KR100272659B1 - 반도체 소자의 금속배선 선폭 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법은, 측정하고자 하는 제1패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결하고 상기 제1패턴 영역보다 넓은 선폭을 갖는 제2패턴 영역을 형성하는 단계와, 상기 제2패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결되고 상기 제1패턴 영역보다 좁은 선폭을 갖는 제3패턴 영역을 형성하는 단계와, 상기 제1패턴 영역과 상기 제3패턴 영역 상에 설치된 제1탐침과 제2탐침을 통해 전류를 공급하는 단계와, 상기 제1탐침과 제2탐침 사이의 상기 제1패턴 영역 상에 설치된 제3탐침과 제4탐침을 통하여 제1전압을 측정하는 단계와, 상기 제1패턴 영역에 인접한 상기 제2패턴 영역 상에 설치된 제5탐침과 제6탐침을 통하여 제2전압을 측정하는 단계와, 상기 제1전압 및 제2전압을 통해 전압 강하를 측정하여 하기의 식에 의해 상기 제1패턴 영역의 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, w=(W* s/S) * (V/v), w: 제1패턴 영역의 선폭, W : 제2패턴 영역의 선폭, s : 제3탐침과 제4탐침 사이의 간격, S : 제5탐침과 제6탐침 사이의 간격, v: 제1전압계로 측정한 전압 강하값, V : 제2전압계로 측정한 전압 강하값이다.

Description

반도체 소자의 금속배선 선폭 측정방법

본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법에 관한 것으로, 특히 금속 배선의 선폭 측정시 금속 배선의 비저항값을 측정하지 않고도 오차 없이 금속 배선의 선폭을 간단한 방법에 의해 측정할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정은 높은 정확도가 요구되고, 따라서 반도체 제조 공정 단계를 지날 때마다 여러 가지 테스트와 평가를 해야 한다.

반도체 제조 공정 중 금속 배선의 선폭은 반도체 칩의 성능과 안정성에 영향을 주는 중요한 요소의 하나로, 금속 배선 공정 진행후 형성된 최소 선폭이 원래 설계에서 정해 놓은 규격과 일치하는지 조사해야 한다.

현재, 금속 배선 공정 후 형성된 금속 배선의 선폭은 전자 주사 현미경(Secondary Electron Microscope, 이하 SEM)을 이용하여 직접적으로 측정하거나 4-탐침법(Four-Point Probe)을 이용하여 측정된 금속 배선의 전기적 저항과 비저항값으로부터 그 금속 배선의 선폭을 산출하는 방법을 사용하고 있다.

SEM장비를 이용한 측정 방법은 측정하고자 하는 패턴에 가속된 전자를 주사하고, 이로 인해 발생하는 2차 전자에 함유된 정보를 이용하여 패턴의 모양을 확대·형상화하여 그 패턴의 선폭을 측정하는 방법으로, 장비의 부피가 크고 측정하고자 하는 패턴의 단면 형상이 직각이 아닐 경우에는 정확한 측정이 어려울 뿐만 아니라 측정하는 사람의 자의적 판단에 따라 오차가 발생할 수 있다.

4-탐침법을 이용하여 두께 t를 갖는 금속 배선(10)의 선폭(w)을 측정하는 방법은, 제1도에 도시된 바와 같이 금속 배선(10) 상에 일정한 탐침 간격(s)으로 4개의 탐침(Probe)이 설치되어 있고, 이 중 2개의 바깥 탐침(p1, p4)은 전류 공급원(11)에 연결되고 안쪽의 2개이 탐침(p2, p3)은 전압계(12)에 연결된다.

바깥으로 탐침으로 공급된 전류에 의해 안쪽 탐침에서 전압 차가 측정되고 이렇게 측정된 전압 차로 저항값(R)을 계산한 것으로부터, 아래와 같이 금속 배선의 선폭을 계산할 수 있다.

W=(?? * s) / (R * t), (??: 금속 배선의 비저항)

그러나, 상기에서 언급한 바와 같이 SEM방법은 패턴의 단면이 직각이 아닌 경우 측정인의 자의적 판단으로 인해 오차가 심하게 발생할 수 있다.

또한, 4-탐침법을 이용하여 금속 배선의 선폭을 산출하고자 하는 경우에는 반드시 금속 배선의 비저항값(??)을 알아야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 금속 배선의 모양을 개선함으로써 비저항을 측정하지 않으면서 오차없이 금속 배선의 선폭을 측정할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법을 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 4개의 탐침에 의한 금속 배선의 선폭 측정 방법을 설명하기 위한 설명도.

제2도는 본 발명에 의한 금속 배선의 선폭 측정 방법을 설명하기 위한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 금속 배선 11,21 : 전류 공급원

12,22a,22b : 전압계

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법은,

측정하고자 하는 제1패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결하고 상기 제1패턴 영역보다 넓은 선폭을 갖는 제2패턴 영역을 형성하는 단계와,

상기 제2패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결되고 상기 제1패턴 영역보다 좁은 선폭을 갖는 제3패턴 영역을 형성하는 단계와,

상기 제1패턴 영역과 상기 제3패턴 영역 상에 설치된 제1탐침과 제2탐침을 통해 전류를 공급하는 단계와,

상기 제1탐침과 제2탐침 사이의 상기 제1패턴 영역 상에 설치된 제3탐침과 제4탐침을 통하여 제1전압을 측정하는 단계와,

상기 제1패턴 영역에 인접한 상기 제2패턴 영역 상에 설치된 제5탐침과 제6탐침을 통하여 제2전압을 측정하는 단계와,

상기 제1전압 및 제2전압을 통해 전압 강하를 측정하여 하기의 식에 의해 상기 제1패턴 영역의 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서,

W=(W *s/S) * (V/v)

w : 제1패턴 영역의 선폭

W : 제2패턴 영역의 선폭

s : 제3탐침과 제4탐침 사이의 간격

S : 제5탐침과 제6탐침 사이의 간격

v : 제1전압계로 측정한 전압 강하값

V : 제2전압계로 측정한 전압 강하값

이다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 금속 배선의 선폭을 측정하는 측정 패턴 및 측정 방법을 나타내는 도면이다. 측정 패턴은 3 부분으로 구성되어 있다.

즉, 제2도에 도시된 바와 같이 측정하고자 하는 선폭(W)을 갖는 패턴은 A패턴이고, 그와 연결된 패턴인 B 및 C패턴은 종래의 비저항값, ??를 측정하지 않고서도 직접적으로 A 패턴의 선폭을 계산해 내기 위한 보조 패턴이다.

B 및 C패턴은 A패턴과 동일한 전도성 막으로 구성되며, C패턴은 전류가 균일하게 공급되도록 가급적 선폭(x)을 좁게 형성한다. 그리고, B 패턴은 측정의 정확성을 높이기 위하여 측정하고자 하는 패턴의 선폭(w)의 10배 이상의 선폭(W)으로 형성한다.

그리고, 각 패턴의 이음부는 전류의 맥놀이 현상(Turbulence Phenomena)에 의한 오차를 최소화하기 위해 일정한 각도를 갖도록 연결한다.

그런 다음, C패턴과 A패턴에 전류 공급원(21)이 연결된 탐침 p1, p2를 각각 설치하고, 이 p1과 p2 사이의 B패턴 상에 제2전압계(22a)가 연결된 탐침 p5,p6을 설치한다.

이 때, 균일한 전류 값을 보장하기 위하여 좁은 선폭(x)을 갖는 C패턴과는 소정 거리를 두고 두 탐침간의 간격(S)이 w의 10배 이상이 되도록 p2, p3을 설치한다.

또한, p1과 p2 사이의 A패턴 상에 제1전압계(22b)가 연결된 탐침 p3, p4를 설치하며, 이 때 두 탐침간의 간격(s)은 w의 10배 이상이 되게 하며, p3와 p6의 간격은 전류의 발열 손실에 의한 차를 최소화하기 위해 가능한한 짧게 형성한다.

이와 같이 형성된 측정 패턴을 이용하여, 전류 공급원(21)으로 p1과 p2를 통해 측정 패턴에 전류(I)를 공급해 주며 그 안쪽의 제1전압계(22a)와 제2전압계를 통해 각각의 탐침 사이의 전압 강하값(V,v)을 측정한다.

따라서, 저항에 의한 전류의 발열 손실을 무시하면, p5에서 p6로, p3에서 p4로 흐르는 전류는 동일하며 p3과 p6의 거리가 충분히 짧으면 비저항값, ??가 동일하므로,

?? = (W*t*V)/(S*I)=(W*t* v)/(s*I) ....... (a)

W = (W*f/S)*(V/v) ....... (b)

w : 제1패턴의 선폭, W: 제2패턴의 선폭

s : 제3탐침과 제4탐침 사이의 간격

S : 제5탐침과 제6탐침 사이의 간격

v : 제1전압계로 측정한 전압 강하값

V : 제2전압계로 측정한 전압 강하값

t : 금속 배선의 두께

의 관계가 성립한다.

식 (b)에서 S, W, s를 설계 단계에서 충분히 크게 해 주면, 제조 공정에서 발생하는 오차는 무시할 수 있기 때문에(W*s/S) ?? c, 상수로 처리하여, 최소 선폭 w= c *(V/v)가 되어 p5에서 p6으로, p3에서 p4로의 전압 강하값만 측정하면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법에 의하면, 금속 배선의 선폭 측정시 금속배선의 비저항을 측정하지 않고도 오차 없이 금속 배선의 선폭을 측정할 수 있고, 또한 측정 및 계산 과정의 단순화로 인해 효율적인 측정을 할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (4)

1. 측정하고자 하는 제1패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결하고 상기 제1패턴 영역보다 넓은 선폭을 갖는 제2패턴 영역을 형성하는 단계와, 상기 제2패턴 영역과 일정한 각도로 기울어져 연결되고 상기 제1패턴 영역 보다 좁은 선폭을 갖는 제3패턴 영역을 형성하는 단계와, 상기 제1패턴 영역과 상기 제3패턴 영역 상에 설치된 제1탐침과 제2탐침을 통해 전류를 공급하는 단계와, 상기 제1탐침과 제2탐침 사이의 상기 제1패턴 영역 상에 설치된 제3탐침과 제4탐침을 통하여 제1전압을 측정하는 단계와, 상기 제1 패턴 영역에 인접한 상기 제2패턴 영역 상에 설치된 제5탐침과 제6탐침을 통하여 제2전압을 측정하는 단계와, 상기 제1전압 및 제2전압을 통해 전압 강하를 측정하여 하기의 식에 의해 상기 제1패턴 영역의 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법.

   w=(W *s/S) * (V/v)

   w : 제1패턴 영역의 선폭

   W : 제2패턴 영역의 선폭

   s : 제3탐침과 제4탐침 사이의 간격

   S : 제5탐침과 제6탐침 사이의 간격

   v : 제1전압계로 측정한 전압 강하값

   V : 제2전압계로 측정한 전압 강하값
2. 제1항에 있어서, 상기 W는 상기 w의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 S는 상기 w의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 선폭 측정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 s는 상기 w의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 선폭 측정 방법.

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