KR20050099160A - 웨이퍼 검사시스템 및 그를 이용한 포토리소그래피공정에서 최적 조건의 설정방법 - Google Patents

웨이퍼 검사시스템 및 그를 이용한 포토리소그래피공정에서 최적 조건의 설정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 검사 시스템 및 이를 이용한 포토리소그래피 공정에서의 최적조건 설정방법에 관한 것이다. 이의 설정방법은, 웨이퍼에 형성된 칩을 검사하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 영상신호를 검출하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서에서 출력된 영상신호를 이용하여 상기 웨이퍼에 패터닝된 칩을 비교 판단하는 제어부와, 상기 영상신호를 저장하는 데이터 베이스를 포함하는 웨이퍼 검사 시스템을 이용한 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법에 있어서, 웨이퍼 상의 칩마다 공정 레시피가 다르게 포토리소그래피 공정을 진행하는 단계와, 상기 포토리소그래피 공정이 완료된 웨이퍼로부터 상기 공정 레시피에 따라 웨이퍼를 검사하기 위한 파라미터 기준을 결정하는 단계와, 상기 파라미터 기준에 따라 상기 웨이퍼 검사 시스템을 이용하여 영상신호를 검출하고, 상기 검출된 영상 신호를 이용하여 상기 포토리소그래피 공정 칩이 정상 또는 불량인지를 판단하는 단계와, 상기 칩의 영상신호와 위치 데이터를 상기 데이터 베이스에 저장하는 단계와, 상기 데이터 베이스에 저장된 포토리소그래피 공정이 양호한 칩들의 위치 데이터에 의거하여 상기 제어부에서 상기 포토리소그래피 공정에서 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

웨이퍼 검사시스템 및 그를 이용한 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법{system for inspecting wafer and method for setting up best condition of photo-lithography process used the same}
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 웨이퍼 검사시스템 및 그를 이용한 포토리소그래피 공정에서의 최적조건 설정방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 대중화에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 또한, 그 기능적인 면에 있어서 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및, 응답 속도 등을 극대화하는 방향으로 연구 개발되고 있다. 반도체 장치의 제조 기술은 크게 반도체 기판 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정과, 상기 증착공정으로 형성된 가공막 상에 피가공막을 형성하여 패터닝 하는 포토리소그래피(photolithography) 공정과, 상기 패터닝된 피가공막을 식각마스크로 사용하여 상기 가공막을 제거하는 식각공정으로 이루어진다. 특히, 상기 포토리소그래피 공정은 상기 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 피가공막을 형성하여 구현하고자 하는 가공막 상부의 상기 피가공막이 남도록 상기 피가공막을 패터닝하는 공정으로, 노광장치에서 입사되는 노광에너지에 의해 상기 피가공막 패턴의 임계치수가 결정된다. 이때, 포토리소그래피 공정에서 최적 조건을 설정(setting up)하기 위해서는 상기 노광장치의 노광 시간(expose time), 초점 심도(focus)등이 중요한 파라미터가 될 수 있다. 상기 노광 시간 또는 초점 심도 등에 따라 패터닝된 피가공막 패턴에 대하여, 광학 현미경이나 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 공정 마진을 확인한 후 최적 조건을 설정하고, 이를 기초로 하여 공정 조건을 설정하였다.
이하, 종래 기술에 따른 포토리소그래피 공정에서의 최적 조건의 설정방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 노광시간 및 초점 심도등과 같은 공정 레시피를 달리하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상에 포토리소그래피 공정을 진행한다. 이때, 상기 포토리소그래피 공정은 상기 웨이퍼 상에 패터닝될 칩에 대하여 일방향으로 노광시간을 순차적으로 증가 또는 감소시키고, 상기 노광시간이 변화되는 축에 수직하는 방향으로 상기 초첨 심도를 증가 또는 감소시켜 상기 노광시간 및 초점심도의 파라미터가 서로 교차하도록 이루어진다.
