KR101030457B1 - 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치 - Google Patents

불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 정렬 마크 검출 장치가 불변 모멘트를 이용하여 웨이퍼의 정렬 마크 위치를 검출하는 방법에 있어서, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 단계, 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하는 단계 및 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정하는 단계를 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법은 정렬 마크의 이동, 회전, 왜곡과 관계없이 정렬 마크를 검출할 수 있는 효과가 있다.
반도체, 정렬 마크, 불변 모멘트, 전처리.

Description

불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치{Method for detecting align mark using invariant moment and Apparatus thereof}
본 발명은 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전 및 보급에 따라 이를 구성하는 반도체 관련 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 반도체 장치는 고속으로 동작하면서, 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되며, 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 그 제조 기술이 발전되고 있다. 반도체 산업에서 경쟁력 강화를 위한 일환으로 높은 생산 수율을 보장할 수 있는 각각의 단위 공정이 개발되고 있으며, 동시에 각 단위 공정에서의 공정 에러를 측정하는 방법 및 장치, 검사 방법에 대한 기술도 활발하게 연구되고 있다.
이중 전자 빔 리소그래피(EBL : Electron beam lithography)는 반도체 소자 제조 과정들 중에서 정밀한 패턴(pattern)을 전사하는 데 이용된다. 현재까지는 이 러한 전자빔 리소그래피 기술은 정밀한 패턴을 프린팅하는 것이 매우 중요시되는 포토 마스크(photo mask) 제작에 주로 이용되고 있다. 또한, 전자빔 리소그래피는 탑다운 방식의 나노 스케일 기기 연구에서 가장 많이 사용되는 방식의 하나이다. 나노 공정에서의 전자빔 리소그래피의 주된 장점은 전자빔 리소그래피가 빛의 회절 한계를 극복하여 나노 스케일에서 다양한 특징들을 생성할 수 있다는 점이다.
하지만 정렬의 정확성은 전자빔 리소그래피 기반 제조물의 부피를 제한하는 요소들 중 하나이다. 현재 많은 전자빔 리소그래피 시스템은 자동 정렬 검출 함수를 제공하지 않으며, 자동 정렬 능력을 가지는 시스템의 성능도 웨이퍼의 회전, 근처 다른 특징들의 존재, 레지스트 적용 또는 다른 증착 공정에 기인한 마크의 오염에 의해 제한되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 정렬 마크의 이미지들은 패턴 인식을 위한 정보를 제공하는 점, 선 또는 에지와 같은 기하학적 특징들을 포함한다. 그러나 만약 인식 알고리즘이 회전, 이동 또는 비례 축소에 기인한 왜곡을 처리할 수 없으면 이러한 특징들은 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 정렬 마크의 이동, 회전, 왜곡과 관계없이 정렬 마크를 검출하기 위한 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 정렬 마크 검출 장치가 불변 모멘트를 이용하여 웨이퍼의 정렬 마크 위치를 검출하는 방법에 있어서, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 단계, 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하는 단계 및 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정하는 단계를 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법이 제공된다.
또한, 위치 설정 단계는, 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 오차 범위내에 있는 경우 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일하다고 판단할 수 있다.
여기서, 특정 불변 모멘트 산출 단계는, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 이산 푸리에 변환을 적용하는 단계, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 가우시안 하이 패스 필터를 적용하는 단계, 이산 푸리에 변환과 가우시안 하이 패스 필터의 결과값을 이용하여 필터링된 이미지를 산출하는 단계 및 필터링된 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 웨이퍼를 지지하며 웨이퍼를 이동시키는 구 동부, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 촬상하는 촬상부, 촬상된 웨이퍼의 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 불변 모멘트 산출부, 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하는 불변 모멘트 비교부 및 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정하는 위치 제어부를 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치가 제공된다.
특정 불변 모멘트는 다음 수식중 하나 또는 그 이상으로부터 산출될 수 있다.
Figure 112008089425774-pat00001
Figure 112008089425774-pat00002
Figure 112008089425774-pat00003
Figure 112008089425774-pat00004
.
