KR20040012404A - 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체를 제공한다. 본 발명의 일 관점에 따른 웨이퍼 지지체는, 웨이퍼 표면을 검사하는 장비에서 검사될 웨이퍼가 도입되는 웨이퍼 스테이지(wafer stage), 및 스테이지 상으로 돌출되어 웨이퍼의 가장 자리 부위를 지지하는 스테이지 핀(stage pin)을 포함하여 구성된다. 스테이지 핀이 접촉하는 웨이퍼의 가장 자리 부위는 실질적으로 패턴이 형성되지 않은 부분이다.

Description

웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체{Wafer supporter adopted in wafer backside inspection tool}

본 발명은 반도체 제조에 이용되는 장비에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼의 이면(backside)을 검사하는 장비에 채용되어 검사가 진행되도록 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지체(wafer supporter)에 관한 것이다.

300mm 구경의 웨이퍼는 반도체 제조 과정에서 이면 연마(backside polish) 형태로 바람직하게 채용되고 있다. 이와 같은 이면 연마 형태의 웨이퍼의 도입은 세정 효과가 크다는 이점을 이용하기 위해서이다. 즉, 웨이퍼 이면 오염 문제가 300mm 웨이퍼의 적용에서는 본격화되고 있는 데, 정확하게는, 웨이퍼 직경이 아니라 역시 패턴의 미세화에 부합되기 위해서 이러한 웨이퍼 이면 오염 문제가 300㎜웨이퍼의 채용에서 중요시 되고 있다.

패턴의 선폭 수준이 130㎚일 경우 웨이퍼 표면(또는 경면)/이면 각각의 요구 평탄도는 130㎚(±65㎚)이며, 100㎚ 수준이 되면 마찬가지로 100㎚(±50㎚)의 평탄도가 요구된다. 이 마진(margin) 중에서 이면 오염을 무시하면, 오염에 기인한 수율(yield) 저하가 리소그래피(lithography)를 중심으로 다양한 공정(process)에서 발생한다. 300㎜ 웨이퍼를 채용하는 제조 라인의 구축에 있어서 실제로 이것이 현저하게 나타났기 때문에, 반도체 제조사들은 세정효과가 큰 이면 연마 웨이퍼의 도입에 나서기 시작한 것이다.

웨이퍼(wafer) 이면의 오염문제는 꽤 이전부터 전해져 왔던 것으로, 대부분의 사람이 주지하는 바이다.

예를 들어, 대표적으로 파티클(particle)의 상호 오염(cross contamination), 특히, 배치(batch)식 세정에서의 상호 오염이 유명하다. 즉, 세정 종료 후 웨이퍼를 끌어올릴 때, 친수성의 이면에서 소수성의 표면으로 파티클이 이동함에 따라 상호 오염되게 된다.

또한, 웨이퍼의 오염은 제조 과정에서도 여러 불량의 요인으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 현재, 노광 장비(예컨대, 스테퍼(stepper))에서 웨이퍼를 지탱하기 위해 핀 척(pin chuck) 방식을 주로 채용하고 있다. 그런데, 노광 시에 웨이퍼 이면과 핀 척의 핀 사이에 오염이 있으면, 오염의 두께분만큼 웨이퍼가 들어 올려지게 되어 그 부분에서 초점 오차가 발생한다. 이것을 리소그래피 용어로 "핫 스팟(hot spot)"이라고 한다. 현재의 200㎜ 웨이퍼를 채용한 제조 라인에서도 핫스팟은 발생하고 있고, 그 대책은 눈 검사이다. 눈 검사에서 핫 스팟이 발견되면, 그 웨이퍼는 리워크(rework)하도록 조치하고 있다. 눈 검사에 의해 판정된 리워크율은 1회의 리소그래피 공정에서 1.5%에 이른다고 한다. 오염을 놓치면 당연히 웨이퍼 내의 그 칩(chip)은 불량품으로 생성되게 된다.

