KR20140028916A - 노광 마스크, 이를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법 및 패턴의 오버레이 측정방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따르는 반도체 소자용 노광 마스크를 제공한다. 노광 마스크는 마스크 기판의 셀 영역에 배치되는 셀 마스크 패턴 및 상기 마스크 기판의 주변 영역에 배치되는 버니어 마스크 패턴을 포함한다. 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 전사되는 패턴의 형태가 변화하는 가변 마스크 패턴부를 포함한다.
Description
본 출원은 대체로 반도체 소자용 노광 마스크, 이를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법 및 패턴의 오버레이 측정방법에 관한 것이다.
최근에 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 패턴들 사이의 간격(pitch)이 지속적으로 감소되고 있다. 이러한 좁은 피치의 패턴들을 형성하기 위해, 스페이서 패터닝 기술(Spacer Patterning Technology, 이하, SPT) 또는 SPT 공정을 두 번 적용하는 메쉬형(mesh type) SPT 기술, 극자외선(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 기술과 같은 패터닝 기술이 제안되고 있다. 그런데, 상기 SPT 공정 또는 메쉬형 SPT 공정와 같은 패터닝 기술은 증가된 공정 단계 수 때문에 소자 제조 비용이 증가한다. 또한, 공정 난이도가 높아 소자의 대량 생산을 위한 적용에 어려움에 있다. 또한, 상대적으로 공정이 단순한 극자외선(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 기술의 경우도, 대량 생산에 적용될 수 있는 신뢰성 있는 장비 개발이 현재 진행되고 있는 실정이다. 이에 따라, 미세 선폭을 신뢰성 있게 구현할 수 있으며, 보다 경제적인 패터닝 관련 기술이 여전히 요청되고 있다.
본 출원이 해결하려는 과제는, 미세 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자용 노광마스크를 제공하는 것이다.
본 출원이 해결하려는 다른 과제는, 상기 반도체 소자용 노광마스크를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법 및 형성된 패턴의 오버레이 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 일 측면에 따른 반도체 소자용 노광 마스크가 제공된다. 상기 노광 마스크는 마스크 기판의 셀 영역에 배치되는 셀 마스크 패턴 및 상기 마스크 기판의 주변 영역에 배치되는 버니어 마스크 패턴을 포함한다. 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 전사되는 패턴의 형태가 변화하는 가변 마스크 패턴부를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 다른 측면에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 있어서, 패턴 대상층을 포함하는 기판을 준비한다. 상기 기판의 셀 영역에 전사되는 셀 마스크 패턴, 주변 영역에 전사되는 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비한다. 제1 노광 에너지를 이용하는 상기 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제1 셀 패턴층 및 제1 버니어 패턴층을 상기 기판의 상기 패턴 대상층 상에 형성한다. 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 패턴층과 중첩되지 않은 상태로 상기 제1 셀 패턴층 사이에 위치하도록 상기 노광 마스크를 상기 기판 상에서 이동 배치시킨다. 제2 노광 에너지를 이용하는 상기 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제2 셀 패턴층 및 제2 버니어 패턴층을 상기 기판의 상기 패턴 대상층 상에 형성한다. 상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 패턴층 및 상기 제2 버니어 패턴층에 서로 다른 형태로 전사시킨다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 또다른 측면에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 있어서, 패턴 대상층을 구비하는 기판을 준비한다. 상기 패턴 대상층 상에 제1 하드마스크층을 형성한다. 셀 마스크 패턴 및 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비한다. 제1 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 전사시켜, 상기 제1 하드마스크층 상에 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제1 셀 하드마스크 패턴층 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층을 형성한다. 상기 패턴 대상층 상에 제2 하드마스크층을 형성한다. 상기 노광 마스크를 상기 제2 하드마스크층 상에 배치하되, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 하드마스크 패턴과 중첩되지 않도록 위치시킨다. 제2 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 전사시켜 상기 제2 하드마스크층 상에 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제2 셀 하드마스크 패턴층 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층을 형성한다. 상기 제1 셀 하드마스크 패턴층, 상기 제1 버니어 하드마스크 패턴층, 상기 제2 셀 하드마스크 패턴층 및 상기 제2 하드마스크 패턴층을 이용하여, 상기 패턴 대상층을 패터닝한다. 이때, 상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴에 서로 다른 형태로 전사시킨다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 또다른 측면에 따른 반도체 소자의 오버레이 측정 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자의 오버레이 측정 방법에 있어서, 패턴 대상층을 구비하는 기판을 준비한다. 상기 패턴 대상층 상에 제1 하드마스크층을 형성한다. 셀 마스크 패턴 및 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비한다. 제1 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 노광 및 현상하여 상기 제1 하드마스크층 상에 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제1 셀 하드마스크 패턴층 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층을 형성한다. 상기 패턴 대상층 상에 제2 하드마스크층을 형성한다. 상기 노광 마스크를 상기 제2 하드마스크층 상에 배치하되, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 하드마스크 패턴과 중첩되지 않도록 위치시킨다. 제2 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 노광 및 현상하여 상기 제2 하드마스크층 상에 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 버니어 하드마스크 패턴층과 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴 사이의 오버레이를 측정한다. 이때, 상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴에 서로 다른 형태로 전사시킨다.
