KR20030056499A - 미세 패턴 형성용 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크의 차광물질보다 상대적으로 해상력이 낮은 스캐터링 보조 패턴을 이용하여 광 근접 효과를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크에 관한 것으로, 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 수정 기판과, 상기 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판상의 차광막과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막상의 스캐터링 보조 패턴을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

미세 패턴 형성용 마스크{Mask for Forming Minute Pattern}

본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로 특히, 마스크의 차광물질보다 상대적으로 해상력이 낮은 스캐터링 보조 패턴을 이용하여 광 근접 효과를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크에 관한 것이다.

회로 레이아웃(layout)에 따른 패턴을 마스크로부터 반도체 웨이퍼로 전사하여 반도체 소자를 형성하기 위하여는 노광 공정(photo lithography)이 이용된다. 이 때, 레이아웃 및 이에 따른 마스크 상의 패턴들은, 석판술(lithography) 공정 파라미터, 반도체 공정 파라미터 및 회로 디자인 기준(criteria) 등에 의해 결정되는 치수 룰(dimension rules)을 따르도록 설계된다.

상기 레이아웃 디자인 룰(layout design rule)에 따르는 것은, 마스크 상의 패턴을 반도체 웨이퍼에 알맞게 전사시킬 수 있고, 또한, 회로의 동작을 확실하게 보장할 수 있다.

회로의 레이아웃이 생성되면, 노광 공정에서 반도체 웨이퍼 상의 감광막층에 상기 레이아웃을 전사시키기 위하여, 노광 장치에서 노광된 빛을 패턴이 있는 마스크를 통과시켜 조사한다. 상기 노광 장치의 중요한 한계 특성은 노광 장치 자체의 해상도 한계(resolution limit)이다. 이러한 노광 장치의 해상도는, 그 노광 장치가 반복적으로 웨이퍼 위에 노광시킬 수 있는 최소 패턴 크기로 정의된다.

따라서, 레이아웃(layout)의 임계 선폭(Critical Dimension)이 노광 공정 장비의 해상도 한계에 접근하게 되면, 광 근접 효과(proximity effect)로 인해 마스크 상의 패턴이 감광막 층에 전사되는 방식에 영향을 미치기 시작하여, 마스크 패턴과 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 달라지게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 미세 패턴 형성용 마스크를 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도와 단면도이다.

도 1a 및 도 1b와 같이, 종래의 패턴 형성용 마스크는 수정 기판(11) 상에 차광막(12)이 증착된 형태이다.

이러한 이원화된 패턴인 경우, 노광원의 파장에 따라 영향을 받아, 구현 가능한 패턴 폭이 제한된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스캐터링 바 보조 패턴은 다음과 같은 문제점이 있다.

최근의 노광 기술의 경우 사용되는 노광원 파장(exposure wavelength) 보다도 훨씬 작은 임계 선폭의 해상력을 구현하고 있다.

하지만, 광학 석판술(optical lithography) 기술의 경우, 이러한 고정된 파장 크기보다도 작은 해상력을 노광 공정에서 구현하는 과정 중에 특히 어려운 점은 설계된 도면이 그려져 있는 마스크 패턴 상에 반복적인 밀집(dense) 라인/스페이스(line/space) 패턴뿐만 아니라, 반(半)밀집(semi dense) 라인/스페이스(line/space), 고립(isolated) 패턴이 동시에 존재하여, 동일 노광 조건에서 다양한 패턴의 모양과 크기를 구현해야 하는 기술적인 목표가 있다는 사실이다.

또한, 이러한 레이아웃(layout)의 혼재 상황에서 디자인 룰(design rule) 크기가 급격히 작아지고 노광 파장보다도 작은 최소 선폭을 요구하는 레이아웃이 마스크 상에 존재한다면 원활한 노광 공정 진행 및 결과를 예측하기 어려운 상황이다.

