KR100835462B1 - 위상반전마스크 및 그 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로,

피치 차이를 갖는 장축 및 단축으로 형성된 이차원적인 패턴의 레이아웃 ( pattern layout ) 때문에 회설광이 복잡하게 간섭하며 이미지를 형성할 때의 이미지 퍼포먼스 ( image performance ) 를 향상시킬 수 있도록 다중 투과 위상반전마스크를 제공하여 예정된 크기의 패턴을 형성할 수 있도록 하는 기술이다.

Description

위상반전마스크 및 그 형성방법{Phase shifter mask and Method for forming the same}

도 1 은 본 발명의 기술적 원리를 도시한 개념도.

도 2 는 위상반전마스크와 투과율의 상관관계를 도시한 그래프.

도 3 은 본 발명에 따른 위상반전마스크를 이용한 활성영역의 이미지 콘트라스트를 도시한 그래프.

도 4a 내지 도 4k 는 본 발명의 실시예에 따른 위상반전마스크의 형성방법을 도시한 단면도.

도 5 는 본 발명에 따른 위상반전마스크와 반도체기판 상에 구현된 패턴을 도시한 평면도.

본 발명은 위상반전마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로, 피치 차이를 갖는 장축 및 단축으로 형성된 이차원적인 패턴의 레이아웃 ( pattern layout ) 때문에 회설광이 복잡하게 간섭하며 이미지를 형성할 때의 이미지 퍼포먼스 ( image performance ) 를 향상시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 디램에 사용되는 마스크 패턴들은 ( Mask Patterns ) 라인/스페이스 ( line/space ) 패턴과 같은 1차원적인 패턴뿐만 아니라 활성영역과 같은 이차원적인 패턴들에도 많이 적용된다.

하지만, 활성영역 ( Isolation Pattern ) 은 장, 단축 간의 피치 ( Pitch ) 의 차이와 함께 복잡한 패턴 레이아웃을 갖기 때문에 회절광이 복잡하게 간섭하며 이미지 ( Iamge ) 를 형성한다.

특히 피치가 타이트 ( Tight ) 한 단축을 타겟 ( Target ) 으로 조명계를 설정하기 때문에 장축의 이미지 퍼포먼스 ( Imaging Performance ) 는 떨어지게 된다.

이러한 현상은 디램의 이차원적인 패턴에서 나타나는 현상으로서, 동시에 모든 방향에 유리한 조명계를 사용하는 경우 해상력이 부족하여 피치가 타이트한 단축을 정의 ( Define ) 할 수 없기 때문에 나타나는 현상이다.

상기한 바와 같이 종래기술에 따른 위상반전마스크 및 그 형성방법은, 피치가 타이트한 단축을 타겟으로 설정할 때 장축의 이미지 퍼포먼스가 저하되어 후속 공정으로 반도체기판상에 형성하는 패턴을 예정된 크기로 형성하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 단축 축 및 장축의 이미지 퍼포먼스를 만족시킬 수 있는 다중 투과 특성의 위상반전마스크 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 위상반전마스크는,

다중 투과 위상반전마스크에 있어서,

석영기판의 일측에 형성한 제1위상반전층과,

상기 석영기판의 타측에 형성되되, 상기 제1위상반전층과 투과율이 다른 제2위상반전층을 포함하는 것과,

상기 제1위상반전층과 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것과,

상기 위상반전마스크는 라인/스페이스 패턴이나 2차원적인 구조의 패턴이 형성된 것을 제1특징으로 한다.

또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 위상반전마스크는,

단축과 장축을 갖는 이차원적인 패턴을 형성하기 위한 다중 투과 위상반전마스크에 있어서,

석영기판 상에 상기 이차원적인 패턴의 중앙부에 형성한 제1위상반전층과,

상기 이차원적인 패턴의 장축 에지부에 형성한 제2위상반전층을 형성한 것과,

상기 제1위상반전층과 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것과,

상기 제1위상반전층은 6% 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것과,

상기 제2위상반전층은 18 - 20 % 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 제2특징으로 한다.

