KR100611078B1

KR100611078B1 - 반도체 장치에서 단차 측정 방법 및 이를 수행하기 위한장치

Info

Publication number: KR100611078B1
Application number: KR1020000077374A
Authority: KR
Inventors: 전충삼; 김계원; 양유신; 김효후
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2006-08-09
Also published as: JP2002203880A; US6850332B2; KR20020048096A; US20020074518A1; TW498473B

Abstract

반도체 장치에서 단차 측정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 웨이퍼에 제1 광을 집광시켜 웨이퍼 표면의 제1 지점에 초점이 위치하도록 맞추고, 상기 웨이퍼에 제2 광을 집광시켜 상기 웨이퍼 표면의 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞춘다. 그리고, 상기 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞추기 위해 상하로 이동한 거리를 출력하여 상기 제1 지점과 제2 지점의 단차를 측정한다. 따라서 반도체 장치에서 단차를 측정할 시에 상기 반도체 장치와 직접적으로 접촉하지 않으면서 단차를 측정할 수 있다.

Description

반도체 장치에서 단차 측정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치{Method for measuring step difference and apparatus for the same in semiconductor device}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 장치를 설명하기 위한 간략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 3a 내지 3b는 도 2에 도시한 단차 측정 장치에서 상기 웨이퍼의 표면과 집광된 광이 초점이 맞지 않을 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 5는 도4a 내지 4c에 도시한 방법을 사용하여 트랜치 소자 분리 영역과 액티브 영역의 단차를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도4a 내지 4c에 도시한 방법을 사용하여 셀 영역과 페리 영역의 단차를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 30 : 웨이퍼 척 12, 32 : 제1 구동부

14, 34 : 광학부 16, 36 : 초점 확인부

18, 38 : 초점 조절부 20, 40 : 데이터 출력부

본 발명은 반도체 장치에서 단차 측정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 장치와 접촉하지 않으면서 단차를 측정할 수 있는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 실리콘으로 형성되는 웨이퍼를 반도체 장비를 이용하여 리소그래피, 노광, 이온주입, 화학 기계적 연마(chemical and mechanical polishing), 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 에칭 등과 같은 일련의 제조 공정을 수행하여 제조된다. 이러한 제조 과정에서 상기 반도체 장치를 형성하는 웨이퍼는 하부 구조물에 의해 상부 구조물을 형성할 시에 단차가 발생하게 되고, 이러한 단차가 심화되면 반도체 장치의 불량을 유발할 소지가 있다. 그리고 최근에는 반도체 장치의 고집적화에 따라 상기 구조물들의 높이가 더욱 높아지고 있으며, 이로 인해 웨이퍼의 단차가 심화되고 있다. 따라서 상기 웨이퍼에서 영역간의 단차를 정확하게 측정하고 이에 따라 공정 조건을 최적화 하는 것이 요구되고 있다.

종래의 단차 측정은 미세한 촉침을 사용하여 단차를 측정하고자 하는 웨이퍼 영역과 접촉하여 수행하였다. 그러나 이러한 촉침을 사용하여 단차의 측정를 측정할 경우 상기 웨이퍼의 표면의 손상을 유발할 가능성이 있다 또한 상기 촉침은 계속적인 사용으로 마모되므로, 상기 촉침의 사용 회수에 따라 측정값이 달라지게 된다. 따라서 상기 촉침을 주기적으로 교체하여야 하므로 그에 따른 비용이 발생하게 된다.

이에 따라 웨이퍼의 영역간의 단차의 측정을 웨이퍼의 표면과 접촉하지 않으면서 수행하는 방법이 개시되고 있는데, 그 일 예로 광을 조사하고 상기 반사광의 강도에 의해 초점위치를 검출하여 단차를 측정하는 방법이 일본 특개평10-26715호에 개시되어 있다. 그러나 상기 방법은 상기 광 강도 신호를 미분하는 연산을 수행하여 초점을 검출하게 되므로 정확하게 초점을 검출하기가 어려우며 이에 따라 단차의 측정도 신뢰할 수 없다. 또한 광학 장치에서 광이 소정의 표면에 조사할 때 발생하는 간섭 패턴의 강도를 감지하여 상기 초점을 검출하는 장치가 미 합중국 특허 제 4,931,630호에 개시되어 있다. 그리고 광의 번짐성을 이용하여 패턴을 확인하는 장치가 대한민국 특허 제10-0233621호에 개시되어 있다. 그러나 상기 장치는 패턴을 확인하는 장치로만 개시되어 있다.

