KR100732749B1 - Mask for Forming Minute Pattern - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마스크의 차광물질보다 상대적으로 해상력이 낮은 스캐터링 보조 패턴을 이용하여 광 근접 효과를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크에 관한 것으로, 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 수정 기판과, 상기 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판상의 차광막과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막상의 스캐터링 보조 패턴을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. The present invention suppresses the optical proximity effect by using a scattering auxiliary pattern having a lower resolution than the light shielding material of the mask, thereby minimizing the resolution of the semi-dense pattern or the isolation pattern. The mask for forming a fine pattern of the present invention includes a quartz substrate, a light shielding film on the quartz substrate from which a light shielding material is removed from a region corresponding to an image forming region on the wafer, and an isolation pattern or a half on a wafer ( Iii) a scattering auxiliary pattern on the light shielding film positioned to correspond to both sides of the region formed in a dense pattern.
Optical Proximity Effect, scattering bar assist pattern, BIM(BInary Mask), PSM(Phase Shift Mask), COG(Chip on Glass)Optical Proximity Effect, scattering bar assist pattern, Binary Mask (BIM), Phase Shift Mask (PSM), Chip on Glass (COG)
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면도1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing a conventional mask for forming a pattern
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면도2A and 2B are plan and cross-sectional views showing a mask for forming a fine pattern according to the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 각종의 패턴 형성에 이용한 경우 주 타겟 패턴과의 관계를 나타낸 평면도3A to 3C are plan views showing the relationship with the main target pattern when the fine pattern forming mask of the present invention is used for forming various patterns;
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 수정 기판 22 : 차광막21: modified substrate 22: light shielding film
23 : 스캐터링 보조 패턴 31 : 주 타겟 패턴23: scattering auxiliary pattern 31: the main target pattern
32 : 스캐터링 보조 패턴32: scattering auxiliary pattern
본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로 특히, 마스크의 차광물질보다 상대적으로 해상력이 낮은 스캐터링 보조 패턴을 이용하여 광 근접 효과를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing process. In particular, by suppressing an optical proximity effect by using a scattering auxiliary pattern having a lower resolution than a light shielding material of a mask, a semi-dense pattern or an isolation pattern may be used. It relates to a mask for forming a fine pattern that can maximize the resolution.
회로 레이아웃(layout)에 따른 패턴을 마스크로부터 반도체 웨이퍼로 전사하여 반도체 소자를 형성하기 위하여는 노광 공정(photo lithography)이 이용된다. 이 때, 레이아웃 및 이에 따른 마스크 상의 패턴들은, 석판술(lithography) 공정 파라미터, 반도체 공정 파라미터 및 회로 디자인 기준(criteria) 등에 의해 결정되는 치수 룰(dimension rules)을 따르도록 설계된다. In order to form a semiconductor device by transferring a pattern according to a circuit layout from a mask to a semiconductor wafer, photolithography is used. At this time, the layout and thus the patterns on the mask are designed to conform to dimension rules determined by lithography process parameters, semiconductor process parameters, and circuit design criteria.
상기 레이아웃 디자인 룰(layout design rule)에 따르는 것은, 마스크 상의 패턴을 반도체 웨이퍼에 알맞게 전사시킬 수 있고, 또한, 회로의 동작을 확실하게 보장할 수 있다. According to the layout design rule, the pattern on the mask can be appropriately transferred to the semiconductor wafer, and the operation of the circuit can be reliably ensured.
회로의 레이아웃이 생성되면, 노광 공정에서 반도체 웨이퍼 상의 감광막층에 상기 레이아웃을 전사시키기 위하여, 노광 장치에서 노광된 빛을 패턴이 있는 마스크를 통과시켜 조사한다. 상기 노광 장치의 중요한 한계 특성은 노광 장치 자체의 해상도 한계(resolution limit)이다. 이러한 노광 장치의 해상도는, 그 노광 장치가 반복적으로 웨이퍼 위에 노광시킬 수 있는 최소 패턴 크기로 정의된다. When the layout of the circuit is generated, in order to transfer the layout to the photoresist layer on the semiconductor wafer in the exposure process, the light exposed by the exposure apparatus is irradiated through a patterned mask. An important limit characteristic of the exposure apparatus is the resolution limit of the exposure apparatus itself. The resolution of such an exposure apparatus is defined as the minimum pattern size that the exposure apparatus can repeatedly expose on the wafer.
따라서, 레이아웃(layout)의 임계 선폭(Critical Dimension)이 노광 공정 장비의 해상도 한계에 접근하게 되면, 광 근접 효과(proximity effect)로 인해 마스크 상의 패턴이 감광막 층에 전사되는 방식에 영향을 미치기 시작하여, 마스크 패턴과 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 달라지게 된다. Thus, when the critical dimension of the layout approaches the resolution limit of the exposure process equipment, it begins to affect how the pattern on the mask is transferred to the photoresist layer due to the proximity effect. The mask pattern and the pattern formed on the wafer are different.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 미세 패턴 형성용 마스크를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a conventional mask for forming a fine pattern is as follows.
도 1a 및 도 1b는 종래 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도와 단면도이다. 1A and 1B are a plan view and a sectional view of a mask for forming a conventional pattern.
도 1a 및 도 1b와 같이, 종래의 패턴 형성용 마스크는 수정 기판(11) 상에 차광막(12)이 증착된 형태이다.1A and 1B, in the conventional pattern forming mask, the
이러한 이원화된 패턴인 경우, 노광원의 파장에 따라 영향을 받아, 구현 가능한 패턴 폭이 제한된다. 예를 들어, 상기 이원화된 패턴의 선폭이나 패턴 사이의 간격이 노광원의 파장에 근접하거나 이보다 작아질 경우, 노광원에 의해 상기 이원화된 패턴이 제대로 해상되지 못하여 이에 대응하는 패턴이 제대로 구현될 수 없다. In the case of such a binary patterned, it is influenced by the wavelength of the exposure source, thereby limiting the width of the pattern. For example, when the line width of the binary pattern or the interval between the patterns is closer to or smaller than the wavelength of the exposure source, the binary pattern may not be properly resolved by the exposure source so that the corresponding pattern may be properly implemented. none.
보다 구체적으로, 상기와 같은 종래의 패턴 형성용 마스크는 다음과 같은 문제점이 있다.More specifically, the conventional pattern forming mask as described above has the following problems.
최근의 노광 기술의 경우 사용되는 노광원 파장(exposure wavelength) 보다도 훨씬 작은 임계 선폭의 패턴을 구현하고자 하고 있다.Recent exposure techniques seek to achieve a pattern with a critical line width that is much smaller than the exposure wavelength used.
하지만, 광학 석판술(optical lithography) 기술의 경우, 상기 노광원의 고정된 파장 크기보다도 작은 임계 선폭의 패턴을 노광 공정에서 구현하는 과정 중에 특히 어려운 점은 설계된 도면이 그려져 있는 마스크 패턴 상에 반복적인 밀집(dense) 라인/스페이스(line/space) 패턴뿐만 아니라, 반(半)밀집(semi dense) 라인/스페이스(line/space), 고립(isolated) 패턴이 동시에 존재하여, 동일 노광 조건에서 다양한 패턴의 모양과 크기를 구현해야 하는 기술적인 목표가 있다는 사실이다.However, in the case of optical lithography technology, a particularly difficult point in the process of implementing a pattern of critical line width smaller than the fixed wavelength size of the exposure source in the exposure process is that it is repeated on the mask pattern on which the designed drawing is drawn. In addition to dense line / space patterns, semi dense line / space and isolated patterns exist at the same time, resulting in various patterns under the same exposure conditions. The technical goal is to implement the shape and size of the.
또한, 이러한 레이아웃(layout)의 혼재 상황에서 디자인 룰(design rule) 크기가 급격히 작아지고 노광 파장보다도 작은 최소 선폭을 요구하는 레이아웃이 마스크 상에 존재한다면 원활한 노광 공정 진행 및 결과를 예측하기 어려운 상황이다.In addition, when the layout of the layout is mixed, if the design rule size is drastically reduced and there is a layout on the mask that requires a minimum line width smaller than the exposure wavelength, it is difficult to predict the progress and results of the smooth exposure process. .
따라서, 수년 전부터 이러한 마스크 상에서의 레이아웃 의존성에 대한 부분 을 최소화하기 위하여 스캐터링 바와 같은 보조 패턴을 이용한 광 근접 효과 보정법(Optical Proximity Effect Correction)이 문헌상으로 소개되어져 왔다. Therefore, optical proximity effect correction using an auxiliary pattern such as scattering has been introduced in the literature for several years to minimize the portion of layout dependence on such a mask.
