KR20030008414A - 오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템 및 오버레이측정방법 - Google Patents

Abstract

오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템 및 오버레이 측정방법이 개시된다. 정렬 및 노광공정을 수행하는 스텝퍼와 코팅 및 현상공정을 수행하는 스피너를 인라인으로 연결한 인라인 시스템은, 상기 스피너에 인라인으로 연결되어 상기 스피너에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼상의 오버레이를 자동적으로 측정하는 오버레이 계측기를 포함하는 것에 의해, 오버레이 측정시간의 단축 및 작업의 간소화가 달성되는 효과를 갖는다.

Description

오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템 및 오버레이 측정방법 {in-line system having function for measuring overlay accuracy and method for measuring same}

본 발명은 반도체 소자 제조에서의 오버레이 테스트에 관한 것으로, 특히 인라인 시스템에서의 오버레이 측정에 관한 것이다.

최근의 반도체 소자들의 경우, 경쟁력 확보에 필요한 저 비용 고품질의 달성을 위해 고집적화가 필수적이다. 고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조공정의 기술 및 제조 시스템도 다양한 형태로 발전되고 있는 추세이다.

반도체 소자의 대량제조를 위한 웨이퍼의 가공은 웨이퍼내의 각각의 칩상에 동일한 패턴을 갖는 전자회로를 구성하기 위해 필수적인 작업이다. 그러한 웨이퍼 가공작업에서, 로트(lot)단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러종류의 막을 형성하고, 패턴 마스크를 이용하여 웨이퍼의 특정부분을 선택적으로 식각하는 작업이 반복적으로 행해진다.

일반적으로, 반도체 제조공정중의 하나인 포토리소그래피 공정은 코팅공정, 정렬 및 노광공정, 현상공정, 오버레이 측정공정, 크리티컬 디멘젼 측정공정 등의 순으로 진행된다. 여기서, 코팅공정 및 현상공정은 스피너(트랙장비라고도 함)에 의해 통상적으로 수행되고, 정렬 및 노광공정은 스텝퍼에 의해 통상적으로 수행된다. 상기 두 장비는 대개 인라인(in-line)으로 연결되어 상기의 공정들을 차례로 수행하므로 통칭 인라인 장비로서도 불려지며, 상기 코팅, 정렬 및 노광, 현상공정들은 인라인 공정에 속해있다.

상기 인라인 공정이 완료된 직후에 수행되는 오버레이 측정 공정은 오버레이 측정기를 사용하여 임의의 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 체크하는 공정이다. 상기 오버레이 측정공정에서 웨이퍼상의 메인 칩들 사이에 위치된 스크라이브 레인에 통상적으로 형성된 오버레이 패턴이 이용된다. 오버레이 정확도(overlay accuracy)즉, 반도체 소자의 중첩 정확도의 측정은 이전의 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과 현재 수행된 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과의 위치정렬이 제대로 이루어졌는 지를 확인하는 것으로서, 설정된 광 빔을 정렬된 웨이퍼상에 방사하고 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함에 의해 이전과 현재의 소자 패턴과의 벗어난 정도를 비교함으로써 달성된다.

8인치 직경 이하의 웨이퍼를 사용하고 있는 반도체 제조공정에서는 오버레이 계측시 라인의 생산효율을 고려하여 25매로 이루어진 한 로트중 수매만을 샘플링하여 체크를 통상적으로 한다. 그러나 웨이퍼의 직경이 12인치 이상으로 커지는 경우에 그러한 샘플링 체크의 수행은 한 로트에 대한 중첩 정확도의 신뢰성을 저하시킨다. 왜냐하면, 소자의 고집적화에 따른 D17 이하의 소자에서 요구되는 오버레이 편차는 30nm 정도이나, 실제적으로 한 로트의 모든 웨이퍼 25매를 측정시 웨이퍼 대 웨이퍼에서만 20nm의 편차를 가지고 있는 바, 디바이스에서 요구하는 30nm 편차를 맞추기가 어렵기 때문이다. 결국, 웨이퍼의 구경이 확대됨에 따라, 오버레이 불량을 초래할 위험이 가중된다. 더욱이, 12인치 이상의 웨이퍼에서 쿼터 마이크로 디자인 룰이 적용되면 가변적인 낱장 웨이퍼의 정렬 산포불량은 수율 산포불량의 극대화로 이어질 수 있다. 이와 같은 현상에 따라 12인치 웨이퍼의 적용시 원가부담 역시 가중된다.

