KR0165471B1 - 반도체장치의 미세패턴 형성에 사용되는 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치의 미세 패턴 형성에 사용되는 포토 마스크에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 포토 마스크는 차광 영역과, 노광 영역을 한정하기 위한 주 패턴과, 상기 주 패턴중 인접하는 2개의 주 패턴간의 근접 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴 사이에 삽입되는 위상 반전 더미 패턴과, 상기 주 패턴의 모서리 부분의 코너 라운딩 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴의 모서리 부분에 삽입되는 비반전 더미 패턴을 포함한다. 본 발명에 의하면, 인접한 2개의 주 패턴간의 근접효과를 보정할 수 있고, 주 패턴의 모서리 부분에 빛을 보충해주게 되어 코너 라운딩 효과를 줄일 수 있으므로 유효 면적이 증대된다.

Description

반도체 장치의 미세 패턴 형성에 사용되는 포토 마스크

제1도는 종래의 포토 마스크 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

제2도는 제1도에 도시한 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여 시뮬레이션에 의한 공간상 (aerial image)을 도시한 평면도이다.

제3도는 종래의 레벤슨형에 따른 위상 반전 포토 마스크를 개략적으로 도시한 도면이다.

제4도는 제3도에 도시한 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여 시뮬레이션에 의한 공간상을 도시한 평면도이다.

제5도는 본 발명에 의한 포토 마스크를 개략적으로 도시한 도면이다.

제6도는 제5도에 도시한 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여 시뮬레이션에 의한 공간상을 도시한 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

22 : 차광 영역 23 : 주 패턴

24 : 위상 반전 더미 패턴 25 : 비반전 더미 패턴

본 발명은 반도체 장치의 미세 패턴 형성에 사용되는 포토 마스크에 관한 것으로서, 특히 근접 패턴의 유효 면적을 증대시킬 수 있는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법에 사용되는 포토 마스크에 관한 것이다.

반도체 장치의 각종 패턴은 포토 리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토 리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼 상의 절연막이나 도전막 등 패턴을 형성하여야 할 막 위에 X선이나 레이저, 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정 부위를 포토 마스크를 이용하여 노광시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 식각에 의해 제거하여 배선이나 전극 등 각종 패턴을 형성한다.

반도체 제조 공정상의 사진 식각 기술은, 집적도가 증가하면서 인접 패턴과의 근접 효과 (proximity effect)에 의해 패턴에 결함이 발생하는 문제점이 대두되었다. 즉, 통상적인 투영 노광 장치를 이용하여 사각 형태의 패턴을 형성할 경우, 빛의 회절에 의해 사각형의 패턴의 모서리가 둥글게 되는 코너 라운딩(corner rounding) 효과가 발생하며, 이와 같은 형상은 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 더욱 심하게 발생한다.

이에 따라, 상기와 같은 현상을 억제하고 실용 해상도를 실현하기 위하여 여러 가지 초해상 기술이 제창되고 있으며, 이와 같은 기술을 사용하면 초점 심도 저하를 억제해서 해상도를 향상시킬 수 있다. 이와 같은 초해상법의 하나로서, 위상 반전 (phase shift)법에 의해 해상도를 높여 미세 패턴을 형성하는 방법이 제시되고 있다. 위상 반전법은 포토 마스크 상에서 투과광의 광 강도 뿐 만 아니라 광의 위상을 제어함으로써 해상도를 향상시키는 방법이다.

상기 위상 반전법에 의해 제작된 포토 마스크는 위상 시프터 (phase shifter)를 포함하는 포토 마스크 패턴이 형성되어 있고, 이를 이용해 노광시켜 미세 패턴을 형성한다.

상기 위상 반전 포토 마스크를 이용한 패턴 형성 방법은 빛의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 사이즈의 패턴을 노광시킴으로써, 해상도나 초점 심도를 증가시킨다. 즉, 라인/스페이스 (line/space)와 같은 반복 패턴에 있어서, 이웃한 개구부로부터 조사되는 빛의 위상을 180° 반전시켜주면 사이에 낀 차광 부분의 광 강도가 0이 되어 이웃한 개구부가 분리된다는 원리를 이용한 것이다.

여기서, 종래의 포토 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 방법을 제1도 내지 제4도를 참조하여 설명한다.

