KR20080100682A - 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성방법 - Google Patents

중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성방법 Download PDF

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KR20080100682A
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Abstract

본 발명은 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법에 관한 것으로, 선폭이 최소화된 복수 개의 중첩 마크를 형성함으로써, 후속 공정인 비정질 탄소층 형성 시 상기 비정질 탄소층의 스텝 커버리지 특성이 불량하더라도 그 선폭이 매우 미세하므로, 실리콘 산화 질화막이 상기 비정질 탄소층 상부에 평탄하게 도포되어 02 플라즈마 스트립 및 클리닝 공정 시 어택(Attack)을 받는 것을 방지하고, 이로 인해 발생하는 디펙트(Defect)를 방지하여 소자의 정렬 및 오버레이 정확도를 향상시키는 기술을 개시한다.

Description

중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법{EXPOSURE MASK FOR OVERLAY MARK AND METHOD FOR MANUFACTURING OVERLAY MARK USING THE SAME}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 다이 피트 타겟(Die Fit Target) 및 오버레이 버니어를 도시한 평면도.
도 2a 및 도 2b는 02 플라즈마 처리 전, 후의 정렬 키 및 오버레이 버니어를 도시한 평면 사진.
도 3은 종래 기술에 따른 정렬 키 및 오버레이 버니어의 문제점을 도시한 것으로, 상기 '도 2b'의 단면 프로파일(Profile)을 도시한 사진.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 다이 피트 타겟 및 오버레이 버니어를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다이 피트 타겟 형성 방법을 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
400, 450 : 노광 마스크 410, 460 : 투광 패턴
500 : 반도체 기판 505 : 단차
510 : 금속층 및 하드마스크 질화막의 적층 구조
520 : 비정질 탄소층 530 : 실리콘 산화질화막
본 발명은 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법에 관한 것으로, 선폭이 최소화된 복수 개의 중첩 마크를 형성함으로써, 후속 공정인 비정질 탄소층 형성 시 상기 비정질 탄소층의 스텝 커버리지 특성이 불량하더라도 그 선폭이 매우 미세하므로, 실리콘 산화 질화막이 상기 비정질 탄소층 상부에 평탄하게 도포되어 02 플라즈마 스트립 및 클리닝 공정 시 어택(Attack)을 받는 것을 방지하고, 이로 인해 발생하는 디펙트(Defect)를 방지하여 소자의 정렬 및 오버레이 정확도를 향상시키는 기술을 개시한다.
반도체 소자의 디자인 룰(Design Rule)이 작아짐에 따라 패턴 쓰러짐 현상과 해상도 향상을 위해 감광막의 두께가 낮아진다. 이로 인해 하드마스크층의 두께도 더 이상 증가시킬 수 없게 되며, 상기 하드마스크층과 반도체 기판 간의 식각 선택비 부족에 의해 상기 반도체 기판 하부가 완전히 식각되지 않고 남겨지게 되는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 하드마스크층으로 비정질 탄소층(a-Carbon)과 실리콘 산화질화막(SiON)을 사용하게 되었다.
그러나, 상기 비정질 탄소층을 하드마스크층으로 사용하는 경우, 상기 비정질 탄소층의 스텝 커버리지(Step Coverage) 특성으로 인해 정렬키 및 오버레이 버니어의 단차 지역 측벽 부분이 손상되는 문제가 발생하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 다이 피트 타겟(Die Fit Target) 및 오버레이 버니어가 정의된 노광 마스크를 도시한 레이아웃이다.
도 1a를 참조하면, 다이 피트 타겟이 정의된 노광 마스크(300)를 도시한 것으로, 노광 마스크(300)는 사각형태의 라인형 제 1 투광 패턴(310a) 및 제 1 투광 패턴(310a) 내측에 구비된 십자형태의 제 2 투광 패턴(310b)을 포함하고 있다.
이때, 제 1 투광 패턴(310a) 및 제 2 투광 패턴(310b)은 2 내지 4㎛의 선폭을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
도 1b를 참조하면, 바(Bar)형 정렬키가 정의된 노광 마스크(350)를 도시한 것으로, 노광 마스크(350)는 바형 투광 패턴(360)이 라인/스페이스 형태로 복수 개 구비되어 있다.
여기서, 라인/스페이스는 0.5 내지 1.5㎛의 선폭을 가지고, 1 : 1 비율로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 2b는 02 플라즈마 처리 전, 후의 정렬 키 및 오버레이 버니어를 도시한 평면 사진이다.
도 2a의 (ⅰ) 및 (ⅱ)는 각각 02 플라즈마 처리 전의 정렬 키(Alignment Key) 및 오버레이 버니어(Overlay Vernier)를 도시한 것이며, 도 2b의 (ⅰ) 및 (ⅱ)는 각각 02 플라즈마 처리 후의 정렬 키 및 오버레이 버니어를 도시한 것이다.
