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KR0157874B1 - Stepper Focus Monitor Device - Google Patents

Stepper Focus Monitor Device Download PDF

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KR0157874B1
KR0157874B1 KR1019940030054A KR19940030054A KR0157874B1 KR 0157874 B1 KR0157874 B1 KR 0157874B1 KR 1019940030054 A KR1019940030054 A KR 1019940030054A KR 19940030054 A KR19940030054 A KR 19940030054A KR 0157874 B1 KR0157874 B1 KR 0157874B1
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Inventor
정재근
Original Assignee
문정환
엘지반도체주식회사
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    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605Workpiece metrology
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Abstract

본 발명은 스텝퍼 포커스 모니터 장치에 관한 것으로, 장방형의 내부금속패턴 외부에 상기 내부금속패턴과 동일한 장방형의 외부금속패턴을 배치하고, 상기 외부금속패턴 외곽의 제1방향과, 상기 내부금속패턴 안쪽의 제1방향에 90°상 이동기를 배치함과 동시에 상기 내부금속패턴과 외부금속패턴 사이의 제1방향과 마주하는 제2방향에 90°상 이동기를 배치하여, 상기 제1방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간 및 제2방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간의 오버레이 에러를 발생시키고 이를 자동 오버레이 측정장치를 통해 동시에 측정하여 최적의 포커스를 용이하게 모니터링함으로써 측정오차를 감소시킬 수 있으며, 포커스 매트릭스를 사용하지 않기 때문에 임의의 포커스에 대한 최적 포커스설정시간 및 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a stepper focus monitor device, wherein a rectangular outer metal pattern that is the same as the inner metal pattern is disposed outside the rectangular inner metal pattern, and the first direction outside the outer metal pattern and inside the inner metal pattern. A 90 ° phase mover is disposed in a first direction, and a 90 ° phase mover is disposed in a second direction facing the first direction between the inner metal pattern and the outer metal pattern. Overlay error between the outer metal pattern and the inner metal pattern and the outer metal pattern in the second direction can be measured simultaneously with the automatic overlay measuring device to easily monitor the optimum focus and reduce the measurement error. Since it is not used, it is possible to shorten the optimal focus setting time and processing time for an arbitrary focus. .

Description

스텝퍼 포커스 모니터 장치Stepper Focus Monitor Device

제1도는 스텝퍼에서의 노광시 포커스를 나누기 위한 포커스 매트릭스를 도시한 것이고,1 shows a focus matrix for dividing focus during exposure on a stepper,

제2도는 테스트 마스크 패턴을 도시한 것이며,2 shows a test mask pattern,

제3도는 포커스별 포토패턴의 대칭상태를 도시한 것이며,3 shows the symmetry of the focus-specific photo pattern,

제4도는 상이동기를 이용한 포커스별 포토패턴의 대칭정도를 도시한 것이며,4 shows the degree of symmetry of the focus-specific photo pattern using the phase shifter,

제5도는 상이동기를 이용한 포커스별 포토패턴의 대칭정도를 오버레이 측정장치로 시뮬레이션한 것이며,5 is a simulation of the symmetry of the photo pattern for each focus using the phase shifter using an overlay measuring device.

제6도는 노광 도우즈별 오버레이 에러를 도시한 것이며,6 shows the overlay error for each exposure dose,

제7도는 본 발명에 의한 스텝퍼 포커스 모니터 장치의 구성을 도시한 것이며,7 shows the configuration of the stepper focus monitor apparatus according to the present invention,

제8도는 본 발명에 의한 스텝퍼 포커스 모니터링 결과를 시뮬레이션한 것이다.8 is a simulation of the stepper focus monitoring results according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 내부금속패턴 20 : 외부금속패턴10: inner metal pattern 20: outer metal pattern

50∼50 : 90°상이동기50 to 50: 90 ° phase shifter

본 발명은 반도체장치에 관한 것으로, 특히 스텝퍼(stepper)를 사용하여 최적의 포커스를 모니터링하기 위한 스텝퍼 포커스 모니터 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a stepper focus monitor apparatus for monitoring an optimal focus using a stepper.

