KR100724186B1 - Ａｐｃ 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이제어 방법 - Google Patents

Ａｐｃ 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정을 제어하는 APC(advanced process control) 시스템에서 배선 형성을 위한 포토 공정의 오버레이 제어 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 고집적화가 진행되고 있는 반도체 집적회로의 포토리소그라피 공정시, 이전 진행된 롯트에서의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입/출력값으로 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하는 APC 방법에서, 이전 포토공정 진행된 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만 아니라 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 반영한 가중 평균 산출을 통해 스텝퍼에서 새로이 포토공정이 진행되는 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하도록 함으로써, 포토공정에서 보다 정확한 오버레이 공정 제어를 수행할 수 있게 된다.
APC, 포토리소그라피, 롯트, 스텝퍼, 서브 레이어

Description

ＡＰＣ 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING OVERLAY ON PHOTO-LITHOGRAPHY STEP IN AN APC SYSTEM}
도 1은 종래 포토공정의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입력 예측값 예시도,
도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 반도체 소자 공정 제어를 위한 APC 시스템의 개략적인 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 동작 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 서브레이어 스텝퍼 입력값을 반영한 포토공정의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입력 예측값 예시도.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
200 : APC 서버 202 : 데이터 베이스
204 : GUI 206 : 스텝퍼 장비
208 : 측정 장비
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정을 제어하는 APC(advanced process control) 시스템에서 배선 형성을 위한 포토 공정의 오버레이 제어(Overlay control) 방법에 관한 것이다.
통상적으로 SPC(statistical process control)를 이용한 공정 제어 방법이 0.25μ 이상의 공정에서는 안정된 제어를 가능하게 해주었지만, 최근 들어, 트랜지스터(transistor) 소자 뿐만 아니라 금속 배선의 미세화 및 다층화 요구에 따라 반도체 디바이스(device)의 사이즈(size)는 점점 작아지기 시작하면서 포토리소그라피(photo-lithography) 공정의 경우 Overlay와 CD(critical dimension)의 관리 기준이 매우 엄격해지고 있다.
따라서 이를 맞추기 위한 방법으로 고급 프로세스 제어(advanced process control: APC) 방법이 널리 사용되고 있다. 위와 같은 종래 APC 방법에서는 포토 공정의 Overlay를 원하는 목표치(target)에 맞추어 주고 자동적으로 관리하기 위해서, 이전 진행된 웨이퍼 롯트의 공정 조건(history)을 통해 다음에 진행될 롯트의 스텝퍼 입력(stepper input)값을 예측하는 방법을 사용하고 있다.
이때 종래 APC를 이용한 스텝퍼 입력값 예측 방법에 있어서 가장 중요한 요소(factor)가 계산에 쓰이는 공정 조건(history)과 계산 알고리즘으로, 종래 APC 방법에서는 도 1에서 보여지는 바와 같이 이전 진행된 롯트의 스텝퍼(stepper) 입력(input)값과 오버레이(overlay) 계측값 및 가중 평균을 이용하여 다음에 진행될 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측하게 된다.
한편, 반도체 제조공정의 포토공정중에서 배선공정이 진행되는 후공정에서는 얼라인먼트 트리(alignment tree)가 서브 레이어(sub layer)-커런트 레이어(current layer)-포스트 레이어(post layer)의 구조를 가지고 있다. 즉, 커런트 레이어는 서브 레이어에 얼라인먼트(alignment)를 실시하고, 포스트 레이어는 커런트 레이어에 얼라인시키는 구조이다. 이렇게 진행되는 배선 공정의 패턴 형성 시에는 커런트의 오버레이가 서브 레이어의 영향을 받게된다.
