KR20100024087A - 반도체 공정 제어 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 공정 제어 방법에 따르면, 광학적 임계치수(optical CD:OCD) 계측 장비를 이용해서 웨이퍼들 상의 패턴들의 평균 임계 치수(CD)를 계측한다. 공정 단위별로 웨이퍼들의 실제 임계 치수들을 인-라인-SEM(in-line-SEM) 장비를 이용해서 계측한다. 상기 실제 임계 치수들을 근거로 상기 평균 임계 치수를 보정한다. 따라서, 패턴의 CD 계측 시간이 짧게 소요되는 ODC 계측 장비와 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수 있는 인-라인-SEM 장비를 적절하게 혼용하게 됨으로써, 단시간 내에 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수가 있게 된다.

Description

반도체 공정 제어 방법{METHOD OF CONTROLLING A SEMICONDUCTOR PROCESS}

본 발명은 반도체 공정 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼 상의 패턴을 형성하기 위한 사진식각 공정을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 장치는 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정, 막을 패터닝하여 패턴을 형성하기 위한 사진 식각 공정, 및 사진 식각 공정 중에 발생된 부산물들을 제거하기 위한 세정 공정 등을 통해서 제조된다.

최근, 반도체 장치가 고집적화되어 감에 따라, 반도체 공정을 정확하게 제어하는 요구가 대두되고 있다. 특히, 이중 패터닝 기술(double patterning technique:DPT)의 경우, 제 1 패턴과 제 2 패턴 간의 산포 관리가 매우 중요해지고 있다.

반도체 공정 관리는 광학적 임계치수(optical critical dimension:OCD) 계측 장비 또는 인-라인(in-line)-SEM 장비를 이용하고 있다. OCD 계측 장비는 패턴의 CD를 광학적으로 측정하여 평균 CD를 획득한다. 반면에, 인-라인-SEM 장비는 패턴의 CD를 직접 측정하여, 패턴 이미지를 획득한다.

본 발명은 단시간내에 패턴의 임계치수를 정확하게 계측할 수 있는 반도체 공정 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 일 견지에 따른 반도체 공정 제어 방법에 따르면, 광학적 임계치수(optical CD:OCD) 계측 장비를 이용해서 웨이퍼들 상의 패턴들의 평균 임계 치수(CD)를 계측한다. 공정 단위별로 웨이퍼들의 실제 임계 치수들을 인-라인-SEM(in-line-SEM) 장비를 이용해서 계측한다. 상기 실제 임계 치수들을 근거로 상기 평균 임계 치수를 보정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은, 상기 패턴 형성을 위한 공정 전에, 상기 OCD 장비를 이용해서 상기 웨이퍼들 상에 형성된 막들의 평균 임계 치수를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은 상기 막들의 평균 임계 치수가 기 설정된 정상 범위에서 벗어나면, 상기 막들의 광학적 특성을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 공정은 사진식각 공정을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 평균 임계 치수들 중에서 비정상의 평균 임계 치수를 배제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 실제 임계 치수들 중에서 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계는 상기 실제 임계 치수들 중 에서 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수를 배제하는 단계를 포함할 수 있다.

또는, 상기 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계는 상기 실제 임계 치수들 중에서 최소값과 최대값을 배제하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 패턴의 CD 계측 시간이 짧게 소요되는 ODC 계측 장비와 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수 있는 인-라인-SEM 장비를 적절하게 혼용하게 됨으로써, 단시간 내에 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수가 있게 된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 공정 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1의 방법에 적용되는 OCD 계측 장비를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 방법에 적용되는 인-라인-SEM 장비를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 단계 ST100에서, 웨이퍼 상에 막을 형성한다. 본 실시예에서, 막은 절연막, 도전막 등을 포함할 수 있다. 또한, 절연막은 화학기상증착(chemical vapor deposition;CVD) 공정, 물리기상증착(physical vapor deposition:PVD) 공정 등을 통해 형성할 수 있다. 도전막은 스퍼터링 공정 등을 통해 형성할 수 있다.

단계 ST102에서, 막의 임계치수(CD), 두께 등을 계측한다. 본 실시예에서, 광학적 임계치수(OCD) 계측 장비를 이용해서 막의 CD, 두께 등을 계측한다.

여기서, OCD 계측 장비는 다음과 같은 장점을 갖는다. 광을 이용하여 계측하므로, 측정 시간이 매우 짧다. 또한, 한 번의 계측으로 복수개의 막들에 대한 평균 CD를 획득할 수 있다. 아울러, 막에 대한 복합적인 정보를 획득할 수 있다.

반면에, OCD 계측 장비는 다음과 같은 단점을 갖는다. 하부 막의 특성과 막의 기하학적 모델링을 통해서 CD를 예측하기 때문에, 공정 조건의 변동에 따라 정확도에 차이가 있게 된다.