여기서,
Figure 112008089425774-pat00005
,
Figure 112008089425774-pat00006
,
Figure 112008089425774-pat00007
,
Figure 112008089425774-pat00008
,
Figure 112008089425774-pat00009
,
Figure 112008089425774-pat00010
,
Figure 112008089425774-pat00011
,
Figure 112008089425774-pat00012
와
Figure 112008089425774-pat00013
는 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지
Figure 112008089425774-pat00014
의 픽셀 좌표값이다.
또한, 기준 불변 모멘트는 정렬 마크의 이미지로부터 복수번 산출된 불변 모멘트의 평균값일 수 있다.
여기서, 위치 제어부는, 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 오차 범위내에 있는 경우 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일하다고 판단할 수 있다.
또한, 불변 모멘트 산출부는, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 이산 푸리에 변환과 가우시안 하이 패스 필터를 적용하고, 이산 푸리에 변환과 가우시안 하이 패스 필터의 결과값을 이용하여 필터링된 이미지를 산출한 후 필터링된 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출할 수 있다.
또한, 필터링된 이미지는 다음 수식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112008089425774-pat00015
.
여기서,
Figure 112008089425774-pat00016
은 역 이산 푸리에 변환,
Figure 112008089425774-pat00017
, 가우시안 하이 패스 필터
Figure 112008089425774-pat00018
,
Figure 112008089425774-pat00019
,
Figure 112008089425774-pat00020
은 특정 지점의 이미지의 크기,
Figure 112008089425774-pat00021
는 컷오프 주파수,
Figure 112008089425774-pat00022
는 특정 지점의 이미지에 대한 이산 푸리에 변환의 결과값,
Figure 112008089425774-pat00023
와
Figure 112008089425774-pat00024
는 주파수 도메인에서의 좌표값,
Figure 112008089425774-pat00025
와
Figure 112008089425774-pat00026
는 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지
Figure 112008089425774-pat00027
의 픽셀 좌표값이다.
또한, 정렬 마크는 나노 스케일일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치는 정렬 마크의 이동, 회전, 왜곡과 관계없이 정렬 마크를 검출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이 해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 웨이퍼(105), 구동부(110), 촬상부(120), 불변 모멘트 산출부(130), 불변 모멘트 비교부(140), 위치 제어부(150), 저장부(160)가 도시된다.
현재 나노 스케일 기기 제조에 대한 관심이 증대되면서, 고도의 정확성을 가지는 정렬이 중요한 이슈가 되었다. 특히, 자동 정렬 마크 검출 방법은 정렬 공정의 전단계로서, 나노 제조 공정의 효율과 작업 처리량을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 불변 모멘트 기술과 주사전자현미경(SEM : scanning electron microscope)의 전처리 공정을 이용한 자동 정렬 마크 검출 방법과 이에 따른 검출 성능이 개시된다.
구동부(110)는 웨이퍼(105)를 지지하며 이동시킨다. 구동부(110)는 공간 상에서 이동 및 회전이 가능하다. 촬상부(120)는 웨이퍼(105)의 특정 지점에 대한 이미지를 촬상한다. 이를 위해 촬상부(120)는 웨이퍼(105)에 광을 투사하여 특정 위치로 집광하는 광학 모듈과 광학 모듈에 의해 투영된 이미지에 상응하는 영상 신호를 획득하는 광전변환부를 포함할 수 있다. 광전변환부는 웨이퍼(105)의 표면으로부터 반사 또는 산란되는 광을 감지한다. 이후 광전변환부는 웨이퍼(105)의 이미지를 아날로그 형태의 정보를 가지는 전기신호로 변환할 수 있다.
불변 모멘트 산출부(130)는 촬상된 웨이퍼(105)의 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출한다. 특정 불변 모멘트는 웨이퍼(105)의 특정 지점의 이미지에 대한 불변 모멘트(invariant moment)로서, 후술할 기준 불변 모멘트와 구별된다. 불변 모멘트는 웨이퍼(105)의 회전, 이동 및 비례 축소/확장(scaling)에 불변한 결과값을 산출하기 때문에 웨이퍼(105)에 형성된 정렬 마크가 회전, 이동 및 왜곡되어도 그 위치를 파악할 수 있도록 한다.
