KR100223896B1 - Exposure method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정에서 미세 패터닝에 적당하도록한 양분화된 포토마스크를 이용한 노광 방법에 관한 것으로, 어느 하나의 물질층을 노광하여 근접하는 복수개의 패턴층을 형성하는 공정에 있어서, (1)양분화된 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크를 제작하는 단계; (2)상기 제 1 포토마스크와 상기 제 2 포토마스크를 중복 사용하여 노광하는 것으로 이루어져 밀집된 패턴들을 광간섭에 의한 영향없이 정확하게 패터닝하는 효과가 있다.The present invention relates to an exposure method using a photomask that is suitable for fine patterning in a semiconductor manufacturing process. In the process of forming a plurality of pattern layers adjacent to each other by exposing one of the material layers, (1) Fabricating a first photomask and a second photomask; (2) The first photomask and the second photomask are overlapped to expose the photomask, and the densified patterns are accurately patterned without being affected by optical interference.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로, 특히 미세 패터닝에 적당하도록 한 양분화된 포토마스크를 이용한 노광 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to an exposure method using a bisected photomask suitable for fine patterning.
일반적으로 반도체 소자 제조공정에서 많이 사용되는 포토리소그래피(Photolithography) 공정은 광을 투과시키는 부분과 광을 차단하는 부분으로 나누어진 포토마스크를 사용하여 반도체 소자를 만들고자 하는 모양으로 패터닝한다.In general, a photolithography process, which is generally used in a semiconductor device manufacturing process, is patterned to form a semiconductor device using a photomask divided into a light transmitting portion and a light blocking portion.
일반적으로 포토마스크는 차광패턴과 투광패턴으로 구성되어 선택적인 노광을 할 수 있도록 되어 있으나 패턴 밀도가 증가됨에 따라 회절이나 보강간섭현상이 발생하여 해상도 향상에 제한이 있었다.In general, a photomask is composed of a light-shielding pattern and a light-emitting pattern so that selective exposure can be performed. However, as the pattern density increases, diffraction or constructive interference occurs.
이에 따라 조밀한 패턴형성 영역에 적당한 노광방법의 제안이 필요하게 되었다.Accordingly, a suitable exposure method for a dense pattern formation region has been required.
이하 첨부 도면을 참조로 종래의 노광 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional exposure method will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 일반적인 포토마스크의 노광방법에 따른 진폭 및 강도는 도1에 도시한 바와 같다.First, the amplitude and the intensity according to the exposure method of a general photomask are as shown in Fig.
즉, 일반적인 포토마스크의 구조는 도1a에서와 같이 투명기판에 빛을 투과할 수 있도록한 투광영역(2)과 빛을 차광할 수 있도록한 차광영역(4)으로 구분되어 형성된다.That is, as shown in FIG. 1A, the structure of a general photomask is divided into a light-transmitting region 2 for transmitting light to the transparent substrate and a light-shielding region 4 for shielding light.
그러나 이러한 투광영역(2)과 차광영역(1)의 경계면에서 빛의 간섭 효과가 작용하여 광 에너지가 효과적으로 포토레지스터의 표면에 도달하지 못해 프로 파일이 전체적으로 완만해지는 해상한계를 갖고 있다.However, since the interference effect of light acts on the interface between the light-transmitting region 2 and the light-shielding region 1, the light energy can not reach the surface of the photoresist effectively, and the profile has a marginal limit that the entire profile becomes gentle.
즉, 마스크상에서는 도1b와 같은 진폭을 갖지만 투광영역(2)과 차광영역(1)의 경계면에서는 빛의 간섭 효과가 발생하여 도1c 및 도1d에 나타낸 바와 같이 광에너지 및 광 강도가 완만해진다.That is, on the mask, the light has the amplitude as shown in FIG. 1B, but the light interference effect occurs at the interface between the light-transmitting region 2 and the light-shielding region 1, so that the light energy and the light intensity become gentle as shown in FIG. 1C and FIG. 1D.
