KR20070005813A - 웨이퍼 정렬 장치 및 정렬 방법 - Google Patents

웨이퍼 정렬 장치 및 정렬 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 정렬 장치 및 정렬 방법을 제공한다. 이 정렬장치는 복수개의 얼라인먼트 마크의 형상을 저장한 형상 정보 저장부와, 각각의 얼라인먼트 마크의 좌표를 저장한 위치 좌표 정보 저장부와, 측정된 얼라인먼트 마크의 형상을 상기 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하는 비교기 및 측정된 얼라인먼트 마크의 형상이 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 일치할 때 얼라인먼트를 측정하는 측정수단을 포함한다. 복수개의 얼라인먼트 마크의 형상을 저장된 형상 정보와 비교하여 허용치 내의 형상을 가지는 얼라인먼트 마크를 이용하여 웨이퍼 정렬을 실시하고, 얼라인먼트 마크의 형상이 허용치를 벗어난 경우 웨이퍼 정렬을 취소하여 패턴의 오정렬을 방지할 수 있다.
얼라인먼트, 정렬, 웨이퍼

Description

웨이퍼 정렬 장치 및 정렬 방법{WAFER ALIGNER AND ALIGNMENT METHOD}
도 1은 일반적인 얼라인먼트 마크를 나타낸 도면.
도 2는 회절격자형 얼라인먼트 마크를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치의 주요부분을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 반도제 제조에 사용되는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 웨이퍼에 패턴을 정렬하기 위한 정렬장치 및 정렬 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정은 복수개의 단위 공정들의 조합으로 이루어지고, 박막의 증착과 패터닝 등의 공정을 복잡한 과정을 통하여 실시하여 웨이퍼 상에 요구되는 패턴을 형성한다.
웨이퍼 상에 요구되는 패턴을 형성하기 위해서는 이전 단계에서 형성된 패턴과 현 단계에서 형성되는 패턴을 오차범위 내에서 정렬하는 것이 무엇보다 중요하 다. 특히, 반도체 장치의 고집적화에 따라 정렬마진이 축소되고, 대구경 웨이퍼의 도입으로 웨이퍼 전면에서 정렬이 이루어져야 하기 때문에 웨이퍼의 정렬의 중요도는 점점 커지고 있는 추세이다.
웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방법은 박막을 증착하고, 증착된 박막 상에 포토레지스트막을 도포한 다음 포토레지스트를 필요한 패턴으로 노광하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 박막을 식각함으로써 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 현 단계에 형성되는 패턴이 이전 단계에서 형성된 패턴과 정확하게 정렬되도록 하기 위해서는 사진공정에서 웨이퍼가 정렬된 다음 노광하는 것이 선행되어야 한다.
도 1을 웨이퍼 정렬을 위하여 웨이퍼 상에 형성되는 얼라인먼트 마크를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 정의된 복수개의 칩 영역에 형성되고, 반도체 장치의 제조과정을 모니터링하거나, 제조된 이후 특성을 모니터링하기 위한 측정 패턴들은 칩 영역과 칩 영역 사이의 스크라이브 라인에 형성된다. 반도체 장치를 제조함에 있어서, 패턴의 정렬을 측정하는 단계는 크게 노광장치에 의해 포토레지스트 상에 패턴을 전사하는 단계와, 포토레지스트 패턴이 형성된 이후에 실시한다. 특히 노광 장치에 의해 포토레지스트 상에 패턴을 전사하는 단계에서 웨이퍼의 정렬이 정확하게 이루어지지 않은 경우 포토레지스트 패턴 형성공정을 재작업하여야 하기 때문에 노광전 웨이퍼 정렬이 무엇보다 중요하다.
웨이퍼의 칩 영역과 칩 영역 사이에는 일반적으로 복수개의 얼라인먼트 마크 를 형성한다. 반도체 장치를 제조하는 동안 패턴의 정렬이 요구되는 단계가 수회에 걸쳐 있기 때문에 작업자는 복수개의 얼라인먼트 마크들 중에서 최적의 얼라인먼트 마크를 미리 설정하고, 노광 장치에 구비되어 있는 정렬 장치는 작업자에 의해 미리 설정된 얼라인먼트 마크를 감지하여 웨이퍼를 정렬한다.
