KR100546185B1 - 반도체 소자의 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 일반적인 노광 장비로는 형성할 수 없는 작은 크기의 패턴을 형성하기 위하여, 노광 파장의 1/2 크기보다 더 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크를 이용하고, 노광 장비의 빛의 세기를 조절함으로써, 공정 마진(Margin)을 증가시켜 종래 노광법인 차광 패턴 그대로의 패턴 형성 방법보다 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하까지 구현이 가능하며 특히 홀(Hole) 패턴의 한계 이하까지 구현하므로 소자의 집적화를 향상시키는 특징이 있다.

Description

반도체 소자의 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING PATENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1a와 도 1b는 일반적인 노광 마스크 형성 방법을 나타낸 공정 평면도

도 2a와 도 2b는 종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 3은 종래 기술 중 차광 패턴의 크기가 노광 장비의 파장보다 클 때의 차광 패턴과 웨이퍼의 패턴을 나타낸 평면도

도 4는 종래 기술 중 보조 패턴을 갖는 차광 패턴과 웨이퍼의 패턴을 나타낸 평면도

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 6은 본 발명의 패턴 형상을 나타낸 평면도

도 7은 본 발명의 차광 패턴 설계원리 및 노광에너지 변화를 나타낸 평면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

31 : 웨이퍼 32 : 노광 마스크

41 : 제 1 감광막 패턴 42 : 제 2 감광막 패턴

43 : 제 3 감광막 패턴

본 발명은 패턴(Pattern) 형성 공정에 있어서 광근접 효과를 이용하는 것으로, 광근접 효과에 의하면 웨이퍼(Wafer)에 마스크 패턴의 차광 패턴과 다른 새로운 형태로 패턴이 형성되는데, 이를 위해서는 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크를 이용하고 빛의 세기를 조절함에 따라 노광 마스크와 노광 장비의 한계를 극복할 수 있는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

일반적인 노광 마스크 형성 방법은 도 1a에서와 같이, 석영 기판(1)상에 차광층인 크롬(Cr)층(2)을 형성한다.

도 1b에서와 같이, 상기 크롬층(2)을 선택 식각하여 패턴 형성 부위에 투명층(3)을 형성한다.

종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 도 2a에서와 같이, 패턴 대상층인 웨이퍼(Wafer)(11)를 준비한다.

도 2b에서와 같이, 상기 웨이퍼(11) 상측에 노광 마스크(12)를 위치한다.

이때, 상기 노광 마스크(12)는 크롬층과 투명층에 의한 차광 패턴(21)을 갖는다.

그리고, 상기 노광 마스크(12)를 통하여 선택적으로 패턴 형성 공정을 진행하여 상기 웨이퍼(11)에 상기 차광 패턴(21) 그대로의 패턴을 형성한다.

여기서 도 3에서와 같이, 차광 패턴(21)의 크기가 노광 장비의 파장보다 클 때 광근접 효과의 크기가 패턴의 크기에 비하여 미미하기 때문에 웨이퍼에 상기 차광 패턴(21) 그대로의 패턴(22)이 형성되지만 상기 차광 패턴(21)의 크기가 노광 장비의 파장 크기의 1/2에 될수록 광근접 효과가 매우 커져 상기 차광 패턴(21) 그대로 패턴(22)이 형성될 수 없으나, 도 4에서와 같이, 보조 패턴을 갖는 차광 패턴(23)을 형성하여 웨이퍼에 원하는 모양의 패턴(24)을 얻고 있다.

그러나 종래의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 노광 마스크의 패턴 모양 그대로 웨이퍼에 전사시켜 패턴 영역을 정의하기 때문에 소자의 집적화에 따른 패턴의 크기가 작아짐에 따라 공정 마진(Margin)이 저하되며 특히 패턴 한계 이하에서의 패턴 형성 공정은 차광 패턴에 보조 패턴을 형성할지라도 노광 파장 이하의 크기를 형성하기 때문에 광근접 효과가 매우 커져 빛의 대조가 저하되므로 해상력이 부족하여 패턴 형성이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하의 패턴을 형성하기 위하여 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하는 마스크 패턴을 형성하고 빛의 세기를 조절함에 따라 발생하는 광근접 효과를 이용함으로써, 노광 마스크와 노광장비의 한계를 극복할 수 있는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계와, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계 및 상기 감광막의 노광된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제 2 실시예에 다른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계와, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 투광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계 및상기 감광막의 노광 된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 6은 본 발명의 패턴 형상을 나타낸 평면도이며, 도 7은 본 발명의 차광 패턴 설계원리 및 노광에너지 변화를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 도 5a에서와 같이, 노광장치 한계이하의 패턴 형성을 위한 방법으로 패턴 대상층인 웨이퍼(31)를 준비한다.