본 출원의 일 실시 예에 따르면, 단일의 노광 마스크를 이용하여 복수의 패터닝 공정을 실시함으로써, 기판 상에 미세한 셀 패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 노광 마스크의 버니어 마스크 패턴은 가변 마스크 패턴부를 구비함으로써, 노광 에너지의 크기에 따라 서로 다른 형태의 버니어 패턴을 상기 기판 상에 각각 구현할 수 있다. 이에 따라, 단일 노광 마스크에 의해 구현되는 제1층과 제2층 사이의 오버레이 측정을 보다 용이하게 실시할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자용 노광 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 출원의 일 실시예에 따르는 버니어 마스크 패턴의 가변 마스크 패턴부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 4a 내지 도 9a, 도 4b 내지 도 9b, 도 4c 내지 도 9c 및 도 4d 내지 도 9d는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 출원의 다른 실시 예에 따르는 반도체 소자용 노광 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 출원의 일 실시예에 따르는 버니어 마스크 패턴의 가변 마스크 패턴부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 4a 내지 도 9a, 도 4b 내지 도 9b, 도 4c 내지 도 9c 및 도 4d 내지 도 9d는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 출원의 다른 실시 예에 따르는 반도체 소자용 노광 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, 마스크 기판의 셀 영역이란, 상기 마스크 기판의 패턴이 반도체 기판에 전사될 때, 반도체 기판의 셀 영역에 형성되는 패턴에 대응되는 마스크 기판 상의 패턴이 존재하는 영역을 의미한다. 마찬가지로, 마스크 기판의 주변 영역이란, 상기 마스크 기판의 패턴이 반도체 기판에 전사될 때, 반도체 기판의 주변 영역에 형성되는 패턴에 대응되는 마스크 기판 상의 패턴이 존재하는 영역을 의미한다.
도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자용 노광 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 노광 마스크(100)는 마스크 기판(105)상의 셀 마스크 패턴(110)과 버니어 마스크 패턴(120)을 포함한다. 마스크 기판(105)은 일 예로서, 쿼츠와 같은 투광성 기판일 수 있다. 도면에서는, 설명의 편의를 위하여 셀 마스크 패턴(110)이 존재하는 마스크 기판(105)의 셀 영역과 버니어 마스크 패턴(120)이 존재하는 마스크 기판(105)의 주변 영역을 각각 단순화하여 확대 도시하고 있으나, 당업자라면, 반드시 도시된 형태 및 크기에 한정되어 해석되지는 않음을 이해할 수 있다.
도면을 다시 참조하면, 셀 마스크 패턴(110)은 불투광성 패턴부(113)를 포함할 수 있으며, 불투광성 패턴부(113)는 일 예로서, 크롬층을 포함할 수 있다. 또한, 셀 마스크 패턴(110)은 불투광성 패턴부(113)를 제외한 부분에 해당되는 투광성 패턴부(111)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 투광성 패턴부(111)는 마스크 기판(105) 상의 투광성 물질층에 해당되거나, 마스크 기판(105)의 노출된 표면 부분일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 불투광성 패턴(113)은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴일 수 있다.
버니어 마스크 패턴(120)은 투광성 패턴부(121), 가변 마스크 패턴부(122) 및 불투광성 패턴부(123)을 포함할 수 있다. 투광성 패턴부(121)는 마스크 기판(105) 상에 형성되는 투광성 물질층에 해당되거나, 마스크 기판(105)의 노출된 표면 부분일 수 있다. 불투광성 패턴부(123)은 일 예로서, 크롬층을 포함할 수 있다.
가변 마스크 패턴부(122)는 노광 에너지의 크기에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 패턴 영역일 수 있다. 즉, 가변 마스크 패턴부(122)의 패턴 전사 여부는 상기 노광 에너지에 따른 광투과율에 의존할 수 있다. 일 예로서, 노광 에너지가 클수록 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 증가하고, 노광 에너지가 작을수록 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 감소할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 소정의 제1 임계값 이하의 노광 에너지를 가지는 광이 입사되는 경우, 버니어 마스크 패턴(120)의 투광성 패턴부(121)는 상기 입사광을 투과시키고, 가변 마스크 패턴부(122) 및 불투광성 패턴부(123)는 상기 입사광을 투과시키지 못한다. 이에 따라, 상기 제1 임계값 미만의 노광 에너지를 이용하여 버니어 마스크 패턴(120)의 패턴 노광 및 현상을 진행하는 경우, 가변 마스크 패턴부(122) 및 불투광성 패턴부(123)의 형상에 의존하는 패턴을 기판 상에 형성할 수 있다.
이에 반해, 소정의 제2 임계값 이상의 노광 에너지를 가지는 광이 입사되는 경우, 버니어 마스크 패턴(120)의 투광성 패턴부(121) 및 가변 마스크 패턴부(122)는 상기 입사광을 투과시키고, 불투광성 패턴부(123)는 상기 입사광을 투과시키지 못한다. 이에 따라, 상기 제2 임계값 이상의 노광 에너지를 이용하여 버니어 마스크 패턴(120)의 패턴 노광 및 현상을 진행하는 경우, 불투광성 패턴부(123)의 형상에 의존하는 패턴을 기판 상에 형성할 수 있다. 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 같거나 클 수 있다.
한편, 셀 마스크 패턴(110)은 가변 마스크 패턴부(122)를 구비하지 않으므로, 노광 에너지의 크기에 의존하지 않고 실질적으로 동일한 형상의 패턴을 기판 상에 형성할 수 있다.
