KR100230798B1

KR100230798B1 - 포토 마스크

Info

Publication number: KR100230798B1
Application number: KR1019960036671A
Authority: KR
Inventors: 김진옥
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1999-11-15
Also published as: KR19980016943A

Abstract

본 발명은 반도체장치 제조에 필요한 포토 마스크에 관한 것으로, 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴(122)과 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인/보상할 수 있는 촛점 확인/보상용 패턴(121a-121e)이 함께 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 촛점 확인/보상용 패턴(121a-121e)은 반도체소자의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴(122)이 형성되지 않는 빈공간에, 그 두께가 서로 다른 다층구조의 패턴이 동일한 형상으로 다수 개가 형성되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 동일한 형상으로 형성된 다수 패턴의 두께는 주패턴(차광막)의 두께를 중심으로, 그 주패턴의 두께와 같은 것 뿐만 아니라 그 주패턴의 두께보다 일정한 간격(일례로, 0.5마이크로미터) 만큼씩 증가하거나 감소하는 두께로 형성된다. 이와 같은 본 발명은 테스트 마스크와 생산 마스크를 서로 교체하는 단계 및 테스트 웨이퍼에 대한 노광 및 현상단계를 진행하지 않고도, 웨이퍼를 최적의 촛점거리에 정렬시킬 수 있게 하여, 생산성을 향상시키는 효과를 발생시킴과 아울러, 생산 웨이퍼를 가장 적절한 촛점거리에 정렬시킬 수 있게 하며, 고해상도/고집적도의 실현 및 품질을 향상할 수 있게 하여 반도체소자의 수율(YIELD)을 향상시키는 효과를 준다.

Description

포토 마스크(PHOTO MASK)

본 발명은 반도체장치 구성회로를 형성하기 위한 주패턴(MAIN PATTERN)과 노광장비(STEPPER, ALIGNER)의 촛점(FOCUS)을 확인/보상하기 위한 패턴이 함께 형성된 포토 마스크(PHOTO MASK)에 관한 것으로, 특히 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴이 형성된 포토 마스크에 그 패턴을 형성하기 위한 노광장비의 촛점과 촛점심도(DEPTH OF FOCUS) 및 정렬도를 확인할 수 있는 촛점 확인/보상용 패턴도 함께 형성함으로써, 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 테스트 마스크 및 테스트 웨이퍼를 따로 구비하지 않고도, 반도체장치의 구성회로용 주패턴과 함께 웨이퍼에 전사된 촛점 확인/보상용 패턴을 검사하여 노광장비의 촛점과 촛점심도 및 정렬도를 확인할 수 있도록 한 포토 마스크에 관한 것이다.

반도체장치를 제조하기 위한 리소그래피공정에는 노광공정이 포함되는데, 그 노광공정을 실행하기 위한 노광장비로는 스테퍼장비(STEPPER)가 주로 사용되고 있다.

상기 스테퍼장비를 이용한 노광공정은 투명글라스(GLASS)의 일면에 크롬막(CROM SIDE) 등으로 구성되는 반도체장치 구성회로를 형성하기 위한 주패턴이 형성된 포토 마스크['레티클(RETICLE)'이라고도 한다]가 필요하다.

그런데 상기 노광공정은 포토 마스크의 패턴이 웨이퍼에 정확하게 전사되도록 하기 위해서 노광원의 촛점이 웨이퍼에 정확히 맺히도록 하여야 한다. 따라서 장비조작자는 노광원의 촛점이 웨이퍼 위에 정확히 맺히는가를 주기적으로 확인함과 아울러 그 확인작업에 의하여 구한 촛점(CENTER FOCUS) 및 촛점심도(DEPTH OF FOCUS)를 통해 포커스 오프셋(FOCUS OFFSET)을 보상해 주어야 한다.

이하, 첨부된 도면 도1 내지 도3를 참조하여 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인/보상하기 위한 종래 기술에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 기술에 따른 반도체장치 구성회로 형성용 포토 마스크 또는 노광장비의 촛점 확인/보상용 포토 마스크(일명, '테스트 마스크')를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 반도체장치 구성회로 형성용 또는 노광장비의 촛점 확인/보상용 포토 마스크(100)는 투명글라스(GLASS;110)의 일면에 단층구조의 크롬막 패턴(CROM PATTERN;120)이 형성된 구조로 구성되었다. 이와 같이 구성된 반도체장치 구성회로 형성용 또는 노광장비의 촛점 확인/보상용 포토 마스크(100)는 패턴(120)의 형상만 다르게 형성되었다. 노광장비의 촛점 확인/보상용 포토 마스크에 대한 일례로서, 도3에 도시된 바와 같이, 투명글라스(110) 위에 그의 지름과 선폭이 각각 다른 3쌍의 원형과 기역자형 패턴(121)으로 구성되었다. 이는 웨이퍼 위에 전사되는 3쌍의 원형() 및 기역자형() 패턴이 각각 0.7, 0.6, 0.5[㎛]로 형성되도록 함으로써, 노광원의 가로방향(X)과 세로방향(Y) 및 수직방향(Z)에 대한 촛점이 정확한가를 한 번에 확인할 수 있도록 하는 특성을 갖고 있다.

그리고 도2는 상기 도1과 도3에 도시된 바와 같은 테스트 마스크를 이용하여 구성한 노광장비의 촛점을 확인/보상하는 방법을 설명하기 위한 상태도로서, 이에 도시된 바와 같이, 노광원(미도시) 하부에 정렬된 테스트 마스크(100a)와, 그 하부에서 상기 테스트 마스크(100a)를 투과한 광패턴을 축소시키는 축소투영렌즈(200)와, 포토레지스트가 도포된 테스트 웨이퍼(300) 및 그 테스트 웨이퍼(300)를 홀딩(HOLDING)하는 진공척(VACCUM CHUCK;400)으로 구성된 장비로, 아래에서 설명하는 바와 같은 단계를 통해 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인/보상하였다.

노광원과 테스트 마스크(100) 및 축소투영렌즈(200)가 고정된 상태에서, 그 위에 웨이퍼(300)를 홀딩하고 있는 진공척(400)을 소정의 위치검출수단에 따라 이동시켜, 상기 웨이퍼(300)의 중심부가 대략적인 촛점에 위치하도록 한 후, 그 지점을 중심으로 상기 진공척(400)을 상·하·좌·우로 단계(STEP)적 이동시키면서 테스트 마스크(100a) 위에 빛을 조사하게 되면, 테스트 마스크(100a)가 다수의 영역으로 구획된 테스트 웨이퍼(300) 위에 다양한 상태(포커스 오프셋)로 전사된다. 이후 상기 노광단계가 완성된 테스트 웨이퍼(300)를 현상하여 레지스트 패턴을 얻고, 그 레지스트 패턴의 선명도를 육안이나 계측기 등으로 검사하여 최적의 상태로 형성된 레지스트 패턴을 찾아서, 그 최적의 레지스트 패턴을 형성한 노광장비의 포커스 오프셋을 구하고, 그 포커스 오프셋 만큼 진공척(400)을 상·하로 이동시켜 노광장비의 촛점을 보상함으로써, 노광장비의 촛점이 정확하게 되도록 하였다.

이후, 상기와 같이 노광장비의 촛점이 테스트 웨이퍼 위에 정확히 맺히도록 진공척(400)의 위치를 보상한 상태에서, 상기 테스트 마스트(300)를 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 포토 마스크로 교체하여 웨이퍼 제조공정을 수행하였다.

이는 진공척(400)의 위치가 고정된 상태에서 테스트 마스크(100a)와 테스트 웨이퍼(300)를 각각 웨이퍼 제조공정을 위한 포토 마스크와 웨이퍼로 교체하여도 동일한 결과가 나온다는 가정에 따라 이루어진 기술로서, 공정이 바뀔 때마다 또는 동일한 공정이 되는 웨이퍼의 매수에 따라 소정의 주기로 이루어졌다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 테스트 마스크와 테스트 웨이퍼를 통해 확인/보상된 노광장비의 촛점이, 웨이퍼 제조공정을 위한 포토 마스크와 웨이퍼로 교체된 상태에서는 ±1[㎛] 정도의 오차를 갖고 웨이퍼에 맺히기 때문에, 웨이퍼 제조공정에서 최적의 촛점조건을 설정하기 어렵다는 단점이 있었다. 그 뿐만 아니라 노광장비의 촛점을 확인/보상하는 방법이 복잡하여 그 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴이 형성된 포토 마스크에 그 패턴을 형성하는 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인할 수 있는 촛점 확인/보상용 패턴도 함께 형성함으로써, 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 테스트 마스크 및 테스트 웨이퍼를 따로 구비하지 않고도, 반도체장치의 구성회로용 패턴과 함께 웨이퍼에 전사된 촛점 확인/보상용 패턴을 검사하여 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인할 수 있도록 한 포토 마스크를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 반도체장치 구성회로 형성용 포토 마스크 또는 노광장비의 촛점 확인/보상용 포토 마스크를 나타낸 단면도.

도2는 종래 기술에 따라 상기 도1에 도시된 바와 같이 구성된 노광장비 촛점 확인/보상용 포토 마스크를 이용하여 구성된 노광장비의 촛점을 확인/보상하는 방법을 나타낸 상태도.

도3은 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 일반적인 형상의 패턴이 형성된 포토 마스크의 레이아웃도.

도4는 상기 도3에 도시된 촛점 확인/보상용 패턴과 반도체장치 구성회로 형성용 패턴이 함께 형성된 본 발명에 따른 포토 마스크의 대략적인 레이아웃도.

도5는 본 발명에 따른 포토 마스크의 촛점 확인/보상용 패턴이 두께가 서로 다른 다층구조로 형성됨을 보여주기 위한 포토 마스크의 단면도.

도6은 본 발명에 따라 상기 도3 내지 도5에 도시된 바와 같은 포토 마스크를 이용하여 구성된 노광장비의 촛점을 확인/보상하는 방법을 나타낸 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 투명글라스 121(121a-121e) : 촛점 확인/보상용 패턴

122 : 주패턴 200 : 축소투영렌즈

300 : 웨이퍼 400 : 진공척

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴과 노광장비의 촛점 및 촛점심도를 확인/보상할 수 있는 촛점 확인/보상용 패턴이 함께 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 촛점 확인/보상용 패턴은 반도체소자의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴이 형성되지 않는 빈공간에, 그 두께가 서로 다른 다층구조의 패턴이 동일한 형상으로 다수 개가 형성되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 동일한 형상으로 형성된 다수 패턴의 두께는 주패턴(차광막)의 두께를 중심으로, 그 주패턴의 두께와 같은 것 뿐만 아니라 그 주패턴의 두께보다 일정한 간격(일례로, 0.5마이크로미터) 만큼씩 증가하거나 감소하는 두께로 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 일반적인 형상의 패턴이 형성된 포토 마스크의 레이아웃도로서, 종래 기술에 대한 설명에서 설명한 바와 같이, 투명글라스(110) 위에 그의 지름과 선폭이 각각 다른 3쌍의 원형과 기역자형 패턴(121)으로 구성된다. 이때 상기 3쌍의 원형() 및 기역자형() 패턴은 각각 웨이퍼 위에 전사되는 3쌍의 원형() 및 기역자형() 레지스트 패턴이 각각 0.7, 0.6, 0.5[㎛]가 되도록 형성된다.

도4는 상기 도3에 도시된 촛점 확인/보상용 패턴과 반도체장치 구성회로 형성용 주패턴이 함께 형성된 본 발명에 따른 포토 마스크의 대략적인 레이아웃도로서, 투명글라스(110) 좌·우에 대칭적으로 형성된 두 영역의 주패턴(122)과, 그 두 영역의 주패턴(122)이 형성되지 않은 주패턴 사이의 중심부(SHOT 중심부)와 모서리부에 각각 개별적으로 형성된 것으로, 동일한 패턴으로 형성된 5개의 촛점 확인/보상용 패턴(121a-121e)을 보여주고 있다. 이때 상기와 같이 포토 마스크의 중심부와 모서리 4곳에 각각 하나씩 동일한 형상으로 형성된 5개의 촛점 확인/보상용 패턴(121a-121e)은, 상기 도4에 도시된 포토 마스크의 단면을 변형시켜 도시한 도5의 단면도에 도시된 바와 같이, 주패턴(122)의 두께와 같은 패턴(121a)과 주패턴(122)의 두께보다 0.5마이크로미터가 작은 패턴(121b), 주패턴(122)의 두께보다 1.0마이크로미터가 작은 패턴(121d), 주패턴(122)의 두께보다 0.5마이크로미터가 큰 패턴(121c), 주패턴(122)의 두께보다 1.0마이크로미터가 큰 패턴(121e)으로 형성되듯이 다층구조로 구성된다. 이와 같이 다층구조로 구성된 5개의 촛점 확인/보상용 패턴(121a-121e)은, 도4에 도시된 바와 같이, 중심부(121a)와 좌·상 모서리(121b), 좌·하 모서리(121d), 우·상 모서리(121c), 우·하 모서리(121e)에 각각 하나씩 형성된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 주패턴(122)이 형성되지 않은 빈공간에 다층구조의 촛점 확인/보상용 패턴을 가능한 한 많이 형성하는 포토 마스크를 제안한다. 이때 상기 다층(일례로, 25개 또는 31개)구조의 촛점 확인/보상용 패턴은 일정한 규칙에 따라 그 층의 두께(포커스 오프셋)가 결정됨과 아울러 포토 마스크의 빈공간에 배치된다. 따라서, 상기 다른 실시예는 더욱 정확하게 노광장비의 촛점과 촛점심도 및 웨이퍼의 정렬도를 구할 수 있게 해준다.

이하, 상기 도3 내지 도5와 같이 구성된 포토 마스크를 이용하여 구성한 본 발명에 따른 노광장비의 촛점을 확인/보상하는 방법에 대해서 첨부된 도6의 상태도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴(122)과 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 패턴(121a-121e)이 함께 형성된 포토 마스크(100b)를 노광원(미도시)과 축소투영렌즈(200) 사이에 정렬시키는 제1단계와; 진공척(400) 위에 웨이퍼(300)를 홀딩시킴과 아울러 사전공정이나 소정의 위치검출수단을 통해 구한 대략적인 촛점거리에 상기 웨이퍼(300)를 정렬시키는 제2단계와; 노광 및 현상공정을 통해 상기 포토 마스크의 패턴(121a-121e,122)을 웨이퍼(300)에 전사하는 제3단계와; 상기 웨이퍼(300)에 전사된 촛점 확인/보상용 패턴을 육안이나 계측기로 검사하여 포커스 오프셋과 촛점심도 및 정렬도 등을 확인하는 제4단계와; 상기 확인결과에 따라 포커스 오프셋 및 정렬도를 보상하는 제5단계로 구성된다.

이때, 상기 제3단계를 통해 형성된 촛점 확인/보상용 패턴을 확인하는 제4단계는, 단위 노광(SHOT)에 의하여 형성된 5개의 패턴(121a-121e)을 비교/확인하거나, 전체 노광(SHOT)에 의하여 형성된 소정의 동일한 두께의 패턴 중에서 적당한 수를 선택하여 그들을 서로 비교/확인한다. 특히, 전체 노광수×5에 대응하는 수 만큼의 촛점 확인/보상용 패턴에서 두께가 동일한 패턴을 적절한 수만큼 선택하여 비교/확인하는 단계는, 단위 노광에 의하여 형성된 5개의 패턴 중에서 가장 이상적으로 형성된 패턴을 확인한 후, 그 패턴과 같은 두께로 형성된 다른 노광에 의한 패턴을 적당한 규칙에 따라 선택하여 그들을 서로 비교/확인한다. 일례로, 웨이퍼(300)의 중심부에 대한 단위 노광으로 형성된 5개의 다층구조 촛점 확인/보상용 패턴 중에서, 주패턴(122)의 두께와 같은 패턴(121a)이 가장 이상적인 패턴이라면, 그 중심부의 패턴(121a)과 같은 두께의 패턴들 중에서, 웨이퍼의 가장자리에서 서로가 대칭적인 위치가 되도록 각각 형성된 4개 이상의 패턴을 선택하여 그들을 서로 비교/확인한다. 따라서 상기 단계를 통해서 노광장비의 포커스와 촛점심도 및 웨이퍼의 정렬상태를 확인할 수 있게 되고, 그에 따라 웨이퍼(300)의 위치를 최적의 상태로 정렬시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 노광장비의 촛점을 확인/보상하기 위한 테스트 마스크와 반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 생산 마스크를 서로 교체하는 단계 및 테스트 웨이퍼에 대한 노광 및 현상단계를 진행하지 않고도, 웨이퍼를 최적의 촛점거리에 정렬시킬 수 있게 하여, 생산성을 향상시키는 효과와 아울러, 테스트 마스크 및 테스트 웨이퍼를 통해 촛점을 확인/보상한 후, 그 결과에 따라 생산 마스크 및 생산 웨이퍼를 정렬시키는 종래 기술에 비해서, 생산 웨이퍼를 가장 적절한 촛점거리에 정렬시킬 수 있게 하여, 고해상도/고집적도의 실현 및 품질을 향상 할 수 있게 하여 반도체소자의 수율(YIELD)을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

반도체장치의 구성회로를 형성하기 위한 주패턴과, 주패턴이 형성되지 않은 빈공간에, 그 두께가 서로 다른 다층구조의 촛점 확인/보상용 패턴이 동일한 형상으로 다수 개가 형성된 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
(삭제)
제1항에 있어서, 상기 동일한 형상으로 형성된 다수의 촛점 확인/보상용 패턴의 두께는 주패턴(차광막)의 두께를 중심으로, 그 주패턴의 두께와 같은 것 뿐만 아니라 그 주패턴의 두께보다 일정한 간격 만큼씩 증가하거나 감소하는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제3항에 있어서, 상기 다수의 촛점 확인/보상용 패턴은 주패턴이 형성되지 않는 포토 마스크의 중심부(SHOT 중심부)와 모서리부에 각각 개별적으로 형성된 다층구조의 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제4항에 있어서, 상기 다수의 촛점 확인/보상용 패턴은 주패턴의 두께와 같은 패턴이 중심부에 형성되고, 주패턴의 두께보다 0.5마이크로미터가 작은 패턴과 주패턴의 두께보다 1.0마이크로미터가 작은 패턴, 주패턴의 두께보다 0.5마이크로미터가 큰 패턴, 주패턴의 두께보다 1.0마이크로미터가 큰 패턴이 각각 모서리부에 형성됨으로써, 각각의 패턴이 대칭적인 위치에 분산되어 구성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.