KR20000006243A - 하전입자빔으로직접기록하는패턴묘화방법 - Google Patents

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Abstract

하전 입자 전자빔으로 패턴을 직접 기록하는 패턴 묘화 방법에 있어서, 금속분을 포함하는 레지스트는 레지스트막을 형성하기 위해서 기판 패턴을 갖는 기판상에 인가되며, 소정의 패턴은 하전 입자 전자빔으로 레지스트막을 노광함으로써 기록된다.

Description

하전 입자빔으로 직접 기록하는 패턴 묘화 방법{METHOD OF DRAWING A PATTERN BY DIRECT WRITING WITH CHARGED PARTICLE BEAM}
본 발명은 전자빔 직접 기록시, 레지스트를 이용하는 하전 입자빔으로 직접 기록을 행하여 패턴을 묘화하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 방법에서, 장치의 밀도는 일반적으로 점점 높아지고 있다. 특히, 반도체 웨이퍼 상의 미세 패턴을 노출시키기 위한 리소그래피에서, 디자인 룰이 보다 미세해지고 있다. 자외선 광을 이용하는 광학 리소그래피 대신에, X선을 이용하는 X선 리소그래피 또는 하전 입자빔을 이용하는 하전 입자빔 리소그래피가 차세대 리소그래피로서 개발되고 있다.
하전 입자빔 리소그래피에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 기판 패턴(30)이 기판(20) 상에 형성된 기판층을 패터닝하여 형성된다. 여기서, 기판층을 패터닝하는 이전 공정이 완료된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 레지스트막(50)이 기판 패턴(30)이 형성되어 있는 기판(20) 상에 레지스트를 도포하여 형성된다. 이 레지스트막(50)에 전자빔(하전 입자빔)(40)을 인가하여 현상함으로써 기록 패턴이 형성된다.
레지스트막(50)은 기초 수지, 광산화제(photooxidation agent), 가교제(cross linking agent), 용해 억제제(dissolution inhibitor) 등을 포함하며, 전자빔(하전 입자빔)의 조사에 의해 산화물이 발생된다. 발생된 산소는 기초 수지의 보호 그룹의 탈리 반응, 또는 수지의 가교 반응(ligand bridged reaction)을 일으켜, 현상액의 용해 특성을 바꾼다. 이는 조사된 부분과 조사되지 않은 부분 사이의 현상액의 용해차를 발생시켜, 패터닝을 할 수 있게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하전 입자빔 노출시, 기록되는 층의 기판 패턴(30)의 근접 효과(proximity effect)를 정정하기 위해, 기록 패턴의 밀도에 따라 노출량이 조정된다. 선택적으로, 초점 이탈빔에 의한 보조 노출은 기록할 패턴에 관한 레지스트막(50) 내의 축적 에너지를 일정하게 한다. 이러한 방법에서는, 기록되는 층의 패턴에 의존하는 근접 효과가 정정될 수 있다.
도 8에서 파선으로 나타낸 참조 번호 90은 디자인 데이터 패턴이고, 실선으로 나타낸 참조 번호 100은 실제 노출 패턴이다.
종래의 패턴 묘화 방법은 기록 패턴에 관한 근접 효과을 보정하는 것이 가능하다. 그러나, 장치는 소자 분리층, 도전층, 컨택트층, 배선층 등을 포함하는 복수의 층을 중첩하여 형성되기 때문에, 기록되는 층에 발생된 근접 효과 외에, 이전 공정에서 형성되는 기판 패턴(30) 상의 패턴의 영향을 받게 된다. 이는, 전자빔의 스캐터링 정도가 기판 패턴(30)의 존재에 의존하기 때문에, 전자빔 노출시 기록 밀도가 변하기 때문이다.
따라서, 종래의 방법은 기판 패턴(30)이 기록 패턴의 묘화 정밀도에 악영향을 미치는 문제점이 있다. 예를 들면, 기록 패턴의 기판으로서 중금속의 배선 패턴이 존재하는 경우, 중금속의 기판을 갖는 영역에서의 전자빔의 후방 스캐터링 [도 7에 도시된 바와 같이 기판 패턴(30)을 갖는 영역으로부터 리바운딩된 반사 전자(60)]이 기판이 없는 영역에서의 반사 전자(70)의 것보다 크게 된다. 이는, 기판 패턴을 갖는 영역에서의 기록이 실제로는 높은 노출량으로 행해지는 것을 의미한다. 따라서, 기판을 갖는 영역에서의 실제 노출 패턴(100)의 실제 패턴이 디자인 단계에서 얻어진 디자인 데이터 패턴(90)보다 크게 되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 기판 패턴의 존재에 따른 근접 효과를 정정할 수 있고, 기록 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있는 패턴 묘화 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 하전 입자 전자빔으로 직접 기록을 행하는 패턴 묘화 방법은,
기판 패턴이 형성되어 있는 기판상에 금속분을 함유하는 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하는 단계; 및
하전 입자 전자빔으로 레지스트막을 노광시켜 소망하는 패턴을 묘화하는 단계
를 포함한다.
바람직한 구성에서, 기판 상에 기판 층이 형성되어 기판 패턴으로 되는 기판층이 패터닝되며, 기판 및 기판 패턴 상에 금속분을 함유하는 레지스트가 도포되어, 레지스트막을 형성한다.
다른 바람직한 구성에서, 금속분의 밀도가 레지스트막의 깊이에 따라 변한다.
다른 바람직한 구성에서, 레지스트막은 상기 레지스트막의 깊이가 더 깊어짐에 따라 금속분의 농도가 더 커지도록 형성된다.
또 다른 바람직한 구성에서, 레지스트막의 금속분으로부터의 전자 빔의 산란 효과는 레지스트막이 두꺼운 부분에서의 노광 강도를 다른 부분에 비해 증가시킴으로써, 기판 패턴으로부터 발생된 근접 효과(proximity effect)를 보상하게 되어 묘화 강도(drawing density)가 일정해진다.
다른 바람직한 구성에서, 금속분은 금 입자로 한다. 또한, 금속분은 원자량이 45 이상인 천이 금속 미립자이고 입자 직경은 1 ㎛ 이하이다.
다른 바람직한 구성에서, 금속분은 입자 직경이 1 ㎛ 이하이며 원자량이 45 이상인 천이 금속 미립자 들, Ti, W, 및 Au 중 하나이다.
다른 바람직한 구성에서, 레지스트막은 상기 레지스트막의 깊이가 더 깊어짐에 따라 금속분의 농도가 더 커지도록 형성되며, 상기 금속분은 금 입자로 한다.
다른 바람직한 구성에서, 레지스트막은 상기 레지스트막이 깊어짐에 따라 금속분의 농도가 더 커지도록 형성되며, 상기 금속분은 원자량이 45 이상인 천이 금속 미립자이고 그 입자 직경은 1㎛ 이하이다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 장점들을 이하의 상세한 설명으로 부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 패턴 묘화 방법에 따른 사전 공정에서 기판층의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 패턴 묘화 방법에 따른 실시예를 도시하는 것으로, 사전 공정에서 기판 패턴의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 사전 공정 이후, 레지스트막을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 상태 이후, 패턴을 전자빔으로 직접 기록하는 상태를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 패턴 묘화 방법의 실시예에 따라 그려진 기록 패턴을 도시하는 평면도.
도 6은 종래의 패턴 묘화 방법에 따른 사전 처리에서 기판 패턴의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 바와 같이 기판층의 제조 공정이 완료된 다음, 레지스트막을 형성하고 전자빔으로 패턴을 직접 기록하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 종래의 패턴 묘화 방법에 따라 그려진 기록 패턴을 도시하는 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 기판층
20 : 기판
30 : 기판 패턴
40 : 전자빔
50, 110 : 레지스트막
60, 70 : 반사 전자
90 : 데이타 패턴
100 : 노출 패턴
120 : 금 입자
이하에서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세한 설명하기로 한다. 다음의 설명에서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 수개의 지시 사항들을 설명한다. 그러나, 당업자라면 이러한 지시 사항없이도 본 발명을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 불명료하게 할 여지가 있는 공지된 구조에 대해서는 상세히 도시하지 않았다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 패턴 묘화 방법에 따른 실시예를 각각 도시한다.