웨이퍼의 이면에의 오염은 플라즈마 아크(plasma arc)의 요인으로도 작용할 수 있다. 플라즈마 아크란 단어 그대로, 식각 과정(etching process)이나 플라즈마 화학 기상 증착 과정에 기인하는 핫 스팟 발생의 위험이다. 통상 건식 식각 장비 내에서 웨이퍼는 정전척에 의해 지지되고 있다. 그런데, 웨이퍼 이면과 정전척에 오염이 있으면, 바이어스(bias)를 인가했을 때, 오염 부분이 방전을 야기하고 그 부분이 식각되어 버린다. 노골적으로 말하면, 이면의 오염부에 구멍이 생겨 버리는 것이다. 이 현상은 플라즈마 화학 기상 증착에서도 동일하다.

더욱이, 화학 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 후의 이면 슬러리(slurry)의 잔사도 핫 스팟의 주요 발생 요인이 된다. 또한, 핀 척의 핀에 잔사 슬러리가 부착되어, 다음 차례의 웨이퍼에서 핫 스팟이 발생하기도 한다. 잔사 슬러리가 이탈한 경우도 동등한 현상이 발생한다.

그런데, 현재까지의 표면 검사 장비로는 이러한 이면 검사를 행하기가 매우 어렵거나 실질적으로 불가능하다. 특히, 웨이퍼의 표면에 패턴(예컨대, 포토레지스트 패턴 등)이 형성된 경우는 현재까지의 검사 장비로는 이면 검사를 수행하기가 불가능하다.

도 1은 종래의 표면 검사 장비에서의 웨이퍼를 지지하는 지지체를 설명하기위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 표면 검사 장비에서의 웨이퍼의 이면이 지지되는 형상을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 종래의 표면 검사 장비에서의 웨이퍼의 패턴이 형성된 앞면이 지지되는 형상을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 표면 검사 장비에서 채용되는 지지체는 웨이퍼 스테이지(11)와 스테이지 핀(stage pin:15)을 포함하여 구성된다. 이때, 스테이지 핀(15)은 웨이퍼(20)의 중심 부위에 품자형으로 3개가 위치하며, 웨이퍼(20)를 받치고 고정시키는 역할을 한다.

그런데, 스테이지 핀(15)은 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(20)의 이면(21)에 접촉되어 이면(21)을 지지할 경우에는 문제가 발생되지 않으나, 이면(21)을 검사하기 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 패턴(25)이 형성된 웨이퍼 앞면(23)에 스테이지 핀(15)이 접촉할 경우에는 문제가 발생한다. 스테이지 핀(15)이 웨이퍼(20)의 가운데 부분에 접촉하게 되므로, 스테이지 핀(15)과 패턴(25)이 접촉하여 패턴(25)에 큰 손상을 입히게 된다.

따라서, 이와 같은 기존의 검사 장비로는 웨이퍼의 이면 검사가 실질적으로 불가능한 상태이다.

그러나, 이와 같이 웨이퍼의 이면 오염에 대한 관심이 증가되며, 이러한 웨이퍼의 이면 검사를 위한 장비가 개발되고 있다. 예를 들어, 케이엘에이-텐코(KLA-TENCOR)사(미국 소재)는 대응이 빨라서 이미 제품화가 완료됐다고 발표한 바 있다.동사에서 만든 표면 검사기(Surface SP1)에 에지 핸들링(edge handling)을 탑재하고, 웨이퍼를 반전, 이면 검사 후 다시 웨이퍼를 표면으로 되돌려 보내고 다음 공정으로 반송하도록 작동하는 것으로 알려져 있다. 즉, 이 표면 검사기(Surface SP1)에 BSIM(Backside Inspection Module)이라는 모듈(module)을 장착하여 웨이퍼의 이면을 측정한다고 알려져 있다.