불변 모멘트 비교부(140)는 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교한다. 기준 불변 모멘트는 웨이퍼(105)에 형성된 정렬 마크를 촬상한 이미지로부터 미리 산출되어 저장되기 때문에 정렬 마크의 위치를 추적하는데 기준이 된다. 특정 불변 모멘트와 기준 불변 모멘트는 그 값이 서로 비교되기 위해서 동일한 조건(예를 들면, 이미지 크기, 밝기 등)에서 촬상된 이미지에 대해서 산출될 수 있다.
위치 제어부(150)는 불변 모멘트 비교부(140)의 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼(105)의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정한다. 설정된 정렬 마크의 위치를 이용하여, 위치 제어부(150)는 구동부(110)의 이동 또는 회전을 제어하거나 또는 웨이퍼(105) 상에 위치하는 패턴 형성 장치, 검사 장치 등의 위치를 제어하기 위해 각 장치에 위치 제어신호를 출력할 수 있다.
여기서, 동일한 경우는 동일하다고 판단되는 경우까지 포함하며, 예를 들면, 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 오차 범위내에 있는 경우도 포함할 수 있다. 여기서 오차 범위는 기준 불변 모멘트에 대해 밑을 10으로 하는 로그값이 1 내지 2인 범위가 될 수 있다. 저장부(160)는 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출된 기준 불변 모멘트를 저장한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전, 이동 및 비례 축소에 불변하는 기술자(記述子)를 사용한 비젼 기반 정렬 마크 검출 알고리즘이 개시된다. 이 알고리즘은 불변 모멘트로 지칭되는 물체의 관성 모멘트에 기반한다. 본 발명은 원본 이미지의 불변 모멘트 사용 시 인식의 성능을 떨어뜨릴 수 있는 낮은 광 조건들과 심한 노이즈에 기인한 모호성 때문에 표준 비젼 알고리즘을 표준 주사전자현미경을 통해 얻은 나노 스케일의 이미지에 적용하기는 어려운 문제점을 해소한다.
본 발명은 반도체 제조 공정에서 정렬 마크 인식을 수행하는 각 단위 공정에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 웨이퍼(105) 상의 패턴 형성, 사진 공정 시 패턴 마스크의 위치 정렬, 검사 공정 등에서 해당 장비를 특정 지점에 위치하도록 하는데 사용될 수 있다.
이상에서 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치를 일반적으로 도시한 블록 구성도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치 및 그 방법에 대해 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예는 크게 2가지로 구분되는데, 첫째, 촬상된 원본 이미지를 이용하는 방법, 둘째, 전처리된 이미지를 이용하는 방법으로 나뉜다. 이하에서 차례대로 설명하며, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되지 않음은 당연하다.
본 발명의 실시예에 따른 실험 조건은 다음과 같다. 몰리브덴(Mo)을 이용하여 두께가 100nm인 정렬 마크들을 웨이퍼(105) 상에 형성한다. 이러한 정렬 마크들 은 전자빔 증발기에 의해 500nm 두께의 SiO2 필름 기판상에 증착된다. 이러한 마크들은 폭이 2㎛이고 길이가 20㎛인 크로스 형상을 가진다. 물론 본 발명은 이러한 형상에 한정되지 않으며, 정렬 마크는 식별 가능한 다른 형상으로 구현될 수 있다. 전계 방출 주사전자현미경을 이용하여 이러한 마크들의 이미지가 얻어진다. 여기서, 가속 전압은 20kV이고, 방출 전류는 6㎂ 내지 12㎂이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법의 흐름도이다.
단계 S210에서, 촬상부(120)는 웨이퍼(105)의 특정 지점에 대한 이미지를 촬상하여 취득한다. 단계 S220에서, 불변 모멘트 산출부(130)는 촬상부(120)에서 촬상된 웨이퍼(105)의 특정 지점에 대한 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출한다. 점, 선 또는 에지와 같은 기하학적 특징들은 패턴 인식 시 필요한 정보를 준다. 그러나 주어진 형태의 원시 특성은 회전, 이동 또는 비례 축소 때문에 왜곡될 수 있으므로, 분류 알고리즘에서 이러한 특징을 바로 사용하는 것은 어렵다. 이러한 이유로 회전, 이동 또는 비례 축소에 불변하는 기술자에 대한 제시가 필요하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 물체의 관성 모멘트에 기반한 접근이 정렬 마크 인식 방식에 적용된다. 특정 불변 모멘트는 다음과 같은 수식에 의해 산출될 수 있다.
