KR20240050783A - 반도체 제조 장비용 모니터링 장치 및 모니터링 방법 - Google Patents

반도체 제조 장비용 모니터링 장치 및 모니터링 방법 Download PDF

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KR20240050783A
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Abstract

반도체 제조 장비용 모니터링 장치는, 스테이지 상의 반도체 기판 상으로 광을 조사하기 위한 조명부, 상기 조명부로부터 조사된 광의 경로 상에 배치되며, 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들을 통해 상기 광을 투과시키기 위한 제1 격자 레티클, 상기 반도체 기판으로부터 반사된 광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들을 통해 상기 반사된 광을 투과시키기 위한 제2 격자 레티클, 및 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제1 패턴 및 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제2 패턴을 검출하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출하기 위한 검출기를 포함한다.

Description

반도체 제조 장비용 모니터링 장치 및 모니터링 방법{MONITORING APPARATUS AND MONITORING MOEHTOD FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 제조 장비용 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광을 이용하여 반도체 기판의 위치를 측정하기 위한 반도체 제조 장비용 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
반도체 포토 공정(Photolithography)에 있어서 공정 성능을 유지하기 위한 반도체 기판의 높이 방향 위치 제어가 필요하다. 반도체 기판 상에 광을 조사하는 노광기의 요구 위치는 반도체 기판의 높이에 따라서 달라지게 된다. 반도체 기판의 높이 제어를 위해 포토 설비의 높이 센서는 반도체 기판과 노광기 사이의 거리를 정확히 측정할 필요성이 있다. 높이 센서의 인식 영역은 반도체 구조의 단차 범위보다 넓어야 한다. 반도체 기판의 높이 제어를 위해 반도체 기판의 위치를 정확히 측정할 필요성이 있고, 센서의 인식 영역이 반도체 기판의 위치 편차보다 넓어야 한다. 반도체 기판의 높이를 측정하기 위해 센서는 모아레(moire) 현상을 이용할 수 있다. 반도체 기판의 위치 편차가 증가함에 따라 모아레 현상을 이용한 센서의 위치 인식 영역이 증가될 필요성이 있다.
본 발명의 일 과제는 서로 다른 피치들을 갖는 슬릿들을 통해 인식 가능 영역을 확대하기 위한 격자 레티클을 갖는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치를 이용한 광학 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 모니터링 장치는, 스테이지 상의 반도체 기판 상으로 광을 조사하기 위한 조명부, 상기 조명부로부터 조사된 광의 경로 상에 배치되며, 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들을 통해 상기 광을 투과시키기 위한 제1 격자 레티클, 상기 반도체 기판으로부터 반사된 광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들을 통해 상기 반사된 광을 투과시키기 위한 제2 격자 레티클, 및 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제1 패턴 및 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제2 패턴을 검출하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출하기 위한 검출기를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 모니터링 방법은, 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들로 통과시킨 광을 반도체 기판 상에 조사한다. 상기 반도체 기판으로부터 반사된 광을 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들로 통과시킨다. 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 제1 패턴을 획득한다. 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 제2 패턴을 획득한다. 상기 제1 및 제2 패턴들을 이용하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 모니터링 장치는, 광을 발생시키는 광 발생부, 상기 광을 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들을 통해 통과시키기 위한 제1 격자 격자 레티클, 상기 제1 격자 격자 레티클 및 상기 반도체 기판 사이에 구비되어 상기 제1 격자 격자 레티클을 통과한 상기 광을 상기 반도체 기판 상에 조사시키기 위한 광학 렌즈, 상기 반도체 기판으로부터 반사된 광을 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 제3 슬릿을 통해 통과시키기 위한 제2 격자 격자 레티클, 및 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제1 패턴 및 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제2 패턴으로부터 삼각법(triangulation) 구조를 통해 상기 반도체 기판의 단차를 측정하는 검출기를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 반도체 제조 장비용 모니터링 장치는, 스테이지 상의 반도체 기판 상으로 광을 조사하기 위한 조명부, 상기 조명부로부터 조사된 광의 경로 상에 배치되며, 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들을 통해 상기 광을 투과시키기 위한 제1 격자 레티클, 상기 반도체 기판으로부터 반사된 광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들을 통해 상기 반사된 광을 투과시키기 위한 제2 격자 레티클, 및 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제1 패턴 및 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제2 패턴을 검출하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 격자 레티클이 상기 제3 피치들과 다른 상기 제1 및 제2 피치들을 각각 갖는 상기 제1 및 제2 슬릿들을 포함하기 때문에, 상기 모니터링 장치는 상기 제1 및 제2 격자 레티클들을 차례로 통과하는 상기 광을 통해 모아레(moire) 현상으로부터 발생하는 상기 제1 및 제2 패턴들을 획득할 수 있다. 상기 제1 패턴은 상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과하는 상기 광을 통해 획득할 수 있고, 상기 제2 패턴은 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과하는 상기 광을 통해 획득할 수 있다. 상기 모니터링 장치는 상기 제1 및 제2 패턴들 각각의 픽셀들을 통해 상기 반도체 기판의 위치를 인식할 수 있는 위치 인식 영역을 증가시킬 수 있다. 상기 모니터링 장치는 넓은 영역에서 상기 반도체 기판의 정확한 위치를 반복 없이 판단할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 모니터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 제1 격자 레티클을 나타내는 정면도들이다.
