KR0165524B1 - 포토리소그래피 공정의 노광방법 - Google Patents
포토리소그래피 공정의 노광방법Info
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Abstract
본 발명은 포토리소그래피 공정의 노광 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 반도체 기판 위에 적층된 포토레지스트막을 상기 포토레지스트막상의 광 투과 영역을 한정하는 소정의 패턴에 따라 전자 빔을 사용하여 노광하기 위하여 상기 소정의 패턴을 사용하여 소정의 광량을 가지는 제1 도즈량으로 1차 노광을 행하는 단계와, 상기 소정의 패턴중 충실도가 취약한 부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴을 사용하여 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 별도의 추가 노광에 의해 포토마스크의 충실도를 증가시킬 수 있으며, 추가 노광시의 도즈량을 조절함으로써 포커스 마진을 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 기술에 의해 반도체 장치의 패턴을 형성하기 위한 노광 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막이나 도전성막 등, 패턴을 형성하여야 할 막 위에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 포토레지스트막을 형성하고, 이 포토레지스트막의 소정 부위를 광선에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극 등과 같은 각종 패턴을 형성한다.
최근의 반도체 장치가 고집적화 및 고밀도화되어감에 따라, 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 전자 빔, 이온 빔 또는 X선을 이용한 노광법이나, 광원의 회절광을 이용한 변형 조명 방법, 새로운 레지스트 재료나 레지스트 처리 방법 등에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다.
반도체 메모리 장치의 집적도가 급격하게 증가함에 따라 포토마스크를 사용한 패턴 형성시에 패턴이 설계대로 형성되는 패턴 충실도(fidelity)가 감소되고 있다.
여기서 사용하는 용어 패턴 충실도는 포토마스크상에 최종적으로 형성된 패턴의 면적을 원래 설계된 패턴의 면적과 대비하여 나타낸 면적비를 의미한다.
그에 따라, 패턴 충실도를 증가시키기 위한 방법으로서 OPC(Optical Proximity Correction) 기술을 이용하여 웨이퍼상의 근접 효과(proximity effect)를 보정하거나, DLC(Dummy Lined Contact)의 더미 패턴에 의존하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서도 256M, 1기가(giga)급의 경우에는 사실상 0.3μm 이하의 사이즈를 요구한다. 이는 현재 일반적으로 사용되고 있는 전자 빔 리소그래피 장치의 10KeV 가속 전압으로는 정확한 패턴 형성이 불가능하고, 특히 콘택 패턴의 경우에는 1.0μm 이하의 사이즈에서 CD(Critical Dimension)의 선형성(linearity)을 확보하기 어려워서 패턴 충실도를 증가시키기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 패턴 충실도를 증가시킬 수 있는 포토리소그래피 공정의 노광 방법을 제공하는 것이다.
도 1는 포토마스크를 형성하기 위하여 반도체 기판상의 포토레지스트막상에 1차 노광을 행하는 단계에서 사용되는 소정 형상으로 설계된 패턴을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 2차 노광을 행할 때 사용되는 포토마스크의 보정 패턴을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따라 2차 노광을 행할 때 사용되는 포토마스크의 보정 패턴을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2차 노광을 행할 때 사용되는 포토마스크의 보정 패턴을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2차 노광을 행할 때 사용되는 포토마스크의 보정 패턴을 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명에 따른 여러가지 추가 노광 방법에 따라 포토마스크상의 DLC 패턴에 대하여 추가 노광한 경우에 얻어진 패턴 형상을 나타낸 사진이다.
도 7는 본 발명에 따른 노광 방법에 따라서 추가 노광의 도즈량을 다양하게하여 노광을 행한 경우의 패턴 충실도를 평가한 결과이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 100 : 콘택 패턴 12, 120 : 더미 라인 패턴
16, 26, 28, 36, 38, 46, 48 : 보정 패턴, 140 : 확장 영역
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 위에 적층된 포토레지스트막을 상기 포토레지스트막상의 광 투과 영역을 한정하는 소정의 패턴에 따라 전자 빔을 사용하여 노광하는 방법에 있어서, 상기 소정의 패턴을 사용하여 소정의 광량을 가지는 제1 도즈량으로 1차 노광을 행하는 단계와, 상기 소정의 패턴중 충실도가 취약한 부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴을 사용하여 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 소정의 패턴은 더미 라인 패턴, 콘택 패턴 또는 그 조합으로 이루어지고, 상기 2차 노광 단계에서 상기 보정 패턴의 영역은 상기 소정의 패턴의 끝 부분 또는 모서리 부분을 포함하도록 한정된다.
또한 본 발명은, 반도체 기판 위에 적층된 포토레지스트막을 상기 포토레지스트막상의 광 투과 영역을 한정하는 소정의 패턴에 따라 전자 빔을 사용하여 노광하는 방법에 있어서, 상기 소정의 패턴의 일부를 변형시킨 변형된 패턴을 사용하여 소정의 광량을 가지는 제1 도즈량으로 1차 노광을 행하는 단계와, 상기 변형된 패턴중 충실도가 취약한 부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴을 사용하여 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 소정의 패턴은 더미 라인 패턴, 콘택 패턴 또는 그 조합으로 이루어지고, 상기 변형된 패턴은 상기 더미 라인 패턴 또는 콘택 패턴의 끝부분에 면적이 커진 확장 영역이 포함되어 이루어진다.
본 발명에 의하면, 별도의 추가 노광에 의해 포토마스크의 충실도를 증가시킬 수 있으며, 추가 노광시의 도즈량을 조절함으로써 포커스 마진을 개선할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예]
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토리소그래피 공정의 노광 방법을 설명하면 다음과 같다.
도1는 포토마스크를 형성하기 위하여 반도체 기판상의 포토레지스트막상에 1차 노광을 행하는 단계에서 사용되는 소정 형상으로 설계된 패턴을 도시한 것이다. 구체적으로 설명하면, 소정 형상의 패턴, 예를 들면 콘택을 형성하기 위한 콘택 패턴(10)과, 상기 콘택 패턴(10) 주변의 일부 영역에 형성된 더미 라인 패턴(12)으로 이루어지는 패턴에 따라서 전자 빔을 사용하여 소정의 광량, 예를 들면 도즈량 2.0μC/cm2의 광량으로 1차 노광을 행한다.
도 2는 상기 1차 노광 단계 후에 상기 콘택 패턴(10) 및 더미 라인 패턴(12)의 충실도를 증가시키기 위하여 2차 노광을 행하는 단계에서 사용되는 보정 패턴을 나타낸 도면이다. 구체적으로 설명하면, 상기 콘택 패턴(10) 및 더미 라인 패턴(12)중 충실도가 취약한 부분, 예를 들면 상기 더미 라인 패턴(12)의 끝부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴(16)에 따라서 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행한다.
상기 2차 노광에 필요한 제2 도즈량은 해당 공정에서 CD의 원하는 보정 정도에 따라 임의로 설정할 수 있다.
본 발명에 따라 2차 노광을 행하는 데 있어서 사용되는 보정 패턴은 상기 제2도에 도시한 바와 같은 패턴에만 한정되지 않고, 기타 다른 영역을 포함하는 다양한 형상의 보정 패턴을 사용하여 다양한 광량으로 노광을 행할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 2차 노광을 행하는 데 사용될 수 있는 보정 패턴의 예를 도시한 도면이다. 각 경우에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 도 1를 참조하여 설명한 바와 같이 1차 노광을 행한 후에, 콘택 패턴(10) 및 더미 라인 패턴(12)의 충실도를 증가시키기 위하여 2차 노광을 행하는 단계에서 사용되는 보정 패턴을 나타낸 도면이다. 구체적으로 설명하면, 콘택 패턴(10) 및 더미 라인 패턴(12)중 충실도가 취약한 부분, 예를 들면 상기 더미 라인 패턴(12)의 끝부분을 포함하는 영역을 한정하는 보정 패턴(26)과 상기 콘택 패턴(10)의 모서리 부분을 포함하는 영역을 한정하는 보정 패턴(28)에 따라서 1차 노광시의 광량보다 작은 광량, 예를 들면 1차 노광시의 광량의 0.75%에 해당하는 광량으로 2차 노광을 행한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 1차 노광을 행한 후에, 콘택 패턴(10) 및 더미 라인 패턴(12)의 충실도를 증가시키기 위하여 2차 노광을 행하는 단계에서 사용되는 보정 패턴을 나타낸 도면이다. 여기서, 보정 패턴(36, 38)의 한정 영역 및 형상은 상기 도 3의 실시예에서와 동일하게 하고, 광량은 1차 노광시의 광량보다 작고 상기 도 3의 실시예에서보다 약간 큰 광량, 예를 들면 1차 노광시의 광량의 1.5%에 해당하는 광량으로 2차 노광을 행한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 노광을 행하는 데 사용되는 패턴을 도시한 것이다. 도 5의 실시예에서는 상기 도 1를 참조하여 설명한 바와 같이 전자 빔을 사용하여 소정의 광량, 예를 들면 도즈량 2.0μC/cm2의 광량으로 1차 노광을 행한다. 단, 상기 1차 노광시에 사용되는 패턴으로서 콘택 패턴(100)과, 상기 콘택 패턴(100) 주변의 일부 영역에 형성되고 끝부분에 면적이 커진 확장 영역(140)을 포함하는 더미 라인 패턴(120)으로 이루어지는 패턴을 사용한다.
상기한 바와 같이 1차 노광을 행한 후에, 콘택 패턴(100) 및 더미 라인 패턴(120)의 충실도를 증가시키기 위하여 2차 노광을 행하는 단계에서는 콘택 패턴(100) 및 더미 라인 패턴(120)중 충실도가 취약한 부분, 예를 들면 상기 더미 라인 패턴(120)의 끝부분, 즉 확장 영역(140)을 포함하는 영역을 한정하는 보정 패턴(46)과 상기 콘택 패턴(100)의 모서리 부분을 포함하는 영역을 한정하는 보정 패턴(48)에 따라서 1차 노광시의 광량보다 작은 광량, 예를 들면 1차 노광시의 광량의 0.75%에 해당하는 광량으로 2차 노광을 행한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 포토리소그래피 공정의 노광시에 통상의 노광 외에 보정 패턴을 사용한 추가 노광을 행하는 경우에, 포토마스크상에서 패턴 형성시에 충실도가 취약한 영역이면 어느 영역이라도 별도의 설계에 의한 보정 패턴에 의해 충실도를 보정하는 것이 가능하며, 이는 실제 공정에 용이하게 적용할 수 있다.
[평가예]
상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법에 의해 포토마스크 패턴을 형성하기 위한 노광을 행하는 데 있어서 통상의 노광 공정에 더하여 보정 패턴에 의한 추가 노광을 행하는 경우의 효과를 다음과 같이 평가하였다.
도6는 본 발명에 따른 여러 가지 추가 노광 방법에 따라 DLC(Dummy Lined Contact) 패턴에 대하여 추가 노광한 경우에 포토마스크상에 구현된 DLC 패턴의 형상을 나타낸 사진이다.
도 6에 있어서, 타입 1은 상기 도 2에 나타낸 패턴들을 사용하여 이중 노광을 행한 경우이고, 타입 2는 상기 도 3에 나타낸 패턴들을 사용하여 이중 노광을 행한 경우이고, 타입 3은 상기 도 5에 나타낸 패턴들을 사용하여 이중 노광을 행한 경우를 각각 나타낸다. 타입 1 ∼ 3의 각각의 경우에 대하여, 이중 노광시에 2차 노광의 광량을 1차 노광시의 광량의 0.75%, 1.5% 및 2.25%에 해당하는 광량으로 노광한 결과를 각각 나타내었다.
도 6의 결과로부터, 본 발명에 따른 여러 가지 추가 노광 방법에 따라 포토마스크상에 DLC 패턴을 형성한 경우에, 2차 노광에서 보정 도즈량이 증가할수록 얻어진 더미 라인 형태가 양호해지고, 콘택의 에지도 양호한 형태로 패턴 형성된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따르면, 더미 라인과 콘택의 패턴 형상을 크게 개선할 수 있다.
도 7는 본 발명에 따른 노광 방법에 따라서 추가 노광의 도즈량을 다양하게하여 노광을 행한 경우의 패턴 충실도(pattern fidelity)를 평가한 결과이다.
도 7의 결과를 얻는 데 있어서, DLC 패턴 형성을 위하여 1차 노광 후에 추가 노광을 행하지 않은 경우(0%)와, 충실도가 취약한 부분에 1차 노광의 도즈량에 대하여 각각 0.75%, 1.5% 및 2.25%의 도즈량으로 추가 노광하여 이중 노광을 행한 경우의 패턴 충실도를 평가하였다.
도 7의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 추가 노광을 행하지 않고 통상적으로 포토마스크를 제작한 경우에는 충실도가 37% 정도로 상당히 불량하다. 이에 대하여, 본 발명의 방법에 따라서 충실도가 취약한 부분에 1차 노광의 도즈량에 대하여 각각 0.75%, 1.5% 및 2.25%의 도즈량으로 추가 노광하여 이중 노광을 행한 경우에는 충실도가 각각 40.5%, 53% 및 60%까지 상승하였다.
그리고, 상기와 같이 개선된 DLC 포토마스크 패턴을 웨이퍼상에 노광하여 DOF(Depth Of Focus) 마진을 확인해본 결과, 20 ∼ 30%의 공정 마진을 추가로 확보하는 것이 가능한 것을 알았다. 이와 같이, 추가 노광에 의해 패턴 충실도가 증가될수록 포커스 마진(focus margin)도 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법에 따라 노광을 행하는 경우에는 추가 노광시의 도즈량을 1차 노광시의 도즈량의 2.25%까지 상승시킴에 따라 충실도가 60%까지 증가하므로, 이에 따라 추가 노광시의 도즈량을 조절함으로써 더미 라인의 사이즈도 선형적으로 증가시킬 수 있고, 특정한 패턴의 부분 보정이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 별도의 추가 노광에 의해 포토마스크의 충실도를 증가시킬 수 있으며, 추가 노광시의 도즈량을 조절함으로써 포커스 마진을 개선할 수 있다. 이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (5)
- 반도체 기판 위에 적층된 포토레지스트막을 상기 포토레지스트막상의 광 투과 영역을 한정하는 소정의 패턴에 따라 전자 빔을 사용하여 노광하는 방법에 있어서, 상기 소정의 패턴을 사용하여 소정의 광량을 가지는 제1 도즈량으로 1차 노광을 행하는 단계와, 상기 소정의 패턴중 충실도가 취약한 부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴을 사용하여 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정의 패턴은 더미 라인 패턴, 콘택 패턴 또는 그 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 노광 단계에서 상기 보정 패턴의 영역은 상기 소정의 패턴의 끝 부분 또는 모서리 부분을 포함하도록 한정되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법.
- 반도체 기판 위에 적층된 포토레지스트막을 상기 포토레지스트막상의 광 투과 영역을 한정하는 소정의 패턴에 따라 전자 빔을 사용하여 노광하는 방법에 있어서, 상기 소정의 패턴의 일부를 변형시킨 변형된 패턴을 사용하여 소정의 광량을 가지는 제1 도즈량으로 1차 노광을 행하는 단계와, 상기 변형된 패턴중 충실도가 취약한 부분을 포함하도록 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 한정하는 보정 패턴을 사용하여 상기 소정의 광량보다 작은 광량을 가지는 제2 도즈량으로 2차 노광을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 소정의 패턴은 더미 라인 패턴, 콘택 패턴 또는 그 조합으로 이루어지고, 상기 변형된 패턴은 상기 더미 라인 패턴 또는 콘택 패턴의 끝부분에 면적이 커진 확장 영역이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정의 노광 방법.
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