제1도는 통상의 포토 마스크 구조를 도시한 개략도이다. 제1도를 참조하면, 포토 마스크 상에 차광 영역(2)이 광을 차단하도록 형성되어 있고, 직사각형으로 형성된 투광 영역(3)이 규칙적으로 배치되어 있다.

실제의 반도체 장치에서는 상기 포토 마스크에 형성되어 있는 모양을 반도체 기판 상에 마련된 포토레지스트 막에 전사하는 공정이 사용되며, 상기 제1도에 도시한 포토 마스크를 네가티브형 포토레지스트 막에 형성된 반도체 기판에 전사했을 때 반도체 기판상에 투광 영역(포토 마스크 패턴에 해당함)의 모양대로 포토레지스트 패턴이 남게 된다.

제2도는 제1도에 도시한 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여, 시뮬레이션에 의한 공간상(aerial image)을 도시한 평면도이다. 이것은 광원의 파장이 248 nm이고, 노광 장치의 개구수 NA가 0.6일 때의 SOLID (Simulation of Optical Lithography in Three Dimensions) 시뮬레이터를 이용하여 얻은 결과이다.

구체적으로 설명하면, 제1도에 도시한 포토 마스크를 포토레지스트 막에 전사했을 때, 근접 효과에 의하여 패턴의 모서리 부분이 둥글게 되는 코너 라운딩 효과가 발생될 뿐 만 아니라 패턴의 사이즈가 전체적으로 작게 형성되는 현상이 발생한다.

상기와 같은 현상은 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 더욱 심화되고, 액티브, 콘택 홀, 스토리지 전극과 같은 아일랜드(island) 패턴에서는 그 특성 저하를 유발할 만큼 심각한 문제를 발생시킨다. 이러한 현상은 후속 공정 진행시 더욱 문제가 되는데, 액티브의 경우 패턴의 모서리 부분이 손실됨으로써, 후속 콘택 공정의 정렬 마진이 거의 없어져서 공정 진행이 불가능하게 된다.

이에 따라, 근접 효과의 보정을 위하여 여러 방법들이 제시되어 왔다. 그 예로서, 광학상의 콘트라스트를 향상시키는 방법으로 IBM의 레벤슨(Levenson)이 고안한 위상 반전 포토 마스크를 이용하여 해상도를 높여서 미세 패턴을 형성하는 방법이 제시되고 있다. 레벤슨형 위상 반전 포토 마스크를 이용하는 방법에 의하면, 포토마스크의 기판을 식각해냄으로써 식각된 부분과 식각되지 않은 부분을 투과하는 빛이 서로 180°의 위상차를 갖게 되어, 두 부분의 패턴이 근접하게 됨으로써 생기는 회절된 빛의 간섭 효과를 보강에서 상쇄로 만들어 주는 원리를 이용한다.

제3도는 레벤슨형 위상 반전 포토 마스크를 개략적으로 도시한 것이다. 제3도를 참조하면, 포토 마스크 상에 차광 영역(12)이 광을 차단하도록 형성되어 있고, 직사각형으로 형성된 주 투광 영역(13) 및 위상 반전 영역(14)이 하나씩 걸러서 규칙적으로 배치되어 있다. 또한, 상기 위상 반전 영역(14)을 투과하는 빛의 위상은 상기 주 투광 영역(13)을 투과하는 빛에 대해 180° 시프트된다.

제4도는 제3도에 도시한 차광성 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여, 시뮬레이션에 의한 공간상을 도시한 평면도이다. 이것은 광원의 파장이 248 nm이고, 노광 장치의 개구수NA가 0.6일 때의 SOLID 시뮬레이터를 이용하여 얻은 결과이다.

제4도의 결과를 상기 제2도의 결과와 비교해 볼 때, 레벤슨형 위상 반전 포토 마스크를 이용하는 경우에는 상기 제1도에서와 같은 포토 마스크를 이용한 경우에 비하여 공간상으로 나타나는 패턴의 면적 확대가 이루어지나, 제2도에서와 마찬가지로 근접 효과에 의하여 패턴의 모서리 부분이 둥글게 되는 근본적인 문제는 해결할 수 없는 한계가 있다.

