KR100714266B1 - 반도체장치의 제조공정에서 이미지 보정 방법 - Google Patents

Abstract

이미지 보정 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명은 현상 후 검사에서 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 선폭을 측정하는 제1 단계와, 상기 감광막 패턴을 이용하여 그 하부에 형성된 하부 물질막을 식각하는 제2 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거한 다음, 세정 후 검사에서 상기 식각된 하부 물질막의 선폭을 측정하는 제3 단계와, 상기 현상 후 측정한 선폭과 상기 세정 후 측정한 선폭에 대한 데이터를 노광 장치와 상기 선폭 계측 장비 사이에 구비된 이미지 보정 시스템에 입력하여 분석하는 제4 단계 및 상기 이미지 보정 시스템의 상기 입력 데이터에 대한 분석 결과에 따라 노광 조건을 변경하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법을 제공한다.

Description

반도체장치의 제조공정에서 이미지 보정 방법{Method for amending image in process for manufacturing semiconductor device}

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 이미지 보정 방법을 단계별로 나타낸 블록도들이다.

도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 이미지 보정 방법에 사용된 이미지 보정 시스템을 포함하는 반도체 장치의 제조 설비의 개략적 구성도이다.

도 4는 현상 후 측정한 풀 샷 선폭(full shot CD)의 분포를 나타낸다.

도 5는 도 4에 식각 장비의 식각 특성을 반영한 선폭 분포를 나타낸다.

도 6은 도 5의 선폭에 따라 이미지 영역을 그룹화한 이미지 맵을 나타낸다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

300:노광 장치 350:이미지 보정 시스템

400:계측 설비

본 발명은 이미지 보정 방법에 관한 것으로써, 자세하게는 노광 장비와 선폭(CD)계측 장비 사이에 구비된 이미지 보정 시스템을 이용하여 각 단계를 자동화하여 작업자에 의한 에라를 줄인 이미지 보정 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화는 공정의 복잡화를 초래하여 수율을 저하시킬 수 있다. 반도체 장치를 고집적화하면서 그에 따른 수율 저하를 방지하기 위해서는 웨이퍼 상에 형성되는 패턴들에 대한 선폭 관리가 더욱 엄격하게 이루어져야 한다. 더욱이, 사진/식각 설비의 특성에 의해 웨이퍼의 가장자리나 특정 영역에 대해서는 동일한 조건으로 정렬을 한다하더라도 선폭차가 나타나게 된다.

예를 들면, 사진 설비에서 웨이퍼 가장자리 부분의 Tpr이 불균일하고, 가장자리 부분의 포커스 및 레벨링의 재현성이 부족한데, 동일한 정렬 조건의 식각 설비는 설비 구조에 따라 특정 영역의 식각률이 다르게 되어 바 패턴의 선폭은 낮은 반면, 홀 패턴의 선폭은 높게 된다.

이러한 차이를 보상하기 위해 사진 공정에서 영역별로 노광시간 및 포커스 조건을 다르게 하는데, 이것을 이미지 보정이라 한다.

종래 기술에 의한 이미지 보정 방법은 먼저, 작업자에 의해 현상 후 검사에서 감광막 패턴의 풀 샷 선폭이 측정된다. 이후, 상기 감광막 패턴을 이용하여 식각이 진행된다. 상기 감광막 패턴이 제거되고, 세정 후 검사(After Cleaning Inspection)가 실시된다. 이때, 작업자에 의해 풀 샷 선폭이 측정된다. 곧, 상기 식각 공정에서 패터닝되는 상기 웨이퍼 상에 형성된 물질막 패턴의 선폭이 측정된다. 계속해서, 작업자에 의해 샷(shot) 별 스큐(skew) 검증이 이루어진다. 상기 검 증을 토대로 작업자에 의해 웨이퍼의 영역별로 이미지 보정이 이루어진다. 이어서, 상기 이미지 보정에 의거 작업자는 노광 장치, 예컨대 스텝퍼(stepper)의 이미지를 변경한다.

