KR100914296B1 - 어시스트 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 어시스트 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 위에 제1 마스크막 및 상기 제1 마스크막보다 투과율이 높은 제2 마스크막을 증착하는 단계; 제2 마스크막 위에 메인 홀 패턴(main hole pattern)이 형성될 영역을 설정하는 제1 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 제1 포토레지스트막 패턴을 마스크로 제2 마스크막 및 제1 마스크막을 식각하여 투명 기판을 노출시키는 메인 홀 패턴을 형성하는 단계; 메인 홀 패턴은 차단하면서 제2 마스크막의 표면을 일부 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 제2 포토레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 제2 마스크막을 식각하여 제1 마스크막을 노출시키는 어시스트 홀 패턴을 형성하는 단계; 및 제2 포토레지스트막 패턴을 제거하여 메인 홀 패턴 및 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 형성하는 단계를 포함한다.
포토마스크, OPC, 어시스트 홀 패턴

Description

어시스트 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법{Method for fabricating photomask having assist pattern}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크를 위한 레이아웃 형성시 단순하고 대칭된 형상으로 형성할 수 있는 어시스트 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자, 예를 들어 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory) 소자는 수많은 미세패턴들로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세패턴들은 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 형성된다. 포토리소그래피 공정은 패터닝하려는 대상막 상에 원하는 타겟 레이아웃이 배치된 포토마스크를 이용하여 대상막을 식각하여 타겟 패턴을 형성할 수 있다.
그런데 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 디자인 룰(design rule)이 작아지면서 포토마스크 상에 배치된 타겟 레이아웃대로 반도체 기판 상에 타겟 패턴을 구현하기가 어려워지고 있다. 타겟 레이아웃대로 타겟 패턴을 구현하기 어려운 이유로 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 디자인 룰이 작아지면서 패턴의 형태가 복잡해지고, 패턴들이 대칭적인(asymmetric) 형태로 형성되지 않아 광 근접 효과 보정(OPC; Optical Proximity Correction) 단계에서 작업자가 작업을 할 때 레이아웃을 만들어 패턴을 예측하기에 용이하지 않는 점을 들 수 있다.
도 1은 비트라인 컨택홀의 테스트 패턴을 나타내보인 도면이다. 그리고 도 2는 도 1의 패턴을 형성하기 위한 패턴 레이아웃을 나타내보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비트라인 컨택홀의 테스트 패턴(100)이 형성되어 있다. 그런데 패턴의 크기가 작아지고, 밀집도가 높아지면서 한정된 공간 내에서 이 비트라인 컨택홀의 테스트 패턴(100)을 형성하기 위한 패턴 레이아웃(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 패턴의 형태가 복잡해지고(A), 인접하는 레이아웃 간에 비대칭 형태(B)로 배치된다. 이러한 패턴 레이아웃(200)을 이용하게 되면 노광 공정의 광 근접 효과를 개선하는 광 근접 효과 보정(OPC) 단계에서 어려움이 발생할 수 있다. 광 근접 효과 보정(OPC)은 노광 공정을 진행하는 과정에서 광 회절 현상에 의한 에너지 불균형에 의해 패턴이 변형되는 것을 개선하는 방법이다. 광 근접 효과 보정(OPC)은 작업자가 테스트 레이아웃을 형성하고, 노광 공정시 형성될 패턴을 예측하여 예측된 결과를 실제 형성될 패턴에 반영하는 과정을 진행하여 타겟 패턴을 형성하고 있다. 그런데, 상술한 바와 같이 패턴 레이아웃의 형태가 복잡해지고, 비대칭 형태로 배치될 경우 패턴을 예측하기에 용이하지 않아 원하는 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다. 