KR100327038B1

KR100327038B1 - 웨이퍼 정렬 장치

Info

Publication number: KR100327038B1
Application number: KR1019990010481A
Authority: KR
Inventors: 이광성
Original assignee: 황인길; 아남반도체 주식회사
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2002-03-04
Also published as: KR20000061441A

Abstract

본 발명은 N*M개 격자 구조의 웨이퍼 멀티 마크들이 형성되어 있는 웨이퍼의 정렬 장치에 있어서, 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크들이 좌,우측에 각각 수직축 방향으로 평행하게 형성되어 있으며, 다수개의 수직축 탐색 정렬 마크들이 상,하측에 각각 수평축 방향으로 평행하게 형성되어 있는 정렬 지표; 할로겐 램프의 참조광이 웨이퍼의 정렬 마크에 조사되도록 광의 직진 경로를 제공하고, 웨이퍼로부터 반사된 광이 정렬 지표에 전달되도록 하는 광의 역진 경로를 제공하는 광 경로 제공기; 정렬 지표위에 이루어진 상을 제 1 경로와 제 2 경로로 분리하여 전달하는 빔 스플리터; 제 1 경로를 통해 전달되어 오는 정렬 지표위의 상을 수평축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 1 촬상 소자; 제 2 경로를 통해 전달되어 오는 정렬 지표위의 상을 수직축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 2 촬상 소자; 제 1 촬상 소자에 의해 촬상된 정렬 지표의 좌,우측에 형성되어 있는 수평축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 정렬 지표의 수평축 중심을 검출한후, 정렬 지표의 수평축 중심과 웨이퍼 멀티 마크의 수평축 중심과의 대비를 통해 웨이퍼의 수평축 정렬 상태를 검출하고, 제 2 촬상 소자에 의해 촬상된 지표의 상,하측에 형성되어 있는 수직축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 지표의 수직축 중심을 검출한후, 정렬 지표의 수직축 중심과 웨이퍼 멀티 마크의 수직축 중심과의 대비를 통해 웨이퍼의 수직축 정렬 상태를 검출하는 정렬 상태 검출부를 포함한다.

Description

웨이퍼 정렬 장치{WAFER ALIGNMENT APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 정렬 상태를 측정하는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것으로, 특히 CCD 카메라와 같은 촬상 소자를 이용하여 반도체 웨이퍼의 정렬 상태를 측정하는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정중 사진 공정은 크게 세가지, 예를들어 포토 레지스트(photo resist) 도포 공정, 정렬/노광 공정, 현상 공정으로 분류될수 있다. 여기에서 정렬 과정은 XY 테이블상에 탑재된 반도체 웨이퍼가 원하는 위치에 정확하게 정렬(alignment)되어 있는지를 판별하는 것으로, 매우 중요하다.그런데, 일반적으로 레이져를 이용한 정렬 방식은 회절 격자의 정렬 마크를 이용하기 때문에 다른 패턴(pattern)과의 식별성이 높으며, 낮은 단차의 마크의 인식도 우수하다. 그러나 간섭성이 큰 광이기 때문에 레지스트(resist)의 도포 얼룩이 있거나 마크 형상이 비대칭인 경우 스케일링 에러(scaling error), 표면이 거친 알루미늄 웨이퍼등에서는 랜덤(random) 에러가 발생하는 경우가 있고 중복 정밀도가 저하한다.

최근에는 상술한 레이져의 정렬 방식 대신에 필드 이미지 정렬(Field Image Alignment ; 이하 FIA라 칭함) 방식을 널리 사용하고 있다. 이 FIA 방식은 할로겐 램프에서 나오는 광대역의 비간섭 광을 웨이퍼 상의 FIA용 정렬마크에 조사하고 마크에서 반사된 광이 CCD(Charge Coupled Device) 센서에 의해 감지되고 이 감지된 신호는 화상 신호로서 정렬제어기(Alignment Controller)에서 처리되어 웨이퍼의 FIA용 정렬마크의 중심으로 정렬정확도를 측정한다.이러한 FIA 방식은 레이져 정렬방식에 비해 간섭성이 낮은 광대역광(할로겐 램프의 광)을 이용하기때문에 레지스트(resist)의 도포 얼룩이 있거나 마크 형상이 비대칭인 경우에도 스케일링 에러가 작고, 화상 처리의 평균화에 의해 랜덤 에러가 저감되는 효과가 있다.

