KR20090002474A - 포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법은, 투명 기판; 투명 기판 상에 배치되면서 제1 모서리부가 투명 기판의 x축 및 y축 방향으로 소정 길이만큼 축소되어 있는 1차 라인패턴 및 1차 라인패턴의 제1 모서리부와 마주보는 위치에 제2 모서리부가 배치되는 2차 라인패턴을 포함하는 제1 패턴; 투명 기판 상에 배치된 패드 형태의 제2 패턴; 및 제1 패턴 및 제2 패턴 사이의 이격된 간격을 나타내는 공간 패턴을 포함한다.

공정 마진, 다마신 마스크, 마스크 레이아웃

Description

포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법{Photomask and the method for fabricating layout of photomask}

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 포토마스크 상에 형성할 레이아웃을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이아웃의 공간 마진 향상 효과를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

도 7 내지 도 9는 레이아웃을 다마신 공정에 적용하여 형성된 패턴을 나타내보인 도면이다.

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설계 레이아웃의 공정마진을 향상시킬 수 있는 포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법에 관한 것이다.

반도체 메모리 소자는 수많은 미세 패턴으로 이루어지며, 이와 같은 미세 패턴들은 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 형성된다. 포토리소그래피 공정은 패터닝하려는 대상막 위에 포토레지스트막을 코팅하고, 포토마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 대상막의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성한다. 이후에 이 포토레지스트막 패턴을 마스크로 대상막의 노출부분을 식각하여 제거한 다음 포토레지스트막 패턴은 스트립(strip)함으로써 타겟 패턴을 형성할 수 있다.

한편, 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 디자인 룰(design rule)이 작아짐에 따라 포토마스크 상에 배치되는 레이아웃의 크기 또한 작아지고 있다. 이에 따라 레이아웃을 설계하는데 있어서, 인접하는 레이아웃 사이에 공간 마진(space margin)이 부족하게 배치되는 경우가 있다. 이와 같이 인접하는 레이아웃 사이에 공간 마진이 부족한 레이아웃을 이용하여 포토리소그래피 공정을 통해 웨이퍼 상에 패턴을 형성하게 되면, 연결되지 않아야 될 패턴들이 연결되거나 패턴이 끊어지는 등의 결함이 발생하여 단락(short)이 발생될 수 있다. 예를 들어 플래시 공정에서 마스크가 일반 마스크(normal mask)에서 다마신 마스크(damascene mask)로 전환되는 경우, 일부 레이아웃에 발생된 취약 포인트(weak point)에 의해 공정 마진 부족 현상이 일어나 상기 마스크를 이용하여 패턴 형성시 단락(short)이 발생될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인접하는 패턴 간의 광 상호 간섭을 최소화하여 인접하는 패턴 간에 충분한 공정 마진을 확보할 수 있는 포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크는, 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 배치되면서 제1 모서리부가 상기 기판의 x축 및 y축 방향으로 소정 길이만큼 축소되어 있는 1차 라인패턴 및 상기 1차 라인패턴으로부터 상기 1차 라인패턴의 제1 모서리부와 마주보는 위치에 제2 모서리부가 배치되는 2차 라인패턴을 포함하는 제1 패턴; 상기 투명 기판 상에 배치된 패드 형태의 제2 패턴; 및 상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이의 이격된 간격을 나타내는 공간 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 2차 라인패턴은 상기 1차 라인패턴으로부터 상기 기판의 y축 방향으로 소정 간격만큼 이격하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 모서리부는 상기 1차 및 2차 라인패턴에서 수평으로 뻗어있는 패턴과 수직으로 뻗어있는 패턴이 만나서 꺾이는 부분이다.

상기 공간 패턴은 상기 제1 및 제2 모서리부에 다각형 형상의 연장패턴을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 연장패턴은 장방형 또는 정방형인 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크의 레이아웃 형성방법은, 반도체 기판 상으로 전사하고자 하는 제1 모서리부를 갖는 1차 라인패턴, 상기 1차 라인패턴으로부터 소정 간격만큼 이격되면서 상기 제1 모서리부와 마주보는 위치에 배치되는 제2 모서리부를 갖는 2차 라인패턴, 패드 패턴 및 공간 패턴이 배치되어 있는 1차 레이아웃을 형성하는 단계; 상기 1차 라인패턴 및 2 차 라인패턴의 제1 및 제2 모서리부를 상기 1차 레이아웃의 x축 및 y축 방향으로 소정 간격만큼 내측으로 축소된 2차 레이아웃을 형성하는 단계; 및 상기 2차 레이아웃을 반도체 기판 상으로 노광 공정에 의해 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 2차 라인패턴은 상기 1차 라인패턴과 엇갈리는 지그재그(zigzag) 형태로 배치하는 것이 바람직하다.

