KR20090069091A - How to Form an Overlay Vernier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SPT(Spacer Patterning Technology) 공정에서 오버레이 버니어 또는 정렬 키(alignment key)를 다수의 홀로 구현하여 600nm 정도의 파장을 갖는 광원을 사용하는 오버레이 장비나 노광 장비에서도 오버레이 측정이나 노광 공정의 정렬이 가능한 기술을 개시한다.According to the present invention, the overlay vernier or alignment key is implemented as a plurality of holes in the SPT process, and the overlay measurement or the exposure process may be aligned in the overlay equipment or the exposure equipment using a light source having a wavelength of about 600 nm. Discuss possible techniques.
Description
본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SPT 공정에서 오버레이 버니어 또는 정렬 키(alignment key)를 다수의 홀로 구현하여 600nm 정도의 파장을 갖는 광원을 사용하는 오버레이 장비나 노광 장비에서도 오버레이 측정이나 노광 공정의 정렬이 가능한 오버레이 버니어 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly, to overlay in a overlay device or an exposure device using a light source having a wavelength of about 600 nm by implementing the overlay vernier or alignment key in a plurality of holes in the SPT process An overlay vernier forming method capable of aligning a measurement or an exposure process.
일반적으로 리소그라피 공정(lithography process)은 웨이퍼 상에 감광막을 도포한 후 노광 및 현상을 수행하는 공정으로서 마스크를 필요로 하는 식각 공정이나 이온 주입 공정 이전에 수행된다. In general, a lithography process is a process of performing exposure and development after applying a photoresist on a wafer, and is performed before an etching process or an ion implantation process requiring a mask.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 회로를 구성하는 패턴의 크기 및 간격(pitch)이 점점 감소하고 있다. As semiconductor devices are highly integrated, the size and pitch of patterns constituting a circuit are gradually decreasing.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 가공 공정 중 리소그라피 공정 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크를 통해 나오는 빛의 양을 적절히 조절하고, 새로운 감광제의 개발, 고구경(high numerical aperture) 렌즈를 사용하는 스 캐너(scanner)의 개발, 변형된 마스크를 개발하는 등의 노력에 의해 반도체 소자 제조 장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복하고 있다.As semiconductor devices become more integrated, the lithography process technology in the machining process refines the mask design to properly control the amount of light exiting the mask, develop new photosensitizers, and use scanners with high numerical aperture lenses. The technical limitations of the semiconductor device manufacturing apparatus are overcome by efforts such as developing a scanner and developing a modified mask.
하지만, 현재 사용되는 광원, 예를 들어 KrF, ArF 등을 사용하여 진행하는 노광 및 해상 능력의 한계로 인하여 원하는 패턴의 폭 및 간격을 형성하기 어려운 실정이다. However, due to limitations in exposure and resolution ability that proceed with current light sources, for example, KrF, ArF, etc., it is difficult to form a width and an interval of a desired pattern.
이에 미세한 패턴의 크기 및 간격을 갖는 감광막 패턴을 형성하기 위한 여러 가지 연구가 계속되고 있다. Accordingly, various studies for forming a photosensitive film pattern having a fine pattern size and spacing are continued.
그 중의 한 가지 방법은 두 번의 리소그라피 공정을 수행하여 패턴을 형성하는 DPT(Double Patterning Technology) 방법이 있고, 다른 방법으로는 스페이서를 이용하여 패턴을 형성하는 SPT(Spacer Patterning Technology)가 사용되고 있다.One method is a double patterning technology (DPT) method for forming a pattern by performing two lithography processes, and another method is a space patterning technology (SPT) for forming a pattern using a spacer.
한편, 집적 소자의 제조 공정은 리소그라피 공정 등을 적용하여 다층 패턴을 형성하는 과정으로 이루어지기 때문에 상 하부 층 패턴 간의 정확한 정렬(alignment)이 요구된다.On the other hand, since the fabrication process of the integrated device is a process of forming a multi-layered pattern by applying a lithography process or the like, accurate alignment between upper and lower layer patterns is required.
공정의 전후 단계에서 형성된 상하부 층 패턴 간의 정렬 상태를 나타내는 지수가 오버레이 정확도(overlay accuracy)이다. 이러한 오버레이 정확도는 반도체 소자의 고집적화에 따라 중요한 변수로써 작용한다.The overlay accuracy is an index indicating the alignment between the upper and lower layer patterns formed at the front and rear stages of the process. This overlay accuracy acts as an important variable according to the high integration of the semiconductor device.
여기서, 오버레이 정확도는 웨이퍼의 스크라이브 레인(scribe lane)에 형성되는 오버레이 버니어(overlay vernier)를 이용하여 측정한다.Here, overlay accuracy is measured using an overlay vernier formed in a scribe lane of the wafer.
오버레이 버니어는 이전 공정에서 하부 층에 형성된 모 버니어(어미자)와 현재 공정에서 현재 층에 형성되는 자 버니어(아들자)로 구성하여 두 층 사이의 정렬 상태를 측정하기 위해 어긋난(misalignment) 정도를 측정한다.The overlay vernier consists of the parent vernier (mother) formed in the lower layer in the previous process and the child vernier (son) formed in the current layer in the current process to measure the degree of misalignment to measure the alignment between the two layers. .
통상적으로 모 버니어는 실제 패턴과 동일한 물질의 정사각형 모양의 띠 모양으로 패턴을 형성하고, 자 버니어는 감광막 패턴으로 정사각형 박스 형태(box type)의 트랜치를 형성한다.Typically, the parent vernier forms a pattern in the shape of a square strip of the same material as the actual pattern, and the vernier forms a square box type trench in a photoresist pattern.
또한, 모 버니어는 하부 층의 공정에 따라 트랜치 형태(trench type) 또는 메사 형태(mesa type)의 패턴을 형성하고, 자 버니어는 현재 공정에서 이전 공정의 모 버니어를 측정할 수 있도록 트랜치 형태의 패턴을 형성하는 방법을 주로 사용하고 있다.In addition, the parent vernier forms a trench type or mesa type pattern according to the process of the lower layer, and the child vernier forms a trench type pattern to measure the parent vernier of the previous process in the current process. The method of forming the is mainly used.
일반적인 오버레이 버니어는 모 버니어와 자 버니어의 모양에 따라 바 인 바(bar in bar), 박스 인 박스(box in box), 바 인 박스(bar in box) 또는 다수의 사각형 패턴으로 구현되는 AIM(Application Interpreted Model) 등으로 구분한다.A typical overlay vernier is an application that is implemented in a bar in bar, box in box, bar in box, or multiple rectangular patterns, depending on the shape of the parent vernier and the child vernier. Interpreted Model).
도 1a 내지 도 1d는 일반적인 SPT를 이용한 오버레이 버니어 형성 방법을 나타낸 단면도들이다. 여기서, (i)은 평면도이며, (ii)는 (i)의 A-A'를 따라 절단한 단면도를 나타낸다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming an overlay vernier using a general SPT. Here, (i) is a top view and (ii) shows sectional drawing cut along A-A 'of (i).
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(110) 상부에 플라즈마 산화막(plasma enhanced oxide; PEOXIDE) 및 제 1 폴리 실리콘(poly Si)을 형성하고, 버니어 마스크를 이용하여 제 1 폴리 실리콘 및 플라즈마 산화막을 식각하여 사각형 메사(mesa) 형태의 제 1 폴리 실리콘 패턴(114) 및 플라즈마 산화막 패턴(112)을 형성한다. 여기서, 제 1 폴리 실리콘 패턴(114) 및 플라즈마 산화막 패턴(112)은 제 1 버니어 패턴(116)을 형성한다. 또한, 제 1 버니어 패턴(116)을 형성하는 방법은 제 1 폴리 실리콘을 패터닝하기 위해 제 1 폴리 실리콘 상부에 하드 마스크 물질층을 형성한다. 이때, 일반적으로 하드 마스크 물질층을 비정질 탄소로 형성하고, 필요에 따라 비정질 탄소층 상부에 실리콘 질산화막(SiON)을 증착할 수 있다. 또한, 하드 마스크 물질층 상부에 감광막(photoresist)을 도포하고 버니어 마스크를 이용한 노광 공정을 통해 감광막 패턴을 형성하고, 그 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하드 마스크 물질층을 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성한다. 이때, 필요에 따라 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)를 감광막 아래에 도포할 수 있다. 이어서 비정질 탄소 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제 1 폴리 실리콘 및 플라즈마 산화막을 식각하여 제 1 버니어 패턴(116)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a plasma enhanced oxide (PEOXIDE) and a first polysilicon are formed on a
도 1b를 참조하면, 제 1 버니어 패턴(116)을 포함하는 반도체 기판(110) 상부에 스페이서 물질층(118) 및 제 2 폴리 실리콘(120)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
도 1c 및 도 1d를 참조하면, 제 2 폴리 실리콘(120)에 대해 에치백(etch back)을 수행하여 제 1 버니어 패턴(116) 상부에 형성된 스페이서 물질층(118)을 노출하고 제 1 버니어 패턴(116) 외곽에 제 2 폴리 패턴(120a)을 형성한다. 1C and 1D, the
제 2 폴리 실리콘 패턴(120a)을 식각 마스크로 이용하여 제 1 버니어 패턴(116) 상부에 노출된 스페이서 물질층(118) 및 제 1 버니어 패턴(116)과 제 2 폴리 패턴(120a) 사이의 스페이스 물질층(118)을 식각하여 스페이서 물질 패턴(118a)을 형성한다. 여기서, 제 2 폴리 패턴(120a) 및 스페이서 물질 패턴(118a)이 제 2 버니어 패턴(122)을 형성하여, 제 1 버니어 패턴(116)과 제 2 버니어 패턴(122) 사이의 영역에 사각형 띠 모양의 트랜치(124)가 형성되어 모 버니어를 형성한다. The
하지만, 일반적인 SPT를 이용한 오버레이 버니어 형성 방법의 경우 셀 영역에 형성되는 셀 패턴보다 큰 버니어(vernier) 또는 정렬 마크(alignment mark)를 한 번에 형성하는 경우 SPT 공정의 특성상 버니어 또는 정렬 마크의 스페이서에 의해 형성된 트랜치 크기가 너무 작기 때문에 현재 사용 중인 오버레이 측정 장비의 능력으로 측정할 수 없는 문제가 발생한다.However, in the case of forming an overlay vernier using a typical SPT, when forming a vernier or alignment mark larger than a cell pattern formed in a cell region at one time, it is formed on the spacer of the vernier or alignment mark due to the characteristics of the SPT process. The trench size formed by this is too small to measure with the capabilities of the overlay measurement equipment currently in use.
본 발명은 SPT 공정에서 오버레이 장비나 노광 장비에서도 오버레이 측정이나 노광 공정의 정렬이 가능한 오버레이 버니어 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an overlay vernier forming method capable of aligning the overlay measurement or exposure process in the overlay equipment or exposure equipment in the SPT process.
본 발명에 따른 오버레이 버니어 형성 방법은The overlay vernier forming method according to the present invention
반도체 기판 상부에 제 1 마스크 물질층을 형성하는 단계;Forming a first mask material layer over the semiconductor substrate;
버니어 마스크를 이용하여 상기 제 1 마스크 물질층을 식각하여 버니어가 형성되는 영역에 다수의 홀을 정의한 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계;Etching the first mask material layer using a vernier mask to form a first vernier pattern defining a plurality of holes in a region where vernier is formed;
상기 홀을 포함하는 상기 제 1 버니어 패턴 상부에 스페이서 물질층을 형성하는 단계;Forming a spacer material layer on the first vernier pattern including the hole;
상기 스페이서 물질층 상부에 제 2 마스크 물질층을 형성하는 단계;Forming a second mask material layer over the spacer material layer;
상기 제 2 마스크 물질층에 대해 에치백(etch back)을 수행하여 상기 홀 내 부에 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및Etching back the second mask material layer to form a second mask pattern in the hole; And
상기 제 2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 스페이서 물질층을 식각하여 스페이서 물질 패턴을 형성하여 상기 제 2 마스크 패턴 및 상기 스페이서 물질 패턴으로 구현된 제 2 버니어 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.And etching the spacer material layer using the second mask pattern as an etch mask to form a spacer material pattern to form a second vernier pattern formed of the second mask pattern and the spacer material pattern.
또한, 상기 반도체 기판 상부에 플라즈마 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하고,The method may further include forming a plasma oxide layer on the semiconductor substrate.
상기 제 1 마스크 물질층 및 상기 제 2 마스크 물질층은 폴리 실리콘을 포함하고,The first mask material layer and the second mask material layer comprise polysilicon,
상기 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 제 1 버니어 패턴 상부에 형성된 스페이서 물질층을 부분 식각하여 상기 제 1 버니어 패턴을 노출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the second mask pattern may further include exposing the first vernier pattern by partially etching the spacer material layer formed on the first vernier pattern.
본 발명은 SPT 공정에서 오버레이 버니어 또는 정렬 키(alignment key)를 다수의 홀로 구현하여 600nm 정도의 파장을 갖는 광원을 사용하는 오버레이 장비나 노광 장비에서도 오버레이 측정이나 노광 공정의 정렬이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, the overlay vernier or the alignment key is implemented as a plurality of holes in the SPT process, so that the overlay measurement or the exposure process can be aligned even in the overlay equipment or the exposure equipment using a light source having a wavelength of about 600 nm.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형 태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the spirit of the present invention is thoroughly and completely disclosed, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will be fully delivered. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 SPT 공정에서 오버레이 버니어를 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다. 여기서, (i)은 평면도이며, (ii)는 (i)의 B-B'를 따라 절단한 단면도를 나타낸다. 2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming an overlay vernier in an SPT process according to the present invention. Here, (i) is a top view, and (ii) shows sectional drawing cut along BB 'of (i).
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(210) 상부에 플라즈마 산화막(plasma enhanced oxide; PEOXIDE) 및 제 1 폴리 실리콘층(poly Si)을 순차적으로 형성한다. Referring to FIG. 2A, a plasma enhanced oxide (PEOXIDE) and a first polysilicon layer (poly Si) are sequentially formed on the
이어서, 버니어 마스크를 이용하여 제 1 폴리 실리콘층 및 플라즈마 산화막을 식각하여 제 1 폴리 패턴(214) 및 플라즈마 산화막 패턴(212)을 형성하고, 제 1 폴리 패턴(214) 및 플라즈마 산화막 패턴(212)이 버니어가 형성되는 영역에 다수의 홀(hole)(215)을 정의하는 제 1 버니어 패턴(216)을 형성한다. 이때, 제 1 버니어 패턴(216)을 형성하는 방법은 제 1 폴리 실리콘(214)을 패터닝하기 위해 제 1 폴리 패턴(214) 상부에 하드 마스크 물질층을 형성한다. 이때, 일반적으로 하드 마스크 물질층은 비정질 탄소로 형성하고, 필요에 따라 비정질 탄소 상부에 실리콘 질산화막(SiON)을 증착할 수 있다. 또한, 하드 마스크 물질층 상부에 감광막(photoresist)을 도포하고, 버니어 마스크를 이용한 노광 공정을 통해 감광막 패턴을 형성하고, 그 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하드 마스크 물질층을 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성한다. 이때, 필요에 따라 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)를 감광막 아래에 도포할 수 있다. 이어서 비정질 탄소 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제 1 폴리 실리콘 층 및 플라즈마 산화막을 식각하여 제 1 버니어 패턴(216)을 형성한다.Subsequently, the first polysilicon layer and the plasma oxide film are etched using the vernier mask to form the
도 2b를 참조하면, 홀(215)을 포함하는 제 1 버니어 패턴(216) 상부에 스페이서 물질층(218) 및 제 2 폴리 실리콘층(220)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2B, the
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 제 2 폴리 실리콘층(220)에 대해 에치백(etch back)을 수행하여 제 1 버니어 패턴(216) 상부에 형성된 스페이서 물질층(218)을 노출하고, 홀(115) 내부에 제 2 폴리 패턴(220a)을 형성한다.Referring to FIGS. 2C and 2D, the
노출된 스페이서 물질층(218)을 부분 식각하여 제 1 버니어 패턴(216)을 노출시킨다.The exposed
제 2 폴리 패턴(220a)을 식각 마스크로 이용하여 스페이서 물질층(218)을 식각하여 스페이서 물질 패턴(218a)을 형성한다.The
따라서, 제 1 버니어 패턴(216)에 의해 정의된 홀(215) 내부에 제 2 폴리 패턴(220a) 및 스페이서 물질 패턴(218a)에 의해 구현되는 제 2 버니어 패턴(222)을 형성한다.Accordingly, a
여기서, 제 1 버니어 패턴(216) 및 제 2 버니어 패턴(222) 사이에 형성된 트랜치로 구현된 홀들이 하나의 모 버니어를 형성한다. 이때, 오버레이 장치는 다수의 홀 어레이를 하나의 모 버니어로 인식하여 이 후 모 버니어 상부에 자 버니어를 형성하여 오버레이 정확도를 측정할 수 있다. Here, holes formed of trenches formed between the
상기한 바와 같은 본 발명은 SPT 공정에서 오버레이 버니어 또는 정렬 키(alignment key)를 다수의 홀로 구현하여 600nm 정도의 파장을 갖는 광원을 사용하는 오버레이 장비나 노광 장비에서도 오버레이 측정이나 노광 공정의 정렬이 가능한 기술을 개시한다.As described above, in the SPT process, the overlay vernier or alignment key can be implemented as a plurality of holes, so that the overlay measurement or the exposure process can be aligned in the overlay equipment or the exposure equipment using a light source having a wavelength of about 600 nm. Discuss the technique.
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. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
도 1a 내지 도 1d는 일반적인 SPT를 이용한 오버레이 버니어 형성 방법을 나타낸 단면도들이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming an overlay vernier using a general SPT.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 오버레이 버니어를 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming an overlay vernier according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
210: 반도체 기판 212: 플라즈마 산화막 패턴210: semiconductor substrate 212: plasma oxide film pattern
214: 제 1 폴리 패턴 215: 홀214: first poly pattern 215: hole
216: 제 1 버니어 패턴 218: 스페이서 물질층216: first vernier pattern 218: spacer material layer
218a: 스페이서 물질 패턴 220: 제 2 폴리 실리콘층218a: spacer material pattern 220: second polysilicon layer
220a: 제 2 폴리 패턴 222: 제 2 버니어 패턴220a: second poly pattern 222: second vernier pattern
Claims (4)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8802551B1 (en) | 2013-02-21 | 2014-08-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating a semiconductor device using voids in a sacrificial layer |
US9159560B2 (en) | 2013-02-07 | 2015-10-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming hole patterns of semiconductor devices |
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2007
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20071224 |
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PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |