KR101785075B1 - 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치 - Google Patents

이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 소구경의 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치는 반도체 제조 공정에서 직경이 300mm 정도 크기의 웨이퍼 상의 하나의 층 상의 구조물 또는 패턴이 다른 층 상의 구조물 또는 패턴 오버레이 마크에 의한 정렬(align) 후 웨이퍼 표면에 국부적인 스트레스에 의해 형상 변형량이 발생하므로 웨이퍼 표면의 복수의 지점들에서 웨이퍼 형상의 변화를 측정하기 위해 레이저 광원과 광섬유를 사용하여 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 동축 상에 존재하는 기존 듀얼 피에조 간섭계를 사용하지 않고, 레이저 광원과 광섬유를 사용하여 웨이퍼의 중심축의 광경로 상에 있는 광 분할기(BS)에서 빔 경로의 상이 맺히도록 수직으로 빛이 꺽여 기준미러 렌즈를 통해 소구경의 이송용 기준 미러에 1:1 매핑되도록 웨이퍼의 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 구비하는 마이켈슨 간섭계의 원리를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치를 제안한다.

Description

이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치{Device to detect shape change values of wafer using a moving reference mirror }
본 발명은 웨이퍼의 스트레스로 인한 형상변화에 따른 형상 변화값을 계측하는 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정으로 인하여 웨이퍼 표면에 국부적인 스트레스에 의해 표면의 형상이 변형됨에 따라 생기는 문제점을 해결하는 것에 관한 발명이다.
현재는 웨이퍼 표면에 스트레스로 인해 발생하는 웨이퍼 형상의 변화를 측정하기 위해 레이저 광원과 광섬유를 적용하고, 웨이퍼 양면(앞면과 뒷면)의 중심축의 광경로 상에 웨이퍼의 직경보다 큰 기준 플래트(Reference Flat)를 구비하는 듀얼 피에조 간섭계(Dual Fizeau wafer interferometer)를 사용하고 있으나, 상기 피에조 간섭계의 문제점을 극복하기 위해, 웨이퍼의 중심축의 광경로 상에 광 분할기(BS)를 구비하여 광의 일부를 웨이퍼의 중심축으로부터 수직으로 빗을 굴절시켜 별도의 렌즈를 통해 소구경의 이동용 기준미러에 조사시킴에 따라, 웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 갖는 소구경의 이송용 기준미러를 사용하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 장치에 관한 것이다.
반도체 공정은 단결정 상장, 규소봉 절단, 웨이퍼 표면 연마, CAD 회로 설계, 마스크(mask, rectile) 제작, 고온(800~1200℃)에서 산소를 실리콘 웨이퍼 표면과 화학 반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하는 산화공정, 감광액(PR, Photo Resist) 도포, 경화(soft bake), 정렬(align) 후에 노광(exposure) 공정, 현상(development) 공정, 화학적 식각(etching) 공정, PR 박리, 세정, 이온 주입(ION implantation), 화학 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition), 금속 배선(metallization), 웨이퍼 뒷면 연마(polishing), laser dicing을 사용한 웨이퍼 절단(sawing), 칩 자동 선별, 금선 연결 선형 후 최종 검사 공정으로 이루어진다.
반도체 칩을 웨이퍼 상에 만들기 위해 상부 박막층과 하부 박막층의 수직 정렬도를 오버레이(overlay)라고 하며, 웨이퍼 기판의 미세 패턴(pattern)들의 정렬(align) 상태를 측정하고 검사하는 오버레이 공정은 웨이퍼 기판 상에 다층 레이어로 구성된 3개 이상의 복수의 박막층에 형성된 하부 박막층 패턴과 상부 박막층 패턴이 정확하게 정렬(align)되었는지 확인하기 위해 오버레이 마크(overlay mark)를 사용하며, 상부 박막층과 하부 박막층의 정렬 상태를 확인한다.
광학 오버레이 계측 장치는 오버레이 키(overlay key, 오버레이 마크)를 사용하여 반도체 기판 상에 형성된 패턴과 현재 공정에서 형성된 패턴(pattern)의 정렬(align) 상태를 검사하여 미세 불량을 검출하고 반도체 공정상 불량을 검출한다.