본 발명의 제1 목적은, 반도체 장치에서 단차를 측정하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은, 반도체 장치에서 단차를 측정하는 장치를 제공하는데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼에 제1 광을 집광시켜 웨이퍼 표면의 제1 지점에 초점이 위치하도록 맞춘다. 그리고 상기 웨이퍼에 제2 광을 집광시켜 상기 웨이퍼 표면의 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞춘다. 그리고 상기 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞추기 위해 상하로 이동한 거리를 출력하여 상기 제1 지점과 제2 지점의 단차를 측정한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼 상에 제1 광과 제2 광을 조사하기 위한 광원을 구비한다. 상기 제1 광과 제2 광을 상기 제1 지점과 제2 지점으로 집광하기 위한 집광부가 설치되고,상기 집광부에 의해 집광된 제1 광과 제2 광이 상기 웨이퍼의 표면에서 초점이 맞는지를 확인하는 초점 확인부가 구비된다. 상기 초점 확인부에 의해 초점을 확인하면서 상하 이동하여 초점을 변화시키는 초점 조절부와 상기 초점 조절부에 의해 상하 이동한 거리를 출력하여 단차를 측정하는 데이터 출력부로 구성되는 반도체 장치의 단차 측정 장치를 제공한다.

따라서 반도체 장치와 직접적으로 접촉하지 않고 상기 반도체 장치의 소정 영역 또는 소정 지점간의 단차를 측정할 수 있으며, 이에 따라 상기 반도체 장치의 손상과, 반도체 장치와의 접촉 압력에 의해 단차가 부정확하게 측정되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 상기 반도체 장치를 직접 접촉하여 단차를 측정할 때에 비해서 단차 측정 시간이 감소되어 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1를 참조하면, 단차를 측정하기 위한 웨이퍼를 놓는 웨이퍼 척(10)이 구비된다. 상기 웨이퍼 척(10)은 전 후, 좌 우, 회전구동을 수행하여 상기 놓여진 웨이퍼의 위치을 변화하면서 단차를 측정할 수 있도록 구동부(12)가 연결된다. 그리고, 상기 웨이퍼 척(10)의 상부에 놓여진 상기 웨이퍼의 표면으로 광을 집광하는 광학부(14)가 구비된다. 상기 광학부(14)는 광원에서 광을 조사하고, 상기 조사된 광을 상기 웨이퍼의 표면으로 집광한다.

상기 광학부(14)와 연결되고, 상기 광학부(14)에서 웨이퍼의 표면으로 집광한 광의 초점이 상기 웨이퍼 표면의 소정 지점에 위치하는지를 확인하는 초점 확인부(16)가 구비된다. 상기 초점 확인부(16)와 연결되고, 상기 초점 확인부(16)에 의해 상기 웨이퍼의 소정 지점에 초점이 위치하는지를 확인하면서, 초점의 위치를 조절하는 초점 조절부(18)가 구비된다. 상기 초점 조절부(18)는 광학부(14) 또는 웨이퍼 척(10)을 구동부(12)에 의해 상하 구동시켜 초점의 위치를 조절한다. 따라서 상기 초점 조절부(18)에 의해 초점의 위치를 변경시키면서, 초점 확인부(16)에 의해 상기 초점이 웨이퍼의 소정 지점에 위치하는지를 확인한다.

또한 상기 초점 확인부(16)와 초점 조절부(18) 및 구동부(12)와 연결되고, 상기 초점이 웨이퍼의 소정 지점에 위치하기 위해 상하 이동한 거리와, 상기 웨이퍼 척을 전 후, 좌 우, 회전 구동한 데이터를 출력하고 이에 따라 단차를 측정하는 데이터 출력부(20)가 구비된다.

도 2를 참조하면, 단차를 측정하기 위한 대상 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(30)이 구비된다. 상기 웨이퍼 척(30)과 연결되고, 상기 웨이퍼 척(30)에 놓여지는 웨이퍼(W)가 복수의 지점에 대해 단차를 측정할 수 있도록 웨이퍼(W)를 전 후,좌 우, 회전구동을 수행하기 위한 제1 구동부(32)가 구비된다. 상기 제1 구동부(32)로서 모터를 사용할 수 있다.

상기 웨이퍼 척(30)의 상부와 이격되어 광학부(34)가 구비된다. 상기 광학부(34)는, 상기 웨이퍼(W)로 광을 제공하는 광원(34a)이 구비되고, 상기 광이 상기 웨이퍼(W)의 표면으로 집광하기 위한 집광부로서 제1 렌즈(36b)가 구비된다. 상기 광원에서 제공하는 광은 하나의 파장을 갖는 단색광을 사용한다. 따라서 광의 파장의 길이의 차이에 의한 발생되는 수차 현상을 최소화하면서, 상기 광을 웨이퍼(W)로 집광할 수 있다. 상기 단색광의 일 예로 레이저를 사용할 수 있다. 따라서 상기 광원에서 조사된 광은 제1 렌즈(34b)에 의해 상기 웨이퍼 척(30)에 놓여진 웨이퍼(W)의 표면으로 집광된다.

상기 집광된 광이 상기 웨이퍼의 소정 지점에 초점이 위치하는지를 확인하기 위한 초점 확인부(36)가 구비된다. 상기 초점 확인부(36)는, 상기 광원(34a)과 제1 렌즈(34b)의 사이에 설치되는 빔 스프리터(36a)로 구성된다. 상기 빔 스프리터(36a)는, 광원(34a)에서 조사되어 상기 빔 스프리터(36a)의 상부로 제공되는 광을 투과시킨다. 그리고 상기 웨이퍼(W)의 표면에서 반사되어 상기 빔 스프리터(36a)의 하부로 입사되는 광은 반사시킨다. 상기 빔 스프리터(36a)의 하부에서 반사된 광을 집광시키는 제2 렌즈(36b)가 구비된다. 그리고 상기 제2 렌즈(36b)에 의해 집광된 광을 굴절시키는 제3 렌즈(36c)가 구비된다. 상기 제3 렌즈(36c)를 통과한 광을 확인하기 위한 광 확인부(36d)가 구비된다. 상기 광 확인부(36d)는, 상기 광원(34a)에서 조사된 광이 상기 웨이퍼(W)의 소정 지점에 초점이 위치할 때 광을 확인할 수 있도록 구성한다. 즉 상기 광원(34a)에서 조사되어 집광된 광의 초점이 상기 웨이퍼(W)의 소정 지점에 위치하여, 상기 웨이퍼 상에 입사하는 광의 경로와 웨이퍼(W)에서 반사되어 나가는 반사광의 경로가 같은 경우에, 상기 반사광이 상기 제2 렌즈와 제3 렌즈를 통과하여 상기 광 확인부(36d)로 집광되어 상기 반사광을 확인할 수 있도록 소정 위치에 설치된다. 이 때 상기 웨이퍼(W)의 초점 위치에서 반사한 반사광은 하나 이상의 지점에서 집광되므로, 상기 광이 집광되는 지점에 다수개의 광 확인부(36d)를 구비할 수 있다. 따라서 상기 광원에서 조사한 광이 제1 렌즈(34b)에 의해 집광되어 상기 웨이퍼(W)에 초점이 위치하는 경우에만, 상기 광 확인부(36d)에 의해 반사광이 확인되어 초점이 맞는지를 확인할 수 있다.

