KR100678464B1 - 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는장치들 및 이를 사용하여 최적의 리소그라피 공정파라미터들을 자동으로 검출하는 방법들 - Google Patents

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Abstract

최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 장치들 및 이를 사용하여 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 방법들이 제공된다. 상기 장치들은 제어부에 의해 동작하는 측정기, 아날로그/디지탈 변환기 및 처리부를 구비한다. 상기 측정기는 웨이퍼 상에 소정의 노광 에너지 및 소정의 노광 초점을 사용하여 형성된 포토레지스트 패턴의 선폭 및 프로파일들을 측정한다. 상기 아날로그/디지탈 변환기는 상기 측정기에서 측정된 선폭 및 프로파일들의 아날로그값을 디지탈 신호들로 변환시킨다. 상기 처리부는 상기 아날로그/디지탈 변환기로부터 출력되는 상기 디지트화된(digitized) 선폭 및 프로파일을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 상기 디지트화된 선폭 및 프로파일이 최적인지 아닌지를 판단한다.
노광에너지, 노광초점, 자동검출. 리소그라피

Description

최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 장치들 및 이를 사용하여 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 방법들{Apparatus of automatically detecting optimum lithography process parameters and methods of automatically detecting optimum lithography process parameters using the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치에 사용하는 샘플 웨이퍼를 만드는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치의 작동 및 이를 사용한 리소그라피 공정을 설명한 순서도이다.
본 발명은 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 장치들 및 이를 사용하여 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 방법들에 관한 것으로써, 특히 마스크 상의 패턴을 웨이퍼 상의 포토레지스트막에 정확히 축소 전사시키기 위한 최적 노광 에너지 및 최적 노광 초점, 즉 최적 노광 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 자동검출장치 및 이를 사용하여 최적의 노광 에너지 및 노광 초점을 자동으로 검출하는 방법에 관한 것이다.
리소그라피 공정은 식각이나 이온주입을 위해 웨이퍼에 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정이다. 리소그라피 공정을 수행하기 위한 일련의 순서를 살펴보면, 도포장치(coater)에 웨이퍼를 로딩한 후 웨이퍼에 포토레지스트를 분사하여 고속으로 회전시키면서 코팅하고, 노광장치(일반적으로 스테퍼 또는 스캐너가 이용됨)를 이용하여, 도포된 포토레지스트막의 소정영역을 선택적으로 노광하여 마스크(mask)에 형성되어 있는 패턴을 축소 전사한다. 포토레지스트막 중 광에 의한 화학반응이 일어난 노광부분을 현상장치 (developer)에서 제거함으로서 포토레지스트 패턴을 얻는다.
상기의 리소그라피 공정에 있어서, 노광에너지 및 노광초점은 가장 중요한 공정 변수 중에 하나이다. 한편 노광장비의 노광에너지와 노광초점은 노광장비의 상태에 따라 매일 매일 달라지고, 노광장비의 노광에너지와 노광초점은 마스크 상의 패턴의 모양 또는 하부층의 종류 및 그 두께에 따라 달라지게 된다. 따라서, 로트 (lot) 단위의 리소그라피 공정을 진행하기 전에 최적 노광에너지 및 최적 노광 초점을 알아내기 위한 표본노광(sample exposure)을 실시하고 현상한 후 형성된 포토레지스트 패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하고, 패턴의 형상을 시각으로 확인하여 최적 노광에너지 및 최적 노광초점을 결정한다. 상기의 결정한 노광조건으로 웨이퍼 한 장을 다시 코팅, 노광, 현상을 거쳐 패터닝을 한 후, 포토레지스트 패턴의 선폭의 크기 및 모양을 확인하고 한 로트(lot)의 리소그라피 공정을 진행한다.
최적 노광에너지 및 최적 노광초점을 검출하는 종래의 방법은 다음과 같다. 포토레지스트막이 도포된 웨이퍼를 다이(die)별로 노광에너지와 노광초점을 다르게 노광 즉, 표본노광(sample exposure)한 후, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기의 형성된 포토레지스트 패턴을 주사전자현미경(SEM ; scanning electron microscope)을 사용하여 패턴 선폭을 수작업으로 측정하고. 주사전자현미경을 통해 육안으로 포토레지스트 패턴의 형상을 확인하여 최적 노광에너지 및 최적 노광초점을 결정한다. 구현하고자 하는 선폭과 형상을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성된 다이(die)에서의 노광에너지 및 노광초점이 노광공정을 위한 최적 노광에너지 및 최적 노광초점이 된다.
이와 같이, 종래의 방법은 한 로트의 리소그라피 공정 진행 전에 웨이퍼 상의 다이 별로 노광에너지와 노광초점을 다르게 노광하고 현상한 다음, 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴을 주사전자현미경(SEM ; scanning electron microscope)을 사용하여 포토레지스트 패턴의 선폭을 측정하고, 패턴의 모양을 작업자가 직접 시각으로 확인하는 방법으로 노광조건을 결정한다. 따라서 작업자나 측정조건 및 상태에 따라 측정의 차이가 있어 정확한 노광조건의 검출이 어렵고, 수작업으로 이루어지기 때문에 노광조건을 검출하는데 많은 시간 낭비와 인력 손실을 가져온다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 서 포토레지스트 패턴의 선폭의 크기 및 형상을 자동으로 측정하고, 기준패턴과 비교하여 최적 노광에너지 및 최적 노광초점을 자동으로 검출하는 자동검출장치 및 그 자동검출방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 장치들을 제공한다. 이 장치들은 웨이퍼 상에 서로 다른 노광에너지들 및 서로 다른 노광 초점들을 사용하여 형성된 복수개의 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정함과 아울러서 상기 측정된 선폭들 및 프로파일들에 각각 대응하는 상기 노광에너지들 및 노광 초점들을 출력하는 측정기를 포함한다. 상기 측정기는 아날로그/디지탈 변환기에 접속된다. 상기 아날로그/디지탈 변환기는 상기 측정기에서 측정된 상기 선폭들 및 프로파일들의 아날로그값을 디지탈 신호들로 변환시킨다. 상기 아날로그/디지탈 변환기는 처리부에 접속되고, 상기 처리부는 상기 아날로그/디지탈 변환기로부터 출력되는 상기 디지트화된(digitized) 선폭들 및 프로파일들을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 최적의 디지트화된 선폭 및 프로파일과 아울러서 그들에 대응하는 최적의 노광 에너지 및 노광 초점을 출력시킨다. 상기 측정기, 상기 아날로그/디지탈 변환기 및 상기 처리부의 동작은 제어부에 의해 제어된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 측정기는 상기 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정하는 주사전자 현미경을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 자동 검출장치를 사용하여 최적의 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검출하는 방법들을 제공한다. 이 방법들은 웨이퍼 상에 다른 노광 에너지들 및 서로 다른 노광 초점들을 사용하여 복수개의 포토레지스트 패턴들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 포토레지스트 패턴들을 갖는 웨이퍼가 상기 측정기 내로 로딩되고, 상기 측정기는 상기 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정함과 아울러서 그들에 각각 대응하는 상기 노광에너지들 및 노광 초점들을 출력한다. 상기 측정된 선폭들 및 프로파일들의 아날로그값은 상기 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈 신호들로 변환된다. 상기 처리부를 사용하여 상기 디지트화된 상기 선폭들 및 프로파일들을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 최적의 선폭 및 프로파일과 아울러서 그들에 각각 대응하는 최적의 노광 에너지 및 최적의 노광 초점을 출력시킨다. 상기 측정기, 상기 아날로그/디지탈 변환기 및 상기 처리부는 상기 제어부로부터의 제어 신호들에 의해 동작된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치는 제어부(100), 측정기(200), 아날로그/디지탈 변환기(300), 처리부(400)와 이들 사이의 신호 전송을 위한 데이터라인(10) 및 컨트롤 라인(20)으로 구성된다.
이때, 상기의 제어부(100)는 웨이퍼 로딩으로부터 웨이퍼 언로딩에 이르기까지 전반적인 사항을 제어할 뿐만아니라, 측정기(200)에서 웨이퍼 상의 각 다이(die)에 형성된 포토레지스트 패턴들의 선폭을 측정하게 하고, 상기 포토레지스트 패턴들의 형상을 감지할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기의 측정기(200)는 웨이퍼 상의 포토레지스트 패턴의 선폭을 측정하고, 패턴의 형상(image)을 감지할 수 있다. 상기의 측정기(200)로서 주사전자 현미경(SEM ; Scanning Electron Microscope)을 사용하는 것이 바람직하다. 주사전자현미경은 전자빔(electron beam)을 웨이퍼 위에 주사시켜서 웨이퍼로부터 튀어나온 2차 전자(secondary electron)를 모아서 검출기(scintillater)로 검출한 후 여러 가지 기계장치를 거친 후 음극선관(CRT ; Cathode Ray Tube)에 영상화시킬 수 있다.
상기의 아날로그/디지탈 변환기(300)는 상기의 측정기(200)에서 측정된 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들의 아날로그값을 디지탈값으로 변환시킬 수 있고, 상기 측정된 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들의 디지탈값을 상기의 처리부(400)에 입력시킬 수 있다.
상기의 처리부(400)는 상기의 아날로그/디지탈 변환기(300)로부터 입력된 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들의 디지탈값을 기준패턴의 디지탈값과 비교하여 기준패턴과의 유사정도를 판단할 수 있다. 그 결과, 기준 선폭 및 기준 프로파일과 가장 유사한 포토레지스트 패턴을 갖는 다이(die)의 노광에너지 및 노광초점을 최적 노광에너지 및 최적 노광초점으로 검출할 수 있다. 또한 상기의 처리부(400)는 상기의 최적 노광에너지, 최적 노광초점 및 상기의 최적 노광에너지와 최적 노광초점에서의 포토레지스트 패턴의 선폭 및 형상을 디스플레이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치에 사용하는 샘플 웨이퍼를 만드는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도포장치(coater)에 웨이퍼를 로딩한 후 웨이퍼에 포토레지스트를 분사하여 고속으로 회전시키면서 코팅한다(단계 110). 노광장치에서 웨이퍼 상의 다이(die) 별로 노광에너지 및 노광초점을 다르게 노광하여 마스크(mask)에 형성되어 있는 패턴을 웨이퍼 상의 포토레지스트막에 축소 전사한다(단계 120). 상기의 노광된 웨이퍼를 현상장치(developer)에서 현상한다(단계 130). 그 결과 상기의 웨이퍼 상의 다이 별로 다른 노광에너지 및 노광초점에 의해 형성된 포토레지스트 패턴을 갖는 샘플웨이퍼를 얻을 수 있다(단계 140).
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치의 작동 및 이를 사용한 리소그라피 공정을 설명한 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2의 순서로 만들어진 샘플웨이퍼를 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치에 로딩한다 (단계 210). 측정기(200)에서 제어부(100)의 제어에 따라 상기의 샘플웨이퍼의 각 다이에 형성된 포토레지스트 패턴의 선폭을 측정하고, 패턴의 형상을 감지한 다(단계 220). 아날로그/디지탈 변환기(300)에서 상기의 측정기(200)에서 측정된 패턴의 선폭 및 형상의 아날로그값을 디지탈값으로 변환한다(단계 230). 처리부(400)에서 상기의 포토레지스트 패턴의 선폭 및 형상의 디지탈값을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 그 유사정도를 판단한다(단계 240). 어어서 기준패턴과 가장 유사한 포토레지스트 패턴을 갖는 다이(die)의 노광에너지 및 노광초점을 최적 노광에너지 및 최적 노광초점으로 검출한다(단계 250). 그리고 상기의 처리부(400)는 상기의 최적 노광에너지, 최적 노광초점 및 상기의 최적 노광에너지와 최적 노광초점에서의 포토레지스트 패턴의 선폭 및 형상을 디스플레이한다(단계 260). 상기의 단계 210에서부터 단계 260까지의 과정(500)은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적 노광에너지 및 최적 노광초점 자동검출장치에 의해서 진행된다.
상기의 최적 노광에너지 및 최적 노광초점으로 한 장의 웨이퍼(이하 '제 2의 샘플웨이퍼'라고 함.)에 포토레지스트 패턴을 형성한다(단계 270). 상기의 제 2의 샘플웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 선폭 및 형상을 확인한다 (단계 280). 상기의 제 2의 샘플웨이퍼에 형성된 포토레지스트 패턴이 정상적인 경우에는 로트(lot) 단위로 리소그라피 공정을 진행한다(단계 290).
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 리소그라피 공정에서 샘플 노광하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한 웨이퍼를 이용하여 최적 노광에너지 및 최적 노광초점을 자동으로 검출할 수 있는 자동검출장치 및 자동검출방법을 제공함으로써 정밀하고 정확한 노광조건을 얻을 수 있고, 노광조건을 얻는데 소요되는 시간 낭비와 인력 손실를 줄일 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 상에 서로 다른 노광 에너지들 및 서로 다른 노광 초점들을 사용하여 형성된 복수개의 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정함과 아울러서 상기 측정된 선폭들 및 프로파일들에 각각 대응하는 상기 노광 에너지들 및 상기 노광 초점들을 출력시키는 측정기;
    상기 측정기로부터 출력된 상기 선폭들 및 프로파일들의 아날로그값을 디지탈 신호들로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기;
    상기 디지트화된(digitized) 선폭들 및 프로파일들을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 최적의 디지트화된 선폭 및 프로파일과 아울러서 그들에 대응하는 최적의 노광 에너지 및 노광 초점을 출력시키는 처리부; 및
    상기 측정기, 상기 아날로그/디지탈 변환기 및 상기 처리부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 최적 리소그라피 공정 파라미터들의 자동 검출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정기는 상기 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정하기 위한 주사전자현미경을 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 리소그라피 공정 파마미터들의 자동 검출장치.
  3. 제 1항의 자동 검출장치를 사용하여 최적 리소그라피 공정 파라미터들을 자동으로 검츨하는 방법에 있어서,
    웨이퍼 상에 서로 다른 노광 에너지들 및 서로 다른 노광 초점들을 사용하여 복수개의 포토레지스트 패턴들을 형성하고,
    상기 포토레지스트 패턴들을 갖는 웨이퍼를 상기 측정기 내로 로딩시키어 상기 포토레지스트 패턴들의 선폭들 및 프로파일들을 측정함과 아울러서 그들에 각각 대응하는 상기 노광 에너지들 및 노광 초점들을 출력시키고,
    상기 출력된 선폭들 및 프로파일들의 아날로그값을 상기 아날로그/디지탈 변환기를 사용하여 디지탈 신호들로 변환시키고,
    상기 처리부를 사용하여 상기 디지트화된 상기 선폭들 및 프로파일들을 기준 선폭 및 기준 프로파일과 비교하여 최적의 노광 에너지 및 최적의 노광 초점을 출력시키는 것을 포함하되, 상기 측정기, 상기 아날로그/디지탈 변환기 및 상기 처리부는 상기 제어부로부터의 제어 신호들에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 최적 리소그라피 공정 파라미터들의 자동 검출방법.
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