이와 관련된 선행기술1로써, 특허공개번호 10-2014-0069352에서는 "신규 웨이퍼 지오메트리 메트릭(geometry metric)을 이용한 오버레이 및 반도체 처리 제어"가 개시되어 있다. 선행기술1은 도체 웨이퍼 토포그래피 기술[예를 들면, 피조(Fizeau) 간섭계]을 이용하여 획득된 웨이퍼 형상 데이터로부터 도출된 하나 이상의 웨이퍼 지오메트리 메트릭을 제공하는 방법 및 시스템이 개시되어 있다.
웨이퍼 지오메트리 메트릭 제공 방법은 제1 처리 레벨 및 추가 처리 레벨에서 웨이퍼 표면의 복수의 지점들 각각에서의 웨이퍼 형상 값을 획득하는 단계; 상기 제1 처리 레벨 및 상기 추가 처리 레벨의 각 지점에서 상기 획득된 웨이퍼 형상 값을 이용하여 상기 각 지점에서의 웨이퍼 형상 변화 값- 상기 각 지점에서의 웨이퍼 형상 변화 값은 제1 처리 레벨과 제2 처리 레벨 간의 웨이퍼 형상의 변화에 대응하는 것임을 발생하는 단계; 상기 각 지점에서의 상기 발생된 웨이퍼 형상 변화 값을 이용하여 상기 각 지점에서 형상 변화의 기울기를 산출함으로써 형상 변화 값의 기울기- 상기 형상 변화 값의 기울기는 각각 웨이퍼 표면의 적어도 하나의 방향을 따르는 웨이퍼 형상 변화의 기울기에 대응하는 것임의 집합을 발생하는 단계; 상기 발생된 형상 변화 값 기울기의 집합을 이용하여 처리 도구 보정치(process tool correctables)의 집합을 산출하는 단계; 상기 처리 도구 보정치의 집합을 이용하여 상기 각 지점에서 형상 변화 잔여 값의 기울기를 산출함으로써 기울기 형상 변화 잔여치(slope shape change residuals, SSCR)의 집합을 발생하는 단계; 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐서 분포된 복수의 메트릭 분석 영역- 상기 메트릭 분석 영역은 각각 상기 복수의 지점 중 하나 이상의 지점을 포함하는 것임을 규정하는 단계; 각각의 메트릭 분석 영역 내의 하나 이상의 SSCR에 기초하여 각각의 메트릭 분석 영역에 대한 하나 이상의 잔여 기울기 형상 변화 메트릭을 발생하는 단계를 포함한다.
그러나, 오버레이 측정은 일반적으로 제1 패턴화 층을 그 위 또는 아래에 배치된 제2 패턴화 층에 대하여 얼마나 정확히 정렬(alignment)하는지 또는 제1 패턴을 동일층 상에 배치된 제2 패턴과 관련하여 얼마나 정확히 정렬하는지를 특정한다. 오버레이 오차(overlay error)는 전통적으로 하나 이상의 반도체 웨이퍼 층 상에 형성된 구조물을 가진 오버레이 타겟에 의해 결정된다. 만일 2개의 층 또는 패턴이 적절히 형성되면, 하나의 층 상의 구조물 또는 패턴은 다른 층 상의 구조물 또는 패턴에 대하여 정렬되는 경향이 있다. 만일 2개의 층 또는 패턴이 적절히 형성되지 않으면, 하나의 층 상의 구조물 또는 패턴은 다른 층 상의 구조물 또는 패턴이 정렬불량(misalignment)이 되면, 오버레이 오차는 반도체 집적회로 제조 공정에서 사용되는 임의의 패턴들 간의 정렬불량이 발생한다.
또한, 웨이퍼 형상의 변화에 의해 생성되는 평면 내 왜곡은 도 1에 도시된 바와 같이 순차적인 패터닝 단계에서의 특징들 간에 비정합성(misregistration)에 의해 패턴화 층들 간의 측정된 오버레이 오차로 나타나며, 웨이퍼 형상 및 웨이퍼 형상 변화 특징화를 개선할 필요가 있다.
