KR20090032875A - 반도체 소자의 리소그래피 방법 - Google Patents

반도체 소자의 리소그래피 방법 Download PDF

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권기성
박준형
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 리소그래피 방법에 관한 것으로, 종래 기술에 따른 노광 공정 시 웨이퍼의 토폴로지(Topology) 또는 패턴 밀도에 따라서 노광 초점에 오차가 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 먼저 웨이퍼 전면에 대한 토폴로지를 측정하는 제 1 측정 단계 및 웨이퍼의 국지적인 면에 대해 필드 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling)과 같은 값을 측정하는 제 2 측정 단계를 적용한 후, 제 1 측정 결과로 웨이퍼 스테이지의 물리적인 보정을 수행하고, 제 2 측정 결과로 세부적인 렌즈의 포커스를 보정함으로써, 웨이퍼의 크기가 확대되면서 발생할 수 있는 웨이퍼 에지부의 리소그래피 불량 문제 및 디포커스(Defocus)에 따른 반도체 소자의 불량 문제를 해결할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 리소그래피 방법{METHOD FOR LITHOGRAPING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 소자의 리소그래피 방법에 관한 것으로, 노광 공정 시 웨이퍼의 토폴로지(Topology) 또는 패턴 밀도에 따라서 노광 초점에 오차가 발생하여 반도체 소자의 불량이 발생하고, 웨이퍼의 크기가 확대되면서 웨이퍼 에지부에 디포커스가 발생하는 문제를 해결하기 위한 발명에 관한 것이다.
반도체 소자가 제조 기술이 발달함에 따라 반도체 소자를 형성하는 웨이퍼의 크기가 점점 확대되고 있다. 이때, 확대된 웨이퍼에 종래기술에서 사용하는 리소그래피 공정을 동일하게 적용될 경우 패턴의 밀도 차이 또는 웨이퍼의 토폴로지(Topology)에 따라 노광 공정의 초점이 흐트러져 불량이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
웨이퍼에 나타날 수 있는 토폴로지 문제는 크게 세 가지가 있다.
첫째, 웨이퍼 제작시 발생하는 토폴로지에 따라서 후속의 필름 증착 불량 문제가 발생할 수 있고 그에 따라 노광 공정시 디포커스가 발생하는 문제가 일어 날 수 있다.
둘째로는 웨이퍼에 필름을 증착할 경우 웨이퍼 전면에 고르게 증착되지 못하여 발생하는 토폴로지 문제가 있을 수 있다.
세번째로는 웨이퍼에 필름 증착 후 CMP 공정을 수행하는데 있어서 웨이퍼의 전면이 고르게 제거되지 않고 한쪽 면이 지나치게 식각되거나 하는 토폴로지 문제가 발생할 수 있다.
상기한 문제는 웨이퍼의 에지부에 주로 나타나는데, 특히 웨이퍼의 크기가 커질수록 심하게 나타나며 패턴 형성 공정에 따라서 웨이퍼의 전면에도 나타날 수 있다. 이러한 웨이퍼 토폴로지 문제는 특히 리소그래피 공정에서 심각하게 문제가 될 수 있다. 따라서, 리소그래피 공정을 수행하기 전에 웨이퍼의 토폴로지를 조사하여 이 결과를 리소그래피 공정에 반영하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 리소그래피 방법을 도시한 평면도이다.
도 1은 웨이퍼 전면에 대한 토폴로지를 측정한 맵이다. 웨이퍼의 에지부에 주로 토폴로지가 불량하게 나타나는 것을 알 수 있다.
이러한 결과를 반영하여 웨이퍼 스테이를 움직이며 노광공정에 적합한 토폴로지를 유지할 수 있도록 한다. 그러나, 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라서 웨이퍼 전면에 대한 토폴로지 결과를 웨이퍼 전면에 동일하게 적용하는데 문제가 발생하였다.
도 2는 종래 기술에 따른 리소그래피 결과를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 토폴로지 결과를 반영하여 리소그래피 공정을 수행할 경우에도 국지적으로 나타나는 디포커스 지점을 나타낸 디포커스 맵이다.
상술한 바와 같이, 반도체 소자를 형성하는 공정 중 리소그래피 공정에 있어서 웨이퍼 자체적인 문제 또는 웨이퍼의 크기가 확대됨에 따라서 웨이퍼에 형성되는 패턴들의 국지적인 밀도의 차이에 따른 토폴로지 문제들로 인하여 디포커스 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 반도체 소자의 불량을 발생시키고, 반도체 소자의 공정 수율 및 신뢰성을 저하시킨다.
본 발명은 반도체 소자의 리소그래피 공정을 수행하는 데 있어서 먼저 웨이퍼 전면에 대한 토폴로지를 측정하는 제 1 측정 단계 및 웨이퍼의 국지적인 면에 대해 필드 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling)과 같은 값을 측정하는 제 2 측정 단계를 적용함으로써, 제 1 측정 결과로 웨이퍼 스테이지의 물리적인 보정을 수행하고, 제 2 측정 결과로 세부적인 렌즈의 포커스를 보정하여 보다 더 완벽한 이미지를 얻을 수 있도록 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 리소그래피 방법은
리소그래피 공정을 수행하는데 있어서,
웨이퍼의 전면에 대한 토폴로지(topology)를 측정하는 제 1 측정 단계와,
상기 웨이퍼의 필드 단위로 토폴로지(topology)를 측정하는 제 2 측정 단계와 및
상기 제 1 측정 및 제 2 측정 결과에 기초하여 공정조건을 보정하면서 노광 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 측정 단계는 웨이퍼의 평면에 대한 평평도(Flatness)를 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 측정 단계는 웨이퍼의 필드 단위에 대한 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling) 을 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 측정 결과를 이용하여 웨이퍼 스테이지의 X축, Y축 및 Z축에 대한 위상을 조절하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 측정 결과를 이용하여 각 단위로 렌즈의 포커스(Focus) 보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 웨이퍼의 전면에 대한 토폴로지(topology)를 측정하는 제 1 측정 단계와, 웨이퍼의 필드 단위로 토폴로지(topology)를 측정하는 제 2 측정 단계를 수행하고, 제 1 측정 및 제 2 측정 결과로 노광 공정을 수행함으로써, 노광 공정시 포커스가 맞지 않아 형성되는 불량 패턴 발생을 방지한다. 