KR0123853B1 - 투영 노광 방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

마스크의 차광 패턴층 사이에서 발생하는 회절광의 회절각도를 줄여서 해상도를 높이는 투영 노광 방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명은 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 광원으로부터 조사되고 상기 마스크를 통과한 회절광의 회절각도를 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이용하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다. 또한 본 발명의 해상도 개선 마스크는 투명한 기판과 상기 기판에 규칙적으로 형성되어 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 반사막 패턴과 투과막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 투영 광학계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 웨이퍼에 이미지를 형성하는 광의 정보량을 크게 하기 때문에 해상도를 향상시킬 수 있다.

Description

투영 노광 방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법

제1도는 종래의 투영 노광 방식의 노광 방법을 설명하기 위한 도면이다.

제2도 및 제3도는 종래의 투영 노광 방법에서 마스크의 피치에 따른 회절광의 회절각도를 설명하기 위한 도면들이다.

제4도는 본 발명의 해상도 개선 마스크의 일례를 사용한 투명 노광 방법의 실시예1을 도시한 도면이다.

제5도는 본 발명의 해상도 개선 마스크의 다른 일례를 사용한 투명 노광 방법의 실시예2를 도시한 도면이다.

제6도는 상기 제4도에 도시한 해상도 개선 마스크에 의한 회절광의 회절각도를 설명하기 위한 도면이다.

제7도 내지 제10도는 본 발명의 해상도 개선 마스크의 사용에 따라 해상도가 개선되는 원리를 설명한 도면들이다.

제11a도 내지 d도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예1을 설명하기 위한 도면들이다.

제12a도 내지 d도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예2를 설명하기 위한 도면들이다.

제13a도 내지 c도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예3을 설명하기 위한 도면들이다.

제14a도 내지 c도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예4를 설명하기 위한 도면들이다.

제15a도 내지 d도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예5를 설명하기 위한 도면들이다.

제16a도 내지 e도는 본 발명의 해상도 개선 마스크 제조방법의 실시예6을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명은 리소그래피(Lithography) 기술에 관한 것으로, 특히 마스크의 차광 패턴층 사이에서 발생하는 회절광의 회절각도를 줄여서 해상도를 높이는 투영 노광 방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치의 각종 패턴은 포토 리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토 리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막이나 도전막등, 패턴을 형성하여야 할 막위에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정부위를 노광시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극등 각종 패턴을 형성한다.

그리고 상술한 노광에 사용되는 노광 장치는 상기 패턴형성에 중요한 장치로서, 노광 방식에 따라 밀착(Contact) 노광 방식, 근사(Proximity) 노광 방식, 반사식 투영 노광 방식, 축소 투영 노광 방식 등이 있다. 상기 노광 장치 가운데 축소 투영 노광 방식은 미국의 GCA사, 일본의 NIKON사 및 일본의 CANNON사로부터 발매되고 있는 스테퍼(Stepper)가 주종을 이루고 있으며, 최근에 가장 높은 해상도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

한편 광학적인 투영 노광 방식의 해상도(R : 분해능)와 촛점심도(DOF : Depth of Focus)는 다음의 레이레이 식(Rayleigh's equation)으로 제한받는 것으로 잘 알려져 있다.

이때, k₁및 k₂는 조명계의 코히어런스 팩터(coherence factor : 조명계렌즈의 개구수(NA)를 투영 광학계의 개구수(NA)로 나눈 값;σ)인 공정능력 변수(process factors)로 대개 0.5-0.8정도인 것으로 알려져 있다. 코히어런스 팩터가 0이 아닌 경우 해상도가 공정능력에 크게 영향을 받기 때문에 k₁및 k₂의 값을 정확히 알 수는 없다.

여기서 상술한 레이레이 식{R=K₁×(λ/NA)}을 다시 인용하여 보면, 투영 광학계를 통과한 이미지의 해상도(R:분해능)와 촛점심도(DOF:Depth of Focus)는 광의 파장(exposure wavelength:λ)에 비례하고 렌즈의 개구수(numerical aperture:NA)에 반비례하며, 상기 개구수는 제1도에 도시한 바와 같이 ø의 정현값(sinø)에 해당한다. 상기 레이레이 식에서 보는 바와 같이 적은 패턴까지 잘 해상시킬려면 파장과 K₁을 작게 하거나 렌즈의 개구수를 크게 하여야 한다. K₁은 공정변수이므로 K₁을 작게 하기 위하여 여러 측면에서 추진하고 있고, 파장과 렌즈의 개구수는 투영 노광 장치를 만드는 제조 회사들이 설계하여 이에 맞는 장치를 개발 출하하고 있다.

