KR0161437B1 - 반도체장치의 미세패턴 형성방법 - Google Patents

반도체장치의 미세패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

신규한 반도체 장치의 미세패턴 형성방법이 개시되어 있다. 피노광물의 노광영역을 한정하기 위한 주패턴이 형성되어 있는 마스크상의 상기 주패턴에 한계해상도 이하의 더미라인 또는 더미스페이스로 된 더미패턴을 삽입한다. 근접효과를 보정함과 동시에 해상도를 향상시켜서 원하는 크기의 미세패턴을 형성할 수 있다.

Description

반도체장치의 미세패턴 형성방법
제1a도 및 제1b도는 65Mb DRAM의 액티브 패턴을 형성하기 위한 종래 마스크의 레이아웃도.
제2a도 내지 제2c도는 종래 마스크에 의한 패턴 공간상을 나타낸 도면들.
제3a도 내지 제3c도는 종래 마스크에 의한, 현상후의 최종 레지스트 프로파일을 위에서 본 도면들.
제4a도 및 제4b도는 제1b도의 A지점을 단면으로 살펴본, 광의 강도 프로파일을 나타내는 도면들.
제5a도 내지 제5c도는 종래의 i-라인용 마스크에 의한 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 각각 나타내는 도면들.
제6a도 내지 제6c도는 종래의 하프톤 위상반전 마스크에 의한 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 각각 나타내는 도면들.
제7a도 및 제7b도는 라인/스페이스 패턴의 위 또는 아래에 콘택홀이 형성되는 경우에 있어서 층대층의 오버레이 허용도를 나타내는 도면들.
제8a도 및 제8b도는 64Mb DRAM의 액티브 패턴을 형성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 의한 마스크의 레이아웃도.
제9a도 내지 제9c도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크의 패턴 공간상을 나타낸 도면들.
제10a도 내지 제10c도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크에 의한 레지스트의 최종 프로파일 위에서 본 도면들.
제11a도 및 제11b도는 제8b도의 B지점을 단면으로 살펴본, 광의 강도 프로파일 나타내는 도면들.
제12a도 내지 제12c도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 i-라인용 마스크의 패턴 레이아웃,광의 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 각각 나타내는 도면들.
제13a도 및 제13b도는 각각, 종래의 DUV용 마스크 및 본 발명의 제2 실시예에 의한 DUV용 마스크의 광의 강도 프로파일을 나타내는 도면들.
제14a도 내지 제14c도는 본 발명의 제3실시예에 의한 하프톤 위상반전 마스크의 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 각각 나타내는 도면들.
제15a도 및 제15b도는 에너지에 따른 콘택홀의 변화를 나타내는 도면들.
제16a도 내지 16c도는 본 발명의 제3 실시예에 의한, 하프톤 위상반전 마스크 상에 더미라인을 설치하는 방법들을 설명하기 위한 도면들.
제17a-c도 내지 제19a-c도는 각각, 종래의 마스크, 하프톤 위상반전 마스크 및 본 발명의 제4 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃, 공간상의 광의 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들.
제20도 내지 제23도는 본 발명의 제4 실시예에 의한 마스크 패턴과 종래의 마스크 패턴을 모의실험한 결과를 나타내는 도면들.
제24a도 내지 제24c도는 본 발명의 제5 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃, 공간상의 광의 강도 프로파일 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들.
제25a도 내지 제25f도는 종래의 하프톤 위상반전 마스크와 본 발명의 제5 실시예에 의한 마스크의 특성들을 비교한 도면들.
제26a도 내지 제26f도는 종래의 i-라인용 마스크 패턴과 본 발명의 제6 실시예에 의한 마스크 패턴을 모의실험한 결과를 나타내는 도면들.
제27a도 내지 제27d도는 종래의 DUV용 마스크 패턴과 본 발명의 제6실시예에 의한 마스크 패턴을 모의실험한 결과를 나타내는 도면들.
제28a도 내지 제28c도는 본 발명의 제7실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들.
제29a도 및 제29b도는 본 발명의 제8 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들.
제30a도 및 제30b도는 본 발명의 제9 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들.
제31도 내지 제34도는 본 발명의 제9 실시예에 의한 마스크 패턴과 종래의 마스크 패턴을 모의실험한 결과를 나타내는 도면들.
제35도는종래의 마스크 패턴 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면.
제36도 내지 제39도는 본 발명의 제4 내지 제9 실시예에 의한 마스크 패턴들 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들.
제40a도 내지 제40d도는 종래방법에 의한 실제 마스크 패턴및 본 발명에 의한 실제 마스크 패턴을 비교하여 나타낸 사진들.
제41도 내지 제43도는 본 발명의 제10 실시예에 의한 마스크 패턴 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들.
제44도 내지 제53도는 본 발명의 또다른 실시예들에 의한 마스크 패턴 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들.
