KR100253581B1 - 리소그라피 공정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 리소그라피 공정방법에 관한 것으로, 전자빔과 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 웨이퍼 상부에 도포된 감광막을 노광할때 셀 블록 중앙부와 가장자리에 형성되는 패턴의 임계 크기(Critical Dimension)가 셀 블록의 중앙부분과 가장자리에서 차이가 발생되는 것을 해소하기 위한 리소그라피의 공정방법에 관한 것이다.

Description

리소그라피 공정방법

본 발명은 반도체소자의 리소그라피 공정방법에 관한것으로, 특히 전자빔과 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 웨이퍼 상부에 도포된 감광막을 노광할때 셀 블록 중앙부와 가장자리에 형성되는 패턴의 임계크기(Critical Dimension)가 셀 블록의 중앙부분과 가장자리에서 차이가 발생되는 것을 해소하기 위한 리소그라피 공정방법에 관한것이다.

일반적으로 리소그라피 공정을 진행할때 패턴이 구비된 레티클을 제작하고, 이 레티클을 마스크로 이용하여 웨이퍼 상부에 도포된 감광막을 노광하고, 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성한다.

한편, 전자빔을 이용한 묘화방식은 고정밀도로 제어되어 연속 이동하는 스테이지상의 기판 표면에 전자빔을 스테이지의 이동방향과 수직으로 편향시켜 고속으로 마스크 기판상의 묘화부분을 전면 주사한다. 빔 블랭킹 동작에서 기판 표면의 레지스트에 빔을 조사하는 부분과 그렇지 않는 부분을 분리하여 묘화하고 패턴을 작성해간다.

이방식의 특징으로는 도형이 복잡해도 노광시간이 좌우되지 않는 것을 들 수 있는데 도형의 복잡성이 어느 한계를 넘으면 노광 시간이 길어진다.

전자빔 직묘장비중 생산성을 향상시키기 위하여 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 노광하는 장비에서 적용할 수 있는 기술로 셀 어퍼처 마스크 제작시 단위 블록에 구비되는 패턴의 선폭을 전체적으로 축소 또는 확대하여 형성시키고 노광될 지역을 분할하여 노광하는 방식이 있다.

일반적으로 근접효과를 보상하지 않고 노광을 한다면 보통 셀 블록에서 중심과 외곽의 임계 크기 차이가 약 0.04-0.05㎛정도가 발생하는데 이러한경우 1기가 디램급 이상의 패턴 형성시에는 심각한 문제가 발생될 수 있다.

즉, 셀 어퍼처 마스크를 반복적으로 이용하여 노광 공정을 진행하고, 현상 공정으로 셀 블록에 도포되는 감광막을 패턴하는 경우 각각의 셀 블록의 중앙부에는 인접되는 영역에 셀 어퍼처 마스크가 반복적으로 많이 배열되고, 상대적으로 셀 블록의 가장자리에는 셀 어퍼처 마스크가 적게 배열됨으로 인하여 상기 셀 어퍼처 마스크를 통과한 전자빔이 다른 단위 셀 블록에 영향을 주게되어 셀 블록의 중앙부에 형성되는 패턴이 정상적일때 셀 블록의 가장자리에 형성되는 패턴은 상대적으로 크거나 작게 형성된다.

참고로, 감광막이 타입에 따라 패턴의 선폭이 달라지는데 예를 들어 포지티브 감광막인 경우 셀 블록의 가장자리가 셀 블록의 중앙부보다 상대적으로 패턴의 선폭이 크게 형성되고, 네가티브 감광막인 경우 셀 블록의 가장자리가 셀 블록의 중앙부보다 상대적으로 패턴의 선폭이 작게 형성된다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 종래기술은 컴퓨터를 계산에 의하여 노광하여 왔으나 계산시의 많은 시간 소용과 메모리 용량 초과로 인하여 전자빔 직묘 공정에서의 생산성 저하에 큰 영향을 주어 실제로 디램과 같은 대용량 칩 제작에는 적용하기가 어렵다.

