KR100353818B1 - 콘택홀형성을위한하프톤위상반전마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 리소그래피 공정에 사용되며, 소정의 광투과율을 갖는 물질로 형성되는 광차단지역; 광학 리소그래피 공정에 의해 그 형상이 웨이퍼상에 전달되는 메인 패턴을 포함하는 해프톤 위상반전마스크에 있어서; 상기 광차단지역의 사이드로브 발생지역인 메인 패턴 주변의 소정 위치에 형성되며, 광학 리소그래피 공정에 의해 그 형상이 웨이퍼상에 전달되지 않을 정도의 크기를 갖는 보조패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 해프톤 위상반전마스크에 관한 것으로, 사이드로브 강도를 억제하여 디자인 룰 상에서 예정된 형상의 충실한 감광막 패턴을 형성할 수 있다.

Description

하프톤 위상반전마스크
본 발명은 고집적 반도체 제조 공정중 미세 패턴을 형성하는 광학 리소그래피(Photo lithography) 공정에 적용하는 하프톤(Halftone) 위상반전마스크에 관한 것이다.
하프톤 위상반전마스크는 제조 공정이 레벤손(Levenson), 서브-레졸루션 (Sub-resolution) 보조 패턴 부착형 위상반전마스크와 달리 패턴구조에 따른 적용제한이 없을 뿐만 아니라, 마스크 제작 절차가 종래의 크롬마스크 수준으로 간단하며 결함이 없는 마스크를 쉽게 제작할 수 있기 때문에 해상력 향상을 위하여 실용화되고 있다.
특히, 콘택홀 패턴 형성시 개선 효과가 큰 하프톤 위상반전마스크는 차광지역에서 3∼12% 정도로 부분적으로 투과하는 광투과율과 투광지역의 빛이 상호 간섭작용을 일으켜서 투광지역의 광 콘트라스트 특성이 종래의 크롬마스크에 비하여 크게 증가하여 해상력과 촛점 여유도가 크게 개선되지만, 차광지역에 있어서 사이드로브(sidelobe)라 불리우는 강도 피크(intensity peak)가 증가하여 차광지역의 레지스트를 노광시키므로서 레지스트 패턴이 손상을 받게된다.
사이드로브의 강도는 차광지역의 광 투과율이 증가할수록, 노광시 노광원의 유효크기, 즉 높은 간섭성(coherent)을 갖는 광으로 노광을 실시할 때 콘택홀간의 간격 즉 피치크기가 작을수록 증가하게 된다.
따라서, 사이드로브를 제거하기 위하여 하프톤 위상반전마스크에서 차광지역의 광 투과율을 감소시키거나, 노광시 인코히어런트(incoherent)한 광원을 사용할때에는 해상도 및 촛점 여유도의 개선 효과가 현저하게 감소하게 된다.
또한 콘택홀간의 간격은 기본적으로 셀사이즈(cell size), 즉 설계시 디자인룰(Design Rule)에 의하여 결정되기 때문에 간격 조절이 불가능하다.
제 1 도는 주기적인 패턴 어레이를 갖는 콘택 홀 마스크인 종래의 하프톤 위상반전마스크의 평면도로서, 차광지역(11)의 물질은 CrOXNY, 얇은 Cr, MoSiOX등으로 800~1500Å 정도의 두께를 가지고 있으며, 굴절율은 노광강도(λ=365nm, 248nm)에 대하여 1.4∼1.7배 정도를 갖고 광투과율은 4∼12% 범위이다.
제 2 도는 제 1 도의 X1에서 X5 지역의 위상반전마스크를 빛이 투과 되었을시 형성되는 에리어 이미지(aerial image) 콘트라스트(13)를 도시한 것으로, 크롬마스크 사용시(도면부호 14)에 비하여 투과지역의 광 콘트라스크가 개선되었지만, 차광지역에 사이드로브의 강도(15)가 나타나는 문제점을 보여준다. 이때 사이드로브의 강도는 차광지역의 광투과율, 콘택홀 크기, 콘택 피치 크기 및 유효 광원의 크기에 따라서 영향을 받게된다.
결국. 이러한 사이드로브 강도는 웨이퍼 상에서 노광되지 않아야 될 감광막을 노광시키므로 원하지 않은 감광막 패턴이 형성되며, 원치 않는 노광지역의 패턴 영역이 SEM에 의한 선폭크기 측정시 인접콘택홀 신호를 간섭하여 측정정확도를 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명은 해상도 및 촛점 여유도를 저하시키지 않으면서 차광지역에서 발생하는 사이드로브 강도를 억제하여, 디자인 룰에 따라 정확한 이미지를 웨이퍼 상에 전사하는데 적합한 하프톤 위상반전마스크를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광학 리소그래피 공정에 사용되며, 광투과율이 4∼12%인 물질이 형성되는 차광영역과, 상기 광학 리소그래피 공정에 의해 그 이미지가 웨이퍼상에 전달되는 메인패턴을 포함하는 하프톤 위상반전마스크에 있어서, 상기 차광영역의 사이드로브 발생지역인 메인패턴 주변에 형성되고 광학 리소그래피 공정에 의해 그 이미지가 웨이퍼 상에 전달되지 않는 크기를 갖는 보조패턴을 구비하며, 상기 보조패턴은 그 지역은 통과하는 빛이 상쇄간섭에 의해 전계강도 세기가 최소화되는 크기 및 위치를 갖는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 제 3 도 및 제 4 도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 사리드로브가 형성되는 차광지역에 보조패턴을 추가로 설계하여 광이 이 지역을 투과할시 상쇄간섭에 의한 전계강도(Electrical field) 세기를 영(Zero)으로 만들어서 사이드로브 강도를 억제시키는 것이다.
제 3 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하프톤 위상반전마스크 평면도로서 종래의 하프톤 위상반전마스크의 사이드로브를 억제시키기 위하여 차광지역 (21)에 그 형상이 웨이퍼에 전달되지 않을 정도의 크기를 갖는 보조 패턴(26)을 추가로 삽입한 것으로 보조패턴(26)의 갯수는 콘택 홀 형성을 위한 메인 패턴(22)간의 간격을 고려하여 결정한다.
보조패턴(26)에서 광은 서로 간섭현상을 일으켜 빛의 전계 강도 세기가 영(zero)이 되게되어 사이드보그를 억제시킨다.
차광지역(21)의 광투과율이 T일때 영(zero)의 전계세기를 갖기 위한 보조패턴(26)의 크기 및 보조패턴(26) 어레이시 피치 크기는 아래 관계식에 의하여 결정된다.
여기서, d는 보조패턴(26)의 직경 크기(단위: ㎛)이며, P는 보조패턴(26) 간의 피치 크기(단위: ㎛)이며, T는 차광지역(21)의 노광 파장에 대한 광투과율(%)이다.
상기 관계식에 따라 8%의 광투과율을 갖는 하프톤 위상반전마스크에서는 전계 강도 영을 갖도록 하기 위한 보조패턴의 직경 크기는 약 0.2㎛ 그리고 피치 크기는 0.40㎛에 해당한다.
이와 같은 보조패턴은 광 간섭현상에 의해서 상쇄작용을 하므로서 사이드로브 제거에 효과적이며, 웨이퍼에 전달되지 않기 때문에 감광막 패턴 충실도 향상에 효과적이다.
그리고 차광지역(21)의 물질은 CrOXNY, 얇은 Cr, MoSiOX등으로 800∼1500Å정도의 두께를 가지고 있으며, 굴절율은 노광강도(λ=365nm, 248nm)에 대하여 1.4∼1.7배 정도를 갖고 광투과율은 4∼12% 범위이다.
제 4 도는 제 3 도의 X1에서 X5 지역의 하프톤 위상반전마스크를 투과한 광 콘트라스트(23) 단면도로서, 사이드보그가 억제된 상태를 나타낸 것이다.
본 발명은 보조패턴 추가 삽입에 의해 사이드로브 강도를 억제하므로서 차광 지역에서 감광막 노광 현상을 억제하여 현상 공정시 감광막 손상을 방지하므로서 1차적으로 충실도가 높은 패턴 형상을 얻을 수 있으며, 식각 공정시 선택비에 의한감광막 하중 필름의 식각 손상 문제를 방지할 수 있다.
또한, CD SEM에 의한 콘택홀 크기 측정시 사이드로브 패턴에 의한 신호(signal)가 발생하지 않기 때문에 안정적인 2차 전자 신호를 얻으므로서 전폭 크기 측정 정확도 및 재현성 향상을 가져온다.
제 1 도는 종래의 하프톤 위상반전마스크 평면도,
재 2 도는 제 1 도의 하프톤 위상반전마스크를 투과한 광 콘트라스트,
제 3 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하프톤 위상반전마스크 평면도.
제 4 도는 제 3 도의 하프톤 위상반전마스크를 투과한 광 콘트라스트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 차광지역
22 : 콘택홀 형성을 위한 메인(Main)패턴
23 : 광 콘트라스트
26 : 웨이퍼에 그 형상이 전달되지 않는 보조패턴

Claims (3)

  1. 광학 리소그래피 공정에 사용되며, 광투과율이 4∼12%인 물질이 형성되는 차광영역과, 상기 광학 리소그래피 공정에 의해 그 이미지가 웨이퍼상에 전달되는 메인패턴을 포함하는 하프톤 위상반전마스크에 있어서,
    상기 차광영역의 사이드로브 발생지역인 메인패턴 주변에 형성되고 광학 리소그래피 공정에 의해 그 이미지가 웨이퍼 상에 전달되지 않는 크기를 갖는 보조패턴을 구비하며,
    상기 보조패턴은 그 지역은 통과하는 빛이 상쇄간섭에 의해 전계강도 세기가 최소화되는 크기 및 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조패턴은
    상기 동일한 크기 및 서로 일정간격을 갖고 다수개 형성되어 어레이를 이루는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조패턴의 어레이는
    d가 상기 보조패턴의 직경, p가 상기 보조패턴 간의 피치 크기, T가 차광 물질의 특정 노광 파장 에너지에 대한 광투과율이라 할 때,
    의 조건을 만족하는 직경 및 피치 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100457839B1 (ko) * 2001-03-14 2004-11-18 에이에스엠엘 마스크툴즈 비.브이. 규정된 래더바를 서브-해상도 어시스트피처로 활용하는광근접성교정방법

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JPH0346316A (ja) * 1989-07-14 1991-02-27 Oki Electric Ind Co Ltd レジストパターン形成方法
KR940016651A (ko) * 1992-12-30 1994-07-23 김주용 중첩오차 측정마크 제조방법

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