KR0144942B1 - 패턴 형성방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

투과율 조절막 패턴이 형성된 마스크를 이용한 패턴 형성 방법 및 상기 마스크의 제조방법에 관하여 개시한다. 본 발명은 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 마스크의 패턴 사이에 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세한 패턴을 형성한다. 본 발명에 의하면, 마스크 패턴 또는 위상시프터의 주위에 투과율 조절막 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 투과광의 투과율을 조절하여 정밀하게 패턴을 형성할 수 있다.

Description

패턴 형성방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조 방법

제1도는 통상의 마스크에 보조 패턴을 삽입한 마스크를 도시한 도면이다.

제2a도 및 제2b도는 종래의 위상 반전 마스크를 사용한 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제3도는 상기 제2a도 및 제2b도에 도시한 위상 반전 마스크의 촛점 심도마진을 도시한 도면이다.

제4a도 내지 제4f도는 종래의 언더 컷 방법을 이용한 위상 반전 마스크의 제조방법을 도시한 단면도들이다.

제5도는 상기 제4a도 내지 제4f도의 제조과정중에 결합이 다수 발생한 위상 반전 마스크를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

제6도는 본 발명에 의하여 마사크 패턴에 투과율 조절막 패턴을 삽입한 마스크를 도시한 도면이다.

제7a도는 상기 제6도의 A-A'에 따라 자른 마사크의 단면도이고 제7b도는 상기 제6도의 B-B'에 따라 자른 마스크의 단면도이다.

제8도는 본 발명에 의하여 마스크 패턴에 투과율 조절막 패턴을 삽입한 마스크의 다른 예를 도시한 도면이다.

제9a도 및 제9b도는 본 발명에 의한 위상 반전 마스크를 사용한 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제10도는 상기 제9a도 및 제9b도에 도시한 위상 반전마스크를 실제의 제조공정에 적용하였을 때 촛점 심도 마진을 도시한 도면이다.

제11a도 내지 제11c도는 본 발명에 의해 상기 제7a도 및 제7b도에 도시한 마스크의 제조방법을 도시한 도면들이다.

제12a 및 제12b도는 본 발명에 의해 상기 제9a도에 도시한 하프톤형 위상 반전 마스크 제조방법의 제1실시예를 도시한 단면도이다.

제13a도 내지 제13c도는 본 발명에 의해 하프톤형 위상 반전 마스크 제종방법의 제2실시예를 도시한 도면들이다.

제14a도 내지 제14g도는 본 발명에 의하여 종래의 언더컷 방법을 개선한 위상 반전 마스크 제조 방법의 일예를 나타내는 단면도들이다.

제15도는 본 발명과 종래의 언더컷 방법의 공간 영상 이미지(aerial image)를 도시한 도면이다.

본 발명은 패턴 형성방법, 이에 사용되는 마스크 및 그 제조방법에 과한 것이다. 보다 구체적으로는, 마스크 패턴 또는 위상시프터의 주위에 투과율 조절막 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 정밀하게 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법 및 상기 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 각종 패턴을 사진 식각 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 사진 각각 기술에 의하면, 반도체 기판상의 절연막이나 도전성 막등 패턴을 형성하여야 할 막위에 X선이나 자외선등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정 부위를 광선에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극등 각종 패턴을 형성한다.

반도체 제조 공정상의 사진 식각 기술은 집적도가 증가하면서 인접 패턴과의 근접효과(proximity effect)에 의히여 패턴에 결합이 발생하는 문제점이 대두되었다. 통상적인 투영 노광 장치를 이용하여 사각형태의 패턴을 형성할 경우, 및의 회절에 의해 사각형 패턴의 모서리가 둥굴어지는 문제가 발생하며, 반도체 장치의 집적도 증가에 따라 더욱 심하게 발생한다. 상기 사각형 패턴의 모서리가 둥글어지는 현상을 해결하기 위하여, 주패턴의 옆에 실제로 반도체 웨이퍼상에 노광되지 않는 보조패턴을 삽입하여 미세 패턴을 형성하고 있다.

