KR20160015116A - 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

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    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Abstract

클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 배치된 포토마스크(photomask)를 사용하여 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제1노광 및 현상하여 클리어 필드에 대응되는 제1피처를 패터닝하고, 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 다크 필드에 대응되는 제2피처를 패터닝하는 포함하는 미세 패턴 형성 방법을 제시한다.

Description

미세 패턴 형성 방법{Method of fabricating fine patterns}
본 출원은 리소그래피(lithography) 기술에 관한 것으로서, 특히 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
패턴 이미지(pattern image)를 웨이퍼(wafer) 상에 보다 미세한 크기를 가지는 패턴으로 전사하기 위해서, 리소그래피 노광 장비의 분해능 또는 해상도 한계를 극복하고자 하는 노력들이 시도되고 있다.
이중 패터닝 기술(DPT : Double Patterning Technology)은 2개의 포토마스크(photomask)들을 이용하는 2차례의 리소그래피 과정들을 이용하여 보다 미세한 피치(ptich) 및 크기를 가지는 패턴들의 배열을 구현하고자 시도되고 있다. 패턴 간의 거리가 충분히 확보되지 못하는 경우에, 노광 과정에서의 해상력 한계에 의해서 패턴 간에 브리지(bridge)와 같은 패턴 불량이 야기될 수 있는 데, DPT 기술은 이러한 패턴 불량을 극복하는 방법의 하나로 평가되고 있다.
DPT 기술은 2개의 포토마스크들을 사용하는 2차례의 리소그래피 노광 과정들을 조합하고 있어, 웨이퍼(wafer) 상에 구현되는 패턴들의 선폭 균일도가 열화될 수 있는 위험성을 가지고 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는 패턴들 사이의 선폭 균일도를 개선할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제시하고자 한다.
본 출원의 일 관점은, 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하는 단계; 상기 포토마스크를 사용하여 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제1노광 및 현상하여 상기 클리어 필드에 대응되는 제1피처(feature)를 패터닝하는 단계; 및 상기 포토마스크를 사용하여 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 다크 필드에 대응되는 제2피처를 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 제1대상층 상에 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 형성하는 단계; 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 다수 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하여 상기 포지티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하여 상기 클리어 필드들에 대응되는 제1피처(feature)들을 패터닝하는 단계; 상기 제1피처들을 상기 제1대상층에 패턴 전사하여 제1대상층 제1패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 제1대상층 제1패턴 상에 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 다크 필드들에 대응되는 제2피처들을 패터닝하는 단계; 및 상기 제2피처들을 상기 제1대상층 제1패턴에 패턴 전사하여 제1대상층 제2패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 제1대상층 상에 네거티브 레지스트층(negative type resistor)을 형성하는 단계; 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 다수 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하여 상기 네거티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하여 상기 다크 필드들에 대응되는 제2피처(feature)들을 패터닝하는 단계; 상기 제2피처들을 상기 제1대상층에 패턴 전사하여 제1대상층 제1패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 제1대상층 제1패턴 상에 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 클리어 필드들에 대응되는 제1피처들을 패터닝하는 단계; 및 상기 제1피처들을 상기 제1대상층 제1패턴에 패턴 전사하여 제1대상층 제2패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 예에 따르면, 단일 포토마스크를 사용하여 포지티브 레지스트층에 대한 제1노광 및 현상을 수행하고, 네거티브 레지스트층에 대한 제2노광 및 현상을 수행하는 단일 포토마스크 이중 패터닝 기술을 이용하여, 형성되는 피처(feature)들의 패턴 균일도를 개선할 수 있다. 2장의 포토마스크를 사용하지 않고 단일 포토마스크를 사용하므로, 2장의 포토마스크들을 사용할 때 유발되는 포토마스크들 사이의 레지스트레이션 에러(registration error)를 배제시킬 수 있다.
2장의 포토마스크들은 상호 조합되어 하나의 피처 또는 패턴 레이아웃(layout)을 제공하도록 설계 제작되지만, 상호 간에 레지스트레이션 에러를 수반하지 않을 수는 없어, 웨이퍼(wafer) 또는 기판 상에 구현되는 패턴들 또는 피처들 사이에 오버랩 마진(overlap margin)이 열화되거나 또는 선폭 균일도(critical dimension uniformity)가 열화될 수 있다.
