KR100548534B1

KR100548534B1 - 셀 프로 젝션 마스크

Info

Publication number: KR100548534B1
Application number: KR1019990014391A
Authority: KR
Inventors: 여경수; 안재용
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2006-02-02
Also published as: KR20000066951A

Abstract

본 발명은 포토리소그라피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비-광학적 리소그라피(Non-Optical Lithography) 공정에서 노광용 마스크로 이용되는 셀 프로젝션(Cell Projection Mask)에 관한 것이다. 본 발명의 셀 프로젝션 마스크는, 매트릭스형으로 배열된 수 개의 제1마스크들로 이루어지며, 상기 제1마스크에는 그 중심부에 개구부가 구비되어 있고, 상기 개구부의 주변에는 서로 다른 형상의 마스크 패턴들을 갖는 제2마스크들이 구비되어 있는 셀 프로젝션 마스크로서, 상기 마스크 패턴들은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 커지는 형태로 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

셀 프로젝션 마스크{CELL PROJECTION MASK}

도 1 및 도 2는 종래의 셀 프로젝션 마스크의 마스크 패턴을 도시한 도면.

도 3a는 근접 효과에 대한 보정을 수행하지 않는 경우에서의 도우즈와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포, 및 상기 도우즈와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포의 합인 최종적인 도우즈 분포를 도시한 도면.

도 3b는 근접 효과에 대한 보정을 수행한 경우에서의 도우즈와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포, 및 상기 도우즈와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포의 합인 최종적인 도우즈 분포를 도시한 도면.

도 4는 종래 셀 프로젝션 마스크의 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴들을 도시한 도면.

도 5는 도 4의 마스크 패턴들에 대한 도우즈와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포, 및 상기 도우즈와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포의 합인 최종적인 도우즈 분포를 설명하기 위한 도면.

도 6은 도 4의 마스크 패턴들에 의해 얻어지는 노광 패턴들을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 셀 프로젝션 마스크를 설명하기 위한 도면.

도 8은 도 7의 마스크 패턴들에 대한 도우즈와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포, 및 상기 도우즈와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포의 합인 최종적 인 도우즈 분포를 설명하기 위한 도면.

도 9는 도 7의 마스크 패턴들에 의해 얻어지는 노광 패턴들을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 프로젝션 마스크를 설명하기 위한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

4 : 제2마스크 a∼e : 마스크 패턴

30a∼30e : 노광 패턴 40 : 콘택홀 형성용 마스크 패턴

A4 : 실제 도우즈 B4 : 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포

C4 : 최종적인 도우즈 분포

본 발명은 포토리소그라피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비-광학적 리소그라피(Non-Optical Lithography) 공정에서 노광용 마스크로 이용되는 셀 프로젝션(Cell Projection Mask)에 관한 것이다.

포토리소그라피 공정은 반도체 제조 공정에서 콘택홀 또는 소정 형상의 패턴을 형성하기 위한 공정으로서, 식각 대상물 상에 감광막의 도포, 노광 및 현상 공정을 통해 감광막 패턴을 형성하는 제1단계 공정과, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 식각 대상물을 식각하는 제2단계 공정을 포함하여 이루어진다.

상기에서, 노광 공정은 기존에 G-라인(λ=436nm), 또는, I-라인(λ=365nm) 파장의 광원을 이용한 광학적 노광 공정이 수행되어 왔다. 그러나, 상기한 파장의 광원을 이용한 광학적 노광 공정으로는 0.5㎛ 이하의 임계 치수를 갖는 콘택홀 또는 패턴을 형성하기가 곤란하다. 따라서, 최근에는 상기한 파장 보다도 더 짧은 파장의 광원, 예컨데, 전자-빔(Electron-beam), 이온-빔(Ion-beam), 또는, 엑스-레이(X-ray) 등을 이용한 비광학적 노광 공정이 수행되고 있다. 이러한 비광학적 노광 공정을 이용할 경우에는 0.2㎛ 정도의 임계 치수를 갖는 콘택홀 또는 패턴을 형성할 수 있다.

한편, 비광학적 노광 공정에서는 “셀 프로젝션 마스크(Cell Projection Mask : 이하, CPM)”라 불리는 노광용 마스크가 이용된다. 이러한 CPM은, 도 1에 도시된 바와 같이, 매트릭스형으로 배열된 수 개의 제1마스크들(10)로 이루어지며, 이러한 제1마스크(10)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 중심부에 개구부(2)가 구비되어 있고, 상기 개구부(2)의 주변에는 서로 다른 형상의 마스크 패턴을 갖는 제2마스크들(4a∼4e)이 구비되어 있다. 도면에서, 빗금친 부분은 전자-빔의 차단 영역을 나타내며, 그 이외의 부분은 광 투과 영역을 나타낸다.