웨이퍼(105)의 특정 지점에 대한 이미지
Figure 112008089425774-pat00028
의
Figure 112008089425774-pat00029
차 모멘트는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112008089425774-pat00030
(1)
여기서,
Figure 112008089425774-pat00031
와
Figure 112008089425774-pat00032
는 이미지
Figure 112008089425774-pat00033
의 픽셀 좌표이다. 중심 모멘트(central moment)
Figure 112008089425774-pat00034
는 다음과 정의된다.
Figure 112008089425774-pat00035
(2)
여기서,
Figure 112008089425774-pat00036
이고,
Figure 112008089425774-pat00037
이다. 무게 중심을 고려한 표준 중심 모멘트는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112008089425774-pat00038
(3)
여기서,
Figure 112008089425774-pat00039
,
Figure 112008089425774-pat00040
이다.
표준 중심 모멘트들은 한 세트의 불변 모멘트를 생성하는데 사용된다. 네 개의 저차 불변량들은 다음과 같은 방식으로 2차 표준 중심 모멘트들로 계산된다.
Figure 112008089425774-pat00041
(4)
Figure 112008089425774-pat00042
(5)
Figure 112008089425774-pat00043
(6)
Figure 112008089425774-pat00044
(7)
Figure 112008089425774-pat00045
및
Figure 112008089425774-pat00046
는 이동, 회전 및 비례 축소에 의해 변하지 않는다. 이러한 값들은 상술한 특정 불변 모멘트 및/또는 기준 불변 모멘트로 이용될 수 있으며, 각 이미지는 정렬 마크에 대해 양(positive) 또는 음(negative)으로 분류될 수 있다. 즉, 웨이퍼(105)의 정렬 마크를 포함하는 이미지로부터 산출된 불변 모멘트는 양으로 분류되고, 웨이퍼(105)의 정렬 마크를 포함하지 않거나 일부만 포함하는 이미지로부터 산출된 불변 모멘트는 음으로 분류할 수 있다. 이러한 분류 분포를 고려하여 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한지 여부를 판단함으로써 정렬 마크의 위치를 도출한다.
단계 S230에서, 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하고, 단계 S240에서, 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼(105)의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정한다. 만일 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일하지 않은 경우 웨이퍼의 다른 지점에 대한 이미지를 취득한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지에 관한 불변 모멘트를 도시한 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에서 제안된 접근법을 테스트하기 위해, 양과 음 샘플들이 데이터로부터 선택된다. 본 발명의 실시예에서는, 40개의 정렬 마크가 검출을 위해 사용되었고, 그 중 20개는 양의 샘플이며 나머지는 음의 샘플이다. 상술한 수식 (1) 내지 (7)에 의해 각 샘플의 불변 모멘트들이 계산된다.
도 3을 참조하면, (a)와 (b)는 각각 원시 이미지에 대한 불변 모멘트
Figure 112008089425774-pat00047
대
Figure 112008089425774-pat00048
와
Figure 112008089425774-pat00049
대
Figure 112008089425774-pat00050
의 로그값을 보여준다. 이러한 결과값에 따르면, 양의 샘플과 음의 샘플은 어느 정도 군을 이루어 형성된다. 따라서 이러한 샘플들의 불변 모멘트가 형성하는 패턴을 고려하여 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 기준 불변 모멘트는 양의 샘플 즉, 정렬 마크를 포함하는 이미지로부터 복수번 산출된 불변 모멘트의 평균값이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법의 흐름도이다. 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 주사전자현미경 이미지로부터 보다 신뢰성 높은 정보를 추출하기 위해서, 전처리된 이미지, 즉, 하이 패스 필터링 이후의 바이너리 이미지가 사용되며, 결과값은 원본 이미지를 사용하여 얻은 성능과 비교된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이미지를 선명하게 하기 위해서 이산 푸리에 변환(DFT : Discrete Fourier Transform)과 가우시안 하이 패스 필터가 적용된다. 이러한 전처리 과정은 다음과 같이 단계로 표현될 수 있다.
