KR100645202B1 - Method of deriving best dose qualification of exposure equipment - Google Patents

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Abstract

A method for obtaining a best dose qualification from an exposure apparatus is provided to check dose errors between the apparatuses and to form compatible references between the apparatuses by using OCD(Optical Critical Dimensions). Photoresist patterns are formed in various exposure apparatuses by using various dose qualifications as designated values. The photoresist patterns are measured and analyzed by using OCD in order to obtain a real dose value from the corresponding apparatus. Dose errors between the various exposure apparatuses are acquired by calculating the errors between real dose values and the designated values in the various exposure apparatuses. Then, the dose errors are used as compatible references between the various exposure apparatuses.

Description

노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법{Method of Deriving Best Dose Qualification of Exposure Equipment}Method of Deriving Best Dose Qualification of Exposure Equipment

도 1은 웨이퍼 상의 센타 도즈 값과 도즈 바이어스를 나타내는 그림이다.1 is a diagram showing a center dose value and a dose bias on a wafer.

도 2는 OCD 측정 방법의 개략도를 나타내는 그림이다.2 is a diagram showing a schematic diagram of an OCD measuring method.

도 3은 분석 소프트웨어의 데이터베이스화된 핵심치수 스펙트럼 자료들을 측정된 핵심치수 시뮬레이션과 비교하는 그림이다.FIG. 3 shows a comparison of the measured core dimension spectral data of the analysis software with the measured core dimension simulation.

도 4는 노광 장비의 도즈 지정값과 측정값의 비교를 나타내는 표이다.4 is a table showing a comparison between the dose specified value and the measured value of the exposure apparatus.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명><Description of Reference Number Used in Drawing>

10: 웨이퍼 11: 센타 도즈 값10: wafer 11: center dose value

12: 도즈 바이어스 13: 포토레지스트 패턴12: dose bias 13: photoresist pattern

20: 스캐닝 광학기 21: 레이저20: scanning optics 21: laser

22: 산란된 빛 23: 입사각22: scattered light 23: incident angle

30: 탐지기 31a: 핵심치수를 측정한 시뮬레이션30: Detector 31a: Simulation of key dimensions

31b, 31c, 31d: 분석 소프트웨어의 데이터베이스화된 핵심치수 스펙트럼 자료들31b, 31c, 31d: Database's key dimension spectral data from analysis software

40: 도즈 지정값 41: 도즈 측정값40: dose specification 41: dose measurement

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 사진 공정에서 최상의 도즈 조건(Best Dose Qualification)을 얻기 위하여 OCD(Optical Critical Dimensions)를 이용하여 각 노광 장비들의 도즈 오차 값을 알아내고, 이를 기준(reference)으로 삼아 각 노광 장비들 간에 공정 조건을 호환할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing technology of a semiconductor device, and more specifically, to obtain the dose error value of each exposure apparatus using optical critical dimensions (OCD) in order to obtain the best dose qualification in a photographic process. Using this as a reference, the present invention relates to a method of making process conditions compatible between exposure apparatuses.

반도체 소자가 고집적화되어 감에 따라 사진 공정(lithography process)의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 반도체 수율 개선 측면에서도 사진 공정의 관리가 중요한 부분으로 대두 되고 있다.As semiconductor devices have been highly integrated, the importance of the lithography process has been further emphasized, and the management of the photography process has emerged as an important part in terms of semiconductor yield improvement.

사진 공정에서는 몇 가지 핵심이 되는 치수를 관리해야 한다. 예를 들면, 회로선폭, 회로선 간격 및 층이 다른 회로선의 연결구멍 지름 등이다. 이를 핵심치수(Critical Dimensions, CD)라고 부른다. 이러한 핵심치수에 이상이 있으면 사진 공정 전체를 점검해야 한다. In the photographic process, several key dimensions need to be managed. For example, the circuit wire widths, circuit line spacings, and connection hole diameters of circuit lines having different layers are used. This is called Critical Dimensions (CD). Any abnormality in these key dimensions should be checked throughout the photographic process.

