KR20010094005A - 셀 프로젝션 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비광학적(Non-Optical) 포토리소그라피 공정에서 노광용 마스크로 사용되는 셀 프로젝션 마스크(Cell Projection Mask : 이하, CPM)를 개시한다. 개시된 본 발명의 셀 프로젝션 마스크는 지그재그 형태로 배치되는 바(Bar) 형상의 수 개의 마스크 패턴들이 갖으며, 상기 바 형상의 마스크 패턴의 중간 부분 양측에는 더미 패턴이 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

셀 프로젝션 마스크{CELL PROJECTION MASK}

본 발명은 포토리소그라피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는,비광학적(Non-Optical) 포토리소그라피 공정에서 노광용 마스크로 사용되는 셀 프로젝션 마스크(Cell Projection Mask : 이하, CPM)에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 포토리소그라피(Photolithography) 공정은 반도체 제조 공정에서 콘택홀 또는 소정 형상의 패턴을 형성하기 위한 공정으로서, 식각 대상물 상에 감광막의 도포, 노광 및 현상 공정을 통해 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 식각 대상물을 식각하는 공정을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 감광막에 대한 노광 공정은 소정 파장의 광원이 구비된 축소 노광 장치를 사용하여 수행되고 있으며, 상기 광원으로서는 G-라인(λ=436nm), 또는, I-라인(λ=365nm) 파장의 광원이 사용되어져 왔다. 그런데, 상기한 파장의 광원들을 이용한 광학적 노광 공정은 그 공정 자체로 구현할 수 있는 패턴의 임계치수가 대략 0.5㎛ 정도로 한정되어지는 바, 그 이하의 임계치수가 요구되는 고집적 소자의 제조에는 적용이 곤란한 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 I-라인 보다 더 짧은 파장의 전자-빔(Electron-beam), 이온-빔(Ion-beam) 및 엑스-레이(X-ray) 등을 광원으로 사용하는 비광학적 노광 공정이 수행되고 있다. 상기 비광학적 노광 공정은 사용되는 노광용 마스크에 따라 VSB(Variable Shaped Beam) 노광 방식과 CPM(Cell Projection Mask) 노광 방식으로 나뉘어지는데, 전자의 노광 방식은 중심부에 사각형의 어퍼쳐(Aperture)를 갖는 두장의 마스크를 겹쳐서 한 번에 하나의 패턴 형성 영역에 대해서만 노광을 수행하는 공정을 반복·수행하는 방식이며, 후자의 노광 방식은 프레임(Frame) 상에 멤브레인(Membrane) 및 흡수층(Absorber)이 적층되어 이루어진 CPM을 노광용 마스크로 사용하여 한 번의 노광을 통해 모든 패턴 형성 영역에 대해서 동시에 노광을 수행하는 방식이다.

그러나, 상기한 VSB 및 CMP 노광 방식의 비광학적 노광 공정은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

한 예로, 전자-빔을 광원으로 사용하는 비광학적 노광 공정에 있어서, 셀 사이즈(Cell Size)가 작아질수록, 패턴 자체의 크기는 물론 패턴들간의 간격, 즉, 피치(pitch)도 감소되는데, 이 경우, 피치에 역비례하는 전자들의 상호 작용 (coulomb interaction)이 증가함에 따라, 소망하는 형태의 패턴이 얻어지지 못하게 되고, 아울러, EL(Energy Latitude) 마진이 감소된다.

자세하게, 상기 전자들의 상호 작용의 대표적인 것으로는 빛이 퍼지는 현상, 즉, 빔 블러(Beam Blur)가 있는데, 상기 빔 블러는 빔 커런트(Beam Current)에 비례하는 바, 예를들어, 동일 크기의 패턴들에 대한 노광시, 각 패턴에서의 빔 커런트 및 빔 블러는 동일하지만, 패턴들간의 피치가 서로 다른 경우, 상대적으로 피치가 작은 패턴들은 상대적으로 피치가 큰 패턴들 보다 빔 블러의 영향을 더 받게 됨에 따라, 상기 상대적으로 피치가 작은 패턴들은 소망하는 형상을 갖지 못하게 된다.

한편, 종래에는 상기와 같은 문제를 보완하기 위하여, 예를들어, 지그재그 형태로 배치되는 0.24㎛ 피치급의 바-타입(Bar-type) 아이솔레이션(Isolation : 이하, ISO) 패턴을 얻기 위한 VSB 또는 CPM 노광 공정시, 도 1에 도시된 바와 같이,마스크 바이어스(Mask Bais)를 주는 방법, 즉, 노광용 마스크(10)에 구비되는 마스크 패턴(1)의 폭을 실제 얻고자하는 바-타입 ISO 패턴의 폭 보다 작게 함으로써, 빔 블러의 영향을 최소화시키는 것에 의해 소망하는 형상의 패턴이 얻어지도록 하고, 아울러, EL 마진이 향상되도록 하고 있다.

