KR100310419B1 - 위상반전마스크를 이용한 노광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전마스크를 이용한 노광방법에 관한 것으로서 포토레지스트가 형성된 기판과 투광영역과 차광영역을 갖는 위상반전마스크를 정렬되게 설치하는 단계와, 상기 포토레지스트를 제 1 노광하되 상기 위상반전마스크를 통과한 광의 사이드 피크(side peak)가 노광 한계 세기 보다 작도록 조절하여 제 1 노광하여 상기 포토레지스트의 투광영역의 가운데 부분과 대응하는 부분에 완전히 노광된 제 1 노광영역이 형성하고, 상기 위상반전영역과 경계를 이루는 부분과 대응하는 부분은 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역이 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트의 전면을 상기 노광 한계 세기의 나머지 양으로 제 2 노광하여 상기 제 2 노광영역을 완전 노광하는 단계를 구비한다.

Description

위상반전마스크를 이용한 노광방법{exposing method using phase shift mask}

본 발명은 위상반전마스크(Phase Shift Mask)를 이용한 노광방법에 관한 것으로서, 특히, 위상반전영역을 통과한 광에 의해 포토레지스트에 발생되는 사이드 로브(side lobe) 현상을 억제할 수 있는 위상반전마스크를 이용한 노광방법에 관한 것이다.

반도체장치가 고집적화 및 고밀도화에 따라 단위 소자의 크기가 감소되고, 이에 따라, 도선 등의 선폭이 작아지고 있다. 그러므로, 미세 패턴을 형성하기 위해서는 접촉묘화(contact printing) 방법, 프록시미티묘화(proximity printing) 방법 및 프로젝션묘화(projection printing) 방법 등의 노광 방법을 이용하는 포토리쏘그래피(photolithography) 공정으로는 한계가 있다. 따라서, 미세 패턴을 형성하기 위해 노광시 전자 빔 또는 이온 빔 등을 이용하거나, 또는, 위상반전마스크(Phase Shifting Mask)를 이용할 수 있다.

상기 위상반전마스크는 위상반전층이 형성된 위상반전영역과 투광영역을 포함하는 데, 위상반전영역을 통과하는 광의 위상을 180°반전시켜 투광영역을 통과하는 광과 상쇄 간섭을 일으켜 경계 부분에서 콘트라스트(contrast)와 초점심도를 향상시켜 양호한 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 위상반전마스크를 하프-톤 위상반전마스크(half-tone phase shifting mask)라 하는 데, 하프-톤 마스크는 위상반전영역에서 광을 5∼10% 정도의 세기로 통과시켜 투광영역과의 경계 부분에서 콘트라스트를 향상시킨다.

도 1는 종래 기술에 따른 위상반전마스크를 이용한 노광방법을 도시하는 개략도이다.

종래 기술에 따른 노광방법은 위상반전마스크(11)를 사용하여 1번의 노광 공정에 의해 기판(23) 상에 형성된 포토레지스트(25)에 노광영역(27)을 한정한다.

상기에서 위상반전마스크(11)는 석영 등의 투명기판(13) 상에 MoSiON 등의 위상반전층(13)과 불투명한 특성을 갖는 Cr과 CrOx가 연속 증착된 차광층(15)으로 이루어지며 투광영역(19)과 위상반전영역(21)으로 구분된다. 상기에서 투명기판(13) 상에 위상반전층(13)과 차광층(15)이 형성된 부분은 위상반전영역(21)이고 형성되지 않은 부분은 투광영역(19)이 된다.

기판(23)은 반도체기판이거나, 또는, 반도체기판 상에 형성된 도전물질층이나 절연물질층이다.

입사되는 광은 위상반전마스크(11)의 투광영역(19)으로만 광을 투과되어 기판(23) 상에 형성된 포토레지스트(25)를 노광시키는데, 광의 세기는 투광영역(19)의 가운데 부분에서 가장 크고 가장자리 부분에서 작다. 그러므로, 노광시 투광영역(19)과 위상반전영역(21)의 경계를 투과한 광이 포토레지스트(25)를 충분히 노광시킬 수 있는 정도로 광의 세기를 조절하여야 한다. 즉, 포토레지스트(25)를 완전히 노광시킬 수 있는 광의 최소의 세기를 한계 세기(threshold intensity)라 하는데, 투광영역(19)과 위상반전영역(21)의 경계를 통과한 광이 노광 한계 세기를 가져야 한다. 따라서, 종래 기술에 따라 노광된 포토레지스트를 현상한 것을 도시하는 포토레지스트(25)의 노광영역(27)은 노광되지 않은 부분과의 경계도 충분히 노광되므로 이 노광영역(27)은 위상반전마스크(11)의 투광영역(19)에 최적화되게 한정된다.

도 2는 종래 기술에 따라 노광된 포토레지스트(25)를 현상한 것을 도시하는 단면도이다.

포토레지스트(25)을 현상하면 노광영역(27)이 제거되어 기판(23)을 위상반전마스크(11)의 투광영역(19)에 최적화되게 노출한다.

그러나, 상술한 종래의 위상반전마스크를 이용한 노광방법은 차광영역로 입사되는 광에 의한 사이드 피크(side peak)에 의해 포토레지스트의 노광영역 양측에 원하지 않게 현상되는 사이드 로브(side lobe)가 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 사이드 로브(side lobe)가 발생되는 것을 방지할 수 있는 위상반전마스크를 이용한 노광방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상반전마스크를 이용한 노광방법은 포토레지스트가 형성된 기판과 투광영역과 차광영역을 갖는 위상반전마스크를 정렬되게 설치하는 단계와, 상기 포토레지스트를 제 1 노광하되 상기 위상반전마스크를 통과한 광의 사이드 피크(side peak)가 노광 한계 세기 보다 작도록 조절하여 제 1 노광하여 상기 포토레지스트의 투광영역의 가운데 부분과 대응하는 부분에 완전히 노광된 제 1 노광영역이 형성하고, 상기 위상반전영역과 경계를 이루는 부분과 대응하는 부분은 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역이 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트의 전면을 상기 노광 한계 세기의 나머지 양으로 제 2 노광하여 상기 제 2 노광영역을 완전 노광하는 단계를 구비한다.

도 1는 종래 기술에 따른 위상반전마스크를 이용한 노광방법을 도시하는 개략도

도 2는 종래 기술에 따라 노광된 포토레지스트를 현상한 것을 도시하는 단면도

도 3a 내지 도 3b는 본 기술에 따른 위상반전마스크를 이용한 노광방법을 도시하는 순서도

도 4는 본 발명에 따라 노광된 포토레지스트를 현상한 것을 도시하는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3b는 본 기술에 따른 위상반전마스크를 이용한 노광방법을 도시하는 순서도이다.

도 3a를 참조하면, 포토레지스트(45)가 형성된 기판(43)과 위상반전마스크(31)를 정렬되게 설치하고 제 1 노광을 실시하여 포토레지스트(45)에 제 1 및 제 2 노광영역(47)(49)을 한정한다.

상기에서 위상반전마스크(31)는 석영 등의 투명기판(33) 상에 MoSiON 등의 위상반전층(33)과 불투명한 특성을 갖는 Cr과 CrOx가 연속 증착된 차광층(35)으로 이루어지며 투광영역(39)과 위상반전영역(41)으로 구분된다. 위상반전마스크(31)를 구성하는 투명기판(33) 상에 위상반전층(33)과 차광층(35)이 형성된 부분은 위상반전영역(41)이고 형성되지 않은 부분은 투광영역(39)이 된다.

기판(43)은 반도체기판이거나, 또는, 반도체기판 상에 형성된 도전물질층 또는 절연물질층이다.

제 1 노광은 낮은 노광 에너지로 실시하여 차광영역(41)으로 입사되는 광에 의한 사이드 피크(side peak)가 노광 한계 세기 보다 작도록 조절한다. 즉, 제 1 노광은 투광영역(39)과 위상반전영역(41)의 경계를 투과하는 광을 노광 한계 세기의 60∼80% 정도로 조절하여 실시한다. 그러므로, 포토레지스트(45)의 투광영역(39)의 가운데 부분과 대응하는 부분은 하부까지 완전히 노광되는 제 1 노광영역(47)이 형성되고 투광영역(39)의 위상반전영역(41)과 경계를 이루는 부분과 대응하는 부분은 하부까지 노광되지 않고 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역(49)이 형성된다. 또한, 제 1 노광시 사이드 피크(side peak)가 한계 세기 보다 작으므로 포토레지스트(45)에 사이드 로브(side lobe)가 발생되지 않게 된다.

도 3b를 참조하면, 패턴이 형성되지 않은 브랭크마스크(blank mask : 53)을 이용하여 투과된 광이 노광 한계 세기의 나머지 양, 즉, 20∼40% 정도가 되도록 조절하여 포토레지스트(45)의 전면을 제 2 노광한다. 이 때, 노광된 부분은 광이 투과되어 노광되지 않은 부분이 노광되는 블릿징 효과(bleaching effect)에 포토레지스트(45)의 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역(49)은 완전 노광된다. 또한, 포토레지스트(45)의 전면에도 소정 두께 노광되어 제 3 노광영역(51)이 형성된다.

상기에서 브랭크마스크(blank mask : 53)을 이용하여 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역(49)을 완전 노광하였으나, 본 발명의 다른 실시예로 별도의 마스크를 사용하지 않고 광을 노광 한계 세기의 20∼40% 정도로 조절하여 노광할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따라 노광된 포토레지스트(45)를 현상한 것을 도시하는 단면도이다.

포토레지스트(45)을 현상하면 제 1 및 제 2 노광영역(47)(49)이 제거되어 기판(43)을 위상반전마스크(31)의 투광영역(39)에 최적화되게 노출한다. 이 때, 포토레지스트(45)의 전면에 형성된 제 3 노광영역(45)도 제거되어 잔류하는 포토레지스트(45)의 두께가 얇아지나 사이드 로브(side lobe)가 발생되지 않게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 위상반전마스크를 이용하여 사이드 피크(side peak)가 한계 세기 보다 작도록 광을 노광 한계 세기의 60∼80% 정도로 조절하여 제 1 노광을 실시하여 포토레지스트의 투광영역의 가운데 부분과 대응하는 부분은 하부까지 완전히 노광되는 제 1 노광영역이 형성되도록 하고 위상반전영역과 경계를 이루는 부분과 대응하는 부분은 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역이 형성되도록 한다. 그리고, 다시, 패턴이 형성되지 않은 브랭크마스크(blank mask)를 이용하여 광을 노광 한계 세기의 20∼40% 정도가 투과되도록 하여 포토레지스트의 전면을 제 2 노광하여 제 2 노광영역이 완전 노광되도록 한다.

따라서, 본 발명은 패터닝된 포토레지스트에 사이드 로브(side lobe)가 발생되는것을 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (4)

1. 포토레지스트가 형성된 기판과 투광영역과 차광영역을 갖는 위상반전마스크를 정렬되게 설치하는 단계와,

   상기 포토레지스트를 제 1 노광하되 상기 위상반전마스크를 통과한 광의 사이드 피크(side peak)가 노광 한계 세기 보다 작도록 조절하여 제 1 노광하여 상기 포토레지스트의 투광영역의 가운데 부분과 대응하는 부분에 완전히 노광된 제 1 노광영역이 형성하고, 상기 위상반전영역과 경계를 이루는 부분과 대응하는 부분은 언더노광(under exposure)된 제 2 노광영역이 형성하는 단계와,

   상기 포토레지스트의 전면을 상기 노광 한계 세기의 나머지 양으로 제 2 노광하여 상기 제 2 노광영역을 완전 노광하는 단계를 구비하는 위상반전마스크를 이용한 노광방법.
2. 청구항 1에 있어서 상기 제 1 노광은 상기 노광 한계 세기의 60∼80%로 조절하여 실시하는 위상반전마스크를 이용한 노광방법.
3. 청구항 1에 있어서 상기 제 2 노광은 패턴이 형성되지 않은 브랭크마스크(blank mask)을 이용하여 투과된 광이 노광 한계 세기의 20∼40%가 되도록 조절하여 실시하는 위상반전마스크를 이용한 노광방법.
4. 청구항 1에 있어서 상기 제 2 노광은 별도의 마스크를 사용하지 않고 광을 노광 한계 세기의 20∼40%로 조절하여 실시하는 위상반전마스크를 이용한 노광방법.