KR20060057036A - 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼를 모니터링 하기 위한 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치는 광 조사부에서 웨이퍼 상으로 광을 조사하면서 상기 웨이퍼 표면을 스캐닝하고, 광 검출부에서 상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되는 광을 검출한다. 매핑부에서는 상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성하며, 확인부에서 상기 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께가 균일한지 확인한다. 따라서 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 불균일을 빠르게 확인할 수 있다.

Description

웨이퍼 모니터링 방법 및 장치{Method and apparatus for monitoring a wafer }
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 웨이퍼의 칩 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 이미지이다.
도 5는 도 4의 B 부분에 대한 반사도 지도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 스테이지 120 : 광 조사부
130 : 회전 미러 140 : 빔 확장기
150 : 빔 편향기 160 : 빔 블락
170 : 집광 렌즈 180 : 편광 분석기
190 : 프리즘 200 : 광 검출부
210 : 매핑부 220 : 확인부
W : 웨이퍼
본 발명은 웨이퍼를 모니터링하기 위한 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭 또는 막의 두께가 균일하게 형성되었는지를 모니터링하기 위한 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 고순도의 폴리실리콘(polysilicon)으로 이루어진 다결정 실리콘으로부터 웨이퍼를 형성 및 가공하고, 가공된 웨이퍼를 선별하는 작업등을 수행한다. 상기 가공을 위해서 사진(photo) 공정, 식각(etching) 공정, 확산 공정, 박막 공정 등의 단위 공정이 반복적으로 실시된다.
상기 단위 공정이 진행된 후 랏 투 랏(lot to lot), 웨이퍼 투 웨이퍼(wafer to wafer), 인 웨이퍼(in wafer)에서의 패턴의 선폭 또는 막의 두께가 전체적으로 불균일한 부분이 필연적으로 존재하게 된다. 이중 인 웨이퍼, 즉 웨이퍼 내에서의 패턴의 선폭 또는 막의 두께가 불균일한 경우, 300mm 웨이퍼에서 그 영향이 매우 크다. 따라서 상기 웨이퍼 내의 패턴의 선폭 또는 막의 두께의 불균일을 해소하기 위해 많은 노력이 경주되고 있다.
종래에는 웨이퍼 내의 패턴의 선폭 또는 막의 두께의 균일한 정도에 대한 모니터링은 주로 직접적인 두께 측정 또는 선폭 측정을 통해 이루어지고 있다. 예를 들면 웨이퍼 센터 부위와 에지 부위 사이의 모니터링은 각 부분에서 막의 두께를 측정하거나 패턴의 선폭을 측정함으로써 이루어진다. 그러나 상기 웨이퍼 모니터링시 측정되는 막의 두께 또는 패턴 선폭은 개별적인 수치값으로 일정 영역이나 웨이퍼 전체의 패턴의 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 파악하는데 어려움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 전체 또는 일정 영역의 패턴의 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링할 수 있는 웨이퍼 모니터링 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 전체 또는 일정 영역의 패턴의 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링할 수 있는 웨이퍼 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 방법을 제공한다. 상기 웨이퍼 모니터링 방법은 우선 웨이퍼 상으로 광을 조사하여 상기 웨이퍼 표면을 스캐닝한다. 다음으로 상기 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 광을 검출한다. 이후 상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성하고, 상기 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼 내에서 패턴 선폭 또는 막의 두께의 차이를 확인한다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 웨이퍼 모니터링 장치는 웨이퍼의 표면의 스캐닝을 위해 웨이퍼 상으로 광을 조사하기 위한 광 조사부를 포함한다. 광 검출부는 상기 웨이퍼 상의 막으로부터 반사되는 광을 검출한다. 매핑부는 상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성한다. 확인부는 상기 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 확인한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치는 웨이퍼 전체 또는 일정 영역의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 용이하게 확인할 수 있으므로 상기 패턴 선폭 또는 막의 두께의 이상 유무를 빠르게 확인할 수 있다. 따라서 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 불균일에 대한 개선도 빠르게 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼 모니터링 장치는 크게 광 조사부(120), 광 검출부(200), 매핑부(210) 및 확인부(220)를 포함한다.
스테이지(110)는 광을 이용하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴의 선폭 또는 막 의 두께를 모니터링하도록 상기 웨이퍼(W)를 지지한다. 웨이퍼(W)를 모니터링하기 위해서는 상기 광을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면 전체 또는 일부 영역을 스캐닝한다. 상기 웨이퍼(W)의 상부면 전체의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링 하고자 하는 경우에는 상기 웨이퍼(W) 상부면 전체에 대한 스캐닝이 필요하고, 상기 웨이퍼(W)의 상부면 일부 영역의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링 하고자 하는 경우에는 상기 웨이퍼(W) 상부면 일부 영역에 대한 스캐닝이 필요하다.
