KR20060109680A - 보조패턴을 구비한 마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

다양한 투과율을 갖는 보조패턴(assist pattern)을 구비한 마스크 및 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 마스크는 기판과, 기판상에 형성되어 웨이퍼상에 전사될 패턴과 동일한 메인패턴 및 웨이퍼상에 전사되지 않는 보조패턴을 포함한다. 상기 보조패턴은 메인패턴에 인접하게 적어도 하나이상 형성되어, 상기 메인패턴과는 서로 다른 높이를 갖는다.

보조 패턴, 투과율

Description

보조패턴을 구비한 마스크 및 그의 제조방법{Mask having assist pattern and method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 보조패턴을 구비한 마스크의 단면도,

도 2는 종래의 보조패턴을 구비한 마스크의 평면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보조패턴을 구비한 마스크의 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보조패턴을 구비한 마스크의 평면도,

도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도,

도 6은 본 발명의 마스크의 보조패턴의 높이와 광투과율간의 관계를 보여주는 도면,

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 마스크의 보조패턴의 높이 및 폭과 보조패턴의 투과율간의 관계를 보여주는 도면,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 : 기판 35, 41 : 메인패턴

36, 42 : 보조패턴 31 : 광차단막

32, 33, 34 : 마스크물질 51, 52 : 감광막

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 제조공정중 포토리소그라피공정에 사용되는, 다양한 투과율을 갖는 보조패턴을 구비한 마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 미세패턴을 형성하기 위해서는 포토공정상의 포커스 마진(focus margin)을 확보해야 하는 데, 반도체 소자의 패턴이 다양한 선폭과 피치를 갖는 경우에 패턴이 밀한 영역과 패턴이 소한 영역이 함께 존재하게 되어 광근접효과(OPC, optical proximity effect correction)에 의한 소밀(isolated-dense) 편차가 발생하게 된다. 광학적 특성상 밀한 패턴과 소한 패턴이 서로 다른 회절형태를 가지게 되어 웨이퍼상에 밀한 패턴과 소한패턴을 동시에 형성하기 위한 포커스 마진이 감소하게 된다. 이러한 문제는 칩사이즈가 작아짐에 따라 더욱 더 심각해진다.

이를 해결하기 위하여, 서브 레졸루션 어시스트 피쳐(sub resolution assist feature)를 이용하는 방법이 제안되었다. 이러한 방법은 소한 패턴밀도를 갖는 메인 패턴 근처에 보조패턴을 배열하여 메인 패턴의 초점심도(DOS, depth of focus)를 향상시켜 광학근접보정을 하여 주는 것이다. 이러한 광학근접보상을 위한 보조패턴은 기판상에 메인패턴과 마찬가지로 패터닝되어 형성되지만, 웨이퍼상에는 이미지가 전사되지 않는 패턴이다.

도 1은 종래의 마스크의 단면도를 도시한 것이고, 도 2는 종래의 마스크의 평면도를 도시한 것이다. 도 1은 도 2의 마스크를 메인패턴의 폭방향으로 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 마스크(10)는 기판(11)상에 형성된 메인패턴(21)과, 메인패턴(21)에 인접하여 배열되는 보조패턴(22)을 구비한다. 상기 메인패턴(21)은 웨이퍼상에 전사될 패턴과 동일하며, 상기 보조패턴(22)은 광학근접보상을 위한 패턴으로 웨이퍼상에는 전사되지 않는다. 메인패턴(21)의 피치는 p 이고, 메인패턴(21)간의 스페이스는 s 이다. 메인패턴(21)의 높이(h11)는 보조패턴(22)의 높이(h12)와 동일하고, 메인패턴(21)의 폭(b0)은 보조패턴(22)의 폭(b1)보다 크다.

종래의 마스크(10)는 메인패턴(21)이 소한 패턴밀도를 갖는 경우, 메인패턴(21)에 인접하게 보조패턴(22)을 배열하여 초점심도를 향상시켜 웨이퍼(도면상에는 도시되지 않음)에 메인패턴(21)과 동일한 형상의 패턴을 전사시킬 수 있었다. 하지만, 보조패턴(22)은 웨이퍼상에는 전사되지 않도록 메인패턴(21)보다 아주 작은 폭을 갖도록 형성되므로, 보조패턴이 무너지거나(collapse) 또는 보조패턴을 형성하기 위한 해상도 한계로 인하여 효과적으로 디자인룰을 축소하기가 어려운 문제가 있었다. 또한, 마스크 제작공정중 전자빔 선형성(e-beam linearity)이 저하되거나 또는 스트립/세정시 보조패턴이 떨어져나가는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폭과 높이를 변화시켜 투과율을 변화시켜 줄 수 있는 보조패턴을 구비한 마스크를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 공정이 용이하고 해상도를 향상시킬 수 있는, 다양한 투과율을 갖는 마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 마스크는 기판과, 기판상에 형성되어 웨이퍼상에 전사될 패턴과 동일한 메인패턴 및 웨이퍼상에 전사되지 않는 보조패턴을 포함한다. 상기 보조패턴은 메인패턴에 인접하게 형성되어, 상기 메인패턴과는 서로 다른 높이를 갖는다.

상기 보조패턴의 높이는 상기 메인패턴의 높이보다 낮다. 상기 메인패턴과 보조패턴은 MoSiON을 포함한다. 상기 보조패턴은 그의 두께와 폭에 따라 투과율이 변화한다. 상기 보조패턴은 메인패턴의 패턴밀도에 따라 메인패턴에 인접하여 적어도 하나이상 형성된다.

본 발명의 다른 견지에 따른 마스크의 제조방법은 다음과 같다. 기판상에 광차단물질과 마스크물질을 형성한 다음, 상기 마스크물질을 패터닝하여 제1마스크패턴과, 제2마스크패턴을 형성한다. 이어서, 상기 제1마스크패턴과 제2마스크패턴을 이용하여 광차단물질을 식각하여 제1광차단패턴과 제2광차단패턴을 형성한다. 제2광차단패턴을 일정두께만큼 식각하여 보조패턴을 형성하고, 제1마스크패턴을 제거하여 메인패턴을 형성한다.

제1광차단 패턴과 제2광차단 패턴은 MOSiON 막을 포함하고, 상기 제1마스크패턴과 제2마스크패턴은 Cr 막을 포함한다.

상기 보조패턴을 형성하는 단계는 상기 제2마스크패턴이 노출되도록 기판상에 감광막을 형성하고, 상기 감광막을 마스크로 하여 제2마스크패턴을 제거하여 제2광차단막을 노출시키며, 상기 감광막을 제거하고, 상기 제2광차단막을 일정두께만큼 식각하는 것을 포함한다.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 평면도를 개략적을 도시한 것이다. 도 3은 도 4의 마스크를 메인패턴의 폭방향으로 절단한 단면도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 마스크(100)는 기판(30)상에 웨이퍼(도면상에는 도시되지 않음)상에 전사될 이미지와 동일한 패턴을 갖는 메인패턴(41)과, 메인패턴(41)에 인접하게 배열된 보조패턴(42)을 구비한다. 메인패턴(41)은 소한 패턴밀도를 갖으며, 피치는 p이고, 메인패턴(42)간의 스페이스는 s 이다. 상기 메인패턴(41)과 보조패턴(42)은 서로 다른 높이를 갖으며, 서로 다른 폭을 갖는다. 바람직하게는 보조패턴(42)은 메인패턴(41)의 높이(h21)보다 낮은 높이(h22)를 갖 으며, 메인패턴(41)은 보조패턴(42)의 폭(b2)보다 큰 폭(b0)을 갖는다.

기판(30)은 석영기판 등과 같은 투명기판을 포함하며, 상기 메인패턴(41)과 보조패턴(42)은 광차단물질을 포함하며, 바람직하게는 6%의 투과율을 갖는 MoSiON을 포함한다. 광차단물질인 MoSiON은 막두께(height)에 따라 투과율이 달라지게 되는데, 도 6에 도시된 바와 같이 MoSiON막은 막두께가 증가할수록 투과율이 저하됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 보조패턴(42)이 메인패턴(41)의 양측에 존재하는 것을 예시하였으나, 메인패턴(41)의 밀집정도에 따라 적어도 하나이상의 보조패턴(42)이 메인패턴(41)에 인접하게 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 메인패턴(41)과 보조패턴(42)이 동일한 물질을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 반드시 한정되지 않고 보조패턴(42)은 메인패턴과는 다른 물질을 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 메인패턴(41)에 인접하여 적어도 하나이상의 보조패턴(42)이 배열되고, 상기 보조패턴(42)이 모두 동일한 폭과 높이로서 동일한 투과율을 갖도록 형성되었으나, 이에 한정되는 것이 아니라 메인패턴(41)의 패턴밀도에 따라서 서로 다른 폭과 높이로서 다른 투과율을 갖는 적어도 하나이상의 보조패턴(42)을 메인패턴(41)에 인접하여 배열할 수도 있다.

본 발명의 마스크에 있어서, 보조패턴(42)이 메인패턴(41)과 동일한 높이를 갖는 경우, 6%의 투과율을 갖는 보조패턴의 0차광, 1차광 및 2차광의 크기(A10, A11, A12)는 하기의 식 (1)과 같다.

..... (1)

한편, 본 발명에서와 같이 메인패턴(41)의 높이와 보조패턴의 높이를 달리하여 보조패턴이 다양한 투과율을 갖는 경우, 보조패턴의 0차광, 1차광 및 2차광의 크기(A20, A21, A22)는 하기의 식 (2)과 같다.

..... (2)

상기 식(2)에서,

보조패턴을 투과하는 광의 세기를 나타낸다. 상기 (1)과 식(2)으로부터, 본 발명에서와 같이 보조패턴(42)의 폭과 높이르 변화시키게 되면, 보조패턴(42)을 투과하는 광의 0차광, 1차광 및 2차광의 세기가 변화함을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명을 ArF 위상반전 마스크(PSM, phase shift mask)에 적용한 경우 보조패턴의 광학 특성(optical performance)를 나타낸 것이다. 도 7a를 참조하면, 메인패턴의 라인 및 스페이스의 비(L/S)가 1:3이고, 메인패턴의 폭이 120nm 이다. 이때, 보조패턴의 높이가 67nm 이고, 폭이 30nm 인 경우(도 7a의 "a")에는 보조패턴이 웨이퍼상에 전사되지 않으며, 동일한 높이에서 그의 폭이 증가하는 경우(도 7a의 "d"), 예를 들어 보조패턴의 높이가 67nm이고 폭이 40nm인 경우에 는 보조패턴이 웨이퍼상에 전사된다. 한편, 보조패턴의 높이는 감소되고 그의 폭이 증가하는 경우(도 7a의 "b" 및 "c"), 예를 들어 보조패턴의 높이가 30 또는 35인 경우에는 보조패턴의 폭이 40nm인 경우에도 보조패턴이 웨이퍼상에 전사되지 않음을 알 수 있다. 이때, 높이가 35nm이고 폭이 40nm 인 보조패턴의 광학특성이 높이가 67nm이고 폭이 30nm인 보조패턴의 광학특성과 거의 일치하므로, 보조패턴의 높이는 35nm인 것이 바람직하다.

도 7b를 참조하면, 메인패턴의 라인 및 스페이스의 비(L/S)가 1:3이고, 메인패턴의 폭이 100nm 이다. 보조패턴의 높이가 67nm 이고, 폭이 25nm 인 경우(도 7a의 "A")에는 보조패턴이 웨이퍼상에 전사되지 않으며, 한편 보조패턴의 높이가 67nm이고 폭이 30nm인 경우(도 7a의 "C")에는 보조패턴이 웨이퍼상에 전사된다. 보조패턴의 높이가 67nm 이하인 경우(도 7a의 "B"), 예를 들어 높이가 30인 경우에는 보조패턴이 웨이퍼상에 전사되지 않음을 알 수 있다.

도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도를 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 투명기판(30)상에 광차단 물질(31)과 마스크물질(32)을 순차 적층한다. 광차단 물질(31)은 6%의 투과율을 갖는 MoSiON을 포함하고, 상기 마스크물질(32)은 상기 광차단 물질(31)과는 다른 식각비를 갖는 물질로서 Cr을 포함한다. 상기 마스크물질(31)상에 제1감광막(51)을 형성한다. 도 5b를 참조하면, 상기 제1감광막(51)을 이용하여 마스크물질(32)을 식각하여 제1마스크패턴(33)과 제2마스크패턴(34)을 형성한다. 상기 제1마스크패턴(33)은 메인패턴을 형성하기 위 한 것이고, 제2마스크패턴(34)은 보조패턴을 형성하기 위한 것이다.

도 5c를 참조하면, 상기 제1감광막(52)을 제거하고, 상기 제1마스크패턴(33)과 제2마스크패턴(34)을 이용하여 광차단물질(31)을 식각하여 제1광차단패턴(35)과 제2광차단패턴(36)을 형성한다. 이때, 제2광차단패턴(36)은 제1광차단패턴(35)에 인접하여 형성되며, 제1광차단패턴(35)은 작은 폭을 갖도록 패터닝된다. 이어서, 제2감광막(52)을 도 5d와 같이 도포한 다음, 제2마스크패턴(34)을 노출되도록 도 5e에 도시된 바와 같이 패터닝한다.

도 5f를 참조하면, 노출된 제2마스크패턴(34)을 제2감광막(52)을 마스크로 하여 제거하여 하부의 제2광차단 패턴(36)을 노출시켜 준다. 이어서, 도 5g와 같이 제2감광막(52)을 제거하고, 도 5h와 같이 노출된 제2광차단 패턴(36)을 일정두께만큼 식각하여 높이(h22)를 갖는 보조패턴(42)을 형성한다. 이때, 상기 제1광차단패턴(33)은 제1마스크패턴(35)에 의하여 식각되지 않으며, 제2광차단 패턴(36)의 식각량은 얻고자 하는 보조패턴(42)의 광투과량에 의해 결정되어진다. 그러므로, 보조패턴(42)은 웨이퍼상에 이미지가 전사되지 않는 범위내에서, 그의 두께와 폭을 가변시켜 광투과율을 다양하게 조절할 수 있게 된다.

도 5i를 참조하면, 보조패턴(41)을 형성한 다음 제1마스크패턴(33)을 제거하여 메인패턴(41)을 형성한다. 상기 메인패턴(41)은 폭(b0)과 높이(h21)를 가지며, 보조패턴(42)은 상기 메인패턴(41)보다 작은 폭(b2)과 낮은 높이(h22)를 갖는다. 이로써, 기판(30)상에 메인패턴(41)과, 메인패턴(41)에 인접하게 배열되는 보조패턴(42)을 구비하는 마스크(100)가 제조된다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 폭과 높이를 조절하여 다양한 투과율을 갖는 보조패턴을 형성할 수 있으므로, 보조패턴의 해상도 한계에 따른 소자의 크기축소 제약을 해결할 수 있다. 또한, 위상반전 마스크에 적용하는 경우 추가공정이 필요없으므로 공정이 단순한 이점이 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (12)

1. 기판;

   기판상에 형성되어, 웨이퍼상에 전사될 패턴과 동일한 메인패턴;

   기판상에 상기 메인패턴에 인접하게 형성되어, 웨이퍼상에 전사되지 않는 보조패턴을 포함하며,

   상기 보조패턴은 상기 메인패턴과는 서로 다른 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조패턴의 높이는 상기 메인패턴의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 마스크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 메인패턴과 보조패턴은 MoSiON을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 보조패턴은 그의 두께와 폭에 따라 투과율이 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 보조패턴은 메인패턴의 패턴밀도에 따라 메인패턴에 인접하여 적어도 하나이상 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
6. 기판상에 광차단물질과 마스크물질을 형성하는 단계;

   상기 마스크물질을 패터닝하여 제1마스크패턴과, 제2마스크패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1마스크패턴과 제2마스크패턴을 이용하여 광차단물질을 식각하여 제1광차단패턴과 제2광차단패턴을 형성하는 단계;

   제2광차단패턴을 일정두께만큼 식각하여 보조패턴을 형성하는 단계;

   제1마스크패턴을 제거하여 메인패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마스크의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 제1광차단 패턴과 제2광차단 패턴은 MOSiON 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서, 보조패턴을 형성하는 단계는

   상기 제2마스크패턴이 노출되도록 기판상에 감광막을 형성하고,

   상기 감광막을 마스크로 하여 제2마스크패턴을 제거하여 제2광차단막을 노출시키며;

   상기 감광막을 제거하고;

   상기 제2광차단막을 식각하는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1마스크패턴과 제2마스크패턴은 Cr 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 보조패턴은 그의 두께와 폭에 따라 투과율이 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제2광차단패턴의 식각량은 보조패턴의 투과율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
12. 제 6 항에 있어서, 상기 보조패턴은 메인패턴의 패턴밀도에 따라 메인패턴에 인접하여 적어도 하나이상 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.

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