KR20050018186A - The measuring apparatus of patterns and overlay on semiconductor wafer - Google Patents
The measuring apparatus of patterns and overlay on semiconductor waferInfo
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광학계의 초점을 검출하기 위해서 사용되는 레퍼런스 미러의 위치를 자동으로 조정할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 패턴의 오버레이 측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring the size and overlay of a semiconductor wafer pattern, and more particularly, to an apparatus for measuring an overlay of a semiconductor wafer pattern which enables automatic adjustment of the position of a reference mirror used to detect the focus of an optical system. .
반도체 웨이퍼 가공은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시키고, 패턴 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 깍아 내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼 상의 각각의 칩에 동일한 패턴을 갖는 전자회로를 구성해 나가는 전 과정을 지칭한다. Semiconductor wafer processing is performed by forming various kinds of films on the surface of each semiconductor wafer in a lot unit, and repeatedly scraping a specific portion of the semiconductor wafer using a pattern mask, thereby repeating the same process for each chip on the semiconductor wafer. It refers to the whole process of constructing an electronic circuit having a pattern.
상술한 반도체 웨이퍼 가공에서, 스테퍼(stepper)로부터 자외선을 발생하여 패턴 마스크 상에 그려진 회로 패턴을 반도체 웨이퍼 표면에 전사해주는 포토마스킹(Photo Masking) 공정은 웨이퍼 스테이지 상에 안착된 반도체 웨이퍼의 정확한 정렬과 정렬된 웨이퍼에 대하여 정확한 노광 량 또는 노광 시간조절을 필요로 한다. 따라서, 이와 같은 포토 마스킹 공정의 완료 후 그 공정이 정확히 이루어 졌는지 확인하는 측정 과정이 수행된다. 이때, 측정과정에서 필요한 측정항목은 첫 번째로 이전에 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴(Pattern)과, 현재 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어 졌는지를 확인하는 것이고, 두 번째로 반도체 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 크기가 원하는 크기로 형성되어 있는지를 확인하는 것이다. 통상적으로 패턴 크기의 측정과 오버레이(Overlay) 측정은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 노광 폭을 측정하기 위한 전자 주사빔 현미경과 오버레이 측정장치를 이용하여 수행된다. In the above-described semiconductor wafer processing, a photo masking process of generating ultraviolet rays from a stepper and transferring a circuit pattern drawn on the pattern mask to the semiconductor wafer surface is used to precisely align the semiconductor wafer deposited on the wafer stage. Accurate exposure dose or exposure time adjustment is required for aligned wafers. Therefore, after completion of the photo masking process, a measurement process is performed to confirm whether the process is performed correctly. In this case, the necessary measurement item in the measurement process is to first check whether the alignment between the pattern formed by the photomasking process performed previously and the pattern formed by the photomasking process currently performed is properly performed. Second, it is to check whether the size of the pattern transferred on the semiconductor wafer is formed to a desired size. Typically, pattern size measurement and overlay measurement are performed using an electron scanning beam microscope and an overlay measurement device for measuring the exposure width formed on the semiconductor wafer.
전자 주사빔 현미경은 먼저 측정을 위한 반도체 웨이퍼를 정확한 측정위치에 배치하는 웨이퍼 정렬을 수행한 다음, 전자빔(Electron Beam)을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 2차 전자빔을 검출함으로써 반도체 웨이퍼상의 패턴 모양을 구하고 그로부터 패턴의 크기를 측정한다. 오버레이 측정장치는 전자 주사빔 현미경에서 수행되는 바와 동일한 웨이퍼 정렬을 수행한 후, 가시광(Visual Beam)을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광을 검출함으로써 반도체 웨이퍼 상에 형성된 이전의 패턴과 현재 패턴과의 벗어난 정도를 측정한다. The electron scanning beam microscope first performs a wafer alignment that places the semiconductor wafer for measurement at the correct measurement position, and then emits an electron beam onto the aligned wafer and detects the secondary electron beam reflected from the wafer. The pattern shape on the semiconductor wafer is obtained and the size of the pattern is measured therefrom. The overlay measuring device performs the same wafer alignment as that performed in an electron scanning beam microscope, and then emits a previous beam formed on the semiconductor wafer by emitting a visual beam onto the aligned wafer and detecting the reflected light reflected from the wafer. Measure the deviation of the pattern from the current pattern.
