KR0132750B1 - 초 미세팬턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 초 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 라인/스페이스 패턴의 일측으로 부터 홀수번째 위치에 라인/스페이스 패턴이 구비되고, 짝수번째 위치에 위상반전층이 구비된 제1노광 마스크를 이용하여 반도체기판 상부의 감광막을 제1노광시키는 공정과, 라인/스페이스 패턴의 일측으로부터 홀수번째 위치에 위상반전층이 구비되고 홀수번째 위치에 라인/스페이스 패턴이 구비된 제2노광 마스크를 이용하여 반도체기판 상부의 감광막을 제2노광시키는 공정과, 상기 감광막이 중첩노광된 부분을 현상하는 공정으로 초미세 패턴을 형성하여 반도체소자의 고집적화에 가능하게 하는 기술이다.

Description

초 미세패턴 형성방법

제1도는 종래기술에 의해 미세패턴을 형성하는 방법을 도시한 단면도.

제2도는 제1도와는 다른 종래기술에 의해 미세패턴을 형성하는 방법을 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에 의해 미세패턴을 형성하는 방법을 도시한 단면도.

제4도는 감광막에 노광하는 노광 에너지를 변화증가시킬때 현상공정에서 감광막이 제거되는 두께를 도시한 그래프도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광 2 : 크롬패턴

3 : 석영기판 4 : 1차 노광영역

5 : 비노광영역 6 : 2차 노광영역

10 : 웨이퍼 11 : 감광막

12,14 : 1차 노광시 광 강도 13,16 : 2차 노광시 광 강도

15,18 : 1차, 2차 광 강도의 합

본 발명은 반도체 소자의 초 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 리소그라피 공정에서 미세패턴의 해상력을 증대시키기 위하여 조밀한 패턴을 두 개의 마스크로 분리하면서 위상 반전층을 크롬 패턴 사이에 첨가시킨 마스크를 감광막에 중첩노광시키는 초 미세패턴 형성방법 및 초 미세패턴용 마스크에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서 미세패턴을 형성하는 방법은 여러가지가 있다. 즉, 콘트라스트를 향상시키는 방법으로 PSM(phase shift mask), TLR(tri level resist)공정 및 짧은 파장길이의 축소 노광장치를 사용하는 방법등이 있다.

제1도는 종래의 기술에 짧은 파장길이의 축소 노광장치를 사용하여 감광막 패턴을 형성하기 위하여 노광시킨 단면도로서, 석영기판(3)상에 크롬패턴(2)을 미세한 간격으로 형성한 마스크를 축소 노광장치에 장착하고 광(1)을 웨이퍼(10)상의 감광막(11)에 노광시킨 단면도이다.

그러나, 분해능 한계의 미세패턴 형성시 포토마스크를 투과한 광이 심한 회절(diffraction)을 일으킴으로 인하여 마스크패턴 이미지 콘트라스트(image contrast)가 낮아 웨이퍼 상의 감광막에 그 패턴을 정확하게 전사시킬 수 없는 문제점이 발생된다.

그래서 종래에 이러한 미세패턴이 형성된 마스크 사용시 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 밀집된 패턴을 두개의 마스크에 분리 형성한 마스크를 중첩 노광시키는 방법을 개발하였다. 제2도를 참조하여 설명하면 (a)는 제1도에 도시한 크롬패턴을 두 개의 마스크에 분리형성하되 크롬패턴(2)을 한칸씩 걸러 형성한 제 1 마스크(30)를 이용하여 웨이퍼(10)에 도포된 감광막(11)을 1차로 노광시켜 1차 노광영역(4)을 형성한 단면도이다. 여기서 도면부호 5는 비노광영역을 도시한다. 여기서, 주지할점은 제 1 마스크(30)를 이용하여 노광하는 노광에너지는 현상액에서 감광막이 현상되지 않을 정도의 낮은 에너지를 사용한다. (b)는 제 1 마스크(30)를 통과하는 광의 강도를 도시한 그래프로서 크롬패턴이 없는 스페이스 중앙부에서 강도가 크고, 크롬패턴의 가장자리에서 기울기가 발생됨을 도시한다.

(c)는 상기 제 1 마스크(30)에 형성되지 않은 크롬패턴(2)을 석영기판(3)에 형성시킨 제 2 마스크(40)를 이용하여 상기 감광막(11)을 2차로 노광시킨 단면도이다. (d)는 1차 노광시 광 강도(12)와 2차 노광시 광 강도(13)와 1차, 2차 노광시 광 강도를 합한 강도(15)를 도시한 그래프로서, 노광될 지역에서 최대 광 강도(I_max)가 높게 나타나지만 노광되지 않을 부분에서도 최소 광 강도(I_min)가 1차 노광시 나타나는 광 강도 만큼 유지 됨을 도시한다. 여기서, I_min값은 레지스트에서 광반응하지 않는 에너지 값이다.

이와 같이 마스크를 제 1, 제 2 마스크로 나누어 중첩 노광시킴으로 광이 마스크를 통과하면서 회절되는 문제는 많이 해결 되었으나, 패턴의 가장자리 이미지 콘트라스트 곡선 기울기가 완만하고, 패턴과 패턴사이의 스페이스를 통과하는 광의 강도가 패턴 가장자리부와 이미지 강도 차이가 심하여 중첩 노광법의 미세 패턴이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 밀도가 높은 패턴을 갖는 마스크를 제1, 제 2 마스크로 나누되 각각의 마스크에 위상이 반전되도록하는 위상반전층을 구비시키고 이들을 이용한 중첩노광방법으로 초 미세패턴을 형성할 수 있는 초 미세패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 초미세패턴의 형성방법은, 라인/스페이스 패턴의 초미세 패턴 형성방법에 있어서,

라인/스페이스 패턴의 일측으로 부터 홀수번째 위치에 라인/스페이스 형상의 차광패턴이 구비되고, 짝수번째 위치에 위상반전층패턴이 구비된 제1노광 마스크를 이용하여 반도체 기판 상부의 감광막을 제1노광시키는 공정과,

라이/스페이스 패턴의 일측으로 부터 홀수번째 위치에 위상반전층패턴이 구비되고 홀수번째 위치에 라인/스페이스 형상의 차광패턴이 구비된 제2노광마스크를 이용하여 반도체기판 상부의 감광막을 제2노광시키는 공정과,

상기 감광막의 중첩노광된 부분을 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 미세패턴 형성에 의하면 크롬패턴 가장자리 이미지 콘트라스트 곡선 기울기가 완만하게 되는것을 방지하고 패턴과 패턴 사이의 스페이스를 통과하는 광의 강도가 스페이스 중앙부에서 다소 감소시킴으로서 감광막에 노광 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제3도는 본 발명에 의해 중첩 노광방법을 이용한 감광막 미세패턴 형성방법을 도시한 도면으로서,

(a)는 석영기판(3)에 크롬패턴(2)이 한칸씩 걸러 형성되고, 크롬패턴이 제거된 위치에서 위상반전이 발생되도록 석영기판(3)의 두께(t2)에서 일정두께를 식각하여 t1 두께를 갖도록 한 제 1 마스크(50)를 이용하여 웨이퍼(10)에 도포된 감광막(11)을 1차 노광시켜 1차 노광영역(4)과 비노광영역(5)으로 구분됨을 도시한 단면도이다. 참고로, 상기 위상반전이 발생되도록 하기 위하여 석영기판의 일정 두께를 식각하는 대신에 위상반전층을 형성할 수도 있다. 상기의 t2-t1의 두께 차이는 Δt = λ / 2 (n-1)(여기서 n은 굴절율, λ는 파장)로 되도록 한다.

(b)는 상기 제 1 마스크(50)에 형성되지 않은 크롬패턴(2)을 석영기판(3)에 형성시킨 제 1 마스크(40)를 이용하여 상기 감광막(11)을 노광시킬 때 광 강도를 도시한 것이다. 여기서, 주지할 점은 제 1 마스크(30)를 이용하여 노광하는 노광에너지는 현상액에서 감광막이 현상되지 않을 정도의 낮은 에너지와 이에 적합한 감광막을 사용한다.

(c)는 석영기판(3)에 제 1 마스크(50)에 형성되지 않은 부분에 크롬패턴(2)을 형성하고, 크롬패턴이 제거된 위치에서 위상반전이 발생되도록 석영기판(3)의 두께(t2)에서 일정두께를 식각하여 t1두께를 갖도록한 제 2 마스크(60)를 이용하여 상기 제 1 마크(50)에 의해 1차적으로 노광된 감광막(11)을 2차 노광시켜 2차 노광지역(6)을 도시한 단면도이다.

(d)는 상기 제 1 마스크(50)와 제 2 마스크(60)를 통과하는 광의 강도를 도시한 그래프도로서 도면 부호 14는 1차 노광된 광의 강도, 16은 2차 노광된 광의 강도, 18은 1차 및 2차 노광된 광의 강도를 합한것으로 노광 될 부분은 최대 광 강도(I_max)로 나타나고, 광 강도의 중간치(I_mid) 정도에서 현상조건을 맞추어 주면 노광 이미지 콘트라스트가 향상된 감광막패턴을 얻을 수 있다. 여기서 I_min값은 레지스트에서 광반응하지 않는 에너지 값이다.

제4도는 감광막에 노광되는 노광 에너지를 증대시킴에 따라 현상공정 후 남는 감광막 두께를 도시한 그래프도로서, 두께 T를 갖는 감광막은 노광에너지 Eth 까지는 현상공정에서 현상이 되지 않고 Eth 이상되는 노광에너지에서 서서히 현상 되며 Eo 부터는 완전히 감광막이 현상공정에서 제거된다. 따라서 본 발명의 1차 노광 및 2차 노광시 노광에너지가 Eth 이내로 해야 한다.

상기한 본 발명의 2중 중첩 노광법에 의하면 긴파장을 가지는 축소축소노광장치로도 초 미세 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 두개의 마스크를 중첩시킬 때 발생되는 낮은 콘트라스트를 위상반전이 발생될 수 있는 물질 또는 구성을 마스크에 구비시켜 노광 콘트라스트를 증대시킨다. 그로 인하여 초미세패턴의 형성이 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 중첩 노광하는 방법을 사용하여 0.2㎛급 패턴을 I-라인(λ=365㎚) 스테퍼(stepper)로 쉽게 초미세 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (2)

1. 라인/스페이스 패턴의 초미세 패턴 형성방법에 있어서, 라인/스페이스 패턴의 일측으로 부터 홀수번째 위치에 라인/스페이스 형상의 차광패턴이 구비되고, 짝수번째 위치에 위상반전층패턴이 구비된 제1노광마스크를 이용하여 반도체기판 상부의 감광막을 제1노광시키는 공정과, 라인/스페이스 패턴의 일측으로 부터 홀수번째 위치에 위상반전층패턴이 구비되고 홀수번째 위치에 라인/스페이스 형상의 차광패턴이 구비된 제2노광마스크를 이용하여 반도체기판 상부의 감광막을 제2노광시키는 공정과, 상기 감광막의 중첩노광된 부분을 현상하는 공정을 포함하는 초 미세패턴 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1차 및 제2차 노광공정은 각각 두번의 노광공정으로 현상될 수 있도록 Eth 이내의 노광에너지로 실시하는 것을 특징으로 하는 초 미세 패턴 형성방법