KR20110112725A

KR20110112725A - 면적 비교를 이용한 콘택홀 크기 검사방법

Info

Publication number: KR20110112725A
Application number: KR1020100032012A
Authority: KR
Inventors: 최규진; 김신영
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13

Abstract

콘택홀의 이미지(image)를 측정하고, 콘택홀의 이미지로부터 콘택홀의 컨투어(contour)를 추출하고, 콘택홀 컨투어의 면적을 추출하고, 타겟 콘택홀 레이아웃(layout of target contact hole)으로부터 타겟 콘택홀의 면적을 추출한다. 타겟 콘택홀의 면적과 콘택홀 컨투어의 면적을 비교하여 면적 차이를 추출하는 콘택홀 크기 검사방법을 제시한다.

Description

면적 비교를 이용한 콘택홀 크기 검사방법{Method for inspecting size of contact hole with area comparison}

본 발명은 반도체 소자 기술에 관한 것으로, 특히, 콘택홀(contact hole)의 선폭(CD: Critical Dimension) 균일도에 대한 신뢰성을 개선하기 위해 면적 비교를 이용한 콘택홀 크기 검사방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 테크놀로지(technology)가 점점 작아짐에 따라, 반도체 소자의 콘택을 위한 콘택홀(contact hole)의 크기(size)도 점점 작아지고 있다. 반도체 소자를 구성하는 패턴, 예컨대 콘택홀 패턴을 형성한 후, 콘택홀 패턴의 형성에 불량이 유발되었는 지의 유무를 확인하기 위해서, 선폭(CD)의 측정이 주사전자현미경(SEM) 측정으로 이루어지고 있다. 이러한 SEM 측정에 의한 선폭 측정은 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)의 형성 직후나 또는 포토레지스트 패턴을 식각 마스크(etch mask)로 이용하는 식각 과정 직후에 수행될 수 있다.

CD SEM 측정 방법으로 CD 크기와 선폭 균일도(CD Uniformity)를 측정하여, 이를 관리함으로써 콘택홀 형성에의 신뢰성을 확보하고 있다. 그런데, 포토레지스트 패턴 형성 후 측정된 선폭 데이터(data) 상에는 선폭 불량 문제가 유발되지 않은 경우에도, 실제 식각 과정이 진행된 후 실제 형성된 콘택홀의 선폭 크기와 선폭 균일도를 확인한 결과, CD 균일도가 양호한 결과에도 콘택홀의 실제 형상이 ㅉ찌찍찌그러진 형상을 가지는 경우가 발생되고 있다. 즉, 선폭 측정에 따른 선폭 균일도가 양호한 결과에도 실제 콘택홀이 찌그러져 선폭 크기가 일정하지 않은 문제가 발생할 수 있다. 따라서, CD 균일도 신뢰성 개선을 위해 보다 정확하게 콘택홀 CD를 측정 검사하는 방법이 요구된다.

본 발명은 콘택홀의 선폭(CD) 측정 및 선폭(CD) 균일도에 대한 신뢰성을 개선하기 위한 콘택홀 크기 검사방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 일 관점은, 콘택홀의 이미지(image)를 측정하는 단계; 상기 콘택홀의 이미지로부터 콘택홀의 컨투어(contour)를 추출하는 단계; 상기 콘택홀 컨투어의 면적을 추출하는 단계; 상기 콘택홀의 타겟 콘택홀 레이아웃(layout of target contact hole)으로부터 타겟 콘택홀의 면적을 추출하는 단계; 및 상기 타겟 콘택홀의 면적과 상기 콘택홀 컨투어의 면적을 비교하여 면적 차이를 추출하는 단계를 포함하는 콘택홀 크기 검사방법을 제시한다.

상기 면적 차이를 추출하는 단계는 상기 콘택홀 컨투어 상에 상기 콘택홀 타겟 레이아웃을 중첩시키는 단계; 상기 중첩 시 상기 콘택홀 컨투어와 상기 콘택홀 타겟 레이아웃 사이의 면적을 상기 콘택홀 타겟 레이아웃의 면적에 대한 백분율로 계산하는 단계; 및 상기 백분율을 상기 콘택홀의 크기 변화율로 매치(match)시키는 단계를 포함하는 콘택홀 크기 검사방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 실제 측정된 콘택홀의 면적 및 타겟 콘택홀(target contact hole)의 면적을 비교하여, 면적 차이로 콘택홀의 크기를 검사하는 방법을 제시할 수 있다. 이에 따라, 콘택홀의 선폭(CD) 측정 및 선폭(CD) 균일도에 대한 신뢰성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘택홀 크기 검사방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콘택홀 크기 검사방법의 이미지 매치(image match)를 보여주는 사진이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘택홀 크기 검사방법의 면적 비교를 보여주는 도면들이다.

