KR20100010366A - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 제 1 패턴과 제 2 패턴이 교차하는 X자 형태의 투광 패턴이 구비된 노광 마스크를 이용하여 드레인 콘택홀을 형성함으로써, 노광 에너지, 포커스 또는 도즈량의 변화에 따라서 상기 드레인 콘택홀의 장축 및 단축 CD가 크게 변하는 것을 방지하는 기술을 개시한다.
Description
본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로써, 플래시 메모리 소자의 드레인 콘택홀을 형성하기 위한 노광 마스크에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화가 요구되면서 셀 영역 및 주변회로 영역으로 나누어지는 소자의 경우, 상기 셀 영역에 형성되는 패턴은 크기가 작고 패턴 간격이 일정하게 형성되어 패턴의 밀도가 높고, 상기 주변회로 영역에 형성되는 패턴은 셀 영역에 형성되는 패턴에 비하여 크기와 간격이 커 상대적으로 패턴의 밀도가 낮다.
이때, 패턴 밀도가 큰 영역의 패턴을 중심으로 패턴이 구현되도록 노광이 이루어지기 때문에 패턴 밀도가 상대적으로 낮은 영역의 패턴은 플레어와 같은 노이즈에 의해 패턴 구현에 있어 균일도가 떨어져 패턴형성이 불균일하게 이루어진다.
상기와 같이 서로 다른 패턴 밀도로 인하여 영역에 따라 노광 분포가 달라져 이에 따른 노광 불량이 발생하게 되는바, 그러한 노광 불량을 방지하기 위하여 메인 패턴 주위에 보조 패턴을 삽입함으로써, 상기 메인 패턴과 보조 패턴에 의해 회 절된 광의 상호 작용 또는 간섭에 의해 메인 패턴의 형상이 보다 정밀하게 웨이퍼 상으로 전사될 수 있도록 한다.
한편, 콘택홀의 형성에 있어서 콘택홀의 구조가 원형에서 슬릿(slit) 형태로 변환되고 있는데, 이는 반도체 소자의 고집적화로 인해 패턴의 크기가 작아짐에 따라 콘택홀의 크기도 작아져야 하지만 반도체 소자의 일정한 면적에서는 콘택 저항이 일정치 이하로 구현되어야 하므로 콘택 면적을 넓혀 줄 필요가 있다. 따라서, 이처럼 콘택 면적을 넓혀 줄 필요가 있는 영역에서는 콘택홀이 슬릿 형태로 변환형성 된다.
상기와 같이 슬릿 형태의 콘택홀의 경우에는 원형의 콘택홀과 달리 장축방향으로 패터닝이 정확하게 이루어지지 않는데, 이는 동일한 노광 조건으로 동일한 장축을 갖는 레이아웃을 노광하는 경우에 단축의 CD에 따라 장축의 CD 변화가 발생되어 레이아웃 패턴의 크기와 동일하게 패터닝 되지 않기 때문이다.
특히 반도체의 고집적화로 인해 패턴이 미세해짐에 따라 패턴 구현의 해상도를 높이기 위해 변형조명계를 사용하는 경우에는 그러한 현상이 더욱 심화된다.
도 1은 종래 기술에 따른 노광 마스크를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 노광 마스크(100)에 콘택홀을 정의하는 슬릿(Slit) 형태의 투광 패턴(110)이 복수 개 구비되어 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 도 1의 노광 마스크(100)를 이용한 콘택홀 패턴 형성 방법을 설명하면, 반도체 기판(미도시) 상부에 피식각층(미도시) 및 감광막(미도시)을 형성한다.
다음에, 상기 감광막에 대해 상기 도 1의 노광 마스크(100)를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 드레인 콘택홀(Drain Contact hole)을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.
그 다음, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 상기 피식각층(미도시)을 식각하여 드레인 콘택홀(미도시)을 형성한다.
상술한 종래 기술에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법에서, 소자의 크기가 작아짐에 따라 콘택홀의 사이즈도 감소하게 되며, 이로 인해 콘택홀 패터닝이 더 어려워지고 있다.
또한, 상술한 바와 같이 슬릿 형태의 투광 패턴이 구비된 노광 마스크를 이용하여 패터닝 공정을 진행하는 경우, 노광 에너지의 변화, 포커스의 변화 또는 도즈량의 변화에 따라서 콘택홀의 장축 CD 및 단축 CD의 변화가 심하여 공정 마진이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 제 1 패턴과 제 2 패턴이 교차하는 X자 형태의 투광 패턴이 구비된 노광 마스크를 이용하여 드레인 콘택홀을 형성함으로써, 노광 에너지, 포커스 또는 도즈량의 변화에 따라 드레인 콘택홀의 장축 및 단축 CD가 크게 변하는 것을 방지하는 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 마스크는
바형(Bar type)의 제 1 패턴과, 상기 제 1 패턴과 교차하는 바형의 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 각각 평행하게 구비되며, 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 X자 형태로 또는 십자 형태로 교차되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 투광 패턴이고, 상기 노광 마스크는 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 하프톤 위상 반전 마스크(Half tone phase shift mask)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법은
반도체 기판에 피식각층을 형성하는 단계와, 상기 피식각층 상부에 제 1 투광 패턴 및 제 2 투광 패턴이 교차되어 구비된 노광 마스크를 이용하여 감광막 패 턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 피식각층을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 노광 마스크의 상기 제 1 투광 패턴 및 상기 제 2 투광 패턴은 X자 또는 십자 형태로 교차되어 구비되며, 상기 노광 공정은 다이폴(Dipole) 조명계를 사용하며, 상기 콘택홀은 드레인 콘택홀인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 제 1 패턴과 제 2 패턴이 교차하는 X자 형태의 투광 패턴이 구비된 노광 마스크를 이용하여 드레인 콘택홀을 형성함으로써, 노광 에너지, 포커스 또는 도즈량의 변화에 따라서 상기 드레인 콘택홀의 장축 및 단축 CD가 크게 변하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 노광 마스크를 도시한 평면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 노광 마스크(200)는 X자 형태의 투광 패 턴(210)을 구비한다.
