KR101017203B1

KR101017203B1 - 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101017203B1
Application number: KR1020080085733A
Authority: KR
Inventors: 성준경
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2011-02-25
Also published as: KR20100026651A

Abstract

본 발명은 노광장비의 자동 초점 조절기능을 활용하여 웨이퍼의 휘어짐에 의한 변형을 감지하여 현시토록 함으로써 사용자로 하여금 웨이퍼의 변형에 대한 신속한 대응조치를 취할 수 있도록 하여 공정시간을 단축시킴과 아울러 웨이퍼 품질의 안정화에 기여할 수 있도록 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치는, 빛을 발사하는 광원부; 상기 광원부에서 발사된 빛이 투과되며 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿; 상기 제1 슬릿을 투과하여 스테이지 상에 안착된 웨이퍼에 입사되어 반사되는 빛이 투과되며 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿; 상기 제2 슬릿을 투과한 빛의 세기를 감지하여 광전신호를 송출하는 센서; 상기 센서로부터 송출된 광전신호를 기준으로 웨이퍼의 자동 초점값을 산출하고 정렬신호로 변환하는 자동초점 중계기판;및 상기 자동초점 중계기판의 정렬신호를 기준으로 상기 스테이지의 상하 높이 조절을 위한 구동명령을 발령하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

노광, 자동초점, 웨이퍼, 변형, 스테이지.

Description

반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting of wafer warpage in semiconductor exposure process}

본 발명은 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 변형 감지를 위한 별도의 감지장비를 구비하지 않더라도 노광장비의 자동 초점 조절기능을 활용하여 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부 간에 휘어짐에 의한 변형을 감지하여 현시토록 함으로써 사용자로 하여금 웨이퍼의 변형에 대한 신속한 대응조치를 취할 수 있도록 하여 공정시간을 단축시킴과 아울러 웨이퍼 품질의 안정화에 기여할 수 있도록 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사진공정은 웨이퍼 상에 회로 패턴을 형성하기 위하여 포토레지스트를 도포하고, 레티클(reticle)에 형성된 회로 패턴을 전사하기 위하여 도포된 포토레지스트를 노광하게 되는데, 노광은 광원으로부터 나오는 일정한 파장의 광을 레티클에 투영하고 투영되어 나오는 광을 포토레지스트로 도포된 웨이퍼에 조사하여 패턴을 형성시키게 된다.

그 후 노광된 포토레지스트를 현상하는 일련의 공정을 수행하게 된다.

이러한 사진공정에서 웨이퍼 상에 정확한 패턴을 형성하기 위해서는 웨이퍼를 정확한 초점 위치에 정렬시켜야 할 뿐만 아니라, 웨이퍼 자체에 변형이 발생되었는지 여부를 점검하고 불량으로 판정된 웨이퍼에 대해서는 후속 공정의 진행을 중단시킴으로써 불필요한 공정의 진행에 따른 낭비를 방지해야 한다.

도 1은 종래 노광장비의 자동 초점 조절장치의 구성도이다.

광원부(1)에서 발사된 빛은 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿(3)을 통과한 후 제1 반사경(5)에 반사되어 스테이지(7) 상에 고정된 웨이퍼(W)에 입사된다.

웨이퍼(W)에서 반사된 빛은 제2, 제3 및 제4 반사경(9,11,13)을 지나 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿(17)을 통과하고, 상기 제2 슬릿(17)을 통과한 빛을 센서(20)에서 검출하여 광전신호를 스텝퍼 본체의 자동초점 중계기판(25)으로 전송하게 된다. 상기 자동초점 중계기판(25)에서는 단차가 다른 패턴의 초점 차이를 고려해서 최적의 초점값을 산출하고 정렬신호로 변환하게 되며, 상기 변환된 정렬신호는 스테이지 제어장치로 보내져 정렬 동작이 이루어진다.

