KR100346604B1 - Mask pattern obtain of steped pattern profile - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토레지스트 노광시 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴을 개시한다.The present invention discloses a mask pattern capable of obtaining a stepped pattern profile upon photoresist exposure.
본 발명은 유리판 위에 광원의 빛이 투과되는 투과부와, 광원의 빛이 비투과되는 비투과부와, 상기 투과부와 비투과부의 경계부를 따라 형성되어 투과되는 광량이 조절되는 안테나형 구조의 격자(grating)부로 이루어져 안테나형 구조의 격자부에 조사된 광원은 비투과부쪽으로 갈수록 비투과부 영역이 증가되어 금속배선 공정시 스텝 커버리지를 양호하게 유지할 수 있다.The present invention is a grating portion having an antenna-type structure in which a transmission portion through which light of a light source is transmitted, a non-transmission portion through which light of a light source is transmitted, and an amount of light transmitted through the boundary between the transmission portion and the non-transmission portion are controlled on a glass plate. The light source irradiated to the grid portion of the antenna-type structure increases the non-transmissive portion area toward the non-transmissive portion, so that the step coverage can be maintained well during the metallization process.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조공정 중 포토리소그래피(photolithograhy) 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패턴(pattern) 형성시 계단형 패턴 프로파일(steped Pattern profile)을 이용하여 스텝 커버리지(step coverage)를 개선하는 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to photolithography (photolithograhy) technology in the manufacturing process of semiconductor devices, and more particularly to improving step coverage by using a stepped pattern profile during pattern formation. It is about.
반도체 소자를 이용하여 집적 회로를 제작하는데 어려운 문제 중의 하나는 스텝 커버리지 문제이다. 회로의 모양 위에 증착이나 스퍼터링으로 만든 금속 박막은 매우 얇아서 계단의 기하학적 모양에 따라 코팅되는 원자 유속(atom flux)의 각 분포에 영향을 주어서 기판에 증착된 박막의 두께가 달라지든가 계단을 지나가는 부분에서 끊어져 급격히 불연속이 될 수 있다. 박막의 불연속성과 불균일성은 공정 수율, 소자의 동작과 소자의 장기적인 신뢰도에 영향을 준다.One of the difficult problems in fabricating integrated circuits using semiconductor devices is the step coverage problem. Metal thin films made by deposition or sputtering over the shape of the circuit are so thin that they affect the angular distribution of the atomic flux to be coated depending on the geometry of the steps, so that the thickness of the film deposited on the substrate varies or passes through the steps. It can break and become discontinuous. Thin film discontinuities and non-uniformities affect process yield, device behavior and device long-term reliability.
종래에도 금속 배선 공정에서 스텝 커버리지 개선을 위한 한가지 방법으로서 베리어 금속(barrier matal)을 증착한 후 아르곤(Ar) 가스 등으로 패턴부의 모서리를 스퍼터 에치(sputter etch)하여 경사(slope)를 갖도록 하는 방법이 있다.Conventionally, one method for improving step coverage in a metal wiring process is to deposit a barrier matal and then sputter etch the edge of the pattern portion with argon (Ar) gas to have a slope. There is this.
도 1은 종래의 스텝 커버리지 개선을 위한 일실시예를 도시한 공정 단면도로써, 웨이퍼(1) 상에 옥사이드층(2)을 형성하고, 이 옥사이드층(3)에 홀 패턴(5)을 형성한 후, 금속배선 공정을 위해 홀 패턴(5)의 측벽에 베리어 금속(3)을 증착한 다음, 스텝 커버리지 개선을 위해 홀 패턴의 모서리(4) 부분을 에치한 것이다.1 is a cross-sectional view illustrating an exemplary embodiment for improving step coverage in the related art, in which an oxide layer 2 is formed on a wafer 1, and a hole pattern 5 is formed in the oxide layer 3. After that, the barrier metal 3 is deposited on the sidewall of the hole pattern 5 for the metallization process, and then the edge 4 of the hole pattern is etched to improve step coverage.
그러나 이와 같은 종래의 방법은 크게 두가지 단점을 가지고 있다.However, this conventional method has two major disadvantages.
첫째, 종래의 스퍼터 에치 방법은 홀 패턴(5)의 모서리(4) 부분만을 제거하는 것이므로 상부에서 하부까지 부드러운 기울기를 갖도록 하기는 어려워 스텝 커버리지 문제를 해결하는데 근본적인 한계가 있다.First, since the conventional sputter etch method removes only the corner 4 portion of the hole pattern 5, it is difficult to have a smooth inclination from the top to the bottom, and thus there is a fundamental limitation in solving the step coverage problem.
둘째, 웨이퍼(1) 전면에 스퍼터 에치가 수행되므로 웨이퍼(1) 상의 균일도(uniformity) 측면에서 만족스럽지 못하다.Secondly, since sputter etch is performed on the entire surface of the wafer 1, it is not satisfactory in terms of uniformity on the wafer 1.
이러한 이유들로 인해 스퍼터 공정이 추가되어야 하는 등 생산 비용이 증가되는 요인으로 작용한다.For these reasons, the cost of production increases due to the addition of a sputter process.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토레지스트(photoresist)의 모서리 부분과 하부 사이에 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a mask pattern capable of obtaining a stepped pattern profile between a corner portion and a lower portion of a photoresist.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 포토레지스트 노광시 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴에 있어서, 유리판 위에 광원의 빛이 투과되는 투과부와, 광원의 빛이 비투과되는 비투과부와, 투과부와 비투과부의 경계부를 따라 비투과 물질이 안테나형 구조로 형성되어 광원의 파장에 따른 회절 및 간섭효과에 의해 투과되는 광량이 조절되는 격자(grating)부를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mask pattern capable of obtaining a stepped pattern profile during photoresist exposure, comprising: a transmission portion through which light of a light source is transmitted on a glass plate; The non-transmissive material is formed in an antenna structure along the boundary of the non-transmissive portion, and includes a grating portion for controlling the amount of light transmitted by diffraction and interference effects according to the wavelength of the light source.
본 발명에 따르면, 마스크 패턴의 투과부와 비투과부 사이에 형성된 안테나형 구조의 격자부에 조사된 광원은 비투과부쪽으로 갈수록 비투과부 영역이 단계적으로 증가되어 투과되는 광량이 줄어들게 되며, 그에 따라 포토레지스트에 노광되는 패턴의 가장자리는 계단형 경사를 이루게 된다. 포토레지스트 패턴의 계단형 경사는 식각공정시 계단 패턴을 형성하여 금속배선 공정시 스텝 커버리지를 양호하게 유지할 수 있다.According to the present invention, the light source irradiated to the grating portion of the antenna structure formed between the transmissive portion and the non-transmissive portion of the mask pattern increases the non-transmissive portion area step by step toward the non-transmissive portion, thereby reducing the amount of transmitted light. The edges of the exposed pattern form a stepped slope. The stepped inclination of the photoresist pattern may form a step pattern in the etching process to maintain good step coverage in the metallization process.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
도 1은 종래기술에 따른 양호한 스텝 커버리지를 유지하기 위한 공정을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a process for maintaining good step coverage according to the prior art;
도 2는 본 발명에 따른 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴을 도시한 평면도 및 요부 확대도,2 is a plan view and an enlarged view showing a mask pattern capable of obtaining a stepped pattern profile according to the present invention;
도 3은 마스크 패턴의 위치에 따른 광량분포를 나타낸 그래프,3 is a graph showing a light amount distribution according to a position of a mask pattern;
도 4는 본 발명에 따른 마스크 패턴을 이용한 포토레지스트의 잔량을 위치에 따라 나타낸 그래프,4 is a graph showing the remaining amount of the photoresist using the mask pattern according to the position according to the position,
도 5는 본 발명에 따른 마스크 패턴을 이용한 홀 패턴 공정을 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a hole pattern process using a mask pattern according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 ; 마스크 패턴 11 ; 투과부10; Mask pattern 11; Penetration
12 ; 비투과부 13 ; 격자부12; Non-penetrating portion 13; Grid
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴을 도시한 평면도로서, 금속 배선 공정을 위해 홀을 패터닝하기 위한 것이다.2 is a plan view showing a mask pattern from which a stepped pattern profile according to the present invention can be obtained, and is for patterning holes for a metal wiring process.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계단형 패턴 프로파일을 얻을 수 있는 마스크 패턴(10)은 빛이 투과되는 투과부(11), 빛이 비투과되는 비투과부(12) 및 투과부(11)와 비투과부(12)의 경계를 따라 비투과 물질이 안테나형 구조로 형성되어 광원의 파장에 따른 회절 및 간섭효과에 의해 투과되는 광량이 조절되는 격자부(13;grating)로 구성된다.As shown, the mask pattern 10 that can obtain a stepped pattern profile according to a preferred embodiment of the present invention is a transmission portion 11 through which light is transmitted, a non-transmissive portion 12 and a transmission portion 11 through which light is not transmitted. The non-transmissive material is formed in an antenna-like structure along the boundary of the non-transmissive portion 12 and is composed of a grating portion 13 that adjusts the amount of light transmitted by diffraction and interference effects according to the wavelength of the light source.
마스크는 보통 유리판 위에 크롬, 산화철 또는 실리콘 박막을 형성하여 투과부(11)와 비투과부(12)를 구분한다.The mask usually forms a thin film of chromium, iron oxide or silicon on the glass plate to distinguish the transmission part 11 from the non-transmission part 12.
특히, 본 발명에 따른 안테나형 구조의 격자(13)는 위에서 언급한 비투과 물질로 형성되며, 안테나형 구조의 격자(13)는 마치 안테나와 비슷하게 다단(13a,13b,13c,13d)으로 형성되며 위로 올라갈수록 단의 폭(w1,w2,w3,w4)이 줄어드는 형상으로 이루어진다.In particular, the grating 13 of the antenna-type structure according to the present invention is formed of the above-mentioned non-transparent material, the grating 13 of the antenna-type structure is formed in a multi-stage (13a, 13b, 13c, 13d) similar to the antenna The width of the stage (w1, w2, w3, w4) is reduced as it goes up.
이와 같은 안테나형 격자(13)는 광원의 파장에 따른 회절 및 간섭효과에 의해 안테나의 단수(13a∼13d), 각 단의 길이(l1∼l4) 및 폭(w1∼w4)이 결정된다.In the antenna grating 13, the number of stages 13a to 13d, the lengths l 1 to l 4 and the widths w1 to w4 of the antennas are determined by diffraction and interference effects depending on the wavelength of the light source. .
한편, 안테나형 격자(13)는 투과부(11)와 비투과부(12)를 구분하는 경계선(은선)에 대해 수직한 방향으로 형성되는 것이 바람직하며, 안테나형 격자(13)의 하부는 비투과부(12)를 기초로하여 형성된다.On the other hand, the antenna grating 13 is preferably formed in a direction perpendicular to the boundary line (silver line) for separating the transmission portion 11 and the non-transmissive portion 12, the lower portion of the antenna-type grating 13 is a non-transmissive portion ( Is formed on the basis of 12).
따라서, 안테나형 격자(13)의 하부로부터 상부로 올라갈수록 단계적으로 단의 폭이 줄어든다. 이와 같은 격자부(13)는 투과부(11)에서 비투과부(12)로 갈수록 투과되는 광량을 단계적으로 적게 하는 효과를 가져와 포토레지스트의 패턴 프로파일을 계단형 경사를 갖도록 할 수 있다.Therefore, the step width decreases in stages as it goes from the bottom to the top of the antenna grating 13. Such a grating portion 13 may have an effect of gradually reducing the amount of light transmitted from the transmissive portion 11 to the non-transmissive portion 12 so that the pattern profile of the photoresist may have a stepped slope.
도 3은 본 발명에 따른 마스크 패턴(10)의 위치에 따른 광량분포를 나타낸 그래프이며, 도 4는 본 발명에 따른 마스크 패턴(10)을 이용한 포토레지스트의 잔량을 위치에 따라 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the light amount distribution according to the position of the mask pattern 10 according to the present invention, and FIG. 4 is a graph showing the remaining amount of the photoresist using the mask pattern 10 according to the present position.
도 3에 도시된 바와 같이, 안테나형 구조의 격자부(13)에 의해 패턴의 가장자리부분은 광량이 단계적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 포토레지스트의 잔량은 패턴의 가장자리부분에 노출되는 광량이 단계적으로 감소함에 따라 단계적으로 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, it can be seen that the amount of light is gradually reduced at the edge portion of the pattern by the grating portion 13 of the antenna type structure. In addition, as shown in FIG. 4, it can be seen that the remaining amount of the photoresist increases step by step as the amount of light exposed to the edge of the pattern decreases step by step.
이와 같은 포토레지스트(20)의 계단형 패턴 프로파일은 도 5에 가상선으로 도시된 바와 같이, 식각공정시 홀 패턴(21)의 가장자리부분이 계단형 기울기를 갖게 된다. 이와 같은 홀 패턴(21) 위에 증착되는 금속 배선(미도시됨)은 스텝 커버리지가 양호한 상태를 유지하게 된다. 도 5에서 22는 식각층이며, 23은 웨이퍼이다.As shown in FIG. 5, the stepped pattern profile of the photoresist 20 has a stepped slope of an edge of the hole pattern 21 during the etching process. The metal wiring (not shown) deposited on the hole pattern 21 maintains a good step coverage. In FIG. 5, 22 is an etching layer and 23 is a wafer.
전술한 계단형 기울기는 이론적인 측면이 강하며, 실제 공정에 있어서 포토레지스트 패턴의 가장자리에 형성되는 프로파일은 엄밀하게 계단형으로 나타나기보다는 계단의 모서리 부분들이 완만하게되거나, 완만한 기울기를 갖는 프로파일로 나타난다.The above-mentioned stepped slope has a strong theoretical side, and in the actual process, the profile formed at the edge of the photoresist pattern is not strictly represented as stepped, but rather as a profile having smoothed edges or a smooth slope. appear.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the above description, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마스크 패턴의 투과부와 비투과부 사이에 형성된 안테나형 구조의 격자부에 조사된 광원은 비투과부쪽으로 갈수록 비투과부 영역이 증가되어 투과되는 광량이 단계적으로 줄어들게 되며, 그에 따라 포토레지스트에 노광되는 패턴의 가장자리는 계단형 경사를 이루게 된다. 포토레지스트 패턴의 계단형 경사는 식각공정시 경사진 패턴을 형성하여 금속배선 공정시 스텝 커버리지를 양호하게 유지할 수 있다.As described above, according to the present invention, the light source irradiated to the grating portion of the antenna structure formed between the transmissive portion and the non-transmissive portion of the mask pattern increases the non-transmissive portion area toward the non-transmissive portion, thereby decreasing the amount of light transmitted step by step. Accordingly, the edges of the pattern exposed to the photoresist form a stepped slope. The stepped inclination of the photoresist pattern forms an inclined pattern in the etching process to maintain good step coverage in the metallization process.
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