이제까지의 비패턴 검사 장비(non-pattern inspection tool)에서는 이면 검사(backside inspection)를 생각하지 않았기 때문에 웨이퍼 이송 로봇(wafer transfer robot)이 웨이퍼의 이면을 받치고 검사 장비의 스테이지(stage)까지 이동하였다. 그러나, BSIM을 이용한 비패턴 검사 장비는 비패턴(non-pattern)뿐만 아니라 패턴 웨이퍼 이면 검사(pattern wafer backside inspection)를 고려하여야 하기 때문에, 웨이퍼의 에지를 잡고 웨이퍼를 이송하는 바를 제시하고 있다. 웨이퍼는 이송 후 검사를 위해 스테이지로 이동되는 데, 이 스테이지 쪽도 마찬가지로 이면의 손상을 고려하여 스테이지 가장 자리에 있는 에지 시저(edge seizer)를 이용하여 웨이퍼의 에지를 잡고 검사하는 바를 제시하고 있다.

이러한 새로운 장비가 제시되고는 있으나, 이러한 장비의 도입에는 여러 난관이 많다. 예를 들어, 많은 비용이 소모되며 또한 장비의 실용화가 아직 검증되지 않은 점 등이 이러한 장비를 도입하는 데 문제점으로 도출되고 있다. 실질적으로, 현재의 광학적 검사 장비(optic inspection tool)는 패턴용 및 비패턴용 검사 장비로 나뉘어 지는데, 보통의 경우 패턴 검사 장비는 비패턴 웨이퍼의 검사가 가능하게 구성되고 있다. 그러나, 주지한 바와 같이 웨이퍼 이면 검사가 중요해 지고 있는 시점이 왔으나, 기존의 패턴용 검사 장비로는 이면 검사를 시도할 수 없다. 그러므로, 상기한 바와 같은 BSIM을 가진 비패턴용 검사 장비를 구매해야 하는 이중 구매의 부담감이 가중된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전형적인 표면 검사 장비, 특히, 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 패턴용 검사 장비에 용이하게 채용되어 효과적으로 웨이퍼의 이면이 검사되도록 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 지지체를 제공하는 데 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 웨이퍼 표면 검사 장비로 웨이퍼 이면을 검사하기 어려운 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼 표면을 검사하는 장비에서 검사될 웨이퍼를 받쳐 고정하는 웨이퍼 지지체를 제공한다.

상기 웨이퍼 지지체는 상기 검사될 웨이퍼가 도입되는 웨이퍼 스테이지, 및 상기 스테이지 상으로 돌출되어 상기 웨이퍼의 가장 자리 부위를 지지하는 스테이지 핀을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 가장 자리 부위는 패턴이 형성되지 않은 부분이다.

상기 웨이퍼 표면을 검사하는 장비는 광학식 검사 장비 또는 전자빔 검사 장비일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전형적인 표면 검사 장비, 특히, 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 패턴용 검사 장비에 용이하게 채용되어 효과적으로 웨이퍼의 이면이 검사되도록 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 지지체를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

본 발명의 실시예에서는 기존의 웨이퍼 표면 검사 장비를 활용하여 웨이퍼의 이면 검사가 가능하도록 허용하는 웨이퍼 지지체를 제공한다. 현재까지의 웨이퍼 표면 검사 장비는 일반적으로 패턴에 대한 검사를 행하는 패턴용 검사 장비와 비패턴(non-pattern)용 검사 장비로 대별할 수 있다. 또한, 검사에 사용되는 광원에 따라 광학적 검사 장비와 전자빔(e-beam) 검사 장비로 대별할 수 있다. 그럼에도, 이러한 현재 알려진 검사 장비에서 웨이퍼의 이면 검사를 수행하지 못하고 있다.