가변 마스크 패턴부(122)는 불투광성 패턴부(123)과 접하도록 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가변 마스크 패턴부(122)는 불투광성 패턴부(123)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 몇몇 다른 실시 예들에서는 가변 마스크 패턴부(122)가 불투광성 패턴부(123)와 이격하여 배치될 수도 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 출원의 일 실시예에 따르는 버니어 마스크 패턴의 가변 마스크 패턴부를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도시된 가변 마스크 패턴부는 노광 에너지의 크기에 따라 전사 여부가 결정되도록 제조될 수 있다. 일 예로서, 가변 마스크 패턴부는 노광 에너지의 크기에 따라 광투과율이 변화되도록 제조될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)는 불투광성 마스크 패턴 부분(211, 213, 215)과 투광성 마스크 패턴 부분(212, 214, 216)을 포함할 수 있다. 불투광성 마스크 패턴 부분(211, 213, 215)과 투광성 마스크 패턴 부분(212, 214, 216)은 교대로 배열되어 마스크 기판 상에 배치될 수 있다. 불투광성 마스크 패턴 부분(211, 213, 215)과 투광성 마스크 패턴 부분(212, 214, 216)은 규칙적으로 배열되며 각각 실질적으로 균등한 면적을 점유할 수 있다. 일 예로서, 불투광성 마스크 패턴 부분(211, 213, 215)는 크롬과 같은 금속을 포함할 수 있다. 일 예로서, 투광성 마스크 패턴 부분(212, 214, 216)은 투광성 물질층의 부분 또는 투광성 마스크 기판의 노출된 표면 부분일 수 있다.
반드시 특정한 이론에 한정되어 설명되지는 않지만, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)에 소정의 제1 임계값 이하의 제1 노광 에너지가 입사되는 경우, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)를 통해 하부 감광층에 전사되는 패턴의 형상은, 투광성 마스크 패턴 부분(212, 214, 216)이 존재함에도 불구하고, 가변 마스크 패턴부(210. 220, 230)의 전체가 불투광성을 가지는 경우에 전사되는 형상과 실질적으로 동일한 형상일 수 있다. 이때, 상기 소정의 제1 임계값은, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)를 통해 전사되는 패턴이 상술한 형상을 가지기 위해 요구되는 노광에너지의 최대값으로서 결정될 수 있다. 이와 대비하여, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)에 소정의 제2 임계값 이상의 제2 노광 에너지가 입사되는 경우, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)를 통해 하부 감광층에 전사되는 패턴의 형상은, 불투광성 마스크 패턴 부분(211, 213, 215)이 존재함에도 불구하고, 가변 마스크 패턴부(210. 220, 230)의 전체가 투광성을 가지는 경우에 전사되는 형상과 실질적으로 동일한 형상일 수 있다. 이때, 상기 소정의 제2 임계값은, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)를 통해 전사되는 패턴이 상술한 형상을 가지기 위해 요구되는 노광에너지의 최소값으로서 결정될 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 임계값은 제1 임계값과 같거나 클 수 있다.
또한, 제1 임계값과 제2 임계값 사이에 존재하는 노광 에너지에서는, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)가 입사광을 충분히 차단하거나 또는 충분히 투과시키지 못한다. 따라서, 본 출원의 실시 예에서는 제1 임계값과 제2 임계값 사이의 노광 에너지는 노광시에 적용하지 않을 수 있다.
구체적인 실시 예에서, 도 2a에 도시되는 바와 같이, 불투광성 마스크 패턴 부분(211)은 도트 패턴으로 구현되고, 투광성 마스크 패턴 부분(212)은 도트 패턴 사이의 스페이스 패턴으로 구현될 수 있다. 이하에서는, 이를 도트 및 스페이스 패턴으로 명명하도록 한다. 상기 도트 패턴의 도트 형상은 일 예로서, 마름모 형일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 원형, 타원형 또는 삼각형, 사각형, 오각형 등과 같은 다각형일 수도 있다. 상기 예시된 원형, 타원형, 다각형은 단독 또는 둘이상의 조합으로 적용될 수 있다.
도 2b에서 도시되는 바와 같이, 불투광성 마스크 패턴 부분(213)이 라인 패턴으로 구현되고, 투광성 마스크 패턴 부분(214)이 라인 패턴 사이의 스페이스 패턴으로 구현될 수 있다. 이하에서는, 이를 라인 및 스페이스 패턴으로 명명하도록 한다. 도 2c에서 도시되는 바와 같이, 서로 다른 라인 및 스페이스 패턴은 서로 다른 방향에서 교차하도록 구현될 수도 있다.
도 3은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다. 도 3의 310 블록을 참조하면, 기판을 준비한다. 상기 기판은 패턴을 형성하기 위한 패턴 대상층을 포함하는 기판일 수 있다. 상기 기판은 일 예로서, 소자를 제조하기 위한 반도체 기판일 수 있다.
320 블록을 참조하면, 상기 기판의 셀 영역에 전사되는 셀 마스크 패턴 및 주변 영역에 전사되는 버니어 마스크 패턴을 포함하는 노광 마스크를 준비한다. 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비할 수 있다. 이때, 상기 가변 마스크 패턴부를 통한 패턴 전사 여부는 상기 노광 에너지에 따른 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광 투과율에 의존할 수 있다. 노광 에너지가 클수록 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 증가하고, 노광 에너지가 작을수록 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 감소할 수 있다. 일 예로서, 상기 노광 마스크는 도 1과 관련하여 상술한 노광 마스크(100)이며, 상기 가변 마스크 패턴부는 도 2a, 2b 및 2c와 관련하여 상술한 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)일 수 있다.
330 블록을 참조하면, 제1 노광 에너지를 이용하는 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제1 셀 패턴 및 제1 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성한다. 일 실시 예에 따르면, 제1 셀 패턴 및 제1 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성하는 공정에 있어서, 우선, 상기 기판 상에 대상 물질층 및 포토레지스트층을 연속하여 형성하고, 상기 제1 노광 에너지를 이용하는 노광 및 형상 공정을 적용하여 포토레지스트 패턴층을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴층을 이용하여 상기 대상 물질층을 패터닝함으로써, 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제1 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성할 수 있다. 상기 제1 셀 패턴은 상기 노광 마스크의 상기 셀 마스크 패턴에 대응될 수 있으며, 상기 제1 버니어 패턴은 상기 노광 마스크의 상기 버니어 마스크 패턴에 대응될 수 있다.