본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 근접효과를 보정하고 해상도를 향상시킬수 있는 반도체장치의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
반도체장치의 각종 패턴은 리소그라피(Lithography) 기술에 의해 형성된다는것은 널리 알려져 있다. 이러한 리소그라피 기술에 있어서, 광학 근접효과(Optical Proximity Effect)의 보정은 DRAM이 고집적화됨에 따라 그 필요성이 더욱 증대되고 있다. 광학 근접효과는 라인/스페이스(이하L/S라 한다) 패턴과 같은 주기적인 그레인 타입의 패턴에서는 그리 심각하지 않지만, 액티브, 콘택홀, 스토리지전극과 같은 섬(island) 패턴에서는 그 특성저하를 유발할 만큼 심각한 문제를 발생시킨다. 특히, 액티부의경우, 이 근접효과로 인해 패턴의 길이가 짧아지고 패턴의 엣지부가 둥글어지게 된다. 이러한 현상은 패턴이 디포커스(defocus)된 상태 하에서 더욱 심화된다. 또한, 이러한 현상은 후속공정 진행시 더욱 문제가 되는데, 액티브의 경우, 패턴 엣지부의 손실로 인하여 후속 콘택공정의 정렬 마진이 거의 없어져서 공정진행이 불가능하게 된다. 이에 따라, 근접효과의 보정을 위해 여러방법들이 제시되어 왔는데, 정방형 태의 보조패턴을 설치하는 세리프(Serif) 패턴보정법, 패턴의 재정립(re-sizing)법 등이주로 활용되었다. 그러나, 고직접화에 따른 주패턴의 협소로 인해 패턴 주변의 공간부에 이러한 보조패턴을 설치할 공간이 협소하므로, 설치되는 보조패턴의 사이즈가 지나치게 작아지고 이로인해 패턴보정이 미흡한 시점에 이르렀다. 따라서, 좀더 적극적인 근접효과 보정법이 요구되고 있는 실정이다.
제1a도 및 제1b도는 64Mb DRAM의 액티브 패턴을 형성하기 위한 종래 마스크의 레이아웃도로서, 제1a도는 웨이퍼 상의 패턴 사이즈를 나타내며, 제1b도는 모의실험 상에 입력된 마스크 레이아웃을나타낸다. 실험조건은 i-라인(365nm), 개구수(Numerical Apperture; 이하 NA라 한다) 0.57, 코히언런시(coherency) 0.6의 조건에서 ip3300 레지스트를 1.2㎛두께로 실시하였다.
제2a도 내지 제2c도는 상기한 종래 마스크의 모의실험 결과에 의그리하여 패턴 공간상(aerial image)을 나타낸 것으로, 제2a도는 최적 포커스 하에서의 패턴 공간상을 나타낸다. 광의 강도 등고선 레벨은 강도 1을 기준으로 맨 안쪽이 0.3이고 차례로 0.4, 0.5이다. 제2a도에서 알 수 있듯이, 근접효과로 인해 패턴 엣지부가 상당히 동글게 나타남을 알 수 있다. 또한, 제2b도 및 제2c도는 각각 0.3㎛, 0.6㎛를 디포커스시킨 상태를 나타내는데, 디포커스될수록 패턴의 엣지가 둥글어진다.
제3a도 내지 제3c도는 종래 마스크에 의한, 현상후 레지스트의 최종 프로파일을 위에서 본 그림이다. 제3a도는 최적 포커스를 시킨 상태를 나타내고, 제3b도 및 제3c도는 각가 0.3㎛, 0.6㎛를 디포커스시킨 상태를나타낸다. 제3a도 내지 제3c도에 도시된 바와 같이, 초기 설계에 비해 Y축으로의 패턴 길이가 짧아졌으며, 엣지부의 손실도 상당히 큼을 알 수 있다.
제4a도는 제1b도의 A지점을단면으로 살펴본, 광의 강도 프로파일을 나타낸 것으로, X축의 +/-1 지점의 피크 강도가 패턴을 둥글게 만드는 원인이 됨을 알 수 있다. 제4b도는 제1b도의 A지점을 단면으로 절단하여 2차원적으로 살펴본 레지스트의 프로파일을 나타낸 것으로, DC 콘택이 위치하는 부분의 패턴 폭이 0.4㎛정도로 매우 협소함을 알 수 있다. 이러한 상황 하에서는 향호한 정렬 마진을 얻을 수 없게 된다.
한편, 64Mb DRAM 이상의 집적도를 갖는 초고집적(ULSI) 소자를 제조하기 위해서 콘택홀의 사이즈는 현재 사용하고 있는 i-라인(365nm), DUV(248nm) 등의 파장의 한계 해상도를 요구하고 있다. i-라인의 경우 레지스트로 해상할 수 있는 콘택홀의 사이즈는 0.42㎛정도이고, DUV의 경우는 0.3㎛정도이다. 이러한 결과는 정상적인 마스크를 사용하는 경우에서 얻어진다.
제5a도 내지 제5c도는 종래의 i-라인용 크롬(Cr)마스크의 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일 및 위에서 본 레지스트프로파일을 각각 나타내는 도면들이다. 실험조건은 i-라인(365nm)M. NA 0.57, 코히어런시 0.6이며, i-라인으로 해상할 수 있는 한계 사이즈보다 0.1㎛정도작은 0.35㎛X0.33㎛의 콘택홀을 모의실험 도구인 솔리드(Solid)를 이용하여 검증해본 결과, 콘택홀이 오픈되지 않았음을 알 수 있다(제5c도).
따라서, 마스크 측면에서 해상도를 증가시키기 위해 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 사이즈의 패턴을 노광할 수 있는 위상반전을 적용한 레벤슨(Levenson) 위상반전 마스크(Phase Shift Mask), 또는 광차단부의 투과율을 0이 아닌 값으로 높이고 그외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 하프톤(Half tone) 위상반전 마스크등이 사용되고 있다. 이러한 마스크를 사용하는 경우, 레지스트로 해상할 수 있는 사이즈느 I-라인의 경우 0.34㎛정도이고, DUV의 경우 0.26㎛정도이다. 그러나, 이러한 위상반전 마스크는 그 제작에 어려움이 따른다.