다음, 상기 포토리소그래피 공정이 완료되면, 당 분야에 숙련된 기술자가 광학 현미경이나 주사형 전자 현미경을 이용하여 상기 웨이퍼에 형성된 칩 패턴 내에서 각 포인트에서 일일이 정상인가 비정상인가를 목시검사(目視檢査)한다. 이때, 상기 기술자는 상기 노광시간 또는 초점 심도 중 어느 하나의 제 1 파라미터를 기준으로 상기 웨이퍼의 중심을 지나는 일방향으로 공정 마진을 확인한다. 또한, 상기 제 1 파라미터의 공정 마진이 우수한 부분을 선택한다. 이후, 상기 제 1 파라미터의 공정 마진이 우수한 부분의 중심을 기준으로 상기 제 1 파라미터 공정 마진 확인에서 확인되지 않은 상기 노광 시간 또는 초점 심도의 제 2 파라미터에 대한 포토리소그래피 공정 마진을 확인하고, 상기 제 2 파라미터의 포토리소그래피 공정 마진이 우수한 부분을 선택한다.
따라서, 종래 기술에 따른 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법은 제 1 및 제 2 파라미터에 따라 포토리소그래피 공정을 완료한 웨이퍼를 기술자가 직접 유관으로 광학 현미경 또는 주사형 전자 현미경을 사용하여 확인하고 상기 제 1 및 제 2 파라미터 각각의 포토리소그래피 공정 마진이 우수한 부분의 중심을 최적 조건으로 설정함으로써 이루어진다.
하지만, 종래 기술에 따른 포토리소그래피 공정에서의 최적 조건 설정방법은 노광 시간 또는 초점 심도의 제 1 및 제 2 파라미터를 갖고 패터닝되는 상기 웨이퍼를 검사하는 상기 기술자의 눈높이 차이에 따라 포토리소그래피 공정의 마진 확인 결과가 달라지고, 부정확한 포토리소그래피 공정의 마진 확인 결과를 바탕으로 대량생산이 이루어질 경우 불량 발생률을 증가시킬 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 상기 포토리소그래피 공정 마진을 확인하는 이와 같은 작업이 빈번히 이루어질 경우 상기 기술자의 해당 업무가 증가하기 때문에 단순 확인 작업의 반복에 따른 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 포토리소그래피 공정의 마진 확인결과를 정확하게 획득하고, 상기 포토리소그래피 공정의 마진 확인 결과를 바탕으로 대량 생산에서 불량 발생률을 감소시킬 수 있는 포토리소그래피 공정에서 최적조건의 설정방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 포토리소그래피 공정 마진을 확인하는 작업이 빈번히 이루어질 경우 단순 확인 작업의 반복에 따른 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따라, 웨이퍼에 형성된 칩을 검사하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 영상신호를 검출하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서에서 출력된 영상신호를 이용하여 상기 웨이퍼에 패터닝된 칩을 비교 판단하는 제어부와, 상기 영상신호를 저장하는 데이터 베이스를 포함하는 웨이퍼 검사 시스템을 이용한 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법에 있어서, 웨이퍼 상의 칩마다 공정 레시피가 다르게 포토리소그래피 공정을 진행하는 단계와, 상기 포토리소그래피 공정이 완료된 웨이퍼로부터 상기 공정 레시피에 따라 웨이퍼를 검사하기 위한 파라미터 기준을 결정하는 단계와, 상기 파라미터 기준에 따라 상기 웨이퍼 검사 시스템을 이용하여 영상신호를 검출하고, 상기 검출된 영상 신호를 이용하여 상기 포토리소그래피 공정 칩이 정상 또는 불량인지를 판단하는 단계와, 상기 칩의 영상신호와 위치 데이터를 상기 데이터 베이스에 저장하는 