KR101919901B1

KR101919901B1 - 웨이퍼 검사 방법

Info

Publication number: KR101919901B1
Application number: KR1020120049778A
Authority: KR
Inventors: 손영훈; 양유신; 이상길
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2018-11-19
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: US20130301903A1; US9036895B2; KR20130126037A

Abstract

본 발명의 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 상에 제조 공정을 수행하는 단계와, 상기 제조 공정이 수행된 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역에 1회의 다파장 광을 조사하는 단계와, 상기 조사된 광에 의해 상기 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성하는 단계와, 상기 스펙트럴 큐브로부터 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하는 단계와, 스펙트럼 인식 알고리즘에 포함된 스펙트럼을 이용하여 상기 추출된 스펙트럼을 분석하여 상기 원하는 웨이퍼 검사 영역을 검사하는 단계를 포함한다. 상기 스펙트럴 큐브 생성 단계는, 상기 웨이퍼 상에 1회의 다파장 광의 조사에 따른 상기 웨이퍼 측정 영역에 해당하는 상기 스펙트럴 큐브를 생성하는 것을 포함한다.

Description

웨이퍼 검사 방법{Method of inspecting a wafer}

본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼를 이용한 반도체 소자의 제조시 수행되는 웨이퍼 검사 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 웨이퍼를 이용하여 제조되며, 수백 개의 제조 공정을 거치면서 제조된다. 따라서, 웨이퍼 상에 개개의 반도체 소자 제조 공정을 수행한 후에, 제조 공정 결과물을 빠른 시간 안에 신속하게 검사 또는 계측할 필요가 있다.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 과제는 반도체 제조 공정 결과물을 빠른 시간 안에 신속하게 검사하는 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 해결 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 상에 제조 공정을 수행하는 것을 포함한다. 제조 공정이 수행된 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역에 1회의 다파장 광을 조사한다. 상기 웨이퍼 측정 영역에 상기 1회의 다파장 광의 조사는 상기 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역의 전체에 조사할 수 있다. 다파장 광은 가시광선을 이용하여 수행할 수 있다.

조사된 광에 의해 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성한다. 스펙트럴 큐브 생성은 웨이퍼 상에 1회의 다파장 광의 조사에 따른 웨이퍼 측정 영역에 해당하는 스펙트럴 큐브를 생성한다. 스펙트럴 큐브의 생성은, 복수개의 스펙트럴 이미지들과, 스펙트럴 이미지들의 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 생성하는 것을 포함할 수 있다..

스펙트럴 큐브로부터 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출한다. 스펙트럼 인식 알고리즘에 포함된 스첵트럼을 이용하여 추출된 스펙트럼을 분석하여 원하는 웨이퍼 검사 영역을 검사한다. 웨이퍼 검사 영역의 검사는 웨이퍼 검사 영역의 면적을 웨이퍼 측정 영역의 면적보다 작게 하여 수행할 수 있다. 스펙트럴 큐브의 추출은 스펙트럴 큐브의 웨이퍼 검사 영역의 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 추출하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 것을 제조 공정을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 패턴이 형성된 웨이퍼 상에, 광 조사, 스펙트럴 큐브 형성, 스펙트럼 추출, 및 웨이퍼 검사를 수행하여 패턴의 프로파일이나 불량을 검사할 수 있다. 웨이퍼 패턴의 프로파일은 패턴의 임계 치수 또는 패턴의 높이일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 제조 공정을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 물질막이 형성된 웨이퍼 상에, 광 조사, 스펙트럴 큐브 형성, 스펙트럼 추출, 및 웨이퍼 검사를 수행하여 물질막의 두께나 물성을 검사할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상의 다른 예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼 상에 제조 공정을 수행하는 것을 포함한다. 제조 공정은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 공정이나 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 공정을 포함한다.

제조 공정이 수행된 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역에 1회의 다파장 광을 조사한다. 1회의 다파장 광의 조사에 의해 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성하여 컴퓨터에 저장한다.

스펙트럴 큐브를 생성하여 컴퓨터에 저장하는 것은, 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 스펙트럴 이미징 카메라로 입사시키는 것과, 스펙트럴 이미징 카메라의 광 센서를 통해 개개 픽셀에서 반사도나 위상의 변화를 갖는 스펙트럼을 생성하는 것과, 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럴 큐브를 컴퓨터에 저장하는 것을 포함할 수 있다.

