KR20110077956A - 패턴의 임계치수 불균일을 개선한 포토마스크 - Google Patents

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Abstract

패턴의 임계치수 불균일을 개선한 포토마스크를 개시한다. 포토마스크는, 일정 크기로 반복되며 반도체기판의 셀 어레이 영역으로 투사될 메인 패턴들, 및 메인 패턴이 배열된 영역의 외곽에 배치되며, 노광 장비의 한계 해상력 이하의 크기를 갖는 보조 패턴들을 포함하여 이루어진다.
포토마스크, CD 균일도, 보조 패턴, 최외곽

Description

패턴의 임계치수 불균일을 개선한 포토마스크{Photomask capable of improving nonuniformity of pattern CD}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로, 특히 패턴의 임계치수(Critical Demension; CD)를 균일하게 할 수 있는 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에는 반도체기판 상부에 소자들을 형성하기 위해 다수의 포토리소그라피(photo lithography) 공정이 필수적이다. 더욱이 고집적 반도체회로를 형성하기 위해서는 미세한 패턴을 갖는 포토마스크(photo mask)가 요구되며, 이 패턴에는 결함이 없어야 한다. 반도체 소자의 고집적화에 따라 요구되는 패턴의 임계 선폭(CD)은 이미 노광 장비의 해상도의 한계에 이르렀다. 이러한 상황에서 포토마스크의 CD 균일도(uniformity)는 매우 중요하게 대두되고 있다.
포토리소그라피에 이용되는 포토마스크를 제조하기 위해서는 전자빔 리소그라피(electron beam lithography)를 이용하여 다음과 같은 일련의 공정을 진행하는 것이 일반적이다. 우선, 석영이나 유리 등의 투명한 재질로 된 마스크기판 상부에 차광막과 전자빔 레지스트를 순차적으로 형성한 다음, 노광 장치를 이용하여 전자빔 레지스트에 원하는 패턴대로 전자빔을 노광한다. 그리고, 현상 장치를 이용하여 노광된 전자빔 레지스트를 현상한 다음, 원하는 패턴대로 형성된 전자빔 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 식각하여 차광막 패턴을 형성하고, 전자빔 레지스트 패턴을 제거함으로써 포토마스크를 완성한다.
이렇게 제조된 포토마스크는 제조 공정상의 여러 가지 원인에 의하여 목표로 하는 패턴의 선폭(CD)과는 다른 선폭을 가진 패턴이 형성되어 선폭의 균일성이 감소되는 문제가 있다. 특히 메모리 셀이 밀집되어 배열되는 셀 어레이 영역의 경우, 메모리 셀이 밀집되어 있는 중심부와 가장자리에서 패턴의 밀도 차이로 인해 전자빔의 근접효과에 따른 CD 차이가 수 nm 정도로 크게 나타난다.
도 1은 반도체기판의 셀 어레이 영역에 형성되는 라인/스페이스 패턴이 배열된 포토마스크 영역을 나타내 보인 레이아웃도이고, 도 2는 컨택홀 패턴이 배열된 포토마스크 영역을 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체기판의 셀 어레이 영역에 대응하는 포토마스크의 영역(100, 200)에는 다수 개의 라인/스페이스 패턴(110)들과, 다수 개의 컨택홀 패턴(210)들이 규칙적으로 배열되어 있다. 그런데, 패턴들이 밀집되어 있는 중심부와 가장자리의 경우, 주변의 패턴 밀도가 서로 다르기 때문에 전자빔 노광시 광 근접 효과가 다르게 나타나고 결과적으로 패턴의 CD가 균일하지 않게 된다. 이러한 현상은 최외곽 패턴으로부터 10 ∼ 15㎛ 안쪽으로 갈 때 1 ∼ 4㎛ 정도의 CD 차이를 나타내게 된다.
이처럼 패턴의 선폭이 변화되거나 균일도가 저하된 포토마스크를 사용하여 포토리소그라피 공정을 수행하면, 반도체기판 상에 형성되는 패턴 또한 선폭이 변 화되거나 균일도가 감소하게 되고 결과적으로 반도체 소자의 불량 원인이 되어 공정 수율을 감소시킴으로써 제조 단가를 상승시킨다.
포토마스크의 패턴 CD 균일도를 개선하기 위한 방법으로 여러 가지가 있으나, 특히 포토마스크의 제조에 관한 것으로는 전자빔의 조사 횟수, 식각 방법, 전자빔의 에너지를 특정한 영역별로 나누어 차광막 패턴에 변화를 주는 방법 등이 주로 사용되고 있다. 물론 이러한 방법들은 함께 사용하는 것이 일반적이지만, 제조상의 어려움이 많고 장비의 성능 및 형태별로 큰 차이가 난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀 어레이의 중심부와 가장자리에서의 패턴 선폭의 균일도를 향상시킬 수 있는 포토마스크를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토마스크는, 일정 크기로 반복되며 반도체기판의 셀 어레이 영역으로 투사될 메인 패턴들, 및 상기 메인 패턴이 배열된 영역의 외곽에 배치되며, 노광 장비의 한계 해상력 이하의 크기를 갖는 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 패턴들은 상기 메인 패턴과 동일한 형상을 갖는 패턴일 수 있다.
