KR20110047821A - 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동일 마스크를 연속적으로 반복사용하더라도 오버레이 값 측정이 용이한 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 동일 마스크를 연속적으로 반복사용함에 있어서, 상기 마스크는 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바(bar)로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 오버레이 버니어를 구비하고, 상기 마스크를 이용한 1차 노광공정시 제1광량을 사용하여 기판상에 제1버니어를 형성하는 단계; 및 상기 1차 노광공정에 연속해서 상기 마스크를 이용한 2차 노광공정시 상기 제1광량보다 작은 제2광량을 사용하여 상기 기판상에 제2버니어를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법을 제공하며, 상술한 본 발명에 따르면, 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용하여 제1 및 제2버니어를 형성하더라도 노광공정시 인가되는 광량을 조절하여 제1 및 제2버니어의 형태를 서로 다르게 형성할 수 있기 때문에 오버레이 값을 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
버니어, 오버레이, 중첩

Description

반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법{METHOD FOR FABRICATING OVERLAY VERNIER IN SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 구체적으로 동일 마스크를 연속해서 복수회 사용하는 경우에도 오버레이 값 측정이 용이한 반도체 장치의 오버레이 버니어(Overlay Vernier) 형성방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 복수개의 구조물 예컨대, 워드라인, 비트라인, 금속배선등이 적층된 층간 구조로 구비되며, 각 층간 구조물을 형성하기 위해서는 하부층과의 중첩도를 측정하는 공정이 필수적으로 수반된다. 이러한 중첩도를 측정하기 위해 기판의 스크라이브레인(Scribe Lane) 영역에 오버레이 버니어(Overlay Vernier)를 형성한다.
오버레이 버니어는 사각형 형태의 모버니어 및 그 상층부에 구비되는 사각형 형태의 자버니어로 구비되며 모버니어 및 자버니어가 정렬된 정도를 측정하여 각 층간 구조물이 정확하게 중첩되었는지 측정하는 역할을 수행한다.
한편, 반도체 장치를 제조함에 있어서 동일한 형상의 패턴을 연속적으로(또는 적층구조로) 형성하는 경우에 제조비용을 절감하기 위해 동일 마스크를 연속해서 반복적으로 사용한다. 하지만, 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용할 경우 오버레이 버니어의 중첩여부를 측정하기 어렵다는 문제점이 발생하는 바, 이를 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 반도체 장치의 오버레이 버니어를 도시한 평면도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 실제 오버레이 버니어의 평면 이미지이다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 제1마스크를 사용하여 기판(11)에 소정의 구조물을 형성함과 동시에 스크라이브레인 영역에 모버니어(12)를 형성한다. 이때, 모버니어(12)는 사각형 형태의 링타입(ring type)이다.
도 1b 및 도 2a에 나타낸 바와 같이, 제2마스크를 사용하여 기판(11)에 소정의 구조물을 형성함과 동시에 스크라이브레인 영역에 제1자버니어(13)를 형성한다. 이때, 제1자버니어(13)는 사각형 형태이다.
도 1c 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제2마스크를 사용하여 기판(11)에 소정의 구조물을 형성함과 동시에 스크라이브레인 영역에 제2자버니어(14)를 형성한다. 이때, 제2자버니어(14)는 제2마스크를 사용하여 공정을 진행함에 따라 제1자버니어와 동일한 형태 즉, 사각형 형태이다.
이처럼, 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용할 경우에 도 1c에 나타낸 바와 같이 동일한 형태를 갖는 제1 및 제2자버니어(13, 14)가 서로 중첩되어 있어 이들 사이의 오버레이 값을 측정할 수 없다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 동일 마스크를 연속적으로 반복사용하더라도 오버레이 값 측정이 용이한 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 동일 마스크를 연속적으로 반복사용함에 있어서, 상기 마스크는 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바(bar)로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 오버레이 버니어를 구비하고, 상기 마스크를 이용한 1차 노광공정시 제1광량을 사용하여 기판상에 제1버니어를 형성하는 단계; 및 상기 1차 노광공정에 연속해서 상기 마스크를 이용한 2차 노광공정시 상기 제1광량보다 작은 제2광량을 사용하여 상기 기판상에 제2버니어를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법을 제공한다.