또한, 최근에는 위상 반전 마스크를 이용하여 해상도를 높여미세 패턴을 형성하는 방법이 제안되어 큰 주목을 받고 있다(참조 문헌:IMB 1986, IEEe Trans, Elect. Devices. Vol. ED-29, 1982. CP 1828; 1988, fall Applied Phusics Meeting 4a-K=7, 8(p, 497); SPIE, vol. 1463, Optical/Laser Microlithography IV, 1991, p423-427). 상기 위상 반전 마스크는 위상 시프터를 포함하는 마스크 패턴이 형성되고 있고 이를 이용해 노광시켜 미세 패턴을 형성시킨다.

상기 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법(이하, 위상 반전 방법이라 함)은 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도나 촛점심도를 증가시킨다. 구체적으로 설명하면, 빛이 마스크 기판을 통과할 때, 또는위상 시프터막을 통과할 때, 그 파장은 진공중의 파장을 굴절율로 나눈 값으로 짧아진다. 따라서, 같은 위상의 빛이 위상 시프터의 유무에 따라서, 차이가 생기게 되며, 이때 광 경로차이를 θ라 하면, θ=2πt(n-1)/λ(식 중, n은 시프터의 굴절율이고, t는 시프터의 두께이고, λ은 사용되는 파장이다)이고, θ가 π인 경우에 시프터를 통과한 광선은 역위상을 갖게된다. 따라서, 광투광부 부분만을 통과한 빛과 시프터를 통과한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 시프터를 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면, 패턴의 경계 부분에서는 빛의 강도가 제로가도어 콘트라스트가 증가한다.

상기와 같은 원리를 이용한 위상 반전 마스크의 예로서는, 라인 스페이스가 밀집하게 반복되어 있는 경우 교대로 시프터를 배치함으로써 전기장 파동이 두 라인간에 상대적으로 반대 방향이 되도록 한 공잔 주파변조형(Alternating Phase Shifter) 마스크, 패턴의 주위에 해상도 이하의 작은 보조 패턴을 넣어 위상을 시피트시킨 보조 시프터 첨가형 마스크, 모든 패턴의 주위에 시프터를 형성시켜서 패턴 에지 부분만을 개선한 주변 효과 강조형(Rim Shifter) 마스크, 크롬 없이 위상 시프터의 경계면의 광량이 제로가 되는 원리를 이용한 무크롬 위상 시프트형(Chromless Phase Shifting) 마스크 및 광 차단부의 투과율을 0에서 0이 아닌 값으로 투과율을 높이고, 이 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 하프톤형 위상 반전(halftone phase shifting 또는 감쇄 위상 시프트:Attenuated Phase Shifting)마스크등을 들 수 있다.

상술한 위상 반전 미스크중에 특히 라인-스페이스(line-space)의 반복 패턴 및 콘택 홀 패턴에 효과적으로 적용할 수 있는 마스크로써 하프톤형 위상 반전 마스크로 알려져 있다. 왜냐하면, 상기 하프톤형 위상 반전 마스크는 디자인의 제약없이 실제의 반도체 장치에 적용할 수 있기 때문이다.

상기 위상 반전 방법은 종래의 다른 미세 패턴 형성 방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크 제조 방법의 변경만으로 빛의 회절을 역이용하여 마스크의 분해능이 30%정도 향상될 수 있기 때문에 차세대 반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다.

먼저, 종래의 패턴 형성방법에 관하여 설명한다.

제1도는 통상의 마스크에 보조 패턴을 삽입한 마스크를 도시한 도면이다.

제1도에서, 참조부호 1은 주패턴을 나타내며, 참조부호 3은 상기 주패턴(1)의 모서리에 작은 크기로 노광이 되지 않는 보조 패턴을 나타낸다. 상기 제1도에 도시한 마스크는 주패턴(1)의 옆에 웨이퍼상에 노광되지 않은 작은 보조 패턴(3)을 삽입함으로써, 마스크 패턴이 반도체 웨이퍼에 전사될 때, 빛의 회절에 의하여 실제 패턴의 모서리가 둥글어지는 현상을 억제할 수 있다.

그러나, 상기 보조 패턴(3)이 형성된 마스크는 마스크 제작시 원하는 크기의 보조 패턴을 얻기가 매우 힘들고, 상술한 보조 패턴(3)의 효과를 얻기 위하여서는 보조 패턴(3)의 크기를 더 크게 하여야 하는 데, 그렇게 할 경우 반도체 웨이퍼에 노광되지 않아야 할 보조 패턴(3)이 실제로 반도체 웨이퍼에 노광되는 경우가 발생하게 된다.

