KR100816193B1 - 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

노광을 실시한 기판에 대한 측정에서 기준 이미지를 검사 장차의 저장소에 기록하는 단계, 노광을 실시한 기판에 대해 실제 패턴 검사를 실시하여 발생되는 검사 장비의 신호 파형에 의해 상기 기판의 패턴 이미지를 얻는 단계, 저장소에 기록된 상기 바람직한 이미지와 실제 패턴 검사를 실시하여 얻는 상기 패턴 이미지를 상호 비교하는 단계, 상기 비교에서 허용된 오차를 넘어서는 경우 후속되는 노광 공정의 진행을 멈추는 신호를 발생시키는 단계를 구비하여 이루어지는 노광 공정 검사 방법이 개시된다. 기판에 대한 실제 패턴 검사를 실시하는 검사 장비로는 셈(SEM) 장비가 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 노광 장비의 촛점 불량이나 기타 장비 이상으로 초래되는 노광 패턴 프로파일 불량을 SEM과 같은 검사 장비를 통해 바로 인식할 수 있게 된다. 따라서, 불량을 검출하여 해당 웨이퍼 랏(Lot)이 후속 공정으로 진행되는 것을 막을 수 있고, 최소의 피해 상태에서 노광 공정 재작업(REWORK)이 가능하도록 한다.

Description

반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법{Method of examining exposure process for semiconductor device fabrication}
도1은 기판의 패턴과 이 패턴에 대해 SEM 장비에서 발생시키는 신호 파형의 계를 나타내는 개념도이다.
도2는 노광 공정에서 얻는 패턴의 가장 이상적인 이미지와 실제로 SEM 장비를 통해 측정하여 얻어지는 패턴 이미지를 나타내는 평면도이다.
도3은 본 발명 방법의 일 실시예에 따른 공정 진행 각 단계를 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 반도체 장치 제조를 위한 공정 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치 제조를 위한 노광 검사 단계의 공정 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 반도체 기판을 이용하여 소자를 형성하고, 기판 위에 다수의 도체 및 부도체 층을 형성, 가공하여 다른 전기, 전자 소자 및 배선을 형성함으로써 이루어지는 회로 장치의 일종이다. 반도체 장치는 좁은 면적에 수많은 소자를 형성하는 집적회로 형태로 이루어질 수 있다. 이런 소자 고집적화는 많은 부분이 포토리소그래피 공정에 의해 이루어질 수 있다.
포토리소그래피에 사용되는 포토 마스크는 IC의 개별층에 대응하는 회로패턴을 포함한다. 이 회로 패턴은 감광성 물질(레지스트)층으로 코팅된 반도체 기판상의 다이와 같은 대상 영역으로 투영될 수 있다. 포토리소그래피를 사용하는 제조 프로세스에서, 포토 마스크의 패턴은 적어도 부분적으로 레지스트층으로 도포된 기판상에 투영되어 묘화된다. 묘화 단계(imaging step) 전후에 기판은 전처리(priming) 즉, 레지스트 코팅, 소프트 베이크와 같은 다양한 절차와 후처리 즉, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 측정/검사와 같은 절차를 거친다. 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은 개별층을 마무리하기 위한 다양한 프로세스를 거친다.
복수의 층에 대해 이런 포토리소그래피 작업이 반복될 수 있다. 결국, 디바이스가 기판(웨이퍼)상에 형성된다. 이들 디바이스는 서로 분리된 후에 패키징을 통해 완성된 반도체 장치를 이루게 된다.
포토리소그래피 공정의 일부를 이루는 측정/검사 과정은 기판에 노광 공정의 결과 형성된 포토레지스트 패턴이 하층과 정렬이 잘 되고, 선폭이 원하는 크기로 형성되었는지 'CD'를 측정하는 검사하게 된다.