얼라인먼트 마크는 다양한 형태로 공지되어 있고, 지속적으로 개발되고 있는 추세이다. 그러나, 얼라인먼트 마크는 기하학적 형상에 따른 빛의 회절 및 반사 성질을 이용하여 측정되므로 얼라인먼트 마크의 형상이 변경되는 경우 측정 위치에 있어서도 오차가 있을 수 밖에 없다. 도 2는 다양한 형태의 얼라인먼트 마크 가운데 하나인 회절 격자형 얼라인먼트 마크를 나타낸 도면이다. 회절격자형 얼라인먼트 마크도 다른 얼라인먼트 마크와 마찬가지로 마크의 형성과정 또는 형성 이후에 잔유물이 남거나 소모되어 형상이 변경되는 경우가 발생할 수 있다. 그러나, 종래의 정렬 장치는 작업자에 의해 미리 설정된 얼라인먼트 마크를 선택하여 웨이퍼를 정렬하기 때문에 얼라인먼트 마크의 형상이 변경되어 위치 좌표값에 오차가 발생하더라도 부정확한 위치 좌표를 바탕으로 웨이퍼를 정렬하여 오정렬을 유발할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼를 정확하게 정렬할 수 있는 정렬장치 및 정렬방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 얼라인먼트 마크의 불량이 발생된 경우 웨이퍼의 정렬을 취소하여 오정렬을 방지할 수 있는 정렬장치 및 정렬방 법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 복수개의 얼라인먼트 마크 가운데 손상되지 않은 얼라인먼트 마크를 선택하여 웨이퍼를 정렬하는 정렬장치 및 정렬 방법을 제공한다.
이 정렬장치는 복수개의 얼라인먼트 마크의 형상을 저장한 형상 정보 저장부와, 각각의 얼라인먼트 마크의 좌표를 저장한 위치 좌표 정보 저장부와, 측정된 얼라인먼트 마크의 형상을 상기 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하는 비교기 및 측정된 얼라인먼트 마크의 형상이 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 일치할 때 얼라인먼트를 측정하는 측정수단을 포함한다.
이 정렬장치는 또한 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크의 형상을 감지하기 위한 이미지 센서를 더 구비한다. 상기 비교기는 웨이퍼 상의 제 1 얼라인먼트 마크와 형상 정보 저장부에 저장된 제 1 얼라인먼트 마크를 비교하여 마크의 형상이 오차범위를 초과하면 제 2 얼라인먼트 마크의 형상과 상기 형상 정보 저장부에 저장된 제 2 얼라인먼트 마크의 형상을 비교한다.
웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트 마크를 순차적으로 선택하여 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하고, 모든 얼라인먼트 마크의 형상이 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 다르다고 판단될 때는 이 장치는 얼라인먼트가 취소된다.
본 발명에 따른 웨이퍼 정렬 방법은 복수개의 얼라인먼트 마크를 웨이퍼에 형성하고, 각 얼라인먼트 마크의 형상을 저장하는 단계를 포함한다. 각 얼라인먼크 마크의 형상은 이미지 센서를 통하여 촬영되어 저장될 수 있고, 얼라인먼트 에러가 발생되는 한계치까지의 오차범위를 미리 설정할 수 있다.
웨이퍼 정렬단계에서 웨이퍼 상의 특정 얼라인먼트 마크를 선택하여 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 웨이퍼 상에서 선택된 얼라인먼트 마크의 형상을 비교한다. 이 때에도 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크는 고화질의 이미지 센서를 사용하여 촬영할 수 있다.
선택된 얼라인먼트 마크의 형상과 저장된 얼라인먼트 마크의 형상이 오차범위 내에서 일치할 때 얼라인먼트를 실시한다. 마크 형상의 오차는 얼라인먼트 측정이후에 웨이퍼 정렬오차가 오정렬 마진 내에 들어가는지를 고려하여 미리 설정해둘 수 있다.