제2a도 및 제2b도는 종래의 위상 반전 마스크를 사용한 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 제3도는 상기 제2A도 및 제2B도에 도시한 위상 반전마스크의 촛점 심도 마진을 도시한 도면이다.

구체적으로, 제2a도는 위상 반전 마스크중에서 하프톤형 위상 반전 마스크의 일예를 나타내며, 참조부호 5는 유리 기판을 나타내며, 7은 위상 시프터를 나타낸다. 상기 제2a도에서, 상기 위상 시프터(7)의 하부에 하프톤 패턴(차광 패턴)은 생략되어 있다.

또한, 제2b도는 상기 하프톤형 위상 반전 마스크의 마스크 패턴이 전사될 반도체 기판(반도체 웨이퍼, 9)을 나타내는데, 특히 상기 반도체기판(9)은 단차를 가지고 있으며, 참조번호 11은 감광 패턴을 나타내며, 참조부호 a는 단차 상단에 감광 패턴(11)이 형성되는 영역이며, 참조부호 b는 단차 하단에 감광 패턴(11)이 형성되는 영역을 표시한다.

특히, 제2a도 및 제2b도에 도시한 바와 같이 단차가 있는 반도체 기판(9)에 패턴을 형성할 때, 상기 제2a도에 도시한 위상 반전 마스크를 이용할 경우 상술한 인접효과 및 빛의 회절에 의해 단차 하단의 감광 패턴(11)은 수직하게 형성되지 못하고 둥근 형태가 된다.

또한, 제3도에 도시한 바와 같이, 종래의 하프톤형 위상 반전 마스크는 단차(도면 부호 a와 b의 차이)별로 적당한 촛점심도의 중심 차이가 많이나서 중첩 촛점 심도의 폭(c)이 줄어든다. 다시 말하면, 반도체 기판(9)의 단차에 비례하여 촛점 심도 마진이 감소하기 때문에, 단차 상단의 감광 패턴이 형성되는 영역(a)과 단차 하단의 감광 패턴이 형성되는 영역(b)간의 촛점심도를 조절할 수 있는 중첩 촛점 심도의 마진(c)이 적어 실제로 제조 공정상에 종래의 위상 반전 마스크를 적용하기가 매우 어렵다.

다음에, 종래의 위상 반전 마스크의 제조방법에 관하여, 하부시프터형 위상 반전마스크를 일예로 들어 설명한다.

통상, 기판을 식각하여 위상 시프터를 구성하는 하부 시프터형(bottom shifter) 위상 반전 마스크를 웨이퍼에 노광하면, 식각된 위상 시프터 부위의 경사에 의한 임계크기 감소, 식각면의 불균일 증가, 수직한 유리 기판 모서리에서의 및 산란등의 원인으로 위상 시프터 부위를 통과한 빛의 강도가 위상 시프터가 형성되지 않는 부위를 통과한 빛의 강도보다 작아지게 되어, 동일 피치로 설계된 패턴일지라도 실제 반도체 웨이퍼 상에서는 위상 시프터 부위(shifter region), 비위상 시프터 부위(non-shifter region)사이에 임계크기(critical dimension)의 차이가 발생하게 된다.

상기 임계크기의 차이를 보상하기 위하여 하부 시프터형 위상 반전 마스크를 제작할 때 설계 단계에서부터 위상 시프터 부위 및 비위상 시프터 부위사이에 바이어스(bias)를 주어서 설계를 하여야 하고, 이는 많은 시간과 경비를 요구할 뿐만 아니라 설계의 복잡성 때문에 실제 위상 반전 마스크를 제작하는데 어려움이 많다. 이러한 어려움을 방지하기 위하여 이방성 식각을 실시하여 위상 시프터를 형성시킨후 다시 등방성 식각을 추가로 식각하는 언더 컷(Under Cut) 방법이 제안되었다.

제4a도 내지 제4f도는 종래의 언더 컷 방법을 이용한 위상 반전 마스크의 제조방법을 도시한 단면도들이다.

제4a도는 토명한 기판상에 차광층을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 투명한 기판(13)상에 크롬을 사용하여 형성한후 패터닝하여 차광층(15)을 형성한다.

제4b도는 상기 차광층상에 감광역을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 상기 차광층(15)상에 포토레지스트를 도포하여 감광막(17)을 형성한다.

