KR20020096474A - 오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법 - Google Patents

오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오버레이 정확도(Overlay Accuracy)를 향상시킬 수 있는 오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한 오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 이를 이용한 오버레이 측정방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 오버레이 측정이 가능한 노광 장치는 광원과 웨이퍼 정렬 유니트 및 투영 렌즈부를 포함하는 노광 장치에 있어서, 웨이퍼에 구비된 오버레이 측정 키로부터 반사된 빛을 센싱하는 것에 의해 노광 및 현상을 통해서 형성된 현 레이어와 이미 형성되어져 있는 이전 레이어간의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 유니트가 추가 구비된 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 노광 장치에서의 오버레이 측정이 적합하도록 하는 오버레이 측정 키는, 동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어, 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 한 쌍으로 이루어진 제1오버레이 측정 키와 제2오버레이 측정 키로 구성된 것을 특징으로 한다. 게다가, 상기 노광 장치 및 오버레이 측정 키를 이용한 오버레이 측정방법은 노광 및 현상이 완료된 웨이퍼를 노광 장치에 반입시켜 상기 노광 장치에 구비된 광원 및 오버레이 측정용 센서와 웨이퍼에 구비된 오버레이 측정 키를 이용하여 해당 웨이퍼에서의 오버레이를 측정하고, 이전 웨이퍼들로부터 측정된 오버레이 값들의 평균 값에 근거하여 후속하는 웨이퍼에 대한 노광 조건을 보정하는 것을 특징으로 한다.

Description

오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한 오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법{EXPOSURE APPARATUS CAPABLE OF MEASURING OVERLAY AND OVERLAY MEASUREMENT KEY SUITABLE TO THIS AND METHOD FOR MEASURING OVERLAY USING THOSE}
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 노광 공정에서 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이 정확도(Overlay Accuracy)를 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 제조 공정에서는 소정 형상의 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼 상에의 감광막 코팅, 코팅된 감광막에 대한 노광, 및 노광된 감광막에 대한 현상을 포함하는 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 거치게 되며, 또한, 포토리소그라피 공정을 수행한 후에는 노광 및 현상을 통해 형성된 감광막 패턴과 하부 레이어간의 오버레이 정확도를 측정하게 된다.
여기서, 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이 정확도는 도 1에 도시된 바와 같은 오버레이 측정 키(10)를 이용하여 측정하며, 이러한 오버레이 측정 키(10)는 통상 웨이퍼의 스크라이브 라인에 구비시킨다. 도 1에서, 도면부호 1은 이전 레이어에서 형성된 아우터 박스(Outer Box)를, 그리고, 도면부호 2는 현 레이어에서 형성시킨 인너 박스(Inner Box)를 나타내며, 이 때, 상기 인너 박스(2)는 노광 및 현상을 통해 형성되는 감광막 패턴으로 이루어진다.
한편, 이전 레이어와 현 레이어간의 정렬 상태를 측정한 결과, 정렬 불량이 발생된 경우에는 웨이퍼를 재생(rework)하여, 즉, 웨이퍼로부터 감광막 패턴을 제거한 후, 다시 감광막 도포, 노광 및 현상을 반복하게 된다.
통상의 반도체 제조 공정에서는 25장으로 이루어지는 1로트(Lot)의 웨이퍼들 중에서 1장의 웨이퍼를 선택하여 노광 및 현상을 미리 수행한 후, 이 웨이퍼로부터오버레이 정확도를 측정하고, 이렇게 측정된 값에 근거해서 전체 로트의 노광 조건에 대한 보정을 행한 후, 1로트의 웨이퍼들에 대한 노광 및 현상을 순차적으로 수행한다.
또한, 노광 및 현상이 모두 완료된 1로트의 웨이퍼들 중에서 샘플링을 실시하여 현 로트에 대한 오버레이 정확도를 측정하며, 이렇게 측정된 결과를 토대로 후속하는 로트의 웨이퍼들에 대한 노광 조건의 보정을 행한다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 오버레이 정확도 측정 방법은 로트 단위로 노광 조건의 보정이 행해지는 방식이기 때문에 한 로트 내에서의 웨이퍼들간의 차이에 대한 보정을 실시하지 못하며, 이에 따라, 오버레이 정확도를 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있다.
또한, 종래의 오버레이 정확도 측정 방법은 한 로트의 웨이퍼들에 대한 모든 노광 및 현상이 완료된 후, 로트 단위의 웨이퍼들을 오버레이 측정 장치로 이동시켜 오버레이 정확도를 측정하는 방식이므로, 별도의 오버레이 측정 장비의 사용에 따른 장비 투자 비용의 추가로 인해 제조 비용이 증가되는 문제와 전체 공정 진행 속도가 느리져 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 한 로트에서의 웨이퍼들간의 오버레이 정확도 차이를 최대한 줄이기 위한 오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한 오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 장비 투자 비용에 기인하는 제조 비용의 증가를 방지할 수 있는 오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한 오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.
