KR20000006182A - 물결무늬패턴을사용한오버레이측정법 - Google Patents

Abstract

반도전성 소자의 제조에 사용되는 2가지 마스킹 단계 사이의 오정렬은 상기 처리에 사용된 2개 마스크상에 특별한 정렬 패턴을 가지고 물결 무늬 패턴을 형성하기 위해 서로 포개지는 정렬 패턴의 이미지로 반도전성 소자에 마스크의 이미지를 형성함으로써 결정된다. 상기 물결 무늬 패턴은 수용가능한 정렬에 대응하는지 알아보기 위해 마스크의 오정렬의 특별한 양에 대응하는 것으로 알려진 다른 물결 무늬 패턴과 비교된다.

Description

물결 무늬 패턴을 사용한 오버레이 측정법 {OVERLAY MEASUREMENT TECHNIQUE USING MOIRE PATTERNS}

본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로서, 특히 반도체 제조에 사용되는 마스크의 정렬에 중요한 오버레이 측정에서의 마크 패턴 사용에 관한 것이다.

대부분의 반도체 소자, 특히 집적 회로 소자의 제조에서, 대부분의 공정은 웨이퍼 스케일에서 수행된다. 이런 제조에서, 예를 들어 12인치 직경의 상대적으로 큰 웨이퍼는 특히 집적 회로 소자를 한정하는 서로 다른 전도성 타입의 여러 영역과 연관된 접속부를 형성하기 위해 연속적인 단계들로 처리된다. 이런 것들이 형성된후, 웨이퍼는 다수의 칩을 형성하기 위해 다이싱되는데, 각각의 칩은 집적 회로를 포함한다. 형성된 집적 회로는 모두 균일한 특성을 가지는 것이 바람직하다.

일반적으로 이런 소자의 제조는 연속적인 처리 단계를 포함하는데, 많은 단계들은 웨이퍼의 특별한 영역에 대한 처리 단계의 효과를 국부화시키기 위해 웨이퍼 상부 표면상에 제공되어지는 마스크에 의해 제어된다. 이런 마스크들은 처리된 영역의 위치에 필요한 정밀성을 달성하기 위해, 특히 웨이퍼에 형성되는 모든 집적 회로들 사이의 요구된 균일성이 달성되어야 한다면 서로와 관련하여 적당히 정렬되는 것이 중요하다.

연속적인 처리 단계에 사용되는 마스크의 요구된 정렬을 달성하기 위해서, 일반적으로 웨이퍼의 에지에 컨포멀한 마크를 프린팅하기 위해 마스크상에 특별한 마크 또는 지시물을 사용하며, 이런 오버레이 측정용 웨이퍼 마크의 사용은 정렬 목적을 위해 중요하다.

더욱이, 교정이 추가 프로세싱 이전에 시기 적절하게 이루어질 수 있도록 프로세싱중 어떤 두드러진 오정렬을 검출하는 것이 중요하다.

현재 오정렬 검출을 위한 측정법은 전형적으로 정렬 마크로서 웨이퍼에 에칭되는 서로 다른 크기의 정사각형 또는 직사각형의 박스들을 사용하며, 오정렬을 검출하기 위하여 서로의 범위내에서 다른 크기의 박스를 사용한다. 이런 방법은 박스 형태에서의 비대칭성과 박스를 한정하기 위해 사용된 라인의 폭에 의해, 그리고 이들이 직접 측정될 수 있게 충분히 길고 넓어야 한다는 필요성에 의해 제한된다. 이런 제한은 0.25미크론 이하의 형상 크기를 포함하는 종래 집적 회로 소자의 상태에 사용될 때 상기 박스 프로세스를 상대적으로 비효율적으로 만든다.

본 발명의 목적은 마스크 오정렬을 검출하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것으로, 특히 0.25미크론 이하의 형상 크기를 포함하는 소자의 제조에 유용하다.

도 1은 동일한 폭의 100개의 평행한 직선과 공간부로 이루어진 반복적 패턴을 도시하는 도면.

도 2는 도 1의 패턴과 비교하여 선과 공간부가 폭에서 1%만큼씩 증가되는 직선과 공간부의 유사한 반복적 패턴을 도시하는 도면.

도 3은 각각의 패턴의 왼쪽에서 제1 라인이 정렬될 때 도1의 패턴상에서의 도 2의 패턴의 오버레이로부터 얻어지는 물결 무늬 패턴을 도시하는 도면.

도 4는 도 2의 패턴의 제1 라인이 제1 양만큼 왼쪽으로 이동될때 도 1의 패턴상에서의 도 2의 패턴의 유사한 오버레이로부터 얻어지는 물결 무늬 패턴을 도시하는 도면.

