KR20060019761A - 오버레이 패턴 및 그 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오버레이 패턴 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 원형의 제 1 패턴과 제 1 패턴 내측에 형성된 원형의 제 2 패턴을 포함하며, 상기 제 1 패턴의 중심점과 상기 제 2 패턴의 중심점 사이의 상하좌우 거리를 측정함으로써 이전 단계에서 웨이퍼상에 형성된 구조와 현재 단계에서 형성된 구조의 오버레이 정도를 측정함으로써 열처리 공정등에 의한 패턴의 변형에 의해 발생되는 오차를 방지할 수 있는 오버레이 패턴 및 그 형성 방법이 제시된다.
오버레이 패턴, 원형, 열처리, 변형

Description

오버레이 패턴 및 그 형성 방법{Overlay pattern and method of forming the same}
도 1(a) 및 도 1(b)는 일반적인 오버레이 패턴 및 이를 이용한 검출 신호의 파형도.
도 2(a) 및 도 2(b)는 열처리 공정에 의해 변형된 오버레이 패턴 및 이를 이용한 검출 신호의 파형도.
도 3은 본 발명에 따른 오버레이 패턴의 평면도.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 본 발명에 따른 오버레이 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 오버레이 패턴을 이용한 검출 신호의 파형도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31 : 제 1 패턴 32 : 제 2 패턴
A : 제 1 패턴의 중심점 B : 제 2 패턴의 중심점
41 : 기판 42 : 하부층
43 : 감광막 44 : 폴리실리콘막
45 : 상부층
본 발명은 오버레이 패턴 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 특히 열처리 공정등에 의한 패턴의 변형에 의해 발생되는 오차를 방지할 수 있는 오버레이 패턴 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
플래쉬 메모리 소자가 고집적화되고, 디자인룰이 작아짐에 따라 0.13㎛ 이하의 초미세 선폭을 구현하기 위해 여러가지 방법이 논의되고 있다. 이때, 사진 공정에서 사용되는 오버레이 중첩도(overlay accuracy)의 중요성이 크게 부각되고 있다. 중첩도를 체크하기 위한 오버레이 패턴은 두층간의 중첩도를 측정하기 위해 정사각형 모양으로 형성한다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이 일반적인 오버레이 패턴은 직사각형 형태의 제 1 패턴(11)과 제 1 패턴(11) 내측에 형성된 직사각형 형태의 제 2 패턴(12)으로 구성되며, 제 1 및 제 2 패턴(11 및 12)은 일반적으로 녹는점이 낮은 금속으로 형성된다. 이러한 오버레이 패턴은 제 1 패턴(11)과 제 2 패턴(12) 사이의 X, Y 거리를 측정함으로써 이전 단계에서 웨이퍼상에 형성된 구조와 현재 단계에서 형성된 구조 의 오버레이 정도를 측정하여 스텝퍼 에러등을 보정하게 된다. 한편, 도 1(b)는 측정 장비에서 검출되는 신호의 파형도이다.
그러나, 플래쉬 메모리 소자의 제조 공정에서 초기 공정의 경우에 비해 후속 공정의 경우 층 적층 뿐만 아니라 공정 회수, 특히 열공정의 회수가 증가함에 따라 도 2(a)에 도시된 바와 같이 오버레이 패턴이 변형되어 도 2(b)에 도시된 바와같은 파형의 신호를 검출하게 된다. 이러한 변형은 녹는점이 낮은 금속으로 형성된 패턴이 열처리 공정등에 의해 발생된다. 이렇게 변형된 오버레이 패턴을 이용하여 오버레이 정도를 측정할 경우 올바르지 못한 값에 의해 중첩 오류와 같은 상황이 발생하게 된다. 따라서, 사진 공정의 재작업 회수가 증가함은 물론 공정 안정화에도 막대한 손실을 미치게 되어 제품 수율을 저하시키는 원인이 되고 있다.
본 발명의 목적은 열처리 공정등에 의한 패턴의 변형에 의해 발생되는 오차를 방지할 수 있는 오버레이 패턴 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 오버레이 패턴을 원형으로 형성함으로써 패턴의 변형에 의한 오차를 방지할 수 있는 오버레이 패턴 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 오버레이 패턴의 변형등에 의한 오차를 방지하기 위해 원형으로 오버레이 패턴을 형성한다. 오버레이 패턴을 원형으로 형성함으로써 기존의 반 도체 공정에서의 고온 열처리 공정에 의한 오버레이 패턴의 변형을 최소화시킬 수 있다. 이는 기존의 직사각형 모양의 꼭지점 부분에서 열처리 공정에 의해 팽창등의 변형이 발생되는 반면, 원형으로 오버레이 패턴을 형성하게 되면 열처리 공정에 의해서도 모든 방향으로 동일한 변형이 이루어지게 되어 원형 오버레이 패턴의 중점을 변화시키지 않기 때문에 정확한 측정을 가능하게 한다. 그리고, 원형 오버레이 패턴의 중심을 구하기 위해 외부 패턴 및 내부 패턴 형성시 원의 중점을 형성할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 오버레이 패턴은 원형의 제 1 패턴과 제 1 패턴 내측에 형성된 원형의 제 2 패턴을 포함하며, 상기 제 1 패턴의 중심점과 상기 제 2 패턴의 중심점 사이의 상하좌우 거리를 측정함으로써 이전 단계에서 웨이퍼상에 형성된 구조와 현재 단계에서 형성된 구조의 오버레이 정도를 측정한다.
또한, 본 발명에 따른 오버레이 패턴 형성 방법은 기판 상부의 소정 영역에 원형으로 패터닝된 제 1 층으로 제 1 패턴을 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 도전층을 형성하는 단계와, 상기 도전층 상부의 소정 영역에 원형으로 패터닝된 제 2 층으로 제 2 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 패턴은 지름이 20㎛ 정도의 원형으로 형성되고, 상기 제 2 패턴은 지름이 10㎛ 정도의 원형으로 형성된다.
상기 제 1 층 및 제 2 층은 금속, 유리질 또는 산화막 계열의 물질로 형성된 다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 오버레이 패턴의 평면도로서, 원형의 제 1 패턴(31)과 제 1 패턴(31) 내측에 형성된 원형의 제 2 패턴(32)으로 구성되며, 제 1 패턴(31)의 중심점(A)와 제 2 패턴(32)의 중심점(B) 사이의 상하좌우 거리(X 및 Y)를 측정함으로써 이전 단계에서 웨이퍼상에 형성된 구조와 현재 단계에서 형성된 구조의 오버레이 정도를 측정하여 스텝퍼 에러등을 보정하게 된다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 본 발명에 따른 오버레이 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4(a)를 참조하면, 기판(41) 상부에 하부층(42)을 형성한 후 제 1 감광막(43)을 형성한다. 제 1 패턴을 형성하기 위한 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 제 1 감광막(43)을 패터닝한다. 제 1 감광막(43)은 지름이 20㎛ 정도의 원형으로 패터닝된다.
도 4(b)를 참조하면, 패터닝된 제 1 감광막(43)을 마스크로 하부층(42)을 식각한 후 제 1 감광막(43)을 제거한다. 이에 의해 지름이 20㎛ 정도의 원형으로 제 1 패턴(31)이 형성된다. 여기서, 도면 부호 A는 제 1 패턴의 중심점을 나타낸다.
도 4(c)를 참조하면, 전체 구조 상부에 폴리실리콘막(44)을 형성하고, 이때 열공정을 실시하게 된다. 따라서, 하부층(42)이 식각되어 형성된 제 1 패턴(31)이 외부로 팽창하게 된다(C). 그러나, 제 1 패턴(31)이 원형으로 형성되기 때문에 크기만 변화할 뿐 원중심이 일정하고 모든 점에서 제 1 패턴(31)과의 거리는 일정하게 된다.
도 4(d)를 참조하면, 전체 구조 상부에 상부층(45)을 형성한 후 제 2 패턴 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 상부층(45)을 패터닝한다. 이에 의해 제 2 패턴(32)이 형성되는데, 제 2 패턴(32)은 지름이 10㎛인 원형으로 형성된다. 여기서, 도면 부호 B는 제 2 패턴(32)의 중심점을 나타낸다.
한편, 상기 하부층(43) 및 상부층(45)은 금속 뿐만 아니라 반도체 소자 제조 공정에서 많이 적용되는 녹는점이 낮은 유리질 또는 산화막 계열의 물질을 사용하여 형성한다. 또한, 원형 뿐만 아니라 오각형등의 다각형 모양으로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 원형의 오버레이 패턴을 이용하여 측정 장비에서 검출되는 신호의 파형도로서, 오버레이 패턴의 변형에 따른 측정에 의한 중첩 오류등의 문제점을 해결할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 오버레이 패턴을 원형으로 형성함으로써 열처리 공정에 의한 측정 오차를 감소시킬 수 있으며, 노광 장비의 광원 파장(λ=248㎚) 이하의 디자인룰(180㎚ 이하)을 갖는 경우에도 오버레이 측정 장비에서 패턴 형성 및 측정에 대한 신호를 증대시킴으로써 오버레이 측정 신뢰도 증가는 물론 웨이퍼 또는 로트간 오버레이값에 대한 변화를 최소화시킬 수 있다. 그리고, 정렬 중첩도가 증대됨에 따라 사진 공정에서 공정 능력을 향상시키고, 이로 인해 재현성이 증가되어 재작업 회수를 현저히 감소시켜 공정 수율을 높일 수 있어 제품 특성 향상과 수율 증가가 기대된다. 또한, 현재의 공정에서의 레티클 제작으로만 곧바로 공정에 적용할 수 있을 정도로 효과적이므로 추가적인 공정 평가등의 시간을 요구하지 않기 때문에 공정을 바로 적용할 수 있어 시간적인 효과를 볼 수 있다.

Claims (5)

  1. 원형의 제 1 패턴과 제 1 패턴 내측에 형성된 원형의 제 2 패턴을 포함하며, 상기 제 1 패턴의 중심점과 상기 제 2 패턴의 중심점 사이의 상하좌우 거리를 측정함으로써 이전 단계에서 웨이퍼상에 형성된 구조와 현재 단계에서 형성된 구조의 오버레이 정도를 측정하는 오버레이 패턴.
  2. 기판 상부의 소정 영역에 원형으로 패터닝된 제 1 층으로 제 1 패턴을 형성하는 단계;
    전체 구조 상부에 도전층을 형성하는 단계; 및
    상기 도전층 상부의 소정 영역에 원형으로 패터닝된 제 2 층으로 제 2 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 오버레이 패턴 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 지름이 20㎛ 정도의 원형으로 형성되는 오버레이 패턴 형성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 패턴은 지름이 10㎛ 정도의 원형으로 형성되는 오버레이 패턴 형성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 층 및 제 2 층은 금속, 유리질 또는 산화막 계열의 물질로 형성되는 오버레이 패턴 형성 방법.
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