게다가, 본 발명은 전체 공정 진행 속도의 저하에 기인하는 생산성의 저하를 방지할 수 있는 오버레이 측정이 가능한 노광 장치와 이에 적합한 오버레이 측정 키 및 이들을 이용한 오버레이 측정방법을 제공함에 그 또 다른 목적이 있다.
도 1은 종래의 오버레이 측정 키를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 오버레이 측정이 가능한 노광 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 오버레이 측정 키를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 광원 21 : 웨이퍼 정렬용 센서
22 : 미러 30 : 웨이퍼 정렬 유니트
40 : 투영 렌즈부 41 : 오버레이 측정용 센서
50 : 오버레이 측정 유니트 61,71,81 : 제1정렬키
62,72,82 : 제2정렬키 70,80,90 : 정렬키
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오버레이 측정이 가능한 노광 장치는, 광원; 상기 광원과 웨이퍼간을 정렬시키기 위한 웨이퍼 정렬 유니트; 및 상기 광원으로부터 나온 빛을 소정 배율로 축소시켜 웨이퍼에 조사되도록 하는 투영 렌즈부를 포함하는 노광 장치에 있어서, 상기 광원으로부터 웨이퍼에 구비된 오버레이 정렬 키에 빛을 조사시킨 후, 상기 오버레이 정렬 키로부터 반사된 빛을 센싱하는 것에 의해 노광 및 현상을 통해서 형성된 현 레이어와 이미 형성되어져 있는 이전 레이어간의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 유니트가 추가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오버레이 측정 키는, 노광시에 웨이퍼 정렬키로서 사용하면서 현 레이어와 이전 레이어간의 오버레이를 측정하기 위해 사용하는 오버레이 측정 키로서, 동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어, 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 한 쌍으로 이루어지며, 이전 레이어에서 형성된 제1오버레이 측정 키와 현 레이어에서 형성시킨 제2오버레이 측정 키로 구성되는 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 제1오버레이 측정 키와 제2오버레이 측정 키는 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 상호 끝단이 연결됨이없이 전체적으로 사진틀 형상을 이루도록 배치되거나, 각각 X축과 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 X축 방향끼리, 그리고, Y축끼리 서로 이격해서 배치되거나, 또는, 각각 X축 및 Y축을 동시에 갖는 꺽임 형상을 갖으면서 상호 이격 배치된다.
게다가, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오버레이 측정방법은, 광원과 웨이퍼 정렬 유니트 및 투영 렌즈부로 구성되면서 오버레이 측정용 센서를 갖는 오버레이 측정 유니트가 추가 구비된 노광 장치 내에서, 동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어 이전 레이어 및 현 레이어 각각에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 형상의 오버레이 측정 키가 구비되어진 웨이퍼로부터 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정하기 위한 방법에 있어서, 노광 및 현상이 완료된 웨이퍼를 노광 장치 내에 재차 반입시켜, 상기 노광 장치에 구비된 광원으로부터 상기 웨이퍼에 구비된 오버레이 측정 키에 빛을 조사하고, 상기 웨이퍼의 오버레이 측정 키로부터 반사된 빛을 상기 오버레이 측정용 센서에서 센싱하여 해당 웨이퍼에서의 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정하며, 이전 웨이퍼들로부터 측정된 오버레이 값들의 평균 값에 근거하여 후속하는 웨이퍼에 대한 노광 조건을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 로트 단위의 웨이퍼들에 대한 노광이 수행되는 동안에 각웨이퍼에 대한 오버레이 정확도를 측정할 수 있으며, 이에 따라, 별도의 측정 장비가 필요치 않아 제조 비용의 증가를 방지할 수 있고, 아울러, 전체 공정의 진행 속도를 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정이 가능한 노광 장치를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 노광 장치는 He-Ne의 레이저로 이루어지는 광원(20)과, 상기 광원(20)과 웨이퍼간을 정렬시키기 위한 웨이퍼 정렬용 센서(21)를 갖는 웨이퍼 정렬 유니트(30), 및 상기 광원(20)으로부터 나온 빛을 소정 배율로 축소시켜 웨이퍼에 조사되도록 하는 투영 렌즈부(40)를 포함하며, 기존의 그것과는 달리, 오버레이 측정용 센서(41)를 갖는 오버레이 측정 유니트(50)가 추가로 구비된다.
