KR100732757B1 - 독립된 패턴 형성을 위한 마스크 및 이를 이용한 독립된패턴 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 독립된 패턴(isolated pattern) 형성을 위한 마스크는, 라인 형태의 독립된 패턴 형성을 위한 마스크로서, 투명기판과, 독립된 패턴에 대응하여 투명기판 위에 배치되는 하프톤막과, 그리고 하프톤막의 폭의 1 내지 3배의 폭을 가지고 하프톤막 양쪽에 나란하게 배치되되, 투과된 광이 투명기판을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역을 구비한다.
보조패턴, 독립된 패턴, 위상반전영역

Description

독립된 패턴 형성을 위한 마스크 및 이를 이용한 독립된 패턴 형성방법{Mask for forming isolated pattern and method of forming the isolated pattern using the same}
도 1은 일반적인 밀집된 패턴과 독립된 패턴을 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 2는 도 1의 독립된 패턴을 형성하기 위한 종래의 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 3은 도 2의 마스크를 선 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 독립된 패턴 형성을 위한 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 5는 도 4의 마스크의 선 Ⅴ-Ⅴ'을 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 독립된 패턴을 이용하는 경우의 CD 편차를 종래의 마스크를 이용한 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 그래프이다.
도 7은 도 6의 그래프의 디포커스에 따른 CD값을 나타내 보인 표이다.
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 마스크 및 이를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 독립된 패턴 형성을 위한 마스크 및 이를 이용한 독립된 패턴 형성방법에 관한 것이다.
반도체소자, 특히 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체메모리소자의 경우, 셀영역과 셀영역의 동작을 제어하기 위한 각종 소자들이 집적되는 주변회로영역을 갖는다. 통상적으로 셀영역 내에는, 상대적으로 작은 단위면적으로 인하여, 밀집된 패턴 형태로 패턴들이 배치되는 반면에, 주변회로영역 내에서는, 상대적으로 여유있는 면적으로 인하여, 독립된 패턴(isolated pattern) 형태로 패턴들이 배치된다.
도 1은 이와 같은 일반적인 밀집된 패턴과 독립된 패턴을 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 1을 참조하면, 예컨대 반도체기판(100) 위의 셀영역에는 밀집된 패턴(110)들이 배치되고, 주변회로영역에는 독립된 패턴(120)이 배치된다. 물론 도면에 나타내지는 않았지만, 주변회로영역 내에도 밀집된 패턴(110)들이 배치될 수 있다. 또한 도면상에는 라인 또는 스트라이프 형태의 독립된 패턴(120)만을 나타냈지만, 다른 형태의 패턴들이 배치될 수도 있다.
도 2는 도 1의 독립된 패턴을 형성하기 위한 종래의 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다. 그리고 도 3은 도 2의 마스크를 선 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀영역 및 주변회로영역을 갖는 투명기판(200)의 셀영역에는 밀집된 패턴(도 1의 110)과 동일한 형상의 제1 하프톤막(210)이 배치되고, 주변회로영역에는 독립된 패턴(도 1의 120)과 동일한 형상의 제2 하프톤막(220)이 배치된다. 물론 제1 하프톤막(210) 및 제2 하프톤막(220) 대신에 제1 광차단막 및 제2 광차단막이 배치될 수도 있다. 제2 하프톤막(220)의 양쪽에는 보조패턴(230)들이 제2 하프톤막(220)과 적절한 간격으로 이격되면서 나란하게 배치된다. 보조패턴(230)들 또한 제2 하프톤막(220)과 같이 라인 또는 스트라이프 형태를 갖는다. 다만 상기 보조패턴(230)들로 인하여 반도체기판(도 1의 100) 위에 원하지 않는 패턴이 형성되면 안되기 때문에, 상기 보조패턴(230)은 매우 작은 폭을 가져야 한다. 상기 보조패턴(230)은 독립된 패턴(120)에 대한 초점심도를 향상시키며, 이에 따라 독립된 패턴을 소망하는 프로파일을 갖도록 형성할 수 있다.
그런데 소자의 집적도가 증가함에 따라 독립된 패턴(120)의 폭도 점점 감소하고, 그에 따라 보조패턴(230)들의 폭도 점점 감소될 것이 요구되고 있다. 일 예로서, 지금까지는 248㎚ 파장의 KrF 광원을 사용하는 경우, 보조패턴(230)의 폭은 대략 50-60㎚이 될 것이 요구되고, 193㎚ 파장의 ArF 광원을 사용하는 경우, 보조패턴(230)의 폭은 대략 30-40㎚이 될 것이 요구된다. 더욱이, 1.0 이상의 하이퍼-구경수(hyper-NA; hyper-Numerical Aperture)를 갖는 노광장비를 사용하는 경우, 그 폭이 30㎚ 이하가 되어야 한다.
그러나 이와 같이 작은 크기를 마스크 상에 구현하는 경우, 마스크 제조장비의 해상력, CD(Critical Dimension) 선형성 등의 한계에 의해 원하는 레이아웃의 마스크를 제조하기가 어려우며, 또한 마스크를 제조한 후에 수행되는 마스크 결함 검사시 정밀한 검사가 어렵다는 문제가 대두된다. 또한 마스크를 제조하였다 하더라도 실제 노광공정을 수행하는데 있어서 초점심도의 향상효과가 저하된다는 문제도 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 미세폭의 보조패턴을 배제하여 마스크 제조를 용이하게 할 수 있는 동시에 노광공정시 초점심도를 향상시킬 수 있는 독립된 패턴 형성을 위한 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 마스크를 이용하여 독립된 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 독립된 패턴 형성을 위한 마스크는, 반복되는 패턴들이 밀집 배치되는 셀 영역과, 독립된(isolated) 패턴이 배치되는 주변회로영역에 패턴을 형성하기 위한 마스크에 있어서, 투명기판; 상기 주변회로영역의 독립된 패턴에 대응하여 상기 투명기판 위에 배치되는 하프톤막; 및 상기 하프톤막 양쪽에 상기 하프톤막과 일정 간격을 두고 나란하게 배치되며, 투과된 광이 상기 투명기판을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하프톤막 위에 배치되는 광차단막을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 광차단막은, 상기 위상반전영역을 투과하는 광과의 광 투과율 차이가 100%가 되도록 하는 물질막일 수 있다.
상기 위상반전영역의 폭은 상기 하프톤막의 폭의 1 내지 3배인 것이 바람직하다.
상기 위상반전영역은, 상기 투명기판을 일정 깊이로 식각한 메사 형태일 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 독립된 패턴 형성방법은, 독립된(isolated) 패턴이 배치되는 주변회로영역의 반도체기판에 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성방법에 있어서, 패터닝될 물질막 위에 포토레지스트막을 도포하는 단계; 상기 주변회로영역의 독립된 패턴에 대응하여 투명기판 위에 배치되는 하프톤막과, 상기 하프톤막 양쪽에 상기 하프톤막과 일정 간격을 두고 나란하게 배치되며, 투과된 광이 상기 투명기판을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역을 구비하는 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 수행하여 상기 물질막의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 상기 물질막의 노출부분을 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 마스크는, 상기 하프톤막 위에 배치되는 광차단막을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 광차단막은, 상기 위상반전영역을 투과하는 광과의 광 투과율 차이가 100%가 되도록 하는 물질막일 수 있다.
상기 마스크의 상기 위상반전영역의 폭은 상기 하프톤막의 폭의 1 내지 3배인 것이 바람직하다.
상기 마스크의 상기 위상반전영역은, 상기 투명기판을 일정 깊이로 식각한 메사 형태일 수 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 4는 본 발명에 따른 독립된 패턴 형성을 위한 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다. 그리고 도 5는 도 4의 마스크의 선 Ⅴ-Ⅴ'을 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마스크는, 쿼츠(quartz)와 같은 투명기판(400)과, 셀영역의 투명기판(400) 위에 배치되는 제1 하프톤막(410)과, 주변회로영역의 투명기판(400) 위에 배치되는 주패턴(420) 및 위상반전영역(430)을 포함하여 구성된다. 셀영역 내에 배치되는 제1 하프톤막(410)은, 반도체기판(100) 위의 셀영역에 배치되는 밀집된 패턴(도 1의 110)과 동일한 형태의 레이아웃을 갖는다. 주변회로영역 내에 배치되는 주패턴(420)은, 반도체기판(100) 위의 주변회로영역에 배치되는 독립된 패턴(도 1의 120)과 동일한 형태의 레이아웃을 갖는다. 즉 주패턴(420)은, 라인 또는 스트라이프 형태를 갖는다.
상기 주패턴(420)은, 제2 하프톤막(421)과 광차단막(422)이 순차적으로 적층되는 구조로 이루어진다. 제2 하프톤막(421)은 반투과막으로서, 예컨대 4-10%의 광투과율을 갖는 막이다. 광차단막(422)은 크롬(Cr)막으로 형성될 수 있으며, 셀영역과 같이 밀집된 패턴(도 1의 110)들이 있는 경우 광차단막(422)이 없어도 충분한 공정마진을 확보할 수 있지만, 주변회로영역에서와 같이 독립된 패턴(도 1의 120)이 있고, 위상반전영역(430)이 존재하는 경우 광차단막(422)이 있어야 충분한 공정마진을 확보할 수 있다.
상기 위상반전영역(430)은, 종래의 보조패턴(도 2 및 도 3의 230)을 대체하는 것으로서, 상기 주패턴(420)과 일정 간격을 두고 배치되며, 위상반전영역(430)을 관통하는 광이 정상적으로 투명기판(400)을 관통하는 광에 대해 대략 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 한다. 이 위상반전영역(430)은 투명기판(400)을 일정 깊이로 식각한 메사(mesa) 형태로 이루어지지만, 경우에 따라서는 다른 형태를 가질 수도 있다. 위상반전영역(430)의 폭은, 위상반전영역(430)에 의해 반도체기판 상에 원하지 않는 패턴이 형성되지 않을 정도의 폭으로 결정된다. 따라서 위상반전영역(430)의 폭은 상기 주패턴(420) 폭의 대략 1-3배가 되도록 한다. 위상반전영역(430)의 폭이 주패턴(420)보다 작은 경우, 이웃하는 위상이 반전되지 않은 영역과의 위상충돌로 인하여, 위상반전영역(430)에 대응하는 패턴이 반도체기판 상에 형성될 수 있으므로, 이와 같은 현상이 발생되지 않도록 충분한 폭을 갖도록 한다. 따라서 실제 마스크를 제조하는데 있어서, 위상반전영역(430)의 폭에 의해 제약받지 않게 된다. 예컨대 반도체기판 상에 구현하고자 하는 독립된 패턴의 폭이 150㎚인 경우, 위상반전영역(430)의 폭은 독립된 패턴의 폭보다 큰, 대략 200㎚ 크기로 형성하면 된다.
이하에서는 이와 같은 마스크를 이용한 독립된 패턴을 형성하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 반도체기판 또는 반도체기판 위의 소정막과 같은 물질막 위에 독립된 패턴을 형성하기 위하여, 물질막 위에 포토레지스트막을 도포한다. 다음에 형성하고자 하는 독립된 패턴(도 1의 120)에 대응하여 투명기판(400) 위에 배치되는 주패턴(420)과, 이 주패턴(420) 양쪽에 나란하게 배치되되, 투과된 광이 투명기판(400)을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역(430)을 구비하는 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 수행한다. 그러면 물질막의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴이 형성된다. 다음에 이 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 물질막의 노출부분을 제거하고, 포토레지스트막패턴을 제거한다. 상기 마스크에 대한 구체적인 설명은, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 독립된 패턴을 이용하는 경우의 CD 편차를 종래의 마스크를 이용한 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 그래프이다. 그리고 도 7은 도 6의 그래프의 디포커스에 따른 CD값을 나타내 보인 표이다. 도 6에서 가로축은 디포커스를 나타내고, 세로축은 포토공정 후의 CD를 나타내는 DI(Develop Inspection) CD를 나타낸다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 어떠한 보조패턴도 갖지 않은 마스크를 사용하는 경우(도 6에서의 참조부호 "610"으로 나타낸 선 및 도 7에서의 A 참조)와, 종래의 보조패턴을 갖는 마스크를 사용한 경우(도 6에서의 참조부호 "620"으로 나타낸 선 및 도 7에서의 B 참조)와, 그리고 본 발명에 따른 마스크를 사용한 경우(도 6에서의 참조부호 "630"으로 나타낸 선 및 도 7에서의 C 참조)를 비교해보면, 본 발명에 따른 마스크를 사용하는 경우에 허용 가능한 CD 편차(CDe)가 현저하게 줄어든다는 것을 알 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 독립된 패턴 형성을 위한 마스크 및 이를 이용한 독립된 패턴 형성방법에 따르면, 기존의 보조패턴보다 큰 폭의 위상반전영역을 독립된 패턴 양쪽에 배치시킴으로써, 마스크의 제조에 있어서 장비의 여러 제약에 구애받지 않고 소망하는 프로파일의 마스크를 제조할 수 있으며, 노광공정시의 초점심도를 향상시켜 소망하는 프로파일의 독립된 패턴을 형성할 수 있다는 이점이 제공된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (10)

  1. 반복되는 패턴들이 밀집 배치되는 셀 영역과, 독립된(isolated) 패턴이 배치되는 주변회로영역에 패턴을 형성하기 위한 마스크에 있어서,
    투명기판;
    상기 주변회로영역의 독립된 패턴에 대응하여 상기 투명기판 위에 배치되는 하프톤막; 및
    상기 하프톤막 양쪽에 상기 하프톤막과 일정 간격을 두고 나란하게 배치되고, 상기 하프톤막의 폭의 1 내지 3배의 폭을 가지며, 투과된 광이 상기 투명기판을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성을 위한 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하프톤막 위에 배치되는 광차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성을 위한 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광차단막은, 상기 위상반전영역을 투과하는 광과의 광 투과율 차이가 100%가 되도록 하는 물질막인 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성을 위한 마스크.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전영역은, 상기 투명기판을 일정 깊이로 식각한 메사 형태인 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성을 위한 마스크.
  6. 독립된(isolated) 패턴이 배치되는 주변회로영역의 반도체기판에 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성방법에 있어서,
    패터닝될 물질막 위에 포토레지스트막을 도포하는 단계;
    상기 주변회로영역의 독립된 패턴에 대응하여 투명기판 위에 배치되는 하프톤막과, 상기 하프톤막 양쪽에 상기 하프톤막과 일정 간격을 두고 나란하게 배치되고 상기 하프톤막의 폭의 1 내지 3배의 폭을 가지며, 투과된 광이 상기 투명기판을 투과한 광과 90 내지 270도의 위상차를 갖도록 하는 위상반전영역을 구비하는 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 수행하여 상기 물질막의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 상기 물질막의 노출부분을 제거하는 단계; 및
    상기 포토레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스크는, 상기 하프톤막 위에 배치되는 광차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광차단막은, 상기 위상반전영역을 투과하는 광과의 광 투과율 차이가 100%가 되도록 하는 물질막인 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 마스크의 상기 위상반전영역은, 상기 투명기판을 일정 깊이로 식각한 메사 형태인 것을 특징으로 하는 독립된 패턴 형성방법.
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