KR101835806B1 - 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법 - Google Patents

기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101835806B1
KR101835806B1 KR1020160154339A KR20160154339A KR101835806B1 KR 101835806 B1 KR101835806 B1 KR 101835806B1 KR 1020160154339 A KR1020160154339 A KR 1020160154339A KR 20160154339 A KR20160154339 A KR 20160154339A KR 101835806 B1 KR101835806 B1 KR 101835806B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
shape change
detecting
value
shape
Prior art date
Application number
KR1020160154339A
Other languages
English (en)
Inventor
정우성
조영훈
서진경
오승철
Original Assignee
주식회사 오로스테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 오로스테크놀로지 filed Critical 주식회사 오로스테크놀로지
Priority to KR1020160154339A priority Critical patent/KR101835806B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101835806B1 publication Critical patent/KR101835806B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/24Optical enhancement of defects or not directly visible states, e.g. selective electrolytic deposition, bubbles in liquids, light emission, colour change
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501Semiconductor wafers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/149Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30Collimators
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70275Multiple projection paths, e.g. array of projection systems, microlens projection systems or tandem projection systems
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605Workpiece metrology
    • G03F7/70616Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명의 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10)와, 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11)와, 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼(wafer)(1)와, 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 웨이퍼의 일측 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 집광 렌즈(12)와, 상기 집광렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 수렴되어 조사되도록 배치된 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경 기준미러(13)를 갖춘 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치를 적용하여 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 방법에 관한 것이다.

Description

기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법{Method for detecting shape change values on the surface of wafer using a reference mirror}
본 발명은 웨이퍼의 스트레스로 인한 형상변화에 따른 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하되, 동일한 작업환경에서 반도체 공정이 진행되는 각기 다른 웨이퍼에 대해 동일한 위치의 변화값을 다수회 검출한 다음, 이후에 동일한 작업환경에서 진행되는 웨이퍼들에 대해 상기 동일한 위치의 형상변화값을 상기 다수회 검출한 결과를 반영함으로써, 형상변화값을 측정하지 않고도 신속하고 정확하게 반도체공정을 수행하는 반도체 공정의 진행방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼가 대구경으로 변경되면서 반도체 공정중에 생기는 스트레스로 인한 형상 변화값이 반도체 수율에 영향을 미치게 되었다.
따라서 본 발명은 반도체 공정중에 생기는 스트레스로 인한 형상 변화값을 검출하고 예측함으로써 수율을 높이기 위해 신속하면서도 정확하게 반도체 공정을 수행하는 방법에 관한 것이다.
즉 반도체 공정중에 생기는 스트레스로 인한 형상변화값은 공정을 진행하는 웨이퍼의 앞쪽면만 생기는 것이 아니라 뒤쪽면도 생기는 형상변화값을 동시에 고려하여 반도체 공정에 채용하는 것에 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, 다층 레이어를 갖는 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.
그러나, 지금까지 피에조 간섭계를 사용하여 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 변화량을 측정하였으나, 이렇게 검출한 검색결과를 반도체 공정 중에 어떻게 활용할 지에 대해서는 고려된 바가 없다.
또한 이러한 스트레스로 인한 공정중 스트레스로 인한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 매번 검출해야 하므로 이로 인하여 반도체 전체공정에 걸리는 작업시간이 늦여지는 문제점이 있다.
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 집광 렌즈를 통해 별로도 구비된 기준 미러에 조사하며, 반도체 제조 공정에서 대구경 웨이퍼(직경 300mm)보다 작은 직경을 갖는 기준 미러를 통해 간편하게 측정할 수 있는 측정장치를 제공한다.
