KR100985307B1 - 포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이버니어 형성 방법 - Google Patents

포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이버니어 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법에 관한 것으로, 노광이 투과할 수 있는 제1 물질로 형성된 레티클과, 상기 레티클 상에 형성되며, 노광이 투과할 수 없는 물질로 형성된 제1 패턴 및 상기 제1 패턴보다 크기가 작은 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 접하도록 형성되며, 상기 레티클의 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 형성되는 보조 패턴을 포함하고, 제1 패턴 양측으로 보조 패턴이 노출되고 보조 패턴의 양측으로 레티클이 노출되는 포토 마스크를 이용하기 때문에, 오버레이 버니어의 측면에 경사를 형성하여 오버레이 버니어 상에 박막을 용이하게 형성할 수 있다.
오버레이 버니어, 굴절율, 포토 마스크, 차광 패턴

Description

포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법{Photo mask and method for forming overlay vernier in semiconductor device using the same}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 형성된 오버레이 버니어의 SEM 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
102 : 반도체 기판 104 : 피식각층
106a, 106b : 포토 레지스트 패턴 202 : 레티클
204 : 보조 패턴 206a, 206b : 차광 패턴
본 발명은 포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법에 관한 것으로, 특히 측면이 경사를 이루는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조할 때에는 반도체 기판상에 패턴(pattern)을 형성하는 패터닝 공정이 실시된다. 이러한 패터닝 공정은, 먼저 반도체 기판 상의 피식각층에 포토 레지스트(photo resist)를 형성한다. 그리고, 포토 마스크(photo mask) 또는 레티클(reticle)을 통해 포토 레지스트에 광원을 조사함으로써, 제거하고자 하는 영역의 포토 레지스트를 감광시키는 노광 공정을 실시한다. 그리고 감광된 영역의 포토 레지스트를 제거는 현상(develop) 공정을 실시한다. 이로써, 피식각층 상에는 포토 레지스트 패턴이 형성된다.
한편, 적층 구조의 반도체 소자를 제조할 때 이전 공정에서 형성시킨 레이어(layer)와 현재 공정에서 형성시키는 레이어 사이의 정렬 상태를 파악 및 보정하는 것이 중요하다. 이를 위하여 반도체 기판의 피식각층 상에는 리얼 패턴(real pattern)을 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴과 함께, 오버레이 버니어를 형성하기 위하여 동일한 포토 레지스트로 형성된 오버레이 버니어 패턴이 형성된다. 이에 따라, 포토 레지스트 패턴으로 피식각층을 식각하여 리얼 패턴을 형성할 때 오버레이 버니어 패턴 또한 피식각층을 식각화여 오버레이 버니어를 형성한다. 이때, 리얼 패턴과 오버레이 버니어는 동일한 공정으로 형성되기 때문에, 리얼 패턴과 마찬가지로 오버레이 버니어는 수직한 측벽을 갖는다.
통상적으로 오버레이 버니어는 리얼 패턴의 10배 이상의 크기로 형성되며 독립하여 단일하게 형성된다.
이러한 수직한 측벽은 후속하는 공정에서 리얼 패턴과 오버레이 버니어가 형성된 피식각층 상에 박막을 형성할 때 박막 형성 공정에 어려움이 발생될 수 있다. 즉, 리얼 패턴의 경우 패턴의 크기가 작고 패턴 사이의 거리가 좁기 때문에 수직한 측벽을 갖더라도 리얼 패턴 사이의 공간에 박막이 형성됨으로써 리얼 패턴 상에 박막 형성이 용이하지만. 오버레이 버니어의 경우 패턴이 크고 인접한 패턴이 없기 때문에 오버레이 패턴의 측벽에는 박막이 형성되는 것이 어렵게 된다.
도 2는 종래 기술에 따라 형성된 오버레이 버니어의 SEM 사진이다.
도 2를 참조하면, 오버레이 버니어(도면 부호 A)의 측면이 수직하게 형성되어 급격한 단차를 형성하기 때문에, 오버레이 버니어 상에 형성되는 박막이 손상(도면 부호 B)된다. 이러한 경우 오버레이 버니어가 손상되어, 하부 레이어와 상부 레이어를 오버랩할 때 그 정확도가 떨어지거나 오버랩이 불가능할 수 있다.
본 발명은 레티클의 오버레이 버니어 차광 패턴에 레티클과 굴절율이 다른 물질로 보조 패턴을 형성하여 포토 레지스트에 대해 노광 공정을 실시함으로써, 오버레이 버니어의 측면에 경사를 형성하여 오버레이 버니어 상에 박막을 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 포토 마스크는, 노광이 투과할 수 있는 제1 물질로 형성된 레티클과, 상기 레티클 상에 형성되며, 노광이 투과할 수 없는 물질로 형성된 제1 패턴 및 상기 제1 패턴보다 크기가 작은 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 접하도록 형성되며, 상기 레티클의 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 형성되는 보조 패턴을 포함하고, 제1 패턴 양측으로 보조 패턴이 노출되고 보조 패턴의 양측으로 레티클이 노출된다.
