KR100265055B1 - 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

박막 위에 감광막을 도포한 후, 노광, 현상, 식각 단계를 거쳐 바깥쪽 박스를 형성한다. 다음, 금속 박막을 증착하고, 그 위에 감광막을 도포한 후, 노광, 현상하여 안쪽 박스를 형성하는데, 이 때, 사용된 감광막이 포지티브일 경우에는 안쪽 박스의 안쪽이 노광되도록, 네거티브 감광막이 사용된 경우에는 안쪽 박스의 바깥쪽, 즉, 바깥쪽 박스쪽이 노광되도록 마스크 패턴의 극성을 조절하여, 안쪽 박스의 바깥쪽 부분이 감광막 패턴으로 덮이도록 형성한다.

이와 같이, 바깥쪽 박스 부분이 감광막으로 덮이도록 하여 그 부분의 반사율을 낮추고, 위의 방법으로 형성된 패턴의 겹침 정확도 측정용 마크를 이미지 프로세싱 방법을 이용하여 영상 신호 처리할 경우, 금속 박막의 높은 반사율로 인해 발생하는 바깥쪽 박스 인식의 어려움을 해결할 수 있어, 정확하고 안정적인 패턴 겹침 정확도를 측정할 수 있다.

Description

패턴 형성 방법

본 발명은 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 사진 공정을 실시한 후 형성되는 패턴들 간의 겹침 정확도를 측정하기 위한 마크(mark)의 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정은 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하는 공정, 칩을 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정, 완성된 제품을 검사하는 공정을 포함한다.

이 중에서 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하기 위해 실시하는 사진 식각 공정 (photolithography process)은 다음과 같다.

먼저, 유리판의 표면 위에 크롬 에멀션(emulsion) 등을 이용하여 마스크를 제작한다. 다음, 웨이퍼의 표면에 감광막을 원하는 두께로 도포한 후, 유리판 위에 크롬 패턴으로 변환, 전사하여 제조한 마스크를 통하여 빛을 조사하여 마스크의 도면화된 패턴을 웨이퍼에 옮기고 노광을 한 감광막을 현상한다. 이 때, 양성(positive) 감광제가 사용된 경우에는 빛이 조사되지 않은 부분이 남고 조사된 부분은 현상액에 용해되어 나오므로, 결과적으로, 조사되지 않은 부분이 감광막 패턴이 되며, 음성(negative) 감광제가 사용된 경우에는 빛이 조사된 부분만이 남고 조사되지 않은 부분이 용해되어 제거되므로 조사된 부분이 패턴이 된다. 이와 같이 형성된 패턴을 이용하여 박막을 식각한 후, 남아있는 감광막을 제거한다.

반도체 제조 공정에서 웨이퍼 위에 회로를 구성하기 위해서는 수장에서 수십장의 마스크가 사용되며, 따라서, 위와 같은 사진 식각 공정을 계속 반복해서 실시해야 한다. 이 때, 각각의 마스크는 겹쳐지는 상태로 웨이퍼에 전사되기 때문에, 각 마스크의 상대적인 위치의 정확도가 중요하다.

이러한 마스크 정렬의 정확성을 위하여, 일반적으로 각 마스크에는 네모 고리 모양 또는 십자형의 형태를 가지고 있는 정렬 마크(mark)가 형성되어 있으며, 이러한 정렬 마크는 패턴 형성을 위한 노광 단계시 웨이퍼 위에 전사되어 각 패턴의 겹침의 정도를 파악하는데 이용된다.

그러면, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 종래 기술에 따른 사진 공정에서 각 패턴간의 겹침 정확도를 측정하기 위한 마크의 형성 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 사진 공정에서 하층 패턴간의 겹침 정확도를 측정하기 위해 형성한 마크를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도로서, 웨이퍼(10) 위에 바깥쪽 박스(20)와 박막(30)이 형성되어 있으며, 바깥쪽 박스(20) 내에 감광막으로 이루어진 안쪽 박스(40)가 형성되어 있다.

위와 같은 구조를 가진 패턴 겹침 정확도 측정용 마크의 형성 방법에 대하여 설명하면, 먼저, 감광막 도포 공정, 노광 공정, 현상 공정, 식각 공정 등을 거쳐 하층 패턴을 형성하는데, 이 때, 마크의 바깥쪽(outer) 박스(10)도 약 40um × 40um 정도의 크기로 형성한다. 다음, 박막을 증착한 후, 그 위에 감광막을 도포한다. 다음, 박막의 패턴 형성을 위한 사진 공정을 실시하는데, 이 때, 바깥쪽 박스(10) 안쪽에 약 20um × 20um 정도의 크기의 안쪽(inner) 박스(20)를 형성한다.

이와 같이 형성된 감광막 패턴, 즉, 안쪽 박스(20)의 가장자리와 바깥쪽 박스(10)의 가장자리와의 좌, 우 간격(A, B)을 이미지 프로세싱(image processing) 방법을 이용하여 측정하고, 안쪽 박스(20)가 바깥쪽 박스(10)에 대하여 상대적으로 얼마만큼 이동하여 있는지를 계산하여 패턴의 겹칩의 정확도를 측정한다.