또한 본 발명은 동일한 작업환경에서 반도체 공정이 진행되는 각기 다른 웨이퍼에 대해 동일한 위치의 변화값을 다수회 검출한 다음, 이후에 동일한 작업환경에서 진행되는 웨이퍼들에 대해 상기 동일한 위치의 형상변화값을 상기 다수회 검출한 결과를 반영함으로써, 형상변화값을 측정하지 않고도 형상변화값을 예측함으로서 신속하고 정확하게 반도체공정을 수행하는 반도체 공정의 진행방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10)와, 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11)와, 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼(wafer)(1)와, 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 웨이퍼의 일측 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 집광 렌즈(12)와, 상기 집광렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 수렴되어 조사되도록 배치된 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경 기준미러(13)를 갖춘 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치를 적용하여 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 방법에 있어서, 동일한 반도체 공정을 수행한 대구경(직경 300mm)의 웨이퍼 Wk (여기서 k 는 웨이퍼의 개수로서 k=1,.., h-1, h , h+1,.., L 임)에서 총 작업해야할 개수 L 개중에 h 개를 준비하는 단계;와 상기 h 개의 웨이퍼에 대해 반도체 공정이 행하지는 앞면의 공정스트레스로 인한 형상변형량을 측정하되, 웨이퍼 직경보다 작은 기준 미러를 광축(z축) 방향으로 일정거리씩 이동하여 명암의 밝기(I)를 획득한 다음, 상기 명암을 밝기(I) 값을 분석하여 웨이퍼 표면의 복수의 지점들[(Xi, Yj) 여기서 i= 1,.., n, j=1,.., m]에 대해 초기 위상값(φ)을 구하는 단계;와, 상기 초기 위상값(φ)을 통해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대해 공정스트레스로 인한 형상 변화량[Z(Xi, Yj)]을 각각 구하여 컴퓨터에 저장하는 단계; 및 상기 (b)와 (c) 과정을 반복하여 h 개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대한 형상변화량 [Zk(Xi Yj)](웨이퍼 h 개중 k의 웨이퍼에 대해 (Xi, Yj) 위치에서 측정한 형상변화량을 의미함)를 측정한 다음, 평균 형상 변화량[ Za(Xi, Yj)] (여기서 Za = ∑Zk / h)을 구하는 단계;를 통해 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 반도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 앞서 설명한 구성을 통해 웨이퍼보다 직경이 작은 기준미러를 사용하더라도 집광렌즈를 통해 광을 수렴시켜 기준미러에 조사시킴으로써 기준미러로부터 반사되는 반사광과 웨이퍼 표면으로부터 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 특징이 있다.
즉 본 발명에서는 웨이퍼의 직경 보다 작은 기준 미러를 사용하며, 상기 기준 미러의 횡축에 대한 이동 없이 웨이퍼의 모든 영역에 대한 간섭무늬를 한번의 영상획득을 통해 획득하는 것을 특징으로 한다.
물론 본 발명에서 상기에서 설명한 바와 같이 기준미러를 횡축에 대한 이동은 하지 않지만, 간섭무늬로부터 웨이퍼 표면의 형상변화를 분석하기 위해서는 다수개의 간섭무늬가 필요하므로, 다수의 간섭무늬를 획득하기 위해 상기 기준미러를 종축(Z축)으로 이동시키는 것은 당연하다.
본 발명에서 상기 콜리메이터 렌즈와 상기 집광렌즈의 초점거리는 다르게 구비되는 것이 바람직하며, 상기 집광렌즈의 수렴도에 따라 기준미러의 크기가 정해진다.
본 발명에 따른 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법은 반도체 제조 공정중에 발생하는 여러요인으로 인해 웨어퍼 표면에 발생하는 국부적인 스트레스에 의해 웨이퍼 표면의 일부가 늘어나거나 줄어드는 형상변형을 미리 검출하여 이를 반도체 공정상에서 적용함으로써 대구경의 웨이퍼에 대한 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 기준미러의 종축에 대한 이동에 필요한 구동부를 손쉽게 배치할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 기준미러에 조사되는 광을 수렴시켜 조사되도록 기준미러의 앞쪽에 집광렌즈를 구비함으로서 기준미러의 직경을 웨이퍼보다 작게 만들 수 있어 웨이퍼가 대구경(직경 300mm)이라 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 실시예에 따른 웨이퍼의 중심축의 광경로 상에 있는 광 분할기(BS)에서 빔 경로의 상이 맺히도록 수직으로 빛이 꺽여 집광 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 4는 내지 도 6은 본 발명에 따른 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법을 설명한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명의 웨이퍼 형상변형값을 측정하기 위한 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 집광 렌즈; 상기 집광렌즈를 통과한 광이 조사되는 기준미러;를 구비하되, 상기 집광렌즈의 특성에 따라 상기 광분할기에서 조사되는 광을 수렴시켜 상기 소구경 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경 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 (90도) 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 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 비전 영상 처리 소프트웨어를 구비한다.
