KR20020018479A - 반도체 공정의 정렬 확인 방법 - Google Patents

Abstract

마스크와 기판의 위치를 정렬을 확인하기 위한 방법이 개시되어 있다. 기판의 단위 샷 영역이 마주하는 어느 하나의 외측변들 각각에 3개 이상의 정렬 마크를 마련하여 마스크에 기재되어 있는 패턴을 기판상에 전사하기 위한 스캔 방식의 리소그라피를 수행할 때 상기 마스크 및 기판이 서로 바르게 정렬되는 가를 확인한다. 이에 따라 상기 기판 또는 마스크의 위치의 변화, 상기 기판 또는 마스크가 기울어져서 나타나는 위치의 변화 또는 상기 스캔을 할 때 스캔 속도가 일정하지 않기 때문에 나타나는 위치의 변화를 정확하게 확인할 수 있다.

Description

반도체 공정의 정렬 확인 방법{METHOD FOR MEASURING ALIGNMENT IN A SEMICONDUCTOR PROCESSING}

본 발명은 반도체 공정에서의 정렬 확인 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스캔(scan) 방식을 이용한 리소그라피(lithography)를 수행할 때 마스크(mask)와 기판의 위치를 정렬을 확인하기 위한 반도체 공정에서의 정렬 확인 방법에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이에 따라 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 리소그라피 기술과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

상기 리소그라피 기술은 잘 알려져 있는 바와 같이, 실리콘과 같은 반도체 물질로 구성되는 기판(패턴을 형성하기 위한 막들을 포함한다)상에 레지스트를 코팅하여 레지스트막을 형성한 다음 노광 및 현상에 의해 상기 레지스트막의 소정 부위를 제거하여 레지스트 패턴을 형성하는 기술이다. 이때 상기 레지스트는 광을 조사하면 알칼리성 용액에 대해 용해도 변화가 일어나게 되는 유기물로 구성되는 포토레지스트를 사용한다.

상기 광을 조사하는 노광에 앞서 상기 패턴이 기재되어 있는 레티클(reticle)을 포함하는 마스크와 기판의 위치를 확인하는 정렬이 이루어지는데, 이는 상기 마스크에 기재되어 있는 패턴을 상기 기판상에 정확하게 전사하기 위함이다. 따라서 상기 기판상에 형성하는 레지스트막의 소정 영역 및 상기 마스크의 소정 영역에 상기 정렬을 위한 마크를 마련하고, 상기 정렬 마크를 서로 겹치게 하는 방법으로 상기 기판과 마스크의 위치를 확인한다.

이때 상기 정렬은 노광과 마찬가지로 스테퍼(stepper)를 사용하는 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 방식으로 이루어진다. 상기 정렬이 올바르게이루어지지 않을 경우에는 상기 기판이 놓여지는 스테이지를 X축, Y축 및 θ 등으로 구동시켜 상기 정렬을 위한 위치를 보정한 다음 노광을 수행한다. 상기 정렬이 올바르게 이루어졌는 가에 대한 확인은 주로 KLA 시리즈(제품명)와 같은 검사 장치 및 전자 주사 현미경(scanning electron microscopy) 등을 사용한다.

상기 정렬 방법은 하마사키(Hamasaki et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,918,320호에 개시되어 있고, 상기 KLA 시리즈를 사용한 정렬에 대한 확인은 헤네세이(Hennessey et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,696,835호에 개시되어 있다.

그러나, 최근 반도체 장치는 0.15㎛ 이하의 디자인룰(design rule)을 요구한다. 때문에 상기 노광은 스테퍼 대신 고분해능의 패턴 형성에 유효한 레이저 빔 등을 사용하는 스캔 방식이 선택되고 있다.

상기 스캔 방식의 노광에 대한 예는 사이토(saitoh)에게 허여된 미합중국 특허 제5,888,676호에 개시되어 있다.

하지만, 상기 스캔 방식의 노광을 위한 정렬은 상기 스테퍼를 사용하는 정렬에서와 동일한 정렬 마크를 사용하고 있다. 때문에 상기 스캔 방식에서의 정렬은 정확하게 이루어지지 않는다. 따라서 상기 정렬에 의한 기판 또는 마스크의 위치 보정이 정확하게 이루어지지 않고, 정렬 에러가 발생한다. 이러한 정렬 에러가 발생한 기판은 이후 리워크(rework) 또는 리젝트(reject)의 대상이 된다. 때문에 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성이 저하되는 원인으로 작용한다.