오버레이 측정시 상기한 바와 같은 종래의 샘플링 체크방법은 웨이퍼의 구경이 커짐에 따라 표본 신뢰성이 저하되며, 디자인 룰이 보다 크리티컬 해짐에 따라 낱장 웨이퍼의 정렬 산포가 문제시되므로, 한 로트내의 모든 웨이퍼에 대한 오버레이를 체크하는 전수검사가 필연적으로 대두되어진다.

종래에는 도 1에서 보여지는 바와 같이, 인라인 장비(10,20)와는 별도로 설치된 로컬 오버레이 계측기(30)에서 도 2에서 보여지는 바와 같은 오버레이 측정의 처리순서에 의거하여 오버레이를 측정해 왔다. 도 1에서 스텝 S10은 감광막 예컨대 포토레지스트를 도포하는 코팅공정, S20은 정렬공정, S30은 노광공정, S40은 현상공정을 각기 가리킨다. 도 2에서 코팅(102),정렬 및 노광(104), 현상(106), 1로트 진행 완료 체크(108)공정들로 이루어진 인라인 공정(100)이 완료되면, 로트 끝 단계(110)로 진행하여 샘플 오버레이 측정을 행하는 단계(112)가 수행된다.

그러한, 도 1과 같은 시스템에서 도 2와 같이 오버레이 측정을 행하는 경우에 측정시간이 비교적 오래 걸린다. 예를 들어, 웨이퍼 1장당 10분정도의 측정시간이 걸린다고 하면, 한 로트내의 모든 웨이퍼를 측정하려면 수시간 이상이 걸리기 때문이다. 따라서, 이로 인하여 전체적인 양산 퍼포먼스가 저해된다. 결국, 종래에는 상기 스텝 S40에서 현상공정이 완료된 웨이퍼를 작업자가 도수운반을 하여 로컬 오버레이 계측기(30)로 가져가 오버레이 샘플 측정을 하여왔다. 그러므로, 샘플 검사가 아닌 전수검사시에는 측정시간이 더욱 오래 걸려 양상 퍼포먼스가 저해됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 종래에는 오버레이 측정시 인라인 장비와는 별도의 장비로 웨이퍼를 로딩시켜야 함에 따라 시간상의 지연이 발생하게 되고, 이로 인한 제조공정의 수율저하와 웨이퍼 오염 가능성이 많다. 또한, 측정한 오버레이 정확도를 보정하기 위해 스텝퍼(20)에 보정 값을 입력할 때 발생되는 작업자의 실수나 작업상의 번잡함으로 인해 중첩 정확도의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 종래의 문제점들을 해결하기 위해 오버레이 측정을 인라인으로 수행할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 작업방식의 간소화와 오버레이 측정시간의 단축을 위해 현상공정 이후에 인라인으로 오버레이 측정까지를 모두 행하는 인라인 시스템 및 오버레이 측정방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대구경 웨이퍼의 적용시 낱장 단위의 오버레이 계측을 인라인 공정으로 행할 수 있는 오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템 및 그에 따른 오버레이 측정방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상(aspect)에 따라, 정렬 및 노광공정을 수행하는 스텝퍼와 코팅 및 현상공정을 수행하는 스피너를 인라인으로 연결한 인라인 시스템은, 상기 스피너에 인라인으로 연결되어 상기 스피너에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼상의 오버레이를 자동적으로 측정하는 오버레이 계측기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 양상에 따라, 정렬 및 노광공정을 수행하는 스텝퍼와 코팅 및 현상공정을 수행하는 스피너를 인라인으로 연결한 인라인 시스템에서의 오버레이 측정방법은, 상기 스피너에 오버레이 계측기를 인라인으로 연결하고, 상기 스피너에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼의 오버레이를 자동적으로 측정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 로컬 오버레이 측정과정을 보인 인라인 시스템의 개략적 블록도

도 2는 도 1에 따른 오버레이 측정의 처리흐름도

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인라인 오버레이 측정과정을 보인 인라인 시스템의 블록도