그리고 종래의 노광 방법에 따른 이상적인 웨이퍼상에서의 포토레지스트의 패턴 임계치수와 실제적인 웨이퍼상에서의 포토레지스트의 패턴 임계치수를 비교한 도2a와 도2b에서와 같이 종래의 패턴 밀집지역에서는 이웃하는 패턴들간의 입사광의 상호보강간섭 효과에 의해 패턴하고자하는 크기보다 포토레지스트가 더 많이 패터닝되는 현상이 나타났다. 이러한 문제는 미세화된 패턴의 경우에 억제할 수 없는 현상들이다.As shown in FIGS. 2A and 2B in which a pattern threshold number of a photoresist on an ideal wafer is compared with a pattern threshold number of a photoresist on an actual wafer according to a conventional exposure method, in the conventional pattern density region, The photoresist is patterned more than the desired size due to the mutual reinforcing effect of the incident light. These problems are phenomena that can not be suppressed in the case of micronized patterns.
이어서 종래의 포토마스크의 평면도는 도3에서와 같이 투광영역(2)과 차광영역(1)이 밀집되어 있다.Next, in the plan view of the conventional photomask, as shown in Fig. 3, the light-transmitting region 2 and the light-shielding region 1 are densely packed.
그리고 이와같이 미세화된 도3의 A-A' 선상의 포토마스크의 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프는 도4a 내지 4d에 도시한 바와 같다.4A to 4D are graphs showing the amplitude and the intensity of the thus-miniaturized photomask taken along the line A-A 'in FIG. 3 according to exposure.
즉, 도4b는 도4a와 같은 포토마스크를 이용하여 노광하므로써 나타나는 이상적인 진폭 분포도이다.That is, FIG. 4B is an ideal amplitude distribution diagram obtained by exposure using the photomask as shown in FIG. 4A.
그리고 도4c는 도4a와 같은 포토마스크를 이용한 이웃하는 투광영역(2) 사이의 경게면에서의 상호간섭현상으로 회절되어 나타나는 웨이퍼상에서의 실제적인 진폭 분포도이다.And Fig. 4C is a practical amplitude distribution diagram on the wafer which is diffracted by a mutual interference phenomenon between the adjacent light-transmissive regions 2 using a photomask as shown in Fig. 4A.
그리고 도4d는 투광영역(2) 사이의 차광영역(1)에서의 보강간섭현상에 따른 웨이퍼상에서의 광 강도를 나타낸 것으로 도4a의 a 지점에서는 임계지점 보다 적은 광 강도를 나타내었다.4D shows the light intensity on the wafer due to the phenomenon of the constructive interference in the light blocking region 1 between the light transmitting regions 2, which shows a light intensity lower than the critical point at point a in FIG. 4A.
다음으로 도3의 B-B'와 B-B' 선상의 종래 노광에 따른 진폭 및 강도는 도5a 내지 5d에 도시한 바와 같다.Next, the amplitude and the intensity according to the conventional exposure on the lines B-B 'and B-B' in FIG. 3 are as shown in FIGS. 5A to 5D.
즉, 도5a는 도3의 B-B'와 B-B' 부분의 각각의 구조 단면도이고 이에 따른 각각의 웨이퍼 상에서의 진폭은 도5b와 도5c에 도시한 바와 같이 이상적인 진폭 분포와 실제적인 진폭 분포가 차광영역(1)과 투광영역(2) 사이의 경계면에서의 상호간섭현상에 의해서 차이가 남을 보여주고 있다.That is, FIG. 5A is a structural cross-sectional view of each of the portions B-B 'and BB' in FIG. 3, and the amplitudes on the respective wafers correspond to the ideal amplitude distribution and the actual amplitude distribution as shown in FIGS. 5B and 5C And the mutual interference phenomenon at the interface between the light-shielding region 1 and the light-transmitting region 2 shows a difference.
그리고 도3의 세개의 차광영역(2)이 중첩되는 b 지점에서는 도5b와 도5c의 상호 보강간섭에 의해서 차광 영역이 임계 지점을 넘는 광 강도를 갖게 되므로써 패턴하려던 투광영역(2) 이외의 차광영역(1)에서도 패턴이 형성되어 정확한 패턴 형성에 문제가 발생한다.At the point b where the three light-shielding regions 2 of FIG. 3 are overlapped, the light-shielding region has a light intensity exceeding a critical point due to mutual reinforcing interference between FIG. 5B and FIG. 5C, A pattern is also formed in the region 1, which causes problems in accurate pattern formation.
이와 같이 패턴이 조밀한 마스크를 이용하여 노광을 할 때 조밀한 지역에서의 광의 상호간섭효과에 의해서 최종적으로 패턴하고자 하는 형태를 웨이퍼 상에 전사하기가 힘들어진다.When exposure is performed using a mask having such a fine pattern, it is difficult to finally transfer the pattern to be patterned onto the wafer due to the mutual interference effect of light in a dense region.
종래의 노광 방법은 다음과 같은 종래의 밀집된 패턴으로 구성된 마스크를 이용하여 종래의 포토레지스트를 노광 시키고자 할 때 밀집된 투광영역과 차광영역의 경계면에서 발생하는 상호간섭현상에 의해서 임께 치수 및 원하는 패터닝 전사가 불가능하다는 문제가 발생한다.The conventional exposure method uses a mask composed of the following conventional dense patterns to expose a conventional photoresist, and thus, by the mutual interference phenomenon occurring at the interface between the dense light transmitting region and the light shielding region, A problem arises that it is impossible.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 광 근접효과를 최소화하여 보다 정확한 미세 패터닝을 하기 위한 노광 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve such a problem, it is an object of the present invention to provide an exposure method for more precise fine patterning by minimizing optical proximity effect.
도1a 내지 1d는 일반적인 포토마스크의 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프Figs. 1A to 1D are graphs showing the amplitude and intensity according to exposure of a general photomask
도2a는 종래의 노광 방법에 따른 이상적인 웨이퍼상에서의 포토레지스트의 패턴 임계치수와 실제적인 웨이퍼상에서의 포토레지스트의 패턴 임계치수 비교도FIG. 2A is a graph comparing the pattern threshold number of photoresist on an ideal wafer with the pattern threshold number of a photoresist on an actual wafer according to a conventional exposure method
도3는 종래의 포토마스크의 평면도3 is a plan view of a conventional photomask
도4a 내지 4d는 도3의 A-A' 선상의 포토마스크의 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프4A to 4D are graphs showing the amplitude and intensity of the photomask on line A-A '
도5a 내지 5d는 도3의 B-B'와 B-B' 부분을 자른 종래 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프5A to 5D are graphs showing amplitude and intensity according to conventional exposure, which are obtained by cutting the portions B-B 'and B-B'
도6a는 본 발명의 제 1 포토마스크의 평면도6A is a plan view of the first photomask of the present invention
도6b는 본 발명의 제 2 포토마스크의 평면도6B is a plan view of the second photomask of the present invention
도6c는 본 발명의 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크를 이용하여 노광한 최종적인 셀의 평면도6C is a plan view of a final cell exposed using the first photomask and the second photomask of the present invention
도7a 내지 7c는 도6a의 C-C' 선상의 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프7A to 7C are graphs showing the amplitude and the intensity according to the exposure of the present invention on line C-C '
도8a 내지 8d는 도6b D-D' 선상의 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프FIGS. 8A to 8D are graphs showing amplitude and intensity according to the present invention exposure on the line D-D '
도9a 내지 9d는 도6b의 E-E'와 F-F' 선상의 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프FIGS. 9A to 9D are graphs showing amplitude and intensity according to the exposure of the present invention on E-E 'and F-F' lines in FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
11 : 차광영역 12 : 투광영역11: Shading area 12: Light emitting area
13 : 기판13: substrate
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 노광 방법은 어느 하나의 물질층을 노광하여 근접하는 복수개의 패턴층을 형성하는 공정에 있어서, (1)양분화된 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크를 제작하는 단계; (2)상기 제 1 포토마스크와 상기 제 2 포토마스크를 중복 사용하여 노광하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing a material layer to form a plurality of adjacent pattern layers, the method comprising the steps of: (1) forming a first photomask and a second photomask, ; (2) The first photomask and the second photomask are overlapped to perform exposure.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 노광 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an exposure method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도6a는 본 발명의 제 1 포토마스크의 평면도이고, 도6b는 본 발명의 제 2 포토마스크의 평면도이며, 도6c는 본 발명의 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크를 이용하여 노광한 최종적인 셀의 평면도이다.6A is a plan view of the first photomask of the present invention, FIG. 6B is a plan view of the second photomask of the present invention, FIG. 6C is a plan view of the final photomask of FIG. Fig.
그리고 도7a 내지 7c는 도6a의 C-C' 부분을 자른 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프이고, 도8a 내지 8d는 도6b D-D'선에 따른 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프이다.7A to 7C are graphs showing amplitudes and intensities according to the exposure of the present invention cut at CC 'of FIG. 6A. FIGS. 8A to 8D are graphs showing amplitude and intensity according to the exposure according to the present invention, Fig.
