KR100189668B1 - 위상 충돌을 피하기 위한 위상 쉬프트 리소그래피용 마스크 제조방법 - Google Patents

위상 충돌을 피하기 위한 위상 쉬프트 리소그래피용 마스크 제조방법 Download PDF

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Abstract

반도체 제조에 적합한 상 이승 마스크 제조방법은 희망의 마스크 패턴에 상 이송영역을 확인하는 단계와 상 충돌영역에 상 이송밴드를 형성하는 단계를 포함한다. 상 충돌영역은 동일한 상을 가지며 서로 인접한 마스크 패턴의 투명영역에서 발생된다. 특히, 본 발명의 방법은 투명한 기판상에 물투명증(즉, 크롬)을 침착시키는 단계와, 무명영역과 불투명 영역의 패턴을 형성하도록 불투명증에 개구를 에칭하는 단계와, 상 충돌영역에서 인접한 투명영역을 서로 연결하는 단계와, 하나씩 건너뛴 투명영역과 연결영역에 상 이송영역을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

위상 충돌을 피하기 위한 위상 쉬프트 리소그래피용 마스크 제조 방법
제1도는 반도체 웨이퍼상에 형성된 종래의 복합 포토레지스트 패턴의 개략도.
제2도는 네거티브 톤 레지스트(negative tone resist)를 이용하여 제1도에 도시된 복합 패턴을 형성하기에 적합하고 광 리소그래피 시스템에 사용하기 위한 종래의 마스크 패턴의 개략도.
제2a도는 제1도에 도시된 복합 패턴을 형성하기 위한 종래의 교호 어퍼쳐 위상 쉬프트 마스트 패턴(alternating aperture phase shifting mask pattern)의 개략도.
제3도는 본 발명의 방법에 따라 마스크의 형성 중에 도시된 부분적으로 완성된 마스크 패턴의 개략도.
제4도는 제3도의 마스크 패턴을 위한 위상 쉬프트 영역의 위치를 도시한 개략도.
제5도는 위상 쉬프트 영역과 겹쳐진 투명 영역을 갖는 제3도의 마스크 패턴을 위한 투명 영역의 위치를 도시한 개략도.
제6도는 반도체 웨이퍼상에 형성된 종래의 다른 포토레지스트 패턴의 개략도.
제7도는 네거티브 톤 레지스트를 이용하여 제6도의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 광 리소그래피 시스템에 사용하기에 적합한 종래의 마스크 패턴의 개략도.
제8도는 제6도의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 종래의 위상 쉬프트 마스크 패턴의 개략도.
제9도는 본 발명에 따라 마스크의 제조에 사용된 2개의 기록 공정 중 제1기록 후에 도시된 제6도의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 부분적으로 완성된 위상 쉬프트 마스크 패턴의 개략도.
제10도는 제2기록 후에 완성된 위상 쉬프트 마스크 패턴을 도시한 제9도와 유사한 개략도.
제11a도는 제10도에 도시된 마스크 패턴의 개략 단면도.
제11b도는 리소그래피 공정에서 제10도의 완성된 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼에서의 전기장의 강도를 도시하는 개략도.
제12도는 4개의 기록 공정 중 제1기록후에 도시된 본 발명에 따라 구성된 마스크를 위한 부분적으로 완성된 마스크 패턴의 개략도.
제13도는 4개의 기록 공정 중 제2기록 후 도시된 부분적으로 완성된 마스크 패턴의 개략도.
제14도는 4개의 기록 공정 중 제3기록 및 제4기록 후 마스크 패턴을 도시하는 확대도.
제15도는 불투명한 연결부를 도시하는 제12도의 일부의 확대도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
40 : 마스크 패턴 46 : 위상 충돌 영역
48 : 연결부 50 : 위상 쉬프트 밴드
52 : 위상 쉬프트 영역
본 발명은 광학 리소그래피(optical lithography)에 관한 것으로서 특히, 광학 리소그래피에 사용되는 레티클(reticle)이나 마스크의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 방법은 반도체를 제조하기 위한 위상 쉬프트 마스크(phase shifting mask)의 제조에 적합하다.
반도체 제조에 있어서, 마이크로 리소그래피는 반도체 웨이퍼상에 집적회로를 형성하는 데에 이용된다. 리소그래피 공정중에 자외선과 같은 일종의 방사 에너지는 마스크나 레티클을 관통하여 반도체 웨이퍼에 도달한다. 마스크는 설정된 패턴으로 형성된 투명 영역 및 불투명 영역을 포함한다. 예컨대 격자 패턴은 반도체 웨이퍼상에서 평행하게 이격된 도체선을 형성하기 위해 사용된다. 자외선은 웨이퍼상에 형성된 레지스트의 층에서 마스크 패턴을 노출시킨다. 그 후 레지스트는 포지티브 레지스트를 위한 레지스트의 노출부나 네거티브 레지스트를 위한 레지스트의 비노출부를 제거하기 위해 현상된다. 다음에 패턴된 레지스트는 이온 주입 공정이나 에칭 공정과 같은 일련의 반도체 제조공정 중에 이용될 수 있다.
제1도에는, 광 리소그래피 기법을 이용하여 반도체 웨이퍼의 일부에 형성된 복합 포토레지스트 패턴(10)이 도시되어 있다. 제1도에 있어서, 포토레지스트로 피복된 웨이퍼상의 영역은 점선의 대각선으로 도시되어 있다. 이 웨이퍼상에 형성된 포토레지스트 패턴(10)은 도시된 바와 같은 형태를 취하는 일반적으로 T형부(12A 내지 12D)의 반복적인 배치를 포함한다. 상기 T형부(12A 내지 12D)는 거울상 쌍(mirror image pair)으로 배치된다. 또한 한 쌍의 평행하게 이격된 가장자리(14)는 T형부(12A 내지 12D)에 대해 거의 수직으로 위치하며, 패턴(10)의 하부에 테를 두르고 있다. 평행하게 이격된 다른 한 쌍의 가장자리(14A)는 가장자리(14)의 거울상으로서 형성되고, 패턴(10)의 상부에 테를 두르고 있다. 가장자리는 도시된 바와 같이 불규칙한 외주 형상을 갖는다.
만일 포지티브 포토레지스트가 사용될 경우, T형부(12A 내지 12D)와 가장자리(14, 14A)를 형성하는 포토레지스트는 마스크상에서 불투명 영역에 해당한다. 웨이퍼의 잔류 영역은 포토레지스트가 없으며, 마스크상에서 투명 또는 투과 영역에 해당한다. 포토리소그래피 공정중에 마스크 패턴의 투명 영역을 관통하는 광은 후에 제거되는 포지티브 포토레지스트를 현상하는 기능을 한다. 역으로 네거티브 톤 레지스트에 대해, 포토레지스트[T형부(12A 내지 12D), 가장자리(14, 14A)]를 갖는 웨이퍼의 영역은 마스크의 투명 영역에 해당한다.
제2도에는 제1도에 도시된 포토레지스트 패턴(10)에 네거티브 톤 레지스트를 현상하기에 적합한 마스크 패턴(16)이 도시되어 있다. 제2도에서는 실선의 대각선을 갖는 마스크 패턴(16)의 불투명 영역과 투명 영역이 명확하게 도시되어 있다. 마스크 패턴(16)은 도시된 바와 같은 형태를 취하는 평행하게 이격된 가장자리(20, 20A)와 T형부(18A 내지 18D)의 거울상 쌍이 형성된 투명 영역을 포함한다.
상술한 바와 마찬가지로 가장자리(20, 20A)는 T형부(18A 내지 18D)에 직각을 이룬다. 마스크 패턴(16)의 투명 영역은 웨이퍼상에서 희망의 패턴(10)(제1도 참조)에 잔류하는 네거티브 톤 포토레지스트를 현상하는데 사용된다.
이러한 종래의 마스크 배치는 0.5μ 이상의 피쳐 크기(feature size)를 갖는 반도체 구조의 형성에는 유용하다. 그러나 미세회로 밀도(microcircuit density)가 증가할수록 제1도의 포토레지스트 패턴(10)에 의해 제공된 것과 같이 반도체 장치의 피쳐 크기는 서브미크론(submicron) 수준으로 감소된다. 이러한 서브미크론 피쳐는 능동 반도체 장치의 다양한 기하학적 피쳐의 크기나 금속 도체선의 폭 및 간격을 포함한다. 반도체 제조에서 서브미크론 피쳐에 대한 조건은 개량된 리소그래피 공정과 시스템의 발전을 요구하였다. 개량된 리소그래피 공정중의 하나는 위상 쉬프트 리소그래피(phase shift lithography)로 공지되어 있다.
위상 쉬프트 리소그래피에서는 회절을 극복하고 타겟에 투영된 광학 영상(optical image)의 깊이와 해상도를 개선하기 위하여 광선의 간섭을 이용한다. 위상 쉬프트 리소그래피에 있어서, 대상체(object)에서의 노출광의 위상은 이웃한 밝은 영역들은 양호하게도 180°로 위상이 서로 어긋나게 형성되도록 제어된다. 따라서 회절이 다른 방법으로 이들 밝은 영역을 비출 때에도 파괴된 간섭에 의해 밝은 영역 사이에 어두운 영역이 형성된다. 이러한 기법은 대상체(즉, 웨이퍼)에서 전체 해상도를 개선시키며 0.25㎛ 정도의 미세한 해상도가 발생되게 한다.
종래의 리소그래피 마스크가 단지 투명 영역과 불투명 영역만을 포함하는 반면에, 위상 쉬프트 마스크는 3개의 구별된 영역 또는 재료의 층으로 형성된 반복적인 패턴으로 구성된다. 불투명층은 빛을 투과시키지 않는 영역을 제공하며, 광투과층(light transmission layer)은 빛을 거의 100% 통과시키는 영역을 제공하고, 위상 쉬프트층은 빛을 거의 100% 통과시키지만 광 투과 영역을 통과하는 광으로부터 180°(π)만큼 위상 쉬프트되어 있는 영역을 제공한다. 광 투과 영역과 위상 쉬프트 영역은, 불투명층의 엣지로부터 회절되어 광 투과 영역 및 위상 쉬프트 영역을 통과하는 광선이 그들 사이의 어두운 영역에서 사라지도록 배치되어 있다. 이것은 포토패턴화된 반도체 웨이퍼상에서 마스크에 의해 형성된 패턴의 피쳐를 명확하게 묘사하는데 사용될 수 있는 밝은 영역과 어두운 영역을 생산한다.
최근에, 다른 형태의 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 기술에서 다른 기법이 발전되어 왔다. 위상 쉬프트 마스크의 한 형태는 본 기술분야의 선구자적 연구자인 엠.디.레븐슨(M.D. Levenson) 의 이름을 따서 레븐슨(Levenson) 또는 교호 어퍼쳐(alternating aperture) 위상 쉬프트 마스크로서 공지되어 있다. 이러한 마스크는 전형적으로 폴리싱된 수정과 같은 투명한 기판상에 형성된다. 크롬과 같은 재료로 형성된 불투명층은 투명한 기판상에 증착되어 어퍼쳐 패턴으로 에칭된다. 이것은 어퍼쳐 패턴과 연합하여 필요한 패턴을 갖는 마스크상에 불투명 영역을 형성한다. 위상 쉬프트 마스크와 함께, 투명 영역과 위상 쉬프트 영역은 불투명 영역에 대해 교호 패턴으로 어퍼쳐 내에 형성된다.
마스크 패턴의 위상 쉬프트 영역은 위상 쉬프트 재료를 하나씩 걸러 어퍼쳐내에 증착시킴으로써 형성된다(즉, 애디티브법 : additive process). 선택적으로, 위상 쉬프트 영역은 하나씩 건너뛴 어퍼쳐에 홈(groove)을 에칭함으로써 형성될 수도 있다(즉, 서브트랙티브법 ; subtractive process). 이러한 형태의 위상 쉬프트 구조에서, 홈이 형성된 어퍼쳐를 관통하는 광은 기판의 전체 두께에 대해 형성된 인접한 어퍼쳐를 관통하는 광에 비해 기판에서 짧은 거리를 이동한다. 따라서, 마스크의 인접한 어퍼쳐에서 나오는 광 비임은 위상차를 갖는다. 이러한 위상차는 180°(π) 또는 그 제곱이 적당하므로 웨이퍼에서 광파(light wave)가 사라지게 된다. 마스크 패턴의 광 투과 영역과 위상 쉬프트 영역을 위한 기판의 두께는 하기식에 의해 계산될 수 있다.
t=iλ/2(n-1)
여기서, t : 두께
i : 홀수
λ: 노출광의 파장
n : 노출 파장에서 기판의 굴절계수
제2도에는 레븐슨(교호 어퍼쳐) 위상 쉬프트 마스크를 위한 종래의 위상 쉬프트 마스크 패턴(22)이 도시되어 있다. 상기 위상 쉬프트 마스크는 불투명 재료(예를 들어 크롬)가 증착된 투명한 기판(예를 들어 수정)상에 형성된다. 마스크 패턴의 불투명 영역은 빗금 영역으로 표시되며, 광 투과 영역은 선이 그려져 있지 않고, 위상 쉬프트 영역은 수직선 영역으로 표시되어 있다.
상기 마스크 패턴(16)(제2도 참조)과 함께, 위상 쉬프트 마스크 패턴(22)(제2A도 참조)은 평행하게 이격된 가장자리(26, 26A)와 T형부(24A-D)가 거울상 쌍으로 형성된 투명한 영역을 포함한다. 수직선으로 도시된 바와 같이, 하나씩 건너뛴 T형부(24B, 24D)와 가장자리(26, 26A)는 위상 쉬프트 영역으로 형성된다.
위상 쉬프트 영역은 위상 쉬프트가 발생되지 않는 (즉 교호 어퍼쳐)광 투과 영역과 교호한다. 위상 쉬프트는 위상 쉬프트 영역을 기판에서의 홈으로 설정된 깊이로 형성하므로써 실행된다. 선택적으로 위상 쉬프트재료는 위상 쉬프트 영역을 형성하기 위해 기판상에 증착될 수도 있다.
그 복잡성으로 인하여, 위상 쉬프트 마스크 패턴은 자동화 컴퓨터 이용 설계기법(Auto-CAD)를 이용하여 형성된다. 예컨대 1991년 12월 8일∼11일 워싱턴에서 개최된 국제 전자장치학회에서 웡(Wong)씨 등에 의해 CAD 툴키트를 이용한 위상 쉬프트 마스크 레이아웃 이슈 조사라고 명명된 기법은 위상 쉬프트 마스크를 위한 CAD 디자인 방법에 대해 기술하고 있다.
이러한 복합 마스크 패턴(22)으로 구성된 위상 쉬프트 마스크에서의 문제점은 투영된 영상의 품질을 저하시키는 위상 충돌 영역이 많이 존재한다는 점이다. 일반적으로, 마스크 패턴(22) 상에서 동일한 위상의 2개의 영역이 매우 밀착한 상태로 발생되는 곳에서 위상 충돌(phase conflict)이 발생된다. 0°영역에 인접해 있는 2개의 위상 충돌 영역은 부호 28과 30으로 도시되어 있다. 180°영역에 인접해 있는 2개의 위상 충돌 영역은 부호 28A 및 30A로 도시되어 있다.
불투명부(32, 34, 32A, 34A)와 같은 위상 충돌 영역에서의 불투명 재료는 시스템에 대한 제한 화상도 아래인 매우 협소한 폭을 갖는다. 따라서 이러한 폭이 좁은 불투명부(32, 34, 32A, 34A)는 영상을 분해하지(resolve) 않으며, 불투명 재료에 의해 제공된 피쳐는 웨이퍼상에 명료하게 프린트되지 않을 것이다. 이러한 이유 때문에 위상 쉬프트 리소그래피는 반도체 제조에 사용된 많은 복합 패턴에 대해 만족스러운 결과를 제공할 수 없다.
