KR100855264B1 - 포토 공정 마진 개선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토 공정에서의 DOF(Depth Of Focus) 마진을 높이기 위한 포토 공정 마진 개선방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 식각 대상층 및 레지스트가 차례로 형성된 웨이퍼를 스테이지 상에 안착시킨 상태로 레지스트에 대한 광원의 포커스가 최적 포커스(Best Focus)와 비교해서 (-)의 포커스를 갖도록 하여 상기 레지스트를 소정 시간 동안 노광하는 단계와, 상기 노광된 레지스트에 대한 포커스가 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스가 되도록 상기 웨이퍼가 안착된 스테이지를 움직이는 단계와, 상기 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스로 상기 레지스트를 소정 시간 동안 재차 노광하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 포커스 조절을 위해 스테이지를 움직이는 단계는 광원에 의한 노광이 해제된 상태로 수행하거나, 또는, 광원에 의한 노광이 계속적으로 이루어지는 상태로 수행한다. 본 발명에 따르면, 연속 또는 비연속 포커스 노광을 행하여 DOF 마진을 증가시킴으로써 레티클에 그려진 마스크 패턴의 DICD대로 실제 패턴의 DICD를 얻을 수 있으며, 그래서, 포토 공정의 안정화를 이룰 수 있다.

Description

포토 공정 마진 개선방법{Method for improving photo process margin}

도 1은 본 발명에 따른 비연속 포커스 노광 방법을 설명하기 위한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 연속 포커스 노광 방법을 설명하기 위한 그래프.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 포토 공정 마진 개선방법을 설명하기 위한 그래프 및 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

T1 : 1차 노광 시간 T2 : 2차 노광 시간

S1 : 스테이지 이동 시간 S2 : 연속 노광 시간

본 발명은 반도체 제조용 노광 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 포토 공정에서의 DOF(Depth Of Focus) 마진을 개선시키기 위한 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조함에 있어서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피(Photolithography : 이하, 포토) 공정을 통해 형성된다. 이러한 포토 공정은 식각 대상층 상에 레지스트 패턴을 형성하는 1단계 공정과, 상기 레지스트 패턴을 이용하여 식각 대상층을 식각하는 2단계 공정을 포함한다.

여기서, 상기 1단계 공정은 식각 대상층 상에 포지티브 또는 네가티브형의 레지스트를 도포하는 공정과, 도포된 레지스트를 임의의 광원으로 노광하는 공정, 및 소정 화학용액으로 노광되거나 또는 노광되지 않은 레지스트 부분을 제거하는 현상 공정으로 구성된다.

여기서, 상기 노광 공정은 소위 레티클(reticle)이라 불리우는 노광 마스크를 사용하여 수행하는 것이 일반적이며, 이러한 레티클은 전형적으로 투광성의 석영기판 상에 비투광성의 크롬패턴이 형성된 구조를 가진다.

그러나, 종래의 포토 공정은 고집적 소자를 제조함에 있어서 다음과 같은 이유들로 인해 공정 안정화가 어려운 문제점이 있다.

일반적으로 포토 공정은 공정 마진(margin)을 확보하기 위해 모든 층에 대해 OPC(Optical Proximity Correction)를 적용하고, 시뮬레이션(simulation)을 통해 최종 DICD(Development Inspection Critical Dimension)를 예측하여 레티클을 제작한다. 그런데, 여러가지 요소들에 의해 시뮬레이션 결과와 실제 패턴간의 DICD 차이가 발생하게 되는 바, 이를 위해서는 수차례의 시뮬레이션과 레티클 제작이 반복되어야 하므로, 공정 안정화를 이루는데 어려움이 있다.

또한, 동일한 레이아웃을 갖는 레티클을 제작하더라도, 레티클 제작상의 문제로 인해 원하는 DICD 타겟(target)을 구현할 수 없으며, 이로 인해, 실제 DICD 결과에 의해 시뮬레이션을 통한 OPC를 적용하더라도 레티클의 재현성에 어려움이 있는 바, 실제 원하는 패턴의 구현이 불가능하다.