제6a도 내지 제6c도는 종래의 하프톤 위상반전 마스크에 의한 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일, 및 위에서 본 레지스트프로파일을 각각 나타내는 도면들이다. 상기 하프톤 위상반전 마스크에 있어서, 광차단부의 투과율은 8%이고 위상반전은 108°이다. 실험조건은 i-라인(365nm) NA 0.57, 코히어런시 0.6이며, 콘택홀의 사이즈는 0.38㎛X0.26㎛이다. 이러한 콘택홀을 모의실험 도구인 솔리드를 이용하여 TOK사의 ip3300을 레지스트 모델로 하여 검증한 결과, 광의강도가 미약하여 콘택홀이 오픈되지 않음을 알 수 있다.
또한,반도체 리소그라피 공정에 있어서 패턴의 해상도를 증가시키기 위한 방법들의 대부분은 L/S 쌍에 관한 것이고, 콘택홀에 대한 방법으로는모든 L/S 패턴의 주위에 시프터를 형성시켜서 패턴 엣지부만을 개선한 주변효과강조(rim)형 위상반전 마스크, 하프톤 위상반전 마스크 및 세리프 콘택 형성법 등이 고작이다. 따라서, 반도체 리소그라피 공정을 진행하기에 가장 어려운 층이 콘택층이라고 알려지고 있다.
일반적으로, 해상도(R)는 사용광원의 파장(λ)에 비례하고 사용노광장치(stepper)의 개구수(NA)에 반비례한다.
여기서, k1는 상수로서 공정의존성을 지닌다. 그러나, k1의 값과 R은 비례관계이므로, 가급적 k1이 작아야 R이 작아지므로 k1을 작게하는 노력을 기울이고 있다. 레지스트의 개선, 레지스트 공정의 개선, 마스크 패턴의 최적화 등을 통해 상기 k1값을작게할 수 있다. 상술한 바와 같이, L/S쌍에 대해서는 일반적으로 콘택홀보다 k1값이 작으며 예컨대, L/S 쌍의 k1: 0.55, 콘택홀의 k1: 0.65), 많은 경우가 L/S의 개선에 효과는 있으나 콘택홀에는 상대적으로 부족한 실정이다. 따라서, 소자의 설계시 설계 룰은 L/S와 콘택홀에 공통으로 적용하고 있으나, 웨이퍼에 프린트되어 나타나는 결과는 콘택홀이 항상 크게 나타나서 층대층(layer-to-layer)의 오버레이(overlay) 허용도를 줄이는 결과를 초례한다.
제7a도 및 제7b도는 층대층의 오버레이 허용도를 나타내는 도면들로서, 제7a도는 컴퓨터이용설계(Computer Aided Design; CAD)에서의 설계 레이아웃을나타내며, 제7b도는 웨이퍼 상에 나타난 레지스트 이미지를 나타낸다.
제7a도 및 제7b도를 참조하면, L/S 패턴(1)의 위 뙤는 아래에 콘택홀(2)이 있을 경우, 오버레이 허용도 t 만큼을 갖도록 설계한다.
그러나, 이들 패턴이 스테퍼에 의해 웨이퍼에 전사되면 레지스트 상은, L/S 패턴은 도면부호 3과 같이, 콘택홀은 도면부호 4와 같이 각각변하게 된다. 즉, L/S 패턴은 그 코너가 모두 곡선화되고, 콘택홀은 설계상 정방형이었음에도 불구하고 레지스트 상은 원형으로 나타나면서 커지기 때문에, 실질적인 오버레이 허용도는 t'으로 줄어들게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래방법의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 극소 더미라인을 갖는 파이델리티 증대법(Fidelity Enhancement with Extremely small dummy line; 이하 FEED라 한다)을 이용하여 액티브의 근접효과를 보정하고, 해상도를 증대시킬 수 있는 반도체장치의 미세패턴 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광학적 방법으로 미세패턴을 형성하는 반도체 제조방법에 있어서, 피노광물의 노광영역을 한정하기 위한 주패턴이 형성되어 있는 마스크 상의 상기 주패턴에 한계해상도 이하의 더미패턴을 삽입함으로써 근접효과를 보정함과 동시에 해상도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치 미세패턴 형성방법을 제공한다.
상기 더미패턴은 라인및 스페이스 형태를 모두 포함한다.
상기 더미패턴의 사이즈는 형성하고자 하는최종 미세패턴의 사이즈에 따라 결정하는 것이 바람직하다.
상기마스크는 포지티브 톤 및 네가티브 톤을 모두 포함하며, 상기 주패턴의 톤과 상기 더미패턴의 톤이 동일하다.
상기 마스크는 하프톤 위상반전 마스크를 포함한다. 상기 더미패턴은 사용광원의 노광되지 않은 사이즈인 0.05-0.2㎛의 사이즈로 설치하는 것이 바람직하다. 상기 마스크의 사용광원의 파장을 가시광선 영역(400-650nm) 이하자외선 영역(400-150nm)까지 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마스크의 주패턴은 3각형 이상의 다가형으로 형성된 것이 바람직하다. 상기 다각형의 주패턴이 상기 마스크 상에 전사될 때 곡선형상이 된 상태에서 이를 사용하여 미세패턴을 형성한다.
상기 더미패턴은 한 방향으로 설치하거나, X축 및 Y축으로교차하여 설치한다. 또한, 상기 더미패턴은 상기주패턴 엣지의 모퉁이를 모두 연결하도록 설치할 수 있다.
상기 더미패턴은 적어도 한쌍으로 설치하며, 그 작은쪽 사이즈가 한계해상도 이하의 사이즈인 것이 바람직하다.
