KR20070038617A

KR20070038617A - 보정용 기준 시료

Info

Publication number: KR20070038617A
Application number: KR1020050093732A
Authority: KR
Inventors: 김병철; 진수복; 정호형; 김영길
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-04-11

Abstract

검사 장치를 보정하는데 적용되는 기준 시료에 있어서, 상기 기준 시료는 기판의 중심점에서 교차하는 4 개의 라인 상에서 일 열로 형성되고, 상기 기판이 놓여지는 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하기 위해 적용되는 제1 기준 패턴들을 포함한다. 상기 기판의 X축 및 Y축의 양측 일단에 각각 형성되고, 상기 스테이지의 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔을 이상여부를 확인하기 위한 제2 기준 패턴들을 포함한다. 상기 4개의 라인으로 인해 구분되는 상기 기판의 8개 영역 상에 각각 형성되고, 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하기 위해 적용되는 제3 기준 패턴들을 포함하는 구성을 갖는다. 이러한 구성을 갖는 기준 시료는 보다 정확하게 검사 장치의 기판 스테이지의 위치를 보정할 수 있도록 한다.

Description

보정용 기준 시료{Standard sample for compensating of the inspection tool}

도 1은 VLSI사에서 제조된 300mm 전용 기준 시료를 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 시료를 나타내는 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 기준 시료의 제1 기준 패턴을 확대 도시한 확대도이다.

도 4는 도 1에 도시된 기준 시료의 제2 기준 패턴을 확대 도시한 확대도이다.

도 5는 도 1에 도시된 기준 시료의 제3 기준 패턴을 확대 도시한 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기준 시료 102 : 기판

110 : 제1 기준 패턴 112 : 제1 패턴

120 : 제2 기준 패턴 122 : 제2 패턴

130 : 제3 기준 패턴 132 : 제3 패턴

본 발명은 검사 장치에 이용되는 기준 시료에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 기판의 검사 장치의 기판 스테이지를 보정하기 위해 사용되는 보정용 기준 시료에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 환경은 공기 중의 파티클 뿐만 아니라 공정 장비로부터의 오염, 공정 진행 중의 반응물 또는 생성물에 의한 오염 등 다양한 오염원을 가지고 있다. 이로 인해, 수백 단계로 이루어진 반도체 소자의 제조 공정에서, 웨이퍼 표면을 깨끗하게 유지하는 것은 매우 힘든 일이다. 최근, 반도체 소자의 미세화 및 고집적화가 급속히 진행됨에 따라, 과거 저집적화 제품의 반도체 소자에서 중요하게 생각되지 않았던 미세한 결함 및 파티클에 의한 오염이 제품의 성능과 수율에 큰 영향을 미치고 있다.

상기 수율을 증가시키기 위해 웨이퍼에 생성되는 결함 및 파티클을 관리하기 위해 광학 검사 장치(optic inspection tool) 및 전자빔 검사 장치(E-beam inspection tool)등이 적용되고 있다. 특히, 반도체 공정에서 단위 공정상 발생되는 결함이나, 파티클을 검출하는 검사 장치에서는 상기 검사 장치의 스테이지 정확도는 파티클 및 결함의 검출결과에 매우 중요한 영향을 미친다. 따라서, 상기 검사 장치의 검출 결과를 정확하게 유지시기 위해서는 상기 검사 장치를 성능을 주기적으로 관리해야 한다.

이러한 검사 장치의 성능을 점검하기 위하여 기준 시료가 사용되는데, 상기 기준 시료에 포함된 패턴들이 어떻게 만들어져 있는지에 따라서 검사 장치의 보정, 오차 및 적용 한계가 달라질 수 있다. 이때, 현재 적용 중인 검사 장치(Non-pattern 측정설비)는 다크 필드를 측정하는 다크 채널(Dark Channel) 및 화이트 필드를 측정하는 라이트 채널(Light Channel)을 동시 사용을 하고 있다.

상기 검사 장치의 성능 평가 작업을 간단히 설명하면 먼저, 기준 시료를 검사 장치의 기판 스테이지 상에 로딩한 후 레이저빔으로 상기 기준 시료를 스캔닝한다. 이 후 상기 기준 시료에 형성된 기준 패턴들의 좌표 값을 읽어 드린 후 그 결과 값을 저장 한 후 좌표 보정 프로그램을 구동하여서 저장된 결과 갑의 파일을 로딩한 후 표준화된 좌표 값과 프로그램적으로 메칭(Matching) 작업을 진행하여서 발생되는 오차 값을 확인한다. 이후 자동적으로 보정해주는 방식으로 진행한다. 여기서 보정은 우선 프로그램적으로 만들어진 최상의 좌표 위치값을 가지고 있는 좌표 소프트웨어를 오픈하여 측정한 데이터와 메칭시켜 그 차이가 발생되는 부분을 소프트웨어 적으로 오프셋 보정함으로서 맞추는 방식으로 되어 있다. 이때 스펙은 좌표점 95% 기준으로 하여 낮은 값(Low Throughput):<15um, 높은 값(High Throughput):<50um으로 되어 있으며, 만일 상기 스펩 범위를 벗어나면 동일한 방법을 반복 적으로 진행하여 다시 스펙 범위를 맞춘다.