게다가, 포토 공정의 마진을 확보하기 위해서는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정의 도입, 노광 장비의 개선 등이 이루어져야 하는 바, 비용 측면에서 부담이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 포토 공정의 안정화를 이룰 수 있는 포토 공정 마진 개선방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 포토 공정에서의 DOF 마진을 높이기 위한 포토 공정 마진 개선방법에 있어서, 식각 대상층 및 레지스트가 차례로 형성된 웨이퍼를 스테이지 상에 안착시킨 상태로 레지스트에 대한 광원의 포커스가 최적 포커스(Best Focus)와 비교해서 (-)의 포커스를 갖도록 하여 상기 레지스트를 소정 시간 동안 노광하는 단계; 상기 노광된 레지스트에 대한 포커스가 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스가 되도록 상기 웨이퍼가 안착된 스테이지를 움직이는 단계; 및 상기 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스로 상기 레지스트를 소정 시간 동안 재차 노광하는 단계를 포함하는 포토 공정 마진 개선방법을 제공한다.

여기서, 상기 포커스 조절을 위해 스테이지를 움직이는 단계는 광원에 의한 노광이 해제된 상태로 수행하거나, 또는, 광원에 의한 노광이 계속적으로 이루어지는 상태로 수행하며, 또한, 상기 (-) 포커스로의 노광과 (+) 포커스로의 노광은 각각 전체 노광 시간의 1/2 시간 동안 수행한다.

본 발명에 따르면, 연속 또는 비연속 포커스 노광을 행하여 DOF 마진을 증가시킴으로써 레티클에 그려진 마스크 패턴의 DICD대로 실제 패턴의 DICD를 얻을 수 있으며, 그래서, 공정 안정화를 이룰 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 포토 공정 마진 개선방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 비연속 또는 연속 포커스 노광 방법을 설명하기 위한 그래프이고, 도 3 및 도 4는 FDOF(Full DOF) 마진의 향상을 설명하기 위한 그래프 및 사진이다.

본 발명은 레티클 제작의 재현성 문제를 포토 공정 측면에서 해결하고, 원하는 DICD의 실제 패턴을 얻기 위해 2회에 걸쳐 비연속 포커스 노광(Non-Continuos Focus Exposure) 또는 연속 포커스 노광(Continuos Focus Exposure)을 행한다.

자세하게, 본 발명은 OPC 시뮬레이션을 통해 최종 DICD를 예측하고, 이를 토대로 레티클을 제작함에 있어서, 레지스트에 대한 노광을 2회에 걸쳐 수행하며, 특히, 비연속으로 포커스를 조절하여 수행한다.

즉, 장비 내의 스테이지 상에 식각 대상층 및 레지스트를 차례로 형성한 웨이퍼를 안착시킨 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지를 움직여 광원의 포커스가 최적 포커스(Best Focus)와 비교해서 (-)의 포커스가 되도록 만들고, 이 상태에서 소정 시간(T1) 동안 (-) 포커스로의 1차 노광을 수행한다.

그런다음, 레지스트의 노광을 해제한 상태로 소정 시간(S1) 동안 스테이지를 움직여 광원의 포커스가 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스가 되도록 만들고, 이 상태에서 다시 소정 시간(T2) 동안 2차 노광을 행한다.

여기서, 상기 1차 노광 및 2차 노광 각각은 전체 노광 시간의 1/2에 해당하는 시간 동안 수행한다.

한편, 이와 같은 비연속 포커스 노광은 스텝퍼는 물론 스캐너 노광장비 모두를 이용하여 수행할 수 있다.

도 2는 연속 포커스 노광 방법을 설명하기 위한 그래프로서, 여기서는 (-) 포커스로의 1차 노광 후, 스테이지를 움직여 (+)의 포커스가 되도록 만들고, 이때, 스테이지를 움직이는 시간(S2) 동안에도 계속적으로 노광을 행하며, 그리고나서, (+)의 포커스로 2차 노광을 행한다.