선택된 얼라인먼트 마크의 형상과 저장된 얼라인먼트 마크의 형상이 오차범위를 벗어날 때 다른 얼라인먼트 마크를 선택하여 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하고, 그 결과가 오차범위 내에서 일치할 때 얼라인먼트를 실시한다. 다른 얼라인먼트 마크의 형상도 오차범위에 벗어나는 경우에는 순차적으로 복수의 얼라인먼트 마크 선택하여 형상을 비교하고 모든 얼라인먼트 마크의 형상이 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 오차범위를 벗어날 때 얼라인먼트를 취소한다. 정렬을 취소함으로써 부정확한 위치 좌표를 이용한 패턴형성을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치의 중요부분을 나타낸 도면이다. 도면에서 본 발명과 관련한 구성 요소만 도시하였으나, 도시하지 않은 구성요소는 통상의 정렬 장치와 같다고 볼 수 있다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼(50) 상에 형성된 복수개의 얼라인먼트 마크(52)가 형성된다. 상기 얼라인먼트 마크들(52)은 동일한 형상을 가질 수도 있고, 고유의 다른 형상을 가질 수도 있다. 이 정렬장치는 상기 얼라인먼트 마크의 형상을 미리 촬영하여 저장하는 형상 정보 저장부(62)와, 각 얼라인먼트 마크의 위치좌표가 저장된 위치좌표 저장부(64)과, 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크(52)의 형상을 입력하기 위한 이미지 센서(66)를 구비하고 있고, 입력된 얼라인먼트 마크의 형상과 형상 정보 저장부(62)에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상을 비교하기 위한 비교기와, 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크(52)의 형상이 측정오차범위 내인 경우 얼라인먼트를 측정하기 위한 측정 수단(68)을 구비하고 있다.
상기 형상 정보 저장부(62)에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상 정보는 각 얼 라인먼트 마크의 특징부를 수록하고, 불필요한 영상 데이터는 저장하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼 상에서 감지되어 입력되는 형상 정보 또한 웨이퍼의 정렬에 필요한 정보만 입력되어 비교기에서 비교되는 것이 데이터 처리량 및 처리시간을 줄이는데 효율적이다.
상기 이미지 센서(66)는 구동장치에 설치될 수 있다. 상기 구동장치는 위치 좌표 저장부(64)에 저장된 얼라인먼트 마크의 위치를 전달받아 이미지 센서(66)을 이동시켜 선택된 얼라인먼트 마크의 형상을 입력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 웨이퍼 상에 복수개의 얼라인먼트 마크를 형성하고 각각의 얼라인먼트 마크 형상을 소정의 정보저장부에 입력한다(S1 단계). 이 때, 웨이퍼 상에 형성되는 얼라인먼트 마크의 형상은 동일하거나, 고유의 형상으로 서로 다른 형상을 가질 수도 있다. 또한, 정보저장부에 입력되는 얼라인먼트 마크의 형상은 웨이퍼 정렬에 요구되는 특징부의 형상만을 입력하고, 불필요한 정보는 입력하지 않는 것이 데이터 용량 및 처리시간 측면에서 효율적이다.
웨이퍼의 정렬이 요청된 단계에서 웨이퍼 상에 형성된 복수개의 얼라인먼트 마크 가운데 하나를 선택하여 형상 정보를 입력하고, 선택된 얼라인먼트 마크에 대응하며 정보저장부에 미리 저장된 형상 정보와 웨이퍼 상에서 입력된 형상 정보를 비교한다(S2 단계). 이 때, 웨이퍼에서 입력된 형상 정보 또한 정렬에 요구되는 특징부만 프로세싱되어 저장된 형상 정보와 비교하는 것이 바람직하다.
웨이퍼 상에서 입력된 형상 정보와 미리 저장된 형상 정보를 비교하여 입력된 얼라인먼트 마크의 형상이 적절한가 여부를 판단한다(S3 단계). 입력된 형상 정보는 저장된 형상 정보와 완벽하게 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 입력된 정보와 저장된 정보를 단순비교하여 형상의 동일성을 판단하기 보다는 웨이퍼의 정렬마진을 고려하여 오차범위를 두고 형상을 비교하는 것이 바람직하다. 얼라인먼트의 형상의 차이에 따른 오정렬은 실험을 통해 미리 설정할 수 있을 것이다.
입력된 얼라인먼트 마크의 형상 정보와 저장된 형상 정보를 비교하여 입력된 얼라인먼트 마크의 형상이 적절하지 않는 경우 다른 얼라인먼트 마크로 이동한다(S4). 선택된 다른 얼라인먼트 마크에서 상기 S2 및 S3 단계를 반복한다. 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트 마크를 순차적으로 선택하여 이에 대응되며 미리 저장된 형상 정보와 웨이퍼 상에서 입력된 정보를 비교하여 적절한 얼라인먼트 마크를 선택한다.
적절한 얼라인먼트 마크가 선택된 경우 이 때 선택된 얼라인먼트 마크를 이용하여 웨이퍼의 정렬을 실시한다(S5). 웨이퍼 상에 형성된 복수개의 얼라인먼트 마크의 형상이 모두 적절하지 않은 경우에는 웨이퍼 정렬을 취소하고 작업자에 의한 대응조치를 취하게된다. 따라서, 부정확한 얼라인먼트 키의 위치좌표를 이용하여 노광 공정이 실시되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 부정확한 위치좌표에 의한 포토레지스트 패턴이 형성되었을 때 재작업에 소요되는 비용 및 시간을 단축시킬 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 따르면 다중 얼라인먼트 마크를 이용하여 형상의 변형이 허용치 내인 것을 선택하여 웨이퍼 정렬을 실시할 수 있기 때문에 부정확한 위치좌표를 기준으로 노광 공정이 실시되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 복수개의 얼라인먼트 마크를 순차적으로 감지하여 모든 얼라인먼트 마크의 형상이 부정확한 위치좌표 발생이 우려되는 경우에는 웨이퍼의 정렬을 실시하지 않음으로서, 부정확한 위치좌표를 기준으로 노광공정이 실시되어 패턴이 오정렬되는 것을 방지할 수 있고, 패턴의 오정렬에 따른 포토레지스트 제거, 코팅 및 노광의 재작업을 실시하지 않도록함으로써 효율적인 공정을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수개의 얼라인먼트 마크의 형상을 저장한 형상 정보 저장부;
    각각의 얼라인먼트 마크의 좌표를 저장한 위치 좌표 정보 저장부;
    측정된 얼라인먼트 마크의 형상을 상기 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하는 비교기;및
    측정된 얼라인먼트 마크의 형상이 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 일치할 때 얼라인먼트를 측정하는 측정수단을 포함하는 웨이퍼 정렬장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크의 형상을 감지하기 위한 이미지 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교기는 웨이퍼 상의 제 1 얼라인먼트 마크와 형상 정보 저장부에 저장된 제 1 얼라인먼트 마크를 비교하여 마크의 형상이 오차범위를 초과하면 제 2 얼라인먼트 마크의 형상과 상기 형상 정보 저장부에 저장된 제 2 얼라인먼트 마크의 형상을 비교하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
  4. 청구항 1에서,
    상기 비교기에서 모든 얼라인먼트 마크의 형상이 형상 정보 저장부에 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 다르다고 판단될 때 얼라인먼트가 취소되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
  5. 복수개의 얼라인먼트 마크를 웨이퍼에 형성하는 단계;
    각 얼라인먼트 마크의 형상을 저장하는 단계;
    웨이퍼 상의 특정 얼라인먼트 마크를 선택하여 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 웨이퍼 상에서 선택된 얼라인먼트 마크의 형상을 비교하는 단계; 및
    선택된 얼라인먼트 마크의 형상과 저장된 얼라인먼트 마크의 형상이 오차범위 내에서 일치할 때 얼라인먼트를 실시하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    선택된 얼라인먼트 마크의 형상과 저장된 얼라인먼트 마크의 형상이 오차범위를 벗어날 때 다른 얼라인먼트 마크를 선택하여 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 비교하는 단계;및
    선택된 다른 얼라인먼트 마크의 형상이 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 오차범위 내에서 일치할 때 얼라인먼트를 실시하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    모든 얼라인먼트 마크의 형상이 저장된 얼라인먼트 마크의 형상과 오차범위를 벗어날 때 얼라인먼트를 취소하는 것을 특징으로 하는 정렬방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101373930B1 (ko) * 2008-11-14 2014-03-12 우시오덴키 가부시키가이샤 얼라인먼트 마크의 검출 방법 및 장치

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