KR100849800B1 - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 시프터(Shifter) 패턴이 구비된 노광 마스크를 사용한 노광 공정으로 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴에 리플로우(Reflow) 공정을 더 수행함으로써, 패턴 선폭이 균일하며, 프로파일 특성이 향상된 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하는 기술을 개시한다.

Description

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{EXPOSURE MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 노광 마스크를 도시한 레이아웃.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 마스크를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 레이아웃 및 사진.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 시프터 패턴이 구비된 노광 마스크를 사용한 노광 공정으로 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴에 리플로우 공정을 더 수행함으로써, 패턴 선폭이 균일하며, 프로파일 특성이 향상된 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하는 기술을 개시한다.
최근 반도체 소자의 피치(Pitch) 및 사이즈(Size)가 감소하고, 메모리 용량이 커짐에 따라 포토 공정 시 발생하는 문제점을 패턴의 변형 및 광근접보상법(OPC : Optical Proximity Correction)으로 대응하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자 제조 시 사용되는 노광 마스크를 도시 한 레이아웃이다.
도 1을 참조하면, 투명 기판(10) 스트레이트(Straight) 형태의 라인/스페이스 패턴(20)이 구비된다.
상기와 같이 형성된 노광 마스크를 사용하여 패턴 형성시 소자의 동작 요소 특성을 고려하여 공정 변경이 요구되는 경우 기존에 사용하던 스트레이트 형태의 라인/스페이스 패턴이 구비된 노광 마스크의 특성이 우수하더라도 광근접보상법(OPC) 작업을 통한 노광 마스크의 변형이 불가능하다.
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에서, 스트레이트 형태의 라인/스페이스 패턴이 구비된 마스크를 사용하던 중에 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하고자 하는 경우 OPC 작업만으로는 기존에 사용하던 노광 마스크를 변경하는데 어려움이 있으며, 이로 인해 공정 마진이 감소되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 시프터 패턴이 구비된 노광 마스크를 사용한 노광 공정으로 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴에 리플로우 공정을 더 수행함으로써, 패턴 선폭이 균일하며, 프로파일 특성이 향상된 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 마스크는
차광 패턴이 구비된 투명기판; 차광 패턴의 소정 영역에 장착된 시프터 패턴 을 포함하는 것을 특징으로 하며,
차광 패턴은 크롬층으로 형성된 스트레이트(Straight) 형태의 라인/스페이스(Line/Space) 패턴인 것과,
시프터 패턴은 직선형, 원형, 마름모형 또는 사각형으로 형성되며, 적어도 하나 이상의 차광 패턴이 포함되도록 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노광 마스크를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은
반도체 기판 상부에 감광막을 형성하는 단계; 차광 패턴과 차광 패턴의 소정 영역에 시프터 패턴이 구비된 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴에 리플로우 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며,
감광막은 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리노르보넨계, 폴리 아만다계, 폴리 이미드계, 폴리아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계 중의 어느 하나의 단중합체 또는 공중합체인 것과,
상기 노광 마스크의 차광 패턴은 크롬층으로 형성된 스트레이트 형태의 라인/스페이스 또는 콘택홀 패턴인 것과,
노광 공정은 적어도 하나 이상의 차광 패턴이 포함되도록 장착된 시프터 패턴이 구비된 노광 마스크를 사용하여 수행하며, 노광 마스크의 시프터 패턴은 직선형, 원형, 마름모형 또는 사각형인 것과,
리플로우 공정은 습식 공정이고, 80 내지 250℃의 온도에서 5초 내지 100초 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 마스크를 도시한 단면도 및 원리를 도시한 그래프이다.
도 2의 (ⅰ)을 참조하면, 차광 패턴(110)이 구비된 투명 기판(100) 상부에 시프터(Shifter) 패턴(115)이 장착된 노광 마스크를 나타낸다.
이때, 차광 패턴(110)은 크롬층으로 형성되며, 스트레이트 형태의 라인/스페이스 패턴이며, 큰 선폭의 패턴 또는 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하고자 하는 영역의 차광 패턴(110)상에 시프터 패턴(115)을 장착한다.
여기서, 시프터 패턴(115)은 적어도 하나 이상의 차광 패턴(110)을 포함하도록 장착되는 것이 바람직하다.
도 2의 (ⅱ)는 상기 '도 2의 (ⅰ)'의 노광 마스크를 통과한 후 노광 마스크상의 전기장을 도시한 것이며, 도 2의 (ⅲ)은 웨이퍼 상의 전기장을 도시한 것이다.
또한, 도 2의 (ⅳ)는 웨이퍼 상의 인텐시티(Intensity)를 도시한 것으로, 시프터 패턴(115)이 구비된 영역과 시프터 패턴(115)이 구비되지 않은 영역의 광원 에너지가 다르게 적용되며, 이는 웨이퍼 상부에 형성된 감광막에도 적용되어 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴의 감광막 패턴이 형성된다.
따라서, 광원의 에너지 차이에 의해 시프터 패턴이 형성된 영역을 투과한 광원의 에너지에 의해 선폭이 큰 패턴 또는 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴이 형 성된다.
도 3a 내지 도 3c는 상기 '도 2'의 노광 마스크를 사용한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 시프터 패턴이 구비된 노광 마스크의 하부 평면도를 도시한 것으로, 인접한 두 개의 차광 패턴(110)이 포함되는 투명 기판(100) 상에 시프터 패턴(115)을 장착시킨다.
여기서, 차광 패턴(110)은 크롬층으로 형성되며, 스트레이트 형태의 라인/스페이스 또는 콘택홀 패턴이다.
이때, 시프터 패턴(115)은 최종 형성되는 패턴의 선폭을 크게 하고자 하는 부분 또는 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하고자 하는 부분에 장착하는 것이 바람직하며, 그 모양은 직선형, 원형, 마름모형 또는 사각형의 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 노광 마스크가 구비되면, 반도체 기판 상부에 감광막을 형성한 후 상기 '도 3a'의 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴인 감광막 패턴을 형성한다.
여기서, 후속 공정인 리플로우 공정 수행이 용이하도록 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리노르보넨계, 폴리 아만다계, 폴리 이미드계, 폴리아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계 중의 어느 하나의 단중합체 또는 공중합체의 감광막을 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 감광막 패턴에 리플로우(Reflow) 공정을 수행한다.
상기 리플로우 공정은 습식 공정이며, 80 내지 250℃의 온도의 오븐(Oven)에서 5초 내지 100초 동안 수행하는 것이 바람직하다.
여기서, 노광 및 현상 공정 후 감광막 패턴을 리플로우 시키는 공정을 수행함으로써, 시프터 패턴을 통과한 영역과 통과하지 못한 영역에서의 화학 반응 차이로 인해 더 선명한 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴이 형성할 수 있으며, 상기 감광막 패턴에 잔류하는 용매를 제어하여 원하는 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성할 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 상기 '도 3a'의 노광 마스크를 사용하여 노광한 후 리플로우 공정을 수행하여 형성된 패턴의 시뮬레이션 이미지 및 135℃의 온도에서 95초 동안 리플로우 공정을 수행한 후 기판상에 형성된 패턴을 도시한 것으로, 선폭이 균일한 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴이 형성된 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기존의 스트레이트 형태의 라인/스페이스 패턴이 구비된 노광 마스크에 시프터 패턴을 장착하므로, 간단한 공정으로 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 구비한 노광 마스크 형성이 가능하여 마스크의 변경 횟수를 감소시킬 수 있다.
또한, 리플로우 공정 시 온도 및 시간을 조절하여 패턴 선폭이 균일하며, 프로파일 특성이 향상된 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라 면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 차광 패턴이 구비된 투명기판; 및
    인접한 두 개의 상기 차광 패턴을 포함하는 투명기판상에 장착된 시프터(Shifter) 패턴을 포함하되,
    최종 형성되는 패턴의 선폭을 크게 형성하고자 하는 부분이나 웨이브 형태의 라인/스페이스 패턴을 형성하고자 하는 부분에 시프터 패턴이 장착된 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 패턴은 크롬층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 패턴은 스트레이트(Straight) 형태의 라인/스페이스(Line/Space) 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시프터 패턴은 직선형, 원형, 마름모형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  6. 반도체 기판 상부에 감광막을 형성하는 단계;
    청구항 1 의 노광마스크를 이용한 노광 및 현상공정으로 감광막패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 리플로우(Reflow)시키는 공정을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감광막패턴은 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리노르보넨계, 폴리 아만다계, 폴리 이미드계, 폴리아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계 중의 어느 하나의 단중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 리플로우 공정은 습식 공정인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 리플로우 공정은 80 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 리플로우 공정은 5초 내지 100초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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