여기서, 미설명된 도면부호 A는 얻고자하는 바-타입 ISO 패턴의 실제 폭을 나타내고, B 및 C는 마스크 바이어스를 나타내며, D는 상기 마스크 바이어스를 고려하여 노광용 마스크에 그려지는 마스크 패턴의 폭을 나타낸다.

그런데, 상기한 바와 같이 마스크 바이어스를 주는 방법은 0.24㎛ 피치급 바-타입 ISO 패턴의 형성시에는 소망하는 효과를 얻을 수 있으나, 셀 사이즈가 더욱 감소됨에 따라, 예를들어, 0.20㎛ 피치급, 또는, 그 이하의 바-타입 ISO 패턴을 형성할 경우에는 상기 마스크 바이어스를 주는 방법만으로는 빔 블러에 의한 영향을 억제시킬 수 없는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 바-타입 ISO 패턴(20)은 상대적으로 빔 블러의 영향을 많이 받는 그의 가장자리 부분(20a)이 상대적으로 빔 블러의 영향을 적게 받는 중간 부분(20b) 보다 더 넓은 폭을 갖게 된다. 이것은 가장자리 부분(20a)이 자체적인 빔 블러의 영향은 물론, 인접된 패턴에 의한 빔 블러의 영향을 동시에 받는 것에 기인된 것이다. 또한, 중간 부분(20b)의 폭을 넓히기 위하여 과도 노광을 수행할 경우에는, 오히려, 가장자리 부분(20a)에서 인접된 패턴들(20)간의 브릿지가 발생하게 되고, 결과적으로는, EL(Energy Latitude) 마진이 감소된다. 여기서, 미설명된 도면부호 E는 인접된 패턴들 사이에서 발생된 브릿지를 나타낸다.

한편, 상기한 문제를 해결할 수 있는 종래의 다른 방법으로서, VSB 노광 방식의 비광학적 노광 공정을 수행함에 있어서, 바-타입 아이솔레이션 패턴에 세리프 (Serif)를 추가시킴으로써, 소망하는 형상의 패턴이 얻어지도록 할 수도 있다.

즉, 도 3a 및 도 3b는 세리프가 추가된 바-타입 아이솔레이션 패턴의 레이아웃(Layout)도로서, 먼저, 도 3a는 세리프(14a)가 메인 패턴(12)에 오버랩되지 않고, 그리고, 그 크기가 작은 경우을 나타낸 것이고, 도 3b는 노광 효과가 확보되도록, 세리프(14b)의 크기를 증가시켜 메인 패턴(12)에 오버랩되도록 한 경우를 나타낸 것이다. 여기서, 상기 메인 패턴(12) 및 상기 세리프(14a, 14b)는 각각 하나의 샷(shot)이 된다.

상기와 같이, 메인 패턴(12)에 세리프(14a, 14b)를 추가하게 되면, 빔 커런트를 줄일 수 있는 것에 기인하여 메인 패턴(12) 가장자리 부분에서의 빔 블러에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 또한, 상기 세리프(14a, 14b)에 의해 메인 패턴(12) 중간 부분이 상대적으로 작은 두께를 갖게 되는 것도 방지할 수 있다.

도 4는 도 3b의 레이아웃을 적용한 VSB 노광에 의해 얻어진 바-타입 ISO 패턴을 보여주는 사진으로서, 보여지는 바와 같이, 바-타입 ISO 패턴(10)은 그 중간 부분 및 가장자리 부분이 거의 유사한 두께를 갖으며, 아울러, 빔 블러에 의한 영향이 최소화됨에 따라, 인접된 패턴들(10)간의 브릿지 발생을 방지할 수 있다.

그러나, 세리프를 추가한 VSB 노광 방식은, 전술한 바와 같이, 세리프 자체가 각각의 샷이므로, 상기 세리프를 추가한 VSB 노광 방식으로 노광 공정을 수행할경우에는 생산성이 감소되는 바, 실질적으로 그 적용에 어려움이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 0.20㎛ 피치급 이하의 바-타입 ISO 패턴을 얻기 위한 비광학적 노광 공정시, 생산성의 감소를 초래함이 없이, 소망하는 형상의 패턴을 얻을 수 있는 CPM을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마스크 바이어스(Mask Bais)를 주고 디자인한 바-타입 아이솔레이션 셀(Bar-type Isolation Cell)의 레이아웃도.

도 2는 도 1의 레이아웃을 적용하여 VSB 노광 방식에 의해 형성된 바-타입 아이솔레이션 패턴들을 보여주는 사진.

도 3a 및 도 3b는 종래 다른 기술에 따른 세리프(Serif)를 구비한 바-타입 아이솔레이션 셀의 레이아웃도.

