KR940011203B1 - 패턴형성방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

패턴형성방법

제 1 도는 종래의 필드오버랩에 의한 에너지빔 노광방법에 나타낸 개략도이다.

제 2 도는 본 발명의 태양인 작은 기본패턴의 조합에 의한 패턴형성방법을 나타낸 개략도이다.

제 3 도는 본 발명의 다른 태양인 기판상에 작은 기본패턴을 조합하여 패턴을 형성할때 필드의 오버랩을 이용하는 방법을 나타낸 개략도이다.

본 발명은 에너지빔 노광방법에 의한 패턴형성방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 에너지빔 노광을 사용한 정밀한 패턴형성방법에 있어서 버팅에러(butting error)줄이고 쓰루푸트(through put)를 높이는 에너지빔 노광방법에 의한 패턴형성방벙에 관한 것이다.

레지스트필름(resist film)의 패터닝(patterring)은 반도체소자의 제조에 필수적이다. 수많은 레지스트필름이 각종 에칭공정, 예를 들면 선택적인 확산지역을 한정하기 위하여 사용되는 반도체기판상의 절연층에 윈도우(window)의 형성, 또는 반도체소자상 미세한 금속배선의 형성에서 마스크로서 사용되고 있다.

이러한 패턴형성은 일반적으로 포토마스크를 통과한 자외선 또는 원자외선에 레지스트필름을 노출시켜 수행한다. 이러한 기술을 포토리토그래프라 한다.

그러나 이와 같이 자외선이나 원자외선을 이용하여 패턴을 형성하는 경우에는 1㎛ 이하의 해상도를 갖는 패턴을 얻는것이 곤란하다. 최근 반도체의 고집적화에 따라서 서브미크론 이하의 패턴을 형성할 수 있는 리토그래피기술이 개발되어 왔다. 이러한 방법의 예로서는 전자선 리토그래피 X-선 리토그래피 및 이온빔 리토그래피등을 들 수 있다.

전자선 리토그래피(Electron beam lithography ; 이하 "EBL"이라 한다)은 집중된 전자빔을 사용하여 회로패턴을 형성하는 방법이며, 전자빔을 사용하면, 반도체 웨이퍼상에 형성된 레지스트필름, 또는 일반적인 포토그래피 공정에서 사용하는 포토마스크상에 형성된 레지스트필름상에 미크론 이하의 미세한 패턴을 직접 묘화할 수 있다.

레이아웃 단계에서 형성된 패턴은 컴퓨터에 이미지패턴을 저장되고, 그 신호를 전자편향관으로 조정함으로써 전자빔(Electron beam)을 조절할수 있으므로, EBL에 있어서는 마스크를 사용하지 않고서 웨이퍼상에 직접 1㎛이하의 형상을 묘사할 수 있다. 이 방법에 의하면 매우 정확한 이미지전사가 가능하기 때문에 0.1㎛정도의 형상이 묘사될 수 있다. 이것은, 전자가 파장특성을 갖는다고 하더라도 EBL에서 사용되는 에너지에 있어서 전자의 파장은 약 0.2-0.5Å정도이기 때문에 가능하다. 그 결과 광학 리토그래피에서 해상도를 제한하는 회절영향을 피할 수 있다. 따라서 최근 EBL에 의한 패턴형성방법이 주목되고 있으며, 이를 실용화, 상용화하기 위한 노력이 계속되고 있다.

그렇지만, EBL에 있어서도 하기와 같은 단점을 갖는다.

1) EBL에 있어서 전자가 웨이퍼 표면에 입사시 레지스트중에서는 전진분사되고(forward scattered)기판으로부터는 후진분산(backward scattered)이 일어난다. 따라서 소기한 영역이외의 레지스트가 노출되어 해상도를 저하시킨다.

2) 상기 해상도는 또한 네거티브 전자빔 레지스트의 현성(development)시 발생하는 팽윤이라는 현상(phenoinenon)에 의하여 제한된다.

3) EBL은 광학노출 및 스텝앤드 리피트시스템에 비하여 쓰루푸트가 극히 느리다.

4) ELB시스템은 광학스텝퍼(optical stepper) 보다 3 내지 5배 비싸고 유지비가 더 많이 든다.