이러한 문제점 및 기타 다른 문제점들에 비추어 볼 때, 본 기술분야에서는 복합 패턴을 형성하기에 적합한 개량된 위상 쉬프트 마스크가 요구되고 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 포토리소그래피를 위한 개량된 위상 쉬프트 마스크 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 위상 충돌 영역에서 투영된 피쳐의 해상도를 개선하는 위상 쉬프트 마스크를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 대형의 반도체 제조에도 적용할 수 있고 오토캐드 마스크 레이아웃 기법에도 필적하는 개선된 위상 쉬프트 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 반도체 포토리소그래피에 적합한 개선된 위상 쉬프트 마스크와 위상 쉬프트 마스크 제조방법을 제공하는 것이다. 요약하면, 본 발명의 방법은 필요한 위상 쉬프트 마스크 패턴에서 위상 쉬프트 충돌 영역을 확인하는 단계와 ; 투명한 기판상에 불투명층을 증착하고 이 불투명층을 통해 기판까지 이르는 구멍을 에칭하여 불투명 영역과 투명 영역의 마스크 패턴을 형성하는 단계와 ; 위상 충돌 영역에서 마스크 패턴의 인접한 투명 영역들을 다함께 연결하는 단계와 ; 연결된 투명 영역에서 하나씩 건너뛴 구멍에서 위상 쉬프트 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 교호 어퍼쳐 또는 레븐슨 위상 쉬프트 마스크의 제조에 적합하다.
처음에, 필요한 마스크 패턴의 위상 충돌 영역을 확인한다. 이것은 본 기술분야에 공지된 기법이나 오토캐드 마스크 레이아웃 기법을 이용하여 수동으로 이루어진다. 상술한 바와 같이, 위상 충돌 영역은 서로 밀착된 동일한 위상의 마스크 패턴상의 영역이다. 그후 단계적(staged) 또는 다수 기록 포토리소그래피 공정을 이용하여 수정과 같은 투명한 기판상에 하나 이상의 부분적인 마스크 패턴을 형성한다. 이것은 기판상에 불투명층을 증착시키고 패터닝이나 에칭에 의해 불투명층에 투명한 영역을 개방시킨다. 그후 에칭이나 다른 적절한 기법에 의해 투명 영역에 위상 쉬프트 영역을 형성한다.
단계적 포토리소그래피 공정 중에 기판상에 부분적인 또는 중간의 마스크 패턴을 형성한다. 상기 부분적으로 완성된 마스크 패턴은 위상 충돌 영역에서 동일한 위상의 투명 영역들을 연결시키는 투명한 연결부를 포함한다. 그후 필요한 대로 연결된 투명 영역과 패턴의 다른 영역에서 위상 쉬프트 밴드(Phase Shifting band)를 형성한다. 마스크 패턴의 복잡성에 따라, 마스크 패턴을 형성하기 위한 단계적 포토리소그래피 공정은 2개 이상의 기록을 포함한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 첨부된 도면을 참조한 하기 실시예의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 인식될 것이다.
제3도 내지 제5도에서 본 발명의 방법은 위상 쉬프트 마스크 패턴의 형성에 대해 도시하고 있다. 완성된 위상 쉬프트 마스크 패턴(40')(제5도)은 반도체 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴(10)을 형성하도록 적용된다. 제3도에는 2개의 기록 공정 중 제1기록 중에 부분적으로 완성된 상태에 있는 마스크 패턴(40)이 도시되어 있다. 부분 완성된 마스크 패턴(40)은 T형부(42A-42D) 및 가장자리(44, 44A)를 포함한다. T형부(42A-42D)와 가장자리(44, 44A)는 네거티브 톤 레지스트(negative tone resist)를 형성하기 위해 투명하다. 마스크 패턴(40)의 나머지는 불투명하다.
제3도에 도시된 마스크 패턴(40)은 종래의 마스크 제조 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(40)을 형성하기 위한 마스크 구조는 증착된 크롬과 같은 불투명한 재료층을 갖는 폴리싱된 수정과 같은 투명한 기판을 포함한다. 불투명한 층은 전자비임증착(EBD), 화학 기상 증착(CVD) 또는 스퍼터링과 같은 종래의 방법을 이용하여 투명한 기판상에 증착될 수 있다.
포토리소그래피 공정은 마스크 패턴(40)을 형성하기 위해 불투명층을 패턴시키는데 사용된다. 불투명층은, 필요한 패턴으로 노출되어 있는 포토레지스트층의 증착에 의해 패턴화된 후 불투명층의 불필요한 부분을 제거하도록 에칭된다. 필요한 패턴으로 포토레지스트를 기록하는 것은 E-비임 기록이나 레이저 패턴 기록과 같은 본 기술분야에 공지된 기법이다. 에칭은 드라이 플라즈마 에칭이나 이와 유사한 공정에 의한다. 본 발명의 방법은 양호하게도 위상 쉬프트 영역과 함께 불투명층이 여러번 기록 및 에칭되는 단계적 에칭 공정을 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면 필요한 마스크 패턴에서의 위상 충돌 영역(46)을 초기에 확인한다. 위상 충돌 영역은 동일한 위상의 2개의 영역이 밀착하여 발생되는 위상 쉬프트 마스크상에서 발생된다. 위상 충돌 영역(46)은 공지된 오토캐드 기법을 이용하여 확인된다. 마스크 패턴에서의 위상 충돌 영역을 확인하는 적절한 기법중의 하나는 본원에 참조로 인용된 1991 IEDM 회의에 제공되었던 웡(Wong)씨 등에 의한 상술한 기법에 이미 설정되어 있다.
제3도에 도시된 부분 완성된 마스크 패턴에 있어서, 위상 충돌 영역(46)은 T형부(42A-42D)와 가장자리(44, 44A) 사이의 영역에 형성된다. 본 발명의 방법에 따르면, 투명한 연결부(48)는 위상 충돌 영역(46)에 형성된다. 투명한 연결부(48)는 위상 충돌 영역(46)에서 T형부(42A-42D)와 가장자리(44. 44A)를 연결시킨다. 또한 투명한 연결부(48A)는 위상 충돌이 없는 가장자리(44, 44A)와 형부(42A-42D)를 연결시킨다.
이어서, 하나씩 건너뛴 T형부(42B, 42D) 및 가장자리(44, 44A)는 패턴이 요구하는 바대로 위상 쉬프트 영역(50, 52)(제4도 참조)으로서 형성된다. 위상 쉬프트 영역은 투명한 기판이 감소된 두께로 에칭되는 서브트랙티브 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 선택적으로 위상 쉬프트재료를 기판상에 증착시키는 애디티브 공정을 이용할 수도 있다. 어떠한 경우라도 투명한 위상 쉬프트 영역 및 투명한 광 투과 영역의 교호 패턴이 형성된다.
또한, 하나씩 건너뛴 T형부(42B, 42D) 및 가장자리(44, 44A)를 위상 쉬프트 영역으로 형성하기 위해, 위상 충돌 영역(46)인 투명한 연결부(48)는 위상 쉬프트밴드(50)(제4도 참조)로서 형성된다. 제4도는 마스크(40)의 다른 요소로부터 분리된 위상 쉬프트 영역을 도시하고 있다. 이것은 위상 쉬프트밴드(50), T형 위상 쉬프트 영역(52), 및 가장자리 위상 쉬프트 영역(54)을 포함한다.
제5도는 마스크 패턴의 불투명 영역과 투명 영역으로 중첩된 위상 쉬프트 영역의 패턴을 도시하고 있다. 제5도에서 투명한 위상 쉬프트 영역은 다수의 수직선으로 그려져 있다. 광 투과 영역에 중첩된 위상 쉬프트 영역[예컨대, 위상 쉬프트 영역(52)은 광 투과 영역(42B, 44D)과 겹쳐져 있다]은 광 투과 영역보다 크다. 이것은 광 투과 영역에 의해 웨이퍼상에 노출된 패턴의 엣지 주위에 위상 쉬프트효과를 제공한다.
제6도 내지 제10도에 있어서, 본 발명의 방법은 다른 패턴과 연결되어 도시되어 있다. 제6도는 반도체 웨이퍼상에 프린트될 필요한 종래기술의 포토레지스트 패턴(56)을 도시하고 있다. 제6도에서 포토레지스트로 피복된 웨이퍼의 영역은 사선으로 도시되었으며, 포토레지스트가 없는 영역은 해칭되지 않았다. 포토레지스트 패턴(56)은 평행하게 이격된 사각형 부분(58, 60)과 평행하게 이격된 지그재그 부분(62, 64)을 포함한다. 상기 각각의 부분(58, 60, 62, 64)은 포토레지스트로 형성된다.
제7도는 네거티브 톤 레지스트를 이용하여 제6도의 포토레지스트 패턴(56)의 형성에 적합한 종래의 마스크 패턴(66)을 도시한다. 제7도에서, 마스크 패턴(66)의 불투명 영역은 대각선으로 도시되었으며, 투명 영역은 해칭되어 있지않다. 제7도의 투명한 사각형 부분(68, 70)은 웨이퍼상에 사각형의 포토레지스트 부분(58, 60)(제6도 참조)을 형성할 것이다. 마찬가지로, 투명한 지그재그 부분(72, 74)은 웨이퍼상에 지그재그 포토레지스트 부분(62, 64)(제6도 참조)을 형성할 것이다.
상기 마스크 패턴(66)은 VLSI 및 ULSI에 필요한 서브미크론 치수에 대해서는 만족스럽게 재생하지 않을 수가 있다. 특히 상기 부분들 사이의 공간이나 얇은 사각형 부분은 포토레지스트 패턴상에서 영상으로 분해하지 않을 수가 있다. 따라서, 위상 쉬프트 리소그래피 기법은 더작은 피쳐 크기에서 고해상도를 얻기 위해 이용된다.
제8도는 네거티브 톤 레지스트를 이용하여 제6도의 포토레지스트 패턴(56)을 형성하는데 적합한 종래의 위상 쉬프트 마스크 패턴(76)을 도시하고 있다. 이것은 제7도에 도시된 것과 동일한 마스크 패턴(66)이지만 투명부(72, 70)는 각각 180°위상 쉬프트 영역(72', 70')으로서 형성되어 있다. 투명부(68)는 위상 쉬프트를 제공하지 않고(즉, 0 위상 쉬프트) 광 투과 영역으로서 작용하도록 형성된다.
위상 쉬프트 영역(72')과 투명부(74)는 서로 협력하여 그 사이에서 불투명 재료(82)에 의해 형성된 영상을 선명하게 한다. 그러나 이러한 배치에서 위상 충돌 영역(78)은 두 위상 쉬프트 영역(72', 70') 사이에 위치된다. 서브미크론 치수를 갖는 패턴을 위하여, 위상 충돌 영역(78)에서의 불투명 재료(88)는 웨이퍼상에서 영상으로 분해되지 않을 것이다.
제9도 및 제10도는 종래 위상 쉬프트 마스크의 이러한 한계를 극복하는 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크의 형성을 도시한다. 상술한 바와 같은 포토패턴 공정 및 에칭 공정을 이용하여 마스크 패턴이 2단계로서 기록되거나 에칭되는 2개의 기록 공정이 설명되어 있다. 제9도에 도시된 제1기록 중에, 이성분 마스크 패턴(84')(즉, 패턴된 크롬)은 불투명 재료를 포토패턴 및 에칭함으로써 부분적으로 형성된다. 제10도에 도시된 제2기록 중에, 마스크 패턴(84)은 180°위상 쉬프트 영역을 포토패턴 및 에칭함으로써 완성된다.
상술한 바와 마찬가지로 위상 충돌 영역(78)(제8도 참조)을 처음에 확인한다. 위상 충돌 영역의 확인에 이어 마스크 패턴은 위상 충돌 영역에서 서로 연결된 패턴의 투명부로 부분적으로 형성된다. 제9도에 도시된 바와 같이, 부분적으로 완성된 마스크 패턴(84')은 커다란 H형 투명 영역(86)을 포함한다. 이러한 부분적으로 완성된 마스크 패턴(84')은 2개의 기록 공정 중 제1기록시에 형성된다.
부분적으로 완성된 마스크 패턴(84')은, L형 불투명부(88)가 없고 투명 영역(70, 72)이 연속적으로 형성된다는 점에서 종래의 패턴(76)(제8도 참조)과 다르다.
제2기록 중에는 제10도에 도시된 바와 같이, 2개의 분리된 180°위상 쉬프트 영역이 커다란 투명 영역(86)에 형성된다. 특히, 제1사각형 위상 쉬프트 영역(90)과 제2지그재그형 위상 쉬프트 영역(92)이 형성된다. 상술한 바와 같이 이들은 마스크 기판을 설정 깊이로 에칭하여 형성된 무크롬(chromeless) 위상 쉬프트 구조이다(선택적으로, 애디티브 공정에서는 위상 쉬프트재료가 부가된다). 이러한 180°위상 쉬프트 영역(90, 92)은 교차하지는 않지만 L형, O 투명 영역(94)에 의해 분리된다.
상기 L형 O 투명 영역(94)은 오버래핑 눌(overlapping null)을 형성하도록 2개의 커다란 180°위상 쉬프트 영역과 협력한다. 이것은 네거티브 톤 레지스트를 이용할 때 웨이퍼상에 포토레지스트의 대응하는 L형 부분을 만들 것이다. 따라서 마스크 패턴(84:제10도 참조)의 L형 O 투명 영역(94)은 종래 마스크 패턴(76)(제8도 참조)의 L형 불투명부(88)와 동일한 방법으로 작용한다.
오버래핑 눌의 기능이 제11A도 및 11B도에 도시되어 있다. 제11A도는 위상 쉬프트 영역(90, 92)에 의해 양 측부에서 한정된 L형 O 투명 영역(94)을 도시하는 마스크 패턴(84)(제10도 참조)의 개략적인 단면도이다. 제11B도에 있어서, 웨이퍼에서의 전기장의 강도는 L형 O 투명 영역(94)에 대응하는 영역에서는 제로이다. 이러한 영역에서 포토레지스트는 노출되지 않으며 네거티브 톤 레지스트가 웨이퍼로부터 제거될 것이다.
제12도 내지 제15도는 본 발명에 따라 마스크 패턴을 형성하기 위한 4개의 기록공정이 도시되어 있다. 상기 4개의 기록 공정은 상술한 바와 같은 포토리소그래피 패턴공정 및 에칭공정이지만 마스크 패턴에 구멍을 형성하고 구멍에 위상 쉬프트(phase shifter)를 형성하기 위한 4개의 분리된 패턴단계 및 에칭단계를 포함한다. 완성된 마스크 패턴은 제1도에 도시된 바와 같은 복합 패턴(10)과 등가인 웨이퍼상에 네거티브 톤 포토 레지스트 패턴을 형성하기에 적합하다.
제12도는 4개의 기록 포토리소그래피 공정 중 제1기록 중에 부분적으로 완성된 마스크 패턴(96)을 도시하고 있다. 상기 4개의 기록 공정은 상술한 2개의 기록 공정(제9도 내지 11B도)과 동일한 마스크 패턴을 형성하지만 피쳐들의 자동 정렬(self alignment)이 개선된다. 마스크 패턴(96)을 형성하기 위하여, 크롬과 같은 불투명층이 투명한 수정기판상에 증착된다. 그후 이성분 마스크 패턴(예컨대 수정 위에 크롬 패턴)을 형성하도록 포토리소그래피 공정 중의 제1기록 중에 불투명층이 패턴되고 에칭된다. 제12도에 있어서, 마스크 패턴(96)의 투명 영역은 깨끗하며, 마스크 패턴(96)의 불투명 영역은 대각선으로 해칭되어 있다. 포토리소그래피 공정 중의 제1기록 중에, 마스크 패턴(96)의 주요 투명 영역은 개방된다. 상술한 바와 마찬가지로, 이러한 주요 투명 영역은 T형부(98A-98D)와 다수쌍의 평행하게 이격된 가장자리(100A-D)를 포함한다.
마스크 패턴(96)의 투명부는 제2A도에 도시된 종래의 마스크 패턴과 동일한 형상으로 되어 있다. 그러나 한가지 차이점으로는, T형부(98A-D)와 가장자리(100A-D)는 얇은 불투명 연결부가 그 사이에 형성되도록 만들어져 있다는 점이다. 이러한 연결부는 상부 연결부(106)와 하부 연결부(108)를 포함한다. T형부(98A)의 상단부를 위한 하나의 불투명한 연결부(106)가 제15도에 상세히 도시되어 있다. 제15도에 도시된 바와 같이, 도시된 상부 불투명 연결부(106)를 형성하기 위하여, 투명한 가장자리(100D)는 마스크 패턴의 불투명 영역내로 연장되는 사각형 돌출부(110)를 포함한다. 마찬가지로, 투명한 T형부(98A)는 마스크 패턴의 불투명 영역내로 연장되는 메이팅 사각형 돌출부(112)를 포함한다.
이와 유사한 얇은 돌출구조가 불투명한 연결부(108)(제12도)를 형성하기 위해 T형부(98A-98D)의 하단부에 형성된다. 연속 기록 중에 이러한 얇은 불투명한 연결부(106, 108)가 제거되어 T형부(98A-98D)와 가장자리(10A-10D) 사이에 투명한 연결부를 형성하게 된다.
제13도는 4개의 기록 포토리소그래피 공정 중의 제2기록 중에 부분적으로 완성된 마스크 패턴(96')을 도시하고 있다. 상기 제2기록 중에, 하나씩 건너뛴 T형 영역(102)과 불투명층에서의 하나씩 건너뛴 가장자리(104)에서의 수정기판이 에칭되어 180°위상 쉬프터를 형성하게 된다. 이러한 에칭단계 중에, 나머지 T형 영역(103)과 가장자리(105)는 레지스트로 피복되고 에칭으로부터 보호된다. 완성된 마스크 패턴에서, 영역(102, 104)은 위상 쉬프트 영역이 되고, 영역(103, 105)은 광 투과 영역이 될 것이다. 이러한 미래의 위상 쉬프트 영역(102, 104)은 대응하는 광 투과 영역(103, 105)보다 크다. 제13도에서 위상 쉬프트 영역(102, 104)이 형성된 마스크 패턴의 투명 영역은 점선으로 도시된다.
제14도는 4개의 기록 공정 중의 제3 및 제4 기록에 이어지는 완성된 마스크 패턴의 일부를 도시한 확대도이다. 제3기록 중에, 상부 불투명 연결부(106)(제12도 참조)는 연결부(106)를 제외한 모든 것을 레지스트로 피복하고 불투명 재료(예컨대, 크롬)를 에칭하므로써 제거된다. 불투명 연결부(106)의 제거에 이어 불투명 연결부(106)를 에칭하는데 이용된 레지스트가 제거된다. 그리고 T형 위상 쉬프트 영역(102)과 가장자리 위상 쉬프트 영역(104)에서 전체적 180°에칭이 실시된다. 이러한 에칭 중에, 이미 180°에칭된 가장자리 위상 쉬프트 영역(104)과 T형 위상 쉬프트 영역(102)은 360°에칭되어 완성된 마스크 패턴에서 위상 쉬프터(수평 해칭)가 된다. 동시에, T형 광 투과 영역(103)과 가장자리 광 투과 영역(105)이 전체적 에칭(blanket etch)에 의해 180°로만 에칭되어 완성된 마스크 패턴에서 광 투과 영역이 된다.
이어서, 제4기록 중에 하부 불투명 연결부(108)(제12도 참조)와 제3 기록중 형성된 부가적인 위상 충돌 영역이 0°위상 쉬프트 밴드(114)를 형성하도록 에칭된다.
완성된 마스크 패턴을 제5도에 도시된 완성된 마스크 패턴(40)과 거의 동일하다. 특히 180°영역과 교호 360°위상 쉬프트 영역이 형성된다. 또한 연결 위상 쉬프트 영역이나 0°위상 쉬프트 밴드(114)가 위상 충돌의 영역에 형성된다. 명백한 바와같이, 0°영역은 360°영역과 동일한 광의 위상을 만들 것이다. 0°또는 360°영역을 통과하는 광은 180°영역을 통과하는 광으로부터 π만큼 위상으로부터 벗어날 것이다.
4개의 기록 공정은 하기와 같이 요약될 수 있다.
제1기록 : 이성분 마스크(예컨대 크롬과 수정)를 형성하도록 불투명층을 패턴 및 에칭한다.
제2기록 : 기판을 180°로 에칭하므로써 180°편이된 영역을 개방한다.
제3기록 : 위상 밴드(phase band)를 180°충돌 영역에서 개방시키고 불투명 재료를 에칭한다. 레지스트를 제거하고 전체적 180°기판 에칭을 실시한다.
제4기록 : 제3기록에 의해 생성된 새로운 180°충돌 영역에서 크롬을 제거하고 위상 밴드를 형성하도록 위상 충돌 영역에서 불투명 재료를 제거한다.
본 발명의 방법은 예를 들어 마스크 패턴의 제조에 대해 기술되었지만, 본 발명에 서술된 발명의 개념은 복잡한 패턴을 포함하는 다른 마스크 패턴을 형성하는데 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 서술된 위상 쉬프트 영역은 서브트랙티브 공정(즉, 위상 쉬프트 홈의 에칭)을 이용하여 형성되었지만, 위상 쉬프트 영역(즉, 위상 쉬프트재료의 증착)을 형성하기 위하여 애디티브 공정도 이용될 수 있음을 인식해야 한다. 또한 본 발명의 방법은 네거티브 톤 포토레지스트를 이용하는 것으로 기술되었지만, 포지티브 포토레지스트도 이용될 수 있음을 인식해야 한다.
따라서, 본 발명의 방법은 양호한 실시예를 참조로 서술되었지만 본 기술분야의 숙련자라면 이러한 변형 및 변경을 첨부된 청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. (정정) 교호 어퍼쳐 위상 쉬프트 마스크(alternating aperture phase shifing mask)를 제조하는 방법에 있어서, 투명한 기판상에 불투명층을 증착시키는 단계와 ; 투명 영역과 불투명 영역을 포함하는 마스크 패턴을 형성하도록 불투명층을 통과하여 기판으로 향하는 구멍의 패턴을 형성하는 단계와 ; 필요한 위상 쉬프트 마스크 패턴에서 각각의 위상 충돌 영역이 밀접한 부근에서(in close proximity) 발생하는 동일한 위상의 분리된 영역을 포함하는지 확인하는 위상 충돌 영역 확인 단계와 ; 상기 위상 충돌 영역에서 마스크 패턴의 인접한 투명 영역들을 함께 연결하기 위하여 연결 투명 영역을 형성하는 단계와 ; 하나씩 건너뛴 투명 영역과 상기 연결 투명 영역에서 위상 쉬프트 영역을 형성하는 단계를 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 영역은 기판에 홈을 형성하는 서브트랙티브법(subtractive process)을 이용하여 형성되는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 영역은 위상 쉬프트 재료를 기판상에 증착하는 애디티브법(additive process)을 이용하여 형성하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  4. (정정) 제1항에 있어서, 마스크 패턴은 불투명 재료를 레지스트로 피복하여 포토패턴하고(photopatterned) 불투명층과 기판을 단계적으로 에칭하는 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  5. (정정) 제4항에 있어서, 상기 포토리소그래피 공정은 불투명층에서 구멍의 패턴이 형성되는 제1기록과, 연결 투명 영역이 형성되는 제2기록을 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  6. (정정) 제4항에 있어서, 상기 포토리소그래피 공정은 불투명층에서 구멍의 패턴이 형성되는 제1기록과, 하나씩 건너뛴 구멍에서 위상 쉬프트 영역이 형성되는 제2기록과, 연결 투명 영역이 형성되는 제3기록과, 연결 투명 영역에 위상 쉬프트밴드가 형성되는 제4기록을 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  7. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 마스크 패턴은 네거티브 톤 레지스트로서 웨이퍼를 포토패턴하기에 적합하게 되어 있는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  8. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 마스크 패턴은 포지티브 레지스트를 이용하여 웨이퍼를 포토패턴하기에 적합하게 되어 있는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  9. (정정) 제1항에 있어서, 상기 연결 투명 영역은 위상 쉬프트 마스크를 이용한 리소그래피 처리중 투명한 밴드에 강한 눌(null)이 형성되도록 투명한 밴드에 의해 분리된 중첩 위상 쉬프트 영역을 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  10. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 충돌 영역은 자동화 컴퓨터 이용 설계기법(Auto-CAD)을 이용하여 확인되는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  11. (정정) 제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 영역을 위한 기판은 360°위상 쉬프트를 형성하도록 에칭되는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  12. (정정) 교호 어퍼쳐 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 방법에 있어서, 필요한 위상 쉬프트 마스크 패턴에서 각각의 위상 충돌 영역이 밀접한 부근에서(in close proximity) 발생하는 동일한 위상의 분리된 영역을 포함하는지 확인하는 위상 충돌 영역 확인 단계와 ; 투명한 기판상에 불투명층을 증착시키는 단계와 ; 상기 위상 충돌 영역에서 마스크 패턴의 인접한 투명 영역을 함께 연결시키는 연결 투명 영역과 불투명 영역과 투명 영역을 포함하는 마스크 패턴을 형성하기 위해 불투명층을 포토패턴화 및 에칭하는 단계와 ; 위상 충돌 영역에서 피쳐(feature)들을 분리시키기 위하여 하나씩 건너뛴 투명 영역과 연결 투명 영역에서 위상 쉬프트 영역을 형성하는 단계를 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  13. (정정) 제12항에 있어서, 상기 포토패턴화 및 에칭 단계는 투명 영역 및 불투명 영역이 형성되는 제1기록과, 연결 투명 영역이 형성되는 제2 기록을 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  14. (정정) 제13항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 영역은 기판에 홈을 에칭함으로써 형성되는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  15. (삭제)
  16. (정정) 제12항에 있어서, 포토패턴화 및 에칭 단계는 이중 마스크 패턴이 형성되는 제1기록과, 기판을 에칭하여 180°위상 쉬프트 영역을 형성하게 되는 제2기록과, 180°위상 충돌 영역에서의 위상 밴드가 형성되는 제3기록과, 제3기록에 의해 형성된 위상 충돌 영역을 에칭하여 위상 밴드를 형성하게 되는 제4기록을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  17. (정정) 교호 어퍼쳐 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 방법에 있어서, 필요한 위상 쉬프트 마스크 패턴에서 각각의 위상 충돌 영역이 밀접한 부근에서(in close proximity) 발생하는 동일한 위상의 분리된 영역을 포함하는지 확인하는 위상 충돌 영역 확인 단계와 ; 투명한 기판상에 불투명층을 증착시키는 단계와 ; 투명 영역과 불투명 영역과 투명 영역을 포함하는 마스크 패턴을 형성하기 위해 불투명층을 포토패턴화 및 에칭하는 단계와 ; 위상 쉬프트 영역의 교호 패턴을 형성하도록 하나씩 건너뛴 투명 영역을 에칭하는 단계와 ; 위상 충돌 영역에서 마스크 패턴의 인접한 투명 영역 사이에 있는 연결 투명 영역을 포토패턴화 및 에칭하는 단계와 ; 위상 충돌 영역에서 피쳐를 분리시키기 위해 연결 투명 영역에서 위상 쉬프트 밴드를 포토패턴화 및 에칭하는 단계를 포함하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  18. (정정) 제17항에 있어서, 상기 불투명층의 포토패턴화 및 에칭 단계는 제1 기록중에 이루어지며, 하나씩 건너뛴 투명 영역의 포토패턴화 및 에칭 단계는 제2 기록중에 이루어지며, 연결 투명 영역의 포토패턴화 및 에칭 단계는 제3 기록중에 이루어지며, 위상 쉬프트 밴드의 에칭 단계는 제4기록중에 이루어지는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
  19. 제2기록중 기판은 쉬프트 광을 180°위상에 맞추어 에칭되며, 제3 기록중 상기 180°기판은 쉬프트 광을 360°위상에 맞추어 에칭되는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
KR1019950032033A 1994-09-26 1995-09-22 위상 충돌을 피하기 위한 위상 쉬프트 리소그래피용 마스크 제조방법 KR100189668B1 (ko)

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