KR100330482B1 - 반도체 제조 공정에서의 포커스 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상에 패턴을 전사한 후, 패턴의 크기를 측정함과 동시에 패턴의 경사 부분도 측정하여, 후속하는 노광 공정에서의 포커스를 자동으로 보정할 수 있는 스테퍼의 포커스 조절 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 전자 빔을 발생하여 상기 패턴에 대한 경사폭을 측정하는 제 1 단계; 상기 측정된 경사폭과 기설정된 경사 허용범위를 비교하는 제 2 단계; 상기 비교 결과, 상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위를 초과하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 감산하여 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 3 단계; 상기 비교 결과, 상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위에 미달하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 합산하여 상기 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 4 단계; 상기 산출된 포커싱 데이터에 의거하여 상기 스테퍼의 포커스를 조절하는 제 5 단계를 포함하여, 반도체 제조 공정에 대한 소요 시간을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 포커스 에러로 인한 제품의 불량을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

반도체 제조 공정에서의 포커스 조절 방법{METHOD FOR CONTROLLING A FOCUS AUTOMATICALLY A FABRICATING PROCESS OF A SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정에서 사용되는 스테퍼(stepper)의 포커스를 자동으로 보정할 수 있는 반도체제조 공정에서의 포커스 자동 조절 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 가공은 로트(lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시켜, 이미 만들어진 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 특징 부분을 선택적으로 깍아내는 작업을 되풀이함으로서 반도체 웨이퍼 상의 각각의 칩 상에 동일한 전자 회로를 구성해 나가는 전 과정을 지칭한다.

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 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 크기가 원하는 크기로 형성되어 있는지를 확인하는 것이며, 그 다음으로는 반도체 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 경사를 측정하는 것이다.

통상적으로, 패턴 크기 또는 폭의 측정은 반도체 웨이퍼 상에 노광에 의해 형성된 패턴 폭을 측정하기 위한 주사형 전자현미경(critical dimension scanning electronic 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 웨이퍼 상에 방사하고, 그 웨이퍼로부터 반사되는 2차 전자빔을 검출함으로써 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 모양을 구하고 그로부터 패턴의 크기를 측정한다.

한편, 이러한 종래의 일반적인 웨이퍼 가공 과정에서는 이전에 진행된 로트또는 샘플에 대해 전자현미경을 이용하여 CD만을 측정한 후, 출력된 데이터를 바탕으로 작업자들이 노광 시간을 어림잡아 계산한 후 스테퍼에 입력하여 다음 로트에 대한 노광을 수행하였다. 따라서, 이러한 종래의 방법에서는 노광 시간에 대한 피드백(feed-back)은 있었으나 포커스에 대한 피드백 과정이 없기 때문에, 정확한 포커싱이 이루어지지 않아 작업자의 실수에 의한 재공정이 발생되는 문제점이 있으며, 샘플 진행으로 인한 시간 소비가 크기 때문에 전반적인 공정의 효율이 저하되는 문제점 있다. 특히, 이러한 포커싱 에러는 패턴의 경사(slope) 부분이 정상적이지 않는 경우에는 엔지니어의 수동 조절이 요구되어 그 만큼 공정 시간이 늘어나는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상에 패턴을 전사한 후, 패턴의 크기를 측정함과 동시에 패턴의 경사 부분도 측정하여, 후속하는 노광 공정에서의 포커스를 자동으로 보정할 수 있는 스테퍼의 포커스 자동 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스테퍼의 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 경사면을 측정하여 포커스를 자동으로 조절하는 방법에 있어서, 전자 빔을 발생하여 상기 패턴에 대한 경사폭을 측정하는 제 1 단계; 상기 측정된 경사폭과 기설정된 경사 허용범위를 비교하는 제 2 단계; 상기 비교 결과, 상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위를 초과하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 감산하여 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 3 단계; 상기 비교 결과,상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위에 미달하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 합산하여 상기 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 4 단계; 상기 산출된 포커싱 데이터에 의거하여 상기 스테퍼의 포커스를 조절하는 제 5 단계를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 포커스 자동 조절 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 포커스 조절 방법을 적용하기에 적합한 전자현미경(CD-SEM)의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 포커스 조절 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포커스 자동 조절 방법에 대한 수행 과정을 도시한 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 웨이퍼 스테이지 15 : 웨이퍼

