KR20080029490A - 보조패턴을 구비하는 포토마스크 - Google Patents

보조패턴을 구비하는 포토마스크 Download PDF

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KR20080029490A
KR20080029490A KR1020060095710A KR20060095710A KR20080029490A KR 20080029490 A KR20080029490 A KR 20080029490A KR 1020060095710 A KR1020060095710 A KR 1020060095710A KR 20060095710 A KR20060095710 A KR 20060095710A KR 20080029490 A KR20080029490 A KR 20080029490A
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남병호
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

본 발명에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크는 투명기판상에 메인패턴을 배치하고, 메인패턴 주변의 사방면으로 상호 대칭되게 적어도 8개 이상의 보조패턴들을 배치한다,
콘택 홀 , 메인패턴, 보조패턴, 포토마스크

Description

보조패턴을 구비하는 포토마스크{Photo mask having assist pattern}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크의 단면도들이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로, 특히 메인패턴 주변에 보조패턴을 구비하는 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 포토리소그래피 과정 중에 웨이퍼 상으로 전사될 패턴이 그려진 포토마스크가 사용되고 있다. 포토마스크는 반도체 소자를 구성하는 회로 및 설계 패턴들이 그려져 노광 과정에서 웨이퍼로 패턴을 전사하는 역할을 한다.
일반적으로 포토마스크 상에 메인패턴을 형성하기 위해서는, 석영과 같은 투명 기판 상에 광차단막 및 위상 반전막을 형성한 다음 패터닝하여 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 메인패턴(main pattern)을 형성한다. 그러나 반도체 소자의 집적 도가 증가됨에 따라 위상 반전형 포토마스크를 형성하는 경우, 회절 효율이 낮아 1/2 파장보다 큰 홀 패턴은 형성이 가능하나 그 이하의 미세 패턴은 형성이 불가능하다. 메인패턴은 웨이퍼 상에 콘택 홀(contact hole)과 같은 홀 형태를 설정하는 패턴으로 형성한다. 그러나 디램(DRAM)이나 플래시(Flash) 메모리 또는 논리 회로(ASIC)와 같은 반도체 소자의 경우, 상기 메인패턴은 셀 영역과 같은 패턴 밀도가 상대적으로 높은 영역에서, 상호간의 간격이 좁은 밀집 패턴으로 배치될 수 있으며, 주변 영역과 같은 패턴 밀도가 상대적으로 낮은 영역에서는 고립 패턴으로 배치될 수 있다. 이러한 패턴 밀도의 차이에 따라 영역별로 노광 환경이 달라질 수 있다. 즉, 로딩 효과의 차이 등이 발생 될 수 있으며, 영역별로 노광 분포가 달라져 이에 따른 노광 불량이 발생 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 메인패턴 주위에 8개 이상의 보조패턴을 배치하여 회절 효율을 개선하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크는, 투명기판; 상기 투명기판에 배치되는 메인패턴; 및 상기 메인패턴 주변의 사방면으로 상호 대칭되게 배치되는 적어도 8개 이상의 보조패턴들을 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패턴의 갯수는 8개 또는 12개일 수 있다.
상기 보조패턴들은 상기 메인패턴 주변의 사방면에서 열(列)을 이루며 배치된 것이 바람직하다.
상기 보조패턴은 노광시 웨이퍼 상에 실제로 구현되지 않는 크기인 것이 바람직하다.
상기 메인패턴과 보조패턴의 간격은 노광원의 1/6 파장 내지 노광원의 파장 정도인 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크는, 투명기판; 상기 투명기판에 열(列)을 이루며 배치되는 적어도 둘 이상의 메인패턴들; 및 상기 메이패턴들의 열(列) 주위의 사방면으로 상호 대칭되게 배치되는 적어도 12개 이상의 보조패턴들을 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 보조패턴들은 상기 메인패턴이 이루는 열(列) 주위의 사방면에서 열(列)을 이루며 배치될 수 있다.
상기 보조패턴들은 노광시 웨이퍼 상에 실제로 구현되지 않는 크기인 것이 바람직하다.
상기 메인패턴과 보조패턴의 간격은 노광원의 1/6 파장 내지 노광원의 파장 정도인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분 에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에서는, 웨이퍼 상에 예컨데 홀 형상을 전사하고자 하는 메인패턴의 주변에 보조패턴을 도입한다. 변형 조명계를 이용하여 노광을 수행할 때 보조패턴 형상으로부터 회절된 광의 상호 작용 또는 간섭에 의해 메인패턴의 형상이 보다 정밀하게 웨이퍼 상으로 전사되도록 할 수 있다. 보조패턴은 홀의 형상을 전사하도록 설계된 메인패턴의 형상과 동일하거나 또는 대등한 형상의 패턴으로 도입될 수 있으나, 실제 웨이퍼 상으로 전사되지 않을 정도의 크기로 형성된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크의 단면도들이다..
