KR100763712B1

KR100763712B1 - 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100763712B1
Application number: KR1020060065272A
Authority: KR
Inventors: 임병진
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2007-10-04

Abstract

본 발명은 웨이퍼 척의 레벨링 보정을 수행한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 단차가 발생한 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하고, 이에 따라 장비 또는 패턴 프로파일의 오차를 보정하는 종래 방법과는 달리, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하는 CPM 측정 수단과, 스캔된 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하는 기울기 산출 수단과, 산출된 기울기를 이용하여 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 웨이퍼 척 보정 수단과, 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하기 위한 제어신호를 제공하고, 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하기 위한 제어신호를 제공하며, 웨이퍼 척의 기울기를 보정하기 위한 제어신호를 제공하고, 기울기 보정이 완료되면 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과, 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하는 오버레이 측정 수단을 포함하여 반도체 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정함으로써, 이 후 오버레이 측정을 통한 장비의 보정에 대해 정밀도를 향상시켜 반도체 소자의 품질 향상을 도모할 수 있는 것이다.

오버레이 마크, CPM(Coherence Probe Microscope)

Description

웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LEVELLING CORRECTION OF WAFER CHUCK}

도 1은 종래에 따라 오버레이 장비를 이용하여 측정된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크를 예시한 도면,

도 2는 종래에 따라 이상적인 경우 오버레이 마크의 단면 및 실제 측정된 오버레이 마크를 예시한 도면,

도 3은 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는데 적합한 레벨링 보정 장치의 블록 구성도,

도 4는 본 발명에 따라 오버레이 마크를 스캔하여 단면 이미지를 생성하는 과정을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후의 반도체 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 척의 상태를 예시한 도면,

도 6은 본 발명에 따라 반도에 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 과정을 나타낸 플로우차트.

본 발명은 반도체 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는데 적합한 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자의 제조 과정은 증착 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등의 공정들을 포함한다.

즉, 반도체 소자는 웨이퍼 상에 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 여러 층의 박막을 증착한 후에 사진 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등을 통해 패턴을 형성하는데, 포토리소그래피(Photo-lithography) 공정은 포토마스크를 이용하여 원하는 반도체 소자의 패턴을 웨이퍼 상에 형성시키는 반도체 제조 과정의 핵심 기술이다.

특히, 반도체 소자의 제조 공정에서 금속층을 형성하기 위해 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등의 금속 물질이 사용되고, 이베포레이션(evaporation), 스퍼터링 등의 방법으로 형성되며, 금속 배선을 형성하기 위한 포토레지스트의 코팅 공정, 현상 공정 등이 수행된다. 이 후에 포토레지스트 패턴에 따른 식각 공정을 통해 금속층을 선택적으로 제거하게 된다. 여기에서, 금속 배선은 라인과 스페이스로 구성되어 있고, 웨이퍼 상에 고립된 패턴, 조밀한 패턴 등이 다양하게 분포된다.

이러한 포토레지스트 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에서 패턴을 형성한 후 오버레이 장비를 통해 층간의 정렬도를 측정하고, CD SEM 장비를 이용하여 패턴의 임계치수(CD : Critical Dimension)를 측정한다.

한편, 종래의 오버레이 장비의 웨이퍼 정렬도를 측정하는 과정은 장비 내 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하고, 이에 따른 웨이퍼 정렬도를 측정하게 되는데, 반도체 웨이퍼의 표면은 여러 가지 반도체 공정이 수행되는 과정에서 반도체 웨이퍼의 영역에 따라 단차가 발생하게 되고, 스텝퍼(Stepper) 등의 노광 장비에서는 이러한 단차에 따라 오토포커스(autofocus)를 실시한 후, 레벨링 보정하여 노광 공정을 수행하게 된다. 일 예로서, 도 1은 종래에 따라 오버레이 장비를 이용하여 측정된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크를 예시한 도면이고, 도 2는 종래에 따라 이상적인 경우 오버레이 마크의 단면 및 실제 측정된 오버레이 마크를 예시한 도면이다.

하지만, 종래에 따른 레벨링 보정 방법은 단차가 발생한 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하기 때문에 이러한 단차에 따른 오버레이 마크 측정 데이터에 오차가 발생할 가능성이 높은 문제점이 있었고, 오버레이 장비에서는 이러한 오차가 발생할 경우 티스(tis) 기능, 즉 0°와 180°방향으로 측정하여 그 절대값의 차이를 보정함으로써, 그 오차를 보정하고 있지만 이는 반도체 웨이퍼의 단차보다는 장비 또는 패턴 프로파일 오차를 보정하는데 주안점이 있어 그 레벨링 보정을 효과적으로 수해할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출할 수 있는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 웨이퍼에 대해 산출된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정할 수 있는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에서 본 발명은, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼와 오버레이 측정 장비와의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 장치로서, 상기 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하는 CPM 측정 수단과, 상기 스캔된 단면 이미지를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하는 기울기 산출 수단과, 상기 산출된 기울기를 이용하여 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 웨이퍼 척 보정 수단과, 상기 웨이퍼 척의 기울기 보정 결과에 응답하여 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과, 상기 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하는 오버레이 측정 수단을 포함하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에서 본 발명은, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼와 오버레이 측정 장비와의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 방법으로서, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 척에 안착시키는 단계와, 상기 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하는 단계와, 상기 스캔된 단면 이미지를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하는 단계와, 상기 산출된 기울기에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 단계와, 상기 보정이 완료되면, 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행하는 단계을 포함하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 핵심 기술요지는, 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 척에 안착시키고,안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하며, 스캔된 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출한 후에, 산출된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하고, 보정을 완료한 후 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는데 적합한 레벨링 보정 장치의 블록 구성도로서, 제어부(302), CPM(Coherence Probe Microscope) 측정부(304), 기울기 산출부(306), 웨이퍼 척 보정부(308) 및 오버레이 측정부(310)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 제어부(302)는 본 발명에 따른 레벨링 보정 장치의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하기 위한 제어신호를 CPM 측정부(304)로 제공하고, 스캔된 오버레이 마크의 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하기 위한 제어신호를 기울기 산출부(306)로 제공하며, 산출된 반도체 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하기 위한 제어신호를 웨이퍼 척 보정부(308)로 제공하고, 웨이퍼 척의 기울기 보정이 완료되면 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 위한 제어신호를 오버레이 측정부(310)로 제공하는 등의 기능을 수행한다.

그리고, CPM 측정부(304)는 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크를 스캔하여 그 단면 이미지를 생성한 후 이러한 단면 이미지를 기울기 산출부(306)로 전달한다. 이 때, 오버레이 마크의 스캔은 반도체 웨이퍼의 Z축 방향으로 수행된다. 일 예로서, 도 4는 본 발명에 따라 오버레이 마크를 스캔하여 단면 이미지를 생성하는 과정을 나타낸 도면으로, Point A와 Point B에 따라 스캔하여 그 단면 이미지를 생성할 수 있음을 알 수 있다.

다음에, 기울기 산출부(306)는 CPM 측정부(304)로부터 전달되는 오버레이 마크의 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기(단차)를 산출하여 그 산출된 기울기 데이터를 웨이퍼 척 보정부(308)로 전달한다.

이어서, 웨이퍼 척 보정부(308)는 기울기 산출부(306)로부터 전달되는 반도체 웨이퍼의 기울기 데이터를 이용하여 반도체 웨이퍼가 오버레이 장비 내 Z축과 수직이 되도록 X축 및 Y축 방향으로 웨이퍼 척의 기울기를 조정(보정)한다. 이러한 보정이 완료되면, 보정 완료 신호를 제어부(302)로 제공한다. 일 예로서, 도 5는 본 발명에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후의 반도체 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 척의 상태를 예시한 도면으로, 반도체 웨이퍼를 Z축과 수평이 되도록 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 것을 알 수 있다.

한편, 오버레이 측정부(310)에서는 웨이퍼 척의 기울기 보정이 완료된 후, 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행한다.

따라서, 본 발명에 따른 레벨링 보정 장치에서는 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크의 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하고, 산출된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 오버레이 측정을 효과적으로 수행할 수 있다.

다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 레벨링 보정 장치에서 반도체 웨이퍼가 웨이퍼 척에 안착되면, 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하고, 이에 따라 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출한 후, 이를 이용하여 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 오버레이 측정을 수행하는 과정에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따라 반도에 웨이퍼의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 과정을 나타낸 플로우차트이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 레벨링 보정 장치에서 웨이퍼 척에 반도체 웨이퍼가 안착되면(단계602), 제어부(302)에서는 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하기 위한 제어신호를 CPM 측정부(304)로 제공하고, 이에 따라 CPM 측정부(304)에서는 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크를 Z축 방 향으로 스캔한 후, 그 단면 이미지를 생성하여 기울기 산출부(306)로 전달한다(단계604). 일 예로서, 도 4는 본 발명에 따라 오버레이 마크를 스캔하여 단면 이미지를 생성하는 과정을 나타낸 도면으로, Point A와 Point B에 따라 스캔하여 그 단면 이미지를 생성할 수 있음을 알 수 있다.

그리고, 기울기 산출부(306)에서는 CPM 측정부(302)로부터 전달되는 오버레이 마크의 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기(단차)를 산출하여 이러한 기울기 데이터를 웨이퍼 척 보정부(308)로 전달한다(단계606).

다음에, 웨이퍼 척 보정부(308)에서는 기울기 산출부(306)로부터 전달되는 기울기 데이터를 이용하여 반도체 웨이퍼가 오버레이 장비 내 Z축 방향과 수직이 되도록 웨이퍼 척의 기울기를 X축 및 Y축 방향(수평)으로 보정한다(단계608). 일 예로서, 도 5는 본 발명에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후의 반도체 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 척의 상태를 예시한 도면으로, 반도체 웨이퍼를 Z축과 수평이 되도록 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 것을 알 수 있다.

이어서, 웨이퍼 척의 기울기 보정이 완료되면, 오버레이 측정부(310)에서는 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행한다(단계610).

따라서, 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치에서 안착된 반도체 웨이퍼 내 오버레이 마크의 기울기를 이용하여 오버레이 장비와 반도체 웨이퍼가 수직이 되도록 웨이퍼 척의 기울기를 보정할 수 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 단차가 발생한 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하고, 이에 따라 장비 또는 패턴 프로파일의 오차를 보정하는 종래 방법과는 달리, 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하며, 스캔된 단면 이미지를 이용하여 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출한 후에, 산출된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하고, 보정이 완료되면, 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행함으로써, 이 후 오버레이 측정을 통한 장비의 보정에 대해 정밀도를 향상시켜 반도체 소자의 품질 향상을 도모할 수 있다.

Claims

웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼와 오버레이 측정 장비와의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 장치로서,

상기 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하는 CPM(Coherence Probe Microscope) 측정 수단과,

상기 스캔된 단면 이미지를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하는 기울기 산출 수단과,

상기 산출된 기울기를 이용하여 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 웨이퍼 척 보정 수단과,

상기 웨이퍼 척의 기울기 보정 결과에 응답하여 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과,

상기 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크를 측정하는 오버레이 측정 수단

을 포함하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 CPM 측정 수단은, 상기 오버레이 마크의 단면 이미지를 Z축 방향으로 스캔하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 웨이퍼 척 보정 수단은, 상기 산출된 기울기에 따라 X축 및 Y축 방향으로 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 장치.
웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼와 오버레이 측정 장비와의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 방법으로서,

상기 반도체 웨이퍼를 상기 웨이퍼 척에 안착시키는 단계와,

상기 안착된 반도체 웨이퍼의 오버레이 마크의 단면 이미지를 스캔하는 단계와,

상기 스캔된 단면 이미지를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 기울기를 산출하는 단계와,

상기 산출된 기울기에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 단계와,

상기 보정이 완료되면, 상기 반도체 웨이퍼의 오버레이 측정을 수행하는 단계

을 포함하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 단면 이미지를 스캔하는 단계는, 상기 오버레이 마크의 단면 이미지를 Z축 방향으로 스캔하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 단계는, 상기 산출된 기울기에 따라 X축 및 Y축 방향으로 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척의 레벨링 보정 방법.