KR0164076B1 - 반도체 소자의 미세패턴 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 미세패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 수평축 방향으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처와, 수직축 방향으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처를 각각 차례로 이용하여 노광함으로써, 종래의 두장의 마스크를 이용하는 2중 노광에서와 같은 동일한 효과를 얻을 뿐만 아니라, 마스크의 제조에 따른 비용의 절감 및 공정마진의 증가를 확보할 수 있다.

Description

반도체 소자의 미세패턴 형성방법
제1a도는 종래의 전하저장전극 패턴 형성용 마스크.
제1b도는 상기 제1a도의 마스크를 사용하여 형성한 전하저장 전극 패턴.
제2a도는 수평방향(X축) 공간 주파수를 갖는 마스크.
제2b도는 수직방향(Y축) 공간 주파수를 갖는 마스크.
제2c도는 상기 제2a도의 마스크를 사용하여 형성한 패턴을 도시한 도면.
제2d도는 상기 제2b도의 마스크를 사용하여 형성한 패턴을 도시한 도면.
제3a도는 일반적인 노광장치의 개략도.
제3b도는 콘벤셔널 애퍼처와 제1a도의 전하저장 전극 패턴 형성용 마스크를 사용하여 노광할 경우, 투영렌즈상에 집광되는 회절광의 분포도.
제3c도는 수평방향 공간 주파수만을 반영하는 양극조명 애퍼처의 사시도.
제3d도는 제3c도의 양극조명 애퍼처와 제1a도의 전하저장 전극 패턴형성용 마스크를 사용하여 노광할 경우, 투영렌즈상에 집광되는 회절광의 분포를 도시한 도면.
제3e도는 수직방향 공간 주파수만을 반영하는 양극조명 애퍼처의 사시도.
제3f도는 제3e도의 양극조명 애퍼처와 제1a도의 전하저장 전극 패턴형성용 마스크를 사용하여 노광할 경우, 투영렌즈상에 집광되는 회절광의 분포를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전하저장전극 패턴형성용 마스크 2 : 마스크 패턴
3, 8 : 감광막패턴 4 : 기판
5 : 패턴 브리지 6, 7 : 마스크
9 : 콘벤셔널 애퍼처(Conventional Aperture) 10 : 투영렌즈
11a, 11b : 양극조명 애퍼처(Dipole Illumination Aperture)
본 발명은 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 양극조명 애퍼처(Dipole Illumination Aperture)를 이용하여 수평방향 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 1차 노광을 실시하고, 다음 단계에서 수직방향의 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게 하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 2차의 노광을 실시함으로써, 2개의 마스크를 이용하지 않고 2중 노광공정을 효과적으로 실시할 수 있으며, 공정 여유도가 미세패턴을 형성하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 수평축과 수직축의 길이가 다른 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 패턴을 형성하기 위한 종래의 기술에 대해 설명하기로 한다.
제1a도는 종래의 전하저장 전극의 패턴 형성용 마스크이고, 제1b도는 종래의 기술로 상기 제1a도의 마스크를 사용하여 형성한 패턴을 도시한 도면이다.
상기 도면에 도시된 바와같이, 제1a도에 도시된 전하저장전극의 직사각형 패턴(2) 형상이 프록시미티(Proximity)등의 요인으로 인해 패턴이 형성된 후의 상태는 직사각형의 형상으로부터 둥글게 변형된 패턴으로 형성됨을 볼 수 있다.
상기와 같은 패턴의 변형은 특히 패턴간의 간격이 미세할수록 심하게 된다.
한편, 마스크 제작시 결함이 있거나 또는 공정마진이 부족하여 탈촛점(Defocus)이 되는 경우에는 제1b도에 도시된 바와같이, 감광제 패턴(3)의 주변에 브리지(5)가 형성된다.
특히 전하저장 전극의 패턴은 패턴의 면적이 미세해야 하고 패턴의 간격이 미세해야 한다.
그러므로, 공정마진의 부족을 해결하기 위해 좌우방향(X축)으로만 공간 주파수를 갖는 마스크와 전후방향(Y축)방향으로만 공간 주파수를 갖는 마스크를 두장 제작하여 노광하는 2중 노광방법이 있으나 공정이 복잡하고 중첩 정밀도가 나빠지는 단점이 있어 많이 활용되지 못하고 있다.
상기 2중 노광방법에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.
제2a도는 X축으로만 공간 주파수를 갖는 마스크를 도시한 도면이고, 제2b도는 Y축으로만 공간 주파수를 갖는 마스크를 도시하고 있다.
종래의 기술에 있어서는 제1a도와 같은 마스크(1)를 이용하거나 또는 제2a도와 제2b도의 두 마스크를 이용하여 이중노광하는 기술이 있다.
상기 제2a도의 마스크(6) 즉, X축(수평방향)으로만 공간 주파수를 갖는 마스크를 이용하여 1차 패터닝(Patterning)을 하게되면, 제2c도와 같은 감광제 패턴(8)이 얻어지고, 다음 제2b도의 마스크(7) 즉, Y축(수직방향)으로만 공간 주파수를 갖는 마스크(7)를 이용하여 패터닝을 하게되면, 제2d도와 같은 전하저장 패턴(3')이 얻어지게 된다.
상기와 같은 종래의 2중노광방법에 있어서는 2개의 마스크(6,7)를 제작해야 함에 따른 많은 제작단가의 비용부담과, 또한 두 개의 마스크(6,7)를 사용하므로 마스크의 중첩 정밀도 유지등의 어려움으로 반도체 소자의 제조수율이 오히려 저하되는 문제점이 있다.
그러므로 만약, 노광장비가 제1a도와 같은 하나의 마스큼(1)를 이용하더라도, X축방향과 Y 축 방향 노광을 독립적으로 할 수 있으면, 마치 두장의 마스크(6,7)를 사용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다.
따라서, 본발명은 상기의 점을 감안하여 X축으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처와, Y축방향으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처를 이용하여 마치 두장의 마스크를 이용하는 것과 같은 효과를 얻어 공정마진의 증가를 확보하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세패턴 형성방법은 수평축과 수직축의 공간 주파수 모두를 갖는 패턴을 형성함에 있어서, 수평방향 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 제1차 노광을 실시한 후, 수직방향의 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게 하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 2차의 노광을 실시하는 2중 노광공정을 통하여 미세패턴을 형성하는 것을 특징한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.
제3a도는 일반적인 노광장치의 개략도이다.
상기 도면에 있어서, 최상부에 위치한 콘벤셔널(Conventional)애퍼처(9)는 종래의 일반적인 구조의 애퍼처이다.
상기 도시된 일반적인 노광장치에 있어서, 제1a도에 도시된 전하저장전극 패턴 형성용 마스크(1)를 이용하여 노광하면, 투영렌즈(10)에 회절광(0차, +1차, -1차)이 집광된다.
상기의 상태에서 투영렌즈(10)의 상부에서 수직으로 바라보면, 제3b도와 같이 회절광이 각각 분포되어 지는데, 도시된 ±1차광(x)(a,b)는 X 방향의 공간 주파수에 대한 회절광 패턴이고, ±1차광(y)(c,d)는 Y축 방향의 공간 주파수에 의한 회절광 패턴이다.
이때, 상기 노광공정에 사용되는 광의 파장대역은 50nm∼800nm의 범위내에서 이뤄지며, 노광공정시 사용되는 마스크는 컨벤셔널 마스크 또는 위상반전 마스크로 할 수 있다.
만약, 제3a도의 콘벤셔널 애퍼처(9) 대신에 제3c도에 도시된 바와같은 X축 공간 주파수에만 반영되도록 설계한 양극 조명 애퍼처(11a)를 사용한다면, 제3d도와 같은 투영렌즈(10)상의 회절광 분포를 얻게된다.
상기 제3d도에 있어서, 투영렌즈의 퓨필(pupil) 안에만 집광되기 때문에 Y축 공간 주파수는 일부박에 집광되지 않거나 거의 집광되지 않는다.
즉, 이는 마치 종래의 콘벤셔널 애퍼처(9)를 이용하여 제2a도의 마스크(6)을 노광한 것과 같은 패턴을 얻게된다.
다음, 제3e도에 도시돤 바와같은 Y축 공간 주파수만 반영되도록 설계한 양극 조명 애퍼처(11b)를 사용하면 제3f도와 같은 회절광 분포를 얻을 수 있다.
이때, 상기 제3c도와 제3e도에 있어서 양극조명 애퍼처(11a,11b)의 양극간의 거리는 0보다는 크고(애퍼처 직경 -2 x 극의 직경) 값보다는 같거난 작은 범위에 있게된다.
제3f도는 마치 종래의 콘벤셔널 애퍼처(9)를 이용하여 제2b도의 마스크(7)를 노광한 것과 같은 패턴을 얻게 하는 것이다.
그런데, 상기 제3d도 및 제3f도는 노광 원리상 사입사 조명(Oblique illumination)이므로 해상력 및 초점 여유도가 종래의 애퍼처를 사용한 경우보다 2배 이상 좋으므로 상기와같이 두 개의 애퍼처를 사용하여 2중 노광을 실시하는 본 발명의 방법을 이용할 경우, 공정 여유도가 매우 큰 패턴을 형성할 수 있게된다.
또한, 2중 노광을 실시하지만, 마스크를 두장 만들 필요가 없고 단지 애퍼처만 두 개 만들면 되므로 마스크 제작단가가 절감되며, 아울러, 두 개의 마스크를 중첩시키기 위한 중첩 정밀도도 한번만 고려하면 되는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 원리를 적용할 경우, 수평축과 수직축의 공간 주파수 모두를 갖는 패턴을 형성하기 위한 방법측면에서, 컨벤셔널 애퍼처를 사용하여 노광을 실시하되, 투영렌즈상에 광학필터를 삽입하고, 상기 광학필터가 애퍼처를 통해 수평방향 공간 주파수에 의한 회절광과 수직방향 공간 주파수에 의한 회절광이 동시에 투영렌즈에 입력될 때, 하나의 축 방향으로만 회절광만이 영상면에 전사되도록 할 수도 있다.
이상, 상술한 바와같이 수평축 방향으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처와, 수직축 방향으로만 공간 주파수가 전달되도록 한 양극조명 애퍼처를 이용하여 노광하는 본 발명의 방법은 마치 두장의 마스크를 이용하는 것과 같은 효과를 얻게 되어 공정마진의 증가를 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. 수평축과 수직축의 공간 주파수 모두를 갖는 패턴을 형성함에 있어서, 수평방향 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 1차 노광을 실시한 후, 수직방향의 공간 주파수만 투영렌즈에 집광되게 하는 양극조명 애퍼처를 사용하여 2차의 노광을 실시하는 2중 노광공정을 통하여 미세패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서 상기 노광공정에 사용되는 광의 파장대역은 50nm∼800nm의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서 상기 노광공정시 사용되는 마스크는 컨벤셔널 마스크 또는 위상 반전 마스크인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서 상기 각 양극조명 애퍼처는 패터닝하고자 하는 패턴의 공간 주파수에 따라 극간의 간격이 가변될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
  5. 제4항에 있어서 상기 양극조명 애퍼처의 양극간의 거리는 0보다는 크고(애퍼처 직경 -2 x 극의 직경) 값보다는 같거나 작은 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
  6. 수평축과 수직축의 공간 주파수 모두를 갖는 패턴을 형성함에 있어서, 컨벤셔널 애퍼처를 사용하여 노광을 실시하되, 투영렌즈상에 광학필터를 삽입하여 상기 애퍼처를 통해 수평방향 공간 주파수에 의한 회절광과 수직방향 공간 주파수에 의한 회절광이 동시에 투영렌즈에 입력되나 상기 광학필터에 의한 한 축 방향의 회절광만이 영상면에 전사되도록 하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
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