 인자영역의 일례를 도 2에 나타낸다.
이와 같이 인자영역을 포함하는 범위를 추출함으로써, 데브리가 발생하는 영역만을 화상처리대상으로 할 수 있다.
한편, 상기와 같이 미리 추출할 범위를 설정해 두고 실행할 수도 있고, 예를 들어 작업원의 수동에 의해, 공정A에서의 행렬데이터 중 HLM을 포함하는 영역을 트리밍하여 인자영역을 추출하는 것도 가능하다.
여기서, 인자영역은 웨이퍼 외주부분에 존재하기 때문에, 미시적으로 보면 웨이퍼 외주형상의 영향을 받아 HLM의 도트가 없는 부분도 휘도가 일정하게는 되어 있지 않다. 그래서, 이하에 설명하는 공정C, D에 의해, 인자영역의 휘도의 기울기, 요컨대, 웨이퍼 외주형상에 기인한 휘도변화의 영향을 제외한다. 이에 따라, 나중에 설명하는 데브리를 검출하기 위한 픽셀휘도의 각종 임계값을 정밀도가 높은 것으로 할 수 있다.
<공정C: 휘도의 최소제곱면 산출>
추출한 인자영역 내의 HLM이 없는 부분을 기준으로 휘도의 최소제곱면을 구하는 공정이다.
전술한 바와 같이 하여 추출한 인자영역에 있어서, HLM의 도트가 없는 네 모퉁이를 기준으로 하여 휘도의 최소제곱면을 구하는 것이 바람직하다. 요컨대, 도 2에 나타내는 바와 같이, 인자영역은 예를 들어 가로세로 2변씩으로 둘러싸인 직사각형 형상이며, 상기와 같이 HLM이 인자되어 있는 부분보다 가로세로 20행렬 이상 큰 범위에서 추출했기 때문에, 각 변의 근방은 HLM이 없다. 이 직사각형 형상의 네 모퉁이에 있어서의 4점의 행렬값(휘도데이터)을 이용하여, 컴퓨터에 의해 인자영역에 있어서의 휘도의 최소제곱면(평면)을 구한다.
구한 휘도의 최소제곱면의 일례를 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 좌측의 웨이퍼 중심측으로부터 우측의 웨이퍼 에지측을 향하여 휘도가 낮아지도록 변화하고 있는 것을 알 수 있다(휘도의 기울기를 볼 수 있다).
<공정D: 규격화 행렬데이터 산출>
인자영역으로부터 휘도의 최소제곱면을 빼고, 인자영역의 휘도의 기울기를 제거하여 규격화 행렬데이터를 구하는 공정이다.
요컨대, 도 2와 같은 인자영역의 휘도데이터로부터 도 3과 같은 휘도의 최소제곱면을 뺀다. 이에 따라, 각각의 행렬값으로부터 웨이퍼 외주형상에 기인한 휘도변화의 영향을 제외할 수 있다. 이와 같이 행렬값을 최소제곱면으로 노멀라이즈한(최소제곱면을 제로로 한) 행렬데이터를 규격화 행렬데이터로 한다. 규격화 행렬데이터의 일례를 도 4에 나타낸다.
다음으로, 이 인자영역의 규격화 행렬데이터로부터 데브리를 추출함에 있어서, 우선, HLM의 도트를 제외한다. 이하에 설명하는 공정E, F와 같이, 2단계로 나누어 행한다.
<공정E: 볼록측 행렬데이터 산출>
규격화 행렬데이터로부터 0 미만의 행렬값에 0을 대입하여 볼록측 행렬데이터를 구하는 공정이다.
HLM의 도트를 제외하는 공정의 제1 단계에서는, 우선, 인자영역의 규격화 행렬데이터로부터 0을 하회하는 행렬값을 검색한다. 왜냐하면, HLM의 도트는 오목상의 깊은 구멍으로 되어 있어, 규격화 행렬데이터에 있어서 음의 값을 나타내기 때문이다. 그리고, 이러한 인자영역에 있어서 0을 하회하는 행렬값(0 미만의 행렬값)에 0을 대입함으로써, HLM의 도트를 제외할 수 있다. 여기서 얻어지는 행렬데이터를 볼록측 행렬데이터로 한다.