웨이퍼의 이면 검사가 실질적으로 불가능한 이유 중의 하나는 웨이퍼의 앞면 또는 경면에 패턴이 형성되어 있는 경우에 웨이퍼의 이면을 검사하기 위해서 검사 장비의 웨이퍼 스테이지에 웨이퍼를 실질적으로 장착할 수 없다는 점이다. 본 발명에서는 이러한 점을 용이하게 개선하여 기존의 웨이퍼 표면 검사 장비를 활용하여 웨이퍼 이면 검사를 수행할 수 있도록 허용하는 새로운 웨이퍼 지지체를 제시한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체를 설명하기 위해서 측면 형상을 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체에 의해서 웨이퍼의 이면이 지지되는 형상을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 이면을 검사하는 장비에 채용되는 웨이퍼 지지체에 의해서 웨이퍼의 패턴이 형성된 앞면이 지지되는 형상을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 지지체는 웨이퍼 스테이지(110)와 이러한 웨이퍼 스테이지(110)에 돌출되도록 설치되는 스테이지 핀(150)을 포함하여 구성된다. 이때, 스테이지 핀(150)은 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼(200)의 가장 자리 부위에 접촉하도록 웨이퍼 스테이지(100)에 설치된다. 웨이퍼(200)의 가장 자리에서 웨이퍼(200)를 품자형으로 받쳐 웨이퍼(200)를 고정시키는 역할을 한다.

그런데, 이와 같이 설치되는 스테이지 핀(150)은 도 6에 도시된 바와 같이 웨이퍼(200)의 이면(201)에 접촉되어 이면(201)을 지지할 경우에도 아무런 문제를 발생하지 않고 웨이퍼(200)를 충분히 안정되게 지지할 수 있다. 따라서, 이러한 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 지지체를 알려진 웨이퍼 표면 검사 장비에 채용할 경우, 웨이퍼의 앞면, 즉, 패턴이 형성되었거나 또는 형성될 앞면을 검사할 때에도 효과적으로 웨이퍼(200)를 지지할 수 있다. 이때, 이러한 웨이퍼 표면 검사 장비는광학식 또는 전자빔식 검사 장비일 수 있다.

웨이퍼(200)의 이면(201)을 검사하기 위해서 도 7에 도시된 바와 같이 패턴(205)이 형성된 웨이퍼 앞면(203)에 스테이지 핀(150)이 접촉할 경우에도 종래의 경우에 발생하던 문제가 발생되지 않는다. 스테이지 핀(150)이 웨이퍼(200)의 가장 자리 부위에 접촉하게 되므로, 스테이지 핀(150)과 웨이퍼 앞면(203)에 형성된 패턴(205)간에는 접촉이 배제된다. 비록 웨이퍼의 가장 자리 부분이 희생이 되지만 도 7에서 보는 바와 같이 패턴(205)에는 영향을 주지 않으므로, 패턴(205)에의 손상은 발생되지 않는다. 더욱이, 스테이지 핀(150)이 웨이퍼(200)의 가장 자리 부위에 접촉하여 지지하므로, 더 최소의 부분만이 웨이퍼(200)와 접촉되는 것을 유도할 수 있다.

따라서, 이러한 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 지지체를 알려진 웨이퍼 표면 검사 장비, 광학식이던 전자빔을 이용하는 검사 장비 또는 패턴용이던 비패턴용 검사 장비 등과 같은 현재까지 알려진 표면 검사 장비에 채용할 경우, 웨이퍼의 앞면(203), 즉, 패턴(205)이 형성되었거나 또는 형성될 앞면을 검사할 때에도 효과적으로 웨이퍼(200)를 지지할 수 있다.

따라서, 효과적인 웨이퍼(200)의 이면 검사를 기존의 검사 장비를 활용하여서도 가능하도록 허용할 수 있다. 즉, 본 발명은 최소한의 개선(upgrade) 비용만으로 기존의 광학식 검사 장비(optic inspection tool)를 이용하여 이면 검사를 가능하도록 할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 패턴이 형성된 면으로도 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 지지체를 제공할 수 있다. 이러한 웨이퍼 지지체는 용이하게 현재까지 알려진 웨이퍼 표면 검사 장비에 채용될 수 있어, 저렴한 비용으로 웨이퍼 이면 검사가 수행되도록 유도할 수 있다.

Claims (3)

1. 웨이퍼 표면을 검사하는 장비에서

   검사될 웨이퍼가 도입되는 웨이퍼 스테이지; 및

   상기 스테이지 상으로 돌출되어 상기 웨이퍼의 가장 자리 부위를 지지하는 스테이지 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가장 자리 부위는 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼 표면을 검사하는 장비는 광학식 검사 장비 또는 전자빔 검사 장비인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지체.