KR19980021238A

KR19980021238A - 반도체장치의 마스크 정렬 방법

Info

Publication number: KR19980021238A
Application number: KR1019960040025A
Authority: KR
Inventors: 남정림
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-09-14
Filing date: 1996-09-14
Publication date: 1998-06-25

Abstract

본 발명에 의한 마스크 정렬방법은 웨이퍼 상의 반도체패턴이 형성되는 영역인 필드방향의 정보를 얻기 위한 방법으로 사용되는 본 발명에 의한 멀티 EGA방식은 S/L영역에 x, y방향 공용의 다수의 얼라인 먼트 키를 형성하고 공정에 따라서 얼라인 먼트 키 숫자를 선택하여 공정에 맞게 사용한다.

따라서 스캐너를 이용한 노광방식에서 노광영역의 증가는 물론 노광과정에서 발생되는 에라를 줄이고 인터 필드간의 정보를 얻을 수 있으므로 정렬도를 향상시킬 수 있다.

Description

반도체장치의 마스크 정렬 방법

본 발명은 반도체장치의 얼라인 먼트 키(Alignment key)에 관한 것으로서, 특히 스크라이브 라인(Scribe Line:이하, S/L이라 한다)영역에 디자인 된 다수의 얼라인 먼트 키에 관한 것이다.

반도체장치를 제조하는 공정은 다시말하면, 웨이퍼상에 다수의 패턴을 층층이 형성하는 과정이다. 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 막질을 패터닝하기 위한 식각마스크가 필요하다. 반도체장치의 제조공정에 사용되는 식각마스크로는 대개는 감광막 그것도 포토레지스트막을 도포하여 특정방식으로 노광하여 형성된다. 이러한 노광단계에서 형성하고자 하는 막질의 패턴이 결정되므로 노광은 매우 중요한 공정이 된다. 따라서 정확한 패턴을 형성하려면 먼저 노광장치에서 마스크 패턴을 정확히 정렬시켜야 한다. 이러한 목적으로 웨이퍼의 비 패턴형성영역에는 얼라인 먼트 키가 형성되어 있다. 상기 얼라인 먼트 키를 기준으로 마스크패턴의 얼라인이 이루어지고 감광막 상에 노광이 실시되어 물질막의 패턴을 한정하는 포토레지스트 패턴 즉, 식각마스크가 형성된다. 이와 같이 형성된 식각마스크의 정렬이 어긋났을 경우 식각공정에서 미리 형성된 하지막 패턴에 손상을 줄 수 있다.

노광공정에서 얼라인 먼트 키는 마스크패턴의 정렬은 물론 웨이퍼내의 각종 정보를 알수 있게 한다. 그런데 노광방식에 따라 이러한 것은 약간씩 달라질 수 있다. 즉, 현재, 널리 사용되고 있는 노광방식에는 도 1에 도시한 바와 같이 축소투영렌즈(10)를 사용하는 스텝퍼(stepper)의 경우와 도 2에 도시한 바와 같이 스텝퍼에 사용되는 축소투영렌즈와 동일한 크기의 축소투영렌즈(10)의 장축(통상 슬릿(slit))방향(14)으로 5mm∼10mm의 제한폭을 가지고 스캐닝하는 스캐너를 이용하는 경우이다. 상기 스텝퍼를 이용하는 경우에는 그 노광방식이 도 3에 도시한 바와 같이 웨이퍼(16) 상에 다수의 필드(18)를 선정한 다음 해당 필드에 상기 도 1의 축소투영렌즈(10)의 노광영역(12)을 통해서 노광을 실시한 다음, 노광되지 않은 다른 필드로 이동하는 스텝 엔드 리피트(step and repeat)방식으로 노광을 실시한다. 이어서 스캐너를 이용하는 경우 그 노광방식은 도 4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(16)내의 노광을 위해 선택된 필드(20)의 어느 한 쪽에서 반대쪽으로 스캐닝한 후 웨이퍼(16)의 다른 필드(22)로 이동한 후 해당필드(22)의 한쪽에서 다른 쪽으로 스캐닝을 실시하는 방식인 스캔 엔드 리피트(scan and repeat)방식으로 노광을 실시한다. 상기 두 노광방식중 노광되는 영역은 스캐너방식이 스텝퍼방식보다 넓다.

