KR20060077770A - Photo mask with assist pattern - Google Patents

Abstract

본 발명은 보조 패턴을 갖는 포토 마스크에 관한 것으로서, 특히 서로 마주보는 미러 구조의 홀 패턴을 갖는 포토 마스크에서 홀 패턴의 상, 하 부분에 대해 일정 간격을 두고 추가 삽입된 보조 패턴을 더 포함한다. 그러므로 본 발명은 노광 장치의 코마 Y 수차로 인한 홀 패턴의 임계 치수 불균일을 최소화할 수 있으며 전체 홀 패턴의 임계 치수를 균일하게 확보할 수 있다.
The present invention relates to a photo mask having an auxiliary pattern, and further includes an auxiliary pattern additionally inserted at regular intervals with respect to the upper and lower portions of the hole pattern in a photo mask having a hole pattern having a mirror structure facing each other. Therefore, the present invention can minimize the critical dimension nonuniformity of the hole pattern due to the coma Y aberration of the exposure apparatus, and can secure the critical dimension of the entire hole pattern uniformly.

포토 마스크, 홀 패턴, 보조 패턴, 임계 치수, 수차Photo mask, hole pattern, auxiliary pattern, critical dimension, aberration

Description

보조 패턴을 갖는 포토 마스크{Photo mask with assist pattern} Photo mask with assist pattern             

도 1은 노광 공정에서 발생되는 코마 수차를 나타낸 도면,1 is a view showing coma aberration generated in the exposure process,

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 홀 패턴 구조를 나타낸 레이아웃도,2 is a layout showing a hole pattern structure of a photomask according to the prior art;

도 3은 종래 기술에 의한 포토 마스크를 이용한 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 투영된 홀 패턴 이미지를 나타낸 도면,3 is a view showing a hole pattern image projected on a wafer by an exposure process using a photomask according to the prior art;

도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 의해 웨이퍼에 노광된 홀 패턴의 불량 임계 치수를 나타낸 도면,4A and 4B illustrate a defective critical dimension of a hole pattern exposed on a wafer by the prior art;

도 5는 본 발명에 따른 코마 수차를 보정하기 위한 보조 패턴을 갖는 포토 마스크의 홀 패턴 구조를 나타낸 레이아웃도,5 is a layout showing a hole pattern structure of a photo mask having an auxiliary pattern for correcting coma aberration according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 투영된 홀 패턴 이미지를 나타낸 도면,6 is a view showing a hole pattern image projected on a wafer by an exposure process using a photo mask according to the present invention;

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의해 웨이퍼에 노광된 홀 패턴의 임계 치수를 나타낸 도면.
7A and 7B illustrate critical dimensions of a hole pattern exposed on a wafer by the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 홀 패턴 110 : 에지 보조 패턴 100: hole pattern 110: edge auxiliary pattern                 

120 : 수차 보조 패턴
120: Aberration Auxiliary Pattern

본 발명은 포토리소그래피 기술에 관한 것으로서, 특히 노광 장치의 수차로 인한 영향을 최소화하여 포토 마스크의 패턴 임계 치수를 정확히 구현할 수 있는 보조 패턴을 갖는 포토 마스크에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to photolithography technology, and more particularly, to a photo mask having an auxiliary pattern capable of accurately realizing the pattern critical dimension of the photo mask by minimizing the effect of aberration of the exposure apparatus.

일반적으로 포토리소그래피 기술은 반도체 소자의 고집적화를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 웨이퍼 기판 위에 임의의 형상을 갖는 패턴을 형성하는 것이다. 즉, 웨이퍼 기판에 절연막이나 도전막 등의 패턴을 형성하여야 할 위치에 자외선, 전자빔 또는 X선 등과 같은 노광 장치의 빛을 조사하여 그 용해도가 변화하는 포토레지스트를 형성하고, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트의 소정 부위를 빛에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거함으로써 임의의 형상을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 부분을 식각 공정으로 제거하여 원하는 반도체 소자 패턴을 형성한다.In general, photolithography technology is a basic technology leading to high integration of semiconductor devices, and forms a pattern having an arbitrary shape on a wafer substrate using light. That is, by irradiating light of an exposure apparatus such as ultraviolet rays, electron beams, or X-rays to a position where a pattern such as an insulating film or a conductive film should be formed on a wafer substrate, a photoresist whose solubility is changed is formed. After exposing a predetermined portion of the resist to light, a portion having a high solubility with respect to the developer is removed to form a photoresist pattern having an arbitrary shape. A portion exposed by the photoresist pattern is removed by an etching process to form a desired semiconductor device pattern.

