KR20030000990A - 반도체 기판의 오버레이 측정방법 - Google Patents

Abstract

반도체 기판의 오버레이 측정에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 오버레이 측정방법이 개시되고 있다. 오버레이 측정장치는 이송되어진 다수의 카세트들 중 제1카세트에 수용된 반도체 기판들에 매핑 작업을 수행하고, 상기 반도체 기판들에 대한 예비정렬과 오버레이 측정을 순차적으로 수행한다. 그 동안, 제2카세트에 수용된 반도체 기판들에 대한 매핑 작업을 수행한다. 따라서, 제1카세트에 수용된 반도체 기판들에 대한 오버레이 측정이 종료된 후 시간적인 공백없이 제2 카세트에 수용된 반도체 기판들에 대한 오버레이 측정을 수행할 수 있다.

Description

반도체 기판의 오버레이 측정방법{Method for Measuring Overlay of Semiconductor Substrate}

본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판의 오버레이 측정 방법에 관한 것이다.

근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판 위에 다층 막을 형성하고, 마스크 상의 패턴을 반도체 기판 위에 옮기는 공정을 수차례 반복해야 하며, 이를 통상적으로 포토리소그래피 공정이라 한다.

통상적인 포토리소그래피 공정은 반도체 기판의 전면에 포토레지스트를 도포하는 단계, 상기 반도체 기판의 전면에 도포된 포토레지스트의 균일도 유지를 위해 열을 가하는 베이크 단계, 마스크에 형성된 패턴을 반도체 기판 표면의 패턴과 일치시킨 후 자외선 빛을 부분적으로 투과시켜 해당부위의 포토레지스트를 노광하는 단계, 노광이 끝난 반도체 기판에 현상 용액을 분사시켜 노광시 빛을 받은 부분이나 빛을 받지 않은 부분을 화학작용에 의해 제거하는 단계, 현상된 상태와 정열(Align)된 상태를 측정하고 결함(Defect)을 검사하는 단계로 진행된다.

특히, 검사하는 단계에서는 전자 주사빔 현미경(Critical Dimension Scanning Electronic beam Microscope : CD SEM)을 이용해서 반도체 기판 상에 전사된 패턴의 폭이 원하는 크기로 형성되었는지를 확인하는 것과 함께, 오버레이(Overlay) 측정장치를 이용해서 이전에 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 패턴과 현재 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인한다.

상기 오버레이 측정을 위한 패턴 형성 방법의 일 예는 대한민국 특허등록 제 215,879호에 개시되어 있다. 상기 오버레이 측정 패턴은 아우터 박스(Outer Box), 이너 박스(Inner Box) 및 미들 바(Middle Bar)를 포함한다. 그리고, 대한민국 특허공개 제2001-0003301호에는 오버레이 측정장치의 자동화에 관한 일 예가 개시되어 있다.

상기 오버레이 측정은 반도체 장치의 품종 및 공정에 따라 로트(Lot) 단위로 진행되는 반도체 기판을 모두 측정하거나 일부를 샘플링(Sampling)하여 테스트하는 방식이 있다.

상기 오버레이 측정공정의 진행 순서를 살펴보면 다음과 같다.

상기 오버레이 측정장치에 구비되는 카세트 스테이지에 다수의 카세트가 이송되면, 먼저 첫 번째 카세트에서 반도체 기판이 상기 카세트의 어느 위치에 수용되어 있는지를 감지하는 매핑(Mapping)이 수행된다.

그리고, 상기 반도체 기판은 오버레이 측정장치에 설치되어 있는 반도체 기판 이송기구에 의해 예비정렬기구(Pre-aligner)로 이송되고, 상기 예비정렬기구에 의해 상기 반도체 기판의 예비정렬(Pre-align)이 수행된다.

상기 예비정렬이 수행된 상기 반도체 기판은 다시 상기 이송기구에 의해 상기 오버레이 측정장치에 구비되어 상기 반도체 기판이 놓여지는 척으로 이송되어 오버레이가 측정된다.

상기 오버레이 측정이 종료된 상기 반도체 기판은 다시 상기 이송기구에 의해 상기 첫 번째 카세트에 수용된다.

