KR20080087216A - 오버레이 계측설비 및 그의 오버레이 계측방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 오버레이 계측설비 및 그의 오버레이 계측방법에 대하여 개시한다. 그의 설비는, 웨이퍼를 지지하는 스테이지; 상기 스테이지 상에 지지되는 웨이퍼에 입사되는 제 1 및 제 2 입사광을 생성하는 광원; 상기 광원에서 입사되는 상기 제 1 및 제 2 입사광이 상기 웨이퍼에서 반사되는 제 1 및 제 2 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼에 형성된 복수개의 인접하는 오버레이 패턴을 투영하는 광학 모듈; 상기 광학 모듈에서 투영된 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 획득하는 촬상부; 상기 촬상부에서 획득된 상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상을 생성하고, 상기 제 1 영상에서 나타나지 않는 적어도 하나 이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상에서 선택하여 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 영상 생성 취합부; 및 상기 영상 생성 취합부에서 생성된 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 판독부를 포함하여 이루어진다.
오버레이(overlay), 영상(image), 판독, 계측, 입사광, 반사광
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 계측설비를 개략적으로 나타내는 다이아 그램.
도 2는 오버레이 패턴의 평면도.
도 3은 도 2의 Ⅰ∼Ⅰ'선상을 절취하여 나타낸 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 오버레이 계측설비를 이용한 오버레이 패턴 영상의 복원을 단계적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 오버레이 계측방법을 나타내는 플로우차트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 웨이퍼 130 : 어미자
140 : 아들자 200 : 광학 모듈
300 : 촬상부 400 : 광원
500 : 영상 생성 취합부 600 : 판독부
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼 표면에 형성된 오버레이 패턴을 계측하여 오버레이 보정값을 산출하는 오버레이 계측설비 및 그의 오버레이 계측방법에 관한 것이다.
최근, 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, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
이에 따라, 반도체 산업에서 경쟁력 강화를 위한 일환으로 높은 생산 수율을 보장할 수 있는 각각의 단위 공정이 개발되고 있으며, 동시에 각 단위 공정에서의 공정 에러를 측정하는 방법 및 장치도 활발하게 연구되고 있다. 특히 핵심 반도체 제조 공정들 중의 하나인 사진 공정(Photo-lithographic Process)의 경우에도 공정 조건의 변화가 빈번하여 이에 대처할 수 있는 공정 개발 및 이를 수행하기 위한 장치가 필요한 실정이다.
상기 사진 공정은 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포한 상태에서 소정의 희망하는 패턴이 형성되도록 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정이다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 포토레지스트 패턴 하부의 웨이퍼 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 박막을 패터 닝한다.
이와 같은 사진 공정을 매개로 웨이퍼상에 정밀한 반도체 패턴을 형성하고자 할 때, 희망하는 패턴의 형상으로 상기 포토레지스트 패턴이 형성되도록 하기 위해 상기 포토레지스트를 선택적으로 감광시키는 패턴 마스크로 사용되는 " 레티클" 의 위치가 지정된 위치에 있어야 하고, 상기 레티클에 대응되는 웨이퍼 또한 정확하게 정렬되어 있어야만 한다. 이외에 상기 레티클에 투영되어 입사되는 광을 전달하는 광학계의 불량과 같은 다양한 원인에 의하여 레티클과 웨이퍼의 얼라인먼트가 정확하게 이루어지지 않을 경우, 선행 공정에 의하여 웨이퍼 상에 형성된 다수의 박막 패턴 상에서 지정된 위치에 후속 공정에 의한 또 다른 박막 패턴이 형성되지 못하는 문제점이 발생하는 바, 이와 같은 문제점은 곧 반도체 제품이 고유의 기능을 상실함을 의미한다.
이와 같은 치명적인 문제를 극복하기 위하여 노광 공정에 사용되는 거의 모든 레티클에는 정렬을 위한 정렬 패턴과 오버레이 패턴이 형성되어 있다. 이때, 상기 정렬 패턴은 해당 사진공정에서 노광이 정확하게 이루어지도록 웨이퍼를 정렬시키기 위한 것이고, 상기 오버레이 패턴은 선행 공정과 후속 공정에서 사진 공정 조건이 일치하는지를 계측하기 위한 것이다. 이때, 상기 오버레이 패턴은 상기 레티클이 바뀔 때마다 선행 공정에서 형성된 오버레이 패턴과 후속 공정에서 형성된 오버레이 패턴이 서로 비교 가능하도록 겹치지거나, 일정 간격을 갖고 배열된다.
