KR100755108B1 - Equipment for measuring overlay of semiconductor and method for measuring - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 오버레이 마크 측정장비의 개략적인 측면도이고,1 is a schematic side view of a conventional overlay mark measuring apparatus,
도 2에서는 종래 기술에 의한 웨이퍼에 9개의 샷 영역이 형성된 웨이퍼를 도시한 도면이고, 2 is a view showing a wafer in which nine shot regions are formed on a wafer according to the related art.
도 3은 종래 기술에 의한 바 형태의 오버레이 마크가 포토마스크의 샷 영역에 배치된 위치를 나타낸 도면이고, 3 is a view showing a position in which the overlay mark of the bar shape according to the prior art is disposed in the shot area of the photomask,
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비의 사시도이고,4 is a perspective view of an overlay mark measuring apparatus of a semiconductor device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 이동암부의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the movable arm portion according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 베이스플레이트 20 : XYT축 스테이지10: base plate 20: XYT axis stage
30 : 기둥 40 : 아암30: pillar 40: arm
42 : Z축 스테이지 60 : 샷영역42: Z axis stage 60: shot area
100 : 측정수단 110 : 이동암부100: measuring means 110: moving arm
111 : 모터 112 : 리드스크류111: motor 112: lead screw
113, 115 : 제 1, 2 아암 114 : 베어링113, 115: 1st, 2nd arm 114: bearing
120 : 카메라부 122 : 렌즈120: camera portion 122: lens
본 발명은 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비 및 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토리소그래피 공정에서 오버레이 계측시 한번에 두 개 이상의 오버레이 마크 측정이 가능하도록 한 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비 및 측정방법 에 관한 것이다.The present invention relates to an overlay mark measuring device and a measuring method of a semiconductor device, and more particularly, to an overlay mark measuring device and a measuring method of a semiconductor device capable of measuring two or more overlay marks at a time during overlay measurement in a photolithography process. It is about.
일반적으로 반도체 칩(Chip)을 제조하기 위해서는 적층식으로 회로를 형성시켜 레이어(Layer)를 만들게 되는데, 이러한 레이어는 포토 레지스트(Photo resist) 도포, 노광, 현상 등의 단계로 구성된 포토 리소그래피(Photo lithography)공정에 의해 구현된다. 즉, 포토리소그래피 공정은 마스크(Mask)에 형성된 원하는 패턴(Pattern)을 포토레지스트 도포, 노광, 현상 등의 단계를 통해 실제 반도체 칩을 만드는 기판상에 이식시키는 패터닝 공정이다.Generally, in order to manufacture a semiconductor chip, a layer is formed by forming a circuit in a stacked manner, which is formed by photolithography, photolithography, and photolithography. It is implemented by the process. That is, the photolithography process is a patterning process in which a desired pattern formed on a mask is implanted onto a substrate on which an actual semiconductor chip is made through photoresist coating, exposure, and development.
현재, 반도체 소자를 제조하기 위하여 동일 기판에 대한 패터닝 공정이 반복되어 진행되고 있음이 일반적이다. 이러한 패터닝 공정은 대부분 각각의 패터닝 공정에 적합한 마스크를 이용하고 있다. 따라서, 현재의 반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서, 연속된 여러 층의 패턴을 수평 수직의 정렬 상태로 양호하게 실현할 수 있는지의 여부는 반도체 소자가 집적화 될수록 더욱 중요한 관건이 되고 있다.At present, it is common to repeat the patterning process for the same substrate to manufacture a semiconductor device. Most of these patterning processes use a mask suitable for each patterning process. Therefore, in the current semiconductor device manufacturing process, whether or not it is possible to satisfactorily realize a pattern of successive layers in a horizontal and vertical alignment has become an important issue as semiconductor devices are integrated.
현재, 디램(DRAM)과 로직 디바이스(logic device)의 집적도가 0.15 마이크로 미터(㎛)의 디자인 룰(design rule)에 이르러서는 포토리소그래피(photo lithography)의 측면에서 패터닝 뿐만 아니라 오버레이(overlay)를 조절하는 것 또한 기술적인 한계에 직면하고 있다.Currently, the integration of DRAM and logic devices has reached a design rule of 0.15 micrometers (μm) to control overlay as well as patterning in terms of photolithography. Doing so also faces technical limitations.
