KR101102049B1 - 위상반전 마스크의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로, 형성 패턴에 비해 높은 광 투과율을 갖는 보조 패턴을 포함하는 위상반전 마스크 및 그 형성방법에 관한 기술이다. 이를 위해, 본 발명은 수정 기판 상부의 소정 영역에 형성된 형성 패턴과, 형성 패턴 양쪽에 형성된 한 쌍의 보조 패턴 및 형성 패턴 및 보조 패턴을 제외한 수정 기판 상부에 형성된 투광 패턴을 포함하되, 보조 패턴은 형성 패턴의 광 투과율 보다 14~16% 높게 형성하여 보조 패턴 사이즈의 한계를 극복할 수 있고, 초점심도(DOF)의 마진을 확보할 수 있다.

위상반전 마스크, 초점심도

Description

위상반전 마스크의 형성방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF PHASE SHIFT MASK}

도 1a 내지 도 1f는 종래기술에 따른 위상반전 마스크 형성방법을 도시한 단면도.

도 2는 종래기술에 따른 위상반전 마스크를 도시한 평면도.

도 3는 도 2에 도시된 위상반전 마스크의 단면도 및 이를 이용한 패턴 형성방법을 도시한 단면도.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 위상반전 마스크 형성방법을 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 도시한 평면도.

도 6은 도 5에 도시된 위상반전 마스크의 단면도 및 이를 이용한 패턴 형성방법을 도시한 단면도.

본 발명은 위상반전 마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로, 특히 형성 패턴에 비해 높은 광 투과율을 갖는 보조 패턴을 포함하는 위상반전 마스크 및 그 형성방법에 관한 기술이다.

반도체 소자의 사이즈가 작아짐에 따라 포토리소그래피 공정에서 여러 패턴이 모여있는 밀집(dense) 패턴 보다 독립된 형태의 독립(isolated) 패턴을 웨이퍼 상에 구현하기가 어렵다. 이는 노광장비의 렌즈로부터 오는 빛과 반사된 빛이 독립 패턴에 상대적으로 많이 모이기 때문에 나타나는 문제점으로, 이러한 경우에는 밀집 패턴과 독립 패턴간에 임계치수(CD; Critical Dimension) 차이가 발생된다.

또한, 독립 패턴의 경우 초점심도(DOF; Depth Of Focus)의 마진이 감소되어 포커스(focus) 변화에 취약하여 독립 패턴을 구현하는데 어려움이 가중된다.

따라서, 종래에는 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 보조패턴(Assist Feature)을 도입하였다. 보조패턴은 포커스(focus)나 에너지(energy) 변화에 대해 주 패턴 형성이 잘 될 수 있도록 보조하는 것으로, 간섭 효과만 주고 실제로 웨이퍼에는 노광되지 않는다.

그러나, 반도체 소자의 사이즈(size)가 작아짐에 따라 보조패턴의 폭(width)도 고정되어 보조 패턴이 웨이퍼에 노광되는 경우가 발생하게 된다. 이러한 경우 예를 들어, 게이트 마스크에서 보조패턴에 의해 하부 구조의 웰(well)에 원하지 않는 기생 트랜지스터를 형성하여 반도체 소자의 전기적 특성을 열화시킬 수 있다.

한편, 반도체 소자의 포토리소그래피 공정중 웨이퍼에 패턴을 전사시킬때 사용하는 마스크 중 빔 콘트라스트를 향상시킬 목적으로 CPL(Chromeless Phase-Shift Lithography), Alternating PSM 및 Attenuated PSM 방식등을 사용한다.

도 1a 내지 도 1f는 종래기술에 따른 위상반전 마스크 형성방법을 도시한 단면도이다. 여기서는, 어테뉴에이티드(attenuated) 위상 반전 마스크를 예를 들어 설명한다.

도 1a를 참조하면, 수정기판(11) 상부에 버퍼층(13), 쉬프터층(15), 크롬층(17) 및 제 1 감광막(19)을 순차적으로 형성한다.