도 3은 본 발명을 위해 개발된 장비로서 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 광경로 상에 광 분할기(BS)를 구비하여 상기 중심축에서 일부광을 광경로를 변경하고 상기 변경된 광경로에 구비된 집광 렌즈를 통해 별로도 구비된 기준 미러에 조사함으로써, 상기 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑되도록 하여 간섭무늬를 획득하는 장치 구성도이다.
상기 집광렌즈(12)는 상기 광분할기(BS)(9)에서 조사되는 빔을 수렴시켜 상기 기준미러에 조사시키며, 상기 수렴되는 빔이 상기 기준미러(13)에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼(1)의 직경보다 작은 직경의 기준미러를 적용하여 구성된다.
상기 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); 가 더 구비된다.
상기 웨이퍼의 중심축 선상에서 위치된 상기 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 구비한다.
즉 직경이 대구경(직경 300mm)인 웨이퍼(1)의 중심축 선에 구비된 간섭계의 광 경로상에서 상기 광 분할기(BS)(9)를 배치하여 상기 중심축에서 일부광을 광경로를 변경하고 상기 변경된 광경로에 구비된 집광 렌즈를 통해 별로도 구비된 기준 미러에 조사함으로써, 상기 기준미러의 표면과 상기 웨이퍼의 표면의 영역이 1:1 매핑되도록 하여, 상기 웨이퍼 직경 보다 작은 기준 미러(13)를 통해 간섭무늬의 획득이 가능하다.
본 발명에서 적용하는 웨이퍼의 직경 보다 작은 기준 미러를 구비하는 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)의 원리를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 장치 도 3과 같이
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 수직선에 렌즈의 중심축이 일치하도록 배치된 집광 렌즈(12);
상기 집광렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 수렴되어 조사되도록 배치된 기준미러(13);으로 구비되는 구조에 특징이 있다.
또한 본 발명에서 상기 집광렌즈(12)는 상기 광분할기에서 조사되는 빔을 수렴시켜 상기 기준미러에 조사시키며, 상기 수렴되는 빔이 상기 기준미러에 조사됨에 따라 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 기준미러를 적용하여 상기 직경이 큰 웨이퍼의 모든 위치에 대해 1:1 매핑된다.
여기서 웨이퍼의 형상 변환값이란 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광원을 통해 웨이퍼 표면과 기준미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 얻은 초기 위상값들로 이는 상기 웨이퍼 표면의 모든 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 상기 기준미러에 대응하는 지점들과의 상대적인 거리차이를 의미한다.
상기에서 측정한 웨이퍼의 형상변화 값은 웨이퍼를 기준으로 할 때 앞쪽면과 뒤쪽면을 모두 측정하며 위에서 설명한 부분은 웨이퍼의 한쪽면(앞면)에 대해 언급하였지만, 본 발명에서는 웨이퍼의 양쪽면을 측정하는 것이므로, 웨어퍼의 반대면(뒷면)에 대해서도 동일한 구성과 방법을 통해 형상변화값을 측정함으로서 웨어퍼의 양쪽면에 대한 형상변화값을 측정한다.
상기와 같이 웨이퍼 양쪽면을 측정하여 웨이퍼의 공정중 발생하는 스트레스로 인한 형상변형값을 각 반도체 공정중에서 실시간으로 보상하여 반도체 공정을 진행함으로써 대구경 웨이퍼에서 수율이 높은 반도체 공정을 진행할 수 있음은 당연하다.
이하 웨이퍼 표면의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 형상 변화값(초기 위상값φ)을 구하는 과정을 설명한다.
반도체 제조 공정에서 다층 레이어를 갖는 웨이퍼 제조시, 국부 스트레스에 의해 웨이퍼 표면의 형상의 굴곡진 왜곡이 발생하여 웨이퍼 표면의 형상이 변화값을 측정해야 한다.
웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법은 웨이퍼 앞면과 뒷면의 중심축의 광경로 상에 광 분할기(BS)를 구비하여 상기 중심축에서 일부광을 광경로를 변경하고 상기 변경된 광경로에 구비된 집광 렌즈를 통해 별로도 구비된 기준 미러에 조사하며, 반도체 제조 공정에서 직경이 300mm 정도 크기의 웨이퍼의 직경보다 작은 기준 미러를 z축 방향으로 λ/4씩 이동하여 명암의 밝기(I)를 측정하여 웨이퍼의 특정 지점(한 포인트)마다의 초기 위상값(φ)을 구하는 방식을 적용한다.
