KR920001876B1 - Sem의 파형을 이용한 마스킹(masking) 및 에칭(etching) 공정의 안정성 확인방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

SEM의 파형을 이용한 마스킹(MASKING) 및 에칭(ETCHING) 공정의 안정성 확인방법

제1a도는 박막에 대한 SEM의 측정 파형의 형태와 차지엎(CHARGE-UP) 상태도.

제2b도는 박막에 대한 SEM의 측정파형의 형태와 차지엎 현상의 파형도.

제2a도, 제2b도 및 제2c도는 1차 전자의 수를 단계적으로 감소함에 따른 2차 전자의 파형에서 나타나는 차지엎 상태의 측정파형도.

제3a도는 산화막이 제거된 홀의 단면도.

제3b도는 산화막이 남아있는 홀의 단면도.

제3c도는 본 발명의 방법에 의해 산화막이 제거된 홀에서의 SEM의 측정 파형도.

제3d도는 본 발명의 방법에 의해 산화막이 제거된 홀에서의 SEM의 측정 파형도.

제4a도는 폴리1층과 스페이서가 있는 홀의 단면과 파형도.

제4b도 및 제4c도는 본 발명의 방법에 의해 박막과 스페이서가 있는 홀에서의 측정 파형예.

제5a도는 기판층에 이물질이 있는 막대의 단면과 파형도.

제5b도는 본 발명의 방법에 의해 기판층에 이물질이 있는 막대의 측정 파형도.

제6a도는 포토레지스트가 남아있는 홀 단면도.

제6b도는 포토레지스트가 남아있는 단면도.

제6c도는 본 발명의 방법에 의해 포토레지스트가 제거된 홀의 측정 파형도.

제6d도는 본 발명의 방법에 의해 포토레지스트가 제거된 홀의 측정 파형도.

제7a도는 웨트, 드라이 콘택 에치에 의해 홀 상부가 제거된 단면도.

제7b도는 본 발명의 방법에 의해 웨트, 드라이 콘택에치에 의해 홀 상부가 제거된 곳의 측정 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실리콘 기판 2 : 폴리1층(박막2)

3 : IPO(INTER POLY OXIDE) 4 : 폴리2층

5 : 부하(LOAD)산화물층 6 : BPSG

7 : 산화막층 8 : 스페이서(SPACER)

9 : 포토레지스트 산화물

본 발명은 SEM 장비를 사용하여 실리콘 웨이퍼 박막상태를 확인하는 측정방법에 관한 것으로, 특히 SEM 장비의 전자선을 실리콘 웨이퍼의 박막에 주사함으로써 미세 패턴 표면에서의 2차 전자 방출에 의한 파형을 분석하며 비파괴적으로 반도체 공정의 박막의 완전한 제거여부 및 제거진행 상태를 확인하는 방법에 관한 것이다.

종래에는 반도체 제조시 미세 패턴을 형성하고 제거하는 공정에 있어서 박막들의 완전한 형성과 제거 및 잔재 여부를 확인하는 방법과 박막들의 형성과 제거진행 상태를 확인하는 방법이 있었는데, 이는 박막들을 공정과정에서 채취하여 깨트린 단면을 확대검사함으로써만이 가능하였다. 그러나 이로 인하면 공정과정의 시간지연과 반도체소자의 소모에 의한 경제성이 저하되고 정확한 제어가 어려웠다.

본 발명은 상기와 같이 박막들의 잔재여부와 제거진행 상태를 확인하는데 있어서, 공정중의 박막을 그상태에서 깨뜨리지 않고 SEM 장비를 사용하여 전자선을 주사함으로써 미세패턴 표면에서 2차 전자 방출에 의한 파형을 분석함으로써, 공정 시간 절약 및 정확성과 웨이퍼의 소모를 방지하여 효율과 경제성을 높이면서 마스킹 및 에칭공정의 안정성 확인 방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1a도는 SEM 장비를 사용하여 박막을 측정한 파형의 각부분상태 설명도로서, 크게 시작영역과 저부영역 그리고 종료영역으로 구분할 수 있는데, 두 개의 피이크 사이에 한 개의 저부영역이 존해한다. 콘택홀(CONTACT HOLE)을 검사하는 경우 파형의 저부영역은 콘택홀의 저부영역에 해당하게 되는데, 이 저부영역은 비교적 많은 1차 전자가 주사될 때, 도시된 바와 같이 차지엎(CHARG UP)이라는 현상에 의해 항상 상승하는 추이를 나타내게 된다.

