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KR100474571B1 - 웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치 - Google Patents

웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치 Download PDF

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KR100474571B1
KR100474571B1 KR10-2002-0057510A KR20020057510A KR100474571B1 KR 100474571 B1 KR100474571 B1 KR 100474571B1 KR 20020057510 A KR20020057510 A KR 20020057510A KR 100474571 B1 KR100474571 B1 KR 100474571B1
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South Korea
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die
dies
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image
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이병호
김덕용
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삼성전자주식회사
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Abstract

웨이퍼에 구성된 복수개의 다이들의 패턴을 기준 이미지를 이용해서 검사하는 방법을 개시한다. 먼저, 검사 대상 웨이퍼의 각 다이들이 갖는 그레이 레벨 차이의 허용 범위를 설정한다. 그런 다음, 웨이퍼에 구성된 복수개의 다이들 중 웨이퍼의 센터에 배치된 제 1 다이와 웨이퍼의 에지에 배치된 제 2 다이를 선정한다. 선정된 제 1 및 제 2 다이의 이미지를 획득하고 아울러 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 측정한다. 이어서, 선정된 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 서로 비교한다. 비교된 측정치 차이가 허용 범위내에 있으면, 어느 하나의 다이의 이미지를 기준 이미지로 설정하여, 이 기준 이미지를 이용해서 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사를 실시한다. 만일, 비교된 측정치 차이가 허용 범위를 벗어나면, 비교된 각 다이의 이미지들을 기준 이미지들로 설정한다. 그런 다음, 웨이퍼를 각 기준 이미지별 적용 영역으로 구획한다. 마지막으로, 웨이퍼의 각 구획 영역에 위치한 다이들별로 해당 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시한다.

Description

웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정 방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치{METHOD OF SETTING REFERENCE IMAGES, METHOD AND APPARATUS USING THE SETTING METHOD FOR INSPECTING PATTERNS ON A WAFER}
본 발명은 웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정 방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광학적으로 웨이퍼에 구성된 각 다이들의 패턴의 결함 여부를 검사하기 위한 기준으로 사용되는 이미지를 검사 장비에 설정하는 방법과, 이 설정 방법을 이용해서 웨이퍼의 패턴을 검사하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼에 구성된 각 다이들의 패턴을 검사하는 종래의 장치는 2개의 인접한 반도체 다이들을 촬영하고, 픽셀 단위로 다이들의 이미지들을 비교한 후, 만일 이미지들이 서로 불일치하면 어느 하나의 다이를 결함으로 판정한다. 종래 기술은 광학 현미경을 갖는 촬상 장치를 채용하고 있다. 촬상 장치는 결함 다이가 될 소지가 있는 제 1 다이를 어느 행 방향을 따라 연속적으로 스캐닝하여 제 1 다이의 이미지를 획득한 후, 이 이미지를 이미지 메모리에 기억시킨다. 유사하게, 촬상 장치는 제 1 다이에 인접하여 기준 이미지(reference image)가 되는 제 2 다이의 이미지를 픽업한 후 이를 이미지 메모리에 기억시킨다. 검사 장치는 이미지들을 프레임(frame)별로 판독한 후, 프레임내의 상응하는 픽셀(pixel)들의 그레이 레벨(gray level)을 비교한다. 어느 한 픽셀이 참조 이미지의 상응하는 픽셀에 대해서 문턱값(threshold) 이상으로 그레이 레벨 차이가 있으면, 해당 픽셀을 결함으로 판정한다. 이러한 기술은 일반적으로 외관 검사에서 만족할만한 결함 탐지도(defect detecting sensitivity)를 제공한다.
그러나, 최근에 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 미세해짐에 따라 높은 외관 검사의 결함 탐지도를 요구하고 있는 추세이다. 검사 장치의 탐지도를 향상시키기 위해서, 검사 대상인 반도체 소자는 색상 불균일 또는 금속 그레인과 같은 공정상의 노이즈를 최대한 적게 나타내야 한다. 그러나, 실제로는 반도체 소자로부터 공정상의 노이즈를 제거하는 것은 매우 어렵다. 많은 금속 그레인이 나타나는 반도체 소자의 부분이 빛을 산란시켜 현미경의 대물렌즈로 입사되는 빛의 양을 줄이게 됨으로써, 반도체 소자로부터 픽업된 이미지상의 상응하는 위치의 그레이 레벨을 저하시키게 된다. 공정상의 노이즈는 배선간의 쇼트와 같은 심각한 결함은 아니므로, 탐지되지 않는 것이 바람직하다. 만일 고정된 문턱값이 공정 노이즈가 존재하는 영역에 적용되어 2개의 픽셀의 그레이 레벨간의 차이가 체크된다면, 공정 노이즈가 결함으로 인식되어 결함 탐지도를 저하시키는 결과가 된다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 금속 배선이 존재하는 밝은 영역에는 문턱값을 높게 설정하고 반면에 금속 배선간 사이인 어두운 영역에는 문턱값을 낮게 설정하여, 금속 배선내의 금속 그레인과 같은 공정 노이즈는 탐지되지 않도록 하고 반면에 금속들간의 쇼트와 같은 치명적 결함은 반드시 탐지되도록 하는 실험이 계속적으로 되어 왔다.
도 1에 도시된 흐름도는 미국특허 제6,229,331호에 개시된 것으로서, 도 1을 참조로 반도체 소자의 패턴을 검사하는 종래의 방법을 설명한다. 먼저, 반도체 소자의 2개의 다이로부터 이미지들을 픽업한 후 이를 이미지 메모리에 저장시킨다. 이어서, 그룹별 연산자(operator)를 계산한 후, 픽셀들을 그룹별로 분할한다. 그런 다음, 그룹별 문턱값을 설정한 후, 마지막으로 그레이 레벨 차이와 문턱값을 비교하여 결함을 탐지한다.
도 2에는 미국특허 제2001/0055415 A1호에 개시된 흐름도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 설계 데이터를 입력하고 전개시켜서 기준 데이터를 생성시킨 후 기준 데이터의 패턴폭을 산출한다. 피검사 패턴을 스캐닝하여 실제 이미지를 생성하여 에지(edge) 존재 문턱값을 연산한다. 그런 다음, 패턴 에지 위치를 검색하여 실제 이미지의 패턴폭을 산출한다. 이어서, 기준 데이터의 리사이즈(resize) 폭을 산출하여 기준 이미지를 작성한다. 이러한 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시한다.
한편, 도 3은 일본 공개특허공보 특개평10-135287호에 개시된 것으로서,도시된 바와 같이, 웨이퍼 검사 장치는 웨이퍼의 원화상을 얻기 위한 화상화 수단과, 이 원화상에 있는 농담 또는 다른 색으로서 식별된 영역의 윤곽선을 추출하고 원화상을 윤곽선의 집합으로서 표현하는 윤곽 선화상을 얻기 위한 윤곽화 수단과, 윤곽 선화상을 동일 면적을 보유한 복수의 픽셀로 분할하고 각각의 픽셀의 그레이 레벨을 구하는 그레이 레벨화 수단과, 각각의 픽셀의 그레이 레벨과 다른 픽셀의 그레이 레벨을 비교하여 그 차이를 구하고 이를 소정의 반응을 일으키는 최소의 물리량과 비교한 그레이 레벨 비교 수단을 갖는다.
도 4는 일본 공개특허공보 2001-133418호에 개시된 흐름도로서, 먼저 피검 화상으로부터의 픽셀의 그레이 레벨을 기준 화상으로부터의 대응 픽셀의 그레이 레벨과 대응시켜 플로팅을 함에 의하여 2차원 분산도를 작성한다. 이어서, 분산도에 노이즈 제거 필터 처리를 적용하여 마스크 생성용으로 추출이 가능하고 보전 가능한 마스크 형상을 구획한다. 그런 다음, 피검 화상의 결함 픽셀을 서로 대응하는 픽셀의 그레이 레벨값과 마스크와의 비교에 의하여 결정한다.