따라서 종래 방법에서와 같이 커런트 레이어에서의 스텝퍼 입/출력값만을 고려한 스텝퍼 입력 예측값 만으로는 정확한 오버레이 제어(overlay control)를 할 수가 없게 되며, 이로 인해 오버레이 제어 정도의 저하가 발생하게 되고, 재작업(rework) 등의 추가 공수가 필요하게 되어 생산성 저하로 이어지는 문제점이 있었다. 또한 더 나아가서는 수율에 영향을 주는 오버랩 정도의 저하로 인한 반도체 제품의 품질 저하로 이어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정을 제어하는 APC(advanced process control) 시스템에서 배선 형성을 위한 포토 공정의 오버레이 제어(Overlay control) 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법으로서, (a)APC 방법을 통한 포토공정의 스텝퍼 입력값 예측 시 일정 수의 이전 웨이퍼 롯트에서 수행된 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값을 읽어들이는 단계와, (b)상기 이전 웨이퍼 각 롯트의 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 읽어들여 상기 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값과 함께 평균 값으로 산출하는 단계와, (c)상기 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값이 반영된 평균 값을 상기 스텝퍼에서 새로이 포토공정 수행될 다음 롯트의 스텝퍼 입력값으로 생성하는 단계와, (d)상기 스텝퍼 입력값을 상기 스텝퍼 장비로 제공하여 새로이 포토공정 수행할 상기 롯트에 적용되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 APC 시스템의 개략적인 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 2를 참조하여 APC 시스템의 각 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저 참조번호 (206), (208)은 APC 시스템에 연결되는 반도체 소자의 스텝별 단위 공정을 진행하는 반도체 장비 중 스텝퍼 장비(206)와 측정(CD, Overlay) 장비(208)를 나타낸다.
스텝퍼 장비(206)는 반도체 소자 제조를 위한 포토공정 중 노광공정에 사용되는 장치로서 웨이퍼와 레티클(reticle)을 정렬시킨 후, 레티클에 포함된 회로 패턴을 웨이퍼 위에 전사시키는 동작을 반복하며, APC(advanced process control) 서버(200)로부터 포토공정이 수행되는 웨이퍼 롯트에 필요한 Overlay 값을 제공받아 웨이퍼 상 레티클을 정렬시켜 노광공정을 수행하게 된다.
측정 장비(208)는, 상기 포토(photo-lithography) 공정을 통해 형성된 반도체 기판상 CD, Overlay를 측정하여 이를 APC 서버(200) 인가시킨다.
데이터 베이스(data base)(202)는 APC 시스템에서 공정 제어를 수행하는 반도체 소자의 스텝(step)별 단위 공정을 진행하는 다양한 반도체 장비의 공정조건 데이터를 저장하고 있으며, 포토공정 제어를 위한 노출(expose), CD 값 및 포토공정 중 스텝퍼 장비(206)에서의 노광공정 제어를 위한 오버레이 값 등의 포토공정 조건 데이터를 저장하고 있다.
APC 서버(200)는 반도체 소자의 스텝(step) 별 단위 공정을 진행하는 다양한 반도체 장비들 즉, 예를 들면, 스텝퍼(stepper), 에칭(etching), 측정(measure), 확산(diffusion), 코팅(coating), 산화, 세정(clean), 애싱(ashing) 등을 수행하는 반도체 장비들(209)에 연결되어 각 반도체 소자 단위 공정을 제어하는 공정 제어 데이터를 제공하고, 공정을 관리한다.
또한 본 발명에 따른 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 시에는 이전 포토공정 진행된 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만 아니라 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 반영한 가중 평균 산출을 통해 스텝퍼에서 새로이 포토공정이 진행되는 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하도록 함으로써, 포토공정에서 보다 정확한 오버레이 공정 제어를 수행할 수 있게 된다.
GUI(graphic user interface)(204)는 사용자 인터페이스 장치로 APC 시스템에서 공정 제어를 하고 있는 반도체 소자 장비들의 공정 상태를 디스플레이하여 사용자가 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 APC 시스템에서 포토공정의 CD를 제어하는 공정처리 흐름을 도시한 것이다. 이하 상기 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저 APC 서버(200)는 포토공정에 대한 APC 방법을 통한 포토공정에서의 오버레이 제어가 선택되는 경우(S300) 데이터 베이스(202)로부터 이전 롯트들에서의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼의 입/출력(input/output) 값을 검출하고(S302), 또한 본 발명에 따라 상기 커런트 레이어(current layer)의 이전 포토 공정층인 서브 레이어(sub layer)에서의 스텝퍼 입력값도 검출하게 된다(S304).
이는 APC 방법에서 이전 롯트들에서의 스텝퍼 입/출력(input/output)값을 통해서 다음에 진행될 웨이퍼 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측하기 위한 것으로, 상기 이전 롯트들에 대한 스텝퍼의 입/출력값은 도 4에서 보여지는 바와 같이 종래 커런트 레이어(current layer)에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만 아니라 상기 커런트 레이어의 이전 포토 공정층인 서브 레이어(sub layer)에서의 스텝퍼(stepper) 입력값도 포함하게 된다.