도 4는 도 1의 제2 격자 레티클을 나타내는 정면도이다.
도 5 내지 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 광학 측정 방법을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 모니터링 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대한 도면이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1의 제1 격자 레티클을 나타내는 정면도들이다. 도 4는 도 1의 제2 격자 레티클을 나타내는 정면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 반도체 제조 장비용 모니터링 장치(10)는 반도체 기판(W) 상에 광(L)을 발생시키는 광 발생부(100)를 포함하는 조명부, 광 발생부(100)로부터 발생한 광(L)을 통과시키기 위한 제1 격자 레티클(200), 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L)을 통과시키기 위한 제2 격자 레티클(300) 및 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L)으로부터 반도체 기판(W)의 위치를 측정하기 위한 검출기(400)를 포함할 수 있다. 모니터링 장치(10)는 광 발생부(100), 제1 및 제2 격자 레티클들(200, 300), 반도체 기판(W) 및 검출기(400)들 각각의 사이에 구비되어 광(L)의 경로, 초점 등을 제어하기 위한 제1 내지 제4 광학 렌즈들(500, 510, 520, 530)을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 모니터링 장치(10)는 반도체 제조 공정에서 광(L)을 이용하여 반도체 기판(W)의 위치를 측정할 수 있다. 반도체 기판(W)의 상기 위치는 높이, 단차, 수직 이동 방향 등을 포함할 수 있다. 모니터링 장치(10)는 광(L)을 이용하여 기판 스테이지(30)의 높이를 측정할 수 있다. 모니터링 장치(10)는 모아레(moire) 현상을 이용하여 반도체 기판(W)의 위치를 측정할 수 있다. 모니터링 장치(10)는 상기 반도체 제조 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버(20) 내에 구비될 수 있다. 모니터링 장치(10)는 챔버(20) 내에 구비된 기판 스테이지(30) 상의 반도체 기판(W)의 위치를 정확히 측정할 수 있다.
모니터링 장치(10)는 상기 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 반도체 제조 장비에 설치될 수 있다. 상기 반도체 제조 장비는 반도체 기판(W) 상에 반도체 회로를 그리는 포토 공정(Photolithography)을 수행하기 위한 장비일 수 있다. 모니터링 장치(10)는 상기 반도체 제조 장비에 구비되어 기판 스테이지(30) 상에 구비된 반도체 기판(W)의 위치를 측정할 수 있다. 또한, 상기 반도체 제조 장비는 반드시 포토 공정을 위한 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 증착 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 반도체 기판은 반도체 웨이퍼(wafer), 유리 기판 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 모니터링 장치(10)는 광(L)을 기판 스테이지(30) 상의 반도체 기판(W) 상에 조사하기 위한 조명부(조명 광학계) 및 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광을 수광하기 위한 수광부(수광 광학계)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 조명부는 광(L)을 발생시키기 위한 광 발생부(100)를 포함할 수 있다. 상기 조명부는 광 발생부(100)에 의해 발생된 광(L)을 콜리메이팅하기 위한 제1 광학 렌즈(500)를 포함할 수 있다. 제1 광학 렌즈(500)는 광 발생부(100)로부터 발생한 광(L)이 제1 격자 레티클(200) 상으로 조사되도록 상기 광(L)의 방향을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 광학 렌즈(500)는 콜리메이터 렌즈를 포함할 수 있다.
광 발생부(100)는 기 설정된 파장을 갖는 상기 광을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 기 설정된 파장의 광은 자외선(UV), 가시광선(Visible), 적외선(Mid-IR), 근적외선(Near-IR), 원적외선(Far-IR), 및 테라헤르츠(THz)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 격자 레티클(200)은 광 발생부(100)로부터 발생한 광(L)의 경로 상에 배치될 수 있다. 제1 격자 레티클(200)은 광 발생부(100) 및 반도체 기판(W) 사이에 배치되어 광 발생부(100)로부터 발생된 광(L)은 제1 격자 레티클(200)를 통과하여 반도체 기판(W) 상에 조사될 수 있다.
제1 격자 레티클(200)은 제1 피치(P1)를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들(210) 및 제2 피치(P2)를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들(220)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿(210)의 제1 피치(P1)는 제2 슬릿(220)의 제2 피치(P2)와 다를 수 있다. 제1 슬릿들(210)과 제2 슬릿들(220)은 상기 동일 평면 상에서 서로 좌우로 배열될 수 있다. 제1 슬릿들(210)과 제2 슬릿들(220)은 상기 동일 평면 상에서 서로 상하로 배열될 수 있다.
제1 및 제2 슬릿들(210, 220) 각각은 광(L)의 조사 방향과 직교하는 방향으로 연장하고 제1 격자 레티클(200)을 관통하도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 제1 격자 레티클(200) 상에서 동일 평면 상에 구비될 수 있다. 상기 조명부로부터 조사된 광(L)은 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)을 동시에 또는 순차적으로 통과할 수 있다.
제1 격자 레티클(200)은 광(L)의 적어도 일부를 차단할 수 있고, 광(L)의 적어도 일부를 통과시킬 수 있다. 제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L)은 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)의 패턴을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 피치(P1) 및 상기 제2 피치(P2) 각각은 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다.
제1 격자 레티클(200)은 제4 피치(P4)를 갖는 복수 개의 제4 슬릿들(230)을 더 포함할 수 있다. 제1 슬릿들(210), 제2 슬릿들(220) 및 제4 슬릿들(230)은 제1 격자 레티클(200) 상에서 상기 동일 평면 상에 구비될 수 있다. 제1 슬릿들(210), 제2 슬릿들(220) 및 제4 슬릿들(230)은 광 발생부(100)로부터 방출된 광(L)을 동시에 조사받을 수 있다. 제4 슬릿(240)의 제4 피치(P4)는 제1 및 제2 피치들(P1, P2)과 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 제4 피치(P4)는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다.
제1 격자 레티클(200)은 제1 및 제2 슬릿들(210, 220) 중에서 광(L)에 노출되는 슬릿을 선택적으로 제공하는 모듈레이터(modulator)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 상기 모듈레이터에 의해 상기 동일 평면 상에서 시간적 공간적으로 제공 및 표시될 수 있다. 예를 들면, 상기 모듈레이터는 실리콘 액정(LCoS, Liquid Crystal on Silicon), 광학 변조기(AOM, Acousto-Optic Modulator), 격자 라이트 벨브(GLV, Grating Light Valve), 디지털 마이크로미러 장치(DMD, Digital Micromirror Device)를 포함할 수 있다.
상기 모듈레이터가 상기 실리콘 액정인 경우, 모니터링 장치(10)는 제1 격자 레티클(200) 상에 구비되는 편광판(Polarizer)을 더 포함할 수 있다. 상기 편광판은 상기 광(L)의 콘트라스트(contrast)를 높일 수 있고, 반도체 기판(W)의 상기 위치를 다른 요소들과 구별할 수 있도록 시각적인 특성의 차이를 높일 수 있다.
제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 제1 격자 레티클(200) 상에서 서로 다른 시간에 각각 상기 광(L)에 노출될 수 있다. 예를 들면, 제1 격자 레티클(200)은 제1 슬릿(210)을 광(L)에 제1 시간 동안 노출시킬 수 있고, 제2 슬릿(220)을 광(L)에 상기 제1 시간과 다른 제2 시간 동안 노출시킬 수 있다.
상기 조명부는 제1 격자 레티클(200)를 통과한 광(L)을 반도체 기판(W) 상으로 포커싱하기 위한 제2 광학 렌즈(510)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 광학 렌즈(510)는 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다. 제2 광학 렌즈(510)는 제1 격자 레티클(200) 및 반도체 기판(W) 사이에 배치되어 제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L)을 굴절시킬 수 있고, 반도체 기판(W) 상에 조사할 수 있다. 제2 광학 렌즈(510)는 광(L)을 반도체 기판(W)의 특정 위치(검사 영역)에 집중시킬 수 있다. 상기 특정 위치는 반도체 기판(W)의 높이를 측정하고자 하는 구체적인 위치일 수 있다.
상기 수광부는 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L)을 검출하기 위한 제3 및 제4 광학 렌즈들(520, 530)을 포함할 수 있다. 제3 및 제4 광학 렌즈들(520, 530)을 통과한 상기 반사광은 검출기(400)의 검출될 수 있다. 3 광학 렌즈(520)는 반도체 기판(W) 및 제2 격자 레티클(300) 사이에 배치되어 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L)을 굴절시켜 제2 격자 레티클(300)을 향하도록 할 수 있다. 제3 광학 렌즈(520)는 반사된 광(L)을 제2 격자 레티클(300)의 제3 슬릿들(310)로 조사할 수 있다. 예를 들면, 제3 및 제4 광학 렌즈들(520, 530)은 릴레이 광학 렌즈 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 격자 레티클(300)은 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L)의 경로 상에 배치될 수 있다. 제2 격자 레티클(300)은 반도체 기판(W) 및 검출기(400) 사이에 배치되어 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L)을 통과시킬 수 있다.
제2 격자 레티클(300)은 제3 피치(P3)를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들(310)을 포함할 수 있다. 제3 슬릿들(310)은 광(L)의 조사 방향과 직교하는 방향으로 연장하고 제2 격자 레티클(300)을 관통하도록 형성될 수 있다.
제3 슬릿(310)의 제3 피치(P3)는 제1 슬릿(210)의 제1 피치(P1) 및 제2 슬릿(220)의 제2 피치(P2)와 다를 수 있다. 제2 격자 레티클(300)은 광(L)의 적어도 일부를 차단할 수 있고, 광(L)의 적어도 일부를 통과할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 피치(P3)는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 격자 레티클(200) 상에서 제1 슬릿들(210)과 제2 슬릿들(220)은 상기 동일 평면 상에서 서로 좌우로 배열될 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)이 서로 좌우로 배열되는 경우, 검출기(400)의 라인 카메라는 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L) 및 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L) 이 형성한 각각의 라인들을 각각 촬영할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 격자 레티클(200) 상에서 제1 슬릿들(210)과 제2 슬릿들(220)은 상기 동일 평면 상에서 서로 상하로 배열될 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)이 서로 상하로 배열되는 경우, 검출기(400)의 상기 라인 카메라는 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L) 및 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L)이 형성한 하나의 라인을 연속적으로 촬영할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 격자 레티클(200)은 제4 피치(P4)를 갖는 복수 개의 제4 슬릿들(240)을 더 포함할 수 있다. 검출기(400)의 상기 라인 카메라는 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L), 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L) 및 제4 및 제3 슬릿들(230, 310)을 차례로 통과한 광(L)을 동시에 촬영할 수 있다.
제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L)은 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)의 패턴 및 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)의 패턴을 포함할 수 있다. 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L)은 제4 및 제3 슬릿들(230, 310)의 패턴을 더 포함할 수 있다. 광(L)은 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)의 상기 패턴들로부터 상기 모아레 현상에 의해 발생하는 제1 패턴을 가질 수 있다. 광(L)은 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)의 상기 패턴들로부터 상기 모아레 현상에 의해 발생하는 제2 패턴을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 검출기(400)는 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L)으로부터 상기 제1 패턴을 획득할 수 있다. 검출기(400)는 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L)으로부터 상기 제2 패턴을 획득할 수 있다. 검출기(400)는 상기 라인 카메라(line camera)를 가질 수 있고, 상기 라인 카메라를 통해 상기 제1 및 제2 패턴들 각각의 픽셀들을 촬영할 수 있다. 상기 라인 카메라는 상기 제1 패턴으로부터 제1 픽셀들을 촬영할 수 있고, 상기 제2 패턴으로부터 제2 픽셀들을 촬영할 수 있다.
검출기(400)는 상기 제1 및 제2 패턴들을 통해 반도체 기판(W)의 상기 위치를 측정할 수 있다. 예를 들면, 검출기(400)는 상기 제1 및 제2 패턴들로부터 반도체 기판(W)의 상대적인 높이를 측정할 수 있다. 상기 상대적인 높이는 상기 반도체 제조 장비의 특정 위치로부터 반도체 기판(W)의 높이일 수 있다. 검출기(400)는 제4 및 제3 슬릿들(230, 310)을 차례로 통과한 광(L)으로부터 제3 패턴을 획득할 수 있다. 검출기(400)는 상기 제1 내지 제3 패턴들을 통해 반도체 기판(W)의 상기 높이를 측정할 수 있다.
반도체 기판(W)의 높이(H)에 따라서 반도체 기판(W)에 의해 반사되는 상기 광(L)은 달라질 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판(W1)이 지면으로부터 제1 높이(기준 높이)에 있을 때 반도체 기판(W1)에 의해 반사되는 광(L)은 제1 광(L1)을 가질 수 있다. 반도체 기판(W2)이 지면으로부터 상기 제1 높이 보다 높은 제2 높이에 있을 때 반도체 기판(W2)에 의해 반사되는 광(L)은 제2 광(L2)을 가질 수 있다.
검출기(400)는 상기 제1 및 제2 광들(L1, L2)로부터 삼각법(triangulation) 구조를 통해 반도체 기판(W)의 상기 위치를 측정할 수 있다. 검출기(400)는 아래의 식(1)과 같이 상기 제1 및 제2 광들(L1, L2)을 통해 반도체 기판(W)의 높이(H)를 산출할 수 있다. 검출기(400)는 상기 제1 및 제2 광들(L1, L2)을 통해 반도체 기판(W)의 표면에 형성된 미세한 요철 구조의 단차를 산출할 수 있다. 검출기(400)는 아래의 식(2) 및 식(3)을 통해 아래의 식(1)을 산출할 수 있다.
------ 식(1)
------ 식(2)
------ 식(3)
(여기서, θ는 광의 입사각이고, Z는 반도체 기판의 높이 차이고, Y는 제1 및 제2 광들이 반사되는 위치에 따른 반사광들의 거리 차이다.)
검출기(400)는 반도체 기판(W)의 상기 위치를 인식할 수 있는 위치 인식 영역을 상기 제1 및 제2 픽셀들로부터 확대시킬 수 있다. 검출기(400)는 상기 제1 픽셀들 중에서 강도가 가장 높은 제1 피크 픽셀과 상기 제2 픽셀들 중에서 상기 강도가 가장 높은 제2 피크 픽셀을 비교하여 상기 위치 인식 영역을 확대할 수 있다.
제2 격자 레티클(300) 및 검출기(400) 사이에 제4 광학 렌즈(530)가 구비될 수 있다. 제4 광학 렌즈(530)는 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L)을 굴절시킬 수 있고, 검출기(400) 상에 조사할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 격자 레티클(200)이 서로 다른 제1 및 제2 피치들(P1, P2)을 갖는 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)을 포함하기 때문에, 모니터링 장치(10)는 제1 및 제2 격자 레티클들(200, 300)을 차례로 통과하는 광(L)을 통해 상기 모아레 현상으로부터 발생하는 상기 제1 및 제2 패턴들을 획득할 수 있다. 상기 제1 패턴은 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과하는 상기 광(L)을 통해 획득할 수 있고, 상기 제2 패턴은 상기 제2 및 제3 슬릿들(220, 210)을 차례로 통과하는 상기 광을 통해 획득할 수 있다. 모니터링 장치(10)는 상기 제1 및 제2 패턴들 각각의 상기 픽셀들을 통해 상기 반도체 기판의 위치를 인식할 수 있는 상기 위치 인식 영역을 증가시킬 수 있다. 상기 모니터링 장치는 넓은 영역에서 상기 반도체 기판의 정확한 위치를 반복 없이 판단할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 반도체 제조 장비용 모니터링 장치를 이용한 광학 측정 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5 내지 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 장비용 광학 측정 방법을 나타내는 도면들이다. 도 5는 제1 격자 레티클을 통과한 광의 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 광 발생부(100)로부터 발생하는 광(L0)을 제1 격자 레티클(200) 상에 조사할 수 있다. 광(L0)은 제1 광학 렌즈(500)를 통해 제1 격자 레티클(200) 상으로 조사될 수 있다. 광(L0)은 제1 광학 렌즈(500)에 의해 굴절되어 제1 격자 레티클(200) 상에 조사될 수 있다. 광(L0)은 제1 격자 레티클(200) 길이 방향과 직교하는 방향으로 제1 격자 레티클(200) 상에 조사될 수 있다.
제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L1)은 반도체 기판(W) 상에 조사될 수 있다. 제1 격자 레티클(200)은 제1 피치(P1)를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들(210) 및 제2 피치()를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들(220)을 포함할 수 있다.
제1 슬릿(210)의 제1 피치(P1)는 제2 슬릿(220)의 제2 피치(P2)와 다를 수 있다. 광(L0)의 적어도 일부는 제1 격자 레티클(200)에 의해 차단될 수 있고, 광(L0)의 적어도 일부는 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)을 통해 제1 격자 레티클(200)을 통과할 수 있다. 제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L1)은 제1 슬릿(210)의 패턴 및 제2 슬릿(220)의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 피치(P1)는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다. 상기 제2 피치(P2)는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다.
노출되는 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 제1 격자 레티클(200) 상에서 모듈레이터(modulator)에 의해 택일적으로 표시될 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 상기 모듈레이터에 의해 동일 평면 상에서 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 모듈레이터는 실리콘 액정(LCoS, Liquid Crystal on Silicon), 광학 변조기(AOM, Acousto-Optic Modulator), 격자 라이트 벨브(GLV, Grating Light Valve), 디지털 마이크로미러 장치(DMD, Digital Micromirror Device)를 포함할 수 있다.
광 발생부(100)으로부터 발생된 광(L0)은 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)로 동시에 조사될 수 있다. 이와 다르게, 제1 격자 레티클(200) 상에서 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 다른 시간에 서로 교차적으로 표시될 수 있다. 광 발생부(100)으로부터 발생된 광(L0)은 제1 격자 레티클(200) 상에 일정하게 조사되고, 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)은 제1 격자 레티클(200) 상에서 서로 다른 시간에 각각 상기 광(L0)에 노출될 수 있다. 예를 들면, 제1 격자 레티클(200)은 제1 슬릿(210)을 광(L0)에 제1 시간 동안 노출시킬 수 있고, 제2 슬릿(220)을 광(L0)에 상기 제1 시간과 다른 제2 시간 동안 노출시킬 수 있다.
제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L1)은 제2 광학 렌즈(510)를 통해 반도체 기판(W) 상에 조사될 수 있다. 제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L1)은 제2 광학 렌즈(510)에 의해 굴절될 수 있고, 반도체 기판(W) 상에 조사될 수 있다. 제1 격자 레티클(200)을 통과한 광(L1)은 제2 광학 렌즈(510)에 의해 반도체 기판(W)의 특정 위치에 집중될 수 있다. 상기 특정 위치는 반도체 기판(W)의 높이를 측정하고자 하는 구체적인 위치일 수 있다.
도 6은 반도체 기판에 의해 반사된 광이 입사하는 제2 격자 레티클의 제3 슬릿들을 나타내는 도면이다. 도 7은 제1 및 제2 격자 레티클들을 통과하여 모아레 현상에 의해 발생하는 광 패턴들을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L2)은 제2 격자 레티클(300)을 통과할 수 있다. 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L2)은 제3 광학 렌즈(520)를 통해 제2 격자 레티클(300) 상으로 조사될 수 있다. 광(L2)은 제3 광학 렌즈(520)에 의해 굴절되어 제2 격자 레티클(300) 상에 조사될 수 있다. 광(L2)은 제2 격자 레티클(300) 길이 방향과 직교하는 방향으로 제2 격자 레티클(300) 상에 조사될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(W)으로부터 반사된 광(L2)은 제2 격자 레티클(300)의 제3 슬릿들(310)로 조사될 수 있다. 제2 격자 레티클(300)은 제3 피치(P3)를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들(310)을 포함할 수 있다. 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)은 제3 슬릿(310)의 패턴을 포함할 수 있다.
제3 슬릿(310)의 제3 피치(P3)는 제1 슬릿(210)의 제1 피치(P1) 및 제2 슬릿(220)의 제2 피치(P2)와 다를 수 있다. 광(L2)의 적어도 일부는 제2 격자 레티클(300)에 의해 차단될 수 있고, 광(L2)의 적어도 일부는 제3 슬릿들(310)에 의해 제2 격자 레티클(300)을 통과할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 피치(P3)는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)은 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)의 상기 패턴들로부터 상기 모아레 현상에 의해 발생하는 제1 패턴(PA1)을 가질 수 있다. 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)은 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)의 상기 패턴들로부터 상기 모아레 현상에 의해 발생하는 제2 패턴(PA2)을 가질 수 있다.
도 8은 제2 격자 레티클로부터 검출기로 입사되는 광을 나타내는 도면이다. 도 9는 제1 및 제2 패턴들을 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)은 검출기(400)로 조사될 수 있다. 검출기(400)는 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)을 통해 기판 스테이지(30) 상의 반도체 기판(W)의 높이를 판단할 수 있다. 제2 격자 레티클(300)을 통과한 광(L3)은 제4 광학 렌즈(530)를 통해 검출기(400) 상에 조사될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L3)으로부터 제1 패턴(PA1)이 획득될 수 있다. 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L3)으로부터 제2 패턴(PA2)이 획득될 수 있다. 상기 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2) 각각을 통해 반도체 기판(W)의 높이가 판단될 수 있다. 상기 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2)을 동시에 분석하여 반도체 기판(W)의 위치를 보다 정확히 판단할 수 있다. 반도체 기판(W)의 상기 위치는 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2)로부터 삼각법(triangulation) 구조를 통해 측정될 수 있다.
광(L3)은 제2 격자 레티클(300)을 통과하여 검출기(400) 상에 조사될 수 있다. 광(L3)은 검출기(400)의 라인 카메라(line camera)에 의해 서로 다른 강도를 갖는 라인 픽셀들(line pixel)로써 촬영될 수 있다. 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2) 각각은 제1 및 제2 픽셀들을 가질 수 있다. 제1 패턴(PA1)은 가장 높은 강도를 갖는 제1 피크 픽셀(PP1)을 포함할 수 있다. 제2 패턴(PA2)은 가장 높은 강도를 갖는 제2 피크 픽셀(PP2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 피크 픽셀들(PP1, PP2)은 상기 라인 카메라에 의해 촬영될 수 있다.
제1 및 제2 슬릿들(210, 220)이 서로 좌우로 배열되는 경우, 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L3) 및 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L3)이 형성한 각각의 라인들은 검출기(400)의 상기 라인 카메라에 의해 각각 촬영될 수 있다. 제1 및 제2 슬릿들(210, 220)이 서로 상하로 배열되는 경우, 제1 및 제3 슬릿들(210, 310)을 차례로 통과한 광(L3) 및 제2 및 제3 슬릿들(220, 310)을 차례로 통과한 광(L3)이 형성한 하나의 라인은 검출기(400)의 상기 라인 카메라에 의해 연속적으로 촬영될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 검출기(400)는 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2) 각각의 상기 라인 픽셀들을 상기 강도에 따라 표시할 수 있다.
검출기(400)는 반도체 기판(W)의 상기 높이를 인식할 수 있는 위치 인식 영역을 상기 제1 및 제2 픽셀들을 동시에 이용하여 획득할 수 있다. 검출기(400)는 상기 제1 픽셀들 중에서 강도가 가장 높은 제1 피크 픽셀(PP1)과 상기 제2 픽셀들 중에서 상기 강도가 가장 높은 제2 피크 픽셀(PP2)을 비교하여 상기 위치 인식 영역을 확대할 수 있다. 하나의 제1 피크 픽셀(PP1) 또는 하나의 제2 피크 픽셀(PP2)을 이용하는 경우 보다, 제1 및 제2 피크 픽셀들(PP1, PP2)을 동시에 이용하여 상기 위치 인식 영역을 확대할 수 있다.
제1 패턴(PA1)의 제1 피크 픽셀(PP1) 및 제2 패턴(PA2)의 제2 피크 픽셀(PP2)을 통해 반도체 기판(W)의 상기 높이는 보다 넓은 범위에서 측정될 수 있다. 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2) 각각은 반복적인 패턴을 가지고 획득되기 때문에 반도체 기판(W)의 상기 위치를 측정할 수 있는 범위가 제한될 수 있다.
