KR100896845B1 - 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 노광 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 웨이퍼에 코팅된 포토레지스트층을 1차 노광하는 단계와, 1차 노광된 포토레지스트층을 1차 현상하여 비노광 영역을 제거하는 단계와, 마스크를 이동시켜서 노광 패턴이 1차 현상을 마친 포토레지스트층의 노광 영역 상에 위치하도록 정렬시키는 단계와, 마스크를 사용하여 포토레지스트층에 2차 노광하는 단계와, 2차 노광을 마친 포토레지스트층을 2차 현상하여 비노광 영역을 제거함으로써 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 단일의 마스크를 사용하여 미세한 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하도록 하고, 마스크 제작에 소요되는 비용을 절감함으로써 반도체 소자의 제조 단가를 줄일 수 있으며, 포토레지스트 패턴의 정확도를 위한 보상 및 제어가 용이할 뿐만 아니라 마스크 등의 유지 및 보수가 용이하도록 하는 효과를 가지고 있다.

포토레지스트 패턴, 노광 패턴, 노광 영역, 비노광 영역, 현상

Description

반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법{Method for forming photo resist pattern for manufacturing a semiconductor device}

본 발명은 단일의 마스크를 사용하여 미세한 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하도록 하고, 마스크 제작에 소요되는 비용을 절감하도록 하는 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 여러 가지 단위 공정에 의해 제조되는데, 예를 들면, 웨이퍼에 박막의 패턴을 형성하기 위하여 포토레지스트를 도포하는 공정, 노광 공정, 현상 공정을 복합적으로 수행하고, 웨이퍼에 패터닝된 포토레지스트 패턴을 매개로 하여 웨이퍼에 소정의 특성을 가지는 불순물을 주입하는 이온 주입 공정, 이미 형성된 반도체 박막을 식각하여 패터닝하는 식각 공정, 웨이퍼에 소정 박막을 부가하는 증착 공정, 미세 박막의 회로 패턴을 연결하는 메탈 공정 등을 수행한다.

한편, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중에서 웨이퍼에 패터닝된 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서 마스크를 필요로 하는데, 해상도를 향상시키기 위 하여 위상 반전 마스크(phase-shift mask; PSM)를 이용한 더블 노광(double mask)을 사용한다.

종래의 더블 노광을 이용한 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 공정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 도 1a에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(1)이 형성된 웨이퍼(W) 상에 제 1 및 제 2 노광 패턴(2a,3a)이 각각 형성되는 두 장의 제 1 및 제 2 마스크(2,3)를 상하로 위치시키되, 제 1 노광 패턴(2a)이 제 2 노광 패턴(3a) 사이에 위치하도록 제 1 및 제 2 마스크(2,3)를 정렬시킨다.

그리고, 제 1 및 제 2 마스크(2,3)에 광을 조사하여 포토레지스트층(1)에 제 1 및 제 2 노광 패턴(2a,3a)에 의한 제 1 및 제 2 비노광 영역(1a,1b)을 형성시킨다.

역(1a,1b)이 형성되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(1)을 현상하여 본 실시예에서처럼 파지티브(positive) 포토레지스트인 경우 노광 영역(1c)을 제거함으로써 제 1 및 제 2 비노광 영역(1a,1b)으로 이루어지는 포토레지스트 패턴(1a,1b)을 형성하고, 이와 달리, 네가티브(negative) 포토레지스트인 경우 제 1 및 제 2 비노광 영역(1a,1b)을 제거함으로써 노광 영역(1c)으로 이루어지는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