따라서, 오버레이 계측설비는 선행 공정 및 후속 공정에서 형성된 상기 오버레이 패턴들 간의 차이를 측정/대조하여 작업자 또는 반도체 제조설비의 제어부에 제공함으로서 사진공정에서의 레티클 및 웨이퍼의 위치 정보가 피드백 제어되어, 정확한 위치에 포토레지스트 패턴이 형성되도록 한다.
이때, 오버레이 측정설비에 의하여 측정되는 복수개의 오버레이 패턴은 웨이퍼상에 하나의 박막이 형성될 때마다 하나씩 형성됨으로 박막과 같이 적층된 상태이기 때문에 동일 평면에 위치하지 않는다.
이와 같은 이유로 종래의 오버레이 계측설비에서는 광학 모듈을 통해 복수개의 인접하는 오버레이 패턴을 확대 투영시키고, 확대 투영된 상기 오버레이 패턴을 카메라와 같은 촬상부에서 촬상하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 영상신호를 획득한다. 또한, 판독부는 상기 촬상부에서 획득된 상기 영상 신호를 이미지화한 후, 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치 차이를 판독하여 오버레이 보정값을 산출하고, 노광설비에 피드백 시킨다.
여기서, 상기 광학 모듈은 백색의 가시광으로 이루어진 입사광을 상기 웨이퍼 표면에 조사하여 반사되는 반사광을 확대 투영시켜 상기 촬상부로 하여금 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 획득토록 할 수 있다. 또한, 상기 복수개의 오버레이 패턴은 상기 웨이퍼 표면에 형성된 박막 또는 포토레지스트 패턴으로부터 소정의 단차를 갖고 움푹 패인 트렌치 또는 돌출된 양각(block)으로 형성되어 있다.
그러나, 가시광에 대하여 투과율이 우수한 포토레지스트 패턴에 대응되는 아들자 오버레이 패턴에 대하여 소정 세기 이상의 가시광으로 이루어진 입사광이 입사되면 상기 입사광에 의해 반사되는 반사광으로부터 획득되는 아들자 영상이 선명 하지 못하거나 전혀 나타나지 않고 오버레이 보정값이 산출될 수 없기 때문에 생산수율이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 포토레지스트 패턴으로 이루어지는 아들자에 대응되는 아들자 영상이 선명하게 나타나도록 하고, 상기 아들자 영상을 이용한 오버레이 보정값을 산출토록 하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 오버레이 계측설비 및 그의 오버레이 계측방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따른 오버레이 계측설비는, 웨이퍼를 지지하는 스테이지; 상기 스테이지 상에 지지되는 웨이퍼에 입사되는 제 1 및 제 2 입사광을 생성하는 광원; 상기 광원에서 입사되는 상기 제 1 및 제 2 입사광이 상기 웨이퍼에서 반사되는 제 1 및 제 2 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼에 형성된 복수개의 인접하는 오버레이 패턴을 투영하는 광학 모듈; 상기 광학 모듈에서 투영된 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 획득하는 촬상부; 상기 촬상부에서 획득된 상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상을 생성하고, 상기 제 1 영상에서 나타나지 않는 적어도 하나 이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상에서 선택하여 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 영상 생성 취합부; 및 상기 영상 생성 취합부에서 생성된 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 판독부를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 제 1 입사광을 웨이퍼에 입사하고 반사되는 제 1 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼 상에 형성된 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 영상을 획득하는 단계; 상기 제 1 영상에서 복수개의 오버레이 패턴이 모두 나타나는지를 판단하는 단계; 상기 제 1 영상에서 복수개의 오버레이 패턴이 모두 나타나지 않을 경우, 상기 웨이퍼에 제 1 입사광과 서로 다른 파장을 갖는 제 2 입사광을 입사하고 반사되는 제 2 반사광을 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 2 영상을 획득하는 단계; 상기 제 2 영상에서 상기 제 1 영상에 나타나지 않은 적어도 하나이상의 오버레이 패턴이 나타나는지를 판단하는 단계; 상기 제 2 영상에서 상기 제 1 영상에 나타나지 않은 적어도 하나이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 선택적으로 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 단계; 및 상기 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 단계를 포함하는 오버레이 계측방법이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 계측설비 및 그의 오버레이 계측방법을 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 계측설비를 개략적으로 나타내는 다이아 그램이고, 도 2는 오버레이 패턴의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ∼Ⅰ'선상을 절취하여 나타낸 단면도이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 1의 오버레이 계측설비를 이용한 오버레이 패턴 영상의 복원을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오버레이 계측설비는, 웨이퍼(100)를 수평으로 지지하는 웨이퍼 스테이지(110)와, 상기 웨이퍼 스테이지(110) 상에 지지되는 상기 웨이퍼(100)에 입사되는 적어도 두 개 이상의 파장을 갖는 제 1 및 제 2 입사광을 생성하는 광원(400)과, 상기 광원(400)에서 입사되는 상기 제 1 및 제 2 입사광이 반사되는 제 1 및 제 2 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼(100)에 형성된 복수개의 인접하는 오버레이 패턴(예를 들어, 어미자(130) 및 아들자(140))을 투영하는 광학 모듈(200)과, 상기 광학 모듈(200)에서 투영된 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 획득하는 촬상부(300)와, 상기 촬상부(300)에서 획득된 상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상을 생성하고, 상기 제 1 및 제 2 영상에서 나타나지 않는 적어도 하나 이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상에서 선택하여 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 영상 생성 취합부(500)와, 상기 영상 생성 취합부(500)에서 생성된 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 판독부(600)를 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 촬상부(300)에서 획득되는 상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 일시적으로 저장하는 데이터 베이스와, 상기 제 1 및 제 2 영상을 표시하고, 상기 제 1 영상에서 나타나지 않는 오버레이 패턴에 대응되는 영상과, 상기 제 3 영상을 작업자가 볼 수 있도록 표시하는 표시부를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 웨이퍼 스테이지(110)는 상기 웨이퍼(100)를 수평으로 지지하면서 평면 이동되도록 상기 웨이퍼(100)를 흡착시키도록 형성된 척(120)을 포함하여 이루어진다. 예컨대, 상기 척(120)은 상기 광학 모듈(200)과 상기 웨이퍼(100)가 카테시안 좌표계의 Z축으로 일정 거리를 유지하는 XY 평면에 대하여 상기 웨이퍼(100)를 수평 방향으로 이동시키도록 형성되어 있다. 또한, 상기 척(120)은 상기 웨이퍼(100)를 소정의 진공압으로 흡착고정토록 형성되어 있다.
상기 광원(400)은 백색의 가시광으로 이루어지는 상기 제 1 입사광과, 적외선 영역의 상기 제 2 입사광을 생성토록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 광원(400)은 외부에서 인가된 전원전압에 의해 소정 세기(lux)의 가시광을 생성하는 발광램프와, 상기 전원전압에 의해 소정 세기의 적외선을 방출시키는 적외선 레이저를 포함하여 이루어진다.
상기 광학 모듈(200)은 상기 광원(400)에서 생성된 상기 제 1 및 제 2 입사광을 스테이지(stage, 110) 상의 척(120)에 지지되는 웨이퍼(100)의 표면에 수직하 는 방향으로 전달시키는 도광 유닛(220)과, 상기 도광 유닛(220)에서 전달된 상기 제 1 및 제 2 입사광을 웨이퍼(100)의 표면으로 입사시켜 상기 웨이퍼(100) 표면에 형성된 상기 오버레이 마크를 투영시키고, 상기 웨이퍼(100)의 표면에서 반사된 제 1 및 제 2 반사광을 상기 제 1 및 제 2 입사광으로부터 분리 추출하도록 형성된 투영 유닛(230)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 도광 유닛(220)은 상기 광원(400)에서 생성된 제 1 및 제 2 입사광의 손실을 최소화하고 광경로를 자유로이 변경시킬 수 있는 광섬유(light fiber) 또는 반사경을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 투영 유닛(230)은 상기 도광 유닛에서 전달되는 상기 제 1 및 제 2 입사광을 확대 또는 축소시켜 상기 웨이퍼(100)의 표면에 형성된 복수개의 오버레이 패턴에 입사시키는 적어도 하나 이상의 렌즈(lens, 232)와, 상기 복수개의 오버레이 패턴에 입사되는 제 1 및 제 2 입사광을 통과시키고, 상기 제 1 및 제 2 반사광을 분리 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter, 234)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 상기 광학 모듈(200)은 광원(400)에서 생성된 제 1 및 제 2 입사광을 웨이퍼(100) 표면에 형성된 복수개의 오버레이 패턴에 입사하고, 상기 복수개의 오버레이 패턴에서 반사된 제 1 및 제 2 반사광을 상기 제 1 및 제 2 입사광으로부터 분리시켜 상기 촬상부(300)에 공급한다.
또한, 상기 촬상부(300)는 상기 광학 모듈(200)에서 전달되는 제 1 및 제 2 반사광에 의해 투영되는 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 획득할 수 있다. 예컨대, 상기 촬상부(300)는 전하 결합 소자(charge coupled device) 카메라, 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor) 카메라, 또는 적외선 카메라를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 전하 결합 소자는 n형의 반도체 기판의 표면에 0.1m 정도 두께의 절연층을 형성, 금속 전극을 배열하여 이 금속 전극의 전압을 제어함으로써 반도체 표면 전위의 낮은 부분을 좌우로 이동시켜 축적된 전하를 이에 맞추어 순차로 전송시면서 제 1 영상 신호를 획득할 수 있고, 상기 전하 결합 소자(CCD)는 MOS 트랜지스터와 유사한 단순한 구조의 소자로, 전하의 축적에 의한 기억과 전하의 이동에 의한 전송이라는 2가지 기능을 갖고 있기 때문에 상기 제 1 영상 신호의 획득이 용이하게 형성되어 있다. 그리고, 상기 적외선 카메라는 상기 광원(400)에서 입사되는 상기 제 2 입사광에 의해 반사되는 상기 제 2 반사광을 수광시키는 적외선 건판을 사용하여 상기 제 2 영상을 획득하도록 형성되어 있다.
따라서, 상기 촬상부(300)는 전하 결합 소자 카메라, 상보성 금속 산화막 반도체 카메라, 또는 적외선 카메라를 이용하여 광학 모듈(200)에 의해 확대 투영된 복수개의 오버레이 패턴을 촬상하여 아날로그 신호 또는 디지털 신호의 영상 신호로 획득할 수 있다.
그리고, 상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 촬상부(300)에서 출력되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 이미지화하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 제 1 영상에서 나타나지 않는 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상에서 선택(pick up)하고, 상기 제 1 영상의 해당 위치에 패치(patch)시켜 상기 복수개의 오버레이 패턴이 모두 나타나는 제 3 영상을 획득토록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 계측설비는 서로 다른 파장을 갖는 제 1 및 제 2 입사광이 웨이퍼(100) 표면에서 반사되는 제 1 및 제 2 반사광에 의해 투영되어 획득되는 제 1 및 제 2 영상신호로부터 제 1 및 제 2 영상을 이미지화하고, 상기 제 1 영상에 나타나지 않는 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상으로부터 추출한 후 상기 제 1 영상에 취합시켜 모든 오버레이 패턴이 나타나는 제 3 영상을 생성하는 상기 영상 생성 취합부(500)를 구비하여 상기 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상으로부터 오버레이 보정값을 산출토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화하도록 할 수 있다.
이때, 상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 제 1 영상에서 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 영상이 모두 정상적으로 나타날 경우, 상기 제 2 영상을 이용하지 않고, 상기 판독부(600)로 하여금 오버레이 보정값을 산출토록 할 수도 있다.
한편, 상기 복수개의 오버레이 패턴은 선행되는 공정에 의해 상기 웨이퍼(100) 상에 먼저 형성된 어미자(130)와, 후속되는 공정을 위해 상기 어미자(130)의 내부 또는 상기 어미자(130)의 외곽을 둘러싸도록 형성된 아들자(140)를 포함하여 도 2에서와 같이 나타난다. 예컨대, 상기 어미자(130)는 선행되는 단위공정에 의해 상기 웨이퍼(100) 표면으로부터 소정의 단차를 갖고 정사각형 모양으로 형성될 경우, 상기 아들자(140)는 후속되는 단위 공정에 의해 상기 어미자(130)의 둘레에 상기 어미자(130)보다 한변의 길이가 큰 직사각형 모양의 복수개의 바(bar)로 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 어미자(130)는 실리콘 산화막과 같은 층간 절연막, 또는 도전성 불순물이 도핑된 폴리 실리콘막과 같은 도전층와 같은 박막(102)에 소정 크기이상의 트렌치 또는 양각(block)의 상기 정사각형 모양으로 형성된다. 또한, 상기 아들자(140)는 상기 어미자(130)가 형성된 박막 상의 외곽을 둘러싸는 소정 선폭의 트렌치 또는 양각으로 형성되는 포토레지스트 패턴을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 광원(400)에서 생성된 가시광 영역의 제 1 입사광이 소정 세기 이상으로 상기 어미자(130)와 아들자(140)에 입사될 경우, 상기 제 1 입사광이 상기 어미자(130)가 형성된 박막에서는 일부 흡수되고 제 1 반사광이 반사될 수 있으나, 상기 아들자(140)가 형성된 포토레지스트 패턴에 모두 투과되어 제 1 반사광이 반사되지 않을 수 있다. 상기 촬상부(300)에서 획득되는 제 1 영상에서는 상기 어미자(130)에 대응되는 제 1 어미자 영상(130a)만이 나타날 뿐, 도 4a에서와 같이 제 1 아들자 영상(도시되지 않음)이 선명하지 않거나 전혀 나타나지 않을 수 있다. 따라서, 상기 영상 생성 취합부(500)에서 상기 제 1 아들자 영상에 대응되는 오버레이 패턴 영상이 얻어질 수 있도록 상기 제 2 입사광을 이용하여 제 2 영상을 획득토록 할 수 있다.
