KR20240069463A - 오버레이 보정방법, 그 보정방법을 포함한 노광 방법과 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

오버레이 보정방법, 그 보정방법을 포함한 노광 방법과 반도체 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 웨이퍼 테이블의 열화에서 기인한 오버레이를 효과적으로 보정하는 오버레이 보정방법과 그 보정방법을 포함한 노광 방법과 반도체 소자 제조방법을 제공한다. 그 오버레이 보정방법은 웨이퍼에 대한 레벨링(leveling) 데이터를 획득하는 단계; 상기 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계; 샷 사이즈 분할(shot size split)을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계; 상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계; 및 상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 오버레이 파라미터의 보정은, 피드포워드(feedforward) 방식으로 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정에 실시간으로 적용된다.

Description

오버레이 보정방법, 그 보정방법을 포함한 노광 방법과 반도체 소자 제조방법{Overlay correction method, and exposure method and semiconductor device manufacturing method comprising the correction method}
본 발명의 기술적 사상은 오버레이 보정방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 테이블에 기인한 오버레이를 보정하는 오버레이 보정방법과 그 보정방법을 포함한 노광 방법과 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 회로 선폭이 점차 미세화됨에 따라, 보다 짧은 파장의 광원이 요구되고 있다. 예컨대, 노광 광원으로 극자외선(EUV: Extreme Ultra-Violet) 광이 사용되고 있다. EUV 광의 흡수 특성으로 인해, 일반적으로 EUV 노광 공정에서는 반사형 EUV 마스크가 사용되고 있다. 또한, EUV 광을 EUV 마스크로 전달하기 위한 조명 광학계(illumination optics)와 EUV 마스크로부터 반사된 EUV 광을 노광 대상으로 투사하기 위한 투사 광학계(projection optics)는 다수의 미러들을 포함할 수 있다. 한편, 패턴이 미세화됨에 따라, EUV 노광 공정에서 다양한 원인들에 기인한 오버레이 에러가 발생하고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼 테이블의 열화에서 기인한 오버레이를 효과적으로 보정하는 오버레이 보정방법과 그 보정방법을 포함한 노광 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, 웨이퍼에 대한 레벨링(leveling) 데이터를 획득하는 단계; 상기 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계; 샷 사이즈 분할(shot size split)을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계; 상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계; 및 상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 오버레이 파라미터의 보정은, 피드포워드(feedforward) 방식으로 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정에 실시간으로 적용되는, 오버레이 보정방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 제1 웨이퍼에 대한 제1 레벨링 데이터를 획득하는 단계; 상기 제1 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계; 샷 사이즈 분할을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계; 상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계; 상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계; 및 상기 오버레이 파라미터가 보정된 상기 노광 장비를 이용하여, 상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 단계;를 포함하는, 노광 방법을 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계; 상기 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계; 샷 사이즈 분할을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계; 상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계; 상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계; 상기 오버레이 파라미터가 보정된 상기 노광 장비를 이용하여 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 단계; 상기 웨이퍼에 대한 패터닝을 수행하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 오버레이 파라미터를 웨이퍼별, 및 서브-샷별로 실시간으로 보정하여 상기 노광 공정을 수행하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 오버레이 보정방법은, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정함으로써, 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 효과적으로 보정할 수 있다. 또한, 하나의 샷을 여러 개의 서브-샷들로 분할하고, 서브-샷별로 모델을 추출하여 오버레이 파라미터를 보정함으로써, 웨이퍼 테이블의 상면의 열화에 기초한 오버레이를 보다 정확하게 보정할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 의한 오버레이 보정방법은, 웨이퍼의 레벨링 데이터에 기초하여 해당 웨이퍼를 노광하는 노광 장비의 오버레이 파라미터를 실시간으로 보정하는 피드포워드 방식을 채용함으로써, 노광 공정의 수행 시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 피드포워드 방식에 기초하여, 웨이퍼별 및 서브-샷별 오버레이 보정을 수행할 수 있고, 모든 웨이퍼들에 대한 노광 공정에서 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 보정방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 오버레이 보정방법과 관련하여, EUV 노광 장비를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 3a 및 3b는 웨이퍼 테이블의 열화 현상을 설명하기 위한, 웨이퍼 테이블에 대한 부분 단면도, 및 그에 대응하는 사진들이다.
도 4는 웨이퍼 테이블의 열화 과정을 보여주는 웨이퍼 테이블의 높이 맵(height map)에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 5는 시계열적 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이의 경향을 보여주는 그래프이다.
도 6은 시계열적 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이를 보여주는 오버레이 맵에 대한 시뮬레이션 사진이다.
도 7은 도 1의 오버레이 보정방법에서, 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 1의 오버레이 보정방법에서, 서브-샷별 모델을 추출하는 과정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 9a 및 도 9b는 NCE 오버레이와 IPD 값과의 상관성을 보여주는 그래프들이다.
도 10a 및 도 10b는 도 1의 오버레이 보정방법을 통해 획득한 웨이퍼 전체에 대한 오버레이 보정 모델과, 오버레이 보정 모델을 이용한 보정 후의 오버레이 맵에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 11은 다양한 공정들에서의 비교예의 오버레이 보정방법과 도 1의 오버레이 보정방법에 따른 오버레이를 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 보정방법을 포함한 노광 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 보정방법을 포함한 반도체 소자 제조방법의 과정을 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 보정방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 오버레이 보정방법과 관련하여, EUV 노광 장비를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 오버레이(overlay) 보정방법은, 먼저, 웨이퍼에 대한 레벨링(leveling) 데이터를 획득한다(S110). 여기서, 레벨링 데이터는 수직 방향, 즉 Z 방향으로 웨이퍼(W) 상면의 높이에 대한 데이터를 의미할 수 있다. 본 실시예의 오버레이 보정방법은, 예컨대, EUV 노광 공정에서의 오버레이 보정방법에 해당할 수 있다. 그러나 본 실시예의 오버레이 보정방법이 EUV 노광 공정에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 오버레이 보정방법에서, EUV 노광 공정은 도 2에 도시된 바와 같이, EUV 노광 장비(100)를 통해 수행될 수 있다. EUV 노광 장비(100)는, EUV 광학계(110), 웨이퍼 테이블(120), 테이블 지지 바디(130), 및 측정 장치(140)를 포함할 수 있다.
EUV 광학계(110)는, EUV 광원, 제1 광학계, 제2 광학계, EUV 마스크, 및 마스크 스테이지를 포함할 수 있다. EUV 광원은 5㎚ 내지 50㎚ 정도의 파장 범위 내에서 고 에너지 밀도의 EUV 광(L1)을 생성하여 출력할 수 있다. 예컨대, EUV 광원은 13.5㎚ 파장의 고 에너지 밀도의 EUV 광(L1)을 생성하여 출력할 수 있다. EUV 광원은, 플라즈마 기반의 광원이거나 또는 싱크로트론 방사(synchrotron radiation) 광원일 수 있다. 여기서, 플라즈마 기반의 광원은 플라즈마를 생성하고 플라즈마에 의해 방출된 광을 이용하는 방식의 광원을 의미하며, 레이저 생성 플라즈마(Laser-Produced Plasma: LPP) 광원, 또는 방전 생성 플라즈마(Discharge-Produced Plasma: DPP) 광원 등을 포함할 수 있다. 도 2의 EUV 노광 장비(100)의 EUV 광학계(110)에서, EUV 광원은, 예컨대, 플라즈마 기반의 광원일 수 있다. 그러나 EUV 광원이 플라즈마 기반의 광원에 한정되는 것은 아니다. 한편, 플라즈마 기반의 광원의 경우, 제1 광학계로 입사되는 조명용 광의 에너지 밀도를 증가시키기 위하여, EUV 광을 집중시키는 타원 미러 및/또는 구형 미러 등의 집광 미러를 포함할 수 있다.
