KR100652400B1 - 위상 충돌 불량을 방지한 위상 변이 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 투광 기판 상에 형성된 차광 영역, 투광 기판에 설정된 0°위상 변이를 위한 제1위상 변이 영역이며 투광되는 광을 TE 모드 편광시키는 제1편광 영역인 제1투광 영역, 및 제1투광 영역에 접해 경계를 이루되 제1위상 변이 영역과 180°광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역이며 경계에서의 위상 충돌을 방지하기 위해서 투광되는 광을 TM 모드 편광시키는 제2편광 영역인 제2투광 영역을 포함하는 위상 변이 마스크(PSM)를 제시한다.
PSM, 위상 충돌, 이중 노광, 트림 마스크, 편광

Description

위상 충돌 불량을 방지한 위상 변이 마스크{Phase shift mask eliminating phase conflict defect}
도 1은 전형적인 위상 변이 마스크(PSM)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 전형적인 위상 변이 마스크를 이용한 노광 시 웨이퍼 이미지(wafer image)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 위상 변이 마스크(PSM)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 4는 편광 격자의 피치 및 깊이에 따른 TE 편광 비율을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
또 5는 편광 격자의 피치 및 깊이에 따른 투과도(transmittance)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 위상 충돌(phase conflict effect)에 의한 불량을 방지한 위상 변이 마스크(PSM : Phase Shift Mask)를 포함하는 포토리소그래피(photo lithography) 기술에 관한 것이다.
반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격히 축소됨에 따라, 포토리소그래피 장비의 해상도(resolution) 한계 이하의 선폭을 가지는 패턴을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 이에 따라 위상 변이 마스크(PSM)를 이용한 미세 패턴 형성에 대한 기술이 부각되고 있다. 예컨대, 이중 노광 PEPSM(double exposure phase-edge PSM)에 대한 기술이 부각되고 있다.
이러한 이중 노광 PEPSM 기술은 트랜지스터(transistor)의 게이트(gate)를 축소하는 데 유용할 것으로 예측되어, 현 세대의 노광 장비를 이용하여 차세대 또는 차차 세대의 소자에 요구되는 축소된 게이트 선폭을 구현할 수 있는 기술로 주목되고 있다. 따라서, 이러한 이중 노광 PEPSM은 트랜지스터의 성능을 개선할 수 있는 해상도 증가(resolution) 기술로 주목되고 있다.
그런데, 이러한 기술을 적용하기 위해서는 위상이 서로 다른 상호 접하는 위상 변이 영역 또는 위상 변이부(phase shifter)들 간에 위상 충돌(phase conflict)이 발생되는 것을 방지하는 것이 우선되어야 할 것으로 예상된다. 이러한 위상 충돌이 발생할 경우 원하지 않는 패턴 또는 라인(line)의 이미지(image)가 웨이퍼 상으로 전사되어, 웨이퍼 상에 원하지 않는 패턴이 형성될 수 있다.
도 1은 전형적인 위상 변이 마스크를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 위상 변이 마스크를 이용한 노광 시 웨이퍼 이미지(wafer image)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전형적인 PEPSM의 구조는 석영 기판과 같은 투광 기판(10) 상에 차광 패턴(21, 25)을 형성하고, 차광 패턴(21, 25)의 양측에 서로 다른 위상의 광이 제공되도록 제1위상 변이 영역(31, 33) 및 제2위상 변이 영역(41, 43)을 도입한 구조로 제작된다. 예컨대, 제1위상 변이 영역(31, 33)과 제2위상 변이 영역(41, 43)은 상호 간에 투과하는 광들이 180°의 위상 차이를 가지게 형성된다. 이러한 위상 차이는 어느 하나의 위상 영역의 투광 기판(100) 부분을 일정 깊이로 식각함으로써 구현될 수 있다.
그런데, 이러한 도 1에 제시된 바와 같이 설계된 마스크를 이용하여 노광을 수행할 경우, 도 2에 제시된 바와 같이 차광 패턴(21, 25)이 도입되지 않은 부분에 원하지 않는 패턴 이미지(50)가 발생될 수 있다. 이러한 원하지 않은 패턴 이미지(50)는 실질적으로 인접하는 제1위상 변이 제2영역(33)과 제2위상 변이 제1영역(41) 간의 위상 차이에 의해서 발생되게 된다.
