KR100437817B1 - 반도체소자의제조를위한노광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 미세 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 및 방법에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자를 제조하기 위한 노광 방법은 원하는 패턴을 복수개의 보조 패턴으로 나누어 형성하는 단계와, 각 보조 패턴에 상응하는 해상도가 다른 복수개의 노광 장비를 이용하여 다중 노광하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.

Description

반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법{A method of exposure for making of a semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 미세 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 적은 공간에서 미세한 구조로 형성되기 때문에 반도체 소자를 제조하는 공정에는 패턴을 형성하기 위해 노광 공정이 필수적으로 사용된다. 이와 같은 노광 공정에서는 패턴의 크기와 패턴의 형태에 따라 패턴의 왜곡이 발생된다.

따라서 노광시 발생하는 왜곡들을 최소화하기 위하여 해상력이 더 좋은 노광장치로 작은 패턴을 노광하여 전체적으로 원하는 패턴을 형성시킨다. 그러나 이와 같이 해상력이 더 좋은 노광 장치를 이용하여 노광하는 방법은 전체 패턴 형성에 많은 시간이 걸리게 된다.

예를들면, DRAM 메모리 소자의 노광은 DRAM의 특성상 반복 패턴의 노광에 주안점을 두어 왔다. 이런 패턴을 노광하기 위해 패턴 크기에 상관없이 전체 패턴을 한 번에 찍은 스캔너(scanner)나 스텝퍼(stepper)가 사용되고 있다. 즉, 다시말하면 한 칩(chip)을 형성하는 패턴이 한 번에 형성된다. 이런 방법은 패턴의 사이즈(size)가 클 경우에는 별 무리가 없이 사용될 수 있지만, 패턴이 복잡한 경우에는 왜곡이 발생한다.

이와 같이 단일 노광장치로 노광시 마스크상의 패턴과 웨이퍼 상의 패턴과의 관계는 노광하고자하는 패턴에 의존한다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 실제 패턴을 나타낸 패턴 평면도이고, 도 2는 라인 패턴 평면도이며, 도 3은 홀 패턴 평면도이다.

도 2 및 도 3과 같이 라인(line) 또는 홀(hole)같은 단순한 패턴을 노광할 경우는 패턴의 왜곡이 일정하고 정도가 심하지 않다. 따라서 단일 노광 장치만으로도 특별한 기술이 없이 노광 장비의 분해능 수준의 크기를 가진 패턴을 노광할 수 있다.

반면, 도 1과 같이 패턴이 복잡한 경우는 문제가 간단하지 않다.

일반적으로 근접효과에 의하여, 노광시 주위 패턴의 영향으로레지스트(resist)상에서의 패턴이 왜곡된다. 이 근접효과는 단순한 패턴의 경우에에서는 동일하게 일어나기 때문에 상대적으로 조절하기 쉽지만 복잡한 경우의 패턴은 조절하기 힘들다.

즉, 도 1와 같은 복잡한 패턴을 노광하면 노광시에 다른 부분에 비하여 D 부분이 커지는 경향이 있다. 이런 문제를 해결하기 위하여 D부분이 커지는 경향이 있으므로 마스크상의 패턴에서 D부분을 상대적으로 작게 조절하여 원하는 패턴보다 커지는 현상을 상쇄시키거나, 노광 팔아메터(parameter)들을 조절하여 인위적인 형태의 왜곡을 시도하여 원하는 패턴을 구현한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 반도체 소자를 제조하기 위한 노광 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 근접효과에 의해 부분적으로 원하는 패턴보다 커지는 패턴 왜곡을 해소하기 위하여 마스크를 반복해서 수정하는 경우는 시간과 경비가 많이 들고 패턴 형성에 한계가 존재하여 궁극적으로 원하는 패턴을 얻을 수 없는 경우가 많다.

둘째, 노광 파라메터들을 조절하여 인위적인 형태의 왜곡을 시도하는 노광 장치 조절은 상당한 기술적인 제약이 있을 뿐만아니라 과학적으로 해결해야 할 문제가 많다

본 발명은 이와 같은 문제점을 해걸하기 위하여 안출한 것으로, 마스크 패턴을 단순한 몇 개의 보조 패턴으로 나누어서 복수의 노광 장치를 이용하여 근접효과를 최소화하므로 패턴의 왜곡을 방지하는데 그 목적이 있다.

도 1은 실제 패턴을 나타낸 패턴 평면도

도 2는 라인 패턴 평면도

도 3은 홀 패턴 평면도

도 4는 본 발명에 따른 보조 패턴 평면도

도 5는 본 발명에 따른 중첩영역이 있는 보조 패턴의 평면도

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자를 제조하기 위한 노광 방법은 원하는 패턴을 복수개의 보조 패턴으로 나누어 형성하는 단계와, 각 보조 패턴에 상응하는 해상도가 다른 복수개의 노광 장비를 이용하여 다중 노광하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 보조 패턴 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 중첩영역이 있는 보조 패턴의 평면도이다.

도 1과 같은 패턴을 노광 공정에 의해 퍼터닝하기 위하여 도 4 및 도 5와 같이 보조 패턴 마스크를 형성한다. 즉, 도 1의 패턴을 도 4와 같이 마스크 패턴을 라인 또는 홀 처럼 단순한 보조 패턴을 다수개 형성한다. 도 4에서 B는 도 2와 같은 라인 패턴이고, A와 C는 대칭적인 무늬로 기존까지 존재하지 않은 무늬이다.

이와 같이 다수개의 보조 패턴을 형성하고, B와 같이 비교적 단순하고 크기가 상대적으로 큰 패턴의 노광시에는 비교적 분해능은 적으나 수율이 높은 DUV 등의 노광 장비를 이용하여 노광하고, A, C와 같이 상대적으로 크기가 작은 패턴의 노광시에는 수율은 낮으나 분해능이 높은 X-ray 또는 전자선 등의 노광 장비를 이용하여 노광한다.

이 때, 사용되는 레지스트(resist)는 상기 복수개의 노광 장비에 공통적으로 적용 가능한 것이어야 한다. 레지스트 코팅 후에 현상까지 시간이 단일 공정보다는많이 걸릴 것이므로 환경에 덜 민감한 레지스트를 사용해야 한다.

또한 전자선을 이용할 경우에는 빛을 사용하는 것보다 레지스트에 다른 문제가 발생한다. 즉, 전자가 레지스트에 많이 들어감으로써 충전(charge up)현상이 발생하는데 이것에 기인하여 겆자장이 형성되고, 형성된 전자장은 전자선의 궤적을 바꾸어 원하는 패턴을 얻기 어려우므로, 이 문제를 해결하기 위하여 레지스트위에 전도 중합체를 커팅하는 방법이 있다.

한편, 오버레이(overlay) 정확도 문제를 해결하기 위해서는 오버레이 측정 장비의 개선이 절대적이다. 즉, A와 C의 크기 형태를 조절하여 오버레이 정확도를 어느 정도 높일 수 있다. 도 5에서 오버랩핑 영역을 첨가하여 보조 패턴을 A와 C처럼 그린다. 이 오버랩핑 영역의 크기(size)는 오버레이 정확도(accuracy)를 고려하여 조정한다. 따라서 장비의 의존성을 가지고 기술의 진보에 따라 줄어 들게 되고, 오버래핑 영역의 도입은 현재 쓰고 있는 마스크 조작에 상응하는 방법이다.

그리고 다중 노광시 필요한 시간과 단가(cost)를 비교해 보면, DUV와 X-ray의 결합은 좋은 선택이 아니다. 왜냐하면 X-ray 노광 장치는 마스크에 따라 근접 효과의 영향을 작게 받으면서 한 번 노광으로 패턴을 형성시킬 수 있기 때문에 다중 노광이 불필요 하다. 반면에 전자선과 DUV는 좋은 선택이 될 수 있다. 전자선은 기본적으로 작은 패턴만 노광할 수 있으므로 A와 C같은 보조 패턴을 노광하는데 적당하고 DUV 노광 장비는 B와 같은 라인 패턴을 노광할 수 있다.

노광 순서는 DUV로 먼저 큰 패턴을 노광하고 전자선으로 보조 패턴을 노광하는 것이 다중 노광에 적합하다. 그 이유는 전자선 노광은 진공속에서 진행되므로노광 시간이 상대적으로 길어진 경우라도 환경에 레지스트가 영향을 받지 않을 것이기 때문이다.

그 반대의 순서를 이용하여 전자선을 먼저 사용하고 나중에 DUV를 사용하여도 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 노광 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전자선이 실 공정에 적용되지 못하는 가장 큰 이유는 노광 시간이 많이 걸리기 때문에 수율이 낮다는 것이고, 전자선 노광 시간을 결정하는 요소는 여러 가지가 있으나 패턴 크기와 종류이다. 즉, 패턴의 크기가 작을수록 패턴의 경사면 수가 적을수록 시간이 적게 걸린다. 결국 전자선으로 노광하는 패턴의 크기와 수를 줄이면 노광 시간을 줄일 수 있다.

따라서 본 발명은 큰 패턴은 DUV로 노광하고 작은 패턴만 저자선으로 노광하므로 전체를 전자선으로 노광하는 시간보다 노광 시간을 줄일 수 있다.

둘째, 보조 패턴을 이용하여 노광하므로 공정 마진을 향상시킬 수 있다. 즉, 작은 패턴 때문에 노광 조건에 제약이 주어지는 경우가 많으나 본 발명의 노광 방법을 이용하면 노광 장비를 여러 가지 사용할 수 있게되므로 장비마다 최적의 공정 마진을 유지할 수 있기 때문이다.

Claims (6)

1. 전체 패턴을 사이즈 또는/ 및 형태에 따라서 분류하고 분류된 각각의 패턴으로 보조 패턴을 형성하는 단계와,

   각 보조 패턴의 사이즈 또는/ 및 형태에 상응하는 해상도를 갖는 노광장비를 이용하여 노광 공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   보조 패턴 형성시 오버레이 정확도를 고려하여 오버랩핑 영역을 첨가하여 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상대적으로 작은 보조 패턴의 노광 장비는 상대적으로 큰 보조 패턴의 노광 장비 보다 분해능이 높은 노광 장비를 이용함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상대적으로 작은 보조 패턴의 노광은 전자선 노광 장비는 이용하고, 상대적으로 큰 보조 패턴의 노광은 DUV 노광 장비를 이용함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 두 개의 노광 장비를 공통적으로 사용하는 경우에는 감광막위에 전도 중합체를 코팅함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법
6. 제 1 항에 있어서,

   다중 노광 순서는 분해능이 높은 노광장비를 사용하는 노광부터 분해능이 낮은 노광장비를 사용하는 노광 순으로 진행함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 노광 방법.

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