KR20080001440A - 웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법 및 노광 장비 - Google Patents

웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법 및 노광 장비 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법 및 노광 장비를 제시한다. 본 발명에 따르면, 시험 웨이퍼에 대해 노광을 수행하고, 노광된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하여 웨이퍼 선폭 분포 지도를 구하고, 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터(data)로부터 노광 필드(field)의 적어도 둘 이상의 지점들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산하고, 도즈 오프셋 값들이 노광 필드 내의 하위 영역별로 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행한다.
선폭 불균일, 노광, 노광 필드, 도즈 오프셋

Description

웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법 및 노광 장비{Exposure method for correcting wafer CD ununiformity and exposure apparatus used therein}
도 1은 종래의 웨이퍼 노광 방법에 따른 웨이퍼 노광 지도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 웨이퍼 노광 방법에 따른 웨이퍼 가장자리의 노광 필드 내의 선폭 분포를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예예 따른 웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노광 방법에 따른 웨이퍼 노광 지도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노광 방법에 따른 노광 필드 내의 선폭 분포를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼 선폭(CD) 불균일을 보정하는 노광 방법 및 이에 사용되는 노광 장비에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정 중에 포토리소그래피(photolithography) 과정 및 이의 수행을 확인하는 계측 시스템(measurement system)이 사용되고 있다. 포토리소그래피 과정은 웨이퍼 상에 포토마스크(photomask) 상에 설계 구현된 패턴을 전사하는 노광 과정을 포함하고 있으며, 이때, 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 정확성을 계측하기 위해서 패턴의 선폭(CD)을 측정하고 있다.
이때, 작업자는 웨이퍼 상에서 직접 패턴의 선폭 분포를 측정하고, 노광 필드(field) 별로 CD 데이터(data)를 확인한 후, 노광 장비의 잡 파일(job file)의 웨이퍼 지도(wafer map)에 노광 필드 별로 도즈 오프셋(dose offset)을 직접 입력하는 방법으로, 실제 노광 결과를 노광 과정에 피드백(feed back)하고 있다.
이러한 경우, 잡 파일을 수정하지 않는 한 로트(lot)들 간의 웨이퍼 변화와 현상(develop) 공정 변화 등에 따른 웨이퍼 선폭 변화가 노광 과정에 피드백되기 어렵다. 이에 따라, 작업자의 선폭 측정 작업량이 상당하여 상당한 시간이 소용되게 된다. 더욱이, 도즈 오프셋을 주어 노광하고자 하는 필드에, 필드 내의 위치 별 또는 내부 영역 별로 서로 다른 도즈 오프셋을 설정하기 어려워, 하나의 필드에 대해 하나의 도즈 오프셋 양으로 노광이 수행되게 된다.
도 1은 종래의 웨이퍼 노광 방법에 따른 웨이퍼 노광 지도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 종래의 웨이퍼 노광 방법에 따른 웨이퍼 가장자리(edge)의 노광 필드 내의 선폭(CD) 분포를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 노광 후 현상 과정을 거친 후 노광 및 현상이 수행된 시험 웨이퍼(도 1의 10)에 대해 작업자가 CD 분포를 측정하고, 이를 바탕으로 실제 노광 과정이 수행될 웨이퍼 지도를 작성하게 된다. 도 1은 웨이퍼 노광 지도를 보여주고 있는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 정상적인 노광(normal exposure)이 수행될 필드(11)는 웨이퍼(10)의 중심 부분으로 이해될 수 있고, 가장 자리 부분은 도즈 오프셋이 적용될 필드(13)로 이해될 수 있다.
그런데, 노광 시 도즈 오프셋이 적용될 필드(13) 내의 패턴 선폭 분포를 측정하면, 도 2에 제시된 바와 같이 필드(13) 내의 하위 영역(sub field: 15) 별로 다른 CD 값들이 측정되어 하위 영역(15) 별로 CD 편차를 가지는 CD 분포가 측정되고 있다. 그럼에도 불구하고, 현재 노광 보정은 필드(13)에 대해서 하나의 도즈 오프 셋 값이 설정되는 수준으로 이루어지고 있어, 필드(13) 내의 CD 편차 발생을 방지하기 어렵다. 이에 따라, CD 불균일이 발생되고 있다.
더욱이, 웨이퍼 CD 불균일은 웨이퍼(10) 가장 자리로 갈수록 커지는 경향을 보이고 있다. 따라서, 웨이퍼(10) 가장 자리쪽으로 갈수록 도즈 오프 셋에 의한 CD 보정이 크게 이루어져야 하나, 필드(13)에 대해 고정된 도즈 오프 셋 값이 설정되므로, 이러한 가장 자리 부분에서의 CD 보정은 실질적으로 요구되는 정도에 비해 작게 된다. 또한, 웨이퍼(10) 가장 자리에서 상대적으로 먼 중심 부분쪽에서는 CD 보정이 실질적으로 불필요하지만, 이러한 부분에 대해서도 강제적으로 도즈 오프 셋이 적용되므로, 오히려 CD 불균일 정도가 커지게 된다.
따라서, 이러한 웨이퍼 CD 불균일을 방지 또는 보상할 수 있는 보정 방법의 개선이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토리소그래피 과정에 의한 웨이퍼 패턴들에 대한 선폭 불균일을 보정할 수 있는 노광 방법 및 이에 사용되는 노광 장비를 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 시험 웨이퍼에 대해 노광을 수행하는 단계, 상기 노광된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하여 웨이퍼 선폭 분포 지도를 구하는 단계, 상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터(data)로부터 상기 노광 필드(field)의 적어도 둘 이상의 지점들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산하는 단계, 및 상기 도즈 오프셋 값들이 상기 노광 필드 내의 하위 영역별로 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 노광 방법을 제시한다.
상기 패턴 선폭의 계측은 상기 노광이 수행되는 노광부에 연결되게 설치된 선폭 계측부에서 광원(optical source)을 이용한 패턴 선폭 측정으로 수행되고, 상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 상기 노광부로 피드백(feedback)되어 상기 노광부를 제어하는 노광 제어부에서 입력되어 있는 잡 파일(job file)의 도즈 변화량 및 선폭 변화량의 비에 적용되어 상기 도즈 오프셋 값들로 계산 및 적용될 수 있다.
상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 다른 웨이퍼의 노광에 적용되기 위해 상기 노광 제어부에 노광 잡 파일(job file)로서 저장될 수 있다.
상기 시험 웨이퍼는 상기 노광부 및 상기 선폭 계측부에 연결되게 설치된 트랙(track)부에서 레지스트 코팅(coating), 베이크(bake) 및 현상(develop)이 수행될 수 있다.
상기 웨이퍼 선폭 분포 지도는 상기 측정된 선폭 값들 중 ± 1 ㎚ 오차 범위 내로 동일한 값들을 면적 또는 등고선 형태로 표현하는 지도로 구해질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점은, 웨이퍼에 레지스트 코팅(coating), 베이크(bake) 및 현상(develop)을 수행하는 트랙(track)부, 상기 트랙부에 연결되게 설치되어 상기 웨이퍼를 노광하는 노광부, 상기 웨이퍼를 노광하기 이전에 시험 노광 및 현상된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하게 상기 트랙부에 연결되어 설치된 선폭 계측부, 및 상기 선폭 측정부에서 계측되어 피드백(feedback)되는 상기 선폭 분포의 웨이퍼 지도 데이터로부터 상기 노광 필드(field)의 적어도 둘 이상의 지점들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산 및 적용하여, 상기 도즈 오프셋 값들이 상기 노광 필드 내의 하위 영역별로 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행하게 상기 노광부를 제어하는 노광 제어부를 포함하는 웨이퍼 노광 장비를 제시한다.
상기 선폭 계측부는 광원(optical source)을 이용한 패턴 선폭 측정으로 상기 선폭 분포를 계측하고, 상기 노광 제어부는 상기 선폭 계측부로부터 피드 백(feedback)되는 상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터를 입력되어 있는 잡 파일(job file)의 도즈 변화량 및 선폭 변화량의 비에 적용하여 상기 도즈 오프셋 값들로 계산 및 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 포토리소그래 과정에 의한 웨이퍼 패턴들에 대한 선폭 불균일을 보정할 수 있는 노광 방법 및 이에 사용되는 노광 장비를 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 노광부와 트랙(track)부가 결합된 인-라인(in-line) 노광 장비에, 바람직하게 광학적(optical) CD 계측부를 결합시켜, 웨이퍼 CD 분포를 계측 또는 검사(inspection)하도록 장비 구성한다. 시험 웨이퍼가 노광 및 현상되면, 시험 웨이퍼는 CD 측정부로 이송되어 CD 불균일 정도를 측정받게 된다. 이러한 CD 분포로부터 웨이퍼 CD 지도를 생성하고, 이러한 데이터를 노광부에 피드백(feed back)한다. 노광부에서 노광을 제어하는 제어부는 이러한 피드백된 웨이퍼 CD 지도를 기준으로 도즈 오프셋을 계산하여 주된 로트(main lot)의 웨이퍼들을 순차적으로 노광한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법 및 노광 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시예예 따른 웨이퍼 선폭 불균일을 보정하는 노광 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노광 방법은, 먼저, 시험 웨이퍼에 대해 노광을 수행한다(도 3의 110). 이러한 노광은 도 4에 제시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비에서 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비는, 노광 제어부(211)를 포함하는 노광부(210), 트랙 제어부(track controller: 231)를 포함하는 트랙부(230) 및 선폭 계측 제어부(251)를 포함하는 선폭 계측부(250)가 인-라인(in-line) 설비로 연결되게 구성될 수 있다.
노광 제어부(211)는 노광부(210)에 이송되는 웨이퍼를 작업자가 입력한 데이터(data) 등을 포함하는 잡 파일(job file)에 따라 노광 제어하는 역할을 한다. 노광부(210)는 스캐너(scanner) 장비와 같은 스캔(scan) 노광이 수행되도록 장비 구성된 것으로 이해될 수 있다. 트랙부(230)는 웨이퍼 카세트(wafer cassette)에 수납된 웨이퍼들이 순차적으로 이송되며, 레지스트 코팅(coating)을 수행하는 코팅부(233), 베이크(bake)가 수행되는 베이크부(235) 및 현상(develop)이 수행되는 현상부(237)가 인-라인 설치되게 구성될 수 있다.
선폭 계측부(250)는 노광된 웨이퍼의 선폭을 계측하는 광학적 계측 장비의 구성으로 구성될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 스테이지(wafer stage: 255)에 계측을 위한 광이 광경로(257)를 따라 입사하게 계측 광을 조사하는 광원(optic source: 253), 이러한 계측을 제어하는 CD 계측 제어부(251) 등을 포함 하여 구성될 수 있다.
이러한 노광 장비에서 시험 웨이퍼에 대해 먼저 레지스트 코팅, 1차 베이크, 노광, 2차 베이크, 현상, 웨이퍼 CD 지도 측정, 오버레이(overlay) 계측, 및 목표 CD 측정 등이 수행될 수 있다. 연후에, 실제 주된 웨이퍼에 코팅, 1차 베이크, 노광, 2차 베이크, 현상, 오버레이(overlay) 계측, 및 목표 CD 측정이 수행될 수 있다.
이때, 노광된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하여 웨이퍼 선폭 분포 지도를 구한다(도 3의 120). 이때, 웨이퍼 선폭 분포 지도는 도 5 및 도 6에 제시된 바와 같이 웨이퍼(500) 전체에 대해서 노광 필드(501) 내의 적어도 2 지점에서 측정된 CD 값들로부터 얻어질 수 있다.
이때, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노광 방법에 따른 웨이퍼 전체에 대한 웨이퍼 노광 지도를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 노광 필드(501) 내의 다수의 측정 위치(505)에 대해 측정된 CD 선폭들을 등고선(503) 형태로 도시한 분포 지도이다. 이때, 웨이퍼 선폭 분포 지도는 측정된 선폭 값들 중 ± 1 ㎚ 오차 범위 내로 동일한 값들을 도 5 및 도 6에 제시된 바와 같이 등고선(503) 형태로 표현하거나 또는 도 2에 제시된 바와 같이 면적 형태로 표현하도록 얻어질 수 있다.
이후에, 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터(data)로부터 노광 필드(도 6의 501의 적어도 둘 이상의 지점(도 6의 505)들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산한다(도 3의 130).
연후에, 도즈 오프셋 값들이 노광 필드(501) 내의 하위의 영역별로, 즉, CD 측정 지점(505)들에 연관된 하위 영역별로 바람직하게 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행한다(도 1의 140).
이러한 과정에서, 패턴 선폭의 계측은 선폭 계측부(도 4의 250)에서 광원(optical source: 253)을 이용한 패턴 선폭 측정으로 수행되고, 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 노광부(도 4의 210)로 피드백(feedback)되어 노광부(210)를 제어하는 노광 제어부(211)에서 입력되어 있는 잡 파일(job file)의 도즈 변화량 및 선폭 변화량의 비에 적용되어 도즈 오프셋 값들로 계산된다. 또한, 잡 파일에는 작업자가 노광에 적용할 노광 도즈 값이 이미 저장되어 있으므로, 이러한 도즈 오프셋 값들은 이러한 설정된 노광 도즈 값을 변화시키는 정도를 계산한 값으로 이해될 수 있다.
이후에, 실제 노광에서 도즈 오프셋 값들은 노광 필드(도 6의 501) 내에서 변화되게 적용되어 실제 노광이 이루어진다. 즉, 노광 필드마다 적어도 2개 이상 설정된 도즈 오프셋 값들에 따라 노광 도즈를 변화시키며 노광을 수행한다. 예컨대, 노광부(210) 스캐너 장비 구성을 따라 구성될 경우, 노광 필드(501)가 스캔 방향으로 도즈 오프셋이 적용되게 된다. 즉, 스캔 및 슬릿(slit) 위치별로 노광 필드(501) 내에서 도즈 오프셋 값들이 다르게 적용될 수 있다. 이는 CD 선폭 측정이 노광 필드(501) 내의 다수 위치 지점(505)들에서 이루어지고, 이러한 CD 선폭 분포 데이터로부터 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋 값들이 얻어지는 데 주로 기인한다. 이에 따라, 웨이퍼 및 노광 필드 내에서 CD 변동이 효과적으로 방지될 수 있다.
한편, 이러한 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 다른 웨이퍼의 노광에 적용되기 위해 노광 제어부(도 4의 211)에 노광 잡 파일(job file)로서 저장될 수 있다. 따라서, 추후 동일 코팅/ 현상 및 레티클(reticle)을 사용하는 노광 과정에서 이러한 데이터를 이용하여 도즈 오프셋을 설정할 수 있다.
한편, 노광 장비는 이러한 주된 로트 웨이퍼들을 노광하고 나서, 레티클 정보, 트랙부의 정보를 저장하게 된다. 이에 따라, 추후에 노광할 웨이퍼가 동일 레티클 및 트랙 잡 파일을 이용할 경우, 이러한 웨이퍼 CD 지도 데이터를 이용하여 노광을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 노광 필드 내에서의 웨이퍼 상의 선폭 변동이 발생되는 것을 보정 방지할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 전체에 대한 선폭 변동 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 영역 별 형성되는 소자, 예컨대, 트랜지스터 소자의 특성 변동을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (7)

  1. 시험 웨이퍼에 대해 노광을 수행하는 단계;
    상기 노광된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하여 웨이퍼 선폭 분포 지도를 구하는 단계;
    상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터(data)로부터 상기 노광 필드(field)의 적어도 둘 이상의 지점들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산하는 단계; 및
    상기 도즈 오프셋 값들이 상기 노광 필드 내의 하위 영역별로 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 선폭의 계측은 상기 노광이 수행되는 노광부에 연결되게 설치된 선폭 계측부에서 광원(optical source)을 이용한 패턴 선폭 측정으로 수행되고
    상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 상기 노광부로 피드백(feedback)되어 상기 노광부를 제어하는 노광 제어부에서 입력되어 있는 잡 파일(job file)의 도즈 변화량 및 선폭 변화량의 비에 적용되어 상기 도즈 오프셋 값들로 계산 및 적용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터는 다른 웨이퍼의 노광에 적용되기 위해 상기 노광 제어부에 노광 잡 파일(job file)로서 저장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 시험 웨이퍼는 상기 노광부 및 상기 선폭 계측부에 연결되게 설치된 트랙(track)부에서 레지스트 코팅(coating), 베이크(bake) 및 현상(develop)이 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 선폭 분포 지도는 상기 측정된 선폭 값들 중 ± 1 ㎚ 오차 범위 내로 동일한 값들을 면적 또는 등고선 형태로 표현하는 지도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 방법.
  6. 웨이퍼에 레지스트 코팅(coating), 베이크(bake) 및 현상(develop)을 수행하는 트랙(track)부;
    상기 트랙부에 연결되게 설치되어 상기 웨이퍼를 노광하는 노광부;
    상기 웨이퍼를 노광하기 이전에 시험 노광 및 현상된 시험 웨이퍼에 대해 패턴 선폭을 하나의 노광 필드(field) 내의 적어도 둘 이상의 지점들에서 계측하게 상기 트랙부에 연결되어 설치된 선폭 계측부; 및
    상기 선폭 측정부에서 계측되어 피드백(feedback)되는 상기 선폭 분포의 웨이퍼 지도 데이터로부터 상기 노광 필드(field)의 적어도 둘 이상의 지점들 각각에 적용될 선폭 보정을 위한 도즈 오프셋(dose offset) 값들을 계산 및 적용하여
    상기 도즈 오프셋 값들이 상기 노광 필드 내의 하위 영역별로 적용되게 웨이퍼에 대한 노광을 수행하게 상기 노광부를 제어하는 노광 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 장비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선폭 계측부는 광원(optical source)을 이용한 패턴 선폭 측정으로 상기 선폭 분포를 계측하고
    상기 노광 제어부는 상기 선폭 계측부로부터 피드백(feedback)되는 상기 웨이퍼 선폭 분포 지도의 데이터를 입력되어 있는 잡 파일(job file)의 도즈 변화량 및 선폭 변화량의 비에 적용하여 상기 도즈 오프셋 값들로 계산 및 적용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 노광 장비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101270392B1 (ko) * 2010-09-13 2013-06-05 가부시끼가이샤 도시바 도우즈 데이터 생성 장치, 도우즈 데이터 생성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
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