상기 스탭퍼를 이용하는 스텝 엔드 리피트방식의 경우에는 층간의 정렬을 위하여 도 5에 도시한 바와 같이 S/L영역(24)에 얼라인 먼트 키(26, 28)를 제작한 후 이 얼라인 먼트 키(26, 28)를 검출하여 통계처리 하는 방식을 사용한다. 도 5에서 참조번호 26은 X축 방향의 얼라인 먼트 키이고, 참조번호 28은 Y축 방향의 얼라인 먼트 키이다.

스텝퍼의 경우 한개의 필드(field) 전체를 한번의 노광으로 처리하므로 한 필드내에서는 X축과 Y축방향으로 한개의 얼라인 먼트 키가 검출되면 스케일(Scale), 오.알.티(ORT), 확대(Magnification), 옵셋(offset)등과 같은 웨이퍼내의 정보를 얻을 수 있어서 문제가 없다. 그러나 scan방식의 경우 직접 정렬하는 필드가 스캔 필드의 일부분인 슬릿방향만 오픈하여 정렬(X, Y 한점씩)을 한 후 노광을 진행한다. 따라서 스캐닝의 정보인 이소트로픽 확대(Isotropic Mag), 전이 (Translation), 스캔 방향 확대(Scan derection Mag), 샷 스큐(shot skew)등의 정보를 얻을 수가 없게되어 웨이퍼 상에서 층간의 정렬도 (Overlay Accuracy:이하, O/A라 한다)가 스텝퍼를 이용할 때보다 떨어진다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 O/A의 정확성과 함께 스캐너설비에서 스캐닝하는 과정에서 발생되는 에라 및 인터 필드(inter field)의 정보를 얻을 수 있는 반도체장치의 얼라인 먼트 키 형성방법을 제공함에 있다.

도 1 및 도 2는 노광방식에 따른 투영렌즈의 노광영역을 나타낸 도면들이다.

도 3은 종래기술에 의한 노광방식중 스텝 앤 리피트(step and repeat)방식에 의한 노광을 나타낸 도면이다.

도 4는 종래기술에 의한 노광방식중 스캔(scan)방식에 의한 노광을 나타낸 도면이다.

도 5는 종래 기술에 의한 스텝퍼(stepper)에서의 얼라인 먼트 키(alignment key)를 나타낸 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(alignment key)를 나타낸 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(alignment key)를 나타낸 평면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 피치가 8㎛인 형태의 2차원 FIA 마크를 나타낸 평면도이다.

도 9는는 본 발명의 실시예에 의한 피치가 6㎛인 형태의 2차원 FIA 마크를 나타낸 평면도이다.

도 10은 종래 기술에 의한 EGA를 사용하였을 때의 보정 전후의 오버레이(overlay)결과를 나타낸 표이다.

도 11 및 도 12는 각각 도 10에서 X축과 Y축의 미스 얼라인 정도를 나타낸 그래프도이다.

도 13은 본 발명에 의한 다중 EGA를 사용한 경우 보정 전후의 오버레이(overlay)결과를 나타낸 표이다.

도 14 및 도 15는 각각 도 13의 결과 X축과 Y축의 미스 얼라인 정도를 나타낸 그래프도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호설명

40:필드영역. 42:스크라이브 영역(S/L).

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 반도체장치의 마스크 정렬방법은 반도체 패턴 형성설비중 노광되는 필드영역을 증가시키기 위하여 스캐너방식(스탭 엔드 스캔)설비를 사용하는 반도체장치의 마스크 정렬방법에 있어서, 웨이퍼 상의 스크라이브 라인(Scribe Line)영역에 다수의 얼라인 먼트 키를 형성하여 스캔 설비의 정렬도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

상기 얼라인 먼트 키의 형태는 싱글(single)형태로 형성하거나 X방향과 Y방향의 검출에 공통으로 사용할 수 있는 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 얼라인 먼트 키를 S/L영역의 코너에 형성하여 인터 필드 데이타를 통계적으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 얼라인 먼트 키를 S/L영역에 형성한다. 따라서 스캐너를 이용한 노광방식에서 노광영역을 증가시킴은 물론 노광과정에서 발생되는 에라나 인터 필드간의 정보를 얻을 수 있으므로 정렬도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 반도체장치의 마스크 정렬방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(alignment key)를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(alignment key)를 나타낸 평면도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 피치가 8㎛인 형태의 2차원 FIA 마크를 나타낸 평면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 피치가 6㎛인 형태의 2차원 FIA 마크를 나타낸 평면도이다.

먼저, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(alignment key) 형성방법을 상세하게 설명한다.

노광공정에서 웨이퍼 상에 노광되는 필드 사이즈을 증가시키기 위해서 종래의 스텝퍼설비를 이용하는 대신 스캐너 설비를 이용한다. 스캐너를 이용한 노광설비에서는 마스크 정렬을 위해 X축과 Y축방향으로 한개의 얼라인 먼트 키를 디자인하여 사용해오고 있다. 즉, 원 포인트 EGA(1 Point Enhancement Global Alignment)방식을 사용하고 있다(도 5 참조). 하지만 본 발명의 제1 실시예에서는 이를 탈피하여 도 6에 도시된 바와 같이 반도체패턴이 형성되는 필드(40) 외곽 S/L영역(42)에 X축방향의 정렬과 Y축방향의 정렬을 위해 다수의 얼라인 먼트 키(44, 46)를 모아서 형성하는 멀티 EGA방식을 사용한다. 통상 얼라인 먼트에는 X축 방향과 Y축방향의 정렬 키가 요구되므로 기본적으로 반도체패턴이 형성되는 영역인 필드(40)의 코너인 네 모서리 부분에 상기 얼라인 먼트 키(44, 46)을 형성한다. 여기서 참조번호 44는 X축 방향의 정렬을 위한 얼라인 먼트 키이다. 그리고 참조번호 46은 Y축방향의 정렬을 위한 얼라인 먼트 키이다.

본 발명의 멀티 EGA방식 정렬의 다른 예인 제2 실시예에 의한 반도체장치의 얼라인 먼트 키 형성방법은 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7에는 반도체패턴이 형성되는 영역인 필드(40)영역이 있는데, 상기 필드영역(40)의 스캔시 O/A를 높이기 위해 상기 필드영역(40) 둘레의 S/L영역(42)에 제1 실시예와 같이 다수의 얼라인 먼트 키를 형성한다. 그러나 상기 제2 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(48)는 상기 제1 실시예에 의한 얼라인 먼트 키(44, 46)와는 달리 X축방향의 정렬과 Y축방향의 정렬에 함께 사용될 수 있는 형태로 형성한다. 이러한 형태의 얼라인 먼트 키(48)는 상기 필드(40)의 모서리 부분만이 아니라 필드(40)의 X축 방향으로도 형성하여 선택적으로 사용할 수 있다. 제2 실시예에서 처럼 얼라인 먼트 키를 형성하면, 상기 제1 실시예에서 X축 정렬과 Y축 정렬을 위한 얼라인 먼트 키를 별도로 형성하는 것에 비해 S/L영역을 줄일 수 있다. 따라서 집적도를 높일 수 있다.

도 8 및 도 9에서 참조부호 M1 및 M2는 각각 FIA마크를 나타낸다. 도 8의 경우 피치사이의 간격은 8㎛로서 13×13의 행렬을 갖고 있다. 도 9의 경우 피치사이의 간격은 6㎛로서 17×17의 행렬을 갖고 있다. 도 10은 종래 기술에 의한 EGA를 사용하였을 때의 보정 전후의 오버레이 (overlay)결과를 나타낸 표이다. 도 10을 참조하면, 보정을 하지 않았을 때 평균적으로 X, Y축의 편차는 보정을 하였을 때 보다 큰 것을 알 수 있다. 하지만, 보정을 한 경우라도 X추과 Y축의 편차는 최저 두 자리 숫자이다. 도 11을 참조하면, 더 확실히 보정 전후의 X축 편차를 볼 수 있다. 도면의 좌측부분(L)이 보정을 실시하기전의 결과를 나타내고 도면의 우측부분(R)이 보정을 실시한 후의 X축 편차를 나타낸다. 계속해서 도 12를 참조하면, Y축방향으로의 보정 전후의 편차를 더 정확히 알 수 있다. 보정전의 결과를 나타내는 도 12의 좌측부분(L)을 보면, 편차가 양의 방향으로 심하게 있는 것을 알 수 있다. 보정을 하면, 다소의 편차 감소는 있지만, 도 12의 우측부분(R)을 보면, Y축 방향으로의 편차는 거의 10㎛를 벗어나는 것을 알 수 있다.

도 13은 본 발명에 의한 다중 EGA를 사용한 경우 보정 전후의 오버레이(overlay)결과를 나타낸 표인데, 이를 참조하면 X축과 Y축 방향의 편차는 보정을 한 경우에 작음을 알 수 있고 종래 기술에 의한 결과를 나타내는 도 10과 비교해보면, 본 발명의 실시예에서 편차폭이 훨씬 작다. 즉, X축방향의 경우 8㎛정도이고 Y축 방향의 경우 11㎛정도로서 종래에 비해 매우 작음을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 X축방향과 Y축방향으로의 미스얼라인 정도는 도 14와 도 15를 참조하면, 더욱 자세하게 알 수 있다. 즉, X축방향으로의 편차를 나타내는 도 14를 참조하면, 보정전에 비해 다소 나빠졌지만, 그 폭은 종래에 비해 작다. Y축방향으로의 편차를 나타내는 도 15를 참조하면, 보정 전에 비해 편차가 훨씬 작아진 것을 알 수 있다. 구체적으로는 제로편차를 중심으로 상.하 편차폭이 10㎛이내에 있다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 얼라인 먼트 키 형성방법은 웨이퍼 상의 반도체패턴이 형성되는 영역인 필드방향의 정보를 얻기 위한 방법으로 사용되는 본 발명에 의한 멀티 EGA방식은 S/L영역내에 다수의 얼라인 먼트 키를 형성하고 공정에 따라서 얼라인 먼트 키 숫자를 선택하여 공정에 맞게 사용한다. 따라서 스캐너를 이용한 노광방식에서 노광영역을 증가시킴은 물론 노광과정에서 발생되는 에라나 인터 필드간의 정보를 얻을 수 있으므로 정렬도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않느며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서의 통상의 지식을 가진자에 의하여 실시가능함은 명백하다.

Claims

반도체 패턴 형성설비중 노광되는 필드영역을 증가시키기 위하여 스캐너방식(스탭 엔드 스캔)설비를 사용하는 반도체장치의 마스크 정렬방법에 있어서,

웨이퍼 상의 스크라이브 라인(Scribe Line)영역에 다수의 얼라인 먼트 키를 형성하여 사용함으로써 상기 스캔 설비의 정렬도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 정렬 방법.
제1항에 있어서, 상기 얼라인 먼트 키는 노광되는 영역인 필드영역 둘레의 S/L영역의 각 모서리에는 X축 방향과 Y축 방향을 나타내는 얼라인 먼트 키를 형성하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 정렬방법.
제1항에 있어서,상기 얼라인 먼트 키는 노광되는 영역인 필드영역 둘레의 S/L영역의 각 모서리에는 X축 방향과 Y축방향의 정렬에 공통으로 사용하는 얼라인 먼트 키를 형성하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 정렬방법.
제3항에 있어서, 상기 얼라인 먼트 키는 노광되는 영역인 필드영역 둘레의 S/L영역의 각 모서리와 모서리 부분이외의 S/L영역에 X축 방향과 Y축방향의 정렬에 함께 사용하는 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 정렬방법.
제1항에 있어서, 상기 얼라인 먼트 키를 S/L영역의 코너에 형성하여 인터 필드 데이타를 통계적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 정렬방법.