KR100586549B1 - 포토 마스크 및 이를 이용한 패턴 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토 마스크 및 이를 이용한 패턴 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 노광 공정에 이용되는 한쌍의 미러 구조를 갖는 다수개의 링 게이트 패턴을 포함한 포토 마스크에 있어서, 포토 마스크에 있는 링 게이트 패턴의 각 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한다. 한쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가함으로써 서로 인접된 패턴들 사이에서 발생하는 스캐너의 수차에 의한 CD가 같아야 하는 한쌍의 패턴 임계 치수 변화를 줄일 수 있어 미세화 패턴을 정확하게 구현할 수 있다.

포토 마스크, 링 게이트 패턴, 보조 패턴, 미러 구조

Description

포토 마스크 및 이를 이용한 패턴 제조 방법{Photo mask and method for manufacturing pattern by using it}

도 1은 일반적인 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면,

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 링 게이트 패턴 레이아웃을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 장치를 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따라 포토 마스크에서 보조 패턴이 추가된 링 게이트 패턴 레이아웃을 나타낸 도면,

도 5는 종래 포토 마스크와 본 발명에 따라 보조 패턴이 추가된 패턴을 이용한 노광 공정시 웨이퍼 패턴의 상하 차이를 비교한 그래프,

도 6은 종래 포토 마스크와 본 발명에 따라 보조 패턴이 추가된 패턴을 이용한 노광 공정시 웨이퍼 패턴의 좌우 크기 차이를 비교한 그래프.

-- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --

122 : 링 게이트 패턴 124 : 보조 패턴

본 발명은 포토리소그래피 기술에 관한 것으로서, 특히 포토 마스크에 형성된 패턴 사이의 임계 치수 변화를 줄일 수 있는 포토 마스크 및 이를 이용한 패턴 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 포토리소그래피 기술은 반도체 소자의 고집적화를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 웨이퍼 기판 위에 임의의 형상을 갖는 패턴을 형성하는 것이다. 즉, 웨이퍼 기판에 절연막이나 도전막 등의 패턴을 형성하여야 할 위치에 자외선, 전자빔 또는 X선 등과 같은 노광 장비의 빛을 조사하여 그 용해도가 변화하는 포토레지스트를 형성하고, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트의 소정 부위를 빛에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거함으로써 임의의 형상을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 부분을 식각 공정으로 제거하여 원하는 반도체 소자 패턴을 형성한다.

도 1은 일반적인 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 노광 장치는 노광원(10)의 레이저광을 집광하는 콘덴서 렌즈(condenser lens)(20)와, 콘덴서 렌즈(20)의 하부에 웨이퍼(50)로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈(projection lens)(40)와, 콘덴서 렌즈(20)와 프로젝션 렌즈(40) 사이에서 웨이퍼(50)의 포토레지스트를 패터닝하기 위한 임의의 형상을 갖는 패턴(32)이 그려진 포토 마스크(30)를 포함한다.

이러한 노광 장치는 노광원(10)으로부터 조사되는 레이저광이 콘덴서 렌즈(20)를 거쳐 포토 마스크(30) 통과한 후에 프로젝션 렌즈(40)에 의해 집광되어 웨이퍼(50)에 전달된다. 이에 따라 포토 마스크(30)의 패턴(32)이 웨이퍼(50) 상의 포토레지스트(52)에 그대로 투영된다.

그런데, DRAM 또는 플래시 메모리와 같이 포토 마스크에 형성된 패턴이 동일한 형태로 반복되고 미세할 경우 노광 장치가 가지고 있는 렌즈의 수차에 의해 포토 마스크 상의 설계상 패턴이 웨이퍼 상에 원하는 대로 투영되지 않고 패턴의 CD나 파이데러티(fidelity)가 의도한 값이나 모양과 달리 변하게 되는 현상이 발생하게 된다.

예를 들어, 도 2와 같이 웨이퍼 상에 구현되는 패턴이 원형 링 게이트일 경우 상기 포토 마스크에는 한 쌍의 미러 구조를 갖는 사각의 링 게이트 패턴(32)이 다수개 어레이로 배열되어 있다.

그런데, 이와 같이 한 쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴(32)의 경우 렌즈 수차로 인해 서로 마주보는 패턴들 사이에서 패턴 임계 치수(critical dimension)가 변하게 된다.

