KR100437817B1

KR100437817B1 - A method of exposure for making of a semiconductor device

Info

Publication number: KR100437817B1
Application number: KR1019970054994A
Authority: KR
Inventors: 이승호
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 1997-10-25
Filing date: 1997-10-25
Publication date: 2004-07-16
Also published as: KR19990033601A

Abstract

PURPOSE: An exposure method of manufacturing a semiconductor device is provided to minimize proximity effect by dividing a mask pattern into a plurality of sub-patterns and using a variety of exposure apparatuses according to the types of the sub-patterns. CONSTITUTION: A mask pattern is divided into a plurality of sub-patterns(A,B,C) according to the sizes and shapes. An exposure process is performed by using various exposure apparatuses with the various resolutions corresponding to the sizes or shapes of the sub-patterns.

Description

A method of exposure for making of a semiconductor device

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 미세 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, and more particularly, to an exposure apparatus and method for forming a fine pattern.

일반적으로 반도체 소자는 적은 공간에서 미세한 구조로 형성되기 때문에 반도체 소자를 제조하는 공정에는 패턴을 형성하기 위해 노광 공정이 필수적으로 사용된다. 이와 같은 노광 공정에서는 패턴의 크기와 패턴의 형태에 따라 패턴의 왜곡이 발생된다.In general, since the semiconductor device has a fine structure in a small space, an exposure process is essentially used to form a pattern in the process of manufacturing the semiconductor device. In such an exposure process, pattern distortion occurs depending on the size of the pattern and the shape of the pattern.

따라서 노광시 발생하는 왜곡들을 최소화하기 위하여 해상력이 더 좋은 노광장치로 작은 패턴을 노광하여 전체적으로 원하는 패턴을 형성시킨다. 그러나 이와 같이 해상력이 더 좋은 노광 장치를 이용하여 노광하는 방법은 전체 패턴 형성에 많은 시간이 걸리게 된다.Therefore, in order to minimize distortions generated during exposure, a small pattern is exposed with an exposure apparatus having better resolution to form a desired pattern as a whole. However, the method of exposing using an exposure apparatus with better resolution takes a lot of time to form the entire pattern.

예를들면, DRAM 메모리 소자의 노광은 DRAM의 특성상 반복 패턴의 노광에 주안점을 두어 왔다. 이런 패턴을 노광하기 위해 패턴 크기에 상관없이 전체 패턴을 한 번에 찍은 스캔너(scanner)나 스텝퍼(stepper)가 사용되고 있다. 즉, 다시말하면 한 칩(chip)을 형성하는 패턴이 한 번에 형성된다. 이런 방법은 패턴의 사이즈(size)가 클 경우에는 별 무리가 없이 사용될 수 있지만, 패턴이 복잡한 경우에는 왜곡이 발생한다.For example, exposure of DRAM memory devices has been focused on exposure of repetitive patterns due to the characteristics of DRAM. In order to expose such a pattern, a scanner or a stepper that takes an entire pattern at once, regardless of the pattern size, is used. In other words, a pattern forming one chip is formed at a time. This method can be used when the size of the pattern is large, but distortion occurs when the pattern is complicated.

이와 같이 단일 노광장치로 노광시 마스크상의 패턴과 웨이퍼 상의 패턴과의 관계는 노광하고자하는 패턴에 의존한다.As such, the relationship between the pattern on the mask and the pattern on the wafer during exposure with a single exposure apparatus depends on the pattern to be exposed.

이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.

도 1은 실제 패턴을 나타낸 패턴 평면도이고, 도 2는 라인 패턴 평면도이며, 도 3은 홀 패턴 평면도이다.1 is a pattern plan view showing an actual pattern, FIG. 2 is a line pattern plan view, and FIG. 3 is a hole pattern plan view.

도 2 및 도 3과 같이 라인(line) 또는 홀(hole)같은 단순한 패턴을 노광할 경우는 패턴의 왜곡이 일정하고 정도가 심하지 않다. 따라서 단일 노광 장치만으로도 특별한 기술이 없이 노광 장비의 분해능 수준의 크기를 가진 패턴을 노광할 수 있다.2 and 3, when exposing a simple pattern such as a line or a hole, the distortion of the pattern is constant and the degree is not severe. Therefore, even a single exposure apparatus can expose a pattern having a resolution level of exposure equipment without any special technique.

반면, 도 1과 같이 패턴이 복잡한 경우는 문제가 간단하지 않다.On the other hand, when the pattern is complicated as shown in FIG. 1, the problem is not simple.