도 4는 도 3에 따른 인라인 시스템의 제어관련 블록도

도 5는 도 3에 따른 인라인 오버레이 측정의 처리흐름도

이하에서는 본 발명에 따른 오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템 및 오버레이 측정방법에 대한 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 비록 다른 도면에 표시되어 있더라도 동일내지 유사한 기능을 수행하는 구성요소들은 동일한 참조부호로서 나타나 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인라인 오버레이 측정과정을 보인 인라인 시스템의 블록도이다. 도 1의 구성과는 달리 스피너(10), 스텝퍼(20), 및 오버레이 계측기(31)가 모두 인라인으로 연결되어 있다. 여기서, 상기 오버레이 계측기(31)는 상기 스피너(10)에 인라인으로 연결되어 상기 스피너(10)에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼상의 오버레이를 자동적으로 측정하는 기능을 수행한다. 즉, 스텝 S1에서 코팅공정, S2에서 정렬공정, S3에서 노광공정, 및 S4에서 현상공정이 완료되면, 웨이퍼를 배출함이 없이 스텝 S5에서 연속적으로 오버레이 측정이 수행되는 것이다. 이 경우에 오버레이 측정의 결과 오버레이 측정 에러가 발생되면 빠른 런(run) 처리를 위해 별도의 리젝트 포트(32)를 통해 배출될 수 있다. 오버레이 측정시 상기 웨이퍼는 상기 스피너(10)와 상기 오버레이 계측기(31)의 입출력 페데스탈을 경계로 하여 전달된다. 상기 스피너의 인덱스 아암은 상기 오버레이 계측기의 아암으로도 공통으로 사용되게 하는 것이 바람직하며, 그러한 경우에 상기 공통 인덱스 아암이 웨이퍼를 상기 오버레이 계측기에 직접 로딩 및 언로딩 한다.

도 4는 도 3에 따른 인라인 시스템의 제어관련 블록도이다. 도면을 참조하면, 작업자의 명령을 수신하는 작업자 인터페이스(302), 상기 작업자 인터페이스(302)로부터 명령을 수신하며 미리 설정된 프로그램에 따라 인라인 시스템의 작업공정에 대한 제반 제어를 수행하는 메인 콘트롤러(300), 상기 메인 콘트롤러(300)와 연결되어 작업에 관한 데이터를 저장하는 데이터 베이스(306), 상기 메인 콘트롤러(300)와 연결되어 작업의 상태를 디스플레이하는 표시부(304), 상기 메인 콘트롤러(300)와 연결되어 각 제어부와 인터페이스를 행하는 인터페이스부(308), 스텝퍼(20)를 제어하는 스텝퍼 제어부(310), 스피너(10)를 제어하는 스피너 제어부(311), 반송로봇장비(25)를 제어하는 로봇 제어부(312), 및 오버레이 장비(31)를 제어하는 오버레이 제어부(313)로 구성되어 있다.

도 5는 도 3에 따른 인라인 오버레이 측정의 처리흐름도이다. 도면을 참조하면, 코팅(102), 정렬 및 노광(104), 현상(106), 오버레이 측정(107), 1로트 진행 완료 체크(108)공정들로 이루어진 인라인 공정(101)이 보여진다. 상기 오버레이 측정(107)까지를 포함하는 인라인 공정(101)이 완료되면, 비로서 로트 끝 단계(110)로 진행하여 다음의 프로세스로 넘어간다. 이와 같이, 한 로트내의 웨이퍼 한 장에 대한 현상공정이 완료될 때 마다 제107단계에서 오버레이 측정을 인라인으로 행한다. 미설명된 PR 스트립(113)공정은 웨이퍼에 도포된 감광막 예컨대 포토레지스트막을 제거하는 공정으로서, 주로 습식식각에 의해 행해진다.

한편, 오버레이 계측기(31)는 오버레이 측정실 내에 설치되는 오버레이 측정용 스테이지 및 오버레이 측정실 상면에 설치된 할로겐 광 제어장치로 구성할 수 있다. 현상공정이 완료된 후, 상기 웨이퍼가 상기 스피너의 인덱스 아암에 의해 상기 스피너(10)의 인덱스부(11)에 인라인으로 연결된 오버레이 계측기(31)의 오버레이 측정실로 이동되면, 오버레이 측정실에 설치된 발광소자와 수광소자에 의해 이동이 검출된다. 이에 따라, 상기 할로겐 광 제어장치의 제어동작에 의해 할로겐 램프가 온된다. 상기 오버레이 측정용 스테이지까지 이동된 웨이퍼는 스테이지 상의 설정된 위치에 안착된 후 오버레이 측정이 인라인으로 실행된다. 상기 오버레이 측정은, 상기 할로겐 램프에 의해 발생되는 광 빔을 정렬된 웨이퍼상에 주사하고, 상기 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함에 의해 이전과 현재의 소자 패턴과의 벗어난 정도를 상기 오버레이 제어부(313)와 통신하는 메인 콘트롤러(300)가 비교함으로써 수행된다. 오버레이 측정에 관하여 보다 상세한 것은, 미합중국에서 발명자 다나까에게 1995년 11월 21일자로 특허허여된 미합중국 특허번호 5,468,580호를 참조할 수 있을 것이다. 상기 특허에는 제1,2 오버레이 측정패턴을 형성한 후, 측정패턴들간의 오버레이 편차량을 측정하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 오버레이의 측정에서 발생된 에러를 보상하는 오버레이 테스팅 방법도 본 발명의 수행시에 오버레이 측정의 정밀도 향상을 위해 적용가능하다. 그러한 기술은 미합중국에서 발명자 배상만에게 1998년 6월 16일자로 특허허여된 미합중국 특허번호 5,766,809호에 개시되어 있다.

