KR100319672B1 - 전자빔을사용하는패턴노광방법 - Google Patents

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Abstract

전자빔을 사용하여 미리 형성된 바탕 패턴에 중합 노광을 수행하기 위한 패턴 노광 방법이 개시되어 있으며, 상기 방법은 1) 바탕 패턴 상에 형성된 패턴 그룹을 임의의 영역으로 분할하는 단계와, 2) 각 임의의 영역 내의 바탕 패턴의 면적밀도를 계산하는 단계와, 3) 면적밀도에 따르는 패턴을 발생하는 단계와, 4) 패턴을 사용하여 부노광을 수행하는 단계와, 5) 소정의 패턴을 노광하기 위하여 주 노광을 수행하는 단계를 구비한다.

Description

전자빔을 사용하는 패턴 노광 방법{PATTERN EXPOSURE METHOD USING ELECTRON BEAM}
본 발명은 전자빔을 사용하는 패턴 노광 방법(전자빔 리소그래피)에 관한 것이며, 특히, 전자빔을 사용함으로서 소정의 패턴을 레지스트 상에 직접적으로 노광하는 패턴 노광 방법에 관한 것이다.
종래의 전자빔 리소그래피에서, 소정의 패턴이 전자빔을 사용하여 노광될 때, 노광 패턴간의 근접효과(상호근접효과) 와 패턴 내의 근접효과(자기근접효과) 를 위한 보상을 미리 수행한다.
이러한 관점으로, 고스트법(G.Owen et al., J. Vac. Technol. B3, 153(1985)) 과 순차계산법(self-consistent method: M. Parikh, J. Appl. Phys. 50, 4371(1979)) 등의 보정방법이 일반적으로 사용된다.
근접효과를 정량하기 위하여, 수학식 1 에 도시된 것처럼, 두 개의 가우시안 분포를 합산함으로서 주어진 노광강도분포(EID) 함수(T.H.P. Chang, J. Vac. Sci. Technol.12,1271(1975)) 가 사용된다.
f(r) = 1/(1+η)π*[1/βf2* exp(-r2/βf2)+η/βb2*exp(-r2/βb2)
수학식 1 (EID 함수) 의 제 1 항은 전방산란시 레지스트 (2) 에 어드레스된 전자(입사전자빔(20)) 가 그들 안으로 투과될 때에 적재된 에너지 분포를 나타내며, 수학식 1 의 제 2 항은 화살표 23 에 의해서 도시된 것처럼, 전자(입사빔 (20)) 가 레지스트 (2) 및 바탕기판 (22) 내의 원자핵에 의해서 입사방향에 역방향으로 후방산란된다.
수학식 1 에서, "βf" 는 "전방산란 직경(제 1 항의 가우시안 분포의 표준편차)" 이라 하며, "βb" 는 "후방산란 직경(제 2 항의 가우시안 분포의 표준편차)" 이라 하며, "η" 는 "후방산란비(전방산란에 의해서 적재된 에너지와 후방산란에 의해서 적재된 에너지의 비)" 라 한다. 상기 파라메터 "βf", "βb" 및 "η" 는 차폐된 러더포드(Rutherford) 산란식과 베스(Bethe) 에너지 손실식을 사용하는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해서 일반적으로 얻어진다 [M. Parikh and D.F.Kyser, J. Appl. 50, 1104(1979)].
특히, 상기 파라메터들 중 후방산란비 "η" 는 바탕 기판 (22) 에 의존되며, 노광된 후 에칭될 바탕물질만의 원자량, 밀도 및 박막 두께에 의해서 일반적으로 결정된다.
전형적으로 사용되는 근접효과 보상법은 상술된 근접효과 보상법을 근거로 한다. 그러나, 그들은 노광 처리량에서 감소를 발생시키며, 최근 USLI 의 미세화와 고집적화에 따라서 보정계산시 장시간 작동을 발생시킨다.
또한, 요구치수의 정밀도가 설계치수의 10% 미만이 될지라도, 통상의 보정 방법에서는 치수 정확도가 부족하게 된다.
특개평 5-160010(1993) 과 8-37146(1996) 은 노광처리량의 감소와 보정계산의 장시간화를 극복하기 위한 간단한 보정방법이 개시되어 있다.
이들 방법에서는, 임의의 패턴에 대하에 임의의 사이즈를 갖는 각각의 영역에 대하여 묘화영역을 미리 얻어서, 상기 영역에 의존하는 노광량을 사용함으로서 부가적인 노광을 수행하며, 소정의 노광패턴들 사이에서 근접효과를 동일화하며, 노광량에 의해서 감소된 소정의 패턴을 노광한다.
