KR100546185B1 - Pattern formation method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 일반적인 노광 장비로는 형성할 수 없는 작은 크기의 패턴을 형성하기 위하여, 노광 파장의 1/2 크기보다 더 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크를 이용하고, 노광 장비의 빛의 세기를 조절함으로써, 공정 마진(Margin)을 증가시켜 종래 노광법인 차광 패턴 그대로의 패턴 형성 방법보다 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하까지 구현이 가능하며 특히 홀(Hole) 패턴의 한계 이하까지 구현하므로 소자의 집적화를 향상시키는 특징이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device. In order to form a pattern having a small size which cannot be formed by a general exposure apparatus, a mask including a light shielding pattern having a size smaller than half the exposure wavelength is used. By controlling the intensity of light of the exposure equipment, the process margin can be increased to realize the process margin up to the limit of the pattern size that can be formed by the exposure equipment rather than the pattern formation method of the shading pattern, which is the conventional exposure method. Implementing to below the limit of the hole pattern has the feature of improving the integration of the device.

Description

반도체 소자의 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING PATENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}Pattern Forming Method of Semiconductor Device {METHOD FOR FORMING PATENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1a와 도 1b는 일반적인 노광 마스크 형성 방법을 나타낸 공정 평면도1A and 1B are process plan views illustrating a general method of forming an exposure mask.

도 2a와 도 2b는 종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a conventional semiconductor device.

도 3은 종래 기술 중 차광 패턴의 크기가 노광 장비의 파장보다 클 때의 차광 패턴과 웨이퍼의 패턴을 나타낸 평면도3 is a plan view illustrating a pattern of a light shielding pattern and a wafer when the size of a light shielding pattern is larger than a wavelength of an exposure apparatus according to the related art.

도 4는 종래 기술 중 보조 패턴을 갖는 차광 패턴과 웨이퍼의 패턴을 나타낸 평면도4 is a plan view illustrating a pattern of a light shielding pattern and a wafer having an auxiliary pattern in the prior art;

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도5A through 5B are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 패턴 형상을 나타낸 평면도Figure 6 is a plan view showing the pattern shape of the present invention

도 7은 본 발명의 차광 패턴 설계원리 및 노광에너지 변화를 나타낸 평면도7 is a plan view showing the light shielding pattern design principle and exposure energy change of the present invention

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

31 : 웨이퍼 32 : 노광 마스크31 wafer 32 exposure mask

41 : 제 1 감광막 패턴 42 : 제 2 감광막 패턴41: first photosensitive film pattern 42: second photosensitive film pattern

43 : 제 3 감광막 패턴43: third photosensitive film pattern

본 발명은 패턴(Pattern) 형성 공정에 있어서 광근접 효과를 이용하는 것으로, 광근접 효과에 의하면 웨이퍼(Wafer)에 마스크 패턴의 차광 패턴과 다른 새로운 형태로 패턴이 형성되는데, 이를 위해서는 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크를 이용하고 빛의 세기를 조절함에 따라 노광 마스크와 노광 장비의 한계를 극복할 수 있는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention utilizes the optical proximity effect in the pattern formation process. According to the optical proximity effect, a pattern is formed on the wafer in a new form different from the light shielding pattern of the mask pattern. The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device capable of overcoming the limitations of an exposure mask and exposure equipment by using a mask including a light blocking pattern having a size smaller than two sizes and adjusting light intensity.

일반적인 노광 마스크 형성 방법은 도 1a에서와 같이, 석영 기판(1)상에 차광층인 크롬(Cr)층(2)을 형성한다.In the general exposure mask forming method, as shown in FIG. 1A, a chromium (Cr) layer 2 is formed on the quartz substrate 1.

도 1b에서와 같이, 상기 크롬층(2)을 선택 식각하여 패턴 형성 부위에 투명층(3)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, the chromium layer 2 is selectively etched to form the transparent layer 3 at the pattern formation site.

종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 도 2a에서와 같이, 패턴 대상층인 웨이퍼(Wafer)(11)를 준비한다.In the conventional method of forming a pattern of a semiconductor device, as shown in FIG. 2A, a wafer 11, which is a pattern target layer, is prepared.

도 2b에서와 같이, 상기 웨이퍼(11) 상측에 노광 마스크(12)를 위치한다.As shown in FIG. 2B, an exposure mask 12 is positioned above the wafer 11.