상기 첫 번째 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들의 오버레이 측정이 모두 종료된 후에 상기 오버레이 측정장치는 두 번째 카세트를 매핑하고, 상기와 같은 일련의 동작들에 의해 상기 두 번째 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들의 오버레이 측정을 수행한다.

상기와 같은 방식으로 상기 카세트 스테이지로 이송된 카세트들에 수용된 반도체 기판들의 오버레이 측정이 모두 종료되면 상기 카세트들은 다음 공정으로 이송된다.

상기와 같은 반도체 기판의 오버레이 측정 방식은 첫 번째 카세트의 측정공정이 종료된 후에 두 번째 카세트의 매핑이 시작되므로 상기 두 번째 매핑이 진행되는 시간에 해당되는 만큼의 시간적인 손실이 발생된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 시간적인 손실을 방지할 수 있는 반도체 기판의 오버레이 측정방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 적용하기 위한 오버레이 패턴을 측정하기 위한 장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 적용하기 위한 오버레이 패턴을 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 오버레이 패턴을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예를 적용하여 반도체 공정에서의 오버레이 패턴을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100, 200 : 반도체 기판 110 : 카세트

120 : 카세트 스테이지 130 : 측정실

140 : 이송기구 150 : 예비정렬기구

160 : 척 210 : 하부 오버레이 패턴

215 : 상부막 220 : 상부 오버레이 패턴

230 : 중심 영역 240 : 좌측 영역

250 : 우측 영역 260 : 상측 영역

270 : 플랫존 영역 280a : 중심 측정부

280b : 모서리 측정부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, a) 반도체 기판상에 형성된 패턴들의 정렬을 확인하기 위한 오버레이 패턴을 측정하는 오버레이 측정장치로 상기 반도체 기판들이 적재되는 카세트들을 이송하고, 상기 카세트들 중 제1카세트에 적재되어 있는 반도체 기판들이 적재 위치를 확인하는 단계, b) 상기 적재 위치가 확인된 반도체 기판들 중 첫 번째 반도체 기판을 예비정렬기구가 오버레이 측정을 위해 예비정렬하는 단계, c) 상기 첫 번째 반도체 기판에 대한 오버레이 측정을 수행하고, 그와 동시에 두 번째 반도체 기판을 상기 예비정렬하는 단계, d) 나머지 반도체 기판들에 대하여 순차적으로 상기 예비정렬과 오버레이 측정을 수행하고, 그 동안 상기 카세트들 중 제2카세트에서 반도체 기판들이 수용된 위치를 확인하는 단계 및 e) 상기 제1카세트에 수용된 마지막 반도체 기판에 대한 오버레이 측정을 수행하고, 그와 동시에 제2카세트에 수용된 첫 번째 반도체 기판을 예비정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 오버레이 측정방법을 제공한다.

따라서, 다수의 카세트들 중 오버레이 측정이 선행되는 카세트에 수용된 반도체 기판들 중 마지막 반도체 기판에 대한 오버레이 측정이 수행되는 도중에 그 다음의 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들의 위치를 확인하고, 상기 반도체 기판들 중 하나를 예비정렬함으로서 상기 카세트들간의 시간적인 손실을 막을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 오버레이 측정방법을 설명하기 위한 오버레이 측정장치의 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 기판(100)을 수용하는 카세트(110)들이 놓여지는 카세트 스테이지(120)와 오버레이 측정을 위한 측정실(130)이 도시되어 있다.

카세트 스테이지(120)에는 두 개의 카세트(110)가 이송되고,(S10 단계) 상기 두 개의 카세트(110) 중 제1 카세트(110a)에 수용되어 있는 반도체 기판(100)들을 매핑 작업을 수행한다.(S20 단계)

상기 카세트(110)의 내부에는 다수의 반도체 기판(100)들을 수용하기 위한 다수의 슬롯(Slot)들이 형성되어 있고, 상기 매핑 작업은 상기 슬롯들에 수용되어 있는 반도체 기판(100)의 슬롯 번호를 확인하는 작업이다.

상기 매핑 작업이 종료되면 이송기구(140)에 의해 첫 번째 반도체 기판(100)이 예비정렬기구(150)로 이송되고, 예비정렬기구(150)에 의해 반도체 기판(100)의 예비정렬이 수행된다.(S30 단계)

이때, 반도체 기판(100)의 가장자리에는 반도체 기판(100)을 정렬하기 위한기준으로서 정렬마크가 형성되어 있어 예비정렬기구(150)와 상기 정렬마크를 일치시킴으로서 상기 예비정렬이 수행된다.

