KR19990004579A - 노광장치에서의 위치 검출방법 - Google Patents

노광장치에서의 위치 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광마스크나 웨이퍼의 노광장치에서의 위치 측정방법에 관한 것으로서, 중앙부분에 대하여 상하로 대칭이며, 연속적으로 변화되는 공간주기성을 가지는 정렬마크를 사용하여, 일정한 각도 범위에서의 회절각을 가지는 회절광만을 시그널로 센싱하여 이 변화를 통하여 정렬마크의 중앙부분 위치를 측정하도록하여, 종래와는 다른 방법을 제공함으로써 위치 측정방법의 다양성을 확보하는 기술이다.

Description

노광장치에서의 위치 검출방법
본 발명은 반도체소자의 제조 공정에 사용되는 노광장치에서의 위치검출방법에 관한 것으로서, 특히 공간주기성이 변화하는 정렬마크를 사용하여 연속적인 공간주기성 변화에 의한 회절각의 연속적인 변화에 따른 신호 강도의 변화를 감지하되 특정각의 회절광을 감지하여 이 신호로서 정렬마크의 위치를 감지하도록하여 다양한 종류의 막질이나 위치에 대하여 위치를 정확하게 측정할 수 있는 노광장치에서의 위치검출방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 장치 고집적화 추세는 미세패턴 형성기술의 발전에 큰 영향을 받고 있으며, 이러한 미세패턴 형성 기술은 감광막 패턴의 미세화가 필수 요건이다.
종래 기술에 따른 감광막 패턴의 제조 공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 패턴을 형성하고자 하는 기판상에 감광제 및 수지(resin) 등이 용재인 솔밴트에 일정 비율로 용해되어 있는 감광막을 형성한 후, 투명기판 상에 상기 감광막에서 패턴 또는 비패턴으로 예정되어 있는 부분과 대응되는 위치에 광차단막 패턴이 형성되어 있는 노광마스크를 사용하여 빛을 선택적으로 조사하여 패턴 또는 비패턴으로 예정된 부분의 폴리머를 중합시킨다.
그 다음 상기 노광 공정을 진행한 웨이퍼에 TMAH(tetra methylammonium hydroxides)등을 주원료로 하는 약알칼리성 현상액을 사용하여 상기 감광막의 노광/비노광 영역들을 선택적으로 제거하고, 상기 웨이퍼를 탈이온수로 세척한 후, 건조시켜 감광막 패턴을 형성한다.
상기 감광막 패턴의 분해능(R)은 노광 공정에 사용되는 축소노광장치의 광원의 파장(λ) 및 공정변수(k)에 비례하고, 렌즈구경(unmerical aperture; NA)에 반비례한다.
여기서 상기 축소노광장치의 광분해능을 향상시키기 위하여 광원의 파장을 감소시키게 되며, 예를 들어 파장이 436 및 365nm인 G-라인 및 i-라인 축소노광장치는 공정 분해능이 각각 약 0.7, 0.5㎛ 정도가 한계이다.
따라서 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 형성하기 위해 공정상의 방법으로써, 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 별도의 박막을 웨이퍼 상에 형성하는 씨.이.엘(contrast enhancement layer; CEL) 방법 또는 위상반전 마스크를 사용하기도 하고, 파장이 작은 극자외선, 예를들어 파장이 248nm인 KrF 레이저나 93nm인 ArF 레이저를 광원으로 사용하는 노광장치를 이용한다.
그러나 반도체장치의 제조 공정에서는 상기의 미세 패턴 형성 뿐만아니라, 형성하고자하는 패턴이 정확한 위치에 형성되는가하는 정렬도도 중요한 요인이 된다.
종래 노광마스크나 웨이퍼의 위치측정(alignment) 방법은 노광장비원 스태퍼나 스케너를 사용하는데, 노광마스크나 웨이퍼에 만들어진 일정한 피치를 가지는 마크에 레이저등의 광을 조사하여 이때 생기는 산란광이나 회절광 또는 반사광을 이용한다.
도 1에 도시되어있는 바와 같이, 광원(10)에서 조사된 광이 빔스프리터(12) 및 랜즈(14)를 통하여 위치를 측정하고자하는 노광마스크(16) 또는 웨이퍼상의 정렬마크(18)에서 반사되는 광을 시그널 센서(20)가 감지하여 정렬마크(18)의 위치를 감지한다.
즉, 단일 피치의 패턴으로서 단일 공간주기성을 가지는 정렬마크, 예를 들어 라인/스페이스 패턴에 입사광이 스캔하기 시작하면, 정렬마크와 입사광이 중첨되기 시작하는 순간 회절광이 발생하여 시그널이 되고, 중첩정도가 증가됨에 따라 시그널 강도가 커지다가 입사광이 정렬마크를 벗어나기 시작하면 시그널 강도가 작아지는 성질을 이용하여 정렬마크의 위치를 측정한다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 노광장치에서의 위치 측정방법은 단일 공간 주기성을 가지는 패턴에서의 회절광을 측정하는데, 여러가지 상황 변화, 예를 들어 검출하고자하는 박막의 종류나 두께, 표면 거칠기 및 랜즈 왜곡 정도등이 모든 상황에서 정확한 위치 측정을 할 수 없는 경우가 발생되어 소자 제작의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 기술과는 다른 원리로서, 연속적으로 변화되는 패턴의 복합 공간 주기성을 가지는 정렬마크를 사용하여 ±1,±2,±3 … 회절광으로 연속적으로 변화되는 정렬마크로 부터의 회절광을 측정하여 정렬마크의 중심 위치를 측정하도록하여 종래와는 다른 방법으로 측정함으로써, 다양한 위치 측정 방법을 제공할 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 일반적인 노광장치에서의 위치 측정방법을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬마크의 평면도.
도 3은 도 2의 마스크를 사용한 본발명에 따른 마스크 위치별 시그널을 표시한 도면.
도 4는 도 3의 시그널 센서에서의 마스크 위치에 따른 시그널의 세기 그래프.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정렬마크들의 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 광원 12 : 빔스프리터
14 : 렌즈 16 : 노광마스크
18,30 : 정렬마크 20 : 시그널 센서
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노광장치에서의 위치 측정방법의 특징은, 노광마스크나 웨이퍼상에 형성되어있는 정렬마크에 평행광을 입사하여 회절광의 세기로 정렬마크의 위치를 감지하는 노광장치에서의 위치 측정방법에 있어서, 상기 정렬마크가 중앙 부분에 대하여 상하로 대칭이고, 연속적으로 변화되는 공간주기성을 가지도록 형성되어 있고, 상기 정렬마크의 공간 이미지에 대한 공간 주기면에 위치한 시그널 센서가 상기의 정렬마크에 대하여 입사광으로 스캔하여 정렬마크의 위치를 감지하되, 회절광의 연속적인 회절각 변화에 대하여 특정각의 회절광막을 신호로 받아들여 상기의 신호가 정렬마크의 중앙부준에서 상하로 이동 스캔시 급격하게 변화되는 성질을 이용하여 정렬마크의 위치를 감지하는 것을 특징으로 한다.
즉 본원발명은 알고자하는 위치 상하에서 회절광의 세기가 급격히 변화되는 성질을 이용한다.
이하, 본발명에 따른 노광장치에서의 위치 측정방법에 관하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 니콘사 스태퍼의 LSA 정렬방법이나 ASML사 스패퍼의 정렬방법등과 같은, 종래 정렬방법과 같이 회절광을 이용하는 면에서는 같으나, 시그널을 유도하는 방법이 상이하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬마크의 평면도로서, 중앙으로 가까와질 수록 공간주기성이 증가되는 경우로서, 정렬마크(30) 중앙부분으로 부터 상하가 대칭되고, 라인/스페이스가 중심으로부터 멀어질 수록 점차적으로 커지는 형상으로서, 입사광이 위치 -3에서 위치 3으로 스캔하여갈때, 알고자하는 마크의 위치 0에 대해 상하대칭으로 구성되어 공간주기성이 연속적으로 변화되는 형상을 가진다.
상기의 정렬마크(30)에 입사된 평행광은 정렬마크에서 특정한 각 θn으로 회절하는데, 이때 파장은 Psinθn=nλ(여기서 P는 정렬마크의 피치, λ는 광원의 파장, n은 0,±1,±2,±3 ··· 이다). 도1에 도시된 광학계를 사용하여 광원에서 출발한 빛이 빔스프리터를 통과한 후에 렌즈에서 평행광으로 바뀌어, 정렬마크(30)로 입사된 평행광은 θ0,θn±1,θn±2,θn±3으로 각각 회절하여 시그널 센서에 도달한다. 이때 센서가 위치하는 평면은 정렬마크의 공간 주기성이 나타내는 평면 즉, 정렬마크 공간 이미지의 퓨리어 평면(Fourier Plane)에 위치하도록 한다.
이러한 회절광에 의한 시그널은 정렬마크의 공간주기성이 연속적으로 변화되도록 고안하여 회절각의 연속적인 변화를 유도하고, 이러한 회절각의 연속적인 변화가 특정 각도 이상 혹은 이하에서 센서에 도달하여 시그널에 기여하도록 센서가 배치되어 있어, 도 3에 도시되어 있는 바와 같은, 위치별 크기를 가지므로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같은, 위치에 따른 특징 회절각의 시그널 크기를 가지게 되어, 시그널 광강도의 급격한 변화가 일어나는 위치에 알고자하는 위치0에 대칭적으로 나타나는 점을 이용하여 위치 0을 식별한다. 여기서 상기 회절광은 0차 회절광만을 사용하거나, 0차 회절광을 제외하고 ±1,±2,±3 ···차 회절광을 받아 들이는 경우 모두 사용할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정렬마크의 평면도로서, 도 3의 패턴에서 테두리 부분에만 패턴이 형성되어 있는 경우(30a)와, 마름모골 형상의 테두리 부분에만 패턴(30b)이 형성되어 있는 경우 및 마름모꼴의 패턴(30c)이 형성되어 있는 경우의 예로서, 본 발명이 요구하는 정렬마크의 성질인 중앙 부분에서 상하로 대칭이며 연속적으로 변화되는 공간 주기성을 가지는 패턴이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조광장치에서의 위치 측정방법은 중앙부분에 대하여 상하로 대칭이며, 연속적으로 변화되는 공간주기성을 가지는 정렬마크를 사용하여, 일정한 각도 범위에서의 회절각을 가지는 회절광만을 시그널로 센싱하여 이 변화를 통하여 정렬마크의 중앙부분 위치를 측정하도록하여, 종래와는 다른 방법을 제공함으로써 위치 측정방법의 다양성을 확보하는 데 그 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 노광마스크나 웨이퍼상에 형성되어있는 정렬마크에 평행광을 입사하여 회절광의 세기로 정렬마크의 위치를 감지하는 노광장치에서의 위치 측정방법에 있어서, 상기 정렬마크가 중앙 부분에 대하여 상하로 대칭이고, 연속적으로 변화되는 공간주기성을 가지도록 형성되어 있고, 상기 정렬마크의 공간 이미지에 대한 공간 주기면에 위치한 시그널 센서가 상기의 정렬마크에 대하여 입사광으로 스캔하여 정렬마크의 위치를 감지하되, 회절광의 연속적인 회절각 변화에 대하여 특정각의 회절광막을 신호로 받아들여 상기의 신호가 정렬마크의 중앙부준에서 상하로 이동 스캔시 급격하게 변화되는 성질을 이용하여 정렬마크의 위치를 감지하는 것을 특징으로하는 노광장치에서의 위치 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정렬마크가 중앙선에 대하여 상하로 대칭하고, 라인/스페이스의 피치가 연속적으로 증가되는 패턴으로 형성되어있는 것을 특징으로하는 노과장치에서의 위치 측정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정렬마크가 중안선에 대하여 상호로 대칭하고, 마름모꼴 형상으로 형성되어있는 것을 특징으로하는 노광장치에서의 위치 측정방법.
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