KR20070033586A - 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법 - Google Patents

이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법은, 장축 및 단축을 갖는 형성하고자 하는 대상패턴에 대응하는 광투과패턴을 갖되, 광투과패턴의 장축은 대상패턴의 장축의 1/2인 노광마스크를 준비하는 단계와, 이 노광마스크를 이용하여 대상패턴 위의 레지스트막에 대한 1차 노광을 수행하는 단계와, 노광마스크를 장축 방향으로 광투과패턴의 장축 길이만큼 이동시켜 레지스트막에 대한 2차 노광을 수행하는 단계와, 그리고 1차 및 2차 노광이 이루어진 레지스트막을 현상하여 레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
이중노광(double exposure), 네가티브형 포토레지스트, 미세 레지스트막패턴

Description

이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법{Method of forming fine resist pattern using double exposure}
도 1은 종래의 미세 레지스트막패턴 형성방법에서 사용되는 노광마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 2는 도 1의 노광마스크를 이용한 노광공정이 이루어진 레지스트막을 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법에서 사용되는 노광마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 레이아웃도들이다.
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체소자는 수많은 미세패턴들로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세패턴들은 포토리소그라피 (photolithography) 공정을 통해 형성된다. 포토리소그라피 공정을 이용해서 미세패턴을 형성하기 위해서는, 먼저 패터닝하고자 하는 대상막 위에 레지스트막을 코팅한다. 다음에 통상의 노광공정을 수행하여 레지스트막의 일부분에 대한 용해도를 변화시킨다. 그리고 현상공정을 수행하여 용해도가 변화되거나 또는 변화되지 않은 부분을 제거함으로써, 대상막의 일부 표면을 노출시키는 미세 레지스트막패턴을 형성한다. 이후에 이 미세 레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각으로 대상막의 노출부분을 제거한 후에 미세 레지스트막패턴을 스트립(strip)함으로써 대상막패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 미세 레지스트막패턴 형성방법에서 사용되는 노광마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다. 그리고 도 2는 도 1의 노광마스크를 이용한 노광공정이 이루어진 레지스트막을 나타내 보인 레이아웃도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 종래의 노광마스크(100)는 광투과영역(110)에 의해 한정되는 광차단패턴(120)을 갖는다. 통상적으로 레지스트막으로서 포지티브형을 사용하므로, 광투과영역(110)은 레지스트막의 제거될 부분에 대응되고, 광차단패턴(120)은 레지스트막패턴으로 남을 부분에 대응된다. 형성하고자 하는 패턴이 활성영역을 한정하는 소자분리용 트랜치 형성을 위한 패턴인 경우, 상기 광차단패턴(120)은 장축(a1) 및 단축(b1)을 갖는다. 그리고 좌우로 인접한 광차단패턴(120) 사이의 광투과영역(110)의 폭은 장축공간(x1)이 되고, 상하로 인접한 광차단패턴(120) 사이의 광투과영역(110)의 폭은 단축공간(y1)이 된다.
이와 같은 노광마스크(100)를 이용하여 패터닝하고자 하는 대상막 위에 도포 된 레지스트막에 대한 노광을 수행하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 레지스트막(200)은, 노광에 의해 용해도가 증가된 제1 영역(210)과, 비노광에 의해 용해도가 변화되지 않은 제2 영역(220)으로 구분된다. 다음에 통상의 현상액을 이용한 현상공정을 수행하게 되면, 용해도가 증가된 제1 영역(210)의 레지스트막은 제거되고, 결국 용해도 변화가 없는 제2 영역(220)만으로 이루어진 레지스트막패턴이 만들어진다. 이후 도면에 나타내지는 않았지만, 상기 레지스트막패턴을 식각마스크로 패터닝하고자 하는 하부의 대상막의 노출부분을 식각하면, 상기 미세 레지스트막패턴에 대응되는 패턴이 형성된다.
그런데 이와 같은 노광 및 현상공정을 수행하는데 있어서, 형성하고자 하는 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension)는 레지스트막패턴의 임계치수에 좌우된다. 그런데 최근 디자인룰이 점점 축소됨에 따라 상대적으로 좁은 간격의 단축공간(y1)을 확보하기 위해서는 높은 해상력이 요구되지만, 포토리소그라피 기술의 한계로 인하여 공정 마진은 점점 줄어들고 있다. 따라서 포토리소그라피 장비가 갖는 한계 등으로 인하여 한계 해상력 이상의 패턴을 웨이퍼상에 제대로 전사시키기 용이하지 않다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 한계 해상력 이상의 패턴을 웨이퍼상에 용이하게 전사시킬 수 있을 정도의 공정 마진을 갖도록 하는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법은, 장축 및 단축을 갖는 형성하고자 하는 대상패턴에 대응하는 광투과패턴을 갖되, 상기 광투과패턴의 장축은 상기 대상패턴의 장축의 1/2인 노광마스크를 준비하는 단계; 상기 노광마스크를 이용하여 상기 대상패턴 위의 레지스트막에 대한 1차 노광을 수행하는 단계; 상기 노광마스크를 상기 장축 방향으로 상기 광투과패턴의 장축 길이만큼 이동시켜 상기 레지스트막에 대한 2차 노광을 수행하는 단계; 및 상기 1차 및 2차 노광이 이루어진 레지스트막을 현상하여 레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레지스트막은 네가티브형 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
상기 노광마스크는 위상반전마스크 또는 바이너리 마스크일 수 있다.
상기 대상패턴은 소자분리용 트랜치 형성을 위한 것일 수 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 3은 본 발명에 따른 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법에서 사용되는 노광마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 미세 레지스트막패턴 형성방법에서 사용되는 노광마스크(300)는 광차단영역(320)에 의해 한정되는 광투과패턴(310)을 갖는다. 광투과패턴(310)은 광원으로부터 발생되는 광을 투과시켜 포토레지스트막으로 전사시키며, 이에 반하여 광차단영역(320)은 광원으로부터의 광이 포토레지스트막으로 전사되지 않게 차단되도록 한다. 광투과패턴(310)의 장축길이(a2)는 형성하고자 하는 대상패턴의 장축길이의 1/2이다. 광투과패턴(310)의 단축길이(b2)는 형성하고자 하는 대상패턴의 단축길이와 동일하다. 이와 같은 노광마스크(300)의 장축공간(x2) 및 단축공간(y2)은 모두 종래의 경우(도 1 참조)보다 더 길며, 특히 광투과패턴(310)의 장축길이(a2)의 감소로 단축공간(y2)은 매우 길어진다. 상기 노광마스크는 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)이거나 또는 바이너리(binary) 마스크일 수 있다.
도 4 내지 도 6은 이와 같은 노광마스크를 이용하여 미세 레지스트막패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 레이아웃도들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 패터닝하고자 하는 대상막(미도시) 위에 도포된 레지스트막(400)에 대해 상기 노광마스크(도 3의 300)를 이용한 1차 노광을 수행한다. 본 실시예에서는 장축 및 단축을 갖는 소자분리용 트랜치 형성을 위한 레지스트막패턴을 예로 들기로 한다. 이 경우 상기 레지스트막패턴은, 활성영역의 반도체기판은 덮는 반면에, 소자분리용 트랜치가 형성될 부분의 반도체기판은 노출시키는 개구부를 갖도록 형성되어야 한다. 상기 1차 노광이 이루어지면, 레지스트막(400)은, 노광마스크(300)의 광투과패턴(310)에 대응되어 노광이 이루어지는 제1 노광영역(411)과, 노광마스크(300)의 광차단영역(320)에 대응되어 노광이 이루어지지 않는 비노광영역(420)으로 구분된다.
다음에 도 5를 참조하면, 상기 노광마스크(도 3의 300)를 광투과패턴(도 3의 310)의 장축방향으로 일정 간격 이동시킨 후에 2차 노광을 수행한다. 노광마스크(300)의 이동거리는 광투과패턴(310)의 장축길이와 동일하다. 이와 같이 2차 노광이 이루어지면, 레지스트막(400)은, 점선으로 나타낸 제1 노광영역(411)과 인접한 제2 노광영역(412)과, 제1 및 제2 노광영역(411, 412) 외의 비노광영역(420)으로 구분된다. 상기 제1 노광영역(411)의 장축길이는 형성하고자 하는 대상패턴의 장축길이의 1/2이므로, 제1 노광영역(411) 및 제2 노광영역(412)의 전체 장축길이는 대상패턴의 장축길이와 같아진다.
다음에 도 6을 참조하면, 상기 1차 노광 및 2차 노광이 이루어진 후의 레지스트막(400)은, 제1 노광영역(411) 및 제2 노광영역(412)이 합쳐진 노광영역(410)과, 노광영역(410) 외의 비노광영역(420)으로 구분된다. 앞서 언급한 바와 같이, 비록 노광마스크(도 3의 300)의 광투과패턴(310)의 장축길이는 대상패턴의 장축길이의 1/2이지만, 1차 노광후 광투과패턴(310)의 장축길이만큼 이동한 후 2차 노광을 수행하였으므로, 노광영역(410)의 장축길이는 대상패턴의 장축길이와 동일하다.
이와 같이 이중노광을 수행한 후에는 통상의 현상액을 이용한 현상공정을 수행한다. 그러면 노광영역(410)의 레지스트막(400)은 제거되지 않고 남으며, 비노광영역(420)의 레지스트막(400)은 제거되어 하부의 대상막을 노출시킨다. 다음에 도면에 나타내지는 않았지만, 상기 레지스트막패턴을 식각마스크로 패터닝하고자 하는 하부의 대상막의 노출부분을 식각하면, 상기 레지스트막패턴에 대응되는 패턴이 형성된다. 본 발명에서 사용되는 레지스트막(400)은 네가티브형 포토레지스트막이다. 즉 노광이 이루어지는 부분은 가교, 광이동량 등의 반응에 의해 용해도가 감소 되고, 노광이 이루어지지 않는 부분은 용해도가 변화되지 않는다. 따라서 현상공정을 진행할 시 노광이 이루어진 부분의 레지스트막(400)은 감소된 용해도로 인하여 현상이 이루어지지 않고 남게 되며, 이에 반하여 노광이 이루어지지 않은 부분의 레지스트막(400)은 변화가 없는 용해도로 인하여 현상이 이루어져 제거된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법에 의하면, 레지스트막으로서 네가티브형 포토레지스트막을 사용하고, 노광마스크의 광투과패턴의 장축을 대상패턴의 1/2가 되도록 하여 1차 노광을 한 후, 장축 방향으로 광투과패턴의 장축길이만큼 이동한 후 2차 노광을 수행함으로써, 1차 노광 및 2차 노광을 수행하는데 있어서 충분한 단축공간을 확보할 수 있으며, 이에 따라 포토리소그라피 설비 등의 한계에 따른 한계 해상도 이상의 해상도를 확보하여 공정 마진을 얻을 수 있다는 이점이 제공된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (4)

  1. 장축 및 단축을 갖는 형성하고자 하는 대상패턴에 대응하는 광투과패턴을 갖되, 상기 광투과패턴의 장축은 상기 대상패턴의 장축의 1/2인 노광마스크를 준비하는 단계;
    상기 노광마스크를 이용하여 상기 대상패턴 위의 레지스트막에 대한 1차 노광을 수행하는 단계;
    상기 노광마스크를 상기 장축 방향으로 상기 광투과패턴의 장축길이만큼 이동시켜 상기 레지스트막에 대한 2차 노광을 수행하는 단계; 및
    상기 1차 및 2차 노광이 이루어진 레지스트막을 현상하여 레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트막은 네가티브형 포토레지스트막인 것을 특징으로 하는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노광마스크는 위상반전마스크 또는 바이너리 마스크인 것을 특징으로 하는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대상패턴은 소자분리용 트랜치 형성을 위한 것을 특징으로 하는 이중노광을 이용한 미세 레지스트막패턴 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101494733B1 (ko) * 2014-06-25 2015-02-23 동우 화인켐 주식회사 포토레지스트 패턴 형성 방법

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