KR100270834B1 - 가변광투과율을가진광차폐층을포함한마스크 - Google Patents

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Abstract

투명 기판 (101, 201) 위에 형성된 광 차폐층 (102', 202', 202") 을 포함하는 마스크에서, 차폐층의 광 투과율은 차폐층의 패턴의 밀도와, 반도체 기판 (203) 위의 포토레지스트 층 (204) 의 두께에 따라 변화된다.

Description

가변 광투과율을 가진 광차폐층을 포함한 마스크
본 발명은 반도체 장치를 제조하는데 사용하는 레티클 또는 포토마스크 등의 마스크에 관한 것이다.
다이나믹 랜덤 액세스 메모리 (DRAM) 장치와 같은 집적 회로 반도체 장치에서는, 집적화가 진전됨에 따라, 포토리소그라피 공정에서 패턴의 선폭이 매우 미세해지고 있다.
종래 기술의 포토리소그라피 공정에서, 포토마스크가 선과 간격(line-and-space) 패턴 및 분리 패턴을 갖는 경우, 선과 간격 패턴의 각 선폭은 분리 패턴의 폭과 같다. 그 결과, 그 선과 간격 패턴 및 분리 패턴사이에서, 광근접 효과라 불리는, 선의 이미지의 폭에서의 차이가 발생하게 된다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명하기로 한다.
반도체 기판 상에 형성되는 포토레지스트층에 대한 또 다른 종래 기술의 포토리스그라피 공정에서는, 포토레지스트층의 두께가 평탄하지 않는 경우에도, 동일 선폭을 가진 패턴으로 포토마스크를 형성하고 있다. 그 결과, 서로 다른 두께를 가진 포토레지스트층이 형성되어 있는 영역들사이에서, 정재파 효과라 하는, 선의 이미지의 폭의 차이가 발생하게 된다. 이에 대해서도, 이후 자세히 설명하기로 한다.
종래 기술에서는, 이 광근접 효과와 정재파 효과 양자를 패턴들에 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스법에 의해 저감하였다.
이 마스크 바이어스법으로는, 패턴이 특히 더 미세한 경우, 최적 바이어스량을 포함하는 패턴을 가진 포토마스크를 제조하기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 마스크 바이어스법을 채용하지 않고, 광근접 효과와 정재파 효과를 감소시킬 수 있는 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 투명 기판 상에 형성된 광차폐층을 포함하는 마스크에서, 차폐층의 광투과율을, 차폐층의 패턴의 밀도 또는 반도체 기판 상의 포토레지스트층의 두께에 따라 변화시킨다.
제1도는 종래 기술의 포토마스크를 도시한 단면도.
제2도는 제1도의 포토레지스트위의 광세기 특성을 도시한 그래프.
제3도는 다른 종래 기술의 포토마스크를 도시한 단면도.
제4도는 제3도의 포토레지스트 위의 선 이미지의 치수 특성을 나타낸 그래프.
제5도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 단면도.
제6a, 6b, 6c도 및 제6d도는 제5도의 포토레지스트 위의 광세기 특성을 나타낸 그래프.
제7도는 제5도의 포토레지스트 위의 선 이미지의 치수 특성을 나타낸 그래프.
제8도는 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 1 을 나타낸 단면도.
제9도는 제8도의 포토레지스트 위의 광세기 특성을 나타낸 그래프.
제10도는 제8도의 포토마스크의 변형예를 나타낸 단면도.
제11도는 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 2 를 나타낸 단면도.
제12도는 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 3 을 나타낸 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1, 4, 101 : 유리 기판 2, 102 : 광차폐층
3, 103 : 반도체 기판 102a : 미세 패턴
102b : 성긴 패턴 104, 204, 108, 203 : 포토레지스트층
1021, 1022 : MoSi 층 1022 : Cr 층
202', 202" : 광차폐층
바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 먼저, 도 1, 2, 3 및 4 를 참조하여, 광근접 효과와 정재파 효과를 설명한다.
도 1 및 2 는 광근접 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 은 포토마스크와 반도체 장치를 도시한 것이며, 도 2 는 도 1 의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하여 얻은 반도체 장치 상의 광밀도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 1 에서, 포토마스크는 유리 기판 (101) 과 그 유리 기판 (101) 위에 형성된 크롬 (Cr) 으로 이루어진 광차폐층 (102) 으로 구성된다. Cr 은 ㎛ 당 0퍼센트의 광투과율을 갖는다. 광차폐층 (102) 은 영역 R1내의 미세 패턴 (102a) 와 영역 R2내의 성긴 패턴 (102b) 을 갖는다. 미세 패턴 (102a) 에서, 각각의 선폭은 선들사이의 각각의 간격의 폭과 같다. 성긴 패턴 (102b)에서, 분리라인의 폭은 미세 패턴 (102a) 의 선의 폭과 같다.
또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (103) 과 그 반도체 기판 (103) 위에 분리층 (미도시) 을 사이에 두고 증착된 포토레지스트층 (104) 으로 구성된다. 이 포토레지스트 층 (108) 은 예를 들어, ㎛ 당 약 50 퍼센트의 광투과율을 가진 포지티브형 포토레지스트로 형성된다. 이 경우, 포토레지스트층 (104) 의 두께는 거의 균일하며, 예를 들면, 약 0.73 ㎛ 이다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 1의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 도 2 에 도시된 광세시 분포가 얻어지며, 이때, NA는 개구수, σ는 광원의 코히런시 (coherency), λ는 광원의 KrF 엑시머 레이저의 파장이다. 도 2 에서, 한계 광세기 Ith는 미세 패턴 (102a) 의 각각의 선의 이미지의 폭이 미세 패턴 (102a) 의 각각의 간격의 이미지의 폭과 같도록 정의한다.
이 경우, 각각의 폭은 약 0.25 ㎛ 이며, Ith는 0.337 이다. 한편, 성긴 패턴 (102b) 의 분리라인의 이미지의 폭은 한계 광세기 Ith에 근거하여 약 0.28 ㎛ 이다. 따라서, 선의 이미지폭에서, 광근접 효과라 불리는, 0.03 ㎛ (=0.28㎛-0.25㎛) 와 같은 차이가 영역 R1과 R2간에 발생하게 된다.
종래 기술에서는, 이러한 광근접 효과를 패턴들에 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스법에 의해 저감한다.
도 3 및 4 는 정재파 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 은 포토마스크와 반도체 장치를 도시한 것이며, 도 4 는 축소 노광을 도 1 의 포토마스크를 사용하여 수행하는 경우에, 반도체 장치 위에 얻어지는 이미지의 치수를 나타낸 것이다.
도 3에서, 포토마스크는 유리 기판 (201) 및 그 유리 기판 (201) 위에 형성된 Cr 으로 이루어진 광차폐층 (202) 으로 구성된다. 광차폐층 (202) 은 영역 R1및 R2모두내에서 미세 패턴을 갖는다. 즉, 각각의 선폭은 선들사이의 각각의 간격의 폭과 같다.
또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (203) 및 그 반도체 기판 (203) 위에 분리층 (미도시) 을 사이에 두고 형성된 포토레지스트층 (204) 으로 구성된다. 포토레지스트 층 (203) 은 예를 들어, ㎛ 당 약 50퍼센트의 광투과율을 가진 포지티브형 포토레지스트로 이루어지며, 이 경우, 포토레지스트층 (204) 이 일반적으로 스핀 코팅되기 때문에, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 변화된다. 예를 들면, 영역 R1내에서 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.73 ㎛ 이며, 영역 R2내에서 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.69 ㎛ 이다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 3의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 도 4 에 도시된 바와 같이, 각각의 선의 이미지의 치수는 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP에 의존한다. 즉, 영역 R1에서, 포토레지스트 층 (204) 의 두께는 약 0.73 ㎛ 이고, 각각의 선의 이미지의 치수는 약 0.25 ㎛ 이다. 한편, 영역 R2에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.69㎛ 이며, 각각의 선의 이미지의 치수는 약 0.17 ㎛ 이다. 예를 들면, DRAM 장치에서는, 포토레지스트층이 스텝 부분의 발생으로 인하여, 셀 어레이 영역과 주변회로 영역사이의 경계에서 더 얇아지게 된다. 따라서, 영역 R1과 R2사이에서, 정재파 효과라 불리는, 선의 이미지의 폭에서의 차이가 발생되게 된다.
종래 기술에서는, 이러한 정재파 효과를 패턴들에 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스법에 의해 감소시킨다.
이하, 본 발명의 원리를, 도 5, 6a, 6b, 6c, 6d 및 도 7 을 참조하여, 설명한다.
포토마스크와 반도체 장치를 도시한 도 5 에서, 포토마스크는 유리 기판 (1) 및 그 유리 기판 (1) 위에 형성된 광차폐 패턴 (2) 으로 구성된다. 이 경우, 광차폐 패턴 (2) 은 0.25 ㎛ 의 폭을 가진 분리라인으로 구성되어 있다. 또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (3) 과 그 반도체 기판 (3) 상에 분리층 (미도시)을 사이에 두고 형성된 포토레지스트층 (4) 으로 구성된다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 5의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 도 6a, 6b, 6c 및 6d 에 도시된 바와 같이 광차폐 패턴 (2) 의 광투과율 T 이 각각 0%, 2%, 5% 및 10% 일 때의 광세기 분포가 얻어진다. 이 경우, 한계 광세기 Ith(=0.337) 는 도 1 및 도 2 의 0.25 ㎛ 미세 패턴 (102a) 에 의해 정의된 것과 동일하다. 즉, 광차폐 패턴 (2) 의 광투과율 T 이 클수록, 광차폐 패턴 (2) 의 선 이미지의 폭 W 이 작아진다. 이 광차폐 패턴 (2) 의 광투과율 T 과 폭 W 간의 관계는 도 7 에 도시되어 있다.
도 7 로부터, 광 차폐 패턴 (2) 의 광투과율 T 가 대략 2% 이면, 선 이미지의 폭은 도 1 및 2 의 미세 패턴 (102a) 의 선과 간격 각각의 이미지의 폭과 같은 거의 0.25 ㎛ 이다.
본 발명의 실시예 1 을 도시한 도 8 에서는, 도 1 의 광차폐층 (102) 을 몰리브덴 실리콘 (MoSi) 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 으로 형성되는 광차폐층 (102') 로 대체하고 있다. MoSi 층 (1021) 은 반투명하며, Cr 층 (1022) 은 불투명하다. 즉, 미세 패턴 (102a') 의 광투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, 미세 패턴 (102a')을 MoSi 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 으로 형성한다. 한편, 성긴 패턴 (102b') 의 광투과율 T 이 예를 들면, 대략 2 퍼센트가 되도록, 패턴 (102b') 을 MoSi 층 (1021) 으로만 형성한다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 8의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 도 9 에 도시된 바와 같이 광세기 분포가 얻어지며, 이때, NA 는 개구수, σ는 광원의 코히런시, λ는 광원의 KrF 엑시머 레이저의 파장이다. 도 9 에서, 성긴 패턴 (102b') 의 분리라인의 이미지의 폭은 한계 광세기 Ith(=0.337) 에 근거하여 약 0.25 ㎛ 이다. 따라서, 영역 R1과 R2사이에서 선의 폭 이미지에서의 차이가 발생되지 않게 된다. 그 결과, 광근접 효과가 보상되게 된다.