340 블록을 참조하면, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 패턴과 중첩되지 않은 상태로 상기 제1 셀 패턴 사이에 위치하도록 상기 노광 마스크를 상기 기판 상에서 이동 배치한다. 즉, 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제1 버니어 패턴이 형성된 상기 기판 상에 상기 노광 마스크를 이격하여 배치하되, 상기 기판 상의 제1 셀 패턴과 상기 노광 마스크 상의 상기 셀 마스크 패턴이 서로 중첩되지 않도록 한다. 그리고, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 셀 패턴 사이에 위치하도록 배치한다.
350 블록을 참조하면, 제2 노광 에너지를 이용하는 상기 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제2 셀 패턴 및 제2 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성한다. 일 실시 예에 따르면, 제2 셀 패턴 및 제2 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성하는 공정에 있어서, 우선, 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제1 버니어 패턴이 형성된 상기 기판 상에 대상 물질층 및 포토레지스트층을 연속하여 형성하고, 상기 제2 노광 에너지를 이용하는 노광 및 형상 공정을 적용하여 포토레지스트 패턴층을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴층을 이용하여 상기 대상 물질층을 패터닝함으로써, 상기 제2 셀 패턴 및 상기 제2 버니어 패턴을 상기 기판 상에 형성할 수 있다. 상기 제2 셀 패턴은 상기 노광 마스크의 상기 셀 마스크 패턴에 대응될 수 있으며, 상기 제2 버니어 패턴은 상기 노광 마스크의 상기 버니어 마스크 패턴에 대응될 수 있다.
상술한 공정 과정에서, 상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 패턴 및 상기 제2 버니어 패턴에서로 다른 형태로 전사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 버니어 패턴 및 상기 제2 버니어 패턴은 서로 차별되는 형태를 가질 수 있으며, 일 예로서, 상기 제1 버니어 패턴 및 상기 제2 버니어 패턴 중 어느 하나의 패턴은 다른 하나의 패턴 내부에 형성될 수 있다.
한편, 도 1, 도 2a, 2b 및 2c와 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 노광 마스크의 상기 셀 마스크 패턴으로부터 전사되는 상기 제1셀 패턴 및 상기 제2셀 패턴은 서로 중첩되지 않은 상태에서 이격되어 형성될 수 있다. 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제2 셀 패턴은 실질적으로 동일한 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제2 셀 패턴은 일 예로서, 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함할 수 있다.
상술한 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 이용하는 패턴 형성 방법은, 단일 마스크를 이용하는 복수의 패터닝을 진행될 때 상하층의 패턴 간의 오버레이 측정을 용이하게 할 수 있다. 즉, 단일 마스크의 패턴을 이용하여, 하부층으로서의 제1 셀 패턴과 제1 버니어 패턴을 형성하고, 상기 단일 마스크의 패턴을 이용하여 상부층으로서의 제2 셀 패턴과 제2 버니어 패턴을 형성한다. 이 때, 상기 하부층 또는 상부층은 일 예로서, 하드마스크 패턴층 또는 포토레지스트 패턴층일 수 있다. 본 출원의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 버니어 패턴과 상기 제2 버니어 패턴은 가변 마스크 패턴부의 전사 상황에 따라 서로 다른 형태를 가질 수 있다. 이와 같이, 제1 버니어 패턴과 제2 버니어 패턴이 서로 다른 형태를 가짐으로써, 제1 버니어 패턴과 제2 버니어 패턴 사이의 간격을 측정하기가 용이해진다. 따라서, 상기 제1 셀 패턴 및 상기 제2 셀 패턴 간의 오버레이를 보다 용이하게 측정할 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 9a, 도 4b 내지 도 9b, 도 4c 내지 도 9c 및 도 4d 내지 도 9d는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 4a 내지 도 9a는 기판 상에 셀 패턴을 형성하는 방법을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 4c 내지 도 9c는 도 4a 내지 도 8a의 셀 패턴을 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4b 내지 도 9b는 기판 상에 버니어 패턴을 형성하는 방법을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 4d 내지 도 9d는 도 4b 내지 도 9b의 버니어 패턴을 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a, 4b, 4c 및 4d를 참조하면, 기판(410) 상에 패턴 대상층(420), 제1 하드마스크층(430) 및 제1 포토레지스트층(미도시)을 순차적으로 형성한다. 패턴 대상층(420)은 최종적으로 패턴을 구현하고자하는 물질층을 의미하며, 일 예로서, 산화물층, 실리콘층 또는 금속층을 포함할 수 있다. 제1 하드마스크층(430)은 일 예로서, 산화물, 질화물 또는 질화산화물을 포함할 수 있다. 제1 하드마스크층(430)은 공지의 화학기상증착법, 물리기상증착법, 코팅법 등으로 형성될 수 있다. 본 실시 예에서의 상기 제1 포토레지스트층은 네가티브 톤(nagative tone)의 감광물질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1, 도 2a, 2b 및 2c와 관련하여 상술한 노광 마스크(100)를 준비하고, 제1 노광 에너지로 상기 제1 포토레지스트층을 노광 및 현상하여, 제1 포토레지스트 패턴층을 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴층은 기판(410)의 셀 영역에서 노광 마스크(100)의 셀 마스크 패턴(110)으로부터 전사되는 제1 셀 포토레지스트 패턴(445)과, 기판(410)의 주변 영역에서 노광 마스크(100)의 버니어 마스크 패턴(120)으로부터 전사되는 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 노광 에너지는 상술한 제1 임계값 이하의 에너지로서, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)의 전체가 불투광성을 가지는 경우에 전사되는 형상과 동일한 형상으로 버니어 마스크 패턴(120)을 상기 제1 포토레지스트층에 전사할 수 있는 에너지를 의미한다.
