KR20050069630A - 반도체 제조용 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 포토마스크는, 투광성 기판 위에 상하방향으로 연장된 다수의 차광용 셀 패턴(10)들이 반복적인 형태로 연속하여 형성되어 있으며, 셀 패턴(10)보다 작은 선폭을 가지며, 셀 패턴(10)들의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되어 셀 패턴(10)들의 끝단을 연결하는 미세 연결패턴(50)을 구비한다. 그리고, 미세 연결패턴(50)은 노광 장치의 한계 해상도(R) 이하의 크기로 형성된다. 본 발명에 의하면, 미세 연결패턴(50)의 광 근접차단 작용으로 인하여 셀 패턴(10) 끝단 사이의 간격을 적절하게 확보할 수 있으므로, 광 근접효과에 의한 패턴 왜곡현상을 방지할 수 있다.

Description

반도체 제조용 포토마스크{Photo mask for manufacturing semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 반복적인 구조의 셀 트랜지스터 패턴에 있어서 광 근접효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고, 정확한 선폭 제조를 할 수 있는 포토마스크에 관한 것이다.

포토마스크의 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성 되는 실제 패턴의 정확도에 밀접한 영향을 준다. 특히, 반도체 패턴의 집적도가 매우 높을 경우 광학 근접 보상(OPC: Optical Proximity Correction) 패턴을 삽입할 공간이 부족하게 되고 리소그래피 본래 노광 의도와 달리 패턴 간의 선폭 브리지(Bridge)가 발생하고 반도체 소자특성에 많은 나쁜 영향을 주게 된다.

반도체 포토 리소그래피(Lithography) 기술은 포토마스크의 설계를 정교하게 해줌으로써 포토마스크로부터 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있다. 포토마스크의 설계를 정교하게 하기 위하여 광학 근접 보상(OPC) 기술이라든가 위상반전마스크(Phase Shifting Mask) 기술이 등장하였고, 마스크에 그려진 패턴의 형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화 시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되었다. 특히 최근에는 원자외선파장(248 nm or 194 nm의 파장)의 빛에 감광력이 뛰어난 화학증폭형 레지스트의 개발로 더욱 해상도를 증가시킬 수 있는 실질적인 기술들이 등장하였으며, 패턴과 분리된 형태로 광근접효과를 제어하는 보조패턴(일종의 더미패턴(dummy Pattern)) 형성 기술도 해상도 개선에 많은 기여를 하고 있다.

도 1은 일반적인 반도체 제조용 마스크의 메모리 셀 부분, 특히 SRAM 셀 부분의 차광 패턴을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 메모리 셀에는 투광성 기판 위에 다수의 셀 패턴(10)이 연속적으로 형성되어 있고, 셀 패턴(10)들의 위쪽에는 셀 패턴(10)들의 길이방향과 수직하게 한 쌍의 구동 트랜지스터용 패턴(20)들이 형성되어 있다. 도 1에서 D1은 셀 패턴(10)과 트랜지스터 패턴(20)과의 사이의 간격을 나타내며, D2는 상하로 배열된 셀 패턴(10)들 사이의 간격을 의미한다.

그런데, 이러한 메모리 셀에서, 셀 패턴(10)의 최소 선폭에 따라서, 실제 반도체 기판 상에 구현되는 패턴에서의 D1과 D2가 변화되기 쉽다. 이는, 간격 D1, D2를 투과하는 광의 광 근접효과(Optical Proximity Effect) 때문이다.

도 2는 도 1의 마스크 패턴을 컴퓨터 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면으로서, 노광 에너지에 따른 칸투어(Contour) 이미지를 나타낸 것이다. 도 2에서 실선으로 표시된 이미지(11, 21)들은 최적 노광일 때의 칸투어 이미지를 나타낸 것이며, 일점쇄선으로 표시된 이미지(12, 21)들은 부족 노광일 때의 칸투어 이미지를 나타낸 것이다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 1과 같은 마스크 패턴에서는 D1, D2의 간격이 너무 벌어지게 된다.

D1과 D2의 간격을 최대한 줄여야만 실제 반도체 기판에서의 엑티브층(Active Layer)의 절연층까지 셀 라인을 충분히 확보 할 수 있게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 패턴(10)과 트랜지스터 패턴(20) 사이, 그리고 셀 패턴(10)들 사이에 각각 셀 패턴(10)의 선폭과 대략 동일한 길이를 가지는 작은 사각형의 보조패턴(미세더미패턴)(30)을 형성함으로써, D1과 D2의 간격을 최소화 시킬 수 있다. 그런데, 도 3과 같이 사각형으로 보조패턴(30)을 형성하는 경우, 부족 노광시 셀 브리지(Bridge)가 발생할 위험이 있다.

도 4는 도 3의 마스크 패턴을 컴퓨터 시뮬레이션 하여 얻은 칸투어 이미지를 나타낸 도면이다. 도 4에서 차광 패턴(10, 20) 위에 중첩적으로 도시된 다수의 폐곡선들이 칸투어 이미지(10', 20')를 나타내는 것으로서, 중앙 쪽의 이미지로부터 바깥쪽에 위치한 이미지로 갈수록 최적노광에서 부족노광 상태로 진행된 경우를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에서와 같이 보조패턴(30)을 형성한 경우, 부족노광으로 인하여 셀 패턴(10)과 트랜지스터 패턴(20) 사이, 그리고 셀 패턴(10)들 사이에서 셀 브리지(A, B)가 발생됨을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 반복적인 셀 패턴들의 끝단을 미세한 폭을 가지는 보조패턴으로 연결함으로써, 셀 패턴들 사이의 간격을 조절하여 광 근접효과에 의한 패턴 왜곡현상을 효과적으로 보상할 수 있는 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 투광성 기판 위에 상하방향으로 연장된 다수의 차광용 셀 패턴들이 반복적인 형태로 연속하여 형성된 포토마스크에 있어서, 상기 셀 패턴보다 작은 선폭을 가지며, 상기 셀 패턴들의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되어 상기 셀 패턴들의 끝단을 연결하는 미세 연결패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 미세 연결패턴은 노광 장치의 한계 해상도 이하의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 포토마스크의 일부를 나타낸 평면도로서, 특히 반복적인 형태의 차광 패턴을 가지는 메모리 셀을 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 메모리 셀에는 투광성 기판 상에 차광 패턴으로서, 상하 방향으로 연장된 셀 패턴(10)들이 반복적인 형태로 연속하여 형성되어 있으며, 셀 패턴(10)들 위쪽에는 셀 패턴(10)들의 길이방향과 수직하게 한 쌍의 구동 트랜지스터 패턴(20)들이 형성되어 있다. 상기 셀 패턴(10)과 트랜지스터 패턴(20)은 크롬(Cr)과 같은 차광성 물질로 형성된다.

본 발명에서는, 실제 반도체 기판 상에 구현될 때, 셀 패턴(10)의 끝단과 트랜지스터 패턴(20) 사이의 간격(D1)과, 셀 패턴(10)들의 끝단 사이의 간격(D2)을 확보하기 위하여, 광근접효과를 보상하는 보조패턴으로서, 각 셀 패턴(10)들의 양단을 횡방 향으로 연결하는 바(Bar) 형태의 미세 연결패턴(50)이 형성된다. 미세 연결패턴(50)은 셀 패턴(10)의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되어, 셀 패턴(10)들의 끝단과 모두 접촉하게 된다. 미세 연결패턴(50)은 셀 패턴(10) 및 트랜지스터 패턴(20)과 동일하게 크롬 등의 차광성 물질로 형성된다.

한편, 상기 미세 연결패턴(50)의 선폭은, 실제 반도체 기판 상에서 미세 연결패턴(50) 부분이 현상되지 않도록, 노광 장치의 한계 해상도 이하의 값을 가지는 것이 바람직하다.

리소그래피 기술에서, 최소 패턴의 치수를 나타내는 노광장치의 한계 해상도(R)는 다음과 같은 레일레이 공식(Rayleigh's Equation)으로 결정된다.

R = k·λ/N.A.

여기서, k는 리소그래피 공정에 따른 상수이고, λ는 노광원의 파장이며, N.A.(Numerical Aperture)는 렌즈의 개구수로서, 렌즈의 크기와 관련된 것이다.

만일, k가 0.5 , λ는 0.248 ㎛(KrF의 광원 사용시), N.A.는 0.65인 경우, 이 값들을 상기 레일레이 공식(수학식 1)에 대입하면 한계 해상도(R)는 대략 0.19 ㎛임을 알 수 있다. 따라서, 0.19 ㎛보다 작은 선폭을 갖는 미세 연결패턴(50)을 마스크에 독립적으로 적용할 경우 물리적으로 마스크만을 투광하고 반도체 기판상의 감광제에는 이미지가 나타나지 않는 패턴을 정의 할 수 있는 것이다. 본 실시예에서는 미세 연결패턴(50)의 선폭을 0.06 ㎛로 형성하였다.