상기 2차 레이아웃을 형성하는 단계에서, 상기 공간 패턴은 다각형 형상의 연장패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 2차 레이아웃을 반도체 기판 상에 전사하는 단계는, 상기 2차 레이아웃을 투명 기판 상에 마스크 패턴으로 전사하여 포토마스크를 형성하는 단계; 및 상기 포토마스크를 이용한 노광 공정을 수행하여 반도체 기판 상으로 2차 레이아웃을 전사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 포토마스크는 다마신(damascene) 공정용 포토마스크인 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

반도체 소자의 디자인 룰이 축소되면서 포토마스크 상에 배치되는 레이아웃의 크기가 작아지고, 레이아웃의 밀집도는 높아지고 있다. 이와 같이 레이아웃의 크기는 축소되고, 밀집도가 높아지면서 인접하는 각각의 레이아웃 사이의 공간 마진이 부족하게 설계된다. 공간 마진이 부족한 레이아웃을 이용하여 패턴을 형성하게 되면, 원하는 타겟 패턴이 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라 밀집도가 높은 레이아웃의 공간 마진을 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 포토마스크 상에 형성할 레이아웃을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 특히 도 3은 도 2의 'A'영역을 확대하여 나타내보인 도면이다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이아웃의 공간 마진 향상 효과를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 여기서 도 4는 도 2의 레이아웃의 시뮬레이션 이미지이고, 도 6은 도 5의 시뮬레이션 이미지이다. 그리고 도 5는 종래 기술에 따른 레이아웃을 나타내보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 반도체 기판 또는 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 패턴의 1차 레이아웃(100)을 형성한다. 1차 레이아웃(100)은 라인 형태(line-typed)의 제1 패턴(110)과 패드 형태(pad-typed)의 제2 패턴(120)을 포함하여 배치한다. 그리고 라인 형태의 제1 패턴(110)과 패드 형태의 제2 패턴(120) 사이에 이격된 간격을 나타내는 공간 패턴(space pattern, 130)이 배치되어 있다.

여기서 라인 형태의 제1 패턴(110)은, 인접하는 패턴이 상, 하로 소정 간격만큼 이격돼서 엇갈리게 배치되어 있는 지그재그(zigzag) 형태로 배열된다. 도 1을 참조하면, 1차 라인패턴(110a)을 기준으로 양측에 배치된 2차 라인패턴(110b) 및 3차 라인패턴(110c)은 1차 라인패턴(110a)으로부터 1차 레이아웃(100)의 y축 방향으로 소정 간격(a)만큼 이격하여 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다. 종래의 레이아 웃을 나타내보인 도 5를 참조하면, 제1 패턴(500)은 인접하여 배치되는 라인 형태의 패턴과 서로 나란하게 대칭적으로 배열되어 있다. 이에 대해 본 발명에 따른 제1 패턴(100)은 인접하는 패턴이 서로 엇갈리게 배치되는 지그재그 형태로 배열함으로써, 인접하는 패턴 간에 중복되는 구간을 감소시켜 이후 노광 공정에서 광 상호 간섭현상을 최소화시킬 수 있다.

이때, 레이아웃의 크기는 축소됨에 따라 패턴 레이아웃의 밀집도가 높아지면서 라인 형태의 제1 패턴(110)과 패드 형태의 제2 패턴(120) 사이의 이격된 간격을 나타내는 공간 패턴(130)의 공간 마진이 부족하다. 특히, 1차 라인패턴(110a)의 모서리(coner) 부분과 인접하는 2차 라인패턴(110b)의 모서리 부분이 마주보는 부분의 공간 마진이 부족하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 1차 레이아웃(100)에서 제1 패턴(110)의 모서리 부분을 소정 간격만큼 내측으로 축소하여 이 부분의 공간 패턴(130)의 공간 마진을 확보할 수 있는 2차 레이아웃(200)을 형성한다. 이러한 2차 레이아웃(200)은 라인 형태의 제1 패턴(110)에서 수평으로 배치된 패턴과 수직으로 배치된 패턴이 만나서 꺾이는 모서리 부분을 2차 레이아웃(200)의 x축 및 y축 방향으로 각각 소정 간격(b, c)만큼 내측으로 축소하여 형성한다. 그러면 1차 라인패턴(110a)과 2차 라인패턴(110b) 사이에 배치된 공간 패턴(130)은 상기 1차 및 2차 라인 패턴(110a, 110b)의 축소된 거리만큼 외측으로 확장된다. 이에 따라 제1 패턴(110)의 모서리 부분의 공간 마진을 확보할 수 있다.