상기 초점 확인부(36)와 연결되고, 상기 초점이 웨이퍼(W)의 소정 지점에 위치하는지를 확인하면서 초점을 조절하는 초점 조절부(38)가 구비된다. 상기 초점 조절부(38)는, 상기 제1 렌즈와 웨이퍼의 소정 지점과의 거리를 변화시켜 초점을 조절하기 위한 제2 구동부(38a)와 제3 구동부(38b)가 구비된다. 구체적으로, 상기 제2 구동부(38a)는 상기 광학부(34)의 제1 렌즈(34b)와 연결되어 상기 제1 렌즈(34b)를 상하 구동시킨다. 상기 제2 구동부(38a)는 모터를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 제3 구동부(38b)는 상기 웨이퍼 척(30)과 연결되어 상기 웨이퍼 척(30)을 상하 구동시킨다. 상기 제3 구동부(38b)는 모터를 사용할 수 있다. 또한 상기 제3 구동부(38b)의 상 하 구동은 압전 소자에 의해 수행할 수도 있다.

따라서 상기 광의 초점은, 상기 초점 확인부에서 초점을 확인하면서 상기 제2 구동부(38a) 또는 제3 구동부(38b)에 의해 상기 제1 렌즈(34b)와 웨이퍼(W)의 소정 지점과의 거리를 변화하여 웨이퍼(W)의 소정 지점에 위치하도록 조절할 수 있다.

상기 초점 확인부(36)와 상기 초점 조절부(38) 및 제1 구동부(32)와 각각 연결되고, 상기 웨이퍼(W) 표면의 소정 지점에 초점이 위치하도록 초점 조절부(38)의 상하 이동한 거리와, 상기 웨이퍼 척(30)이 전 후, 좌 우, 회전 구동한 데이터를 출력하여 상기 데이터에 의해 단차를 측정하는 데이터 출력부(40)가 구비된다.

도 3a 내지 도 3b는 도 2에 도시한 단차 측정 장치에서 상기 웨이퍼의 표면과 집광된 광이 초점이 맞지 않을 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 상기 제1 렌즈(34b)와 상기 웨이퍼(W)간의 이격 거리가 작아서 상기 웨이퍼의 표면에 위치하지 않는 경우를 나타낸다.

도시한 바와 같이, 광원에서 조사한 광은 제1 렌즈(34b)에 의해 상기 웨이퍼(W)의 표면에 집광되고, 상기 집광된 광이 상기 웨이퍼(W)의 표면의 소정 지점에 초점이 위치하지 않는다. 이 때 상기 웨이퍼(W)의 표면에서 반사한 반사광의 경로를 따라가면, 점선으로 도시된 상기 반사광은 상기 광 확인부(36d)에 입사하지 못한다. 따라서 상기 광 확인부(36d)에 의해 상기 광의 초점은 웨이퍼의 표면의 소정 지점에 위치하지 않았음을 알 수 있다.

이때 광 확인부(36d)에 상기 반사광이 입사하여 광이 확인될 때까지, 상기 제2 구동부(38a) 또는 상기 제3 구동부(38b)를 구동시켜 초점의 위치를 조절한다. 구체적으로, 상기 초점의 위치의 조절은 상기 제2 구동부(38a)에 의해 상기 제1 렌즈(34b)를 상승시키거나 또는 상기 제2 구동부(38a)에 의해 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(30)을 하강시켜서 상기 웨이퍼와 상기 제1 렌즈의 간격을 변화하여 상기 웨이퍼(W) 표면에 위치하도록 맞출 수 있다. 다른 방법으로, 상기 제2 구동부(38a)와 제3 구동부(38b)를 동시에 구동시켜 초점을 맞출 수도 있다.

도 3b에서 광의 초점은 상기 제1 렌즈(34b)와 상기 웨이퍼(W)간의 이격 거리가 커서 상기 웨이퍼의 표면에 위치하지 않는다. 이 때에도 상기 웨이퍼(W)의 표면에서 반사한 반사광의 경로를 따라가면 점선으로 도시한 바와 같이 상기 반사광은 상기 광 확인부(36d)에 입사하지 못하게 된다.