본 발명에 따른 포토마스크는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(100) 상에 메인패턴(main pattern)(110)이 배치된다. 이때, 메인패턴(110)은 웨이퍼 상에 콘택 홀(contact hole) 등과 같은 홀 패턴을 구현하기 위한 패턴으로 이해될 수 있다. 메인패턴(110)은 밀집 패턴(dense pattern) 및 고립 패턴(isolated pattern)들로 형성될 수 있다. 디램(DRAM) 소자의 경우 고립 패턴은 주변 영역(peripheral region)의 콘택 홀 형성을 위한 것으로 이해될 수 있으며, 밀집 패턴은 셀 영역의 콘택 홀 형성을 위한 것으로 이해될 수 있다.
메인패턴(110) 주위에 적어도 8개 이상의 보조패턴(assist pattern)(120)들이 배치된다. 보조패턴(120)은 실질적으로 노광 과정에서 실제 패턴으로 전사되지 않아야 한다. 보조패턴(120)은 웨이퍼 상으로의 전사되지 않을 정도의 작은 크기의 패턴으로 형성된다.
도 1b를 참조하면, 투명 기판 (101) 상에 홀 패턴 형성을 위한 메인패턴(111)이 배치된다. 메인패턴(111) 주변에 8개의 보조패턴(121)이 상호 대칭이 되도록 배치된다. 보조패턴(121)은 메인패턴(111) 형상과 대등하거나 동일한 형상의 패턴으로 형성될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 투면 기판(102) 상에 홀 패턴 형성을 위한 적어도 둘 이상의 메인패턴(112)이 열(列)을 이루며 배치된다. 메인패턴(112)이 이루는 열(列) 주변의 사방면에 8개 또는 12개 이상의 보조패턴(122)들이 열(列)을 이루며 배치된다. 메인패턴(112)의 크기가 작아져도 회절 효율을 높여 1/3 파장까지 또는 그 이하의 홀 패턴을 형성할 수 있다. 보조패턴(122)들은 메인패턴(112)의 주변에 다수의 열로 반복하게 배치할 수 있다, 보조패턴(122)들은 하나의 행으로 일렬 배치되게 형성할 수 있다. 보조패턴(122)들은 메인패턴(112) 주위에 종횡으로 다수의 열로 배치될 수 있다. 즉, 보조패턴(122)들을 배치하여 메인 홀 패턴의 결상 능력을 50% 로 개선하고, 한계 해상력을 증가시킨다.
보조패턴(122)들을 고립 패턴 주변에 배치시킴으로써, 고립 패턴과 밀집 패턴이 변형 조명계를 사용하는 한 번의 노광에 의해서 웨이퍼 상으로 전사될 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 2개의 별도의 포토마스크들을 각각 고립 패턴과 밀집 패턴을 구비하도록 마련하는 과정 및 별도의 2차례의 노광 과정들을 생략할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보조패턴을 구비하는 포토마스크를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
이와 같은 본 발명에 따른 포토마스크를 이용한 패턴 형성방법은, 도 2를 참조하면, 반도체 기판 (200) 상에 층간 절연막(210)을 형성한다. 도면에 상세하게 도시되지는 않았지만, 디램(Dynimic Random Access Memory)과 같은 메모리 소자의 경우, 반도체 기판(200)의 활성 영역에 게이트 전극이 배치되고, 반도체 기판 내부에는 도전형 불순물이 주입된 소스/드레인 영역이 형성되어 있다. 층간 절연막(210) 상에 레지스트막(220)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 메인패턴(112) 및 보조패턴(122)을 구비한 포토마스크를 이용한 노광을 수행하여 레지스트막(220) 일부분의 용해도를 변화시켜 레지스트막(221)에 메인패턴(112)을 전사시킨다. 상기 포토마스크 상에 배치된 메인패턴(112)은 레지스트막(220)에 전사되나, 메인패턴(112) 주변에 배치된 보조패턴(122)은 레지스트막(220)에 전사되지 않는다. 즉, 보조패턴(122)으로 부터 회절된 광이 메인패턴(112)에 의해 레지스트막(220) 패턴이 반도체 기판 상에 형성되도록 유도하여 레지스트막(220) 패턴의 결상 능력을 개선한다.
한편, 노광 시 i-라인(i-line) 장비나 krF 광원 장비, ArF 광원 장비, 이멀젼(immersion) ArF 광원 장비 또는 EUV 장비 등을 이용할 수 있다. 또한 스테퍼(stepper) 방식의 노광 장비나 스캐너(scanner) 방식의 노광 장비를 이용할 수 도 있다.
또한 , 메인패턴(112)과 보조패턴(122) 사이의 간격은 노광원의 파장에 비해 대략 1/6 정도 파장 내지 노광원의 파장 정도로 설정될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크는 1배, 2배, 4배, 5배, 6배, 및 10배 축소 노광에 사용 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 메인패턴이 전사된 레지스트막(220)에 현상 공정을 수행하여 용해도가 변화되거나 또는 변화되지 않은 부분을 제거함으로써, 층간 절연막(210)의 일부 표면을 노출시키는 레지스트막 패턴(221)을 형성한다. 상기 레지스트막 패턴(221)은 반도체 기판을 노출시키는 홀 형성을 위한 패턴으로 이해될 수 있다.
도 5를 참조하면, 레지스트막 패턴(221)을 식각 마스크로 층간 절연막(210)을 식각하여 홀 패턴을 형성한 후 레지스트막 패턴(221)을 통상의 스트립공정을 이용하여 제거하여 반도체 기판과 후속 비트 라인(미도시)을 연결하는 연결 콘택(230)을 형성한다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크 및 이를 이용한 패턴 형성방법은, 메인패턴 주변에 보조패턴을 배치하여 웨이퍼 상에 구현되는 메인패턴의 크기를 조절하고, 보조패턴으로부터 회절된 광이 메인패턴에 의한 홀 패턴이 웨이퍼 상에 형성되도록 유도하여 메인패턴의 효절 효율을 개선하고 한계 해상력을 증가시킨다.

