KR20240053467A - 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은, 오버레이를 정확하게 계측하기 위한 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법을 제공한다. 그 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법은 설정된 제1 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계; 상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계; 및 상기 대표 파장들에 웨이트(weight)를 할당하는 단계;를 포함한다.

Description

오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법{Multi-wavelength selection method for overlay measurement, and overlay measurement method and semiconductor device manufacturing method using the multi-wavelength}
본 발명의 기술적 사상은 오버레이 계측 방법에 관한 것으로, 특히 오버레이 계측에 이용할 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자, 또는 그 반도체 소자들을 포함한 반도체 웨이퍼에서, 인접한 층들의 패턴은 정확하게 정렬되어야 한다. 그에 따라, 패턴의 정렬을 위하여 오버레(overlay)이 계측이 수행될 수 있다. 좀더 구체적으로, 오버레이는, 반도체 기판의 이전 층 상에 노광 공정이 진행되고, 여러 공정 후 다음 층 또는 현재 층 상에 다시 노광 공정이 진행될 때, 2개의 층 간에 어긋남 정도를 의미할 수 있다. 한편, 층 간의 상대적 위치를 보정하는 것을 오버레이 보정이라고 하고, 이러한 오버레이 보정을 위해 오버레이 계측이 수행될 수 있다. 오버레이 계측은, 층 간의 어긋난 정도, 즉, 오버레이 어긋남 또는 오버레이 에러를 계측하는 것을 의미한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 오버레이를 정확하게 계측하기 위한 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법, 및 그 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법과 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 설정된 제1 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계; 상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계; 및 상기 대표 파장들에 웨이트(weight)를 할당하는 단계;를 포함하는, 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계; 상기 다중 파장들에 기초하여 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계; 및 상기 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 상기 다중 파장들을 이용하여 오버레이를 계측하는 단계;를 포함하고, 상기 다중 파장들을 선정하는 단계는, 설정된 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계, 상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계, 및 상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 포함하는, 오버레이 계측 방법을 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계; 상기 다중 파장들에 기초하여 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계; 상기 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 상기 다중 파장들을 이용하여 오버레이를 계측하는 단계; 계측된 상기 오버레이에 기초하여, 오버레이를 보정하고 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴의 오버레이가 설정된 범위 내인지 판단하는 단계; 및 상기 범위 내에 포함되는 경우, 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법은, 전체 파장들로 오버레이를 계측하는 단계, 전체 파장들을 필터링하는 단계, 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계 및 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법은, 전술한 과정을 통해 획득한 대표 파장들과 그에 할당된 웨이트를 오버레이 계측 레시피에 적용하고, 오버레이를 계측함으로써, 오버레이 마크의 비대칭에서 기인하는 미스-리딩을 배제하고, 오버레이를 정확하게 계측할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법은, 오버레이 계측의 정확성을 향상시키고, 온-셀 오버레이, 즉 온-셀 미스-얼라인 수준을 크게 개선할 수 있다. 또한, 작은 개수의 대표 파장들을 이용하여 오버레이 계측을 수행할 수 있게 함으로써, 오버레이 계측 시간, 및 그에 따른 TAT도 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 오버레이 마크의 대칭 형태와 비대칭 형태에 따른 파장별 오버레이가 달라지는 특성을 설명하기 위한 오버레이 마크에 대한 개념도, 및 파장별 오버레이에 대한 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는, 도 1의 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법에서, 오버레이 계측 단계와 대표 파장들 선정 단계를 설명하기 위한 파장별 오버레이 그래프들이다.
도 4a 및 도 4b는, 도 1의 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 설명하기 위한 MRC 산포에 대한 사진들이다.
도 5는, 도 1의 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들 선정 단계를 좀더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 대표 파장들 선정 단계에서 고유 벡터들 추출, 및 대표 고유 벡터들의 선정 과정을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는, 도 5의 대표 파장들 선정 단계에서, TPS 피팅 스코어 계산에 의한 파장 조합을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 오버레이 계측 방법과 비교예의 오버레이 계측 방법에서, 오버레이와 관련된 웨이퍼 또는 필드의 모델 파라미터의 계수(Coefficient)를 보여주는 그래프들, 및 모델 파라미터별 계수들의 산포에 대한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 도 8의 오버레이 계측 방법과 비교예의 오버레이 계측 방법에서, MRC와 관련된 웨이퍼 또는 필드의 모델 파라미터의 계수를 보여주는 그래프들, 및 모델 파라미터별 계수 산포에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 파장을 이용한 반도체 소자 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이고, 도 2a 및 도 2b는 오버레이 마크의 대칭 형태와 비대칭 형태에 따른 파장별 오버레이가 달라지는 특성을 설명하기 위한 오버레이 마크에 대한 개념도, 및 파장별 오버레이에 대한 그래프이다. 도 2b의 그래프에서, x축은 파장을 나타내고 단위는 Å이며, y축은 오버레이를 나타내고 단위는 ㎚이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 실시예의 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법(이하, 간단히, '다중 파장 선정 방법'이라 한다)은, 먼저, 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측한다(S110). 여기서, 오버레이는 '오버레이 에러'와 실질적으로 동일한 의미를 가질 수 있다.
전체 파장들은, 예컨대, 4100㎚ 내지 8200㎚ 범위의 가시 광선 내에 포함될 수 있다. 또한, 전체 파장들은 100㎚ 간격으로 구별되고 42개일 수 있다. 그러나 전체 파장들의 파장 범위, 및 간격들이 전술한 수치 범위에 한정되는 것은 아니다. 한편, 웨이퍼의 다수의 위치의 수는 수백 내지 수천 개일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 오버레이 측정하는 웨이퍼의 다수의 위치의 수는 800개 정도일 수 있다. 그러나 웨이퍼의 다수의 위치의 수가 800개에 한정되는 것은 아니다. 전체 파장들에 의한 오버레이를 계측을 통해, 도 3a에 도시된 바와 같이 파장에 대한 오버레이의 그래프를 획득할 수 있다.
오버레이를 전체 파장들을 이용하여 계측하는 이유는, 오버레이 마크의 비대칭에서 기인한 오버레이 계측의 오류, 즉 오버레이 계측에서의 미스-리딩(mis-reading)을 예측하기 위함이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 좀더 구체적으로 설명하면, 일반적으로 도 2a에 실선으로 표시된 바와 같이, 오버레이 마크가 좌우 대칭인 경우, 그러한 대칭 오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하게 되면, 도 2b의 실선의 그래프와 같이, 모든 파장들에 대하여, 오버레이가 실질적으로 동일하게 계측될 수 있다. 예컨대, 도 2b의 그래프에서, 오버레이는 0.3㎚로 나타나고 있다.