상기 메인 패턴들은 라인/스페이스 패턴 또는 홀 패턴일 수 있다.
상기 보조 패턴은 최외곽에 배치된 메인 패턴으로부터 15㎛의 범위에 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 포토마스크에 따르면, 셀 어레이 영역에 대응하는 포토마스크 영역의 외곽에 노광 장비의 한계 해상력 이하의 보조 패턴을 배치함으로써 패턴 밀집된 중심부와 외곽에서의 패턴 밀도의 차이로 인한 패턴 CD의 불균일을 해소할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 3a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 포토마스크를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
도 3a는 반도체기판의 셀 어레이 영역으로 전사되는 라인/스페이스 패턴이 배열된 포토마스크를 나타내 보인 레이아웃도이고, 도 3b는 도 3a에 대한 A-A' 방향의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체기판의 셀 어레이 영역에 대응하는 마스크 기판의 영역(300)에 다수 개의 라인/스페이스 타입의 메인(main) 패턴(310)들이 배열되고, 상기 영역(300)의 외곽에 서브 레졸루션 보조 패턴(Sub Resolution Assist Feature; SRAF)(320)들이 배열된다. 상기 보조 패턴(320)은 메인 패턴(310)과 같은 형태를 가지며 메인 패턴(310)의 배열과 동일한 방향으로 배열될 수 있다.
도 4a는 반도체기판의 셀 어레이 영역으로 전사되는 컨택홀 패턴이 배열된 포토마스크를 나타내 보인 레이아웃도이고, 도 4b는 도 4a에 대한 B-B' 방향의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 반도체기판의 셀 어레이 영역에 대응하는 포토마스크 기판의 영역(400)에 다수 개의 홀 타입 메인 패턴(410)들이 규칙적으로 배열되고, 상기 영역(400)의 외곽에 서브 레졸루션 보조 패턴(SRAF)(420)이 배열된다.
본 발명의 상기 보조 패턴들(320, 420)은 노광 장비의 한계 해상력 이하의 크기를 갖는 패턴으로, 노광 단계에서 포토레지스트에는 실제로 전사되지 않아 반도체기판으로 전사되지 않는다. 또한, 도 3b 및 도 4b에 도시된 것처럼 투명한 기판 상에 형성된 크롬(Cr) 등의 광차단막 패턴일 수 있으며, 또는 투명한 기판 상에 몰리브덴실리나이트라이드(MoSiN) 등으로 이루어진 위상반전막과 크롬(Cr) 등의 광차단막이 차례로 적층, 패터닝된 구조일 수 있다.
상기 보조 패턴들(320, 420)은 반도체기판의 셀 어레이 영역의 외곽으로 전사되는 메인 패턴 주변의 주변 노광 환경, 즉 패턴 밀도를 셀 어레이 영역의 중심부에 전사되는 패턴들과 동일하게 하여 마스크 노광 과정에서 발생하는 전자빔의 광 근접 효과의 차이에 방지하여 마스크 패턴의 CD 불균일을 해소하는 역할을 한다.
상기 보조 패턴들(320, 420)은 셀 영역으로 전사되는 최외곽 패턴의 가장자리로부터 15㎛ 정도까지 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 셀 어레이 영역으로 전사되는 패턴의 외곽에 노광 장비의 한계 해상력 이하의 크기를 갖는 보조 패턴을 배치할 경우, 최외곽 패턴으로부터 중심부로 10 ∼ 15㎛ 들어가도 CD 차이가 0.5nm 이하로 나타나게 된다. 이는 종래의 1 ∼ 4nm에 비해 CD 균일도가 크게 개선된 것임을 나타낸다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 셀 어레이 영역으로 전사될 라인/스페이스 패턴이 배열된 것을 보여주는 포토마스크의 레이아웃도이다.
도 2는 셀 어레이 영역으로 전사될 컨택홀 패턴이 배열된 것을 보여주는 포토마스크의 레이아웃도이다.
도 3a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 포토마스크를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.

Claims (4)

  1. 일정 크기로 반복되며 반도체기판의 셀 어레이 영역으로 투사될 메인 패턴들; 및
    상기 메인 패턴이 배열된 영역의 외곽에 배치되며, 노광 장비의 한계 해상력 이하의 크기를 갖는 보조 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 패턴들은 상기 메인 패턴과 동일한 형상을 갖는 패턴인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 패턴들은 라인/스페이스 패턴 또는 홀 패턴인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 패턴은 최외곽에 배치된 메인 패턴으로부터 15㎛의 범위에 배치된 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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