이와 같은 종래 기술에 의한 이미지 보정 방법은 모든 과정에 작업자가 관여하므로, 선폭 측정과 관련하여 작업자의 공수가 심하고, 웨이퍼 영역별 이미지 조정시에 스큐 검증된 웨이퍼를 사용하여 대략적 눈 조정을 하기 때문에, 담당 작업자의 실수에 의한 이미지 조정에 에라가 포함될 수 있다. 또, 작업자에 따라 결과가 조금씩 달라질 수 있다. 또한, 사용되는 노광 장비들 및 식각 장비들 각각에 대한 특성이 있기 때문에, 상기 장비들 중 어느 한 장비에 대한 이미지 조정을 실시한 경우에도 그 결과를 다른 장비들에 적용하기 어려울 수 있다. 특히 식각 장비들에 대해서는 더욱 그러하다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 선폭 균일도를 개선함과 함께 고집적화에 따라 반도체 제조 공정의 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이미지 보정 방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 노광된 웨이퍼를 현상한 후, 상기 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 선폭을 측정하고 그 결과를 이미지 보정 시스템에 전송하는 제1 단계; 상기 감광막 패턴을 이용하여 그 하부에 형성된 하부 물질막을 식각하는 제2 단계; 상기 감광막 패턴을 제거한 다음, 상기 식각된 하부 물질막의 세정 후 선폭을 측정하여 상기 이미지 보정 시스템에 전송하는 제3 단계; 및 상기 이미지 보정 시스템의 상기 현상 후의 감광막 패턴 선폭 측정 데이터와 상기 세정 후 선폭 측정 데이터 분석 결과에 따라 노광 조건을 변경하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법을 제공한다. 이때, 제1, 제3 및 제4 단계는 수동 또는 자동으로 이루어진다.

또한 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 노광된 웨이퍼를 현상한 후, 상기 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 선폭을 측정하고 그 결과를 식각 장비에 대한 특성 데이터가 저장된 이미지 보정 시스템에 전송하는 제1 단계 및 상기 이미지 보정 시스템의 상기 현상 후의 감광막 패턴 선폭 측정 데이터와 상기 세정 후 선폭 측정 데이터 분석 결과에 따라 노광 조건을 변경하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 현상 후의 풀 샷 선폭의 측정에서부터 식각을 실시한 다음 세정 후의 풀 샷 선폭 측정과 상기 두 측정 결과를 비교 분석하는 것과 이에 따른 노광 조건의 변경을 모두 자동화함으로써, 이미지 보정을 자동적으로 실행할 수 있다. 따라서, 작업자에 따른 선폭 변화를 방지할 수 있어, 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭 분포를 개선할 수 있다. 곧, 균일한 선폭 분포를 얻을 수 있다. 또, 식각 설비에 대한 특성 데이터를 이미지 보정 시스템에 기억시켜 둠으로써 해당 식 각 장비를 이용할 때는 기 기억된 특성 데이터를 이용하면되므로 선폭 분포를 적극적으로 개선할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 이미지 보정 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때, 도면은 설명의 편의를 위해 과장되게 도시한 것이다.

<제1 실시예>

식각에 사용되는 장비들에 대한 특성이 검증되지 않은 경우이다.

구체적으로, 도 1을 참조하면, 제1 실시예에 의한 이미지 보정 방법의 제1 단계(100)는 현상 후 검사에서 풀 샷 선폭을 측정하는 단계로써, 현상 후 웨이퍼 상에 남아 있는 감광막 패턴의 선폭을 측정한다. 이때, 상기 풀 샷 선폭(full shot CD)은 종래와 마찬가지로 작업자에 의해 측정될 수도 있으나, 자동화된 선폭 측정 설비, 예컨대 자동화된 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 측정하는 것이 바람직하다.

제2 단계(110)는 식각 단계이다.

구체적으로, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 감광막 패턴의 하부에 형성된 하부 물질막, 예컨대 절연막 또는 도전막 등을 식각한다. 이후, 상기 감광막 패턴을 제거하고, 그 결과물을 세정한다.

제3 단계(120)는 세정 후 검사(ACI)에서 풀 샷 선폭을 측정하는 단계이다. 이 단계에서 상기 하부 물질막이 상기 감광막 패턴과 동일한 디멘젼(dimension)으로 패터닝되었지를 알 수 있게 된다. 상기 세정 후 검사에서의 풀 샷 선폭은 제1 단계(100)에서의 풀 샷 선폭 측정에서와 마찬가지로 작업자가 측정할 수도 있으나, 자동화된 상기 설비를 이용하여 측정하는 것이 바람직하다.

제4 단계(130)는 상기 측정 데이터들을 입력하여 분석하는 단계이다.

구체적으로, 상기 측정된 상기 감광막 패턴에 대한 풀 샷 선폭 데이터들 및 상기 세정 후 검사에서 측정된 풀 샷 선폭에 대한 데이터들을 모두 도 3에 도시한 바와 같이 노광 장치(300) 및 자동화된 계측 설비(400) 사이에 구비된 이미지 보정 시스템(ICS, 350)에 입력한다. 이미지 보정 시스템(350)에 상기 풀 샷 선폭들에 대한 데이터베이스가 구축되고, 이미지 보정 시스템(350)은 이를 바탕으로 해서 상기 측정된 데이터들에 대한 분석을 수행한다.

제5 단계(140)는 이미지 보정을 위한 노광 조건을 변경하는 단계이다.