상기한 바와 같은 종래의 더블 노광을 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 미세한 패턴 형성에 유리하지만, 두 장의 마스크가 필요할 뿐만 아니라 이러한 마스크가 바이너리 마스크(binary mask)가 아니라 PSM(phase shift mask)이 사용되기 때문에 제작 비용이 높아서 반도체 소자의 제조 단가를 상승시키는 원인이 되었으며, 마스크가 상하로 위치하게 됨으로써 마스크 각각과 포토레지스트층과의 거리 차이로 인해서 발생되는 포토레지스트 패턴의 크기 차이로 인한 보상이 필요하여 정밀 제어가 필요할 뿐만 아니라 마스크 중 어느 하나가 오염된 경우 포토레지스트 패턴에 결함을 발생시키므로 이를 방지하기 위하여 많은 노력과 시간이 필요하여 노광 장비의 가동률을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 단일의 마스크를 사용하여 미세한 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하도록 하고, 마스크 제작에 소요되는 비용을 절감함으로써 반도체 소자의 제조 단가를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 노광 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 웨이퍼에 코팅된 포토레지스트층을 1차 노광하는 단계와, 1차 노광된 포토레지스트층을 1차 현상하여 비노광 영역을 제거하는 단계와, 마스크를 이동시켜서 노광 패턴이 1차 현상을 마친 포토레지스트층의 노광 영역 상에 위치하도 록 정렬시키는 단계와, 마스크를 사용하여 포토레지스트층에 2차 노광하는 단계와, 2차 노광을 마친 포토레지스트층을 2차 현상하여 비노광 영역을 제거함으로써 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 단일의 마스크를 사용하여 미세한 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성하도록 하고, 마스크 제작에 소요되는 비용을 절감함으로써 반도체 소자의 제조 단가를 줄일 수 있으며, 포토레지스트 패턴의 정확도를 위한 보상 및 제어가 용이할 뿐만 아니라 마스크 등의 유지 및 보수가 용이하도록 하는 효과를 가지고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 마스크(10)로 포토레지스트층(20)을 1차 노광하는 단계와, 1차 노광된 포토레지스트층(20)을 1차 현상하여 비노광 영역(21)을 제거하는 단계와, 마스크(10)를 노광 패턴(11)이 1차 현상을 마친 포토레지스트층(20)의 노광 영역(22) 상에 위치하도록 정렬시키는 단계와, 마스크(10)로 포토레지스트층(20)을 2차 노광하는 단계와, 2차 노광을 마친 포토레지스트층(20)의 비노광 영역(23)을 제거하는 단계를 포함한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 포토레지스트의 코팅에 의해 상면에 포토레지스트층(20)이 형성된 웨이퍼(W) 상에 이격되도록 마스크(10)를 정렬시킨 다음, 마스크(10)에 광을 조사하여 마스크(10)에 형성되는 노광 패턴(11)에 의해 포토레지스트층(20)에 비노광 영역(21)을 형성시킨다. 이 때, 포토레지스트는 네가티브(negative) 포토레지스트가 사용되며, 마스크(10)는 바이너리 마스크(binary mask)가 사용될 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(20)이 1차로 노광된 웨이퍼(W)를 현상 장비로 이송시켜서 1차 노광된 포토레지스트층(20)에 현상액을 도포하여 1차 현상함으로써 포토레지스트층(20)의 비노광 영역(21)을 제거시키고, 현상액을 세정 및 린스 공정에 의해 제거함과 아울러 웨이퍼(W)를 건조시킨다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 1차 현상에 의해 포토레지스트층(20)에서 비노광 영역(21)이 제거된 웨이퍼(W)를 노광 장비로 이송시킨 다음, 상측에 위치하는 마스크(10)를 수평방향으로 이동시켜서 노광 패턴(11)이 1차 현상을 마친 포토레지스트층(20)의 노광 영역(22) 상에 위치하도록 정렬시킨다.

한편, 마스크(10)를 정렬시 노광 패턴(11)의 중심(O₁)이 노광 영역(22)의 중심(O₂)에 일치하도록 정렬시킴이 바람직하다. 따라서, 동일한 폭의 포토레지스트 패 턴을 동일한 간격으로 형성시 유용하게 적용될 수 있다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 마스크(10)가 노광 패턴(11)을 포토레지스트층(20)의 노광 영역(22) 상측에 위치하도록 정렬되면, 마스크(10)에 광을 조사하여 포토레지스트층(20)에 2차 노광을 실시한다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 2차 노광을 마친 웨이퍼(W)를 현상 장비로 이송시켜서 2차 노광을 마친 포토레지스트층(20)을 2차 현상하며, 이로 인해 2차 노광으로 형성된 비노광 영역(23)을 제거함으로써 1차 및 2 차 현상에 의해 비노광 영역(21,23)이 제거됨으로써 웨이퍼(W) 상에 미세한 포토레지스트 패턴(30)이 형성되도록 한다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 노광 공정에서 오버레이(overlay)의 옵셋(offset)값을 이용하면, 단일의 마스크(10)로도 더블 노광(double expose)이 가능할 뿐만 아니라 미세한 포토레지스트 패턴(30)을 정확하게 형성하도록 하고, 이로 인해 마스크(10)의 제작 및 유지에 소요되는 비용이나 노력을 절약할 수 있다.

또한, 마스크(10)를 단일의 바이너리 마스크(binary mask)를 사용하더라도 미세한 포토레지스트 패턴(30)의 형성을 가능하도록 함으로써 마스크(10)의 제작 단가를 낮추도록 하여 반도체 소자의 제조 단가를 절감하는데 기여한다.

그리고, 마스크(10)가 단일로 이루어짐으로써 정렬 및 보상 등이 간단하고, 포토레지스트 패턴의 정확도를 위한 제어가 간편할 뿐만 아니라 기존의 포토 공정에 사용되는 장비에 적용이 용이하도록 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도이고,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 마스크 11 : 노광 패턴

20 : 포토레지스트층 21,23 : 비노광 영역

22 : 노광 영역 30 : 포토레지스트 패턴

Claims (2)

1. 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

   노광 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 웨이퍼에 코팅된 포토레지스트층을 1차 노광하는 단계와,

   상기 1차 노광된 포토레지스트층을 1차 현상하여 비노광 영역을 제거하는 단계와,

   상기 마스크를 이동시켜서 상기 노광 패턴이 1차 현상을 마친 포토레지스트층의 노광 영역 상에 위치하도록 정렬시키는 단계와,

   상기 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트층에 2차 노광하는 단계와,

   상기 2차 노광을 마친 포토레지스트층을 2차 현상하여 비노광 영역을 제거함으로써 상기 웨이퍼 상에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계

   를 포함하는 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크를 정렬시키는 단계는,

   상기 노광 패턴의 중심이 상기 노광 영역의 중심에 일치하도록 정렬시키는 것

   을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 포토레지스트 패턴 형성 방법.

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