이와 같은 FIA 방식은 통상, 웨이퍼의 수평축 방향에 대한 정렬과, 웨이퍼의 수직축 방향에 대한 정렬을 별도로 수행한다.

도 1을 참조하면, 종래의 FIA 방식에 의한 웨이퍼 정렬은 웨이퍼(10)를 FIA장치(20,30) 아래로 이동하여 수행된다. 이때, 참조 번호 20의 FIA 장치는 웨이퍼(10)의 수평축 방향에 대한 정렬을 수행하기 위한 것이고, 참조 번호 30의 FIA 장치는 웨이퍼(10)의 수직축 방향에 대한 정렬을 수행하기 위한 것이다. 즉, FIA 방식에 의한 웨이퍼 정렬에 따르면, 웨이퍼(10)는 FIA 장치(20) 아래로 이동된후, FIA 장치(20)에서 출력되는 광이 웨이퍼(10)에 형성된 수평축 웨이퍼 마크에 정확히 조사되도록 하여 수평축 정렬 상태를 체크한다. 이후, 웨이퍼(10)는 FIA 장치(30) 아래로 이동된후, FIA 장치(30)에서 출력되는 광이 웨이퍼(10)에 형성된 수직축 웨이퍼 마크에 정확히 조사되도록 하여 웨이퍼의 수직축 정렬 상태를 체크한다.

이와 같이 종래의 FIA 방식에 의한 웨이퍼 정렬은 수평축 방향에 대한 정렬후 다시 수직축 방향에 대한 정렬을 순차적으로 실행해야하고, 또한 이를 위해서는 웨이퍼를 각각 수평 및 수직축으로 이동시켜야만 하기 때문에 웨이퍼 정렬 시간이 비교적 오래 걸리는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼의 수평축 및 수직축 방향의 웨이퍼 정렬을 동시에 체크하여 웨이퍼 정렬 시간을 단축시킬수 있는 웨이퍼 정렬 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, XY 테이블상에 탑재된 웨이퍼의 정렬 상태를 측정하는 것으로 웨이퍼에는 멀티 마크들이 형성되어 있는 웨이퍼 정렬 장치에 있어서, 웨이퍼 멀티 마크는 중앙에 N*M개의 격자 구조로 형성되어 있으며, 웨이퍼 정렬 장치는 참조광을 생성하는 할로겐 램프; 웨이어 상에 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크들이 좌,우측에 각각 수직축 방향으로 평행하게 형성되어 있으며, 다수개의 수직축 탐색 정렬 마크들이 상,하측에 각각 수평축 방향으로 평행하게 형성되어 있는 정렬 지표; 참조광이 웨이퍼의 멀티 마크에 조사되도록 광의 직진 경로를 제공하고, 웨이퍼로부터 반사된 광이 정렬 지표에 전달되도록 하는 광의 역진 경로를 제공하는 광 경로 제공기; 정렬 지표위에 이루어진 상을 제 1 경로와 제 2 경로로 분리하여 전달하는 빔 스플리터; 제 1 경로를 통해 전달되어 오는 정렬 지표위의 상을 수평축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 1 촬상 소자; 제 2 경로를 통해 전달되어 오는 정렬 지표위의 상을 수직축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 2 촬상 소자; 제 1 촬상 소자에 의해 촬상된 정렬 지표의 좌,우측에 형성되어 있는 수평축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 정렬 지표의 수평축 중심을 검출한후, 정렬 지표의 수평축 중심과 웨이퍼 멀티 마크의 수평축 중심과의 대비를 통해 웨이퍼의 수평축 정렬 상태를 검출하고, 제 2 촬상 소자에 의해 촬상된 지표의 상,하측에 형성되어 있는 수직축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 지표의 수직축 중심을 검출한후, 정렬 지표의 수직축 중심과 웨이퍼 멀티 마크의 수직축 중심과의 대비를 통해 웨이퍼의 수직축 정렬 상태를 검출하는 정렬 상태 검출부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 FIA 방식에 의한 웨이퍼 정렬 과정을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 웨이퍼 멀티 마크를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 정렬 지표를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 정렬 상태를 체크하는 과정을 설명하기 위한 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

110 : 할로겐 램프 120 : 정렬 지표

130 : 광 경로 제공기 140 : 빔 스플리터

150 : 제 1 촬상 소자 160 : 제 2 촬상 소자

170 : 정렬 상태 검출부 180 : 웨이퍼

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게설명한다.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치가 도시된다. 도 2를 참조하면 웨이퍼 정렬 장치는 할로겐 램프(110), 정렬 지표(120), 광경로 제공기(130), 빔스플리터(140), 제 1 촬상 소자(150), 제 2 촬상 소자(160), 정렬 상태 검출부(170), 웨이퍼(180)로 구성된다.