도 5는 도 2의 제1 라인이 도 4에 의해 표현된 이동 양의 2배 양만큼 왼쪽으로 이동될때 동일한 형태의 오버레이에 대한 물결 무늬 패턴을 도시하는 도면.

도 6은 2차원 정렬에 사용하기 위한 체커보드 패턴과 연관된 전형적인 물결 무늬 패턴을 도시하는 도면.

본 발명은 반도체 소자의 제조에서 다른 층 레벨상에 프린팅된 2개의 다른 마스크 패턴들 사이의 어떤 오정렬의 측정을 제공하는 물결 무늬 패턴(Moire pattern)의 사용에 기초한다. 물결 무늬 패턴은 촘촘히 배치된 라인의 2개 패턴으로 이루어진 서로 중첩되게 보여질때 형성되는 특유의 패턴인데, 전형적으로 단지 약간 다른 2개의 반복적 패턴 이다. 물결 무늬 패턴의 구조와 배치는 2개의 라인/공간부 반복적 패턴의 오정렬의 정도에 대한 측정을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른, 2 마스킹 단계의 오정렬을 측정하기 위해 반도전성 소자의제조에 사용하기 위한 방법은 다음과 같다. 2개 패턴이 서로 포개질때 어떤 종류의 마크의 반복적 패턴을 2 마스킹 단계 동안 사용된 2개의 마스크에 제공하는데, 2개 패턴 사이의 오정렬 정도의 측정을 위한 물결 무늬 패턴이 형성된다. 차례로 각각의 마스크는 처리되는 반도전성 웨이퍼의 표면에 2개 마스크상에 서로 포개지는 마크 패턴을 프린팅하는데 사용된다. 다음에 2개 마크 패턴에 의해 형성된 물결 무늬 패턴이 광학적으로 관찰된다. 관찰된 물결 무늬 패턴은 웨이퍼의 연속된 처리가 보장되는지의 여부를 결정하기 위해 2개 마스크 사이의 오정렬의 수용가능한 범위를 한정하는 것으로 알려진 물결 무늬 패턴과 비교된다.

더욱 간결하게, 본 발명은 반도전성 소자의 제조에서 2 마스킹 단계의 오정렬을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 서로 포개질때 2개 마스크 사이의 오정렬 정도를 측정하는 물결 무늬 패턴을 형성하는 마크의 반복적 패턴을 마스킹 단계 동안 사용된 2개의 마스크의 각각에 포함시키는 단계; 처리되는 반도전성 웨이퍼의 표면에 서로 포개지는 2개 마스크의 마크 패턴을 형성하기 위해 2개 마스크를 사용하여, 물결 무늬 패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 물결 무늬 패턴을 광학적으로 관찰하는 단계; 및 2개 마스크 사이의 수용가능한 정렬에 대응하는 물결 무늬 패턴과 상기 관찰된 물결 무늬 패턴을 비교하는 단계를 포함한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 이해될 것이다.

도 1를 참조하면, 100개의 직선과 공간부로 이루어지고, 각각 210 미크론 폭을 가지며, 42 마이크로미터의 예시적 거리로 연장하는 반복적 정렬 패턴이 도시되어 있다. 본 발명의 수행에서, 이런 정렬 패턴은 2가지 처리가 수행될 수 있게 제어되는 2개 마스크중 제1 마스크에 형성될 것이다. 이런 라인의 반복적 패턴은 차례로 실리콘 웨이퍼에서의 처리의 효과를 한정하는데 사용되는 포토레지스트에 형성된다. 유리하게 이런 반복적 패턴은 웨이퍼의 에지 영역(절단부)내에 에칭된다.

다음에 도 1과 도 2를 참조하여 개시된 바와 같은 라인과 공간부보다 약간 더 넓은 폭을 가지더라도 사용될 제2 마스크가 라인과 공간부의 유사한 반복적 패턴으로 제공된다. 상기 마스크는 실리콘내에 이미 에칭된 라인/공간부 패턴상에서 실리콘내에 이전에 에칭된 패턴의 제1 라인과 정렬되는 제2 패턴의 제1 라인과 포개진다. 전형적으로, 제2 처리를 제어하는 포토레지스트가 우선 실리콘 웨이퍼와 제2 마스크 사이에 제공된다. 다음에 상기 제2 라인/공간부 패턴은 도 1의 패턴상에 도 2의 라인/공간부 패턴이 효율적으로 포개지도록 포토레지스트내에 에칭된다.