그런데 DRAM 또는 플래시 메모리와 같이 포토 마스크에 형성된 패턴이 동일한 형태로 반복되고 미세할 경우 노광 장치의 해상력 한계로 인한 렌즈의 수차에 의해 포토 마스크 상의 설계상 패턴이 웨이퍼 상에 동일하게 투영되지 않고 패턴의 임계 치수(CD : Critical Dimension)가 변하게 된다. However, when the pattern formed on the photo mask, such as DRAM or flash memory, is repeated and fine in the same form, the design pattern on the photo mask is not projected on the wafer equally by the aberration of the lens due to the resolution limitation of the exposure apparatus. The critical dimension (CD) changes.                         

도 1은 노광 공정에서 발생되는 노광 수차를 나타낸 도면으로서, 제르나이크 폴리노미얼(zernike polynomial)로 노광 공정에서 사용되는 코마 수차를 나타낸 것이다. 이러한 코마 수차는 X축이나 Y축 한쪽 방향으로 포토 마스크의 패턴 이미지를 쉬프트시켜 웨이퍼 상에 투영되는 패턴의 임계 치수를 변화시키거나 원하지 않은 부분이 형성되는 등의 열화 현상을 야기한다.FIG. 1 is a view illustrating exposure aberration generated in an exposure process, and shows coma aberration used in an exposure process with a zernike polynomial. This coma aberration causes a deterioration phenomenon such as shifting the pattern image of the photo mask in either the X-axis or Y-axis direction to change the critical dimension of the pattern projected on the wafer or to form an unwanted portion.

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 홀 패턴 구조를 나타낸 레이아웃도이다.2 is a layout diagram illustrating a hole pattern structure of a photomask according to the prior art.

도 2에 도시된 바와 같이, 포토 마스크의 홀 패턴(10)은 빛의 회절을 고려하여 사각형의 홀 패턴 형태를 가지며 상기 홀 패턴을 통과한 빛이 회절함에 따라 웨이퍼 상에서는 원형의 홀 패턴 형태가 얻어진다. As shown in FIG. 2, the hole pattern 10 of the photomask has a rectangular hole pattern shape in consideration of light diffraction, and a circular hole pattern shape is obtained on a wafer as light passing through the hole pattern is diffracted. Lose.

그런데 상, 하 마주보는 미러 구조 구조의 홀 패턴(10)의 경우에는 패턴 간격이 가깝기 때문에 미세 간격을 갖는 패턴 에지 부분에 보조 바(12)를 추가하여 렌즈 수차로 인한 광근접 효과를 방지하고 있다. However, in the case of the hole pattern 10 of the mirror structure facing up and down, since the pattern spacing is close, the auxiliary bar 12 is added to the pattern edge portion having the fine spacing to prevent the optical proximity effect due to lens aberration. .

하지만, 코마 Y가 있는 노광 장치에 홀 패턴을 갖는 포토 마스크를 노광할 경우 광의 쉬프트로 인해 웨이퍼 상에 노광된 상, 하의 홀 패턴의 임계 치수가 도 3과 같이 달라지게 된다. 예를 들어, 웨이퍼 상에 노광되는 어느 한 홀 패턴의 임계 치수는 93nm인데 반하여, 인접된 홀 패턴의 임계 치수는 127nm로 웨이퍼 상에 노광된 홀 패턴의 임계 치수가 불균일하게 된다.However, when exposing the photomask having the hole pattern to the exposure apparatus with coma Y, the critical dimensions of the upper and lower hole patterns exposed on the wafer are changed as shown in FIG. 3 due to the light shift. For example, the critical dimension of any hole pattern exposed on the wafer is 93 nm, whereas the critical dimension of the adjacent hole pattern is 127 nm, resulting in non-uniform critical dimensions of the hole pattern exposed on the wafer.

도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 의해 웨이퍼에 노광된 홀 패턴의 불량 임계 치수를 나타낸 도면이다. 4A and 4B are diagrams showing a defective critical dimension of a hole pattern exposed on a wafer by the prior art.                         

