KR100596778B1 - 반도체 장치 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 장치 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법이 개시된다. 상기 레티클은 아래의 목적물까지 광의 투과가 이루어지는 석영 재질의 기판과, 상기 기판 상에 형성되고 광의 투과를 차단하는 차단부와, 상기 차단부 사이에 형성되고 상기 아래의 목적물까지 광의 투과가 이루어지는 스페이스부 및 상기 차단부 내에 형성되고 광의 투과는 가능하지만 상기 광의 투과로 인하여 상기 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않는 슬릿부를 갖는 차단 패턴을 포함한다. 아울러, 상기 레티클을 사용하여 노광 공정을 진행한다. 때문에, 해상력에는 지장을 끼치지 않으면서 초점 심도를 확보한 상태에서 노광을 실시할 수 있다. 따라서, 상기 레티클을 이용할 경우 미세 패턴의 형성이 용이하다.

Description

반도체 장치 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법{reticle for forming a semiconductor device and method of exposing using the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치 제조용 레티클을 나타내는 개략적인 평면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 자른 단면도이다.

도 3은 도 1의 레티클에 형성된 슬릿부의 제1변형예이다.

도 4는 도 1의 레티클에 형성된 슬릿부의 제2변형예이다.

도 5는 본 발명의 비교 시험예 1을 설명하기 위한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 비교 시험예 2를 설명하기 위한 그래프이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레티클 100 : 기판

110 : 차단부 120 : 스페이스부

130 : 슬릿부

본 발명은 반도체 장치 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 장치의 제조에서 포토리소그라피에 사용되는 레티클 및 이를 이용한 노광 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 초 고집적화에 따라, 반도체 장치에 포함되는 각 소자들의 패턴의 선폭을 결정하는 포토리소그라피(photolithography) 공정이 더욱 활발하게 연구되고 있다.

상기 포토리소그라피에서 원하는 선폭을 갖는 패턴을 형성하기 위한 방법으로서는 노광에 사용되는 광의 파장을 줄이거나 노광 장치에 설치된 렌즈의 유효 개구수의 증대를 통하여 해상력을 확보하는 방법 또는 광의 조명 조건의 조절을 통하여 렌즈에 입사되는 각도를 조절함으로서 초점 심도를 늘리는 방법 등이 있다.

상기 해상력과 초점 심도는 공정 지수(K1, K2), 광의 파장(λ) 및 노광 장치의 렌즈 개구수(NA)로 아래의 식 1과 같이 표현할 수 있다.

[식 1]

해상력 = K1 ×λ/NA

초점 심도 = K2 ×λ/NA²

여기서, 동일한 파장의 광을 이용할 경우 상기 해상력과 초점 심도는 렌즈 개구수가 많을수록 그 수치가 작아진다. 그러나, 상기 해상력은 수치가 적을수록 유리하고, 상기 초점 심도는 클수록 유리하다. 따라서, 상기 해상력과 초점 심도는 렌즈 개구수에 따라 상호 반비례의 관계를 갖는다. 즉, 상기 해상력에 의존할 경우 미세 패턴의 형성은 가능하지만 상기 초점 심도가 나빠져 공정 여유도가 감소된다.

따라서, 종래의 포토리소그라피 기술의 노광에서는 미세 패턴을 형성하기 위하여 해상력을 확보할 경우 초점 심도가 나빠져 공정 재현성이 저하되는 문제점을 갖는다.

본 발명의 제1목적은 해상력에 영향을 끼치지 않는 상태에서 초점 심도를 확보할 수 있는 레티클을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2목적은 포토레지스트 패턴들 사이의 간격이 협소한 미세 패턴을 용이하게 형성하기 위한 노광 방법을 제공하는데 있다.

상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 레티클은 아래의 목적물까지 광의 투과가 이루어지는 석영 재질의 기판; 상기 기판 상에 선택적으로 형성되어 광의 투과를 차단하는 차단부; 상기 기판의 상기 차단부에 의해 한정되는 영역에 형성되어 입사되는 광을 상기 아래의 목적물까지 투과가 이루어지는 스페이스부; 및 상기 차단부 내에 상기 입사되는 광을 투과시키지만 상기 광의 투과로 인하여 상기 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않도록 상기 기판을 좁은 폭으로 노출시켜 형성되되 상기 차단부의 폭이 상기 스페이스부의 폭보다 2 내지 3배가 클 경우 1개가 형성되고 4배 보다 클 경우 적어도 2개가 형성되는 슬릿부을 포함한다.

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여기서, 상기 차단 패턴은 크롬 재질의 차단부를 갖는 크롬막 패턴인 것이 바람직하다.

상기 슬릿부는 상기 차단부의 폭이 상기 스페이스부의 폭보다 2 내지 3배일 경우 상기 차단부 내에 1개가 형성되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 슬릿부는 상기 스페이스부와 보강 간섭이 발생하는 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 스페이스부로부터 광의 파장이 약 3/4배에 해당하는 위치에 상기 슬릿부의 중심이 위치하도록 상기 슬릿부를 형성하는 것이다.

그리고, 상기 슬릿부는 상기 차단부의 폭이 상기 스페이스부의 폭보다 4배 이상일 경우 상기 차단부 내에 적어도 2개가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에는 첫 번째 슬릿부는 상기 스페이스부로부터 광의 파장이 약 3/4배에 해당하는 위치에 그 중심이 위치하도록 형성하고, 두 번째 슬릿부는 첫 번째 슬릿부와 보강 간섭이 발생하는 부분에 그 중심이 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 슬릿부는 20 내지 100nm의 폭을 갖도록 형성하는 것이 바람직한데, 목적물의 감도 및 스페이tm부를 투과하는 광의 에너지를 고려해야 한다. 이는, 상기 슬릿부를 투과하는 광이 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않아야 하기 때문이다. 그리고, 상기 슬릿부는 다양한 형태로 형성할 수 있는데, 상기 슬릿부 내에 광의 투과를 차단하는 다수개의 필러(pillar), 라인 또는 상기 필러와 라인의 복합 구조를 더 갖는 것이 바람직하다.

상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 방법은,

포토레지스트막이 형성된 반도체 기판을 마련하는 단계;

상기 포토레지스트막까지 광의 투과가 이루어지는 석영 재질의 기판 및 상기 기판 상에 형성되고 광의 투과를 차단하는 차단부와, 상기 차단부 사이에 형성되고 상기 포토레지스트막까지 광의 투과가 이루어지는 스페이스부와, 상기 차단부 내에 형성되고 광의 투과는 가능하지만 상기 광의 투과로 인하여 상기 포토레지스트막의 용해도의 변형을 끼치지 않는 슬릿부를 갖는 차단 패턴을 포함하는 레티클을 마련하는 단계;

광원과 반도체 기판 사이에 상기 레티클을 개재시키는 단계; 및

상기 광원으로부터 조사되는 광을 상기 레티클을 통하여 부분적으로 투과시켜 상기 포토레지스트막의 용해도를 변형시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면 레티클의 차단부 내에 슬릿부를 형성한다. 즉, 노광에서 초점 심도를 확보하기 위하여 레티클이 스페이스부로부터 일정 거리 떨어진 차단부 내에 아래의 목적물 즉, 포토레지스트막의 용해도에는 지장을 끼치지 않고, 광의 투과가 가능한 슬릿부를 형성하는 것이다. 이와 같이, 상기 레티클에 슬릿부를 형성함으로서 초점이 어긋나는 조건에서도 스페이스부를 투과하는 광의 세기가 줄어드는 것을 방지하고, 일정한 콘트라스트를 유지시킬 수 있다. 이에 따라, 해상력에는 지장을 끼치지 않으면서 초점 심도를 확보한 상태에서 노광을 실시할 수 있다. 때문에, 상기 레티클을 이용할 경우 미세 패턴의 형성이 용이하다.

(실시예)

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치 제조용 레티클을 나타내는 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 자른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 석영 재질의 기판(100)을 갖는 레티클(10)을 나타 낸다. 이때, 상기 기판(100)은 석영 재질 뿐만 아니라 유리 재질도 가능하다. 아울러, 상기 석영 재질의 기판(100) 자체는 광의 투과가 충분히 가능하다.

그리고, 상기 레티클(10)은 상기 기판(100) 상에 형성되는 차단 패턴을 포함한다. 이때, 상기 차단 패턴은 크롬 재질로 이루어지는 크롬막 패턴이다. 따라서, 상기 레티클(10)은 상기 차단 패턴에 의해 형성되는 차단부(110)와, 스페이스부(120) 및 슬릿부(130)를 포함한다.

여기서, 상기 차단 패턴의 차단부(110)는 광이 투과하지 않는 영역이다. 즉, 상기 크롬막 패턴에서 크롬막이 형성된 부위이기 때문이다. 그리고, 상기 차단 패턴의 스페이스부(120)는 광이 투과하는 영역이다. 이는, 상기 스페이스부(120)가 상기 차단 패턴에 의해 기판(100) 자체가 노출되는 영역이기 때문이다.

아울러, 상기 차단 패턴의 슬릿부(130)는 상기 차단부(110) 내에 형성된다. 이때, 상기 슬릿부(130)는 광을 차단하기 위한 크롬막과 같은 물질이 형성되지 않은 영역으로서, 상기 스페이스부(120)와 마찬가지로 기판(100) 자체가 노출되는 영역이다. 따라서, 상기 슬릿부(130)는 광이 투과하는 영역이다. 그러나, 상기 슬릿부(130)는 광이 투과는 하지만 상기 슬릿부(130)를 투과한 광이 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않도록 형성된다. 따라서, 상기 슬릿부(130)는 적정한 폭을 갖져야 한다. 때문에, 본 실시예에서는 상기 슬릿부(130)를 약 30nm의 폭을 갖도록 형성한다. 그리고, 상기 슬릿부(130)의 양쪽 끝부분에는 그대로 노출시키지 않고 크롬막과 같은 광이 투과하지 않는 물질을 형성한다. 또한, 상기 슬릿부(130)는 상기 스페이스부(120)와 보강 간섭이 발생하는 부분에 형성한다. 따라서, 상기 슬릿부(130)가 형성되는 위치는 상기 차단부(110)의 폭과 스페이스부(120)의 폭에 따라 달라진다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 슬릿부를 일반적인 스페이스 타입으로 형성하지만 다양한 형태로도 그 형성이 가능하다.

도 3을 참조하면, 제1변형예로서 차단부(310) 내에 형성되는 슬릿부(330a)는 상기 슬릿부(330a) 내에 광의 투과를 차단하는 다수개의 필러(pillar)(330b)를 갖는다. 도 4를 참조하면, 제2변형예로서 차단부(410) 내에 형성되는 슬릿부(430a)는 라인(430b)과 상기 라인(430b) 사이에 형성되는 필러(430c)를 포함하는 복합 구조를 갖는다.

이와 같이, 상기 슬릿부는 다양한 변형예가 가능하다. 하지만, 상기 변형예들도 마찬가지로 투과한 광이 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않도록 형성해야 한다.

여기서, 상기 슬릿부를 갖는 레티클을 사용하여도 상기 슬릿부가 미세 패턴의 형성에 영향을 끼치지 않는 것을 확인할 수 있다.

비교 시험예 1

도 5를 참조하면, 레티클의 스페이스부에 대한 위치에 따라 투과되는 광의 세기를 나타내는 것으로서, 상기 광의 세기가 0.5 이상인 경우에 용해도가 변형되는 포토레지스트막을 대상으로 한다. 아울러, 도 5에서 Ⅰ은 종래의 레티클을 사용한 예를 나타내고, Ⅱ는 전술한 실시예의 레티클을 사용한 예를 나타낸다.

이에 따라, 비교 시험예 1에서는 베스트 포커스로 조절한 상태에서 상기 레 티클들을 사용한 노광을 실시하였다. 그 결과, 상기 광의 세기가 0.5 이상인 경우에는 Ⅰ과 Ⅱ 모두 스페이스부에 대한 위치에 따른 투과되는 광의 세기가 유사함을 알 수 있다. 아울러, 상기 광의 세기가 0.5 미만인 경우에는 Ⅰ과 Ⅱ가 스페이스부에 대한 위치에 따라 투과되는 광이 세기가 차이가 있음을 알 수 있다. 상기 광이 세기 0.5 미만인 경우 차이가 나는 것은 실시예의 슬릿부에 기인한다. 그러나, 상기 광이 세기가 0.5 미만인 경우에는 포토레지스트막의 용해도의 변형에 영향을 끼치지 않기 때문에 무방하다.

비교 시험예 2

도 6를 참조하면, 노광 조건이 디포커스인 것을 제외하고는 비교 시험예 1과 동일한 조건이다. 아울러, 도 6에서 Ⅲ은 종래의 레티클을 사용한 예를 나타내고, Ⅳ는 전술한 실시예의 레티클을 사용한 예를 나타낸다.

이에 따라, 상기 노광을 실시한 결과, 상기 광의 세기가 0.5 이상인 경우에는 Ⅲ과 Ⅳ가 스페이스부에 대한 위치에 따른 투과되는 광의 세기가 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 실시예의 슬릿부가 적용된 레티클을 사용한 노광에서는 포토레지스트막의 용해도의 변형이 가능하지만, 종래의 레티클을 사용한 노광에서는 포토레지스트막의 용해도의 변형이 거의 불가능하다. 아울러, 상기 광이 세기가 0.5 미만인 경우에는 포토레지스트막의 용해도의 변형에 영향을 끼치지 않는다.

따라서, 상기 비교 시험예 1과2에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 레티클은 우수한 초점 심도의 확보가 가능하다. 실제로, 본 실시예의 레티클을 공정에 적용한 결과 0.1 내지 0.15㎛ 정도의 초점 심도가 증가하는 결과를 확인할 수 있었 다.

상기 레티클을 사용한 노광 방법에 의해 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법에 대한 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 포토레지스트막(74)이 형성된 반도체 기판(70)을 마련한다. 이때, 상기 반도체 기판(70) 상에는 패턴을 형성하기 위한 박막(72)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 포토레지스트막(74)은 상기 박막(72) 상에 형성된다.

이어서, 전술한 실시예의 레티클(10)을 사용한 노광을 실시한다. 즉, 상기 레티클(10)을 상기 반도체 기판(70)과 광원(76) 사이에 개재시킨 후, 상기 레티클(10)로 광을 조사하는 것이다. 이때, 상기 레티클(10)은 슬릿부를 갖기 때문에 초점 심도가 증가된다. 따라서, 원하는 패턴인 미세 패턴을 형성하기 위한 영역의 포토레지스트막(74)에만 정확하게 광이 조사된다. 이와 같이, 상기 레티클(10)을 투과하여 조사된 광에 의해 상기 포토레지스트막(74)의 일부 영역은 그 용해도가 변형된다.

그리고, 현상 공정을 통하여 상기 용해도가 변형된 부분의 포토레지스트막(74)을 제거한다. 이에 따라, 상기 반도체 기판(70)의 박막(72) 상에는 포토레지스트 패턴(74a)이 형성된다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴(74)은 초점 심도를 증가시킨 노광에 의해 형성된다. 따라서, 미세한 간격을 갖는 포토레지스트 패턴(74)의 형성이 가능하다.

본 발명에 의하면 레티클에 슬릿부를 마련함으로서 초점 심도의 증가를 유도할 수 있다. 때문에, 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 아울러, 기존의 노광 장치를 그대로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 아래의 목적물까지 광의 투과가 이루어지는 석영 재질의 기판;

   상기 기판 상에 선택적으로 형성되어 광의 투과를 차단하는 차단부;

   상기 기판의 상기 차단부에 의해 한정되는 영역에 형성되어 입사되는 광을 상기 아래의 목적물까지 투과가 이루어지는 스페이스부; 및

   상기 차단부 내에 상기 입사되는 광을 투과시키지만 상기 광의 투과로 인하여 상기 아래의 목적물에 변형을 끼치지 않도록 상기 기판을 좁은 폭으로 노출시켜 형성되되 상기 차단부의 폭이 상기 스페이스부의 폭보다 2 내지 3배가 클 경우 1개가 형성되고 4배 보다 클 경우 적어도 2개가 형성되는 슬릿부을 포함하는 반도체 장치 제조용 레티클.
2. 제1항에 있어서, 상기 차단 패턴은 크롬 재질의 차단부를 갖는 크롬막 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 레티클.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 슬릿부는 상기 스페이스부와 보강 간섭이 발생하는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 레티클.
6. 제1항에 있어서, 상기 슬릿부는 20 내지 100nm의 폭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 레티클.
7. 제1항에 있어서, 상기 슬릿부는 상기 슬릿부 내에 광의 투과를 차단하는 다수개의 필러(pillar), 라인 또는 상기 필러와 라인의 복합 구조를 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 레티클.
8. 삭제

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