그리고 도9a 내지 9d는 도6b의 E-E'와 F-F' 부분을 자른 본 발명 노광에 따른 진폭 및 강도를 나타낸 그래프이다.And FIGS. 9A to 9D are graphs showing amplitude and intensity according to the exposure according to the present invention, which are obtained by cutting EE 'and F-F' portions of FIG. 6B.
먼저, 본 발명의 제 1 포토마스크의 평면도 및 제 2 포토마스크의 평면도를 나타낸 도6a와 도6b에서와 같다.6A and 6B showing a plan view of the first photomask and a plan view of the second photomask of the present invention, respectively.
즉 제 1 포토마스크는 도6a에서와 같이 기판(13)(도7과 도8 참조) 상에 투광영역(12)이 일정 간격을 갖도록 형성되었고 상기 투광영역(12)을 제외한 부분에 차광영역(11)이 형성되어 있다.That is, the first photomask is formed such that the light-transmitting regions 12 are formed at regular intervals on the substrate 13 (see FIGS. 7 and 8) as shown in FIG. 6A, and the light- 11 are formed.
그리고 제 2 포토마스크는 도6b에서와 같이 제 1 포토마스크의 투광 영역(12)을 제외한 차광영역(11) 사이에 제 1 포토마스크의 투광영역(12)간을 양분하도록 형성되었고 이를 제외한 부분에 차광영역(11)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 6B, the second photomask is formed so as to bisect the light-transmitting region 12 of the first photomask between the light-shielding regions 11 except for the light-transmitting region 12 of the first photomask, A light shielding region 11 is formed.
상기에서 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크의 제작은 서로간의 인접거리의 크기를 최대로 할 수 있는 제 1 투광영역들을 정의하고, 상기 제 1 투광영역들의 사이에 상기 제 1 투광영역들 서로와의 인접거리를 최대로 할 수 있는 제 2 투광영역들을 정의한 후 상기 제 1 포토마스크는 제 2 투광영역들로 정의된 영역에 투광영역이 형성되도록 하고, 제 2 포토마스크는 제 1 투광영역들로 정의된 영역에 투광영역이 형성되도록 한다.The fabrication of the first photomask and the second photomask described above defines first light-transmissive regions capable of maximizing the size of the distance between adjacent ones of the first and second light-transmissive regions, The first photomask has a light transmitting region formed in a region defined by the second light transmitting regions, and the second photomask has a second light transmitting region formed in the first light transmitting regions So that the light transmitting region is formed in the defined region.
그리고 도6c는 상기의 제 1 포토마스크와 제 2 포토마스크를 이용하여 각각을 패터닝한 최종적인 셀의 평면도를 나타낸 것으로 밀집된 패턴형성 부분이 원하는 모양으로 패터닝되어 있음을 나타내고 있다.And FIG. 6C is a plan view of a final cell patterned using the first photomask and the second photomask, respectively, showing that the densely patterned portion is patterned in a desired shape.
다음으로 도6a의 C-C' 선상의 본 발명 노광 방법에 다른 진폭 및 강도는 도8a 내지 7c에 도시한 바와같다.Next, the amplitude and intensity of the exposure method according to the present invention on line C-C 'in Fig. 6A are as shown in Figs. 8A to 7C.
즉, 도6a의 C-C'선상의 구조 단면도를 나타낸 제 1 포토마스크를 이용한 도7a의 포토마스크에 따른 이상적인 진폭분포(점선)는 도7b에 도시한 바와 같이 정확히 수직패턴을 이루며 실제적인 진폭분포(실선)는 도7b에 도시한 바와 같이 투광영역(12)과 차광영역(11)사이의 경계면에서 광의 상호간섭 효과에 의해 광 강도가 완만해짐을 나타내고 있다.That is, the ideal amplitude distribution (dotted line) according to the photomask of FIG. 7A using the first photomask showing the structural cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG. 6A forms an exactly vertical pattern as shown in FIG. The distribution (solid line) shows that the light intensity becomes gentle by the mutual interference effect of light at the interface between the light-transmitting region 12 and the light-shielding region 11 as shown in Fig. 7B.
그리고 도7c에는 투광영역(12)과 차광영역(11)의 광 강도가 나타나 있는데 특히 c 지점에서는 투광영역(12)의 충분한 패턴 거리 유지로 인해 투광영역(12)과 차광영역(11) 사이에서의 광 간섭 효과가 적어서 광 강도가 임계지점을 넘지 않는다.The light intensity of the light transmitting region 12 and the light shielding region 11 is shown in FIG. 7C. Especially at point c, the light intensity of the light transmitting region 12 and the light shielding region 11 So that the light intensity does not exceed the critical point.
