KR100571390B1 - 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 마스크 형성 시 보조 패턴에 의한 선폭 패터닝을 양호하게 보상하여 반도체 패턴의 해상도를 향상시키는 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 마스크 패턴 형성 방법은, 주패턴을 배치하는 단계; 상기 주패턴 주변에 제1 미세 보조 패턴을 배치하는 단계; 및 상기 주패턴의 모서리 인접부에서 상기 제1 미세 보조 패턴과 일정 각도 경사지도록 제2 미세 보조 패턴을 배치하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴은 상기 주패턴에 대해 최소한 3개 이상으로 분할되고, 상기 주패턴 모서리에 대해 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴 빗변이 수직을 유지하도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 주패턴 모서리 부근에서 45° 각도를 갖도록 미세 보조 패턴이 선택적으로 분할됨으로써, 콘택홀이 형성될 주패턴 모서리의 마진 확보가 용이하게 되며, 또한, 주패턴 모서리 주변에 형성되는 복수개의 미세 보조 패턴이 접촉하지 않으므로 미세 보조 패턴에 의한 불량을 제거할 수 있고, 주패턴 모서리의 해상력도 동시에 개선할 수 있다.

마스크, 패턴, 해상도, 보조 패턴, 노광

Description

반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법 {A method for forming a mask pattern of a semiconductor device}

도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 반도체 마스크 패턴의 원본, 및 광 근접 효과를 보상하기 위해 OPC 및 미세 보조 패턴을 함께 적용한 마스크 패턴을 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 마스크 패턴 형성시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 내지 도 3c는 종래 기술에 따른 마스크 패턴 형성시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 패턴을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명은 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반도체 소자의 마스크 형성 시 보조 패턴에 의한 선폭 패터닝을 양호하게 보상하여 반도체 패턴의 해상도를 향상시키는 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방 법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조를 위한 마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 패턴의 정확도에 밀접한 영향을 준다. 특히, 마스크 패턴의 광 근접효과를 제대로 고려하지 못하면, 리소그라피 본래 노광 의도와 달리 패턴 선폭 왜곡이 발생하여 선폭 선형성(Linearity)이 짧아지는 현상이 나타나 반도체 소자의 특성에 많은 나쁜 영향을 주게 된다.

한편, 반도체 포토리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 된다. 이를 위해 광학 근접 보상(OPC: Optical Proximity Correction) 기술과 위상반전 마스크(Phase Shifting Mask) 기술이 등장하였고, 마스크에 그려진 패턴 형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되고 있다.

최근 248㎚ 또는 194㎚의 원자외선 파장(Wavelength)의 빛에 감광력이 뛰어난 화학증폭형 레지스트의 개발로 더욱 해상도를 증가시킬 수 있는 실질적인 기술들이 등장하였다. 특히, 최근에는 패턴과 분리된 형태로 광 근접 효과를 제어하는 일종의 더미 패턴(dummy Pattern)과 같은 보조 패턴 형성 기술도 해상도 개선에 많은 기여를 하고 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 반도체 마스크 패턴의 원본과, OPC 및 미세 보조 패턴을 함께 적용한 마스크 패턴을 각각 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 반도체 마스크 패턴은 로직 소자의 주패턴인 게이트 패턴(1)을 나타내며, 차광 영역에 해당되고, 나머지 부분은 모 두 투광 영역(2)에 해당한다. 도 1b는 불균일한 광도 분포를 해소하기 위해 주패턴(1)에 OPC 패턴(1b)을 붙이고, 상기 주패턴(1)과 인접해서 미세 보조 패턴(1c)을 배치한 것을 나타낸다. 상기 미세 보조 패턴(1c)은 마스크에는 존재하지만, 실제로 노광 이후 반도체 기판 상에는 만들어지지 않도록 한계 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 패턴을 말한다.

한편, 패턴 해상력의 정의는 다음 수학식 1과 같은 레일라이 수식(Rayleigh's Equation)으로 결정될 수 있다.

R(Resolution) = k*λ/ N.A.

