KR20000001960A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 공정중의 노광 공정에서 발생할 수 있는 수평 정렬 오차를 점검하기 위한 측정패턴을 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a measurement pattern for checking horizontal alignment errors that may occur in an exposure process during a semiconductor device manufacturing process.
일반적으로, 반도체 장치 제조 공정중의 하나인 노광 공정에서는, 웨이퍼상에 감광 물질을 도포하고 소정의 패턴이 형성된 마스크를 통하여 빛을 조사하여 감광막에 패턴을 전사한다. 이러한 노광공정에서는 매우 작은 선폭의 정밀한 패턴을 형성하여야 하므로, 감광막이 도포된 웨이퍼와 마스크의 정렬이 매우 중요하다.In general, in the exposure step, which is one of the semiconductor device manufacturing processes, a photosensitive material is coated on a wafer and light is irradiated through a mask on which a predetermined pattern is formed to transfer the pattern to the photosensitive film. In such an exposure process, since a precise pattern of very small line width must be formed, alignment of the mask and the wafer coated with the photosensitive film is very important.
이러한 웨이퍼와 마스크의 정렬은 수직 정렬과 수평 정렬을 구분하여 고려하여야 하는 바, 도 1을 참조하여 이들을 설명한다. 도 1은, 수직 정렬은 정확하나 수평 정렬에 오차가 있는 노광 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수직 정렬은 웨이퍼(14)와 마스크(12) 및 광원(10)이 빛의 진행 방향에 따라 정렬되는 것을 말하며, 수평 정렬은 빛의 진행 방향과 수직 방향으로 광원(10), 마스크(12) 및 웨이퍼(14)가 일정한 각도를 유지하는 것을 말한다. 도 1에 도시된 예에서 광원(10)과 마스크(12)는 빛의 진행 방향에 수직을 유지하고 있으나, 웨이퍼(14)가 빛의 진행 방향과 수직인 기준면으로부터 θ만큼 벗어나 있는 것을 볼 수 있다.The alignment of the wafer and the mask should be considered separately from the vertical alignment and the horizontal alignment, which will be described with reference to FIG. 1. 1 conceptually illustrates an exposure system in which the vertical alignment is accurate but there is an error in the horizontal alignment. As shown in FIG. 1, the vertical alignment refers to the alignment of the wafer 14, the mask 12, and the light source 10 according to the light traveling direction, and the horizontal alignment refers to the light source (in the vertical direction and the light traveling direction). 10) The mask 12 and the wafer 14 are said to maintain a constant angle. In the example shown in FIG. 1, the light source 10 and the mask 12 are maintained perpendicular to the direction of light travel. However, it can be seen that the wafer 14 deviates by θ from a reference plane perpendicular to the direction of light travel. .
이러한 경우, 광원으로부터 웨이퍼까지의 빛의 통과 경로가 각각 "가"부분과 "나"부분에서 동일하지 않게 되어, 상기 웨이퍼(14)의 전 표면에 걸쳐 상기 마스크(12)를 통과한 빛의 초점이 일정하게 형성되지 못한다. 따라서, 상기한 바와 같이 수평 정렬이 정확히 이루어지지 않은 상태에서 노광 공정을 진행하게 되면, 상기 웨이퍼(10)상에 도포된 감광막(도시되지 않음)에 원하는 패턴을 정확히 형성할 수 없게 되고, 결국 반도체 장치 자체에 결함을 초래하는 원인이 된다.In this case, the paths of light passing from the light source to the wafer are not the same at the "ga" and "b" parts, respectively, so that the focus of the light passing through the mask 12 over the entire surface of the wafer 14 is increased. This is not formed constantly. Therefore, when the exposure process is performed in a state in which the horizontal alignment is not exactly performed as described above, a desired pattern cannot be accurately formed on the photoresist film (not shown) applied on the wafer 10, and eventually, the semiconductor This can cause a defect in the device itself.