제1 광학계는 EUV 광원으로부터의 EUV 광(L1)을 EUV 마스크로 전달할 수 있다. 제1 광학계는 복수 개의 미러들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 광학계는 2개 또는 3개의 미러를 포함할 수 있다. 그러나 제1 광학계의 미러의 개수가 2개 또는 3개에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1 광학계는 EUV 광(L1)을 곡선 슬릿(curved slit) 형태로 만들어 EUV 마스크로 입사시킬 수 있다. 여기서, EUV 광의 곡선 슬릿 형태는 x-y 평면 상에서 포물선 형태의 2차원 곡선을 의미할 수 있다.
EUV 마스크는 반사 영역과 비반사 및/또는 중간 반사 영역을 구비한 반사형 마스크일 수 있다. EUV 마스크는 기판, 기판 상의 반사 다층막, 및 반사 다층막 상의 흡수층 패턴을 포함할 수 있다. 기판은 쿼츠(quartz)와 같은 낮은 열팽창률 물질(Low Thermal Expansion Coefficient Material: LTEM)로 형성될 수 있다. 반사 다층막은 기판 상에 형성되고 EUV 광을 반사할 수 있다. 반사 다층막은, 예컨대, 몰리브덴(Mo)막과 실리콘(Si)막이 번갈아 수십 층 이상으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그러나 반사 다층막을 구성하는 물질이 Mo와 Si에 한정되는 것은 아니다. 흡수층 패턴은 반사 다층막 상에 형성되고, EUV 광을 흡수할 수 있다. 흡수층은 예컨대, TaN, TaNO, TaBO, Ni, Au, Ag, C, Te, Pt, Pd, Cr 등으로 형성될 수 있다. 그러나 흡수층의 물질이 전술한 물질들에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 흡수층 부분은 앞서 비반사 및/또는 중간 반사 영역을 구성할 수 있다.
EUV 마스크는 제1 광학계를 통해 입사된 EUV 광(L1)을 반사하여 제2 광학계로 입사시킬 수 있다. 좀더 구체적으로, EUV 마스크는 제1 광학계로부터의 EUV 광(L1)을 반사하되, 기판 상의 반사 다층막과 흡수층의 패턴 형태에 따라 EUV 광(L1)을 구조화하여 제2 광학계로 입사시킬 수 있다. 구조화된 EUV 광은 EUV 마스크 상의 패턴 형태의 정보를 보유하면서 제2 광학계로 입사되고, 제2 광학계를 통해 전달되어 EUV 노광 대상인 웨이퍼(W)의 상면 상에 조사될 수 있다. 구체적으로, 구조화된 EUV 광은 제2 광학계를 통해 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트(PhotoResist: PR)층에 조사될 수 있다.
제2 광학계는 복수 개의 미러를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 광학계는 4개 내지 8개의 미러를 포함할 수 있다. 그러나 제2 광학계의 미러의 개수가 4개 내지 8개에 한정되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 제2 광학계는 EUV 마스크에서 반사된 EUV 광을 미러들의 반사를 통해 웨이퍼(W)로 전달할 수 있다.
마스크 스테이지 상에는 EUV 마스크가 배치될 수 있다. 마스크 스테이지는 X-Y 평면 상에서 X 방향과 Y 방향으로 이동할 수 있고, X-Y 평면에 수직인 Z 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 마스크 스테이지는 Z축을 기준으로 X-Y 평면 상에서 회전하거나, 또는 X축이나 Y축을 기준으로 Y-Z 평면 또는 X-Z 평면 상에서 회전할 수 있다. 이러한 마스크 스테이지의 이동에 의해, EUV 마스크는 X 방향, Y 방향, 또는 Z 방향으로 이동할 수 있고, 또한, X축, Y축, 또는 Z축을 기준으로 회전할 수 있다.
웨이퍼 테이블(120) 상에는 웨이퍼(W)가 배치될 수 있다. 웨이퍼 테이블(120)은 X-Y 평면 상에서 X 방향과 Y 방향으로 이동할 수 있고, X-Y 평면에 수직인 Z 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 웨이퍼 테이블(120)은 Z축을 기준으로 X-Y 평면 상에서 회전하거나, 또는 X축이나 Y축을 기준으로 Y-Z 평면 또는 X-Z 평면 상에서 회전할 수 있다. 이러한 웨이퍼 테이블(120)의 이동에 의해, 웨이퍼(W)는 X 방향, Y 방향, 또는 Z 방향으로 이동할 수 있고, 또한, X축, Y축, 또는 Z축을 기준으로 회전할 수 있다.
테이블 지지 바디(130)는 웨이퍼 테이블(120)을 지지할 수 있다. 도 2의 EUV 노광 장비(100)에 도시된 바와 같이, 테이블 지지 바디(130) 상에의 2개의 웨이퍼 테이블(120)이 배치될 수 있다. 즉, 웨이퍼 테이블(120)은 제1 웨이퍼 테이블(120-1)과 제2 웨이퍼 테이블(120-2)을 포함할 수 있다.
측정 장치(140)는 제1 웨이퍼 테이블(120-1) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 레벨을 측정할 수 있다. 레벨 측정은, 전술한 바와 같이, Z 방향으로 웨이퍼(W)의 상면의 높이를 측정하는 것을 의미할 수 있다. 이와 같이 측정 장치(140)를 통한 레벨 측정을 통해 웨이퍼(W)에 대한 레벨링 데이터가 획득될 수 있다.
한편, 제1 웨이퍼 테이블(120-1)과 제2 웨이퍼 테이블(120-2)은 테이블 지지 바디(130) 상에서 위치가 서로 교환(swap)될 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, EUV 노광 장비(100)에서, 제1 웨이퍼 테이블(120-1) 상에 배치된 제1 웨이퍼(W1)에 대하여 측정 장치(140)를 통한 레벨 측정이 수행되어 제1 웨이퍼(W1)에 대한 레벨링 데이터가 획득될 수 있다. 또한, 제2 웨이퍼 테이블(120-2) 상에 배치된 제2 웨이퍼(W2)에 대하여 EUV 광학계(110)를 통한 EUV 노광 공정이 수행될 수 있다.
