KR0165360B1 - 반도체 리소그라피 방법, 이에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

신규한 반도체 리소그라피 방법, 이에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 미세패턴의 선폭이 작은 부위에, 주변의 투광영역에서의 빛을 상쇄하기 위한 위상반전 패턴을 형성한다. 인접한 패턴과의 브리지나 라인의 끊어짐을 방지할 수 있다.

Description

반도체 리소그라피 방법, 이에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법

제1도는 통상적인 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 장치에서의 셀 레이아웃도.

제2도는 본 발명에 의한 위상반전 패턴을 삽입한 포토마스크의 레이아웃도.

제3도는 제2도의 S1 및 S2 부분에서의 빔 프로파일을 나타내는 도면.

제4도는 본 발명에 의한 위상반전 패턴을 삽입하여 모의실험한 결과를 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명에 의한 위상반전 패턴이 적용되는 여러 가지 패턴들의 레이아웃도.

제6a도 내지 제6e는 본 발명의 제1 실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위한 단면도들.

제7a도 내지 제7e도는 본 발명의 제2실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위한 단면도들.

제8a도 및 제8b도는 본 발명의 제3 실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위한 단면도들.

본 발명은 반도체장치의 리소그라피 방법, 이에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 매몰콘택과 워드라인 및 비트라인이 인접한 부위에서 발생하는 불량을 해결할 수 있는 반도체장치의 리소그라피 방법, 이에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체장치의 각종 패턴은 리소그라피 기술에 의해 형성된다는 것은 널리 알려져 있다.

제1도는 통상적인 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 장치에서의 셀 레이아웃도이다 (이 도면은 설계시의 도면으로서, 실제로 포토마스크나 웨이퍼 상에서는 이러한 패턴이 얻어지지 않는다).

제1도를 참조하면, DRAM의 셀은 액티브(10)와 게이트라인, 즉 워드라인(20)이 서로 겹쳐지게 되는데, 도면에 표시한 A 부분은 후속공정에서 매몰콘택(buried contact)이 형성되어 커패시터와 연결된다. 따라서, 이A 부분의 면적을 충분히 확보할 필요가 있으며, 인접한 곳으로 비트라인과 워드라인이 지나가므로 분리를 유지하는 것이 매우 중요하다. A 부분의 면적을 최대한으로 확보하기 위해서 액티브내를 지나는 워드라인이 굵어지는 것만큼 액티브를 지나지 않는 워드라인을 가늘게 설계하여야 하는데, 이 부분이 조금만 굵으면 브리지가 생기고 조금만 가늘면 끊어지는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 줄이기 위하여 워드라인(20)의 한쪽 패턴(점선으로 표시됨)을 제1도에 도시된 바와 같이 얇게 설계하는 방법이 제안되었는데, 이 부분을 얇게 설계하더라도 실제로 리소그라피 공정을 거치게 되면 그 효과가 별로 크지 않다. 이는, 인접한 투광영역을 투과한 빛들이 회절하여 보상을 해주기 때문이다. 또한, 얇기 때문에 사진공정을 진행하기가 어려워져서 공정 조건에 따라 라인이 끊어지는 문제가 발생하기도 한다. 리소그라피 공정의 변동치는 구현하고자 하는 패턴의 크기에 관계없이 거의 일정하기 때문에, 패턴이 얇게 설계될수록 공정상 관리하기가 매우 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 액티브의 면적을 충분히 확보하여 인접한 두 라인, 즉 워드라인과 워드라인이 브리지되는 문제를 해결할 수 있는 반도체장치의 리소그라피 법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 리소그라피 방법에 적용되는 포토마스크를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 포토마스크를 제조하는데 특히 적합한 포토마스크의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광학적 방법으로 미세패턴을 형성하는 반도체 리소그라피 방법에 있어서, 상기 미세패턴의 선폭이 작은 부위에, 주변의 투광영역을 투과한 빛을 상쇄하기 위한 위상반전 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 리소그라피 방법을 제공한다.

상기 미세패턴은 라인형태로 형성될 수 있다.

상기 위상반전 패턴은, 쉬프터(shifter)를 패터닝하여 형성하거나, 석영기판을 식각하여 형성한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마스크기판; 및 패턴을 형성하고자 하는 피노광물의 상기 패턴의 선폭이 작은 부위에 대응하는 상기 마스크기판의 소정부위 상에 형성된 위상반전 쉬프터를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크를 제공한다.

또한 상기 또다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마스크기판상에 쉬프터 및 크롬층을 형성하는 단계; 사진식각 공정으로 상기 크롬층을 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 크롬층을 마스크로 하여 상기 쉬프터를 식각함으로써, 위상반전 패턴이 형성될 부위에만 쉬프터를 남기는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법을 제공한다.