웨이퍼의 3차원 표면정보, 단차(두께), 곡률반경, 기울기, 러프니스(표면 조도) 등의 3차원 표면 특성을 측정하기 위해, 간섭계는 마이켈슨 간섭계와 피에조 간섭계를 사용한다.
도 2는 종래의 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 중심축의 동축상에 존재하는 듀얼 피에조 웨이퍼 간섭계(Dual Fizeau wafer interferometer)의 구성도이다.
반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상의 하나의 층 상의 구조물 또는 패턴이 다른 층 상의 구조물 또는 패턴 오버레이 마크(overlay mark)에 의한 정렬(align) 후 평평해야 될 웨이퍼 표면에 국부적인 스트레스에 의해 늘어나거나 줄어드는 웨이퍼 표면의 형상 변형량이 발생하여 도 1에 도시된 바와 같이 왜곡이 발생하여 불량이 발생하게 된다.
종래에는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 국부적인 스트레스에 의해 발생된 웨이퍼 표면의 복수의 지점들에서 웨이퍼 형상의 변화를 측정하기 위해 레이저 광원과 광섬유를 사용하여 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 동축 상에 존재하는 기존 듀얼 피에조 간섭계(Dual Fizeau wafer interferometer)를 사용하였다(채널 A, 채널 B).
채널 A, 채널 B는 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 동축 상에 각각의 피에조 간섭계를 구비한다.
이때 피에조 간섭계는 일정파장(λ=500~700nm)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원과; 레이저 광을 전달하는 광섬유와; 직경이 300 mm 크기의 웨이퍼(wafer)와; 원통형 기구에서 웨이퍼의 크기보다 큰 300mm 이상의 직경의 크기를 가지며, 투명 재질로써 밑면이 반투명하며 웨이퍼의 중심축의 밑면에서 조사된 레이저가 반사되는 기준 플래트(Reference Flat)와; 웨이퍼의 중심축 선상에서 기준 플래트(Reference Flat)의 뒤쪽에 구비되고 입사되는 빔을 파장기준으로 λ/4 길이(90ㅀ) 만큼 shift 시키는 λ/4 플레이트와; 입사되는 빔을 평행 광선이 되도록 조사하는 콜리메이터(collimator) 렌즈와; 웨이퍼의 중심축 선상에서 콜리메이터 렌즈의 뒤쪽에 구비되고, 상기 광섬유를 통해 조사되는 레이저 광원에서 P파(종파)나 S파(횡파)를 선택적으로 통과시키거나 반사시키는 편광 분할기 (PBS, Polarization Beam Splitter) 및 레이저 광원이 광섬유를 통해 편광 분할기(PBS)에 조사되면, 레이저의 광경로 상에서 기준 플래트(Reference Flat)의 일측면과 웨이퍼의 표면에서 반사가 일어나 이들 반사광의 중첩으로 인해 간섭무늬가 발생된다.
그러나, 종래의 듀얼 피에조 간섭계에서, 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축 선상에 구비된 각각의 피에조 간섭계를 사용하여 측정해야 하는 번거로움이 있으며, 기준 플래트(Reference Flat)는 직경이 300mm 인 웨이퍼의 크기보다 큰 직경의 크기를 가지기 때문에, 기준플랫트도 대형으로 제작해야 함에 따라 제작이 어려울 뿐 아니라 상기 기준 플래트를 광축의 중심에 배치한 상태에서 λ/4 만큼 움직여 다수의 간섭무늬를 생성해야 하므로 장치의 제작이 복잡하고 핸들링하기 어려운 문제점이 있었다.
