KR20040070486A - 웨이퍼 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

장치의 관리를 용이하게 수행할 수 있는 웨이퍼 계측 장치가 개시되어 있다. 웨이퍼 계측 장치는 계측 대상이 되는 대상물이 놓여지는 스테이지, 상기 스테이지 상에 로딩된 대상물을 계측하는 계측부, 상기 계측부에서 계측이 정확히 되는지 확인하기 위한 표준 시료들이 장착되는 표준 시료 홀더 및 상기 표준 시료 홀더와 연결되고, 상기 시료 홀더에 장착된 표준 시료들을 계측할 수 있도록 상기 시료 홀더를 수평 이동하는 구동부를 포함한다. 상기 웨이퍼 계측 장치는 장치의 관리가 용이한 장점이 있다.

Description

웨이퍼 계측 장치{Apparatus for a wafer measurement}
본 발명은 웨이퍼를 계측하는 계측 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 웨이퍼가 정상적으로 계측되는지를 쉽게 확인할 수 있는 계측 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 집적 회로를 제조하는 경우, 실리콘으로 이루어지는 웨이퍼 상에 증착 공정, 에칭 공정, 사진 공정등의 각 단위 공정들을 반복적으로 수행한다. 또한, 상기 각 단위 공정을 수행한 이 후에는 상기 단위 공정이 정상적으로 이루어졌는지를 계측하는 과정이 수행한다.
구체적으로, 상기 웨이퍼 상에 막을 증착시키는 공정을 수행한 이 후에는 형성된 막의 두께를 측정한다. 또한, 상기 막의 표면에 발생한 파티클의 개수를 측정한다. 상기 웨이퍼 상에 형성된 막의 소정 부위를 에칭하여 패턴 또는 콘택홀을 형성한 이 후에는 상기 패턴 또는 콘택홀의 임계 치수를 측정한다.
상기 계측에 의해 단위 공정의 이상 유무를 확인하기 때문에, 상기 계측을 수행하기 위한 각 계측 장치들은 웨이퍼를 정확하고 안정적으로 계측되어야만 한다. 이를 위하여, 상기 각 계측 장치들은 수시로 또는 정해진 주기별로 계측이 정확하게 이루어지고 있는지 여부를 확인하여야 한다.
상기 계측 장치들이 정확하게 웨이퍼를 계측하는지 여부를 확인하는 계측 장치의 관리 과정은 종래에는 작업자가 직접 상기 계측 장치에서 교정용 기준 시료를 계측하고 출력되는 데이터를 비교하는 방식으로 수행하였다. 상기 기준 시료는 실리콘 웨이퍼 위에 공정시 사용되는 막이나 패턴들이 일정 치수로 형성되는 시료이다. 예컨대, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 막의 두께를 측정하는 계측 장치에 사용되는 기준 시료는 실리콘 베어 웨이퍼 상에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막이 일정 두께로 증착되어 있는 형태를 갖는다.
그런데, 상기 계측 장치 관리 과정이 작업자에 의한 수작업으로 수행되므로, 작업자가 정해진 주기에 맞추어 상기 계측 장치를 관리하지 못하는 경우가 빈번하게 발생된다. 또한, 상기 계측 장치가 사용되고 있는 중에는 상기 계측 장치를 관리할 수 없기 때문에 상기 계측 장치 관리 과정은 상기 계측 장치가 사용되지 않는 시간을 택하여 수행하여야만 하는 번거러움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 계측 장치 관리 과정을 용이하게 수행할 수 있는 계측 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 장치를 나타내는 간략한 구성도이다.
도 2는 일실시예에서 표준 시료 홀더의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 장치의 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102 : 스테이지 104 : 제1 구동부
106 : 계측부 108 : 표준 시료 홀더
120 : 제2 구동부 122 : 제어부
124 : 데이터 저장부
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
계측 대상이 되는 대상물이 놓여지는 스테이지;
상기 스테이지 상에 로딩된 대상물을 계측하는 계측부;
상기 계측부에서 계측이 정확히 되는지 확인하기 위한 표준 시료들이 장착되는 표준 시료 홀더; 및
상기 표준 시료 홀더와 연결되고, 상기 시료 홀더에 장착된 표준 시료들을 계측할 수 있도록 상기 시료 홀더를 수평 이동하는 구동부를 포함하는 계측 장치를 제공한다.
상기 구동부 및 계측부와 각각 연결되고 상기 계측부에서 대상물을 정확하게 계측하는지 여부를 일정 주기로 관리할 수 있도록 상기 구동부 및 계측부를 제어하는 제어부를 더 구비한다.
