KR100790565B1 - 포토 마스크 - Google Patents

Abstract

제조공정이 용이하고 패턴의 일그러짐을 유발하지 않는 구조의 포토 마스크를 개시한다. 이러한 포토 마스크는, 소정 두께 식각되어 투과하는 빛의 위상을 이동시키는 위상반전 영역과, 빛을 그대로 투과시키는 투광영역을 갖는 마스크 기판, 및 기판 상에 형성된 위상반전층을 구비하는 포토 마스크에 있어서, 위상반전 영역과 위상반전층을 투과한 빛이 180°±90°의 위상차를 갖는다.

Description

포토 마스크{Photomask}

도 1은 종래의 위상반전 마스크의 일 예인 레벤슨형 위상반전 마스크의 단면도이다.

도 2는 웨이퍼 상에 형성된 스토리지 노드 콘택홀을 도시한 것이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 포토 마스크의 실시예들을 도시한 단면도들이다.

도 4는 본 발명에 따른 포토 마스크의 평면도이다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 포토 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 스토리지 노드 콘택 패턴과 같은 미세 패턴의 형성에 사용되는 위상반전 마스크에 관한 것이다.

일반적으로, 스토리지 노드 콘택홀(storage node contact hole) 패턴은 반도 체기판 위에 형성하기 힘든 패턴 중의 하나이다. 스토리지 노드 패턴은 장, 단축이 있는 사각형 패턴으로서, 장축의 패턴 이미지가 짧게 나오는 현상이 가장 큰 문제점이 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 위상반전 마스크(Phase Shift Mask; PSM), 광학적 근접 보정(Optical Proximity Correction; OPC) 등의 보조 패턴들을 메인(main) 패턴 주변에 추가하는 방법들이 제안되고 있다. 그러나, 현재 이러한 방법들은 0.1㎛의 디자인 룰(design rule)을 갖는 소자의 제조에는 충분한 해결책이 되지 못하고 있다.

도 1은 종래의 위상반전 마스크의 일 예인 레벤슨형 위상반전 마스크의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 석영(quartz) 기판(2) 위에 크롬(Cr) 차광막(4)이 형성되어 있다. 이 차광막(4)은 기판 위에 크롬(Cr)과 같은 차광물질을 도포한 다음 전자빔 등의 장비를 이용하여 패터닝하여 형성한다. 그리고, 빛이 투과할 때 180° 위상반전되도록 기판이 식각된 위상반전 패턴(6)이 형성되어 있다. 그러면, 미세패턴을 투과할 때 나타나는 회절에 의해 레지스트 패턴의 일그러짐을 방지할 수 있다. 즉, 기판이 식각되지 않은 투광영역(B)과 기판이 식각된 투광영역(A)에서 회절된 빛은 웨이퍼 상에서 180° 위상차를 두고 만나기 때문에 통상의 마스크보다 분해능이 좋게 된다.

그러나, 이 방법은 마스크 제조가 그리 쉽지 않다는 단점이 있다. 즉, 투광영역 중 식각영역(A)이 반드시 (B)영역과 180°의 위상차를 갖도록 하여야 하기 때문에, 조금이라도 식각시간을 제대로 조절하지 못하거나 공정상 기판 식각용 식각 가스의 유입 균일도, 온도 등의 변화에 따라 차이가 날 수 있다. 통상 (A)영역의 식각 깊이는 약 1000Å 내지 3000Å 정도인데, 식각깊이의 균일도를 유지하기가 어려울 뿐만 아니라, 식각깊이가 깊으면 마스크 패턴의 토폴로지(topology) 효과 등에 의해서 포커싱(focusing)되는 축소 노광장치의 투과 빛에 영향을 미치게 되어 웨이퍼에 형성되는 빛의 이미지(aerial image)가 일그러져 원하는 패턴을 형성하기가 어렵다.

도 2는 종래의 위상반전 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 스토리지 노드 콘택홀을 도시한 것으로, 패턴의 장축(C)과 단축(D)의 패턴 형태에서 장축이 더 큰 비율로 짧아진 것을 볼 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제조공정이 용이하고 패턴의 일그러짐을 유발하지 않는 구조의 포토 마스크를 제공하는 것이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 포토 마스크는, 마스크 기판이 소정 두께 식각되어 투과하는 빛의 위상을 이동시키는 위상반전 영역과, 빛을 그대로 투과시키는 투광영역을 갖는 마스크 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 위상반전층을 구비하는 포토 마스크에 있어서, 상기 위상반전 영역과 상기 위상반전층을 투 과한 빛이 180°±90°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 위상반전층은 빛의 투과율이 약 4％ ∼ 20％ 정도인 물질로, 예를 들어 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiN) 또는 몰리브덴 실리콘 옥시 나이트라이드(MoSiON)로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 포토 마스크의 단면도이다.

