KR19980016832A - Focus level measurement method using phase inversion overlay key - Google Patents

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KR19980016832A
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한재성
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김광호
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

반도체 소자 제조시 초점 레벨을 측정하는 방법을 제공하는데 있다. 이는, 위상 반전 오버레이 키들을 비 180°위상 반전 마스크 제작방법으로 마스크의 필드 내에 형성하는 단계, 위상 반전 오버레이 키들이 형성된 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 기판에 위상 반전 오버레이 키들과 각각 대응하는 패턴들을 형성하는 단계, 이 패턴들의 형상을 관찰하여 필드내 초점 레벨을 산출하는 단계 및 산출된 결과물 바탕으로 스테퍼의 초점 레벨링을 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 필드 내 초점 레벨을 정확하게 측정할 수 있으므로 초점 레벨링 보정 또한 정확하게 행할 수 있다.The present invention provides a method for measuring a focus level in manufacturing a semiconductor device. This method includes forming phase inversion overlay keys in a field of a mask using a non-180 ° phase inversion mask manufacturing method, and performing a photolithography process using a mask in which phase inversion overlay keys are formed. Forming, observing the shape of these patterns to calculate the in-field focus level, and correcting the focus leveling of the stepper based on the calculated result. Therefore, since the focus level in the field can be measured accurately, focus leveling correction can also be performed accurately.

Description

위상 반전 오버레이 키를 이용한 초점 레벨 측정 방법How to measure the focus level using the phase reversal overlay key

본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상 반전 오버레이 키(phase shift overlay key)를 이용한 초점 레벨(focus level) 측정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor, and more particularly, to a method of measuring a focus level using a phase shift overlay key.

사진 식각(Photo lithography) 영역에서 사용되는 빛의 파장이 짧아질수록 해상도는 증가되지만 초점심도(DOF)는 갈수록 작아지게 된다.The shorter the wavelength of light used in the photo lithography region, the higher the resolution, but the smaller the depth of focus (DOF).

스테퍼 렌즈 필드(stepper lens field) 안의 모든 부분을 가능한 동일 초점으로 유지시켜야 하는 것은 사진 공정 시 매우 중요하다. 따라서, i-라인(line) 스테퍼에 레벨링(leveling)이라는 기구(tool)를 도입하여 필드 내 초점을 조절하고 있다. 레벨링을 보정하기 위해선 필드 내 초점 정보가 필요한데, 현재 필드 내 초점 변화를 측정하는 방법으론 각 개개인이 실 패턴을 스코프(scope)로 관찰하여 그 프로파일(profile)을 비교 하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이는 개인별의 관점 차이로 인한 오차가 크고 정량화되어 있지 못한 실정이다.It is very important in the photographic process to keep all the parts in the stepper lens field in the same focus as possible. Thus, an in-field focus is controlled by introducing a tool called leveling in the i-line stepper. In order to correct the leveling, focus information in the field is required. As a method of measuring the focus change in the field, each individual observes a real pattern with a scope and compares the profile. However, this is a situation where the error due to individual differences of view is large and not quantified.

본 발명의 목적은 비(non) 180°위상 반전 마스크(PSM)의 에어리얼 이미지(aerial image)의 패턴이 초점의 변화에 따라 비례적으로 이동(shift)한다는 현상을 이용하여 필드내의 초점 레벨 변화를 정량화할 수 있는 초점 레벨 측정 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to change the focus level in a field by using a phenomenon in which the pattern of an aerial image of a non-180 ° phase inversion mask (PSM) shifts in proportion to the change in focus. The present invention provides a method for measuring focus level that can be quantified.

도 1은 비 180°위상 반전 마스크(non 180°phase shift mask)를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a non 180 ° phase shift mask.

도 2의 (a) (b) (c) 및 (d)는 상기 도 1의 마스크를 이용한 사진식각 공정의 결과를 시뮬레이션(simulation)한 도면이다.FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. 3D show simulation results of a photolithography process using the mask of FIG. 1.

도 3은 필드내에 위상 반전 오버레이 키를 형성한 비 180°위상 반전 마스크를 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating a non-180 ° phase inversion mask in which a phase inversion overlay key is formed in a field.

