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KR102493466B1 - 자동 초점 조정 장치 및 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

자동 초점 조정 장치 및 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR102493466B1
KR102493466B1 KR1020150143372A KR20150143372A KR102493466B1 KR 102493466 B1 KR102493466 B1 KR 102493466B1 KR 1020150143372 A KR1020150143372 A KR 1020150143372A KR 20150143372 A KR20150143372 A KR 20150143372A KR 102493466 B1 KR102493466 B1 KR 102493466B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 자동 초점 조정 장치는 웨이퍼의 피검사 표면으로부터 반사된 반사광을 수광하여 수광 신호를 생성하는 광 검출부, 상기 수광 신호를 이용하여, 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성하는 제어부, 상기 구동 신호를 인가받아, 초점 오차 보정 신호를 발생시키는 초점 오차 보정부, 및 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지를 이동시키며, 상기 초점 오차 보정 신호에 의하여 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 스테이지 구동부를 포함한다. 상기 구동 신호는 온(on) 신호 및 오프(off) 신호를 포함하며, 상기 오프 신호는 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드(hold)시키는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 초점 조정 장치 및 반도체 소자의 제조 방법{Apparatus for auto focus control, and method for manufacturing semiconductor device}
본 발명은 디포커스(defocus)를 방지하기 위한 자동 초점 조정 장치 및 상기 자동 초점 조정 장치를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화로 인하여 반도체 소자의 패턴은 보다 미세화되고 있으며, 광학 장치를 이용하여 반도체 소자의 외관을 검사하는 장치는 보다 선명한 영상을 얻기 위하여 자동 초점 제어를 실행하고 있다. 다만, 반도체 소자의 표면에서 반사도가 낮은 영역이나 큰 단차가 형성된 영역은 광학 장치의 디포커스를 발생시키는 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 디포커스(defocus)를 방지하는 자동 초점 조정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 자동 초점 조정 장치를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 자동 초점 조정 장치는 웨이퍼의 피검사 표면으로부터 반사된 반사광을 수광하여 수광 신호를 생성하는 광 검출부, 상기 수광 신호를 이용하여, 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성하는 제어부, 상기 구동 신호를 인가받아, 초점 오차 보정 신호를 발생시키는 초점 오차 보정부, 및 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지를 이동시키며, 상기 초점 오차 보정 신호에 의하여 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 스테이지 구동부를 포함하며, 상기 구동 신호는 온(on) 신호 및 오프(off) 신호를 포함하며, 상기 오프 신호는 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드(hold)시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 온 신호는 상기 초점 오차 보정 신호가 발생되도록 하여 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하고, 상기 오프 신호는 상기 초점 오차 보정 신호가 발생되지 않도록 하여 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 신호가 상기 오프 신호에서 상기 온 신호로 전환될 때, 상기 온 신호가 시작된 지점에서 상기 온 신호가 발생되어 조정된 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치는, 전환 전 상기 오프 신호에서의 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치로부터 약 2 마이크로미터 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광 검출부로 입사된 광의 총 광량값을 측정하는 광량 측정부와, 상기 총 광량값이 기 설정된 기준값과 같거나 보다 크면 상기 온 신호를 발생시키며, 상기 총 광량값이 상기 기준값보다 작으면 상기 오프 신호를 발생시키는 구동 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 광 검출부는 수광면이 4개의 수광부로 분할된 분할 수광 소자를 포함하며, 상기 광량 측정부는 상기 4개의 수광부의 측정값을 합하여 상기 총 광량값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 피검사 표면 상의 검사 지점의 위치에 따라서, 검사 영역 및 비검사 영역 각각에 대응하는 영역 신호를 발생시키는 영역 신호 발생부와, 상기 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 상기 온 신호를 발생시키며, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되면 상기 오프 신호를 발생시키는 구동 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 영역 신호 발생부는, 상기 검사 영역 및 상기 비검사 영역의 위치 좌표를 저장하는 웨이퍼 맵 저장부와, 상기 웨이퍼 맵 저장부를 이용하여 상기 검사 지점의 위치에 대응하는 상기 영역 신호를 발생시키는 맵 조합부를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 영역 신호를 인가받고, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되면 XY 위치 보정 신호를 발생시키는 XY 위치 보정부를 더 포함하며, 상기 스테이지 구동부는 상기 XY 위치 보정 신호에 의하여 상기 웨이퍼 스테이지의 x방향 또는 y방향 위치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광 검출부로 입사된 광의 총 광량값을 측정하는 광량 측정부와, 상기 피검사 표면 상의 검사 지점의 위치에 따라서, 검사 영역 및 비검사 영역 각각에 대응하는 영역 신호를 발생시키는 영역 신호 발생부와, 상기 총 광량값이 기 설정된 기준값 이상이고 상기 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 상기 온 신호를 발생시키고, 상기 총 광량값이 상기 기준값보다 작은 경우 및 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되는 경우 중 적어도 하나의 경우에는 상기 오프 신호를 발생시키는 구동 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법은 웨이퍼를 준비하는 단계, 및 상기 웨이퍼에 반도체 소자를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 반도체 소자를 제조하는 단계는 자동 초점 조정을 이용하여 상기 웨이퍼의 피검사 표면을 스캔하여 검사하는 단계를 포함하며, 상기 피검사 표면을 검사하는 단계는, 상기 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 배치하는 단계, 상기 피검사 표면으로 광을 조사하고, 상기 피검사 표면으로부터 반사된 반사광을 수광하여 수광 신호를 발생시키는 단계, 상기 수광 신호를 이용하여, 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성하는 단계, 상기 구동 신호가 온 신호인 경우, 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 단계, 및 상기 구동 신호가 오프 신호인 경우, 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 신호를 생성하는 단계 전에, 상기 피검사 표면으로부터 반사된 반사광의 총 광량값을 