KR100209370B1 - 중첩도 측정 마크용 마스크 및 그를 이용한 중첩도 마크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위해 이용되는 리소그라피 공정에서 패턴의 중첩도를 측정하기 위한 중첩도 측정 마크용 마스크 및 그를 이용한 측정 마크 제조방법에 관한 것으로, 칩 내부에 형성되는 패턴은 미세 패턴의 선폭을 갖고 스크라이브 라인에 형성되는 중첩도 측정 마크는 상대적으로 크게 형성되어 그로인하여 중첩도의 측정이 오차가 발생되는 것을 방지하기 위해 중첩도 측정 마크를 제조하기 위해 이용되는 마스크에 미세 패턴의 라인과 스페이스를 반복 배열시켜 칩 내부에서 발생되는 회절광의 광 경로를 중첩도 측정 마크에서도 동일하게 발생되도록 하는 것이다.

Description

중첩도 측정 마크용 마스크 및 그를 이용한 중첩도 마크 제조방법

제1a도 및 제1b도는 종래의 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정 마크의 평면도와 단면도.

제2a도 및 제2b도는 종래의 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정 마크의 제조시 사용되는 외부 박스와 내부 박스의 마스크를 도시한 평면도.

제3a도 내지 제3c도는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정 마크의 제조시 사용되는 외부 박스와 내부 박스의 마스크를 도시한 평면도.

제4도는 본 발명에 의해 제조된 내부 박스의 미세 선폭의 라인과 스페이스가 구비된 내부 박스 마스크를 도시한 도면.

제5도는 제4도에 도시된 마스크를 사용하여 노광할 때 노광에너지를 도시한 도면.

제6도는 제4도에 도시된 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 도포된 감광막을 노광하고, 현상하여 감광막 패턴을 형성한 것을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 웨이퍼 2 : 감광막 패턴

6 : 라인 8 : 스페이스

10 : 내부 박스 20 : 외부 박스

30,60,62,64 : 외부 박스 40,80,82,84 : 내부 박스

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위해 이용되는 리소그라피 공정에서 패턴의 중첩도 측정 마크용 마스크 및 이를 이용한 중첩도 측정 마크 제조방법에 관한 것으로, 특히 노광광원의 파장 또는 그 이하의 미세패턴을 필요로 하는 소자를 제조할 때 중첩도 측정오차를 줄일 수 있는 중첩도 측정 마크용 마스크 및 이를 이용한 중첩도 측정 마크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자 제조공정에는 많은 패턴 형성공정이 실시되는데 상부에 형성하는 패턴을 하부에 형성된 패턴과 일치되는지 여부를 검사하기 위해 측정 마크가 이용된다.

하부 패턴을 형성하는 공정에서 스크라이브 라인(또는 칩의 공간 영역)에 외부 박스를 형성하고, 그리고, 그 상부에 상층 박막을 증착한 다음, 칩 내부에 패턴을 형성하기 위하여 감광막 패턴을 형성할 때 상기 외부 박스 내에 내부 박스로 이용되는 감광막패턴을 형성하고, 상기 외부 박스와 내부 박스 간의 중첩도를 측정하는 중첩도 측정 마크를 이용한다.

상기한 중첩도 측정 마크의 외부 박스는 예를 들어 20×20μ㎡으로 형성하고, 내부 박스는 예를 들어 10×10μ㎡의 크기로 형성한다.

이와 같이 기존의 중첩도 측정 마크는 광학적 중첩도 측정장치(KLA 등)에 의해 빠른 시간내에 비교적 정확히 중첩도를 측정할 수 있게 해 주지만 측정 마크의 사이즈가 커서 칩 내부에 형성되는 미세패턴의 광경로와는 다른 경로로 노광되므로 사입사 조명이나 작은 시그마(sigma)의 광원을 사용하는 노광시에는 렌즈 수차나 왜곡의 정도에 따라 기존의 중첩도 측정 마크에 의한 중첩도 측정 결과가 칩 내부에 형성되는 미세패턴의 중첩도와는 차이가 발생되고 있다.