이에 따라 패턴 레이아웃을 간단하고 대칭 형태로 형성하여 광 근접 효과 보정(OPC) 단계에서 보다 용이하게 패턴을 예측하여 반영할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명에 따른 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 위에 제1 마스크막 및 상기 제1 마스크막보다 투과율이 높은 제2 마스크막을 증착하는 단계; 상기 제2 마스크막 위에 메인 홀 패턴(main hole pattern)이 형성될 영역을 설정하는 제1 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트막 패턴을 마스크로 상기 제2 마스크막 및 제1 마스크막을 식각하여 상기 투명 기판을 노출시키는 메인 홀 패턴을 형성하는 단계; 상기 메인 홀 패턴은 차단하면서 상기 제2 마스크막의 표면을 일부 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트막 패턴을 마스크로 상기 노출된 제2 마스크막을 식각하여 상기 제1 마스크막을 노출시키는 어시스트 홀 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 포토레지스트막 패턴을 제거하여 상기 메인 홀 패턴 및 상기 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 포토마스크를 형성하는 단계 이후에, 상기 포토마스크 상에 광원을 조사하여 상기 메인 홀 패턴으로 투과된 제1 광원 및 상기 어시스트 홀 패턴으로 투과되면서 상기 제1 광원보다 광 강도가 낮은 제2 광원을 이용하여 웨이퍼 상에 노광 공정을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 마스크막은 적어도 6%의 투과율을 갖는 물질로 형성하며, 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiON)막을 포함하여 형성할 수 있다.
상기 메인 홀 패턴 및 어시스트 홀 패턴은 사각형 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 3을 참조하면, 기판(300) 위에 6%보다 낮은 투과율을 갖는 제1 마스크막(305)을 형성한다. 다음에 제1 마스크막(305) 위에 상기 제1 마스크막(305)보다 투과율이 높은 제2 마스크막(310)을 형성한다. 여기서 기판(300)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 다음에 기판(300) 위에 형성된 제1 마스크막(305)은 수 %의 투과율을 갖는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 6%보다 낮은 투과율을 갖는 물질로 형성한다. 그리고 제1 마스크막(305) 위에 형성된 제2 마스크막(310)은 제1 마스크막(305)보다 투과율이 높은 물질로 이루어지며, 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물을 포함한다. 여기서 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiON)를 포함하여 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 마스크막(310) 위에 제1 포토레지스트막(315)을 형성한다. 계속해서 제1 포토레지스트막(315) 상에 노광 공정을 진행한다. 구체적으로, 제1 포토레지스트막(315) 상에 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이 광원을 조사하는 노광 공정을 진행한다. 그러면 빛에 노출된 부분(315a)이 광화학반응에 의해 용 해도 차이가 발생하는 포토레지스트 물질의 특성에 의해 제1 포토레지스트막(315)의 빛이 조사된 지역(315a)에 용해도 차이가 발생한다. 여기서 광원은 전자빔(Electron beam)을 이용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 노광 공정이 진행된 제1 포토레지스트막(315) 상에 현상 공정을 진행하여 제2 마스크막(310)을 선택적으로 노출시키는 제1 포토레지스트막 패턴(320)을 형성한다. 이때, 제1 포토레지스트막 패턴(320)은 제1 포토레지스트막(315) 에 현상액을 공급하여 노광 공정에서 용해도 차이가 발생된 부분을 제거하여 형성할 수 있다. 이러한 현상 공정에 의해 노출된 부분은 이후 메인 홀 패턴(main hole pattern)이 형성될 부분이다.
다음에 제1 포토레지스트막 패턴(315)을 마스크로 노출된 제2 마스크막(310)을 식각하여 제1 마스크막(305)을 노출시킨다. 계속해서 노출된 제1 마스크막(305)을 식각하여 기판(300)을 노출시키는 1차 식각 공정을 진행하여 제1 마스크막 패턴(330) 및 제2 마스크막 패턴(325)을 형성한다.
