KR20050002471A - 반도체 소자의 검사방법 - Google Patents

Abstract

공정시간을 단축시킬 수 있는 반도체 소자의 검사방법이 개시되어 있다. 제1 공정을 진행한 제1 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입하고, 상기 제1 검사장비에서 상기 제1 반도체 기판의 표면 환경에 따라 광조사를 반복하여 제1 검사환경을 설정한다. 상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제1 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 반도체 기판의 상태를 파악한다. 상기 제1 공정을 진행하여 상기 제1 반도체 기판과 동일한 처리가 진행된 제2 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입한다. 상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제2 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제2 반도체 기판의 상태를 파악한다. 이와 같이, 일련의 공정에 대한 검사 변수를 저장함으로써 동일 공정에 대한 변수 설정에 필요한 비용 및 시간을 절약할 수 있다.

Description

반도체 소자의 검사방법{METHOD FOR INSPECTION OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자의 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저광을 이용한 반도체 소자의 파티클 검사방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 다양한 막을 형성하기 위한 증착 공정 및 상기 막을 식각하여 원하는 패턴을 형성하기 위한 식각 공정 등을 반복하여 이루어진다. 상기 증착 공정 및 식각 공정 전후로는 형성된 막 및 패턴을 세정하거나, 건조 및 특정 처리하기 위한 다양한 공정이 진행된다.

이와 같이, 다수의 단위 공정(unit process)을 진행하면, 반도체 소자 내에 파티클(particle)과 같은 불순물이 잔류할 수 있다. 상기 불순물이 잔류하는 채로 후속의 공정을 진행하며, 반도체 소자의 불량을 초래하게 된다. 따라서, 일정 단위 공정을 진행할 때마다, 검사 공정(inspection process)을 진행한다.

상기 검사 공정으로는 레이저를 이용하여 소량의 입자 또는 결함을 검출하기 위해 반도체 기판과 같은 대상물의 표면을 검사하는 방법이 발달되었다.

상기 검사 공정은 레이저(laser)를 검사하고자 하는 반도체 기판 상에 조사하고, 상기 조사된 레이저가 상기 반도체 기판으로부터 거울 반사되고 동시에 산란(scattering)되는 경향을 이미지(image)로 표시한다. 표면으로부터 거울 반사된 빛 다시 말해 명채널(light channel), 표면으로부터 산란된 빛 다시 말해 암채널(dark channel)을 각각 집광하여, 개별적으로 광전자 증배관(PMT: photomultiplier tube) 또는 전하 결합 소자(CCD: charge coupled device)와 같은 광검출기로 공급하여 이미지로 가시적으로 표시함으로써, 반도체 기판 상에 파티클이 잔류하는 정도를 판단할 수 있다. 상기 반도체 기판을 스캔하며 산란되는 빛을 집광함으로써 전체 표면에 대한 이미지를 검출한다.

일반적으로 반도체 기판 표면에서 반사되는 광은 상기 반도체 기판과 관련된 조명도 및 표면의 물리적 특성에 의해 달라진다. 예컨대, 반도체 기판 표면의 거칠기, 입자 및 기타 결함 등에 따라 표면의 물리적 특성이 달라진다. 따라서, 상기 이미지는 반도체 기판 상에 형성되어 있는 막의 종류에 따라 서로 다른 특성을 나타낸다. 즉, 형성된 막의 종류에 따라 상기 조사된 레이저가 산란되는 정도가 각기 다르므로, 상기 산란된 레이저에 의해 형성된 이미지로 상기 반도체 기판의 상태를 검사할 수 있다.

그러나, 검사 가능한 이미지를 얻기 위해서는 매우 많은 측정 변수를 조절하여야 한다. 상기 측정 변수들이 제대로 설정되지 않은 경우에는 노이즈성 이미지가 검출되는 등 왜곡된 데이터를 산출하기 때문이다. 예컨대, 검사할 이미지를 얻기 까지는 검사 장비에 반도체 기판을 로딩한 후, 측정하고자 하는 위치를 찾는 얼라인 단계를 포함하여, 측정 장비의 민감도, 편광계의 상태 및 광학계 설정 등을 점검하여야 한다. 또한, 상기 민감도, 편광계 및 광학계에 대한 올바른 변수를 조정하기 위해서는 오랜 시간이 소요된다.

또한, 상기 변수 설정은 작업자의 경험에 따라 서로 다른 이미지를 산출할 수 있으므로, 측정 가능한 이미지를 산출하기 위해서는 숙련자를 요구하여 올바른 검사를 위해서는 오랜 적응기간을 필요로 한다.

