KR100924334B1 - 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴 - Google Patents

Abstract

동일한 키를 이용하여 라이트 캘리브레이션 및 얼라인을 실시할 수 있도록 함으로써 위치이동에 따른 시간을 절약할 수 있으며 웨이퍼 좌표계와의 매칭이 용이하여 별도의 좌표변환 과정이 없이도 좌표값을 호환하여 사용할 수 있는 포토마스크의 보정 패턴은, 라이트 캘리브레이션 및 마스크 얼라인을 위한 포토마스크의 보정 키에 있어서, 중앙의 십자 모양의 제1 패턴과, 제1 패턴의 사방으로 연장된 날개 모양의 제2 패턴으로 이루어진다.

위상반전마스크, 라이트 캘리브레이션, 얼라인, 캘리브레이션 키, 얼라인 키

Description

얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴{Correction pattern for alignment and light calibration}

도 1은 일반적인 감쇄형 위상반전 마스크를 도시한 단면도이다.

도 2는 감쇄형 위상반전 마스크에 불량이 존재하는 경우 검출부에서 인식되는 투과광의 강도(intensity)를 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 종래의 라이트 캘리브레이션 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.

도 4a 및 도 4b는 종래의 얼라인 키를 이용한 얼라인먼트 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 보정용 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 라이트 캘리브레이션과 마스크 얼라인먼트를 동시에 수행할 수 있는 포토마스크의 보정 패턴에 관한 것이다.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 구현되는 패턴의 크기 또한 점점 작아지고 있다. 이러한 반도체소자의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 그 중, 마스크의 패턴을 이용하여 해상도를 높이는 방법으로서, 위상 쉬프터(phase shifter)를 포함하는 위상반전 마스크를 사용하여 패턴을 노광시키는 방법이 이용되고 있다. 위상반전 마스크의 예로서, 광 차단부의 투과율을 0에서 0이 아닌 값으로 투과율을 높이고, 그 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 감쇄형 위상반전(Attenuated Phase Shifting) 마스크를 들 수 있다.

한편, 포토마스크를 이용한 사진공정에서 포토마스크의 패턴은 웨이퍼에 구현되는 패턴의 원판이라 할 수 있기 때문에, 반도체 제조공정에서의 포토마스크는 소자의 집적도가 높아질수록 그 중요성이 더욱 높아진다. 이러한 포토마스크에 패턴불량이 존재하게 되면 해당 불량이 웨이퍼에 그대로 전사되기 때문에 이에 대한 대처가 필요하다. 이를 위해서 마스크를 제작하는 과정에서 패턴이 정상적으로 형성되었는지를 확인하기 위한 검사공정을 거치게 된다.

도 1은 일반적인 감쇄형 위상반전 마스크를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 감쇄형 위상반전 마스크는 빛을 투과하는 기판(Qz)(100)과, 웨이퍼 노광시 해상력을 증대시키기 위한 위상반전층(102), 그리고 메인 패턴 이외의 외곽영역에 형성되어 빛을 차단하는 차광막(104)으로 이루어져 있다. 차광막은 빛의 투과를 차단하는 크롬(Cr) 막으로 이루어져 있다. 상기 위상반전층(102)은 빛의 위상을 반전시키는 막으로서 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)로 이루어 져 있다. 상기 위상반전 마스크는, 투명 기판(100) 상에 위상반전물질막 및 크롬막을 차례로 증착한 후 식각공정을 통해 적절한 패턴으로 패터닝하여 제조된다. 이 과정에서 도시된 바와 같이 패턴불량(106)이 발생할 수 있다.

도 2는 감쇄형 위상반전 마스크에 불량이 존재하는 경우 검출부에서 인식되는 투과광의 강도(intensity)를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 마스크에 불량(106)이 존재하는 경우 검출부에서 인식되는 투과광의 강도는 정상적인 패턴의 강도와 차이를 보이게 되는데, 이러한 차이를 인식함으로써 불량 여부를 검출하게 된다.

그러나, 감쇄형 위상반전마스크의 경우에는 위상반전층이 수 ％의 광을 투과시키기 때문에 투과광의 강도의 차이를 검출할 때 이에 대한 보정이 필요하게 된다. 이를 라이트 캘리브레이션(light calibration)이라고 하는데, 불량패턴만을 검출하기 위해서는 라이트 캘리브레이션이 정확하게 이루어져야 한다. 그렇지 못한 경우에는 정상적인 패턴을 불량으로 인식하는 '거짓 결함'(false defect)을 다량 검출하게 된다. 따라서, 라이트 캘리브레이션을 위한 패턴이 필요하게 되는데, 일반적으로 도 3a와 같은 형태의 패턴을 이용하여 라이트 캘리브레이션을 수행하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 종래의 라이트 캘리브레이션 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들로서, 도 3a는 라이트 캘리브레이션 키를, 도 3b는 캘리브레이션 키를 이용하여 캘리브레이션을 수행하는 단계의 이미지를 나타낸다.

참조번호 "200"은 라이트 캘리브레이션을 수행하기 위한 라이트 캘리브레이 션 키를 나타내고, "210"은 위상반전막이 존재하는 영역을, "220"은 위상반전막이 제거되어 기판이 드러나는 영역을 나타낸다. 이와 같이 라이트 캘리브레이션은 마스크의 경계부분의 투과율 차이를 보상하기 위하여 기판과 위상반전막의 경계를 지정하여 수행하게 된다.

이러한 라이트 캘리브레이션과 함께 포토마스크가 스테이지(stage)의 정확한 위치에 놓여지도록 하기 위해서 얼라인(align)을 실시하게 된다. 이를 위해서는 최소한 2개 이상의 얼라인 키(align key)를 이용하여 X축과 Y축의 패턴의 쉬프트 정도 및 로테이션(rotation)을 확인하여 보정하게 된다.

도 4a는 종래에 일반적으로 사용되는 얼라인 키를 도시한 도면이고, 도 4b는 얼라인 키를 이용하여 얼라인을 수행하는 단계의 이미지이다. 참조번호 "300"은 포토마스크가 스테이지 상의 정확한 위치에 놓여졌는지를 확인하기 위한 십자모양의 얼라인 키를 나타낸다. 얼라인 키(300) 중 "310"은 위상반전막이 존재하는 영역을, "320"은 위상반전막이 제거되어 기판이 드러나는 영역을 나타낸다.

일반적으로 라이트 캘리브레이션 키(200)와 얼라인 키(300)를 별도로 형성하게 되는데, 주로 패턴영역이 아닌 외곽영역에 형성하게 된다. 검사공정에서 불량을 검출하기 위해서는 외곽영역에 위치한 얼라인 키를 이용하여 얼라인먼트(alignment)를 실시한 다음에, 패턴 검사를 위해 역시 외곽영역에 위치하고 기판과 위상반전층의 경계를 가지고 있는 라이트 캘리브레이션 키를 이용하여 캘리브레이션을 실시한다. 이 경우, 두 보정 키의 위치가 상이하기 때문에 얼라인 키를 이용한 얼라인을 수행한 후에 라이트 캘리브레이션 키를 찾아가서 이를 이용한 보정 을 하게 된다. 따라서, 공정진행 시간이 많이 소요되며, 부가적으로 운영 측면에서 어려움이 있다.

또한, 얼라인 키를 기준으로 하여 불량 등의 좌표가 출력되는데, 해당 얼라인 키는 웨이퍼 상에 패턴이 형성되지 않는 외곽영역에 위치하고 있기 때문에 해당 불량을 웨이퍼 상에서 확인하기 위해서는 별도로 좌표를 환산해주는 과정을 필요로 한다. 멀티 칩으로 구성되어 있는 마스크에서는 이러한 변환과정이 용이하지 않다. 따라서, 실제 검사공정을 진행하기 위해서는 레시피(recipe)를 설정할 때 추가적인 시간이 필요하게 될 뿐만 아니라 패턴 외곽영역에 얼라인 키가 형성되기 때문에 웨이퍼 좌표계와의 매칭을 위해서는 별도로 좌표를 전환하는 과정을 거쳐야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 라이트 캘리브레이션 및 얼라인을 동시에 실시할 수 있도록 함으로써 위치이동에 따른 시간을 절약할 수 있으며 웨이퍼 좌표계와의 매칭이 용이하여 별도의 좌표변환 과정이 없이도 좌표값을 호환하여 사용할 수 있는 포토마스크의 보정 패턴을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크의 보정 패턴은, 라이트 캘리브레이션 및 마스크 얼라인을 위한 포토마스크의 보정 패턴에 있어서, 중앙의 십자 모양의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴의 사방으로 연장된 날개 모양의 제2 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 보정 키는 패턴이 형성되는 메인 칩 영역에 위치한다.

상기 보정 키는 웨이퍼 상에 구현되지 않을 정도의 크기를 갖는다.

상기 제1 패턴의 폭은 70㎚ 이하이며, 상기 제2 패턴의 폭은 100㎚ 이하인 것이 바람직하다.

상기 제1 패턴의 길이와 상기 제2 패턴의 길이가 서로 다를 수 있다.

그리고, 상기 제2 패턴의 소정 영역에, 상기 제1 패턴과 동일한 폭의 스트라이프(strip)를 더 구비할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명은 마스크 상에 하나의 키(key)를 형성하고 이를 이용하여 마스크에 대한 얼라인을 진행하는 한편, 패턴 검사시에는 라이트 캘리브레이션 키 역할을 할 수 있도록 한다. 특히, 웨이퍼 상에 구현되는 메인 칩(chip) 영역에 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 키를 형성함으로써, 웨이퍼 상의 각 칩에 대한 좌표계와의 매칭을 쉽게 하도록 하였다. 얼라인 및 라이트 캘리브레이션 키의 크기를 작게 함으로써 실제 노광 싱에 웨이퍼 상에 전사되지 않도록 하여 불필요한 패턴이 웨이퍼 상에 형성되지 않도록 한다. 이러한 본 발명의 얼라인 및 라이트 캘리브레이션 키의 일 예가 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 보정 패턴을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 참조번호 "410"은 위상반전막이 존재하는 영역이고, "420"은 위 상반전막이 제거되어 기판이 드러나는 영역이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 패턴(400)은, 도시된 바와 같이 중앙의 작은 십자 모양의 패턴(401)에 날개 모양의 패턴(402)들이 합쳐져 큰 십자형태를 이루고 있다. 상기 중앙의 십자모양의 패턴(401)과 날개 모양의 패턴(402)의 길이는 서로 다르다. 이와 같이 보정 패턴을 십자 형태로 형성하면 X축과 Y축에 대한 좌표값을 한 번에 인식할 수 있다. 또한, 각각의 날개에 해당하는 패턴(402)을 이용하여 라이트 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

상기 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴(400)은 웨이퍼 상에 패턴이 구현되는 패턴영역에 형성된다. 따라서, 웨이퍼 상에 형성되는 각각의 칩에 대한 좌표계와의 매칭이 용이하다.

상기 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴(400)은 마스크를 사용한 노광공정 시 웨이퍼 상에는 전사되지 않을 정도의 크기로 형성한다. 예를 들어, 상기 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴(400)의 중앙부(401)는 70㎚ 이하의 폭을 가지며, 날개모양의 패턴(402)은 100㎚ 이하의 크기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 얼라인 및 라이트 캘리브레이션을 위한 보정 패턴(400)에 대한 광보정 효과를 높이기 위하여, 도시된 바와 같이 날개모양의 패턴(402)에 중앙부의 폭과 동일한 폭의 스트라이프(strip)를 삽입할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

상술한 본 발명에 의한 포토마스크의 보정 패턴에 따르면, 보정 패턴을 십자 형태로 형성하여 X축과 Y축에 대한 좌표값을 한 번에 인식할 수 있으며, 웨이퍼 상에 패턴이 구현되는 패턴영역에 배치함으로써 각각의 칩에 대한 좌표계와의 매칭이 용이하다. 또한, 날개모양의 패턴에 중앙부와 동일한 폭의 스트라이프(strip)를 삽입함으로써 보정 효과를 더욱 높일 수 있다.

Claims (6)

1. 라이트 캘리브레이션 및 마스크 얼라인을 위한 포토마스크의 보정 패턴에 있어서,

   중앙의 십자 모양의 제1 패턴과,

   상기 제1 패턴의 사방으로 연장된 날개 모양의 제2 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 패턴.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보정 키는 패턴이 형성되는 메인 칩 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 패턴.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보정 키는 웨이퍼 상에 구현되지 않을 정도의 크기인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 패턴.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 패턴의 길이와 상기 제2 패턴의 길이가 다른 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 패턴.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제2 패턴의 소정 영역에, 상기 제1 패턴과 동일한 폭의 스트라이프(strip)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 패턴.

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