KR20050003141A - 콘택 패턴용 포토 마스크 - Google Patents

Abstract

주패턴 상에 형성되고 주패턴의 장축에 팽행한 보조패턴을 포함하는 포토 마스크가 개시되어 있다. 주패턴의 가장자리 부분은 투과되는 빛의 양이 적으므로 주패턴의 형상이 완전히 전사되지 않아 원래의 패턴의 형상에 비해 그 크기가 축소된 형태로 패턴이 형성된다. 주패턴의 가장자리 부분에서의 근접효과에 의한 패턴의 왜곡을 개선하기 위하여 주패턴상에 주패턴을 가로지르는 보조패턴을 형성하여 근접효과를 보정한다. 보조패턴은 전사 능력을 가지지 않으나 광원에 대한 산란 능력을 가지므로, 인접한 패턴에 대해 라인 또는 스페이스 형태로 이를 주패턴상에 형성하여 주패턴의 형상에 가까운 콘택패턴을 형성할 수 있다.

Description

콘택 패턴용 포토 마스크{Photomask for forming contact pattern}

본 발명은 반도체 장치(semiconductor device)의 패턴 형성에 사용되는 마스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘택 패턴을 형성하는 포토 마스크에 관한 것이다.

반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그라피(photolithography) 기술에 의해형성된다. 이는 포토레지스트를 반도체 기판에 도포한 후, 포토 마스크 또는 레티클을 통과한 빛을 전사하여, 전사된 패턴을 현상하는 일련의 공정으로 이루어진다. 패턴의 전사에 사용된는 광원은 반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 더욱 짧은 파장을 가지게 되는 데, 365nm의 파장을 가진 I-라인으로부터 더 짧은 파장을 가진 DUV(deep ultraviolet wavelength)로 옮아가고 있다. 이는 각 패턴들 사이의 간격이 좁아지는 것에 대응하여 패턴을 전사하는데 이용되는 광원의 파장 또한 짧아져야하기 때문이다.

통상적으로, 포토 마스크는 패턴을 전사하고자 하는 부분에 크롬으로 이루어진 물질을 형성하여 이를 패턴으로 이용하는데, 전사에 이용되는 광원의 콘트라스트를 확보하기 위하여 여러 가지 기술들이 개발되어 왔다. 이는 크롬 패턴들 사이의 간격이 한계 해상도 이하일 경우 빛의 회절, 간섭 등에 의해 패턴의 왜곡 현상이 발생하기 때문이다. 이를 패턴의 근접에 따른 왜곡 현상(optical proximity effect, OPE) 또는 근접 효과라 한다.

이는 상을 투영시키는 광학계가 저대역 필터로 작용하기 때문인데, 사각형 모양의 크롬 패턴인 경우, 높은 주파수 부분, 즉 모서리 부분이 투과되지 않아 원형의 패턴을 보이게 된다. 따라서 마스크 패턴의 크기가 큰 경우에는 기본 공간 주파수가 낮으므로 많은 차수의 주파수를 투과하여 원래의 패턴에 근접한 상을 맺히게 한다. 그러나 패턴의 크기가 작아지면 공간 주파수가 높아지고 투과되는 주파수의 개수가 감소하여 패턴의 왜곡 현상이 발생한다.

이를 위해 리소그라피 장비는 지속적으로 개발되어 왔으나, 장비의 개발만으로는 그 한계점이 있으므로 이를 설계 차원에서 해결하고자 하는 시도가 있어 왔다.

이를 오피씨(optical proximity correction, OPC)라 하는데, 포토리소그라피의 해상 한계에서 발생하는 패턴의 왜곡 현상을 보정하는 것을 가리킨다.

오피씨라 함은 회절과 산란등의 현상에 의해 포토레지스트 박막 위에 왜곡된 이미지가 나타나는 것을 방지하고, 반도체 장치의 설계자가 원하는 모양의 패턴이 나타나도록 원래의 마스크 패턴 또는 피쳐(feature)를 인위적으로 변조하여 간섭 무늬가 상쇄되도록 한 마스크를 이용하여 포토리소그래피를 하는 방법이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 포토 마스크 패턴을 설명하기 위한 평면도이다.

