KR20090097471A - 노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자 형성방법에 관한 것으로,

투명기판과, 상기 투명기판상에 차광패턴을 구비하되, 상기 차광패턴은 서로 같은 형태 또는 서로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴과, 상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 보조패턴을 포함하는 노광마스크를 제공함으로써 DOF 마진을 증가시켜 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법{EXPOSURE MASK AND METHOD FOR FORMING SEMICONDUCTOR DEVICE BY USING THE SAME}

도 1 내지 도 3 은 종래기술에 따른 문제점을 도시한 도면.

도 4 및 도 5 는 본 발명에 따른 노광마스크와 이를 이용하여 형성한 시뮬레이션 결과.

도 6 은 본 발명과 종래기술의 DOF 마진을 도시한 그래프.

본 발명은 반도체 소자 제조용 노광마스크 및 이를 이용하여 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 특히 초점심도 (depth of focus; DOF) 마진을 향상시킬수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

반도체 소자 또는 집적회로 소자가 고집적화됨에 따라, 소자의 특성 향상 및 공정 마진(margin)을 확보할 수 있는 해상력 개선 기술 ( Resolution Enhancement Technology ) 에 대해 많은 노력 및 연구가 수행되고 있다.

예컨대, 메모리 반도체 소자의 경우, 메모리 용량이 대용량화되고 소자를 구성하는 패턴의 임계선폭(CD)이 축소되고 있다. 이에 따라, 소자 구성을 위해 설계 된 회로도에 웨이퍼(wafer) 상에 실제 패턴으로 형성하는 노광 과정이 마이크로 리소그래피 과정에서보다 중요하게 평가되고 있다.

반도체 공정 중에는 반도체 회로도를 웨이퍼에 구현하기 위한 노광공정이 있다.

이러한 해상력 개선 기술의 하나로 비대칭 조명계를 노광 과정에 도입하고 있다. 특히, 다이폴 조명계(dipole illumination)를 도입할 경우, 라인 및 스페이스(line & space)의 회로도를 보다 미세하게 구현할 수 있는 장점을 구현할 수 있다.

한편, 반도체 소자의 제조시 게이트 또는 배선 등의 패턴을 형성하기 위해서는 포토 리소그래피 공정을 수행하여야 하고, 포토 리소그래피 공정은 패터닝된 노광마스크를 이용하여 포토레지스트막을 노광하는 것으로 이루어진다. 여기서, 노광마스크는 석영(quartz)과 같은 투명기판에 차광패턴이 형성된 것으로 이루어지며, 차광패턴은 일반적으로 크롬(Cr)으로 이루어진다.

특히, 게이트 크기는 더더욱 작아 지고 있다. 이러한 게이트의 축소로 인해 노광 공정 진행시 도 1 과 같이 노광 공정중 포커스(focus)가 조금이라도 변하게 되면 게이트가 무너지는(collapse) 현상이 자주 나타나게 되고, 그에 따른 노광 공정의 문제점이 발생된다.

이러한 게이트의 크기 축소로 인한 무너짐(collapse) 현상을 방지하기 위하여, 종래 기술에는 광근접효과 교정(OPC)를 실시하거나 도 2 및 도 3 과 같은 보조패턴(assist feature)을 사용하여 포커스 변화에 따른 무너짐(collapse) 현상을 방 지하였다.

그러나, 그 효과는 기대치 이하이며, 어떠한 경우에는 도 2 및 도 3 과 같이 보조패턴(assist feature)를 삽입하는 경우 보조패턴(assist feature)이 공정 중 반도체기판상에 구현되어 더욱더 큰 문제를 일으키는 경우가 많다. 일반적으로, 보조패턴은 필요한 크기의 메인 패턴을 형성하기 위하여 노광마스크 상에 형성한 것으로, 반도체기판상에 전사되지 않는 크기로 형성한 것이다.

따라서 게이트의 환경에 상관없이 보조패턴을 구현하는 경우는 없으며, 포커스(focus) 변화에 대하여 무너짐(collapse) 현상을 방지할 수 있는 기술을 절실히 필요로 하고 있다.

도 2 및 도 3 은 일측에 종래기술에 따라 설계된 노광마스크를 도시하고, 타측에 노광마스크의 패턴을 반도체기판상에 전사할 때 형성될 패턴의 시뮬레이션을 도시한 것으로서, 노광마스크는 게이트 사이나 게이트와 이웃하는 패턴 사이에 보조 패턴을 형성한 것이다.