상기 제1광량은 상기 마스크에 새겨진 오버레이 버니어를 상기 기판상에 그대로 전사시킬 수 있는 광량일 수 있다.
상기 제1버니어는 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 형태를 갖고, 상기 제2버니어는 사각형 형태를 갖질 수 있다.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은, 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용하여 제1 및 제2버니어를 형성하더라도 노광공정시 인가되는 광량을 조절하여 제1 및 제2버니어의 형태를 서로 다르게 형성할 수 있기 때문에 오버레이 값을 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제1버니어가 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 형태를 갖고, 제2자버니어가 사각형 형태를 가짐으로써, 이들 사이의 오버레이 값을 보다 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
후술할 본 발명은 동일한 형상의 패턴을 연속적으로(또는 적층구조로) 형성하는 경우 제조비용 절감을 위해 동일 마스크를 연속적으로 반복사용하더라도 오버레이 값 측정이 용이한 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 기판에 오버레이 버니어를 형성하기 위한 노광공정시 인가되는 광량을 조절하여 동일 마스크를 사용하더라도 기판에 형성되는 오버레이 버니어는 서로 다른 형태를 갖도록 형성하는 것을 기술적 원리로 한다. 이하, 본 발명의 기술 적 원리에 대해 도 3a 및 도 3b를 참조하여 자세히 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 개략도로서, 각 도면의 (A)는 단면도, (B)는 평면도이다. 여기서, 오버레이 버니어는 소정 간격 이격된 복수의 직사각형 형태 패턴으로 이루어져 있으며, 제2광량은 제1광량보다 작다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 포지티브 타입(positive type) 감광막(22)이 도포된 기판(21)에 제1광량으로 노광공정을 실시하면, 마스크(100)에 새겨진 패턴이 감광막(22)에 전사되어 소정 간격 이격된 복수의 직사각형 형태의 제1감광막패턴(22A)이 형성된다.
이에 반해, 도 3b에 도시된 바와 같이 포지티브 타입 감광막(23)이 도포된 기판(21)에 제1광량보다 작은 제2광량으로 노광공정을 실시하면, 마스크(100)에 새겨진 패턴과는 다른 사각형 형태의 제2감광막패턴(23A)이 형성된다.
이러한 현상은 노광공정시 가해지는 광량 차이에 따른 광 산란의 크기 차이로 인해 발생하는 것으로, 제1광량으로 노광공정을 실시한 경우 제1감광막패턴(22A) 사이에서 광 산란으로 인해 마스크(100)에 새겨진 패턴의 선폭과 동일하거나 또는 더 작은 선폭의 제1감광막패턴(22A)이 형성되나, 제2광량으로 노광공정을 실시한 경우 제2감광막패턴(23A) 사이에서의 광 산란이 상대적으로 감소하여 마스크(100)에 새겨진 패턴의 선폭보다 큰 선폭의 제2감광막패턴(22A)이 형성된다. 이로 인해, 도 3b에 도시된 바와 같이 인접한 패턴 사이가 서로 연결되어 사각형 형태의 제2감광막패턴(23A)이 형성되는 것이다.
이하, 상술한 본 발명의 기술적 원리를 이용하여 동일 형상의 패턴을 연속적으로(또는 적층구조) 형성하는 경우에 제조비용 절감을 위해 동일 마스크를 연속적으로 사용하더라도 오버레이 값 측정이 용이한 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법에 대한 본 발명의 일실시예를 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. 본 발명의 일실시예에서는 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용하여 동일 형상의 패턴을 연속적으로(또는 적층구조로) 형성하는 반도체 장치의 제조공정으로 자기저항메모리 장치에 적용되는 자기터널접합층(MTJ) 및 자기터널접합층 상의 전극 형성방법을 일례로 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조공정을 도시한 공정단면도이고, 도 5a 및 도 5c는 도 4a 내지 도 4c에 대응하는 오버레인 버니어를 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 사각형 형태의 링타입 오버레이 버니어가 새겨진 제1마스크를 사용하여 소정의 구조물이 형성된 기판(31)에 후속 공정을 통해 형성될 자기터널접합층과 기판(31) 내 형성된 구조물 사이를 전기적으로 연결하기 위한 콘택홀(32)을 형성한 후, 콘택홀(32)에 도전물질을 매립하여 콘택플러그(33)를 형성한다. 이때, 기판(31)의 스크라이브레인 영역에는 제1마스크에 새겨진 오버레이 버니어가 그대로 전사되어 사각형 형태의 링타입 모버니어(37)가 형성된다.
여기서, 반도체 장치가 형성되는 다이영역에 형성된 콘택홀(32) 및 콘택플러그(33)의 선폭은 수 내지 수백 나노미터 범위의 크기를 갖고, 스크라이브레인 영역 에 형성되는 모버니어(37)는 수 내지 수십 마이크로미터 예컨대, 1um ~ 10um 범위의 선폭 및 간격을 갖도록 형성할 수 있다.
도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태의 바(bar)로 이루어진 정사각형의 패턴 4개가 풍차 날개 형태(이하, 풍차패턴이라 약칭함)로 배열된 오버레이 버니어가 새겨진 제2마스크를 사용하여 기판(31) 상에 콘택플러그(33)과 접하는 자기터널접합층(34)을 형성한다. 여기서, 풍차패턴의 최외각선을 연결하면 정사각형 형태이다.
이때, 자기터널접합층(34)을 형성하기 위한 감광막패턴 형성공정시 제2마스크에 새겨진 오버레이 버니어를 그대로 기판(31)에 전사시킬 수 있는 광량(이하, 제1광량)으로 노광공정을 실시하는 것이 바람직하다. 따라서, 기판(31)의 스크라이브레인 영역에는 제2마스크에 새겨진 오버레이 버니어가 그대로 전사되어 풍차패턴 형태의 제1자버니어(38)가 형성된다.
도 4c 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 자기터널접합층(34) 사이를 매립하는 절연막(35)을 형성한 다음, 제2마스크를 사용하여 자기터널접합층(34) 상에 전극(36)을 형성한다.
이때, 전극(36)을 형성하기 위한 감광막패턴 형성공정시 제2마스크에 새겨진 오버레이 버니어를 변형된 형태로 기판(31)에 전사시키기 위해 제1광량보다 작은 제2광량으로 노광공정을 실시하는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1광량보다 작은 제2광량으로 노광공정을 실시할 경우에 형성되는 감광막패턴의 선폭이 증가하여 인접한 패턴 사이가 연결되는 바, 기판(31)의 스크라이브레인 영역에는 제2마스크에 새겨진 오버레이 버니어가 변형된 형태로 기판에 전사되어 사각형 구체적으로 정사각형 형태의 제2자버니어(39)가 형성된다.
여기서, 전극(36)을 형성하기 위한 노광공정시 제1광량보다 작은 제2광량으로 노광공정을 실시할 경우에 기판(31) 상에 형성되는 패턴의 선폭이 증가하기 때문에 자기터널접합층(34) 상에 형성되는 전극(36)은 자기터널접합층(34)의 선폭보다 큰 선폭을 갖게 된다.
이와 같이, 본 발명은 동일 마스크를 연속적으로 반복 사용하여 제1 및 제2자버니어(38, 39)를 형성하더라도 노광공정시 인가되는 광량을 조절하여 제1 및 제2자버니어(38, 39)의 형태를 서로 다르게 형성할 수 있기 때문에 오버레이 값을 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 제1자버니어(38)가 풍차패턴 형태를 갖고, 제2자버니어(39)는 사각형 형태를 가짐으로써, 이들 사이의 오버레이 값을 보다 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 반도체 장치의 오버레이 버니어를 도시한 평면도.
도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 실제 오버레이 버니어의 평면 이미지.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 개략도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조공정을 도시한 공정단면도.
도 5a 및 도 5c는 도 4a 내지 도 4c에 대응하는 오버레인 버니어를 도시한 평면도.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명*
31 : 기판 32 : 콘택홀
33 : 콘택플러그 34 : 자기터널접합층
35 : 절연막 36 : 전극
37 : 모버니어 38 : 제1자버니어
39 : 제2자버니어

Claims (3)

  1. 동일 마스크를 연속적으로 반복사용함에 있어서,
    상기 마스크는 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바(bar)로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 오버레이 버니어를 구비하고,
    상기 마스크를 이용한 1차 노광공정시 제1광량을 사용하여 기판상에 제1버니어를 형성하는 단계; 및
    상기 1차 노광공정에 연속해서 상기 마스크를 이용한 2차 노광공정시 상기 제1광량보다 작은 제2광량을 사용하여 상기 기판상에 제2버니어를 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1광량은 상기 마스크에 새겨진 오버레이 버니어를 상기 기판상에 그대로 전사시킬 수 있는 광량인 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1버니어는 소정 간격 이격된 복수개의 직사각형 형태 바로 이루어진 정사각형 패턴 4개가 풍차 날개 모양으로 배열된 형태를 갖고, 상기 제2버니어는 사각형 형태를 갖는 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성방법.
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US8906584B2 (en) 2012-08-31 2014-12-09 SK Hynix Inc. Photomask and method for forming pattern of semiconductor device using the same

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