KR100807520B1 - 노광 장비의 ｃｄ 및 오버래이 정밀도 측정 방법 - Google Patents

노광 장비의 ｃｄ 및 오버래이 정밀도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수율의 향상과 설비 생산성을 향상시킬 수 있는 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 CD를 측정하는 CD 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 의하면 웨이퍼 정렬 또는 레티클 정렬에 사용되는 CCD 카메라로 CD 측정 및 오버래이 정밀도 측정 작업을 수행함으로써 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
포토리소그래피, 노광장비, CD(critical dimension), 오버래이(overlay)

Description

노광 장비의 ＣＤ 및 오버래이 정밀도 측정 방법{Method for measuring critical dimension and overlay accuracy in exposure equipment}
도 1은 종래의 노광 장비에서 진행되는 노광 공정을 설명하기 위한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생산성을 향상시킬 수 있는 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하는 제조과정에서 웨이퍼에 필요한 각종 회로 패턴은 대부분 포토리소그래피 공정(photo lithography)에 의해 형성된다.
포토리소그래피 공정은 크게 웨이퍼 상면에 감광막을 도포하는 코팅 단계, 이와 같이 도포된 감광막에 소정 파장의 빛을 조사하여 미리 형성된 마스크의 패턴 또는 레티클(Reticle)의 패턴을 웨이퍼 상에 전사시키는 노광 단계, 이러한 노광에 의해 도포된 감광막 중 변하는 부분 또는 변하지 않는 부분을 선택적으로 제거하여 소정 회로패턴을 형성하는 현상 단계 등으로 이루어진다.
일반적으로 반도체 노광 장비는 반도체 제조공정 중의 하나인 노광 공정을 진행하는 장비이며, 여기서 노광 공정이란 감광제가 도포된 웨이퍼의 상측에 회로패턴이 형성된 레티클을 위치시키고 웨이퍼를 일정한 피치(pitch)만큼 이동하며 조명 장치로부터 상기 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하여 패턴을 이식하는 공정을 말한다.
이러한 노광 공정에 사용되는 스텝퍼(Stepper) 또는 스캐너(Scanner)는 노광장비의 일종으로서, 레티클의 패턴을 광학 렌즈를 이용하여 웨이퍼 상에 축소 투영하는 장비이다. 즉 노광장비는 조명 장치의 하측에 소정의 거리를 투고 레티클을 장착하기 위한 레티클 스테이지, 상기 레티클 스테이지의 하측에 웨이퍼를 안착시킬 수 있도록 설치되는 웨이퍼 스테이지, 레티클로 빛을 조사하기 위한 조명 장치를 포함하여 구성된다.
따라서 노광공정을 진행하기 위해서는 레티클 핸들링 시스템에 의하여 레티클 로딩부로부터 레티클 스테이지로 레티클은 반송되고, 이후 레티클 스테이지에서 레티클 정렬(reticle alignment) 작업이 진행된 후 웨이퍼 로딩부에 있는 카세트로부터 웨이퍼가 웨이퍼 스테이지로 반송 및 웨이퍼 정렬(wafer alignment) 작업이 이루어진 후에 조명 장치에 의한 노광 공정이 진행되는 것이다.
이후 현상 공정을 진행하고나서 인스펙션 작업을 수행한다. 상기 인스펙션 작업은 현상된 감광막의 중요부분의 패턴의 크기 (critical dimension, 이하 'CD'라 한다) 측정 작업과 오버래이 정밀도(overlay accruacy) 측정 등으로 이루어져 있다.
상기 CD 측정 작업은 현상된 감광막의 CD를 측정함으로써 촛첨 불량(defocus) 등과 같은 공정의 이상 유무를 확인하기 위한 목적으로 진행되며, 상기 오버래이 정밀도 측정은 전(前) 공정에서 형성시킨 래이어(layer)와 현(現) 공정을 통해 형성되는 래이어 간의 정렬 상태를 파악 및 보정하기 위한 목적으로 수행된다.
따라서, 통상의 반도체 제조 공정에서는 오버래이 측정 패턴을 설치하고 있다. 이러한 오버래이 측정 패턴은 다이(Die) 사이를 분할하는 웨이퍼의 스크라이브 라인(Scribe line) 내에 설치하는 것이 보통이다.
일반적으로, 이전 래이어에서 형성시킨 어미자와 상기 어미자 내에 배치되도록 현재 래이어에서 형성하는 아들자로 구성된 박스 인 박스(Box In Box) 구조로 형성된다. 예컨대 상기 어미자는 이전 래이어에서 도전막 패턴으로 형성되며, 상기 아들자는 현 래이어에서 감광막 패턴으로 형성한다.
상기한 바와 같은 박스 인 박스 구조의 오버래이 측정 패턴을 이용한 종래의 오버래이 측정방법을 설명하면, 우선 오버래이 측정 장비를 이용해서 어미자와 아들자의 각 중앙값을 측정하고, 그런 다음 측정된 값들을 연산해서 아들자의 쉬프트(shift) 정도를 측정한다.
도 1은 종래의 노광 장비에서 진행되는 노광 공정을 설명하기 위한 흐름도이 다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 로딩부에 있는 카세트로부터 웨이퍼가 웨이퍼 스테이지로 반송되어 프리얼라인(pre-alignment) 작업이 수행된다. 상기 프리얼라인은 후술되는 정밀한 웨이퍼 얼라인(wafer alignment) 전단계에서 수행되는 러프(rough)한 정렬 작업이다.
이후 X-Y 스테이지로 웨이퍼가 로딩된 후 웨이퍼 얼라인 작업이 수행된다. 상기 웨이퍼 얼라인은 웨이퍼의 스크라이브 라인 내에 설치 얼라인 키(align key)를 사용한 정밀한(fine) 정렬작업이다.
전술한 정렬 작업이 완료된 후에 조명 장치에 의한 노광 공정이 진행된다. 이후 노광 공정이 완료된 웨이퍼는 노광 장비로부터 언로딩되어 정상적인 패턴 형성 여부를 확인하기 위한 인스펙션 작업이 수행된다.
그러나, 상기 인스펙션 작업을 진행하기 위해서는 CD 측정용 주사전자현미경(scanning electron microscope)에서 웨이퍼를 관찰하거나, 디지탈 이미지 프로세싱 장치(digital image processing equipment)에서 오버래이 정밀도 측정을 각각 개별적으로 진행하게 되므로 생산성 향상 및 비용 절감에 한계가 있다.
또한 상기 주사전자현미경 또는 디지탈 이미지 프로세싱 장치는 반도체 공정이 이루어지는 생산 라인 내에서 많은 면적을 차지하고 있는 관계로 공간확보에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 노광 공정 장비에서 인스펙션 작업을 수행하여 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 CD를 측정하는 CD 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 오버래이 정밀도를 측정하는 오버래이 정밀도 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단 계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 CD를 측정하는 CD 계측 단계; CCD 카메라를 사용하여 오버래이 정밀도를 측정하는 오버래이 정밀도 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 프리얼라인 단계, 웨이퍼 로딩 단계, 웨이퍼 얼라인 단계, 노광단계, CD 계측 단계를 포함하여 이루어져 있다.
상기 웨이퍼 프리얼라인 단계는 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 단계이다. 즉 웨이퍼 상의 플랫존(flat zone)이나 홈(notch)을 인식하여 웨이퍼를 러프하게 정렬하는 단계이다. 이 단계에서 대략 40 미크론 정도의 정확도로 정렬 작업이 진행되는 것이다.
상기 웨이퍼 로딩 단계는 웨이퍼를 실제로 노광이 진행되는 X-Y 스테이지로 로딩하는 단계이다.
상기 웨이퍼 얼라인 단계는 웨이퍼의 스크라이브라인에 형성된 얼라인 키를 사용하여 고정밀도로 웨이퍼를 정렬하는 단계이다. 일반적으로 레이저 인터페로미터(Laser Interferometer) 방식을 사용하여 도플러 효과에 의해 X-Y 스테이지의 이동과 회전 요소를 정밀하게 측정해 각 스테이지의 위치를 정확하게 인식한다.
즉 헬륨-네온 레이저(He-Ne laser)로 부터의 빔(beam)을 빔 스플리터(Beam spliter)에 의해 X,Y,Z 방향을 계측하기 위한 3방향으로 분리하여 틸트 스테이지(tilt stage) 상의 바 미러(Bar mirror)에 반사시켜 반사된 빛을 광섬유 간섭계(Interferometer)로 계측 신호로서 전달한다. 이 신호는 광 픽업 시스템(Pick-up system)에 의해 전기 신호로 변환되고 레이저 발생장치의 기준 신호와 비교되어 바 미러(Bar mirror) 까지의 정확한 거리를 추정할 수 있다.
이 단계에서 요구되는 정렬의 정확도는 0.06 미크론 또는 그 이하의 고정밀의 정확도를 요구한다. 통상 EGA(enhanced global alignment) 또는 AGA(advanced global alignment) 정렬이라고 불리는 단계이다.
상기 노광단계는 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 단계이다. 따라서 상기 웨이퍼 얼라인 단계가 완료되어 정밀하게 정렬된 웨이퍼 상으로 레티클의 패턴이 전사되는 단계이다. 비록 상세하게 설명되지는 아니하였지만 상기 레티클도 레티클 스테이지에 정밀하게 정렬되는 작업이 이미 수행되어 있음은 자명하다. 노광 장비에는 상기 레티클을 정렬하기 위한 용도로 CCD(charge-coupled device) 카메라가 설치되어 있다.
상기 CD 계측 단계는 CCD 카메라를 사용하여 CD를 측정하는 단계이다. 상기 CCD 카메라는 레티클 정렬을 위한 CCD 카메라 또는 웨이퍼 정렬을 위한 CCD 카메라를 사용할 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 정렬 또는 레티클 정렬에 사용되는 CCD 카메라로 CD 측정 작업을 노 광 장비 내에서 인-시튜(in-situ)로 수행함으로써 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 것이다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 프리얼라인 단계, 웨이퍼 로딩 단계, 웨이퍼 얼라인 단계, 노광단계, 오버래이 정밀도 계측 단계를 포함하여 이루어져 있으며, 상기 웨이퍼 프리얼라인 단계, 웨이퍼 로딩 단계, 웨이퍼 얼라인 단계, 노광단계의 구성은 전술한 것과 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고, 새로이 부가되는 단계들의 작용을 중심으로 하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 오버래이 정밀도 계측 단계를 포함하여 이루어져 있다.
상기 오버래이 정밀도 계측 단계는 CCD 카메라를 사용하여 오버래이 정밀도를 측정하는 단계이다. 상기 CCD 카메라는 레티클 정렬을 위한 CCD 카메라 또는 웨이퍼 정렬을 위한 CCD 카메라를 사용할 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 정렬 또는 레티클 정렬에 사용되는 CCD 카메라로 오버래이 정밀도 측정 작업을 노광 장비 내에서 인-시튜로 수행함으로써 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 것이다.
나아가 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 프리얼라인 단계, 웨이퍼 로딩 단계, 웨이퍼 얼라인 단계, 노광단계, CD 계측 단계, 오버래이 정밀도 계측 단계를 포함하여 이루어져 있 다.
따라서 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법은 웨이퍼 정렬 또는 레티클 정렬에 사용되는 CCD 카메라로 CD 측정 작업 및 오버래이 정밀도 측정 작업을 노광 장비 내에서 인-시튜로 수행함으로써 더욱 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 카세트로부터 반송된 웨이퍼의 플랫존이나 홈을 인식하여 웨이퍼를 러프하게 정렬한다.(S1) 이후 상기 웨이퍼를 실제로 노광이 진행되는 X-Y 스테이지로 로딩한다.(S2)
전술한 바와 같은 레이저 인터페로미터 방식을 사용하여 EGA 또는 AGA 정렬을 수행한다.(S3) 이후 상기 웨이퍼가 계측 샷(shot) 또는 웨이퍼 인지 여부를 판단한다.(S4) 상기 계측 웨이퍼는 노광 공정이 진행되기 전에 미리 정해져 있으며, 통상 처음 노광 공정이 진행되는 웨이퍼를 계측 웨이퍼로 정한다.
상기 S4 과정에서 계측 웨이퍼로 판단한 경우에는 CD 측정용 웨이퍼인지 여부를 판단한다.(S5) 만약 CD 측정용 웨이퍼라면 노광을 실시하고(S6), CD를 측정한다.(S7) 한편, CD 측정용 웨이퍼가 아니라면 노광을 실시하고(S10), 오버래이를 측정한다.(S11) 상기 측정 결과를 저장하는 단계(S8)를 거쳐서 노광 공정은 완료된다.(S9)
만약 전술한 바와 같은 웨이퍼가 계측 샷 또는 웨이퍼가 아닌 경우에는 상기 S5, S6, S7, S8, S5, S10, S11 과정을 거치지 아니하고 바로 노광 과정(S12)을 진행하여 노광 단계가 진행된다.
본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법에 의하면 웨이퍼 정렬 또는 레티클 정렬에 사용되는 CCD 카메라로 CD 측정 및 오버래이 정밀도 측정 작업을 수행함으로써 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 노광 장비 내에서 인-시튜로 CD를 측정하는 CD 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법.
  2. 카세트로부터 반송된 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 프리얼라인 단계; 웨이퍼를 X-Y 스테이지로 로딩하는 웨이퍼 로딩 단계; 얼라인 키를 사용하여 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 얼라인 단계; 조명 장치에 의하여 레티클의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 노광단계; CCD 카메라를 사용하여 노광 장비 내에서 인-시튜로 오버래이 정밀도를 측정하는 오버래이 정밀도 계측 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 노광 장비의 CD 및 오버래이 정밀도 측정 방법.
  3. 삭제
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