특허공개번호 10-2014-0069352(공개일자 2014년 06월 09일), "신규 웨이퍼 지오메트리 메트릭을 이용한 오버레이 및 반도체 처리 제어"
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 광경로 상에 존재하는 웨이퍼의 직경보다 큰 기준 플래트(Reference Flat)를 제거하고, 상기 중심축의 광경로 상에 광 분할기(BS)를 구비하여 상기 중심축에서 일부광을 광경로를 변경하고 상기 변경된 광경로에 구비된 기준미러 렌즈를 통해 별로도 구비된 소구경의 이송용 기준 미러에 조사함으로써, 상기 소구경의 이송용 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑되도록 하여 간섭무늬를 획득함으로써 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 구비하는 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)의 원리를 적용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 장치를 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 소구경의 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원; 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유; 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼; 웨이퍼의 중심축 선상에서 뒤쪽에 구비되고, 렌즈의 초점거리에서 초점 위치에 둔 빛은 평행 광선이 되는 콜리메이터 렌즈; 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 구비된 간섭계의 광축에서 수직으로 빛을 꺽어 하나의 광을 두 개의 광으로 분할하는 광 분할기(BS); 상기 두 개의 광중에서 하나의 광은 웨이퍼의 중심축에서 수직으로 광경로가 변경되며 상기 광경로가 변경된 광이 조사되는 기준미러 렌즈; 상기 기준미러 렌즈를 통과한 광이 조사되는 소구경의 이송용 기준미러;를 구비하되, 상기 기준미러 렌즈의 특성에 따라 상기 광분할기에서 조사되는 광을 상기 소구경의 이송용 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 소구경의 이송용 기준미러를 적용하여 상기 직경이 큰 웨이퍼와 1:1 매핑되며, 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 광 분할기(BS) 뒤쪽에 구비되고, 레이저 파장(λ)에 대해, 상기 레이저를 λ/4 (90ㅀ) 만큼 shift 시키는 λ/4 플레이트;와 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 상기 λ/4 플레이트의 뒤쪽에 구비되고, 상기 광섬유를 통해 조사된 레이저 광의 P파(종파)나 S파(횡파)를 선택적으로 통과시키거나 반사시키는 편광 분할기(PBS, Polarization Beam Splitter); 및
웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 상기 PBS의 뒤쪽에 구비되고 릴레이 렌즈(Relay lens)와 연결된 고해상도 카메라와, 고해상도 카메라와 연결되는 컴퓨터를 포함하며, 컴퓨터는 웨이퍼 표면과 소구경 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 비전 영상 처리 소프트웨어를 구비한다.
본 발명의 앞서 설명한 구성을 통해 웨이퍼보다 직경이 작은 소구경의 이송용 기준미러를 사용하더라도 기준미러 렌즈를 통해 광을 소구경의 이송용 기준미러에 조사시킴으로써 기준미러로부터 반사되는 반사광과 웨이퍼 표명으로부터 반사되는 반사광이 일대일 매핑되도록 하여, 간섭무늬를 생성할 수 있어 효율적으로 기준미러를 사용할 수 있고, 이에 따라 카메라-컴퓨터의 비전 영상처리 SW에 의해 웨이퍼 표면의 모든 복수의 지점에서 형상 변화값을 검출하는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명에서는 웨이퍼의 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 사용하며, 상기 소구경의 이송용 기준 미러의 상하(종축 - z축)방향과 좌우(횡축 - x 및 y 축)방향으로 이동시키면서 상기 웨이퍼의 모든 영역에 대한 간섭무늬를 획득하는 것을 특징으로 한다.
물론 본 발명에서 상기에서 설명한 바와 같이 소구경의 이송용 기준미러를 횡축( x 및 y 축)으로 이동하면서도, 간섭무늬로부터 웨이퍼 표면의 형상변화를 분석하기 위해서는 다수개의 간섭무늬가 필요하므로, 다수의 간섭무늬를 획득하기 위해 상기 기준미러를 중심축(기준미러의 높이방향 - z 축)으로 이동시키는 것은 당연하다.
본 발명에서 상기 콜리메이터 렌즈와 상기 기준미러 렌즈의 초점거리는 동일한 것이 바람직하며, 경우에 따라 기준미러 렌즈가 광을 수렴시켜 기준미러로 입사시킬 경우에는 광의 수렴도에 따라 기준미러의 크기가 정해진다.
