KR20000074786A - 반도체 웨이퍼상의 이물질 검출 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼상의 이물질 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 포토마스킹 공정중에 웨이퍼상에 존재하는 이물질을 검사하는 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 레이저 빔 발생부에 의해 발생되어 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 레이저 빔으로부터 상기 웨이퍼상에 존재하는 이물질의 형태를 형상화하는 수광부와, 상기 레이저 빔이 상기 웨이퍼의 전표면에 대하여 2차원적으로 주사되도록 웨이퍼 스테이지를 X-축 및 Y-축 방향으로 이송시키는 이송부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따르면, 웨이퍼 스테이지상에 로딩된 웨이퍼의 배면상의 이물질 검사를 위하여 웨이퍼를 선택적으로 반전시키는 수단을 더 포함한다.
따라서, 반도체 웨이퍼상에 존재하는 이물질을 그 상부표면뿐 아니라 하부표면에서도 검출할 수 있으므로, 웨이퍼의 배면상의 이물질에 의한 오염을 사전에 발견하여 조치할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼상의 이물질 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING A PARTICLE ON THE SURFACE OF A SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 테스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 포토마스킹 공정중에 웨이퍼 표면상의 이물질을 검출하는 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 포토마스킹(photomasking) 공정은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시키고, 패턴 마스크를 이용하여 포토레지스트 도포된 반도체 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 깍아내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼상의 각각의 칩상에 동일한 패턴을 갖는 전자 회로를 구성해 나가는 전 과정을 지칭한다.
상술한 포토마스킹(photomasking) 공정에서 가장 중요한 작업중의 하나가 노광(exposing) 작업으로, 스테퍼(stepper)로부터 자외선을 발생하여 패턴 마스크상에 그려진 회로 패턴을 반도체 웨이퍼의 표면에 전사해준다. 이러한 노광 공정 작업의 전후에 웨이퍼상에 이물질의 존재 여부를 검지함으로써 웨이퍼면에 존재하는 이물질로 인한 국소적인 패턴 불량을 방지하는 웨이퍼 오염 검출 작업이 수행된다. 통상적으로, 웨이퍼 오염 검출 작업은 전적으로 검사자의 숙련된 눈과 민감도에 의존하육안 검사법과, 자외선의 짧은 파장과 단색 특성을 이용하여 미세한 오염을 검출하는 자외선 검사법과, 배율과 반사광을 이용하여 오염정도를 검출하는 전자 현미경(SEM)검사법 등을 포함한다.
그러나, 이러한 웨이퍼 오염 검출 방법은 대개의 경우 패턴이 전사되는 웨이퍼 상부면에 대한 검사로 한정되어 있다. 실질적으로, 웨이퍼의 상부면에 포토레지스트와 같은 막이 도포되는 과정에서 웨이퍼의 하부면이 그러한 화학물질로 오염될 수 있고, 이와 같이 오염된 웨이퍼가 스테퍼로 이송되어 웨이퍼 스테이지에 의해 로딩되고 언로딩되는 과정에 역으로 웨이퍼의 상부면을 오염시키는 악순환이 반복될 수 있다. 이러한 반복적인 전혀 예기치 못한 오염으로 인하여 웨이퍼의 불량율이 증대되는 요인이 될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 반도체 웨이퍼의 포토마스킹 공정중에 웨이퍼의 상부면뿐 아니라 그 하부면상의 오염을 검출하는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 이물질 검출 장치는 웨이퍼 스테이지상에 로딩된 웨이퍼를 향하여 단일 파장의 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생부; 상기 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 상기 웨이퍼상에 존재하는 이물질의 형태를 형상화하는 수광부; 상기 레이저 빔이 상기 웨이퍼의 전표면에 대하여 2차원적으로 주사되도록 상기 웨이퍼 스테이지를 X-축 및 Y-축 방향으로 이송시키는 이송부; 상기 이송부의 2차원적 주사 동작을 제어하며, 상기 레이저 빔 발생부와 수광부와의 동기화가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1a는 본 발명에 따라서 스테퍼와 관련하여 사용되는 웨이퍼 이물질 검출 장치의 개략적인 블록도,
도 1b는 이물질 검출을 위한 레이저 빔의 주사방식을 예시하는 도면,
도 2는 도 1a에 도시된 웨이퍼 이물질 검출 장치에 의해 수행되는 과정을 설명하는 플로우차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 노광 장치 110 : 광원
150 : 축소투영렌즈 200 : 웨이퍼 이물질 검출 장치
250 : 제어부 350 : 클램프 구동부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼의 하부면에 대한 오염 검출을 실행하기 위한 장치의 개략적인 블록 구성도를 도시한다. 본 발명의 오염 검출 장치(200)는 스테퍼의 노광 장치부(100)와 관련하여 동작하며, 레이저 빔 발생부(210), 레이저 빔 수광부(220), X-축 이동부(230), Y-축 이동부(240), 제어부 (250) 및 클램프 구동부(350)를 구비한다. 한편, 노광 장치부(100)는 광원(110), 셔터(120), 필터(130), 반사경(140), 레티클(150), 축소투영렌즈(160)를 구비한다.
