KR970001695B1 - 마스크패턴 및 이를 사용한 미세패턴의 형성방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

마스크패턴 및 이를 사용한 미세패턴의 형성방법

제1도는 단차를 가지는 기판의 상부에 형성된 레지스트층(B)의 소정부위를 노광하기 위한 통상적인 마스크패턴(A)의 일례를 도시한 것이고,

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크패턴(A)의 일례를 단차를 가지는 레지스트층(B)과 함께 도시한 것이고,

제3도 제3a 내지 3e도는 본 발명의 제2 내지 제6 실시예에 따른 마스크패턴을 도시한 것이고,

제4도는 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크패턴을 사용하였을 때 1.2㎛ 두께의 레지스트층에 대하여 얻어지는 미세패턴의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이고,

제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크패턴을 사용하였을 때 1.8㎛ 두께의 레지스트층에 대하여 얻어지는 미세패턴의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명은 반도체 장치의 마스크패턴 및 이를 사용한 미세패턴의 형성방법에 관한 것으로서, 특히 단차부위에서의 레지스트 두께차에 의한 패턴 불량의 문제를 해결할 수 있도록 해주는 마스크패턴 및 이를 사용함으로써 프로파일이 향상된 미세패턴의 형성방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화, 고성능화가 진행됨에 따라 복잡한 구조의 도입으로 반도체 기판상의 미세패턴 형성 기술에 대한 요구도가 높아지고 있다. 이러한 반도체 장치의 미세패턴이 포토리소그래피에 의해 형성된다는 것은 널리 알려져 있다.

포토리소그래피에 의한 패턴의 형성 방법은 다음과 같다. 먼저 절연막, 전도성막 또는 반도체 웨이퍼등 패턴을 형성하고자 하는 기판상에, 자외선이나 X선 등의 광을 조사하면 용해도 변화가 일어나게 되는 유기층인 포토레지스트층을 형성한다. 이 포토레지스트층의 상부에 소정 부분만을 선택적으로 노광할 수 있도록 패터닝된 마스크패턴을 개재하여 레지스트층에 선택적으로 빛을 조사한 후, 현상하면 현상액에 대한 용해도가 큰 부분(포지티브형 레지스트의 경우 노광된 부분)은 제거되고 용해도가 작은 부분은 남아서 레지스트패턴이 형성된다. 레지스트가 제거된 부분의 영역은 에칭에 의해 식각이 되고, 이후 남은 레지스트가 제거하여 각종 배선, 전극등에 필요한 패턴을 형성하도록 한다.

이와 같은 포토리소그래피에 의한 패턴 형성 방법은 미세한 패턴을 높은 해상도로 형성할 수 있기 때문에 많이 이용되고 있으나, 보다 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 많은 공정상의 개선을 필요로 한다.

즉, 포토레지스트막을 노광시킨 후 현상하여 수득한 미세한 패턴에서 패터의 선폭(linewidth)은 포토마스크상에 형성된 패턴과 동일한 비율로 일정할 것이 요구된다. 그렇지만 포토리소그래피에 여러 단계의 공정이 존재하기 때문에 패턴의 선폭을 일정하게 유지하기는 매우 어렵다. 이와 같은 선폭 편차는 주로 a) 상이한 레지스트 두께를 갖는 레지스트 내로 모아지는 에너지 차이, b) 회절 및 반사에 기인한 단차에서의 빛의 산란, 및 c) 정재파 영향 등에 기인한다(S. Wolf and R.N. Tauber, Silicon Processing for the VLSI Era, Vol.l, p439(1986). 이를 좀 더 상세히 알아보면 다음과 같다.

기판을 100 내지 1000rpm의 속도로 회전시키면서 감관성 물질을 기판의 상부에 도포한 후 기판을 고속회전(2000 내지 6000rpm)시키면 감광성 물질이 원심력에 의해 방사상으로 퍼지면서 기판 전체에 균일한 두께의 레지스트막이 형성된다.

이때 기판상에 이미 패턴이 형성되어 있는 경우에는 단차가 있는 부분에서는 포토레지스트의 벌크 효과(bulk effect ; 단차에 의해 국부적으로 감광체의 두께가 두꺼워지는 현상)가 나타나게 된다.

제1도는 단차를 가지는 기판(3)의 상부에 형성된 레지스트층(2)(제1b도) 및 상기 레지스트층(2)의 소정부위를 노광하기 위한 통상적인 라인 ＆ 스페이스형 마스크패턴(1)(제1a도)의 일례를 나타내는 도면이다. 도면에서와 같이 단차를 갖는 기판(3)의 상부에 도포된 레지스트는 단차의 높이차에 따라 상대적인 두께차를 가지면서 레지스트층(2)을 형성하게 된다. 이화 같이 레지스트 두께차가 있는 단차 영역에서 상기한 통상의 라인 ＆ 스페이스형 마스크패턴을 사용하여 레지스트층을 노광하게 되면, 레지스트층의 전면에 대하여 레지스트의 두께와 상관없이 동일한 노광량이 주어지게 되므로 여러가지 문제가 야기된다. 특히 소자의 고집적화에 따라 복잡한 구조의 도입으로 단차의 수가 증가하게 되고, 이러한 단차에 의해 포토 레지스트 도포시 단차 부위의 레지스트가 다른 부위에 비해 상대적으로 두껍게 형성되면, 패턴 형성시 균일한 프로파일을 갖는 패턴을 얻을 수 없게 될 뿐아니라, 패턴 브리지(bridge)나 스컴(scum) 등이 유발되는 현상이 증가하게 되는 것이다. 제1b도에서 레지스트(포지티브형 포토레지스트의 경우)의 두께가 얇은 부분을 기준으로 하여 촛점(focusing)을 맞추면 단차의 하부, 레지스트의 두께가 두꺼운 부분에 해당되는 곳의 레지스트가 언더익스포즈(underexposure)되어, 현상시 완전히 제거되지 못하고 잔류되어 스컴이 발생되며, 레지스트의 두께가 두꺼운 부분을 기준으로 하여 촛점을 맞추게 되면 단차의 상부, 레지스트의 두께가 얇은 부분에 해당되는 곳의 레지스트가 과다노광(overexposure)되어 현상시 과다하게 제거되어 스페이스(space)가 크게 되는 문제가 발생된다.

이와 같이 바람직하지 못한 현상이 발생되는 원인을 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다. 양호한 레지스트 패턴을 형성시키려면, 노광시 광선의 촛점을 레지스트의 두께 중심선에 맞춰야 하는데(레지스트 표면에서의 노광 영역과 레지스트 하부에서의 노광 영역이 촛점 중심에 대해 대칭이므로, 촛점이 레지스트의 두께 중심선에 맞춰질 때 레지스트 표면에서와 하부에서의 노광 영역이 동일하게 되어 샤프(sharp)한 광도 분포를 갖게 된다), 단차가 있는 웨이퍼상에 형성된 레지스트막의 두께는 기판의 영역에 따라 일정하지 않기 때문에 전 레지스트막의 두께 중심선에 광선의 촛점을 맞춘다는 것은 거의 불가능하다. 즉, 상대적으로 레지스트의 두께가 두꺼운 단차에서는 광선의 촛점선이 레지스트의 두께 중심선 상부에 존재하게 되므로 레지스트의 하부 노광범위가 넓어지게(broad) 되는데, 이는 노광 에너지가 상대적으로 부족하다는 것, 즉 노광이 충분치 못함을 뜻한다. 불충분한 노광은 바람직하지 못하게 레지스트 현상후 스컴 발생 등을 초래하게 된다. 이는 결국 패턴 프로파일의 불량을 가져와 기판의 에칭을 불가능하게 하기도 한다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 특히 단차 부분에서 두께차가 있는 포토레지스트를 동일한 수준으로 노광시켜도 우수한 해상도를 갖는 미세패턴이 형성될 수 있도록 국부적으로 노광량을 조절해 주는 마스크패턴을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 본 발명의 마스크패턴을 사용하여 우수한 패턴 프로파일을 갖는 미세패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 단차를 가지는 피가공 기판상에 포토리소그래피법에 의해 패턴을 형성하기 위한 마스크패턴에 있어서, 상기 피가공 기판상에 형성된 단차로 인하여 레지스트막이 상대적으로 얇게 형성된 영역에 배치되는 마스크패턴의 사이에, 노광에 의해 감광막 패턴이 형성되지 않을 정도 크기의 블라인드패턴이 더 구비된 것을 특징으로 하는 마스크패턴을 제공한다.

특히 상기 블라인드패턴이 도트형, 매트릭스형, 직선형 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 것이 바람직하고, 또한 삽입형, 연결형 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 다른 목적은 단차가 형성된 피가공 기판의 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계 ; 상기 포토레지스트층이 상대적으로 얇게 형성된 영역에 배치되는 마스크패턴의 사이에, 노광에 의해 감광막패턴이 형성되지 않을 정도 크기의 블라인드패턴이 더 구비된 마스크패턴을 사용하여 상기 포토레지스트층의 소정 부위를 노광하는 단계 ; 및 상기 노광된 포토레지스트층을 현상하는 단계 ; 를 포함하는 미세패턴의 형성방법에 의해 달성된다.

상기한 블라인드패턴은 스테퍼 해상도 한계 이하의 크기를 갖는 패턴으로서, 포토레지스트의 두께에 따라 그 크기나 주기, 모양 등을 적절히 선택함으로써 동일한 마스크 내에서 여러가지 세기의 노광량을 줄 수 있게 된다. 블라인드패턴의 재질도 종래의 마스크패턴 제작에 사용되는 크롬을 그대로 사용할 수 있기 때문에 이의 제작도 용이하다. 그리고 본 발명의 마스크패턴에 포함되는 블라인드패턴은 단지 빛의 노광량만을 줄여주기 때문에 위상에는 변화가 없어서 간섭 등에 의한 영향이 배제되므로 레지스트패턴의 형태에는 전혀 영향을 주지 않는다.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크패턴(A)의 일례를 단차를 가지는 레지스트층(B)과 함께 도시한 것이다. 즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크패턴은, 단차가 있는 기판(3) 상부의 레지스트층(2)에서 단차의 상부에 있는 레지스트는 상대적으로 두께가 얇고, 단차의 하부에 있는 레지스트는 상대적으로 두껍기 때문에 두께가 얇은 부분의 노광량을 줄어주기 위하여 얇은 레지스트의 상부에 배치된 종래의 마스크패턴(1)의 사이에 블라인드패턴(1′)으로서 수평형 패턴을 삽입한 구조를 갖는다. 삽입된 수평형 삽입패턴은 노광시 빛의 양만 줄여주고 패터닝은 안되는 블라인드패턴으로서 이것이 없을 경우 두께에 비하여 상대적으로 노광량이 많아지게 되는 영역에서의 노광량을 적절히 감소시켜 주는 역할을 하게 된다. 따라서 단차가 심한 영역에서의 레지스트 두께차에 의한 패턴 프로파일 불량의 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 마스크패턴에 포함되는 블라인드패턴으로서는 상기한 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이라면 그 형태나 크기에 상관없이 사용할 수 있다.

제3a 내지 3e도에 상기한 목적에 부응하는 블라인드패턴을 구비한 본 발명의 제2 내지 제6실시예에 따른 마스크패턴을 도시하였는데, 이들은 수평형 연결패턴(3a), 매트릭스형 삽입패턴(3b), 도트형 연결패턴(3c), 격자형 수직패턴(3d) 및 도트형 삽입패턴(3e) 등으로서 이들의 크기나 형태 등은 단차의 높이, 노광량등의 조건에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 하는데, 본 발명이 이로서 한정되는 것은 아니다.

6000Å 높이의 단차 상부에 포토레지스트를 도포하여 상대적으로 얇은 영역의 레지스트는 1.2㎛, 상대적으로 두꺼운 영역의 레지스트는 1.8㎛가 되도록 한다. 상기 1.2㎛ 두께의 레지스트 상부에는 본 발명의 제1실시예에 따라 수평형 블라인드패턴이 삽입된 마스크패턴을 개재하여 노광하고, 상기 1.8㎛ 두께의 레지스트 상부에는 블라인드패턴이 삽입되지 않은 통상의 마스크패턴을 개재하여 노광한 후 현상하여 레지스트패턴을 형성한다. 블라인드 패턴의 크기는 동일한 레지스트패턴이 형성되도록 조절하여 선택한다. 이 때, 노광빔의 파장(λ)은 0.365㎛, 스테퍼 NA=0.500, σ=0.500, 디포커스 없이 도즈(dose)량은 200,000J/㎠, 현상시간은 60,000초로 하였다.

제4도는 상기 1.2㎛ 두께의 레지스트층에 대하여 얻어지는 미세패턴의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이고, 제5도는 1.8㎛ 두께의 레지스트층에 대하여 얻어지는 미세패턴의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도면으로부터 레지스트의 두께가 다른 경우에 대하여도 동일한 크기의 레지스트패턴이 얻어짐을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 마스크패턴은 종래의 마스크패턴의 사이에 스테퍼 해상도 한계 이하의 크기를 갖는 블라인드패터을 더 구비시킨 것으로서, 동일한 칩 내에서 노광에너지를 포토레지스트의 두께에 따라 바꾸어줄 수 있는 것이다. 즉, 간단히 블라인드패턴을 더 포함시키는 것에 의해 스컴이나 브리지가 전혀 없을 뿐아니라 단차에 의한 레지스트 두께의 국부적 변화로 야기되는 포토리소그래피 성능 저하를 막아, 공정안정성 확보가 가능해지는 것이다.

본 발명은 개시된 본 발명의 실시예만 한정되는 것이 아니라 오히려 청구범위에 기재된 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이 가능함이 이해되어야만 한다.

Claims (5)

1. 단차를 가지는 피가공 기판상에 포토리소그래피법에 의해 패턴을 형성하기 위한 마스크패턴에 있어서, 상기 피가공 기판상에 형성된 단차로 인하여 레지스트막이 상대적으로 얇게 형성된 영역에 배치되는 마스크패턴의 사이에, 노광에 의해 감광막 패턴이 형성되지 않을 정도 크기의 블라인드패턴이 더 구비된 것을 특징으로 하는 마스크패턴.
2. 제1항에 있어서, 상기 블라인드패턴이 스테퍼 해상도 한계 이하의 크기인 것을 특징으로 하는 마스크패턴.
3. 제1항에 있어서, 상기 블라인드 패턴이 도트형, 매트릭스형, 직선형 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 마스크패턴.
4. 제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 블라인드패턴이 삽입형, 연결형 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 마스크패턴.
5. 단차가 형성된 피가공 기판의 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계 : 상기 포토레지스트층이 상대적으로 얇게 형성된 영역에 배치되는 마스크패턴의 사이에, 노광에 의해 감광막 패턴이 형성되지 않을 정도 크기의 블라인드패턴이 더 구비된 마스크패턴을 사용하여 상기 포토레지스트층의 소정 부하를 노광하는 단계: 및 상기 노광된 포토레지스트층을 현상하는 단계를 포함하는 미세패턴의 형성방법.