이때, X자 형태의 투광 패턴(210) 바형(Bar Type) 제 1 투광 패턴(210a)이 구비되고, 제 1 투광 패턴(210a)과 교차되는 바형 제 2 투광 패턴(210b)으로 이루어진다.
여기서, 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)은 복수 개 구비되며, 제 1 투광 패턴(210a)들은 제 1 방향으로 평행하게 배열되어 있고, 제 2 투광 패턴(210b)은 제 1 투광 패턴(210a)과 교차되는 제 2 방향으로 평행하게 배열되어 있다.
이때, 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)의 교차된 부분(210c) 간의 피치는 테크(Tech)의 피치(Pitch)로 유지하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 80 ~ 90nm의 피치를 가지도록 형성되었다.
상기와 같이 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)이 교차된 형태의 투광 패턴(210)이 구비된 노광 마스크(200)는 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 하프 톤 위상 반전 마스크(Half tone phase shift mask)로 제작하여 사용할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 도 2a의 노광 마스크(200)를 이용한 드레인 콘택홀 패턴 형성 방법을 설명하면, 반도체 기판(미도시) 상부에 피식각층(미도시) 및 감광막(미도시)을 형성한다.
다음에, 상기 감광막(미도시)에 대해 도 2의 노광 마스크(200)를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 콘택홀을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.
이때, 상기 노광 공정은 다이폴(Dipole) 조명계를 사용하여 진행하는 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)이 교차되는 부분(210c)을 제외한 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)은 어시스트 패턴(Assist Pattern) 역할을 하여, 도 2b의 'A'와 같이 노광 마스크(200)의 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)이 교차되는 부분(210c)이 콘택홀으로 정의되는 것이 바람직하다. 이때, 도 2b는 도 2a의 일부를 확대 도시한 것이다.
그 다음, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 상기 피식각층(미도시)을 식각하여 드레인 콘택홀(미도시)을 형성한다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 형성된 감광막 패턴의 시뮬레이션을 도시한 것이다.
도 3a는 임의의 도즈량을 주어 도 2의 노광 마스크를 사용하여 노광 공정을 진행한 경우 형성된 콘택홀 패턴의 시뮬레이션으로, 단축 CD가 50nm로 나타났다.
도 3b는 도 3a의 노광 공정 시 사용된 도즈량의 80%의 도즈량을 주어 도2의 노광 마스크를 사용하여 노광 공정을 진행한 경우 형성된 콘택홀 패턴의 시뮬레이션으로, 단축 CD가 48nm 정도로 나타났다.
이와 같이, 본 발명의 노광 마스크를 사용하여 노광 공정 진행 시 도즈(Dose)량의 변화를 주어 형성된 콘택홀 패턴의 시뮬레이션을 분석한 결과, 도즈량의 변화가 있더라도 콘택홀 패턴의 단축 및 장축 CD는 크게 차이가 발생하지 않음을 알 수 있다.
따라서, 도 2의 노광 마스크를 사용한 경우, 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)이 교차된 부분(210c)을 제외한 제 1 투광 패턴(210a) 및 제 2 투광 패턴(210b)이 어시스트 패턴(Assist Pattern)의 역할을 해줌으로써 도즈(Dose)량, 포커스(Focus) 또는 노광 에너지(Energy) 등의 공정 조건 변화에 따라 콘택홀 패턴의 단축 및 장축의 CD가 크게 변하지 않음으로 공정 마진(Process Margin)이 향상된 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예는 X자 형태의 투광 패턴으로 설명하였으나, X자 형태의 투광 패턴에 한정되지 않고 십자 형태의 투광 패턴으로 형성할 수도 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 노광 마스크를 도시한 평면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 노광 마스크를 도시한 평면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용하여 형성된 패턴의 시뮬레이션.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
210 : 투광 패턴 210a : 제 1 투광 패턴
210b : 제 2 투광 패턴 210c : 교차되는 부분
Claims (10)
- 바형(Bar type)의 제 1 패턴; 및상기 제 1 패턴과 교차하는 바형의 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 각각 평행하게 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 X자 형태로 교차되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 십자 형태로 교차되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴은 투광 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 노광 마스크는 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 하프톤 위상 반전 마스크(Half tone phase shift mask)인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 반도체 기판에 피식각층을 형성하는 단계;상기 피식각층 상부에 제 1 투광 패턴 및 제 2 투광 패턴이 교차되어 구비된 노광 마스크를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 피식각층을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 투광 패턴 및 상기 제 2 투광 패턴은 X자 또는 십자 형태로 교차되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 노광 공정은 다이폴(Dipole) 조명계를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 콘택홀은 드레인(Drain) 콘택홀인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.
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