그러나 파장을 줄여 해상도를 높이고자 하는 경우 포토 리지스트의 변경과 기존 노광기 전체를 바꾸어야 하는 단점이 있어 쉽게 수용하기 어렵고 특히 i-LINE 보다 짧은 파장의 경우 투과율 등의 문제로 어려움이 많다. 또한 렌즈의 개구수를 늘려 해상도를 높이는 것은 렌즈가공비의 상승으로 실현이 매우 어렵다.

제1도는 종래의 투영 노광 방법의 노광 방법을 설명하기 위한 도면이다.

종래의 투영 노광 방법에 있어서는, 콘덴서 렌즈(1)로 광이 집속 입사되며 입사된 광은 마스크를 통과하고 투영 광학계(4)를 거쳐 웨이퍼(5)에 상을 맺게 된다. 상기 입사한 광은 투명한 기판(2)에 형성된 차광패턴층(3) 사이에서 회절(회절광)이 일어난다. 그리고 상기 회절광이 0차, ±1차, ±2차…와 같이 발생할 때, 0차 회절광은 광축을 따라서 진행하고, 회절광의 각도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 θ_m는 광축과 회절광이 이루는 각도이고, m은 회절차수이며 1차광일 경우는 m은 1이 된다. 또한 λ는 사용된 광원의 파장이며, P는 마스크의 피치이다.

이때 상기 투영 노광 방법에 사용되는 투영 노광 장치는 광학 투영계(4)의 개구수의 크기가 제한된 크기이기 때문에, ±1차광의 회절광은 이 광학 투영계(4)를 간신히 통과할 정도로 회절각도(θ₁:1차 회절광이 이루는 각도)의 크기가 되었을 때, 상기 차광 패턴층(3)을 지나 웨이퍼(5)상에 광축과 입사각(ø)로 이미지를 형성한다.

제2도 및 제3도는 상기 종래의 투영 노광 방법에서 마스크의 피치에 따른 회절각도를 설명하기 위한 도면이다.

제2도 및 제3도에서, 기판(2)의 이면에 차광 패턴층(3)이 형성되어 있고 마스크의 피치가 a로 표시되어 있다. 또한 입사광이 상술한 바와 같이 투영 광학계를 통과할 때, 광축을 따라서 진행하는 0차 회절광, 광축과 θ₁의 각도를 이루는 ±1차 회절광 및 광축과 θ₂의 각도를 이루는 ±2차 회절광이 투영 광학계로 입사하게 되어 있다. 반면에, 제3도는 상기 제2도와 비교하여, 피치(b)가 작기 때문에 회절각도가 커서 광학 투영계를 통과하는 회절광의 차수가 0차와 1차뿐이다. 상기 제2도와 제3도에 도시한 피치에 따른 상기 회절각도의 변화는 상기 식(3)의 이론과 일치하며, 상기 제2도와 제3도에서 알 수 있는 바와 같이, 일정한 파장의 빛을 사용할 때 피치(P)가 커지면 즉 패턴이 커지면 회절각이 작아진다. 반면에 피치(P)가 작아지면 즉 패턴이 작아지면 회절각이 커지므로 광학 투영계에 입사되는 회절광이 줄어들게 되므로 결국 웨이퍼상에 이미지를 맺도록 하는 정보량이 줄어들게 된다.

이상의 종래 기술에 의한 투영 노광 방법은 회절각(θ)이 커서 웨이퍼에 전달되는 정보량이 적어 해상도를 향상시키는데 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 제1의 목적은 상술한 해상도를 높이기 위하여, 회절각을 줄여서 상대적으로 렌즈 개구수의 상승효과를 얻을 수 있는 신규한 해상도 개선 마스크를 사용한 새로운 투영 노광 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 제2의 목적은 상기 투영 노광 방법에 사용되는 해상도 개선 마스크를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 제3의 목적은 상기 해상도 개선 마스크를 제조하는데 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 제1의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 광원으로부터 조사되고 상기 마스크를 통과한 회절광의 회절각도를 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이용하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다.

상기 회절광의 회절각도는 상기 마스크의 차광 패턴층 사이에 투과막 패턴을 형성하여 줄일 수 있으며, 상기 투과막 패턴은 일단면이 삼각형, 사각형 또는 볼록렌즈 형태의 원통형의 구조를 갖는다.

또한 상기 회절광의 회절각도를 줄이는 다른 방법은 상기 마스크의 차광 패턴층상에 반사막 패턴을 더 형성하거나 상기 마스크의 차광 패턴층의 두께를 크게 하여 상기 회절광을 반사시켜 달성할 수 있다.

상기 제2의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 투명한 기판; 상기 기판상에 형성된 차광 패턴층; 및 상기 차광 패턴층 사이의 기판상에 규칙적으로 형성되어 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 투과막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크를 제공한다.

상기 투과막 패턴은 일단면이 삼각형, 사각형 또는 볼록렌즈 형태의 원통형 구조를 갖는다.

