KR20060110893A

KR20060110893A - 얼라인 마크 위치인식방법

Info

Publication number: KR20060110893A
Application number: KR1020050032653A
Authority: KR
Inventors: 정재형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-10-26

Abstract

본 발명은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 얼라인 마크 위치인식방법을 개시한다. 그의 방법은, 웨이퍼 상에 형성된 얼라인 마크의 위치를 인식하는 방법에 있어서; 상기 얼라인 마크가 형성된 웨이퍼를 얼라이너에 준비하는 단계; 상기 웨이퍼의 소정 위치에서 상기 얼라인 마크를 광학장치로 확대하고 촬상장치를 이용하여 얼라인 마크 이미지를 픽업하는 단계; 상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭인지를 판단하는 단계; 및 상기 얼라인 마크의 에지가 선행되는 반도체 제조공정에서 손상되어 상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭을 이루지 못할 경우, 상기 얼라인 마크 이미지를 반전시키고 반전된 상기 얼라인 마크 이미지의 중심과 실측 상기 얼라인 마크 이미지의 중심의 평균을 산출하여 상기 얼라인 마크의 중심위치로 인식하는 단계를 포함하여 이루어진다.

얼라인 마크(alignment mark), 촬상장치, 반전, 이미지(image)

Description

얼라인 마크 위치인식방법{Method for sensing location of the alignment mark}

도 1은 종래의 TTL(THROUGH-THE-LENS) STANDARD PHASE GRATING ALIGNMENT 방식에서 1차 회절 산란광을 나타낸 도면.

도 2는 종래의 ATHENA ADVANCED PHASE GRATING ALIGNMENT 방식에서 다차 회절 산란광을 나타낸 도면.

도 3은 정상적인 얼라인먼트 마크로부터 얻어진 1차 회절광을 사인파로 피팅한 도면.

도 4는 비정상적인 얼라인먼트 마크로부터 얻어진 1차 회절광을 사인파로 피팅한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 얼라인 마크 위치인식방법을 위한 광학 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.

도 6은 도 5의 제어부를 개략적으로 나타내는 블록도.

도 7은 '田'자형 얼라인 마크 인식을 설명하기 위한 도면.

도 8은 '┼'자형 얼라인 마크 인식을 설명하기 위한 도면.

도 9는 얼라인 마크 에지가 손상된 절개면에 따른 얼라인 마크 이미지 및 그 에 따른 중심을 찾기 위한 사인파를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 얼라인 마크 위치인식방법을 설명하기 위해 나타낸 흐름도.

본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 선행되는 반도체 제조공정에서 유발되는 얼라인 마크의 에지 손상에 관계없이 얼라인 마크의 중심위치를 인식하는 얼라인 마크 위치인식방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화로 회로패턴들의 사이즈가 더욱 더 미세화 되어감에 따라 미세 패턴의 사이즈에 영향을 주는 각종 파라메터들의 관리가 더욱 엄격화되고 있다. 특히, 반도체 제조공정 중에서도 포토공정은 미세패턴의 사이즈에 직접적인 영향을 주게 된다.

포토공정은 웨이퍼 상에 미세패턴을 형성하기 위하여 웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포하고, 레티클에 형성된 회로패턴을 전사하기 위하여 도포된 포토 레지스트를 노광하고, 노광된 포토레지스트를 현상하는 일련의 공정을 수행하게 된다.

여기서, 노광공정은 스캔 스텝퍼를 사용하여 웨이퍼를 투영렌즈 아래에서 단계적으로 이동시키면서 레티클 상에 형성된 패턴을 투영렌즈에 의해 축소하여 1매의 웨이퍼 상에 각 샷(shot)영역에 순차 노광한다.

