KR100576442B1 - 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법에 관한 것으로, 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막에 반사율이 매우 높은 고반사막(high reflectivity film)을 증착하는 단계와, 산화막내 금속층 상의 패턴 공정 진행 시, 식각되어 없어지지 않도록 블록 처리하는 오버레이 마크 디자인을 적용하는 단계와, 산화막내 금속 박막층 위에 절연층이 형성되고, 절연층위의 패턴 공정 진행 시, 노광하여 광을 조사하는 단계와, 조사된 광은 산화막내 하부에 적용된 고반사막에 의해 모두 반사되면서 금속 배선 공정을 진행하는 단계를 포함한다. 따라서, 오버레이 마크 검출에서 발생 할 수 있는 에러의 결정적인 요인인 마크 변형을 완전히 억제시키고 마크 사이즈의 균일성을 좋게 할 수 있다. 또한, 마크 사이즈의 균일성이 좋게 되어 오버레이 마크의 변형에 의한 계측 오차 및 에러 발생 등을 획기적으로 감소시킬 수가 있게 된다. 이와 같이, 개선된 방법을 통하여 오버레이 계측 시 마크 검출 특성이 좋아지게 되고, 에러 요인을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 반도체 디바이스의 수율에 결정적인 영향을 미치는 오버레이 마진을 안정적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

고반사막, 오버레이, 산화막, 레지스트

Description

반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법{METHOD FOR IMPROVING OVERLAY MARK IMAGE IN SEMICONDUCTOR}

도 1은 종래 기술에서의 오버레이 마크 형성 과정 및 절연층 두께 차이에 의한 포커스 차이 유발 도면이고,

도 2는 종래 기술에서의 오버레이 마크 변형 발생 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 반도체의 고반사막을 이용한 오버레이 마크 이미지 개선방법에 대한 도면이다.

본 발명은 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법에 관한 것으로, 특히 어라인먼트(alignment) 계측 시, 절연층 하부의 고반사막(high reflectivity film)을 이용하여 오버레이 마크 이미지를 개선할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 반도체 제조 공정 과정에서 웨이퍼를 가공하여 원하는 동작을 수행하는 회로를 만들기 위해 패턴 공정을 진행한다.

이러한, 패턴 공정은 크게 패턴 형성 과정, 오버레이 계측 과정, CD(Critical Dimension) 측정의 순서로 진행된다. 이중 오버레이 계측 과정은 디바 이스를 구현하기 위해 가장 중요하게 검사되어야 하는 항목 중의 하나이다.

즉, 오버레이는 언더 레이어(Under Layer)와 커런트 레이어(Current Layer)와의 오버랩(Overlap) 정도를 의미하며, 오버랩 마진이 넓지 않을 경우, 실제로 디바이스의 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다.

다시 말해서, 오버레이 계측 과정은 웨이퍼 노치(Wafer Notch) 정렬, Pre-Alignment, Coarse 기준 Point 확인, Detail 기준 Point 확인, 오버레이 마크(Overlay Mark) 이동 및 검출의 순서로 이루어진다.

이때 Pre-Alignment, Coarse 기준 Point 확인, Detail 기준 Point 확인 등의 순서에서는 가공되는 웨이퍼 내의 특이한 모양, 즉 인식하기 쉬운 모양을 사용하여 인식시키는 방식을 사용한다.

그 다음 단계인 오버레이 마크 이동 및 검출에서는 상당 기간의 노 아우(know-how)가 결합되어 최적화를 구현하는 프로세스의 특성에 잘 맞게 디자인되어 있는 계측용 마크를 이용하게 된다.

그리고, 반도체 제조 공정 중, 금속 배선 공정을 진행하게 되면, 배선으로 사용되는 메탈 막질과 절연층으로 사용되는 막질(예로, 산화 실리콘)이 층층 쌓여 나가게 된다.

이와 같이, 진행되는 공정 과정에서 웨이퍼 내 막질의 균일성(Uniformity)은 점점 더 나빠져 간다. 이때, 웨이퍼 내 막질 공정마다 패턴 공정을 진행하게 되는데, 각각의 막질, 즉 금속 배선공정의 오버랩 정도는 매우 중요한 파라미터로 작용하게 된다.