본 발명은, 주변의 투광영역을 투과한 빛이 영향에 의해 선폭이 작은 부위가 끊어질 우려가 있는 모든 미세패턴에 있어서, 상기 선폭이 작은 부위를 위상반전 패턴으로 형성함으로써 인접한 패턴과의 브리지나 라인의 끊어짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 앞서, 본 발명에서 사용하는 위상반전 마스크에 대해 살펴보기로 한다.

DRAM의 집적도가 증가함에 따라 패턴의 사이즈가 점점 감소되고 있어 높은 해상도를 갖는 새로운 리소그라피 방법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라, 마스크 측면에서 해상도나 촛점심도를 증가시키기 위해 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 사이즈의 패턴을 노광할 수 있는 위상반전마스크가 개발되었다. 이러한 위상반전마스크는 종래의 다른 미세패턴 형성방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크 제조방법의 변경 만으로 빛의 회절을 역이용하여 마스크의 분해능이 30%정도 향상될 수 있기 때문에 차세대 반도체장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

제2도는 제1도에 도시된 셀 레이아웃 중 워드라인(20)을 형성하기 위한 포토마스크를 도시한 것으로서, 선폭이 작은 부위를 본 발명에 의한 위상반전 패턴으로 형성한 것이다. 다만, 제2도에는 종래의 포토마스크와 본 발명에 의한 포토마스크를 비교하기 위하여, 종래의 방법에 따라 위상반전 패턴을 삽입하지 않는 미세선폭 부위(S1)와 본 발명에 따라 위상반전 패턴을 삽입한 미세선폭 부위(S2)를 동시에 도시하였다. 즉, S1 부분은 위상반전시키지 않은 보통의 차광막패턴으로 형성한 것이고, S2 부분은 180°로 위상반전시킨 것이다.

제3도는 제2도의 S1 및 S2 부분에서의 빔 프로파일을 나타내는 도면으로서, (a)도 및(b)도는 각각, S1 부분에서 투과광의 위상프로파일 및 에너지 프로파일을 나타낸다. (c)도 및 (d)도는 각각, S2 부분에서 투과광의 위상 프로파일 및 에너지 프로파일을 나타낸다.

여기서, 제2도의 바탕부분, 즉 백색부분이 빛을 투과시키는 부분이 된다.

제3도의 (a) 및 (b)도를 참조하면, 참조부호 30, 40, 및 50으로 표시된 투광영역을 투과하는 빛들은 패턴, 즉 워드라인의 얇아지는 부분(S1)에서 서로 보강간섭하게 되어 에너지 프로파일이 (b)도와 같이 되며, 결과적으로 이 부분이 끊어지는 현상이 발생한다.

제3도의 (c) 및 (d)도를 참조하면, 워드라인의 얇은 부분(S2)을 180°의 위상반전 패턴으로 형성하면서, 그 투과율을 5∼20% 정도로 한다. 따라서, (d)도에 도시된 바와 같이, 패턴간의 경계면에서 빛의 강도가 0에 가까우므로 선명하고 깨끗한 모양의 패턴을 구현할 수 있다. 즉, 끊어지거나 인접한 패턴과의 브리지가 없기 때문에, 미세패턴을 형성할 수 있다.

제4도는 본 발명에 의한 위상반전 패턴을 삽입하여 솔리드(SOLID)를 이용하여 모의실험한 결과를 나타내는 그래프로서, 우수한 패턴의 공간영상(aerial image)이 얻어짐을 알 수 있다.

제5도는 본 발명에 의한 위상반전 패턴이 적용되는 여러 가지 패턴들의 레이아웃도로서, 라인형태의 다양한 선폭으로 이루어진 부위를 위상반전 패턴으로 형성할 수 있다. 위상반전 패턴이 형성된 영역을 투과하는 빛과 투광영역을 투과하는 빛의 위상차는 180°이다. 본 발명에 의하면, 주변의 투광영역에서의 빛의 영향에 의해 선폭이 작은 부위가 끊어질 우려가 있는 모든 미세패턴에 있어서, 상기 선폭이 작은 부위에 위상반전 패턴을 삽입할 수 있다. 이때, 사용되는 위상반전 패턴의 크기는 주변의 투광영역의 빛을 상쇄하기에 적당한 크기로 하는 것이 바람직하다. 만약, 위상반전 패턴의 크기가 너무 크게 되면, 원하지 않는 홀(hole)이 생길 수 있다.

제6a도 내지 제6e도는 본 발명의 제1실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 좌측의 도면은 제5도의 XX'선에 따른 단면도이고, 우측의 도면은 제5도의 YY'선에 따른 단면도이다.