제1 패턴(PA1)의 제1 피크 픽셀(PP1)을 기준으로 제2 패턴(PA2)의 제2 피크 픽셀(PP2)은 상기 반복적인 패턴을 가지지 않고 획득될 수 있다. 제2 패턴(PA2)의 제2 피크 픽셀(PP2)을 기준으로 제2 패턴(PA2)의 제2 피크 픽셀(PP2)은 상기 반복적인 패턴을 가지지 않고 획득될 수 있다. 제1 및 제2 피크 픽셀들(PP1, PP2)의 관계를 통해 측정 가능한 반도체 기판(W)의 상기 위치는 넓어질 수 있다. 검출기(400)는 하나의 패턴만을 분석하는 경우 보다, 제1 및 제2 패턴들(PA1, PA2)을 동시에 분석하여 상기 위치 인식 영역을 확대할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 반도체 제조 장비용 모니터링 장치 20: 챔버
30: 기판 스테이지 100: 광 발생부
200: 제1 격자 레티클 210: 제1 슬릿
300: 제2 격자 레티클 220: 제2 슬릿
230: 제3 슬릿 240: 제4 슬릿
400: 검출기 500: 제1 광학 렌즈
510: 제2 광학 렌즈 520: 제3 광학 렌즈
530: 제4 광학 렌즈

Claims (10)

  1. 스테이지 상의 반도체 기판 상으로 광을 조사하기 위한 조명부;
    상기 조명부로부터 조사된 광의 경로 상에 배치되며, 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들을 통해 상기 광을 투과시키기 위한 제1 격자 레티클;
    상기 반도체 기판으로부터 반사된 광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들을 통해 상기 반사된 광을 투과시키기 위한 제2 격자 레티클; 및
    상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제1 패턴 및 상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제2 패턴을 검출하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출하기 위한 검출기를 포함하는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 격자 레티클은 상기 제1 내지 제3 피치들과 다른 제4 피치를 갖는 복수 개의 제4 슬릿들을 더 포함하고,
    상기 검출기는 상기 제4 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 획득된 제3 패턴을 이용하여 상기 반도체 기판의 상기 높이를 산출하는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 제1 및 제2 패턴들로부터 삼각법(triangulation) 구조를 통해 상기 반도체 기판의 상기 높이를 산출하는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피치들 각각은 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제3 피치는 10㎛ 내지 200㎛의 범위 이내에 있는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 슬릿들과 상기 제2 슬릿들은 동일 평면 상에서 서로 상하 또는 좌우로 배열되는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 제1 및 제2 패턴들 각각의 픽셀들을 촬영하기 위한 라인 카메라(line camera)를 더 포함하는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 격자 레티클은 상기 제1 및 제2 슬릿들 중에서 상기 광에 노출되는 슬릿을 선택적으로 표시하는 모듈레이터를 더 포함하고,
    상기 모듈레이터는 실리콘 액정(LCoS, Liquid Crystal on Silicon), 광학 변조기(AOM, Acousto-Optic Modulator), 격자 라이트 벨브(GLV, Grating Light Valve), 디지털 마이크로미러 장치(DMD, Digital Micromirror Device) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 격자 레티클은 상기 제1 슬릿을 상기 광에 제1 시간 동안 노출시키고 상기 제2 슬릿을 상기 광에 상기 제1 시간과 다른 제2 시간 동안 노출시키는 반도체 제조 장비용 모니터링 장치.
  10. 제1 피치를 갖는 복수 개의 제1 슬릿들 및 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 갖는 복수 개의 제2 슬릿들로 통과시킨 광을 반도체 기판 상에 조사하고;
    상기 반도체 기판으로부터 반사된 광을 상기 제1 및 제2 피치들과 다른 제3 피치를 갖는 복수 개의 제3 슬릿들로 통과시키고;
    상기 제1 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 제1 패턴을 획득하고;
    상기 제2 및 제3 슬릿들을 차례로 통과한 상기 광으로부터 제2 패턴을 획득하고; 그리고
    상기 제1 및 제2 패턴들을 이용하여 상기 반도체 기판의 높이를 산출하는 것을 포함하는 반도체 제조 장비용 모니터링 방법.
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