따라서, 작업자마다 동일한 결과를 도출하기 어려우며, 각 단위 공정마다 수십분 내지 수시간의 검사 시간이 소요되어, 수십 단계 이상의 단위 공정마다 조건을 맞추어 검사하기 위해서는 소모시간이 방대하게 증가하여 생산 효율을 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 기판을 검사하기 위한 환경설정 시간을 단축시켜 공정시간을 절감시킬 수 있는 반도체 소자 검사방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 검사 장비를 나타낸 개략도이다.

도 2는 광의 산란을 시그널로 산출하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 반도체 기판 검사방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 검사 장비 110, 210 : 반도체 기판

120 : 기판 스테이지 130 : 레이저부

140 : 디텍터 150 : 제어부

160 : 표시부 210a : 패턴

270 : 레이저광 275 : 산란된 광

280 : 시그널

상기 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 공정을 진행한 제1 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입하는 단계, 상기 제1 검사 장비에서 상기 제1 반도체 기판에 대해 반복적으로 검사 조건을 변경하여 상기 제1 공정을 진행한 상기 제1 반도체 기판에 적합한 제1 검사 환경을 설정하는 단계, 상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제1 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제1 반도체 기판의 표면 상태를 검사하는 단계, 상기 제1 공정을 진행하여 상기 제1 반도체 기판과 동일한 처리가 진행된 제2 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입하는 단계 및 상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제2 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제2 반도체 기판의 표면 상태를 검사하는 단계로 이루어지는 반도체 기판 검사방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

제1 공정을 진행한 제1 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입한다.

상기 제1 검사장비에서 상기 제1 반도체 기판에 검사 조건을 바꿔가 반복적으로 레이저광을 조사하여 상기 제1 반도체 기판에 맞는 제1 검사환경을 설정한다.

상기 제1 검사환경은 제1 민감도, 제1 편광상태 및 제1 광학상태에서 상기 제1 반도체 기판 상에 광을 조사하여 산란되는 광의 시그널을 검출하고, 상기 시그널에 의해 상기 광이 이상 산란된 부분을 이미지로 가시적으로 표시한 후, 상기 이미지의 기준 부합 여부를 판단하여 상기 이미지가 기준에 부합하면, 상기 제1 민감도, 제1 편광상태 및 제1 광학상태를 상기 제1 검사환경으로 저장하여 이루어진다.

상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제1 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제1 반도체 기판의 표면 상태를 검사한다.

상기 제1 공정을 진행하여 상기 제1 반도체 기판과 동일한 처리가 진행된 제2 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입한다.

상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제2 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제2 반도체 기판의 표면 상태를 검사한다.

제n 공정까지 제n 반도체 기판에 대해 상기 단계들을 반복적으로 진행하여 검사할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 검사 장비를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 검사 장비(100)는 반도체 기판(110)을 장착하고, 상기 반도체 기판을 이동시킬 수 있는 기판 스테이지(120)를 구비한다. 상기 기판 스테이지 상에는 상기 기판 스테이지 상에 장착된 기판 상면에 레이저광을 제공하는 레이저부(130)가 위치한다. 상기 레이저부와 일정 거리 이격된 위치에는 상기 레이저광이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 빛을 감지하는 디텍터(140)가 위치한다. 상기레이저부 및 디텍터는 제어부(150)와 연결된다. 상기 제어부는 상기 디텍터에서 인식한 광을 전기적 신호로 변환하여 연산함으로써 데이터화한다.

또한, 상기 데이터를 기반으로 상기 검사 장비의 변수를 보정한다. 상기 제어부로부터 가변된 데이터를 영상 신호로 변환하여 가시적으로 표시함으로써 작업자에게 제공하는 표시부(160)가 구비된다. 따라서, 상기 이미지에 의해 반도체 기판 상에 잔류하는 파티클 등을 검출할 수 있다.

도 2는 광의 산란을 시그널로 산출하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(210)의 표면 상태를 검사하기 위해서, 반도체 기판 상에 레이저(270)를 조사한다. 이때, 상기 레이저는 반도체 기판 전체를 검사하기 위해 스캔 방식으로 일정 방향을 따라 연속적으로 조사된다.

상기 조사된 레이저는 상기 반도체 기판 상에 접하는 즉시 표면 상태에 따라 소정 각도를 갖고 반사된다. 예컨대, 반도체 기판 상에 다양한 종류의 패턴(210a)이 형성되어 있는 경우, 조사된 광은 다양한 각도를 갖고 다양한 방향으로 산란된다. 상기 산란된 광(275)은 산란된 광의 세기 및 분포에 따라 다양한 펄스형태의 시그널(280)로 검출된다.

따라서, 상기 반도체 기판 상에 규칙적으로 패턴이 형성되어 있는 경우에 검출된 시그널은 규칙적으로 반복된다. 반복되는 시그널은 이상적으로 일치하지는 않으나 매우 유사한 경향을 갖고 반복된다.

이때, 상기 패턴의 경향성은 이미 검사 장비 내에 저장되어 있으므로, 상기 반복되는 패턴의 시그널과 상이한 시그널이 검출되면 파티클로 판단한다.

광을 이용한 검사 장비의 주요 변수들로는 디텍터(detector)의 민감도(sensitivity), 편광(polarization) 상태 및 광학(optic) 상태 등이 있다. 상기 변수들을 조절하여 검출되는 시그널들을 반복측정에 의해 얻은 후, 평균화함으로써 하나의 시그널로 가시적으로 표시한다.

상기 디텍터의 민감도는 반도체 기판으로부터 산란된 빛을 수광할 때, 산란광의 산란 정도를 어느 정도까지 받아들일 것인지를 결정하는 주요 변수이다. 반도체 기판 상에 레이저가 조사되면, 상기 반도체 기판 표면의 물리적 특성에 따라 산란되는 정도가 변화한다. 따라서, 실제 불량을 초래할 수 있는 파티클이 존재하지 않아도 디텍터의 민감도가 매우 높으면, 반도체 기판의 표면 특성이 미세하게 다른 경우에도 불량으로 검출될 수 있다. 반면에, 상기 디텍터의 민감도가 낮으면, 반도체 기판 상에 불량성 파티클이 존재하는 경우에도 정상으로 검출하여 후속에 반도체 소자의 불량을 초래할 수 있다. 즉, 디텍터의 민감도를 조정함으로써, 어느 정도까지 미세하게 산란되는 광을 무시할 것이지를 판단하는 척도로 사용한다.

상기 편광 상태는 레이저부에서 조사되는 레이저광의 파장과 같은 특성을 조절하여 후속에 반도체 기판 상에 조사된 후, 반사될 때 불필요하게 산란되어 시그널 검출력을 저하시키는 것을 예방한다.

상기 광학 상태는 디텍터에서 산란된 광을 수광할 때, 상기 패턴의 반복적인 시그널 등을 배제하는 변수로써 작용한다. 따라서, 파티클과 같이 의도하지 않은 불순물에 의해 수광되는 광에 해당하는 시그널에 대한 검출력을 증가시킨다.

상기 변수들은 반도체 기판 상에 형성되어 있는 패턴의 경향성 뿐만 아니라,반도체 기판 상에 형성되어 있는 막질에 따라서도 서로 다른 영향을 받는다.

도 3은 본 발명의 반도체 기판 검사방법을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 제1 반도체 기판에 대해 제1 처리공정을 진행하여 상기 반도체 기판 상에 제1 막을 형성한다.(S300) 예컨대, 상기 제1 처리공정은 산화 공정이며, 상기 제1 반도체 기판 상에 제1 산화막이 형성된다. 상기 제1 산화막은 제1 산화 조건으로 급속 열산화 공정에 의해 형성된다.

상기 제1 반도체 기판 상에 형성된 제1 산화막의 표면을 검사하기 위해, 상기 제1 반도체 기판을 검사장비에 장착한다.(S310)

통상의 과정에 의해 상기 제1 반도체 기판을 검사장비의 측정위치에 얼라인한 후, 디텍터의 민감도, 레이저의 편광 상태 및 광학계의 수광 필터 상태 등을 조절하여 임의로 검사환경을 설정한다.(S320) 레이저를 상기 제1 산화막 상에 조사한다.(S330) 상기 제1 산화막 표면에서 산란되는 빛을 수광한다. 상기 수광된 빛은 증폭되고, 이미지로 산출되어 가시적으로 표시된다.(S340)

상기 반도체 기판의 표면으로부터의 산란되는 산란광의 세기는 상기 반도체 기판 상에 형성된 막을 이루고 있는 물질 및 상기 레이저의 파장에 따라 변화한다. 즉, 막의 굴절률 및 흡수율의 영향을 받는다.

따라서, 상기 제1 산화막에 의한 산란광의 세기 및 상기 제1 산화막 상에 존재하는 파티클에 의한 산란광의 세기가 서로 상이하다.