도 1a를 참조하면, 콘택용 패턴들 중 장축이 Y 방향인 패턴(100)과 장축이 X 방향인 패턴(120)이 도시된다. 이를 스파이더 마스크(spider mask)라 하는 데, 마스크 상의 패턴의 크기를 다수 변화시켜 최적의 해상도를 가진 패턴의 크기를 찾는 방법이다.

도 1b 및 도 1c를 참조하면, 보조패턴(scattering bar, SB)을 이용한 포토 마스크 패턴이 도시된다. 장축이 X 축과 평행한 주패턴(200,220) 사이의 이격 거리가 소정의 값 이상이 될 경우, 상기 도 1b에서 도시된 바와 같이, 두 개의 보조패턴(240)이 사용된다. 또한, 상기 도 1c에서 도시된 바와 같이, 장축이 X 축과 평행한 주패턴 (300,320)들 사이에 하나의 보조패턴(340)이 사용된다. 이러한 보조패턴들은 분해성이 없는(non-resoluable) 막대 형상을 하고 있으며, 인접한 패턴들 사이에 위치하며, 각각의 마스크 패턴, 즉 피쳐의 가장자리로 부터의 간격, 피쳐의 폭, 또는 광원의 파장에 따라 다른 형상을 가지게 된다.

도 1d는 상기 도 1c를 포토 마스크로 하였을 때, 실제 포토레지스트에 전사되는 패턴을 도시한 평면도이다.

도 1d를 참조하면, 마스크 상의 주패턴(320)사이에 위치한 보조패턴(340)에 의해 포토레지스트 상에 전사되는 실제의 패턴(400)은 가장 자리로부터 상당히 왜곡된 형태를 가진다.

이는 콘택 패턴들 사이의 이격 거리가 일정하지 않으며, 패턴의 밀집도가 상이하기 때문에 보조패턴을 주패턴들 사이에 위치시키는 것만으로는 패턴의 근접에 의한 왜곡 현상을 극복할 수 없다는 것을 나타낸다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 근접 효과를 보정하는 보조패턴을 주패턴 상에 위치시켜 주패턴의 가장자리 부분의 프로파일을 개선시킬 수 있는 콘택 패턴 형성용 마스크를 제공하는 데 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 포토 마스크 패턴을 설명하기 위한 평면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콘택 패드용 마스크 및 실제 포토레지스트 상에 전사되는 패턴을 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 장축이 Y방향인 패턴 120 : 장축이 X방향인 패턴

200,220,300,320 : 주패턴 240,340 : 보조패턴

400,520 : 전사된 패턴 500 : 보조패턴

540 : 주패턴

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판으로의 전사가 일어나는 노광 영역을 정의하기 위한 주패턴들; 및 인접한 상기 주패턴들 사이의 근접효과를 보정하기 위해 인접한 상기 주패턴들의 중심들의 연장선에 위치하고, 상기 반도체 기판으로의 전사가 일어나지 않는 정도의 크기를 갖는 적어도 하나의 보조패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크를 제공한다.

본 발명에 따르면, 주패턴들 상에 위치하는 보조패턴에 의해 주패턴의 중심부와 가장자리 부분에서의 빛의 세기를 동일하게 하여 근접 효과를 보정할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콘택 패드용 마스크 및 실제 포토레지스트 상에 전사되는 패턴을 나타낸 평면도이다.

도 2를 참조하면, 장축이 X 축과 평행한 주패턴(540), 주패턴의 중심들의 연장선상에 위치하는 보조패턴(500) 및 포토레지스트 상에 근접 효과가 보정되어 전사된 패턴(520)이 도시된다.

상기 보조패턴(500)은 한계 해상도 이하의 폭을 가지며, 바람직하게는 노광 장치의 광원의 파장의 1/3 이하로 한다. 이는 상기 보조패턴(500)의 폭이 커질 경우, 상의 분해능을 가지게 되어 상기 보조패턴(500) 자체가 포토레지스트 상에 전사되는 것을 방지하기 위해서이다. 따라서 상기 보조패턴(500)은 분해성이 없거나, 분해성이 매우 적은 피쳐라 할 수 있다.