상기 본 발명의 계측 장치는 표준 시료 홀더를 포함하고 있고 상기 표준 시료 홀더를 구동시켜 상기 홀더에 장착되어 있는 표준 시료를 계측할 수 있다. 따라서, 상기 장치에 포함되어 있는 상기 표준 시료를 일정 주기로 계측함으로서 상기 계측 장치의 관리를 용이하게 수행할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 장치를 나타내는 간략한 구성도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 계측 장치는 웨이퍼 상에 형성되어 있는 막의 두께를 측정하는 장치이다.
도 1을 참조하면, 상부면에 계측 대상 웨이퍼(W)가 놓여지는 스테이지(102)를 구비한다. 상기 스테이지(102)는 좌, 우 및 회전 구동을 수행하는 제1 구동부(104)를 포함한다. 따라서, 상기 스테이지(102)상에 놓여진 웨이퍼(W)를 얼라인할 수 있다. 상기 계측 대상 웨이퍼(W)는 증착 공정이 수행된 이 후의 웨이퍼이다.
도시하지는 않았지만, 상기 스테이지(102)의 근방에는 상기 계측 대상 웨이퍼(W)를 상기 스테이지 상으로 이송하는 로봇암이 더 구비된다.
상기 로딩된 웨이퍼(W) 상에 증착되어 있는 막의 두께를 계측하는 계측부(106)가 구비된다.
상기 계측부(106)에서 계측이 정확하게 수행되는지를 확인하기 위한 표준 시료들이 장착된 표준 시료 홀더(108)가 구비된다. 상기 표준 시료는 기판 상에 정해진 두께로 막이 형성되어 있는 시료를 말하며, 상기 표준 시료에 형성된 막의 두께를 측정함으로서 상기 계측 장치의 정도 관리 및 교정을 수행할 수 있다.
상기 표준 시료 홀더(108)는 상기 계측 장치내에 구비되어 있다. 상기 표준 시료 홀더(108)는 기존의 상기 계측 장치의 디자인을 크게 변경하지 않으면서 상기 계측 장치 내에 장착되어야 한다. 때문에, 상기 표준 시료 홀더(108)는 상기 계측 장치내에 장착이 용이하도록 비교적 작은 크기로 형성되어야 한다.
도 2는 본 실시예에서 표준 시료 홀더의 평면도이다.
상기 표준 시료 홀더(108)는 원반형의 플레이트(110)와 상기 플레이트(110) 상에서 가장자리의 궤적을 따라 장착되는 표준 시료(112)와, 상기 표준 시료(112)들 각각의 위치를 파악하기 위한 위치 센서(114)를 포함한다. 상기 원반형의 플레이트(110)는 약 40 내지 100㎜의 지름을 갖는 것이 바람직하다.
상기 원반형의 플레이트(110) 내에 다수개의 표준 시료(112)들이 장착되어야 하므로, 상기 표준 시료(112)들은 종래에 사용되던 표준 시료(112)들에 비해 작은 크기를 가져야 한다. 상기 표준 시료(112)의 크기는 10 내지 15㎜의 지름을 갖는 원판형을 갖는 것이 바람직하다.
상기 표준 시료 홀더(108)에 장착되는 표준 시료(112)들은 동일한 종류의 막이 형성되어 있고, 상기 표준 시료(112)들에 형성된 막의 두께는 서로 다르다. 상기 표준 시료(112)들에 형성되어 있는 막은 상기 계측 장치에서 두께를 주로 측정하는 막과 동일한 막이다. 상기 표준 시료(112)들에 형성되어 있는 막은 반도체 제조 공정에서 주로 사용되는 막인 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막을 포함한다.
상기 위치 센서(114)들은 상기 장착된 표준 시료(112)들과 인접하는 부위의플레이트(110)에 각각 하나씩 부착되어 있다. 상기 위치 센서(114)들에 의해 상기 표준 시료(112)들의 위치를 파악하고, 현재 계측중인 표준 시료(112)를 파악한다. 상기 위치 센서(114)는 상기 표준 시료(112)의 중심으로부터 수평 연장되는 플레이트(110) 가장자리 부위에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 표준 시료 홀더(108)와 연결되고, 상기 시료 홀더(108)에 장착된 표준 시료(112)들을 계측할 수 있도록 상기 표준 시료 홀더(108)를 수평 이동하는 제2 구동부(120)가 구비된다.
상기 제2 구동부(120)는 상기 표준 시료 홀더(108)를 x, y 방향으로 이동시키고, 수평 회전시킨다. 구체적으로, 상기 제2 구동부(120)는 상기 표준 시료 홀더에 포함되는 플레이트(110)의 저면의 중심에 연결되어 상기 플레이트(110)를 수평 방향으로 회전시키는 스테핑 모터(120a)와, 상기 스테핑 모터(120a)와 연결되고 상기 플레이트를 x, y 방향으로 이동시키는 로봇암(120b)을 포함한다.