이때, 상기 노광 마스크(12)는 크롬층과 투명층에 의한 차광 패턴(21)을 갖는다.In this case, the exposure mask 12 has a light shielding pattern 21 made of a chromium layer and a transparent layer.

그리고, 상기 노광 마스크(12)를 통하여 선택적으로 패턴 형성 공정을 진행하여 상기 웨이퍼(11)에 상기 차광 패턴(21) 그대로의 패턴을 형성한다.The pattern forming process may be selectively performed through the exposure mask 12 to form a pattern of the light shielding pattern 21 as it is on the wafer 11.

여기서 도 3에서와 같이, 차광 패턴(21)의 크기가 노광 장비의 파장보다 클 때 광근접 효과의 크기가 패턴의 크기에 비하여 미미하기 때문에 웨이퍼에 상기 차광 패턴(21) 그대로의 패턴(22)이 형성되지만 상기 차광 패턴(21)의 크기가 노광 장비의 파장 크기의 1/2에 될수록 광근접 효과가 매우 커져 상기 차광 패턴(21) 그대로 패턴(22)이 형성될 수 없으나, 도 4에서와 같이, 보조 패턴을 갖는 차광 패턴(23)을 형성하여 웨이퍼에 원하는 모양의 패턴(24)을 얻고 있다.Here, as shown in FIG. 3, when the size of the light shielding pattern 21 is larger than the wavelength of the exposure equipment, since the magnitude of the optical proximity effect is insignificant compared to the size of the pattern, the pattern 22 of the light shielding pattern 21 as it is on the wafer. Although the light shielding pattern 21 is formed as the size of 1/2 of the wavelength of the exposure equipment, the optical proximity effect becomes very large, and thus the pattern 22 as the light shielding pattern 21 cannot be formed. Similarly, the light shielding pattern 23 having the auxiliary pattern is formed to obtain a pattern 24 having a desired shape on the wafer.

그러나 종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 노광 마스크의 패턴 모양 그대로 웨이퍼에 전사시켜 패턴 영역을 정의하기 때문에 소자의 집적화에 따른 패턴의 크기가 작아짐에 따라 공정 마진(Margin)이 저하되며 특히 패턴 한계 이하에서의 패턴 형성 공정은 차광 패턴에 보조 패턴을 형성할지라도 노광 파장 이하의 크기를 형성하기 때문에 광근접 효과가 매우 커져 빛의 대조가 저하되므로 해상력이 부족하여 패턴 형성이 불가능하다는 문제점이 있었다.However, in the conventional method of forming a pattern of a semiconductor device, since the pattern area of the exposure mask is transferred to the wafer to define the pattern area, the process margin decreases as the size of the pattern decreases due to the integration of the device. In the pattern forming process in, since the optical pattern is formed to have a size less than the exposure wavelength even though the auxiliary pattern is formed in the light shielding pattern, the contrast of light is greatly reduced, resulting in a lack of resolution and a pattern formation.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하의 패턴을 형성하기 위하여 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크 패턴을 형성하고 빛의 세기를 조절함에 따라 발생하는 광근접 효과를 이용함으로써, 노광 마스크와 노광장비의 한계를 극복할 수 있는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a mask pattern including a light shielding pattern having a size smaller than half the exposure wavelength in order to form a pattern below the limit of the pattern size that can be formed by the exposure equipment to solve the above problems. It is an object of the present invention to provide a method of forming a pattern of a semiconductor device capable of overcoming the limitations of an exposure mask and an exposure apparatus by using the optical proximity effect generated by forming and adjusting the intensity of light.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계와, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계 및 상기 감광막의 노광된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제 2 실시예에 다른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계와, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 투광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계 및상기 감광막의 노광 된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of forming a pattern of a semiconductor device according to a first exemplary embodiment of the present invention includes applying a photoresist film on an etched layer and using an exposure mask including a light shielding pattern having a size smaller than half the exposure wavelength. Exposing the photoresist film and developing the exposed area of the photoresist film.
In addition, the method of forming a pattern of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention uses the step of applying a photoresist film on the etched layer, and using an exposure mask comprising a light transmission pattern having a size smaller than half the exposure wavelength. Exposing the photoresist film and developing the exposed area of the photoresist film.

상기와 같은 본 발명에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the method for forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 6은 본 발명의 패턴 형상을 나타낸 평면도이며, 도 7은 본 발명의 차광 패턴 설계원리 및 노광에너지 변화를 나타낸 평면도이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a plan view illustrating a pattern shape of the present invention, and FIG. 7 is a light blocking pattern design principle and exposure of the present invention. A plan view showing energy change.

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 도 5a에서와 같이, 노광장치 한계이하의 패턴 형성을 위한 방법으로 패턴 대상층인 웨이퍼(31)를 준비한다.In the method of forming a pattern of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5A, a wafer 31, which is a pattern target layer, is prepared as a method for forming a pattern below an exposure apparatus limit.

도 5b에서와 같이, 상기 웨이퍼(31) 상측에 1/2 ∼ 1/10과 같이 1/2노광 파장보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크(32)를 위치한다.As shown in FIG. 5B, an exposure mask 32 including a light shielding pattern having a size smaller than a half exposure wavelength, such as 1/2 to 1/10, is positioned above the wafer 31.

그리고, 빛의 대조 저하로 해상력이 부족하여 패턴 형성이 불가능하게 하는 종래의 광근접 효과를 본 발명에서는 역이용하므로 광근접 효과를 더욱 크게 발생시키기 위하여, 강한 빛을 상기 노광 마스크(32)에 조사하며, 이때 각 패턴에 대하여 선택적으로 빛을 조사하여 각각의 패턴 형성 공정을 진행한다.In addition, since the conventional optical proximity effect, in which the resolution is insufficient due to the low contrast of the light and the pattern formation is impossible, is reversely used in the present invention, in order to further generate the optical proximity effect, strong light is irradiated to the exposure mask 32. In this case, light is selectively irradiated to each pattern to proceed with each pattern forming process.

상기 종래의 광근접 효과보다 더 크게 발생되는 광근접 효과 즉, 상기 강한 빛을 제 1 광원이라 하면 상기 본 발명의 광근접 효과에 의해 발생하는 빛을 제 2 광원이라 하고, 이를 이용하여 상기 차광 패턴과 다른 새로운 형태의 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 웨이퍼(31)에 원하는 패턴을 형성한다.When the light proximity effect generated greater than the conventional light proximity effect, that is, the strong light is a first light source, the light generated by the light proximity effect of the present invention is called a second light source, and the light blocking pattern is used. A new type of photosensitive film pattern is formed, and a desired pattern is formed on the wafer 31 using the photosensitive film pattern as a mask.

즉, 본 발명은 노광장치가 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하로 패턴을 형성하는 방법으로 상기 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 갖는 노광 마스크(32)를 사용하고 노광 에너지로 빛을 충분하게 조사함으로써, 목표하고자하는 미세 패턴을 용이하게 구현할 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼(31)에 형성된 패턴 모양은 노광 마스크(32)의 패턴보다 더 작은 크기로 형성된다.That is, the present invention uses the exposure mask 32 having a light shielding pattern having a size smaller than half the exposure wavelength in a method of forming a pattern below the limit of the pattern size that the exposure apparatus can form and the exposure energy. By sufficiently irradiating light with the furnace, it is possible to easily implement the desired fine pattern. At this time, the pattern shape formed on the wafer 31 is smaller than the pattern of the exposure mask 32.

도 6의 제 1 감광막 패턴(41)이 형성된 마스크를 참조하면, 제 1 감광막패턴(41)의 크기가 노광장치로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하인 경우, 노광에너지를 증가시키면 도 7의 "A"와 같이 상기 본 발명의 광근접 효과가 증가되고, 상기 광근접 효과로 인해 발생된 제 2 광원에 의해 원형 패턴 또는 타원형의 패턴과 같은 제 1 웨이퍼 패턴(51)을 형성할 수 있다. 이와 같은 미세 패턴 형성 방법은 콘택홀과 같은 패턴을 형성하는데 이용할 수 있다.Referring to the mask on which the first photoresist pattern 41 is formed in FIG. 6, when the size of the first photoresist pattern 41 is less than or equal to the limit of the pattern size that can be formed by the exposure apparatus, the exposure energy may be increased by increasing the exposure energy of FIG. As described above, the optical proximity effect of the present invention is increased, and the first wafer pattern 51 such as a circular pattern or an elliptical pattern may be formed by the second light source generated by the optical proximity effect. Such a fine pattern formation method can be used to form a pattern such as a contact hole.

다음으로, 제 2 감광막 패턴(42)과 같은 패턴 형태를 이용하여 노광 공정을 진행할 경우, 노광에너지를 증가시키면 도 7의 "B"와 같이 상기 본 발명의 광근접 효과가 증가되고, 상기 제 2 광원에 의해 패턴과 패턴사이의 경계가 무너지며 결국 패턴들이 붙어 긴 사각형의 패턴을 형성할 수 있다.Next, in the case of performing the exposure process using the same pattern form as the second photosensitive film pattern 42, if the exposure energy is increased, the optical proximity effect of the present invention is increased as shown in "B" of FIG. The boundary between the pattern and the pattern is broken by the light source, and thus the patterns can be attached to form a long rectangular pattern.

마지막으로, 제 3 감광막 패턴(43)과 같은 패턴을 이용하여 노광 공정을 수행할 경우, 바 형태의 패턴 형상이 되어 캐패시터와 같은 소자 패턴들을 얻을 수 있다.Finally, when the exposure process is performed using the same pattern as the third photoresist pattern 43, the bar pattern may be formed to obtain device patterns such as capacitors.

상술한 바와 같이, 홀(Hole) 패턴을 얻기 위하여 노광 마스크 상에서는 상기 제 1 감광막 패턴(41)과 같이 좁은 스페이스 형태로 패턴을 설계하고, 라인 패턴을 얻기 위해서는 상기 제 2 및 제 3 감광막 패턴(42, 43)과 같은 노광 마스크를 이용하되 각 패턴의 간격을 조절하여 그 모양을 변형시킬 수 있다.As described above, the pattern is designed in a narrow space like the first photoresist pattern 41 on the exposure mask to obtain a hole pattern, and the second and third photoresist pattern 42 is used to obtain a line pattern. , 43) using an exposure mask can be modified by adjusting the interval of each pattern.

또한, 본 발명은 노광장치 중에서 어퍼쳐(Aperture)와 같이 이용할 수 있다.In addition, the present invention can be used as an aperture in an exposure apparatus.

즉, 상기 어퍼쳐의 종류에 따라 빛이 간섭하는 원리가 달라지는 것을 이용하면, 본 원 발명의 빛의 세기 및 광근접 효과를 이용하는 특성을 더 효율적으로 향상시킬 수 있는 것이다.That is, by using the principle that the light interference depends on the type of the aperture, it is possible to more efficiently improve the characteristics using the light intensity and optical proximity effect of the present invention.

예를 들면 다이폴(Dipole) 어퍼쳐를 이용하면 단독 스페이스에서 홀 패턴 형성에 유효하며 패턴 간격을 이용하면 긴 패턴을 만드는데 유리하다 For example, the dipole aperture is effective for forming hole patterns in a single space, and the pattern spacing is advantageous for making long patterns.

본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴의 한계 이하인 패턴을 형성하는 공정에서, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 차광 패턴을 형성하고 빛의 세기를 조절하여 광근접 효과에 의해 웨이퍼에 상기 차광 패턴과 다른 형태의 원하는 패턴을 형성하므로, 공정 마진을 증가시켜 종래 노광법인 차광 패턴 그대로의 패턴 형성 방법보다 노광 장비로 형성할 수 있는 한계 패턴 크기 이하까지 구현할 수 있게 된다. 특히 홀 패턴의 구현에 용이하므로 소자의 집적화를 향상시키는 효과가 있다.In the method for forming a pattern of a semiconductor device of the present invention, in the process of forming a pattern that is less than or equal to the limit of the pattern that can be formed by the exposure equipment, forming a light shielding pattern smaller than 1/2 of the exposure wavelength and adjusting the intensity of light to provide optical proximity By forming a desired pattern different from the light shielding pattern on the wafer by the effect, it is possible to increase the process margin up to the limit pattern size that can be formed by exposure equipment than the conventional pattern forming method of the light shielding pattern. . In particular, since it is easy to implement the hole pattern, there is an effect of improving the integration of the device.

Claims (2)

피식각층상에 감광막을 도포하는 단계;Applying a photoresist film on the etched layer; 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계; 및Exposing the photosensitive film using an exposure mask that includes a light shielding pattern having a size smaller than half the exposure wavelength; And 상기 감광막의 노광된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.And developing the exposed region of the photosensitive film. 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계;Applying a photoresist film on the etched layer; 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 투광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계; 및Exposing the photosensitive film using an exposure mask that includes a light transmission pattern having a size smaller than half the exposure wavelength; And 상기 감광막의 노광 된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.And developing the exposed region of the photosensitive film.
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