KR100809955B1

KR100809955B1 - 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법

Info

Publication number: KR100809955B1
Application number: KR1020010074098A
Authority: KR
Inventors: 김홍석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2008-03-06
Also published as: US6753120B2; KR20030043108A; US20030098977A1

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 각 쇼트에 대한 미스얼라인 정도를 색인(index)화 하여 오버레인 불량 여부의 판정의 정밀도를 높이도록 하는 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 관한 것으로서, 이에 대한 방법은, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대하여 전사된 각 패턴 이미지의 오버레이 상태를 계측하는 단계와; 계측된 각 쇼트 영역의 각 미스얼라인 량으로부터 오버레이 불량으로 판정되는 쇼트의 개수를 파악하는 단계와; 상기 오버레이의 불량으로 판별되는 쇼트 영역의 개수를 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 개수에 대하여 백분율로 계산하는 단계 및 상기 백분율 값을 설정 비율에 비교하여 재작업 여부를 판별하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이에 따르면, 계측된 샘플링 쇼트의 미스얼라인 량으로부터 계측되지 않은 나머지 쇼트까지 미스얼라인을 추정하여 구하고, 또 이를 통해 각 쇼트의 오버레이 불량 여부를 판정할 수 있으며, 이를 조합한 불량률을 통해 재작업 여부의 판정이 짧은 시간에 용이하게 구하여 짐에 따라 반도체장치 제조에 따른 시간의 단축이 있고, 작업자의 판단 개입이 배제되어 판정의 신뢰성이 높아지며, 또 이를 통한 재작업 비용이 절감과 제조수율이 향상되는 효과가 있다.

포토리소그래피, 얼라인, 오버레이, 미스얼라인, 오버레이 변수

Description

포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법{align measuring method of photo-lithography fabrication}

도 1 내지 도 3은 오버레이 계측 결과에 따른 미스얼라인 량으로부터 각 쇼트의 좌표에 대한 오버레이 변수 관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 각 오버레이 변수를 조합 합성하여 나타낸 평면도이다.

도 5는 불균일한 오버레이 변수 관계에 의해 나타나는 미스얼라인 관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 6은 계산식을 통해 얻어진 각 쇼트 영역에 대한 통계적 의미의 각 오버레이 변수 관계를 3차원 공간으로 시각화한 일 예의 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 대한 순서도이다.

도 8은 도 7에서의 얼라인 세팅에 대하여 변형예를 나타낸 순서도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 대한 순서도이다.

도 10은 도 9에서의 얼라인 세팅에 대하여 변형예를 나타낸 순서도이다.

본 발명은 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 각 쇼트에 대한 미스얼라인 정도를 색인(index)화 하여 오버레인 불량 여부의 판정의 정밀도를 높이도록 하는 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 관한 것이다.

일반적으로 포토리소그래피(photo-lithography) 공정은 복수 레티클(reticle)에 형성된 각기 다른 패턴 이미지(pattern image)를 웨이퍼 상에 전사시키기 위한 것으로서, 이들 패턴 이미지는 식각 또는 막 증착 등의 다른 공정 수행과 함께 웨이퍼 상에 순차적으로 전사되어 조합됨으로써 요구되는 회로패턴을 이루게 된다.

이러한 포토리소그래피 공정에 있어서 중요한 관리 항목으로는 정밀한 회로패턴의 디자인과 회로패턴을 이루는 각기 다른 패턴 층이 상호 정확하게 얼라인(align)되어 중첩될 것 즉, 정확히 오버레이(overlay) 될 것 등을 들 수 있다.

현재에 있어서도 오버레이의 관리항목에 대하여 레티클의 패턴을 개정한다든지 포토레지스트(photoresist)를 변경하는 등 더욱 집적화되고 보다 정밀도가 높은 회로패턴을 구현하기 위해 많은 한계에 도전하고 있는 실정이다.

여기서, 패턴의 크기는 설비의 사양과 포토레지스트에 의해 거의 결정이 되 지만 각 패턴 이미지의 오버레이는 정기적인 예방 보전이라든지 계측기의 발달에 의해서 끊임없이 개선될 것이 요구되고 있다.