제1b도는 제1a도에서 설명한 바와 같이 SEM 장비를 이용하여 나타나는 파형도로서 저부영역에서 관측된 파형의 차지엎 현상을 볼 수 있으며, 2차 전자가 부족한 곳에는 함몰지역이 나타내고 있는 것을 사진촬영한 것이다. 따라서 본 발명에서는 시료에 도달되는 1차 전자의 수를 감소시켜 저부영역 차지엎 현상을 줄인다음, 감소된 1차 전자에 의해 저부영역을 균일화시킨후에도 저부영역이 상승추세가 되면 콘택홀의 저부영역에 이물질이 존재함을 확인할 수 있게 된다.

제2a도, 제2b도 및 제2c도는 SEM 장비를 이용하여 시료에 도달하는 1차 전자의 수를 단계적으로 줄여 측정된 2차 전자의 파형을 나타낸 것으로, 저부영역의 차지엎되는 파형이 점차로 줄어들어 나중에는 일정한 파형으로 나타나는 것을 알 수 있는데, 이는 콘택홀 등의 저부영역에 이물질이 존재하지 않는 양호한 상태를 나타내고 있다.

상기의 방법에서 알 수 있는 바와 같이, 역으로 측정하고자 하는 박막 등의 저부영역에 이물질이 존재하는 경우 SEM 측정기술에 의해 일반적으로 나타나는 차지엎 현상을 서서히 줄이기 위해 1차 전자의 수를 감소시켜도 저부영역의 파형이 상승하게 되면 측정코자하는 영역에 이물질이 존재함을 쉽게 확인할 수 있게 된다.

한편, 서로다른 두 개의 박막에 의해 나타나는 파형은 1차 전자를 웨이퍼상부에 주사하였을 때 2차 전자가 발생하는데 2차 전자의 수에 따라 대조(CONTRAST) 차이가 발생되어진다. 이것을 파형의 높낮이로 나타내면 박막과 이물질 존재여부를 확인할 수 있게 되는데, 제3a도는 실리콘 기판(1) 상부의 산화막층(7)이 제거된 홀의 단면을 나타내며, 전자선을 주사하였을 때 제3c도의 관측된 파형과 같이 저부영역이 시작영역과 같은 높이로 시작되는 것을 나타낸 것이며, 제3b도는 실리콘 기판(1) 상부의 산화막층(7)이 남아 있는 홀의 단면을 나타내며, 1차 전자를 주사했을 때 제3d도와 같이 측정된 파형의 저부영역이 시작영역보다 낮은 높이로 시작되어 홀에서의 산화막층(7)이 남아있는 것을 보여준다.

상기의 방법으로 홀내부의 박막이나 이물질이 존재 또는 제거된 것을 파형의 시작영역, 저부영역 및 종료영역의 대조의 차이를 통해서 알 수가 있다.

다음, 홀내의 위상(TOPOLOGY) 형상과 이물질의 존재여부를 SEM 장비를 통한 확대사진으로도 관측이 불가능한 경우에도 본 발명에 의한 확인방법으로 파형을 분석함으로써 비교적 자세히 알 수가 있는데, 제4a도는 실리콘 기판(1) 상부에 폴리1층(박막2)(2)과 스페이서 산화물(8)이 있는 홀의 단면도를 나타낸 것으로, 피이크를 파악하여 IPO층(3)의 가장자리와 폴리1층(박막2)(2)의 가장자리 등을 알아낼 수 있으며 이물질이 있는 부분과 스페이서 산화물(8)의 위치는 파형분석을 통해서 확인할 수가 있는데 제4b도는 제4a도의 기판상태를 측정한 파형이며, 제4c도는 또 다른 기판상태(도시안됨)를 측정한 파형도의 예시로서 참고로 도시한 것이다.

또한, 표면의 확대사진으로는 알 수가 없는, 관측하고자 하는 물질이 다른 물질로 덮혀 있는 경우에 본 발명의 SEM 장비를 이용한 확인방법에 의해 파형을 관측함으로써 이물질이나 박막의 존재여부를 확인할 수 있는데, 제5a도는 실리콘 기판(1) 상부에 폴리1층(박막2)(2)를 침착하고 그 위에 IPO층(3)으로 형성한 단면을 나타낸 것으로, SEM 장비의 측정된 파형은 제5b도와 같이 나타난다. 이것을 분석해보면 제5도의 상단의 파형 설명과 같이 내부의 폴리1층(2)과 폴리1층상의 이물질을 파형으로 구별할 수가 있다.

또한, 홀의 벽면과 동일한 물질이 에치를 한다음에도 완전히 제거되었는지, 남아있는지 여부를 파형분석을 통해 확인할 수 있는데, 제6a도는 실리콘 웨이퍼(1) 상부에 BPSG(6)와 폴리1층(2)를 침착하고 그 위에 포토레지스트(9)를 침착한 후 홀의 면적 만큼 포토레지스트(9)를 완전히 제거한 상태의 단면도이고 제6b도는 홀내부에 포토레지스트가 조금 남아 있는 상태의 단면도로서, 이들에 대하여 본 발명의 확인방법에 따라 각각의 파형을 측정한 결과, 제6c도와 제6d도와 같은 파형을 얻을 수 있었다. 따라서 본 발명에 의해 이 두 개의 파형을 비교해보면, 저면부분 파형의 상승하는 비율이 현저하게 구별됨을 알 수 있는 바와 같이 박막이 완전히 제거되었거나 그 잔재여부를 명확히 알 수 있다.

또한, 본 발명의 확인 방법에 의하면, 웨트(WET), 드라이(DRY) 에치 등에 의해 형성된 홀의 가장자리 폭을 알 수가 있다. 즉 제7a도는 웨트와 드라이 콘택에치로 형성된 홀 상부의 일정부분이 제거된 상태의 단면도로서, 전자선을 주사하여 측정된 파형은 제7b도와 같다. 측정된 파형의 피이크의 위치로부터 제7a도의 외경과 내경을 측정할 수가 있다.

상기와 같이 본 발명의 확인 방법으로 파형을 측정한 결과, 종래의 SEM 장비를 사용하여 확대사진으로 평면을 검사하지 못했던 것을 본 발명에 의하며 간단히 명확한 확인을 할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼를 깨트리지 않고 그대로의 상태에서 확인할 수 있기 때문에 경제성 및 시간 절약과 공정의 정확성을 높혀준다.

Claims (1)

1. 반도체소자의 마스킹 및 에칭공정의 안정성 확인방법에 있어서, 공정상태를 확인하고자 하는 대상시료상에 SEM의 전자선, 즉 1차 전자를 주사시켜 방출되는 차지엎 부분을 포함한 2차 전자의 파형을 측정하는 단계와, 상기 1차 전자의 주사수를 단계적으로 줄여 방출되는 상기 2차 전자 파형을 측정하는 단계와, 상기 최초에 주사된 1차 전자에 의한 2차 전자의 파형과 상기 1차 전자의 주사수를 단계적으로 줄여 측정된 2차 전자의 파형에서의 시작영역, 저부영역 및 종료영역 각각의 파형 변화분에 대한 대조의 차이를 측정하여, 상기 저부영역에서 차지엎 현상의 평탄화 유,무에 따라 시료상의 이물질 여부를 검출하고, 상기 시작영역, 저부영역 및 종료영역 각각의 파형 높이에 대한 변화분에 따라 패턴의 형상 및 모서리 부분을 검출하는 것을 특징으로 하는 SEM의 파형을 이용한 마스킹 및 에칭공정의 안정성 확인방법.

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