그러나 도 2a에 얇은 점선으로 표시된 바와 같이 왼쪽이 오른쪽보다 짧은 형태의 좌우 비대칭의 오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하게 되면, 도 2b의 얇은 점선의 파장에 대한 오버레이 그래프(Aym1)와 같이, 파장에 따라, 오버레이가 다르게 계측될 수 있다. 또한, 도 2b에 굵은 점선으로 표시된 바와 같이 왼쪽이 수직한 형태이고 오른쪽은 사선인 형태의 좌우 비대칭의 오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하는 경우에도, 도 2b의 굵은 점선의 파장에 대한 오버레이 그래프(Aym2)와 같이, 파장에 따라, 오버레이가 다르게 계측될 수 있다.
참고로, 도 2a의 오버레이 마크들은 하부 층의 오버레이 마크들을 의미할 수 있다. 보통 노광 공정 후에 오버레이를 계측하게 되므로, 오버레이 마크들은 ADI(After Development Inspection) 오버레이 마크들일 수 있다. 또한, ADI 오버레이 마크를 이용하여 계측한 오버레이를 ADI 오버레이라고 언급하기도 한다.
전술한 바와 같이, 오버레이 계측의 목적은, 현재 층과 이전의 하부 층과의 정렬을 위해 오버레이 마크를 계측하여, 오버레이 수준, 즉 미스-얼라인(mis-align) 수준을 파악하고 보정하는 데에 있다. 일반적으로, 오버레이 계측은 단일 파장을 사용할 수 있다. 단일 파장을 사용하여 오버레이를 계측할 때, 오버레이 마크가 대칭인 경우는 문제가 없으나, 오버레이 마크가 비대칭인 경우, 사용하는 파장에 따라 오버레이가 달라지고, 또한, 계측된 오버레이가 정확한 오버레이에 해당하지 않을 수 있다.
일반적으로 이전의 하부 층에 패턴을 형성하고, 이후 여러 공정 후, 현재 층에 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 하부 층의 오버레이 마크, 예컨대 어미자는 하부 층의 패턴을 형성할 때 같이 형성되고, 현재 층의 오버레이 마크, 예컨대, 아들자는 현재 층의 패턴을 형성할 때 같이 형성될 수 있다. 그러나 현재 층의 패턴을 형성하기 전에 다수의 공정이 진행됨에 따라, 하부 층의 오버레이 마크의 손상이 발생할 수 있다. 그에 따라, 하부 층의 오버레이 마크가 처음에는 대칭 형태로 형성되었다 하더라도, 현재 층의 오버레이 형성 후, 오버레이 계측 시에는 하부 층의 오버레이 마크가 비대칭 형태가 될 수 있다. 결과적으로, 단일 파장을 이용하여 오버레이를 계측하는 경우, 정확한 오버레이를 계측할 수 있고, 따라서, 오버레이 보정을 정확하게 수행할 수 없다.
한편, 도 2a 및 도 2b를 통해 알 수 있듯이, 특정 형태의 오버레이 마크는 특정 형태의 파장에 대한 오버레이 그래프에 대응될 수 있다. 다시 말해서, 도 2a의 얇은 점선의 오버레이 마크는 도 2b의 얇은 점선의 파장에 대한 오버레이 그래프(Aym1)에 대응되고, 도 2b의 굵은 점선의 오버레이 마크는 도 2b의 굵은 점선의 파장에 대한 오버레이 그래프(Aym2)에 대응할 수 있다. 따라서, 다수의 위치에서 다중 파장들을 이용하여 오버레이를 계측하고, 파장들에 대한 오버레이 그래프의 경향을 파악하게 되면, 오버레이 마크의 비대칭 형태를 예측할 수 있다. 또한, 오버레이 마크의 비대칭에 기인한 오버레이의 오계측의 성분, 즉 미스-리딩의 성분을 예측할 수 있고, 따라서, 그러한 미스-리딩 성분을 반영하여 정확한 오버레이를 계산할 수 있다.
한편, 전체 파장들을 모두 이용하여 오버레이를 계측할 경우, 계측 시간이 길어지고, 그에 따라, TAT(Turn Around Time)가 크게 증가할 수 있다. 따라서, 전체 파장들 중에서 적절한 파장들을 선정하는 과정이 필요할 수 있다. 선정된 파장들은 오버레이 마크의 비대칭에 기인한 미스-리딩 성분을 정확하게 예측하기 위하여, 전체 파장들의 오버레이 경향을 잘 모사해야 한다. 또한, 낮은 TAT를 유지하기 위하여 최소한의 파장들을 선정해야 한다.
오버레이의 계측 후, 전체 파장들을 필터링한다(S120). 여기서, 필터링은, 실제의 오버레이에서 많이 벗어나는 오버레이를 나타내는 파장들을 제거하는 과정을 의미할 수 있다. 예컨대, 실제 오버레이는 -2㎚ ~ 2㎚ 범위 내에 포함되어야 하는데, 특정 파장에서 -2㎚ 미만이나 2㎚ 초과하여 오버레이가 계측되는 경우, 해당 파장을 제외하는 과정을 의미할 수 있다. 이러한 필터링 과정은, 적절한 파장들을 선정하는 과정이라기 보다는, 미연에 불필요한 파장들을 제거하여 차후 파장들 선정을 신속하고 정확하게 수행하기 위함일 수 있다.
본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 필터링은 오버레이 마크의 특성을 반영한 KPI(Key Parameter Index)을 이용하여 자동으로 수행할 수 있다. KPI는 파장 선정의 기준으로서, 오버레이 마크에 따라 및/또는 계측 장비에 따라 다르게 설정될 수 있다.
전체 파장들에 대한 필터링 후, 전체 파장들에 의한 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정한다(S130). 대표 파장들은 앞서 언급한 적절한 파장들에 해당할 수 있다. 대표 파장들은 PCA(Principal Component Analysis)에 기초하여 선정할 수 있다. 또한, 대표 파장들은 SVD(Singular Value Decomposition)에 기초하여 선정할 수도 있다. PCA나 SVD은, 차원 축소 테크닉으로, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, PCA나 SVD를 이용하여, 예컨대, 파장에 대한 오버레이 그래프 800개에서, 파장에 대한 오버레이 그래프 42개를 추출할 수 있다. 여기서, 800개는 웨이퍼의 다수의 위치들의 수의 해당하고, 42개의 전체 파장들의 수에 해당할 수 있다.
또한, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들은 앞서 추출한 파장에 대한 오버레이 그래프들의 웨이트와, RBF(Radial Basis Function) 피팅 스코어(fitting score), 또는 TPS(Thin Plate Spline) 피팅 스코어를 이용하여 선정될 수 있다. 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들은 10개 이하로 선정될 수 있다. 그러나 선정된 대표 파장들의 수가 10개 이하에 한정되는 것은 아니다.
SVD을 이용하여 파장에 대한 오버레이 그래프 42개를 추출하는 방법과, 웨이트와, RBF 피팅 스코어 또는 TPS 피팅 스코어를 이용한 대표 파장들의 선정에 대해서는 도 5 내지 도 7b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
대표 파장들 선정 후, 대표 파장들에 웨이트를 할당한다(S140). 대표 파장들에 대한 웨이트 할당은, 웨이트의 합이 1이 되는 조합 중 MRC(Mis-Reading Correction) 산포가 가장 작게 되는 웨이트의 조합으로 수행될 수 있다. 예컨대, 대표 파장들이 4개이고, 웨이트가 0.1 단위로 할당되는 경우, 제1 파장(WL1)에 0.2, 제2 파장(WL2)에 0.3, 제3 파장(WL3)에 0.4, 그리고 제4 파장(WL4)에 0.1이 할당되는 제1 조합에서 MRC 산포가 3.5이고, 제1 파장(WL1)에 0.1, 제2 파장(WL2)에 0.4, 제3 파장(WL3)에 0.3, 그리고 제4 파장(WL4)에 0.2이 할당되는 제2 조합에서 MRC 산포가 2.8인 경우, 제2 조합의 웨이트가 대표 파장들에 할당될 수 있다. 여기서, MRC 산포는 3시그마(σ) 값으로 나타날 수 있다. 그러나 MRC 산포가 반드시 3시그마 값에 한정되는 것은 아니다.
여기서, MRC는 오버레이 마크의 오버레이와 온-셀(on-cell) 오버레이 간의 차이를 의미할 수 있다. 또한, 온-셀 오버레이는 실제 패턴들 간의 오버레이를 의미할 수 있다. 참고로, 오버레이 계측의 목적은 패턴들의 오버레이를 보정하기 위함이다. 따라서, 실제 패턴들의 오버레이를 계측하여 오버레이를 보정하는 것이 바람직하다. 그러나 일반적으로 패턴들의 형태가 다양하고 미세하므로 실제 패턴들의 오버레이를 계측하는 데에는 시간이 많이 소요될 수 있다. 따라서, 실제 패턴들의 오버레이를 계측하는 대신 정해진 형태의 오버레이 마크를 이용하여 오버레이를 측정하고, 계측된 오버레이에 기초하여 패턴들의 오버레이를 보정하는 식으로 진행될 수 있다.
한편, 오버레이 마크의 오버레이와 패턴들의 오버레이가 정확히 일치하는 경우에는, 오버레이 마크 계측에서 획득한 오버레이를 보정함으로써, 패턴들의 오버레이를 0으로 만들 수 있다. 그러나 오버레이 마크의 오버레이와 패턴들의 오버레이가 정확히 일치하지 않는 경우, 오버레이 마크의 계측에서 획득한 오버레이를 보정하여도, 패턴들의 오버레이가 정확하게 보정되지 않을 수 있다. 따라서, 패턴들의 오버레이가 여전히 오버레이가 존재할 수 있다.
MRC 산포는 웨이퍼의 다양한 위치에서의 오버레이 마크의 오버레이와 온-셀(on-cell) 오버레이 간의 차이들의 산포를 의미할 수 있다. 다르게 표현하면, 오버레이 보정 이후에, 웨이퍼의 다양한 위치에서의 온-셀 오버레이의 산포를 의미할 수도 있다. 덧붙여, 오버레이 마크의 비대칭에 기인하여, 오버레이 마크 계측에서 획득한 오버레이가 부정확한 경우, MRC는 증가하고 그에 따른 MRC 산포도 증가할 수 있다. 그러나 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에 기초하여, 오버레이 마크를 계측하게 되면, 오버레이 마크의 비대칭에도 불구하고, 정확한 오버레이를 획득할 수 있다. 따라서, MRC가 감소하고 그에 따른 MRC 산포도 감소할 수 있다.
대표 파장들에 웨이트를 할당하는 과정과 관련하여 설명하면, MRC 산포가 최소화되는 웨이트를 대표 파장들에 할당한다는 것은, 결국, 대표 파장들, 및 그에 할당한 웨이트를 가지고 오버레이를 계측하면, 정확한 오버레이를 계측할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 과정은 오버레이 마크의 비대칭성에서 오는 미스-리딩 성분을 배제하는 과정에 해당할 수 있다.
본 실시예의 다중 파장 선정 방법은, 전체 파장들로 오버레이를 계측하는 단계, 전체 파장들을 필터링하는 단계, 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계 및 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법은 전술한 과정을 통해 획득한 대표 파장들과 그에 할당된 웨이트를 오버레이 계측 레시피에 적용하고, 오버레이를 계측함으로써, 오버레이 마크에 비대칭에서 기인하는 미스-리딩을 배제하고, 오버레이를 정확하게 계측할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법은, 오버레이 계측의 정확성을 향상시키고, 온-셀 오버레이, 즉 온-셀 미스-얼라인 수준을 크게 개선할 수 있다. 더 나아가, 오버레이 계측이 10개 이하의 대표 파장들을 이용하여 오버레이 계측을 수행할 수 있게 함으로써, 오버레이 계측 시간, 및 그에 따른 TAT도 최소화할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는, 도 1의 다중 파장 선정 방법에서, 오버레이 계측 단계와 대표 파장들 선정 단계를 설명하기 위한 파장별 오버레이 그래프들이다. 도 3a 및 도 3b의 그래프에서, x축은 파장을 나타내고 단위는 Å이며, y축은 오버레이를 나타내고 단위는 ㎚이다. 도 1 내지 도 2b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법의 오버레이 계측 단계(S110)에서, 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하여, 파장에 대한 오버레이 그래프를 획득할 수 있다. 전체 파장들은 4500㎚ ~ 7900㎚ 내에 포함되고, 200㎚의 간격으로 구별될 수 있다. 한편, 도 3a에서, 필터링을 통해 6100㎚과 6200㎚ 파장이 제외되고 표시됨으로써, 필터링 후의 전체 파장들은 16개일 수 있다. 그러나 전체 파장들의 범위와 간격이 전술한 수치 범위에 한정되는 것은 아니다. 한편, 오버레이가 계측되는 웨이퍼의 위치의 수는, 예컨대, 800개일 수 있다. 그러나 오버레이가 계측되는 웨이퍼의 위치의 수가 800개에 한정되는 것은 아니다.