종래에는 패턴의 크기 및 오버레이 측정을 겸용할 수 있는 하나의 패턴의 크기와 오버레이 측정을 일괄적으로 수행할 수 있도록 구성된 것이 사용되고 있으며, 그와 같은 구성에 있어서, 이미지를 읽어들이는 카메라의 초점위치를 인식하기 위하여 광 경로 상에 레퍼런스미러(Reference Mirror)를 채용하고, 그 레퍼런스미러를 통해 입사된 광을 분석하여 초점의 위치를 읽는 초점위치리딩장치가 사용되고 있다. In the related art, the size of one pattern and overlay measurement that can be used both as the size of the pattern and the overlay measurement are collectively used. In such a configuration, the focal position of the camera reading the image is used. A focus position reading apparatus is used to read a position of a focal point by employing a reference mirror on an optical path to recognize the light, and analyzing the light incident through the reference mirror.
그러나, 종래에는 상기 레퍼런스미러의 위치 정렬 작업을 수동으로 하도록 되어 있어 그 정렬작업이 어려울 뿐만 아니라 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다. However, in the related art, since the alignment operation of the reference mirror is performed manually, the alignment operation is difficult and reliability is low.
또한, 정렬작업을 정확하게 마친 상태에서 레퍼런스미러를 수동에 의해 고정하는 작업과정에서 다시 틀어지는 문제점이 있다. In addition, there is a problem that is distorted again during the process of manually fixing the reference mirror in the state of completing the alignment.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 패턴 크기 및 오버레이를 측정하는 광학계의 구성에 있어서, 레퍼런스미러의 위치정렬을 자동으로 조정하도록 구현하여 그 정렬도를 향상시키는 반도체 웨이퍼의 패턴 및 오버레이 측정장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to implement automatic adjustment of the alignment of the reference mirror in the configuration of the optical system for measuring the pattern size and the overlay formed on the semiconductor wafer. The present invention provides an apparatus for measuring a pattern and an overlay of a semiconductor wafer to improve the degree of alignment thereof.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 의하면, 그 상면에 웨이퍼를 탑재시키며 소정의 방향으로 위치이동이 가능한 이동스테이지와; 반도체 웨이퍼의 패턴 또는 오버레이를 측정하는 데 필요한 검사광을 발생시키는 빔발생기와; 상기 빔발생기로부터 발생된 광을 측정하고자 하는 웨이퍼의 상측으로 집광시키고, 측정위치로부터 반사되는 빔을 소정의 배율로 확대시키는 적어도 하나의 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에 의해 형성된 광에 의해 촬상되는 촬상기와; 상기 빔발생기로부터 조사된 광의 일부를 상기 대물렌즈측으로 반사시키고 일부광을 투과시켜 레퍼런스미러측으로 향하도록 하는 제1빔스프리터와; 상기 레퍼런스미러를 통해 반사되고 상기 제1빔스프리터를 통해 반사광축과 직교된 방향으로 반사된 광을 제2빔스프리터를 통해 받아들이는 초점위치리딩장치와; 상기 촬상기로부터 촬상된 웨이퍼상의 패턴의 크기 및 오버레이 값을 산출하고 각 구동부로 제어신호를 전달하는 제어기; 및 상기 레퍼런스미러의 위치를 자동 정렬시키기 위한 자동정렬기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a movable stage that mounts a wafer on its upper surface and is capable of moving in a predetermined direction; A beam generator for generating inspection light for measuring a pattern or overlay of the semiconductor wafer; At least one objective lens for condensing the light generated from the beam generator to an upper side of a wafer to be measured, and for enlarging the beam reflected from the measurement position at a predetermined magnification; An imager picked up by the light formed by the objective lens; A first beam splitter for reflecting a part of the light emitted from the beam generator toward the objective lens and transmitting part of the light toward the reference mirror; A focal position reading device which receives the light reflected by the reference mirror and reflected by the first beam splitter in a direction orthogonal to the reflected optical axis through the second beam splitter; A controller for calculating a size and an overlay value of a pattern on a wafer photographed from the imager and transferring a control signal to each driver; And an automatic aligner for automatically aligning the position of the reference mirror.