제2 웨이퍼(W2)에 대한 노광 공정 후, 제2 웨이퍼(W2)는 제2 웨이퍼 테이블(120-2)로부터 언로딩(unloading) 되어 반출되고, 제1 웨이퍼 테이블(120-1)과 제2 웨이퍼 테이블(120-2)의 위치가 서로 교환될 수 있다. 즉, 제1 웨이퍼 테이블(120-1)은 EUV 광학계(110)가 배치된 위치로 이동하고, 제2 웨이퍼 테이블(120-2)은 측정 장치(140)가 배치된 위치로 이동할 수 있다. 이후, 제2 웨이퍼 테이블(120-2)에는 새로운 제3 웨이퍼가 로딩되고 측정 장치(140)를 통한 레벨 측정이 수행되어 제3 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터가 획득될 수 있다. 또한, 제1 웨이퍼 테이블(120-1) 상에 배치된 제1 웨이퍼(W)에 대해서는 EUV 광학계(110)를 통해 EUV 노광 공정이 수행될 수 있다. 이러한 과정은 1개의 랏(lot)에 포함된 웨이퍼들에 대하여 계속하여 연속적으로 수행될 수 있다. 여기서, 1개의 랏에는, 예컨대, 24개의 웨이퍼(W)가 포함될 수 있다. 그러나 1개의 랏에 포함되는 웨이퍼(W)의 개수가 24개에 한정되는 것은 아니다.
측정 장치(140)는 웨이퍼(W)의 레벨뿐만 아니라, 웨이퍼(W) 상의 패턴들에 대한 CD나 오버레이를 측정할 수 있다. 측정 장치(140)는 광학 현미경이나, 또는 SEM(Scanning Electron Microcopy)이나 TEM(Transmission Electron Microcopy)과 같은 전자 현미경을 포함할 수 있다. 또한, 측정 장치(140)는 측정 방법으로서 영상 타원편광법(Imaging Ellipsometry: IE) 또는 분광 영상 타원편광법(Spectroscopic Imaging Ellipsometry: SIE) 등의 타원편광법을 이용할 수 있다. 물론, 측정 장치(140)의 측정 방법이 타원편광법에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 측정 장치(140)는, EUV 노광 장비(100)와는 별개의 장치로 구현될 수도 있다. 한편, 측정 장치(140)를 통한 웨이퍼 상의 패턴들에 대한 CD나 오버레이에 대한 측정은 ADI(After Development Inspection) 및 ACI(After Cleaning Inspection)로서 이루어질 수 있다.
참고로, 오버레이는 하부 층(under layer)에 해당하는 이전 층(previous layer)과 상부 층(upper layer)에 해당하는 현재 층(current layer)과의 오버랩(overlap)의 차이를 의미하고, 오버레이 에러라고 언급되기도 한다. 이하, '오버레이'로 통칭하여 사용한다. 일반적으로, 상부 층의 노광 공정 시에 하부 층의 오버레이 마크(overlay mark) 등에 기초하여 최대한 하부 층에 맞춰 샷(shot)을 수행함으로써, 오버레이를 최소화한다.
한편, 오버레이는 하부 층 상에 형성된 제1 오버레이 마크(overlay mark)와 상부 층 상에 형성된 제2 오버레인 마크를 측정하고, 위치에 대한 상대적인 차이를 계산함으로써 산출될 수 있다. 한편, 제1 오버레이 마크는 하부 층 상에 패턴이 형성될 때 함께 형성되고, 또한, 제2 오버레이 마크는 상부 층 상에 패턴이 형성될 때 함께 형성될 수 있다. 오버레이 마크는 박스 패턴 형태 또는 바아(bar) 패턴 형태로 형성되고 웨이퍼의 스크라이브 레인(scribe lane) 등에 형성될 수 있다. 그러나 오버레이 마크의 형태나 위치가 전술한 내용에 한정되는 것은 아니다.
오버레이가 큰 경우, 다시 말해서, 하부 층과 현재 층 간의 상대적인 위치 차이가 큰 경우, 실제로 반도체 소자의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그에 따라, 노광 공정에서, 오버레이 보정이 수행될 수 있다. 오버레이 보정은 오버레이 파라미터들의 보정을 통해 수행될 수 있다. 오버레이의 파라미터들은, 노광 대상인 웨이퍼(W) 상의 층들 간의 오버레이에 관련된 파라미터들을 의미할 수 있다.
예컨대, X 방향의 오버레이를 dx라고 하고, Y 방향의 오버레이를 dy라고 할 때, dx = k1, dy = k2, dx = k3*x, dy = k4*y, dx = k5*y, 및 dy = k6*x로 나타나는 1차(1st order) 파라미터인 K1 ~ K6 오버레이 파라미터가 있다. 그리고 dx = k7*x2, dy = k8*y2, dx = k9*x*y, dy = k10*y*x, dx = k11*y2, 및 dy = k12*x2로 나타나는 2차(2nd order) 파라미터인 K7 ~ K12 오버레이 파라미터가 있다. 또한, dx = k13*x3, dy = k14*y3, dx = k15*x2*y, dy = k16*y2*x, dx = k17*x*y2, dy = k18*y*x2, dx = k19*y3, 및 dy = k20*x3로 나타나는 3차(3rd order) 파라미터인 K13 ~ K20 오버레이 파라미터가 있다.
참고로, DUV(Deep UltraViolet) 노광 장치, 예컨대 ArFi 노광 장치의 경우, 모든 오버레이 파라미터들은 물리적인 작동에 의해 보정될 수 있다. 한편, EUV 노광 장치에서도 대부분의 오버레이 파라미터들은 ArFi 노광 장치와 유사하게 물리적인 작동을 통해 보정할 수 있다. 그러나 EUV 노광 장치에서, K13 오버레이 파라미터의 경우는, EUV 노광 장치와 ArFi 노광 장치의 하드웨어적인 차이에 기인하여 물리적인 작동을 통해서는 보정이 거의 불가능한 것으로 분류되고 있다.
레벨링 데이터 획득 후, 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환한다(S120). 여기서, 오버레이 데이터는 실제 오버레이에 대한 데이터 아니라, 레벨링 데이터에 기초하여 계산 및 변환을 통해 획득한 데이터이다. 예컨대, 레벨링 데이터에서, IPD(In Plane Distortion) 값을 구하고, IPD 값에 웨이트를 적용하여 오버레이 데이터로 변환시킴으로써, 레벨링 데이터로부터 오버레이 데이터를 구할 수 있다. 레벨링 데이터로부터 오버레이 데이터로의 변환 과정에 대해서는 도 7의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환 후, 샷 사이즈 분할(shot size split)을 통해 하나의 샷을 여러 개의 서브-샷들(sub-shots)로 분할한다(S130). 여기서, 샷은 한 번의 스캔 동작을 통해 EUV 마스크를 전사시키는 노광 과정, 또는 그에 대응하는 웨이퍼 상의 영역에 해당할 수 있다. 서브-샷은, 하나의 샷을 여러 개로 분할한 영역들 중 하나를 의미하고, 서브-샷들 모두 실질적으로 동일한 사이즈를 가질 수 있다. 이러한 서브-샷들로의 분할은, 차후 모델의 추출 과정에서, 웨이퍼 테이블의 상면의 상태를 보다 충실하기 반영하기 위함일 수 있다. 다시 말해서, 샷 전체에 대해 모델을 추출하여 오버레이를 보정하게 되면, 웨이퍼 테이블의 상면의 상태를 충실하게 반영하기 어렵고, 그에 따라, 웨이퍼 테이블의 상면의 열화에서 기인하는 오버레이를 정확하게 보정할 수 없다.