상기 더미패턴 쌍을 상기주패턴에 대하여 기하학적으로 대칭 또는 비대칭적으로 설치할 수 있으며, 바람직하게는 상기 더미패턴 쌍을 상기 주패턴을 중심으로 십자형태로 배치한다.
각각의 더미패턴 쌍을 상기 주패턴의 허리부분에 각각 설치할 수 있으며, 바람직하게는 상기 주패턴의 허리부분에 걸친 더미패턴을 기울여서 배치한다. 상기 더미패턴의 기울기는0-360°의 범위 내에 있는것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 주패턴과 더미패턴을 180°의 위상차를 주어 형성한다.
상기더미패턴과 더미패턴 간의 거리 및 상기 더미패턴과 주패턴 간의 거리는 0을 포함한일정거리를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 마스크 상의 주패턴에 한계해상도 이하의 더미패턴을 라인 또는 스페이스 형태로 삽입함으로써, 광학 근접효과를 보정하고 해상도를 향상시킬수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하려 상세히 설명하고자 한다.
제8a도 및 제8b도는 64Mb DRAM의 액티브 패턴을 형성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 의한 마스크의 레이아웃도로서, 제8a도는 웨이퍼상의 패턴 사이즈를 나타내며, 제8b도는 모의실험 상에 입력된 마스크 레이아웃을 나타낸다. 실험조건은 i-라인(365nm) NA 0.57, 코히어런시 0.6의 조건에서 ip3300 레지스트르 1.2㎛두께로 실시하였다.
제8a도 및 제8b도를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의하면 근접효과의 보정이 필요한 부위에 해상도 이하의 가는더미라인을 수평형으로 아웃터(outter)형태로 설치하였고, 상기 더미라인의 폭은 0.1㎛로 조절되었다. 여기서, 더미라인의 엣지부가 0.1㎛정도 주패턴과 오버랩되어 있는데,이는 마스크 제작시 마스크 상의 더미라인 구현에 상당한 영향을 미치므로 반드시 실현되어야 한다. 상기 더미라인은 라인 및스페이스 형태를 모두 포함할 수 있다. 즉,마스크의 톤이 네거티브이면 더미스페이스로 배치하고, 포지티브이면 더미라인으로 배치한다.
제9도 내지 제9c도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모의실험결과에 의한 패턴 공간상을 나타낸 것으로,제9a도는 최적 포커스하에서의 패턴 공간상을 나타낸다. 제9b도 및 제9c도는 각각 0.3㎛ 0.6㎛를 디포커스시킨 상태를 나타낸다.
제9a도 내지 제9c도를 참조하면, 제2a도 내지제2c도에 도시된 종래의 마스크 사용결과에 비해 매우 우수한 디포커스 특성을 가지고 있어, 패턴 엣지부의 보강이 두드러지며 패턴 중심부가 종래의 것보다 튼튼해졌음을 알 수 있다. 이는 곧 후속공정의 콘택 정렬의 마진향상을 의미하며, 촛점심도(Depth of Focus; DOF)의 증가를 얻을 수 있다.
제10a도 내지 제10c도는 본 발명의 제1 실시예에 의한 레지스트의 최종 프로파일을 위해서 본 그림이다. 제10a도는 최적 포커스를 시킨 상태를 나타내고, 제10b도 및 제10c도는 각각 0.3㎛, 0.6㎛를 디포커스시킨 상태를 나타낸다.
제10a도 내지 제10c도를 참조하면, DC 콘택 및 BC 콘택이 위치하는 패턴 부위가 제3a도 내지 제3c도에 도시된 종래의것에 비해 보강된 튼튼한 모양임을 알 수 있다. 더우기, 0.6㎛ 디포커스된 상황 하에서도 패턴의 모양이 보존됨을 알 수 있다.
제11a도는 제8b도의 B지점을 단면으로 살펴본, 광의 강도 프로파일을 나타낸 것으로, 더미라인으로 인해 패턴을 둥글게하는 원인인 과다광량이 효율적으로 감소함을 알 수 있다. 제11b도는 제8b도의 B지점을 단면으로 절단하여 2차원적으로 살펴본 레지스트의 프로파일을 나타낸 것으로, DC 콘택이 위치하는 부분의 패턴폭이 0.5㎛정도로 종래의 것에 비해 0.1㎛ 증가했음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 64Mb DRAM의 액티브층을 패터닝하는 단계에서 근접효과의 보정이 필요한 패턴부위에 해상도 이하의 가는 더미라인 또는 더미스페이스를 설치함으로써, 패턴의 엣지부가 마스크 설계에 충실한 사각 형태로 나타났다. 또한, 패턴 보정에 따른 디포커스 특성이 매우 우수하여, 0.6㎛ 디포커스된 상황하에서도 패턴의 변형없이 충실한 패턴 특성을 보여준다. 또한, 본 제1 실시예에는 네거티브 톤의 레지스트를 사용한 경우로시, 포지티브 톤의 레지스트에 본 발명을 적용하게 되면 상기 제11도와는 반대로, 광량 부족으로 패턴의 모서리가 둥글어지는 현상을 빛을 보충해줌으로써 사각형에 가깝도록 형성하게 된다.
