KR20070056196A - 리소그래피 공정 평가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리소그래피 공정 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 임계선폭과 오버레이를 측정하는 리소그래피 공정 평가 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 리소그래피 공정 평가 방법은 제1 레이어 패턴이 형성된 웨이퍼에 제2 레이어의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 측정 장비로 상기 포토레지스트 패턴의 크기를 측정하여 임계선폭을 평가하는 단계; 서로 중심축이 일치하도록 설계된 상기 제1 레이어 패턴과 제2 레이어의 상기 포토레지스트 패턴의 사이의 거리를 상기 측정 장비로 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과를 이용하여 오버레이를 평가하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하여 하나의 측정 장비에서 임계선폭과 오버레이 측정을 동시에 실시함으로써, 종래의 경우에 비하여 서로 다른 장비를 사용하여 웨이퍼 상의 다수의 샷에서 임계선폭과 오버레이를 측정하기 때문에 웨이퍼 이동과 장비간의 이동 작업이 생략되어 측정 시간이 감소되고, 생산성이 향상되는 효과가 있다.

임계선폭, 오버레이, 측정 장비, 리소그래피

Description

리소그래피 공정 평가 방법{A method of estimating lithography process }

도1은 종래의 리소그래피 공정 평가 방법으로 웨이퍼를 평가하기 위하여 사용되는 오버레이 측정용 패턴.

도2는 임계선폭이나 오버레이가 측정되는 위치를 표시한 웨이퍼의 일예를 보여주는 배치도.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 공정 평가 방법을 보여주는 순서도.

본 발명은 리소그래피 공정 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 임계선폭과 오버레이를 측정하는 리소그래피 공정 평가 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 공정은 반도체 기판에 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상에 의해서 이루어진다. 반도체 소자의 집적도를 증가시키기기 위하여 포토레지스트 패턴이 미세화 됨에 따라 리소그래 피 공정의 중요성이 더 커지고 있다.

리소그래피 공정에서 포토레지스트 패턴에 영향을 주는 요소는 제품의 종류, 반도체 기판의 상태, 레지스트 종류, 마스크 포토레지스트 패턴, 사용하는 노광장비 등으로 매우 다양하다. 포토레지스트 패턴이 미세화 되고 이런 미세한 포토레지스트 패턴에 영향을 미치는 요소들이 매우 많기 때문에 로트에 대하여 적절한 노광조건을 설정하여야한다.

한편 반도체 장치의 집적도가 증가하고 포토레지스트 패턴이 미세화 됨에 따라 리소그래피 공정에서 점점 더 미세한 포토레지스트 패턴을 형성하여야 한다. 리소그래피 공정에서 미세포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 노광장비의 해상력을 증가시키기 위한 기술들이 개발되고 있다. 노광장비에서 해상력을 증가시키기 위하여 대구경 렌즈를 채택하는 것이 일반적인데, 이 경우 렌즈의 행상도가 증가함에 따라 초점심도(depth of focus)가 작아져서 공정 여유도가 감소하는 단점이 있다. 그리고 포토레지스트 패턴이 미세화 됨에 따라 여러 레이어(layer) 정렬이 더욱 중요한 요소가 되고 있다.

따라서 이렇게 중요한 노광조건을 설정하기 위해서 필수적으로인 것이 리소그래피 공정의 결과를 평가하는 것인데 가장 중요한 평가 항목으로 임계선폭(critical dimension)과 오버레이(overlay)가 있다.

이전에 제1 레이어(layer) 패턴이 형성된 웨이퍼에 제2 레이어의 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 실시하는 종래의 리소그래피 공정 평가 방법에 대하여 설명한다.

임계선폭을 측정하는데 사용되는 포토레지스트 패턴은 제2 레이어의 패턴 규격에 따라서 적절한 크기를 가지는 포토레지스트 패턴을 선택하여 실시한다. 측정하는 개수나 위치도 제2 레이어의 종류에 따라 결정된다. 이때 임계선폭의 측정의 전용 임계선폭 측정 장비를 사용한다.

도1은 종래의 리소그래피 공정 평가 방법으로 웨이퍼를 평가하기 위하여 사용되는 오버레이 측정용 패턴이고, 도2는 임계선폭이나 오버레이가 측정되는 위치를 표시한 웨이퍼의 일예를 보여주는 배치도이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 오버레이 측정 장비는 제1 레이어의 오버레이 측정용 패턴(10)과 정렬하여 포토레지스트 패턴으로 형성된 제2 레이어의 오버레이 측정용 패턴(20)을 감지하여 제1 레이어의 오버레이 측정용 패턴(10)과 제2 레이어의 오버레이 측정용 패턴(20) 사이의 거리를 측정하여 오버레이를 측정한다.

그런데 상기에 설명한 종래의 리소그래피 공정 평가 방법에서 임계선폭과 오버레이는 다른 평가 방법을 사용하기 때문에 서로 다른 전용 측정 장비를 이용하여 평가하고 있는 것이 현실이다.

그런데 도2에 보인 것처럼 임계선폭 이나 오버레이를 측정하는 샷이 웨이퍼 상에서 매우 많고, 이로 인하여 측정보다는 위치 이동에 상당히 오랜 시간이 소요되는 실정이다.

그러고 서로 다른 장비를 이용하여 순차적으로 측정이 실시되기 때문에, 서로 다른 전용 측정 장비에 웨이퍼를 로딩하고 위치를 이동시키는데 매우 긴 시간이 소요되어 공정 진행 시간에 비하여 리소그래피 공정 평가를 위한 측정에 많은 시간 에 소모되고, 생산성이 저하되는 문제가 심각하다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 장비를 사용하여 웨이퍼 상의 다수의 샷에서 임계선폭과 오버레이를 측정하기 때문에 웨이퍼 이동과 장비간의 이동으로 인하여 시간이 오래 소요되어 생산성이 저하되는 것을 방지하는 리소그래피 공정 평가 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 공정 평가 방법은 제1 레이어 패턴이 형성된 웨이퍼에 제2 레이어의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 측정 장비로 상기 포토레지스트 패턴의 크기를 측정하여 임계선폭을 평가하는 단계; 서로 중심축이 일치하도록 설계된 상기 제1 레이어 패턴과 제2 레이어의 상기 포토레지스트 패턴의 사이의 거리를 상기 측정 장비로 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과를 이용하여 오버레이를 평가하는 단계를 포함한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 공정 평가 방법을 보여주는 순서도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 리소그래피 공정 평가 방법에 따라 리소그래피 공정에서 생산 또는 실험을 위하여 제1 레이어(layer) 패턴이 형성된 로트(lot)에 대한 제품 정보와 마스크 등의 정보를 확인하고, 상기 로트와 동일한 제품 에 대하여 과거의 노광조건 정보를 검토하여 노광시간 또는 포커스 등의 리소그래피 공정의 노광조건을 설정한다.

이렇게 설정된 노광조건에 따라 제1 레이어 패턴이 형성된 웨이퍼에 제2 레이어의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이때 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정은 웨이퍼에 포토레지스트 막을 도포하고, 노광장비에서 제1 레이어 패턴을 이용하여 웨이퍼를 정렬하면서 노광을 실시한다. 노광이 완료된 웨이퍼에는 현상액을 이용하여 포토레지스트 패턴이 형성하고(100), 포토레지스트 패턴은 적절한 고온 열처리를 실시하여 경화시킨다.

이어서 거리를 측정할 수 있는 측정 장비에 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 로딩하여, 포토레지스트 패턴의 크기를 측정한다(200). 이때 측정 장비는 임계선폭 측정 장비 또는 오버레이(overlay) 측정 장비를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 이들 측정 장비는 빛이나 전자빔을 이용하여 광학적인 방법이나 전자현미경 등으로 측정하는 것이 바람직하다.

측정 장비의 선택의 측정하고자 하는 패턴의 크기에 따라 적당히 선택되다. 즉 수 ㎛ 크기의 경우에는 오버레이 측정 장비를 사용하고, 수백 nm 이하의 크기에 대해서는 전자빔을 이용한 고성능 측정 장비 예를 들어 임계선폭 측정 장비 등을 사용하는 것이 바람직하다.

측정 장비에서 포토레지스트 패턴의 크기 예를 들어 폭(width)을 측정하고, 이 값을 정해진 규격과 비교하여 임계선폭을 평가한다. 이때 측정에 사용되는 포토레지스트 패턴은 제2 레이어의 패턴 규격에 따라서 적절한 크기를 가지는 포토레지 스트 패턴을 선택하는 것이 하는 바람직하다. 측정하는 개수나 위치도 제2 레이어의 종류에 따라 결정된다.

웨이퍼에서 서로 중심축이 일치하도록 설계된 제1 레이어 패턴과 제2 레이어의 포토레지스트 패턴 사이의 거리를 측정한다(300). 이때 측정하는 거리는 좌우 및 상하간의 거리를 모두 측정하는 것이 필요하다.

여기서 제1 레이어 패턴과 포토레지스트 패턴이 서로 중심축이 일치하는 것은 x축과 y축 방향에 대하여 각각 서로 동일한 중심축을 갖는 제1 레이어 패턴과 포토레지스트 패턴으로서 각각의 축 방향에 대하여 서로 다른 제1 레이어 패턴과 포토레지스트 패턴을 사용하여도 된다.

즉 x축에 대하여 동일한 중심축을 가지는 제1 레이어 패턴과 포토레지스트 패턴을 사용하고, y축에 대하여 동일한 중심축을 가지는 다른 제1 레이어 패턴과 다른 포토레지스트 패턴을 사용하는 것도 가능하다.

그리고 중심축이 일치하도록 설계된 것은 설계 레이아웃 상에서 동일한 중심축을 가진다는 뜻이다.

이때 예를 들어 x축에 대한 오버레이는 좌우에 대한 제1 레이어 패턴과 제2 레이어의 포토레지스트 패턴 사이의 거리 차이를 반으로 나눈 수치가 오버레이를 벗어난 값이다. 또한 y축에 대한 오버레이도 동일한 방법으로 평가된다(400).

이렇게 하면 임계선폭과 오버레이에 대한 평가가 하나의 측정 장비에서 실시된다.

또한 임계선폭과 오버레이를 측정하는 순서를 바꾸어서 실시하는 것도 가능 하기 때문에, 오버레이를 먼저 평가하고, 동일한 측정 장비에서 임계선폭을 평가하는 것도 차이가 없다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 리소그래피 공정 평가 방법에 의해서 하나의 측정 장비에서 임계선폭과 오버레이 측정을 동시에 실시함으로써, 종래의 경우에 비하여 서로 다른 장비를 사용하여 웨이퍼 상의 다수의 샷에서 임계선폭과 오버레이를 측정하기 때문에 웨이퍼 이동과 장비간의 이동 작업이 생략되어 측정 시간이 감소되고, 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제1 레이어 패턴이 형성된 웨이퍼에 제2 레이어의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   측정 장비로 상기 포토레지스트 패턴의 크기를 측정하여 임계선폭을 평가하는 단계;

   서로 중심축이 일치하도록 설계된 상기 제1 레이어 패턴과 제2 레이어의 상기 포토레지스트 패턴의 사이의 거리를 상기 측정 장비로 측정하는 단계; 및

   상기 측정 결과를 이용하여 오버레이를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 공정 평가 방법.

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