KR20040038560A - 콘택홀 깊이 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조 공정에서 콘택홀 깊이의 측정 방법이 개시되어 있다. 기판 상에 형성된 콘택홀의 제1위치에 광원을 포커싱하여 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 각각의 파장의 세기를 측정한다. 제1위치의 포커싱 포인트를 콘택홀의 제2위치로 이동시키는 도중에 형성되는 각각의 포커싱 포인트에 대해 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기를 각각 측정한다. 콘택홀의 제2위치에 광원을 포커싱하여 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기를 각각 측정한다. 그리고, 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기가 동일한 좌표에 해당하는 제1포커싱 포인트 값과 상기 파장의 세기 차이가 가장 큰 좌표에 해당하는 제2포커싱 포인트 값의 차이를 이용하여 콘택홀의 깊이를 보다 용이하게 측정할 수 있다.

Description

콘택홀 깊이 측정 방법{Method of measuring depth of contact hole}
본 발명은 반도체 장치에 형성된 콘택홀의 깊이 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 장치의 하부 패턴을 노출시키는 콘택홀의 깊이를 보다 용이하게 측정하기 위한 콘택홀의 측정 방법에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도 및 신뢰도 등을 더욱 향상시키기 위해서는 하부 패턴과 상부 패턴간의 전기적 연결 작업이 가능하게 하는 콘택홀 형성 공정의 정밀도가 중요시 되고있다.
이러한 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정으로서는 막질간의 식각 선택비 차이를 이용한 SAC(self aligned contact) 식각 공정을 채택하여 사용하고 있다. 이러한 SAC 공정은 통상 4세대급 이상의 고집적 제품의 콘택홀 형성공정에서 사진 공정의 마진(photo misalign margin) 확보를 위하여 사용되고 있으며, 이와 함께 게이트 전극과 스토리지 노드가 연결되는 것을 방지하기 위하여 게이트 전극의 측벽에 스페이서를 형성하는 것이 보통이다.
상기 SAC 공정에서의 식각은 주로 이온화율이 높은 ICP, TCP, SWP, DRM 설비 등을 사용하여 SiN 선택비를 향상시키는데 필요한 탄소 고분자를 많이 형성시키기 위하여 탄소/불소의 비율이 높은 C3F8, C4F8, CO 등의 가스를 사용하여 수행한다.이러한 방법에 의해 수행되는 콘택홀 형성 공정은 특히 소자가 고집적화 되면서 식각 조건의 미세한 변화에 의해서도 품질이 좌우될 수 있는 공정으로서, 콘택홀이 개구되지 않는(not open) 경우를 방지하기 위해 어느 정도 과 식각하는 것이 보통이다.
그리고, 상기와 같은 콘택홀 형성 공정에서 실리콘에 대한 전기적인 접촉부인 콘택홀의 치수가 점차 축소됨에 따라 스토리지 노드와 트랜지스터의 소오스/드레인 영역과의 전기적인 접속을 위한 BC(Buried contact) 공정 마진이 크게 제한되었고, 상기 콘택홀의 깊이가 깊어짐에 따라 어스펙비(Aspect Ratio)가 커지고 있다. 상기와 같은 어스펙비는 콘택홀이 개구 되지 않는(not open)현상을 유발하여 정상적인 패턴의 형성에 많은 문제점을 유발하여 이후 패턴의 콘택 형성에 많은 기술적인 어려움을 초래하고 있다.
