KR20050069506A - 반도체 소자의 마스크 패턴 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 주 패턴에 미세 선폭을 갖는 보조 패턴을 부착함으로써 광 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고 균일한 선폭 제조가 가능하도록 한 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 따르면, 주 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 한계 해상도 이하의 미세 선폭을 갖는 2개의 바 형태의 보조 패턴을 각각 독립적으로 부착함으로써, 해당되는 주 패턴 끝단 방향의 공간과 패턴 빗변 끝단에 대한 수직 방향의 공간의 광 근접에 따른 광 강도를 효과적으로 조절하면서도 부족 노광에서 인접 보조 패턴 간에 패턴 브릿지가 발생되는 것을 방지할 수 있게 되고, 따라서 부족 노광시에도 상대적으로 충분한 초점 심도를 갖는 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

반도체 소자의 마스크 패턴 구조{Mask Pattern Structure Of Semiconductor Device}

본 발명은 반도체 소자의 마스크 패턴에 관한 것으로, 특히 주 패턴에 미세 선폭을 갖는 보조 패턴을 부착함으로써 광 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고 균일한 선폭 제조가 가능하도록 한 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체용 마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 메모리 패턴(Pattern)의 정확도에 밀접한 영향을 주며, 특히 반도체 패턴의 집적도가 매우 높을 경우 광학 근접 보상 패턴을 삽입할 공간이 부족하게 되고, 반도체 포토 리소그라피 본래의 노광 의도와 달리 패턴간 선폭 브릿지(Bridge)가 발생하고, 또한 반도체 소자 특성에 많은 악영향을 주게 된다.

그리고, 반도체 포토 리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해 줌으로써, 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었으며, 이를 위해 광학 근접 보상기술(Optical Proximity Correction), 위상반전 마스크 기술(Phase Shifting Mask)이 등장하였고, 또한 마스크에 그려진 패턴 형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 다양한 방법들이 모색되었다.

특히, 최근에 원자외선 파장(248nm 또는 194nm 파장)의 빛에 감광력이 뛰어난 화학 증폭형 포토 레지스트의 개발로 더욱 해상도를 증가시킬수 있는 실질적인 기술들이 등장하였다.

도 1은 종래의 패턴 밀집도가 높은 반도체 마스크의 일부분을 예시한 도면으로, 차광 패턴인 주 패턴(1)은 투명 원판(2) 위에 형성되고, 패턴 공간 A(패턴 끝단 방향)와 공간 B(패턴 빗변 끝단의 수직 방향)에서 특히 광 분포가 일정하지 않음을 보여주고 있다.

도 2는 도 1의 반도체 마스크에 원자외선 파장인 248nm 파장 및 0.65 N.A. & 0.54 시그마(Sigma) 전사된 광 강도에 대한 윤곽선 이미지(Contour Image)를 도시한 도면으로, 도면 상에서 외측의 윤곽선 이미지(5)는 최적 노광일 때의 윤곽선 이미지이고, 도면 상에서 내측의 윤곽선 이미지(6)는 부족 노광일 때의 윤곽선 이미지이다. 전술한 윤곽선 이미지에서 보여주는 바와 같이 종래에는 반도체 마스크에 원적외선 파장을 전사하는 경우 선폭 끝단이 짧아지는 문제가 발생한다.

전술한 선폭 끝단이 짧아지는 문제를 해결하기 위한 방법으로 광 근접 보상 방법이 있는데, 이는 첨부된 도면 도 3에 도시한 바와 같이, 차광 패턴인 주 패턴(1)의 선폭 끝단에 보조 패턴(3, serif)을 부착함으로써 선폭 끝단을 보상해 준다.

이러한 광 근접 보상 방법에 의한 선폭 끝단의 보상 상태를 윤곽선 이미지로 나타내면 도 4에 도시한 바와 같은데, 도면 상에서 외측의 윤곽선 이미지(5)는 최적 노광일 때의 윤곽선 이미지이고, 도면 상에서 내측의 윤곽선 이미지(6)는 부족 노광일 때의 윤곽선 이미지이다.

