KR100416618B1 - 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법 및 이를 기록한기록매체 - Google Patents

오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법 및 이를 기록한기록매체 Download PDF

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Abstract

오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법 및 이를 기록한 기록매체가 개시된다. 본 발명에 따른 다중노광 방법에서는, 다중노광을 위한 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한 다음, 이들을 노광장비에 입력한다. 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 각각의 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광단계 전에 각각의 서브-레이아웃별로 노광장비 스스로 얼라인먼트를 실시하여 구한 파라미터에 기 입력된 오버레이 파라미터를 보정하여 노광을 위한 최종 얼라인먼트 파라미터를 구한 후 강제보정을 실시한다. 모든 서브-레이아웃을 노광한 다음, 상기 포토레지스트를 현상한다. 본 발명에 따르면, 각 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있게 되므로, 오버레이 정확도가 향상된다.

Description

오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법 및 이를 기록한 기록매체{Multi-exposure method with increased overlay accuracy and recording medium in which the exposure method is recorded}
본 발명은 다중노광 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.
적층 구조의 반도체 소자를 제조하기 위한 리소그래피를 진행함에 있어서, 이미 형성된 하부층과 상부층의 오버레이(overlay, 중첩도) 상태를 확인할 필요가 있다. 반도체 소자가 고집적화 및 소형화되어 감에 따라 하부층과 상부층의 오버레이는 소자의 신뢰성 및 수율에 더욱 더 중요한 요인으로 작용한다. 일반적으로 이와 같은 오버레이 확인은 도 1에 도시한 오버레이 마크를 사용하여 행해진다.
도 1을 참조하면, 오버레이 마크(10)는 테스트 웨이퍼에 대해 전(前)공정에서 하부층을 형성하는 동안 형성시킨 프레임 모양의 제 1 마크(20)와, 현(現)공정에서 형성시킨 플레이트형 제 2 마크(30)로 이루어진다. 이러한 오버레이 마크(10)는 통상 다이(die)를 분할하는 스크라이브 라인에 마련되는데, 4 개의 다이가 하나의 필드(field)를 구성하는 경우에는 최외곽 스크라이브 라인을 따라 필드의 각 코너에 마련된다. 그리고, 제 1 마크(20)는 하부층과 같은 물질로 이루어진 패턴으로 형성되며, 제 2 마크(30)는 포토레지스트 패턴으로 형성된다. 측정장비는 제 1 마크(20)와 제 2 마크(30)의 X축 방향 간격(X1, X2)을 리딩한다. 그런 다음, 리딩된 값으로부터 제 2 마크(30)의 중심이 제 1 마크(20)의 중심으로부터 벗어난 오프셋(X=)을 계산한다. 오프셋이 0에 가까울수록 오버레이가 상태가 양호한 것이다. 제 1 마크(20)와 제 2 마크(30)는 X축 방향은 물론, Y축 방향으로도 쉬프트가 일어날 수 있으므로 X축 방향으로의 오프셋을 측정한 후에는 Y축 방향으로의 오프셋도 측정한다.
측정장비는 측정한 X, Y 오프셋을 포함하는 각종 오버레이 파라미터를 노광장비에 피드백(feedback)한다. 이로써, 실제 소자를 형성하기 위한 다음 웨이퍼에 대해서부터는 측정된 오버레이 파라미터에 의한 오버레이의 강제보정이 이루어져 노광공정이 수행된다. 이를 도 2의 순서도에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 다음(단계 100), 포토마스크와 웨이퍼의 정렬을 마치고(단계 110), 앞에서 설명한 바와 같이 노광장비에 입력시킨 오버레이 파라미터에 의해 오버레이의 강제보정을 실시한다(단계 120). 그런 다음, 이미지를 노광하고(단계 130), 노광된 포토레지스트를 현상한다(단계 140).
한편, 리소그래피 공정을 수행하기 위한 노광장비 및 노광 방법이 개량됨에 따라 미세한 패턴을 갖는 작은 피치의 소자를 제조하는 것이 가능하게 되고 있다.하지만, 노광장비의 성능 향상은 보다 미세한 패턴을 형성하고자 하는 반도체 제조업계의 요구에 못 미치고 있다. 따라서, 사입사 조명(off-axis illumination)이나 σ를 작게 하는 컨벤셔널 조명(small sigma conventional illumination)과 같이 특정한 형태의 패턴에 맞도록 최적화된 조명계를 이용하거나, 콘택홀용 또는 라인 앤드 스페이스(line space)용으로 특화된 포토레지스트를 사용하여 공정적으로 대응하고 있다.
