KR20100079307A - 반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법 - Google Patents

반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법을 제공하며, 이는 메인 셀이 형성되는 영역과, 상기 메일 셀이 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성되며, 노광 및 정렬에 필요한 패턴들이 탑재되는 프레임 영역과, 상기 프레임 영역의 일측에 탑재되는 제 1 및 제 2 소자 모니터 패턴과, 상기 프레임 영역의 일측과 마주보는 타측에 탑재되는 제 3 및 제 4 소자 모니터 패턴과, 현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 형성된 제 1 및 제 2 개구부 패턴과, 상기 현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 또 다른 하나에 형성된 적어도 두개 이상의 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
임플란트, 듀얼 게이트 산화막

Description

반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법{RETICLE FOR FABRICATING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND EXPOSURE METHOD USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법에 관한 것이다.
반도체 포토리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었다. 특히 제조 장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복할 수 있도록 새로운 감광제의 개발, 고 구경(High Numerical Aperture)렌즈를 장착한 스캐너(Scanner)의 개발, 변형 마스크 기술의 개발 등을 하고 있다.
먼저, 도 1a는 반도체 기판에 노광되는 레티클(Reticle)(또는 마스크)를 나타낸 도면이다.
레티클은 메인 셀(Main Cell)이 형성되는 영역(10)과, 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴(14, 16, 18, 20), 노광 및 정렬에 필요한 패턴 등이 탑재되는 프레임 영역(Frame Area, 12)으로 나뉘어 있다.
여기서, 메인 셀 영역(10) 및 각 모니터 패턴(14, 16, 18, 20)은 감쇄형 위 상 반전 톤(Tone)으로 형성되며, 100% 투과율을 갖는 개구부로 구성되어 있다.
도 1b는 노광 장치를 써서 이 레티클을 노광할 때 스텝 앤드 리피트(Step and Repeat) 방식으로 일부 중첩 노광하는데 이때 직전 노광된 마스크 프레임의 정렬키(Align Key)를 기준으로 현 마스크의 프레임 일부를 정렬시켜 계속 노광을 진행한다. 이와 같은 방법으로 중첩될 경우 프레임 영역(10)의 소자 모니터 패턴(14, 16, 18, 20)들이 이중으로 노광되지 않도록 예를 들어, 첫번째 샷(Shot)에서 노광된 제 1 레티클(5)의 제 4 소자 모니터 패턴(20)은 차광 부분에 대해 두번째 샷(Shot)에서 제 2 레티클(25)의 제 1 소자 모니터 패턴(14)이 형성되는데, 중복 노광되지 않도록 중첩되는 부분 중 제 1 레티클(5)의 제 4 소자 모니터 패턴(20)의 차광층을 미리 제 1 레티클(5) 내에 형성해 둔다.
이 방법은 스텝 앤드 리피트(Step and Repeat) 방식으로 노광되는 어떠한 패턴이라도 이중 노광을 허용하지 않는다. 그러나, 각 소자 모니터 패턴(14, 16, 18, 20)은 메인 셀(10)의 주요 패턴을 그대로 옮겨 놓은 것이어서 인접 동일 패턴 간이라도 단차가 다르고 기판 반사율도 전혀 다른 저면 구조를 갖는다. 이외에도 실제로 좁은 프레임 영역(12) 내에서의 패턴 밀집도가 서로 차이가 있어 복합적인 선폭 에러를 유발시킨다.
도 1c는 도 1b에서 예로 든 첫번째 샷(Shot)에서의 제 1 레티클(5)의 제 4 모니터 패턴(20)과 두번째 샷(Shot)에서의 제 2 레티클(25)의 제 1 모니터 패턴(14)간에 생기는 중첩 부분(A)을 다시 도시한 그림이다.
