KR20010005231A - 반도체 소자의 노광마스크 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 노광마스크 형성방법에 관한 것으로,

석영기판 상부에 크롬패턴을 형성하고 상기 크롬패턴을 포함한 전체표면상부에 감광막을 도포한 다음, 상기 감광막을 노광 및 현상하여 상기 크롬패턴의 밀집된 부분의 석영기판을 노출시키는 감광막패턴을 형성하고 상기 감광막패턴을 마스크로하여 상기 석영기판을 공정처리하여 투과율을 저하된 공정처리부분을 형성한 다음, 상기 감광막패턴을 제거하는 공정으로 빛의 세기가 강한 패턴 밀집지역의 석영기판을 공정처리하여 노광공정시 빛의 투과율을 감소시킴으로써 근접효과를 감소시켜 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

반도체 소자의 노광마스크 형성방법 {Forming method for exposure mask of semiconductor device}

본 발명은 반도체소자의 노광마스크 형성방법에 관한 것으로, 근접효과에 의하여 패턴이 작아지는 현상을 보상하기 위하여 근접효과가 유발되는 부분의 투과율을 변화시켜 노광마스크를 투과하는 빛의 크기를 전반적으로 유사하게 함으로써 근접효과에 의한 패턴의 감소 현상을 최소화시킬 수 있는 기술이다.

반도체소자 제조공정에 있어서 노광공정은 마스크를 사용하여 웨이퍼 기판에 소자의 패턴을 형성한다. 이것은 광학적 패턴 전이의 원리를 이용하여 기판의 감광막에 빛을 노광시켜 패턴을 형성하게 된다.

노광공정을 할 수 있는 노광장치는 마스크를 투과하는 빛들이 광학적 원리 즉 빛의 회절, 간섭원리에 의하여 패턴을 형성할 수 있는 이미지 ( image ) 를 만들어 감광막을 감광 시킨다.

따라서 빛에 노출된 감광막은 형상액속에서 녹아 패턴을 양음을 구분하게 되어 소자의 설계 패턴이 웨이퍼에 전이되는 공정을 하게 된다.

종래의 기술은 현재 사용하고 있는 기반기술로서 석영기판위에 크롬패턴을 형성한 후에 광노광장치의 마스크 원판으로 사용하거나, 공정 마진이 부족한 것을 개선하기 위하여 하프톤 마스크나 위상반전 마스크를 사용한다.

일반적으로 빛이나 레이저를 사용하는 노광시스템에서 리소그라피 공정은 마스크 원판에 빛을 노광시키면 크롬패턴들이 빛을 차단시켜 웨이퍼 기판 위 감광막의 명암을 구분하게 된다.

빛이 마스크를 통과할 때 빛의 간섭원리에 의하며 공기중의 이미지가 형성되며 이 이미지가 감광막에 전달되어 패턴을 형성한다. 이러한 원리는 마스크 상의 패턴의 크기와 노광장치의 파장, 그리고 렌즈의 특성과 관계가 깊다. 일정한 파장을 사용할 경우 패턴의 해상 능력은 위의 빛의 간섭원리에 의하여 한계를 갖게 되며 이러한 광학적인 현상에 의한 광근접 효과가 공정에 있어서 패턴형성에 큰 영향을 미친다.

최근 들어 소자의 크기가 더욱더 작아 질수록 이러한 영향이 더 크며 이러한 현상들은 자연적인 현상이므로 제거할 수가 없다. 현재 사용하고 있는 크롬 마스크나 위상반전 마스크의 경우 마찬가지로 이러한 현상들은 피할 수 없다.

도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법을 도시한 평면도로서, 저장전극를 형성하기 위하여 섬형태의 독립된 패턴이 구비된 것을 도시한다.

먼저, 석영기판(2) 상부에 차광막인 크롬막을 증착하고 저장전극을 형성하기 위한 감광막패턴(도시안됨)을 섬형태로 형성한다.

그 다음, 상기 감광막패턴을 마스크로하여 상기 크롬막을 사진식각하여 상기 석영기판(2) 상부에 차광패턴인 크롬패턴(1)을 형성함으로써 노광마스크를 형성한다.

이때, 상기 크롬패턴(1)은 직사각형 구조로 형성된다. (도 1a)

그 다음, 상기 노광마스크의 상을 웨이퍼 상에 전사하여 웨이퍼에 전사된 패턴(3)을 형성한다. (도 1b)

도 2 는 상기 노광마스크를 이용한 노광공정시 상기 노광마스크에 구비되는 크롬패턴(1)의 장축인 가로축 방향과 단축인 세로축 방향으로 투과되는 빛의 크기를 도시한 것으로서, 가로축으로 통과하는 빛의 크기는 "4" 이고 세로축으로 통과하는 빛의 크기는 "5"이다.