스펙트럴 큐브가 저장된 컴퓨터로 웨이퍼 측정 영역중 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하기 전에 스펙트럴 큐브가 저장된 컴퓨터로 스펙트럴 큐브에서 원하는 웨이퍼 검사 영역을 선택하는 것을 더 포함할 수 있다.

스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 컴퓨터로 추출된 스펙트럼을 분석하여 웨이퍼 검사 영역의 제조 공정 결과물을 검사한다. 제조 공정 결과물의 검사는 패턴의 프로파일이나 불량을 검사하거나, 물질막의 두께나 물성을 검사하는 것을 포함한다. 추출된 스펙트럼의 분석은 스펙트럼 인식 알고리즘을 포함하는 스펙트럼 분석기를 이용하여 수행할 수 있다. 웨이퍼 검사 영역의 제조 공정 결과물의 검사는, 스펙트럼 인식 알고리즘에 미리 정해진 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼과 추출된 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 비교 분석하여 수행할 수 있다.

삭제

본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 스펙트럴 큐브 내에 포함되는 스펙트럴 이미지들의 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 분석함으로써 웨이퍼를 신속하게 검사할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 픽셀 개수만큼의 스펙트럼을 얻을 수 있어 일정 픽셀 면적의 평균값을 구하더라도 해상도 좋게 웨이퍼를 검사할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 측정 영역의 이미지를 바탕으로 스펙트럴 큐브를 측정하기 때문에 측정후 이미지를 이용하여 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출할 수 있고, 측정중 하드웨어적 패턴 매칭 작업이 필요 없고, 웨이퍼 검사 영역이 바뀔 경우 다시 검사해야 하는 작업이 필요없다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1의 웨이퍼 측정 영역의 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 도시한 도면이고,
도 3a의 도 2의 일부분의 스펙트럴 큐브를 도시한 것이고,
도 3b는 도 3a의 일부분의 스펙트럴 큐브 내의 하나의 픽셀(pixel) 따른 스펙트럼을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법과 비교를 위한 비교예의 웨이퍼 검사 방법이고,
도 5는 도 4의 웨이퍼 측정 영역을 도시한 도면이고,
도 6은 도 4의 측정 포인트에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 웨이퍼 검사 방법에 이용되는 웨이퍼 검사 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이고,
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이고,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이고,
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 이용된 웨이퍼를 설명하기 위하여 도시한 도면이고,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계 치수를 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수와 비교하기 위하여 도시한 도면이고,
도 14a 및 14b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의한 측정한 임계 치수의 균일도와 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수의 균일도를 비교하기 위하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 웨이퍼 측정 영역의 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 도시한 도면이고, 도 3a의 도 2의 일부분의 스펙트럴 큐브를 도시한 것이고, 도 3b는 도 3a의 일부분의 스펙트럴 큐브 내의 하나의 픽셀(pixel) 따른 스펙트럼을 도시한 도면이다.

구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 스펙트럴 이미지 센싱(spectral image sensing) 방법을 이용하여 웨이퍼(1)를 검사한다. 먼저, 광원(3)에서 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)으로 광(5)을 1회 조사한다. 웨이퍼(1) 상에는 제조 공정이 수행되어 복수개의 영역들, 예컨대 칩 영역들(1a)이 형성되어 있을 수 있다. 측정 영역(7)은 광(5)을 조사하는 범위에 따라 하나의 칩 영역(1a)일 수도 있고, 복수개의 칩 영역들(1a)일 수도 있다.

웨이퍼(1)에 조사된 광(5)은 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에서 반사되어 반사광(9)이 스펙트럴 이미징 카메라(11, spectral imaging camera)로 입사되어 도 2에 도시한 바와 같은 스펙트럴 큐브(20, spectral cube)를 얻는다. 스펙트럴 큐브(20)는 스펙트럴 이미징 카메라(11)로 얻는 영상 데이터이다. 스펙트럴 큐브(20)는 공간 영역(spatial area)과 스펙트럼 영역(spectrum area)의 픽셀 재배열(re-sampling) 과정을 통해 얻어지는 가상적인 스펙트럴 데이터 구조를 의미한다. 스펙트럴 큐브(20)는 이미지 큐브라 명명할 수 있다.

