KR100510454B1 - Apparatus for calibrating pattern image printed by stepper and method of calibrating pattern image using the same - Google Patents
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Abstract
스텝퍼에 의해 인화되는 패턴 이미지의 드리프트(drift) 현상을 개선할 수 있는 스텝터 패턴 이미지 보정 장치 및 이를 이용한 패턴 이미지 보정방법이 개시되어 있다. 조명 광학계, 콘덴서 렌즈, 레티클, 축소 투영 렌즈 및 웨이퍼 스테이지를 구비하는 스텝퍼에 의해 웨이퍼상에 인화되는 패턴 이미지를 보정하는 스텝퍼 패턴 이미지 보정 장치에 있어서, 측정부와 제어부로 구성되는 보정장치를 제공한다. 상기 측정부는 조명 광학계, 상기 조명 광학계의 광을 통과시키는 콘덴서 렌즈, 상기 콘덴서 렌즈의 하부에 위치하고 복수개의 홀들을 구비하는 이미지 보정용 레티클, 상기 레티클의 하부에 위치하는 축소 투영 렌즈, 상기 렌즈의 하부에 위치하고 상기 레티클의 각각의 홀에 대응되는 홀들을 구비하는 이미지 보정용 마크 및 상기 이미지 보정용 마크의 각각의 홀들을 통과하는 광량을 측정하는 장치로 이루어지고, 상기 제어부는 웨이퍼가 최대의 광량을 받아들일 수 있는 위치로 상기 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지를 이동시킨다.Disclosed are a stepper pattern image correction apparatus and a pattern image correction method using the same, which can improve a drift phenomenon of a pattern image printed by a stepper. A stepper pattern image correction apparatus for correcting a pattern image to be printed on a wafer by a stepper having an illumination optical system, a condenser lens, a reticle, a reduction projection lens, and a wafer stage, the apparatus comprising a measuring unit and a control unit. . The measuring unit includes an illumination optical system, a condenser lens for passing the light of the illumination optical system, an image correction reticle positioned under the condenser lens, the reticle having a plurality of holes, a reduced projection lens positioned under the reticle, and a lower portion of the lens. And a device for measuring an amount of light passing through respective holes of the image correction mark and having holes corresponding to each hole of the reticle, wherein the controller is capable of receiving a maximum amount of light from the wafer. The wafer stage of the stepper is moved to the position where it is.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 사진식각 공정에 사용되는 스텝퍼에 의해 인화되는 패턴 이미지를 보정하는 보정 장치 및 이를 이용한 패턴 이미지 보정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a correction device for correcting a pattern image printed by a stepper used in a photolithography process and a pattern image correction method using the same.
반도체 장치를 제조하는 과정에서 사진식각공정에 필요한 장치로서는 스텝퍼(stepper)가 있는데, 스텝퍼는 다수의 광학렌즈를 구비하는 반도체 제조장치중 대표적인 광학장치이다.A device required for a photolithography process in the process of manufacturing a semiconductor device includes a stepper, which is a representative optical device among semiconductor manufacturing apparatuses having a plurality of optical lenses.
반도체장치의 제조는 매우 정밀한 공정이 요구되는 바 스텝퍼에는 이러한 요구를 충족시키기 위해 일반광학장비와는 다른 정밀하게 가공된 렌즈가 사용된다. 스텝퍼의 성능, 정확히 말하자면 스텝퍼의 분해능에 따라 반도체 장치의 디자인 룰이 결정된다고 볼 수 있다. 그러나, 스텝퍼의 사용에 따라 렌즈에 가해지는 반복되는 가열 및 냉각에 의해 렌즈가 수축 및 팽창을 반복하면서 그 초점이 변화하여 결국에는 웨이퍼 상에 인화되는 패턴 이미지의 드리프트(drift)를 초래하는 문제점이 발생한다. The manufacture of semiconductor devices requires a very precise process, and the bar stepper uses a precisely processed lens that is different from general optical equipment to meet this demand. It can be said that the design rule of the semiconductor device is determined by the performance of the stepper, that is, the resolution of the stepper. However, there is a problem that the focus changes as the lens repeatedly contracts and expands due to repeated heating and cooling applied to the lens with the use of a stepper, resulting in drift of the pattern image printed on the wafer. Occurs.