그러므로 상기 공정으로 형성된 콘택홀의 형상이 정상적으로 형성되었는가 및 그 깊이는 어느 정도인가를 관찰해야 한다. 그러나 이러한 콘택홀의 프로파일의 관찰 방법은 웨이퍼를 절단하여 VSEM 또는 TEM을 이용하여 CD를 모니터링하여 평가하고, 식각이 제대로 되었는지는 식각후 남은 산화막의 양으로서 검증함으로서 콘택홀의 프로파일을 확인하는 방법을 사용하기 때문에 웨이퍼의 손실을 가져올 뿐만 아니라 콘택의 개구 유무를 확인하는데 이르는 시간이 지연되는 문제가 발생한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 본 발명은 반도체 기판을 파손하지 않고 빠른 시간 내에 콘택홀의 프로파일을 확인할 수 있는 콘택홀의 측정방법을 제공하는데 있다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 콘택홀 측정 방법을 설명하기 위해 콘택홀 형성 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 내에 포커싱 포인트의 위치관계를 나타내는 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 세기에 대한 차이 값에 대한 포커싱 포인트의 위치 값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 측정 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 콘택홀 측정 방법을 설명하기 위한 공정도 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
250: 플레이트 252 : 제1구동부
262 : 광원 264 : 집광 렌즈
266 : 제2구동부 282 : 검출부
290: 데이터 출력부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 형성된 콘택홀의 제1위치에 광원을 포커싱하여 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 각각의 파장의 세기를 측정하는 단계를 갖는다. 상기 광원의 포커싱 포인트를 상기 콘택홀의 제1위치에서 상기 콘택홀의 제2위치까지 이동시키는 단계를 갖는다. 상기 제1위치의 포커싱 포인트를 상기 콘택홀의 제2위치로 이동시키는 도중에 형성되는 각각의 포커싱 포인트에 대한 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 각각의 파장 세기를 각각 측정하는 단계를 갖는다. 상기 콘택홀의 제2위치에 광원을 포커싱하여 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기를 각각 측정하는 단계를 갖는다. 그리고, 상기 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기가 동일한 좌표에 해당하는 제1포커싱 포인트 값과 상기 파장의 세기 차이가 가장 큰 좌표에 해당하는 제2포커싱 포인트 값의 차이를 이용하여 반도체 장치의 콘택홀의 깊이를 측정하는 방법을 제공하는데 있다.
따라서, 상기 콘택홀 측정 방법은 반도체 기판을 손상시키지 않고, 반도체 기판에 형성된 콘택홀의 깊이를 보다 용이하게 특정할 수 있어 상기 반도체 장치의 손상을 방지하여 생산비용을 절감할 수 있고, 반도체 기판의 시료 형성하지 않고 기판상에서 콘택홀의 깊이를 직접 측정함으로서 작업자의 시간의 손실 방지할 수 있어 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 콘택홀 형성방법을설명하기기로 한다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 콘택홀 측정 방법을 설명하기 위해 콘택홀 형성 방법을 나타내는 공정도이다.
도 1a를 참조하면, 먼저, 약 1800 내지 2000Å 정도의 두께를 갖는 필드산화막(110)에 의해 활성영역과 필드영역으로 구분된 반도체 기판(100)의 상부 중에 활성영역상에 열산화법을 이용하여 산화막(115)을 형성한다. 이어서, 불순물이 도핑 되어 전도성을 갖는 폴리실리콘을 약 800 내지 1200Å 정도의 두께를 갖는 제1도전층(120)을 형성한다. 바람직하게는 약 1000Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 제1도전층(120)의 상부에 금속 실리사이드를 화학기상증착 방법으로 증착시켜 약 1300 내지 1700Å 정도의 두께를 갖는 제2도전층(130)을 형성한다. 바람직하게는 텅스텐 실리사이드를 화학기상증착 방법을 이용하여 약 1400Å 정도의 두께로 형성한다.
이어서, 상기 제2도전층(130)의 상부에 약 1500 내지 2000Å 정도의 두께를 갖는 질화물층(140)을 형성한다. 바람직하게는 플라즈마 증대 화학기상증착 방법을 이용하여 약 1700Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
이어서, 상기 질화물층(140)의 상부에 고온 산화물(HTO; hot temperature oxide)을 약 800 내지 1200Å 정도의 두께를 갖는 제1절연층(150)을 형성한다. 바람직하게는 저압화학기상 증착 방법을 이용하여 약 1000Å 정도의 두께로 형성한다.