이렇게 웨이퍼 표면의 모든 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 형상 변화량(Za)을 구하여 컴퓨터에 저장하며, 이를 반복하여, 동일한 반도체 공정에서 여러개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 표면의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 평균 형상 변화량(Za)을 구한다음 이들값을 이용하여 이후에 제조되는 웨어퍼에 적용함으로서 신속하고 정확하게 반도체 공정을 수행할 수 있다.
이하, 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법을 상세하게 설명한다.
일정파장(λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10)와, 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11)와, 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼(wafer)(1)와, 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 웨이퍼의 일측 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 집광 렌즈(12)와, 상기 집광렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 수렴되어 조사되도록 배치된 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경 기준미러(13)를 갖춘 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치를 적용하여 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 방법에 있어서,
하나의 웨이퍼 표면의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 z축의 형상의 변화량(Z)은 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광원을 조사하고, 웨이퍼 표면과 기준 미러의 표면으로부터 반사되는 광을 간섭시켜 생성되는 간섭무늬를 분석하여 얻은 초기 위상값들의 차이가 발생하며 웨이퍼 표면의 명암 밝기[ I = A sin(ωt-φ) ]의 차이로 나타난다.
여기서 φ 는 웨어퍼 표면의 소정의 지점과 상기 소정의 지점에 대응되는 기준미러의 지점간의 상대적인 거리차이로 인해 생기는 위상값이다.
상기 위상값을 구하면 웨이퍼 표면의 소정의 지점과 기준미러와의 상대적인 거리차이를 구할 수 있으며 이 값이 웨이퍼 표면의 소정지점의 형상변화값이 된다.
상기 위상값으로부터 형상변화값을 구하는 방식은 다양하며, 먼저 위상값을 구하는 방법을 아래에 소개한다.
웨이퍼 표면의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서, 각각의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서 한 지점(point)의 명암의 밝기(1)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
I = A sin(ωt-φ)
I는 명암의 밝기, φ는 위상, A는 진폭으로 소정지점의 반사특성에 따라 달라진다. 이때 웨이퍼의 특정한 지점마다, 기준 미러를 z축을 λ/4씩 상하로 이동하여 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광원에 의해 측정된 명암의 밝기(I)가 측정된 경우, 다음 식에 의해 진폭(A)과 위상(φ)을 구할 수 있다.
I1 = A sin(ωt-φ-λ/4)
I2 = A sin(ωt-φ-λ/2)
I3 = A sin(ωt-φ- 3λ/4)
I4 = A sin(ωt-φ- λ)
다음 식에 의해, 위상(φ)을 구할 수 있다.
Figure 112016112961393-pat00001
상기 구한 초기위상 φ을 구하면, 사용한 레이저파장의 길이를 통해 기준미러에 대한 웨이퍼 소정위치의 형상변화값을 구할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 과정을 단계별로 도시한 것이다.
먼저 (a) 동일한 반도체 공정을 수행한 대구경(직경 300mm)의 웨이퍼 Wk (여기서 k 는 웨이퍼의 개수로서 k=1,.., h-1, h , h+1,.., L 임)에서 총 작업해야할 개수 L 개중에 h 개를 준비하는 단계(도 4 s100 참조);를 갖는다.
(b) 반도체 웨이퍼는 동일한 환경에서 동일한 고정을 통해 대량을 생산되므로, 그중에 필요한 숫자만큼 만을 측정하고 상기 측정한 값을 그 이후에 생산할 웨이퍼에 적용함으로서 신속하게 반도체 공정을 진행할 수 있다.
즉 전체 작업해야할 웨이퍼의 전체개수 k가 L 개 일 경우 그중에 h 개만을 측정한 후 그 값을 그 이후의 웨이퍼(k = h+1 .. L)에 적용한다.
상기 h 개의 웨이퍼에 대해 반도체 공정이 행하지는 앞면의 공정스트레스로 인한 형상변형량을 측정하되, 웨이퍼 직경보다 작은 기준 미러를 광축(z축) 방향으로 일정거리씩(예를 들면 λ/4) 이동하여 명암의 밝기(I)를 획득한 다음, 상기 명암을 밝기(I) 값을 분석하여 웨이퍼 표면의 복수의 지점들[(Xi, Yj) 여기서 i= 1 ,.., n, j=1,.., m]에 대해 초기 위상값(φ)을 구하게 된다(도 4 s110 참조).