도 6을 참조하면, 제1 포토레지스트막 패턴(320)을 스트립(strip) 공정을 이용하여 제거한다. 그러면 기판(300)의 일부 영역을 노출시키는 개구부가 형성된 제1 마스크막 패턴(330) 및 제2 마스크막 패턴(325)이 형성된다. 이러한 제1 마스크막 패턴(330) 및 제2 마스크막 패턴(325)에 의해 노출된 기판의 개구부에 의해 메인 홀 패턴(327)이 된다. 여기서 메인 홀 패턴(327)은 다각형의 구조로 형성되며, 바람직하게는 사각형의 홀(hole) 형상으로 형성된다.
도 7을 참조하면, 기판(300) 상에 제2 포토레지스트막(335)을 형성한다. 여 기서 제2 포토레지스트막(335)은 메인 홀 패턴(327)을 매립할 수 있을 만큼 충분한 두께로 형성한다.
도 8을 참조하면, 제2 포토레지스트막(335) 상에 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정을 진행하여 제2 마스크막 패턴(325)의 표면을 선택적으로 노출시키는 개구부를 갖는 제2 포토레지스트막 패턴(340)을 형성한다. 여기서 제2 마스크막 패턴(325)이 노출된 부분은 이후 어시스트 홀 패턴(assist hole pattern)이 형성될 부분이다.
도 9를 참조하면, 제2 포토레지스트막 패턴(340)을 마스크로 노출된 제2 마스크막 패턴(325)을 식각하는 2차 식각 공정을 진행하여 제1 마스크막 패턴(330)의 표면을 일부 노출시키는 어시스트 홀 패턴(345)을 형성한다. 여기서 메인 홀 패턴이 형성된 영역은 제2 포토레지스트막 패턴(340)에 의해 차단되어 식각 공정에 의한 영향을 받지 않는다.
도 10을 참조하면, 메인 홀 패턴이 형성된 영역을 차단하면서 제2 마스크막 패턴(325)의 일부 영역 위에 형성된 제2 포토레지스트막 패턴(340)을 스트립 공정을 이용하여 제거한다. 그러면 기판(300)에는 투명한 기판(300)을 노출시키는 메인 홀 패턴(327)과, 기판(300) 및 6%보다 낮은 투과율을 갖는 제1 마스크막 패턴(330)의 적층 구조로 이루어지면서 제1 마스크막 패턴(330)을 노출시키는 어시스트 홀 패턴(345)을 포함하는 포토마스크가 형성된다. 여기서 어시스트 홀 패턴(345)은 사각형의 홀(hole) 형상으로 형성된다. 이와 같이 메인 홀 패턴(327) 및 어시스트 홀 패턴(345)이 사각형의 홀 형상으로 형성되면서 인접하는 패턴의 밀집도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라 웨이퍼에 패턴을 전사시키기 위한 노광 공정에서 초점심도(DOF; Depth of focus)를 향상시킬 수 있다.
이러한 메인 홀 패턴 및 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 이용하여 노광 공정을 진행하면, 레이아웃 패턴의 구조가 비교적 단순해지고, 대칭 구조로 형성하면서 웨이퍼 상에 형성될 패턴의 프로파일을 예상하기가 종래의 경우보다 용이해진다.
도 11은 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 나타내보인 도면이다. 그리고 도 12는 도 11의 'C' 영역의 광 강도를 나타내보인 도면이다.
어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 상부에서 나타내보인 도 11을 참조하면, 'X' 영역에서 메인 홀 패턴(327) 및 어시스트 홀 패턴(345)은 I-I'축을 중심축으로 하여 양 방향으로 대칭한(symmetric) 형태로 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 메인 홀 패턴(327) 및 어시스트 홀 패턴(345)은 사각형의 홀(hole)형상으로 배치되어 있어 종래의 경우 패턴 레이아웃이 복잡한 경우(도 1 참조)와 비교하여 상대적으로 단순한 구조로 형성된다. 이러한 포토마스크를 이용하여 광원을 투과하는 노광 공정을 수행하면, 메인 홀 패턴(327)이 배치된 부분은 투명한 기판을 통해 광원이 모두 투과되고, 어시스트 홀 패턴(345)이 배치된 부분은 광원이 6%를 넘지 않는 투과율을 갖는 제1 마스크막 패턴을 지나면서 낮은 투과도로 웨이퍼 상에 조사된다.