오버레이 관리의 궁극적인 목적은, 전사된 패턴 이미지에 의한 패턴층이 기존 패턴층과 가능한 정확하게 중첩되게 하기 위한 것으로서, 이 오버레이이의 계측을 통해 현상을 포함한 계속적인 공정의 진행 또는 기존 패턴의 얼라인 오차(misalign:미스얼라인)를 보정하기 위한 자료 및 재작업(rework) 여부 등을 판단하기 위한 기준을 구하기 위한 것이다.

따라서, 오버레이는 정확한 자료가 요구되지만 이에 대한 문제점으로는, 패턴 이미지를 전사하는데 기준이 되는 얼라인마크(align-mark)가 각 설비에서 그 형성 관계가 다르고, 또 동일 얼라인마크에 대해서도 각 설비별로 검출 결과가 다르게 나타난다는 점을 들 수 있으며, 무엇보다 가장 큰 문제는 각 쇼트 영역에 대한 선형적·비선형적 요소가 혼재된 파라미터(parameter)를 이용함에 그 이유가 있다고 할 것이다.

여기서, 상술한 선형 파라미터는, 웨이퍼 상의 기존 패턴에 대한 전사되는 레티클의 패턴 이미지의 x 축과 y 축 방향 오차 간격, 그 중심 위치로부터 가장자리의 확대 또는 축소 비율, 회전각 정도 등으로 구분된다.

그리고, 이들 선형적 파라미터와 공존하는 비선형적 파라미터는, 기존 패턴의 미스얼라인과, 얼라인마크의 정밀도, 계측설비의 오류 등을 들 수 있으며, 이들 각 선형적 또는 비선형적 파라미터는 웨이퍼 또는 레티클에 대하여 다시 분리 해석될 것이 요구된다.

이들 선형 또는 비선형 파라미터에 따른 종래의 오버레이 관리에 대하여 살펴보면, 먼저 웨이퍼의 각 쇼트 영역 또는 이를 대신하여 분포된 복수의 얼라인마크로부터 기존 패턴층에 대한 전사된 패턴 이미지의 오버레이 정도를 계측하게 된다.

이때 미스얼라인 량을 구하기 위한 계산은 웨이퍼 필드에 대한 계산과 레티클 필드에 대한 계산으로 각각 분리하여 실시하게 되고, 여기서의 계산은 계측된 동일 데이터를 가지고 수행하되 기준 좌표만이 웨이퍼 필드에 대한 계산일 경우에는 웨이퍼의 중심을 기준으로 하고, 레티클 필드에 대한 계산일 경우에는 레티클의 중심을 기준으로 수정하여 계산하게 된다.

이에 따른 웨이퍼 필드의 각 쇼트 영역에서의 미스얼라인 량과 레티클 필드에 대한 미스얼라인 량을 구하는 계산식은 여러 가지가 있겠으나, 여기서는 아래의 수학식 1과 수학식 2를 그 일 예의 계산식으로 하여 웨이퍼 필드 또는 레티클 필드에 대한 미스얼라인 량을 구하는 과정을 살펴보기로 한다.

Xraw = x축에 대한 계측된 미스얼라인 량

Yraw = y축에 대한 계측된 미스얼라인 량

x = 웨이퍼 중심으로부터 x축 방향 좌표상 거리

y = 웨이퍼 중심으로부터 y축 방향 좌표상 거리

a = 패턴 이미지의 x로부터 x축 방향으로의 이격 거리

b = 패턴 이미지의 x축 방향에 대한 확대 비율

c = 패턴 이미지의 y축에 대한 x축 방향으로의 회전각 기울기

d = 패턴 이미지의 y로부터 y축 방향 이격 거리

e = 패턴 이미지의 y축 방향에 대한 확대 비율

f = 패턴 이미지의 x축에 대한 y축 방향으로의 회전각 기울기

ε = 오차항(비선형적 성분)

위의 수학식 1에서 오차항(ε)의 제곱 값이 최소가 되도록 각 쇼트영역에 따른 a, b, c, d, e, f에 대하여 각각 편미분 하면, 다음의 수학식 2에서와 같이, 각 Xraw와 Yraw에 대한 각각 3개의 연립 방정식을 얻을 수 있다.

L = least-scale

다시 위의 연립방정식을 가우스 조던(Gauss-Jordan)의 소거법(elimination)을 사용하여서 풀면 각 쇼트영역에 대한 각각의 오버레이 변수 즉 수학식 1, 2에서의 a(1∼n), b(1∼n), c(1∼n), d(1∼n), e(1∼n), f(1∼n)를 구할 수 있게 된다.

