KR20070050223A - 반도체 소자의 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고, 정확한 선폭 제조를 할 수 있도록 한 반도체 소자의 마스크에 관한 것이다. 감광막 패턴을 형성하기 위한 본 발명에 의한 마스크는 상기 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 상기 감광막 패턴보다 확대된 주 패턴과, 상기 주 패턴 주변에 형성되어 있으며, 상기 주 패턴으로부터 소정 거리 분리되어 형성되어 있는 제1 보조 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

광학 근접 보상, 마스크, 광학 근접 효과

Description

반도체 소자의 마스크{A mask of a semiconductor device }

도 1은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 마스크를 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 보조 패턴을 주 패턴에 부착한 마스크를 나타낸 도면

도 3은 도 2의 마스크를 이용한 광학 근접 보상 방법에 의한 선폭 끝단의 보상 상태를 윤곽선 이미지로 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크를 나타낸 도면

<도면 부호의 설명>

10 : 마스크를 이용하여 형성해야 할 감광막 패턴 외곽선

12 : 보조 패턴(serif)

14 : 본 발명에 의한 마스크 패턴의 주 패턴 외곽선

18 : 안쪽 모서리 부분

D : 미세 간격

본 발명은 반도체 소자의 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고, 정확한 선폭 제조를 할 수 있도록 한 반도체 소자의 마스크에 관한 것이다.

일반적으로 마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 패턴의 정확도에 밀접한 영향을 준다.

특히, 마스크 패턴의 광학 근접 효과를 정확히 고려하지 못하면, 리소그라피 본래 노광 의도와 달리 패턴 선폭 왜곡이 발생하여 선폭 선형성(Linearity)이 짧아지는 현상이 나타나 반도체 소자 특성에 나쁜 영향을 많이 주게 된다.

이에 따라 개발된 반도체 포토 리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써, 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었다.

이와 같은 포토 리소그래피(Photo lithography) 공정은 반도체 소자 제조에 있어 필수적인 공정으로서, 웨이퍼 상에 감광막을 균일하게 도포한 다음, 소정의 레이아웃으로 형성된 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하고 노광된 감광막을 현상하여 특정의 패턴으로 형성하는 공정을 말한다.

그런데 최근의 반도체 소자의 고집적화에 따라 설계 룰(design rule)이 미세화되면서, 포토 리소그래피(Photo lithography) 공정 수행 시 인접 패턴과의 광학근접 효과(Optical Proximity Effect)에 의해 패턴에 결함이 발생하는 문제점이 대두되었다. 즉, 사각형 형상의 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절에 의해 사각형 패 턴의 모서리가 둥글게 되는 코너 라운딩(corner rounding) 현상이 발생된다. 또한, 패턴들이 밀집되어 있는 영역(밀집 영역)에 비하여 패턴들이 고립되어 있는 영역(고립 영역)의 패턴들이 그 크기가 작게 패터닝되는 현상이 발생되는데 이 역시 광학 근접 효과에 의한 것이다.

이에 따라, 패턴을 이용하여 빛의 회절 문제를 보상하는 광학 근접 보상 기술(Optical Proximity Correction, OPC)이나, 광학상의 콘트라스트를 향상시켜 해상도를 향상시키는 위상반전마스크 기술(Phase Shifting Mask) 등 마스크에 그려진 패턴에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되었다.

또한, 원자외선파장(248nm or 194nm Wavelength)의 빛에 감광력이 뛰어난 화학증폭형 레지스트를 이용하여 해상도를 증가시킬 수 있고, 패턴과 분리된 형태로 광학 근접 효과를 제어하는 보조패턴(일종의 dummy Pattern)을 형성하는 등의 다양한 기술들이 개발되었다.

도 1은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 마스크를 나타내는 도면이다.

도 1에서는 반도체 소자의 마스크에 의한 폴리 라인(Poly Line)의 주패턴(1) 및 노광 윤곽선 이미지(Contour Image, 2)를 중첩해서 보여주고 있다. 그런데 상기 노광 윤곽선 이미지에서 보여주는 바와 같이 종래에는 노광하였을 때 단차 영향 및 광학 근접 효과 등으로 인해 폴리 레지스트 패턴의 선폭 끝단이 짧아지고(E) 모서리의 패턴 왜곡이 발생하는 등 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상하고, 정확한 선폭 제조를 할 수 있도록 한 반도체 소자의 마스크를 제공하는 데 목적이 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 감광막 패턴을 형성하기 위한 본 발명의 마스크는 상기 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 상기 감광막 패턴보다 확대된 주 패턴과, 상기 주 패턴 주변에 형성되어 있으며, 상기 주 패턴으로부터 소정 거리 분리되어 형성되어 있는 제1 보조 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 보조 패턴은 상기 주 패턴의 바깥쪽 모서리 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 마스크 패턴의 주 패턴은 패턴의 최소 선폭이 0.15㎛인 경우에 주 패턴의 크기를 상기 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 상기 감광막 패턴보다 0.005 내지 0.01㎛/side 정도 오버사이징하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 소정 거리는 노광 광의 한계 패턴 해상력 이하의 미세 간격인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제2 보조 패턴은 상기 주 패턴의 차광부가 축소된 것인 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한 다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

한편, 패턴 해상력의 정의는 다음 수학식 1과 같은 레일라이 수식(Rayleigh's Equation)으로 결정될 수 있다.

수학식 1

R(Resolution) = k*λ/ N.A.

여기서, k는 상수, λ는 조명계 파장, N.A.는 조명계 렌즈 구경을 나타낸다. 예를 들어, 상기 k를 0.5, λ는 0.248, N.A.는 0.65를 적용하면 해상도 R= 0.19㎛를 얻는다. 따라서 상기 값보다 작은 선폭을 갖는 미세 패턴을 마스크에 독립적으로 적용할 경우, 물리적으로 마스크만을 투광하고, 감광제에는 이미지가 나타나지 않는 패턴을 정의할 수 있다.

실시예1

광학 근접 보상 방법은 선폭 및 모서리의 패턴 왜곡을 막기 위해 상보형 보조 패턴을 주 패턴에 부착한다.

도 2의 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타낸 도면이다.

도 2에 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 3에 도시한 바와 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 노광 윤곽선 이미지(Contour Image, 2)를 보면, 광학 근접 보상 기술을 이용하여 주 패턴(1)의 선폭 끝단에 보조 패턴(3, serif)을 부착하여 선폭 끝단의 패턴이 줄어드는 것은 보상하는 경우에도 보조 패턴(3, serif)의 길이가 충분하지 않기 때문에 선폭 및 모서리 패턴 왜곡을 제대로 보상하지 못하게 되는 것을 알 수 있다. 또한 주 패턴에서 미세하게 돌출 되는 부분(5)의 패턴 왜곡 현상이 제대로 보상되지 않은 것을 알 수 있다.

즉 패턴의 모서리 길이가 매우 짧아 충분한 크기의 보조 패턴(serif)을 부착하기 어렵고, 특히 주 패턴에서 미세하게 돌출 되는 부분(5)은 안쪽 모서리와 바깥쪽 모서리를 모두 보상하기 위하여 보조 패턴(serif)을 부착하는 경우에 충분한 크기의 보조 패턴을 부착할 수 없다는 문제점이 있어 광학 근접 보상이 제대로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

실시예2

도 4의 도면은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 도면부호 10은 마스크를 이용하여 형성해야 할 감광막 패턴의 외곽선을 나타낸 것이고 도면부호 14는 본 발명에 의한 마스크 패턴의 주 패턴 외곽선을 나타낸 것이다. 이와 같이, 마스크 패턴의 주 패턴의 크기를 마스크를 이용하여 형성해야 할 감광막 패턴 보다 크게 만든다. 예를 들어 최소 선폭이 0.15㎛인 경우에는 0.005 내지 0.01㎛/side 만큼 오버사이징(over sizing)하여 패턴을 형성한다. 이 때 주 패턴의 모서리에는 보조 패턴(serif, 12, 18)을 형성하 는데 주 패턴의 크기가 커졌으므로 보조 패턴(serif, 12, 18)의 크기도 크게 형성할 수 있다. 상기 보조 패턴(serif, 12, 18)의 크기는 도 2의 실시예1 보다 약 20%정도 큰 면적으로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 주 패턴의 바깥쪽 모서리(모서리를 이루는 두 변이 180도 미만의 각을 이루는 모서리)에 형성하는 보조 패턴(12)은 차광부를 추가하는 것이고, 주 패턴의 안쪽 모서리(모서리를 이루는 두변이 180도를 초과하는 각을 이루는 모서리)에 형성하는 보조 패턴(18)은 차광부를 축소하는 것이다.

주 패턴의 바깥쪽 모서리 부근에 형성되는 보조 패턴(12)은 주 패턴과 소정의 미세 간격(D)을 두고 분리되어 있다. 이와 같이, 보조 패턴(serif, 12)을 주 패턴(14)과 미세 간격(D)을 두고 떨어뜨려 놓음으로써 보조 패턴(serif, 12)의 패턴 왜곡 방지 효과를 증대할 수 있다.

또한 주 패턴의 크기가 커졌으므로 안쪽 모서리 부근에 형성되는 보조 패턴(18)도 더 크게 형성할 수 있어서 보조패턴의 보상 효과가 증대된다.

이와 같이 본 발명에서는 마스크 패턴의 주 패턴의 크기를 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 감광막 패턴의 크기보다 더 크게 하여 그에 따라 보조 패턴(serif)의 크기를 크게 하고, 주 패턴과 보조 패턴 사이에 노광 광의 한계 패턴 해상력 이하의 미세 간격을 둠으로써 공간적으로 마진을 형성하고 보조 패턴(serif)의 크기를 크게 함으로써 광 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발 명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 반도체 소자의 마스크는 패턴의 크기를 크게 하고 보조 패턴의 크기를 확대하여 형성함으로써 광 근접 효과에 의한 패턴 왜곡 현상을 효과적으로 보상할 수 있고, 이를 통해 선폭 제조가 가능해 진다.

Claims (6)

1. 감광막 패턴을 형성하기 위한 마스크에 있어서,

   상기 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 상기 감광막 패턴보다 확대된 주 패턴,

   상기 주 패턴 주변에 형성되어 있으며, 상기 주 패턴으로부터 소정 거리 분리되어 형성되어 있는 제1 보조 패턴을 포함하는 마스크.
2. 제1항에서,

   상기 제1 보조 패턴은 상기 주 패턴의 바깥쪽 모서리 부근에 형성되어 있는 마스크.
3. 제2항에서,

   상기 마스크 패턴의 주 패턴은 패턴의 최소 선폭이 0.15㎛인 경우에 주 패턴의 크기를 상기 마스크를 이용하여 형성하려고 하는 상기 감광막 패턴보다 0.005 내지 0.01㎛/side 정도 오버사이징하여 형성되어 있는 마스크.
4. 제2항에서,

   상기 소정 거리는 노광 광의 한계 패턴 해상력 이하의 미세 간격인 마스크.
5. 제2항에서,

   상기 주 패턴의 안쪽 모서리 부근에 형성되어 있는 제2 보조 패턴을 더 포함하는 마스크.
6. 제5항에서,

   상기 제2 보조 패턴은 상기 주 패턴의 차광부가 축소된 것인 마스크.

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