근본적으로 빛의 크기가 다르기 때문에 에너지가 변할 때 변화량이 다르게 되며 이에 따른 선폭의 크기 변화도 가로축과 세로축에따라 다르게 된다.

즉 에너지에 따라 가로 세로축의 변화가 다르게 변하게 됨을 알 수 있으며 여기서 이것을 비선형적 변화라 하며, 에너지에 따라 같은 변화를 갖는 것을 선형적변화라고 표현하였다. (도 2)

상기 도 1 의 경우는 종래의 기술로 제작된 마스크를 사용하여 노광공정을 하였을 경우 발생되는 공정의 문제점을 설명하기 위한 도면으로서 마스크 상에서 설계된 패턴들은 항상 일정하지 않는 형태의 패턴군을 이룬다.

이때 마스크에 빛이 투과될 경우 가로축과 세로축으로 빛이 통과되는 양이 다르기 때문에 빛에 대한 감광막의 감응정도가 서로 다르게 된다. 즉 가로축과 세로축으로 에너지에 대한 패턴의 선폭이 선형적이지 못하고 비 선형적으로 변하여 오른쪽 도 1b 와 같이 선폭이 크게 작아지는 현상이 발생이 된다.

이러한 현상은 선폭의 크기가 노광장비의 파장보다 작을 경우 더 심하게 나타난다.

여기서 노광에너지의 선형적 변화라고 함은 마스크 패턴의 모양이 정사각형으로 빛이 투과되는 정도가 가로축과 세로축이 똑같을 경우를 말한다.

그러나 반도체 설계 패턴들은 모양이 다양하기 때문에 이러한 선형적인 관계를 갖지 못하고 비선형적이 되어 노광에너지가 가로 세로 축으로 서로 다르게 나타난다. 이러한 문제를 해결할 경우 공정의 안정화 뿐아니라 매우 큰 공정 마진을 갖게되어 생산성을 높일 수 있다.

상기한 바와같이 종래기술에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법은, 노광공정시 노광마스크의 차광패턴이 밀집된 부분을 투과하는 빛의 세기가 커 근접효과를 유발시키고 그에 따라 예정된 크기보다 작은 패턴을 웨이퍼에 형성함으로써 반도체소자의 고집적화에 따른 미세패턴을 형성하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 패턴 선폭의 크기가 노광에너지에 따라서 비선형적으로 변하는 것을 선형적으로 변하게 하여 노광에너지를 균등하게 배분함으로써 비선형성을 선형성으로 바꿔어 주어 반도체소자의 고집적화에 적합한 반도체소자의 노광마스크 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2 는 종래기술에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법을 도시한 관계도.

도 3 은 본 발명에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법의 원리를 도시한 관계도.

도 4a 내지 도 4g 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법을 도시한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 차광패턴 2,13 : 석영기판

3 : 웨이퍼에 전사된 패턴 4 : 빛이 많이 들어가는 축의 빛의 크기

5 : 빛이 적게 들어가는 축의 빛의 크기

6 : 보상되어야할 부분 7 : 세로축

8 : 가로축 9 : 보상된 패턴

12,17 : 공정처리된 부분 13 : 석영기판

14 : 제1감광막 15 : 크롬막

16 : 제2감광막

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법은,

석영기판 상부에 크롬패턴을 형성하는 공정과,

상기 크롬패턴을 포함한 전체표면상부에 감광막을 도포하는 공정과,

상기 감광막을 노광 및 현상하여 상기 크롬패턴의 밀집된 부분의 석영기판을 노출시키는 감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 감광막패턴을 마스크로하여 상기 석영기판을 공정처리하여 투과율을 저하된 공정처리부분을 형성하는 공정과,

상기 감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리는,통과하는 빛의 크기가 서로 달라지는 것을 없애주기 위하여 광을 차단하거나 빛의 투과량을 조절하여 마스크를 제작하는 방법이다. 먼저 소자의 설계가 된후에 마스크를 제작할 때 비 선형성에 대하여 미리 보상된 상태로 마스크를 제작하거나 설계의 마스크를 제작한 후에 보상하는 방법등 여러 가지로 제작이 가능하다.

도 3a 내지 도 3c 를 참고로 하여 본 발명의 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 도 3a 는 본 발명의 원리와 공정효과를 도식화 한 것으로 도 2 에서와 같이 가로축(8)과 세로축(7)의 빛의 세기가 다른 분포를 갖는 것으로 인한 선폭의 변화를 보상하는 원리로서, 보상되어야할 부분(6)으로 많은 빛이 들어오는 세로축의 빛을 감소시키면 도 2 에서 "4" 와 같은 빛의 분포가 "5" 의 분포에 근접하게 되고, 결과적으로 웨이퍼 상에서 한 쪽만 선폭의 크기가 줄어든 현상을 없앨 수 있으며 도 3b 의 점선 "9" 와 같이 용량이 큰 캐패시터 패턴을 얻을 수 있다.