석영(quartz) 기판(32) 위에 위상반전 패턴(34)이 형성되어 있는데, 일반적으로 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiN) 또는 몰리브덴 실리콘 옥시 나이트라이드(MoSiON)와 같은 반투명(half-tone) 물질로 이루어져 있다. 상기 위상반전 패턴은 빛의 투과율이 4 ∼ 20％ 정도이면서 도포되는 두께에 따라 위상을 변하게 할 수 있는 물질로 구성되어 있다. 종래의 하프톤 위상반전 마스크는 정확히 180°의 위상차를 갖도록 하기 위하여 1200Å의 두께로 형성하고 있다. 그러나, 본 발명에서는 위상반전층의 두께가 정확히 제한되지 않아도 된다. 또한, 위상의 변화도 90° 내지 270°정도의 변화를 유지할 수 있다. 최종적으로 "E" 영역의 식각깊이에서 얻는 위상변화와 위상반전층(34)에 의해 나타나는 위상변화의 합이 180°이면 되므로, 위상반전층의 두께 및 위상 변화율과 "E"영역의 식각깊이를 서로 조절할 수가 있다.

도 3b 및 도 3c는 본 발명의 실시예들을 도시한 것으로, 오픈(open)된 기판 영역의 식각깊이를 다른 영역과 180° 및 360°위상차이가 나도록 하거나, 다른 영 역중 위상반전층이 형성된 영역과 270°, 나머지 식각되지 않은 오픈영역과는 180° 위상차이를 나타내도록 형성할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 평면도로서, 스토리지 노드 콘택 패턴을 나타낸다. 도면 참조번호 "42"는 기판이 오픈된 투광영역으로 식각되지 않은 영역을, "44"는 투광영역이면서 기판이 식각된 위상반전 영역을, 그리고 "46"은 위상반전 패턴을 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택 패턴들을 상, 하, 좌, 우로 교대로 배치하면, 이들 패턴을 투과하는 빛이 회절할 때 웨이퍼 상에서 상호 소멸간섭을 일으켜서 향상된 분해능으로 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 포토 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 5a를 참조하면, 포토 마스크 기판(52) 위에 예를 들어 MoSiN 또는 MoSiON과 같은 반투명 물질을 증착하여 위상반전층(54)을 형성하고, 그 위에 차광물질인 크롬(Cr)을 증착하여 차광층(56)을 형성한다. 상기 반투명 물질은 약 4％ ∼ 20％ 정도의 투과량을 갖는 물질로, 투과된 빛이 90°이상의 위상차를 갖도록 하는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 차광층(56) 위에 전자빔 레지스트(E-beam resist)를 소정 두께 도포한 다음, 전자빔 노광(writing) 장치를 이용한 노광 및 현상을 실시하여 원하는 패턴의 레지스트 패턴(58)을 형성한다.

도 5b를 참조하면, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광층(56) 및 위상 반전층(54)을 건식 또는 습식식각한 다음, 레지스트 패턴을 제거한다. 다음에, 전면에 전자빔 레지스트(60)를 도포한다.

도 5c를 참조하면, 전자빔 노광장치를 이용하여 코팅된 상기 레지스트를 노광 및 현상하여 기판이 식각되어 위상이 변화될 영역을 노출시키는 레지스트 패턴(60)을 형성한다.

도 5d를 참조하면, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 기판의 노출된 영역을 식각한다. 다음, 상기 레지스트 패턴과 차광층을 제거한다. 상기 기판의 식각 깊이는 투과된 빛의 위상이 다른 영역을 투과한 빛과 180° 및 360° 차이를 갖도록 조절한다. 또는, 기판이 식각되지 않은 영역 중 위상반전 물질이 형성된 영역과 270°, 나머지 영역, 즉 기판의 식각되지 않은 오픈(open) 영역과 180°의 위상차를 갖도록 할 수도 있다.

이상 본 발명을 상세히 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

상술한 본 발명에 의한 포토 마스크에 따르면, 투광영역의 위상차가 90°이상만으로 만족하기 때문에 기판에 대한 깊은 식각깊이가 요구되지 않으며, 180°±30°의 폭넓은 위상변화를 가지므로 포토마스크 제조공정이 용이하고, 마스크 생산 수율이 증가된다. 또한, 반투명 물질을 사용함으로써 빛의 회절 현상을 억 제하여 좋은 패턴 이미지를 억을 수 있다. 또한, 본 발명의 포토 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 때 기존의 바이너리 마스크(BIM)보다 분해능이 우수하고, 이를 스토리지 노드 콘택홀 형성에 이용할 경우 패턴의 장축이 줄어드는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 마스크 기판이 소정 두께 식각되어 투과하는 빛의 위상을 이동시키는 위상반전 영역과, 빛을 그대로 투과시키는 투광영역을 갖는 마스크 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 위상반전층을 구비하는 포토 마스크에 있어서,

   상기 위상반전 영역과 상기 위상반전층을 투과한 빛이 180°±90°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 위상반전층은 빛의 투과율이 4％ ∼ 20％인 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
3. 제 2항에 있어서, 상기 위상반전층은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiN) 또는 몰리브덴 실리콘 옥시 나이트라이드(MoSiON)로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크.

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