여기서, 상기 쉬프터층(15)은 6%의 광 투과율을 갖는다.

도 1b를 참조하면, 상기 제 1 감광막(19)을 노광 및 현상하여 패턴으로 예정되는 부분을 노출시키는 제 1 감광막 패턴(19a)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 상기 제 1 감광막 패턴(19a)을 마스크로 상기 크롬층(17), 상기 쉬프터층(15) 및 상기 버퍼층(13)을 식각하여 제 1 크롬층 패턴(17a), 쉬프터층 패턴(15a), 버퍼층 패턴(13a)을 형성한다.

그 다음, 상기 제 1 감광막 패턴(19a)을 제거한다.

도 1d를 참조하면, 전체 표면 상부에 제 2 감광막(21)을 형성한다.

도 1e를 참조하면, 상기 제 2 감광막(21)을 노광 및 현상하여 상기 수정기판(11) 일부를 노출시키는 제 2 감광막 패턴(21a)을 형성한다.

도 1f를 참조하면, 상기 제 2 감광막 패턴(21a)을 마스크로 상기 제 1 크롬층 패턴(17a)을 식각하여 제 2 크롬층 패턴(17b)을 형성한다.

그 다음, 상기 제 2 감광막 패턴(21a)을 제거한다.

여기서, 상기 쉬프터층 패턴(15a)으로 입사한 빛은 6%의 투과율을 갖고, 상기 제 2 크롬층 패턴(17b), 상기 수정기판(11)으로 입사한 빛은 0%의 투과율을 갖는다.

도 2는 종래기술에 따른 위상반전 마스크를 도시한 평면도이며, 도 2b는 도 2a에 비해 마스크의 패턴 사이즈가 작게 형성된 경우를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 수정기판(23) 상부에 형성 패턴(25)과 상기 형성 패턴(25)의 양쪽에 노광에 의해 전사되지 않고, 형성 패턴(25)의 전사 정밀도를 향상시키기 위한 한 쌍의 보조 패턴(27)이 형성되어 있다.

이때, 상기 형성 패턴(25)과 보조 패턴(27)은 크롬(Cr) 처리되어 빛이 투과하지 않는 차광 패턴으로 형성되며, 상기 형성 패턴(25)과 보조 패턴(27)을 제외한 영역은 크롬(Cr) 처리되지 않은 투광 패턴으로 형성된다.

도 3는 도 2의 A-A' 절단면을 따라 도시한 단면도 및 이를 이용한 패턴 형성방법을 도시한 단면도이다.

도 3a를 참조하면, 종래의 마스크를 통과한 빛의 세기(intensity)는 상기 형성 패턴(25), 보조 패턴(27)에 의해 빛이 통과하지 않은 영역이 가장 어둡고('0'으로 표시), 나머지 빛이 통과한 영역이 가장 밝다('1'로 표시).

여기서, 'I cut'은 원하는 선폭을 갖는 패턴을 형성하기 위한 기준 레벨로서, 기준 레벨 이하의 부분만 감광막 패턴(29)으로 남게 된다.

그러나, 반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴이 미세화되면서 도 3b에 도시된 바와 같이, 노광되지 않아야 할 상기 보조 패턴(27)에 의해 감광막 패턴(29a)이 형성되는 경우가 발생하게 된다. 이 경우, 상기 보조 패턴(27)은 실제로 보조 패턴으로써 사용할 수 없다.

