KR100586032B1 - 기판 정렬 방법 및 장치, 이를 이용한 기판의 패턴 검사방법 및 장치 - Google Patents

기판 정렬 방법 및 장치, 이를 이용한 기판의 패턴 검사방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기판 정렬 방법에 따르면, 반도체 공정이 수행된 기판 상의 정렬 마크로부터 새로운 마크 이미지를 획득한다. 새로운 마크 이미지를 공정 전의 정렬 마크로부터 기 설정된 기준 이미지와 비교한다. 이어서, 비교 결과에 따라, 정렬 마크가 기준 이미지 또는 새로운 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다. 따라서, 기준 이미지를 후속 정렬 공정에 선택적으로 사용할 수가 있게 되므로, 정렬 시간이 대폭 단축된다.

Description

기판 정렬 방법 및 장치, 이를 이용한 기판의 패턴 검사 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF ALIGNING A SUBSTRATE, AND METHOD AND APPARATUS OF INSPECTING A PATTERN ON A SUBSTRATE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 정렬 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용해서 기판을 정렬하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판의 패턴 검사 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 3의 장치를 이용해서 기판의 패턴을 검사하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 이미지 생성부 112 : 발광부
114 : 수광부 120 : 이미지 저장부
130 : 이미지 처리부 132 : 비교부
134 : 교체부 140 : 기판 정렬부
본 발명은 기판 정렬 방법과 장치 및 이를 이용한 기판의 패턴 검사 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판 상에 형성된 패턴 검사를 위해, 기판을 정렬하는 방법 및 장치와, 이를 이용해서 상기 패턴을 검사하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 수백 가지 공정들을 통해서 제조된다. 각 공정을 통해서 반도체 기판 상에는 여러 가지 패턴들이 형성된다. 이러한 패턴들은 기 설정된 공정 조건과 상응하는 특성을 가져야 한다. 따라서, 공정 조건에 따라 형성된 패턴이 공정 조건, 예를 들어서 설계된 두께나 CD(Critical Dimension)에 대응하는 두께나 CD를 갖는지를 검사하는 공정이 각 제조 공정 사이에 수행된다.
대한민국 공개특허공보 제2001-0106630호에는 기준 패턴을 제어부에 저장하고, 기판 상의 패턴을 측정한 후, 측정된 패턴과 기준 패턴을 비교하여 패턴의 불량 여부를 판별하는 패턴 검사 방법이 개시되어 있다.
한편, 패턴 검사를 위해서, 우선적으로 기판을 검사 장비의 스테이지 상에 정확하게 정렬시켜야 한다. 이를 위해서, 종래에는, 제 1 공정 조건에 따라 제 1 공정을 기판에 대해서 실시하여, 기판 상에 제 1 패턴을 형성한다. 기판의 스크라이브 레인(scribe lane)에 형성된 정렬 마크(alignment mark)로부터 제 1 기준 이미지를 획득한다. 제 1 기준 이미지는 정렬 마크로부터 반사된 광으로부터 획득할 수 있다. 제 1 기준 이미지를 검사 장비에 설정한다. 정렬 마크가 제 1 기준 이미 지에 상응하도록, 기판을 정렬한다. 그런 다음, 제 1 패턴이 제 1 공정 조건에 부합하는지를 검사한다.
이어서, 제 2 공정 조건에 따라 제 2 공정을 기판에 대해서 실시하여, 기판 상에 제 2 패턴을 형성한다. 제 2 패턴으로 덮힌 정렬 마크로부터 제 2 기준 이미지를 획득한다. 제 1 기준 이미지를 검사 장비로부터 삭제한 후, 제 2 기준 이미지를 검사 장비에 설정한다. 정렬 마크가 제 2 기준 이미지에 상응하도록, 기판을 정렬한다. 그런 다음, 제 2 패턴이 제 2 공정 조건에 부합하는지를 검사한다.
계속해서, 후속 공정들을 통해서 기판 상에 형성된 복수개의 패턴들에 대해서 상기된 바와 같은 기판 정렬 공정을 수행한 후, 패턴들에 대한 검사를 실시한다.
상기와 같은 종래의 패턴 검사 방법에서는, 각 공정별로 별도의 기준 이미지를 검사 장비에 설정해야만 한다. 후속 공정들을 통해서 정렬 마크 상에 패턴들이 계속 형성되므로, 각 공정마다 정렬 마크로부터 반사되는 광의 특성이 서로 다르기 때문이다.