또한, 1차 노광 및 2차 노광은 각각 전체 노광 시간의 1/2에 해당하는 시간 동안 수행한다.

한편, 이와 같은 연속 포커스 노광은 스텝퍼 노광장비로만 수행 가능하다.

이와 같이 하면, 최적 포커스의 (-) 및 (+)의 포커스로 노광이 행해진 것과 관련해서 OPC 시뮬레이션을 통해 원하는 DICD에 근접한 마스크 패턴을 갖는 레티클을 재현성있게 제작할 수 있으며, 그래서, 포토 공정의 안정화를 이룰 수 있음은 물론, 고집적 소자 제조에서 요구하는 미세 CD의 패턴을 형성할 수 있다.

도 3 및 도 4는 FDOF 마진의 향상을 설명하기 위한 그래프 및 사진으로서, 도 3은 종래의 노광 방법에 따른 FDOF 마진 및 단면 SEM 사진이고, 도 4는 본 발명 의 노광 방법에 따른 FDOF 마진 및 단면 SEM 사진이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 노광 방법을 이용하는 경우에 OPC 시뮬레이션 통한 결과에서는 장축 DICD 타겟을 150㎚로 실시하여 레티클을 제작하였음에도 불구하고, 실제 패턴의 DICD가 176㎚ 정도를 나타내고 있다. 이것은 레티클 제작상의 오류에 의한 것일 수도 있고, 시뮬레이션 결과와 실제 패턴간의 미스-매칭에 의한 것일 수도 있다.

그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 비연속 또는 연속 포커스 노광을 행하는 본 발명의 노광 방법을 이용하는 경우, 1차 노광 후의 2차 노광시 맵 옵셋(Map offset)을 DIR 20㎚ 정도를 적용하여 노광함에 따라 최종적으로 155㎚의 DICD를 갖는 실제 패턴을 얻을 수 있다. 이때, 0.5㎛의 FDOF를 확보할 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 비연속 또는 연속 포커스 노광을 이용함으로써 장비 한계를 넘어선 포토 공정 마진을 확보할 수 있으며, 레티클 제작의 재현성을 포토 공정 측면에서 해결할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 노광시의 포커스를 움직여 비연속 또는 연속 포커스의 이중 노광을 행함으로써 포토 공정 마진을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 레티클 제작의 재현성 문제를 포토 공정 측면에서 해결함으로써 레티클 제작의 재현성은 물론 공정 신뢰성 또한 확보할 수 있다.

게다가, 본 발명은 시뮬레이션 결과에서의 패턴 DICD와 실제 패턴의 DICD를 근접시킬 수 있으므로, 미세 패턴의 형성을 안정적으로 이룰 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (4)

1. 포토 공정에서의 DOF(Depth Of Focus) 마진을 높이기 위한 포토 공정 마진 개선방법에 있어서,

   식각 대상층 및 레지스트가 차례로 형성된 웨이퍼를 스테이지 상에 안착시킨 상태로 레지스트에 대한 광원의 포커스가 최적 포커스(Best Focus)와 비교해서 (-)의 포커스를 갖도록 하여 상기 레지스트를 소정 시간 동안 노광하는 단계;

   상기 노광된 레지스트에 대한 포커스가 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스가 되도록 상기 웨이퍼가 안착된 스테이지를 움직이는 단계; 및

   상기 최적 포커스와 비교해서 (+)의 포커스로 상기 레지스트를 소정 시간 동안 재차 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 공정 마진 개선방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포커스 조절을 위해 스테이지를 움직이는 단계는 광원에 의한 노광이 해제된 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 포토 공정 마진 개선방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 포커스 조절을 위해 스테이지를 움직이는 단계는 광원에 의한 노광이 계속적으로 이루어지는 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 포토 공정 마진 개선방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 (-) 포커스로의 노광과 (+) 포커스로의 노광은 각각 전체 노광 시간의 1/2 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 포토 공정 마진 개선방법.

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