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 총 광량값이 상기 기준값 이상인 경우 상기 온 신호를 발생시키며, 상기 총 광량값이 상기 기준값보다 작은 경우 상기 오프 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 신호를 생성하는 단계 전에, 상기 피검사 표면 상에서 검사 영역을 결정하는 단계와, 상기 피검사 표면 상의 검사 지점의 위치에 따라서, 상기 검사 영역 및 비검사 영역 각각에 대응하는 영역 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 상기 온 신호를 발생시키며, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되면 상기 오프 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 영역 신호를 발생시키는 단계 전에, 초기 검사 위치는 상기 검사 영역 내에 위치하도록 설정하며, 상기 초기 검사 위치에서 초점이 맞도록 상기 웨이퍼 스테이지의 초기 z방향 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 영역 신호를 발생시키는 단계 후에, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되는 경우 상기 검사 지점이 상기 검사 영역 내에 위치되도록 상기 웨이퍼 스테이지의 x방향 또는 y방향 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 검사 영역은 셀 영역 또는 주변 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치는 반사도가 낮은 웨이퍼의 표면에서 자동 초점 조정이 수행되지 않도록 하며, 또한 검사 영역이 아닌 부분에서 자동 초점 조정이 수행되지 않도록 제어할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 피검사 표면에서 검사가 진행되는 동안, 디포커스의 발생을 방지하여 선명한 검사 영상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 광 검출부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 반사도가 낮은 영역과 반사도가 높은 영역이 포함된 웨이퍼의 일부 영역에서 수행되는 자동 초점 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 오차 보정 방법을 설명하기 위하여, 광 검출부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7의 (a)는 웨이퍼의 일면을 개략적으로 도시한 평면도이며, (b)는 웨이퍼 일면의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7(b)의 B-B' 영역에서 수행되는 자동 초점 조정을 설명하기 도면이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 검사가 진행되는 웨이퍼 일면의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 방법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 11의 자동 초점 조정 방법을 이용하여 웨이퍼를 검사하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 도 11의 자동 초점 조정 방법을 이용하여 웨이퍼를 검사하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", 또는 "연결되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", 또는 "직접 연결되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 하나의 구성요소가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 자동 초점 조정 장치 및 반도체 검사 시스템은 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 광 검출부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 검사 시스템(1)은 관찰 광학계(100), 자동 초점 조정 장치(200) 및 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(170)를 포함할 수 있다. 관찰 광학계(100)는 웨이퍼(W)의 피검사 표면에 광을 조사하고, 카메라 등의 촬상 수단을 이용하여 상기 피검사 표면을 촬상할 수 있다. 또한, 자동 초점 조정 장치(200)는 관찰 광학계(100)에서 상기 피검사 표면에 조사된 광의 초점 위치를 조정하고, 이로써 상기 촬상 수단으로 얻어지는 영상의 선명도를 높이게 된다.
관찰 광학계(100)는 광 조사부(110), 광학계(120) 및 촬상부(130)를 구비할 수 있다.
광 조사부(110)는 광학계(120)를 향하여 광을 출사하는 조명 광원을 포함할 수 있다. 광학계(120)는 광 조사부(110)로부터 출사된 광을, 제1 빔 스플리터(121), 제2 빔 스플리터(123), 및 대물 렌즈(125) 등을 이용하여 웨이퍼(W)의 표면에 조사되도록 광로를 조절할 수 있다. 촬상부(130)는 상기 조사광이 웨이퍼(W)의 표면으로부터 반사되는 반사광에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 촬상할 수 있다. 또한 상기 반사광은 광학계(120)를 통하여 자동 초점 조정 장치(200)로 입사될 수 있다.
자동 초점 조정 장치(200)는 광 검출부(210), 제어부(220), 및 초점 오차 보정부(230), 및 스테이지 구동부(240)를 포함할 수 있다. 자동 초점 조정 장치(200)는 웨이퍼(W)로부터 반사된 반사광을 이용하여 관찰 광학계(100)의 초점 위치를 조정할 수 있다. 자동 초점 조정 장치(200)는 관찰 광학계(100)의 초점 오차를 산출하며, 상기 초점 오차를 보정시킬 수 있는 구동 신호를 스테이지 구동부(240)로 피드백할 수 있다.
스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)를 x방향, y방향, z방향 등으로 이동시키며, 이에 의해 웨이퍼(W)는 관찰 광학계(100) 및 자동 초점 조정 장치(200)에 대하여 상대 이동할 수 있다. 스테이지 구동부(240)는, 관찰 광학계(100)가 웨이퍼(W)의 피검사 표면을 적절하게 관찰할 수 있도록, 웨이퍼 스테이지(170)의 위치를 조정할 수 있다. 스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)를 x방향 및 y방향으로 이동하는 검사 경로로 이동시킬 수 있으며, 상기 검사 경로는 촬상부(130)로 촬상된 부분이 겹치지 않도록 구성될 수 있다. 또한 스테이지 구동부(240)는 관찰 광학계(100)의 초점 위치를 피검사 표면 상에 맞추기 위하여, 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정할 수 있다. 여기서, 웨이퍼(W)의 피검사 표면과 실질적으로 평행한 평면의 일 방향을 x방향으로 하고, 상기 평면 상에서 x방향과 수직되는 방향을 y방향으로 하며, x방향과 y방향과 수직되는 방향을 z방향으로 하였다.
도 2를 참조하면, 광 검출부(210)는 웨이퍼의 피검사 표면으로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있다. 광 검출부(210)는 입사된 광을 이용하여 전압을 출력시킬 수 있으며, 따라서 광 검출부(210)로부터 발생하는 수광 신호는 전압 단위의 값을 가질 수 있다.
일 실시예로서, 광 검출부(210)는 수광면이 4개의 수광부(212)로 분할된 분할 수광 소자일 수 있다. 설명의 편의상, 4개의 수광부(212)에는 순서대로 A에서 D까지의 부호를 부여하며, 수광부 A로부터 발생하는 수광 신호는 SA라 한다. 4개의 수광부(212)는 동일 모양 및 동일 크기를 가질 수 있으며, 한쪽 대각 방향으로 수광부 A와 수광부 C가 배치되며, 다른 한쪽 대각 방향으로 수광부 B와 수광부 D가 배치될 수 있다.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 제어부(220)는 광량 측정부(223) 및 구동 신호 발생부(221)를 포함할 수 있다.
광량 측정부(223)는 광 검출부(210)로부터 발생하는 수광 신호를 이용하여 웨이퍼(W)의 피검사 표면의 밝기를 측정할 수 있다. 광량 측정부(223)는 총 광량값(SUM)을 생성할 수 있다.
예를 들어, 4개의 수광부(도 2의 212)로 구성된 광 검출부(210)로부터 생성되는 총 광량값은 4개의 수광부(도 2의 212)의 수광 신호 값을 합하여 생성되며, 이때 SUM = SA+SB+SC+SD 이다. 상기 피검사 표면 중 반사도가 높은 영역에서 측정된 총 광량값은, 반사도가 낮은 영역에서 측정된 총 광량값보다 크게 나타나게 된다.
