KR0164078B1 - 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크 - Google Patents

노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자 제조시 적용되는 리소그라피 공정에서 분야에서 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크에 관한 것으로, 노광 에너지 및 포커스의 변화가 오버레이 마크에서 위치 시프트 되도록 오버레이 마크를 구비하고, 이러한 오버레이 마크를 이용하여 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고 노광 에너지 및 포커스의 변화를 모니터 할수 있도록 하는 것이다.

Description

노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크
제1도는 본 발명에 의해 노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크가 구비된 마스크를 도시한 평면도.
제2도는 포커스의 변화가 패턴의 이동으로 나타나게 되는 원리를 도시한 도면.
제3도는 노광 에너지의 변화가 오버레이 마크의 위치 시프트로 측정되는 원리를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광 차단패턴 2 : 반 투과 패턴
3 : 위상 시프트영역 4 : 광 투과영역
본 발명은 반도체소자 제조시 적용되는 리소그라피 공정에서 분야에서 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크에 관한 것으로, 특히, 오버레이 마크를 이용하여 레지스터 패턴을 형성하는 경우에 노광된 에너지 및 포커스의 변화를 모니터 할 수 있도록 하는 노광 마스크에 관한 것이다.
마스크 상의 패턴을 원하는대로 웨이퍼 면에 도포된 포토레지스트 패턴으로 얻기 위해서는 노광에너지와 노광 포커스(focus)의 두가지 중요한 공정변수의 조절이 필요하다.
포토레지스트에 노광된 에너지를 측정하기 위해서는 CD-SEM등의 장비를 이용하여 직접 레지스트 패턴을 측정하는 방법이 있을 수 있고 포커스를 측정하기 위해서는 포커스에 따른 패턴의 변화를 CD-SEM이나 광학 현미경 등의 장비를 이용하여 관찰함으로써 실현할 수 있는데 이러한 방법은 시간이 많이 소요되고, 웨이퍼내에서 또는 필드내에서 많은 곳을 측정하기 곤란하므로 원활한 에너지와 포커스의 모니터 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 노광 에너지 및 포커스의 변화가 오버레이 마크에서 시프트 되도록 오버레이 마크를 구비하고, 이러한 오버레이 마크를 이용하여 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고 노광 에너지 및 포커스의 변화를 모니터 할수 있도록 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 방법과 오버레이 마크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크가 구비된 마스크에 있어서,
노광 에너지와 포커스의 변화가 오버레이 마크에서 내부 박스와 외부 박스 사이의 위치 시프트로 나타나도록 하고, 노광에너지는 X축으로 나타나고 포커스는 Y축으로 나타나도록 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면 짧은시간에 많은 곳에서 노광 에너지와 포커스를 측정함으로써 충분한 정보를 얻을 수 있으므로, 양산라인에서 생산량이 강조되는 경우 유용하게 사용할 수가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 의해 노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크가 구비된 마스크를 도시한 평면도로서, 내부 박스와 외부 박스로 구비되고, 위치에 따라 광 차단패턴(1), 투과도가 40% 정도인 반 투과성 패턴(2), 90°위상 시프트영역(3) 및 투과영역(4)으로 이루어진다. 상기 광 차단패턴(1)에는 일반적으로 크롬패턴이 구비되고, 광 투과영역(4)은 석영기판으로 구비된다.
노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크의 내부 박스와 외부박스의 바의 형태가 비대칭 구조로 배열되는데 예를들어 외부박스의 좌측에는 좌측에서 우측 방향으로 광 투과영역(4), 광 차단 패턴(1), 반 투과 패턴(2) 및 위상 시프트 영역(3)의 순서로 구비되고, 외부박스의 우측은 좌측에서 우측 방향으로 위상 시프트 영역(3), 광 차단 패턴(1) 및 반 투과 패턴(2)의 순서로 구비된다.
또한, 내부박스의 좌측에는 좌측에서 우측 방향으로 위상 시프트 영역(3), 반 투과 패턴(2), 광 차단 패턴(1), 광 투과영역(4)의 순서로 구비되고, 내부박스의 우측은 좌측에서 우측 방향으로 광 투과 영역(4), 반 투과 패턴(2), 광 차단 패턴(1) 및 투과 패턴(2)의 순서로 구비된다.
그리고, 상기 외부박스와 내부박스의 대각선으로 절단하는 경우에 내부박스 내측의 저부면에 위상 시프트 영역(3)이 구비되고, 내부박스와 외부박스사이의 하부면은 광 투과영역(4)으로 구비되고, 외부박스의 하부측으로 위상 시프트 영역(3)이 구비된다.
제2도는 포커스의 변화가 패턴의 이동으로 나타나게 되는 원리를 도시하는 것으로 제2도의 (a)는 제1도의 I∼I를 따라 절단한 단면도로서, 광 투과영역(4), 광 차단영역(1) 및 90°위상 시프트영역(3)이 있는 마스크의 단면도이다.
제2도의 (b)는 제2도의 (a)의 마스크를 이용하여 포지티브 레지스트에 노광 공정을 실시할 때 광이 100% 투과되는 광 투과영역(4) 하부에는 빛의 세기가 크게 나오고, 광 차단패턴(1)과 위상 시프트 영역(3)의 경계부에서 빛의 세기가 거의 0으로 나타나는데 실선으로 도시된 위상은 포커스가 zero인 경우이며, (-)포커스에서는 좌측으로 90°만큼 위상(점선으로 도시)은 이동되고, (-)쪽 포커스에서는 우측으로 90°만큼 위상이 이동되어 나타나며 그로인하여 에어리얼 이미지(aerial image)의 포커스에 따른 변화를 얻을수가 있음을 도시한다.
제3도는 노광 에너지의 변화가 오버레이 마크의 위치 시프트로 측정되는 원리를 도시한 것으로 좁은 광 차단패턴의 바로 옆에 투과도가 약 40%정도인 반 투과패턴의 좁은 선이 붙어 있는 마스크(a)에 의해 얻어지는 에어리얼 이미지는 제2도의 (b)와 같다. 라인/스페이스 패턴(line/space pattern)의 경우 레지스트의 쓰레쉬홀드 에너지(thresh- hold energy, Eth)에 비해 2-3배 정도의 에너지로 노광해 주어야 함을 비추어 볼 때 40%정도의 투과에너지는 레지스트의 Eth 근처의 값으로, 레지스트가 현상공정에서 전부 제거될 수도 있고 전부 제거되지 않을 수도 있는 수준에 해당한다. 즉 이 부근에서 노광에너지의 조그만 변화가 레지스트 패턴 크기에 바로 영향을 미칠 수 있게 되므로 노광에너지의 미세변화를 감지할 수 있는 기반이 된다.
상기 위상 시프트 영역은 45 내지 135°까지 위상 시프트 되도록 구비 할 수가 있으며, 상기 반 투과 패턴은 광 투과율이 30-50%인 것을 사용할 수가 있으며, 상기 노광 마스크를 이용하여 노광하는 레지스트는 포지티브 또는 네가티브 레지스트를 이용할 수가 있으며, 상기 노광 마스크를 이용하는 노광장비는 G-라인, i-라인 또는 DUV 파장을 이용할 수가 있다.
다시 제1도를 참조하여 살펴보면, x축으로 노광 에너지의 변화를 측정하고, y축 방향으로 포커스 변화를 측정하기 위한 것이다. x축 방향으로 보면 좌측의 외부 박스와 내부 박스 사이의 거리는 노광 에너지가 증가하게 되면 외부박스와 내부박스의 폭이 줄어들게 됨에 따라 증가하게 되고 우측의 외부박스와 내부박스의 사이의 거리는 변하지 않으므로, 전체적으로 중심이 우측으로 이동이 되는 결과를 얻게 되고 y축 방향으로 보면 포커스가 (+)쪽으로 옮겨감에 따라 위쪽의 외부박스와 내부박스의 사이의 거리는 줄어들게 되고(외부박스와 내부박스의 사이가 90°위상 시프트 영역쪽으로 이동), 아랫쪽 외부박스와 내부박스의 사이의 거리는 증가하게 됨에 따라 중심이 아래쪽으로 이동한 결과를 얻을 수 있다.
위와 같이 제1도의 오버레이 오프셋(Overlay offset)을 측정하여 x축 데이터로부터 노광 에너지의 변화를 그리고 y축 데이터로부터 포커스의 변화를 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 특정한 묶음으로 진행된 웨이퍼들에서 CD와 상기의 오버레이 마크에 의한 오버레이 데이터를 정정시킴으로써, 잔여 웨이퍼에 대한 아웃 고잉 인스펙션(out going inspection)을 단순 오버레이 측정으로 대신할 수가 있다. 또한, 상기한 마크를 노광장비의 조명 균일도(illumination uniformity)와 포커스 균일도(unifomity)를 측정하는데 이용할 수가 있다.
상기한 본 발명에 의하면 반도체 리소그라피 공정에 있어서, 노광 에너지 및 포커스 등의 공정변수들이 웨이퍼내 또는 필드내에서 그리고 한 묶음 내에서 균일하게 적용되었는지를 쉽게 측정함으로써 공정진행의 신뢰성을 향상시키고, 생산성의 향상도 기대할 수 있으며 장비의 관리 측면에 응용할 경우에도 효과적이다.

Claims (11)

  1. 노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크가 구비된 마스크에 있어서, 노광 에너지와 포커스의 변화가 오버레이 마크에서 내부 박스와 외부 박스 사이의 위치 시프트로 나타나도록 하고, 노광에너지의 변화는 X축으로 나타나고 포커스의 변화는 Y축으로 나타나도록 구비하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  2. 제1항에 있어서, 노광 에너지와 포커스를 동시에 측정하기 위해 오버레이 마크의 내부 박스와 외부박스의 바의 형태가 비대칭 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외부박스의 좌측에는 좌측에서 우측 방향으로 광 투과영역, 광 차단 패턴, 반 투과 패턴 및 위상 시프트 영역의 순서로 구비되고, 외부박스의 우측은 좌측에서 우측 방향으로 위상 시프트 영역, 광 차단 패턴 및 투과 패턴의 순서로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내부박스의 좌측에는 좌측에서 우측 방향으로 위상 시프트 영역, 반 투과 패턴, 광 차단 패턴, 광 투과영역의 순서로 구비되고, 내부박스의 우측은 좌측에서 우측 방향으로 광 투과영역, 반 투과 패턴, 광 차단 패턴 및 반 투과 패턴의 순서로 구비되는 것을 노광에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외부박스와 내부박스를 대각선으로 4등분 한 상태에서 내부박스 내측의 저부면에 위상 시프트 영역이 구비되고, 내부박스와 외부박스 사이의 하부면은 광 투과영역으로 구비되고, 외부박스의 하부측으로 위상 시프트 영역으로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 위상 시프트 영역은 45 내지 135°까지 위상 시프트되도록 구비된 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터하는 오버레이 마크.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 반 투과 패턴은 광 투과율이 30-50% 인 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광 차단 패턴은 크롬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  9. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광 투과영역은 석영기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 노광 마스크를 이용하여 노광하는 레지스트는 포지티브 또는 네가티브를 이용하는 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
  11. 제1항에 있어서, 상기 노광 마스크를 이용하는 노광장비는 G-라인, i-라인 또는 DUV파장을 이용하는 것을 특징으로 하는 노광 에너지와 포커스를 모니터 하는 오버레이 마크.
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