제4c도는 상기 형성된 감광막(17)을 패터닝하여 감광 패턴(17a)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 감광막을(17)을 통상의 방법으로 노광시킨 후, 노광된 감광막(17)을 현상하여 감광 패턴(17a)을 형성한다.

제4d도는 투명한 기판을 소정의 깊이로 식각하는 단계를 나타낸다. 상기 감광 패턴(17a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 소정 깊이로 건식 식각 방법에 의하여 이방성 식각한다.

제4e도는 상기 감과 패턴(17a)을 제거하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 제4D도에서 식각 마스크로 사용한 감광 패턴(17a)을 통상적인 방법으로 제거한다.

제4f도는 상기 식각된 기판을 언더 컷하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 기판을 불산을 사용하여 언더 컷하여 위상 시프터을 갖는 위상 반전 미스크를 수득한다.

상기 제4a도 내지 제4f도의 언더 컷 방법을 이용한 위상 반전마스크는 마스크의 세정 단계, 언더 컷 단계등에서 차광층의 돌출부위(모서리 부위)가 뜯겨져 나가(차광층 림티이라 함)는 결함(19)이 다수 발생하는데 이를 제5도에 도시하였다. 상기 제5도에 도시한 결함을 갖는 위상 반전 마스크는 실제로 위상 반전 마스크로써 사용할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 기판상에 패턴을 보다 미세하고 정밀하게 형성하는 패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 패턴 형성방법에 사용되는 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 마스크의 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 마스크의 패턴사이에 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과율 조절막 패턴을 상기 마스크의 패턴사이의 일부에 형성할 수 도있으며, 광 투과율은 0%에서 100%의 사이에서 조절하여 미세한 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성할 수 있으며, 상기 광선은 X선, 전자빔, 자외선 및 FIB의 일군에서 선택된 어느하나를 이용한다.

본 발명의 일예에 의하면, 본 발명은 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 위상 반전 마스크의 위상 시프터 사이에 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른예에 의하면, 본 발명은 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 위상 반전 마스크 패턴이 형성된 기판의 이면에 상기 위상 반전 마스크 패턴 사이에 대응되게 투과율 조잘막 패턴을 형성시켜, 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 위상 반전 마스크는 하프톤형 위상 반전 마스크이며, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나를 이용하여, 광 투과율은 60%에서 90%의 사이에서 조절하여 미세한 패턴을 형성한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마스크는, 반도체 기판이 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 마스크에 있어서, 상기 마스크 패턴의 사이에 투과율 조절막 패턴을 위치하여, 상기 투과율 조절막 패턴에 의해 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과율 조절막 패턴은 상기 마스크 패턴은 상기 마스크 패턴 사이의 일부에 위치할 수 있으며, 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나를 이용하여, 상기 투과율 조절막 패턴 사이의 기판에 요부의홈이 더 형성하여 위상 시프터로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일예에 의하면, 본 발명의 마스크는 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 위상 반전 마스크의 위상 시프터 사시에 투과율 조절막 패턴을 위치시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 예에 의하면, 본 발명의 마스크는 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 마스스 패턴이 형성된 기판의 이면에 상기 마스크 패턴 사이에 대응되게 투과율 조절막 패턴을 위치시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 마스크는 하프톤형 위상 반전 마스크이며, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나를 이용한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마스크의 제조방법은, 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감과 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 립트 오프 또는 제거하여 상기 투광부에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과율 조절막 패턴은 상기 마스크 패턴 사이의 일부에 형성할 수 있고, 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성한다.

또한, 본 발명의 일예에 의한 마스크의 제조방법은 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 또는 상기 기판을 식각하여 위상 시프터를 형성하는 단계; 상기 위상 시프터상에 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 립트 오프 또는 제거하여 상기 투과부에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 예에 의한 마스크의 제조방법은 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 또는 상기 기판을 식각하여 위상 시프터를 형성하는 단계; 상기 기판의 이면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 상기 투과율 조절막상에 상기기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 투과율 조절막을 식각하여 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성한다.

또한, 본 발명의 다른 예에 의한 마스크의 제조방법은 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절용 막을 형성하는 단계; 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감과 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴을 마스크로 하여 상기 투과율 조절용 막을 식각하여 마스크 패턴의 사이 및 차광용 마사크 패턴상에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계; 상기 투과율 조절막 패턴 및 감광 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 기판을 식각하여 위상 시프터를 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 마스크는 하부 시프터형 마스크이며, 상기 투과율 조잘막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성한다.

