KR20180037258A - 웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 방법을 제공한다. 본 발명의 웨이퍼 검사 방법은, 제1 광학계(10)를 이용하여 웨이퍼(1)의 결함을 선출하는 공정과, 상기 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하는 공정과, 제2 광학계(20)를 이용하여, 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치{WAFER INSPECTION METHOD AND WAFER INSPECTION APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼 표면에 생길 수 있는 결함의 유무를 검사하기 위한 웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치에 관한 것이고, 특히, 웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서 수율이나 신뢰성을 향상시키기 위해, 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼 표면의 결함 검사 기술이 매우 중요해지고 있다. 여기에서, 웨이퍼 표면의 결함은 전혀 존재하지 않는 것이 이상적이기는 하지만, 디바이스 특성, 디바이스 제조의 수율 등의 점에서, 존재해도 문제가 없는 결함도 그 안에는 존재한다. 그 때문에, 소정의 판정 기준에 기초하여 웨이퍼 표면의 검사를 행하여, 우량품 또는 불량품의 판정이 행해지고 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 웨이퍼 표면상의 결정 결함, 흠집, 이물 등을 총칭하여 「결함」이라고 칭한다. 이 결함에는, 피트, COP 등의 결정 결함, 가공 기인의 연마 불균일, 스크래치 등의 외에, 웨이퍼 표면에 부착된 이물인 파티클도 포함된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「웨이퍼 표면」의 기재는, 웨이퍼의 표측의 주면 및 이측의 주면을 모두 가리키고, 편측의 면만을 가리키는 경우와는 구별하여 기재한다.
종래, LPD(Light Point Defect; 휘점 결함) 검사 장치를 이용하여, 마무리의 경면 연마를 실시한 후의 웨이퍼 표면을 레이저광으로 주사하여, 그 표면에 존재하는 파티클, 스크래치 등에 기인하는 산란광을 검출하는 웨이퍼 검사가 행해지고 있다. 또한, LPD 검사 장치에서는 판별하기 어려운 결함의 유무를 판정하기 위해, 웨이퍼 표면을 육안에 의해 판정하는 외관 검사도 병용되고 있다. 외관 검사는 관능 검사이기 때문에, 검사원에 의한 판정의 편차는 불가피하고, 또한, 검사원의 습숙에도 시간을 필요로 하기 때문에, 객관적인 검사 방법 및 자동 검사 방법의 확립이 요구되고 있다.
그래서, 웨이퍼 검사 방법 중 하나로서, 외관 검사에 의존하지 않고 웨이퍼를 적절히 평가하는 방법을, 웨이퍼 표면 중 특히 이면측의 결함에 관하여 본 출원인들은 특허문헌 1에 있어서 먼저 제안하고 있다. 즉, 웨이퍼 이면의 파츠(parts) 화상을 웨이퍼의 원주 방향을 따라 연속적으로 촬영하고, 촬영한 상기 파츠 화상을 합성하여 웨이퍼 이면의 전체 화상을 작성하는 맵 처리 공정과, 상기 전체 화상을 미분 처리하여 웨이퍼 이면의 미분 처리 화상을 작성하는 미분 처리 공정을 구비하고, 상기 전체 화상 또는 상기 미분 처리 화상을 기초로, 연마 불균일, 흐림, 스크래치 및 파티클을 검출하여 평가하는, 웨이퍼 이면의 평가 방법이다.
일본공개특허공보 2010-103275호
여기에서, 전술의 웨이퍼 표면의 전체 화상을 작성하기 위한 광학계를, 도 1(A), 도 1(B)를 이용하여 설명한다. 또한, 도 1(B)는, 링 파이버 조명(11)에 의해 조사되는 조사광(L1)과, 반사광(산란광)(L2)을 도시하기 위해, 도 1(A)로부터 주요부를 추출한 것이다. 제1 광학계(10)는, 링 파이버 조명(11) 및 제1 수광부(12)를 구비하고, 제1 수광부는 예를 들면 텔레센트릭 렌즈(13) 및 CCD 카메라로 이루어지는 수광부(14)로 구성된다. 또한, 링 파이버 조명은, 초고압 수은등으로 이루어진다. 링 파이버 조명(11)에 의해 조사되는 조사광(L1)은, 웨이퍼면에 대하여 예를 들면 20°의 각을 이루어 웨이퍼(1)에 입사하고, 웨이퍼(1) 표면에 존재하는 결함(D)과 충돌하면, 산란광(L2)이 된다. 제1 수광부(12)는, 산란광(L2) 중, 수직 산란광을 수광하여 촬상하고, 제1 광학계(10)의 위치 정보 및 휘도 정보를 측정한다.
제1 광학계(10)를 웨이퍼 표면의 전역에 걸쳐 주사하여, 화상 처리를 행함으로써, 웨이퍼 표면의 전체 화상을 얻을 수 있다. 또한, 주사 시간을 단축하기 위해, 복수의 제1 광학계(10)를 웨이퍼의 표리면에 배치하는 것이 통상이다. 도 2(A)는, 이러한 제1 광학계(10)에 의해 얻어진 웨이퍼의 편면측의 전체 화상의 일 예이고, 도 2(B)는, 동일한 웨이퍼를 시판의 LPD 검사 장치(SP1; KLA 텐코사 제조)에 의해 측정한 LPD 맵이다. 도 2(A), 도 2(B)로부터, 어느 장치에 의해서도 스크래치 및 파티클 등을 검출 가능한 것을 확인할 수 있다.
종래 기술의 웨이퍼 검사 장치를 이용한 웨이퍼 검사 방법에서는, 피트 특유의 패턴 식별이 어렵기 때문에, 파티클이라고 판정된 결함 중에는, 피트가 포함될 수 있는 경우가 있었다. 장경 또는 장변이 20㎛를 초과하는 바와 같은 비교적 큰 피트이면, 육안에 의한 외관 검사에 의해 피트인지 아닌지의 식별을 행할 수 있어, 피트가 없는 웨이퍼인 것을 담보하고 있지만, 장경 또는 장변이 20㎛ 이하인 비교적 작은 피트가 되면, 육안의 한계도 있어, 외관 검사에 의해서도 피트인지 아닌지를 식별하기 어려워져 버린다. 파티클은 웨이퍼 흡착시나 전사시에 대미지를 입힐 수 있지만, 일정한 기준 이하의 파티클수이면 제품으로서 사용되기 때문에, 종래 기술에서는, 비교적 작은 피트의 존재가 간과된 채로 제품으로서 사용되는 경우가 있었던 것이다. 또한, 본 명세서에서 말하는 「피트」란, 가공 기인 또는 결정 결함 기인의 패임 형상의 결함을 가리키는 것이고, 장경 또는 장변이 0.2㎛ 이하인 COP(crystal originated particle) 등으로 이루어지는 미소 결함은 제외된다.
상기 비교적 작은 피트라도, 반도체 디바이스의 미세화가 진행됨에 따라 문제가 발생할 수도 있게 되었다. 즉, 디바이스 제작 후에 웨이퍼를 다이싱할 때, 당해 피트가 웨이퍼의 균열 파손의 기점이 되어, 웨이퍼의 깨짐이 발생할 수 있다. 다이싱 공정에서 웨이퍼 깨짐이 발생하면, 웨이퍼 상에 완성된 모든 디바이스가 불량이 되기 때문에, 당해 피트는 디바이스 제조 공정에 있어서 치명적인 결함이 될 수도 있다. 그 때문에, 웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 확실히 검사할 수 있는 방법의 확립의 필요성을 본 발명자들은 인식했다.