상기 제1 물질은 SiO2일 수 있다. 상기 제2 물질은 상기 제1 물질과 굴절율이 상이한 물질일 수 있다. 상기 제2 물질은 공기 또는 SiOx(0.1≤x≤0.99)일 수 있다. 상기 제1 패턴은 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법은, 반도체 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계와, 상기 피식각층 상에 포토 레지스트를 형성하는 단계와, 본 발명의 실시 예에 따른 포토 마스크를 이용하여, 상기 포토 레지스트에 대해 노광 공정을 실시하는 단계와, 상기 포토 레지스트에 대해 현상 공정을 실시하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 레티클은 SiO2로 형성할 수 있다. 상기 보조 패턴은 상기 레티클과 굴절율이 상이한 물질로 형성할 수 있다. 상기 보조 패턴은 공기 또는 SiOx(0.1≤x≤0.99)로 형성할 수 있다. 상기 제1 차광 패턴으로 형성되는 포토 레지스트 패턴은 측벽이 경사를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 차광 패턴으로 형성되는 포토 레지스트 패턴은 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발 명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(102) 상에는 패턴이 형성될 피식각층(104)을 형성한다. 피식각층(104) 상에는 패턴을 형성하기 위한 식각 공정에서 사용하기 위하여 포토 레지스트를 형성한다. 이후에, 현상 및 노광 공정을 거쳐 포토 레지스트를 패터닝하여 포토 레지스트 패턴(106a, 106b)을 형성하는데, 이를 아래에서 상세히 설명한다.
포토 레지스트에 대한 노광 공정에서 사용하기 위한 포토 마스크를 형성하기 위하여, 먼저 레티클(202)에 보조 패턴(204)을 형성한다. 레티클(202)은 노광 공정에서 사용되는 광원이 투과할 수 있는 투명한 재료, 예를 들면 SiO2 등으로 형성하는 것이 바람직하다. 보조 패턴(204)은 오버레이 버니어 패턴이 형성되는 부분의 레티클(202) 내부에 형성하며, 노광 공정에서 사용하는 광원의 파장을 고려하여 0.01∼100㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 보조 패턴(204)은 빛을 투과할 수 있는 물질로 형성하되, 레티클(202)의 재질과 굴절율이 서로 상이한 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 보조 패턴(204)은 공기 또는 SiOx(0.1≤ x≤0.99)로 형성할 수 있다. 보조 패턴(204)을 공기로 형성한다는 것은, 공기를 포함하는 빈 공간으로 보조 패턴(204)을 형성한다는 의미이다.
이후에, 레티클(202) 상에 차광 패턴(206a, 206b)을 형성한다. 차광 패턴(206a, 206b)은 노광 공정에서 사용되는 광원이 투과할 수 없는 불투명한 재료, 예를 들면 크롬(Cr)등으로 형성하는 것이 바람직하다. 이로써 레티클(202)에는 광원이 투과하지 않는 차광 패턴(206a, 206b) 및 차광 패턴(206a, 206b)이 형성되지 않은 곳에 형성되어 노광을 투과하는 투광 패턴이 형성된다.
제1 차광 패턴(206a)은 피식각층(104)에 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴이고, 제2 차광 패턴(206b)은 피식각층(104)에 리얼 패턴을 형성하기 위한 패턴이다. 특히, 제1 차광 패턴(206a)은 보조 패턴(204)과 접하여 형성되며, 제1 차광 패턴(206a)은 보조 패턴(204)에 포함될 수 있는 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 피식각층(104)에 형성되는 오버레이 버니어는 리얼 패턴의 크기보다 크기 때문에, 제1 차광 패턴(206a)은 제2 차광 패턴(206b)보다 크게 형성된다. 그리고, 피식각층(104)에 형성되는 오버레이 버니어는 단독으로 형성되는 반면에 리얼 패턴은 간격이 좁게 다수 형성되기 때문에, 제1 차광 패턴(206a)은 단독으로 형성되고 제2 차광 패턴(206b)은 간격이 좁게 다수 형성된다.
이후에, 피식각층(104) 상에 형성된 포토 레지스트에 대해, 레티클(202)에 형성된 차광 패턴(206a, 206b)을 이용한 선택적인 노광 공정을 실시한다. 이때, 레티클(202)만을 통과하는 노광은 굴절이 없기 때문에 포토 레지스트에 정확하게 포커스(focus)될 수 있다. 하지만, 보조 패턴(204)을 지나는 노광은 보조 패턴(202)과 제1 차광 패턴(206a) 사이에서 굴절되어 포토 레지스트에 정확하게 포커스되지 않기 때문에, 포토 레지스트의 상부와 하부가 노광되는 정도가 차이가 나게 되고 노광되는 부분과 그렇지 않은 부분의 경계가 모호하게 된다.
그리고, 노광된 포토 레지스트에 대해 현상 공정을 실시하여 피식각층(104) 상에 포토 레지스트 패턴(106a, 106b)을 형성한다. 여기서, 제1 포토 레지스트 패턴(106a)은 피식각층(104)에 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴이고, 제2 포토 레지스트 패턴(106b)은 피식각층(104)에 리얼 패턴을 형성하기 위한 패턴이다. 이 중에서 제1 포토 레지스트 패턴(106a)은 전술한 노광 공정에서 포커스되지 않은 노광으로 노광 공정을 진행한 후 현상되었기 때문에, 특히 제1 포토 레지스트 패턴(106a) 측벽(도면 부호 C)이 경사를 갖도록 형성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 피식각층(104)에 대해 포토 레지스트 패턴(106a, 106b)을 이용한 식각 공정을 실시하여 오버레이 버니어(104a)와 리얼 패턴(104b)을 형성한다. 오버레이 버니어(104a)와 리얼 패턴(104b)은 상부에 형성되었던 포토 레지스트 패턴(106a, 106b)와 동일한 프로파일(profile)로 형성된다. 따라서, 오버레이 버니어(104a)의 측벽(도면 부호 D)은 경사지도록 형성된다.
도 1c를 참조하면, 오버레이 버니어(104a)와 리얼 패턴(104b) 상에 박막(108)을 형성한다. 이때, 오버레이 버니어(104a)의 측벽에 형성된 경사로 인하여, 오버레이 버니어(104a)의 측벽에도 박막이 용이하게 형성될 수 있어, 오버레이 버니어(104a)가 손상되지 않는다.
한편, 본 발명에서는 반도체 기판(102) 상에 피식각층(104)을 형성한 뒤 피 식각층(104)에 패턴을 형성하는 것으로 설명하였지만, 피식각층(104)을 형성하지 않고 반도체 기판(102)에 직접 패턴을 형성할 수도 있음은 당연하다.
본 발명의 포토 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법에 따르면, 레티클의 오버레이 버니어 차광 패턴에 레티클과 굴절율이 다른 물질로 보조 패턴을 형성하여 포토 레지스트에 대해 노광 공정을 실시함으로써, 오버레이 버니어의 측면에 경사를 형성하여 오버레이 버니어 상에 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 후속하는 공정중에 오버레이 버니어가 손상되지 않고 유지될 수 있기 때문에, 하부 레이어 및 상부 레이어를 정렬할 때 정렬 오차가 발생하지 않아 더욱 정밀한 반도체 제조 공정이 가능하다.

