KR19990057830A - 하프톤 위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오목렌즈 효과에 의해 사이드로브 효과가 극대화되는 것을 방지하므로써 불량 없는 미세 패턴 형성이 가능하도록 한, 하프톤위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 패턴이 형성될 박막 상에 저반사막(ARL : antireflective layer)을 코팅하는 단계와, 상기 저반사층상에 광의 흡수율을 크게하기 위해 염료를 첨가한 포토레지스트를 코팅하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 하프톤 위상반전마스크를 사용하여 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

하프톤 위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성방법

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 하프톤(halftone) 위상반전마스크(PSM : phase shifter mask)를 사용한 포토리소그라피 공정에서 사이드로브 효과(sidelobe Effect)를 제거하여 패턴 불량을 방지할 수 있는 반도체소자 제조방법에 관한 것이다.

I-라인(line) 노광장비를 사용하여 0.35㎛ 이하의 미세패턴을 형성하기 위해서, 또는 DUV용 노광장비를 사용하여 0.26㎛ 이하의 미세패턴을 형성하기 위해서 해상력이 뛰어난 하프톤 위상반전마스크의 적용이 필수적인데, 셀(cell) 영역에 비해 상대적으로 큰 패턴이 형성되는 주변영역(periphery region)에서는 사이드로브 효과와 기판 타포로지(topology)에 따른 오목 렌즈 효과(Concave Mirror Effect)가 상승 작용을 일으켜 웨이퍼상의 포토레지스트 패턴이 변형되는 이상(abnormal) 프로파일(profile)이 형성되므로써 공정 마진(Margin)을 줄이게 된다.

도 1은 하프톤 위상반전 마스크를 사용한 종래의 포토리소그라피 공정을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 하프톤 위상반전 마스크(10)는 투명기판(11) 상에 웨이퍼에 그 이미지를 전사하여야할 패턴으로 위상쉬프터 패턴(12)이 형성된다. 위상쉬프터 물질은 위상이 180°이고 광투과율이 6-10%인 물질을 사용한다. 100% 광이 투과되는 부분은 웨이퍼 상에 예컨대 콘택홀과 같은 스페이스 패턴을 형성하기 위한 것이다.

한편, 웨이퍼(20)가 오목한 단차를 갖는 곳에 콘택홀이 형성될 경우에는 도면의 "c"와 같이 8% 투과된 빛이 포토레지스트(22)의 하부층(21) 측벽에서 반사되어 빛이 모아지는 오목렌즈 효과가 발생하는데, 이 오목렌즈 효과가 사이드로브 효과와 겹치면 도저히 패턴을 형성할 수 없을 정도로 공정마진이 적어지게 된다. 노광후 및 현상 후의 포토레지스트 프로파일을 비교해보면, 현상후 포토레지스트 패턴이 변형되는 이상 프로파일이 형성되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 하프톤 위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성 공정에서는, 오목렌즈효과에 의해 사이드로브 효과가 극대화되는 지역(특히 주변회로의 콘택홀 지역)이 존재할 때, 이 지역에서 패턴 불량을 나타내게 된다.

본 발명은 오목렌즈 효과에 의해 사이드로브 효과가 극대화되는 것을 방지하므로써 불량 없는 미세 패턴 형성이 가능하도록 한, 하프톤 위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 하프톤 위상반전마스크를 사용한 종래의 포토리소그라피 공정도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 패턴 형성 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 패턴될 대상 박막

202 : 유기물 저반사막

203 : 염료가 첨가된 포토레지스트

204 : 하프톤 위상반전마스크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 패턴 형성 방법은, 패턴이 형성될 박막 상에 저반사막(ARL : antireflective layer)을 코팅하는 단계와, 상기 저반사층상에 광의 흡수율을 크게하기 위해 염료를 첨가한 포토레지스트를 코팅하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 하프톤 위상반전마스크를 사용하여 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 패턴이 형성될 박막의 고반사율을 떨어뜨리기 위해 저반사층을 박막 상에 최적두께로 입힌다. 사용되는 저반사막은 습식(wet) ARC(Anti-reflective coating)의 일종인 유기물(Organic) ARC를 적용할 수도 있고, 건식(dry) ARC인 무기물(Inorganic) ARC를 적용할 수도 있다. 또한, 패턴이 형성될 박막까지 도달할 수 있는 빛의 양을 최소화시키기 위해 사용되는 포토레지스트는 염료(dye)가 첨가되어 광흡수율을 높게 해 줄 필요가 있다.