사진 공정에서 핵심치수의 관리는 곧, 도즈 관리(Dose control)에 의해 결정된다. 노광 공정에서 도즈 관리는 핵심치수 뿐만 아니라 포토레지스트의 두께 및 프로파일 등을 결정한다. 현재 반도체 제조 회사에서 사진 공정에 사용하는 노광 장비는 에이에스엠엘(ASML) 및 닉콘(Nikon) 등 여러 제조 회사의 장비를 사용한다. 하지만 노광 장비들 간의 기준(reference)이 없는 실정이다. 이러한 이유로 장비들 간의 데이터 교환이 어려운 상황이다. 장비들 간에 데이터 교환이 되지 않으면 한 종류의 장비로 사진 공정이 편중되어 병목현상이 발생하게 되기 때문에 반도체 소자의 생산량(throughput)이 저하되는 현상이 발생하기도 한다. Control of key dimensions in the photographic process is determined by dose control. The dose management in the exposure process determines not only the core dimensions but also the thickness and profile of the photoresist. Currently, the exposure equipment used in the photolithography process of semiconductor manufacturing companies uses equipment of various manufacturing companies such as AML and Nikon. However, there is no reference between exposure equipment. For this reason, data exchange between devices is difficult. If data is not exchanged between devices, the photo process is concentrated in one kind of equipment, causing bottlenecks, and thus the throughput of semiconductor devices may be reduced.

일반적으로 사진 공정에서 미세한 패턴들을 측정하고 분석하기 위해서 SEM(Scanning Electron Microscope) 및 CD(Critical Dimension) SEM 등의 측정 장비들을 많이 사용한다. 그러나 SEM으로 패턴의 프로파일 사진을 보기 위해서는 웨이퍼를 적당한 크기로 절단하여야 하기 때문에 웨이퍼가 파괴된다. 또한, CD SEM은 진공 내에서 패턴들을 측정해야 하기 때문에 많은 시간이 소유된다. 이에 따라, SEM 및 CD SEM을 사용하여 여러 노광 장비에서 형성한 패턴을 측정하고, 이 측정 데이터를 취합하려면 이에 소유되는 시간과 인력은 엄청나게 된다. 이러한 이유로 SEM 및 CD SEM은 여러 장비들 간의 호환 기준을 얻기 위한 측정 장비로는 적합하지 않다.In general, in order to measure and analyze fine patterns in a photographic process, measurement equipment such as SEM (Scanning Electron Microscope) and CD (Critical Dimension) SEM are frequently used. However, the wafer is destroyed because the wafer must be cut to an appropriate size in order to view the profile picture of the pattern by SEM. In addition, CD SEM is time-consuming because it has to measure patterns in vacuum. Accordingly, using the SEM and CD SEM to measure the patterns formed in the various exposure equipment, and to collect the measurement data, the time and manpower that is owned therein is enormous. For this reason, SEM and CD SEM are not suitable as measuring instruments to obtain compatibility standards among various instruments.

최근에는 각도 스캐터로메트리(Angular scatterometry)를 이용하여 포토레지스트 패턴에 대한 특징들을 측정할 수 있게 되었다. 각도 스캐터로메트리는 패턴에 대한 다량의 데이터들을 빠르게 측정할 수 있으며, 장비들 간에 최상의 도즈 조건을 얻을 수 있도록 호환 기준을 만들 수 있는 측정 장비로 적당하다.Recently, angular scatterometry has been used to measure the characteristics of photoresist patterns. Angular scatterometry can be used to quickly measure large amounts of data on a pattern and is a suitable measurement instrument for creating compatibility criteria to achieve the best dose conditions between instruments.

본 발명의 목적은 사진 공정에서 최상의 도즈 조건을 얻기 위하여 OCD를 이용하여 각 노광 장비들의 도즈 오차 값을 알아내고, 이를 기준으로 삼아 각 노광 장비들 간에 공정 조건을 호환할 수 있도록 하는 방법을 제시하는 것이다.An object of the present invention is to find a dose error value of each exposure equipment by using the OCD in order to obtain the best dose condition in the photographic process, and to propose a method for making the process conditions compatible between the exposure equipment based on this will be.