여기서, 부족 노광이라 함은 최적 노광 에너지의 15%를 감소시킨 노광 이미지로서, 이 경우 패턴 공간 A 및 공간 B에서 최적 노광일 때의 패턴 이미지인 최적 윤곽선 이미지(5)는 개선되지만, 부족 노광이거나 초점심도를 벗어날 때의 패턴 이미지인 부족 윤곽선 이미지(6) 간에 공간 B 영역에서 선폭 브릿지가 발생되는 문제점이 있으며, 따라서 패턴 공간 A와 공간 B의 광 강도를 좀 더 안정적으로 조절할 수 있는 방법이 필요하게 되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 반도체 소자의 마스크 패턴을 설계 및 제조하는데 있어, 주 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 미세 선폭을 갖는 2개의 바 형태의 보조 패턴을 각각 독립적으로 부착함으로써, 광 근접에 따른 광 강도를 효과적으로 조절하면서도 부족 노광에서 인접 보조 패턴 간에 패턴 브릿지가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 반도체 소자의 주 패턴에 미세 선폭을 갖는 2개의 보조 패턴을 각각 독립적으로 부착함으로써, 부족 노광시에도 상대적으로 충분한 초점 심도를 갖도록 하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 있어서, 상기 마스크 패턴을 이루는 주 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 미세 선폭을 갖는 2개의 바 형태의 보조 패턴이 각각 독립적으로 부착되는 반도체 소자의 마스크 패턴 구조를 구현하는데 있다.

여기서, 상기 보조 패턴은, 주 패턴 끝단의 공간 및 상기 주 패턴 빗변 끝단의 공간에 소정의 미세 선폭 및 길이를 갖는 보조 패턴의 선폭 한쪽 빗변이 일치되도록 부착되되, 상기 주 패턴 끝단 및 주 패턴의 끝단 빗변과 맞닿도록 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 패턴은, 레일리의 방정식에 의해 결정되는 패턴 해상도가 한계 해상도로 적용되는 미세 선폭을 갖는 보조 패턴인 것을 특징으로 한다.

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

본 발명에서는 반도체용 마스크 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 한계 해상 이하의 미세 선폭을 갖는 2개의 바(bar) 형태의 보조 패턴을 부착함으로써 패턴 끝단 방향의 공간과 패턴 빗변 끝단에 대한 수직 방향의 공간의 광 강도를 효과적으로 조절하면서도 패턴 브릿지가 발생되지 않도록 하고자 하는데, 도 5는 본 발명에 따른 보조 패턴이 부착된 반도체 마스크의 일부분을 예시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 주 패턴(1) 끝단의 공간 A 및 패턴 빗변 끝단의 공간 B에, 소정 선폭(W) 및 길이(L)를 갖는 보조 패턴(1-1, 1-2)의 선폭(W) 한쪽 빗변을 일치시켜 부착하게 된다. 즉, 바(bar) 형태의 보조 패턴(1-1. 1-2)은 한 빗변이 주 패턴(1) 끝단 및 주 패턴(1)의 끝단 빗변과 맞닿게 부착된다.

이때, 보조 패턴(1-1, 1-2)의 선폭(W)은 한계 해상도 이하의 미세 선폭(W)을 갖도록 배치하게 되는데, 패턴 해상도는 아래의 수학식 1과 같은 레일리의 방정식(Rayleigh's Equation)을 이용하여 결정하게 된다.

여기서, 'k'는 상수, 'λ'는 조명계 파장, 'N.A.'는 조명계 렌즈 구경을 의미한다.

따라서, 'k'를 0.5, 'λ'는 0.248, 'N.A.'는 0.65를 각각 적용하면 해상도 R은 '0.19 um'을 얻게 되며, 본 발명에서는 앞에서 구한 패턴 해상도보다 작은 선폭(W)을 갖는 미세 패턴을 주 패턴(1)에 독립적으로 적용, 부착함으로써, 물리적으로 주 패턴(1)만을 투광하고 포토 레지스트에는 이미지가 나타나지 않는 패턴을 정의할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서는 반도체 마스크 설계 및 제조시에 상술한 광학특성을 이용하여 주 패턴(1)에 미세 보조 패턴(1-1, 1-2)을 접촉시키게 되며, 이 경우 독립적으로 보조 패턴(1-1, 1-2)이 존재하지는 않지만 감광제에 최소한의 돌출 이미지만을 형성하게 된다.

