KR19990055142A - 공정 마진 개선을 위한 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 2개 이상의 패턴 사이즈가 존재하는 층(layer)을 동시에 형성하고자 할 때, 큰 사이즈를 갖는 패턴은 사이드로브 효과를 제거하여 패턴 불량을 방지하고, 적은 사이즈를 갖는 패턴은 해상력 및 초점심도를 증가시켜 미세 패턴 형성이 가능하도록 하여주는 포토마스크를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명의 포토마스크는 투명기판; 상기 투명기판 상에 형성되며, 큰 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 크롬 패턴; 및 상기 투명기판 상에 형성되며, 작은 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 위상쉬프터 패턴을 포함하여 이루어진다.

Description

공정 마진 개선을 위한 포토마스크

본 발명은 반도체 소자 제조시 리소그라피 공정 마진을 개선하기 위한 포토마스크에 관한 것이다.

I-라인(line) 노광장비를 사용하여 0.35㎛ 이하의 콘택홀(Contact Hole)을 패터닝하기 위해서는 해상력이 뛰어난 하프톤(halftone) 위상반전마스크(PSM)의 적용이 필수적인데, 셀(cell) 영역에서의 콘택홀에 비해 상대적으로 큰 콘택홀이 뚫리는 주변영역(periphery region)에서는 사이드로브 효과(sidelobe Effect)와 기판 타포로지(topology)에 따른 오목 렌즈 효과(Concave Mirror Effect)가 상승 작용을 일으켜 웨이퍼상의 포토레지스트 패턴이 손상되어 이상(abnormal) 프로파일(profile)이 형성되므로써 공정 마진(Margin)을 줄이게 된다.

이러한 문제점을 도면을 통해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 셀영역과 주변영역으로 구분된 하프톤 위상반전 마스크의 평면도로서, 셀 영역과 주변영역이 어떻게 배열되었는지를 보여준다. 도면에서 빗금친 부분이 셀 지역이고, 도면부호 "1" 영역이 감지증폭기가 형성되는 영역, "2" 영역이 서브 워드라인이 형성되는 영역, "3" 영역이 X-디코더가 형성되는 영역, "4" 영역이 Y-디코더가 형성되는 영역을 각각 나타낸다.

도 2는 종래의 하프톤 위상반전 마스크의 단면도로서, 하프톤 위상반전 마스크는 투명기판(21) 상에 웨이퍼상에 그 이미지를 전사하여야할 패턴으로 위상쉬프터 패턴(22)이 형성된다. 위상쉬프터 물질은 위상이 180°이고 광투과율이 6-10%인 물질을 사용한다.

도 2를 참조하면, 종래의 하프톤 위상반전 마스크는 셀 영역과 주변영역에서 모두 위상쉬프터 패턴(22)에 의해 콘택홀(웨이퍼상에서의)이 정의된다. 그리고, 통상 셀 영역에는 작은 사이즈(a)의 콘택홀이 형성되고, 주변 영역은 상대적으로 큰 사이즈(b)의 콘택홀이 형성된다. 따라서, 도 2에 도시된 광 강도 분포 곡선(결상계에서)에 나타난 바와 같이, 광 투과 지역의 에지 부위에서 사이드로브가 발생되는데, 셀 영역에서는 비교적 사이드로브(23)가 약하게 발생되나 주변 영역에서는 사이드로브(24)가 크게 형성됨을 알 수 있다.

주변 영역에서 셀 영역보다 사이드로브가 크게 형성되는 이유는 다음과 같다.

셀 영역과 주변 영역 모두 위상쉬프터 처리를 해서 만든 하프톤 위상반전마스크를 사용할 경우, 콘택홀 에지 부근에서의 광 집중으로 해상력 및 초점심도의 증가를 가져오지만, 셀 영역에서의 콘택홀보다 0.1㎛정도 더 큰 콘택홀을 갖는 주변 영역에서는 그 만큼 더 많은 광량(빛에너지)이 투과하여 사이드로브가 심해져 궁극적으로 포토레지스트 패턴의 이상 프로파일이 유발된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 오목한 단차를 갖는 곳에 콘택홀이 형성될 경우에는 도면의 "c"와 같이 8% 투과된 빛이 포토레지스트(32) 하부층(31)에 반사되어 빛이 모아지는 오목렌즈 효과가 발생하는데, 이 오목렌즈 효과가 사이드로브 효과와 겹치면 도저히 패턴을 형성할 수 없을 정도로 공정마진이 적어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 하프톤 위상반전마스크를 사용한 미세 패턴 형성 공정에서는, 주변 영역에서 사이드로브 효과 및 오목렌즈 효과가 극대화되어 패턴 불량을 나타나게 되는데, 이러한 문제점은 서로 다른 2개 이상의 패턴 사이즈가 존재하는 층(layer)을 동시에 형성하고자 할 때 모두 나타나게 된다.