도 2에서, 할로겐 램프(110)는 참조광을 생성하여 광 경로 제공기(130)에 제공한다.

광 경로 제공기(130)는 할로겐 램프(110)로부터 생성된 참조광이 웨이퍼(180)상에 조사되도록 하는 광의 직진 경로를 제공하고, 웨이퍼(180)로부터 반사된 광이 정렬 지표(120)에 전달되도록 하는 광의 역진 경로를 제공하는 것으로, 필터(130-1)와, 빔스플리터(130-2)와 반사 미러(130-3)를 포함한다. 즉, 할로겐 램프(110)로부터 생성된 참조광은, 필터(130-1)에 의해 레지스트(resist)에 비감광인 광대역 광으로 변환된후 빔스플리터(130-2)를 경유하고, 반사 미러(130-3)에 의해 반사되어 웨이퍼(180)상에 조사된다.

웨이퍼(180)는 비록 도면에 도시되지는 않았지만 XY 테이블 상에 안착되어 있는 상태이다. 웨이퍼(180)에는 도 3에 도시된 바와 같이 N*M(N,M : 양의 정수)개의 웨이퍼 마크(M0)들이 격자 모양으로 형성되어 있으며(이하, 웨이퍼 멀티 마크라함), 반사 미러(130-2)로부터 제공되는 참조광은 웨이퍼(180)상의 웨이퍼 멀티 마크를 향하여 조사된다.

이후, 웨이퍼(180)에서 반사된 광은 반사 미러(130-3)에서 반사된후, 빔 스플리터(130-2)에 의해 정렬 지표(120)에 제공되고, 이에 따라 정렬 지표(120)에는 웨이퍼 멀티 마크에 대한 상이 맺힌다.

정렬 지표(120)상에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크(120-1)들이 좌측 및 우측에 각각 수직축 방향으로 평행하게 형성되어 있으며, 다수개의 수직축 탐색 정렬 마크(120-2)들이 상측 및 하측에 각각 수평축 방향으로 평행하게 형성되어 있다.

정렬 지표(120)를 경유한 광은 빔 스플리터(140)에 제공된다. 빔 스플리터(140)는 정렬 지표(120)로부터 제공되는 광을 분리하여 제 1 촬상 소자(150) 및 제 2 촬상 소자(160)로 제공한다. 제 1 촬상 소자(150) 및 제 2 촬상 소자(160)는, 예를들어 CCD(Charge Coupled Device)로 구성된다.

따라서, 제 1 촬상 소자(150) 및 제 2 촬상 소자(160)는 빔 스플리터(140)로부터 제공되는 광에 의거하여, 정렬 지표(120)에 맺힌 웨이퍼 멀티 마크와, 정렬 지표(120)에 형성되어 있는 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크(120-1)들, 및 다수개의 수직축 탐색 정렬 마크(120-2)들을 촬상한다.

이때, 제 1 촬상 소자(150)는 웨이퍼(180)의 수평축 방향으로 촬상하고, 제 2 촬상 소자(160)는 웨이퍼(180)의 수직축 방향으로 촬상한다. 도 5에는 제 1 촬상 소자(150)가 정렬 지표(120)에 맺힌 웨이퍼 멀티 마크와, 정렬 지표(120)에 형성되어 있는 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크(120-1)들을 촬상한후, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 신호 파형과, 제 2 촬상 소자(160)가 정렬 지표(120)에 맺힌 웨이퍼 멀티 마크와, 정렬 지표(120)에 형성되어 있는 다수개의 수직축 탐색 정렬마크(120-2)들을 촬상한후, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 신호 파형을 나타낸 도면이 도시된다.

도 5를 참조하면, 제 1 촬상 소자(150)의 주사선이 수평축 방향으로 스캔(scan)함에 따라 제 1 촬상 소자(150)는 참조번호 150-1 및 참조번호 150-2와 같은 신호 파형을 출력한다. 이와 유사하게, 제 2 촬상 소자(160)의 주사선이 수직축 방향으로 스캔함에 따라 제 2 촬상 소자(160)는 참조 번호 160-1 및 참조번호 160-2와 같은 신호 파형을 출력한다. 제 1 및 제 2 촬상 소자(150,160)에서 출력되는 신호 파형은 정렬 상태 검출부(170)에 제공된다.

정렬 상태 검출부(170)는 제 1 촬상 소자(160)에 의해 촬상된 정렬 지표(120)의 좌,우측에 형성되어 있는 수평축 탐색 정렬 마크들(120-1)에 대응되는 펄스(150-1)를 이용하여 정렬 지표(120)의 수평축 중심(a)을 검출하고, 웨이퍼 멀티 마크에 대응하는 펄스(150-2)를 이용하여 웨이퍼 멀티 마크의 수평축 중심(c)을 검출한후, 정렬 지표(120)의 수평축 중심(a)과 웨이퍼 멀티 마크의 수평축 중심(c)과의 대비를 통해 웨이퍼(180)의 수평축 정렬 상태를 검출한다.

또한 정렬 상태 검출부(170)는 제 2 촬상 소자(170)에 의해 촬상된 정렬 지표(120)의 상,하측에 형성되어 있는 수직축 탐색 정렬 마크들(120-2)에 대응되는 펄스(160-1)를 이용하여 정렬 지표(120)의 수직축 중심(b)을 검출하고, 웨이퍼 멀티 마크에 대응하는 펄스(160-2)를 이용하여 웨이퍼 멀티 마크의 수직축 중심(d)을 검출한후, 정렬 지표(120)의 수직축 중심(b)과 웨이퍼 멀티 마크의 수직축 중심(d)과의 대비를 통해 웨이퍼(180)의 수직축 정렬 상태를 검출한다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼에서 반사되어오는 광이 빔 스플리터에 의해 2개의 경로로 전달되도록 하고, 각 경로상에 촬상 소자를 배치하여, 웨이퍼의 수평축 및 수직축 정렬 상태를 동시에 체크할수 있도록 함으로서, 보다 빠르고 간편하게 웨이퍼 정렬 상태를 체크할수 있는 효과가 있다.

Claims

XY 테이블상에 탑재된 웨이퍼의 정렬 상태를 측정하는 것으로, 상기 웨이퍼에는 멀티 마크들이 형성되어 있는 웨이퍼 정렬 장치에 있어서:

상기 웨이퍼 멀티 마크는 중앙에 N*M개의 격자 구조로 형성되어 있으며,

상기 웨이퍼 정렬 장치는:

참조광을 생성하는 할로겐 램프;

상기 웨이어 상에 다수개의 수평축 탐색 정렬 마크들이 좌,우측에 각각 수직축 방향으로 평행하게 형성되어 있으며, 다수개의 수직축 탐색 정렬 마크들이 상,하측에 각각 수평축 방향으로 평행하게 형성되어 있는 정렬 지표;

상기 참조광이 상기 웨이퍼의 멀티 마크에 조사되도록 광의 직진 경로를 제공하고, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광이 상기 정렬 지표에 전달되도록 하는 광의 역진 경로를 제공하는 광 경로 제공기;

상기 정렬 지표위에 이루어진 상을 제 1 경로와 제 2 경로로 분리하여 전달하는 빔 스플리터;

상기 제 1 경로를 통해 전달되어 오는 상기 정렬 지표위의 상을 수평축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 1 촬상 소자;

상기 제 2 경로를 통해 전달되어 오는 상기 정렬 지표위의 상을 수직축 방향으로 스캔하면서 촬상하는 제 2 촬상 소자;

상기 제 1 촬상 소자에 의해 촬상된 상기 정렬 지표의 좌,우측에 형성되어 있는 수평축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 상기 정렬 지표의 수평축 중심을 검출한후, 상기 정렬 지표의 수평축 중심과 상기 웨이퍼 멀티 마크의 수평축 중심과의 대비를 통해 상기 웨이퍼의 수평축 정렬 상태를 검출하고, 상기 제 2 촬상 소자에 의해 촬상된 상기 지표의 상,하측에 형성되어 있는 수직축 탐색 정렬 마크들을 이용하여 상기 지표의 수직축 중심을 검출한후, 상기 정렬 지표의 수직축 중심과 상기 웨이퍼 멀티 마크의 수직축 중심과의 대비를 통해 상기 웨이퍼의 수직축 정렬 상태를 검출하는 정렬 상태 검출부를 포함한 웨이퍼 정렬 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 할로겐 램프에서 생성된 상기 참조광은 상기 광경로 제공기에서 레지스트에 비감광인 광대역으로 광으로 변환되어 전달되는 웨이퍼 정렬 장치.