이를 보정하기 위하여 종래에는 렌즈를 통과하는 빛을 이용해 최대광량추출시점의 위치를 가장 정확한 초점으로 추정 보정하는, 렌즈를 통한 자동 초점 보정 (TTLAF;Through The Lens Auto Focus calibration) 방식이 있다. 이는 1 롯(lot)의 웨이퍼들을 사진 식각할 때마다 한번씩 렌즈의 초점을 보정하는 방식이다. In order to correct this, conventionally, there is a through the lens auto focus calibration (TTLAF) method that estimates and corrects the position of the maximum light extraction point to the most accurate focus using light passing through the lens. This is a method of correcting the focus of the lens once every photo etch of a lot of wafers.
그러나, 기존의 TTL 방식을 통한 렌즈 초점의 보정방법은 첫째, 램프 파워의 세기에 따라 렌즈의 국부적인 수축, 팽창률이 다르고, 둘째, 온도에 따라 1 회 노광시에도 상의 뒤틀림(distortion)과 같은 렌즈의 특성이 국부적으로 다르게 나타나며, 세째, 레티클(reticle)의 투과율 및 레티클 자체의 수축, 팽창율과 같은 레티클의 특성에 따라서도 오차가 발생할 수 있기 때문에, 그 한계가 있다. 더욱이 보정의 주기도 1롯이므로 1롯의 웨이퍼들을 사진식각할 동안 발생하는 렌즈 초점의 변화로 인하여 1롯의 웨이퍼들간 패턴의 이미지가 드리프트되는 것을 방지할 수가 없다.However, the conventional lens focus correction method using the TTL method is, firstly, the local shrinkage and expansion ratio of the lens vary according to the intensity of the lamp power, and second, the lens such as distortion of the image even in one exposure depending on the temperature. The characteristics of are different from each other, and third, the error may occur depending on the characteristics of the reticle such as the reticle transmittance and the reticle itself shrinkage, expansion rate, there is a limit. In addition, since the period of correction is also one lot, it is impossible to prevent the drift of the image of the pattern between the wafers of one lot due to a change in the lens focus that occurs during photolithography of one lot of wafers.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여, 스텝퍼로 웨이퍼를 노광하는 공정에서 반복되는 렌즈의 팽창 및 수축에 따른 렌즈 초점의 변화로 인하여 웨이퍼상에 인화되는 패턴의 이미지가 드리프트(drift)되는 현상을 개선할 수 있는 스텝퍼의 패턴 이미지 보정 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, the image of the pattern to be printed on the wafer drift due to the change in the lens focus due to the expansion and contraction of the lens is repeated in the process of exposing the wafer with a stepper It is to provide a stepper pattern image correction device that can improve the phenomenon.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 스텝퍼로 웨이퍼를 노광하는 공정에서 반복되는 렌즈의 팽창 및 수축에 따른 렌즈 초점의 변화로 인하여 웨이퍼상에 인화되는 패턴의 이미지가 드리프트(drift)되는 현상을 개선할 수 있는 스텝퍼의 패턴 이미지 보정 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to improve a phenomenon in which an image of a pattern printed on a wafer drifts due to a change in lens focus caused by repeated expansion and contraction of the lens in the process of exposing the wafer with a stepper. It is to provide a step image pattern correction method that can be performed.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 조명 광학계, 콘덴서 렌즈, 레티클, 축소 투영 렌즈 및 웨이퍼 스테이지를 구비하는 스텝퍼에 의해 웨이퍼상에 인화되는 패턴 이미지를 보정하는 스텝퍼 패턴 이미지 보정 장치에 있어서, 측정부와 제어부로 구성되는 보정장치를 제공한다. In order to achieve the above object, in the present invention, a stepper pattern image correction apparatus for correcting a pattern image printed on a wafer by a stepper including an illumination optical system, a condenser lens, a reticle, a reduced projection lens, and a wafer stage, comprising: a measuring unit; Provided is a correction device composed of a control unit.
상기 측정부는 조명 광학계, 상기 조명 광학계의 광을 통과시키는 콘덴서 렌즈, 상기 콘덴서 렌즈의 하부에 위치하고 복수개의 홀들을 구비하는 이미지 보정용 레티클, 상기 레티클의 하부에 위치하는 축소 투영 렌즈, 상기 렌즈의 하부에 위치하고 상기 레티클의 각각의 홀에 대응되는 홀들을 구비하는 이미지 보정용 마크 및 상기 이미지 보정용 마크의 각각의 홀들을 통과하는 광량을 측정하는 장치로 이루어지고, 상기 제어부는 웨이퍼가 최대의 광량을 받아들일 수 있는 위치로 상기 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지를 이동시킨다. The measuring unit includes an illumination optical system, a condenser lens for passing the light of the illumination optical system, an image correction reticle positioned under the condenser lens, the reticle having a plurality of holes, a reduced projection lens positioned under the reticle, and a lower portion of the lens. And a device for measuring an amount of light passing through respective holes of the image correction mark and having holes corresponding to each hole of the reticle, wherein the controller is capable of receiving a maximum amount of light from the wafer. The wafer stage of the stepper is moved to the position where it is.
상기 측정부의 이미지 보정용 마크의 홀은 대응하는 상기 레티클의 홀을 통과하는 광이 상기 마크의 홀에 최대로 유입되는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 측정부의 이미지 보정용 마크의 홀의 크기는 상기 렌즈의 축소 비율에 따라 상기 레티클의 홀의 크기를 축소한 크기인 것이 바람직하다.Preferably, the hole of the image correcting mark of the measuring unit is formed at a position where the light passing through the corresponding hole of the reticle is introduced into the hole of the mark to the maximum, and the size of the hole of the image correcting mark of the measuring unit is the lens. It is preferable that the size of the hole of the reticle is reduced according to the reduction ratio of.
상기 측정부의 이미지 보정용 레티클의 홀들은 일정한 간격으로 이격되어 형성된 것이 바람직하다.Preferably, the holes of the reticle for image correction of the measurement unit are spaced apart at regular intervals.
상기 제어부는 상기 이미지 보정용 마크의 홀들을 통과하는 광량의 합이 최대가 되도록 상기 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 기능이 있다. The controller has a function of moving the wafer stage such that the sum of the amounts of light passing through the holes of the image correction mark is maximized.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 우선 상기 스텝퍼의 패턴 이미지 보정 장치 중 측정부의 이미지 보정용 레티클의 홀들에 광을 소정 시간 계속적으로 투영시키면서 상기 이미지 보정용 마크의 각각의 홀들을 통과하는 광량을 일정시간별로 측정한다. 상기 보정 장치 중 제어부에서 상기 측정부에 의해 측정된 광량을 통해 상기 측정부의 이미지 보정용 마크의 홀들이 최대 광량을 통과시킬 수 있는 지점을 산출한다. 1롯(lot)의 웨이퍼들을 스텝핑하는 동안, 상기 보정 장치의 제어부에 의해 산출된 지점으로 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지를 일정시간별로 이동시켜 웨이퍼가 최대의 광량을 받아들이도록 한다. In order to achieve the above object, in the present invention, first, the light amount passing through the respective holes of the image correction mark for a predetermined time while continuously projecting the light into the holes of the image correction reticle of the measurement unit of the pattern image correction apparatus of the stepper Measure with The control unit of the correction apparatus calculates a point at which the holes of the image correction mark of the measurement unit may pass the maximum light amount through the light amount measured by the measurement unit. During stepping of one lot of wafers, the wafer stage of the stepper is moved to a point calculated by the controller of the compensator for a predetermined time so that the wafer receives the maximum amount of light.
상기 측정 단계에서 총 측정 시간은 1롯의 웨이퍼들이 스텝핑되는 총시간이고, 광량을 측정하는 단위인 일정 시간은 1매의 웨이퍼가 스텝핑되는 시간인 것이 바람직하다. In the measuring step, the total measurement time is the total time that the wafers of 1 lot are stepped, and the predetermined time which is the unit for measuring the amount of light is preferably the time that one wafer is stepped.
본 발명에서는, 1롯의 웨이퍼들이 스텝핑되는 동안 패턴 이미지가 드리프트되는 정도를 스텝핑 시간별로 산출하고 또한, 웨이퍼 스테이지에서 위치별로 측정하여, 이로부터 웨이퍼가 최대의 광량을 받아들이는 위치를 산출하여 이에 의해 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지를 매 웨이퍼별로 이동시킴으로써, 1롯의 웨이퍼가 스텝핑되는 동안에 각 웨이퍼에 인화되는 패턴의 이미지를 보정하는 것이다.In the present invention, the degree of drift of the pattern image during the stepping of one lot of wafers is calculated for each stepping time and is also measured for each position in the wafer stage, thereby calculating the position at which the wafer receives the maximum amount of light. By moving the wafer stage of the stepper from wafer to wafer, the image of the pattern printed on each wafer is corrected while one wafer is stepped.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 정확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers or regions are exaggerated for accuracy of the specification. In the drawings like reference numerals refer to like elements.