따라서, 수년 전부터 이러한 마스크 상에서의 레이아웃 의존성에 대한 부분을 최소화하기 위하여 스캐터링 바와 같은 보조 패턴을 이용한 광 근접 효과 보정법(Optical Proximity Effect Correction)이 문헌상으로 소개되어져 왔다.

그러나, 이러한 스캐터링 바에 대해서는 전자 빔 쓰기(Electron beam Writing) 과정 중 바 폭 조절(bar width control)이 곤란하고, 또한, 상기 스캐터링 바 패턴을 웨이퍼 상에 증착 후 제거할 때 용이하지 않다는 문제점이 제기된 상태이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 마스크의 보조 패턴으로 이용하는 스캐터링 보조 패턴을 특별히 작게 구현하지 않더라도, 광 근접 효과(Optical Proximity Effect)를 억제시킴으로써, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴이나 고립 패턴의 해상력을 극대화할 수 있는 미세 패턴 형성용 마스크를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면도

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면도

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 각종의 패턴 형성에 이용한 경우 주 타겟 패턴과의 관계를 나타낸 평면도

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

21 : 수정 기판 22 : 차광막

23 : 스캐터링 보조 패턴 31 : 주 타겟 패턴

32 : 스캐터링 보조 패턴

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 수정 기판과, 상기 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판상의 차광막과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막상의 스캐터링 보조 패턴을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 2a와 같이, 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 수정 기판(21)과, 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판(21)상의 차광막(22)과, 상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막(22)상의 스캐터링 보조 패턴(23)을 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 해상력을 극대화하기 위하여 수정 기판(quarts)(21)상에 6% 투과율을 보이는 MoSi₂를 재료로 사용하여 하프 톤(half tone) 위상 반전 마스크(Phase Shift mask)형으로 패터닝함으로써 차광막(22)을 형성한다.

이로써, 상기 차광막(22)의 결상력이 최대로 되며, 스캐터링 보조 패턴(23)의 경우는 크롬(Cr)으로 이진 마스크 처리를 하여 상기 스캐터링 보조 패턴(23)을 형성함으로써, 노광시 상기 스캐터링 보조 패턴(23)에 의한 웨이퍼 상의 결상력을 저하시킨다. 따라서, 상대적으로 스캐터링 보조 패턴(23)의 바 사이즈를 크게 형성한다 하더라도 낮은 결상력으로 인해 실제 웨이퍼 상에는 바 이메징(bar imaging)이 되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 마스크 제작 관리상에 유리한 점을 기대할 수 있다.

상기 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 노광원의 파장 이하의 미세 패턴을 형성하기에 적당하다.

이어, 이러한 스캐터링 보조 패턴을 증착한 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크 제조 방법에 대해 설명한다.

광 근접 효과(Optical Proximity Effect)를 최소화하기 위한 스캐터링 보조 패턴(23)을, 웨이퍼상에 상이 형성되는 곳과 대응하도록 마스크의 차광막(22) 상에 형성한다. 상기 스캐터링 보조 패턴(23)은 웨이퍼 상의 정의하고자하는 라인(주 타겟 패턴) 양측에 바(bar) 형태로 대응되도록 차광막(22)상에 형성시키는 것이다. 이 때, 상기 차광막(22)은 웨이퍼 상에 임의의 상을 형성하도록 정의되어져 있는 상태이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크를 각종의 패턴 형성에 이용한 경우 주 타겟 패턴과의 관계를 나타낸 평면도이다.

상기 스캐터링 보조 패턴의 삽입 방법은 형성하고자하는 레이아웃 형태에 따라 좌우될 수 있다.

도 3a와 같이, 고립 패턴(isolated pattern)인 경우에는 상기 스캐터링 보조 패턴(32)을 상기 주 타겟 패턴(31) 좌우로 삽입하며, 도 3b와 같이, 반(半)밀집(semi-dense) 패턴인 경우도 마찬가지로, 상기 스캐터링 보조 패턴(32)을 주 타겟 패턴(31) 좌우로 삽입한다.