한편, 상기 제4 반사경(13)과 제2 슬릿(17) 사이에는 자동초점 반감장치(Auto focus halving monitor, 15)가 구비되어, 상기 제4 반사경(13)에서 반사된 빛을 자동초점 중계기판(25)으로 전달시킨다.

도 2는 종래 웨이퍼에 변형이 발생된 모습을 나타낸 개략도이다.

반도체 제조 공정 중 증착공정이나 열공정의 진행과정에서 웨이퍼의 중앙부 와 가장자리부 간에 텐션(tension)의 차이가 있으면 도시된 바와 같이 웨이퍼가 휘어져 변형(warpage)을 가져올 수 있다. 이러한 웨이퍼의 텐션 차이는 웨이퍼(W)가 안착되는 스테이지(7)의 온도(T₁)와 웨이퍼 중앙부의 저면(T₂)과 상면(T₃), 가장자리부(T₄) 및 대기온도(T₅)의 차이에 기인한다.

상기 변형된 웨이퍼(W)를 사진공정에서 노광함에 있어서, 변형의 정도가 크면 노광중에 에러가 발생하여 해당 장비의 가동을 중단시키거나 해당 웨이퍼를 폐기해야 한다. 만일, 웨이퍼의 변형 정도가 미세한 경우에는 사진공정이 진행되더라도 웨이퍼 가장자리부에 비정상적인 패턴을 형성하게 되어 웨이퍼의 품질 및 수율을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.

반도체 제조장비 중에는 상기와 같이 웨이퍼가 휘어져 변형된 정도만을 측정하는 장비가 있지만, 웨이퍼의 변형된 정도를 측정하기 위해서는 작업현장에 이러한 웨이퍼 변형 측정장비를 별도로 구비해야 할 뿐만 아니라 공정의 진행 도중에 이러한 웨이퍼의 변형을 측정하는 단계가 추가됨에 따라서 공정시간이 길어지게 되어 제품의 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 웨이퍼 변형 측정장비를 구비하지 않더라도 노광장비의 자동 초점 조절기능을 활용하여 웨이퍼의 휘어짐에 의한 변형을 측정하여 신속한 조치를 취할 수 있도록 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치는, 빛을 발사하는 광원부; 상기 광원부에서 발사된 빛이 투과되며 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿; 상기 제1 슬릿을 투과하여 스테이지 상에 안착된 웨이퍼에 입사되어 반사되는 빛이 투과되며 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿; 상기 제2 슬릿을 투과한 빛의 세기를 감지하여 광전신호를 송출하는 센서; 상기 센서로부터 송출된 광전신호를 기준으로 웨이퍼의 자동 초점값을 산출하고 정렬신호로 변환하는 자동초점 중계기판;및 상기 자동초점 중계기판의 정렬신호를 기준으로 상기 스테이지의 상하 높이 조절을 위한 구동명령을 발령하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제어부의 구동명령을 수신하여 상기 스테이지를 상하로 구동시키는 스테이지 구동모터에 구동신호를 전달하는 스테이지 중계기판;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자동초점 중계기판은 산출된 웨이퍼의 자동 초점값을 외부로 현시하는 디스플레이장치에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부의 자동 초점값 간의 편차가 사용자에 의해 설정된 범위를 초과시에 경보음을 발생시키는 경보음 발생부에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 방법은, (a) 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿을 통과한 빛을 웨이퍼의 중앙부 상에 입사시키는 단계; (b) 상기 웨이퍼로부터 반사되는 빛을 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿으로 통과시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 상기 제2 슬릿으로 통과된 빛에 관한 정보로부터 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값을 산출하는 단계; (d) 상기 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿을 통과한 빛을 웨이퍼의 가장자리부 상에 입사시키는 단계; (e) 상기 (d) 단계에서 상기 웨이퍼로부터 반사되는 빛을 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿으로 통과시키는 단계; (f) 상기 (e) 단계에서 상기 제2 슬릿으로 통과된 빛에 관한 정보로부터 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값을 산출하는 단계;및 (g) 상기 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값과 상기 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값의 상호 편차가 사용자에 의해 사전에 설정된 범위 내라면 제어부의 명령에 의해 상기 스테이지를 상하방향으로 소정거리 이동시켜 상기 웨이퍼와 축소투영렌즈 간의 거리를 조절하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 (g) 단계에서, 상기 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값과 상기 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값의 상호 편차가 사용자에 의해 사전에 설정된 범위를 벗어나 는 경우에는 제어부의 명령에 의해 경보음을 발령함과 동시에 장비의 가동을 중단시키는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치 및 방법에 의하면, 종래 노광장비에 구비된 자동 초점 조절 기능을 활용하여 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부에 입사되어 반사되는 빛의 세기를 분석하여 웨이퍼의 휘어짐에 의한 변형 여부를 용이하게 확인할 수 있게 되며, 이에 대한 신속한 대응 조치를 취할 수 있도록 함으로써, 공정시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 장치의 센서값을 예시한 도면이다.

