KR20030059635A - Method of detecting large dislocation of semiconductor wafer - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A method for detecting the crystal defect of a semiconductor wafer is provided to be capable of easily inspecting the crystal defect existing even in the semiconductor wafer for a short time and using the inspected wafer at a real process due to a nondestructive inspection. CONSTITUTION: The entire surface of a wafer is scanned by laser beam and the reflected beam is detected by photodetecting sensor(10). A windmill type pattern is checked(20). A cleaning process is carried out at the wafer(30). The surface of the wafer is inspected by using an AFM(Atomic Force Microscope)(40). A silicon single crystal epitaxial layer is formed on the surface of the inspected wafer(50). The surface of the wafer is re-inspected by using the AFM(60). The wafer is polished for directly deciding whether the wafer has crystal defects or not(70). A silicon surface having no crystal defect, is compared to a gap portion having crystal defect(80).

Description

반도체 웨이퍼의 결정 결함 검출 방법{Method of detecting large dislocation of semiconductor wafer}Method for detecting crystal defects in semiconductor wafers {Method of detecting large dislocation of semiconductor wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 결정 결함을 검출하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 내부에 존재하는 결정 결함으로서 결정 변위(dislocation)를 비파괴 방식으로 검출하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting crystal defects in a semiconductor wafer, and more particularly, to a method for detecting crystal displacement as a crystal defect present in a semiconductor wafer in a non-destructive manner.

반도체 장치 형성을 위한 기판이 되는 반도체 웨이퍼는 실리콘등의 반도체 단결정 성장을 통해 형성한다. 웨이퍼의 단결정 상태에 이상이 있는 경우, 단결정 기판을 전제로 형성된 반도체 장치의 소자 기능에 여러 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 단결정 성장의 품위가 우수하고 불량없는 반도체 장치 형성의 전제가 되며, 결정 상태에 큰 이상이 있는 웨이퍼나 웨이퍼의 해당 부분은 반도체 장치 형성 전이나 반도체 장치 형성 과정에서 배재되어야 한다.A semiconductor wafer serving as a substrate for forming a semiconductor device is formed through growth of a semiconductor single crystal such as silicon. If there is an abnormality in the single crystal state of the wafer, various defects may occur in the device function of the semiconductor device formed on the premise of the single crystal substrate. Therefore, the quality of single crystal growth is excellent and the premise of defect-free semiconductor device formation, and a wafer or a corresponding portion of the wafer having a large abnormality in the crystal state should be excluded before the semiconductor device formation or during the semiconductor device formation process.

그런데, 웨이퍼 결정 성장시 형성되는 결정 변위가 대부분 웨이퍼 내부에 형성되어 외부에서 잘 확인되지 않는 경우가 많다. 이런 문제를 가능한한 억제하기 위해 웨이퍼를 샘플링하여 결함 조사를 하게 된다. 단, 기존의 결정 결함 조사는 웨이퍼를 몇 가지 종류의 식각 물질 용액에 담그는 방법을 사용한다. 그리고, 일정 시간이 지난 후 식각 물질에 의해 결함이 드러나고 확대되면 이 결함을 확대 현미경 등을 통해 확인하게 된다. 이런 종래의 방법에서는 웨이퍼를 식각 물질 용액에 담그는 일종의 파괴 검사이므로 분석시료를 사용할 수 없게 되는 단점이 있고, 분석에 시간이 많이 소요되며, 사용하는 식각 물질로 인한 환경 오염 및 인체 위험이 존재하는 문제가 있다.By the way, in most cases, the crystal displacements formed during wafer crystal growth are mostly formed inside the wafer and are hardly confirmed from the outside. To suppress this problem as much as possible, the wafer is sampled for defect investigation. Existing crystal defect investigation, however, uses a method of immersing the wafer in some kind of etchant solution. If a defect is revealed and enlarged by the etching material after a certain time, the defect is confirmed through an enlarged microscope. In this conventional method, there is a disadvantage that the analytical sample cannot be used because it is a kind of destructive inspection in which the wafer is immersed in the etchant solution. There is.

본 발명은 상술한 종래의 웨이퍼 결정 결함을 위한 조사 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단시간 내에 용이하게 웨이퍼내 결정 결함까지 조사할 수 있는 반도체 웨이퍼의 결정 결함 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the above-described conventional irradiation method for wafer crystal defects, and an object thereof is to provide a crystal defect detection method of a semiconductor wafer which can easily irradiate crystal defects in a wafer within a short time.

