KR101061357B1 - 포토 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보조 패턴을 갖는 포토 마스크를 개시한다.
본 발명의 포토 마스크는 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 전사되는 타겟 패턴 및 상기 타겟 패턴의 최외곽 패턴을 기준으로 상기 타겟 패턴의 메인 패턴과 대칭되게 형성되는 보조 패턴을 포함함으로써, 디포커스 환경에서도 최외곽 패턴의 손실을 최소화하고 공정 마진을 극대화할 수 있다.
포토 마스크, 보조 패턴

Description

포토 마스크{PHOTO MASK}
본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 노광 공정에서 사용되는 포토 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 패턴 주위의 오픈 영역에 메인 패턴과 유사한 피치를 가지며 메인 패턴과 대칭되게 형성되는 보조 패턴을 갖는 포토 마스크에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중 포토 공정에서는 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크가 필수적으로 필요하다. 포토 마스크는 반도체 소자의 다양한 구성요소들을 정의하는 마스크 패턴을 포함하고 있으며, 소자의 고집적화에 따라 마스크 패턴의 크기도 작아지고 있다.
이러한 마스크 패턴의 크기가 노광 장비의 분해능 한계에 도달될 정도로 작아질 경우, 광학적 근접 효과(optical proximity effect)로 인하여 원하는 패턴을 기판상에 전사하기 어려워지는 문제가 있다.
즉, 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라, 노광원(예컨대, KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저)의 조명에 의해 포토 마스크의 패턴이 웨이퍼 상에 전사될 때 최초 디자인된 패턴의 CD(Critical Demension)대로 균 일하게 나타나지 않고 패턴의 위치에 따라 CD가 변하는 문제가 발생한다. 이는 포토 마스크의 뒷면으로 입사되는 조명의 강도는 균일하나 이 조명이 포토 마스크를 통과하면서 다양한 광학적 현상에 의해 각 위치별로 그 조명의 강도(또는 노광 도우즈)가 달라지면서 발생하는 문제이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 현재 적용되고 있는 기술이 광 근접 보정(OPC:Optical Proximity Correction) 기술이다.
광 근접 보정은 실제 패턴과 노광 후에 포토 레지스트에 실제로 형성되는 패턴 사이의 관계를 통계적 또는 실험적으로 계산하여 이 계산에 따라 포토 마스크 상의 패턴 크기를 미리 조정하여 형성하는 방법이다.
그러나 종래의 광 근접 보정 방법을 이용하는 경우에도 풀칩(full-chip)의 모든 패턴에 대해 촛점 심도(Depth of Focus)의 여유도 및 CD의 균일도를 향상시킬 수 없는 문제가 있다. 특히, 셀 어레이의 에지부에 형성되는 최외곽 패턴(더미 패턴)이 디포커스(defocus) 환경에서의 패터닝에 가장 취약하다.
도 1은 보조 패턴없이 광 근접 보정을 하였을 때 셀 어레이 영역에 형성되는 콘택홀들의 SEM 이미지를 보여주는 도면이다.
도 1을 보면, 디포커스가 발생시 최외곽의 콘택홀 패턴에서부터 패턴의 찌그러짐 현상이 발생하게 됨을 알 수 있다. 도 1의 경우, 촛점 심도 -0.2 ㎛ 와 -0.04 ㎛에서 최외곽 패턴의 공정 마진이 취약한 모습을 보여주고 있다.
도 2는 도 1의 콘택홀 패턴의 베스트 포커스에서의 에어리얼(arial) 이미지를 보여주는 도면이다.
도 2에서 콘택홀(11)들 사이의 에어리얼 이미지(12)를 보면, 디포커스가 발생하는 경우 인접한 콘택홀(11)들 간에 브릿지가 발생할 가능성이 매우 높음을 알 수 있다.
이러한 문제를 보완하기 위한 방법으로, 종래에는 최외곽 패턴의 홀직경을 크게 형성하는 방법이 사용되고 있으나 콘택홀의 직경이 커지면 콘택 영역이 게이트 영역을 침범하게 되어 쇼트를 발생시킬 수 있는 새로운 문제를 야기하게 된다. 따라서, 최외곽 패턴의 홀직경을 크게 형성하는데에는 한계가 있다.
그리고, 다른 방법으로 포토 마스크 상에 보조 패턴(assist pattern)을 삽입하는 방법도 사용되고 있으나, 단순히 보조 패턴을 삽입하는 것 만으로는 최외곽 패턴에 대한 원하는 타겟 패턴 및 원하는 공정 마진을 얻기 어렵다.
따라서, 디포커스 환경에 가장 취약한 최외곽 패턴을 원하는 타겟 패턴으로 형성하면서 공정 마진을 얻을 수 있는 새로운 보조 패턴의 형성이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명은 보조 패턴의 형태를 개선하여 디포커스 환경에서도 최외곽 패턴의 손실을 최소화하고 공정 마진을 극대화하고자 한다.
본 발명의 포토 마스크는 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 전사되는 타겟 패턴 및 상기 타겟 패턴의 최외곽 패턴을 기준으로 상기 타겟 패턴의 메인 패턴과 대칭되게 형성되는 보조 패턴을 포함한다.
본 발명의 포토 마스트에서 보조 패턴은 메인 패턴과 동일한 피치를 가지며, 상기 메인 패턴이 어레이 된 방향과 같은 방향으로 형성된 라인 패턴들이 크로스(cross) 된 그물형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 라인 패턴들은 일정 기울기로 기울어진 사선 패턴들 또는 정방향으로 진행하는 라인 패턴들인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토 마스크에서 보조 패턴은 상기 라인 패턴들이 크로스 된 인접한 지점간의 거리가 상기 메인 패턴의 피치와 동일하게 형성되며, 라인 패턴들이 크로스 된 인접한 지점간의 X축 거리와 Y축 거리가 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 포토 마스크에서 보조 패턴은 크롬(Cr)막, 몰리브덴(Mo)막 또는 이들의 적층 구조로 형성된다.
본 발명의 포토 마스크에서 보조 패턴은 브릭 월(Brick wall) 형태로 형성되며, 메인 패턴 주위의 오픈 영역에 형성된다.
본 발명의 포토 마스크에서 메인 패턴은 셀 어레이 영역에서 일정 간격으로 반복적으로 형성되는 콘택홀 패턴일 수 있으며, 타겟 패턴은 광 근접 보정(OPC)된 패턴이다.
본 발명은 보조 패턴을 메인 패턴과 동일한 피치를 가지며 메인 패턴과 대칭되게 형성함으로써 메인 패턴 뿐만 아니라 최외곽 패턴의 공정 마진을 향상시켜주어 디포커스 환경에서 최외곽 패턴의 손실을 최소화시켜 준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 포토 마스크의 레이아웃을 보여주는 도면이다.
본 발명의 포토 마스크는 투명 기판(미도시) 상에 형성되는 타겟 패턴(100) 및 보조 패턴(200)을 포함한다.
타겟 패턴(100)은 노광 공정에 의해 포토 레지스트에 실제로 전사되는 패턴으로, 예컨대 셀 어레이 영역에 형성되는 콘택홀 패턴이 될 수 있다. 도 3에 도시된 타겟 패턴(100)은 셀 어레이 영역에서 일정 간격으로 반복적으로 형성되는 콘택홀 패턴에 대해 광 근접 보정(OPC)을 수행한 패턴 모습을 보여주고 있다. 이때, 타겟 패턴(100)에서 최외곽에 형성되는 패턴(120)(이하, 최외곽 패턴이라 함)은 메인 패턴(110)의 공정 마진을 높이기 위한 더미 패턴이다. 이러한 최외곽 패턴(120)은 최외곽 패턴(120)의 내측에 형성되는 메인 패턴(110) 보다 큰 홀직경을 갖도록 형성된다.
보조 패턴(200)은 포토 마스크에는 형성이 되나 노광 공정에서 포토 레지스트에는 실제로 전사되지 않아 그에 대응되는 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않는 패턴이다. 보조 패턴(200)은 최외곽 패턴(110)의 바깥쪽 빈 공간(오픈 영역)에 형성되어 타겟 패턴(100)에 대한 광학적 효과를 극대화시킴으로써 타겟 패턴(100)의 공정 마진을 향상시켜준다. 이러한 보조 패턴(200)의 선폭은 노광 공정시 사용되는 조명계의 해상력 보다 작은 선폭을 갖도록 형성되어 노광 공정시 포토 레지스트에 전사되지 않는다. 특히, 본 발명의 보조 패턴(200)은 타겟 패턴(100)에서 최외곽 패턴(120)의 공정 마진을 향상시키기 위해 최외곽 패턴(120)을 기준으로 메인 패턴(110)과 대칭되게 형성된다. 더욱이, 본 발명의 보조 패턴(200)은 메인 패턴(110)과 동일한 피치를 갖도록 형성된다. 그리고, 보조 패턴은 오픈 영역에서 적어도 최외곽 패턴(120)으로부터 1 ㎛ 이상의 범위까지 충분히 넓은 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 패턴(200)은 메인 패턴(110)의 콘택홀 패턴들이 어레이 된 방향과 같은 방향을 따라 형성된 라인 패턴(210)들이 크로스(cross) 된 그물형태로 형성된다. 도 3의 보조 패턴(200)은 메인 패턴(110)의 콘택홀 패턴들이 어레이 된 방향과 같은 방향을 따라 형성된 사선 패턴(210)들이 크로스 된 그물형태로 형성된 모습을 보여주고 있다. 도 3의 보조 패턴(200)에서, 사선 패턴이 크로스되어 만나는 지점들 간의 거리 즉, X 방향 피치(X') 및 Y 방향 피치(Y')는 각각 메인 패턴(110)의 X 방향 피치(X) 및 Y 방향 피치(Y)와 동일 하게 형성된다. 도 3에서는 X 방향 피치와 Y 방향 피치가 서로 동일하게 형성된 모습을 보여주고 있으나, 메인 패턴(110)의 형태에 따라 그 값이 서로 다르게 형성될 수 있다.
상술된 타겟 패턴(100) 및 보조 패턴(200)은 크롬(Cr)막, 몰리브덴(Mo)막 또는 이들의 적층 구조로 형성될 수 있다.
도 4a와 도 4b는 각각 본 발명에 따른 보조 패턴(200)이 형성된 포토 마스크 및 그렇지 않은 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 진행한 경우의 에어리얼(arial) 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b의 에어리얼 이미지를 비교해보면, 도 4b에는 메인 패턴에 대한 에어리얼 이미지(13)와 최외곽 패턴에 대한 에어리얼 이미지(14) 만이 형성되어 있는 반면에 도 4a에는 메인 패턴에 대한 에어리얼 이미지(310)와 최외곽 패턴에 대한 에어리얼 이미지(320) 뿐만 아니라 메인 패턴 주위의 오픈 영역에도 메인 패턴의 에어리얼 이미지(310)와 대칭되는 에어리얼 이미지(410)가 형성되어 있다. 즉, 보조 패턴(200)이 삽입된 오픈 영역에는 보조 패턴(200)에 의해 실제로 패터닝은 되지 않지만 최외곽 패턴(320)을 기준으로 메인 패턴(310)과 대칭되는 에어리얼 이미지(410)가 형성된다.
도 5a와 도 5b는 각각 도 4a 및 도 4b의 에어리얼 이미지에서 A-A' 및 B-B'를 따라 조사된 광의 강도(Intensity)를 나타낸 그래프이다.
도 5b의 경우에는 메인 패턴(13)과 최외곽 패턴(14)에 각각 대응되는 에어리얼 이미지 피크(15, 16)가 보여지고 있을 뿐 오픈 영역에서는 에어리얼 이미지 피 크가 보여지지 않고 있다. 그리고, 최외곽 패턴(14)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(16)는 메인 패턴(13)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(15)와 패턴의 직경차에 대응되는 정도의 약간의 차이만 있을 뿐 그 피크값들이 유사함을 알 수 있다. 즉, 최외곽 패턴(120)의 직경을 크게 형성하는 것 만으로는 노광 공정에 대한 최외곽 패턴(120)의 공정 마진을 원하는 만큼 향상시키는 것이 곤란함을 알 수 있다.
이에 반하여, 도 5a의 경우에는 보조 패턴(200)이 삽입된 영역에도 피크값은 작지만 메인 패턴(110)의 에어리얼 이미지 피크(510)와 유사한 형태의 에어리얼 이미지 피크(530)가 나타나고 있음을 볼 수 있다. 즉, 보조 패턴(200)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(530)가 최외곽 패턴(120)의 에어리얼 이미지 피크(520)를 중심으로 메인 패턴(110)의 에어리얼 이미지 피크(510)와 대칭되게 나타나고 있다. 또한, 최외곽 패턴(120)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(520)의 값이 메인 패턴(110)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(510)의 값 보다 상대적으로 월등히 증가되었음을 알 수 있다. 이는 도 5a와 같이, 보조 패턴(200)이 삽입된 영역에 메인 패턴(110)의 에어리얼 이미지 피크(510)와 대칭되는 에어리얼 이미지 피크(530)를 발생시키는 것이 최외곽 패턴(120)의 에어리얼 이미지 피크(520)의 값을 크게 증가시키는데 기여하고 있음을 나타낸다.
즉, 메인 패턴(110)과 동일한 피치를 갖는 보조 패턴(200)을 최외곽 패턴(120)을 기준으로 메인 패턴(110)과 대칭되게 형성함으로써 메인 패턴(110)과 보조 패턴(200)을 통과하는 광의 광학적 효과가 극대화되어 메인 패턴(110)과 보조 패턴(200) 사이에 있는 최외곽 패턴(120)의 에어리얼 이미지 피크(520)가 크게 증 가하게 된다.
이처럼 최외곽 패턴(120)에 대응되는 에어리얼 이미지 피크(520)를 증가시킴으로써 최외곽 패턴(120)의 공정 마진을 증가시켜 디포커스가 발생하는 경우에도 최외곽 패턴(120)이 일그러지지 않고 원하는 형태로 형성되도록 할 수 있다.
도 6은 4a에서 최외곽 패턴(320) 부근의 에어리얼 이미지를 보다 자세히 보여주는 도면이다.
도 6에서 콘택홀(320)들 사이의 에어리얼 이미지(330)를 보면 도 2와 비교하여 디포커스가 발생시 인접한 콘택홀(320)들 간의 브릿지 발생 가능성이 훨씬 낮아졌음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 패턴들의 형태들을 보여주는 도면이다.
상술한 도 3의 보조 패턴(200)은 사선 패턴(210)들이 크로스되어 그물형태를 이루고 있는 경우를 도시였다. 그러나, 보조 패턴은 메인 패턴(110)의 모양에 따라 도 7a와 같이 정방향의 라인 패턴들이 그물형태로 크로스 된 형태 또는 도 7b와 같이 브릭 월(Brick wall) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이때, 브릭 월 형태는 마치 벽돌로 벽을 쌓은 듯한 형태를 의미하는 것으로, 이러한 표현은 당업자들이 일반적으로 사용하는 용어이므로 본 발명에서는 이를 그대로 사용하였다.
도 1은 보조 패턴없이 광 근접 보정을 하였을 때 셀 어레이 영역에 형성되는 콘택홀들의 SEM 이미지를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 콘택홀 패턴의 베스트 포커스에서의 에어리얼(arial) 이미지를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 포토 마스크의 레이아웃을 보여주는 도면.
도 4a와 도 4b는 각각 본 발명에 따른 보조 패턴이 형성된 포토 마스크 및 그렇지 않은 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 진행한 경우의 에어리얼(arial) 이미지를 나타낸 도면.
도 5a와 도 5b는 각각 도 4a 및 도 4b의 에어리얼 이미지에서 A-A' 및 B-B'를 따라 조사된 광의 강도(Intensity)를 나타낸 그래프
도 6은 4a에서 최외곽 패턴 부근의 에어리얼 이미지를 보다 자세히 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 패턴들의 형태들을 보여주는 도면.

Claims (11)

  1. 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 전사되는 메인 패턴;
    노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 전사되며 상기 메인 패턴의 외곽에 형성되는 더미 패턴; 및
    상기 더미 패턴을 기준으로 상기 메인 패턴과 대칭되게 형성되는 보조 패턴을 포함하는 포토 마스크.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    상기 메인 패턴과 동일한 피치를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    상기 메인 패턴이 어레이 된 방향과 같은 방향으로 형성된 라인 패턴들이 크로스(cross) 된 그물형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 라인 패턴들은
    일정 기울기로 기울어진 사선 패턴들 또는 정방향으로 진행하는 라인 패턴들인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    상기 라인 패턴들이 크로스 된 인접한 지점간의 거리가 상기 메인 패턴의 피치와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    상기 라인 패턴들이 크로스 된 인접한 지점간의 X축 거리와 Y축 거리가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    크롬(Cr)막, 몰리브덴(Mo)막 또는 이들의 적층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    브릭 월(Brick wall) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴은
    상기 메인 패턴 주위의 오픈 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 메인 패턴은
    셀 어레이 영역에서 일정 간격으로 반복적으로 형성되는 콘택홀 패턴인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 메인 패턴 및 상기 더미 패턴은
    광 근접 보정(OPC)된 패턴인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
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