도 2 는 바 타입 보조패턴( bar type assist feature )을 도시한 것으로, 보조패턴이 반도체기판상에 전사됨을 알 수 있다.

도 3 은 도트 타입 보조패턴( dot type assist feature )을 도시한 것으로, 도 3 의 도트 타입 보조패턴은 도 2 의 바 타입 보조패턴의 문제점을 극복하기 위하여 형성한 것이다. 그러나, 도 2 의 바 타입보다는 작지만 반도체기판상에 보조패턴이 전사됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 종래기술에 따른 노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법은,

DOF 마진을 향상시키기 위하여 보조패턴을 형성하여도 충분한 효과를 거두지 못하므로 반도체소자의 고집적화를 어렵게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 차광패턴을 보조패턴으로 제공함으로써 DOF 마진을 향상시켜 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노광마스크는,

투명기판과,

상기 투명기판상에 차광패턴을 구비하되,

상기 차광패턴은 서로 같은 형태 또는 서로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴과,

상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 보조패턴을 포함하는 것과,

상기 제1 패턴 및 제2 패턴은 각각 라인패턴이나 섬패턴 중에서 한가지인 것과,

상기 노광마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전마스크 중에서 한가지인 것과,

상기 노광마스크는 비대칭 조명계를 사용하는 리소그래피 공정에 사용하는 것과,

상기 노광마스크는 다이폴 조명계를 사용하는 리소그래피 공정에 사용하는 것을 제1 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은,

반도체기판 상부에 피식각층을 형성하는 공정과,

투명기판과, 상기 투명기판상에 차광패턴을 구비하되, 상기 차광패턴은 서로 같은 형태 또는 서로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴과, 상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 보조패턴을 포함하는 노광마스크를 이용하여 상기 피식각층 상부에 감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 감광막패턴을 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하는 공정을 포함하는 것과,

상기 노광마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전마스크 중 한가지인 것과,

상기 노광마스크를 이용한 감광막패턴 형성공정은 비대칭 조명계를 이용하여 실시하는 것과,

상기 피식각층 상부의 상기 감광막패턴을 제거하여 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 원리는 다음과 같다.

본 발명은 비대칭 조명계를 사용하는 노광마스크에 서로 같은 형태 또는 서 로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴을 형성하되, 상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 차광패턴을 포함하는 노광마스크를 제공함으로써 DOF 마진을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 비대칭 조명계는 다이폴 조명계, 쿼도로폴 조명계, 크로스폴 조명계 또는 퀘이샤 ( quasar ) 등을 포함하는 비대칭 조명계 중에서 한 가지를 사용할 수 있다.

그리고, 상기 제1 패턴과 제2 패턴은 각각 라인패턴 또는 섬패턴 중 한가지이고, 상기 제1 패턴과 제2 패턴은 각각 도전배선 또는 패드 중 한가지로 형성한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 여기에 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공된 것으로서, 명세서 전체에 걸쳐 동일하게 기술된 참조 번호들은 동일한 구성요소를 도시한다.

도 4 내지 도 6 은 본 발명을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4 는 본 발명에 따른 노광마스크(100)를 도시한 평면도로서, 일측의 ⓐ 부분을 타측에 확대 도시한 것이다. 여기서, 투명기판(105)상에 도시된 것은 차광패턴들이다.

도 4 를 참조하면, 투명기판(105) 상부에 라인 형태의 제1 패턴(110)과 제2 패턴(120)이 평행하게 형성되고, 제1 패턴(110)과 제2 패턴(120) 사이에 제1 도트패턴(150)을 구비한 차광패턴이 형성된다.

여기서, 제2 패턴(120)에 이웃하는 제2 이웃패턴(140)은 제1 패턴(110)에 이웃하는 제1 이웃패턴(130)의 크기보다 크게 형성되므로 제2 패턴(120)의 선폭을 제1 패턴(110)의 선폭보다 크게 형성한다.

그리고, 제2 패턴(120)과 제2 이웃패턴(140) 사이에 제2 도트패턴(160)을 형성한다.

한편, 제1 도트패턴(150)은 제1 패턴(110)과 제2 패턴(120) 사이에 두 개의 라인형태로 배열되어 서로 엇갈리게 형성됨으로써 노광공정시 DOF 마진을 향상시킨다.