제12a도 내지 제12c도는 본 발명의 제2 실시예에 의한 i-라인용 마스크의 패턴 레이아웃,광의 강도 프로파일 및 위에서 본 레지스트 프로파일을 각각나타내는 도면들이다. 실험조건능 i-라인(365nm) NA 0.57, 코히어런시 0.6이다. 여기서 사용한 더미라인의 사이즈는 0.1㎛인데, 0.06-0.18㎛의 범위내에서 적정화시키면 된다. 이러한 더미라인을 마스크의 패턴에 설치하여 모의실험 도구인 솔리드를 이용하여 검증한결과, i-라인으로 해상할 수 있는 한계 사이즈보다 작은 0.35㎛X0.33㎛ 사이즈의 콘택홀이 오픈되었음을 알 수 있다. 이때, 상기 더미라인은 한 방향으로 설치하거나 X축 Y축으로 교차하여 설치할 수 있다. 또한, 상기 마스크는 포지티브 톤 및 네거티브 톤을 모두 포함할 수 있으며, 이에 따라 더미라인 또는 더미스페이스로 형성한다.
제13a도 및 제13b도는 각각, 종래의 DUV용 마스크 및 본 발명의 제2 실시예에 의한 DUV용 마스크의 광의 강도 프로파일을 나타내는 도면들로서, DUV(파장(248nm)로 해상할 수 있는 한계사이즈보다 작은 0.2㎛X0.24㎛의 콘택홀을 모의실험 도구인 솔리드를 이용하여 검증한 결과, 0.1㎛ 사이즈의 폭을 갖는 더미라인을 설치한 본 발명의 경우 위상반전 없이도 광의 강도가 증가되어, 위상반전 마스크를 사용하는 경우와 비슷한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다(제13B)도. 실험조건은 DUV(248nm) NA 0.5 코히어런시 0.6이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 의하면 i-라인 또는 DUV 광원을 사용하는 마스크의 주패턴에 더미라인(또는 더미스페이스)를 설치함으로써, 광의 강도를 증가시켜 위상번전 마스크를 사요하는 경우와 비슷한 효과를 얻을 수 있다.
제14a도 내지 제14c도는 본 발명의 제3 실시예에 의한 하프톤 위상반전 마스크의 패턴 레이아웃, 광의 강도 프로파일, 및심지어 레지스트 프로파일을 각각 나타내는 도면들이다. 상기 하프톤 위상반전 마스크에 있어서, 광차단부의 투과율은 8%이고, 위상반전은 180°이다. 실험조건은 i-라인(365nm) NA 0.57, 코히어런시 0.6이다. 본 제2 실시예에 의하면 하프톤 위상반전 마스크의 패턴 상에 0.1㎛ 사이즈의 더미라인을 설치함으로써 , 제6a도 내지제6c도에 도시된 종래의 것에 비해 광의 강도가 증가되어(제14B)도 0.38X0.26㎛ 사이즈의콘택홀이 오픈됨을 알 수 있다(제14c도). 이때, 상기 더미라안은 사용광원이 노광되지 않은 사이즈인 0.05-0.2㎛의 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다. 또한,상기 하프톤 위상반전 마스크는 네거티브 톤 및 포지티브 톤을 모두 포함할 수 있으며, 본 조건에서 사용된 i-라인 광원 대신 DUV, ArF등 현재 리소그라피 공정에서 사용되는 모든 광원을 사용하여도 무방하다.
제15a도 및 제15b도는 광원의 에너지에 따른 콘택홀의 변화를 나타내는 도면들로서, 에너지를 조절하면 0.25㎛ 사이즈의 콘택홀을 오픈시킬 수 있음을 알 수 있다.
제16a도 내지 제16c도 본 발명의 제3 실시예에 의한, 하프톤 위상반전 마스크 상에 더미라인을 설치하는 방법들은 설명하기 위한 도면들로서, 더미라인을 콘택패턴의 1/2되는 지점에 설치하거나 (제16a도), 양 엣지부에 설치하거나 (제16b도), 또는 콘택패턴 엣지의 네모퉁이를 연결하도록 설치할 수 있다(제16c도).
상술한 바와 같이 본발명의 제3 실시예에 의하면 하프톤 위상반전 마스크의 패턴, 예컨대 콘택패턴에 더미라인(또는 더미스페이스)를 설치함으로써, 사이드 로브(Sside lobe)를 감소시키고 광의 강도를 증가시켜서 원하느 사이즈의 콘택홀을 얻을 수 있다.
제17a-c도 내지 제20a-c도는 각각, 종래의 마스크, 하프톤 위상반전 마스크 및 본 발명의 제4 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃, 및 모의실험 도구인 솔리드를 사용하여 검증한 결과인 공간상의 광의강도 프로파일과 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들이다. 여기서, 각 a도는 마스크의 패턴 레이아웃을나타내고, 각 b도는 공간상의 광의 강도 프로파일을, 각 c도는 레지스트의 최종 프로파일을 각각 나타낸다. 또한, 실험조건은 사용광원 i-라인(365nm) NA 0.57, 코히어런시 0.6이다.
제17a도 내지 제17c도를 참조하면 종래의 마스크 레이아웃에서 0.4㎛X0.4㎛ 사이즈의 정방형 콘택홀에 의해 형성되는 레지스트의 상은 0.42㎛로 나타난다.
제18a도 내지 제18c도를 참조하면, 종래의 하프톤 위상반전 마스크의 레이아웃에서 0.35㎛0.35㎛ 사이즈인 콘택홀로써 0.36㎛의 레지스트 상을 얻을 수 있다.
제19a도 내지 제19c도를 참조하면, 본 발명의제4 실시예에 의하면, 마스크 상의 직사각형 콘택패턴(0.34㎛0.22㎛)에 i-라인(365nm) NA 0.57로는 해상이 안될 정도로 작은 패턴인 0.1㎛X0.4㎛ 사이즈의 더미라인을 설치함으로써, 레지스트의 상은 0.28㎛의 사이즈까지 콘택홀을 형성할 수 있다.