오버레이란, 이전 공정에 구현된 레이어와 현재 공정에서 형성하는 레이어 간의 정렬 상태를 수치로 표시하는 것을 말하며, 통상의 반도체 제조 공정에서는 측정된 오버레이 값을 스캐너(scanner) 또는 스테퍼(steppter)와 같은 노광 장비에 피드백(feedback)함으로써, 하부 레이어와 상부 레이어간의 중첩도를 향상시킨다.Overlay refers to the numerical display of the alignment between the layers implemented in the previous process and the layers formed in the current process. In a typical semiconductor manufacturing process, the measured overlay value is exposed to an exposure such as a scanner or stepper. By feeding back the equipment, the degree of overlap between the bottom and top layers is improved.
반도체 제조 공정의 하나인 포토 리소그래피 공정에 있어서 노광시 발생되는 레벨링 값의 변화에 의해 실제 웨이퍼에 구현되는 패턴의 형상이 많은 영향을 받게 된다. 반도체 디바이스가 더욱 미세해짐에 따라 더욱 변화 가능성이 높아지고 있다.In the photolithography process, which is one of the semiconductor manufacturing processes, the shape of the pattern actually formed on the wafer is greatly affected by the change in the leveling value generated during exposure. As semiconductor devices become finer, the possibility of change is increasing.
이러한 변화 가능성에 대하여 효과적으로 대처하기 위해서는 노광시 레벨링 값을 최적의 상태로 유지되도록 해야 한다.In order to effectively cope with such a possibility of change, it is necessary to keep the leveling value at an optimal state during exposure.
여기에서, 이와 같은 포토리소그래피 공정은 대부분 렌즈(Lens)가 구비된 광학기술을 이용하게 되는데, 이러한 렌즈는 그 특성상 실제패턴의 모양과 크기에 따라 정도가 다른 쉬프트(Shift)를 발생시켜 포토리소그래피 공정 진행시 정렬불량을 유발시키게 된다.Here, most of the photolithography process uses an optical technology equipped with a lens, and such a lens generates a shift that is different in accuracy depending on the shape and size of an actual pattern. This can cause misalignment.
이에 종래에는 노광단계를 진행한 다음 웨이퍼에 형성된 실제패턴이 마스크에 형성된 기준패턴에 어느 정도 정렬되었는지 패턴 정렬도를 비교 측정하고 이를 보정해주는 오버레이 계측공정을 진행하게 되며, 이는 오버레이 계측설비에 의해 수행된다.Therefore, in the related art, after performing the exposure step, the overlay measurement process for comparing and measuring the pattern alignment degree and how much the actual pattern formed on the wafer is aligned with the reference pattern formed on the mask is performed, which is performed by the overlay measurement facility. do.
도 1은 종래 오버레이 마크 측정장비의 개략적인 측면도이다.1 is a schematic side view of a conventional overlay mark measuring apparatus.
도시된 바와 같이, 베이스플레이트(10)와, 베이스플레이트(10)상에서 안착된 웨이퍼를 X축 또는 Y축의 이동과 같이 기울기의 이동이 가능한 XYT축 스테이지(20)가 설치되며, 또 베이스플레이트(10)에는 수직한 기둥(30)이 설치되고, 이 기둥(30)의 끝단부에 직교방향으로 Z축 스테이지(42)를 포함하는 아암(40)이 설치되며, 아암(40)의 단부에는 오버레이 측정을 위한 광카메라부(50)가 설치된다.As shown in the drawing, the
위의 측정 장비를 통한 오버레이 마크 측정을 살펴보면, 도 2에서는 종래 기술에 의한 웨이퍼에 9개의 샷 영역이 형성된 웨이퍼를 도시한 도면이고, 도 3은 종래 기술에 의한 바 형태의 오버레이 마크가 포토마스크의 샷 영역에 배치된 위치를 나타낸 도면이다. Looking at the overlay mark measurement by the above measurement equipment, Figure 2 is a view showing a wafer in which nine shot areas are formed on the wafer according to the prior art, Figure 3 is a bar-shaped overlay mark according to the prior art of the photomask It is a figure which shows the position arrange | positioned at a shot area.
