KR19980054447A

KR19980054447A - Sample surface recognition method in lithography process

Info

Publication number: KR19980054447A
Application number: KR1019960073610A
Authority: KR
Inventors: 최병일
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-09-25

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 프레넬 윤대판 패턴을 시료 표면에 형성하고 광을 조사하여 반사된 광의 초점을 광검출기에서 찾아내는 방법을 사용함으로써 시료 표면 인식의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 프레넬 윤대판 패턴을 각 다이내에서 2개 이상의 위치에 삽입하여 시료의 기울어짐이나 휨 등을 동시에 측정할 수 있는 리소그라피 공정에서의 시료 표면 인식 방법이 제시된다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, by using a method of forming a Fresnel wheel plate pattern on the surface of the sample and irradiating light to find the focus of the reflected light in the photodetector, it is possible to improve the accuracy of the sample surface recognition In the present invention, a method for recognizing a sample surface in a lithography process capable of simultaneously measuring tilting or warping of a sample by inserting a Fresnel wheel plate pattern at two or more positions in each die is provided.

Description

Sample surface recognition method in lithography process

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정중 리소그라피 공정에서의 시료 표면 인식 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for recognizing a sample surface in a lithography process during a semiconductor device manufacturing process.

본 발명은 반도체 제조 공정중 리소그라피 공정에서 노광 공정시 웨이퍼(wafer)의 표면 위치를 인식하는 방법으로 웨이퍼 위에 추가로 초점 인식 마크를 프레넬 윤대판(FRESNEL Zone Plate) 원리를 이용한 전용 마크로 형성한 후 그 마크에 빛을 조사하여 반사한 빛을 이용하여 초점 및 웨이퍼 표면의 위치를 인식하는 방법에 관한 것으로 반도체 제조 공정 중 리소그라피 기술 분야에 주로 이용되며 현미경 장치 등의 측정 시스템(system) 등에도 이용할 수 있다.The present invention is a method of recognizing the surface position of the wafer during the exposure process in the lithography process in the semiconductor manufacturing process, after forming the focus recognition mark on the wafer as a dedicated mark using the Fresnel zone plate principle. This method relates to the method of recognizing the position of the focus and wafer surface by using the reflected light by irradiating the mark. It is mainly used in the lithography technology field during the semiconductor manufacturing process, and it can be used for measuring systems such as microscope devices. have.

종래의 시료 표면 인식 방법의 예를 첨부된 도 1 및 도 2를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 시료 표면 인식 방법의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 주로 반도체 제조 장비인 스테퍼(STEPPER)와 같은 노광 장비에 사용되는 방법이다. 이 방법은 시료(11)의 표면 위치를 인식하기 위하여 주 노광렌즈(12), 주 광원(13) 및 별도의 보조 광원(14)을 사용한다. 보조 광원(14)을 시료(11)에 경사지게 입사하여 시료로부터 반사된 빛을 핀 홀을 앞에 둔 광 검출기(15)에서 받는다. 시료의 높이(Z-축)를 변화시키면 광 세기 분포를 얻게되고 그 최대점을 초점 위치로 인식하게 된다.An example of a conventional sample surface recognition method will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows. 1 is a view for explaining a first embodiment of a conventional sample surface recognition method, which is mainly used for exposure equipment such as stepper (STEPPER), a semiconductor manufacturing equipment. This method uses a main exposure lens 12, a main light source 13 and a separate auxiliary light source 14 to recognize the surface position of the sample 11. The auxiliary light source 14 is obliquely incident on the sample 11 and the light reflected from the sample is received by the photodetector 15 in front of the pinhole. Changing the height (Z-axis) of the sample yields a light intensity distribution and recognizes the maximum point as the focal position.

도 2는 종래의 시료 표면 인식 방법의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, SVG 회사의 노광 장비를 도입하여 실시하는 방법이다. 이 방법은 정전용량측정기(capacitance gauge), 즉 반도체 기판을 그라운드(ground)로 하고 다른 전극판을 기판 상부에 일정 간격으로 띄워 양극 사이의 정전 용량을 측정하면서 스캔(scan)하여 그 신호 변화를 인식하고 신호 처리하여 웨이퍼 표면과 정전 용량 측정기(capacitance guage) 사이의 간격을 실시간 측정한다. 두 평판 전극 사이의 정전용량은 전극 사이 물질의 유전율에 비례하고 전극 사이의 간격에 반비례하며, 전극의 평판 면적에 비례한다. 따라서, 일정한 면적을 가진 전극으로 일정 간격을 띄워 스캔할 경우 두 전극 사이의 간격에 따라 서로 다른 값의 정전 용량을 나타낸다.FIG. 2 is a view for explaining a second embodiment of a conventional method for recognizing a surface of a sample, which is performed by introducing exposure equipment of an SVG company. In this method, a capacitance gauge, i.e., a semiconductor substrate is grounded and another electrode plate is floated on the substrate at regular intervals to scan and measure the capacitance between the anodes to recognize the signal change. Signal processing is then performed to measure the gap between the wafer surface and the capacitance guage in real time. The capacitance between two plate electrodes is proportional to the dielectric constant of the material between the electrodes and inversely proportional to the spacing between the electrodes, and is proportional to the plate area of the electrodes. Therefore, when scanning with a predetermined interval spaced by the electrode having a constant area, it shows different values of capacitance according to the distance between the two electrodes.

이들 방법은 현재 사용중이나 그 정확도가 대략 ±0.2㎛ 정도로 반도체 제조 공정이 점점 발전함에 따라 그 정확도의 향상을 더욱 요구한다.These methods are currently in use but require further improvement in accuracy as the semiconductor manufacturing process advances to approximately ± 0.2 μm.

따라서, 본 발명은 프레넬 윤대판(FRESNEL Zone Plate) 원리를 이용한 초점 인식 마크를 시료 위에 추가함으로써 표면 위치 인식의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of improving the accuracy of surface position recognition by adding a focus recognition mark on the specimen using the Fresnel zone plate principle.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 리소그라피 공정에서의 시료 표면 인식 방법에 있어서, 프레넬 윤대판 패턴을 시료 표면에 형성하는 단계와, 상기 시료 표면에 광을 조사하는 단계와, 상기 시료 표면에서 반사된 광의 초점을 광검출기에서 찾아내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for recognizing a sample surface in a lithography process during a manufacturing process of a semiconductor device, the method comprising: forming a Fresnel wheel plate pattern on a sample surface and irradiating light on the sample surface; And finding a focal point of the light reflected from the surface of the sample in a photodetector.

도 1은 종래의 시료 표면 인식 방법의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a first embodiment of a conventional sample surface recognition method.

도 2는 종래의 시료 표면 인식 방법의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a second embodiment of a conventional sample surface recognition method.

도 3은 본 발명에 따른 프레넬 윤대판의 패턴도.Figure 3 is a pattern of the Fresnel wheel rim according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 프레넬 윤대판을 이용한 시료 표면 인식 방법의 일실시 예를 설명하기 위한 도면.Figure 4 is a view for explaining an embodiment of a sample surface recognition method using a Fresnel wheel plate according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

21: 시료22: 프레넬 윤대판 패턴21: Sample 22: Fresnel wheel plate pattern

23: 광검출기24: 빔 스플리터23: photodetector 24: beam splitter

25: 단색 광원25: monochrome light source

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 프레넬 윤대(FRESNEL Zone)의 원리를 설명하기 위한 패턴도이다. 원형 띠로된 반사막을 가정하고 각 띠들은 번갈아가며 반사율이 높고 낮음을 반복한다. 각 띠의 반경을 R이라 하고 이 반사판에 비추는 빛의 파장을 λ라 할 때, n번째 반사판의 간격은 다음의 수학식 같은 관계를 갖는다.3 is a pattern diagram for explaining the principle of the Fresnel zone (FRESNEL Zone) according to the present invention. Assuming a reflective band of circular bands, each band alternates between high and low reflectivity. When the radius of each band is R and the wavelength of light shining on the reflecting plate is lambda, the spacing of the nth reflecting plate has the following equation.

[수학식][Equation]

위의 수학식에 의하면 띠는 가운데에서 외곽으로 떨어지면서 반경이 점점 작아짐을 알 수 있다. 예를 들어 평행, 단색광을 이러한 반사판에 비추었을 때 프레넬(Fresnel) 회절 이론에 의하면 반사광은 일정한 거리 L에 집광되어 마치 오목 반사경의 효과를 나타낸다. 첫 띠가 반사율이 높든지 낮든지는 큰 차이가 없고 다만 반사율의 차이가 클수록 그 효율이 좋다. 또한 띠의 갯수가 많을수록 효율이 좋다. 예를 들어 첫 띠의 반경을 10㎛ 크기로 하고, He-Ne 레이저(laser)(λ=0.633㎛)를 사용했을 때 초점 거리 L은 약 160㎛가 된다. 현재의 반도체 제조 공정에서 약 100㎛ 크기의 여유 공간만 있다면 약 20개 이상의 띠를 가진 윤대판 패턴을 형성할 수 있으므로 적용하는데 전혀 무리가 없다.According to the above equation, the bands fall from the center to the outside, and the radius decreases gradually. For example, when parallel, monochromatic light is reflected on such a reflector, Fresnel diffraction theory shows that the reflected light is focused at a certain distance L, which is almost like the effect of a concave reflector. Whether the first band has a high or low reflectance does not make a big difference, but the greater the difference in reflectance, the better the efficiency. Also, the more the number of bands, the better the efficiency. For example, when the radius of the first band is 10 μm and the He-Ne laser (λ = 0.633 μm) is used, the focal length L is about 160 μm. In the current semiconductor manufacturing process, if there is only about 100 μm of free space, it is possible to form a wheeled plate pattern having about 20 or more bands.

도 4는 본 발명에 따른 프레넬 윤대판(FRESNEL Zone Plate)을 이용한 시료 표면 인식 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이 시료(21) 표면에 프레넬 윤대판 패턴(22)을 형성한다. 윤대판 패턴(22)이 형성된 시료(21)의 상부에는 공간적인 상을 얻을 수 있는 광 검출기(23)를 형성하고, 시료(21)와 광 검출기(23) 사이에 빔 스플리터(Beam Splitter)(24)를 경사지게 형성한다. 그리고 레이저 등의 단색 광원(25)을 빔 스플리터(24)에 조사하면 빔 스플리터에 의해 반사된 빛이 프레넬 윤대판(22)이 형성된 시료(21)에 조사되게 된다. 이때 시료(21) 표면에 아래 위로 스캔하면서 광 검출기(23)에서 신호를 분석하여 초점 위치를 찾는다.4 is a view for explaining an embodiment of a sample surface recognition method using a Fresnel zone plate (FRESNEL Zone Plate) according to the present invention. As shown, a Fresnel annular plate pattern 22 is formed on the surface of the sample 21. On the upper part of the sample 21 on which the annular plate pattern 22 is formed, a photo detector 23 capable of obtaining a spatial image is formed, and a beam splitter is formed between the sample 21 and the photo detector 23 ( 24) to be inclined. When the monochromatic light source 25 such as a laser is irradiated to the beam splitter 24, the light reflected by the beam splitter is irradiated onto the sample 21 on which the Fresnel annular plate 22 is formed. At this time, while scanning the surface of the sample 21 up and down, the signal is analyzed by the photo detector 23 to find the focal position.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존의 공정에 작은 면적을 차지하는 윤대판 패턴을 추가하여 웨이퍼 표면의 위치 인식의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 본 발명에 의한 방법은 윤대판 각 띠의 반경만 정해지면 항상 일정한 측정 결과를 주므로 다른 공정에 의해 패턴에 다소 손상이 오거나 변형이 되어도 같은 결과를 주게되는 장점이 있다. 또한 윤대판 패턴을 각 다이(die) 내에서 2개 이상의 위치에 삽입하여 웨이퍼의 기울어짐이나 휨 등을 동시에 측정할 수 있는 효과도 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of the position recognition of the wafer surface by adding the annular plate pattern that occupies a small area in the existing process, and the method according to the present invention has a radius of each band of the annular plate. If it is determined, it always gives a constant measurement result, so it has the advantage of giving the same result even if the pattern is damaged or deformed by other processes. In addition, it is also possible to insert the wheel plate pattern at two or more positions in each die to simultaneously measure the inclination and warpage of the wafer.

Claims

In the method for recognizing a sample surface in a lithography step of a semiconductor device manufacturing step,

Forming a Fresnel wheel plate pattern on the sample surface;

Irradiating light onto the sample surface;

A method for recognizing a sample surface in a lithography process, comprising: finding a focus of light reflected from the sample surface in a photodetector.

The method of claim 1, wherein the Fresnel wheel plate pattern has an area of 100 × 100 μm ² or less.

The method of claim 1, wherein the Syick Fresnel wheel plate pattern has a reflector radius as shown in the following formula.

[expression]

Where R is the radius of each band, λ is the wavelength of light shining on the reflector, and n is the number from the center of the reflector to the reflector.

The method of claim 1, wherein the Fresnel wheel plate pattern has a high reflectivity band and a low reflectance band repeatedly formed.

The method of claim 1, wherein the photodetector is a detector capable of knowing a spatial distribution of light.