KR100280536B1 - 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법에 관한 것으로, 전공정 마스크에는 전공정 라뮤패턴만을 형성하는 반면, 현공정 마스크에는 전공정 라뮤패턴과 그 중심이 일치디는 현공정 라뮤패턴을 형성함과 아울러 전공정 마스크의 실제패턴과 동일한 선폭의 제1 수차계측용 라뮤패턴 및 현공정 마스크의 실제패턴과 동일한 선폭의 제2 수차계측용 라뮤패턴을 상기한 제1 수차계측용 라뮤패턴의 중심과 일치되도록 형성하여, 상기 전공정 라뮤패턴과 현공정 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 1차 정렬오차값을 계측하고, 상기 제1 수차계측용 라뮤패턴과 제2 수차계측용 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 2차 정렬오차값을 계측하며, 상기 1차 정렬오차값과 2차 정렬오차값을 합한 실제 정렬오차값을 산출함으로써, 포토공정시 렌즈의 특성에 의한 패턴의 쉬프트 값을 정확하게 측정할 수 있게 되어 고집적 디바이스의 정렬오차에 따른 패턴불량을 미연에 방지할 수 있다.

Description

반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법

본 발명은 반도체 포토공정의 오버레이 검사에 관한 것으로, 특히 렌즈의 특성에 따른 패턴 쉬프트(Pattern Shift)의 값을 정확히 측정하여 고집적 디바이스에 대한 노광의 정렬오차를 최소한으로 하는데 적합한 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법 및 그 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩을 제조하기 위하여는 적층식으로 회로를 형성시켜 레이어(Layer)를 만들게 되는데, 이 레이어는 도포,노광,현상 등이 세부적인 공정을 진행하면서 필요한 패턴을 형성시켜 만들게 된다.

이러한 공정을 통상 포토공정기술(Photolithography)이라고 하고, 이 포토공정기술은 마스크에 형성된 원하는 패턴을 실제 반도체 칩을 만드는 기판상에 상기한 도포,노광,현상공정을 통해 이식시키는 것이다.

이와 같은 포토공정에서는 통상 렌즈(Lens)가 구비된 광학기술을 이용하게 되는데, 상기 렌즈는 그 특성상 실제패턴의 모양과 크기에 따라 정도(程度)가 다른 쉬프트(Shift)가 발생하게 되어 포토공정시 정렬불량을 유발시키게 된다.

이에 종래에는 웨이퍼에 형성된 실제패턴이 마스크에 형성된 기준패턴에 어느정도 정렬되었는지 전(前)공정과 현(現)공정의 패턴 정렬도를 비교 측정하는 오버레이 검사를 실시하게 된다.

이 오버레이 검사는 기준 마스크 및 실제 마스크의 메모리셀(Memory Cell)영역 바깥쪽에 포토공정의 정렬정도를 검사하기 위한 라뮤패턴(Lamu Patten)을 각각 형성하여 상기한 기준 마스크의 라뮤패턴과 실제 마스크의 라뮤패턴을 서로 비교 검사하는 것이다.

도 1은 종래 기준공정(또는 전공정) 마스크의 라뮤패턴 및 현공정 마스크의 라뮤패턴을 설명하기 위하여 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래에는 기준이 되는 전공정 마스크(1)의 메모리셀 영역(1a) 바깥쪽에 소정의 선폭을 갖는 사각형상의 전공정 라뮤패턴(1b)이 형성되어 있고, 그 전공정 마스크(1)에 형성된 전공정 라뮤패턴(1b)의 중심에 일치하도록 현공정 마스크(2)의 메모리셀 영역(2a) 바깥쪽에 현공정 라뮤패턴(2b)이 형성되어 있다.

상기와 같은 종래 기준공정 마스크 및 현공정 마스크의 라뮤패턴을 이용하여 오버레이 검사를 실시하는 과정은 도 2에 도시된 바와 같다.

즉, 기준이 되는 전공정에서 하나의 라뮤패턴(1b)이 웨이퍼(미도시)의 상면에 형성되고, 이후 상기한 포토공정기술의 각 공정을 거친 다음에 현재의 공정에서 또하나의 라뮤패턴(2b)이 형성된다.

이렇게 형성된 전공정 라뮤패턴(1)의 중심(A)과 현공정 라뮤패턴(2)의 중심(B)은 갖가지 요인들에 의해 차이를 나타내게 되는데, 이 차이가 바로 전공정 마스크(1)의 패턴과 현공정 마스크(2)의 패턴 사이의 정렬오차값(A-B)이 된다. 이 오차값을 계측하여 장비를 보정하면서 정확한 포토공정을 실시하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 오버레이 검사 방법은, 실제 고집적 디바이스의 노광시 렌즈의 특성에 기인한 정렬오차에 대하여는 계측할 수 없다는 문제점이 있었다.

즉, 실제 마스크에 형성되어 있는 패턴이 웨이퍼에 노광되어 질 때 렌즈의 위치에 따라 실제 마스크의 패턴을 통과하는 빛이 수차에 의한 쉬프트 현상을 발생시키게 되는데, 그 쉬프트 현상은 패턴의 선폭이 작을 수록 커지게 되는 특성을 갖게 되어 고집적 디바이스의 경우에는 상기 쉬프트 현상에 의한 불량이 다량 발생하게 된다. 그럼에도 라뮤패턴의 크기를 지나치게 작게 형성하게 되면 실제 포토공정 이후에는 정렬정도를 계측할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 오버레이 검사 방법 및 그 구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 실제 고집적 디바이스의 포토공정시 렌즈의 특성에 따른 패턴의 쉬프트 값까지 정확하게 계측하여 고집적 디바이스의 정렬오차에 따른 불량률을 감소시킬 수 있는 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 포토공정의 오버레이 검사를 위한 기준공정 마스크 및 현공정 마스크의 각 라뮤패턴을 보인 개략도.

도 2는 종래 각 라뮤패턴을 이용한 포토공정의 오버레이 검사 방법을 설명하기 위하여 보인 개략도.

도 3은 본 발명 포토공정의 오버레이 검사를 위한 기준공정 마스크 및 현공정 마스크의 각 라뮤패턴을 보인 개략도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명 각 라뮤패턴을 이용한 포토공정의 오버레이 검사 방법을 설명하기 위하여 보인 개략도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 포토공정의 오버레이 검사를 위한 각 수치계측용 라뮤패턴의 일례를 보인 개략도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 전공정 마스크 11 : 전공정 마스크의 메모리셀 영역

12 : 전공정 라뮤패턴 20 : 현공정 마스크

21 : 현공정 마스크의 메모리셀 영역 22 : 현공정 라뮤패턴

23,24 : 현공정 수치계측용 라뮤패턴

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 기준이 되는 전(前)공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 전공정 라뮤패턴을 형성함과 아울러 그 전공정 라뮤패턴의 중심에 일치되도록 현(現)공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 현공정 라뮤패턴을 형성하여 그 현공정 라뮤패턴의 중심과 전공정 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 1차 정렬오차값을 계측하고, 상기 현공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 그 현공정 마스크의 메모리셀 영역내의 패턴과 동일한 선폭을 갖는 현공정 수차계측용 라뮤패턴을 형성함과 아울러 상기 전공정 마스크의 메모리셀 영역내의 패턴과 동일한 선폭을 갖는 또다른 현공정 수차계측용 라뮤패턴을 형성하여 그 두 개의 현공정 수차계측용 라뮤패턴의 쉬프트 현상에 의한 중심간 차이를 측정한 2차 정렬오차값을 계측하며, 이후 상기 1차 정렬오차값과 2차 정렬오차값을 합하여 실제 정렬오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 포토공정의 오버레이 검사를 위한 기준공정 마스크 및 현공정 마스크의 각 라뮤패턴을 보인 개략도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 각 라뮤패턴을 이용한 포토공정의 오버레이 검사 방법을 설명하기 위하여 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법은, 기준이 되는 전(前)공정 마스크(10)의 메모리셀 영역(11) 바깥쪽에 전공정 라뮤패턴(12)을 형성함과 아울러 그 전공정 라뮤패턴(11)의 중심에 일치되도록 현(現)공정 마스크(20)의 메모리셀 영역(21) 바깥쪽에 현공정 라뮤패턴(22)을 형성하여 그 현공정 라뮤패턴(22)의 중심(A)과 전공정 라뮤패턴(12)의 중심(B)간 차이를 측정한 1차 정렬오차값(A-B=a)을 계측하고, 상기 현공정 마스크(20)의 메모리셀 영역(21) 바깥쪽에 그 현공정 마스크(20)의 메모리셀 영역(21)내의 패턴(미도시)과 동일한 선폭을 갖는 현공정 수차계측용 라뮤패턴(편의상, 제1 수차계측용 라뮤패턴이라고 함)(23)을 형성함과 아울러 상기 전공정 마스크(10)의 메모리셀 영역(11)내의 패턴(미도시)과 동일한 선폭을 갖는 또다른 현공정 수차계측용 라뮤패턴(편의상, 제2 수차계측용 라뮤패턴)(24)을 형성하여 그 두 개의 현공정 수차계측용 라뮤패턴(23,24)의 쉬프트 현상에 의한 중심(C,D)간 차이를 측정한 2차 정렬오차값(C-D=b)을 계측하며, 이후 상기 1차 정렬오차값(a)과 2차 정렬오차값(b)을 합하여 실제 정렬오차값(a+b)을 산출하는 단계를 수행한다.

이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전공정 마스크(10)는 그 중앙부에 구비된 메모리셀 영역(11)의 바깥쪽 일측 모서리부에 임의의 전공정 라뮤패턴(12)이 형성되는 반면, 상기 현공정 마스크(20)는 그 중앙부에 구비된 메모리셀 영역(21)의 바깥쪽 일측 모서리부에 임의의 현공정 라뮤패턴(22)이 형성된다.

또한, 상기 현공정 마스크(20)의 현공정 라뮤패턴(22)에 중첩되지 않는 바깥쪽에는 현공정 마스크(20)의 메모리셀 영역(21)내 패턴(미도시)과 동일한 선폭을 갖는 제1 수차계측용 라뮤패턴(23)이 형성되고, 그 제1 수차계측용 라뮤패턴(23)의 내측에는 상기 전공정 마스크(10)의 메모리셀 영역(11)내 패턴(미도시)과 동일한 선폭을 갖는 또다른 현공정 수차계측용 라뮤패턴인 제2 수차계측용 라뮤패턴(24)이 형성된다.

이렇게 형성된 각각의 라뮤패턴을 이용하여 실제 정렬오차값을 계측하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전공정 라뮤패턴의 중심(A)과 현공정 라뮤패턴의 중심(B)간 차이를 종래와 마찬가지로 측정하여 1차 정렬오차값(A-B=a)을 계측한다.

다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 현공정 마스크(20)의 메모리셀 패턴과 같은 선폭크기로 현공정 마스크(20)에 형성된 제1 수차계측용 라뮤패턴의 중심(C)과 전공정 마스크(10)의 메모리셀 패턴과 같은 선폭크기로 현공정 마스크에 형성된 제2 수차계측용 라뮤패턴의 중심(D)간 차이를 측정하여 2차 정렬오차값(C-D=b)을 계측한다.

이후, 상기 1차 정렬오차값(a)과 2차 정렬오차값(b)을 합하여 포토공정시 렌즈의 특성상 발생되는 패턴의 쉬프트에 따른 실제 정렬오차값(a+b)을 산출하는 것이다.

참고로, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 포토공정의 오버레이 검사를 위한 각 수치계측용 라뮤패턴의 일례를 보인 개략도이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법은, 전공정 마스크에는 전공정 라뮤패턴만을 형성하는 반면, 현공정 마스크에는 전공정 라뮤패턴과 그 중심이 일치디는 현공정 라뮤패턴을 형성함과 아울러 전공정 마스크의 실제패턴과 동일한 선폭의 제1 수차계측용 라뮤패턴 및 현공정 마스크의 실제패턴과 동일한 선폭의 제2 수차계측용 라뮤패턴을 상기한 제1 수차계측용 라뮤패턴의 중심과 일치되도록 형성하여, 상기 전공정 라뮤패턴과 현공정 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 1차 정렬오차값을 계측하고, 상기 제1 수차계측용 라뮤패턴과 제2 수차계측용 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 2차 정렬오차값을 계측하며, 상기 1차 정렬오차값과 2차 정렬오차값을 합한 실제 정렬오차값을 산출함으로써, 포토공정시 렌즈의 특성에 의한 패턴의 쉬프트 값을 정확하게 측정할 수 있게 되어 고집적 디바이스의 정렬오차에 따른 패턴불량을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 기준이 되는 전(前)공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 전공정 라뮤패턴을 형성함과 아울러 그 전공정 라뮤패턴의 중심에 일치되도록 현(現)공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 현공정 라뮤패턴을 형성하여 그 현공정 라뮤패턴의 중심과 전공정 라뮤패턴의 중심간 차이를 측정한 1차 정렬오차값을 계측하고,

   상기 현공정 마스크의 메모리셀 영역 바깥쪽에 그 현공정 마스크의 메모리셀 영역내의 패턴과 동일한 선폭을 갖는 현공정 수차계측용 라뮤패턴을 형성함과 아울러 상기 전공정 마스크의 메모리셀 영역내의 패턴과 동일한 선폭을 갖는 또다른 현공정 수차계측용 라뮤패턴을 형성하여 그 두 개의 현공정 수차계측용 라뮤패턴의 쉬프트 현상에 의한 중심간 차이를 측정한 2차 정렬오차값을 계측하며,

   이후 상기 1차 정렬오차값과 2차 정렬오차값을 합하여 실제 정렬오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 반도체 포토공정의 오버레이 검사 방법.