본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 장치는, 종래 노광장비에 구비되어 있는 자동 초점 조절 기능을 이용하여 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부 간에 휘어짐에 의한 변형이 발생되었는지 여부를 검출하여 보정가능한 범위 내의 변형인지의 여부를 판별할 수 있도록 구성된 점을 특징으로 한다.

본 발명의 웨이퍼 변형 감지 장치는 종래기술에서 설명된 바와 동일한 구성및 작용을 하는 광원부(1), 제1 슬릿(3), 제1 반사경(5), 제2 반사경(9), 제3 반사 경(11), 제4 반사경(13), 자동초점 반감장치(15), 제2 슬릿(17), 센서(20) 및 자동초점 중계기판(140)을 포함하여 이루어지며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다만, 본 발명에서 상기 자동초점 중계기판(140)은 상기 제2 슬릿(17)을 통과한 빛의 세기로부터 산출된 웨이퍼의 자동 초점값을 현시하여 외부에서 용이하게 파악할 수 있도록 하는 디스플레이장치(150)에 연결된다.

그리고, 상기 자동초점 중계기판(140)에서는 산출된 웨이퍼의 자동 초점값으로부터 변환된 정렬신호를 기준으로 스테이지(100)가 상하로 구동되도록 구동명령을 발령하는 제어부(130)에 전기적으로 연결된다.

상기 제어부(130)에서 발령된 구동명령은 스테이지 중계기판(120)으로 전달되고, 상기 스테이지 중계기판(120)에서는 상기 제어부(130)에서 발령된 구동명령에 대응하는 구동신호를 스테이지 구동모터(110)에 전달함으로써 상기 웨이퍼를 지지하는 스테이지(100)가 상하방향으로 산출된 거리만큼 이동되도록 한다.

한편, 노광장비의 축소투영렌즈(170)와 웨이퍼(W) 간의 거리는 웨이퍼의 두께 또는 휘어진 정도에 따라서 달리 설정되어야 하며, 본 발명에서는 상기 스테이지(100)를 상하로 이동시킴에 따라서 상기 축소투영렌즈(170)와 웨이퍼(W) 간의 이격 거리를 조절하게 된다.

도 3에 도시된 점선은 빛의 경로를 나타내며, 스테이지(100) 상의 웨이퍼(W)가 a,b,c 지점에 각각 위치된 경우에 빛이 반사되어 제2 슬릿(17)에 도달되는 경로를 나타낸 것이다.

웨이퍼(W)에 휘어짐에 따른 변형이 발생되지 않은 경우라면 도시된 바와 같 은 경로를 따라서 빛의 경로가 형성되어 웨이퍼(W)가 b의 높이에 위치된 경우에만 제2 슬릿(17)을 통과하게 되며, 상기 웨이퍼(W)가 a 또는 c의 높이에 위치된 경우에는 상기 제2 슬릿(17)을 통과하지 못하게 됨을 나타낸 것이다.

그러나, 웨이퍼(W)의 중앙부와 가장자리부 간에 휘어짐에 의한 변형이 발생된 경우라면 이에 대응하도록 축소투영렌즈(170)와 웨이퍼(W) 간의 이격 거리를 적절히 조절해야 하며, 상기 자동초점 중계기판(140)에서는 웨이퍼(W)의 중앙부와 가장자리부에서의 자동 초점값을 기준으로 스테이지(100)가 이동될 거리에 대응하는 정렬신호를 산출하게 된다.

도 4는 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿(17)을 통과한 빛의 세기에 따른 센서(20)에서의 검출값(Z1 ~ Z5)을 나타낸 것으로, 상기 자동초점 중계기판(140)에서는 상기 제2 슬릿(17)을 투과하는 5 가지 빛의 세기에 따른 상기 검출값(Z1 ~ Z5)에 대한 평균값을 계산하여 웨이퍼 상에 빛이 입사된 지점에서의 자동 초점값을 산출하게 된다.

이하에서는 상기 웨이퍼 변형 감지 장치를 이용하여 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부 간에 발생된 변형을 감지하는 방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 방법의 단계를 나타낸 흐름도이다.

우선, 스테이지(100)가 일정 높이에 고정된 상태에서 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿(3)을 통과한 빛이 제1 반사경(5)에 반사되어 웨이퍼의 중앙부 상에 입사되도록 한다(S 101).

웨이퍼의 중앙부에서 반사된 빛은 제2 반사경(9), 제3 반사경(11), 제4 반사 경(13)에 순차로 반사되어 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿(17)을 통과하게 되며(S 103), 센서(20)에서는 상기 제2 슬릿(17)을 통과한 빛의 세기를 감지하여 광전신호를 자동초점 중계기판(140)으로 송출하게 된다.

상기 자동초점 중계기판(140)에서는 수신된 광전신호를 기준으로 웨이퍼 중앙부에서의 자동 초점값(A)을 산출한다(S 105).

다음으로, 스테이지(100)를 수평이동시켜 상기 제1 슬릿(3)을 통과한 빛이 제1 반사경(5)에 반사되어 웨이퍼의 가장자리부 상에 입사되도록 한다(S 107).

웨이퍼의 가장자리부에서 반사된 빛은 제2 반사경(9), 제3 반사경(11), 제4 반사경(13)에 순차로 반사되어 상기 제2 슬릿(17)을 통과하게 되며(S 109), 상기 센서(20)에서는 상기 제2 슬릿(17)을 통과한 빛의 세기를 감지하여 광전신호를 자동초점 중계기판(140)으로 송출하게 된다.

상기 자동초점 중계기판(140)에서는 수신된 광전신호를 기준으로 웨이퍼 가장자리부에서의 자동 초점값(B)을 산출한다(S 111).

그 후, 상기 자동초점 중계기판(140)에서는 상기 산출된 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값(A)과 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값(B)의 편차를 계산하여 이에 대응하는 정렬신호를 제어부(130)로 송출하게 된다.

상기 제어부(130)에서는 수신된 정렬신호가 사용자에 의해 사전에 설정된 범위 내에 포함되는지 여부를 비교하여(S 113), 만일 상기 자동 초점값(A,B)의 편차(A-B)가 설정범위 내에 포함되는 경우라면 상기 제어부(130)에서는 스테이지 중계기판(120)으로 구동명령을 발령하게 되고, 상기 스테이지 중계기판(120)에서는 스테이지(100)를 상하방향으로 구동시키는 스테이지 구동모터(110)에 구동신호를 전달하여 산출된 거리만큼 이동시킴으로써 노광장비의 축소투영렌즈(170)와 웨이퍼가 안착되어 고정되는 스테이지(100) 사이의 간격을 노광공정에 적합한 최적으로 이격 거리가 되도록 조절하게 된다(S 115).