또한 상기 제2의 목적은 투명한 기판; 및 상기 기판에 규칙적으로 형성되어 노광영역을 한정하는 차광패턴 역할을 함과 동시에 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 반사막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크에 의해 달성될 수도 있다.

상기 반사막 패턴은 마스크의 노광영역을 한정하는 차광 패턴층의 두께를 크게하여 형성하거나, 기판 하면에 투과 물질층을 형성하고 그 위에 반사막 물질을 더 형성한다.

본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위한 구체적인 유형의 마스크는, 투명한 기판 ; 상기 기판 하면에 노광영역을 한정하기 위해 형성한 차광 패턴층; 투과하는 광의 회절각도를 줄이기 위해 상기 차광 패턴층 사이에 형성되고, 일단면이 삼각형, 사각형 또는 볼록렌즈 형태의 원통형 구조의 투과막 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 투과막 패턴은 실리콘 산화물, USG(undoped silicate glass), PSG (phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass), SOG(spin on glass)의 일군중에서 어느 하나로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위한 구체적인 유형의 마스크는, 투명한 기판; 상기 기판 하면에 노광영역을 한정하기 위해 형성된 차광 패턴층; 상기 차광 패턴층과 기판상에 형성된 제1투과 물질층; 및 상기 제1투과 물질층상에 형성된 반사막 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 반사막 패턴은 상기 투과 물질층상에 형성하지 않고, 상기 차광 패턴층의 두께를 종래의 약 1000Å보다 크게 하여 형성할 수도 있다.

또한 상기 제3의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 투명한 기판의 하면에 차광 패턴층을 형성하는 단계; 상기 기판과 차광 패턴층상에 제1투과 물질층을 형성하는 단계; 상기 제1투과 물질층을 패터닝하여, 상기 차광 패턴층 사이에 제1투과막 패턴을 형성하는 단계; 상기 차광 패턴층과 제1투과막 패턴상에 제2투과 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 제2투과 물질층의 전면을 에치백하여 제2투과막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2투과막 패턴을 형성하지 않고 상기 제1투과막 패턴만으로 회절광의 회절각도를 줄일 수 있으며, 상기 제1투과막 패턴은 실리콘 산화물, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass), SOG(spin on glass)의 일군중에서 어느 하나로 형성할 수 있다. 또한 제2투과막 패턴은 화학 기상 증착법으로 형성한 실리콘 산화막, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass)를 증착후 열처리하여 형성하거나 SOG(spin on glass)로 형성한다.

또한 상기 제3의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 투명한 기판의 하면에 차광 패턴층을 형성하는 단계; 상기 기판과 차광 패턴층상에 제1투과 물질층을 형성하는 단계; 상기 제1투과 물질층상에 반사막 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 반사막 물질층을 패터닝하여 상기 차광 패턴층에 대응되게 반사막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 반사막 패턴은 상기 투과 물질층상에 형성하지 않고 상기 차광 패턴층의 두께를 종래의 약 1000Å보다 크게하여 달성할 수도 있다. 또한 상기 반사막 패턴은 Cr이나 Al로 형성하거나 Cr과 CrO로 형성할 수 있다.

이상의 본 발명에 따라 해상도 개선 마스크를 사용한 투영 노광 방법은 마스크를 통과하는 회절광의 회절각도를 줄여 웨이퍼에 전달되는 정보량을 늘여 해상도를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제4도 본 발명의 해상도 개선 마스크의 일례를 사용한 투명 노광 방법의 실시예 1을 설명한다.

제4도에서, 광원(도시 안됨)으로부터 조사된 광은 콘덴서 렌즈(10)를 통하여 마스크로 입사되며, 입사한 광은 투명한 기판(20)에 형성된 차광 패턴층(30) 사이에 회절(회절광)이 일어나며 투영 광학계(50)를 거쳐 웨이퍼(60)에 상을 맺게 된다. 그리고 상기 회절광이 0차, ±1차, ±2차…와 같이 발생할 때, 0차 회절광은 광축을 따라서 진행하며 상기 회절광의 회절각도는 sinθ_m=m×(λ/P)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 θ_m은 회절광이 이루는 각도이고, m은 회절차수이며 1차광일 경우는 m은 1이 된다. 또한 λ는 사용된 광원의 파장이며, P는 마스크의 피치이다. 특히 본 발명은 차광 패턴층(30) 사이에 투과막 패턴(40)이 형성되어 있다. 상기 투과막 패턴(40)은 일단면이 볼록렌즈 형태의 원통형, 삼각형, 사각형 및 다각형으로 이루어진 일군에서 어느 하나이다.

여기서, 상기 제4도에 도시한 해상도 개선 마스크에 의한 회절광의 회절각도를 설명하기 위한 도면을 제6도에 도시하였다.

