KR20020053475A - 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법에 관한 것으로, 서로 다른 크기 및 배열 형태가 다른 콘택홀을 2장 또는 1장의 마스크를 이용하여 라인 및 스페이스 패턴으로 2중 노광을 수행하여 원하는 크기의 콘택홀을 형성할 수 있다. 이를 위한 본 발명의 이중 노광을 이용한 콘택 홀 형성 방법은 배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시, 네가티브 레지스터를 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와, 상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와, 상기 구조물 위에 네가티브 레지스터를 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함한다.

Description

이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법{METHOD FOR FORMING A CONTACT HOLE USING A DOUBLE EXPOSURE}

본 발명은 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 크기 및 배열 형태가 다른 콘택홀을 2장(random C/H) 또는 1장의 마스크를 이용하여 라인 및 스페이스(Line & Space) 패턴으로 2중 노광(exposure)을 수행하여 원하는 크기의 콘택홀을 형성하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 콘택홀 마스크 패턴을 도시한 도면이다. 여기서, 도 1a는 외곽 쪽에 형성된 1차 노광용 콘택홀 마스크 패턴을 도시한 도면이고, 도 1b는 가운데 쪽에 형성된 2차 노광용 콘택홀 마스크 패턴을 도시한 도면이고, 도 1c는 이중 노광후 완성된 특정 배열의 콘택홀 패턴을 도시한 도면이다.

먼저, 도 1(a)에 관해 설명하면, 도 1(c)의 형태의 패턴을 형성하기 위해 현재는 이중 노광 공정을 사용하게 되는데, 도 1(a)에 도시된 공정은 이중 노광 공정의 첫번째 공정으로서, 첫번째 마스크 패턴을 도시한 도면이다.

도 1(a)에 도시된 바대로, 마스크의 크롬면(20)이 십자 형태로 형성되어 있고, 크롬을 제거한 Qz 면(10)이 상기 마스크의 4 모서리에 형성되어 있으며, 이 Qz 면(10)은 도 1(c)상의 바깥 부분의 콘택홀 의 모양이다.

그 다음으로, 도 1(b)는 이중 노광 공정의 두번째 공정을 도시한 도면으로, 안쪽 부분의 콘택홀 을 형성하기 위한 마스크 패턴의 모양이다.

상기 마스크의 크롬면(20)의 안쪽으로 Qz 면(10)이 4개의 정사각형 형태로 구분되어 형성되어 있음을 알 수 있다.

도 1(c)는 도 1(a)와 도 1(b)의 두 종류의 마스크 패턴과 양의 포토 레지스트를 이용하여 이중 노광 방법에 의하여 최종적으로 웨이퍼 위에 패터닝된 모습이다.

웨이퍼 위의 콘택 홀들(12, 16)은 상기 마스크의 4 곳의 모서리들과 중앙 에 형성되어 있고, 상기 콘택 홀들(12, 16)의 사이, 사이로 웨이퍼 위의 포토 레지스트가 남아 있는 영역(14)이 형성되어 있다.

일반적으로, 미세 반도체 공정에서 소작 동작의 목적에 따라 한 마스크내에서 특정 형식으로 배열된 콘택홀 또는 크기가 여러 종류인 콘택홀 패턴을 한번의 노광 에너지 조건으로 원하는 크기의 콘택홀 패턴 모두를 형성한다.

그런데, 종래의 콘택홀 형성 방법에서는 콘택홀 크기가 큰쪽으로 노광 에너지 조건을 맞추는 경우, 작은 크기의 콘택홀 은 너무 큰 크기로 패턴이 되어 문제가 되며, 반대의 경우도 마찬가지로 문제를 야기시킨다.

또한, 콘택홀 패턴의 배열 형태중의 하나인 ISO, 또는 고밀도 패턴인 경우에는 같은 크기의 콘택홀 일지라도 광학적 근접 효과에 의해 배열 형태에 따라 패턴된 콘택홀 의 크기가 다르게 되는 문제를 야기하게 된다.