일반적으로 근접효과에 의하여, 노광시 주위 패턴의 영향으로레지스트(resist)상에서의 패턴이 왜곡된다. 이 근접효과는 단순한 패턴의 경우에에서는 동일하게 일어나기 때문에 상대적으로 조절하기 쉽지만 복잡한 경우의 패턴은 조절하기 힘들다.In general, due to the proximity effect, the pattern on the resist is distorted under the influence of the surrounding pattern during exposure. This proximity effect is relatively easy to control because it is the same for simple patterns, but difficult to control for complex patterns.

즉, 도 1와 같은 복잡한 패턴을 노광하면 노광시에 다른 부분에 비하여 D 부분이 커지는 경향이 있다. 이런 문제를 해결하기 위하여 D부분이 커지는 경향이 있으므로 마스크상의 패턴에서 D부분을 상대적으로 작게 조절하여 원하는 패턴보다 커지는 현상을 상쇄시키거나, 노광 팔아메터(parameter)들을 조절하여 인위적인 형태의 왜곡을 시도하여 원하는 패턴을 구현한다.That is, when the complicated pattern as shown in Fig. 1 is exposed, the D portion tends to be larger than other portions at the time of exposure. In order to solve this problem, the D part tends to be larger, so that the D part in the pattern on the mask is made relatively small to offset the phenomenon of being larger than the desired pattern, or an artificial shape distortion is adjusted by adjusting the exposure parameters. To implement the desired pattern.

그러나, 상기와 같은 종래의 반도체 소자를 제조하기 위한 노광 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, in the exposure method for manufacturing the conventional semiconductor device as described above, there are the following problems.

첫째, 근접효과에 의해 부분적으로 원하는 패턴보다 커지는 패턴 왜곡을 해소하기 위하여 마스크를 반복해서 수정하는 경우는 시간과 경비가 많이 들고 패턴 형성에 한계가 존재하여 궁극적으로 원하는 패턴을 얻을 수 없는 경우가 많다.First, in order to relieve the pattern distortion that is partially larger than the desired pattern due to the proximity effect, the mask is repeatedly modified, which requires a lot of time and expense, and there is a limit in pattern formation. .

둘째, 노광 파라메터들을 조절하여 인위적인 형태의 왜곡을 시도하는 노광 장치 조절은 상당한 기술적인 제약이 있을 뿐만아니라 과학적으로 해결해야 할 문제가 많다Second, the exposure device adjustment, which attempts to artificially distort the exposure parameters by adjusting the exposure parameters, not only has considerable technical limitations but also has many problems to be solved scientifically.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해걸하기 위하여 안출한 것으로, 마스크 패턴을 단순한 몇 개의 보조 패턴으로 나누어서 복수의 노광 장치를 이용하여 근접효과를 최소화하므로 패턴의 왜곡을 방지하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to prevent distortion of the pattern by dividing the mask pattern into a few simple auxiliary patterns to minimize the proximity effect by using a plurality of exposure apparatuses.

도 1은 실제 패턴을 나타낸 패턴 평면도1 is a pattern plan view showing the actual pattern

도 2는 라인 패턴 평면도2 is a line pattern top view

도 3은 홀 패턴 평면도3 is a hole pattern plan view

도 4는 본 발명에 따른 보조 패턴 평면도4 is a plan view of an auxiliary pattern according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 중첩영역이 있는 보조 패턴의 평면도5 is a plan view of an auxiliary pattern having an overlapping area according to the present invention;

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자를 제조하기 위한 노광 방법은 원하는 패턴을 복수개의 보조 패턴으로 나누어 형성하는 단계와, 각 보조 패턴에 상응하는 해상도가 다른 복수개의 노광 장비를 이용하여 다중 노광하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.The exposure method for manufacturing the semiconductor device of the present invention for achieving the above object is formed by dividing the desired pattern into a plurality of auxiliary patterns, and using a plurality of exposure equipment having a different resolution corresponding to each auxiliary pattern It is characterized by including the step of exposing.

상기와 같은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention as described above in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 보조 패턴 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 중첩영역이 있는 보조 패턴의 평면도이다.4 is a plan view of an auxiliary pattern according to the present invention, and FIG. 5 is a plan view of an auxiliary pattern having an overlapping area according to the present invention.

도 1과 같은 패턴을 노광 공정에 의해 퍼터닝하기 위하여 도 4 및 도 5와 같이 보조 패턴 마스크를 형성한다. 즉, 도 1의 패턴을 도 4와 같이 마스크 패턴을 라인 또는 홀 처럼 단순한 보조 패턴을 다수개 형성한다. 도 4에서 B는 도 2와 같은 라인 패턴이고, A와 C는 대칭적인 무늬로 기존까지 존재하지 않은 무늬이다.In order to pattern the pattern shown in FIG. 1 by an exposure process, an auxiliary pattern mask is formed as shown in FIGS. 4 and 5. That is, as shown in FIG. 4, a plurality of simple auxiliary patterns such as lines or holes are formed in the pattern of FIG. 1. In FIG. 4, B is a line pattern as shown in FIG. 2, and A and C are symmetrical patterns and do not exist until now.

이와 같이 다수개의 보조 패턴을 형성하고, B와 같이 비교적 단순하고 크기가 상대적으로 큰 패턴의 노광시에는 비교적 분해능은 적으나 수율이 높은 DUV 등의 노광 장비를 이용하여 노광하고, A, C와 같이 상대적으로 크기가 작은 패턴의 노광시에는 수율은 낮으나 분해능이 높은 X-ray 또는 전자선 등의 노광 장비를 이용하여 노광한다.In this way, a plurality of auxiliary patterns are formed, and in the case of exposure of a relatively simple and relatively large size pattern such as B, exposure is performed using exposure equipment such as DUV having a relatively low resolution but high yield, and A and C In the case of exposure of a relatively small pattern, exposure is performed using exposure equipment such as X-ray or electron beam with low yield but high resolution.

이 때, 사용되는 레지스트(resist)는 상기 복수개의 노광 장비에 공통적으로 적용 가능한 것이어야 한다. 레지스트 코팅 후에 현상까지 시간이 단일 공정보다는많이 걸릴 것이므로 환경에 덜 민감한 레지스트를 사용해야 한다.In this case, the resist to be used should be one applicable to the plurality of exposure equipment in common. The development process after resist coating will take more time than a single process, so a resist that is less sensitive to the environment should be used.

또한 전자선을 이용할 경우에는 빛을 사용하는 것보다 레지스트에 다른 문제가 발생한다. 즉, 전자가 레지스트에 많이 들어감으로써 충전(charge up)현상이 발생하는데 이것에 기인하여 겆자장이 형성되고, 형성된 전자장은 전자선의 궤적을 바꾸어 원하는 패턴을 얻기 어려우므로, 이 문제를 해결하기 위하여 레지스트위에 전도 중합체를 커팅하는 방법이 있다.In addition, the use of electron beams causes other problems in the resist than using light. That is, charge up phenomenon occurs when electrons enter the resist. Due to this, a magnetic field is formed, and the formed electromagnetic field is difficult to obtain a desired pattern by changing the trajectory of the electron beam. There is a method of cutting a conductive polymer thereon.

한편, 오버레이(overlay) 정확도 문제를 해결하기 위해서는 오버레이 측정 장비의 개선이 절대적이다. 즉, A와 C의 크기 형태를 조절하여 오버레이 정확도를 어느 정도 높일 수 있다. 도 5에서 오버랩핑 영역을 첨가하여 보조 패턴을 A와 C처럼 그린다. 이 오버랩핑 영역의 크기(size)는 오버레이 정확도(accuracy)를 고려하여 조정한다. 따라서 장비의 의존성을 가지고 기술의 진보에 따라 줄어 들게 되고, 오버래핑 영역의 도입은 현재 쓰고 있는 마스크 조작에 상응하는 방법이다.On the other hand, in order to solve the overlay accuracy problem, the improvement of the overlay measuring equipment is absolute. In other words, it is possible to increase the accuracy of the overlay to some extent by adjusting the size of A and C. In FIG. 5, an overlapping region is added to draw auxiliary patterns as A and C. FIG. The size of this overlapping area is adjusted in consideration of the overlay accuracy. Therefore, with the dependence of the equipment, it is reduced with the progress of the technology, and the introduction of the overlapping area corresponds to the mask manipulation currently in use.

그리고 다중 노광시 필요한 시간과 단가(cost)를 비교해 보면, DUV와 X-ray의 결합은 좋은 선택이 아니다. 왜냐하면 X-ray 노광 장치는 마스크에 따라 근접 효과의 영향을 작게 받으면서 한 번 노광으로 패턴을 형성시킬 수 있기 때문에 다중 노광이 불필요 하다. 반면에 전자선과 DUV는 좋은 선택이 될 수 있다. 전자선은 기본적으로 작은 패턴만 노광할 수 있으므로 A와 C같은 보조 패턴을 노광하는데 적당하고 DUV 노광 장비는 B와 같은 라인 패턴을 노광할 수 있다.And comparing the time and cost of multiple exposures, the combination of DUV and X-ray is not a good choice. Because the X-ray exposure apparatus can form a pattern in one exposure while being less affected by the proximity effect depending on the mask, multiple exposure is unnecessary. On the other hand, electron beams and DUVs are good choices. Since the electron beam can basically expose only a small pattern, it is suitable for exposing auxiliary patterns such as A and C, and the DUV exposure apparatus can expose a line pattern such as B.

노광 순서는 DUV로 먼저 큰 패턴을 노광하고 전자선으로 보조 패턴을 노광하는 것이 다중 노광에 적합하다. 그 이유는 전자선 노광은 진공속에서 진행되므로노광 시간이 상대적으로 길어진 경우라도 환경에 레지스트가 영향을 받지 않을 것이기 때문이다.The exposure sequence is suitable for multiple exposures by first exposing a large pattern with DUV and then exposing an auxiliary pattern with an electron beam. The reason is that since the electron beam exposure proceeds in a vacuum, the resist will not be affected by the environment even when the exposure time is relatively long.

그 반대의 순서를 이용하여 전자선을 먼저 사용하고 나중에 DUV를 사용하여도 된다.You can use the reverse order to use electron beams first and DUV later.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 노광 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.The exposure method of the present invention as described above has the following effects.

첫째, 전자선이 실 공정에 적용되지 못하는 가장 큰 이유는 노광 시간이 많이 걸리기 때문에 수율이 낮다는 것이고, 전자선 노광 시간을 결정하는 요소는 여러 가지가 있으나 패턴 크기와 종류이다. 즉, 패턴의 크기가 작을수록 패턴의 경사면 수가 적을수록 시간이 적게 걸린다. 결국 전자선으로 노광하는 패턴의 크기와 수를 줄이면 노광 시간을 줄일 수 있다.First, the main reason why the electron beam is not applied to the real process is that the yield is low because the exposure time takes a lot, and there are many factors that determine the electron beam exposure time, but the pattern size and type. In other words, the smaller the size of the pattern is, the shorter the time is, the smaller the number of slopes of the pattern is. As a result, the exposure time can be reduced by reducing the size and number of patterns exposed by the electron beam.

따라서 본 발명은 큰 패턴은 DUV로 노광하고 작은 패턴만 저자선으로 노광하므로 전체를 전자선으로 노광하는 시간보다 노광 시간을 줄일 수 있다.Therefore, in the present invention, since a large pattern is exposed with DUV and only a small pattern is exposed with a low beam, the exposure time can be shorter than that of exposing the whole with an electron beam.

둘째, 보조 패턴을 이용하여 노광하므로 공정 마진을 향상시킬 수 있다. 즉, 작은 패턴 때문에 노광 조건에 제약이 주어지는 경우가 많으나 본 발명의 노광 방법을 이용하면 노광 장비를 여러 가지 사용할 수 있게되므로 장비마다 최적의 공정 마진을 유지할 수 있기 때문이다.Second, the process margin can be improved by exposing using the auxiliary pattern. In other words, the exposure pattern is often limited due to the small pattern, but the exposure method of the present invention enables the use of various exposure apparatuses, thereby maintaining the optimum process margin for each equipment.

Claims

Classifying the entire pattern according to size or / and shape and forming an auxiliary pattern with each classified pattern;

And performing an exposure process using an exposure apparatus having a resolution corresponding to the size or / and shape of each auxiliary pattern.

The method of claim 1,

Exposure method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that formed by adding an overlapping region in consideration of the overlay accuracy when forming the auxiliary pattern.

The method of claim 1,

Exposure equipment having a relatively small auxiliary pattern uses an exposure equipment having a higher resolution than the exposure equipment having a relatively large auxiliary pattern.

The method of claim 1,

Exposure of relatively small auxiliary patterns uses electron beam exposure equipment, and exposure of relatively large auxiliary patterns uses DUV exposure equipment.

The method of claim 4, wherein

In the case of using the two exposure equipment in common, an exposure method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the conductive polymer is coated on the photosensitive film

The method of claim 1,

The exposure method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the multi-exposure sequence proceeds from the exposure using a high resolution exposure equipment to the exposure using a low resolution exposure equipment.