구체적으로 이미지 보정 시스템(350)의 상기 선폭 측정 데이터들에 대한 분석 결과를 바탕으로 해서 보정된 이미지 맵(image map)을 노광 장치에 전송하면, 상기 노광 장치는 상기 이미지 맵에 적합하게 노광 시간이나 포커스 등이 자동적으로 조정된다.

이와 같이, 선폭의 측정에서부터 그것의 분석과 이를 통대로 이미지 보정과 노광 조건의 변경이 자동적으로 이루어지므로, 작업자의 공수를 줄임과 함께 작업자에 의한 각 단계에서의 에라 발생을 줄일 수 있다.

<제2 실시예>

식각 장비들 각각에 대한 식각 특성이 검증된 경우의 이미지 보정 방법이다. 곧, 식각 장비들 각각에 대한 식각 특성이 이미지 보정 시스템(도 3의 350)에 이미 기억되어 있으므로, 식각에 따른 세정 후 검사에서의 풀 샷 선폭에 대한 측정 과정 을 생략될 수 있다.

따라서, 제2 실시예에 의한 이미지 보정 방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 단계(200, 210, 220)로 줄일 수 있다. 제2 실시예에 의한 제1 단계(200)는 제1 실시예의 제1 단계(도 1의 100)과 동일한 단계이므로, 그에 대한 설명은 생략한다. 노광 조건을 변경하는 제3 단계(220)도 제1 실시예의 제5 단계(140)와 동일하므로 설명을 생략한다.

한편, 제2 실시예의 제2 단계(210)는 제1 실시예의 제4 단계(130)와 마찬가지로 이미지 보정 시스템(350)에 선폭 측정 자료를 입력하고, 이미지 보정 시스템(350)을 이용하여 분석하는 단계이나, 제2 실시예의 경우, 이미지 보정 시스템(350)에 식각 장비에 대한 식각 특성이 이미 기억되어 있으므로, 제2 실시예의 제2 단계(210)에서는 현상 후 검사에서 측정된 감광막 패턴의 선폭에 대한 데이터만 이미지 보정 시스템(350)에 입력된다. 입력된 데이터에 대한 분석은 제1 실시예와 동일하게 이루어진다.

도 3은 이미지 보정 방법에 사용되는 반도체 장치의 제조 설비 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로써, 노광 장치(300), 예컨대 스텝퍼와 자동화된 계측 설비(400), 예컨대 SEM과 이미지 보정 시스템(350)으로 구성됨을 알 수 있다.

이미지 보정 시스템(350)은 자동화된 계측 설비(400)로부터 계측된 데이터, 예를 들면 현상 후 검사에서 감광막 패턴의 선폭을 측정한 데이터 또는 식각을 실시한 다음에 실시되는 세정 후 검사에서 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭을 측정한 데이터를 전송받아 이를 분석하여 이미지 보정을 위한 최적의 이미지 맵을 노광 장 치(300)에 전송한다. 노광 장치(300)는 이를 토대로 각 샷에 대한 노광조건을 설정하고 이에 따라 노광을 실시한다.

다음에는 이미지 보정 시스템(350)에서의 데이터 분석 과정을 설명한다.

계측 설비(400)로부터 전송되는 현상 후 검사에서 측정한 풀 샷 선폭 데이터를 레인지(range) 별로 분리하여 동일한 레인지에 있는 샷들을 분리하여 같은 이미지를 갖도록 이미지 조건을 설정한다.

예를 들면, 상기 측정한 선폭이 목표치(target) 대비 ±5nm 이내의 샷인 경우, 메인 샷(main shot)으로, +5nm∼+10nm이내의 샷인 경우, 제1 이미지 샷으로, +10nm∼+15nm이내의 샷인 경우, 제2 이미지 샷으로, -5nm∼-10nm이내의 샷인 경우, 제3 이미지 샷으로, -10nm∼-15nm 이내의 샷인 경우, 제4 이미지 샷으로 설정한다.

이와 함께, 식각 장비의 식각 특성에 의한 이미지 변화에 대한 정보를 반영한다. 예컨대 선택된 어느 식각 장비의 식각 특성이 웨이퍼 중심 영역보다 가장자리에 형성된 패턴의 선폭이 10nm정도 작은 경우, 이를 고려하여 노광에서의 이미지 샷을 설정한다. 이러한 정보를 통해 제5 이미지 이후의 샷을 설정한다. 이어서, 상기 식각 장비에 대한 기준 정보에 의거 상기 각 이미지에 대한 노광 조건, 예컨대 노광 시간이나 노광의 세기를 설정한다.

다음에는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 이미지 보정 시스템(350)을 통해 이미지가 결정되는 과정을 설명한다.