상기 로봇암(120b)은 상기 표준 시료 홀더(108)에 놓여지는 표준 시료(112)들 중 어느 하나가 상기 계측부(106)를 통해 계측될 수 있는 위치로 상기 표준 시료 홀더(108)를 수평 이동한다. 상기 스테핑 모터(120a)는 상기 계측부(106)를 통해 계측되는 표준 시료(112)가 변경되도록 일정 각도로 상기 플레이트(110)를 회전시킨다.
상기 제2 구동부(120) 및 계측부(106)와 각각 연결되고, 상기 계측부(106)에서 계측이 정확히 이루어지는지를 일정 주기로 확인할 수 있도록 상기 제2 구동부 (120)및 계측부(106)를 제어하는 제어부(122)를 구비한다.
상기 제어부(122)는 상기 계측 장치의 관리를 수행할 시점에 상기 제2 구동부(120)를 구동하기 위한 제1 신호를 발생시키는 제1 처리부와, 상기 관리를 수행할 시점에 상기 스테이지 상에서 웨이퍼가 측정되고 있는지 여부를 확인하고 웨이퍼가 측정되고 있지 않는 것이 확인되면 상기 제1 신호를 상기 제2 구동부에 전송하는 제2 처리부와, 상기 제1 신호에 의해 제2 구동부가 구동되어 상기 표준 시료 홀더가 계측 위치로 이동하였는지를 확인하고 상기 표준 시료 홀더에 장착된 표준 시료를 계측하도록 제3 신호를 발생시키는 제3 처리부와, 상기 표준 시료들의 계측이 완료되었는지를 확인하고 상기 표준 시료 홀더를 원래의 위치로 이동하기 위한 제3 신호를 상기 제2 구동부에 전송하는 제4 처리부를 포함한다. 상기 제1 처리부는 상기 계측 장치의 관리 주기를 작업자에 의해 임의로 설정할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 계측부(106)와 연결되고, 상기 계측부(106)에서 측정된 계측 데이터를 저장 및 전송하는 데이터 저장부(124)가 구비된다. 상기 데이터 저장부(124)는 상기 계측 데이터를 상기 반도체 제조 라인 외부에 위치하는 장소의 컴퓨터로 전송한다. 따라서, 작업자가 직접 반도체 제조 라인에 들어가지 않더라도 외부에서 상기 계측 데이터를 수신할 수 있다.
상기 계측 장치는 상기 계측 장치의 관리를 수행하기 위한 표준 시료들이 장착된 표준 시료 홀더를 포함하고 있다. 따라서, 종래와 같이 상기 표준 시료를 로딩하거나 언로딩 하는 과정을 수행하지 않아도 된다. 또한, 상기 계측 장치는 작업자에 의한 수작업으로 계측 장치를 관리하지 않더라도 주기적으로 계측 장치 관리과정이 수행되어 데이터를 취합할 수 있다.
상기 설명한 실시예의 계측 장치는 웨이퍼 상에 증착된 막의 두께를 계측하는 장치에 한정하였지만, 다른 종류의 계측 장치에도 동일하게 적용할 수 있다.
예컨대, 계측 장치는 웨이퍼 표면상에 형성된 파티클의 개수를 측정하는 장치 일 수도 있다. 상기 계측 장치에 포함되는 상기 계측부는 상기 웨이퍼 표면상에 형성된 파티클의 개수를 측정한다. 또한, 상기 표준 시료 홀더에 장착되는 표준 시료는 기판 상에 정해진 크기의 파티클이 일정 개수만큼 부착되어 있는 시료이다. 상기 표준 시료 홀더에 장착되는 표준 시료들은 상기 기판 상에 부착되어 있는 파티클의 크기 및 개수가 서로 다르다.
