KR100589850B1

KR100589850B1 - 오버레이 검사장비의 오차 보정방법

Info

Publication number: KR100589850B1
Application number: KR1020030100599A
Authority: KR
Inventors: 임병진
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2006-06-15
Also published as: KR20050068790A

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 오버레이를 측정하는 오버레이 검사장비의 상태 변화에 따른 오차를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 오버레이 검사장비의 스테이지(11, 12) 상에 별도의 측정패턴(40)을 설치하고, 측정패턴(40)의 0°위치와 180°회전된 위치에서의 오프셋 값을 측정하여, 측정된 오프셋 값의 절반(1/2)을 검사장비의 상태 변화량으로 인식하여 검사장비의 레시피(recipe)를 일괄하여 보정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼 없이도 오버레이 검사장비의 상태 변화에 따른 오차를 보정할 수 있으며, 측정패턴의 측정을 주기적으로 행함으로써 검사장비의 상태 변화 경향을 파악할 수도 있다.

반도체, 오버레이(overlay), 오차, TIS(Tool Induced Shift), 레시피(Recipe)

Description

오버레이 검사장비의 오차 보정방법{Method for amending error of overlay inspection device}

도 1은 일반적인 오버레이 검사장비를 개략적으로 나타낸 측면도.

도 2는 본 발명이 적용되는 오버레이 검사장비의 스테이지부를 나타낸 평면도.

도 3은 도 2에서 모니터링 스테이션을 확대하여 나타낸 측면도.

도 4a는 본 발명에 따른 측정패턴의 일례를 나타낸 도면.

도 4b는 본 발명에 따른 측정패턴의 다른 예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 척(Chuck) 11 : 마이크로 스테이지

12 : 마크로 스테이지 30 : 모니터링 스테이션

31 : 테이블 32 : 구동부

40 : 측정패턴

본 발명은 반도체 포토 공정의 오버레이(overlay) 검사장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오버레이 검사장비의 상태 변화에 따른 오차를 보정하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정 중, 포토 레지스트 패턴을 구현하는 포토 공정에서는 노광 및 현상 작업을 마친 후에 이전 공정에서 형성된 레이어(layer)와 현재 공정에서 형성된 레이어(layer) 사이의 어긋난 정도를 측정하는 오버레이(overlay) 검사를 실시하고 있다. 이와 같은 오버레이 검사 방법의 예들이 한국 특허공보 제280536호 및 특허공보 제321442호에 개시되어 있다.

도 1은 일반적인 오버레이 검사장비를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 오버레이 검사장비는 웨이퍼가 고정되는 척(chuck)(10)과, 상기 척(10)의 상부에 설치되어 웨이퍼의 오버레이를 측정하는 전자 현미경 방식의 옵틱(Optic) 기구(20)를 구비한다. 한편, 상기 척(10)의 하부에는 척(10)을 회전시키는 마이크로(Micro) 스테이지(11) 및 마크로(Macro) 스테이지(12)가 설치되어 있다.

이러한 오버레이 검사장비에서는 TIS(Tool Induced Shift)라는 팩터(factor)를 중요하게 관리한다. TIS라 함은 옵틱 기구(20)의 중심축과 척(10)의 표면이 정확하게 수직을 이루지 못하게 됨으로써 발생하는 측정오차를 보정하기 위한 값을 의미하는 것으로서, 이는 오버레이 검사장비에서 일어 날수 있는 에러 요소를 최대 한 줄여 측정 데이터의 신뢰도를 높이기 위한 것이다.

TIS는 다음의 수학식과 같이 정의될 수 있다.

여기서 TIS(X)는 X축에서의 오차에 대한 보정값이며, TIS(Y)는 Y축에서의 오차에 대한 보정값이다.

만일, 옵틱 기구(20)가 척(10)에 대하여 정확히 수직을 이루는 경우, 척(10) 위에 고정된 웨이퍼를 옵틱 기구(20)로 정상 위치(0°위치)에서 측정한 결과와 180°회전시켜 측정한 결과가 부호만 틀리뿐 절대 값이 같아야 하므로, 위의 수학식1에서의 TIS(X)와 TIS(Y)는 모두 0이 되어야 한다.