그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 소위 마경(魔鏡)의 원리를 이용한, 평행광의 조사 광원을 구비하는 광학계를 이용함으로써, 웨이퍼 표면의 요철을 식별할 수 있고, 피트를 검출할 수 있는 것에 착안했다. 그러나, 이 광학계에 의해, 웨이퍼 표면의 전역에 걸쳐 웨이퍼 표면의 피트를 검출하고자 하면, 검사 시간에 방대한 시간을 필요로 하게 되어, 생산성의 관점에서 현실적이지 않다. 한편, 전술의 제1 광학계(10)를 이용한 검사에서는, 피트인지 아닌지의 판정까지는 어렵기는 하지만, 결함의 크기, 결함 패턴 및 휘도 정보로부터, 피트일 가능성이 있는 결함, 즉 피트 후보를 선출하는 것은 가능하다. 그리고, 마무리의 경면 가공 후의 웨이퍼라면, 피트 후보로서 선출되는 결함의 수는 많아야 수백 개 정도이다. 그래서, 제1 광학계(10)에 의해 선출되는 피트 후보의 전체 수에 대하여, 마경의 원리를 이용한 광학계를 이용하여 그 요철을 식별하면, 상기 피트 후보가 피트인지 아닌지를 분류할 수 있고, 또한, 검사 시간도 생산성의 점에서 문제가 발생하지 않는 것을 본 발명자들은 인식하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명은, 상기의 인식 및 검토에 기초하는 것이고, 그 요지 구성은 이하와 같다.
본 발명의 웨이퍼 검사 방법은, 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 설치된, 링 파이버 조명 및 제1 수광부를 구비하는 제1 광학계를 이용하여 상기 웨이퍼 표면의 소정의 위치를 조사하고, 상기 웨이퍼의 결함에 기인하는 수직 산란광을 수광하여, 상기 소정의 위치에 있어서의 휘도 정보를 측정하면서, 상기 제1 광학계를 주사하여 상기 웨이퍼의 결함을 선출하는 공정과,
상기 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하는 공정과,
상기 웨이퍼 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원 및 제2 수광부를 구비하는 제2 광학계를 이용하여, 당해 제2 광학계의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분류하는 공정에 있어서, 상기 초점 위치를 리버스 위치로 한 경우에 어둡게 촬상되고, 또한, 포워드 위치로 한 경우에 밝게 촬상되는 상기 피트 후보를 피트라고 판정하여 상기 분류를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피트 후보가 파티클을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 선정하는 공정에 있어서, 상기 결함 중, 장경 또는 장변이 20㎛ 이하인 결함을 상기 피트 후보로 하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 웨이퍼는, 경면 가공된 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.
본 발명의 웨이퍼 검사 장치는, 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 설치되는, 링 파이버 조명 및 제1 수광부를 구비하는 제1 광학계와, 상기 웨이퍼 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원 및 제2 수광부를 구비하는 제2 광학계와, 상기 제1 광학계를 웨이퍼 표면에 평행으로 주사하는 제1 주사부와, 상기 제2 광학계의 상기 경사를 유지하면서, 당해 상기 제2 광학계를 웨이퍼 표면에 평행으로 주사하는 제2 주사부와, 상기 제1 광학계, 상기 제2 광학계, 상기 제1 주사부 및 상기 제2 주사부를 제어하는 제어부를 갖고,
상기 제어부는 상기 제1 광학계를 제어하여, 상기 웨이퍼 표면의 소정의 위치를 조사하고, 상기 웨이퍼의 결함에 기인하는 수직 산란광을 상기 제1 수광부에서 수광시키고, 추가로, 상기 제1 주사부를 제어하여, 상기 제1 광학계를 주사하여 상기 수직 산란광의 휘도 정보를 측정하면서 상기 웨이퍼의 면 내 전역에서 상기 휘도 정보를 측정하여 상기 웨이퍼의 결함을 선출하여, 당해 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하고, 상기 제2 광학계 및 상기 제2 주사부를 제어하여 당해 제2 광학계의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 제2 광학계의 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 이용하는 제1 광학계(10)를 설명하는 개략도이고, 도 1(A)는 제1 광학계(10) 전체를 나타내는 개략도이고, 도 1(B)는 제1 광학계(10)에 의한 입사광(L1) 및 산란광(L2)을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래예에 의해 검출되는 웨이퍼 결함의 전체 화상이고, 도 2(A)는 제1 광학계(10)에 의해 얻어진 웨이퍼 결함의 전체 화상의 일 예이고, 도 2(B)는 시판의 LPD 검사 장치에 의해 얻어진 웨이퍼 결함의 전체 화상의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 이용하는 제2 광학계(20)를 설명하는 개략도이다.