상기 광원(400)에서 생성된 적외선 영역의 제 2 입사광을 입사하여 상기 어미자(130)와 아들자(140)에 입사되면, 상기 제 2 입사광이 상기 아들자(140)가 형성된 포토레지스트 패턴에 일부 투과되고 제 2 반사광이 반사될 수 있고, 상기 어미자(130)가 형성된 박막에서 일부 흡수되고 제 2 반사광이 반사될 수 있다. 따라서, 도 4b에서와 같이 상기 어미자(130)와 상기 아들자(140)에서 반사되는 상기 제 2 반사광을 이용하여 제 2 어미자 영상(130b)과 제 1 어미자 영상(130a)이 모두 나 타나는 제 2 영상이 획득될 수 있다.
상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 제 2 어미자 영상(130b)과 상기 제 1 어미자 영상(130a)이 일치 또는 유사한 위치에서 대응되도록 하고, 상기 제 2 어미자 영상(130b)으로부터 일정 거리에 나타나는 상기 제 2 아들자 영상(140b)을 상기 제 1 어미자 영상(130a)이 나타나는 상기 제 1 영상에 패치 또는 취합시켜 상기 제 3 영상을 도 4c와 같이 생성할 수 있다. 이때, 상기 제 2 영상에 나타나는 상기 제 2 어미자 영상(130b)의 경우, 상기 제 1 입사광에 비해 파장대가 상대적으로 큰 제 2 입사광을 사용하여 획득되기 때문에 상기 제 1 어미자 영상(130a)과 크기 및 위치가 동일 또는 유사하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 제 1 어미자 영상(130a)과 상기 제 2 어미자 영상(130b)이 크기와 위치가 일치되는 화면 배율에서 상기 제 2 아들자 영상(140b)을 선택(pick up)하고, 상기 제 1 어미자 영상(130a)에 패치 또는 취합시켜 제 3 영상을 획득할 수 있다.
그리고, 상기 판독부(600)는 상기 영상 생성 취합부(500)에서 생성된 제 3 영상에서 나타나는 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 중심 위치와, 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 중심위치가 벗어나는 정도를 계측하여 오버레이 보정값을 산출할 수 있다. 예컨대, 상기 판독부(600)는 상기 제 1 어미자 영상(130a)(132)의 정사각형 중심 위치를 상기 X축 및 Y축 방향으로 계측하고, 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 복수개의 바 중심 위치를 상기 X축 및 상기 Y축 방향으로 계측하고, 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 중심 위치와 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 중심 위치 차이를 이용하여 오버레이 보정값을 산출할 수 있다. 이때, 상기 오버레이 보정값은 상기 어미자(130)를 기준으로 상기 아들자(140)가 X축 또는 Y축 방향으로 벗어난 정도를 의미한다. 예컨대, 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 중심 위치와 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 중심 위치가 서로 일치될 경우, 상기 판독부(600)에서 상기 오버레이 보정값은 '0'으로 산출될 수 있다. 또한, 상기 오버레이 보정값은 상기 웨이퍼(100) 상에 형성된 다수개의 어미자(130)와 상기 어미자(130)에 인접하게 형성된 다수개의 아들자(140) 각각의 위치 차이를 계산하고, 다시 각 위치 차이를 평균 내어 산출될 수 있다. 따라서, 상기 판단부는 상기 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상으로부터 보다 정확한 오버레이 보정값을 산출토록 할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 오버레이 계측설비의 오버레이 계측방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 오버레이 계측방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오버레이 계측방법은, 상기 척(120) 상에서 상기 웨이퍼(100)에 형성된 플랫존(flat zone) 또는 노치(notch)가 일방향으로 정렬되면 상기 광학 모듈(200)을 통해 상기 웨이퍼(100)에 형성된 소정의 오버레이 패턴이 확대 투영된다.