본 발명에 따른 노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법은 여러 노광 장비에서 여러 도즈 조건을 지정 값으로 하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 OCD를 이용하여 측정 및 분석하여 상기 포토레지스트 패턴의 측정값으로 상기 노광 장비의 실제 도즈 값을 알아내는 단계와, 상기 노광 장비들의 상기 실제 도즈 값과 상기 지정 값의 오차를 계산하여 상기 노광 장비들의 도즈 오차를 알아내는 단계와, 상기 노광 장비들의 상기 도즈 오차를 호환 기준으로 하여 상기 노광 장비 간의 공정 조건을 호환하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 포토레지스트 패턴의 형성 단계는 상기 노광 장비에서 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 기준으로 삼고 있는 웨이퍼 상의 센타 도즈 값을 중심으로 각 도즈에 대해 바이어스를 -4.4에서 4.4까지 0.2씩 증가시키면서 모두 45가지의 도즈 조건을 지정 값으로 노광을 진행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.The method of deriving an optimum dose condition of an exposure apparatus according to the present invention includes forming a photoresist pattern using various dose conditions as a predetermined value in various exposure apparatuses, and measuring and analyzing the photoresist pattern by using an OCD. Determining an actual dose value of the exposure apparatus by using a measured value of a pattern, calculating a difference between the actual dose value of the exposure apparatus and the predetermined value, and finding a dose error of the exposure apparatus; Comprising the process conditions between the exposure equipment on the basis of the dose error of their compatibility. Herein, the forming of the photoresist pattern is performed by increasing the bias by 0.2 for each dose from 0.2 to -4.4 to 4.4 based on the center dose value on the wafer, which is the reference for forming the photoresist pattern in the exposure apparatus. It is preferable to form the dose condition of the branch by performing exposure to a predetermined value.

실시예Example

이하 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

먼저, 여러 노광 장비에서 도즈 조건을 달리하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 노광 장비에서 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 기준으로 삼고 있는 웨이퍼(10) 상의 센타(center) 도즈 값(11)을 중심으로 각 도즈에 대해 바이어스(Bias, 12)를 -4.4에서 4.4까지 0.2씩 증가시키면서 모두 45가지의 도즈 조건을 지정 값(command)으로 노광을 진행하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이같이 하면, 각 도즈에 대한 조건이 치밀하게 나뉘게 되고 다양한 특징을 얻을 수 있는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. First, photoresist patterns are formed by varying dose conditions in various exposure apparatuses. For example, as shown in FIG. 1, biases for respective doses are centered around a center dose value 11 on the wafer 10 on which the exposure equipment is to form a photoresist pattern. The photoresist pattern is formed by exposing all 45 dose conditions to a command value in increments of 0.2 from -4.4 to 4.4. In this way, the conditions for each dose are precisely divided, and a photoresist pattern capable of obtaining various characteristics can be formed.

다음으로, 여러 노광 장비에서 각 도즈 조건에 따라 형성된 포토레지스트 패턴을 각도 스캐터로메트리(Angular scatterometry) 방식인 OCD(Optical Critical Dimensions)를 이용하여 측정한다. 측정 항목은 포토레지스트 패턴의 두께, 프로파일 및 핵심치수 등으로 한다. OCD는 측정(Measurement)과 분석(Analysis)을 할 수 있도록 두 시스템으로 이루어진 측정 장비이며, 측정 항목에 대해서 선(先) 측정하고 후(後) 분석하게 된다. 또한, 웨이퍼를 파괴하지 않고도 측정이 가능하며, 다량의 데이터를 빠르게 얻을 수 있다. Next, photoresist patterns formed according to the respective dose conditions in various exposure apparatuses are measured using optical critical dimensions (OCD), which is an angular scatterometry method. The measurement items are taken as the thickness, profile and core dimension of the photoresist pattern. OCD is a measurement system consisting of two systems for measurement and analysis. It measures the measurement items first and then analyzes them. In addition, measurements can be made without breaking the wafer, and large amounts of data can be obtained quickly.

