KR100280812B1 - Phase reversal mask and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 트렌치 형태를 갖는 다수의 반전 패턴이 형성된 기판과, 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 상기 기판상에 각각 독립적으로 형성된 크롬 패턴으로 이루어진다. 본 발명에 따른 위상 반전 마스크는 상기 반전 패턴의 양측 일부가 상기 크롬 패턴과 중첩되므로써 빛의 회절 현상의 발생이 방지되어 패턴의 비대칭 문제가 해결된다.The present invention relates to a phase reversal mask and a method of manufacturing the same, and includes a substrate on which a plurality of inversion patterns having a trench shape are formed, and a chromium pattern formed on the substrate, each of which includes both sides of the inversion pattern. In the phase reversal mask according to the present invention, a part of both sides of the inversion pattern overlaps the chromium pattern, thereby preventing the occurrence of diffraction of light, thereby solving the asymmetry problem of the pattern.
Description
본 발명은 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 특히 레벤슨 형(Levenson type) 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase inversion mask and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a Levenson type phase inversion mask and a method for manufacturing the same.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 위상 반전 마스크(phase Shift Mask)는 기판과, 기판에 형성된 크롬 패턴(Chrome Pattern) 및 반전 패턴(Shift Pattern)으로 이루어진다. 반전 패턴은 마스크를 통과하는 빛이 위상차를 갖도록 하는데, 이때 빛의 상호 간섭이 발생되어 해상도가 향상된다. 고해상도를 갖는 위상 반전마스크는 레벤슨 형, 하프-톤(Half-Tone) 형, 크롬레스(Cromeless) 형 등으로 구분된다.In general, a phase shift mask used in a semiconductor device manufacturing process includes a substrate, a chrome pattern and a shift pattern formed on the substrate. The inversion pattern causes the light passing through the mask to have a phase difference, whereby mutual interference of light occurs to improve resolution. The phase inversion mask having high resolution is classified into a Levenson type, a half-tone type, a chromeless type, and the like.
동일한 광원을 사용하여 노광하는 경우 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 일반 형의 마스크보다 해상력 및 촛점 심도면에서 우수한 특성을 가지는데, 다음과 같은 이유로 인해 제작이 어려운 단점이 있다.When exposed using the same light source, the Levenson type phase inversion mask has superior characteristics in terms of resolution and depth of focus than a mask of a general type, and has a disadvantage of being difficult to manufacture due to the following reasons.
첫째, 패턴의 모양이 매우 복잡하므로 마스크 제작을 위한 레이-아웃(Lay-out)시 위상 반전 물질(Shifter) 즉, 반전 패턴의 적절한 배치가 어렵다.First, since the shape of the pattern is very complicated, it is difficult to properly arrange the phase shift material (ie, the reverse pattern) during lay-out for mask fabrication.
둘째, 위상을 180 °반전시키기 위한 반전 패턴 형성시 패턴의 두께를 균일하게 형성하기 어렵다.Second, it is difficult to uniformly form the thickness of the pattern when forming the inversion pattern to reverse the phase 180 °.
셋째, 마스크 제작시 생성되는 불순물(Defect)의 검사와 제거가 어렵다.Third, it is difficult to inspect and remove defects generated during mask fabrication.
그래서 근래에는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1)상에 크롬 패턴(2)을 형성하고 크롬 패턴(2)을 일부 포함하는 기판(1)상에 반전 패턴(3)을 형성한 구조와, 도 2에 도시된 바와 같이 크롬 패턴(12A)이 형성된 기판(11)의 소정 부분을 트렌치(Trench) 모양으로 식각하여 반전 패턴(13)을 형성시킨 구조 등이 제안되었는데, 상기 도 1에 도시된 위상 반전 마스크는 제작시 균일한 위상을 얻기 위한 상기 반전 패턴(3)의 두께 조절과 불순물의 발생 정도를 조절하기 어려운 단점을 가진다. 따라서 도 2에 도시된 위상 반전 마스크의 사용이 선호되고 있는 실정이다. 그러면 도 2에 도시된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 도 3a 내지 3f를 통해 설명하면 다음과 같다.Therefore, in recent years, as shown in FIG. 1, a structure in which a chromium pattern 2 is formed on a substrate 1 and an inversion pattern 3 is formed on a substrate 1 including a portion of the chromium pattern 2, As shown in FIG. 2, a structure in which a predetermined portion of the substrate 11 on which the chrome pattern 12A is formed is etched in a trench shape to form the inversion pattern 13 is proposed. The phase inversion mask has a disadvantage in that it is difficult to control the thickness control and the generation of impurities in the inversion pattern 3 to obtain a uniform phase in manufacturing. Therefore, the use of the phase inversion mask shown in FIG. 2 is preferred. The manufacturing method of the conventional Levenson type phase inversion mask illustrated in FIG. 2 will now be described with reference to FIGS. 3A through 3F.
