KR100316066B1 - 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법에 관한 것으로서, 특히 그 방법은 반도체 공정의 포토리소그래피 공정에서 노광 장비를 스캐너와 스텝퍼를 혼용하여 사용할 때 스캐너로 진행하는 막 중에서 스텝퍼로 노광하는 막 또는 스텝퍼와 매칭이 잘 되어 있는 막을 기준막으로 정하고, 기준막에 오버레이를 측정할 수 있는 사각 모양의 패턴을 형성하고, 기준막 상부에 이후 스캐너로 노광 공정을 진행하는 막에서 웨이퍼 파라미터는 스캐너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이를 측정한 값에서 보정하고 그 필드성분은 스케너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이값에서 구한 필드성분과 스케너로 진행하는 막과 기준막과의 오버레이 값에서 구한 필드성분의 평균치를 구한다. 이에 따라, 본 발명은 스캐너를 이용하여 노광 공정을 진행할 때 이후 스텝퍼에서 보정 불가능한 필드 성분이 발생하는 가능성을 줄여 오버레이 정확도를 향상시킨다.

Description

반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법{Method for correcting overlay parameter of semiconductor device}
본 발명은 반도체장치의 포토리소그래피 공정에 관한 것으로서, 특히 노광공정시 스텝퍼(stteper)와 스캐너(scanner)를 혼용하여 사용할 경우 발생할 수 있는 필드(filed) 에러를 방지하여 오버레이(overlay) 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법에 관한 것이다.
대개, 반도체장치의 집적도가 증가함에 따라서 디자인 룰이 감소하며 그 결과 칩면적이 감소되는 추세하에 있다. 이러한 상황에서 반도체장치의 제조공정의 진행에 따른 오버레이 측정의 중요성이 강조된다.
오버레이 측정이란 반도체장치의 포토리소그래피 공정에서 웨이퍼 상에 노광장비를 정렬시켜 노광시킬 때 하층에 있는 패턴이 정확하게 정렬되었는지 이를 체크하는 것을 말한다.
한편, 반도체장치를 제작하기 위해서는 막 증착(이온 주입)/ 포토리소그래피/ 식각/ 막 증착 등의 과정이 여러번 반복된다. 포토리소그래피 공정에서 중요한 점은 이전 막에서 생성된 패턴에 정확히 정렬하여 감광막 패턴을 구현해야만 한다. 더구나, 반도체소자의 크기가 점점 줄어듦에 따라 생산 원가를 줄이면서 보다 나은 효과를 얻기 위하여 가장 작은 패턴을 구현하는 장비와 그보다 큰 패턴을 구현하는 장비를 서로 다른 장비로 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리실리콘층은 DUV(248nm)를 사용하고, 금속층은 I-라인(365nm) 장비를 사용할 경우 이렇게 서로 다른 장비를 사용하면 오버레이 정확도를 증가시키기 위하여 장비간의 렌즈 왜곡이나 스텝핑 정확도를 조정해 놓게 된다. 그러므로, 어느 한 장비에서 노광한 웨이퍼를 믹스 &매치가 되어 있는 장비에서 노광하게 되면 오버레이 정확도는 보통 스펙 인(spec in)이 된다.
그러나, 스캐너로 노광 공정을 진행한 후에 스텝퍼를 사용하게 될 경우 오버레이 정확도가 저하되는 문제가 발생한다.
도 1은 반도체장치의 포토리소그래피 공정 중에서 이용되는 노광장비중에서 스캐너와 스텝퍼에서 보정가능한 필드 항목을 나타낸 도면이다.
하지만, 반도체 제조 공정시 스캐너로 4층 정도의 막을 노광한 다음에 스텝퍼를 사용하여 노광하게 되면 오버레이 정확도가 스펙-인이 되지 않을 수도 있으며 특히 스텝퍼에서 보정할 수 없는 조건이 존재하여 오버레이 정확도가 저하되는 현상이 발생하는 경우가 종종 있다. 이것은 B와 같이, 스캐너가 필드 성분을 4가지 항목(필드 ISO 확대, 필드 회전, 필드 x 확대, 필드 스큐)을 보정할 수 있는 데 반하여, 스텝퍼는 2가지 조건(필드 ISO 확대, 필드 회전)밖에 보정할 수 없기 때문이다.
