KR100818420B1 - 오버레이 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오버레이 계측 기술에 관한 것으로, 오버레이 마크의 이동 및 검출을 위한 단계에서 오버레이 측정 데이터의 측정값 범위 기준을 설정하고, 오버레이 측정 데이터 중 튀는 데이터 검출 시, 측정값 범위 기준을 초과하는지 여부를 판단하며, 측정값 범위 기준을 초과하는 경우 측정값 계산에서 제외하고, 측정값에 대한 재계산을 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 오버레이 측정 데이터의 측정값 범위 기준값을 설정하여 오류 데이터를 필터링함으로써, 웨이퍼간의 오버레이 검출 특성이 좋아지게 되고, 오류 요인이 감소하게 됨으로써 시간 손실이 감소되어 생산성이 향상 될 수 있고, 반도체 소자의 수율에 결정적인 영향을 미치는 오버레이 마진을 안정적으로 확보 할 수 있다. 그리하여 최종적으로 반도체 제조 공정의 수율을 향상 시킬 수 있다.

반도체, 오버레이 계측, 측정값 범위(MEASURE VALUE LIMIT)

Description

오버레이 계측 방법{OVERLAY MEASUREMENT METHOD}

도 1은 일반적인 오버레이 계측 절차를 도시한 흐름도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 계측 절차를 도시한 흐름도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 계측시 설정된 측정값 범위를 도시한 도면.

본 발명은 오버레이 계측 기술에 관한 것으로서, 특히 오버레이 계측시 마크(Mark)의 편차로 인하여 발생할 수 있는 오차 및 오류를 방지하는데 적합한 오버레이 계측 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중에 웨이퍼를 가공하여 원하는 동작을 하는 회로를 만들기 위해 패턴(Pattern)공정을 진행하게 된다. 상기 패턴 공정은 크게 패턴 형성 => 오버레이(Overlay) 계측 => 선폭(Critical Dimension: 이하 CD라고 칭함) 측정(Measurement)의 순서로 진행된다.

상기 오버레이 계측은 소자를 구현하기 위해 가장 중요하게 검사되어야 하는 항목 중의 하나이다. 오버레이는 언더 레이어(Under Layer)와 커런트 레이어(Current Layer)와의 오버랩(Overlap) 정도를 의미하며, 오버레이 마진(Margin)이 넓지 않을 경우 실제로 소자의의 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다.

상기 오버레이 계측은 다음과 같은 순서로 이루어지게 된다.

도 1은 일반적인 오버레이 계측 절차를 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 102단계에서 웨이퍼 노치(Notch)를 정렬하고, 104단계에서 프리 얼라인먼트(Pre-Alignment)를 수행한 후, 106단계에서 대략적인(Coarse) 기준 포인트를 확인하고, 108단계에서 상세 기준 포인트를 확인한 후, 110단계에서 오버레이 마크(Overlay Mark) 이동 및 검출을 수행하게 된다.

이때 프리 얼라인먼트, 대략적인 기준 포인트 확인, 상세 기준 포인트 확인 등의 순서에서는 가공되는 웨이퍼 내의 특이한(인식하기 쉬운 모양을 가진) 모양을 사용하여 인식 시키는 방식을 사용하고 있다. 다음 단계인 오버레이 마크 이동 및 검출의 단계에서는, 상당 기간의 노하우가 결합되어 최적화가 되어 있는 그리고 구현하려는 공정(Process)의 특성에 잘 맞게 디자인되어 있는 계측용 마크를 이용하게 된다.

그럼에도 불구하고 오버레이 마크 검출 작업을 수행하는 도중 수많은 변동 요인들에 의하여 오버레이 계측 작업 오류(error)가 발생 할 수 있으며, 종래 기술에서는 이러한 오류요인이 존재할 시 튀는 데이터(Flying data, 이하 오 측정 데이터라 한다)를 발생 시키게 된다. 또한 오 측정 데이터가 발생을 하였음에도 불구하 고, 잘못된 데이터를 필터링(filtering) 또는 재측정 할 수 있는 기능이 존재하지 않음으로써 측정 데이터의 신뢰도를 저하시키게 된다.

이는 제조 공정중의 추가 웨이퍼 재측정 등으로 인한 추가 작업을 발생 시키게 되며, 오 측정된 데이터가 사용되게 될 경우 제조 공정 중에 있는 다른 로트(Lot)에까지 신뢰도에 영향을 미칠 수 있으며, 오버레이 마진이 넓지 않은 고집적화 소자의 경우에는 반도체 회로 성능에 결정적인 영향을 받게 될 수 있다.

상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 오버레이 계측에 있어서는, 계측 오류가 일어날 경우에 대한 보완책이 없으므로, 오버레이 계측 정도의 신뢰도 저하로 인한 고집적 소자의 수율 문제 야기할 수 있고, 오버레이를 재측정하는 경우, 추가 업무 발생으로 인한 생산성 저하가 발생될 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 오버레이 계측시 마크의 편차로 인하여 발생할 수 있는 오차 및 오류를 방지할 수 있는 오버레이 계측 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 오버레이 계측 시 오버레이 마크의 이동 및 검출 작업을 수행함에 있어서, 측정값 범위를 설정하여 정확한 오버레이 데이터의 검출 작업을 수행할 수 있는 오버레이 계측 방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 반도체 소자의 제조방법으로서, 오버레이 계측 방법으로서, 오버레이 마크의 이동 및 검출을 위한 단계에서 오버레이 측정 데이터의 측정값 범위 기준을 설정하는 과정과, 상기 오버레이 측정 데이터 중 튀는 데이터(Flying data) 검출 시, 상기 측정값 범위 기준을 초과하는지 여부를 판단하는 과정과, 상기 측정값 범위 기준을 초과하는 경우 측정값 계산에서 제외하는 과정과, 상기 측정값에 대한 재계산을 수행하는 과정을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은, 오버레이 계측시 마크의 편차로 인하여 발생할 수 있는 오차 및 오류를 방지하기 위하여 오버레이 마크 이동 및 검출 작업을 수행함에 있어서, 측정값 범위를 설정하여 정확한 오버레이 데이터의 검출 작업을 수행하는 것이다.

반도체 회로의 고집적화가 진행될수록 구현되는 미세회로의 크기는 급격히 작아졌다. 그에 따라서 구현 되어져야 하는 미세 회로들의 오버레이 마진 또한 급격하게 작아지고 있다. 이에 본 발명은 미세 회로들의 오버랩(Overlap) 정도를 확인하는 절차인 정렬(Alignment) 정도의 계측 시, 측정되는 마크로 이용되는 오버레이 마크를 측정하여 마크의 편차로 인한 에러 발생시 본 발명의 알고리즘을 적용한 데이터 처리를 통하여 계측 시 발생할 수 있는 오차 및 오류를 방지하며, 나아가 고집적화 되어가는 미세회로의 오버레이 오차 정도의 정확한 측정 및 관리를 수행하도록 한다.

즉, 본 발명에서는 종래 기술과 달리 오버레이 정도 계측 시, 오버레이 마크의 이미지가 불량하여, 다른 데이터와 기준 치 이상의 정도 차이를 보여주는 경우 이를 계측 값에서 제외시키도록 하여 신뢰도를 증가 시키도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오버레이 계측 절차를 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 202단계에서 웨이퍼 노치를 정렬하고, 204단계에서 선정렬(Pre-Alignment)을 수행한 후, 206단계에서 대략적인 기준 포인트를 확인하고, 208단계에서 상세 기준 포인트를 확인한 후, 210단계에서 오버레이 마크의 이동 및 검출을 수행하게 되며, 오버랩 계측을 위한 마지막 210 단계인 오버레이 마크의 이동 및 검출을 위한 작업 수행시에 측정값 범위(Measure Value Limit)를 설정해 두도록 한다.

실제 웨이퍼에서 오버레이 측정 작업이 시작되고, 오버레이 마크 검출 순서에 따라 진행이 되며, 이때 측정에 사용되는 반도체 공정 중의 웨이퍼에서는 필름(Film) 변동, 타 공정 변동 등의 여러 가지 변동 요인에 의하여 이미지 차이가 발생하게 된다.

도 3은 오버레이 계측 시 오류 데이터 발생 예 및 측정값 범위 설정의 실시예를 나타내는 것으로서, 도 3에 도시한 바와 같이 사이트 3번에서 에러 및 튀는 데이터가 발생하게 되었음을 가정한다.

오버레이 측정이 모두 완료가 된 이후에 미리 설정된 측정 값 범위 기능, 즉 알고리즘에 의한 측정 데이터 값의 계산이 이루어지게 된다. 도 3에서와 같이 9 포인트의 데이터를 가지고 계산하는 경우, 평균값(Average) * (+/- 측정값 범위) 기능이 포함된 알고리즘을 통하여 튀는 데이터인 사이트 3번의 데이터를 측정값 계산에 사용하지 않게 된다. 이로 인해 종래와 같은 에러 발생에 의한 멈춤은 없어지게 된다. 이때 측정값 범위에 대한 기준값은 실험을 통해서 결정한 후 세팅할 수 있다.

측정값 범위 기능을 이용한 측정값 판정 결과, 기존 측정 데이터의 계산값 대비 신뢰도를 증가 시킬 수 있게 되며, 에러 및 튀는 데이터 발생에도 불구하고 정확한 오버레이 데이터의 검출 작업을 수행할 수 있다.

즉, 오류 및 튀는 데이터 검출 시 측정값 범위를 설정하여 이에 대한 기준 초과시 측정값 계산에서 제외하고 측정값을 자동 재계산하는 알고리즘을 이용하도록 한다. 이에 추가 측정을 통하여 오버레이 계측 값을 검증하지 않고도 양질의 데이터를 얻는 것이 가능하므로 사이클 타임(Cycle Time)을 감소시키게 된다.

그리고 오버레이 마크 신호 불량 또는 측정 데이터의 신뢰도 저하 시, 측정값들의 산포를 이용하여 기준값을 초과하는 오류 데이터를 제거, 즉 검출된 오류 데이터들을 필터링함으로써 신뢰도를 증가시키게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 오버레이 계측시 마크의 편차로 인하여 발생할 수 있는 오차 및 오류를 방지하기 위하여 오버레이 마크 이동 및 검출 절차 상에 측정값 범위를 설정하여 정확한 오버레이 데이터의 검출 작업을 수행하는 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 오버레이 마크 검출에서 발생할 수 있는 에러 및 튀는 데이터 발생 시, 기존의 재측정 방법을 통한 신뢰도 검증 또는 엔지니어 판단에 의한 방식에 의존하던 것과는 달리 미리 설정된 측정값 범위 기준에 따라 신뢰도가 떨어지는 지역에서 측정된 데이터를 제거하는 방법을 사용함으로써, 기존의 단순 측정 방식에 비해 여러 가지 변동 요인의 영향에 따른 오버레이 계측 오차를 최소화 또는 완전히 제거 시킬 수 있다. 이러한 방법을 통하여 웨이퍼간의 오버레이 검출 특성이 좋아지게 되고, 오류 요인이 감소하게 됨으로써 시간 손실이 감소되어 생산성이 향상 될 수 있고, 반도체 소자의 수율에 결정적인 영향을 미치는 오버레이 마진을 안정적으로 확보 할 수 있다. 그리하여 최종적으로 반도체 제조 공정의 수율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 오버레이 계측 방법으로서,

   오버레이 마크의 이동 및 검출을 위한 단계에서 오버레이 측정 데이터의 측정값 범위 기준을 설정하는 과정과,

   상기 오버레이 측정 데이터 중 튀는 데이터(Flying data) 검출 시, 상기 측정값 범위 기준을 초과하는지 여부를 판단하는 과정과,

   상기 측정값 범위 기준을 초과하는 경우 측정값 계산에서 제외하는 과정과,

   상기 측정값에 대한 재계산을 수행하는 과정

   을 포함하는 오버레이 계측 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오버레이 측정 데이터 중 오류 데이터를 검출한 경우,

   상기 검출된 오류 데이터를 제거하는 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 방법.

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