KR100342386B1 - 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴 - Google Patents

Abstract

홀 CD와 샷 스케일을 하나의 장비를 이용하여 동시에 측정하기 위하여, 웨이퍼에 형성되는 각 샷이 중첩되는 영역에 홀 선폭 측정을 위해 형성된 다수의 홀 패턴과 웨이퍼에 형성되는 각 샷이 중첩되는 영역에 샷 스케일 측정을 위해 웨이퍼의 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성된 다수의 라인 패턴을 포함하도록 테스트 패턴을 형성한다. 따라서, CD SEM 장비만을 이용하여 홀 CD와 대향된 라인 패턴들 사이의 간격에 의한 샷 스케일을 측정할 수 있어 경제적이고 합리적이며, 샷 스케일 측정을 위한 라인 패턴들을 실제 패턴과 동일한 사이즈로 형성함으로써 데이터 신회도가 높아 보다 정확한 샷 스케일 오차를 관리할 수 있어 웨이퍼의 칩 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴{PATTERN FOR DETERMINING BOTH HOLE CRITICAL DIMENSION AND SHOT SCALING}

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자를 제조하는 공정에서 콘택홀 또는 비아홀의 선폭(critical dimension, CD)과 포토리소그래피 공정에서의 샷 스케일(shot scaling)을 동시에 측정하기 위한 패턴에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 제조하는 공정은 웨이퍼에 박막의 적층 및 식각에 의한 패턴 공정을 반복 실시하여 원하는 회로 특성을 가지는 반도체 소자를 형성하는 것으로, 박막의 적층 및 식각에 의해 패턴을 형성하기 위하여 주로 포토리소그래피(photolithography) 공정이 사용되어진다.

그리고, 포토리소그래피 공정에 의한 콘택홀 또는 비아홀 등과 같은 크리티컬 레이어(critical layer)를 형성하는 공정에서는 반도체 소자의 신뢰성 있는 동작 특성을 얻기 위하여 CD를 최적화하여야 하며, 반도체 소자 제조 공정이 진행됨에 따라서 전후 스텝에 의해 형성되는 패턴 간의 중첩 정확도를 위하여 샷 스케일을 정확하게 조정하여야 한다.

따라서, 포토리소그래피 공정에 의한 패턴 형성시 CD와 샷 스케일을 측정하기 위한 패턴을 각각 형성한 후, CD SEM(scanning electronic microscope)과 오버레이(overlay)의 두 측정 장비를 통해 CD와 샷 스케일을 측정하였다.

즉, CD는 SEM의 전자총에서 방출된 1차 전자를 800V 내지 1000V의 가속 전압을 애노드(anode)에 인가하여 가속시킨 후 마그네틱 렌즈(magnetic lens)로 집속시켜 웨이퍼 표면에 입사시켰을 때 웨이퍼에서 방출되는 2차 전자를 검출하여 화상처리함으로써 측정하였으며, 샷 스케일은 할로겐 광원을 사용한 오버레이 광학 장비를 이용하여 박스 인 박스(box-in-box)의 중앙점으로 부터의 X, Y 쉬프트값을 각각 벡터 처리하여 측정하였다.

그러나, CD와 샷 스케일을 측정하기 위해 CD SEM과 오버레이 두 측정 장비를 사용하므로 코스트(cost) 측면에서 불리하며, 특히 0.3미크론 이하의 미세 패턴 구조에서는 보다 분해능이 우수한 장비가 필요하게 된다. 또한, 샷 스케일을 측정하기 위해 할로겐 광원을 사용한 오버레이 광학 장비를 이용하고 있으나 패턴 사이즈가 커서 데이터 신뢰도가 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 홀 CD와 샷 스케일을 하나의 장비를 이용하여 동시에 측정할 수 있도록 한 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 홀 선폭과 샷 스케일을 동시에 측정하기 위한 패턴이 형성된 웨이퍼를 개략적으로 도시한 것이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴을 개략적으로 도시한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼에 형성되는 각 샷이 중첩되는 영역에 홀 선폭 측정을 위해 형성된 다수의 홀 패턴과 웨이퍼에 형성되는 각 샷이 중첩되는 영역에 샷 스케일 측정을 위해 웨이퍼의 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성된 다수의 라인 패턴을 포함하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 다수의 홀 패턴과 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성된 다수의 라인 패턴을 웨이퍼의 4개의 샷이 중첩되는 영역에 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, CD SEM 장비를 이용하여 홀 패턴을 통해 홀 CD를 측정하며, 이와 동시에 X축 방향 및 Y축 방향으로 대향되게 형성된 라인 패턴들 사이의 간격을 측정함으로써 샷 스케일을 측정할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 홀 선폭과 샷 스케일을 동시에 측정하기 위한 패턴이 형성된 웨이퍼를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴을 개략적으로 도시한 것이다.

반도체 소자 제조 공정 중 콘택홀 또는 비아홀 형성을 위하여 웨이퍼에 포토리소그래피 공정에 의해 샷을 형성할 경우, 도 1에서와 같이 웨이퍼(10)에 형성되는 4개의 샷이 중첩되는 영역마다 홀 CD와 샷 스케일을 측정하기 위한 테스트 패턴(20)을 형성한다. 이는 웨이퍼의 로딩 효과(loading effect)로부터 발생되는 오차를 최소한 줄여 순수한 샷 스케일 값을 계산하기 위한 것이다.