OCD는, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정 시스템의 스캐닝 광학기(Scanning Optics, 20)에서 포토레지스트 패턴(13)으로 레이저(Laser, 21)를 쏘아 포토레지스트 패턴(13)에서 산란된 빛(22)을 탐지기(Detector, 30)에서 포착하여 측정한다. 여기서, OCD의 레이저 소스(Source)는 약 632.8nm HeNe이고, 입사각(Incident Angle, 23)의 범위는 -47도에서 47도이다. As shown in FIG. 2, the OCD shoots a laser 21 from the scanning optics 20 of the measurement system with the photoresist pattern 13 to emit light scattered from the photoresist pattern 13. 22) is captured by the detector (30) and measured. Here, the laser source of the OCD is about 632.8 nm HeNe, and the incidence angle 23 ranges from -47 degrees to 47 degrees.

이후, 측정된 포토레지스트 패턴(13)의 두께, 프로파일 및 핵심치수 등을 분석 시스템에서 시뮬레이션(simulation, 31)으로 도시한다. 분석 시스템은 또한 시뮬레이션을 분석 소프트웨어의 데이터베이스화된 스펙트럼과 비교 분석하여, 측정되어 나온 시뮬레이션과 일치하는 스펙트럼을 찾아 이에 해당하는 측정값을 찾아낸다. 분석 소프트웨어의 데이터베이스화된 스펙트럼은 각 측정 항목에 대한 측정값을 나타낸다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(13)에서 핵심치수를 측정한 시뮬레이션(31a)을 분석 소프트웨어의 데이터베이스화된 핵심치수 스펙트럼 자료들(31b, 31c, 31d)과 비교 분석하여 일치하는 시뮬레이션(31c)을 찾 아 이에 해당하는 핵심치수의 측정값을 찾아낸다.Then, the measured thickness, profile and core dimensions of the photoresist pattern 13 are shown as simulation 31 in the analysis system. The analysis system also compares the simulation with the database's spectra of the analysis software, looking for spectra that match the measured simulation and finding the corresponding measurement. Databaseized spectra of the analysis software represent the measurements for each measurement. For example, as shown in FIG. 3, the simulation 31a, which measures the core dimension in the photoresist pattern 13, is compared with the database-based core dimension spectral data 31b, 31c, and 31d of the analysis software to match. The simulation (31c) is found to find the corresponding core dimension measurement.

이와 같은 방법으로 여러 노광 장비에서 각 도즈 조건을 지정값으로 하여 형성한 포토레지스트 패턴의 특징을 OCD에서 측정 및 분석하여, 포토레지스트 패턴의 측정값을 알아내고, 이 측정값에 해당하는 포토레지스트 패턴의 실제 도즈 값을 알아낸다. 즉, 노광 장비에서 입력한 지정 값과 포토레지스트 패턴의 측정값에 따른 도즈 값의 오차를 계산한다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 노광 장비에서 지정 값(40)으로 도즈를 19.5 mJ/cm2로 입력하여 형성된 포토레지스트 패턴을 OCD로 측정 및 분석하였을 때에 이에 해당하는 측정된 도즈 값(41)이 19.8mJ/cm2이라면, 지정 값(40)과 실제 장비에서 형성한 포토레지스트 패턴의 측정값(41)은 0.3mJ/cm2의 오차를 나타낸다. 이것은 장비의 인터페이스(interface)에서 지정 값과 공정이 진행되는 실제 도즈 값이 차이를 보인 것이다. In this way, the characteristics of the photoresist pattern formed in each exposure apparatus using the respective dose conditions as specified values are measured and analyzed by OCD to find the measured value of the photoresist pattern, and the photoresist pattern corresponding to the measured value. Find the actual dose value. That is, the error of the dose value according to the designated value input from the exposure equipment and the measured value of a photoresist pattern is calculated. For example, as shown in FIG. 4, when the photoresist pattern formed by inputting a dose of 19.5 mJ / cm 2 as a designated value 40 in the exposure equipment is measured and analyzed by OCD, the measured dose value 41 ) Is 19.8 mJ / cm 2 , the specified value 40 and the measured value 41 of the photoresist pattern formed in the actual equipment show an error of 0.3 mJ / cm 2 . This is the difference between the specified value at the interface of the machine and the actual dose value at which the process proceeds.