이때, 보조 패턴(1-1, 1-2)의 선폭(W)은 0.04 um 및 길이(L)는 0.1um를 적용하게 되며, 각 주 패턴(1)의 패턴 모서리에 대해 수직 방향으로 2개씩의 보조 패턴(1-1, 1-2)을 부착하게 된다.

도 6은 상술한 바와 같은 방법으로 보조 패턴(1-1, 1-2)이 부착된 주 패턴(1)에 원자외선 파장을 전사시킨 경우의 윤곽선 이미지를 도시한 도면으로, 여기에서 주 패턴(1) 및 최적 노광에서의 패턴 이미지인 최적 윤곽선 이미지(6-1)를 중첩해서 보여주고 있는데, 이 경우 도 4의 윤곽선 이미지와 같은 효과 즉, 패턴 공간 A 및 공간 B에서 최적 윤곽선 이미지(6-1)가 개선됨을 알 수 있다.

또한, 도 7은 보조 패턴(1-1, 1-2)이 부착된 주 패턴(1)에 원자외선 파장을 전사시킨 경우의 윤곽선 이미지를 도시한 도면으로, 여기에서 주 패턴(1) 및 부족 노광에서의 패턴 이미지인 부족 윤곽선 이미지(5-1)와 최적 노광에서의 패턴 이미지인 최적 윤곽선 이미지(6-1)를 중첩해서 보여주고 있는데, 이 경우 최적 노광 에너지의 15%를 감소시킨 부족 노광에서의 윤곽선 이미지(5-1) 간에 패턴 공간 B 영역에서 선폭 브릿지가 발생되지 않는 효과를 얻을 수 있게 된다.

나아가, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 따르면, 주 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 한계 해상 이하의 미세 선폭을 갖는 2개의 바 형태의 보조 패턴을 각각 독립적으로 부착함으로써, 해당되는 주 패턴 끝단 방향의 공간과 패턴 빗변 끝단에 대한 수직 방향의 공간의 광 근접에 따른 광 강도를 효과적으로 조절하면서도 부족 노광에서 인접 보조 패턴 간에 패턴 브릿지가 발생되는 것을 방지할 수 있게 되고, 따라서 부족 노광시에도 상대적으로 충분한 초점 심도를 갖는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래의 패턴 밀집도가 높은 반도체 마스크의 일부분을 예시한 도면.

도 2는 도 1의 반도체 마스크에 원자외선 파장을 전사한 경우의 윤곽선 이미지(Contour Image)를 도시한 도면.

도 3은 종래의 광 근접 보상 방법이 적용된 반도체 마스크를 예시한 도면.

도 4는 도 3의 반도체 마스크에 원자외선 파장을 전사한 경우의 윤곽선 이미지를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 보조 패턴이 부착된 반도체 마스크의 일부분을 예시한 도면.

도 6은 도 5의 보조 패턴이 부착된 주 패턴에 원자외선 파장을 전사시킨 경우의 최적 윤곽선 이미지를 중첩해서 도시한 도면.

도 7은 도 5의 보조 패턴이 부착된 주 패턴에 원자외선 파장을 전사시킨 경우의 부족 윤곽선 이미지 및 최적 윤곽선 이미지를 중첩해서 도시한 도면.

Claims (3)

1. 반도체 소자의 마스크 패턴 구조에 있어서,

   상기 마스크 패턴을 이루는 주 패턴의 선폭 끝단 모서리에 수직 방향으로 미세 선폭을 갖는 2개의 바 형태의 보조 패턴이 각각 독립적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 패턴 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보조 패턴은, 주 패턴 끝단의 공간 및 상기 주 패턴 빗변 끝단의 공간에 소정의 미세 선폭 및 길이를 갖는 보조 패턴의 선폭 한쪽 빗변이 일치되도록 부착되되, 상기 주 패턴 끝단 및 주 패턴의 끝단 빗변과 맞닿도록 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 패턴 구조.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 보조 패턴은, 레일리의 방정식에 의해 결정되는 패턴 해상도가 한계 해상도로 적용되는 미세 선폭을 갖는 보조 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 패턴 구조.