종래에는, 상기와 같은 수평 정렬의 오차를 점검하기 위하여, 주사 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)과 같은 선폭 측정 장치를 이용하여 표면에 형성된 패턴의 선폭을 측정하는 방법을 사용하였다.Conventionally, in order to check the error of the horizontal alignment as described above, a method of measuring the line width of the pattern formed on the surface using a line width measuring device such as a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) was used.
그러나, 이러한 방식은 측정 위치에 따라 측정 결과가 변화하게 되어 정렬 오차의 정도를 일관성 있게 결정할 수 없게 되는 단점을 갖는다. 또한, 상기 선폭 측정 장치를 이용하여 선폭을 측정하는 과정에서 지나치게 많은 시간을 소요하게 되어 전체적인 생산성에 악영향을 미친다.However, this method has a disadvantage in that the measurement results change depending on the measurement position, so that the degree of alignment error cannot be determined consistently. In addition, it takes too much time in the process of measuring the line width by using the line width measuring device adversely affects the overall productivity.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 일관성 있게 수평 정렬 오차를 결정할 수 있도록 수평 정렬 측정패턴을 갖는 반도체 장치 및 그를 사용하여 수평 정렬 오차를 점검하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems is to provide a semiconductor device having a horizontal alignment measurement pattern so that the horizontal alignment error can be determined consistently, and a method for checking the horizontal alignment error using the same.
도 1은 반도체 장치 제조 공정중 노광 공정을 위한 노광 시스템의 개념도.1 is a conceptual diagram of an exposure system for an exposure process during a semiconductor device manufacturing process;
도 2는 본 발명에 의한 포토마스크의 한 실시예를 도시한 도면.2 illustrates an embodiment of a photomask according to the present invention.
도 3은 도 2의 포토마스크를 사용하여 패턴을 형성한 웨이퍼를 도시한 도면.3 illustrates a wafer in which a pattern is formed using the photomask of FIG. 2.
도 4는 도 3의 웨이퍼상에 형성된 다이와 다이 사이의 점검 패턴을 도시한 도면.4 shows a check pattern between the die and the die formed on the wafer of FIG.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 포토마스크를 사용하여 웨이퍼상에 형성된 점검 패턴을 도시한 도면.5 shows a check pattern formed on a wafer using a photomask of another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분의 기호의 설명* Explanation of the symbols of the main parts of the drawings
10 : 광원 12 : 마스크10: light source 12: mask
14 : 웨이퍼 200 : 레티클14 wafer 200 reticle
210 : 필드 영역 220 : 스크라이브 라인 영역210: field area 220: scribe line area
222 : 점검 패턴222: check pattern
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼와 상기 웨이퍼에 패턴을 전사하기 위한 포토마스크 간의 수평 정렬 오류을 측정하기 위한 측정패턴을 가지며, 상기 측정패턴은 X축 정렬 오류를 점검하기 위하여 Y축을 기준으로 대칭인 적어도 하나의 제1 점검패턴쌍, 및 상기 Y축 정렬 오류를 점검하기 위하여 상기 X축을 기준으로 대칭인 적어도 하나의 제2 점검패턴쌍을 포함한다. 바람직하게 상기 제1 점검패턴쌍을 이루는 어느한 점검패턴과 다른한 점검패턴은 노광공정시 서로 다른 필드에서 형성되고, 상기 제2 점검패턴쌍을 이루는 어느한 점검패턴과 다른한 점검패턴은 노광공정시 서로 다른 필드에서 형성된다. 또한, 상기 측정패턴은 제조 공정의 진행에 따라 수평 정렬이 긴요한 층마다 각각 형성된 다수의 상기 제1 및 제2 점검패턴쌍을 포함하며, 상기 측정패턴은 상기 웨이퍼의 스크라이브 영역에 형성된다.In order to achieve the above object, the present invention has a measurement pattern for measuring the horizontal alignment error between the wafer and the photomask for transferring the pattern on the wafer, the measurement pattern is referenced to the Y axis to check the X-axis alignment error At least one first check pattern pair symmetrically and at least one second check pattern pair symmetrical with respect to the X axis to check the Y-axis alignment error. Preferably, one inspection pattern and the other inspection pattern constituting the first inspection pattern pair are formed in different fields during the exposure process, and the inspection pattern and the other inspection pattern constituting the second inspection pattern pair are different from the exposure process. City is formed in different fields. In addition, the measurement pattern includes a plurality of pairs of the first and second check patterns each formed for each layer where horizontal alignment is critical as the manufacturing process proceeds, and the measurement pattern is formed in the scribe area of the wafer.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 포토마스크의 한 실시예를 도시한 도면이다. 여기에서는 설명과 이해의 편의를 위하여, 축소 노광 시스템에 사용되는 5 대 1, 또는 4 대 1의 비율을 갖는 레티클(200)을 예로 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a view showing an embodiment of a photomask according to the present invention. For convenience of explanation and understanding, a reticle 200 having a ratio of 5 to 1 or 4 to 1 used in a reduced exposure system will be described here as an example.
도시된 바와 같이, 상기 본 발명에 의한 레티클(200)은 중앙 부분에 소정의 패턴을 형성하기 위한 필드 영역(210)과, 제조 공정을 완료한 후에 웨이퍼상에 형성된 다이(die)를 절단할 수 있도록 스크라이브 라인을 형성하기 위한 것으로서, 상기 필드 영역의 외각에 형성된 스크라이브 라인 영역(220)을 포함한다. 또한, 상기 스크라이브 라인 영역(220)의 모서리 부분에 수평 정렬 오류 점검을 위한 점검 패턴(222)을 더 포함한다.As shown, the reticle 200 according to the present invention can cut the field region 210 for forming a predetermined pattern in the center portion, and the die formed on the wafer after completing the manufacturing process. In order to form a scribe line so as to include a scribe line region 220 formed on the outer surface of the field region. In addition, a check pattern 222 for checking the horizontal alignment error is further included in the corner portion of the scribe line region 220.
전체 웨이퍼상에 패턴을 전사하기 위하여는, 웨이퍼 및 상기 레티클(200)의 크기를 고려하여 상기 레티클(200)을 일정 거리 이동시키면서 소정 회수 반복하여 패턴을 전사한다. 도 3은 이러한 반복된 이동 및 전사에 의하여 패턴이 형성된 웨이퍼(300)를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(300)상에는 다수의 다이(310)가 형성되며, 상기 다수의 다이(310a)와 다이(310b) 사이에는 스크라이브 라인이 형성되어 절단을 위한 여유 공간이 마련된다.In order to transfer the pattern onto the entire wafer, the pattern is repeatedly transferred a predetermined number of times while moving the reticle 200 by a predetermined distance in consideration of the size of the wafer and the reticle 200. 3 illustrates a wafer 300 in which a pattern is formed by such repeated movement and transfer. As shown, a plurality of dies 310 are formed on the wafer 300, and a scribe line is formed between the plurality of dies 310a and the dies 310b to provide a free space for cutting.
본 발명은, 상기한 바와 같이, 상기 스크라이브 라인이 형성될 영역에 대응되는 레티클(200)의 소정 부위에 상기와 같은 점검 패턴(222)을 형성함으로써 상기 노광 시스템의 수평 정렬 오류를 점검하고자 하는 것으로서, 상기 도 3의 "다" 부분의 확대도인 도 4를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.(이하에서, 상기 레티클(200)상의 점검 패턴(222)과 상기 웨이퍼(300)상의 점검 패턴(322)은 물리적으로는 서로 다른 실체이지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가에게 혼동의 우려가 없으므로, 이해와 설명의 편의를 위하여 "점검 패턴"이라는 용어를 양자에 공히 사용하기로 한다.)As described above, the present invention is to check the horizontal alignment error of the exposure system by forming the check pattern 222 as described above in a predetermined portion of the reticle 200 corresponding to the region where the scribe line is to be formed. The present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4, which is an enlarged view of the "multi" portion of FIG. 3 (hereinafter, a check pattern 222 on the reticle 200 and a check pattern on the wafer 300). Although 322 is physically different from each other, there is no fear of confusion among a person of ordinary skill in the art, and the term "check pattern" will be used for both for convenience of understanding and explanation. )
도 4는 상기 도 2의 레티클(200)을 사용하여 제조 공정을 진행한 후에, 상기 웨이퍼(300)상의 다이(310a)와 다이(310b) 사이에 형성된 점검 패턴(422a 내지 422h)을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼(300)상의 소정의 한 지점에 8개의 점검 패턴(422)이 형성되는 바, 다음과 같은 원리에 의하여 상기 8개의 점검 패턴(422)으로 상기 웨이퍼(300)상의 x축 방향 수평 정렬 오류 및 y축 방향 수평 정렬 오류를 모두 측정할 수 있다.FIG. 4 is a view illustrating inspection patterns 422a to 422h formed between the die 310a and the die 310b on the wafer 300 after the manufacturing process is performed using the reticle 200 of FIG. 2. to be. As shown, eight check patterns 422 are formed at a predetermined point on the wafer 300, and the x-axis on the wafer 300 with the eight check patterns 422 according to the following principle. Both directional horizontal alignment errors and y-axis horizontal alignment errors can be measured.
즉, 제 1 점검패턴쌍(422a 및 422b)의 크기를 측정함으로써 필드 영역 오른쪽의 y축 방향 정렬 오류를 측정할 수 있으며, 제 2 점검패턴쌍(422c 및 422d)의 크기를 측정함으로써 필드 영역 왼쪽의 y축 방향 정렬 오류를 측정할 수 있다. 즉, 만약 상기 웨이퍼(300)가 y축 방향으로 기울어져 있었다면, 상기 점검 패턴(422a)과 상기 점검 패턴(422b)의 크기가 서로 다르게 형성될 것이므로, 이를 측정하면 웨이퍼(300)의 y축 방향 수평 정렬에 오류가 있었음을 알 수 있게 된다.That is, by measuring the sizes of the first check pattern pairs 422a and 422b, the y-axis alignment error on the right side of the field area can be measured, and by measuring the sizes of the second check pattern pairs 422c and 422d, the left side of the field area. You can measure the alignment error in the y-axis. That is, if the wafer 300 is inclined in the y-axis direction, the sizes of the check pattern 422a and the check pattern 422b will be different from each other, so if the wafer 300 is measured, the y-axis direction of the wafer 300 is measured. Notice that there was an error in the horizontal alignment.
또한, 동일한 원리로, 제 3 점검 패턴(422e 및 422f) 쌍의 크기를 측정함으로써 필드 영역 상부의 x축 방향 정렬 오류를 측정할 수 있으며, 제 4 점검 패턴(422g 및 422h) 쌍의 크기를 측정함으로써 필드 영역 하부의 x축 방향 정렬 오류를 측정할 수 있다.Also, by measuring the size of the third check pattern 422e and 422f pairs, the x-axis alignment error at the top of the field region can be measured by the same principle, and the size of the fourth check pattern 422g and 422h pairs is measured. As a result, the x-axis alignment error under the field region can be measured.
상기와 같은 점검 패턴들의 쌍은 상기 웨이퍼(300)상의 어느 위치에서나 쉽게 포착할 수 있으므로 수평 정렬 오류를 점검하기 위하여 측정 기기를 이리저리 이동시켜야 하는 불편을 제거할 수 있으며, 또한 정렬 오류가 감지된 경우에는 그 점검 패턴의 크기의 차이에 의하여 오류의 정도를 정확히 측정할 수 있다.The pair of check patterns as described above can be easily captured at any position on the wafer 300, thereby eliminating the inconvenience of moving the measuring device back and forth to check for horizontal alignment errors, and when an alignment error is detected. The degree of error can be accurately measured by the difference in the size of the check pattern.
또한, 상기와 같은 점검 패턴(222)은 도 2에 도시된 것처럼 상기 레티클(200)의 네 모서리에 각각 두 개씩 형성되어야 하는 것은 아니다. 즉, 도 4에 도시된 네 쌍의 점검 패턴중에서, 상기 제 1 점검패턴쌍(422a 및 422b)과 상기 제 3 점검패턴쌍(422e 및 422f) 만을 형성하는 것만으로도 x축 방향 및 y축 방향 수평 정렬 오류를 모두 점검할 수 있는 것이다.In addition, two check patterns 222 as shown in FIG. 2 need not be formed at four corners of the reticle 200. That is, of the four pairs of check patterns shown in FIG. 4, only the first check pattern pairs 422a and 422b and the third check pattern pairs 422e and 422f are formed to form the x-axis direction and the y-axis direction. You can check for any horizontal alignment errors.
이제, 도 5를 참조하여, 다층 공정이 진행된 후에 일괄하여 각 층의 정렬 오류를 측정할 수 있는 방법을 설명한다. 도 5는 제조 공정의 진행에 따라 수평 정렬이 긴요한 층의 레티클에 점검 패턴을 층마다 각각 형성하여 제조 공정을 수행한 후에, 상기 웨이퍼(300)상에 형성된 점검 패턴(522)을 도시한 도면이다. 도시된 예에서는, 소자 격리층(ISO), 제 1 폴리실리콘층(P1), 제 1 콘택 형성층(P2C), 제 2 폴리실리콘층(P2) 및 제 2 콘택 형성층(P3C)에 사용되는 레티클에 각각 점검 패턴들을 형성하여, 노광한 후 제조 공정을 진행한 경우를 도시하였다.Referring now to FIG. 5, a method by which the alignment error of each layer can be measured collectively after the multilayer process has proceeded will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an inspection pattern 522 formed on the wafer 300 after performing a manufacturing process by forming a check pattern for each layer on a reticle of a layer where horizontal alignment is critical as the manufacturing process proceeds. to be. In the illustrated example, the reticle used for the device isolation layer ISO, the first polysilicon layer P1, the first contact forming layer P2C, the second polysilicon layer P2 and the second contact forming layer P3C is used. Each of the inspection patterns was formed, and the manufacturing process was performed after exposure.
상기와 같은 복합 점검 패턴(522)이 도 4에 도시된 것과 같이 상기 웨이퍼(300)상에 다수 형성될 수 있으므로, 각 층에서의 수평 정렬 오류를 용이하게 점검할 수 있게 되어, 수평 정렬 오류 점검에 소요되는 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.Since the complex check pattern 522 may be formed on the wafer 300 as shown in FIG. 4, the horizontal alignment error in each layer may be easily checked, and the horizontal alignment error check may be performed. The time required for this can be significantly shortened.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의하면, 수평 정렬 오류를 점검하기 위하여 측정 기기를 이리저리 이동시켜야 하는 불편을 제거할 수 있으며, 또한 정렬 오류가 감지된 경우에는 그 점검 패턴의 크기의 차이에 의하여 오류의 정도를 정확히 측정을 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 다층 공정이 진행된 후에 일괄하여 각 층의 정렬 오류를 측정할 수 있게 되어, 수평 정렬 오류 점검에 소요되는 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.According to the present invention, it is possible to eliminate the inconvenience of moving the measuring device around to check the horizontal alignment error, and when the alignment error is detected, the accuracy of the error is accurately measured by the difference in the size of the check pattern. can do. In addition, according to the present invention, it is possible to collectively measure the misalignment of each layer after the multi-layer process has progressed, thereby significantly reducing the time required for the horizontal misalignment check.
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