KR100283408B1

KR100283408B1 - 반도체용마스크

Info

Publication number: KR100283408B1
Application number: KR1019980001660A
Authority: KR
Inventors: 이준석
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2001-04-02
Also published as: KR19990066046A; JPH11231506A; US6033811A; JP3978739B2

Abstract

본 발명은 광학근접효과를 보상하기 위한 반도체용 마스크에 관한 것으로, 투명 마스크 원판(1)과, 상기 투명마스크 원판(1)상에 차광층으로 형성된 주패턴(2)과, 상기 주패턴(2)의 모서리와 45±10。 또는 135±10。의 방향으로 모서리를 인접하여 형성되거나 이격하여 형성된 보조패턴(30b)으로 구성된 반도체용 마스크를 제공한다.

Description

반도체용 마스크{MASK FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 반도체 기판상에 실제로 프린트(print)되는 패턴의 형상을, 원하는(desired) 패턴의 형상에 근접하도록 하기 위하여, 마스크 패턴의 형태를 보정한 광학근접보상 마스크에 관한 것이다.

지-라인(g-line), 아이-라인(i-line), 원자외선(Deep Ultra Violet : DUV) 등의 광원을 이용하는 리소그라피 공정에 있어서, 한계해상(limit resolution)을 극복하기 위한 여러 가지 방법들이 검토되고 있다. 그러한 노력의 일환으로, 마스크 제조기술 측면에서는 위상반전 마스크(Phase Shift Mask ; PSM)와 함께 광학근접보상 마스크(OPtical Proximity Correction Mask; OPCM)등이 유력한 기술로 거론되고 있다. 그 중에서도, 광학근접보상 마스크는, 위상반전마스크에 비해, 차광층과 투광층으로만 구성되는 바이너리 마스크(binary mask)의 특징을 갖고 있어서, 제조 단가 및 납기, 효율성 등에서 유리하다.

종래의 일반적인 마스크를 이용하여 리소그라피 공정을 실시한 경우, 반도체 기판상에 형성되는(printed) 레지스트 패턴의 크기와 형태는, 광학근접효과(optical proximity effect : OPE) 때문에, 마스크상에 형성된 패턴의 크기 및 형태와 다르게 나타난다. 그것은 노광시 사용하는 렌즈가 왜곡되어 있기 때문에 나타나는 것이며, 그 영향으로, 반도체 기판에 형성되는 패턴의 모서리 왜곡(corner rounding) 현상이 발생하고, 상기 모서리 왜곡이 심한 경우에는, 패턴의 길이가 짧아지는 라인 쇼트(line short) 등의 문제가 발생된다. 그 결과로서 소자의 성능 및 수율이 감소하게 된다.

상기한 바와 같은 문제들을 해결하기 위해, 즉 원하는 형태의 패턴을 반도체 기판상에 실제로 프린트(print)되도록 하기 위해, 렌즈의 왜곡과 반대되는 방향으로 마스크상의 패턴을 왜곡(distortion)하는 것을 광학근접보상(Optical Proximity Correction)이라 하며, 그러한 왜곡된 패턴을 갖는 마스크를 광학근접보상(Optical Proximity Correction) 마스크라 한다.

종래의 광학근접보상 마스크에 대해 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 광학근접보상을 하지 않은 일반적인 마스크의 레이아웃이다. 즉 투명마스크원판(1) 위에 주패턴(2)이 차광층으로 형성되어 있다. 도 1b는 상기 도 1a의 마스크에 빛을 조사하였을 때, 반도체 기판상에 형성되는 패턴의 형상을 도시하고 있다. 즉 마스크상의 주패턴(2)은 반도체 기판상에 패턴(40)과 같은 형태로 프린트된다. 마스크상의 주패턴(2)과 반도체 기판상에 형성되는 패턴(40)을 비교하기 위하여 하여, 편의상 도 1b에 모두 도시했다. 도 1a의 마스크를 이용하여 얻고자 했던 반도체 기판상의 패턴(2)의 형상은 사각형의 모서리를 갖고 있으나, 광학근접효과에 의해 실제로 반도체 기판상에는 라인폭이 감소되거나 모서리 부분이 심하게 라운딩 된 패턴(40)이 형성된다.