통상적으로, 상기 설계규칙 제한을 "임계치수"(CD : Critical Dimensions)로 칭한다. 회로의 임계치수는 라인 또는 홀의 최소폭 또는 두개의 라인들 또는 두개의 홀들 사이의 최소간격으로 정의될 수 있다. 따라서, 상기 CD는 설계된 회로의 전체적인 크기 및 밀도를 결정한다.
마스크 패턴의 형성에는 일정 규칙이 적용된다. 대개 CAD 프로그램은 마스크 형성을 위해 미리 결정된 설계규칙의 세트(디자인 룰)를 가진다. 예를 들어, 설계규칙들은, 회로 디바이스들(게이트들, 캐패시터들 등과 같은) 또는 상호접속 라인들 사이의 간격 허용오차를 규정하여, 회로 디바이스들 또는 라인들이 바람직하지 않은 방식으로 상호 작용하지 않도록 한다. CD의 관리도 이러한 디자인 룰의 일부로서 이루어지게 된다.
CD 측정 과정을 살펴보면, 노광 및 현상이 끝난 기판을 셈(SEM:Scanning electron microscope) 장비에 넣고 측정을 위해 정해진 조건, 순서를 적용하면 원하는 위치로 기판이 이동되면서 미리 지정된 라인(Line), 공간(Space), 홀(Hole) 등의 패턴을 측정하게 된다. 측정은 자동 및 수동으로 진행될 수 있으며, 검사결과를 나타내는 화면상에 위치와 측정 이미지(image)가 나타나 오류 여부를 판정할 수 있다.
도1은 기판의 패턴과 이 패턴에 대해 SEM 장비에서 발생시키는 신호 파형의 계를 나타내는 개념도이다. SEM 장비는 측정시 발생되는 신호 파형(20)의 피크(peak) 치를 검출하여 그 패턴(10) 크기를 확인하게 된다. 이러한 피크 치 검출 정도는 장비의 설정치(parameter) 지정으로 가능하나 수동으로 검사할 때 확인되는 기판 프로파일(Profile) 이상 등의 문제는 자동으로 확인이 되지 않는다. 따라서, 프로파일 이상이 있는 경우에도 후속 공정 진행이 계속되어 문제가 될 수 있다.
한편, 노광 장비에서는 기판 노광을 할 때 지정된 동일 촛점 거리로만 노광 이 이루어져야 한다. 그러나, 실제 장비의 변이(variation), 기타 내부적, 외부적 요인에 의하여 촛점 불량이 발생 될 수 있다. 이런 촛점 불량은 공정 수율에 직접적인 영향을 미치며, 상당 부분 공정 진행이 계속된 뒤에 발견되는 경우가 많아 특히 문제된다.
본 발명은 노광 공정에 이은 검사 측정에서 CD를 SEM 장비로 측정할 때 기판 프로파일 이상을 검출할 수 있는 노광 공정 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 노광 공정에 이은 검사 측정에서 SEM 장비로 기판 프로파일에 따른 이미지를 검사하면서 자동으로 공정의 진행을 중단시킬 수 있는 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 적시에 노광 공정의 진행을 중단하고, 이상이 있는 부분을 찾아 공정 불량이 양산되는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 공정 검사 방법은,
노광을 실시한 기판에 대한 측정에서 기준 이미지를 검사 장차의 저장소에 기록하는 단계,
노광을 실시한 기판에 대해 실제 패턴 검사를 실시하여 발생되는 검사 장비의 신호 파형에 의해 상기 기판의 패턴 이미지를 얻는 단계,
저장소에 기록된 상기 바람직한 이미지와 실제 패턴 검사를 실시하여 얻는 상기 패턴 이미지를 상호 비교하는 단계,
상기 비교에서 허용된 오차를 넘어서는 경우 후속되는 노광 공정의 진행을 멈추는 신호를 발생시키는 단계를 구비하여 이루어진다.
본 발명에서 기판에 대한 실제 패턴 검사를 실시하는 검사 장비로는 셈(SEM) 장비가 사용될 수 있다.
본 발명에서 기준 이미지로는 검사 장비의 잡 파일(Job file) 측정시 가장 좋은 조건의 이미지를 사용할 수 있다.
본 발명의 상호 비교하는 단계에서는 기준 이미지와 실제 이미지의 크기 차이를 기준 이미지 크기로 나눈 퍼센트 비율 값을 도출하는 과정이 이루어지고, 셧 다운 신호를 발생시키는 단계에서는 상기 비율 값을 미리 정해진 허용가능한 비율 값과 비교하는 과정이 이루어질 수 있다.
본 발명에서 이미지를 상호 비교하는 단계에서는 주된 패턴의 크기(폭), 색, 패턴 양측에 형성되는 경사면(slop)의 위쪽에서 볼 때의 크기(폭), 색 등을 측정의 주된 첵트 포인트, 비교 대상으로 할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2는 노광 공정에서 얻는 패턴의 가장 이상적인 이미지와 실제로 SEM 장비 를 통해 측정하여 얻어지는 패턴 이미지를 나타내는 평면도이다.
도면 좌측의 이상적인 이미지에서는 주된 패턴(11)만 일정 크기로 나타나며, 주된 패턴 양측의 슬롭은 나타나지 않아 패턴의 측벽이 기판면에 직각으로 형성됨을 나타낸다. 그러나, 실제의 패턴은 측면이 수직으로 형성되지 않고, 주된 패턴(21) 양측으로 일정한 경사도를 가지는 슬롭이(23,25) 나타난다.
패턴의 상호 비교에서는 이상적인 이미지의 주된 패턴과 실제 이미지의 주된 패턴을 비교하여 그 크기를 가지고 공정의 이상 유무를 첵크할 수도 있고, 이상적인 이미지의 주된 패턴(11) 크기와 실제 이미지의 주된 패턴(21) 및 슬롭(23,25) 부분이 형성하는 전체 크기를 비교하여 공정의 이상 유무를 첵크할 수도 있다.
장비의 이미지가 색으로 나타내어질 수 있다면 색을 비교하는 방법으로도 공정 이상 유무 판정이 가능하다. 이때는 바람직한 이미지의 표준 색채와 실제 이미지가 나타내는 색채를 정해진 표준 색도표 평면에서의 이격 정도로 나타낼 수 있다.
실제 이미지가 기준 이미지에 대해 가지는 크기의 차이와 기준 이미지의 크기의 비율을 퍼센트로 처리하게 하고, 이 수치가 일정 수치를 넘어설 경우, 검사 장비 자체가 이상 신호를 발생할 수 있다. 이 신호는 노광 장비 전체를 조절하는 중앙 콘트롤러로 입력되어 노광 공정의 진행 전체를 중단시키는 셧 다운(shot down) 기능을 발휘하도록 이루어질 수 있다.
이와 함께 공정 오퍼레이터가 공정 결과의 이상 발생을 즉시 알 수 있도록 하는 경고 표시나 경고음을 검사 장비 자체의 결과 디스플레이 장비나 벨을 통해 발생시킬 수도 있다. 이런 경고 표시나 경고음을 통해 오퍼레이터들은 장비의 셧 다운을 즉시로 감지할 수 있고, 노광 이상의 발생요인을 찾아 공정 불량이 양산되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
검사 장비에서 패턴을 검사하면서 패턴에 대한 신호로 이미지를 형성하는 과정이나 미리 입력된 이미지와 비교하는 과정에서는 촬상 소자, 이미지 프로세서 등의 이미지 프로세싱 장비나 이미지 프로세싱을 위한 프로그램이 사용될 수 있다.
도3은 본 발명 방법의 일 실시예에 따른 공정 진행 각 단계를 나타내는 흐름도이다.
흐름도에 따르면, 먼저, 노광 공정을 거친 공정 기판이 검사/측정 장비, 가령 SEM 장비에 로딩(LOADING) 된다(SI).
기판 로딩에 따라 장비는 프로그램된 정해진 순서(RECIPE)에 따라 동작하면서 기판 측정을 실시한다(S2).
측정된 이미지는 해당 부분마다 실시간으로 저장된 기준 이미지와 비교될 수 있고, 일단 전체 측정이 이루어진 뒤 그 결과를 저장소에 저장한 상태에서 두 이미지를 일괄적으로 비교할 수도 있다(S3).
일괄적 비교를 상정하고, 일단 측정이 끝난 기판은 검사 장비에서 탈착된다(UNLOADING,S4).
검사 장비의 비교는 미리 저장된 프로그램에 따라 크기 비율로 나타날 수 있다. 이 크기 비율을 자체 콘트롤러 비교기 내에서 저장된 미리 정해진 한계 비율값과 비교를 한다. 혹은 흐름도와 같이 별도의 서버로 크기 비율 값을 전송하고 서버 에서 전송된 크기 비율 값이 정해진 한계를 초과하는 지 판단하게 된다(S5,S6). 비교에는 미리 정해진 수치에 따른 상관 관계를 판단할 수도 있다.
서버에서 판단한 결과 전송된 비교값 비율 수치가 정해진 비율 이내의 값으로 판정되면 검사 장비에서 탈착된 기판은 다음 공정으로 가령 식각이나 이온주입 공정으로 진행하게 된다(S7). 반면, 이상이 발생된 경우, 서버의 신호에 따라 장비의 로봇 아암은 작동을 중단하여 이상이 있는 기판의 더이상의 공정 진행이 이루어지지 않도록 한다. 이와 함께 서버의 신호는 노광 장비 전체 콘트롤러에 전해져 노광 장비 전체의 가동이 오퍼레이터가 새롭게 장비를 가동시킬 때까지 중단될 수 있다(S8).
흐름도에 도시되지 않지만, 장비 중단과 더불이 장비 디스플레이 장치에는 공정 이상 표시가 나타나고, 알람 장치에서는 경고음이 함께 발생될 수 있다.
본 발명에 따르면, 노광 장비의 촛점 불량이나 기타 장비 이상으로 초래되는 노광 패턴 프로파일 불량을 SEM과 같은 검사 장비를 통해 바로 인식할 수 있게 된다.
따라서, 노광 장비에서 CD 측정시 이런 프로파일 불량을 검출하여 해당 웨이퍼 랏(Lot)이 후속 공정으로 진행되어 후속 공정을 거치게 되는 것을 막을 수 있고, 최소의 피해 상태에서 노광 공정 재작업(REWORK)이 가능하도록 한다.

Claims (4)

  1. 노광을 실시한 기판에 대한 측정에서 기준 이미지를 검사 장치의 저장소에 기록하는 단계,
    상기 노광을 실시한 기판에 대해 실제 패턴 검사를 실시하여 발생되는 검사 장비의 신호 파형에 의해 상기 기판의 패턴 이미지를 얻는 단계,
    상기 저장소에 기록된 상기 기준 이미지와 실제 패턴 검사를 실시하여 얻는 상기 패턴 이미지를 상호 비교하는 단계,
    상기 비교에서 비교 값이 허용된 오차를 넘어서는 경우 후속되는 노광 공정의 진행을 멈추는 신호를 발생시키는 단계를 포함하고,
    상기 상호 비교하는 단계에서는 상기 기준 이미지와 상기 패턴 이미지의 크기 차이를 상기 기준 이미지의 크기로 나눈 퍼센트 비율 값을 도출하는 과정이 이루어지고, 상기 신호를 발생시키는 단계에서는 상기 비율 값을 미리 정해진 허용가능한 비율 값과 비교하는 과정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제 패턴 검사를 실시하는 검사 장비로는 셈(SEM) 장비가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 이미지로는 상기 검사 장비의 잡 파일(Job file) 측정시 가장 좋은 조건의 이미지를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조를 위한 노광 공정 검사 방법.
  4. 삭제
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