본 출원에서는 단일 포토마스크를 이용하여 2번의 노광 및 현상을 수행하여 이러한 레지스트레이션 에러를 배제시킬 수 있어, 오버랩 마진을 확보하고 선폭 균일도를 개선할 수 있다. 단일 포토마스크를 사용하지만 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)과 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 조합하여 사용함으로써, 각각의 노광 및 현상 과정에서 형성되는 패턴 또는 피처의 위치는 교번적으로 바뀔 수 있다. 예컨대, 포지티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하는 과정은 포지티브 톤 현상(positive tone development) 과정으로, 포토마스크의 클리어 필드(clear field)에 대응되는 부분을 현상 제거하게 된다.
이와 대조적으로 네거티브 레지스트층을 제2노광 및 현상하는 과정은, 실질적으로 제1노광 및 현상하는 과정과 동일하게 수행되지만 네거티브 레지스트층을 사용하므로 네거티브 톤 현상(negative tone development) 과정이 유도된다. 따라서, 포토마스크의 다크 필드(dark field)에 대응되는 부분을 현상 제거하게 된다. 이와 같이, 동일한 포토마스크를 사용하여 노광 과정을 두 차례 수행할 때, 포지티브 톤 현상 과정과 네거티브 톤 현상 과정의 차이에 의해서, 각각 형성되는 제1피처와 제2피처는 서로 다른 위치에 위치하도록 형성될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2 내지 도 7은 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 8 내지 도 18는 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 19 및 도 20은 본 출원의 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 21 및 도 22는 본 출원의 또 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 23은 본 출원의 또 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
본 출원의 예의 기재에서 "제1" 및 "제2"와 같은 기재는 부재나 공정 단계를 구분하기 위한 것이며, 부재나 공정 단계 자체를 한정하거나 특정한 순서를 의미하는 것으로 사용된 것은 아니다. 또한, 어느 부재의 "상"에 위치하거나 "상면", "후면" 또는 "측면"에 위치한다는 기재는 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이지 그 부재에 직접 접촉하거나 또는 사이 계면에 다른 부재가 더 도입되는 특정한 경우를 한정하는 것은 아니다. 또한, 어느 한 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 "형성되어 있다"거나 "위치하고 있다"의 기재는, 다른 구성 요소에 전기적 또는 기계적으로 직접 접촉되어 있거나 또는 중간에 다른 별도의 층이나 물질이 개재된 경우를 의미할 수 있다.
본 출원에서 포토마스크는 광학 마스크를 의미하여 기술되고 있으나, 웨이퍼 상에 패턴 이미지를 전사하는 데 사용되는 다양한 형태의 마스크에 적용될 수도 있다. 포토마스크는 투과형 마스크 형태로 기술되고 있으나, 극자외선용 마스크와 같은 반사형 마스크 형태에서도 본 출원의 예에 의한 패턴 형성 방법은 적용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 배치된 포토마스크(photomask)를 설계 제작한다(11). 포토마스크를 사용하여 리소그래피 과정, 즉, 노광 및 현상 과정을 수행한다. 이때, 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제1노광 및 현상하여 클리어 필드에 대응되는 제1피처(feature)를 패터닝한다(13). 이후에, 실질적으로 동일한 노광 및 현상 과정을 한 차례 더 수행하여, 즉, 동일한 포토마스크를 사용하여 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 다크 필드에 대응되는 제2피처를 패터닝한다(15). 제1피처와 제2피처는 이웃하여 배치되며 서로 교번적으로 반복되는 패턴 배열을 구성하게 된다. 제1노광 및 현상 과정과 제2노광 및 현상 과정은 공정 순서가 바뀌어 수행될 수도 있다.
단일 포토마스크를 이용하여 2번의 노광 및 현상을 수행하므로, 2장의 포토마스크들을 사용하는 전형적인 DPT 과정에 비해 포토마스크들 간에 수반되는 레지스트레이션 에러를 배제시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 또는 기판 상에 구현되는 피처들 사이의 오버랩 마진(overlap margin)을 더 확보할 수 있고, 선폭 균일도 또한 개선할 수 있다. 단일 포토마스크를 사용하지만 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)과 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 조합하여 사용함으로써, 각각의 노광 및 현상 과정에서 형성되는 피처의 위치는 교번적으로 바뀔 수 있어, DPT 과정을 실질적으로 구현할 수 있다.
포지티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하는 과정은 포지티브 톤 현상(positive tone development) 과정으로, 포토마스크의 클리어 필드(clear field)에 대응되는 부분을 현상 제거하게 되어, 제1피처를 원형 홀 또는 타원형 홀 형태로 구현할 수 있다. 네거티브 레지스트층을 제2노광 및 현상하는 과정은, 실질적으로 제1노광 및 현상하는 과정과 동일하게 수행되지만, 네거티브 레지스트층을 사용하므로 네거티브 톤 현상(negative tone development) 과정이 유도된다. 따라서, 포토마스크의 다크 필드(dark field)에 대응되는 부분을 현상 제거하게 되어, 이 부분에서 제2피처가 구현된다. 따라서, 제1피처와 제2피처는 서로 다른 위치에 구현되고, 상호 간에 교번적으로 반복되는 위치에 위치하도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 제1피처 및 제2피처, 예컨대, 제1콘택홀 및 제2콘택홀이 교번적으로 배치된 배열이 구현될 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다. 도 2는 포토마스크를 보여주는 평면도이다. 도 3 및 도 4는 포토티브 레지스트층에 제1피처를 패터닝하는 과정을 보여주는 평면도들이다. 도 5 및 도 6은 네거티브 레지스트층에 제2피처를 패터닝하는 과정을 보여주는 평면도들이다. 도 7은 제1 및 제2피처들의 배열을 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 포토마스크(100)는 클리어 필드(clear field: 101)와 다크 필드(dark field: 103)가 교번적으로 배치된 형태로 설계 제작될 수 있다. 클리어 필드(101)는 노광 시 레지스트층에 노광 광을 제공하는 부분, 예컨대, 투과형 마스크 구조에서는 투광 영역으로 설정될 수 있다. EUV 마스크 구조와 같은 반사형 마스크 구조에서는 반사 영역으로 설정될 수 있다. 다크 필드(103)는 노광 광을 제공하지 않고 차단 또는 차광되는 영역으로, 투과형 마스크 구조에서는 차광 영역(opaque region)이나 위상 시프트(phase shift region) 영역 또는 감쇄층 영역(attenuation region)일 수 있다. 반사형 마스크 구조에서는 흡수층 패턴으로 다크 필드가 설정될 수 있다.
클리어 필드(101)와 다크 필드(103)는 다수 개가 서로 다른 제1 및 제2방향을 따라 교번적으로 반복되어 체크 보드(check board) 형상을 이루도록 설정될 수 있다. 체크 보드 형상 또는 모자익(mosaic) 형상을 이루도록 클리어 필드(101)와 다크 필드(103)들이 배치될 경우, 반복적으로 콘택홀, 원형 홀 또는 타원형 홀들이 배치된 피처들의 배열을 구현할 수 있다. 제1방향과 제2방향은 상호 직교하는 방향으로 설정되고, 클리어 필드(101)와 다크 필드(103)가 정사각형(square) 형상을 가지도록 설정될 경우, 이에 의해 구현될 수 있는 제1피처 및 제2피처는 원형 홀 형상으로 구현될 수 있다. 제1방향과 제2방향이 직교하지 않고 다른 각도로 교차할 경우, 제1피처 및 제2피처는 타원형 홀 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 노광 과정에서 변형 조명계(modified illumination)를 도입할 경우, 변형 조명계의 형태에 따라, 구현되는 제1피처 또는/ 및 제2피처의 형상은 변형될 수도 있다. 클리어 필드(101)와 다크 필드(103)는 정사각형(square), 십자형(cross), 폴리곤(polygon) 또는 직사각형(rectangular) 형태를 가질 수 있으며, 둘 모두 동일한 형상을 가지거나 또는 서로 다른 형상을 가지도록 설정될 수도 있다.
