KR100636922B1 - 더미 노광마스크 및 이를 이용한 노광방법 - Google Patents

더미 노광마스크 및 이를 이용한 노광방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 더미 노광마스크 및 이를 이용한 노광방법에 관한 것으로,
필드 CD 유니포미티를 보상하기 위하여 더미 노광마스크를 노광마스크의 배면에 결착시키고 노광공정을 실시할 수 있도록 하여 예정된 크기의 패턴을 반도체기판 상에 구현할 수 있도록 하는 기술이다.

Description

더미 노광마스크 및 이를 이용한 노광방법{Dummy exposure mask And Method for exposuring using the same}
도 1 은 본 발명에 따른 더미 노광마스크가 결착된 마스크부를 도시한 단면도.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 3 은 상기 도 2 의 A-A 절단면을 따라 도시한 단면도.
도 4 는 본 발명의 제2실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 5 는 상기 도 4 의 B-B 절단면을 따라 도시한 단면도.
도 6 은 본 발명의 제3실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 7 은 본 발명의 제4실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 8 은 본 발명의 제5실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 9 는 본 발명의 제6실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 10 은 본 발명의 제7실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 11 은 본 발명의 제8실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
도 12 은 본 발명의 제9실시예에 따라 형성된 더미 노광마스크의 평면도.
본 발명은 더미 노광마스크에 관한 것으로, 노광공정시 빛의 투과량을 조절할 수 있는 더미 노광마스크를 제공하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자의 제조 공정중 패터닝 공정을 리소그래피 공정이라 한다.
상기 리소그래피 공정은 별도의 노광마스크를 만들고 이를 노광장치에 넣은 후에 노광마스크에 레이저 광을 통과시켜 노광마스크를 구성하는 석영기판에 설계된 패턴을 웨이퍼에 전사시키는 패터닝 공정이다.
상기 노광마스크는 석영기판 상에 크롬 또는 반투명의 MoSi 옥사이드 계열의 차광층을 증착한 후 소정의 마스크 제조 공정으로 회로기판을 만들지만, 전자빔의 조사 균일도, 석영기판 상의 차광층인 크롬 식각이 좋지 않은 경우, 차광패턴인 크롬패턴의 예정된 CD와 차이가 발생하게 된다.
이러한 CD 차이가 있는 노광마스크를 가지고 스캐너에 넣어 소정의 웨이퍼 리소그래피 공정을 진행하여 웨이퍼 상에 패터닝 공정을 마치고 나면, 크롬패턴 CD 차이가 웨이퍼 상에서 더욱 큰 차이로 패턴 사이즈 전사가 일어난다. 보통 이것을 반도체장치 필드 CD 유니포미티 ( uniformity ) 라 한다.
상기 필드 CD 유니포미티는 통상 상기 노광마스크 상에 형성된 크롬패턴 사이의 CD 차이에서 생기기도 하지만, 균일한 노광마스크 장치 CD 라 하더라도, 노광장치는 수십개의 광 렌즈를 거치고 나서, 최종 웨이퍼에 노광에너지가 전달될 때 균일하지 못하게 노광원이 전달되어 나타나는 경우도 있다.
이러한 반도체 칩 내에서 칩 중심이 칩 코너 사이의 차이가 점증적으로 차이를 나타내는 문제가 흔히 나타나, 반도체 소자 특성 품질을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
종래의 경우는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수많은 노광마스크 장치를 반복적으로 만들어 내어 이를 해결하고자 하였지만 고가의 노광마스크 및 제조 공정 비용이 크다.
또 다른 노광마스크 컨트롤 방법으로는 종래의 노광마스크 장치 자체의 백 사이드에 더미 패턴을 형성하여 노광 입사 투과 에너지를 컨트롤하는 방법이 있지만, 이는 노광마스크 제조 공정이 매우 어렵다.
또한, 상기 노광마스크 상의 크롬패턴이 백 사이드 패턴 제조 공정 중에 발생되는 결함으로 인한 오염이 발생할 수 있으며, 상기 백 사이드 패턴이 잘 못 만들어진 경우 노광마스크 상의 크롬패턴을 사용할 수 없게 된다.
