KR20050101587A - 오버레이 측정방법 - Google Patents

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Abstract

하부패턴층과 상부패턴층간의 미스 얼라인먼트를 측정하는 오버레이 측정방법에 관한 것이다. 소정의 단위 공정들을 수행하여 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크가 위치한 미스 얼라인먼트 사이트들에서 측정할 미스 얼라인먼트 사이트를 지정한다. 이어서, 상기 지정된 미스 얼라인먼트 사이트에서 상기 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 미스 얼라인먼트를 측정한다. 이어서, 상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 다중 회귀 방정식을 이용하여 NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터를 분석하여 이루어지는 것이 특징이다. 이로써, NCE의 유형의 구분과 정도변화를 실질적으로 파악할 수 있게 되어 미스 얼라인의 발생 유형에 대한 정도변화를 실시간으로 분석하여 오버레이 관리를 향상시킬 수 있다..

Description

오버레이 측정방법 {MEASUREMENT METHOD FOR OVERLAY}
본 발명은 오버레이 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하부패턴층과 상부패턴층간의 미스 얼라인먼트를 측정하는 오버레이 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 퇴적, 사진식각 등의 단위공정을 반복하여 반도체 기판 상에 회로패턴들을 적층하여 회로소자를 구현하는 것이다.
특히, 사진식각공정은 웨이퍼 상에 하부막을 형성한 후에 상기 하부막을 회로패턴으로 변형시키기 위하여 다음과 같은 일련의 과정으로 이루어진다.
즉, 사진식각공정은 상기 하부막 상면에 포토레지스트막을 도포하고, 도포된 포토레지스트막을 회로패턴이 형성된 마스크를 통하여 노광한다. 다음에, 노광된 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 사진공정과 현상된 포토레지스트패턴을 식각마스크로 사용하여 하부막을 식각함으로써, 하부막에 회로패턴을 형성하는 식각공정으로 이루어진다.
그리고, 이와 같은 사진식각공정을 반복하여 패턴들을 적층함에 있어서, 하부 패턴과 상부패턴의 중첩도, 즉 미스 얼라인먼트를 관리하는 것이 매우 중요하다.
이와 같은 미스 얼라인먼트를 관리하는 것은 노광장비 내에서 자체적으로 1차 회귀식을 이용하여 얻어진 장비 보정 데이터, 웨이퍼 상면에 노광 및 현상 후에 얻어진 포토레지스트 패턴의 오버레이 측정장비에 의하여 계측된 데이터들을 회귀분석하여 얻어진 미스 얼라인 파라미터들, 또는 오버레이 측정장비에 의하여 계측되었으나 가공되지 않은 로(RAW) 데이터의 최소(MIN) 및 최고(MAX)의 트렌드에 의하여 얻어진 데이터를 이용하여 이루어진다.
특히, 미스 얼라인 파라미터들은 웨이퍼 다이 절단선(스크라이브 레인) 상에 형성되는 오버레이 마크를 측정 및 분석을 통하여 이루어진다. 예컨대, 하부패턴층, 즉 제1 층에 형성된 제1 오버레이 마크와 상부패턴층, 즉 제2 층에 추가로 형성된 제2 오버레이 마크 사이의 dx/dy를 측정하게 되고, 이 데이터에 대한 1차 회귀식을 이용한 회귀분석을 통하여 OFFSET, SCALING, ORT, W-ROT, RED 및 ROT 등의 미스 얼라인 파라미터들을 추출하게 된다.
또한, 추출된 미스 얼라인 파라미터들을 오버레이 보정 제어기에 제공한 후, 장비 입력 데이터를 추출하여 노광장비에 장비 입력 데이터를 제공하여 다음 노광공정에 반영된다.
여기서, 미스 얼라인 파라미터를 추출할 때 1차 회귀식을 이용하는 이유는 노광장비 내에서 자체적으로 장비 보정 데이터를 얻기 위하여 1차 회귀식을 사용하기 때문이다. 즉 노광 장비와 오버레이 측정장비 간에 사용되는 회귀식 자체의 오차발생을 줄이기 위해서이다.
그러나, 1차 회귀식을 사용할 경우에 1차 회귀식은 NCE(Non Correctable Error)의 정보가 거의 들어 있지 않기 때문에 NCE(Non Correctable Error)의 유형을 구분하여 설명할 수 없을 뿐만 아니라 NCE의 구분에 따른 정도 변화를 파악하지 못하여 결국에 미스 얼라인의 정확한 현상 파악에 한계를 가지고 있다.