도 3b를 참조하면, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법의 대표 파장들 선정 단계(S120)에서, SVD을 통해 4개의 대표 파장들, 예컨대, 4500㎚, 4900㎚, 5500㎚, 및 7900㎚ 파장들을 선정한다. 도 3b는 4개의 대표 파장들에 대한 오버레이 그래프를 보여주고 있다. 다시 말해서, 대표 파장들 이외의 파장들에 대한 오버레이는 제거하고, 대표 파장들에 대한 오버레이들만을 연결하여, 대표 파장들에 대한 오버레이 그래프를 획득할 수 있다. SVD을 이용한 대표 파장들 선정 과정에 대해서는 도 5 내지 도 6c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는, 도 1의 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 설명하기 위한 MRC 산포에 대한 사진들로이다. 도 4a는 비교예의 단일 파장을 이용한 오버레이 계측에 의한 MRC 산포에 대한 사진이고, 도 4b는 본 실시예의 다중 파장을 이용한 오버레이 계측에 따른 MRC 산포에 대한 사진이다. 도 1 내지 도 3b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법의 대표 파장들 선정 단계(S140)에서, 웨이트의 합이 1이 되는 조합 중 MRC 산포가 가장 작게 되는 웨이트의 조합으로 대표 파장들에 대한 웨이트 할당이 수행될 수 있다. 예컨대, 도 3b에 도시된 바와 같이, 대표 파장들이 4개이고, 웨이트가 0.1 단위로 할당되는 경우, 제1 파장(4500㎚)에 0.3, 제2 파장(4900㎚)에 0.3, 제3 파장(5500㎚)에 0.4, 그리고 제4 파장(7900㎚)에 0.3이 할당되는 제1 조합에서 MRC 산포가 3.4이고, 제1 파장(4500㎚)에 0.2, 제2 파장(4900㎚)에 0.3, 제3 파장(5500㎚)에 0.3, 그리고 제4 파장(7900㎚)에 0.2이 할당되는 제2 조합에서 MRC 산포가 2.2인 경우, 제2 조합의 웨이트가 대표 파장들에 할당될 수 있다.
도 4a의 비교예의 단일 파장을 이용한 오버레이 계측에 의한 MRC 산포는 3.53 정도를 나타낸다. 그에 반해, 4b의 본 실시예의 다중 파장을 이용한 오버레이 계측에 따른 MRC 산포는 2.85 정도로 나타날 수 있다. 여기서, 다중 파장은 예컨대, 앞서 선정된 대표 파장들을 의미할 수 있다. 참고로, 도 4a 및 도 4b의 MRC 산포는 y 방향의 MRC 산포를 나타내며, 점 형태로 나타난 것들이 MRC가 작은 것이고, 선 형태로 나타난 것들이 MRC가 큰 것을 의미할 수 있다. 또한, 도 4a 및 도 4b에서 네모들은 웨이퍼를 여러 구역들로 나누는 필드에 해당할 수 있고, 필드에 따라, MRC 특성이 달라질 수 있다. 예컨대, 하부 외곽쪽 필드들에서 MRC가 클 수 있다.
결국, 본 실시예의 다중 파장을 이용한 오버레이 계측을 통해 정확한 오버레이를 획득할 수 있다. 또한, 정확한 오버레이 계측에 기초하여, 오버레이를 보정함으로써, MRC 산포를 작게 할 수 있다. 따라서, 온-셀 오버레이 수준, 즉 온-셀 미스-얼라인 수준을 개선할 수 있다.
도 5는, 도 1의 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법에서, 대표 파장들 선정 단계를 좀더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 대표 파장들 선정 단계에서 고유 벡터들 추출, 및 대표 고유 벡터들의 선정 과정을 설명하기 위한 그래프들이고, 도 7a 및 도 7b는, 도 5의 대표 파장들 선정 단계에서, TPS 피팅 스코어 계산에 의한 파장 조합을 설명하기 위한 그래프들이다. 도 6b에서, y축은 정규화(normalization)한 오버레이를 나타내고, 도 6c에서, x축은 고유 벡터들의 종류를 나타내며, y축은 웨이트를 나타낸다. 또한, 도 7a 및 도 7b의 그래프에서, x축은 파장들이고, y축은 정규화한 오버레이를 나타낸다. 도 1 내지 도 4b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 오버레이를 계측하는 단계(S110)와 필터링하는 단계(S120)를 수행한 후, SVD를 이용하여 전체 파장들의 개수에 대응하는 고유 벡터들(eigen vectors)을 추출한다(S152). 도 6a는 전체 파장들에 대한 위치별 오버레이의 그래프를 보여주며, 필터링은 반영되지 않은 그래프에 해당할 수 있다.
도 6b는 고유 벡터들 중 웨이트가 높은 4개의 고유 벡터들을 보여주고 있다. SVD를 이용하여 일반적으로 고유 벡터들은 전체 파장들의 개수만큼 추출될 수 있다. 행렬을 이용한 수식으로 설명하면, 도 6a의 그래프가 m개의 웨이퍼의 위치들에서 n개의 파장들에 대한 오버레이를 나타낸다고 하자. 도 6a의 그래프를 2차원 행렬 M로 표시하면, 행렬 M은 m개의 행과 n개의 열을 가질 수 있다. 즉, 행렬 M은 m*n인 행렬이다.
한편, 행렬 M은 SVD에 의해 다음 식(1)과 같이 3개의 행렬들의 곱으로 표시할 수 있다.
M = U * Σ * V T ...................식(1)
식(1)에서, U와 V는 직교 행렬(Orthogonal Matrix)로, 각각 m*m과 n*n의 정사각행렬이고, V T 는 V의 전치 행렬이다. Σ 행렬은 고유값을 갖는 행렬로서, m*n인 행렬이다.
식(1)에 기초하여, V 행렬에 대응하는 n개의 고유 벡터를 획득할 수 있다. 또한, n개의 고유 벡터들은 Σ 행렬의 고유값에 따른 웨이트를 가질 수 있다. 도 6c의 그래프에서 고유 벡터들에 대한 웨이트가 도시되고 있다. 고유 벡터의 웨이트는 해당 고유 벡터가 전체 파장들의 오버레이 그래프를 얼마나 유사하게 모사하는지를 보여주는 기준에 해당할 수 있다. 다시 말해서, 고유 벡터의 웨이트가 클수록 해당 고유 벡터는 전체 파장들의 오버레이 그래프를 보다 유사하게 모사할 수 있다.
고유 벡터들의 추출 후, 고유 벡터들의 웨이트에 기초하여 대표 고유 벡터들을 선정한다(S154). 전술한 바와 같이, 고유 벡터들에는 대응하는 웨이트가 존재하고, 고유 벡터들은 웨이트가 클수록 전체 파장들의 오버레이 그래프를 유사하게 모사할 수 있다. 따라서, 고유 벡터들 중에 웨이트가 큰 순서대로 대표 고유 벡터들을 선정하여, 차후에 대표 파장들의 선정에 이용할 수 있다. 본 실시예의 다중 파장 선정 방법에서, 대표 고유 벡터들은 10개 이하로 선정될 수 있다. 예컨대, 도 6b에 도시된 바와 같이, 4개의 대표 고유 벡터들을 선정할 수 있다. 그러나 선정되는 대표 고유 벡터들의 개수가 10개 이하에 한정되는 것은 아니다.