도 5에, 규격화 행렬데이터로부터 볼록측 행렬데이터(프로파일A)로의 변천의 일례를 나타낸다. 여기서는, 어느 행번호에 있어서의, 열번호가 350-600에서의 행렬값의 변천을 예로 든다. 세로축이 휘도의 상대 계조, 가로축이 위치(열번호)이다.
규격화 행렬데이터에 있어서, 이 예에서는 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이 상대 계조가 -100 부근으로 되어 있는 부분이 HLM의 도트(HLM의 패임(凹み))이다. 한편, 그 도트 이외의 부분에서, 기준에 대하여 볼록하게 되어 있는 부분이나 오목하게 되어 있는 부분이 데브리 후보이다.
상기와 같이 0 미만의 행렬값에 0을 대입함으로써, 볼록하게 되어 있는 데브리 후보만의 볼록측 행렬데이터를 얻을 수 있다.
<공정F: 오목측 행렬데이터 산출>
규격화 행렬데이터의 부호를 반전하고, HLM의 도트를 나타내는 행렬값과 노이즈를 나타내는 행렬값에 0을 대입하여 오목측 행렬데이터를 구하는 공정이다.
이 제2 단계에서는, 규격화된 인자영역의 행렬값의 부호를 반전시킨 행렬을 이용한다. 이 점에 대하여 이하에 설명한다.
HLM의 부분의 화상촬영시의 광원 설치상의 제한으로부터, 화상 상, 어둡게 보이는 부분(오목하게 되어 있는 부분)도 데브리로서 취급할 필요가 있다. 그러나, 제1 단계와 같이, 규격화된 인자영역에 있어서의 행렬값 중 0을 하회하는 행렬값에 0을 대입하면, 오목하게 보이는 데브리의 부분까지 HLM의 도트와 함께 제외된다. 이에 본 발명에서는, 규격화된 인자영역의 행렬값의 부호를 반전시킴으로써, 음의 값으로 표현되어 있는 행렬값을 양의 값으로 바꾼다.
그리고, HLM의 도트와 노이즈를 제외함으로써, 패임으로 보이는 데브리 후보만을 추출한다. 이 경우의 HLM의 도트와 노이즈의 제외는, 2개의 임계값을 이용하여 행할 수 있다. 부호를 반전시킨 상태에 있어서 HLM의 도트의 행렬값은 다른 부분에 비해 큰 양의 값으로서 표현된다. 또한, 규격화한 인자영역에 있어서 오목하게 보인 데브리 후보는, 부호를 반전시킨 상태에 있어서 비교적 낮은 높이를 가진 양의 값으로서 표현된다. 이에, 규격화하고, 행렬의 부호를 반전시킨 행렬값에, 예를 들어 10 이하 또한 30 이상의 행렬에 0을 대입한다. 30 이상의 행렬값은, HLM의 도트를 나타내고 있고, 10 이하의 행렬값은, 미소한 기울기를 갖는 요철, 즉 노이즈를 나타내고 있는 것으로 할 수 있다.
한편, HLM의 도트를 나타내는 행렬값의 상한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 255로 할 수 있다. 또한, 노이즈를 나타내는 행렬값의 범위도 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0보다 크고 10 이하로 할 수 있다.
이와 같이, 규격화 행렬데이터의 부호를 반전시킨 것으로부터, 도트의 영향이나 노이즈의 영향을 분리하기 위한 적당한 임계값을 설정하여 제외한다. 한편, 상기와 같은 노이즈 제외를 위한 임계값(소정의 수치 이하)에 의해, 볼록하게 되어 있는 데브리 후보(부호의 반전 전에는 양이었지만, 부호의 반전에 의해 음이 된 부분)도 함께 제외된다.
한편, 상기 10 이하나 30 이상이라고 하는, 노이즈나 도트의 제외를 위한 임계값은 특별히 한정되지 않고, 그때마다 결정할 수 있다.
도 6에, 규격화 행렬데이터의 부호를 반전한 행렬데이터로부터 오목측 행렬데이터(프로파일B)로의 변천의 일례를 나타낸다.