본 발명에 따른 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치는 반도체 제조 공정중에 발생하는 여러요인으로 인해 웨어퍼 표면에 발생하는 국부적인 스트레스에 의해 표면의 일부가 늘어나거나 줄어드는 형상변형을 미리 검출하여 이를 반도체 공정상에서 적용함으로써 대구경의 웨이퍼를 통해 반도체 제조공정을 좀더 정확하게 진행할 수 있어 생산 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 마이켈슨 간섭방식을 적용하여 기준미러를 웨이퍼의 중심축선상에서 제거하고 중심축의 수직방향에 배치함으로써 소구경의 이송용 기준미러의 상하 및 좌우방향(횡축) 및 높이방향(종축)에 대한 이동시에 필요한 구동부를 손쉽게 배치할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 소구경의 이송용 기준미러에 조사되는 광이 대략 평행광을 이루도록 기준미러의 앞쪽에 기준미러 렌즈를 구비함과 함께 기준미러를 횡축으로 움직이게 하여 상기 웨어퍼의 모든영역에 대응시킴으로써 기준미러의 직경을 웨이퍼보다 작게 만들 수 있어 웨이퍼가 대구경이라 하더라고 대구경의 기준미러를 준비할 필요가 없어 장비의 제작에 유리한 효과가 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 형상 변화에 의해 유도된 오버레이 오차의 개념도이다.
도 2는 종래의 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 중심축의 동축상에 존재하는 듀얼 피에조 웨이퍼 간섭계(Dual Fizeau wafer interferometer)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼의 중심축의 광경로 상에 있는 광 분할기(BS)에서 빔 경로의 상이 맺히도록 수직으로 빛이 꺽여 기준미러 렌즈를 통해 기준 미러에 1:1 매핑되도록 웨이퍼의 직경 보다 작은 기준 미러를 구비하는 마이켈슨 간섭계의 원리를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치의 구성도이다.
도 3는 본 발명에 따른 웨이퍼의 중심축의 광경로 상에 있는 광 분할기(BS)에서 빔 경로의 상이 맺히도록 수직으로 빛이 꺽여 기준미러 렌즈를 통해 기준 미러에 매핑되도록 웨이퍼의 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 통해 마이켈슨 간섭계의 원리를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제어부와 스텝 모터에 의해 기준 미러를 이동시키는 것을 타타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명의 소구경의 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원; 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유; 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼; 웨이퍼의 중심축 선상에서 뒤쪽에 구비되고, 렌즈의 초점거리에서 초점 위치에 둔 빛은 평행 광선이 되는 콜리메이터 렌즈; 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 구비된 간섭계의 광축에서 수직으로 빛을 꺽어 하나의 광을 두 개의 광으로 분할하는 광 분할기(BS); 상기 두 개의 광중에서 하나의 광은 웨이퍼의 중심축에서 수직으로 광경로가 변경되며 상기 광경로가 변경된 광이 조사되는 기준미러 렌즈; 상기 기준미러 렌즈를 통과한 광이 조사되는 소구경의 이송용 기준미러;를 구비하되, 상기 기준미러 렌즈의 특성에 따라 상기 광분할기에서 조사되는 광을 상기 소구경의 이송용 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 소구경의 이송용 기준미러를 적용하여 상기 직경이 큰 웨이퍼와 1:1 매핑되며, 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 광 분할기(BS) 뒤쪽에 구비되고, 레이저 파장(λ)에 대해, 상기 레이저를 λ/4 (90ㅀ) 만큼 shift 시키는 λ/4 플레이트;와 상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 상기 λ/4 플레이트의 뒤쪽에 구비되고, 상기 광섬유를 통해 조사된 레이저 광의 P파(종파)나 S파(횡파)를 선택적으로 통과시키거나 반사시키는 편광 분할기(PBS, Polarization Beam Splitter); 및 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 상기 편광광분할기(PBS)의 뒤쪽에 구비되고 릴레이 렌즈(Relay lens)와 연결된 고해상도 카메라와, 고해상도 카메라와 연결되는 컴퓨터를 포함하며, 컴퓨터는 웨이퍼 표면과 소구경의 이송용 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 비전 영상 처리 소프트웨어를 구비한다.