본 발명은 전자빔 직묘공정에서 노광시간을 줄이기 위해 사용하는 셀 어퍼처 마스크 제작시 근접효과 보상 패턴을 미리 디자인 한후 이것을 이용하여 일정 노광양으로 블록을 분할하여 노광함으로써 자동적인 근접 효과 보상이 되도록 하는 리소그라피 공정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 셀 블록의 중심부와 가장자리를 도시하는 도면.

제2도는 본 발명에 의해 단위 셀 블록의 패턴의 선폭을 각각 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크를 도시한 것이다.

제3도는 제2도에 도시한 셀 어퍼처 마스크에서 단위 셀 블록의 단면을 도시한 것이다.

제4도는 본 발명에 의해 하나의 셀 블록에서 셀 블록의 위치에 따라 패턴의 선폭을 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크가 노광되는 지역을 등분한 것을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 셀 블록 10 : 셀 어퍼처 마스크

11 : 100% 패턴 12 : 105% 패턴

13 : 110% 패턴 14 : 115% 패턴

15 : 120% 패턴 20 : 실리콘층

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체소자에서 잔자빔을 이용하여 웨이퍼 상부에 감광막 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 패턴의 선폭을 다르게 구비한 단위 셀 블록을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 구비하는 것과 노광하고자 하는 웨이퍼에서 셀 블록의 중심에서 가장자리까지 노광 지역을 다수개로 등분한 다음, 일정 노광양으로 상기 등분된 노광지역에 대응되는 패턴의 선폭을 갖는 상기 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 노광하는 단계와, 일정 노광양으로 상기 등분된 노광지역의 또다른 곳에 대응되는 패턴의 선폭을 갖는 상기 셀 어퍼처 마스크를 각각 이용하여 반복적으로 노광하는 단계를 포함하는 리소그라피 공정 방법이다.

본 발명은 전자빔 직묘 공정에서 노광시간을 줄이기 위하여 사용하는 셀 어퍼처 마스크 제작시 근접효과 보상 패턴을 미리 디자인한 후 이것을 이용하여 일정 노광량으로 셀 블록을 분할하여 노광하므로서 자동적인 근접효과 보상이 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

제1도는 칩 내부에 형성되는 셀 블록(1)을 도시한 것으로, 셀 블록의 중심부(A)에 형성되는 단위 셀 블록의 패턴과 셀 블록의 가장자리(B)에 형성되는 단위 셀 블록의 패턴의 임계 크기 차이가 0.04-0.05㎛ 정도 발생된다.

참고로, 상기 셀 블록(1)에 작은 단위 셀 블록의 패턴이 반복적으로 배열될때 단위 셀 블록의 패턴이 구비된 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 전자빔을 노광하는 것이다.

제2도는 본 발명에 의해 패턴의 선폭을 각각 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크(10)를 도시한 것으로, 예를 들어 단위 셀 블록에 구비되는 패턴의 선폭을 0.20㎛ 로 하는 100% 패턴(11)과, 0.21㎛ 선폭의 105% 패턴(12), 0.22㎛ 선폭의 110% 패턴(13), 0.23㎛ 선폭의 115% 패턴(14), 0.24㎛ 선폭의 120% 패턴(15)이 하나의 셀 어퍼처 마스크에 구비됨을 도시한 것이다.

참고로, 상기 셀 어퍼처 마스크(10)에서 해칭된 부분이 스페이스이며, 스페이스와 스페이스 사이에 전자빔을 차단하는 패턴이 남는 것이다. 또한, 하나의 셀 어퍼처 마스크에 하나의 패턴을 구비할 수도 있다.

제3도는 제2도의 구조를 알기 쉽게 하기 위해 I-I의 단면을 따라 도시한 것으로, 실리콘층으로 기판이 형성되고, 전자빔이 차단될 지역은 실리콘층이 남아있고, 전자빔이 통과될 부분은 실리콘층을 식각하여 개구가 구비된다.

