KR100598500B1 - 균일 선폭 유지 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일 선폭 유지 마스크에 관한 것으로, 특히 반도체용 트랜지스터 패턴의 선폭 제조에 있어서 구부러진 라인 패턴에 의한 선폭 패터닝을 보상하고 선폭을 균일하게 유지하도록 한 균일 선폭 유지 마스크에 관한 것이다.
본 발명은 제 1 주패턴과; 상기 제 1 주패턴과 이격되어 대칭되게 배치되는 제 2 주패턴과; 상기 제 1 주패턴과 제 2 주패턴이 구비되는 마스크를 투광하고 레지스트에는 이미지가 나타나지 않도록 한계 패턴 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 보조 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
주패턴, 마스크, 해상력, 레지스트, 미세 보조 패턴, 게이트 라인
Description
도 1은 종래의 마스크 층을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 있어 굽은 주패턴을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균일 선폭 유지 마스크를 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 마스크와 노광 패턴 이미지를 중첩시켜 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 있어 연속된 노광 패턴 이미지를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 주패턴 1A : 상위 주패턴
1B : 주패턴 연결부 1C : 하위 주패턴
4 : 미세 보조 패턴 10 : 삭제 부분
본 발명은 균일 선폭 유지 마스크에 관한 것으로, 특히 반도체용 트랜지스터 패턴의 선폭 제조에 있어서 구부러진 라인 패턴에 의한 선폭 패터닝을 보상하고 선폭을 균일하게 유지하도록 한 균일 선폭 유지 마스크에 관한 것이다.
일반적으로, 마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 패턴의 정확도에 밀접한 영향을 준다. 특히, 마스크 패턴의 광 근접 효과를 제대로 고려하지 못하면 리소그라피 본래 노광 의도와 달리 패턴 선폭 왜곡이 발생하여 선폭 선형성(Linearity)이 짧아지는 현상이 나타나 반도체 소자 특성에 많은 나쁜 영향을 주게 된다.
반도체 포토 리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 한다. 이를 위해 광학 근접 보상기술(OPC : Optical Proximity Correction)이라든가 위상반전 마스크 기술(Phase Shifting Mask)이 등장하였고 마스크에 그려진 패턴형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되었다. 특히 최근 원자외선파장(248nm or 194nm 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 보조 패턴, 일종의 더미 패턴(Dummy Pattern) 형성 기술도 해상도 개선에 많은 기여를 하고 있다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 종래의 마스크 제조 기술을 설명한다.
도 1은 종래의 마스크 층을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 있어 굽은 주패턴을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 반도체 마스크는 3개의 층(Layer)을 중첩시켜 놓은 상태를 나타내는 것으로, 종래의 마스크는 활성화층(2)과, 해당 활성화층(2)에 중첩되는 폴리 라인(Poly Line)의 주패턴(1) 층 및 콘택홀(2) 층으로 이루어지는데, 상기 주패턴(1)은 제 1 주패턴(1a)과 제 2 주패턴(1b)으로 구성되고, 해당 제 1 주패턴(1a)은 제 1 상위 주패턴(1aA), 제 1 하위 주패턴(1aC) 및 상기 제 1 상위 주패턴(1aA)과 제 1 하위 주패턴(1aC)을 굽은 형태로 연결하는 제 1 주패턴 연결부(1aB)를 구비하고, 해당 제 2 주패턴(1b)은 제 2 상위 주패턴(1bA), 제 2 하위 주패턴(1bC) 및 상기 제 2 상위 주패턴(1bA)과 제 2 하위 주패턴(1bC)을 굽은 형태로 연결하는 제 2 주패턴 연결부(1bB)를 구비한다.
도 1에서 상기 주패턴(1) 층을 피해서 최대한 많은 콘택홀(3) 층을 활성화층(2)위에 배치하려고 하면 주패턴(1) 층이 직선으로 배치되지 못하고 굽은 형태로 만들어진다. 실제로, 상기 상위 주패턴(1A)과 하위 주패턴(1B)이 이어지지 않고 모서리만 접촉하거나 일부만 비껴서 중첩 배치되는데, 이렇게 하면 마스크 노광시 광 근접 효과에 의해 굽은 형태의 레지스트 패턴이 만들어진다. 이는 상기 상위 주패턴(1A)과 하위 주패턴(1B)을 부분적으로 중첩시킨 형태이다.