다음으로 도6b의 D-D' 선상의 본 발명의 구조 단면도를 나타낸 제 2 포토마스크를 이용한 이상적인 강도 분포는 도8b에서 도시한 바와 같이 정확히 수직의 패턴을 이루며 실제적인 진폭분포는 도8c에 도시한 바와 같이 투광영역(12)과 차광영역(11) 사이의 경계면에서 광의 상호간섭효과에 의하여 광 강도가 완만해 진다.Next, the ideal intensity distribution using the second photomask showing the structural cross-sectional view of the present invention on the line DD 'of FIG. 6B forms a precisely vertical pattern as shown in FIG. 8B, and the actual amplitude distribution is shown in FIG. 8C The light intensity becomes gentler by the mutual interference effect of light at the interface between the light-transmitting region 12 and the light-shielding region 11. [
그리고 제 2 포토마스크에 의한 광 강도는 도8d에 도시한 바와 같이 d 지점이 임계지점을 넘지 않음을 나타내고 있다.The light intensity by the second photomask indicates that the point d does not exceed the critical point as shown in Fig. 8D.
다음으로 도6b의 E-E' 부분과 F-F' 선상의 본 발명 제 2 포토마스크는 e 부분에서 네개의 투광영역(12)이 중첩된다.Next, in the E-E 'portion of FIG. 6B and the second photomask of the present invention on the line F-F', the four light-transmissive regions 12 are superposed on the e portion.
여기에서 차광영역(11)을 중심으로 보면 도9b와 도9c에 도시한 바와 같이 이상적인 진폭 분포(점선)에 비해 실제적인 진폭 분포(실선)가 투광영역(12)과 차광영역(11)의 경계 부분에서 상호간섭효과에 의하여 강도가 완만해짐을 보여주고 있다.9B and 9C, the actual amplitude distribution (solid line) is larger than the ideal amplitude distribution (dotted line) in the boundary between the light-transmitting region 12 and the light-shielding region 11 The intensity of the beam is gradually decreased due to the mutual interference effect.
그리고 도9d에 도시한 바와 같이 투광영역(12)과 차광영역(11)이 중첩되어 있는 e지점에서는 도9b와 9c의 보강간섭으로 인하여 약간의 강도 증가가 일어나지만 임계지점을 넘지 않음으로 무시할 수 있다.As shown in Fig. 9D, at the point e where the light-transmitting region 12 and the light-shielding region 11 are overlapped, a slight increase in strength occurs due to the constructive interference between Figs. 9B and 9C, have.
상기와 같이 투광영역(12)이 일정 간격 떨어져서 형성된 제 1 포토마스크로 패턴형성물질을 1차노광한 후, 상기 제 1 포토마스크의 투광영역(12) 사이에 양분되도록 하나씩 건너띄워 형성된 투광영역(12)을 갖춘 제 2 포토마스크로 상기 1차 노광한 패턴형성물질에 중복 노광하므로써 상호 광근접(Optical Proximity) 효과를 최소하하여 최종적으로 원하는 패턴을 형성함으로써 종래의 광 식각 기구를 이용하여 패턴하는 것 보다 해상력의 한계를 극대화할 수 있다.After the pattern forming material is primarily exposed with the first photomask formed with the light-transmissive regions 12 spaced apart from each other as described above, the light-transmissive regions (12, The second photomask with the second photomask 12 is used to overlay the first patterned material for exposure to minimize the optical proximity effect to finally form a desired pattern, It is possible to maximize the limit of resolution.
상기와 같은 본 발명에 따른 노광 방법에는 다음과 같은 효과가 있다.The above-described exposure method according to the present invention has the following effects.
분할된 셀 레이 아웃 패턴에 의해 노광을 할 경우에 인접하는 밀집된 셀 레이 아웃에서도 고해상도를 얻을 수 있고 또한 광 근접효과를 최소화 할 수 있어서 임계치수의 확보 및 정확한 미세 패턴을 형성할 수 있다.When exposure is performed by the divided cell layout pattern, a high resolution can be obtained even in a densely adjacent cell layout, and the optical proximity effect can be minimized, so that a critical number can be secured and a precise fine pattern can be formed.
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| AMND | Amendment | ||
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