상기 회절광이 일어날 때, 제6도에 도시한 바와 같이, 곡률이 심한 투과막 패턴(40)을 통과하여 투영 광학계로 향하는 회절광은 상기 투과막 패턴(40)으로 인하여 ±1차 회절광이나 ±2차 회절광이 점선과 같이 투영 광학계의 가장자리로 진행하지 않고, 실선과 같이 굴절하여 투영 광학계를 빠져나가는 광인 ±2차 회절광도 상기 투영 광학계로 들어온다. 상기 투영 광학계로 입사된 ±2차 회절광은 웨이퍼에 이미지를 형성하는 광의 정보량을 크게하기 때문에 해상도를 향상시킬 수 있다.

제5도는 본 발명의 해상도 개선 마스크의 다른 일례를 사용한 투영 노광 방법의 실시예 2를 설명한다.

제5도는 상기 제4도와 동일하게, 광원(도시 안됨)으로부터 조사된 광은 콘덴서 렌즈(10)를 통하여 마스크로 입사되며, 입사한 광은 투명한 기판(20)에 형성된 차광 패턴층(30) 사이에서 회절(회절광)이 일어나며 투영 광학계(50)를 거쳐 웨이퍼(60)에 상을 맺게 된다. 특히 상기 차광 패턴층(30) 상에는 반사막 패턴(41)이 형성되어 있다.

상기 회절광이 일어날 때, 차광 패턴층(30)상에 형성된 반사막 패턴(41)에서 회절광이 반사하게 되어 투영 광학계(50)로 향하는 회절광은 상기 반사막 패턴(41)으로 인하여 회절광의 회절각도가 줄어든다.

이상의 본 발명의 투영 노광 방법에 의하면, ±1차 회절광이나 ±2차 회절광이 투영 광학계(50)의 가장자리로 진행하지 않고 굴절 또는 반사하여 투영 광학계(50)를 빠져나가는 광인 ±2차 회절광도 상기 투영 광학계(50)로 들어와 웨이퍼(60)에 이미지를 형성하는 광의 정보량을 크게하여 해상도를 향상시킬 수 있다.

제7도 내지 제10도를 참조하여, 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크의 사용에 따라 해상도가 개선되는 원리를 설명한다.

제7도는 상기 실시예 1에 도시한 곡률을 갖는 볼록렌즈 구조의 원통형으로 투과막 패턴을 갖는 경우를 도시한 도면이다.

제7도에서, 차광 패턴층(30) 사이에 곡률을 갖는 투과막 패턴(40)이 형성되어 있으며 볼록렌즈 구조의 투과막 패턴(40)의 촛점거리(F)가 차광 패턴층(30) 사이의 중앙에 오도록 되어 있다. 이렇게 되면 차광 패턴층(30) 사이에서 일어난 회절광(0,±1,±2,±3,±4…)이 상기 투과막 패턴(40)의 곡률안에 들어갈 경우(제7도의 경우 0,±1,±2,±3차 회절광)는 모두 평행하게 진행하므로 모두 광학 투영계에 들어갈 수 있다. 또한 ±4차 회절광과 ±5차 회절광과 같이 상기 투과막 패턴(40)의 곡률을 벗어난 경우라도 상기 투과막 패턴(40)의 측벽에서 굴절만 되면 광의 진행방향이 투영 광학계에 가까와져 해상도를 향상시킬수 있다. 이상의 상기 투과막 패턴은 볼록렌즈 형태의 원통형으로, 상기 광의 촛점거리가 상기 기판과 차광 패턴층의 경계면에 형성되어 광경로가 상기 반사막 패턴에 평행한 회절광을 사용하여 노광한다.

그리고 투과막 패턴의 곡률이 작아서(곡률반경이 커서) 촛점거리(F)가 기판상에 존재하면 이 투과막의 곡면에 걸린 회절광은 오히려 그 각도가 더 벌어져서 투영 광학계를 벗어나는 경우도 있게 된다. 이러한 경우는 차광 패턴층과 투과막 패턴의 곡률이 시작되는 곳까지의 높이 h를 높여서 촛점거리를 기판과 차광 패턴층 경계내로 조절할 수 있다.

제8도, 제9a도 및 제9b도는 상기 제7도에 도시한 볼록렌즈 형태의 원통형 패턴 대신에 여러가지 형태의 굴절막 패턴(42)을 사용하여 해상도를 개선한 도면이다.

제8도에서, 차광패턴(30)층 사이에 굴절막 패턴(42)이 형성되어 있으며, 입사하는 회절광은 상기 굴절막 패턴(42)에서 굴절되어 광학 투영계로 진행한다. 이때 고차의 회절광일수록 그 정보량이 적으므로 저차의 회절광, 통상적으로는 ±1차의 회절광의 회절각을 줄여주는 것이 효과적이다.