여기서, 상술한 연립 방정식을 구하기 위해서는 다른 방식을 사용해도 무방한 것이다.

이에 따르면, 미스얼라인 량에 따른 각 오버레이 변수의 관계를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 수학식 1에서 지시하는 a와 d는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 x축과 y축 방향으로의 이격 거리(회귀식에 따른 x축과 y축 절편)로서 단순히 위치에 대한 미스얼라인인 경우 웨이퍼 내의 위치에 상관없이 미스얼라인 량의 합벡터를 이루며 일정하게 나타나게 된다.

또한, 수학식 1에서 지시하는 b와 e는, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 x축과 y축 방향에 대한 확대 비율(회귀식에 따른 확대·축소 비율)로서 웨이퍼의 중심 부위로부터 가장자리 방향으로의 이격된 정도에 따라 일정한 비례관계를 이루며 미스얼라인 량이 증가 또는 감소되는 상태로 나타나게 된다.

수학식 1에서 지시하는 c와 f에 대해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 회귀식에 따른 y축에 대한 x축 방향으로의 회전각 기울기로서 웨이퍼의 중심 부위로부터 가장자리 방향으로의 이격된 정도에 따라 일정한 비례관계를 이루며 증가 또는 감소하는 정도가 있게 되고, 이때 그 값이 (+)로 표시될 경우 반시계 방향을 의미하 게 된다.

그리고, 상술한 도 1 내지 도 3에 도시된 각 파라미터를 조합하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같은 형상으로 나타나게 된다.

이러한 결과를 통해 작업자는 각 쇼트 영역에 대한 미스얼라인 량이 설정된 범위 내에 있는지 여부를 확인하게 되고, 이에 대하여 이후의 공정 진행 여부를 판단하게 된다.

여기서, 상술한 공정 진행의 여부는, 가능한 미스얼라인 량을 최소화하기 위한 것임에 따라 보정이 요구되는 것에 대하여는 각 쇼트 영역에 대한 각각의 계측된 미스얼라인 량의 통계치를 보정의 데이터로 활용하게 된다.

또한, 도 4에 도시된 A 영역은 그 미스얼란인 정도가 설정 범위 내에 있는 것으로 하고, 상대적으로 B 영역은 미스얼라인 정도가 설정 범위를 벗어난 것이라 할 때 A 영역 내의 각 쇼트 영역 부위 개수가 전체 쇼트의 개수에 비교하여 설정 비율 이상의 개수로 판단될 경우 현상 공정을 포함한 계속적인 공정 진행으로 결정하게 되고, 그 비율이 설정 비율 이하로 판단될 경우 이에 대한 미스얼라인 량을 그 보정 값으로 하여 재작업을 시행토록 결정하게 된다.

이에 더하여 도 5는 상술한 계산식을 통해 얻어진 각 쇼트 영역에 대한 통계적 의미의 각 오버레이 변수 관계를 3차원 공간으로 시각화한 일 예로서, x, y축은 각각 쇼트 영역의 좌표에 따른 웨이퍼 센터로부터의 거리이고, z축은 실측에 의한 x축 또는 y축 방향의 미스얼라인 량이다.

이때 z축과의 절편이 x축 또는 y축에 대한 오차 거리이고, x축 방향으로의 기울기는 x축 방향으로의 확대 비율과 y축 방향으로의 회전각을 의미하며, 또 y축 방향으로의 기울기는 x축 방향으로의 회전각과 y축 방향으로의 확대 비율을 의미하게 된다.

또한, h와 ℓ은 미스얼라인 량의 설정 범위를 의미하고, 그 사이에 표현된 원반 형상의 T는 어느 하나의 쇼트 영역에 대한 계측된 미스얼라인 량을 의미하게 되며, T에 있어서 미스얼라인 량의 설정 범위(h or ℓ)를 넘어선 t' 부위는 도 5에 지시된 B 영역과 같은 의미로서 오버레이의 불량을 의미하게 된다.

그러나, 각각의 오버레이 변수(a, b, c, d, e, f)는 각 쇼트 영역에 대하여 일정한 값으로 나타나지 않으며, 이들 각 오버레이 변수를 이용하여 각 쇼트 영역의 미스얼라인 량을 살펴보면 그 일 예로서 도 6에 도시된 바와 같은 형상으로 나타나는 경우가 발생된다.