도 8 에서, 미세 패턴 (102a' 및 102b') 을 Cr 만으로 형성한다는 같은 조건하에서는, 영역 R2내의 미세 패턴 (102a') 의 분리라인의 이미지의 폭은 영역 R2내의 성긴 패턴 (102b') 의 선의 이미지의 폭보다 클것으로 추정된다. 그러나, 상기 조건과 다른 조건하에서는, 영역 R2내의 미세 패턴 (102a') 의 분리라인의 이미지의 폭이 영역 R1내의 성긴 패턴 (102b') 의 선의 이미지의 폭보다 작은 경우에는, 도 8 의 포토마스크를 도 10 에 도시된 포토마스크로 교체할 수 있다. 도 10 에서는, 미세 패턴 (102a') 은, 미세 패턴 (102a') 의 광투과율 T 이 예를 들면, 거의 2%가 되도록, MoSi 층 (1021) 만으로 형성한다. 한편, 성긴 패턴 (102b') 은, 성긴 패턴 (102b') 의 광투과율이 0퍼센트가 되도록, MoSi 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 으로 형성한다.
본 발명의 실시예 2 를 도시한 도 11 에서는, 도 3의 광차폐층 (202) 을 반투명 MoSi 층 (2021) 과 불투명 Cr 층 (2022) 으로 형성되는 광차폐층 (202') 으로 대체하고 있다. 즉, 영역 R1내의 광차폐층 (202') 은, 영역 R1내의 광차폐층 (202') 의 광투과율 T 이 예를 들면, 대략 18퍼센트가 되도록, MoSi 층 (2021) 으로만 형성한다. 한편, 영역 R2내의 광차폐층 (202') 은, 영역 R2내의 광차폐 층 (202') 의 광투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, MoSi 층 (2021) 과 Cr 층 (2022) 으로 형성한다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 11 의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 각각의 선의 이미지의 치수는 도 4 에 도시된 바와 같이 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP뿐만 아니라 광차폐층 (202') 의 광투과율 T 에도 의존한다. 즉, 영역 R1에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.73 ㎛ 이고, 각각의 선의 이미지의 치수는 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP만의 관점에서 약 0.25㎛ 이다. 그러나, 이 경우에는, 광차폐층 (202') 의 광투과율 T 은 대략 18 퍼센트이기 때문에, 각각의 선의 이미지의 치수가 약 0.17 ㎛ 로 감소된다. (도 7 참조) 한편, 영역 R2에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.69 ㎛ 이고, 각각의 선 (15) 의 이미지의 치수는 약 0.17 ㎛ 이다. (도 4 참조) 따라서, 영역 R1과 R2사이에서 선들의 이미지의 폭의 차이가 발생하지 않게 된다. 그 결과, 정재파 효과가 보상되게 된다.
본 발명의 실시예 3 을 도시한 도 12 에서는, 도 3 의 광차폐막 (202) 을 반투명 MoSi 층 (2021) 과 불투명 Cr 층 (2022) 으로 형성되는 광차폐층 (202") 으로 대체하고 있다. 즉, 영역 R1내의 광차폐층 (202") 은, 영역 R1내의 광차폐층 (202") 의 광투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, Cr 층 (2022) 으로 형성한다.
한편, 영역 R2내의 광차폐층 (202") 은 MoSi 층 (2021) 과 Cr 층 (2022) 으로 각각 형성하며, 각각의 간격는 MoSi 층 (2021) 으로만 형성한다. 그 결과, 각각의 선의 광투과율 T 은 0 퍼센트이고, 각각의 간격의 광투과율 T 은 대략 55퍼센트이다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 ㎚ 인 광 조건하에서 도 12의 포토마스크를 사용하여 축소 노광을 수행하는 경우, 각각의 선의 이미지의 치수는 도 4 에 도시된 바와 같이 포토레지스트층 (202") 의 광 투사율 T 에 의존한다. 즉, 영역 R1에서는, 포토레지스트층 (204) 의 두께가 약 0.73 ㎛ 이므로, 각각의 선의 이미지의 치수는 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP만의 면에서 약 0.25㎛ 이다. 영역 R2에서는, 포토레지스트층 (204) 의 두께가 약 0.69 ㎛ 이므로, 각각의 선의 이미지의 넓이는 약 0.17 ㎛ 이다. (도 4 참조) 그러나, 이 경우에는 각각의 간격내에 MoSi 층 (2021) 을 제공하기 때문에, 각 선의 이미지의 치수가 예를 들어, 0.17 ㎛ 에서 0.25 ㎛ 까지 감소하게 된다. 따라서, 영역 R1과 R2사이에서 선들의 이미지의 폭에서의 차이가 발생하지 않게 된다. 그 결과, 정재파 효과가 보상되게 된다.
반투명층 (1021, 2021) 은 MoSi 이외의 물질로 형성할 수 있으며, 불투명층 (1022, 2022) 은 Cr 이외의 물질로 형성할 수 있다.
또한, 실시예 1 에서, 포토마스크를 레티클로 대체할 수도 있으며, 반도체 장치를 포토마스크로 대체할 수도 있다.
또한, 본 발명을, 스테퍼, 직접 노광장치 또는 스캐닝형 노광 장치에서 사용할 수도 있다.
이상 성명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광차폐층을, 선의 이미지의 치수가 변화하도록, 불투명층과 반투명층으로 구성하기 때문에, 광근접 효과와 정재파 효과를 보상할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 투명 기판 (101); 및 상기 투명 기판위에 형성된 광차폐층 (102') 을 포함하되, 상기 광차폐층은 제 1 반투명층 (1021) 과 불투명층 (1022) 을 각각 포함하는 선을 가진 선과 간격 패턴층 (102a'), 및 제 2 반투명층 (1021) 을 포함하는 분리라인을 가진 분리 패턴 (102b') 을 구비하며, 상기 광차폐층의 광투과율은 상기 광차폐층의 패턴의 밀도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 포토마스크인 것을 특징으로 하는 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 레티클인 것을 특징으로 하는 마스크.
  4. 투명 기판 (101); 및 상기 투명 기판위에 형성된 광차폐층 (102') 을 포함하되, 상기 광차폐층은 제 1 반투명층 (1021)을 각각 포함하는 선 및 간격 패턴층 (102a'), 및 제 2 반투명층 (1021) 과 불투명층 (1022)을 포함하는 분리라인을 가진 분리 패턴 (102b') 을 구비하고, 상기 광차폐층의 광투과율은 상기 광차폐층의 패턴의 밀도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  5. 반도체 기판 (203) 위에 포토레지스트층 (204) 을 노광시키기 위한 포토마스크에 있어서, 투명 기판(201); 및 상기 투명 기판 상에 형성된 광차폐층 (202', 202")을 포함하되, 상기 차폐층의 광투과율은 상기 포토레지스트층의 두께에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  6. 반도체 기판 (203) 위에 포토레지스트층 (204)을 노광시키기 위한 포토마스크에 있어서, 투명 기판 (201); 및 상기 투명 기판 상에 형성된 광차폐층 (202', 202")을 포함하되, 상기 차폐층의 광투과율은 상기 포토레지스트층의 두께에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  7. 제5항에 있어서, 상기 광차폐층은 제 1 영역 (R1) 내의 반투명층 (2021)을 포함하는 제 1 패턴층; 및 제 2 영역 (R2) 내의 불투명층 (2022)을 포함하는 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  8. 제6항에 있어서, 상기 광차폐층은 제 1 영역 (R1)내의 제 1 반투명층 (2021)을 포함하는 제 1 패턴층; 및 제 2 영역 (R2) 내의 불투명층 (2022) 과 제 2 반투명층 (2021)을 포함하는 제 2 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  9. 제6항에 있어서, 상기 광차폐층은 제 1 영역 (R1) 내의 제 1 반투명층 (2021)과 제 1 불투명층 (2022)을 가진 제 1 패턴; 제 2 영역 (R2) 내의 제 2 반투명층 (2021); 및 상기 제 2 반투명층위의 제 2 불투명층 (2022)을 가진 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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