KR100558572B1

KR100558572B1 - 반도체 소자의 오버레이 측정설비

Info

Publication number: KR100558572B1
Application number: KR1020040078200A
Authority: KR
Inventors: 이정호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-03-13

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 오버레이 정도(精度)를 측정하는 오버레이 측정설비에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 예방 보전 웨이퍼(Preventive Maintenance Wafer)를 이용하지 않고 오버레이 측정설비 자체의 컨디션을 측정하기 위한 것으로써 테이블, 평판부, 렌즈 및 다중필터를 포함한다. 테이블에는 오버레이 마크가 형성된 웨이퍼가 놓여진다. 평판부는 상기 테이블 주위에 설치되며 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된다. 렌즈는 상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 한다. 다중필터는 상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정한다.

본 발명에 의하면 오버레이 측정설비 자체에 오버레이 마크를 구비하고 있기 때문에 예방 보전 웨이퍼의 관리가 필요치 않고 양산 웨이퍼의 손실을 방지하는 효과가 있다.

오버레이 측정설비, 오버레이 마크, 예방 보전 웨이퍼, TIS, 인라인 공정

Description

반도체 소자의 오버레이 측정설비{Apparatus for measuring overlay in semiconductor device}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정설비의 개략도이다.

도 2는 도 1의 다중필터를 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조 부호의 설명>

100 : 오버레이 측정설비 110 : 렌즈

120 : 다중필터 126 : 색필터

140 : 테이블 150 : 평판부

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 제조공정 중에 오버레이 정도(精度)를 측정하는 오버레이 측정설비에 관한 것이다.

최근 반도체 소자들의 경우, 경쟁력 확보에 필요한 저비용 고품질의 달성을 위해 고집적화가 필수적이다. 고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조공정의 기술 및 제조 시스템도 다양한 형태로 발전되고 있는 추세이다.

반도체 소자의 대량제조를 위한 웨이퍼의 가공은 웨이퍼 내의 각각의 칩상에 동일한 패턴을 갖는 전자회로를 구성하기 위해 필수적인 작업이다. 그러한 웨이퍼 가공작업에서, 로트(lot)단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성하고, 패턴 마스크를 이용하여 웨이퍼의 특정부분을 선택적으로 식각하는 작업이 반복적으로 행해진다.

반도체 제조공정 중의 하나인 포토리소그래피 공정은 코팅공정, 정렬 및 노광공정, 현상공정, 오버레이 측정공정, 크리티컬 디멘젼 측정공정 등의 순으로 진행된다. 여기서, 코팅공정 및 현상공정은 스피너(트랙장비라고도 함)에 의해 통상적으로 수행되고, 정렬 및 노광공정은 스텝퍼에 의해 통상적으로 수행된다. 상기 두 장비는 대개 인라인(in-line)으로 연결되어 상기의 공정들을 차례로 수행하므로 인라인 장비라고도 불려지며, 상기 코팅, 정렬 및 노광, 현상공정들은 인라인 공정에 속해있다.

상기 인라인 공정이 완료된 직후에 수행되는 오버레이 측정 공정은 오버레이 측정설비를 사용하여 임의의 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 체크하는 공정이다. 상기 오버레이 측정공정에는 웨이퍼 상의 메인 칩들 사이에 위치된 스크 라이브 레인에 통상적으로 형성된 오버레이 마크가 이용된다. 오버레이 정확도(overlay accuracy), 즉 반도체 소자의 중첩 정확도 측정은 이전의 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과 현재 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과의 위치정렬이 제대로 이루어졌는지 확인하는 것으로서, 설정된 광 빔을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함에 의해 이전과 현재의 소자 패턴과의 벗어난 정도를 비교함으로써 달성된다. 오버레이 측정방법의 일례는 대한민국 공고특허공보 0170909호 등에 개시되어 있다.

일반적으로, 오버레이 측정설비는 오버레이 에러를 측정할 수 있는 여타 타입의 툴로 구성될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 측정설비는 캘리포니아 산호세에 있는 KLA-Tencor Corporation에 의해 제공되는 5200XP 오버레이 계측시스템과 같은 광학적 검사 스테이션을 포함할 수 있다. 한편, 미스얼라인 측정이 정확히 이루어지기 위해서 오버레이 측정설비는 정기적인 예방 보전(Preventive Maintenance)이 필요하다. 오버레이 측정설비의 컨디션 측정을 위해서 예방 보전 웨이퍼(Preventive Maintenance Wafer)의 제작이 요구되며 상기 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크가 이용된다. 먼저 티.아이.에스(tool induced shift ; 이하'TIS'라고 칭함) 공정과 LONG-TERM 공정을 실시하여 상기 오버레이 마크의 X축 및 Y축에 해당하는 기준값이 설정되어야 한다. 이후 오버레이 측정설비의 컨디션을 측정하기 위해 예방 보전 웨이퍼 상에 형성된 오버레이 마크의 X축 및 Y축에 해당하는 수치를 측정한다. 측정된 수치가 상기 기준값과 오차 허용 범위를 초과하면 오버레이 설비에 의해 정확한 오버레이 측정이 어려워진다. 따라서 오차 허용 범위를 초과하는 경우 오버레이 측정설비를 보정하여야한다.