이러한 방법을 통해 오목렌즈 효과에 의해 사이드로브가 극대화되어 포토레지스트의 패턴 불량을 제거할 수 있다. 한편, 하프톤 위상반전마스크의 특성상, 작은 코헤런스(α)( )의 조명 에퍼쳐(illumination Aperture)를 사용하면 할수록 패턴 에지의 광강도 증가에 의한 초점심도 마진 개선을 가져올 수 있는데, 이때 종래에는 특히 주변회로지역에서 오목렌즈 효과가 더욱 강해져 사이드로브 문제가 더욱 심각해지는 결과를 초래하게 된다. 이러한 문제점 역시 본 발명을 적용할 경우 해결할 수 있어 장비의 조명 조건이 허용하는 범위내에서 가장 작은 코헤런스의 에퍼쳐를 조합하여 노광을 실시할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 패턴 형성 공정도를 나타낸다. 본 일실시예는 저반사막으로서 습식 ARC의 일종인 유기물 ARC를 사용할 경우의 패턴 형성 방법이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 타포로지를 갖으며 패턴 형성의 대상인 박막(201) 상에 수용성 카본(Carbon) 성질의 폴리머인(polymer)인 유기물 저반사막(202)을 적정두께로 코팅한다.

이어서, 도 2b와 같이, 유기물 저반사막(202) 상에 광흡수율을 높게 하기 위해 염료(dye)를 첨가한 포토레지스트(203)를 적정두께로 코팅한다.

이어서, 도 2c 와 같이, 하프톤 위상반전마스크(204)를 사용하여 노광한다. 여기서 종래와는 달리 박막(201)의 단차진 경사면에서 하프톤 위상반전마스크(204)의 위상쉬프터 패턴을 통과한 약 8%의 광은 대부분의 염료가 첨가된 포토레지스트(203)에서 흡수되고, 흡수되지 않은 나머지도 대부분 비반사층에서 흡수되어 차단된다. 결국에는 오목렌즈 효과를 유발하는 단차진 지역에서 빛이 집광되는 현상은 제거되어 사이드로브는 발생하지 않는다.

이어서, 도 2d는 현상 공정 후의 웨이퍼 단면도로서, 먼저 노광된 포토레지스트는 현상액에 용해되어 날아가고, 탈이온수(D.I Water)로 린스(Rinse)시 노출된 유기물 저반사막(202)은 수용성이므로 선택적으로 제거된다.

이후, 패턴된 포토레지스트(203) 및 유기물 저반사막(202)을 마스크로하여 박막(201)을 식각하거나 또는 박막에 이온주입을 실시하는 공정을 실시하므로써 미세패턴을 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예는 저반사막으로서 습식 ARC의 일종인 유기물 ARC를 사용할 경우이고, 무기물 ARC로서 SiON, SiN, TiN, SiC 등을 사용할 수 있는데, 이 경우에는 염료가 첨가된 포토레지스트를 노광 및 현상한 후 무기물 ARC층을 건식식각으로 패터닝하는 방법으로 미세패턴을 형성한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 하프톤 위상반전마스크를 사용하여 포토리소그라피 공정을 진행함에 있어, 오목렌즈 효과에 의해 사이드로브 효과가 극대화되는 것을 방지하므로써 불량 없는 미세 패턴 형성이 가능하도록 한다.

Claims (5)

1. 패턴이 형성될 박막 상에 광에 대해 저반사율을 갖는 저반사막을 코팅하는 단계;

   상기 저반사막 상에 광의 흡수율을 크게하기 위해 염료를 첨가한 포토레지스트를 코팅하는 단계; 및

   상기 포토레지스트를 하프톤 위상반전마스크를 사용하여 선택적으로 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계

   를 포함하여 이루어진 미세패턴 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저반사막은 수용성 카본 성질의 폴리머 계열의 유기물인 미세패턴 형성방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 저반사막은 SiON, SiN, TiN, SiC 중 어느하나인 미세패턴 형성방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴 형성에 의해 노출되는 상기 유기물 저반사막을 탈이온수에서 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함하여 이루어진 미세패턴 형성방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴 형성에 의해 노출되는 상기 무기물 저반사막을 건식식각하는 단계를 더 포함하여 이루어진 미세패턴 형성방법.