상기 예비정렬이 수행된 첫 번째 반도체 기판(100)은 다시 이송기구(140)에 의해 측정실(130)에 구비되는 척(160)으로 이송되고, 오버레이 측정을 위한 정렬이 수행된 후에 오버레이 측정이 수행된다.

상기 첫 번째 반도체 기판(100)에 대한 오버레이 측정이 수행되는 동안 이송기구(140)는 제1 카세트(110a)에 수용되어 있는 두 번째 반도체 기판(100)을 예비정렬기구(150)로 이송하고, 상기 두 번째 반도체 기판의 예비정렬이 수행된다.(S40 단계)

오버레이 측정이 종료된 반도체 기판(100)은 다시 이송기구(140)에 의해 제1 카세트(110a)의 원래의 위치로 이송하고, 상기 두 번째 반도체 기판(100)을 척(160)으로 이송한다.(S50 단계)

상기와 같은 일련의 검사 과정을 제1 카세트(110a)에 수용되어 있는 반도체 기판(100)들에 대하여 반복적으로 수행한다.

제1 카세트(110a)에 수용되어 있는 반도체 기판(100)들에 대한 오버레이 측정이 수행되는 동안 제2 카세트(110b)에 수용되어 있는 반도체 기판(100)들에 대한 매핑 작업이 수행된다.(S60 단계)

제1 카세트(110a)에 수용되어 있는 마지막 반도체 기판(100)의 오버레이 측정이 수행될 때, 이송기구(140)는 제2 카세트(110b)에 수용되어 있는 첫 번째 반도체 기판(100)을 예비정렬기구(150)로 이송하여 예비정렬한다.(S70 단계)

제2 카세트(110b)에 수용되어 있는 반도체 기판(100)들에 대한 상기 예비정렬과 오버레이 측정이 순차적으로 수행되고, 마지막 반도체 기판(100)에 대한 상기 오버레이 측정이 수행되면 제1, 제2 카세트(110a, 110b)는 후속 공정을 위하여 이송된다.(S80 단계)

도 3은 본 발명의 일 실시예를 적용하기 위한 오버레이 패턴을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 오버레이 패턴을 나타내는 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 형성된 스크라이브 라인(Scribe Line)에 하부 오버레이 패턴(210) 및 상부 오버레이 패턴(220)이 형성되어 있다.

상기 하부 오버레이 패턴(210)은 하부막 패턴에 해당되는 패턴으로서, 하부막 패턴을 형성할 때 함께 형성하는데, 중공(中空)의 아우터 박스(Outer box) 형태로 형성한다. 이에 상기 하부 오버레이 패턴(210)은 중공의 홀(Hole)을 약 20㎛로, 일측면을 약 30 내지 40㎛ 정도의 길이를 갖도록 형성한다.

상기 상부 오버레이 패턴(220)은 하부막 상에 형성하는 상부막(215)을 상부막 패턴으로 형성하기 위한 패턴 마스크인 포토레지스트 패턴에 해당되는 패턴으로써, 상기 포토레지스트 패턴을 형성할 때 함께 형성하는데, 상기 하부 오버레이 패턴(210)보다 작은 면적을 갖도록 일측면을 약 10㎛ 정도의 길이로 형성한다.

상기 상부 오버레이 패턴(220)은 상기 정렬을 위한 측정 타겟(Target)으로써, 상기 하부 오버레이 패턴(210)내에 상기 상부 오버레이 패턴(220)이 형성되었는가를 측정한다. 상기 측정은 반도체 기판(200) 상에 가시광 빔(Visual Beam)을방사하고, 상기 가시광 빔이 반도체 기판(200)에서 반사되는 반사광을 검출함으로 수행된다.