도 5b에서와 같이, 상기 웨이퍼(31) 상측에 1/2 ∼ 1/10과 같이 1/2노광 파장보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크(32)를 위치한다.

그리고, 빛의 대조 저하로 해상력이 부족하여 패턴 형성이 불가능하게 하는 종래의 광근접 효과를 본 발명에서는 역이용하므로 광근접 효과를 더욱 크게 발생시키기 위하여, 강한 빛을 상기 노광 마스크(32)에 조사하며, 이때 각 패턴에 대하여 선택적으로 빛을 조사하여 각각의 패턴 형성 공정을 진행한다.

상기 종래의 광근접 효과보다 더 크게 발생되는 광근접 효과 즉, 상기 강한 빛을 제 1 광원이라 하면 상기 본 발명의 광근접 효과에 의해 발생하는 빛을 제 2 광원이라 하고, 이를 이용하여 상기 차광 패턴과 다른 새로운 형태의 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 웨이퍼(31)에 원하는 패턴을 형성한다.

즉, 본 발명은 노광장치가 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하로 패턴을 형성하는 방법으로 상기 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 갖는 노광 마스크(32)를 사용하고 노광 에너지로 빛을 충분하게 조사함으로써, 목표하고자하는 미세 패턴을 용이하게 구현할 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼(31)에 형성된 패턴 모양은 노광 마스크(32)의 패턴보다 더 작은 크기로 형성된다.

도 6의 제 1 감광막 패턴(41)이 형성된 마스크를 참조하면, 제 1 감광막패턴(41)의 크기가 노광장치로 형성할 수 있는 패턴 크기의 한계 이하인 경우, 노광에너지를 증가시키면 도 7의 "A"와 같이 상기 본 발명의 광근접 효과가 증가되고, 상기 광근접 효과로 인해 발생된 제 2 광원에 의해 원형 패턴 또는 타원형의 패턴과 같은 제 1 웨이퍼 패턴(51)을 형성할 수 있다. 이와 같은 미세 패턴 형성 방법은 콘택홀과 같은 패턴을 형성하는데 이용할 수 있다.

다음으로, 제 2 감광막 패턴(42)과 같은 패턴 형태를 이용하여 노광 공정을 진행할 경우, 노광에너지를 증가시키면 도 7의 "B"와 같이 상기 본 발명의 광근접 효과가 증가되고, 상기 제 2 광원에 의해 패턴과 패턴사이의 경계가 무너지며 결국 패턴들이 붙어 긴 사각형의 패턴을 형성할 수 있다.

마지막으로, 제 3 감광막 패턴(43)과 같은 패턴을 이용하여 노광 공정을 수행할 경우, 바 형태의 패턴 형상이 되어 캐패시터와 같은 소자 패턴들을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 홀(Hole) 패턴을 얻기 위하여 노광 마스크 상에서는 상기 제 1 감광막 패턴(41)과 같이 좁은 스페이스 형태로 패턴을 설계하고, 라인 패턴을 얻기 위해서는 상기 제 2 및 제 3 감광막 패턴(42, 43)과 같은 노광 마스크를 이용하되 각 패턴의 간격을 조절하여 그 모양을 변형시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 노광장치 중에서 어퍼쳐(Aperture)와 같이 이용할 수 있다.

즉, 상기 어퍼쳐의 종류에 따라 빛이 간섭하는 원리가 달라지는 것을 이용하면, 본 원 발명의 빛의 세기 및 광근접 효과를 이용하는 특성을 더 효율적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

예를 들면 다이폴(Dipole) 어퍼쳐를 이용하면 단독 스페이스에서 홀 패턴 형성에 유효하며 패턴 간격을 이용하면 긴 패턴을 만드는데 유리하다

본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 노광 장비로 형성할 수 있는 패턴의 한계 이하인 패턴을 형성하는 공정에서, 노광 파장의 1/2 크기보다 작은 차광 패턴을 형성하고 빛의 세기를 조절하여 광근접 효과에 의해 웨이퍼에 상기 차광 패턴과 다른 형태의 원하는 패턴을 형성하므로, 공정 마진을 증가시켜 종래 노광법인 차광 패턴 그대로의 패턴 형성 방법보다 노광 장비로 형성할 수 있는 한계 패턴 크기 이하까지 구현할 수 있게 된다. 특히 홀 패턴의 구현에 용이하므로 소자의 집적화를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계;

   노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 차광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계; 및

   상기 감광막의 노광된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
2. 피식각층상에 감광막을 도포하는 단계;

   노광 파장의 1/2 크기보다 작은 크기의 투광 패턴을 포함하고 있는 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광하는 단계; 및

   상기 감광막의 노광 된 영역을 현상하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.

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