상기 자동정렬기는 상기 레퍼런스미러를 고정하는 고정블럭과; 상기 고정블럭의 소정의 방향으로 위치 이동시키는 이동블럭과; 상기 이동블럭을 구동시키는 구동기; 및 상기 구동기의 구동조건을 선택하도록 하는 조작부를 구비함이 바람직하다. The automatic aligner includes a fixed block for fixing the reference mirror; A moving block for moving the position of the fixed block in a predetermined direction; A driver for driving the moving block; And an operation unit for selecting a driving condition of the driver.
이하, 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해서 자세히 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
그 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 이동스테이지(10)와, 빔발생기(30)와, 제1,2빔스프리터(41,43: Beam Splitter), 촬상기(50), 대물렌즈(70: Objective Lense), 레퍼런스미러(90), 초점위치리딩장치(110) 및 제어기(130), 레퍼런스미러자동정렬기(150)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the moving stage 10, the beam generator 30, the first and second beam splitters 41 and 43 (beam splitters), the imager 50, and the objective lens 70 are shown in FIG. Objective Lense), a reference mirror 90, a focus position reading device 110 and a controller 130, and a reference mirror auto-aligner 150.
이동스테이지(10)는 도시되지 않은 스테퍼로부터 이송되어온 반도체 웨이퍼(W)를 탑재시키는 것으로서, 상기 제어기(130)에 의해 미세 위치 조정됨으로써 탑재된 웨이퍼(W)를 정렬시키는 데 사용된다. The moving stage 10 mounts a semiconductor wafer W transferred from a stepper (not shown), and is used to align the mounted wafer W by finely adjusting the position by the controller 130.
빔발생기(30)는 반도체 웨이퍼(W)의 패턴크기 및 오버레이를 측정하는 데 사용되는 검사광을 생성하는 광원을 구비하며 패턴 크기 또는 오버레이 측정 중 어느 하나를 위하여 선택된 하나의 광원에 의해 검사광을 생성하여 제1빔스플리터(41)로 제공한다. 상기 제1빔스플리터(41)는 빔발생기(30)에서 발생되어 입사하는 광의 일부를 반사하고 일부를 투과시켜 레퍼런스미러(90)로 향하게 한다. The beam generator 30 includes a light source for generating inspection light used to measure the pattern size and overlay of the semiconductor wafer W and receives the inspection light by one light source selected for either pattern size or overlay measurement. It generates and provides it to the first beam splitter 41. The first beam splitter 41 reflects a portion of the incident light generated by the beam generator 30 and transmits the portion to the reference mirror 90.
상기 레퍼런스미러(90)는 제1빔스플리터(41)를 통해 통과한 광을 되 반사시켜 상기 제1빔스플리터(41)를 통해 그 상측에 배치된 제2빔스플리터(43)를 향하게 하고, 상기 제2빔스플리터(43)는 그 입사된 광을 초점위치리딩장치(110)로 인도하도록 한다. The reference mirror 90 reflects the light passed through the first beam splitter 41 back toward the second beam splitter 43 disposed above the first beam splitter 41. The second beam splitter 43 guides the incident light to the focal position reading device 110.
상기 대물렌즈(70)는 상기 빔발생기(30)로부터 출사된 조사광이 제1빔스프리터(41)를 통해 반사되어 웨이퍼(W)측으로 향하는 광을 집광하고, 웨이퍼(W)상에 집광된 다음 그로부터 반사되는 광을 확대하여 그 상측에 설치된 촬상기(50)로 향하도록 한다. The objective lens 70 condenses the light emitted from the beam generator 30 through the first beam splitter 41 to collect light directed toward the wafer W, and then collects the light onto the wafer W. The light reflected therefrom is magnified and directed to the imager 50 provided thereon.
상기 제2빔스플리터(43)는 상기 대물렌즈(70)를 통해 확대된 광을 상기 촬상기(50)측으로 투과시키고, 상기 레퍼런스미러(90)를 통과하여 제1빔스프리터(41)를 통해 반사된 광은 상기 초점위치리딩장치(110)로 반사시킨다. The second beam splitter 43 transmits the light enlarged through the objective lens 70 to the imager 50, and passes through the reference mirror 90 to be reflected by the first beam splitter 41. The reflected light is reflected to the focus position reading device 110.
