KR100523653B1 - 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법 - Google Patents

반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법은 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 각 다이에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 사진 공정을 진행하고, 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 각 다이에 형성된 감광막 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 감광막 패턴들의 폭들 중에서 노광 장비의 스펙에 대응되는 폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 제 1 사진 공정 마진을 토대로 감광막 패턴에 맞추어서 반도체 웨이퍼의 각 다이를 식각하여 각 다이에 임의의 패턴을 형성하는 단계와, 임의의 패턴에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광 공정을 진행하고, 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 패턴들의 폭 중에서 스펙에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 제 1, 2 사진 공정 마진을 비교하여 최종 공정 마진을 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 감광막 패턴 형성 후와 식각 공정 후에 제 1, 2 사진 공정 마진을 산출한 다음 제 1, 2 사진 공정 마진의 비교를 최종 공정 마진을 산출함으로써, 공정 진행에 따른 공정 마진의 변화를 극복할 수 있다.

Description

반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법{METHOD FOR INSPECTING PHOTO PROCESS MARGINE IN A SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 사진 공정에 관한 것으로, 특히 공정을 진행하기 전에 웨이퍼를 이용하여 포커스 및 에너지 마진을 매트릭스 형태로 확인하여 어느 정도의 공정 마진이 있는지의 여부를 판단할 수 있는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 새로운 반도체 라인을 설립하거나, 새장비의 도입에 따른 반도체 소자의 제조 능력 지수를 평가하기 위해서는 여러 가지 평가 방법을 실행하고, 장기간의 평가 시일이 요구된다.
즉, 현재의 공정 생산라인에서 새로 구입한 장비로 임의의 특정 반도체ㅔ 소자를 생산하고자 할 때 반도체 소자의 각 공정 단계들은 공정 능력 및 공정 스텝의 독특한 마진 혹은 공정 지수를 가지게 되며, 이들 공정 마진 및 지수를 평가하기 위해서 다양한 변수를 측정하여야 한다.
종래 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법은 소정의 패턴의 사이즈 측정 등과 같은 많은 종류의 검사 필요하며, 예를 들어, 사진 공정에서는 포커스 마진인 초점 심도(Depth of Focus ; DOF) 및 노광 에너지 크기 마진을 측정하여야하며, 축소 노광 장치의 필드 유니포미티나 렌즈 수차 등에 비점수차(astigamtism)도 측정하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 종래의 사진 공정 마진 검사 방법을 설명한다. 도 1은 종래 사진 공정 마진 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 축소 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼(10) 상의 각 다이(die ; 12)에 대한 노광 공정 시 가로 방향(X축) 방향으로는 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로는 노광 에너지를 변화시켜 노광 공정을 진행한 후, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 다이(12) 내의 라인/스페이스(이하, L/S라 창함)를 SEM 측정 장치로 각 에너지 축을 기준으로 가로축(X축)의 포커스 변화에 따른 패턴의 폭(Development Inspection Critical Dimension)을 측정한 후에 장비의 스펙(Spec, 예를 들면 0.21㎛ ∼ 0.25㎛)을 만족하는 노광 에너지 및 포커스 구간을 확인하면, X 표시된 영역에 해당되는 다이들이 된다.
X 표시된 영역에 포함된 다이들의 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 감광막 패턴의 폭은 아래의 표 1과 같다.
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2
30mJ 0.2456 0.2458 0.2475 0.2498 0.2487
34mJ 0.2311 0.2354 0.2325 0.2336 0.2358
38mJ 0.2214 0.2252 0.2256 0.2255 0.2245
위의 표 1과 같이, 포커스의 변화 -0.2∼0.2까지 변경되더라도 공정 장비의 스펙에 만족하기 때문에, 사진 공정 마진에서 포커스 마진은 -0.2∼0.2까지이고, 노광 에너지 마진은 30mj∼38mj이다.
이와 같이 측정된 사진 공정 마진을 토대로 다이(12)에 형성된 감광막 패턴에 맞추어서 웨이퍼(10) 상에 다이(12)를 임의의 패턴을 형성한다.
그러나, 상기와 같은 사진 공정 마진 측정 방법은 제품 생산이 시작되는 공정 마진을 측정할 수 있지만 제품을 계속적으로 진행되면서 발생되는 공정 마진의 변화에 따른 문제점을 해결하지 못하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사진 공정으로 패턴을 형성한 후에 패턴의 크기를 검사하고 패턴에 맞추어서 식각 공정을 진행 한 후에 패턴의 크기를 검사한 후 각각 패턴의 세부 차이를 확인하여 사진 공정 마진을 확보할 수 있는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 각 다이에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 사진 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 감광막 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 상기 패턴들의 폭들 중에서 노광 장비의 스펙에 대응되는 폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 상기 제 1 사진 공정 마진을 토대로 상기 감광막 패턴에 맞추어서 상기 반도체 웨이퍼의 각 다이를 식각하여 상기 각 다이에 임의의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 임의의 패턴에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 상기 패턴들의 폭 중에서 상기 스펙에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 상기 제 1, 2 사진 공정 마진을 비교하여 최종 공정 마진을 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법에 관하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 도시한 흐름도이다.