그러나, 만일 상기 자동 초점값(A,B)의 편차(A-B)가 설정범위를 벗어나 보정이 불가능한 상태로 웨이퍼에 변형이 발생된 경우라면, 상기 제어부(130)에서는 경보음 발생부(160)에서 경보음이 발생되도록 제어함과 아울러 장비의 가동을 중단시키게 된다(S 117, S 119).

본 발명은 상기 실시예에 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.

도 1은 종래 노광장비의 자동 초점 조절장치의 구성도,

도 2는 종래 웨이퍼에 변형이 발생된 모습을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 변형 감지 장치의 센서값을 예시한 도면,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원부 3 : 제1 슬릿

5 : 제1 반사경 7,100 : 스테이지

9 : 제2 반사경 11 : 제3 반사경

13 : 제4 반사경 15 : 자동초점 반감장치

17 : 제2 슬릿 20 : 센서

25,140 : 자동초점 중계기판 110 : 스테이지 구동모터

120 : 스테이지 중계기판 130 : 제어부

150 : 디스플레이장치 160 : 경보음 발생부

170 : 축소투영렌즈

Claims

빛을 발사하는 광원부;

상기 광원부에서 발사된 빛이 투과되며 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿;

상기 제1 슬릿을 투과하여 스테이지 상에 안착된 웨이퍼에 입사되어 반사되는 빛이 투과되며 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿;

상기 제2 슬릿을 투과한 빛의 세기를 감지하여 광전신호를 송출하는 센서;

상기 센서로부터 송출된 광전신호를 기준으로 웨이퍼의 자동 초점값을 산출하고 정렬신호로 변환하는 자동초점 중계기판;

상기 자동초점 중계기판의 정렬신호를 기준으로 상기 스테이지의 상하 높이 조절을 위한 구동명령을 발령하는 제어부;를 포함하여 이루어지며,

상기 자동초점 중계기판은 산출된 웨이퍼의 자동 초점값을 외부로 현시하는 디스플레이장치에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부의 구동명령을 수신하여 상기 스테이지를 상하로 구동시키는 스테이지 구동모터에 구동신호를 전달하는 스테이지 중계기판;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제어부는 웨이퍼의 중앙부와 가장자리부의 자동 초점값 간의 편차가 사용자에 의해 설정된 범위를 초과시에 경보음을 발생시키는 경보음 발생부에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 장치.
(a) 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿을 통과한 빛을 웨이퍼의 중앙부 상에 입사시키는 단계;

(b) 상기 웨이퍼로부터 반사되는 빛을 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿으로 통과시키는 단계;

(c) 상기 (b) 단계에서 상기 제2 슬릿으로 통과된 빛에 관한 정보로부터 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값을 산출하는 단계;

(d) 상기 단일의 슬릿으로 이루어진 제1 슬릿을 통과한 빛을 웨이퍼의 가장자리부 상에 입사시키는 단계;

(e) 상기 (d) 단계에서 상기 웨이퍼로부터 반사되는 빛을 복수의 슬릿으로 이루어진 제2 슬릿으로 통과시키는 단계;

(f) 상기 (e) 단계에서 상기 제2 슬릿으로 통과된 빛에 관한 정보로부터 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값을 산출하는 단계;및

(g) 상기 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값과 상기 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값의 상호 편차가 사용자에 의해 사전에 설정된 범위 내라면 제어부의 명령에 의해 스테이지를 상하방향으로 소정거리 이동시켜 상기 웨이퍼와 축소투영렌즈 간의 거리를 조절하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 (g) 단계에서, 상기 웨이퍼 중앙부의 자동 초점값과 상기 웨이퍼 가장자리부의 자동 초점값의 상호 편차가 사용자에 의해 사전에 설정된 범위를 벗어나는 경우에는 제어부의 명령에 의해 경보음을 발령함과 동시에 장비의 가동을 중단시키는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정에서의 웨이퍼 변형 감지 방법.