KR20070101907A - 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법 - Google Patents

이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법은, 셀 영역은 제1 패턴을 형성하기 위하여 주변회로영역을 차단한 제1 포토마스크를 이용하여 제1 노광을 실시하는 단계; 및 주변회로영역은 제2 패턴을 형성하기 위하여 셀 영역을 차단한 제2 포토마스크와 웨이퍼를 소정 각도로 기울인 상태에서 스캔, 노광하는 포커스 드릴링 방법을 이용하여 제2 노광을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이중 노광, 포커스 드릴링, 공정마진

Description

이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법{Method for fabricating pattern using double exposure}
도 1은 디램 소자의 셀 영역 및 주변회로영역을 나타내보인 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 4는 본 발명의 포커스 드릴링 노광 기술을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 제1 포토마스크 210 : 제1 패턴
230 : 제2 포토마스크 250 : 제2 패턴
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체소자는 수많은 미세 패턴들로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세 패턴들은 포토리소그라 피(photolithography) 공정을 통해 형성된다. 이와 같은 포토리소그라피 공정에서, 해상도(Resolution)와 초점심도(DOF; Depth Of Focus)는 미세 패턴을 형성하는데 있어 중요한 변수로 알려져 있다.
한편, 소자가 고집적화됨에 따라 디자인 룰(design rule)이 작아지면서 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension) 균일도 및 공정마진을 향상시키기 위해 높은 해상도와 초점심도(DOF; Depth of focus)를 필요로 한다.
이를 위해 조명계 장치 중 어퍼쳐(aperture)에 변형을 주어 높은 해상도와 깊은 초점심도를 나타내는 조명계를 적용함으로써 해상도뿐만 아니라 다른 공정 마진을 증대시킬 수 있다. 이 조명계는 원하는 패턴에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다.
그러나 이러한 조명계를 이용하여 수행하는 노광 방법 역시 해상도에 있어서 한계에 도달하게 되면서, 보다 더 높은 해상도와 초점심도를 얻기 위한 해상도 향상 기술(RET; Resolution enhancement technology)이 요구되고 있다.
또한, 조명계에서 셀 영역과 코어 영역/주변회로영역은 트레이드-오프(trade-off) 관계로써 셀 영역의 공정 마진이 증가하면 상대적으로 피치가 큰 코어 영역/주변회로영역에서는 공정 마진이 감소하게 될 수 있다. 따라서 어느 한 곳만을 위한 조명계 선정이 어려워 모든 패턴을 고려하여 선정하는데, 이 경우 공정 마진이 전체적으로 감소할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 소자의 패턴 형성에 있어 서, 셀 영역 및 주변회로영역의 패턴 형성시 조명계 및 노광 방식을 개선하여 패턴을 균일하게 형성할 수 있고, 해상도를 증가시켜 공정마진을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법은, 셀 영역은 제1 패턴을 형성하기 위하여 주변회로영역을 차단한 제1 포토마스크를 이용하여 제1 노광을 실시하는 단계; 및 주변회로영역은 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 셀 영역을 차단한 제2 포토마스크와 웨이퍼를 소정 각도로 기울인 상태에서 스캔, 노광하는 포커스 드릴링 방법을 이용하여 제2 노광을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 노광은 변형조명계를 사용하여 노광을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 포커스 드릴링 방법은, 웨이퍼의 기울기를 변화시키면서 포커스가 최적화되는 오프셋 레인지를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 기울기에 웨이퍼를 고정한 다음 스캔, 노광하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 패턴은 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 패턴은 고립된 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 디램 소자의 셀 영역 및 주변회로영역을 나타내보인 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 디램(DRAM) 소자는 일반적으로 셀 영역(A)과 코어 영역/주변회로영역(B)을 포함하여 이루어진다. 여기서 셀 영역(A)에는 한 방향성을 가지면서 밀집된 형태로 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 포함하는 제1 패턴(100)이 일 방향으로 배치되고, 코어 영역/주변회로영역(B)에는 고립된 패턴(isolated pattern)을 포함하는 제2 패턴(110)이 다양한 방향으로 배치된다. 물론 도면에 나타내지는 않았지만, 코어 영역/주변회로영역(B) 내에도 밀집된 형태의 패턴들이 배치될 수 있다.
이와 같이 셀 영역(A)과 코어 영역/주변회로영역(B)에 제1 패턴(100) 및 제2 패턴(110)을 형성하기 위하여, 종래에는 통상적인 싱글 노광(single exposure)방식을 이용하였다. 그런데 이러한 싱글 노광 방식을 이용하는 노광 방법에서 해상도에 있어 한계에 도달하게 되어 미세 패턴을 형성하는데 어려움이 있다.
따라서 높은 해상도 및 초점심도(DOP)를 얻기 위해 본 발명에서는 이중 노광 방법과 포커스 드릴링 노광방법을 이용하고자 한다. 이를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
먼저 도 2를 참조하면, 제1 포토마스크(200) 및 변형조명계를 이용하여 제1 노광을 수행한다. 여기서 제1 포토마스크(200)는 웨이퍼의 셀 영역(A)과 코어 영역/주변회로영역(B)을 포함한다. 이때, 제1 포토마스크(200)의 셀 영역(A)에는 한 방향성을 가지면서 밀집된 형태로 제1 패턴(210)이 배치되어 있고, 제1 패턴(210)을 형성하기 위하여 코어 영역/주변회로영역(B) 전체를 덮는 광차단막(220)이 배치되어 있다. 여기서 광차단막(220)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
제1 노광시 이용하는 변형조명계는, 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 셀 영역(A)에서와 같이 한 방향으로 미세하게 밀집되어 있는 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 포함하는 제1 패턴(210)을 형성하기 위한 조명계로서 다이폴(dipole) 조명계를 포함하는 변형조명계를 이용할 수 있다. 이와 같은 제1 포토마스크(200) 및 변형조명계를 사용한 제1 노광을 수행하게 되면, 셀 영역(A)의 밀집패턴들에 대한 노광을 이루어지는 반면에, 광차단막(220)으로 차단되어 있는 코어 영역/주변회로영역(B)에 대한 노광은 이루어지지 않는다.
다음에 도 3을 참조하면, 제2 포토마스크(230) 및 포커스 드릴링 방법을 이용하여 제2 노광을 수행한다. 여기서 제2 포토마스크(230)는 웨이퍼의 셀 영역(A)과 코어 영역/주변회로영역(B)을 포함하여 이루어진다. 이때, 제2 포토마스크(230)의 코어 영역/주변회로영역(B)에는 고립된(isolated) 패턴을 포함하는 제2 패턴(250)이 다양한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제2 패턴(250)을 형성하기 위하여 셀 영역(A) 전체를 덮는 광차단막(240)이 배치되어 있다. 광차단막(240)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
한편 종래의 경우, 하나의 조명계를 이용하여 셀 영역과 코어영역/주변회로영역에 배치되는 모든 패턴에 대해 노광을 수행하였다. 그러나 이와 같이 하나의 조명계를 이용하여 모든 패턴에 대해 노광을 수행하여도 셀 영역 및 코어영역/주변회로영역의 패턴은 피치, 사이즈 및 방향이 다르게 배치되어 있어 모든 패턴의 공정 마진을 향상시키거나 해상력을 높이는데 어려움이 있을 수 있다.
이에 따라 초점심도(DOF)를 향상시킬 수 있어 고립된(isolated) 패턴에 대하여 공정마진을 향상시킬 수 있는 포커스 드릴링(focus drilling) 노광 방법을 코어 영역/주변회로영역(B)을 노광하는데 이용하고자 한다. 여기서 포커스 드릴링 노광 방법은 웨이퍼 스테이지를 소정 각도로 기울여(tilt) 포커스를 고정해 놓고, 웨이퍼를 일 방향으로 스캐닝하는 방법이다.
도 4는 본 발명의 포커스 드릴링 노광 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 4를 참조하면, 포커스 드릴링 노광법을 위한 노광장치는 광원으로부터 빛을 투과되는 개구부를 포함하는 슬릿(slit)(300)과, 웨이퍼 상에 형성될 패턴이 전사되어 있는 포토마스크(310)와, 광원으로부터 투과된 빛을 이용하여 웨이퍼 상에 상을 맺도록 하는 렌즈(320)와, 그리고 웨이퍼(w)가 배치되는 웨이퍼 스테이지(330)를 포함하여 이루어진다. 여기서 웨이퍼 스테이지(330)는 소정의 각도로 기울일 수 있고, 어느 한 방향으로 이동이 가능하다.
코어 영역/주변회로영역(B) 상에 제2 패턴(250)을 형성하기 위하여 광차단막(240)으로 셀 영역(A)이 차단되어 있는 웨이퍼(w)를 포커스 드릴링 노광법을 위 한 노광장치의 웨이퍼 스테이지(330) 상에 배치한다. 다음에 웨이퍼 스테이지(330)의 기울기를 변화시키면서 노광시 공정 마진을 높일 수 있는 포커스의 한계 범위인 최적화된 오프셋 레인지를 측정하고, 측정된 기울기(tilt)에 웨이퍼 스테이지를 고정한 다음 일 방향으로 스캐닝을 실시한다.
이와 같이, 제2 포토마스크(230) 및 포커스 드릴링 노광방법을 사용한 제2 노광을 수행하면, 제2 포토마스크(230)에 의해 코어 영역/주변회로영역(B)의 고립된 제2 패턴(isolated patterns)(250)에 대한 노광이 이루어지는 반면, 광차단막(240)으로 차단되어 있는 셀 영역(A)에 대한 노광은 이루어지지 않는다. 또한, 포커스 드릴링 노광법을 이용하여 제2 패턴(250)에 대한 노광을 실시함으로써 공정 마진을 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 노광 방법을 이용한 패턴 형성방법에 의하면, 셀 영역 및 코어영역/주변회로영역의 패턴 형성시 모든 패턴의 마진을 향상시키고 노광 한계를 극복하기 위해 셀 영역은 해상력이 우수한 조명계로 노광하고, 코어영역/주변회로영역은 포커스 드릴링 노광법을 이용함으로써 해상도 및 초점심도를 향상시킬 수 있다. 따라서 패턴의 공정마진을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 셀 영역은 제1 패턴을 형성하기 위하여 주변회로영역을 차단한 제1 포토마스크를 이용하여 제1 노광을 실시하는 단계; 및
    주변회로영역은 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 셀 영역을 차단한 제2 포토마스크와 웨이퍼를 소정 각도로 기울인 상태에서 스캔, 노광하는 포커스 드릴링 방법을 이용하여 제2 노광을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노광은 변형조명계를 사용하여 노광을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포커스 드릴링 방법은,
    웨이퍼의 기울기를 변화시키면서 포커스가 최적화되는 오프셋 레인지를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 기울기에 웨이퍼를 고정한 다음 스캔, 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 고립된 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광 방식을 이용한 패턴 형성방법.
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CN112731775A (zh) * 2021-01-06 2021-04-30 华虹半导体(无锡)有限公司 超高深宽比图形的光刻工艺方法

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