부호를 반전한 행렬데이터에 있어서, 이 예에서는 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이 상대 계조가 100 부근으로 되어 있는 부분이 HLM의 도트(HLM의 패임)이다. 한편, 그 도트 이외의 부분에서 양의 값인 부분이, 원래는 오목하게 되어 있는 부분의 데브리 후보이다.
상기와 같이 예를 들어 30 이상과 10 이하의 행렬값에 0을 대입함으로써, 도트나 노이즈를 제외하여, 오목하게 되어 있는 데브리 후보만의 오목측 행렬데이터를 얻을 수 있다. 이 공정F에 의해, 데브리 후보를 모두 볼록형상으로 가지런하게 할 수 있다. 단, 실제로는, 이 데브리 후보에는, HLM의 외주연부(간단히, HLM의 가장자리라고도 한다)의 영향도 포함되어 있다.
<공정G: 합성 행렬데이터 산출>
볼록측 행렬데이터와 오목측 행렬데이터를 모두 더하여 합성 행렬데이터를 구하는 공정이다.
이와 같이 공정E의 볼록측 행렬데이터와 공정F의 오목측 행렬데이터를 모두 더함으로써, 데브리 후보의 행렬값은 모두 양의 값이 된다.
<공정H: 로우패스 행렬데이터 산출>
합성 행렬데이터에 2차원의 이동평균처리를 실시한 로우패스 행렬데이터를 구하는 공정이다.
전술한 바와 같이 공정F의 오목측 행렬데이터는, 2개의 임계값으로 HLM의 도트의 영향과 노이즈의 영향을 제외하고 있는데, HLM의 도트 외주연부의 영향을 완전히 다 제외하지 않았다. HLM의 도트 외주연부의 행렬값은 HLM의 도트가 없는 부분의 행렬값과 비교하면 스파이크상으로 짧은 거리(단주기)로 값이 변동되어 있다.
당연히, 그 오목측 행렬데이터와 볼록측 행렬데이터를 모두 더한 합성 행렬데이터의 데브리 후보 중에는 완전히 다 제거하지 않은 도트 외주연부의 영향이 존재하며, 수치의 대소만으로는 실제 데브리와 도트 외주연부의 구별이 되지 않는다.
이에, 합성 행렬데이터에 2차원의 이동평균을 적용함으로써, 완전히 다 제거하지 않은 HLM의 도트 외주연부의 단주기의 수치변동을 제거한다. 여기서는, 예를 들어, 가우시안분포로 가중을 한 20×20의 행렬을 이동평균으로서 이용할 수 있다. 합성 행렬데이터에 가우시안분포를 가진 가중행렬로 합성곱(컨볼루션)을 행함으로써, 합성 행렬데이터에 포함되는 단주기의 수치변동을 제거한 로우패스 행렬데이터를 얻을 수 있다. 즉, HLM의 도트의 외주연부 기인의 단주기의 상(像)을 데브리 후보로부터 제외할 수 있다. 가우시안분포를 이용함으로써 보다 간편하고 적절한 행렬데이터를 얻을 수 있다.
여기서 가우시안분포의 일례를 도 14를 참조하여 설명한다. 간단함을 위해, 여기서는 1차원인 경우에 대하여 설명한다. 균등하게 나열된 포인트 각각에 데이터값이 들어가 있고, 그 중 어느 9점의 포인트의 중심(도 14의 x축의 0의 위치)에 있어서의 데이터값을 구하는 경우를 생각한다. 이 중심의 포인트에서의 기여율을 1(100%)로 하여, 중심으로부터 멀어짐에 따라 기여율이 낮아지는 분포를 생각한다. 보다 구체적으로는, 중심으로부터 멀어짐에 따라 기여율이 exp(-ax2)의 식에 따라 작아지는 분포이다(한편, a의 값은 적당히 결정할 수 있다). 도 14의 예에서는, 중심 100%에 대하여 50, 10, 1, 0.1%와 같이 기여율이 작아지고 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 9개의 포인트 각각의 기여율을 100%로 하여 계산한 단순이동평균에 의한 중심의 데이터값보다도, 타당성이 높은 중심의 데이터값을 얻을 수 있다.
도 7에, 합성 행렬데이터(프로파일A+프로파일B)로부터 로우패스 행렬데이터로의 변천의 일례를 나타낸다.
