KR20050111821A - 오버레이 마크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 스테퍼에서 노광 시 정렬(Alignment)에 사용하는 오버레이 마크에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 반도체 사진 공정 시 사용하는 오버레이 마크는, 박스형태의 제1패턴과, 상기 제1 패턴의 외부의 상하, 좌우에 각각 바/스페이스가 반복 형성된 4개의 제2패턴을 포함한다.

본 발명은 제1패턴의 주위에 비대칭 패턴이 존재할 경우 비대칭 패턴의 영향을 제거하여 정상적인 포토레지스트 패턴을 형성하므로 오버레이 마크의 미스리딩을 방지한다.

Description

오버레이 마크{OVERLAY MARK}

본 발명은 오버레이 마크(OVERAY MARK)에 관한 것으로, 특히 반도체 제조용 스테퍼에서 노광 시 정렬(Alignment)에 사용하는 오버레이 마크에 관한 것이다.

통상적으로 반도체장치를 제조하기 위한 웨이퍼는 세정, 확산, 포토레지스트 코팅, 노광, 현상, 식각 및 이온주입 등과 같은 공정을 반복하여 거치게 되며, 이들 과정별로 해당 공정을 수행하기 위한 설비가 사용된다.

이러한 설비 중 스테퍼는 광원으로부터 주사되는 광으로 웨이퍼 상에 코팅된 포토레지스트를 노광시켜서 후속되는 현상 및 식각공정을 거쳐 웨이퍼에 원하는 패턴을 형성토록 하는 것이다.

포토레지스트가 코팅된 웨이퍼는 소정 수량 단위로 캐리어에 실려서 이송되며, 캐리어는 스테퍼 내부의 테이블로 로딩된다. 보통 스테퍼에서 웨이퍼의 노광은 낱장 단위로 이루어지므로 노광이 시작되면 웨이퍼를 한 매씩 꺼내기 위하여 페치아암(Fetch Arm)이 캐리어 내부로 들어가서 웨이퍼를 집게 되고, 이 상태에서 테이블이 한 피치(Pitch) 만큼 다운(Down)됨에 따라서 웨이퍼가 캐리어 밖으로 꺼내어진다. 캐리어 밖으로 웨이퍼가 꺼내어지면 휭슬라이더가 페치아암의 웨이퍼를 받기 위하여 이동되고, 웨이퍼는 횡슬라이더에 실려서 노광을 위한 지점으로 이동된다. 웨이퍼에 소정 패턴을 형성하기 위해 사용되는 스테퍼는 웨이퍼에 각 단위 칩마다 정렬 및 노광을 실시하여패턴을 형성시킨다. 고집적도의 칩을 형성하기 위해서는 웨이퍼의 적당한 위치에 노광을 실시하여야 하므로 웨이퍼를 정확히 정렬하는 것이 요구된다.

이러한 노광공정 시 웨이퍼를 정확히 정렬하기 위해서는 미세한 패턴을 정확하게 형성하고 동시에 패턴의 하부층과 정확하게 오버레이(중첩)시키는 것이 매우 중요하다. 이러한 노광공정 시 제2의 회로 패턴이 형성되어 제1의 회로 패턴에 포개지는(중첩되는) 경우 웨이퍼 상에 마스크를 오버레이시키는 정렬이 수행되고 그 다음 현상공정에 의해 패턴화가 수행된다. 일단 형성된 패턴 사이의 오버레이 정밀도가 측정되면 불완전한 오버레이정밀도를 갖는 패턴 즉, 패턴간의 오버레이 편차가 소정의 값을 초과하는 패턴은 제거되어 패턴형상의 성공률이 향상된다.

오버레이의 정밀도를 측정하기위한 여러 오버레이 마크가 일본국 특개평 9-251945호 및 특개평 10-160413호에 개시되어 있다.

도 1은 박스-인-박스형 오버레이 마크로서,

위에서 봤을 때 사각형 형성의 오목한 하부층 패턴(1) 및 하부층 패턴(1)보다 작으며 그 안에 형성되어 있는 사각형 상부를 상부층패턴(2)을 갖는다.

도 2는 프레임 -인-박스형 오버레이 마크이며,

위에서 봤을 때 사각형 형성의 오목한 하부층 패턴(1) 및 하부층 패턴(1)보다 작으며 그 안에 형성되어 있는 사각형 상부를 상부층패턴(2)을 갖는다.

