KR20080000124A - 노광 공정의 디포커스 검출 방법 - Google Patents

노광 공정의 디포커스 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광 공정의 디포커스 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칩(chip) 형성 위치가 일정 모양의 패턴 형태로 개방되어 있고, 스크라이브 레인(scribe lane) 형성 위치가 붕괴 패턴 형태로 개방되어 있는 노광 마스크를 준비하는 단계; 감광제가 코팅된 웨이퍼에 대해 상기 노광 마스크를 이용한 노광 공정을 수행하는 단계; 상기 결과물을 현상하여 일정 모양의 패턴이 형성되어 있는 칩 영역과 붕괴 패턴이 형성되어 있는 스크라이브 레인 영역을 포함하는 웨이퍼를 제조하는 단계; 및 상기 붕괴 패턴을 광학적 측정 장비로 확인하는 단계를 포함하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법을 제공한다.

Description

노광 공정의 디포커스 검출 방법{Method for Detecting Defocus of Exposure Process}
도 1은 노광 공정의 디포커스에 따른 L/S 패턴과 격리된 패턴의 선폭 변동을 도시한 그래프.
도 2은 노광 공정 시 디포커스에 의해 붕괴된 2차원 섬(island)형 패턴의 SEM 사진.
본 발명은 노광 공정의 디포커스(defocus) 검출 방법에 관한 것이다.
현재 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화가 요구됨에 따라 제조 공정이 다양하고 복잡해지고 있다. 예컨대, DRAM과 같은 반도체 기억 소자를 제조함에 있어서, 웨이퍼 상에 라인 앤 스페이스(line & space; 이하 “L/S”라 칭함) 패턴이나, 콘택홀 등의 미세 패턴들을 형성하기 위하여 포토리소그라피 공정을 필수 공정으로 수행한다.
한편, 상기 포토리소그라피 공정 시에 감광제 패턴의 불량을 방지하고, 균일한 크기의 패턴 선폭(critical dimension)을 확보하기 위해서는 최상의 포커스 상 태에서 웨이퍼를 노광해야 한다. 만약, 디포커스 상태로 노광 공정을 수행하면 패턴 브리지(bridge)나, 패턴 네킹(necking) 현상이 발생한다.
종래 감광제 패턴이 최상의 포커스(best focus) 상태에서 노광 되었는지를 확인하려면 노광 및 현상 공정 후 얻어진 패턴 선폭에 대해 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope; 이하 “SEM”이라 칭함) 공정을 수행한다.
상기 SEM 공정은 얻어진 웨이퍼마다 선폭을 측정하고, 그 결과에 따라 포커스를 보정하면서 목적하는 패턴 값을 맞춰가는 공정이므로 정확도가 매우 높다. 반면, 노광 공정이 최상의 포커스 상태로 수행되고 있는지를 패턴 상에서 직접 확인하는 것은 불가능하다. 상기 SEM 공정은 미리 설정한 최상의 포커스 값을 입력한 노광 장비로 노광 공정을 수행하고, 현상하여 패턴을 얻은 다음, 칩(chip) 영역의 중앙에 위치한 패턴의 선폭을 측정하여 디포커스 검출한다. 따라서, 디포커스 검출 시간이 매우 길다.
더욱이, 최종 검출 단계에서 원하는 선폭 크기가 확보되지 않으면 다음 웨이퍼 노광 시에 노광 에너지값을 다시 수정해야 하기 때문에, 결점을 가진 웨이퍼가 다량 발생되어 반도체 소자의 최종 수율이 감소되고, 제조 비용이 증가한다.
이를 개선하기 위하여, 패턴 전면에 대한 결점 및 디포커스 상태를 확인할 수 있는 고가의 패턴 웨이퍼 검사(pattern wafer inspection; 이하 “PWI”라 칭함) 장비가 개발되었다.
하지만, 상기 PWI 장비는 생산성(through-put)이 매우 낮기 때문에, 25장의 웨이퍼 중 1∼2장의 웨이퍼만을 선택하여 디포커스 상태를 확인할 수 있다. 또한, PWI 장비로 얻어진 결과는 통상의 파티클에서 발생된 패턴 결함인지, 디포커스 상태에서 수행된 노광 결함인지를 판단하기 어려워, 매번 엔지니어의 경험과 직관에 의존한다.
따라서, 종래 디포커스 검출 시 문제가 되고 있는 측정 시간이나, 낮은 수율 문제점을 개선할 수 없다.
본 발명에서는 스크라이브 레인 영역에 초점 여유도(Depth of focus; 이하 “DOF”라 칭함)가 매우 좁은 붕괴 패턴을 추가로 형성한 다음, 웨이퍼 상에서 붕괴 패턴을 이용해 디포커스 상태를 직접 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명에서는
칩 형성 위치가 일정 모양의 패턴 형태로 개방되어 있고, 스크라이브 레인 형성 위치가 붕괴 패턴 형태로 개방되어 있는 노광 마스크를 준비하는 단계;
감광제가 코팅된 웨이퍼에 대해 상기 노광 마스크를 이용한 노광 공정을 수행하는 단계;
상기 결과물을 현상하여 일정 모양의 패턴이 형성되어 있는 칩 영역과 붕괴 패턴이 형성되어 있는 스크라이브 레인 영역을 포함하는 웨이퍼를 제조하는 단계; 및
상기 붕괴 패턴을 광학적 측정 장비로 확인하는 단계를 포함하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법을 제공한다.
상기 칩 영역에 형성된 패턴은 L/S 패턴 및 콘택홀 패턴을 포함한다.
상기 스크라이브 레인 영역은 회로 동작에는 직접 관계하지 않으나, 얼라인먼트(alignment) 또는 오버레이(overlay)를 측정하기 위하여 칩(chip)과 칩 사이에 마련해 놓은 영역이다. 이때, 상기 스크라이브 영역 대신 회로가 그려지지 않는 더미(dummy) 영역에 붕괴 패턴을 형성할 수도 있다.
상기 붕괴 패턴은 칩 영역에 형성된 L/S 패턴 및 콘택홀 패턴보다 DOF 마진이 매우 좁은 패턴, 예를 들면 격리된 패턴, 2차원(2-dimensional) 섬형 패턴 및 L/S 패턴이 3 가닥으로 형성된 3 핑거(fingered) L/S 패턴 형태를 포함한다.
일반적으로 감광제 패턴은 형태에 따라 서로 다른 DOF를 갖는 것으로 알려져 있다. 특히, 도 1에 도시한 바와 같이 디포커스 시에 100nm L/S 패턴과 격리된 패턴isolated pattern)의 선폭 변화를 비교해 보면, L/S 패턴은 DOF 범위가 넓어 디포커스 상태에서 노광 되어도 패턴이 잘 형성될 뿐만 아니라, 패턴 선폭의 오차 범위가 좁아 패턴이 크게 변화되지 않는다. 반면, 격리된 패턴은 DOF 범위가 L/S 패턴에 비해 매우 좁기 때문에, 최상의 포커스 상태로 노광되지 않으면 패턴이 붕괴하거나, 소실되면서 선폭이 크게 변한다(도 2 참조).
이와 같은 특징을 이용하여 본 발명에서는 패턴 형성 후 칩 영역에 형성된 패턴 선폭을 SEM으로 측정하는 대신, 웨이퍼 상에서 스크라이브 레인 영역 또는 회로가 그려지지 않는 더미 영역에 의도적으로 삽입한 DOF 마진이 좁은 붕괴 패턴을 광학(optical) 현미경 또는 자동(automatic) 현미경을 이용해 직접 검사함으로써, 디포커스 여부를 신속하게 검출할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 방법으로 웨이퍼 상에서 디포커스 상태를 직접 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 같은 방법으로 얻어진 디포커스 오차 값을 다음 노광 공정 시에 바로 적용할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 결점을 감소시켜 반도체 소자의 최종 수율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 붕괴 패턴 검사 시에 반복적으로 디포커스가 발생하는 경우는 트랙(track) 장비나 노광 장비의 스테이지(stage)가 오염되었다는 것을 의미하므로, 장비 세척(cleaning) 등의 조치를 취해 후속 노광 공정 시 디포커스가 발생하는 문제를 미리 방지하여 공정 비용을 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 회로 영역에 있는 패턴의 선폭을 SEM으로 측정하는 대신, 스크라이브 레인 영역에 의도적으로 삽입된 붕괴 패턴을 직접 측정함으로써, 디포커스 상태를 신속하게 판단할 수 있어 공정 시간 및 소자의 최종 수율을 개선할 수 있다.