그런데, 상기된 종래 기술들은 모두 웨이퍼에 형성된 복수개의 다이들중 어느 하나를 특정하고, 이 특정된 다이로부터 이미지를 얻은 다음, 이 이미지를 검사 장비에 기준 이미지로 설정한다. 그런 다음, 1개의 기준 이미지로 웨이퍼 전체에 대한 패턴 검사를 실시한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 구성된 여러 개의 다이들 중 센터에 배치된 어느 하나의 다이(해칭선으로 도시)의 이미지를 기준 이미지로 설정하고, 이러한 하나의 기준 이미지로 웨이퍼 전체 다이들에 대한 패턴 검사를 실시하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 패턴 검사 방법은 다이의 결함 판정에 대해서 다음과 같은 심각한 오류를 유발한다.
먼저, 본원인은 웨이퍼에 구성된 여러 다이들 중 센터와 에지에 배치된 다이들에 대해서 그레이 레벨을 측정하였다. 실험에 사용된 웨이퍼는 디자인 룰이 0.11㎛로서, 이러한 웨이퍼를 에치백한 후에 그레이 레벨을 측정하였다.
도 6에 도시된 히스토그램은 센터 다이의 그레이 레벨을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 그레이 레벨이 80과 140 사이에 분포한다는 것을 나타내고 있다.
도 7에 도시된 히스토그램은 에지 다이의 그레이 레벨을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 그레이 레벨이 255 정도에 집중되어 있다는 것을 나타내고 있다.
즉, 센터 다이와 에지 다이의 각 그레이 레벨은 상당한 차이를 나타내고 있다는 것이 도 6 및 도 7의 히스토그램들을 통해서 확연히 드러나고 있다.
따라서, 종래 기술과 같이 센터 다이 또는 에지 다이 중 어느 하나의 다이로부터 얻은 이미지를 기준 이미지로 설정하여 웨이퍼의 모든 다이들에 대해서 패턴 검사를 실시하게 되면 결함 판정에 대한 오류가 발생될 수밖에 없다.
도 8은 센터 다이의 이미지를 기준 이미지로 설정하여 웨이퍼의 모든 다이들에 대해서 패턴 검사를 수행한 결과를 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 센터에 배치된 다이들은 대부분 결함이 없는 정상으로 나타나고 있으나, 에지에 배치된 다이들 중 상당수가 결함이 있는 것으로 나타나고 있다. 즉, 실제로는 결함이 없는데도 센터 다이 하나만을 기준으로 검사를 수행한 결과, 센터 다이의 그레이 레벨과 크게 다른 에지 다이들이 대부분 결함이 있는 것으로 검사 결과가 나타나고 있다.
반대로, 에지 다이의 이미지를 기준 이미지로 설정하여 패턴 검사를 실시하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 에지 다이들에 대해서는 이상 여부가 없지만, 실제로는 결함이 없는 센터 다이들 대부분이 결함이 있는 것으로 검사 결과가 나타나고 있다.
이러한 검사 오류는 전술된 바와 같이, 그레이 레벨 차이가 상당한 센터와 에지 다이 중 어느 하나의 다이만을 기준 이미지로 설정하여 패턴 검사를 실시하는 것에 기인한다.
본 발명의 제 1 목적은 웨이퍼의 각 영역에 배치된 다이들에 대해서 최적의 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시함으로써 결함 검사 결과에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 기준 이미지를 설정하는 방법을 이용해서 웨이퍼에 구성된 각 다이의 패턴을 검사하는 방법을 제공하는데 있다.
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상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기준 이미지 설정 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 먼저, 검사 대상 웨이퍼의 각 다이들이 갖는 그레이 레벨 차이의 허용 범위를 설정한다. 그런 다음, 웨이퍼에 구성된 복수개의 다이들 중 웨이퍼의 센터에 배치된 제 1 다이와 웨이퍼의 에지에 배치된 제 2 다이를 선정한다. 선정된 제 1 및 제 2 다이의 이미지를 획득하고 아울러 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 측정한다. 이어서, 선정된 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 서로 비교한다.
비교된 그레이 레벨 차이가 허용 범위내에 있으면, 어느 하나의 다이의 이미지를 기준 이미지로 설정한다. 만일, 비교된 그레이 레벨 차이가 허용 범위를 벗어나면, 비교된 제 1 및 제 2 다이의 이미지들을 기준 이미지들로 설정한다.
본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴 검사 방법은 상기된 기준 이미지 설정 방법의 최종 단계 후에 다음과 같은 단계들을 더 포함한다.
먼저, 비교된 그레이 레벨 차이가 허용 범위내에 있는 경우, 하나로 설정된 기준 이미지를 이용해서 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사를 실시한다. 반면에, 비교된 그레이 레벨 차이가 허용 범위를 벗어나는 경우, 웨이퍼를 각 기준 이미지별 적용 영역으로 구획한다. 이어서, 웨이퍼의 각 구획 영역에 위치한 다이들별로 해당 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시한다.
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상기된 본 발명의 구성에 의하면, 웨이퍼의 센터와 에지에 배치된 적어도 2개의 다이들의 이미지를 기준 이미지로 설정하여 그레이 레벨 차이를 비교한 후, 비교 결과에 따라 선택적으로 하나 또는 2개 이상의 기준 이미지로 패턴 검사를 실시하게 되므로써, 패턴 검사의 결함 탐지도가 대폭 향상된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정 방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치를 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 패턴 검사 방법은 기준 이미지 설정 방법을 실시한 후에 계속해서 수행되므로, 여기에서는 각 방법을 통합해서 순차적으로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명에 따른 방법에 사용되는 검사 장비의 블럭도이고, 도 11은 본 발명에 따른 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이며, 도 12는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 선정된 복수개의 다이 위치를 나타낸 웨이퍼의 평면도이고, 도 13은 본 발명에 따른 방법을 실제 검사 대상 웨이퍼에 적용한 경우 선정된 복수개의 다이 위치를 나타낸 웨이퍼의 평면도이며, 도 14는 다이 선정의 다른 변형예를 나타낸 웨이퍼의 평면도이고, 도 15는 도 13에서 선정된 각 다이의 좌표별로 기준 이미지의 적용 영역을 구획해서 나타낸 웨이퍼의 평면도이고, 도 16은 도 15의 각 영역별로 해당 기준 이미지를 적용해서 패턴 검사를 실시한 결과를 나타낸 사진이다.
먼저 도 10을 참조로, 본 발명의 패턴 검사 방법에 사용되는 검사 장치의 구성을 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 허용 범위 설정부(10)는 소정의 공정이 완료된 검사 대상 웨이퍼에 대한 다이들의 그레이 레벨의 허용 범위를 설정한다. 또한, 다이 선정부(20)가 기준 이미지용으로 사용될 센터 다이의 제 1 다이와 에지 다이의 제 2 다이를 선정한다. 이미지 촬영부(30)는 다이 선정부(20)에서 선정된 제 1 및 제 2 다이를 촬영하여, 제 1 및 제 2 다이의 이미지를 획득하게 된다.
그레이 레벨 측정부(40)는 선정된 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 측정한다. 그레이 레벨 비교부(50)는 측정된 그레이 레벨값의 차이가 허용 범위 설정부(10)에서 설정된 허용 범위 내에 있는지의 여부를 비교하게 된다.
기준 이미지 설정부(60)는 측정된 그레이 레벨값의 차이가 허용 범위 이내이면 2개의 다이의 이미지 중에서 어느 하나의 이미지만을 기준 이미지로 설정하게 되고, 반면에 측정된 그레이 레벨값의 차이가 허용 범위를 벗어나면 2개의 다이 이미지 모두를 기준 이미지로 설정하게 된다.
다이 구획부(70)가 기준 이미지 설정부(60)에서 기준 이미지가 복수개로 설정되는 경우, 웨이퍼를 설정된 각 기준 이미지별 적용 영역으로 구획한다. 패턴 검사부(80)가 웨이퍼의 각 구획 영역에 위치한 다이들별로 해당하는 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시한다.
본 발명에 따른 검사 장치의 구성은 상기된 바와 같고, 이하에서는 상기 장치로 웨이퍼의 패턴을 검사하는 방법을 상세히 설명한다.
도 11에 본 발명에 따른 방법이 순차적으로 도시되어 있다. 먼저, 단계 ST1에서 검사 대상 웨이퍼에 구성된 복수개의 다이들이 갖는 그레이 레벨간의 차이를 어느 정도 범위에서 허용할 것인지를 설정하여, 이 허용 범위를 검사 장비의 메모리에 기억시킨다. 웨이퍼에 대한 반도체 제조 공정은 공정 단계별로 공정 조건이 매우 다르기 때문에, 현재 웨이퍼의 공정 상태에 따라 그레이 레벨 차이의 허용 범위를 선택적으로 설정하는 것이다.
그런 다음, 단계 ST2에서, 검사 대상 웨이퍼의 다이들 중에서 기준 이미지로 사용할 다이들을 선정한다. 여기서, 종래에는 보통 센터 다이 하나만을 선정하였으나, 본 발명에서는 센터 다이인 제 1 다이와 에지 다이인 제 2 다이를 선정한다. 즉, 본 발명에서는 그레이 레벨 차이가 가장 큰 웨이퍼의 센터에 배치된 제 1 다이와 에지에 배치된 제 2 다이를 기준 이미지용으로 선정하게 된다.
이어서, 단계 ST3에서 선정된 제 1 및 제 2 다이들의 위치를 검사 장비가 인식하도록 제 1 및 제 2 다이들의 좌표를 검사 장비의 메모리에 기억시킨다. 그런 다음, 단계 ST4에서 선정된 제 1 및 제 2 다이들의 이미지를 검사 장비의 촬상장치를 이용해서 획득한다. 계속해서, 단계 ST5에서 선정된 제 1 및 제 2 다이들의 이미지가 갖는 그레이 레벨을 검사 장비로 측정한다. 그런 다음, 단계 ST6에서 측정된 제 1 및 제 2 다이들의 그레이 레벨을 상호 비교한다.
단계 ST7에서 그레이 레벨 차이가 허용 범위내에 있으면, 단계 ST8에서 선정된 제 1 및 제 2다이의 각 이미지 중 어느 하나만을 기준 이미지로 설정한다. 이와 같이 하는 이유는, 센터 다이의 그레이 레벨과 에지 다이의 그레이 레벨간의 차이가 크지 않아서 허용범위 이내라면, 제 1 다이 또는 제 2 다이의 이미지 하나만을 기준 이미지로 설정하여 패턴 검사를 실시하여도 검사 오류가 거의 발생되지 않기 때문이다.
따라서, 단계 ST9에서와 같이, 설정된 하나의 기준 이미지로 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사를 실시한다.
그러나, 만일 단계 ST7에서의 그레이 레벨 비교 결과가 허용 범위를 벗어난다면, 제 1 다이의 그레이 레벨과 제 2 다이의 그레이 레벨간의 차이가 상당히 크다는 것을 의미하게 된다. 이러한 경우에, 어느 한 다이의 이미지만을 기준 이미지로 설정하여 패턴 검사를 실시하게 되면, 종래 기술에서 언급된 검사 오류가 야기되므로, 본 발명에서는 단계 ST10에서와 같이 비교된 제 1 및 제 2 다이의 이미지 모두를 기준 이미지로 설정하게 된다.
기준 이미지가 복수개로 설정되었으므로, 어느 기준 이미지를 웨이퍼의 어느 다이에 적용할 것인지를 정해야 한다. 보통, 그레이 레벨이 변화하는 추이는 센터 다이에서 에지 다이로 가면서 점진적으로 증가 또는 하강하는 경향이므로, 어느 한 기준 이미지로 설정된 다이의 주위에 인접하게 배치된 다이들이 상기 기준 이미지가 적용되는 영역이 될 것이다.
이를 위해, 단계 ST11에서와 같이, 웨이퍼의 각 다이들을 기준 이미지가 적용되는 영역별로 구획한다. 이때, 단계 ST3에서 실시되어 검사 장비의 메모리에 기억된 선정 다이들의 좌표가 이용된다. 즉, 기억된 선정 다이들의 좌표를 중심으로 해서 일정 범위에 위치한 다이들을 선정 다이의 기준 이미지 적용 영역으로 설정함으로써, 웨이퍼 전체의 다이들을 기준 이미지별로 구획하게 된다. 물론, 구획된 영역은 검사 장비의 메모리에 저장된다.
한 예로, 제 1 다이 하나와 제 2 다이 하나가 단계 ST2에서 선정되었다면, 웨이퍼는 센터를 중심으로 한 대략 원 형태의 영역과, 이 원 형태의 영역 주위를 둘러싸는 링 형태의 영역으로 구획될 것이다. 이러한 영역의 수는 선정되는 다이의 수에 따라 변경될 것이다.
마지막으로, 단계 ST12에서, 구획된 각 영역의 다이들에 대해서 해당 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시한다. 보다 구체적으로 설명하면, 어느 영역의 다이들에 대해서 해당 기준 이미지로 패턴 검사를 실시하다가, 상기 영역에서 다른 영역으로 검사 대상이 이동하면, 검사 장비의 기준 이미지가 다른 영역의 기준 이미지로 교체되고, 이러한 새로운 기준 이미지로 다른 영역의 다이들에 대한 패턴 검사가 실시되는 것이다.
따라서, 실제로는 결함이 없는 다이들이 선정상에 문제가 있는 기준 이미지에 의한 패턴 검사로 결함이 있는 것으로 판정되는 검사 오류가 방지될 수가 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 적어도 하나의 센터 다이와, 적어도 하나의 에지 다이의 각 이미지를 기준 이미지로 설정하여 패턴 검사를 실시하게 된다. 이러한 본 발명에 따른 방법에서 가장 중요시되는 점은 센터 다이와 에지 다이를 몇 개로 선정하는 것과, 설정되는 다이의 위치이다.
기준 이미지용 다이를 많이 선정할수록 검사 오류가 줄어들 것은 명백하지만, 선정되는 다이가 많아지게 되면 기준 이미지를 설정하고 영역을 구획하는데 많은 시간이 소요되므로, 검사 신뢰도를 적정선에서 유지하면서 검사 시간도 과도하게 소요되지 않도록 하는 최적의 다이 선정이 중요하다.
도 12에 본 발명에 따른 방법에서 바람직한 선정 다이의 위치 및 수가 도시되어 있다. 선정된 다이들은 도 12에서 해칭으로 표시하였다. 종래 기술에서도 언급된 바와 같이, 센터 다이인 제 1 다이와 에지 다이인 제 2 다이간의 그레이 레벨 차이가 가장 크므로, 도 12에 도시된 바대로, 정중앙의 제 1 다이 하나와, 90°등간격으로 배치된 최외곽의 제 2 다이 4개를 선정하는 것이 바람직하다. 따라서, 단계 ST7에서의 비교 결과가 허용 범위를 벗어난다면, 기준 이미지는 총 5개가 되고, 영역도 5개로 구획될 것이다. 물론, 각 제 2 다이들간의 그레이 레벨 차이가 허용 범위 이내라면, 기준 이미지는 2개만이 되고 영역도 2개로 구획될 것이다.
이하에서는, 상기된 본 발명에 따른 방법을 실제 검사 대상 웨이퍼에 적용하여 패턴 검사를 실시한 실험예의 결과를 살펴본다.
실험예
먼저, 전체 다이들에 대해서 결함 여부의 검사를 수행한 후, 결함이 없는 웨이퍼를 선정한 다음, 검사 장비에 선정된 웨이퍼에 대한 그레이 레벨 차이의 허용 범위를 설정하였다. 그런 다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 구성된 61개의 다이들 중에서 9개의 다이(해칭으로 표시)를 기준 이미지용 다이로 선정하였다. 선정된 다이들의 위치를 살펴보면, 센터 다이에 해당하는 정중앙의 다이 1개와, 90°등간격으로 배치되어 에지 다이에 해당하는 4개의 다이들이 우선적으로 선정되었다. 여기까지는 도 12에 도시된 선정 다이의 수 및 위치와 동일하다. 본 실험예에서는 검사 결과의 신뢰도를 더욱 향상시키기 위해서, 4개의 제 2 다이를 연결하는 4개의 직선 중간부에 위치한 미들 다이인 제 3 다이 4개를 추가로 선정하였다. 제 3 다이로는 센터 다이와 에지 다이를 연결하는 어느 한 직선 중간부에 위치한 도 14와 같이 2개만을 선정하거나 또는 제 1 다이와 각 제 2 다이가 형성하는 4개의 삼각형의 중앙부에 위치한 4개를 선정할 수도 있다. 이러한 다이 선정에 의해, 선정된 다이들이 웨이퍼 전체에 대해서 골고루 분포된다.
그런 다음, 선정된 각 다이들의 좌표를 검사 장비의 메모리에 기억시킨 후, 검사 장비의 촬상장치로 촬영해서 이미지를 획득하였다. 이어서, 9개의 선정 다이들의 그레이 레벨을 측정한 후 서로 비교하였다. 비교 결과, 그레이 레벨은 제 1 다이에서 제 2 다이로 갈수록 점진적으로 수치가 높아져서, 그 차이가 허용 범위를 벗어났다. 다만, 제 3 다이들간과 제 2 다이들간의 그레이 레벨 차이는 허용 범위 이내였다. 따라서, 제 3 다이들 중 어느 하나와, 제 2 다이들 중 어느 하나를 기준 이미지로 설정하기만 하면 된다.
이러한 비교 결과에 의해, 센터 다이용 기준 이미지 1개와 미들 다이용 기준 이미지 1개 및 에지 다이용 기준 이미지 1개가 각각 설정되었고, 각 기준 이미지들이 검사 장비에 저장시켰다.
상기와 같이 기준 이미지가 3개로 설정되었으므로, 도 15에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 3개의 영역 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ으로 구획하였다. 영역 Ⅰ은 제 1 다이의 이미지가 기준 이미지로 설정된 영역으로서, 영역 Ⅰ에는 총 9개의 다이가 포함되어 있다. 영역 Ⅱ는 제 3 다이의 이미지가 기준 이미지로 설정된 영역으로서, 영역 Ⅱ에는 18개의 다이가 포함되어 있다. 한편, 영역 Ⅲ은 제 2 다이의 이미지가 기준 이미지로 설정된 영역으로서, 총 34개의 다이가 포함되어 있다.
상기와 같이 기준 이미지들의 설정이 완료되었으므로, 이러한 기준 이미지들을 이용해서 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사를 실시하였다. 영역 Ⅰ에 포함된 다이들에 대해서는 제 1 다이용 기준 이미지로 실시하였고, 영역 Ⅱ에 포함된 다이들에 대해서는 제 3 다이용 기준 이미지로 실시하였으며, 영역 Ⅲ에 포함된 다이들에 대해서는 제 2 다이용 기준 이미지로 실시하였다.
이러한 방법으로 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴을 검사한 결과가 도 16에 도시되어 있다. 이미 웨이퍼의 모든 다이들은 결함이 없는 것으로 확인된 상태인데, 도 16에 도시된 검사 결과도 크게 다르지 않았다. 물론, 각 다이들간의 그레이 레벨 차이에 의해 어느 정도의 결함이 있는 것으로 나타났지만, 이러한 결함은 허용 범위 이내이므로 무시할 수준이었다. 만일, 선정된 다이의 이미지 9개 전부를 기준 이미지로 선정하고 영역도 9개로 구획했다면, 결함은 더욱 적게 나타났을 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 센터 다이들 중 적어도 하나와 에지 다이들 중 적어도 하나의 각 이미지를 기준 이미지로 설정하고 이에 따라 웨이퍼를 기준 이미지별로 구획하여 패턴 검사를 실시하게 되므로, 검사 대상 다이들이 최적으로 선정된 기준 이미지로 검사를 받게 되어, 검사 오류의 발생 정도를 크게 낮출 수가 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼의 패턴 검사용 기준 이미지 설정 방법과 이 설정 방법을 이용한 패턴 검사 방법 및 장치를 설명 및 도시하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 미국특허 제6,229,331호에 개시된 종래 패턴 검사 방법의 흐름도.
도 2는 미국특허 제2001/0055415 A1호에 개시된 종래 패턴 검사 방법의 흐름도.
도 3은 일본 공개특허공보 특개평10-135287호에 개시된 종래의 검사 방법을 나타낸 블럭도.
도 4는 일본 공개특허공보 2001-133418호에 개시된 종래의 검사 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 종래 기술에 따라 어느 한 다이만이 기준 이미지용으로 선정된 상태를 나타낸 웨이퍼의 평면도.
도 6은 센터 다이의 그레이 레벨을 나타낸 히스토그램.
도 7은 에지 다이의 그레이 레벨을 나타낸 히스토그램.
도 8은 센터 다이 하나만을 기준 이미지로 설정하여 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사의 결과를 나타낸 사진.
도 9는 에지 다이 하나만을 기준 이미지로 설정하여 웨이퍼의 전체 다이들에 대한 패턴 검사의 결과를 나타낸 사진.
도 10은 본 발명에 따른 검사 장치를 나타낸 블럭도.
도 11은 본 발명에 따른 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 12는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 선정된 복수개의 다이 위치를 나타낸 웨이퍼의 평면도.
도 13은 본 발명에 따른 방법을 실제 검사 대상 웨이퍼에 적용한 경우 선정된 복수개의 다이 위치를 나타낸 웨이퍼의 평면도.
도 14는 다이 선정의 다른 변형예를 나타낸 웨이퍼의 평면도.
도 15는 도 13에서 선정된 각 다이의 좌표별로 기준 이미지의 적용 영역을 구획해서 나타낸 웨이퍼의 평면도.
도 16은 도 15의 각 영역별로 해당 기준 이미지를 적용해서 패턴 검사를 실시한 결과를 나타낸 사진.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 허용 범위 설정부 20 : 다이 선정부
30 : 이미지 촬영부 40 : 그레이 레벨 측정부
50 : 그레이 레벨 비교부 60 : 기준 이미지 설정부
70 : 다이 구획부 80 : 패턴 검사부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 검사 대상 웨이퍼의 각 다이들이 갖는 그레이 레벨 차이의 허용 범위를 설정하는 단계;
    상기 복수개의 다이들 중 웨이퍼의 센터에 배치된 제 1 다이와 에지에 배치된 제 2 다이를 선정하는 단계;
    상기 선정된 제 1 및 제 2 다이의 이미지를 획득하는 단계;
    상기 선정된 제 1 및 제 2 다이의 그레이 레벨을 측정한 후, 상기 측정치를 서로 비교하는 단계;
    상기 측정치 차이가 상기 허용 범위 이내이면 비교된 제 1 및 제 2 다이 중 어느 하나만의 이미지를 기준 이미지로 설정하고, 상기 측정치 차이가 허용 범위를 벗어나면 비교된 제 1 및 제 2 다이 모두의 이미지를 기준 이미지로 설정하는 단계;
    상기 기준 이미지 설정 단계에서 기준 이미지가 복수개로 설정되는 경우, 상기 웨이퍼를 설정된 각 기준 이미지별 적용 영역으로 구획하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 각 구획 영역에 위치한 다이들별로 해당하는 기준 이미지를 이용해서 패턴 검사를 실시하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 패턴 검사 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 다이 선정 단계에서,
    상기 제 1 다이는 웨이퍼의 정중앙에 배치된 1개이고, 상기 제 2 다이는 90°등간격으로 배치된 4개인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 패턴 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 1개의 제 1 다이와 4개의 제 2 다이가 형성하는 4개의 삼각형의 중앙부에 위치한 제 3 다이 4개를 더 선정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 패턴 검사 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 1개의 제 1 다이와 4개의 제 2 다이를 연결하는 직선 중간 부분에 위치한 제 3 다이 4개를 더 선정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 패턴 검사 방법.
  9. 삭제
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