대표 고유 벡터들의 선정 후, 계측용 파장들의 파장 조합을 선택하고 대표 고유 벡터들에 대하여 피팅 스코어를 계산한다(S156). 계측용 파장들의 개수는 대표 파장들의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 계측용 파장들의 개수는 대표 고유 벡터들의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 계측용 파장들은 10개 이하로 설정될 수 있다. 그러나 계측용 파장들의 개수가 10개 이하에 한정되는 것은 아니다.
피팅 스코어 계산 후, 피팅 스코어가 가장 작은 파장 조합을 선정한다(S158). 선정된 파장 조합 내에 포함된 파장들이 대표 파장들에 해당할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 피티 스코어를 계산하는 과정, 및 파장 조합을 선정하는 과정에 대하여, 좀더 상세하게 설명한다. 한편, 도 7a 및 도 7b에서, 점선 각각은 고유 벡터를 나타내고 도 6b의 제1 고유 벡터(u1)에 해당할 수 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b에서, 실선은 각각 제1 파장 조합과 제2 파장 조장에 의한 tps(Thin Plate Spline) 회귀(regression)에 의해 근사시킨 제1 근사 고유 벡터와 제2 근사 고유 벡터에 해당할 수 있다.
먼저, 도 7a의 제1 파장 조합의 경우, 예컨대, 4100㎚, 4900㎚, 5600㎚, 6400㎚, 7600㎚, 및 8200㎚의 6개의 파장 조합이 선택될 수 있다. 이후, tps 회귀를 통해 제1 근사 고유 벡터를 획득할 수 있다. 도 7a를 통해 알 수 있듯이, 제1 근사 고유 벡터는 제1 고유 벡터(u1)와 상당히 유사함을 알 수 있다. 그에 따라, TPS 피팅 스코어도 0.328로 비교적 낮게 나오고 있음을 알 수 있다. 참고로, 일반적으로 피팅 스코어는, 실제 포인트들에서의 값과 회귀 등을 통해 근사시킨 그래프 상의 값 간의 차이가 클수록 피팅 스코어는 커지고, 차이가 작을수록 피팅 스코어는 작아질 수 있다. 즉, 피팅 스코어가 작을수록 근사를 통해 획득한 그래프가 실제 데이터를 잘 대변할 수 있는 것으로 볼 수 있다.
한편, 도 7b의 제2 파장 조합의 경우, 예컨대, 4300㎚, 5200㎚, 5900㎚, 6600㎚, 7400㎚, 및 7900㎚의 6개의 파장 조합이 선택될 수 있다. 이후, tps 회귀에서, tps 회귀를 통해 제2 근사 고유 벡터를 획득할 수 있다. 도 7b를 통해 알 수 있듯이, 제2 근사 고유 벡터는 제1 고유 벡터(u1)와 차이가 있고, 특히, 짧은 파장들 부분에서 차이가 심하게 나타남을 알 수 있다. 또한, TPS 피팅 스코어도 0.625로 비교적 높게 나오고 있음을 알 수 있다.
따라서, 만약에 파장 조합이 2가지만 존재하는 경우, TPS 피팅 스코어가 작은 제1 파장 조합이 선정될 수 있다. 제1 파장 조합 내의 파장들, 예컨대, 4100㎚, 4900㎚, 5600㎚, 6400㎚, 7600㎚, 및 8200㎚가 대표 파장들에 해당될 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 경우, 제1 고유 벡터(u1)에 대해서 TPS 피팅 스코어가 계산되었다. 그러나 실제로는 대표 고유 벡터들, 예컨대 6개의 파장들에 대응하는 6개의 대표 고유 벡터들 전체에 대하여 TPS 피팅 스코어가 계산되어 합산되고, 합산 값이 최소인 파장 조합이 선택될 수 있다. 또한, 2개의 파장 조합에 대해서 TPS 피팅 스코어를 계산하였지만, 전체 파장들에 대한 계측용 파장들의 개수의 조합들에 대하여 TPS 피팅 스코어가 계산될 수 있다. 다시 말해서, 전체 파장들의 개수가 T개(T는 1보다 큰 정수)이고, 계측용 파장들의 개수가 n개(n은 1보다 크고 T 미만의 정수)인 경우, T개에서 n개를 선택하는 조합(TCn)의 조합별 TPS 피팅 스코어가 계산될 수 있다.
한편, TPS 피팅 스코어 대신 RBF 피팅 스코어(F)를 이용하여 파장 조합을 선택하여, 대표 파장들을 선정할 수도 있다. 전체 파장들의 개수인 T개에서, 계측용 파장들의 개수인 n개를 선택하는 조합(TCn)에서 조합별 RBF 피팅 스코어(F)는 다음 식(2)를 통해 구할 있다.
F =
Figure pat00001
FkWk .................. 식(2)
식(2)에서, Fk은 계측용 파장들 각각의 RBF 피팅 스코어이고, Wk는 계측용 파장들 각각에 대응하는 고유 벡터에 할당된 웨이트에 해당할 수 있다. 여기서, 계측용 파장들 각각에 대응하는 고유 벡터는 대표 고유 벡터를 의미할 수 있다.
앞서 TPS 피팅 스코어와 유사하게, 식(2)를 통해 계산된 가장 작은 RBF 피팅 스코어(F)를 갖는 파장 조합을 선정할 수 있다. 또한, 선정된 파장 조합에 포함된 파장들이 대표 파장들에 해당할 수 있다. 구체적으로 예를 들어 설명하면, 4개의 파장들을 선택한다고 할 때, 4100㎚, 4500㎚, 6500㎚, 6800㎚의 제1 파장 조합에 대한 RBF 피팅 스코어(F)이 0.52이고, 4300㎚, 5500㎚, 6300㎚, 7200㎚의 제2 파장 조합에 대한 RBF 피팅 스코어(F)이 0.37인 경우에, 낮은 RBF 피팅 스코어(F)를 갖는 제2 파장 조합이 선정될 수 있다. 또한, 제2 파장 조합에 포함된 파장들, 예컨대, 4300㎚, 5500㎚, 6300㎚, 7200㎚가 대표 파장들이 될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 5를 함께 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 7b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 다중 파장을 이용한 오버레이 계측 방법(이하, 간단히 '오버레이 계측 방법'이라 한다)은, 먼저, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정한다(S210). 다중 파장들을 선정하는 단계(S210)는, 도 1의 다중 파장 선정 방법과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 다중 파장들을 선정하는 단계(S210)는, 오버레이를 계측하는 단계(S110), 전체 파장들을 필터링하는 단계(S120), 대표 파장들을 선정하는 단계(S130), 및 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 오버레이를 계측하는 단계(S110) 내지 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계(S140)에 대해서는 도 1의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
다중 파장들을 선정한 후, 오버레이 계측 레시피를 셋업 한다(S230). 오버레이 계측 레시피는, 오버레이를 계측할 때, 이용하는 다양한 계측 관련 데이터를 의미할 수 있다. 예컨대, 오버레이 계측 레시피는, 계측에 이용하는 파장들, 파장들의 웨이트, 계측할 위치들, 계측 시간 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 오버레이 계측 방법에서, 오버레이 계측 레시피의 셋업은, 주로 앞서 선정된 대표 파장들과 대표 파장들에 할당된 웨이트가 오버레이 계측에서 이용될 수 있도록 반영하는 것을 의미할 수 있다. 한편, 이러한 오버레이 계측 레시피의 셋업은, 오버레이 계측을 수행하는 오버레이 계측 장비에 대한 셋업을 의미할 수 있다.
