KR20050111268A

KR20050111268A - 오버레이 보정방법

Info

Publication number: KR20050111268A
Application number: KR1020040036506A
Authority: KR
Inventors: 김종훈; 신용철
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-11-24

Abstract

본 발명은, 웨이퍼에 제1 필드가 형성되고 상기 제1 필드 상에 n개(n은 적어도 2보다 큰 수)의 제2 필드들을 오버레이 시키는 방법에 있어서, 오버레이시키기 위한 웨이퍼 파라미터들과 필드 파라미터들을 결정하는 단계와, n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 웨이퍼 파라미터들을 산출한 후 평균하여 상기 제2 필드에 대한 웨이퍼 파라미터 보정값들을 얻는 단계와, n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 필드 파라미터들을 산출한 후 평균하여 상기 제2 필드에 대한 필드 파라미터 보정값들을 얻는 단계 및 상기 웨이퍼 파라미터 보정값들과 상기 필드 파라미터 보정값들을 이용하여 노광장비에 입력하여 상기 제1 필드 상에 상기 제2 필드들을 오버레이 시키는 오버레이 보정방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 멀티 얼라인먼트(Multi Alignment)를 사용하여 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있다.

Description

오버레이 보정방법{Method for compensating a overlay}

본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 얼라인먼트(Multi Alignment)를 사용하여 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있는 오버레이 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치의 제조에 있어서 정확한 얼라인먼트(alignmnet)의 확보는 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 전사하는 포토리소그라피(photolithography) 공정에서 제어하게 된다. 즉, 웨이퍼 상에 하부층을 형성하고 그 위에 형성되는 상부층의 오버레이(overlay) 계측 및 보정을 통해 정렬하여 오버레이를 보정하게 된다.

반도체 제조공정에서 포토리소그라피 공정은 웨이퍼에 감광막을 도포하여 형성한 다음 이를 스텝퍼(stepper)에서 노광하고 현상하여 패터닝하는 과정을 거친다. 현상 후, 하부층과 감광막 패턴과의 정렬도를 검사하게 되며, 정렬도가 불량한 경우 노광/현상 공정이 완료된 웨이퍼를 재작업(rework)하여 다시 새로운 감광막을 도포하고 노광 및 현상하는 단계를 반복하게 된다.

한편, 종래에는 기억 소자 제조과정 중 포토리소그라피 공정시, 하부층이 라지(large) 필드(field)(L) 이고, 상부층이 스몰(small) 필드(S)일 때 스몰 필드(S)를 라지 필드(L)에 얼라인(align)하여 오버레이(overlay)(하부층과 상부층의 겹침의 정확도를 나타내는 지수)를 조절하는데, 예를 들어 1개의 하부 라지 필드(L)에 2개의 상부 스몰 필드(S1, S2)를 노광하게 된다. 이때, 상부의 2개 스몰 필드(S1, S2)는 1개의 라지 필드(L)에 대해 각각의 서로 다른 샷텀(shot term)을 가지게 된다. 라지 필드(L)가 하부에서 1개 필드로 노광되지만 상부층의 스몰 필드는 S1, S2 필드로 각각 노광되기 때문에 S1, S2 필드의 오버레이 성분이 다르게 존재하게 된다. 그런데, 상부층 S1, S2 필드 노광시에 실제 오버레이 보정은 1개의 S1 필드에 대해서만 보정값을 줄 수 있다. 상부층 S1, S2 필드 각각의 샷텀(shot term)은 하부층 라지 필드(L)에 대해 S1 필드는 동일 방향이지만 S2 필드는 반대방향이며, 스캐너(scanner) 및 스테퍼(stepper)의 샷텀은 한쪽 방향으로만 보정하기 때문에 S2 필드는 오버레이 보정을 할 수 없다. 이로 인해 S2 필드는 보정이 안되거나 잘못된 보정이 되어 전체 필드의 평균 오버레이 조절 능력을 저하시키게 되어 포토리소그라피 공정의 오버레이 마진 부족 및 재작업의 횟수 증가 등의 문제점을 야기하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 멀티 얼라인먼트(Multi Alignment)를 사용하여 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있는 오버레이 보정방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 웨이퍼에 제1 필드가 형성되고 상기 제1 필드 상에 n개(n은 적어도 2보다 큰 수)의 제2 필드들을 오버레이 시키는 방법에 있어서, 오버레이시키기 위한 웨이퍼 파라미터들과 필드 파라미터들을 결정하는 단계와, n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 웨이퍼 파라미터들을 산출한 후 평균하여 상기 제2 필드에 대한 웨이퍼 파라미터 보정값들을 얻는 단계와, n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 필드 파라미터들을 산출한 후 평균하여 상기 제2 필드에 대한 필드 파라미터 보정값들을 얻는 단계 및 상기 웨이퍼 파라미터 보정값들과 상기 필드 파라미터 보정값들을 이용하여 노광장비에 입력하여 상기 제1 필드 상에 상기 제2 필드들을 오버레이 시키는 오버레이 보정방법을 제공한다.