여기서 복수의 지점들이란 웨이퍼 표면과 기준미러로부터 생성되는 간섭무늬를 획득하는 카메라의 화소에 대응되는 위치로서 웨이퍼 표면의 크기에 따라 X축에 대해 i= 1,..,n, 으로 표현되며, Y 축에 대해 j=1,..,m 표현된다.
(c) 상기 초기 위상값(φ)을 통해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대해 공정스트레스로 인한 형상 변화량[Z(Xi, Yj)]을 각각 구하여 컴퓨터에 저장하는 단계(도 4 s120 참조); 및
(d) 상기 (b)와 (c) 과정을 반복하여 h 개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대한 형상변화량 [Zk(Xi Yj)]를 측정한 다음, 평균 형상 변화량[ Za(Xi, Yj)] (여기서 Za = ∑Zk / h)을 구하는 단계(도 4 s130 참조);가 포함된다.
여기서 Zk(Xi Yj) 란 웨이퍼 h 개중 임의의 웨이퍼에 대해 (Xi, Yj) 위치에서 측정한 형상변화량을 의미하며, Za(Xi, Yj) 란 h 개의 웨이퍼들에 대해 각 위치에서 측정한 Zk(Xi Yj)을 모두 더한후 이를 다시 h 로 나눈 값으로 각 위치에 대한 평균 형상 변화량이 된다.
즉 상기(d) 단계를 통해 웨이퍼에서 반도체 공정이 진행되는 면(앞면)의 모든위치(Xi, Yj, i= 1,..,n, j=1,..,m)에 대해 Za(Xi, Yj)를 구하게 된다.
다음으로 웨이퍼에서 반도체 공정이 진행되는 면의 반대면(뒷면)에 대해 앞면과 동일한 단계를 거쳐 평균형상 변화량 Za(Pi, Qj) 값을 구한다.
즉 그 과정은 아래와 같다.
(b1) 상기(b) 단계에서 반도체 공정이 행하지는 표면의 공정스트레스로 인한 형상변형량을 측정하는 것과 동시에 반도체 고정이 행해지는 앞면의 반대면인 뒷면에 대해 형상변형량을 측정하되, 웨이퍼 직경보다 작은 기준 미러를 광축(z축) 방향으로 일정거리씩 이동하여 명암의 밝기(I)를 획득한 다음, 상기 명암을 밝기(I) 값을 분석하여 웨이퍼 표면의 복수의 지점들[(Pi, Qj) 여기서 i= 1,..,n, j=1,..,m 이며 이때 (Pi, Qj)좌표의 지점은 상기 웨이퍼의 앞면의 (Xi, Yj)좌표에 대응되는 지점]에 대해 초기 위상값(φ)을 구하는 단계(도 5 s200 참조);를 더 포함하고
(c1) 상기 (c)단계에서 상기 (Pi, Qj)지점의 초기 위상값(φ)을 통해 웨이퍼 뒷면의 각 지점들(Pi, Qj)에 대해 공정스트레스로 인한 형상 변화량[Z(Pi, Qj)]을 각각 구하여 컴퓨터에 저장하는 단계(도 5 s210 참조);를 더 포함하며
(d1) 상기 (d)단계에서 상기 (b1)와 (c1) 과정을 반복하여 L 개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 뒷면의 각 지점들(Pi, Qj)에 대한 형상변화량 [Zk(Pi Qj)](웨이퍼 L 개중 k의 웨이퍼의 뒷면인 (Pi, Qj) 지점에서 측정한 형상변화량을 의미함)를 측정한 다음, 평균 형상 변화량[ Zb(Pi, Qj)] (여기서 Zb = ∑Zk / h)을 구하는 단계(도 5 s220 참조);를 수행한다.
여기서 각 지점에 대해 웨이퍼 앞면에서는 (Xi, Yj)를 사용하였으나, 뒷면에서는 편의상 (Pi, Qj)를 적용하였다.