그러나, 반도체 소자는 한 개의 층(layer) 내에도 다양한 패턴을 포함하고 있기 때문에 고집적화된 소자의 경우 기존의 노광장비와 노광 방법으로는 다양한 종류의 패턴을 모두 만족시키는 조건을 확보하는 것이 어렵게 된다. 보다 성능이 좋은 노광장비의 개발은 많은 시일이 소요되고 또한 반도체 제조 원가를 높이는 요인이 되기 때문에, 장비의 개발보다는 공정적으로 이와 같은 문제를 해결하는 것이 유리하다. 이러한 관점에서 다양한 공정적 접근이 이루어지고 있으며, 다중노광(multi-exposure)도 그 중의 하나이다.
다중노광은 한 개의 층 레이아웃(layout)을 패턴의 형태나 크기, 배열 등을 기준으로 두 개 또는 그 이상의 서브-레이아웃(sub-layout, 또는 서브-이미지)으로 나누어 순차적으로 노광한 후, 마지막에 현상하는 방법이다. 필요에 따라 각각의 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)을 한 장의 포토마스크에 배치하거나 또는 여러 장의 포토마스크에 각각 배치하여 사용하게 된다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이 종래에는 한 장의 포토마스크(40)에 배치된 레이아웃(50)을 한 번의 노광공정으로 패터닝하였으나, 다중노광에서는 하나의 레이아웃(50)을, 예를 들면 두 개의서브-레이아웃(50a, 50b)으로 분리하여 한 장의 포토마스크(60)에 배치하고 각각의 서브-레이아웃(50a, 50b)에 대해 총 두 번의 노광공정을 수행한다. 또는 두 장의 포토마스크(70a, 70b)에 각각의 서브-레이아웃(50a, 50b)을 배치하여 사용하기도 한다. 다중노광 방법을 사용하면 각각의 서브-레이아웃 패턴에 최적화된 노광조건을 사용해서 EL(Exposure Latitude)과 DOF(Depth Of Focus)에 관한 공정 래티튜드(Process Latitude)를 확보할 수 있게 된다.
그러나, 여러 개의 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)들이 한 장의 포토마스크 내에 있든지, 아니면 여러 장의 포토마스크 내에 있든지 여부에 상관없이 각 이미지들은 똑같은 필드 레지스트레이션(field registration)을 가질 수 없다. 그러므로 각각의 서브-레이아웃들을 하부층에 정렬하여 노광할 때, 각 서브-레이아웃별로 오버레이 파라미터를 보정하여 진행해야만 오버레이 정확도를 최대한 확보할 수 있다. 그러나, 현재까지 개발되어 있는 모든 노광장비는 미세한 피치의 소자를 개발함에 있어서 패터닝과 함께 가장 중요한 문제인 오버레이를 서브-레이아웃별로 보정하는 것이 불가능하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 두 개 이상의 서브-이미지를 이용하여 다중노광을 실시할 때 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법을 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.
도 1은 오버레이 측정을 위한 오버레이 마크를 나타낸다.
도 2는 종래 노광방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 다중노광을 위해 하나의 레이아웃을 여러 개의 서브-레이아웃으로 분리하여 한 장의 포토마스크 또는 여러 장의 포토마스크에 배치하는 경우를 도식적으로 설명한다.
도 4는 여러 개의 서브-레이아웃이 한 장의 포토마스크에 배치된 경우에 다중노광하는 종래의 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 여러 개의 서브-레이아웃이 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 경우에 다중노광하는 종래의 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 여러 개의 서브-레이아웃에 대한 오버레이 오프셋 평균값을 적용한 경우의 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 다중노광하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 다중노광하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따라 여러 개의 서브-레이아웃에 대한 오버레이 오프셋을 각각 보정하는 개념을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 여러 개의 서브-레이아웃에 대한 오버레이 오프셋을 각각 보정하는 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다중노광 방법은 다음과 같은 단계들을 포함하여 이루어진다. 먼저 다중노광을 위한 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한 다음, 이들을 노광장비에 입력한다. 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 각각의 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광단계 전에 각각의 서브-레이아웃별로 노광장비 스스로 얼라인먼트를 실시하여 구한 파라미터에 기 입력된 오버레이 파라미터를 보정하여 노광을 위한 최종 얼라인먼트 파라미터를 구한 후 강제보정을 실시한다. 모든 서브-레이아웃을 노광한 다음, 상기 포토레지스트를 현상한다.
상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들은 각각 X, Y 오프셋(offset), 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함할 수 있다.
상기 각각의 서브-레이아웃은 한 장의 포토마스크에 배치된 것일 수도 있고, 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 것일 수도 있다.
만약 상기 각각의 서브-레이아웃이 한 장의 포토마스크에 배치된 것이라면, 상기 오버레이 파라미터들을 산출한 다음, 이들을 노광장비에 입력하는 단계와, 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 각각의 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광단계 전에 각각의 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터에 의한 오버레이 강제보정을 실시하는 단계 사이에, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기포토마스크를 정렬시키는 단계를 한 번 수행하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 각각의 서브-레이아웃이 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 것이라면, 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 각각의 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광단계 전에 각각의 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터에 의한 오버레이 강제보정을 실시하는 단계는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬하는 단계를 매 강제보정 전에 더 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다른 다중노광 방법은 다음과 같은 단계들을 포함하여 이루어진다. 웨이퍼 상에 제 1 층을 패터닝하면서 다이(die)의 외곽에 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크를 여러 개 형성한다. 상기 제 1 층 상에 다중노광법을 이용해 제 2 층을 패터닝하기 위해, 상기 제 2 층의 레이아웃을 두 개 이상의 서브-레이아웃으로 나눈다. 상기 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크가 형성된 웨이퍼 상에 상기 제 2 층 패터닝을 위한 포토레지스트를 도포한다. 상기 포토레지스트 상에 상기 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 매 노광시 각기 다른 제 1 오버레이 마크와 정렬되는 위치에 제 2 오버레이 마크를 형성한다. 측정장비를 이용하여 상기 각 제 1 오버레이 마크와 각 제 2 오버레이 마크의 오프셋을 비롯한 오버레이 파라미터를 측정함으로써 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한다. 상기 오버레이 파라미터들을 노광장비에 입력한다. 상기 노광장비를 이용하여, 상기 제 1 층이 패터닝되고 그 상부에 포토레지스트가 도포된 다른 웨이퍼에 상기 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광 전에 각각의 서브-레이아웃별로 노광장비 스스로 얼라인먼트를 실시하여 구한 파라미터에 기 입력된 오버레이 파라미터를 보정하여 노광을 위한 최종 얼라인먼트 파라미터를 구한 후 강제보정을 실시한다. 모든 서브-레이아웃을 노광한 다음, 상기 포토레지스트를 현상한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 두 개 이상의 서브-레이아웃을 이용하며 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서, 다음과 같은 프로그램 모듈들을 포함한다. (a)다중노광을 위한 서브-레이아웃의 개수 및 각각의 서브-레이아웃에 대해 산출된 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 입력받는 프로그램 모듈; (b)노광할 서브-레이아웃을 선택하는 프로그램 모듈; (c)상기 선택된 서브-레이아웃에 해당하는 오버레이 파라미터를 고려하여 노광장비를 작동함으로써 상기 서브-레이아웃과 상기 서브-레이아웃이 노광될 웨이퍼의 오버레이를 강제보정하는 프로그램 모듈; (d)상기 강제보정 이후 상기 노광장비를 작동하여 상기 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 서브-레이아웃을 노광하는 프로그램 모듈; 및 (e)상기 입력된 서브-레이아웃의 개수만큼 상기 (c)단계 및 (d)단계가 수행되었는지 판단하여, 판단결과가 노(no)이면 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 더 수행하여 (e)단계로 회귀하고, 판단결과가 예스(yes)이면 노광공정을 종료하게 하는 프로그램 모듈.
상기 각각의 서브-레이아웃이 한 장의 포토마스크에 배치된 경우에는 노광할 서브-레이아웃을 선택하기 전에 상기 노광장비를 작동하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시키는 단계를 한 번 수행하게 하는 프로그램 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 각각의 서브-레이아웃이 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 경우에는 노광할 서브-레이아웃을 선택한 다음, 상기 노광장비를 작동하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬하는 단계를 매 강제보정 전에 수행하게 하는 프로그램 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있도록 노광장비의 정렬, 노광에 대한 알고리즘이 최적화된다. 각 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있게 되므로, 오버레이 정확도가 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가를 포함한다.
먼저 본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 종래의 다중노광 방법에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하여 살펴본다.
도 4는 여러 개의 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)들이 한 장의 포토마스크 내에 있는 경우의 종래 노광방법을 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하면, 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 다음(단계 200), 포토마스크와 웨이퍼의 정렬을 마치고(단계 210), 앞에서 설명한 바와 같이 최초 입력시킨 오버레이 파라미터에 의해 강제보정을 실시한다(단계 220). 보정된 오버레이에 따라 한 개의 서브-이미지를 노광하고(단계 230), 모든 서브-이미지가 노광되었는지 판단한다(단계 235). 아직 노광할 서브-이미지가 남아 있다면 계속하여 그 다음 서브-이미지를 노광한다(단계 230). 모든 서브-이미지가 노광되었으면, 노광된 포토레지스트를 현상한다(단계 240).
그리고 도 5는 여러 개의 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)들이 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 경우의 종래 노광방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 다음(단계 300), 포토마스크와 웨이퍼의 정렬을 마치고(단계 310), 앞에서 설명한 바와 같이 최초 입력시킨 오버레이 파라미터에 의해 강제보정을 실시한다(단계 320). 보정된 오버레이에 따라 한 개의 서브-이미지를 노광하고(단계 330), 모든 서브-이미지가 노광되었는지 판단한다(단계 335). 노광할 서브-이미지가 남아 있다면 계속하여 그 다음 서브-이미지가 그려진 포토마스크와 웨이퍼의 정렬을 마치고(단계 310), 역시 최초 입력시킨 오버레이 파라미터에 의해 강제보정을 실시한다(단계 320). 이 보정된 데이터에 따라 서브-이미지를 노광하고(단계 330), 모든 서브-이미지가 노광되었는지 판단하여(단계 335), 모든 서브-이미지가 노광되었으면, 노광된 포토레지스트를 현상한다(단계 340).
도 5의 경우에는 포토마스크를 바꾼 다음에 강제보정하는 단계가 수행되고 있기는 하지만, 이 때의 강제보정 조건은 최초에 입력된 값으로서 각각의 서브-레이아웃의 특성을 고려한 값이 아니다. 도 4나 도 5의 경우 모두, 최초에 입력시킨 오버레이 파리미터는 여러 개의 서브-레이아웃 중 가장 오버레이 조건이 타이트(tight)하게 관리되어야 하는 서브-레이아웃만의 오버레이 파라미터를 측정하여 노광장비에 피드백한 것이다. 그러나, 이 방법은 소자의 디자인 룰 감소에 따라 모든 패턴들의 오버레이가 중요해지면서 그 적용에 문제가 있다. 그렇지 않으면, 최초에 입력시킨 오버레이 파리미터는 각 서브-레이아웃별로 하부층과의 오버레이 값을 측정하고 그 평균을 구하여 노광장비에 피드백한 것이다. 이 방법은 여러 개의 서브-레이아웃에 대한 오버레이를 평균하여 대변할 수 있다. 그러나, 도 6에서와 같이 개개의 서브-레이아웃들이 하부층의 필드 레지스트레이션(80)에 대해 서로 다른 레지스트레이션들(85a, 85b)을 갖는 경우, 평균값에 의한 보정은 각 서브-레이아웃마다 보정할 수 없는 잔류값(uncorrectable residual term, 85)을 생성하게 되므로 적용에 문제가 있다.
이상과 같이, 기존의 노광장비는 강제보정을 위해 입력된 오버레이 파라미터를 이용하여 보정하는 것이 노광 프로세스당(즉, 하나의 층을 형성하기 위한 프로세스당) 한번만 가능하기 때문에 다중노광을 위해 두 개 이상의 서브-이미지를 사용할 경우라도 각각에 대하여 보정을 실시할 수 없다.
이에 반하여 본 발명은, 다중노광 공정에 적합하도록 각각의 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있도록 노광장비에 대한 알고리즘을 최적화하는 것이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 다중노광을 진행하는 과정을 설명하기위한 순서도이다. 도 7은 한 장의 포토마스크에 두 개 또는 그 이상의 서브-레이아웃(서브-이미지)을 가지고 있을 경우에 각각의 서브-이미지에 대해 오버레이 강제보정을 별도로 진행할 수 있는 방법을 나타낸다.
먼저 다중노광을 위한 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한 다음, 이들을 노광장비에 입력한다(단계 400). 상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들은 각각 X, Y 오프셋(offset), 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함할 수 있다.
다음에 단계 410에서와 같이 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시킨다. 이어서, 단계 420에서 입력시킨 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터에 의해 이번 단계에서 노광하고자 하는 서브-레이아웃에 대한 오버레이 강제보정을 실시한다. 그런 다음, 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 서브-레이아웃을 노광한다(단계 430). 모든 서브-레이아웃이 노광되었는지를 판단하여(단계 435), 아직 노광할 서브-레이아웃이 남아 있다면 계속하여 그 다음 서브-레이아웃에 대한 오버레이 강제보정을 실시한다(단계 420). 그런 다음, 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 서브-레이아웃을 노광한다(단계 430). 모든 서브-레이아웃이 노광되었는지를 판단하여(단계 435), 모든 서브-레이아웃이 노광되었다면, 노광된 포토레지스트를 현상한다(단계 440). 단계 400에서 오버레이 파라미터들을 입력해 두었으므로, 그 다음부터의 웨이퍼에 대해서는 단계 410 내지 단계440을 수행하면 된다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 다중노광을 진행하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8은 여러 장의 포토마스크에 두 개 또는 그 이상의 서브-레이아웃(서브-이미지)이 각각 배치된 경우에 각각의 서브-이미지에 대해 오버레이 강제보정을 별도로 진행할 수 있는 방법을 나타낸다.
먼저 다중노광을 위한 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한 다음, 이들을 노광장비에 입력한다(단계 500). 상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들도 각각 X, Y 오프셋(offset), 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함할 수 있다.
다음에 단계 510에서와 같이 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시킨다. 이어서, 단계 520에서 입력시킨 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터에 의해 이번 단계에서 노광하고자 하는 서브-레이아웃에 대한 오버레이 강제보정을 실시한다. 그런 다음, 상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 서브-레이아웃을 노광한다(단계 530). 모든 서브-레이아웃이 노광되었는지를 판단하여(단계 535), 아직 노광할 서브-레이아웃이 남아 있다면 계속하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬한다(단계 510). 다음으로 이번에 노광될 서브-레이아웃에 대한 오버레이 강제보정을 실시한다(단계 520). 그런 다음, 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 서브-레이아웃을노광한다(단계 530). 모든 서브-레이아웃이 노광되었는지를 판단하여(단계 535), 모든 서브-레이아웃이 노광되었다면, 노광된 포토레지스트를 현상한다(단계 540). 단계 500에서 오버레이 파라미터들을 입력해 두었으므로, 그 다음부터의 웨이퍼에 대해서는 단계 510 내지 단계 540을 수행하면 된다.
이상의 실시예들에 따르면, 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)을 노광하기 위하여 하부층에 정렬할 때, 각각의 서브-이미지에 대하여 오버레이 파라미터를 보정함으로써 보다 정확한 오버레이를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 개념을 적용한 다중노광시에는 도 9 및 도 10에서와 같이 서브-레이아웃(서브-이미지)과 하부층간의 오버레이 파라미터를 측정한 후 서브-이미지 노광시 각 서브-이미지별 오버레이 결과를 바탕으로 오버레이 파라미터를 보정하여 노광함으로써 정확한 오버레이 결과를 얻을 수 있다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼 상에 하부층(미도시)을 패터닝하면서 다이(610)의 외곽에 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크(620)를 여러 개 형성한다. 상기 하부층 상에 다중노광법을 이용해 상부층을 패터닝하기 위해, 상기 상부층의 레이아웃을 두 개 이상의 서브-레이아웃으로 나눈다. 본 실시예에선 두 개의 서브-레이아웃으로 나눈 경우를 상정한다.