상술한 종래 기술에 의하면 오버레이 측정설비의 컨디션 측정을 위해서 예방 보전 웨이퍼(Preventive Maintenance Wafer)가 필요하므로 양산 웨이퍼를 상기 예방 보전 웨이퍼용으로 제작하여야 한다. 결국 양산 웨이퍼의 손실이 발생하며, 상기 예방 보전 웨이퍼(Preventive Maintenance Wafer)의 관리가 용이하지 않는 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 예방 보전 웨이퍼(Preventive Maintenance Wafer)를 이용하지 않고 오버레이 측정설비 자체의 컨디션을 측정할 수 있는 오버레이 측정설비를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 오버레이 측정설비의 일 양상(aspect)은 오버레이 마크가 형성된 웨이퍼가 놓여지는 테이블과, 상기 테이블 주위에 설치되며 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된 평판부와, 상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 렌즈와, 상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정하는 다중필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 오버레이 측정설비의 다른 양상은 상부면에 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된 테이블과, 상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 렌즈와, 상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정하는 다중필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 평판부와 테이블은 회전가능하게 설치되어 TIS 공정이 가능하도록 이루어지고 상기 회전운동의 동력은 모터에 의해 전달될 수 있다.

또한 상기 평판부와 테이블의 상부면 중 오버레이 마크가 형성된 부위는 웨이퍼와 동일재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

본 발명의 실시예는 당해 기술이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 그리고 도면에서 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 도시된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 비록, 본 발명은 첨부된 도면에 의하여 설명되지만, 다양한 형태, 크기 등으로 대체될 수 있음은 당해 기술이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정설비의 개략도이고, 도 2는 도 1의 다중필터를 나타내는 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 오버레이 측정설비(100)는 테이블(140)과 렌즈(110)와 다중필터(120)와 평판부(150)를 포함하여 구성된다.

테이블(140)에는 노광공정 후 반도체 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지 검사하기 위해 오버레이 마크가 형성된 웨이퍼(미도시)가 놓여진다.

렌즈(110)는 상기 테이블(140) 상부에 설치되며, 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 기능을 수행한다.

다중필터(120)는 렌즈(110)와 웨이퍼 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정한다. 그리고 다중필터(120)는 원판 형태의 필터 몸체(125)와, 필터 몸체(125)에 일정 간격을 두고 설치되는 6개의 색 필터(126)를 포함한다. 예컨대 빨강색, 녹색, 주황색, 파랑색, 노랑색 및 흰색의 색 필터(126)를 포함한다.

평판부(150)는 상기 테이블(140) 옆 일정거리 떨어진 곳에 설치된다. 예를 들어 테이블과의 거리가 10mm 내지 100mm인 곳에 설치될 수 있다. 상기 평판부(150)의 상부면에는 오버레이 마크가 형성되어 오버레이 측정설비(100) 자체의 컨디션 검사를 가능케 한다. 그리고 평판부(150)는 모터(미도시) 또는 수작업에 의해 360°회전할 수 있도록 설치되므로 TIS 공정이 가능하다. 상기 평판부(150)상의 오버레이 마크는 웨이퍼 상에 통상적으로 형성되는 오버레이 마크와 동일 또는 유사한 방법에 의해 형성된다. 한편 평판부(150)는 웨이퍼와 동일 또는 유사한 재질로 제작될 수 있다.

상기 구성을 갖는 오버레이 측정설비에 의한 오버레이 정확도 측정방법은 일반적으로 널리 알려져 있는 공지기술인 바 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 단, 본 발명의 바람직한 일실시예 따른 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위한 방법 은 이하 살펴본다.

종래 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위한 기준은 예방 보전 웨이퍼에 형성된 오버레이 마크의 내측마크와 외측마크 각 변의 위치를 측정한 값으로 하였다.

그러나 상기 본 발명의 일시예에 의할 때 오버레이 측정설비(100)의 컨디션 검사를 위한 기준은 평판부(150)에 형성된 오버레이 마크의 내측마크와 외측마크 각 변의 위치를 측정한 값으로 한다. 공정처리 횟수가 일정 수준에 이른 후 오버레이 측정설비(100)의 컨디션 검사를 위해, 우선 평판부(150)에 형성된 오버레이 마크의 내측마크와 외측마크 각 변의 위치가 측정되어야 한다. 다음으로 측정된 수치와 상기 기준값을 비교한다. 만약 그 비교값이 오차 허용 범위를 초과할 경우 오버레이 측정설비(100)에 의한 이전 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과 현재 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과의 위치정렬이 제대로 이루어졌는지의 확인은 신뢰도가 떨어진다. 이 경우 오버레이 측정설비(100)는 보정되어야 한다.