본원의 패턴 묘화 방법의 실시예는 하전 입자 전자빔으로 패턴을 직접 기록하는 패턴 묘화 방법을 사용한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 패턴 묘화 방법에서, 텅스텐(W)과 같은 금속이 기판(20) 상에 제공되어, 도 1에 도시된 바와 같은 기판층(10)을 형성하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 패턴(30)은 기판층(10)을 패터닝함으로써 형성된다. 여기서, 기판층(10)을 패터닝함으로써 기판 패턴(30)을 형성하는 사전 처리가 완료된다. 도 6에서 도시된 종래예에서와 동일한 방법을 본 사전 처리에 사용한다.
사전 처리 시 형성된 텅스턴으로 된 기판 패턴(30)은 도 8의 설계 데이타 패턴(90)으로 도시된 바와 같이 전자빔 직접 기록을 사용하여 예를 들어 실리콘 기판 등의 기판(20) 상에 형성된다. 사전 처리 시 형성된 기판 패턴(30)은 레벨 차를 개략적으로 도시하고 있고, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 기판(20) 상에 있는 기판 패턴(30)의 높이는 서로 다르다.
본 발명의 패턴 묘화 방법(pattern drawing method)에서는, 기판(20) 상에 도포된 금속분을 함유하는 레지스트 상에 소망의 패턴이 기록된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 입자 직경이 1 ㎛ 이하의 첨가제로서 금속분인 금 입자(120)를 약 10% 함유한 레지스트를 스핀 코터 등을 이용하여 기판(20) 및 기판 패턴(30) 상에 도포하여, 레지스트막(110)을 형성한다.
레지스트막(110)은, 스핀 코터 등으로 레지스트를 도포한 후, 수 분간 그것을 방치한 후, 프리-베이킹함으로써 얻어진다. 이 때, 기판(20) 상의 단차 영역(매우 높은) 내의 레지스트막(110)은 얇게 되며, 기판(20) 상의 평탄면 내의 레지스트막(110)은 두껍게 된다.
상술된 바와 같이, 레지스트막(110)은 첨가제로서 금 입자(120)를 함유한다. 레지스트막(110) 내에 함유된 금 입자(120)가 레지스트에 비해 무겁기 때문에, 많은 입자들이 낮은 부분으로 침적된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(20) 상에 도포된 금 입자(120)를 함유하는 레지스트막(110) 상의 소망의 패턴이 전자빔(하전 입자빔;40)에 노광된다. 전자빔(40)을 이용한 패턴 묘화에 있어서, 기판 패턴(30)으로부터 산란되며, 반사된 전자(140)에 의해 기판 패턴(30)으로부터 근접 효과로 인해, 기판 패턴(30)이 없는 영역에서의 기록 강도보다 기판 패턴(30)을 갖는 영역내의 기록 강도가 커진다.
또한, 금 입자(120)로부터 반산된 전자(130)에 대해, 기판 패턴(30)이 없는 영역에서의 기록 강도는 기판 패턴(30)이 있는 영역에서의 기록 강도보다 커진다.
전자빔 직접 묘화에 있어서는, 금 입자(120)를 함유한 레지스트가 사용되며, 이러한 레지스트가 도포되고, 레지스트의 깊이에 따라 미립자인 금입자(120)의 농도가 다양한(농도 경사) 레지스트막(110)이 얻어진다. 이러한 레지스트막(110)에 있어서, 레지스트의 깊이가 깊어짐에 따라 첨가물의 농도가 높아지므로, 근접 효과가 커진다.