본 발명의 실시 예에서 오버레이 패턴은 다음과 같이 제조될 수 있다. 기판상에 감광성 물질을 도포한 후 노광 및 현상하여 인너박스를 형성한다. 상기 인너 박스를 포함한 기판상에 임의의 막을 도포한 후 상기 막상에 감광성 물질을 도포하고 노광 및 현상하여 상기 인너박스보다 넓은 면적을 갖는 아우터 박스를 형성하는 것에 의해 오버레이 패턴이 제조된다. 또한, 미합중국에서 발명자 정웬제외 다수에게 1997년 5월 27일자로 특허허여된 미합중국 특허번호 5,633,505호에 개시된 바와 같은 오버레이 검사 패턴을 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이 오버레이 측정기능을 갖는 인라인 시스템은 오버레이 측정을 인라인으로 행하여 측정시간의 단축 및 작업의 간소화를 수행하므로 직경 12인치 이상의 웨이퍼 가공시 생산라인의 생산성 향상에 크게 기여할 것이다.

상기한 설명에서 본 발명의 실시 예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경 역시 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 인라인 시스템내에서 오버레이 계측기의 형상이나 오버레이 측정방법을 다양하게 변형 또는 변경 할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 오버레이 측정을 인라인으로 행하여 측정시간의 단축 및 작업의 간소화가 달성되는 효과가 있다. 따라서, 대구경의 웨이퍼 적용에 유리하며 제품의 생산성이 향상되고 원가부담이 경감되는 이점이 있다.

Claims (11)

1. 정렬 및 노광공정을 수행하는 스텝퍼와 코팅 및 현상공정을 수행하는 스피너를 인라인으로 연결한 인라인 시스템에 있어서:

   상기 스피너에 인라인으로 연결되어 상기 스피너에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼상의 오버레이를 자동적으로 측정하는 오버레이 계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 시스템.
2. 제1항에 있어서, 오버레이 계측기는 상기 스피너의 인덱스부를 통해 인라인으로 연결됨을 특징으로 하는 인라인 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 오버레이 측정시 상기 웨이퍼는 상기 스피너와 상기 오버레이 계측기의 입출력 페데스탈을 경계로 하여 전달되는 것을 특징으로 하는 인라인 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 스피너의 인덱스 아암은 상기 웨이퍼를 상기 오버레이 계측기에 직접 로딩 및 언로딩 하는 것을 특징으로 하는 인라인 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 오버레이 계측기는 오버레이 계측에서 불량이 발생된 웨이퍼가 있는 경우에 이를 별도의 경로를 통해 리젝트하기 위한 리젝트 포트를 더 구비함을 특징으로 하는 인라인 시스템.
6. 정렬 및 노광공정을 수행하는 스텝퍼와 코팅 및 현상공정을 수행하는 스피너를 인라인으로 연결한 인라인 시스템에서의 오버레이 측정방법에 있어서:

   상기 스피너에 오버레이 계측기를 인라인으로 연결하고, 상기 스피너에서 웨이퍼의 현상이 완료될 때 마다 상기 웨이퍼의 오버레이를 자동적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 웨이퍼는 12인치 이상의 구경을 가짐을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 오버레이 계측기는 상기 스피너의 인덱스부를 통해 인라인으로 연결된 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 오버레이 측정시 상기 웨이퍼는 상기 스피너와 상기 오버레이 계측기의 입출력 페데스탈을 경계로 하여 수수되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 스피너의 인덱스 아암은 공통으로 사용되기 위해 상기 웨이퍼를 상기 오버레이 계측기에 직접 로딩 및 언로딩 하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 오버레이 계측기에는 오버레이 계측에서 불량이 발생된 웨이퍼가 있는 경우에 이를 별도의 경로를 통해 리젝트하기 위한 리젝트 포트가 구비됨을 특징으로 하는 방법.