KR20080011929A - 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법에 관한 것으로, 투명 기판 상부에 크롬층 및 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴의 선폭을 측정하고, 설정된 임계값과 비교하여 보정값을 결정한다.
다음에, 이중 온도 조절 챔버 내의 스테이지의 온도를 조절하여 원하는 선폭을 가지는 크롬층 패턴이 형성되도록 식각하여 노광 마스크를 형성함으로써, 상기 노광 마스크를 사용한 노광 공정을 통해 웨이퍼 상에 형성되는 미세 패턴의 선폭 균일도 특성이 향상되며, 이로 인해 고 품질 노광 마스크에 대한 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.

Description

노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 노광 마스크 제조 방법의 문제점을 도시한 레이아웃 및 그래프.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 노광 마스크 및 이를 이용하여 형성된 웨이퍼 상의 미세 패턴의 문제점을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장비의 식각 챔버 내 스테이지를 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 노광 장비를 이용한 노광 마스크 제조 방법을 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
100 : 투명 기판 110 : 식각 정지막
120 : 위상 반전층 125 : 위상 반전층 패턴
127 : 하부층 130 : 크롬층
135 : 크롬층 패턴 140 : 감광막 145 : 감광막 패턴 200 : 제 1 스테이지
210 : 제 2 스테이지
본 발명은 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법에 관한 것으로, 투명 기판 상부에 크롬층 및 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴의 선폭을 측정하고, 설정된 임계값과 비교하여 보정값을 결정한다.
다음에, 이중 온도 조절 챔버 내의 스테이지의 온도를 조절하여 원하는 선폭을 가지는 크롬층 패턴이 형성되도록 식각하여 노광 마스크를 형성함으로써, 상기 노광 마스크를 사용한 노광 공정을 통해 웨이퍼 상에 형성되는 미세 패턴의 선폭 균일도 특성이 향상되며, 이로 인해 고 품질 노광 마스크에 대한 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정 시 노광 공정(Photo lithography)은 소정의 회로 패턴이 형성된 노광 마스크를 통하여 포토 레지스트층에 빛을 전사시켜 수행한다.
이러한 노광 공정은 가공 및 설계 한계에 따라 기 설정된 디자인 룰(Design rules)에 따른다.
또한, 이 디자인 룰은 반도체 소자와 상호 연결된 라인 사이의 공간적 한계 및 라인 자체의 폭을 규정함으로써 반도체 기판상에 형성되는 미세 패턴이나 라인들을 중복 또는 간섭을 방지할 수 있게 한다.
여기서, 반도체 소자의 제조 공정 시 허용하는 두 개의 미세패턴 사이의 최 소 공간 또는 최소 회로 폭으로 정의되는 디자인 룰에서 임계값(Critical dimension: CD)이라 한다.
최근 반도체 소자가 고집적화됨에 따라, 디자인 룰이 감소하여 마스크 품질의 중요성이 더욱 커지고 있으며, 마스크의 품질에 따라 반도체 기판상에 형성되는 미세 패턴의 결과가 더욱 민감해진다.
일반적 노광 마스크 제작 시 투명 기판 상부에 식각 정지막 및 위상 반전층의 적층구조인 하부층, 크롬층 및 감광막 패턴을 순차적으로 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 이용한 식각 공정을 수행하여 크롬층을 식각하여 크롬층 패턴을 형성한다.
다음에, 상기 크롬층 패턴을 마스크로 상기 하부층을 식각하여 노광 마스크를 형성한다.
그러나, 상기 노광 마스크의 크롬층 패턴 및 상기 노광 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 형성된 미세 패턴은 선폭 균일도 특성이 좋지 않게 나타난다.
그 이유는 디램 셀 레이아웃 자체에서 유발되는 근접효과(Proximity Effect) 또는 전자빔(E-Beam) 장비의 챔버(Chamber) 내의 산란된 광에 의해 선폭이 변화되는 포깅 효과(Fogging Effect)등으로 인해 노광 마스크의 미세 패턴의 선폭 균일도가 열화되고 있다.
도 1은 일반적인 디램 셀 레이아웃에서의 근접효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 근접효과에 의해 패턴 밀집도가 상대적으로 낮은 지역(10) 과 패턴 밀집도가 상대적으로 높은 지역(15)에서의 패턴의 선폭 차이가 발생하게 된다. 이런 경우 패턴 밀집도가 낮은 지역이 패턴 밀집도가 높은 지역에 비해 선폭이 작게 형성되는 문제가 발생한다.
도 2는 전자빔의 재산란 효과인 포깅 효과(Fogging Effect)에 의한 노광 지역의 전자빔(E-Beam)의 분포를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, X축은 노광 영역을 나타내며, Y축은 전자빔의 분포를 나타낸다. 여기서, 이상적인 전자빔의 분포를 'A'라고 하면, 노광시 나타나는 실제 전자빔의 분포는 'B'가 된다.
이와 같이 실제 노광 영역의 중앙부가 에지부에 비해 전자빔의 분포가 높게 나타나게 되어 최종 형성된 미세 패턴의 선폭이 균일하지 못하게 되는 문제점가 발생한다.
도 3a 및 도 3b는 노광 마스크의 크롬층 패턴의 선폭 균일도(도 3a)와 상기 노광 마스크를 사용한 노광 공정을 통해 웨이퍼 상에 형성된 미세 패턴의 선폭 균일도(도 3b)를 나타낸 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다.
여기서, 노광 마스크 상의 크롬층 패턴의 선폭 균일도가 웨이퍼 상에 그대로 전사됨을 알 수 있다.
상술한 종래 기술에 따른 노광 마스크 제조 방법에서, 노광 마스크 상의 크롬층 패턴 형성시 발생하는 근접 효과(Proximity Effect) 또는 포깅 효과(Fogging Effect)에 의해 크롬층 패턴의 선폭 균일도 특성이 열화되고, 이로 인해 상기 노광 마스크를 사용한 노광 공정으로 웨이퍼 상에 형성된 미세 패턴의 선폭 균일도 특성 역시 열화되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 투명 기판 상부에 크롬층 및 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴의 선폭을 측정하고, 설정된 임계값과 비교하여 보정값을 결정한다.
다음에, 상기 보정값을 고려하여 온도 구역이 나누어진 이중 온도 조절 챔버 내의 스테이지의 온도를 조절하여 원하는 선폭을 가지는 크롬층 패턴이 형성되도록 식각 공정을 수행한다.
상기와 같이 형성된 노광 마스크를 사용한 노광 공정으로 패턴의 선폭 균일도 특성이 향상되며, 이로 인해 고품질 노광 마스크에 대한 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 장비는
노광 마스크의 식각을 진행하는 식각 챔버에 있어서,
상기 식각 챔버는 각각 온도 조절이 가능한 제 1 스테이지 및 상기 제 1 스테이지 내부에 구비된 제 2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지는 원형으로 구비되는 것과,
상기 제 2 스테이지는 상기 제 1 스테이지보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법은
투명 기판 상부에 하부층, 크롬층 및 감광막을 순차적으로 형성하는 단계와,
상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계와,
상기 감광막 패턴의 선폭을 측정한 후 설정된 임계값과 비교하여 보정값을 결정하는 단계와,
상기 노광 장비의 식각 챔버에서 크롬층을 식각하여 크롬층 패턴을 형성하되, 상기 보정값을 고려하여 제 1 및 제 2 스테이지의 온도를 조절하는 단계와,
상기 크롬층 패턴을 마스크로 상기 하부층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 하부층은 식각 정지막 및 위상 반전층의 적층구조인 것과,
상기 제 1 및 제 2 스테이지의 온도는 각각 조절하는 것과,
상기 제 1 및 제 2 스테이지의 온도를 조절하여 크롬층 패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장비를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 식각 챔버 내에 원형의 제 1 스테이지(200)가 구비되고, 제 1 스테이지(200)의 중앙부에 원형의 제 2 스테이지(210)가 구비된다.
여기서, 제 2 스테이지(210)는 제 1 스테이지(200)보다 작은 크기로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 스테이지(200) 및 제 2 스테이지(210)는 각각 온도 조절이 가능한 것이 바람직하다.
상기 이중 온도 조절이 가능한 식각 챔버 내에서 식각 공정을 진행하는 경우, 노광 마스크는 '220'의 위치에 놓여지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 에지부와 중앙부를 각각 온도 조절함으로써, 노광 마스크의 크롬층 패턴 형성시 설정된 임계값과 비교하여 크롬층 패턴의 선폭을 조절할 수 있다.
따라서, 상기 식각 챔버 내에서 크롬층 패턴의 식각 공정을 진행하게 되면, 크롬층 패턴의 선폭 균일도가 향상된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 노광 장비를 이용한 노광 마스크 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 석영과 같은 투명 기판(100) 상부에 하부층(127), 크롬층(130) 및 감광막(140)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 하부층(127)은 식각 정지막(110)과 위상 반전 물질로 형성되는 위상 반전층(120)의 적층구조인 것이 바람직하다.
도 5b를 참조하면, 감광막(140)을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(145)을 형성한다.
다음에, 감광막 패턴(145)에 대한 선폭을 측정한 후 상기 측정된 선폭을 데이타(Data)로 하며, 상기 데이타를 기 설정된 임계값과 비교하여 크롬층 패턴 형성시 피드백으로 사용되는 보정값을 결정한다.
도 5c를 참조하면, 감광막 패턴(145)을 마스크로 크롬층(130)을 식각하되, 상기 식각 공정은 상기 보정값을 고려하여 상기 '도 4'에서 도시한 노광 챔버 내에서 크롬층(130)의 진행한다.
이때, 상기 식각 챔버 내의 제 1 및 제 2 스테이지('도 4'의 200, 210)의 온도를 각각 조절하여 크롬층(130)을 원하는 선폭을 가지도록 식각하여 노광 마스크 에지부와 중앙부의 선폭이 균일한 크롬층 패턴(135)을 형성할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 크롬층 패턴(135)을 식각 마스크로 위상 반전층(120) 및 식각 정지막(110)을 식각하여 위상 반전층 패턴(125) 및 식각 정지막 패턴(115)를 형성한 후 세정 공정을 더 수행하여 노광 마스크를 형성한다.
이와 같이, 노광 마스크의 크롬층 패턴 형성시 중앙부와 에지부의 온도를 상이하게 하여 식각 공정을 진행함으로써, 선폭 균일도가 향상된 노광 마스크를 형성할 수 있으며, 이로 인해 상기 노광 마스크를 사용한 노광 공정을 통해 형성되는 웨이퍼 상의 미세 패턴의 선폭 균일도 역시 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 노광 장비 및 이를 이용한 노광 마스크 제조 방법은 투명 기판 상부에 크롬층 및 감광막 패턴을 형성한 후 상기 감광막 패턴의 선폭을 측정한 후 이중 온도 조절 챔버 내의 마스크 스테이지의 온도를 조절하여 원하는 선폭을 가지는 크롬층 패턴이 형성되도록 식각하여 노광 마스크를 형성함으로써, 웨이퍼 상에 형성되는 미세 패턴의 선폭 균일도 특성이 향상되며, 이로 인해 고 품질 노광 마스크에 대한 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 노광 마스크의 식각을 진행하는 식각 챔버에 있어서,
    상기 식각 챔버는 각각 온도 조절이 가능한 제 1 스테이지 및 상기 제 1 스테이지 내부에 구비된 제 2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지는 원형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 장비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이지는 상기 제 1 스테이지보다 작은 것을 특징으로 하는 노광 장비.
  4. 제 1 항의 노광 장비를 사용한 노광 마스크 제조 방법에 있어서,
    투명 기판 상부에 하부층, 크롬층 및 감광막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴의 선폭을 측정한 후 설정된 임계값과 비교하여 보정값을 결정하는 단계;
    상기 노광 장비의 식각 챔버에서 크롬층을 식각하여 크롬층 패턴을 형성하 되, 상기 보정값을 고려하여 제 1 및 제 2 스테이지의 온도를 조절하는 단계; 및
    상기 크롬층 패턴을 마스크로 상기 하부층을 식각하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부층은 식각 정지막 및 위상 반전층의 적층구조인 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스테이지의 온도는 각각 조절하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스테이지의 온도를 조절하여 크롬층 패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제조 방법.
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