도 1에 제시된 바와 같이, 라인(line) 형태의 제1차광 패턴(21)과 라인 형태의 제2차광 패턴(25)이 서로 90°로 배치되는 경우, 제1차광 패턴(21)의 위, 아래에 제1위상 변이 제1영역(31)과 제2위상 변이 제1영역(41)이 배치되게 되고, 제2차광 패턴(25)의 좌, 우에 제1위상 변이 제2영역(33)과 제2위상 변이 제2영역(43)이 배치되게 된다. 이에 따라, 제2위상 변이 제1영역(41)과 제1위상 변이 제2영역(33)이 인접하는 부분이 발생하게 된다.
이러한 접하는 경계 부분에서 각각 제2위상 변이 제1영역(41)과 제1위상 변이 제2영역(33)을 투과하는 광들은 상호 간에 180°의 위상차를 가지게 되므로, 경계 부분에서 광들은 상호 간에 상쇄 간섭이 발생되게 된다. 즉, 0°/180°위상의 광들 사이에서 위상 충돌 현상이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 경계 부분에서 실제로 웨이퍼 상에 전달되는 광의 세기는 상쇄 간섭에 의해 실질적으로 0이 되게 되므로, 마치 별도의 차광 패턴이 존재하는 것과 같은 패턴 이미지(도 2의 50)가 전사되게 된다.
이러한 원하지 않게 발생되는 패턴(50)을 제거 또는 트리밍(trimming)하기 위해서, 별도의 트림 마스크(trim mask)를 이용하여 부차적인 노광을 수행하는 것이 요구된다. 즉, 이중 노광 과정의 수행이 요구되고 있다. 따라서, 실질적으로 노광 과정은 2 장의 마스크를 연속적으로 사용하여야 하므로, 노광 공정 시간이 상대적으로 더 소요되고, 이러나 소요 시간 또는 지연 시간(delay time)으로 인해 공정의 안정성이 상대적으로 열악해질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 위상 충돌(phase conflict effect)에 의한 불량을 방지한 위상 변이 마스크(PSM)를 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 투광 기판, 상기 투광 기판 상에 형성된 차광 영역, 상기 투광 기판에 설정된 제1위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제1투광 영역, 및 상기 제1투광 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광과는 다르게 제2편광시키는 제2편광 영역인 제2투광 영역을 포함하는 위상 변이 마스크(PSM)를 제시한다.
여기서, 상기 제1편광 영역은 상기 광을 전기적 횡파 모드(traverse electric mode)로 편광시키는 영역이고 상기 제2편광 영역은 상기 광을 자기적 횡파 모드(traverse magnetic mode)로 편광시키는 영역일 수 있다.
또한, 상기 제1투광 영역은 제1편광을 위한 제1깊이로 일정 방향으로 연장되게 상기 투광 기판에 파여져 형성된 패턴들의 제1격자를 포함하고, 상기 제2투광 영역은 상기 제1깊이에 상기 제1투광 영역과 위상차를 가지게 하기 위한 깊이를 더해 상기 제1깊이에 비해 깊은 제2깊이로 상기 투광 기판에 파여져 형성되되 상기 제1격자에 의한 편광과 다른 편광을 위해 상기 제1격자 방향에 수직한 방향으로 연장되게 파여져 형성된 패턴들의 제2격자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1격자 또는 상기 제2격자의 피치는 상기 투광하는 광의 파장과 대등한 크기일 수 있다.
또한, 상기 제1격자의 편광을 위한 제1깊이는 대략 0.1㎛일 수 있다.
상기 제1투광 영역은 상기 차광 영역의 한 측부에 위치하고, 상기 차광 영역을 사이에 두고 상기 제1투광 영역에 반대되는 다른 측부의 상기 투광 기판 부분에 설정되되 상기 제1위상 변이 영역과 위상차를 가지는 제3투광 영역을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제3투광 영역은 상기 제2투광 영역의 제2격자의 제2깊이와 대등한 깊이를 가지되 상기 제1격자 방향과 같은 격자 방향을 가지는 제3격자를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점은, 투광 기판, 상기 투광 기판 상에 형성된 라인 형태의 차광 영역, 상기 차광 영역의 어느 한 측부의 상기 투광 기판 부분에 설정된 제1위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제1투광 영역, 상기 차광 영역의 반대되는 다른 측부의 상기 투광 기판 부분에 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제2투광 영역, 및 상기 차광 영역의 끝단 바깥 영역에서 상기 제1투광 영역 및 제2투광 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제2위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제1위상 변이 영역이며 투과되는 광을 제2편광시키는 제2편광 영역인 제3투광 영역을 포함하는 위상 변이 마스크(PSM)를 제시한다.