(S10) 이때, 상기 웨이퍼(100)의 정렬이 완료되면 상기 웨이퍼(100)의 중심위치가 결정된다. 또한, 상기 웨이퍼 스테이지(110)는 상기 광학 모듈(200)의 초점 내에 상기 웨이퍼(100) 표면의 상기 오버레이 패턴이 위치되도록 상기 웨이퍼(100)를 수평 이동시킨다. 따라서, 상기 광학 모듈(200)은 상기 웨이퍼(100)의 중심위치에서 설정된 거리에 형성된 오버레이 패턴을 투영시킨다. 여기서, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 웨이퍼(100)의 중심위치에서 상 기 오버레이 패턴을 확대 투영시킨다. 먼저, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 웨이퍼(100) 중심위치에서 일정 거리에 형성된 칩의 중심위치(샷 중심)에 초점을 이동시켜 상기 칩의 전체 또는 일부를 확대시킨다. 예컨대, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 챕 패턴을 약 12mm 크기의 배율로 확대 투영시킬 수 있다. 다음, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 칩의 중심위치에서 상기 칩의 가장자리의 설정 위치 좌표(eye point)에 형성된 제 1 정렬 마크로 초점을 이동시켜 상기 제 1 정렬 마크를 확대 투영시킨다. 예컨대, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 제 1 정렬 마크를 약 750㎛크기의 배율로 확대 투영시킨다. 또한, 상기 제 1 정렬 마크는 상기 칩의 모서리에서 '┌', '┐', '┘', '└' 모양을 갖고 형성되어 있고, 상기 제 1 정렬 마크에 대응되는 상기 설정 위치 좌표(eye point)는 일반적으로 상기 칩의 패턴 내에서 가장 우수한 이미지를 획득되어질 수 있는 정렬마크에서의 위치로, 작업자에 의해 임의로 표시되거나 선택되어질 수 있다. 이후, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 제 1 정렬 마크에 인접하는 위치 좌표(샷 기준점)에 형성된 제 2 정렬 마크에 초점을 이동한다. 예컨대, 상기 제 2 정렬 마크는 상기 칩의 모서리에 형성된 상기 제 1 정렬 마크에 인접하여 십자(┼)모양을 갖도록 형성되어 있다. 이때, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 제 1 정렬 마크와 상기 제 2 정렬 마크를 동일 또는 유사한 배율로 확대 투영시킨다. 마지막으로, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 제 2 정렬 마크에서 일정한 거리에 형성된 오버레이 패턴에 초점을 이동시키고, 상기 오버레이 패턴을 확대 투영시킨다. 예컨대, 상기 광학 모듈(200)의 렌즈(232)는 상기 오버레이 패턴을 약 50㎛ 크기의 배율로 확대 투영시킨다. 이때, 상기 광학 모듈(200)은 상기 오버레이 패턴이 형성된 웨이퍼(100)의 표면에 가시광 영역의 상기 제 1 입사광을 입사시키고, 상기 웨이퍼(100) 표면에서 반사된 제 1 반사광을 상기 촬상부(300)에 투영시킨다. 상술한 바와 같이, 상기 오버레이 패턴은 선행되는 단위공정에 의해 상기 웨이퍼(100) 상에 먼저 정사각형 모양의 트렌치(106) 또는 양각으로 이루어진 어미자(130)와, 후속되는 단위공정에서 상기 어미자(130)의 외곽을 둘러싸는 복수개의 바 모양으로 형성된 포토레지스트 패턴로 이루어진 아들자(140)를 포함하여 이루어진다.
이후, 상기 광학 모듈(200)에서 상기 오버레이 패턴이 확대 투영된 제 1 반사광을 상기 촬상부(300)가 촬상하여 제 1 영상 신호를 획득한다(S20). 여기서, 상기 촬상부(300)는 소정의 해상도(resolution)로 상기 오버레이 패턴에서 반사되는 반사광을 촬상하여 오버레이 패턴 영상을 획득한다. 예컨대, 상기 촬상부(300)는 약 300만 화소이상의 해상도를 갖는 상기 복수개의 오버레이 패턴 영상을 획득한다.