그러나, 선행 공정과 후속 공정을 통해서 형성된 패턴들간에 막질, 두께 등이 큰 차이가 없는 경우가 많다. 이러한 경우, 공전 전의 정렬 마크로부터 반사되는 광의 특성과 공전 후의 정렬 마크로부터 반사되는 광의 특성 간에도 큰 차이가 나지 않게 된다.
그럼에도 불구하고, 종래에는 각 공정별로 서로 다른 기준 이미지를 사용하여 기판을 정렬하였다. 이로 인하여, 기판을 검사하는데 소요되는 시간이 너무 길 다는 문제가 있다. 특히, 반도체 제조 공정이 수백 가지 공정들로 이루어진다는 것을 감안하면, 시간적 손실이 더욱 상당해진다.
본 발명은 빠른 시간 내에 기판을 정렬할 수 있는 기판 정렬 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 정렬 방법을 수행하기에 적합한 기판 정렬 장치를 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 정렬 방법을 이용해서 기판 상의 패턴을 검사하는 패턴 검사 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 검사 방법을 수행하기에 적합한 패턴 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 기판 정렬 방법에 따르면, 반도체 공정이 수행된 기판 상의 정렬 마크로부터 마크 이미지를 획득한다. 마크 이미지를 공정 전의 정렬 마크로부터 기 설정된 기준 이미지와 비교한다. 이어서, 비교 결과에 따라, 정렬 마크가 기준 이미지 또는 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다.
본 발명의 다른 견지에 따른 기판의 패턴 검사 방법에 따르면, 공정 조건에 따라 패턴이 형성된 기판 상의 정렬 마크로부터 마크 이미지를 획득한다. 마크 이미지를 공정 전의 정렬 마크로부터 기 설정된 기준 이미지와 비교한다. 비교 결과에 따라, 정렬 마크가 기준 이미지 또는 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한 다. 이어서, 패턴이 공정 조건에 부합하는지를 검사한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 기판 정렬 장치는 반도체 공정이 수행된 기판 상의 정렬 마크에 관한 마크 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다. 이미지 저장부에 마크 이미지와 공전 전의 정렬 마크와 대응하는 기준 이미지가 저장된다. 이미지 처리부가 마크 이미지를 기준 이미지와 비교하여, 기준 이미지를 마크 이미지로 선택적으로 교체한다. 이미지 처리부로부터의 신호에 따라, 기판 정렬부가 정렬 마크가 기준 이미지 또는 제 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 기판의 패턴 검사 장치는 공정 조건에 따른 반도체 공정을 통해서 패턴이 형성된 기판 상의 정렬 마크에 관한 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다. 이미지 저장부에 마크 이미지와 공전 전의 정렬 마크와 대응하는 기준 이미지가 저장된다. 이미지 처리부가 마크 이미지를 기준 이미지와 비교하여, 기준 이미지를 마크 이미지로 선택적으로 교체한다. 이미지 처리부로부터의 신호에 따라, 기판 정렬부가 정렬 마크가 기준 이미지 또는 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다. 패턴 검사부가 패턴이 공정 조건에 부합하는지를 검사한다.
상기된 본 발명에 따르면, 공정 후의 정렬 마크 이미지를 기준 이미지와 비교하여, 비교 결과에 따라 기준 이미지를 기판 정렬 기준으로 선택적으로 사용하게 된다. 따라서, 모든 공정마다 새로운 기준 이미지를 사용하여 기판을 정렬하지 않아도 된다. 그러므로, 기판을 정렬하는데 소요되는 시간이 대폭 단축되고, 더불어 패턴 검사 시간도 줄어들게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
기판 정렬 장치 및 방법
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 정렬 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조로, 본 실시예에 따른 기판 정렬 장치(100)는 반도체 공정이 수행된 기판의 스크라이브 레인에 형성된 정렬 마크에 관한 마크 이미지를 생성하는 이미지 생성부(110), 마크 이미지와 기준 이미지가 저장되는 이미지 저장부(120), 마크 이미지와 기준 이미지를 처리하는 이미지 처리부(130) 및 이미지 처리부(130)의 신호에 따라 기판을 정렬하는 기판 정렬부(140)를 포함한다.