상기 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 비정질 탄소층의 취약한 스텝 커버리지 특성으로 인해 플라즈마 스트립(Plasma Strip) 및 클리닝(Cleaning) 공정을 진행 시 정렬키 및 오버레이 버니어의 단차 측벽 부분이 과도 식각되어 디펙트(Defect)가 발생(상기 도 2b 참조.)하게 된다.
도 3은 종래 기술에 따른 정렬 키 및 오버레이 버니어의 문제점을 도시한 것으로, 상기 '도 2b'의 단면 프로파일(Profile)을 도시한 사진이다.
도 3을 참조하면, 단차가 구비된 반도체 기판에 금속층 및 하드마스크층 질화막을 순차적으로 형성한다.
다음에, 상기 하드마스크층 질화막 상부에 비정질 탄소층 및 실리콘 산화질화막을 형성한다.
여기서, 상기 비정질 탄소층은 ⓒ와 같이 스텝 커버리지(Step Coverage) 특성이 취약하게 나타나게 된다.
또한, 02 플라즈마 스트립(Strip) 및 클리닝(Cleaning) 공정 시 상기 비정질 탄소층이 어택(Attack)을 받아 단차의 상부(ⓐ 영역) 및 단차의 하부(ⓑ 영역)의 비정질 탄소층이 제거되는 현상이 발생하며, 이로 인해 반짝임 디펙트(Defect)가 발생하는 것을 알 수 있다.
상술한 종래 기술에 따른 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법에서, 하드마스크층으로 사용되는 비정질 탄소층의 스텝 커버리지 특 성이 취약하여, 단차가 구비된 정렬키 및 오버레이 버니어의 측벽이 어택을 받아 상기 비정질 탄소층이 일부 제거되며, 이로 인해 반짝임 디펙트가 발생하는 문제가 있다.
또한, 상기 디펙트로 인해 소자의 정렬 및 오버레이 정확도가 감소되어 소자의 특성이 저하되는 문제가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 선폭이 최소화된 복수 개의 중첩 마크를 형성함으로써, 후속 공정인 비정질 탄소층 형성 시 상기 비정질 탄소층의 스텝 커버리지 특성이 불량하더라도 그 선폭이 매우 미세하므로, 실리콘 산화 질화막이 상기 비정질 탄소층 상부에 평탄하게 도포되도록 하여 02 플라즈마 스트립 및 클리닝 공정 시 어택을 받는 것을 방지하고, 이로 인해 발생하는 디펙트를 방지하여 소자의 정렬 및 오버레이 정확도를 향상시키는 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 중첩 마크용 노광 마스크는
중첩 마크에 있어서,
중첩 마크를 정의하는 차광 패턴과,
상기 중첩 마크 내부에 구비된 콘택홀 형태의 투광 패턴을 복수 개 포함하며, 상기 투광 패턴은 인접한 투광 패턴과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하고,
상기 투광 패턴은 0.4 내지 0.6㎛의 선폭을 가지는 것과,
상기 투광 패턴은 라인 형태 또는 십자 형태로 배열된 것과,
상기 중첩 마크는 오버레이 버니어(Overlay Vernier), 얼라인 먼트 키(Alignment Key), 다이 피트 타겟(Die Fit Target) 및 CD 바(Critical Dimension Bar)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노광 마스크를 이용한 중첩 마크 형성 방법은
중첩 마크가 정의된 차광 패턴 내부에 콘택홀 형태의 투광 패턴이 복수 개 구비된 노광 마스크를 사용한 사진 식각 공정을 수행하여 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 단차를 형성하는 단계와,
상기 단차를 포함하는 전체 표면에 금속층 및 하드마스크층을 형성하는 단계와,
상기 하드마스크층을 포함하는 전체 상부에 비정질 탄소층 및 실리콘 산화질화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 단차의 선폭은 0.4 내지 0.6㎛인 것과,
상기 하드마스크층은 1500 내지 2000Å의 질화막으로 형성하는 것과,
상기 금속층은 500 내지 1000Å의 텅스텐층인 것과,
상기 비정질 탄소층의 두께는 1300 내지 1800Å인 것과,
상기 실리콘 산화질화막의 두께는 300 내지 500Å인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 다이 피트 타겟(Die Fit Target) 및 CD 바(Critical Dimension Bar)가 정의된 노광 마스크를 도시한 레이아웃이다.
도 4a를 참조하면, 다이 피트 타겟(Die Fit Target)이 정의된 노광 마스크(400)로, 상기 '도 1a'의 'A' 부분인 스페이스 예정 영역에 중첩 마크 패턴을 정의하는 투광 패턴(410)이 복수 개 구비되어 있다.
이때, 투광 패턴(410)은 콘택홀 형태로 형성하는 것이 바람직하고, 그 선폭은 0.4 내지 0.6㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 중첩 마크 패턴을 정의하는 투광 패턴(410)은 인접한 투광 패턴(410)과 소정 거리 이격되어 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, CD 바(Critical Dimension Bar)가 정의된 노광 마스크(450)로, 상기 '도 1b'의 'B' 부분인 라인 형태의 스페이스 예정 영역에 중첩 마크 패턴을 정의하는 투광 패턴(460)이 복수 개 구비되어 있다.
이때, 투광 패턴(460)은 콘택홀 형태로 형성하는 것이 바람직하고, 그 선폭은 0.4 내지 0.6㎛인 것이 바람직하다.
또한, 중첩 마크 패턴을 정의하는 투광 패턴(460)은 인접한 투광 패턴(460)과 소정 거리 이격되어 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다이 피트 타겟 형성 방법을 도시한 단면도로서, 상기 '도 4a'의 노광 마스크의 X - X' 방향에 대응되는 단면을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 반도체 기판(500) 상부에 감광막(미도시)을 형성하고, 상 기 '도 4a'에 도시된 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 다이 피트 타겟을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.
다음에, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 반도체 기판(500)을 소정 깊이 식각하여 'D1'의 선폭을 가지는 단차(505)를 형성한다.
그리고, 단차(505)가 구비된 반도체 기판(500) 전면에 일정 두께의 금속층 및 하드마스크층의 적층구조(510)를 형성한다.
여기서, 상기 금속층은 500 내지 1000Å의 두께의 텅스텐층으로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 하드마스크층은 1500 내지 2000Å의 두께의 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 금속층 및 하드마스크층의 적층구조(510)가 형성된 구조물 전면에 비정질 탄소층(520)을 형성한다.
그 다음, 비정질 탄소층(520) 상부에 실리콘 산화질화막(530)을 형성한다.
이때, 금속층 및 하드마스크층을 형성함으로써, 비정질 탄소층(520)이 매립되어야 할 영역의 선폭 'D2'는 종래에 비해 매우 작게 형성되도록 한다.
이와 같이, 단차(505)가 구비된 영역의 선폭이 매우 미세하기 때문에 비정질 탄소층(520)의 스텝 커버리지 특성이 취약하더라도 단차(505)에 완전히 매립되며, 이로 인해 상부에 형성하는 실리콘 산화질화막(530)이 평탄하게 도포된다.
여기서, 비정질 탄소층(520)은 1300 내지 1800Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 실리콘 산화질화막(530)은 300 내지 500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 중첩 마크용 노광 마스크 및 이를 이용한 중첩 마크 형성 방법은 중첩 마크의 스페이스 예정 영역에 콘택홀 형태의 중첩 마크 패턴이 복수개 구비되도록 하여 단차를 안정적으로 확보함으로써 비정질 탄소층의 스텝 커버리지 불량으로 발생하는 반짝이 디펙트를 방지하고, 02 플라즈마 스트립 및 클리닝 공정 시 발생하는 상기 비정질 탄소층의 어택을 방지할 수 있다.
또한, 정렬 및 오버레이 정확도가 향상되어 소자의 특성을 향상시키는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 중첩 마크에 있어서,
    중첩 마크를 정의하는 차광 패턴;
    상기 중첩 마크 내부에 구비된 콘택홀 형태의 투광 패턴을 복수 개 포함하며, 상기 투광 패턴은 인접한 투광 패턴과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 중첩 마크용 노광 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광 패턴은 0.4 내지 0.6㎛의 선폭을 가지는 것을 특징으로 하는 중첩 마크용 노광 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광 패턴은 라인 형태 또는 십자 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 중첩 마크용 노광 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중첩 마크는 오버레이 버니어(Overlay Vernier), 얼라인 먼트 키(Alignment Key), 다이 피트 타겟(Die Fit Target) 및 CD 바(Critical Dimension Bar)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중첩 마크용 노광 마스크.
  5. 중첩 마크가 정의된 차광 패턴 내부에 콘택홀 형태의 투광 패턴이 복수 개 구비된 노광 마스크를 사용한 사진 식각 공정을 수행하여 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 단차를 형성하는 단계;
    상기 단차를 포함하는 전체 표면에 금속층 및 하드마스크층을 형성하는 단계; 및
    상기 하드마스크층을 포함하는 전체 상부에 비정질 탄소층 및 실리콘 산화질화막을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단차의 선폭은 0.4 내지 0.6㎛인 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하드마스크층은 1500 내지 2000Å의 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속층은 500 내지 1000Å의 텅스텐층인 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 비정질 탄소층의 두께는 1300 내지 1800Å인 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화질화막의 두께는 300 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 중첩 마크 형성 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11537041B2 (en) 2019-11-04 2022-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device

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