여기서, 상기 제1투광 영역은 상기 제1편광을 위한 제1깊이로 일정 방향으로 연장되게 상기 투광 기판에 파여져 형성된 패턴들의 제1격자를 포함하고, 상기 제2투광 영역은 상기 제1깊이에 상기 제1투광 영역과 위상차를 가지게 하기 위한 깊이를 더해 상기 제1깊이에 비해 깊은 제2깊이로 상기 투광 기판에 파여져 형성되되 상기 제1격자 방향과 같은 방향의 제2격자를 포함하고, 상기 제3투광 영역은 상기 제1깊이에 대등한 깊이를 가지되 상기 제2편광을 위해 상기 제2격자 방향에 수직한 방향으로 연장되게 파여져 형성된 패턴들의 제3격자를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점은, 투광 기판, 상기 투광 기판 상에 형성된 차광 영역, 상기 투광 기판에 설정된 제1위상 변이 영역, 상기 제1위상 변이 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역, 상기 경계에 인근하는 상기 제1위상 변 이 영역 부분에 형성되어 투과되는 광을 제1편광시키는 제1편광부, 및 상기 경계에 인근하는 상기 제2위상 변이 영역에 형성되어 투광되는 광을 제2편광시키는 제2편광부를 포함하는 위상 변이 마스크(PSM)를 제시한다.
상기 제1편광부 및 상기 제2편광부는 각각 상기 제1위상 변이 영역 및 상기 제2위상 변이 영역 전체에 연장된 것일 수 있다.
상기 제1편광부는 상기 투광 기판 상에 형성된 일 방향으로 연장된 TE 모드 편광을 위한 제1격자(grating)를 포함하고, 상기 제2편광부는 TM 모드 편광을 위해 상기 제1격자 방향과 수직한 방향으로 연장된 제2격자를 포함할 수 있다.
상기 제1위상 변이 영역 및 상기 제2위상 변이 영역은 상호 간에 위상차를 가지기 위해 상기 투광 기판을 서로 다른 깊이로 식각된 영역들일 수 있다. 또는, 상기 제1위상 변이 영역은 상기 투광 기판의 표면 영역이고 상기 제2위상 변이 영역은 상기 제1위상 변이 영역과 상호 간에 위상차를 가지기 위해 상기 투광 기판을 일정 깊이로 식각한 영역일 수 있다.
본 발명에 따르면, 위상 충돌(phase conflict effect)에 의한 불량을 방지한 위상 변이 마스크(PSM)를 제시할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바 람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 0°/180° 위상 영역들 사이의 경계에서 발생될 광들 사이에서의 위상 충돌 현상을 방지하기 위해서, 0°/180° 위상 영역들 각각에 투광하는 광을 전기적 횡파 모드(TE mode: Traverse Electric mode)로 편광시키는 제1편광부 및 투광하는 광을 자기적 횡파 모드(TM mode: Traverse Magnetic mode)로 편광시키는 제2편광부를 도입하는 기술을 제시한다. TE/TM으로 편광된 광들 사이에는 위상차에 의한 간섭(interference) 현상이 발생되지 않으므로, 위상 충돌 현상이 발생되지 않게 된다.