설명에 앞서, 웨이퍼 상에는 임의의 마스크 패턴을 갖는 레티클에 의해 노광되어 감광막 패턴이 형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 축소 노광 장치를 사용하여 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼 상(10)의 각 다이(12)에 대해 감광막 패턴 형성 시에 이용한 래티클로 노광 공정을 실시한다. 이때 노광 공정은 가로 방향(X축)으로 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로 노광 에너지를 변화시켜 진행되며, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 다이(12)의 감광막 패턴폭을 SEM 측정 장치로 측정한다(S100). 이때, SEM 측정 장치는 노광 에너지별 포커스 변화에 따른 패턴폭을 측정한다.
측정된 감광막 패턴폭들 중에서 노광 장비의 스펙(예를 들면, 0.21㎛∼0.25㎛)에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정한다(S102)
단계 S102에서 설정된 제 1 사진 공정 마진을 토대로 감광막 패턴에 맞추어서 반도체 웨이퍼(10)의 각 다이(12)를 식각하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 다이에 임의의 패턴을 형성한다(S104).
이후, 축소 노광 장치를 사용하여 임의의 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼(10) 상(10)의 각 다이(12)에 대해 감광막 패턴 형성 시에 이용한 래티클로 노광 공정을 실시한다. 이때 노광 공정은 감광막 패턴폭을 측정하는 것과 동일한 방법으로 가로 방향(X축)으로 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로 노광 에너지를 변화시켜 진행한 후에, 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 각 다이(12)에 형성된 패턴들의 폭을 측정한다(S106).
일 예로써, 각 다이(12)에 형성된 패턴(14)들의 폭은 아래의 표 2와 같이 나타나는 것을 알 수 있다.
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2
30mJ 0.2556 0.2458 0.2475 0.2498 0.2587
34mJ 0.2011 0.2354 0.2325 0.2336 0.2558
38mJ 0.2514 0.2252 0.2256 0.2255 0.2045
단계 S106에서 측정된 패턴폭들 중에서 노광 장비의 스펙(예를 들면, 0.21㎛∼0.25㎛)에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는데(S108), 이때 제 1 사진 공정 마진과 달리 노광 포커스(-0.2와 +0.2)에서 패턴폭은 위의 표 2와 같이 노광 장비의 스펙에 만족하지 않은 결함 패턴을 나타나는 것을 알 수 있다.
사용자는 노광 공정 후 제 1 사진 공정 마진과, 제 1 사진 공정 마진으로 식각 공정을 수행한 후 산출된 제 2 사진 공정 마진간의 차이를 이용하여 사진 공정 진행에 필요한 최종 공정 마진을 산출할 수 있으며, 이후 최종 공정 마진을 이용하여 사진 공정을 진행함과 더불어 감광막 패턴에서 이상 없었던 포커스 마진(또는, 노광 에너지 마진)에서 어떤 점이 문제가 되었는지를 식각 후에 형성된 패턴의 관점에서 파악할 수 있다(S110, S112).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 감광막 패턴 형성 후와 식각 공정 후에 제 1, 2 사진 공정 마진을 산출한 다음 제 1, 2 사진 공정 마진의 비교를 최종 공정 마진을 산출함으로써, 공정 진행에 따른 공정 마진의 변화를 극복할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 사진 공정 마진 검사 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 도시한 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 설명하기 위한 도면이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 웨이퍼 12 : 다이

Claims (2)

  1. 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 각 다이에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 사진 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 감광막 패턴들의 폭을 측정하는 단계와,
    상기 패턴들의 폭들 중에서 노광 장비의 스펙에 대응되는 폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와,
    상기 제 1 사진 공정 마진을 토대로 상기 감광막 패턴에 맞추어서 상기 반도체 웨이퍼의 각 다이를 식각하여 상기 각 다이에 임의의 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 임의의 패턴에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 패턴들의 폭을 측정하는 단계와,
    상기 패턴들의 폭 중에서 상기 스펙에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와,
    상기 제 1, 2 사진 공정 마진을 비교하여 최종 공정 마진을 추출하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법은, 상기 최종 공정 마진을 차후 제품 생산 시 사진 공정에 적용시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법.
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