이미지 생성부(110)는 정렬 마크로 광을 조사하는 발광부(112), 및 정렬 마크에서 반사된 광을 수집하는 수광부(114)를 포함한다. 수광부(114)에 수집된 반사광은 정렬 마크에 관한 정보를 갖고 있으므로, 반사광으로부터 마크 이미지가 획득된다.
이미지 생성부(110)에서 생성된 마크 이미지가 이미지 저장부(120)에 저장된다. 마크 이미지는 공정 후의 정렬 마크와 대응한다. 또한, 기준 이미지가 이미지 저장부(120)에 저장된다. 기준 이미지는 공정 전의 정렬 마크와 대응한다.
이미지 처리부(130)는 비교부(132)와 교체부(134)를 포함한다. 비교부(132) 는 마크 이미지를 기준 이미지와 비교한다. 교체부(134)는 비교부(132)의 비교 결과에 관한 신호를 전송받아서, 기준 이미지를 마크 이미지로 교체하거나 또는 기준 이미지를 그대로 둔다. 구체적으로, 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위 이내에 속하는 것으로 비교 결과가 나타나면, 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬할 수가 있다. 즉, 새로운 기준 이미지를 사용할 필요가 없다. 따라서, 교체부(134)는 기준 이미지를 마크 이미지로 교체하지 않는다. 반면에, 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위를 벗어나는 것으로 비교 결과가 나타나면, 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬할 수가 없게 된다. 따라서, 교체부(134)는 기준 이미지를 마크 이미지로 교체하여, 마크 이미지를 새로운 기준 이미지로서 이미지 저장부(120)에 저장시킨다.
기판 정렬부(140)는 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지 또는 새로운 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다. 기판은 정렬 장비의 스테이지 상에 안치되므로, 기판 정렬부(40)는 스테이지를 이동시킴으로써, 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지 또는 새로운 기준 이미지에 상응되도록 기판을 정렬하게 된다.
도 2는 도 1의 장치를 이용해서 기판을 정렬하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조로, 단계 ST11에서, 제 1 공정 조건에 따라 기판에 대해서 제 1 공정을 수행하여, 제 1 패턴을 기판 상에 형성한다. 여기서, 제 1 패턴은 정렬 마크를 적어도 부분적으로 덮게 된다.
단계 ST12에서, 이미지 생성부(110)에서 기판의 스크라이브 레인에 형성된 정렬 마크에 관한 제 1 마크 이미지를 생성시킨다. 구체적으로, 발광부(112)에서 정렬 마크로 광을 조사한다. 정렬 마크로부터 반사된 광이 수광부(114)에 수집되어, 제 1 마크 이미지를 획득한다.
단계 ST13에서, 제 1 마크 이미지를 기준 이미지로 이미지 저장부(120)에 저장시킨다.
단계 ST14에서, 기판 정렬부(140)가 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬시킨다.
이어서, 단계 ST15에서, 제 2 공정 조건에 따라 기판에 대해서 제 2 공정을 수행하여, 제 2 패턴을 기판 상에 형성한다. 여기서, 제 2 패턴은 정렬 마크 상에 적어도 부분적으로 위치하게 된다.
단계 ST16에서, 이미지 생성부(110)가 제 2 공정 후의 정렬 마크에 관한 제 2 마크 이미지를 생성한다. 여기서, 제 1 및 제 2 패턴으로 덮힌 정렬 마크로부터 반사된 광은 제 1 패턴으로 덮힌 정렬 마크로부터 반사된 광과는 다른 특성을 갖는다. 따라서, 제 2 마크 이미지는 제 1 마크 이미지와 다른 광 특성을 나타낼 것이다.
단계 ST17에서, 비교부(132)가 제 2 마크 이미지를 기준 이미지와 비교한다. 비교부(132)는 제 2 마크 이미지를 기준 이미지에 중첩시켜서 비교할 수 있을 것이다.
단계 ST18에서, 비교부(132)가 제 2 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위 이내인지 여부를 판별한다. 여기서, 제 2 마크 이미지는 제 2 공정 후의 정렬 마크와 대응하고, 기준 이미지는 제 1 공정 후의 정렬 마크와 대응한다. 따라서, 제 2 마크 이미지는 기준 이미지와 약간 다를 것이다. 그러나, 제 2 마크 이미지가 기준 이미지와 약간 다르지만 허용 범위 이내라면, 기준 이미지를 이용해서 기판을 정렬하는 것이 가능하다. 그러므로, 교체부(134)가 기준 이미지를 제 2 마크 이미지와 대응하는 새로운 기준 이미지로 교체할 필요는 없다.