제6a도를 참조하면, 석영으로 이루어진 마스크기판(100) 상에 MoSiON 또는 SOG(Spin-On Glass)로 이루어진 쉬프터(102)를 형성하고, 그 위에 크롬층(104)을 형성한다. 이어서, 상기 크롬층(104) 상에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 위상반전 패턴이 형성될 부위에만 제1 포토레지스트 패턴(106)을 형성한다.

제6b도를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(106)을 식각마스크로 하여 크롬층(104)을 습식식각 공정으로 패터닝한 후, 계속해서 건식식각 공정으로 상기 쉬프터(102)를 패터닝한다.

제6c도를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(106)을 제거한 후, 결과물 전면에 포토레지스트를 다시 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 제2 포토레지스트 패턴(108)을 형성한다.

제6d도를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(108)을 식각마스크로 하여 노출된 크롬층(104)을 식각한다.

제6e도를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(108)을 제거한다. 그 결과, XX` 단면으로는 기판-쉬프터-기판의 위상반전 패턴이 형성되고, YY` 단면으로는 크롬-쉬프터-크롬의 위상반전 패턴이 형성된다.

제7a도 내지 제7e도는 본 발명의 제2 실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입하는 리소그라피 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

여기서, 좌측의 도면은 제5도의 XX`선에 따른 단면도이고, 우측의 도면은 제5도의 YY`선에 따른 단면도이다.

제7a도를 참조하면, 석영으로 이루어진 마스크기판(100) 상에 크롬층(104)을 형성한 후, 그 위에 포토레지스트를 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 제1 포토레지스트 패턴(106)을 형성한다.

제7b도를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(106)을 식각마스크로 하여 크롬층(104)을 습식식각한다. 이때, XX` 단면으로는 크롬층(104)이 전면 식각된다.

제7c도를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(106)을 제거한 후, 결과물 전면에 포토레지스트를 다시 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 제2 포토레지스트 패턴(108)을 형성한다.

제7d도를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(108)이 형성된 결과물 전면에 쉬프터(102)를, 예컨대 스퍼터링 방법으로 형성한다.

제7e도를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(108)을 제거함과 동시에, 리프트-오프(lift-off)로 제2 포토레지스트 패턴(108) 위의 쉬프터(102)를 제거한다.

제8a도 및 제8b도는 본 발명의 제3 실시예에 의한, 위상반전 패턴을 삽입하는 리소그라피 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 좌측의 도면은 제5도의 XX`선에 따른 단면도이고, 우측의 도면은 제5도의 YY`선에 따른 단면도이다.

제8a도를 참조하면, 상술한 제2 실시예의 제7a도 내지 제7c도를 참조하여 설명한 방법을 동일하게 진행하여 제2 포토레지스트 패턴(108)을 형성한 후, 이를 식각마스크로 하여 노출된 마스크기판(100)을 소정깊이로 식각한다. 이때, 상기 식각공정은 CF₄와 CHF₃가스 및 O₂가스를 이용한 플라즈마 건식식각 방법으로 실시한다.

제8b도를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(108)을 제거한다.

그 결과, XX` 단면으로는 기판-소정깊이로 식각된 기판-기판의 위상반전 패턴이 형성되고, YY` 단면으로는 크롬-소정깊이로 식각된 기판-크롬의 기판식각형 위상반전 패턴이 형성된다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주변의 투광영역으로 투과한 빛의 영향에 의해 선폭이 작은 부위가 끊어질 우려가 있는 모든 미세패턴에 있어서, 상기 선폭이 작은 부위에 위상반전 패턴을 형성함으로써 인접한 패턴과의 브리지나 라인의 끊어짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (5)

1. 광학적 방법으로 미세패턴을 형성하는 반도체 리소그라피 방법에 있어서, 상기 미세패턴의 선폭이 작은 부위에, 주변의 투광영역을 투과한 빛을 상쇄하기 위한 위상반전 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 리소그라피 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 미세패턴은 라인형태로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 리소그라피 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 위상반전 패턴은, 쉬프터를 패터닝하여 형성하거나, 석영기판을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 리소그라피 방법.
4. 마스크기판; 및 패턴을 형성하고자 하는 피노광물의 상기 패턴의 선폭이 작은 부위에 대응하는 상기 마스크기판의 소정부위 상에 형성된 위상반전 쉬프터를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
5. 마스크기판 상에 쉬프터 및 크롬층을 형성하는 단계; 사진식각 공정으로 상기 크롬층을 패터닝하는단계; 및 상기 패터닝된 크롬층을 마스크로 하여 상기 쉬프터를 식각함으로써, 위상반전 패턴이 형성될 부위에만 쉬프터를 남기는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.