다른 예로, 상기 계측 장치는 상기 웨이퍼에 형성된 패턴 또는 콘택홀의 치수를 측정하는 장치일 수도 있다. 상기 계측 장치에 포함되는 상기 계측부는 상기 웨이퍼 표면상에 형성된 패턴의 치수를 측정한다. 또한, 상기 표준 시료 홀더에 장착되는 표준 시료는 기판 상에 정해진 치수의 패턴 또는 콘택홀들이 형성되어 있는 시료이다. 상기 표준 시료 홀더에 장착되는 표준 시료들은 형성된 패턴 또는 콘택홀의 치수가 서로 다르다. 따라서, 서로 다른 대역의 표준 시료를 각각 측정함으로서 상기 계측 장치의 정도 관리 및 교정을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 계측 장치의 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
계측 장치의 관리가 수행되어야 할 시점이되면, 제어부(122)는 상기 표준 시료 홀더(108)를 구동시키기 위한 제1 신호를 발생시킨다.(S10) 이어서, 상기 계측장치 내에서 웨이퍼의 계측이 수행되고 있는지를 판단한다.(S12)
상기 계측 장치내에서 웨이퍼의 계측이 수행되고 있지 않은 것으로 판단되면, 상기 표준 시료 홀더(108)를 구동시키기 위한 제1 신호를 상기 제2 구동부(120)로 전송하여 상기 표준 시료 홀더(108)를 이동시킨다.(S14) 이 때, 상기 표준 시료 홀더(108)는 상기 표준 시료 홀더(108)의 상부면에 장착된 표준 시료를 상기 계측부(106)에 의해 계측할 수 있는 위치로 이동시킨다. 만일, 상기 계측 장치내에서 웨이퍼가 계측되고 있는 중이면 상기 제1 신호를 전송하지 않고 상기 웨이퍼의 계측이 완료될 때까지 대기한다.
상기 표준 시료 홀더(108)에 장착된 표준 시료들 각각을 상기 계측부(106)에 의해 계측한다.(S16) 상기 계측부(106)는 계측 장치의 종류에 따라 웨이퍼 상에 증착된 막의 두께, 상기 웨이퍼에 형성된 패턴 또는 콘택홀의 치수 또는 상기 웨이퍼 표면상에 형성된 파티클의 개수 등을 계측하도록 구성된다.
상기 표준 시료 홀더(108)에 장착된 표준 시료들을 상기 계측부(106)에서 각각 계측하기 위해, 상기 표준 시료 홀더(108)를 수평 방향으로 이동시키면서 계측을 수행한다. 구체적으로, 상기 표준 시료 홀더(108)는 스테핑 모터(120a)에 의해 일정 각도로 수평 회전하여 상기 표준 시료(112)들의 위치를 변경함으로서, 각각의 표준 시료(112)들을 차례로 계측한다. 또한, 상기 표준 시료(112)를 계측하기 이전에 상기 각각의 표준 시료(112)의 위치를 위치 센서(114)에 의해 확인한다.
상기 계측부(106)에서 출력되는 표준 시료(112)들의 계측 데이터를 저장부(124)에 저장한다.(S18) 상기 저장된 데이터는 온 라인으로 반도체 라인의외부에 위치하는 사무실로 전송한다.(S20)
따라서, 작업자는 반도체 라인 내로 들어가지 않고도 상기 계측 데이터를 확인할 수 있으며, 상기 계측 데이터의 결과로서 상기 계측 장치의 이상 유무를 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작업자가 직접 반도체 라인에서 상기 계측 장치를 관리하지 않더라도 원하는 주기에 자동으로 상기 계측 장치를 관리할 수 있다. 때문에, 상기 계측 장치의 관리 소홀로 인해 발생하는 반도체 장치의 불량을 방지할 수 있다. 이로 인해, 반도체 제조 수율을 높힐 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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 (5)

  1. 계측 대상이 되는 대상물이 놓여지는 스테이지;
    상기 스테이지 상에 로딩된 대상물을 계측하는 계측부;
    상기 계측부에서 계측이 정확히 되는지 확인하기 위한 표준 시료들이 장착되는 표준 시료 홀더; 및
    상기 표준 시료 홀더와 연결되고, 상기 시료 홀더에 장착된 표준 시료들을 계측할 수 있도록 상기 시료 홀더를 수평 이동하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부 및 계측부와 각각 연결되고, 상기 계측부에서 계측이 정확히 이루어지는지를 일정 주기로 확인할 수 있도록 상기 구동부 및 계측부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 계측부와 연결되고, 상기 계측부에서 측정된 계측 데이터를 저장 및 전송하는 데이터 저장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 표준 시료 홀더는,
    원반형의 플레이트;
    상기 플레이트 상에서 원형의 궤적을 따라 장착되는 다수의 표준 시료; 및
    상기 표준 시료들 각각의 위치를 파악하기 위해 상기 각각의 표준 시료들과 인접한 위치에 구비되는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 표준 시료 홀더에 연결되는 구동부는,
    상기 플레이트 저면의 중심에 연결되어 상기 플레이트를 회전시키는 스테핑 모터; 및
    상기 스테핑 모터와 연결되고, 상기 플레이트를 수평 방향으로 이동시키는 로봇암을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 장치.
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