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 홀 패턴을 갖는 포토 마스크를 이용한 노광 공정시 노광 장치에 코마 수차가 있을 경우 웨이퍼상에 노광된 다수개의 홀 패턴들이 동일한 임계 치수를 가지지 못하기 때문에(즉, 도 4a 및 도 4b의 홀 패턴의 임계 치수가 서로 다름) 홀 패턴의 임계 치수를 정확히 구현하는데 어려움이 있었다.
As shown in FIGS. 4A and 4B, when there is coma aberration in the exposure apparatus during an exposure process using a photo mask having a hole pattern, the plurality of hole patterns exposed on the wafer do not have the same critical dimension (that is, 4A and 4B have different critical dimensions of the hole pattern), it is difficult to accurately implement the critical dimension of the hole pattern.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 서로 인접된 홀 패턴들 중에서 서로 마주보는 미러 구조 홀 패턴의 상, 하 부분에 보조 패턴을 추가함으로써 노광 장치의 코마 Y 수차로 인한 홀 패턴의 임계 치수 불균일을 최소화할 수 있는 보조 패턴을 갖는 포토 마스크를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to add a secondary pattern to the upper and lower portions of a mirror structure hole pattern facing each other among adjacent hole patterns in order to solve the problems of the prior art as described above. It is to provide a photo mask having an auxiliary pattern that can minimize the critical dimension non-uniformity of the pattern.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 마주보는 미러 구조의 홀 패턴을 갖는 포토 마스크에 있어서, 포토 마스크의 홀 패턴의 상, 하 부분에 대해 일정 간격을 두고 추가 삽입된 보조 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a photomask having a hole pattern of a mirror structure facing each other, further comprising an auxiliary pattern additionally inserted at regular intervals with respect to the upper and lower portions of the hole pattern of the photomask. It features.

여기서, 상기 보조 패턴은 사각형, 원형, 삼각형, 또는 오각형 이상의 다각형인 것을 특징으로 한다.
Here, the auxiliary pattern is a polygon, a circle, a triangle, or a pentagon or more polygons.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명에 따른 코마 수차를 보정하기 위한 보조 패턴을 갖는 포토 마스크의 홀 패턴 구조를 나타낸 레이아웃도이다.5 is a layout diagram illustrating a hole pattern structure of a photomask having an auxiliary pattern for correcting coma aberration according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 포토 마스크의 홀 패턴(100)은 빛의 회절을 고려하여 사각형의 홀 패턴 형태를 가지며 상기 홀 패턴을 통과한 빛이 회절함에 따라 웨이퍼 상에서는 원형의 홀 패턴 형태가 얻어진다. As shown in FIG. 5, the hole pattern 100 of the photomask of the present invention has a rectangular hole pattern shape in consideration of light diffraction, and a circular hole pattern on a wafer as light passing through the hole pattern is diffracted. The form is obtained.

그리고 포토 마스크의 홀 패턴(100)이 상, 하 마주보는 미러 구조를 가질 경우 패턴 간격이 매우 가깝기 때문에 미세 간격을 갖는 패턴 에지 부분에 보조 바(110)를 추가하여 렌즈 수차로 인한 광근접 효과를 방지한다.In addition, when the hole pattern 100 of the photo mask has a mirror structure facing up and down, since the pattern spacing is very close, the auxiliary bar 110 is added to the pattern edge portion having the fine spacing to improve the optical proximity effect due to lens aberration. prevent.

게다가 본 발명의 홀 패턴(100)은 포토 마스크는 서로 마주보는 미러 구조 홀 패턴의 상, 하 부분에 일정 간격을 두고 추가 삽입된 보조 패턴(120)을 포함하고 있다. 이때 보조 패턴(120)은 사각형, 원형, 삼각형, 또는 오각형 이상의 다각형의 형태를 갖으며 노광 공정시 웨이퍼 상에 패터닝이 되지 않을 정도의 크기를 갖는다. 즉, 보조 패턴(120)은 포토 마스크 상에 존재하여 노광 공정 시, 패턴의 밀도를 조절하는 역할을 하는 동시에 웨이퍼 상에는 존재하지 않는 이점이 있다.In addition, the hole pattern 100 of the present invention includes an auxiliary pattern 120 additionally inserted at a predetermined interval on the upper and lower portions of the mirror structure hole pattern facing each other. In this case, the auxiliary pattern 120 may have a shape of a rectangle, a circle, a triangle, or a polygon having a pentagon shape or more, and may have a size such that patterning is not performed on the wafer during the exposure process. That is, the auxiliary pattern 120 is present on the photo mask, and serves to control the density of the pattern during the exposure process and does not exist on the wafer.

도 6은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 공정에 의해 웨이퍼 상에 투영된 홀 패턴 이미지를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a hole pattern image projected on a wafer by an exposure process using a photo mask according to the present invention.

