KR19980043615A - 포토마스크의 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리소그라피(lithography) 공정에 사용되는 포토마스크 제작방법에 관한 것으로, 분해능 한계에 도달된 크기의 주(main) 패턴이 형성된 포토마스크를 사용한 포토리소그라피(photolithography) 공정으로 웨이퍼상에 포토레지스트(photoresist) 패턴을 형성함에 있어, 포토레지스트 패턴 형상(profile)의 불량을 방지하기 위하여, 주 패턴 영역이 그려진 원래(original) 설계 도면이 제공되고, 주 패턴 영역을 ΔX0 및 ΔY0 값만큼 확장시킨 크기를 갖는 제1조정 패턴영역이 그려진 제1설계도면을 만들고, 제1조정 패턴을 ΔY1 값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제2조정 패턴영역이 그려진 제2설계 도면을 만들고, 제1조정 패턴영역을 ΔX1 값 만큼 축소시킨 크기를 갖는 제3조정 패턴영역이 그려진 제3설계도면을 만들고, 제1,2 및 3설계도면을 조합하여 제1조정 패턴 영역으로부터 제2조정 패턴영역과 제3조정 패턴 영역 각각의 중복되는 부분을 지우는 연산의 결과로 제1조정 패턴영역의 남는 부분이 보조(auxiliary) 패턴영역으로 되는 제4설계 도면을 만들고, 주 패턴 영역을 갖는 원래 설계도면과 보조 패턴 영역을 갖는 제4설계도면을 합하여 제5설계도면을 만들고, 이 제5설계도면을 사용하여 주 패턴과 보조 패턴을 갖는 본 발명의 포토마스크가 제작된다.

Description

포토마스크의 제작방법
본 발명은 반도체 소자의 제조공정중 포토리소그라피(photo lithography) 공정에 사용되는 포토마스크의 제작방법에 관한 것으로, 특히 주 패턴(main pattern) 주변의 선택된 부분에 보조 패턴(auxiliary pattern)을 용이하게 만들 수 있는 포토마스크의 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정에서 10 내지 30단계(step)의 포토마스크 작업이 필요하다. 포토마스크를 사용하는 포토리소그라피 공정으로 불순물 확산 영역, 홀 패턴(hole pattern) 또는 바아 패턴(bar pattern)이 형성된다. 최근 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 이들 패턴의 크기도 점점 작아지고 있다. 패턴의 크기가 노광 장비의 분해능 한계에 도달될 정도로 작아질 경우, 광학적 근접효과로 인하여 포토마스크에 형성된 주 패턴의 모양에 대응되는 동일한 모양의 패턴을 웨이퍼상에 형성하기 어려운 문제가 있다.
도 1은 주 패턴 영역(12)이 그려진 포토마스크 제작용 원래 설계도면(11)이다. 도 2는 도 1의 원래 설계도면(11)으로 제작된 종래의 포토마스크(21)의 평면도이다. 종래의 포토마스크(21)에는 주 패턴 영역(12)과 동일한 모양의 주 패턴(22)이 투명 기판(26)상에 형성되어 있다. 여기서, 주 패턴(22)은 불투명한 크롬으로 만들어진다.
만약 포토마스크(21)에 형성된 주 패턴(22)의 크기가 노광 장비의 분해능 한계에 도달될 정도로 작은 경우, 이 포토마스크(21)를 사용한 포토리소그라피 공정으로 웨이퍼(31)상에 형성되는 실제 포토레지스트 패턴(32)은 광학적 근접효과로 인하여 점선으로 도시된 원하는 포토레지스트 패턴영역(32A)과 다르게 형성된 것이 도 3에 도시된다. 실제 포토레지스트 패턴(32)과 원하는 포토레지스트 패턴 영역(32A)을 비교할 때, 실제 포토레지스트 패턴(32)은 제1,2 및 3부분(33, 34 및 35)에서 모양이 둥글게 되고, 길이가 줄어들게 된다. 이와 같이 변형된 포토레지스트 패턴(32)을 식각 마스크로 하여 어떤 회로 패턴을 형성할 경우 소자의 신뢰성을 저하시키는 것은 자명한 사실이다.