합성 행렬데이터에서는, 데브리 후보에 단주기의 HLM의 가장자리의 영향이 포함되어 있었지만, 로우패스 행렬데이터에서는 단주기의 수치변동이 없어져 있는 것을 알 수 있다.
<공정I: 판정>
로우패스 행렬데이터로부터 소정의 임계값을 초과하는 행렬값을 나타내는 데이터를 데브리라고 판정하여, 이 데브리의 데이터의 개수를 계수하고 인자영역의 데이터수로 나누어, 데브리의 면적비율을 구하고, 이 데브리의 면적비율에 기초하여, 인자영역에 있어서의 데브리의 유무를 판정하는 공정이다.
이 공정에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다.
공정H에서 얻어진 로우패스 행렬데이터는 0 이상의 수치로 구성되어 있기 때문에, 소정의 임계값, 예를 들어 임계값을 10으로 하고 이 임계값을 초과하는 행렬값을 데브리라고 판정하여 추출한다. 당연히, 이 임계값은 적당히 결정할 수 있으며, 이것으로 한정되지 않는다.
도 8에, 로우패스 행렬데이터로부터의, 소정의 임계값을 기초로 한 데브리의 판정·추출을 나타낸다. 한편, 비교를 위해, 공정D에서의 규격화 행렬데이터도 함께 나타낸다.
이와 같이, 볼록하게 되어 있는 데브리뿐만 아니라, 오목하게 되어 있는 데브리도 추출되어 있다. 또한, HLM의 도트의 가장자리의 영향도 받고 있지 않으며, 데브리만 추출되어 있는 것을 알 수 있다.
그리고, 로우패스 행렬데이터를 구성하는 데이터수(인자영역의 데이터수)에 대한, 행렬값이 상기 임계값을 초과한 데이터수(데브리라고 판정된 데이터수)의 비를 구함으로써, 인자영역에 대한 데브리의 면적비율을 구한다.
이와 같이 하여 구한 데브리의 면적비율로부터, 인자영역에 있어서의 데브리의 유무를 판정하는데, 그 유무 판정을 위한 임계값을, 예를 들어 하기와 같이 하여 설정해 둘 수 있다.
우선, 미리, 인자영역에 있어서의 데브리의 면적비율과, 디바이스 제조공정에 있어서의 데브리 기인의 품질불량의 관계를 구해 둔다. 나아가서는, 그 관계로부터, 데브리 기인의 품질불량이 발생하는 데브리의 면적비율의 임계값(데브리 있음)을 설정해 둔다.
그리고, 실제 판정대상의 웨이퍼에 있어서 상기와 같이 하여 구한 데브리의 면적비율이, 상기 임계값(데브리 있음) 이상인 경우는, 데브리 있음(품질불량을 일으키는 데브리)이라고 판정한다.
도 9는 데브리의 면적비율과 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계의 일례를 나타내고 있다. 가로축의 샘플 수준(Slot)을 데브리의 면적비율로 높은 것에서 낮은 것으로 알기 쉽게 재배열한 것이다.
이 케이스에서는 데브리의 면적비율이 처리대상영역(인자영역)의 0.64~0.67% 부근에서부터, 디포커스 불량이 발생하기 시작하는 점에서, 예를 들어 0.5%를 임계값(데브리 있음)으로 설정할 수 있고, 0.5% 이상인 경우에 데브리 있음이라고 판단할 수 있다.
따라서, 실제로 공정I에서 판정하여 추출한 데브리의 행렬데이터에 대하여, [데브리라고 판정된 행렬데이터수]/[HLM의 인자영역의 행렬데이터수]의 비로부터 데브리의 면적비율을 산출하고, 그 면적비율이 처리대상영역(인자영역)의 0.5%를 합격여부의 판정기준으로 하여 클리어하는지 아닌지에 따라, 데브리의 유무 판정을 정밀도 높게 행할 수 있다. 특히, 디바이스 제조공정에서 디포커스 불량이 발생하는 일이 없는 웨이퍼를 확실하게 선별할 수 있다.