구동 신호 발생부(221)는 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 상기 구동 신호는 온(on) 신호 및 오프(off) 신호를 포함할 수 있다. 온 신호가 발생되면, 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치가 조정될 수 있다. 반면, 오프 신호가 발생되면, 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치가 홀드(hold)될 수 있다.
예를 들어, 구동 신호 발생부(221)는 광량 측정부(223)에서 측정된 총 광량값이 기 설정된 기준값과 같거나 보다 큰 경우에는 온 신호를 발생시키며, 반대로 총 광량값이 기 설정된 기준값보다 작은 경우에는 오프 신호를 발생시킬 수 있다.
여기서, 총 광량값이 기 설정된 기준값보다 작은 경우는 웨이퍼(W)의 피검사 표면의 반사도가 충분하지 못한 상태를 의미할 수 있다. 자동 초점 조정에 이용되는 광이 반사도가 충분하지 못한 웨이퍼(W)의 표면에 조사되면, 광 검출부(210)로 들어오는 광량이 현저하게 저하되므로 초점 오차 보정 신호를 산출할 수 없게 된다.
즉, 구동 신호 발생부(221)는 광량 측정부(223)에서 전송되는 총 광량값 을 이용하여, 웨이퍼(W)의 피검사 표면 상의 검사 지점이 반사도가 높은 영역인지 아니면 반사도가 낮은 영역인지를 판단할 수 있다. 구동 신호 발생부(221)는 반사도가 높은 영역에서는 온 신호를 발생시켜 자동 초점 조정을 수행하고, 반사도가 낮은 영역에서는 오프 신호를 발생시켜 자동 초점 조정이 수행하지 않고 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 홀드시킨다. 이때, 일부 실시예들에서, 상기 기준값은 웨이퍼(W)의 피검사 표면 중 반사도 높은 영역에서 미리 취득한 광량값과 반사도 낮은 영역에서 미리 취득한 광량값 사이에서 정해질 수 있다. 예를 들어, 기준값은 반사도 높은 영역의 광량값과 반사도 낮은 영역의 광량값의 중간값으로 정해질 수 있다.
초점 오차 보정부(230)는 상기 구동 신호가 온 신호인 경우에 관찰 광학계(100)의 초점 오차를 보정시킬 수 있는 초점 오차 보정 신호를 스테이지 구동부(240)에 인가할 수 있다. 반면, 상기 구동 신호가 오프 신호인 경우, 초점 오차 보정부(230)는 초점 오차 보정 신호를 발생시키지 않으며, 그 결과 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 구동 신호가 오프 신호에서 온 신호로 전환될 때, 상기 온 신호의 시작 지점에서 상기 온 신호가 발생되어 조정된 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치는, 전환 전의 오프 신호에서의 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치로부터 약 2 마이크로미터 이내일 수 있다.
도 4는 반사도가 낮은 영역과 반사도가 높은 영역이 포함된 웨이퍼의 일부 영역에서 수행되는 자동 초점 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 도 1 및 도 3과 함께 참조하면, 웨이퍼(W)는 반사도가 낮은 영역(BL) 및 반사도가 높은 영역(BH)를 포함할 수 있다. 도 4는 반사도가 낮은 영역에서부터 반사도가 높은 영역으로 검사가 진행되는 경우를 나타낸다.
반사도가 낮은 영역에서는 웨이퍼(W)의 피검사 표면으로부터 반사되는 반사광의 양이 낮아지며, 광량 측정부(223)에서 측정된 총 광량값은 기준값보다 작게 된다. 그에 따라, 구동 신호 발생부(221)는 오프 신호를 발생시키며, 오프 신호를 인가받은 초점 오차 보정부(230)는 초점 오차 보정 신호를 발생시키지 않는다. 그 결과, 스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향의 위치 조정을 수행하지 않으며, 웨이퍼 스테이지(170)는 반사도가 낮은 영역에서 검사가 진행되는 동안 일정한 높이 레벨을 나타내는 z방향 프로파일을 가질 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 피검사 표면 상의 검사 지점이 반사도가 낮은 영역에서부터 반사도가 높은 영역으로 진입하면, 상기 피검사 표면으로부터 반사되는 반사광의 양이 증가하게 된다. 그에 따라 광량 측정부(223)에서 측정된 총 광량값은 기준값보다 커지게 되고, 구동 신호 발생부(221)는 온 신호를 발생시키게 된다. 온 신호를 인가받은 초점 오차 보정부(230)는 초점 오차 보정 신호를 생성하며, 초점 오차 보정 신호를 인가받은 스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정할 수 있다.
그 결과, 반사도가 높은 영역에서 검사가 진행되는 동안 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 프로파일은 피검사 표면 상의 굴곡과 대응하게 나타날 수 있다. 자동 초점 조정 장치(200)는 피검사 표면의 반사도에 따라서 자동 초점 조정을 수행할 것인지 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 반사도가 높은 영역에서는 자동 초점 조정을 수행하여 선명한 검사 영상을 얻으며, 반사도가 낮은 영역에서 자동 초점 조정을 수행하지 않음으로써 디포커스(defocus)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 오차 보정 방법을 설명하기 위하여, 광 검출부를 나타낸 도면이다.
도 5를 도 1과 함께 참조하면, 초점 오차 보정부(230)는 비점수차법을 이용하여 초점 오차 보정 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 초점 오차 보정부(230)는 수광면이 4개의 수광부(212)로 분할된 분할 수광 소자로 이루어진 광 검출부(210)의 수광 신호를 이용할 수 있다.
비점수차법은 비점수차를 가진 광학계로 결상시킨 상의 왜곡을 검출하고, 이에 의해 광축 방향에 따른 변위를 측정하는 방법을 말한다. 예를 들어, 광 검출부(210)로 입사되는 광은 도 5의 (a)에서와 같이 횡으로 긴 타원 모양이거나, 도 5의 (b)와 같이 원형이거나, 도 5의 (c)와 같이 종으로 긴 타원 모양을 가질 수 있다.
초점 오차 보정부(230)는 4개의 수광부(212)의 각 영역에서 생성되는 수광 신호, 즉 SA, SB, SC, 및 SD를 이용하여 초점 오차 보정값(FE)를 생성할 수 있으며, 이때 생성되는 초점 오차 보정값은 하기와 같다.
FE = (SA + SC) - (SB + SD)
즉, 초점 오차 보정 신호는 4개의 수광부(212)에서 한쪽 대각 방향의 수광부의 수광 신호의 합과 다른 한쪽의 대각 방향의 수광부의 합의 차이로 구해질 수 있다.
도 5의 (a)는 횡으로 긴 타원 모양의 반사광이 입사되어, 수광부 A 및 수광부 C에서의 입사량은 수광부 B 및 수광부 D에서의 입사량 보다 작으며, 그에 따라 초점 오차 보정값은 음의 값을 가질 수 있다. 도 5의 (c)는 종으로 긴 타원 모양의 반사광이 입사되어, 수광부 A 및 수광부 C에서의 입사량은 수광부 B 및 수광부 D에서의 입사량 보다 크며, 그에 따라 초점 오차 보정값은 양의 값을 가질 수 있다. 그리고 도 5의 (b)는 원형 모양의 반사광이 입사되어, 수광부 A 및 수광부 C에서의 입사량과 수광부 B 및 수광부 D에서의 입사량은 거의 동일할 수 있으며, 그 결과 초점 오차 보정값은 0에 가까울 수 있다.
즉, 초점 오차 보정부(230)는 5의 (b)와 같이 초점 오차 보정값이 0이 되도록 하는 초점 오차 보정 신호를 발생시킬 수 있다. 스테이지 구동부(240)는 상기 초점 오차 보정 신호에 의하여 관찰 광학계(100)의 초점 위치가 피검사 표면 상에 위치하도록 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다. 도 7의 (a)는 웨이퍼의 일면을 개략적으로 도시한 평면도이며, (b)는 웨이퍼 일면의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 8은 도 7(b)의 B-B' 영역에서 수행되는 자동 초점 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 자동 초점 조정 장치(300)는 광 검출부(310), 제어부(320), 초점 오차 보정부(330), 및 스테이지 구동부(340)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 1 내지 도 5를 통하여 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
제어부(320)는 도 3과 달리 구동 신호 발생부(321)에 영역 신호를 인가하는 영역 신호 발생부(325)를 포함할 수 있다. 영역 신호 발생부(325)는 웨이퍼 맵 저장부(326) 및 맵 조합부(327)를 구비할 수 있다.
영역 신호 발생부(325)는 현 시점의 검사 지점이 검사 영역 및 비검사 영역 중 어느 영역에 위치하는지를 나타내는 영역 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 검사 영역에 대응하는 영역 신호는 상기 검사 지점이 검사 영역 상에 위치하는 것을 의미하며, 비검사 영역에 대응하는 영역 신호는 상기 검사 지점이 비검사 영역 상에 위치하는 것을 의미한다.
구동 신호 발생부(321)는 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 스테이지 구동부(340)의 z방향 위치 조정을 수행케 하는 온 신호를 발생시키며, 반대로 영역 신호가 비검사 영역에 대응되면 오프 신호를 발생시킨다. 즉, 자동 초점 조정 장치(300)는 검사 지점이 검사 영역에 위치하면 스테이지 구동부(340)를 구동하여 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정하며, 반면 검사 지점이 검사 영역을 벗어나면 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치는 홀드될 수 있다. 한편, 구동 신호 발생부(321)는 영역 신호 발생부(325)로부터 인가되는 영역 신호 및 광량 측정부(323)로부터 인가되는 총 광량값을 함께 이용하여 구동 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
즉, 구동 신호 발생부(321)는 상기 총 광량값이 기준값과 같거나 보다 크고, 상기 영역 신호가 검사 영역에 대응하는 경우 온 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 구동 신호 발생부(321)는 상기 총 광량값이 기준값보다 작은 경우 및 상기 영역 신호가 비검사 영역에 대응하는 경우 중 적어도 하나의 경우에는 오프 신호를 발생시킬 수 있다.다만, 도 6에 도시된 것과 달리 제어부(320)는 광량 측정부(323)와 영역 신호 발생부(325) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다. 즉, 구동 신호는 광량 측정부(323)에서 발생한 총 광량값만을 이용하여 생성되거나, 또는 영역 신호 발생부(325)에서 발생하는 영역 신호만을 이용하여 생성될 수 있다.
도 7을 및 도 6과 함께 참조하면, 웨이퍼 맵 저장부(326)에는, 웨이퍼(W)의 피검사 표면에 대한 칩 각각의 칩 영역(CA) 위치 좌표와, 칩 영역(CA)에 내의 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH)을 판별하는 영역 위치 좌표를 나타내는 웨이퍼 맵이 미리 기입되어 제공될 수 있다. 상기 칩 영역(CA) 위치 좌표와 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH)을 판별하는 영역 위치 좌표는 검사 진행 전에 제시된 초기 검사 위치에 대응하여 결정되는 좌표일 수 있다.
맵 조합부(327)는 웨이퍼 맵 저장부(326)에 저장된 웨이퍼 맵을 이용하여 현 시점에 검사가 진행중인 검사 지점이 위치하는 좌표에 대응하는 영역 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 영역 신호는 검사 영역에 대응하는 신호이거나, 또는 비검사 영역에 대응하는 신호일 수 있다.
맵 조합부(327)는 웨이퍼 스테이지(도 1의 170)가 x방향 또는 y방향으로 이동하면, x방향의 변위 및 y방향의 변위를 각 방향의 이동 속도와 이동 시간을 이용하여 구할 수 있다. 맵 조합부(327)는 상기 x방향의 변위 및 y방향의 변위를 이용하여, 제시된 초기 검사 위치에 대한 현 시점의 검사 지점의 좌표를 구할 수 있다.
이어서, 맵 조합부(327)는 웨이퍼 맵 저장부(326)에 저장되어 있는 칩 영역(CA) 위치 좌표와 영역 위치 좌표를 이용하여, 현 시점의 검사 지점의 좌표가 위치하는 곳이 검사 영역인지 또는 비검사 영역인지 알 수 있다. 여기서, 촬상부(도 1의 130)의 촬상 범위에 검사 영역 및 비검사 영역이 모두 포함되어 있는 경우에는, 맵 조합부(327)는 검사 영역에 대응하는 영역 신호를 출력함으로써 검사 영역에 대하여 초점 위치가 맞춰지도록 자동 초점 조정을 수행할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)에 대하여 진행되는 검사에서, 초기 검사 위치는 검사 영역 내에 위치할 수 있다. 검사 영역은 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH) 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 주변 영역(PH)이 검사 영역에 해당하고 셀 영역(CE)이 비검사 영역으로 설정된 경우, 초기 검사 위치는 주변 영역(PH) 내에 위치하게 된다. 이때, 관찰 광학계(100)의 초점은 초기 검사 위치의 웨이퍼(W)의 피검사 표면 상에 위치하게 된다.
도 8을 및 도 1, 도 6, 및 도 7과 함께 참조하면, 셀 영역(CE)과 주변 영역(PH)은 서로 다른 높이 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)은 셀 영역(CE)의 높이 레벨(L2)보다 높을 수 있다. 여기서는, 주변 영역(PH)이 검사 영역에 해당되는 경우에 수행되는 자동 초점 조정에 대하여 설명한다. 이 경우, 검사 영역의 높이 레벨은 비검사 영역의 높이 레벨보다 높게 된다.
검사 진행 경로를 따라서 검사가 진행되는 동안, 웨이퍼(W)의 피검사 표면의 높이 프로파일은 낮은 레벨(L2)에서 높은 레벨(L1)로 진입한 후, 다시 높은 레벨(L1)에서 낮은 레벨(L2)로 전환될 수 있다. 여기서, 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)과 셀 영역(CE)의 높이 레벨(L2)의 차이는 자동 초점 수행 시에 디포커스를 발생시키지 않기 위한 허용 범위를 초과하는 값을 가질 수 있다.
먼저, 도 8의 (b)z방향 프로파일은, 비교예로서 자동 초점 조정이 셀 영역(CE)과 주변 영역(PH) 모두에서 계속적으로 수행되는 경우의 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 프로파일을 나타낸다. 즉, (b)에서는 도 8에 도시된 것과 다르게 구동 신호 발생부(321)는 계속적으로 온 신호를 생성한다. z방향 프로파일은 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)과 셀 영역(CE)의 높이 레벨(L2)의 차이보다 미세한 높이 변화는 생략하여 간략히 나타낸다.
검사 진행 경로의 초기 부분에서 z방향 프로파일은 셀 영역(CE)의 높이 레벨(L2)을 유지하고, 주변 영역(PH)에 진입하면서 z방향 프로파일은 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)까지 상승하게 된다. 이때, 상기 주변 영역(PH)으로의 초기 진입 구간(DF)에서 z방향 프로파일이 상승하는데 시간이 소요되며, 상기 소요 시간동안 디포커스가 발생하게 된다. 이와 마찬가지로, 주변 영역(PH)에서 셀 영역(CE)으로 진입하면서 높이 레벨이 감소하면, 상기 셀 영역(CE)으로의 초기 진입 구간(DF)에서 z방향 프로파일이 감소되는데 소요되는 시간동안 디포커스가 발생하게 된다.
즉, 셀 영역(CE)에서 주변 영역(PH)으로 진입 시에 주변 영역(PH)의 초기 진입 구간(DF)에서 디포커스가 발생하게 된다. 반면, 셀 영역(CE)이 검사 영역인 경우에는, 주변 영역(PH)에서 셀 영역(CE)으로 진입 시에 셀 영역(CE)의 초기 진입 구간(DF)에서 디포커스가 발생하게 된다.
한편, 도 8의 (a)z방향 프로파일은, 비검사 영역인 셀 영역(CE)에서는 오프 신호가 생성되어 자동 초점 조정을 수행하지 않고, 검사 영역인 주변 영역(PH)에서는 온 신호가 생성되어 자동 초점 조정을 수행하는 경우의 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 프로파일을 나타낸다.
검사 진행 경로의 초기 부분에서 구동 신호 발생부(321)는 오프 신호를 발생시키며, 이에 따라 웨이퍼 스테이지(170)는 일정한 높이 레벨을 가지도록 z방향 위치가 홀드될 수 있다. 이때, 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 프로파일은 검사 영역인 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)을 가지도록 설정될 수 있다. 이어서 주변 영역(PH)에 진입하면, 자동 초점 조정이 수행되고 주변 영역(PH)에서의 표면 굴곡에 따른 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치 조정이 이루어진다. 그리고, 주변 영역(PH)에서 셀 영역(CE)으로 검사 지점이 전환되면, 자동 초점 조정이 실행되지 않으므로 z방향 프로파일은 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)을 가지게 된다.
즉, 높이 레벨이 차이가 있는 웨이퍼(W)의 표면에 대한 검사를 수행하는 동안, 비검사 영역에서는 자동 초점 조정을 수행하지 않고 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 홀드시킴으로써, 웨이퍼의 피검사 표면의 단차에 의하여 디포커스가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 구동 신호가 오프 신호에서 온 신호로 전환될 때, 상기 온 신호의 시작 지점에서 상기 온 신호가 발생되어 조정된 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치는, 전환 전의 오프 신호에서의 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치로부터 약 2 마이크로미터 이내일 수 있다. 즉, 셀 영역(CE)에서의 웨이퍼 스테이지(170)의 높이 레벨을 홀드시킴으로써, 셀 영역(CE)에서 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치가 이어지는 주변 영역(PH)의 높이 레벨(L1)과 근접되도록 유지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 장치를 나타내는 블록도이다. 도 10은 검사가 진행되는 웨이퍼 일면의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9를 도 1과 함께 참조하면, 자동 초점 조정 장치(400)는 광 검출부(410), 제어부(420), 초점 오차 보정부(430), XY 위치 보정부(435) 및 스테이지 구동부(440)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 앞서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
스테이지 구동부(440)는 웨이퍼 스테이지(170)를 x방향, y방향, z방향 등으로 이동시킬 수 있다. 스테이지 구동부(440)는 Z방향 스테이지 조정부(442), 및 XY방향 스테이지 조정부(444)를 포함할 수 있다. Z방향 스테이지 조정부(442)는 초점 오차 보정부(430)에서 발생한 초점 오차 보정 신호를 인가받아 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정할 수 있다. 또한, XY방향 스테이지 조정부(444)는 XY 위치 보정부(435)에서 발생한 XY 위치 보정 신호를 인가받아 웨이퍼 스테이지(170)의 x방향 및 y방향 위치를 조정할 수 있다.
제어부(420)는 도 3과 달리 구동 신호 발생부(421) 및 XY 위치 보정부(435)에 대하여 영역 신호를 인가하는 영역 신호 발생부(425)를 포함할 수 있다. 영역 신호 발생부(325)는 웨이퍼 맵 저장부(326) 및 맵 조합부(327)를 구비할 수 있다.
영역 신호 발생부(425)는 웨이퍼의 피검사 표면에서 현 시점에 검사가 진행되는 검사 지점이 검사 영역 및 비검사 영역 중 어느 영역에 위치하는지를 나타내는 영역 신호를 발생시킬 수 있다. 검사 영역에 대응하는 영역 신호는 상기 검사 지점이 검사 영역 상에 위치하는 것을 의미하며, 비검사 영역에 대응하는 영역 신호는 상기 검사 지점이 검사 영역이 아닌 비검사 영역 상에 위치하는 것을 의미한다.
구동 신호 발생부(421)는 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 스테이지 구동부(440)의 z방향 위치 조정을 수행케 하는 온 신호를 발생시키며, 반대로 영역 신호가 비검사 영역에 대응되면 오프 신호를 발생시킨다. 즉, 자동 초점 조정 장치(400)는 검사 지점이 검사 영역에 위치하면 스테이지 구동부(440)의 z방향 위치 조정을 수행하며, 반면 검사 지점이 검사 영역을 벗어나면 스테이지 구동부(440)의 z방향 위치 조정은 수행되지 않게 된다.
한편, 구동 신호 발생부(421)는 영역 신호 발생부(425)로부터 인가되는 영역 신호 및 광량 측정부(423)로부터 인가되는 총 광량값을 함께 이용하여 구동 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 총 광량값이 기준값보다 크고, 상기 영역 신호가 검사 영역에 대응하는 경우 온 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 총 광량값이 기준값보다 작은 경우 및 상기 영역 신호가 비검사 영역에 대응하는 경우 중 어느 하나의 경우에는 오프 신호를 발생시킬 수 있다.
한편, XY 위치 보정부(435)는 영역 신호 발생부(425)로부터 발생한 영역 신호를 인가받으며, 상기 스테이지 구동부(440)의 x방향 및 y방향의 위치를 보정하는 XY 위치 보정 신호를 발생시킬 수 있다. XY 위치 보정부(435)는 상기 영역 신호가 비검사 영역에 대응되는 경우, 현 시점의 검사 지점의 위치가 검사 영역 상에 위치하도록 XY방향 스테이지 조정부(444)로 XY 위치 보정 신호를 인가할 수 있다.
다만, 도 9에 도시된 것과 달리 제어부(420)는 광량 측정부(423)와 영역 신호 발생부(425) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다. 즉, 구동 신호는 광량 측정부(423)에서 발생한 총 광량값만을 이용하여 생성되거나, 또는 영역 신호 발생부(425)에서 발생하는 영역 신호만을 이용하여 생성될 수 있다.
제어부(420)가 영역 신호 발생부(425)만을 포함하는 경우에는, 스테이지 구동부(440)의 z방향 위치 조정은 영역 신호를 기초로 제어되고, 또한 스테이지 구동부(440)의 x방향 및 y 방향 위치 보정 역시 영역 신호를 기초로 제어될 수 있다.
도 10을 참조하면, 웨이퍼(W)의 피검사 표면은 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH)을 포함할 수 있으며, 상기 피검사 표면에 대한 검사는 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH) 중 어느 하나에 대하여 수행될 수 있다. 여기서는 상기 피검사 표면에 대한 검사가 주변 영역(PH)에 대하여 수행되는 경우를 고려하여 설명한다. 즉, 주변 영역(PH)이 검사 영역에 해당하며, 반면 셀 영역(CE)은 비검사 영역에 해당하게 된다.
예를 들어, 웨이퍼(W)의 피검사 표면에 대한 검사는 초기 검사 위치(S)로부터 x방향을 따르는 제1 경로(P1)로 이동한 후, y방향으로 일정 거리 이동하고, 다시 이어서 x방향을 따르며 제1 경로(P1)와 반대 방향으로 진행하는 제2 경로(P2) 따라서 수행될 수 있다. 이때, 제1 경로(P1)와 제2 경로(P2)는 촬상부(도 1의 130)에서 촬상되는 영역이 오버랩되지 않도록 형성될 수 있다.
제2 경로(P2)로부터 이어지는 제3 경로(P3)는 비검사 영역인 셀 영역(CE)으로 진입하게 될 수 있는데, 이때 영역 신호 발생부(425)는 검사 지점의 위치가 비검사 영역에 대응한다는 영역 신호를 XY 위치 보정부(435)로 인가할 수 있다.
XY 위치 보정부(435)는 검사 지점의 좌표가 검사 영역인 주변 영역(PH)으로 이동되도록 하는 XY 위치 보정 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 XY 위치 보정 신호는 검사 지점이 y방향에 대하여 이동되도록 할 수 있다. 상기와 같은, XY 위치 보정 신호에 따른 y방향 위치 변화에 따라, 피검사 표면에 대한 검사는 수정 경로(P3')를 따라서 진행되며, 이때 수정 경로(P3')는 검사 영역인 주변 영역(PH) 상에 위치하게 된다.
수정 경로(P3')를 따라서 이루어지는 검사 범위는 제2 경로(P2)에 의한 검사 범위와 일부 오버랩될 수 있으나, 검사 영역과 비검사 영역의 높이 레벨 차이로 인한 디포커스의 발생을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조정 방법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 결함 발생 여부 등을 검사하기 위한 웨이퍼를 준비한다(S100). 이후 상기 웨이퍼를 사용하여 반도체 제조 공정을 진행한다(S200).
상기 반도체 제조 공정은 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 박막은 도전 물질, 절연 물질 또는 반도체 물질일 수 있다. 상기 반도체 제조 공정은 상기 박막 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 마스크 패턴은 포토레지스트 패턴일 수 있다. 또한 상기 반도체 제조 공정은 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여, 상기 박막의 일부를 제거하여 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는 상기 반도체 제조 공정은 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여, 상기 박막의 일부를 제거하여 홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 홀은 예를 들면, 콘택홀, 비어홀 등을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 공정은 상기 박막을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는 상기 반도체 제조 공정은 상기 박막을 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 박막을 평탄화하는 단계는 화학기계적연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정 또는 에치백(etch-back) 공정을 포함할 수 있다. 또한 언급하지는 않았으나, 상기 반도체 제조 공정은 반도체 소자를 제조하는 과정 중에 발생할 수 있는 모든 단계를 포함할 수 있다. 따라서 상기 반도체 제조 공정은 상기 반도체 기판을 이송하는 단계, 보관하는 단계 등을 포함할 수도 있다.