측정방법은 웨이퍼(W) 내에 측정을 하기 위한 샷을 지정하며 일반적으로 5개의 샷 또는 도시된 바와 같이 9개의 샷을 지정한다. 따라서 오버레이 마크의 아우터 박스와 이너 박스가 X, Y축으로 변형되었거나 회전되었다면 많은 오버레이 데이터가 요구된다. 그래서 도 3에서와 같이, 포토 마스크의 샷 영역(60) 외곽에 4개 이상의 오버레이 마크(ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)가 필요하게 되어 포토 마스크의 상당한 영역을 오버레이 마크가 차지하게 된다.The measurement method designates shots for making measurements in the wafer W and generally designates five shots or nine shots as shown. Therefore, if the outer box and the inner box of the overlay mark are deformed or rotated on the X and Y axes, much overlay data is required. Thus, as shown in FIG. 3, four or more overlay marks (©, ⓓ, ⓔ, ⓕ) are required outside the
이에 따라 9개의 샷영역(60)의 오버레이 측정을 위하여 첫 번째 샷영역(60-1)으로 XYT축 스테이지(20)가 이동하면, 아암(40)이 Z축 스테이지(42)로 하여 하강한 후, 첫 번째 샷영역(60-1)에서 오버레이 마크(ⓒ)를 측정한다. 그리고 이동하여 두 번째 샷영역(60-2)의 오버레이 마크(ⓒ)를 측정하는 방식으로 차례로 9번째의 오버레이 마크(ⓒ)를 측정하게 된다. 이렇게 오버레이 마크(ⓒ)의 측정이 완료되면, 위와 같은 방식으로 첫 번째 샷영역(60-1)으로부터 다시 오버레이 마크(ⓓ, ⓔ, ⓕ)의 측정이 샷영역(60-9)까지 이루어진다.Accordingly, when the
따라서 9개의 샷영역(60)을 돌아가면서 총 36회의 측정을 하게 된다.Therefore, a total of 36 measurements are made while rotating the nine
이처럼, 종래의 오버레이 계측설비는 하나의 샷영역(60)에 대하여 4번의 측정이 이루어짐으로써, 한 장의 웨이퍼를 측정하는데 시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. As such, in the conventional overlay metrology facility, since four measurements are performed on one
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 샷영역에서 4개의 오버레이 마크를 동시에 측정할 수 있게 함으로써, 웨이퍼의 오버레이 측정 시간이 단축될 수 있는 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비 및 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, it is possible to measure the four overlay marks at the same time in one shot area, the overlay mark measuring equipment of the semiconductor device that can reduce the overlay measurement time of the wafer And to provide a measuring method.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비에 있어서, Z축 스테이지를 포함하는 아암의 일단부에 설치되어 하나의 샷영역에서 두 개 이상의 오버레이 마크를 동시에 측정할 수 있는 측정수단을 포함하는 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비를 제공한다. The present invention for achieving the above object, in the overlay mark measuring equipment of the semiconductor device, is provided at one end of the arm including the Z-axis stage can measure at least two overlay marks at the same time in one shot area Provided is an overlay mark measuring apparatus for a semiconductor device including measuring means.
또한, 본 발명은, 본 발명의 측정장비를 이용하여 하나의 샷영역에서 4개의 오버레이 마크를 동시에 측정하는 반도체 소자의 오버레이 마크 측정방법을 제공한 다.In addition, the present invention provides an overlay mark measuring method of a semiconductor device for simultaneously measuring four overlay marks in one shot area by using the measuring apparatus of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이동암부의 단면도이다.4 is a perspective view of an overlay mark measuring apparatus of a semiconductor device according to the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view of the movable arm portion according to the present invention.
오버레이 마크 측정장비는 선행기술에 도시된 실시예와 동일한 구성부재에 대해서는 종래 도면을 참조하여 동일한 도면 부호로서 설명한다. The overlay mark measuring device will be described with the same reference numerals for the same constituent members as those shown in the prior art with reference to the prior drawings.
베이스플레이트(10)와, 베이스플레이트(10)상에 안착되는 웨이퍼를 X축과 Y축의 이동과 같이 기울기의 이동이 가능하도록 하는 XYT축 스테이지(20)가 설치되며, 또 베이스플레이트(10)에는 수직한 기둥(30)이 설치되고, 이 기둥(30)의 끝단부에 직교방향으로 Z축 스테이지(42)를 포함하는 아암(40)이 설치된다. 그리고 아암(40)의 단부에는 본원 발명의 특징인 측정수단(100)이 설치된다.The
도 4에서와 같이, 측정수단(100)은 하나의 샷영역에서 두 개 이상의 오버레이 마크를 동시에 측정할 수 있도록 하는 것으로서, 크게 이동암부(110)와 카메라부(120)로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the measuring means 100 measures two or more overlay marks simultaneously in one shot area. The measuring means 100 includes a moving
이동암부(110)는 Z축 스테이지(42)를 통하여 승하강 이동되는 아암(40)의 하부에 복수개 설치되며, 바람직하게는 아암(40)의 하부에서 사방으로 이어져서 오버레이 마크(도3 참고:ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)의 정렬 위치에 따라 수평 이동되도록 설치된다.The
그리고 각 이동암부(110)는 도 5에서와 같이, 정역 회전 가능한 모터(111)가 아암(40)에 내장 또는 외장되어 설치되며, 모터(111)로부터 회전 구동을 전달받는 리드스크류(112)가 설치되고, 이 리드스크류(112)를 내부에 포함하여 나사산을 따라 회전 및 직선 이동되는 제 1 아암(113)이 설치되며, 제 1 아암(113)의 일단부측에는 베어링(114)을 매개로 하여 직선 이동되는 제 2 아암(115)이 "ㄱ" 형태를 가지고 설치된다. And each of the
그리고 "ㄱ"자의 하방을 향한 2 아암(115)의 하단부측에 카메라부(120)가 설치된다.And the
카메라부(120)는 각 오버레이 마크(ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)를 포커싱할 수 있는 렌즈(122)가 마련된다.The
여기서 측정수단(100)은 미도시된 모니터를 톨하여 디스플레이된다.Here, the measuring means 100 is displayed by toll monitor not shown.
이와 같이 구성된 본 발명에서 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비의 작용과 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and method of the overlay mark measuring equipment of the semiconductor device configured as described above are as follows.
먼저, 오버레이 마크를 이용하여 오버레이가 측정되는 것을 좀 더 자세히 설명하면, 오버레이 마크는 아우터 박스(Outer Box:미부호)와 이너 박스(Inner Box:미부호)로 이루어진다. 여기서, 아우터 박스는 반도체 기판의 하부 구조물의 4면에 바 패턴이 배치된 박스 형태로 이루어지고, 이너 박스는 층간 절연막 상부에 하부 구조물을 패터닝하기 위하여 사용되는 마스크, 예를 들어 포토레지스트가 4면에 바 패턴이 배치된 박스 형태로 이루어진다.First, the overlay mark is described in more detail by using the overlay mark. The overlay mark includes an outer box (unsigned) and an inner box (unsigned). Here, the outer box is formed in the form of a box in which a bar pattern is disposed on four surfaces of the lower structure of the semiconductor substrate, and the inner box is a mask used for patterning the lower structure on the interlayer insulating layer, for example, the photoresist is formed on four sides. It is formed in the form of a box in which the eva pattern is arranged.
따라서 아우터 박스와 이너 박스 사이의 거리를 측정하여 이들 거리가 동일한지 아니면 다른지에 따라 반도체 소자의 오버레이를 측정하였다. Therefore, by measuring the distance between the outer box and the inner box, the overlay of the semiconductor device was measured according to whether these distances were the same or different.
이에 오버레이 측정은 오버레이 마크의 에지 신호를 측정하는 간섭계를 이용하여 아우터 박스와 이너 박스를 스캔하고 스캔한 영역내 에지 신호 위치의 각 중심점을 확인하고 중심점 간격을 이용하여 오버레이 측정값을 계산하게 된다. The overlay measurement scans the outer box and the inner box using an interferometer measuring the edge signal of the overlay mark, checks each center point of the edge signal position in the scanned area, and calculates the overlay measurement value using the center point spacing.
이와 같은 오버레이 측정은 본 발명의 측정장비를 통하여 다음과 같이 이루어진다. 웨이퍼 내에 측정을 하기 위한 샷영역(도 2참고:60)이 5개 또는 9개의 샷으로 지정된다. 그리고 포토 마스크의 샷 영역(60) 외곽에는 4개 이상의 오버레이 마크(도 3 참고: ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)가 필요하게 되어 포토 마스크의 상당한 영역을 오버레이 마크가 차지하게 된다.Such overlay measurement is performed as follows through the measuring device of the present invention. A shot area (see FIG. 2: 60) for measuring in the wafer is designated as five or nine shots. In addition, four or more overlay marks (refer to FIG. 3: ©, ⓓ, ⓔ, ⓕ) are required outside the
이에 9개의 샷영역(60)이 차례로 측정이 이루어지도록 샷영역(60)으로 XYT축 스테이지(20)가 이동하고, 아암(40)이 Z축 스테이지(42)로 하여 하강한다. 그리고 아암(40)의 하단부에 위치된 이동암부(110)는 각 오버레이 마크(ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)의 정렬 위치에 따라 길이가 조절되어 수평 이동을 하게 된다.As a result, the
즉, 모터(11)의 구동으로 리드스크류(112)는 회전하고, 리드스크류(112)의 회전 운동은 제 1 아암(113)을 회전 및 직선 이동시키게 되며, 베어링(114)을 매개로 설치된 제 2 아암(115)은 카메라부(120)와 같이 수평 방향으로 전, 후진하는 길이의 변화로 위치를 설정하게 된다.That is, the
다음과 같이 각 이동암부(110)의 위치 고정 후, 각각의 카메라부(120)는 렌즈(122)를 통하여 오버레이 마크를 포커싱하고, 4개의 오버레이 마크를 동시에 측정하게 된다. After fixing the position of each moving
위와 같은 방법으로 9개의 샷영역(60)을 돌아가면서 하나의 샷영역(60)에 대 하여 하나 이상의 오버레이 마크가 동시에 모니터에 디스플레이되어 측정할 수 있게 되었다.As described above, one or more overlay marks for one
이처럼, 종래에 하나의 샷영역(60)에서 각각의 오버레이 마크를 측정함으로써, 많은 측정 시간이 소요되던 것을 복수의 이동암부(110)와 카메라부(120)를 통하여 하나의 샷영역에서 4개의 오버레이 마크를 동시에 측정하게 되며, 더욱이 오버레이 마크의 동시 측정시 상기 오버레이 마크 이미지가 동시에 모니터에 디스플레이되어 오버레이 마크의 측정 시간이 대폭 단축될 수 있다.As such, by measuring each overlay mark in one
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비 및 측정방법은, 하나의 샷영역에서 4개의 오버레이 마크를 동시에 측정할 수 있게 함으로써, 웨이퍼의 오버레이 측정 시간이 대폭 감소되며 장비의 추가 구매 없이도 생산성 향상에 큰 도움이 되는 효과를 가지고 있다.As described above, the overlay mark measuring apparatus and measuring method of the semiconductor device according to the present invention can measure four overlay marks simultaneously in one shot area, thereby significantly reducing the overlay measuring time of the wafer and It's a huge boost to productivity without the need for additional purchases.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 마크 측정장비 및 측정방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for implementing the overlay mark measuring equipment and measuring method of the semiconductor device according to the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, it is claimed in the claims As will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention, the technical spirit of the present invention may be changed to the extent that various modifications can be made.
Claims (5)
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Citations (1)
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2006
- 2006-07-11 KR KR1020060065043A patent/KR100755108B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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KR20050113822A (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-05 | 삼성전자주식회사 | Overlay mark |
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |