KR20010095798A

KR20010095798A - exposing method for stepper

Info

Publication number: KR20010095798A
Application number: KR1020000019170A
Authority: KR
Inventors: 김장훈
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-11-07

Abstract

PURPOSE: An exposure method of a stepper is provided to improve the productivity by keeping uniform critical dimension. CONSTITUTION: All areas of a wafer coated with photo-resist are divided into unit areas. An exposure process is performed by splitting exposure time and focus for each unit area. A margin of focus depth in each area of the wafer is evaluated by using an electronic microscope. The optimum margin is decided from the evaluated margins(S1). Images corresponding to each unit area of the wafer are determined on the basis of the optimum condition(S2). The corresponding images are an image of a center portion of the wafer, an image around the center portion of the wafer, and an image of an edge portion of the wafer. One image is selected from the corresponding images and the selected image is exposed(S3).

Description

Exposing method for stepper

본 발명은 스테퍼의 노광방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최소선폭(critical dimension: CD)의 산포를 줄여 수율 저하를 개선하도록 한 CD 균일도의 안정화를 위한 스테퍼의 노광방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stepper exposure method, and more particularly, to a stepper exposure method for stabilizing CD uniformity to reduce the spread of the critical dimension (CD) to improve the yield decrease.

일반적으로, 포토공정의 노광방식은 콘택(contact) 방식과 프로젝션(projection) 방식으로 크게 나누어지는데, 상기 콘택방식은 현재 반도체소자의 제조에 거의 사용되지 않지만 얼라인먼트 마진(alignment margin)이 큰 경우에 일부 사용되기도 한다. 또한, 프로젝션방식은 마스크에 형성된 패턴을 광을 이용하여 피노광 기판, 즉 웨이퍼 상에 전사시키는 방법으로서 스테퍼(stepper) 방식과 얼라이너(aligner) 방식으로 구분된다.In general, the exposure method of the photo process is largely divided into a contact method and a projection method, which are rarely used in the manufacture of semiconductor devices at present, but in some cases where the alignment margin is large. Also used. In addition, a projection method is a method of transferring a pattern formed on a mask onto an exposed substrate, that is, a wafer using light, and is classified into a stepper method and an aligner method.

스테퍼 방식은 한번의 노광작업을 실시할 때 노광할 수 있는 면적이 투영렌즈의 유효내경에 의해 제약을 받기 때문에 레티클(reticle)의 패턴을 스테이지(stage)를 이동시키면서 반복적으로 노광을 진행하므로 스루풋(through-put)이 저하되는 반면 얼라인먼트가 향상되는 장점이 있다. 상기 레티클은 주로 석영판재의 표면에 크롬과 같은 불투광 금속의 패턴이 형성된 것이다. 얼라이너방식은 기본적으로 마스크와 플레이트의 크기가 1:1의 일정한 광로상을 동시에 스캐닝하여 패턴을 전사하므로 스루풋이 향상되지만 넓은 영역 즉, 광역 얼라인먼트의 측면에서는 스테퍼 방식보다는 얼라인먼트의 정도가 떨어지는 단점이 있다. 그래서, 현재는 고집적 반도체소자의 제조를 위한 노광공정에는 주로 스테퍼가 사용되고 있다.Since the stepper method is limited by the effective inner diameter of the projection lens when performing one exposure operation, the reticle pattern is repeatedly exposed while moving the stage. While the through-put is reduced, the alignment is improved. The reticle is a pattern of an opaque metal such as chromium is mainly formed on the surface of the quartz plate. The aligner method basically scans a constant optical path with a mask and plate size of 1: 1 and transfers the pattern, so throughput is improved. However, in the area of wide alignment, the alignment degree is lower than that of the stepper method. have. Therefore, at present, a stepper is mainly used in an exposure process for manufacturing a highly integrated semiconductor device.

스테퍼를 이용한 기존의 노광방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 고집적 반도체소자의 종류에 관계없이 감광막(도시 안됨)이 도포된 웨이퍼(10)의 전면에 하나의 맵(map), 즉 하나의 이미지(11)를 사용하여 노광을 진행하여 왔다.In the conventional exposure method using a stepper, as shown in FIG. 1, regardless of the type of highly integrated semiconductor device to be manufactured, a map, that is, a front surface of the wafer 10 to which a photosensitive film (not shown) is applied, is used. Exposure has been performed using one image 11.