여기서 1차 회절광이 굴절막 패턴(42)의 측벽에 닿게 하는 최소 h'의 높이를 구해보면, 먼저

상기 식(4)를 풀면,

일반적으로 =(4/P)의 경우가 많으므로 식(5)는 다음과 같이 된다.

보통의 반도체 노광장치중 스테퍼(stepper)는 투영 광학계의 축소배율이 1/5이므로 웨이퍼상의 0.3μm의 패턴은 마스크상에서 0.3μm×5=1.5μm가 된다. 즉 0.6μm 피치의 마스크의 웨이퍼 패턴은 3.0μm이 된다. 따라서 0.365μm의 파장을 갖는 i선광을 사용하고 웨이퍼상에 피치 0.6μm의 패턴을 얻고자 하는 경우 h'는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

h'²={(3.0²)/(4×0.365)}²-(3.0/4)²=38-0.56=37.44

결국 h'는 6.12μm가 된다.

위의 계산에서 보는 바와 같이 첫번째항의 값(38)이 둘째항 보다 매우 크므로 상기 1/5 축소 투영 광학계를 갖는 스테퍼는 식(6)은 다음과 같이 간략화할 수 있다.

h'²=(P²/4λ)²………………………………………………………… 식(7)

상기 h'가 충분히 높지 못하여 즉 피치가 큰 패턴은 회절각이 크므로 h'가 더 높아야 하나 h'를 높이는 일 또한 용이하지 않으므로, 이렇게 될 경우는 피치를 작은 값에 맞춘 h'에 피치가 큰값이 공존할 경우를 제9a도에서와 같이 ±1차 회절광의 회절각도는 점선에서 실선으로 커지나 ±2차 회절광의 회절각도는 점선에서 실선으로 작아져 해상도 개선에 도움을 준다. 상기 제9a도의 도면 부호는 상기 제8도에 대응된다. 제9b도는 삼각형으로 투과막 패턴을 갖는 경우를 도시한 도면이다. 제9b도에서, 투과막 패턴을 삼각형으로 만들 경우 각 회절광은 굴절법칙(sinθ₁/sinθ₂=n:투과물질의 굴절율)에 의해 광학 투영 렌즈 내부를 향해 모이는 방향으로 진행하므로 많은 광 정보가 들어오게 한다. 특히 상기 삼각형 모양은 제9a도와는 달리 고차광조차도 광학 투영 렌즈 내부로 광을 접속할 수 있고 또 투과물질의 두께도 상대적으로 낮아도 되므로 매우 유리하다. 상기 제9a도의 도면부호는 상기 제8도에 대응된다.

제10도는 상기 실시예 2에 도시한 반사막 패턴을 갖는 경우에 있어서, 해상도를 개선을 설명하기 위해 도시한 확대 도면이다.

제10도에서, 기판(20)상에 차광 패턴층(41)이 형성되어 있으며, 광원으로부터 입사된 광은 차광 패턴층(41) 사이에서 일어난 회절이 일어나 회절광(0,±1,±2,±3,±4…)이 발생한다. 상기 회절광은 종래에는 차광 패턴층(41)의 두께가 약 1000Å 이하로 형성하여 반사가 되지 않았는데, 본 발명은 최소한 1차 회절광이 반사될 수 있도록 차광 패턴층을 1000Å 이상으로 형성하여, 투영 광학계로 입사하는 광이 상기 반사막 패턴의 측벽에서 반사되어 회절각도가 작게되어 해상도를 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명의 투영 노광 방법에 사용한 해상도 개선 마스크와 그의 제조방법을 하기 실시예로써 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

제11a도 내지 제11d도는 본 발명의 실시예 1에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

제11a도는 투명한 기판(100)의 이면에 차광 패턴층(110)을 형성하는 단계를 나타낸다.

석영과 같은 투명한 기판(100)의 이면에 크롬(Cr)등과 같은 물질로 두께는 약 1000Å정도로 차광 물질을 형성하고 패터닝하여 차광 패턴층(110)을 형성한다.

제11b도는 상기 차광 패턴층(110)과 기판(100)상에 제1투과 물질층(120)을 형성한 후 감광막(130)을 도포하고 노광하는 단계를 나타낸다.

먼저, 상기 기판(100)과 차광 패턴층(110)상에 제1투과물질을 도포 또는 증착하여 제1투과 물질층(120)을 형성한다. 다음에, 상기 제1투과 물질층상에 네거티브의 감광막(130)을 도포한 후, 마스크의 뒷면에서 상기 감광막을 감광시킬 수 있는 파장의 광(k)을 조사한다. 상기 제1투과물질층(120)은 투영 노광 장치에서 사용하는 광원의 파장영역(파장대)에서 60% 이상의 투과율을 가지는 것이 바람직하며, 두께는 상기 차광 패턴층(110)의 두께가 1000Å정도이므로 투과 물질층(120)은 1000Å 이상으로 형성한다. 상기 제1투과 물질층(120)은 구체적으로 CVD나 PECVD방법으로 형성한 실리콘 산화막, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass)등의 물질로 증착하거나 SOG(spin on glass)를 스핀 코팅하여 형성할 수 있다.

