KR20040107950A - 웨이퍼 휨 측정 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 표면을 손상시키지 않으면서 상기 웨이퍼의 휨 정도를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 웨이퍼 표면을 스켄하면서 광을 조사한다. 상기 웨이퍼 표면의 각 위치에서 산란광을 집광한다. 상기 집광된 산란광으로부터 상기 헤이즈 신호 및 파티클 신호를 검출한다. 상기 헤이즈 신호로부터 웨이퍼의 휨 정도를 수치화하고, 상기 파티클 신호로부터 웨이퍼 상의 파티클을 측정한다. 상기 방법에 의하면, 웨이퍼 상의 파티클 및 웨이퍼의 휨 정도를 동시에 측정할 수 있다.

Description

웨이퍼 휨 측정 방법{Method for measuring wafer warpage}

본 발명은 웨이퍼의 휨 정도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 표면을 손상시키지 않으면서 상기 웨이퍼의 휨 정도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막의 증착, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 증착 공정은 웨이퍼가 놓여있는 증착 챔버 내에 증착 가스들을 유입하고, 상기 증착 가스과 상기 웨이퍼의 반응에 의해 막을 형성하는 공정이다.

그런데, 상기 웨이퍼 상에 막을 증착시키면 상기 웨이퍼에 데미지(damage)가 가해지면서 상기 웨이퍼가 미세하게 휘거나 뒤틀리는 현상이 발생 된다. 특히, 반도체 소자의 고집적화에 따라 디자인 룰(design rule)이 감소되고 막의 높이는 더욱 높아지게 됨에 따라 상기 막들 간의 스트레스 차가 더욱 심해져 웨이퍼가 뒤틀리거나 휘는 현상은 더 빈번히 발생하게 되었다.

상기와 같이 웨이퍼가 미세하게 휘게되면, 후속의 단위 공정을 수행할 때 계속하여 공정 불량이 발생한다. 때문에, 상기 막의 증착 공정을 수행한 이 후에는 상기 웨이퍼의 휨 정도(이하, 워피지 warpage)를 모니터링하여야만 한다.

종래에, 상기 웨이퍼 워피지는 스트레스 게이지(stress gauge) 장치를 사용하여 상기 웨이퍼 내의 스트레스 측정함으로서 알 수 있었다. 그러나, 이 경우 웨이퍼 전체에 대한 워피지 측정은 가능하였으나, 웨이퍼의 각 사이트 별 워피지 차이를 파악하기가 쉽지 않았다. 또한, 웨이퍼를 수작업으로 로딩하여야 하므로 상기 웨이퍼 워피지 측정시에 상기 웨이퍼의 표면이 손상되기 쉽다. 그리고, 웨이퍼의 워피지만이 측정 가능하므로, 상기 웨이퍼의 파티클 검사 등은 별도로 더 검사하여야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 파티클 검사와 동시에 상기 웨이퍼의 워피지를 측정하는 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명을 수행하기 위한 웨이퍼 검사 장치를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 워피지 측정 방법을 설명하는 플로 챠트이다.

도 3은 반도체 검사 장비인 KLA장비에서 출력된 웨이퍼의 헤이즈 맵을 보여준다.

도 4는 헤이즈 맵으로부터 웨이퍼 각 영역에서의 광의 세기 데이터를 출력한 그래프도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 증착 공정후의 웨이퍼 워피지를 측정 방법을 설명하는 플로 챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 웨이퍼 로딩부 12 : 광원부

14 : 광 경로부 16 : 집광부

18 : 신호 검출부 20 : 신호 변환부

22 : 신호 처리부

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

웨이퍼 표면을 스켄하면서 광을 조사하는 단계;

상기 웨이퍼 표면에서 계속적으로 산란광을 집광하는 단계;

상기 집광된 산란광으로부터 헤이즈 신호 및 파티클 신호를 검출하는 단계; 및

상기 헤이즈 신호를 이용하여 상기 웨이퍼의 각 영역별로 광의 세기 데이터를 출력하는 단계;

상기 광의 세기 데이터를 이용하여 상기 웨이퍼의 휨 정도를 측정하고, 상기 파티클 신호로부터 웨이퍼 상의 파티클을 측정하는 단계를 수행하는 웨이퍼의 웨이퍼의 휨 측정 방법을 제공한다.

상기 방법에 의하면, 웨이퍼 표면을 손상시키지 않으면서 상기 웨이퍼의 워피지를 측정할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼의 워피지 측정과 동시에 상기 웨이퍼상에 발생한 파티클을 검사할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 워피지 측정 시에 웨이퍼가 손상되는 것을 최소화할 수 있다. 그리고, 2가지 검사를 동시에 수행할 수 있어 상기 웨이퍼의 검사 시간을 단축할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명을 수행하기 위한 웨이퍼 검사 장치를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)를 로딩하기 위한 웨이퍼 로딩부(10)와, 광을 출사하는 광원부(12)와, 상기 광원부(12)로부터 출사된 광이 상기 웨이퍼(W) 표면으로 입사하는 광 경로부(14) 및 상기 웨이퍼(W) 표면으로부터 산란된 광을 집광하는 집광부(16), 상기 집광부(16)에 접속되어 광신호를 검출하는 신호 검출부(18), 신호 검출부(18)에 연결된 신호 변환부(20) 및 신호 처리부(22)를 포함한다.

상기 웨이퍼 로딩부(10)는 구동부(도시 안함)와 연결되어 있어 수평 방향으로 이동 가능하게 형성된다.

상기 광원부(12)의 광원으로는 Ar, He 또는 Ne 레이저를 사용한다.

상기 광 경로부(14)는, 적어도 하나의 미러(14a, 14b) 및 편광 슬릿(14c)을 포함하며, 상기 미러 및 편광 슬릿(14a, 14b, 14c)은 상기 레이저 광이 상기 웨이퍼의 표면에 입사되도록 각각 위치한다.

상기 집광부(16)는 상기 산란광을 모아서 출사하는 집광 렌즈(16a) 및 상기 집광 렌즈(16b)로부터 출사되는 광을 입사면에 수직한 광으로 편광(P-polarization)하는 편광 슬릿(16b)을 구비한다.

신호 검출부(18)는 검출기인 광배율기 튜브(PMT ; Photo Multiplier Tube)장비를 포함하며, 상기 PMT에 의해 상기 산란된 광을 헤이즈(haze) 신호와 파티클 신호를 시간에 따른 전압 신호로서 검출한다.

이 때, 상기 웨이퍼 로딩부(10)를 수평 방향으로 이동시키면서 계속적으로 상기 헤이즈 신호를 검출하면, 상기 헤이즈 신호를 웨이퍼 맵 형태로 출력할 수 있다.

상기 신호 변환부(20)는 상기 웨이퍼(W) 각 영역에서 연속적으로 출력된 상기 헤이즈 신호를 광의 세기(intensity) 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터를 포함한다. 상기 신호 변환부(20)는 상기 A/D컨버터에 의해 디지털 신호로 변환된 데이터를 연산하여 웨이퍼의 각 영역별로 상기 광의 세기 데이터를 출력한다.

상기 신호 처리부(22)는 상기 웨이퍼(W)의 각 영역별로 상기 광의 세기 데이터를 비교하여 상기 웨이퍼(W)의 워피지를 출력한다. 또한, 상기 신호 처리부(22)는 상기 파티클 성분 신호로부터 웨이퍼(W) 상에 발생한 파티클의 위치를 출력한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 워피지 측정 방법을 설명하는 플로 챠트이다.

우선, 상기 웨이퍼 로딩부 상부면에 검사 대상 웨이퍼를 로딩한다.(S10) 상기 검사 대상 웨이퍼는 표면에 막이 증착되어 있다.

상기 웨이퍼를 수평 방향으로 이동하면서 상기 웨이퍼(W) 전 영역에 대해 광을 조사한다. 그리고, 상기 웨이퍼로부터 산란되는 광을 계속적으로집광한다.(S12)

상기 산란된 광으로부터 헤이즈 신호 및 파티클 신호를 시간에 따른 전압 신호로 계속하여 검출한다.(S14) 따라서, 상기 웨이퍼 전체 영역에서 상기 헤이즈 신호 및 파티클 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 상기 헤이즈 신호 및 파티클 신호는 맵(map)의 형태로 출력할 수도 있다.