샷 사이즈 분할을 통한 서브-샷들로 분할 후, 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출한다(S140). 여기서, 모델, 또는 모델 값은, 오버레이를 보정 가능한 오버레이 파라미터로 재구성한 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 측정된 오버레이를 정확하게 완전히 보정하는 것은 불가능하고, 따라서, 측정된 오버레에서 보정 가능한 근사 값을 오버레이 파라미터로서 추출하게 된다. 그러한 보정 가능한 오버레이 파라미터를 추출하는 과정을 오버레이 모델링 과정이라 한다. 본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 오버레이 모델링은 다항 회귀(polynomial regression) 모델링을 통해 이루어질 수 있다.
본 실시예의 오버레이 보정방법은, 하나의 샷 전체에 대하여 모델을 추출하지 않고, 하나의 샷을 여러 개의 서브-샷들로 분할한 후, 서브-샷들 각각에 대하여 모델을 추출한다. 이와 같이, 서브-샷별로 모델을 추출함으로써, 오버레이 파라미터들에 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화를 보다 정확하게 반영할 수 있다. 서브-샷별 모델을 추출 과정에 대해서는 도 8a 내지 도 8d의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다. 또한, 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화, 및 그에 의한 오버레이 열화에 대해서, 도 3 내지 도 6의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델 추출 후, 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정한다(S150). 여기서, 노광 장비는, 예컨대, 도 2의 EUV 노광 장비(100)일 수 있다. 그러나 본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 노광 장비가 EUV 노광 장비에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 노광 장비의 오버레이 파라미터의 보정은 웨이퍼별 및 서브-샷별로 실시간으로 피드포워드(feedforward) 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 1개의 랏에 대하여 노광 공정이 수행될 때, 1개의 랏의 웨이퍼들 각각에 대하여 실시간으로 오버레이 파라미터의 보정이 수행될 수 있다. 또한, 하나의 웨이퍼에 대하여 서브-샷별로 오버레이 파라미터의 보정이 실시간으로 수행될 수 있다.
한편, 피드포워드 방식은, 제1 웨이퍼(W1)에 대한 레벨링 데이터에 기초하여 획득한 오버레이 파라미터를 노광 장비에 실시간으로 적용하여 제1 웨이퍼(W1)에 대한 노광 공정을 수행하는 방식을 의미할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 제1 웨이퍼 테이블(120-1)에서, 제1 웨이퍼(W1)에 대하여 레벨링 데이터를 획득하고, 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하며, 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출할 수 있다. 이후, 서브-샷별 모델에 기초하여, 노광 장비의 오버레이 파라미터들이 보정하고, 오버레이 파라미터가 보정된 노광 장비를 이용하여 제1 웨이퍼(W1)에 대한 노광 공정을 수행할 수 있다.
본 실시예의 오버레이 보정방법은, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정함으로써, 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 효과적으로 보정할 수 있다. 또한, 하나의 샷을 여러 개의 서브-샷들로 분할하고, 서브-샷별로 모델을 추출하여 오버레이 파라미터를 보정함으로써, 웨이퍼 테이블의 상면의 열화에 기초한 오버레이를 보다 정확하게 보정할 수 있다. 더 나아가, 본 실시예의 오버레이 보정방법은, 웨이퍼의 레벨링 데이터에 기초하여 해당 웨이퍼를 노광하는 노광 장비의 오버레이 파라미터를 실시간으로 보정하는 피드포워드 방식을 채용함으로써, 노광 공정의 수행 시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 오버레이 보정방법은, 피드포워드 방식에 기초하여, 웨이퍼별 및 서브-샷별 오버레이 보정을 수행할 수 있고, 모든 웨이퍼들에 대한 노광 공정에서 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 보정할 수 있다.
도 3a 및 3b는 웨이퍼 테이블의 열화 현상을 설명하기 위한, 웨이퍼 테이블에 대한 부분 단면도, 및 그에 대응하는 사진들이다. 도 3b의 사진들은 웨이퍼 테이블(120)의 하나의 벌(burl)에 대한 평면도들로서, 왼쪽 사진은 글래스 바디(122) 상에 크롬질화막(CrN, 124)이 코팅된 상태의 웨이퍼 테이블(120)의 하나의 벌에 대한 평면도이며, 오른쪽 사진은 크롬질화막(124)이 제거된 상태의 웨이퍼 테이블(120)의 하나의 벌에 대한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 웨이퍼 테이블(120)은 글래스 바디(122)와 크롬질화막(124, CrN)을 포함할 수 있다. 크롬질화막(124)는 글래스 바디(122) 상에 수십 내지 수백 ㎛ 두께로 얇게 코팅될 수 있다. 웨이퍼 테이블(120)은 상면 상에 벌(B)이라고 언급되는 원기둥 형태의 다수의 돌출부들을 포함할 수 있다. 크롬질화막(124)은 벌(B)의 상면과 측면 그리고 벌들(B) 사이의 글래스 바디(122)의 상면을 덮을 수 있다.
노광 공정, 예컨대, EUV 노광 공정에서, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 테이블(120) 상에 로딩될 수 있다. 즉, 노광 공정의 대상이 되는 웨이퍼(W)의 전면(frontside)은 상방을 향하고, 그 반대 면인 웨이퍼(W)의 후면(backside)은 웨이퍼 테이블(120)에 접할 수 있다. 웨이퍼(W)의 후면이 접하는 웨이퍼 테이블(120)의 부분은, 예컨대, 웨이퍼 테이블(120)의 벌들(B)의 상면에 해당할 수 있다. 한편, 타 공정에서, 웨이퍼(W)의 후면에 고착된 물질들, 예컨대, 미세 파티클(P)은, 도 3a에서처럼 웨이퍼 테이블(120)과의 지속적인 접촉을 통해 웨이퍼 테이블(120)의 표면의 손상을 유발시킬 수 있다. 웨이퍼 테이블(120)의 표면의 손상은, 예컨대, 크롬질화막(124)의 인덴테이션(Indentation: I), 글래스 바디(122)의 홈이나 크랙(C) 등을 포함할 수 있다. 이러한, 웨이퍼 테이블(120)의 표면의 손상은 노광 공정에서 중요한 인덱스(index)인 오버레이의 열화와 직접적으로 연관될 수 있다.
도 4는 웨이퍼 테이블의 열화 과정을 보여주는 웨이퍼 테이블의 높이 맵(height map)에 대한 시뮬레이션 사진들이고, 도 5는 시계열적 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이의 경향을 보여주는 그래프이며, 도 6은 시계열적 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이를 보여주는 오버레이 맵에 대한 시뮬레이션 사진이다. 도 4에서, x축과 y축은 위치를 나타내고, 단위는 ㎜이다. 도 5에서, x축은 랏의 노광 공정 날짜를 나타내고, y축은 랏의 평균 오버레이를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 테이블의 높이 맵은 왼쪽부터 시간 순서대로 배치되고 있다. 웨이퍼 테이블의 높이 맵에서, 엷은 회색 부분은 기준 높이를 나타내고 웨이퍼 테이블의 정상 상태에 해당할 수 있다. 한편, 검은색으로 짙어지는 부분은 기준 높이보다 높거나 낮은 부분을 나타내고 웨이퍼 테이블의 비정상 상태에 해당할 수 있다. 한편, 웨이퍼 테이블의 높이 맵은, 웨이퍼 테이블에 웨이퍼를 배치하고 웨이퍼 상면에 대한 레벨을 측정하여 구해질 수 있다. 그에 따라, 도 4에 도시된 시뮬레이션 사진들과 같이, 웨이퍼 테이블의 높이 맵은 웨이퍼에 대응하는 크기와 형태를 가질 수 있다.
도 4를 통해 알 수 있듯이, 시간이 지날수록 웨이퍼 테이블의 높이 맵에서 검은색 부분이 많아짐을 알 수 있다. 이는, 웨이퍼 테이블의 상면의 상태가 시간에 따라 정상 상태에서 비정상 상태로 열화되고 있음을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 시간이 지나면서 웨이퍼 테이블의 상면이 파티클 등의 이물질에 의해 손상되어 인덴테이션이 증가하고, 그에 따라, 웨이퍼 테이블의 상면의 높이는 전체에 걸쳐 균일하지 않고, 위치별로 달라질 수 있다.
도 5를 참조하면, 그래프 내의 화살표를 통해 알 수 있듯이, 시간이 갈수록 오버레이가 계속 증가함을 알 수 있다. 한편, 웨이퍼 테이블의 교체(Table Ex.)를 통해 새로운 웨이퍼 테이블로 변경되면, 오버레이가 크게 감소함을 볼 수 있다. 따라서, 오버레이의 증가의 원인이 웨이퍼 테이블의 상면의 열화에 기인함을 쉽게 예측할 수 있다.
도 6을 참조하면, 왼쪽의 오버레이 맵은 초기 웨이퍼 테이블에서 노광 공정을 수행한 웨이퍼에 대한 오버레이 맵을 보여주고, 오른쪽의 오버레이 맵은 어느 정도의 시간이 경과한 후의 웨이퍼 테이블에서 노광 공정을 수행한 웨이퍼에 대한오버레이 맵을 보여준다. 한편, 오버레이 맵에서도, 앞서 웨이퍼 테이블의 높이 맵에서와 유사하게, 엷은 회색 부분은 오버레이가 없거나 작은 부분에 해당하고, 검은색으로 짙어진 부분은 오버레이가 큰 부분에 해당할 수 있다. 한편, 웨이퍼 전체에 걸쳐서 표시된 네모들은 노광 공정의 샷들에 해당한다. 샷은 필드라고 언급되기도 한다.
도 6을 통해 오른쪽 오버레이 맵에서 검은색 부분들이 많이 증가함을 알 수 있다. 이는 오른쪽 오버레이 맵에서 오버레이가 크게 증가하고 있음을 보여준다. 이러한 결과는, 도 4 및 도 5의 그래프의 결과와 동일하게, 시간에 따라 웨이퍼 테이블의 열화가 발생하고, 이러한 웨이퍼 테이블의 열화에 기인하여 오버레이가 증가하는 것으로 예측할 수 있다.
도 7은 도 1의 오버레이 보정방법에서, 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 도 7은 웨이퍼 테이블(120)과, 웨이퍼 테이블(120) 상에 로딩된 웨이퍼(W)의 수직 단면을 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상면에는 웨이퍼 테이블(120)의 상면의 열화에 기인하여, 굴곡이 존재할 수 있다. 그에 따라, 웨이퍼(W)의 상면의 위치마다 레벨이 다를 수 있다. 여기서, 위치는 X-Y 평면 상의 위치를 의미하고, 레벨은 Z 방향의 높이를 의미할 수 있다. 웨이퍼(W)가 노광 공정으로 투입되기 전에, 웨이퍼 테이블(120)에 웨이퍼(W)가 로딩되고, 측정 장치(140)를 통해 웨이퍼(W)의 위치마다 레벨이 측정될 수 있다. 즉, 측정 장치(140)를 통해 웨이퍼(W)의 위치마다 Z 방향의 높이(z)가 측정될 수 있다. 이러한 웨이퍼(W)의 위치마다의 Z 방향의 높이(z) 데이터는, 앞서 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터에 해당할 수 있다.
한편, 도 7의 웨이퍼(W)의 상면 상에 표시된 화살표와 같이, Z 방향의 높이(z)가 측정된 위치(x, y)에서, X 방향과 Y 방향으로 기울기를 구할 수 있다. 이러한 Z 방향의 높이(z)에 대하여 X 방향의 기울기 값(dz/dx)과 Y 방향의 기울기 값(dz/dy)이 IPD 값(ipdx, ipdy)에 해당할 수 있다. 즉, IPD 값의 x 성분(ipdx)은 dz/dx로 계산되고, PD 값의 y 성분(ipdy)은 dz/dy로 계산될 수 있다. 결과적으로 웨이퍼(W)의 레벨링 데이터, 즉, Z 방향의 높이(z) 데이터로부터 IPD 값(ipdx, ipdy)을 계산할 수 있다. 이후, IPD 값(ipdx, ipdy)에 적절한 웨이트(w)를 곱하여 오버레이 값(w*ipdx, w*ipdy)으로 변환시킬 수 있다. 웨이트(w)는 높이 변화에 따른 X 방향의 폭의 변화, 또는 Y 방향의 폭의 변화를 고려하여 설정될 수 있다. 일반적으로 높이 변화에 따른 X 방향의 폭의 변화와 Y 방향의 폭의 변화는 거의 동일하므로, 웨이트(w)는 IPD 값의 x 성분(ipdx)과 y 성분(ipdy)에 대하여 동일한 값을 가질 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 도 1의 오버레이 보정방법에서, 서브-샷별 모델을 추출하는 과정을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 8a는 시계열적 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이를 보여주는 오버레이 맵에 대한 시뮬레이션 사진이고, 도 8b는 도 8a의 오버레이 맵에서 굵은 검은 실선의 네모 부분의 샷을 확대하여 보여준다. 도 8c는 도 8b의 오버레이 맵을 서브-샷들로 분할한 형태를 개념적으로 보여주며, 도 8d는 도 8c의 서브-샷들 중 일부에 대한 로 오버레이 맵(Raw), 모델 오버레이 맵(Model), 및 나머지 오버레이 맵(Resi.)에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 도 8a 및 도 8b의 오버레이 맵은 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이가 보정되지 않은 오버레이를 보여준다. 이러한 도 8a 및 도 8b의 오버레이 맵의 오버레이는 다른 원인에 기인한 오버레이는 보정한 상태이고, 따라서, 더이상 보정할 수 없는 NCE(Non Correctable Error) 오버레이에 해당할 수 있다. 본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 도 8a 및 도 8b의 오버레이 맵을 로(raw) 오버레이 맵으로 취급한다. 도 8a의 오버레이 맵에 대한 3시그마 값은 1.36/1.25 정도로 나타나고, 99.7% 범위 내의 오버레이는 2.36/2.32로 나타날 수 있다. 여기서, / 앞의 값은 x축의 오버레이를 나타내고, 뒤의 값은 y축의 오버레이를 나타낼 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 오버레이 보정 방법에서, 하나의 샷에 대하여 3*5개의 서브-샷들로 분할한다. 즉, 하나의 샷을 X 방향으로 3개의 영역, 그리고 Y 방향으로 5개의 영역으로 분할 수 있다. 그러나 서브-샷들의 분할 형태가 3*5의 형태에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 8c에서, x축과 y축은 1개의 샷에서 서브-샷들의 위치를 나타내고 단위는 ㎜일 수 있다.
도 8d는 도 8c의 서브-샷들 중 굵은 실선으로 표시된 부분의 서브-샷들에 대하여 로 오버레이 맵, 모델 오버레이 맵, 및 나머지 오버레이 맵을 보여준다. 로 오버레이 맵은 앞서 도 8a 및 도 8b의 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이가 보정되지 않은 상태의 오버레이 맵을 의미할 수 있다. 또한, 모델 오버레이 맵은, 본 실시예의 오버레이 보정방법에 따라, 레벨링 데이터로부터 변환시켜 획득한 오버레이 데이터(이하, '변환 오브레이 데이터'라 한다)에서 추출한 모델, 즉, 보정 가능한 오버레이 파라미터를 나타낸 오버레이 맵을 의미할 수 있다. 한편, 나머지 오버레이 맵은, 로 오버레이 맵에서 모델 오버레이 맵을 빼고 남은 오버레이를 보여주는 오버레이 맵에 해당할 수 있다. 여기서, 로 오버레이 맵에서 모델 오버레이 맵을 뺀다는 의미는, 로 오버레이 맵의 오버레이를 모델 오버레이 맵의 오버레이 파라미터를 이용하여 보정한 것을 의미할 수 있다. 따라서, 나머지 오버레이 맵은, 로 오버레이 맵을 모델 오버레이 맵을 이용하여 보정한 이후의 오버레이 맵에 해당할 수 있다.
만약, 변환 오버레이 데이터가, 로 오버레이 맵의 오버레이 데이터와 거의 일치한 경우, 나머지 오버레이 맵의 오버레이는 최소화될 수 있다. 그러나 변환 오버레이 데이터와, 로 오버레이 맵의 오버레이 데이터는 기본적으로 차이가 있다. 또한, 변환 오버레이 데이터로부터 추출되는 보정 가능한 오버레이 파라미터는 로 오버레이 맵의 오버레이 데이터와 더욱 차이가 날 수 있다. 따라서, 도 8d에 도시된 바와 같이 나머지 오버레이 맵의 오버레이는 어느 정도의 크기를 가지고 필연적으로 존재할 수 있다. 그러나 처음 로 오버레이 맵의 오버레이에 비교하여 크게 감소할 수 있다. 예컨대, 도 8c의 (3, 2) 위치의 서브-샷(오른쪽으로 돌출된 굵은 실선 부분)에 대응하는 도 8d의 3개의 서브-샷에서, 로 오버레이 맵의 경우, 99.7% 범위 내의 오버레이는 1.98/1.9로 나타나고, 나머지 오버레이 맵의 경우, 99.7% 범위 내의 오버레이는 0.94/1.1로 나타나 오버레이가 크게 감소함을 확인할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 1개의 샷에 대한 NCE 오버레이와 IPD 값과의 상관성을 보여주는 그래프들이다. 도 9a 및 도 9b 각각에서, x축과 y축은 해당 샷에 대한 위치를 나타내고, 단위는 ㎜일 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 전술한 바와 같이, NCE 오버레이는 다른 원인들에 기인한 오버레이는 모두 보정되고, 웨이퍼 테이블의 열화에 기인한 오버레이만이 보정되지 않은 오버레이를 나타낸다. 한편, IPD 값은 앞서 도 7의 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 레벨링 데이터로부터 기울기 값을 계산하여 획득할 수 있다. 또한, IPD 값에 적절한 웨이트를 적용함으로써, IPD 값을 오버레이 데이터로 변환할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 통해 알 수 있듯이, NCE 오버레이가 크게 나타나는 부분에서, IPD 값도 크게 나타남을 확인할 수 있다. 따라서, NCE 오버레이에서 큰 비중을 차지하는 오버레이는 웨이퍼 테이블의 열화에서 기인함을 예측할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 도 1의 오버레이 보정방법을 통해 획득한 웨이퍼 전체에 대한 오버레이 보정 모델과, 오버레이 보정 모델을 이용한 보정 후의 오버레이 맵에 대한 시뮬레이션 사진들이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 도 10a의 오버레이 보정 모델의 경우, 웨이퍼의 레벨링 데이터에 기초하여 변환 오버레이 데이터를 구하고, 다시 변환 오버레이 데이터에서 모델, 즉 보정 가능한 오버레이 파라미터를 추출한 값으로 나타날 수 있다. 이러한 오버레이 보정 모델의 경우, 보정의 대상이 되는 오버레이를 나타내므로, 앞서 로 오버레이 맵의 오버레이와 유사한 값을 가질 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 로 오버레이 맵의 오버레이 데이터와 변환 오버레이 데이터가 획득되는 과정이 다르고, 또한, 모델 추출 과정에서 더 차이가 발생할 수 있으므로, 오버레이 보정 모델의 오버레이는 로 오버레이 맵의 오버레이와는 다를 수 있다. 예컨대, 오버레이 보정 모델의 경우, 3시그마 값은 1.12/0.98로 나타나고, 99.7% 범위 내의 오버레이는 1.88/1.49 정도로 나타나 로 오버레이 맵의 오버레이보다는 작게 나타날 수 있다.
한편, 도 10b의 오버레이 보정 모델을 이용한 보정 후의 오버레이 맵의 경우, 상대적으로 작은 오버레이를 보여주고 있다. 예컨대, 오버레이 보정 모델을 이용한 보정 후의 오버레이 맵은 3시그마 값은 0.78/0.79로 나타나고, 99.7% 범위 내의 오버레이는 1.28/1.39로 나타날 수 있다. 로 오버레이 맵의 오버레이와 비교하면, x축의 오버레이는 2.36에서 1.28로 변경되어 1.08가 감소하여 46% 정도 개선되고, y축의 오버레이는 2.32에서 1.39로 변경되어 0.93가 감소하여 40% 정도 개선됨을 확인할 수 있다.