Claims (9)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판에 배치되는 메인패턴; 및
    상기 메인패턴 주변의 사방면으로 상호 대칭되게 배치되는 적어도 8개 이상의 보조패턴들을 구비하는 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조패턴의 갯수는 8개 또는 12개인 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조패턴들은 상기 메인패턴 주변의 사방면에서 열(列)을 이루며 배치된 것을 툭징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조패턴은 노광시 웨이퍼 상에 실제로 구현되지 않는 크기인 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인패턴과 보조패턴의 간격은 노광원의 1/6 파장 내지 노광원의 파장 정도인 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  6. 투명기판;
    상기 투명기판에 열(列)을 이루며 배치되는 적어도 둘 이상의 메인패턴들; 및
    상기 메이패턴들의 열(列) 주위의 사방면으로 상호 대칭되게 배치되는 적어도 12개 이상의 보조패턴들을 구비하는 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보조패턴들은 상기 메인패턴이 이루는 열(列) 주위의 사방면에서 열(列)을 이루며 배치된 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 보조패턴들은 노광시 웨이퍼 상에 실제로 구현되지 않는 크기인 것을 특징으로 하는 보조패턴을 구비하는 포토마스크.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 메인패턴과 보조패턴의 간격은 노광원의 1/6 파장 내지 노광원의 파장 정도인 것을 특징으로 하는보조패턴을 구비하는 포토마스크.
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CN106154757A (zh) * 2015-04-13 2016-11-23 华邦电子股份有限公司 掩模组

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