도 5는 제2 광학계(20)를 설명하는 개략도이고, 도 5(A)는 피트(Pi)에 평행광(L3)을 조사한 경우의 개념도이고, 도 5(B)는 파티클(Pa)에 평행광(L3)을 조사한 경우의 개념도이고, 도 5(C)는 반사광을 화상 처리했을 때의 일 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 웨이퍼 검사 방법에 있어서 판정 가능한 피트의 일 예이고, 도 6(A)는 웨이퍼 중의 피트 위치를 나타내고, 도 6(B)는 제1 광학계에 의해 촬상되는 피트의 화상을 나타내고, 도 6(C)는 피트의 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 장치(100)의 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 방법의 플로우 차트이고, 도 1에 이미 서술한 제1 광학계(10)와, 도 4를 이용하여 후술하는 제2 광학계(20)를 병용하여 피트의 유무를 판정한다. 또한, 도 7은, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 장치(100)의 개략도이고, 웨이퍼 검사 장치(100)는 상기 제1 광학계(10) 및 제2 광학계(20)를 갖는다.
(웨이퍼 검사 방법)
도 3 및 도 1, 4, 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 방법은, 웨이퍼(1) 표면에 대하여 수직으로 설치된, 링 파이버 조명(11) 및 제1 수광부(12)를 구비하는 제1 광학계(10)를 이용하여 웨이퍼(1) 표면의 소정의 위치를 조사하고, 웨이퍼(1)의 결함에 기인하는 수직 산란광을 수광하여, 상기 소정의 위치에 있어서의 휘도 정보를 측정하면서, 제1 광학계(10)를 주사 하여 웨이퍼(1)의 결함을 선출하는 공정 S10과, 상기 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하는 공정 S20과, 웨이퍼(1) 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원(21) 및 제2 수광부(22)를 구비하는 제2 광학계(20)을 이용하여, 당해 제2 광학계의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 공정 S30을 포함한다. 이하, 각 공정의 상세를 순서대로 설명한다.
우선, 공정 S10에서는 웨이퍼(1)의 결함을 선출한다. 이 공정은 종래 기술과 동일하게 하여 행할 수 있다. 도 1에 이미 서술한 제1 광학계(10)를 이용하여, 웨이퍼(1) 표면의 소정의 위치를 조사하고, 웨이퍼(1)의 결함에 기인하는 수직 산란광을 수광하여, 상기 소정의 위치에 있어서의 휘도 정보(이하, 「결함 정보」라고 함)를 측정한다. 제1 광학계(10)를 웨이퍼(1)의 면 내 전역에서 주사하여 이 측정을 행하고, 결함 정보의 전체 정보를 취득한다. 필요에 따라서, 결함을 명확하게 판정하기 위해, 결함 정보에 미분 처리나 필터 처리 등을 실시해도 좋다. 이렇게 하여, 결함 정보 중으로부터, 웨이퍼(1) 표면에 존재하는 결함 정보를, 그 위치와 함께, 결함의 종별을 불문하고 망라적으로 선출한다. 얻어지는 결함 정보의 편면측을 화상 처리했을 때의 전체 화상은, 예를 들면 이미 서술한 도 2(A)이고, 반대측의 면에 대해서도 동일하게 결함 정보의 전체 화상이 얻어진다. 이미 서술한 바와 같이, 또한, 도 7을 이용하여 후술하는 바와 같이, 제1 광학계(10)는, 웨이퍼 표면의 양면에 복수개(도 7의 경우는 양면에 각 3개) 설치함으로써 결함 정보를 재빠르게 취득할 수 있다.
계속되는 공정 S20에서는, 공정 S10에 의해 선출된 결함으로부터 피트 후보를 선정한다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 상기 제1 광학계(10)에 의해 얻어지는 결함 정보에 있어서, 위치 정보 및 휘도 정보(즉 결함 정보)로부터 산출되는 피트의 크기와 휘도 패턴은, 파티클 또는 쐐기 형상의 가공 흔적과 동일 정도의 크기와 휘도 패턴을 나타내는 것이 확인되었다. 따라서, 종래 파티클 및 쐐기 형상의 가공 흔적 중 어느 하나라고 판단하고 있던 결함 정보 중에는, 피트도 포함될 수 있다. 그래서, 피트 후보는 실제의 피트 이외에, 파티클을 포함하고, 추가로 쐐기 형상의 가공 흔적을 포함할 수 있다. 즉, 피트 후보는 피트, 파티클 및 쐐기 형상의 가공 흔적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 공정에서는, 상기 제1 광학계(10)에 의해 얻어지는 결함 정보에 있어서, 종래는 파티클 또는 쐐기 형상의 가공 흔적이라고 판정하고 있던 것을 피트 후보로 한다.