여기서 도 2의 'A' 영역을 확대하여 나타내보인 도 3을 참조하면, 1차 라인 패턴(110a)에서 내측으로 축소된 모서리 부분은 인접하는 2차 라인패턴(110b)의 모서리 부분과 마주보도록 대응되는 부분이다. 이에 따라 공간 패턴(130)은 2차 레이아웃의 x축 방향의 한변은'b' 길이를 갖고, y방향의 한 변은 'c' 길이를 갖는 다각형, 예를 들어 사각형 형상으로 외측으로 연장된다. 본 발명의 실시예에서는 x축 방향의 한 변이 y축 방향의 한 변보다 길이가 짧은 장방형 형태이나, 각 변의 길이가 같은 정사각형 형태로 축소할 수도 있다.

다음에 2차 레이아웃(200)을 투명 기판 상에 마스크 패턴으로 전사하여 포토마스크를 형성하고, 포토마스크를 이용한 노광 과정을 수행하여 반도체 기판 상으로 2차 레이아웃(200)을 전사한다. 이에 따라 반도체 기판 상에는 라인 패턴과 인접하는 라인 패턴의 모서리 부분의 공정 마진이 확보된 포토레지스트 패턴이 구현된다. 여기서 투명 기판은 석영 및 유리와 같은 투명 재질로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따른 레이아웃의 공간 마진 향상 효과를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2의 2차 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지(simulation image)인 도 4를 참조하면, 1차 라인패턴(110a)의 모서리 부분(400)과 2차 라인패턴(110b)의 모서리 부분(410)이 대각선 형태로 형성되면서 1차 라인패턴(110a)과 2차 라인패턴(110b)이 마주보는 공간 패턴(130)이 확보되면서 공간 마진(420)이 향상하는 것을 확인할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5의 레이아웃의 시뮬레이션 이미지인 도 6에 도시한 바와 같이, 종래에는 1차 라인패턴(500a)과 2차 라인패턴(500b) 사이의 공 간 마진(510, 도 6참조)이 거의 확보되지 않는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 레이아웃의 경우, 이러한 모서리 부분에서 공간 마진(420, 도 4참조)의 향상이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 인접하는 라인 패턴의 모서리 부분의 공간을 확보하는 마스크 레이아웃은 하나의 마스크를 이용하여 패턴을 형성하면서 마스크 톤을 변화시키는 공정에서 적용할 수 있다. 예를 들어, 플래시(flash) 공정에서 적용하는 금속 마스크(metal mask)의 경우, 동일한 레이아웃을 이용하여 다마신 마스크(damascene mask)와 일반 마스크(normal mask)를 적용하고 있다. 그런데 일반 마스크로는 공정 마진이 충분하게 적용된 마스크 레이아웃이라 하더라도, 이를 다마신 마스크로 이용하게 되면 공정 마진에서 취약할 수 있다. 이러한 마스크를 이용하여 다마신 공정을 진행하면 일부 레이아웃에서 공정 마진 부족으로 단락(short)이 발생할 수 있다. 즉, 일반 마스크에서는 공정 마진이 충분하지만 다마신 공정에서 마스크 톤(mask tone)이 반대로 되면서 상대적으로 취약 포인트가 될 수 있다.

도 7 내지 도 9는 레이아웃을 다마신 공정에 적용하여 형성된 패턴을 나타내보인 도면이다. 특히, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이아웃을 적용한 경우 형성된 패턴을 나타내보인 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 일반 마스크에서는 동일 마스크를 적용하여도 공정 마진이 충분하지만, 다마신 마스크의 경우, 마스크 톤(mask tone)이 반대로 전환되면서 상대적으로 취약 포인트로 대두된다. 레이아웃 측면에서 취약 포인트를 보면 라인 패턴이 모서리 부분에서 꺾여 올라가면서 이와 같이 꺾이는 구간이 매우 길어서 상대적으로 노출 영역(open area)이 넓어짐에 따라 패턴이 취약해질 수 있다. 이와 같이 마스크 톤이 반대로 전환되면서 라인 패턴과 인접하는 라인 패턴의 공간 패턴의 마진이 확보되지 않아 패턴 형성시 패턴이 끊어지거나(700, 도 7 참조), 패턴의 선폭이 충분하게 형성되지 않아(800, 도 8 참조) 소자 특성을 저하시킬 수 있다.