상술한 바와 같이, 종래기술에 따른 위상반전 마스크 및 그 형성방법은 상기 형성 패턴(25)과 보조 패턴(27)의 광 투과율이 동일하기 때문에, 상기 보조 패 턴(27)의 사이즈가 고정되어 더이상 감소될 수 없는 경우 상기 보조 패턴(27)에 의해 형성되지 않아야 할 상기 감광막 패턴(29a)이 형성되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 형성 패턴에 비해 높은 광 투과율을 갖는 보조 패턴을 형성할 수 있는 위상반전 마스크 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크는, 수정 기판 상부의 소정 영역에 형성된 형성 패턴; 형성 패턴 양쪽에 형성된 한 쌍의 보조 패턴; 및 형성 패턴 및 보조 패턴을 제외한 수정 기판 상부에 형성된 투광 패턴을 포함하되, 보조 패턴은 형성 패턴의 광 투과율 보다 14~16% 높게 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 위상반전 마스크 형성방법은, 수정 기판 상부에 버퍼층, 제 1 쉬프터층, 제 2 쉬프터층 및 크롬층을 순차적으로 형성하는 단계; 크롬층, 제 2 쉬프터층, 제 1 쉬프터층 및 버퍼층을 선택적으로 식각하여 제 1 크롬층 패턴, 제 2 쉬프터층 패턴, 제 1 쉬프터층 패턴 및 버퍼층 패턴을 형성하는 단계; 제 1 크롬층 패턴을 선택적으로 식각하여 제 2 크롬층 패턴을 형성하는 단계; 및 제 2 쉬프터층 패턴을 선택적으로 식각하여 제 1 쉬프터층 패턴의 소정 영역을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 위상반전 마스크 형성방법을 도시한 단면도이다. 여기서는, 어테뉴에이티드(attenuated) 위상 반전 마스크를 예를 들어 설명한다.

도 4a를 참조하면, 수정 기판(111) 상부에 버퍼층(113), 제 1 쉬프터층(115), 제 2 쉬프터층(117), 크롬층(119) 및 제 1 감광막(121)을 순차적으로 형성한다.

여기서, 상기 제 1 쉬프터층(115)은 14~16%의 광 투과율을 갖고, 상기 제 2 쉬프터층(117)은 9~11%의 광 투과율을 갖는 것이 바람직하다.

도 4b를 참조하면, 상기 제 1 감광막(121)을 노광 및 현상하여 패턴으로 예정되는 부분을 노출시키는 제 1 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.

이때, 상기 제 1 감광막(121)은 KrF, ArF 및 l-line를 사용하는 노광 장비를 사용하는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 상기 크롬층(119), 제 2 쉬프터층(117), 제 1 쉬프터층(115) 및 버퍼층(113)을 식각하여 제 1 크롬층 패턴(119a), 제 2 쉬프터층 패턴(117a), 제 1 쉬프터층 패턴(115a) 및 버퍼층 패턴(113a)을 형성한다.

그 다음, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거하고, 전체 표면 상부에 제 2 감광막(123)을 형성한다.

이때, 상기 제 2 감광막(123)은 KrF, ArF 및 l-line를 사용하는 노광 장비를 사용하는 것이 바람직하다.

도 4c를 참조하면, 상기 제 2 감광막(123)을 노광 및 현상하여 상기 제 1 크롬층 패턴(119a) 일부를 노출시키는 제 2 감광막 패턴(123a)을 형성한다.

도 4d를 참조하면, 상기 제 2 감광막 패턴(123a)을 마스크로 상기 제 1 크롬층 패턴(119a)을 식각하여 제 2 크롬층 패턴(119b)을 형성한다.

그 다음, 상기 제 2 감광막 패턴(123a)을 제거한다.

도 4e를 참조하면, 전체 표면 상부에 제 3 감광막(125)을 형성한다.

이때, 상기 제 3 감광막(125)은 KrF, ArF 및 l-line를 사용하는 노광 장비를 사용하는 것이 바람직하다.

도 4f를 참조하면, 상기 제 3 감광막(125)을 노광 및 현상하여 상기 제 2 쉬프트층 패턴(117a) 일부를 노출시키는 제 3 감광막 패턴(125a)을 형성한다.

도 4g를 참조하면, 상기 제 3 감광막 패턴(125a)을 마스크로 상기 제 2 쉬프트층 패턴(117a)을 식각하여 제 2 쉬프트층 패턴(117b)을 형성한다.

그 다음, 상기 제 3 감광막 패턴(125a)을 제거한다.

여기서, 상기 제 1 쉬프트층 패턴(115a)으로 입사한 빛은 14~16%의 투과율을 갖고, 상기 제 2 쉬프트층 패턴(117a)으로 입사한 빛은 1.3~1.8%의 투과율을 갖는다.

도 5는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 도시한 평면도이다.

도 5를 참조하면, 수정 기판(127) 상부에 형성 패턴(129)과 상기 형성 패턴(129)의 양쪽에 노광에 의해 전사되지 않고, 상기 형성 패턴(129)의 전사 정밀도 를 향상시키기 위한 한 쌍의 보조 패턴(131)이 형성되어 있다.

이때, 상기 형성 패턴(129)과 보조 패턴(131)은 크롬(Cr) 처리되어 빛이 투과하지 않는 차광 패턴으로 형성하되, 상기 보조 패턴(131)의 광 투과율은 상기 형성 패턴(129)의 광 투과율 보다 14~16% 높게 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 형성 패턴(129)과 보조 패턴(131)을 제외한 영역은 크롬(Cr) 처리되지 않은 투광 패턴으로 형성한다.

도 6은 도 5의 B-B' 절단면을 따라 도시한 단면도 및 이를 이용한 패턴 형성방법을 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 보조 패턴(131)을 통과한 빛의 세기(intensity)는 종래에 비해 높아진 것을 볼 수 있다. 즉, 기준 레벨(I cut) 이하의 부분만 감광막 패턴(133)으로 남게 되는데, 상기 보조 패턴(131)의 광 투과율이 상기 형성 패턴(129)의 광 투과율 보다 높게 형성됨으로써 빛의 세기가 기준 레벨(I cut) 보다 높아져 상기 보조 패턴(131)에 의해 감광막 패턴이 형성되지 않게 된다.

한편, 상기와 같은 공정은 365nm, 248nm, 193nm, 157nm를 사용하는 반도체 소자에 적용할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 위상반전 마스크 및 그 형성방법은 형성 패턴에 비해 높은 광 투과율을 갖는 보조 패턴을 형성함으로써 보조 패턴 사이즈의 한계를 극복할 수 있고, 초점심도(DOF)의 마진을 확보할 수 있는 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 (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 수정 기판 상부에 버퍼층, 제 1 쉬프터층, 제 2 쉬프터층 및 크롬층을 순차적으로 형성하는 단계;

   상기 크롬층, 상기 제 2 쉬프터층, 상기 제 1 쉬프터층 및 상기 버퍼층을 선택적으로 식각하여 제 1 크롬층 패턴, 제 2 쉬프터층 패턴, 제 1 쉬프터층 패턴 및 버퍼층 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제 1 크롬층 패턴을 선택적으로 식각하여 제 2 크롬층 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 제 2 쉬프터층 패턴을 선택적으로 식각하여 상기 제 1 쉬프터층 패턴의 소정 영역을 노출시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.
4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 3 항에 있어서, 상기 제 1 쉬프터층은 14~16%의 광 투과율을 갖고, 상기 제 2 쉬프터층은 9~11%의 광 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 3 항에 있어서, 상기 제 1 크롬층 패턴, 제 2 쉬프터층 패턴, 제 1 쉬프터층 패턴 및 버퍼층 패턴을 형성하는 단계는

   상기 크롬층 상부에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 감광막을 노광 및 현상하여 패턴으로 예정된 부분을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 크롬층, 상기 제 2 쉬프터층, 상기 제 1 쉬프터층 및 상기 버퍼층을 식각하는 단계; 및

   상기 감광막을 제거하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 5 항에 있어서, 상기 감광막은 KrF, ArF 및 l-line를 사용하는 노광 장비를 사용하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   전체 표면 상부에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 감광막을 노광 및 현상하여 상기 제 1 크롬층 패턴의 일부를 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 제 1 크롬층 패턴을 식각하는 단계; 및

   상기 감광막을 제거하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 7 항에 있어서, 상기 감광막은 KrF, ArF 및 l-line를 사용하는 노광 장비를 사용하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 형성방법.

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