따라서 상기 초점의 조절은 상기 광 확인부(36d)에 상기 반사광이 입사되어 광을 확인할 때까지 상기 제2 구동부 또는 제3 구동부를 상하 구동하여 수행한다. 즉,상기 제2 구동부(38a)를 구동하여 상기 제1 렌즈(34b)를 하강시키거나 또는 상기 상기 제3 구동부(38b)를 구동하여 상기 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(30)을 상승시킬 수도 있다. 다른 방법으로, 상기 제2 구동부(38a)와 제3 구동부(38b)를 동시에 구동시켜 초점을 맞출 수도 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단차 측정 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 광원(34a)에서 조사하는 제1 광이 웨이퍼(W)의 표면에 집광되도록 하기 위한 제1 렌즈(34b)가 제공된다. 상기 제1 광은 제1 렌 즈(34b)에 통과되어 상기 웨이퍼(W)의 표면으로 집광한다. 그리고 상기 웨이퍼(W)의 표면에 집광한 상기 제1 광은 웨이퍼(W)의 표면의 제1 지점에 초점이 위치하도록 초점 조절부(38)에 의해 조절한다.(S10) 상기 제1 지점에 초점이 위치하도록 초점 조절부(38)에 의해 초점을 맞추는 단계는, 상기 초점 확인부(36)에서 웨이퍼(W)의 제1 지점에 초점이 위치하는지를 확인하면서, 제2 구동부 또는 제3 구동부에 의해 상기 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척(30)을 상하 구동하여 수행할 수 있다.

그리고 상기 웨이퍼 척(30)과 연결되어 있는 제1 구동부(32)는 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점과 단차를 비교하기 위한 제2 지점으로 웨이퍼 척을 이동한다. (S12)

그리고 제2 광은 상기 제1 렌즈(34a)에 통과하여 상기 웨이퍼(W)의 표면으로 집광한다. 상기 집광된 제2 광은 웨이퍼(W)의 제2 지점에 초점이 위치하도록 초점 조절부(38)에 의해 초점의 위치를 조절한다.(S14) 상기 제2 광이 상기 제2 지점에 초점이 위치하도록 초점 조절부(38)에 의해 조절하는 단계는, 상기 초점 확인부(36)에서 상기 제2 지점에 초점이 위치하는지를 확인하면서, 제2 구동부(38a)또는 제3 구동부(38b)에 의해 상기 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척(30)을 상하 구동시켜서 수행한다.

그리고 상기 데이터 출력부(40)는, 상기 제1 지점에 초점이 위치하는 것을 상기 초점 확인부(36)에서 확인하였을 때 상기 제1 렌즈(34b)와 웨이퍼 척(30)의 위치를 기준으로 설정하고, 상기 제2 지점에 초점이 위치하도록 조절하기 위해 상기 제2 구동부(38a) 또는 제3 구동부(38b)를 구동하여 상기 기준으로부터 상기 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척(30)을 상하 이동시킨 이동 거리를 출력한다.(S16)

또한 상기 데이터 출력부(40)는 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점에서 제2 지점으로 이동하기 위해 웨이퍼 척(30)을 전 후, 좌 우, 회전 구동한 데이터를 출력한다.(S18)

이때 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점에 초점이 위치할 경우에 상기 제1 렌즈(34b)와 상기 제1 지점간의 거리와, 상기 웨이퍼(W)의 제2 지점에 초점이 위치할 경우에 상기 제1 렌즈와 제2 지점간의 거리는 같다. 그러므로 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점에 초점이 위치할 때의 상기 제1 렌즈(34b)와 웨이퍼 척(30)의 위치를 기준으로 하고, 상기 웨이퍼(W)의 제2 지점에 초점이 위치하도록 하기 위해 상기 제2 구동부(38a) 또는 제3 구동부(38b)를 구동하여 상기 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척(30)을 상하 이동시킨 이동 거리는 상기 제1 지점과 상기 제2 지점간의 단차와 같아진다.

이때 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점과 단차를 비교하기 위한 제2 지점의 간격이 상기 제1 지점이 포함되어 있는 구조물의 패턴보다 크게 설정되었는 지를 확인한다.(S20) 만일 상기 제1 지점과 제2 지점과의 간격이 상기 구조물의 패턴보다 큰 경우에는, 상기 초점이 위치한 제1 지점과 제2 지점은 서로 다른 구조물에서 확인된다.

