KR100289999B1 - 반도체 웨이퍼의 패턴 크기 및 오버레이를 연속적으로 측정하는장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 다층 패턴의 크기 및 오버레이를 연속적으로 측정할 수 있는 장치에 관한 것으로, 웨이퍼 상의 패턴 크기 및 오버레이의 측정을 연속적으로 하기 위한 측정실, 측정실을 패턴크기 측정실과 오버레이 측정실로 구획하기 위한 것으로 측정실의 중앙부에 슬라이딩 이송가능하게 설치된 칸막이, 패턴크기 측정실과 오버레이 측정실의 하면에 연속적으로 설치된 공통 스테이지를 포함하며, 패턴크기 측정실은 공통 스테이지와 직교하도록 설치된 패턴크기 측정용 스테이지, 공통 스테이지와 패턴크기 측정용 스테이지가 교차하는 지점에 설치되어 웨이퍼를 그의 위에 안착시키기 위한 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지와 일직선 상에 정렬된 전자빔원을 가지며, 오버레이 측정실은 공통 스테이지와 직교하도록 설치된 오버레이 측정용 스테이지 및 공통 스테이지와 오버레이 측정용 스테이지가 교차하는 지점과 일직선 상에 정렬되도록 설치된 할로겐 램프를 갖는 것에 의해, 패턴크기 측정과 오버레이 측정을 연속적으로 할 수 있어, 측정 시간이 단축되며, 장비의 효율화를 기할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 가공(fabrication)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 상에 형성된 다층 패턴의 크기 및 오버레이를 연속적으로 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 가공은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시키고, 패턴 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 깍아내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼 상의 각각의 칩상에 동일한 패턴을 갖는 전자 회로를 구성해 나가는 전 과정을 지칭한다.
상술한 반도체 웨이퍼 가공 과정에서, 스테퍼(stepper)로부터 자외선을 발생하여 패턴 마스크 상에 그려진 회로 패턴을 반도체 웨이퍼 표면에 전사해주는 포토마스킹(photomasking) 공정은 웨이퍼 스테이지 상에 안착된 반도체 웨이퍼의 정확한 정렬과 정렬된 웨이퍼에 대하여 정확한 노광량 또는 노광 시간조절을 필요로 한다. 따라서, 이와 같은 포토마스킹 공정의 완료 후 그 공정이 정확히 이루어졌는지 확인하는 측정 과정이 수행된다. 이때, 측정 과정에서 필요한 측정 항목은 첫 번째로 이전에 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과 현재 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 것이고, 두 번째로 반도체 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 크기가 원하는 크기로 형성되어 있는지를 확인하는 것이다. 통상적으로, 패턴 크기의 측정과 오버레이 측정은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 노광 폭을 측정하기 위한 전자주사빔 현미경(critical dimension scanning electronic beam microscope : CD SEM)과 오버레이(overlay) 측정 장치를 이용하여 수행된다.
전자 주사빔 현미경은 먼저 측정을 위한 반도체 웨이퍼를 정확한 측정 위치에 배치하는 웨이퍼 정렬(wafer alignment)을 수행한 다음, 전자 빔(electron beam)을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 2차 전자빔을 검출함으로써 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 모양을 구하고 그로부터 패턴의 크기를 측정한다. 오버레이 측정 장치는 전자 주사빔 현미경에서 수행되는 바와 동일한 웨이퍼 정렬을 수행한 후, 가시광 빔(visual beam)을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사 광빔을 검출함으로써 반도체 웨이퍼 상에 형성된 이전의 패턴과 현재 패턴과의 벗어난 정도를 측정한다.
상술한 전형적인 반도체 웨이퍼 상의 패턴 크기의 측정과 오버레이 측정은 각기 전자 주사빔 현미경과 오버레이 측정 장치에 의해 별도로 수행되고 있으며, 그 측정 절차에 있어서, 전자 주사빔 현미경에 의한 패턴 크기의 측정이 완료된 다음 웨이퍼를 다시 오버레이 장치로 이동하여 오버레이를 측정하는 방식으로 진행되고 있다.
따라서, 이러한 이중적인 작업으로 인하여, 반도체 가공 공정 시간이 상대적으로 많이 소요되는 문제가 대두되고 있다. 따라서, 이를 개선하기 위하여 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 크기와 오버레이의 측정을 연속적으로 수행함으로써 반도체 가공 공정 시간을 단축시키는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 다층 패턴의 패턴 크기 및 오버레이 측정을 연속적으로 실행할 수 있는 패턴 크기 및 오버레이 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 웨이퍼 상의 패턴 크기 및 오버레이의 측정을 연속적으로 하기 위한 측정실, 측정실을 패턴 크기 측정실과 오버레이 측정실로 구획하기 위한 것으로 측정실의 중앙부에 슬라이딩 이송가능하게 설치된 칸막이, 패턴 크기 측정실과 오버레이 측정실의 하면에 연속적으로 설치된 공통 스테이지를 포함하며, 패턴크기 측정실은 공통 스테이지와 서로 직교하도록 설치된 패턴크기 측정용 스테이지, 공통 스테이지와 패턴크기 측정용 스테이지가 교차하는 지점에 설치되어 웨이퍼를 그의 위에 안착시키기 위한 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지와 일직선 상에 정렬된 전자빔원을 가지며, 오버레이 측정실은 공통 스테이지와 서로 직교하도록 설치된 오버레이 측정용 스테이지 및 공통 스테이지와 오버레이 측정용 스테이지가 교차하는 지점과 일직선 상에 정렬되도록 설치된 할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 패턴 크기 및 오버레이를 측정하기 위한 장치의 구성도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 웨이퍼 10 : 패턴크기 측정실
12 : 패턴크기 측정용 스테이지 14 : 웨이퍼 스테이지
16 : 전자빔 제어장치 18 : 전자빔원
20 : 오버레이 측정실 22 : 오버레이 측정용 스테이지
24 : 할로겐 광 제어장치 26 : 할로겐 램프
30 : 칸막이 32, 34 : 발광소자
33, 35 : 수광소자 40 : 공통 스테이지
100 : 측정실
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 상에 형성된 패턴 크기와 오버레이를 연속적으로 측정할 수 있는 장치의 구성도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 상의 패턴 크기 및 오버레이를 연속적으로 측정할 수 있는 장치는 패턴 크기 및 오버레이의 측정을 위한 측정실(100), 측정실(100)을 패턴크기 측정실(10)과 오버레이 측정실(20)로 구획하기 위한 것으로 측정실(100)의 중앙부에 슬라이딩 이송가능하게 설치된 칸막이(30), 칸막이(30)의 하부 중심을 통과하도록 패턴크기 측정실(10)과 오버레이 측정실(20)의 하면에 연속적으로 설치된 공통 스테이지(40)를 포함한다.
패턴크기 측정실(10)은 그의 하면의 공통 스테이지(40)와 서로 직교하도록 설치된 패턴크기 측정용 스테이지(12), 공통 스테이지(40)와 패턴크기 측정용 스테이지(12)가 교차하는 지점에 설치되어 웨이퍼(1)를 그의 위에 안착시키는 웨이퍼 스테이지(14) 및 웨이퍼 스테이지(14)와 일직선 상에 정렬되도록 패턴크기 측정실(10)의 상면에 설치된 전자빔 제어장치(16)를 포함한다. 전자빔 제어장치(16) 내에는 전자빔 원(18)이 설치되어 있다.
오버레이 측정실(20)은 그의 하면의 공통 스테이지(40)와 서로 직교하도록 설치된 오버레이 측정용 스테이지(22) 및 공통 스테이지(40)와 오버레이 측정용 스테이지(22)가 교차하는 위치와 일직선 상에 정렬되도록 오버레이 측정실(20)의 상면에 설치된 할로겐 광 제어장치(24)를 포함한다. 할로겐 광 제어장치(24) 내부에는 광원인 할로겐 램프(26)가 설치되어 있다.
본 발명에 따른 장치는 상술한 칸막이(30)를 중심으로 패턴크기 측정실(10) 및 오버레이 측정실(20)에 각각 마련딘 웨이퍼(1)의 이동을 감지하기 위한 센서, 예를들면 발광소자(32, 34)와 이에 각각 대응하는 수광소자(33, 35)를 더 포함한다.
상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 패턴크기 및 오버레이 측정과정을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 측정하고자 하는 웨이퍼(1)가 공통 스테이지(40)를 통해 패턴크기 측정실(10)로 로딩되면 전자빔 제어장치(16) 내의 전자빔원(18)이 온(on) 상태로 된다. 계속해서, 웨이퍼(1)는 패턴크기 측정용 스테이지(12) 상을 이동하면서 웨이퍼 스테이지(14) 상의 소망하는 위치에 안착된 후, 전자빔원(18)으로 부터의 빔이 조사되어 패턴크기를 측정한다.