상기 반도체 제조 공정은 웨이퍼의 표면을 검사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 검사하는 단계는 상기 반도체 제조 공정 중의 전술한 여러 단계 중 어느 하나를 진행한 후 진행될 수 있다. 상기 검사하는 단계는 도 1 내지 도 10에서 설명된 자동 초점 조정 장치를 이용하여 진행될 수 있다.
상기 웨이퍼를 검사하는 단계에서 웨이퍼에 이상이 없는 것으로 판별되면, 상기 반도체 제조 공정의 후속 단계를 계속 진행할 수 있다(S400).
즉, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 공정은, 전술한 자동 초점 조정 장치 및 방법을 사용하여 반도체 제조 공정 중에서 웨이퍼의 표면 상의 결함 여부 등을 검사할 수 있다.
도 12는 도 11의 자동 초점 조정 방법을 이용하여 웨이퍼를 검사하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 12와 도 1 내지 도 3을 참조하면, 자동 초점 조정 방법은 이하에서 설명되는 단계로 이루어질 수 있다. 먼저 검사를 진행할 웨이퍼(W)를 웨이퍼 스테이지(170) 상에 배치한다(S1100).
이어서 웨이퍼(W)의 피검사 표면에 광을 조사하고, 상기 피검사 표면으로부터 반사된 반사광을 수광하여 수광 신호를 발생시킨다(S1110).
관찰 광학계(100)는 웨이퍼(W)의 피검사 표면 상의 검사 지점에 광을 조사하며, 상기 피검사 표면으로부터 반사된 반사광이 관찰 광학계(100)를 통하여 광 검출부(210)로 입사되게 된다. 광 검출부(210)는 4개의 수광부(212)로 분할되어 구성된 분할 수광 소자로 이루어질 수 있으며, 광 검출부(210)는 입사된 반사광의 광량에 대응하는 전압값을 가지는 수광 신호를 발생시킬 수 있다.
이어서, 광 검출부(210)로 입사된 반사광의 총 광량값과 기준값을 비교하여 구동 신호를 발생시킨다(S1120).
총 광량값은 4개의 수광부(212) 각각에서 생성된 수광 신호의 합으로 산출될 수 있다. 총 광량값이 기 설정된 기준값과 같거나 보다 큰 경우, 구동 신호 발생부(221)는 온 신호를 발생시킨다(S1130). 온 신호의 구동 신호를 인가받은 스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)의 z축 위치를 조정시키는 자동 초점 조정을 수행하게 된다(S1150).
반면, 총 광량값이 기 설정된 기준값보다 작은 경우, 구동 신호 발생부(221)는 오프 신호를 발생시킨다(S1140). 오프 신호의 구동 신호를 인가받은 스테이지 구동부(240)는 웨이퍼 스테이지(170)의 z축 위치를 홀드시키게 된다(S1160).
여기서, 기준값은 웨이퍼(W)의 피검사 표면에 대한 검사 수행 이전에 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준값은 피검사 표면 상의 자동 초점 수행이 실행 가능한 반사도가 높은 영역과, 디포커스가 발생되는 반사도가 낮은 영역에 대하여 광량값을 측정한 후, 양 값의 중간값으로 정해질 수 있다.
도 13은 도 11의 자동 초점 조정 방법을 이용하여 웨이퍼를 검사하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 13 및 도 6 내지 도 8을 참조하면, 자동 초점 조정 방법은 이하에서 설명되는 단계로 이루어질 수 있다. 먼저, 웨이퍼 맵을 이용하여 검사 영역 및 비검사 영역을 결정한다(S1200).
웨이퍼 맵은 웨이퍼의 피검사 표면에 대한 칩 영역(CA)의 위치 좌표와, 칩 영역(CA) 내에서 셀 영역(CE) 및 주변 영역(PH)을 판별할 수 있는 영역 위치 좌표에 대한 정보를 포함할 수 있다. 웨이퍼(W) 표면에 대한 검사를 진행하기 전에, 검사가 진행되는 검사 영역이 결정될 수 있다.
웨이퍼 스테이지(도 1의 170)의 초기 z방향 위치를 초기 검사 지점에서 초점이 맞도록 조정한다(S1210). 초기 검사 위치가 검사 영역 내로 제시될 수 있으며, 자동 초점 조정 장치(300)는 관찰 광학계(도 1의 100)의 초점의 오류가 제거되도록 웨이퍼 스테이지(170)의 초기 z방향 위치를 조정한다.
이어서, 현 시점의 검사 지점의 좌표를 구하여 영역 신호를 발생시키며, 상기 영역 신호가 검사 영역에 대응하는지 또는 비검사 영역에 대응하는지 판별한다(S1220).
피검사 표면에 대한 검사는 초기 검사 위치로부터 x방향 또는 y방향으로 이동하며 진행된다. 이때, 초기 검사 위치를 기준으로 하여, 현 시점의 검사 지점의 좌표를 x방향의 변위 및 y방향의 변위를 각 방향의 이동 속도와 이동 시간을 이용하여 구할 수 있다. 영역 신호는 현 시점의 검사 지점이 검사 영역에 속하는 경우 검사 영역에 대응하는 영역 신호를 발생시키며, 반면 현 시점의 검사 지점이 비검사 영역에 속하는 경우에는 비검사 영역에 대응하는 영역 신호를 발생시킨다.
상기 검사 지점이 검사 영역 내에 위치하고 있는 경우, 영역 신호 발생부(325)는 검사 영역에 대응하는 영역 신호를 발생시킨다(S1230). 검사 영역에 대응하는 영역 신호가 구동 신호 발생부(321)에 인가되면, 구동 신호 발생부(321)는 온 신호를 발생시킨다. 그에 따라 스테이지 구동부(340)는 웨이퍼 스테이지(도 1의 170)의 z축 위치를 조정하는 자동 초점 조정을 수행하게 된다(S1250).