이에 대해 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 마스크 레이아웃을 다마신 공정에 적용하여 형성된 패턴을 나타내보인 도 9를 참조하면, 제1 공간패턴(900)과 인접하는 제2 공간패턴(910)의 모서리 부분이 마주보는 부분(920)의 공간 마진이 확보되면서, 패턴의 선폭을 충분하게 확보할 수 있다. 이때, 다마신 공정을 적용함에 따라 도 2의 라인 형태의 제1 패턴(110)은 공간 패턴(900, 910)이 형성되고, 공간 패턴(130)은 배선 패턴(930)이 형성된다. 이에 따라 일반 마스크에서 다마신 마스크로 마스크 톤이 변환되어도 안정적으로 공정 마진을 확보할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크 및 포토마스크의 레이아웃 형성방법에 의하면, 인접하는 레이아웃 간에 중복구간을 최소화하여 공정 마진을 안정적으로 확보할 수 있다. 이에 따라 인접하는 패턴 간의 광 상호 간섭을 최소화시킬 수 있다. 또한, 다마신 공정에서 동일한 레이아웃으로 일반 마스크에서 다마신 마스크로 마스크 톤이 변환되어도 안정적으로 공정 마진을 확보할 수 있다.

Claims (10)

1. 투명 기판;

   상기 투명 기판 상에 배치되면서 제1 모서리부가 상기 기판의 x축 및 y축 방향으로 소정 길이만큼 축소되어 있는 1차 라인패턴 및 상기 1차 라인패턴으로부터 상기 1차 라인패턴의 제1 모서리부와 마주보는 위치에 제2 모서리부가 배치되는 2차 라인패턴을 포함하는 제1 패턴;

   상기 투명 기판 상에 배치된 패드 형태의 제2 패턴; 및

   상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이의 이격된 간격을 나타내는 공간 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 2차 라인패턴은 상기 1차 라인패턴으로부터 상기 기판의 y축 방향으로 소정 간격만큼 이격하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 모서리부는 상기 1차 및 2차 라인패턴에서 수평으로 뻗어있는 패턴과 수직으로 뻗어있는 패턴이 만나서 꺾이는 부분인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
4. 제1항에 있어서,

   상기 공간 패턴은 상기 제1 및 제2 모서리부에 다각형 형상의 연장패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
5. 제4항에 있어서,

   상기 연장패턴은 장방형 또는 정방형인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
6. 반도체 기판 상으로 전사하고자 하는 제1 모서리부를 갖는 1차 라인패턴, 상기 1차 라인패턴으로부터 소정 간격만큼 이격되면서 상기 제1 모서리부와 마주보는 위치에 배치되는 제2 모서리부를 갖는 2차 라인패턴, 패드 패턴 및 공간 패턴이 배치되어 있는 1차 레이아웃을 형성하는 단계;

   상기 1차 라인패턴 및 2차 라인패턴의 제1 및 제2 모서리부를 상기 1차 레이아웃의 x축 및 y축 방향으로 소정 간격만큼 내측으로 축소된 2차 레이아웃을 형성하는 단계; 및

   상기 2차 레이아웃을 반도체 기판 상으로 노광 공정에 의해 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 레이아웃 형성방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 2차 라인패턴은 상기 1차 라인패턴과 엇갈리는 지그재그(zigzag) 형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 레이아웃 형성방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 2차 레이아웃을 형성하는 단계에서, 상기 공간 패턴은 다각형 형상의 연장패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 레이아웃 형성방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 2차 레이아웃을 반도체 기판 상에 전사하는 단계는,

   상기 2차 레이아웃을 투명 기판 상에 마스크 패턴으로 전사하여 포토마스크를 형성하는 단계; 및

   상기 포토마스크를 이용한 노광 공정을 수행하여 반도체 기판 상으로 2차 레이아웃을 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 레이아웃 형성방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 포토마스크는 다마신(damascene) 공정용 포토마스크인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 레이아웃 형성방법.

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