다음, 제 1 영상 신호를 이용하여 상기 영상 생성 취합부(500)에서 제 1 영상을 이미지화하고, 상기 제 1 영상에서 제 1 어미자 영상(130a) 및 제 1 아들자 영상이 나타나는지를 판단한다(S30). 이때, 상기 제 1 영상에 상기 제 1 어미자 영상(130a) 및 상기 제 1 아들자 영상이 선명하게 나타날 경우, 상기 판단부로 하여금 상기 제 1 영상을 이용하여 오버레이 보정값을 산출토록 할 수 있다(S40). 이때, 상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 제 1 영상을 데이터 베이스에 일시 저장토록 한다.
그러나, 상기 제 1 영상에 상기 제 1 어미자 영상(130a)이 선명하게 나타나더라도 상기 제 1 아들자 영상이 나타나지 않거나 선명하지 못할 경우, 상기 가시광에 비해 파장대가 큰 적외선 영역의 제 2 입사광을 상기 웨이퍼(100) 표면에 입사하여 상기 웨이퍼(100) 표면에 형성된 복수개의 오버레이 패턴을 확대 투영한다(S50). 여기서, 상기 제 1 아들자 영상은 상기 가시광에 대하여 투과율이 높은 포토레지스트 패턴으로 이루어진 아들자(140)가 상기 가시광을 반사되지 못하여 상기 제 1 영상에서 나타나지 않을 수 있다.
그 다음, 상기 웨이퍼(100) 표면에서 반사되는 제 2 반사광을 상기 촬상부(300)에서 촬상하여 제 2 영상 신호를 획득하고, 상기 영상 생성 취합부(500)에서 상기 제 2 영상을 이미지화한다(S60). 여기서, 상기 제 2 영상은 적외선 영역의 제 2 입사광이 상기 포토레지스트 패턴을 일부 투과하여 상기 어미자(130)에 대응되는 박막에서 제 2 반사광이 반사되어 제 2 어미자 영상(130b)을 구현한다. 또한, 상기 제 2 영상은 적외선 영역의 제 2 입사광이 상기 포토레지스트 패턴에 반사율이 일정 수준이상이기 때문에 제 2 아들자 영상(140b)을 선명하게 구현할 수 있다.
그리고, 상기 영상 생성 취합부(500)는 상기 데이터 베이스로부터 상기 제 1 영상을 입력받아 제 2 영상에 나타나는 제 2 어미자 영상(130b)과 상기 제 1 어미자 영상(130a)을 서로 매칭시키고, 상기 제 2 어미자 영상(130b)의 둘레에 나타나는 제 2 아들자 영상(140b)을 선택(pick up)하고 상기 제 1 영상에 패치 또는 취합시켜 제 3 영상을 생성한다(S70).
마지막으로, 상기 판독부(600)는 상기 제 3 영상에 나타나는 상기 제 1 어미 자 영상(130a)의 중심 위치와 상기 아들자(140) 영상의 중심 위치가 서로 비교되어 오버레이 보정값을 산출한다(S40). 상술한 바와 같이, 상기 판독부(600)는 정사각형의 상기 제 1 어미자 영상(130a)을 X축 방향 Y축 방향 각각의 중심좌표를 산출하고, 상기 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 외곽을 둘러싸는 복수개의 바 모양의 제 2 아들자 영상(140b)을 X축 및 Y축 방향으로 각각 중심좌표를 산출한다. 이상적일 경우, 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 중심 위치와 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 중심 위치가 서로 일치되어야만 한다. 그러나, 웨이퍼(100)의 정밀한 정렬 오차 또는 사진 공정의 조건에 따라 상기 어미자(130)의 중심 위치와 상기 아들자(140)의 중심 위치가 소정 거리만큼 이동될 수 있다. 따라서, 상기 판독부(600)는 상기 제 1 어미자 영상(130a)의 중심 위치와 상기 제 2 아들자 영상(140b)의 중심 위치를 비교하여 오버레이 보정값을 산출한다. 또한, 상기 오버레이 보정값은 상기 웨이퍼(100) 상에 형성된 다수개의 어미자(130)와 상기 어미자(130)에 인접하게 형성된 다수개의 아들자(140) 각각의 위치 차이를 계산하고, 다시 각 위치 차이를 평균 내어 산출될 수 있다. 그리고, 상기 판독부(600)는 노광설비에 상기 오버레이 보정값을 출력하여 후속의 사진 공정에서 설정된 위치에서 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성토록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 오버레이 계측방법은 가시광 영역의 제 1 입사광을 이용하여 제 1 영상을 획득하고, 상기 제 1 영상에서 모든 복수개의 오버레이 패턴 영상이 나타나지 않을 경우, 상기 적외선 영역의 제 2 입사광을 이용하여 제 2 영상을 획득하고, 상기 제 2 영상에서 상기 제 1 영상에 나타나지 않은 적어도 하나 이상의 오버레이 패턴 영상이 선택(pick up)되어 상기 제 1 영상에 패치 또는 취합되는 제 3 영상을 이용하여 오버레이 보정값을 