여기서, k는 상수, λ는 조명계 파장, N.A.는 조명계 렌즈 구경을 나타낸다. 예를 들어, 상기 k를 0.5, λ는 0.248, N.A.는 0.65를 적용하면 해상도 R= 0.19㎛를 얻는다. 따라서 상기 값보다 작은 선폭을 갖는 미세 패턴을 마스크에 독립적으로 적용할 경우, 물리적으로 마스크만을 투광하고, 감광제에는 이미지가 나타나지 않는 패턴을 정의할 수 있다

도 1b를 다시 참조하면, 상기 미세 보조 패턴(1c)은 배치 방법에 따라 실제로 패턴 모서리 해상 시에 많은 문제를 안고 있다. 특히, 상기 미세 보조 패턴(1c)과 또 다른 미세 보조 패턴(1c)이 특정 각도로 도면부호 A로 도시된 바와 같이 접촉하거나, 또는 도면부호 B로 도시된 바와 같이 적절히 이격되지 못했을 때, 반도체 기판에는 패턴 왜곡을 일으키게 된다는 문제점이 발생한다.

도 2a 내지 도 2c는 각각 종래 기술에 따른 마스크 패턴 형성시의 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 종래 기술에 따른 복수개의 미세 보조 패턴이 서로 붙어 있는 경우의 마스크를 나타내고, 도 2b는 마스크를 통과한 노광 에너지량에 따른 광도 분포를 나타내는 윤곽선 이미지를 중첩해서 나타낸 도면이며, 도 2c는 90°각도를 갖는 주패턴 모서리 주변의 광도 분포를 연속적으로 나타낸 분포도이다.

도 2a는 도 1b의 A 영역에 해당되는 경우를 확대한 마스크이다. 주패턴(1) 모서리(90°) 주변에 배치된 복수개의 미세 보조 패턴(1c)이 서로 접촉(10a)되어 있는 경우를 나타낸다. 미세 보조 패턴 배치의 주 목적은 주패턴(1)의 해상력을 높이고 미세 보조 패턴은 반도체 기판 상에 해상되지 않아야 되나, 부족 노광이 매우 심해지거나 광학 장치가 불안정한 초점 심도를 갖는 경우 미세 보조 패턴(1c)이 서로 접촉(10a)되어 있는 부분의 광도가 매우 떨어져 원치 않는 보조 패턴의 흔적이 반도체 기판의 레지스트 패턴 상에 나타나게 되고, 식각시 파티클(Particle) 오염원이 된다. 도 2b는 노광 에너지량에 따른 광도 분포를 나타내는 윤곽선 이미지(Contour Image)(3a, 3b)를 중첩해서 나타낸 도면이다. 이때, 최적 노광 분포(3a)에서 부족 노광 분포(3b)로 변할수록 주패턴(1) 모서리(90°) 주변의 광도 분포는 심한 왜곡이 일어나고 실제 반도체 기판 상에 형성되는 모서리(90°) 부분이 라운딩된다.

도 2c는 90° 각도를 갖는 주패턴 모서리 주변의 광도 분포를 연속적으로 나타낸 분포도로서, 짙은 색 영역일수록 투광량이 거의 없는 부분이고, 옅은 색에 가까울수록 투광량 강도가 가장 높은 부분이다. 도면부호 20a로 도시되는 부분이 최 적 노광에 의해 형성되는 패턴 부분이다. 이때, 최적 노광이라 함은 노광 장치를 통해서 투광된 노광 에너지량이 도 1a에 도시된 마스크 원본과 동일한 선폭을 갖도록 노광되는 에너지 조건을 의미한다. 구석부가 라운딩되는 문제가 남아 있는 분포를 보여준다.

도 3a 내지 도 3c는 각각 종래 기술에 따른 마스크 패턴 형성시의 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3a는 종래 기술에 따른 복수개의 미세 보조 패턴이 떨어져 있을 경우의 마스크를 나타내고, 도 3b는 마스크를 통과한 노광 에너지량에 따른 광도 분포를 나타내는 윤곽선 이미지를 중첩해서 나타낸 도면이며, 도 3c는 90°각도를 갖는 주패턴 모서리 주변의 광도 분포를 연속적으로 나타낸 분포도이다.