본 발명은 서로 다른 2개 이상의 패턴 사이즈가 존재하는 층(layer)을 동시에 형성하고자 할 때, 큰 사이즈의 패턴은 사이드로브 효과를 제거하여 패턴 불량을 방지하고, 적은 사이즈를 갖는 패턴은 해상력 및 초점심도를 증가시켜 미세 패턴 형성이 가능하도록 하여주는 포토마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 셀영역과 주변영역으로 구분된 하프톤 위상반전 마스크의 평면도.

도 2는 종래의 하프톤 위상반전 마스크의 단면도.

도 3은 오목렌즈 효과를 설명하기 위한 개념도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토마스크와 그를 투과한 후 결상계에서 나타나는 광 강도분포 곡선.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 포토마스크 제조 공정도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토마스크는, 웨이퍼 상의 한 층(layer) 내에서 서로 다른 두개 이상의 사이즈를 갖는 패턴 형성을 위한 포토마스크에 있어서, 투명기판; 상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 크롬 패턴; 및 상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 위상쉬프터 패턴을 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토마스크와 그를 투과한 후 결상계(웨이퍼)에서 나타나는 광 강도분포 곡선을 나타내는 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 포토마스크는 콘택홀 사이즈가 다른 셀 영역과 주변 영역이 각각 다른 광투과율을 갖는 물질로 패턴되어 있다. 즉, 주변 영역을 제외한 셀 영역은 해상력 및 초점심도가 높은 하프톤 위상반전마스크의 효과를 갖도록 위상쉬프터(42)로 패턴이 형성되어 있고, 감지증폭기가 형성되는 영역을 포함하는 주변 영역은 사이드로브의 발생이 전혀 없는 크롬 마스크의 효과를 갖도록 크롬(43)으로 패턴이 형성되어 있다. 여기서, 셀 영역의 위상쉬프터 패턴은 적당한 프린트 바이어스(print bias)를 갖으며, 주변 영역의 크롬 패턴은 바이어스를 갖지 않는다.

즉, 셀 영역은 투명기판(41) 만을 통과하여 100% 광투과되는 부위 "a"와, 투명기판(41) 및 위상쉬프터(42)에 의해 6-10%의 광 투과율을 갖는 부위 "b"로 이루어지며, 주변영역은 투명기판(41) 만을 통과하여 100% 광투과되는 부위 "c"와, 투명기판(41) 및 크롬(42)에 의해 0%의 광 투과율을 갖는 부위 "d"로 이루어진다.

이에 의해, 셀 지역은 이상 프로파일의 패턴을 형성하지 않을 정도의 사이드로브를 갖으면서 해상력 및 초점심도를 높일 수 있으므로 적은 사이즈의 콘택홀 패턴을 형성하는데 적격이다. 또한, 주변지역은 해상력 및 초점심도는 다소 떨어지지지만 I-라인(line)으로 충분히 형성할 수 있는 콘택홀 사이즈를 갖기 때문에 문제되지 않으며, 사이드로브를 완전히 제거할 수 있으므로 패턴 불량을 방지할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 포토마스크 제조 공정도로서, 먼저 도 5a와 같이, 투명기판(51) 상에 위상쉬프터(52)를 증착한 다음, 도 5b와 같이 셀 영역의 콘택홀을 패터닝하면서 주변 영역의 위상쉬프터(52)를 모두 식각해 낸다. 이어서, 도 5c와 같이 전면에 크롬(53)을 형성한 후, 도 5d와 같이, 셀 영역의 크롬은 모두 식각하고 주변영역의 크롬은 콘택홀 패턴으로 형성한다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명의 포토마스크는 셀 영역의 작은 패턴은 해상력 및 초점심도가 높여 미세 패턴의 형성이 가능하도록 하고, 주변 영역의 큰 패턴은 사이드로브 효과를 완전히 제거하여주므로 패턴 불량을 방지한다. 따라서, 종래기술에 비해 큰 공정 마진을 갖는다.

Claims (4)

1. 웨이퍼 상의 한 층(layer) 내에서 서로 다른 두개 이상의 사이즈를 갖는 패턴 형성을 위한 포토마스크에 있어서,

   투명기판;

   상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 크롬 패턴; 및

   상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 패턴에 대응되는 위상쉬프터 패턴

   을 포함하는 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 크롬 패턴은 주변 영역의 패턴에 대응되는 패턴인 포토마스크.
3. 제2항에 있어서,

   상기 위상쉬프터 패턴은 셀 영역에 패턴에 대응되는 패턴인 포토마스크.
4. 제1항 내지 제3항중 어느한 항에 있어서,

   상기 위상쉬프터는 6-10%의 광투과율을 갖는 포토마스크.