상기 웨이퍼(W)의 제1 지점에 초점이 위치할 때의 제1 렌즈(34b)와 상기 웨이퍼 척(30)의 위치를 기준으로 하고, 제2 지점에 초점이 위치하도록 하기 위해 제2 구동부(38a)와 제3 구동부(38b)를 구동하여 상기 제1 렌즈(34b) 또는 상기 웨 이퍼 척(30)을 상하 이동시킨 이동 거리 및 상기 제1 지점과 제2 지점간의 간격에 의해 단차를 출력한다.(S22) 상기와 같이 단 두 지점의 단차를 비교하는 것은 구조물의 프로파일이 수평과 수직인 형태로 단차가 형성되어 있을 경우에 수행할 수 있다.

만일, 상기 웨이퍼(W)의 제1 지점과 단차를 비교하기 위한 제2 지점 간의 거리가 상기 제1 지점이 포함되어 있는 구조물의 패턴보다 작을 경우에는, 상기 초점이 위치한 제1 지점과 제2 지점은 서로 같은 구조물 내에서 확인된다.

이때에는 상기 제1 구동부(32)에 의해 상기 웨이퍼 척(30)을 상기 제1 지점과 제2 지점과의 간격만큼 이동시킨다.(S24) 그리고 상기 제3 광은 상기 웨이퍼의 제3 지점에 초점을 맞춘다.(S26) 상기 웨이퍼(W)의 제3 지점에 초점을 맞추기 위한 상하 이동 거리와 상기 제2 지점과 제3 지점 간의 간격을 출력한다.(S28, S30) 계속적으로, 상기 웨이퍼 척(30)을 상기 간격을 가지고 이동시키면서 4 내지 n 지점까지 초점이 위치하도록 맞추고, 상기 4 내지 n 지점들에 초점을 위치하기 위해 각각의 지점에서 상하 이동 거리와 상기 각각의 지점들 간의 간격을 출력한다. (S32, S34, S36, S38)

상기 각각의 지점에서 상하 이동 거리와 상기 각각의 지점들 간의 간격을 출력함으로서 1 내지 n 지점에 대한 각각의 단차를 출력한다.(S40) 상기 출력된 데이터에 의해 상기 1 내지 n 지점을 포함하는 구조물 패턴의 대략적인 프로파일을 확인할 수 있다. 상기 프로파일에 의해 상기 구조물 패턴의 경사각을 산출한다.(S42)

상기 복수의 지점에 대해 단차를 확인하는 방법은, 수직, 수평 형태의 단차 가 형성될 경우 이외에도 수행할 수 있으며 대략적인 프로파일 및 패턴의 경사각도 산출할 수 있다.

도 5는 도 4a 내지 도 4c에 도시한 단차 측정 방법을 사용하여 반도체 장치에서 트랜치 소자 분리 영역과 액티브 영역의 단차를 측정하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

상기 트랜치 소자 분리 영역(52)과 액티브 영역(50)은 서로 수평과 수직인 형태로 단차가 형성되어 있다. 따라서 도시된 바와 같이 액티브 영역(50)내의 제1 지점에 초점이 위치하도록 초점의 위치를 조절한다. 그리고 상기 액티브 영역(50)의 패턴 보다 큰 간격을 가지도록 웨이퍼 척을 이동시켜서, 상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼의 트랜치 소자 분리 영역(52)내에 위치한 제2 지점에서 초점이 확인되도록 초점의 위치를 조절한다.

이때 상기 액티브 영역(50)내의 제1 지점에 초점이 위치할 때의 제1 렌즈(34b)와 웨이퍼 척의 위치를 기준으로 하고, 상기 트랜치 소자 분리 영역(52) 내의 제2 지점에 초점이 위치하도록 하기 위해 도시한 바와 같이 제1 렌즈를 하강 구동하여, 상기 기준으로부터 상기 제1 렌즈(34b)를 이동시킨 이동 거리(54)를 출력하여 단차를 측정할 수 있다. 그리고 다른 방법으로 상기 웨이퍼 척을 상승 구동하여 단차를 측정 할 수도 있다.