Claims (11)

  1. 노광이 투과할 수 있는 제1 물질로 형성된 레티클;
    상기 레티클 상에 형성되며, 노광이 투과할 수 없는 물질로 형성된 제1 패턴 및 상기 제1 패턴보다 크기가 작은 제2 패턴; 및
    상기 제1 패턴과 접하도록 형성되며, 상기 레티클의 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 형성되는 보조 패턴을 포함하고,
    상기 제1 패턴 양측으로 상기 보조 패턴이 노출되고 상기 보조 패턴의 양측으로 상기 레티클이 노출되는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 물질은 SiO2인 포토 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 물질은 상기 제1 물질과 굴절율이 상이한 물질인 포토 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 물질은 공기 또는 SiOx(0.1≤x≤0.99)인 포토 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴인 포토 마스크.
  6. 반도체 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계;
    상기 피식각층 상에 포토 레지스트를 형성하는 단계;
    레티클 상에 제1 차광 패턴 및 상기 제1 차광 패턴보다 크기가 작은 제2 차광 패턴이 형성되며, 상기 제1 차광 패턴과 접하여 상기 레티클과 다른 물질로 형성된 보조 패턴을 포함하며, 상기 제1 차광 패턴 양측으로 상기 보조 패턴이 노출되고 상기 보조 패턴의 양측으로 상기 레티클이 노출되는 포토 마스크를 이용하여, 상기 포토 레지스트에 대해 노광 공정을 실시하는 단계;
    상기 포토 레지스트에 대해 현상 공정을 실시하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레티클은 SiO2로 형성하는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보조 패턴은 상기 레티클과 굴절율이 상이한 물질로 형성하는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 보조 패턴은 공기 또는 SiOx(0.1≤x≤0.99)로 형성하는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광 패턴으로 형성되는 포토 레지스트 패턴은 측벽이 경사를 갖도록 형성되는 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광 패턴으로 형성되는 포토 레지스트 패턴은 오버레이 버니어를 형성하기 위한 패턴인 반도체 소자의 오버레이 버니어 형성 방법.
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