반면, 상기 검사 지점이 비검사 영역 내에 위치하고 있는 경우, 영역 신호 발생부(325)는 비검사 영역에 대응하는 영역 신호를 발생시킨다(S1240). 비검사 영역에 대응하는 영역 신호가 구동 신호 발생부(321)에 인가되면, 구동 신호 발생부(321)는 오프 신호를 발생시킨다. 그에 따라 스테이지 구동부(340)는 웨이퍼 스테이지(170)의 z축 위치를 홀드시키게 된다(S1260).
즉, 검사 시작 시, S1210 단계에 따라 자동 초점 조정 장치(300)는 초기 검사 위치에 관찰 광학계(도 1의 100)의 초점이 맞도록 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 조정한다. 이어서 검사 영역 내에서 검사가 진행되는 동안 자동 초점 조정이 수행되면서 선명한 검사 영상을 얻을 수 있다. 또한, 검사 지점이 비검사 영역으로 전환되는 때에는 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치를 홀드시킴으로써, 웨이퍼 스테이지(170)의 z방향 위치가 검사 영역의 높이 레벨과 근접되도록 한다. 이에 따라 다시 비검사 영역에서 검사 영역으로 전환 시에 초기 진입 구간에서 디포커스가 발생하는 것을 방지하게 된다.
한편, 도 13을 도 9와 함께 참조하면, 영역 신호 발생부(425)에서 비검사 영역에 대응하는 영역 신호가 발생된 경우, XY 위치 보정부(435)는 XY 위치 보정 신호를 발생시킬 수 있다(S1270). XY 위치 보정 신호는 스테이지 구동부(440)에 인가되며, 스테이지 구동부(440)는 검사 지점이 검사 영역 내에 위치하도록 웨이퍼 스테이지(도 1의 170)의 x방향 및 y방향 위치를 조정할 수 있다(S1280).
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 반도체 검사 시스템 100: 관찰 광학계
170: 웨이퍼 스테이지 200: 자동 초점 조정 장치
210: 광 검출부 220: 제어부
221: 구동 신호 발생부 223: 광량 측정부
230: 초점 오차 보정부 240: 스테이지 구동부
W: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 웨이퍼의 표면으로부터 반사된 반사광을 수광하여 수광 신호를 생성하는 광 검출부;
    상기 수광 신호를 기초로 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성하는 제어부;
    상기 구동 신호를 기초로 초점 오차 보정 신호를 발생시키는 초점 오차 보정부; 및
    상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지를 이동시키며, 상기 초점 오차 보정 신호를 기초로 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 스테이지 구동부;를 포함하며,
    상기 구동 신호는 온(on) 신호 및 오프(off) 신호를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 광 검출부로 입사된 광의 총 광량값이 기 설정된 기준값과 같거나 보다 크면 상기 온 신호를 발생시키고, 상기 총 광량값이 상기 기준값보다 작으면 상기 오프 신호를 발생시키도록 구성되고,
    상기 스테이지 구동부는,
    상기 구동 신호가 상기 온 신호일 때 상기 초점 오차 보정 신호를 기초로 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하고,
    상기 구동 신호가 상기 오프 신호일 때 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드(hold)시키도록 구성된,
    것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점 오차 보정부는,
    상기 구동 신호가 상기 온 신호일 때 상기 초점 오차 보정 신호를 발생시키고,
    상기 구동 신호가 상기 오프 신호일 때 상기 초점 오차 보정 신호를 발생시키지 않도록 구성된,
    것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지 구동부는, 상기 구동 신호가 상기 오프 신호에서 상기 온 신호로 전환될 때, 상기 온 신호가 시작된 시점에서의 상기 온 신호를 기초로 조정된 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치가 상기 오프 신호에서의 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치로부터 2 마이크로미터 이내가 되도록 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 광 검출부로 입사된 광의 총 광량값을 측정하는 광량 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 수광면이 4개의 수광부로 분할된 분할 수광 소자를 포함하며,
    상기 광량 측정부는 상기 4개의 수광부의 측정값을 합하여 상기 총 광량값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 웨이퍼의 상기 표면 상의 검사 지점의 위치에 따라 검사 영역 또는 비검사 영역에 대응하는 영역 신호를 발생시키는 영역 신호 발생부와,
    상기 영역 신호가 상기 검사 영역에 대응되면 상기 온 신호를 발생시키며, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되면 상기 오프 신호를 발생시키는 구동 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영역 신호 발생부는,
    상기 검사 영역 및 상기 비검사 영역의 위치 좌표를 저장하는 웨이퍼 맵 저장부와,
    상기 웨이퍼 맵 저장부를 이용하여 상기 검사 지점의 위치에 대응하는 상기 영역 신호를 발생시키는 맵 조합부를 포함하는 자동 초점 조정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 영역 신호를 인가받고, 상기 영역 신호가 상기 비검사 영역에 대응되면 XY 위치 보정 신호를 발생시키는 XY 위치 보정부를 더 포함하며,
    상기 스테이지 구동부는 상기 XY 위치 보정 신호를 기초로 상기 웨이퍼 스테이지의 x방향 위치 또는 y방향 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조정 장치.
  9. 웨이퍼를 준비하는 단계; 및
    상기 웨이퍼에 반도체 소자를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 반도체 소자를 제조하는 단계는 자동 초점 조정을 이용하여 상기 웨이퍼의 표면을 스캔하여 검사하는 단계를 포함하며,
    상기 웨이퍼의 상기 표면을 검사하는 단계는,
    상기 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 배치하는 단계;
    상기 웨이퍼의 상기 표면으로 광을 조사하고, 상기 웨이퍼의 상기 표면으로부터 반사된 반사광을 광 검출부에서 수광하고, 상기 광 검출부로 입사된 광을 기초로 수광 신호를 발생시키는 단계;
    상기 수광 신호를 기초로 자동 초점 조정의 실행 여부를 결정하는 구동 신호를 생성하는 단계;
    상기 구동 신호가 온 신호인 경우, 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 조정하는 단계; 및
    상기 구동 신호가 오프 신호인 경우, 상기 웨이퍼 스테이지의 z방향 위치를 홀드시키는 단계;를 포함하고,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계에서, 상기 광 검출부로 입사된 광의 총 광량값이 기 설정된 기준값 이상인 경우 상기 온 신호가 발생되고, 상기 총 광량값이 상기 기준값보다 작은 경우 상기 오프 신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 삭제
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