도 2와 함께 도 3 및 도 4를 참조하면, 포토마스크(100)는 사용하여 포지티브 레지스트층(도 4의 210)에 제1노광 및 현상 과정을 수행할 경우, 포지티브 톤 현상 과정에 의해서, 포지티브 레지스트층(210)에 제1피처(201)들이 홀 형태로 구현될 수 있다. 이때, 제1피처(201)가 위치하는 영역(211)은 도 3에 제시된 바와 같이 포토마스크(100)의 클리어 필드(101)에 대응되는 위치이게 되며, 제1피처(201)는 클리어 필드(101)의 형상에 따르는 형상으로 형성될 수 있다. 클리어 필드(101)가 정사각형 형상일 때 제1피처(201)는 원형 홀 형상을 가질 수 있으며, 경계 부분에서의 이격 간격 d1은 노광 및 현상 과정에서의 감도에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 즉, 제1피처(201)로서의 원형 홀의 크기는 노광 과정에서의 여러 조건들의 변수와 현상 과정, 및 포지티브 레지스트층의 감도 정도에 따라 달라질 수 있으나, 클리어 필드(101)에 대응하는 영역(211)의 경계 내측으로 이격 간격 d1 만큼 축소된 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
도 2와 함께 도 5 및 도 6을 참조하면, 포토마스크(100)는 사용하여 네거티브 레지스트층(도 6의 230)에 제2노광 및 현상 과정을 수행할 경우, 네거티브 톤 현상 과정에 의해서, 네거티브 레지스트층(230)에 제2피처(203)들이 홀 형태로 구현될 수 있다. 이때, 제2피처(203)가 위치하는 영역(233)은 도 5에 제시된 바와 같이 포토마스크(100)의 다크 필드(103)에 대응되는 위치이게 되며, 제2피처(203)는 클리어 필드(103)의 형상에 따르는 형상으로 형성될 수 있다. 다크 필드(103)에 해당되는 영역(233)은 노광 광이 제공되지 않은 부분으로 네거티브 레지스트 특성에 의해 현상 시 잔존하는 영역이다. 다크 필드(103)가 정사각형 형상일 때 제2피처(203)는 원형 홀 형상을 가질 수 있으며, 경계 부분에서의 이격 간격 d2은 노광 및 현상 과정에서의 감도에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 즉, 제2피처(203)로서의 원형 홀의 크기는 노광 과정에서의 여러 조건들의 변수와 현상 과정, 및 포지티브 레지스트층의 감도 정도에 따라 달라질 수 있으나, 다크 필드(103)에 대응하는 영역(233)의 경계 내측으로 이격 간격 d2만큼 축소된 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 포지티브 톤 현상 과정으로 포지티브 레지스트층(도 4의 210)을 제1노광 및 현상하고, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 동일하게 단일 포토마스크(100)를 사용하여 네거티브 톤 현상 과정으로 네거티브 레지스트층(도 6의 230)을 제2노광 및 현상하는 과정을 적용하면, 도 7에 제시된 바와 같이 피처들이 실질적으로 함께 구현될 대상층(300)에 제1피처(201)와 제2피처(203)이 다수 개가 교번적으로 배치된 배열의 패턴을 구현할 수 있다. 이때, 제1피처(201)와 제2피처(203) 사이의 간격 d3는 d1과 d2의 합으로 얻어질 수 있다. 제1 및 제2 노광 과정이 모두 동일한 단일 포토마스크(100)를 사용하여 수행되므로, 2장의 포토마스크들을 사용하는 경우에서의 수반되는 마스크들 간의 레지스트레이션 에러를 배제시킬 수 있다. 따라서, d3 값에서 레지스트레이션 에러에 의한 성분을 배제시킬 수 있어, d3 값들이 보다 균일한 값들로 구현될 수 있다. 제1피처(201)와 제2피처(203)들의 선폭 균일도를 개선할 수 있다.
도 8 내지 도 18은 본 출원의 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 8은 도 2의 A-A'을 따르는 절단선을 보여주는 단면도이다. 포토마스크(1100)는 석영 기판과 같은 투광 기판(1110) 및 마스크 패턴(1130)을 포함하는 투과형 마스크 구조로 구현될 수 있다. 클리어 필드(도 2의 101)는 투광 기판의 노출된 일부 영역(1111)로 설정되고, 마스크 패턴(1130)은 다크 필드(도 2의 103)은 차광 영역(1133)을 설정하며 노출 영역(1111)을 노출하도록 형성된다. 마스크 패턴(1130)은 차광층(opaque layer), 위상 시프트(phase shift)층 또는 감쇄층(attenuation layer)으로 형성될 수 있다.