따라서, 위상 충돌에 의해서 발생될 원하지 않은 패턴, 즉, 트림(trim) 패턴을 제거하기 위한 별도의 트림 마스크(trim mask)를 이용하는 부차적인 노광 과정을 생략할 수 있다. 즉, PSM만을 이용하는 한 차례의 노광으로 미세 패턴을 형성할 수 있다. 특히, 라인 및 스페이스(line and space) 형태의 미세 패턴, 예컨대, 트랜지스터의 게이트 패턴을 노광에 사용되는 노광원의 파장에 비해 작은 패턴 선폭으로 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 현재의 노광 장비의 해상도 한계를 극복하여 보다 더 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 위상 변이 마스크(PSM)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다. 도 4는 격자의 피치 및 깊이에 따른 TE 편광 비율을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 또 5는 격자의 피치 및 깊이에 따른 투과도(transmittance)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 PSM의 구조는 기본적으로 투광 기판(100) 상에 차광층을 형성하고 패터닝하여 형성된 차광 영역(210, 250)을 포함하여 구성된다. 차광 영역(210, 250)의 양측으로 위상차, 예컨대, 180° 위상차에 의한 광 간섭 현상을 차광 영역(210, 250) 부분에서 구현하기 위해, 광 위상차를 상호 간에 가지는 제1 및 제2위상 변이 영역들(101, 103 또는 105, 107)이 설정된다.
이때, 제1위상 변이 영역(101, 105)과 제2위상 변이 영역(103, 107) 상호 간에 간섭을 위한, 특히, 상쇄 간섭을 위한 180°의 광 위상차가 구현되게 할 수 있다. 예컨대, 제1위상 변이 영역(101, 105)과 제2위상 변이 영역(103, 107)은 투광 기판(100), 예컨대, 석영(quartz) 기판에 식각되는 깊이를 달리하여 위상차를 가지게 할 수 있다. 일례로, 제1위상 변이 영역(101, 105)은 투광 기판(100)의 표면 영역으로 설정하고, 제2위상 변이 영역(103, 107)은 투광 기판(100)에 일정 깊이로 식각된 영역으로 설정할 수 있다.
제2위상 변이 영역(103, 107)에 식각되는 깊이는 노광에 사용되는 노광원의 파장에 따라 달라질 수 있으며, 구현하고자 하는 위상차에 따라 달라질 수 있다. 제1위상 변이 영역(101, 105)은 투광 기판(100)의 표면 영역으로 설정되어 투광하는 광이 0° 위상을 가지게 되고 제2위상 변이 영역(103, 107)이 제1위상 변이 영역(101, 105)과 바람직하게 180°의 위상차를 가지게 구현될 때, 제2위상 변이 영역(103, 107)은 노광원이 KrF(248㎚) 파장일 때 대략 2400Å 정도 깊이로 식각된 영역으로 설정될 수 있다. 또한, 제2위상 변이 영역(103, 107)은 노광원이 ArF(193 ㎚) 파장일 때 대략 1720Å 정도 깊이로 식각된 영역으로 설정될 수 있다.
차광 영역(210, 250)이 트랜지스터의 게이트 패턴과 같이 라인 형태의 패턴일 때, 상호 이격된 제1차광 영역(210)의 연장 방향과 제2차광 영역(250)의 연장 방향이 다를 수 있다. 예컨대, 제1차광 영역(210)과 제2차광 영역(250)의 연장 방향이 상호 간에 수직하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 제2위상 변이 영역(103)과 제1위상 변이 영역(105)의 접하는 경계가 필연적으로 발생될 수 있다.
이러한 경계에서는 실질적으로 차광 패턴이 존재하지 않아도, 제2위상 변이 영역(103)과 제1위상 변이 영역(105)의 위상차, 즉, 180° 위상차에 의해서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 위상 충돌이 발생될 수 있고, 웨이퍼 상으로 원하지 않는 패턴 이미지(도 2의 50)가 전사되어 웨이퍼 상에 원하지 않는 패턴, 즉, 트림 패턴이 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 이러한 원하지 않은 위상 충돌 현상의 발생을 방지하기 위해서, TE/TM 편광들 사이에서 180°의 위상차를 가지더라도 상호 간에 간섭 현상이 발생되지 않는 현상을 이용한다. 이러한 TE/TM 편광들을 발생시키기 위해서, 본 발명의 실시예에서는, 경계에 인근하는 제1위상 변이 영역(105) 부분에 형성되어 투과되는 광을 제1편광, 예컨대, TM 편광시키는 제2편광부를 형성하고, 경계에 인근하는 제2위상 변이 영역(103)에 형성되어 투광되는 광을 제2편광, 예컨대, TE 편광시키는 제1편광부를 형성하는 바를 제시한다.
