KR0120551B1 - 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법에 관한 것으로서, 반도체 웨이퍼 각각의 다이에 대한 노광공정시 광차단막의 L/S를 일정간격으로 변화시킨 노광마스크를 사용하여 소정의 폭으로 노광에너지 및 포커스를 각각 X-Y축으로 변화시켜가며 노광을 진행한 후, 공정결함 검사장치로 공정결함이 발생한 패턴을 확인하고, 공정결함이 발생되지 않은 공정조건을 선택하여 공정마진을 측정하였으므로, 다양한 패턴의 공정 마진을 용이하게 평가할 수 있으며, 축소노광장치의 비점수차도 확인할 수 있으며, 실제 토폴로지 변화가 있는 반도체웨이퍼 상의 패턴의 결함여부를 확인하므로 나칭등의 발생여부도 검사할 수 있고, 새로운 반도체 제조 공정의 임의의 공정 조건에서 공정결함검사장치에 의한 결함패턴의 파악이 가능하여 제품의 생산 단가를 절감할 수 있다.

Description

반도체소자의 사진 공정마진 검사방법

제1도는 종래 기술에 따른 사진 공정마진 검사방법을 진행하기 위하여 노광에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광한 반도체 웨이퍼의 평면도.

제2도는 제1의 각 다이들의 노광에너지에 따른 DICD 또는 FICD를 도시한 그래프.

제3도는 본 발명에 따른 사진 공정마진측정을 위한 노광마스크의 평면도.

제4도는 제3도의 노광마스크를 사용하여 노광에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 순차적으로 노광한 상태의 반도체웨이퍼의 평면도.

제5도는 제4도의 반도체웨이퍼에서 공정결함을 검사한 상태의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 반도체 웨이퍼 12, 22 : 다이

25 : 노광마스크 26a, 26b : 수평 및 수직블럭

27 : 석영기판 29 : 광차단막패턴

30a, 30b : 결함 및 무결함 패턴

본 발명은 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체 소자의 제조공정이 갖는 제조능력인 공정마진의 측정을 별도로 제작된 공정마진측정용 노광마스크를 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 노광에너지 및 포커스를 변화시켜가며 노광한 후, 공정 결함 검사장치로 공정결함 발생여부를 측정하여 다양한 크기의 패턴의 공정마진을 쉽게 평가하고 축소노광장치의 랜즈왜곡 및 빛의 회절에 의한 오차인 비점수차도 용이하게 검사할 수 있는 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법에 관한 것이다.

일반적으로 새로운 반도체라인을 설립하거나, 새 장비의 도입에 따른 반도체 소자의 제조능력지수를 평가하기 위해서는 여러가지 평가 방법을 실행하고, 장기간의 평가시일이 요구된다.

즉, 현재의 공정 생산라인에서 새로 구입한 장비로 임의의 특정 반도체소자를 생산하고자 할때, 반도체 소자의 각 공정 단계들은 공정능력 및 공정스텝의 독특한 마진 혹은 공정 지수를 가지게 되며, 이들 공정 마진 및 지수를 평가하기 위해서 다양한 변수를 측정하여야 한다.

종래 반도체 소자의 사진 공정마진 검사방법은 소정의 패턴을 형성한 뒤에 패턴 싸이즈 측정 등과 같은 많은 종류의 검사가 필요하며, 예를들어 사전 공정에서는 포커스 마진인 촛점심도(Depth of Focus; DOF)및 노광크기(Exposure Latitude; 이하 EL이라 칭함) 마진을 측정하여야 하며, 축소노광장치의 투영렌즈(projection lens)의 필드 유니포미티(Uniformity)나 렌즈수차(Aberration) 등에 의한 비점수차(astigamtism)도 측정하여야 한다.

제1도 및 제2도는 종래 사진 공정마진 측정방법을 설명하기 위한 도면들로서, 전자 빔 시스템인 주사전자 현미경(SEM) 측정장치를 사용한 예이며, 서로 연관시켜 설명한다.

먼저, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 축소노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼(Wafer; 10)상의 각 다이(die; 12)에 대한 노광 공정시 가로 방향(X축)으로는 노광에너지를 변화시키고, 세로방향(Y축)으로는 포커스를 변화시켜 노광공정을 진행한 후, 상기의 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 각 다이(12) 내의 라인/스페이스(이하 L/S라 칭함)를 SEM 측정장치로 측정하여 임의의 동일 에너지축(E1,E2,E3…)을 기준으로 세로축(Y축)의 포커스(Focus) 변화에 따른, 현상후 임계크기(development inspection critical dimention; 이하 DICD라 칭함) 혹은 공정후 임계 크기(final inspection critical dimension; 이하 FICD라 칭함)를 계산하여 X축에 대응시키면, 제2도에 도시되어 있는 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다.

제2도의 그래프에서 각각의 에너지에 대한 DICD(혹은 FICD)와 포커스의 그래프는 포물선 형상이 되며, 상기 포물선들의 꼭지점이 최상의 포커스가 되고, DICD나 FICD가 가장 적은 포물선, 여기서는 E2의 꼭지점이 최적 포커스가 된다.

따라서 제2도에서 상기 반도체 웨이퍼(10)에서 측정된 CD에서 특정 L/S의 사진 공정마진을 알 수 있으며, CD 간격인 스펙(spec)의 범위가 공정조건의 공정마진을 의미한다.

상술한 바와 같은 종래의 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법은 많은 량의 CD 측정 및 제2도와 같은 분석그래프가 필요하며, 소요되는 시간은 측정 목적에 따라 약간의 차이는 있으나, 보퉁 DICD 혹은 FICD 측정과 측정 데이타 분석까지 수시간씩이 소요된다.

이러한 측정방법은 측정을 정확하게 할 수 있는 이점은 있으나, 그러나, 기존에 공정 지수들의 능력을 평가해 보았거나, 비슷한 수준으로 평가될 것이라고 예상되어 정확도가 큰 문제가 되지 않는 평가에 있어서는 이러한 평가 방법은 많은 시간 및 노력이 낭비되는 문제점이 있다.

또한 이러한 방법은 현장에서 쉽게 측정할 수 없을 뿐만 아니라, 별도로 SEM 장비를 사용하여야 하므로 제조 경비가 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼의 각 다이에 대한 노광공정시 소정 범위로 L/S가 변화하도록 광차단막 패턴들이 형성되어 있는 노광마스크를 사용하고, 노광에너지 및 디포커스(defocus)를 각각 소정 범위에서 X-Y축으로 변화시키며 노광한 후, 통상의 반도체 소자 제조공정시 발생하는 공정결함(Defect)을 검사하는 공정결함 검사장치를 사용하여 공정결함발생여부를 검사하고 이를 공정마진의 크기와 환산 대치하여 공정마진를 측정하므로 정확도는 낮지만, 공정마진의 전체적인 윤곽을 빨리 검사하여 반도체소자의 사진 공정마진 검사에 따른 노력 및 시간을 절감을 할 수 있는 사진 공정마진 검사방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법의 특징은, 반도체웨이퍼의 각각의 다이에 대한 노광공정시 소정 범위내의 다양한 크기의 L/S을 갖는 광차단막패턴들이 형성되어 있는 공정마진측정용 노광마스크를 사용하여 소정범위의 노광에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광공정이 진행하는 공정과, 상기 반도체 웨이퍼를 공정결함 검사장치를 사용하여 각 패턴에 대한 결함발생여부를 검사하는 공정과, 상기 공정결함의 발생에 따른 공정마진을 측정하는 공정을 구비함에 있다.

이하, 본 발명에 따른 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 제3도에 도시되어 있는 바와 같은 별도의 공정마진측정용 노광마스크를 사용한다.

상기 공정마진측정용 노광마스크(25)는 투명기판, 예를들어, 석영기판(27) 상에 L/S가 소정범위, 예를들어 0.2-1.0μm 범위에서 소정의 폭, 예를들어 0.05μm 폭으로 변화시킨 광차단막 패턴(29)들이 형성되어 있다.

이때 상기의 광차단막패턴(29)들은 한블럭(26)이 동일한 L/S를 갖으며, 길이는 10μm 이상으로 형성하고, 축소노광장치의 비점수차를 측정하기 위하여 동일한 L/S에 대하여 수직패턴들이 형성되어 있는 수평블럭(26a)과 수평패턴이 형성되어 있는 수직블럭(26b)이 나란히 위치하며 각 블럭간의 거리는 수백 μm 정도로 비교적 넓게 형성한다. 이는 후속 공정결함검사장치에 의한 공정결함 검사공정시 각 블럭들의 구별을 용이하게 하기 위한 것이다.