20 : 전자 빔 발생기 30 : 빔 스플리터

40 : 렌즈 50 : 촬상 소자

60 : 경사 측정부 70 : 포커스 보정부

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

도 1은 본 발명에 따른 포커스 조절 방법을 적용하기에 적합한 전자현미경(CD-SEM)의 구성을 도시한 블록도로서, 웨이퍼 스테이지(10), 전자빔 발생기(20), 빔 스플리터(beam spliter)(30), 반사기(35), 렌즈(40), 촬상 소자(50), 경사 측정부(60), 포커스 보정부(70)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼 스테이지(10)는 도시 생략된 스테퍼로부터 이송된 반도체 웨이퍼(15)를 수용하며, 미세 위치 조정됨으로서 수용된 웨이퍼(15)를 정렬시키는 데 사용된다.

그리고, 전자빔 발생기(10)는 반도체 웨이퍼(15)상에 형성된 패턴의 폭과 경사 영역의 폭을 측정하기 위해 전자빔을 발생하여 빔 스플리터(30)로 제공한다. 빔 스플리터(30)는 전자 빔 발생기(20)에서 발생되어 입사하는 빔의 일부를 반사하고 일부를 투과시켜 렌즈(40)로 향하게 한다.

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

촬상 소자(50)는 통상적으로 CCD(charge coupled device) 소자로 구성할 수 있으며, 빔 스플리터(30)에 의해 반사된 광 빔에 의해 촬상되어 반도체 웨이퍼(15) 상의 패턴과 동일한 형상의 패턴을 형성하고, 이는 경사 측정부(60)로 제공된다. 그리고, 경사 측정부(60)는 촬상 소자(50)로부터 제공되는 패턴의 경사 영역에 대한 폭을 측정하게 된다. 그리고, 포커스 보정부(70)는 경사 측정부(60)에서 측정된 경사 폭이 기설정된 범위 내에 포함되는지를 판별하여 그에 상응하는 보정 신호를 발생하게 된다.

한편, 도 2는 웨이퍼(15) 상에 형성된 패턴(10)에 대한 단면도 및 평면도를 예시적으로 도시한 도면으로서, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 포커스 자동 조절 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같은 패턴이 웨이퍼(15) 상에 형성된 상태에서 이 패턴의 경사를 측정하기 위하여 로트가 전자현미경으로 진행되면, 전자현미경의 전자빔 발생기(10)는 웨이퍼(15)상에 형성된 패턴의 경사면에 대한 폭(D)을 측정하기 위해 전자빔을 발생하여 빔 스플리터(30)로 제공하게 된다.

빔 스플리터(30)는 전자 빔 발생기(20)에서 발생되어 입사하는 빔의 일부를 투과시켜 렌즈(40)로 제공하게 되고, 다시 렌즈(40)를 통과한 빔은 웨이퍼(15) 상에 형성된 패턴의 경사면에 집광된다.

그리고, 웨이퍼(15) 상에 형성된 패턴의 경사면으로부터 반사된 빔은 다시 반사되어 다시 렌즈(40)를 통해 빔 스플리터(30) 및 반사기(35)를 경유하여 촬상 소자(50)측으로 제공된다. 그런 다음, 촬상 소자(50)는 빔 스플리터(30)에 의해 반사된 광 빔에 의해 웨이퍼(15) 상의 패턴과 동일한 형상의 패턴을 형성하게 되고, 경사 측정부(60)는 웨이퍼(15) 상에 형성된 패턴에 대한 경사폭(D)을 측정하여 그 측정된 경사폭(D)을 포커스 보정부(70)에 제공하게 된다.

한편, 포커스 보정부(70)는 측정된 경사폭(D)을 설정된 경사폭과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 다음 로트에 대한 보정된 포커스 데이터를 산출하여 도시 생략된 스테퍼로 전송하게 되므로써, 다음 로트에 대한 포커스를 자동으로 조절할 수 있게 된다.