상기 단계를 거친다음
(e) 상기 (d)단계에서 검출된 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점의 평균형상 변형량[Za(Xi, Yj)]에, 상기 (d1) 단계에서 검출된 웨이퍼 뒷면의 (Pi, Qj) 지점의 평균형상 변형량[ Zb(Pi, Qj)]을 더하여 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj)지점의 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj) (여기서 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj) = Za(Xi, Yj)+Zb(Pi, Qj)) 를 구하는 단계(도 6 s300 참조);를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출한다.
상기(e) 단계에서 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)를 구하는 이유는 실제 반도체 공정에서 앞면의 형상변화량 뿐 만 아니라 뒷면의 형상변화량도 함께 영향을 미치지 때문이다.
따라서 해당위치의 앞면의 형상 변화량에 뒷면의 형상 변화량까지 더하여 총합 평균형상 변화량을 구하고 이를 적용하여 그 다음에 수행되는 반도체 공정을 진행한다.
물론 경우에 따라 앞면 혹은 뒷면의 형상변화량만을 고려해 그 다음에 수행되는 반도체 공정을 진행할 수 있음은 당연하다.
상기 (e) 단계 이후에
(f) 상기 (e)단계에서 검출된 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)을 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점에서의 실제 변화량으로 보정한 후, 상기 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점에서의 실제 변화량을 고려하여 반도체 공정의 다음공정을 진행하는 단계(도 6 s310 참조);와
(g) 상기 (f) 단계 이후에 상기(a) 단계의 나머지 웨이퍼들인 Wk1 (여기서 k1 = h+1,.., L)에 대해 (Xi, Yj)에서의 공정 스트레스로 인한 형상변화량을 상기 Wk (여기서 k = 1,..,h)의 (Xi, Yj)에서 측정한 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)으로 간주하고, 상기 총합 평균 형상 변화량을 나머지 웨이퍼들인 Wk1 에 적용하여 반도체 공정의 다음공정을 진행하는 단계(도 6 s320 참조); 를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 반도체를 제조하게 된다.
상기 (g)단계에서는 상기(g) 단계 이전에 웨이퍼 Wk (여기서 k = 1,.., h)의 (Xi, Yj)에서 측정한 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)를 나머지 웨이퍼들인 Wk1 (여기서 k1 = h+1,..,L)의 (Xi, Yj)지점에서의 공정 스트레스로 인한 형상변화량로 활용함으로서 나머지 웨이퍼들인 Wk1 에 대해서는 형상변화값을 측정을 진행하지 않는다.
이와 같은 과정을 통해 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 일부의 웨이퍼에 대해 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 나머지 웨이퍼들에 적용함으로써 대구경 웨이퍼들에 대해 신속하게 반도체 공정을 수행할 수 있게 된다.
물론 여기서 사전에 측정하는 h 개수는 반도체 공정의 신뢰도를 높이기 위해 각 위치에서 각각 측정하는 형상변화량들의 편차가 일정범위안에 있을 때를 결정하는 것이 바람직하며 h 를 정하는 것은 당업자가 여러 가지 기법을 통해 신뢰도가 높은 방안을 적용하여 정하는 것이 좋다.
예를 들면, 반도체 제조 공정에서 10,000개의 웨이퍼를 제조하는 경우, 초기에 20개의 각각의 웨이퍼 마다 측정된 웨이퍼 표면의 복수의 지점들(Xi, Yj)에서의 c총합평균 형상 변화량(Zt)은 구한 다음 나머지 웨이퍼들에 대해서는 위 총합 평균 형상 변화량(Zt) 를 적용하여 이후의 공정에서 반영되도록 한다.
이는 반도체 공정에서 대량 생산되는 웨이퍼 제조시 동일한 회로에 대해서 동일한 패턴(pattern)과 동일한 제조환경에서 동일한 재료를 사용하는 반복되는 공정이므로, 이후 그 다음 웨이퍼 제조시마다 반복되는 공정부터는, 제조부터는 일일이 웨이퍼 표면의 복수의 지점들에서의 형상 변화량을 측정하지 않고, 컴퓨터의 데이터베이스에 저장된, 컴퓨터의 데이터베이스에 기 측정된 웨이퍼 표면의 복수의 지점들에서의 총합 평균 형상 변화량(Zt)을 적용하여 대량으로 웨이퍼들을 제조하여 생산한다.
