KR100290000B1 - 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴, 예를 들면, 라인, 스페이스 및 비아 패턴의 경사도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기 패턴의 두께(b)와, 전자주사 현미경을 이용하여 상기 패턴의 폭(w)과 상기 패턴의 테이퍼진 상측부 폭(t)을 측정한 다음,라는 수학식을 이용하여 상기 패턴의 경사정도(θ)를 계산한다. 이때, 측정되는 패턴의 경사도는 패턴 양측의 경사도의 평균값을 나타낸다.

따라서, 종래기술에서와 같이 경사도 테이블을 이용하거나 또는 반도체 웨이퍼를 절단함으로써 경사도를 측정하지 않고도 보다 정확하고 간단한 경사도 측정이 가능하다.

Description

반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법{METHOD FOR MEASURING THE SLOPE OF A PATTERN ON A SEMICONDUCTOR WAFER CHIP}

본 발명은 반도체 웨이퍼 가공(fabrication)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 가공은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시키고, 패턴 마스크를 이용하여 포토레지스트 도포된 반도체 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 깍아내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼상의 각각의 칩상에 동일한 패턴을 갖는 전자 회로를 구성해 나가는 전 과정을 지칭한다.

상술한 반도체 웨이퍼 가공 과정에서, 스테퍼(stepper)로부터 자외선을 발생하여 패턴 마스크상에 그려진 회로 패턴을 반도체 웨이퍼의 표면에 전사해주는 포토마스킹(photomasking) 공정이 수행된다. 이러한 포토마스킹 공정은 반도체 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포하고, 포토레지스트 층에 창(window)을 형성하여 라인(line), 스페이스(space), 또는 비아(via)(또는 홀(hole))패턴을 형성한다.

도 1a, 도 1b, 도 1c에는 각기 반도체 웨이퍼상에 형성된 라인, 스페이스, 및 비아 패턴으로서, 상측 도면은 전자현미경에 의해 측정된 평면도를, 하측 도면은 각 패턴의 단면을 예시한다.

라인 패턴은, 도 1a에 예시된 바와 같이, 원하는 라인 패턴의 폭(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 상측부는 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 줄어드는 형태를 취하게 된다.

스페이스 패턴은, 도 1b에 예시된 바와 같이, 원하는 원하는 스페이스 패턴의 폭(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 상측부는 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 형태를 취하게 된다.

한편, 비아 패턴은, 도 1c에 예시된 바와 같이, 원하는 비아 직경(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 둘레는 도 1b의 스페이스 패턴과 마찬가지로 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 형태를 취하게 된다.

이와 같은 포토 마스킹 공정의 완료후 그 공정이 정확히 이루어졌는지 확인하는 측정 과정이 수행된다. 이때, 측정 과정에서 필요한 측정 항목은 첫 번째로 이전에 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과 현재 수행된 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 것이고, 두 번째로 반도체 웨이퍼상에 전사된 패턴의 크기가 원하는 크기로 형성되어 있는지를 확인하는 것이며, 그 다음으로는 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 측정하는 것이다. 통상적으로, 패턴 크기 또는 폭의 측정은 반도체 웨이퍼상에 노광에 의해 형성된 패턴 폭을 측정하기위한 주사형 전자현미경(critical dimension scanning elecronic beam microscope : CD SEM)을 이용하여 수행된다.

주사형 전자현미경은 먼저 측정을 위한 반도체 웨이퍼를 정확한 측정 위치에 배치하는 웨이퍼 정렬(wafer alignment)을 수행한 다음, 전자 빔(electron beam)을 정렬된 웨이퍼상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 2차 전자 빔을 검출함으로써 반도체 웨이퍼상의 패턴의 모양을 구하고 그로부터 패턴의 크기를 측정한다.

이후, 패턴의 경사도를 측정하는 공정이 수행되는 데, 패턴의 경사도는 반도체 공정에서 중요하게 관리되는 요소로서 기설정 경사도의 80 내지 85％를 만족하여야 한다.

도 1a, 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(15)상에서 패턴의 두께(b)는 포토마스킹 공정의 포토리소그래피 또는 에칭에 의해 설정된 값으로 이미 알고 있으므로, 전자현미경을 이용하여 패턴 폭(w)을 측정한 다음, 반도체 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트 두께, 패턴 폭 그리고 경사도(θ)와의 관계를 도표화한 포토레지스트 프로파일 테이블(PR PROFILE TABLE)로부터 필요로하는 경사도 값을 선택하는 방식으로 경사도를 측정한다.

상술한 바와 같이, 종래 기술의 전형적인 패턴의 경사도 측정 방식은 패턴 폭(w)을 측정함으로써 경사의 정도를 어림잡아 추정할 수밖에 없었다. 따라서, 보다 정확하게 패턴의 경사도를 측정하기 위해서는 포토리소그래피 또는 에칭 이후의 반도체 웨이퍼를 절단하여 단면을 확인함으로써 가능하였다. 이러한 이유로 정확한 수치의 패턴 경사도의 측정이 불가능할 뿐아니라 경사도 측정을 위하여 웨이퍼를 절단하므로 웨이퍼의 손실을 감수하여야 한다는 문제가 있었다.

또한, 반도체 웨이퍼상에 형성되는 패턴은 좌측과 우측 또는 비아의 경우 비아 둘레의 경사도가 각기 다르게 생성될 수도 있다. 그러나, 상술한 종래 기술의 경사도 측정 방식은 일측만의 경사도를 측정하기 때문에 타측의 경사 정도가 포토레지스트 프로파일 테이블로부터 추출된 일측의 경사정도에 영향을 미칠수도 있다는 문제가 있었다.

그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 간단한 방식으로 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트에 대한 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴의 경사도를 측정하는 방법은: 상기 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 두께(b)를 취득하는 단계; 전자현미경을 이용하여 상기 패턴의 폭(w)과 상기 패턴의 테이퍼진 상측부 폭(t)을 측정하는 단계; 수학식을 이용하여 상기 패턴의 경사정도(θ)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래 기술에서 반도체 웨이퍼상에 형성된 라인, 스페이스 및 비아 패턴을 예시하는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 측정하는 장치의 개략적인 블록구성도,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2에 예시된 경사도 측정부에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼상에 형성된 라인, 스페이스 및 비아 패턴과 그에 대한 파라미터를 예시하는 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 웨이퍼 스테이지 15 : 반도체 웨이퍼

20 : 전자빔 발생기 30 : 빔 스플리터

60 : 경사도 측정부 70 : 디스플레이

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 측정할 수 있는 전자현미경의 개략적인 블록 구성도를 도시한다. 본 발명의 전자현미경은 웨이퍼 스테이지(10), 전자빔 발생기(20), 빔 스플리터(beam spliter)(30), 반사기(35), 대물 렌즈(40), 촬상 소자(50), 경사도 측정부(60) 및 디스플레이(70)를 포함한다.

웨이퍼 스테이지(10)는 도시안된 스테퍼로부터 이송되어온 반도체 웨이퍼(15)를 수용하며, 미세 위치 조정됨으로서 수용된 웨이퍼(15)를 정렬시키는 데 사용된다.

도 3a, 3b, 3c는 반도체 웨이퍼(15)상에 형성된 라인(line), 스페이스(space), 또는 비아(via)(또는 홀(hole))패턴을 각기 예시하는 도면으로, 상측 도면은 하기 설명되는 촬상소자에 의해 촬상된 패턴의 평면도를, 하측 도면은 각 패턴의 단면을 예시한다.

라인 패턴은, 도 3a에 예시된 바와 같이, 원하는 라인 패턴의 폭(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 상측부는 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 줄어드는 형태를 취하게 된다. 이때, 라인 패턴의 양측의 경사도는 서로 같거나 상이할 수도 있으며, 따라서, 경사영역의 폭(a, a')도 양측이 같거나 서로 상이한 값을 갖는다.

스페이스 패턴은, 도 3b에 예시된 바와 같이, 원하는 원하는 스페이스 패턴의 폭(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 상측부는 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 형태를 취하게 된다. 이때, 스페이스 패턴의 양측의 경사도는 서로 상이할 수도 있으며, 따라서, 경사영역의 폭(a, a')도 서로 상이한 값을 갖는다.

한편, 비아 패턴은, 도 3c에 예시된 바와 같이, 원하는 비아의 둘레(17)에 대응하는 직경 또는 폭(w)과 포토레지스트의 두께에 대응하는 두께(b)를 가지며, 그의 상측부 둘레(18)는 도 3b의 스페이스 패턴과 마찬가지로 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 형태를 취하게 된다. 이때, 비아 둘레의 경사도는 양측이 서로 같거나 상이할 수도 있으며, 따라서, 경사영역의 폭(a, a')도 그 둘레를 따라서 양측이 서로 같거나 상이한 값을 갖는다.

다시 도 2를 참조하면, 전자빔 발생기(10)는 반도체 웨이퍼(15)상에 형성된 패턴의 폭(w)과 경사영역에 의해 형성되는 상측부의 폭(t)을 측정하는 데 사용되는 전자빔을 생성하여 빔 스플리터(30)로 제공한다. 빔 스플리터(30)는 전자 빔 발생기(20)에서 발생되어 입사하는 빔의 일부를 반사하고 일부를 투과시켜 대물렌즈(40)로 향하게 한다.

대물 렌즈(40)를 통과하는 빔은 웨이퍼 스테이지(10)상의 웨이퍼(15)상에 집광된 다음, 웨이퍼(15) 면과 접하고 있는 패턴의 양측면과 패턴 상측부의 양측면으로부터 반사되어 대물 렌즈(40)를 통과하면서 확대된다. 대물 렌즈에 의해 확대된 반사 빔은 다시 빔 스플리터(30)에서 일부 반사되고, 반사기(35)를 경유하여 촬상 소자(50)측으로 제공된다.

촬상 소자(50)는 CCD(charge coupled device) 카메라로 구성될 수 있으며, 빔 스플리터(30)에 의해 반사된 광 빔에 의해 촬상되어 반도체 웨이퍼상의 패턴과 동일한 형상의 패턴을 형성한다. 경사도 측정부(60)는 하기 상세히 설명되는 바와 같이 촬상 소자(50)으로부터 제공되는 패턴의 폭(w)와 경사영역에 의해 형성된 상측부의 폭(t) 그리고 패턴의 두께(b)를 이용하여 반도체 웨이퍼(15)상에 형성된 패턴의 경사도(θ)를 측정한다.

본 발명에 따른 경사도 측정부(60)에서 수행되는 패턴의 경사도 측정은 도 3을 참조하여 다음과 같이 보다 상세히 설명된다.

먼저, 반도체 웨이퍼(15)상에 도포된 포토레지스트 물질에 대응하는 패턴의 두께(b)를 취득한다. 이때 패턴의 두께(b)는 포토 마스킹 공정시에 이미 알고 있는 포토레지스트의 두께에 대응하는 값이다.

이후, 경사도 측정부(60)는 촬상 소자(50)로부터 패턴의 폭(w)과 패턴의 경사에 의해 생성된 상측부의 전체 폭(t)을 측정한다(도 3a 및 도 3b 참조). 이때, 이들 값을 하기 수학식 2를 이용하여 라인 패턴의 경사도(θ)를 측정한다.

본 발명에 있어서, 상기 수학식 2으로부터 알 수 있는 바와 같이, 패턴의 전체 폭(w)과 경사영역의 전체 폭(t)이 사용되므로, 패턴 양측의 경사도에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 경사영역의 폭(a, a')을 평균한 것이다. 그러므로, 패턴의 경사도(θ)는 좌 및 우측 패턴의 경사도(θ1, θ2)의 평균값을 의미한다.

도 3c에 도시된 비아 패턴의 경사도 역시 상술한 수학식 2에 의해 측정된다. 이와 관련하여, 비아 패턴의 경사도를 측정할 때 비아의 직경 또는 폭(w)은 그 둘레(17)의 여러 대각방향의 지점에서 측정된 폭의 평균값을 사용하고, 상측부 폭(t)은 그 둘레(18)의 여러 대각방향의 지점에서 측정된 폭의 평균값을 사용한다.

경사도 측정부(60)에 의해 측정된 패턴의 경사도를 나타내는 데이터 값은 디스플레이(70)에 제공되어 현재 측정된 반도체 웨이퍼(15)의 칩상에 형성된 패턴의 경사도를 사용자에게 디스플레이한다.

그러므로, 본 발명에 따라서 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 경사도를 측정하고자할 때, 간단한 수학식으로 라인 패턴, 스페이스 패턴 그리고 비아 패턴의 경사도를 측정할 수 있다. 또한, 사용자가 현재 측정된 패턴의 경사도를 디스플레이로부터 모니터할 수 있으므로 패턴의 경사도의 확인이 용이하고 실시간으로 그에 대응하는 조치를 취할 수 있다는 장점이 제공된다.

Claims (7)

1. 반도체 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트에 대한 포토마스킹 공정에 의해 형성된 패턴의 경사도를 측정하는 방법에 있어서,

   상기 반도체 웨이퍼상에 형성된 패턴의 두께(b)를 취득하는 단계;

   전자현미경을 이용하여 상기 패턴의 폭(w)과 상기 패턴의 테이퍼진 상측부 폭(t)을 측정하는 단계;

   상기 하기 수학식을 이용하여 상기 패턴의 경사정도(θ)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 줄어드는 상측부를 갖는 라인 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 라인 패턴의 경사도는 그의 양측의 경사도의 평균값인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 상측부를 갖는 스페이스 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 스페이스 패턴의 경사도는 그의 양측의 경사도의 평균값인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 그의 상측부 둘레가 테이퍼형상으로 점차 경사폭이 넓어지는 비아 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법
7. 제 6 항에 있어서, 상기 비아 패턴의 폭은 그 둘레의 여러 대각방향의 지점에서 측정된 폭의 평균값이고, 상기 비아 패턴의 상측부 폭은 상측부 둘레의 여러 대각방향의 지점에서 측정된 폭의 평균값인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 패턴의 경사도 측정 방법.