도 6을 참조하면, 코마 Y가 있는 노광 장치에서 본 발명에 따라 홀 패턴 및 보조 패턴을 갖는 포토 마스크를 노광할 경우 포토 마스크의 미러 구조의 홀 패턴 상, 하 부분에서 광이 쉬프트되더라도 보조 패턴이 의해 상쇄되어 웨이퍼 상에 노 광되는 홀 패턴(130, 132)의 임계 치수가 균일하게 된다. 예를 들어, 웨이퍼 상에 노광되는 어느 한 홀 패턴의 임계 치수는 101nm인데 반하여, 인접된 홀 패턴의 임계 치수는 118nm이 된다. Referring to FIG. 6, when the photomask having the hole pattern and the auxiliary pattern is exposed in the exposure apparatus with the comma Y, the auxiliary pattern may be shifted even if light is shifted on and below the hole pattern of the mirror structure of the photomask. By this, the critical dimensions of the hole patterns 130 and 132 that are canceled and exposed on the wafer become uniform. For example, the critical dimension of any hole pattern exposed on the wafer is 101 nm, whereas the critical dimension of adjacent hole patterns is 118 nm.

그러므로 본 발명에 따른 포토 마스크를 사용하여 노광 공정을 진행하게 되면 웨이퍼 상에 홀 패턴의 임계 치수를 균일하게 패터닝할 수 있다.Therefore, when the exposure process is performed using the photo mask according to the present invention, it is possible to uniformly pattern the critical dimension of the hole pattern on the wafer.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의해 웨이퍼에 노광된 홀 패턴의 임계 치수를 나타낸 도면이다.7A and 7B show the critical dimensions of the hole pattern exposed on the wafer by the present invention.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 홀 패턴 및 보조 패턴을 갖는 포토 마스크를 이용한 노광 공정시 노광 장치에 코마 Y 수차가 있을 경우 포토 마스크의 보조 패턴이 코마 Y 수차에 의한 결함을 상쇄함으로써 웨이퍼 상에 노광된 다수개의 홀 패턴들이 거의 균일한 임계 치수를 가지기 때문에 반도체 소자의 홀 패턴의 임계 치수를 정확히 구현할 수 있다.As shown in FIGS. 7A and 7B, when there is coma Y aberration in the exposure apparatus during an exposure process using a photo mask having a hole pattern and an auxiliary pattern, the auxiliary pattern of the photo mask cancels out a defect due to coma Y aberration. Since the plurality of hole patterns exposed on the surface have a substantially uniform critical dimension, the critical dimension of the hole pattern of the semiconductor device can be accurately realized.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 서로 인접된 홀 패턴들 중에서 서로 마주보는 미러 구조의 홀 패턴의 상, 하 부분에 보조 패턴을 추가함으로써 노광 장치의 코마 Y 수차로 인한 홀 패턴의 임계 치수 불균일을 최소화할 수 있다. As described above, the present invention eliminates the critical dimension nonuniformity of the hole pattern due to the coma Y aberration of the exposure apparatus by adding auxiliary patterns to the upper and lower portions of the hole pattern of the mirror structure facing each other among adjacent hole patterns. It can be minimized.                     

그러므로 본 발명은 반도체 소자의 고집적화에 따라 미세화된 홀 패턴의 임계 치수를 정확하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라 전체 홀 패턴의 임계 치수를 균일하게 확보할 수 있다.Therefore, the present invention can not only accurately implement the critical dimension of the miniaturized hole pattern according to the high integration of the semiconductor device, but also ensure the critical dimension of the entire hole pattern uniformly.

Claims (2)

서로 마주보는 미러 구조의 홀 패턴을 갖는 포토 마스크에 있어서,In a photo mask having a hole pattern of a mirror structure facing each other, 상기 포토 마스크의 상기 홀 패턴의 상, 하 부분에 대해 일정 간격을 두고 추가 삽입된 보조 패턴을 더 포함한 것을 특징으로 하는 보조 패턴을 갖는 포토 마스크.And an auxiliary pattern additionally inserted at a predetermined interval with respect to upper and lower portions of the hole pattern of the photo mask. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보조 패턴은 사각형, 원형, 삼각형, 또는 오각형 이상의 다각형인 것을 특징으로 하는 보조 패턴을 갖는 포토 마스크.The auxiliary pattern is a photo mask having an auxiliary pattern, characterized in that the polygonal shape of a square, a circle, a triangle, or more than a pentagon.

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