그리고, 종래의 콘택홀 형성 방법은 이중 노광의 수행시 정렬 정확도에 대한 부담이 커진다. 이는 점점 미세 패턴을 구현하는데 있어 가장 큰 문제로 대두되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명은 미세 반도체 공정을 이용한 대용량의 DRAM 을 제작하는 특정 부분의 마스크 공정에서 네가티브 레지스트(Negative Resist)를 사용하여 배열의 형태 및 크기에 따른 콘택홀 패턴을 형성하기 위해 종류별로 1장 또는 2장의 마스크 위에 서로 직교하는 라인 및 스페이스(Line & Space) 또는 조그 패턴(jog pattern)을 이용하여 에너지 마진을 크게 가지면서 적은 노광 에너지 조건으로 한번에 원하는 모든 콘택홀 패턴을 형성할 수 있어 공정상의 마진을 확보할 수 있는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 콘택홀 마스크 패턴을 도시한 도면

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위한 도면

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 크롬을 제거한 마스크의 Qz 면 12, 16, 46 : 콘택 홀

14 : 웨이퍼 위의 포토 레지스트가 남아 있는 영역

20, 42 : 마스크의 크롬면 30, 40, 44 : 마스크위의 Qz 면

45 : 웨이퍼 위의 표면 물질 50 : 선형의 크롬면

52 : 선형의 Qz 면 60, 78 : 웨이퍼

64, 70 : 포토 레지스트

78 : 증착되지 않은 콘택홀 76 : 웨이퍼상에 증착된 물질

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이중 노광을 이용한 콘택 홀 형성 방법은

배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

네가티브 레지스터를 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

상기 구조물 위에 네가티브 레지스터를 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함한다.

상기 네가티브 레지스터는 1장의 마스크를 이용하여 이중 노광을 수행한다.

상기 1장의 마스크를 이용하여 이중 노광을 수행시 1차 노광은 정상적으로 수행하고, 2차 노광은 마스크를 90 도 또는 180 도 회전시켜 수행한다.

상기 절연 물질은 SiNx, SioNx 중 하나를 사용한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법은,

배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

라인 및 스페이스를 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

상기 구조물 위에 라인 및 스페이스를 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법은,

배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

지그 패턴을 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

상기 구조물 위에 지그 패턴을 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다,

도 2a는 특정 형식으로 배열된 콘택홀 패턴 형성을 위한 L/S 마스크 패턴을 나타낸 것으로, 최종적으로 도 2(c)의 형태와 같은 웨이퍼 위의 콘택홀 패턴을 형성하기 위한 도면이다.

도 2a와 같이, 마스크의 크롬면(42)은 마스크 위의 Qz 면들(40, 44) 사이에 도 2a에 도시된 형태로 형성된다.

구체적으로 설명하면, 종래의 도 1a-도 1c와 같은 형태의 콘택홀 패턴을 형성하기 위해서는 두장의 마스크와 이중 노광 공정을 이용하여 제작되어 정렬 및 동일한 규격을 만족하는 두장의 마스크를 제작하는데 힘든 반면, 도 2a와 같이, 마스크 위에 선형의 마스크를 제작후, 1차 노광하게 된다.

도 2b는 도 2a상의 L/S 마스크 패턴을 이용하여 노광시킨후, 마스크를 180 도 회전시킨 다음, 불활성화용 물질을 증착후, 노광하기 전의 마스크 패턴을 나타낸 것이다. 도 2a와 마찬가지로, 마스크의 크롬면(42)은 마스크 위의 Qz 면들 (40, 44) 사이에 도 2b에 도시된 형태로 형성된다. 도 2a에서 설명하였듯이, 1차 노광후, 에칭을 수행하고, 포토 레지스트를 제거하고, 도 2b처럼 마스크를 180 도 회전시킨후, 2차 노광하여 에칭을 한다.

도 2c는, 도 2a 및 도 2b와 같이, 1개의 마스크와 음 포토 레지스트를 사용하여 1차 노광후, 노광된 패턴을 에칭하고, 다시 같은 마스크를 180 도 회전시켜 2차 노광하여 구현된 패턴을 이용하여 에칭한 후의 웨이퍼의 결과의 모습을 도시한도면이다. 도 2c와 같이, 패터닝 후의 4개의 콘택홀(46)은 도 2c상의 마스크의 4곳의 모서리에 정사각형의 형태로 형성되어 있고, 콘택홀(46)은 도 2c상의 마스크의 중앙에 정사각형의 형태로 형성되어 있다.

포토 레지스트 패턴에 의해 에칭된 웨이퍼 위의 표면 물질(45)은 상기 마스크의 4곳의 모서리에 형성된 4개의 콘택홀(46)과 도 2c상의 마스크의 중앙에 형성된 콘택홀(46)의 사이에 형성된다. 따라서, 종래의 두장의 마스크를 이용하여 이중 노광 공정을 수행하는 것보다도 정렬 문제 및 마스크의 규격에 대한 부담을 최소화하면, 기존의 콘택홀 패턴을 이중 노광하는 것 보다 선형의 콘택홀 패턴을 이중 노광하는 것이 처리량의 향상을 기대할 수 있다.

도 2d는 마스크 위의 크롬면과 Qz 면을 도시한 도면으로, 선형의 크롬면들 (50)은 선형의 Qz 면(52)의 사이에 형성되어 있다. 즉, 도 2d는, 도 2c와 같이, 웨이퍼 위에 규칙적으로 배열된 콘택홀 을 구현하는 방법을 이용하여 도 2(f)처럼 비규칙적으로 배열된 콘택홀 을 웨이퍼 위에 구현하는 방법을 한 예로 설명한 것이다.

도 2e는 도 2d의 마스크를 90 도 회전시켜 놓은 마스크 패턴을 도시한 도면이다.

도 2d와 도 2e를 잘 살펴 보면 알 수 있듯이, 선형의 크롬면(50)의 크기가 다름을 알 수 있다. 이것은, 도 2f에서 알 수 있듯이, 콘택홀 의 크기를 결정짓는 요소가 된다. 즉, 미리 원하는 크기의 콘택홀 은 미리 예측, 계산되어, 크롬면(50)의 선의 크기가 결정된다.

도 2f는 도 2d와 도 2e의 마스크를 이용하여 웨이퍼 위에 구현된 콘택홀 의 형상을 도시한 도면으로, 도 2c와 마찬가지로, 4개의 사각형 형태의 콘택홀(56)은 왼쪽 대각선 방향으로 경사진채 2개씩 형성되어 있고, 웨이퍼 위의 표면 물질(54)은 상기 4개의 사각형 형태의 콘택홀 들의 사이에 도포되어 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 음 포토레지스트를 이용하여 1차 노광 후 콘택홀 일부 패턴을 도시한 것이다.

이와 반대로, 왼쪽 도면의 마스크 위의 (62)는 오른쪽 도면의 웨이퍼(60) 상에서는 포토 레지스트가 모두 현상되어 남지 않는다.

따라서, 도 3(a)는 왼쪽 도면의 점선 부분을 기준으로 오른쪽 도면의 웨이퍼 (60) 상에서의 포토 레지스트(64)의 잔존 여부를 설명한 도면이다.

도 3(b)는 도 3(a)의 오른쪽 도면의 웨이퍼(60)상의 포토 레지스트의 패터닝을 이용하여 웨이퍼(60)상에 물질(66)을 증착한후, 포토 레지스트를 제거한 후의 형태를 도시한 도면이다.

다음으로, 도 3(c)의 오른쪽 도면은 도 3(b)의 에칭된 웨이퍼(60)상에 도 3 (a)의 마스크를 180 도 회전시킨후, 2차 노광후의 포토 레지스트의 패턴된 형태를 도시한 도면으로, 즉, 왼쪽 도면의 점선 부분을 기준으로 오른쪽 도면의 웨이퍼(60 )의 단면 모양을 도시한 것이다.

도 3(d)의 왼쪽 도면은 이중 노광 공정과 이중 증착이 완료되어 웨이퍼(78)상에 콘택홀 이 형성된 도면이며, 도 3(d)의 왼쪽 도면에 도시된 바대로, 웨이퍼(78)상에 증착된 물질(76)의 표면은 음영된 부분으로 표시되어 있고, 증착되지 않아 콘택홀 이 형성된 상태를 나타낸 부분(74)은 음영되지 않은 부분으로 표시되어 있다.

또한, 도 3(d)의 오른쪽 도면의 웨이퍼(78)상에 증착된 물질(76)은 왼쪽 도면의 점선을 기준으로 본 웨이퍼(78)의 단면을 도시한 것이다.

상기한 바와 같이, 이중 노광 공정을 이용하여 제작된 콘택홀 은 에칭되지 않으므로, 콘택홀 의 크기의 변화를 가져와 안정적인 공정을 수행할 수 있고, 1개의 마스크를 사용하여 정렬 및 마스크의 제작의 부담을 최소화 할 수 있는 잇점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 노광을 이용한 콘택 홀의 형성 방법을 이용하여 콘택 홀의 패턴을 구현하면, 다음과 같은 효과들이 있다.

첫번째로, 마스크 위의 콘택홀 패턴 보다는 상대적으로 낮은 노광 에너지를 사용하는 라인 및 스페이스 또는 조그(JOG) 패턴을 이용함으로써, 이중 노광에 의한 처리량의 저하를 어느 정도 보상할 수가 있다.

두번째로는, 라인 및 스페이스 또는 조그(JOG) 패턴을 이용하므로, 같은 노광 에너지의 조건하에서 서로 다른 크기 및 배열에 의해 콘택홀 형태 보다 상대적으로 적은 광학적 근접 효과에 의해 패턴 형성의 한계를 최소화 할 수 있어서 여러 종류의 콘택홀 패턴을 원하는 크기로 이중 노광로 구현이 가능하다.

세번째로는, 콘택홀 패턴 형식으로 이중 노광을 수행함에 있어 정렬 정확도에 대한 부담이 크지만, 라인 및 스페이스 또는 조그 패턴 형식으로 이중 노광을 수행하게 되면, 항상 콘택홀 의 중심 위치의 변화는 없고, 마스크 제작시 CD 변화(MTT: Mean To Target) 에 의한 영향만 고려하면 되므로, 상대적으로 정렬 정확도에 대한 부담이 적어진다.

네번째로는, 노광 에너지 조건을 다르게 가지고 간다면, 라인 및 스페이스 또는 조그 패턴의 선 폭 크기를 조절하여 같은 비율로 배열 형태에 따른 콘택홀 패턴을 구현함에 훨씬 용이하며, 공정상의 마진을 높여 가져 갈 수 있다.

Claims (6)

1. 배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

   네가티브 레지스터를 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

   상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

   상기 구조물 위에 네가티브 레지스터를 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 네가티브 레지스터는 1장의 마스크를 이용하여 이중 노광을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 1장의 마스크를 이용하여 이중 노광을 수행시 1차 노광은 정상적으로 수행하고, 2차 노광은 마스크를 90 도 또는 180 도 회전시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연 물질은 SiNx, SioNx 중 하나를 사용한 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.
5. 배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

   라인 및 스페이스를 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

   상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

   상기 구조물 위에 라인 및 스페이스를 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.
6. 배열의 형태가 다른 콘택홀 패턴 형성시,

   지그 패턴을 이용한 제1 노광 공정에 의해 제1 콘택홀을 웨이퍼위에 형성하는 단계와,

   상기 구조물 위에 절연 물질을 증착하는 단계와,

   상기 구조물 위에 지그 패턴을 이용한 제2 노광 공정에 의해 상기 제1 콘택홀과 배열 형태가 다른 제2 콘택홀을 웨이퍼 위에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 이용한 콘택홀 형성 방법.