본 발명은 또한, 비파괴 검사 방식으로 결정 결함이 조사된 웨이퍼를 실 공정에 사용할 수 있는 웨이퍼 결정 결함 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a wafer crystal defect detection method capable of using a wafer in which crystal defects are irradiated with a nondestructive inspection method in a real process.

도1은 본 발명의 도출 및 검증을 위하여 사용된 절차를 알고리즘으로 표시한 것이다.Figure 1 shows the algorithm used for the derivation and verification of the present invention.

도2는 본 발명에 따라 내부 대형 변위를 가지는 웨이퍼의 표면에 레이져 빔을 조사할 때 광검출 센서에 의해 얻어지는 풍차형 패턴을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a windmill-like pattern obtained by the light detection sensor when irradiating a laser beam to the surface of the wafer having an internal large displacement in accordance with the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이져 빔을 웨이퍼 표면에 일정 각도로 조사하면서 웨이퍼 표면 스캐닝을 실시하고, 그 반사광을 검출하여 검출된 이미지의 패턴을 살피는 방법으로 이루어진다.The present invention for achieving the above object is made by a method of scanning the wafer surface while irradiating the laser beam to the wafer surface at a predetermined angle, and detecting the reflected light to look for the pattern of the detected image.

본 발명에서 사용하는 레이져 빔으로는 청색 파장 범위의 레이져 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 레이져 빔과 웨이퍼 면과의 상대적인 각도 (incident oblic angle)는 웨이퍼면에 법선(90도)이 아니면 가능하나, 0도보다 크고 25도 이하인 것이 바람직하다.As the laser beam used in the present invention, it is preferable to use a laser beam in the blue wavelength range. Incidentally, the incident angle between the laser beam and the wafer surface (incident oblic angle) is possible if it is not normal (90 degrees) on the wafer surface, but is preferably greater than 0 degrees and less than 25 degrees.

본 발명에서 스캐닝을 통해 얻어진 반사광의 영상 패턴은 웨이퍼 내부에 큰 변위 (large dislocation)가 있을 때 웨이퍼와 같은 원형 평면에 바람개비형 혹은 풍차(windmill) 형 패턴으로 산란광(스폿:spot) 분포가 나타나게 된다. 따라서, 반사광의 영상 패턴을 얻어 스폿 분포의 풍차형 패턴을 확인하게 되고, 웨이퍼 표면 세정을 통해 이 패턴이 웨이퍼 표면의 파티클로 인한 것이 아님을 확인하여 이 웨이퍼는 내부에 대규모 변위가 있는 것으로 판단하게 된다.In the present invention, when the image pattern of the reflected light obtained through the scanning has a large dislocation in the wafer, scattered light (spot) distribution appears in a vane-type or windmill-like pattern on a circular plane such as a wafer. . Therefore, the image pattern of the reflected light is obtained to confirm the windmill pattern of the spot distribution, and the wafer surface cleaning confirms that the pattern is not caused by particles on the wafer surface, so that the wafer has a large displacement inside. do.

이하, 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 도출 및 검증을 위하여 사용된 절차를 알고리즘으로 표시한 것이다.Figure 1 shows the algorithm used for the derivation and verification of the present invention.

도시된 바에 따르면, 먼저, 웨이퍼를 회전 및 평행이동 가능한 척에 적재한다. 그리고, 웨이퍼 표면 중앙에 ST1 TBI 장비의 청색 레이져(BLUE LASER)를 조사한다. 이 장비는 통상 웨이퍼 표면의 파티클 위치 혹은 기타 표면 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 레이져 빔의 입사 각도 (incident oblic angle)은 5도 내지 20도로 하며 이 입사 각에 의해 레이져 빔의 반사되는 위치에 광검출 센서를 설치한다. 그리고, 척을 통해 레이져 빔이 중앙에서 주변을 비추도록 웨이퍼를 서서히 평행이동 시키면서 동시에 웨이퍼 중심을 지나는 웨이퍼면 법선을 축으로 웨이퍼를회전시킨다. 이때, 레이져 소오스와 검출기는 고정된다. 따라서, 웨이퍼면의 모든 점은 레이져 빔에 의해 스캐닝되고, 그 반사광은 광검출 센서에 웨이퍼 전면의 상태를 반영하는 일정 패턴을 가지게 된다(10).As shown, first, the wafer is loaded onto a chuck that is rotatable and movable. Then, the blue laser of the ST1 TBI device is irradiated to the center of the wafer surface. This equipment can typically be used to detect particle location or other surface defects on the wafer surface. The incident angle (incident oblic angle) of the laser beam is 5 degrees to 20 degrees, and the photodetecting sensor is installed at the position reflected by the laser beam. Then, the wafer is slowly moved in parallel so that the laser beam is reflected from the center through the chuck, and at the same time, the wafer is rotated around the wafer surface normal passing through the wafer center. At this time, the laser source and the detector are fixed. Accordingly, all the points on the wafer surface are scanned by the laser beam, and the reflected light has a predetermined pattern reflecting the state of the front surface of the wafer in the photodetection sensor (10).