한편, 최근 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 좀더 미세한 패턴을 형성하기 위하여 높은 해상력을 구현하는 포토리소그래피 기술로서, 광원 수정(예를 들어, 사입사 조명), 광간섭 현상을 이용하는 마스크(예를 들어, 감쇠 위상 시프트, 교번 위상 시프트 등) 제조, 광근접 효과를 방지하기 위한 포토 마스크의 레이아웃 수정 등이 있다.

그러므로 이러한 방법들을 이용하여 미세한 패턴을 보다 정확하게 제조할 수 있는 포토리소그래피 기술을 좀더 연구, 개발되어야 한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 한쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가함으로써 서로 인접된 패턴들 사이에서 발생하는 렌즈의 수차에 의한 패턴 임계 치수 변화를 줄일 수 있어 미세화 패턴을 정확하게 구현할 수 있는 포토 마스크 및 이를 이용한 패턴 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 노광 공정에 이용되는 한쌍의 미러 구조를 갖는 다수개의 링 게이트 패턴을 포함한 포토 마스크에 있어서, 포토 마스크에 있는 링 게이트 패턴의 각 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조 방법은 한쌍의 미러 구조를 갖는 다수개의 링 게이트 패턴을 포함한 포토 마스크를 이용하여 웨이퍼에 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 진행하는 단계와, 노광 공정에 의해 웨이퍼 상의 포토레지스트에 포토 마스크에서 상기 링 게이트 패턴만 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 3은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 노광 장치는 노광원(100)의 레이저광을 집광하는 콘덴서 렌즈(110)와, 콘덴서 렌즈(110)의 하부에 웨이퍼(140)로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈(130)와, 콘덴서 렌즈(110)와 프로젝션 렌즈(130) 사이에서 웨이퍼(140)의 포토레지스트(142)를 패터닝하기 위한 임의의 형상을 갖는 패턴(122)과 함께 이의 보조 패턴이 그려진 포토 마스크(120)를 포함한다.

본 발명의 포토 마스크(120)내 패턴(122)이 동일한 패턴이 반복되는 사각의 링 게이트 형태이면서 한 쌍의 링 게이트 패턴이 미러 타입으로 이루어져 있을 경우 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한다.

본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 장치에 의해 노광 공정을 실시하면, 노광원(100)으로부터 조사되는 레이저광이 콘덴서 렌즈(110)를 거쳐 포토 마스 크(120)의 보조 패턴을 갖는 링 게이트 패턴(122)을 통과한 후에 프로젝션 렌즈(130)에 의해 집광되어 웨이퍼(140)에 전달된다. 이에 따라 포토 마스크(120)의 링 게이트 패턴(122)이 웨이퍼(140) 상의 포토레지스트(142)에 그대로 투영되어 원형의 링 게이트 패턴이 구현되는데, 이때 링 게이트 패턴(122) 안의 보조 패턴은 웨이퍼(140) 상의 포토레지스트(142)에 패턴으로 투영되지 않는 최소 크기를 갖는다.

도 4는 본 발명에 따라 포토 마스크에서 보조 패턴이 추가된 링 게이트 패턴 레이아웃을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 포토 마스크에는 한 쌍의 미러 구조를 갖는 사각의 링 게이트 패턴(122)이 다수개 어레이로 배열되어 있으며 각 링 게이트 패턴(122) 안의 구멍 안에는 일정 거리 이격된 보조 패턴(124)을 포함한다.

예를 들어, 보조 패턴(124)은 정사각형 형태를 갖으며 그 크기는 웨이퍼 상에서 패턴화되지 않는 최소 크기를 갖도록 20×20nm∼120×120nm 범위에서 형성된다.

링 게이트 패턴(122)의 좌/우측 패턴 폭이 균일하고, 링 게이트 패턴(122)의 폭이 두꺼운 부분을 상부로, 폭이 얇은 부분을 바닥으로 정의할 때 본 발명의 보조 패턴(124)은 Y축에 대해 바닥으로부터 150nm∼190nm 거리(S)를 두고 떨어진 위치에 형성된다.

그러므로 본 발명에 따른 포토 마스크에 의하면, 한 쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴(122)이 각각의 구멍안의 보조 패턴(124)에 의해 서로 마주보는 링 게이트 패턴(122)의 임계 치수 차이가 크게 줄어든다. 즉, 서로 마주보는 링 게이트 패턴 상기의 임계 치수가 각각 보조 패턴(124)에 의해 렌즈 수차로 인한 패턴 민감도 변화를 줄일 수 있어 서로 인접된 패턴 사이에서 발생하는 광근접 효과를 최소화할 수 있다.

도 5는 종래 포토 마스크와 본 발명에 따라 보조 패턴이 추가된 패턴을 이용한 노광 공정시 웨이퍼 패턴의 상하 차이를 비교한 그래프들이다.

도 5를 참조하면, 노광 공정시 종래와 같이 보조 패턴을 추가하지 않는 포토 마스크를 이용하지 않을 때(□ 그래프)와 본 발명의 실시예들과 같이 미러 구조의 링 게이트 패턴내에 각각 60×60nm, 80×80nm, 90×90nm, 100×100nm, 120×120nm 크기를 갖는 보조 패턴(다른 ■ 그래프들)을 추가한 포토 마스크를 이용할 때 웨이퍼 패턴의 상하 차이(T-B)에 의한 렌즈 수차 민감도를 서로 비교한다.

이들 그래프에 도시된 바와 같이, 종래와 같이 보조 패턴을 추가하지 않았을 경우 웨이퍼 패턴의 상하 차이(T-B)에 의한 렌즈 수차 민감도가 본 발명의 실시예들보다 큼을 알 수 있다.

도 6은 종래 포토 마스크와 본 발명에 따라 보조 패턴이 추가된 패턴을 이용한 노광 공정시 웨이퍼 패턴의 좌우 크기 차이를 비교한 그래프들이다.

도 6을 참조하면, 서로 다른 렌즈들(A, B, C)을 사용한 노광 공정시 종래와 같이 보조 패턴을 추가하지 않는 포토 마스크를 이용하지 않을 때(왼쪽 그래프)와 본 발명의 실시예들과 같이 미러 구조의 링 게이트 패턴내에 각각 90×90nm 크기와 150nm 거리를 갖는 보조 패턴(중앙 그래프), 100×100nm 크기와 190nm 거리를 갖는 보조 패턴(오른쪽 그래프)을 추가한 포토 마스크를 이용할 때 웨이퍼 패턴의 좌우 크기 차이(max｜L-R｜)를 서로 비교한다.

이들 그래프에 도시된 바와 같이, 종래와 같이, 보조 패턴을 추가하지 않았을 경우 웨이퍼 패턴의 좌우 크기 차이(max｜L-R｜)가 본 발명에서보다 큼을 알 수 있다.

그러므로 본 발명은 한 쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴내에 각각 추가된 보조 패턴에 의해 서로 마주보는 링 게이트 패턴에서 렌즈 수차로 인한 패턴 민감도 변화를 줄일 수 있다. 이에 따라 서로 마주보는 링 게이트 패턴의 임계 치수 변화가 균일하게 유지된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 한쌍의 미러 구조를 갖는 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가함으로써 서로 인접된 패턴들 사이에서 발생하는 렌즈 수차에 의한 임계 치수 변화를 줄일 수 있어 미세화 패턴을 정확하게 구현할 수 있다.

Claims (8)

1. 반도체 노광 공정에 이용되는 한쌍의 미러 구조를 갖는 다수개의 링 게이트 패턴을 포함한 포토 마스크에 있어서,

   상기 포토 마스크에 있는 상기 링 게이트 패턴의 각 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 정사각형의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 20×20nm∼120×120nm 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 Y축에 대해 바닥으로부터 150nm∼190nm 거리를 두고 떨어진 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
5. 한쌍의 미러 구조를 갖는 다수개의 링 게이트 패턴을 포함한 포토 마스크를 이용하여 웨이퍼에 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

   상기 링 게이트 패턴의 구멍 안에 일정 거리 이격된 보조 패턴을 추가한 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 진행하는 단계; 및

   상기 노광 공정에 의해 상기 웨이퍼 상의 포토레지스트에 상기 포토 마스크에서 상기 링 게이트 패턴만 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크를 이용한 패턴 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 정사각형의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크를 이용한 패턴 제조 방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 20×20nm∼120×120nm 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크를 이용한 패턴 제조 방법.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 패턴은 Y축에 대해 바닥으로부터 150nm∼190nm 거리를 두고 떨어진 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크를 이용한 패턴 제조 방법.

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