도 2는 상기 상위 주패턴(1A)과 하위 주패턴(1B)의 연결 부분, 즉 주패턴 연결부(1B)를 일정각도를 갖고 비껴서 배치한 굽은 폴리 라인 패턴(Bent Poly)이다. 상기 상위 주패턴(1A)과 하위 주패턴(1B)의 끝단을 90도로 구부려서 주패턴 라인을 길게 유지할 수 있도록 한 마스크이다.
그러나, 상술한 종래의 마스크 패턴 방식은 광 근접 효과를 제대로 보상하지 못하므로, 주패턴 연결 부분의 레지스트 이미지는 직선으로 연결된 선폭보다 상대적으로 두꺼워져 포화 전류(Idsat : Saturation Current) 불균일의 한 원인이 되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반도체용 트랜지스터 패턴의 선폭 제조에 있어서 변곡지점인 구부러진 라인 패턴에 의한 선폭 패터닝을 보상하고 선폭을 균일하게 유지하도록 하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 균일 선폭 유지 마스크는 제 1 주패턴과; 상기 제 1 주패턴과 이격되어 대칭되게 배치되는 제 2 주패턴과; 상기 제 1 주패턴과 제 2 주패턴이 구비되는 마스크를 투광하고 레지스트에는 이미지가 나타나지 않도록 한계 패턴 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 보조 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 균일 선폭 유지 마스크를 설명한다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균일 선폭 유지 마스크를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 균일 선폭 유지 마스크는 제 1 주패턴(1a)과, 상기 제 1 주패턴(1a)과 이격되어 대칭되게 배치되는 제 2 주패턴(1b) 및 상기 제 1 주패턴(1a)과 제 2 주패턴(1b)이 구비되는 마스크를 투광하고 레지스트에는 이미지가 나타나지 않도록 한계 패턴 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 보조 패턴(4)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제 1 주패턴(1a)은 제 1 상위 주패턴(1aA)과, 제 1 하위 주패턴(1aC) 및 제 1 주패턴 연결부(1aB)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제 1 하위 주패턴(1aC)는 상기 제 1 상위 주패턴(1aA)과 비껴서 배치되고, 상기 제 1 주패턴 연결부(1aB)는 상기 제 1 상위 주패턴(1aA)과 제 1 하위 주패턴(1aC)을 연결하는 것으로, 상기 제 1 상위 주패턴(1aA)과 제 1 하위 주패턴(1aC) 끝단 중 겹치는 부분에 대해 부울리언 방정식(Boolean Equation)에 의한 해당 제 1 상위 주패턴(1aA)과 제 1 하위 주패턴(1aC)의 배타적 논리합(XOR : eXclusive OR)으로 제거되는 제 1 삭제 부분(10aa)을 구비한다. 여기서, 상기 배타적 논리합은 부울리언 연산자(Boolean operator)의 하나로서, 진리값 표에서 2개의 연산 대상 중 하나가 참이고 다른 하나가 거짓일 때에만 연산의 결과가 참이 된다
그리고, 상기 제 2 주패턴(1b)은 제 2 상위 주패턴(1bA)과, 제 2 하위 주패턴(1bC) 및 제 2 주패턴 연결부(1bB)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제 2 하위 주패턴(1bC)는 상기 제 2 상위 주패턴(1bA)과 비껴서 배치되고, 상기 제 2 주패턴 연결부(1bB)는 상기 제 2 상위 주패턴(1bA)과 제 2 하위 주패턴(1bC)을 연결하는 것 으로, 상기 제 2 상위 주패턴(1bA)과 제 2 하위 주패턴(1bC) 끝단 중 겹치는 부분에 대해 부울리언 방정식에 의한 해당 제 2 상위 주패턴(1bA)과 제 2 하위 주패턴(1bC)의 배타적 논리합으로 제거되는 제 2 삭제 부분(10bb)을 구비한다.