한편 수치 측정은 테이블(140) 상부에 설치된 렌즈(110)를 평판부(150) 상부로 이동시켜 오버레이 마크를 계측함으로써 이루어진다. 또한 상기 수치의 측정은 내측 마크가 기울어지게 형성되는 경우 등 기울기에 의한 인식오차를 보상하기 위하여 한번 오버레이 측정을 실시한 평판부(150)를 180°회전시켜 다시 오버레이 측정을 실시하는 TIS 공정과 여러 번 값을 측정하여 그 평균값을 구하는 LONG-TERM 공정에 의한다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다. 예컨대, 상기 실시예에 따른 오버레이 측정설비(100)에서 평판부(150)는 미러 스테이션(미도시)으로 대체될 수 있다. 상기 미러 스테이션은 평판부(150) 위치에 설치된다. 그리고 미러 스테이션은 렌즈(110)로 입사되는 빛을 반사시켜 카메라(미도시) 등에 전달함으로써 오버레이 측정설비(100)에서 사용되는 빛의 세기, 빛의 간섭정도, 및 렌즈(110)의 틀어짐 정도를 체크할 수 있도록 한다. 또한 미러 스테이션에는 평판부(150)와 같은 기능, 즉 오버레이 측정설비(100)의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된다.

또한, 오버레이 마크는 테이블(140) 상에 형성될 수 있다. 이 경우 테이블(140) 상에 형성된 오버레이 마크를 계측함으로써 오버레이 측정설비(100)의 컨디션 검사가 가능하다. 따라서 평판부(140) 또는 오버레이 마크가 형성된 미러 스테이션이 없더라도 오버레이 측정설비(100)의 컨디션 검사가 가능하다. 이 경우, 상기 테이블의 상부면 중 오버레이 마크가 형성된 부위는 웨이퍼와 동일재질로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 예방 보전 웨이퍼가 없이도 오버레이 측정설비의 컨디션 검사가 가능하다는 데 특징이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 오버레이 측정설비 자체에 오버레이 마 크를 구비하고 있기 때문에 상기 설비의 컨디션 검사 시 예방 보전 웨이퍼가 필요하지 않다. 따라서 상기 웨이퍼의 관리가 필요치 않을 뿐만 아니라 양산 웨이퍼의 손실을 방지하는 효과가 있다.

Claims

반도체 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 검사하는 오버레이 측정설비에 있어서,

오버레이 마크가 형성된 웨이퍼가 놓여지는 테이블;

상기 테이블 주위에 설치되며 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된 평판부와,

상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 렌즈; 및

상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정하는 다중필터를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 1항에 있어서,

상기 평판부는 회전가능하게 설치되어 TIS 공정이 가능하도록 이루어짐을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 2항에 있어서,

상기 평판부에 회전동력을 전달하는 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평판부는 웨이퍼와 동일재질로 이루어짐을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
반도체 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 검사하는 오버레이 측정설비에 있어서,

오버레이 마크가 형성된 웨이퍼가 놓여지는 테이블;

상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 렌즈

상기 테이블 주위에 설치되며, 렌즈에 입사되는 빛을 반사시킴으로써 오버레이 측정설비에서 사용되는 빛의 세기, 빛의 간섭정도 및 렌즈의 틀어짐 정도를 체크할 수 있도록 하며, 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된 미러 스테이션; 및

상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정하는 다중필터를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 5항에 있어서,

상기 미러 스테이션은 회전가능하게 설치되어 TIS 공정이 가능하도록 이루어짐을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 6항에 있어서,

상기 미러 스테이션에 회전동력을 전달하는 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 5항 내지 제 7항에 있어서,

상기 미러 스테이션은 웨이퍼와 동일재질로 이루어짐을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
반도체 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 검사하는 오버레이 측정설비에 있어서,

상부면에 오버레이 측정설비의 컨디션 검사를 위해 오버레이 마크가 형성된 테이블;

상기 테이블 상부에 설치되고 입사되는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상(像)을 맺게 하는 렌즈; 및

상기 테이블과 렌즈 사이에 설치되고 웨이퍼 표면 상태에 따라 광원의 파장을 조정하는 다중필터를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.
제 9항에 있어서,

상기 테이블의 상부면 중 오버레이 마크가 형성된 부위는 웨이퍼와 동일재질로 이루어짐을 특징으로 하는 오버레이 측정설비.