이때, 상기 상부 오버레이 패턴(220)이 상기 하부 오버레이 패턴(210)내에 허용 오차 범위를 만족하면서 형성될 때 정렬이 올바르게 이루어지는 것으로 판단한다.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예를 적용하여 반도체 공정에서의 오버레이 패턴을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 반도체 기판(200)상에 오버레이 패턴을 측정하기 위한 영역들을 나타낸다. 상기 오버레이 패턴들은 상기 기판(200)의 중심 영역(230), 상기 중심 영역(230)을 기준으로 수평한 좌측 주연 영역(240), 우측 주연 영역(250), 수직한 상측 주연 영역(260) 및 플랫존(Flat zone) 영역(270)에 형성되고, 상기 영역들 각각에 5군데를 측정한다. 상기 5군데는 상기 오버레이 패턴내의 중심 측정부(280a) 및 모서리 측정부(280b)들이다.

상기 오버레이 패턴의 측정은 단일층에 대한 오버레이 패턴의 측정에 대한 예를 나타내는 것으로서, 각 측정부를 2회 측정한다. 이에 따라 단일층의 기판에 대한 오버레이 패턴의 측정은 50회가 이루어지는데, 표시된 숫자와 같은 순서에 의한다.

즉, 상기 오버레이 패턴들 내의 중심 측정부(280a)들을 측정한 다음 각각에 해당하는 모서리 측정부(280b)들을 순차적으로 측정하는 것으로서, 상기 상측 영역(260)의 오버레이 패턴의 중심 측정부(280a)를 2회 측정한 다음 상기 우측 영역(250)의 중심 측정부(280a)를 2회 측정하고, 계속해서 플렛존 영역(270), 좌측 영역(240) 및 중심 영역(230) 오버레이 패턴내의 중심 측정부(280a)를 2회 측정한다. 그리고 좌측 상부의 모서리 측정부(280b), 우측 상부의 모서리 측정부(280b), 우측 하부의 모서리 측정부(280b), 좌측 하부의 모서리 측정부(280b)를 계속해서 측정한다.

따라서, 상기와 같이 본 발명에 따른 일 실시예에서는 제1 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판에 대한 오버레이 측정이 종료되고, 제2 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판에 대한 오버레이 측정을 시작하는 사이에 시간적인 손실이 발생되지 않는다.

실제로, 상기와 같은 오버레이 측정방법을 사용할 경우 두 개의 카세트에 수용된 반도체 기판들에 대한 오버레이 측정 시간을 약 20초 정도를 절감할 수 있고, 장치 가동률이 100%인 오버레이 측정장치가 하루에 10,000매의 반도체 기판의 오버레이를 측정할 경우 약 2시간 10분 정도의 시간을 절감할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 선행 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들에 대한 예비정렬과 오버레이 측정을 수행하는 동안 그 다음 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들에 대한 매핑 작업을 수행함으로서 상기 선행 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들과 상기 다음 카세트에 수용되어 있는 반도체 기판들에 대한 오버레이 측정이 시간적인 공백없이 수행될 수 있다.

따라서, 오버레이 측정에 소요되는 시간을 절감함으로서 반도체 장치의 제조비용 절감과 생산성이 향상되는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (2)

1. a) 반도체 기판 상에 형성된 패턴들의 정렬을 확인하기 위한 오버레이 패턴을 측정하는 오버레이 측정장치로 상기 반도체 기판들이 적재되는 카세트들을 이송하고, 상기 카세트들 중 제1카세트에 적재되어 있는 반도체 기판들이 적재 위치를 확인하는 단계;

   b) 상기 적재 위치가 확인된 반도체 기판들 중 첫 번째 반도체 기판을 예비정렬기구가 오버레이 측정을 위해 예비정렬하는 단계;

   c) 상기 첫 번째 반도체 기판에 대한 오버레이 측정을 수행하고, 그와 동시에 두 번째 반도체 기판을 상기 예비정렬하는 단계;

   d) 나머지 반도체 기판들에 대하여 순차적으로 상기 예비정렬과 오버레이 측정을 수행하고, 그 동안 상기 카세트들 중 제2카세트에서 반도체 기판들이 수용된 위치를 확인하는 단계; 및

   e) 상기 제1카세트에 수용된 마지막 반도체 기판에 대한 오버레이 측정을 수행하고, 그와 동시에 제2카세트에 수용된 첫 번째 반도체 기판을 예비정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 오버레이 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 오버레이 측정장치로 이송된 상기 카세트들에 적재된 반도체 기판들에 대한 상기 오버레이 측정이 종료될 때까지 상기 c) 내지 e) 단계가 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 오버레이 측정방법.