상기 도 3c 는 상기 도 3a 의 가로축(8)을 따라 형성된 차광패턴(1)과 보상되어야할 부분(6)을 도시한 단면도이다. (도 3a, 도 3b, 도 3c)

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 내지도 4g 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 석영기판(13) 상부에 차광막인 크롬막(15)을 일정두께 형성하고 그 상부에 제1감광막(14)을 일정두께 형성한다.

이때, 상기 제1감광막(14)은 전자빔용 감광막이다. (도 4a)

그 다음, 상기 제1감광막(14)을 프로그램된 노광장치를 이용하여 노광시키고 이를 현상하여 제1감광막(14)패턴을 형성한다. (도 4b)

그리고, 상기 제1감광막(14)패턴을 마스크로하여 상기 크롬막(15)을 식각하여 크롬막(15)패턴을 형성한다. (도 4c)

그 다음, 전체표면상부를 도포하는 제2감광막(16)을 노광 및 현상하되, 상기 밀집 패턴이 구비되어 빛의 세기가 강한 영역, 즉 보상되어야할 부분(도 3a 의 6)을 노출시키도록 프로그램된 노광장치를 이용하여 노광시키고 후속공정으로 현상하여 제2감광막(16)패턴을 형성한다. (도 4e)

그리고, 상기 제2감광막(16)패턴과 크롬막(15)패턴을 마스크로하여 상기 석영기판(13)을 공정처리하여 공정처리된 부분(17)을 형성한다.

이때, 상기 공정처리부분(17)은 상기 석영기판(17)을 식각하여 투과율을 조절한다. 일반적으로 투과율 조절은 1-5% 이내로 조절이 되어야 되기 때문에 식각공정을 5 ∼ 100 Å 정도 실시한다.

또한, 상기 공정처리부분(17)에 반사 방지막 필름(Anti reflective coating)을 도포할 수 있다. 상기 반사방지막을 사용하여 공정처리부분을 형성하는 공정은 무기물 박막 ( inorganic film ) 이나 유기물 박막 ( organic film ) 또는 다중체 폴리머의 증착 두께를 이용하여 투과율을 조절할 수 있으며, 고굴절층과 저굴절층을 주기적으로 배치한 다층막을 이용하여 투과율을 조절할 수 있다.

그리고, 공정처리부분(17)을 산소플라즈마처리공정, 화학처리공정 또는 이온 임플란트 ( Ion Implantation ) 공정으로 석영기판(13) 표면을 손상시켜 투과율을 낮게 하는 것이다. (도 4f)

그 다음, 상기 제2감광막(16)패턴을 제거하여 노광마스크를 형성한다. (도 4g)

본 발명은 주로 극 미세 패턴 형성을 위한 DRAM 제조기술에 적합한 발명이나 비메모리 ( non-memory ) 소자 뿐 만 아니라 관련되는 소자에도 적용이 가능하다. 또한 LCD 제조시 있어서 패턴형성에도 적용이 가능하다. 특히 반복되는 독립패턴의 경우는 효과가 매우 클 것으로 사려된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 노광마스크 형성방법은, 패턴이 밀집되어 노광공정시 빛의 세기가 강한 부분을 공정처리하여 투과율을 저하시킴으로써 빛의 세기를 약하게 하여 근접효과를 감소시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 석영기판 상부에 크롬패턴을 형성하는 공정과,

   상기 크롬패턴을 포함한 전체표면상부에 감광막을 도포하는 공정과,

   상기 감광막을 노광 및 현상하여 상기 크롬패턴의 밀집된 부분의 석영기판을 노출시키는 감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 감광막패턴을 마스크로하여 상기 석영기판을 공정처리하여 투과율을 저하된 공정처리부분을 형성하는 공정과,

   상기 감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차광패턴은 크롬으로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정처리 공정은 상기 석영기판을 5 ∼ 100 Å 식각하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정처리부분은 반사 방지막이 구비되는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 반사방지막을 사용하는 공정처리 공정은 무기물 박막, 유기물 박막 또는 다중체 폴리머를 증착하여 투과율을 조절하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정처리부분은 고굴절층과 저굴절층을 주기적으로 배치하는 다층막을 구비하여 투과율을 조절하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정처리부분은 상기 석영기판을 산소플라즈마처리, 화학처리 또는 이온 임플란트 ( Ion Implantation ) 공정으로 손상시켜 투과율을 저하시키는 것을 특징으로하는 반도체소자의 노광마스크 형성방법.