도 3a는 석영과 같이 빛이 투과될 수 있는 기판(11)상에 크롬막(12)을 도포한 후 상기 크롬막(12)상에 제 1 감광막 패턴(14)을 형성한 상태의 단면도이다.3A is a cross-sectional view of a state in which a first photosensitive layer pattern 14 is formed on the chromium layer 12 after coating the chromium layer 12 on a substrate 11 through which light may pass, such as quartz.
도 3b는 상기 제 1 감광막 패턴(14)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 상기 크롬막(12)을 식각하여 크롬 패턴(12A)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 3c는 상기 제 1 감광막 패턴(14)을 제거한 상태의 단면도이다.3B is a cross-sectional view of a state in which the chromium pattern 12A is formed by etching the chromium layer 12 by an etching process using the first photoresist layer pattern 14 as a mask, and FIG. 3C is the first photoresist layer pattern 14. ) Is a cross-sectional view with the state removed.
도 3d는 전체 상부면에 제 2 감광막(15)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 3e는 상기 제 2 감광막(15)을 패터닝하여 상기 크롬 패턴(12A)을 포함하는 상기 기판(11)상에 제 2 감광막 패턴(15A)을 형성한 상태의 단면도이다.3D is a cross-sectional view of the second photosensitive film 15 formed on the entire upper surface, and FIG. 3E illustrates the second photosensitive film 15 on the substrate 11 including the chromium pattern 12A. It is sectional drawing of the state which formed the 2nd photosensitive film pattern 15A.
도 3f는 상기 제 2 감광막 패턴(15A)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 노출된 부분의 상기 기판(11)을 식각하여 반전 패턴(13)을 각각 형성한 후 상기 제 2 감광막 패턴(15A)을 제거한 상태의 단면도이다.FIG. 3F illustrates that the substrate 11 in the exposed portion is etched by the etching process using the second photoresist pattern 15A as a mask to form the inversion patterns 13, and then the second photoresist pattern 15A is removed. It is a cross section of the condition.
그런데 최근들어 레벤슨 형의 위상 반전 마스크를 사용하지 않도록 권고하는 논문들이 발표된다. 이는 레벤슨 형의 위상 반전 마스크를 사용한 경우 발생되는 패턴의 비대칭에 관한 문제 때문인데, 이러한 문제는 상기 반전 패턴(13)을 통과한 빛이 웨이퍼에 도달될 때 발생되는 회절 현상에 의해 빛의 세기가 저하되기 때문이다. 그러므로 이에 의해 도 4a에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(14)의 모양이 비대칭적으로 형성된다.Recently, a number of papers have been published that recommend not using a Levenson type phase reversal mask. This is because of the problem of asymmetry of the pattern generated when using a Levenson type phase inversion mask. This problem is caused by the diffraction phenomenon when the light passing through the inversion pattern 13 reaches the wafer. This is because is lowered. Therefore, as a result, the shape of the photoresist pattern 14 is asymmetrically formed as shown in FIG. 4A.
참고적으로, 도 4b는 도 2에 도시된 상기 위상 반전 마스크의 측면도이며, 도 4c는 평면도이다. 또한, 도 4d는 노광 공정시 상기 위상 반전마스크를 통과한 빛의 이미지 파형을 도시한 것이다.For reference, FIG. 4B is a side view of the phase inversion mask shown in FIG. 2, and FIG. 4C is a plan view. 4D shows an image waveform of light passing through the phase reversal mask during the exposure process.