한편, 미세패턴의 중첩도 측정에는 CD SEM을 이용해야 하는 비효율적인 측정방법이 이용되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 미세 패턴의 중첩도와 중첩도 측정 마크에 의한 중첩도의 차이 발생되는 것을 해소하기 위한 중첩도 측정 마크용 마스크 및 이를 이용한 중첩도 측정 마크 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 박스 인 박스 구조를 구비하는 중첩도 측정 마크를 포함하는 마스크에 있어서, 상기 박스 인 박스 구조에서 외부 박스와 내부 박스에 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정 마크 제조방법에 있어서, 웨이퍼 상부에 감광막을 도포하고, 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 외부 박스를 포함하는 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하되 노광 에너지를 조절하여 감광막 패턴 내에는 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 디파인 되지 않도록 노광하고, 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 노출된 웨이퍼를 식각하여 외부 박스를 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 상기 웨이퍼 상부에 다른층을 증착하고, 다른 층의 패턴을 형성하기 위해 감광막을 도포하고, 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 내부 박스를 포함하는 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하되 노광 에너지를 조절하여 감광막 패턴 내에는 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 디파인 되지 않도록 노광하고, 현상 공정으로 내부 박스로 이용되는 감광막 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

제1a도 및 제1b도는 종래의 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정마크의 평면도와 단면도를 도시한 것으로 외부 박스(10)는 웨이퍼(1)를 식각하여 홈으로 형성한 것이고, 내부 박스(20)는 감광막 패턴(2)으로 구비된다.

참고로, 상기 외부박스(10)가 웨이퍼(1)에 홈으로 형성하지 않고 웨이퍼 상부에 증착되는 층에 외부 박스 패턴을 형성할 수도 있다.

중첩도 측정 방법은 상기 내부 박스(20)와 외부 박스(10)의 X, Y 축으로 이격된 간격을 측정하여 정확하게 중첩되었는지를 판단한다.

제2a도는 상기한 중첩도 측정 마크의 외부 박스를 웨이퍼에 홈으로 형성하기 위해 석영기판 상부에 외부 박스(30)로 이용되는 광차단막이 구비되어 외부 박스의 경계면 내측과 외측으로 광이 투과되도록 마스크가 제조됨을 알 수가 있다.

제2b도는 상기한 중첩도 측정 마크의 내부 박스를 형성하기 위해 석영기판 상부에 내부 박스(40)의 형상으로 광 차단막이 구비되며, 내부 박스의 경계면 외측으로 광이 투과되도록 마스크가 제조됨을 알 수가 있다.

그러나, 상기한 박스 인 박스의 구조의 중첩도 측정마크는 면적이 크게 이루어짐으로써 외부 박스 또는 내부 박스가 만드는 회절광의 광경로는 칩 내부에서 제조되는 미세패턴(노광광원의 파장 근처 사이즈의 패턴)의 회절광의 광경로와는 차이가 있어 사입사 조명이나 작은 시그마(Sigma)의 노광광원을 사용하는 시스템에서 렌즈의 수차나 왜곡의 정도에 따라 칩 내부에 형성되는 미세 패턴에서 발생되는 중첩도와 박스 인 박스 구조를 통해 얻어지는 중첩도는 서로 차이가 생긴다.

제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 의해 중첩도 측정 마크를 제조할 때 이용되는 마스크를 도시한 것이다.

제3a도는 외부 박스(60) 및 내부 박스(80)가 형성될 위치에 웨이퍼에 형성되는 미세 패턴의 방향을 고려하여 크롬패턴의 내부에 라인(6) 및 스페이스(8)를 경사지게 반복 배열한 것이다.

제3b도는 외부 박스(62) 및 내부 박스(82)가 형성될 위치에 웨이퍼에 형성되는 미세 패턴의 방향을 고려하여 크롬패턴의 내부에 라인(6) 및 스페이스(8)를 종방향으로 반복 배열한 것이다.

제3c도는 외부 박스(64) 및 내부 박스(84)가 형성될 위치에 웨이퍼에 형성되는 미세 패턴의 방향을 고려하여 크롬패턴의 내부에 라인(6) 및 스페이스(8)가 하나의 원호로 이루어지도록 하여 반복 배열한 것이다.

제4도는 본 발명에 의해 내부 박스를 제조하기 위해 제조된 마스크를 도시한 것으로, 라인(6)과 스페이스(8)가 일정 간격 이격되어 구비됨을 도시한다.

제5도는 제4도에 도시된 마스크를 이용하여 노광할 때 마스크를 ㅗㅇ과한 광의 에너지를 도시한 것으로 크롬 패턴과 크롬 패턴 사이를 통과하는 광의 에너지는 Eth 보다 적은 것을 도시한다.

참고로, Eth는 감광막이 노광될 때 감광막이 현상 공정에서 제거되는 크기의 에너지를 의미한다.

제6도는 웨이퍼(1) 상부에 감광막을 도포하고, 제4도에 도시된 마스크를 이용하여 감광막을 노광하고, 현상 공정을 진행하여 내부 박스로 이용되는 감광막 패턴(2)을 형성한 단면도로서, 감광막 패턴(2)의 내부에는 라인과 스페이스가 형성되지 않고 하나의 감광막 패턴으로 형성됨을 도시한다.

본 발명에 의해 제조되는 중첩도 측정 마크용 마스크를 통과하여 회절된 광은 칩 내부에 형성되는 미세패턴의 회절광이 진행한 광경로와 동일한 경로로 진행하게 되므로 사입사 조명이나 작은 시그마의 노광 광원을 사용하는 노광시스템에서 수차나 왜곡의 정도에 따라 기존의 중첩도 측정마크를 이용해 측정한 중첩도가 실제 미세패턴의 중첩도와 차이가 생기는 단점을 극복한다.

또한, 본 발명에 의해 제조되는 중첩도 측정 마크용 마스크에 구비되는 미세패턴은 노광에너지를 조절하여 미세 패턴이 감광막 패턴에는 디파인되지 않도록 함으로 종래의 중첩도 측정 마크와 동일하게 형성됨으로 기존의 측정장비를 그대로 이용하여 중첩도를 측정할 수 있다.

Claims (6)

1. 박스 인 박스 구조를 구비하는 중첩도 측정 마크를 포함하는 마스크에 있어서, 상기 박스 인 박스 구조에서 외부 박스와 내부 박스의 마스크로 이용되는 광 차단막에 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 것을 특징으로 하는 중첩도 측정 마크용 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 라인과 스페이스가 칩 내부에 형성되는 미세 패턴의 방향과 동일한 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 중첩도 측정 마크용 마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 라인은 1㎛ 이내의 미세 패턴 선폭을 갖는 것을 특징으로 하는 중첩도 측정 마크용 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 라인 부분은 크롬 또는 석영기판으로 이루어지고 투과도가 0-1 정도의 매질을 사용하는 것을 특징으로 하는 중첩도 측정 마크용 마스크.
5. 제1항에 있어서, 상기 박스 인 박스 구조의 중첩도 마크는 칩의 스크라이브 라인에 배치되는 것을 특징으로 하는 중첩도 측정 마크용 마스크.
6. 박스 인 박스 구조의 중첩도 측정 마크 제조방법에 있어서, 웨이퍼 상부에 감광막을 도포하고, 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 외부 박스를 포함하는 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하되 노광 에너지를 조절하여 감광막 패턴 내에는 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 디파인 되지 않도록 노광하고, 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 노출된 웨이퍼를 식각하여 외부 박스를 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 상기 웨이퍼 상부에 다른 층을 증착하고, 상기 다른층의 패턴을 형성하기 위해 감광막을 도포하고, 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 반복되어 구비된 내부 박스를 포함하는 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하되 노광 에너지를 조절하여 감광막 패턴 내에는 미세 패턴으로 이루어진 라인과 스페이스가 디파인되지 않도록 노광하고, 현상 공정으로 내부 박스로 이용되는 감광막 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 중첩도 측정 마크 제조방법.