제4도는 본 발명에 의해 웨이퍼 상부에 도포된 감광막을 노광할 때 하나의 셀 블록에 단위 셀 블록이 반복적으로 배열되어 패턴이 구비되는 곳에서 패턴의 선폭을 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크를 사용하여 노광할 때 패턴의 선폭에 따라 노광 지역이 달라지는 것을 도시한 것으로, 셀 블록의 중심에서 가장자리까지 예를들어 5등분하여 중심에서 100% 패턴, 105% 패턴, 110% 패턴, 115% 패턴, 120% 패턴이 구비된 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 노광되도록 하는 것을 도시한 것이다.

참고로, 제4도는 감광막이 네가티브일경우 적용되는 것이며, 감광막이 포지티브인 경우는 셀 블록의 중심에서 부터 셀 블록의 가장자리로 패턴의 선폭이 크게 설계된 것에서 작게 설계된 예를들어 120%에서 100%의 순서로 지정하고, 상기와 같이 분할된 지역에 패턴의 선폭이 동일한 크기로 제작된 셀 어퍼처 마스크를 사용하여 노광하여야 한다.

또한, 셀 블록의 중심에서 가장자리까지 5등분이 아닌 3등분, 4등분이나 6등분등으로 분할할 수가 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전자빔 직묘공정에서 노광 시간을 줄이기 위해 사용하는 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 어퍼처 제작시 근접효과를 예상하여 패턴의 선폭을 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크를 미리 디자인 한다음, 이것을 이용하여 일정 노광량으로 블록을 분할하여 노광하므로서 자동적으로 근접효과 보상이 되도록 할 수 있다.

상기한 본 발명은 전자빔 직묘공정에서 셀 어퍼처 마스크를 이용한 노광 공정에서 발생되는 근접효과에 의해 패턴의 임계 크기가 달라지는 것을 해소하기 위하여 패턴의 선폭을 다르게 구비한 단위 셀 어퍼처 마스크를 구비하고, 노광하고자 하는 셀 블록의 중심에서 가장자리로 순차적으로 전자빔 직묘에 의한 노광시 노광되어야 할 지역을 다수개로 등분하여 분할한다음, 일정 노광양으로 해당지역에 대응되는 상기 셀 어퍼처 마스크를 사용하여 노광시켜서 셀 블록의 중심지역과 셀 블록의 가장자리에서 동일한 선폭을 갖는 패턴이 형성되도록 할 수가 있다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (6)

1. 반도체소자에서 전자빔을 이용하여 웨이퍼 상부에 감광막 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 패턴의 선폭을 다르게 구비한 단위 셀 블록을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 구비하는 것과 노광하고자 하는 웨이퍼에서 셀 블록의 중심에서 가장자리까지 노광 지역을 다수개로 등분한다음, 일정 노광양으로 상기 등분된 노광지역의 하나에 상기 대응되는 패턴의 선폭을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 이용하여 노광하는 단계와, 일정 노광양으로 상기 등분된 또 다른 노광지역에 순차적으로 상기 대응되는 패턴의 선폭을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 각각 이용하여 반복적으로 노광하는 단계를 포함하는 리소그라피 공정 방법.
2. 제1항에 있어서, 하나의 셀 블록은 상기 단위 셀 블록이 다수개 모여져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그라피 공정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 패턴의 선폭을 다르게 구비한 셀 어퍼처 마스크는 100% 패턴, 105% 패턴, 110% 패턴, 115% 패턴, 120% 패턴을 구비한 것을 특징으로 하는 리소그라피 공정 방법.
4. 제1항에 있어서, 노광하고자 하는 웨이퍼에서 셀 블록의 중심에서 가장자리까지 노광 지역을 5개로 등분하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 공정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 감광막이 네가티브 일경우 웨이퍼의 셀 블록의 중심에서 부터 셀 블록의 가장자리 방향으로 100%의 선폭을 갖는 패턴에서 점점 증대되는 패턴을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 대응시켜 노광하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 공정 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 감광막이 포지티브 일경우 웨이퍼의 셀 블록의 가장자리에서 부터 셀 블록의 중심으로 100%의 선폭을 갖는 패턴에서 점점 증대되는 패턴을 갖는 셀 어퍼처 마스크를 대응시켜 노광하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 공정 방법.