그럼에도 불구하고, 상기한 바와 같이 EBL에 의하여 미세한 패턴을 얻을 수 있기 때문에 이러한 단점을 극복하고자 계속적인 연구가 되어 왔다. 예를 들면, 한국 특허공고 제90-1715호에는, 일정 크기와 양의 전자빔을 발사하여 정밀한 패턴을 만드는 전자빔 노광방법에서 전자빔 발사의 잔류효과에 의한 패턴의 퍼짐을 방지하면서 포즈(pause) 즉 블랭킹시간을 감소시킴으로써 전자빔에 의한 패턴형성방법에서 쓰루푸트(through put)를 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 상기한 특허에 의하면, 노출되지 않은 영역으로 둘러싸여지고 에너지빔으로 노출된 영역으로 이루어지는 섬모양 패턴에 대한 에너지빔 노광벙법에 있어서, 상기 방법은 상기 섬모양 패턴을 세분함으로써 정의된 다수의 부속영역에 상기 에너지빔의 계속적인 간헐적 발사를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 단계가 앞서 발사후에 첫번째 파우즈(pause)와 함께 상기 섬모양 패턴의 주변에 있는 상기 부속영역에 발사하고, 앞선 발사후에 상기 첫번째 파우즈보다 짧은 두번째 파우즈와 함께 상기 섬모양 패턴의 내부에 있는 부속영역에 발사하는 것을 포함하는 에너지빔 노광방법이 제공되어 있다.

또한 한국 특허공고 제90-1650호에는, 고전류밀도 및 고에너지 전자빔을 사용한 높은 쓰루푸트 EBL에서, 소기한 패턴의 엣비부위의 오결합을 오버래핑에 의해 패턴의 결합부분의 정확성을 개선하는 방법이 기재되어 있다.

이외에도, 특히 고정밀도를 갖는 패턴을 묘화하기 위하여 전자빔의 조사되는 필드를 오버래핑시키는 방법이 제안되어 있다(일본국 특개소 59-57428), 상기한 방법에 의하면, 전자빔을 연속적으로 조사하여 패턴을 묘화할때, 각 단위빔의 조사는 선행단위빔의 조사영역을 부분적으로 오버랩하도록 순차적으로 쉬프트(shift)한다.

에너지빔을 기판에 주사하는 방법으로서는, 래스터법(raster technique)과 벡터주사법(vector scan system)이 있다.

레스터법에 의하면, 전자빔은 전체기판상에 주사되면서 소기패턴에 따라서 온앤드 오프(on and off)된다.

벡터주사법에 의하면, 개개의 다이 또는 칩을 정열한 후 전체지역을 커버(cover)하는 2차원적 전자주사로 다이나 칩을 노광한다. 주사지역이 칩지역보다 작기 때문에 기계적으로 샘플을 이동시킬 필요가 있다.

이는 스텝 앤드 리피트이동(step and repeat movement)이나 연속적 기계적 주사(continus mechanical scanning)에 의하여 수행될 수 있다.

에너지빔이 노광될 기판은 일반적으로 에너지빔이 주사할 수 있는 필드(filed)보다 크기 때문에 필드경계선간의 연속성이 고려되어야 한다. 필드경계의 오열(misalignment)정도를 버팅에러라고 한다.

필드경계선에 노광하여야 할 패턴이 걸쳐있는 경우에, 이 패턴을 버팅에러없이 정확하게 노광하기 위하여 필드를 시프트시켜 노광하는 방법이 공지되어 있다.

제 1 도는 상기한 종래 방법을 나타낸다.

동도에서 패턴(3)은 제 1 필드(1)에 속하지만 패턴(4) 전체는 제 1 필드에 포함되지 않고 부분적으로 걸쳐져 있다. 이 경우에 먼저 패턴(4)를 제외하고 제 1 필드를 조사한 후, 패턴(4) 전체를 제 2 필드가 포함하도록 오버랩거리 x₀및 y₀를 정하여 필드를 시프트시켜서 제 2 필드(5)를 구직한 후, 제 2 필드에 에너지빔을 도시한다. 이때 필드크기는 패턴(3, 4)을 포함할 수 있을 정도의 크기어야 한다.