이러한 경우 통계적 미스얼라인 량은 설정 범위 내에 있다고 할지라도 각 쇼트 영역에 있어서의 오버레이 변수들은 각각의 설정 범위를 벗어나는 것이 있게 되고, 이것은 오버레이 불량으로 있게 되는 쇼트 영역의 개수가 설정 비율 이상으로 존재할 수 있는 것이다.

이때 각 쇼트 영역 중 설정 범위를 벗어나는 쇼트 영역의 개수 즉, 재작업 여부를 판별하기 어려움이 있을 뿐 아니라 그 보정의 자료로 활용하기 어려움 관계를 갖게 된다.

그리고, 그 보정의 자료로서 활용함에 있어서도, 각 쇼트 영역에 대한 각각의 오버레이 변수(a, b, c, d, e, f)는 상호간의 상관 관계가 존재하기 때문에 각 각에 대하여 정확한 보정 값을 부여하기 어려움이 있다.

이에 따라 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대한 미스얼라인 량의 설정 범위는, 상술한 바와 같이, 통계적 데이터에 의한 해석이 어렵고 분석에 대한 많은 시간이 소요되며, 설정 범위가 필요 이상으로 협소하여 오버레이 불량 여부에 대한 판정이 부정확함을 의미하고, 각각에 대한 오버레이 변수를 이용한 보정 또한 명확하게 제시하기 어려움이 있음으로 작업자의 판단이 개입되는 사례가 빈번하게 발생된다.

이것은 작업자의 판정에 따른 불필요한 시간 소요를 야기하게 되고, 판정 또한 경험에 의해 이루어짐에 따라 그 신뢰도가 저하되며, 작업자의 판정 오류 즉, 양호한 것을 불량한 것으로 또는 불량한 것을 양호한 것으로 잘못 판정할 경우 재작업률의 증대와 제조수율이 저하되는 문제가 발생된다.

한편, 레티클 필드의 계산은, 앞서 설명한 바와 같이, 기본적으로 웨이퍼 필드에 대한 계산 방식과 동일하지만 다른 점은 실측에 대한 좌표 위치를 레티클 중심으로 변환한 것이고, 계산에 적용하기 이전에 웨이퍼의 오차 값 성분을 제거한 후 계산하게 된다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 노광에 따른 얼라인 불량의 정도를 나타내는 계산식을 통해 웨이퍼 상에서 공정 불량이 야기될 수 있는 비율을 용이하게 확인토록 하여 작업자에 의한 판단 개입을 줄이고, 재작업 또는 공정 진행 여부를 판단하기 용이하도록 하여 불필요한 재작업률 을 줄이도록 하는 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법은, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대하여 전사된 각 패턴 이미지의 오버레이 상태를 계측하는 단계와; 계측된 각 쇼트 영역의 각 미스얼라인 량으로부터 오버레이 불량으로 판정되는 쇼트의 개수를 파악하는 단계와; 상기 오버레이의 불량으로 판별되는 쇼트 영역의 개수를 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 개수에 대하여 백분율로 계산하는 단계 및 상기 백분율 값을 설정 비율에 비교하여 재작업 여부를 판별하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법은, 웨이퍼의 전체 쇼트 영역으로부터 소정 개수로 샘플링된 쇼트 영역 각각에 대하여 전사되는 패턴 이미지의 오버레이 상태를 계측하는 단계와; 계측된 미스얼라인 량으로부터 샘플링된 쇼트 영역에 대한 각각의 오버레이 변수를 구하는 단계와; 샘플링된 쇼트 영역의 미스얼라인 정도로부터 각각의 오버레이 변수를 구하고, 이들 오버레이 변수로부터 샘플링에서 제외된 나머지 쇼트 영역 각각에 대한 미스얼라인 정도를 추정하는 단계와; 샘플링된 쇼트 영역의 미스얼라인 정도와 샘플링에서 제외된 나머지 쇼트 영역의 추정된 미스얼라인 정도로부터 오버레이 불량으로 판정되는 각 쇼트의 개수를 파악하는 단계와; 오버레이 불량으로 파악된 쇼트 영역의 개수를 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 개수에 대하여 백분율로 계산하는 단계 및 상기 백분율 값을 설정 비율에 비교하여 재작업 여부를 판별하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 쇼트 영역에 대한 계측은, 기존 패턴층에 따른 상기 어느 하나의 쇼트 영역에 대한 중심 좌표와 각 모서리 좌표에 대응하여 전사되는 패턴 이미지의 중심 좌표와 각 모서리 좌표를 각각 구분 비교하여 각각의 미스얼라인 정도를 구하도록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 오버레이 불량은, 기존 패턴층에 따른 상기 어느 하나의 쇼트 영역에 대한 중심 좌표와 각 모서리 좌표에 각각 대응하여 전사되는 패턴 이미지의 중심 좌표와 각 모서리 좌표를 각각 구분 비교하여 구하여진 각 미스얼라인 량 중 어느 하나의 미스얼라인 량이 설정 범위를 벗어난 것이 있는 상기 쇼트 영역의 것을 결정토록 함이 바람직하다.