여기서, NCE(Non Correctable Error)란 잔차(Residual)라고 불러지고 있으며, 이론적으로 더 이상 수정되지 않은 불확실성 요소이다. 이러한 요소들은 오버레이 측정 장치, 측정 대상물 및 측정 대상물의 형성 공정 간에 복잡하게 연계되어 있으며 결국에 제거되어야 한다.
예컨대, 노광장치의 스테이지(stage), 렌즈 수차(lens variations), 레지스트를 도포하고 현상에서 유래되는 변동(variations), 위이퍼의 불균일 및 측정 에러(Error)등이다.
본 발명의 목적은 NCE(Non Correctable Error)의 유형의 구분과 정도변화를 파악할 수 있는 오버레이 측정방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정방법은 소정의 단위 공정들을 수행하여 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크가 위치한 미스 얼라인먼트 사이트들에서 측정할 미스 얼라인먼트 사이트을 지정한다. 이어서, 상기 지정된 미스 얼라인먼트 사이트에서 상기 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 미스 얼라인먼트를 측정한다. 이어서, 상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 다중 회귀방정식을 이용하여 NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터와를 분석하여 이루어지는 것이 특징이다.
NCE의 유형의 구분과 정도변화를 실질적으로 파악할 수 있게 되어 미스 얼라인의 발생 유형에 대한 정도변화를 실시간으로 분석하여 오버레이 관리를 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 사진공정을 수행하기 위한 장치의 블록구성을 나타내는 도이다.
도 1을 참조하면, 사진장비(10)는 코팅처리부(12), 얼라인 및 노광처리부(14) 및 현상처리부(16)를 포함한다.
사진장비(10)는 웨이퍼(W) 상에 피식각층을 데포(deposition)하고, 피식각층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 피식각층을 식각하는 사진식각(photolithography) 공정에 의해 웨이퍼 상에 하나의 패턴층을 형성한다. 이와 같은 공정을 각층마다 반복하여 다층의 패턴층들을 중첩 형성하여 원하는 회로패턴을 웨이퍼 상에 형성함으로써 하나의 웨이퍼 상에 다수의 집적회로칩들을 만든다.
그러므로, 사진공정은 반도체 소자의 제조공정에 있어서 생산수율에 지대한 영향을 미치는 매우 중요한 핵심 공정이라 할 수 있다.
사진공정은 크게 코팅공정, 얼라인먼트 및 노광공정, 현상공정으로 구분될 수 있다.
코팅처리부(202)에서는 웨이퍼 표면의 습기를 제거하고, 도포될 포토레지스트와 웨이퍼 표면과의 밀착성을 증가시키기 위하여 프리 베이크 공정과 고압 순수와 브러쉬를 이용하여 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 스크러빙공정, 균일한 코팅을 위한 스핀공정, 솔벤트를 휘발시키고 포토레지스트를 경화시키는 소프트 베이크 공정 등을 수행한다.
얼라인 및 노광처리부(12)에서는 스텝퍼의 기준마크에 의해 레티클를 정렬시키고, 웨이퍼와 레티클를 정렬시키는 프리 얼라인공정, 웨이퍼의 플랫존을 고정시키는 얼라인 공정, 노출량을 결정하여 포토레지스트를 노광시키는 노광공정 등을 수행한다.
현상처리부(16)에서는 정재파 효과를 제거하는 포스트 노광공정, UV광과 반응한 부분을 선택적으로 제거하는 현상공정, 웨이퍼에 남겨진 포토레지스트 패턴이 충분히 열적 환경에 견딜 수 있도록 경화시키는 하드 베이크 공정 등을 수행한다.
오버레이 측정 장치(20)는 상기 사진 장비(10)를 통하여 웨이퍼(W) 상에 포토레지스트 패턴를 형성시킨 다음에 하부 패턴층과의 중첩도를 측정하여 얻은 미스 얼라인먼트 데이터를 다중 회귀분석하여 NCE(Non Correctable Error), 즉 더 이상 이론적으로 수정할 수 없는 에러 데이터를 유형별로 구분하고, 또한 상기 유형별 정도변화 데이터를 얻고, 또한, 수정가능한 미스 얼라인먼트 파라메터들, 즉, OF-X, OF-Y, SC-X, SC-Y, ORT, W-ROT, RED-X, RED-Y, ROT-X, ROT-Y를 순차적으로 얻는다.