레지스트막(110)의 두께는 기판 패턴(30)의 단차에 따라 변하지만, 레지스트막(110) 상에 입사된 전자빔(40)은 레지스트막(110) 내에 존재하는 금 입자(120)로부터 반사되는 전자(130)로서 산란되므로, 통상의 고분자의 레지스트에 비해 후방 산란이 커진다. 레지스트막(110)의 두께가 기판 패턴(30)의 존재에 따라 좌우되지만, 레지스트막(110)의 두꺼운 부분에 함유된 금 입자(120)의 총량은 레지스트막(110)의 얇은 부분에서보다 많으므로, 전자빔(40)의 산란 효과가 그만큼 커진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레지스트막(110)의 두꺼운 부분(기판 패턴(30)이 없는 영역)에서의 노광 강도는 다른 부분에서보다 높다. 이러한 방식으로, 본래기판 패턴(30)으로부터 발생된 근접 효과의 영향을 보정하여, 기판 패턴(30)의 존재 여부와 무관하게 일정한 기록 강도가 얻어질 수 있다. 도 5의 참조 번호 150은 기판 패턴(30)에 의해 얻어진 영향의 보정 후의 실제 묘화 패턴을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 패턴 묘화 방법의 한 실시예에 있어서, 기판(20) 상에 도포된 금 입자(120)와 같은 금속분을 함유한 레지스트 상에 소망의 패턴을 묘화하는 경우에 대해 설명된다. 그러나, 이러한 실시예에서는, 금속분으로서 금 입자(120)에 한정되지 않고, 입자 직경이 1 ㎛ 이하인 Ti, W, Au 등의 원자량 45 이상의 전이 금속 미립자(transition metal fine grain)를 채용함으로써 상술된 것과 동일한 효과가 얻어질 수 없다.
본 발명에 따르면, 레지스트막의 두께가 기판 패턴의 레벨에 따라 변하는데, 즉 레지스트막은 기판 패턴이 없는 영역에서 두껍게 되고 기판 패턴이 있는 영역에서는 얇게 된다. 레지스트막이 두꺼워짐에 따라, 이러한 부분에 함유된 첨가제의 총량이 보다 많아지므로, 입사된 전자빔이 보다 용이하게 산란된다. 즉, 후방 산란이 보다 커진다. 따라서, 기판 패턴의 존재 여부에 따른 바람직하지 않은 영향을 감소시켜, 기판 패턴의 존재 여부와 무관하게 근접 효과를 일정하고 균일하게 유지할 수 있다.
그러므로, 기판 패턴의 존재 여부와 무관하게, 레지스트 자체에 근접 효과의 보정 기능을 가지므로, 기판 패턴의 존재에 따른 근접 효과가 보정될 수 있으므로, 묘화 패턴의 정밀도가 향상될 수 있다.
본 발명이 예시적 실시예에 대해 도시되고 기술되었지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 다양한 다른 변형, 삭제 및 추가가 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술된 특정 실시예로 한정되지 않고 첨부된 청구범위에 나타나 있는 특징에 대해 본 발명의 범위내에서 그것의 등가물을 구현할 수 있는 가능한 모든 실시예를 포함한다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 하전 입자 전자빔으로 직접 기록하는 패턴 묘화 방법에 있어서,
    기판 패턴이 형성되어 있는 기판상에 금속분을 함유하는 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하는 단계; 및
    하전 입자 전자빔으로 레지스트막을 노광함으로써 소망의 패턴을 묘화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판상에 기판층이 형성되며, 상기 기판층은 상기 기판 패턴으로 정의되도록 패터닝되며,
    상기 금속분을 함유하는 상기 레지스트가 상기 기판 및 상기 기판 패턴상에 도포되어 레지스트막을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속분의 농도는 상기 레지스트막의 깊이에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막은, 상기 레지스트막의 깊이가 깊어짐에 따라 상기 금속분의 농도가 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막의 상기 금속분로부터의 전자빔의 산란(scattering) 효과는 상기 레지스트막이 두꺼운 부분에서 다른 부분 보다 더욱 노광 강도를 강화함으로써, 상기 기판 패턴으로부터 발생된 근접(proximity) 효과를 수정하여, 일정한 묘화 농도를 얻게 되는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속분은 금 입자인 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속분은 원자량 45 이상 및 입자 직경이 1μm 이하의 전이 금속 미립자인 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속분은 입자 직경이 1μm 이하이고 원자량 45 이상을 갖는 전이 금속 미립자, Ti, W 및 Au 중 하나인 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막은 상기 레지스트의 깊이가 깊어짐에 따라, 상기 금속분의 농도가 커지도록 형성되며, 상기 금속분은 금 입자인 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트막은 상기 레지스트의 깊이가 깊어짐에 따라 상기 금속분의 농도가 커지도록 형성되며,
    상기 금속분은 원자량 45 이상 및 입자 직경 1μm 이하의 전이 금속 미립자인 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 방법.
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