단계와, 상기 데이터 베이스에 저장된 포토리소그래피 공정이 양호한 칩들의 위치 데이터에 의거하여 상기 제어부에서 상기 포토리소그래피 공정에서 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 웨이퍼 검사 시스템에 있어서, 웨이퍼에 형성된 칩을 검사하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 영상신호를 검출하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서에서 출력된 영상신호를 이용하여 상기 웨이퍼에 패터닝된 칩을 비교 판단하는 제어부와, 상기 영상신호를 저장하는 데이터 베이스를 포함하는 시스템이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템은 웨이퍼(100) 또는 상기 웨이퍼(100) 상에 형성된 칩 패턴을 검사하는 광학 현미경 또는 주사형 전자 현미경과 같은 광학계(110)와, 상기 광학계(110)에 의해 상기 웨이퍼(100) 또는 웨이퍼(100) 상에 형성된 칩의 영상신호를 검출하는 이미지 센서(120)와, 상기 이미지 센서(120)에서 출력되는 영상신호와 상기 영상신호를 위치 데이터를 저장하는 데이터 베이스(140)와, 상기 데이터 베이스(140)에 저장된 영상신호를 비교하거나 상기 영상신호의 정상 또는 비정상을 판단하는 제어부(130)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 제어부(130)를 통해 출력되는 영상신호를 이용하여 사용자에게 상기 웨이퍼(100) 또는 웨이퍼(100) 칩의 영상을 보여주고 임의의 작업을 수행할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스(150)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 웨이퍼(100) 또는 상기 웨이퍼(100) 상에 패터닝된 칩의 크기는 상기 광학계(110)에 의해 조절되고, 상기 광학계(110)에서 검출되는 영상신호의 해상도는 센서의 화소(pixel) 수에 따라 결정된다. 또한, 상기 제어부(130)는 상기 웨이퍼(100)에 형성된 상기 칩을 따라 상기 광학계(110) 및 이미지 센서(120)의 위치를 변화시킬 수 있고, 상기 데이터 베이스(140)에 저장된 정상적인 영상신호와 상기 이미지 센서(120)로부터 출력된 영상 신호를 비교하여 상기 영상신호의 정상 여부를 판단한다. 이때, 상기 데이터 베이스(140)에 저장된 정상적인 영상신호와 상기 이미지 센서(120)에서 출력된 영상신호가 서로 일치 또는 오차범위 내에서 서로 일치할 경우 포토리소그래피 공정 마진을 평가 또는 확인할 수 있다. 반면, 상기 웨이퍼(100)상에 형성된 칩으로부터 획득되는 영상과 상기 데이터 베이스(140)에 저장된 영상의 그레이 레벨(gray level)차이에 따라서 결함 존재의 여부를 확인할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템을 이용한 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법은, 노광시간 및 초점 심도등과 같은 공정 레시피들을 각각 달리하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(100) 상에 포토리소그래피 공정을 진행한다.(S100) 이때, 상기 포토리소그래피 공정은 상기 웨이퍼(100) 상에 패터닝될 칩에 대하여 일방향으로 노광시간을 순차적으로 증가 또는 감소시키고, 상기 노광시간이 변화되는 축에 수직하는 방향으로 상기 초첨 심도를 증가 또는 감소시켜 상기 노광시간 및 초점심도가 서로 교차되도록 변화시켜 이루어진다.
다음, 상기 포토리소그래피 공정이 완료되면, 상기 제어부(130)는 상기 노광시간 또는 초점 심도를 각각 제 1 및 제 2 파라미터로 결정하고, 상기 제 1 및 제 2 파라미터에 대한 웨이퍼 검사 순서를 결정한다.(S200)
이후, 상기 제 1 파라미터에 대한 웨이퍼 검사가 먼저 이루어질 경우, 상기 제 1 파라미터에 따라 상기 웨이퍼(100)의 중심을 지나는 일방향으로 상기 광학계(110) 및 이미지 센서(120)를 이동시키면서 상기 웨이퍼(100) 상에 형성된 칩 패턴의 정상 또는 비정상을 확인 및 평가한다.(S300) 이때, 상기 제어부(130)는 상기 광학계(110) 및 이미지 센서(120)를 이용하여 상기 웨이퍼(100)에 형성된 칩의 영상신호를 검출하고, 상기 칩의 영상신호를 이용하여 상기 칩의 포토리소그래피 공정이 정상 또는 불량인지를 판단하고, 상기 칩의 영상신호 및 위치 신호를 상기 데이터 베이스(140)에 저장한다.(S400) 이때, 상기 제어부(130)는 상기 데이터 베이스(140)로부터 정상적인 칩 패턴의 영상신호를 제공받아 상기 이미지 센서(120)로부터 출력되는 영상신호와 비교하여 상기 포토리소그래피 공정 마진 정상 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 데이터 베이스(140)에는 상기 제 1 파라미터에 대한 웨이퍼(100) 검사 시 위치 신호를 저장하기 위해 웨이퍼 맵(map)이 미리 저장되어 있다. 예컨대, 상기 제3단계(140)에서 검출된 결함 부분의 위치 데이타는 (x, y)좌표값으로 기억되어 상기 웨이퍼 맵 상의 복수의 칩중 해당 칩(82)의 해당 위치에 표시되도록 구성되어 있다.
이후, 상기 제 1 파라미터에서 포토리소그래피 공정 마진이 양호한 영역을 결정하고(S500), 상기 제 1 파라미터에 대한 검사가 완료되면 상기 제 1 파라미터 이외에 제 2 파라미터가 존재하는 지를 확인하고(S600), 상기 제 2 파라미터가 존재하면 상기 제 1 파라미터에서와 같은 동일한 순서로 웨이퍼 검사를 수행한다.
이때, 상기 제 2 파라미터에 대한 웨이퍼 검사는 상기 제 1 파라미터에 대한 웨이퍼 검사와는 상기 광학계(110) 및 이미지 센서(120)가 서로 수직하게 이동되면서 이루어진다. 즉, 상기 제 2 파라미터에 대한 웨이퍼 검사는 상기 제 2 파라미터에 따라 상기 웨이퍼(100) 중심을 지나는 방향으로 또는 상기 제 1 파라미터에서 포토리소그래피 공정 마진이 양호한 영역에 대하여 수직하는 방향으로 상기 광학계(110) 및 이미지 센서(120)를 이동시키면서 상기 웨이퍼(100)에 형성된 칩 패턴이 정상 또는 비정상인지를 확인 및 판단하고(S300), 상기 칩 패턴의 영상 신호 및 위치신호를 상기 데이터 베이스(140)에 저장한다(S400). 그리고, 상기 제 2 파라미터에서 칩 패턴이 양호한 영역을 결정하고(S500), 상기 제 2 파라미터 이외에 웨이퍼 검사가 이루어질 파라미터가 더 존재하지 않는지를 판단한다(S600).
마지막으로, 상기 제 1 및 제 2 파라미터에서 결정된 양호한 영역을 이용하여 포토리소그래피 공정 레시피를 설정하고 실제 공정에 적용한다(S700).
따라서, 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법은, 포토리소그래피 공정의 마진 확인결과를 정확하게 획득하고, 상기 포토리소그래피 공정의 마진 확인 결과를 바탕으로 대량 생산에서 불량 발생률을 감소시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 포토리소그래피 공정 마진을 확인하는 작업이 반복적으로 이루어질 경우 기계적 확인 작업의 반복에 따른 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
결국, 포토리소그래피 공정에 있어서의 공정 마진을 평가하는 데 있어서, 종래의 방법에 비하여 웨이퍼(100) 상의 훨씬 많은 영역에 걸쳐서 매우 정밀하고 정확하게 평가할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법은, 웨이퍼 검사 시스템을 사용하여 포토리소그래피 공정의 마진 확인결과를 정확하게 획득하고, 상기 포토리소그래피 공정의 마진 확인 결과를 바탕으로 대량 생산에서 불량 발생률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 포토리소그래피 공정 마진을 확인하는 작업이 반복적 이루어질 경우 기계적 확인 작업의 반복에 따른 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법을 설명하기 위한 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 웨이퍼 110 : 광학계
120 : 이미지 센서 130 : 제어부
140 : 데이터 베이스 150 : 사용자 인터페이스

Claims (7)

  1. 웨이퍼에 형성된 칩을 검사하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 영상신호를 검출하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서에서 출력된 영상신호를 이용하여 상기 웨이퍼에 패터닝된 칩을 비교 판단하는 제어부와, 상기 영상신호를 저장하는 데이터 베이스를 포함하는 웨이퍼 검사 시스템을 이용한 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법에 있어서,
    웨이퍼 상의 칩마다 공정 레시피가 다르게 포토리소그래피 공정을 진행하는 단계와,
    상기 포토리소그래피 공정이 완료된 웨이퍼로부터 상기 공정 레시피에 따라 웨이퍼를 검사하기 위한 파라미터 기준을 결정하는 단계와,
    상기 파라미터 기준에 따라 상기 웨이퍼 검사 시스템을 이용하여 영상신호를 검출하고, 상기 검출된 영상 신호를 이용하여 상기 포토리소그래피 공정 칩이 정상 또는 불량인지를 판단하는 단계와,
    상기 칩의 영상신호와 위치 데이터를 상기 데이터 베이스에 저장하는 단계와,
    상기 데이터 베이스에 저장된 포토리소그래피 공정이 양호한 칩들의 위치 데이터에 의거하여 상기 제어부에서 상기 포토리소그래피 공정에서 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 레시피는 포토리소그래피 공정에 사용되는 노광장치의 노광시간 또는 초점 심도를 포함함을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토리소그래피 공정이 정상 또는 불량인 것을 판단은 상기 데이터 베이스에서 상기 제어부로 입력되는 기존의 영상 신호와, 상기 이미지 센서에서 검출되어 상기 제어부로 입력되는 영상 신호를 비교 판단하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계는,
    상기 파라미터에서 양호한 영역을 결정하는 단계와,
    상기 파라미터가 더 존재하는가를 확인하고 상기 파라미터가 존재하지 않을 경우, 상기 양호한 영역에 의거하여 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정에서 최적 조건의 설정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파라미터가 더 존재할 경우, 상기 파라미터에 따라 웨이퍼 검사 시스템을 이용하여 영상신호를 검출하고, 상기 검출된 영상 신호를 이용하여 상기 포토리소그래피 공정 칩이 정상 또는 불량인지를 판단하는 단계와,
    상기 칩의 영상신호와 위치 데이터를 상기 데이터 베이스에 저장하는 단계와,
    상기 데이터 베이스에 저장된 포토리소그래피 공정이 양호한 칩들의 위치 데이터에 의거하여 상기 제어부에서 상기 포토리소그래피 공정에서 최적의 공정 레시피를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정에서 최적조건의 설정방법.
  6. 웨이퍼 검사 시스템에 있어서,
    웨이퍼에 형성된 칩을 검사하는 광학계와,
    상기 광학계에 의해 영상신호를 검출하는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서에서 출력된 영상신호를 이용하여 상기 웨이퍼에 패터닝된 칩을 비교 판단하는 제어부와,
    상기 영상신호를 저장하는 데이터 베이스를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부를 통해 출력되는 영상신호를 이용하여 사용자에게 상기 웨이퍼 또는 웨이퍼 칩의 영상을 보여주고 임의의 작업을 수행할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 더 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100677988B1 (ko) * 2005-12-28 2007-02-02 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 포토 장비의 노광 에너지 튜닝 장치 및 방법

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