한편, 샘플링에 의한 나머지 쇼트 영역의 미스얼라인 량은, 근접된 샘플링된 쇼트 영역에 대한 오버레이 변수를 포함한 미스얼라인 량의 계산 값으로부터 각각의 좌표 값을 대입하여 구할 수 있다.

또한, 전체 쇼트 영역에 대한 각 선형적·비선형적 미스얼라인 성분을 데이터로서 저장하고, 이들을 통계적으로 계산하여 다음 노광에 대한 얼라인 보정값으로 활용토록 함이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피 공정을 수행하기 위해 투입되는 웨이퍼는 그 전면에 포토레지스트가 도포된 상태로 패턴 이미지를 갖는 레티클과 함께 소정의 얼라인 과정을 거쳐 광원 등의 수단을 통해 노광 과정을 수행하게 되고(ST102), 이후 전사된 패턴 이미지가 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대응하여 정확하게 오버레이 되었는지 여부를 계측하는 과정을 거치게 된다(ST104).

이러한 계측 과정의 결과인 미스얼라인 량으로부터 각 쇼트 영역에 대한 각각의 오버레이 변수를 구하게 되고(ST106), 이때 각 쇼트 영역은 웨이퍼 상에 중심과 네 개의 모서리가 모두 존재하는 것만을 말하며, 이들 각 쇼트에 대응하는 오버레이 변수는 하나의 쇼트에 대하여 다섯 개의 포인트 즉, 중심과 네 개의 모서리 좌표 값으로 규정할 때 이들 각 포인트에 따른 기존 패턴층과 전사된 패턴 이미지의 미스얼라인 량으로부터의 회귀식(수학식 1과 수학식 2)에 따른 각각의 함수 값을 의미한다.

이를 통해 얻어진 각 쇼트 영역의 미스얼라인 량과 그에 대한 오버레이 변수를 각 쇼트 영역의 좌표 값과 함께 데이터로서 저장된다(ST108).

이렇게 판정된 결과로부터 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역 중 오버레이 불량으로 판정되는 쇼트의 개수를 파악하게 되고(ST110), 이것은 다시 웨이퍼 상의 전체 쇼트 개수로 나누어 백분율로 계산하게 되면 웨이퍼에 대한 불량률(Misalign Information Percentage: 이하, MIP라 함)을 구할 수 있게 된다(ST112).

다시 이렇게 구해진 MIP는, 그 값이 작을 수록 제조 수율이 향상됨을 나타내며, 이를 통해 오버레이 계측된 웨이퍼에 대한 재작업(rework) 여부를 결정하는 판 단 요소로서 작용하게 된다.

이때 재작업 여부의 결정은 MIP 값을 이미 정해 놓은 설정 비율에 대비하게 됨으로써 이루어지며(ST114), 그 값이 제로에 가까울수록 더 이상 재작업이 필요 없게 됨으로써 동일 공정을 수행한 다른 웨이퍼에 대하여 그 얼라인을 유지시키도록 얼라인 값을 세팅하고(ST120), 이어 현상 등의 공정으로 진행을 결정하게 된다.

그리고, 상술한 얼라인 값의 세팅은, 그 제조 수율을 보다 향상시키기 위한 것으로서, 그 결정에 신중을 기하도록 함이 요구되고, 이에 대하여 도 8에 도시된 바와 같이, 얼라인 세팅 과정은, MIP 값이 보다 협소한 설정 비율 내에 있는지 여부를 판단하고(ST122), 그 보정이 가능한 것으로 판단될 경우 얼라인 값을 다시 보정토록 하는 과정(ST124)을 적어도 일회 이상 수행하게 되며, 그 결과가 오히려 MIP 값을 증대시키는 것으로 나타날 경우 최초의 얼라인 값으로 유지시켜 그 이후의 공정을 진행토록 하게 된다.

여기서, 상술한 MIP 값이 설정 비율 이상으로 높게 나타날 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 저장된 오버레이 변수에 대한 데이터를 통계적으로 계산 이용하여 얼라인 값을 보정하게 되고(ST130), 오버레이 계측된 현재의 웨이퍼는 도포된 포토레지스트의 스트립 과정과 세정 및 다시 포토레지스트를 도포하는 일련의 재작업 과정(ST132)을 거쳐 상술한 얼라인 계측 과정을 반복 수행하게 된다.

한편, 상술한 과정에 있어서, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역의 개수는 정도 이상으로 많으며, 이것은 다시 오버레이 계측에 대한 작업 시간의 지연이 있게 되고, 이에 대하여 도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예의 오버레이 계측 과정을 나타 낸 것이고, 이하에 본 발명의 다른 실시예에 대하여 도 9와 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.

포토리소그래피 공정을 수행하기 위해 투입된 웨이퍼는 그 전면에 포토레지스트가 도포된 상태로 패턴 이미지를 갖는 레티클과 함께 소정의 얼라인 과정을 거쳐 광원 등의 수단을 통해 노광 과정을 수행하게 되고(ST202), 이후 전사된 패턴 이미지가 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대응하여 정확하게 오버레이 되었는지 여부를 계측은 웨이퍼의 각 쇼트 영역 중 특정의 쇼트 영역을 샘플링하여 그에 대한 얼라인 계측을 수행하게 된다(ST204).

이러한 계측 과정의 결과를 토대로 샘플링된 각 쇼트 영역에 대한 각각의 오버레이 변수를 계산하여 구하게 되고(ST206), 이때 각 쇼트 영역의 각 쇼트는 웨이퍼 상에서 중심과 네 개의 모서리가 모두 존재하는 것만을 말한다.

또한, 이들 각 쇼트에 대응하는 오버레이 변수는, 하나의 쇼트를 다섯 개의 포인트 즉, 중심과 네 개의 모서리에 대한 좌표로 규정할 때 이들 각 포인트에 따른 기존 패턴층과 전사된 패턴 이미지의 미스얼라인 량으로부터의 회귀식(수학식 1과 수학식 2)에 의해 구하여진 각 함수 값을 의미하며, 이들 각 오버레이 변수는 대응하는 샘플링 쇼트의 좌표 값과 함께 데이터로서 저장된다.

샘플링되지 않은 나머지 쇼트 영역의 미스얼라인 량은, 샘플링된 각 쇼트 중 근접하는 적어도 하나 이상의 쇼트에 대한 미스얼라인 량을 구하는 회귀식(수학식 1)에 나머지 쇼트 영역의 좌표 값을 대입함으로써 그 값을 추정하여 구하고(ST208), 이것을 다시 샘플링에서 벗어나 나머지 각 쇼트의 좌표값과 함께 미스얼라인 량에 따른 오버레이 변수 값을 데이터에 저장하게 된다.

이를 통해 얻어진 웨이퍼 전역의 각 쇼트에 대한 미스얼라인 량이 구하여 지면, 이들 각각에 대하여 다시 오버레이 여부를 각각 판정하게 되고, 이에 따라 오버레이 불량으로 판정된 쇼트의 개수를 파악하게 된다(ST210).

이러한 과정을 통해 구하여진 불량 쇼트의 개수를 웨이퍼 상의 정상적인 전체 쇼트의 개수로 나누어 백분율로 나타내면 불량률(이하, MIP'라 함)을 구할 수 있게 되고(ST212), 이 MIP'가 설정 비율 이내에 있을 경우 지금까지의 얼라인 값을 세팅하여 동일 공정을 수행한 다른 웨이퍼에 대하여 얼라인 및 노광 과정을 수행할 수 있도록 함과 동시에 현상 등의 공정을 포함한 이후의 공정을 진행하게 된다.

여기서, 얼라인 값 세팅에 대하여 MIP'의 값을 보다 최소인 상태로 형성하기 위해서는, 도 10에 도시되고 앞서 설명된 바와 같이, MIP' 값이 보다 협소한 설정 비율 내에 있는지 여부를 판단하고(ST222), 그 보정이 가능한 것으로 판단될 경우 얼라인 값을 다시 보정토록 하는 과정(ST224)을 적어도 일회 이상 수행하게 되며, 그 결과가 오히려 MIP' 값을 증대시키는 것으로 나타날 경우 최초의 얼라인 값으로 유지시켜 그 이후의 공정을 진행토록 하게 된다.

한편, 상술한 MIP' 값이 설정 비율을 초과하는 것으로 높게 나타날 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 저장된 오버레이 변수에 대한 데이터를 이용하여 얼라인 값을 재 보정하게 되고(ST230), 오버레이 계측된 현재의 웨이퍼는 도포된 포토레지스트의 스트립 과정과 세정 및 다시 포토레지스트를 도포하는 일련의 재작업 과정(ST232)을 거쳐 상술한 과정을 반복 수행하게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 계측된 샘플링 쇼트의 미스얼라인 량으로부터 계측되지 않은 나머지 쇼트까지 미스얼라인을 추정하여 구하고, 또 이를 통해 각 쇼트의 오버레이 불량 여부를 판정할 수 있으며, 이를 조합한 불량률을 통해 재작업 여부의 판정이 짧은 시간에 용이하게 구하여 짐에 따라 반도체장치 제조에 따른 시간의 단축이 있고, 작업자의 판단 개입이 배제되어 판정의 신뢰성이 높아지며, 또 이를 통한 재작업 비용이 절감과 제조수율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 대하여 전사된 각 패턴 이미지의 오버레이 상태를 계측하는 단계와;

계측된 각 쇼트 영역의 각 미스얼라인 량으로부터 오버레이 불량으로 판정되는 쇼트의 개수를 파악하는 단계와;

상기 오버레이의 불량으로 판별되는 쇼트 영역의 개수를 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 개수에 대하여 백분율로 계산하는 단계 및

상기 백분율 값을 설정 비율에 비교하여 재작업 여부를 판별하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법.
웨이퍼의 전체 쇼트 영역으로부터 소정 개수로 샘플링된 쇼트 영역 각각에 대하여 전사되는 패턴 이미지의 오버레이 상태를 계측하는 단계와;

계측된 미스얼라인 량으로부터 샘플링된 쇼트 영역에 대한 각각의 오버레이 변수를 구하는 단계와;

샘플링된 쇼트 영역의 미스얼라인 정도로부터 각각의 오버레이 변수를 구하고, 이들 오버레이 변수로부터 샘플링에서 제외된 나머지 쇼트 영역 각각에 대한 미스얼라인 정도를 추정하는 단계와;

샘플링된 쇼트 영역의 미스얼라인 정도와 샘플링에서 제외된 나머지 쇼트 영 역의 추정된 미스얼라인 정도로부터 오버레이 불량으로 판정되는 각 쇼트의 개수를 파악하는 단계와;

오버레이 불량으로 파악된 쇼트 영역의 개수를 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 개수에 대하여 백분율로 계산하는 단계 및

상기 백분율 값을 설정 비율에 비교하여 재작업 여부를 판별하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법.
제 2 항에 있어서,

상기 쇼트 영역에 대한 계측은, 기존 패턴층에 따른 상기 어느 하나의 쇼트 영역에 대한 중심 좌표와 각 모서리 좌표에 대응하여 전사되는 패턴 이미지의 중심 좌표와 각 모서리 좌표를 각각 구분 비교하여 각각의 미스얼라인 정도를 구하는 것을 특징으로 하는 상기 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법.
제 2 항에 있어서,

상기 오버레이 불량은, 기존 패턴층에 따른 상기 어느 하나의 쇼트 영역에 대한 중심 좌표와 각 모서리 좌표에 각각 대응하여 전사되는 패턴 이미지의 중심 좌표와 각 모서리 좌표를 각각 구분 비교하여 구하여진 각 미스얼라인 량 중 어느 하나의 미스얼라인 량이 설정 범위를 벗어난 것이 있는 상기 쇼트 영역의 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 상기 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법.
제 2 항에 있어서,

샘플링에 의한 나머지 쇼트 영역의 미스얼라인 량은, 근접된 샘플링된 쇼트 영역에 대한 오버레이 변수를 포함한 미스얼라인 량의 계산 값으로부터 각각의 좌표 값을 대입하여 구는 것을 특징으로 하는 상기 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법.
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