이러한 제1 및 제2편광부는 TE/TM 모드로 광을 편광시키는 역할을 하는 데, 여러 다른 형태, 예컨대, 부가적인 편광막 등으로 형성될 수 있지만, 격자 형태로 도입될 수 있다. 이러한 격자는 투광 기판(100)을 일정 깊이로 식각하여 형성된 그루브(groove)들을 포함하여 형성될 수 있으며, 그루브들이 일정 방향으로 연장되어 격자 방향을 이루는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2편광부에 도입되는 격자들은 상호 간에 격자 방향이 수직하게 배치함으로써, 어느 하나의 제1격자는 TE 편광시키고 다른 제2격자는 TM 편광시키는 역할을 하도록 할 수 있다.
이때, 격자의 그루브 및 그루브들 간의 돌출부를 포함하는 격자 패턴의 크기, 피치(pitch), 그루브의 식각 깊이 등에 의존하여 편광 정도가 조절될 수 있다. 따라서, 격자의 피치와 피치에서의 광의 투과율을 고려하고 또한 편광 정도를 고려하여 이러한 격자 패턴이 형성될 깊이 또는/ 및 피치, 크기 등을 설정할 수 있다.
이와 같이 편광부들이 투광 기판(100)을 식각하여 형성되는 격자 형태로 구성할 때, 실질적으로 제1 및 제2위상 변이 영역(101, 103 또는 105, 107)은 이러한 편광부들을 포함하는 격자 형태로 도 3a 및 3b에 제시된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 차광 영역(210, 250) 이외의 투광 기판(100) 부분들은 투광 영역들로 고려될 수 있는 데, 제1차광 영역(210)의 측부에 위치하게 설정된 제1위상 변이 영역(101)은 제1투광 영역(101)으로 고려될 수 있다. 이때, 제1투광 영역(101)은 예컨대, 0° 위상의 광을 TE 편광시키는 제1격자(310)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 제1차광 영역(210)의 반대되는 다른 측부의 투광 기판(100) 부분에 설정되어 제1위상 변이 영역(101)과 간섭 현상을 유발하는 180° 위상 변이를 일으키 는 제2위상 변이 영역(103)은 제2투광 영역(103)으로 고려될 수 있다. 이때, 제2투광 영역(103)은 예컨대 180°위상으로 위상 변이된 광을 TE 편광시키는 제2격자(330)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
마찬가지로, 제1차광 영역(210)에 이격되되 90° 각도를 가지게 연장된 제2차광 영역(250)의 측부에 위치하게 설정된 제1위상 변이 영역(105)은 제3투광 영역(105)으로 고려될 수 있다. 이때, 제3투광 영역(105)은 제1투광 영역(101)과 동일한 위상을 가지는, 예컨대, 0° 위상의 광을 제공하되 0° 위상의 광을 제1투광 영역(101)과는 다르게 TM 편광시키는 제3격자(350)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 제2차광 영역(250)의 반대되는 다른 측부의 투광 기판(100) 부분에 설정되어 제3위상 변이 영역(105)과 간섭 현상을 유발하는 180° 위상 변이를 일으키는 제4위상 변이 영역(107)은 제4투광 영역(107)으로 고려될 수 있다. 이때, 제4투광 영역(107)은 예컨대 180°위상으로 위상 변이된 광을 TM 편광시키는 제4격자(370)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 제1격자(310)는 제1투광 영역(101)을 투광하는 광을, 제1위상 변이, 즉, 0°위상 변이를 시키는 제1위상 변이 영역의 역할을 하며, 동시에 제1편광, 예컨대, TE 편광시키는 제1편광부의 역할을 하게 된다. 실질적으로 0°위상 변이를 시키는 제1위상 변이 영역은 투광 기판(100)의 표면 영역으로 설정될 수 있으므로, 제1격자(310)는 TE 편광을 위한 격자 편광기로 구성될 수 있다.
격자(310)에 의한 TE 편광 정도는 격자의 그루브의 깊이(d), 크기 또는 폭 (w) 및 피치(p) 등의 요소에 의존하여 결정될 수 있다. 격자의 피치(p)와 깊이(d)에 따른 TE 편광 정도를 실사(simulation)에 의해 평가하면, 도 4에 제시된 바와 같은 실사 결과를 얻을 수 있다. 이러한 실사는 노광원을 KrF 파장으로 이용한 경우를 고려하였다.
이러한 실사 결과에서 TM 편광 정도가 실질적으로 우세한 영역, 실질적으로 TE/(TE + TM)이 바람직하게 0이거나 0에 근접하여 TM 편광이 우세한 영역을 찾아, 이러한 영역에 해당되는 깊이 또는 피치의 조건을 얻은 후, 이러한 조건의 패턴을 90° 틀어주는 방식으로 TE 편광이 우세한 격자(310)를 구성할 수 있다. 실제 PSM 마스크를 제작할 때 격자를 형성하는 식각 과정은 적게 수행되는 것이 보다 유리하다. 또한, 도 5에 제시된 바와 같은 격자의 피치 및 깊이에 따른 투과도를 실사한 결과를 고려하면, 투과도가 높은 경우가 유리하다. 따라서, CD(Critical Dimension)의 선형성(linearity)과 기판(100)의 식각 깊이가 동시에 고려되는 것이 바람직하다.
따라서, 이러한 여러 경우를 고려하여 식각 깊이(d)가 바람직하게 작은 경우를 고려하면, 격자의 깊이(d)는 도 4의 A 부분에서와 같이 TM 평광이 우세한 영역에 해당되는 깊이인 대략 0.1 내지 0.2㎛ 정도일 수 있으며, 격자의 피치(p)는 대략 사용된 노광원의 파장대 정도일 수 있다. 물론, 이러한 TM 편광 정도가 우세한 영역은 더 깊은 깊이에 해당되는 다른 영역이 도 4에서 찾아질 수 있으나, 가장 얕은 깊이를 고려할 때, 대략 0.1㎛ 정도로 깊이가 설정될 수 있다. 이러한 격자를 90° 틀어주는 격자 형태로 TE 편광이 우세한 격자를 구현할 수 있다.
따라서, 제1격자의 깊이(d)는 대략 0.1㎛로 바람직하게 설정할 수 있고, 격자의 피치(p)는 KrF 노광원인 경우 248㎚, ArF 노광원인 경우 193㎚로 바람직하게 설정될 수 있다. 이 경우 도 5에 제시된 바와 같은 투과도에 대한 고려 조건에도 부합됨을 알 수 있다. 이때, 그루브의 폭(w)은 격자를 형성하는 식각 과정의 용이함을 고려하여 피치의 반으로 설정될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 제시된 바와 같은 제2격자(330)는 제2투광 영역(103)을 투광하는 광을, 제2위상 변이, 즉, 180°위상 변이를 시키는 제2위상 변이 영역의 역할을 하며, 동시에 제1편광, 예컨대, TE 편광시키는 제1편광부의 역할을 하게 된다. 실질적으로 180°위상 변이를 시키는 제2위상 변이 영역은 투광 기판(100)의 표면을 KrF 광원의 경우 대략 2400Å 정도 깊이로 식각한 영역으로, ArF 광원의 경우 대략 1720Å 정도 식각한 영역으로 설정될 수 있다.
또한, 제2격자(330)는 TE 편광을 위한 격자 편광부를 포함하게 구성되어야 하므로, 제1격자(310)에 비해 180°위상 변이를 일으킬 정도로 깊은 깊이를 가지는 격자로 구성될 수 있다. 이때, 제2격자(330)는 제1격자(310)와 마찬가지로 TE 모드로 광을 편광시키게 구성될 수 있다. 따라서, 제2격자(330)는 제1격자(310)와 같은 격자 방향을 가지되, 180°위상 변이를 위한 깊이에 TE 편광을 위한 깊이가 더해진 깊이, 예컨대, TE 편광을 위한 0.1㎛ 깊이에 KrF 광원인 경우 180°위상 변이를 위한 대략 0.24㎛ 깊이가 더해진 대략 0.34㎛ 깊이로 형성될 수 있다. 마찬가지로, ArF 광원의 경우 대략 0.27㎛ 깊이로 형성될 수 있다. 이때, 제2격자(330)의 피치는 노광원의 파장에 해당되는 크기로 바람직하게 가질 수 있다.
또한, 도 3a 및 도 3b에 제시된 바와 같은 제3격자(350)는 제3투광 영역(105)을 투광하는 광을, 제1위상 변이, 즉, 0°위상 변이를 시키는 제1위상 변이 영역의 역할을 하며, 동시에 제2편광, 예컨대, TM 편광시키는 제2편광부의 역할을 하게 된다. 따라서, TE 모드 편광 격자를 90° 회전시킬 경우 TM 모드 편광 격자로 이용될 수 있으므로, 제3격자(350)는 0° 위상 변이 및 TE 모드 편광을 위한 제1격자(310)를 90° 회전시킨 격자 형태로 구성될 수 있다.
마찬가지로, 도 3a 및 도 3b에 제시된 바와 같은 제4격자(370)는 제4투광 영역(107)을 투광하는 광을, 제2위상 변이, 즉, 180°위상 변이를 시키는 제2위상 변이 영역의 역할을 하며, 동시에 제2편광, 예컨대, TM 편광시키는 제2편광부의 역할을 하게 된다. 따라서, TE 모드 편광 격자를 90° 회전시킬 경우 TM 모드 편광 격자로 이용될 수 있으므로, 제4격자(370)는 180° 위상 변이 및 TM 모드 편광을 위한 제2격자(330)를 90° 회전시킨 격자 형태로 구성될 수 있다.
이와 같이 위상차를 가지는 상호 접하는 두 위상 변이 영역(103, 105)들의 경계에 TE/TM 모드로 편광시키는 편광부들, 즉, 격자들(330, 350)을 도입함으로써, 종래의 경우에서와 같은 위상 충돌에 의한 원하지 않은 트림 패턴(도 1의 50)의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 도 3c에 제시된 바와 같이 제1차광 패턴(210) 및 제2차광 패턴(250)의 이미지에 따른 패턴 전사 이미지를 구현할 수 있다. 따라서, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 PSM을 이용하여 한 번의 노광만으로, 부차적인 트림 마스크를 이용한 2차 노광을 도입하지 않고서도, 노광 장비의 노광 한계를 극복하여 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 위상 충돌 현상이 발생되는 0°/180° 위상 변이 지역에 TE 0° 위상을 가지는 광이 투광되고 TM 180° 위상을 가지는 광이 투광되도록 하여, 위상 충돌 현상의 발생을 배제할 수 있다. 이에 따라, 트림 마스크를 이용하여 트림을 제거하기 위해 수행되는 2차 노광이 생략될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (20)

  1. 투광 기판;
    상기 투광 기판 상에 형성된 차광 영역;
    상기 투광 기판에 설정된 제1위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제1투광 영역; 및
    상기 제1투광 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광과는 다르게 제2편광시키는 제2편광 영역인 제2투광 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크(PSM).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광 영역은 상기 광을 전기적 횡파 모드(traverse electric mode)로 편광시키는 영역이고
    상기 제2편광 영역은 상기 광을 자기적 횡파 모드(traverse magnetic mode)로 편광시키는 영역인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1투광 영역은 제1편광을 위한 제1깊이로 일정 방향으로 연장되게 상기 투광 기판에 파여져 형성된 패턴들의 제1격자를 포함하고
    상기 제2투광 영역은 상기 제1깊이에 상기 제1투광 영역과 위상차를 가지게 하기 위한 깊이를 더해 상기 제1깊이에 비해 깊은 제2깊이로 상기 투광 기판에 파여져 형성되되 상기 제1격자에 의한 편광과 다른 편광을 위해 상기 제1격자 방향에 수직한 방향으로 연장되게 파여져 형성된 패턴들의 제2격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1격자 또는 상기 제2격자의 피치는 상기 투광하는 광의 파장과 대등한 크기인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1격자의 편광을 위한 제1깊이는 대략 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 위 상 변이 마스크.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1투광 영역은 상기 차광 영역의 한 측부에 위치하고,
    상기 차광 영역을 사이에 두고 상기 제1투광 영역에 반대되는 다른 측부의 상기 투광 기판 부분에 설정되되 상기 제1위상 변이 영역과 위상차를 가지는 제3투광 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크(PSM).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3투광 영역은 상기 제2투광 영역의 제2격자의 제2깊이와 대등한 깊이를 가지되 상기 제1격자 방향과 같은 격자 방향을 가지는 제3격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  8. 투광 기판;
    상기 투광 기판 상에 형성된 라인 형태의 차광 영역;
    상기 차광 영역의 어느 한 측부의 상기 투광 기판 부분에 설정된 제1위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제1투광 영역;
    상기 차광 영역의 반대되는 다른 측부의 상기 투광 기판 부분에 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역이며 투광되는 광을 제1편광시키는 제1편광 영역인 제2투광 영역; 및
    상기 차광 영역의 끝단 바깥 영역에서 상기 제1투광 영역 및 제2투광 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제2위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제1위상 변이 영역이며 투과되는 광을 제2편광시키는 제2편광 영역인 제3투광 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크(PSM).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1편광 영역은 상기 광을 전기적 횡파 모드(traverse electric mode)로 편광시키는 영역이고
    상기 제2편광 영역은 상기 광을 자기적 횡파 모드(traverse magnetic mode)로 편광시키는 영역인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1투광 영역은 상기 제1편광을 위한 제1깊이로 일정 방향으로 연장되게 상기 투광 기판에 파여져 형성된 패턴들의 제1격자를 포함하고
    상기 제2투광 영역은 상기 제1깊이에 상기 제1투광 영역과 위상차를 가지게 하기 위한 깊이를 더해 상기 제1깊이에 비해 깊은 제2깊이로 상기 투광 기판에 파여져 형성되되 상기 제1격자 방향과 같은 방향의 제2격자를 포함하고
    상기 제3투광 영역은 상기 제1깊이에 대등한 깊이를 가지되 상기 제2편광을 위해 상기 제2격자 방향에 수직한 방향으로 연장되게 파여져 형성된 패턴들의 제3격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  11. 투광 기판;
    상기 투광 기판 상에 형성된 차광 영역;
    상기 투광 기판에 설정된 제1위상 변이 영역;
    상기 제1위상 변이 영역에 접해 경계를 이루되 상기 제1위상 변이 영역과 광 위상차를 가지는 제2위상 변이 영역;
    상기 경계에 인근하는 상기 제1위상 변이 영역 부분에 형성되어 투과되는 광을 제1편광시키는 제1편광부; 및
    상기 경계에 인근하는 상기 제2위상 변이 영역에 형성되어 투광되는 광을 제2편광시키는 제2편광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크(PSM).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1편광부 및 상기 제2편광부는 각각 상기 제1위상 변이 영역 및 상기 제2위상 변이 영역 전체에 연장된 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1편광부는 상기 광을 전기적 횡파 모드(traverse electric mode)로 편광시키고
    상기 제2편광부는 상기 광을 자기적 횡파 모드(traverse magnetic mode)로 편광시키는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1편광부는 상기 투광 기판 상에 형성된 일 방향으로 연장된 제1격자(grating)를 포함하고
    상기 제2편광부는 상기 제1격자 방향과 수직한 방향으로 연장된 제2격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1위상 변이 영역 및 상기 제2위상 변이 영역은 상호 간에 위상차를 가지기 위해 상기 투광 기판을 서로 다른 깊이로 식각된 영역들인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1위상 변이 영역은 상기 투광 기판의 표면 영역이고
    상기 제2위상 변이 영역은 상기 제1위상 변이 영역과 상호 간에 위상차를 가지기 위해 상기 투광 기판을 일정 깊이로 식각한 영역인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1편광부를 포함하는 제1위상 변이 영역은 상기 투광 기판에 전기적 횡파 모드(traverse electric mode)로의 편광을 위한 제1깊이로 일정 방향으로 파여진 제1격자를 포함하는 영역이고
    상기 제2편광부를 포함하는 제2위상 변이 영역은 상기 제1깊이에 상기 제1위상 변이 영역과 위상차를 가지게 하기 위한 깊이를 더해 상기 제1깊이에 비해 깊은 제2깊이를 가지되 자기적 횡파 모드(traverse magnetic mode)로의 편광을 위해 상기 제1격자 방향에 수직한 방향으로 연장된 제2격자를 포함하는 영역인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1격자 또는 상기 제2격자의 피치는 상기 투광하는 광의 파장과 대등한 크기인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1격자의 편광을 위한 제1깊이는 대략 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제1위상 변이 영역과 상기 제2위상 변이 영역은 상호 간에 180°의 광 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 위상 변이 마스크.
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