더 큰 문제점은 상면의 크롬 패턴 제조 공정상의 CD 차이가 웨이퍼에서 얼마나 크게 나타나는지, 그리고 CD 차가 어떤 트랜드로 차이가 나는지를 먼저 알아내고 이를 백 사이드 패턴을 어떻게 만들지를 결정해야 하는데 이를 위하여 웨이퍼 공정에 이 마스크를 보내고 다시 가져와서 백 사이드 더미 패턴을 만들어야 하는 불편함이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 노광마스크의 배면에 필드 CD 유니포미티 ( field CD uniformity )를 보상할 수 있는 더미 노광마스 크 및 이를 이용한 노광방법을 제공하는 것을 그 목적이 있다.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 더미 노광마스크는,
노광마스크의 필드 CD 유니포미티 ( field CD uniformity )를 보상하는 더미 노광마스크에 있어서,
더미 노광마스크용 석영기판이 구비되고,
상기 석영기판 상에 차광패턴이 구비되고,
상기 석영기판이 상기 노광마스크의 배면에 탈부착되어 구비되는 것과,
상기 석영기판은 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 의 두께로 형성하는 것과,
상기 차광패턴은 바타입 ( bar type ) 이나 홀타입 ( hole type ) 으로 구비되는 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 좌측 방향으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 상측으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 하측으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 상하에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 좌우 에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 중앙으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 차광패턴은 패턴 밀도가 에지부에 점차적으로 집중된 것과,
상기 더미 노광마스크는 필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기로 구비하는 것을 제1특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 더미 노광마스크는,
노광마스크의 필드 CD 유니포미티 ( field CD uniformity )를 보상하는 더미 노광마스크에 있어서,
더미 노광마스크용 석영기판이 구비되고,
상기 석영기판 상에 위상반전패턴이 구비되고,
상기 석영기판이 상기 노광마스크의 배면에 탈부착되어 구비되는 것과,
상기 석영기판은 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 의 두께로 형성하는 것과,
상기 위상반전패턴은 바타입 ( bar type ) 이나 홀타입 ( hole type ) 으로 구비되는 것과,
상기 위상반전패턴은 석영기판을 식각한 트렌치 형태로 형성하는 것과,
상기 위상반전패턴은 석영기판 상에 위상반전층을 패터닝하여 형성하는 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 좌측 방향으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 상측으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 하측으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 상하에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중 된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 좌우 에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 중앙으로 점차적으로 집중된 것과,
상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 에지부에 점차적으로 집중된 것과,
상기 더미 노광마스크는 필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기로 구비하는 것을 제2특징으로 한다.
한편, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 노광방법은,
(a) 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 반도체기판 상에 감광막패턴을 형성하는 단계;
(b) 상기 노광마스크에 형성된 패턴과 상기 감광막 패턴을 비교하여 필드 CD 유니포미티를 측정하는 단계; 및
(c) 상기 필드 CD 유니포미티를 보상하는 더미 노광마스크를 상기 노광마스크의 배면에 결착한 다음, 노광공정을 실시하는 단계를 포함하는 것과,
(c) 단계의 더미 노광마스크는 상기 노광마스크의 배면과 소정거리 이격시켜 결착하여 사용하는 것과,
(c) 단계의 더미 노광마스크는 상기 노광마스크의 전면에 결착되는 펠리클의 결착수단과 동일한 방법으로 결착시켜 사용하는 것과,
(c) 단계의 더미 노광마스크는 석영기판 상에 필드 CD 유니포미티를 보상하는 차광패턴을 구비하거나, 위상반전패턴을 구비하되,
상기 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 두께로 형성된 상기 더미 노광마스크의 석영기판을 이용하여 실시하는 것과,
필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기의 더미 노광마스크를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 더미 노광마스크를 일반적인 노광마스크에 결착시킨 것을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 노광마스크의 배면에 더미 노광마스크가 결착된다.
이때, 상기 노광마스크는 석영기판(21) 상에 차광패턴(23)이 구비되고, 상기 차광패턴(23)이 형성된 부분의 오염을 방지하기 위한 펠리클(29)이 부착된 것이다. 여기서, 상기 펠리클(29)은 상기 석영기판(21)의 에지부에 펠리클 부착장치(25)를 구비하고 상기 펠리클(29)을 상기 차광패턴(23)으로부터 상측으로 이격시킬 수 있는 펠리클 장치 플레임(27)이 구비한 후 그 상측에 형성한 것이다.
또한, 상기 더미 노광마스크는 상기 석영기판(31) 상에 차광패턴(33)이 형성된 것이다. 이때, 차광패턴(33)은 노광공정시 웨이퍼 상에 패터닝되는 패턴과의 CD 차이를 고려하여 형성된 다수의 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 석영기판(31)의 배면이 상기 석영기판(21)의 배면에 소정거리 이격시켜 결착하되, 상기 펠리클(29)의 결착방법과 동일한 방법들을 이용하여 결착하고, 상기 차광패턴(33)은 상기 차광패턴(23)과 반대방향으로 형성되도록 결착된다.
그리고, 상기 더미 노광마스크의 석영기판(31)은 노광마스크의 석영기판(21) 보다 얇게, 보다 상세하게는 석영기판(21)의 1/5 ∼ 5/5 의 두께로 형성한다. 상기 더미 노광마스크는 필드 CD 유니포미티를 극복하여야 하는 부분에만 위치할 수 있는 크기로 형성할 수 있다.
한편, 필요에 따른 여러 가지 패턴 형태로 차광패턴이 형성된 다수의 더미 노광마스크를 준비하고, 필드 CD 유니포미티를 고려하여 필요한 형태의 더미 노광마스크를 노광마스크의 배면에 탈부착하여 사용할 수 있도록 한다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 더미 노광마스크를 도시한 것이다.
도 2 는 더미 노광마스크를 도시한 평면도로서, 석영기판(41) 상의 칩영역(43)에 다수의 차광패턴(45)이 바 타입 ( bar type ) 으로 형성된 것이다.
도 3 은 상기 도 2 의 A-A 절단면을 따라 도시된 더미 노광마스크의 단면도를 도시한 것으로, 좌측에서 우측으로 차광패턴(43) 간격이 좁아지도록 형성된다.
도 4 및 도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 더미 노광마스크를 도시한 것이다.
도 4 는 더미 노광마스크를 도시한 평면도로서, 석영기판(51) 상의 칩영역(53)에 홀패턴(57)이 형성된 차광막(55)을 형성한 것이다. 이때, 상기 홀패턴(57)은 좌측에서 우측으로 간격이 좁아지도록 설계된 것이다.
도 5 는 상기 도 4 의 B-B 절단면을 따라 도시된 더미 노광마스크의 단면도를 도시한 것으로, 좌측에서 우측으로 홀패턴(57) 간의 간격이 좁아지도록 구비된 차광막(55)이 형성된 것이다.
도 6 내지 도 10 은 본 발명의 제 3,4,5,6,7 실시예에 따른 더미 노광마스크를 도시한 평면도로서, 홀패턴이 구비되는 홀 타입으로 형성된 것이다.
도 6 은 제3실시예에 따른 더미 노광마스크로서, 패턴 밀도가 좌측 방향으로 홀패턴이 점점 집중된 것이다.
도 7 은 제4실시예에 따른 더미 노광마스크로서, 패턴 밀도가 상측으로 홀패턴이 점점 집중된 것이다.
도 8 은 제5실시예에 따른 더미 노광마스크로서, 패턴 밀도가 하측으로 홀패턴이 점점 집중된 것이다.
도 9 는 제6실시예에 따른 더미 노광마스크로서, 패턴 밀도가 상하에지부로 대칭되도록 홀패턴이 점점 집중된 것이다.
도 10 은 제7실시예에 따른 더미 노광마스크로서, 패턴 밀도가 좌우 에지부로 대칭되도록 홀패턴이 점점 집중된 것이다.
도 11 내지 도 12 은 본 발명의 제 8,9 실시예에 따른 더미 노광마스크를 도시한 평면도로서, 노광마스크 및 반도체 칩의 중심을 기준으로 빛 강도 분포가 왜곡된 노광마스크를 보상하기 위한 패턴 밀도를 도시한 것이다.
도 11 은 중앙에 홀패턴의 밀도가 높게 형성된 것이고, 도 12 는 에지부에 홀패턴의 밀도가 높게 형성된 것이며, 패턴밀도가 높은 부분은 입사된 빛의 투과량이 20 퍼센트 이하가 되도록 형성한 패터닝 형태나 물질로 형성한 것이다.
아울러, 본 발명은 상기한 실시예들의 차광패턴 대신 위상반전패턴을 형성하여 실시할 수도 있으며, 필요에 따라 바타입이나 홀타입으로 패턴을 형성할 수 있 으며, 그 형태 또한 필요에 따라 변경하여 실시할 수도 있다.
여기서, 상기 위상반전패턴은 석영기판을 식각한 트렌치 형태로 형성하거나 위상반전층을 패터닝한 형태로 형성한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 더미 노광마스크 및 이를 이용한 노광방법은, 필드 CD 유니포미티에 의한 노광마스크를 수정하지 않고 노광마스크의 배면에 이미 디자인된 더미 노광마스크를 결착시켜 노광공정을 실시함으로써 예정된 크기의 패턴을 반도체기판 상에 형성할 수 있도록 하고 공정을 단순화시키며 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (31)

  1. 노광마스크의 필드 CD 유니포미티 ( field CD uniformity )를 보상하는 더미 노광마스크에 있어서,
    더미 노광마스크용 석영기판이 구비되고,
    상기 석영기판 상에 차광패턴이 구비되고,
    상기 석영기판이 상기 노광마스크의 배면에 탈부착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영기판은 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 바타입 ( bar type ) 이나 홀타입 ( hole type ) 으로 구비되는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 좌측 방향으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 상측으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 하측으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 상하에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 좌우 에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 중앙으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 패턴 밀도가 에지부에 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 더미 노광마스크는 필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기로 구비하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  12. 노광마스크의 필드 CD 유니포미티 ( field CD uniformity )를 보상하는 더미 노광마스크에 있어서,
    더미 노광마스크용 석영기판이 구비되고,
    상기 석영기판 상에 위상반전패턴이 구비되고,
    상기 석영기판이 상기 노광마스크의 배면에 탈부착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 석영기판은 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 석영기판을 식각한 트렌치 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 석영기판 상에 위상반전층을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 바타입 ( bar type ) 이나 홀타입 ( hole type ) 으로 구비되는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 좌측 방향으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 상측으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 하측으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 상하에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 좌우 에지부로 대칭되도록 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 중앙으로 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  23. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상반전패턴은 패턴 밀도가 에지부에 점차적으로 집중된 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  24. 제 12 항에 있어서,
    상기 더미 노광마스크는 필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기로 구비하는 것을 특징으로 하는 더미 노광마스크.
  25. (a) 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 반도체기판 상에 감광막패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 노광마스크에 형성된 패턴과 상기 감광막 패턴을 비교하여 필드 CD 유니포미티를 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 필드 CD 유니포미티를 보상하는 더미 노광마스크를 상기 노광마스크의 배면에 결착한 다음, 노광공정을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    (c) 단계의 더미 노광마스크는 상기 노광마스크의 배면과 소정거리 이격시켜 결착한 것을 특징으로 하는 노광방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    (c) 단계의 더미 노광마스크는 상기 노광마스크의 전면에 결착되는 펠리클의 결착수단과 동일한 방법으로 결착시키는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    (c) 단계의 더미 노광마스크는 석영기판 상에 필드 CD 유니포미티를 보상하는 차광패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    (c) 단계의 더미 노광마스크는 석영기판 상에 필드 CD 유니포미티를 보상하는 위상반전패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    (c) 단계의 노광 공정은 상기 노광마스크 석영기판의 1/5 ∼ 5/5 두께로 형성된 상기 더미 노광마스크의 석영기판을 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  31. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    (c) 단계의 노광 공정은 필드 CD 유니포미티를 보상하여야 하는 부분만을 도포하는 크기의 더미 노광마스크를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
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