KR20000060874A - 코마 수차 측정용 오버레이 키 - Google Patents

Abstract

반도체 사진 공정시 노광 장비의 렌즈 수차를 측정하기 위한 오버레이 키가 개시되어 있다. 박스 형태의 제1 패턴과, 제1 패턴의 외부에 형성된 라인/스페이스 형태의 네 개의 제2 패턴으로 오버레이 키를 구성함으로써, 제1 패턴과 제2 패턴 간의 이동 정도를 자동으로 계측하여 렌즈 수차를 측정할 수 있다. 노광 장비의 코마 수차를 신속하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 장비를 계측할 때에도 측정 시간을 현저하게 줄일 수 있다.

Description

코마 수차 측정용 오버레이 키{Overlay key for measuring coma aberration}

본 발명은 오버레이 키(overlay key)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 사진 공정시 노광 장비의 코마 수차를 자동으로 계측할 수 있는 오버레이 키에 관한 것이다.

반도체 장치의 각종 패턴이 사진 공정에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 이러한 사진 공정에는 정렬 노광기의 일종인 스테퍼(stepper)가 사용되는데, 이는 웨이퍼 1매에 몇 개의 칩 단위로 전후 좌우로 이동하면서 각 단위 칩마다 정렬 및 노광을 실시하는 장비이다. 따라서, 웨이퍼 1매를 한 번에 정렬 노광하는 장비보다 정교한 현상화가 가능한 데, 이 스테퍼 장비는 매우 정밀한 렌즈계를 포함하고 있다.

이러한 정밀한 렌즈계에 수차(aberration)가 있을 경우에는 생산 공정에서의 마진을 감소시키게 되며, 형성하고자 할 패턴의 크기가 감소함에 따라 렌즈 수차에 대한 영향성이 심각해지고 있다. 특히, 중앙 처리 장치(CPU)의 게이트 패턴은 칩 상에서의 변동(On Chip Variation; 이하 "OCV"라 한다)과 같은 칩 내에서의 임계 치수(critical dimension; CD) 변동 등이 미치는 영향이 매우 크기 때문에 이에 대한 공정 마진의 확보가 중요해진다.

OCV를 향상시키기 위해서는 광학 근접 효과와 같은 광의 패턴간 상호 간섭에 의한 영향을 최소화 하여야 되며, 또한 노광 설비의 렌즈 수차의 영향을 최소화 하여야 한다. 특히, 비스듬한 입사 광선으로 인해 렌즈축과 광선축이 평행하지 않게 되어 초점(focus)이 달라짐으로써 혜성 모양의 상이 생기게 되는 코마 수차는 사진 공정에 의해 형성된 패턴에 비대칭을 유발하여 임계 치수의 차이를 유발하면서 이와 동시에 패턴의 중심이 이동되는 문제도 발생시킨다.

따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해서는 렌즈 제작시 코마 수차를 정밀하게 조절하여 최소화하여야 하며, 스테퍼 자체를 평가할 때에도 코마 수차를 반드시 측정하여 스테퍼를 사용할 때 공정 마진을 감소시키는 정도를 예측하여야 한다. 일반적으로 코마 수차의 영향을 받은 패턴은 패턴 모양의 비대칭과 패턴 간의 거리가 패턴 크기의 2배 이하로 근접했을 때 패턴 간의 임계 치수 차이 발생 및 패턴 중심의 이동이 유발되므로, 웨이퍼에 패턴을 형성하여 그 패턴의 상태를 관측하는 방법으로 코마 수차의 영향을 판단할 수 있다.

그러나, 이러한 방법은 노광 장비의 렌즈계 전체에 대한 상황을 판단하기에 속도가 매우 느리다는 단점이 있으며, 많은 장비를 계측하고자 할 때는 더 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 사진 공정시 노광 장비의 코마 수차를 자동으로 계측할 수 있는 오버레이 키를 제공하는데 있다.

도 1은 통상적인 오버레이 검사 장비의 개략도이다.

도 2a 및 도 2b는 한 개의 라인으로 구성된 패턴에 대한 코마 수차 영향을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이다.

도 3a 및 도 3b는 두 개의 라인으로 구성된 패턴에 대한 코마 수차 영향을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이다.

도 4는 패턴 크기에 따른 코마 수차에 의한 패턴 이동 정도를 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 의한 코마 수차 측정용 오버레이 키의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 오버레이 키를 이용하여 코마 수차를 측정하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 사진 공정시 노광 장비의 렌즈 수차를 측정하기 위한 오버레이 키에 있어서, 상기 오버레이 키는 박스 형태의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴의 외부에 상기 제1 패턴을 형성된 라인/스페이스 형태의 네 개의 제2 패턴으로 구성됨으로써, 상기 제1 패턴과 제2 패턴 간의 이동 정도를 자동으로 계측하여 렌즈 수차를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 오버레이 키를 제공한다.

바람직하게는, 박스 형태의 제1 패턴은 렌즈 수차의 영향을 적게 받도록 해상력 이상의 크기로 형성되고, 라인/스페이스 형태의 제2 패턴은 렌즈 수차의 영향을 많이 받도록 노광 설비의 해상력 이하로 형성된다.

바람직하게는, 라인/스페이스 형태의 제2 패턴은 적어도 세 개의 라인 및 스페이스가 반복되도록 형성된다.

본 발명에 의하면, 노광 장비의 해상력 이상의 크기로 형성된 박스 형태의 제1 패턴과 제1 패턴의 외부에 해상력 이하의 크기로 형성된 라인/스페이스 형태의 제2 패턴으로 구성된 오버레이 키를 사용하여 제1 패턴과 제2 패턴 간의 이동량을 자동으로 계측함으로써, 이를 통해 코마 수차에 의한 패턴의 이동 정도를 측정할 수 있다. 따라서, 노광 장비의 코마 수차를 신속하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 장비를 계측할 때에도 측정 시간을 현저하게 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 통상적인 오버레이 검사 장비의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 통상적인 오버레이 검사 장비는 외부 박스와 내부 박스로 구성된 키를 이용하여 외부 박스의 중심에 대한 내부 박스 중심의 이동량을 계측함으로써 패턴의 이동 정도를 계측하는 장비이다.

따라서, 코마 수차를 이러한 오버레이 검사 장비를 이용하여 측정하기 위해서는 코마 수차에 의해 야기되는 패턴의 이동 정도를 최대로 발생시켜야 할 뿐만 아니라, 오버레이 검사 장비에서 코마 수차에 의한 패턴의 이동 정도를 계측할 수 있는 오버레이 키를 설계하여야 한다.

이에 따라, 본 발명자는 코마 수차의 영향이 어떤 패턴에서 크게 나타나는지 알아 보기 위하여 시뮬레이션(simulation)을 통해 패턴에 대한 코마 수차의 영향을 비교하였다. 시뮬레이션은 파장이 248nm이고 개구수(numerical aperture; NA)가 0.5이며 코마 수차가 0.2λ인 조건에서 실시하였다.

도 2a 및 도 2b는 0.2μm의 크기를 갖는 한 개의 라인으로 구성된 패턴에 대한 코마 수차 영향을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이고, 도 3a 및 도 3b는 0.2μm의 크기를 갖는 두 개의 라인으로 구성된 패턴에 대한 코마 수차 영향을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이다. 여기서, 각 a도는 패턴의 공간상(aerial image)을 나타내고, 각 b도는 패턴의 수직상(vertical image)을 나타낸다.

도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 시뮬레이션은 마스크 면의 패턴 중심에 대한 실 패턴의 중심 이동량을 비교하는 방법으로 실시하였다. 즉, 마스크 패턴의 양 끝단 위치를 기준으로 실 패턴의 이동량을 패턴의 양 끝단에서 비교하는 방법으로 패턴에 대한 코마 수차의 영향을 비교하였는데, 두 개 이상의 다중 라인으로 구성된 패턴의 경우 중간 부위의 라인들은 라인 간의 브리지(bridge)를 유발하여 형성함으로써 패턴의 양 끝단만을 비교하였다.

이러한 시뮬레이션을 통해 패턴 크기에 따른 코마 수차에 의한 패턴 이동 정도를 알 수 있었으며, 그 결과를 도 5의 그래프에 도시하였다.

도 5를 참조하면, 패턴의 크기가 작아질수록 코마 수차에 의한 패턴의 이동량이 증가함을 알 수 있다. 특히, 패턴을 0.15μm의 크기로 형성할 경우 패턴에 대한 코마 수차의 영향을 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 시뮬레이션 결과를 토대로 본 발명자는 코마 수차의 영향을 크게 받으면서 오버레이 검사 장비에서 패턴의 이동 정도를 측정할 수 있는 코마 수차 측정용 오버레이 키를 설계하였다.

도 5는 본 발명에 의한 코마 수차 측정용 오버레이 키의 평면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 코마 수차 측정용 오버레이 키는 박스 형태의 제1 패턴(A)과, 제1 패턴(A)의 외부에 형성된 라인/스페이스 형태의 네 개의 제2 패턴(B)으로 구성된다. 따라서, 이 오버레이 키를 이용하여 통상적인 오버레이 검사 장비에서 제1 패턴(A)과 제2 패턴(B) 간의 이동 정도를 자동으로 계측함으로써, 노광 장비의 코마 수차를 정확하게 측정할 수 있다.

박스 형태의 제1 패턴(A)은 패턴의 형성에 전혀 지장이 없으면서 장비나 공정 변수에 따른 영향을 최소화할 수 있도록 3μm 이상의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

라인/스페이스 형태의 제2 패턴(B)은 코마 수차의 영향을 크게 받을 수 있도록 노광 장비의 해상력 이하의 크기로 형성되는 라인을 일정한 스페이스로 반복시켜 형성한다. 또한, 제2 패턴(B)을 두 개 이상의 다중 라인으로 구성할 경우에는 스페이스를 해상력 이하의 크기로 하여 라인 간의 브리지를 유발하여 중간 부위의 라인들을 형성한다. 바람직하게는, 제2 패턴(B)의 라인은 0.15μm의 크기로 형성하고 스페이스는 0.1μm의 크기로 형성한다.

도면 상에서 제1 패턴(A)의 상·하에 형성된 제2 패턴(B)은 Y축의 코마 수차를 측정하기 위한 것이고, 제1 패턴(A)의 좌·우에 형성된 제2 패턴(B)은 X축의 코마 수차를 측정하기 위한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 코마 수차의 측정 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명하고자 한다.

도 6을 참조하면, 다중의 라인/스페이스 형태로 구성된 제2 패턴(B₁, B₂)에 있어서 가장 좌측 라인은 설계된 크기로 정확히 패터닝되지만 우측으로 갈수록 그 크기가 조금씩 증가하여 가장 우측 라인의 크기가 제일 커지게 된다.

예를 들어 X축의 코마 수차를 측정하고자 할 경우, 박스 형태의 제1 패턴(A)의 좌측에 형성된 제2 패턴(B₁)에서는 가장 우측 라인의 크기가 커지기 때문에 제1 패턴(A)과 좌측 제2 패턴(B₁) 사이의 간격(S)이 좁아지게 된다. 또한, 박스 형태의 제1 패턴(A)의 우측에 형성된 제2 패턴(B₂)에서도 가장 우측 라인의 크기가 커지지만 가장 좌측 라인은 설계된 크기로 정확히 패터닝되므로 제1 패턴(A)과 우측 제2 패턴(B₂) 사이의 간격(S')은 최초의 설계 치수와 동일해진다.

따라서, 제1 패턴(A)과 좌측 제2 패턴(B₁) 사이의 간격(S)이 제1 패턴(A)과 우측 제2 패턴(B₁) 사이의 간격(S')보다 적어지게 되므로, 그 차이를 계측하여 코마 수차에 의한 패턴의 이동 정도를 알아낼 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 바이오 레드를 이용하여 제2 패턴의 각 라인에서의 세기 신호(intensity signal)를 인식함으로써 코마 수차에 의한 패턴의 이동 정도를 자동으로 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 노광 장비의 해상력 이상의 크기로 형성된 박스 형태의 제1 패턴과 제1 패턴의 외부에 해상력 이하의 크기로 형성된 라인/스페이스 형태의 제2 패턴으로 구성된 오버레이 키를 사용하여 제1 패턴과 제2 패턴 간의 이동량을 자동으로 계측함으로써, 이를 통해 코마 수차에 의한 패턴의 이동 정도를 측정할 수 있다. 따라서, 노광 장비의 코마 수차를 신속하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 장비를 계측할 때에도 측정 시간을 현저하게 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 반도체 사진 공정시 노광 장비의 렌즈 수차를 측정하기 위한 오버레이 키에 있어서,

   상기 오버레이 키는 박스 형태의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴의 외부에 라인/스페이스 형태의 네 개의 제2 패턴으로 구성됨으로써, 상기 제1 패턴과 제2 패턴 간의 이동 정도를 자동으로 계측하여 렌즈 수차를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 오버레이 키.
2. 제1항에 있어서, 상기 박스 형태의 제1 패턴은 렌즈 수차의 영향을 적게 받도록 해상력 이상의 크기로 형성되고, 상기 라인/스페이스 형태의 제2 패턴은 렌즈 수차의 영향을 많이 받도록 노광 설비의 해상력 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 오버레이 키.
3. 제1항에 있어서, 상기 라인/스페이스 형태의 제2 패턴은 적어도 세 개의 라인 및 스페이스가 반복되도록 형성된 것을 특징으로 하는 오버레이 키.