KR20050111244A - 오버레이 출력값 관리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정시에 설비 변경점이나 공정변경점에 의한 오버레이 출력값 변경을 미리 검출할 수 있는 오버레이 출력값 관리방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법은, 반도체 제조공정시의 오버레이 측정방법에 있어서 전 공정에 사용된 낱의 오버레이 출력값들의 평균 가중치를 계산하여 오버레이 입력값을 계산하고, 계산된 값을 스텝퍼에 입력한후 스텝퍼에서 노광작업을 실시하는 단계와, 현 공정에 사용되는 낱의 오버레이 출력값을 측정하는 단계와, 상기 오버레이 입력값에서 오버레이 출력값을 빼어 이상값을 계산하여 상기 이상값을 기준값으로 설정하는 단계 및, 후속 낱들이 오버레이 측정될 때마다 이상값으로 변환시키고 그 값을 그 전의 이상값의 기준값과 비교하여 변화 여부를 비교하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

오버레이 출력값 관리방법{Method for controlling overlay out value}

본 발명은 반도체 제조공정시의 오버레이 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조공정시에 설비 변경점이나 공정변경점에 의한 오버레이 출력값 변경을 미리 검출할 수 있는 오버레이 출력값 관리방법에 관한 것이다.

근래에 정보통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보매체가 널리 보급됨에 따라 반도체장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다.

이에 따라 상기 반도체장치는 집적도, 신뢰도 및 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 제조기술이 발전되고 있다.

일반적으로 반도체장치는 반도체기판위에 다층막을 형성하고, 마스크상의 패턴을 반도체기판위에 옮기는 공정을 수차례 내지 수십차례 반복해야 하며, 이를 통상적으로 포토리소그라피공정이라 한다.

통상적인 포토리소그라피 공정은 반도체기판의 전면에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 반도체기판의 전면에 도포된 포토레지스트의 균일도 유지를 위해 열을 가하는 베이크단계와, 마스크에 형성된 패턴을 반도체기판표면의 패턴과 일치시킨후 자외선 빛을 부분적으로 투과시켜 해당부위의 포토레지스트를 노광시키는 단계와, 노광이 끝난 반도체기판에 현상용액을 분사시켜 노광시 빛을 받은 부분이나 빛을 받지 않은 부분을 화학작용에 의해 제거하는 단계와, 현상된 상태와 정렬된 상태를 측정하고 결함을 검사하는 단계로 진행된다.

특히, 검사하는 단계에서는 선폭전자 주사빔 현미경(critical dimension scanning electronic beam microscope: CD SEM)을 이용해서 반도체기판상에 전사된 패턴의 폭이 원하는 크기로 형성되었는지를 확인하는 것과 함께 오버레이(overlay) 측정장치를 이용해서 이전에 수행된 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 패턴과 현재 수행된 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 패턴과의 위치정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인한다.

그런데, 기존의 오버레이 측정시에, 설비변경이나 앞서 진행된 공정문제로 오버레이측정장비(KLA)에서 측정한 오버레이 출력값(overlay out value)이 변경되었을 경우에, 이후 포토공정 진행시 오버레이 재작업(rework)이 여러번 수행되거나 공정진행 자체가 불가능한 경우가 발생하게 된다.

특히, 도 1에서 알 수 있는 바와같이, 기존 값에 비해 산포가 커졌으며, 더군다나 X, Y 값이 리버스(reverse)되어 각각의 값만 놓고 보면, 산포보다 더 크게 변한 것을 알 수 있다.

도 1에서와 같이, 낱(lot)은 후속 스텝에서 미스 얼라인 작업을 많이 유발시켜 생산성을 떨어뜨리고, 양호한 낱의 입력값에도 영향을 주게 되어 재작업 (rework)을 수행해야만 된다.

더욱 중요한 것은 후속 포토 공정에서 미리 대처하지 못하면 후속 공정에서 미스 얼라인(miss align)을 보정하지 못한 상태로 진행시켜야 되므로써 공정수율이 낮아지게 된다.

이러한 기존 기술의 경우, 오버레이 출력값(overlay out)만을 스펙(spec)으로 관리하여 위와 같은 문제점들을 미리 감지할 수 없으며, 오버레이 출력값을 관리할 경우 외부환경(즉, 작업자나 시스템 에러)에 민감하게 작용하게 되므로써 검출기능이 떨어지게 된다.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 설비 변경점이나 공정변경점에 의한 오버레이값 변경을 미리 검출하여 재작업(rework)되는 낱 발생을 최소화시킬 수 있는 오버레이 출력값 관리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이상 낱이 플로우되어 후속공정에서 재작업 (rework)을 발생시키거나 미스 얼라인(miss-alignment)에 의한 수율 저하를 미연에 방지할 수 있는 오버레이 출력값 관리방법을 제공함에 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법은, 반도체 제조공정시의 오버레이 측정방법에 있어서, 전 공정에 사용된 낱의 오버레이 출력값들의 평균 가중치를 계산하여 오버레이 입력값을 계산하고, 계산된 값을 스텝퍼에 입력한후 스텝퍼에서 노광작업을 실시하는 단계와, 현 공정에 사용되는 낱의 오버레이 출력값을 측정하는 단계와, 상기 오버레이 입력값에서 오버레이 출력값을 빼어 이상값을 계산하여 상기 이상값을 기준값으로 설정하는 단계 및,

후속 낱들이 오버레이 측정될 때마다 이상값으로 변환시키고 그 값을 그 전의 이상값의 기준값과 비교하여 변화 여부를 비교하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법을 설명하기에 앞서 오버레이값 측정방법에 대해 설명하면, 도면에 도시하지는 않았지만, 먼저 반도체기판(미도시)에 형성된 전 스텝 오버레이 어미자(미도시) 및 현 스텝 오버레이 아들자(미도시)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 전 스텝 오버레이 어미자는 전 스텝에 해당하는 패턴으로서, 전 패턴을 형성할때 함께 형성하는데, 중공의 아우트박스(out box)형태로 형성하여 아우트박스라고 명명한다.

또한, 현 스텝 오버레이 아들자는 현 스텝패턴을 형성하기 위한 패턴 형성시에 상기 포토레지스트패턴을 형성할때 함께 형성한다.

그리고, 현 스텝 오버레이 아들자는 정렬을 위한 측정타겟(target)으로써, 전 스텝 오버레이 어미자안에 현 스텝 오버레이 아들자가 위치하게 된다. 그리고, 어미자와 아들자간의 거리를 측정하므로써 전 스텝과의 오버랩(overlap) 정도를 측정하게 된다.

상기 오버레이 측정은 반도체기판상에 가시광 빔(visual beam)을 방사하고, 상기 가시광 빔이 반도체기판에서 반사되는 반사광을 검출하므로써 수행된다.

이때, 어미자와 아들자의 계측 결과가 허용오차 범위를 만족하면서 형성될때 정렬이 올바르게 이루어지는 것으로 판단하게 된다.

여기서, 상기 오버레이출력값측정공정은 낱 단위로 수행되는데, 반도체웨이퍼들이 적재된 카세트가 상기 오버레이 측정장치(KLA)로 로딩되면, 상기 카세트에 적재된 반도체웨이퍼들의 적재위치를 확인하는 매핑(mapping) 작업이 수행된다.

상기 매핑작업이 종료된 상기 카세트에 적재된 반도체웨이퍼들은 이송기구에 의해 프리얼라이너(pre-aligner)로 이송되어 예비정렬이 수행된 후에 검사실로 이송되어 오버레이 출력값 측정이 수행된다.

상기 반도체웨이퍼가 이송되면, 가시광 빔을 상기 반도체웨이퍼상에 방사하고, 상기 반도체웨이퍼에서 반사된 반사광을 검출하여 상기 반도체웨이퍼상에 형성된 패턴의 정렬정도를 확인하게 된다.

상기에서 설명한 오버레이 측정방법을 통한 본 발명에 따른 오버레이 출력값을 관리하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법에 있어서, 낱에 따른 이상값(ideal value)의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법을 설명하기 위한 오버레이 출력값 관리시스템 흐름도이다.

본 발명에 따른 오버레이 출력값을 관리하는 방법은, 도 2에 도시된 바와같이, 먼저 앞선 제조공정에 사용된 낱의 오버레이 출력값들의 평균 가중치를 계산하여 오버레이 입력값을 계산하고(100), 계산된 값을 스텝퍼에 입력한후 스텝퍼에서 노광작업을 실시한다(200).

그다음, 현 공정에 사용되는 낱의 오버레이 출력값을 측정한다 (300).

이어서, 상기 오버레이 입력값에서 오버레이 출력값을 빼어 이상값(ideal value)을 계산하여 상기 이상값을 기준값으로 설정한다(400).

그다음, 후속 낱들이 오버레이 측정될때마다 이상값으로 변환시키고 그 값을 그 전의 이상값의 기준값과 비교하여 변화 여부를 비교한다(500).

이어서, 상기 이상값의 변화여부를 비교한후 상기 이상값의 변화여부에 따라 현 공정에서의 이상유무를 판단하여 관리한다(600).

이를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서의 이상값(ideal value)은 앞선 제조공정에 사용된 낱들의 오버레이 출력값들의 평균 가중치를 계산하여 얻어진 오버레이 입력값에서 현 공정에서 오버레이 출력값을 빼 주어 결정한다. 즉, 상기 이상값 계산은 다음과 같은 식(1)으로 표현된다.

오버레이 입력값 - 오버레이 출력값 = 이상값(ideal value) ------ (1)

이렇게 이상값(ideal value)을 결정하는 경우, 설비 변경점이나 공정 변경점이 없다면 이론적으로 작업자(operator)나 시스템의 에러로 입력(input)값이 크게 변하더라도 이상값은 변하지 않게 된다.

예를 들면, 오버레이 입력값이 "2"일때, 오버레이 출력값이 "0"으로 측정되었을때, 상기 식(1)을 이용하여 계산해 보면 이상(ideal)값은 "2"로 나타난다. 이렇게 이상값이 "2"로 결정되었으면 상기 이상값을 기준값으로 하여 오버레이 출력값을 관리하게 된다.

즉, 작업자나 시스템의 에러로 오버레이 입력값이 "2.5"인 경우에 정상적인 경우라면 출력값은 "0.5"가 나와 출력값이 기존의 "0" 에서 "0.5" 로 변하였지만 이상값은 "2.5 - 0.5 = 2"가 되어 기존의 이상값과 동일하게 된다. 결국 이상값의 변화가 없으므로 설비나 현 공정에는 이상이 없음을 알 수 있다.

이와 반대로, 입력값이 기존의 입력값과 동일하게 "2"가 들어 갔는데 출력값이 "0.5"가 나왔다면 이상값은 "2 - 0.5 = 1.5"가 되어 기존의 이상값과 다름을 알 수 있다.

따라서, 이상값이 다르다는 것은 설비나 공정(전공정 포함)에 이상이 발생하였음을 알려 주는 것이고, 신속하게 그 원인을 찾아 조치를 취해 주어야 한다.

결론적으로, 입력값이나 출력값의 변경여부보다는 이상값의 변화유무가 현 공정 오버레이 이상유무의 판단기준이 될 수 있다.

또한, 도 3에서와 같이, 이상값을 모니터링하고 인터락(interlock) 기능을 부여하게 되면, 설비 이상이나 공정이상을 미리 감지하고 대처할 수 있다. 즉, 이상값의 기준범위를 일정한 범위이내 즉, "2" 정도로 한정하여 이상값이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 설비가 정지되도록 설정해 주므로써 설비 이상 또는 공정 이상을 감지하고 대처할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

상기에서 설명한 바와같이, 오버레이 출력값 관리방법에 의하면, 설비 변경점이나 공정변경점에 의한 오버레이값 변경을 미리 검출하여 재작업(rework)되는 낱 발생을 최소화시킬 수 있다.

또한, 이상 낱이 플로우되어 후속공정에서 재작업 (rework)을 발생시키거나 미스 얼라인(miss alignment)에 의해 수율이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 낱(lot)에 따른 오버레이 측정값 변화를 도시한 그래프,

도 2는 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법에 있어서, 낱에 따른 이상값(ideal value)의 변화를 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 오버레이 출력값 관리방법을 설명하기 위한 오버레이 출력값 관리시스템 흐름도.

Claims (2)

1. 반도체 제조공정시의 오버레이 측정방법에 있어서,

   전 공정에 사용된 낱의 오버레이 출력값들의 평균 가중치를 계산하여 오버레이 입력값을 계산하고, 계산된 값을 스텝퍼에 입력한후 스텝퍼에서 노광작업을 실시하는 단계;

   현 공정에 사용되는 낱의 오버레이 출력값을 측정하는 단계;

   상기 오버레이 입력값에서 오버레이 출력값을 빼어 이상값을 계산하여 상기 이상값을 기준값으로 설정하는 단계; 및

   후속 낱들이 오버레이 측정될 때마다 이상값으로 변환시키고 그 값을 그 전의 이상값의 기준값과 비교하여 변화 여부를 비교하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 오버레이 출력값 관리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 이상값의 변화여부를 비교한후 상기 이상값의 변화여부에 따라 현 공정에서의 이상유무를 판단하여 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 출력값 관리방법.