다음으로 도 10에서와 같이 상기 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크(620)가 형성된 웨이퍼 상에 상기 상부층 패터닝을 위한 포토레지스트(미도시)를 도포한다. 상기 포토레지스트 상에 상기 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 매 노광시 각기 다른 제 1 오버레이 마크(620)와 정렬되는 위치에 제 2 오버레이 마크(640a, 640b)를 순차적으로 형성한다. 즉, 제 2 오버레이 마크(640a)는 제 1 서브-레이아웃 노광시 형성한 것이고, 제 2 오버레이 마크(640b)는 제 2 서브-레이아웃을 노광할 때 형성한 것이다. 측정장비를 이용하여 상기 각 제 1 오버레이 마크(620)와 각 제 2 오버레이 마크(640a, 640b)의 오프셋을 비롯한 오버레이 파라미터를 측정함으로써 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출한다. 이렇게 산출한 오버레이 파라미터들을 노광장비에 입력하고, 매 노광시 강제보정을 실시함에 따라 도 11에서와 같이 보정 전에는 하부층과 상부층의 제 1 및 제 2 서브-레이아웃의 필드레지스트레이션(680, 685a, 685b)이 각각 다르더라도, 각 강제보정에 의해 하부층의 필드레지스트레이션(680)에 정확히 정렬되는 상부층의 필드레지스트레이션(685)이 형성된다.
상술한 본 발명의 각 서브-레이아웃별로 강제보정하는 노광 방법은 프로그램으로 구현가능하고, 이 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 의해 제공될 수 있다. 또한 상기 기록매체는 범용 디지털 컴퓨터에 의해 수행될 수 있고, 따라서 상기 노광장비에 부착된 디지털컴퓨터에 의해 수행됨으로써, 본 발명을 더욱 용이하게 실시할 수 있게 한다. 상기 기록매체는 자기 기록매체(예: 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 기록매체(예: CD-ROM, DVD 등) 및 캐리어 웨이브(carrier wave; 예: 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 발명에 따른 기록매체는 기본적으로 (a)다중노광을 위한 서브-레이아웃의 개수 및 각각의 서브-레이아웃에 대해 산출된 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 입력받는 프로그램 모듈; (b)노광할 서브-레이아웃을 선택하는 프로그램 모듈; (c)상기 선택된 서브-레이아웃에 해당하는 오버레이 파라미터를 고려하여 노광장비를 작동함으로써 상기 서브-레이아웃과 상기 서브-레이아웃이 노광될 웨이퍼의 오버레이를 강제보정하는 프로그램 모듈; (d)상기 강제보정 이후 상기 노광장비를 작동하여 상기 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 서브-레이아웃을 노광하는 프로그램 모듈; 및 (e)상기 입력된 서브-레이아웃의 개수만큼 상기 (c)단계 및 (d)단계가 수행되었는지 판단하여, 판단결과가 노(no)이면 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 더 수행하여 (e)단계로 회귀하고, 판단결과가 예스(yes)이면 노광공정을 종료하게 하는 프로그램 모듈을 포함한다.
여기서, 각 프로그램 모듈을 실제로 코드화한 기능적인(functional) 프로그램 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머에 의해 용이하게 작성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 한정된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 각 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있도록 노광장비의 정렬, 노광에 대한 알고리즘이 최적화된다. 각 서브-레이아웃(또는 서브-이미지)별로 오버레이를 독립적으로 보정할 수 있게 되므로, 오버레이 정확도가 향상된다.
오버레이 정확도가 향상되면 오버레이가 잘못된 포토레지스트 패턴을 제거하고 다시 노광공정을 수행하는 이른바, 재생(rework) 단계가 감소된다. 따라서, 본 발명에 따르면 재생 웨이퍼를 다시 노광하여야 할 필요가 없으므로 장비 활용과 효율성이 증가하며, 재생장비에 대한 투자비용이 절약되고 재생단계에서 웨이퍼 오염이 방지되므로 전체적인 제품의 수율이 증가되는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. (a)다중노광(multi-exposure)을 위한 각각의 서브-레이아웃(sub-layout)에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터(overlay parameter)들을 산출하는 단계;
    (b)상기 오버레이 파라미터들을 노광장비에 입력하는 단계;
    (c)상기 노광장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 각각의 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광단계 전에 각각의 서브-레이아웃별로 노광장비 스스로 얼라인먼트를 실시하여 구한 파라미터에 기 입력된 오버레이 파라미터를 보정하여 노광을 위한 최종 얼라인먼트 파라미터를 구한 후 강제보정을 실시하는 단계; 및
    (d)모든 서브-레이아웃을 노광한 다음, 상기 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃은 한 장의 포토마스크에 배치된 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 (b)단계와 (c)단계 사이에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시키는 단계를 한 번 수행하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃은 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (c)단계는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬하는 단계를 매 강제보정 전에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들은 각각 X, Y 오프셋(offset), 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  7. (a)웨이퍼 상에 제 1 층을 패터닝하면서 다이(die)의 외곽에 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크를 여러 개 형성하는 단계;
    (b)상기 제 1 층 상에 다중노광법을 이용해 제 2 층을 패터닝하기 위해, 상기 제 2 층의 레이아웃을 두 개 이상의 서브-레이아웃으로 나누는 단계;
    (c)상기 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크가 형성된 웨이퍼 상에 상기 제 2 층 패터닝을 위한 포토레지스트를 도포하는 단계;
    (d)상기 포토레지스트 상에 상기 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 매 노광시 각기 다른 프레임 모양의 제 1 오버레이 마크와 정렬되는 위치에 제 2 오버레이 마크를 형성하는 단계;
    (e)측정장비를 이용하여 상기 각 제 1 오버레이 마크와 각 제 2 오버레이 마크의 오프셋을 비롯한 오버레이 파라미터를 측정함으로써 각각의 서브-레이아웃에 대해 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 산출하는 단계;
    (f)상기 오버레이 파라미터들을 노광장비에 입력하는 단계;
    (g)상기 노광장비를 이용하여, 상기 제 1 층이 패터닝되고 그 상부에 포토레지스트가 도포된 다른 웨이퍼에 상기 서브-레이아웃을 차례로 노광하되, 각 노광 전에 각각의 서브-레이아웃별로 노광장비 스스로 얼라인먼트를 실시하여 구한 파라미터에 기 입력된 오버레이 파라미터를 보정하여 노광을 위한 최종 얼라인먼트 파라미터를 구한 후 강제보정을 실시하는 단계; 및
    (h)모든 서브-레이아웃을 노광한 다음, 상기 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃은 한 장의 포토마스크에 배치되고, 상기 (f)단계와 (g)단계 사이에 상기 제 1 층이 패터닝되고 그 상부에 포토레지스트가 도포된 다른 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시키는 단계를 한 번 수행하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃은 여러 장의 포토마스크에 각각 배치되고, 상기 (g)단계는 상기 제 1 층이 패터닝되고 그 상부에 포토레지스트가 도포된 다른 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬하는 단계를 매 강제보정 전에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들은 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  11. 두 개 이상의 서브-레이아웃을 이용하며 오버레이 정확도가 향상된 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서,
    (a)다중노광을 위한 서브-레이아웃의 개수 및 각각의 서브-레이아웃에 대해 산출된 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들을 입력받는 프로그램 모듈;
    (b)노광할 서브-레이아웃을 선택하는 프로그램 모듈;
    (c)상기 선택된 서브-레이아웃에 해당하는 오버레이 파라미터를 고려하여 노광장비를 작동함으로써 상기 서브-레이아웃과 상기 서브-레이아웃이 노광될 웨이퍼의 오버레이를 강제보정하는 프로그램 모듈;
    (d)상기 강제보정 이후 상기 노광장비를 작동하여 상기 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 서브-레이아웃을 노광하는 프로그램 모듈; 및
    (e)상기 입력된 서브-레이아웃의 개수만큼 상기 (c)단계 및 (d)단계가 수행되었는지 판단하여, 판단결과가 노(no)이면 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 더 수행하여 (e)단계로 회귀하고, 판단결과가 예스(yes)이면 노광공정을 종료하게 하는 프로그램 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃이 한 장의 포토마스크에 배치된 경우에는 노광할 서브-레이아웃을 선택하기 전에 상기 노광장비를 작동하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 상기 포토마스크를 정렬시키는 단계를 한 번 수행하게 하는 프로그램 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 각각의 서브-레이아웃이 여러 장의 포토마스크에 각각 배치된 경우에는 노광할 서브-레이아웃을 선택한 다음, 상기 노광장비를 작동하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 노광될 서브-레이아웃이 배치된 포토마스크를 정렬하는 단계를 매 강제보정 전에 수행하게 하는 프로그램 모듈을 더 포함하는것을 특징으로 하는 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 서브-레이아웃별 오버레이 파라미터들은 각각 X, Y 오프셋(offset), 웨이퍼에 대한 X, Y 스케일(scale), 필드(field)에 대한 X, Y 확대도(magnification), 웨이퍼 및 필드의 회전도(rotation)와 웨이퍼 및 필드의 직교도(orthogonality)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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