KR100562509B1

KR100562509B1 - 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법

Info

Publication number: KR100562509B1
Application number: KR1020030090640A
Authority: KR
Inventors: 김용완; 이상길; 이병암; 이진우; 조효상
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2006-03-21
Also published as: DE102004059664A1; DE102004059664B4; JP2005175465A; US20050127293A1; KR20050058684A; US7205543B2; JP4883899B2

Abstract

본 발명은 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법에 관한 것으로, 주사전자현미경을 포함하는 포커싱부와, 디텍터와 A/D 컨버터와 컨트롤러를 포함하는 제어부와, 상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와, 상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 자동 포커싱 장치를 이용하여, 포커싱 평가값을 수치화하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 포커싱의 초점심도 대역을 늘려가면서 반복적으로 포커싱하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 불량이 아닌 패턴을 불량으로 측정하는 포커스 불량 문제가 해결되는 것이다.

Description

자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법{APPARATUS OF AUTOMATED FOCUSING AND METHOD FOR AUTOMATED FOCUSSING USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 자동 포커싱 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 웨이퍼 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법에 있어서 허용 레벨을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법에 있어서 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100; 웨이퍼 200; 대물 렌즈

300,300a,300b; 초점 심도 대역 500; 포커싱부

600; 제어부 610; 디텍터

620; A/D 컨버터 630; 컨트롤러

700; 입력부 800; 표시부

본 발명은 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 포커싱 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼에 새겨진 패턴의 선폭 측정시 자동으로 초점을 조절하는 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 반도체 소자는 반도체 웨이퍼 표면에 여러 종류의 박막을 형성하고, 이를 주어진 마스크로 노광하고 선택적으로 식각하는 공정을 되풀이하여 원하는 패턴을 형성함으로써 제조된다.

반도체 웨이퍼 표면에 전사되는 패턴의 임계치수(CD)와 프로파일(profile)은 노광 시스템의 포커싱 정도에 따라 크게 변화한다. 이러한 변화는 노광 파장이 짧을수록 더욱 심해지기 때문에 포커싱 모니터링은 반도체 제조 산업에 있어서 대단히 중요한 자리를 차지한다. 일반적으로 반도체 제조 산업에서 쓰이고 있는 노광 시스템은 거의 대부분 자동 포커싱 장치를 구비하고 있어 최적의 포커싱이 이루어지도록 제어되고 있다.

박막이 선택적으로 식각되어 반도체 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성되어지면 그 형성 공정이 설계대로 정확히 이루어졌는지 확인하는 작업이 들어간다. 이때의 작업은 웨이퍼상에 형성된 패턴이 이미 형성된 회로 패턴과 정렬이 올바르게 되었는가를 확인하고, 반도체 웨이퍼 표면에 전사된 패턴의 선폭이 원하는 치수대 로 형성되었지를 확인하다.

최적의 포커싱을 측정하는 가장 일반적인 방법으로는 포커싱을 바꾸어 가며 특정한 형태의 패턴을 웨이퍼상에 형성한 후 패턴의 임계치수와 프로파일의 변화를 확인하는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 작업자가 육안으로 판별하기 때문에 그 신뢰성은 작업자의 개인차나 기량에 따라 의존한다.

따라서, 육안이 아닌 자동으로 포커싱을 측정하는 새로운 방법에 제안된 바 있었다. 이 방법은 미국특허 제5,300,786호의 "Optical focus phase shift test pattern, monitoring system and process"에 개시된 것으로, 위상 이동 마스크를 이용하여 포커스에 따라 패턴이 쉬프트(shift)되는 것을 이용하여 디포커싱 정도를 계산하는 것이다.

이외에, 패턴의 선폭 측정과 관련하여 대물렌즈의 자동 포커싱에 대해 개시한 일본국 공개특허공보 제2001-082926호의 "초점 위치 제어 메카니즘 및 방법과 반도체 웨이퍼 검사장치 및 방법", 웨이퍼 마크에 대한 광학계의 초점상태를 정확하게 조절하는 일본국 공개특허공보 제2002-190439호의 "위치 계측방법 및 그 장치, 노광방법 및 그 장치 및 디바이스 제조방법", 웨이퍼의 실측정 부분과 자동 초점 부분간의 단차를 일치시켜 선폭 측정 장치의 오동작을 방지하는 한국 공개실용신안공보 제2000-0005892호의 "자동 초점 조절 장치", 및 미국특허공보 제6,608,920호의 "Target acquisition technique for CD measurement machine" 등 다수의 문헌이 존재한다.

소자의 크기가 점점 작아지고 허용오차(tolerance)가 더욱 더 엄격해져 여유가 없어짐에 따라 작업자의 기량에 따라 선폭 측정값이 달라지고 있고 자동 측정에 대한 신뢰성이 좋으므로 현재는 자동 포커싱 및 선폭 측정이 현재의 추세이다.

최근에는, 패턴 프로파일 자체의 선폭 사이즈 불량인지 아니면 자동 포커싱 불량에 의한 선폭 사이즈 불량인지를 판별하기 위한 불량 모니터링의 중요성이 필요해지고 있다. 특히, 자동 포커싱 불량에 의한 비율이 나날이 높아지고 있으며 이로인한 인터록 이나 이상발생 등이 증가 추세를 보이고 있다.

그런데, 종래의 선폭 측정 장치에는 자동 포커싱 불량 또는 이로 인한 문제점 발생에 대한 탐지 방법(detect method) 내지는 탐지 시스템(detect system)을 가지고 있지 아니한다. 특히, 자동 포커싱 불량 문제점이 반도체 일관 생산 라인(FAB) 내에서 발생하였을 때 실시간(real time)으로 모티터링(monitoring)하는 시스템이 없는 실정이다.

따라서, 종래의 선폭 측정 장치로는 레퍼런스(reference)로 가지고 있는 패턴 모양과 다른 패턴이 측정되어 질 때 포커스 불량으로 인하여 제대로 패터닝되어 원하는 크기의 선폭을 가진 패턴이 불량 패턴으로 잘못 측정되어 질 수 있다.

이와 같이, 정상적인 패턴을 포커스 불량으로 인해 불량한 패턴으로 측정하는 것은 특히 포토 공정에 영향을 주게 되어 수율이 하락되는 가능성이 내재하고 있다. 또한, 포커스 불량으로 잘못된 데이타가 측정되어 인터록(interlock) 또는 이상 발생시 실측정값에 대한 분석 및 확인하는 작업하는데까지 시간이 소요되어 생산 지연을 유발하게 된다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 불량이 아닌 패턴을 불량으로 측정하는 포커스 불량을 범하지 않는 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 포커스 평가값을 수치화하여 수치화된 포커스 평가값이 허용 레벨에 미치지 못하는 경우 초점심도 대역을 늘려 가면서 포커싱을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명에 따른 자동 포커싱 장치는, 웨이퍼의 정렬 포인트와 측정 포인트를 포커싱하는 주사전자현미경을 포함하는 포커싱부와; 상기 주사전자현미경으로부터 2차 전자를 검출하는 디텍터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터와, 상기 포커싱의 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하고 상기 포커싱의 평가값이 상기 허용 레벨 미만인 경우 포커싱을 반복적으로 수행하도록 상기 포커싱부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 제어부와; 상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와; 상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 일 국면에 따른 자동 포커싱 방법은, 자동 포커싱 방법에 있어서, 포커싱 평가값을 수치화하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 포커싱의 초점심도 대역을 늘려가면서 반 복적으로 포커싱하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 다른 국면에 따른 자동 포커싱 방법은, (a) 웨이퍼의 특정부분을 소정의 장치를 이용하여 포커싱하는 단계와; (b) 상기 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 포커싱의 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (c) 상기 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 포커싱은 양호한 것으로 결정하는 단계와; (d) 상기 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 특정부분을 반복적으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계는, (d1) 상기 (d)단계 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 (d)단계 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (d2) 상기 (d1)단계 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 (d1)단계 포커싱은 양호한 것으로 결정하는 단계와; (d3) 상기 (d1)단계 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 특정부분을 반복적으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 또 다른 국면에 따른 자동 포커싱 방법은, (a) 웨이퍼의 정렬 포인트를 소정의 장치를 이용하여 정렬 포커싱하는 단계와; (b) 상기 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 정렬 포커싱의 평가값과 기설정된 정렬 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (c) 상 기 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 측정 포커싱하는 단계와; (d) 상기 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 정렬 포인트을 반복적으로 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계는, (d1) 상기 (d)단계 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 (d)단계 정렬 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (d2) 상기 (d1)단계 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 측정 포커싱하는 단계와; (d3) 상기 (d1)단계 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 웨이퍼의 정렬 포인트를 반복적으로 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 또 다른 국면에 따른 자동 포커싱 방법은, (a) 웨이퍼의 정렬 포인트를 소정의 장치를 이용하여 1차 정렬 포커싱하는 단계와; (b) 상기 1차 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 1차 정렬 포커싱의 평가값과 기설정된 1차 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (c) 상기 1차 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 1차 측정 포커싱하는 단계와; (d) 상기 1차 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하 여 상기 1차 정렬 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 상기 웨이퍼의 정렬 포인트를 2차 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (c)단계는, (c1) 상기 1차 측정 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 1차 측정 포커싱의 평가값과 기설정된 1차 측정 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (c2) 상기 1차 측정 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 다른 정렬 포인트를 어드레싱하는 단계와; (c3) 상기 1차 측정 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 1차 측정 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 2차 측정 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계는, (d1) 상기 2차 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 2차 정렬 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와; (d2) 상기 2차 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 1차 측정 포커싱하는 단계와; (d3) 상기 2차 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 2차 정렬 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 3차 정렬 포커싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 특정부분에 대해 포커싱하고, 포커싱 평가값을 수치화하여 수치화된 포커싱 평가값이 이미 설정된 한계값(Limit Value)과 비교 판별한다. 비교 판별 결과, 포커싱 평가값이 허용 레벨 미만이면 대물 렌즈의 전류값을 조정하여 초점 심도 대역을 단계적으로 늘려가면서 포커싱을 반복적으로 진행함 으로써 여러 상황의 에러를 최소화하는 방향으로 포커싱을 최적화하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 자동 포커싱 장치 및 이를 이용한 자동 포커싱 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 포커싱 장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 웨이퍼 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법에 있어서 허용 레벨을 설명하기 위한 그래프이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법에 있어서 자동 포커싱 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

(실시예)

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 자동 포커싱 장치는 포커싱 동작이 실제로 이루어지는 주사전자현미경(SEM)을 포함하는 포커싱부(500)와, 포커싱부(500)의 동작을 제어하는 제어부(600)와, 제어부(600)에 소정의 정보를 입력하기 위한 입력부(700)와, 제어부(600)의 제어 동작 등을 시각적으로 표현하는 표시부(800)를 포함한다.

제어부(600)는 포커싱부(600)의 주사전자현미경으로부터 2차 전자를 검출하는 디텍터(610;Detector)와, 아날로그(Analogue) 신호를 디지털(digital) 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(620;A/D Converter)와, 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨(Acceptance Level)이 저장되어 있어 이를 포커싱 평가값과 비교 판별하고 포커싱 평가값이 허용 레벨이 이하이면 포커싱을 반복적으로 수행하도록 포커싱부(500)를 제어하는 컨트롤러(630;Controller)를 포함한다. 이 허용 레벨에 대해선 후술한다.