본 발명은 마스크 패턴 또는 위상시프터의 주위에 투과율 조저막 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 투과광의 투과율을 조절하여 정밀하게 패턴을 형성할 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

제6도는 본 발명에 의하여 마스크 패턴에 투과율 조절막 패턴을 삽입한 마스크를 도시한 도면이다.

제6도에서, 참조부호, 21은 주패턴을 나타내며, 참조부호 23은 상기 주패턴(21)의 모서리에 반도체 웨이퍼상에 노광이 되지 않는 보조패턴으로 투과율 조절막 패턴을 나타낸다. 상기 제6도에 도시한 마스크는 주패턴(21)의 옆에 웨이퍼상에 노광되지 않는 투과율 조절막 패턴(23)을 삽입되어 있다.

상기 본 발명에 의한 마스크를 사용하여 패턴을 형성하면, 실제로 마스크 패턴이 반도체 웨이퍼에 전사될 때 모서리가 둥글어지는 현상을 억제할 수 있다. 또한, 충분한 크기의 보조 패턴을 투과율 조절막 패턴(23)으로 형성하여, 웨이퍼에 노광되지 않는 보조 패턴을 충실도 있게 형성할 수 있다.

제7a도는 상기 제6도의 A-A' 에 따라 자른 마스크의 단면도이고 제7b도는 상기 제6도의 B-B'에 따라 자른 마스크의 단면도이다.

제7a도 및 제7b도를 참조하면, 투명한 유리 기판(25)상에 마스크 패턴(27)이 형성되어 있고 그 사이에 투과율 조절막 패턴(29)이 형성되어 있다.

상기 투과율 조절막 패턴(29)는 상술한 바와 같이 보조 패턴으로서 실제로 반도체 웨이퍼상에 실제 패턴을 형성시키지 않는 패턴이다. 상기 투과율 조절막 패턴(29)는 상기 마스크 패턴 사이의 일부에 위치할 수 있으며, 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 상기 투과율 조절막 패턴의 투과율은 0%~100%사이로 조절할 수 있고, 그 크기도 조절할 수 있어서 상기 종래기술에 의한 근접효과 및 실제 패턴의 모서리가 둥글게 되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

제8도는 본 발명에 의하여 마스크 패턴에 투과율 조절막 패턴을 삽입한 마스크의 다른 예를 도시한 도면이다.

제8도에서, 참조부호 27은 주패턴을 나타내며, 참조부호 29은 상기 주패턴(27)의 사이에 노광이 되지 않는 보조패턴을 투과율 조절막 패턴을 나타낸다.

상기 제8도에 도시한 마스크는 주패턴(27)의 옆에 위치하고 웨이퍼에 노광되지 않은 투과율 조절막 패턴(29)을 삽입함으로써, 실제로 마스크 패턴이 반도체 웨이퍼에 전사될 때 모서리가 둥굴어지는 현상을 억제할 수 있다. 또한 상기 투과율 조절막 패턴(29)은 주패턴(27)의 사이의 여유 공간에 여러 가지 모양과 크기로 위치시킬 수 있어서, 웨이퍼에 노광되지 않는 보조 패턴을 충실도 있게 형성한다.

제9a도 및 제9b도는 본 발명에 의한 위상 반전 마스크를 사용한 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 제10도는 상기 제9a도 및 제9b도에 도시한 위상 반전마스크를 실제의 제조공정에 적용하였을 때 촛점 심도 마진을 도시한 도면이다.

구체적으로, 제9a도는 본 발명에 의한 하프톤형 위상 반전 마스크의 일예를 나타내며, 참조부호 31은 유리 기판을 나타내며, 참조부호 33은 위상 시프터를 나타내며, 참조부호 35는 위상 시프터의 사이에 투과율 조잘막 패턴을 나타낸다. 상기 제9a도에서, 상기 위상 시프터(33)의 하부에 하프톤 패턴(차광 패턴)은 생략되어 있다. 제9b도는 상기 하프톤형 위상 반전 마스크의 마스크 패턴이 전사될 단차를 갖는 반도체 기판(35)을 나타내며, 참조번호 37은 감광 패턴을 나타내며, 참조부호 c는 단차 상단에 감광 패턴이 형성되는 영역이며, 참조부호 d는 단차 하단에 감광 패턴이 형성되는 영역을 표시한다.