상술한 제1 노광 에너지를 이용하여, 도 4a 및 도 4c 에 도시된 바와 같이, 기판(410)의 셀 영역의 제1 하드마스크층(430) 상에 제1 셀 포토레지스트 패턴(445)을 형성할 수 있으며, 도 4b 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 기판(410)의 주변 영역의 제1 하드마스크층(430) 상에 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447)을 형성할 수 있다. 본 실시 예에서, 제1 셀 포토레지스트 패턴(445)은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함할 수 있으며, 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447)은 소정의 폭을 가지는 컨택 패턴을 포함할 수 있다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d를 참조하면, 제1 셀 포토레지스트 패턴(445) 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447)을 식각 마스크로 이용하여, 제1 하드마스크층(430)을 패터닝한다. 상기 패터닝 공정은 일 예로서, 건식 식각 또는 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 이로서, 기판(410)의 셀 영역의 패턴 대상층(420) 상에 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)를 형성하고, 기판(410)의 주변 영역의 패턴 대상층(420) 상에 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)을 형성할 수 있다. 본 실시 예에서, 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함할 수 있으며, 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)은 소정의 폭을 가지는 컨택 패턴을 포함할 수 있다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d를 참조하면, 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)이 형성된 기판(410) 상에 제2 하드마스크층(450)을 형성한다. 제2 하드마스크층(450)은 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)의 재질과 대비하여 식각 선택비를 가지는 물질로부터 형성될 수 있다. 일 예로서, 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)가 산화물을 포함하는 경우, 제2 하드마스크층(450)은 질화물을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)가 질화물을 포함하는 경우, 제2 하드마스크층(450)은 산화물을 포함할 수 있다. 제2 하드마스크층(450)은 일 예로서, 화학기상증착법, 물리기상증착법, 코팅법과 같은 공지의 방법을 적용함으로써, 형성될 수 있다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d를 참조하면, 제2 하드마스크층(450) 상에 제2 포토레지스트층(미도시)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트층은 네가티브 톤의 감광물질로 이루어질 수 있다. 이어서, 노광 마스크(100)를 상기 제2 포토레지스트층 상에 배치하되, 셀 마스크 패턴(110)이 하부에 배치되는 제1 셀 하드마스크 패턴(435)과 중첩되지 않도록 위치시킨다. 여기서, 셀 마스크 패턴(110)과 제1 셀 하드마스크 패턴(435)이 중첩되지 않는다는 의미는, 하부의 제1 셀 하드마스크 패턴(435)을 상기 제2 포토레지스트층에 수직 방향(즉, 제1 방향 및 제2 방향에 각각 수직인 방향)으로 투영하는 경우를 가정할 때 형성되는 패턴과 셀 마스크 패턴(110)을 상기 제2 포토레지스트층에 전사시키는 경우에 형성되는 패턴이 서로 중첩되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 셀 마스크 패턴(110)이 제1 셀 마스크 패턴(435) 사이에 규칙적으로 위치하도록, 노광 마스크(100)를 상기 제2 포토레지스트층 상에 배치할 수 있다.
제2 노광 에너지를 이용하여, 상기 제2 포토레지스트층을 노광 및 현상하여, 제2 포토레지스트 패턴층을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴층은 기판(410)의 셀 영역에서 노광 마스크(100)의 셀 마스크 패턴(110)으로부터 전사되는 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)과, 기판(410)의 주변 영역에서 노광 마스크(100)의 버니어 마스크 패턴(120)으로부터 전사되는 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 노광 에너지는 상술한 제2 임계값 이상의 에너지로서, 가변 마스크 패턴부(210, 220, 230)의 전체가 투광성을 가지는 경우에 전사되는 형상과 동일한 형상으로 버니어 마스크 패턴(120)을 상기 제2 포토레지스트층에 전사할 수 있는 에너지를 의미한다.
상술한 제2 노광 에너지를 이용하여, 도 7a 및 도 7c 에 도시된 바와 같이, 기판(410)의 셀 영역의 제2 하드마스크층(450) 상에 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)을 형성할 수 있으며, 도 7b 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 기판(410)의 주변 영역의 제2 하드마스크층(450) 상에 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)을 형성할 수 있다. 본 실시 예에서, 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함할 수 있으며, 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)은 소정의 폭을 가지는 컨택 패턴을 포함할 수 있다.
본 실시 예에서는, 상기 제1 노광 에너지와 다른 제2 노광 에너지를 사용하여 상기 제2 포토레지스트층을 노광 및 현상하여 상기 제2 포토레지스트 패턴층을 형성한다. 이때, 도 7b 및 7d에 도시되는 바와 같이, 기판(410)의 주변 영역에 형성되는 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)은 도 4b 및 도 4d 에서 상기 제1 노광 에너지에 의해 기판(410)의 주변 영역에 형성되는 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447)과 형태가 차별된다. 이러한 차이는, 노광 에너지 차이에 따라 가변 마스크 패턴부의 패턴이 전사되는지 여부에 따라 다르게 발생할 수 있다.
도 7a를 다시 참조하면, 기판(410)의 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)은 도 4a의 제1 셀 포토레지스트 패턴(445)에 비하여 기판(410)의 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 소정의 간격만큼 이동되어 형성될 수 있다. 또는, 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)는 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)에 비하여 제1 방향으로 a간격 및 제2 방향으로 b간격 만큼 이동되어 형성될 수 있다. 도 7b 및 도 7d를 다시 참조하면, 기판(410)의 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)은 도 4b의 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447) 또는 도 7b의 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)에 비하여 기판(410)의 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 소정의 간격만큼 이동됨과 동시에, 제1 버니어 포토레지스트 패턴(447) 또는 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)이 가지는 경계 내부에 위치할 수 있다.
이와 같이, 노광 에너지 차이에 의해 서로 다른 형태로 노광 마스크의 버니어 마스크 패턴이 전사되는 현상을 이용하여, 층간 오버레이 측정을 용이하게 진행할 수 있다. 본 출원의 실시예에서와 같이, 단일의 노광 마스크를 이용하여 복수의 패터닝을 실시하는 경우에 있어서, 제1 노광 에너지를 이용하는 제1 노광 공정을 통해 제1 버니어 하드마스크 패턴(437)을 형성한다. 이어서, 제2 노광 에너지를 이용하는 제2 노광 공정을 통해 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)을 형성한다. 그리고, 제1 버니어 하드마스크 패턴(437)과 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467) 사이의 간격을 광학 장치를 통해 측정함으로써, 패턴간의 오버레이를 산출할 수 있다. 상기 산출된 오버레이 값이 신뢰도 내에서 보증되는 경우, 후속 공정이 진행되어 후술하는 바와 같이 제2 셀 하드마스크 패턴(455)이 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 사이에 형성될 수 있다.
도 8a, 8b, 8c 및 8d를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 이용하여 제2 하드마스크층(450)을 패터닝하여, 패턴 대상층(420) 상에 제2 셀 하드마스크 패턴층(455) 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층(457)을 형성한다. 도 8a 및 도 8c를 참조하면, 패턴 대상층(420) 상에 제2 셀 하드마스크 패턴층(455)를 형성하는 단계는 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)을 이용하여 제2 하드마스크층(450)을 식각하는 공정을 수행하고 이어서, 제2 셀 포토레지스트 패턴(465)의 하부에 위치하는 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)를 추가적으로 식각하는 공정을 진행할 수 있다. 이로서, 도 8a 및 8c에 도시되는 바와 같이, 기판(410)의 셀 영역에서 패턴 대상층(420)을 선택적으로 노출시키는 홀 패턴(456)을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 도 8b 및 8d에 도시되는 바와 같이, 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)을 이용하여 제2 하드마스크층(450)을 식각하는 공정을 수행하여, 기판(410)의 주변 영역에서 패턴 대상층(420)을 선택적으로 노출시키는 컨택 패턴(468)을 형성할 수 있다. 도 8b 및 8d에 도시되는 바와 같이, 컨택 패턴(458)은 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)이 정의하는 컨택 패턴 내부에 형성될 수 있다.
도 9a, 9b, 9d 및 9d를 참조하면, 제2 셀 하드마스크 패턴층(455) 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층(457)을 제거한다. 상술한 바와 같이, 제2 셀 하드마스크 패턴층(455) 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층(457)은 제1 셀 하드마스크 패턴층(435) 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)과 대비하여, 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 공지의 건식 식각 또는 습식 식각법을 수행함으로써, 제2 셀 하드마스크 패턴층(455) 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층(457)은 기판(410)으로부터 제거될 수 있다. 제2 셀 하드마스크 패턴층(455)이 제거됨에도 불구하고, 도 8a, 8b, 8c 및 8d와 관련되어 진행된 패터닝 공정에 의하여, 제2 셀 하드마스크 패턴층(455)의 패턴은 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)에 전사될 수 있다.
이와 반하여, 제2 버니어 하드마스크 패턴층(457)의 경우, 제2 버니어 포토레지스트 패턴(467)이 이미 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)과의 관계에서 오버레이 측정 기능을 수행한 바 있으므로, 제1 버니어 하드마스크 패턴층(435)에 추가적인 패턴 전사 없이 기판(410)으로부터 제거되어질 수 있다.
도면을 다시 참조하면, 제2 셀 하드마스크 패턴층(455)의 패턴이 추가적으로 전사된 제1 셀 하드마스크 패턴층(435)를 식각 마스크로 이용하여 패턴 대상층(425)을 식각할 수 있다. 이에 의하여, 도 9a 및 9c에 도시되는 바와 같이, 기판(410)의 셀 영역에 소정의 패턴층을 형성할 수 있다. 상기 패턴층은 일 예로서, 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴일 수 있다. 이와 함께, 제1 버니어 하드마스크 패턴층(437)를 식각 마스크로 이용하여 패턴 대상층(425)을 식각하여, 기판(410)의 주변 영역에 소정의 패턴층을 형성할 수 있다. 상기 패턴층은 일 예로서, 소정의 폭을 가지는 컨택 패턴일 수 있다.
도 4a 내지 9a, 4b 내지 9b, 4c 내지 9c 및 4d 내지 9d와 관련하여 상술한 실시예에서는 네가티브 톤의 포토레지스트층을 사용하고, 이에 상응하는 노광용 마스크(100)를 적용한 경우를 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 몇몇 실시예들에 있어서는 포지티브 톤(positive tone)의 포토레지스트층을 적용하고, 노광용 마스크도 포지티브 톤의 포토레지스트층에 대응하는 마스크를 사용하여 진행할 수 있다. 이 경우라도, 버니어 마스크 패턴은 가변 마스크 패턴부를 구비하며, 입사하는 노광 에너지의 크기에 따라 패턴 전사 여부가 결정되도록 구성할 수 있다. 이와 같이, 본 출원의 다른 실시 예로서, 포지티브 톤의 포토레지스트층을 사용하는 경우의 노광 마스크를 도 10에 도시하고 있다. 도 10을 참조하면, 노광 마스크(1000)는 마스크 기판(1005)상의 셀 마스크 패턴(1100)과 버니어 마스크 패턴(1200)을 포함한다. 노광 마스크(1000)는 불투광 패턴 영역과 투광 패턴 영역이 서로 반전된 것을 제외하고는 도 1의 노광 마스크(100)와 실질적으로 동일하다. 셀 마스크 패턴(1100)은 불투광성 패턴부(1110)를 포함할 수 있으며, 불투광성 패턴부(1110)는 일 예로서, 크롬층을 포함할 수 있다. 또한, 셀 마스크 패턴(1100)은 불투광성 패턴부(1110)을 제외한 부분에 해당되는 투광성 패턴부(1130)를 포함할 수 있다. 버니어 마스크 패턴(1200)은 불투광성 패턴부(1210), 가변 마스크 패턴부(1220) 및 투광성 패턴부(1230)을 포함할 수 있으며, 가변 마스크 패턴부(1220)는 노광 에너지의 크기에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 패턴 영역일 수 있다.
본 출원의 일 실시 예에 따르면, 가변 마스크 패턴부는 투광성 패턴부 또는 불투광성 패턴부와 인접하여 배치되며, 투광성 패턴부 또는 불투광성 패턴부의 형상과 유사할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 가변 마스크 패턴부의 패턴 전사가 노광 에너지에 따라 상이하게 발생된다는 조건을 만족하는 한 가변 마스크 패턴부의 형상은 상기 투광성 패턴부 또는 불투광성 패턴부의 형상과 상이할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시 예에서는 셀 마스크 패턴으로서, 홀 패턴을 예시하여 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 미세한 패턴의 구현이 요구되는 다양한 형상의 패턴에 적용될 수 있다.
본 출원의 일 실시 예에 따르면, 단일의 노광 마스크를 이용하여, 복수의 패터닝을 진행하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 즉, 단일의 노광 마스크를 이용하여 복수의 패터닝을 진행하는 경우에 형성되는 패턴층 사이의 오버레이 측정을 용이하게 할 수 있다. 이와 같이, 복수의 패터닝 방법은 일 예로서, 디램(DRAM) 소자의 스토리지노드 컨택홀의 형성에 적용될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 디램 소자의 다른 공정 단계에서도 적용될 수 있다. 또한, 디램 소자 뿐만 아니라, 플래시 소자, 저항성 반도체 소자 등과 같은 다른 반도체 소자의 공정에 폭넓게 적용될 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 노광 마스크, 105: 마스크 기판, 110: 셀 마스크 패턴, 111: 투광성 패턴부, 113: 불투광성 패턴부, 120: 버니어 마스크 패턴, 121: 투광성 패턴부, 122: 가변 마스크 패턴부, 123: 불투광성 패턴부,210, 220, 230: 가변 마스크 패턴부,
410: 기판, 420: 패턴 대상층, 425: 패턴층, 430: 제1 하드마스크층, 435: 제1 셀 하드마스크 패턴층, 437: 제1 버니어 하드마스크 패턴층, 445: 제1 셀 포토마스크 패턴, 447: 제1 버니어 포토마스크 패턴, 450: 제2 하드마스크층, 455: 제2 셀 하드마스크 패턴층, 457: 제2 버니어 하드마스크 패턴층, 465: 제2 셀 포토레지스트 패턴, 467: 제2 버니어 포토레지스트 패턴.
410: 기판, 420: 패턴 대상층, 425: 패턴층, 430: 제1 하드마스크층, 435: 제1 셀 하드마스크 패턴층, 437: 제1 버니어 하드마스크 패턴층, 445: 제1 셀 포토마스크 패턴, 447: 제1 버니어 포토마스크 패턴, 450: 제2 하드마스크층, 455: 제2 셀 하드마스크 패턴층, 457: 제2 버니어 하드마스크 패턴층, 465: 제2 셀 포토레지스트 패턴, 467: 제2 버니어 포토레지스트 패턴.
Claims (21)
- 마스크 기판의 셀 영역에 배치되는 셀 마스크 패턴; 및
상기 마스크 기판의 주변 영역에 배치되는 버니어 마스크 패턴을 포함하되,
상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 전사되는 패턴의 형태가 변화하는 가변 마스크 패턴부를 포함하는
반도체 소자용 노광 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부는 상기 노광 에너지에 따라 광투과율이 변화하는
반도체 소자용 노광 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부는
불투광성 마스크 패턴 부분과 투광성 마스크 패턴 부분을 포함하는
반도체 소자용 노광 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부는
라인 및 스페이스 패턴 또는 도트 및 스페이스 패턴을 포함하는
반도체 소자용 노광 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 셀 마스크 패턴은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함하는
반도체 소자용 노광 마스크. - 패턴 대상층을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 셀 영역에 전사되는 셀 마스크 패턴, 주변 영역에 전사되는 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지의 크기에 따라 전사되는 패턴의 형태가 변화하는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비하는 단계;
제1 노광 에너지를 이용하는 상기 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제1 셀 패턴층 및 제1 버니어 패턴층을 상기 기판의 상기 패턴 대상층 상에 형성하는 단계;
상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 패턴층과 중첩되지 않은 상태로 상기 제1 셀 패턴층 사이에 위치하도록 상기 노광 마스크를 상기 기판 상에서 이동 배치시키는 단계;
제2 노광 에너지를 이용하는 상기 노광 마스크의 노광 및 현상 공정을 적용하여, 제2 셀 패턴층 및 제2 버니어 패턴층을 상기 기판의 상기 패턴 대상층 상에 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 패턴층 및 상기 제2 버니어 패턴층에 서로 다른 형태로 전사시키는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부에서의 패턴 전사는
입사광이 상기 노광 에너지에 따라 상기 가변 마스크 패턴부에서 투과하는 광투과율에 의존하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제7 항에 있어서,
노광 에너지가 클수록, 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 증가하고, 노광 에너지가 작을수록, 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 감소하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부는
라인 및 스페이스 패턴 또는 도트 및 스페이스 패턴을 포함하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 제2 셀 패턴층은 상기 제1 셀 패턴층과 서로 중첩되지 않으며,
상기 제1 버니어 패턴층 및 상기 제2 버니어 패턴층은 상기 가변 마스크 패턴부의 전사 여부에 의하여 서로 차별되는 형상으로 형성되는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 제2 셀 패턴층은 상기 제1 셀 패턴층과 이격되어 배치되며,
상기 제1 버니어 패턴층 및 상기 제2 버니어 패턴층 중 어느 하나의 패턴은 다른 하나의 패턴 내부에 형성되는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 셀 패턴층 및 상기 제2 셀 패턴층은 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 포함하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 셀 패턴층과 상기 제2 셀 패턴층은 동일한 형태를 가지도록 형성되는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 패턴 대상층을 구비하는 기판을 준비하는 단계;
상기 패턴 대상층 상에 제1 하드마스크층을 형성하는 단계;
셀 마스크 패턴 및 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비하는 단계;
제1 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 전사시켜, 상기 제1 하드마스크층 상에 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제1 셀 하드마스크 패턴층 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층을 형성하는 단계;
상기 패턴 대상층 상에 제2 하드마스크층을 형성하는 단계;
상기 노광 마스크를 상기 제2 하드마스크층 상에 배치하되, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 하드마스크 패턴과 중첩되지 않도록 위치시키는 단계;
제2 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 전사시켜 상기 제2 하드마스크층 상에 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제2 셀 하드마스크 패턴층 및 제2 버니어 하드마스크 패턴층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 셀 하드마스크 패턴층, 상기 제1 버니어 하드마스크 패턴층, 상기 제2 셀 하드마스크 패턴층 및 상기 제2 하드마스크 패턴층의 패턴을 이용하여, 상기 패턴 대상층을 패터닝하는 단계를 포함하되,
상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴에 서로 다른 형태로 전사시키는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부에서의 패턴 전사는
입사광이 상기 노광 에너지에 따라 상기 가변 마스크 패턴부에서 투과하는 광투과율에 의존하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제14 항에 있어서,
노광 에너지가 클수록, 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 증가하고,
노광 에너지가 작을수록, 상기 가변 마스크 패턴부에서의 광투과율이 감소하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 가변 마스크 패턴부는
라인 및 스페이스 패턴 또는 도트 및 스페이스 패턴을 포함하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 패턴 대상층 상에 제2 셀 하드마스크 패턴층을 형성하는 단계는
상기 제2 셀 포토마스크 패턴을 이용하여 상기 제2 하드마스크층을 식각하는 단계; 및
상기 제2 셀 포토마스크 패턴의 하부에 위치하는 제1 셀 하드마스크 패턴층을 추가적으로 식각하는 단계를 포함하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제18 항에 있어서,
상기 패턴 대상층을 패터닝하는 단계는
상기 추가적으로 식각된 제1 셀 하드마스크 패턴층을 식각 마스크로 사용하여, 상기 패턴 대상층을 식각하는 단계를 포함하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 제18 항에 있어서,
상기 패턴 대상층을 패터닝하는 단계는
상기 기판의 셀 영역에 복수의 열 및 행을 따라 배열되는 홀 패턴을 형성하는
반도체 소자의 패턴 형성 방법. - 패턴 대상층을 구비하는 기판을 준비하는 단계;
상기 패턴 대상층 상에 제1 하드마스크층을 형성하는 단계;
셀 마스크 패턴 및 버니어 마스크 패턴을 포함하되, 상기 버니어 마스크 패턴은 노광 에너지에 따라 패턴의 전사 여부가 결정되는 가변 마스크 패턴부를 구비하는 노광 마스크를 준비하는 단계;
제1 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 노광 및 현상하여 상기 제1 하드마스크층 상에 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 셀 포토레지스트 패턴 및 제1 버니어 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 제1 하드마스크층을 패터닝하여, 상기 패턴 대상층 상에 제1 셀 하드마스크 패턴층 및 제1 버니어 하드마스크 패턴층을 형성하는 단계;
상기 패턴 대상층 상에 제2 하드마스크층을 형성하는 단계;
상기 노광 마스크를 상기 제2 하드마스크층 상에 배치하되, 상기 셀 마스크 패턴이 상기 제1 셀 하드마스크 패턴과 중첩되지 않도록 위치시키는 단계;
제2 노광 에너지를 이용하여 상기 노광 마스크의 패턴을 노광 및 현상하여 상기 제2 하드마스크층 상에 제2 셀 포토레지스트 패턴 및 제2 버니어 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1 버니어 하드마스크 패턴층과 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴 사이의 오버레이를 측정하는 단계를 포함하되,
상기 제1 노광 에너지 및 상기 제2 노광 에너지는 상기 가변 마스크 패턴부의 패턴을 상기 제1 버니어 포토레지스트 패턴 및 상기 제2 버니어 포토레지스트 패턴에 서로 다른 형태로 전사시키는
반도체 소자의 오버레이 측정 방법.
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