그리고, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 위상반전마스크 형성방법은,

석영기판의 상부에 제1위상반전층 및 제1크롬막 적층구조를 형성하는 공정과,

상기 적층구조를 식각하고 제1크롬막을 제거하여 상기 석영기판의 일측에 제1위상반전층을 형성하는 공정과,

전체표면상부에 제2위상반전층 및 제2크롬막 적층구조를 형성하는 공정과,

상기 적층구조를 식각하고 제2크롬막을 제거하여 상기 석영기판의 타측에 제2위상반전층을 형성하는 공정을 포함하는 것과,

상기 제1위상반전층 및 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것과,

상기 제1위상반전층은 6% 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성하고, 상기 제2위상반전층은 18 - 20 % 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것과,

상기 위상반전마스크는 라인/스페이스 패턴이나 2차원적인 구조의 패턴이 형성에 적용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명의 기술적 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 노광공정시 0차광과 1차광의 간섭되어 이미지를 형성하는 경우와 남는 0차광이 남는 백그라운드 인텐시티 ( background intensity ) 로 남는 경우를 도시한 개념도이다.

도 1 을 참조하면, 노광공정시 노광마스크의 마스크 패턴에서 회절된 광은 이미지 플렌 ( image plane ) 에서 간섭하며 이미지를 형성한다. 이때, 간섭하는 1차광과 0차광 사이의 균형이 틀어져 남는 0차광이 있다면 이것은 백그라운드 인텐시티를 6 % 만큼 감소시켜 이미지 콘트라스트를 향상시킨다.

현재, 대부분의 크리티컬한 패턴에서 사용하고 있는 6 % 의 하프톤 위상반전마스크는 6 % 만큼의 0차광의 저하를 가져와 백그라운드 인텐시티를 6퍼센트 만큼 감소시켜 이미지 콘트라스트를 나타내고 있다.

본 발명은 상기한 내용과 같이 이차원적인 패턴 형성공정의 노광시,

피치가 타이트한 단축을 타겟으로 설정할 때 장축의 이미지 퍼포먼스가 저하되어 후속 공정으로 반도체기판상에 형성하는 패턴을 예정된 크기로 형성하기 어려운 문제점을 극복하기 위하여, 장축 방향에서의 백그라운드 인텐시티를 조절할 수 있도록 활성영역의 장, 단축에서의 투과율이 다른 다중 투과 위상반전마스크를 적용하여 장, 단축 방향의 이미지 콘트라스트를 향상시킨다.

도 2 는 하프톤 위상반전마스크의 투과율에 따른 이미지 콘트라스트 변화를 도시한 수식 및 그래프로서, 하프톤 위상반전마스크에서 투과율과 이미지 콘트라스트의 관계는 피치 및 노광조건(예, 파장, 조명계) 에 따라 다르지만 일반적으로 주로 상용되는 6% 투과율의 위상반전마스크에서 약 20% 투과율을 갖는 위상반전마스크까지는 이미지 콘트라스트가 향상되며, 약 20% 투과율 근방에서 이미지 콘트라스트가 가장 높은 것을 알 수 있다.

또한, 투과율이 20% 이상으로 넘어가면 오히려 상쇄되는 0차광이 너무 많아 1차광이 백그라운드 인텐시티로 남게 되고 그에 따른 이미지 콘트라스트를 저하시키는 현상이 나타난다.

도 3 은 본 발명에 따른 다중 투과 위상반전마스크를 이용하여 활성영역의 이미지 콘트라스트를 비교한 그래프로서, 활성영역의 장축방향 에지부에 20% 투과율을 갖도록 하고, 활성영역의 단축방향에 대해 6%의 투과율을 갖도록 하는 위상반전마스크를 이용하여 이미지 콘트라스트가 향상되는 것을 알 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a 내지 도 4k 는 본 발명에 따라 형성된 위상반전마스크 형성방법을 도시한 단면도로서, 라인/스페이스 패턴을 기준으로 하여 형성한 것이다. 일측에 6% 투과율의 제1위상반전층을 패터닝하고 타측에 20% 투과율의 제2위상반전층을 패터닝하는 것이다.

도 4a 를 참조하면, 석영기판(11) 상부에 제1위상반전층(13)을 형성한다. 이때, 제1위상반전층(13)은 6 % 투과율을 갖는 물질로 형성한 것이다.

도 4b를 참조하면, 제1위상반전층(13) 상부에 제1크롬막(15)을 형성한다.

도 4c 및 도 4d 를 참조하면, 제1크롬막(15) 상부에 제1감광막(17)을 도포한다. 이때, 제1감광막(17)은 전자빔용 감광막으로 형성한 것이다.

그 다음, 프로그램된 전자총을 이용한 노광 및 현상 공정으로 제1감광막(17)패턴을 형성한다.

도 4e 및 도 4f 를 참조하면, 제1감광막(17)패턴을 마스크로 하여 제1크롬 막(15) 및 제1위상반전층(13)을 식각한다.

그리고, 제1감광막(17)패턴 및 제1크롬막(15)을 제거하여 석영기판(11)의 일측에 6% 투과율의 제1위상반전층(13)을 패터닝한다.

도 4g 및 도 4h 를 참조하면, 전체표면상부에 제2위상반전층(19), 제2크롬막(21) 및 제2감광막(23)을 적층한다.

이때, 제2위상반전층(19)은 20% 투과율을 갖는 위상반전물질로 형성한 것이다. 그리고, 제2감광막(23)은 전자빔용 감광막으로 형성한 것이다.

도 4i 내지 도 4k 를 참조하면, 프로그램된 전자총을 이용한 노광 및 현상 공정으로 제2감광막(23)패턴을 형성한다.

그 다음, 제2감광막(23)패턴을 마스크로 하여 제2크롬막(21) 및 제2위상반전층(19)을 식각하여 석영기판(11) 상의 타측에 제2위상반전층(19)을 패터닝한다.

그로 인하여, 석영기판(11)은 일측에 제1위상반전층(13)이 패터닝되고 타측에 제2위상반전층(19)이 패터닝된다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전마스크와 이를 이용하여 반도체기판에 활성영역의 정의하는 소자분리막 형성공정에 적용한 것을 도시한 평면도이다.

도 5 를 참조하면, 상기 도 5 의 일측은 20% 투과율의 위상반전층이 형성되는 부분, 즉 활성영역의 장축 에지부를 도시하는 동시에 6% 투과율의 위상반전층이 형성되는 부분, 즉 활성영역의 에지부를 제외한 부분을 도시한 마스크를 도시한다.

상기 도 5 의 타측은 상기 일측의 마스크를 이용한 사진식각공정으로 반도체 기판상에 활성영역을 정의한 것을 도시하되, 예정된 크기로 형성한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 위상반전마스크 및 그 형성방법은, 이차원적인 패턴의 형성공정시 장,단축의 이미지 퍼포먼스를 향상시킬 수 있도록 하여 예정된 패턴을 형성할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (12)

1. 다중 투과 위상반전마스크에 있어서,

   석영기판의 일측에 형성한 제1위상반전층과,

   상기 석영기판의 타측에 형성되되, 상기 제1위상반전층과 투과율이 다른 제2위상반전층을 포함하되,

   상기 제1 및 제2위상반전층은 단층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1위상반전층과 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상반전마스크는 라인/스페이스 패턴이나 2차원적인 구조의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
4. 단축과 장축을 갖는 이차원적인 패턴을 형성하기 위한 다중 투과 위상반전마스크에 있어서,

   석영기판 상에 상기 이차원적인 패턴의 중앙부에 형성한 제1위상반전층과,

   상기 이차원적인 패턴의 장축 에지부에 제2위상반전층이 형성되되,

   상기 제1 및 제2위상반전층은 단층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1위상반전층과 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1위상반전층은 6% 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제2위상반전층은 18 - 20 % 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
8. 석영기판의 상부에 제1위상반전층 및 제1크롬막 적층구조를 형성하는 공정과,

   상기 적층구조를 식각하고 제1크롬막을 제거하여 상기 석영기판의 일측에 제1위상반전층을 형성하는 공정과,

   전체표면상부에 제2위상반전층 및 제2크롬막 적층구조를 형성하는 공정과,

   상기 적층구조를 식각하고 제2크롬막을 제거하여 상기 석영기판의 타측에 제2위상반전층을 형성하는 공정을 포함하되,

   상기 제1 및 제2위상반전층은 단층으로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 형성방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1위상반전층 및 제2위상반전층은 6 - 20 % 의 투과율 범위 내에서 서로 다른 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 형성방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제1위상반전층은 6% 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 형성방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제2위상반전층은 18 - 20 % 의 투과율을 갖는 위상반전층으로 형성한 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 형성방법.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 위상반전마스크는 라인/스페이스 패턴이나 2차원적인 구조의 패턴이 형성에 적용하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 형성방법.

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