그러나, 현재 검사 장치의 성능 평가 기술의 단점은 다크 필드에 한해서만 적용이 되도록 기준 시료 및 평가(Calibration)방법이 만들어져 있다. 현재 적용 중인 기준 시료는 VLSI(국제표준시료)사에서 단독 제작하여 판매하고 있다.

도 1을 참조하면, 상기 VLSI사에서 제조된 300mm 기판용 기준 시료는 기판에 기준 패턴들이 기판의 중심점을 기준으로 방사상으로 배열된 구조를 갖는다. 상기 기준 패턴들 각각은 약 1um의 크기를 갖는 5 ×15개의 패턴 군으로 이루어져 있다. 즉, 상기 기준 시료에 포함된 패턴의 구성은 다크 채널을 이용한 X, Y좌표 보정이 전부이기 때문에 화이트 채널을 이용하여 상기 검사 장치의 기판 스테이지 좌표의 정확도(Accuracy) 및 그 재현성이 매우 취약하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다크 필드와 화이트 필드를 동시에 이용하여 검사 장치의 기판 스테이지 X, Y 좌표를 보다 정확하게 보정하는데 적용되는 기준 시료를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치의 기준 시료는 기판의 중심점에서 교차하는 4 개의 라인 상에서 일 열로 형성되고, 상기 기판이 놓여지는 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하기 위해 적용되는 제1 기준 패턴들을 포함한다. 상기 기판의 X축 및 Y축의 양측 일단에 각각 형성되고, 상기 스테이지의 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔을 이상여부를 확인하기 위한 제2 기준 패턴들을 포함한다. 그리고, 상기 4개의 라인으로 인해 구분되는 상기 기판의 8개 영역 상에 각각 형성되고, 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하기 위해 적용되는 제3 기준 패턴들을 포함하는 구성을 갖는다.

상기 기준 시편의 일 예로서, 상기 4개의 라인은 상기 기판의 X축에 해당하 는 X 라인, 상기 기판의 Y축에 해당하는 Y 라인, 상기 X축에서 45℃의 기울기를 갖는 X/Y 라인 및 상기 X축에서 X축에서 -45℃의 기울기를 갖는 -X/Y 라인을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 기준 패턴은 3 ×3개의 제1 패턴 군을 포함하고, 상기 제1 패턴은 1㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로 500㎛의 간격으로 이격된다.

또한, 상기 기준시편에 포함된 제2 기준 패턴은 15 ×15개의 제2 패턴 군을 포함하고, 상기 제2 패턴은 각각 0.5㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로 400㎛의 간격으로 이격된다.

또한, 상기 기준 시편에 포함된 상기 제3 기준 패턴은 2 ×8개의 제3 패턴 군을 포함하고, 상기 제3 패턴 군은 1㎛²의 크기를 갖는 1×8개의 제3예비 패턴 군 및 50 내지 400㎛²으로 증가되는 크기를 갖는 1×8개의 제4 예비 패턴 군을 포함한다.

이와 같은 본 발명의 기준 시료는 기판이 놓여지는 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하기 위해 적용되는 제1 기준 패턴들과 스테이지의 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔을 이상여부를 확인하기 위한 제2 기준 패턴 및 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하기 위해 적용되는 제3 기준 패턴들을 포함하고 있기 때문에 다크 채널 및 라이트 채널의 보정 좌표를 모두 이용하여 검사 장치의 기판 스테이지를 보다 정확하게 정렬할 수 있다. 즉, 보다 정확 하게 상기 검사 장치를 성능을 평가할 수 있어 반도체 장치의 제조공정의 불량을 방지한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치의 구성요소들은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 요소들을 더 포함할 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척에 대하여 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 기준 시료(100)는 검사 장치 중에서 패턴 검사 장치가 아닌 논 패턴(Non-pattern)검사 장치의 기판 스테이지의 위치 보정용 기준 시료로서, 제1 기준 패턴(110)들, 제2 기준 패턴(120)들 및 제3 기준 패턴(130)들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 예로서, 패턴 검사 장치는 CCD 카메라와 TDI(digitize image) 카메라를 이용하여 기판에 형성된 패턴의 이미지(Image)를 직접적으로 확인을 하면서 기판 스테이지의 X,Y 좌표 값을 보정하는 방식을 사용하고 있다. 따라서, 상기 패턴 검사 장치에 적용되는 기준 시료는 얼라인 키(Align key)패턴 및 기타 감도 (Sensitivity) 검증용 패턴을 포함해야 한다. 이에 반해 논 패턴 검사 장치는 패턴의 이미지를 직접적으로 구별할 수 있는 카메라가 장착되어 있지 않음으로 상기 패턴 검사 장치에 이용되는 기준 시료와 서도 다른 디지인을 갖는 기준 시료가 적용된다.

구체적으로, 상기 기준 시료(100)에 포함된 제1 기준 패턴(110)들은 기판(102)의 중심점에서 교차하는 4 개의 라인(line region)상에서 일렬로 배치되록 상기 기판 상에 형성된다. 상기 제1 기준 패턴(110)들은 검사 장치에 포함된 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하는데 적용된다. 여기서, 상기 4개의 라인은 상기 기판의 X축에 해당하는 X 라인과 상기 기판의 Y축에 해당하는 Y 라인가 상기 X축에서 45℃의 기울기를 갖는 X/Y 라인 및 상기 X축에서 X축에서 -45℃의 기울기를 갖는 -X/Y 라인을 포함한다. 즉, 상기 4개의 라인들은 기판 상에서 X 라인을 기준으로 하여 각각 45℃로 배치되어 되어 있다.

또한, 상기 기준 시료(100)에 포함된 제2 기준 패턴(120)상기 기판(102)의 X축 및 Y축의 양측 일단에 각각 형성되어 상기 검사 장치에 포함된 기판 스테이지의 위치 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔(미도시)을 이상 여부를 확인하는데 적용된다.

또한, 상기 기준 시료(100)에 포함된 제3 기준 패턴(120) 상기 기판의 중심점에서 교차하는 4개의 라인에 의해 구분(정의)되는 상기 기판의 8개 영역 상에 각각 형성되고, 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하는데 적용된다.

이러한 제1 내지 제3 기준 패턴들이 형성된 기준 시료는 다크 채널 및 라이트 채널의 보정 좌표 값을 모두 포함하고 있기 때문에 상기 기준 시료를 이용할 경우 상기 검사 장치의 기판 스테이지를 보다 정확하게 정렬할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 기준 시료의 제1 기준 패턴(A)을 확대 도시한 확대도이다.

도 3을 참조하면, 상기 기판에 형성된 제1 기준 패턴(110)들은 기판의 중심점에서 교차하는 4 개의 라인 상에서 일 열로 형성되어 논 패턴 검사 장치에 포함된 기판 스테이지의 X과 Y축의 좌표를 보정하는데 적용된다.

구체적으로 상기 제1 기준 패턴(110)은 3 ×3의 제1 패턴 군(112)을 포함한다. 상기 제1 기준 패턴(110)에 포함된 제1 패턴 군을 구성하는 제1 패턴(112)들은 각각 약 1㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로 약 500㎛의 간격으로 서로 이격 되도록 형성된다. 상기 제1 패턴(112)들은 식각 공정을 수행하여 기판을 약 0.2um 깊이로 식각하여 형성된다. 상기 제1 패턴(112)들은 원 형상을 갖는다.

특히, 상기 제1 패턴 군으로 이루어진 제1 기준 패턴(120)은 기판 스테이지의 X,Y 위치 검정(Coordinate Calibration)작업은 실질적인 좌표의 정확성을 보정하는 상기 기판 스테이지의 좌표를 보정하는 기능을 한다.

도 4는 도 1에 도시된 기준 시료의 제2 기준 패턴(B)을 확대 도시한 확대도이다.

도 4를 참조하면, 기준 시료에 포함된 제2 기준 패턴(120)상기 기판(102)의 X축 및 Y축의 양측 일단에 각각 형성되어 상기 검사 장치에 포함된 기판 스테이지의 위치 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔(미도시)을 이상 여부를 확인하는데 적용된다.

구체적으로 상기 제2 기준 패턴(120)은 15 ×15의 제2 패턴 군을 포함하고, 상기 제2 패턴 군의 구성 요소인 제2 패턴(122)은 각각 0.5㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로 약 400㎛의 간격으로 서로 이격 되도록 형성된다. 상기 제2 패턴(122)들은 식각 공정을 수행하여 기판을 약 0.2um 깊이로 식각함으로써 형성된다.

특히, 검사 장치에서 레이저빔의 초점(Laser Beam Spot)을 인위적으로 확산시키기 위한 광학 유닛에는 AOD 렌즈(Lens)가 장착되게 되어 있으며, 이러한 렌즈의 정상적인 동작이 이루어지질 못할 경우 상기 레이저 빔의 초점 변형 및 스캔 피치(Pitch)의 불안정이 발생된다. 이러한 빔 상태에서 반도체 기판을 측정하게 되면 데이터의 신뢰성 및 재현성에 치명적인 영향을 초래하게 된다.

따라서, 레이저빔의 성능을 점검을 하고자 만들어진 패턴이 제2 기준 패턴이다. 즉, 상기 제2 기준 패턴(120)은 제1 기준 패턴으로 XY 좌표 보정 작업을 하기 전에 레이저빔의 조건 상태를 확인하는데 사용되는 중요한 패턴이다. 따라서, 상기 제2 패턴(122)들은 약 0.5um 크기를 가지면서 약 400um간격으로 총 225개가 만들어서 레이저빔 초점에 대한 데이터를 얻을 수 있도록 형성되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 기준 시료에 포함된 제3 기준 패턴(130)은 상기 기판(102)의 중심점에서 교차하는 4개의 라인에 의해 정의되는 상기 기판의 8개 영역 상에 각각 형성되고, 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 레이저빔의 위치를 보정하는데 적용된다.

구체적으로 상기 제3 기준 패턴(130)은 2 ×8의 제3 패턴 군을 포함한다. 특히, 상기 제3 패턴 군은 약 1㎛²의 크기를 갖는 1×8개의 제3 예비 패턴 군(미도시)과 50에서 400㎛²까지 순차적으로 증가되는 크기를 갖는 1×8개의 제4 예비 패턴 군을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제3 기준 패턴의 제3 예비 패턴 군은 흡광 채널에 대한 좌표 보정작업을 수행하고자 하는 패턴이고, 상기 제3 기준 패턴의 제4 예비 패턴 군은 라이트 채널에 대한 좌표 보정작업을 수행하고자 하는 패턴이다. 상기 제3 패턴 군을 구성하는 제3 패턴(132)들은 종 방향으로 약 2000㎛의 간격으로 이격되고, 횡 방향으로 약 1000㎛의 간격으로 이격 되도록 형성된다. 상기 제3 패턴(132)들은 식각 공정을 수행하여 기판을 약 0.2um 깊이로 식각함으로써 형성되며 사각형 형상을 갖는다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기준 시료는 기판이 놓여지는 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하기 위해 적용되는 제1 기준 패턴들과 스테이지의 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔을 이상여부를 확인하기 위한 제2 기준 패턴 및 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하기 위해 적용되는 제3 기준 패턴들을 포함하고 있기 때문에 다크 채널 및 라이트 채널의 보정 좌표를 모두 이용하여 검사 장치의 기판 스테이지를 보다 정확하게 정렬할 수 있다.

따라서, 상기 기준 시료를 이용하면 상기 검사 장치의 기판 스테이지 및 레이저빔의 상태를 보다 정확하게 평가할 수 있어 반도체 장치의 제조공정의 불량을 방지한다.

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

기판의 중심점에서 교차하는 4 개의 라인 상에서 일 열로 형성되고, 상기 기판이 놓여지는 스테이지의 X, Y축의 좌표를 보정하기 위해 적용되는 제1 기준 패턴들;

상기 기판의 X축 및 Y축의 양측 일단에 각각 형성되고, 상기 스테이지의 정렬 상태를 확인하기 위해 적용되는 광학 빔을 이상여부를 확인하기 위한 제2 기준 패턴들; 및

상기 4개의 라인으로 인해 구분되는 상기 기판의 8개 영역 상에 각각 형성되고, 다크 채널 좌표, 라이트 채널 좌표 및 상기 빔의 위치를 보정하기 위해 적용되는 제3 기준 패턴들을 포함하는 보정용 기준 시료.
제1항에 있어서, 상기 4개의 라인은 상기 기판의 X축에 해당하는 X 라인, 상기 기판의 Y축에 해당하는 Y 라인, 상기 X축에서 45℃의 기울기를 갖는 X/Y 라인 및 상기 X축에서 X축에서 -45℃의 기울기를 갖는 -X/Y 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정용 기준 시료.
제1항에 있어서, 상기 제1 기준 패턴은 3 ×3의 제1 패턴 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정용 기준 시료.
제3항에 있어서, 상기 제1 패턴은 1㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로 500㎛의 간격으로 이격 되는 것을 특징으로 하는 보정용 기준 시료.
제1항에 있어서, 상기 제2 기준 패턴은 15 ×15의 제2 패턴 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정용 기준 시료.
제5항에 있어서, 상기 제2 패턴은 각각 0.5㎛²의 크기를 갖고, 종/횡 방향으로400㎛의 간격으로 이격 되는 것을 특징으로 하는 정렬용 표준 시료.
제1항에 있어서, 상기 제3 기준 패턴은 2 ×8의 제3 패턴 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정용 기준 시료.
제7항에 있어서, 상기 제3 패턴 군은 1㎛²의 크기를 갖는 1×8의 제3예비 패턴 군 및 50 에서 400㎛² 까지 순차적으로 증가되는 크기를 갖는 1×8의 제4 예비 패턴 군을 포함하는 보정용 기준 시료.