도 3은 프레임-인 프레임형 오버레이 마크이고,

위에서 봤을 때 사각형 형성의 오목한 하부층 패턴(1) 및 하부층 패턴(1)보다 작으며 그 안에 형성되어 있는 사각형 상부를 상부층패턴(2)을 갖는다.

도 4는 바-인-바형 오버레이 마크이다.

네 개의 바형상의 패턴이 사각형의 각 변에 각각 배치되는 하부층 패턴(1) 및 상기 하부층 패턴(1)과 형상이 유사하며 그 내부에 형성되는 상부층 패턴(2)을 갖는다.

이러한 오버레이마크들은 상기 하부층 패턴(1)은 하지층(3)에 패턴을 새겨 넣음으로서 형성되고 상기 상부층 패턴(2)은 상기 하지층(3) 위에 놓인 상부층(4)에 형성된 레지스트 층으로 형성된다.

그리고 박스-인 박스형마크와 프레임-인-박스형 마크에서의 상기 상부층 패턴(2)은 사각형의 레지스트 블록을 상부층(4) 상에 적층함으로써 각각 형성된다. 그러나 이들 마크에서의 상부층 패턴(2)은 레지스트 층 상에 다각형 형상의 개구부 또는 오목부를 제공함으로 음각으로 형성될 수 있다.

프레임-인-프레임형 마크와 바-인-바형 마크에서의 상부층 패턴(2)은 레지스트 층(2a) 상에 프레임 또는 바형상의홈이 파여진 패턴을 새겨 넣음으로 각각 형성된다. 그러나 이들 마크에서의 상부층 패턴(2)은 프레임 또는 바형상의 레지스트 블록으로 형성될 수 있다.

한편 전사된 패턴 상호간의 위치 어긋남을 방지하기 위해서 다수의 마스크상에 형성된 회로 패턴이 스테퍼 전자빔 노광시스템 등을 사용하여 단일의 반도체 웨이퍼 상에 전사되는 노광단계에서 각각의 마스크와 웨이퍼의 위치는 높은 정밀도로 정렬되어야 한다. 웨이퍼와 마스크를 정렬시키는 방법은 다음과 같다.

웨이퍼의 소정위치를 확인하기 위한 오버레이마크가 웨이퍼 상에 형성되고 그다음 이 정렬마크를 광 또는 전자빔으로 조사하여 정렬마크로부터의 회절광 또는 반사광을 사용하여 정려 마크의 위치를 검출하고, 그 다음, 이 검출된 위치에 기초하여 X-Y스테이지를 이동하여 적절한 정렬이 이루어진다.

그리고 최근 소자의 소형화와 집적도의 향상과 함께 오버레이 정밀도에 필요되는 표준이 증가하고 있고, 종래의 오버레이 마크에 있어 오버레이 정밀도의 측정과 정렬이 최근 기술발전과 발맞추기에 충분한 정확도로 수행되어야 한다는 요구를 만족시키기 어렵다.

오버레이 마크는 일반적으로 다이싱 라인위에 형성된다. 그러나 소자의 배치가 점점 더 고밀도로 됨에 따라 이 오버레이 마크는 회로패턴에 보다 근접하여 형성되고 있다. 회로 패턴에 급접하여 형성된 오버레이 마크 주위에 구조적인 환경에서의 변화가 발생할 수 있다. 제조공정 동안 가열이 마크가 형성된 층의 열 팽창 또는 수축을 초래하는 경우 오버레이 마크는 구조적인 환경에서의 이러한 변화로 인한 팽창 또는 수축의 정도에서의 차이로 인해 균일하지않게 변형될 것이다. 열 팽창 또는 수축에 의해 야기되는 변형은 오버레이 마크가 형성된 층이 BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)막 CVD(Chemical Vapour Deposition) 실리콘 산화막 등과 같은 비정질 구조를 갖는 막의 경우 현저하게 된다.