도 3은 반도체 검사 장비인 KLA장비에서 출력된 웨이퍼의 헤이즈 맵을 보여준다. 상기 헤이즈 맵(haze map)에서 흰색에 가까울수록 표면의 높이가 높으며, 검은색에 가까울수록 표면의 높이가 낮다.

이어서, 아날로그 신호인 상기 헤이즈 신호를 디지털 신호인 광의 세기(intensity) 데이터로 변환시킨다.(S16) 이 때, 상기 광의 세기 데이터는 상기 웨이퍼(W)의 상부면을 균일한 면적의 각 영역으로 분할한 이 후에 상기 영역들에서 각각 디지털 신호로 출력할 수 있다. 도 4는 헤이즈 맵으로부터 웨이퍼 각 영역에서의 광의 세기 데이터를 출력한 그래프도이다. 도 4에서 X축은 웨이퍼의 영역을 나타내고, Y축은 광의 세기를 나타낸다.

상기 웨이퍼의 각 영역별로 상기 광의 세기 데이터를 비교하고, 상기 광의 세기 데이터의 차이를 이용하여 상기 웨이퍼의 워피지를 출력한다.(S18)

상기 영역별로 광의 세기 데이터의 차이가 크게 발생할수록 웨이퍼(W)의 휨 정도가 심하다. 이는, 각 영역별로 구해진 광의 세기 데이터와 종래의 스트레스 게이지 설비에 의해 측정된 각 영역별 워피지값을 비교하여 보면 명확히 알 수 있다. 그러므로, 상기 광의 세기 데이터 차이에 소정의 펙터를 취하여 웨이퍼 워피지를연산한다. 이 때, 상기 펙터는 상기 웨이퍼 워피지가 종래의 설비 예컨대, 스트레스 게이지 설비에서 측정하였을때와 동일하거나 매우 근접한 값으로 구해지기 위하여 상기 광의 데이터 차이에 각각 취해지는 값이다. 상기 펙터는 동종의 설비라 하더라도 각각의 설비별로 다를 수 있다.

또한, 상기 파티클 성분 신호로부터 웨이퍼 상에 발생한 파티클의 위치를 출력한다.

상기 방법에 의하면, 상기 웨이퍼 워피지를 측정하기 위한 웨이퍼 로딩작업이 수작업에 한정되지 않고 로봇암 등에 의해 수행될 수 있어서 로딩시에 표면 손상이 최소화된다. 또한, 상기 웨이퍼 워피지 및 상기 파티클 검사를 동시에 수행할 수 있으므로 웨이퍼 검사 시간이 단축된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 증착 공정후의 웨이퍼 워피지를 측정 방법을 설명하는 플로 챠트이다.

우선, 상기 웨이퍼 로딩부 상부면에 베어 웨이퍼(bare wafer)를 로딩한다.(S100)

상기 베어 웨이퍼를 수평 방향으로 스켄하면서 상기 베어 웨이퍼 전 영역에 대해 광을 조사한다. 그리고, 상기 베어 웨이퍼(W)로부터 산란되는 제1 산란광을 계속적으로 집광한다.(S102)

상기 제1 산란광으로부터 제1 헤이즈 신호 및 제1 파티클 신호를 시간에 따른 전압 신호로 계속하여 검출한다.(S104) 따라서, 상기 베어 웨이퍼(W) 전 영역에서 상기 제1 헤이즈 신호 및 제2 파티클 성분 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 상기 제1 헤이즈 신호는 아날로그 신호로 출력된다.

상기 제1 헤이즈 신호를 제1 광의 세기 데이터로 변환시킨다.(S106) 이 때, 상기 제1 광의 세기 데이터는 상기 베어 웨이퍼의 상부면을 균일한 면적의 각 영역으로 분할한 이 후에 상기 영역들 각각에서 출력한다.

