KR20130090608A - 패턴 형성 방법 - Google Patents

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KR20130090608A KR1020120011865A KR20120011865A KR20130090608A KR 20130090608 A KR20130090608 A KR 20130090608A KR 1020120011865 A KR1020120011865 A KR 1020120011865A KR 20120011865 A KR20120011865 A KR 20120011865A KR 20130090608 A KR20130090608 A KR 20130090608A
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김병국
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Abstract

형성된 패턴의 라인 에지 거칠기를 감소시키기 위하여, 형성하고자 하는 패턴의 주변부에 도오즈(dose)를 증가시켜 라인 에지 거칠기를 개선하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다. 상기 패턴 형성 방법은 레지스트를 제공하고, 제1 마스크 내의 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제1 사각형인 제1 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 제1 방향으로 연장되고, 둘레에 경계부가 정의된 제1 전사 패턴을 형성하고, 상기 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제2 사각형인 제2 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 상기 경계부 중 상기 제1 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴을 형성하는 것을 포함한다.

Description

패턴 형성 방법{Method for forming patterns}
본 발명은 패턴 형성에 관한 것으로 보다 상세하게는 전자빔 조사장치를 이용하여 반도체 공정에서 사용되는 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 기판 상에 형성되는 패턴들의 폭 및 그들간의 간격이 미세화되고 있다. 이와 같은 미세 패턴을 형성하기 위한 노광 기술도 다양하게 변화하고 있다. 자외광을 이용한 축소투영 노광 방식에서는 패턴을 분리시키기 위한 노광 파장에 따른 광분해능의 한계가 있다. 이와 같은 원인으로 인해 반도체 소자의 미세화된 디자인 룰(design rule)을 가지는 패턴을 형성하는 것에 한계가 있으며, 그에 따라 최근에는 미세화된 패턴을 형성하기 위하여 전자빔을 이용한 노광 기술이 널리 시도되고 있다.
전자빔을 이용한 전자빔 리소그라피는 기판 전면에 소정의 물질층을 형성하고 이 물질층을 원하는 패턴으로 패터닝 하는 데에 이용되는 기술이다. 즉, 상기 물질층 위에 레지스트(resist)를 도포한 후, 원하는 패턴대로 전자빔을 조사(writing)하고, 레지스트를 현상한 다음, 원하는 패턴대로 형성된 전자빔 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 물질층을 식각하는 과정을 지칭한다. 전자빔 리소그라피는 집적 회로를 형성하기 위하여, 기판 상에 바로 소정의 물질층을 형성하기 위해 사용될 수도 있고, 포토 리소그라피(photo lithography)에 사용되는 포토마스크(photomask)를 제조할 때도 사용된다.
전자빔을 이용한 100nm 이하의 패턴 형성에 있어서, 노광에 사용되는 전자의 개수는 물리적으로 제한된다. 따라서, 형성된 패턴의 라인 에지 거칠기(LER, line edge roughness)이 증가하게 되므로, 이와 같은 라인 에지 거칠기를 감소시키기 위한 공정 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 형성된 패턴의 라인 에지 거칠기를 감소시키기 위하여, 형성하고자 하는 패턴의 주변부에 전자량(도오즈, dose)을 증가시켜 라인 에지 거칠기를 개선하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 상기 패턴 형성 방법을 이용하여 반도체 소자의 셀 블록(cell block)을 구현함에 있어서, 패턴의 근접 영향을 최소화하기 위해 영역을 구획하여 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 패턴 형성 방법의 일 태양(aspect)은 레지스트를 제공하고, 제1 마스크 내의 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제1 사각형인 제1 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 제1 방향으로 연장되고, 둘레에 경계부가 정의된 제1 전사 패턴을 형성하고, 상기 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제2 사각형인 제2 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 상기 경계부 중 상기 제1 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴을 형성하는 것을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 패턴 형성 방법의 다른 태양은 셀 블록이 정의된 레지스트를 제공하되, 상기 셀 블록은 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸는 전이부와, 상기 전이부를 둘러싸는 외곽부를 포함하고, 횡단면이 제1 사각형인 제1 전자빔을 조사하여, 상기 셀 블록에 제1 방향으로 연장되고, 둘레에 경계부가 정의된 제1 전사 패턴을 형성하고, 횡단면이 제2 사각형인 제2 전자빔을 조사하여, 상기 셀 블록에 상기 경계부 중 상기 제1 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴을 형성하되, 상기 제2 전사 패턴의 폭은 상기 중심부에서 상기 외곽부로 갈수록 줄어든다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 전자빔 조사장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 전자빔 조사 장치에서 사용되는 제1 마스크를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 전자빔 조사 장치에서 사용되는 제2 마스크를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 있어서, 레지스트 상에 제1 전사 패턴이 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 전사 패턴을 형성하기 위한 제1 및 제2 마스크의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 있어서, 레지스트 상에 제2 전사 패턴 및 제3 전사 패턴이 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6a의 제2 전사 패턴을 형성하기 위한 제1 및 제2 마스크의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6a의 AA를 자른 단면도 및 각 영역에서 조사된 전자빔에 의한 도오즈 양을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 패턴 형성 방법에서 사용되는 전자빔 조사 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 전자빔 조사장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 전자빔 조사 장치에서 사용되는 제1 마스크를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 전자빔 조사 장치에서 사용되는 제2 마스크를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전자빔 조사장치는 전자총(10), 집광렌즈(condenser lense, 20), 제1 마스크(100), 투영렌즈(projection lense, 31), 성형 편향기(shaping deflector, 32), 제2 마스크(200), 대물렌즈(objective lense, 41), 대물 주편향기(main deflector, 42) 및 작업대(50)를 포함할 수 있다.
전자총(10)은 전자류를 이용하여 프리 전자빔(1)을 발생시킨다. 프리 전자빔(1)이라고 명명하는 것은 제2 마스크(200)를 통과한 후를 전자빔으로 명명하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 프리 전자빔(1)는 제2 마스크(200)에 의해서 모양이 성형되지 전의 상태이다. 전자총(10)은 음극으로부터의 열전자를 중앙에 구멍이 뚫린 도넛 모양의 전극을 적어도 하나 이상 통과시켜 집속시킨다. 이후, 전자총(10)은 집속된 열전자를 빔 형태로 조사한다. 이때, 집속된 열전자는 고속으로 가속된 상태이다.
다음으로, 전자총(10)에서 조사된 프리 전자빔(1)은 집광렌즈(condenser lense, 20)를 통과한다. 집광렌즈(20)는 프리 전자빔(1)이 제1 마스크(100)의 제1 개구부(도 2의 102 참조)로 집광되도록 한다. 즉, 전자총(10)에서 조사된 프리 전자빔(1)은 조사된 후, 전자간의 척력에 의해 임의의 각도로 퍼질 수 있다. 즉, 프리 전자빔(1)은 전자간의 척력에 의해 가우시안 분포를 갖는 전자빔이 될 수 있다. 프리 전자빔(1)은 퍼지는 각도에 따라 전자빔의 강도가 급격히 변할 수 있다. 따라서, 프리 전자빔(1)을 제1 마스크(100)의 제1 개구부(102)에 통과시켜 실질적으로 균일한 전자빔의 강도를 얻는다. 프리 전자빔(1)을 제1 마스크(100)의 제1 개구부(102)에 통과시키는 것은 전자빔의 손실을 가져올 수 있으나, 패턴 형성의 품질 향상을 위해 행하여 진다.
프리 전자빔(1)을 집광하는 집광렌즈(20)는 전자석(미도시)를 포함한다. 전자석에 의해 프리 전자빔(1)에 전기장을 걸어주면, 전기장의 전자기력에 의해 전자빔이 집광된다. 즉, 전자빔을 이루는 전자간의 척력보다 큰 음의 전자기력을 전자빔에 가하면, 음의 전자기력과 전자빔간의 반발력이 생기고, 결과적으로 전자빔이 집광되는 효과가 생긴다.
집광렌즈(20)를 통과하여 집광된 프리 전자빔(1)은 제1 마스크(100)에 형성된 제1 개구부(102)를 통과한다. 프리 전자빔(1)이 제1 개구부(102)를 통과하면, 프리 전자빔(1)의 횡단면 형상이 일차적으로 성형된다. 뿐만 아니라, 프리 전자빔(1)의 강도가 실질적으로 균일한 부분만을 통과 시킬 수 있다. 제1 마스크(100)는 전자빔과 전자기적인 영향을 주고 받지 않기 위하여 절연물질로 형성될 수 있다.
제1 마스크(100)를 통과한 프리 전자빔(2)은 투영렌즈(31)와 성형 편향기(32)를 통과한다. 투영렌즈(31)와 성형 편향기(32)는 전기장을 이용하여 전자빔의 진행 경로를 변경시킨다. 즉, 투영렌즈(31)와 성형 편향기(32)에 의해, 프리 전자빔(2)의 진행 경로는 전자빔이 조사될 레지스트(도 4의 300참조) 상의 소정의 영역을 향하도록 변경될 수 있다.
구체적으로, 편향기(32)에는 복수개의 증폭기(미도시)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 방향(y) 및 제2 방향(x) 각각의 방향으로 프리 전자빔(2)의 진행 경로로 변경하는 각각의 증폭기가 편향기에 연결될 수 있다. 편향기에 연결된 증폭기의 출력에 따라, 프리 전자빔(2)의 진행 경로가 변경된다. 다시 말하면, 편향기(32)에 연결된 증폭기 중 출력을 내는 증폭기의 개수에 따라, 프리 전자빔(2) 중 제2 마스크의 제2 개구부(도 3의 202 참조)를 통과하는 면적이 달라진다. 따라서, 편향기(32)에 의해, 레지스트(도 4의 300) 상에 제2 개구부를 통과하는 전자빔(3 또는 4)이 조사되는 영역의 면적도 바꿀 수 있다.
투영렌즈(31)와 성형 편향기(32)를 통과한 프리 전자빔(2)은 제2 마스크(200)를 통과한다. 이때, 프리 전자빔(2)은 제2 마스크(200)에 형성된 제2 개구부(202)를 통과한다. 프리 전자빔(2)이 제2 개구부(202)를 통과하면, 전자빔(3 또는 4)의 횡단면은 이차적으로 성형된다. 제2 마스크(200)는 전자빔과 전자기적인 영향을 주고 받지 않기 위하여 절연물질로 형성될 수 있다.
프리 전자빔(1)은 제1 마스크(100)의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200)의 제2 개구부(202)를 순차적으로 통과함으로써, 레지스트(도 4의 300참조)에 조사되는 전자빔의 최종 형상이 결정될 수 있다. 이에 대한, 보다 자세한 설명은 후술 하기로 한다.
제2 마스크(200)는 공정에서 필요한 전자빔의 횡단면 형상이 형성될 수 있도록, 전자빔의 진행 방향을 가상의 축으로 하여 이를 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 제2 마스크(200)는 전자빔의 진행 방향과 나란하게 또는 전자빔의 진행 방향에 대해 수직인 방향과 나란하게 움직일 수 있다. 즉, 제2 마스크(200)은 서로 다른 세 방향으로 움직일 수 있다. 이를 위해, 전자빔 조사장치는 제2 마스크 구동장치(미도시)를 포함할 수 있다.
제2 마스크(200)를 통과한 전자빔(3 또는 4)은 레지스트(300)에 조사되기 전에 대물렌즈(41)와 대물 주편향기(42)를 통과한다. 대물렌즈(41)와 대물 주편향기(42)는 레지스트(420)에 조사되는 전자빔의 사이즈를 축소시킬 수 있다. 이는, 설계된 회로 선폭등의 패턴과 전자빔의 조사에 의해 형성될 레지스트 패턴을 일치시키기 위함이다. 이에 따라, 대물렌즈(41)와 대물 주편향기(42)는 전자빔의 횡단면 폭을 반도체 회로의 선폭에 필요한 수 ㎚ 내지 수 ㎛로 조절한다. 또한, 대물렌즈(41)와 대물 주편향기(42)는 전자빔이 레지스트의 패턴 형성 영역에 도달할 수 있도록 전자빔(3 또는 4)의 진행 경로를 최종적으로 변경한다.
대물렌즈(41)는 흡수판(미도시)을 포함할 수 있다. 흡수판은 대물렌즈(41)의 저면에 장착될 수 있다. 이에 의해, 조사된 전자빔의 재산란(re-scattering) 효과가 감소될 수 있어, 해상도 높은 패턴을 형성할 수 있다.
작업대(50)는 패턴이 형성될 물체 예를 들어, 레지스트가 놓여질 수 있다. 작업대(50)는 패턴 형성 공정 중에 X-Y축으로 움직일 수 있다. 따라서, 작업대에 의해 물체가 상대적으로 움직일 수 있어, 전자빔의 진행 경로를 일 방향으로 고정시키고도 물체에 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하여, 제1 마스크(100)에 형성된 제1 개구부(102)의 형상은 예를 들어, 사각형일 수 있다. 도 2에는 제1 개구부(102)는 사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한 되지 않고 예를 들어, 삼각형, 오각형 또는 육각형 등의 다각형 형상일 수 있다. 제1 마스크(100)에 형성된 제1 개구부(102)의 크기는 고정되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 제1 개구부(102)의 크기는 변화할 수 있고, 이에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.
제1 개구부(102)를 통과한 전자빔의 횡단면 형상은 제1 개구부(102)의 형상에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 개구부(102)의 형상이 사각형인 경우, 이를 통과한 전자빔의 횡단면의 형상은 사각형으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 제2 마스크(200)에 형성된 제2 개구부(202)는 다각형의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 다각형의 형상 즉, 여러 가지 다각형의 조합으로 이뤄진 제2 개구부(202)가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 제2 마스크(200)의 제2 개구부(202)의 형상은 도 3에 도시된 것에 의해 한정되지 않는다. 본 발명의 패턴 형성 방법에서, 제2 마스크(200)에 형성된 개구부의 개수는 하나인 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 형성하고자 하는 패턴의 모양을 고려하여, 제2 개구부(202)와 다른 형상 예를 들어, 좁은 슬릿 또는 다양한 곡률 반경을 갖는 곡면을 포함하는 형상일 수 있다.