이와 같은 노광공정에서는 노광장비의 레티클 스테이지에 레티클을 정렬시키고, 웨이퍼 스테이지에 웨이퍼를 정렬한 다음에 레티클과 웨이퍼를 정렬시켜서 노광하게 된다. 그러므로, 노광공정에서 레티클 및 웨이퍼의 정렬은 매우 엄격하게 관리되고 있다.

일반적으로 레티클이나 웨이퍼에는 회절 격자형 얼라인먼트 마크를 형성하고, 이들 마크에 레이저빔을 조사하여 마크의 위치를 검출한다.

종래의 얼라인먼트 방법으로는 'TTL(THROUGH-THE-LENS) STANDARD PHASE GRATING ALIGNMENT' 방식과 'ATHENA ADVANCED PHASE GRATING ALIGNMENT' 방식이 소개되고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, TTL방식은 ON-AXIS방식으로 적색 레이저빔을 투영광학계를 거쳐서 조사하고 얼라인 마크(MK) 에지(E1, E2)로부터 1차 회절광을 센싱하고 센싱된 1차 회절광을 사인파에 피팅(FITTING)해서 신호를 처리하는방식이다.

도 2에 도시한 바와 같이, ATHENA방식은 OFF-AXIS방식으로 투영광학계를 거치지 않고 직접 얼라인 마크에 레이저빔을 조사하고 얼라인 마크 에지(E1, E2)로부터 다차 회절광, 예컨대 1~7차 회절광들을 센싱하고 센팅된 다차 회절광들 중에서 어느 하나를 사인파에 피팅해서 신호를 처리하는 방식이다.

상기 두 방식은 모두 센싱된 광신호를 도 3에 도시한 바와 같이 사인파에 피팅해서 신호 처리한다. 따라서, 얼라인 마크(MK)의 에지가 정상적인 경우에는 얻어진 사인파의 중간 또는 바닥 레벨이 얼라인 마크 에지를 교차하게 된다. 이때, 상기 사인파의 중간 레벨이 상기 얼라인 마크 에지에 교차될 경우, 사인파의 중간 레 벨을 가로지르는 직선과 사인파의 두 교점사이의 거리를 1/2하여 얼라인 마크(MK)의 중심(MC)을 검출하게 된다.

그러나, 도 4에 도시한 바와 같이, 얼라인 마크 에지(E1)의 탑부분이 각을 이루지 못하고 무너진 경우에는 에지(E1)에서 회절되는 광과 에지(E2)에서 회절되는 광이 균형을 이루지 못하므로 도시한 바와 같이 얻어진 사인파(SW)는 위상 시프트되게 된다. 따라서, 이와 같이 위상 시프트된 사인파로부터 중심을 구하게 되면 검출된 중심(DC)은 원래 얼라인 마크(MK)의 중심(MC)로부터 d만큼 오차를 가지게 된다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 얼라인 마크 위치인식방법은 얼라인 마크 에지의 일측이 선행되는 반도체 제조공정에 의해 손상될 경우, 얼라인 마크의 중심이 손상된 상기 얼라인 마크 에지에 반대되는 방향으로 이동되어 인식되어 얼라인 공정의 불량을 야기시킬 수 있기 때문에 생산 수율을 떨어뜨리는 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 얼라인 마크 에지의 일측이 손상되더라도 얼라인 마크의 중심위치가 손상된 상기 얼라인 마크 에지에 반대되는 방향으로 이동되어 유발되는 얼라인 공정의 불량을 방지하여 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 얼라인 마크인식방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 얼라인 마크 위치인식방 법은, 웨이퍼 상에 형성된 얼라인 마크의 위치를 인식하는 방법에 있어서; 상기 얼라인 마크가 형성된 웨이퍼를 얼라이너에 준비하는 단계; 상기 웨이퍼의 소정 위치에서 상기 얼라인 마크를 광학장치로 확대하고 촬상장치를 이용하여 얼라인 마크 이미지를 픽업하는 단계; 상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭인지를 판단하는 단계; 및 상기 얼라인 마크의 에지가 선행되는 반도체 제조공정에서 손상되어 상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭을 이루지 못할 경우, 상기 얼라인 마크 이미지를 반전시키고 반전된 상기 얼라인 마크 이미지의 중심과 실측 상기 얼라인 마크 이미지의 중심의 평균을 산출하여 상기 얼라인 마크의 중심위치로 인식하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방법을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 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 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명에서 언급되는 얼라인(align)은 얼라인먼트(alignment)를 대신하여 사용될 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 얼라인 마크 위치인식방법을 위한 광학 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 측정장비들은 얼라인 마크를 인식하기 위하여 광학시스템을 구비한다.

