KR0155303B1 - 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 T-게이트 형성용 마스크는 불투명과 투명부위만으로 이루어진 종래의 마스크와는 달리, 선택적으로 투과율이 조절된 패턴부위가 배치하고 있으며, 투명한 패턴부위와 투과율이 조절된 패턴부위와의 빛의 위상을 조절하기 위한 위상변환층(phase shift layer)을 갖는다.

또, 본 발명의 마스크는 T-게이트의 다리부위의 패턴형성을 위한 마스크 패턴은 투명한 패턴을 형성하고 투명패턴에 인접하여 T-게이트의 머리부위를 형성하기 위한 반투명한 패턴이 배치된 구조를 갖는다.

Description

티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크 및 그 제조방법

제1a도 내지 제1f도는 전자빔을 이용한 T-게이트 형성방법을 공정순서대로 나타낸 단면도.

제2a도 내지 제2h도는 네가티브 레지스트를 이용한 T-게이트 형성방법을 공정순서대로 나타낸 단면도.

제3a도는 본 발명의 제1실시예에 따른 T-게이트 형성용 위상변환 마스크의 구조를 나타낸 측단면도.

제3b도는 본 발명의 제2실시예에 따른 T-게이트 형성용 위상변환 마스크의 구조를 나타낸 측단면도.

제4a도 내지 제4c도는 본 발명의 위상변화 마스크의 원리를 설명하기 위한 도면.

제5a도 내지 제5i도는 본 발명의 위상변환 마스크를 제조하는 방법을 공정순서대로 나타낸 단면도.

본 발명은 포토리소그래피를 사용하여 T-게이트 형성을 위한 레지스트 패턴형성시 단일층의 레지스트 위에 단일 노광공정으로 패턴을 형성할 수 있는 투과율이 조절된 새로운 포토마스크 구조 및 그 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

최근 위상방송 수신기, 고속논리회로, 전력모듈, MMIC(monolithic microwave integrated circuits) 등에 주로 응용되고 있는 HEMT(high electron mobility transistor) 등의 고속소자에는 높은 변조동작을 위하여 짧은 게이트 폭(gate length)이, 또는 전류통과를 위하여는 넓은 단면적의 패턴이 동시에 요구되고 있으며, 이와 같은 요구를 만족시키기 위하여 일반적으로 그 단면의 모양의 알파벳 T의 형상을 하고 있는 T-게이트가 사용되고 있다.

이와 같은 T-게이트의 형성은 포토리소그래피 방법의 해상력이 게이트 패턴의 미세한 선폭(0.25㎛ 이하)을 형성하기에는 부족하기 때문에 현재까지 주로 전자빔 노광방식을 이용한 패턴형성 기술을 사용하고 있다.

제1a도 내지 제1f도에는, 종래기술에 따른 전자빔을 이용한 T-게이트 형성방법이 도시되어 있다.

이 기술에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1a도를 참조하여, 기판(11)위에 PMMA(polymethyl methacrylate) 레지스트(12)를 도포하고 연화 건조시킨다.

제1b도를 참조하여, PMMA 레지스트(12)위에 그것에 비해 전자빔에 대한 감도가 상대적으로 높은 MMA 레지스트(13)를 도포한 후 연화 건조시킨다.

이어, 제1c도를 참조하여, 전자빔(14)에 의한 노광을 수행한 후, 레지스트들(12,13)을 현상하고 세척하여 제1d도에 도시된 바와 같은 T형 레지스트 프로파일(resist profile)을 형성한다.

이어, 제1e도를 참조하여, 기판 잔유물 처리(O₂plasma descum)공정을 수행한 후, 게이트 금속(15)을 증착한다.

마지막으로, 제1f도를 참조하여, 남아 있는 레지스트들(12a,13a)을 제거하여 T-게이트(15a)를 완성한다.