본 발명의 앞서 설명한 구성을 통해 웨이퍼보다 직경이 작은 기준미러를 사용하더라도 기준미러 렌즈를 통해 광을 기준미러에 조사시킴으로써 소구경의 이송용 기준미러로부터 반사되는 반사광과 웨이퍼 표명으로부터 반사되는 반사광이 일대일 매핑되도록 하여, 간섭무늬를 생성할 수 있어 효율적으로 기준미러를 사용할 수 있고, 이에 따라 카메라-컴퓨터의 비전 영상처리 SW에 의해 웨이퍼 표면의 모든 복수의 지점에서 형상 변화값을 검출하는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명에서는 웨이퍼의 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 사용하며, 상기 기준 미러를 상하(종축, 도3의 z축)방향과 좌우(횡축 도3의 x, y축)방향으로 이동시키면서 상기 웨이퍼의 모든 영역에 대한 간섭무늬를 획득하는 것을 특징으로 한다.
물론 본 발명에서 상기에서 설명한 바와 같이 소구경의 이송용 기준미러(21)를 횡축으로 이동하면서도, 간섭무늬로부터 웨이퍼 표면의 형상변화를 분석하기 위해서는 다수개의 간섭무늬가 필요하므로, 다수의 간섭무늬를 획득하기 위해 상기 기준미러를 중심축(종축, z 축 - 구동부 미도시)으로 이동시키는 것은 당연하다.
본 발명에서 상기 콜리메이터 렌즈(3)와 상기 기준미러 렌즈(20)의 초점거리는 동일한 것이 바람직하며, 경우에 따라 기준미러 렌즈가 광을 수렴시켜 소구경의 이송용 기준미러로 입사시킬 경우에는 광의 수렴도에 따라 기준미러의 크기가 정해진다.
도 3은 본 발명의 구성을 도시한 그림으로, 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 광경로 상에 존재하는 웨이퍼의 직경보다 큰 기준 플래트(Reference Flat)를 제거하고, 상기 중심축의 광경로 상에 광 분할기(BS)를 구비하여 상기 중심축에서 일부광을 광경로를 변경하고 상기 변경된 광경로에 구비된 기준미러 렌즈를 통해 별로도 구비된 소구경의 이송용 기준 미러에 조사함으로써, 상기 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑되도록 하여 간섭무늬를 획득하는 장치 구성도이다.
도 3을 통해 설명하면, 웨이퍼(1)의 중심축 선의 광경로 상에서 광 분할기(BS)에 의해 간섭계의 광축에서 광을 분할하여 하나의 광을 두 개의 광으로 분할하며, 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선의 광경로 상에서 광 분할기(BS)(9)에 의해 웨이퍼의 중심축에서 빛을 수직으로 변경하여 기준미러 렌즈(20)을 통해 소구경의 이송용 기준미러(21)에 입사시킴으로써 상기 소구경의 이송용 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑 되도록 하여, 상기 웨이퍼 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러(21)를 통해 간섭무늬의 획득이 가능하다.
이때 기준미러의 직경이 웨이퍼의 직경보다 작으므로, 상기 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑하기 위해서는 상기 기준미러를 횡축(도3의 x, y축)으로 이동시켜야 하며, 이를 위해 기준미러 이동부가 구비되며 상기 기준미러 이동부는 제어부(31)와 모터(30)로 이루어진다.
즉 본 발명은 웨이퍼의 직경 보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러를 구비하여 상기 소구경의 이송용 기준미러를 모터 등과 같은 구동부를 이용하여 상기 기준미러를 횡축으로 이동시켜 기준미러의 영역과 웨이퍼을 일대일로 대응시킨다,
또한 본 발명은 기준미러가 웨어퍼의 중심축 선상에서 벗어나 수직인 위치에 배치됨으로 인하여 소구경의 이송용 기준미러를 이동시키기 위해 배치되는 기준미리 이동부의 설치가 매우 용이하다.