상기와 같은 특성을 갖는 OCD 계측 장비의 한 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, OCD 계측 장비(200)는 광원(210), 조사 유닛(220), 스테이지(230) 및 스펙트로미터 유닛(spectrometer unit:240)을 포함한다. 광원(210)으로부터 발생된 백색 광원은 조사부(220)를 통하여 스테이지(230) 상에 안치된 웨이퍼로 조사된다. 웨이퍼로부터 반사된 광은 스펙트로미터 유닛(240)이 검출한다. 스펙트로미터 유닛(240)은 파장별로 반사광을 검출하여 파장별 반사율을 측정한다. 측정된 반사율은 파장별로 조사된 웨이퍼 상의 전체 영역에 대한 평균값으로 얻어진 다. 따라서, 막의 평균 CD를 OCD 계측 장비(200)를 이용해서 단시간 내에 획득할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 단계 ST104에서, 막의 평균 CD가 기 설정된 정상 CD와 비교한다. 막의 평균 CD가 기 설정된 정상 CD에서 벗어나는 것으로 판정되면, 막의 광학적 특성을 조정한다.

단계 ST106에서, 막에 대한 패터닝 공정을 수행하여, 패턴을 형성한다. 본 실시예에서, 포토레지스트 필름을 막 상에 형성한다. 포토 마스크를 통해서 포토레지스트 필름 상으로 광을 선택적으로 조사한다. 포토레지스트 필름을 현상하여 포토레지스트 필름의 노광된 부분들을 제거함으로써, 포토레지스트 패턴을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 막을 식각함으로써, 패턴을 형성한다.

단계 ST108에서, OCD 계측 장비를 이용해서 패턴들의 평균 CD를 계측한다. 여기서, OCD 계측 장비를 이용해서 패턴들의 평균 CD를 계측할 경우, 포토레지스트 패턴의 수축 현상이 발생되지 않는다.

한편, OCD 계측 장비를 이용해서 패턴들의 평균 CD를 계측하는 방법은 막의 평균 CD를 계측하는 방법과 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 그에 대한 반복 설명은 생략한다.

단계 ST110에서, 평균 CD들 중에서 비정상의 평균 CD를 배제시킨다. 즉, 기 설정된 기준 평균 CD와 평균 CD를 비교하여, 기준 평균 CD에서 벗어난 평균 CD를 데이터에서 제외시킨다.

단계 ST112에서, 패턴들의 실제 CD들을 인-라인-SEM 장비를 이용해서 공정 단위별로 계측한다. 모든 웨이퍼의 CD 등과 같이 계측해야 할 데이터가 많은 경우에는, 계측 시간이 짧게 소요되는 OCD 계측 장비를 이용한다. 반면에, 공정 조건 변동으로 인한 보정이 필요할 경우에는, 모든 웨이퍼가 아니라 공정 단위별로 한 개 이상의 웨이퍼만에 대해서만 인-라인-SEM 장비를 이용해서 해당 웨이퍼의 CD를 계측하게 된다. 즉, 계측해야 할 데이터가 많은 경우에는 짧은 계측 시간을 갖는 OCD 계측 장비가 이용되고, 계측 시간은 많이 소요되지만 정확한 계측 데이터를 얻고자 할 경우에는 인-라인-SEM 장비가 이용된다. 결과적으로, 패턴의 CD를 정확하게 계측하는데 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수가 있다.

여기서, 인-라인-SEM 장비는 다음과 같은 장점을 갖는다. 패턴의 CD를 직접 측정하므로, 측정된 CD의 정확도 및 신뢰도가 매우 높다. 또한, 패턴의 이미지도 획득할 수 있다.

반면에, 인-라인-SEM 장비는 다음과 같은 단점을 갖는다. 계측하는 동안, 챔버 내를 진공을 유지시켜야 하고, 또한 포커싱 등으로 인하여 계측 시간이 많이 소요된다. 또한, 전자빔으로 인해서 포토레지스트 패턴의 수축이 유발될 수 있다.

상기와 같은 특성을 갖는 인-라인-SEM 장비의 한 예가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 인-라인-SEM 장비(300)는 SEM(318), 스테이지(320), 1차 전류 검출부(330) 및 2차 전류 검출부(340)를 포함한다.

SEM(318)은 전자빔(317)을 발생시키는 전자총(310), 제 1 콘덴서 렌즈(312), 전자빔(317)을 평행하게 유도하는 조리개(313), 제 2 콘덴서 렌즈(314), 대물 렌즈(315), 전자빔(317)의 방향을 조절하는 편항기(316)를 포함한다.

1차 전류 검출부(330)는 전자빔(317)이 스테이지(320) 상의 웨이퍼 표면으로 조사될 때 1차 전자에 의해 발생되는 1차 전류를 검출한다.

2차 전류 검출부(340)는 2차 전자에 의해 발생되는 2차 전류를 검출한다.

