KR20080108788A - 노광마스크 및 반도체 소자의 두께 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광마스크 및 반도체소자의 두께 측정 방법에 관한 것으로, 세로 방향의 각 다이에 콘택홀 : 스페이스의 비율을 달리한 콘택홀 패턴이 형성되고, 가로 방향의 각 다이에 상기 콘택홀 패턴의 기준 크기를 서로 다르게 형성한 노광마스크를 이용하여 반도체소자의 두께를 측정할 수 있도록 하고 그에 따른 후속 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 기술이다.

Description

노광마스크 및 반도체 소자의 두께 측정 방법{EXPOSURE MASK AND METHOD FOR MESURING THICKNESS OF SEMICONDUCTOR DEVICE }

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따라 형성된 노광마스크를 도시한 평면도.

도 2 는 도 1 노광마스크의 각 다이에 형성된 콘택홀 및 스페이스 패턴을 콘택홀 : 스페이스의 비율로 도시한 ①, ④ 및 ⑦ 부분의 평면도.

도 3 은 도 1 의 ① 및 ⑥ 부분에서 베스트 포커스와 포커스 쉬프트된 패턴을 도시한 사진.

본 발명은 웨이퍼 상에 형성되는 절연막의 두께를 측정할 수 있도록 하는 노광마스크와 이를 이용한 반도체소자의 두께 측정 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 포토리소그라피공정은 다음과 같다.

도시되지 않았으나, 통상적인 스피너장치를 이용하여 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정 순서를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼를 로딩한 다음, 웨이퍼의 표면상에 접착제를 도포하고, 접착제 가 도포된 웨이퍼의 표면에 포토레지스트를 도포한다.

웨이퍼상에 도포된 포토레지스트를 소프트 베이크하고, 소프트 베이크된 포토레지스트를 쿨링 플레이트를 이용하여 상온으로 냉각시켜 준다.

냉각공정을 수행한 다음, 웨이퍼의 에지부분에 도포된 포토레지스트를 제거하고, 포토레지스트의 소정부분에 광을 조사하여 노광시키고, 노광후 베이크공정을 수행한 다음 현상공정을 통해 포토레지스트의 원하지 않는 부분을 제거한다.

현상후 베이크공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 웨이퍼를 언로딩한다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 여러번의 포토리소그라피공정을 수행하여야 한다. 각 포토리소그라피공정은 상기한 바와 같이 웨이퍼 표면상에 포토레지스트를 도포한 다음 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.

포토리소그라피공정을 통해 패터닝된 포토레지스트 패턴은 식각공정, 이온주입공정, 증착공정, 스크라이빙공정 및 연마공정 등과 같은 후속공정에서 마스크로 사용된다.

그러므로, 포토리소그라피공정은 반도체 제조공정중 가장 중요한 기술중 하나로서, 각 웨이퍼내에서 또는 웨이퍼간에 높은 균일성을 갖는 최소선폭을 얻기 위해서는 공정변수를 최적화시켜 한다.

이때, 포토리소그라피공정의 공정변수중 균일성에 가장 영향을 미치는 것은 포토레지스트의 막두께이다.

그러므로, 새로운 포토레지스트 공정조건을 설정하는 경우 또는 반도체 제조 공정중에 공정조건이 맞지 않아 확인하고자 하는 경우에는 포토레지스트 막두께를 측정하여야 한다. 종래에는 상기한 바와 같이 스피너장치를 이용하여 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 별도의 계측기 설비로 이동시킨 다음 계측기를 이용하여 포토레지스트 막두께를 측정하였다.

현재, 막의 두께 균일성을 확인하는 방법으로는 두께를 모니터링 할 수 있는 장비를 이용하여 베어 웨이퍼 ( bare wafer ) 에 증착된 막의 두께를 체크하는 것이다.

그러나, 웨이퍼의 여러 부분에 대한 두께를 체크함으로써 수치적인 두께를 파악하기 힘들며, 각 기술에 대한 적절한 두께 조건을 제시해 줄 수 없다.