상기와 같은 구성에 있어서, 상기 촬상기(50)의 초점거리를 정확하게 읽기 위해서는 상기 제1빔스프리터(41)의 중심으로부터 검사면(S:검사를 위하여 실제 웨이퍼가 도달해야하는 위치를 가리킴)까지의 거리(a)와, 상기 제1빔스프리터(41)의 중심으로부터 상기 레퍼런스미러(90)까지의 거리(b)가 동일하게 유지되는 것이 중요하다. 이를 위하여 상기 레퍼런스미러(90)의 위치를 자동 정렬하는 자동정렬기(150)가 채용된다. In the above configuration, in order to accurately read the focal length of the imager 50, the distance from the center of the first beam splitter 41 to the inspection surface (S: indicates the position that the actual wafer must reach for inspection). It is important that the distance a and the distance b from the center of the first beam splitter 41 to the reference mirror 90 remain the same. To this end, an automatic aligner 150 for automatically aligning the position of the reference mirror 90 is employed.
자동정렬기(150)는 레퍼런스미러(90)를 고정하는 고정블럭(151)과, 상기 고정블럭(151)과 연결되어 소정의 방향(예컨대,X축, Y축, Z축)으로 이동되는 이동블럭(153)과, 상기 이동블럭(153)을 구동하는 구동기(155)와, 상기 이동블럭(153)의 이동조건을 선택하도록 하는 조작기(157)로 구성된다. The automatic aligner 150 is a fixed block 151 for fixing the reference mirror 90, a movement connected to the fixed block 151 is moved in a predetermined direction (for example, X-axis, Y-axis, Z-axis) Block 153, a driver 155 for driving the moving block 153, and a manipulator 157 for selecting a moving condition of the moving block 153.
상기 촬상기(50)들은 제어기(130)와 관련되어 패턴의 크기 및 어레이 측정치를 산출하고, 이동스테이지(10), 조작기(157), 구동기(155) 또한 제어기(130)와 연결되어 그 구동신호를 지령 받는다.The imagers 50 are associated with the controller 130 to calculate the size of the pattern and the array measurements, and the moving stage 10, the manipulator 157, the driver 155 are also connected to the controller 130 to drive signals thereof. Receive the command.
상기 제1빔스프리터(41) 및 레퍼런스미러(90)의 사이에는 셔터(160)가 설치되어 광경로(163)를 개폐하도록 구성된다A shutter 160 is installed between the first beam splitter 41 and the reference mirror 90 to open and close the light path 163.
다음은 상술한 바와 같은 구성에 의하여 반도체 웨이퍼의 패턴 크기 또는 오버레이가 측정되는 동작에 대해서 설명한다. Next, an operation of measuring the pattern size or the overlay of the semiconductor wafer by the above-described configuration will be described.
먼저, 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 크기를 측정하거나 오버레이를 측정할 경우 셔터(161)는 닫혀진 상태가 되어 레퍼런스미러(90)측으로 향하는 광경로는 폐쇄된 상태에 있다. 그와 같은 상태에서 이동스테이지(10)가 소정의 위치로 이동하여 상기 웨이퍼(W)의 상면이 검사면(S)에 위치한다. 그후 빔발생기(30)로부터 출사된 검사광은 제1빔스플리터(41)를 통하여 경로가 전환되어 대물렌즈(70)를 통과하여 웨이퍼(W)의 소정위치에 집광된다. 그후 그 집광된 광은 다시 대물렌즈(70)를 통과하면서 확대되어 그 상측으로 진행하고 제2빔스프리터(43)를 통과하여 촬상기(50)에 촬상된다. 그러면, 제어기(130)에서는 상기 촬상기(50)로부터 촬상된 이미지정보를 읽어 들여 패턴의 크기 및 오버레이 정보를 판독하게 한다. First, when the size of the pattern on the semiconductor wafer or the overlay is measured, the shutter 161 is closed and the optical path toward the reference mirror 90 is in a closed state. In such a state, the moving stage 10 moves to a predetermined position so that the upper surface of the wafer W is located on the inspection surface S. FIG. Thereafter, the inspection light emitted from the beam generator 30 is diverted through the first beam splitter 41, passes through the objective lens 70, and is collected at a predetermined position of the wafer W. Thereafter, the focused light is magnified while passing through the objective lens 70, proceeds to the upper side thereof, and passes through the second beam splitter 43 to be imaged by the imager 50. Then, the controller 130 reads the image information captured by the imager 50 to read the size and overlay information of the pattern.