본 발명의 실시예는 콘택홀의 형상 이미지(image)를 측정하고, 측정된 이미지로부터 콘택홀의 컨투어(contour)를 이미지 매치(image match)로 추출한 후, 설계 상의 타겟 콘택홀(target contact hole)의 레이아웃(layout) 상에서 계산될 수 있는 타겟 콘택홀 면적과 컨투어 상에서 계산될 수 있는 컨투어 면적을 비교하여, 그 차이를 추출한다.

추출된 면적 차이 데이터를 이용하여, 형성된 콘택홀의 크기가 정상적인 범주에 속하는지, 정상적이지 않은 불량 범주에 속하는지를 판단한다. 콘택홀의 크기 검사를 이차원적인 면적 측정에 근거하여 수행함으로써, 일차원적인 선형 거리의 측정에서 유발될 수 있는 콘택홀의 찌그러짐에 근거하는 선폭(CD) 측정 또는 선폭(CD) 균일도의 신뢰성 저하 문제를 극복할 수 있다.

전형적인 콘태홀의 CD SEM 측정 방법은, 콘택홀의 가장 바깥쪽의 한점과 이에 반대되는 한점 사이의 거리를 측정하는 단일 포인트(single point) 측정방법, 콘택홀의 대응되는 변들의 일정 영역 내의 여러점들을 측정하여 그 사이 거리의 평균값을 구하는 다중 포인트(multi point) 측정방법, 그리고 홀의 반지름 방향(radial)을 이용하여 측정하는 래이디얼(radial) 측정방법으로 나눌 수 있다. 그런데, 이러한 선폭 측정 방법은 기본적으로 콘택홀의 두 지점 사이의 직선 상의 거리를 기본적으로 측정하고 있어, 측정된 CD 결과 또는 CD 균일도가 실질적으로 동일한 경우에도 실제 형성된 콘택홀의 면적(area)는 달라질 수 있다. 즉, 콘택홀의 형상에 따라 면적이 달라질 수 있다.

또한, CD 측정 시 사용된 측정 방법에 따라, 측정값들에 차이가 유발되어 어느 데이터(data)가 신뢰성이 있는지 판단하기 어려운 경우가 많다. 예컨대, 측정 포인트들을 달리하는 측정방법들 각각에 의해 측정된 CD 결과들이 비록 3시그마(σ)가 유사하여 유사한 편차를 보이는 것으로 나타나더라도, 콘택홀의 측정 CD들은 차이가 난다.

예컨대, 단일 포인트(single point) 측정방법에 의해 30 지점에 대한 CD 측정 시 평균 CD가 54.7㎚로 측정되고, 3σ가 5.6인 경우에, 동일한 지점들에 대해서 다중 포인트(multi point) 측정방법을 이용하여 CD 측정한 결과는 평균 CD가 56.6㎚로 측정되고, 3σ가 5.8로 측정되고, 래이디얼(radial) 측정방법의 경우 평균 CD가 63.4㎚로 측정되고, 3σ가 4.1로 측정될 수 있다. 즉, 동일한 콘택홀들에 대해서, 측정방법에 따라 차이 나는 결과가 얻어진다. 이에 따라, 측정된 CD 균일도가 양호한 수준으로 판단되어도, 실제 식각 후 콘택홀의 크기가 달라질 수 있어, CD 균일도 데이터를 신뢰하기 어렵게 된다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 콘택홀 크기 검사방법은, 설계 상의 타겟 콘택홀의 면적과, SEM 이미지에서 추출되는 컨투어의 면적을 비교하여, 그 차이를 추출함으로써, 콘택홀의 형상에 대한 검사 결과 의존성을 배제시킬 수 있어, 콘택홀의 크기 검사 결과 데이터의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 반도체 기판 상에 형성된 콘택홀의 이미지(image)를 측정한다(110). 콘택홀의 이미지는 도 2에 제시된 바와 같은 주사전자현미경(SEM) 측정 이미지(200)로 측정될 수 있다. 이러한 콘택홀은 사전에 설계된 타겟 콘택홀 레이아웃(layout of target contact hole: 250)을 포토마스크(photomask) 상에 구현하고, 포토마스크를 이용한 노광 및 현상 과정으로 반도체 기판 상의 포토레지스트 패턴에 전사하여 구현될 수 있다. 도 2의 콘택홀 이미지(200)는 포토레지스트 패턴에 대한 이미지일 수 있다. 또는, 도 2의 콘택홀 이미지(200)는 콘택홀 식각 후에 층간절연층을 관통하는 실제 콘택홀의 이미지일 수 있다.