이때, 웨이퍼(10)에 형성되는 테스트 패턴(20)은 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 각 샷(1, 2, 3, 4)을 형성할 때 각각 CD 측정을 위한 홀 패턴(21)들을 형성하여 4개의 샷(1, 2, 3, 4)이 중첩되는 영역에 형성되도록한다. 이와 동시에 샷 스케일 측정을 위하여 웨이퍼의 X축 방향으로 대향되는 라인 패턴(22) 및 Y축 방향으로 대향되는 라인 패턴(23)을 형성하며, 각 라인 패턴(23)들은 후속 공정에서 형성되는 금속 배선 패턴과 동일한 사이즈가 되도록 한다. 그리고, 도 3에서 X1, Y1은 1번 샷에 형성된 라인 패턴이며, X2, Y2는 2번 샷, X3, Y3는 3번 샷, X4, Y4는 4번 샷에 형성된 라인 패턴이다.

따라서, 웨이퍼에 1번 샷을 형성할 때 홀 패턴(21)과 X축 방향과 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y1, X1)을 형성하고, 2번 샷을 형성할 때 홀 패턴과 X축 방향과 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y2, X2)을 형성하되 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(X2)이 1번 샷에 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(X1)과 일정 간격(a)을 두고 X축 방향으로 대향되도록 형성(22)한다. 그리고, 3번 샷을 형성할 때 홀 패턴과 X축 방향과 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y3, X3)을 형성하되 X축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y3)이 2번 샷에 X축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y2)과 일정 간격(b)을두고 Y축 방향으로 대향되도록 형성(23)한다 이후, 4번 샷을 형성할 때 홀 패턴과 X축 방향과 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y4, X4)을 형성하되 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(X4)이 3번 샷에 Y축 방향으로 형성된 라인 패턴(X3)과 일정 간격(c)을 두고 X축 방향으로 대향되도록 형성하며, X축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y4)이 1번 샷에 X축 방향으로 형성된 라인 패턴(Y1)과 일정 간격(d)을 두고 Y축 방향으로 대향되도록 형성한다.

또한, 4개의 샷(1, 2, 3, 4)이 중첩되는 영역에 X축 및 Y축 방향으로 서로 대향된 라인 패턴(22, 23)을 형성하기 위하여 각 샷의 형성시 X축 및 Y축 방향으로 라인 패턴(Y1, X1)(Y2, X2)(Y3, X3)(Y4, X4)들을 형성하는 것과는 달리 각 샷에 하나의 라인 패턴만을 형성하되 각 샷의 라인 패턴이 샷이 중첩되는 영역 내에서 X축 및 Y축 방향으로 서로 대향되도록 형성하는 것과 같이 각 라인 패턴들을 통해 X축 및 Y축 방향의 샷 스케일을 측정할 수 있도록 하는 범위내에서 각 라인 패턴들의 조합을 다양하게 할 수 있다.

이후, 도 2에서와 같은 테스트 패턴을 이용하여 CD SEM 장비를 통해 각 샷(1, 2, 3, 4)에 형성된 홀 패턴(21)들의 사이즈를 측정함으로써 홀 CD를 측정하며, 이와 동시에 CD SEM을 통해 서로 대향되게 형성된 라인 패턴(22)(23)들 사이의 간격(a, c)(b, d)를 측정함으로써 X축 방향 샷 스케일(a, c)와 Y축 방향 샷 스케일(b, d)를 측정한다.

이와 같이 본 발명은 각 샷이 중첩되는 영역에 홀 패턴과 서로 대향된 라인패턴들을 형성한 후, CD SEM 장비만을 이용하여 홀 CD와 대향된 라인 패턴들 사이의 간격에 의한 샷 스케일을 측정할 수 있어 경제적이고 합리적이며, 샷 스케일 측정을 위한 라인 패턴들을 실제 패턴과 동일한 사이즈로 형성함으로써 데이터 신회도가 높아 보다 정확한 샷 스케일 오차를 관리할 수 있어 웨이퍼의 칩 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. (정정) 웨이퍼에 형성되는 각 샷이 중첩되는 영역에 홀 선폭 측정을 위해 형성된 다수의 홀 패턴과;

   상기 웨이퍼의 샷 중첩 영역에 상기 홀 패턴과 상호 중첩되지 않도록 웨이퍼의 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성되어 샷 스케일 측정을 할 수 있도록 된 다수의 라인 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 홀 패턴과 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성된 다수의 라인 패턴을 웨이퍼의 4개의 샷이 중첩되는 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 X축 방향 및 Y축 방향으로 서로 대향되게 형성된 다수의 라인 패턴은,

   제 1샷의 형성시 X축 방향의 제 1라인 패턴과 Y축 방향의 제 2라인 패턴을 형성하고, 상기 제 1샷의 형성시 X축 방향의 제 3라인 패턴과 Y축 방향의 제 4라인 패턴을 형성하되 상기 제 4라인 패턴이 상기 제 2라인 패턴과 X축 방향으로 대향되도록 하고, 제 3샷의 형성시 X축 방향의 제 5라인 패턴과 Y축 방향의 제 6라인 패턴을 형성하되 상기 제 5라인 패턴이 상기 제 3라인 패턴과 Y축 방형으로 대향되도록 하고, 제 4샷의 형성시 X축 방향의 제 7라인 패턴과 Y축 방향의 제 8라인 패턴을 형성하되 상기 제 8라인 패턴과 상기 제 6라인 패턴이 X축 방향으로 대향되도록 하며 상기 제 7라인 패턴이 상기 제 1라인 패턴과 Y축 방향으로 대향되도록 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 라인 패턴들은 샷 스케일 측정을 위한 실제 공정에서의 패턴 사이즈와 동일한 사이즈로 형성하는 것을 특징으로 하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샷 스케일 측정은 SEM 장비를 통해 상기 X축 방향 및 Y축 방향으로 대향되게 형성된 라인 패턴들 사이의 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 홀 선폭과 샷 스케일 동시 측정 패턴.