이 과정을 도 2를 통해서 나타내었는데, 먼저 첫번째 샷에서 노광되지 않은 부분인 제 2 레티클(25)의 제 1 소자 모니터 패턴(14)에 중첩되는 두번째 샷의 노광 부분인 제 1 레티클(5)의 제 4 모니터 패턴(20) 중 반도체 기판 단차가 크고 반사율이 높은 부분에 형성되는 제 2 개구부 패턴(29)이 제 1 레티클(5)의 제 2 영역(6b)에 위치하고, 기판 단차가 낮고 반사율이 낮은 부분에 형성되는 제 1 개구부 패턴(27)이 제 1 레티클(5)의 제 1 영역(6a)에 위치하면 노광 장치를 통해서 100%의 입사광이 들어올 때, 투광량은 똑같이 100%의 공간 이미지로 기판의 감광제(40) 표면에 조사된다.
그러나, 실제로 반사율 차이에 의해 감광제(40) 내부에 만들어지는 이미지는 서로 차이가 나게 되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해 별도의 반사 방지막을 추가로 삽입해야 하는 공정이 필요하게 되므로 공정 추가 및 공정 지연 문제가 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조 원가 및 제조 공정을 단순화할 수 있는 반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조용 레티클은 메인 셀이 형성되는 영역과, 상기 메일 셀이 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성되며, 노광 및 정렬에 필요한 패턴들이 탑재되는 프레임 영역과, 상기 프레임 영역의 일측에 탑재되는 제 1 및 제 2 소자 모니터 패턴과, 상기 프레임 영역의 일측과 마주보는 타측에 탑재되는 제 3 및 제 4 소자 모니터 패턴과, 현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 형성된 제 1 및 제 2 개구부 패턴과, 상기 현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 또 다른 하나에 형성된 적어도 두개 이상의 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조용 레티클의 노광 방법에 있어서, 메인 셀이 형성되는 영역과, 상기 메일 셀이 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성되며, 노광 및 정렬에 필요한 패턴들이 탑재되는 프레임 영역과, 상기 프레임 영역의 일측에 탑재되는 제 1 및 제 2 소자 모니터 패턴과, 상기 프레임 영역의 일측과 마주보는 타측에 탑재되는 제 3 및 제 4 소자 모니터 패턴으로 이루어진 현재 샷의 제 1 레티클 및 다음 샷의 제 2 레티클에 있어서, 상기 제 1 레티클과 중첩되는 상기 제 2 레티클의 상기 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 제 1 노광을 실시하는 단계와, 상기 제 2 레티클과 중첩되는 상기 제 1 레티클의 상기 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 제 2 노광을 실시하는 단계를 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조용 레티클 및 이를 이용한 노광 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
콘택홀의 선폭 보정은 노광 장치의 부분 반복 즉, 스텝 앤드 리피트(Step and Repeat) 방식 정렬 노광에 의해 자동 보정되므로 별도의 작업이 필요 없고, 설 계 단계에서 조절 가능하다.
또한, 반사 방지막 도포 공정이 불필요하므로 제조 원가 및 제조 공정을 단순화할 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 3a는 본 발명에 따른 반도체 기판에 노광되는 레티클(Reticle)(또는 마스크)를 나타낸 도면이다.
레티클은 메인 셀(Main Cell)이 형성되는 영역(100)과, 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴(114, 116, 118, 120), 노광 및 정렬에 필요한 패턴 등이 탑재되는 프레임 영역(Frame Area, 102)으로 나뉘어 있다.
프레임 영역(102)은 약 150㎛의 폭으로 형성된다.
특히, 0.15㎛의 선폭 룰을 갖는 콘택홀 레이어의 감쇄형 위상 반전 마스크(투과율 5%)를 기준으로 언급하고자 한다.
여기서, 메인 셀 영역(100) 및 각 모니터 패턴(114, 116, 118, 120)은 감쇄형 위상 반전 톤(Tone)으로 형성되며, 100% 투과율을 갖는 개구부로 구성되어 있고, 첫번째 샷(Shot) 노광과 두번째 샷(Shot) 노광시 선택적으로 중첩 노광되도록 설계되어 있다.
도 3b는 노광 장치를 써서 이 레티클을 노광할 때 스텝 앤드 리피트(Step and Repeat) 방식으로 일부 중첩 노광하는데 이때 직전 노광된 마스크 프레임의 정렬키(Align Key)를 기준으로 현 마스크의 프레임 일부를 정렬시켜 계속 노광을 진행한다. 이와 같은 방법으로 중첩될 경우 프레임 영역(102)의 소자 모니터 패턴(114, 116, 118, 120)들이 이중으로 선택적 노광되도록 한다.
예를 들어, 첫번째 샷(Shot)에서 노광된 제 1 레티클(105)의 제 4 소자 모니터 패턴(120)을 차광 부분과 위상 반전 영역으로 구분하고, 두번째 샷(Shot)에서 제 2 레티클(125)의 제 1 소자 모니터 패턴(114)을 제 1 레티클(105)의 제 4 소자 모니터 패턴(120)에 정렬 노광되도록 한다.
도 4는 본 발명의 노광 과정을 도시화한 도면이다.
도 4를 참조하면, 중첩되는 부분(도 3b의 B)2개의 레티클(105, 125) 중 첫번째 샷(Shot)의 제 2 레티클(125)의 제 1 소자 모니터 패턴(114)의 제 1 영역(106a)에 형성된 제 1 개구부 패턴(127)과, 제 2 영역(106b)에 형성된 제 2 개구부 패턴(129)은 동일 선폭으로 제조된 패턴들이다. 제 1 및 제 2 개구부 패턴(127, 129)의 투과율은 100%를 갖고, 나머지 부분은 5%의 투과율을 갖는 위상 반전부이다.
제 2 개구부 패턴(129)은 제 1 개구부 패턴(127)보다 반도체 기판 단차도 깊고 반사율도 높은 액티브 영역 상에 형성되는 개구부 패턴이다.
이렇게 만들어진 레티클에 1차 노광을 실시한다. 하지부의 단차를 고려하면 동일한 도즈에 대해서도 제 1 소자 모니터 패턴(114)의 제 1 영역(106a)보다는 제 2 영역(106b)에서의 형성된 콘택홀이 작게 형성된다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해 도 5과 같이, 2차 노광을 실시한다. 2차 노광 레티클은 선택적으로 차광 부분과 위상 반전 영역으로 구분된 제 1 레티클(105)의 제 4 소자 모니터 패턴(120)에 대해 전면 노광(Blanket Exposure)을 실시한다.
이때, 2차 노광을 실시하는 제 1 레티클(105)의 제 4 소자 모니터 패턴(120)은 형성되는 콘택홀의 균일도 개선을 위해 주 패턴홀 즉, 제 2 레티클(125)의 제 1 및 제 2 개구부 패턴(127, 129)과 이격된 거리에 4개의 보조 패턴들(140, 142)을 각각 배치한다.
구체적으로, 제 4 소자 모니터 패턴(120)의 제 1 영역(108a)에 제 2 레티클(125)의 제 1 개구부 패턴(127)의 직경 50% 이내에 4개의 제 1 보조 패턴(140)들을 배치하고, 제 4 소자 모니터 패턴(120)의 제 2 영역(108b)에 제 2 레티클(125)의 제 2 개구부 패턴(129)의 직경 50% 이내에 4개의 제 2 보조 패턴(142)들을 배치한다.
이렇게 형성된 제 1 레티클(105)의 제 4 소자 모니터 패턴(120)과, 이와 중첩되는 제 2 레티클(125)의 제 1 소자 모니터 패턴(114)은 2%∼12%의 투과율의 차이를 갖는다. 다른 중첩되는 소자 모니터 패턴들도 동일하다.
이와 같은 2차 노광 과정을 통해 반도체 기판에 콘택홀이 만들어 지지는 않지만 주 패턴홀 즉, 제 2 레티클(125)의 제 1 및 제 2 개구부 패턴(127, 129)을 통해 형성된 콘택홀이 패턴 밀집도에 영향을 받지 않고 제대로 형성될 수 있도록 Uniformity 개선 효과를 준다. 또한, 2차 노광 마스크의 투과율 차이를 줌으로써 노광량을 선택적으로 다르게 해주는 역할을 한다.
즉, 감광제(200) 표면에 형성되는 콘택홀 중 단차와 반사율이 낮은 폴리(Poly) 위에 형성되는 제 1 콘택홀(132)에는 100%의 투광 에너지가 조사되고, 반면 단차와 반사율이 높은 액티브(Active) 위에 형성되는 제 2 콘택홀(134)에는 105%의 투광 에너지가 조사되어 결과적으로 자동 선폭 보정된 동일한 홀이 감광제(200) 내에 만들어 진다.
이렇게 형성된 콘택홀들(132, 134)은 예를 들어, 248㎚ 윤대 조명 노광시 0.20㎛ 설계툴을 갖는 고립 홀의 경우, 최대 0.02㎛ 까지 차이가 나게 되지만, 본 발명과 같은 2차 노광 방식을 통해 선폭 Bias 차이를 없앨 수 있다.
또한, 콘택홀의 선폭 보정은 노광 장치의 부분 반복 즉, 스텝 앤드 리피트(Step and Repeat) 방식 정렬 노광에 의해 자동 보정되므로 별도의 작업이 필요 없고, 설계 단계에서 조절 가능하다.
또한, 반사 방지막 도포 공정이 불필요하므로 제조 원가 및 제조 공정을 단순화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 반도체 기판에 노광되는 레티클을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체 기판에 노광되는 레티클(Reticle)(또는 마스크)를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 노광 과정을 도시화한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 셀 영역 114, 116, 118, 120 : 모니터 패턴
105: 제 1 레티클 125 : 제 2 레티클

Claims (6)

  1. 메인 셀이 형성되는 영역과,
    상기 메일 셀이 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성되며, 노광 및 정렬에 필요한 패턴들이 탑재되는 프레임 영역과,
    상기 프레임 영역의 일측에 탑재되는 제 1 및 제 2 소자 모니터 패턴과,
    상기 프레임 영역의 일측과 마주보는 타측에 탑재되는 제 3 및 제 4 소자 모니터 패턴과,
    현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 형성된 제 1 및 제 2 개구부 패턴과,
    상기 현재 샷 및 다음 샷에서 중첩되는 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 또 다른 하나에 형성된 적어도 두개 이상의 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 보조 패턴들은 상기 제 1 및 제 2 개구부 패턴 각각의 직경 50% 이내에 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클.
  3. 메인 셀이 형성되는 영역과, 상기 메일 셀이 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성되며, 노광 및 정렬에 필요한 패턴들이 탑재되는 프레임 영역과, 상기 프레임 영 역의 일측에 탑재되는 제 1 및 제 2 소자 모니터 패턴과, 상기 프레임 영역의 일측과 마주보는 타측에 탑재되는 제 3 및 제 4 소자 모니터 패턴으로 이루어진 현재 샷의 제 1 레티클 및 다음 샷의 제 2 레티클에 있어서,
    상기 제 1 레티클과 중첩되는 상기 제 2 레티클의 상기 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 제 1 노광을 실시하는 단계와,
    상기 제 2 레티클과 중첩되는 상기 제 1 레티클의 상기 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 어느 하나에 제 2 노광을 실시하는 단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클 노광 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 레티클의 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 상기 제 1 레티클과 중첩되는 어느 하나에 형성된 제 1 및 제 2 개구부 패턴과,
    상기 제 1 레티클의 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴 중 상기 제 2 레티클과 중첩되는 어느 하나에 형성된 적어도 두개 이상의 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클 노광 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 레티클과 상기 제 2 레티클의 중첩되는 상기 제 1 내지 제 4 소자 모니터 패턴은 2%∼12%의 투과율의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클 노광 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 패턴들은 상기 제 1 및 제 2 개구부 패턴 각각의 직경 50% 이내에 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 레티클의 노광방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8977990B2 (en) 2012-12-24 2015-03-10 Samsung Display Co., Ltd. Exposure monitoring key to determine misalignment between blind and reticle
US11927879B2 (en) 2020-09-29 2024-03-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Extreme ultraviolet (EUV) photomask and method of manufacturing semiconductor device using the same

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