한편, 전자-빔을 광원으로 이용하는 CPM 방식의 비광학적 노광 공정시에는 백스캐터링(Backscattering)에 기인된 근접 효과(Proximity Effect)로 인하여, 패턴의 균일도가 저하되는 문제가 있다. 여기서, 백스캐터링이란 감광막에 투사된 전자가 그 하부층까지 도달한 후에, 다시 감광막에 투사되는 현상을 말하며, 그리고, 근접 효과란 패턴이 밀집되어 패턴 밀도가 조밀한 곳에서 전자의 스캐터링에 의해 패턴의 모양이나 크기가 변하는 현상을 말한다.

따라서, 종래에는 상기한 문제를 해결하기 위하여, 노광되는 전체 영역을 패턴 밀도를 기준으로 하여 수 개의 영역으로 나누고, 각 영역에 대해서, 예컨데, 패턴 밀도가 조밀한 영역에서는 많은 양의 백스캐터링이 일어나는 것을 고려하여 이 영역에서의 노광 에너지(이하, 도우즈(dose)라 칭함)는 적게 주고, 패턴 밀도가 조밀하지 않은 영역에서는 적은 양의 백스캐터링이 일어나는 것을 고려하여 도우즈를 많이 주는 방식을 채택함으로써, 상기한 근접 효과에 기인된 결함 발생을 최소화시키고 있다.

도 3a는 모든 영역에 대해서 동일한 도우즈로 노광 공정을 수행할 경우의 도우즈(A1)와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B1), 및 상기 도우즈(A1)와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B1)의 합인 최종적인 도우즈 분포(C1)를 나타내는 것이고, 도 3b는 근접 효과에 기인된 결함을 최소화시키기 위하여, 패턴 밀도에 따라 각 영역들간의 도우즈를 상이하게 한 경우의 도우즈(A2)와, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B2), 및 상기 도우즈(A2)와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B2)의 합인 최종적인 도우즈 분포(C2)를 나타내는 것이다.

그러나, 종래에는 패턴 밀도에 따라 각 영역에 대한 도우즈를 달리함으로써, 근접 효과에 기인된 결함 발생을 최소화시키고는 있으나, CPM의 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴들의 조밀도에 의해서, 즉, 중심부에 배치된 마스크 패턴을 통해 노광되는 감광막 부분과, 가장자리 부분에 배치된 마스크 패턴을 통해 노광되는 감광막 부분의 도우즈가 상이하게 되는 것에 의해, 결과적으로 얻어진 노광 패턴의 크기가 균일하지 못한 문제점이 있다.

자세하게, 도 4는 라인 형태의 패턴을 형성하기 위하여 CPM의 제2마스크(4) 구비되는 마스크 패턴들(a∼e)을 도시한 도면이다. 이러한 마스크 패턴들(a∼e)을 갖는 제2마스크(4)를 통해 노광 공정을 수행할 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 인가된 도우즈(A3)는 동일하지만, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B3)는 중심부가 가장자리 보다 크게 되고, 이에 따라, 최종적인 도우즈 분포(C1)는 중심부가 가장자리 보다 상대적으로 크게 된다.

이 결과, 도우즈가 크면 노광 패턴의 폭은 커지고, 반대로, 도우즈가 작으면 노광 패턴의 폭이 작아지는 것에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴, 즉, 노광 패턴들(20a∼20c)은 중심부에 배치된 노광 패턴(20a)의 폭이 가장자리에 배치된 노광 패턴(20c)의 폭 보다 더 넓게 되고, 이에 따라, 노광 패턴들(20a∼20c)간의 균일도는 저하된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴들의 폭을 서로 다르게 함으로써, 마스크 패턴들간의 패턴 밀도에 의해 노광 패턴 균일도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 CPM을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CPM은, 매트릭스형으로 배열된 수 개의 제1마스크들로 이루어지며, 상기 제1마스크에는 그 중심부에 개구부가 구비되어 있고, 상기 개구부의 주변에는 서로 다른 형상의 마스크 패턴들을 갖는 제2 마스크들이 구비되어 있는 CPM으로서, 상기 마스크 패턴들은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 커지는 형태로 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 마스크 패턴들을 구비시킴에 있어서, 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 커지는 형태로 구비시키기 때문에, 이러한 마스크 패턴들이 구비된 제2마스크에 대한 최종적인 도우즈 분포가 균일하게 되는 것에 기인하여, 노광 패턴의 균일도를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 7는 본 발명의 실시예에 따른 CPM의 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴을 도시한 도면이다. 여기서, 마스크 패턴들은 라인 패턴을 형성하기 위한 것이다.

도시된 바와 같이, 마스크 패턴들(a∼e)은 중심부에 배치된 마스크 패턴(c)으로부터 가장자리에 배치된 마스크 패턴들(a, e)로 갈수록 그 패턴 폭이 넓게 되는 형태로 구비된다. 이러한 마스크 패턴들(a∼e)이 구비된 CPM을 이용하여 노광 공정을 수행할 경우에는 다음과 같이 균일한 폭을 갖는 노광 패턴들을 얻을 수 있다.

우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 형태로 마스크 패턴들이 구비된 CPM의 제2마스크에 대해서 동일한 도우즈(A4)로 노광 공정을 수행하는 경우에, 단일 마스크일지라도, 패턴 밀도가 조밀한 영역, 즉, 중심부에서는 많은 양의 백스캐터링이 일어나고, 반대로, 패턴 밀도가 조밀하지 않는 영역, 즉, 가장자리부에서는 적은 양의 백스캐터링이 일어나기 때문에, 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B4)는 중심부가 가장자리 보다 상대적으로 크게 되고, 이에 따라, 인가된 도우즈(A4)와 백스캐터링에 의한 전자의 강도 분포(B4)의 합인 최종적인 도우즈 분포(C4)는 중심부가 가장자리 보다 상대적으로 커지게 된다.

다시말해서, 중심부에 배치된 마스크 패턴(c)의 경우에는 백스캐터링 양이 많은 것에 기인하여, 최종적인 도우즈는 증가하지만, 가장자리에 배치된 마스크 패턴들(a, e)의 경우에는 백스캐터링 양이 매우 적은 것에 기인하여, 최종적인 도우즈의 증가는 것의 없게 된다.

따라서, CPM의 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴들의 형태를 중심부에서 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 증가되도록 구비시키게 되면, 먼저, 중심부에 배치된 마스크 패턴에 대한 최종적인 도우즈는 증가되기 때문에, 도우즈가 크면 노광 패턴의 폭이 증가되는 것에 의해 노광 패턴의 폭은 실제 마스크 패턴의 폭 보다는 증가된다. 이에 반해, 가장자리에 배치된 마스크 패턴들에 대한 최종적인 도우즈는 것의 변화가 없기 때문에, 도우즈가 작으면 노광 패턴의 폭이 감소되는 것에 기인하여, 가장자리에 배치된 마스크 패턴에 대한 노광 패턴의 폭은 실제 마스크 패턴의 폭 보다는 약간 감소된다.

그러므로, 본 발명의 실시예에서와 같이, 중심부에서 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 점차 증가되는 형태로 마스크 패턴들을 구비시키게 되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 노광 패턴들(30a∼30e)의 폭을 제어할 수 있는 것에 기인하여, 상기 노광 패턴들(30a∼30e) 폭을 균일하게 만들 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 콘택홀을 형성 하기 위하여 CPM의 제2마스크에 구비되는 콘택홀 형성용 마스크 패턴들(40)을 도시한 도면이다. 이 실시예에서는 원형의 마스크 패턴들(40a∼40c)을 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴의 직경이 커지도록 구성함으로써, 전술된 실시예와 동일하게 최종적으로 얻게 되는 노광 패턴의 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 라인 패턴 및 콘택홀 이외의 형태를 갖는 노광 패턴을 형성함에 있어서도 동일한 방법으로 마스크 패턴을 구비시킬 수 있다.

게다가, CPM 이외에, 이온-빔 마스크, 엑스-레이 마스크, 또는, 스칼펠 마스크(SCALPEL Mask) 등에도 적용할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 CPM의 제2마스크에 구비되는 마스크 패턴들을 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 커지는 형태로 구비시킴으로써, 노광 패턴들의 폭을 균일하게 만들 수 있다.

따라서, 노광 패턴의 균일도를 향상시킬 수 있기 때문에, 반도체 소자의 제조수율은 물론, 그 신뢰성도 향상시킬 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims

매트릭스형으로 배열된 수 개의 제1마스크들로 이루어지며, 상기 제1마스크에는 그 중심부에 개구부가 구비되어 있고, 상기 개구부의 주변에는 서로 다른 형상의 마스크 패턴들을 갖는 제2마스크들이 구비되어 있는 셀 프로젝션 마스크로서,

상기 마스크 패턴들은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 패턴 폭이 커지는 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 셀 프로젝션 마스크.