또한, 상기 미세 보조 패턴(4)은 제 1 미세 보조 패턴(4c)과 제 2 미세 보조 패턴(4b) 및 제 3 미세 보조 패턴(4c)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 미세 보조 패턴(4c)는 상기 제 1 주패턴 연결부(1aB)의 상기 제 1 하위 주패턴(1aC) 끝단과 상기 제 2 주패턴 연결부(1bB)의 상기 제 2 하위 주패턴(1bC) 끝단 사이에 구비되어 해당 제 1 및 제 2 하위 주패턴(1aC,1bC) 끝단에 대해 수직으로 이격되게 직사각형으로 동일선상에 배치되고, 상기 제 2 미세 보조 패턴(4a)은 상기 제 1 미세 보조 패턴(4c)을 기준으로 반대편에 비껴서 상기 제 1 주패턴 연결부(1aB)의 상기 제 1 상위 주패턴(1aA) 끝단에 구비되어 해당 제 1 상위 주패턴(1aA) 끝단에 대해 수평으로 이격되게 사각형으로 동일선상에 배치되며, 상기 제 3 미세 보조 패턴(4b)은 상기 제 1 미세 보조 패턴(4c)을 기준으로 반대편에 비껴서 상기 제 2 주패턴 연결부(1bB)의 상기 제 2 상위 주패턴(1bA) 끝단에 구비되어 해당 제 2 상위 주패턴(1bA) 끝단에 대해 수평으로 이격되게 사각형으로 동일선상에 배치된다. 여기서, 상기 미세 보조 패턴(4)은 상기 상위 및 하위 주패턴(1aA,1aB,1bA,1bB) 끝단 일부와 동일선상에 배치될 때 해당 미세 보조 패턴 빗변 선폭의 10%~40%가 동일선상에 배치된다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
상기 삭제 부분(10)의 면적이 노광 파장의 해상 한계보다 작다면 마스크 노 광 되었을 때 반도체 기판상에 불필요한 홀 이미지를 남기지 않고 오히려 광 근접 효과를 개선해, 상기 주패턴 연결부(1B)의 선폭을 균일하게 조절해 주는 역할을 할 수 있다. 즉, 이 자체만으로 2개의 주패턴 연결부(1aB,1bB)의 패턴 불균일을 어느 정도 해소 할 수 있다. 상기 삭제 부분(10)은 네가티브 톤(Negative tone)을 갖는 미세 보조 패턴의 역할을 하게 된다. 여기서 미세 보조 패턴은 마스크에는 존재하지만 실제로 노광후 반도체 기판상에는 만들어지지 않도록 한계 패턴 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 패턴이다.
여기서, 상기 패턴 해상력(Resolution)의 정의는, 아래와 같이 레일리 방정식(Rayleigh's Equation)으로 결정된다.
해상력 R = k*λ/N.A.
이때, k는 상수, λ는 조명계 파장, N.A.는 조명계 렌즈 구경이므로, k를 0.5 , λ는 0.248 , N.A.는 0.65를 적용하면 해상도 R = 0.19 um를 얻는다. 따라서, 이 값보다 작은 선폭을 갖는 미세 보조 패턴을 마스크에 독립적으로 적용할 경우 물리적으로 마스크만을 투광하고 레지스트에는 이미지가 나타나지 않는 패턴을 정의 할 수 있다.
본 발명에서는 좀 더 정교한 선폭 조절을 위해 포지티브 톤(Positive tone)의 미세 보조 패턴(4)을 최소한으로 주패턴(1)과 이격하여 배치한다.
상기 제 1 미세 보조 패턴(4c)은 평행한 게이트 라인, 즉 상기 제 1 하위 주패턴(1aC)과 제 2 하위 주패턴(1bC)의 끝단에 대해 수직으로 폴리 라인, 즉 해당 2개의 제 1 하위 주패턴(1aC)과 제 2 하위 주패턴(1bC) 사이에 배치한다. 이때, 바 람직하게는 하위 주패턴(1C)의 끝단과 일직선상으로 15% 중첩되는 영역을 갖도록 이격 배치한다.
아울러, 상기 하위 주패턴(1C)를 기준으로 반대편에 비껴서 배치되는 또 다른 게이트 라인, 즉 상기 상위 주패턴(1A)과 평행하게 사각형의 포지티브 톤을 갖는 제 2 및 제 3 미세 보조 패턴(4a,4b)을 배치한다. 여기서, 포지티브 톤은 주패턴과 동일한 투과율을 갖는 것을 의미한다.
이렇게 하여 노광된 패턴 이미지 콘투어(Contour)와 마스크를 동시에 중첩시킨 것이 도 4이다. 즉, 주패턴 연결부(1B)의 삭제 부분(10)이 굽은 게이트의 선폭 조절에 중용한 역할을 한다. 이를 연속된 노광 이미지로 나타낸 것이 도 5이다. 여기서, 광량이 가장 강한 부분(7)은 붉은색으로 표시되고, 광량이 가장 약한 부분(100B)은 푸른색으로 나타난다. 이때 미세 보조 패턴(4)은 어느 정도 광량을 선택적으로 차단하여 주패턴 모서리의 왜곡을 막아준다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 2개의 주패턴 일부가 비껴서 배치될 때 중첩 부위를 제거해줌으로써 주패턴 연결부의 선폭 불균일을 효과적으로 억제 할 수 있고, 주패 턴내의 중첩된 부분만을 선택적으로 제거함으로써 자동적으로 광 근접 보상기술을 얻을 수 있고, 주패턴의 중첩 부위를 미세하게 조절함으로써 굽은 게이트의 선폭을 조절 할 수 있고, 미세 보조 패턴의 효과를 극대화함으로써 제품의 수율을 개선할 수 있으며, 별도의 추가적인 노광 공정이 없이도 마스크의 효과만으로 해상력을 개선할 수 있다.
Claims (6)
- 제 1 주패턴과;상기 제 1 주패턴과 이격되어 대칭되게 배치되는 제 2 주패턴과;상기 제 1 주패턴과 제 2 주패턴이 구비되는 마스크를 투광하고 레지스트에는 이미지가 나타나지 않도록 한계 패턴 해상력 이하의 선폭을 갖는 미세 보조 패턴을 포함하며,상기 제 1 주패턴과 제 2 주패턴은 각각 상위 주패턴과 비껴서 배치되는 하위 주패턴을 구비하고,상기 상위 주패턴과 상기 하위 주패턴을 연결하는 부분은 제거되는 삭제부분인 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 주패턴은,제 1 상위 주패턴과;상기 제 1 상위 주패턴과 비껴서 배치되는 제 1 하위 주패턴과;상기 제 1 상위 주패턴과 제 1 하위 주패턴을 연결하는 것으로 상기 제 1 상위 주패턴과 제 1 하위 주패턴 끝단 중 겹치는 부분에 대해 부울리언 방정식에 의한 해당 제 1 상위 주패턴과 제 1 하위 주패턴의 배타적 논리합으로 제거되는 제 1 삭제 부분을 구비하는 제 1 주패턴 연결부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 주패턴은,제 2 상위 주패턴과;상기 제 2 상위 주패턴과 비껴서 배치되는 제 2 하위 주패턴과;상기 제 2 상위 주패턴과 제 2 하위 주패턴을 연결하는 것으로 상기 제 2 상위 주패턴과 제 2 하위 주패턴 끝단 중 겹치는 부분에 대해 부울리언 방정식에 의한 해당 제 2 상위 주패턴과 제 2 하위 주패턴의 배타적 논리합으로 제거되는 제 2 삭제 부분을 구비하는 제 2 주패턴 연결부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 삭제 부분은,면적이 노광 파장의 해상 한계보다 작은 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 미세 보조 패턴은,상기 제 1 주패턴에 구비되는 제 1 주패턴 연결부의 제 1 하위 주패턴 끝단 과 상기 제 2 주패턴에 구비되는 제 2 주패턴 연결부의 제 2 하위 주패턴 끝단 사이에 구비되어 해당 제 1 및 제 2 하위 주패턴 끝단에 대해 수직으로 이격되게 직사각형으로 동일선상에 배치되는 제 1 미세 보조 패턴과;상기 제 1 미세 보조 패턴을 기준으로 반대편에 비껴서 상기 제 1 주패턴 연결부의 제 1 상위 주패턴 끝단에 구비되어 해당 제 1 상위 주패턴 끝단에 대해 수평으로 이격되게 사각형으로 동일선상에 배치되는 제 2 미세 보조 패턴과;상기 제 1 미세 보조 패턴을 기준으로 반대편에 비껴서 상기 제 2 주패턴 연결부의 제 2 상위 주패턴 끝단에 구비되어 해당 제 2 상위 주패턴 끝단에 대해 수평으로 이격되게 사각형으로 동일선상에 배치되는 제 3 미세 보조 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
- 제 5 항에 있어서,상기 미세 보조 패턴은,상기 상위 및 하위 주패턴 끝단 일부와 동일선상에 배치될 때 해당 미세 보조 패턴 빗변 선폭의 10%~40%가 동일선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 균일 선폭 유지 마스크.
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