KR20100127680A - 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법은, 패턴을 갖는 웨이퍼 전면에 카본막을 증착하는 단계와, 카본막이 증착된 웨이퍼의 패턴 결함을 검사하는 단계와, 그리고 카본막을 제거하는 단계를 포함한다.

패턴 결함 검사, 해상도(contrast), 카본막

Description

웨이퍼의 패턴 결함 검사방법{Method of inspecting a defect of pattern in wafer}

본 발명은 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법에 관한 것으로서, 구체적으로 결함 검사시의 해상도를 증대시켜 보다 정밀하게 웨이퍼의 패턴 결함을 검사할 수 있도록 하는 검사방법에 관한 것이다.

반도체소자는 웨이퍼상에 형성된 다양한 패턴들로 이루어진다. 이 패턴들은 게이트와 같이 회로소자를 구성하는 구성요소들이거나, 또는 배선막과 같이 회로소자를 구동시키기 위한 요소들일 수도 있다. 따라서 패턴들이 정확하게 형성되지 않으며, 반도체소자의 동작이 불안정해질 수 있으며, 심할 경우 오동작과 같이 불량을 야기할 수도 있다. 특히 금속패턴의 경우, 상호 절연되어야 할 인접한 금속패턴 사이에 브리지(bridge)가 발생하게 되면, 설계시 의도되었던 동작이 전혀 이루어지지 않을 수 있으며, 이는 곧 소자 불량의 직접적인 원인이 된다. 따라서 이를 방지하기 위하여, 반도체소자 제조과정에서 패턴들을 형성한 후에는 패턴들의 불량 여 부를 확인하기 위한 패턴 결함 검사를 수행하고 있다.

웨이퍼의 패턴 불량 검사방법으로는 여러가지 방법들이 사용될 수 있지만, 일반적으로 다이 투 다이(die to die) 검사방법과 디비 투 다이(DB to die) 검사방법이 사용된다. 다이 투 다이 검사방법은 웨이퍼상의 다이와 다이의 패턴 형상을 상호 비교함으로써 패턴 결함을 검출하는 방법이다. 디비 투 다이 검사방법은 설계디자인 정보를 갖는 디비(DB; DataBase)와 다이의 패턴 형상을 상호 비교함으로써 패턴 결함을 검출하는 방법이다.

그런데 다이 투 다이 검사방법의 경우 광학장치를 사용함으로써 해상도의 한계를 나타내고 있으며, 이에 따라 패턴의 미세한 결함을 검출하기가 용이하지 않다는 단점을 나타낸다. 이에 반해 디비 투 다이 검사방법의 경우 전자빔을 이용함으로 해상도 측면에서는 유리하지만, 특정 위치, 예컨대 패턴 가장자리와 같은 일부 영역에서는 미세 패턴을 잘 인식하지 못한다는 단점을 나타낸다.

이아 같이 미세한 패턴 결함의 검출이 용이하지 않은 상태에서, 반도체소자의 집적도 증가에 따라 패턴의 크기 또한 점점 작아지고 있으며, 이에 따라 패턴 결함 또한 점점 미세해지고 있다. 따라서 보다 높은 해상력으로 정확도를 증대시킬 수 있는 패턴 결함 검사방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼상의 패턴들을 형성한 후, 형성된 패턴들에 대한 결함 검사시 높은 해상도를 확보함으로써 보다 정밀하게 패턴 결함을 검사할 수 있도록 하는 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법은, 패턴을 갖는 웨이퍼 전면에 카본막을 증착하는 단계와, 카본막이 증착된 웨이퍼의 패턴 결함을 검사하는 단계와, 그리고 카본막을 제거하는 단계를 포함한다.

일 예에서, 카본막은 최대 10nm의 두께를 갖도록 한다.

일 예에서, 카본막은 적어도 99% 이상의 순도를 갖도록 한다.

일 예에서, 패턴의 결함을 검사하는 단계는 전자빔을 이용하여 수행한다.

일 예에서, 패턴은 금속배선막을 포함한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼상의 패턴들을 형성한 후 패턴 결함 검사를 수행하기 전에 카본막을 웨이퍼상의 적층하고 패턴 결함 검사를 수행함으로써 카본막에 의한 해상도 증가에 따른 정밀한 미세 패턴 결함을 검사할 수 있다는 이점이 제공된다. 또한 전자빔을 이용하는 경우 카본막이 버퍼막으로 작용하여 전자빔 내의 전 자들이 패턴들에 차징(charging)되는 현상도 방지할 수 있다는 이점도 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다. 그리고 도 2 내지 도 4는 도 1의 세부 단계를 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 먼저 웨이퍼상에 패턴을 형성한다(단계 110). 패턴의 종류에는 제한이 없다. 즉 트랜지스터의 게이트 패턴일 수도 있고, 메모리소자의 비트라인 패턴일 수도 있다. 본 예에서는 금속배선막패턴의 경우를 예를 들기로 한다. 구체적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼를 구성하는 기판(210) 위의 절연막(220) 상에 장벽금속층(230), 금속배선막(240), 제1 하드마스크막(250) 및 제2 하드마스크막(260)을 순차적으로 형성한다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 절연막(220) 내에는 다른 도전막패턴이 형성되어 있을 수 있다. 그리고 사용하는 물질 종류 및 막의 적층 구조는 응용 분야에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예예서 장벽금속층(230)은 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막으로 형성하고, 금속배선막(240)은 텅스텐(W)막으로 형성하고, 제1 하드마스크막(250)은 나이트라이드막으로 형성하며, 그리고 제2 하드마스크막(260)은 실리콘옥시나이트라이드막으로 형성한다.