그리고, 각각의 패턴 공정 진행 시, 오버랩 정도를 계측하기 위하여 미리 고안된 오버랩 마크를 사용하게 되는데, 도 1은 종래 기술에서의 오버레이 마크 형성 과정 및 절연층 두께 차이에 의한 포커스의 차이가 유발하게 되는 도면이다.

도 1을 참조하면, 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막(금속층과 절연층 사이(도시되지 않음))(S2)에 특별한 막질을 추가하지 않은 상태에서 레지스트(S3)를 통해 투과한 빛이 산화막(S2)을 투과한 후, 그 아래의 웨이퍼(S1)에 반사되어 나오는 빛이 다시 산화막(S2)을 통해 나오는 것으로, 패턴 공정을 진행하면, 웨이퍼(S1)내 막질이 불균일하며, 산화막(S2)내 절연층 패턴 공정 특정상 오버 도오스(over-dose)를 사용함에 따라 계측하여야 하는 오버랩 마크의 변형이 발생하게 된다.

다시 말해서, 금속 배선 공정중의 산화막(S2)내 절연층은 매우 두껍고 평탄하지 않으며, 균일성도 매우 좋지 않아 실제 패턴 공정 진행 시, 많은 영향을 끼치게 되어 스탠딩 이펙트(Standing effect)에 따른 CD의 차이를 유발시키게 된다. 또한, 평탄하지 않은 절연층에 대하여 패턴 공정 시, 공정 펙터인 포커스 차이를 유발시켜 도 2에 도시된 바와 같이 오버레이 마크의 변형(S4)을 가져오게 한다.

따라서, 산화막(S2)내 절연층을 통해 형성시키는 패턴 공정 진행 시, 형성되는 오버레이 마크에 균일한 이미지를 구현시킬 수 없다. 특히 오버레이 계측 시, 불균일한 이미지로 인한 비정상적인 신호를 얻게 되어 정확한 오버랩 정도를 계측 할 수 없을 뿐만 아니라, 나아가 반도체 칩의 수율에 결정적인 영향을 미쳐 오버랩 마진을 안정적으로 확보할 수 없는 문제점을 갖는다.

이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 오버레이 정도를 확인하는 단계인 어라인먼트(alignment) 계측 시, 산화막내 절연층 하부의 고반사막(high reflectivity film)을 이용하여 오버레이 마크 이미지를 개선할 수 있도록 하는 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법은 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막에 반사율이 매우 높은 고반사막(high reflectivity film)을 증착하는 단계와, 산화막내 금속층 상의 패턴 공정 진행 시, 식각(etch)되어 없어지지 않도록 블록 처리하는 오버레이 마크 디자인을 적용하는 단계와, 산화막내 금속 박막층 위에 절연층이 형성되고, 절연층위의 패턴 공정 진행 시, 노광(Exposure)하여 광을 조사하는 단계와, 조사된 광은 산화막내 하부에 적용된 고반사막에 의해 모두 반사되면서 금속 배선 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체의 고반사막을 이용한 오버레이 마크 이미지 개선방법에 대한 도면이다.

즉, 도 3을 참조하면, 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막(금속층과 절연층 사이(도시되지 않음))(SS2)에 반사율이 매우 높은 고반사막(high reflectivity film)(SS3)을 증착한 후, 산화막(SS2)내 금속층 상의 패턴 공정 진행 시, 식각이 되어 없어지지 않도록 블록 처리하는 오버레이 마크 디자인을 적용한다.

다음으로, 산화막(SS2)내 금속 박막층 위에 절연층이 형성되고, 절연층위의 패턴 공정 진행 시, 노광(Exposure)하면, 레지스트(SS4)를 통하여 UV가 마스크를 통해 조사된다. 이때, 조사된 UV는 레지스트(SS4)를 투과하게 된다.

레지스트(SS4)를 투과한 UV 빛은 하부에 적용된 고반사막(SS3)의 특성에 의해 모두 반사된다. 여기서, 고반사막이 사용되는 광원에 반사가 매우 높은 광학적인 파라미터 값을 갖기 때문이다.

이와 같이, 고반사막(SS3)에 의해 조사된 빛이 모두 반사되기 때문에 웨이퍼(SS1)상으로 빛이 도달되지 않아 웨이퍼(SS1)를 통과하는 빛은 하나도 없게 된다. 이로 인하여 도 1에 도시된 바와 같이, 산화막(S2)을 통해 통과할 때 발생하는 광 경로 차이가 발생하지 않는다.

여기서, 고반사막(SS3)의 두께는 일정한 두께 이상에서는 거의 동일한 광학적인 특성을 가지는 특성이 있으므로, 이에 따른 반사율의 변화 요인을 거의 가지지 않는다.

따라서, 고반사막(SS3)으로 인하여 금속 배선 공정이 진행되면서, 쌓여가는 동안 평탄하지 않는 절연층 위에 오버레이 마크가 형성되지 않기 때문에 절연층의 두께 및 균일성의 영향을 거의 받지 않게 된다. 즉, 일정한 광 경로 차이를 가지게 됨으로써, 절연층의 영향을 적게 받을 뿐 만 아니라 이에 따른 포커스 차이도 감소 하게 되어 오버레이 마크의 균일한 디파인(define)이 가능하게 되며, 마크 변형 발생 또한 억제시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 설명한 본 발명은 어라인먼트(alignment) 계측 시, 산화막내 절연층 하부의 고반사막(high reflectivity film)을 이용하여 오버레이 마크 이미지를 개선함으로써, 오버레이 마크 검출에서 발생 할 수 있는 에러의 결정적인 요인인 마크 변형을 완전히 억제시키고 마크 사이즈의 균일성을 좋게 할 수 있다.

또한, 마크 사이즈의 균일성이 좋게 되어 오버레이 마크의 변형에 의한 계측 오차 및 에러 발생 등을 획기적으로 감소시킬 수가 있게 된다. 이와 같이, 본 발명에 의해 개선된 방법을 통하여 오버레이 계측 시 마크 검출 특성이 좋아지게 되고, 에러 요인을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 반도체 디바이스의 수율에 결정적인 영향을 미치는 오버레이 마진을 안정적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 반도체의 오버레이 마크 방법에 있어서,

   상기 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막에 반사율이 매우 높으며, 광원에 반사가 매우 높은 광학적인 파라미터 값을 갖는 고반사막(high reflectivity film)을 증착하는 단계와,

   상기 산화막내 금속층 상의 패턴 공정 진행 시, 식각(etch)되어 없어지지 않도록 블록 처리하는 오버레이 마크 디자인을 적용하는 단계와,

   상기 산화막내 금속 박막층 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층위의 패턴 공정 진행 시, 노광(Exposure)하여 광을 조사하는 단계와,

   상기 조사된 광은 상기 산화막내 하부에 적용된 상기 고반사막에 의해 모두 반사되면서 금속 배선 공정을 진행하는 단계

   를 포함하는 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법.
3. 반도체의 오버레이 마크 방법에 있어서,

   상기 오버레이 마크에 해당되는 부분인 산화막에 반사율이 매우 높으며, 일정한 두께 이상에서 거의 동일한 광학적인 특성을 갖으며, 반사율의 변화 요인을 거의 가지지 않는 두께의 고반사막(high reflectivity film)을 증착하는 단계와,

   상기 산화막내 금속층 상의 패턴 공정 진행 시, 식각(etch)되어 없어지지 않도록 블록 처리하는 오버레이 마크 디자인을 적용하는 단계와,

   상기 산화막내 금속 박막층 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층위의 패턴 공정 진행 시, 노광(Exposure)하여 광을 조사하는 단계와,

   상기 조사된 광은 상기 산화막내 하부에 적용된 상기 고반사막에 의해 모두 반사되면서 금속 배선 공정을 진행하는 단계

   를 포함하는 반도체의 오버레이 마크 이미지 개선방법.

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