이하 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
먼저 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)의 원리를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치는 일정파장( 약 400~700nm 파장 λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10);과 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11); 과 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 원형 웨이퍼(1); 와 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 뒤쪽에 구비되고, 상기 웨이퍼에 평행광을 조사하는 콜리메이터(collimator) 렌즈(3);와 상기 콜리메이터 렌즈(3)의 뒤쪽에 배치되고 상기 광섬유로부터 전달되는 광을 두 개의 광으로 분할하는 광 분할기(BS, Beam Splitter)(9);와 상기 광 분할기(BS)(9)로부터 분할된 광 중 하나의 광이 조사되되 상기 웨이퍼의 중심축과 수직선에 렌즈의 중심축이 일치하도록 배치된 기준미러 렌즈(20);와 상기 기준미러 렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 조사되도록 배치된 소구경의 이송용 기준미러(21);으로 구비되는 구조에 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기 소구경의 이송용 기준미러(21)을 횡축으로 이동시키거나 최초 위치로 원상 복구하는 기준 미러 이동부;를 구비하도 상기 기준미러 이동부는 모터(30)및 제어부(31)로 구성된다.
즉 상기 기준 미러 이동부는 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(31)와 모터(30)에 의해 단계별로 웨이퍼의 직경 크기보다 작은 소구경의 이송용 기준 미러(21)를 이동시키고 다시 최초 위치로 원상 복귀하도록 구동된다.
즉 본 발명에서 상기 기준미러 렌즈(20)는 상기 광분할기에서 조사되는 빔을 상기 소구경의 이송용 기준미러(21)에 조사시키며, 상기 빔이 상기 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 소구경의 이송용 기준미러를 적용하여 상기 직경이 큰 웨이퍼의 모든 위치에 대해 1:1 매핑시키며, 이를 구현하기 위해 기준미러는 기준미러 이동부를 통해 횡축(x 및 y축)으로 이동하며, 이때 제어부가 모터를 제어함으로서 가능하다.
즉 본 발명은 웨이퍼의 직경이 대구경이 됨에 따라 기준미러의 직경도 커질 수 밖에 없음으로 인해 생기는 기준미러의 제작에 난점을 극복하고 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 기준미러를 적용하여 상기 직경이 큰 웨이퍼의 모든 위치에 대해 1:1 매핑되도록 기준미러를 횡축으로 이동함으로써 소구경의 이송용 기준미러를 적용하면서도 대구경 웨어퍼의 형상을 측정할 수 있는 구조를 제안하는 것이다.
또한 본 발명은 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 위치된 광 분할기(BS) 뒤쪽에 구비되고, 광섬유로부터 입사되는 광을 λ/4 만큼 shift 시키는 λ/4 플레이트(17);와 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 λ/4 플레이트(17)의 뒤쪽에 구비되고, 상기 광섬유를 통해 입사된 레이저 광에서 P파(종파)나 S파(횡파)를 선택적으로 통과시키거나 반사시키는 편광 분할기(PBS, Polarization Beam Splitter)(19); 와, 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 상기 PBS의 뒤쪽에 구비되고 릴레이 렌즈(Relay lens)(6);와 상기 릴레이 렌즈(6)의 뒤쪽에 구비된 고해상도 카메라(7);와, 고해상도 카메라와 연결되는 컴퓨터(8);를 포함하며, 상기 컴퓨터는 웨이퍼 표면과 소구경의 이송용 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 비전 영상 처리 소프트웨어를 구비한다.
특히 본 발명에서는 상기 콜리메이터 렌즈(3)의 초점거리를 f1이라 하고 상기 기준미러 렌즈(20)의 초점거리를 f2라 할 때 f1과 f2는 서로 동일하며, 경우에 따라 f1>f2 인 구조를 제안할 수 있다.
이와 같이 기준미러 렌즈(20)의 초점거리를 콜리메이터 렌즈(3)의 초점거리보다 같거나 작게 함으로써 소구경의 이송용 기준미러의 직경을 웨이퍼의 직경보다 작게 할 수 있는 장점이 있다.
상기에서 언급한 웨이퍼의 형상 변환값이란 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광원을 통해 웨이퍼 표면과 소구경의 이송용 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 얻은 초기 위상값들로서, 상기 초기위상값은 상기 웨어퍼 표면의 모든 복수의 지점 복수에서 상기 소구경의 이송용 기준미러에 대응하는 지점들의 초기 위상값을 의미하며, 기준미러의 표면에 대한 웨이퍼 표면의 형상변화 값을 의미한다.
상기에서 측정한 웨이퍼의 형상변화 값은 웨이퍼를 기준으로 할 때 위에서 설명한 부분은 웨이퍼의 앞면에 대해 언급하였지만, 본 발명에서는 웨이퍼의 양쪽면을 측정하는 것이므로, 웨어퍼의 반대쪽 면에 대해서도 도3과 같이 동일한 구성이 구비되며, 웨이퍼의 양쪽면에 대한 형상변화값을 측정한다.
나아가 웨이퍼 양쪽면을 측정하여 웨이퍼의 공정 중 발생하는 스트레스로 인한 형상변형값을 측정한 후 해당 공정 중에서 실시간으로 보상하여 반도체 공정을 진행함으로써 대구경 웨이퍼에서 수율이 높은 반도체 공정을 진행할 수 있음은 당연하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 레이저 광원 11, 11-: 광섬유
1: 웨이퍼 2, 2': 기준 플래트(Reference Flat)
3, 3': 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)
4, 4': λ/4 플레이트 5, 5': PBS(Polarization Beam Splitter)
6, 6': 릴레이 렌즈(Relay lens)
7, 7': 카메라 8, 8': 컴퓨터(비전 영상처리 SW)
9, 9': 광 분할기(BS, Beam Splitter)
20, 20': 기준미러 렌즈 3, 3': 콜리메이터 렌즈
21, 21': 기준 미러 17, 17': λ/4 플레이트
19, 19': PBS(Polarization Beam Splitter)

Claims (3)

  1. 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10);
    상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11);
    일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼(wafer)(1);
    상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 웨이퍼의 일측 뒤쪽에 구비되고, 상기 웨이퍼에 평행광을 조사하는 콜리메이터(collimator) 렌즈(3);
    상기 콜리메이터 렌즈(3)의 뒤쪽에 배치되고 상기 광섬유로부터 전달되는 광을 두 개의 광으로 분할하는 광 분할기(BS, Beam Splitter)(9);
    상기 광 분할기(BS)(9)로부터 분할된 광 중 하나의 광이 조사되되 상기 웨이퍼의 중심축과 수직되는 수직선에 렌즈의 중심축이 일치하도록 배치된 기준미러 렌즈(20);
    상기 기준미러 렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 기준미러 렌즈에 조사된 빔이 조사되도록 배치된 소구경의 이송용 기준미러(21);으로 구비되며
    상기 기준미러 렌즈(20)는 상기 광분할기에서 조사되는 빔을 상기 소구경의 이송용 기준미러에 조사시키고,
    상기 빔이 상기 소구경의 이송용 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 기준미러를 적용하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 편광분할기(19)의 뒤쪽에 구비된 릴레이 렌즈(Relay lens)(6);와
    상기 릴레이 렌즈(6)의 뒤쪽에 구비된 고해상도 카메라(7);와, 고해상도 카메라와 연결되는 컴퓨터(8); 를 포함하며, 상기 컴퓨터는 웨이퍼 표면과 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 비전 영상 처리 소프트웨어를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소구경의 이송용 기준미러(21)을 횡축으로 이동시키거나 최초 위치로 원상 복구하는 기준 미러 이동부를 구비하며 상기 기준미러 이동부를 구동하는 모터(30) 및 제어부(31)로 구성되어
    상기 제어부(31)의 명령에 의해 상기 모터(30)는 상기 기준미러(21)를 횡축으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치.

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