한편, 상기 촬상기(50)의 초점거리를 판별하고자 할 경우 셔터(161)는 개방되어 레퍼런스미러(90)측으로 향하는 광경로(163)가 개방된다. 그와 같은 상태에서 상기 제1빔스플리터(41)를 투과한 광은 레퍼런스미러(90)를 통해 반사되고, 다시 제1빔스플리터(41)를 통하여 반사되어 그 상측으로 광경로가 전환된 후 제2빔스플리터(43)를 통하여 초점위치리딩장치(110)로 입사된다. 따라서, 상기 초점위치리딩장치(110)를 통하여 초점에 대한 값을 읽어 들이게 된다.On the other hand, when the focal length of the imager 50 is to be determined, the shutter 161 is opened to open the optical path 163 toward the reference mirror 90. In such a state, the light transmitted through the first beam splitter 41 is reflected through the reference mirror 90, and then reflected again through the first beam splitter 41, and then the optical path is changed to the upper side thereof. It enters into the focus position reading apparatus 110 through the two-beam splitter 43. Therefore, the focus value is read through the focus position reading device 110.
이와 같은 동작을 함에 있어서, 상기 레퍼런스미러(90)가 정확한 위치에 얼라인먼트되는 것이 중요하며 이를 위하여 자동정렬기(150)가 구동된다.In such an operation, it is important that the reference mirror 90 is aligned at the correct position, and the auto-aligner 150 is driven for this purpose.
그 동작에 대해서 살펴보면, 먼저, 작업자가 조작기(157)를 통해 얼라인먼트를 위한 위치 이동값을 지정하면 제어기(130)로 신호가 전달되어 구동기(155)로 구동신호가 출력된다. 그러면, 이동블럭(153)이 소정의 위치로 이동되어 레퍼런스미러(90)의 위치를 자동 조정한다. 이때, 상기 이동블럭(153)이 이동 정보에 대한 데이터는 별도의 디스플레이수단(미도시:예컨대 모니터)을 통해 디스플레이되어 작업자가 그 이동상태를 파악하면서 상술한 바와 같은 조정작업을 반복적으로 실시한다. Referring to the operation, first, when the operator designates the position shift value for the alignment through the manipulator 157, a signal is transmitted to the controller 130 and a driving signal is output to the driver 155. Then, the moving block 153 is moved to a predetermined position to automatically adjust the position of the reference mirror 90. At this time, the movement block 153 is the data for the movement information is displayed through a separate display means (not shown: for example, a monitor) so that the operator repeatedly performs the above-described adjustment operation while grasping the movement state.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 패턴의 크기 및 오버레이 측정장치는 촬상기의 초점위치를 검출하기 위한 레퍼런스미러의 얼라인먼트작업을 자동으로 실시하도록 구성함에 따라 그 조정작업성을 향상시킴과 아울러 정밀한 얼라인먼트가 가능하게 되어 측정결과치에 대한 신뢰성을 높이는 이점이 있다. As described above, the semiconductor wafer pattern size and overlay measuring device according to the present invention is configured to automatically perform the alignment of the reference mirror for detecting the focus position of the imager, thereby improving the adjustment workability. Precise alignment is possible, which increases the reliability of the measurement results.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 웨이퍼상의 패턴의 크기 또는 오버레이를 측정하는 장치의 구성을 도시한 도면, 1 is a view showing the configuration of an apparatus for measuring the size or overlay of a pattern on a semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention,
도 2는 상기 도 2의 레퍼런스미러 자동 위치 정렬장치의 구성을 도시한 사시도이다. 2 is a perspective view showing the configuration of the reference mirror automatic position alignment device of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 이동스테이지 30 : 빔발생기10: moving stage 30: beam generator
41,43 : 제1,2빔스프리터 50 : 촬상기41,43: 1st, 2nd beam splitter 50: Imager
70 : 대물렌즈 90 : 레퍼런스미러70: objective lens 90: reference mirror
110 : 초점위치리딩장치 130 : 제어기110: focus position reading device 130: controller
150 : 자동정렬기 151 : 고정블럭150: automatic sorter 151: fixed block
153 : 이동블럭 155 : 구동기153: moving block 155: driver
157 : 조작기157: manipulator
Claims (2)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050018186A true KR20050018186A (en) | 2005-02-23 |
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ID=37227766
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020030056263A KR20050018186A (en) | 2003-08-13 | 2003-08-13 | The measuring apparatus of patterns and overlay on semiconductor wafer |
Country Status (1)
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| KR100655080B1 (en) * | 2005-12-09 | 2006-12-11 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for inspecting overlay pattern in semiconductor device |
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |