KR100741912B1 - 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법은 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 포토레지스트 위에 제1 마스크를 사용하여 제1 노광하는 단계와, 제1 노광된 포토레지스트의 일부분을 2중 노광될 수 있도록 하는 제2 마스크를 사용하여 제2 노광하는 단계와, 제1 노광 및 제2 노광된 기판을 현상하여 이중 노광된 포토레지스트 부분을 제거함으로써 미세한 공간 포토리지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 제1 노광 및 제2 노광의 노광 에너지는 빛을 받은 포토레지스트의 감응제가 광화학 반응이 일어나지 않을 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 마스크 및 제2 마스크는 소자분리 공간 패턴 형성을 위한 마스크인 것이 바람직하다. 본 발명은 사진 공정에서 이중 노광을 이용함으로써, 해상력 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있어 45nm 공간 및 선 패턴까지 구현할 수 있다.

포토레지스트 패턴, 이중 노광

Description

이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법{Method for Forming Fine Photoresist Pattern in Semiconductor Device by Using Double Exposure}

도 1은 종래의 소자분리 공간 패턴 마스크를 나타내 그림이다.

도 2a에서 도2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

도 3a에서 도 3d는 본 발명의 제2실시예에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

5: 슬릿 형태의 마스크 10: 기판

20: 포토레지스트 20a, 20b, 20c: 포토레지스트 패턴

30: 제1 마스크 31: 제2 마스크

32: 이중 노광된 부분 40: 제3 마스크

40a: 제3 마스크 선 패턴 41: 제4 마스크

41a: 제4 마스크 선 패턴

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사진 공정에서 이중 노광을 이용하여 해상력 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 기술에서, 사진 공정은 반도체 소자의 고집적도를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 반도체 기판 위에 반도체 소자의 형성에 필요한 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이다.

사진 공정에서, 소자분리 공간 패턴(Isolation space patterning)은 선(line) 패턴과 달리 에어리얼 이미지(aerial image)의 세기(intensity)가 작고, 기울기(slope)가 완만하기 때문에 해상력(resolution)과 콘트라스트(contrast)가 떨어지는 경향이 있어 미세한 공간을 형성하기가 어렵다.

종래에는 도 1에서 보듯이, 소자분리 공간 패턴을 형성하기 위해서 슬릿(slit)형의 마스크 패턴(mask pattern, 5)을 사용하였다. 이러한 방법은 해상력(ArF 경우 80nm 정도가 한계)과 콘트라스트가 떨어지기 때문에 미세한 패턴을 형성할 수가 없다.

본 발명은 사진 공정에서 이중 노광을 이용하여 해상력 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법은 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 포토레지스트 위에 제1 마스크를 사용하여 제1 노광하는 단계와, 제1 노광된 포토레지스트의 일부분을 2중 노광될 수 있도록 하는 제2 마스크를 사용하여 제2 노광하는 단계와, 제1 노광 및 제2 노광된 기판을 현상하여 이중 노광된 포토레지스트 부분을 제거함으로써 미세한 공간 포토리지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 제1 노광 및 제2 노광의 노광 에너지는 빛을 받은 포토레지스트의 감응제가 광화학 반응이 일어나지 않을 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 마스크 및 제2 마스크는 소자분리 공간 패턴 형성을 위한 마스크인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법은 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 포토레지스트 위에 제3 마스크를 사용하여 제1 노광하는 단계와, 제3 마스크에 의해 제1 노광되지 않은 포토레지스트의 일부분을 제4 마스크를 사용하여 제2 노광하는 단계와, 제1 노광 및 제2 노광된 기판을 현상하여 최종 노광 되지 않은 부분의 포토레지스트를 남겨 미세한 선 포토리지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 제3 마스크 및 제4 마스크는 선 패턴 형성을 위한 마스크인 것이 바람직하다. 또한, 제4 마스크는 제3 마스크보다 미세한 선 금속 패턴을 갖는 것이 바람직하다.

제1 실시예

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

이하의 설명에서는 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 좀 더 명확히 전달하기 위함이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에서 일부 구성요소는 다소 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 그대로 반영하는 것이 아니다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2a를 참조하면, 기판(10) 위에 포토레지스트의 접착력을 증가시키기 위해 HMDS(Hexa Methyl Di Silazane, 도시되지 않음)를 분사하고, 포토레지스트(20)를 분사한 후, 기판(10)을 높은 회전수로 회전시켜 포토레지스트(20)를 균일한 얇은 막의 형태로 기판(10) 전체에 도포시킨다. 이후, 기판(10)을 가열하는 소프트 베이킹 공정을 한다. 이때, 포토레지스트(20)는 가열에 의해 솔벤트(solvent)가 증발되면서 건조되고, 접착도가 향상된다.

다음으로, 노광 장비(Stepper)에서, 도 2b와 같이, 제1 마스크(30)를 매개로 하여 빛을 포토레지스트(20)가 도포된 기판(10)의 전면에 조사하여 제1 노광을 진행한다. 이때, 제1 마스크(30)는 소자분리 공간 패턴 형성을 위한 마스크이다. 여기서, 노광은 에너지를 약하게 하여 빛을 받은 포토레지스트(20)의 감응제(Photoactive agent)에 광화학 반응이 일어나지 않게 한다.

이후, 노광 장비에서, 도 2c와 같이, 제2 마스크(31)를 매개로 하여 빛을 포토레지스트(20)가 도포된 기판(10)의 전면에 조사하여 제2 노광을 진행한다. 이때, 제2 마스크(31)는 소자분리 공간 패턴 형성을 위한 마스크이다. 여기서, 노광은 에너지를 약하게 하여 빛을 받은 포토레지스트(20)의 감응제에 광화학 반응이 일어나지 않게 한다.

여기서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1 노광 및 제2 노광을 통해서 이중 노광된 부분(32)의 포토레지스트(20)는 충분한 노광 에너지로 노광된 효과를 갖기 때문에, 광화학 반응이 일어나게 되고 후속하는 현상 공정에서 제거된다.

이때, 포토레지스트(20)가 이중 노광된 부분(32)은 45nm의 미세한 공간(space)이 구현된다. 이후, 노광 후 베이킹 공정을 한다. 이때, 포토레지스트(20)의 노광된 부분(32)과 노광되지 않은 부분(30, 31)의 경계에서 발생될 수 있는 웨이브성 프로파일이 개선된다.

다음으로, 현상 공정을 진행하여, 도 2e와 같이, 포토레지스트 패턴(20a)을 형성한다. 현상액은 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용한다. 현상액은 노광 과정을 통해 상대적으로 결합이 약해져 있는 부분(32)의 포토레지스트를 녹여서 제거한다. 이때, 포토레지스트 패턴(20a) 사이에 45nm의 미세한 공간(32)이 형성된다. 이후, 하드 베이킹 공정을 한다. 이때, 포토레지스트 패턴(20a)이 건조되면서 더욱 단단히 경화되고, 기판(10)에 대한 접착도가 증가시킨다. 이와 같이 이중 노광을 이용하면, 사진 공정의 해상력 및 콘트라스트을 향상시킬 수 있어 45nm 공간을 구현할 수 있다.

제2 실시예

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a를 참조하면, 기판(10) 위에 포토레지스트의 접착력을 증가시키기 위해 HMDS(도시되지 않음)를 분사하고, 포토레지스트(20)를 분사한 후, 기판(10)을 높은 회전수로 회전시켜 포토레지스트(20)를 균일한 얇은 막의 형태로 기판(10) 전체에 도포시킨다. 이후, 기판(10)을 가열하는 소프트 베이킹 공정을 한다. 이때, 포토레지스트(20)는 가열에 의해 솔벤트가 증발되면서 건조되고, 접착도가 향상된다.

다음으로, 노광 장비에서, 도 3b와 같이, 제3 마스크(40)를 매개로 하여 빛을 포토레지스트(20)가 도포된 기판(10)의 전면에 조사하여 제1 노광을 진행한다. 이때, 제3 마스크(40)는 세 개의 선(line) 금속 패턴(40a)으로 형성되어 있다. 여기서, 제3 마스크(40)의 패턴에 따라 기판(10) 위에 세 개의 선 포토레지스트 패턴(20b)이 형성된다.

이후, 도 3c와 같이, 노광 장비에서 제4 마스크(41)를 매개로 하여 빛을 세 개의 선 포토레지스트 패턴(20b)이 형성된 기판(10)에 조사하여 제2 노광을 진행한다. 이때, 제4 마스크(41)는 한 개의 선(line) 금속 패턴(41a)으로 형성되어 있으며, 제3 마스크의 선 금속 패턴(40a)보다 미세한 선 금속 패턴(41a)을 갖는다.

여기서, 제4 마스크(41)의 패턴에 따라 제1 노광에서 형성된 세 개의 선 포토레지스트 패턴(20b)이 이중 노광되어, 도 3d와 같이, 한 개의 선 포토레지스트 패턴(20c)이 형성된다. 여기서, 제1 노광 및 제2 노광을 통해서 선 포토레지스트 패턴(20b)이 이중 노광 되면서, 후속하는 현상 공정에서 45nm의 미세한 선 포토레지스트 패턴(20c)이 구현된다.

이후, 노광 후 베이킹 공정을 한다. 이때, 포토레지스트(20)의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분의 경계에서 발생될 수 있는 웨이브성 프로파일이 개선된다.

다음으로, 현상 공정을 진행하여, 도 3d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(20c)을 형성한다. 현상액은 TMAH를 사용한다. 이때, 45nm의 미세한 선 포토레지스트 패턴(20c)이 형성된다. 이후, 하드 베이킹 공정을 한다. 이때, 선 포토레지스트 패턴(20c)이 건조되면서 더욱 단단히 경화되고, 기판(10)에 대한 접착도가 증가시킨다. 이와 같이 이중 노광을 이용하면, 사진 공정의 해상력 및 콘트라스트을 향상시킬 수 있어 45nm 선 패턴을 구현할 수 있다.

본 발명의 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법은 사진 공정에서 이중 노광을 이용함으로써, 해상력 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있어 45nm 공간 및 선 패턴까지 구현할 수 있다.

발명의 바람직한 실시예에 대해 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (6)

1. HMDS(Hexa Methyl Di Silazane)로 처리된 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와,

   상기 포토레지스트 위에 제1 마스크를 사용하여 제1 노광하는 단계와,

   상기 제1 노광된 상기 포토레지스트의 일부분을 2중 노광하는 제2 마스크를 사용하여 제2 노광하는 단계와,

   상기 제1 노광 및 상기 제2 노광된 상기 기판을 현상하여 상기 이중 노광된 포토레지스트 부분을 제거함으로써 미세한 공간 포토리지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 제1 마스크 및 상기 제2 마스크는 소자분리 공간 패턴 형성을 위한 마스크인 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제1항에서,

   상기 제1 노광 및 상기 제2 노광의 노광 에너지는 빛을 받은 상기 포토레지스트의 감응제가 광화학 반응이 일어나지 않을 정도로 하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법.
3. 삭제
4. 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와,

   상기 포토레지스트 위에 제3 마스크를 사용하여 제1 노광하는 단계와,

   상기 제3 마스크에 의해 상기 제1 노광되지 않은 상기 포토레지스트의 일부분을 제4 마스크를 사용하여 제2 노광하는 단계와,

   상기 제1 노광 및 상기 제2 노광된 상기 기판을 현상하여 최종 노광 되지 않은 부분의 상기 포토레지스트를 남겨 미세한 선 포토리지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법.
5. 제4항에서,

   상기 제3 마스크 및 상기 제4 마스크는 선 패턴 형성을 위한 마스크인 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법.
6. 제4항에서,

   상기 제4 마스크는 상기 제3 마스크의 선 금속 패턴보다 미세한 선 금속 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 반도체 소자의 미세 포토레지스트 패턴 형성 방법.

Images