오버레이 보정 제어기(30)에서는 상기 오버레이 측정 장치(20)에서 수정 가능한 미스 얼라인먼트 파라메터를 제공받아 적당한 알고리즘를 이용하여 장비 입력 데이터를 생성하여 스텝퍼(14)에 제공하여 스텝퍼의 보정 과정을 통하여 미스 얼라인먼트를 보정한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 오버레이 측정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 3은 미스 얼라인먼트 사이트와 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 도 3의 지정된 미스 얼라인먼트 사이트를 확대한 도면이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 미스 얼라인먼트 측정용으로 제1 오버레이 마크(40a)를 갖는 하부패턴층(도시하지 않음)이 형성된 웨이퍼(W) 상면에 상술한 도 1의 사진장비(10)를 이용하여 사진공정을 수행하여 미스 얼라인먼트 측정용으로 제2 오버레이 마크(40b)를 갖는 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 오버레이 마크(40a)와 제2 오버레이 마크(40b)는 중첩되는 층들의 모든 패턴들을 비교하여 미스 얼라인먼트를 측정할 수는 없기 때문에 대체용으로 형성되고, 바람직하게는 웨이퍼(W) 상면의 스크라이브 레인에 형성된다.
그리고, 스크라이브 레인에서 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크가 위치한 영역을 미스 얼라인먼트 사이트(50)라 명명한다. 웨이퍼 상면에 다수의 미스 얼라인먼트 사이트(50)들이 형성된다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴과 하부패턴층과의 미스 얼라인먼트를 확인하기 위하여 상기 웨이퍼(W)를 오버레이 측정기(20, 도 1 참조)에 로딩한다. 이어서, 웨이퍼(W) 상면의 스크라이브 레인에 위치한 미스 얼라인먼트 사이트(50)들 중 측정할 사이트를 지정한다. (S202 단계)
이어서, 도 3과 도 4를 참조하면, 상기 지정된 미스 얼라인먼트 사이트(50a)에서 상기 제1 오버레이 마크(40a)와 제2 오버레이 마크 사이(40b)의 미스 얼라인먼트를 측정한다. (S204 단계)
구체적으로 상기 웨이퍼(W)의 중심(C1)으로부터 지정된 미스 얼라인먼트 사이트(50a)의 중심(C2)까지의 거리인 x,y 와, 지정된 미스 얼라인먼트 사이트(50a)에서 하부 패턴층에 형성된 제1 오버레이 마크(40a), 즉 외측 마크(Outer mark)와 상부 패턴층에 형성된 제2 오버레이 마크(40b), 즉 내측 마크(Inner mark) 사이의 dx/dy를 측정하여 미스 얼라인먼트 데이터를 얻는다.
이어서, 상기 미스 얼라인먼트 데이터를 다중 회귀분석을 통하여 NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인먼트 파라미터를 분석한다.(S206 단계)
구체적으로, 먼저, 상기 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 고차 회귀방정식, 예를 들면, dx=a+b*x2y-c*y2x 등의 식을 이용하여 NCE(Non Correctable Error), 즉 수정할 수 없는 에러 데이터를 유형별로 구분하고, 또한 상기 유형별 정도변화에 대한 에러 데이터를 얻는다.
바람직하게는 노광장치의 스테이지(stage), 렌즈 수차(lens variations), 레지스트를 도포하고 현상에서 유래되는 변동(variations), 웨이퍼의 불균일 및 측정 에러(Error) 등으로 분류되어 분류된 항목별로 에러 데이터를 얻는다.
다음에, 상기 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 1차 선형 회귀방정식, 예를 들면, dx=a+b*x-c*y 등의 식을 사용하여 미스 얼라인 파라미터, 즉 OF-X, OF-Y, SC-X, SC-Y, ORT, W-ROT, RED-X, RED-Y, ROT-X, ROT-Y를 분석한다.
상기 분석된 미스 얼라인 파라미터는 웨이퍼 관련 파라메터들과 레티클 관련 파라메터들로 구분된다. 상기 웨이퍼 관련 파라미터는 웨이퍼 얼라인이 틀어진 정도를 나타내는 파라미터들이고, 상기 레티클(raticle) 관련 파라미터는 레티클 얼라인이 틀어진 정도를 나타내는 파라미터들이다.
도 5 내지 도 7은 웨이퍼와 레티클에 관련된 미스 얼라인먼트 파라미터의 예들을 나타내는 도면이다.
1)반도체 기판 관련 파라메터
오프셋(OFfset);얼라인먼트 패턴이 좌우, 상하로 어긋난 정도.(도 5 참조)
스케일링(SCaling);웨이퍼의 워페이지(warpage) 및 웨이퍼 스테이지 이동정밀도에 의해 반도체 기판 상의 패턴이 좌우, 상하로 확대된 정도.(도 6 참조)
회전(W ROTation); 얼라인먼트 패턴의 축이 얼라인먼트 기준축에 대해 틀어진 정도.(도 7 참조)
직교(ORThogonality); 반도체 기판 얼라인 축이 서로 틀어진 정도.