제11c도는 상기 제1투과 물질층(120)상에 형성된 감광막(130)을 패터닝한 후, 상기 감광막 패턴(131)을 마스크로 하여 제1투과 물질층(120)을 패터닝하는 단계를 나타낸다.

먼저, 상기 제1투과 물질층(120)상에 도포되어 노광된 감광막(130)을 패터닝하여 감광막 패턴(131)을 형성한다. 상기 감광막(130)은 네거티브형을 사용하기 때문에 상기 차광 패턴층(110) 사이에 감광막 패턴(131)이 형성된다.

다음에, 상기 감광막 패턴(131)을 마스크로 하여 상기 제1투과 물질층(120)을 습식이나 건식으로 식각하여 제1투과막 패턴(121)을 형성한다. 결국 상기 제1투과막 패턴(121)은 상기에 형성된 감광막 패턴(131) 상면에만 형성된다.

제11d도는 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크의 최종상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 상기 마스크로 사용한 감광막 패턴(131)을 스트립하여 제거한다. 상기 실시예 1에 의한 본 발명의 해상도 개선 마스크는 기판 하면에 차광 패턴층(110)이 형성되어 있고, 제1투과막 패턴(121)이 상기 차광 패턴 사이에 일단면이 사각형 구조를 가지면서 형성되어 있다. 상기 제1투과막 패턴은 일단면이 사각형 구조를 가지는데, 일단면을 삼각형 구조로 형성할 수도 있다.

[실시예 2]

제12a도 내지 제12d도는 본 발명의 실시예 2에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 본 발명의 실시예 2의 제12a도와 제12b도는 상기 실시예 1에서 도시한 제11a도 및 제11b도와 동일하게 실시하며 대응되는 도면 부호도 동일하다.

제12c도는 상기 실시예 1의 제11c도에서 수득한 구조위에 다시 제2투과 물질층(121)을 형성하는 단계를 나타낸다.

상기 실시예 1에서 최종적으로 수행된 구조 위에 2차로 제2의 투과 물질층(121)을 형성한다. 상기 제2투과 물질층(121)은 SOG와 같이 플로우 특성이 우수한 물질로 형성하거나 BPSG나 PSG와 같은 물질을 증착한 후 열처리하여 플로우되게 하여 형성할 수 있다.

제12d도는 기판상에 형성된 차광 패턴층(110) 사이에 일단면이 볼록한 원통모양의 제2투과막 패턴(140)을 형성하는 단계를 나타낸다.

상기 제12c도에서 수득한 제2투과 물질층(121)과 제1투과막 패턴(121)을 전면 에치백하여 일단면이 원통모양의 제1투과막 패턴(140)을 형성한다.

상기 실시예 2에 의해 수득된 본 발명의 해상도 개선 마스크는 기판 하면에 차광 패턴층(110)이 형성되어 있고, 제2투과막 패턴(140)이 상기 차광 패턴층(110) 사이에 형성되어 있다.

[실시예 3]

제13a도 내지 제13d도는 본 발명의 실시예 3에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

실시예 3은 상기 실시예 2와 동일하나 제13c도에서 제1투과막 패턴(121)상에 마련되는 제2투과물질(142)을 화학 기상증착법으로 형성한 산화막으로 마련한다. 상기 화학 기상증착법으로 형성한 산화막은 상기 제13c도에 도시한 바와 같이, 제1투과막 패턴(121)의 수평면과 수직면상에 같은 두께로 성장하는 등각성(conformality) 구조를 갖는다.

상기 실시예 3에 의해 수득된 본 발명의 해상도 개선 마스크는 기판 하면에 차광 패턴층(110)이 형성되어 있고, 제2투과막 패턴(143)이 상기 차광 패턴층(110) 사이에 형성되어 있다.

상기 실시예 3의 도면부호는 상기 실시예 1 및 실시예 2에서와 동일하게 대응된다.

[실시예 4]

제14a도 내지 제14c도는 본 발명의 실시예 4에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

제14a도는 기판(200)상에 차광 물질층(210)을 형성한 후, 상기 차광 물질상에 형성된 감광막(도시 안됨)을 패터닝하는 단계를 나타낸다.

먼저, 투명한 기판(200)상에 Cr과 CrO로 구성된 차광 물질층(210)을 형성한 후, 상기 차광물질층상에 감광막(도시 안됨)을 도포한다. 다음에 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴(220)을 형성한다. 상기 감광막은 콘트라스트(contrast)가 작은 물질로 사용하기 때문에 상기 감광막 패턴(220)은 하부와 상부의 폭이 다른 테이퍼 형태의 패턴이 된다.