도 1b를 참조하면, 상기 제1 절연층(150)의 상부에 포토레지스트를 도포한후, 통상의 사진식각 공정에 의해 게이트 전극(155)을 형성하기 위한 포토레지스트패턴(도시되지 않음)을 형성한다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제1절연층(150), 질화물층(140), 제2도전층(130), 제1도전층(120) 및 산화막(115)을 반도체 기판(100)이 노출될 때까지 이방성 식각하여 게이트 산화막(115a), 제1도전층 패턴(120a) 및 제2도전층 패턴(130a)으로 이루어진 도전층 패턴, 질화물 패턴(140a) 및 제1절연층 패턴(150a)을 포함하는 게이트 전극(155)을 형성한다.
도 1c를 참조하면, 상기 게이트 전극(155)이 형성된 반도체 기판(100)의 전면에 질화물을 약 1200Å정도의 두께로 증착한 후 상기 질화물을 반도체 기판(100)의 표면이 노출될 때까지 에치백(etch back) 공정을 실시하여, 게이트 전극(155)의 측면에 스페이서(160)를 형성한다. 상기 쇼울더 마진이 작을 경우에는 게이트 전극의 도전층인 폴리실리콘층과 이후 형성될 콘택홀과의 거리가 좁아지게 되어 이후 콘택으로의 누설 전류가 발생하는 문제점이 발생하기 때문에 이를 적절한 두께로 형성하도록 한다. 계속하여, 이온주입 공정에 의해 노출된 반도체 기판(100)의 활성영역에 불순물을 주입하여 트랜지스터의 소오스/드레인 영역인 확산 영역(170)을 형성한다.
도 1d를 참조하면, 게이트 전극(155) 및 스페이서(160)가 형성된 반도체 기판(100)의 상부에 층간절연막(180)을 형성하도록 한다. 층간절연막(170)은 산화규소, BPSG(boro-phosphosilicate glass) 또는 PSG(phospho-silicate glass)를 저압화학기상증착 방법 또는 플라즈마증대 화학기상증착 방법을 이용하여 약 3000 내지10000Å 정도의 두께로 증착하고 CMP(chemical mechanical polishing) 공정에의해 상부를 평탄화시킴으로서 형성된다.
도 1e를 참조하면, 상기 층간절연막(180)상에 포토레지스트를 도포한후, 통상의 사진식각 공정에 의하여 콘택홀이 형성될 반도체 기판(100)의 소오스/드레인 영역(170)의 일부를 노출시키기 위한 포토레지스트 패턴(190)을 형성한다.
도 1f를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(190)을 식각마스크로 하여 층간절연막(180)을 식각하여 반도체 기판(100) 상의 소오스/드레인 영역(170)을 노출시켜 콘택홀(200)을 형성한다. 층간절연막(180)을 식각 하는 공정은 통상의 ICP, TCP, SWP, DRM 등의 식각 장비에서 C3F8, C4F8, CO 등의 혼합 가스를 이용하여 수행하도록 한다.
상기와 같은 방법으로 형성된 콘택홀의 깊이를 측정하기 위한 콘택홀 측정 방법을 본 발명의 일 실시예에 따라 설명하기로 하다
상기와 같은 방법으로 형성된 콘택홀들 중 일부는 하부 패턴을 오픈시키지 못하거나 하부 패턴이 과식각되어 형성되는 경우가 발생하기 때문에 상기 콘택홀의 깊이 및 프로파일을 검사 후 하부 패턴과 상부 패턴의 전기적 연결이 가능한 콘택홀 매몰공정을 수행해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 내에 포커싱 포인트의 위치관계를 나타내는 위한 개략도로서, 광원으로부터 생성되는 빛을 상기 콘택홀이 형성된 반도체 기판의 제1위치(Top Point;A)에 포커싱하여 상기 제1위치에 포커싱 포인트(Focusing Point)를 형성한다. 그리고, 상기 포커싱 포인트를 일정한 간격으로 상기 반도체 기판에 형성된 콘택홀의 제2위치(B)까지 각각 이동시키면서 상기 포커싱 포인트의 각각의 위치에 해당하는 콘택홀의 이미지 상들을 취득한다. 이때 중요한 점은 상기 포커싱 포인트의 위치 간격(P)과 포커싱 포인트의 이동거리(h)를 알고 있어야 한다.
이렇게 포커싱 포인트의 위치에 따라 형성된 콘택홀의 이미지 상들은 상기 포커싱 포인트의 위치에 따른 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역의 파장의 세기를 각각 측정할 수 있는 데이터를 제공한다. 즉 상기와 같은 방법으로 각각의 포커싱 포인트 위치에서 이미지 상을 취득하는 작업이 완료되면, 상기 콘택홀의 상부 영역(Top Area)과 콘택홀 하부 영역(Bottom Area)에 대해 반사되는 빛의 파장의 세기를 각각의 포커싱 포인트가 위치한 스텝 별로 구할 수 있다. 이때 상기 포커싱 포인트가 위치한 지점에 따라 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역에서 반사되는 빛의 파장의 세기는 각각 다르다. 여기서 콘택홀의 상부 영역은 반도체 기판의 상면에 포함되어 있는 콘택홀의 개구부를 나타낸다.
상기 각각의 포커싱 포인트의 위치 스텝에 해당하는 하부 영역과 상부 영역에서 반사되는 파장 세기에 대한 차이 값(yn) 및 각각의 포커싱 포인트의 위치 값(xn)을 하기 표 1에 나타내었다.
포커싱 포인트의 위치 이동 거리 (㎛) 하부영역의 파장 세기 상부영역의 파장 세기 파장 세기의 차이
-0.4 0.2 44.24 82.77 38.53
-0.3 0.3 36.17 81.99 45.73
-0.2 0.4 29.86 81.75 51.89
-0.1 0.5 26.15 80.82 54.66
0.0 0.6 25.42 79.58 54.16
0.1 0.7 29.63 77.45 47.81
0.2 0.8 36.92 75.99 39.07
0.3 0.9 46.07 73.82 27.76
0.4 1.0 57.09 71.65 14.56
0.5 1.1 67.99 69.46 1.53
0.6 1.2 77.56 68.60 -8.97
0.7 1.3 86.26 67.72 -18.53
0.8 1.4 90.31 67.03 -23.28
여기서, 상기 포커싱 포인트는 콘택홀의 상부 영역 중심에서 소정 거리 이격되어 있는 위치에 형성된 후 하부 영역의 방향으로 0.1㎛의 간격으로 각각 이동함으로 형성된다.
상기 도 3에 도시된 그래프는 표 1에 나타난 각각의 포커싱 포인트의 형성 위치 간격별 파장 세기(Intensity)의 차이(상부 영역의 파장과 하부 영역의 파장의 세기의 차이)를 표시한 수치 값과 상기 포커싱 포인트의 이동 간격(Focus Step Depth)의 상관 관계를 갖는다. 여기서 x축에 해당하는 좌표 값은 각각의 포커싱 포인트의 이동한 거리를 나타내는 값(xn)이고, y축에 해당하는 좌표 값은 포커싱 포인트의 위치에 따른 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역에 해당하는 파장의 세기의 차이 값(yn)이다.
상기 도 3에 도시된 그래프는 상기 표 1의 데이터 값을 이용하여 수학적으로 구할 수 있는 다항 함수(1)의 그래프와 99%이상 일치되기 때문에 상기 그래프 및 다항 함수는 파장 세기의 차이와 포커싱 포인트의 이동 간격에 대하여 수학적인 해석이 가능해진다.
(1) y= -135.17x6+549.01x5-675.53x4+ 254.44x3-138.9x2+ 136.92 +17.704
즉, 이는 파장의 세기 차이는 포커싱 포인트의 이동 간격와 어떤 일정 수학적인 다항 함수의 관계를 가짐을 알 수 있다.
상기 함수에 광학의 기본 원리를 적용하면, 상기 빛의 포커싱 포인트가 콘택홀의 상부 영역에 포커싱 될 때에는 상부 영역과 하부 영역으로부터 반사되는 파장 세기의 차이 값이 가장 크게 나타날 것이고, 빛의 포커싱 포인트가 콘택홀의 중앙 영역에 포커싱 될 때에는 상부 영역과 하부 영역으로부터 반사되는 파장 세기의 차이 값이 0으로 나타날 것이다.
따라서 상기 도 3에 도시된 그래프 또는 다항 함수를 이용하여 y 값이 최대가 되는 지점(Top Point)의 x 값(d1)을 구하고, y 값이 0이 되는 지점의 x 값(d2)을 구하여 식(2)에 나타난 봐와 같이 이의 두 값의 차이(d2-d1)를 구한 후 2배를 해 준다면 실제적인 콘택홀의 깊이(Depth)를 알 수 있다.
(2) F = 2 × (d2- d1)
이때 반사되는 파장의 세기 값은 콘택홀의 깊이를 결정하는 하나의 요소가 되지만, 이러한 파장의 세기는 NA(장비 lens의 최대 수차), 패턴의 모양과 막질 투과성, 흡수성, 두께에 따라 약간씩 달라 질 수 있기 때문에 최종적인 콘택홀의 깊이의 값은 상기에서 언급한 광학계 변수(optical Parameter; p)의 특성을 보상해주어야 한다.
따라서 하기와 같은 (3)식을 이용하여 실제의 콘택홀의 깊이를 간단히 구할 수 있다.
(3) S = F × ρ
(S= 실제 콘택홀 깊이, ρ= 광학 변수의 특성 상수)
그럼으로 어떠한 깊이를 갖는 콘택홀에서든 상부 영역에서 반사되는 파장의 세기와 하부 영역에서 반사되는 파장의 차이 값이 최고가 되는 값과 0이 되는 값을 갖기 때문에 도 3에 도시한 바와 같은 특성을 갖는 그래프가 그려진다. 따라서 이와 같은 특징을 갖는 그래프 형상을 미리 기억하여 상기 (2)식 및 (3)식을 이용하면, 보다 용이하게 콘택홀의 깊이를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 측정 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 콘택홀 검사 장치(300)는 상기 콘택홀의 깊이를 측정하기 위한 반도체 기판이 놓여지는 플레이트(250)가 구비된다. 상기 플레이트(250)에는 반도체 기판(W)에 형성된 콘택홀의 깊이를 측정할 수 있도록 상기 플레이트(250)를 전 후, 좌 우, 회전구동을 수행함으로서 상기 놓여진 반도체 기판(W)의 위치를 변화시키는 제1구동부(252)가 연결된다. 상기 제1구동부(252)로서 모터를 사용할 수 있다.
상기 플레이트(250)의 상부와 소정의 간격을 갖도록 이격되어 광학부(260)가 구비된다. 상기 광학부(260)는 상기 반도체 기판(W) 상으로 특정 파장을 갖는 광을 제공하는 광원(262)과 상기 광을 상기 반도체 기판(W)의 표면상으로집광(focusing)시키기 위한 집광 렌즈(264)로 구비되어 있다. 상기 광원에서 제공하는 광은 일정한 파장을 갖는 단색광을 사용한다. 따라서, 광의 파장의 길이의 차이에 의한 발생되는 수차 현상을 최소화하면서 상기 광을 반도체 기판(W) 상으로 집광시킬 수 있다. 상기 단색광의 일 예로 레이저 또는 DUV를 사용할 수 있다. 따라서 상기 광원(262)에서 조사된 광은 집광 렌즈(264)에 의해 상기 플레이트(250)에 놓여진 반도체 기판(W)의 표면으로 집광 된다.
상기 반도체 기판(W)의 소정 지점에 위치된 초점을 확인하면서 상기 초점이 반도체 기판에 형성된 콘택홀 내에서 일정한 간격으로 이동되는 것을 조절하는 초점 조절부(270)가 구비된다. 상기 초점 조절부(270)는 상기 광학계와 반도체 기판 사이의 거리를 변화시켜 상기 초점의 생성 위치를 조절하기 위한 제1구동부(252) 및 제2구동부(266)를 컨트롤 역할을 한다. 구체적으로, 상기 제2구동부(266)는 상기 광학부(260)의 집광 렌즈와 연결되어 상기 집광 렌즈(264)를 상하 구동시킨다. 그리고, 상기 제1구동부(252)는 상기 플레이트(250)와 연결되어 상기 플레이트를 상하 구동시킨다. 상기 제1구동부(252) 및 제2구동부(266)는 모터를 사용할 수 있다.
