KR20050039086A - Overlay key and method for measuring overlay using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증착막의 비대칭 증착에 의한 오버레이(overlay) 측정값을 보정함으로써 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있는 오버레이 키이(overlay key) 및 이를 사용한 오버레이 측정 방법에 관한 것으로, 본 발명의 오버레이 키이는, 반도체 웨이퍼의 스크라이브 라인에 형성되어 이전 레이어와 현 레이어의 오버레이를 측정하는데 사용하는 오버레이 키이로서, 이전 레이어에 형성되는 제1 키이와; 현 레이어에 형성되는 제2 키이와; 이전 레이어에 형성된 증착막의 비대칭 증착을 측정하기 위한 보조 키이;를 포함하며, 상기 보조 키이는 제1 키이에 대해 일정한 기울기, 예를 들어 45°의 기울기로 형성된다.The present invention relates to an overlay key capable of improving overlay accuracy by correcting an overlay measurement value by asymmetrical deposition of a deposited film and an overlay measuring method using the same. The overlay key of the present invention is a semiconductor wafer. An overlay key formed on a scribe line of and used to measure an overlay of a previous layer and a current layer, the overlay key comprising: a first key formed on a previous layer; A second key formed in the current layer; And an auxiliary key for measuring asymmetrical deposition of the deposited film formed on the previous layer, wherein the auxiliary key is formed at a constant tilt, for example, a 45 ° tilt with respect to the first key.
Description
본 발명은 반도체 소자의 노광 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증착막의 비대칭 증착에 의한 오버레이(overlay) 측정값을 보정함으로써 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있는 오버레이 키이(overlay key) 및 이를 사용한 오버레이 측정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure process of a semiconductor device, and more particularly, an overlay key and an overlay measuring method using the same, which can improve overlay accuracy by correcting overlay measurement values by asymmetrical deposition of a deposited film. It is about.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 제조 공정 중 사진 공정은 감광막을 이용하여 웨이퍼상에 실제로 필요한 회로 패턴을 형성하는 공정으로서, 상기한 사진 공정은 설계하고자 하는 회로 패턴이 형성된 포토 마스크 또는 레티클에 빛을 조사하여 웨이퍼상에 도포된 감광막을 감광시키는 노광 공정과, 노광 공정에 의해 감광된 웨이퍼상의 감광막의 일부 패턴을 제거하는 현상 공정을 포함하며, 상기한 현상 공정이 완료된 후에는 자기 중첩 진단 노광장치를 이용하여 현재 레이어(layer)와 이전 레이어간의 오버레이(overlay)를 측정하게 된다.As is well known, a photolithography process in a semiconductor manufacturing process is a process of forming a circuit pattern actually required on a wafer by using a photoresist film. And a developing step of removing a portion of the pattern of the photosensitive film on the wafer exposed by the exposure step. After the developing step is completed, a self-overlapping diagnostic exposure apparatus is used. The overlay between the current layer and the previous layer is measured.
이에, 오버레이를 측정하기 위한 종래의 오버레이 키이를 도 1을 참조로 살펴보면 다음과 같다.Thus, referring to FIG. 1, a conventional overlay key for measuring an overlay is as follows.
도 1은 박스-인-박스 형태의 오버레이 키이를 도시한 것이고, 도 2a 및 2b는 증착막의 비대칭 정도에 따라 서로 다른 값으로 측정되는 오버레이 측정값을 나타내기 위한 도 1의 "A-A"부분 단면도를 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates an overlay key in a box-in-box form, and FIGS. 2A and 2B illustrate a partial cross-sectional view of “AA” of FIG. 1 for illustrating overlay measurements measured at different values according to the degree of asymmetry of the deposited film. It is shown.
오버레이 키이(100)는 아우터 박스(outer box: 102)와 인너 박스(inner box: 104)로 이루어진다.The overlay key 100 is composed of an outer box 102 and an inner box 104.
상기한 아우터 박스(102)와 인너 박스(104)는 웨이퍼의 스크라이브 라인에 구비되는 것으로, 아우터 박스(102)는 이전 레이어(이전 공정에서 형성된 하층 레이어를 나타낸다)에 형성한 것이고, 인너 박스(104)는 현 레이어(현 공정에서 형성된 상층 레이어를 나타낸다)에 형성한 것이다.The outer box 102 and the inner box 104 are provided in the scribe line of the wafer, and the outer box 102 is formed in the previous layer (representing the lower layer formed in the previous process), and the inner box 104 ) Is formed on the current layer (indicates the upper layer formed in the current step).