따라서, 단계 ST19에서, 기판 정렬부(140)는 제 2 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬하게 된다.
반면에, 제 2 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위를 벗어나면, 기준 이미지를 이용해서 기판을 정렬할 수가 없게 된다. 따라서, 단계 ST20에서, 교체부(134)는 기준 이미지를 제 2 마크 이미지로 교체하여, 이미지 저장부(120)에 제 2 마크 이미지와 대응하는 새로운 기준 이미지를 설정시킨다.
단계 ST21에서, 기판 정렬부(140)는 제 2 공정 후의 정렬 마크가 제 2 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다.
본 실시예에 따르면, 각 공정마다 기준 이미지를 항상 새로운 기준 이미지로 교체하지 않아도 기판을 정렬시킬 수가 있게 된다. 따라서, 기판을 정렬하는데 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수가 있게 된다.
패턴 검사 장치 및 방법
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판의 패턴 검사 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 3을 참조로, 본 실시예에 따른 기판 정렬 장치(200)는 정렬 마크에 관한 이미지를 생성하는 이미지 생성부(210), 마크 이미지와 기준 이미지가 저장되는 이미지 저장부(220), 마크 이미지와 기준 이미지를 처리하는 이미지 처리부(230), 이미지 처리부(230)의 신호에 따라 기판을 정렬하는 기판 정렬부(240), 및 정렬된 기판 상의 패턴을 검사하는 패턴 검사부(250)를 포함한다.
이미지 생성부(210)는 정렬 마크로 광을 조사하는 발광부(212), 및 정렬 마크에서 반사된 광을 수집하는 수광부(214)를 포함한다.
이미지 처리부(230)는 비교부(232)와 교체부(234)를 포함한다. 비교부(232)는 마크 이미지를 기준 이미지와 비교한다. 교체부(234)는 비교부(232)의 비교 결과에 관한 신호를 전송받아서, 기준 이미지를 마크 이미지로 교체하거나 또는 기준 이미지를 그대로 둔다.
기판 정렬부(240)는 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지 또는 새로운 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다.
패턴 검사부(250)는 기판 정렬부(240)에 의해 정렬된 기판 상의 패턴을 검사한다. 구체적으로, 패턴 검사부(250)는 패턴의 두께, 농도 또는 CD 등을 측정하여, 설계된 두께, 농도 또는 CD와 대응하는지를 검사하게 된다. 예를 들어서, 패턴의 농도와 두께를 측정하기 위해서, 패턴 검사부(250)는 패턴으로 광을 조사하여, 광을 패턴에 부분적으로 흡수시킨다. 이어서, 패턴에 흡수되지 않은 광을 퓨리에 변환시켜서, 패턴에 흡수된 광의 흡수 스펙트럼을 검출한다. 흡수 스펙트럼으로부터 광 흡수 피크의 높이 및 면적을 측정한다. 그런 다음, 광 흡수 피크의 높이 비를 분석하여 패턴의 농도를 측정한다. 광 흡수 피크의 높이와 면적을 기 설정된 데이터와 비교하여, 패턴의 두께를 측정한다.
도 4는 도 3의 장치를 이용해서 기판의 패턴을 검사하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조로, 단계 ST31에서, 제 1 공정 조건에 따라 기판에 대해서 제 1 공정을 수행하여, 제 1 패턴을 기판 상에 형성한다.
단계 ST32에서, 이미지 생성부(210)가 기판의 스크라이브 레인에 형성된 정렬 마크에 관한 제 1 마크 이미지를 생성한다. 구체적으로, 발광부(212)에서 정렬 마크로 광을 조사한다. 정렬 마크로부터 반사된 광이 수광부(214)에 수집되어, 제 1 마크 이미지를 획득한다.
단계 ST33에서, 제 1 마크 이미지를 기준 이미지로 이미지 저장부(320)에 저장시킨다.
단계 ST34에서, 기판 정렬부(240)가 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬시킨다.
단계 ST34에서, 패턴 검사부(250)가 제 1 패턴의 두께나 CD 등을 측정한다. 측정된 두께나 CD가 제 1 공정 조건으로 설정된 두께나 CD와 대응하는지를 확인하여, 제 1 패턴의 불량 여부를 판정한다.
이어서, 단계 ST36에서, 제 2 공정 조건에 따라 기판에 대해서 제 2 공정을 수행하여, 제 2 패턴을 기판 상에 형성한다.
단계 ST37에서, 이미지 생성부(210)가 제 2 공정 후의 정렬 마크에 관한 제 2 마크 이미지를 생성한다.
단계 ST38에서, 비교부(232)가 제 2 마크 이미지를 기준 이미지와 비교한다. 비교부(232)는 제 2 마크 이미지를 기준 이미지에 중첩시켜서 비교할 수 있을 것이다.
단계 ST39에서, 비교부(232)가 제 2 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위 이내인지 여부를 판별한다.
단계 ST40에서, 제 2 마크 이미지가 기준 이미지와 약간 다르지만 허용 범위 이내라면, 기판 정렬부(240)는 제 2 공정 후의 정렬 마크가 기준 이미지에 상응하도록 기판을 정렬하게 된다.
단계 ST41에서, 패턴 검사부(250)가 정렬된 기판 상의 제 2 패턴의 두께나 CD 등을 측정한다. 측정된 두께나 CD가 제 2 공정 조건으로 설정된 두께나 CD와 대응하는지를 확인하여, 제 2 패턴의 불량 여부를 판정한다.
반면에, 제 2 마크 이미지가 기준 이미지로부터 설정된 허용 범위를 벗어나면, 단계 ST42에서, 교체부(234)는 기준 이미지를 제 2 마크 이미지로 교체한다.
단계 ST43에서, 기판 정렬부(240)는 제 2 공정 후의 정렬 마크가 제 2 마크 이미지에 상응하도록 기판을 정렬한다.
단계 ST41에서, 패턴 검사부(250)는 정렬된 기판 상의 제 2 패턴이 제 2 공정 조건에 부합하는지를 검사하여, 제 2 패턴의 불량 여부를 판정한다.
본 실시예에 따르면, 각 공정마다 기준 이미지를 항상 새로운 기준 이미지로 교체하지 않아도 기판을 정렬시킬 수가 있게 된다. 따라서, 기판을 정렬하는데 소 요되는 시간을 대폭 단축시킬 수가 있게 되므로, 패턴 검사 시간도 줄어들게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 후의 정렬 마크 이미지를 기준 이미지와 비교하여, 비교 결과에 따라 기준 이미지를 기판 정렬 기준으로 선택적으로 사용하게 된다. 따라서, 모든 공정마다 새로운 기준 이미지를 사용하여 기판을 정렬하지 않아도 된다. 그러므로, 기판을 정렬하는데 소요되는 시간이 대폭 단축되고, 더불어 패턴 검사 시간도 줄어들게 된다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 반도체 공정이 수행된 기판 상의 정렬 마크로 광을 조사하는 단계;
    상기 정렬 마크로부터 반사된 광을 수집하는 단계;
    상기 수집된 광으로부터 상기 정렬 마크와 대응하는 마크 이미지를 획득하는 단계;
    상기 마크 이미지를 상기 공정 전의 정렬 마크로부터 기 설정된 기준 이미지와 중첩시켜서 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라 상기 기준 이미지를 삭제하는 단계;
    상기 마크 이미지를 새로운 기준 이미지로 설정하는 단계; 및
    상기 정렬 마크가 상기 새로운 기준 이미지에 상응하도록 상기 기판을 정렬하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 공정 조건에 따라 패턴이 형성된 기판 상의 정렬 마크로 광을 조사하는 단계;
    상기 정렬 마크로부터 반사된 광을 수집하는 단계;
    상기 수집된 광으로부터 상기 정렬 마크와 대응하는 마크 이미지를 획득하는 단계;
    상기 마크 이미지를 상기 공정 전의 정렬 마크로부터 기 설정된 기준 이미지와 중첩시켜서 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라 상기 기준 이미지를 삭제하는 단계;
    상기 마크 이미지를 새로운 기준 이미지로 설정하는 단계;
    상기 정렬 마크가 상기 새로운 기준 이미지에 상응하도록 상기 기판을 정렬하는 단계; 및
    상기 패턴이 상기 공정 조건에 부합하는지를 검사하는 단계를 포함하는 기판의 패턴 검사 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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