이러한 비대칭 문제를 해결하기 위하여 최근에는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(21)상에 크롬 패턴(22)을 형성하고, 노출된 부분의 상기 기판(21)을 소정 깊이 식각하여 반전 패턴(23)을 형성하되, 상기 반전 패턴(23)의 깊이를 각각 다르게 조절하는 방법이 제시되는데, 이 경우 도 6b에 도시된 바와 같이 최적의 촛점(Best Focus) 조건에서는 패턴의 비대칭 문제가 발생하지 않았으나, 도 6a 및 6c에 도시된 바와 같이 불량 촛점(Defocus) 조건에서는 패턴의 비대칭 문제가 발생되었다. 그래서 이 경우 불량 촛점 조건에서도 패턴의 대칭성이 유지되도록 상기 반전 패턴(23)의 두께, 즉, 식각 깊이를 정확히 계산하려는 시도가 이루어졌는데, 특정한 패턴 및 실험 조건에서는 양호한 결과를 얻었으나, 패턴의 크기, 패턴간의 거리(Pitch), 노광장비의 조건(NA, coherence) 등에 따라 각기 다른 최적의 두께가 요구되는 단점이 있다. 여기서 도 6d는 노광 공정시 상기 위상 반전 마스크를 통과한 빛의 이미지 파형을 도시한 것이다.In order to solve this asymmetry problem, as shown in FIG. 5, the chromium pattern 22 is formed on the substrate 21, and the inverted pattern 23 is etched by etching the exposed portion of the substrate 21 to a predetermined depth. Forming a method of controlling the depth of the inversion pattern 23 differently, in this case, as shown in FIG. 6b, the problem of asymmetry of the pattern did not occur in the optimum focus (Best Focus) conditions, As shown in 6a and 6c, a problem of asymmetry of the pattern occurred in a poor defocus condition. Thus, in this case, an attempt was made to accurately calculate the thickness of the inversion pattern 23, that is, the etching depth, so that the symmetry of the pattern is maintained even in a poor focusing condition. A good result was obtained in a specific pattern and experimental conditions, but the size of the pattern was obtained. Different thicknesses are required depending on the distance between the patterns and the conditions of the exposure equipment. 6D illustrates an image waveform of light passing through the phase reversal mask during the exposure process.
상기 도 2 및 도 5에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 측벽 즉, 기판(11 또는 21)의 식각된 측벽에서 빛의 위상이 반전된다. 그러므로 마스크를 통과할 때 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 측벽이 계면(Boundary)으로 작용하여 최종적으로 웨이퍼에 도달되는 빛의 세기는 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 두께에 의해 결정된다. 결과적으로, 상기 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 복잡한 레이-아웃 및 패턴의 비대칭 문제를 가진다.2 and 5, the phase of the light is reversed on the sidewall of the inversion pattern 13 or 23, that is, the etched sidewall of the substrate 11 or 21. Therefore, when passing through the mask, the side wall of the inversion pattern 13 or 23 acts as a boundary and the intensity of light finally reaching the wafer is determined by the thickness of the inversion pattern 13 or 23. As a result, the Levenson-type phase reversal mask has a problem of complex lay-out and pattern asymmetry.
따라서 본 발명은 기판의 소정 부분에 트렌치 형태의 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판상에 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 크롬 패턴을 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention forms a trench-type inversion pattern on a predetermined portion of the substrate, and forms a chromium pattern including both portions of both sides of the inversion pattern on the substrate, each of which is independently present, thereby eliminating the aforementioned disadvantages. An object of the present invention is to provide an inversion mask and a method of manufacturing the same.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크는 트렌치 형태를 갖는 다수의 반전 패턴이 형성된 기판과, 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 상기 기판상에 각각 독립적으로 형성된 크롬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 제작 방법은 기판상에 제 1 감광막 패턴을 형성한 후 상기 기판의 노출된 부분을 식각하여 반전 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거한 후 전체 상부면에 크롬막 및 제 2 감광막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 제 2 감광막을 패터닝하여 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 노출된 부분의 상기 크롬막을 식각하여 크롬 패턴을 형성한 후 잔류된 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The phase reversal mask according to the present invention for achieving the above object is formed of a substrate having a plurality of inversion pattern having a trench form, and a chromium pattern including both sides of the inversion pattern and formed on each of the substrate independently According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a phase reversal mask, after forming a first photoresist pattern on a substrate, etching the exposed portion of the substrate to form an inversion pattern, and removing the first photoresist pattern. Sequentially forming a chromium film and a second photoresist film on the entire upper surface, and patterning the second photoresist film from the step to form a second photoresist pattern including both portions of both sides of the inversion pattern, each of which is independently present And etching the chromium film of the portion exposed from the step to form a chromium pattern and remaining. It characterized by comprising the step of removing the second photoresist pattern group.
도 1은 반전 패턴이 크롬 패턴상에 형성된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional Levenson type phase inversion mask in which an inversion pattern is formed on a chrome pattern.
도 2는 기판이 식각된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional Levenson type phase inversion mask with a substrate etched away.
도 3a 내지 3f는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the Levenson type phase inversion mask shown in FIG. 2.
도 4a는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 사용하여 형성한 감광막 패턴의 단면도.4A is a cross-sectional view of a photosensitive film pattern formed using the Levenson type phase inversion mask shown in FIG. 2.
도 4b는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 측단면도.4B is a side cross-sectional view of the Levenson type phase inversion mask shown in FIG.
도 4c는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 평면도.4C is a plan view of the Levenson type phase inversion mask shown in FIG. 2;
도 4d는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 설명하기 위한 파형도.FIG. 4D is a waveform diagram for explaining the Levenson type phase inversion mask shown in FIG. 2. FIG.
도 5는 기판이 식각된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도.5 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of a conventional Levenson type phase inversion mask in which a substrate is etched.
도 6a 내지 6d는 도 5에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 설명하기 위한 파형도.6A to 6D are waveform diagrams for explaining the Levenson type phase inversion mask shown in FIG.
도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a Levenson type phase inversion mask according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1, 11, 21 및 31: 기판 2, 12A, 22 및 34A: 크롬 패턴1, 11, 21, and 31: substrates 2, 12A, 22, and 34A: chrome pattern
3, 13, 23 및 33: 반전 패턴 12 및 34: 크롬층3, 13, 23, and 33: inversion patterns 12 and 34: chromium layer
14 및 32: 제 1 감광막 패턴 15 및 35: 제 2 감광막14 and 32: first photosensitive film pattern 15 and 35: second photosensitive film
15A 및 35A: 제 2 감광막 패턴15A and 35A: second photosensitive film pattern
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도로서,7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase inversion mask according to the present invention.
도 7a는 석영과 같이 빛이 투과될 수 있는 기판(31)상에 제 1 감광막 패턴(32)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7b는 상기 제 1 감광막 패턴(32)을 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 기판(31)의 노출된 부분을 식각하여 반전 패턴(33)을 형성한 후 상기 제 1 감광막 패턴(32)을 제거한 상태의 단면도이다.FIG. 7A is a cross-sectional view of a first photoresist pattern 32 formed on a substrate 31 through which light may pass, such as quartz, and FIG. 7B illustrates an etching process using the first photoresist pattern 32 as a mask. A cross-sectional view of a state in which the first photoresist pattern 32 is removed after etching the exposed portion of the substrate 31 to form the inversion pattern 33.
도 7c는 전체 상부면에 크롬막(34)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7d는 상기 크롬막(34)상에 제 2 감광막(35)을 형성한 상태의 단면도이다.FIG. 7C is a cross-sectional view of the chrome film 34 formed on the entire upper surface, and FIG. 7D is a cross-sectional view of the second photosensitive film 35 formed on the chromium film 34.
도 7e는 상기 제 2 감광막(35)을 패터닝하여 상기 반전 패턴(33)의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 제 2 감광막 패턴(35A)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7f는 상기 제 2 감광막 패턴(35A)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 노출된 부분의 상기 크롬막(34)을 식각하여 크롬 패턴(34A)을 형성한 후 잔류된 상기 제 2 감광막 패턴(35A)을 제거한 상태의 단면도로서, 상기 크롬 패턴(34A)은 상기 반전 패턴(33)의 양측 일부를 포함하며, 상기 기판(31)상에 각각 독립적으로 형성된다.FIG. 7E is a cross-sectional view of a state in which the second photoresist layer 35 is patterned to form second photoresist layer patterns 35A that include portions of both sides of the inversion pattern 33 and exist independently of each other, and FIG. 2 A cross-sectional view of a state in which the second photoresist layer pattern 35A is removed after etching the chromium layer 34 of the exposed portion by an etching process using the photoresist layer pattern 35A as a mask to form the chromium pattern 34A. For example, the chromium pattern 34A may include portions of both sides of the inversion pattern 33, and may be formed on the substrate 31 independently of each other.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기판의 소정 부분에 트렌치 형태의 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판상에 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 크롬 패턴을 형성하므로써 반전 패턴의 측부 즉, 기판의 식각된 측벽이 상기 크롬 패턴과 중첩된다. 그러므로 상기 반전패턴 측벽에서의 빛의 회절 현상의 발생이 방지되어 패턴의 비대칭 문제가 해결된다. 따라서 본 발명을 이용하면 노광 장비의 조건 및 패턴의 형태에 제한을 받지 않고 해상력을 향상시킬 수 있으므로 0.1 μm 이하의 선폭을 갖는 미세 패턴의 형성이 가능해 진다.As described above, according to the present invention, a trench-shaped inversion pattern is formed on a predetermined portion of the substrate, and both sides of the inversion pattern are formed on the substrate, thereby forming chromium patterns that are independently present. An etched sidewall of the substrate overlaps the chrome pattern. Therefore, occurrence of diffraction of light on the sidewalls of the inversion pattern is prevented, thereby solving the asymmetry problem of the pattern. Therefore, by using the present invention, since the resolution can be improved without being limited to the conditions of the exposure equipment and the shape of the pattern, it is possible to form a fine pattern having a line width of 0.1 μm or less.
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