KR20100074771A - 오버레이 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마스크(레티클)의 석영 기판(Quarz)을 식각함으로써 식각된 두께만큼 포커스(Focus)를 변화시켜 패턴 간의 단차로 인해 발생되는 디포커스 현상을 제어하여 리소그래피 공정을 안정화하는 오버레이 마스크 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 오버레이 마스크 및 그 제조 방법은 본 발명은 석영 기판(Quarz)상에 오버레이 버니어 패턴에 대응하여 형성된 크롬 패턴을 포함하고 상기 크롬 패턴 사이에 노출된 상기 석영 기판을 일부 식각하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크를 제공한다.

Description

오버레이 마스크 및 그 제조 방법{Overlay mask and method for manufacturing the same}
본 발명은 오버레이 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고집적 반도체 소자를 제조함에 있어 수율을 높일 수 있는 오버레이 마스크 및 그 제조 방법에 관련된 기술이다.
일반적으로 고집적 반도체 소자는 다수개의 노광 마스크가 중첩 사용되는 복잡한 공정을 거치게 되며, 포토리소그래피 공정의 여러 단계별로 사용되는 노광 마스크들 간의 정렬은 특정 형상의 마크를 기준으로 이루어진다.
단계별로 사용되는 노광 마스크들 간의 정렬은 특정 형상의 마크를 기준으로 이루어진다. 상술된 마크의 종류들은 다른 마스크들 간의 정렬(Layer to Layer Alignment)이나, 하나의 마스크에 대한 다이 간의 정렬에 사용되는 정렬 키(Alignment Key) 혹은 정렬 마크와, 패턴 간의 중첩 정밀도인 오버레이(Overlay vernier)를 측정하기 위한 중첩 정밀도(오버레이) 측정 마크 등이 있다.
여기서, 공정의 전후 단계에서 형성된 상부층 및 하부층 패턴 간의 정렬 상태를 나타내는 지수를 오버레이 정확도(Overlay Accuracy)라 하고, 소자의 고집적 도가 높아질수록 중요한 변수로 작용한다. 이러한 오버레이 정확도는 중첩마크(Overlay vernier)를 이용하여 측정한다. 오버레이 버니어는 이전 공정에서 적층된 층(하부층)에 형성된 모 버니어와 현 공정에서 적층되는 층(상부층)에 형성되는 자 버니어로 이루어진다.
이와 같은 정렬을 측정하기 위해 반도체 구조물에 별도로 오버레이 측정용 패턴을 형성하는데, 이러한 오버레이 측정용 패턴은 주로 박스-인-박스(Box-in-Box) 형태로 제작된다. 이러한 박스-인-박스의 오버레이 측정 패턴은 아웃터 박스(Outer Box)와 이보다 작은 이너박스(Inner Box) 형태로 제작된다. 아웃터 박스와 이너박스는 하부층 및 상부층에 각각 형성되며, 이 박스들 간의 오버레이를 통해 두 층간의 정렬도(Alignment)를 측정할 수 있다. 즉, 포토 레지스트 패턴의 제조 공정 시 아웃터 박스와 이너박스의 오버레이 마진을 측정한 후, 측정된 오버레이 값을 이용하여 포토레지스트 패턴을 하부 구조물에 정렬(Align)하는 과정이 선행된다.
종래의 마스크는 석영 기판상에 크롬에 의한 패턴이 형성되어 있는데, 크롬 층이 있는 부분은 빛을 통과시키지만 크롬이 없는 부분은 빛이 통과되어 웨이퍼 위의 감광막(Photoresist)에 노광이 된다. 하지만, 패턴이 아주 미세하게 될 경우에는 크롬 패턴 양쪽의 투과부에서 입사한 빛이 상호 간섭하여 크롬이 완전한 차광부로서의 역할을 하지 못하며, 웨이퍼 상에 노광되는 빛이 보강간섭을 하게 되어 크롬 층에 의하여 차광이 되어야 할 부분까지 노광이 된다. 즉, 마스크를 지난 전계가 웨이퍼에 도달했을 때 회절과 보강 간섭에 의해 그 최저 광도가 0 에 도달하지 못하여서 원하는 패턴을 형성하지 못하는 결과를 가져온다. 따라서 웨이퍼의 감광제는 한도 이상의 빛에 노출되어 현상 시 일부가 깍여 나가게 된다. 결국 크롬이 충분히 넓지 않으면 차광부로서의 역할을 할 수 없게 되며 이것은 해상력 한계의 원인이 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 마스크 및 그 제조 방법의 문제점을 도시한 사진도이다.
도 1a 및 도 1b는 웨이퍼의 단차에 따라 오버레이 버니어(Overlay Vernier)의 콘트라스트(Contrast)가 다르게 나타난 모습을 나타낸 것으로서, 도 1a는 오버레이 버니어(100) 측정 시 양호한 사진이지만 도 1b는 콘트라스트(Contrast)가 저하되어 오버레이 버니어(110) 측정이 불량한 모습을 도시한 사진도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 웨이퍼의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 셀 영역(2000a)과 셀 외곽 영역(2000b) 간의 단차가 다르기 때문에 웨이퍼(200) 상에 디포커스(Defocus, 210)가 발생한 모습을 도시한 것이다.
전술한 반도체 소자의 제조 방법에서, 반도체 공정 중 웨이퍼 상에 여러 가지 패턴을 형성하는데 셀 영역에 형성되는 패턴과 셀 외곽 영역에 형성되는 패턴이 서로 다르기 때문에 단차 발생이 불가피하다. 이러한 단차가 발생한 경우 노광 공정 시 오버레이 버니어가 위치하는 셀 외곽 영역의 마스크(레티클)의 포커스가 셀 영역과의 베스트(Best) 포커스가 일치하지 않아 디포커스(Defocus) 현상이 발생함 으로써 오버레이 버니어의 이미지(Image) 불량 또는 오버레이 측정 시 오버레이 값의 신뢰성이 감소하는 단점을 가진다.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 오버레이 버니어가 위치하는 셀 외곽 영역의 마스크(레티클)의 석영 기판(Quarz)를 식각함으로써 식각된 두께만큼 포커스(Focus)를 변화시킴으로써 셀 영역과 셀 외곽 영역 간의 단차로 인해 발생되는 디포커스 현상을 제어하여 리소그래피 공정을 안정화하는 마스크 및 그 제조 방법을 제공한다.
석영 기판(Quarz)상에 오버레이 버니어 패턴에 대응하여 형성된 크롬 패턴을 포함하고, 상기 크롬 패턴 사이에 노출된 상기 석영 기판이 일부 식각된 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크를 제공한다.
바람직하게는, 상기 오버레이 버니어 패턴은 박스 또는 바 타입으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 석영 기판은 셀 영역과 오버레이 영역 간의 포커스 차이에 따라 상기 석영 기판의 식각 깊이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 석영 기판상에 크롬 패턴을 형성하는 단계, 상기 크롬 패턴 사이를 노출하는 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 석영 기판을 일부 식각하는 단계를 포함하는 오버레이 마스크 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 크롬 패턴에 대응하여 형성되는 상기 오버레이 버니어 패턴은 박스 또는 바 타입으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 석영 기판을 일부 식각하는 단계는 셀 영역과 오버레이 영역 간의 포커스 차이에 따라 상기 석영 기판의 식각 깊이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 오버레이 버니어가 위치하는 셀 외곽 영역의 마스크(레티클)의 석영 기판을 식각함으로써 식각된 두께만큼 포커스(Focus)를 변화시켜 셀 영역과 셀 외곽 영역 간의 단차로 인해 발생되는 디포커스 현상을 제어하여 리소그래피 공정을 안정화함으로써 노광 공정 시 발생하는 오버레이 버니어의 이미지 불량을 방지하고 오버레이 값 측정 시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급된 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호가 표시된 부분은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 마스크를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 셀 영역(3000a)과 셀 외곽 영역(3000b)을 도시한 것으로서, 중앙부의 셀 영역(3000a)과 셀 외곽 영역(3000b)의 각 모서리에 존재하는 오버레이 버니어 영역(400)의 모습을 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 오버레이 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 셀 외곽 영역(3000b)에 위치한 오버레이 영역(400)의 석영 기판(410) 상에 크롬 패턴(420)을 형성한다. 이후, 도 4b와 같이 크롬 패턴(420)을 포함한 전체 표면상에 감광막(430)을 형성한 후, 석영 기판(410)이 노출될 때까지 감광막(430)을 노출하여 감광막 패턴(435)을 형성한다. 도 4c와 같이 감광막 패턴(435)을 식각 마스크로 노출된 석영 기판(410)을 일부 식각하여 오버레이 마스크를 완성한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 사진도로서, 오버레이 버니어의 포커스 사진도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 도 5a는 셀 영역의 베스트 포커스 보다 -0.4㎛의 이미지 플레인(Plane)을 이용하여 빛을 조사하였을 때 웨이퍼 면에 도달하는 이미지에 디포커스(500)가 발생한 모습을 도시한 것이고, 도 5b는 셀 영역에서의 베스트 포커스를 이용하여 빛을 조사하였을 때 웨이퍼 면에 도달하는 이미지에 도 5a보다 디포커스(510) 현상이 줄어든 모습을 도시한 것이며, 도 5c는 셀 영역의 베스트 포커스 보다 +0.4㎛의 이미지 플레인(Plane)을 이용하여 빛을 조사하였을 때 웨이퍼 면에 도달하는 이미지에 디포커스(520)가 발생하지 않은 모습을 도시한 것이다. 여기서, 셀 영역의 패턴의 베스트 포커스에서 마스크의 석영 기판을 일부 식각하여 웨이퍼 면에 도달하는 이미지에 디포커스가 생기지 않게 포커스 차이를 줄일 수 있다. 여기서, 석영 기판을 일부 식각하는 두께는 공정 실험을 통해 검증하였다. 예를 들어, 셀 영역의 패턴과 오버레이 버니어 영역 간의 포커스 차이는 웨이퍼 면에서 0.4㎛ 차이가 날 경우에 오버레이 버니어 영역의 포커스를 조절하기 위한 마스크의 석영 기판을 7㎛ 깊이로 식각하면 셀 영역과 오버레이 버니어 영역의 포커스 차이를 제거할 수 있다.
본 발명은 석영 기판(Quarz)상에 오버레이 버니어 패턴에 대응하여 형성된 크롬 패턴을 포함하고, 상기 크롬 패턴 사이에 노출된 상기 석영 기판이 일부 식각된 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크를 제공한다. 이러한 오버레이 버니어가 위치하는 셀 외곽 영역의 마스크(레티클)의 석영 기판을 식각함으로써 식각된 두께만큼 포커스(Focus)를 변화시켜 셀 영역과 셀 외곽 영역 간의 단차로 인해 발생되는 디포커스 현상을 제어하여 리소그래피 공정을 안정화함으로써 노광 공정 시 발생하는 오버레이 버니어의 이미지 불량을 방지하고 오버레이 값 측정 시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 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.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 마스크 및 그 제조 방법의 문제점을 도시한 사진도.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 웨이퍼의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 마스크를 도시한 평면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 오버레이 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 오버레이 마스크 및 그 제조 방법을 도시한 사진도.

Claims (6)

  1. 석영 기판(Quarz)상에 오버레이 버니어 패턴에 대응하여 형성된 크롬 패턴을 포함하고, 상기 크롬 패턴 사이에 노출된 상기 석영 기판이 일부 식각된 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버레이 버니어 패턴은 박스 또는 바 타입으로 형성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영 기판은 셀 영역과 오버레이 영역 간의 포커스 차이에 따라 상기 석영 기판의 식각 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크.
  4. 석영 기판상에 크롬 패턴을 형성하는 단계;
    상기 크롬 패턴 사이를 노출하는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 석영 기판을 일부 식각하는 단계
    를 포함하는 오버레이 마스크 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 크롬 패턴에 대응하여 형성되는 오버레이 버니어 패턴은 박스 또는 바 타입으로 형성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 석영 기판을 일부 식각하는 단계는 셀 영역과 오버레이 영역 간의 포커스 차이에 따라 상기 석영 기판의 식각 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는 오버레이 마스크 제조 방법.
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