광학시스템은 웨이퍼 스테이지(20)에 위치된 웨이퍼(22)를 광을 조사하기 위해 외부의 전원전압을 공급받아 가시광과 같은 광을 생성하는 광원(24)을 포함한다. 광원(24)에서 생성된 광은 상기 웨이퍼를 향해 일직선상으로 입사되고, 빔스플리터(26)를 통과하여 볼록렌즈와 같은 렌즈(28)에 의해 웨이퍼(22) 상에 일직선상으로 포커싱된다.

상기 웨이퍼 상에 입사되어 반사된 광은 다시 상기 렌즈(28)를 통하여 빔 스플리터(26)에 입사되고 빔 스플리터(26)에 입사된 광은 90도로 반사되어 렌즈(30)를 통하여 CCD(32) 또는 CMOS와 같은 촬상장치에 포커싱된다. CCD(32)에서는 입사된 광을 광전변환하여 2차원 그레이레벨 이미지 데이터로 변환한다.

제어부(34)에서는 변환된 이미지 데이터를 본 발명의 패턴인식 알고리즘에 의해 처리하여 패턴인식하고, 패턴인식결과에 의해 구동부(36)를 제어하여 웨이퍼의 얼라인을 조정하거나 측정의 기준 데이터로 활용한다.

도 6은 도 5 제어부(34)를 개략적으로 나타내는 블록도로서, 제어부(34)는 크게 박싱부(40), 필터링부(42), 패턴인식부(44), 판단부(48), 인터페이스부(50)를 포함한다.

박싱부(40)는 CCD 센서(40)로부터 입력된 이미지 데이터 중 특정 영역을 박싱처리하여 박스영역 내의 이미지 데이터만을 추출하고 나머지 데이터는 버린다. 여기서 박스영역(60, 70)은 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 얼라인 마크(62, 72)를 포함한 영역을 고배율로 클로즈업한 영역으로 한정한다. 고배율영역(60)은 저배율영역(10)에 비하여 얼라인 마크만을 포함하므로, 패턴 오인식 또는 미인식의 확률을 떨어뜨릴 수 있어서 정확한 마크인식을 가능하게 한다.

필터링부(42)는 박스처리된 이미지 데이터 중 얼라인 마크 이미지(82) 데이터를 제외한 주변영역의 이미지 데이터를 삭제한다.

예컨대, 얼라인 마크는 '-', '│', 'ㄱ,'┼', '田' 등이 있을 수 있다. 이들 중 상기 얼라인 마크가 도 7과 같이 '田'일 경우에는 글자 내부 공간영역(64)과 글자 외부 공간영역(66)에 포함되는 이미지데이터들을 삭제한다. 도 7의 '+'자형 얼라인 마크(72)의 경우에는 글자 외부 공간영역(74)에 대응하는 이미지 데이터들을 삭제한다.

이와 같은 필터링과정을 통하여 불필요한 이미지 데이터를 삭제함으로써 파티클에 의한 오인식이나 패턴 미인식을 최소화시킬 수 있다.

패턴인식부(44)는 필터링된 얼라인 마크 이미지(82) 데이터를 이치화하여 최종적인 얼라인 마크(72)의 패턴을 인식한다.