이와 같은 방법에 의한 경우, 필드간의 오버램거리(x₀및 y₀)는 필드경계에 위치한 패턴의 크기에 따라서 변화되고, 두 필드사이에 겹치는 영역은 최대로 필드크기의 반이 될 수 있다. 이러한 경우에 따르면 쓰루푸트가 최고 2배로 저하된다.

뿐만 아니라, 작은 패턴(2)이 큰 패턴(4)과 함께 필드의 경계선에 걸쳐있는 경우에 작은 패턴은 두개의 필드로 분리되어 패턴형성될 가능성이 있으며, 이와 같은 경우에는 필드경계간의 오열(misalignment)에 의해 버팅에러(butting error)가 발생할 수도 있다.

본 출원인은, 상기한 고정밀도 갖는 패턴을 묘화하기 위하여 에너지빔이 조사되는 필드를 선행할 조사필드와 오버래핑시켜 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 오버램거리의 감소에 의한 쓰루푸트의 저하 및 필드경계간 오열에 의한 버팅에러의 발생을 방지하기 위하여 검토한 결과, 큰 패턴을 작은 기본패턴의 조합으로 구성하여 에너지빔을 조사하면, 오버랩거리를 작은 기본패턴의 폭정도로 조정할 수 있고, 동시에 필드구획을 일정하게 함으로써 버팅에러를 감소시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

즉 본 발명의 목적은, 에너지빔 조사방법에서 쓰루푸트를 향상시키고 버팅에러를 감소시킬 수 있는 신규한 에너지빔 조사에 의한 정밀한 패턴형성방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면, 에너지빔에 대한 노출지역과 이를 둘러싼 비노출지역으로 형성된 패턴에 대한 에너지빔 노광방법에 있어서, 1외의 에너지빔 조사로서 패턴형성이 가능한 필드를 기판상에 구분하고, 큰 패턴은 작은 기본패턴의 조합으로 이루어지도록 구분하여 작은 기본패턴을 노광시켜 큰 패턴을 형성시키고, 기판상에 형성된 필드에 순차적으로 에너지빔을 조사하는 것을 구성된 에너지빔의 노광방법이 제공된다.

본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 필드에 에너지빔을 노광하는 경우에 필드는 선행노광된 필드와 겹쳐 지도록 필드를 구획한다.

또한 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 이와 같이 필드가 겹쳐지는 필드와 쉬프트되는 거리는 상기한 기본패턴의 크기와 동일하다.

또한 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 에너지빔 조사시 필드의 경계면에 존재하는 작은 기본패턴은 제외되어 노광된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

제 2 도는 본 발명의 태양인 1회의 조사에 의해 패턴을 형성할 수 있는 필드(1)내에 존재하는 패턴(12∼16)을 형성하는 방법을 도시한 것이다.

참조번호 11은 필드를 나타내고, 참조번호 12 내지 16은 패턴을 나타낸다. 큰 형상의 패턴 12 내지 15는 작은 기본패턴 16의 크기로 구분한다. 즉, 큰 패턴은 작은 기본패턴의 조합에 의해 구성할 수 있다.

일반적인 전자빔 주사장치에 있어서 상기 필드의 크기는 64㎛이다. 큰 패턴은 상기한 작은 기본패턴의 조합에 의해 구성되지만, 작은 기본패턴의 크기는, 에너지빔의 주사가 가능한 크기이면 제한이 없다. 그렇지만 작은 기본패턴의 크기가 너무 작으면, 에너지빔 장치의 정밀도의 문제가 있다. 또한 에너지빔이 전자빔인 경우에는 0.1㎛이하의 패턴을 형성시키는 것이 어렵다. 반면에 기본패턴의 크기나 너무 크다면, 기판상에 존재하는 패턴은 작은 기본패턴의 조합으로 형성하는 것이 곤란하게 된다. 따라서 기본패턴은 기판상에 패턴형성시키고자 하는 최소의 패턴크기와 같거나 이보다 작아야 한다. 따라서 전자빔을 이용하여 반도체상에 패턴형성하고자 하는 경우에 기본패턴의 크기는 0.1㎛ 내지 2㎛인 것이 바람직하다.

제 2 도에서 기판상에 필드(11)를 구획하고, 패턴은 작은 기본패턴 단위의 조합으로 구분하여 작은 기본패턴을 노광시킴으로써 필드내 전체적인 패턴을 형성시킨다.