이에 대해 상세히 설명하면, 포커스 보정부(70)는 본 발명에 따른 포커스 자동 보정 방법을 수행하기 위해 경사 측정부(60)로부터 제공되는 경사폭(D)과 기설정된 경사 범위를 측정하여 측정된 경사폭(D)이 기설정된 경사 범위를 초과하면, 측정된 경사폭(D)에서 기설정된 보정값을 감산하여 포커스 보정 데이터를 산출하여 도시 생략된 스테퍼에 제공하게 된다. 그리고, 여기서 포커스 보정부(70)에 기설정된 보정값은 반도체 장치의 종류 및 형성하고자 하는 패턴의 종류에 따라 가변적으로 설정할 수 있다.

이와는 달리, 경사 측정부(60)로부터 측정된 경사폭이 기설정된 경사 범위를 미달하는 경우에는, 측정된 경사폭에서 기설정된 보정값을 합산하여 포커스 보정 데이터를 산출하고, 이를 도시 생략된 스테퍼에 제공하여 다음 로트에 대한 패터닝공정에서 이 산출된 포커스 보정 데이터에 의거하여 노광을 수행할 수 있도록 한다.

이에 대해 예를 들어 설명하면, 경사 측정부(60)에서 측정된 경사폭(D)이 0.3㎛이고, 기설정된 정상적인 경사폭 범위가 0.08∼0.1㎛일 경우에, 포커스 보정부(70)는 측정된 패턴의 경사폭이 기설정된 기준 경사폭 범위를 초과하기 때문에 측정된 경사폭 0.3㎛에서 기설정된 소정 수치, 예를 들어 0.1㎛를 뺀 0.2㎛를 다음 로트에 대한 포커스 보정 데이터로 생성하여 도시 스테퍼로 전송하므로써, 스테퍼는 다음 로트에 대한 패터닝 공정에서 새로이 설정된 포커스 보정 데이터에 의거하여 노광을 수행하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에서의 포커스 조절 방법에 대한 수행 과정을 도시한 플로우차트로서, 동도면을 참조하여 상술한 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전자현미경은 웨이퍼(15) 상에 형성된 패턴의 경사를 측정하기 위한 전자 빔을 발생하여 패턴의 경사폭을 측정하게 되고(단계 301), 이 측정된 경사폭과 기설정된 경사 허용범위를 비교하게 되는데, 만일 그 비교 결과 측정된 경사폭이 기설정된 허용범위를 초과하게 될 경우에는(단계 303) 상술한 단계(301)에서 측정된 경사폭에서 기설정된 보정값 만큼을 감산하여(단계 305) 포커스 보정 데이터를 산출하게 된다(단계 311).

이와는 반대로, 상술한 단계(301)에서 측정된 경사폭이 기설정된 허용범위에 미달되는 경우에는(단계 307) 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값 만큼을 합산하여(단계 307) 포커스 보정 데이터를 산출하게 된다(단계 311).

이러한 각각의 과정을 거쳐 산출된 보정 데이터는 스테퍼에 제공되어 다음 노광 공정에 대한 포커스 보정 데이터로 사용되므로써, 스테퍼의 포커스를 자동으로 조절할 수 있게 된다. 따라서, 다음 노광 공정을 통해 형성된 패턴은 그 패턴의 경사폭은 기설정된 허용범위에 점차적으로 근접하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상에 패턴을 전사한 후, 패턴의 크기를 측정함과 동시에 패턴의 경사 부분도 측정하여, 후속하는 노광 공정에서의 포커스를 자동으로 보정할 수 있게 됨으로써, 반도체 제조 공정에 대한 소요 시간을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 포커스 에러로 인한 제품의 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스테퍼의 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 경사면을 측정하여 포커스를 자동으로 조절하는 방법에 있어서,

   전자 빔을 발생하여 상기 패턴에 대한 경사폭을 측정하는 제 1 단계;

   상기 측정된 경사폭과 기설정된 경사 허용범위를 비교하는 제 2 단계;

   상기 비교 결과, 상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위를 초과하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 감산하여 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 3 단계;

   상기 비교 결과, 상기 측정된 경사폭이 상기 경사 허용범위에 미달하면, 상기 측정된 경사폭으로부터 기설정된 보정값을 합산하여 상기 포커스 보정 데이터를 산출하는 제 4 단계;

   상기 산출된 포커싱 데이터에 의거하여 상기 스테퍼의 포커스를 조절하는 제 5 단계를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 포커스 자동 조절 방법.