도 3a는 복수개의 미세 보조 패턴(1c)이 떨어져 있을 경우, 이러한 형태의 패턴을 확대한 마스크를 나타내며, 주패턴(1) 모서리(90°) 주변에 배치된 미세 보조 패턴(1c)이 서로 이격(10b)되어 있을 경우를 나타낸다. 도 3b는 이러한 마스크를 통과한 노광 에너지량에 따른 광도 분포를 나타내는 윤곽선 이미지(Contour Image)(3a, 3b)를 중첩해서 나타낸 도면이다. 이때, 최적 노광 분포(3a)에서 부족 노광 분포(3b)로 변할수록 주패턴(1) 모서리(90°) 주변의 광도 분포는 심한 왜곡이 일어나고 실제 반도체 기판 상에 형성되는 모서리(90°) 부분이 라운딩(rounding)된다. 특히, 270° 모서리 부분보다 90° 모서리의 패턴 왜곡이 콘택홀 마스크 정렬시 심각한 마진 문제를 유발시킨다.

도 3c는 이러한 90° 각도를 갖는 주패턴 모서리 주변의 광도 분포를 연속적 으로 나타낸 분포도로서, 도면부호 20b로 도시되는 부분이 최적 노광에 의해 형성되는 패턴 부분이다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 소자의 마스크 형성 시 보조 패턴에 의한 선폭 패터닝을 양호하게 보상하여 반도체 패턴의 해상도를 향상시킴으로써 정확한 선폭을 제조할 수 있는 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법은,

주패턴을 배치하는 단계;

상기 주패턴 주변에 제1 미세 보조 패턴을 배치하는 단계; 및

상기 주패턴의 모서리 인접부에서 상기 제1 미세 보조 패턴과 일정 각도 경사지도록 제2 미세 보조 패턴을 배치하는 단계

를 포함한다.

상기 제2 미세 보조 패턴이 배치되는 상기 일정 각도는 45°로서, 상기 제1 미세 보조 패턴의 모서리에 대해 모서리 빗변이 수직이 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 경사진 제2 미세 보조 패턴은 상기 경사지지 않은 제1 미세 보조 패턴과 분리되도록 배치되며, 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴 사이의 분리 거리는 0.02㎛ 이상을 유지하는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴은 상기 주패턴에 대해 최소한 3개 이상으로 분할되며, 상기 주패턴 모서리에 대해 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴 빗변이 수직을 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴과 주패턴은 모두 접촉하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 주패턴의 모서리 각도가 45 내지 135°를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 외부에 배치되고, 상기 주패턴의 모서리 각도가 45 내지 135° 이외의 각도를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴은 0.03 내지 0.12㎛의 선폭을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 주패턴 모서리 부근에서 45° 각도를 갖도록 미세 보조 패턴이 선택적으로 분할됨으로써, 콘택홀이 형성될 주패턴 모서리의 마진 확보가 용이하고, 또한, 주패턴 모서리 주변에 형성되는 복수개의 미세 보조 패턴이 접촉하지 않으므로 미세 보조 패턴에 의한 불량을 제거할 수 있고, 주패턴 모서리의 해상력도 동시에 개선할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 마스크 패턴 형성 방법을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 주패턴의 모서리에서 발생되는 라운딩 에러(rounding error) 를 방지하기 위해 주패턴의 모서리에 대해 별도의 미세 보조 패턴을 배치하게 된다.

도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 패턴을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 주패턴(1)을 배치하고, 상기 주패턴 주변에 제1 미세 보조 패턴(1b)을 배치하며, 상기 주패턴(1)의 모서리 인접부에서 상기 제1 미세 보조 패턴(1b)과 일정 각도 경사지도록 제2 미세 보조 패턴(10c)을 배치하게 된다. 상기 0.15㎛ 주패턴(1) 주변에 0.08㎛의 선폭을 갖는 미세 보조 패턴(1b)을 배치하고, 상기 주패턴(1)의 모서리 인접부에서 미세 보조 패턴(1b)과 45° 경사(Tilt)지도록 상기 미세 보조 패턴의 모서리에 대해 모서리 빗변이 수직이 되도록 미세 보조 패턴(10c)을 배치하며, 이때, 상기 경사진 미세 보조 패턴(10c)은 상기 경사지지 않은 미세 보조 패턴(1b)과 분리되도록 배치해야 한다. 이때, 상기 미세 보조 패턴 사이의 분리 거리는 0.02㎛ 이상을 유지한다.

이때, 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴(1b, 10c)은 상기 주패턴(1)에 대해 최소한 3개 이상으로 분할되며, 상기 주패턴(1) 모서리에 대해 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴(1b, 10c) 빗변이 수직을 유지하도록 형성되며, 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴과 주패턴은 모두 접촉하지 않도록 형성된다. 또한, 상기 주패턴(1)의 모서리 각도가 45 내지 135°를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 외부에 배치되고, 상기 주패턴의 모서리 각도가 45 내지 135° 이외의 각도를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 내부에 배치되게 된다.

이렇게 해서 적용된 마스크와 투광된 에너지의 광도 분포를 중첩해서 나타낸 것이 도 4b이다. 최적 노광 에너지의 광도 분포(3a) 및 부족 에너지의 광도 분포(3b)는 모두 도면부호 E로 도시된 바와 같이, 주패턴(1)의 모서리(90°)의 부근에서 설계 도면에 가까운 패터닝 효과를 갖게 된다. 특히, 본 발명에 따르면, 270° 각도를 갖는 모서리(C')에 대해서는 콘택 정렬 문제가 크게 발생되지 않기 때문에 별도로 상기 미세 보조 패턴을 배치하지 않아도 무방하다.

본 발명에 따른 패턴 형성 방법을 적용할 경우, 미세 보조 패턴이 특정 각도를 갖고서 접촉되지 않기 때문에, 노광시 반도체 기판의 레지스트 표면에 원치 않는 미세보조 패턴의 합성된 잔상을 만들지 않게 된다.

도 4c는 본 발명의 마스크 노광시 주패턴(1) 모서리 부근에서 발생되는 연속적인 광도 분포를 나타내는 분포도이다. 짙은 색 영역일수록 투광량이 거의 없는 부분이고, 옅은 색에 가까울수록 투광량 강도가 가장 높은 부분을 나타낸다. 도면부호 20c로 도시된 부분이 최적 노광에 의해 형성되는 패턴 부분이다. 이때, 상기 최적 노광이라 함은 상기 노광 장치를 통해서 투광된 노광 에너지량이 도 1a의 마스크 원본과 동일한 선폭을 갖도록 노광되는 에너지 조건을 의미한다.

위에서 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사항을 벗어남이 없어 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해 석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 주패턴 모서리 부근에서 45° 각도를 갖도록 미세 보조 패턴이 선택적으로 분할됨으로써, 콘택홀이 형성될 주패턴 모서리의 마진 확보가 용이하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 주패턴 모서리 주변에 형성되는 복수개의 미세 보조 패턴이 접촉하지 않으므로 미세 보조 패턴에 의한 불량을 제거할 수 있고, 주패턴 모서리의 해상력도 동시에 개선할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 식각시 불규칙한 불량 패턴에 의한 파티클 오염원을 막을 수 있고, 수율을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 반도체 소자를 제조하기 위한 마스크 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

   주패턴을 배치하는 단계;

   상기 주패턴 주변에 상기 주패턴과 접촉하지 않는 제1 미세 보조 패턴을 배치하는 단계; 및

   상기 주패턴의 모서리 인접부에서 상기 주패턴과 접촉하지 않고 상기 제1 미세 보조 패턴과 0.02㎛ 이상 분리되며 상기 제1 미세 보조 패턴과 일정 각도 경사지는 제2 미세 보조 패턴을 배치하는 단계

   를 포함하는 마스크 패턴 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 미세 보조 패턴이 배치되는 상기 일정 각도는 45°로서, 상기 제1 미세 보조 패턴의 모서리에 대해 모서리 빗변이 수직이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 형성 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴은 상기 주패턴에 대해 최소한 3개 이상으로 분할되며, 상기 주패턴 모서리에 대해 상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴 빗변이 수직을 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 형성 방법.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 주패턴의 모서리 각도가 45 내지 135°를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 외부에 배치되고, 상기 주패턴의 모서리 각도가 45 내지 135° 이외의 각도를 갖는 경우, 상기 미세 보조 패턴이 상기 주패턴 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 형성 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 미세 보조 패턴은 0.03 내지 0.12㎛의 선폭을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 형성 방법.

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