변형된 포토레지스트 패턴(32)의 모양이 원하는 포토레지스트 패턴 영역(32A)과 같게 하기 위하여, 포토마스크(21)에 형성된 주 패턴(22) 주변의 선택된 부분에 보조 패턴(도시않음)을 형성하는 방법이 있다. 일반적으로 주 패턴(22) 주변의 선택된 부분에 보조 패턴(도시않음)을 형성하기 위하여, 원래 설계도면(11)을 작성할 때, 주 패턴 영역(12) 주변의 선택된 부분에 보조 패턴(도시않음)을 그려주는 방법이 있다. DRAM 소자는 설계 패턴이 반복성이 있기 때문에 반복되는 단위 패턴에 보조 패턴을 그려주면 가능하지만, ASIC, ASSP 및 Microprocess와 같은 비 기억소자는 설계 내부 패턴이 반복성이 없기 때문에 전체 설계도면을 모두 작업하여 보조 패턴을 일일이 그려주어야 하며, 이러한 작업은 현실적으로 불가능하다. 또한, 상기한 보조 패턴 형성방법은 보조 패턴의 크기와 위치를 정확히 파악할 수 없는 어려움이 있어 보조 패턴을 형성하는 목적을 완벽하게 수행하지 못하는 경우가 발생되기도 한다.
따라서, 본 발명은 주 패턴 주변의 선택된 부분에 정해진 규칙에 따라 보조 패턴을 용이하게 만들수 있는 포토마스크의 제작 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토마스크의 제작 방법은 주 패턴 영역이 그려진 원래 설계도면이 제공되는 단계; 주 패턴 영역을 ΔX0 및 ΔY0 값만큼 확장시킨 크기를 갖는 제1조정 패턴 영역이 그려진 제1설계도면을 만드는 단계; 제1조정 패턴 영역을 ΔY1 값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제2조정 패턴 영역이 그려진 제2설계도면을 만드는 단계; 제1조정 패턴 영역을 ΔX1 값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제3조정 패턴 영역이 그려진 제3설계도면을 만드는 단계; 제1,2 및 3설계도면을 조합하여 제1조정 패턴 영역으로부터 제2조정 패턴 영역과 제3조정 패턴 영역 각각의 중복되는 부분을 지우는 연산의 결과로 제1조정 패턴 영역의 남는 부분들이 보조 패턴 영역들로 되는 제4설계도면을 만드는 단계; 주 패턴 영역을 갖는 원래 설계도면과 보조 패턴 영역들을 갖는 제4설계도면을 합하여 제5설계도면을 만드는 단계; 및 제5설계도면을 사용하여 주패턴과 보조 패턴을 갖는 포토마스크를 제작하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 주 패턴 영역이 그려진 포토마스크 제작용 원래 설계 도면.
도 2는 도 1의 원래 설계도면으로 제작된 종래의 포토마스크의 평면도.
도 3은 도 2의 포토마스크를 사용하여 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼의 평면도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 포토마스크의 보조 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위해 도시된 제 1 내지 5설계 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 제1포토레지스트의 평면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2포토마스크의 평면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제3포토마스크의 평면도.
도 12는 본 발명의 포토마스크를 사용하여 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼의 평면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11:원래 설계 도면12:주 패턴 영역
21:포토마스크22:주 패턴
26:투명 기판31:웨이퍼
32:포토레지스트 패턴32A:원하는 포토레지스트 패턴 영역
33,34 및 35:제1,2 및 3부분41:제1설계도면
42:제1조정 패턴 영역51:제2설계도면
52:제2조정 패턴 영역61:제3설계도면
62:제3조정 패턴 영역71;제4설계도면
73:보조 패턴영역81:제5설계도면
91,101 및 111:제1,2 및 3포토마스크
91,101 및 112:제1,2 및 3주 패턴
93,103 및 113:제1,2 및 3보조 패턴
96,106 및 116:제1,2 및 3투명 기판
121:웨이퍼122:포토레지스트 패턴
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 포토마스크의 보조 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도시된 제1 내지 5설계 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 원래 설계도면(11)에 그려진 주 패턴 영역(점선으로 도시됨; 12)을 ΔX0 및 ΔY0값만큼 확장시킨 크기를 갖는 제1조정 패턴 영역(42)이 그려진 제1설계도면(41)이 도시된다.
상기에서, 주 패턴 영역(12)의 크기가 노광 장비의 분해능 한계에 도달될 정도로 작게 그려진 경우라고 가정할 때, ΔX0 및 ΔY0 각각의 값은 웨이퍼상에 형성되는 실제 포토레지스트 패턴의 모양이 설계도면에 그려진 패턴 영역의 모양과 같게 되도록 최적화된 값으로서, 주 패턴 영역(12)에서 최소 크기를 갖는 부분을 기준으로 1/100 내지 1/2 범위의 크기를 갖는 값이다. 즉, 제1조정 패턴 영역(42)은 광학적 근접 효과에 영향을 받지 않을 만큼의 크기이다.
도 5는 제1조정 패턴 영역(일점 쇄선으로 도시됨; 42)을 ΔY1값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제2조정 패턴 영역(52)이 그려진 제2설계도면(51)이 도시된다.
ΔY1의 값은 도 1에 도시된 원래 설계도면(11)에 그려진 주 패턴 영역(12)에서 최소 크기를 갖는 부분을 기준으로 1/100 내지 1/2 범위의 크기를 갖는 값이다. 본 발명의 실시예에서는 ΔY1의 값이 ΔY0의 값보다 크다(ΔY1ΔY0).
도 6은 제1조정 패턴 영역(일점 쇄선으로 도시됨; 42)을 ΔX1 값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제3조정 패턴 영역(62)이 그려진 제3설계도면(61)이 도시된다.
ΔX1의 값은 도 1에 도시된 원래 설계도면(11)에 그려진 주 패턴영역(12)에서 최소 크기를 갖는 부분을 기준으로 1/100 내지 1/2 범위의 크기를 갖는 값이다. 본 발명의 실시예에서는 ΔX1의 값이 ΔX0의 값보다 크다(ΔX1ΔX0).
도 7은 도 4,5 및 6 각각에 도시된 제1,2 및 3설계도면(41,51 및 61) 각각을 조합하여 제1조정 패턴 영역(일점 쇄선으로 도시됨; 42)에서 제2조정 패턴영역(이점 쇄선으로 도시됨; 52)과 제3조정 패턴 영역(삼점 쇄선으로 도시됨:62) 각각의 중복되는 부분을 지우는 연산의 결과로 제1조정 패턴 영역(42)의 남는 부분들이 보조(auxiliary) 패턴영역들(73)이 되는 제4설계도면(71)이 도시된다.
도 8은 도 1에 도시된 원래 설계도면(11)에 그려진 주 패턴 영역(12)과 도 7에 도시된 제4설계도면(71)에 그려진 보조 패턴 영역들(73)이 합해진 제5설계도면(81)이 도시된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의해 만들어진 제5설계도면(81)을 사용하여 제1투명 기판(96)상에 제1주 패턴(92)과 제1보조 패턴(93)이 형성된 제1포토마스크(91)가 제작된 것이 도시된다. 여기서, 제1주 패턴(92)과 제1보조패턴들(93)은 불투명한 크롬으로 만들어지며, 제1보조 패턴들(93)은 도 3에 도시된 포토레지스트 패턴(32)의 제1,2 및 3부분(33,34 및 35)에 대응되는 위치에 형성된다.
제1포토마스크(91)를 사용한 포토리소그라피 공정으로 웨이퍼(121)상에 포토레지스트 패턴(122)이 형성된 것이 도 12에 도시된다. 도 12에 도시된 포토레지스트 패턴(122)은 도 3에 도시된 포토레지스트 패턴(32)과는 달리 원래 설계도면(11)에 그려진 주 패턴 영역(12)과 같은 모양으로 형성된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2포토마스크(101)의 평면도이다. 본 발명의 다른 실시예는 상기에서 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예의 원리가 그대로 적용되되, 도 5에 도시된 제2설계도면(51)을 만드는 조건에서 ΔY1의 값과 ΔY0의 값을 같게(ΔY1=ΔY0)하고, 도 6에 도시된 제3설계도면(61)을 만드는 조건에서 ΔX1의 값과 ΔX0의 값을 같게(ΔX1=ΔX0)하는 것이 다르다. 이러한 조건을 적용하여 최종 만들어지는 어떤 설계도면을 사용하여 제2투명 기판(106)상에 제2주 패턴(102)과 제2보조 패턴들(103)이 형성된 제2포토마스크(101)가 제작된다. 여기서, 제2주패턴(102)과 제2보조 패턴들(103)은 불투명한 크롬으로 만들어지며, 제2보조 패턴들(103)은 도 3에 도시된 포토레지스트 패턴(32)의 제1,2 및 3부분(33, 34 및 35)에 대응되는 위치에 형성된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제3포토마스크(111)의 평면도이다. 본 발명의 또 다른 실시예는 상기에서 도 4 내지 도8을 참조하여 설명한 본 발명의 실시에의 원리가 그대로 적용되되, 도 5에 도시된 제2설계도면(51)을 만드는 조건에서 ΔY1의 값이 ΔY0의 값보다 작게(ΔY1ΔY0)하고, 도 6에 도시된 제3설계도면(61)을 만드는 조건에서 ΔX1의 값이 ΔX0의 값보다 작게(ΔX1ΔX0)하는 것이 다르다. 이러한 조건을 적용하여 최종 만들어지는 어떤 설계도면을 사용하여 제3투명 기판(116)상에 제3주패턴(112)과 제3보조패턴들(113)이 형성된 제3포토마스크(111)가 제작된다. 여기서, 제3주패턴(112)과 제3보조 패턴들(113)은 불투명한 크롬으로 만들어지며, 제3보조 패턴들(113)은 도 3에 도시된 포토레지스트 패턴(32)의 제1,2 및 3부분(33,34 및 35)에 대응되는 위치에 형성된다.