도 6은 도 4a 내지 도 4c에 도시한 단차 측정 방법을 사용하여 반도체 장치에서 셀 영역과 페리 영역의 단차를 측정하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

반도체 장치에서 셀 영역(60, cell area)은 단위소자들이 형성되어 있으므로 복수의 구조물들이 적층되어 있어서, 패턴이 복잡하고 높이가 높다. 그러나 셀 영역(60)에 구비되는 단위 소자를 구동시키기 위한 주변회로들이 놓여지는 페리 영역(62, peri area)은 상기 셀 영역(60)에 비해 패턴이 복잡하기 않고 높이도 낮다. 따라서 셀 영역(60)과 페리 영역(62)간의 단차가 발생하게 된다.

그러나 이러한 단차는 수직, 수평 형태로서의 단차가 아니므로 단 두 지점의 비교로 정확한 단차를 산출할 수 없다. 따라서 웨이퍼 상의 셀 영역(60)과 페리 영역(62)에 포함되는 복수의 지점에서 각각 초점이 위치하도록 상기 초점 위치를 조절한다. 그리고 상기 초점이 위치한 각각의 지점에서 상기 단차를 산출하여 출력한다. 좀더 자세히 설명하면, 상기 셀 영역(60)내의 제1 지점(64)에 초점이 위치하도록 조절한다. 그리고 셀 영역(60)의 패턴보다 작은 소정의 간격을 가지고 웨이퍼 척을 이동하여, 제2 지점(66)에 초점이 위치하도록 조절하여 초점을 맞춘다.

상기와 같이 계속적으로 상기 소정의 간격으로 웨이퍼 척을 이동시켜 제3 내지 제4 지점(68, 70)에 초점이 위치하도록 조절하여 초점을 맞춘다.

그리고 상기 제1 내지 제4 지점(64, 66, 68, 70)에서 초점을 맞추기 위해, 상기 제2 구동부 또는 제3 구동부를 구동하여 상기 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척을 상하 이동시킨 이동 거리(72a, 72b,72c)를 각각 출력한다. 그리고 상기 제1 내지 제4 지점(64, 66, 68, 70) 지점간의 간격을 출력한다.

상기 각각의 지점(64, 66, 68, 70)에서 출력된 제1 렌즈(34b) 또는 웨이퍼 척을 상하 이동시킨 이동 거리(72a, 72b,72c)에 의해 상기 각각의 지점(64, 66, 68, 70)을 포함하고 있는 셀 영역(60)과 페리 영역(62)에 대한 단차를 출력한다.

따라서 상기 각각의 지점들에 대해 단차가 출력하면, 상기 셀 영역(60)에서 페리 영역(62)까지의 대략의 프로파일을 수득할 수 있으며, 상기 프로파일에 의해 셀 영역(60)과 페리 영역(62)의 경사를 산출할 수 있다. 이에 따라 상기 영역간의 정확한 단차를 확인할 수 있다. 이 때 상기 각각의 지점들 간의 간격을 미세하게 설정하여 다수의 지점들에 대해 초점의 위치를 확인하고 단차를 출력할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 장치와 직접적으로 접촉하지 않고 상기 반도체 장치의 소정 영역 또는 소정 지점간의 단차를 측정할 수 있다. 따라서 상기 반도체 장치와 직접 접촉하여 확인할 때 발생할 수 있는 반도체 장치의 손상과, 반도체 장치와의 접촉 압력에 의해 단차가 부정확하게 측정되는 것이 방지된다. 또한 상기 반도체 장치를 직접 접촉하여 단차를 측정할 때에 비해서 단차 측정 시간이 감소되어 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

웨이퍼에 제1 광을 집광시켜 웨이퍼 표면의 제1 지점에 초점이 위치하도록 맞추는 단계;

상기 웨이퍼에 제2 광을 집광시켜 상기 웨이퍼 표면의 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞추는 단계; 및