제어부(600)는 다음 이하에서 설명되어질 본 발명에 따른 자동 포커싱 방법을 제어한다.

본 발명에 따른 자동 포커싱 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 웨이퍼의 정렬 포인트 1 (AP1;Alignment Point 1)에 해당하는 부분에 대해 어드레싱(addressing)하여 약 1k 정도의 배율로 포커싱(1차 정렬 포커싱)한다(AP1 Auto Focus). 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100)를 탑(1;top), 레프트(2;left), 센터(3;center), 라이트(4;right), 및 바텀(5;bottom)으로 구분하고, 먼저 웨이퍼(100)의 탑(1)에 대해 포커싱하고 이후 레프트(2), 센터(3), 라이트(4), 바텀(5) 순으로 포커싱한다고 가정한다. 여기서의 포커싱은 포커싱하고자 하는 지점(정렬 포인트)을 찾아가는 정렬 포커싱과, 찾아진 지점에 형성된 패턴(측정 포인트)의 선폭을 측정하는 측정 포커싱을 의미한다.

웨이퍼(100)의 탑(1)에 대한 1차 정렬 포커싱으로 측정된 1차 정렬 포커싱 평가값을 수치화하고, 수치화된 1차 정렬 포커싱 평가값을 이미 설정된 정렬 포커싱 평가값의 허용 레벨(Acceptance Level)과 비교 판별한다(Addressing Score Level). 허용 레벨은, 도 4에 도시된 바와 같이, 포커싱의 신뢰성 확보를 위해 이미 설정된 정렬 포커싱 평가값의 최고치의 80% 값 정도인 것이 바람직하다 할 것이다.

만일, 1차 정렬 포커싱 평가값이 허용 레벨 이상이면 1차 정렬 포커싱은 양호(Good)로 결정된다. 1차 정렬 포커싱이 양호로 결정되면 웨이퍼의 측정 포인트 1(MP 1;Measurement Point 1)에 대해서 선폭 측정을 위한 포커싱(1차 측정 포커싱;MP1 Auto Focus)을 한다(MP1 Auto Focus).

그런데, 1차 정렬 포커싱 평가값이 허용 레벨 미만이면 1차 정렬 포커싱은 불량(No Good)으로 결정된다. 1차 정렬 포커싱이 불량으로 결정되면 리트라이(Retry) 단계 즉, 웨이퍼의 1차 정렬 포인트를 다시 어드레싱한다. 그리하여, 다시 정렬 포커싱(2차 정렬 포커싱)하고 2차 정렬 포커싱의 평가값과 허용 레벨을 비교 판별한다(Addressing Score Level). 이때의, 허용 레벨은 앞서 설명한 바 있는 이미 설정된 정렬 포커싱 평가값의 최고치의 80% 값이다.

2차 정렬 포커싱 결과 그 평가값이 허용 레벨 이상이면 2차 정렬 포커싱은 양호로 결정되어 1차 측정 포커싱 단계로 넘어간다(MP1 Auto Focus). 그러나, 2차 정렬 포커싱의 평가값이 허용 레벨 미만이어서 불량으로 결정되면 리트라이(Retry) 단계, 즉 웨이퍼의 1차 정렬 포인트를 다시 어드레싱한다. 그리하여, 다시 정렬 포 커싱(3차 정렬 포커싱)하고 3차 정렬 포커싱의 평가값을 허용 레벨을 비교 판별한다(Addressing Score Level). 이때의 허용 레벨도 앞서의 이미 설정된 정렬 포커싱 평가값의 최고치의 80% 값이다.

한편, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 2차 정렬 포커싱에 있어서는 대물 렌즈(200)의 전류값을 조정하여 1차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역보다 큰 초점 심도 대역을 사용한다. 이와 마찬가지로, 3차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역은 2차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역보다 크게끔 설정한다.

구체적으로, 웨이퍼(100)의 정렬 포인트를 주사전자현미경의 대물 렌즈(200)로 1차 정렬 포커싱하는 경우 그 초점 심도 대역(300)안에 웨이퍼가 있지 아니하면 포커싱 불량으로 결정된다. 1차 정렬 포커싱이 불량으로 결정되면 2차 정렬 포커싱을 진행하는데 이때의 초점 심도 대역(300a)은 1차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역(300) 보다 크게 설정한다. 2차 정렬 포커싱이 불량으로 결정되면 3차 정렬 포커싱을 진행하고 이때의 초점 심도 대역(300b)은 2차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역(300a) 보다 크게 설정한다.

여기서, 정렬 포커싱의 신뢰성 확보를 위해 2차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역(300a)과 3차 정렬 포커싱의 초점 심도 대역(300b)은 1차 정렬 포커싱의 초점 마진(focus margin) 이내이어야 할 것이다. 1차 정렬 포커싱의 초점 마진 이내 범위에서 정렬 포커싱을 수회 반복하더라도 웨이퍼의 패턴이 1차 정렬 포커싱의 초점 마진 이내에 들어오지 아니하면 그 패턴은 최종적으로 불량으로 판별될 것이다. 그리고, 정렬 포커싱의 리트라이 횟수는 각 차수의 정렬 포커싱의 초점 심도 대역이 1차 정렬 포커싱의 초점 마진 이내에 들어올 수 있는 한 임의로 정해진다.

측정 포커싱의 경우에도 위와 같다. 즉, 1차 정렬 포커싱이나 리트라이(Retry) 결과 2차 내지는 3차 정렬 포커싱 평가값이 기설정된 1차 정렬 포커싱의 허용 레벨 이상이면 측정 포커싱의 배율보다 더 큰 배율로 웨이퍼의 측정 포인트(Measurement Point)에 대한 1차 측정 포커싱(MP1 Auto Focus) 단계로 넘어간다.

1차 측정 포커싱 평가값을 수치화하고 수치화된 1차 측정 포커싱 평가값과 기설정된 1차 측정 포커싱의 허용 레벨을 서로 비교 판별한다(Measure Score Level). 비교 판별 결과 수치화된 1차 측정 포커싱 평가값이 허용 레벨 이상이면 1차 측정 포커싱은 양호로 결정되어 웨이퍼의 다른 정렬 포인트, 예를 들어, 도 3의 2지점(웨이퍼의 레프트 지역)으로 어드레싱한다. 여기서의 허용 레벨은 기설정된 1차 측정 포커싱 평가값의 약 80% 값으로 설정하는 것이 포커싱의 신뢰성 확보에 바람직하다 할 것이다.

만일, 1차 측정 포커싱 평가값이 허용 레벨 미만이어서 1차 측정 포커싱이 불량으로 결정되어지면 리트라이(Retry) 단계, 즉 웨이퍼의 1차 측정 포인트에 대한 2차 측정 포커싱을 다시 진행한다. 그리하여, 2차 측정 포커싱 평가값을 수치화하고 수치화된 2차 측정 평가값과 기설정된 허용 레벨을 서로 비교 판별한다(Measure Score Level). 비교 판별 결과, 2차 측정 포커싱 평가값이 허용 레벨 이상이면 2차 측정 포커싱은 양호로 결정되어 2차 정렬 포커싱 단계로 넘어간다(AP2 Auto Focus).

2차 측정 포커싱 평가값이 허용 레벨 미만이면 2차 측정 포커싱은 불량으로 결정되어 리트라이(Retry) 단계를 반복하여 3차 측정 포커싱 단계로 넘어간다.

측정 포커싱에 있어서도 정렬 포커싱과 마찬가지로, 2차 측정 포커싱 단계의 경우 대물 렌즈의 전류값을 조정하여 1차 측정 포커싱의 초점 심도 대역보다 큰 초점 심도 대역을 사용한다. 3차 측정 포커싱에 있어서도 3차 측정 포커싱의 초점 심도 대역은 2차 측정 포커싱의 초점 심도 대역보다 크게끔 설정한다.

한편, 측정 포커싱의 신뢰성 확보를 위해 2차 측정 포커싱의 초점 심도 대역과 3차 측정 포커싱의 초점 심도 대역은 1차 측정 포커싱의 초점 마진(focus margin) 이내이어야 할 것이다. 1차 측정 포커싱의 초점 마진 이내 범위에서 측정 포커싱을 수회 반복하더라도 웨이퍼의 패턴이 1차 측정 포커싱의 초점 마진 이내에 들어오지 아니하면 그 패턴은 최종적으로 불량으로 판별될 것이다. 그리고, 측정 포커싱의 리트라이 횟수는 각 차수의 측정 포커싱의 초점 심도 대역이 1차 측정 포커싱의 초점 마진 이내에 들어올 수 있는 한 임의로 정해진다.

이와 같이, 본 발명에 의한 정렬 포커싱과 측정 포커싱은 도 8에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 특정부분에 대해 포커싱하고, 포커싱 평가값을 수치화하여 수치화된 포커싱 평가값이 이미 설정된 한계값(Limit Value)과 비교 판별한다. 비교 판별 결과, 포커싱 평가값이 허용 레벨 미만이면 대물 렌즈의 전류값을 조정하여 초점 심도 대역을 단계적으로 늘려가면서 포커싱을 반복적으로 진행(① -> ② -> ③ -> ④)함으로써 여러 상황의 에러를 최소화하는 방향으로 포커싱을 최적화하는 것이다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 자동 포커싱 방법에 따르면, 불량이 아닌 패턴을 불량으로 측정하는 포커스 불량 문제가 해결됨으로써 반도체 소자의 제조 수율이나 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

기판에 형성된 패턴에 대한 자동 포커싱 방법에 있어서,

포커싱 평가값을 수치화하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하고, 상기 수치화된 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 포커싱의 초점심도 대역을 늘려가면서 반복적으로 포커싱하여 포커싱 불량을 방지하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제1항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 기설정된 포커싱 평가값 최고치의 80% 값인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제1항에 있어서,

상기 초점심도 대역은 상기 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제1항에 있어서,

상기 포커싱은,

주사전자현미경(SEM)을 포함하는 포커싱부와,

디텍터와 A/D 컨버터와 컨트롤러를 포함하는 제어부와,

상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와,

상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
(a) 웨이퍼의 특정부분을 소정의 장치를 이용하여 포커싱하는 단계와;

(b) 상기 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 포커싱의 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(c) 상기 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 포커싱은 양호한 것으로 결정하는 단계와;

(d) 상기 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 특정부분을 반복적으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제5항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 기설정된 포커싱 평가값 최고치의 80% 값인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제5항에 있어서,

상기 (d)단계 포커싱의 초점심도 대역은 상기 (a)단계 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제5항에 있어서,

상기 소정의 장치는,

주사전자현미경(SEM)을 포함하는 포커싱부와,

디텍터와 A/D 컨버터와 컨트롤러를 포함하는 제어부와,

상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와,

상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제5항에 있어서,

상기 (d)단계는,

(d1) 상기 (d)단계 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 (d)단계 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(d2) 상기 (d1)단계 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 (d1)단계 포커싱은 양호한 것으로 결정하는 단계와;

(d3) 상기 (d1)단계 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 특정부분을 반복적으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제9항에 있어서,

상기 (d3)단계 포커싱의 초점심도는 상기 (a)단계 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
(a) 웨이퍼의 정렬 포인트를 소정의 장치를 이용하여 정렬 포커싱하는 단계와;

(b) 상기 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 정렬 포커싱의 평가값과 기설정된 정렬 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(c) 상기 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 측정 포커싱하는 단계와;

(d) 상기 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 정렬 포인트을 반복적으로 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제11항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 기설정된 포커싱 평가값 최고치의 80% 값인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제11항에 있어서,

상기 (d)단계 정렬 포커싱의 초점심도 대역은 상기 (a)단계 정렬 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제11항에 있어서,

상기 소정의 장치는,

주사전자현미경(SEM)을 포함하는 포커싱부와,

디텍터와 A/D 컨버터와 컨트롤러를 포함하는 제어부와,

상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와,

상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제11항에 있어서,

상기 (d)단계는,

(d1) 상기 (d)단계 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 (d)단계 정렬 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(d2) 상기 (d1)단계 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 측정 포커싱하는 단계와;

(d3) 상기 (d1)단계 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 초점심도 대역을 늘려가면서 상기 웨이퍼의 정렬 포인트를 반복적으로 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제15항에 있어서,

상기 (d3)단계 정렬 포커싱의 초점심도는 상기 (a)단계 정렬 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
(a) 웨이퍼의 정렬 포인트를 소정의 장치를 이용하여 1차 정렬 포커싱하는 단계와;

(b) 상기 1차 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 1차 정렬 포커싱의 평가값과 기설정된 1차 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(c) 상기 1차 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 1차 측정 포커싱하는 단계와;

(d) 상기 1차 정렬 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 1차 정렬 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 상기 웨이퍼의 정렬 포인트를 2차 정렬 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제17항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 1차 정렬 포커싱 평가값의 최고치의 80% 인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제17항에 있어서,

상기 2차 정렬 포커싱의 초점심도 대역은 상기 1차 정렬 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제17항에 있어서,

상기 소정의 장치는,

주사전자현미경(SEM)를 포함하는 포커싱부와,

디텍터와 A/D 컨버터와 컨트롤러를 포함하는 제어부와,

상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와,

상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제17항에 있어서,

상기 (c)단계는,

(c1) 상기 1차 측정 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 1차 측정 포커싱의 평가값과 기설정된 1차 측정 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(c2) 상기 1차 측정 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 다른 정렬 포인트를 어드레싱하는 단계와;

(c3) 상기 1차 측정 포커싱 평가값이 상기 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 1차 측정 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 2차 측정 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제21항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 기설정된 1차 측정 포커싱 평가값의 최고치의 80% 값인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제17항에 있어서,

상기 (d)단계는,

(d1) 상기 2차 정렬 포커싱의 평가값을 수치화하고 상기 수치화된 2차 정렬 포커싱의 평가값과 상기 (b)단계의 허용 레벨을 비교 판별하는 단계와;

(d2) 상기 2차 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 이상이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 웨이퍼의 측정 포인트를 1차 측정 포커싱하는 단계와;

(d3) 상기 2차 정렬 포커싱 평가값이 상기 (b)단계의 허용 레벨 미만이면 상기 소정의 장치를 이용하여 상기 2차 정렬 포커싱의 초점심도 대역보다 큰 초점심도 대역으로 3차 정렬 포커싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
제23항에 있어서,

상기 3차 정렬 포커싱의 초점심도 대역은 상기 1차 정렬 포커싱의 초점 마진 내인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 방법.
웨이퍼의 정렬 포인트와 측정 포인트를 포커싱하는 주사전자현미경을 포함하는 포커싱부와;

상기 주사전자현미경으로부터 2차 전자를 검출하는 디텍터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터와, 상기 포커싱의 평가값과 기설정된 포커싱 평가값의 허용 레벨을 비교 판별하고 상기 포커싱의 평가값이 상기 허용 레벨 미만인 경우 포커싱을 반복적으로 수행하도록 상기 포커싱부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 제어부와;

상기 컨트롤러에 소정의 정보를 입력하는 입력부와;

상기 제어부의 동작을 시각적으로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 장치.
제25항에 있어서,

상기 허용 레벨은 상기 기설정된 포커싱 평가값의 최고치의 80% 값인 것을 특징으로 하는 자동 포커싱 장치.