통상적으로 상기 노광 장치의 광원은 가시광선 영역에 속하며 파장이 365nm인 I-라인, 파장이 405nm인 H-라인 또는 파장이 436nm인 G-라인을 사용할 수 있으며, 파장이 가시광선 영역 이하인 DUV(deep ultraviolet wavelength)를 가지는 레이저 또는 전자빔을 사용할 수도 있다.

상기 보조패턴(500)이 형성된 마스크 상에 광을 조사하면 주패턴(540)에 의해 포토레지스트로 패턴의 전사가 일어나며, 상기 주패턴(540)의 가장자리 부분은 공간 주파수가 높으므로 투과되는 주파수의 개수가 감소하며, 광의 에너지 또한 감소한다. 이처럼 근접효과가 발생하는 데, 분해능이 없는 보조패턴에 의해 회절 또는 산란된 빛은 에너지가 감소한 상기 주패턴(540)의 가장자리 부분을 보상하여 근접효과를 보정하게 된다.

패턴이 전사되는 포토레지스트에서는, 특히 광원이 DUV인 경우 화학적 증폭(chemical amplification)을 이용한다. 이는 포토레지스트를 구성하는 고분자 수지에 첨가제를 포함시켜 노광과 PEB(post exposure bake) 과정중 발생하는 산(acid)에 의해 노광된 지역의 포토레지스트 수지 고분자의 분해를 촉진하는 현상이다.

따라서, 상기 마스크의 톤이 네거티브인 경우, 즉 패턴에 크롬이 도포되지 않아 패턴 부분을 빛이 통과하는 경우에는 상기 보조패턴(500)을 스페이스 형태로 구성하고, 상기 마스크의 톤이 파지티브인 경우, 즉 패턴에 크롬이 도포되어 패턴 부분을 빛이 통과하지 않는 경우에는 상기 보조패턴(500)을 라인 형태로 구성한다.

또한, 본 실시예에 의하면 상기 보조패턴(500)의 폭은 상기 주패턴(540)의 폭의 30% 내지 40%로 함이 바람직하다. 나아가 상기 주패턴(540)의 폭이 넓은 경우, 주패턴(540)의 측면으로부터 소정의 거리로 이격된 보조패턴을 형성하기 위해 상기 주패턴상에 다수의 보조패턴을 형성할 수 있다. 이때 상기 보조패턴은 상기 주패턴들의 중심 연장선에 대해 기하학적으로 대칭인 형태를 가지는 것이 바람직하다. 이는 주패턴을 형성하는 피쳐의 형태 또는 노광 장치의 광원의 종류에 따른 보조패턴의 최소 폭에 따라 당업자라면 용이하게 적용할 수 있는 부분이다.

그 결과, 상기 주패턴(540)상에 형성된 보조패턴 뿐 아니라 주패턴들 사이를 가로지르는 보조패턴의 라인 또는 스페이스에 의해 근접효과는 보상되어 주패턴에 가까운 형태를 가지는 포토레지스트 패턴이 형성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 주패턴들 상에 위치하는 보조패턴에 의해 주패턴의 중심부와 가장자리 부분에서의 빛의 세기를 동일하게 하여 근접 효과를 보정할 수 있으며, 근접효과의 보정에 의해 주패턴의 형태에 보다 가까운 형태를 포토레지스트 상에 패터닝할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 반도체 기판으로의 전사가 일어나는 노광 영역을 정의하기 위한 주패턴들; 및

   인접한 상기 주패턴들 사이의 근접효과를 보정하기 위해 인접한 상기 주패턴들의 중심들의 연장선에 위치하고, 상기 반도체 기판으로의 전사가 일어나지 않는 정도의 폭을 갖는 적어도 하나의 보조패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 톤이 네거티브인 경우, 상기 보조패턴은 스페이스 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 톤이 포지티브인 경우, 상기 보조패턴은 라인 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 보조패턴의 폭은 노광 장치의 광원의 파장의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
5. 제4항에 있어서, 상기 노광 장치의 광원은 가시광선 영역 이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
6. 제1항에 있어서, 상기 보조패턴의 폭은 상기 주패턴의 폭의 30% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.
7. 제1항에 있어서, 상기 보조패턴은 상기 주패턴들의 중심 연장선에 대해 기하학적으로 대칭인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 콘택 패턴 형성용 마스크.