Claims (5)

  1. 칩 형성 위치가 일정 모양의 패턴 형태로 개방되어 있고, 스크라이브 레인 형성 위치가 붕괴 패턴 형태로 개방되어 있는 노광 마스크를 준비하는 단계;
    감광제가 코팅된 웨이퍼에 대해 상기 노광 마스크를 이용한 노광 공정을 수행하는 단계;
    상기 결과물을 현상하여 일정 모양의 패턴이 형성되어 있는 칩 영역과 붕괴 패턴이 형성되어 있는 스크라이브 레인 영역을 포함하는 웨이퍼를 제조하는 단계; 및
    상기 붕괴 패턴을 광학적 측정 장비로 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 칩 영역의 패턴은 라인 앤 스페이스(L/S) 패턴 또는 콘택홀 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 붕괴 패턴은 L/S 패턴 또는 콘택홀 패턴보다 초점 여유도(Depth of focus) 마진이 좁은 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 붕괴 패턴은 격리된(isolated) 패턴, 2차원 섬(island)형 패턴 또는 L/S 패턴이 3 가닥으로 형성된 3 핑거(fingered) L/S 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 측정 장비는 광학 현미경 또는 자동 현미경인 것을 특징으로 하는 노광 공정의 디포커스 검출 방법.
KR1020060057457A 2006-06-26 2006-06-26 노광 공정의 디포커스 검출 방법 KR20080000124A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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