제 2 도의 필드에 에너지빔을 조사하는 경우 패턴 12, 13, 14, 16 부위는 에너지빔에 노광되지만 패턴 15는 노광되지 않는다. 패턴 15는 후속하는 필드의 영역에 포함되어 노광된다.

제 3 도는 본 발명의 바람직한 태양인, 본 발명의 에너지빔 조사방법에 필드를 오버랩시키면서 다수의 연속필드를 연속적으로 노광하는 방법을 나타내는 개략도이다.

제 3 도에서 패턴형성은 A→B→C 순으로 진행한다.

제 3 도에서 A, B 및 C는 각 필드영역을 나타내고, 참조번호 21, 24, 25, 27 및 26은 단위패턴을 나타내고, 참조번호 22, 23은 단위패턴의 조합에 의하여 형성된 큰 패턴을 나타내고, x₀및 y₀는 각각 x방향과 y방향으로 필드가 오버램한 거리를 나타낸다.

먼저 필드 A를 노광시켜 패턴을 형성한다. 이때 필드 A의 좌측에 있는 기본패턴 21을 포함하여 패턴 22, 24 및 27등의 패턴이 포함되어 노광된다. 우측 경계면과 상부 경계면에 존재하는 기본패턴 25 및 26은 A필드 노광시 제외된다.

상기한 필드 A가 기판상 노광하는 최소의 필드인 경우에는, 필드 A의 x방향의 한쪽 경계면과 y방향의 한쪽 경계선, 즉 필드 이동방향의 반대경계선에는 작은 기본패턴이 존재하지 않도록 구획하는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우에는, 상기 경계선에 위치한 작은 기본패턴은 노광되지 않을 염려가 있다.

다음에 필드 B가 노광된다. 이때 필드 B의 좌측 경계면에 존재하는 기본패턴 24은 제외되고 기본패턴 25는 포함되어 노광된다. 다음에는 필드 A위의 필드 C를 노광시킨다. 이 경우에도 필드 C의 하부 경계선에 존재하는 기본패턴 27은 제외되고, 필드 A의 상부 경계선에 존재하지만 필드 C의 내부에 존재하는 기본패턴 26은 포함되어 노광시킨다.

동도에서 필드 B와 필드 A는 x방향으로 x₀만큼 오버랩되어 있고, 필드 C와 필드 A는 y방향으로 y₀만큼 오버랩되어 있음을 알 수 있다.

제 3 도에서 패턴 23은 5개의 작은 기본패턴으로 구성되어 있고, 필드 A와 필드 B간에 걸쳐 있다. 패턴 23은 필드 A의 노광시 좌측에서 두번째 기본패턴까지 패턴이 형성되고, 좌측에서 세번째 기본패턴을 포함한 나머지 기본패턴을 필드 B의 노광시에 패턴이 형성된다.

종래의 방법에 의하면 필드 B는 패턴 23을 모두 포함하도록 x방향으로 필드 A와 오버랩하여 패턴을 형성한다. 필드 B와 필드 A가 오버랩하는 x방향의 거리 x₀및 필드 C와 필드 A가 오버랩하는 거리는 그 이후의 필드노광시 거리가 일정한 것이 바람직하다. 경계면에 작은 기본필드가 존재하지 않는한 오버랩거리 x₀가 0이어도 무방하다. 그렇지만 컴퓨터 프로그램조작시나 패턴의 다양한 현상을 패턴하기 위해서는 일정한 것이 바람직하다.

또한 상기 오버랩거리 x₀및 y₀는 기본패턴의 크기와 동일하게 하는 것이 바람직하다. 오버랩거리가 기본패턴의 크기보다 작은 경우에는 필드의 경계면에 존재하는 작은 기본패턴의 양 필드의 경계면에 존재할 수 있기 때문에 패턴이 형성되지 않을 염려가 있고, 오버랩거리가 기본패턴의 크기보다 큰 경우에는 작은 기본패턴은 양 필드 모두에 포함되어 중복되어 노광될 염려가 있다. 따라서 x방향의 오버랩거리 x₀는 x방향의 기본패턴의 크기가 동일하고, y방향의 오버랩거리는 y₀는 y방향의 기본패턴의 크기가 동일한 것이 바람직하다.

필드의 형상은 기판 구획의 편리성때문에 사각형으로 하는 것이 바람직하다. 또한 기본패턴의 형상도 패턴을 형상을 구획하는 편리성을 고려한다면 사각형으로 하는 것이 바람직하다.

에너지빔을 리토그래피에 사용가능한 것이면 임의의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전자빔, 이온빔 및 X-선등을 들 수 있다.

본 발명의 패턴형성방법은, 적접 묘화가능한 패턴형성방법에 관한 것으로, 전자빔을 이용한 반도체 웨이퍼상의 패턴형성방법, 마스크상의 마스킹패턴의 형성방법등에 사용할 수 있다.

전자빔을 사용하여 반도체 웨이퍼상에 본 발명의 패턴형성방법에 따라서 패턴을 형성하는 경우에 웨이퍼상에는 전자빔 레지스트필름을 도포하는 것이 필수적이다. 상기 전자빔 레지스트필름의 재료인 전자빔 감응성 재료로서는 포토리토그래피의 레지스트재료와 마찬가지로 네가형과 포지형으로 구분할 수 있으며, 네가형으로서는 폴리(글리시딜 메타크릴레이트), 폴리(글리시딜 메타크릴레이트)와 폴리(에틸아크릴레이트)의 공중합체, 폴리(클로로메틸 스티렌), 폴리(요오드 스티렌), 폴리(스티렌)-테트라티오풀발렌, 무기 GeSe/AgSe 및 폴리(실록산)을 들 수 있고, 포지형으로서는 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(메틸메타크릴레이트)와 폴리(아크릴로 니트릴)의 공중합체, 폴리(트리플루로-α-클로로아크릴레이트), 폴리(플루로알킬 메타크릴레이트), 폴리(부텐 술폰), 노볼락-디아조퀴논, 노볼락-폴리(메틸펜술폰)등을 들 수 있다. 그중에서도 특히 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리(클로로메틸 스티렌)등을 들 수 있다.

전자빔의 노출에너지는 상기 레지스트의 종류와 두께등에 따라 적당히 선택하여 조정한다.

EBL에 있어서, 본 발명의 방법에 따라서, 기판상에 전자빔을 조사하는 경우, 필드크기가 64㎛이고 작은 기본패턴의 크기가 최대 2.0㎛이므로, 필드에 대한 오버랩지역의 비율은 약 6.2%정도이다. 따라서 쓰루푸트는 최대로 6.2%정도의 감소만이 예상되어 약 50%정도의 감소를 초래하는 종래의 방법에 비해 쓰루푸트의 저하를 예방할 수 있다. 뿐만 아니라, 필드간의 오버랩거리를 일정하게 조정함으로써 필드오열의 가능성을 감소시킬 수 있기 때문에 이로인한 버팅에러가 상당히 감소된다.

본 발명의 실시예를 상기에 기술하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

1. 에너지빔에 대한 노출지역과 이를 둘러싼 비노출지역으로 형성된 패턴에 대한 에너지빔 노광방법에 있어서, 1외의 에너지빔 조사로써 패턴형성이 가능한 필드를 기판상에 구분하고, 큰 패턴은 작은 기본패턴의 조합으로 이루어지도록 구분하여 작은 기본패턴을 노광시켜 큰 패턴을 형성시키고, 기판상에 형성된 필드에 순차적으로 에너지빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 에너지빔의 노광방법.
2. 제 1 항에 있어서, 필드에 에너지빔을 노광하는 경우에 선행노광된 필드에 겹쳐지도록 필드를 구획하여 노광함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최초에 노광하는 필드의 경계선중 필드의 이동방향의 반대쪽 경계선에는 기본패턴의 존재하지 않음을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필드가 사각형임을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기본패턴이 사각형임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 에너지빔이 전자비임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필드노광시에 필드의 경계면에 작은 기본패턴이 존재하는 경우에 경계면에 있는 작은 기본패턴을 노광하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 2 항에 있어서, 선행노광된 필드와의 오버랩의 거리가 작은 기본패턴의 크기와 동일함을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필드의 크기가 64㎛임을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기본패턴의 크기라 0.1∼2.0㎛임을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 패턴을 전자빔 감응성 레지스트필름상에 형성함을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 레지스트필름층이 반도체 기판상에 형성되어 있음을 특징으로 하는 방법.