도 2a 및 도 2b는 포토리소그래피 공정중에서 스캐너로 4층 막을 진행한 다음 잔여 필드 x 확대에 의해 오버레이 정확도가 저하되는 예와, 스캐너로 진행한 막과 스텝퍼로 진행한 막 사이에서 필드 성분을 고려하지 않고 노광 공정을 진행한 경우 오버레이 정확도가 저하되는 예를 나타낸 도면들이다.
도 2a의 (a)와 같이, 포토리소그래피 공정중에서 막 1에서부터 막 5까지의노광 공정시 막 1에서 막 4까지는 스캐너에서 노광 공정을 진행한 후에 막 5는 스텝퍼에서 노광 공정을 진행한 경우를 예로 든다. 그러면, 스캐너를 이용하여 4층의 막을 차례로 형성한 후에 다음 5층 막을 스텝퍼로 진행하면 맨 아래 막 1과 스텝퍼로 노광하는 맨 위 막 5의 필드 성분이 믹스 & 매치가 되기 때문에 필드 성분이 잘 매치되어 있다.
하지만, 도 2a의 (b)와 같이, 스캐너로 진행하면서 바로 전 하부막과의 오버레이만 측정하여 진행하는 경우 필드 x 확장이 같은 방향으로 발생하면 잔여 x 확장이 소정 크기로 되어도 현재 막에서 오버레이 정확도는 스펙-인이 되어 보정하지 않고 다음 층으로 진행될 수 있다.
또한, 도 2a의 (c)와 같이, 스텝퍼로 진행하는 막 5와 스캐너로 진행한 마지막층인 막 4에는 필드 x 확대가 발생하고 이 성분을 스텝퍼가 보정하지 못하기 때문에 막 5에서 오버레이 정확도가 저하되는 현상이 발생한다.
다시 말해서, 도 2b와 같이 스캐너로 진행한 막과 스텝퍼로 진행한 막 사이에서 필드 성분을 고려하지 않고 막 1에서부터 막 5까지 노광 공정을 진행하면 막 5의 오버레이 정확도가 저하된다. 즉, 장비상의 변화에 의해 각 막마다 +2ppm의 필드 x 확대가 발생한다고 가정하면, 막 5와 막 4사이의 필드 x 확대는 -6ppm이 발생하게 된다.
도 3은 잔여 필드 x 확대가 9ppm인 경우와 0ppm인 경우 스텝퍼로 노광 공정을 진행한 막의 오버레이 정확도의 차이를 나타낸 비교 그래프로서, 필드 x 확대가 9ppm일 경우 0ppm에 대해 오버레이 정확도가 약 50% 이상 저하되는 것을 보여준다.
그러므로, 포토리소그래피 공정에서 스캐너와 스텝퍼를 혼용해서 사용하는 경우 스캐너로 진행한 후에 스텝퍼로 진행하는 막의 필드 x 확대를 보정하기 위한 오버레이 정확도가 저하될 수 있으며 저하되는 정도도 롯(lot)마다 다르게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 스텝퍼에서 진행되는 기준 막에 그 이후에 스캐너에서 진행되는 모든 막에서 오버레이를 측정할 수 있는 마크를 삽입하여 스캐너에서 막 진행시 기준 막과의 필드 성분을 고려하여 필드 성분이 한쪽 방향으로 치우치는 것을 방지하여 스텝퍼에서 잔여 필드 성분을 제거함으로써 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 제공하는데 있다.