따라서 상기 광의 초점은, 상기 광의 초점 위치를 확인하면서 상기 제1구동부(252) 또는 제2구동부(266)에 의해 상기 집광 렌즈(252)와 반도체 기판(W)의 소정 지점과의 거리를 변화하여 반도체 기판(W)의 소정 지점에 위치하도록 조절할 수 있다.
상기 초점 조절부(270)와 연결되고, 상기 각 각의 초점의 위치에 따라 관찰할 수 있는 콘택홀의 이미지 상을 취득함으로서 상기 취득된 콘택홀의 이미지 상에 따라 나타나는 콘택홀의 상부면(반도체 기판의 표면)에서 반사된 광의 파장의 세기(Y1) 및 콘택홀의 하부면(bottom)에서 반사된 광의 파장의 세기(Y2)를 검출하는 검출부(280)가 구비된다.
또한, 상기 검출부(280) 및 초점 조절부(270)와 연결되고, 상기 초점이 반도체 기판(W)의 소정 좌표상에 위치하기 위해 상하 이동한 거리(X)와, 상기 콘택홀의 이미지 상을 취득함으로서 상기 취득된 콘택홀의 이미지 상에 따라 나타나는 콘택홀의 상부면(반도체 기판의 표면)에서 반사된 광의 파장의 세기(Y1) 및 콘택홀의 하부면(bottom)에서 반사된 광의 파장의 세기(Y2)를 이용하여 콘택홀의 깊이를 측정하는 데이터 출력부(290)가 구비된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 콘택홀 측정 방법을 설명하기 위한 공정도 순서도이다.
도 5를 참조하면, 일정한 파장을 갖는 광이 조사되어 포커싱 렌즈에 입사된다. 상기 집광 렌즈에 입사된 광은 상기 콘택홀이 형성된 반도체 기판의 표면에 포커싱된다. 이때 상기 반도체 기판(W)의 표면에 포커싱되는 광을 반도체 기판(W) 표면의 제1위치(top point)상에 광의 포커싱 포인트를 설정한다.(S110)
상기 제1위치에 광의 초점이 위치되도록 초점 조절부(38)를 이용하여 광을 포커싱하는 단계는, 상기 반도체 기판(W)의 제1위치(X1)에 포커싱 포인트가 위치하였는지를 확인하면서, 제1구동부 또는 제2구동부를 이용하여 상기 포커싱 렌즈 또는 반도체 기판척을 상하 구동함으로서 수행된다.
이어서, 상기 반도체 기판의 상부면 해당하는 제1위치에 광을 포커싱한 후 상기 반도체 기판의 상부면 및 하부면으로부터 반사되는 광의 파장의 세기를 검출기를 이용하여 각각 측정한다.(S120)
상기 반도체 기판의 상부면은 상기 콘택홀의 개구부를 포함하는 콘택홀의 상부 영역이고, 상기 하부면은 콘택홀 내부에 형성된 하부 영역을 나타낸다. 이때 콘택홀의 상부 영역에서 반사되는 파장의 세기는 상기 하부 영역에서 반사되는 파장의 세기보다 매우 크다.
이어서, 상기 광학부에 연결된 제1구동부 또는 플레이트에 연결되어 있는 제2구동부를 구동시켜 상기 제1위치 형성된 포커싱 포인트를 상기 콘택홀의 하부 영까지 일정한 간격으로 n번 이동시킴으로서 n개의 포커싱 포인트를 설정한다.(S130) 이때 상기 포커싱 포인트의 간격 및 이동 거리는 알고 있어야 한다.
이어서, n 개의 포커싱 포인트의 각각의 위치에 해당하는 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역에서 반사되는 파장의 세기를 검출기를 이용하여 각각 측정한다.(S140) 상기 반도체 기판에 형성된 광의 포커싱 포인트를 일정한 간격으로 이동시킬 때 상기 반도체 기판에서 반사되는 파장의 세기는 상기 광의 포커싱 포인트의 변화 위치에 따라 달라지기 때문에 각각의 포커싱 포인트 위치에의 파장의 세기의 차이도 달라진다.
이어서, 상기 각각의 콘택홀 상부 영역에 반사되는 파장의 세기와 하부 영역에 반사되는 파장의 세기의 차이 값을 상기 n 개의 포커싱 포인트 좌표에 따라 각각 구한다.(S150) 여기서 파장의 세기의 차이 값이 최대가 되는 제2포커싱 포인트의 위치는 상기 콘택홀의 개구부 위치에 해당하고, 상기 파장의 세기의 차이 값이 0 이 되는 제1포커싱 포인트의 위치는 콘택홀 깊이의 1/2위치에 해당한다.
이어서, 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기가 동일한 좌표에 해당하는 제1포커싱 포인트 위치와 상기 파장의 세기 차이가 가장 큰 좌표에 해당하는 제2포커싱 포인트 위치의 차이 값(X')을 2배 해줌으로서 이론적인 콘택홀 깊이를 알아낸다.(S160)
그러나 상기 이론적 콘택홀의 깊이는 패턴의 모양, 흡수성, 두께 및 렌즈등의 광학 변수에 따라 달라지기 때문에 상기 광학 변수의 특성 상수를 보상해 주어 실제적인 콘택홀의 깊이를 측정할 수 있다.(S170)
따라서, 따라서, 상기 콘택홀 검사 방법은 반도체 기판을 손상시키지 않고, 반도체 기판에 형성된 콘택홀의 깊이를 보다 용이하게 특정할 수 있어 상기 반도체 장치의 손상을 방지하여 생산비용을 절감할 수 있고, 반도체 기판의 분석용 시료를 형성하지 않고 반도체 기판 상에서 콘택홀의 깊이를 직접 측정함으로서 작업자의 시간의 손실 방지할 수 있어 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 형성된 콘택홀의 제1위치에 광원을 포커싱하여 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 각각의 파장 세기를 측정하는 단계;
    상기 광원의 포커싱 포인트를 상기 콘택홀의 제1위치에서 상기 콘택홀의 제2위치까지 이동시키는 단계;
    상기 제1위치의 포커싱 포인트를 상기 콘택홀의 제2위치로 이동시키는 도중에 형성되는 각각의 포커싱 포인트에 대한 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 각각의 파장 세기를 각각 측정하는 단계;
    상기 콘택홀의 제2위치에 광원을 포커싱하여 상기 콘택홀의 상부 영역 및 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기를 각각 측정하는 단계; 및
    상기 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역으로부터 반사되는 파장의 세기가 동일한 좌표에 해당하는 제1포커싱 포인트 값과 상기 파장의 세기 차이가 가장 큰 좌표에 해당하는 제2포커싱 포인트 값의 차이를 이용하여 상기 콘택홀의 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1위치는 상기 콘택홀의 상부 영역의 위치보다 높거나 같도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1위치와 제2위치의 사이 간격은 상기 콘택홀의 깊이의 1/2보다 크고, 상기 콘택홀의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원의 포커싱 포인트의 이동은 반도체 기판 또는 광학계의 상하 이동으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1포커싱 포인트 값은 상기 광원의 포커싱 포인트가 상기 콘택홀의 상부 영역과 하부 영역의 중간에 형성될 때의 위치 값이고, 상기 제2포커싱 포인트 값은 상기 광원의 포커싱 포인트가 콘택홀의 상부 영역에 형성될 때의 위치 값인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 콘택홀의 깊이는 상기 제1 및 제2포커싱 포인트 값의 차이에 2배를 한 것과 같은 값인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 콘택홀의 깊이는 광학 변수의 특성을 더 보정해주는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 측정 방법.
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