본 발명의 목적은, 스캔 방식의 노광을 수행할 때 기판 및 마스크의 위치를 정확하게 정렬하기 위한 반도체 장치의 제조에 있어 정렬 확인 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 반도체 공정의 정렬을 확인하기 위한 정렬 마크를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 마크를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 20, 30 : 기판 12, 22, 32 : 정렬 마크

12a, 22a, 32a : 아우터 박스

12b, 22b, 22b : 이너 박스

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조에 있어 정렬 확인 방법은, 마스크에 기재되어 있는 패턴을 기판상에 전사하기 위한 리소그라피를 수행할 때 상기 마스크 및 기판이 서로 바르게 정렬되는 가를 확인하기 위한 정렬 마크를 상기 기판의 단위 샷 영역의 마주하는 어느 하나의 외측변들 각각에 3개 이상을 마련하는 단계와, 상기 정렬 마크를 스캔 방식으로 리딩하여 상기 마스크 및 기판의 정렬 상태를 확인하는 단계를 포함한다.

상기 마주하는 외측변들에 마련되는 정렬 마크는 서로 대향하도록 마련하는데, 바람직하게는 상기 외측변 각각에 3개를 마련하고, 상기 3개가 마련되는 정렬 마크는 상기 외측변의 단부 및 중심부에 마련한다.

이와 같이 스캔 방식에 유효한 정렬 마크를 마련하고, 상기 정렬 마크를 사용하여 정렬을 수행함으로서, 상기 정렬을 위한 정렬 마크를 스캔할 때 렌즈의 왜곡을 최소화할 수 있고, 상기 기판 및 마스크가 위치하는 기울기에 의한 위치까지도 보정할 수 있다. 때문에 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 반도체 공정에 있어 정렬을 확인하기 위한 정렬 마크를 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 절연막 또는 도전막 등을 포함하는 막들이 형성되어 있는 기판(10)의 일부를 나타낸다. 상기 기판(10)의 일부는 노광이 1회 이루어지는 샷 단위이다. 그리고 상기 샷 단위의 외측변에는 상기 노광에서의 정렬을 위한 정렬 마크(12)가 형성된다. 상기 정렬 마크(12)는 서로 마주하는 외측변들의 단부에 마련된다. 이때 상기 정렬 마크는 중공의 아우터 박스(outer box)(12a) 및 이너 박스(inner box)(12b)로 마련된다. 따라서 상기 아우터 박스(12a)내에 상기 이너 박스(12b)가 오차 범위내에 위치하는 가에 의해 정렬이 이루어진다.

상기 정렬 마크(12)는 일반적으로 도시된 바와 같이 외측변의 2군데의 위치 즉, 4군데에 마련한다. 그러나 스캔 방식의 정렬에서 4군데에 마련한 정렬 마크(12)를 사용할 경우 정확한 정렬이 이루어지지 않는다.

상기 스캔 방식의 경우 상기 정렬 및 노광을 할 때 레티클을 포함하는 마스크의 패턴을 기판상에 축소-투영하기 위한 렌즈의 일부분만을 오픈시킨다. 즉, 상기 렌즈의 평면부분만을 오픈시키는데, 이는 상기 마스크에 기재된 패턴을 왜곡없이 상기 기판상에 전사할 수 있기 때문이다.

그러나 상기 4군데에 마련한 상기 정렬 마크(12)를 이용한 스캔 방식의 정렬에서는 상기 정렬 에러에 의한 패턴의 변화를 확인할 수 없다. 즉, 상기 일단부에서 타측 단부까지 스캔할 때 상기 스캔이 이루어지는 범위내의 중심 영역을 포함하는 다른 영역의 위치에 대한 변화를 확인할 수 없기 때문이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 마크를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 기판(20)의 일부로서, 노광을 할 때 샷 단위의 영역을 나타낸다. 그리고 상기 샷 단위의 외측변들의 단부를 포함하는 영역에 정렬 마크(22)가 마련된다. 이때 상기 정렬 마크(22)는 서로 대향하는 외측변에만 마련하는데, 상기 스캔이 이루어지는 Y축 방향에 마련한다. 또한 상기 정렬 마크(22)는 상기 외측변의 단부 영역들에 마련하고, 상기 단부 영역들 사이에 개수에 제한 없이 마련한다. 그리고 상기 정렬 마크(22)는 아우터 박스(22a)와 이너 박스(22b)로 마련되는데, 상기 아우터 박스(22a)는 이전의 공정에서 마련한다. 따라서 현재의 노광을 수행할 때 상기 이너 박스(22b)가 아우터 박스(22a)내의 오차 범위내에 위치하는 가를 확인함으서 상기 기판과 마스크의 위치를 정렬한다.

