KR100434707B1 - Exposure mask for semiconductor device manufacture - Google Patents
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- G03F1/36—Masks having proximity correction features; Preparation thereof, e.g. optical proximity correction [OPC] design processes
Abstract
본 발명은 고스트 패턴(Ghost pattern)을 이용하여 해상도(Resolution)를 향상시킨 반도체 소자 제조용 노광 마스크를 개시한다. 개시된 본 발명의 노광 마스크는, 투광성의 석영기판 상에 비투광성의 크롬패턴이 형성되어 구성되며, 기판의 셀 영역에 대응하는 부분에 동일 형상이 규칙적으로 반복 배열된 셀 마스크 패턴들이 구비되고 상기 셀 마스크 패턴들의 외각에 상기 셀 마스크 패턴과 동일 형상의 더미 마스크 패턴이 구비되며, 상기 더미 마스크 패턴의 외각에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 제1고스트 패턴이 구비되고, 상기 셀 및 더미 마스크 패턴들의 장축 방향에서의 사이 공간에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 제2고스트 패턴이 구비된 것을 특징으로 한다.The present invention discloses an exposure mask for manufacturing a semiconductor device in which a resolution is improved by using a ghost pattern. In the disclosed exposure mask, a non-transmissive chrome pattern is formed on a transparent quartz substrate, and cell mask patterns having the same shape regularly arranged on the portion corresponding to the cell region of the substrate are provided and the cell A dummy mask pattern having the same shape as that of the cell mask pattern is provided at an outer surface of the mask patterns, and a first ghost pattern not implemented as a resist pattern is provided at the outer surface of the dummy mask pattern, and the long axis direction of the cell and dummy mask patterns is provided. A second ghost pattern, which is not implemented as a resist pattern, is provided in the interspace between.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조용 노광 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고스트 패턴(Ghost pattern)을 이용하여 해상도(Resolution)를 향상시킨 노광 마스크에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure mask for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to an exposure mask having improved resolution by using a ghost pattern.
반도체 소자를 제조함에 있어서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성된다. 이러한 포토리소그라피 공정은 식각 대상층 상에 감광성 중합체(이하, "레지스트"라 칭함) 패턴을 형성하는 1단계 공정과, 레지스트 패턴을 이용하여 식각 대상층을 식각하는 2단계 공정을 포함하며, 상기 1단계 공정은 레지스트를 도포하는 공정과 도포된 레지스트를 선택적으로 노광하는 공정 및 노광되거나 또는 노광되지 않은 레지스트 부분을 제거하는 현상 공정으로 구성된다.In manufacturing a semiconductor device, various patterns including contact holes are formed through a photolithography process. The photolithography process includes a one-step process of forming a photosensitive polymer (hereinafter referred to as a "resist") pattern on the object to be etched, and a two-step process of etching the object to be etched using a resist pattern. The process consists of applying a resist, selectively exposing the applied resist, and developing process to remove portions of the exposed or unexposed resist.
여기서, 상기 노광 공정은 소정 형상의 마스크 패턴을 구비한 노광 마스크를 이용하여 수행하는 것이 일반적이며, 이러한 노광 마스크는 전형적으로 투광성의 석영기판 상에 비투광성의 크롬패턴이 형성된 구조를 가진다.In this case, the exposure process is generally performed using an exposure mask having a mask pattern having a predetermined shape, and the exposure mask typically has a structure in which a non-transmissive chromium pattern is formed on a transparent quartz substrate.
한편, 상기 포토리소그라피 공정을 이용한 메모리 소자의 제조 공정에 있어서, 셀 영역의 가장자리에 배치된 패턴들은 그 외측에 패턴이 없는 것과 관련된 광학적 특성으로 인해 그 형성이 안정적이지 못하다. 이에, 통상의 메모리 제조 공정에서는 셀 패턴의 외측에 더미 패턴(dummy pattern)을 추가 형성해 줌으로써 상기셀 영역의 가장자리에 배치된 패턴이 안정적으로 형성되도록 하고 있다.On the other hand, in the manufacturing process of the memory device using the photolithography process, the patterns disposed at the edge of the cell region is not stable due to the optical characteristics associated with the absence of the pattern on the outside thereof. Therefore, in a conventional memory manufacturing process, a dummy pattern is additionally formed outside the cell pattern to stably form the pattern disposed at the edge of the cell region.