도 6은 본 실시예에 따른 마스크를 컴퓨터 시뮬레이션 하여 얻은 칸투어 이미지를 나타낸 도면이다. 도 6에서는 최적 노광부터 부족 노광에 이르기까지의 노광 상태에서의 칸투어 이미지(10', 20')를 중첩하여 나타내었으며, 가장 안쪽의 이미지가 최적 노광일 경우의 이미지이며 바깥쪽으로 갈수록 부족 노광일 경우의 이미지들이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 부족 노광으로 진행될수록 셀 패턴(10)과 트랜지스터 패턴(20)의 선폭은 증가 하지만, 미세 연결패턴(50)의 존재로 인하여, 셀 패턴(10) 끝단과 트랜지스터 패턴 사이의 간격(D1)이나, 셀 패턴(10) 끝단 사이의 간격(D2)은 거의 변화하지 않는다. 즉, 셀 패턴(10) 끝단에서의 칸투어 이미지는 부족 노광으로 진행될수록 좌우방향으로 폭만 증가하게 되며, 상하방향으로 미세 연결패턴(50)의 선폭을 넘지 않게 된다. 이는 미세 연결패턴(50)이 광근접효과를 차단하기 때문이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 셀 패턴(10)의 선폭의 변화와는 독립적으로 셀 패턴(10) 끝단의 간격(D1, D2)을 확보 할 수 있게 된다. 한편, 미세 연결패턴(50)의 최소 선폭을 조절하거나, 그 위치를 수직방향으로 이동시킴으로써, 셀 패턴(10) 끝단의 간격(D1, D2)을 선택적으로 조절할 수도 있을 것이다.

도 7은 도 6에서의 G-G 단면, 즉 셀 패턴 끝단 사이의 단면에서의, 거리에 따른 강 광도를 그래프로 나타낸 것으로서, 실선으로 도시된 것이 본 발명에 의한 광 강도 곡선이며, 파선으로 도시된 것은 도 4에 도시된 종래의 마스크 패턴에서의 광 강도 곡선이다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 종래와 같이 셀 패턴(10)의 선폭 끝단 사이에 각각 보조패턴(30)(도 6)을 형성한 경우보다, 셀 패턴(10)의 선폭 끝단들을 연결하는 미세 연결패턴(50)을 형성하는 것이 더 큰 광강도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 셀 패턴의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되어 셀 패턴들의 끝단을 연결하는 미세 연결패턴의 광 근접차단 작용으로 인하여 셀 패턴과 트랜지스터 패턴 사이, 그리고 셀 패턴 끝단 사이의 간격을 확보할 수 있으므로, 광 근접효과에 의한 패턴 왜곡현상을 방지함으로써 결과적으로 포토마스크에 의한 해상도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 셀 패턴의 선폭과 셀 패턴 끝단 사이의 간격 조절이 용이하며 노광에너지 마진을 높일 수 있으며, 포토마스크의 제조가 용이하다는 장점들도 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래의 포토마스크의 일례를 나타낸 평면도.

도 2는 도 1의 포토마스크를 시뮬레이션 하여 얻은 칸투어(contour) 이미지를 확대하여 나타낸 도면.

도 3은 종래의 포토마스크의 다른 예로서, 보조패턴을 구비한 포토마스크의 평면도.

도 4는 도 3의 포토마스크를 시뮬레이션 하여 얻은 칸투어 이미지를 확대하여 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 포토마스크의 평면도.

도 6은 도 5의 포토마스크를 시뮬레이션 하여 얻은 칸투어 이미지를 확대하여 나타낸 도면.

도 7은 도 6의 G-G선 단면에서의 거리에 따른 광 강도를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 셀 패턴 20 : 트랜지스터 패턴

50 : 미세 연결패턴

Claims (2)

1. 투광성 기판 위에 상하방향으로 연장된 다수의 차광용 셀 패턴(10)들이 반복적인 형태로 연속하여 형성된 포토마스크에 있어서,

   상기 셀 패턴(10)보다 작은 선폭을 가지며, 상기 셀 패턴(10)들의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되어, 상기 셀 패턴(10)들의 끝단을 연결하는 미세 연결패턴(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 상기 미세 연결패턴(50)은 노광 장치의 한계 해상도 이하의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.