KR20070002265A - 오버레이 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

오버레이 측정 장치 및 방법은 스테이지에 웨이퍼를 지지하며, 상기 스테이지의 일측에 이동 가능하도록 구비되는 플랫 존 검출부로 상기 웨이퍼의 플랫 존을 검출한다. 상기 스테이지의 타측에 이동 가능하도록 구비되는 오버레이 측정부는 상기 웨이퍼에 형성된 기준 오버레이 마크와 대상 오버레이 마크간의 오버레이를 측정한다. 상기 플랫 존 검출부의 플랫 존 검출시, 제1 구동부는 상기 웨이퍼가 회전하도록 상기 스테이지를 회전시키고, 상기 오버레이 측정부의 오버레이 측정시, 제2 구동부는 상기 오버레이 측정부가 상기 웨이퍼의 오버레이 마크들 상에 위치하도록 상기 스테이지를 XY축 방향으로 구동시킨다.

Description

오버레이 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring overlay}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 오버레이 측정 장치의 플랫 존 정렬시 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 도 1에 도시된 오버레이 측정 장치의 오버레이 측정시 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 상기 오버레이 측정부의 측정 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 스테이지 120 : 구동부

122 : 제1 구동부 124 : 제2 구동부

130 : 플랫 존 정렬부 132 : 제1 센서

134 : 제2 센서 140 : 오버레이 계측부

W : 웨이퍼

본 발명은 오버레이 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오버레이 측정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 오버레이 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 웨이퍼으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기와 같은 공정들을 반복하여 상기 기판 상에 복수의 층을 형성한다. 따라서 반도체 소자는 복수의 층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는다. 반도체 소자의 제조 공정은 상기와 같이 복수의 층을 적층시키면서 이루어진다. 상기 각각의 층에 는 각 층을 정렬할 수 있도록 반도체 기판 정렬 마크와 오버레이 마크가 스크라이브 라인 상에 형성된다.

그러나 상기와 같은 각 층의 정렬 정도를 측정하는 오버레이 측정 장치는 프플랫 존 정렬 유닛과 오버레이 측정 유닛이 각각 구비된다. 따라서 이송암을 이용하여 카세트에 적재된 웨이퍼를 상기 플랫 존 정렬 유닛으로 이송하여 상기 웨이퍼의 플랫 존을 정렬한다. 이후 상기 이송암을 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 오버레이 측정 유닛으로 이송하여 오버레이를 측정한다. 상기 오버레이 측정이 완료되면 상기 이송암이 상기 웨이퍼를 이송하여 상기 카세트에 적재한다.

상기 플랫 존 정렬 유닛과 오버레이 측정 유닛이 각각 구비되므로 상기 이송암의 동선이 길어진다. 따라서 상기 웨이퍼의 이송에 많은 시간이 소요된다.

또한 상기 이송암의 동선이 길어 상기 웨이퍼가 이송되는 동안 상기 웨이퍼가 떨어져 손상될 가능성이 높다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 이송 거리를 줄여 오버레이 측정 시간을 단축할 수 있는 오버레이 측정 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상기 오버레이 측정 장치를 이용한 오버레이 측정 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하 면, 오버레이 측정 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지를 구비한다. 플랫 존 검출부는 상기 스테이지의 일측에 이동 가능하도록 구비되며, 상기 웨이퍼의 플랫 존을 검출하고, 오버레이 측정부는 상기 스테이지의 타측에 이동 가능하도록 구비되며, 상기 웨이퍼에 형성된 기준 오버레이 마크와 대상 오버레이 마크간의 오버레이를 측정한다. 제1 구동부는 상기 플랫 존 검출부의 플랫 존 검출시, 상기 웨이퍼가 회전하도록 상기 스테이지를 회전시키고, 제2 구동부는 상기 오버레이 측정부의 오버레이 측정시, 상기 오버레이 측정부가 상기 웨이퍼의 오버레이 마크들 상에 위치하도록 상기 스테이지를 XY축 방향으로 구동시킨다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 오버레이 측정 방법은 웨이퍼를 스테이지 상으로 로딩한 후, 로딩된 웨이퍼를 회전시키면서 상기 웨이퍼의 플랫 존을 정렬한다. 다음으로 정렬된 웨이퍼에 형성된 기준 오버레이 마크와 대상 오버레이 마크간의 오버레이를 측정하고, 측정이 완료된 웨이퍼를 상기 스테이지로부터 언로딩하여 오버레이 측정을 종료한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 오버레이 측정 장치 및 방법은 플랫존 검출부와 오버레이 측정부를 이용하여 웨이퍼의 플랫 존 정렬과 오버레이 측정이 인시튜(in-situ)로 진행된다. 따라서 상기 웨이퍼의 이송 거리가 감소되어 오버레이 측정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 또한 웨이퍼 이송 거리의 감소로 이송 중 웨이퍼가 손상될 가능성을 낮출 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 오버레이 측정 장치의 플랫 존 정렬시 위치 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 오버레이 측정 장치의 오버레이 측정시 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 오버레이 측정 장치(100)는 스테이지(110), 구동부(120), 플랫 존 검출부(130) 및 오버레이 측정부(140)로 구성된다.

