KR100688721B1

KR100688721B1 - 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법

Info

Publication number: KR100688721B1
Application number: KR1019990066046A
Authority: KR
Inventors: 지승민
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2007-02-28
Also published as: KR20010058690A

Abstract

본 발명은 반도체 장치의 리소그래피 공정시 EGA 방식을 이용한 오버레이 측정 과정에서 계측되는 데이터 갯수를 유동적으로 지정하므로써, 오버레이 측정에 따른 효율성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 오버레이 측정을 위해 웨이퍼로부터 기설정된 최소 계측수 만큼의 EGA 데이터를 계측하는 제1단계와, 상기 최소 계측수의 EGA 데이터로 오버레이 측정 제1결과값을 산출하는 제2단계와, 상기 제1결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 이동시켜 EGA 데이터를 다시 계측하는 제3단계와, 상기 스테이지 이동 후, 계측된 EGA 데이터로 오버레이 측정 제2결과값을 다시 산출하는 제4단계와, 상기 제2결과값이 노광공정을 위한 허용 범위내 포함되는지 여부를 검사하는 제5단계와, 상기 제2결과값이 상기 허용 범위내 포함되는 경우 상기 웨이퍼에 대한 노광공정을 수행하는 제6단계와, 상기 제2결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않을 시 상기 제2결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 다시 이동시킨 후, 기설정된 최대 계측수 만큼 EGA 데이터를 다시 계측하여 오버레이 측정 결과값을 갱신하는 제7단계와, 상기 최대 계측수의 EGA 데이터를 통해 최종 갱신된 상기 오버레이 측정 결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않는 경우 에러 메시지를 출력하는 제8단계를 포함하여, EGA 데이터 계측수를 유동적으로 설정하여 오버레이 측정을 수행하므로써, 오버레이 마진의 크기에 따라 적응적으로 오버레이 측정을 수행할 수 있는 효과가 있으며, 그에 따라 전반적인 오버레이 공정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법{METHOD FOR MEASURING A OVERLAY STATUS IN A FABRICATING PROCESS OF A SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 종래의 오버레이 측정 방법중 EGA 방식에 따른 처리 절차를 도시한 플로우차트,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 적용하기에 적합한 시스템의 기본 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법에 대한 수행 과정을 도시한 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 오버레이 검출부 20 : 레티클

30 : 렌즈부 40 : 웨이퍼

45 : 스테이지 50 : 제어부

60 : 메모리부

본 발명은 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EGA(Enhanced Global Alignment) 방식의 오버레이 측정 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 제조 공정중 리소그래피(lithography) 공정은 웨이퍼 상에 실제로 필요한 회로를 포토 레지스트(photo resist)를 이용하여 그리는 공정으로서, 설계하고자 하는 회로 패턴이 그려진 포토 마스크 또는 레티클(photo mask 또는 reticle)에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트를 감광시키므로써 원하는 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있게 된다.

그리고, 이러한 포토 리소그래피 공정을 진행중에 수행되는 오버레이는 반도체 장치 내의 각 층을 형성하는 과정에서, 각 층에서 형성되는 패턴을 정확히 맞추어 쌓기 위한 것으로서, 이는 포토 공정에 있어서 중요한 공정중 하나이다. 즉, 상위 층으로 진행해 가면서 각 층 간의 오버레이 공정 마진(margin)이 실제 반도체 소자의 특성에 상당한 영향을 미치게 된다. 특히, 최근 들어 포토 리소그래피 기술의 향상으로 패턴의 크기가 점차 축소되면서 오버레이 마진 또한 상당한 정밀도를 요구하게 된다.

한편, 이러한 리소그래피 공정시 상술한 바와 같은 오버레이의 정밀도 및 생산성을 향상시키기 위해 통상적으로 EGA 방식을 사용하는데, 종래의 일반적인 EGA 방식에서는 계측하고자 하는 싸이트(site)의 갯수를 미리 지정해야만 하며, 그로 인해 필요 이상의 데이터를 계측하게 되어 그 처리 속도가 저하되는 등의 문제점이 있다.

도 1은 이러한 종래의 EGA 방식에 따른 오버레이 측정 과정을 도시한 플로우 차트로서, 동도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오버레이 측정을 위한 EGA 계측이 시작되면, 종래에는 기설정된 갯수만큼의 데이터를 계측한 다음(단계 101), 계측된 각각의 데이터로부터 그 결과값을 산출하게 된다(단계 103).

그리고, 그 산출된 결과값이 기설정된 허용 범위, 즉 오버레이 마진 내에 포함되는지를 판단하게 되고(단계 105), 그 판단 결과, 허용 범위를 벗어나는 결과값이 산출된 경우에는 에러 메시지를 출력하여(단계 107) 운용자의 조작에 의해 오버레이 측정 과정을 다시 수행하게 된다.

이와는 달리, 상술한 단계(105)에서의 판단 결과, 산출된 결과값이 허용범위 내에 포함되면, 오버레이 측정이 정상적인 것으로 판단하여 후속하는 공정인 노광 과정을 수행하게 된다(단계 109).

한편, 이러한 종래의 EGA 방식에 따른 오버레이 공정은 상술한 단계(101)에서와 같이 오버레이 측정을 위한 데이터의 갯수가 기설정(통상적으로, 8∼9개)되어 있기 때문에 공정 속도를 단축할 수 없을 뿐만 아니라, 필요에 따라 보다 더 많은 데이터가 요구되는 경우가 발생하더라도 후속하는 노광 공정이 진행되어 버리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 반도체 장치의 리소그래피 공정시 EGA 방식을 이용한 오버레이 측정 과정에서 계측되는 데이터 갯수를 유동적으로 지정하므로써, 오버레이 측정에 따른 효율성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 제조 공정에서 오버레이 측정 방법에 있어서, 오버레이 측정을 위해 웨이퍼로부터 기설정된 최소 계측수 만큼의 EGA 데이터를 계측하는 제1단계와, 상기 최소 계측수의 EGA 데이터로 오버레이 측정 제1결과값을 산출하는 제2단계와, 상기 제1결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 이동시켜 EGA 데이터를 다시 계측하는 제3단계와, 상기 스테이지 이동 후, 계측된 EGA 데이터로 오버레이 측정 제2결과값을 다시 산출하는 제4단계와, 상기 제2결과값이 노광공정을 위한 허용 범위내 포함되는지 여부를 검사하는 제5단계와, 상기 제2결과값이 상기 허용 범위내 포함되는 경우 상기 웨이퍼에 대한 노광공정을 수행하는 제6단계와, 상기 제2결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않을 시 상기 제2결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 다시 이동시킨 후, 기설정된 최대 계측수 만큼 EGA 데이터를 다시 계측하여 오버레이 측정 결과값을 갱신하는 제7단계와, 상기 최대 계측수의 EGA 데이터를 통해 최종 갱신된 상기 오버레이 측정 결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않는 경우 에러 메시지를 출력하는 제8단계를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 오버레이 측정을 위한 요소중, X, Y 시프트(shift)와 회전량, 신축도, 직교도는 기본적으로 최소 4개의 계측 데이터만 있으면 계산이 가능하게 된다. 그 리고, 그 이상의 데이터는 리스트 스퀘어 메소드(least square method)를 이용하여 근사적으로 계산되어 최종 결과를 산출하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 EGA 계측수의 최소치와 최대치를 지정하여, 최소 계측수까지는 기본적으로 계측을 실시하고, 그 이후의 싸이트(site)에 대해서는 이전에 계측된 데이터를 계산하고, 그 계산된 값을 고려하여 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 움직이므로써 계측점을 찾는다. 이때, 계측된 데이터가 범위내에 포함되면, 더 이상의 데이터가 필요하지 않는 것으로 판단하여 노광 공정을 수행한다. 만일, 이와는 반대로, 계측된 데이터가 범위 내에 포함되지 않으면 그 계측 점은 하나의 데이터로서 결과값에 포함되고, 그로 인해 결과값이 갱신되며 이 갱신된 결과값을 고려하여 스테이지는 다음 계측점을 찾게 된다.

이와 같이, 오버레이 측정 방법에 따르면, 오버레이 마진이 큰 공정과 작은 공정에 따라 EGA 데이터 계측수를 유동적으로 적용할 수 있게 되어 전반적인 오버레이 공정 속도를 향상시키게 될 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법을 적용하기에 적합한 시스템의 기본 구성을 도시한 도면으로서, 오버레이 검출부(10), 레티클(20), 렌즈부(30), 웨이퍼(40), 스테이지(45), 제어부(50), 메모리부(60)를 포함한다.

먼저, 도 2에 도시된 오버레이 검출부(10), 레티클(20), 렌즈부(30), 웨이퍼(40), 스테이지(45)는 종래의 일반적인 오버레이 측정 장비에서와 동일한 기능을 수행하게 되며, 제어부(50)와 메모리부(60)는 본 발명에 따른 오버레이 측정 방법을 수행하기 위해 별도로 구비되는 수단이다.