제20도 내지 제23도는 본 발명의 제4 실시예에 의한 마스크 패턴과 종래의 마스크 패턴을 i-라인(365nm) NA 0.5에 대해 모의실험한 결과를 나타낸 도면들로서, 본 제4실시예에 의한 마스크 패턴과 종래의 마스크 패턴을 나란히 두어 상대적인 비교를 하고자 하였다.
제20도 및 제21도를 참조하면, 종래의 마스크 패턴사이즈는 0.24㎛X0.24㎛이며, 본 제4실시예에 의한 마스크 패턴은 그상하에 각각0.12㎛X0.3㎛의 더미패턴을 덧붙였다. 그결과, 본 제4 실시예에 의하면 콘택홀의 사이즈가 노광 도즈량이 증가함에 따라 0.2㎛-0.3㎛의 콘팩홀이 형성되었으나, 종래의 마스크로는 전혀 형성되지 않음을 알 수 있다.
제22도 및 제23도를 참조하면, 0.24㎛X0.26㎛ 사이즈의 종래 마스크 패턴과 0.1㎛X0.26㎛의 매우 작은 더미패턴이 0.24㎛X0.6㎛의 직사각형 패턴에 덧붙여진 본 발명의제4 실시예에 의한 마스크 패턴을 비교하였다. 본 발명의 경우 0.3㎛-0.4㎛ 사이즈의 콘택홀이 얻어지는 반면, 종래의 마스크로는 전혀 흔적도 못 남기고 있음을 알 수 있다.
제24a도 내지 제24c도는 각각, 본 발명의 제5 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃, 공간상의 광의 강도 프로파일 및 포토레지트 프로파일을 나타내는 도면들이다. 본 발명의 제5 실시예는,기존의 하프톤 위상반전 마스크 상에 더미패턴을 설치할 경우로서, 0.22㎛X0.38㎛의 직사각형 콘택패턴에 0.1㎛X0.14㎛의 더미패턴을 삽입하였다. 여기서, 광의 강도는 도면부호 9와 같이 높게 나타나므로 적은 노광량에 대해서도 콘택홀 형성이 가능함을 알 수 있다. 반면에 제18b도에 도시된 종래의 하프톤 위상반전 마스크의 경우는 공간상의 광강도가 도면부호 6과 같이 낮기 때문에, 콘택홀 형성을 위해 과도노광을 하여야 한다. 이 경우, 사이드 로브에 해당하는 강도 5가 높아져서 레지스트의 현상후 7과 같은 레지스트 리세스(RECESS)가 나타나게 된다. 그러나, 본 발명의 제5 실시예에 의하면, 종래의 것과 같은 크기의 사이드 로브 8에 대해서도 과도노광을 가하지 않아도 되므로, 레지스트의 현상후 레지스트 리세스(10)가 거의 나타나지 않는다.
제25a도 내지 제25f도는 종래의 하프톤 위상반전 마스크와 본 발명의 제5 실시예에 의한 마스크의 특성들을 비교한 도면들로서, 제25a도 내지 제25c도는 종래의 하프톤 위상반전 마스크에 대한 결과를 나타내고, 제25d도 내지 제25f도는 본 제5 실시예에 의한 결과를 나타낸다. 실험조건은 i-라인(365nm) NA 0.57이다. 종래의 하프톤 위상반전 마스크에 의해서는 콘택홀이 개구되지 않는데 반하여 본 제5 실시예에 의하면 0.3㎛까지 콘택홀이 형성됨을 알 수 있다.
제26a도 내지 제26f도는 종래의 마스프 패턴과 본 발명의 제6실시예에 의한 마스크 패턴을 i-라인(365nm) NA 0.57에 대해 모의실험한 결과를 나타내는 도면들이다. 제26a도 내지 제26c도는 각각, 0.35㎛X0.33㎛ 사이즈의 콘택패턴을 갖는종래의 마스크 레이아웃, 공간상의 광 강도 프로파일, 및 레지스트 프로파일을 나타낸다. 제26d도내지 제26f도는 각각 본 제6 실시예에 의한, O.35㎛X0.33㎛사이즈의 콘택패턴에 0.1㎛폭의 더미라인(또는 더미스페이스)을 연결한 경우의 마스크 레이아웃, 공간상의 광 강도 프로파일 및 레지스트 프로파일을 나타낸다 . 본 제6 실시예에 의낳 마스크를 적용시, 종래의 것에 비해 명백히 양호한 특성의 공간상 및 레지스트 상을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
제27a-b도 및 제27c-d도는 각각, 종래의 마스크 패턴과 본 발명의 제6 실시예에 의한 마스크 패턴을 DUV(246nm) NA 0.5에 대해 모의실험한 결과를 나타내는 도면들로서 0.2㎛X0.24㎛ 사이즈의 좀 더 작은 콘택홀을 설계하여 그효과를 보고자 한 것이다. 본 제6 실시예에 의한 더미스페이스의 폭은 0.1㎛이다. 제27b도 및 제27d도의광 강도 프로파일을 비교해보면, 본 발명의 경우 공간상의 광 강도가 종래의 것에 비해 상당히 높아졌음을 알 수 있다.
제28a도 내지제28c도는 본 발명의 제 7 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들로서, 콘택에 해당하는 직사각형의 패턴에 가는 더미패턴(마스크가 네거티브 콘인 경우는 더미스페이스이고 포지티브 톤인 경우느 더미라인이다)을 덧붙일 때 서로 어긋나게 붙이는 방법들을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 더미패턴을 엇갈리게 붙이는 정도에 따라 콘택의 일그러짐이 달라지지만 작은 콘택홀의 형성은 여전히 가능하다.
.제29a도 및 제29b도는 본 발명의 제8 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들로서, 콘택에 해당하는 평행사변형의 패턴에 가는 더미패턴을 나란하게 또는 엇갈리게 덧붙인 경우를 나타낸다. 이 경우 역시, 작은 콘택홀의 형성에 문제가 없음을 알 수 있다.
제30a도 및 제30b도는 본 발명의 제9 실시예에 의한 마스크의 패턴 레이아웃 및 레지스트 프로파일을 나타내는 도면들로서, 정방형 또는 직사각형의 주 콘택패턴에 십자압향으로 더미패턴을 붙이거나 (제30a도).
작은 더미패턴을 각 패턴의 코너에 붙임으로써 (제30도) 광학 근접효과를 개선시킨 경우를 나타낸다. 역시, 작은 콘택홀의 형성이 가능하다. 제31도 내지 제34도는 본 발명의 제9 실시예에 의한 마스크 패턴에서 더미패턴의 길이와 폭을 서로 달리하였을 때와 종래의 마스크 패턴을 모의실험한 결과를 나타내는 도면들이다. 제32도 및 제34도는 각각 제31도 및 제33도의 레지스트 프로파일의 모의실험 결과를 나타낸다. 종래의 마스크 패턴에 의하면 콘택홀이 형성되지 않지만 (점선 표시부분), 본 발명에 의하면 콘택홀의 형성이 가능함을 알 수 있다.
제35도는 종래의 마스크 패턴및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는도면이다. 참조부호 11과 14는 종래의 마스크패턴 레이아웃에 가장 많이 사용되고 있는 패턴을 나타낸다. 참조부호 15는 좀더 양호한 콘택형성 및 넓은공정여유도를 갖기 위해 소위 세리프를 붙인 형태를 나타낸다. 참조부호 12는 설계상 직사각형인 패턴을 전자빔(e-beam) 또는 레이저빔으로 마스크 상에 전사하였을 때 실제적으로 나타나는 모양이다. 참조부호 13은 정방형의 패턴이 마스크 상에 실제적으로 나타나는 모양이다.
제36도 내지 제39도는 본 발명의 제4 내지 제9 실시예에 의한 마스크 패턴들 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들이다.
제36도를 참조하면, 더미패턴 한쌍을 그 길이(1)와 폭(w)을 서로 달리하여 주패턴(16)의 허리부분에 걸치도록 한 경우를 나타낸다. 제37A도는 더미패턴 두쌍을 주패턴(16)의 중앙부에 간폭(g)을 달리하여 배치한 경우이며, 제37B도는 더미패턴 한쌍을 서로 엇갈리게 배치한 경우이다. 제37C도는 더미패턴을 한쌍 이상의 복수쌍으로 배열한 경우이며, 제37D도는 더미패턴 자체를 기울인 상태에서 주패턴(16)에 엇갈리게 배치한 경우이다.
제38A도는 주패턴(16)에 더미패턴을 붙인 상태에서 전체를 회전시킨 형상을 나타내며, 그 기울기는 0-360°내의 임의의 각도 모두를 포함할 수 있다. 제38B도 및 제38C도는 쭈패턴(17)을 평행사변형화하고 더미패턴 한쌍을 엇갈리게 또는 나날하게 배열한 경우이다. 이때 평행사변형의 각도및 더미패턴의 각도역시 0-360°내의임의의 각도를 모두 포함한다.
제39A도 내지 제39D도는 상술한 본 발명의 실시예들에 있어서, 설계시의 각진 레이아웃이 실제 마스크패턴 형성후 나타나는 모양을 도시한다. 부착된 더미패턴에 의해 주패턴(콘택패턴)의 레이아웃이 실제 마스크 패턴 형성후 그 코너가 곡선화되는 경향이 상당히 줄어들어들었음을 알 수 있다.
제40a도 내지 제40d도는 종래방법에 의한 실제 마스크 패턴 및 본 발명에 의한실제 마스크 패턴을 나타내는 사진들로서, 제40a도는 종래의 정사각형으로 설계된 패턴이 실제 마스크 패턴 구현시 그 코너가 곡선화된 모습을 나타낸다. 제40b도 내지 제40d도는 본 발명에 의한 실제 마스크 패턴을 나타내는데, 패턴의 엣지부가 마스크 설계에 충실한 사각 형태로 나타남을 알 수 있다. 특히, 제40c도 및 제40d도는 하프톤 위상반전물질인 MoSioON의 재질에 형성한 본 발명의 콘택형상을 나타낸다. 제40a도 및제40b도는 기존의 크롬(Cr) 재질에 형성한 콘택형상을 나타낸다.
제41도 내지 제43도는 본 발명의 제10도 실시예에 의한 마스크 패턴 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들이다.
제41도 및 제42도를 참조하면, 주패턴(16, 18, 19)에 더미패턴의 모양,크기 (길이; 1,폭; w), 배열 등을 달리한 경우를 나타내며, 주패턴을 중심으로 십자모양으로 더미패턴을 배열하고있다. 각 주패턴에 붙이는 더미패턴은 주패턴과 떨어진 경우에도 패턴형성이 가능함을 배우인할 수 있었다.
제43도를 참조하면, 더미패턴의 폭(w1)은 같은 방향에 있는 주패턴의 폭(w2)과 같거나 작게 형성해도 미세콘택의 형성이가능하다. 주패턴이 정방향인 경우도 역시 마찬가지로, w3≤w4와 같은 조건에서 미세콘택의 형성이 가능하다.
제44도 내지 제53도는 본 발명의 또다른 실시예들에 의한 마스크 패턴 및 마스크 패턴 설계시의 레이아웃을 나타내는 도면들이다.
제44A도 및 제44B도를 참조하면, 서로 나란한 콘택홀을 형성하기 위해 더미패턴이 서로 연결되도록 배치하거나, 같은 형상의 패턴을 간폭(g)을 사이에 두고 배치할 수 있다. 설계 룰에 따라 주패턴 간의간폭(P)에 맞게 배열하다보면, 더미패턴 간의 간폭(g)은 서로 오버랩되어 g=0이되는 경우가 발생할 수 있다. 패턴의 형성조건이 상기한 식(1)에서 언급한 바와 같이 사용광원의 파장(λ), 사용노광장치의 개구수(NA) 및 공정상수(k1)와 관련이 있으므로,그 조건에 맞도록 패턴 설계를 하다보면 g=≥0의상태에서도 패턴형성이가능하다.
제45도를 참조하면,상술한 본 발명의 실시예들 중의 한가지 형태를 지그재그형으로 배열한 경우를 나타낸다.
제46도를 참조하면, 제45도에 도시된 패턴들 중의 한 패턴을 눕힌 상태에서 규칙적, 연속적으로 배열한 경우를 나타낸다.
제47도를 참조하면,더미패턴이 직사각형 주패턴의 윗쪽에 배치된 경우를 나타낸다.
제48도를 참조하면,더미패턴이 직사각형 주패턴의 상하 대응관계로 배치된경우를 나타낸다.
제49도 내지 제51도를 참조하면, 더미패턴을 주패턴에 성갈리게 배치하거나 규칙적, 연속적으로 배치한 경우를 나타낸다.
제52도를 참조하면, 십자형으로 배치된 더미패턴을 갖는바둑판 형태의 배치도를 나타낸다.
제53a도 내지 제53c도를 참조하면, 실제 소자에 콘택패턴이 배열될 때,동링 패턴이 반복되는 셀 어레이영역(20)은 비교적 더 갖은 패턴들이 있는 반면, 주변부(preipheral area; 21)에느 좀더 큰 콘택이 필요한 경우가 많다. 따라서, 서로 차별화하여 셀어레이 영역에는 본 발명의 콘택패턴의 일종 또는 다종을 배치하고 (제53c도), 주변부에는 종래의 패턴모양인 정사각형 또는 직사각형을 배치하는 (제53b도) 혼종(hybrid) 배치가 가능하다.
따라서,상룻한 바와 같이 본 발명에 의하면,근접효과의보정이 필요한 패턴부위에 해상도 이하의 가는 더미라인 (또는 더미스페이스)을 설치함으로써, 패턴의 엣지부가마스크설계에 충실한 사각형태로 나타나도록 하여 우수한 근접효과의 보정을 얻을 수 있다.
또한, 콘택홀을 소형화시키기 위하여 네거티브 톤의마스크인 경우는 더미라인을, 포지티브 톤의 마스크인 경우는 더미스페이스를 여러가지 형태로 배열하여 공간상을 개선함으로써 원하는 작은사이즈의 콘택홀을 형성할 수 있다.
더우기, 마스크제작기술이 발전할 수록 더욱 미세한 더미패턴의제작이 가능해지므로,본발명은 64Mb DRAM 이후 256Mb,1Gb급 DRAM에서도 광학 근접효과의보정법 및 해상도 향상법으로 폭넓게 쓰일 수 있을 것이다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (21)

  1. 광학적 방법으로 미세패턴을 형성하는 반도체 제조방안에 있어서, 피노광물의 노광영역을 한정하기 위한 주패턴이 형성되어 있는 마스크 상기 주패턴에 한계해상도 이하의 더미패턴을 삽입함으로써 근접효과를 보정함과 동시에 해상도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 더미패턴은 라인 및 스페이스 형태를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  3. 제1항에있어서, 상기 더미패턴의 사이즈는 형성하고자 하는 최종 미세패턴의 사이즈에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 포지티브 톤 및 네거티브 톤을 모두 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주패턴의 톤과 상기 더미패턴의 톤의 동일한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스크 따라 하프톤 위상반전 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 사용광원의 노광되지 않은 사이즈인 0.05㎛-0.2㎛의 사이즈로 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 사용광원의 파장을 가시광선 영역(400-650nm)이하 자외선 영역(400-150m)까지 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,상기 마스크의 주패턴은 3각형 이상의 다각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  10. 제9항에 있어서,상기 다각형의 주패턴이 상기 마스크 상에 전사될 때 곡선형상이된 상태에서 이를 사용하여 미세패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 한 방향으로 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  12. 제1항에 있어서,상기 더미패턴은 X축 및Y축으로 교차하여 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 적어도 한쌍으로 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  14. 제13항에 있어서,상기 더미패턴의 작은쪽 사이즈가 한계해상도 이하의 사이즈인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 더미패턴 쌍을 상기 주패턴에 대하여 가하학적으로 대칭 또는 비대칭적으로 설치하는것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 더미패턴 쌍을 상기 주패턴을 중심으로 십자형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  17. 제15항에 있어서, 각각의 더미패턴 쌍을 상기 주패턴의 허리부분에 각각 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 주패턴의 허리부분에 걸친 더미패턴을 기울여서 배치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  19. 제18항에 있어서,상기 더미패턴의 기울기는0-360°인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 상기 주패턴 엣지의 모퉁이를 모두 연결하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴과 더미패턴 간의 거리 및 상기 더미패턴과 주패턴 간의 거리가 0을 포함한 일정거리를 유지하는 것을 특징으로하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.
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