따라서, 이미지를 얻은 후, 상기 이미지의 만족여부를 판별하여야 한다.(S350) 상기 이미지가 예측한 이미지의 기준에서 벗어나는 경우에는 상기 변수들을 조절하여 새로운 검사환경을 설정하여야 한다.(S360) 상기 각종 변수들은 통상의 검사과정과 같은 반복과정에 의해 상기 제1 반도체 기판 상에 형성된 제1 산화막의 표면 검사에 알맞은 변수로써 결정된다. 상기 결정된 데이터 세트를 하나의 라이브러리로 저장하여 상기 제1 산화막에 대한 제1 검사 환경을 설정한다.(S370)

상기 검사가 완료된 제1 반도체 기판 상에 도전막을 형성한 후, 상기 과정과 동일한 과정을 거쳐 제2 검사 환경을 설정한다. 이와 같이, 반복적으로 서로 다른 공정을 진행하여 상기 반도체 기판 상에 막 또는 패턴이 형성되거나, 기타 처리공정이 진행된 후, 검사를 반복적으로 진행하여 각 단위공정마다 알맞은 검사환경을 설정하여 데이터 라이브러리로 저장한다.

상기 각 단위 공정에 대한 데이터 라이브러리가 저장된 상태에서, 상기 제1 처리공정을 진행하여 상기 제1 막과 동일한 제2 막을 제2 반도체 기판 상에 형성한다.(S305)

상기 제2 반도체 기판을 검사 장비에 장착한다.(S315)

저장되어 있는 상기 제1 검사환경을 데이터 베이스로부터 오픈하여 상기 제2 반도체 기판을 검사하기 위해 적용한다.(S325)

상기 제1 검사환경 하에서 상기 제2 반도체 기판 상에 레이저광을 조사한다.(S335)

상기 제2 막 표면에서 산란되는 빛을 수광한다. 상기 수광된 빛은 증폭되고, 이미지로 산출되어 가시적으로 표시된다.(S345)

상기 제2 막은 상기 제1 막과 동일물질 및 동일조건으로 형성되었으므로, 상기 제1 막을 검사한 동일한 검사환경에서 검사할 수 있다. 따라서, 검사환경을 설정하기 위한 부가적인 반복작업을 절감할 수 있다. 이때, 상기 검출한 이미지가 검사가능한 기준에 부합하지 않더라도, 그 오차는 매우 미미하므로, 상기 데이터 라이브러리 중, 각 변수에 대한 간단한 조정만으로 극복이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 기판에 다수의 처리공정을 거쳐 박막 및 패턴을 형성한 후, 검사공정을 진행할 때, 초기에 반복작업에 의해 설정한 측정조건을 각 단위공정별로 라이브러리화한 후, 후속에 다른 반도체 기판에 동일한 처리공정을 거친 후, 상기 라이브러리를 선택하여 검사를 진행한다.

이와 같이, 동일한 처리공정을 거친 반도체 기판의 검사 조건을 저장한 후, 후속에 동일한 조건의 반도체 기판을 검사할 때 사용함으로써, 검사 조건을 설정하기 위한 부가적인 시간을 절감시킬 수 있다. 따라서, 공정 전체적으로 시간을 절감시켜 공정 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 저장된 라이브러리를 사용함으로써, 작업자간의 조건 설정 능력에 의한 검사 편차를 방지할 수 있으므로, 작업자를 라인에 투입하기 위한 학습시간을 절감시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 제1 공정을 진행한 제1 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입하는 단계;

   상기 제1 검사 장비에서 상기 제1 반도체 기판에 대해 반복적으로 검사 조건을 변경하여 상기 제1 공정을 진행한 상기 제1 반도체 기판에 적합한 제1 검사 환경을 설정하는 단계;

   상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제1 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제1 반도체 기판의 표면 상태를 검사하는 단계;

   상기 제1 공정을 진행하여 상기 제1 반도체 기판과 동일한 처리가 진행된 제2 반도체 기판을 제1 검사장비에 도입하는 단계; 및

   상기 설정된 제1 검사환경에서 상기 제2 반도체 기판에 광을 조사하여 산란되는 광에 의해 상기 제1 공정에 의한 상기 제2 반도체 기판의 표면 상태를 검사하는 단계로 이루어지는 반도체 기판 검사방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광조사를 위한 광원은 레이저인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 검사환경을 설정하는 단계는

   제1 민감도, 제1 편광상태 및 제1 광학상태를 갖는 검사 환경에서 상기 제1반도체 기판 상에 광을 조사하여 산란되는 광의 시그널을 검출하는 단계;

   상기 시그널에 의해 상기 광이 이상 산란된 부분을 이미지로 가시적으로 표시하는 단계;

   상기 이미지의 기준 부합 여부를 판단하는 단계; 및

   상기 이미지가 기준에 부합하면, 상기 제1 민감도, 제1 편광상태 및 제1 광학상태를 상기 제1 검사환경으로 저장하는 단계로 이루어지는 반도체 기판 검사방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계들을 제n 반도체 기판까지 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 검사방법.
5. 제1항에 있어서, 제n 공정까지 상기 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 검사방법.