도 1은 본 발명에 따른 패턴 이미지 보정 장치가 구비된 스텝퍼를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 본 발명의 패턴 이미지 보정 장치(1)에 의해 측정된 패턴의 이미지 드리프트 데이터들은 제어부(2)로 입력되고, 제어부(2)에서는 상기 데이터들로부터 패턴의 이미지를 보정할 수 있는 가장 바람직한 위치를 산출하여, 1롯의 웨이퍼가 스텝퍼(3)에서 사진 식각 되는 동안 웨이퍼 스테이지(도시되지 않음)를 이동시킨다.1 is a block diagram showing a stepper equipped with a pattern image correction device according to the present invention. Specifically, the image drift data of the pattern measured by the pattern image correction device 1 of the present invention is input to the control unit 2, the control unit 2 is the most preferable to correct the image of the pattern from the data The position is calculated to move the wafer stage (not shown) while one lot of wafer is photo etched in the stepper 3.
도 2는 도 1중 본 발명에 따른 패턴 이미지 보정 장치(1)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로, 보정 장치(1)는 조명 광학계(10), 콘덴서 렌즈(12), 복수개의 홀들(도시되지 않음)을 구비하는 이미지 보정용 레티클(14), 축소 투영 렌즈(16), 상기 레티클의 각각의 홀들에 대응되는 홀들(도시되지 않음)을 구비하는 이미지 보정용 마크(18) 및 상기 이미지 보정용 마크의 홀들을 통과하는 광량을 측정하는 측정장치(20)가 차례로 배열되어 있는 구조로 되어 있다. 2 is a cross-sectional view schematically showing the pattern image correction device 1 according to the present invention in FIG. 1. Specifically, the correction apparatus 1 includes an illumination optical system 10, a condenser lens 12, an image correction reticle 14 having a plurality of holes (not shown), a reduction projection lens 16, and each of the reticles. The image correction mark 18 having holes (not shown) corresponding to the holes of the image and the measuring device 20 for measuring the amount of light passing through the holes of the image correction mark are arranged in this order.
본 발명의 이미지 보정용 레티클(14)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 복수개의 홀들이 일정 간격으로 배열되어 있는 판의 형태이고, 이미지 보정용 마크(18)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 복수개의 홀들이 일정 간격으로 배열되어 있는 판의 형태이다. 상기 이미지 보정용 마크의 홀들은 대응하는 상기 레이클의 홀들을 통과하는 광이 상기 마크의 홀에 최대로 유입되는 위치에 형성되어 있다. 상기 홀의 크기는 상기 축소 투영 렌즈의 축소 비율에 따라 상기 레티클의 대응되는 각각의 홀의 크기를 축소한 크기이다. As shown in FIG. 3A, the image correction reticle 14 of the present invention is in the form of a plate in which a plurality of holes are arranged at regular intervals, and the image correction mark 18 is illustrated in FIG. 3B. The holes are in the form of plates arranged at regular intervals. The holes of the image correction mark are formed at a position where the light passing through the holes of the corresponding lake is maximally introduced into the holes of the mark. The size of the hole is a size obtained by reducing the size of each corresponding hole of the reticle according to the reduction ratio of the reduction projection lens.
이하, 본 발명의 패턴 이미지 보정장치를 이용하여 스텝퍼 패턴의 이미지 보정 방법을 설명하기로 한다. 상기 보정 방법은 크게 3단계로 구분될 수 있으며, 이는 패턴의 이미지 드리프트 정도를 측정하는 제1 단계와, 상기 측정치로부터 패턴 이미지를 보정할 수 있는 최적의 웨이퍼 스테이지 위치를 산출하는 제2 단계와, 이에 따라 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지의 위치를 이동시켜 1롯의 웨이퍼가 스텝핑되는 동안 패턴의 이미지를 균일하게 하는 제3 단계로 구분된다.Hereinafter, the image correction method of the stepper pattern using the pattern image correction device of the present invention will be described. The correction method may be largely divided into three steps, the first step of measuring the degree of image drift of the pattern, the second step of calculating an optimal wafer stage position capable of correcting the pattern image from the measurement value, This is divided into a third step of shifting the position of the wafer stage of the stepper to uniformize the image of the pattern while one wafer is stepped.
우선, 패턴의 이미지 드리프트 정도를 측정하는 제1 단계에서는, 본 발명의 패턴 이미지 보정 장치(1)중 상기 조명 광학계(10)로부터 일정시간 광을 방출하여상기 콘덴서 렌즈(12)에 의해 광을 집속시킨 후, 상기 광을 이미지 보정용 레티클(14)에 구비된 홀들을 통과한 후, 축소 투영 렌즈(16)를 통과, 본 발명의 이미지 보정용 마크(18)의 홀들을 각각 통과시키고, 마지막으로 이미지 보정용 마크의 홀들을 통과시킨다. 통과된 광량은 광량 측정 장치(20)로 측정한다.First, in the first step of measuring the degree of image drift of the pattern, the light emitted from the illumination optical system 10 of the pattern image correction device 1 of the present invention for a predetermined time to focus the light by the condenser lens 12. After passing through the holes provided in the image correction reticle 14, the light passes through the reduction projection lens 16, through the holes of the image correction mark 18 of the present invention, and finally for image correction. Pass the holes of the mark. The amount of light passed is measured by the light amount measuring device 20.
제2 단계에서는, 상기 측정치로부터 패턴 이미지를 보정할 수 있는 최적의 웨이퍼 스테이지 위치를 산출한다. 우선, 상기 얻어지는 광량 데이터로부터 2가지의 변화량을 산출한다. 첫째는, 1롯의 웨이퍼가 스텝핑되는 시간동안 이미지 보정용 마크의 각 홀들의 광량의 변화를 산출할 수 있고, 다음에는 광량의 매회 측정시 이미지 보정용 마크의 전체 홀들간의 위치별 광량의 분포를 산출할 수 있다.In the second step, the optimum wafer stage position for correcting the pattern image is calculated from the measured values. First, two variations are calculated from the light quantity data obtained above. First, it is possible to calculate the change in the amount of light of each hole of the image correction mark during the time that one lot of wafers are stepped, and then calculate the distribution of the amount of light for each position between all the holes of the image correction mark at each measurement of the amount of light. can do.
상기의 두가지 측정량은 제어부에서 분석되어, 이를 토대로 이미지 보정용 마크의 홀들을 통과하는 광량의 총합이 최대가 되는 웨이퍼 스테이지의 이동 위치를 계산한다.The two measured amounts are analyzed by the control unit, and based on this, the moving position of the wafer stage where the total amount of light passing through the holes of the image correction mark is maximized.
마지막으로 제3 단계에서는 제어부에 의해 계산된 웨이퍼 스테이지의 이동 위치 경로를 따라 스텝퍼의 웨이퍼 스테이지를 이동시킴으로써, 1롯(lot)의 웨이퍼들을 스텝핑하는 동안 매 웨이퍼는 최대의 광량을 받아들이는 위치, 즉 패턴의 이미지 드리프트 정도가 최소화되는 위치에서 사진 식각되므로, 1롯의 웨이퍼간 패턴 이미지가 균일하게 인화된다.Finally, in the third step, the wafer stage of the stepper is moved along the movement position path of the wafer stage calculated by the controller so that each wafer receives a maximum amount of light while stepping through a lot of wafers, namely, Since the image is etched at a position where the degree of image drift of the pattern is minimized, the pattern image of one wafer between wafers is uniformly printed.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 스텝퍼 패턴 이미지 보정 방법에 따르면, 1롯의 웨이퍼들을 스텝핑되는 동안에도 패턴의 이미지 드리프트를 보정함으로써, 웨이퍼에 인화되는 패턴의 이미지가 드리프트 되는 일 없이 균일한 이미지를 얻을 수 있다.As described above, according to the stepper pattern image correction method according to the present invention, by correcting the image drift of the pattern even while stepping the wafer of 1 lot, it is possible to produce a uniform image without drift of the image of the pattern printed on the wafer You can get it.
도 1은 본 발명에 따른 스텝퍼의 패턴 이미지 보정 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a pattern image correction device of a stepper according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 장치중 측정부를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a measuring unit in the apparatus illustrated in FIG. 1.
도 3a는 도 2에 도시된 측정부중 이미지 보정용 레티클을 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 2에 도시된 측정부중 이미지 보정용 마크를 나타내는 도면이다.FIG. 3A is a view illustrating an image correction reticle in the measurement unit illustrated in FIG. 2, and FIG. 3B is a view illustrating an image correction mark in the measurement unit illustrated in FIG. 2.
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