도 11은 다양한 공정들에서의 비교예의 오버레이 보정방법과 도 1의 오버레이 보정방법에 따른 오버레이를 보여주는 그래프이다. x축은 공정 넘버를 나타내고 y축은 오버레이를 나타내며 단위는 ㎚일 수 있다. 도 11에서, Com.X는 비교예의 x축 오버레이를 나타내고, Com.Y는 비교예의y축 오버레이를 나타낸다. 또한, Em.X는 본 실시예의 x축 오버레이를 나타내고, Em.Y는 본 실시예의 y축 오버레이를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 제1 공정 내지 제3 공정 모두 본 실시예의 오버레이 보정방법을 적용함으로써, 오버레이가 크게 감소함을 보여준다. 구체적으로 제1 공정에서 비교예의 오버레이 보정 방법의 경우 1.81/1.51으로 나타나고, 본 실시예의 오버레이 보정방법의 경우, 0.76/062로 나타날 수 있다. 제2 공정에서 비교예의 오버레이 보정 방법의 경우 1.37/1.36으로 나타나고, 본 실시예의 오버레이 보정방법의 경우, 0.76/062로 나타날 수 있다. 또한, 제3 공정에서, 비교예의 오버레이 보정 방법의 경우 1.52으로 나타나고, 본 실시예의 오버레이 보정방법의 경우, 0.96로 나타날 수 있다. 한편, 제3 공정의 경우, 공정 특성상 x축의 오버레이만 측정될 수 있다.
도 11의 결과를 통해, 비교예의 오버레이 보정방법과 비교하여, 본 실시예의 오버레이 보정방법이 최소 0.5㎚ 정도의 오버레이를 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 보정방법을 포함한 노광 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 2를 함께 참조하여 설명하고, 도 1 내지 도 11의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 오버레이 보정방법을 포함한 노광 방법(이하, 간단히 '노광 방법'이라 한다)은, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S210)부터 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S250)를 순차적으로 수행한다. 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S210) 내지 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S250)는, 도 1의 오버레이 보정방법에서, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S110) 내지 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S150)에 대해 설명한 바와 같다.
노광 장비의 오버레이 파라미터 보정 후, 노광 장비를 이용하여 웨이퍼에 대한 노광을 수행한다(S250). 노광 장비는 예컨대, EUV 노광 장비일 수 있다. 그러나 노광 장비가 EUV 노광 장비에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 노광 방법에서, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터 및 2개의 웨이퍼 테이블(120-1, 120-2)를 이용하여, 오버레이 파라미터의 보정을 피드포워드 방식으로 실시간으로 진행하면서 웨이퍼에 대한 노광을 수행할 수 있다.
도 2의 EUV 노광 장비(100)를 가지고 좀더 구체적으로 설명하면, 제1 웨이퍼 테이블(120-1) 상의 제1 웨이퍼(W1)에 대해서 측정 장치(140)를 통해 레벨링 데이터를 획득하고, 제2 웨이퍼 테이블(120-2) 상의 제2 웨이퍼(W2)에 대해서 노광 공정을 수행할 수 있다. 이후, 제1 웨이퍼(W1)의 레벨링 데이터와 관련하여, 오버레이 데이터로 변환, 및 서브-샷별 모델 추출이 수행될 수 있다. 또한, 제2 웨이퍼(W2)에 대한 노광 공정과 별개로, 제1 웨이퍼(W1)를 노광 공정으로 투입 전에 EUV 노광 장비(100)의 오버레이 파라미터가 보정될 수 있다.
한편, 제2 웨이퍼(W2)에 대한 노광 공정이 완료 후, 제2 웨이퍼(W2)는 제2 웨이퍼 테이블(120-2)로부터 언로딩되어 반출되고, 제1 웨이퍼 테이블(120-1)과 제2 웨이퍼 테이블(120-2)의 위치가 서로 교환될 수 있다. 계속해서, 제1 웨이퍼 테이블(120-1) 상의 제1 웨이퍼(W1)에 대하여, 오버레이 파라미터가 보정된 EUV 노광 장비(100)의 EUV 광학계(110)를 통해 노광 공정이 수행될 수 있다. 이와 같이, 제1 웨이퍼(W1)에서 획득한 레벨링 데이터에 기초하여 EUV 노광 장비(100)의 오버레이 파라미터를 보정하고, 오버레이 파라미터가 보정된 EUV 노광 장비(100)로 해당 제1 웨이퍼(W1)에 대한 노광 공정을 수행하는 방식이 피드포워드 방식에 해당할 수 있다. 한편, 제2 웨이퍼 테이블(120-2)에는 새로운 웨이퍼가 로딩되고 측정 장치(140)를 통해 레벨링 데이터가 회득하는 공정이 수행될 수 있다. 이러한 일련의 과정들은 하나의 랏의 전체 웨이퍼들에 대해서 반복적으로 수행될 수 있다.
덧붙여, 웨이퍼에 대한 노광을 수행하는 단계(S260)에서, 웨이퍼에 대한 EUV 노광 공정을 수행하는 경우, EUV 광을 제1 광학계를 통해 곡선 슬릿 형태로 EUV 마스크에 입사시키고, EUV 마스크에서 반사된 EUV 광을 제2 광학계를 통해 EUV 노광 대상인 웨이퍼(W)에 조사하는 과정으로 진행될 수 있다. 여기서, EUV 광은 웨이퍼 상의 PR층에 투사될 수 있다. 한편, 웨이퍼에 대한 EUV 노광 공정은, PR층에 대한 현상 공정 및 세정 공정 등을 수행하여 PR 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 보정방법을 포함한 반도체 소자 제조방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 2를 함께 참조하여 설명하고, 도 12의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 오버레이 보정방법을 포함한 반도체 소자 제조방법(이하, 간단히 '반도체 소자 제조방법'이라 한다)은, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S310)부터 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S350)를 순차적으로 수행한다. 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S310) 내지 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S350)는, 도 1의 오버레이 보정방법에서, 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계(S110) 내지 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계(S150)에 대해 설명한 바와 같다.
계속해서, 노광 장비를 이용하여 웨이퍼에 대한 노광을 수행한다(S360). 웨이퍼에 대한 노광을 수행하는 단계(S360)에 대해서는, 도 12의 노광 방법에서, 웨이퍼에 대한 노광을 수행하는 단계(S260)에 대해 설명한 바와 같다. 본 실시예의 반도체 소자 제조방법에서, 노광 공정은 EUV 노광 공정일 수 있다. 그러나 노광 공정이 EUV 노광 공정에 한정되는 것은 아니다.
웨이퍼에 대한 노광 공정 후에, 웨이퍼에 대한 패터닝을 수행한다(S370). 웨이퍼에 대한 패터닝은 PR 패턴을 마스크로 하여, 식각 공정을 통해, 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 과정을 의미할 수 있다. 웨이퍼 상의 패턴은, 결국, EUV 마스크의 흡수층 패턴이 노광 공정과 식각 공정을 통해 웨이퍼로 전사된 것으로 볼 수 있다.
이후, 웨이퍼에 대한 후속 반도체 공정을 수행한다(S380). 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 상기 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.
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.