도 3에 도시된 종류의 물결 무늬 패턴에 의해 증명된, 상기 라인/공간부 패턴중 2개의 제1 라인의 정확한 정렬은 적어도 라인/공간부 패턴의 라인에 수직한 방향으로 2개 마스크에 의해 제공된 마스킹 패턴의 요구된 밀착 정렬을 보장할 것이다.

그러나, 제2 마스크의 부정확한 정렬은 도 4 또는 도 5에 도시된 종류의 물결 무늬 패턴에 의해 증명될 것이다. 이런 경우에, 제2 마스크와 그것의 포토레지스트가 제거될 것이고 새로운 포토레지스트가 이전 결과의 견지에서 오정렬을 교정하기 위해 재배치된 마스크로 재패턴화될 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 도 2의 패턴의 왼쪽으로 105 나노미터 오정렬과 관련하여, 진한 검은 블록이 도 3에서보다 10.5 마이크로미터의 거리만큼 오른쪽에 추가로 발생한다. 이것은 도 1의 패턴과 관련하여 도 2의 패턴의 1% 확장에 의해 결정된 100배 정도의 오정렬 배율을 표현한다. 왼쪽으로의 다른 105 나노미터의 부가적 오정렬로, 진한 검은 블록이 물결 무늬 패턴의 오른쪽 끝에 형성되고 제2 검은 블록이 도 5에 도시된 바와 같이 물결 무늬 패턴의 왼쪽 끝에 형성된다.

유리하게, 본 발명은 서로 다른 오정렬에 대응하는 일련의 교정 물결 무늬 패턴을 형성하고 이들이 허용가능한 오정렬을 나타내는 교정 물결 무늬 패턴에 대응하는지를 관찰하기 위해 조작상의 물결 무늬 패턴을 평가함으로써 양호하게 사용된다.

전형적으로, 시스템들이 자동적으로 테스팅되도록 고안될 수 있더라도 상기 형성된 물결 무늬 패턴은 광학적으로 관찰되고 가시적으로 비교된다.

여러가지 민감성의 테스트 패턴은 라인과 공간부의 폭 및/또는 이들의 폭의 차이를 변경함으로써 고안될 수 있다. 전형적으로 적용하기가 더욱 어렵더라도 폭의 차이가 더 작아질수록 테스트 패턴은 더욱 민감해진다.

따라서, 물결 무늬 패턴을 형성하는데 사용된 2개 패턴의 파라미터의 적당한 선택에 의해, 요구된 정도의 민감성 또는 배율이 얻어진다. 이런 방법은 수평 또는 수직 방향의 오정렬을 테스트하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 2개 패턴과 약간 다른 크기로 이루어진 사각형의 체커보드 패턴의 사용에 의해, 수직과 수평 방향 둘다에서 오정렬의 측정이 달성될 수 있다. 다른 각도의 오정렬은 다른 물결 무늬 패턴을 야기하는데, 전형적인 것이 도 6에 도시되어 있다.

본 발명은 마스크 오정렬을 검출하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것으로, 특히 0.25미크론 이하의 형상 크기를 포함하는 소자의 제조에 유용하다.

Claims (4)

1. 반도전성 소자의 제조에서 2 마스킹 단계의 오정렬을 검출하기 위한 방법에 있어서,

   상기 마스킹 단계에 사용되는 2개의 마스크내에 서로 중첩될때 2개 마스크 사이의 오정렬 정도를 측정하는 물결 무늬 패턴을 형성하는 반복적 마크 패턴을 포함시키는 단계;

   처리되는 반도전성 웨이퍼의 표면상에 물결 무늬 패턴을 형성하기 위해 서로 포개지는 상기 2개 마스크의 마크 패턴을 형성하기 위해 상기 2개 마스크를 사용하는 단계;

   상기 형성된 물결 무늬 패턴을 광학적으로 관찰하는 단계; 및

   상기 2개 마스크 사이의 수용가능한 정렬에 대응하는 물결 무늬 패턴과 상기 관찰된 물결 무늬 패턴을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 2개 마스크내의 반복적 패턴은 상기 2개 패턴의 라인과 공간부의 폭에서만 다른 다수의 라인과 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 각각의 패턴내의 라인과 공간부는 폭이 균일하고 상기 2개 패턴의 라인과 공간부의 폭에는 균일한 차이가 있는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 2개 마스크내의 마크 패턴은 균일한 사각형의 체커보드 패턴이고 상기 2개의 패턴내의 사각형 크기는 정해진 양만큼 다른 것을 특징으로 하는 방법.