산출토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 서로 다른 파장을 갖는 제 1 및 제 2 입사광이 웨이퍼 표면에서 반사되는 제 1 및 제 2 반사광에 의해 투영되어 획득되는 제 1 및 제 2 영상신호로부터 제 1 및 제 2 영상을 이미지화하고, 상기 제 1 영상에 나타나지 않는 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상으로부터 추출한 후 상기 제 1 영상에 취합시켜 모든 오버레이 패턴이 나타나는 제 3 영상을 생성하는 상기 영상 생성 취합부를 구비하여 상기 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상으로부터 오버레이 보정값을 산출토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화하도록 할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 웨이퍼를 지지하는 스테이지;상기 스테이지 상에 지지되는 웨이퍼에 입사되는 제 1 및 제 2 입사광을 생성하는 광원;상기 광원에서 입사되는 상기 제 1 및 제 2 입사광이 상기 웨이퍼에서 반사되는 제 1 및 제 2 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼에 형성된 복수개의 인접하는 오버레이 패턴을 투영하는 광학 모듈;상기 광학 모듈에서 투영된 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상 신호를 획득하는 촬상부;상기 촬상부에서 획득된 상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 및 제 2 영상을 생성하고, 상기 제 1 영상에서 나타나지 않는 적어도 하나 이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 상기 제 2 영상에서 선택하여 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 영상 생성 취합부; 및상기 영상 생성 취합부에서 생성된 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 판독부를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 계측설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 영상 신호를 일시 저장하는 데이터 베이스를 더 포함함을 특징으로 하는 오버레이 계측설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 광학 모듈은 상기 웨이퍼 표면에 입사되는 백색의 가시광으로 이루어진 입사광을 생성하는 광원과, 상기 광원에서 생성된 상기 입사광을 스테이지 상의 웨이퍼 표면에 수직하는 방향으로 전달시키는 도광 유닛과, 상기 도광 유닛에서 전달된 상기 입사광을 웨이퍼의 표면으로 입사시키고, 상기 웨이퍼의 표면에서 반사된 반사광을 취출하여 상기 촬상부로 투영시키는 투영 유닛을 포함함을 특징으로 하는 오버레이 계측설비.
- 제 1 입사광을 웨이퍼에 입사하고 반사되는 제 1 반사광을 이용하여 상기 웨이퍼 상에 형성된 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 1 영상을 획득하는 단계;상기 제 1 영상에서 복수개의 오버레이 패턴이 모두 나타나는지를 판단하는 단계;상기 제 1 영상에서 복수개의 오버레이 패턴이 모두 나타나지 않을 경우, 상기 웨이퍼에 제 1 입사광과 서로 다른 파장을 갖는 제 2 입사광을 입사하고 반사되 는 제 2 반사광을 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴에 대응되는 제 2 영상을 획득하는 단계;상기 제 2 영상에서 상기 제 1 영상에 나타나지 않은 적어도 하나이상의 오버레이 패턴이 나타나는지를 판단하는 단계;상기 제 2 영상에서 상기 제 1 영상에 나타나지 않은 적어도 하나이상의 오버레이 패턴에 대응되는 영상을 선택적으로 상기 제 1 영상에 취합시켜 제 3 영상을 생성하는 단계; 및상기 제 3 영상에 나타나는 복수개의 오버레이 패턴 영상의 위치를 이용하여 상기 복수개의 오버레이 패턴의 어긋난 정도를 판독하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 오버레이 계측방법.
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| KR20190128090A (ko) * | 2017-04-05 | 2019-11-14 | 케이엘에이 코포레이션 | 레이어 고유의 조명 스펙트럼을 갖는 방법론을 위한 시스템 및 방법 |
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