오버레이 계측 레시피의 셋업 후, 새로 셋업 된 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 오버레이를 계측한다(S250). 다시 말해서, 선정된 대표 파장들, 및 대표 파장들에 할당된 웨이트를 가지고 오버레이를 계측할 수 있다. 여기서, 오버레이 계측은 오버레이 마크에 대한 오버레이 계측을 의미할 수 있다.
본 실시예의 오버레이 계측 방법은, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계(S210) 및 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계(S230)를 포함하여 오버레이를 계측함으로써, 오버레이를 정확하게 계측할 수 있다. 즉, 본 실시예의 오버레이 계측 방법은, 전체 파장들의 오버레이를 유사하게 모사할 수 있는 대표 파장들을 선정하고, 대표 파장들 및 대표 파장들의 웨이트를 이용하여 오버레이를 계측함으로써, 오버레이 마크의 비대칭에서 기인하는 미스-리딩 성분을 배제하고, 오버레이, 즉 미스-얼라인을 정확하게 계측할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 오버레이 계측 방법은, 오버레이 계측 정확성의 향상에 기여하고, 또한, 계측 정확성에 기초하여 오버레이 보정을 보다 정밀하게 수행하게 함으로써, 온-셀 오버레이의 수준을 크게 개선할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 오버레이 계측 방법과 비교예의 오버레이 계측 방법에서, 오버레이와 관련된 웨이퍼 또는 필드의 모델 파라미터의 계수(Coefficient)를 보여주는 그래프들, 및 모델 파라미터별 계수들의 산포에 대한 그래프이다.
도 9a를 참조하면, 도 9a에서, WL의 그래프들은 웨이퍼의 모델 파라미터들에 대한 그래프들이고, x축은 웨이퍼의 종류들을 나타내며, y축은 모델 파리미터의 계수이다. RL의 그래프들은 필드의 모델 파라미터들에 대한 그래프들이고, x축은 필드의 종류들을 나타내며, y축은 모델 파리미터의 계수이다. 또한, WL과 RL의 그래프에서, 실선은 비교예의 오버레이 계측 방법을 나타내고, 점선은 본 실시예의 오버레이 계측 방법을 나타낸다.
도 9a를 통해 알 수 있듯이, 필드의 모델 파라미터들의 경우는 큰 차이가 없으나 웨이퍼의 모델 파라미터의 경우, 웨이퍼별로 차이가 발생하고 있음을 알 수 있다. 참고로, 일반적으로 오버레이가 존재하지 않는 경우, 모델 파라미터들의 계수는 0으로 나타나고, 오버레이가 존재하는 경우에, 모델 파라미터들의 계수들이 나타나게 된다. 또한, 본 실시예의 오버레이 계측에서의 모델 파라미터들의 계수들과 비교예의 오버레이 계측에서의 모델 파라미터들의 계수들이 다르게 나타난다는 것은, 본 실시예의 오버레이 계측의 의한 오버레이와 비교예의 오버레이 계측에 의한 오버레이가 다름을 의미할 수 있다.
도 9b는 모델 파라미터들에 대한 계수의 산포들을 보여준다. 즉, 도 9a에서 x축은 모델 파라미터들을 나타내고, y축은 모델 파미터들의 계수의 산포를 나타낸다. 도 9b를 통해 알 수 있듯이, WL04, WL14, WL18의 모델 파라미터들에서 계수의 산포가 많이 개선되었음을 알 수 있다. 다시 말해서, 비교예의 모델 파라미터들의 계수의 산포와 비교하여, 본 실시예의 모델 파라미터들의 계수의 산포가 크게 감소하고 있음을 할 수 있다.
한편, 오버레이의 산포의 3시그마 값의 경우, 비교예의 경우, 5.45/2.94 정도이고, 본 실시예의 경우, 5.78/2.47 정도이다. 참고로, '/'의 앞쪽이 x축 방향에 대한 것이고 뒤쪽은 y축 방향에 대한 것이며, y축 방향의 오버레이 산포가 계측의 대상이다. 따라서, x축 방향의 오버레이 산포를 고려하지 않는다고 할 때, 본 실시예의 오버레이 계측에 의한 오버레이 산포가 비교예의 오버레이 계측에 의한 오버레이 산포에 비해 개선됨을 확인할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 도 8의 오버레이 계측 방법과 비교예의 오버레이 계측 방법에서, MRC와 관련된 웨이퍼 또는 필드의 모델 파라미터의 계수를 보여주는 그래프들, 및 모델 파라미터별 계수 산포에 대한 그래프이다.
도 10a를 참조하면, 도 10a에서, WL의 그래프들은 웨이퍼의 모델 파라미터들에 대한 그래프들이고, x축은 웨이퍼의 종류들을 나타내며, y축은 모델 파리미터의 계수이다. RL의 그래프들은 필드의 모델 파라미터들에 대한 그래프들이고, x축은 필드의 종류들을 나타내며, y축은 모델 파리미터의 계수이다. 또한, WL과 RL의 그래프에서, 실선은 비교예의 오버레이 계측 방법을 나타내고, 점선은 본 실시예의 오버레이 계측 방법을 나타낸다.
도 10a를 통해 알 수 있듯이, 필드의 모델 파라미터들의 경우는 큰 차이가 없으나 웨이퍼의 모델 파라미터의 경우, 웨이퍼별로 차이가 약간씩 발생하고 있음을 알 수 있다. 참고로, 일반적으로 MRC가 존재하지 않는 경우, 모델 파라미터들의 계수는 0으로 나타나고, MRC가 존재하는 경우에, 모델 파라미터들의 계수들이 나타나게 된다. 또한, 본 실시예의 오버레이 계측에서의 모델 파라미터들의 계수들과 비교예의 오버레이 계측에서의 모델 파라미터들의 계수들이 다르게 나타난다는 것은, 본 실시예의 오버레이 계측의 의한 오버레이와 비교예의 오버레이 계측에 의한 MRC가 다름을 의미할 수 있다.