특히, 본 발명의 위상 반전 마스크를 이용할 경우, 단차 하단의 감광 패턴은 상기 제2b도의 종래기술과는 다르게 수직하게 형성되어 있다. 이와 같이 단차 하단의 감광 패턴(37)이 수직하게 형성되는 이유는 위상시프터 사이의 투과율 조절막 패턴(35)이 통과하는 광의 강도를 낮추고, 투과율 조절막 패턴을 통과하지 않는 광의 강도를 높일 수 있기 때문이다.

더욱 상세하게 설명하면, 단차 하단의 감광 패턴을 정밀하게 형성하기 위해, 마스크 패턴의 사이에 얇은 투과율 조절막 패턴을 형성하여 이 부분의 투과율을 감소시킨다. 이 때 투과되는 투과율 조절막은 매우 얇기 때문에 위상 반전 효과는 크지 않다. 상기 투과율 조절막 패턴은 단차 하단의 광 투과율의 60~90%의 투과율을 갖게 조절한다. 이렇게 되면, 투과율이 영역마다 다른 하프론형 위상 반전 마스크가 된다.

제10도는 상기 하프톤형 위상 반전 마사크를 사용할 때, 촛점 심도 마진을 나타낸는 도면이다. 제10도에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 하프톤형 위상 반전 마스크를 사용할 경우 반도체 기판의 단차별 촛점심도를 중첩이 넓어져 있기 때문에, 단차 상단의 감광 패턴이 형성되는 영역(c)과 단차하단의 감광 패턴이 형성되어 영역(d)간의 촛점심도를 조절할 수 있는 중첩 촛점 심도의 마진(e)이 실제로 제조 공정상에 적용하기가 매우 편리하다.

이하, 본 발명에 의한 마스크이 제조방법을 설명한다.

제11a도 내지 제11c도는 본 발명에 의해 상기 제7a도 및 제7b도에 도시한 마스크의 제조방법을 도시한 도면들이다.

제11a도는 기판상에 마스크 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 유리 가판(39)상에 크롬을 사용하여 크롬막을 형성한 후 패터닝하여 차광용 마스크 패턴(41)을 형성한다.

제11b도는 마스크 패턴이 형성된 기판상에 감광 패턴을 형성한후 투과율 조절막을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 마스크 패턴(41)이 형성된 기판상에 감광막을 약 4000Å의 두께로 도포한다. 이어서, 상기 감광막을 노광, 현상하여 마스크 패턴의 사이에 개구부를 갖는 감광 패턴(43)을 형성한다. 다음에, 상기 감광 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절막용으로 예컨대 크롬을 약 50Å의 두께로 형성하여 투과율 조절막(45)을 형성한다.

제11c도는 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 개구브를 갖는 감광 패턴(43)을 제거 또는 립트 오프하여 상기 개구부 및 차광용 마스크 패턴(41)의 측벽에 투과율 조절막 패턴(45a)을 형성한다. 이렇게 되면, 마스크 패턴의 사이에 투과율 조절막 패턴이 형성된 마스크가 완성된다.

제12a 및 제12b도는 본 발명에 의해 상기 제9a도에 도시한 하프론형 위상 반전 마스클 제조방법의 제1실시예를 도시한 단면도이다.

제12a도는 위상 시프터가 형성된 기판상에 감광 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 위상 시프터(49)가 형성된 유리 기판(47)상에 감광막을 약 4000Å의 두께로 도포한다. 다음에 상기 감광막을 노광, 현상하여 개구부르 갖는 감광 패턴(51)을 형성한다.

제12b도는 투과율 조절말 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 감광 패턴(51)이 형성된 기판(47)의 전면에 투과율 조절막용으로 예컨대, 크롬을 스퍼터링 방법을 사용하여 약 50Å의 두께로 형성한후 상기 감광 패턴을 제거 또는 립트 오프하여 투과율 조절막 패턴(53)을 형성한다. 이렇게 되면, 마스크 패턴의 사이에 투과율 조절막 패턴(53)이 형성된 하프론형 위상 반전 마스크가 완성된다.

제13a도 내지 제13c도는 본 발명에 의해 하프톤형 위상 반전 마스크 제조방법의 제2실시예를 도시한 도면들이다.

제13a도는 위상 시프터가 형성된 기판의 이면에 투과율 조절막용 크롬층을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 위상 시프터(49)가 형성된 기판(47)의 이면에 투과율 조절막용 크롬층(55)을 스퍼터링 방법으로 약 50Å의 두께로 형성한다.

제13b도는 상기 크롬층상에 감광 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 크롬층(55)상에 감광막을 약 4000Å의 두께로 도포한다. 다음에, 상기감광막을 노광, 현상하여 마사크 패턴의 전사시에 상술한 단차 상단에 대응하는 부분, 다시 말하면 광 투과율이 감소되는 부분에 개구부를 갖는 감광 패턴(57)을 형성한다.

제13c도는 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 감광 패턴(57)을 식각 마스크로 하여 상기 크롬층(55)을 식각하여 투과율 조절막 패턴(55a)을 형성한다. 다음에, 상기 감광 패턴을 제거하고 나면, 마스크 패턴의 사이에 투과율 조절막 패턴(55a)이 형성된 하프톤형 위상 반전마스크가 완성된다.

제14a도 내지 제14g도는 본 발명에 의하여 종래의 언더컷 방법을 개선한 위상 반전 마스크 제조 방법의 일예를 나타내는 단면도들이다.

제14a도는 투명한 기판상에 차광층을 형성하는 단계를 나타낸다. 먼저 투명한 기판(51)을 준비한다. 본 발명에서 사용가능한 기판의 재료로는 소다라임 유리, 석용 또늘 보로 실리 케이트 글래스 등을 들 수 있다. 특히, 열 팽장 계수가 적은 석영을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 석영을 사용한다. 다음에, 상기 투명한 기판(51)상에 크롬을 사용하여 증착한후 패터닝하여 차광층(53)을 형성한다.

제14b도는 크롬층을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 차광층(53)이 형성된 기판(51)의 전면에 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 아르곤 압력 4.5mTorr, 직류 전압 50W, 시간 3~14초의 조건을 100Å 미만의 두께로 광투과율 조절용으로 크롬층(55)을 형성한다.

제14c도는 상기 크롬층상에 감광막을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 크롬층(5%)이 형성된 기판의 전면(51)에 감광막(57)을 소정의 두께로 형성한다. 상기 감광막(57)은 후공정에서 상기 크롬층(55)을 패턴닝하는데 식각 마스크로 사용한다.

제14d도는 상기 형성된 감광막을 패터닝하여 감광 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 감광막(57)을 전자빔을 사용하여 위상 시프터가 형성될 부위를 노광시킨후, 노광된 감광막을 현상하여 감광 패턴(57a)을 형성한다.

제14e도는 상기 크롬층을 식각하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 감광 패턴(57a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 크롬층(55)을 습식식각 방법에 의하여 약10초간 상기 크롬층(55)을 식각하여 투과율 조절막 패턴(55a)을 형성한다. 이때, 크롬층(55)의 식각으로 인한 차광층의 손실이 약간 생기지만 차광층의 두께가 약 1000Å가 되기 때문에 문제점은 발생하지 않는다. 상기 투과율 조절막 패턴(55a)의 투과율은 패턴의 피치, 패턴의 크기 및 후공정에서 형성될 기판의 식각 기울기등에 따라 달라질수 있다.

제14f도는 투명한 기판을 이방성 식각하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 감광 패턴(57a) 및 차광층(53)을 마스크로 하여 기판(51)을 λ/2(n-1)의 깊이로 이방성 식각하여 요부의 홈을 형성한다. 상기 기판(51)에 형성된 요부의 홈은 위상 시프터로 작용하다. 따라서, 기판에 홈에 형성된 부분(위상 시프터 부분)과 그 이외의 부분(비위상 시프터 부분)으로 나뉘어진다. 상기 기판의 식각은 CF₄+O₂계 가스를 이용한 반응성 건식 식각 방법에 의하여 수행되거나 습식 식각 방법에 의해 수행할 수도 있다.

제14g도는 상기 감광 패턴을 제거하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기기판의 식각 마스크로 사용한 감광 패턴(57a)을 제거하여 본 발명에 의한 위상 반전 마사크를 수득한다.

상기 제14a도내지 제14g도에 의해 제조된 위상 반전 마스크는 위상 시프터 부위와 시프터 부위간의 광의 투과 강도를 조절하기 위하여, 투과율 조절막 패턴(55a)을 사용하였다. 상기 투과율 조절막 패턴(55a)은 두께에 따라 광투과율이 변화하며, 상술한 바와 같이 투과율 조절막을 스퍼터링법을 이용하여 아르곤 압력 4.5mTorr, 직류전압 50W, 시간 3~14초의 조건으로 100Å 미만의 두께로 크롬층을 형성하였을 때, 광투과율은 60%~90%을 얻을 수 있다.

제15도는 본 발명과 종래의 언더컷 방법의 공간 영상 이미지(aerial image)를 도시한 도며이다.

제15도에서, 참조부호 100은 종래의 언터컷 방법을 이요하여 나타낸 것이고 참조부호 200은 본 발명에 의한 방법에 의하여 나타낸 것이다. 동도에서 볼 수 있듯이 본 발명에 의한 방법은 위상 시프터 부위 및 비위상 시프터 부위의 광강도가 차이가 없어서, 위상 시프터 부위 및 비위상 시프터 부위의 임계크기의 차이가 없어져 정밀하게 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 종래 언더 컷 방법에 의한 결함을 억제할 수 있다.

본 발명은 마스프 패턴 또는 위상시프터의 주위에 투과율 조절막 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 투과광의 투과율을 조절하여 정밀하게 패턴을 형성할 수 있다.

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

Claims (27)

1. 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 마스크의 패턴 사이에 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하에 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 사이 마스크의 패턴사이의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴의 광 투과율은 0%에서 100%의 사이에서 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 형성방법.
4. 제1항에 있어서, 상기투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 광선은 X선, 전자빔, 자외선 및 FIB 의 일군에서 선택된 어느하나를 이용한 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
6. 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 위상 반전 마스크의 위상 시프터 사이에 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세판 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
7. 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 상기 위한 반전 마스크 패턴이 형성된 기판의 이면에 상기 위상 반전 마스크 패턴 사이에 대응되게 투과율 조절막 패턴을 형성시켜, 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 위상 반전 마스크는 하프톤형 위상 반전 마스크인 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기투과율 조절막 패턴의 광투과율은 60%에서 90%의 사이에서 조절하여 미세한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
11. 반도체 기판에 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 마스크에 있어서, 상기 마스크 패턴의 사이에 투과율 조절막 패턴을 위치하여, 상기 투과율 조절막 패턴에 의해 상기 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 마스크
12. 제11항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 상기 마스크 패턴 사이의 일부를 위치하는 것을 특징으로 하는 마스크
13. 제11항에 있어서,상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마스크
14. 제11항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴 사이의 기판에 요부의 홈이 더 형성되어 위상 시프터로 작용하는 것을 특징으로 하는 마스크
15. 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 위상 반전 마스크의 위상 시프터 사이에 투과율 조절막 패턴을 위치시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 마스크
16. 광선을 이용하여 마스크 패턴을 전사시키는 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 마스크 패턴이 형성된 기판의 이면에 상기 마스키 패턴 사이에 대응하게 투과율 조절막 패턴을 위치시켜, 상기 위상 반전 마스크를 통과하는 광선의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 마스크
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 마스크는 하프톤형 위상 반전 마스크인 것을 특징으로 하는 마스크
18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마스크
19. 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기감광 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 립트 오프 또는 제거하여 상기 투광부에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 상기 마스크 패턴 사이의 일부의 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
22. 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 또는 상기 기판을 식각하여 시프터를 형성하는 단계; 상기 위상 시프터상에 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 립트 오프 또는 제거하여 상기 투광부에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
23. 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴상에 또는 상기 기판을 식각하여 위상 시프터를 형성하는 단계; 상기 기판의 이면에 투과율 조절막을 형성하는 단계; 상기 투과율 조절막상에 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 투과율 조절막을 식각하여 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
25. 투명한 기판상에 차광용 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴이 형성된 기판의 전면에 투과율 조절용 막을 형성하는 단계; 상기 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 감광 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광 패턴을 마스크로 하여 상기 투과율 조절용 막을 식각하여 마스크 패턴의사이 및 차광용 마스크 패턴상에 투과율 조절막 패턴을 형성하는 단계; 상기 투과율 조절막 패턴 및 감광 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 기판을 식각하여 위상 시프터를 형성하는 단계; 및 상기 감광 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 마스크는 하부 시프터형 마스크인 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.
27. 제25항에 있어서, 상기 투과율 조절막 패턴은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 감광막(photoresist), SOG, MoSi 및 WSi의 일군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제조방법.