일반적으로 반도체소자의 각 부분의 패턴을 형성하기 위한 사진식각기술은, 포토레지스트를 도포, 노광 및 현상하는 과정으로 이루어지며, 상기 노광시에는 마스크 정렬(mask alignment)을 하기 위한 방법의 하나로 웨이퍼 위의 포토레지스터를 스텝퍼를 사용하여 노광한다.In general, a photolithography technique for forming a pattern of each part of a semiconductor device includes a process of applying, exposing, and developing photoresist, and during the exposure, one of methods for mask alignment is performed on a wafer. Of the photoresist is exposed using a stepper.

그리고 노광 에너지 및 포커스를 나눌 때는 종래에는 칼럼(CLM) 방향으로 일정한 양만큼이 에너지를 나누고, 로우(ROW) 방향으로도 일정한 양만큼의 포커스를 나누어, 제1도에 도시한 바와 같은 각 에너지에 대한 포커스 및 각 포커스에 대한 에너지 형태의 매트릭스를 구성하여 사용하고, 상기 스텝퍼의 테스트 마스크의 패턴으로는 제2도의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 각 크기별 라인/스페이스 패턴 및 홀(hole) 패턴이 사용되었다.When dividing the exposure energy and focus, conventionally, the energy is divided by a certain amount in the column CLM direction, and the focus is divided by a certain amount in the ROW direction, and each energy as shown in FIG. And a matrix of the energy form for each focus, and as a pattern of the test mask of the stepper, as shown in (a) and (b) of FIG. hole) pattern was used.

그리고 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리를 조절하여 최적의 포커스를 찾기 위해 현미경이나 주사식 전자현미경(SEM)을 사용하며, 상기 현미경 이용시에는 적정한 에너지에서 포커스별로 상기 제2도의 패턴이 정의된 포커스 범위를 찾는데, 디파인(define)이 0이 되는 범위를 최적 포커스 범위로 볼 수 있다.In addition, a microscope or a scanning electron microscope (SEM) is used to find an optimal focus by adjusting the distance between the lens and the wafer. When using the microscope, the focus range in which the pattern of FIG. 2 is defined for each focus at an appropriate energy is used. , The range where the fine becomes zero can be regarded as the optimal focus range.

또한, 주사식 전자현미경(SEM) 사용시에도 예를 들어 0.4㎛ 라인/스페이스를 모니터하는 경우 0.2 간격으로 -0.6(렌즈측으로 0.6 올라감)에서 +0.6(웨이퍼 스테이지 측으로 0.6 내려옴) 사이에서 포커스하게 되면 임계치수가 0.4일 때를 최적 포커스로 볼 수 있다.In addition, even when using a scanning electron microscope (SEM), for example, when monitoring a 0.4 μm line / space, if the focus is achieved between -0.6 (0.6 up to the lens side) to +0.6 (0.6 down to the wafer stage side) at 0.2 interval, The optimal focus can be seen when the number is 0.4.

그러나 이러한 종래의 포커싱 모니터링 장치는 포커스 매트릭스 방식을 사용하는 경우 사람의 눈을 이용함으로써 사람에 따라 측정오차가 발생하며, 현미경이나 주사식 전자현미경을 사용하는 경우 시간 손실이 커지게 되는 문제점이 있었다.However, such a conventional focusing monitoring apparatus has a problem that measurement errors occur according to a person by using a human eye when using a focus matrix method, and a time loss increases when a microscope or a scanning electron microscope is used.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 90° 상이동기를 금속패턴 사이에 배치하여 포커스 오차를 측정하기 쉬운 오버레이 오차로 변환시킴으로써 측정오차를 용이하고 빠르게 측정할 수 있는 스텝퍼 포커스 모니터 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above-mentioned conventional problems, the stepper focus can easily and quickly measure the measurement error by disposing a 90 ° phase shifter between the metal patterns and converting the focus error into an overlay error that is easy to measure. The purpose is to provide a monitor device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스텝퍼 포커스 모니터 장치는 장방형의 내부금속패턴 외부에 상기 내부금속패턴과 동일한 장방형의 외부금속패턴을 배치하고, 상기 외부금속패턴 외곽의 제1방향과, 상기 내부금속패턴 안쪽의 제1방향에 90°상 이동기를 배치함과 동시에 상기 내부금속패턴과 외부금속패턴 사이의 제1방향과 마주하는 제2방향에 90°상 이동기를 배치하여 상기 제1방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간 및 제2방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간의 오버레이 에러를 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.The stepper focus monitor apparatus of the present invention for achieving the above object is disposed on the outside of the rectangular inner metal pattern and the same rectangular outer metal pattern as the inner metal pattern, the first direction of the outer metal pattern outer and the inner metal A 90 ° phase mover is disposed in a first direction inside the pattern, and a 90 ° phase mover is disposed in a second direction facing the first direction between the inner metal pattern and the outer metal pattern to thereby move the inner metal in the first direction. The overlay error between the pattern and the outer metal pattern and between the inner metal pattern and the outer metal pattern in the second direction may be simultaneously measured.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 스텝퍼 포커스 모니터 장치는 제7도에 도시한 바와 같이, 두께가 0.5㎛∼0.7㎛ 정도이며, 크기는 15㎛∼20㎛인 장방형의 내부금속패턴(10)과, 상기 내부금속패턴(10) 외곽에 배치되고, 두께가 0.5㎛∼0.7㎛ 정도이며, 크기는 30㎛∼40㎛인 장방형의 외부금속패턴(20)과, 상기 외부금속패턴(20) 외곽의 좌측방향에 배치된 90°상이동기(phase shifter)(50)와, 상기 내부금속패턴(10) 안쪽의 좌측방향에 배치된 90° 상이동기(50')와, 상기 내부금속패턴(10)과 외부금속패턴(20) 사이의 좌측방향과 마주하는 우측방향에 배치된 90°상이동기(50)로 이루어지며, 상기 내부금속패턴(10) 및 외부금속패턴(20)은 크롬을 사용한다.As shown in FIG. 7, the stepper focus monitor apparatus of the present invention has a rectangular inner metal pattern 10 having a thickness of about 0.5 µm to 0.7 µm and a size of 15 µm to 20 µm, and the inner metal pattern ( 10) a rectangular outer metal pattern 20 having a thickness of about 0.5 μm to 0.7 μm and a size of 30 μm to 40 μm, and 90 arranged to the left of the outer side of the outer metal pattern 20. A phase shifter 50, a 90 ° phase shifter 50 ′ disposed to the left of the inner metal pattern 10, and the inner metal pattern 10 and the outer metal pattern 20. It consists of a 90 ° phase mover 50 disposed in the right direction facing the left direction between, the inner metal pattern 10 and the outer metal pattern 20 is made of chromium.

상기와 같이 배치된 스텝퍼 모니터링장치에 의하면 상기 배치된 내부금속패턴(10) 및 외부금속패턴(20)의 직선부를 편의상 좌측으로부터 우측순으로 ⓐ ,ⓑ ,ⓒ ,ⓓ 라 하면 ⓐ 와 ⓑ사이, 즉 X1의 경우는 상기 패턴 ⓐ ,ⓑ , ⓓ 에 대하여 디포커스(defocus)에 의해 ⓐ , ⓓ 패턴은 동일방향으로 이동되고, ⓑ 패턴만 반대로 이동되어 X1에 오버레이 에러를 발생시키고, ⓒ 와 ⓓ 사이, 즉 X2의 경우는 ⓐ , ⓑ , ⓒ에 대하여 X2에 오버레이 에러를 발생시킴으로써 (X1-X2)/2의 오버레이 이동 결과를 얻을 수 있다.According to the stepper monitoring device arranged as described above, if the straight portions of the disposed inner metal pattern 10 and the outer metal pattern 20 are ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ in order from left to right for convenience, that is, between ⓐ and ⓑ. In case of X 1 , the patterns ⓐ and ⓓ are moved in the same direction by defocus with respect to the patterns ⓐ, ⓑ and ⓓ, and only the ⓑ pattern is moved in the opposite direction, resulting in an overlay error at X 1 , ⓒ and ⓓ between, that is, the case of X 2 may be obtained ⓐ, ⓑ, by generating an overlay error with respect to the X 2 ⓒ (X 1 -X 2) / 2 Go for the overlay result.

그리고 제8도는 상기 제7도의 스텝퍼 포커스 모니터 장치의 시뮬레이션결과를 도시한 것으로, K가 가르키는 점선은 디포커스이며, X축의 0을 중심으로 광의 세기가 대칭되게 분포되어 있고, 선의 표시방법에 따라 디포커스가 +1.0∼-1.5인 상태를 표시하고 있다. 그리고 디포커스가 0인 경우, 제7도의 ⓑ 와 ⓒ부근의 광의 세기는 X축의 -0.5 및 0.5에서 피크(peak)이고, 제7도의 ⓐ 및 ⓓ부근의 광의 세기는 X축의 -2 및 2에서 피크로 나타난다. 또한 디포커스가 포지티브(positive)로 되면 X축의 0을 기준으로 디포커스가 0인 상태와 비교하였을 때 광의 세기의 분포는 좌측으로 이동하고, 디포커스가 네가티브(negative)로 되면 우측으로 이동한다.FIG. 8 shows simulation results of the stepper focus monitor of FIG. 7, wherein the dotted line indicated by K is defocus, and the intensity of light is symmetrically distributed around 0 on the X axis, and according to the display method of the line. The defocus is displayed at +1.0 to -1.5. When the defocus is 0, the intensity of light near ⓑ and ⓒ of FIG. 7 is peak at -0.5 and 0.5 of the X axis, and the intensity of light near ⓐ and ⓓ of FIG. 7 is -2 and 2 of X axis. Appears as a peak. Also, when the defocus becomes positive, the distribution of light intensity moves to the left side when compared to the state in which the defocus is 0 based on the zero of the X axis, and moves to the right side when the defocus becomes negative.

이러한 오버레이 에러는 PSM(Phase Shift Mak)에 관한 최근 보고된 인용문헌(SPIE V01, 1674 Optical/Laser Microlithography V(1992)/53의 Conjugate twin-shifter masks with multiple focal planes)을 이용한 것으로, 상기 PSM의 이동기가 180°가 아닌 경우에는 포커스에 따라 이미지(광밀도)의 비대칭이 나타날 수 있는데, 예를 들어 제3도의 (a)도에 도시한 바와 같이 최적의 포커스에서는 포토패턴(1)이 대칭적으로 형성되지만 (b)도와 같이 디포커스에서의 광의 밀도가 불균일하므로 포토패턴(1')이 비대칭적으로 발생된다.This overlay error is based on a recently reported citation on PSM (Phase Shift Mak) (SPIE V01, 1674 Optical / Laser Microlithography V (1992) / 53 Conjugate twin-shifter masks with multiple focal planes). If the mover is not 180 °, the asymmetry of the image (light density) may appear depending on the focus. For example, as shown in (a) of FIG. 3, the photo pattern 1 is symmetrical at the optimal focus. The photo pattern 1 'is asymmetrically generated because the density of light in the defocus is not uniform as shown in (b).

특히, 90°PSM패턴을 사용하면 이미지의 비대칭을 최대화할 수 있는데, 제4도는 이러한 90° 상이동기를 사용하여 포커스 변화에 따른 패턴의 대칭정도를 도시한 것으로 -1.44㎛ 디포커스인 경우(점선)와 +1.44㎛ 디포커스인 경우(일점쇄선)에는 이미지 밀도가 비대칭적이며, 0 디포커스인 경우(실선)에는 이미지 밀도가 0점을 중심으로 대칭이 되며, 따라서 이때는 포토패턴의 비대칭현상이 발생되지 않는다.In particular, the use of a 90 ° PSM pattern can maximize the asymmetry of the image. FIG. 4 shows the symmetry of the pattern according to the change of focus using this 90 ° phase shifter. ) And + 1.44㎛ defocus (single dashed line), the image density is asymmetrical; at 0 defocusing (solid line), the image density is symmetrical around the zero point. It does not occur.

또한 제5도는 상기 90°상이동기를 이용한 포커스별 포토패턴의 대칭정도를 자동 오버레이 측정장치로 시뮬레이션한 것이고, 제6도는 노광 도우즈별 오버레이 에러를 도시한 것으로, 이러한 이미지의 이동이 도우즈량에는 큰 영향을 받지 않으며 대체로 최적의 포커스(점선) 부근에서 포커스에 비례함을 알 수 있다.5 is a simulation of the symmetry of the photo pattern for each focus using the 90 ° phase shifter, and FIG. 6 shows the overlay error for each exposure dose. It is not affected and is generally proportional to the focus near the optimum focus (dotted line).

즉, 상기 90°상이동기를 이용하여 자동 오버레이 측정장치로 측정하면 최적의 포커스 값을 용이하게 알 수 있다.That is, the optimum focus value can be easily determined by measuring by the automatic overlay measuring device using the 90 ° phase shifter.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 스텝퍼 테스트 마스크나 실제 메인 런 마스크(main run mask)에 90°상이동기를 삽입하고, 오버레이 에러를 자동 오버레이 측정장치를 통해 측정하여 최적의 포커스를 용이하게 모니터링함으로써 측정오차를 감소시킬 수 있으며, 포커스 매트릭스를 사용하지 않기 때문에 임의의 포커스에 대한 최적 포커스설정시간 및 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a 90 ° phase shifter is inserted into a stepper test mask or an actual main run mask, and the overlay error is measured through an automatic overlay measuring device to easily monitor the optimum focus. Since the error can be reduced and the focus matrix is not used, the optimum focus setting time and processing time for any focus can be shortened.

Claims (3)

장방형의 내부금속패턴 외부에 상기 내부금속패턴과 동일한 장방형의 외부금속패턴을 배치하고, 상기 외부금속패턴 외곽의 제1방향과, 상기 내부금속패턴 안쪽의 제1방향에 90°상 이동기를 배치함과 동시에 상기 내부금속패턴과 외부금속패턴 사이의 제1방향과 마주하는 제2방향에 90°상 이동기를 배치하여, 상기 제1방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간 및 제2방향의 내부금속패턴과 외부금속패턴간의 오버레이 에러를 동시에 측정하게 구성된 것을 특징으로 하는 스텝퍼 포커스 모니터 장치.A rectangular outer metal pattern identical to the inner metal pattern is disposed outside the rectangular inner metal pattern, and a 90 ° phase shifter is disposed in a first direction outside the outer metal pattern and in a first direction inside the inner metal pattern. At the same time, a 90 ° phase shifter is disposed in a second direction facing the first direction between the inner metal pattern and the outer metal pattern, so that the inner metal between the inner metal pattern and the outer metal pattern in the first direction and in the second direction. Stepper focus monitor device characterized in that configured to measure the overlay error between the pattern and the external metal pattern at the same time. 제1항에 있어서, 상기 내부 및 외부 금속패턴은 두께가 0.5㎛∼0.7㎛ 정도임을 특징으로 하는 스텝퍼 포커스 모니터 장치.The stepper focus monitor apparatus of claim 1, wherein the inner and outer metal patterns have a thickness of about 0.5 μm to about 0.7 μm. 제1항에 있어서, 상기 내부금속패턴은 크기가 15㎛∼20㎛이고, 상기 외부금속패턴은 크기가 30㎛∼40㎛임을 특징으로 하는 스텝퍼 포커스 모니터 장치.The stepper focus monitor apparatus of claim 1, wherein the inner metal pattern has a size of 15 μm to 20 μm and the outer metal pattern has a size of 30 μm to 40 μm.
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