상기 판단부(48)는 상기 패턴인식부(44)에서 인식된 얼라인 마크(72)의 가 로 또는 세로 각각의 실제 중심(MC)위치를 판단한다.

먼저, 상기 판단부(48)는 상기 얼라인 마크(72)의 가로 또는 세로 절단면에 대하여 얼라인 마크 에지 이미지가 중심을 기준으로 서로 대칭인지를 판단한다.

이때, 판단부(48)는 얼라인 마크 에지 이미지가 서로 대칭이 될 경우, 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심을 상기 얼라인 마크(72)의 중심(MC)위치로 판단한다.

반면, 선행되는 반도체 제조공정에 의해 일측의 상기 얼라인 마크 에지가 손상되어 상기 얼라인 마크 에지 이미지가 서로 대칭되지 못할 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 판단부(48)는 상기 얼라인 마크 이미지(82)를 반전시켜 얼라인 마크 반전 이미지를 획득한 후 상기 얼라인 마크 반전 이미지의 중심(IC)과 실제 계측된 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)간에 평균을 산출하여 상기 얼라인 마크(72)의 중심(MC)위치로 판단한다.

여기서, 도 9의 (a)는 일측 에지가 손상되어 실제 계측된 얼라인 마크(72)의 단면과, 상기 촬상장치에서 픽업된 얼라인 마크 이미지(82)와, 상기 얼라인 마크 이미지(82)에서의 중심(DC)을 나타낸다. 이때, 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)은 동일한 명암을 갖는 이미지에서 사인파(또는 가우시안 분포 곡선)의 피크를 이용하여 산출될 수 있다.

또한, 도 9의(b)는 상기 실제 계측된 얼라인 마크(72)의 단면을 이상적(identical)으로 대칭시켜 나타낸 단면과, 상기 얼라인 마크 이미지(82)에서 반전된 얼라인 마크 반전 이미지(92)와, 상기 얼라인 마크 반전 이미지(92)의 중심(IC) 을 나타낸다. 이때, 상기 도 9의 (a)와 (b)에 표시된 'PR'은 포토레지스트를 나타낸다.

따라서, 판단부(48)은 얼라인 마크(72)의 일측이 손상되어 얻어진 얼라인 마크 이미지(82)에서 실제 계측된 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)과 상기 실제 계측된 얼라인 마크 이미지(82)를 반전시킨 얼라인 마크 반전 이미지(92) 중심(IC)간의 평균을 얼라인 마크(72)의 중심으로 판단할 수 있다.

또한, 인터페이스부(50)는 판단부(48)의 판단결과에 따라 웨이퍼와 레티클이 대응되도록 구동제어신호를 웨이퍼 스테이지를 구동하는 구동부(36)에 출력한다.

이와 같이 구성된 광학 시스템을 이용한 얼라인 마크(72) 위치인식방법을 설명하면 다음과 같다.

도 10은 본 발명에 따른 얼라인 마크(72) 위치인식방법을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지(20) 상에 웨이퍼를 준비하고, 웨이퍼(22)를 X축 및 Y축방향으로 이동시키면서 얼라인 마크(72)를 검색한다(S110). 얼라인 마크(72)가 검색되면 얼라인 마크(72)를 포함하는 영역을 고배율로 확대하여(S120) 이미지를 촬상장치를 통해 픽업한다(130).

여기서, 상기 촬상장치에서 픽업된 고배율영역 이미지 데이터는 박싱부에서 박스처리되어 패턴인식 영역이 한정된다. 또한, 상기 이미지 데이터는 패턴인식영역 내에서 얼라인 마크(72)의 형상에 따라 상기 필터링부에서 불필요한 공간영역의 데이터들이 삭제되어 필터링되고, 필터링된 나머지 이미지 데이터는 상기 패턴인식 부에서 통상적인 패턴인식과정을 거쳐서 그레이레벨의 얼라인 마크 이미지(82)로 인식된다.