여기서, 상기 더미 패턴은 노광 마스크에서의 셀 영역 외측에 대응하는 부분에 더미 마스크 패턴을 구비시키는 것에 의해 구현되는 것으로 이해될 수 있다.Here, the dummy pattern may be understood to be implemented by providing a dummy mask pattern on a portion of the exposure mask that corresponds to the outside of the cell region.
그런데, 상기한 노광 마스크의 경우, 소망하는 패턴을 구현하기 어렵다.However, in the case of the above-mentioned exposure mask, it is difficult to implement a desired pattern.
자세하게, 도 1a 및 도 1b는 종래 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지(aerial image)를 도시한 도면으로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 셀 마스크 패턴(11) 및 더미 마스크 패턴(12)을 구비한 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크(10)를 이용하여 노광 공정을 수행할 경우, 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(10a) 상에 구현되는 더미 패턴(12a)은 원하지 않는 형태를 갖게 되며, 아울러, 셀 패턴(11a)도 그의 장축 부분이 짧아지게 된다.In detail, FIGS. 1A and 1B illustrate an aerial image of a conventional I-cell device isolation film forming exposure mask and a resist pattern formed by an exposure process using the same, as shown in FIG. 1A. When the exposure process is performed using the exposure mask 10 for forming the I-cell device isolation film including the cell mask pattern 11 and the dummy mask pattern 12, the substrate 10a is illustrated in FIG. 1B. The dummy pattern 12a embodied thereon has an undesirable shape, and the long axis portion of the cell pattern 11a is also shortened.
따라서, 이와 같은 현상을 방지하기 위해, 종래에는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 더미 마스크 패턴(22)의 크기, 즉, 폭을 증가시키면서 셀 마스크 패턴(21)의 장축 길이를 늘려주고, 아울러, 각 마스크 패턴들(21, 22)의 중심에 세리프(serif : 23)를 추가해준다.Accordingly, in order to prevent such a phenomenon, conventionally, as shown in FIG. 2A, the length of the long axis of the cell mask pattern 21 is increased while increasing the size of the dummy mask pattern 22, that is, the width thereof. In addition, a serif 23 is added to the center of each mask pattern 21 and 22.
이 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(20a) 상에 구현되는 셀 패턴(21a) 및 더미 패턴(22a) 모두는 안정적으로, 즉, 원하는 형상으로 형성된다.In this case, as shown in FIG. 2B, both the cell pattern 21a and the dummy pattern 22a implemented on the substrate 20a are stably formed, that is, formed in a desired shape.
그러나, 상기와 같은 노광 마스크 보정의 경우, 더미 패턴은 최적의 노광 조건에서만 정상적으로 형성될 뿐, 광원의 초점면이 변하는 디포커스(defocus)가 발생되거나, 과소 및 과도 노광이 이루어질 경우, 셀 패턴과는 상이한 형상으로 형성되는 문제점이 있다.However, in the case of the exposure mask correction as described above, the dummy pattern is normally formed only under optimal exposure conditions, and when the defocus occurs when the focal plane of the light source is changed, or when the underexposure and overexposure are performed, There is a problem that is formed in a different shape.
또한, 상기 세리프 처리 및 OPC(Optical Proximity Correction) 처리를 위해서는 수차례의 시뮬레이션 및 시행착오를 거치게 되므로, 그에 따른 어려움이 있고, 특히, 상기한 처리를 하더라도 셀 패턴과 동일한 더미 패턴을 구현할 수 없음은 물론, 디포커스가 발생할 경우에는 더미 패턴의 변형이 셀 패턴의 변형 보다 급격하여 공정 마진(process margin)의 감소가 초래된다.In addition, since the serif processing and the OPC (Optical Proximity Correction) processing require a plurality of simulations and trial and error, there is a difficulty in this, and in particular, even if the above processing is not possible to implement the same dummy pattern as the cell pattern. Of course, when defocus occurs, the deformation of the dummy pattern is more rapid than the deformation of the cell pattern, resulting in a decrease in the process margin.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 셀 패턴은 물론 더미 패턴도 안정적으로 형성할 수 있는 반도체 소자 제조용 노광 마스크를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an exposure mask for manufacturing a semiconductor device capable of stably forming a dummy pattern as well as a cell pattern.
도 1a 및 도 1b는 종래의 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면.1A and 1B show an aerial image of a conventional exposure mask for forming an I-cell device isolation film and a resist pattern formed by an exposure process using the same;
도 2a 및 도 2b는 종래의 다른 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면.2A and 2B show an aerial image of another conventional I-cell device isolation film formation exposure mask and a pattern formed by an exposure process using the same.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면.3A and 3B illustrate an aerial image of an I-cell device isolation film forming exposure mask and a resist pattern formed by an exposure process using the same according to an embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘택 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면.4A and 4B illustrate an aerial image of a contact forming exposure mask and a resist pattern formed by an exposure process using the same according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30,40 : 노광 마스크 30a,40a : 기판30, 40: exposure mask 30a, 40a: substrate
31,41 : 셀 마스크 패턴 31a,41a : 셀 패턴31,41: cell mask pattern 31a, 41a: cell pattern
32 : 더미 마스크 패턴 32a,42a : 더미 패턴32: dummy mask pattern 32a, 42a: dummy pattern
33,34,43,44 : 고스트 패턴33,34,43,44: Ghost Pattern
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 투광성의 석영기판 상에 비투광성의 크롬패턴이 형성되어 구성되며, 기판의 셀 영역에 대응하는 부분에 동일 형상이 규칙적으로 반복 배열된 셀 마스크 패턴들이 구비되고 상기 셀 마스크 패턴들의 외각에 상기 셀 마스크 패턴과 동일 형상의 더미 마스크 패턴이 구비되며, 상기 더미 마스크 패턴의 외각에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 제1고스트 패턴이 구비되고, 상기 셀 및 더미 마스크 패턴들의 장축 방향에서의 사이 공간에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 제2고스트 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광 마스크를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cell mask pattern in which a non-transmissive chromium pattern is formed on a transparent quartz substrate, and the same shape is regularly arranged on a portion corresponding to the cell region of the substrate. And a dummy mask pattern having the same shape as the cell mask pattern on the outer edges of the cell mask patterns, and a first ghost pattern not provided as a resist pattern on the outer side of the dummy mask pattern, the cell and the dummy Provided is an exposure mask for manufacturing a semiconductor device, wherein a second ghost pattern not provided as a resist pattern is provided in a space between mask patterns in a long axis direction.
여기서, 상기 제1고스트 패턴은 라인(line) 형상, 그리고, 상기 제2고스트패턴은 스퍼트(spot) 형상으로 구비되며, 상기 제1고스트 패턴은 여러개의 짧은 라인들로 구비될 수 있다.Here, the first ghost pattern may be provided in a line shape, and the second ghost pattern may be provided in a spot shape, and the first ghost pattern may be provided in a plurality of short lines.
본 발명에 따르면, 노광 마스크에서의 더미 마스크 패턴의 외각 및 마스크 패턴들 사이 공간에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 크기의 고스트 패턴을 추가하기 때문에 해상도의 향상을 통해 더미 패턴을 안정적으로 구현할 수 있다.According to the present invention, a ghost pattern having a size not implemented as a resist pattern is added to the outer surface of the dummy mask pattern in the exposure mask and the mask patterns, so that the dummy pattern can be stably implemented by improving the resolution.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 I-셀 소자분리막 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.3A and 3B illustrate an exposure mask for forming an I-cell device isolation layer and an aerial image of a resist pattern formed by an exposure process using the same according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노광 마스크(30)는 투광성의 석영기판 상에 비투광성의 크롬패턴이 형성되어 구성된 것으로서, 기판의 셀 영역에 대응하는 부분에 동일 형상이 규칙적으로 반복 배열되게 셀 마스크 패턴들(31)이 구비되고, 상기 셀 마스크 패턴들(31)의 외각에는 상기 셀 마스크 패턴(31)과 동일 형상을 갖는 더미 마스크 패턴(32)이 구비된다.First, as shown in FIG. 3A, the exposure mask 30 of the present invention is formed by forming a non-transmissive chromium pattern on a transparent quartz substrate, and the same shape is regularly formed in a portion corresponding to the cell region of the substrate. The cell mask patterns 31 may be repeatedly arranged, and the dummy mask pattern 32 having the same shape as the cell mask pattern 31 may be provided on the outer surface of the cell mask patterns 31.
또한, 본 발명의 노광 마스크(30)에는 종래와는 구별되게 상기 더미 마스크 패턴(32)의 외각 및 마스크 패턴들(31, 32)의 장축 방향에서의 사이 공간에 각각 레지스트 패턴으로 구현되지 않는, 즉, 기존의 노광 장비로 구현할 수 없는 해상도 이하의 크기를 갖는 고스트 패턴(Ghost pattern : 33, 34)이 추가로 구비된다.In addition, the exposure mask 30 of the present invention is not implemented as a resist pattern in the space between the outer surface of the dummy mask pattern 32 and the long axis direction of the mask patterns 31 and 32, differently from the prior art. That is, a ghost pattern (Ghost pattern: 33, 34) having a size less than the resolution that can not be implemented by the existing exposure equipment is further provided.
여기서, 상기 더미 마스크 패턴(32)의 외각에 구비되는 제1고스트 패턴(33)은, 바람직하게, 긴 라인(line) 형상을 가지며, 상기 인접 패턴들 사이 공간에 구비되는 제2고스트 패턴(34)은, 바람직하게, 스퍼트(spot) 형상을 가진다.Here, the first ghost pattern 33 provided on the outer surface of the dummy mask pattern 32 preferably has a long line shape, and the second ghost pattern 34 provided in the space between the adjacent patterns. ) Preferably has a spot shape.
이와 같은 본 발명의 노광 마스크(30)를 이용하여 노광 공정을 행하게 되면, 더미 마스크 패턴(32)의 외측에 제1고스트 패턴(33)이 구비되고, 그리고, 인접한 더미 마스크 패턴들(32) 사이 공간에 제2고스트 패턴(34)이 구비된 것으로 인해, 도 3b에 도시된 바와 같이, 기판(30a) 상에 구현된 더미 패턴(32a)은 찌그러짐이없이 소망하는 형상을 갖게 된다.When the exposure process is performed using the exposure mask 30 of the present invention, the first ghost pattern 33 is provided on the outer side of the dummy mask pattern 32 and between the adjacent dummy mask patterns 32. Since the second ghost pattern 34 is provided in the space, as shown in FIG. 3B, the dummy pattern 32a implemented on the substrate 30a has a desired shape without distortion.
아울러, 셀 마스크 패턴들(31)의 장방향 사이 공간에도 제2고스트 패턴(34)이 구비된 것으로 인해, 셀 패턴(31a)도 장축 길이가 짧아짐이 없이 안정적으로 형성된다.In addition, since the second ghost pattern 34 is provided in the space between the long direction of the cell mask patterns 31, the cell pattern 31a is also stably formed without shortening the major axis length.
결국, 본 발명은 더미 마스크 패턴(32)의 외각 및 마스크 패턴들(31, 32)의 장방향 사이 공간들 각각에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 크기의 고스트 패턴들(33, 34)을 삽입시킴으로써, 노광 공정시, 세리프 및 OPC 처리와 유사하거나, 또는, 그 이상으로 해상도의 향상을 얻을 수 있으며, 그래서, 셀 패턴(31a) 및 더미 패턴(32a)을 안정적으로 형성할 수 있다.As a result, the present invention inserts ghost patterns 33 and 34 of a size not embodied as a resist pattern into each of the spaces between the outer surface of the dummy mask pattern 32 and the long directions of the mask patterns 31 and 32. In the exposure process, the resolution can be improved to be similar to or greater than the serif and OPC processes, so that the cell pattern 31a and the dummy pattern 32a can be stably formed.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘택 형성용 노광 마스크 및 이를 이용한 노광 공정에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 에어리얼 이미지를 도시한 도면이다. 여기서, 도면부호 40은 노광 마스크, 40a는 기판, 41은 셀 마스크 패턴, 41a는 셀 패턴, 42는 더미 마스크 패턴, 42a는 더미 패턴, 43 및 44는 고스트 패턴을 각각 나타낸다.4A and 4B illustrate an aerial image of a contact forming exposure mask and a resist pattern formed by an exposure process using the same according to another embodiment of the present invention. Here, reference numeral 40 denotes an exposure mask, 40a denotes a substrate, 41 denotes a cell mask pattern, 41a denotes a cell pattern, 42 denotes a dummy mask pattern, 42a denotes a dummy pattern, and 43 and 44 denote ghost patterns, respectively.
도 4a에 도시된 바와 같이, 노광 마스크(40)에는 기판의 셀 영역에 대응하는 부분에 동일 형상이 규칙적으로 반복 배열되게 콘택 형성을 위한 셀 마스크 패턴들(41)이 구비되고, 상기 셀 마스크 패턴들(41)의 외각에는 상기 셀 마스크 패턴(41)과 동일 형상을 갖는 더미 마스크 패턴(42)이 구비된다.As shown in FIG. 4A, the exposure mask 40 is provided with cell mask patterns 41 for contact formation such that the same shape is regularly repeatedly arranged in a portion corresponding to the cell region of the substrate, and the cell mask pattern The dummy mask pattern 42 having the same shape as the cell mask pattern 41 is provided on the outer surface of the field 41.
또한, 상기 더미 마스크 패턴(42)의 외각과 상기 마스크 패턴들(41, 42) 사이 공간에는 해상도의 향상을 위해 각각 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 크기의 고스트 패턴(43, 44)이 구비된다. 이때, 상기 더미 마스크 패턴(43)의 외각에 구비되는 제1고스트 패턴(43)은 짧은 라인 형상을 가지며, 상기 마스크 패턴들(41, 42) 사이 공간에 구비되는 제2고스트 패턴(44)은 스퍼트 형상을 가진다.In addition, ghost patterns 43 and 44 each having a size not implemented as a resist pattern are provided in the space between the dummy mask pattern 42 and the mask patterns 41 and 42 to improve resolution. In this case, the first ghost pattern 43 provided on the outer surface of the dummy mask pattern 43 has a short line shape, and the second ghost pattern 44 provided in the space between the mask patterns 41 and 42 is It has a spurt shape.
이 실시예에 따른 노광 마스크(40)도 고스트 패턴(43, 44)의 삽입을 통해서, 이를 이용한 노광 공정시, 해상도의 향상을 얻을 수 있으며, 그래서, 소망하는 형상의 패턴을 구현할 수 있다.The exposure mask 40 according to the present embodiment can also obtain an improvement in resolution during the exposure process using the ghost patterns 43 and 44, thereby realizing a pattern of a desired shape.
이상에서와 같이, 본 발명은 노광 마스크 상의 빈 공간에 레지스트 패턴으로 구현되지 않는 크기의 고스트 패턴을 삽입시킴으로써, 세리프 및 OPC 처리와 같은 복잡한 처리를 거치지 않고도 해상도의 향상을 통해 소망하는 형상의 더미 패턴을 형성할 수 있으며, 그래서, 공정 마진을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention inserts a ghost pattern having a size not implemented as a resist pattern into an empty space on the exposure mask, thereby improving the resolution without having to perform complicated processing such as serif and OPC processing. Can be formed, and thus process margins can be improved.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes in the range which does not deviate from the summary.
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