단계 S410에서, 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 취득하고, 단계 S420에서, 취득한 이미지에 이산 푸리에 변환을 적용한다. 크기
Figure 112008089425774-pat00051
의 특정 지점에 대한 이미지
Figure 112008089425774-pat00052
의 이산 푸리에 변환인
Figure 112008089425774-pat00053
를 계산한다. 여기서, 이미지
Figure 112008089425774-pat00054
에
Figure 112008089425774-pat00055
을 곱하여 변환을 화면의 중심으로 설정할 수 있다.
단계 S430에서, 취득한 이미지에 가우시안 하이 패스 필터를 적용한다. 가우시안 하이 패스 필터는 다음과 같다.
Figure 112008089425774-pat00056
(8)
여기서,
Figure 112008089425774-pat00057
는 컷오프 주파수이고,
Figure 112008089425774-pat00058
는 다음과 같다.
Figure 112008089425774-pat00059
(9)
단계 S440에서, 이산 푸리에 변환과 가우시안 하이 패스 필터의 결과값을 이용하여 주파수 도메인에서 필터링된 이미지는 다음과 같다.
Figure 112008089425774-pat00060
(10)
이후 역 이산 푸리에 변환에 의해 다음과 같은 필터링된 이미지를 얻는다.
Figure 112008089425774-pat00061
(11)
상술한 수식 중 크기
Figure 112008089425774-pat00062
의 특정 지점에 대한 이미지
Figure 112008089425774-pat00063
가 주어진 상태에서, 보충 매개변수
Figure 112008089425774-pat00064
와
Figure 112008089425774-pat00065
를 선택할 수도 있다. 여기서,
Figure 112008089425774-pat00066
이고,
Figure 112008089425774-pat00067
이다. 이 경우 크기
Figure 112008089425774-pat00068
의 보충된 이미지
Figure 112008089425774-pat00069
을 이용하여 수식 (11)에 따라 필터링된 이미지를 산출한 후 좌측상단 사분면으로부터
Figure 112008089425774-pat00070
영역을 추출함으로써 최종 필터링된 이미지를 얻을 수 있다. 이러한 전처리 과정은 기준 불변 모멘트 산출 시에도 적용될 수 있다.
단계 S450에서, 필터링된 이미지로부터 상술한 수식 (1) 내지 (7)을 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출한다. 단계 S460에서, 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하고, 단계 S470에서, 비교 결과 특정 불변 모멘트가 기준 불변 모멘트와 동일한 경우 웨이퍼(105)의 특정 지점을 정렬 마크의 위치로 설정한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지와 변환 이미지를 도시한 도면이다.
전자 현미경은 광학 현미경보다 높은 배율을 가지기 때문에 나노 스케일 기기의 이미지 정보를 얻는데 보다 많이 사용된다. 그러나 고배율의 이미지는 매우 확대된 노이지도 포함하기 때문에 이미지 정보를 자동으로 핸들링하는 것이 어렵게 된다. 도 5를 참조하면, (a)에서 다수의 그레인 노이즈(grain noise)와 번진 에지를 가지는 정렬 마크가 도시된다. 이러한 노이즈들은 정렬 마크의 코너 또는 에지와 같은 이미지의 특징을 추출하는데 어려움을 준다. (b)는 (a)의 바이너리 이미지이며, 이는 여전히 많은 노이즈를 포함한다. 상술한 하이 패스 필터링 이후에 산출된 (a)의 바이너리 이미지가 (c)에 도시되며, 이는 정렬 마크의 코너와 에지를 선명하게 표현한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정렬 마크의 전처리된 이미지에 관한 불변 모멘트를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, (a)와 (b)는 수식 (8) 내지 (11)에 의해 전처리된 이미지들을 이용한 결과값을 보여준다. 양과 음의 샘플들에 상응하는
Figure 112008089425774-pat00071
대
Figure 112008089425774-pat00072
와
Figure 112008089425774-pat00073
대
Figure 112008089425774-pat00074
의 값들은 명확하게 분리된다. 전처리 과정이 주사전자현미경 이미지들의 전형적인 노이즈와 낮은 광 조건에 의해 발생하는 난점들을 보다 명확하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지 샘플을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 접근 방식은 양의 샘플들을 광 조건을 변화시키는 회전하고 비스듬한 이미지들과 효과적으로 구분할 수 있다, 도 7을 참조하면, 정렬 마크의 다양한 형태가 도시되며, 이러한 결과값은 정렬 마크의 회전, 왜곡을 표현한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 제조 공정, 특히, 나노 제조 공정에서의 정확성과 효율성을 향상시키기 위해, 자동 정렬 마크 인식 방법이 제안된다. 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트 방법은 확실한 인식 범주를 발생시키며, 이는 회전, 이동 및 비례 축소에 불변하다. 특히 적당한 전처리 공정과 조합되면, 개시된 접근법에 따른 이미지는 원시 이미지를 사용한 경우보다 더 효율적인 인식 범주를 가진다. 이러한 접근법은 다양한 마이크로 미터와 나노 미터 스케일의 제품에 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 자동화된 정렬 프로세스로부터 이익을 얻을 수 있다.