웨이퍼 표면이 완전한 평면이라면 광검출 센서에 의해 이루어지는 영상은 입사광이 반사 법칙에 의해 반사되는 일 위치에 밝은 점으로 표시되면서 레이져 특성에 따라 실리콘 결정의 특성을 반영하는 미약한 밝기의 패턴을 드러내게 된다. 그러나, 일반적으로 웨이퍼 표면은 완전한 평면이 아니므로 그 평면의 특성을 드러내는 산란 혹은 반사광이 이루는 간섭무늬 기타 패턴이 광검출 센서에 의해 얻어지는 영상에 드러나게 된다. 가령, 웨이퍼 내부에 큰 변위가 존재할 때 그 갯수 및 위치에 불구하고, 도2와 같은 풍차형 패턴(15)이 드러나게 된다. 따라서, 레이져 빔 스캐닝을 실시한 후에는 광검출 센서의 의해 얻어진 영상 패턴을 확인하게 된다(20).If the surface of the wafer is perfectly planar, the image produced by the photodetector sensor will show bright spots at one location where incident light is reflected by the law of reflection, revealing a weak brightness pattern that reflects the silicon crystal's properties depending on the laser's properties. However, in general, the wafer surface is not a perfect plane, so that interference patterns or other patterns formed by scattering or reflected light, which reveal the characteristics of the plane, are revealed in the image obtained by the photodetecting sensor. For example, when there is a large displacement inside the wafer, despite the number and position, the windmill pattern 15 as shown in FIG. 2 is revealed. Therefore, after performing the laser beam scanning, the image pattern obtained by the photodetecting sensor is confirmed (20).

이런 풍차형 패턴이 웨이퍼 내부의 큰 변위를 반영하는 것임을 확인하기 위한 확인 절차를 가질 수 있다. 즉, 이런 패턴이 웨이퍼 내에 불규칙하게 존재하는 제거될 수 있는 파티클 기타 결함 (light point defect clearable)에 의한 것이 아님을 확인하기 위해 웨이퍼에 대한 세정을 실시하고(30), AFM(Atomic Force Microscope)을 통해 웨이퍼 표면을 다시 관찰하게 된다(40).It may have a verification procedure to confirm that this windmill pattern reflects a large displacement inside the wafer. That is, the wafer is cleaned (30) to confirm that the pattern is not due to light point defect clearables that are irregularly present in the wafer (30), and Atomic Force Microscope (AFM) is applied. The wafer surface is again observed (40).

광검출 센서에 의한 패턴이 세정을 통해 치유될 수 없는 내부적, 결정 결함에 의한 것(light point defect non clearable)로 판정되면 이 패턴이 과연 내부의 큰 변위에 의한 것임을 확인한다. 확인 방법으로 두 가지를 사용할 수 있다. 그 가운데 하나는 검사된 웨이퍼 표면에 실리콘 단결정 성장막(epitaxial layer)을 형성하는 방법이다(50). 단결정 성장막 형성 후 다시 AFM을 통해 웨이퍼 표면을 조사한다(60). 통상 내부 결정 결함이 있을 때 단결정 성장막에는 문제가 되는 점에서 그 결함이 반영된 구조를 가지게 된다.If the pattern by the photodetection sensor is determined to be light point defect non clearable that cannot be healed through cleaning, it is confirmed that the pattern is due to large displacements inside. There are two ways to verify this. One of them is a method of forming a silicon single crystal epitaxial layer on the inspected wafer surface (50). After forming the single crystal growth film, the wafer surface is irradiated through AFM (60). Usually, when there is an internal crystal defect, the single crystal growth film has a structure in which the defect is reflected in a problem.

그리고, 직접 확인을 위해 단결정 성장막이 형성된 웨이퍼를 연마하여 그 내부에 실제로 큰 변위 등의 결정 결함이 있는지 조사할 수 있고(70), 결정 결함이 없는 실리콘 표면과 결정 결함이 있는 틈세 부분을 비교할 수 있다(80).Then, the wafer on which the single crystal growth film is formed can be polished for direct confirmation, and the inside thereof can be examined for crystal defects such as large displacements (70), and the silicon surface without crystal defects and the gap between the crystal defects can be compared. 80.

둘째 방법으로는, 원래의 문제된 지점과 단결정 성장막에서 결함이 발견된 지점의 위치가 상호 일치하는 지를 조사할 수 있다(90).As a second method, it is possible to examine whether the positions of the original problem points and the points where defects are found in the single crystal growth film coincide with each other (90).

한편, 40의 단계에서 AFM 관찰을 통해 확인 후 결정 결함을 확인하기 위해 종래와 같이 식각 물질 용액에 웨이퍼를 담그는 방법을 사용할 수 있다(100). 이 경우, 식각 물질에 의해 결함부가 드러나고 확대된 상태를 형성하여 현미경을 통해 결함을 살필 수 있다(110).Meanwhile, in order to check crystal defects after confirming through AFM observation in step 40, a method of dipping a wafer in an etchant solution as in the prior art may be used (100). In this case, the defect may be exposed and enlarged by the etching material to form an enlarged state, and the defect may be examined through the microscope (110).

이상의 조사와 검증 과정을 통해 얻어진 바, 광검출 센서에서 도2와 같은 풍차형 패턴 영상을 검출하게 되고, 이 패턴 내의 파티클 각각이 세정을 통해 제거할 수 없는 (light point defect non clearable), 결정 요인에 의한 것이라면 대상 웨이퍼는 95% 이상의 확률로 내부에 큰 변위를 가지는 것이라 판단할 수 있다. 단결정 성장막 관찰을 통해서도 내부에 대형 변위가 있는 곳의 표면에 이상 결정 성장이 관찰될 수 있다.As a result of the above investigation and verification process, the photodetector detects the windmill pattern image as shown in FIG. 2, and each of the particles in the pattern is a determinant that cannot be cleared through light cleaning In this case, it can be determined that the target wafer has a large displacement inside with a probability of 95% or more. Abnormal crystal growth can also be observed on the surface of a large displacement therein through single crystal growth film observation.

한편, 완전한 100%의 확율을 얻을 수 없는 것은, 장비 자체의 정확도에 기인한다. 따라서, 장비 자체의 한계를 보완하면 더 높은 확률로 대상 웨이퍼의 내부결정 결함을 판단할 수 있다.On the other hand, the inability to obtain a full 100% probability is due to the accuracy of the equipment itself. Therefore, by complementing the limitations of the equipment itself, it is possible to determine the internal crystal defect of the target wafer with a higher probability.

본 발명에 따르면, 웨이퍼가 습식 식각 용액에 의해 훼손됨이 없이 내부 결정 결함을 확인할 수 있으며, 습식 식각 용액에 일정 시간을 담그는 불편 및 시간 소모를 줄일 수 있다.According to the present invention, the internal crystal defects can be identified without being damaged by the wet etching solution, and the inconvenience and time consumption of immersing the predetermined time in the wet etching solution can be reduced.

Claims (6)

레이져 빔을 웨이퍼 표면에 일정 각도로 조사하면서 웨이퍼 표면 스캐닝을 실시하는 단계,Performing a wafer surface scanning while irradiating a laser beam to the wafer surface at an angle, 상기 조사된 레이져 빔의 반사광을 검출하여 검출된 스폿(spot) 이미지의 패턴을 살피는 단계로 이루어지는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And detecting the reflected light of the irradiated laser beam to examine the pattern of the detected spot image. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스캐닝은 상기 레이져 빔의 소오스와 상기 반사광을 검출하는 센서는 레이져 빔의 통상 입사 및 반사 위치에 고정된 상태에서 상기 웨이퍼 표면을 이동시키는 방법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And the scanning is performed by moving the surface of the wafer in a state where the sensor for detecting the source of the laser beam and the reflected light is fixed at a normal incident and reflective position of the laser beam. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이져 빔은 청색 파장 범위를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And the laser beam uses a blue wavelength range. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이져 빔과 상기 웨이퍼의 표면이 이루는 각도는 0 내지 25도인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And an angle formed between the laser beam and the surface of the wafer is 0 to 25 degrees. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패턴을 살피는 단계에서 상기 패턴이 풍차(windmill)형 패턴인 것을 통해 내부 변위의 존재를 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And determining the presence of internal displacement through the pattern being a windmill pattern in the step of examining the pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계들의 전단계에서 표면 세정을 실시하거나,Surface cleaning may be performed in the preceding steps; 상기 단계들의 후단계에서 표면 세정을 실시하고 표면 재검토를 실시하는 단계가 구비됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 내부 결정 결함 검출 방법.And performing surface cleaning and surface review at a later stage of the above steps.