KR100230377B1 - 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
반도체 제조 공정의 포토리소그래피(Photolithography) 공정에서 사용되는 포토마스크의 정렬키(Alignment Key)에 대하여 개시되어 있다. 이를 위하여 본 발명은, 반도체 소자의 포토마스크로 사용되는 석영기판과, 상기 석영기판의 일면에 차광패턴을 형성하여 구성된 불투명영역과 투명영역으로 이루어진 회로패턴과, 상기 투명영역중 포토마스크의 정렬에 사용되는 정렬키패턴과, 상기 정렬키 패턴이 위치한 석영기판의 일면을 식각하여 요철형태를 구성함으로써 노광시 자외선과 깊은 자외선은 웨이퍼로 전사시키지 않고 가시광선영역의 빛을 웨이퍼로 전사시켜 포토마스크의 정렬을 가능하도록 하는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정의 포토리소그래피(Photolithography) 공정에서 사용되는 포토마스크에 관한 것으로, 특히 노광공정에서 사용되는 정렬키(Alignment Key)를 구비하는 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막이나 도전막 등과 같이, 패턴을 형성하여야 할 막위에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 포토레지스트막을 형성하고, 이 포토레지스트막의 소정 부위를 광선에 조사시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극 등의 각종 패턴을 형성하는 것으로 구성된다.
이러한 포토리소그래피 공정에서 웨이퍼상에 미세하고 정확한 패턴을 형성하기 위하여 포토레지스트막의 소정 부위에 빛을 조사시키는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그 하나는 마스크를 사용하지 않고 컴퓨터에 저장된 패턴 형성 정보(pattern generation data)를 사용하여 전자빔(E-beam)을 포토레지스트막 위에 직접 조사(irradiation)하는 방식이다. 상기의 방식은 보다 미세하고 정교한 패턴을 형성하기에는 유리하지만, 단점으로서는 높은 비용이 소요되며 생산성이 낮다는 것이다.
다른 하나는, 파장이 150~405 나노 미터의 자외선(UV) 또는 파장이 180~330 나노 미터의 깊은자외선(Deep UV)을 마스크를 사용하여 웨이퍼에 간접적으로 조사(irradiation)하는 방식인데 경제성과 생산성이 우수하여 주로 반도체 제조 공정에서 범용화되어 사용되고 있다. 이와같이 마스크를 사용하는 노광공정에서는 웨이퍼를 자외선 또는 깊은자외선 광에 노출시키기기에 앞서, 마스크와 웨이퍼의 정확한 정렬(Alignment)이 필요한데 실제 회로의 패턴은 복잡하기 때문에 회로 패턴에 의한 정렬은 불가능하다. 따라서 정렬을 위한 정렬키(Alignment Key)가 모든 마스크에 별도로 있어야 한다. 이러한 정렬키는 통상 사각형 또는 십자형의 광투과영역으로 구성하고 있다.
제1도를 참조하여 사각형 형태를 갖는 종래의 정렬키 구조를 설명하기로 한다. 제1도의 상부에 있는 도면은 종래의 정렬키의 구조를 설명하기 위하여 포토마스크의 일부를 확대한 평면도이다. 여기서, 석영기판상에 차광막을 코팅한 불투명 영역(10, opaque area)과, 노광시에 빛이 통과하는 투명영역인, 4개의 사각형으로 구성된 정렬키패턴(12)이 있다. 제1도의 하부 도면은, 상부의 평면도의 AA'면의 단면도이다.
제1도의 하부단면도를 참조하면, 투명한 석영 기판(1)위에 크롬, 에멀션 및 알루미나 중에 선택된 하나로 코팅된 차광영역(10)과, 투명영역인 정렬키패턴(12)이 형성된 포토마스크 상에 가시광선이 투과되는 것을 가르키는 화살표(14)와 자외선 또는 깊은자외선이 투과되는 것을 뜻하는 화살표(16)가 도시되어 있다. 여기서, 상기 정렬키이 역할은 노광 장비의 중간단계에서 사용하는 마스크의 정렬(RIA:Reticle intermediate Alignment)과 웨이퍼를 정렬(WIA:Wafer Intermediate Alignment)하는 창(Window)로서의 기능을 하게 된다.
그런데, 상기 목적으로 사용하는 정렬키의 크기가 수십 미크론에 달할 때는 후속되는 공정에서 문제를 일으키게 된다. 예를 들면, 상기 정렬키의 패턴이 웨이퍼상의 스크라이브레인(Scribe Lane) 또는 정렬트랙(Alignment Track)에 형성된 상태에서 후속공정에서 식각 및 침적공정을 거치면서 상하 인접한 층의 열팽창 계수가 차이가 있는 층이 서로 맞닿아 있는 경우, 상기 정렬키처럼 크기가 큰 패턴의 경계내에서, 층의 리프트(lift)가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 각종 파티클에 의한 오염 및 반도체소자의 기능에 결함을 유발시킴으로써 포토리소그래피 공정에는 치명적인 문제점 중에 하나이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광공정시 웨이퍼상에 형성된 정렬키를 인식하는 데에는 영향을 주지 않으면서, 웨이퍼상에 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있는 정렬키를 구비하는 포토마스크를 제공하는데 있다.
제1도는 종래에 있어서의 포토마스크상의 정렬키의 모양을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
제2도는 본 발명에 의한 포토마스크상의 정렬키 모양을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
제3도는 본 발명에 의한 정렬키를 갖는 포토마스크가 노광 공정에서 작동하는 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
제4도는 본 발명에 의한 위상 반전을 갖는 정렬키패턴의 격자모양(grating)을 설명하기위하여 정렬키패턴 부분을 확대하였을 때의 평면도 및 단면도이다.
제5도는 본 발명에 의한 포토마스크의 정렬키를 노광 공정에 대하여 시뮬레이션하기 위한 패턴이다.
제6도는 제5도의 시뮬레이션 패턴의 피치를 0.4미크론으로 변화시켰을 때에 웨이퍼상에 형성된 이미지(aerial image)를 도시한 평면도이다.
제7도는 제5도의 시뮬레이션 패턴의 피치를 0.36미크론으로 변화시켰을 때에 웨이퍼상에 형성된 이미지(aerial image)를 도시한 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 석영기판 102 : 불투명 영역
104 : 정렬키패턴 106 : 투명 영역
108 : 가시광선의 투과방향 110 : 자외선의 투과방향
116 : 웨이퍼 118 : 평행광
120 : 포토마스크 122 : 투영광학수단
124 : 자외선의 회절방향
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 이를 위하여 본 발명은, 반도체 소자의 포토마스크로 사용되는 석영기판과, 상기 석영기판의 일면에 차광패턴을 형성하여 구성된 불투명영역과 투명영역으로 이루어진 회로패턴과, 상기 투명영역중 포토마스크의 정렬에 사용되는 정렬키패턴과, 상기 정렬키 패턴이 위치한 석영기판의 일면을 식각하여 요철형태를 구성함으로써 노광시 자외선과 깊은 자외선은 웨이퍼로 전사시키지 않고 가시광선영역의 빛을 웨이퍼로 전사시켜 포토마스크의 정렬을 가능하도록 하는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크를 제공한다.
상기 정렬키패턴의 한쪽 표면에 구비된 요철부는 위상 반전(Phase Shifter)을 갖는 격자(Grating) 구조로 형성하는 것이 적합하다.
상기 위상 반전은 요부 및 철부를 통과하는 빛의 위상차가 180도인 것이 바람직하다.
상기 위상 반전을 갖는 격자(grating) 구조는 그 피치(Pitch)가 노광시 사용하는 노광 장비의 파장과 회절각으로 가시광선 영역의 1차 회절광을 렌즈에 담을 수 있는 한계의 피치인 것이 적합하다.
본 발명에 따르면, 포토마스크상의 정렬키를 통과하는 빛의 파장에 의해 웨이퍼상에 불필요한 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 불필요한 패턴에 의하여 파티클이 발생하는 현상을 제거할 수 있고, 후속공정에서 발생할 수 있는 리프트(Lift) 문제를 해결할 수 있으므로 반도체소자의 제조공정에서 수율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제2도 내지 제7도는 본 발명에 의한 개선된 정렬키를 갖는 포토마스크의 프로파일과 그 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
제2도는 본 발명에 의한 포토마스크상의 정렬키 모양을 나타낸 평면도 및 단면도이다. 여기서 하부의 단면도는 상부의 평면도에 BB'로 표시한 절단선을 따라 도시한 것이다. 상세히 설명하면, 석영 기판(100) 상에 크롬, 에멀션, 알루미나중에 선택된 하나를 코팅하여 형성한 불투명 영역(102, Opaque area)과, 정방형의 4개의 사각형으로 구성된 정렬키패턴(104)이 패턴닝되어 있다. 여기서, 상기 정렬키패턴(104)은 빛이 투과하는 투명영역을 가리킨다. 여기서, 종래의 포토마스크와 비교할 때 차이점인 석영 기판(100)의 표면에 구성된 격자 구조의 요철형 굴곡(106)은 본 발명의 핵심사상으로써 상기의 요철 모양의 굴곡이 정렬키패턴(104)의 일면에 존재함으로써, 노광공정에서 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 가사광선(108)은 투과시켜 마스크의 정렬(RIA:Reticle intermediate Alignment) 및 웨이퍼를 정렬(WIA:Wafer Intermediate Alignment)하는 창(Window)으로서의 기능을 수행한다. 또한, 그와 동시에 웨이퍼를 향하여 조사되는 자외선 혹은 깊은자외선(110)에 대하여서는 회절시켜서 정렬키의 패턴(104)이 웨이퍼상에 형성되는 것을 방지한다.
제3도는, 본 발명에 의한 정렬키를 갖는 포토마스크가 노광공정에서 작동되는 원리를 설명하기 위한 단면도이다. 노광 장치에서 자외선 영역의 평행광(118)이 포토마스크(120)의 석영 기판에 형성된, 요철 모양의 굴곡(106)과, 투영광학수단(122, projection optics)을 통하여 웨이퍼(116)위에 전사되는 것을 도시한 도면이다. 여기서 참조부호 124는 포토마스크를 통해 들어온 자외선광이 석영 기판 표면의 상부에 형성된 요철 모양의 굴곡(106)에서 회절하는 방향을 나타낸다. 도면에서 나타난 바와 같이 요철부를 구비하는 정렬키 영역을 통과하는 자외선 혹은 깊은자외선 광은 격자간격(grating)의 피치를 작게 조절함으로써 회절이 심하게 발생하여 투영광학수단(122)의 렌즈에 이미지(image)를 형성할 수 없다. 반면에, 가시광선 영역의 1차 회절광은 투영광학수단의 렌즈에 상이 형성되어 웨이퍼위에 전사되기 때문에 포토마스크와 웨이퍼간의 정렬에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 여기서 a1은 포토마스크쪽 렌즈의 입사각을 나타내며, a2는 웨이퍼쪽 렌즈의 회절각을 각각 나타낸다.
제4도를 참조하면, 본 발명에 의한 위상 반전을 갖는 정렬키패턴의 격자모양(grating)을 설명하기 위하여 상기 포토마스크의 정렬키패턴 부분을 확대하였을 때의 평면도 및 단면도이다. 여기서 참조부호 130은 크롬, 에멀션, 알루미나 등을 포함하지 않은 석영 기판을 나타낸다. 또한 요철(凹凸)의 한주기를 나타내는 피치(136)내에서 석영기판의 표면(134)과 굴곡이 형성된 부분(132) 사이에는 노광시에 180도(degree)의 빛의 위상차이를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 지금부터 설명되는 도면에서는 본 발명에 의한 정렬키패턴을 노광장비에 넣고 웨이퍼상에 형성되는 이미지(image)에 대한 시뮬레이션 결과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제5도는, 본 발명에 의한 포토마스크의 정렬키를 노광공정에서 시뮬레이션 하기 위한 패턴이다. 여기서 상기 패턴중에 일정부분(138)에 대하여 노광 장비에서 격자구조를 갖는 요철부의 피치를 변화시키면서 웨이퍼상에 형성되는 이미지에 대하여 고찰하기로 한다.
제6도는, 제5도에 나타난 시뮬레이션을 위한 패턴을 노광 장비에서 격자구조의 요철이 형성된 간격, 즉, 피치를 0.4미크론으로 변화시켰을 때의 웨이퍼에 형성된 이미지를 나타낸 도면이다. 여기서는 상기 패턴중에서 일정부분(138)만을 확대하여 도시하였다. 도며에서 볼 수 있듯이 피치를 0.4미크론으로 변화시켰을 때에는 웨이퍼상에 이미지(140)가 불완전하게 형성됨을 알 수 있다. 여기서 0.4미크론은 웨이퍼상의 스케일을 뜻한다.
제7도는, 제5도의 시뮬레이션 패턴을 노광 장비에서 격자 구조의 요철이 형성된 간격, 즉, 피치를 0.36미크론으로 변화시켰을 대의 웨이퍼에 형성된 이미지를 확대한 도면이다. 도면에서 확인할 수 있듯이 웨이퍼상의 피치의 스케일이 0.36미크론에서는 에어리얼 이미지가 웨이퍼상에 형성되지 않음을 알 수 있다.
결론적으로 한 개의 창을 갖는 정렬키패턴을 포함하는 포토마스크로, 정렬키 패턴이 위치하는 투명한 석영 기판의 한쪽 표면에 요철 모양의 격자 구조를 갖는 굴곡을 형성한 후, 상기 포토마스크를 노광 장비에서 설치하여 광원을 조사하여 웨이퍼에 형성되는 격자의 피치를 0.36미크론 이하로 조절하였을 때는 웨이퍼상에는 격자모양의 이미지가 전혀 형성되지 않으면서 상기 정렬키를 통하여 웨이퍼와 마스크간의 정렬은 할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 포토리소그래피 공정에서 정렬키를 갖는 포토마스크를 사용할 경우에 정렬키패턴이 웨이퍼에 형성되지 않아서, 후속되는 공정에서 인접한 상하층간의 리프트(Lift)가 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
Claims (4)
- 반도체 소자의 포토마스크로 사용되는 석영기판; 상기 석영기판의 일면에 차광패턴을 형성하여 구성된 불투명영역과 투명영역으로 이루어진 회로패턴; 상기 투명영역중 포토마스크의 정렬에 사용되는 정렬키패턴; 및 상기 정렬키 패턴이 위치한 석영기판의 일면을 식각하여 요철형태를 구성함으로써 노광시 자외선과 깊은 자외선은 웨이퍼로 전사시키지 않고 가시광선영역의 빛을 웨이퍼로 전사시켜 포토마스크의 정렬을 가능하도록 하는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크.
- 제1항에 있어서, 상기 정렬키패턴의 요철부는 위상 반전을 갖는 격자(grating) 구조인 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크.
- 제3항에 있어서, 상기 위상 반전은 요부 및 철부를 통과하는 빛의 위상차이가 180도인 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크.
- 제3항에 있어서, 상기 위상 반전을 갖는 격자(grating) 구조는 그 피치(Pitch)가 노광시에 사용되는 장비의 파장 및 회절각으로 가시광선 영역의 1차 회절광을 렌즈에 담을 수 있는 한계의 피치인 것을 특징으로 하는 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크.
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| KR1019960047790A KR100230377B1 (ko) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크 |
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| KR1019960047790A KR100230377B1 (ko) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크 |
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Family
ID=19478603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019960047790A KR100230377B1 (ko) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 요철부가 있는 정렬키를 갖는 포토마스크 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR100230377B1 (ko) |
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1996
- 1996-10-23 KR KR1019960047790A patent/KR100230377B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR19980028652A (ko) | 1998-07-15 |
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