KR20040070826A - Method for inspecting photo process margine in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사진 공정에 관한 것으로, 특히 공정을 진행하기 전에 웨이퍼를 이용하여 포커스 및 에너지 마진을 매트릭스 형태로 확인하여 어느 정도의 공정 마진이 있는지의 여부를 판단할 수 있는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography process. In particular, a photolithography process margin inspection of a semiconductor device capable of determining whether there is a process margin by checking the focus and energy margin in a matrix form using a wafer before proceeding. It is about a method.
일반적으로 새로운 반도체 라인을 설립하거나, 새장비의 도입에 따른 반도체 소자의 제조 능력 지수를 평가하기 위해서는 여러 가지 평가 방법을 실행하고, 장기간의 평가 시일이 요구된다.In general, in order to establish a new semiconductor line or to evaluate the manufacturing capability index of the semiconductor device according to the introduction of new equipment, various evaluation methods are executed, and a long-term evaluation seal is required.
즉, 현재의 공정 생산라인에서 새로 구입한 장비로 임의의 특정 반도체ㅔ 소자를 생산하고자 할 때 반도체 소자의 각 공정 단계들은 공정 능력 및 공정 스텝의 독특한 마진 혹은 공정 지수를 가지게 되며, 이들 공정 마진 및 지수를 평가하기 위해서 다양한 변수를 측정하여야 한다.In other words, when producing a specific semiconductor device with newly purchased equipment in the current production line, each process step of the semiconductor device has a unique margin or process index of process capability and process step. In order to evaluate the index, various variables must be measured.
종래 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법은 소정의 패턴의 사이즈 측정 등과 같은 많은 종류의 검사 필요하며, 예를 들어, 사진 공정에서는 포커스 마진인 초점 심도(Depth of Focus ; DOF) 및 노광 에너지 크기 마진을 측정하여야하며, 축소 노광 장치의 필드 유니포미티나 렌즈 수차 등에 비점수차(astigamtism)도 측정하여야 한다.Photographic process margin inspection method of a conventional semiconductor device requires a large number of types of inspection, such as measuring the size of a predetermined pattern, for example, in the photographic process, the depth of focus (Depth of Focus; DOF) and the exposure energy size margin In addition, astigmatism, such as field uniformity and lens aberration, of a reduced exposure apparatus, should also be measured.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 종래의 사진 공정 마진 검사 방법을 설명한다. 도 1은 종래 사진 공정 마진 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.Hereinafter, a conventional photographic process margin inspection method will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a view for explaining a conventional photo process margin measurement method.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 축소 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼(10) 상의 각 다이(die ; 12)에 대한 노광 공정 시 가로 방향(X축) 방향으로는 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로는 노광 에너지를 변화시켜 노광 공정을 진행한 후, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 다이(12) 내의 라인/스페이스(이하, L/S라 창함)를 SEM 측정 장치로 각 에너지 축을 기준으로 가로축(X축)의 포커스 변화에 따른 패턴의 폭(Development Inspection Critical Dimension)을 측정한 후에 장비의 스펙(Spec, 예를 들면 0.21㎛ ∼ 0.25㎛)을 만족하는 노광 에너지 및 포커스 구간을 확인하면, X 표시된 영역에 해당되는 다이들이 된다.First, as shown in FIG. 1, the exposure focus is changed in the horizontal direction (X-axis) during the exposure process for each die 12 on the semiconductor wafer 10 using the reduced exposure apparatus, and After the exposure process is performed by changing the exposure energy in the direction (Y-axis), lines / spaces (hereinafter referred to as L / S) in each die 12 formed on the semiconductor wafer 10 are angulated with an SEM measuring device. Exposure energy and focus section satisfying the specifications of the equipment (for example, 0.21 μm to 0.25 μm) after measuring the width of the pattern (Development Inspection Critical Dimension) according to the focus change of the horizontal axis (X axis) based on the energy axis If you confirm, the dies correspond to the X-marked area.
X 표시된 영역에 포함된 다이들의 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 감광막 패턴의 폭은 아래의 표 1과 같다.The widths of the photoresist pattern according to the exposure energy and the focus change of the dies included in the area X are shown in Table 1 below.
위의 표 1과 같이, 포커스의 변화 -0.2∼0.2까지 변경되더라도 공정 장비의 스펙에 만족하기 때문에, 사진 공정 마진에서 포커스 마진은 -0.2∼0.2까지이고, 노광 에너지 마진은 30Mj∼38Mj이다.As shown in Table 1 above, even if the change in focus is changed from -0.2 to 0.2, the specification of the process equipment is satisfied. Therefore, the focus margin is -0.2 to 0.2 in the photo process margin, and the exposure energy margin is 30 Mj to 38 Mj.
이와 같이 측정된 사진 공정 마진을 토대로 다이(12)에 형성된 감광막 패턴에 맞추어서 웨이퍼(10) 상에 다이(12)를 임의의 패턴을 형성한다.Arbitrary patterns of the die 12 are formed on the wafer 10 in accordance with the photoresist pattern formed on the die 12 based on the photo process margin measured in this way.
그러나, 상기와 같은 사진 공정 마진 측정 방법은 제품 생산이 시작되는 공정 마진을 측정할 수 있지만 제품을 계속적으로 진행되면서 발생되는 공정 마진의 변화와 같은 문제점에 대해서는 해결하지 못하는 문제점이 있다.However, the photo process margin measurement method as described above can measure the process margin at which the production of the product starts, but there is a problem that cannot be solved such as a change in the process margin generated while the product is continuously being processed.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사진 공정으로 패턴을 형성한 후에 패턴의 크기를 검사하고 패턴에 맞추어서 식각 공정을 진행 한 후에 패턴의 크기를 검사한 후 각각 패턴의 세부 차이를 확인하여사진 공정 마진을 확보할 수 있는 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and after the pattern is formed by a photo process, the size of the pattern is inspected and the etching process according to the pattern after the size of the pattern is inspected after each pattern of The present invention provides a method for inspecting a photo process margin of a semiconductor device capable of securing a photo process margin by checking a detailed difference.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 각 다이에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 사진 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 감광막 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 상기 패턴들의 폭들 중에서 노광 장비의 스펙에 대응되는 폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 상기 제 1 사진 공정 마진을 토대로 상기 감광막 패턴에 맞추어서 상기 반도체 웨이퍼의 각 다이를 식각하여 상기 각 다이에 임의의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 임의의 패턴에 대해 노광 에너지 및 포커스를 X-Y축으로 변화시켜 노광 공정을 진행하고, 상기 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 상기 각 다이에 형성된 패턴들의 폭을 측정하는 단계와, 상기 패턴들의 폭 중에서 상기 스펙에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는 단계와, 상기 제 1, 2 사진 공정 마진을 비교하여 최종 공정 마진을 추출하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention, for each die of the semiconductor wafer on which the photosensitive film pattern is formed to change the exposure energy and focus to the XY axis to proceed the photographing process, each die according to the exposure energy and focus change Measuring a width of the photoresist patterns formed on the substrate; extracting an exposure energy and a focus period having a width corresponding to a specification of an exposure apparatus among the widths of the patterns, and setting the first photo process margin as a first photo process margin; Etching each die of the semiconductor wafer in accordance with the photoresist pattern to form an arbitrary pattern on each die, and changing exposure energy and focus to the XY axis with respect to the arbitrary pattern. And patterns formed on the dies according to the exposure energy and the change in focus. Measuring a width of the light source; extracting an exposure energy and a focus period having a pattern width corresponding to the specification among the widths of the patterns and setting the second photo process margin; Comparing the final process margin.
도 1은 종래 기술에 의한 사진 공정 마진 검사 과정을 설명하기 위한 도면이고,1 is a view for explaining a photographic process margin inspection process according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 도시한 흐름도이고,2 is a flowchart illustrating a photographic process margin inspection process of a semiconductor device according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a photo process margin inspection process of a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10 : 웨이퍼 12 : 다이10 wafer 12 die
본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.There may be a plurality of embodiments of the present invention, and a preferred embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Those skilled in the art will be able to better understand the objects, features and advantages of the present invention through this embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 방법에 관하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진 공정 마진 검사 과정을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, a photographic process margin inspection method of a semiconductor device will be described with reference to the accompanying drawings. 2 is a flowchart illustrating a photographic process margin inspection process of a semiconductor device according to the present invention.
설명에 앞서, 웨이퍼 상에는 임의의 마스크 패턴을 갖는 레티클에 의해 노광되어 감광막 패턴이 형성되어 있다.Prior to the description, a photosensitive film pattern is formed on the wafer by exposure with a reticle having an arbitrary mask pattern.
도 2를 참조하면, 축소 노광 장치를 사용하여 감광막 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼 상(10)의 각 다이(12)에 대해 감광막 패턴 형성 시에 이용한 래티클로 노광 공정을 실시한다. 이때 노광 공정은 가로 방향(X축)으로 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로 노광 에너지를 변화시켜 진행되며, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 다이(12)의 감광막 패턴폭을 SEM 측정 장치로 측정한다(S100). 이때, SEM 측정 장치는 노광 에너지별 포커스 변화에 따른 패턴폭을 측정한다.Referring to FIG. 2, each die 12 of the semiconductor wafer image 10 on which the photoresist pattern is formed is subjected to a reticle exposure process using a reduced exposure apparatus with a reticle used at the time of photoresist pattern formation. At this time, the exposure process is performed by changing the exposure focus in the horizontal direction (X axis) and changing the exposure energy in the vertical direction (Y axis), and scanning the photosensitive film pattern width of each die 12 formed on the semiconductor wafer 10. Measure with a measuring device (S100). At this time, the SEM measuring device measures the pattern width according to the change in focus for each exposure energy.
측정된 감광막 패턴폭들 중에서 노광 장비의 스펙(예를 들면, 0.21㎛∼0.25㎛)에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 1 사진 공정 마진으로 설정한다(S102)Among the measured photoresist pattern widths, an exposure energy and a focus section having a pattern width corresponding to a specification of the exposure equipment (for example, 0.21 μm to 0.25 μm) are extracted and set as a first photo process margin (S102).
단계 S102에서 설정된 제 1 사진 공정 마진을 토대로 감광막 패턴에 맞추어서 반도체 웨이퍼(10)의 각 다이(12)를 식각하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 다이에 임의의 패턴을 형성한다(S104).Each die 12 of the semiconductor wafer 10 is etched according to the photosensitive film pattern based on the first photographic process margin set in step S102, and an arbitrary pattern is formed on each die as shown in FIG. 3 (S104). .
이후, 축소 노광 장치를 사용하여 임의의 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼(10) 상(10)의 각 다이(12)에 대해 감광막 패턴 형성 시에 이용한 래티클로 노광 공정을 실시한다. 이때 노광 공정은 감광막 패턴폭을 측정하는 것과 동일한 방법으로 가로 방향(X축)으로 노광 포커스를 변화시키고, 세로 방향(Y축)으로 노광 에너지를 변화시켜 진행한 후에, 노광 에너지 및 포커스 변화에 따른 각 다이(12)에 형성된 패턴들의 폭을 측정한다(S106).Then, the exposure process is performed with the reticle used at the time of photosensitive film pattern formation with respect to each die 12 on the semiconductor wafer 10 on which the arbitrary pattern was formed using the reduction exposure apparatus. At this time, the exposure process is performed by changing the exposure focus in the horizontal direction (X axis) and changing the exposure energy in the vertical direction (Y axis) in the same manner as measuring the photoresist pattern width. The width of the patterns formed on each die 12 is measured (S106).
일 예로써, 각 다이(12)에 형성된 패턴(14)들의 폭은 아래의 표 2와 같이 나타나는 것을 알 수 있다.As an example, it can be seen that the widths of the patterns 14 formed in each die 12 are shown in Table 2 below.
단계 S106에서 측정된 패턴폭들 중에서 노광 장비의 스펙(예를 들면, 0.21㎛∼0.25㎛)에 대응되는 패턴폭을 갖는 노광 에너지 및 포커스 구간을 추출하여 제 2 사진 공정 마진으로 설정하는데(S108), 이때 제 1 사진 공정 마진과 달리 노광 포커스(-0.2와 +0.2)에서 패턴폭은 위의 표 2와 같이 노광 장비의 스펙에 만족하지 않은 결함 패턴을 나타나는 것을 알 수 있다.The exposure energy and the focus section having the pattern width corresponding to the specifications of the exposure equipment (for example, 0.21 µm to 0.25 µm) are extracted from the pattern widths measured in step S106 and set as the second photographic process margin (S108). In this case, unlike the first photo process margin, it can be seen that the pattern width at the exposure focus (-0.2 and +0.2) shows a defect pattern not satisfying the specification of the exposure apparatus as shown in Table 2 above.
사용자는 노광 공정 후 제 1 사진 공정 마진과 식각 공정 후 제 2 사진 공정 마진의 차이를 이용하여 사진 공정 진행에 필요한 최종 공정 마진을 산출할 수 있으며, 이후 최종 공정 마진을 이용하여 사진 공정을 진행함과 더불어 감광막 패턴에서 이상 없었던 포커스 마진(또는, 노광 에너지 마진)에서 어떤 점이 문제가 되었는지를 식각 후에 형성된 패턴의 관점에서 파악할 수 있다(S110, S112).The user may calculate the final process margin necessary for the photo process using the difference between the first photo process margin after the exposure process and the second photo process margin after the etching process, and then proceed with the photo process using the final process margin. In addition, it is possible to grasp from the viewpoint of the pattern formed after etching what point is a problem in the focus margin (or exposure energy margin) which was not abnormal in the photoresist pattern (S110 and S112).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 감광막 패턴 형성 후와 식각 공정 후에 제 1, 2 사진 공정 마진을 산출한 다음 제 1, 2 사진 공정 마진의 비교를 최종 공정 마진을 산출함으로써, 공정 진행에 따른 공정 마진의 변화를 극복할 수 있다.As described above, the present invention calculates the first and second photo process margins after forming the photoresist pattern and after the etching process, and then calculates the final process margin by comparing the first and second photo process margins, thereby processing process margins according to the process progress. Can overcome the change.
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