그리고 포토 오버레이 마크(Photo Overay Mark)의 주위에 비대칭의 패턴이 있는 경우 오버레이 마크를 노광하는 빛이 비대칭되어 오버레이 마크의 좌, 우측 프로파일(Profile)이 도 5와 같이 비대칭으로 형성되어 미스얼라인(MisAlign)이 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 제조용 스테퍼설비에서 노광을 위해 웨이퍼를 얼라인할 시 상,하 좌,우 대칭으로 바(Bar) 및 스페이스(Space)의 반복패턴을 배열하여 비대칭 패턴의 영향을 제거하여 정상적인 오버레이 패턴을 형성하는 오버레이 마크를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 사진 공정 시 사용하는 오버레이 마크는, 박스형태의 제1패턴과, 상기 제1 패턴의 주위의 상하, 좌우에 각각 바/스페이스가 반복 형성된 4개의 제2패턴을 포함함을 특징으로 한다.

상기 제1패턴은 패턴형성에 지장이 없으면서 공정변수에 영향을 최소화할 수 있도록 3μm의 크기로 형성하고, 상기 제2 패턴의 바는 0.15μm의 크기로 형성하고, 상기 제2 패턴의 스페이스는 0.1μm의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 오버레이 마크의 평면도이고,

도 7은 오버레이 마크의 주위에 비대칭 패턴이 발생한 레티클 이미지의 상태도이다.

상술한 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 오버레이 마크를 설명한다.

도 6을 참조하면, 박스형태의 제1패턴(10)과, 상기 제1 패턴(10)의 외부의 상하, 좌우에 각각 바/스페이스(Bar/Space)가 반복형성된 4개의 제2패턴(12)로 구성되어 있다.

제1패턴(10)은 패턴형성에 지장이 없으면서 공정변수에 영향을 최소화할 수 있도록 3μm의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

제2패턴(12)은 노광장비의 해상력 이하의 크기로 형성되는 바를 일정한 스페이스로 반복시켜 형성한다. 제2 패턴(12)은 2개 이상의 다중 라인으로 구성할 경우에 스페이스를 해상력 이하의 크기로 하여 바 간의 브리지를 유발하여 중간 부위의 바들을 형성한다. 제2 패턴(12)의 바는 0.15μm의 크기로 형성하고, 스페이스는 0.1μm의 크기로 형성한다.

제1패턴(10)의 상,하에 형성된 제2패턴(12)은 Y축의 수차를 측정하기 위한 것이고, 제1 패턴(10)의 좌,우에 형성된 제2 패턴(12)은 X측의 수차를 측정하기 위한 것이다.

따라서 본 발명은 도 7과 같이 레티클 상의 제1 패턴(10)의 주위에 비대칭 패턴(14)가 존재하는 경우 제1 패턴(10)의 상하, 좌우 대칭의 바/스페이스의 반복패턴을 배열하여 비대칭패턴(14)의 영향을 제거하여 정상적인 포토레지스트 패턴을 형성하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조용 스테퍼설비에서 노광을 진행할 시 박스형태의 제1 패턴의 주위에 상하, 좌우로 바/스페이스 형태의 반복패턴을 배열하여 제1패턴의 주위에 비대칭 패턴이 존재할 경우 비대칭 패턴의 영향을 제거하여 정상적인 포토레지스트 패턴을 형성하므로 오버레이 마크의 미스리딩을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 박스-인-박스형 오버레이 마크

도 2는 프레임 -인-박스형 오버레이 마크

도 3은 프레임-인 프레임형 오버레이 마크

도 4는 바-인-바형 오버레이 마크

도 5는 웨이퍼 상에 포토레지스트의 패턴이 좌,우 비태칭 발생한 상태의 웨이퍼 이미지의 예시도

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 오버레이 마크의 평면도

도 7은 오버레이 마크의 주위에 비대칭 패턴이 발생한 레티클 이미지의 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 제1 패턴 12: 제2 패턴

14: 비대칭 패턴

Claims (2)

1. 반도체 사진 공정 시 사용하는 오버레이 마크에 있어서,

   박스형태의 제1패턴과,

   상기 제1 패턴의 외부의 상하, 좌우에 각각 바/스페이스가 반복 형성된 4개의 제2패턴을 포함함을 특징으로 하는 오버레이 마크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1패턴은 패턴형성에 지장이 없으면서 공정변수에 영향을 최소화할 수 있도록 3μm의 크기로 형성하고, 상기 제2 패턴의 바는 0.15μm의 크기로 형성하고, 상기 제2 패턴의 스페이스는 0.1μm의 크기로 형성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마크.