도 9는 도 7의 B-B'을 따르는 절단선을 보여주는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 반도체 기판(1400) 또는 웨이퍼 상에 피처들이 구현될 제1대상층(1310)을 형성한다. 제1대상층(1310)의 하부에는 서로 다른 다수 층들을 포함하는 하드 마스크(hard mask) 구조가 도입될 수 있다. 하드 마스크 구조 아래에는 하드 마스크에 의해 선택적으로 식각될 층들이 도입될 수 있다. 하드 마스크 구조는 폴리실리콘층(polysilicon layer)을 포함하고 피처들이 패턴 전사되어 패터닝될 제4대상층(1350)을 포함하고, 제4대상층(1350) 상에는 아몰포스카본층(amorphous carbon layer)을 포함하고, 피처들이 패턴 전사되어 패터닝될 제3대상층(1330)이 구비될 수 있다. 아몰포스카본층의 상 하측 표면들에는 각각 실리콘산화물층이 버퍼층(buffer layer)로 구비될 수 있다. DPT 과정으로 피처들의 배열이 1차적으로 제1대상층(1310)에 구현되고, 최종적인 하드 마스크층인 제4대상층이 이러한 피처들이 패턴 전사되도록 패터닝 과정을 순차적으로 수행할 수 있다. 제1대상층(1310)은 실리콘산질화물(SiON)층일 수 있다.
제1대상층 포지티브 레지스트층(positive type resistor: 1210)을 형성한다. 포지티브 레지스트층(1210) 상에 포토마스크(1100)를 도입하여 제1노광 과정을 수행한다. 노광 광은 조사되는 부분(1211)은 포토마스크(1100)의 클리어 필드(도 2의 101)에 대응되는 부분이게 된다. 노광 광이 조사되지 않은 부분(1213)은 다크 필드(도 2의 103)에 대응되는 부분이게 된다.
도 10을 참조하면, 제1노광된 포지티브 레지스트층(1210)을 현상하여 포지티브 레지스트 패턴(1214)로 패터닝한다. 노광 광이 조사된 부분이 선택적으로 제거되어 제1피처 제1부(1212)가 홀 형상으로 패터닝될 수 있다.
도 11을 참조하면, 포지티브 레지스트 패턴(1214)를 식각 마스크로 하부의 제1대상층(1310)을 선택적 식각하여, 제1피처 제1부(1211)의 형상을 제1피처 제2부(1312)로 패턴 전사한다. 제1피처 제2부(1312)를 가지는 제1대상층 제1패턴(1314)으로 패터닝한다.
도 12를 참조하면, 제1대상층 제1패턴(1314)을 덮어 평활한 표면을 제공하는 제2대상층(1250)을 선택 요소로 도입할 수 있다. 제2대상층(1250)은 스핀 온 카본층(SOC layer)로 도입될 수 있다. 제2대상층(1250)은 제1피처 제2부(1312)를 채워 메우는 층으로 형성될 수 있다. 제2대상층(1250) 상에 네거티브 레지스트층(1230)이 형성된다.
도 13을 참조하면, 네거티브 레지스트층(1230) 상에 동일한 포토마스크(1100)를 도입하여 제2노광 과정을 수행한다. 노광 광은 조사되는 부분(1231)은 포토마스크(1100)의 클리어 필드(도 2의 101)에 대응되는 부분이게 된다. 노광 광이 조사되지 않은 부분(1233)은 다크 필드(도 2의 103)에 대응되는 부분이게 된다.
도 14를 참조하면, 제2노광된 네거티브 레지스트층(1230)을 현상하여 네거티브 레지스트 패턴(1232)으로 패터닝한다. 노광 광이 조사된 부분이 선택적으로 잔류하고 조사되지 않은 부분이 선택적으로 제거되어, 즉, 네거티브 톤 현상되어 제2피처 제1부(1234)가 홀 형상으로 패터닝될 수 있다.
도 15을 참조하면, 네거티브 레지스트 패턴(1232)를 식각 마스크로 하부의 제2대상층(1250)을 선택적 식각하여, 제2피처 제1부(1234)의 형상을 제2피처 제2부(1254)로 패턴 전사한다. 제2피처 제2부(1254)를 가지는 제2대상층 패턴(1252)으로 패터닝한다.
도 16을 참조하면, 네거티브 레지스트 패턴(1232)를 제거한 후, 제2대상층 패턴(1252)를 식각 마스크로 이용하여 하부의 제1대상층 제1패턴(1314)의 일부를 선택적으로 식각 제거한다. 제2피처 제2부(1254)의 형상을 제2피처 제3부(1316)로 패턴 전사한다. 제2피처 제3부(1316)와 제1피처 제2부(1312)들이 교번적으로 형성된 제1대상층 제2패턴(1318)가 패터닝된다. 제2피처 제3부(1316)로 형성된 제2피처(도 7의 203)와 제1피처 제2부(1312)인 제1피처(도 7의 201)가 홀 형태로 교번적으로 배열된 구조가 구현된다.
도 17을 참조하면, 제2대상층 패턴(1252)를 제거한 후, 제1대상층 제2패턴(1318)을 식각 마스크로 하부의 제3대상층 부분을 선택적으로 식각하여 제2피처 제3부(1316)와 제1피처 제2부(1312)들이 제2피처 제4부(1336) 및 제1피처 제3부(1332)로 패턴 전사된 제3대상층 패턴(1338)을 패터닝할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제3대상층 패턴(1338)을 식각 마스크로 이용하여 하부의 제4대상층 부분을 선택적으로 식각하여 제2피처 제4부(1336)와 제1피처 제3부(1332)들이 각각 제2피처 제5부(1356)와 제1피처 제4부(1352)로 패턴 전사된 제4대상층 패턴(1358)을 패터닝하여, 최종적인 하드 마스크 패턴을 구현할 수 있다.
상술한 본 출원의 일예에서 포지티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하는 과정이 네거티브 레지스트층을 제2노광 및 현상하는 과정에 선행된 경우를 예시하였으나, 이는 선택적으로 그 순서를 바꿀 수 있다. 제1대상층 상에 네거티브 레지스트층(negative type resistor)을 형성하고, 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 다수 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하여 네거티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하여 다크 필드들에 대응되는 제2피처(feature)들을 패터닝한 후, 제2피처들을 제1대상층에 패턴 전사하여 제1대상층 제1패턴으로 패터닝하고, 제1대상층 제1패턴 상에 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 클리어 필드들에 대응되는 제1피처들을 패터닝하고, 제1피처들을 제1대상층 제1패턴에 패턴 전사하여 제1대상층 제2패턴으로 패터닝하는 과정으로 수행할 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 출원의 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 포토마스크(2100)은 클리어 필드(2101)와 다크 필드(2103)가 직사각형 형태로 교번적으로 반복되도록 설정될 수 있다. 이러한 경우, 제1대상층(2300)에 구현되는 제1피처(2201)와 제2피처(2203)들 각각은 타원형 형상의 홀 형태로 구현될 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 출원의 또 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 21를 참조하면, 포토마스크(3100)은 클리어 필드(3101)와 다크 필드(3103)가 교번적으로 반복되도록 설정된 반사형 마스크로 구비될 수 있다. 도 22를 참조하면, 반사형 마스크(4100)는 기판(4150) 상에 형성된 미러(mirror)층들을 구비하는 반사층(4110)과 반사층(4110) 상에 형성된 흡수층 패턴(4130)을 포함하여 구비될 수 있다. 이때, 흡수층 패턴(4130)에 의해 노출된 부분(4111)은 클리어 필드(3101)에 대응되는 영역으로 설정하고, 흡수층 패턴(4130)이 덮고 있는 부분은 다크 필드(3103)으로 설정되도록 흡수층 패턴(4130)이 패터닝될 수 있다.
도 23은 본 출원의 또 다른 일 예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 보여주는 평면도들이다.
도 23을 참조하면, 포토마스크(5100)는 다수 개가 나란히 교번적으로 반복되는 라인(line) 형상 또는 밴드(band) 형상으로 클리어 필드(5101)와 다크 필드(5103)가 교번적으로 반복되도록 설정될 수 있다. 이러한 포토마스크(5100)를 사용하여 본 출원의 미세 패턴 형성 과정을 수행할 경우, 라인(line)들이 반복 배치된 형상의 피처들의 배열을 반도체 기판 또는 웨이퍼 상에 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다. 본 출원에서 제시한 기술적 사상이 반영되는 한 다양한 다른 변형예들이 가능할 것이다.
100: 포토마스크, 101: 클리어 필드,
103: 다크 필드.

Claims (20)

  1. 클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하는 단계;
    상기 포토마스크를 사용하여 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제1노광 및 현상하여 상기 클리어 필드에 대응되는 제1피처(feature)를 패터닝하는 단계; 및
    상기 포토마스크를 사용하여 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 다크 필드에 대응되는 제2피처를 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    서로 동일한 필드가 연속되지않도록 교번적으로 반복된 미세 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    정사각형(square), 십자형(cross), 폴리곤(polygon) 또는 직사각형(rectangular) 형태를 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1피처와 제2피처는
    원형 홀(hole) 또는 타원형 홀 형상을 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1피처와 제2피처는
    교번적으로 반복 배치되도록 형성되는 미세 패턴 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    다수 개가 나란히 교번적으로 반복되는 라인(line) 형상 또는 밴드 형상을 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크(photomask)는
    투광 기판; 및
    상기 클리어 필드로 상기 투광 기판의 일부 영역을 노출하고 상기 다크 필드를 설정하며, 차광층(opaque layer), 위상 시프트(phase shift)층 또는 감쇄층(attenuation layer)을 포함하는 마스크 패턴을 포함하여 도입되는 미세 패턴 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크(photomask)는
    기판 상에 형성된 반사층; 및
    상기 반사층의 일부 영역을 상기 클리어 필드로 노출하고 상기 다크 필드로 설정되는 흡수층 패턴을 포함하는 반사형 마스크로 도입되는 미세 패턴 형성 방법.
  9. 제1대상층 상에 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 형성하는 단계;
    클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 다수 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하여 상기 포지티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하여 상기 클리어 필드들에 대응되는 제1피처(feature)들을 패터닝하는 단계;
    상기 제1피처들을 상기 제1대상층에 패턴 전사하여 제1대상층 제1패턴으로 패터닝하는 단계;
    상기 제1대상층 제1패턴 상에 네거티브 레지스트층(negative type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 다크 필드들에 대응되는 제2피처들을 패터닝하는 단계; 및
    상기 제2피처들을 상기 제1대상층 제1패턴에 패턴 전사하여 제1대상층 제2패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1대상층은
    서로 다른 다수의 층들을 포함하는 하드 마스크(hard mask) 구조 상에 형성되는 미세 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1대상층은
    실리콘산화질화물(SiON)층을 포함하고,
    상기 하드 마스크 구조는
    폴리실리콘층(polysilicon layer) 및 아몰포스카본층(amorphous carbon layer)을 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    다수 개가 서로 다른 제1 및 제2방향을 따라 교번적으로 반복되어 체크 보드(check board) 형상을 이루는 미세 패턴 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    정사각형(square), 십자형(cross), 폴리곤(polygon) 또는 직사각형(rectangular) 형태를 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1피처와 제2피처는
    원형 홀(hole) 또는 타원형 홀 형상을 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 클리어 필드와 상기 다크 필드는
    다수 개가 나란히 교번적으로 반복되는 라인(line) 형상 또는 밴드 형상을 가지는 미세 패턴 형성 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 포토마스크(photomask)는
    투광 기판; 및
    상기 클리어 필드로 상기 투광 기판의 일부 영역을 노출하고 상기 다크 필드를 설정하며, 차광층(opaque layer), 위상 시프트(phase shift)층 또는 감쇄층(attenuation layer)을 포함하는 마스크 패턴을 포함하여 도입되는 미세 패턴 형성 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 포토마스크(photomask)는
    기판 상에 형성된 반사층; 및
    상기 반사층의 일부 영역을 상기 클리어 필드로 노출하고 상기 다크 필드로 설정되는 흡수층 패턴을 포함하는 반사형 마스크로 도입되는 미세 패턴 형성 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 제1대상층 제1패턴을 덮어 평활한 표면을 상기 네거티브 레지스트층 하부에 제공하는 제2대상층을 도입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2피처들을 상기 제2대상층에 패턴 전사하고, 상기 제2대상층을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1대상층 제1패턴을 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2대상층은
    상기 제1대상층 제1패턴의 상기 제1피처를 채워 메우도록 형성된 스핀 온 카본(SOC)층을 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  20. 제1대상층 상에 네거티브 레지스트층(negative type resistor)을 형성하는 단계;
    클리어 필드(clear field)와 다크 필드(dark field)가 교번적으로 다수 배치된 포토마스크(photomask)를 도입하여 상기 네거티브 레지스트층을 제1노광 및 현상하여 상기 다크 필드들에 대응되는 제2피처(feature)들을 패터닝하는 단계;
    상기 제2피처들을 상기 제1대상층에 패턴 전사하여 제1대상층 제1패턴으로 패터닝하는 단계;
    상기 제1대상층 제1패턴 상에 포지티브 레지스트층(positive type resist layer)을 제2노광 및 현상하여 상기 클리어 필드들에 대응되는 제1피처들을 패터닝하는 단계; 및
    상기 제1피처들을 상기 제1대상층 제1패턴에 패턴 전사하여 제1대상층 제2패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
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