도 3은 상기와 같은 오버레이 측정이 가능한 노광 장치를 이용한 본 발명에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 노광 장치 내에 감광막이 도포된 웨이퍼를 반입시키고, 상기 노광 장치에 구비된 웨이퍼 정렬 유니트(30) 및 웨이퍼에 구비된 정렬키를 이용해서 웨이퍼를 정렬시킨다.(ST1)
그 다음, 상기 노광 장치 내에서 감광막에 대한 노광을 수행하고, 이어서,노광 장치로부터 웨이퍼를 반출시킨 후, 반출된 웨이퍼를 상기 노광 장치와 인-라인으로 배치된 현상 장비에 반입시켜 노광된 감광막에 대한 현상을 수행한다.(ST2)
다음으로, 노광 및 현상이 완료된 웨이퍼를 전술한 노광 장치에 재차 반입시키고, 상기 노광 장치에 구비된 광원(20)으로부터 상기 웨이퍼에 구비된 오버레이 측정 키에 빛을 조사하고, 상기 웨이퍼의 오버레이 측정 키로부터 반사된 빛을 상기 오버레이 측정용 센서(41)에서 센싱하여 노광 및 현상을 통해 형성된 감광막 패턴, 즉, 해당 웨이퍼에서의 현 레이어와 이미 형성된 이전 레이어간의 오버레이를 측정한다.(ST3)
여기서, 상기 오버레이는 기존의 노광 장치로는 그 측정이 불가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 노광 장치에 오버레이 측정이 가능한 오버레이 측정용 센서(41)를 포함하는 오버레이 측정 유니트(50)를 추가로 구비시킴으로써, 그 측정이 가능하도록 만든다. 또한, 상기 센서(41)로는 박스 형상을 갖는 종래의 오버레이 측정 키를 이용한 오버레이 측정이 복잡하고, 어려우므로, 본 발명의 실시예에서는 오버레이 측정 키를 노광 장치에서 웨이퍼 정렬을 위해 형성하는 웨이퍼 정렬키와 동일하거나 유사한 형태로 변경한다. 부연하면, 본 발명의 실시예에서는 웨이퍼 정렬을 위한 정렬키의 형상을 변경시켜, 이 정렬키를 오버레이 측정 키로서 이용한다.
자세하게, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬키를 겸하는 오버레이 측정 키를 도시한 도면들이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 측정 키(70, 80, 90)는 동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어, 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 한 쌍으로 이루어진 제1오버레이 측정 키(61, 71, 81)와 제2오버레이 측정 키(62, 72, 82)로 구성된다.
여기서, 상기 제1오버레이 측정 키(61, 71, 81)는 이전 레이어에서 형성된 것이며, 상기 제2오버레이 측정 키(62, 72, 82)는 현 레이어에서 형성되는 것이다. 또한, 상기 제1오버레이 측정 키(61, 71, 81)와 제2오버레이 측정 키(62, 72, 82)를 배치시킴에 있어서는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 상호 끝단이 연결됨이없이 전체적으로 사진틀 형상을 이루도록 배치시키거나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각 X축과 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 X축 방향끼리, 그리고, Y축끼리 서로 이격해서 배치시키며, 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 각각 X축 및 Y축을 동시에 갖는 꺽임 형상, 즉, "ㄴ" 형상을 갖도록 형성하여, 이들을 이격 배치시킨다.
그러므로, 본 발명은 상기와 같은 오버레이 측정 키(70, 80, 90)의 변경을 통해, 그리고, 기존의 노광 장치에 구비되어 있는 광원과 추가로 구비시킨 오버레이 측정용 센서(41)를 이용함으로써, 별도의 오버레이 측정 장비를 이용하지 않고도 한 로트의 웨이퍼들 각각에 대한 순차적인 노광 및 현상 공정이 진행되는 동안에 노광 및 현상된 각 웨이퍼에 대한 오버레이를 측정할 수 있다.
계속해서, 상기 측정된 오버레이 값, 또는, 이미 측정된 웨이퍼들 각각에 대한 오버레이 값들의 평균 값으로부터 노광 대기중인 웨이퍼에 대한 노광 조건을 보정한다.(ST4) 이 경우, 이전 웨이퍼들에 대한 오버레이 파라미터(parameter)로 노광 대기중인 웨이퍼에 대한 보정을 행하기 때문에 보다 향상된 오버레이 정확도를 얻을 수 있으며, 아울러, 웨이퍼들간 오버레이 정확도의 차이를 최대한 줄일 수 있게 된다.
즉, 종래에는 특정 웨이퍼에 대한 오버레이 정확도를 측정한 후, 이 측정된 값으로부터 보정을 행하기 때문에 표준이 되는 웨이퍼와 다른 웨이퍼간의 오버레이 정확도의 차이가 클 수 있지만, 본 발명의 경우에는 이미 측정된 웨이퍼들에 대한 오버레이 측정 값들의 평균값으로 보정을 행하기 때문에 웨이퍼들간의 오버레이 정확도의 차이를 최대한 줄일 수 있다.