이상에서 상세히 기술된 바와 같이, 이 기술은 전자빔에 대한 감도가 서로 다른 이층구조의 레지스트(일반적으로, 하층에는 전자빔 감도가 낮은 PMMA, 상층에는 감도가 높은 MMA 레지스트를 사용함)를 사용함으로써, 같은 량의 전자빔 노광에도 서로 감도가 달라, 레지스트 현상 후 레지스트 감도에 따른 선폭이 차이를 가져오기 때문에 현상 후 T-형의 레지스트골을 형성할 수 있게 되며, 후에 금속을 증착하고 레지스트를 제거하여 T-게이트를 형성한다. 그러나, 이와 같은 전자빔 공정은 패턴형성에 필요한 전자빔 노광시간이 길어 생산성이 낮으며, 또 장비사용시간의 경과에 따른 전자빔의 크기변화와 선폭의 크기에 직접적인 영향을 미치므로 이의 방지를 위한 공정의 어려움이 따른다.

또한, 이층 구조의 레지스트를 사용하기 때문에 금속증착시 온도가 상승함에 따라 레지스트 사이로 금속이 확산하는 공정상의 문제점을 일으키기도 한다.

그리고 패턴형성 자체의 어려움과는 별도로, T-게이트 형성공정 이외의 공정들은 생산성을 높이기 위하여 광학 스텝퍼를 사용하는 것이 일반적인데, 이와 같은 경우 전자빔 노광장비와 스텝퍼간의 정렬방식이 달라 서로 다른 장비의 사용에서 오는 중첩정밀도의 오차를 야기하게 된다.

이러한 전자빔 공정과는 달리, 최근에는 포토리소그래피를 이용한 T-게이트 형성용 리소그래피 기술도 발표되고 있다.

이는 관건이 되고 있던 미세한 선폭(0.25㎛이하)을 형성할 수 있는 포토리소그래피기술이 개발되고 있기 때문인데, KrF엑시머 레이저 스텝퍼 등과 같이 짧은 파장의 광원을 사용하는 스텝퍼의 개발 및 위상변환 마스크(phase shift mask)라는 해상력 향상을 위한 변형마스크기술 등이 그에 해당한다.

제2a도 내지 제2h도에는, 이러한 포토리소그래피를 이용한 기술이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하여 이 기술에 대해 설명하면 다음과 같다.

제2a도를 참조하여, 기판(21) 위에 네가티브 레지스트(22)를 도포하고 연화 건조시킨다.

제2b도 및 제2c도를 참조하여, 제1마스크(23)를 사용하여 게이트 다리 및 정렬마크를 위한 노광을 수행한 후 현상하고, 이어 레지스트 패턴(22a)을 경화 건조시킨다.

제2d도를 참조하여, 네가티브 레지스트(24)를 도포하고 연화 건조시킨다.

이어, 제2e도를 참조하여, 게이트 머리의 형성을 위한 제2마스크를 사용하여 노광한다.

다음, 제2f도를 참조하여, 레지스트(24)를 현상한 후 경화 건조시켜 T형 레지스트 프로파일(22a,24a)을 형성한다.

이어, 제2g도를 참조하여, 기판 잔유물 처리(O₂plasma descum)를 수행한 후, 게이트 금속(25)을 증착한다.

마지막으로, 레지스트들(22a,24a)을 제거하여 T-게이트(25a)를 완성한다.

이상에서 상세히 설명된 바와 같이, 이 기술은 위상변환 마스크를 이용하여 고립공간(isolated space) 패턴을 형성하고 레지스트를 경화한 후, 경화된 레지스트 패턴 위에 다시 레지스트를 도포하여 다시 한번 노광 및 현상공정을 거쳐 레지스트로 이루어진 T-형의 골을 형성하는 이중노광(double exposure), 이중공정(double process)의 복잡한 방법을 사용하고 있다.

그러나 기존의 이 공정은 고립공간 패턴형성시 네가티브 레지스트를 사용하기 때문에 현상시의 스웰링(swelling)으로 인해 해상력이 포지티브 레지스트에 비해 떨어지는 단점이 있다.

또, 네가티브 레지스트 자체가 폴리머의 크로스 링킹(cross-linking) 메카니즘을 기본으로 하고 있기 때문에 현상 후 잔유물이 많이 생기게 되며, 따라서 산소 플라즈마 디스큠(O₂plasma descum) 등과 같은 잔유물 처리공정이 뒤따라야만 하는데, 이때 이러한 공정으로 인하여 선폭의 확대현상을 가져오는 단점이 있다.

또한, 레지스트 경화공정에 수반하여 층간잔유물이 발생하므로 이로 인해 소자특성의 저하 및 재현성 부족 현상이 나타나고 있다.

본 발명은 포토리소그래피를 사용하여 T-게이트 형성을 위한 레지스트 패턴형성시 단일층의 레지스트 위에 단일 노광공정으로 패턴을 형성할 수 있는 투과율이 조절된 새로운 포토마스크 구조 및 그 마스크의 제조방법을 제시하는데 그 목적이 있다.

이제부터 첨부된 제4도 내지 제5도를 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하겠다.

본 발명에 따른 T-게이트 형성용 마스크는, 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이, 불투명과 투명부위만으로 이루어진 종래의 마스크와는 달리, 선택적으로 투과율이 조절된 패턴부위가 배치하고 있으며, 투명한 패턴부위와 투과율이 조절된 패턴부위와의 빛의 위상을 조절하기 위한 위상변환층(phase shift layer)을 갖는다.

또, 본 발명의 마스크는 T-게이트의 다리부위의 패턴형성을 위한 마스크 패턴은 투명한 패턴을 형성하고 투명패턴에 인접하여 T-게이트의 머리부위를 형성하기 위한 반투명한 패턴이 배치된 구조를 갖는다. 이러한 반투명 패턴은 크롬을 식각하여 구성하거나, 또는 크롬 및 기타의 얇은 반투명 막을 증착하여 형성한다.

또한, 투명부위와 투과율이 조절된 부위와의 위상차를 만들기 위한 위상변환층이 놓여지는데 이 위상변환층은 투명부위의 석영(Quartz) 기판을 식각하여 구성하거나 또는 투명한 물질을 증착하여 구성할 수도 있다.

본 발명의 포토마스크 구조가 T-형태의 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 원리를 제4a도 내지 제4c도를 통하여 설명한다.

제4a도에 보인 본 발명의 마스크구조는 입사한 빛의 투과율은 물론 위상까지도 조절하기 때문에 광의 진폭을 변화시킨다.

이러한 진폭의 형태는 스탭퍼의 투영광학계를 통하여 웨이퍼 위에, 제4b도와 같은, 광강도 분포를 이루어, 제4c도에 도시된 바와 같은, T형 레지스트 프로파일을 만든다.

따라서, 포지티브 레지스트를 사용하여 노광공정을 진행할 경우 레지스트 깊이에 따라 흡수되는 광량이 다르기 때문에 이를 이용하면 제4c도와 같은 레지스트 프로파일을 형성할 수 있게 된다.

이와 같은 T-형의 레지스트 골에 금속을 증착하고 레지스트를 제거하면 원하는 T-형태의 게이트 패턴을 얻을 수 있게 된다.

제3a도 및 제3b도와 같은 마스크 구조에서 위상변환층을 제거하여도 웨이퍼면에 제4b도와 유사한 광강도 분포를 구성할 수 있지만 위상변환층을 배치함으로써 보다 해상력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 포토마스크 구조를 제작하는 방법은 제5a도 내지 제5i도와 같다.

석영 마스크 기판(1) 위에 크롬층과 같은 불투명층(2)을 형성하고, 그 위에 레지스트(3)를 도포하여 T-게이트 머리부위를 정의하고 노광 및 현상에 의해 레지스트 패턴(3a)을 형성한 후, 불투명층(2)을 부분적으로 식각하여 반투명층(2a)을 형성한다(제5a도 내지 제5d도 참조).

다시 제5e도와 같이 레지스트(4)를 도포한 후, T-게이트 다리부위를 정의하고 노광 및 현상에 의해 제5f도에 도시된 바와 같은 패턴(4a)을 형성한다.

이때, 반투명층(2a)의 일부 표면이 드러난다.

다음, 제5g도를 참조하여, 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 사용하여 표면이 드러난 반투명층(2a)을 식각한다.

제5h도를 참조하여, 레지스트 패턴(4a)을 제거하여 포토마스크를 완성한다.

이때, 석영기판을 식각하여 위상변환층을 형성할 수도 있다.

본 발명의 포토마스크는, T-게이트 형성용 레지스트 프로파일을 포토리소그래피 상에서 구현하므로써 기존의 전자빔 노광을 이용한 T-게이트 공정에 비하여는 생산성 및 재현성이 월등히 우수하며 제작비용이 적다는 장점을 갖고 있다.

또한, 본 발명의 포토마스크를 사용할 경우, 포토리소그래피를 이용한 기존공정에 비해서는 다음과 같은 장점을 갖는다.

먼저 본 발명의 포토마스크는 단일층 레지스트를 사용하여 단일노광공정을 통하여 T-게이트 형성용 레지스트 프로파일을 형성하기 때문에 공정이 단순하고 시간 및 비용의 절감을 가져올 수 있다.

또한, 이러한 공정을 포지티브 레지스트를 사용하여 구현하기 때문에 이층구조의 네가티브 레지스트를 사용하는 기존의 공정보다는 잔유물이 적게 남아, 이의 처리를 위한 잔유물처리(descum)공정의 부담을 줄일 수 있다.

그리고 기존공정의 이중노광방식에서 발생하는 T-게이트 다리부위와 머리부위간의 정렬오차 문제를 완전히 해결할 수 있어 공정의 재현성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

1. 투명기판과; 상기 투명기판의 양측 표면 위에 상호간 소정의 제1의 거리를 두고 각각 형성되는 제1 및 제2불투명막들과; 상기 제1 및 제2불투명막들이 형성된 영역 이외의 상기 투명기판의 표면 영역 양측 위에 소정의 제2의 거리를 두고 각각 형성되는 제1 및 제2반투명막들과; 상기 제1 및 제2불투명막들과 상기 제1 및 제2반투명막들이 형성된 영역을 제외한 영역에 상기 투명기판을 소정의 깊이로 식각하는 것에 의해 형성된 위상변환층을 포함하고; 상기 소정의 제1거리는 상기 소정의 제2거리보다 큰 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2반투명막들은 크롬막으로 구성되는 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크.
3. 투명기판과; 상기 투명기판의 양측 표면 위에 상호간 소정의 제1의 거리를 두고 각각 형성되는 제1 및 제2불투명막들과; 상기 제1 및 제2불투명막들이 형성된 영역 이외의 상기 투명기판의 표면 영역 양측 위에 소정의 제2의 거리를 두고 각각 형성되는 제1 및 제2반투명막들과; 상기 제1 및 제2불투명막들과 상기 제1 및 제2반투명막들 위에 투명막을 증착하는 것에 의해 형성되는 위상변환층을 포함하고; 상기 소정의 제1거리는 상기 소정의 제2거리보다 큰 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크.
4. 석영 마스크 기판(1) 위에 불투명층(2)을 형성하고, 그 위에 레지스트(3)를 도포하여 T-게이트 머리부위를 정의하고 노광 및 현상에 의해 레지스트 패턴(3a)을 형성한 후, 불투명층(2)을 부분적으로 식각하여 반투명층(2a)을 형성하는 공정과; 레지스트(4)를 도포한 후, T-게이트 다리부위를 정의하고 노광 및 현상에 의해 레지스트 패턴(4a)을 형성하여 상기 반투명층(2a)의 일부 표면이 드러나게 하는 공정과; 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 사용하여 표면이 드러난 상기 반투명층(2a)을 식각하고, 레지스트 패턴(4a)을 제거하는 공정을 포함하는 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 반투명층(2a)의 식각 후에 표면이 드러난 상기 석영 마스크 기판을 소정의 깊이로 식각하는 것에 의해 위상변환층을 형성하는 공정을 포함하는 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 레지스트 패턴(4a)을 제거한 후에 상기 불투명막과 상기 반투명막 위에 투명막을 형성하는 것에 의해 위상변환층을 형성하는 공정을 포함하는 티-게이트 형성을 위한 투과율이 조절된 위상변환 마스크의 제조방법.