이어 APC 서버(200)는 상기 데이터 베이스(202)로부터 검출된 이전 롯트들의 커런트 레이어의 스텝퍼 입/출력값과 서브 레이어 스텝퍼 입력(input)값을 평균(average)하여 다음 포토공정 수행되는 롯트에의 스텝퍼 입력값(recommend)으로 산출하게 된다(S306).
즉, 종래 포토공정 시 얼라인먼트 트리(alignment tree)는, 커런트 레이어는 서브 레이어에 얼라인먼트를 실시하고, 포스트 레이어는 커런트 레이어에 얼라인시 키는 구조로, 배선공정의 패턴 형성시 커런트 레이어의 오버레이가 서브 레이어의 영향을 받게 됨으로써, 이전 롯트들의 커런트 레이어에서의 스텝퍼 입/출력값만을 고려한 다음 롯트에 대한 스텝퍼 입력값 예측만으로는 정확한 오버레이 제어가 어려웠음은 전술한 바와 같다.
따라서 위와 같은 종래의 문제점을 방지하기 위해 본 발명에서는 상기 도 4에서와 같이 스텝퍼(stepper) 장비에서 다음 포토공정을 진행하는 롯트(lot)들에 대한 스텝퍼 입력값 예측 시 이전 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만아니라 서브 레이어(sub layer)에 대한 스텝퍼 입력(input)값까지 검출하여 서브 레이어의 스텝퍼 입력값이 다음 롯트에서의 스텝퍼 입력값 산출 시 반영되도록 한다.
그런 후, APC 서버(200)는 이전 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력(input/output)값 뿐만 아니라 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값까지 반영되어 산출된 최적화된 스텝퍼 입력값을 스텝퍼 장비에서 다음 포토공정이 수행되는 롯트의 스텝퍼 입력값으로 제공하여 보다 정확한 오버레이 제어가 수행될 수 있도록 한다(S308).
상기한 바와 같이 본 발명에서는 고집적화가 진행되고 있는 반도체 집적회로의 포토리소그라피 공정시, 이전 진행된 롯트에서의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입/출력값으로 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하는 APC 방법에서, 이전 포토공정 진행된 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만 아니라 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 반영한 가중 평균 산출을 통해 스텝퍼에서 새로이 포토공정이 진행되는 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하도록 함으로써, 포토공정에서 보다 정확한 오버레이 공정 제어를 수행할 수 있게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 고집적화가 진행되고 있는 반도체 집적회로의 포토리소그라피 공정시, 이전 진행된 롯트에서의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입/출력값으로 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하는 APC 방법에서, 이전 포토공정 진행된 롯트들의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값 뿐만 아니라 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 반영한 가중 평균 산출을 통해 스텝퍼에서 새로이 포토공정이 진행되는 다음 롯트의 스텝퍼 입력값을 예측 생성하도록 함으로써, 포토공정에서 보다 정확한 오버레이 공정 제어를 수행할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법으로서,
    (a)APC 방법을 통한 포토공정의 스텝퍼 입력값 예측 시 일정 수의 이전 웨이퍼 롯트에서 수행된 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값을 읽어들이는 단계와,
    (b)상기 이전 웨이퍼 각 롯트의 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 읽어들여 상기 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입/출력값과 함께 평균 값으로 산출하는 단계와,
    (c)상기 서브 레이어에 대한 스텝퍼 입력값이 반영된 평균 값을 상기 스텝퍼에서 새로이 포토공정 수행될 다음 롯트의 스텝퍼 입력값으로 생성하는 단계와,
    (d)상기 스텝퍼 입력값을 상기 스텝퍼 장비로 제공하여 새로이 포토공정 수행할 상기 롯트에 적용되도록 하는 단계
    를 포함하는 APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 포토공정 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입력값 예측 시, 5개의 이전 웨이퍼 롯트의 스텝퍼 입/출력값이 사용되는 것을 특징으로 하는 APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서, 상기 다음 포토공정 수행할 롯트의 오버레이 제어를 위한 스텝퍼 입력값은, 상기 이전 포토공정 수행된 웨이퍼 각 롯트의 커런트 레이어에 대한 스텝퍼 입력값에서 출력값을 감산하고, 상기 각 롯트의 서브레이어에 대한 스텝퍼 입력값을 가산한 값을 산출한 후, 각 롯트별 서브레이어의 스텝퍼 입력값이 가산된 값을 평균하여 생성하는 것을 특징으로 하는 APC 시스템에서 배선 형성을 위한 포토공정의 오버레이 제어 방법.
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