다시 도 1을 참조하면, 단계 ST114에서, 상기와 같은 인-라인-SEM 장비를 이용해서 계측된 실제 임계 치수들 중에서 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수를 배제시킨다. 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수들은 측정 오류로 야기되어 계측 정확도에 문제를 주므로, 이러한 실제 임계 치수들을 미리 배제시키는 것이다.

단계 ST116에서, 측정 오류로 인한 실제 임계 치수들이 배제된 나머지 실제 임계 치수들을 근거로 평균 임계 치수를 보정한다.

한편, 본 실시예에서는, 반도체 공정 중에서 노광 공정을 예시적으로 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 다른 반도체 공정들에도 본 발명의 방법이 적용될 수 있을 것이다.

본 실시예에 따르면, 모든 웨이퍼들에 대해서는 계측 시간이 빠른 OCD 계측 장비를 이용하고 공정 단위별로는 계측 시간은 느리지만 정확한 계측도를 갖는 인-라인-SEM 장비를 이용한다. 따라서, 패턴의 CD를 측정하는데 소요되는 시간을 대폭 단축하면서도 정확한 패턴의 CD를 계측할 수가 있게 된다. 결과적으로, 계측된 CD를 이용해서 노광 공정을 정확하게 제할 수가 있다.

실시예 2

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 공정 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 4을 참조하면, 단계 ST400에서, 웨이퍼 상에 막을 형성한다.

단계 ST402에서, OCD 계측 장비를 이용해서 막의 임계치수(CD), 두께 등을 계측한다.

단계 ST404에서, 막의 평균 CD가 기 설정된 정상 CD와 비교한다. 막의 평균 CD가 기 설정된 정상 CD에서 벗어나는 것으로 판정되면, 막의 광학적 특성을 조정한다.

단계 ST406에서, 막에 대한 패터닝 공정을 수행하여, 패턴을 형성한다.

단계 ST408에서, OCD 계측 장비를 이용해서 패턴들의 평균 CD를 계측한다.

단계 ST410에서, 평균 CD들 중에서 비정상의 평균 CD를 배제시킨다. 즉, 기 설정된 기준 평균 CD와 평균 CD를 비교하여, 기준 평균 CD에서 벗어난 평균 CD를 데이터에서 제외시킨다.

단계 ST412에서, 패턴들의 실제 CD들을 인-라인-SEM 장비를 이용해서 공정 단위별로 계측한다.

단계 ST414에서, 상기와 같은 인-라인-SEM 장비를 이용해서 계측된 실제 임계 치수들 중에서 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수를 배제시킨다. 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수들은 측 정 오류로 야기되어 계측 정확도에 문제를 주므로, 이러한 실제 임계 치수들을 미리 배제시키는 것이다.

단계 ST416에서, 측정 오류로 인한 실제 임계 치수들이 배제된 나머지 실제 임계 치수들을 근거로 평균 임계 치수를 보정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 패턴의 CD 계측 시간이 짧게 소요되는 ODC 계측 장비와 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수 있는 인-라인-SEM 장비를 적절하게 혼용하게 됨으로써, 단시간 내에 패턴의 CD를 정확하게 계측할 수가 있게 된다. 결과적으로, 반도체 노광 공정을 정밀하게 제어할 수가 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 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 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 공정 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2는 도 1의 방법에 적용되는 OCD 계측 장비를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 1의 방법에 적용되는 인-라인-SEM 장비를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 공정 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

Claims (8)

1. 광학적 임계치수(optical CD:OCD) 계측 장비를 이용해서 웨이퍼들 상의 패턴들의 평균 임계 치수(CD)를 계측하는 단계;

   공정 단위별로 웨이퍼들의 실제 임계 치수들을 인-라인-SEM(in-line-SEM) 장비를 이용해서 계측하는 단계; 및

   상기 실제 임계 치수들을 근거로 상기 평균 임계 치수를 보정하는 단계를 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형성을 위한 공정 전에, 상기 OCD 장비를 이용해서 상기 웨이퍼들 상에 형성된 막들의 평균 임계 치수를 측정하는 단계를 더 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 막들의 평균 임계 치수가 기 설정된 정상 범위에서 벗어나면, 상기 막들의 광학적 특성을 조정하는 단계를 더 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 공정은 사진식각 공정을 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 평균 임계 치수들 중에서 비정상의 평균 임계 치수를 배제하는 단계를 더 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 실제 임계 치수들 중에서 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계를 더 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계는 상기 실제 임계 치수들 중에서 기 설정된 정상 임계 치수 범위에서 벗어나는 실제 임계 치수를 배제하는 단계를 포함하는 반도체 공정 제어 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 비정상의 실제 임계 치수를 배제하는 단계는 상기 실제 임계 치수들 중에서 최소값과 최대값을 배제하는 단계를 포함하는 반도체 공정 제어 방법.

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