다음으로, 한 로트 내의 모든 웨이퍼들에 대한 노광 및 현상 공정을 완료한다.(ST5)
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 이미 측정된 웨이퍼들에서의 오버레이 값들의 평균값으로 후속하는 웨이퍼에 대한 노광시의 노광 조건, 예를들어, 샷 크기(shot magnification), 샷 회전(shot rotation), 샷 옵세트(shot offset), 웨이퍼 스케일, 웨이퍼 직교도 등을 보정하기 때문에 각 웨이퍼에 대해 향상된 오버레이 정확도를 얻을 수 있음은 물론, 웨이퍼들간의 오버레이 정확도 차이도 최대한 줄일 수 있다. 특히, 한 로트의 웨이퍼들에 대한 노광 및 현상이 수행되는 동안에 노광 및 현상이 완료된 웨이퍼에 대한 오버레이 정확도를 측정할 수 있는 바, 오버레이 측정을 위한 별도의 장비 및 공정 시간이 필요치 않다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 현상이 완료된 웨이퍼를 재차 노광 장치로 반입시켜야 하므로, 바람직하게, 인-라인 장비에서 현상 후에 노광 장치로의 반입을 위한 프로그램 변경이 수반되어야 한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 로트 단위의 웨이퍼들에 대한 순차적인 노광 및 현상 동안에 각 웨이퍼에 대한 오버레이를 측정할 수 있으며, 이미 측정된 오버레이 값들의 평균 값에 근거해서 후속하는 웨이퍼 노광 조건을 보정할 수 있는 바, 각 웨이퍼에서의 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 별도의 오버레이 측정 장비가 필요치 않으며, 이에 따라, 장비 투자 비용에 기인하는 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.
게다가, 각 웨이퍼에서의 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있는 것을 통해 웨이퍼 재생(rework)을 줄일 수 있으며, 아울러, 오버레이 측정을 노광 및 현상 공정중에 실시할 수 있는 것으로 인해 노광 및 현상의 완료 후에 별도의 오버레이 측정이 필요치 않는 바, 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광원; 상기 광원과 웨이퍼간을 정렬시키기 위한 웨이퍼 정렬 유니트; 및 상기 광원으로부터 나온 빛을 소정 배율로 축소시켜 웨이퍼에 조사되도록 하는 투영 렌즈부를 포함하는 노광 장치에 있어서,
    상기 광원으로부터 웨이퍼에 구비된 오버레이 정렬 키에 빛을 조사시킨 후, 상기 오버레이 정렬 키로부터 반사된 빛을 센싱하는 것에 의해 노광 및 현상을 통해서 형성된 현 레이어와 이미 형성되어져 있는 이전 레이어간의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정 유니트가 추가 구비된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오버레이 측정 유니트는 오버레이 측정용 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 노광시에 웨이퍼 정렬키로서 사용하면서, 현 레이어와 이전 레이어간의 오버레이를 측정하기 위해 사용하는 오버레이 측정 키로서,
    동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어, 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 한 쌍으로 이루어지며, 이전 레이어에서 형성된 제1오버레이 측정 키와 현 레이어에서 형성시킨 제2오버레이 측정 키로 구성되는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 키.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1오버레이 측정 키와 제2오버레이 측정 키는
    각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 상호 끝단이 연결됨이없이 전체적으로 사진틀 형상을 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 키.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제1오버레이 측정 키와 제2오버레이 측정 키는
    각각 X축과 Y축 방향으로 배치된 한 쌍이 X축 방향끼리, 그리고, Y축끼리 서로 이격해서 배치된 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 키.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제1오버레이 측정 키와 제2오버레이 측정 키는
    각각 X축 및 Y축을 동시에 갖는 꺽임 형상을 갖으면서, 상호 이격 배치된 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 키.
  7. 광원과 웨이퍼 정렬 유니트 및 투영 렌즈부로 구성되면서 오버레이 측정용 센서를 갖는 오버레이 측정 유니트가 추가 구비된 노광 장치 내에서, 동일한 크기를 갖으면서 평행하게 배치되는 수 개의 바 패턴들이 동일 수만큼씩 단위 그룹을 이루어 이전 레이어 및 현 레이어 각각에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 배치되는 형상의 오버레이 측정 키가 구비되어진 웨이퍼로부터 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정하기 위한 방법에 있어서,
    노광 및 현상이 완료된 웨이퍼를 노광 장치 내에 재차 반입시켜, 상기 노광 장치에 구비된 광원으로부터 상기 웨이퍼에 구비된 오버레이 측정 키에 빛을 조사하고, 상기 웨이퍼의 오버레이 측정 키로부터 반사된 빛을 상기 오버레이 측정용 센서에서 센싱하여 해당 웨이퍼에서의 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정하며, 이전 웨이퍼들로부터 측정된 오버레이 값들의 평균 값에 근거하여 후속하는 웨이퍼에 대한 노광 조건을 보정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 오버레이 측정방법.
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