패턴 (40)과 같이, 모서리 라운딩이 심할 경우, 패턴 길이 및 폭의 감소 등을 초래할 수 있고, 그것은 결과적으로 소자의 신뢰성을 손상시킨다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하고자 광학근접보상 마스크가 등장하였으며, 도 2a는 종래의 광학근접 보상 마스크를 도시한 것이며, 도 2b는 도 2a의 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 형상을 도시하고 있다.

도 2a에서는 마스크 원판(1)상에 차광층으로 형성된 주패턴(2)과 역시 차광층으로 되어 있으며, 주패턴 모서리부의 외변에 부착된 보조패턴(3)이 형성되어 있다. 상기 보조패턴은, 반도체 기판상에 패턴을 형성할 경우 주패턴에 비해 모서리부위의 패턴형태가 주패턴보다 안쪽으로 왜곡되는 점을 고려하여, 주패턴의 바깥쪽으로 왜곡되도록 형성했음을 보여주고 있다. 종래의 광학근접보상 마스크에 있어서, 보조패턴은 도 2a에 도시한 바와 같이, 주패턴의 외변에 접하여 형성되어 있다. 상기 도 2a의 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴은 도 2b와 같다. 즉, 반도체 기판(10)위에 패턴(50)이 형성된다. 마스크상의 패턴과 비교하기 위하여 편의상, 마스크 주패턴(2)을 도 2b에 같이 도시했다. 반도체 기판상에 형성된 패턴(50)은, 일반적인 마스크를 이용하여 형성된 도 1b의 패턴(40)에 비하여 모서리 왜곡 현상은 개선이 되었으나, 패턴의 모서리 부위에서 패턴 폭 및 길이가 실제 마스크상의 주패턴보다 밖으로 튀어나오게 형성되었다. 이것을 오버슈트(over-shoot)라고 한다.

따라서 상기 오버슈트를 개선하기 위해 또 다른 보상용 보조패턴을 마스크상의 주패턴에 추가하거나, 기 형성된 보조패턴을 감한다. 즉 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 원래의 마스크 기판상의 주패턴(2)에 근접하게 될 때까지 새로운 보조패턴을 적절한 위치에 가감하는 작업을 되풀이한다. 이러한 문제의 원인은 바로 노광장치가 렌즈를 사용하고 있기 때문이며, 광학근접효과가 작용하기 때문이다.

도 3a에서는 복잡한 형태의 주패턴을 갖는 일반적인 마스크의 평면레이아웃을 도시했고, 도 3b에서는 다수의 보조패턴을 가감한 광학근접보상 마스크의 일례를 도시하고 있다.

종래의 방법에 의한 광학근접 보상 마스크는, 보조패턴의 수가 많아져 마스크 패턴의 데이터량이 증가하여, 마스크 작성시 데이터 처리속도가 늦어지는 단점이 있으며, 또한 마스크 검사가 용이하지 않게 된다. 또한 주패턴간의 거리가 가까운 곳에서는, 보조패턴이 추가됨에 따라 인접패턴간의 거리가 가까워져서 패턴 브리지 또는 버팅 현상이 발생하여 마스크의 해상력이 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 마스크 주패턴의 외변(line edge)에 접하지 않도록 보조패턴을 배치했다. 즉 주패턴의 외변과 접하지 않도록 모서리 부위에서 ±45도 각도의 연장선상에만 보조패턴을 형성하여, 모서리 왜곡 및 오버슈트 등을 효과적으로 방지한 광학근접보상 마스크를 제공한다.

도 1a는 종래 일반적인 마스크의 평면 레이아웃도이다.

도 1b는 도 1a의 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 평면도이다.

도 2a는 종래 광학근접보상 마스크의 개략적인 평면 레이아웃도이다.

도 2b는 종래 광학근접보상 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 평면도이다.

도 3a는 종래 일반적인 마스크의 다른예를 도시한 평면도이다.

도 3b는 도 3a에 대응하는 광학근접보상 마스크의 평면도이다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학근접보상 마스크의 평면레이아웃도이다.

도 4b는 도 4a의 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 평면도이다.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학근접 보상 마스크의 평면레이아웃도이다.

도 5b는 도 5a의 마스크를 이용하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 광학근접보상 마스크의 평면 레이아웃도이다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 의한 광학근접보상 마스크의 평면 레이아웃도이다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 의한 광학근접보상 마스크의 평면 레이아웃도이다.

도 9는 본 발명의 제6 실시예에 의한 광학근접보상 마스크의 평면 레이아웃도이다.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *****

1. 투명 마스크 원판

2. 주패턴

30a ~ 30f. 보조패턴

50a. - 50c. 반도체 기판상에 프린트 되는 패턴

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

제4a도는, 본 발명의 제1실시례를 도시한 광학근접보상 마스크의 평면 레이아웃도이다. 즉 투명마스크 원판(1)위에 차광막으로 형성된 주패턴(2)을 배치하고, 주패턴 모서리 근방에, 주패턴의 수평연장선상으로부터 45±10도 방향 135±10도 방향에 위치하도록 사각형의 보조패턴(30a)을 배치한다. 주패턴 모서리로부터 45도 또는 135도 방향에 보조패턴을 위치시킨 경우, 상기 주패턴의 수직 및 수평의 연장선상에 보조패턴의 두변이 위치하게 된다. 상기 보조패턴(30a)의 크기는 광원에 대해 해상한계를 넘지 않도록 임계선폭의 ±30% 범위내로 형성한다. 또한 보조패턴(30a)은 차광패턴으로 형성하거나 투명 마스크 원판(1)과 반전된 위상을 갖는 투광패턴으로 형성할 수 있다. 상기 도 3a에 도시한 마스크에 대하여, 노광파장 365nm(i-line), N.A. 0.55, 파셜 코히어런스(partial coherence) δ=0.6, 축소율(reduction rate) =5X의 조건으로 노광하여 반도체 기판상에 형성한 패턴의 모양은 도 4b와 같다. 즉 종래의 광학근접보상 마스크에 비하여 모서리 라운딩이 훨씬 개선될 뿐만 아니라 오버슈트가 적은 파인 패턴(fine pattern)을 형성할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 제2실시례에 의한 광학근접보상 마스크 레이아웃도이다. 즉 본 발명의 제1 실시례에서는 투명 마스크 원판(1)상의 주패턴(2)의 모서리와 접하여 보조패턴(3)을 형성하고 있으나, 제2 실시례에서는 주패턴(2)의 모서리 부위에서 |45|±10°또는 |135|±10°방향으로 이격하여 보조패턴(30b)을 형성하였다. 이때 주패턴(2) 모서리와 보조패턴(30b) 모서리의 이격거리는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

0 ≤ √{[SCDmy/2 - Ya]2 + Xa2} ≤ SCDmy/2 ---------(식)

여기서 SCDmy는 인접하는 주패턴간의 최소 간격이며, Xa는 주패턴과 보조패턴의 수평길이이고 Ya는 주패턴과 보조패턴의 수직길이이다.

상기 제1실시례에서와 같은 조건으로 노광하여 얻은 반도체 기판상의 패턴은 도 5b와 같다. 즉 반도체 기판(10)위에 패턴(50b)이 형성되었으며, 패턴(50b)은 마스크상의 주패턴(2)과 거의 근접한 형상이 된다. 따라서, 제2실시례에 따른 광학근접보상 마스크를 이용할 경우, 제1실시례보다 훨씬 좋은 보상효과를 얻을 수 있었음을 알 수 있다. 보조패턴(30b)을 주패턴(2)의 모서리로부터 이격하여 형성할 경우 광학근접효과에 의한 패턴 왜곡을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예이다. 보조패턴의 형상을 직각 삼각형으로 형성한 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 제3실시예와 같이 마스크 투명 원판(1)상에 주패턴(2)을 배치하고, 상기 주패턴(2)의 모서리로부터 주패턴의 수평 연장선상과 45±10도 또는 135±10도의 각을 갖는 연장선을 그어, 그 연장선상에 모서리가 위치하는 보조패턴(30c)을 사각형이 아닌 직각삼각형으로 형성함으로써, 보조패턴의 크기를 줄일 수 있다. 즉 주패턴들의 패턴 밀집도가 높은 경우에 이용하면 보조패턴간의 접촉을 막을 수 있으며, 마스크에서 보조패턴이 차지하는 불필요한 면적을 줄일 수 있다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예이다. 투명마스크원판(1)상에 주패턴(2)과 보조패턴(30d)이 배치되어 있다. 보조패턴의 형상을 직각 삼각형으로 형성한 것을 제외하고는 제2 실시예와 동일하다. 제4 실시예 역시 제3 실시례와 마찬가지로 주패턴의 밀집도가 높은 경우에, 보조패턴끼리의 접촉을 막기 위한 목적으로 보조패턴의 크기를 줄인 것이다. 이 경우에도 주패턴의 모서리와 보조패턴인 직각삼각형의 모서리간의 이격거리는 0 ~ SCDmy/2로 하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 제5실시례이다. 즉 인접하는 주패턴간의 거리가 매우 가까울 때, 즉 복수개의 보조패턴의 일부가 중첩하는 배치구조일 경우에는 1개의 보조패턴으로 단순화한다. 이때에도 주패턴의 모서리와 보조패턴의 모서리는 |45|±10°또는 |135|±10°의 각도를 유지해야 한다. 투명 마스크원판(1)위에 주패턴(2)과 보조패턴(30e)이 배치되어 있다.