본 발명자의 실험결과에 의하면 L/S를 0.2-1.0μm 범위에서 0.05μm씩 변화시키면, 한장의 노광마스크(25)에 각각 19개씩의 수평블럭(26a)과 수직블럭(26b)을 형성할 수 있다.

또한 반도체 웨이퍼의 공정 진행 조건에 따라, 보통의 비정상적인 공정조건에서는 결함이 발생되는 성질을 이용한다.

상기의 노광마스크(25)를 사용하여 제4도에 도시되어 있는 바와 같이 반도체 웨이퍼(20) 각각의 다이(22)에 대하여 X측으로 에너지를 El, E2, E3...와 같이 변화시키며, Y축으로 포커스를 Fl, F2, F3...로 순차적으로 적당 간격으로 변화시켜 노광공정을 진행한다.

그후, 현상하거나 식각을 완료한 후, 공정결함 검사장치를 사용하여 공정결함을 측정하면, 제5도에 도시되어 있는 바와 같은 공정 결함분포도(Defect Map)를 약 20분 가량이면 얻을 수 있다.

여기서 소정의 조건을 만족시키는 포커스 및 노광에너지하에서 결함발생 여부를 직접 확인할 수 있다. 즉 제5도에서 × 표시가 되어 있는 결함이 발생된 결함패턴(30a)과 결함이 검출되지 않은 무결함 패턴(30b)의 각각의 조건에서 공정마진을 측정할 수 있다.

상기 무결함 패턴(26b)의 포커스 간격에서 선 Ⅰ 부분의 조건에서의 촛점심도는 (F6-F4), 선 Ⅱ에서의 촛점심도는 (F7-F4), 선 Ⅲ에서의 촛점심도는 (F7-F1)으로 결정된다.

또한 노광에너지의 공정마진은 선 Ⅳ 부분의 조건에서 (E7-E1)으로 결정된다.

또한 축소노광장치의 렌즈 및 빛의 회절에 의해 비점수차가 발생하여 동일한 L/S에서도 수평블럭(26a) 및 수직블럭(26b)에서도 서로 다른 공정마진을 가질 수 있으며, 여기서 L/S 패턴이 아닌 굴곡진 패턴의 공정마진도 함께 측정할 수 있다.

또한 종래에는 검사되지 않았던 실제 패턴의 나칭등과 같은 불량도 함께 검사된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법은, 반도체 웨이퍼 각각의 다이에 대한 노광공정시 광차단막의 L/S를 일정간격으로 변화시켜 노광마스크를 사용하여 소정의 폭으로 노광에너지 및 포커스를 각각 X-Y축으로 변화시켜가며 노광을 진행한 후, 공정결함 검사장치로 공정결함이 발생한 패턴을 확인하고, 공정결함이 발생되지 않은 공정조건을 선택하여 공정마진을 측정하였으므로, 다양한 패턴의 공정 마진을 용이하게 평가할 수 있으며, 축소노광장치의 비점수차도 확인할 수 있는 이점이 있다.

또한 실제 토폴로지 변화가 있는 반도체웨이퍼 상의 패턴의 결함여부를 확인하므로 나칭등이 발생여 부도 검사할 수 있고, 새로운 반도체 제조 공정의 임의의 공정 조건에서 공정결함검사장치에 의한 결함패턴의 파악이 가능하여 제품의 생산 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 반도체웨이퍼의 각각의 다이에 대한 노광공정시 소정 범위내의 다양한 크기의 라인/스페이스을 갖는 광차단막패턴들이 형성되어 있는 공정마진 측정용 노광마스크를 사용하여 소정범위의 노광에너지 및 포커스를 X-Y 축으로 변화시켜 노광공정이 진행하는 공정과, 상기 반도체 웨이퍼를 공정결함 검사장치를 사용하여 각각의 패턴에 대한 결함발생여부를 검사하는 공정과, 상기 공정결함의 분포에 따른 공정마진을 측정하는 공정을 구비하는 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 노광마스크의 광차단막 패턴들의 라인/스페이스가 0.2-1.0μm 범위에서 0.05μm씩 변화되어 있으며, 동일한 크기의 수평패턴과 수직패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 사진 공정마진 검사방법.