상기 고립 패턴 및 반밀집 패턴과 달리, 밀집(dense) 패턴인 경우는 광 근접 효과의 영향이 적으므로, 스캐터링 보조 패턴(32)은 삽입시키지 않는다.

상기 스캐터링 보조 패턴을 형성하기 위한 전자 빔 라이팅(Electron Beam Writing) 과정 중 웨이퍼에 결상되어야 할 타겟 패턴에 대해서 일정 비에 따른 스캐터링 보조 패턴의 바 폭(bar width)을 결정해야 한다.

이는 노광 파장(exposure wavelength)에 따라 달라지며 λ/3 크기 이내로 바 사이즈가 결정되어야 한다. 상기 스캐터링 보조 패턴의 바 폭은 λ(wavelength)보다는 작은 크기를 유지하도록 한다.

또한, 스캐터링 보조 패턴(32)과 주 타겟 패턴(31)간의 이격 간격에 대해서는 주 타겟 패턴 폭의 임계 치수 이상의 크기로 이격 간격을 결정한다.

본 발명의 마스크는, 스캐터링 보조 패턴(32)을 웨이퍼 상에 결상력을 억제시켜 주기 위해서 바(bar) 형태로 형성하고 있는 곳은 Cr COG(Chip On Glass) 마스크형의 구조로 형성하며, 주 타겟 패턴(31)은 원래의 해상력을 극복시킬 수 있는 하프톤형 위산 반전 마스크(PSM) 구조로 차광막으로 형성하여, 이원화된 마스크 구조를 구현한다.

상기와 같은 방법으로 삽입한 스캐터링 보조 패턴(32)으로 인해, 이후에 제작된 마스크를 노광 공정에 적용할 경우 실제 웨이퍼 상에는 노광 공정 개선 즉, 포커스 마진(focus margin) 및 임계치수(CD : Critical Dimension) 제어 측면에서의 큰 개선 효과를 기대할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 미세 패턴 형성용 마스크는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 노광 공정 중 DRAM 또는 로직 디바이스(logic devicd)의 디자인 룰(design rule)이 급격히 감소함에 부응하여, 메인 셀(main cell)과 페리코어(peri-core) 지역의 패턴들의 임계치수를 웨이퍼 상에 충실도 높게 형성시킬 수 있다.

둘째, 공정 마진(margin)이 커지고, 특히, 포커스(focus) 및 노광량(expose dose)에 따라 임계치수(CD) 제어가 용이하게 된다.

셋째, 스캐터링 보조 패턴이 존재하는 영역에는 결상력이 상대적으로 낮은 Cr 이진 마스크가 형성되어 있기에 실제 웨이퍼 상에서는 스캐터링 보조 패턴의 감광막 패터닝은 문제가 되지 않을 것이다.

따라서, 이러한 방식을 활용하였을 경우, 기존 마스크에 비해 임계치수 제어 및 공정 재현성을 극대화시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 웨이퍼 상에 노광원의 파장 이하의 패턴을 형성하는 미세 패턴 형성용 마스크에 있어서,

   수정 기판;

   상기 웨이퍼 상 결상되는 영역에 대응되는 곳의 차광물질을 제거한 상기 수정 기판 상의 차광막;

   상기 웨이퍼 상 고립 패턴이나 반(半)밀집 패턴으로 결상되는 영역 양측에 대응되도록 위치한 상기 차광막 상의 스캐터링 보조 패턴을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 차광막은 하프톤 위상 반전 마스크형으로 형성함을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스캐터링 보조 패턴은 이진 마스크형으로 형성함을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스캐터링 보조 패턴은 상기 차광막에 비해 상대적으로 결상력이 낮은 물질로 구성됨을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.
5. 제 4항에 있어서, 상기 차광막은 MoSi₂로 형성하고, 상기 스캐터링 보조 패턴은 크롬(Cr)으로 형성함을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.
6. 제 1항에 있어서, 상기 스캐터링 보조 패턴의 바(bar) 폭은 노광원 파장의 1/3 이내로 조정함을 특징으로 하는 미세 패턴 형성용 마스크.