노광 장치부(100)에 있어서, 광원(110)은 통상적으로 초고압 수은 램프를 사용하며, 이 수은 램프는 높은 에너지 준위로 여기될 때 자외선 영역의 150nm∼405nm 파장의 광빔을 발생한다. 광원(110)에 의해 발생된 광빔은 선택적으로 통과되어 필터(130)로 제공되며, 필터(130)는 셔터(120)를 통과하는 광의 파장대역중에서 365nm 대역의 파장만을 통과시킨다. 필터(130)를 통과한 선택된 파장의 광빔의 경로는 반사경(140)에 의해 웨이퍼(310)로 향해진다.
레티클(150)은 웨이퍼(310)상에 전사될 패턴이 형성된 마스크로서, 반사경(140)에 의해 제공되는 광빔에 의해 패턴을 축소투영렌즈(160)로 투사한다. 축소투영렌즈(160)는 레티클(150)을 투과한 웨이퍼 전사 패턴을 수반한 광빔을 일정배율로 축소시켜 웨이퍼 스테이지(300)에 로딩되어 있는 웨이퍼(310)에 투영한다. 그 결과, 웨이퍼(310)의 상부 표면에 도포된 포토레지스트에 전사 패턴이 축소되어 결상된다.
한편, 본 발명의 웨이퍼 이물질 검출 장치(200)에 있어서, 레이저 빔 발생부(210)는 웨이퍼 스테이지(300)상의 웨이퍼(300)를 향하여 단일 파장의 레이저 빔을 발생한다. 이때, 레이저 빔의 파장은 웨이퍼 오염 검출 장치(200)의 크기와 웨이퍼(310)의 반사도를 고려하여 선택된다. 웨이퍼(300)의 표면으로부터 반사된 레이저 빔은 레이저 빔 수광부(220)로 입사된다.
레이저 빔 수광부(220)는 CCD(charge coupled device)등과 같은 소자로 구성될 수 있으며, 웨이퍼(310)로부터 반사된 레이저 빔에 의해 촬상되어 반도체 웨이퍼(310)상에 존재하는 이물질의 형태를 형상화한다.
X-축 이동부(230)와 Y-축 이동부(240)는 제어부(250)의 제어하에 각기 웨이퍼 스테이지(300)를 X-축 및 Y-축 방향으로 이송시키면서 레이저 빔 발생부(210)에서 웨이퍼(310)상으로 조사되는 레이저 빔이 도 1b에 도시된 바와 같이 2차원 주사 방식으로 웨이퍼(310)의 전면에 주사되게 한다. 웨이퍼의 전면을 주사하기 위한 웨이퍼 스테이지(300)의 구동 범위는 웨이퍼(310)의 크기 등을 고려하여 대략 180mm 이상인 것이 바람직하다. 비록 본 발명의 바람직한 실시예에서는 웨이퍼 스테이지(300)를 X-축 이동부(230)와 Y-축 이동부(240)에 의해 X-축 및 Y-축으로 이송되는 것으로 도시되고 설명되지만, 레이저 빔 발생부(210)를 웨이퍼(310)에 대하여 전면을 주사하도록 구현할 수도 있을 것이다. 이러한 경우에 있어서, 도시안된 수단에 의해 레이저 빔 발생부(210)와 수광부(220)와의 동기화가 이루어질 수 있도록 제어하는 것이 필요하다.
한편, 상술한 본 발명의 웨이퍼 오염 검사 장치(200)는 웨이퍼(310)가 웨이퍼 로더(도시안됨)에 의해 웨이퍼 스테이지(300)에 로딩된 다음, 로딩된 웨이퍼 (310)에 대한 초기 정렬이 실행되기 전에 웨이퍼(310)상의 이물질을 검사하도록 프로그램되어 있다. 통상적으로, 전형적인 웨이퍼 이물 검사부(WFD : wafer paticle detector)는 웨이퍼(310)의 상부표면의 이물질을 검사하도록 구성되지만, 본 발명의 웨이퍼 오염 검출 장치(200)는 그와 더불어 웨이퍼(310)의 상부표면의 반대편인 하부표면상의 이물질을 검사하는 것도 가능하다. 이를 위하여, 본 발명에 따르면, 웨이퍼 스테이지(300)에 로딩된 웨이퍼(310)를 뒤집기 위한 클램프 구동부(350)를 포함한다. 클램프 구동부(350)는 클램프와 같은 웨이퍼 파지구(360)를 이용하여 웨이퍼(310)를 클램프한 다음, 웨이퍼(310)를 뒤집어 그의 배면이 광빔측을 향하도록 한다. 본 발명에 있어서, 웨이퍼(310)의 상부표면과 하부표면상의 이물질 검사는 제어부(250)에 의해 클램프 구동부(350)를 제어함으로써 선택적으로 실행될 수도 있음을 알아야 한다.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 웨이퍼 오염 검출 장치(200)의 동작은 도 2의 플로우차트를 참조하여 다음과 같이 설명된다.