상기 웨이퍼 파라미터들은 오프셋(offset), 신축도(expansion), 회전도(rotation)일 수 있고, 상기 필드 파라미터들은 확대도(magnification), 회전도(rotation)일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 스몰 필드 노광시에 각 S1 필드와 S2 필드의 얼라인먼트(alignment)를 따로 설정하는 멀티 얼라인먼트(Multi Alignment)를 사용하여 정확한 오버레이 값을 보정하는 방법을 적용하여 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있는 오버레이 보정방법을 제공한다.

반도체 소자 제조공정 중에 포토 마스크 공정시 하부층이 라지 필드이고 상부층이 스몰 필드일 때 각각의 레이어(layer)간 오버레이 향상을 위하여 상부층인 스몰 필드 노광시에 멀티 얼라인먼트를 사용하여 정확한 샷텀(short term)을 보정하는 방법을 찾아 적용함으로써, 오버레이 조절 능력을 향상시킨다. 본 발명은 포토리소그라피(photolithography) 공정 중 라지 필드와 스몰 필드의 믹스 앤 매치(Mix & Match) 공정에 사용되어지며, 디램(dynamic random access memory;DRAM), 에스램(static random access memory;SRAM) 플래시 메모리 제조 공정, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 분야에도 적용될 수 있다.

노광시 오버레이 보정값은 웨이퍼 파라미터(오프셋(offset), 신축도(expansion), 회전도(rotation)) 성분과 필드 파라미터(확대도(magnification), 회전도(rotation)) 성분으로 나누어진다. 웨이퍼 파라미터 성분으로는 오프셋(offset X, Y), 신축도(wafer exp X,Y) 및 회전도(wafer rot X, Y)에 관한 성분이 있으며, 필드 파라미터 성분으로는 확대도(field mag X, Y) 및 회전도(field rot X, Y)에 관한 성분이 있다. 웨이퍼 파라미터 성분으로 직교도(Orthogonality)를 더 포함할 수 있다. 웨이퍼 파라미터인 오프셋(offset X, Y)은 X, Y 방향으로 웨이퍼가 이동되는 정도를 의미하고, 신축도(wafer exp X,Y)는 X, Y 방향으로 웨이퍼가 늘고 줄어든 정도를 의미하며, 회전도(wafer rot X, Y)는 X, Y 방향으로 웨이퍼가 돌아간 정도를 의미한다. 웨이퍼 파라미터인 직교도는 웨이퍼 뒤틀림 정도를 의미한다. 필드 파라미터인 확대도(field mag X, Y)는 노광 샷(shot)의 X, Y 방향으로 늘고 줄어든 정도를 의미하며, 회전도(field rot X, Y)는 노광 샷(shot)의 X, Y 방향으로 돌아간 정도를 의미한다. 도 2는 라지 필드(미도시) 상부에 스몰 필드를 오버레이 시키기 위하여 웨이퍼에 스몰 필드들을 S1, S2 필드로 구분한 모습을 보여주는 도면으로서, 스몰 필드인 S1, S2 필드를 보정하기 위해 각각의 오버레이 보정값을 설정하는데 있어서 S1 필드의 웨이퍼 파라미터(offset XY, wafer exp XY, wafer rot XY) 성분과 필드 파라미터(Mag, Rotation) 성분, S2 필드의 웨이퍼 파라미터(OffsetXY, ExpXY, Rotation) 성분과 필드 파라미터(field mag XY, field rot XY) 성분의 1/2 값을 얻을 수 있도록 설정한다. S1 필드, S2 필드의 오프셋(offset) 값을 각각 따로 설정하여 보정하게 됨으로써 도 3 및 도 4에서와 같은 라지 필드(L) 확대도(magnification) 성분에 의한 오버레이 에러(error) 및 도 7과 도 8에서와 같은 라지 필드(L)의 회전도(rotation) 성분에 의한 오버레이 에러를 방지함으로써 전체 S1, S2 필드의 평균 오버레이 제어 능력을 최대화시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 웨이퍼에 라지 필드가 형성되고, 라지 필드 상에 n개(n은 적어도 2보다 큰 수)의 스몰 필드들을 오버레이 시키기 위하여, 먼저 오버레이시키기 위한 웨이퍼 파라미터들과 필드 파라미터들을 결정하고, n개의 스몰 필드 각각에 대하여 웨이퍼 파라미터들을 산출한 후 평균하여 스몰 필드에 대한 웨이퍼 파라미터 보정값들을 얻고, 또한, n개의 스몰 필드 각각에 대하여 필드 파라미터들을 산출한 후 평균하여 스몰 필드에 대한 필드 파라미터 보정값들을 얻는다. 상기와 같이 얻은 상기 웨이퍼 파라미터 보정값들과 상기 필드 파라미터 보정값들을 이용하여 노광장비에 입력하여 라지 필드 상에 스몰 필드들을 정확하게 오버레이 시킬 수 있다. 스몰 필드는 라지 필드에 대하여 횡방향(좌우 방향)으로 배열되도록 오버레이 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 라지 필드에 대하여 열방향(상하 방향)으로 배열되도록 오버레이 시킬 수도 있음은 물론이다.

스몰 필드가 S1, S2 필드로 구분되고, 웨이퍼 파라미터는 오프셋(offset X,Y), 신축도(wafer exp X,Y), 회전도(wafer rot X, Y)일 경우, 웨이퍼 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어진다. 여기서, X, Y는 라지 필드의 중심점에서 각각 X방향 또는 Y방향으로 정렬 자리까지의 거리이다. 오프셋(offset X, Y)은 X, Y 방향으로 웨이퍼가 이동되는 정도를 의미하고, 신축도(wafer exp X,Y)는 X, Y 방향으로 웨이퍼가 늘고 줄어든 정도를 의미하며, 회전도(wafer rot X, Y)는 X, Y 방향으로 웨이퍼가 돌아간 정도를 의미한다.

offset X={offset X(S1)+offset X(S2)}/2

offset Y={offset Y(S1)+offset Y(S2)}/2

wafer exp X={wafer exp X(S1)+wafer exp X(S2)}/2

wafer exp Y={wafer exp Y(S1)+wafer exp Y(S2)}/2

wafer rot X={wafer rot X(S1)+wafer rot X(S2)}/2

wafer rot Y={wafer rot Y(S1)+wafer rot Y(S2)}/2

스몰 필드가 S1, S2 필드로 구분되고, 필드 파라미터는 확대도(field mag X, Y), 회전도(field rot X, Y)일 경우, 필드 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어진다. 여기서, X, Y는 라지 필드의 중심점에서 각각 X방향 또는 Y방향으로 정렬 자리까지의 거리이다. 확대도(field mag X, Y)는 노광 샷(shot)의 X, Y 방향으로 늘고 줄어든 정도를 의미하며, 회전도(field rot X, Y)는 노광 샷(shot)의 X, Y 방향으로 돌아간 정도를 의미한다.

field mag X={field mag X(S1)+field mag X(S2)}/2

field mag Y={field mag Y(S1)+field mag Y(S2)}/2

field rot X={field rot X(S1)+field rot X(S2)}/2

field rot Y={field rot Y(S1)+field rot Y(S2)}/2

한편, 스몰 필드가 n개의 S1, S2, …, Sn 필드로 구분되고, 웨이퍼 파라미터는 오프셋(offset X,Y), 신축도(wafer exp X,Y), 회전도(wafer rot X, Y)일 경우, 웨이퍼 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어진다.

offset X={offset X(S1)+offset X(S2)+ … +offset X(Sn)}/n

offset Y={offset Y(S1)+offset Y(S2)+ … +offset X(Sn)}/n

wafer exp X={wafer exp X(S1)+wafer exp X(S2)+ … +wafer exp X(Sn)}/n

wafer exp Y={wafer exp Y(S1)+wafer exp Y(S2)+ … +wafer exp Y(Sn)}/n

wafer rot X={wafer rot X(S1)+wafer rot X(S2)+ … +wafer rot X(Sn)}/n

wafer rot Y={wafer rot Y(S1)+wafer rot Y(S2)+ … +wafer rot Y(Sn)}/n

스몰 필드가 n개의 S1, S2, …, Sn 필드로 구분되고, 필드 파라미터는 확대도(field mag X, Y), 회전도(field rot X, Y)일 경우, 필드 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어진다.

field mag X={field mag X(S1)+field mag X(S2)+ … +field mag X(Sn)}/n

field mag Y={field mag Y(S1)+field mag Y(S2)+ … +field mag Y(Sn)}/n

field rot X={field rot X(S1)+field rot X(S2)+ … +field rot X(Sn)}/n

field rot Y={field rot Y(S1)+field rot Y(S2)+ … +field rot Y(Sn)}/n

도 3 내지 도 6은 라지 필드(L)에 스몰 필드(S1, S2)를 오버레이 시키는 일예를 보여주는 도면들로서, 도 3 및 도 4에서와 같이 라지 필드(L)와 스몰 필드(S1, S2)가 미스얼라인(misalign)되어 있는 것을 본 발명의 실시예에 따라 확대도 성분을 보정하여 도 5와 같이 오버레이 시켰으나 오프셋 값 때문에 S1, S2 필드가 겹치는 현상이 발생하였고, 이를 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 오프셋 성분을 보정하여 라지 필드(L)에 스몰 필드(S1, S2)를 오버레이 시켜 완벽한 보정이 이루어졌음을 알 수 있다.

도 7 내지 도 10은 라지 필드(L)에 스몰 필드(S1, S2)를 오버레이 시키는 다른 예를 보여주는 도면들로서, 도 7 및 도 8에서와 같이 라지 필드(L)와 스몰 필드(S1, S2)가 미스얼라인(misalign)되어 있는 것을 본 발명의 실시예에 따라 회전도 성분을 보정하여 도 9과 같이 오버레이 시켰으나 오프셋 값 때문에 S1, S2 필드간 오버레이 불량이 발생하였고, 이를 도 10에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 오프셋 성분을 보정하여 라지 필드(L)에 스몰 필드(S1, S2)를 오버레이 시켜 완벽한 보정이 이루어졌음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하는 노광장비는 광원으로 I-선(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(157nm) 등의 광원을 사용할 수 있다. 감광제로는 I-선(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(157nm) 등의 광원을 사용하는 포토레지스트를 사용할 수 있다.

본 발명에 의에 의하면, 멀티 얼라인먼트(Multi Alignment)를 사용하여 정확한 오버레이 값을 보정하는 방법을 적용하여 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 소자 제조공정 중에 포토리소그라피 공정시 하부층이 라지 필드이고 상부층이 스몰 필드일 때 각각의 레이어(layer)간 오버레이 향상을 위하여 상부층인 스몰 필드 노광시에 멀티 얼라인먼트를 사용하여 정확한 샷텀(short term)을 보정하는 방법을 찾아 적용함으로써, 오버레이 조절 능력을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 포토리소그라피(photolithography) 공정 중 라지 필드와 스몰 필드의 믹스 앤 매치(Mix & Match) 공정에 사용되어지며, 디램(dynamic random access memory;DRAM), 에스램(static random access memory;SRAM) 플래시 메모리 제조 공정, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 분야에도 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 하부층인 라지 필드(L)와 상부층인 스몰필드(S1, S2)를 도시한 도면이다.

도 2는 웨이퍼에 스몰 필드들을 S1, S2 필드로 구분한 모습을 보여주는 도면이다.

도 3 내지 도 6은 라지 필드에 스몰 필드를 오버레이 시키는 일예를 보여주는 도면들이다.

도 7 내지 도 10은 라지 필드에 스몰 필드를 오버레이 시키는 다른 예를 보여주는 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 부호의 설명>

L; 라지 필드(large field)

S, S1, S2: 스몰 필드(small field)

Claims

웨이퍼에 제1 필드가 형성되고, 상기 제1 필드 상에 n개(n은 적어도 2보다 큰 수)의 제2 필드들을 오버레이 시키는 방법에 있어서,

오버레이시키기 위한 웨이퍼 파라미터들과 필드 파라미터들을 결정하는 단계;

n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 웨이퍼 파라미터들을 산출한 후, 평균하여 상기 제2 필드에 대한 웨이퍼 파라미터 보정값들을 얻는 단계;

n개의 상기 제2 필드 각각에 대하여 필드 파라미터들을 산출한 후, 평균하여 상기 제2 필드에 대한 필드 파라미터 보정값들을 얻는 단계; 및

상기 웨이퍼 파라미터 보정값들과 상기 필드 파라미터 보정값들을 이용하여 노광장비에 입력하여 상기 제1 필드 상에 상기 제2 필드들을 오버레이 시키는 오버레이 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 파라미터들은 오프셋(offset), 신축도(expansion), 회전도(rotation)인 오버레이 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 필드 파라미터들은 확대도(magnification), 회전도(rotation)인 오버레이 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 n개의 제2 필드들은 S1, S2, …, Sn 필드로 구분되고, 상기 웨이퍼 파라미터는 오프셋(offset X,Y), 신축도(wafer exp X,Y), 회전도(wafer rot X, Y)이며, 상기 웨이퍼 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어지는 오버레이 보정방법.

offset X={offset X(S1)+offset X(S2)+ … +offset X(Sn)}/n

offset Y={offset Y(S1)+offset Y(S2)+ … +offset X(Sn)}/n

wafer exp X={wafer exp X(S1)+wafer exp X(S2)+ … +wafer exp X(Sn)}/n

wafer exp Y={wafer exp Y(S1)+wafer exp Y(S2)+ … +wafer exp Y(Sn)}/n

wafer rot X={wafer rot X(S1)+wafer rot X(S2)+ … +wafer rot X(Sn)}/n

wafer rot Y={wafer rot Y(S1)+wafer rot Y(S2)+ … +wafer rot Y(Sn)}/n
제1항에 있어서, 상기 n개의 제2 필드들은 S1, S2, …, Sn 필드로 구분되고, 상기 필드 파라미터는 확대도(field mag X, Y), 회전도(field rot X, Y)이며, 상기 필드 파라미터 보정값들은 하기의 식들에 의해 얻어지는 오버레이 보정방법.

field mag X={field mag X(S1)+field mag X(S2)+ … +field mag X(Sn)}/n

field mag Y={field mag Y(S1)+field mag Y(S2)+ … +field mag Y(Sn)}/n

field rot X={field rot X(S1)+field rot X(S2)+ … +field rot X(Sn)}/n

field rot Y={field rot Y(S1)+field rot Y(S2)+ … +field rot Y(Sn)}/n
제1항에 있어서, 상기 제2 필드는 상기 제1 필드에 대하여 횡방향(좌우 방향)으로 배열되거나 상기 제1 필드에 대하여 열방향(상하 방향)으로 배열되도록 오버레이 시키는 오버레이 보정방법.