도 4의 (a) (b) 및 (c)는 상기 도 3의 마스크를 이용한 사진식각 공정의 결과를 설명하기 위해 도시한 도면들이다.4A, 4B, and 4C are diagrams for describing a result of a photolithography process using the mask of FIG. 3.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 초점 레벨 측정 방법은, 위상 반전 오버레이 키들을 비 180°위상 반전 마스크 제작방법으로 마스크의 필드 내에 형성하는 단계; 상기 위상 반전 오버레이 키들이 형성된 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 기판에 상기 위상 반전 오버레이 키들과 각각 대응하는 패턴들을 형성하는 단계; 상기 패턴들의 형상을 관찰하여 필드내 초점 레벨을 산출하는 단계; 및 산출된 결과물 바탕으로 스테퍼의 초점 레벨링을 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the focus level measuring method according to the present invention comprises the steps of forming the phase inversion overlay keys in the field of the mask by a non-180 ° phase inversion mask manufacturing method; Performing a photolithography process using a mask on which the phase inversion overlay keys are formed to form patterns corresponding to the phase inversion overlay keys on a substrate, respectively; Observing the shape of the patterns to calculate an in-field focus level; And correcting the focus leveling of the stepper based on the calculated result.

이때, 상기 위상 반전 오버레이 키들을 필드의 왼쪽 상단부(Top Left), 왼쪽 하단부(Bottom Left), 오른쪽 상단부(Top Right), 오른쪽 하단부(Bottom Right) 및 중앙(Center)에 형성하고, 박스형 및 프레임형 중 어느 한 모양으로 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the phase inversion overlay keys are formed in the top left, bottom left, top right, bottom right and center of the field, and are box-shaped and frame-shaped. It is preferable to form in either shape.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 자세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail the present invention.

도 1은 비 180°위상 반전 마스크(non 180°phase shift mask)를 도시한 단면도로서, 도면부호 10 석영을, 12는 0.4㎛ 크기의 크롬(Cr)을, 14는 90°반전 영역을 그리고 16은 위상이 반전되지 않는 영역, 즉 0°반전 영역을 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a non 180 ° phase shift mask, 10 quartz, 12 0.4 chromium (Cr), 14 90 ° inversion, and 16 Represents an area where the phase is not inverted, that is, an 0 ° inversion area.

도 2의 (a) (b) (c) 및 (d)는 상기 도 1의 마스크를 이용한 사진식각 공정의 결과를 시뮬레이션한 도면으로, (a)는 세 종류의 초점 위치를 나타내고. (b)는 디포커스(defocus)가 (0)일 때의 에어리얼 이미지(aerial image)를 나타내며, (c)는 디포커스가 (-)일 때의 에어리얼 이미지를 나타내고, (d)는 디포커스가 (+)일 때의 에어리얼 이미지를 나타낸다.(A) (b) (c) and (d) of FIG. 2 are simulation results of the photolithography process using the mask of FIG. 1, and (a) shows three kinds of focal positions. (b) shows an aerial image when defocus is (0), (c) shows an aerial image when defocus is (-), and (d) shows a defocus. (+) Shows the aerial image.

상기 도 2를 참조하면, 비 180°위상 반전 마스크를 이용하여 사진 공정을 행할 경우 초점에 따라 에어리얼 이미지의 패턴이 비례적으로 이동되는 현상이 발생한다는 것을 알 수 있다. 즉, 디포커스가 (0)일 때는 에어리얼 이미지가 정중앙(도 2의 (b) 참조)에 형성되고, 디포커스가 (-)일 때는 정중앙을 중심으로하여 오른쪽으로 이동하여 형성되며(도 2의 (c) 참조), 디포커스가 (+)일 때는 정중앙을 중심으로하여 왼쪽으로 이동하여 형성된다(도 2의 (d) 참조).Referring to FIG. 2, when the photographing process is performed using the non-180 ° phase reversal mask, it may be seen that the pattern of the aerial image is proportionally shifted according to the focus. That is, when the defocus is (0), the aerial image is formed at the center of the center (see (b) of FIG. 2), and when the defocus is (-), the aerial image is formed by moving to the right centering on the center of the center (see FIG. (c)), when the defocus is (+), it is formed by moving to the left centering on the center of gravity (see (d) of FIG. 2).

본 발명은 상기한 현상을 이용하여, 위상 반전 오버레이 키(phase shift overlay key)를 필드내 형성시켜 초점 에러(focus error)성분이 오버레이 에러(overlay error) 성분으로 표현되게하여 초점 에러 성분과 오버레이 에러 성분과의 관계를 정량화 시키고, 현재 자동화된 메트롤로지 기구(metrology tool)을 이용하여 손쉽게 초점 레벨에 대한 정보를 얻어낸다.The present invention utilizes the above phenomenon to form a phase shift overlay key in a field so that a focus error component is represented by an overlay error component so that the focus error component and the overlay error are generated. Quantify the relationship with the components and easily obtain focus level information using current automated metrology tools.

도 3은 필드내에 위상 반전 오버레이 키를 형성한 비 180°위상 반전 마스크를 도시한 평면도이다. 도면부호 30은 180°반전 영역을, 32는 위상 반전 오버레이 키를 그리고 34는 0°반전 영역을 나타낸다.3 is a plan view illustrating a non-180 ° phase inversion mask in which a phase inversion overlay key is formed in a field. Reference numeral 30 denotes a 180 ° inversion area, 32 a phase inversion overlay key, and 34 a 0 ° inversion area.

위상 반전 오버레이 키(32)는 필드의 왼쪽 상단부(Top Left), 왼쪽 하단부(Bottom Left), 오른쪽 상단부(Top Right), 오른쪽 하단부(Bottom Right) 및 중앙(Center)에 형성하고, 박스형 또는 프레임형으로 형성한다.Phase inversion overlay keys 32 are formed in the Top Left, Bottom Left, Top Right, Bottom Right and Center of the field, and are boxed or framed. To form.

도 4의 (a) (b) 및 (c)는 상기 도 3의 마스크를 이용한 사진식각 공정의 결과를 설명하기 위해 도시한 도면들로서, (a)는 디포커스가 (0)일 때의 에어리얼 패턴을 나타내고, (b)는 디포커스가 (+)일 때의 에어리얼 패턴을 나타내며, (c)는 디포커스가 (-)일 때의 에어리얼 패턴을 나타낸다.(A) (b) and (c) of FIG. 4 are diagrams for explaining the result of the photolithography process using the mask of FIG. 3, and (a) shows an aerial pattern when the defocus is (0). (B) shows the aerial pattern when the defocus is (+), and (c) shows the aerial pattern when the defocus is (-).

도 3의 비 180°위상 반전 마스크를 이용하여 사진식각 공정을 행한 후 기판 상에 형성되는 패턴의 형상(도 4 참조)을 관찰하면 필드 내의 초점 레벨을 쉽게 알 수 있다. 이 후, 이 초점 레벨에 대한 정보를 분석한 후 스테퍼의 레벨링을 조정한다.After performing the photolithography process using the non-180 ° phase reversal mask of FIG. 3, the focus level in the field can be easily seen by observing the shape of the pattern formed on the substrate (see FIG. 4). After this, the information about this focus level is analyzed and the leveling of the stepper is adjusted.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

반도체 소자 제조를 위한 사진 식각 공정 시, 필드 내 초점 레벨을 정확하게 측정할 수 있으므로 초점 레벨링 보정 또한 정확하게 행할 수 있어 기판 상에 형성되는 패턴의 프로파일을 개선할 수 있다.In the photolithography process for manufacturing a semiconductor device, since the focus level in the field can be accurately measured, the focus leveling correction can also be performed accurately, thereby improving the profile of the pattern formed on the substrate.

Claims (3)

위상 반전 오버레이 키들을 비 180°위상 반전 마스크 제작방법으로 마스크의 필드 내에 형성하는 단계;Forming phase inversion overlay keys in a field of the mask with a non-180 ° phase inversion mask fabrication method; 상기 위상 반전 오버레이 키들이 형성된 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 기판에 상기 위상 반전 오버레이 키들과 각각 대응하는 패턴들을 형성하는 단계;Performing a photolithography process using a mask on which the phase inversion overlay keys are formed to form patterns corresponding to the phase inversion overlay keys on a substrate, respectively; 상기 패턴들의 형상을 관찰하여 필드내 초점 레벨을 산출하는 단계; 및Observing the shape of the patterns to calculate an in-field focus level; And 산출된 결과물 바탕으로 스테퍼의 초점 레벨링을 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 오버레이 키를 이용한 초점 레벨 측정 방법.And correcting the focus leveling of the stepper based on the calculated result. 제1항에 있어서, 상기 위상 반전 오버레이 키들을,The method of claim 1, wherein the phase inversion overlay keys, 필드의 왼쪽 상단부, 왼쪽 하단부, 오른쪽 상단부, 오른쪽 하단부 및 중앙에 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 오버레이 키를 이용한 초점 레벨 측정 방법.Focus level measurement method using a phase inversion overlay key, characterized in that formed in the upper left, lower left, upper right, lower right and the center of the field. 제1항에 있어서, 상기 위상 반전 오버레이 키들을,The method of claim 1, wherein the phase inversion overlay keys, 박스형 및 프레임형 중 어느 한 모양으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 오버레이 키를 이용한 초점 레벨 측정 방법.A focus level measurement method using a phase inversion overlay key, characterized in that formed in any one of a box shape and a frame shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100512839B1 (en) * 2001-03-29 2005-09-07 가부시끼가이샤 도시바 Manufacturing method of semiconductor device

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