그런데, 실제로는 옵틱 기구(20)의 중심축이 척(10)에 대하여 수직을 이루지 못하고 미세한 각도로 기울어지는 경우가 많으므로, 웨이퍼를 0°위치에서 측정한 결과와 180°회전된 위치에서 측정한 절대값이 같지 않게 된다. 따라서, 옵틱 기구(20)의 기울어짐에 따른 오차(0°와 18°위치에서 웨이퍼를 측정하여 그 차이의 1/2에 해당하는 값, 즉 TIS)를 검사장비의 레시피(Recipe)에 반영하여 보정함으로써, 해당 검사장비에서는 보정값 만큼 데이터가 더 나오게 하거나 덜 나오게 함으로써 검사장비의 정확도를 높이게 된다.

이러한 TIS 보정의 실제 적용에 있어서는, 사용자가가 레시피을 작성할 때 TIS를 실행을 실시함으로써 자동적으로 보정이 이루어진다. 그러나, TIS는 검사장 비에서 기인하는 요인이 큰 관계로 시간이 지남에 따라 검사장비의 상태가 변화됨에 따라 변하게 되며 작성시기가 오래된 레시피의 경우에는 레시피에 포함된 TIS 값이 정확하지 않은 경우가 많이 발생한다. 이러한 점을 방지하기 위하여, 측정 옵션으로서 측정시마다 TIS를 실행하여 보정을 행하는 것도 생각해볼 수 있으나, 생산성(throughput)이 떨어지는 관계로 널리 사용 되고 있지는 않다.

즉, 종래의 TIS 보정 방법은 상술한 바와 같이 실제 웨이퍼를 측정하여 TIS를 실행하고 해당 레시피에 보정이 이루어지는 것으로서, 검사장비들 사이에 효율적인 TIS 관리를 위해서는 주기적으로 레시피별 TIS 보정을 실행함으로써 업데이트(Update)를 해줘야 하나, 파운드리 패브(Foundry FAB)인 경우에는 다양한 소자를 생산하는 특성상 레시피의 수가 광범위하기 때문에 현실성이 떨어진다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 오버레이 검사장비의 스테이지 위에 실제 웨이퍼가 아닌 별도의 측정 패턴을 형성하여 검사장비의 상태 변동을 측정하고, 그 측정된 값을 검사장비의 레시피(Recipe)로 자동적으로 보정되게 하는 오차 보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 오버레이 검사장비의 스테이지 상에 측정패 턴을 설치하고, 상기 측정패턴의 0°위치와 180°회전된 위치에서의 오프셋 값을 측정하여, 상기 오프셋 값의 절반을 검사장비의 상태 변화량으로 인식하여 검사장비의 레시피(recipe)를 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는, 상기 측정패턴의 측정을 소정의 주기마다 반복적으로 실시하여, 검사장비의 레시피를 주기적으로 보정함으로써, 오버레이 검사장비의 상태 변화 경향을 관찰할 수 있다.

한편, 본 발명의 적용을 위하여 오버레이 검사장비의 스테이지 상에는 상기 측정패턴이 안착되는 테이블과, 상기 테이블의 하부에 설치되어 상기 테이블을 회전 구동하는 구동부가 구비된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용된 오버레이 검사장비의 일부를 나타낸 도면으로서, 도 1에서 스테이지부를 확대하여 나타낸 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는, 오버레이 검사장비의 검사오차를 수정하기 위하여, 웨이퍼가 안착되는 척(10)의 하부에 설치되어, 척(10)을 회전시키는 스테이지(11, 12) 상에 검사장비의 상태변동을 관찰하기 위한 별도의 모니터링 스테이션(30)을 설치한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 모니터링 스테이션(30)은, 그 상면에 TIS 측정을 위한 측정 패턴(40)이 안착되는 테이블(31)과, 상기 테이블(31) 하부에 설치되며 도시하지 않은 모터와 연결되어 테이블(31)을 회전시키는 구동부(32)를 구비한다.

도 4a 및 도 4b는 측정 패턴(40)의 실시예들을 나타낸 도면이다. 측정 패턴(40)은 오버레이 검사장비의 상태 변화, 즉 옵틱 기구(20)(도 1)의 척(10)에 대한 각도변화 또는 오버레이 검사장비가 설치된 장소의 미세한 변화 등을 측정하기 위한 것으로서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 크기가 다른 사각형들이 중첩된 박스형(box type)으로 이루어질 수도 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 다수의 바(bar)들이 수직하게 배열된 형태(bar type)로 이루어질 수도 있다.

모니터링 스테이션(30)은 검사장비의 제작시 함께 만들어 져야 하며 가능한 측정패턴(40)의 초기 측정값이 0이 될 수 있도록 해야 한다. 검사장비의 셋업(set up)시 이러한 초기 측정값을 측정하여 기록해 두면, 검사장비의 제어부에 저장된 자동 측정 프로그램에 의하여 측정기간을 정하고, 측정시간에 이르렀을 때 검사장비가 자동으로 모니터링 스테이션(30)의 측정패턴(40)에 대하여 TIS 측정을 실시하여 초기 측정값과의 차이를 비교해 그 차이를 장비의 상태 변화량으로 인식하여 모든 레시피(recipe)에 일괄적으로 보정을 행한다.

측정패턴(40)의 측정은 상술한 수학식1의 TIS 공식에 의하여 이루어진다. 즉, 옵틱 기구로 측정 패턴(40)을 X축 및 Y축에 대하여 각각 0°및 180°위치에서 측정하고, 두 위치에서의 오프셋 차이를 1/2 하여 TIS 값을 구하게 된다.

예를 들어, 측정패턴(40)의 초기의 TIS(X), TIS(X) 측정값이 모두 0으로 측정이 되었다고 하고, 한달 후에 측정 패턴(40)을 다시 측정했을 때 변화가 생겨 TIS(X) 값이 0.002 ㎛로 측정되었고, TIS(Y) 값이 0.001 ㎛로 측정이 되었다고 할 때, 이를 한달의 기간에 미세하게 생길 수 있는 검사장비의 상태 변화로 인식하고 검사장비의 레시피(recipe)에 일괄 보정을 실시한다.

또한, 이러한 TIS 측정값들을 시간이 지난 후에 그래프 등으로 확인하게 되면 검사장비 상태 변화의 경향을 확인 할 수 있는 좋은 자료로 활용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래와 같이 실제 웨이퍼를 통해서가 아니라 오버레이 검사장비에 장착된 모니터링 스테이션의 측정패턴을 통해 TIS 보정을 실시함으로써, 웨이퍼 없이도 검사장비의 오차를 보정할 수 있으며, 일정기간 동안 진행된 후 사용하지 않고 있지만 추후 사용될 가능성이 있는(즉, 작성시기가 오래된) 레시피를, 장비의 상태변화에 따른 TIS 보정할 수 있으므로, 사용시 좀더 정확한 데이터의 신뢰도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 기간별 TIS 값의 측정을 통해 자연적으로 발생하는 오버레이 검사장비 상태의 변화 경향을 관찰할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims

웨이퍼가 안착되는 척과, 상기 척의 하부에 설치되어 척을 회전시키는 스테이지를 구비한 오버레이 검사장비의, 상태 변화에 따른 오차를 보정하는 방법에 있어서,

상기 스테이지 상에 측정패턴을 설치하고, 상기 측정패턴의 0°에서의 위치와 180°회전된 위치에서의 오프셋 값을 측정하여, 상기 오프셋 값의 절반을 검사장비의 상태 변화량으로 인식하여 검사장비의 레시피(recipe)를 보정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 검사장비의 오차 보정방법.
제 1 항에 있어서, 상기 측정패턴의 측정을 소정의 주기마다 반복적으로 실시하여, 검사장비의 레시피를 주기적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 검사장비의 오차 보정방법.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이지 상에는 상기 측정패턴이 안착되는 테이블과, 상기 테이블의 하부에 설치되어 상기 테이블을 회전 구동하는 구동부가 구비된 것을 특징으로 하는 오버레이 검사장비의 오차 보정방법.