100: EUV 노광 장비, 110: EUV 광학계, 120: 웨이퍼 테이블, 130: 테이블 지지 바디, 140: 측정 장치

Claims (20)

  1. 웨이퍼에 대한 레벨링(leveling) 데이터를 획득하는 단계;
    상기 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계;
    샷 사이즈 분할(shot size split)을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계;
    상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계; 및
    상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 오버레이 파라미터의 보정은, 피드포워드(feedforward) 방식으로 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정에 실시간으로 적용되는, 오버레이 보정방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 오버레이 파라미터를 보정하는 단계는, 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정 전에 수행되고,
    보정된 상기 오버레이 파라미터를 이용하여 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 레벨링 데이터는 상기 웨이퍼에 대한 수직 방향의 값을 포함하고,
    상기 오버레이 데이터로 변환하는 단계에서,
    상기 수직 방향의 값으로부터 IPD(In Plane Distortion) 값을 계산하고, 상기 IPD 값을 상기 오버레이 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 오버레이 데이터는, 상기 수직 방향에 수직하는 평면 상에서 제1 방향의 성분과 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향의 성분을 포함하고,
    상기 IPD 값은, 상기 수직 방향의 값에 대한 상기 제1 방향의 기울기 값과 상기 제2 방향의 기울기 값으로 계산되고,
    상기 IPD 값에 웨이트를 적용하여, 상기 IPD 값을 상기 오버레이 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 서브-샷들로 분할하는 단계에서,
    하나의 샷을 웨이퍼 테이블의 인덴테이션(indentation)을 반영할 수 있는 크기의 상기 서브-샷들로 분할하고,
    상기 서브-샷별 모델을 추출하는 단계에서,
    상기 서브-샷들 각각에 대하여 보정 가능한 값들로 구성된 모델을 추출하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 서브-샷들로 분할하는 단계에서,
    하나의 샷을 3*5의 서브-샷들로 분할하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 노광 장비는 제1 및 제2 웨이퍼 테이블을 포함하고,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 웨이퍼에 해당하는 제1 웨이퍼에 대한 레벨 측정이 수행되어 상기 레벨링 데이터에 해당하는 제1 레벨링 데이터가 획득되고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에서 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되며,
    상기 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정 후, 상기 제2 웨이퍼는 상기 제2 웨이퍼 테이블로부터 언로딩(unloading) 되고 상기 제1 및 제2 웨이퍼 테이블은 위치가 서로 교환(swap)되며,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에 제3 웨이퍼가 로딩되고 레벨 측정이 수행되어 제2 레벨링 데이터가 획득되며,
    상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정에서, 상기 제1 레벨링 데이터에 기초하여 보정된 오버레이 파라미터를 이용하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 오버레이 파라미터를 웨이퍼별, 및 서브-샷별로 실시간으로 보정하여 상기 노광 공정에 이용하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 레벨링 데이터에는 상기 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 테이블의 상면의 상태가 시계열적으로 반영되고,
    상기 오버레이 파라미터의 보정은, 상기 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 보정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 보정방법.
  10. 제1 웨이퍼에 대한 제1 레벨링 데이터를 획득하는 단계;
    상기 제1 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계;
    샷 사이즈 분할을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계;
    상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계;
    상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계; 및
    상기 오버레이 파라미터가 보정된 상기 노광 장비를 이용하여, 상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 단계;를 포함하는, 노광 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 레벨링 데이터는 상기 제1 웨이퍼에 대한 수직 방향의 값을 포함하고,
    상기 오버레이 데이터로 변환하는 단계에서,
    상기 수직 방향의 값으로부터 IPD 값을 계산하고, 상기 IPD 값을 상기 오버레이 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 서브-샷들로 분할하는 단계에서,
    하나의 샷을 웨이퍼 테이블의 인덴테이션을 반영할 수 있는 크기의 상기 서브-샷들로 분할하고,
    상기 서브-샷별 모델을 추출하는 단계에서,
    상기 서브-샷들 각각에 대하여 보정 가능한 값들로 구성된 모델을 추출하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 노광 장비는 제1 및 제2 웨이퍼 테이블을 포함하고,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 제1 웨이퍼에 대한 상기 제1 레벨링 데이터를 획득하고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에서 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되며,
    상기 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정 후, 상기 제2 웨이퍼는 상기 제2 웨이퍼 테이블로부터 언로딩 되고 상기 제1 및 제2 웨이퍼 테이블은 위치가 서로 교환되며,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 제1 레벨링 데이터에 기초하여 보정된 오버레이 파라미터를 이용하여 상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에 제3 웨이퍼가 로딩되고 레벨 측정이 수행되어 제2 레벨링 데이터가 획득되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 오버레이 파라미터를 웨이퍼별, 및 서브-샷별로 실시간으로 보정하여 상기 노광 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 노광 공정은 EUV(Extreme UltraViolet) 광(ray)을 이용하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  16. 웨이퍼에 대한 레벨링 데이터를 획득하는 단계;
    상기 레벨링 데이터를 오버레이 데이터로 변환하는 단계;
    샷 사이즈 분할을 통해 샷을 서브-샷들로 분할하는 단계;
    상기 오버레이 데이터로부터 서브-샷별 모델을 추출하는 단계;
    상기 서브-샷별 모델에 기초하여 노광 장비의 오버레이 파라미터를 보정하는 단계;
    상기 오버레이 파라미터가 보정된 상기 노광 장비를 이용하여 상기 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 단계;
    상기 웨이퍼에 대한 패터닝을 수행하는 단계; 및
    상기 웨이퍼에 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 오버레이 파라미터를 웨이퍼별, 및 서브-샷별로 실시간으로 보정하여 상기 노광 공정을 수행하는, 반도체 소자 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 레벨링 데이터는 상기 웨이퍼에 대한 수직 방향의 값을 포함하고,
    상기 오버레이 데이터로 변환하는 단계에서,
    상기 수직 방향의 값으로부터 IPD 값을 계산하고, 상기 IPD 값을 상기 오버레이 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 서브-샷들로 분할하는 단계에서,
    하나의 샷을 웨이퍼 테이블의 인덴테이션을 반영할 수 있는 크기의 상기 서브-샷들로 분할하고,
    상기 서브-샷별 모델을 추출하는 단계에서,
    상기 서브-샷들 각각에 대하여 보정 가능한 값들로 구성된 모델을 추출하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 노광 장비는 제1 및 제2 웨이퍼 테이블을 포함하고,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 웨이퍼에 해당하는 제1 웨이퍼에 대한 레벨 측정이 수행되어 상기 레벨링 데이터에 해당하는 제1 레벨링 데이터가 획득되고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에서 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되며,
    상기 제2 웨이퍼에 대한 노광 공정 후, 상기 제2 웨이퍼는 상기 제2 웨이퍼 테이블로부터 언로딩 되고 상기 제1 및 제2 웨이퍼 테이블은 위치가 서로 교환되며,
    상기 제1 웨이퍼 테이블에서 상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정이 수행되고, 상기 제2 웨이퍼 테이블에 제3 웨이퍼가 로딩되고 레벨 측정이 수행되어 제2 레벨링 데이터가 획득되며,
    상기 제1 웨이퍼에 대한 노광 공정에서, 상기 제1 레벨링 데이터에 기초하여 보정된 오버레이 파라미터를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 노광 공정은 EUV 광을 이용하고,
    상기 오버레이 파라미터의 보정은, 상기 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 테이블의 상면의 시계열적 열화에 기인한 오버레이를 보정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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