또한, 피트 후보의 선정(예를 들면 특허문헌 1의 종래 기술에서는 파티클이라고 판정)에 있어서는, 이하와 같이 하여 선정할 수 있다. 피트 후보가 되는 것은 웨이퍼면 내에 랜덤으로 존재하는 점 형상의 크기의 휘도 정보로 이루어지는 결함이다. 환언하면, 소정의 문턱값을 초과한 크기의 결함 정보는 예를 들면 스크래치 등의 흠집이나 연마 불균일 등이고, 이들의 특유의 크기, 형상 또는 휘도 패턴을 나타내는 종류의 결함은, 피트 후보로부터 제외할 수 있다. 그래서, 필요에 따라서 미분 처리 등을 실시한 결함 정보를 기초로, 결함의 크기 및 휘도로 소정의 문턱값을 설정함으로써, 피트 후보로서 판정할 수 있다. 피트 후보로서 판정할 수 있던 것 모두를, 계속되는 공정 S30에서 피트인지 그 이외의 결함인지로 분류하기 위한 피트 후보로서 선정한다. 또한, 본 실시 형태는 피트 후보가 피트인지, 그 이외의 결함인지의 분류를 목적으로 하기 때문에, 상세를 할애하지만, 스크래치, 연마 불균일 등에는 각각 특유의 크기, 형상 및 휘도 패턴이 있기 때문에, 그 패턴에 매칭시켜 피트 이외의 결함의 검사를 별도 행하는 것은 물론 가능하다. 또한, 피트 후보는, 결함 중, 장경 또는 장변이 20㎛ 이하인 결함으로부터 선택할 수 있다. 여기에서, 피트가 원형 또는 타원형 등, 각부(角部)가 둥그스름한 형상인 경우에는, 장경에 의해 피트의 크기를 정한다. 또한, 피트가 대략 다각형인 경우에는, 장변에 의해 피트의 크기를 정한다. 전술과 같이, COP 등의 미소 결함은 상기 피트 또는 피트 후보로부터 제외된다. 따라서, 피트 후보의 크기를 장경 또는 장변이 0.2㎛ 초과 20㎛ 이하로 해도 좋다.
계속되는 공정 S30에 있어서, 전술의 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류한다. 여기에서, 본 공정에 있어서는, 소위 마경의 원리를 이용한, 평행광의 조사 광원(21) 및 제2 수광부(22)를 구비하는 제2 광학계(20)를 이용한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 광학계(20)는 웨이퍼(1) 표면에 대하여 경사지게 설치된다. 평행광의 조사 광원(21)은, 평행광을 조사할 수 있는 한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 청색 LED 레이저 등을 이용할 수 있다. 제2 수광부(22)는, 초점 위치를 조정 가능한 마경 광학계(23) 및 CCD 카메라로 이루어지는 수광부(24)를 구비한다.
제2 광학계(20)는 경사 설치되어 있기 때문에, 조사 광원(21)은 웨이퍼(1) 표면에 대하여, 소정의 각도 θ(도시하지 않음)를 이루는 평행광(L3)을 조사할 수 있다. 또한, 도 4는 웨이퍼(1) 표면의 피트(Pi)에 대하여, 평행광(L3)을 조사하는 경우의 개략도이다. 평행광(L3)이 웨이퍼(1) 표면에 대하여 이루는 각도 θ에 대해서는, 마경의 원리를 적용할 수 있는 한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 65° 이상 90° 미만으로 하는 것이 바람직하고, 70° 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 85° 이상으로 하는 것이 가장 바람직하다. 지나치게 비스듬하게 입사하면, 산란광이 집약되기 어려워지고 또한, S/N비가 취하기 어려워지기 때문이다. 단, θ를 90°로 하면, 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 평행광(L3)을 조사하게 되기 때문에, 피트의 검출을 할 수 없게 된다.
