KR20010036770A - 반도체 장치의 마스크 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치의 마스크 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 식각되어질 물질막 상부에 심자외선에 반응하는 제1감광막을 형성한 뒤, 그 상부에 폴리비닐 알코올계의 물질막 및 I-라인에 반응하는 제2감광막을 형성한다. 이와 같이 본 발명에서는, 각각 다른 광원에 노광되는 제1감광막과 제2감광막 사이에 폴리비닐 알코올계의 물질막을 형성함으로써, 고가의 노광장비를 도입함에 없이도 고해상도의 감광막 패턴을 형성할 수 있다.

Description

반도체 장치의 마스크 제조 방법{method of manufacturing mask semiconductor device}

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고해상도의 패턴을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조하는 과정에 있어서, 사진식각 공정은 반도체 기판에 활성 영역과 비활성 영역을 구분하기 위해 필드 산화막을 제조하는 과정에서부터 게이트 패턴, 비트라인, 캐패시터 및 소자 영역들간을 서로 접촉시키기 위한 콘택 제조과정에 이르기까지 매우 빈번히 실시되고 있는 핵심적인 단위 공정중의 하나라고 할 수 있다. 이러한 사진식각 공정을 실시하기 위해서는 통상적으로 I-라인이 사용되고 있으나, 최근 반도체 장치의 급격한 고집화에 따라 해상도가 우수하여 상기 I-라인에 비해 미세 패턴 형성에 보다 유리한 DUV(Deep Ultra Violet) 또한 빈번히 사용되고 있다.

그러나, 최근 반도체 장치가 고집적화 및 고속화됨에 따라, 패턴의 임계치수(critical dimension; CD)가 점차 작아지고 패턴과 패턴 사이의 간격(space)도 현저하게 감소하고 있어 사진식각 공정에 어려움을 겪고 있다. 특히, 반도체 기판 내에 형성되어 있는 고립된 소자 영역들을 고전도성 박막을 사용하여 연결시키는 콘택(contact)의 형성은 얼라인 마진이나 소자분리 마진 등을 확보하면서 이루어져야 하므로, 소자의 구성에 있어서 상당한 면적을 차지하게 된다. 따라서, 다이내믹 랜덤 억세스 메모리(dynamic random access memory; DRAM)와 같은 메모리 장치에 있어서, 콘택홀은 메모리 셀의 크기를 결정하는 주요 요인으로 작용한다.

인접한 패턴 간의 좁은 간격과 함께 미세 패턴을 형성하기 위해서는 높은 해상도(resolution)의 사진 공정이 요구되는데, 일반적으로 해상도 R은

로 표현된다. 여기서, k는 조명계의 코히어런스 팩터(coherence factor)인 공정능력 변수로서 대략 0.6∼0.9 사이에서 결정되고, λ는 노광시 사용되는 광원의 파장을 나타내며, NA(numerical aperture)는 렌즈의 개구수를 나타낸다. 결국, 해상도 R을 높이기 위해서는 λ를 줄이고 NA를 크게 하여야 하는데, 이러한 문제는 노광 장비의 성능에 좌우되기 때문에 설비 투자가 이루어져야 한다. 따라서, 고가의 노광장비를 사용하게 됨으로써 원가가 상승되는 문제가 있다.

따라서, 본 분야에서는 비용의 증가없이 공정개선을 통해 해상도를 향상시키기 위한 방법으로서, PSM(Phase Shift Mask)을 이용하는 방법 또는 코팅된 감광막을 리플로우시키는 감광막 리플로우 방법들을 적용하였다. 그러나, 이러한 방법들은 해상도의 한계를 극복하지 못하거나 추가 공정의 필요성, 그리고 일부 물질막에만 적용되는 등의 단점을 가진고 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 사진식각 공정시 해상도를 보다 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고가의 노광장비를 도입함이 없이 사진식각 공정시 해상도를 보다 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 공정을 추가함이 없이 사진식각 공정시 해상도를 보다 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 반도체 장치의 마스크 제조 방법에 있어서: 패터닝되어질 물질막 상부에 제1광원에 노광되는 제1감광막을 형성하는 단계와; 상기 제1감광막 상부에, 상기 제1감광막과 반응하지 않는 수용성 물질막을 형성하는 단계와; 상기 수용성 물질막 상부에 상기 제1광원에 비해 파장이 긴 제2광원에 노광되는 제2감광막을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1광원은 파장이 200∼300nm인 심자외선이다.