그 외 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치 에 대한 구체적인 스케일, 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리, 카메라, 센서 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법은 기록매체에 저장된 후 소정의 장치, 예를 들면, 이동 통신 단말기와 결합하여 수행될 수 있다. 여기서, 기록매체는 하드 디스크, 비디오 테이프, CD, VCD, DVD와 같은 자기 또는 광 기록매체이거나 또는 오프라인 또는 온라인 상에 구축된 클라이언트 또는 서버 컴퓨터의 데이터베이스일 수도 있다.
상기한 바에서, 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치는 웨이퍼에 적용하는 경우, 정렬 마크가 특정 형상인 경우를 일 실시예에 따라 기술하였으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 상기 웨이퍼가 아닌 정렬 공정이 필요한 다른 공정에 적용되거나 정렬 마크가 다른 형상인 경우라고 하더라도 전체적인 작용 및 효과에는 차이가 없다면 이러한 다른 구성은 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법의 흐름도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지에 관한 불변 모멘트를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지와 변환 이미지를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정렬 마크의 전처리된 이미지에 관한 불변 모멘트를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정렬 마크의 원본 이미지 샘플을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
105 : 웨이퍼 110 : 구동부
120 : 촬상부 130 : 불변 모멘트 산출부
140 : 불변 모멘트 비교부 150 : 위치 제어부
160 : 저장부

Claims (14)

  1. 정렬 마크 검출 장치가 불변 모멘트를 이용하여 웨이퍼의 정렬 마크 위치를 검출하는 방법에 있어서,
    웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 단계;
    상기 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하는 단계-여기서, 상기 기준 불변 모멘트는 상기 정렬 마크의 이미지로부터 복수번 산출된 불변 모멘트의 평균값임-; 및
    상기 비교 결과 상기 특정 불변 모멘트가 상기 기준 불변 모멘트와 소정의 오차 범위내에 있는 경우 상기 특정 불변 모멘트가 상기 기준 불변 모멘트와 동일하다고 판단하여, 상기 웨이퍼의 특정 지점을 상기 정렬 마크의 위치로 설정하는 단계를 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 불변 모멘트는 다음 수식중 하나 또는 그 이상으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법.
    Figure 112008089425774-pat00075
    Figure 112008089425774-pat00076
    Figure 112008089425774-pat00077
    Figure 112008089425774-pat00078
    .
    여기서,
    Figure 112008089425774-pat00079
    ,
    Figure 112008089425774-pat00080
    ,
    Figure 112008089425774-pat00081
    ,
    Figure 112008089425774-pat00082
    ,
    Figure 112008089425774-pat00083
    ,
    Figure 112008089425774-pat00084
    ,
    Figure 112008089425774-pat00085
    ,
    Figure 112008089425774-pat00086
    와
    Figure 112008089425774-pat00087
    는 상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지
    Figure 112008089425774-pat00088
    의 픽셀 좌표값임.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특정 불변 모멘트 산출 단계는,
    상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 이산 푸리에 변환을 적용하는 단계;
    상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 가우시안 하이 패스 필터를 적용하는 단계;
    상기 이산 푸리에 변환과 상기 가우시안 하이 패스 필터의 결과값을 이용하여 필터링된 이미지를 산출하는 단계; 및
    상기 필터링된 이미지를 이용하여 상기 특정 불변 모멘트를 산출하는 단계를 더 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필터링된 이미지는 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법.
