KR20090109352A - 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 다중 노광이 요구되는 패턴을 형성하는 경우 오버레이 중첩도를 향상시키기 위한 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 오버레이 버니어는 여러개의 버니어를 각각 읽어서 중첩도를 보정할 필요없이 버니어를 한곳으로 통합함으로써 프레임 공간면적을 최소화하여 각 레이어에 형성된 패턴들간의 오버레이를 한번에 확인할 수 있을 뿐만 아니라 상기 패턴들이 동일한 피치를 가지며 형성되도록 하는 장점이 있다.

오버레이 버니어, 다중 노광

Description

오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{Forming method of overlay vernier and manufacturing method of semiconductor device using the same}

본 발명은 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 다중 노광이 요구되는 패턴을 형성하는 경우 오버레이 중첩도를 향상시키기 위한 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼 상에 특정 회로를 구현하기 위하여 마스크나 레티클을 이용하여 패턴을 전사하는데 이때, 웨이퍼 상에 형성된 패턴간의 정렬이 정확히 이루어져야 신뢰성 있는 반도체회로를 구현할 수 있다.

특히, 반도체 제조 공정은 여러 단계에 걸쳐 패턴을 형성하기 때문에 각 단계마다 다른 패턴이 형성된 레티클을 사용하게 되는데 각 단계마다 형성된 패턴들의 정렬을 확인하기 위하여 버니어(Vernier)를 사용하게 된다.

상기 버니어는 하부 레이어와 상부 레이어와의 정렬정도를 확인하기 위하여사용되는데, 반도체 웨이퍼의 칩 주변에 형성되며 웨이퍼 공정 완료후 절단되어 폐 기되는 스크라이브 라인내에 형성된다.

그리고, 상기 버니어의 형상은 박스-인-박스형 버니어(Box in box type), 바형 버니어(Bar in bar type), 수정 바형 버니어(Modified bar in bar type) 등이 있다.

상기와 같이 형성된 버니어는 각 단계에 사용된 레티클에 형성되어 각 단계에서 형성된 패턴들, 즉 전단계에서 형성된 버니어와 후단계에서 형성된 버니어 간의 상대적인 위치관계를 검사하여 패턴들의 오버레이를 확인할 수 있게 하는 것이다.

한편, 반도체 소자의 집적화로 디자인 룰이 작아짐에 따라 미세 패턴을 구현할 수 있도록 하는 기술이 개발되어 실제적으로 구현하기 어려운 미세 패턴 밀도를 갖는 패턴에 대하여 다중 노광 기술을 이용하여 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 개발되고 있다.

특히, 동일한 면적에 미세한 패턴을 고집적으로 형성하기 위한 멀티 패터닝 기술(multi patterning technology)이 개발됨에 따라 멀티 패터닝을 위한 마스크로는 다중 마스크가 적용되고 있는데, 이를 이용하여 패턴을 구현하기 위해 하부 레이어와 상부 레이어와의 오버레이 중첩도를 맞추어 형성하는 것이 매우 중요하다.

상기와 같이 다중 마스크를 적용한 패턴을 구현하기 위해서는 여러 장의 레티클로 한 패턴을 구현하기 위한 방법이 개발중인데, 이때, 상기와 같이 여러 장의 레티클을 사용하는 경우에는 하부 레이어와 상부 레이어가 동일한 피치를 가지도록 해야하기 때문에 오버레이 중첩도를 맞추기 어려운 한계가 있다.

현재 오버레이 중첩도를 측정하는 방법은 일반적으로 박스 인 박스 타입의 패턴을 이용하고 있으나, 이는 실제 셀 영역에서 발생하는 패턴의 이동을 측정할 수 없으며 서브 레이어 공정의 영향으로 인해 오버레이 버니어가 웨이퍼 내에서 변형을 일으켜 노광 마스크를 이용하여 공정 진행 후 오버레이 리딩 불량이 유발되는 한계가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 오버레이 버니어를 도시한 평면도로써, 하부 레이어의 모버니어(10a,10b,10c)와 각 단계의 자버니어 즉, 제 1자버니어(20), 제 2자버니어(30), 제 3자버니어(40)와의 각각의 중첩도를 읽어서 패터닝을 완성하는 방법을 사용하고 있다.

이때, 상기 제 1자버니어(20), 제 2자버니어(30), 제 3자버니어(40)는 각 단계마다 사용되는 레티클에 형성된 자버니어들로써, 하부레이어가 형성되어 상기 모버니어(10a,10b,10c)가 형성된 이후 그 다음 레이어가 형성되는 경우 상기 제 1자버니어(20)가 첫번째 모버니어(10a)에 형성되고, 그 다음 레이어가 형성되는 경우 상기 제 2자버니어(30)가 두번째 모버니어(10b)에 형성되는 방법으로 패터닝된다.

상기 오버레이 버니어는 상기 모버니어(10a)와 제 1자버니어(20), 상기 모버니어(10b)와 제 2자버니어(30), 상기 모버니어(10c)와 제 3자버니어(40)간의 중첩도를 확인하여 오버레이를 보정할 수 있지만, 각 레이어별로 형성된 제 1자버니어(20), 제 2자버니어(30), 제 3자버니어(40)간의 중첩도를 확인할 수 없기 때문에 동일한 피치로의 패턴 형성이 어려워져 반도체 소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 다중 노광 기술을 이용하여 패터닝하는 경우 하부레이어와 상부레이어의 패턴의 중첩도 뿐만아니라 상부레이어에 형성된 패턴들 간의 중첩도를 확인할 수 있는 오버레이 버니어 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 오버레이 버니어 형성 방법은 센터마크를 중심으로 다수개의 모버니어가 각각 좌,우 대칭으로 형성된 반도체 기판상에 감광막을 도포하는 단계와 상기 감광막을 다중노광하여 상기 센터마크를 중심으로 좌,우 대칭이 되도록 상기 모버니어 사이에 서로 중첩되지 않는 다수의 패턴을 형성하는 단계 및 상기 다수의 패턴을 현상하여 다수의 자버니어를 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 다수의 자버니어는 이웃하는 상기 모버니어 사이에 하나씩 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 다수의 자버니어는 트렌치 구조 또는 메사 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 노광 광원으로는 KrF, ArF, F2 및 전자빔 중 어느 하나가 적용되어 노광되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 본 발명의 오버레이 버니어의 형성 방법에 의해 형성된 오버레이 버니어를 이용하여 반도체 소자의 형성 공정을 수행하 는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 오버레이 버니어 형성 방법은 센터마크를 중심으로 다수개의 모버니어가 각각 상,하 대칭으로 형성된 반도체 기판상에 감광막을 도포하는 단계와 상기 감광막을 다중노광하여 상기 센터마크를 중심으로 상,하 대칭이 되도록 상기 모버니어 사이에 서로 중첩되지 않는 다수의 패턴을 형성하는 단계 및 상기 다수의 패턴을 현상하여 다수의 자버니어를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 패턴 밀도가 증가함에 따라 적용되는 다양한 패터닝 노광 기술 중 특히 멀티 패터닝 노광기술을 적용하여 종래에 사용하던 노광장비로도 미세 패턴을 구현하여 노광장비의 수명을 연장시킬 수 있고, 종래에 여러개의 버니어를 각각 읽어서 중첩도를 보정할 필요없이 버니어를 한곳으로 통합함으로써 프레임 공간면적을 최소화하여 각 레이어에 형성된 자버니어들간의 오버레이를 한번에 확인할 수 있을 뿐만 아니라 상기 패턴들이 동일한 피치를 가지며 형성되도록 하는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 오버레이 버니어 형성 방법을 나타낸 평면도 및 단면도이고, 도 3는 본 발명에 따른 오버레이 버니어를 측정한 키 시그널 을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 버니어를 나타낸 평면도이다.

먼저 도 2a를 살펴보면, 센터마크(C)를 중심으로하여 좌,우 대칭이 되도록 반도체 기판상에 하부 레이어(S)의 모버니어(100)를 형성하고 그 위로 감광막(P)을 도포한다.

상기 모버니어(100)는 바 타입(bar type)으로 일정 간격을 두고 형성되며 상기 모버니어(100)의 갯수는 다중 노광 공정에 적용되는 레티클의 수로 형성되는데, 본 발명에서는 3개의 모버니어(100)를 실시예로 설명하지만 모버니어(100)의 수는 3개로 한정되는 것이 아니라 다중 노광 공정에 적용되는 레티클의 수에 따라 늘어나거나 감소할 수 있다.

상기 모버니어(100) 사이에는 일정 간격이 유지되도록 공간이 있는데, 이 공간에는 후에 각 노광 공정마다 형성될 자버니어들이 위치하게 되어 모버니어(100)와의 오버레이를 확인할 수 있게 한다.

그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 1차 노광을 통하여 제 1패턴(110)을 형성하는데 이때, 상기 제 1패턴(110)은 바 타입(bar type)으로 상기 모버니어(100)의 사이에 형성되고 상기 센터마크(C)를 중심으로 좌,우 대칭이 되도록 형성된다.

이때, 상기 제 1패턴(110)은 아직 현상공정을 진행하지 않기 때문에 실제로 자버니어는 형성되지 않고 제 1패턴(110)으로 노광만 이루어진 상태이며, 상기 노광에 사용되는 노광광원으로는 KrF, ArF, F2 및 전자빔 중 어느 하나가 적용될 수 있다.

그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 2차 노광을 통하여 제 2패턴(120)을 형성하는데 이때, 상기 제 2패턴(120)은 상기 제 1패턴(110)이 형성되지 않은 모버니어(100) 사이의 공간에 상기 센터마크(C)를 중심으로 좌,우 대칭이 되도록 형성된다.

그리고, 제 2패턴(120)은 1차 노광 시에 적용되었던 노광 장비의 보정값을 동일하게 적용하여 제 1패턴(110)과 동일한 조건에서 형성되도록 한다.

그 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 3차 노광을 통하여 제 3패턴(130)을 형성하는데, 이는 도 2c의 제 2패턴(120)을 형성하는 것과 같이 형성한다.

그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 현상공정을 통하여 1차 노광 내지 3차 노광에 걸쳐 형성된 패턴(110,120,130)을 현상시켜 제 1자버니어(110a), 제 2자버니어(120a), 제 3자버니어(130a)로 형성된다.

상기와 같이 형성된 본 발명의 오버레이 버니어를 통하여 다중 노광 공정에서 하부 레이어의 모버니어(100)와 상부 레이어의 제 1자버니어(110a) 또는 상기 모버니어(100)와 상기 제 2자버니어(120a)의 오버레이 뿐만아니라 상기 제 1자버니어(110a)와 상기 제 2자버니어(120a) 사이의 오버레이까지 파악할 수 있다.

특히, 상기 오버레이 버니어를 이용하여 서로 다른 레티클을 사용함에도 불구하고 상기 자버니어(110a,120a,130a)간의 피치를 동일하게 형성할 수 있는데, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 오버레이 버니어를 키 시그널을 통하여 측정함으로써 가능하며 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 키 시그널을 통하여 얻어진 좌 오버레이 버니어의 제 1자버니어(110a)과 제 2 자버니어(120a)과의 간격을 'a'라 하고, 우 오버레이 버니어의 제 1자버니어(110a)와 우 오버레이 버니어의 제 2자버니어(120a)과의 간격을 'b'라 하였을 때, 상기 'a'와 'b'는 같은 간격으로 형성되어야 하지만, 2차 노광조건이 1차 노광조건에서 변경되었거나 레티클의 오버레이가 틀어진 상태로 2차 노광이 이루어졌다면 상기 'a'와 'b'는 같은 간격을 유지할 수 없을 것이다.

상기와 같이 'a'와 'b'의 간격이 다를 때 이를 같은 간격으로 보정하기 위하여 상기 'a'와 'b'의 오프셋(offset) 차이의 크기를 반영하는데 그 상기 오프셋 차이의 크기는 수학식 1과 같다.

Y=(a-b)/2

이때, Y는 오프셋 차이의 크기이고 'a'는 좌 오버레이 버니어의 제 1 자버니어(110a)와 제 2자버니어(120a)과의 간격, 'b'는 우 오버레이 버니어의 제 1자버니어(110a)과 제 2자버니어(120a)의 간격이다.

상기와 같이 구해진 오프셋의 크기를 반영함으로써 기존의 노광 조건에서 변경하여 노광을 함으로써 상기 'a'와 'b'를 같은 간격으로 유지할 수 있는 것이다.

상기와 같은 방법을 통하여 좌 오버레이 버니어의 제 2자버니어(120a)와 제 3자버니어(130a)의 간격을 'c'라하고, 우 오베리이 버니어의 제 2자버니어(120a)와 제 3자버니어(130)의 간격을 'd'라 할 때, 상기 'c'와 'd'가 다를 경우 오프셋 차이의 크기를 구한 후 이를 보정하여 상기 'c'와 'd'의 간격을 동일하게 할 수 있다.

결국, 상기와 같은 방법으로 오프셋 차이의 크기를 구하여 'a','b','c','d'의 간격을 동일하게 하여 상기 자버니어(110a,120a,130a)의 피치를 동일하게 형성할 수 있게 되는 것이다.

이상으로 살펴본 상기 오버레이 버니어는 각각 좌우로 나뉘어 X축 방향의 오버레이를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 Y축 방향의 오버레이까지 측정할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 오버레이 버니어를 도시한 평면도.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 오버레이 버니어 형성 방법을 나타낸 평면도 및 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 오버레이 버니어를 측정한 키 시그널을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 버니어의 단면도.

Claims (6)

1. 센터마크를 중심으로 다수의 모버니어가 각각 좌,우 대칭으로 형성된 반도체 기판상에 감광막을 도포하는 단계;

   상기 감광막을 다중노광하여 상기 센터마크를 중심으로 좌,우 대칭이 되도록 상기 모버니어 사이에 서로 중첩되지 않는 다수의 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 다수의 패턴을 현상하여 다수의 자버니어를 형성하는 단계를 포함하는 오버레이 버니어 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 자버니어는 이웃하는 상기 모버니어 사이에 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 자버니어는 트렌치 구조 또는 메사 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
4. 제 1항에 있어서, 노광 광원으로는 KrF, ArF, F2 및 전자빔 중 어느 하나가 적용되어 노광되는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
5. 제 1항의 방법에 의해 형성된 오버레이 버니어를 이용하여 반도체 소자의 형성 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
6. 센터마크를 중심으로 다수개의 모버니어가 각각 상,하 대칭으로 형성된 반도체 기판상에 감광막을 도포하는 단계;

   상기 감광막을 다중노광하여 상기 센터마크를 중심으로 상,하 대칭이 되도록 상기 모버니어 사이에 서로 중첩되지 않는 다수의 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 다수의 패턴을 현상하여 다수의 자버니어를 형성하는 단계를 포함하는 오버레이 버니어 형성 방법.

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