상기 차광 물질층의 두께는 통상적으로 1000Å인데, 본 실시예 4는 후에 형성되는 차광 패턴층이 최소한 입사광의 1차 회절광이 측벽에서 반사되어 광학 투영계로 입사하도록 1000Å 이상으로 두께를 조절한다.

제14b도는 상기 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여 상기 차광 물질층(210)을 패터닝하는 단계를 나타낸다.

테이퍼 형태의 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여 상기 차광 물질층(210)을 패터닝하여 차광 패턴층(211)을 형성한다. 상기 차광 패턴층(211)은 상술한 바와 같이 두께를 1000Å 이상으로 조절하며, 또 입사광의 차단 역할과 회절광의 반사 역할을 동시에 수행한다. 따라서 이하에서는 상기 차광 패턴층(211)을 주로 반사막 패턴(211)으로 표현한다. 상기 반사막 패턴(211)은 상기 감광막 패턴(220)을 마스크로 형성하기 때문에 하부와 상부의 폭이 다른 테이퍼 형태의 패턴이 되며 패턴의 경사각은 60도에서 90도로 형성한다.

제14c도는 실시예 4에 의한 해상도 개선 마스크의 최종상태를 나타내는 도면이다.

기판(200)상에 반사막 패턴(211)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다. 이상의 실시예 4는 광원으로부터 입사한 광이 마스크의 차광 패턴층 사이에서 회절할 때 상기 제10도에 도시한 바와 같이, 회절광은 상기 반사막 패턴(211)의 측벽에서 반사되어 투영 광학계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 해상도를 개선할 수 있는 구조이다.

[실시예 5]

제15a도 내지 제15d도는 본 발명의 실시예 5에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

상기 실시예 5는 반사막 패턴(351) 하부에 투과 물질층이 더 형성되어 있는 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하다.

제15a도는 기판(300)의 하면에 차광 패턴층(310)을 형성하는 단계를 나타내며, 제15b도는 상기 제15a도에서 수득한 차광 패턴층(310)과 기판상에 제1투과 물질층(320)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 제1투과 물질층(320)은 상기 실시예에 예시한 실리콘 산화막, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass), SOG(spin on glass)로 형성한다.

제15c도는 상기 제1투과 물질층(320)상에 반사막 물질(350)을 형성하는 단계를 나타낸다.

상기 제1투과 물질층(320)상에 반사막 물질층(350)을 형성하며 상기 반사막 물질은 상기 실시예 4에 사용된 Cr, Cr+CrO 및 Al중의 어느 하나로 형성한다.

제15d도는 제1투과 물질층상에 형성된 반사막 물질층(350)을 패터닝하는 단계를 나타낸다.

먼저, 제1투과 물질층(320)상에 감광막을 도포한 후 패터닝하여 감광막 패턴(도시 안됨)을 형성한다. 다음에 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 반사막 패턴(315)을 형성하는데, 상기 반사막 패턴(315)은 상기 실시예 4와 동일하게 테이퍼 형태로 형성한다.

이상의 실시예 5는 실시예 4와 마찬가지로 상기 반사막 패턴(315)의 측벽에서 반사되어 투영 광학계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 해상도를 개선할 수 있는 구조이다.

[실시예 6]

제16a도 내지 제16e도는 본 발명의 실시예 6에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

상기 실시예 6에서, 제16a도 및 제16b도는 상기 실시예 5와 마찬가지로, 기판(300)의 하면에 차광 패턴층(310)이 형성되어 있으며 차광 패턴층(310)과 기판상에 제1투과 물질층(320)이 형성되어 있다.

제16c도는 상기 제1투과 물질층(320)상에 제3투과 물질층(330)을 형성하고 노광하는 단계를 나타낸다.

먼저, 상기 제1투과 물질층(320)상에 제3투과 물질층(330)을 형성한다. 다음에 상기 제3투과 물질층(330)상에 감광막을 형성하고, 빛(K)을 조사하여 뒷면 노광하여 감광막 패턴(도시 안됨)을 형성한다.

제16d도는 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 제3투과막 패턴(331)을 형성하는 단계를 나타낸다.

상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 제3투과막 패턴(331)을 형성하는데, 상기 제 3 투과막 패턴(331)은 상기 제1투과 물질층상에 형성되고 상기 차광 패턴층(310)사이에 대응하여 아주 작게 형성된다.

제16e도는 제3투과막 패턴과 제1투과 물질층상에 제4투과 물질층을 형성하는 단계를 나타낸다.

제3투과막 패턴(331)과 상기 제1투과 물질층(320)상에 제4투과 물질층(340)을 형성하는데, 상기 제4투과 물질층(340)은 SOG로 형성하거나 PSG나 BPSG등과 같은 물질로 형성하고 850℃ 이상에서 열처리하여 플로우되게 한다.

상기 실시예 6은 상기 실시예 1-실시예 3에 예시한 투과막의 촛점거리를 차광 패턴층 사이의 기판 표면에서 형성하도록 하여 해상도를 향상시키는 구조이다.

이상의 본 발명의 투영 노광 방법에 사용되는 해상도 개선 마스크는 광원으로부터 입사되는 광이 마스크를 통과하면서 마스크의 차광 패턴층 사이에서 회절광이 발생할 때, 상기 투과막 패턴에서는 회절광이 굴절하여 광학 투영계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한 상기 반사막 패턴에서는 회절광이 반사되기 때문에, 회절각도는 줄고 해상도는 향상된다.

이상, 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (20)

1. 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 광원으로부터 조사되고 상기 마스크를 통과한 회절광의 회절각도를 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이용하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 회절광의 회절각도를 줄이는 것은, 상기 마스크의 차광 패턴층 사이에 투과막 패턴을 형성하여 수행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 볼록렌즈 형태의 원통형으로, 상기 광의 촛점거리가 상기 기판과 차광 패턴층의 경계면에 형성되어 광경로가 상기 반사막 패턴에 평행한 회절광을 사용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 회절광의 회절각도를 줄이는 것은 상기 마스크의 차광 패턴층의 두께를 1000Å 이상으로 크게하여 수행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 회절광의 회절각도를 줄이는 것은 상기 마스크의 차광 패턴층의 하면에 투과 물질층을 더 형성한 후, 그 위에 반사막 패턴을 형성하여 수행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
6. 투명한 기판; 상기 기판상에 형성된 차광 패턴층; 및 상기 차광 패턴층 사이의 기판상에 규칙적으로 형성되어 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 투과막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
7. 제6항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 일단면이 삼각형, 사각형 또는 볼록렌즈 형태의 원통형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
8. 제6항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 광의 파장영역(파장대)에서 60% 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크.
9. 제6항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 산화물, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass) 및 SOG(spin on glass)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크.
10. 투명한 기판; 및 상기 기판에 규칙적으로 형성되어 노광영역을 한정하는 차광 패턴 역할을 함과 동시에 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 반사막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
11. 제10항에 있어서, 상기 반사막 패턴은 마스크의 노광영역을 한정하는 차광 패턴층의 두께를 크게하여 형성한 것을 특징으로 하는 마스크.
12. 제10항에 있어서, 상기 반사막 패턴은 기판 하면에 투과 물질층을 더 형성하고 차광 물질로 형성한 것을 특징으로 하는 마스크.
13. 제10항에 있어서, 상기 반사막 패턴은 Cr, Cr과 CrO 및 Al으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 마스크.
14. 투명한 기판; 상기 기판 하면에 노광영역을 한정하기 위해 형성한 차광 패턴층; 투과하는 광의 회절각도를 줄이기 위해 상기 차광 패턴층 사이에 형성되고, 일단면이 삼각형, 사각형 또는 볼록렌즈 형태의 원통형 구조의 투과막 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
15. 투명한 기판; 상기 기판 하면에 노광영역을 한정하기 위해 형성된 차광 패턴층; 상기 차광 패턴층과 기판상에 형성된 제1투과 물질층; 및 상기 제1투과 물질층상에 형성된 반사막 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
16. 투명한 기판의 하면에 차광 패턴층을 형성하는 단계; 상기 기판과 차광 패턴층상에 제1투과 물질층을 형성하는 단계; 상기 제1투과 물질층을 패터닝하여, 상기 차광 패턴층 사이에 제1투과막 패턴을 형성하는 단계; 상기 차광 패턴층과 제1투과막 패턴상에 제2투과 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 제2투과 물질층의 전면을 에치백하여 제2투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 제2투과 물질층은 화학 기상증착법으로 형성한 산화막, USG(undoped silicate glass), PSG(phospho silicate glass), BPSG(boron-phospho silicate glass)로 구성된 군중에서 선택된 어느 하나를 증착한 후 열처리하여 형성하거나 SOG(spin on glass)로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법.
18. 투명한 기판의 하면에 차광 패턴층을 형성하는 단계; 상기 기판과 차광 패턴층상에 제1투과 물질층을 형성하는 단계; 상기 제1투과 물질층상에 반사막 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 반사막 물질층을 패터닝하여 상기 차광 패턴층에 대응되게 반사막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 반사막 물질을 패터닝시 낮은 콘트라스트를 갖는 감광막을 사용하여, 상기 반사막 패턴은 하부와 상부의 폭이 다른 테이퍼 형태의 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 테이퍼 형태의 반사막 패턴은 경사각이 60도에서 90도로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조 방법.