다음, 상기 판단부(48)는 상기 얼라인 마크 이미지(82) 중에서 얼라인 마크 에지 이미지(도시하지 않음)가 서로 대칭인가를 판단한다(S140).

이때, 상기 얼라인 마크 에지 이미지가 서로 대칭일 경우, 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)을 얼라인 마크(72)의 중심(MC)위치로 결정한다(S150).

반면, 상기 얼라인 마크 에지 이미지가 서로 대칭되지 못할 경우, 상기 얼라인 마크 이미지(82)를 반전시켜 얼라인 마크 반전 이미지(92)를 획득하고(S160), 상기 얼라인 마크 반전 이미지(92)의 중심(IC)과 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)간의 평균을 산출하여 상기 얼라인 마크(72)의 중심(MC)위치로 판단한다(S170).

따라서, 본 발명에 따른 얼라인 마크(72) 위치인식방법은, 얼라인 마크 이미지(82)를 반전시킨 얼라인 마크 반전 이미지(92)의 중심(IC)과 실제 계측된 상기 얼라인 마크 이미지(82)의 중심(DC)간에 평균을 산출하여 얼라인 마크(72)의 중심위치로 판단토록 하여 얼라인 마크 에지의 일측이 손상되더라도 얼라인 마크(72)의 중심위치가 손상된 상기 얼라인 마크 에지에 반대되는 방향으로 이동되어 유발되는 얼라인 공정의 불량을 방지할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.

도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 얼라인 마크(72) 위치인식방법을 통해 상기 판단부(48)에서 판단된 얼라인 마크(72)의 중심을 이용하여 스테이지의 구동 부를 제어하여 상기 웨이퍼와 레티클을 대응시켜 노광공정을 수행토록 한다.

비록 본 발명의 구성요소들이 특정한 실시예와 관련되어 기술되었지만 본 발명은 수많은 다른 방법으로도 구현될 수 있다. 결론적으로, 설명하는 과정에서 묘사된 특정한 실시예는 절대로 한정적으로 해석되기를 의도한 것이 아니라는 것이다. 본 실시예의 구체적인 부분에 대한 참조는 본 발명의 필수 구성요소라고 간주되는 특징만을 기술하고 있는 청구범위의 보호영역을 한정하려는 의도가 아니다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 얼라인 마크 이미지를 반전시킨 얼라인 마크 반전 이미지의 중심과 실제 계측된 상기 얼라인 마크 이미지의 중심간에 평균을 산출하여 얼라인 마크의 중심위치로 판단토록 하여 얼라인 마크 에지의 일측이 손상되더라도 얼라인 마크의 중심위치가 손상된 상기 얼라인 마크 에지에 반대되는 방향으로 이동되어 유발되는 얼라인 공정의 불량을 방지할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

웨이퍼 상에 형성된 얼라인 마크의 위치를 인식하는 방법에 있어서;

상기 얼라인 마크가 형성된 웨이퍼를 얼라이너에 준비하는 단계;

상기 웨이퍼의 소정 위치에서 상기 얼라인 마크를 광학장치로 확대하고 촬상장치를 이용하여 얼라인 마크 이미지를 픽업하는 단계;

상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭인지를 판단하는 단계; 및

상기 얼라인 마크의 에지가 선행되는 반도체 제조공정에서 손상되어 상기 촬상장치에서 픽업된 상기 얼라인 마크 이미지가 좌우 또는 상하 대칭을 이루지 못할 경우, 상기 얼라인 마크 이미지를 반전시키고 반전된 상기 얼라인 마크 이미지의 중심과 실측 상기 얼라인 마크 이미지의 중심의 평균을 산출하여 상기 얼라인 마크의 중심위치로 인식하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 얼라인 마크의 위치인식방법.
제 1 항에 있어서,

상기 촬상장치는 CCD 또는 CMOS를 포함함을 특징으로 하는 얼라인 마크 위치인식방법.