그러나, 보정 수치 정밀도의 부족은 상호근접효과 및 자기근접효과의 보상을 근거로하기 때문에 이들 방법에 의해서도 해결될 수 없다.
상술된 것처럼, 전자빔을 사용하여 노광을 실행할 때 사용되는 종래의 근접효과 보정법은 상호근접효과 및 자기근접효과의 보상만을 근거로 한다. 즉, 그것은 이미 배치된 복잡한 배치 형상을 갖는 바탕기판 구조물의 영향(후방산란에 의한 에너지 적재) 을 고려하지 못한다.
또한, 전자빔을 사용함으로서 중합노광이 배선 과정등의 복잡한 바탕기판에 대한 공정에서 수행될지라도, 바탕기판의 영향을 고려하지는 못한다. 그러므로, 노광후에 레지스트 수치 정밀도의 감소를 발생시킨다.
정밀도의 감소의 결과는 다음에서 설명될 것이다.
근접효과 보정을 계산할 때 사용되는 수학식 1 에 의해서 표현되는 EID 함수에서, 바탕구조물의 영향(후방산란에 의한 에너지 적재)은 수학식 1 의 제 2 항에 의해서 추정된다.
제 2 항 내에 있는 후방산란 직경 "βb" 와 후방산란비 "η" 는 후방산란에 의한 적재 에너지량을 결정하기 위한 파라메터들이다. 그러나, 이들 파라메터는 바탕구조물이 동일하다는 것을 근거로 하여 제공된다. 그러므로, 패턴의 복잡한 구조, 형태 및 배치, 그리고 이미 형성된 박막 물질의 종류등이 고려될 수 없다.
특히, 금속 배선 중합층들이 이미 형성된 바탕층 상에 중합되어 노광될 때, 종래의 근접효과 보정을 수행함으로서 얻은 레지스트 패턴에서의 수치 정밀도의 감소는 중요하게 된다.
최근, 0.20 ㎛ 의 설계수치의 10% 미만에 대응하는, 0.020 ㎛ 미만의 수치 정밀도가 고밀도 및 미세구조 장치의 개발에 요구된다. 그러므로, 수치 정밀도의 감소를 발생할 수도 있는 바탕층에 대한 근접효과의 부족을 피하는 것이 필요불가결하다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 근접효과 보정을 사용하면서, 좋은 레지스트 패턴을 얻을 수 있는 패턴 노광법을 제공하는 것이다.
도 1 은 전자빔을 사용하는 종래의 패턴 노광방법을 보여주는 도면이다.
도 2 는 바탕기판의 구조물과 후방산란비 "η" 사이의 관계("기판의 종류에 의존) 를 보여주는 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c 는 전자빔을 사용하는 종래의 패턴 노광 방법으로 노광한 후의 레지스트 수치 정밀도의 감소를 보여주는 도면이다.
도 4 는 제 1 실시예에서 전자빔을 사용하는 패턴 노광 방법을 보여주는 공정도로서, 바탕층으로부터의 후방산란의 영향이 고려된 공정도이다.
도 5a 내지 도 5c 는 제 1 실시예의 제 2 단계에서 면적밀도 맵을 만드는 과정을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b 는 제 1 실시예의 제 3 단계에서의 공정을 보여주는 도면으로서, 부노광패턴의 노광시, 노광량이 일정하게 설정되어 있는 예를 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 따르는 제 2 실시예의 제 3 단계의 공정을 보여주는 도면으로서, 부노광패턴의 사이즈가 일정하게 설정된 예를 제공하는 도면이다.
* 도면의주요부분에대한부호의설명 *
1 : 이미 형성된 바탕 기판 2 : 레지스트
3 : 제 N 층 4 : 제 N-1 층
5 : 제 N 층에 형성된 바탕 패턴 7 : 분할영역
본 발명에 따라서, 전자빔을 사용함으로써, 이미 형성된 바탕 패턴에 대하여 복합노광을 수행하는 패턴 노광법은,
1) 바탕 패턴 상에 형성된 패턴 그룹을 임의의 영역으로 분할하는 단계와,
2) 임의의 영역의 각각에 있는 바탕 패턴의 면적밀도를 계산하는 단계와,
3) 상기 각각의 임의의 영역에서 상기 바탕 패턴의 면적밀도에 따라 제 1 패턴을 생성하는 단계와,
4) 상기 제 1 패턴을 사용하여 부노광을 실행하는 단계와,
5) 소정의 패턴을 노광하기 위하여 제 2 패턴을 사용하여 주 노광을 실행하는 단계를 포함하며,
상기 제 2 패턴은 상기 부노광에 의해 축적된 에너지 강도의 노광량을 감산함으로써, 설정되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법입니다.