그러나, 이러한 스캐터링 바에 대해서는 전자 빔 쓰기(Electron beam Writing) 과정 중 바 폭 조절(bar width control)이 곤란하고, 또한, 상기 스캐터링 바 패턴을 웨이퍼 상에 증착 후 제거할 때 용이하지 않다는 문제점이 제기된 상태이다. However, this scattering bar has a problem that it is difficult to control the bar width during the electron beam writing process, and that the scattering bar pattern is not easy to be removed after deposition on the wafer. It is in a raised state.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 마스크의 보조 패턴으로 이용하는 스캐터링 보조 패턴을 특별히 작게 구현하지 않더라도, 광 근접 효과(Optical Proximity Effect)를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크를 제공하는 데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and even if the scattering auxiliary pattern used as the auxiliary pattern of the mask is not particularly small, by suppressing the optical proximity effect, the semi-dense ( An object of the present invention is to provide a mask for forming a fine pattern that can maximize the resolution of a semi-dense pattern or an isolated pattern.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 웨이퍼 상에 노광원의 파장 이하의 패턴을 형성하는 미세 패턴 형성용 마스크에 있어서, 수정 기판과, 상기 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판상의 차광막과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막상의 스캐터링 보조 패턴을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a fine pattern forming mask for forming a pattern below the wavelength of the exposure source on the wafer, the light-shielding material in a region corresponding to the crystal substrate and the region formed on the wafer And a scattering auxiliary pattern on the light shielding film positioned so as to correspond to both sides of the region formed by the isolation pattern or the semi-dense pattern on the wafer and the scattering auxiliary pattern on the light-shielding film on the quartz substrate. To provide.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed description will be given of a mask for forming a fine pattern of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 2a 및 2b는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면 도이다.2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view showing a mask for forming a fine pattern of the present invention.
도 2a와 같이, 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 수정 기판(21)과, 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판(21)상의 차광막(22)과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막(22)상의 스캐터링 보조 패턴(23)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2A, the mask for forming a micropattern according to the present invention includes a
이러한 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크에서는, 수정 기판(quarts)(21)상에 6% 투과율을 보이는 MoSi2를 재료로 사용하여 하프 톤(half tone) 위상 반전 마스크(Phase Shift mask)형으로 패터닝함으로써 차광막(22)을 형성할 수 있다. In the mask for forming a fine pattern of the present invention, a pattern of a half tone phase shift mask is formed by using MoSi 2 having 6% transmittance on a
또한, 스캐터링 보조 패턴(23)의 경우는 크롬(Cr)으로 이진 마스크 처리를 하여 상기 스캐터링 보조 패턴(23)을 형성한다. 상기 고립 패턴 및 반밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 이러한 스캐터링 보조 패턴(23)을 형성함에 따라, 상기 고립 패턴 및 반밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에는 결상되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 광 근접 효과의 영향을 줄여 상기 고립 패턴 및 반밀집 패턴이 바람직하게 구현될 수 있다. 따라서, 마스크 제작 관리상에 유리한 점을 기대할 수 있다.In addition, in the case of the scattering
상기 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 노광원의 파장 이하의 미세 패턴을 형성하기에 적당하다. The fine pattern forming mask of the present invention is suitable for forming a fine pattern below the wavelength of the exposure source.
이어, 이러한 스캐터링 보조 패턴을 증착한 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크 제조 방법에 대해 설명한다.Next, a method for manufacturing a mask for forming a fine pattern according to the present invention in which such a scattering auxiliary pattern is deposited will be described.
광 근접 효과(Optical Proximity Effect)를 최소화하기 위한 스캐터링 보조 패턴(23)을, 웨이퍼상에 상이 형성되는 곳과 대응하도록 마스크의 차광막(22) 상에 형성한다. 상기 스캐터링 보조 패턴(23)은 웨이퍼 상의 정의하고자하는 라인(주 타겟 패턴) 양측에 바(bar) 형태로 대응되도록 차광막(22)상에 형성시키는 것이다. 이 때, 상기 차광막(22)은 웨이퍼 상에 임의의 상을 형성하도록 정의되어져 있는 상태이다. A scattering
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 각종의 패턴 형성에 이용한 경우 주 타겟 패턴과의 관계를 나타낸 평면도이다.3A to 3C are plan views showing the relationship with the main target pattern when the mask for forming a fine pattern of the present invention is used for forming various patterns.
상기 스캐터링 보조 패턴의 삽입 방법은 형성하고자하는 레이아웃 형태에 따라 좌우될 수 있다. The method of inserting the scattering auxiliary pattern may depend on the layout type to be formed.
도 3a와 같이, 고립 패턴(isolated pattern)인 경우에는 상기 스캐터링 보조 패턴(32)을 상기 주 타겟 패턴(31) 좌우로 삽입하며, 도 3b와 같이, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴인 경우도 마찬가지로, 상기 스캐터링 보조 패턴(32)을 주 타겟 패턴(31) 좌우로 삽입한다.As shown in FIG. 3A, in the case of an isolated pattern, the scattering
상기 고립 패턴 및 반밀집 패턴과 달리, 밀집(dense) 패턴인 경우는 광 근접 효과의 영향이 적으므로, 스캐터링 보조 패턴(32)은 삽입시키지 않는다.Unlike the isolation pattern and the semi-dense pattern, in the case of the dense pattern, the scattering
상기 스캐터링 보조 패턴을 형성하기 위한 전자 빔 라이팅(Electron Beam Writing) 과정 중에, 웨이퍼에 결상되어야 할 타겟 패턴의 선폭 등을 고려하여 상기 스캐터링 보조 패턴의 폭을 결정할 수 있다. 예를 들어,상기 타겟 패턴의 선폭의 일정 비율로 상기 스캐터링 보조 패턴의 폭을 결정할 수 있다. During the electron beam writing process for forming the scattering auxiliary pattern, the width of the scattering auxiliary pattern may be determined in consideration of the line width of the target pattern to be formed on the wafer. For example, the width of the scattering auxiliary pattern may be determined by a predetermined ratio of the line width of the target pattern.
다만, 상기 스캐터링 보조 패턴이 지나치게 커지면, 이러한 스캐터링 보조 패턴에 대응하는 패턴이 웨이퍼 상에 구현되어 반도체 소자의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 스캐터링 보조 패턴의 폭은 노광 파장(exposure wavelength) λ 보다는 작게 유지되도록 하며, λ/3 크기 이내로 상기 스캐터링 보조 패턴의 바 사이즈가 결정되어야 한다. However, if the scattering auxiliary pattern becomes too large, a pattern corresponding to the scattering auxiliary pattern may be implemented on the wafer to affect the characteristics of the semiconductor device. Therefore, the width of the scattering auxiliary pattern is to be kept smaller than the exposure wavelength [lambda], and the bar size of the scattering auxiliary pattern must be determined within the [lambda] / 3 size.
또한, 스캐터인 보조 패턴(32)과 주 타겟 패턴(31) 간의 광 근접 효과를 억제하기 위해, 상기 스캐터링 보조 패턴(32)과 주 타겟 패턴(31)간의 이격 간격에 대해서는 주 타겟 패턴 폭의 임계 치수 이상의 크기로 이격 간격을 결정한다.In addition, in order to suppress the optical proximity effect between the
본 발명의 마스크는, 스캐터링 보조 패턴(32)을 웨이퍼 상에 결상력을 억제시켜 주기 위해서 바(bar) 형태로 형성하고 있는 곳은 Cr COG(Chip On Glass) 마스크형의 구조로 형성하며, 주 타겟 패턴(31)은 원래의 해상력을 극복시킬 수 있는 하프톤형 위산 반전 마스크(PSM) 구조로 차광막으로 형성하여, 이원화된 마스크 구조를 구현한다.In the mask of the present invention, the scattering
상기와 같은 방법으로 삽입한 스캐터링 보조 패턴(32)으로 인해, 이후에 제작된 마스크를 노광 공정에 적용할 경우 실제 웨이퍼 상에는 노광 공정 개선 즉, 포커스 마진(focus margin) 및 임계치수(CD : Critical Dimension) 제어 측면에서의 큰 개선 효과를 기대할 수 있다.Due to the scattering
상기와 같은 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 다음과 같은 효과가 있다.The fine pattern forming mask of the present invention as described above has the following effects.
첫째, 노광 공정 중 DRAM 또는 로직 디바이스(logic device)의 디자인 룰(design rule)이 급격히 감소함에 부응하여, 메인 셀(main cell)과 페리 코어(peri-core) 지역의 패턴들의 임계치수를 웨이퍼 상에 충실도 높게 형성시킬 수 있다.First, in response to a drastic decrease in design rules of DRAM or logic devices during the exposure process, the critical dimensions of patterns in the main cell and peri-core regions are measured on the wafer. High fidelity can be formed.
둘째, 공정 마진(margin)이 커지고, 특히, 포커스(focus) 및 노광량(expose dose)에 따라 임계치수(CD) 제어가 용이하게 된다.Second, the process margin is increased, and in particular, it is easy to control the threshold CD according to the focus and the exposure dose.
셋째, 스캐터링 보조 패턴이 존재하는 영역에는 결상력이 상대적으로 낮은 Cr 이진 마스크가 형성되어 있기에 실제 웨이퍼 상에서는 스캐터링 보조 패턴의 감광막 패터닝은 문제가 되지 않을 것이다. Third, since a Cr binary mask having a relatively low imaging force is formed in the region where the scattering auxiliary pattern exists, the photoresist patterning of the scattering auxiliary pattern will not be a problem on the actual wafer.
따라서, 이러한 방식을 활용하였을 경우, 기존 마스크에 비해 임계치수 제어 및 공정 재현성을 극대화시킬 수 있다.Therefore, when using this method, it is possible to maximize the critical dimension control and process reproducibility compared to the existing mask.
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Publication number | Publication date |
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KR20030056499A (en) | 2003-07-04 |
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