도 9는 본 발명의 제6 실시례이다. 즉 주패턴의 모서리각이 90도가 아니고, 하나의 주패턴의 두 개이상의 모서리와 다른 주패턴의 두 개 이상의 모서리가 만나는 경우, 삼각형의 보조패턴을 형성하여 보조패턴의 용적을 줄일 수 있다. 투명마스크원판(1)상에 주패턴(2)이 형성되어 있고, 각각의 주패턴(2)은 모서리(T1, T2)를 가지며, 상기 모서리들은 인접하는 주패턴들의 두 개이상의 모서리와 대면하여 배치되어 있다. 이때 배치되는 보조패턴(30f)은 삼각형으로 형성한다. 이때 주패턴(2)에 대한 보조패턴(30f)의 위치는 다음과 같이 결정한다. 즉 주패턴(2)의 모서리(T1)와 모서리(T2)로부터 주패턴(2)의 수직 및 수평 연장선을 긋고, 그 연장선이 만나는 지점(P1)으로부터, 주패턴(2)의 수평연장선과 45±10도 또는 135±10도의 각을 갖도록 연장선을 그어, 그 연장선상에 보조패턴(30f)의 모서리(P2)가 위치하도록 배치한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 광학근접보상 마스크는, 모서리 왜곡 에러(corner rounding error)를 현저하게 개선하는 효과가 있으며, 보조패턴의 수가 줄어들기 때문에 마스크 패턴 데이터량이 감소되는 효과가 있고, 주패턴간의 거리가 좁은 경우에도 해상도를 떨어뜨리지 않고 보조패턴을 형성할 수 있어 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

마스크 원판과;

상기 마스크 원판위에 형성된 주패턴과;

상기 주패턴의 수평연장선상으로부터 45도±10도 또는 135±10도 방향에 모서리가 위치하며 주패턴의 외변과 접하지 않도록 형성되고 상기 주패턴과 동일한 진폭과 위상을 갖는 미세 보조 패턴;으로 구성된 반도체용 마스크.
제1항에 있어서, 상기 주패턴의 모서리와 보조패턴의 모시리가 서로 이격하여 형성된 반도체용 마스크.
제2항에 있어서, 상기 주패턴 모서리와 상기 미세 보조패턴 모서리의 이격거리는 0 ~ SCDmy(인접하는 주패턴간의 수직방향 최소 이격거리)/2의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 반도체용 마스크.
제1항에 있어서, 상기 미세 보조패턴의 최대 크기는 노광파장에 대해, 반도체 기판위에 해상되지 않는 선폭을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체용 마스크.
제1항에 있어서, 상기 미세 보조패턴은 직각 삼각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체용 마스크.
제3항에 있어서, 상기 주패턴간의 거리가 가까워서, 상기 주패턴과 상기 보조패턴의 이격거리의 범위가 서로 겹치는 경우, 인접하는 주패턴들로부터 45±10도 또는 135±10도의 방향으로 연장선을 교차시켜 그 중심점에 상기 보조패턴을 단일화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체용 마스크.
제1항에 있어서, 모서리각이 90도가 아닌 주패턴간의 모서리가 서로 인접하여 형성될 때, 보조패턴의 형상은 직각 삼각형인 것을 특징으로 하는 반도체용 마스크.