구체적으로, 상기 정렬 마크(22)는 스캔이 이루어지는 방향을 따라 샷 단위의 대향하는 외측변들 각각에 3개 이상 마련한다. 그리고 상기 외측변을 따라 마련되는 정렬 마크(22) 또한 각각이 대향하도록 마련한다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 외측변에 서로 대향하도록 5개를 마련할 수 있다. 따라서 최소한 6군데 이상에 정렬 마크(22)가 마련된다.

하지만, 상기 정렬 마크(22)를 마련하기 위한 공간적인 제약 등을 고려할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 정렬 마크(32)는 스캔 방향에 따른 외측변의 단부 및 상기 단부에 기준한 중심부에 마련하는 것이 바람직하다.

때문에 상기 샷 단위의 외측변을 따라 대향하도록 3군데 이상에 정렬마크(22, 32)를 마련함으로서 스캔에 의한 정렬을 할 때 단부 뿐만 아니라 이외의 영역에서의 정렬이 가능하다. 따라서 상기 기판과 마스크의 위치를 용이하게 정렬할 수 있다.

상기 정렬 마크를 사용하는 정렬 확인 방법을 도 3을 참조하여 살펴 보면, 먼저 샷 단위를 기준하는 기판(30)상에 정렬 마크(32)를 마련한다. 상기 정렬 마크(32)가 마련되는 위치는 스캔 방향 즉, 도시된 바와 같이 Y축 방향을 따라 대향하는 외측변이다. 이때 상기 외측변의 단부 및 중심부에 정렬 마크(32)들이 마련된다. 상기 정렬 마크(32)는 이전에 마련된 아우터 박스(32a)를 기준으로, 현재의 정렬에서 상기 아우터 박스(32a)의 오차 범위내에 이너 박스(32b)가 위치하는 가를 확인한다. 이때 상기 정렬은 스캔 방식으로 이루어지는데, 일측 단부로부터 스캔을 시작하여 상기 중심부를 거쳐 타측 단부까지 스캔이 이루어진다. 이에 따라 상기 정렬 마크(32)를 리딩하여 상기 리딩한 결과에 의해 상기 정렬을 확인한다. 때문에 상기 정렬 에러의 의한 기판 또는 마스크의 위치가 변화하는 것을 정확하게 확인할 수 있다. 또한 상기 기판 또는 마스크가 기울어져서 나타나는 위치의 변화도 확인할 수 있다. 그리고 상기 스캔을 할 때 스캔 속도가 일정하지 않기 때문에 나타나는 위치의 변화도 확인할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 상기 정렬 마크를 단부 뿐만 아니라 중심부에도 마련함으로서 기판 및 마스크의 위치 정렬을 정확하게 할 수 있다. 때문에 마스크에 기재되어 있는 패턴을 기판상에 정확하게 전사할 수 있다. 또한 상기 정렬의 결과를 이후의 노광에서 보상함으로서 이전의 노광 및 이후의 노광에 대한 정렬 에러를 최소화할 수 있다. 이와 같이 기판 및 마스트의 위치의 정렬을 정확하게 확인함으로서 이에 따른 불량을 최소화할 수 있다. 때문에 반도체 장치의 제조에 따른 쇤뢰도 및 생산성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 마스크에 기재되어 있는 패턴을 기판상에 전사하기 위한 리소그라피를 수행할 때 상기 마스크 및 기판이 서로 바르게 정렬되는 가를 확인하기 위한 정렬 마크를 상기 기판의 단위 샷 영역의 마주하는 어느 하나의 외측변들 각각에 3개 이상을 마련하는 단계; 및

   상기 정렬 마크를 스캔 방식으로 리딩하여 상기 마스크 및 기판의 정렬 상태를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정의 정렬 확인 방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 마주하는 외측변들에 마련되는 정렬 마크는 서로 대향하도록 마련하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정의 정렬 확인 방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 정렬 마크는 상기 외측변 각각에 3개를 마련하고, 상기 3개가 마련되는 정렬 마크는 상기 외측변의 단부 및 중심부에 마련하는 것을 특징으로 반도체 공정의 정렬 확인 방법.