그리고, 제2 도트패턴(160)은 제2 패턴(120)과 제2 이웃패턴(140) 사이에 두 개의 라인형태로 배열되어 서로 엇갈리게 형성됨으로써 노광공정시 DOF 마진을 향상시킨다.

도 5 는 도 4 의 노광마스크를 이용한 리소그래피 공정으로 반도체기판상에 형성될 패턴의 시뮬레이션을 도시한 평면도로서, 도 4 의 노광마스크에 설계된 제1 및 제2 도트패턴(150,160)이 반도체기판상에 전사되지 않았음을 알 수 있다.

도 6 은 종래기술들과 본 발명에 따른 노광마스크의 DOF 마진을 비교 도시한 그래프로서, 보조패턴이 없는 경우 DOF 마진이 가장 작음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 도 4의 노광마스크와 같은 엇갈리는 형태의 도트패턴(150,160) 타입의 보조패턴이 형성된 경우 DOF 마진이 향상됨을 알 수 있다.

여기서, 라인패턴 타입과 라인형태의 도트패턴 타입은 본 발명에 따른 엇갈이는 도트패턴(150,160) 타입보다 DOF 마진이 작음을 알 수 있다.

본 발명에 따라 형성된 도 4 의 노광마스크(100)를 이용한 반도체소자의 형성방법을 설명하면 다음과 같다.

1. 반도체기판 상에 피식각층을 형성한다.

여기서, 피식각층 상부에 하드마스크층 및 식각방지막의 적층구조나 하드마스크층의 단일구조를 형성할 수도 있다.

2. 도 4 의 노광마스크를 이용한 리소그래피 공정으로 피식각층 상부에 감광막패턴을 형성한다. 이때, 감광막패턴은 도 4 의 노광마스크(100)와 같이 제1 패턴, 제2 패턴, 제1 이웃패턴 및 제2 이웃패턴을 형성한 것이다.

이때, 리소그래피 공정의 노광 공정은 비대칭 조명계를 이용하여 실시한 것이다.

3. 감광막패턴을 마스크로 하여 반도체기판을 노출시키도록 반도체기판상의 피식각층을 식각함으로써 피식각층 패턴을 형성한다. 이때, 감광막패턴이 남는 경우 감광막패턴의 제거 공정을 실시한다.

여기서, 피식각층 패턴은 라인패턴 또는 섬패턴으로서, 각각 도전배선 또는 패드 중 한가지로 형성한 것이다.

본 발명에 따른 노광마스크 및 이를 이용한 반도체소자 형성방법은,

서로 같은 형태 또는 서로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 두 개 의 라인형태로 배열되어 서로 엇갈리게 형성된 보조패턴이 구비된 노광마스크를 제공함으로써 노광공정시 DOF 마진을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

1. 투명기판과,

   상기 투명기판상에 차광패턴을 구비하되,

   상기 차광패턴은 서로 같은 형태 또는 서로 다른 형태의 제1 패턴 및 제2 패턴과,

   상기 제1 패턴 및 제2 패턴 사이에 도트패턴이 두 개의 라인형태로 서로 엇갈리게 배열된 보조패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 제1 패턴 및 제2 패턴은 각각 라인패턴이나 섬패턴 중에서 한가지인 것을 특징으로 하는 노광마스크.
3. 청구항 1 에 있어서,

   상기 노광마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전마스크 중에서 한가지인 것을 특징으로 하는 노광마스크.
4. 청구항 1 에 있어서,

   상기 노광마스크는 비대칭 조명계를 사용하는 리소그래피 공정에 사용하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
5. 청구항 1 에 있어서,

   상기 노광마스크는 다이폴 조명계를 사용하는 리소그래피 공정에 사용하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
6. 반도체기판 상부에 피식각층을 형성하는 공정과,

   청구항 1 항의 노광마스크를 이용하여 상기 피식각층 상부에 감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 감광막패턴을 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.
7. 청구항 6 에 있어서,

   상기 노광마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전마스크 중 한가지인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.
8. 청구항 6 에 있어서,

   상기 노광마스크를 이용한 감광막패턴 형성공정은 비대칭 조명계를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.
9. 청구항 6 에 있어서,

   상기 피식각층 상부의 상기 감광막패턴을 제거하여 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.

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