상기 베어 웨이퍼 상에 막을 증착한다. 그리고, 상기 막이 증착된 웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩부 상부면에 로딩한다.(S108)

상기 막이 증착된 웨이퍼를 수평 방향으로 스켄하면서 상기 막이 증착된 웨이퍼 전 영역에 대해 광을 조사한다. 그리고, 상기 웨이퍼 상의 막으로부터 산란되는 제2 산란광을 계속적으로 집광한다.(S110)

상기 제2 산란광으로부터 제2 헤이즈 신호 및 제2 파티클 신호를 시간에 따른 전압 신호로 계속하여 검출한다.(S112) 따라서, 상기 막이 형성된 웨이퍼 전 영역에서 상기 제2 헤이즈 신호 및 제2 파티클 성분 신호를 출력할 수 있다.

상기 제2 헤이즈 신호를 제2 광의 세기 데이터로 변환시킨다.(S114) 이 때, 상기 제2 광의 세기 데이터는 상기 막이 형성된 웨이퍼의 상부면을 균일한 면적의 각 영역으로 분할한 이 후에 상기 영역들 각각에서 출력한다.

상기 베어 웨이퍼 및 막이 증착된 웨이퍼의 동일 영역에서 각각 제1 및 제2 광의 세기 데이터를 비교한다. 그리고, 상기 제1 및 제2 광의 세기 데이터의 비교값들에 소정의 펙터를 취하여 상기 증착 공정에 의하여 발생한 웨이퍼 워피지를 출력한다. 또한, 상기 파티클 성분 신호로부터 웨이퍼 상에 발생한 파티클의 위치를출력한다.

상기 방법에 의해, 웨이퍼에 막을 증착하는 공정에서 웨이퍼 휨이 발생한 정도를 용이하게 알 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 워피지 및 상기 파티클 검사를 동시에 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼 표면으로부터 산란된 광들을 검사함으로서 웨이퍼 워피지 및 상기 파티클 검사를 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 검사 시간이 단축된다. 또한, 상기 웨이퍼 워피지 측정 시에 웨이퍼가 손상되는 것을 최소화할 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. 웨이퍼 표면을 스켄하면서 광을 조사하는 단계;

   상기 웨이퍼 표면의 각 위치에서 산란광을 집광하는 단계;

   상기 집광된 산란광으로부터 상기 헤이즈 신호 및 파티클 신호를 검출하는 단계; 및

   상기 헤이즈 신호로부터 웨이퍼의 휨 정도를 수치화하고, 상기 파티클 신호로부터 웨이퍼 상의 파티클을 검사하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 웨이퍼의 휨 측정 방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상부면에 막이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨 측정 방법.
3. 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면에 조사되는 광은 Ar, He, 및 Ne 레이저 광으로 이루어진 군에서 선택된 광인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨 측정 방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 휨 정도는,

   상기 헤이즈 신호를 웨이퍼 영역별로 광의 세기 레벨로 변환하는 단계; 및

   상기 영역별 광의 세기 데이터의 차이를 비교하여 수치화하는 단계를 수행하여 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 웨이퍼 휨 측정 방법.
5. 베어 웨이퍼 표면을 스켄하면서 광을 주사하는 단계;

   상기 베어 웨이퍼 표면의 각 위치에서 제1 산란광을 집광하는 단계;

   상기 집광된 제1 산란광으로부터 제1 헤이즈 신호 및 제1 파티클 신호를 검출하는 단계;

   상기 제1 헤이즈 신호로부터 제1 광의 세기 데이터를 출력하는 단계;

   상기 베어 웨이퍼 상에 막을 증착하고, 상기 막이 증착된 웨이퍼 표면을 스켄하면서 광을 조사하는 단계;

   상기 막이 증착된 웨이퍼 표면의 각 위치에서 제2 산란광을 집광하는 단계;

   상기 집광된 제2 산란광으로부터 제2 헤이즈 신호 및 제2 파티클 신호를 검출하는 단계;

   상기 제2 헤이즈 신호로부터 제2 광의 세기 데이터를 출력하는 단계; 및

   상기 막이 증착된 웨이퍼의 각 영역별로 제1 광의 세기 데이터 및 제2 광의 세기 데이터를 비교하여 상기 증착 공정 시에 웨이퍼에 발생한 휨 정도 및 파티클을 측정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 휨 측정 방법.