상기한 레벤슨형 위상 반전 포토 마스크를 이용하는 경우 외에, 포토 마스크상의 주패턴의 모서리 부분에 사각형의 보조 패턴으로서 더미 패턴을 형성해주는 기술인 세리프(serif) 패턴 보정법, 미세한 더미 패턴을 주 패턴 부근에 형성하여 줌으로써 주 패턴을 투과하는 빛의 부족한 광량을 보충하여 주거나(포지티브 포토레지스트의 경우), 주패턴 이외의 부분을 투과하는 빛의 과다 광량을 줄여주는 (네가티브 포토레지스트의 경우) 효과로 미세 패턴을 형성하는 방법인 극소 더미 라인을 갖는 파이델리티 증대법, 즉 FEED (Fidelity Enhancement of Extremely Small Dummy Line)를 사용하기도 하지만, 적용 패턴에 제약이 있어서 포토 마스크 제조가 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래 방법을 해결하기 위한 것으로, 위상 반전 포토 마스크와 더미 패턴을 이용하여 근접 패턴의 코너 라운딩 효과를 보정하고, 패턴의 유효 면적을 증대시키기 위한 포토 마스크를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 장치의 미세 패턴 형성에 사용되는 포토 마스크에 있어서, 차광 영역과, 노광 영역을 한정하기 위한 주 패턴과, 상기 주 패턴중 인접하는 2개의 주 패턴간의 근접 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴 사이에 삽입되는 위상 반전 더미 패턴과, 상기 주 패턴의 모서리 부분의 코너 라운딩 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴의 모서리 부분에 삽입되는 비반전 더미 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크를 제공한다.

바람직하게는, 상기 위상 반전 더미 패턴은 상기 주 패턴의 장축 방향에서 상기 주 패턴과 연속적으로 연결되도록 상기 주 패턴 사이에 삽입되고, 상기 비반전 더미 패턴은 상기 주 패턴의 모서리 부분과, 상기 주 패턴과 인접하는 다른 3개의 주 패턴의 모서리 부분에 모두 접하도록 4개의 주 패턴 사이에 삽입된다.

또한, 상기 주 패턴과 상기 위상 반전 더미 패턴과의 위상차는 180°이고, 상기 비반전 더미 패턴의 톤은 상기 주 패턴의 톤과 동일하며, 상기 비반전 더미 패턴의 투과율은 5 ~ 80%로 조절될 수 있다.

본 발명에 의하면, 주 패턴의 장축 방향에서 주 패턴 사이에 최소 스페이스를 형성하도록 위상 반전 마스크를 삽입하고, 또한 더미 패턴을 첨가함으로서, 코너 라운딩 효과를 보정할 수 있고 패턴의 유효면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 캐패시터의 스토리지 전극 패턴을 본 발명에 의한 방법으로 형성하는 경우에는 캐패시터의 용량을 최대화시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명에 의한 포토 마스크를 개략적으로 도시한 것이다. 제5도를 참조하면, 포토 마스크 상에 차광 영역(22)이 광을 차단하도록 형성되어 있고, 직사각형으로 형성된 주 패턴(23)이 규칙적으로 배치되어 있다. 상기 주 패턴(23)의 장축 방향 (도면의 세로방향)에서 상기 주 패턴(23) 사이에는 레벤슨형에 의한 위상 반전 더미 패턴(24)이 상기 주 패턴(23)과 연속적으로 연결되도록 형성된다. 상기 위상 반전 더미 패턴(24)은 최소 스페이스를 형성하도록 하기 위하여, 그 사이즈를 최소 사이즈로 하여 패턴 형성시 반도체 기판에 그 자신의 패턴이 형성되지 않을 정도의 사이즈로 형성하고, 상기 위상 반전 더미 패턴(24)을 투과하는 빛의 위상이 상기 주 패턴(23)을 투과하는 빛의 위상과 반대로 되도록 주 패턴(23)과 180°의 위상차를 주어 형성한다.

상기 위상 반전 더미 패턴(24)은 주 패턴(23)의 장축 방향에서 2개의 주 패턴 간에 발생하는 근접 효과를 보정하는 역할을 한다. 이와 같이 형성함으로써, 주 패턴(23)의 장축 방향에서의 면적을 확대할 수 있다.