패턴크기 측정이 완료되면, 웨이퍼(1)는 공통 스테이지(40)를 통해 칸막이(30)로 향한다. 이때, 패턴크기 측정실(10)에 마련된 발광소자(32)와 수광소자(33)의 센싱작용에 의해 웨이퍼(1)가 감지되어 검출신호가 출력되면, 칸막이(30)는 상방으로 슬라이딩 이송되고 전자빔원(18)은 오프(off) 상태로 된다.
다음에, 웨이퍼(1)는 상방으로 슬라이딩 이송된 칸막이(30)의 아래 공간을 지나 오버레이 측정실(20)로 이동된다. 오버레이 측정실(20)로 이동된 웨이퍼(1)는 오버레이 측정실(20)에 설치된 발광소자(34) 및 수광소자(35)에 의해 웨이퍼(1)의 오버레이 측정실(20)로의 이동이 감지되어 검출신호가 출력되면, 칸막이(30)는 하방으로 슬라이딩 이동하여 측정실(100) 사이를 차단함과 동시에, 할로겐 광 제어장치(24)의 할로겐 램프(26)가 온(on) 상태로 된다.
계속해서, 웨이퍼(1)는 공통 스테이지(40)를 통해 오버레이 측정용 스테이지(22)까지 이동되어 오버레이 측정용 스테이지(22)를 따라 이동되면서 소망하는 위치에 위치된 후 오버레이 측정이 실행된다. 그후, 패턴크기 및 오버레이 측정이 종료된 웨이퍼(1)는 공통 스테이지(40)를 통해 측정실(100)로부터 소정의 위치로 이동되며, 할로겐 램프(26)는 오프(off) 상태로 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
그러므로, 본 발명에 따른 장치에 의해 반도체 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 크기 및 오버레이를 연속적으로 측정할 수 있으므로, 종래 각각의 장비에서 이루어지는 패턴크기 측정과 오버레이 측정 시간이 단축되며, 두 측정 공정이 하나의 장비 내에서 연속적으로 수행됨으로써 장비의 효율화를 기할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 반도체 웨이퍼 상에 형성된 다층 패턴의 크기 및 오버레이를 측정하는 장치에 있어서,웨이퍼 상의 패턴 크기 및 오버레이의 측정을 연속적으로 하기 위한 측정실,상기 측정실을 패턴크기 측정실과 오버레이 측정실로 구획하기 위한 것으로 측정실의 중앙부에 슬라이딩 이송가능하게 설치된 칸막이,상기 패턴크기 측정실과 오버레이 측정실의 하면에 연속적으로 설치된 공통 스테이지를 포함하며,상기 패턴크기 측정실은 상기 공통 스테이지와 서로 직교하도록 설치된 패턴크기 측정용 스테이지, 상기 공통 스테이지와 상기 패턴크기 측정용 스테이지가 교차하는 지점에 설치되어 웨이퍼를 그의 위에 안착시키기 위한 웨이퍼 스테이지 및 상기 웨이퍼 스테이지와 일직선 상에 정렬된 전자빔원을 가지며,상기 오버레이 측정실은 상기 공통 스테이지와 서로 직교하도록 설치된 오버레이 측정용 스테이지 및 상기 공통 스테이지와 상기 오버레이 측정용 스테이지가 교차하는 지점과 일직선 상에 정렬되도록 설치된 할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서, 웨이퍼가 상기 패턴크기 측정실에서 상기 오버레이 측정실로 이동하는 것을 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 발광소자와 수광소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 칸막이는 상기 센서가 웨이퍼 이동을 감지하여 출력하는 검출신호에 의해, 상,하 방향으로 슬라이딩 이송되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
- 제 1 항에 있어서, 웨이퍼가 상기 패턴크기 측정실에서 상기 오버레이 측정실로 이동하는 것을 감지하기 위하여 패턴크기 측정실에 설치된 발광소자와 수광소자 및 오버레이 측정실에 설치된 또 다른 발광소자와 수광소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 패턴크기 측정실의 발광소자와 수광소자의 센싱작용에 의해 웨이퍼가 감지되어 출력되는 검출신호에 의해, 상기 칸막이는 상방으로 슬라이딩 운동하고 상기 전자빔원은 오프 상태로 되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 오버레이 측정실의 발광소자와 수광소자의 센싱작용에 의해 상기 칸막이는 하방으로 슬라이딩 이동하여 측정실 사이를 차단하며, 상기 할로겐 램프는 온상태로 되는 것을 특징으로 하는 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치.
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