도 1은 반도체장치의 포토리소그래피 공정 중에서 이용되는 노광장비중에서 스캐너와 스텝퍼에서 보정가능한 필드 항목을 나타낸 도면,
도 2a 및 도 2b는 포토리소그래피 공정중에서 스캐너로 4층 막을 진행한 다음 잔여 필드 x 확대에 의해 오버레이 정확도가 저하되는 예와, 스캐너로 진행한 막과 스텝퍼로 진행한 막 사이에서 필드 성분을 고려하지 않고 노광 공정을 진행한 경우 오버레이 정확도가 저하되는 예를 나타낸 도면들,
도 3은 잔여 필드 x 확대가 9ppm인 경우와 0ppm인 경우 스텝퍼로 노광공정을 진행한 막의 오버레이 정확도의 차이를 나타낸 비교 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 본 발명의 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 적용하여 기준막과 필드 성분을 고려해서 노광 공정을 진행한 경우 오버레이 정확도가 저하되는 예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 적용하는데 있어 사용되는 다양한 오버레이 마크를 나타낸 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 공정의 포토리소그래피 공정에서 노광 장비를 스캐너와 스텝퍼를 혼용하여 사용할 때 막 사이의 오버레이를 측정해서 그 파라미터를 보정하는 방법에 있어서, 스캐너로 진행하는 막 중에서 스텝퍼로 노광하는 막 또는 스텝퍼와 매칭이 잘 되어 있는 막을 기준막으로 정하는 단계와, 기준막에 오버레이를 측정할 수 있는 사각 모양의 패턴을 형성하는 단계와, 기준막 상부에 이후 스캐너로 노광 공정을 진행하는 막에서 웨이퍼 파라미터는 스캐너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이를 측정한 값에서 보정하고 그 필드성분은 스케너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이값에서 구한 필드성분과 스케너로 진행하는 막과 기준막과의 오버레이 값에서 구한 필드성분의 평균치를 구하는 단계를 구비하여 스캐너를 사용하여 노광 공정을 진행한 후에 스텝퍼로 바꾸어 공정을 진행할 때 발생하는 필드 성분의 에러를 줄이는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 반도체 공정의 포토리소그래피 공정에서 노광 장비를 스캐너와 스텝퍼를 혼용하여 사용할 때 상기 스캐너를 사용한 막과 스텝퍼를 사용한 막 사이에서 발생하는 필드 x 성분의 에러를 최소화하기 위한 오버레이 파라미터 보정방법이다.
우선, 본 발명은 하부 막을 스캐너로 진행한 다음 이후 막을 스텝퍼로 진행하게 되면 스텝퍼에서 보정할 수 없는 필드 성분이 유발되어 오버레이 정확성이 저하될 수 있다.
본 발명은 스캐너로 진행하는 막 중에서 스텝퍼로 노광하는 막 또는 스텝퍼와 매칭이 잘 되어 있는 막을 기준막으로 정한다. 이때, 노광 공정시 스캐너를 이용한 기준 막은 이전에 막이 증착되고, 이후 식각 공정에서 이 막을 식각해서 형성하는 것이 바람직하다.(S10참조)
그 다음, 상기 기준막에 오버레이를 측정할 수 있는 사각 모양의 패턴을 형성한다.(S12참조)
그리고, 상기 기준막 상부에 이후 스캐너로 노광 공정을 진행하는 막에서 웨이퍼 파라미터는 스캐너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이를 측정한 값에서 보정하고 그 필드성분은 스케너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이값에서 구한 필드성분과 스케너로 진행하는 막과 기준막과의 오버레이 값에서 구한 필드성분의 평균치를 구한다.(S14참조)
이러한 오버레이 파라미터 보정 방법에 의해 포토리소그래피 공정시 스캐너를 사용하여 노광 공정을 진행한 후에 스텝퍼로 바꾸어 공정을 진행할 때 발생하는 필드 x 확대 성분의 에러를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 적용하여 기준막과 필드 성분을 고려해서 노광 공정을 진행한 경우 오버레이 정확도가 저하되는 예를 나타낸 도면로서, 도 5를 참조하여 본 발명에 대해 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 여기서, 막 1에서부터 막 5까지의 노광 공정시 막 1에서 막 4까지는 스캐너에서 노광 공정을 진행한 후에 막 5는 스텝퍼에서 노광 공정을 진행한 경우를 예로 든다.
예컨대, 스캐너를 이용한 노광공정이 적용된 막 1이 스텝퍼와 매칭이 잘된 막이라면 이 막을 기준막으로 한다. 막 1에 계속해서 스캐너에서 진행되는 막에서오버레이를 측정할 수 있도록 상기 기준막에 오버레이 마크를 생성시켜 놓는다. 그리고, 막 2에서부터 막 4까지 스캐너에서 노광 공정을 진행한 후에 막 5는 스텝퍼에서 노광 공정을 진행할 때, 막 4에서 스캐너 보정 파라미터 중 웨이퍼 파라미터는 막 3과 막 4에서 측정한 오버레이 값으로 정하고 필드 성분은 막 4와 막 3, 막 4와 막 2에서 측정한 오버레이 값의 평균값으로 하게 되면 막 5에서 보정할 수 없는 필드 x 확대 성분을 줄일 수 있다.
즉, 막 1에서부터 막 5를 노광하는 경우 장비상의 변화에 의해 각 막마다 +2ppm의 필드 x 확대가 발생하면 막 3과 막 4에서 필드 성분이 한쪽 방향으로 치우치는 것을 보정한다. 예컨대, 막 2와 막 1 사이의 필드 x 확대가 +2ppm이 발생하면, 막 3과 막 2의 필드 x는 평균값인 +1ppm이 된다. 계속해서, 막 4와 막 3의 필드 x 확대값은 +0.5ppm이 되어 결국, 막 5와 막 4사이의 필드 x 확대값은 -3.5ppm이 된다. 그러면, 동일한 조건에서 종래 기술에서는 막 5와 막 1사이의 필드 x 확대값은 -6ppm이 되지만, 본 발명에서는 -3.5ppm이 되어 그 필드 성분이 줄어든다.
도 6은 본 발명의 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법을 적용하는데 있어 사용되는 다양한 오버레이 마크를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 본 발명에 적용된 오버레이 마크의 종류는 다음과 같다.
본 발명에 있어서, 노광 공정시 스캐너를 이용한 기준 막에서 생긴 패턴 모양을 한 변의 길이가 5㎛이상 40㎛이하인 직사각형, 바(bar) 폭이 0.5㎛이상 10㎛이하인 바 형태, 및 프레임(frame) 폭이 0.5㎛이상 10㎛이하인 프레임 형태 중에서어느 하나를 선택해서 형성한다.
그리고, 기준막에서 생긴 패턴 모양은 바와 바 사이가 5㎛이상 40㎛이하인 바 형태, 또는 프레임과 프레임 사이가 5㎛이상 40㎛이하인 프레임 형태로 형성한다.
이때, 상기 기준막에서 생긴 박스 안(또는 밖)에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성하고, 상기 기준막에서 생긴 바 안(또는 밖)에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성한다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 반도체 공정의 포토리소그래피 공정에서 노광 장비를 스캐너와 스텝퍼를 혼용하여 사용할 때 스텝퍼에서 보정 불가능한 필드 성분이 발생하는 가능성을 줄여 오버레이 정확도를 향상시킨다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 반도체 공정의 포토리소그래피 공정에서 노광 장비를 스캐너와 스텝퍼를 혼용하여 사용할 때 막 사이의 오버레이를 측정해서 그 파라미터를 보정하는 방법에 있어서,
    스캐너로 진행하는 막 중에서 스텝퍼로 노광하는 막 또는 스텝퍼와 매칭이 잘 되어 있는 막을 기준막으로 정하는 단계;
    상기 기준막에 오버레이를 측정할 수 있는 사각 모양의 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 기준막 상부에 이후 스캐너로 노광 공정을 진행하는 막에서 웨이퍼 파라미터는 스캐너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이를 측정한 값에서 보정하고 그 필드성분은 스케너로 진행하는 막과 바로 전 스캐너로 진행한 하부막과의 오버레이값에서 구한 필드성분과 스케너로 진행하는 막과 기준막과의 오버레이 값에서 구한 필드성분의 평균치를 구하는 단계를 구비하여 스캐너를 사용하여 노광 공정을 진행한 후에 스텝퍼로 바꾸어 공정을 진행할 때 발생하는 필드 성분의 에러를 줄이는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기준 막은 이전에 막이 증착되고, 이후 식각 공정에서 이 막을 식각해서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 패턴 모양을 한 변의 길이가 5㎛이상 40㎛이하인 직사각형, 바 폭이 0.5㎛이상 10㎛이하인 바 형태, 및 프레임 폭이 0.5㎛이상 10㎛이하인 프레임 형태 중에서 어느 하나를 선택해서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 패턴 모양을 바와 바 사이가 5㎛이상 40㎛이하인 바 형태 또는 프레임과 프레임 사이가 5㎛이상 40㎛이하인 프레임 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  5. 제 3항 및 제 4항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 박스 안에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  6. 제 3항 및 제 4항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 박스 밖에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  7. 제 3항 및 제 4항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 바 안에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
  8. 제 3항 및 제 4항에 있어서, 상기 기준막에서 생긴 바밖에 현재 막이 정렬해야 하는 막에서 박스 또는 바 형태로 오버레이 마크를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 오버레이 파라미터 보정방법.
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