그러므로 각 노광 장비에서 도즈에 대한 세 개의 값 즉, 지정 값, 실제 장비에서 측정된 도즈 값 및 오차 값이 있으므로 장비 내의 도즈에 대한 변화율즉, 도즈 오차 값을 알아낼 수 있다. 또한, 장비와 장비 사이의 도즈 유의 차를 측정하여 각 노광 장비들 간에 공정 조건을 호환할 수 있는 호환 기준으로 사용할 수 있다.Therefore, since there are three values for the dose in each exposure device, that is, a designated value, a dose value and an error value measured in the actual device, the rate of change for the dose in the device, that is, the dose error value, can be determined. In addition, by measuring the difference in dose between the equipment and the equipment can be used as a compatible criterion for compatible process conditions between each exposure equipment.

본 발명에 따르면, 노광 장비의 최상의 도즈 조건을 얻기 위하여 OCD를 이용하여 각 장비들 내의 도즈 오차를 찾아내고, 이를 노광 장비간 호환 기준으로 만들어 정확하고 빠르게 장비들 간의 신뢰성 있는 데이터를 제공할 수 있다.According to the present invention, in order to obtain the best dose condition of the exposure equipment, it is possible to find the dose error in each equipment by using the OCD, and make it a compatibility standard between the exposure equipment to provide accurate and reliable data between the equipment. .

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.In the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention have been disclosed, and although specific terms have been used, these are merely used in a general sense to easily explain the technical contents of the present invention and to help the understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (4)

여러 노광 장비에서 여러 도즈 조건을 지정 값으로 하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern in various exposure apparatuses using various dose conditions as specified values, 상기 포토레지스트 패턴을 OCD를 이용하여 측정 및 분석하여 상기 포토레지스트 패턴의 측정값으로 상기 노광 장비의 실제 도즈 값을 알아내는 단계와,Measuring and analyzing the photoresist pattern using an OCD to find an actual dose value of the exposure apparatus using the measured value of the photoresist pattern; 상기 노광 장비들의 상기 실제 도즈 값과 상기 지정 값의 오차를 계산하여 상기 노광 장비들의 도즈 오차를 알아내는 단계와,Calculating the error between the actual dose value of the exposure equipments and the predetermined value to find out the dose error of the exposure equipment; 상기 노광 장비들의 상기 도즈 오차를 호환 기준으로 하여 상기 노광 장비 간의 공정 조건을 호환하는 단계를 포함하는 노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법.And compatible process conditions between the exposure apparatuses based on the dose error of the exposure apparatuses. 제1항에서,In claim 1, 상기 포토레지스트 패턴의 형성 단계는 상기 노광 장비에서 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 기준으로 삼고 있는 웨이퍼 상의 센타 도즈 값을 중심으로 각 도즈에 대해 바이어스를 -4.4에서 4.4까지 0.2씩 증가시키면서 모두 45가지의 도즈 조건을 지정 값으로 노광을 진행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법.The photoresist pattern forming step includes 45 kinds of photoresist patterns in which the bias is increased by 0.2 from -4.4 to 4.4 for each dose based on the center dose value on the wafer, which is used as a reference for forming the photoresist pattern. A method of deriving an optimum dose condition for exposure equipment, characterized by forming a dose condition by performing exposure to a specified value. 제1항에서,In claim 1, 상기 포토레지스트 패턴의 측정값은 포토레지스트 패턴의 두께, 프로파일 및 핵심치수를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법.The measured value of the photoresist pattern comprises a thickness, a profile and a core dimension of the photoresist pattern. 제1항에서,In claim 1, 상기 OCD를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 측정 및 분석하는 단계는 상기 OCD의 측정 시스템에서 측정된 상기 포토레지스트 패턴의 측정 시뮬레이션과 상기 OCD의 분석 시스템에서 데이터베이스로 보유하고 있는 스펙트럼을 비교 분석하여 일치하는 시뮬레이션을 찾아 이에 해당하는 측정값을 찾아내는 것을 특징으로 하는 노광 장비의 최적 도즈 조건 도출 방법.The measuring and analyzing of the photoresist pattern using the OCD is performed by comparing and analyzing the measurement simulation of the photoresist pattern measured in the measuring system of the OCD and the spectrum held in the database of the analyzing system of the OCD. A method of deriving an optimal dose condition of an exposure apparatus, characterized by finding a simulation and finding a corresponding measurement value.
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