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)
12, 12': 집광 렌즈 13, 13': 기준 미러
17, 17' : λ/4 플레이트 19, 19' : PBS(Polarization Beam Splitter)

Claims (5)

  1. 일정파장(λ)을 갖는 레이저 광을 출사시키는 레이저 광원(10)와, 상기 레이저 광을 전달하는 광섬유(11)와, 일정 크기의 직경(300mm)을 갖는 웨이퍼(wafer)(1)와, 상기 웨이퍼(1)의 중심축 선상에서 상기 웨이퍼의 일측 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 집광 렌즈(12)와, 상기 집광렌즈의 뒤쪽에 배치되고 상기 집광렌즈에 조사된 빔이 수렴되어 조사되도록 배치된 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 소구경 기준미러(13)를 갖춘 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 장치를 적용하여 웨이퍼 형상 변화 값을 검출하는 방법에 있어서,
    (a) 동일한 반도체 공정을 수행한 대구경(직경 300mm)의 웨이퍼 Wk (여기서 k 는 웨이퍼의 개수로서 k=1,..,h-1, h , h+1,..,L 임)에서 총 작업해야할 개수 L 개중에 h 개를 준비하는 단계;
    (b) 상기 h 개의 웨이퍼 앞면에 대해 반도체 공정이 행하지는 공정스트레스로 인한 형상변형량을 측정하되, 웨이퍼 직경보다 작은 기준 미러를 광축(z축) 방향으로 일정거리씩 이동하여 명암의 밝기(I)를 획득한 다음, 상기 명암을 밝기(I) 값을 분석하여 웨이퍼 표면의 복수의 지점들[(Xi, Yj) 여기서 i= 1,..,n, j=1,.., m]에 대해 초기 위상값(φ)을 구하는 단계;
    (c) 상기 초기 위상값(φ)을 통해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대해 공정스트레스로 인한 형상 변화량[Z(Xi, Yj)]을 각각 구하여 컴퓨터에 저장하는 단계; 및
    (d) 상기 (b)와 (c) 과정을 반복하여 h 개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 표면의 각 지점들(Xi, Yj)에 대한 형상변화량 [Zk(Xi Yj)](웨이퍼 h 개중 k의 웨이퍼에 대해 (Xi, Yj) 위치에서 측정한 형상변화량을 의미함)를 측정한 다음, 평균 형상 변화량[ Za(Xi, Yj)] (여기서 Za = ∑Zk / h)을 구하는 단계;
    를 통해 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (b1) 상기(b) 단계에서 반도체 공정이 행하지는 표면의 공정스트레스로 인한 형상변형량을 측정하는 것과 동시에 반도체 고정이 행해지는 앞면의 반대면인 뒷면에 대해 형상변형량을 측정하되, 웨이퍼 직경보다 작은 기준 미러를 광축(z축) 방향으로 일정거리씩 이동하여 명암의 밝기(I)를 획득한 다음, 상기 명암을 밝기(I) 값을 분석하여 웨이퍼 표면의 복수의 지점들[(Pi, Qj) 여기서 i= 1,..,n, j=1,..,m 이며 이때 (Pi, Qj)좌표의 지점은 상기 웨이퍼의 앞면의 (Xi, Yj)좌표에 대응되는 지점]에 대해 초기 위상값(φ)을 구하는 단계;를 더 포함하고
    (c1) 상기 (c)단계에서 상기 (Pi, Qj)지점의 초기 위상값(φ)을 통해 웨이퍼 뒷면의 각 지점들(Pi, Qj)에 대해 공정스트레스로 인한 형상 변화량[Z(Pi, Qj)]을 각각 구하여 컴퓨터에 저장하는 단계;,를 더 포함하며
    (d1) 상기 (d)단계에서 상기 (b1)와 (c1) 과정을 반복하여 L 개의 웨이퍼에 대해 웨이퍼 뒷면의 각 지점들(Pi, Qj)에 대한 형상변화량 [Zk(Pi Qj)](웨이퍼 L 개중 k의 웨이퍼의 뒷면인 (Pi, Qj) 지점에서 측정한 형상변화량을 의미함)를 측정한 다음, 평균 형상 변화량[ Zb(Pi, Qj)] (여기서 Zb = ∑Zk / h)을 구하는 단계;를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    (e) 상기 (d)단계에서 검출된 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점의 평균형상 변형량[Za(Xi, Yj)]에, 상기 (d1) 단계에서 검출된 웨이퍼 뒷면의 (Pi, Qj) 지점의 평균형상 변형량[ Zb(Pi, Qj)]을 더하여 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj)지점의 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj) (여기서 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj) = Za(Xi, Yj)+Zb(Pi, Qj)) 를 구하는 단계;를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    (f) 상기 (e)단계에서 검출된 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)을 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점에서의 실제 변화량으로 보정한 후, 상기 웨이퍼 앞면의 (Xi, Yj) 지점에서의 실제 변화량을 고려하여 반도체 공정의 다음공정을 진행하는 단계;를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    (g) 상기 (f) 단계 이후에 상기(a) 단계의 나머지 웨이퍼들인 Wk1 (여기서 k1 = h+1,..,L)에 대해 (Xi, Yj)에서의 공정 스트레스로 인한 형상변화량을 상기 Wk (여기서 k = 1,..,h)의 (Xi, Yj)에서 측정한 총합 평균형상 변화량 Zt(Xi, Yj)으로 간주하고, 상기 총합 평균 형상 변화량을 나머지 웨이퍼들인 Wk1 에 적용하여 반도체 공정의 다음공정을 진행하는 단계; 를 더 포함하여 대구경 웨이퍼의 형상 변화값을 검출하고 상기 검출된 값에서 평균형상 변화량을 검출한 후 상기 평균 형상 변화량을 적용하여 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법.