다음에 제2 하드마스크막(260) 위에 마스크막패턴(270)을 형성한다. 마스크막패턴(270)은 포토레지스트막으로 형성한다. 다음에 마스크막패턴(270)을 식각마 스크로 제2 하드마스크막(260) 및 제1 하드마스크막(250)의 노출부분을 순차적으로 식각한다. 그러면 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 하드마스크막패턴(252) 및 제2 하드마스크막패턴(262)이 형성된다. 다음에 마스크막패턴(도 2의 270)을 제거하고, 제1 하드마스크막패턴(252) 및 제2 하드마스크막패턴(262)을 식각마스크로 금속배선막(240) 및 장벽금속층(230)의 노출부분을 순차적으로 제거한다. 이와 같은 식각공정에 의해 절연막(220) 위에는 장벽금속층패턴(232), 금속배선막패턴(242), 제1 하드마스크막패턴(252) 및 제2 하드마스크막패턴(262)이 순차적으로 적층되는 구조의 패턴(280)이 만들어진다. 경우에 따라서 장벽금속층패턴(232) 및 금속배선막패턴(242)을 형성한 후에 제1 하드마스크막패턴(252) 및 제2 하드마스크막패턴(262)은 제거될 수도 있다.

다음에 형성된 패턴(280)에 브리지와 같은 결함의 발생 여부를 검사하는데, 결함 검사를 수향하기 전에 먼저 패턴(280)이 형성된 웨이퍼 전면에 카본(Carbon)막(300)을 적층한다(단계 120). 카본막(300)은 패턴 결함 검사시의 해상도를 증대시키는 역할을 수행한다. 즉 카본막(300)을 적층함으로써 하부의 패턴(280)과 카본막(300) 사이의 해상도 차이를 최대로 증폭시킬 수 있다. 이와 같은 목적 달성을 위해, 카본막(300)의 적층 두께는 시디 변화율(CD variation)과 비용을 최소화시키면서 결함 검사시의 최대 해상도를 얻을 수 있는 범위 내에서 설정한다. 일 예에서 카본막(300)의 두께는 최대 10nm가 되도록 한다. 그리고 카본막(300)의 순도는 적어도 99.0% 이상이 되도록 한다.

다음에 도 3에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 패턴결함 검사를 수행한다(단 계 130). 패턴결함 검사는 전자빔을 이용하여 수행한다. 즉 카본막(300)이 적층된 웨이퍼 전면에 전자빔을 조사한 후, 웨이퍼에 충돌되어 방출되는 전자를 검출한다. 그리고 검출결과를 데이터화하여 웨이퍼상의 패턴(280) 형상을 이미지로 변환시킨다. 이 과정에서 카본막(300)은 해상도를 향상시키는 막으로서 작용하는 동시에 버퍼막으로서의 역할도 수행하며, 이에 따라 전자빔 내의 전자가 패턴(280) 내에 차징(charging)되는 현상이 억제된다.

카본막(300)을 이용하여 해상도를 최대화시킨 상태에서 패턴 결함에 대한 검사를 수행한 후에는, 도 4에 나타낸 바와 같이 카본막(300)을 제거한다. 그리고 패턴(280) 형성 후의 후속 공정을 진행한다. 패턴 결함을 검사한 결과 브리지와 같은 패턴 결함이 발견되면, 후속 공정을 진행하기 전에 패턴 결함 제거 공정을 수행할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법을 적용한 경우의 패턴 결함 검출 결과를 종래의 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 5에서 참조부호 "510"로 나타낸 이미지는 카본막을 적층하지 않은 상태에서 패턴 결함을 검사한 결과 이미지이고, 참조부호 "510"으로 나타낸 이미지는 카본막을 적층한 상태에서 패턴 결함을 검사한 결과 이미지이다. 카본막을 적층하지 않은 상태에서 패턴 결함을 검사한 결과 이미지(510)에서는 "A"로 나타낸 부분에서 패턴 결함이 검출되지 않았다. 반면에 본 실시예에서와 같이 카본막을 적층한 상태에서 패턴 결함을 검사한 결과 이미지(520)에서는 "A"와 동일한 부분인 "B"로 나타낸 부분에서 패턴 결함인 브리지가 검출되는 것을 육안으로도 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다.

도 2 내지 도 4는 도 1의 세부 단계를 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법을 적용한 경우의 패턴 결함 검출 결과를 종래의 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

Claims (5)

1. 패턴을 갖는 웨이퍼 전면에 카본막을 증착하는 단계;

   상기 카본막이 증착된 웨이퍼의 상기 패턴에 대한 결함 여부를 검사하는 단계; 및

   상기 카본막을 제거하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 카본막은 최대 10nm의 두께를 갖도록 하는 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 카본막은 적어도 99% 이상의 순도를 갖도록 하는 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 패턴 결함을 검사하는 단계는 전자빔을 이용하여 수행하는 웨이퍼의 패 턴 결함 검사방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 패턴은 금속배선막을 포함하는 웨이퍼의 패턴 결함 검사방법.

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