도 4는 도 3b의 레이아웃을 적용하여 VSB 노광 방식에 의해 형성된 바-타입 아이솔레이션 패턴들을 보여주는 사진.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀 프로젝션 마스크를 도시한 평면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

32 : 마스크 패턴 32a : 실제 패턴

32b : 더미 패턴 40 : 셀 프로젝션 마스크

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CPM은, 지그재그 형태로 배치되는 바 형상의 수 개의 마스크 패턴들이 구비되고, 상기 바 형상의 마스크 패턴의 중간 부분 양측에는 더미 패턴이 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, CPM에 구비되는 마스크 패턴 자체에 세리프와 동일한 기능을 하는 더미 패턴을 구비시킴으로써, 생산성의 저하없이, 소망하는 형상의 바-타입 ISO 패턴을 용이하게 얻을 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CPM을 도시한 평면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 CPM(40)은 그 내부에 지그재그로 배치되는 바(Bar) 형상의 수 개의 마스크 패턴들(32)을 갖는다. 여기서, 상기 마스크 패턴(32)은 바-타입 ISO 패턴을 얻기 위한 바(Bar) 형상의 실제 패턴(32a)과 빔 블러에 의한 영향을 최소화시키기 위하여, 종래 VSB 노광 방식에서 구비되는 세리프와 동일한 기능을 하도록 상기 실제 패턴(32b) 중간 부분의 양측에 구비된 더미 패턴(32b)을 포함한다. 또한, 상기 실제 패턴(32a)은 얻고자하는 실제 바-타입 ISO 패턴의 폭 보다는 작은 폭, 즉, 마스크 바이어스를 고려한 폭을 갖도록 구비된다.

상기와 같은 CPM(40)을 사용한 CMP 노광 방식의 노광 공정은 다음과 같은 잇점을 갖는다.

먼저, 상기한 CPM(40)을 사용하여 바-타입 ISO 패턴을 얻기 위한 노광 공정을 수행하게 되면, 바 형상을 갖는 실제 패턴(32a)의 중간 부분 양측에 더미 패턴(32b)이 구비됨에 따라, 상기 더미 패턴(32b)에 의해 상기 실제 패턴(32a)의 중간 부분은 추가 노광이 이루어진다. 이 결과, 상기한 CPM을 이용한 노광 공정을 통해 얻어지는 바-타입 ISO 패턴은 그 중간 부분 및 가장자리 부분이 거의 유사한 폭을 갖게 되고, 따라서, 공정 마진도 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기 바-타입 ISO 패턴을 형성하기 위한 노광 공정을 수행함에 있어서, 더미 패턴(32b)이 구비되는 것에 근거하여 빔 커런트를 낮추더라도 바-타입 ISO 패턴의 전체적인 폭을 균일하게 확보할 수 있기 때문에, 바-타입 ISO 패턴의 가장자리 부분에서 빔 블러에 의한 영향을 최소화시킬 수 있으며, 아울러, 과도 노광에 의한 브릿지의 발생도 방지할 수 있다.

게다가, CPM은 그 내부에 구비된 마스크 패턴의 수 만큼, 한 번의 노광 공정을 통해 수 개의 패턴 형성 영역을 동시에 노광하는 것이므로, 각각의 패턴 형성 영역을 노광해야하는 VSB 노광 방식에 비해 상대적으로 샷 수를 감소시킬 수 있고, 특히, 빔 블러의 영향을 최소화시키기 위한 더미 패턴은 마스크 패턴 자체에 구비되는 것이므로, 추가 노광 공정도 필요치 않다. 따라서, 전술된 세리프를 구비한 VSB 노광 방식과 비교해서 생산성의 저하없이도 원하는 형상의 패턴을 한 번의 노광 공정만으로도 동시에 얻을 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 CPM은 마스크 패턴의 중간 부분 양측에 도우즈를 보강해줄 수 있는 더미 패턴이 구비됨에 따라, 이러한 CPM을 이용한 노광 공정시, 얻고자 하는 패턴의 형상을 확보할 수 있으며, 아울러, EL 마진도 확보할 수 있고, 특히, 한 번의 노광 공정으로도 수 개의 패턴들을 얻을 수 있는 바, 생산성을 저하를 방지할 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (2)

1. 지그재그 형태로 배치되는 바(Bar) 형상의 수 개의 마스크 패턴들을 갖으며, 상기 바 형상의 마스크 패턴의 중간 부분 양측에는 더미 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 셀 프로젝션 마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 바 형상의 마스크 패턴은, 마스크 바이어스를 고려하여 실제 얻고자하는 패턴의 폭 보다 작은 폭을 갖도록 구비된 것을 특징으로 하는 셀 프로젝션 마스크.