콘택홀의 이미지(200)로부터 콘택홀의 컨투어(contour: 210))를 추출한다(도 1의 120). SEM 측정에 의해 얻어진 콘택홀 이미지(200)에 이미지 매칭(matching)을 수행하여, 콘택홀의 컨투어(210)를 추출한다. 콘택홀의 컨투어(210) 상에 콘택홀의 형성을 위해 설계된 타겟 콘택홀 레이아웃(250)을 중첩하고, 각각의 면적을 계산하여 추출한다. 면적 계산에 의해서 추출된 콘택홀 컨투어의 면적과, 타겟 콘택홀 레이아웃의 면적을 비교하여 면적 차이를 추출한다(도 1의 130).

도 3에 제시된 바와 같이, 실제 추출된 콘택홀의 컨투어(211)의 면적이 타겟 콘택홀 레이아웃(251)의 면적 보다 작을 경우, 컨투어(211)와 레이아웃(251)이 사이의 면적, 즉, 컨투어(211) 외측(outer)의 면적을 계산 추출한다. 반대로, 도 4에 제시된 바와 같이, 실제 추출된 콘택홀의 컨투어(213)의 면적이 타겟 콘택홀 레이아웃(253)의 면적 보다 클 경우, 컨투어(213)와 레이아웃(253)이 사이의 면적, 즉, 컨투어(213) 내측(outer)의 면적을 계산 추출한다.

이와 같이 계산 추출된 면적 차이를, 타겟 콘택홀 레이아웃(250, 251, 253)의 면적에 대해 백분율(%)로 계산한다. 면적 차이의 백분율을 콘택홀의 크기 변화율로 매치시킬 수 있으므로, 면적 차이를 통해 콘택홀의 실제 크기 차이 또는 실제 크기를 추출할 수 있고, 이에 따라 콘택홀의 선폭 측정 및 선폭 균일도의 정밀한 측정이 가능하다. 따라서, 콘택홀의 선폭 측정 및 선폭 균일도의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 다양하게 공정 조건이 변화하여 콘택홀의 크기와 모양이 변화하더라도, 실측 SEM 사진 이미지에서 측정 변수 및 가장자리 검출 변수로 컨투어를 추출하여, 실제 이미지와 컨투어를 매치시키고, 컨투어의 면적을 측정하고, 타겟 콘택홀의 면적과의 비교를 통해, 선폭 균일도의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 적은 수의 SEM 이지만으로 다수의 콘택홀의 컨투어 면적을 정확하게 확인할 수 있어, 다수의 콘택홀에 대한 선폭 측정을 생략할 수 있다. 이에 ㄸ따따라, 콘택홀 선폭 및 선폭 균일도 확인을 위한 SEM 측정 시간을 단축시킬 수 있다.

200...콘택홀 이미지 210...콘택홀 컨투어
250...타겟 콘택홀 레이아웃.

Claims

콘택홀의 이미지(image)를 측정하는 단계;
상기 콘택홀의 이미지로부터 콘택홀의 컨투어(contour)를 추출하는 단계;
상기 콘택홀 컨투어의 면적을 추출하는 단계;
상기 콘택홀의 타겟 콘택홀 레이아웃(layout of target contact hole)으로부터 타겟 콘택홀의 면적을 추출하는 단계; 및
상기 타겟 콘택홀의 면적과 상기 콘택홀 컨투어의 면적을 비교하여 면적 차이를 추출하는 단계를 포함하는 콘택홀 크기 검사방법.
제1항에 있어서,
상기 면적 차이를 추출하는 단계는
상기 콘택홀 컨투어 상에 상기 콘택홀 타겟 레이아웃을 중첩시키는 단계;
상기 중첩 시 상기 콘택홀 컨투어와 상기 콘택홀 타겟 레이아웃 사이의 면적을 상기 콘택홀 타겟 레이아웃의 면적에 대한 백분율로 계산하는 단계; 및
상기 백분율을 상기 콘택홀의 크기 변화율로 매치(match)시키는 단계를 포함하는 콘택홀 크기 검사방법.