즉, 웨이퍼 최외각에 대한 두께 데이터를 얻기 힘들 뿐만 아니라, 수치적으로 얻는 균일성이 적용중인 소자에 적정한 값인지를 대변해 줄 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 서로 다른 크기로 패터닝된 콘택홀과 스페이스의 디자인룰이 적용된 노광마스크를 이용하여 리소그래피 공정을 실시하고 서로 다른 크기의 콘택홀 CD 를 SEM 장비로 측정하여 데이터를 축적한 다음, 이를 이용하여 균일성을 검출할 수 있도록 하는 반도체소자의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 노광마스크는,

세로 방향의 각 다이에 콘택홀 : 스페이스의 비율을 달리한 콘택홀 패턴이 형성되고,

가로 방향의 각 다이에 상기 콘택홀 패턴의 기준 크기를 서로 다르게 형성한 것과,

상기 콘택홀 패턴은 세로 방향으로 콘택홀 : 스페이서의 비율이 1:1, 1:X 및 X:1 인 것과, ( 단, 2 < X < 100 )

상기 가로 방향의 콘택홀 패턴은 상기 기준 크기의 차이를 일정하게 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 반도체소자의 두께 측정 방법은,

반도체기판상에 피식각층을 형성하는 공정과,

상기 피식각층 상에 감광막을 도포하는 공정과,

청구항 1 의 노광마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 콘택홀 및 스페이스로 구성된 감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 감광막패턴의 CD 값 및 이미지 데이터를 축적하는 공정을 포함하는 것과,

상기 감광막패턴의 형성공정 후에 상기 감광막패턴을 마스크로 하여 피식각층을 식각하는 공정과, 상기 감광막패턴을 제거하는 공정과, 상기 피식각층의 CD 값 및 이미지 데이터를 축적하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 노광마스크를 도시한 평면도로서, 노광마스 크의 각 다이는 가로, 세로 각각 2 - 5 개로 이루어진 4 - 25 개의 영역으로 나누어 형성할 수 있으며, 도 1 은 가로, 세로 각각 4 개의 다이로 형성된 경우를 도시한 것이다. 이때, 각각의 다이는 서로 다른 디자인룰로 콘택홀 및 스페이스가 ① 내지 ⑨ 와 같이 9 개의 영역으로 형성된 것이다.

다이의 세로 방향은 ⓐ, ⓑ 및 ⓒ 와 같이 콘택홀 : 스페이스의 비율을 달리하여 형성한다.

즉 9개의 영역 중에서 ⓐ 의 ①, ②, ③ 은 1:1 의 비율로 형성한 것으로, 콘택홀과 스페이스가 비슷한 비율로 반복되는 패턴이나 패턴 밀도가 높은 패턴을 대변하는 역할을 한다.

ⓑ 의 ④, ⑤ 및 ⑥ 은 1:X ( 단, X는 2 이상의 실수, 바람직하게는 2 < X < 100 ) 의 비율로 형성한 것으로, 패턴밀도가 낮은 패턴을 대변한다.

ⓒ 의 ⑦, ⑧ 및 ⑨ 는 X:1 ( 단, X는 2 이상의 실수, 바람직하게는 2 < X < 100 ) 의 비율로 형성한 것으로, 주로 콘택홀이 큰 패턴을 대변한다.

보다 상세하게, X 가 3 인 경우를 예로 들어 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 를 참조하면, ⓧ-ⓐ 부분에 위치한 ① 은 기준 패턴의 콘택홀 CD 가 200 ㎚ 이고 콘택홀 간의 스페이스가 200 ㎚ 이다. 여기서, 기준 패턴의 크기는 200 ㎚ 가 된다.

ⓧ-ⓑ 부분은 기준 패턴의 콘택홀 CD 가 200 ㎚ 이고 콘택홀 간의 스페이스가 600 ㎚ 이다.

ⓩ-ⓒ 부분은 기준 패턴의 콘택홀 CD 가 600 ㎚ 이고 콘택홀 간의 스페이스가 200 ㎚ 이다.

한편, 다이의 가로 방향은 ⓧ, ⓨ 및 ⓩ 와 같이 기준 패턴 ( ① 내지 ⑨ 에서 콘택홀 : 스페이스 의 비율 중 1 의 비율에 해당되는 크기의 패턴 ) 의 크기를 다르게 형성한 것이다.

예를들어 설명하면, ⓧ 에서의 기준패턴 크기가 200 ㎚ 인 경우 ⓨ 에서의 기준패턴 크기를 300 ㎚ 로 하고 ⓩ 에서의 기준 패턴 크기를 400 ㎚ 로 하는 것이다.

물론, ⓧ, ⓨ 및 ⓩ 의 패턴 크기 차이를 더 크게 형성할 수도 있고, 기준 패턴의 크기를 필요에 따라 변화시킬 수도 있다. 단, 기준 패턴의 크기 차이를 균일하게 유지하여 반도체기판에 도포된 감광막 두께의 균일성을 측정할 수 있도록 한다.

그리고, 66 ㎚ 의 디자인 룰을 갖는 반도체소자의 제조 공정에서 기준 패턴을 50 - 100 ㎚ 의 크기로 형성하는 경우와 같이, 기준 패턴은 디자인 룰보다 작은 패턴에서 큰 패턴까지 형성하여 ⓧ, ⓨ 및 ⓩ 에 배열한다.

본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 상에 형성되는 막의 두께 측정하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 베어 웨이퍼 또는 실제 단차가 구비되는 웨이퍼 표면에 박막을 증착한다.

그리고, 포토 리소그래피 공정으로 웨이퍼 상에 감광막을 도포하고 도 1 및 도 2 와 같이 설계된 노광마스크를 이용한 노광 및 현상공정으로 다수의 콘택홀 패턴이 형성된 감광막패턴을 형성한다.

그 다음, CD SEM 장비를 이용하여 콘택홀 패턴의 CD 값과 이미지를 얻어 그 분포를 확인한다.

이렇게 얻은 데이터는 막 두께 균일성을 대변할 수 있으며, 특정 공정에 대한 공정 마진도 함께 확인할 수 있다.

대표적인 예로 66 ㎚ 의 디자인룰에서 사용되는 50 - 100 ㎚ 크기를 가지는 콘택홀 패턴들을 노광마스크에 모두 넣음으로써 특정 소자에서 필요로 하는 막 두께 균일성을 측정하고 산출해 낼 수 있다.

또한 웨이퍼의 존(zone) 별 두께와 더불어 패턴을 직접 확인할 수 있기 때문에 균일성과 패턴 간의 상관관계도 도출할 수 있다.

본 발명에 따른 노광마스크 및 반도체 소자의 두께 측정 방법은, 다양한 크기의 콘택홀 패턴으로 구성된 콘택홀 형태의 노광마스크를 이용하여 두께에 따른 패턴 변화를 측정하고 이를 이용하여 균일성 ( uniformity ) 을 파악함으로써 상기 균일성의 수치적인 값 이외의 적정한 수준의 균일성을 산출해 냄으로써 각각의 공정 기술에 필요한 두께 스펙을 제공해 줄 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으 로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 세로 방향의 각 다이에 콘택홀 : 스페이스의 비율을 달리한 콘택홀 패턴이 형성되고,

   가로 방향의 각 다이에 상기 콘택홀 패턴의 기준 크기를 서로 다르게 형성한 것을 특징으로 하는 노광마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 콘택홀 패턴은 세로 방향으로 콘택홀 : 스페이서의 비율이 1:1, 1:X 및 X:1 을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광마스크. ( 단, 2 < X < 100 )
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가로 방향의 콘택홀 패턴은 상기 기준 크기의 차이를 일정하게 형성한 것을 특징으로 하는 노광마스크.
4. 반도체기판상에 피식각층을 형성하는 공정과,

   상기 피식각층 상에 감광막을 도포하는 공정과,

   청구항 1 의 노광마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 콘택홀 및 스페이스로 구성된 감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 감광막패턴의 CD 값 및 이미지 데이터를 축적하는 공정을 포함하는 것 을 특징으로 하는 반도체소자의 두께 측정 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 감광막패턴의 형성공정 후에

   상기 감광막패턴을 마스크로 하여 피식각층을 식각하는 공정과,

   상기 감광막패턴을 제거하는 공정과,

   상기 피식각층의 CD 값 및 이미지 데이터를 축적하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 두께 측정 방법.

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