KR100594223B1 - 두장의 교번 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법 - Google Patents

두장의 교번 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 도포된 감광막 상에 제1 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제1 노광을 수행한 후, 제2 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제2 노광을 수행한다. 상기 제2 노광시 제2 교번 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역(S)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 비위상 반전 영역에 대응하도록 하고, 제2 교번 위상 반전 마스크의 비위상 반전 영역은 제1 교번 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역에 대응하도록 구성된다. 이렇게 되면, 제1 노광시 위상 반전 영역을 통과하여 광세기가 작은 부분은 제2 노광시에는 비위상 반전 영역이 되어 광세기가 보상되기 때문에 위상 반전 영역 및 비위상 반전 영역 모두가 광세기가 동일하게 된다. 이에 따라, 임계 크기가 균일하지 못한 현상과 위상 반전 영역 및 비위상 반전 영역의 임계 크기의 초점에 따른 역전 현상을 없앨 수 있다.

Description

두장의 교번 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법{pattern formation method using two alternating phase shift mask}
도 1의 (a)는 종래의 교번 위상 반전 마스크의 단면도의 일예이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을때의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이고,
도 2의 (a)는 종래의 교번 위상 반전 마스크의 단면도의 다른 예이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을때의 광세기를 도시한 그래프이고,
도 3 및 도 4는 각각 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을때 초점에 따른 웨이퍼 상의 광세기 및 임계 크기를 도시한 그래프이고,
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 패턴 형성 방법에 이용되는 제1 교번 위상 반전 마스크와 제2 교번 위상 반전 마스크의 일예를 도시한 평면도이고,
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 패턴 형성 방법에 이용되는 제1 교번 위상 반전 마스크와 제2 교번 위상 반전 마스크의 다른 예를 도시한 평면도이고,
도 9의 (a)는 도 5의 a-a에 따른 제1 교번 위상 반전 마스크의 단면도이고, 도 9의 (b)는 제1 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 제1 노광을 수행한 경우의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이고,
도 10의 (a)는 도 6의 a-a에 따른 제2 교번 위상 반전 마스크의 단면도이고, 도 10의 (b)는 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 제2 노광을 수행한 경우의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이고, 도 10의 (c)는 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이고,
도 11 및 도 12는 각각 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 초점에 따른 웨이퍼 상의 광세기 및 임계 크기를 도시한 그래프이고,
도 13은 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 언더컷 조건에 따른 임계 크기를 도시한 그래프이고,
도 14는 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 위상차에 따른 임계 크기를 도시한 그래프이다
본 발명은 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두장의 교번 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조에 이용되는 각종 패턴은 포토 리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토 리소그래피 기술에 의하면, 반도체 기판 상의 절연막이나 도전막 등 패턴을 형성하여야 할 막 위에 X선이나 자외선 등과 같은 광의 조사에 의해 용해도가 변화하는 감광막을 형성한다. 이어서, 마스크를 이용하여 상기 감광막의 소정 부위를 노광광에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광 패턴을 형성한다. 다음에, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 식각에 의해 제거하여 배선이나 전극 등 각종 패턴을 형성한다.
그런데, 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라서 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 기술이 요구되고 있다. 이를 위하여, 전자빔, 이온 빔 또는 X선을 이용한 노광 방법, 광원의 회절광을 이용한 변형 조명 방법, 새로운 감광 재료를 이용한 노광 방법, 위상 반전 마스크를 이용한 노광방법 등이 제안되고 있다.