상기 웨이퍼(W)에 대한 스캐닝을 위해 스테이지(110)는 XY축으로 구동하거나 회전 가능하다. 상기 광을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면을 지그재그로 스캐닝하는 경우 스테이지(110)는 XY축으로 구동한다. 상기 광을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면을 동심원 또는 나선형으로 스캐닝하는 경우 스테이지(110)는 회전 구동한다.
도 3은 웨이퍼의 칩 영역을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 이미지이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 본 실시예에서는 웨이퍼(W)의 일정 영역에 대한 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링한다.
상기 광 조사부(120)는 웨이퍼(W) 내의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링하기 위해 광을 발생한다. 상기 광으로는 파장이 488nm 인 아르곤 이온(Ar ion) 레이저 또는 헬륨(He)계 레이저 등이 사용되며, 그 외 다양한 광이 사용될 수 있다.
회전 미러(130)는 각도 조절을 통해 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 방향을 변경하고, 상기 광이 원하는 각도로 웨이퍼(W) 상으로 입사되도록 입사각을 조절한다. 구체적으로 상기 회전 미러(130)는 상기 광이 상기 웨이퍼(W) 표면에 대해 특정 각을 갖도록 경사지게 입사되도록 한다.
빔 확장기(140, beam expander)는 광 조사부(120)로부터 발생된 광의 단면적을 확장시킨다.
빔 편향기(150, beam deflector)는 빔 확장기(140)에 의해 확장된 광이 웨이퍼(W)의 표면을 스캔하도록 상기 확장된 광을 편향시킨다. 포커싱 렌즈(170)는 빔 편향기(150)에 의해 편향된 상기 광이 조사되는 웨이퍼(W)의 표면 상의 스폿 사이즈(spot size)의 크기를 일정하게 유지하기 위해 상기 편향된 광의 초점 거리를 조절한다.
빔 블락(160, beam block)은 빔 편향기(150)에 의해 편향된 상기 광이 원하는 크기로 웨이퍼(W) 상으로 조사되도록 상기 광의 일정 부분을 차단한다.
웨이퍼(W)의 표면으로 조사된 광은 웨이퍼(W) 표면으로부터 반사된다. 편광 분석기(180)는 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 편광을 분석한다. 상기 편광 분석기(180)는 상기 광원으로부터 조사되는 광의 파장별로 인텐시티 및 위상을 각각 분석한다.
프리즘(190)은 상기 편광 분석기(180)를 통과한 반사 광을 스펙트럼으로 출력한다.
상기 광 검출부(200)는 상기 프리즘(190)에서 스펙트럼으로 출력된 광을 검출한다. 상기 도 4에서와 같이 상기 웨이퍼(W)에 형성된 막의 두께 차이 또는 선폭 차이로 인해 상기 웨이퍼(W) 내의 일정 영역에 디스칼라(discolor) 현상이 발생한다. 상기 디스칼라 현상으로 인해 상기 광 검출부(200)에서 검출되는 광의 인텐시티 또는 반사도 값이 서로 다르게 나타난다.
상기 매핑부(210)는 상기 광 검출부(200)의 검출 결과를 이용하여 상기 웨이퍼(W)의 일정 영역에 대한 인텐시티 값 또는 반사도 값에 따른 지도를 작성한다.
도 5는 도 4의 B 부분에 대한 반사도 지도이다.
상기 도 4 및 5를 참조하면, 상기 도 4의 이미지의 디스칼라에 따라 도 5에 나타나는 반사도 지도의 형태가 달라짐을 알 수 있다.
상기 확인부(220)는 상기 매핑부(210)에서 작성된 반사도 지도와 기 설정된 기준 반사도 지도를 비교한다. 상기 기준 반사도 지도는 상기 웨이퍼(W) 상에 정상적인 두께의 막이 형성되거나 정상적이 선폭을 갖는 패턴이 형성된 상태에서 작성된 반사도 지도이다. 따라서 상기 매핑부(210)에서 작성된 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교함으로써 상기 웨이퍼(W)의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 확인할 수 있다. 즉 상기 웨이퍼(W)에 형성된 막의 두께가 균일한지 또는 상기 웨이퍼(W)에 형성된 패턴의 선폭이 균일한지 모니터링할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 웨이퍼(W) 상으로 광을 조사한다.(S110)
구체적으로는 광 발생부(120)에서 광을 생성한다. 상기 생성된 광은 회전 미러(130)의 각도 조절을 통해 상기 광의 진행 방향이 변경되어 상기 웨이퍼(W) 표면 에 대해 특정 각을 갖도록 경사지게 입사되도록 한다.
이때 상기 웨이퍼(W)는 소정의 막이 형성된 웨이퍼(W)이거나 또는 소정의 패턴이 형성된 웨이퍼(W)이다.
상기 진행 방향이 변경된 광은 상기 빔 확장기(140)에서 단면적이 확장된다. 상기 단면적이 확장된 광은 상기 빔 편향기(150)에서 웨이퍼(W)의 표면을 스캔하도록 편향된다. 상기 빔 편향기(150)에 의해 편향된 상기 광은 조사될 웨이퍼(W)의 표면 상의 스폿 사이즈(spot size)의 크기를 일정하게 유지하기 위해 포커싱 렌즈(170)에 의해 초점 거리가 조절된다. 상기 광은 상기 빔 블락(160)에 의해 일정 부분 차단되어 원하는 크기로 웨이퍼(W) 상으로 조사된다.
다음으로 상기 웨이퍼(W)으로부터 반사되는 광을 검출한다.(S120)
구체적으로는 상기 웨이퍼(W) 표면으로부터 반사된 편광을 상기 편광 분석기(180)에서 파장별로 인텐시티 및 위상을 각각 분석한다. 상기 편광 분석기(180)를 통과한 반사 편광은 상기 프리즘(190)에서 스펙트럼으로 출력된다. 상기 광 검출부(200)는 상기 스펙트럼으로 출력된 광을 검출한다. 상기 검출된 광은 상기 웨이퍼(W)에 형성된 막의 두께 차이 또는 선폭 차이로 인해 나타나는 상기 디스칼라 현상에 따라 광의 인텐시티 또는 반사도 값이 서로 다르게 나타난다.
상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성한다.(S130)
구체적으로 상기 웨이퍼(W)의 각점에 따라 상기 광 검출부(200)에서 검출되는 광의 인텐시티 또는 반사도 값을 이용하여 상기 매핑부(210)는 상기 웨이퍼(W)의 일정 영역 또는 전체의 반사도 지도를 작성할 수 있다.
상기 반사도 지도와 기 작성된 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 확인한다.(S140)
구체적으로 상기 반사도 지도가 웨이퍼(W)의 막 두께에 따른 반사도 지도인 경우 막 두께에 따른 기 작성된 반사도 지도와 비교하고, 상기 반사도 지도가 웨이퍼(W)의 패턴 선폭에 따른 반사도 지도인 경우 패턴 선폭에 따른 기 작성된 반사도 지도와 비교한다. 따라서 상기 비교를 통해 막 두께 또는 패턴 선폭에 따른 상기 웨이퍼(W)의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링한다.
상기 웨이퍼(W)의 일정 지점이 아닌 일정 영역에 대한 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 모니터링할 수 있으므로 상기 웨이퍼(W)의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도 이상을 빠르게 확인할 수 있다. 또한 상기 웨이퍼(W)의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도 이상에 대한 대처도 빠르게 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치는 웨이퍼 내의 일정 영역에 대한 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도를 지도로 나타내고, 이를 기준 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도와 비교하여 이상 유무를 빠르고 용이하게 확인할 수 있다. 상기 웨이퍼의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 균일도 이상을 빠르게 확인하여 대처할 수 있으므로 반도체 장치 제조시 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역 으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 상으로 광을 조사하여 상기 웨이퍼 표면을 스캐닝하는 단계;
    상기 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성하는 단계; 및
    상기 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼 내의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 차이를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출된 광의 광학 스펙트럼에 따른 특정 구간의 파장에 대응하는 반사도를 이용하여 상기 반사도 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 모니터링 방법.
  3. 웨이퍼 표면의 스캐닝을 위해 상기 웨이퍼 상으로 광을 조사하기 위한 광 조사부;
    상기 웨이퍼 상으로부터 반사되는 광을 검출하는 광 검출부;
    상기 검출된 광의 반사도에 따른 반사도 지도를 작성하는 매핑부; 및
    상기 반사도 지도와 기준 반사도 지도를 비교하여 상기 웨이퍼 내의 패턴 선폭 또는 막의 두께의 차이를 확인하는 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 모니터링 장치.
KR1020040096064A 2004-11-23 2004-11-23 웨이퍼 모니터링 방법 및 장치 KR20060057036A (ko)

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