따라서, 노광 불균형에 의한 반도체 소자의 결함을 방지하고, 반도체 소자의 공정 수율을 증가 및 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 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 것으로 보아야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 리소그래피 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저 웨이퍼에 리소그래피 공정을 수행하기 이전에 웨이퍼 전면에 대하여 토폴로지를 측정하는 제 1 측정 단계를 수행한다. 제 1 측정 단계에서는 웨이퍼 자체 적으로 발생한 결함, 필름 증착 불량 및 CMP 공정에서 과도 식각되거나 미달 식각되어 나타나는 평평도를 도출할 수 있다. 이와 같은 제 1 측정 결과는 웨이퍼 스테이지를 X축, Y축 또는 Z축에 대해 미세 조정하여 포커스를 맞출 수 있다.
다음에는, 웨이퍼의 국지적인 면에 대해 토폴로지를 더 측정하여 이를 리소그래피 공정에 반영한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 기판의 리소그래피 방법을 수행하기 위한 제 2 측정 단계를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼(100)의 에지부에 대하여 필드(Field) 단위로 토폴로지를 측정한다. 개략적으로 하나의 필드에 대해 ⓐ,ⓑ 및 ⓒ 사이트(site)로 분류하여 측정하며, 필드 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling) 데이터를 도출한다.
여기서, 필드 곡률은 필드 단위로 형성된 패턴들의 밀도에 따른 곡률 및 각 사이트 별로 측정된 곡률을 뜻하고, 라이너 웨지는 각 사이트별로 나타나는 함몰부를 뜻하는 것이고, 라이너 롤링은 각 사이트 간 굴곡을 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, ⓐ,ⓑ 및 ⓒ 각 사이트의 필드 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling) 측정 값에 의한 토폴로지(105) 및 그에 적용되는 포커스(110)를 나타낸 것이다. 포커스는 일직선 형태로 나타나므로 각 사이트 별로 (+) 또는 (-) 디포커스(Defocus)가 발생하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 ⓒ 사이트에 대한 포커스 변화를 나타낸 것으로 양 에지부에 (-) 디포커스가 발생한 것을 알 수 있다.
따라서, 도 4 및 도 5의 결과를 이용하여 렌즈의 포커스 값을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 이용하여 렌즈 보정 값을 계산한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 하나의 필드에 대하여 적용하는 포커스 보정 값을 계산한 그래프이다. 이를 리소그래피 공정에 적용하면 보다 정밀한 이미지를 얻을 수 있게된다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 리소그래피 방법을 도시한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 웨이퍼 전면에 대하여 측정된 제 1 토폴로지 결과를 이용하여 웨이퍼 스테이지를 미세 조정한다.
다음에는, 웨이퍼의 필드별로 측정된 제 2 토폴로지 결과를 이용하여 노광 공정의 초점 보정 값을 적용하여 프로젝션 렌즈부(220)의 포커스를 조정한다.
그 다음에는, 도시된 바와 같이 레티클 평면(200)과 목표 이미지면(210)을 다르게 수행함으로써, 웨이퍼면(240)과 포커스면(230)이 거의 일치되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자의 리소그래피 공정을 수행하는 데 있어서 먼저 웨이퍼 전면에 대한 토폴로지를 측정하는 제 1 측정 단계 및 웨이퍼의 국지적인 면에 대해 필드 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling)과 같은 값을 측정하는 제 2 측정 단계를 적용함으로써, 제 1 측정 결과로 웨이퍼 스테이지의 물리적인 보정을 수행하고, 제 2 측정 결과로 세부적인 렌즈의 포커스를 보정하여 보다 더 완벽한 이미지를 얻을 수 있다. 특히 웨이퍼의 크기가 확대되면서 발생한 에지부의 리소그래피 불량 문제를 완벽하게 해결하고 반도체 소자의 리소그래피 공정 수율 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 리소그래피 방법을 도시한 평면도.
도 2는 종래 기술에 따른 리소그래피 결과를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 기판의 리소그래피 방법을 수행하기 위한 제 2 측정 단계를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 측정 결과를 이용하여 렌즈 보정 값을 계산한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 리소그래피 방법을 도시한 개략도.

Claims (5)

  1. 리소그래피 공정을 수행하는데 있어서,
    웨이퍼의 전면에 대한 토폴로지(topology)를 측정하는 제 1 측정 단계;
    상기 웨이퍼의 필드 단위로 토폴로지(topology)를 측정하는 제 2 측정 단계; 및
    상기 제 1 측정 및 제 2 측정 결과에 기초하여 공정조건을 보정하면서 노광 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 단계는 웨이퍼의 평면에 대한 평평도(Flatness)를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 측정 단계는 웨이퍼의 필드 단위에 대한 곡률(Field Curvature), 라이너 웨지(Liner Wedge) 및 라이너 롤링(Liner Rolling)을 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 결과를 이용하여 웨이퍼 스테이지의 X축, Y축 및 Z축에 대한 위상을 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 측정 결과를 이용하여 각 단위로 렌즈의 포커스(Focus) 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 리소그래피 방법.
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