본 발명에서, 패턴 면적밀도로부터 계산된 직사각형 패턴을 각 바탕층에 생성하고, 이들 패턴을 사용하여 부노광을 실행함으로써, 종래 방법에서 고려되지 않은, 바탕층의 영향(후방산란에 의해서 적재된 에너지) 을 효과적으로 동일하게 할 수 있다. 그러므로, 종래의 상호 및 자기 근접효과 보정을 수행할지라도 좋은 수치 정밀도를 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 예를 들어, 0.04 ㎛ 의 수치 정밀도는 0.02 ㎛ 미만으로 개선될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면과 결합하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
바람직한 실시예로 패턴 노광 방법을 설명하기 전에, 후술될 종래의 패턴 노광 방법이 도 1 내지 도 3c 에서 설명될 것이다.
도 1 은 종래의 전자빔 리소그래피를 보여주며, 입력 전자빔 (20) 은 레지스트 (2) 에서 산란되고, 또한 바탕기판 (22) 상에서 산란반사된다. 도 1 에서, 점선을 갖는 화살표 (21) 는 전방산란 방향을 가리키며, 실선인 화살표 23 은 후방산란방향을 가리킨다.
도 2 는 실리콘 기판 (24), W(0.2㎛)/실리콘 기판 (25) 및 W(0.4 ㎛)/실리콘 기판 (26) 이 바탕기판으로서 사용될 때, "기판 종류 의존성" 을 보여준다. 바탕기판의 원자량과 밀도가 증가될 때, 바탕기판으로부터 반사된 전자의 양이 증가된다. 이것에 의해서, 도 2 에 도시된 것처럼, 후방산란비 "η" 는 증가되며, 바탕기판으로부터 후방산란에 의해서 발생된 적재된 에너지의 증가가 나타난다.
도 3a 에 도시된 예에서 얻은, W, Ti, Ru 등을 사용하는 바탕패턴(배선, 용량전극 등)은 제 N 층(3) 상에 부분적으로 형성되며, 전자빔에 의해서 노광된 후 에칭된 제 (N+1) 층 (27) 은 산화막과 질화막등의 절연막으로 된다. 이러한 경우, (N+1) 층 (27) 에 대한 EID 함수의 제 2 항에서 파라메터를 결정하는 보정을 일반적으로 수행한다고 할지라도, 제 (N+1) 층 (27) 을 바탕층에 따른 제 N 층의 국소적인 영향은 고려되지 않는다.
그러므로, 도 3b 에 도시된 것처럼, 소정의 패턴 (28) 에 대한 근접효과보정의 정밀도가 제 N 층 (3) 상에 형성된 바탕 패턴 (5) 의 후방산란에 의해서 적재된 에너지에 의해서 감소된다. 또한, 도 3c 에 도시된 것처럼, 얻어진 레지스트 패턴 (29) 의 수치 정밀도의 감소를 발생시킨다.
다음, 제 1 실시예에서 전자빔을 사용하는, 바탕층으로부터의 후방산란의 영향을 고려한 패턴 노광 방법이 도 4 에서 설명될 것이다.
제 1 실시예에서, 제 1 단계에서, 바탕층으로서 제 N 층 상에 형성된 패턴은 임의의 사이즈(후방산란 직경) 를 갖는 영역으로 분할된다.
그런 후, 제 2 단계에서, 각각의 분할된 영역의 패턴면적밀도가 얻어지며, 그것에 의해서 제 N 층의 면적밀도 맵을 만든다. 그런 후, 제 3 단계에서, 각 영역에 대한 부노광을 위한 직사각형 패턴이 발생되어서, 임의의 노광량을 설정한다.
제 1 단계 내지 제 3 단계에서의 공정은 소정의 패턴이 노광될 때의 후방산란에 영향을 주는 바탕층의 수 만큼 반복되어서, 바탕층 각각에 대하여 부노광패턴을 발생한다.
그런 후, 제 4 단계에서, 얻어진 부노광 패턴의 중합노광이 수행된다. 마지막으로, 제 5 단계에서, 주노광이 소정의 패턴을 사용하여 수행된다. 이러한 경우, 일반적인 근접효과보정에 의해서 얻은 소정의 패턴의 최적노광량으로부터 부노광의 후방산란에 의해서 적재된 에너지 강도에 대응하는 노광량을 감산하여 노광을 수행한다.