도 2를 참조하면, 오버레이 검출부(10)는 레티클(20)에 형성된 오버레이 마크와 웨이퍼(40) 상에 형성된 오버레이 마크를 이용하여 오버레이 측정에 필요한 데이터를 계측하고 이를 제어부(50)로 제공하며, 제어부(50)는 계측된 데이터를 이용하여 오버레이 측정 결과값을 계산한 다음, 계산된 결과와 노광공정 진행을 위해 기설정된 허용 범위를 비교하여, 그 비교 결과에 상응하는 제어 루틴을 수행하게 된다. 이때, 기설정된 허용 범위에 대한 정보는 메모리부(60)에 기저장되어 제어부(50)에 의해 판독된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 측정 방법에 대한 수행 과정을 도시한 플로우차트로서, 동도면을 참조하여 상술한 제어부(50)의 제어 루틴에 의거한 오버레이 측정 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오버레이 측정을 위해 EGA 데이터를 계측하게 되는데(단계 301), 이때 종래에는 EGA 데이터를 기설정된 갯수(예를 들어, 8∼9개)만큼 고정 계측하였으나, 본 발명에서는 오버레이 측정에 필요한 최소 갯수(예를 들어, 4개) 만을 계측하게 된다. 따라서, 상술한 단계(301)에서의 EGA 데이터 계측을 기설정된 최소 계측수(예를 들어, 4개)만큼 반복하여 수행하게 된다(단계 303).

그리고, 이러한 과정을 거쳐 계측된 각각의 데이터를 이용하여 오버레이 측정 결과값을 계산한 다음(단계 305), 그 계산된 결과값에 의거하여 웨이퍼(40)가 탑재된 스테이지(45)를 이동시켜 다시 데이터를 계측하게 된다(단계 307).

이때, 단계(307)에서 계측된 데이터가 기설정된 허용 범위에 포함되는지를 판별하게 되는데(단계 309), 그 판별 결과 허용 범위 내에 포함되지 않으면, 즉 허용 범위를 벗어나면 EGA 데이터 계측을 기설정된 최대 계측수(예를 들어, 8∼9개) 만큼 점차적으로 증가시키면서 상술한 단계(307)를 반복 수행하게 된다.

만일, 이와는 달리 상술한 단계(309)에서의 판별 결과, 계측된 데이터가 기설정된 허용 범위에 포함되면, 다시 이로부터 오버레이 측정 결과값을 산출하고 이 산출된 결과값이 노광공정 수행을 위해 기설정된 허용 범위 내에 포함되는 지를 판단하게 되는데(단계 311), 만일 기설정된 허용 범위를 벗어날 경우에는 에러 메시지를 출력하게 되며(단계 313), 기설정된 허용 범위 내에 포함될 경우에는 이 결과값을 최종 결과값으로 하여 후속 공정인 노광 공정을 수행하게 된다(단계 315).

결과적으로, 본 발명에서는 종래의 EGA 방식의 오버레이 측정에서와는 달리, EGA 데이터 계측수를 유동적으로 설정하여 EGA 방식에 따른 오버레이 측정을 제어하게 된다. 그리고, 상술한 최소 계측 데이터 내에서 안정적인 데이터가 산출될 경우에는 더 이상의 데이터를 계측하지 않고 후속 공정을 수행할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, EGA 데이터 계측수를 유동적으로 설정하여 오버레이 측정을 수행하므로써, 오버레이 마진의 크기에 따라 적응적으로 오버레이 측정을 수행할 수 있는 효과가 있으며, 그에 따라 전반적인 오버레이 공정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한, 비정상적인 EGA 마크로 인해 많은 오차를 유발하는 데이터가 포함될 경우, 많은 계측점을 추가로 계측하게 되어 부정확한 데이터에 의한 영향을 상쇄시켜 오버레이 값의 정확도를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

반도체 제조 공정에서 오버레이 측정 방법에 있어서,

오버레이 측정을 위해 웨이퍼로부터 기설정된 최소 계측수 만큼의 EGA 데이터를 계측하는 제1단계와,

상기 최소 계측수의 EGA 데이터로 오버레이 측정 제1결과값을 산출하는 제2단계와,

상기 제1결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 이동시켜 EGA 데이터를 다시 계측하는 제3단계와,

상기 스테이지 이동 후, 계측된 EGA 데이터로 오버레이 측정 제2결과값을 다시 산출하는 제4단계와,

상기 제2결과값이 노광공정을 위한 허용 범위내 포함되는지 여부를 검사하는 제5단계와,

상기 제2결과값이 상기 허용 범위내 포함되는 경우 상기 웨이퍼에 대한 노광공정을 수행하는 제6단계와,

상기 제2결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않을 시 상기 제2결과값에 의거하여 상기 웨이퍼가 탑재된 스테이지를 다시 이동시킨 후, 기설정된 최대 계측수 만큼 EGA 데이터를 다시 계측하여 오버레이 측정 결과값을 갱신하는 제7단계와,

상기 최대 계측수의 EGA 데이터를 통해 최종 갱신된 상기 오버레이 측정 결과값이 상기 허용범위내 포함되지 않는 경우 에러 메시지를 출력하는 제8단계

를 포함하는 반도체 제조 공정에서의 오버레이 측정 방법.