이 제2 광학계(20)를 이용하여, 당해 제2 광학계(20)의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상한다. 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트(Pi) 및 피트 이외의 결함으로 분류한다. 피트(Pi) 특유의 명암에 의한 촬상 패턴과, 피트(Pi) 이외(예를 들면, 파티클(Pa))로부터의 촬상 패턴은 이하에 설명하는 바와 같이 명확하게 구별할 수 있기 때문이다.
여기에서, 이 제2 광학계(20)에 의한 웨이퍼(1) 표면의 요철의 검출 원리를, 도 5(A)∼도 5(C)를 이용하여 보다 상세하게 설명한다. 도 5(A)에 나타내는 개략도에서는, 피트(Pi)에 평행광(L3)을 조사한 경우, 결함이 없는 부분의 웨이퍼(1)에 대한 반사광의 강도를 기준 강도로 하면, 반사광의 강도 분포로서는, 조사원으로부터 먼 측의 피트(Pi)의 오목부의 기립 부분(에지부)의 강도가, 기준 강도보다도 강해져 있다. 반대로, 조사원으로부터 가까운 측의 피트(Pi)의 오목부의 기립 부분(에지부)의 강도가, 기준 강도보다도 약해져 있다. 이와 같이, 피트(Pi)를 검출하는 제2 광학계(20)를 이용하면, 측정 대상물의 요철에 의해 명암의 출현 방향이 변화하기 때문에, 이 원리를 이용하여 요철 검출을 행한다. 또한, 피트의 크기가 외관 검사에서도 검지할 수 있는 정도의 크기인 경우에는, 도 5(A)에 나타내는 바와 같은 반사 강도 분포가 명확하게 얻어지기 때문에, 기준 강도보다도 소정의 문턱값을 초과하여 강한 피크 및 당해 기준 강도보다도 상기 소정의 문턱값을 초과하여 약한 피크로 이루어지는 강도 분포가 얻어진 경우에, 피트(Pi)에 기인하는 강도 분포라고 판정해도 좋다. 본 실시 형태에서는 외관 검사에서는 검출할 수 없는 크기의 피트를 포함하여 검출하고, 이러한 경우에는 상기 강도 분포만으로는 노이즈에 묻혀 버려 명확하게 판정할 수 없는 경우도 있기 때문에, 이하에 설명하는 마경의 원리를 이용하여 피트라고 판정한다.
또한, 피트 후보가 파티클(Pa)이었을 경우(도 5(B)), 측정기의 게인(gain)에도 의존하지만, 파티클(Pa) 기인의 신호는 기준 강도에 비교하여 수백 배 정도의 S/N비로 검출되고, 피트(Pi)와, 파티클(Pa)에서는, 반사광의 강도 분포가 명확하게 상이하다.
도 5(C)는, 제2 광학계(20)에 의해 촬상되는 구면(球面) 형상 오목부 및 구면 형상 볼록부를 화상 처리한 경우의 일 예이다. 피트(Pi)의 경우, 도 5(C)에 있어서의 오목부에 상당하고, 파티클(Pa)의 경우, 도 5(C)에 있어서의 볼록부에 상당한다. 또한, 이 일 예에 있어서의 오목부 및 볼록부는, 모두 깊이(높이) 6㎚이다. 제2 광학계(마경 광학계)(20)의 초점 위치를 변화시켜, 디포커스 상태로 하고, REV 모드(리버스 위치 디포커스)로 하면, 볼록 형상은 밝게 촬상되는(오목 형상은 어둡게 촬상됨) 것과는 반대로, FOW 모드(포워드 위치 디포커스)에서는 오목 형상이 밝게 촬상되는(볼록 형상은 어둡게 촬상됨) 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이 초점 위치를 조정하고, 피트 후보를 촬상 처리하여 결함의 오목 형상을 추출함으로써, 전술의 피트(Pi) 기인의 오목 형상의 판정이 실현된다. 이미 서술한 바와 같이, 제2 광학계(20)(마경 조명 광학계)에 의한 광속은 평행광(평행광(L3))이고, 그 빛을 측정 대상물에 경사 방향으로부터 조사한 경우, 에지부에 의해 명암이 작성되고, 그 명암은 측정 대상물의 요철에 의해 출현 방향이 변화하는 것을 이용하여 요철 검출을 행하는 것이다. 이렇게 하여, 마경의 원리를 이용하여 웨이퍼(1) 표면의 결함의 오목 형상을 추출한다. 또한, 초점 위치를 저스트 위치로 조정한 경우에는, 오목 형상과 볼록 형상의 구별은 할 수 없게 되어 버린다.
또한, 웨이퍼(1)는, 경면 가공된 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다. 전술 과 같이, 경면 가공된 실리콘 웨이퍼라면, 피트 후보로서 선출되는 결함의 수는 많아야 수백 개 정도이고, 제2 광학계(20)에 의한 전체수 측정을 행해도, 검사 시간의 연장은 한정적이며, 생산성의 점에서 문제를 일으키는 일이 없다.
이상의 본 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 방법에 의해 관찰 가능한 피트의 일 예로서, 경면 가공된 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는, 장변의 길이 7㎛의 피트를, 도 6을 이용하여 설명한다. 또한, 육안에 의한 외관 검사에서의 요철 판정은 20㎛ 정도가 한계이고, 그보다 작은 오목부인 7㎛의 피트는, 외관 검사에서는 판별할 수 없다. 이 피트는, 웨이퍼 중, 도 6(A)에 나타내는 위치의 것이고, 제1 광학계(10)에 의해 촬상되는 이 피트(제1 광학계에서는, 피트인지 파티클인지 분류할 수는 없기 때문에, 정확하게는 피트 후보임)의 화상은, 도 6(B)에 나타내는 바와 같다. 제2 광학계(20)로 이 피트에 평행광(L3)을 조사한 결과, 반사광의 강도 분포는 피트 특유의 패턴을 나타냈기 때문에, 피트라고 판정할 수 있었다. 또한, 이 피트를, 현미경으로 관찰하면, 도 6(C)에 나타내는 바와 같았다. 이상과 같이, 종래는 파티클이라고 간주하고 있었던 비교적 작은 피트라도, 본 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 방법에 의해, 피트인지 아닌지를 올바르게 판정할 수 있다.
(웨이퍼 검사 장치)
도 7에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 웨이퍼 검사 장치(100)는, 웨이퍼(1) 표면에 대하여 수직으로 설치되는, 링 파이버 조명(11) 및 제1 수광부(12)를 구비하는 제1 광학계(10)와, 웨이퍼(1) 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원(21) 및 제2 수광부(22)를 구비하는 제2 광학계(20)와, 제1 광학계(10)를 웨이퍼(1) 표면에 평행으로 주사하는 제1 주사부(15)와, 제2 광학계(20)의 상기 경사를 유지하면서, 제2 광학계(20)를 웨이퍼(1) 표면에 평행으로 주사하는 제2 주사부(25)와, 제1 광학계(10), 제2 광학계(20), 제1 주사부(15) 및 제2 주사부(25)를 제어하는 제어부(50)를 갖는다. 그리고, 제어부(50)는 제1 광학계(10)를 제어하여, 상기 웨이퍼 표면의 소정의 위치를 조사하고, 상기 웨이퍼의 결함에 기인하는 수직 산란광을 상기 제1 수광부에서 수광시킨다. 또한, 제어부(50)는 제1 주사부(15)를 제어하여, 제1 광학계(10)를 주사하여 상기 수직 산란광의 휘도 정보를 측정하면서 웨이퍼(1)의 면 내 전역에서 상기 휘도 정보를 측정한다. 제어부(50)는 또한, 웨이퍼(1)의 결함을 선출하여, 당해 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하고, 제2 광학계(20) 및 제2 주사부(25)를 제어하여 당해 제2 광학계(20)의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 제2 광학계의 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류한다. 또한, 도 7에서는, 제2 광학계(20)를 하나만 도시하고 있지만, 웨이퍼(1)의 반대측에도 설치해도 좋고, 복수 설치해도 좋다.
또한, 제어부(50)는, CPU(중앙 연산 처리 장치)나 MPU 등의 적합한 프로세서에 의해 실현되어, 메모리, 하드 디스크 등의 기록부를 가질 수 있고, 웨이퍼 검사 장치(100)의 각 구성 간의 정보 및 지령의 전달 그리고 각 부위의 동작을, 미리 제어부(50)에 기억된 전술의 웨이퍼 검사 방법을 동작시키기 위한 프로그램을 실행함으로써 제어한다. 제1 주사부(15) 및 제2 주사부(25)는, 제1 광학계(10) 및 제2 광학계(20)의 각각의 카메라(수광부)에 접속하는 아암 및, 아암을 구동시키기 위한 구동 스테핑 모터, 서보 모터 등으로 구성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 이들은 대표적인 실시 형태의 예를 나타낸 것이고, 본 발명은 이들 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지의 범위 내에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 웨이퍼 표면에 있어서의 피트의 유무를 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 방법 및 웨이퍼 검사 장치를 제공할 수 있다.
1 : 웨이퍼
10 : 제1 광학계
11 : 링 파이버 조명
12 : 제1 수광부
15 : 제1 주사부
20 : 제2 광학계
21 : 평행광의 조사 광원
22 : 제2 수광부
25 : 제2 주사부
50 : 제어부
D : 결함
Pa : 파티클
Pi : 피트

Claims (6)

  1. 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 설치된, 링 파이버 조명 및 제1 수광부를 구비하는 제1 광학계를 이용하여 상기 웨이퍼 표면의 소정의 위치를 조사하고, 상기 웨이퍼의 결함에 기인하는 수직 산란광을 수광하여, 상기 소정의 위치에 있어서의 휘도 정보를 측정하면서, 상기 제1 광학계를 주사하여 상기 웨이퍼의 결함을 선출하는 공정과,
    상기 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하는 공정과,
    상기 웨이퍼 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원 및 제2 수광부를 구비하는 제2 광학계를 이용하여, 당해 제2 광학계의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분류하는 공정에 있어서, 상기 초점 위치를 리버스 위치로 한 경우에 어둡게 촬상되고, 또한, 포워드 위치로 한 경우에 밝게 촬상되는 상기 피트 후보를 피트라고 판정하여, 상기 분류를 행하는, 웨이퍼 검사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피트 후보가 파티클을 포함하는, 웨이퍼 검사 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선정하는 공정에 있어서, 상기 결함 중, 장경 또는 장변이 20㎛ 이하인 결함을 상기 피트 후보로 하는, 웨이퍼 검사 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는, 경면 가공된 실리콘 웨이퍼인, 웨이퍼 검사 방법.
  6. 웨이퍼 표면에 대하여 수직으로 설치되는, 링 파이버 조명 및 제1 수광부를 구비하는 제1 광학계와,
    상기 웨이퍼 표면에 대하여 경사지게 설치되는, 평행광의 조사 광원 및 제2 수광부를 구비하는 제2 광학계와,
    상기 제1 광학계를 웨이퍼 표면에 평행으로 주사하는 제1 주사부와,
    상기 제2 광학계의 상기 경사를 유지하면서, 당해 상기 제2 광학계를 웨이퍼 표면에 평행으로 주사하는 제2 주사부와,
    상기 제1 광학계, 상기 제2 광학계, 상기 제1 주사부 및 상기 제2 주사부를 제어하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는 상기 제1 광학계를 제어하여, 상기 웨이퍼 표면의 소정의 위치를 조사하고, 상기 웨이퍼의 결함에 기인하는 수직 산란광을 상기 제1 수광부에서 수광시키고, 추가로, 상기 제1 주사부를 제어하여, 상기 제1 광학계를 주사하여 상기 수직 산란광의 휘도 정보를 측정하면서 상기 웨이퍼의 면 내 전역에서 상기 휘도 정보를 측정하여 상기 웨이퍼의 결함을 선출하여, 당해 선출한 결함으로부터 피트 후보를 선정하고, 상기 제2 광학계 및 상기 제2 주사부를 제어하여 당해 제2 광학계의 초점 위치를 변화시켜 상기 피트 후보를 촬상하고, 당해 촬상한 피트 후보의, 상기 제2 광학계의 상기 초점 위치의 변화에 수반하는 명암에 기초하여 상기 피트 후보를 피트 및 피트 이외의 결함으로 분류하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 장치.
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