도 10b는 모델 파라미터들에 대한 계수의 산포들을 보여준다. 즉, 도 10a에서 x축은 모델 파라미터들을 나타내고, y축은 모델 파미터들의 계수의 산포를 나타낸다. 도 10b를 통해 알 수 있듯이, WL04, WL14, WL18의 모델 파라미터들에서 계수의 산포가 많이 개선되었음을 알 수 있다. 다시 말해서, 비교예의 모델 파라미터들의 계수의 산포와 비교하여, 본 실시예의 모델 파라미터들의 계수의 산포가 크게 감소하고 있음을 할 수 있다.
한편, MRC의 산포의 3시그마 값의 경우, 비교예의 경우, 0.00/1.38 정도이고, 본 실시예의 경우, 0.00/1.13 정도이고, 역시, y축 방향의 MRC의 산포가 계측의 대상이다. 본 실시예의 오버레이 계측에 의한 MRC 산포가 비교예의 오버레이 계측에 의한 MRC 산포에 비해 개선됨을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 파장을 이용한 반도체 소자 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 5를 함께 참조하여 설명하고, 도 8의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 다중 파장을 이용한 반도체 소자 제조방법(이하, 간단히 '반도체 소자 제조방법'이라 한다)은, 먼저, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정한다(S310). 다중 파장들을 선정하는 단계(S310)는, 도 1의 다중 파장 선정 방법과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 다중 파장들을 선정하는 단계(S210)는, 오버레이를 계측하는 단계(S110), 전체 파장들을 필터링하는 단계(S120), 대표 파장들을 선정하는 단계(S130), 및 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 오버레이를 계측하는 단계(S110) 내지 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계(S140)에 대해서는 도 1의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
다중 파장들을 선정한 후, 오버레이 계측 레시피를 셋업 한다(S320). 오버레이 계측 레시피는, 예컨대, 계측에 이용하는 파장들, 파장들의 웨이트, 계측할 위치들, 계측 시간 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법에서, 오버레이 계측 레시피의 셋업은, 주로 앞서 선정된 대표 파장들과 대표 파장들에 할당된 웨이트가 오버레이 계측에서 이용될 수 있도록 반영하는 것을 의미할 수 있다.
오버레이 계측 레시피의 셋업 후, 새로 셋업 된 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 오버레이를 계측한다(S330). 다시 말해서, 선정된 대표 파장들, 및 대표 파장들에 할당된 웨이트를 가지고 오버레이를 계측할 수 있다. 여기서, 오버레이 계측은 오버레이 마크에 대한 오버레이 계측을 의미할 수 있다. 본 실시예의 반도체 소자 제조방법에서는, 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계(S310)와 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계(S320)를 거쳐 오버레이를 계측함으로써, 오버레이 마크의 비대칭에서 기인하는 미스-리딩 성분을 배제하고, 오버레이를 정확하게 계측할 수 있다.
오버레이 계측 후, 오버레이를 보정한다(S340). 여기서, 오버레이 보정은, 오버레이가 0이 되도록, 즉 이전 층과 현재 층의 패턴들이 정렬되도록, 노광 공정 또는 패터닝 공정의 공정 레시피를 수정하는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로 예를 들어 설명하면, y축 방향으로 오버레이가 0.5㎚ 만큼 발생한 경우, y축 방향으로 -0.5㎚ 만큼 패턴이 이동되어 형성될 수 있도록, 노광 공정 또는 패터닝 공정의 공정 레시피를 수정하는 과정을 의미할 수 있다.
오버레이 보정 후, 패턴을 형성한다(S350). 패턴은 오버레이 보정이 반영된 노광 공정, 또는 패터닝 공정의 공정 레시피에 기초하여 형성될 수 있다. 따라서, 패턴의 오버레이는, 오버레이 보정 전에 계측된 이전 오버레이와 다르고, 또한 이전 오버레이보다는 작을 수 있다. 한편, 패턴 형성은 오버레이 마크를 형성하는 것을 포함할 수 있고, 오버레이 마크 역시, 오버레이 보정이 반영된 노광 공정 또는 패터닝 공정의 공정 레시피에 기초하여 형성될 수 있다.
패턴 형성 후, 패턴의 오버레이가 설정된 범위 내인지 판단한다(S360). 패턴의 오버레이는 오버레이 마크를 이용하여 계측할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 패턴의 오버레이는 패턴에 대한 직접적인 오버레이 계측을 통해 이루어질 수도 있다.
패턴의 오버레이가 설정된 범위 내인 경우(YES), 후속 반도체 공정을 수행한다(S370). 후속 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 후속 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 또한, 후속 반도체 공정은 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 개별화하는 싱귤레이션 공정, 반도체 칩들을 테스트하는 테스트 공정, 및 반도체 칩을 패키징하는 패키징 공정을 포함할 수 있다. 웨이퍼에 대한 후속 반도체 공정을 통해 반도체 소자가 완성될 수 있다.
참고로, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법에서, 다중 파장들의 선정하는 단계(S310)에서의 오버레이 계측에서의 대상 웨이퍼, 오버레이 계측 단계(S330)에서 오버레이 계측에서의 대상 웨이퍼, 그리고 패턴 형성 단계(S350)에서의 대상 웨이퍼는 서로 다를 수 있다. 예컨대, 다중 파장들의 선정하는 단계(S310)와 오버레이 계측 단계(S330)의 대상 웨이퍼들은 테스트 웨이퍼에 해당할 수 있다. 한편, 패턴 형성 단계(S350)의 대상 웨이퍼는, 테스트 웨이퍼일 수도 있고, 또는 실제 패턴이 형성되는 실제 웨이퍼일 수도 있다.
패턴의 오버레이가 설정된 범위 벗어나 경우(NO), 원인을 분석하고(S380), 다중 파장들을 선정하는 단계(S310)로 이행한다. 원인을 분석하는 단계(S380)에서 찾은 원인에 기초하여, 다중 파장들을 선정하는 단계(S310)에서, 대표 파장들의 선정 및 대표 파장들에 할당되는 웨이트가 변경될 수 있다.
본 실시예의 반도체 소자 제조방법은, 전체 파장들의 오버레이를 유사하게 모사할 수 있는 대표 파장들을 선정하고, 대표 파장들 및 대표 파장들의 웨이트를 이용하여 오버레이를 계측함으로써, 오버레이 마크의 비대칭에서 기인하는 미스-리딩 성분을 배제하고, 오버레이, 즉 미스-얼라인을 정확하게 계측할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법에서, 오버레이 계측 정확성에 기초하여 오버레이 보정을 보다 정밀하게 수행할 수 있고, 또한, 오버레이 보정 후, 온-셀 오버레이, 즉 패턴의 오버레이의 수준을 크게 개선할 수 있다. 결과적으로, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법은, 신뢰성 있는 반도체 소자를 구현할 수 있도록 한다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 설정된 제1 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계;
    상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계; 및
    상기 대표 파장들에 웨이트(weight)를 할당하는 단계;를 포함하는, 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    PCA(Principal Component Analysis)에 기초하여 수행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    SVD(Singular Value Decomposition)에 기초하여 수행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 오버레이를 계측하는 단계에서,
    상기 전체 파장들에 대한 위치별 오버레이를 획득하고,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    상기 SVD를 통해 상기 전체 파장들의 전체 개수에 대응하는 T개(T는 1 보다 큰 정수)의 고유 벡터들(eigen vectors)을 추출하는 단계,
    상기 고유 벡터들의 웨이트에 기초하여 n개(n은 1 이상이고 T개 미만인 정수)의 대표 고유 벡터들을 선정하는 단계,
    상기 대표 고유 벡터들에 대하여, 계측용 파장들의 n개의 파장 조합을 선택하여 피팅하고 피팅 스코어를 계산하는 단계, 및
    상기 피팅 스코어가 가장 작은 파장 조합을 선정하는 단계를 포함하며,
    선정된 상기 파장 조합 내에 포함된 파장들이 상기 대표 파장들에 해당하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 대표 고유 벡터들은, 웨이트가 큰 순서대로 10개 이하로 선택하고,
    상기 피팅 스코어는 상기 대표 고유 벡터들 각각에 대한 피팅 스코어 합으로 계산하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 피팅 스코어는 RBF(Radial Basis Function) 피팅 스코어, 또는 TPS(Thin Plate Spline) 피팅 스코어인 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 피팅 스코어를 계산하는 단계에서,
    상기 T개에서 n개를 선택하는 조합(TCn)의 조합별 RBF 피팅 스코어를 계산하고,
    상기 파장 조합을 선정하는 단계에서,
    상기 RBF 피팅 스코어가 가장 작은 파장 조합을 선정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계에서,
    상기 웨이트의 합이 1이 되는 조합 중 MRC(Mis-Reading Correction) 산포가 가장 작은 웨이트의 조합을 선정하여 웨이트를 할당하고,
    상기 MRC는 오버레이 마크의 오버레이와 온-셀 오버레이 간의 차이인 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계 전에,
    상기 전체 파장들을 필터링하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계에서,
    필터링된 상기 전체 파장들에서 상기 대표 파장들을 선정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  10. 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계;
    상기 다중 파장들에 기초하여 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계; 및
    상기 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 상기 다중 파장들을 이용하여 오버레이를 계측하는 단계;를 포함하고,
    상기 다중 파장들을 선정하는 단계는,
    설정된 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계,
    상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계, 및
    상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 포함하는, 오버레이 계측 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    PCA 또는 SVD에 기초하여 수행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 오버레이를 계측하는 단계에서,
    상기 전체 파장들에 대한 위치별 오버레이를 획득하고,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    SVD를 통해 상기 전체 파장들의 전체 개수에 대응하는 T개(T는 1 보다 큰 정수)의 고유 벡터들을 추출하는 단계,
    상기 고유 벡터들의 웨이트에 기초하여 n개(n은 1 이상이고 T개 미만인 정수)의 대표 고유 벡터들을 선정하는 단계,
    상기 대표 고유 벡터들에 대하여, 계측용 파장들의 n개의 파장 조합을 선택하여 피팅하고 피팅 스코어를 계산하는 단계, 및
    상기 피팅 스코어가 가장 작은 파장 조합을 선정하는 단계를 포함하며,
    선정된 상기 파장 조합 내에 포함된 파장들이 상기 대표 파장들에 해당하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계에서,
    상기 웨이트의 합이 1이 되는 조합 중 MRC 산포가 가장 작은 웨이트의 조합을 선정하여 웨이트를 할당하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측용 다중 파장 선정 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계 전에,
    상기 전체 파장들을 필터링하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계에서,
    필터링된 상기 전체 파장들에서 상기 대표 파장들을 선정하고,
    오버레이 마크의 특성이 반영된 KPI를 이용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 방법.
  15. 오버레이 계측용 다중 파장들을 선정하는 단계;
    상기 다중 파장들에 기초하여 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계;
    상기 오버레이 계측 레시피에 기초하여, 상기 다중 파장들을 이용하여 오버레이를 계측하는 단계;
    계측된 상기 오버레이에 기초하여, 오버레이를 보정하고 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴의 오버레이가 설정된 범위 내인지 판단하는 단계; 및
    상기 범위 내에 포함되는 경우, 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 다중 파장들을 선정하는 단계는,
    설정된 파장 범위 내의 전체 파장들로 웨이퍼의 다수의 위치에서 오버레이를 계측하는 단계,
    상기 전체 파장들 중에서 상기 전체 파장들의 오버레이를 모사하는 대표 파장들을 선정하는 단계, 및
    상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는, SVD에 기초하여 수행하고,
    상기 오버레이를 계측하는 단계에서,
    상기 전체 파장들에 대한 위치별 오버레이를 획득하며,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계는,
    상기 SVD를 통해 상기 전체 파장들의 전체 개수에 대응하는 T개(T는 1 보다 큰 정수)의 고유 벡터들을 추출하는 단계,
    상기 고유 벡터들의 웨이트에 기초하여 n개(n은 1 이상이고 T개 미만인 정수)의 대표 고유 벡터들을 선정하는 단계,
    상기 대표 고유 벡터들에 대하여, 계측용 파장들의 n개의 파장 조합을 선택하여 피팅하고 피팅 스코어를 계산하는 단계, 및
    상기 피팅 스코어가 가장 작은 파장 조합을 선정하는 단계를 포함하며,
    선정된 상기 파장 조합 내에 포함된 파장들이 상기 대표 파장들에 해당하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 대표 파장들에 웨이트를 할당하는 단계에서,
    상기 웨이트의 합이 1이 되는 조합 중 MRC 산포가 가장 작은 웨이트의 조합을 선정하여 웨이트를 할당하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계 전에,
    상기 전체 파장들을 필터링하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대표 파장들을 선정하는 단계에서,
    필터링된 상기 전체 파장들에서 상기 대표 파장들을 선정하고,
    오버레이 마크의 특성이 반영된 KPI를 이용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 단계에서,
    상기 대표 파장들 및 상기 대표 파장들의 웨이트에 기초하여 상기 오버레이 계측 레시피를 셋업하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.

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