또한, 주 패텬(23)의 모서리 부분의 코너 라운딩 효과를 보정하기 위하여, 주 패턴(23)의 모서리 부분과, 상기 주 패턴(23)과 인접하는 다른 3개의 주 패턴(23)의 모서리 부분에 모두 접하도록 4개의 주 패턴(23) 사이에 비반전 더미 패턴(25)을 삽입한다.

상기 비반전 더미 패턴(25)은 패턴 형성시 반도체 기판에 그 자신의 패턴이 형성되지 않을 정도의 사이즈로 형성된다. 또한, 상기 비반전 더미 패턴(25)은 투과율이 5 ~ 80%로 조절될 수 있다. 상기 비반전 더미 패턴(25)의 톤은 상기 주 패턴(23)의 통과 동일하게 형성한다. 상기 비반전 더미 패턴(25)은 주 패턴(23)의 모서리 부분에 빛을 보충해줌으로써 코너 라운딩 효과를 줄일 수 있다.

제6도는 제5도에 도시한 차광성 포토 마스크 패턴의 전사를 설명하기 위하여 시뮬레이션에 의한 공간상을 도시한 평면도이다. 이것은 광원의 파장이 248 nm이고, 노광 장치의 개구수 NA가 0.6일때의 SOLID 시뮬레이터를 이용하여 얻은 결과이다.

제6도의 결과를 상기 제2도 및 제4도의 결과와 비교해 볼 때, 제5도와 같이 주 패턴의 장축 방향에서 상기 주 패턴과 연속적으로 연결되도록 인접한 2개의 주 패턴 사이에서 레벤슨형에 의한 위상 반전 더미 패턴을 삽입하고, 주 패턴의 모서리 부분과, 상기 주 패턴과 인접하는 다른 3개의 주 패턴의 모서리 부분에 모두 접하도록 4개의 주 패턴 사이에 비반전 더미 패턴을 삽입하는 경우에는, 상기 제1도의 포토 마스크를 이용한 결과인 제2도에 비하여 장축 방향에서의 면적이 확대되어 있고, 제3도의 포토 마스크를 이용한 결과인 제4도에 비하여 코너 라운딩 효과가 보정되어 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 주 패턴의 장축 방향에서 상기 주 패턴과 연속적으로 연결되도록 인접한 2개의 주 패턴 사이에서 레벤슨형에 의한 위상 반전 더미 패턴을 삽입하고, 주 패턴의 모서리 부분과, 상기 주 패턴과 인접하는 다른 3개의 주 패턴의 모서리 부분에 모두 접하도록 4개의 주 패턴 사이에 비반전 더미 패턴을 삽입함으로써, 두개의 주 패턴간의 근접 효과를 보정할 수 있고, 또한 주 패턴의 모서리 부분에 빛을 보충해주게 되어 코너 라운딩 효과를 줄일 수 있다. 따라서, 유효 면적이 증대되므로, 예를 들면 캐패시터의 스토리지 전극 패턴을 본 발명에 의한 방법으로 형성하는 경우에는 캐패시터의 용량을 최대화시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

1. 반도체 장치의 미세 패턴 형성에 사용되는 포토 마스크에 있어서, 차광 영역과, 노광 영역을 한정하기 위한 주 패턴과, 상기 주 패턴중 인접하는 2개의 주 패턴간의 근접 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴 사이에 삽입되는 위상 반전 더미 패턴과, 상기 주 패턴의 모서리 부분의 코너 라운딩 효과를 보정하기 위하여 상기 주 패턴의 모서리 부분에 삽입되는 비반전 더미 패턴을 포함하고, 상기 위상 반전 더미 패턴은 상기 주 패턴의 장축 방향에서 상기 주 패턴과 연속적으로 연결되도록 상기 주 패턴 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 비반전 더미 패턴은 상기 주 패턴의 모서리 부분과, 상기 주 패턴과 인접하는 다른 3개의 주 패턴의 모서리 부분에 모두 접하도록 4개의 주 패턴 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 주 패턴과 상기 위상 반전 더미 패턴과의 위상차는 180°인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 비반전 더미 패턴의 톤은 상기 주 패턴의 톤과 동일한 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
5. 제1항에 있어서, 상기 비반전 더미 패턴은 투과율이 5 ~ 80%인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.