이중 위상 반전 마스크를 이용한 노광 방법은 위상 반전 마스크에 시프터를 설치함으로써 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 해상도나 초점심도를 증가시키는 방법이다. 구체적으로, 즉, 광이 위상 반전 마스크의 마스크 기판을 통과할 때, 또는 시프터막을 통과할 때, 그 파장은 진공중의 파장을 굴절율로 나눈 값으로 짧아진다. 따라서, 같은 위상의 광이 시프터의 유무에 따라서, 위상 차이가 생기게 되며, 이 때 광 경로차이를 θ라 하면, θ = 2πt(n-1)/λ(식 중, n은 시프터의 굴절율이고, t는 시프터의 두께이고, λ는 사용되는 파장이다)이고, θ가 π인 경우에 시프터를 통과한 광은 역위상을 갖게된다. 따라서, 광투광부만을 통과한 광과 시프터를 통과한 광은 서로 역위상이기 때문에, 시프터를 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면, 패턴의 경계 부분에서는 빛의 강도가 제로가 되어 콘트라스트가 증가한다. 이러한 위상 반전 마스크를 이용한 노광 방법은 다른 방법과는 달리 새로운 장비나 감광막 물질의 변경 없이 마스크 제조 방법의 변경만으로 마스크의 분해능이 크게 향상될 수 있다.
상기 위상 반전 마스크는 여러 형태로 제작되고 있으며, 그 중에서 교번(alternating) 위상반전 마스크는 유리 기판을 식각하여 위상을 180°로 만들어주는 유리 기판 식각형과 일반적인 마스크 기판 위에 SOG를 도포하여 그 위에 패턴을 하여 180°의 위상을 만들어주는 SOG형으로 대별할 수 있다. 여기서는 대표적으로 종래의 유리 기판 식각형 교번 위상반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법을 설명한다.
도 1의 (a)는 종래의 교번 위상 반전 마스크의 단면도의 일예이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을 때의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 1의 (a)의 교번 위상 반전 마스크(10)는 유리 기판(11)의 표면에 일정 간격으로 복수개의 차광 패턴들(13)이 형성되어 있다. 상기 차광 패턴들(13)은 크롬막으로 형성한다. 그리고, 상기 차광 패턴들(13) 사이에는 유리 기판을 식각하여 홈(15)이 형성되어 있다. 상기 홈(15)은 시프터(shifter) 역할을 한다. 노광시 상기 홈(15)을 통과하는 광은 그 외 부분을 통과하는 광에 비하여 위상이 180도로 변경되어 해상도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 도 1a의 교번 위상 반 전 마스크(10)는 비투광 영역(NT, non-transparent region), 위상 반전 영역(S, phase shift region) 및 비위상 반전 영역(NS, non-phase shifted region)으로 구분할 수 있다.
그런데, 도 1의 (a)에 도시한 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광시 위상 반전 영역(S)을 통과하는 광은 유리 기판(11)을 식각하여 만들어진 홈(15)의 양측벽에서 산란이 일어나 광 에너지가 손실된다. 이에 따라, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 위상 반전 영역(S)을 통과하는 광의 세기는 비위상 반전 영역(NS)을 통과하는 광의 세기에 비하여 작게 된다. 이렇게 되면, 웨이퍼 상에 형성되는 감광 패턴들의 임계 크기(critical dimension, CD)가 서로 차이가 난다. 이와 같이 감광 패턴들의 임계 크기가 차이가 나는 현상을 ΔCD 현상이라 한다.
도 2의 (a)는 종래의 교번 위상 반전 마스크의 단면도의 다른 예이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을 때의 광세기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에서, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)와 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크(20)는 도 1의 (a)의 교번 위상 반전 마스크와 비교하여 언더컷된 홈(25)을 구비하는 것을 제외하고는 동일하다. 즉, 차광 패턴들(13)의 하부의 유리기판도 일부 식각되어 홈(25)이 형성된다. 이렇게 시프터로서 언더컷된 홈(25)을 가지면 후술하는 바와 같이 노광시 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)간의 광세기의 차이를 없앨 수 있어 상술한 ΔCD 현상을 방지할 수 있다.
그런데, 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용할 경우 문제점이 있는데, 이를 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.
도 3 및 도 4는 각각 도 2의 (a)의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 노광했을 때 초점에 따른 웨이퍼 상의 광세기 및 임계 크기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 2의 (a)의 언더컷된 홈을 시프터로 사용하는 교번 위상 반전 마스크(20)를 이용하여 노광시 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 초점이 0㎛인 경우에는 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)간의 광세기의 차이가 없어 위상 반전 영역과 비위상 반전 영역간에 감광 패턴의 임계 크기의 차이가 발생하지 않는다. 그러나, 초점이 0㎛가 아닌 경우에는 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)간의 광세기의 차이가 발생하여 위상 반전 영역과 비위상 반전 영역간에 감광 패턴의 임계 크기의 차이가 크게 발생한다.
더욱이, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 초점이 -0.4에서 0.4로 변경될 때 비위상 반전 영역(NS)의 임계 크기를 나타내는 선은 양의 기울기를 갖는데 반하여, 위상 반전 영역(S)의 임계 크기를 나타내는 선은 음의 기울기를 나타낸다. 그리고, 초점에 따라서 위상 반전 영역(S)과 비위상 반전 영역(NS)간에 감광 패턴의 임계크기를 나타내는 선은 서로 교차하게 된다. 따라서, 초점이 -0.4㎛에서 0.4㎛로 변경될 때 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)의 임계 크기는 초점 0㎛를 기준으로 서로 반대값을 갖는 역전되는 현상이 발생한다.
이렇게 임계 크기의 역전 현상이 발생하는 교번 위상 반전 마스크는 마스크 마진이 적어 사용할 수 없거나 효용도가 많이 떨어진다. 더욱이, 도 2의 (a)의 교 번 위상 반전 마스크는 언더컷된 홈(25)을 형성할 때 차광 패턴들(13)이 손상을 받게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 교번 위상 반전 마스크에서 발생하는 ΔCD 현상이나 임계 크기의 역전 현상을 방지하면서 교번 위상 반전 마스크의 고유의 해상도 향상이나 초점 마진을 증가시켜 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼에 도포된 감광막 상에 제1 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제1 노광을 수행한 후, 제2 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제2 노광을 수행하는 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 제1 교번 위상 반전 마스크는 제1 마스크 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제1 비위상 반전 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제1 위상 반전 영역, 및 상기 제1 비위상 반전 영역과 제1 위상 반전 영역 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광 영역으로 구성된다.
상기 제2 교번 위상 반전 마스크는 제2 마스크 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제2 비위상 반전 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제2 위상 반전 영역, 및 상기 제1 비위상 반전 영역과 제1 위상 반전 영역 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역으로 구성된다.
상기 제2 노광시 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 상기 제1 비위상 반전 영역에 대응하도록 하고, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 상기 제2 비위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 상기 제1 위상 반전 영역에 대응하도록 하여 노광한다.
이렇게 되면, 제1 노광시 제1 교번 위상 반전 영역(S)을 통과하여 광세기가 작은 부분은 제2 노광시에는 제2 비위상 반전 영역(NS)이 되어 광세기가 보상되기 때문에 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)을 통과하는 노광광의 광세기가 동일하게 된다. 이에 따라, ΔCD 현상과 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)의 임계 크기의 초점에 따른 역전 현상을 없앨 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 패턴 형성 방법에 이용되는 제1 교번 위상 반전 마스크와 제2 교번 위상 반전 마스크의 일예를 도시한 평면도이다.
구체적으로, 본 발명의 패턴 형성 방법은 웨이퍼 상에 형성된 감광막을 제1 교번 위상 반전 마스크(30)를 이용하여 제1 노광하고, 제2 교번 위상 반전 마스크(40)를 이용하여 제2 노광하는 이중 노광을 이용하고, 제1 노광시와 제2 노 광시의 노광량은 한번 노광할때의 반으로 한다.
상기 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 도 5에 도시한 바와 같이 제1 마스크 기판(31), 예컨대 유리 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제1 비위상 반전 영역(NS, 33a), 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제1 위상 반전 영역(S, 35a) 및 상기 제1 비위상 반전 영역(NS, 33a)과 제1 위상 반전 영역(S, 35a) 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역(37a나 37b)으로 구성된다.
상기 제1 교번 위상 반전 마스크(30)의 제1 위상 반전 영역(35a)은 마스크 기판(31)을 식각하여 형성된 홈으로 구성할 수 있다. 상기 제1 교번 위상 반전 마스크(30)의 비투광 영역(37a나 37b)과 제1 위상 반전 영역(35a) 사이에는 노광광의 산란을 방지할 수 있는 광산란 방지 영역(39)이 형성되어 있다. 상기 광산란 방지 영역(39)은 제1 위상 반전 영역(35a)을 구성하는 홈을 더 식각하여 만들어진 언더컷된 홈으로 구성한다.
그리고, 제2 교번 위상 반전 마스크(40)는 도 6에 도시한 바와 같이 제2 마스크 기판(41), 예컨대 유리 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제2 비위상 반전 영역(NS, 43a), 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제2 위상 반전 영역(S, 45a) 및 상기 제2 비위상 반전 영역(NS, 43a)과 제2 위상 반전 영역(S, 45a) 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역(47a나 47b)으로 구성된다.
상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 제2 위상 반전 영역(45a)은 마스크 기판(31)을 식각하여 형성된 홈으로 구성할 수 있다. 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 비투광 영역(47a나 47b)과 제2 위상 반전 영역(45a) 사이에는 노광광의 산란을 방지할 수 있는 광산란 방지 영역(49)이 형성되어 있다. 상기 광산란 방지 영역(49)은 제2 위상 반전 영역(45a)을 구성하는 홈을 더 식각하여 만들어진 언더컷된 홈으로 구성한다.
여기서, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)와 제1 교번 위상 반전 마스크(30)를 비교하여 보면, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)와 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 비위상 반전 영역(NS), 위상 반전 영역(S), 위상 반전 영역(S)과 비위상 반전 영역(NS) 사이에 비투광 영역(NT)으로 동일하게 구성되어 있다. 다만, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)와 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 노광시 노광광의 위상이 다르게 한다.
즉, 제2 노광시 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 제2 위상 반전 영역(45a)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 비위상 반전 영역(33a)에 대응하도록 하고, 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 비위상 반전 영역(43a)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 위상 반전 영역(35a)에 대응하도록 구성된다.
특히, 도 5의 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 제1 마스크 기판(31) 상에 제1 방향, 예컨대 세로 방향으로 제1 비투광영역(37a), 제1 비위상 반전 영역(33a), 제2 비투광영역(37b) 및 제1 위상 반전 영역(35a)이 반복 배치되어 있으며, 도 6의 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(40)는 상기 제1 교번 위상 반전 마스크로부터 일 방향으로 한핏치 이동되어서 제1 비투광영역(47a), 제2 위상 반전 영역(45a), 제2 비투광영역(47b), 제2 비위상 반전 영역(43a)이 반복 배치되어 있다. 따라서, 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크(30) 및 제2 교번 위상 반전 마스크(40)를 이용하여 이중 노광할 경우 라인/스페이스 형태의 감광막 패턴을 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 패턴 형성 방법에 이용되는 제1 교번 위상 반전 마스크와 제2 교번 위상 반전 마스크의 다른 예를 도시한 평면도이다.
구체적으로, 본 발명의 패턴 형성 방법은 감광막을 제1 교번 위상 반전 마스크(50)을 이용하여 제1 노광하고, 제2 교번 위상 반전 마스크(60)를 이용하여 제2 노광하는 이중 노광이고, 제1 노광시와 제2 노광시의 노광량은 한번 노광할때의 반으로 한다.
상기 제1 교번 위상 반전 마스크(50)는 도 7에 도시한 바와 같이 제1 마스크 기판(51), 예컨대 유리 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제1 비위상 반전 영역(NS, 53a), 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제1 위상 반전 영역(S, 55a) 및 상기 제1 비위상 반전 영역(NS, 53a)과 제1 위상 반전 영역(S, 55a) 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역(57)으로 구성된다.
상기 제1 교번 위상 반전 마스크(50)의 제1 위상 반전 영역(55a)은 제1 마스크 기판(31)을 식각하여 형성된 홈으로 구성할 수 있다. 상기 제1 위상 반전 영역(55a)의 둘레에는 노광광의 산란을 방지할 수 있는 광산란 방지 영역(59)이 형성되어 있다. 상기 광산란 방지 영역(39)은 제1 위상 반전 영역(55a)을 구성하는 홈을 더 식각하여 만들어진 언더컷된 홈으로 구성한다.
그리고, 제2 교번 위상 반전 마스크(60)는 도 8에 도시한 바와 같이 제2 마스크 기판(61), 예컨대 유리 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제2 비위상 반전 영역(NS, 63a), 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제2 위상 반전 영역(S, 65a) 및 상기 제2 비위상 반전 영역(NS, 63a)과 제2 위상 반전 영역(S, 65a) 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역(67)으로 구성된다.
상기 제2 교번 위상 반전 마스크(60)의 제2 위상 반전 영역(65a)은 제2 마스크 기판(61)을 식각하여 형성된 홈으로 구성할 수 있다. 상기 제2 위상 반전 영역(65a)의 둘레에는 노광광의 산란을 방지할 수 있는 광산란 방지 영역(69)이 형성되어 있다. 상기 광산란 방지 영역(69)은 제2 위상 반전 영역(65a)을 구성하는 홈을 더 식각하여 만들어진 언더컷된 홈으로 구성한다.
여기서, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(50)와 제1 교번 위상 반전 마스크(60)를 비교하여 보면, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(50)와 제1 교번 위상 반전 마스크(60)는 비위상 반전 영역(NS), 위상 반전 영역(S), 위상 반전 영역(S)과 비위상 반전 영역(NS) 사이에 비투광 영역(NT)으로 동일하게 구성되어 있다.
다만, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크(60)와 제1 교번 위상 반전 마스크(50)는 노광시 노광광의 위상이 다르게 한다. 즉, 제2 노광시 제2 교번 위상 반전 마스크(60)의 제2 위상 반전 영역(65a)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 비위상 반전 영역(53a)에 대응하도록 하고, 제2 교번 위상 반전 마스크(60)의 제2 비위상 반전 영역(63a)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 위상 반전 영역(55a)에 대응하도록 구성된다.
특히, 도 7의 제1 교번 위상 반전 마스크(50) 및 도 8의 제2 교번 위상 반전 마스크는 비투광영역 사이에 위상 반전 영역 및 비위상 반전 영역이 교대로 배치되어 있다. 도 6 및 도 7의 제1 교번 위상 반전 마스크(50) 및 제2 교번 위상 반전 마스크(60)를 이용하여 이중 노광할 경우 내부에 콘택홀이 형성된 감광막 패턴을 얻을 수 있다. 그리고, 도 6 및 도 7에서는 가로 방향으로 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)을 교대로 구성하였으나, 그 외에도 다양하게 구성할 수 있다. 다만, 제1 노광시와 제2 노광시의 위상만 변경되도록 구성하면 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 대표적으로 도 5 및 도 6의 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 본 발명의 패턴 형성 방법을 좀더 자세히 설명한다.
도 9의 (a)는 도 5의 a-a에 따른 제1 교번 위상 반전 마스크의 단면도이고, 도 9의 (b)는 제1 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 제1 노광을 수행한 경우의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 5의 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 제1 마스크 기판(31), 예컨대 유리 기판의 표면에 일정 간격으로 복수개의 차광 패턴들(37)이 형성되어 있다. 상기 차광 패턴들(37)은 크롬 패턴으로 형성하고, 상기 차광 패턴들이 비투광영역(NT)을 구성한다. 그리고, 상기 차광 패턴들(33) 사이에는 제1 마스크 기판(31)을 식각하여 만든 언더컷된 홈(35a)이 형성되어 있다. 상기 언더컷된 홈(35a)은 위상 시프터로서 위상반전영역(S)을 구성한다. 제1 노광시 상기 언더컨된 홈(35a)을 통과하는 노광광은 그 외 부분을 통과하는 노광광에 비하여 위상이 180도로 변경되어 해상도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 도 9a의 제1 교번 위상 반전 마스크(30)는 비투광 영역(NT, non-transparent region), 위상 반전 영역(S, phase shift region) 및 비위상 반전 영역(NS, non-phase shifted region)으로 구분할 수 있다.
그런데, 제1 노광 수행시 위상 반전 영역(S)을 통과하는 노광광은 제1 마스크 기판(31)을 식각하여 만들어진 언더컷된 홈(35a)의 양측벽에서 산란이 일어나 광 에너지가 손실된다. 이에 따라, 도 9b에 도시한 바와 같이 위상 반전 영역(S)을 통과하는 광의 세기는 비위상 반전 영역(NS)을 통과하는 광의 세기에 비하여 작게 된다.
도 10의 (a)는 도 6의 a-a에 따른 제2 교번 위상 반전 마스크의 단면도이고, 도 10의 (b)는 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 제2 노광을 수행한 경우의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이고, 도 10의 (c)는 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 경우의 웨이퍼 상의 광세기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 10의 (a)에서 도 9의 (a)와 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 제2 교번 위상 반전 마스크(40)는 제2 마스크 기판(41), 예컨대 유리 기판의 표면에 일정 간격으로 복수개의 차광 패턴들(47)이 형성되어 있다. 상기 차광 패턴들(47)은 크롬 패턴으로 형성하고, 상기 차광 패턴들이 비투광 영역(NT)을 구성한다. 그리고, 상기 차광 패턴들(47) 사이에는 제2 마스크 기판(41)을 식각하여 만든 언더컷된 홈(45a)이 형성되어 있다. 상기 언더컷된 홈(45a)은 위상 시프터로서 위상반전영역(S)을 구성한다.
그런데, 제2 교번 위상 반전 마스크(40)는 제1 교번 위상 반전 마스크(30)와 위상이 다르게 구성한다. 즉, 노광시 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 위상 반전 영역(S)은 제1 교번 위상 반전 마스크(30)의 비위상 반전 영역(NS)에 대응하도록 하고, 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 비위상 반전 영역(NS)은 제1 교번 위상 반전 마스크(30)의 위상 반전 영역(S)에 대응하도록 구성된다. 이에 따라, 제1 노광시 위상 반전 영역(S)을 통과하여 광세기가 작은 부분은 제2 노광시에는 비위상 반전 영역(NS)이 되어 광세기가 보상된다. 그러므로, 도 10c에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상의 광 세기는 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS) 모두가 동일하게 된다.
도 11 및 도 12는 각각 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 초점에 따른 웨이퍼 상의 광세기 및 임계 크기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때, 도 11에 도시한 바와 같이 초점 0㎛, 0.4㎛, -0.4㎛에서 각각 위상 반전 영역 및 비위상 반전 영역간에 광세기가 균일하다. 이에 따라, 도 12에 도시한 바와 같이 초점이 -0.4에서 0.4로 변경되어도 임계 크기는 균일하다. 다시 말해, 본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면 ΔCD 현상과 위 상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)의 초점에 따른 임계 크기의 역전 현상을 없앨 수 있다.
도 13은 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 언더컷 조건에 따른 임계 크기를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 13은 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광할 때, 위상 반전 영역과 비위상 반전 영역간의 위상차가 180도이고, 언더컷(UC)이 0, 60, 100, 120, 140nm인 경우에 초점에 따른 임계 크기를 도시한다. 도 13에 보듯이, 언더컷을 주지 않은 0nm의 경우 초점 마진이 0.8㎛인데 반하여, 언더컷을 60∼140nm의 경우 초점 마진이 1.2㎛이다. 따라서, 언더컷을 줄 경우가 초점 마진이 좋음을 알 수 있다.
도 14는 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때 위상차에 따른 임계 크기를 도시한 그래프이다
구체적으로, 도 14는 도 5 및 도 6의 제1 교번 위상 반전 마스크 및 제2 교번 위상 반전 마스크를 이용하여 이중 노광했을 때, 언더컷(UC)이 130nm이고, 위상반전영역과 비위상반전영역간의 위상차가 169도, 174도, 180도, 184도인 경우에 초점에 따른 임계 크기를 도시한다. 언더컷이 130일 때 위상차가 180도, 184도에서는 초점이 1㎛, 위상차가 169도, 174도에서는 0.8㎛의 초점을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명의 패턴 형성 방법은 웨이퍼에 도포된 감광막 상에 제1 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제1 노광을 수행한 후, 제2 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제2 노광을 수행한다.
상기 제2 노광시 제2 교번 위상 반전 마스크(40)의 위상 반전 영역(S)은 제1 교번 위상 반전 마스크의 비위상 반전 영역(NS)에 대응하도록 하고, 제2 교번 위상 반전 마스크의 비위상 반전 영역(NS)은 제1 교번 위상 반전 마스크(30)의 위상 반전 영역(S)에 대응하도록 구성된다.
이렇게 되면, 제1 노광시 위상 반전 영역(S)을 통과하여 광세기가 작은 부분은 제2 노광시에는 비위상 반전 영역(NS)이 되어 광세기가 보상되기 때문에 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS) 모두가 광세기가 동일하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 패턴 형성 방법은 ΔCD 현상과 위상 반전 영역(S) 및 비위상 반전 영역(NS)의 임계 크기의 초점에 따른 역전 현상을 없앨 수 있다.

Claims (8)

  1. 웨이퍼에 도포된 감광막 상에 제1 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제1 노광을 수행한 후, 제2 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제2 노광을 수행하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    상기 제1 교번 위상 반전 마스크는 제1 마스크 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제1 비위상 반전 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제1 위상 반전 영역, 및 상기 제1 비위상 반전 영역과 제1 위 상 반전 영역 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광 영역으로 구성되며,
    상기 제2 교번 위상 반전 마스크는 제2 마스크 기판 상에 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제2 비위상 반전 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제2 위상 반전 영역, 및 상기 제1 비위상 반전 영역과 제1 위상 반전 영역 사이에 노광광이 투과하지 않는 비투광영역으로 구성되며,
    상기 제2 노광시 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 상기 제1 비위상 반전 영역에 대응하도록 하고, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 상기 제2 비위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 상기 제1 위상 반전 영역에 대응하도록 하여 노광하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 위상 반전 영역 및 제2 위상 반전 영역은 각각 제1 마스크 기판과 상기 제2 마스크 기판을 식각하여 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 비투광 영역과 제1 위상 반전 영역 사이와, 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 비투광 영역과 제2 위상 반전 영역 사이에는 광산란 방지 영역이 형성되어 있는 것을 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광산란 방지 영역은 상기 홈을 언더컷하여 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  5. 웨이퍼에 도포된 감광막 상에 제1 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제1 노광을 수행한 후, 제2 교번 위상 반전 마스크를 사용한 제2 노광을 수행하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    상기 제1 교번 위상 반전 마스크는 제1 마스크 기판 상에 일 방향으로 노광광이 투과하지 않는 제1 비투광 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제1 비위상 반전 영역, 노광광이 투과하지 않는 제1 비투광영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제1 위상 반전 영역이 반복 배치되며,
    상기 제2 교번 위상 반전 마스크는 제2 마스크 기판 상에 상기 제1 교번 위상 반전 마스크로부터 일 방향으로 한 핏치 이동되어서 노광광이 투과하지 않는 제1 비투광 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되는 제2 위상 반전 영역, 노광광이 투과하지 않는 제2 비투광 영역, 노광광이 투과하고 노광광의 위상이 변경되지 않는 제2 비위상 반전 영역이 반복 배치되며,
    상기 제2 노광시 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 비위상 반전 영역에 대응하도록 하고, 상기 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 비위상 반전 영역은 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 위상 반전 영역에 대응하도록 하여 노광하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 위상 반전 영역 및 제2 위상 반전 영역은 각각 제1 마스크 기판과 상기 제2 마스크 기판을 식각하여 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 교번 위상 반전 마스크의 제1 비투광 영역과 제1 위상 반전 영역 사이와, 제2 교번 위상 반전 마스크의 제2 비투광 영역과 제2 위상 반전 영역 사이에는 광산란 방지 영역이 형성되어 있는 것을 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광산란 방지 영역은 상기 홈을 언더컷하여 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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