먼저, 단계(510)에서와 같이, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(310)가 웨이퍼 스테이지(300)상에 로딩되면, 단계(520)에서와 같이, 로딩된 웨이퍼(310)에 대하여 상부표면 또는 반전된 하부표면상의 이물질 검사를 할 것인지가 판단된다. 웨이퍼(310)에 대하여 상부표면만의 검사를 실행하고자 하면 단계(540)로 진행하고, 반전된 하부표면의 이물질 검사를 실행하고자 한다면 단계(530)로 진행한다.
단계(530)에서, 제어부(250)는 클램프 구동부(350)를 제어하여 로딩된 웨이퍼(310)을 클램퍼(360)을 이용하여 반전시킨다.
그 다음, 단계(540)에서, 원상태의 또는 반전된 웨이퍼(310)에 대한 이물질 검사가 레이저 빔을 이용하여 실행된다. 레이저 빔 발생부(210)에 의해 발생된 레이저 빔이 웨이퍼(310)의 전 표면에 대하여 주사되고 반사된다. 이때, 웨이퍼(310)상에 이물질로 존재한다면, 레이저 빔은 이물질로 인하여 회절을 일으키게 되며, 레이저 빔 수광부(220)는 이러한 회절 현상에 의한 반사 빔으로부터 이물질을 형상화한다. 따라서, 웨이퍼(310)상의 이물질의 존재가 확인될 수 있으며, 작업자는 이에 대한 후속 조치를 취할 수 있을 것이다.
상술한 검사가 종료된 후, 단계(550)에서와 같이 웨이퍼(310)가 반전되어 있다면 반전된 웨이퍼(310)를 다시 원 상태로 반전시킨 다음, 초기 정렬을 수행한다. 웨이퍼의 초기 정렬은 본 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그 다음, 웨이퍼 초기 정렬이 완료되면, 단계(560)로 진행하여 레티클(150) (도 1a 참조)상의 패턴을 웨이퍼(310)상의 표면에 전사하는 노광 작업이 수행된다.
노광 작업이 성공적으로 완료되면, 노광 작업이 완료된 웨이퍼(310)를 언로딩하여 다음번의 현상을 위한 공정을 준비한다. 이때, 노광 작업이 완료된 이후, 현상 작업에 앞서 단계(570)에서와 같은 또 한 번의 2차 이물질 검사과정이 수행될 수 있다.
단계(570)는 상술한 단계(520)에서와 마찬가지로, 로딩된 웨이퍼(310)에 대하여 상부표면 또는 반전된 하부표면상의 이물질 검사를 할 것인지가 판단하고, 그 판단에 따라 웨이퍼(310)를 반전시키는 등의 과정을 포함한다. 이때, 단계(570)의 2차 이물질 검사과정은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
이후, 2차에 걸친 이물질 검사가 완료되면, 단계(570)에서와 같이 웨이퍼(310)를 다음번의 현상 공정을 위한 위치로 이송한다.
그러므로, 본 발명에 따라서 반도체 웨이퍼상에 존재하는 이물질을 그 상부표면뿐 아니라 하부표면에서도 검출할 수 있으므로, 초기에 웨이퍼 이면상의 이물질에 의한 오염을 발견하여 조치할 수 있으며, 결국 최종적인 수율을 향상시킬 수 있다는 효과가 발생될 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 웨이퍼의 포토마스킹 공정중에 웨이퍼상에 존재하는 이물질을 검사하는 장치에 있어서,
    웨이퍼 스테이지상에 로딩된 웨이퍼를 향하여 단일 파장의 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생부;
    상기 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 상기 웨이퍼상에 존재하는 이물질의 형태를 형상화하는 수광부;
    상기 레이저 빔이 상기 웨이퍼의 전표면에 대하여 2차원적으로 주사되도록 상기 웨이퍼 스테이지를 X-축 및 Y-축 방향으로 이송시키는 이송부;
    상기 이송부의 2차원적 주사 동작을 제어하며, 상기 레이저 빔 발생부와 수광부와의 동기화가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이물질 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 이물질 검출 장치는 상기 제어부의 제어하에 상기 웨이퍼 스테이지상에 로딩된 웨이퍼를 선택적으로 반전시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이물질 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 이물질 검사는 상기 웨이퍼를 로딩한 이후 로딩된 웨이퍼를 초기정렬하기 이전에 실행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이물질 검출 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 이물질 검사는 상기 웨이퍼에 대하여 노광작업을 수행한 이후 노광된 웨이퍼를 현상하기전에 실행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이물질 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100452317B1 (ko) * 2001-07-11 2004-10-12 삼성전자주식회사 포토리소그래피 공정시스템 및 그 방법

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