스펙트럴 큐브(20)는 도 2, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이 공간 좌표(Spatial Axes), 즉 공간(spatial) X, 공간(spatial) Y로 구성되고, 폭으로는 파장(λ)에 따라 복수개의 스펙트럴 이미지들(spectral images, 22)로 구성된 형태이다.

도 3a는 도 2의 일부 영역(23)의 스펙트럴 큐브(20)를 도시한 것이다. 도 2의 일부 영역(23)은 웨이퍼 측정 영역(7) 내에 포함되는 웨이퍼 검사 영역일 수 있다. 도 2의 일부 영역(23)은 좌표로 I(x, y, λ)로 명명될 수 있다. 스펙트럴 이미지(22)는 스펙트럴 도메인(Spectral Domain)으로 명명될 수 있다.

스펙트럴 큐브(20)은 스펙트럴 이미징 카메라(11)의 광센서(미도시)의 FOV(Field Of View)에 의해 촬영된 각 픽셀(24)의 공간 좌표를 가진 스펙트럴 이미지들(22)과 파장에 따라 각 스펙트럴 이미지들(22)의 픽셀(24)을 특징짓는 스펙트럼을 가진다.

다시 말해, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 스펙트럴 큐브(20)는 복수개의 스펙트럴 이미지들(22)과, 스펙트럴 이미지들(22)의 개개 픽셀(24)에서 파장에 따라 반사도나 위상 변화를 나타내는 스펙트럼을 나타낸다. 도 3b는 도 3a의 화살표로 표시한 바와 같이 하나의 픽셀(24)에 따른 스펙트럴 이미지들(22)의 반사광(9)의 파장에 따른 반사도나 위상 변화를 나타내는 스펙트럼을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b에서, I/P는 반사광(9)의 강도나 위상 변화를 나타낸다.

이와 같이 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 스펙트럴 큐브(20) 내에 포함되는 스펙트럴 이미지들(22)의 개개 픽셀(24)에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 분석함으로써 웨이퍼(1)를 신속하게 검사할 수 있다.

도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법과 비교를 위한 비교예의 웨이퍼 검사 방법이고, 도 5는 도 4의 웨이퍼 측정 영역을 도시한 도면이고, 도 6은 도 4의 측정 포인트에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이다.

구체적으로, 비교예에 의한 웨이퍼 검사 방법은 포인트 스펙트럼(point spectrum)을 이용하여 웨이퍼(1)를 검사한다. 광원(31)에서 웨이퍼(1) 상의 측정 포인트(39a)로 광(33)을 조사한다. 측정 포인트(39a)는 웨이퍼(1) 상의 칩 영역(1a)의 일부분일 수 있다.

웨이퍼(1)에 조사된 광(33)은 웨이퍼(1) 상의 측정 포인트(39a)에서 반사되어 반사광(35)이 단일 다이오드(37)에 입사되고, 이에 따라 도 6에 도시한 바와 같은 스펙트럼을 얻는다. 스펙트럼은 반사광(35)의 파장에 따른 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼일 수 있다. 도 6에서, I/P는 반사광(35)의 강도나 위상 변화를 나타낸다.

비교예에 의한 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼(1)의 측정 영역(39)을 검사하기 위해서는 도 4의 화살표와 같은 방향으로 측정 포인트(39a)를 이동하여 복수개의 측정 포인트(39a) 모두에 광(33)을 조사하여야 한다. 다시 말해, 비교예에 의한 웨이퍼 검사 방법은 복수개의 측정 포인트(39a)들을 이동하면서 측정 영역(39)의 스펙트럼들을 얻고, 얻어진 스펙트럼들을 분석하여 웨이퍼(1)를 검사한다.

비교예에 의한 웨이퍼 검사 방법과 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법을 비교하면 다음과 같다.

구체적으로, 비교예의 웨이퍼 검사 방법은 앞서 설명한 바와 같이 측정 포인트(39a)별로 스펙트럼을 측정하여 웨이퍼(1) 표면을 검사한다. 원하는 측정 영역(39)의 스펙트럼들을 얻기 위해서는 측정 포인트(39a)들간에 이동을 하여야 하므로 그에 따른 검사 시간이 많이 소요된다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 앞서 설명한 바와 같이 1회의 촬상으로 원하는 측정 영역(7)의 이미지와 함께 모든 픽셀(24) 마다 각각 독립적인 스펙트럼을 동시에 얻을 수 있다. 이미지의 해상도 및 측정 시간은 장착된 스펙트럴 이미징 카메라(11)의 픽셀 해상도와 광학계 구성에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어, 일반적인 100만 픽셀 해상도의 스펙트럴 이미징 카메라(11)의 경우 스펙트럴 큐브(20)를 생성하는데 걸리는 시간은 보통 1분 이내일 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 데이터 처리 시간을 고려하더라도 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 비해 수십 내지 수백 배의 검사 속도 향상을 얻을 수 있다.

비교예의 웨이퍼 검사 방법은 제한된 개수의 스펙트럼만을 얻게 된다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 픽셀(24) 개수만큼의 스펙트럼을 얻을 수 있어 일정 픽셀 면적의 평균값을 구하더라도 해상도 측면에서 수백 배의 검사 효과를 증대시킬 수 있다.

비교예의 웨이퍼 검사 방법은 측정 포인트(39a)별 측정 방식이기 때문에 측정 포인트(39a)별 이동중 정확한 측정 위치를 찾아가기 위하여 추가적인 광학 장치를 이용하여 매번 패턴 인식(pattern recognition) 작업을 수행한다.

다시 말해, 비교예의 웨이퍼 검사 방법은 셀(cell) 영역과 주변회로 영역을 포함하는 웨이퍼(1)에서 광이 셀 영역에 정확히 조사되어야 하기 때문에, 매번 패턴 인식 작업을 수행해야 한다. 따라서, 비교예의 웨이퍼 검사 방법은 추가적인 측정 시간을 소요하게 되고 하드웨어적으로 패턴 인식이 실패할 경우 측정 에러가 발생할 수 있다.

이에 반하여, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 측정 영역(7)의 이미지를 바탕으로 스펙트럴 큐브(20)를 생성하고, 생성된 스펙트럴 큐브(20)를 이용하여 원하는 웨이퍼 검사 영역(23)의 스펙트럼을 임의대로 추출할 수 있어 측정중 하드웨어적 패턴 매칭 작업이 필요 없다.

또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 측정후 저장된 스펙트럴 큐브(20)로부터 원하는 검사 영역(23)들에 대한 스펙트럼 추출이 자유롭기 때문에 웨이퍼 검사 영역(23)이 바뀔 경우 다시 검사해야 하는 작업이 필요 없다.

도 7은 본 발명의 기술적 사상의 웨이퍼 검사 방법에 이용되는 웨이퍼 검사 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다.

구체적으로, 웨이퍼 검사 장치는 입사 바디(42)에 광원(31) 및 입사측 광학 요소(4)가 부착되어 있다. 광원(31)은 다파장 광(broadband light), 예컨대 가시광선을 조사하는 역할을 수행한다. 가시광선의 파장 범위는 400nm 내지 800nm일 수 있다.

광원(31)에는 입사측 광학 요소(4), 예컨대 렌즈(lens)나 편광기(polarizer)가 부착되어 있다. 광원(31)에서 방출된 광(5), 즉 입사광(5)은 입사측 광학 요소(4)를 거쳐 스테이지(17) 상에 놓여있는 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에 조사된다. 광원(31)의 파장대는 스펙트럴 이미징 카메라(11)와 관련이 있다. 광원(31)은 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에 대한 감도가 광원(31)의 파장대마다 다르므로 여러 범위의 파장대를 사용할 수 있다.

웨이퍼 검사 장치는 출사 바디(44)에 출사측 광학 요소(10) 및 스펙트럴 이미징 카메라(11)가 부착되어 있다. 웨이퍼(1) 상에서 반사된 반사광(9)은 출사측 광학 요소(10), 예컨대 렌즈(lens)나 편광기(polarizer)를 통하여 스펙트럴 이미징 카메라(11)에 입사된다. 입사 바디(42) 및 출사 바디(44) 간에는 입사광(5)이나 반사광(9)의 입사각과 반사각을 조절하여 측정 영역(7)의 감도에 대한 각도를 조절할 수 있는 각도 조절기(12)가 설치되어 있을 수 있다.

스펙트럴 이미징 카메라(11)는 컴퓨터(13)에 연결되어 있다. 스펙트럴 이미징 카메라(11)에서는 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에서 반사된 반사광(9)을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성하여 컴퓨터(13)의 저장부(14)에 저장할 수 있다.

컴퓨터(13)의 저장부(14)는 스페트럼 인식 알고리즘이 포함된 스펙트럼 분석기(15)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 컴퓨터(13)의 저장부(14)에 저장된 스펙트럴 큐브(spectral cube)로부터 측정 영역중 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출할 수 있다. 도 7에서, 컴퓨터(13) 내에 스펙트럼 분석기(15)가 포함된 것으로 도시되어 있으나, 스펙트럼 분석기(15)는 컴퓨터(13)와 분리되어 구성될 수도 있다.

스펙트럼 분석기(15)는 스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 광 임계 범위(Optical Critical dimension(OCD)) 계측기일 수 있다. 광 임계 범위 계측기는 웨이퍼 검사 영역의 물리적인 파라미터들을 스펙트럼 데이터로부터 추출할 수 있다. 광 임계 범위 계측기의 스펙트럼 인식 알고리즘은 엄격한 결합파 분석(Rigorous coupled-wave analysis, RCWA) 알고리즘을 이용할 수 있다. 엄격한 결합파 분석 알고리즘은 격자 구조의 표면으로부터 전자기파의 회절 또는 반사를 설명하는데 유용하게 사용될 수 있다. 따라서, 컴퓨터(13)로 추출된 스펙트럼을 가지고 스펙트럼 분석기(15)를 이용하여 웨이퍼 검사 영역(23)의 제조 공정 결과물을 검사할 수 있다.

도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.

구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 일 실시예를 도 1, 도 2, 도 3, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. 웨이퍼(1) 상에 제조 공정을 수행한다(스텝 100). 제조 공정은 웨이퍼(1) 상에 패턴을 형성하는 것일 수 있다. 제조 공정은 웨이퍼(1) 상에 물질막을 형성하는 것일 수 있다.

제조 공정이 수행된 웨이퍼 상에 광원(31), 예컨대 LED 광원을 이용하여 다파장 광(5)을 조사한다(스텝 110). 다파장 광(5)은 가사광선을 이용할 수 있다. 가시광선의 파장 범위는 400nm 내지 800nm일 수 있다.

조사된 광(5)에 의해 웨이퍼(1) 상에서 반사된 반사광(9)을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성한다(스텝 120). 스펙트럴 큐브(20)는 웨이퍼(1) 상에서 반사된 반사광(9)을 이용하여 스펙트럴 이미징 카메라(11)에서 생성한다. 스펙트럴 큐브(20)는 복수개의 스펙트럴 이미지들(22)과, 스펙트럴 이미지들(22)의 개개 픽셀(24)에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 포함한다. 스펙트럴 큐브(20)는 웨이퍼(1) 상에 1회의 광(5)의 조사에 따른 웨이퍼 측정 영역(7)에 해당하는 부분의 데이터이다.

스펙트럴 큐브(20)로부터 원하는 웨이퍼 검사 영역(23)의 스펙트럼을 추출한다(스텝 130). 스펙트럼 추출시 웨이퍼 검사 영역(23)의 면적을 웨이퍼 측정 영역(7)의 면적보다 작게 하여 수행할 수 있다. 스펙트럼 추출 과정은 측정된 이미지, 즉 스펙트럴 큐브(20)를 이용하여 측정후 소프트웨어 작업으로 이루어지기 때문에 FOV에 대한 스펙트럴 큐브(20)만 있으면 추가 측정 없이 원하는 웨이퍼 검사 영역(23)에 대해서도 스펙트럼 추출이 가능하다. 또한, 제조 공정이 패턴 형성 공정일 경우 앞서 설명한 바와 같이 스펙트럼 추출시 비교예와 다르게 하드웨어적 패턴 매칭 작업이 필요 없기 때문에 이에 따른 시간 손실과 측정 오류로 인한 재측정 위험을 줄일 수 있다.

추출된 스펙트럼을 분석하여 웨이퍼 검사 영역을 검사한다(스텝 140). 추출된 스펙트럼 분석은 앞서 설명한 바와 같이 스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 스펙트럼 분석기(15)로 수행할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 추출된 스펙트럼 분석은 스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 광 임계 범위(Optical Critical dimension(OCD)) 계측기를 이용할 수 있고, 광 임계 범위 계측기의 스펙트럼 인식 알고리즘은 엄격한 결합파 분석(Rigorous coupled-wave analysis, RCWA) 알고리즘을 이용할 수 있다.

예컨대, 스펙트럼 분석기(15)에 포함된 스펙트럼 인식 알고리즘에는 미리 정해진 웨이퍼 검사 영역의 패턴 프로파일, 즉 임계 치수나 패턴의 높이에 대응되는 스펙트럼이나, 다양한 물질막에 관한 스펙트럼이 포함되어 있을 수 있다. 따라서, 웨이퍼 검사 영역(23)에 대해 미리 정해진 스펙트럼과, 웨이퍼 검사 영역(23)의 추출된 스펙트럼을 비교 분석하고, 이에 따른 관계 함수를 도출하여 웨이퍼 검사 영역(23)의 제조 공정 결과물을 수치적으로 검증할 수 있다.

제조 공정이 웨이퍼(1) 상에 패턴을 형성하는 것일 경우, 추출된 스펙트럼을 분석하여 패턴의 프로파일이나 불량을 검사할 수 있다. 패턴의 프로파일은 패턴의 임계 치수 또는 패턴의 높이일 수 있다. 제조 공정이 웨이퍼(1) 상에 물질막을 형성하는 것일 경우, 추출된 스펙트럼을 분석하여 물질막의 두께나 물성을 검사할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.

구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법의 다른 실시예를 도 1, 도 2, 도 3, 도 7, 도 9a 및 도 9b를 이용하여 설명한다. 웨이퍼(1) 상에 제조 공정을 수행한다(스텝 200). 스텝 200은 도 8의 스텝 100에 해당하는 것으로, 구체적인 설명은 생략한다.

제조 공정이 수행된 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에 광원(31)을 이용하여 다파장 광(5)을 조사한다(스텝 210). 스텝 210은 도 8의 스텝 110에 해당하는 것으로 구체적인 설명은 생략한다.

조사된 광(5)에 의해 웨이퍼(1) 상에서 반사된 반사광(9)을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube, 20)를 생성하여 컴퓨터(13)의 저장부(14)에 저장한다(스텝 220). 다시 말해, 스펙트럴 이미징 카메라(11)에서 웨이퍼(1) 상의 측정 영역(7)에서 반사된 반사광(9)을 이용하여 스펙트럴 큐브(20)를 생성하여 컴퓨터(13)의 저장부(14)에 저장한다. 스펙트럴 큐브(20)에 대해서는 앞서 설명하였으므로 생략한다.

스펙트럴 큐브(20)를 생성하여 컴퓨터에 저장하는 것은 도 9b에 도시한 바와 같이 세개의 서브 단계로 이루어질 수 있다. 즉, 웨이퍼 측정 영역(7)에서 반사된 반사광(9)을 스펙트럴 이미징 카메라(11)로 입사시킨다(서브 스텝 220a). 스펙트럴 이미징 카메라(11)의 광 센서를 통해 개개 픽셀에서 반사도나 위상의 변화를 갖는 스펙트럼을 생성한다(서브 스텝 220b). 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럴 큐브(20)를 컴퓨터에 저장한다(서브 스텝 220c).

필요에 따라서, 스펙트럴 큐브(20)가 저장된 컴퓨터로 스펙트럴 큐브(20)에서 원하는 웨이퍼 검사 영역(23)을 선택한다(스텝 230). 스펙트럴 큐브(20)로부터 원하는 웨이퍼 검사 영역(23)의 스펙트럼을 추출한다(스텝 240). 스텝 240은 도 8의 스텝 130에 해당하는 것으로, 구체적인 설명은 생략한다. 추출된 스펙트럼을 분석하여 웨이퍼 검사 영역(23)을 검사한다(스텝 250). 스텝 250은 도 8의 스텝 140에 해당하는 것으로, 구체적인 설명은 생략한다.

이하에서는, 다양한 패턴이 형성된 웨이퍼를 이용하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법을 검증한 결과를 설명한다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 이용된 웨이퍼를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

구체적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 이용하기 위하여 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이 하나의 웨이퍼 상에 다양한 패턴들(P1, P2, P3)을 형성한다. 하나의 웨이퍼(1)에 라인-앤-스페이스(line and space) 패턴(P1, P2, P3)이 형성되어 있고, 패턴(P1, P2, P3) 물질은 포토레지스트로 형성한다. 또한, 하나의 웨이퍼에 피치(Pitch)는 같고 임계치수(CD, Critical Dimension), 즉 선폭이 다른 여러 가지 패턴(P1, P2, P3)을 형성한다.

도 10a 내지 도 10c는 하나의 웨이퍼에 여러 가지 패턴(P1, P2, P3)을 형성한 것을 SEM(scanning e-beam microscope)로 촬영한 도면이다. 도 10a는 임계 치수(L), 즉 선폭이 큰 패턴(P1)을 나타내고, 도 10b는 임계 치수(M), 즉 선폭이 중간인 패턴(P2)을 나타내고, 도 10c는 임계 치수(S), 즉 선폭이 작은 패턴(P3)을 나타낸다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계 치수를 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수와 비교하기 위하여 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 11 내지 도 13는 도 10a 내지 도 10c에 도시한 웨이퍼를 이용하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수와 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수를 비교하기 위한 도면이다.

도 11b, 도 12b, 도 13b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수를 도시한 도면이고, 도 11a, 도 12a, 도 13a는 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수를 도시한 도면이다.

도 11a 및 도 11b는 웨이퍼 상에서 임계 치수의 차이가 약 8nm 정도인 패턴들을 측정한 결과를 웨이퍼 상에 표시한 한 것이고, 도 12a 및 도 12b는 웨이퍼 상에서 임계 치수의 차이가 약 37nm 정도인 패턴들을 측정한 결과를 웨이퍼 상에 도시한 것이고, 도 13a 및 도 13b는 웨이퍼 상에서 임계 치수의 차이가 약 28nm 정도인 패턴들을 측정한 결과를 웨이퍼 상에 도시한 것이다. 도 11 내지 도 13에서, 우측 도면은 각 영역에 대한 임계 치수값을 나타낸 것이다.

도 11a 및 도 11b, 도 12a 및 도 12b, 도 13a 및 도 13b를 서로 비교하여 볼 때, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법과 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수의 오차는 매우 작으며 상관도는 약 99% 정도이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법으로 비교예의 웨이퍼 검사 방법을 충분히 대체할 수 있다.

도 14a 및 14b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의한 측정한 임계 치수의 균일도와 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계 치수의 균일도를 비교하기 위하여 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 14a 및 도 14b는 도 10a 내지 도 10c로 도시한 웨이퍼를 이용하여 일정 영역에 대한 임계 치수의 균일도를 설명하기 위하여 도시한 것이다. 도 14a 및 도 14b에서, 우측값은 임계 치수를 나타낸다. 도 14a는 도 4 및 도 5의 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계 치수를 도시한 것이다. 도 14a의 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의할 경우 약 1000 포인트 측정 기준으로 약 90분의 측정 시간이 소요된다.

도 14b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계 치수를 도시한 것이다. 도 14b의 본 발명의 기술적 사상의 웨이퍼 검사 방법은 일정 크기의 스펙트럴 큐브를 얻기 위하여 약 32mm X 24mm 측정 영역을 측정 하였고 이때 측정된 유효 측정 포인트, 즉 픽셀 개수는 760 X 860이고, 스펙트럼의 해상도는 10nm이다.

도 14b의 본 발명의 기술적 사상의 웨이퍼 검사 방법은 측정 영역의 스펙트럴 큐브를 얻는데 소요된 시간은 약 40초이다. 도 14b의 본 발명의 기술적 사상의 웨이퍼 검사 방법은 앞서 설명한 바와 같이 측정된 스펙트럴 큐브로부터 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하게 되는데, 이 과정은 스펙트럴 큐브를 얻은 후 일종의 데이터 계산 과정이기 때문에 추가적인 측정 시간이 소요되지 않는다.

도 14a 및 도 14b를 비교할 때, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법과 비교예의 웨이퍼 검사 방법에 의해 측정한 임계치수의 균일도 경향은 큰 오차를 보이지 않음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 웨이퍼 검사 방법은 측정 시간을 수십 내지 수백 배 빠르게 하면서도 비교예의 웨이퍼 검사 방법을 충분히 대체할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

1: 웨이퍼, 1a: 칩 영역, 2: 입사측 광학 요소, 31: 광원, 5: 광, 7: 측정 영역, 9: 반사광, 11: 스펙트럴 이미징 카메라, 12: 각도 조절기, 13: 컴퓨터, 14: 저장부, 15: 스펙트럼 분석기, 20: 스펙트럴 큐브, 22: 스펙트럴 이미지, 23: 웨이퍼 검사 영역, 24: 픽셀, 42: 입사 바디, 44: 출사 바디,

Claims

웨이퍼 상에 제조 공정을 수행하는 단계;
상기 제조 공정이 수행된 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역에 1회의 다파장 광을 조사하는 단계;
상기 조사된 광에 의해 상기 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성하는 단계; 및
상기 스펙트럴 큐브로부터 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하는 단계; 및
스펙트럼 인식 알고리즘에 포함된 스펙트럼을 이용하여 상기 추출된 스펙트럼을 분석하여 상기 원하는 웨이퍼 검사 영역을 검사하는 단계를 포함하되,
상기 스펙트럴 큐브 생성 단계는, 상기 웨이퍼 상에 1회의 다파장 광의 조사에 따른 상기 웨이퍼 측정 영역에 해당하는 상기 스펙트럴 큐브를 생성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 스펙트럴 큐브의 생성 단계는,
복수개의 스펙트럴 이미지들과, 상기 스펙트럴 이미지들의 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 상기 스펙트럼을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 측정 영역에 상기 1회의 다파장 광을 조사하는 단계는,
상기 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역의 전체에 상기 1회의 다파장 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 검사 영역의 검사 단계는 상기 웨이퍼 검사 영역의 면적을 상기 웨이퍼 측정 영역의 면적보다 작게 하여 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 스펙트럴 큐브의 추출 단계는,
상기 스펙트럴 큐브의 상기 웨이퍼 검사 영역의 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 스펙트럼을 추출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
웨이퍼 상에 제조 공정을 수행하는 단계;
제조 공정이 수행된 상기 웨이퍼 상의 웨이퍼 측정 영역에 1회의 다파장 광을 조사하는 단계;
상기 1회의 다파장 광의 조사에 의해 상기 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 이용하여 스펙트럴 큐브(spectral cube)를 생성하여 컴퓨터에 저장하는 단계;
상기 스펙트럴 큐브가 저장된 컴퓨터로 상기 웨이퍼 측정 영역중 원하는 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하는 단계; 및
스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 상기 컴퓨터로 상기 추출된 스펙트럼을 분석하여 상기 원하는 웨이퍼 검사 영역의 제조 공정 결과물을 검사하되,
상기 제조 공정을 수행하는 단계는 상기 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 공정이나 상기 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 제조 공정 결과물을 검사하는 단계는 상기 패턴의 프로파일이나 불량을 검사하거나 상기 물질막의 두께나 물성을 검사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 스펙트럴 큐브를 생성하여 컴퓨터에 저장하는 단계는,
상기 웨이퍼 측정 영역에서 반사된 반사광을 스펙트럴 이미징 카메라로 입사시키는 단계와,
상기 스펙트럴 이미징 카메라의 광 센서를 통해 개개 픽셀에서 반사도나 위상의 변화를 갖는 스펙트럼을 생성하는 단계와,
상기 개개 픽셀에서 파장에 따라 반사도나 위상의 변화를 나타내는 상기 스펙트럴 큐브를 상기 컴퓨터에 저장하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 추출하기 전에 상기 스펙트럴 큐브가 저장된 컴퓨터로 상기 스펙트럴 큐브에서 상기 원하는 웨이퍼 검사 영역을 선택하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 추출된 스펙트럼의 분석은 상기 컴퓨터에 포함된 상기 스펙트럼 인식 알고리즘을 구비하는 스펙트럼 분석기를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 웨이퍼 검사 영역의 제조 공정 결과물을 검사하는 단계는, 상기 스펙트럼 인식 알고리즘에 미리 정해진 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼과 상기 추출된 상기 웨이퍼 검사 영역의 스펙트럼을 비교 분석하여 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 방법.