그러나, 감광막 패턴 하부에 형성되어 있는 박막이 금속 박막층일 경우, 금속 박막층의 반사율이 높아, 바깥쪽 박스의 형태가 선명하게 인식되지 못하고, 이로 인하여, 패턴의 겹침 정확도 측정 결과의 정확성이 떨어지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 사진 공정에서 안정적으로 패턴 겹침의 정확도를 측정할 수 있는 마크를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 하층 패턴간의 겹칩 정확도를 측정하기 위해 형성한 마크를 도시한 단면도이고,

도 2는 도 1의 평면도이고,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 패턴의 겹침 정확도를 측정하기 위한 마크 형성 방법을 도시한 단면도이고,

도 4는 도 3c의 평면도이다.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 마스크에 형성되어 있는 마크의 극성(polarity)을 달리하여 안쪽 박스를 형성한다. 즉, 감광막 도포 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 식각 공정을 거쳐 바깥쪽 박스를 형성하고, 금속 박막을 증착한 후 감광막을 도포하여 안쪽 박스를 형성할 때, 안쪽 박스 이외의 부분에 감광막 패턴을 형성하여 바깥쪽 박스의 금속 박막이 감광막에 의해 덮여지게 한다. 이렇게 함으로써, 바깥쪽 박스 부분의 반사율을 낮추는 효과를 가져오며, 따라서, 보다 정확하고 안정적인 패턴 겹침 정확도를 측정할 수 있다.

그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 패턴의 겹침 정확도를 측정하기 위한 마크 형성 방법을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3c의 평면도로서, 도 3a 내지 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 패턴의 겹침 정확도를 측정하기 위한 마크 형성 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 박막이 형성되어 있는 웨이퍼(101) 위에 감광막을 도포한 후, 제1 마스크를 정렬하고 노광 단계를 거쳐 웨이퍼 위에 패턴을 전사한다. 감광막을 현상하고 형성된 패턴 부분을 제외한 박막을 식각한 후, 감광막을 제거하여 도 3a에 도시한 바와 같이, 약 40um × 40um 정도의 크기로 바깥쪽 박스(100)를 형성한다. 여기에서 바깥쪽 박스(100)는 박막(102)으로 둘러싸인 부분이다. 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 그 위에 금속 박막(110)을 전면적으로 증착한 다음, 감광막(120)을 도포한다. 다음, 제2 마스크를 정렬하여 도 3c에 도시한 것처럼, 노광하여 바깥쪽 박스의 내부에 안쪽 박스(130)를 형성하는데, 이 때, 양성 감광막이 사용될 경우, 마스크에 형성되어 있는 안쪽 박스(130)의 안쪽이 노광되도록 마스크의 극성을 형성하고, 음성 감광막이 사용될 경우, 안쪽 박스(130)의 바깥쪽이 노광되도록 극성을 형성하여, 전사된 패턴을 현상하였을 때, 감광막 패턴(140)이 바깥쪽 박스(100) 부분에 형성되도록 한다.

이와 같이, 금속 박막의 높은 반사율로 인해 형태를 인식하기 어려웠던 바깥쪽 박스(100) 부분이 감광막 패턴(140)으로 덮이도록 안쪽 박스를 형성하여, 바깥쪽 박스 부분의 반사율을 낮출 수 있다.

이와 같이 마크를 형성한 후, 단차가 형성되어 있는 각 박스의 에지(edge) 부분에서의 광학 농도 변화에 따라 영상 신호 처리하는 이미지 프로세싱 방법을 이용하여, 도 4에 도시한 것처럼, 안쪽 박스의 바깥쪽 박스와의 좌, 우 거리(C, D)를 측정, 비교하여 패턴 겹칩의 정확도를 측정한다. 이 때, 이미지 프로세싱 방법에 의해 관측되는 바깥쪽 박스(100) 부분의 상은 감광막을 투과한 광에 의한 상이다.

이와 같이, 바깥쪽 박스 부분의 반사율이 감광막 패턴(140)으로 인해 낮아졌기 때문에, 금속 박막(110)의 고 반사율로 인해 바깥쪽 박스(100)의 형태가 불확실하게 인식되는 현상이 일어나지 않고 좀 더 정확하고 안정적인 형태가 인식되므로, 안쪽 박스(130)와 바깥쪽 박스(100)와의 거리 또한 정확하게 측정할 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 패턴 겹침의 정확도를 측정하기 위한 마크를 형성할 때, 마스크의 극성을 조절하여 안쪽 박스의 바깥쪽, 즉, 바깥쪽 박스 부분이 감광막으로 덮이도록 형성하여 그 부분의 반사율을 낮춤으로써, 이미지 프로세싱 방법을 이용하여 영상 처리할 경우, 금속 박막층의 고 반사율로 인해 바깥쪽 박스의 형태가 선명하게 인식되지 못하는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 정확하고 안정적인 패턴 겹침 정확도의 측정이 가능하다.

Claims (2)

1. 반도체 기판 위에 바깥쪽 박스를 형성하는 단계,

   박막을 증착하는 단계,

   상기 박막 위에 감광막을 도포하는 단계,

   감광막을 노광하고 현상하여 바깥쪽 박스의 내부와 안쪽 박스를 형성하는 단계

   를 포함하며,

   상기 안쪽 박스 바깥쪽이 감광막으로 덮이는 패턴의 겹침 정확도 측정용 마크 형성 방법.
2. 제1항에서,

   상기 박막은 금속 박막으로 증착하는 마크 형성 방법.