도 4는 계측 설비(400)로부터 이미지 보정 시스템(350)에 전송된 샷 영역별현상 후 검사에서 측정된 선폭 분포를 나타낸다. 여기에 식각 장비의 식각 특성, 예컨대 웨이퍼 가장자리에서의 선폭이 다른 영역에 비해 10nm정도 작은 사실을 반영하면, 도 5에 도시한 바와 같이 웨이퍼 가장자리의 선폭을 10nm 정도 증가시킨 선폭 분포가 만들어진다.

이어서, 선폭 그룹별로 이미지 샷을 설정함으로써 도 6에 도시한 바와 같은 이미지 맵이 결정된다. 곧, 선폭이 245nm∼255nm인 영역은 메인 샷 영역으로, 256nm∼265nm인 영역은 제1 이미지 샷영역으로, 266nm∼275nm인 영역은 제2 이미지 샷영역으로, 235nm∼244nm인 영역은 제3 이미지 샷영역으로, 225nm∼234nm인 영역은 제4 이미지 샷영역으로 설정한다.

이후, 이미지 보정 시스템(350)은 도 6의 이미지 맵에 따라 각 샷영역별 진행 조건을 설정한 다음, 상기 이미지 맵과 상기 진행 조건을 노광 장비(300)로 전송한다.

이와 같이, 이미지 보정 시스템(350)은 기본 기능으로써, 입력된 현상 후 측정된 풀 샷 선폭을 적절한 레벨로 구분할 수 있는 기능과, 상기 현상 후 측정된 풀 샷 선폭과 세정 후 측정된 풀 샷 선폭을 갖고 스큐를 검증할 수 있는 기능과, 분석된 이미지 맵을 노광장치에 직접 명령을 내릴 수 있는 기능을 갖고 있다.

또한, 이러한 이미지 보정 시스템(350)은 기본 정보로써 각 노광 장비에 대한 노광 시간에 따른 선폭 변화량에 대한 정보 및 각 식각 장비에 대한 선폭 분포의 특성에 대한 정보에 대한 데이터베이스를 구비하고, 각 노광 장비에 대한 기본 선폭 분포 특성에 대한 정보를 갖고 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 노광 장비로써 스텝퍼외에 스캐너를 사용할 수도 있고, SEM외의 다른 선폭 계측 장비를 이용할 수도 있을 것이다. 또, 현상 후 검사에서 측정한 선폭에 대한 데이터와 세정 후 검사에서 측정된 선폭에 대한 데이터를 동시에 이미지 보정 시스템에 전송하지 않고, 각 단계에서의 측정과 동시에 전송할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 현상 후의 풀 샷 선폭의 측정에서부터 식각을 실시한 다음 세정 후의 풀 샷 선폭 측정과 상기 두 측정 결과를 비교 분석하는 것과 이에 따른 노광 조건의 변경을 모두 자동화함으로써, 이미지 보정을 자동적으로 실행할 수 있다. 따라서, 작업자에 따른 선폭 변화를 방지할 수 있어, 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭 분포를 개선할 수 있다. 곧, 균일한 선폭 분포를 얻을 수 있다. 또, 식각 설비에 대한 특성 데이터를 이미지 보정 시스템에 기억시켜 둠으로써 해당 식각 장비를 이용할 때는 기 기억된 특성 데이터를 이용하면되므로 선폭 분포를 적극적으로 개선할 수 있다.

Claims (4)

1. 현상 후 검사에서 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 선폭을 측정하는 제1 단계;

   상기 감광막 패턴을 이용하여 그 하부에 형성된 하부 물질막을 식각하는 제2 단계;

   상기 감광막 패턴을 제거한 다음, 세정 후 검사에서 상기 식각된 하부 물질막의 선폭을 측정하는 제3 단계;

   상기 현상 후 측정한 선폭과 상기 세정 후 측정한 선폭에 대한 데이터를 노광 장치와 상기 선폭 계측 장비 사이에 구비된 이미지 보정 시스템에 입력하여 분석하는 제4 단계; 및

   상기 이미지 보정 시스템의 상기 입력 데이터에 대한 분석 결과에 따라 노광 조건을 변경하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선폭에 대한 데이터를 구하는 과정과 이를 상기 이미지 보정 시스템에 전송하는 과정과 상기 분석 결과에 따라 상기 노광 조건을 변경하는 과정은 자동적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법.
3. 현상 후 검사에서 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 선폭을 측정하는 제1 단계;

   상기 선폭 측정 결과를 후속 식각에 사용될 식각 장비의 식각 특성 데이터가 저장되어 있는 이미지 보정 시스템에 전송하여 분석하는 제2 단계; 및

   상기 분석 결과에 따라 노광 조건을 변경하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 단계는 작업자에 의한 에라를 방지하기 위해 자동화 한 것을 특징으로 하는 이미지 보정 방법.

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