그런데, 데브리의 영역의 면적비율의 상한값은 데브리라고 판정된 행렬데이터수에 따르기 때문에 결정되지 않지만, 상기 데브리의 영역의 면적비율의 산출식의 관계상, 최대로도 100%이다.
이상과 같은 본 발명이면, 형상측정기를 이용한 종래의 검사방법으로는 검출할 수 없는 데브리를 확실하게 검출할 수 있고, 정밀도가 좋은 데브리의 유무 판정을 행할 수 있다. 또한 데브리의 면적비율을 구하여 평가하기 때문에 정량적인 평가를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 판정방법에서 데브리 없음이라고 판정된 인자영역을 갖는 합격품의 웨이퍼는, 상기와 같이 정밀도가 좋은 판정을 클리어한 것이기 때문에, 디바이스 제조공정에 있어서, 데브리 기인의 디포커스 불량 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
직경: 300mm, 결정면 방위: (110), 매수: (25+29)매의 웨이퍼를 준비하였다. 하드 레이저 마크의 각인 개소는 웨이퍼 이면 노치로부터 5±1°이며, 양면연마를 실시하였다.
한편, 계 54매 중, 25매는 데브리의 면적비율과 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계를 조사하기 위한 것이며, 그 관계를 기준으로 하여, 다른 29매에 대하여, 디포커스 발생에 영향을 주는 데브리의 유무 판정을 행한다.
이들 웨이퍼에 대하여, 외관검사장치(SIFTer300)에 의해 얻어진 BMP형식의 8bit 그레이스케일(256계조) 화상에 대하여, 화상처리를 행하여 데브리를 검출하였다.
<공정A: 행렬데이터로의 치환>
상기 그레이스케일 화상을 행렬데이터(7669행×2048열)로 치환하였다.
<공정B: 인자영역 추출>
상기 그레이스케일 화상으로부터의 행렬데이터 중, 행번호 2800~4650, 열번호 1000~1600의 데이터를 잘라내어, 하드 레이저 마크 인자영역의 행렬데이터로 하였다.
<공정C: 휘도의 최소제곱면 산출>
공정B에서 잘라낸 인자영역에 있어서의, 하드 레이저 마크의 도트가 없는 4 모퉁이의 4점의 행렬값으로부터 휘도의 최소제곱면을 산출하였다.
<공정D: 규격화 행렬데이터 산출>
하드 레이저 마크 인자영역의 행렬데이터로부터 공정C의 휘도의 최소제곱면을 빼고, 규격화 행렬데이터로 하였다.
<공정E: 볼록측 행렬데이터 산출>
공정D에서 구한 규격화 행렬데이터로부터, 0 미만의 행렬값에 0을 대입하여 볼록측 행렬데이터를 얻었다(데브리 후보).
<공정F: 오목측 행렬데이터 산출>
공정D에서 구한 규격화 행렬데이터에 -1을 곱하여, 규격화 행렬데이터의 행렬값의 부호를 반전시켰다. 이에 따라, 화상 상, 어둡고 오목하게 보이는 부분을 볼록의 데브리로서 인식할 수 있다. 나아가, 하드 레이저 마크의 도트의 영향을 제외하기 위해, 임계값 30 이상의 행렬값에 0을 대입하였다. 또한, 데브리와는 관계가 없는, 웨이퍼형상에 기인한 데브리보다도 비교적 작은 요철의 영향을 제외하기 위해 임계값 10 이하의 행렬값에 0을 대입하였다. 이상의 처리로 부호 반전하여 얻은 행렬데이터로부터, 하드 레이저 마크의 도트, 및 데브리와는 관계없는 노이즈의 영향을 제외하였다. 이에 따라, 오목측 행렬데이터를 얻었다(데브리 후보).
<공정G: 합성 행렬데이터 산출>
공정E에서 구한 볼록측 행렬데이터와, 공정F에서 구한 오목측 행렬데이터를 모두 더하였다. 화상 상, 돌기로 보이는 데브리도 패임으로 보이는 데브리도 양의 값이 된다. 그러나, 오목측 행렬데이터에는, 2개의 임계값을 이용하여 데브리와는 관계없는 대상의 제외를 행하고 있지만, 하드 레이저 마크의 도트 외주연부의 영향이 잔존하고 있다. 하드 레이저 마크의 도트의 외주연부는 데브리에 비해 명확하게 단주기의 요철로 되어 있기 때문에, 다음 공정에서 로우패스 필터를 적용하여 제거할 수 있다.
<공정H: 로우패스 행렬데이터 산출>
공정G에서 구한 합성 행렬데이터를 20×20의 가우시안분포를 가진 행렬로 합성곱 연산(컨볼루션)을 행하고, 하드 레이저 마크의 도트 외주연부의 단주기의 돌기를 제거하였다.
<공정I: 판정>
공정H에서 얻어진 로우패스 행렬데이터 중에서, 임계값 10을 초과하는 행렬값을 나타내는 데이터를 데브리라고 판정하여, 그 데이터수를 계수하고, 로우패스 행렬데이터(하드 레이저 마크 인자영역)를 구성하는 데이터수와의 비로부터 데브리의 면적비율(Area%)을 산출하였다.
얻어진 데브리의 면적비율과, 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계에 대하여 조사한 결과, 도 9와 동일한 관계의 그래프가 얻어졌다. 구체적인 문제(디포커스)가 발생하는 데브리의 면적비율에 대하여, 0.64~0.67%가 디포커스의 발생 경계부근이라고 인식하고, 0.5% 이상을 데브리 있음으로 하였다. 이것이, 조사용의 25매로부터 얻어진 결과이다.
그리고, 판정대상용의 29매에 대하여, 도 9의 그래프로부터 얻어진 합격여부의 판정기준: 0.5%에 따라 판정을 행하였다.
우선 도 10에, 29매 중 15매에 대하여, 공정I에서 데브리라고 판정된 부분의 행렬을 백색으로 나타내었다. 또한, 도 11에, 나머지 14매에 대하여 나타내었다. 데브리의 면적비율은 각 화상의 위에 기재한 바와 같이, 0%~약 16%로 다양하였다.
그리고, 0.5% 이상인 것을 데브리 있음이라고 판정하여 불합격(NG)으로 하고, 0.5% 미만인 것을 데브리 없음이라고 판정하여 합격(OK)으로 하였다.
실제로 디바이스 제조공정을 거쳐 디포커스 불량에 대하여 조사한 결과, 각각, 판정결과와 일치하였다. 즉, 불합격이라고 판정한 것에는 디포커스 불량이 발생하고, 합격이라고 판정한 것에는 문제가 되는 디포커스 불량은 발생하지 않았다. 따라서, 본 발명의 데브리 판정방법에 의해, 디포커스 불량이 발생하는 데브리의 유무를 효과적으로 판정하고 있는 것을 알 수 있다.
[비교예]
시판되는 형상측정기(WaferSight; KLA텐콜사제)로 하드 레이저 마크 인자영역을 형상측정한 결과(ESFQR)를, 디바이스공정에서 디포커스 판정결과를 바탕으로 분리할 수 있는지 해석한 것이다.
웨이퍼로는, 실시예의 조사용의 25매와 동일한 것을 준비하였다.
한편, ESFQR이란 직사각형 영역(셀)의 영역 내 최소제곱법으로부터의 양 및 음의 편차의 범위를 산출한 것이다. 측정대상이 되는 대략 직사각형의 영역은 외주단으로부터 직경방향으로 10mm, 둘레방향 18°에 상당하는 호(弧)에 의해 둘러싸여 있으며, 웨이퍼 중심각 270°의 위치의 셀(노치 위치의 셀)이 하드 레이저 마크를 포함하는 영역이 된다. 도 13에 하드 레이저 마크를 포함하는 노치 위치의 셀을 나타낸다.
도 12에, ESFQR과 디바이스 제조공정에 있어서의 디포커스 발생의 관계의 일례를 나타낸다. 가로축의 샘플 수준의 나열은 실시예의 나열과 동일하다.
형상측정한 270°의 직사각형 영역이 하드 레이저 마크의 형성 위치에 상당하는데, 디바이스공정에 있어서의 데브리 기인의 디포커스 불량의 유무를 ESFQR의 값에 기초하여 판정할 수 없는 것을 알 수 있다.
요컨대, 종래의 데브리 이상선별방법으로서 두께형상 변화값(ESFQR)을 기초로 문제가 되는 웨이퍼를 분류하고자 한 결과, 이하의 결과가 되었다. 디바이스공정에서 디포커스의 문제가 된 웨이퍼가 높은 값을 나타내는 것도 있지만, 거대 디포커스에서도 값이 높아지지 않는 것도 있다. 반대로 문제가 없는 웨이퍼가 높아지는 것도 있어, 결국, 애초에 ESFQR로는 데브리의 유무의 선별을 할 수 없다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼 이면에 하드 레이저 마크를 형성한 후, 또는, 상기 하드 레이저 마크의 형성 후에 상기 이면을 연마한 후에, 상기 이면의 하드 레이저 마크 주변에 발생하는 데브리를 외관검사장치에 의해 얻은 화상을 이용하여 판정하는 방법으로서,
    상기 외관검사장치로 얻은 그레이스케일 화상의 휘도데이터를 행렬데이터로 치환하는 공정A와,
    상기 행렬데이터로부터 상기 하드 레이저 마크를 포함하는 하드 레이저 마크 인자영역을 추출하는 공정B와,
    상기 추출한 하드 레이저 마크 인자영역 내의 상기 하드 레이저 마크가 없는 부분을 기준으로 휘도의 최소제곱면을 구하는 공정C와,
    상기 하드 레이저 마크 인자영역으로부터 상기 휘도의 최소제곱면을 빼고, 상기 하드 레이저 마크 인자영역의 휘도의 기울기를 제거하여 규격화 행렬데이터를 구하는 공정D와,
    상기 규격화 행렬데이터로부터 0 미만의 행렬값에 0을 대입하여 볼록측 행렬데이터를 구하는 공정E와,
    상기 규격화 행렬데이터의 부호를 반전하고, 상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트를 나타내는 행렬값과 노이즈를 나타내는 행렬값에 0을 대입하여 오목측 행렬데이터를 구하는 공정F와,
    상기 볼록측 행렬데이터와 상기 오목측 행렬데이터를 모두 더하여 합성 행렬데이터를 구하는 공정G와,
    상기 합성 행렬데이터에 2차원의 이동평균처리를 실시한 로우패스 행렬데이터를 구하는 공정H와,
    상기 로우패스 행렬데이터로부터 소정의 임계값을 초과하는 행렬값을 나타내는 데이터를 상기 데브리라고 판정하여, 이 데브리의 데이터의 개수를 계수하고 상기 하드 레이저 마크 인자영역의 데이터수로 나누어, 상기 데브리의 면적비율을 구하고, 이 데브리의 면적비율에 기초하여, 상기 하드 레이저 마크 인자영역에 있어서의 상기 데브리의 유무를 판정하는 공정I
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정B에서는,
    상기 행렬데이터로 구성된 상기 그레이스케일 화상 내의 비트맵 데이터로부터 상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트의 위치에 해당하는 행번호 및 열번호의 데이터를 포함하는 영역을, 상기 하드 레이저 마크 인자영역으로서 추출하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공정H에서는,
    상기 2차원의 이동평균처리로서, 가우시안분포를 가진 가중행렬을 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정I에서는,
    미리, 상기 하드 레이저 마크 인자영역에 있어서의 상기 데브리의 면적비율과 디바이스 제조공정에 있어서의 데브리 기인의 품질불량의 관계를 구하고, 또한, 상기 데브리 기인의 품질불량이 발생하는 데브리의 면적비율의 임계값(데브리 있음)을 설정해 두고,
    상기 로우패스 행렬데이터로부터의 상기 데브리의 면적비율이, 상기 임계값(데브리 있음) 이상인 경우는, 데브리 있음이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정F에서는,
    상기 하드 레이저 마크를 구성하는 도트를 나타내는 행렬값을 30 이상으로 하고,
    상기 노이즈를 나타내는 행렬값을 10 이하로 하며,
    상기 공정I에서는,
    상기 소정의 임계값을 10으로 하는 것을 특징으로 하는 데브리 판정방법.
  6. 이면에 하드 레이저 마크를 갖는 웨이퍼로서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 데브리 판정방법에 의해 상기 데브리가 없다고 판정된 상기 하드 레이저 마크 인자영역을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼.
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