상기 스테이지(110)는 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 스테이지(110)는 원판 형태를 가지며, 상기 웨이퍼(W)의 지름보다 작은 지름을 갖는다. 따라서 후술하는 플랫 존 검출부(130)가 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 용이하게 검출할 수 있다.

상기 구동부(120)는 상기 스테이지(110)를 회전시키거나 XY축 방향으로 수평 이동시킨다. 상기 구동부(120)는 제1 구동부(122) 및 제2 구동부(124)로 구성된다.

상기 제1 구동부(122)는 상기 스테이지(110)를 회전시킨다. 상기 제1 구동부(122)는 상기 플랫 존 검출부(130)가 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출하는 동안에 구동된다.

상기 제2 구동부(124)는 상기 스테이지(110)를 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동시킨다. 상기 제2 구동부(124)는 상기 오버레이 측정부(140)가 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막들의 정렬 정도를 측정하는 경우에 구동된다.

또한 상기 제2 구동부(124)는 상기 플랫 존이 정렬된 웨이퍼(W)를 오버레이 측정을 위한 기준 위치로 이동시킨다.

상기 플랫 존 검출부(130)는 상기 스테이지(110)에 지지된 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출한다. 상기 플랫 존 검출부(130)는 제3 구동부(미도시)에 의해 상기 웨이퍼(W)에 인접하거나 상기 웨이퍼(W)로부터 이격되도록 이동된다.

상기 플랫 존 검출부(130)는 제1 센서(132) 및 제2 센서(134)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 플랫 존 검출부(130)는 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출하기 위해서는 상기 웨이퍼(W)와 인접하도록 위치한다. 이 경우, 상기 제1 센서(132)는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 상방에 위치한다. 상기 제1 센서(132)는 발광 센서이다. 이 경우, 상기 제2 센서(134)는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 하방에 위치한다. 상기 제1 센서(132)는 수광 센서이다.

상기 제1 센서(132)와 제2 센서(134)는 서로 마주보도록 구비된다. 상기 제2 센서(134)가 상기 제1 센서(132)에서 발해진 광을 수광하는지 여부에 따라 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출한다. 구체적으로, 상기 제1 센서(132)와 제2 센서(134) 사이에 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존이 존재하지 않는 경우, 상기 제1 센서(132)에서 발해진 광은 상기 제2 센서(134)에 수광되지 않는다. 상기 제1 센서(132)와 제2 센서(134) 사이에 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존이 존재하는 경우, 상기 제1 센서(132)에서 발해진 광은 상기 제2 센서(134)에 수광된다. 이때 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존이 정렬된 것으로 판단하고, 상기 제1 구동부(122)의 구동이 정지된다.

한편, 상기에서는 상기 제1 센서(132) 및 제2 센서(134)가 상기 웨이퍼(W)와 수직한 방향으로 배치되는 것으로 도시되었지만, 상기 제1 센서(132) 및 제2 센서(134)는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에 상기 웨이퍼(W)와 평행한 방향으로 배치될 수도 있다. 이 경우에도 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출하는 방법은 동일하 다.

상기 오버레이 측정부(140)는 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막들의 정렬 정도, 즉 오버레이를 측정한다. 상기 오버레이 측정부(140)는 제4 구동부(미도시)에 의해 상기 웨이퍼(W) 상에 위치하거나 상기 웨이퍼(W)로부터 이격되도록 이동된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 오버레이 측정부(140)가 오버레이를 측정하기 위해서는 상기 웨이퍼(W)의 상방에 위치한다.

오버레이에 대해 살펴보자. 적층 구조의 반도체 소자를 제조함에 있어서, 이전 공정에서 형성된 막과 현재의 공정을 통해 형성된 막 사이의 정렬이 매우 중요하다. 따라서, 각 막에 하부 막과 상부 막간의 정렬 상태를 파악 및 보정하기 위한 오버레이(overlay) 측정 패턴을 설치하고 있다. 참고로, 오버레이란 이전 공정에서 형성된 하부 막과 현 공정에서 형성하는 상부 막간의 정렬 상태를 수치로 표시하는 것을 말하며, 통상의 반도체 소자의 제조 공정에서는 측정된 오버레이 값을 스캐너(scanner) 또는 스텁퍼(steppter)와 같은 노광 장비에 피드백(feedback)함으로써, 하부 막과 상부 막간의 중첩도를 향상시킨다. 상기 오버레이 측정 패턴은 웨이퍼에서 다이(Die)와 다이 사이를 분할하는 스크라이브 라인(Scribe line) 내에 설치하는 것이 보통이며, 예를 들면, 하부 막에 형성된 아우터 박스(Outer Box)와 상부 막에 형성된 인너 박스(Inner Box)로 구성된다. 여기서, 상기 아우터 박스는 하부층 패턴으로 이루어지는 반면, 상기 인너 박스는 상기 하부층 패턴을 패터닝하기 위해 포토리소그라피 공정을 통해 형성되는 감광막 패턴으로 이루어진다.

도 4는 상기 오버레이 측정부(140)의 측정 과정을 설명하기 위한 구성도이 다.

도 4를 참조하면, 상기 오버레이 측정부(140)는 광원(141), 광섬유(142), 빔스플리터(143), 레퍼런스 미러(144), 촬상 수단(145) 및 렌즈(146)들로 구성된다.

상기와 같은 오버레이 측정부(140)를 이용한 오버레이 측정 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 광원(141)에서부터 나온 빔은 광섬유(optical fiber : 142)를 거쳐 빔스플리터(Beam Splitter : 143)로 입사된 후, 상기 빔스플리터(143)를 투과 및 반사하여 제1 및 제2경로(L1, L2)로 나뉘어 진행한다. 그런다음, 투과되어 제1 경로(L1)로 진행한 빔은 기준 미러(reference mirror : 144)에 의해 반사되어 다시 빔스플리터(143)로 입사되고, 반사되어 제2 경로(L2)로 진행한 빔은 웨이퍼(W)에 입사된 후에 오버레이 측정 패턴에서 반사되어 빔스플리터(143)로 다시 입사된다.

다음으로, 빔스플리터(143)로 입사된 두 경로(L1, L2)의 빔을 촬상 수단, 즉, CCD 카메라(145)에서 촬상하고, 이를 특정 알고리즘에 따라 해석하여 오버레이 정렬도를 파악한다.

상기와 같은 오버레이 측정 장치(100)는 오버레이 측정부(140)와 웨이퍼(W)의 플랫 존을 검출할 수 있는 플랫 존 검출부(30)를 같이 구비하고 있다. 그러므로 상기 오버레이 측정 장치(100)의 외부에서 플랫 존을 정렬하는 경우보다 상기 웨이퍼(W)의 동선을 줄일 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 이동에 따른 파손 가능성을 줄일 수 있다. 또한 상기 웨이퍼(W)의 동선을 줄어들어 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존 정렬 및 오버레이 측정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 따라서 상기 반도체 소자의 생 산성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 카세트(미도시)에 적재된 웨이퍼(W)를 이송암을 이용하여 상기 스테이지(110) 상으로 로딩한다.(S110)

이때, 상기 플랫 존 검출부(130) 및 상기 오버레이 측정부(140)는 상기 스테이지(110), 구체적으로 상기 스테이지(110)에 로딩된 웨이퍼(W)로부터 이격된 상태이다.

상기 웨이퍼(W)가 로딩되면, 플랫 존 검출부(130)는 상기 웨이퍼(W)의 측면과 인접하도록 이동된다. 상기 오버레이 측정부(140)는 상기 웨이퍼(W)로부터 이격된 상태를 유지한다.

상기 플랫 존 검출부(130)가 상기 웨이퍼(W)와 인접하도록 이동되면, 상기 제1 구동부(122)는 상기 웨이퍼(W)를 회전시키기 위해 상기 스테이지(110)를 서서히 회전시킨다. 상기 웨이퍼(W)를 회전시키면서 상기 제1 센서(132)에서 조사된 광이 상기 제2 센서(134)에 수광되는지 여부를 확인한다. 상기 제2 센서(134)에 상기 제1 센서(132)에서 조사된 광이 수광되면, 상기 제1 구동부(122)의 구동을 정지하여 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존을 정렬한다.(S120)

상기 웨이퍼(W)의 플랫 존이 정렬되면, 플랫 존 검출부(130)는 상기 웨이퍼(W)의 측면으로부터 이격되도록 이동하고, 상기 오버레이 측정부(140)는 상기 웨이퍼(W)의 상부에 위치하도록 이동한다.

이 상태에서 상기 제2 구동부(124)는 상기 스테이지(110)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시킨다. 따라서 상기 오버레이 측정부(140)가 상기 웨이퍼(W)의 오버레이 측정시의 기준 위치에 위치하도록 상기 웨이퍼(W)의 위치를 정렬한다.(S130)

이후 상기 오버레이 측정부(140)는 상기 웨이퍼(W)의 스크라이브 라인 상으로 이동하여 하부 막과 상부 막의 정렬 정도인 오버레이를 측정한다.(S140)

구체적인 오버레이 측정 방법은 상술한 바와 같으므로 생략한다.

상기 웨이퍼(W)에 대한 오버레이 측정이 완료되면, 상기 오버레이 측정부(140)는 상기 웨이퍼(W)로부터 이격되는 방향으로 이동한다. 이때, 상기 플랫 존 검출부(130)는 상기 웨이퍼(W)로부터 이격된 상태이다. 이후 상기 이송암이 상기 스테이지(110)로부터 상기 웨이퍼(W)를 언로딩한다.(S150)

상기 이송암은 언로딩된 웨이퍼(W)를 카세트에 적재한다.

상기 오버레이 측정 방법에 따르면 오버레이 측정을 위해 상기 웨이퍼(W)를 상기 스테이지(110)로 로딩한 상태에서 플랫 존 정렬이 이루어진다. 상기 플랫 존 정렬을 위해 별도의 로딩 및 언로딩 공정이 생략된다. 따라서 웨이퍼(W)의 플랫 존 정렬 및 오버레이 측정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 장치 및 방법은 플랫 존 정렬부와 오버레이 측정부를 구비하여 인시튜로 플랫 존 정렬 및 오버레이 계측이 이루어진다. 따라서 플랫 존 정렬을 위한 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩 공정을 줄여 상기 웨이퍼(W)의 플랫 존 정렬 및 오버레이 측정에 소요 시간 을 단축할 수 있다. 또한 상기 웨이퍼(W)가 이송암으로부터 떨어져 손상될 가능성을 줄일 수 있다. 그러므로 반도체 소자의 제조 공정의 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 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지;

   상기 스테이지의 일측에 구비되며, 상기 웨이퍼의 플랫 존을 검출하기 위한 플랫 존 검출부;

   상기 스테이지의 타측에 구비되며, 상기 웨이퍼에 형성된 기준 오버레이 마크와 대상 오버레이 마크간의 오버레이를 측정하는 오버레이 측정부;

   상기 플랫 존 검출부의 플랫 존 검출시, 상기 웨이퍼가 회전하도록 상기 스테이지를 회전시키기 위한 제1 구동부; 및

   상기 오버레이 측정부의 오버레이 측정시, 상기 오버레이 측정부가 상기 웨이퍼의 오버레이 마크들 상에 위치하도록 상기 스테이지를 XY축 방향으로 구동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플랫 존 검출이 용이하도록 상기 스테이지의 크기는 상기 웨이퍼의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 장치.
3. 웨이퍼를 스테이지 상으로 로딩하는 단계;

   로딩된 웨이퍼를 회전시키면서 상기 웨이퍼의 플랫 존을 정렬하는 단계;

   정렬된 웨이퍼에 형성된 기준 오버레이 마크와 대상 오버레이 마크간의 오버레이를 측정하는 단계; 및

   측정이 완료된 웨이퍼를 상기 스테이지로부터 언로딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 플랫 존을 정렬한 후, 상기 웨이퍼의 위치를 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정 방법.

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