바람직하게는, 상기 제1감광막은 약 7000Å 두께로 형성한다.

바람직하게는, 상기 수용성 물질막은 폴리비닐 알코올계의 물질막으로 형성한다.

바람직하게는, 상기 제2광원은 파장이 365nm인 I-라인이다.

바람직하게는, 상기 제2감광막은 약 1000Å 두께로 형성한다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마스크를 이용하여 감광막의 해상도를 증가시키는 과정을 나타내는 도면들이다.

도 2는 I-라인을 이용한 감광막 투과특성을 나타내는 그래프이다.

도 3은 DUV를 이용한 감광막 투과특성을 나타내는 그래프이다.

도 4는 알코올계의 물질막을 형성하였을 경우와 형성하지 않았을 경우의 두께변화를 나타낸 그래프이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 물질막 102 : 물질막

104 : 폴리비닐 알코올계의 물질막 106 : 제2감광막

108 : I-라인 110 : 제1개구

112 : 마스크 114 : KrF 광원

116 : 제2개구

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 도 1a를 참조하면, 도전막 또는 절연막등의 패터닝의 대상이 되는 물질막(100) 상부에 파장이 200∼300nm인 심자외선(Deep Ultra Violet)에 반응하는 제1감광막(102)을 약 7000Å 두께로 코팅한다.

도 1b를 참조하면, 상기 제1감광막(102) 상부에 상기 제1감광막(102)과 반응하지 않는 수용성 물질막, 예컨대 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)계의 물질막(104)을 약 300Å 두께로 형성한다. 그리고 나서, 상기 폴리비닐 알코올계의 물질막(104) 상부에 파장이 365nm인 I-라인에 반응하는 제2감광막(106)을 형성한다. 여기서, 상기 제2감광막(106)은 해상도를 극대화하기 위하여 약 1000Å 두께로 얇게 형성하는 것이 바람직하다.

도 1c를 참조하면, 제2감광막(106)이 형성되어 있는 결과물을 I-라인 스텝퍼(stepper)를 이용하여 파장이 365nm인 I-라인(108)에 노출시킨다. 그리고 나서, 상기 I-라인에 노출된 제2감광막(106)을 현상하여 제2감광막 패턴(106-1)을 형성한 뒤, 이러한 제2감광막 패턴(106-1)을 이용하여 하부의 폴리비닐 알코올계의 물질막(104)을 식각한다. 그 결과, 제2감광막 패턴(106-1)과 폴리비닐 알코올계의 물질막 패턴(104-1)들 사이에 약 200nm 사이즈의 제1개구(110)가 형성된다.

도 1d를 참조하면, 상기 제1개구(110)가 형성되어 있는 결과물 상부에 마스크(112)를 배치한 뒤, 상기 제1감광막(102)을 노광하기 위하여 파장이 200∼300nm인 심자외선, 예컨대 파장이 248nm인 KrF 광원(114)에 노출시킨다. 이때, 상기 제1감광막(102) 상부에는 제2감광막 패턴(106-1) 및 폴리비닐 알코올계의 물질막 패턴(104-1)으로 이루어진 자기정렬된 마스크가 형성되어 있으므로, 마스크(112)는 대체로 러프한 마스크를 사용하여도 무방하다.

이와 같이, 상기 결과물을 KrF 광원(114)에 노출시키게 되면, 상기 마스크(112)로 인해 일부 광선들만이 하부로 통과된다. 그리고, 이처럼 마스크(112)를 통과한 광선중에서도 상기 제2감광막 패턴(106-1)이 없는 부분으로만 빛이 들어가 제1감광막을 노광하게 되고, 나머지 빛들은 제2감광막 패턴(106-1)에 흡수된다.

도 1e를 참조하면, 상기 KrF 광원(114)에 노광된 제1감광막(102)을 현상한다. 이어서, 상기 제2감광막 패턴(106-1)과 폴리비닐 알코올계의 물질막 패턴(104-1)을 제거하여 약 200nm의 사이즈를 가지는 미세한 제2개구(116)를 형성한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 노광되는 광원이 서로 다른 감광막을 이중 코팅함으로써, 해상도 높은 패턴을 형성하게 된다.

도 2는 krF 광원에 대한 상기 파장이 365nm인 I-라인에 반응하는 제2감광막(106)의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 그래프에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제2감광막(106)의 KrF 광원 투과도는 거의 0% 에 가까움을 알 수 있다.

도 3은 KrF 광원에 대한 상기 파장이 200∼300nm인 심자외선에 반응하는 제1감광막(102)의 투과특성을 나타내는 그래프이다. 그래프에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제1감광막(102)의 KrF 광원 투과도는 약 60%에 가까움을 알 수 있다.

상기 도 2 및 도 3의 그래프를 통해서 알 수 있는 바와 같이, 파장이 248nm인 KrF 광원에 대해 상기 제2감광막(106)은 낮은 투과도를 나타내나, 상기 제1감광막(102)은 매우 높은 투과도를 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 상기 제2감광막(106)을 제1감광막(102)을 패터닝하기 위한 마스크로서 이용함으로써, 제1감광막(102) 노광시 해상도를 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 4는 폴리비닐 알코올계의 물질막(104)을 제1감광막(102)과 제2감광막(106) 사이에 형성하였을 경우(라인 L1)와 형성하지 않았을 경우(라인 L2)의 제2개구(116)의 프로파일을 나타내는 그래프이다.

그래프를 참조하면, 폴리비닐 알코올계의 물질막(104)을 제1감광막(102)과 제2감광막(106) 사이에 형성하였을 경우(라인 L1)에는 제2개구(116)의 프로파일은 상부에서 중앙, 그리고 하부로 이어지는 두께가 중부하부의 두와 형성하지 않았을 경우(라인 L2)의 제2개구(116)의 프로파일을 비교하여 나타내는 그래프이다.

그래프를 참조하면, 폴리비닐 알코올계의 물질막(104)을 제1감광막(102)과 제2감광막(106) 사이에 형성하였을 경우(라인 L1)에는 제2감광막(106)에서 제1감광막(102)으로의 패턴두께가 일정함을 알 수 있다. 반면에, 제1감광막(102)과 제2감광막(106) 사이에 폴리비닐 알코올계의 물질막(104)을 형성하지 않았을 경우(라인 L2)에는 제2감광막(106)에서 제1감광막(102)으로의 패턴두께가 일정하지 않고 변화됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는, 하부의 물질막을 식각하기 위한 마스크로서 기능하는 감광막 패턴을 형성함에 있어서, 심자외선에 반응하는 제1감광막과 I-라인에 반응하는 제2감광막 사이에 폴리비닐 알코올계의 물질막을 형성함으로써, 고가의 노광장비를 도입함에 없이도 고해상도의 감광막 패턴을 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 반도체 장치의 마스크 제조 방법에 있어서:

   패터닝되어질 물질막 상부에 제1광원에 노광되는 제1감광막을 형성하는 단계와;

   상기 제1감광막 상부에, 상기 제1감광막과 반응하지 않는 수용성 물질막을 형성하는 단계와;

   상기 수용성 물질막 상부에 상기 제1광원에 비해 파장이 긴 제2광원에 노광되는 제2감광막을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1광원은 파장이 200∼300nm인 심자외선임을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1광원은 파장이 248nm인 KrF 광원임을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제1감광막은 약 7000Å 두께로 형성함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 수용성 물질막은 폴리비닐 알코올계의 물질막이며, 약 300Å 두께로 형성함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 제2광원은 파장이 365nm인 I-라인임을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제2감광막은 약 1000Å 두께로 형성함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조 방법.