KR20080001441A - 포토 마스크 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
포토 마스크 및 형성 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼 상으로 전사할 주 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하고, 주 패턴의 레이아웃에 삽입될 산란 십자(scattering cross) 패턴의 레이아웃을 설계하고, 주 패턴의 레이아웃을 확장하여 산란 십자 패턴이 삽입될 공간을 설정한 공간 확보용 레이아웃을 설정하고, 산란 십자 패턴의 레이아웃으로부터 공간 확보용 레이아웃에 해당되는 영역을 차감하고, 산란 십자 패턴의 레이아웃과 주 패턴의 레이아웃을 결합하여 주 패턴의 전사를 위한 패턴 레이아웃을 설정하고, 패턴 레이아웃을 마스크 기판 상에 전사하여 포토 마스크를 형성한다.
마스크, 노광 분포, 보조 패턴, 변형 조명계
Description
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크 및 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 레이아웃(layout) 도면들이다.
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 포토 마스크(photo mask) 및 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 과정 중에 마이크로 리소그래피(micro lithograph) 과정은, 패턴의 웨이퍼 상으로의 전사를 위해 전사할 패턴이 그려진 포토 마스크를 형성하는 준비 과정을 수반하고 있다. 포토 마스크는 반도체 소자를 구성하는 회로 및 설계 패턴들이 그려져 노광 과정에서 전사되는 패턴의 형상을 설정 제공하는 역할을 한다. 그런데, 반도체 소자의 크기 축소화가 계속됨에 따라, 영역에 따라 노광 분포가 달라져 이에 따른 노광 불량이 발생되고 있다.
디램(DRAM)이나 플래시(Flash)와 같은 메모리 소자의 경우, 패턴들이 상대적으로 밀집(dense)된 영역, 예컨대, 셀(cell) 영역과 패턴 밀집도가 상대적으로 낮 은 주변 영역(peripheral region)을 포함하여 설계되고 있다. 이에 따라, 마스크 제작 후 노광 시 셀과 주변 영역에서의 실질적인 노광 분포가 패턴 밀집도에 영향을 받아 달라질 수 있다.
그런데, 셀 영역의 패턴이 상대적으로 미세한 크기의 패턴이므로, 노광 조건은 이러한 미세한 패턴에 상대적으로 유리하게 설정되고 있다. 이에 따라, 주변 영역에서의 노광 정도(EL: Exposure Latitude) 마진 및 바이어스(bias)를 제어하는 것이 어려워져, 주변 영역에서의 실질적인 노광양이 상대적으로 커지고 있다. 이에 따라, 주변 영역에서의 광 분포양을 조절하기 위해서, 더미 패턴(dummy pattern)의 삽입 또는 광근접 효과 보정(OPC) 처리 등이 수행되고 있으나, 주변 영역에 대한 광 분포 양의 조절은 매우 어렵다.
따라서, 포토 마스크의 전체 영역에 걸친 노광 분포 양을 조절하여 노광 공정 마진 및 패터닝의 안정화를 유도하는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토 마스크의 영역에 따라 노광 분포가 심각하게 달라지는 것을 방지할 수 있는 포토 마스크(photo mask) 및 형성 방법을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼 상으로 전사할 주 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하는 단계, 상기 주 패턴의 레이아웃에 삽입될 산란 십자 패턴의 레이아웃을 설계하는 단계, 상기 주 패턴의 레이아웃을 확장하여 상기 산란 십자 패턴이 삽입될 공간을 설정한 공간 확보용 레이아웃을 설정하는 단계, 상기 산란 십자 패턴의 레이아웃으로부터 상기 공간 확보용 레이아웃에 해당되는 영역을 차감하는 단계, 상기 산란 십자 패턴의 레이아웃과 상기 주 패턴의 레이아웃을 결합하여 상기 주 패턴의 전사를 위한 패턴 레이아웃을 설정하는 단계, 및 상기 패턴 레이아웃을 마스크 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 포토 마스크 형성 방법을 제시한다.
상기 산란 십자 패턴의 레이아웃은 라인 패턴들이 상호 이격되게 배치되고 수직 수평 방향으로 교차하는 형태로 설계될 수 있다.
상기 공간 확보용 레이아웃을 설정하는 단계는, 상기 주 패턴 레이아웃에 겹쳐지지 않고 상기 산란 십자 패턴이 이격되게 삽입되도록 상기 주 패턴의 레이아웃을 수평축인 X축 방향으로 확장하고 수직축인 Y축 방향으로 확장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점은, 투명한 기판, 및 상기 투명한 기판 상에 형성되고, 웨이퍼 상으로 전사할 주 패턴, 및 상기 주 패턴에 이격되게 삽입된 산란 십자 패턴을 포함하는 레이아웃의 차광부를 포함하는 포토 마스크를 제시한다.
본 발명에 따르면, 포토 마스크의 영역에 따라 노광 분포가 심각하게 달라지는 것을 방지하도록 포토 마스크의 레이아웃(layout)에 산란 십자(scattering cross) 패턴을 자동 삽입하는 방법 및 이에 따른 마스크 레이아웃 구조를 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 포토 마스크에서 설계 구조 상 패턴 밀집도가 틀린 셀 및 주변 영역에 대한 노광 분포양의 분포를 실질적으로 대등하도록 비슷하게 맞추어, EL 마진 감소 및 바이어스 차이 같은 문제들을 산란 십자 패턴(scattering cross pattern)을 자동 삽입하여 해결한다.
이때, 산란 십자 패턴은 광을 산란 회절시키는 역할을 하여, 삽입된 영역에서의 노광량을 상대적으로 감소시키는 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 산란 십자 패턴은 웨이퍼 상으로 전사되게 설계된 주 패턴(main pattern)의 주위에 자동 삽입될 수 있다. 산란 십자 패턴은 십자 형태가 반복되는 패턴이므로, 노광 과정에 사용된 일반 조명계(conventional illumination) 또는 변형 조명계와 같은 노광 조명 조건에 따른 영향을 배제할 수 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크 및 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 레이아웃(layout) 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크 형성 방법은 레이아웃 설계를 수행한 후, 설계된 레이아웃을 석영과 같은 투명 기판 상에 차광부로 전자빔 레지스트(resist) 도포 및 전자빔 노광 과정 등을 이용하여 전사하여 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크 레이아웃 설계 방법은, 먼저, 웨이퍼 상으로 노광 과정을 통해 전사할 주 패턴(100)을 포함하는 원본 레이아웃(original layout)을 도 1에 제시된 바와 같이 설계한다. 이때, 도 1에 제시된 레이아웃은 주변 영역에 형성될 주 패턴(100)에 대한 설계된 레이아웃으로 이해될 수 있다.
도 2를 참조하면, 주 패턴(100)에 삽입될 산란 십자 패턴(200)의 레이아웃을 설계한다. 산란 십자 패턴(200)은 실제 웨이퍼 상으로 패턴 전사가 이루어지지 않을 정도로 작은 선폭으로 설계되는 것이 바람직하다. 산란 십자 패턴(200)을 삽입할 때, 삽입된 산란 십자 패턴(200)은 실질적으로 노광 과정에서 실제 패턴으로 전사되지는 않아야 한다. 따라서, 산란 십자 패턴(200)의 폭은 노광 시 사용되는 조명계의 해상력 보다 낮은 선폭으로 결정되어야 한다.
본 발명의 실시예에서는 주 패턴(100)의 레이아웃에 산란 십자 패턴(200)을 (200)을 삽입하여, 산란 십자 패턴(200)에 의해 노광 분포가 조절되도록 유도한다. 따라서, 산란 십자 패턴(200)은 상대적으로 노광 분포량이 많을 수 있는 주변 영역이나 패턴 밀집도가 상대적으로 낮은 영역에 삽입되도록 설정되게 된다.
셀 영역과 주변 영역의 패턴이 형성되지 않는 비 패턴(non pattern) 면적에 대한 패턴 면적의 비율은, 셀의 경우 60% 이상인데 반해 주변 영역은 대략 40% 정도일 수 있다. 이러한 경우 주변 영역에는 20% 이상의 면적에 대해 산란 십자 패턴을 보강해 주어야 전체 웨이퍼 영역 또는 노광 샷(shot) 영역에 대한 노광 분포의 전체적인 균일을 구현할 수 있다.
이때, 산란 십자 패턴(200)은 라인(line) 패턴과 라인 패턴들 간의 간격 부 분(space)으로 구성된 패턴이 수직 수평 방향으로 연장 반복된 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 노광 시 사용되는 조명계 특성에 따른 영향을 배제할 수 있다. 예컨대, 일반 조명계는 방향에 따른 해상력 차이가 실질적으로 의미 있을 정도로 발생되지 않으나, 변형 조명계는 일반 조명계와 달리 방향에 따라 해상력이 달라진다. 그럼에도 불구하고, 산란 십자 패턴(200)은 수직 수평 방향으로 라인 패턴들이 교차 반복하고 있으므로, 이러한 방향에 따른 해상력 차이에 의한 영향을 배제시킬 수 있다. 따라서, 산란 십자 패턴(200)의 레이아웃은 다이폴(dipole) 조명계나 또는 헥사폴(hexapole) 조명계의 경우 또는 맞춤형(customized) 조명계에도 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 1의 주 패턴(100)의 레이아웃을 바탕으로 산란 십자 패턴(200)이 삽입될 공간을 설정한 공간 확보용 레이아웃(300)을 설정한다. 구체적으로, 도 3에 제시된 바와 같이, 주 패턴(100)을 바탕으로 Y축 방향으로 원본 크기를 조절한다. 즉, 산란 십자 패턴(200)의 Y축 방향 삽입 공간 레이아웃(301)을 설정한다. 이후에, 도 4에 제시된 바와 같이 산란 십자 패턴(200)의 X축 방향 삽입 공간 레이아웃(303)을 확보하여 삽입 공간 확보용 레이아웃(300)을 설정한다.
도 5를 참조하면, 도 2의 산란 십자 패턴(200)의 레이아웃으로부터 삽입 공간 확보용 레이아웃(300)에 해당되는 영역을 차감하여, 실제 삽입될 산란 십자 패턴(201)의 레이아웃을 구한다. 이러한 레이아웃 설계 작업은 레이아웃 설계 툴(tool)이나 캐드(CAD) 장비에서 이루어질 수 있다.
도 6을 참조하면, 산란 십자 패턴(201)의 레이아웃과 주 패턴(100)의 레이아웃을 결합하여, 주 패턴(100)의 전사를 위한 최종적인 패턴 레이아웃(400)을 설정한다. 이와 같은 과정으로 설정된 패턴 레이아웃(400)의 실제 일례는 도 7에 제시된 바와 같은 주변 영역 레이아웃(500)으로 묘사될 수 있다.
한편, 이러한 과정은 패턴 설계에 사용되는 현재 알려진 실사 장비에 적용된 자동 코딩 장치(coding tool)이나 다른 코딩 방식에서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, 메모리 반도체 소자 외에 다른 노광 과정을 요구하는 반도체 소자 제조에도 적용될 수 있다.
이와 같이 구현되는 최종 패턴 레이아웃(400 또는 500)을 석영 기판과 같은 투명한 기판 상에 크롬(Cr)층과 같은 차광층 등을 형성한 후, 차광층 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고, 전자빔 노광을 수행하여 실제 포토 마스크 상에 전사한다. 이에 따라, 포토 마스크 상에는 도 6 또는 도 7의 최종 패턴 레이아웃(400 또는 500)과 같은 레이아웃의 차광부 패턴을 구비하게 된다.
이와 같이 형성된 포토 마스크를 이용하여 실제 노광 과정을 수행할 경우, 노광 공정 마진(margin)을 실사(simulation)를 통해 확인하면, EL 마진의 경우 대략 17% 정도의 마진 확보가 가능한 것으로 확인된다. 이는 기존의 더미 패턴을 단순 삽입하는 경우의 15% 공정 마진에 비해 보다 더 개선된 것으로 이해될 수 있다. 또한, DOF(Depth of Focus)의 경우 대략 0.19㎛ 정도 마진을 확보할 수 있어, 기존의 경우에서의 0.15㎛ 정도 마진에 비해 더 개선된 것으로 확인된다. 이와 함께, 이러한 공정 마진의 개선은 마스크 전 지역에 걸쳐서 개선되므로, 개선 효과는 상 대적으로 큰 것으로 확인된다.
상술한 본 발명에 따르면, 산란 십자 패턴 삽입으로 노광 공정 마진을 보다 효과적으로 구현할 수 있다. 이에 따라, EL 마진 또는/ 및 DOF 마진 개선을 효과적으로 구현할 수 있다. 이에 따라, 셀 패턴의 충실도 또한 증가될 수 있으며, 패턴 브리지(bridge) 발생을 방지할 수 있다. 또한, 마스크의 노광량 조절이 가능하여 선폭(CD) 균일도 개선이 구현될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
Claims (4)
- 웨이퍼 상으로 전사할 주 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하는 단계;상기 주 패턴의 레이아웃에 삽입될 산란 십자 패턴의 레이아웃을 설계하는 단계;상기 주 패턴의 레이아웃을 확장하여 상기 산란 십자 패턴이 삽입될 공간을 설정한 공간 확보용 레이아웃을 설정하는 단계;상기 산란 십자 패턴의 레이아웃으로부터 상기 공간 확보용 레이아웃에 해당되는 영역을 차감하는 단계;상기 차감된 산란 십자 패턴의 레이아웃과 상기 주 패턴의 레이아웃을 결합하여 상기 주 패턴의 전사를 위한 패턴 레이아웃을 설정하는 단계; 및상기 패턴 레이아웃을 마스크 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 형성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 산란 십자 패턴의 레이아웃은 라인 패턴들이 상호 이격되게 배치되고 수직 수평 방향으로 교차하는 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 형성 방법.
- 제2항에 있어서,상기 공간 확보용 레이아웃을 설정하는 단계는상기 주 패턴 레이아웃에 겹쳐지지 않고 상기 산란 십자 패턴이 이격되게 삽입되도록 상기 주 패턴의 레이아웃을 수평축인 X축 방향으로 확장하고 수직축인 Y축 방향으로 확장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 형성 방법.
- 투명한 기판; 및상기 투명한 기판 상에 형성되고, 웨이퍼 상으로 전사할 주 패턴, 및 상기 주 패턴에 이격되게 삽입된 산란 십자 패턴을 포함하는 레이아웃의 차광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
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