상기 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞추기 위해 상하로 이동한 거리를 출력하여 상기 제1 지점과 제2 지점의 단차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점간의 간격은 상기 제1 지점이 포함되는 구조물의 패턴의 크기보다 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점간의 간격은, 상기 제1 지점이 포함되는 패턴의 크기보다 작도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 3항에 있어서, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점간의 간격과 같은 간격으로 이격되는 복수의 지점들을 설정하고, 상기 복수의 지점들에 초점이 위치하도록 맞추어서 각각의 지점에 대한 단차를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 4항에 있어서, 상기 각각의 지점에 대해 측정한 단차를 기록하여 상기 각각의 지점을 포함하는 웨이퍼의 소정 영역의 프로파일을 더 출력하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 4항에 있어서, 상기 각각의 지점에 대해 측정한 단차를 기록하여 상기 각각의 지점을 포함하는 웨이퍼의 소정 영역의 경사각을 더 산출하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1 지점 또는 제2 지점에 초점이 위치하도록 맞추는 단계는,

상기 제1 지점 또는 제2 지점에 초점이 위치할 때 상기 웨이퍼의 제1 지점 또는 제2 지점에서 반사한 반사광이 소정 부분에 입사되도록 하여, 상기 반사광을 확인하는 단계; 및

상기 반사광이 확인되지 않을 경우에는, 상기 반사광이 소정 부분에 입사되어 제1 지점 또는 제2 지점에서 초점이 확인되도록 상기 웨이퍼와 렌즈와의 이격 거리를 조절하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 7항에 있어서, 상기 웨이퍼와 렌즈와의 이격 거리를 조절하는 단계는, 상기 웨이퍼를 상하 이동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
제 7항에 있어서, 상기 웨이퍼와 렌즈와의 이격 거리를 조절하는 단계는, 상기 렌즈를 상하 이동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 방법.
웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 척;

상기 웨이퍼 상에 제1 광 또는 제2 광을 조사하기 위한 광원;

상기 제1 광 또는 제2 광을 웨이퍼의 표면으로 집광하기 위한 집광부;

상기 집광부에 의해 집광된 제1 광 또는 제2 광이 상기 제1 지점 또는 제2 지점에 초점이 위치하는지를 확인하는 초점 확인부;

상기 초점 확인부에 의해 초점을 확인하면서 초점의 위치를 조절하는 초점 조절부; 및

상기 초점 조절부에 의해 상하 이동한 거리를 출력하는 데이터 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 10항에 있어서, 상기 집광부는 상기 광원과 웨이퍼의 사이에 설치되는 제1 렌즈로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 10항에 있어서, 상기 초점 확인부는,

상기 광원과 집광부의 사이에 설치되고, 광원에서 조사하는 광은 투과시키고, 상기 투과된 광이 웨이퍼의 제1 지점 또는 제2 지점에서 반사되어 재입사하는 광은 반사시키는 빔 스프리터;

상기 웨이퍼 제1 지점 또는 제2 지점에서 반사된 광이 빔 스프리터에서 반사되고, 상기 반사된 광을 집광시키는 제2 렌즈;

상기 제2 렌즈를 통과한 광을 굴절시키는 제3 렌즈;

상기 광원에서 조사한 광이 웨이퍼의 소정 지점에 초점이 위치할 때의 반사광이 상기 제3 렌즈를 통과하여 이동하는 이동 경로 상에 설치되는 광 확인부; 및

상기 광 확인부에 광이 입사되면, 광 신호를 출력하는 신호 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 10항에 있어서, 상기 웨이퍼 척과 연결되고, 상기 웨이퍼 척을 전 후 좌 우 구동을 수행하는 제1 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 10항에 있어서, 상기 초점 조절부는, 상기 집광부와 연결되어 상기 집광부를 상하 구동하는 제2 구동부와, 상기 웨이퍼 척과 연결되어 상기 웨이퍼 척을 상하 구동하는 제3 구동부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 14항에 있어서, 상기 제2 구동부 내지 제3 구동부는 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 14항에 있어서, 상기 제3 구동부는 압전 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.
제 10항에 있어서, 광원에서 제공하는 제1 광 또는 제2 광은 단색광인 것을 특징으로 하는 반도체 장치에서 단차 측정 장치.