제 2 단계에서의 면적밀도 맵은 도 5a 내지 도 5c 에서 설명될 것이다.
도 5a 에 도시된 것처럼, 소정의 패턴이 바탕구조물 (1)(제 N 개의 바탕층)을 갖는 기판 상의 레지스트 (2) 상에 노광된 실시예를 얻는다. 면적밀도 맵은 제 N 층 (3) 및 제 (N-1) 층 (4) 에 대하여 만들어진다.
우선, 도 5b 에 도시된 것처럼, 제 N 층 (3) 상에 형성된 바탕 패턴 (5) 을 후방산란 직경과 거의 동일한 임의의 영역 분할 사이즈 (6) 를 갖는 영역으로 분할된다.
그런 후, 바탕 패턴 (5) 의 부분에 의해서 점유된 면적밀도 (8) 가 각 분할영역 (7) 에 대하여 얻어져서, 제 n 층 (3) 상에 형성된 바탕 패턴 (5) 의 면적밀도 맵 (9) 을 만든다.
동일한 방법으로, 도 5c 에 도시된 것처럼, (N-1) 층 (4) 상에 형성된 바탕 패턴 (10) 의 면적밀도 맵 (10) 이 만들어진다.
얻어진 면적밀도 맵 (9, 10) 을 사용하여, 각 영역에 대한 부노광을 위한 직사각형 패턴이 발생되어서, 노광량을 설정한다.
도 6a 및 도 6b 는 제 3 단계에서의 공정을 설명하는데, 부노광 패턴의 노광시의 노광량을 일정하게 설정하는 예이다.
제 2 단계에서 얻은 면적밀도 맵 (9) 을 근거로 하여, 면적밀도에 따르는 사이즈를 갖는 직사각형 패턴 (12) 이 각 분할 영역 (7) 에 발생되며, 도 6a 에 도시된 것처럼, 분할영역 (7) 의 중앙에 배치된다.
부노광에서의 패턴의 노광량이 모두 동일하며 분할 영역 (7) 의 후방산란에 의해서 적재된 에너지가 모두 동일할 것이 요구됨에 따라서, 직사각형 패턴 (12) 의 사이즈는 각 패턴 밀도 (8) 로 설정되어야 한다. 도 6a 의 예에서, 직사각형 패턴(12) 의 사이즈는 각 면적밀도에 의해서 임의의 사이즈 (S) 를 분할함으로써 얻어진다. 선택적으로, 직사각형 사이즈는 일차 함수 및 이차 함수와 같은, 이미 설정된 함수를 사용함으로써 얻어질 수도 있다. 그런 후, 제 N 층 (3) 에 대한 부노광 패턴 (14) 이 만들어질 수 있다.
한편, 도 6b 에 도시된 것처럼, 직사각형 사이즈 (13) 는, 동일한 방법으로, 제 (N+1) 층 (4) 에 대하여 만들어진 면적밀도 맵 (11) 을 사용하여 얻어져서, 제(N-1) 층 (4) 에 대한 부노광 패턴 (15) 이 만들어진다.
제 1 실시예에서, 상술된 것처럼, 전자빔에 의해서 노광된 후 에칭된 층에 대한 바탕층의 영향(후방산란에 의해서 적재된 에너지) 은 소정의 패턴을 가지고 노광된 전표면 상에 효과적으로 동일하게 된다. 그러므로, 종래의 상호 및 자기 근접효과 보정을 수행하더라도, 좋은 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 결국, 보정의 정밀도가 개선될 수 있어서, 레지스트 패턴의 수치 정밀도를 강화한다.
제 2 실시예에서 전자빔을 사용하는 패턴 노광법은 도 7a 및 도 7b 에서 설명될 것이다. 제 2 실시예에서, 제 1 실시예에서의 도 4 에 의해서 설명된 제 1, 2, 4 및 5 단계는 동일하게 수행된다. 제 2 실시예에서의 제 3 단계의 공정이 도 7a 및 도 7b 에서 설명될 것이다. 도 7a 및 도 7b 에서는, 부노광패턴의 사이즈 (16)가 일정하게 설정되는 예를 보여준다.
제 2 실시예에서, 제 2 단계에서 얻어진 제 N 층에 대한 면적밀도 맵 (9) 을 근거로 하여, 이미 설정된 사이즈를 갖는 직사각형 패턴 (12) 이 각 분할영역 (7) 으로 발생되며, 도 7a 에 도시된 것처럼, 분할 영역 (7) 의 중앙에 배치된다.
각 영역 내의 직사각형 패턴 (16) 의 사이즈가 모두 동일하며, 분할영역 (7) 의 후방산란에 의해서 적재된 에너지가 모두 동일하게 되는 것이 요구되기 때문에, 직사각형 패턴 (12) 의 노광량은 각 패턴밀도 (8) 로 설정되어야만 한다.
도 7a 의 예에서, 노광량 (17) 은 각 면적밀도로 임의의 노광량을 분할함으로서 얻는다. 선택적으로, 노광량은 일차 함수 및 이차 함수등의 이미 설정된 함수를 사용함으로서 얻을 수도 있다. 따라서, 제 N 층 (3) 에 대한 부노광 패턴 (18) 을 만들 수 있다.
한편, 도 7b 에 도시된 것처럼, 노광량 (17) 은 제 (N-1) 층 (4) 에 대하여 만들어진 면적밀도 맵 (11) 을 사용함으로서, 동일한 방법으로, 얻어져서, 제 (N-1) 층 (4) 에 대한 부노광 패턴 (19) 을 만든다.
제 2 실시예에서, 상술된 것처럼, 전자빔에 의해서 노광된 후 에칭된 층에 대한 바탕층의 (후방산란에 의해서 적재된) 영향이 소정의 패턴을 가지고 노광된 전표면 상에서 효과적으로 동일하게 된다. 그러므로, 종래의 상호 및 자기 근접효과 보정을 수행하여도 바람직한 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 결국, 보정의 정밀도가 개선될 수 있으며, 그러므로 레지스트 패턴의 수치 정밀도가 강화된다.
본 발명은 완전하고 명백한 개시를 위하여 특정한 실시예에 대하여 설명을 하였으나, 첨부된 청구항은 그것으로 제한되지 않으며, 기본 지시에서 벗어나지 않는 한은 당업자에 의해서 변화와 또다른 구성이 수행될 수도 있다.
본 발명은, 종래의 근접효과 보정을 사용하여, 보다 개선된 레지스트 패턴 얻을 수 있는 패턴 노광법을 제공한다.

Claims (8)

  1. 전자빔을 사용함으로써, 이미 형성된 바탕 패턴에 중합 노광을 수행하는 패턴 노광 방법에 있어서,
    1) 상기 바탕 패턴 상에 형성된 패턴 그룹을 임의의 영역으로 분할하는 단계,
    2) 상기 임의의 영역에서 상기 바탕 패턴의 면적밀도를 계산하는 단계,
    3) 상기 각각의 임의의 영역에서 상기 바탕 패턴의 상기 면적밀도에 따라 제 1 패턴을 발생하는 단계,
    4) 상기 제 1 패턴을 사용하여 부노광을 수행하는 단계, 및
    5) 소정의 패턴을 노광하기 위하여 제 2 패턴을 사용하여 주 노광을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 패턴은 상기 부노광에 의해 축적된 에너지 강도의 노광량을 감산함으로써, 설정되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의의 영역 내에서 각각 상기 바탕 패턴의 면적밀도를 계산하기 위한 제 2 단계에서, 먼저 형성된 복수의 바탕 패턴의 면적밀도들은 먼저 형성된 상기 바탕 패턴 각각의 면적 밀도 맵을 생성하기 위해 계산되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 면적밀도에 따라 제 1 패턴을 발생하기 위한 제 3 단계에서, 상기 분할 영역의 각각에 대한 상기 면적밀도에 따른 직사각형 패턴은 부노광에 대한 패턴 그룹을 생성하기 위해 상기 각 분할영역의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 면적밀도에 따라 제 1 패턴을 발생하는 제 3 단계에서,
    상기 각 분할영역의 임의의 동일한 사이즈를 갖는 직사각형 패턴은 부노광에 대한 패턴 그룹을 생성하기 위해 상기 각 분할영역의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    소정의 패턴을 노광하기 위하여 주 노광을 수행하는 제 5 단계에서, 주 노광은 바탕구조물과 부노광의 노광량에 의존하는 노광량만큼 감산되어 수행되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    부노광에 대한 상기 패턴 그룹에 배치된 상기 직사각형 패턴은 상기 바탕 패턴을 형성하기 위하여 박막의 종류에 의존하는 동일한 노광량을 가지고 노광되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    부노광을 위한 상기 패턴 그룹 내에 배치된 상기 직사각형 패턴은 상기 각 분할영역의 면적밀도에 의존하는 최적의 노광량을 가지고 노광되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1) 내지 4) 단계는 먼저 형성된 N 개의 바탕 패턴에 대하여 N 번 반복되며,
    상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
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