2)레티클에 관련된 파라메터
레티클 회전(reticle ROTation);레티클이 부정확하게 세팅되어 얼라인먼트 패턴의 축이 얼라인먼트 기준축에 대해 틀어진 정도.(도 7 참조)
레티클 축소(reticle REDuction);레티클이 부정확하게 세팅되어 반도체 기판 상의 패턴이 좌우 상하로 확대된 정도.(도 6 참조)
이때, 본 발명은 미스 얼라인먼트 파라미터를 분석한 후에 NCE(Non Correctable Error)를 분석할 수도 있고, 동시에 분석할 수도 있음을 밝힌다.
이어서, 1차 선형회귀식에 의하여 분석된 미스 얼라인 파라메터를 측정시간 및 롯트 ID와 함께 오버레이 보정 제어기(30)에 제공되고 오버레이 보정 제어기에서는 적당한 알고리즘을 이용하여 장비 입력 데이터를 추출한다.(S208 단계)
이어서, 상기 분석된 NCE(Non Correctable Error)와 추출된 장비 입력 데이터를 사진 공정에 관련된 부분에 피드백한다.(S210 단계)
구체적으로 분석된 NCE(Non Correctable Error)는 유형의 구분과 정도변화가 파악됨으로 구체적인 조치를 취하고, 오버레이 보정 제어기(30)에서 추출된 장비 입력 데이터를 스텝퍼(12)에 피드백하여 미스 얼라인먼트를 보정하여 다음 공정에 반영한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정방법은 미스 얼라인먼트를 보정 뿐만아니라 NCE(Non Correctable Error)의 유형의 구분과 정도변화가 파악되는 특징이 있다. 그러므로 본 발명의 일 실시예를 사용함으로 오버레이 측정을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 사진공정을 수행하기 위한 장치의 블록구성을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 오버레이 측정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 3은 미스 얼라인먼트 사이트와 오버레이 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 도 3의 지정된 미스 얼라인먼트 사이트를 확대한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 웨이퍼와 레티클에 관련된 미스 얼라인먼트 파라미터의 예들을 나타내는 도면이다.
<주요 도면의 부호에 대한 설명>
10 : 사진장비 12 : 코팅처리부
14 : 얼라인 및 노광처리부 16 : 현상처리부
20 : 오버레이 측정기 30 : 오버레이 보정 제어기
40a : 제1 오버레이 마크 40b : 제2 오버레이 마크
50 : 미스 얼라인먼트 사이트

Claims (5)

  1. 소정의 단위 공정들을 수행하여 형성된 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크가 위치한 미스 얼라인먼트 사이트들에서 측정할 미스 얼라인먼트 사이트을 지정하는 단계;
    상기 지정된 미스 얼라인먼트 사이트에서 상기 제1 오버레이 마크와 제2 오버레이 마크 사이의 미스 얼라인먼트를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 다중 회귀방정식을 이용하여 NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터와를 분석하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터와를 분석하는 단계는,
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 고차 회귀방정식을 이용하여NCE(Non Correctable Error)를 분석하는 단계; 및
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 1차 선형 회귀방정식을 이용하여 보미스 얼라인 파라미터를 분석하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  3. 제1항에 있어서, NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터와를 분석하는 단계는,
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 1차 선형 회귀방정식을 이용하여 보미스 얼라인 파라미터를 분석하는 단계; 및
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 고차 회귀방정식을 이용하여NCE(Non Correctable Error)를 분석하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  4. 제1항에 있어서, NCE(Non Correctable Error)와 미스 얼라인 파라미터와를 분석하는 단계는,
    상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 1차 선형 회귀방정식을 이용하여 미스 얼라인 파라미터를 분석하는 단계와 상기 측정된 미스 얼라인먼트 데이터들로부터 고차 회귀방정식을 이용하여 NCE(Non Correctable Error)를 분석하는 단계가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 NCE(Non Correctable Error)와 상기 미스 얼라인 파라미터와를 분석하는 단계 후에,
    상기 미스 얼라인 파라미터를 상기 단위 공정들에 관련된 장비 입력 데이터로 추출하는 단계; 및
    상기 분석된 NCE(Non Correctable Error)와 상기 추출된 장비 입력 데이터를 상기 소정의 단위 공정들에 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 측정방법.
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