KR1020160154339A 2016-11-18 2016-11-18 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법 KR101835806B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160154339A KR101835806B1 (ko) 2016-11-18 2016-11-18 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160154339A KR101835806B1 (ko) 2016-11-18 2016-11-18 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101835806B1 true KR101835806B1 (ko) 2018-03-07

Family

ID=61688909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160154339A KR101835806B1 (ko) 2016-11-18 2016-11-18 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101835806B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203880A (ja) 2000-12-16 2002-07-19 Samsung Electronics Co Ltd 半導体装置の段差測定方法および段差測定装置
JP4462232B2 (ja) 2006-05-10 2010-05-12 株式会社ニコン 表面検査装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203880A (ja) 2000-12-16 2002-07-19 Samsung Electronics Co Ltd 半導体装置の段差測定方法および段差測定装置
JP4462232B2 (ja) 2006-05-10 2010-05-12 株式会社ニコン 表面検査装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102098034B1 (ko) 검사 장치, 검사 방법 및 제조 방법
US10495446B2 (en) Methods and apparatus for measuring height on a semiconductor wafer
JP6353891B2 (ja) Cgs干渉分光法を用いた処理制御のためにプロセス誘導ウエハ形状を特徴化するシステムおよび方法
US11043433B2 (en) Method of inspecting surface and method of manufacturing semiconductor device
US20040059540A1 (en) Position detecting device and position detecting method
TW201942539A (zh) 使用表面形貌之樣本檢測
CN101261452B (zh) 检验方法和设备、光刻处理单元和器件制造方法
US9897927B2 (en) Device and method for positioning a photolithography mask by a contactless optical method
KR20180042402A (ko) 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 이러한 방법에서 사용하기 위한 기판 및 패터닝 디바이스
KR101968430B1 (ko) 노광 장치와, 아웃 포커싱 및 기울기 에러 보정 방법
KR102492186B1 (ko) 제조 장치 및 연관된 장치를 제어하는 방법
TW201405255A (zh) 檢測方法及裝置、微影系統及元件製造方法
JP2022058401A (ja) 基板の特性を測定する方法、検査装置、リソグラフィシステム、及びデバイス製造方法
CN112687562A (zh) 测量方法
JP2020512551A (ja) 位置測定システム、ゼロ調整方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法
KR101785075B1 (ko) 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치
KR102554797B1 (ko) 다중 빔 리소그래피에서의 개개의 빔 패턴 배치 검증
KR101835806B1 (ko) 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법
CN113348412A (zh) 波前传感器及相关量测装置
KR101844018B1 (ko) 소구경 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치
JP7397096B2 (ja) 結像デバイス向けの自動焦点方法
JP2009036601A (ja) 干渉計測装置の校正方法、干渉計測装置、露光装置及びデバイス製造方法
JP2019109311A (ja) 計測装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、および計測方法
JP2013040858A (ja) 形状計測装置、横座標校正方法及び光学素子の製造方法
KR20170016681A (ko) 레지스트레이션 제어된 포토마스크의 결함 검출 방법

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant