KR100509422B1 - 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 웨이퍼의 선택된 영역에 이온빔 건을 통한 불순물 주입 또는 레이저 빔을 이용한 방법을 통하여 에치 속도(Etch rate)를 크게 만들어 그로 인한 단차로써 정렬 키 패턴을 만드는 것에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법은 웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하고, 상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 불순물을 주사하여 도핑하며, 상기 도핑된 정렬 키 패턴 영역을 이후 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 것에 기술적 특징이 있다.

또한, 웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하고, 상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 레이저 빔을 주사하여 주사된 영역을 무정형 위상(Amorphous Phase)으로 만들며, 상기 무정형 위상 영역을 이후 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 것에 또 다른 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법은, 마스크가 아닌, 이온 빔 건에 의해 불순물을 도핑하거나 레이저 빔 건에 의해 무정형 위상 영역을 형성하는 등의 방법으로 인해 실리콘 표면의 명확하지 않았던 미세한 부분에서의 단차를 명확하게 함으로써, 정렬 키 패턴을 명확한 단차를 갖도록 하며, 프로세스 마진(Process Margin)을 확보하고, 양산성 개선으로 반도체 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법은 미세한 부분까지 명확한 단차를 제공할 수 있으므로 반도체 기판이외의 다른 산업상의 기판에도 적용할 수 있다.

Description

반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법{An align key patterning method in semiconductor process}

본 발명은 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 웨이퍼의 선택된 영역에 이온빔 건을 통한 불순물 주입 또는 레이저 빔을 이용한 방법을 통하여 에치 속도(Etch rate)를 크게 만들어 그로 인한 단차로써 정렬 키 패턴을 만드는 것에 관한 것이다.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 모양의 키(key)를 마스크의 스크라이브 라인(Srribe line)에 넣어 메인 칩(Main Chip) 제작을 위한 공정과 동시에 스크라이브 라인에 진행되어 생성될 수 있도록 했다.

도 2는 종래의 정렬 키 패턴에 대한 일 예로써, 보다 자세하게는 반도체용 콘택 및 프로젝션 얼라인어(Projection Aligner)에 널리 사용되고 있는 수동 정렬 키를 화상 인식(Image Processing)하여 자동 정렬 키의 패턴으로 사용되고 있는 일 예이다.

수동 정렬키를 화상 인식 방식의 자동 정렬에 적용하기 위해서는 제 2도와 같이 마스크 키(20)와 제 3도와 같이 웨이퍼 키(30)에 대하여 키 패턴의 영역(윈도우:10)과 각각의 키에 대한 중심선(x,y)을 설정해 주어야 한다. 이와 같이 키 패턴 정의가 완료된 후, 마스크와 웨이퍼 각각에 대하여 제 2도, 3도에 설정된 키 패턴과 일치되는 패턴을 실제의 마스크와 웨이퍼 상에서 찾게 되고, 찾은 패턴에 대해 제 2도에서 정의된 x,y축의 중심선을 서로 일치시킴으로 제 4도와 같이 자동 정렬을 하게 된다.

그러나, 키 패턴이 화상 인식되는 중에 키 패턴 자체의 구조상 중심선의 설정이 어렵기 때문에 정렬 정도(alignment accuracy)가 떨어져 종종 얼라인 실수가 발생하게 된다. 즉, 제 5에서와 같이 마스크키(20)와 제 6도에서와 같이 웨이퍼키(30)의 중심선 설정이 잘못되면 이들 중심선을 일치시켜 제 7도와 같이 키 정렬하면 정렬이 바르게 되지 않고 미스 얼라인이 발생하여 결국 반도체 수율을 떨어뜨리게 된다. 이러한 문제는 특히 수동 정렬시 더 많이 발생한다.

이러한 문제점을 극복하고자 했던 종래의 또다른 예를 도 8에 도시했다. 제 8도를 보면, 중심선이 마주보는 꼭지점을 기준으로 설정되도록 한 정사각형의 마스크키 패턴과 상기 마스크키 패턴의 한 변과 길이가 같은 두변과 길이가 긴 두변으로 이루어진 제 1,2의 직사각형을 대각으로 교차시켜 놓은 형태의 웨이퍼키 패턴으로 이루어지며, 키 정렬시 마스크키의 꼭지점이 웨이퍼키의 제 1,2사각형 각 변의 교차점에 각각 대응하도록 형성되어 콘택 얼라인어에 사용되는 정렬키 패턴임을 알 수 있다.

그러나, 도 1 내지 도 8과 같은 모양만으로 정렬 키를 형성하고자 하는 경우에는 정렬시 프로세스 마진(Process margin), 즉 기판의 단차가 뚜렷하지 못하는 현상을 초래한다.

즉, 마스크의 스크라이브 라인(Scribe line)에 그려진 키 패턴(Key Pattern)이 웨이퍼에 패터닝(Patterning)되고, 막질의 단차에 의한 키 패턴으로 패터닝장비에서 인식하여 Layer to Layer 정렬하는 방법을 사용하고 있는 것이다. 이러한 방법은 마스크 패터닝(Mask Patterning)에 의한 키 제작방식으로는 뚜렷한 프로파일(Profile)의 구현이 어렵고, 이렇게 만들어진 키에 이후공정에서 정렬시 프로세스 마진(Process margin)을 작게 만드는 현상을 초래하며,키 형성을 위해 추가로 레이어(Layer)를 증착/에치해야만 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 공정중 키 형성을 위한 Layer가 추가로 증착/에치된 Layer가 아니고 공정초기의 기판에 단차를 만들어 주기 위한 것으로 본 발명을 통해 단차의 정도를 뚜렸하게 할 수 있는 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하고, 상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 불순물을 주사하여 도핑하며, 상기 도핑된 정렬 키 패턴 영역을 이후 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 일실시예에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 상기 목적은 웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하고, 상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 레이저 빔을 주사하여 주사된 영역을 무정형 위상(Amorphous Phase)으로 만들며, 상기 무정형 위상 영역을 이후 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 또 다른 실시예에 의해서도 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

일반적으로 실리콘(Si)표면에 불순물이 도핑(Doping)됨으로써, 클리닝시 도핑되지 않은 부분보다 에치 속도(Etch Rate)가 빠르다. 도 9는 이러한 현상을 도시한 것으로써, 불순물 도핑 영역(100)과 에치 속도(Etch Rate)에 따른 단차(200)를 나타내고 있다.

불순물 도핑 영역(100)은 실리콘(Si)표면에 불순물이 도핑(Doping)된 영역으로써, 도핑되지 않은(Undoping) 영역에 비해서 에치 속도(Etch Rate)가 빨라지므로 클리닝(Cleaning) 등에 의해 일부 제거되어 단차(200)을 형성한다.

즉, 상기 작용을 통해 만들어진 도핑영역의 실리콘단차를 이용해 이후 공정의 패터닝(Patterning)에 사용될 정렬 키(Align Key)를 형성하는 것이다.

본 발명은 상기 도 9에 나타낸 단차(200)의 정도를 명확하게 하는 방법에 대한 것으로써, 일반적인 방법으로 형성된 단차는 명확한 프로파일(Profile)의 구현이 어려워 키 형성을 위해 추가로 증착/에치된 레이어(Layer)를 이용한 반면, 공정초기의 기판에 명확한 단차(200)를 만들어 주기 위한 방법을 제시한다.

본 발명은 상기 언급된 공정초기의 기판에 명확한 단차(200)를 만들어 주기 위한 방법의 일실시예로써 도 10에 도시한 이온 빔 건(Ion Beam Gun)으로 불순물을 주사하는 방법 및 다른 실시예로써 도 11에 도시한 레이저 빔 건(Laser Beam Gun)으로 일정한 파장과 폭을 가진 레이저 빔을 주사하는 방법을 제시한다.

도 10은 본 발명의 일실시예를 나타낸 것으로 이온 빔 건(300)에 의해 불순물을 실리콘 기판의 일정영역에 일정한 모양으로 주사하여 키 패턴(400)을 형성하는 것이다.

상기 이온 빔 건(300)에 의해 주사되는 불순물은 실리콘 기판에 일정한 모양으로 도핑되며, 도핑된 영역의 에치 속도가 도핑되지 않은 영역보다 빠른 점 때문에 이후 클리닝 공정 등에 의해 선택적으로 제거됨으로써 명확한 단차를 갖는 정렬 키 패턴(400)을 형성한다. 상기 클리닝 공정은 통상적으로 반도체 공정에서 도핑영역 에칭시 사용되는 공정으로써 도핑된 불순물에 따라 다소 차이가 있을 수 있으며, 습식 또는 건식 식각을 사용할 수 있다.

이 때 사용되는 불순물로써 이온 소스(Ion Source)를 사용하는 바, 이온 주입을 위한 가스(Gas)를 사용할 수 있다. 예를 들어, As, B, Ge, Si, BF2, In, Sb, P, He, H 가스 등이 이에 속한다. 또한, 불순물이 주입된 영역은 불순물의 종류와 이후 공정에 따라, 음각 혹은 양각으로 형성될 수 있다. 음각의 경우 정렬키 패턴 형성 영역 전체에 걸쳐 이온을 주입하고 제거함으로써 주위 기판과 대비되는 음각의 패턴을 형성할 수 있다. 양각의 경우 정렬키 패턴 형성 영역의 주위 테두리만 이온을 주입하고 제거함으로써 양각의 정렬키 패턴을 형성할 수 있다.

도 11는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로 레이저 빔 건(500)에 의해 레이저 빔(600)을 실리콘 기판의 일정영역에 일정한 모양으로 주사하여 키 패턴(700)을 형성하는 것이다.

상기 레이저 빔 건(500)에 의해 주사되는 레이저 빔(600)은 실리콘 기판에 일정한 모양으로 주사되며, 주사된 영역의 실리콘 표면은 무정형 위상(Amorphous Phase)으로 되고, 무정형 위상 영역의 에치 속도가 무정형 위상이 되지 않은 영역보다 빠른 점 때문에 이후 클리닝 공정 등에 의해 무정형 위상으로 된 영역이 선택적으로 제거됨으로써 명확한 단차를 갖는 정렬 키 패턴(700)을 형성한다. 상기 클리닝 공정은 통상적으로 반도체 공정에서 무정형 실리콘 에칭시 사용되는 공정으로써 습식 또는 건식 식각을 사용할 수 있다.

이 때 사용되는 레이저 빔으로 사용되는 것은 실리콘 표면을 무정형 위상으로 만들 수 있는 모든 빔(Beam)을 이용할 수 있다. 이러한 빔은 실리콘 격자를 무정형의 위상으로 만들 수 있는 에너지 영역대의 빔으로써 Excimer Laser 등을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 레이저 빔은 상기 Excimer Laser에 국한되지 않고 실리콘 격자를 무정형의 위상으로 만들 수 있는 다른 레이저빔을 사용할 수 있는 것은 자명한 사실이다. 또한, 레이저 빔이 주사되어 무정형 위상으로 된 영역은 빔의 종류와 이후 공정에 따라, 음각 혹은 양각으로 형성될 수 있다. 이는 상기 이온 주입을 통한 음각 혹은 양각으로 형성하는 방법과 동일하다.

따라서, 본 발명의 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법은, 마스크가 아닌, 이온 빔 건에 의해 불순물을 도핑하거나 레이저 빔 건에 의해 무정형 위상 영역을 형성하는 등의 방법으로 인해 실리콘 표면의 명확하지 않았던 미세한 부분에서의 단차를 명확하게 함으로써, 정렬 키 패턴을 명확한 단차를 갖도록 하며, 프로세스 마진(Process Margin)을 확보하고, 양산성 개선으로 반도체 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법은 미세한 부분까지 명확한 단차를 제공할 수 있으므로 반도체 기판이외의 다른 산업상의 기판에도 적용할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 마스크 키이다.

도 2는 종래 화상 인식된 정렬 키 패턴으로 마스크 키이다.

도 3은 종래 화상 인식된 정렬 키 패턴으로 웨이퍼 키이다.

도 4는 종래 정렬 키의 정렬 완료된 후의 개략도이다.

도 5는 종래 중심선 설정이 잘못된 정렬 키 패턴으로 마스크 키이다.

도 6은 종래 중심선 설정이 잘못된 정렬 키 패턴으로 웨이퍼 키이다.

도 7은 종래 중심선 설정이 잘못된 경우 정렬 키의 정렬 완료된 후의 개략도이다.

도 8은 또 다른 종래 정렬 키의 정렬 완료된 후의 개략도이다.

도 9는 웨이퍼 표면에 불순물 등에 의해 형성된 단차를 나타낸 개략도이다.

도 10은 본 발명의 일실시예로써, 이온 빔을 주사하는 것을 나타낸 개략도이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예로써, 레이저 빔을 주사하는 것을 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 키 패턴 영역 20, 22 : 마스크 키

30, 32 : 웨이퍼 키 100 : 불순물 도핑 영역

200 : 단차 300 : 이온 빔 건

400 : 정렬 키 패턴 500 : 레이저 빔 건

600 : 레이저 빔 700 : 정렬 키 패턴

Claims (12)

1. 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법에 있어서,

   웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하는 제 1단계;

   상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 불순물을 주사하여 도핑하는 제 2단계; 및

   상기 도핑된 정렬 키 패턴 영역을 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 제 3단계

   로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계의 불순물은 As, B, Ge, Si, BF2, In, sb, P, He, H 가스 중 어느 하나를 사용하여 주입되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계의 불순물은 이온 빔 건을 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3단계의 추가적인 공정은 클리닝 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 클리닝 공정에서 상기 도핑된 영역의 에치 속도가 도핑되지 않은 영역보다 빠른 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3단계의 추가적인 공정을 통해 단차가 명확한 정렬 키 패턴은 상기 불순물의 종류와 상기 추가적인 공정에 따라 음각 혹은 양각으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
7. 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법에 있어서,

   웨이퍼 표면에 정렬 키 패턴 영역을 설정하는 제 1단계;

   상기 설정된 정렬 키 패턴 영역에 레이저 빔을 주사하여 주사된 영역을 무정형 위상(Amorphous Phase)으로 만드는 제 2단계;

   상기 무정형 위상 영역을 추가적인 공정을 통해 선택적으로 제거하여 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 제 3단계

   로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제 2단계의 레이저 빔은 웨이퍼 표면을 무정형 위상으로 만들 수 있는 Excimer Laser 등을 포함한 빔(Beam)을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 제 2단계의 레이저 빔은 레이저 빔 건을 통해 주사되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 제 3단계의 추가적인 공정은 클리닝 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 클리닝 공정에서 상기 무정형 영역의 에치 속도가 무정형 영역이 아닌 영역보다 빠른 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 제 3단계의 추가적인 공정을 통해 단차가 명확한 정렬 키 패턴을 형성하는 것은 상기 레이저 빔의 종류와 상기 추가적인 공정에 따라, 음각 혹은 양각으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 중 정렬 키 패턴 형성방법.