KR100380982B1 - 위상반전마스크및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 투명기판 상에 예정된 라인/스페이스를 갖는 다수개의 열을 이루는 제1위상반전막 패턴들을 형성하고, 그 열과는 직교하는 방향으로 연장되어있으며, 그 폭이 막대 형상의 제1위상반전막 패턴들의 길이 보다 작은 광차단막 패턴을 형성하며, 성기 제1위상반전막 패턴들 사이의 스페이스인 투명기판 상에 제2위상반전막 패턴을 형성하되 상기 제1위상반전막 패턴들과는 양측이 어느 정도 중첩되도록 제2위상반전막 패턴을 형성하여 상기 제2위상반전막 패턴만과 제1위상반전막 패턴들 중 어느 하나 만을 통과한 광과 두개의 위상반전막 패턴을 함께 통과하거나 투명기판만을 통과한 광의 사이에 180°의 위상차가 나는 위상반전 마스크를 형성하였으므로, 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴을 통과한 광과 그 사이의 중첩되는 부분을 통과한 광간의 간섭에 의해 광세기 그래프의 에지 부분의 기울기가 증가되어 광 콘트라스트가 형성되므로 상기의 위상 반전 마스크를 사용한 감광막패턴의 프로파일이 향상되어 미세 패턴 형성이 용이하고, 공정여유도가 증가되어 소자 동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 그 제조방법

본 발명은 에지 강조형 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 라인/스페이스 패턴의 위상반전 마스크에서 일정 폭을 갖는 막대 형상의 제1위상반전막 패턴들이 일정한 스페이스를 갖고 여러 열로 형성되어 있고, 그들의 길이보다 짧은 폭을 갖는 광차단막 패턴이 상기 제1위상반전막 패턴들과는 직교하는 방향으로 형성되어 있으며, 상기 제1위상반전막 패턴들의 열 사이의 스페이스에 제2위상반전막 패턴이 형성되되 상기 제1위상반전막 패턴들과는 일정 부분이 중첩되어 있기 때문에 상기 광차단막 패턴들 간의 광 콘트라스트를 향상시켜 미세패턴의 형성이 용이한 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 경박단소화 추세에 따라 배선간의 거리가 감소되고, 단차를 증가시키며, 트랜지스터나 캐패시터 등과 같은 단위 소자의 크기도 감소되어 패턴의 미세화가 점차 가속되고 있다.

일반적으로 감광막 패턴 형성을 위한 노광 공정 시 사용되는 노광 마스크는 석영 기판에 크롬층이나 알루미늄 등의 광차단막을 도포한 후, 이온 빔 에칭에 의해 광차단막 패턴을 형성한다. 그러나 상기의 일반적인 노광 마스크로는 광분해능 이하의 미세 패턴의 형성이 어려우며, 현재 사용되는 통상의 감광액 및 노광 장비, 예를 들어 파장이 436nm 인 G라인이나, 365nm인 I라인 스테퍼로는 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 얻기가 어렵다.

더욱이 64M 디램 이상의 초고집적 소자들은 0.5㎛ 이하의 미세 패턴이 요구되며, 이러한 극 미세 패턴은 고해상도의 감광막 패턴을 얻기 위해서 위상반전 마스크(phase shift mask)를 사용하고 있다.

위상반전 마스크는 노광 마스크의 광차단막 패턴들과 함께 광의 위상을 180°또는 90°반전 시키는 위상반전막 패턴을 형성하여, 노광 공정 시 웨이퍼 상에 조사되는 광의 진폭을 일정하게 유지하고, 위상반전막 패턴을 통과한 광과 인접 패턴을 통과한 광과의 간섭에 의한 노광 효과가 최소가 되도록 하여 감광막 패턴의 해상도를 향상시키는 원리를 사용한 것이다.

이러한 위상반전 마스크는 입사되는 광의 파장 λ와, 굴절율 n인 위상 반전 물질을 광의 위상이 160∼200°정도 반전시키는 두께로 형성하여, 감광막에 조사되는 광의 콘트라스트(contrast) 비를 크게 하였다. 예를 들어 입사광이 G-라인 또는 i-라인이고, 위상 반전 물질로 에스.오.지(spin on glass; 이하 SOG라 칭함), 산화막, 질화막 또는 경화된 감광막 등을 사용할 경우에 위상 반전 물질을 3400∼4000Å 정도의 두께로 형성하면 된다.

상기의 위상반전 마스크를 사용하면, 종래의 감광액 및 노광 장비를 사용하여 0.5㎛ 이하의 미세패턴도 형성할 수 있으며, 이러한 위상반전 마스크는 레밴슨형, 에지 강조형 등이 있다.

제 1 도 내지 제 3 도는 종래 위상반전 마스크를 설명하기 위한 도면들로서, 서로 연관시켜 설명한다.

먼저, 종래의 위상반전 마스크(2A)는 유리나 석영 등의 투명기판(3) 상에 일정간격 및 폭(라인/스페이스)를 갖는 광차단막패턴(4)이 크롬으로 반복 형성되어 있으며, 그 상측에 보다 큰 라인/스페이스를 갖는 위상반전막패턴(5)이 형성되어 있다.

상기의 위상반전 마스크(2A)는 상측에서 입사된 광(1)에서 상기 위상반전막패턴(5)을 통과한 빛과 투명기판(3) 만을 통과한 빛 사이에 제 2 도에 도시되어 있는 바와 같이, 전장(6),(7)이 180°의 위상차를 보인다.

따라서 웨이퍼 상에 도달한 빛은 간섭에 의해 제 3 도와 같은 광세기를 갖는 이미지 콘트라스트가 형성되지만, 빛의 파장 등이 일정할 때 초점 심도나 패턴 미세화에 한계가 있어 어느 정도 이상, 예를 들어 0.25㎛ 이하의 미세패턴 형성은 어려워 소자의 고집적화에 한계가 있는 문제점이 있다.

상기와 같은 에지 강조형 뿐만 아니라, 레밴슨형 등의 위상반전 마스크도 마스크의 형성이 어렵고 패턴의 미세화에 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 막대 형상의 제1위상반전막 패턴들이 길이 방향으로 다수 개의 열로 배치되되 상기 열들의 사이가 일정한 스페이스를 가지며, 상기 제1위상반전막 패턴의 길이 보다는 작은 폭을 갖고 직교되는 방향으로 일정 간격으로 광차단막 패턴들이 형성되며, 상기 제1위상반전막패턴들 열 사이의 스페이스에 제2위상반전막패턴들이 형성되어있어, 이미지 콘트라스트의 경사각을 급격하게 하여 감광막패턴의 프로파일을 개선하여 소자의 고집적화에 유리하고, 공정 마진이 향상되어 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 위상반전 마스크를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공정수율을 향상시킬 수 있는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에지 강조형 위상반전 마스크의 특징은,

투명기판 상에 다수 개의 막대 형상이 평행하게 나열되어 다수 개의 열로 형성되고, 각 열 사이에 상기 투명기판을 노출시키는 일정 스페이스를 갖는 제1위상반전막패턴들과,

상기 열로 형성된 제1위상반전막 패턴들 상부에 연장되어 형성되며, 상기 제1위상반전막패턴에 직교되는 방향으로 형성되되, 상기 제1위상반전막 패턴의 길이보다는 작은 폭을 갖도록 구비되는 광차단막 패턴과,

상기 광차단막패턴에 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되며, 상기 제1위상반전막패턴들의 가장자리 일부에 중첩되어 구비되는 제2위상반전막 패턴을 구비함에 있다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상반전 마스크 제조방법의 특징은,

투명기판 상에 다수 개의 막대 형상이 일정 스페이스를 갖으며 평행하게 나열되도록 제1위상반전패턴들을 형성하는 공정과,

상기 제1위상반전패턴들을 상기 제1위상반전패턴들의 수직방향으로 소정의 스페이를 갖도록 다수 개의 열로 분리하는 공정과,

상기 열을 이룬 제1위상반전막 패턴들과는 수직방향으로 형성되고, 제1위상반전막 패턴의 길이 보다는 작은 폭을 갖도록 광차단막 패턴들을 형성하는 공정과,

상기 광차단막패턴과 소정 거리 이격시켜 평행하게 형성하되, 상기 제1위상반전막 패턴들의 가장자리 일부에 중첩되도록 제2위상반전막 패턴들을 형성하여 상기 제1위상반전막패턴과 제2위상반전막패턴을 통과한 광과, 상기 제1위상반전막패턴과 제2위상반전막패턴의 중첩 부분을 통과한 광과의 위상 차이를 증가시키는 공정을 구비함에 있다.

이하, 본 발명에 따른 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 4 도 내지 제 6 도는 본 발명에 따른 에지 강조형 위상반전 마스크를 설명하기 위한 도면들로서, 서로 연관시켜 설명한다.

먼저, 제 4 도에 도시되어있는 바와 같이, 유리나 석영 등의 투명기판(3) 상에 다수개의 열을 이루는 길이 l₁의 막대 형상의 제1위상반전막패턴(5A)들이 위상반전물질, 예를 들어 SOG, 산화막, 질화막 또는 경화된 감광막 등으로 형성되어 있으며, 상기 제1위상반전막패턴(5A)들의 열 간에는 예정된 스페이스를 갖는다. 여기서 상기 제1위상반전막패턴(5A) 들은 서로 l₃만큼의 간격을 갖는다.

또한, 상기 제1위상반전막패턴(5A)들의 열들 상에는 상기 열과는 직교하는 방향으로 폭 l₂를 갖는 광차단막(4) 패턴들이 크롬으로 형성되어 있으며, 상기 광차단막(4) 패턴들의 폭 l₂는 상기 막대 형상의 제1위상반전막패턴(5A)의 길이 l₁보다작다.

또한 상기 제1위상반전막패턴(5A)들 사이의 공간 즉 스페이스의 투명기판(2)상에는 제2위상반전막패턴(5B)이 SOG, 산화막, 질화막 또는 경화된 감광막 등의 위상반전물질로 폭 l₄만큼 형성되어있어 이중 에지 강조형 위상반전 마스크(2B)를 구성한다. 이때 상기 제2위상반전막패턴(5B)은 양측이 상기 제1위상반전막패턴(5A)과 소정 간격, 예를 들어 0.1∼0.5㎛ 만큼 중첩되어 있다.

상기의 위상반전 마스크(2B)는 제 5 도에 도시되어 있는 바와 같이, 상측에서 입사된 광(1)에서 상기 제1 및 제2 위상반전막패턴(5A),(5B)들을 각각 통과한 대부분의 광은 180°위상이 반전된 전장(11),(12)을 갖고, 제1 및 제2위상반전막패턴(5A),(5B)들의 중첩된 부분을 통과한 약간의 빛은 상기 전장(11)과 전장(12)의 사이에서 0°위상의 전장(10)을 가지므로, 제 6 도에 도시되어있는 바와 같이, 투과되는 광세기(13) 그래프의 에지 기울기가 급격해져 이미지 콘트라스트가 형상된다.

상기에서는 제1 및 제2위상반전막 패턴들이 입사광의 위상을 180°반전시키는 경우를 예로 들었으나, 각각 90°의 위상차를 갖도록 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제 7A 도 내지 제 7C 도는 본 발명에 따른 에지 강조형 위상반전 마스크의 제조 공정도이다.

먼저, 투명기판(3) 상에 위상반전물질, 예를 들어 SOG, 산화막 또는 질화막등으로 된 다수개의 막대 형상의 제1위상반전막패턴(5A)을 형성하고, 상기 제1위상반전막패턴(5A)과 직교되는 방향으로 연장되어있는 예정된 라인/스페이스를 갖는 감광막패턴(20)을 형성한다. 이때 상기 제1위상반전막패턴(5A)들 간의 거리는 l₃이고, 상기 감광막패턴(20)의 폭은 l₁이다. (제 7A 도 참조).

그다음 상기 감광막패턴(20)에 의해 노출되어 있는 제1위상반전막패턴(5A)을 제거하여 예정된 스페이스만큼 이격된 다수개의 열을 이루는 길이 l₁의 제1위상반전막패턴(5A)들을 형성한 후, 상기 감광막패턴(20)을 제거하고, 상기 제1위상반전막패턴(5A)들의 열 상부에 상기 감광막패턴(20)과 동일한 방향으로 연장되어 있으며, 폭 l₂가 l₁보다 작은 크롬으로 된 광차단막패턴(4)을 형성한다. (제 7B 도 참조).

그 후, 상기 제1위상반전막패턴(5A)의 열들 사이의 공간인 스페이스의 투명기판(3)상에 제2위상반전막패턴(5B)을 폭 l₄를 갖도록 형성하되, 그 양측이 제1위상반전막패턴(5A)과 중첩되도록 형성하여 이중 에지 강조형 위상반전 마스크(2B)를 완성한다. 이때 상기 각층들의 패터닝을 위한 감광막패턴은 통상의 스테퍼를 사용하거나, E-빔 장치 등을 사용하여 형성한다. (제 7C 도 참조).

또한 상기 제1 및 제2 위상반전막 패턴을 SOG나 산화막 질화막 등이 아닌 경화된 감광막을 사용할 경우에는 제1 및 제2위상반전막의 패터닝을 위한 별도의 감광막패턴 형성이 불필요하여 공정이 더욱 간단해 진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상반전 마스크 및 그 제조방법은 투명기판 상에 예정된 라인/스페이스를 갖는 다수 개의 열을 이루는 제1위상반전막 패턴들을 형성하고, 그 열과는 직교하는 방향으로 연장되어있으며, 그 폭이 막대 형상의 제1위상반전막 패턴들의 길이 보다 작은 광차단막 패턴을 형성하며, 성기 제1위상반전막 패턴들 사이의 스페이스인 투명기판 상에 제2위상반전막 패턴을 형성하되 상기 제1위상반전막 패턴들과는 양측이 어느 정도 중첩되도록 제2위상반전막 패턴을 형성하여 상기 제2위상반전막 패턴만과 제1위상반전막 패턴들 중 어느 하나 만을 통과한 광과 두개의 위상반전막 패턴을 함께 통과하거나 투명기판만을 통과한 광의 사이에 180°의 위상차가 나는 위상반전 마스크를 형성하였으므로, 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴을 통과한 광과 그 사이의 중첩되는 부분을 통과한 광간의 간섭에 의해 광세기 그래프의 에지 부분의 기울기가 증가되어 광 콘트라스트가 형상되므로 상기의 위상반전 마스크를 사용한 감광막패턴의 프로파일이 향상되어 미세 패턴 형성이 용이하고, 공정여유도가 증가되어 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

제 1 도는 종래 위상반전 마스크의 단면도.

제 2 도는 제 1 도의 위상반전 마스크의 위치에 따른 전장의 세기를 도시한 그래프.

제 3 도는 제 1 도의 위상반전 마스크의 위치에 따른 광세기를 도시한 그래프.

제 4 도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 단면도.

제 5 도는 제 4 도에 도시되어있는 위상반전 마스크의 위치에 따른 전장의 세기를 도시한 그래프.

제 6 도는 제 4 도에 도시되어 있는 위상반전 마스크의 위치에 따른 광세기를 도시한 그래프.

제 7A 도 내지 제 7C 도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조 공정도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 입사광 2A, 2B : 위상반전 마스크

3 : 투명기판 4 : 광차단막패턴

5 : 위상반전막패턴 5A : 제1위상반전막패턴

5B : 제2위상반전막패턴 6, 7, 10, 11, 12 : 광의 전장

8, 13 : 광세기 20 : 감광막패턴

Claims (7)

1. 투명기판 상에 다수 개의 막대 형상이 평행하게 나열되어 다수 개의 열로 형성되고, 각 열 사이에 상기 투명기판을 노출시키는 일정 스페이스를 갖는 제1위상반전막패턴들과,

   상기 열로 형성된 제1위상반전막 패턴들 상부에 연장되어 형성되며, 상기 제1위상반전막패턴에 직교되는 방향으로 형성되되, 상기 제1위상반전막 패턴의 길이보다는 작은 폭을 갖도록 구비되는 광차단막 패턴과,

   상기 광차단막패턴에 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되며, 상기 제1위상반전막패턴들의 가장자리 일부에 중첩되어 구비되는 제2위상반전막 패턴으로 이루어지는 위상반전 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명기판은 유리 또는 석영으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 위상반전막 패턴들은 SOG, 산화막, 질화막 및 경화된 감광막으로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제2 위상반전막 패턴들이 각각 입사광의 위상을 90°또는 180°변화시키는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 광차단막 패턴은 크롬으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
6. 투명기판 상에 다수 개의 막대 형상이 일정 스페이스를 갖으며 평행하게 나열되도록 제1위상반전패턴들을 형성하는 공정과,

   상기 제1위상반전패턴들을 상기 제1위상반전패턴들의 수직방향으로 소정의 스페이를 갖도록 다수 개의 열로 분리하는 공정과,

   상기 열을 이룬 제1위상반전막 패턴들과는 수직방향으로 형성되고, 제1위상반전막 패턴의 길이 보다는 작은 폭을 갖도록 광차단막 패턴들을 형성하는 공정과,

   상기 광차단막패턴과 소정 거리 이격시켜 평행하게 형성하되, 상기 제1위상반전막 패턴들의 가장자리 일부에 중첩되도록 제2위상반전막 패턴들을 형성하여 상기 제1위상반전막패턴과 제2위상반전막패턴을 통과한 광과, 상기 제1위상반전막패턴과 제2위상반전막패턴의 중첩 부분을 통과한 광과의 위상 차이를 증가시키는 공정을 구비하는 위상반전 마스크의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2위상반전막 패턴의 중첩되는 부분이 0.1∼0.5㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.