    Figure 112008089425774-pat00089
    여기서,
    Figure 112008089425774-pat00090
    은 역 이산 푸리에 변환,
    Figure 112008089425774-pat00091
    , 가우시안 하이 패스 필터
    Figure 112008089425774-pat00092
    ,
    Figure 112008089425774-pat00093
    ,
    Figure 112008089425774-pat00094
    은 상기 특정 지점의 이미지의 크기,
    Figure 112008089425774-pat00095
    는 컷오프 주파수,
    Figure 112008089425774-pat00096
    는 상기 특정 지점의 이미지에 대한 이산 푸리에 변환의 결과값,
    Figure 112008089425774-pat00097
    와
    Figure 112008089425774-pat00098
    는 주파수 도메인에서의 좌표값,
    Figure 112008089425774-pat00099
    와
    Figure 112008089425774-pat00100
    는 상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지
    Figure 112008089425774-pat00101
    의 픽셀 좌표값임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 나노 스케일인 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법.
  8. 웨이퍼를 지지하며 상기 웨이퍼를 이동시키는 구동부;
    상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지를 촬상하는 촬상부;
    상기 촬상된 상기 웨이퍼의 이미지를 이용하여 특정 불변 모멘트를 산출하는 불변 모멘트 산출부;
    상기 특정 불변 모멘트를 정렬 마크의 이미지로부터 미리 산출되어 저장된 기준 불변 모멘트와 비교하는 불변 모멘트 비교부-여기서, 상기 기준 불변 모멘트는 상기 정렬 마크의 이미지로부터 복수번 산출된 불변 모멘트의 평균값임-; 및
    상기 비교 결과 상기 특정 불변 모멘트가 상기 기준 불변 모멘트와 소정의 오차 범위내에 있는 경우 상기 특정 불변 모멘트가 상기 기준 불변 모멘트와 동일하다고 판단하여, 상기 웨이퍼의 특정 지점을 상기 정렬 마크의 위치로 설정하는 위치 제어부를 포함하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 특정 불변 모멘트는 다음 수식중 하나 또는 그 이상으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치.
    Figure 112008089425774-pat00102
    Figure 112008089425774-pat00103
    Figure 112008089425774-pat00104
    Figure 112008089425774-pat00105
    .
    여기서,
    Figure 112008089425774-pat00106
    ,
    Figure 112008089425774-pat00107
    ,
    Figure 112008089425774-pat00108
    ,
    Figure 112008089425774-pat00109
    ,
    Figure 112008089425774-pat00110
    ,
    Figure 112008089425774-pat00111
    ,
    Figure 112008089425774-pat00112
    ,
    Figure 112008089425774-pat00113
    와
    Figure 112008089425774-pat00114
    는 상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지
    Figure 112008089425774-pat00115
    의 픽셀 좌표값임.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 불변 모멘트 산출부는,
    상기 웨이퍼의 특정 지점에 대한 이미지에 이산 푸리에 변환과 가우시안 하이 패스 필터를 적용하고, 상기 이산 푸리에 변환과 상기 가우시안 하이 패스 필터의 결과값을 이용하여 필터링된 이미지를 산출한 후 상기 필터링된 이미지를 이용하여 상기 특정 불변 모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 필터링된 이미지는 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치.
    Figure 112008089425774-pat00116
    여기서,
    Figure 112008089425774-pat00117
    은 역 이산 푸리에 변환,
    Figure 112008089425774-pat00118
    , 가우시안 하이 패스 필터
    Figure 112008089425774-pat00119
    ,
    Figure 112008089425774-pat00120
    ,
    Figure 112008089425774-pat00121
    은 상기 특정 지점의 이미지의 크기,
    Figure 112008089425774-pat00122
    는 컷오프 주파수,
    Figure 112008089425774-pat00123
    는 상기 특정 지점의 이미지에 대한 이산 푸리에 변환의 결과값,
    Figure 112008089425774-pat00124
    와
    Figure 112008089425774-pat00125
    는 주파수 도메인에서의 좌표값임.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 나노 스케일인 것을 특징으로 하는 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 장치.
KR1020080134751A 2008-12-26 2008-12-26 불변 모멘트를 이용한 정렬 마크 검출 방법 및 그 장치 KR101030457B1 (ko)

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