이에, 상기한 아우터 박스(102) 및 인너 박스(104)로 이루어진 오버레이 키이(100)를 사용하여 오버레이를 측정하는 경우에는, 먼저, 인너 박스(104)의 에지(edge)부와 콘트라스트(contrast)를 비교하여 두 에지부를 검출하고, 두 에지부의 좌표를 구한 다음, 이 좌표로부터 인너 박스(104)의 중심선(CL1)을 구한다. 그리고, 아우터 박스(102)도 인너 박스(104)와 동일한 방법으로 중심선(CL2)을 구한다.Accordingly, when the overlay is measured using the overlay key 100 including the outer box 102 and the inner box 104, first, an edge portion and a contrast of the inner box 104 are measured. Are compared to detect the two edge portions, the coordinates of the two edge portions are obtained, and then the center line CL1 of the inner box 104 is obtained from these coordinates. The outer box 102 also obtains the center line CL2 in the same manner as the inner box 104.
이어서, 상기 방법에 따라 얻어진 아우터 박스(102)와 인너 박스(104)의 각 중심선(CL1,CL2)의 좌표를 비교하고, 그 결과로부터 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정한다.Then, the coordinates of the center lines CL1 and CL2 of the outer box 102 and the inner box 104 obtained according to the above method are compared, and the overlay between the previous layer and the current layer is measured from the result.
이와 같이 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이를 측정한 후에는 오버레이 불량이 발생된 경우 웨이퍼로부터 감광막 패턴을 제거한 후, 다시 감광막의 코팅, 노광 및 현상을 반복하게 된다.As described above, after measuring the overlay between the previous layer and the current layer, if an overlay failure occurs, the photoresist pattern is removed from the wafer, and the coating, exposure and development of the photoresist are repeated again.
그러나, 상기한 종래의 오버레이 키이를 사용하여 오버레이를 측정하는 경우에는 하기의 문제점이 있다.However, when measuring the overlay using the conventional overlay key described above, there are the following problems.
전술한 종래의 방법은 위에서 설명한 바와 같이 각 박스의 중심선 좌표를 구하기 위한 기준 이미지(image)로 에지부를 사용한다. 따라서, 도 2a에 도시한 바와 같이 금속 등을 증착하는 증착 공정에서 증착막(106)이 대칭 상태로 균일하게 증착되는 경우에는 아우터 박스(102)의 정확한 에지부 좌표값을 구할 수 있어 정확한 중심선(CL2)을 얻을 수 있다.The conventional method described above uses the edge portion as a reference image for obtaining the centerline coordinates of each box as described above. Therefore, as shown in FIG. 2A, when the deposition film 106 is uniformly deposited in a symmetrical state in the deposition process of depositing metal or the like, an accurate edge coordinate value of the outer box 102 can be obtained to obtain an accurate center line CL2. ) Can be obtained.
그렇지만, 화학기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing) 등에 의해, 특히 금속 증착 공정에서 증착막(106')이 도 2b에 도시한 바와 같이 비대칭(asymmetry) 상태로 불균일하게 증착되는 경우에는 아우터 박스(102)의 정확한 에지부 좌표값을 구할 수 없어 중심선(CL2) 또한 정확한 값을 얻을 수 없다.However, when the deposition film 106 'is unevenly deposited in an asymmetry state as shown in FIG. 2B by a chemical mechanical polishing process or the like, particularly in a metal deposition process, the outer box 102 may be formed. Since the exact edge coordinates cannot be obtained, the center line CL2 cannot also obtain the correct value.
따라서, 증착막(106')이 비대칭 상태로 증착된 경우에는 실제 중심선(CL2')으로부터 일정량(δ)만큼 이동된 중심선(CL2)을 아우터 박스(102)의 중심선으로 구하게 되며, 이로 인해 오버레이 측정값의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, when the deposition film 106 'is deposited in an asymmetrical state, the centerline CL2 shifted by a certain amount δ from the actual centerline CL2' is obtained as the centerline of the outer box 102, and thus the overlay measurement value. There is a problem that the reliability of the.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속층의 비대칭 증착으로 인한 오버레이 측정 오류를 방지할 수 있는 오버레이 키이 및 이를 사용한 오버레이 측정 방법을 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an overlay key and an overlay measuring method using the same, which can prevent an overlay measurement error due to asymmetrical deposition of a metal layer.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
반도체 웨이퍼의 스크라이브 라인에 형성되어 이전 레이어와 현 레이어의 오버레이를 측정하는데 사용하는 오버레이 키이로서,An overlay key formed on the scribe line of a semiconductor wafer and used to measure the overlay of the previous and current layers.
이전 레이어에 형성되는 제1 키이와;A first key formed in the previous layer;
현 레이어에 형성되는 제2 키이와;A second key formed in the current layer;
이전 레이어에 형성된 증착막의 비대칭 증착을 측정하기 위한 보조 키이;An auxiliary key for measuring asymmetrical deposition of the deposited film formed on the previous layer;
를 포함하는 오버레이 키이를 제공한다.Provides an overlay key comprising a.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 보조 키이는 제1 키이에 대해 일정한 기울기, 바람직하게는 45°의 기울기로 형성되는데, 상기 제1 및 제2 키이를 박스 인 박스 형태로 형성한 경우 상기 보조 키이는 아우터 박스로 이루어지는 제1 키이의 모서리 중에서 적어도 어느 한 모서리에 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the auxiliary key is formed with a constant inclination, preferably 45 ° inclination with respect to the first key, the auxiliary key when the first and second keys are formed in a box-in box form The key may be formed on at least one of the corners of the first key formed of the outer box.
그리고, 본 발명은 상기한 오버레이 키이를 사용한 오버레이 측정 방법으로서, 상기 제1 및 제2 키이를 사용하여 이전 레이어와 현 레이어의 오버레이를 측정하기 전 또는 후에 상기 보조 키이를 사용하여 상기 증착막의 비대칭 증착 정도를 측정하고, 상기 비대칭 증착 정도에 따라 상기 양 레이어간의 오버레이 측정값을 보정하는 오버레이 측정 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides an overlay measurement method using the overlay key, wherein asymmetrical deposition of the deposition film using the auxiliary key before or after measuring the overlay of the previous layer and the current layer using the first and second keys. The method provides an overlay measurement method for measuring a degree and correcting an overlay measurement value between the two layers according to the degree of asymmetry deposition.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 비대칭 증착 정도는,According to a preferred embodiment of the present invention, the asymmetric deposition degree,
상기 증착막을 증착하기 이전에 상기 보조 키이의 기울기를 측정하는 단계와;Measuring an inclination of the auxiliary key prior to depositing the deposition film;
측정된 기울기를 기준값으로 지정하는 단계와;Designating the measured slope as a reference value;
상기 증착막을 증착한 이후에 상기 보조 키이의 기울기를 측정하는 단계와;Measuring the inclination of the auxiliary key after depositing the deposition film;
이 기울기를 비교값으로 지정하는 단계와;Designating this slope as a comparison value;
상기 비교값을 기준값과 비교하여 증착막의 비대칭 증착 정도를 측정하는 단계;Comparing the comparison value with a reference value to measure the degree of asymmetry deposition of the deposited film;
를 포함한다.It includes.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 7.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 키이(10)는 기본적으로 박스-인-박스 형태로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the overlay key 10 according to the embodiment of the present invention basically has a box-in-box shape.
상기한 오버레이 키이(10)는 이전 레이어에 형성되는 아우터 박스 형태의 제1 키이(12)와, 현 레이어에 형성되는 인너 박스 형태의 제2 키이(14)를 포함하며, 또한, 이전 레이어에 증착되는 증착막(18)의 비대칭 증착 정도를 측정하기 위한 보조 키이(16)를 더욱 구비한다.The overlay key 10 includes a first key 12 in the form of an outer box formed on the previous layer and a second key 14 in the form of an inner box formed on the current layer, and is deposited on the previous layer. It is further provided with an auxiliary key 16 for measuring the degree of asymmetrical deposition of the deposited film 18.
이때, 상기 제1 키이(12)는 후술하는 보조 키이(16)를 형성함으로 인한 오버레이 키이(10)의 전체 면적 증가를 최소화하기 위해 상기 4개의 바아(bar :12a,12b,12c,12d) 형태로 구성된다.At this time, the first key 12 is formed of the four bars (12a, 12b, 12c, 12d) in order to minimize the increase of the total area of the overlay key 10 by forming the auxiliary key 16 to be described later It consists of.
그리고, 상기 보조 키이(16)는 제1 키이(12)를 구성하는 각 바아(12a∼12d) 사이의 모서리 부분에 형성되는 것으로, 상기한 보조 키이(16)는 제1 키이(12)의 네 모서리 중에서 적어도 어느 한 모서리 부분에만 형성하는 것도 가능하다.The auxiliary key 16 is formed at a corner portion between the bars 12a to 12d constituting the first key 12. The auxiliary key 16 is formed of four keys of the first key 12. As shown in FIG. It is also possible to form only in at least one of the corners.
물론, 상기한 제1 키이(12)를 도 1의 아우터 박스 형태와 동일한 형상으로 형성하는 것도 가능하다.Of course, it is also possible to form the first key 12 in the same shape as that of the outer box of FIG.
이러한 구성의 오버레이 키이(10)를 사용하여 오버레이를 측정하는 경우, 본 실시예는 제1 및 제2 키이(12,14)를 사용하여 이전 레이어와 현 레이어의 오버레이를 측정하기 전 또는 후에 상기 보조 키이(16)를 사용하여 증착막(18)의 비대칭 증착 정도를 측정한 후, 상기 비대칭 증착 정도에 따라 양 레이어간의 오버레이 측정값을 보정하는 것을 특징으로 한다.When measuring the overlay using the overlay key 10 of this configuration, the present embodiment uses the first and second keys 12 and 14 to measure the overlay before or after measuring the overlay of the previous layer and the current layer. After measuring the asymmetric deposition degree of the deposition film 18 using the key 16, the overlay measurement value between both layers is corrected according to the asymmetry deposition degree.
이를 설명하면, 증착막(18)을 증착하기 전에 상기 보조 키이(16)의 중심선(CL3)을 구하여 이 중심선(CL3)의 기울기(α)를 먼저 측정하고, 이 측정된 기울기(α)를 기준값으로 설정한다. 도 4에서는 상기 기준값을 보조 키이(16)의 중심선(CL3)의 기울기(α)로 설정하였으나, 상기 기준값은 도면부호 α'로 도시한 바와 같이 보조 키이(16)의 내측 에지의 기울기로 설정할 수도 있다.To explain this, before depositing the deposition film 18, the center line CL3 of the auxiliary key 16 is obtained, and the tilt α of the center line CL3 is first measured, and the measured tilt α is used as a reference value. Set it. In FIG. 4, the reference value is set to the slope α of the center line CL3 of the auxiliary key 16. However, the reference value may be set to the slope of the inner edge of the auxiliary key 16 as indicated by α ′. have.
이어서, 이전 레이어에 증착막(18)을 증착한 이후 상기 보조 키이(12)의 기울기를 다시 측정하고, 이 기울기를 비교값으로 설정한다.Subsequently, after depositing the deposition film 18 on the previous layer, the slope of the auxiliary key 12 is measured again, and the slope is set as a comparison value.
이때, 제1 키이(12)의 바아(12c) 내면에 증착된 증착막(18)이 도 5a에 도시한 바와 같이 대칭 상태로 형성된 경우에는 보조 키이(16)에도 도 5b에 도시한 바와 같이 증착막(18)이 대칭 상태로 형성된다. 따라서, 이 경우에는 기준값(α)과 비교값(β)이 동일한 값을 갖게 되고, 상기 기준값(α)과 비교값(β)이 서로 동일한 경우에는 증착막(18)이 대칭 상태로 형성되었다고 판단하며, 상기 제1 및 제2 키이(12,14)를 사용하여 양 레이어간의 오버레이를 측정한다.At this time, when the deposition film 18 deposited on the inner surface of the bar 12c of the first key 12 is formed in a symmetrical state as illustrated in FIG. 5A, the auxiliary key 16 may also be deposited as shown in FIG. 5B. 18) is formed in a symmetrical state. Therefore, in this case, the reference value α and the comparison value β have the same value, and when the reference value α and the comparison value β are the same, it is determined that the deposition film 18 is formed in a symmetrical state. The overlay between the two layers is measured using the first and second keys 12 and 14.
그러나, 도 6a에 도시한 바와 같이 제1 키이(12)의 바아(12c) 내면에 증착된 증착막(18')이 비대칭 상태로 형성된 경우, 즉 제1 키이(12)의 좌측 또는 우측 중에서 어느 일측 내면에 증착막이 더욱 두껍게 증착된 경우에는 보조 키이(12)에도 도 6b에 도시한 바와 같이 증착막(18')이 비대칭 상태로 증착된다. 따라서, 증착막(18')을 증착한 이후 보조 키이(16)의 우측 기울기(β')를 측정하면, 상기 기울기(β')는 증착막의 증착 전에 측정한 기준값(α 또는 α')과 다른 값을 갖게 된다.However, as shown in FIG. 6A, when the deposition film 18 ′ deposited on the inner surface of the bar 12c of the first key 12 is formed in an asymmetrical state, that is, either one of the left side or the right side of the first key 12. When the deposition film is deposited thicker on the inner surface, the deposition film 18 'is deposited in the asymmetrical state on the auxiliary key 12 as shown in FIG. 6B. Therefore, if the right inclination β 'of the auxiliary key 16 is measured after the deposition film 18' is deposited, the inclination β 'is different from the reference value α or α' measured before deposition of the deposition film. Will have
이와 같이 증착막(18) 형성 후에 측정한 보조 키이(12)의 기울기(β 또는 β')가 기준값과 다른 값을 갖는 경우에는 이 기울기를 비교값으로 설정하고, 상기 비교값과 기준값(α)을 비교하여 증착막(18)의 비대칭 증착 정도를 측정하며, 측정된 값을 토대로 오버레이 측정값을 보정한다.Thus, when the inclination (beta) or (beta ') of the auxiliary key 12 measured after formation of the vapor deposition film 18 has a value different from a reference value, this inclination is set as a comparison value, and the said comparison value and the reference value (alpha) are made into By comparison, the degree of asymmetric deposition of the deposited film 18 is measured, and the overlay measurement value is corrected based on the measured value.
이때, 상기 보정은 제1 및 제2 키이(12,14)를 사용하여 양 레이어의 오버레이를 측정하기 전 또는 후에 각각 실시할 수 있다.In this case, the correction may be performed before or after measuring the overlay of both layers using the first and second keys 12 and 14, respectively.
그리고, 비교값과 기준값의 차이에 따른 증착막 비대칭 정도를 나타내는 데이터를 미리 테이블로 마련하여 상기한 데이터를 토대로 오버레이 측정값을 보정할 수 있다.In addition, data indicating the degree of deposition asymmetry according to the difference between the comparison value and the reference value may be prepared in a table in advance to correct the overlay measurement value based on the data.
상기 도 6a에는 보조 키이(16)의 우측 내면에 증착막(18)이 두껍게 증착된 상태를 도시하였으나, 이와 반대로 보조 키이(16)의 좌측 내면에 증착막이 두껍게 증착된 경우에는 보조 키이의 좌측 기울기를 비교값으로 설정할 수도 있다.6A illustrates a state in which the deposition film 18 is thickly deposited on the right inner surface of the auxiliary key 16, on the contrary, when the deposition film is thickly deposited on the left inner surface of the auxiliary key 16, the left slope of the auxiliary key is inclined. It can also be set as a comparison value.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 이전 레이어에 증착된 증착막의 비대칭 증착 정도를 측정하고, 이 측정값을 이용하여 오버레이 측정값을 보정함으로써 이전 레이어와 현 레이어간의 오버레이 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can improve the overlay accuracy between the previous layer and the current layer by measuring the asymmetric deposition degree of the deposited film deposited on the previous layer, and correcting the overlay measurement using the measured value. There is an effect that can improve the yield of the semiconductor device.
도 1은 종래 기술에 따른 박스-인-박스 형태의 오버레이 키이의 평면도이고,1 is a plan view of an overlay key in the form of a box-in-box according to the prior art,
도 2a 및 2b는 증착막의 비대칭 정도에 따라 서로 다른 값으로 측정되는 오버레이 측정값을 나타내기 위한 도 1의 "A-A"부분 단면도이며,2A and 2B are partial cross-sectional views of “A-A” of FIG. 1 for illustrating overlay measurements measured at different values according to the degree of asymmetry of the deposited film.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박스-인-박스 형태의 오버레이 키이의 평면도이고,3 is a plan view of an overlay key in a box-in-box form according to an embodiment of the present invention;
도 4는 증착막의 증착 전에 측정한 본 발명의 보조 키이의 기울기를 측정하는 상태를 나타내는 주요부 확대도이며,4 is an enlarged view of an essential part showing a state of measuring the inclination of the auxiliary key of the present invention measured before the deposition of the deposited film;
도 5a 및 5b는 증착막이 대칭 상태로 증착된 경우를 각각 나타내는 도 3의 "B-B"부분 확대 단면도 및 보조 키이의 확대도이고,5A and 5B are enlarged cross-sectional views of a portion " B-B " and an auxiliary key of FIG. 3, respectively, showing a case in which a deposited film is deposited in a symmetrical state;
도 6a 및 6b는 증착막이 비대칭 상태로 증착된 경우를 각각 나타내는 도 3의 "B-B"부분 확대 단면도 및 보조 키이의 확대도이며,6A and 6B are enlarged cross-sectional views of a portion “B-B” of FIG. 3 and an auxiliary key, respectively showing a case in which a deposited film is deposited in an asymmetrical state;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 키이를 이용한 오버레이 측정 방법을 나타내는 블록도이다.7 is a block diagram illustrating an overlay measurement method using an overlay key according to an embodiment of the present invention.
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|---|---|---|---|---|
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