구체적으로, 도 12를 참조하면, 포토마스크로 광원을 조사하면, 메인 홀 패턴(327)이 형성된 부분은 투명한 재질의 기판(300)으로 광원이 투과하면서 조사한 광원의 세기에서 거의 감소되지 않은 광 강도(intensity) 세기를 나타낸다. 이에 대하여 어시스트 홀 패턴(345)이 형성된 부분은 6%를 넘지 않는 투과율을 갖는 제1 마스크막 패턴(330)을 지나면서 광 강도가 확연하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 6%를 넘지 않는 투과율을 갖는 제1 마스크막 패턴(330)을 이용하여 광 강도를 조절할 수 있어 광 근접 효과 보정(OPC) 단계에서 보다 용이하게 패턴을 예측하여 반영할 수 있다.
본 발명에 따른 어시스트 홀 패턴을 갖는 포토마스크 형성방법은, 낮은 투과율을 갖는 어시스트 홀 패턴을 삽입하여, 타겟 패턴이 형성될 영역은 광 강도 세기를 높이면서 타겟 패턴 이외의 영역의 광 강도 세기를 감소시킴으로써 패턴의 구조를 단순화시킬 수 있다. 또한, 패턴의 구조를 단순화시키고, 대칭 구조를 갖는 패턴을 형성할 수 있어 광 근접 효과 보정 단계를 용이하게 진행할 수 있다. 또한, 패턴 구조를 단순화시켜 보다 밀집된 구조의 패턴을 형성할 수 있어 초점심도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 비트라인 컨택홀의 테스트 패턴을 나타내보인 도면이다.
도 2는 도 1의 패턴을 형성하기 위한 패턴 레이아웃을 나타내보인 도면이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 11은 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 나타내보인 도면이다.
도 12는 도 11의 'C' 영역의 광 강도를 나타내보인 도면이다.

Claims (5)

  1. 비트라인 컨택홀의 테스트 패턴을 형성하기 위한 포토마스크를 제작하는데 있어서,
    투명 기판 위에 6%보다 낮은 투과율을 갖는 제1 마스크막 및 상기 제1 마스크막보다 투과율이 높은 제2 마스크막을 증착하는 단계;
    상기 제2 마스크막 위에 메인 홀 패턴(main hole pattern)이 형성될 영역을 설정하는 제1 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 포토레지스트막 패턴을 마스크로 상기 제2 마스크막 및 제1 마스크막을 식각하여 상기 투명 기판을 사각형의 홀(hole) 형상으로 노출시키는 메인 홀 패턴을 형성하는 단계;
    상기 메인 홀 패턴은 차단하면서 상기 제2 마스크막의 표면을 일부 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 포토레지스트막 패턴을 마스크로 상기 노출된 제2 마스크막을 식각하여 상기 제1 마스크막을 사각형의 홀(hole) 형상으로 노출시키는 어시스트 홀 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 포토레지스트막 패턴을 제거하여 상기 메인 홀 패턴 및 상기 어시스트 홀 패턴을 포함하는 포토마스크를 형성하는 단계를 포함하는 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크를 형성하는 단계 이후에,
    상기 포토마스크 상에 광원을 조사하여 상기 메인 홀 패턴으로 투과된 제1 광원 및 상기 어시스트 홀 패턴으로 투과되면서 상기 제1 광원보다 광 강도가 낮은 제2 광원을 이용하여 웨이퍼 상에 노광 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마스크막은 적어도 6%의 투과율을 갖는 물질로 형성하는 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마스크막은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiON)막을 포함하여 형성하는 어시스트 홀 패턴을 구비한 포토마스크 형성방법.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060046919A (ko) * 2004-11-12 2006-05-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 노광 마스크

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KR20060046919A (ko) * 2004-11-12 2006-05-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 노광 마스크

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