제2 및 3포토마스크(101 및 111)를 사용하여 포토리소그라피공정 실시하더라도 도 12에 도시된 양호한 형상의 포토레지스트 패턴(122)을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 주 패턴 영역이 그려진 원래 설계도면을 기본으로 하여 ΔX0, ΔY0, ΔX1 및 ΔY1의 값에 의해 새로운 설계 도면을 만들고, 이 설계도면들을 이용하여 보조 패턴 영역을 확정하고, 주 패턴 영역과 보조 패턴 영역을 합하여 최종 설계도면을 쉽게 만들 수 있다. 따라서, 광학적 근접 효과로 인한 포토레지스트 패턴의 형상 불량을 방지하기 위해 보조 패턴을 필요로 하는 포토마스크를 용이하게 제작할 수 있다.

Claims (8)

  1. 포토마스크의 제작 방법에 있어서,
    주 패턴 영역이 그려진 원래 설계 도면이 제공되는 단계;
    상기 주 패턴 영역을 ΔX0 및 ΔY0 값 만큼 확장시킨 크기를 갖는 제1조정 패턴영역이 그려진 제1설계도면을 만드는 단계;
    상기 제1조정 패턴 영역을 ΔY1 값만큼 축소시킨 크기를 갖는 제2조정 패턴영역이 그려진 제2설계 도면을 만드는 단계;
    상기 제1조정 패턴영역을 ΔX1 값 만큼 축소시킨 크기를 갖는 제3조정 패턴영역이 그려진 제3설계도면을 만드는 단계;
    상기 제1,2 및 3설계도면을 조합하여 상기 제1조정 패턴 영역으로부터 제2조정 패턴영역과 상기 제3조정 패턴 영역 각각의 중복되는 부분을 지우는 연산의 결과로 상기 제1조정 패턴영역의 남는 부분들이 보조 패턴영역들로 되는 제4설계 도면을 만드는 단계;
    상기 주 패턴 영역을 갖는 상기 원래 설계도면과 상기 보조 패턴 영역들을 갖는 상기제4설계도면을 합하여 제5설계도면을 만드는 단계; 및
    상기 제5설계도면을 사용하여 주 패턴과 보조 패턴을 갖는 포토마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주 패턴 영역은 포토리소그라피공정에서 광학적 근접효과에 영향을 받는 크기인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1조정 패턴 영역은 포토리소그라피공정에서 광학적 근접효과에 영향을 받지않는 크기인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ΔX0 및 ΔY0 각각의 값은 웨이퍼 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 모양이 설계도면에 그려진 패턴 영역의 모양과 같게 되도록 최적화된 값인 것을 특징으로하는 포토마스크의 제작방법.
  5. 제1항에 있어서,
    ΔX0, ΔY0, ΔX1 및 ΔY1 각각의 값은 상기 주 패턴영역에서 최소 크기를 갖는 기준으로 1/100 내지 1/2 범위의 크기를 갖는 값인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 ΔY1의 값은 상기 ΔY0의 값보다 크고, 상기 ΔX1의 값은 상기 ΔX0의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 ΔY1의 값은 상기 ΔY0의 값과 같고, 상기 ΔX1의 값은 상기 ΔX0의 값과 같은 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 ΔY1의 값은 상기 ΔY0의 값보다 적고, 상기 ΔX1의 값은 상기 ΔX0의 값보다 작은 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제작 방법.
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