제2 개구부(202)를 통과한 전자빔의 횡단면 형상은 제1 개구부(102) 및 제2 개구부(202)의 형상에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 전자빔이 사각형인 제1 개구부(102)를 지나 사각형인 제2 개구부(202) 영역을 지나게 되면, 최종적인 전자빔의 횡단면 형상은 사각형이 형성될 수 있다. 따라서, 레지스트(도 4의 300참조)에 조사되는 전자빔의 횡단면 형상은 제1 개구부(102) 및 제2 개구부(202)가 오버랩되는 형상이 된다.
도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 있어서, 레지스트 상에 제1 전사 패턴이 형성된 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 제1 전사 패턴을 형성하기 위한 제1 및 제2 마스크의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 있어서, 레지스트 상에 제2 전사 패턴 및 제3 전사 패턴이 형성된 것을 나타낸 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6a의 제2 전사 패턴을 형성하기 위한 제1 및 제2 마스크의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 8은 도 6a의 AA를 자른 단면도 및 각 영역에서 조사된 전자빔에 의한 도오즈 양을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 4 내지 도 8을 참조하여, 레지스트(300) 상에 제1 전사 패턴(400), 제2 전사 패턴(410) 및 제3 전사 패턴(420)을 포함하는 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 기판(300s) 상에 도포된 레지스트(300)를 제공하고, 레지스트(300) 상에 제1 방향(y)으로 연장된 제1 전사 패턴(400)을 형성한다. 이후, 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s)를 따라, 제2 전사 패턴(410) 및 제3 전사 패턴(420)을 각각 형성할 수 있다. 형성된 제1 내지 제3 전사 패턴을 이용하여, 기판 상에 포토 마스크 패턴 또는 반도체 공정 상의 단위 공정으로써의 마스크 패턴을 형성할 수 있다.
도 1, 도 4, 도 5 및 도 8을 참조하여, 기판(300s) 상에 도포된 레지스트(300) 상에 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과한 횡단면이 제1 사각형(110)인 제1 전자빔(3)을 조사한다. 조사된 제1 전자빔(3)은 레지스트(300) 상에 제1 방향(y)으로 연장되고, 둘레에 경계부(400s)가 정의된 제1 전사 패턴(400)을 형성한다.
도 8을 참조하여, 기판(300s) 상에 차광막(300p)과 레지스트(300)를 순차적으로 적층하여, 레지스트를 제공한다. 기판(300s)은 유리 또는 석영 등의 투명한 물질로 형성될 수 있다. 차광막(300p)은 이후의 공정에서 소정의 CD(critical dimension) 설계치를 갖는 차광막 패턴으로 형성된다. 레지스트(300)는 전자빔이 조사되어 소정의 CD(critical dimension) 설계치를 갖도록 현상되며, 이에 의해 차광막(300p)을 패터닝할 수 있다. 레지스트(300)는 전자빔이 조사된 영역은 현상 후 잔존하는 네거티브(negative)형과, 전자빔이 조사된 영역은 현상 후 제거되는 포지티브(positive)형이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에서, 포토 마스크 패턴을 형성하는 방법을 예를 들어 설명한다. 하지만, 본 발명의 패턴 형성 방법은 반도체 물질에 패턴을 형성할 때도 사용될 수 있으므로, 이에 제한되지 않는다. 즉, 차광막(300p)이 마스크 패턴이 형성되는 예를 들어, 절연 물질일 수 있고, 기판(300s)은 예를 들어, 반도체 패턴을 형성하고자 하는 반도체 물질일 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하여, 제1 마스크(100)에 조사된 제1 프리 전자빔(1)은 순차적으로 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102) 및 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과한다. 제1 개구부(102) 및 제2 개구부(202)를 통과한 전자빔에 의해 횡단면이 제1 사각형(110)인 제1 전자빔(3)이 형성한다. 제1 전자빔(3)의 횡단면은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역(110)이다. 즉, 제1 사각형(110)은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역(110)과 실질적으로 동일하다. 제1 전자빔(3)의 횡단면인 제1 사각형(110)은 제2 방향(x)으로 a1의 길이와 제1 방향(y)으로 b1의 길이를 갖는다. 제1 개구부(102)와 제2 개구부(202)가 오버랩되어 제1 사각형(110)을 만드는 방법은 제1 마스크(100) 및 제2 마스크(200)가 움직여서 제1 사각형을 만들 수 있다. 또한, 제1 개구부(102)을 통과한 프리 전자빔(2)이 성형 편향기(32)에 의해 진행 경로를 바꿈으로써, 제1 사각형(110)이 만들어질 수도 있다. 즉, 성형 편향기(32)에 연결되는 증폭기의 출력을 조절하여, 제1 사각형(110)의 면적을 조절할 수 있다.
구체적으로, 전자총(10)을 나온 제1 프리 전자빔(1)은 집광 렌즈(20)에 의해 모아진다. 모아진 제1 프리 전자빔(1)은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)를 통과하여, 제1 개구부(102)의 횡단면을 갖는 제1 프리 전자빔(2)이 된다. 제1 개구부(102)를 통과한 제1 프리 전자빔(2)는 진행 경로는 성형 편향기(32)와 투영 렌즈(31)에 의해 변경될 수 있다. 경로가 변경된 제1 프리 전자빔(2)는 사용자가 원하는 제2 마스크(200) 상의 위치에 위치시킬 수 있다. 제1 개구부(102)를 통과한 제1 프리 전자빔(2)는 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과하여 제1 전자빔(3)이 형성된다. 제1 전자빔(3)의 횡단면인 제1 사각형(110)은 제2 개구부(202)와 제1 개구부를 통과한 제1 프리 전자빔(2)이 오버랩되는 영역이 된다.
도 1 및 도 4를 참조하여, 제1 전자빔(3)이 레지스트(300) 상에 조사되어, 제1 방향(y)으로 연장되고, 둘레에 경계부(400s)가 정의된 제1 전사 패턴(400)이 형성된다. 즉, 제1 전사 패턴(400)은 경계부에 의해서 둘러싸여 있다. 경계부(400s)를 제외한 제1 전사 패턴(400)은 충분한 전자량에 노출이 되었지만, 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s)는 충분한 전자량에 의해 노출되지 않았다. 따라서, 제1 전사 패턴(400)을 현상하게 되면, 충분한 양의 전자에 노출되지 못한 경계부(400s)에서 패턴 라인의 거칠기가 발생한다.
도 4를 참조하여, 제1 전사 패턴(400)의 제2 방향(x)의 길이는 w1이고 제1 방향(y)의 길이는 h1이다. 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s)는 제1 전사 패턴의 전체 영역에 비하여 작은 영역이 될 수 있다. 제1 전사 패턴 경계부(400s)의 폭은 제1 전자빔의 강도 및 노출 시간에 비례하여 변화할 수 있다.
도 1, 도 6a 내지 도 8을 참조하여, 기판(300s) 상에 도포된 레지스트(300) 상에 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과한 횡단면이 제2 사각형(120a, 120b)인 제2 전자빔(4)을 조사한다. 조사된 제2 전자빔(4)은 제1 전사 패턴의 경계부(400s) 중 제1 방향(y)으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴(410)을 레지스트(300) 상에 형성한다. 이후, 제2 개구부(202)를 통과한 횡단면이 제3 사각형(미도시)인 제3 전자빔을 레지스트(300) 상에 조사한다. 제3 전자빔이 조사된 레지스트(300) 상에는 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s) 중 제2 방향(x) 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제3 전사 패턴(420)이 형성된다. 제3 전사 패턴(420)은 패턴의 형상에 따라 생략될 수 있다. 예를 들어, 일 방향으로 길게 연장된 패턴의 양 끝단에서는 제3 패턴이 형성될 필요가 있으나, 그렇지 않은 부분에서는 생략되도 무방하다.
도 1, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 제1 마스크(100)에 조사된 제2 프리 전자빔(1)은 순차적으로 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102) 및 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과한다. 제1 개구부(102) 및 제2 개구부(202)를 통과한 전자빔에 의해 횡단면이 제2 사각형(120a, 120b)인 제2 전자빔(4)이 형성한다. 제2 전자빔(4)의 횡단면은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역(120a, 120b)이다. 즉, 제2 사각형(120a, 120b)은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역(120a, 120b)과 실질적으로 동일하다. 제2 전자빔(4)의 횡단면인 제2 사각형(120a, 120b)은 제2 방향(x)으로 a2의 길이와 제1 방향(y)으로 b1의 길이를 갖는다. 제1 개구부(102)와 제2 개구부(202)가 오버랩되어 제2 사각형(120a, 120b)을 만드는 방법은 제1 마스크(100) 및 제2 마스크(200)가 움직여서 제2 사각형을 만들 수 있다. 즉, 제2 마스크(200)를 움직임으로써, 제2 프리 전자빔(2)이 제2 개구부(202)를 통과하여 형성되는 제2 전자빔(4)의 횡단면의 넓이를 조절할 수 있다. 또한, 제1 개구부(102)을 통과한 프리 전자빔(2)이 성형 편향기(32)에 의해 진행 경로를 바꿈으로써, 제2 사각형(120a, 120b)이 만들어질 수도 있다.
구체적으로, 전자총(10)을 나온 제2 프리 전자빔(1)은 집광 렌즈(20)에 의해 모아진다. 모아진 제2 프리 전자빔(1)은 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)를 통과하여, 제1 개구부(102)의 횡단면을 갖는 제2 프리 전자빔(2)이 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 개구부(102)를 통과한 제2 프리 전자빔(2)는 진행 경로는 성형 편향기(32)와 투영 렌즈(31)에 의해 변경될 수 있다. 성형 편향기(32)에 연결된 증폭기의 출력을 조절하여, 경로가 변경된 제2 프리 전자빔(2)은 사용자가 원하는 제2 마스크(200) 상의 위치에 위치시킬 수 있다. 제1 개구부(102)를 통과한 제2 프리 전자빔(2)는 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)를 통과하여 제2 전자빔(4)이 형성된다. 즉, 제2 마스크(200)에 제2 프리 전자빔(2)이 입사되는 위치를 조절할 수 있고, 제2 개구부(202)를 통과하여 형성되는 제2 전자빔(4)의 면적을 조절한다. 제2 전자빔(4)의 횡단면인 제2 사각형(120a, 120b)은 제2 개구부(202)와 제1 개구부를 통과한 제2 프리 전자빔(2)이 오버랩되는 영역이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에서, 제1 전자빔(3) 및 제2 자빔(4)의 횡단면의 넓이를 조절하는 방법을 성형 편향기(32)에 연결된 증폭기의 출력을 이용하여 설명한다. 각각 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)로 프리 전자빔의 경로를 변경할 수 있는 성형 편향기(32)에 연결된 증폭기가 (M1, N1)의 출력을 낸다. 이때, 제1 개구부(102)를 통과한 제1 프리 전자빔(2)은 제2 개구부(202)를 통과하여 제1 전자빔(3)을 형성한다. 제1 전자빔(3)의 횡단면의 넓이는 제1 사각형이 되고, 제1 사각형(110)은 제1 프리 전자빔(2)와 제2 개구부(202)가 오버랩된 영역이 된다. 이후, 각각 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)로 프리 전자빔의 경로를 변경할 수 있는 성형 편향기(32)에 연결된 증폭기가 (M1, N2)의 출력을 낸다. 이때, 제1 개구부(102)를 통과한 제2 프리 전자빔(2)은 제2 개구부(202)를 통과하여 제2 전자빔(4)을 형성한다. 도 7a에서와 같이, 제2 전자빔(4)의 횡단면의 넓이는 제2 사각형이 되고, 제2 사각형(120a)은 제2 프리 전자빔(2)와 제2 개구부(202)가 오버랩된 영역이 된다. 예를 들어, 성형 편향기(32)에 연결된 제 1 방향(y) 증폭기의 출력을 고정하고, 제2 방향(x) 증폭기의 출력을 변화시킨다. 이를 통해, 도 7a에 도시되는 것과 달리, 제2 사각형(120a)의 제2 방향(x) 길이 a2를 자유롭게 변화시킬 수 있다.
도 5, 도 6a, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 제1 전자빔의 횡단면인 제1 사각형(110)과 제2 전자빔의 횡단면인 제2 사각형(120a, 120b)의 제1 방향(y)의 길이는 b1으로 동일하다. 하지만, 제1 사각형(110)의 제2 방향(x) 길이는 a1으로 제2 사각형(120a, 120b)의 제2 방향(x) 길이인 a2보다 길다. 제1 사각형(110)의 횡단면을 갖는 제1 전자빔은 제1 전사 패턴(400)을 형성하지만, 제2 사각형(120a, 120b)의 횡단면을 갖는 제2 전자빔은 제1 전사 패턴(400)의 경계부와 단지 오버랩되는 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 따라서, 보다 넓은 전사 패턴을 형성하기 위한 제1 전자빔의 횡단면인 제1 사각형(110)이 제2 전자빔의 횡단면인 제2 사각형(120a, 120b) 보다 큰 것은 당연하다. 또한, 제1 사각형(110)과 제2 사각형(120a, 120b)의 제1 방향(y)의 길이가 b1으로 동일한 것은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 것 일뿐, 이에 제한되지 않는다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)와 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역이 다르지만, 오버랩되는 영역의 크기는 실질적으로 동일하다. 즉, 제2 프리 전자빔이 제2 개구부(202)를 통과하는 영역이 상이하다는 의미이다. 하지만, 제2 프리 전자빔이 제2 개구부(202)의 상이한 영역을 통과하여 제2 전자빔을 형성하였어도, 레지스트 상에 조사되어 동일한 위치에 제2 전사 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 개구부를 통과한 제2 프리 전자빔은 성형 편향기에 의해서 진행 경로가 바뀔 수 있다. 이와 같이 진행 경로가 바뀌게 되면, 제2 마스크(200) 상에 제2 프리 전자빔이 조사되는 위치가 달라진다. 성형 편향기를 조절하여, 제2 프리 전자빔이 제2 마스크(200)에 조사되는 위치를 바꾸면서, 제2 프리 전자빔과 제2 개구부(202)가 오버랩되는 영역의 크기를 실질적으로 동일하게 만들 수 있다. 이후, 각각의 다른 제2 개구부 영역을 통과한 제2 전자빔을 대물 주편향기(도 1의 42)를 이용하여, 동일한 위치의 레지스트에 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에서, 제2 마스크(200) 내의 제2 개구부(202)와 제1 프리 전자빔이 오버랩되는 영역(도 5의 110)은 제2 개구부(202)와 제2 프리 전자빔이 오버랩되는 영역(120a)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 마스크 상에 제1 및 제2 프리 전자빔이 조사되는 위치는 많은 부분이 오버랩된다는 의미이다. 이와 같은 방법으로 제1 및 제2 전자빔을 형성할 경우, 제1 개구부(102)를 통과한 제2 프리 전자빔의 경로를 제1 프리 전자빔에 대하여 크게 바꾸지 않아도 된다.
도 1 및 도 6a을 참조하여, 대물 주편향기(42)에 의해서 진행 경로가 바뀐 제2 전자빔(4)은 레지스트(300) 상에 조사된다. 조사된 제2 전자빔(4)은 제1 전사 패턴의 경계부(400s) 중 제1 방향(y)으로 연장된 경계부 상에 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 즉, 제2 전사 패턴(410)은 제1 전사 패턴(400) 형성시 충분한 전자량에 의해 노출되지 못한 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s)에 형성된다. 따라서, 제1 전사 패턴(400)의 전체 부분이 충분한 전자량에 의해 노출이 되고, 충분치 못한 전자량에 노출되어 발생할 수 있는 라인 에지 거칠기를 개선할 수 있다. 이와 관련된 효과는 도 8과 관련하여 설명한다.
도 6a를 참조하여, 제2 전사 패턴(410)의 제2 방향(x)의 길이는 w2이고 제1 방향(y)의 길이는 h1이다. 제2 전사 패턴(410)의 크기는 제1 전사 패턴(400)의 전체 영역에 비하여 작은 영역이 될 수 있다. 제1 전사 패턴(400), 제2 전사 패턴(410) 및 제1 및 제2 전사 패턴이 오버랩되는 영역(400d)의 제1 방향(y)의 길이는 h1으로 동일하다. 하지만, 제1 전사 패턴(400)의 제2 방향(x)의 길이 w1은 제2 전사 패턴(410)의 제2 방향(x)의 길이 w2보다 길다. 제2 전사 패턴(410)은 제1 전사 패턴(400) 중 전자에 의한 노광이 불충분한 영역(400s)에 전자량을 보충하기 위한 것이기 때문이다. 본 발명의 일 실시예 따른 패턴 형성 방법에서, 제1 및 제2 전사 패턴(400, 410)이 오버랩되는 영역(400d)의 제2 방향(x) 길이와 제2 전사 패턴(410)의 제2 방향(x) 길이가 실질적으로 동일한 것으로 설명되나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제2 전사 패턴(410)이 제1 전사 패턴(400) 내에 형성될 수 있다. 제2 전사 패턴의 제2 방향(x) 길이 w2가 제1 전사 패턴(400)의 경계부의 폭과 실질적으로 동일한 것처럼 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6b를 참조하여, 제2 개구부를 통과한 제3 전자빔을 레지스트(300)에 조사하여, 제3 전사 패턴(420)을 형성한다. 제3 전사 패턴(420)은 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s) 중 제2 방향(x)으로 연장된 경계부 상에 형성된다. 제3 전사 패턴(420)의 제2 방향(x) 길이는 w1이고, 제1 방향(y) 길이는 h2이나 이에 제한되지 않는다. 즉, 제3 전사 패턴(420)은 제1 전사 패턴(400)의 경계부의 폭과 동일할 수도 있고, 제1 전사 패턴(400) 내에 형성될 수도 있다.
도 4, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 제2 방향(x)으로 하나 이상의 제1 전사 패턴(400)을 형성한 후, 제2 방향(x)으로 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 구체적으로, 제1 방향(y) 방향으로 연장된 제1 전사 패턴(400)을 제2 방향(x)으로 연속적으로 형성한다. 횡단면이 제1 사각형(도 5의 110)인 제1 전자빔의 진행 경로를 대물 주편향기(도 1의 42)를 이용하여 바꿔준다. 디자인된 패턴에 따라 제1 전자빔의 진행 경로를 바꿔, 레지스트(300) 상에 제1 전사 패턴을 형성한다. 즉, 전자빔의 제1 패스를 통해, 제1 전사 패턴(400) 만을 형성한다. 이후, 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s) 중 제1 방향(y)으로 연장된 영역에 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 제1 전자빔보다 횡단면이 작은 제2 전자빔의 진행 경로를 대물 주편향기를 이용해 바꿔가며, 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 제2 전사 패턴(410)을 형성하는 제2 패스는 제1 전사 패턴(400)을 형성한 제1 패스 방향과 반대 방향으로 진행한다. 제2 전사 패턴(410)의 폭 w2는 제1 전사 패턴의 폭 w1과 제1 전사 패턴(400)을 형성하기 위해 조사한 제1 전자빔의 강도를 고려하여 디자인할 수 있다. 이후, 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s) 중 제2 방향(x)으로 연장된 영역에 제3 전사 패턴(420)을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여, 제1 전사 패턴(400)이 제2 방향(x)으로 형성된 후에, 제2 전사 패턴(410)이 제2 방향(-x)으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 하나의 제1 전사 패턴(400)을 형성한 후, 제1 전사 패턴(400)의 양측에 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 이와 같은 제1 전사 패턴(400) 및 제2 전사 패턴(410)을 반복해서 형성할 수도 있다.
도 6a 및 도 8을 참조하여, 제1 전사 패턴(400) 및 제2 전사 패턴(410)에 사용되는 전자양 및 본 발명의 일 실시예를 통하여 형성되는 패턴에 관하여 설명한다. 제1 전사 패턴(400) 내에 제2 전사 패턴(410)이 포함된 경우를 들어 설명한다. 제1 전자빔을 레지스트(300)에 조사하여, 제1 전사 패턴(400)을 형성한다. 이때, 제1 전사 패턴(400)의 폭은 w1이지만, 전자에 의해 충분히 노광된 영역의 폭은 w1-2w2에 불과하다. 즉, 제1 전사 패턴(400)의 단면에 따른 전자량 그래프 (i)에 의하여, 제1 전사 패턴(400)의 중앙부만이 노광되기에 충분한 CP 이상의 전자량에 노출이 되었다. 하지만, 제1 전사 패턴(400)의 경계부는 CP 이하의 전자량에 노출이 되어, 불완전한 노광이 되었다. 불완전하게 노광된 제1 전사 패턴(400)의 경계부에 폭이 w2인 제2 전사 패턴(410)을 형성한다. 이때, 제2 전사 패턴(410)을 형성하기 위해 조사하는 단위 면적당 전자량(도오즈)는 제1 전사 패턴(400)을 형성하기 위해 조사하는 단위 면적당 전자량보다 많다. 단위 면적당 조사하는 전자량을 증가시키는 방법은 패턴 형성을 위해 조사하는 전자빔의 강도를 증가시킨다. 또는, 레지스트(300)를 전자빔에 노출시키는 시간을 증가시킨다. 제2 전사 패턴의 단면에 따른 전자량 그래프는 (ii)이다. 제2 전사 패턴(410)을 형성하기 위한 전자량은 노광되기 충분한 CP이상의 값을 가지고 있고, 그래프 (i)에 비하여 급한 기울기를 가지고 있다. 제1 전사 패턴과 제2 전사 패턴(410)을 형성함에 따른, 패턴의 단면에 따른 전자량 그래프는 (iii)이다. 그래프 (iii)은 디자인된 패턴의 폭 w1 내에서 노광되기 충분한 CP이상의 값을 가지고 있고, 패턴의 경계부에서는 CP보다 훨씬 높은 값을 갖는다. 패턴의 경계부에서 CP보다 훨씬 높은 값을 가짐으로써, 패턴 경계에서 거리에 따른 전자량 기울기는 그래프 (i)에 비하여 크다.
도 8을 참조하여, 제1 전사 패턴(400) 및 제2 전사 패턴(410)을 이용함에 따른 효과에 대하여 이하 기술한다. 제1 전사 패턴(400)을 이용하여 패턴을 형성하게 되면, 제1 전사 패턴(400)의 경계부는 불완전한 노광이 되어 패턴의 에지 거칠기(LER, line edge roughness)가 발생한다. 이는 미세한 선폭을 구현할 필요가 있는 최근의 반도체 공정에서 선폭을 감소시키는 것을 제한한다. 이와 같은 패턴의 에지 거칠기를 개선하기 위한 한가지 방법으로 그래프 (i)의 전자량 프로 파일을 갖는 전자빔의 경우, 레지스트(300)가 전자빔에 노출되는 시간이 증가되어야 한다. 전자빔의 노출 시간을 증가시키면, 패턴의 에지 거칠기는 감소하고, 조사하는 전자빔의 전자양도 크게 증가하지 않는다. 하지만, 전자빔의 노출 시간 증가에 따른 레지스트로부터의 아웃가싱(out-gassing) 또는 리지스트의 잔해가 발생하여 2차적인 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 패턴 경계에서 거리에 따른 전자량 기울기가 급하지 않아, 공정 조건이 변하면 형성된 패턴의 폭 또한 변하게 되어 공정 안정성이 떨어진다. 패턴의 에지 거칠기를 개선하기 위한 다른 방법으로 제1 전사 패턴을 형성하기 위해 조사하는 전자양(도오즈)을 그래프(i)보다 수 배만큼 증가시킨다. 이와 같은 방법을 통해, 패턴의 에지 거칠기를 개선할 수 있다. 또한, 패턴 경계에서 거리에 따른 전자량 기울기가 급하게 변해, 공정 조건이 변해도 형성된 패턴의 폭은 거의 변하지 않아 공정 안정성을 확보할 수 있다. 하지만, 조사하는 전자양을 증가시킴에 따라 불필요한 부분에 잉여의 전자가 조사의 되어 공정 효율성이 떨어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 따라, 패턴을 형성할 경우, 패턴을 형성하기 위해 조사되는 전자양을 크게 증가하지 않아 공정 효율성을 확보할 수 있다. 또한, 패턴 경계에서 거리에 따른 전자량 기울기가 급격하게 변하게 되어, 공정 조건이 변해도 형성된 패턴의 폭은 거의 변하지 않아 공정 안정성을 확보할 수 있다.
도 1 및 도 9 내지 도 11b을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다.
도 9 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법에서 사용되는 제1 개구부가 형성된 제1 마스크를 나타낸 도면이다. 도 10a는 종래의 제1 마스크를 사용하였을 때, 전자빔의 사용 영역 분포를 나타낸 도면이고, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 제1 마스크를 사용하였을 때, 전자빔의 사용 영역을 나타낸 도면이다. 도 11a 및 도 11b는 도 9의 제1 마스크를 사용하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 9를 참조하여, 제1 개구부(102)가 형성된 제1 마스크(100)는 두 개의 L자형 구조물로 이뤄져 있다. 제1 마스크의 제1 L형 구조물(100a)와 제1 마스크의 제2 L형 구조물(100b)는 각각의 일단이 일부 오버랩되어, 제1 개구부(102)를 형성한다. 제1 및 제2 L형 구조물(100a, 100b)이 상대적으로 움직여, 제1 개구부의 크기를 변화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제1 마스크가 두 개의 L형 구조물(100a, 100b)로 구성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 9를 참조하여, 전자총(10)에서 방출된 프리 전자빔(1)은 제1 마스크 내의 제1 개구부(102)를 통과함으로써, 일차적으로 횡단면이 결정이 된다. 즉, 전자총(10)에서 방출된 프리 전자빔(1)의 횡단면의 크기는 제한되지 않으나, 프리 전자빔(1)이 제1 개구부(102)를 통과하게 되면, 프리 전자빔(2)의 횡단면 크기는 제1 개구부(102)의 크기와 실질적으로 동일하게 된다. 따라서, 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)의 크기를 변화시키면, 제1 개구부(102)를 통과하는 프리 전자빔(2)의 횡단면 크기도 변화를 하게 된다. 이를 통해, 제2 마스크(200)에 입사되는 프리 전자빔(2)의 횡단면의 크기가 변하게 된다. 구체적으로, 두 개의 L형 구조물(100a, 100b)을 움직여, 제1 개구부(102)의 크기를 증가시키면, 제1 개구부(102)를 통과하여 제2 마스크(200)에 입사되는 프리 전자빔(2)의 횡단면 크기도 증가를 한다. 반대로, 두 개의 L형 구조물(100a, 100b)을 움직여, 제1 개구부(102)의 크기를 줄이면, 프리 전자빔(2)의 횡단면의 크기도 줄어든다.
도 1 및 도 10a를 참조하여, 전자총에서 방사된 전자빔의 강도 분포 및 레지스트 상에 최대한 크게 형성할 수 있는 전사 패턴의 크기에 대하여 설명한다. 전자총(10)에서 방사된 프리 전자빔(1)은 방사축으로부터 거리에 따라 가우시안 분포를 갖는다. 즉, 방사축에서 멀어짐에 따라, 전자빔의 강도는 급격히 감소를 하게 된다. 불균일한 강도의 전자빔을 사용할 경우, 형성되는 패턴의 위치에 따라 급격히 변하게 된다. 이 같은 이유로, 방사되는 전자빔 중, 전자빔의 강도가 실질적으로 균일한 부분만을 선택적으로 사용하여 패턴을 형성한다. 즉, 점선으로 나타난 방사되는 전자빔의 분포 중 폭이 l1인 부분만이 패턴 형성에 사용될 수 있다. 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부를 통과하여 프리 전자빔(1) 중 l1 부분만큼의 전자빔이 선택된다. 따라서, 레지스트에 전사 패턴을 형성하여도 폭이 l1을 넘어가는 패턴을 한번에 형성할 수는 없다. 또한, 전자총에서 발생한 전자 중, 일부만이 사용되고 나머지는 버려지게 된다.
도 9, 도 10b 및 도 10c를 참조하여, 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)의 크기를 증가시켜, 패턴 형성에 사용하는 전자빔의 폭을 증가시키는 방법에 대해 설명한다. 도 10b에서, 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)의 크기를 증가시킴으로써, 전자총에서 방사된 전자빔 중 제1 개구부를 통과하는 전자빔의 폭이 증가를 한다. 즉, 레지스트 상에 전사 패턴 형성에 형성할 수 있는 전자빔의 최대폭이 l1에서 l2로 증가한다. 이를 통해, 큰 패턴을 여러 번의 전자빔 조사를 통해 형성하는 것이 아니라, 한번에 큰 패턴을 형성할 수 있다. 하지만, 방사되는 전자빔의 분포는 여전히 가우시안 분포를 가짐으로써, 제1 개구부(102)를 통과하는 전자빔 주변부 강도는 크게 감소를 한다.
도 10c에서, 전자총에서 방사된 전자빔의 분포 중 l2의 폭을 갖는 전자빔을 제1 마스크(100) 내의 제1 개구부(102)를 통해 선택한다. 제1 개구부(102)를 통과한 전자빔을 레지스트 상에 조사를 하면, 폭이 l2인 제1 전사 패턴이 형성된다. 하지만, 폭이 l2인 제1 전사 패턴의 주변부는 전자에 충분이 노출되지 않아 노광이 불완전하다. 이후, 제1 전사 패턴의 주변부와 오버랩되는 제2 전사 패턴을 레지스트 상에 형성을 한다. 이와 같은 제1 및 제2 전사 패턴의 형성을 통하여, 제1 전사 패턴의 주변부도 전자에 의해 충분히 노출이 된다. 따라서, 폭이 l2인 전사 패턴을 한번에 형성할 수 있게 되어, 공정 시간을 줄이고 공정 효율성도 높일 수 있다. 도 10c에서 그래프 p는 제1 개구부를 통과한 가우시안 분포를 갖는 전자빔 중 폭이 l2인 제1 전사 패턴의 거리에 따른 전자량을 나타낸 것이다. 그래프 q는 전자량의 노출이 부족한 제1 전사 패턴의 주변부에 형성한 제2 전사 패턴의 거리에 따른 전자량 분포이다. 따라서, 제1 및 제2 전사 패턴에 의해 패턴의 거리에 따른 노출 전자량은 도 8의 그래프와 유사해진다. 이를 통해, 폭이 l2인 패턴을 여러 번의 전자빔 조사가 아닌 한번의 전자빔 조사로 형성할 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하여, 변의 길이가 각각 l3와 l4인 사각형 전사 패턴을 형성하기 위하여, 예를 들어, 4번의 전자빔을 레지스트 상에 조사해야 한다. 구체적으로, 한정된 크기의 제1 개구부를 이용할 경우, 전자빔의 최대 횡단면보다 큰 패턴을 형성하기 위해, 여러 번의 전자빔을 연속적으로 조사해야 한다. 사각형의 각 변의 길이가 l3 및 l4인 사각형 전사 패턴 형성을 한번의 전자빔 조사로 형성할 수 없기 때문이다. 하지만, 제1 마스크 내의 제1 개구부의 크기를 늘려주면, 레지스트에 조사되는 전자빔의 최대 횡단면 크기도 증가를 한다. 따라서, 사각형의 각 변의 길이가 l3 및 l4인 사각형 전사 패턴 형성을 한번에 할 수 있다.
도 4 내지 도 7b 및 도 12 내지 도 14b을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다.
도 12 내지 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 이용하여, 셀 블록과 주변부를 형성한 레지스트를 나타낸 도면이다. 도 13은 도 12의 셀 블록을 나타낸 도면이고 도 14a 및 도 14b은 도 12의 셀 블록 내에 형성된 전사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7b, 도 12 및 도 13을 참조하여, 레지스트(300) 상에 셀 블록(1000)과 주변부(1100)가 정의되어 있다. 셀 블록은 중심부(1000a), 중심부(1000a)를 둘러싸는 전이부(1000b) 및 전이부(1000b)를 둘러싸는 외곽부(1000c)를 포함할 수 있다. 셀 블록(1000)에는 예를 들어, DRAM 소자의 메모리 부분이 배치될 수 있고, 주변부(1100)에는 예를 들어, DRAM 소자의 동작에 관여하는 회로부가 배치될 수 있다.
도 1, 도 4 내지 도 7b 및 도 13 내지 도 14b를 참조하여, 셀 블록(1000)으로 정의된 레지스트(300) 상에 횡단면이 제1 사각형(110)인 제1 전자빔(3)을 조사한다. 조사된 제1 전자빔(3)은 제1 방향(y)으로 연장되고, 둘레에 경계부(400s)가 정의된 제1 전사 패턴(400)을 레지스트(300) 상에 형성한다. 이후, 횡단면이 제2 사각형(120a, 120b)인 제2 전자빔(4)을 레지스트(300) 상에 조사한다. 조사된 제2 전자빔(4)은 제1 전사 패턴의 경계부(400s) 중 제1 방향(y)으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역(400d)을 포함하는 제2 전사 패턴을 레지스트(300) 상에 형성한다. 셀 블록(1000)에 형성된 제2 전사 패턴(410)의 폭은 중심부(1000a)에서 외곽부(1000b)로 갈수록 줄어든다.
도 13 내지 도 14b를 참조하여, 제1 전사 패턴(400)과 오버랩되는 영역(400d)을 포함하는 제2 전사 패턴(410)의 폭이 셀 블록(1000)의 영역에 따라 변화한다. 도 14a는 셀 블록(1000)의 중심부(1000a)에 형성된 제1 전사 패턴(400) 및 제2 전사 패턴(410)을 나타낸 도면이고, 도 14b는 셀 블록(1000)의 전이부(1000b)에 형성된 제1 전사 패턴(400) 및 제2 전사 패턴(410)을 나타낸 도면이다. 중심부(1000a)에 형성된 제2 전사 패턴의 제2 방향(x) 길이는 모두 w2로 일정하다. 또한, 오버랩되는 영역(400d), 제2 전사 패턴(410) 및 제1 전사 패턴(400)의 제1 방향(y) 길이도 동일하다. 도 14b에서, 전이부(1000b)에 형성된 제2 전사 패턴의 제2 방향(x) 길이는 w3이다. 하지만, 제2 전사 패턴의 제2 방향(x) 길이는 중심부(1000a)에서 외곽부(1000c)으로 이동함에 따라 변하게 된다. 즉, 중심부(1000a)와 인접한 전이부(1000b) 내의 제2 전사 패턴의 제2 방향(x) 길이는 w2와 실질적으로 동일하다. 그리고, 외곽부(1000c)와 인접한 전이부(1000b) 내의 제2 전사 패턴은 실질적으로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 외곽부(1000c)에는 제1 전사 패턴(400)만을 형성하고 제2 전사 패턴은 형성하지 않는다. 다시 말하면, 전이부(1000b)에 형성된 제2 전사 패턴(410)과 제1 전사 패턴(400)의 경계부(400s)가 오버랩되는 폭은 외곽부(1000c)로 갈수록 줄어들게 된다.
이와 같이, 셀 블록의 중심부(1000a)에서 외곽부(1000c)로 갈수록 제2 전사 패턴(410)의 폭을 줄이는 이유는 조사되는 전자빔의 근접 효과 보정 오류(PEC error, proximity effect correction error) 발생을 방지하기 위함이다. 근접 효과 보정 오류는 전자빔이 조사되는 주변 환경에 따라 발생할 수 있다. 즉, 전자빔이 조사되는 영역에 예를 들어, 패턴이 형성되어 있는 경우, 조사되는 전자빔은 이 패턴에 영향을 받아 전자빔의 농도가 변하게 된다. 따라서, 중심부(1000a)에서는 제1 및 제2 전사 패턴을 형성하여 라인 에지 거칠기를 개선하고, 주변부와 접하는 외곽부(1000c)에는 주변부의 영향을 최소화하기 위하여 제2 전사 패턴을 형성하지 않는다. 그리고, 외곽부(1000c)에서 중심부(1000a)로 접근할수록 중심부(1000a)에 형성되는 전사 패턴의 안정성을 위해, 제2 전사 패턴의 폭을 점점 늘려간다. 이와 같은 방법으로, 셀 블록과 주변부 사이에서 발생할 수 있는 전자빔의 근접 효과 보정 오류를 최소화한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 마스크 102: 제1 개구부
110: 제1 사각형 120a, 120b: 제2 사각형
200: 제2 마스크 202: 제2 개구부
300: 레지스트 400: 제1 전사 패턴
400s: 제1 전사 패턴의 주변부 410: 제2 전사 패턴

Claims (10)

  1. 레지스트를 제공하고,
    제1 마스크 내의 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제1 사각형인 제1 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 제1 방향으로 연장되고, 둘레에 경계부가 정의된 제1 전사 패턴을 형성하고,
    상기 제1 개구부를 통과한 횡단면이 제2 사각형인 제2 전자빔을 조사하여, 상기 레지스트 상에 상기 경계부 중 상기 제1 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴을 형성하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 하나 이상의 상기 제1 전사 패턴을 형성한 후, 상기 제2 방향으로 상기 제2 전사 패턴을 형성하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 오버랩되는 영역, 상기 제1 전사 패턴 및 상기 제2 전사 패턴의 상기 제1 방향 길이는 같고,
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로, 상기 제1 전사 패턴의 길이는 상기 제2 전사 패턴의 제2 방향 길이보다 긴 패턴 형성 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 사각형은 상기 제1 개구부와 제1 프리 전자빔이 오버랩되는 영역이고,
    상기 제2 사각형은 상기 제1 개구부와 상기 제2 프리 전자빔이 오버랩되는 영역이고,
    상기 제1 사각형 및 상기 제2 사각형의 상기 제1 방향 길이는 같고,
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로, 상기 제1 사각형의 길이는 상기 제2 사각형의 길이보다 긴 패턴 형성 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전사 패턴을 형성하기 위해 단위 면적당 조사되는 전자의 양은 상기 제1 전사 패턴에 단위 면적당 조사되는 전자의 양보다 많은 패턴 형성 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전자빔을 조사하여, 제1 전사 패턴을 형성하는 것은,
    제1 프리 전자빔을 조사하고,
    상기 제1 프리 전자빔이 순차적으로 제2 마스크 내의 제2 개구부, 성형 편향기 및 상기 제1 개구부를 통과하여,
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부가 오버랩되는 영역을 횡단면으로 하는 상기 제1 전자빔을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 제2 전자빔을 조사하여, 제2 전사 패턴을 형성하는 것은,
    제2 프리 전자빔을 조사하고,
    상기 제2 프리 전자빔이 순차적으로 상기 제2 개구부, 상기 성형 편향기 및 상기 제1 개구부를 통과하여,
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부가 오버랩되는 영역을 횡단면으로 하는 상기 제2 전자빔을 형성하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 마스크는 두 개의 L자 형태의 구조물로 이뤄지고,
    상기 두 개의 L자 형태의 구조물을 움직여, 상기 제2 개구부를 통과하는 상기 제1 프리 전자빔의 횡단면 및 상기 제2 프리 전자빔의 횡단면 크기를 변화시키는 패턴 형성 방법.
  8. 셀 블록이 정의된 레지스트를 제공하되, 상기 셀 블록은 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸는 전이부와, 상기 전이부를 둘러싸는 외곽부를 포함하고,
    횡단면이 제1 사각형인 제1 전자빔을 조사하여, 상기 셀 블록에 제1 방향으로 연장되고, 둘레에 경계부가 정의된 제1 전사 패턴을 형성하고,
    횡단면이 제2 사각형인 제2 전자빔을 조사하여, 상기 셀 블록에 상기 경계부 중 상기 제1 방향으로 연장된 경계부와 오버랩되는 영역을 포함하는 제2 전사 패턴을 형성하되,
    상기 제2 전사 패턴의 폭은 상기 중심부에서 상기 외곽부로 갈수록 줄어드는 패턴 형성 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 중심부에는, 소정의 폭을 갖는 상기 제2 전사 패턴을 형성하고,
    상기 외곽부에는, 상기 제1 전사 패턴만을 형성하고,
    상기 전이부에는, 상기 외곽부에 근접할수록 점점 폭이 줄어드는 상기 제2 전사 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 전자빔은 제1 프리 전자빔이 제1 마스크 내의 제1 개구부를 통과하여 형성되며, 상기 제1 사각형은 상기 제1 개구부와 제1 프리 전자빔이 오버랩되는 영역이고,
    상기 제2 전자빔은 제2 프리 전자빔이 상기 제1 개구부를 통과하여 형성되며, 상기 제2 사각형은 상기 제1 개구부와 상기 제2 프리 전자빔이 오버랩되는 영역이고,
    상기 제1 사각형 및 상기 제2 사각형의 상기 제1 방향 길이는 같고,
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향에서, 상기 제1 사각형의 길이는 상기 제2 사각형의 길이보다 긴 패턴 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160095284A (ko) * 2015-02-02 2016-08-11 삼성전자주식회사 전자 빔 노광 방법 및 그를 포함하는 기판 제조 방법

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KR20160095284A (ko) * 2015-02-02 2016-08-11 삼성전자주식회사 전자 빔 노광 방법 및 그를 포함하는 기판 제조 방법

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