KR910010257B1 - Photo-masking method - Google Patents

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

The photomasking process for forming a mask pattern on the photoresist is characterized by forming an alignment mark on the wafer surface, coating a photoresist film on the wafer, soft-baking it, light-exposing and developing it to remove the photoresist film, aligning a mask on the wafer, light-exposing the mask to expose the photoresist film, and hard-baking and developing it to the photoresist film.

Description

포토마스킹 공정Photomasking process

제1도는 종래 포토마스킹 공정을 나타낸 흐름도.1 is a flow chart showing a conventional photomasking process.

제2a도 및 제2b도는 포토마스킹 공정의 일부를 도시한 단면도.2A and 2B are sectional views showing a part of the photomasking process.

제3도는 제2a도의 얼라인먼트 마크부분의 평면도.3 is a plan view of the alignment mark portion of FIG. 2A.

제4도는 제3도의 A-A선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

제9도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 마크부분의 수직단면도.9 is a vertical sectional view of an alignment mark portion according to the present invention.

제5도는 종래 얼라인먼트 마크에 포토레지스트가 도포된 상태에서의 빛의 입사 및 반사경로를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing a path of incidence and reflection of light in a state where a photoresist is applied to an alignment mark in the related art.

제6도는 종래 얼라인먼트 신호를 나타낸 도면.6 is a diagram illustrating a conventional alignment signal.

제7도는 본 발명에 의한 포토마스킹 공정을 나타낸 흐름도.7 is a flowchart illustrating a photomasking process according to the present invention.

제8a도 내지 제8d도는 본 발명에 의한 포토마스킹 공정의 일부를 도시한 단면도.8A to 8D are sectional views showing a part of the photomasking process according to the present invention.

제10도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 마크에 빛의 입사 및 반사경로를 나타낸 단면도.10 is a cross-sectional view showing the incidence and reflection path of light in the alignment mark according to the present invention.

제11도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 신호를 나타낸 도면.11 illustrates an alignment signal according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 웨이퍼기판 WM : 웨이퍼기판위의 얼라인먼트 마크10: wafer substrate WM: alignment mark on wafer substrate

PR : 포토레지스트 PR1,PR2 : 포토레지스트 패턴PR: photoresist PR1, PR2: photoresist pattern

1 : 빛 M1,M2 : 마스크1: light M1, M2: mask

M2A : 마스크패턴 M2B : 마스크상의 얼라인먼트 마크M2A: Mask Pattern M2B: Alignment Mark on Mask

3 : 얼라인먼트 패턴위에 도포된 포토레지스트3: photoresist applied on the alignment pattern

4 : 간섭무늬 5 : 스크라이브 라인4: interference pattern 5: scribe line

6 : 얼라인먼트 입사광 7 : 얼라인먼트 반사광6: alignment incident light 7: alignment reflected light

S1,S2,S3 : 얼라인먼트 신호S1, S2, S3: alignment signal

본 발명은 반도체 제조공정에 관한 것으로, 특히 포토마스킹(photomasking) 공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing processes, and more particularly to photomasking processes.

마이컴의 출현과 더불어 OA(Office Automation)기기를 비롯한 이른바 정보기기 그리고 민생용품에 이르기까지 널리 사용되고 있는 반도체 소자들은, 미세가공기술ㆍ회로기술등의 진보에 따라 대용량화, 고집적화의 소자 개발이 진척되고 있으며, 이러한 반도체소자를 제작함에는 실리콘 웨이퍼의 제작에서부터 집적회로의 패키지를 봉하여 출하에 이르기까지 여러단계의 제조공정이 필요하다. 반도체 제조공정중에서도 웨이퍼의 최상층을 선택적으로 제거하거나 패턴을 형성하는 포토마스킹 공정은 반도체소자의 고집적화에 따라 점점 그 중요성이 높아지고 있다.With the advent of microcomputers, semiconductor devices, which are widely used in OA (Office Automation) devices, so-called information devices, and consumer products, are being developed with the development of devices of high capacity and high integration in accordance with advances in microfabrication technology and circuit technology. In order to manufacture such a semiconductor device, several steps of manufacturing processes are required, from manufacturing a silicon wafer to sealing a package of an integrated circuit and shipping the package. In the semiconductor manufacturing process, a photomasking process for selectively removing a top layer of a wafer or forming a pattern is becoming increasingly important due to the high integration of semiconductor devices.

제1도는 종래 포토마스킹 공정을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a conventional photomasking process.

먼저, 웨이퍼 표면의 세척 및 건조를 통한 표면준비 공정을 거쳐 얼라인먼트 마크를 형성하고, 이 얼라인먼트 마크가 형성된 웨이퍼에 포토레지스트의 박막을 입히고, 부착력을 향상시키기 위해 포토레지스트 용제를 증발시키는 소프트베이크(softbake) 공정을 거친다(100). 이 100단계 이후 마스크를 웨이퍼에 정확히 얼라인시키는 얼라인먼트(alignment) 공정과, 이 얼라인후에 웨이퍼의 포토레지스트막을 노출시키기 위해 상기 마스크를 통해 빛을 쬐는 노광공정을 거친다(101). 101단계의 노광공정 이후에 다시한번 포토레지스트의 부착력을 증가시키기 위하여 하드베이크(hardbake) 공정을 실시하고(102), 현상공정(103)을 통해 웨이퍼에서 식각되어야 할 부분에 존재하는 포토레지스트막을 제거한다.First, an alignment mark is formed through a surface preparation process through washing and drying the wafer surface, a thin film of photoresist is coated on the wafer on which the alignment mark is formed, and a softbake is evaporated to evaporate the photoresist solvent to improve adhesion. ) To the process (100). After the step 100, an alignment process of accurately aligning the mask to the wafer and an exposure process of exposing light through the mask to expose the photoresist film of the wafer after the alignment are performed (101). After the exposure process of step 101, a hardbake process is once again performed to increase the adhesion of the photoresist (102), and the photoresist film is removed from the wafer to be etched through the developing process (103). do.

제2a도 및 제2b도는 종래 포토마스킹 공정의 일부를 도시한 단면도, 제3도는 제2a도의 얼라인먼트 마크부분의 평면도, 제4도는 제3도의 A-A선 단면도, 제5도는 종래 얼라인먼트 마크에 포토레지스트가 도포된 상태에서의 빛의 입사 및 반사경로를 나타낸 단면도, 제6도는 종래 얼라인먼트 신호를 나타낸 도면이다.2A and 2B are sectional views showing a part of a conventional photomasking process, FIG. 3 is a plan view of the alignment mark portion of FIG. 2A, FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 3, and FIG. 5 is a photoresist applied to a conventional alignment mark. Fig. 6 is a cross-sectional view showing the incident and reflective paths of light in the coated state, and Fig. 6 shows a conventional alignment signal.

제2a도는 얼라인먼트 및 노광공정을 도시한 것으로, 얼라인먼트 마크(mark)가 형성된 웨이퍼기판(10) 위에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 부착력을 향상시키기 위해 포토레지스트 용제를 증발시키는 소프트베이크 공정을 거친다. 그리고 이 포토레지스트(PR)에 원하는 마스크패턴(M2A)을 옮기기 위하여 마스크(M2)를 얼라인시키고, 빛(1)을 쬔다. 이때 포토레지스트로 덮혀진 얼라인먼트 마크(WM) 부분에는 상기 마스크상의 얼라인먼트 마크(M2B)를 통해 빛(1)이 입사된다. 이 노광공정후 다시한번 포토레지스트의 부착력을 증가시키기 위하여 하드베이크 공정을 실시한다.FIG. 2A illustrates an alignment and exposure process. The photoresist PR is applied onto the wafer substrate 10 on which an alignment mark is formed, and a soft bake process is performed to evaporate the photoresist solvent to improve adhesion. . Then, in order to transfer the desired mask pattern M2A to the photoresist PR, the mask M2 is aligned and the light 1 is turned off. At this time, the light 1 is incident on the alignment mark WM covered by the photoresist through the alignment mark M2B on the mask. After this exposure step, a hard bake step is further performed to increase the adhesion of the photoresist.

제2b도는 현상공정을 도시한 것으로, 상기 노광공정을 통해 포토레지스트(PR)위에 옮겨진 마스크패턴을 얻기 위하여 이머션(immersion) 방법이나 분사(spray) 방법을 사용하면, 웨이퍼에서 식각되어야 할 부분에 존재하는 포토레지스트가 제거되어 포토레지스트 패턴(PR1)을 얻는다.FIG. 2B illustrates a development process. When an immersion method or a spray method is used to obtain a mask pattern transferred onto a photoresist PR through the exposure process, a portion of the wafer to be etched is formed. Existing photoresist is removed to obtain photoresist pattern PR1.

이와같은 종래 포토마스킹 공정은, 제2a도 및 제4도에 나타낸 바와같이 포토레지스트의 두께가 얼라인먼트 마크(WM)상에서 균일하지 못하기 때문에 제3도에서와 같이 얼라인먼트 마크(WM) 주변이 간섭무늬(4)로 나타나게 된다. 이럴경우 제5도에 도시된 바와같이, 얼라인먼트용 빛이 얼라인먼트를 위해 얼라인먼트 마크위를 입사(6)와 반사(7)할 때 그 경로에 차이가 생기고, 이로써 제6도의 얼라인먼트 신호(S1)(S2)와 같이 구분이 확실하지 않을 뿐만 아니라, 얼라인먼트/노광 단계의 상태에 따라 순간 순간 검출되는 얼라인먼트 신호가 불안(S1↔S2)하므로 자연히 얼라인먼트의 정확도(accuracy)가 떨어지는 단점이 있었다. 또한 얼라인먼트후 노광과 현상공정을 거쳐 포토레지스트 패턴을 제작할때, 해상도는 비교적 낮아 제2b도와 같은 경사진 프로파일(profile)의 포토레지스트 패턴(PR1)을 나타내는 단점이 있었다.In the conventional photomasking process, since the thickness of the photoresist is not uniform on the alignment mark WM as shown in FIGS. 2A and 4, the interference fringes around the alignment mark WM are as shown in FIG. 3. It will appear as (4). In this case, as shown in FIG. 5, when the alignment light is incident (6) and reflected (7) on the alignment mark for alignment, a difference occurs in the path thereof, whereby the alignment signal S1 of FIG. As well as the distinction as in S2), the alignment signal detected at the moment according to the alignment / exposure stage state is unstable (S1↔S2), so that the accuracy of alignment naturally falls. In addition, when fabricating a photoresist pattern through post-alignment exposure and development, the resolution is relatively low, resulting in a photoresist pattern PR1 having an inclined profile as shown in FIG. 2b.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 포토레지스트의 간섭없이 얼라인먼트의 정확도를 향상시킬 수 있는 포토마스킹 공정을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a photomasking process that can improve the accuracy of alignment without interference of the photoresist in order to solve the problems of the prior art as described above.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 공정은 얼라인먼트 마크가 형성된 웨이퍼기판위에 포토레지스트를 도포하고, 이 포토레지스트에 마스크패턴을 형성하기 위한 포토마스킹 공정에 있어서, 상기 얼라인먼트 마크 부분의 포토레지스트를 제거하는 제1공정과, 상기 웨이퍼기판위에 도포된 포토레지스트에 마스크패턴을 형성하는 제2공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a process of the present invention is to apply a photoresist on a wafer substrate on which an alignment mark is formed, and to remove the photoresist of the alignment mark portion in a photomasking process for forming a mask pattern on the photoresist. And a second step of forming a mask pattern on the photoresist applied on the wafer substrate.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention.

제7도는 본 발명에 의한 포토마스킹 공정을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a photomasking process according to the present invention.

먼저, 웨이퍼 표면의 세척 및 건조를 통한 표면준비 공정을 거쳐 얼라인먼트 마크를 형성하고, 이 얼라인먼트 마크가 형성된 웨이퍼에 포토레지스트의 박막을 입히고, 부착력을 향상시키기 위해 포토레지스트 용제를 증발시키는 소프트베이크 공정을 거친다(200). 이 200단계 이후 상기 얼라인먼트 마크가 형성된 부분의 포토레지스트막을 제거시키기 위하여 1차 노광공정(201)과 1차 현상공정(202)을 거친다. 이후에 마스크를 웨이퍼에 정확히 얼라인시키는 얼라인먼트 공정과, 이 얼라인후에 웨이퍼의 포토레지스트막을 노출시키기 위해 상기 마스크를 통해 빛을 쬐는 2차 노광공정을 거친다(203). 203단계의 노광공정 이후에 다시한번 포토레지스트의 부착력을 증가시키기 위하여 하드베이크 공정을 실시하고(204), 2차 현상공정(205)을 통해 웨이퍼에서 식각되어야 할 부분에 존재하는 포토레지스트막을 제거한다.First, an alignment mark is formed through a surface preparation process through washing and drying the wafer surface, a thin bake layer of photoresist is coated on the wafer on which the alignment mark is formed, and a soft bake process is performed to evaporate the photoresist solvent to improve adhesion. Rough (200). After the step 200, the first exposure process 201 and the first developing process 202 are performed to remove the photoresist film of the portion where the alignment mark is formed. Thereafter, an alignment process of accurately aligning the mask to the wafer and a second exposure process of exposing light through the mask to expose the photoresist film of the wafer after the alignment are performed (203). After the exposure process of step 203, a hard bake process is performed once again to increase the adhesion of the photoresist (204), and the photoresist film existing in the portion to be etched from the wafer is removed through the secondary development process (205). .

제8a도 내지 제8d도는 본 발명에 의한 포토마스킹 공정의 일부를 도시한 단면도, 제9도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 마크부분의 수직단면도, 제10도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 마크에 빛의 입사 및 반사경로를 나타낸 단면도, 제11도는 본 발명에 따른 얼라인먼트 신호를 나타낸 도면이다.8A to 8D are sectional views showing a part of the photomasking process according to the present invention, FIG. 9 is a vertical sectional view of an alignment mark portion according to the present invention, and FIG. 10 is an incident and reflecting mirror of light to the alignment mark according to the present invention. 11 is a view showing an alignment signal according to the present invention.

제8a도는 1차 노광공정을 도시한 것으로, 얼라인먼트 마크(WM)가 형성된 웨이퍼기판(10)위에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 부착력을 향상시키기 위해 포토레지스트 용제를 증발시키는 소프트베이크 공정을 거친다. 그리고, 상기 얼라인먼트 마크(WM)가 형성된 부분의 포토레지스트(3)를 제거하기 위하여 마스크(M1)를 얼라인시키고 빛(1)을 쬔다. 이때 상기 빛의 파장은 0.1㎚~700㎚대이다.FIG. 8A illustrates a first exposure process, which applies a photoresist PR on the wafer substrate 10 on which an alignment mark WM is formed, and undergoes a soft bake process in which the photoresist solvent is evaporated to improve adhesion. . Then, in order to remove the photoresist 3 of the portion where the alignment mark WM is formed, the mask M1 is aligned and light 1 is turned off. At this time, the wavelength of the light is 0.1nm ~ 700nm band.

제8b도는 1차 현상공정을 도시한 것으로, 상기 노광공정후 건식방법 혹은, 이머션방법이나 분사방법 같은 습식방법의 현상공정을 거치면, 얼라인먼트 마크(WM) 부분의 포토레지스트(3)가 제거되어 얼라인먼트 마크(WM)만 남게된다. 이때 상기 건식방법의 현상공정은, 현상시 현상액을 사용하지 않고 O2플라즈마를 사용하여, 이 O2가 포토레지스트를 산화시켜 형성된 산화물을 펌프(pump)로 뽑아냄으로써 현상이 가능한 것이다.FIG. 8B illustrates the primary development process. After the exposure process, the photoresist 3 of the alignment mark WM is removed after the development process of the wet method such as a dry method or an immersion method or a spray method. Only the alignment mark WM remains. The developing process of the dry method, using O 2 plasma without using a developing solution during development, the O 2 is naemeurosseo pulled the oxide formed by oxidation of the photoresist to the pump (pump) is capable of developing.

제8c도는 얼라인먼트 및 2차 노광공정을 도시한 것으로, 상기 얼라인먼트 마크 부분의 포토레지스트를 제거한후, 웨이퍼기판(10) 위에 도포된 포토레지스트(PR)에 원하는 마스크패턴(M2A)을 옮기기 위하여 마스크(M2)를 얼라인시키고 빛(1)을 쬔다. 이때 포토레지스트가 제거된 얼라인먼트 마크(WM) 부분에는 상기 마스크상의 얼라인먼트 마크(M2B)를 통한 빛(1)이, 웨이퍼기판(10)상에 형성된 얼라인먼트 마크(WM)로 직접 입사된다. 이 노광공정후 다시한번 포토레지스트의 부착력을 증가시키기 위하여 하드베이크 공정을 실시한다.FIG. 8C illustrates an alignment and a secondary exposure process. After removing the photoresist of the alignment mark portion, the mask (M2A) is transferred to the desired mask pattern M2A on the photoresist PR applied on the wafer substrate 10. FIG. Align M2) and turn off the light (1). At this time, the light 1 through the alignment mark M2B on the mask is directly incident on the alignment mark WM formed on the wafer substrate 10 at the portion of the alignment mark WM from which the photoresist has been removed. After this exposure step, a hard bake step is further performed to increase the adhesion of the photoresist.

제8d도는 2차 현상공정을 도시한 것으로, 상기 노광공정을 통해 포토레지스트(PR)에 옮겨진 마스크 패턴을 얻기 위하여 이머션방법이나 분사방법을 사용하면, 웨이퍼에서 식각되어야 할 부분에 존재하는 포토레지스트가 제거되어 포토레지스트 패턴(PR2)을 얻는다.FIG. 8D illustrates a secondary development process. When an immersion method or a spraying method is used to obtain a mask pattern transferred to a photoresist PR through the exposure process, a photoresist existing in a portion to be etched in a wafer Is removed to obtain photoresist pattern PR2.

이상과 같이 본 발명의 포토마스킹 공정에서는, 종래 포토마스킹 공정에 얼라인먼트 마크 부분의 포토레지스트를 제거하는 노광공정과, 현상공정을 삽입함으로써 얼라인먼트의 정확도 및 해상도를 향상시킬 수 있다. 다시 말하면, 제8c도 및 제9도에 도시된 바와같이 얼라인먼트 마크(WM)부분의 포토레지스트를 제거한 후 마스크패턴 형성을 위한 노광공정을 거치기 때문에, 제10도에 도시된 바와같이 얼라인먼트용 빛이 얼라인먼트를 위해 얼라인먼트 마크(WM)위를 입사(6)와 반사(7)할때 그 경로가 동일하고, 이로써 제11도의 얼라인먼트 신호(S3)와 같이 검출능력이 향상되므로 얼라인먼트의 정확도도 향상된다.As described above, in the photomasking step of the present invention, the accuracy and resolution of the alignment can be improved by inserting the exposure step of removing the photoresist of the alignment mark portion and the developing step in the conventional photomasking step. In other words, since the photoresist of the alignment mark WM is removed as shown in FIGS. 8C and 9 and then subjected to an exposure process for forming a mask pattern, the alignment light as shown in FIG. When the incidence 6 and the reflection 7 are over the alignment mark WM for alignment, the paths are the same, and thus the detection capability is improved as in the alignment signal S3 of FIG.

또한, 1차 현상에 의해 포토레지스트의 표면이 현상액에 침적되는 효과로, 2차 현상시 현상액이 포토레지스트 표면에 빨리 침투되면서 현상속도도 빨라지고 따라서 해상도 및 공정 허용도가 향상되는 효과가 생기게 된다. 또한, 2회의 노광/현상 공정으로 인해 스크라이브 라인(scribe line : 5)이 깨끗해지는 장점도 있다.In addition, the surface of the photoresist is deposited in the developer by the primary development, the developer rapidly penetrates into the surface of the photoresist during the secondary development, thereby increasing the development speed and thus improving the resolution and process tolerance. In addition, the two exposure / development processes also have the advantage that the scribe line 5 is cleaned.

Claims (3)

얼라인먼트 마크가 형성된 웨이퍼기판위에 포토레지스트를 도포하고, 이 포토레지스트에 마스크패턴을 형성하기 위한 포토마스킹 공정에 있어서, 상기 얼라인먼트 마크 부분의 포토레지스트를 제거하는 제1공정과 ; 상기 웨이퍼기판위에 도포된 포토레지스트에 마스크 패턴을 형성하는 제2공정 ; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스킹 공정.A photomasking step for applying a photoresist on a wafer substrate on which an alignment mark is formed and forming a mask pattern on the photoresist, comprising: a first step of removing the photoresist in the alignment mark portion; A second step of forming a mask pattern on the photoresist applied on the wafer substrate; Photomasking process comprising a. 제1항에 있어서, 상기 제1공정의 포토레지스트를 제거시, 노광공정에 사용되는 광원의 파장은 0.1㎚~700㎚대임을 특징으로 하는 포토마스킹 공정.The photomasking process of claim 1, wherein the wavelength of the light source used in the exposure process is in the range of 0.1 nm to 700 nm when the photoresist of the first process is removed. 제1항에 있어서, 상기 제1공정의 포토레지스트 제거시, 현상공정은 건식방법 혹은 습식방법으로 하는 것을 특징으로 하는 포토마스킹 공정.The photomasking process according to claim 1, wherein when the photoresist is removed in the first step, the developing step is a dry method or a wet method.
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