여기서, 이미지(11)의 결정 과정을 설명하면, 먼저, 감광막이 도포된 웨이퍼의 각 지역에 대해 노광시간과 포커스의 값을 다르게 분할하여 노광한 후 이를 전자현미경(SEM)으로 노광시간과 포커스의 최적조건을 확인하고 그 최적조건으로 하나의 이미지를 결정한다.Herein, the determination process of the image 11 will be described. First, the exposure time and the focus value are differently exposed to each region of the photosensitive film-coated wafer, and then the exposure time and the focus of the image 11 are determined using an electron microscope (SEM). Identify the optimal condition and determine one image with that optimal condition.

이와 같은 기존의 노광방법은 모든 이미지(11)에 대한 노광시간과 포커스도 하나의 동일한 값으로 결정되어 있기 때문에 노광시간과 포커스의 관리가 용이하였다. 또한, CD 허용범위를 ±30nm로 관리하여도 전 막질의 변화를 전혀 문제화하지 않고 스테퍼 자체의 설비 능력만으로 웨이퍼 가장자리부의 CD 균일도를 유지함으로써 수율 저하의 영향을 극복해 왔다.In the conventional exposure method, since the exposure time and the focus of all the images 11 are determined to be the same value, it is easy to manage the exposure time and the focus. In addition, even if the CD tolerance range is managed at ± 30 nm, the effect of lowering the yield has been overcome by maintaining the CD uniformity at the edge of the wafer with only the capability of the stepper itself without any problem of change in the overall film quality.

그런데, 최근에 들어, 초고집적 반도체소자의 시대로 진입함에 따라 기존의 노광방식은 CD 허용범위를 ±15nm 이내로 관리하여도 스테퍼 자체의 설비 능력만으로 웨이퍼 가장자리부의 CD 균일도를 유지하기 어려워지기 시작하면서 전 막질의 변화도 함께 문제화하여 CD 균일도를 관리하여 왔다. 하지만, 종래의 노광방법은 여전히 수율 저하의 영향을 피하기 어려웠다. 또한, 전(全) 막질 뿐만 아니라 감광막의 롯트(lot) 간의 CD 편차에 의한 CD 헌팅(hunting)을 줄이기 위해 감광막의 롯트 번호도 매우 심도있게 관리하여 왔다.However, in recent years, with the advent of the ultra-high density semiconductor device, even if the conventional exposure method manages the CD tolerance within ± 15 nm, it becomes difficult to maintain the CD uniformity of the wafer edge only by the capability of the stepper itself. Changes in film quality have also been addressed to manage CD uniformity. However, the conventional exposure method is still difficult to avoid the effect of yield reduction. In addition, the lot number of the photoresist film has been managed very in depth to reduce the CD hunting due to CD deviation between the lots of the photoresist film as well as the entire film.

그러나, 기존의 노광방법이 여러 측면에서 CD 균일도 불량을 개선하여 왔음에도 불구하고 스테퍼 설비의 한계 분해능(resolution)과 더불어 CD 및 얼라인먼트 관리 또한 한계점에 직면하게 되었다. 특히, CD 균일도에 영향을 미치는 전 막질의 변화, 스테퍼간의 스트레이 라이트(stray light) 차이 및 스피너 베이커간의 온도 차이를 줄여 안정적인 CD 균일도를 유지하기가 어려웠다. 그래서, 안정적인 CD 관리를 위한 효율적인 방법이 절실히 요구되고 있다.However, although conventional exposure methods have improved CD uniformity defects in many aspects, CD and alignment management also face limitations in addition to the limit resolution of the stepper installation. In particular, it was difficult to maintain stable CD uniformity by reducing the change in film quality, the difference in stray light between steppers and the temperature difference between spinner bakers. Therefore, there is an urgent need for an efficient method for stable CD management.

따라서, 본 발명의 목적은 CD 산포를 줄여 수율저하의 영향을 받지 않도록 한 CD 균일도의 안정화를 위한 스테퍼의 노광방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stepper exposure method for stabilization of CD uniformity to reduce CD scattering so as not to be affected by yield degradation.

도 1은 종래 기술에 의한 스테퍼의 노광방법에 적용된 웨이퍼 상의 동일 이미지들을 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing the same images on a wafer applied to the stepper exposure method according to the prior art.

도 2는 본 발명에 의한 CD 균일도의 안정화를 위한 스테퍼의 노광방법에 적용된 웨이퍼 상의 상이한 이미지들을 나타낸 예시도.2 is an exemplary view showing different images on a wafer applied to the stepper exposure method for stabilization of CD uniformity according to the present invention.

도 3은 스테퍼의 노광방법을 나타낸 플로우차트.3 is a flowchart showing a stepper exposure method;

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CD 균일도의 안정화를 위한 스테퍼의 노광방법은Stepper exposure method for stabilizing the CD uniformity according to the present invention for achieving the above object

감광막이 도포된 웨이퍼에 대해 상기 웨이퍼의 지역별로 초점깊이 마진의 최적조건을 평가하는 단계;Evaluating an optimum condition of a depth of focus margin for each region of the wafer for the photosensitive film-coated wafer;

상기 지역별로 상기 최적조건에 해당하는 이미지들을 각각 결정하는 단계; 그리고Determining images corresponding to the optimum condition for each region; And

상기 이미지들주에서 하나를 상기 지역별로 선택하여 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And selecting one of the images from each of the regions and exposing the region.

바람직하게는 상기 이미지들 각각을 포커스가 동일하고 노광시간만이 다르게 노광할 수 있고, 또한 상기 이미지들을 각각을 포커스와 노광시간을 모두 다르게 노광할 수 있다.Preferably, each of the images may have the same focus and different exposure time, and each of the images may expose different focus and exposure time.

따라서, 본 발명은 상이한 이미지들을 웨이퍼의 지역별로 노광하여 웨이퍼 가장자리부의 CD 균일도를 유지하여 수율 저하의 영향을 억제할 수 있다.Therefore, the present invention can expose different images for each region of the wafer to maintain the CD uniformity of the wafer edge to suppress the effect of yield reduction.

이하, 본 발명에 의한 CD 균일도의 안정화를 위한 노광방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an exposure method for stabilizing CD uniformity according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 CD 균일도의 안정화를 위한 스테퍼의 노광방법에 적용된 웨이퍼 상의 상이한 이미지들을 나타낸 예시도이고, 도 3은 스테퍼의 노광방법을 나타낸 플로우차트이다.2 is an exemplary view showing different images on a wafer applied to a stepper exposure method for stabilizing CD uniformity according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a stepper exposure method.

도 3을 참조하면, 단계(S1)에서는 스테퍼의 모든 노광스텝을 어레인지(arrange)하기에 앞서서 먼저, 감광막이 도포된 웨이퍼(도시 안됨)의 모든 지역에 대해 초점깊이(depth of focus)의 마진을 평가한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 감광막이 도포된 웨이퍼를 단위 영역의 크기로 균등 분할하고 각 단위 지역에 대해 노광시간과 포커스를 스플리트(split)하면서 노광을 실시한 후 상기 웨이퍼를 통상의 현상공정으로 처리한다. 현상공정의 처리가 완료되고 나면, 전자현미경(SEM)을 이용하여 상기 웨이퍼의 각 지역에서의 초점깊이 마진을 평가하고 그 최적조건을 확인한다.Referring to FIG. 3, in step S1, prior to arranging all the exposure steps of the stepper, first, the margin of focus is determined for all regions of the wafer (not shown) to which the photoresist is applied. Evaluate. In more detail, the wafer coated with the photoresist is evenly divided into unit area sizes, and the exposure process is performed while splitting the exposure time and focus to each unit area, and then the wafer is processed in a conventional developing process. do. After the processing of the developing process is completed, an electron microscope (SEM) is used to evaluate the depth of focus margin at each region of the wafer and confirm its optimum condition.

단계(S2)에서는 상기 최적조건이 확인되고 나면, 그 최적조건을 기초로 하여 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10)의 각 단위 지역에 해당 이미지(1),(3),(5)를 결정한다. 즉, 웨이퍼(10)의 중앙부에 이미지(1)가 결정되고, 그 주위 부분에 이미지(3)가 결정되고, 웨이퍼(10)의 가장자리부에 이미지(5)가 결정된다. 여기서, 동일 노광스텝이라도 스테퍼들의 설비호기에 따라 이미지가 상이해지는데 그 이유로는 여러 가지가 있지만, 대표적인 3가지를 기술하면 다음과 같다. 첫 번째, 전 막질의 적층상태가 균일하지 않을 때, 그 막질의 영향에 따라 CD 균일도가 악화될 수 있다. 두 번째, 스테퍼의 스테이지의 균일성이 좋지 않아서 디포커스에 의한 CD 균일도 불량현상이 발생할 수 있다. 세 번째, 스피너 베이커의 온도 균일도가 좋지않아서 그 영향이 CD 균일도를 악화시킬 수 있다.In the step S2, after the optimum condition is confirmed, as shown in FIG. 2 based on the optimum condition, the corresponding images 1, 3, and 5 in each unit region of the wafer 10 are shown. Determine. That is, the image 1 is determined at the center portion of the wafer 10, the image 3 is determined at the peripheral portion thereof, and the image 5 is determined at the edge portion of the wafer 10. Here, even in the same exposure step, the image is different depending on the equipment number of the steppers. There are various reasons for this. First, when the lamination state of the entire film quality is not uniform, CD uniformity may deteriorate according to the influence of the film quality. Secondly, the uniformity of the stage of the stepper is not good, which may result in poor CD uniformity due to defocus. Third, the temperature uniformity of the spinner baker is not so good that its effect may worsen the CD uniformity.

한편, 이미지(1),(3),(5)는 각각 포커스가 동일하고, 노광시간만 상이할 수 있고, 특정 이미지는 포커스와 노광시간이 모두 상이할 수도 있다.On the other hand, the images 1, 3, and 5 may have the same focus, and may differ only in the exposure time, and the specific image may have both the focus and the exposure time.

단계(S3)에서는 이미지(1),(3),(5)가 결정되고 나면, 스테퍼를 이용하여 웨이퍼(10)의 각 지역에 이미지(1),(3),(5) 중에서 해당하는 하나의 이미지를 선택하여 노광한다. 이때, 다수의 상이한 이미지를 웨이퍼의 해당 지역에 노광하므로 노광시간과 포커스의 관리가 이미지의 수량만큼 많아지고 그 만큼 노광시간과 포커스의 관리가 어려워질 수 있으나 실제로는 GPM(global parameter management)이라고 불리워지는 미리 구축한 특정 툴(tool)을 이용함으로써 하나의 이미지를 이용하는 종래의 노광방법과 마찬가지로 간단하게 노광시간과 포커스를 간단하게 관리 운영할 수 있다.In step S3, once the images 1, 3, and 5 have been determined, one of the images 1, 3, and 5 corresponding to each region of the wafer 10 using a stepper is used. Select an image to expose it. In this case, since a plurality of different images are exposed to a corresponding area of the wafer, the exposure time and focus management can be increased by the number of images and the exposure time and focus management can be difficult by that amount, but it is actually called global parameter management (GPM). By using a specific tool built in advance, the exposure time and focus can be simply managed as in the conventional exposure method using one image.

따라서, 본 발명은 웨이퍼의 중앙부는 물론 가장자리부에서도 CD 균일도를 유지하여 초고집적 반도체소자의 CD 안정을 이루고 나아가 수율 향상을 이룩할 수 있다.Accordingly, the present invention maintains CD uniformity at the edge of the wafer as well as at the edge of the wafer, thereby achieving CD stability of the ultra-high density semiconductor device and further improving yield.

한편, 이와는 별도로 전 막질은 전 막질대로 균일도 개선을 지속적으로 진행하고 있으며, 스테이지 및 스피너 베이커 온도의 균일도 개선도 계속 진행하고 있는 중이다.On the other hand, the overall film quality is continuously improving the uniformity as the previous film quality, and the uniformity improvement of the stage and the spinner baker temperature is also continuing.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 지역별로 초점깊이마진을 평가하고 그 최적조건으로 상이한 이미지들을 결정한다. 각 이미지들은 포커스가 동일하고 노광시간만이 다르거나 포커스와 노광시간이 모두 다른 것도 가능하다.As described above, according to the present invention, the depth of focus margin is evaluated for each region of the wafer, and different images are determined under the optimum conditions. Each image may have the same focus, different exposure time, or different focus and exposure time.

따라서, 본 발명은 상이한 이미지들을 노광하므로 웨이퍼의 가장자리부에서의 CD 균일도를 유지하고 나아가 수율 저하의 영향을 받지않는다. 더욱이 특정 툴을 이용하기 때문에 이미지들 수에 해당하는 포커스와 노광시간을 관리하더라도 하나의 이미지를 관리하는 것과 같이 간단하게 관리할 수 있다.Thus, the present invention exposes different images and thus maintains CD uniformity at the edge of the wafer and is not affected by yield degradation. Moreover, because of the use of a specific tool, even if the focus and exposure time corresponding to the number of images can be managed, it is as simple as managing one image.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.On the other hand, the present invention is not limited to the contents described in the drawings and detailed description, it is obvious to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. .

Claims

Evaluating an optimum condition of a depth of focus margin for each region of the wafer for the photosensitive film-coated wafer;

Determining images corresponding to the optimum condition for each region; And

Selecting and exposing one of the images for each of the regions.

2. The method of claim 1, wherein each of the images is exposed with the same focus and different exposure time.

The method of claim 1, wherein each of the images is exposed to different focus and exposure times.