KR19980080090A - 가변 광 투과율을 가진 광 차폐층을 포함한 마스크 - Google Patents

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Abstract

투명 기판 (101, 201) 위에 형성된 광 차폐층 (102', 202', 202) 을 포함하는 마스크에서, 차폐층의 광 투과율은 차폐층의 패턴의 밀도와, 반도체 기판 (203) 위의 포토레지스트 층 (204) 의 두께에 따라 변화된다.

Description

가변 광 투과율을 가진 광 차폐층을 포함한 마스크
본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위하여 사용되는 망선 또는 포토마스크와 같은 마스크에 관한 것이다.
다이나믹 랜덤 액세스 메모리 (DRAM) 장치와 같은 집적 회로 반도체 장치에서, 포토리소그라피 프로세스에서 패턴의 선의 폭이 매우 미세하게 되도록, 집적화가 진보되어 왔다.
종래 기술의 포토리소그라피 프로세스에서, 포토마스크가 선 및 간격 (line-and-space) 패턴과 절연 패턴을 갖는다면, 선 및 간격 패턴의 각각의 선의 폭든 절연 패턴의 폭과 같다. 결과적으로, 선의 이미지의 폭에서의 차이가 선 및 간격 패턴과 절연 패턴사이에서 발생되며, 이는 광 근접 효과라 불린다. 이것에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
반도체 기판위에 형성된 포토레지스트층을 위한 다른 종래 기술의 포토리스그라피 프로세스에서, 포토레지스트층의 두께가 평탄하지 않더라도, 같은 선폭을 가진 패턴에 의해 포토마스크가 형성된다. 결과적으로, 선의 이미지의 폭에서의 차이는 다른 두께를 가진 포토레지스트층이 형성되는 영역들사이에서 발생되며, 이것은 정재파 효과라 불린다. 이것에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
종래 기술에서, 광 근접 효과와 정재파 효과는 둘다 패턴들로 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스 방법에 의해 감소된다.
마스크 바이어스 방법에서, 특히, 패턴이 더 미세할 때, 최적 바이어스량을 포함하는 패턴을 가진 포토마스크를 제조하는 것은 어렵다.
본 발명의 목적은 마스크 바이어스 방법을 채택하지 않고 광 근접 효과와 정재파 효과를 감소시킬 수 있는 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 투명 기판위에 형성된 광 차폐층을 포함하는 마스크에서, 차폐층의 광 투과율은 차폐층의 패턴의 밀도 또는 반도체 기판위의 포토레지스트층의 두께에 따라 변화된다.
도 1은 종래 기술의 포토마스크를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 포토레지스트위의 광 세기 특성을 도시한 그래프.
도 3은 다른 종래 기술의 포토마스크를 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 포토레지스위의 선 이미지의 넓이 특성를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 이론을 설명하기 위한 단면도.
도 6a, 6b, 6c 및 6d 는 도 5 의 포토레지스트위의 광 세기 특성을 도시한 그래프.
도 7은 도 5 의 포토레지스트위의 선 이미지의 넓이 특성을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 1을 도시한 단면도.
도 9는 도 8의 포토레지스트위의 광 세기 특성을 도시한 그래프.
도 10는 도 8의 포토마스크의 변형을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 2를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 포토마스크의 실시예 3을 도시한 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 4, 101 : 유리 기판 2, 102 : 광 차폐층
3, 103 : 반도체 기판 102a : 미세 패턴
102b : 거친 패턴 104, 204, 108, 203 : 포토레지스트층
1021, 1022 : MoSi 층 1022 : Cr 층
202', 202 : 광 차폐층
바람직한 실시예를 설명하기 전에, 광 근접 효과와 정재파 효과가 도 1, 2, 3 및 4를 참조로 설명된다.
도 1 및 2 는 광 근접 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 포토마스크와 반도체 장치를 도시하고, 도 2 는 도 1 의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행될 때 얻어진 반도체 장치위의 광 밀도 분배를 도시한 그래프를 도시한다.
도 1에서, 포토마스크는 유리 기판 (101) 위에 형성된 크롬 (Cr) 으로 만들어진 유리 기판 (101) 과 광 차폐층 (102) 에 의해 구성된다. Cr 은 μm 당 0퍼센트의 광 투과율을 갖는다. 광 차폐층 (102) 은 영역 R1내의 미세한 패턴 (102a) 와 영역 R2내의 거친 패턴 (102b)을 갖는다. 미세한 패턴 (102a)에서, 각각의 선의 폭은 선들사이의 각각의 간격의 폭과 같다. 거친 패턴 (102b)에서, 절연선의 폭은 미세한 패턴 (102a) 의 선의 폭과 같다.
또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (103) 위에 절연층 (미도시)을 경유하여 증착된 반도체 기판 (103) 과 포토레지스트층 (104)에 의해 구성된다. 포토레지스트 층 (108) 은 μm 당 약 50 퍼센트의 광 투과율을 가진 포지티브형 포토레지스트로 만들어지며, 예를 들면, 이 경우에, 포토레지스트층 (104) 의 두께는 거의 균일하며, 예를 들면, 약 0.73 μm 이다.
NA 가 개구수이고, σ가 광원의 가간섭성이며, λ가 광원의 KrF 엑시머 레이저의 파형인 경우, NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 1의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 도 2 에 도시된 광 세기 분포가 얻어진다. 도 2에서, 한계 광 세기 Ith는 미세한 패턴 (102a) 의 각각의 선의 이미지의 폭이 미세한 패턴 (102a) 의 각각의 간격의 이미지의 폭과 같도록 정의된다. 이 경우에, 각각의 폭은 약 0.25 μm 이며, Ith는 0.337 이다. 한편, 거친 패턴 (102b) 의 절연선의 이미지의 폭은 한계광 세기 Ith에 근거하여 약 0.28 μm 이다. 그러므로, 선의 폭 이미지에서 0.03 μm (=0.28μm-0.25μm) 와 같은 차이가 영역 R1과 R2사이에서 발생되고, 이는 광 근접 효과라 불린다.
종래 기술에서, 광 근접 효과는 패턴들에 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스 방법에 의해 감소된다.
도 3 및 4 는 정재파 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 은 포토마스크와 반도체 장치를 도시하고, 도 4 는 축소 투사 노출이 도 1 의 포토마스크를 사용하여 수행될 때, 반도체 장치위에 얻어지는 이미지의 넓이를 도시한다.
도 3에서, 포토마스크는 유리 기판 (201) 위에 형성된 Cr 으로 만들어진 유리 기판 (201) 과 광 차폐층 (202) 으로 구성된다. 광 차폐층 (202) 은 영역 R1및 R2모두내에서 미세한 패턴을 갖는다. 즉, 각각의 선의 폭은 선들사이의 각각의 간격의 폭과 같다.
또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (203) 과 반도체 기판 (203) 위에 절연층 (미도시) 을 경유하여 형성된 포토레지스트층 (204) 에 의해 구성된다. 포토레지스트 층 (203)은 μm 당 약 50퍼센트의 광 투과율을 가진 포지티브형 포토레지스트로 이루어져 있으며, 예를 들면, 이 경우에, 포토레지스트층 (204) 이 일반적으로 스핀 코팅되기 때문에, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 변동된다. 예를 들면, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 영역 R1내에서 약 0.73 μm 이며, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 영역 R2내에서 약 0.69 μm 이다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 3의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 도 4 에 도시된 바와 같이, 각각의 선의 이미지의 넓이는 포토레지스트층 (204)의 두께 TP에 따른다. 즉, 영역 R1에서, 포토레지스트 층 (204) 의 두께는 약 0.73 μm 이므로, 각각의 선의 이미지의 넓이는 약 0.25 μm 이다. 한편, 영역 R2에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.69μm 이며, 각각의 선의 이미지의 치수는 약 0.17 μm 이다. 예를 들면, DRAM 장치에서, 포토레지스트층은 스텝 부분의 발생으로 인하여 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역사이의 경계에서 더 얇다. 그러므로, 영역 R1과 R2사이의 선의 이미지의 폭에서의 차이가 발생되며, 이는 정재파 효과라 불린다.
종래 기술에서, 정재파 효과는 패턴들에 바이어스를 공급하는 마스크 바이어스 방법에 의해 또한 감소된다.
본 발명의 이론은 도 5, 6a, 6b, 6c, 6d 및 도 7을 참조로 다음에 설명된다.
포토마스크와 반도체 장치를 도시한, 도 5에서, 포토마스크는 유리 기판 (1) 위에 형성된 광 차폐 패턴 (2) 과 유리 기판 (1) 에 의해 구성된다. 이 경우에, 광 차폐 패턴 (2) 은 0.25 μm 의 폭을 가진 절연선으로 구성되어 있다. 또한, 반도체 장치는 반도체 기판 (3) 과 반도체 기판 (3) 위에 절연층 (미도시)을 경유하여 형성된 포토레지스트층 (4) 에 의해 구성된다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 5의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 광 차폐 패턴 (2) 의 광 투과율 T 이 각각 0%, 2%, 5% 및 10% 인 경우 도 6a, 6b, 6c 및 6d 에 도시된 바와 같은 광 세기 분포가 얻어진다. 이 경우에, 한계 광 세기 Ith(=0.337) 는 도 1 및 2 의 미세 패턴 (102a) 이 0.25 μm 로 형성된 경우이다. 즉, 광 차폐 패턴 (2) 의 광 투과율 T 이 클수록, 광 차폐 패턴 (2) 의 선 이미지의 폭 W 은 작다. 광 차폐 패턴 (2) 의 광 투과율 T 과 폭 W 사이의 관계는 도 7 에 도시된다.
도 7로부터, 광 차폐 패턴 (2) 의 광 투과율 T 가 거의 2% 이면, 선 이미지의 폭은 도 1 및 2 의 미세한 패턴 (102a) 의 선과 간격 각각의 이미지의 폭과 같은 거의 0.25 μm 이다.
본 발명의 실시예 1을 도시한 도 8에서, 도 1 의 광 차폐층 (102) 은 몰리브덴 실리콘 (MoSi) 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 에 의해 형성되는 광 차폐층 (102') 로 교체된다. MoSi 층 (1021) 은 반투명이며, Cr 층 (1022) 은 불투명이다. 즉, 미세한 패턴 (102a') 의 광 투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, 미세한 패턴 (102a') 은 MoSi 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 에 의해 형성된다. 한편, 거친 패턴 (102b') 의 광 투과율 T 이 예를 들면, 거의 2 퍼센트가 되도록, 패턴 (102b') 은 MoSi 층 (1021) 에 의해서만 형성된다.
NA 가 개구수이고, σ가 광원의 가간섭성이며, λ가 광원의 KrF 엑시머 레이저의 파형인 경우, NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 8의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 도 9 에 도시된 바와 같은 광 세기 분포가 얻어진다. 도 9에서, 거친 패턴 (102b') 의 절연선의 이미지의 폭은 한계 광 세기 Ith(=0.337)에 근거하여 약 0.25 μm 이다. 그러므로, 선의 폭 이미지에서의 차이가 영역 R1과 R2사이에서 발생되지 않는다. 결과적으로, 광 근접 효과가 보상된다.
도 8에서, 영역 R2내의 미세한 패턴 (102a') 의 절연선의 이미지의 폭은 미세한 패턴 (102a' 및 102b') 이 Cr 만으로 만들어진다는 같은 조건하에서 영역 R2내의 거친 패턴 (102b') 의 선의 이미지의 폭보다 크다고 가정된다. 그러나, 영역 R2내의 미세한 패턴 (102a') 의 절연선의 이미지의 폭이 상기 언급된 조건과 다른 조건하에 있는 영역 R1내의 거친 패턴 (102b') 의 선의 이미지의 폭보다 작으면, 도 8의 포토마스크는 도 10 에 도시된 포토마스크로 교체될 수 있다. 도 10에서, 미세한 패턴 (102a') 의 광 투과율 T 이 예를 들면, 거의 2%가 되도록, 미세한 패턴 (102a') 은 MoSi 층 (1021) 만에 의해 형성된다. 한편, 거친 패턴 (102b') 의 광투과율이 0퍼센트가 되도록, 거친 패턴 (102b') 은 MoSi 층 (1021) 과 Cr 층 (1022) 에 의해 형성된다.
본 발명의 실시예 2를 도시한 도 11에서, 도 3의 광 차폐층 (202) 은 반투명 MoSi 층 (2021)과 불투명 Cr 층 (2022) 에 의해 형성되는 광 차폐층 (202') 으로 교체된다. 즉, 영역 R1내의 광 차폐층 (202') 의 광 투과율 T 이 예를 들면, 거의 18퍼센트가 되도록, 영역 R1내의 광 차폐층 (202') 은 MoSi 층 (2021) 으로만 형성된다. 한편, 영역 R2내의 광 차폐층 (202') 의 광 투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, 영역 R2내의 광 차폐층 (202') 은 MoSi 층 (2021) 과 Cr 층 (2022) 으로 형성된다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 11의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 각각의 선의 이미지의 넓이는 도 4 에 도시된 바와 같은 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP는 물론 광 차폐층 (202') 의 광 투과율 T 에 따른다. 즉, 영역 R1에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.73 μm 이므로, 각각의 선의 이미지의 치수는 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP만의 관점에서 약 0.25μm 이다. 이 경우에, 광 차폐층 (202') 의 광 투과율은 거의 18 퍼센트이기 때문에, 각각의 선의 이미지의 넓이는 약 0.17 μm 로 감소된다. (도 7에 도시됨) 한편, 영역 R2에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.69 μm 이므로, 각각의 선 (15) 의 이미지의 넓이는 약 0.17 μm 이다. (도 4 에 도시됨) 그러므로, 선들의 이미지의 폭에서의 차이는 영역 R1과 R2사이에서 발생하지 않는다. 결과적으로, 정재파 효과는 보상된다.
본 발명의 실시예 3을 도시한 도 12에서, 도 3 의 광 차폐막 (202) 은 반투명 MoSi 층 (2021) 과 불투명 Cr 층 (2022) 에 의해 형성되는 광 차폐층 (202) 으로 교체된다. 즉, 영역 R1내의 광 차폐층 (202) 의 광 투과율 T 이 0 퍼센트가 되도록, 영역 R1내의 광 차폐층 (202) 은 Cr 층 (2022) 에 의해 형성된다. 한편, 영역 R2내의 광 차폐층 (202) 은 MoSi 층 (2021) 과 Cr 층 (2022) 으로 각각 형성되며, 각각의 간격는 MoSi 층 (2021) 으로만 형성된다. 결과적으로, 각각의 선의 광 투과율 T 은 0 퍼센트이고, 각각의 간격의 광 투과율 T 은 거의 55퍼센트이다.
NA=0.5, σ=0.7 및 λ=240 nm 인 광 조건하에서 도 12의 포토마스크를 사용하여 축소 투사 노출이 수행되면, 각각의 선의 이미지의 넓이는 도 4에 도시된 바와 같은 포토레지스트층 (202) 의 광 투사율 T 에 따른다. 즉, 영역 R1에서, 포토레지스트층 (204) 의 두께는 약 0.73 μm 이므로, 각각의 선의 이미지의 넓이는 포토레지스트층 (204) 의 두께 TP만의 면에서 약 0.25 μm 이다. 영역 R2에서, 포토레지스트 층 (204) 의 두께는 약 0.69 μm 이므로, 각각의 선의 이미지의 넓이는 약 0.17 μm 이다. (도 4 에 도시됨) 그러나, 이 경우에, MoSi 층 (2021) 이 각각의 간격내에 제공되기 때문에, 각각의 이미지의 넓이는 예를 들면, 0.17 μm에서 0.25 μm 까지로 감소된다. 그러므로, 선들의 이미지의 폭에서의 차이가 영역 R1과 R2사이에서 발생되지 않는다. 결과적으로, 정재파 효과는 보상된다.
반투명층 (1021, 2021) 은 MoSi 이외의 물질로 만들어질 수 있으며, 불투명층 (1022, 2022) 은 Cr 이외의 물질로 만들어질 수 있다.
또한, 실시예 1에서, 포토마스크는 망선으로 교체될 수 있으며, 반도체 장치는 포토마스크로 교체될 수 있다.
또한, 본 발명은 스테퍼, 직접 투사 노출 장치 또는 스캐닝형 노출 장치에서 사용될 수 있다.
상기에 설명된 바와 같이, 본 발명에 따라서, 광 차폐층은 선의 이미지의 넓이가 변화되도록 불투명층과 반투명층으로 구성되기 때문에, 광 근접 효과와 정재파 효과는 보상될 수 있다.

Claims (9)

  1. 투명 기판 (101); 및 상기 투명 기판위에 형성된 광 차폐층 (102')을 포함하며, 상기 차폐층의 광 투과율은 상기 차폐층의 패턴의 밀도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크가 포토마스크인 것을 특징으로 하는 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크가 망선인 것을 특징으로 하는 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제 1 반투명층 (1021) 과 불투명층 (1022) 을 각각 포함하는 선을 가진 선 및 간격 패턴층 (102a'); 및 제 2 반투명층 (1021) 을 포함하는 절연선을 가진 절연 패턴 (102b') 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제 1 반투명 층 (1021)을 각각 포함하는 선 및 간격 패턴층 (102a'); 및 제 2 반투명층 (1021) 과 불투명층 (1022)을 포함하는 절연선을 가진 절연 패턴 (102b')을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  6. 반도체 기판 (203) 위에 포토레지스트층 (204)을 노출시키기 위한 포토마스크에 있어서, 투명 기판 (201); 및 상기 투명 기판위에 형성된 광 차폐층 (202', 202)을 포함하며, 상기 차폐층의 광 투과율은 상기 포토레지스트층의 두께에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제 1 영역 (R1) 내의 반투명층 (2021)을 포함하는 제 1 패턴층; 및 제 2 영역 (R2) 내의 불투명층 (2022)을 포함하는 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제 1 영역 (R1)내의 제 1 반투명층 (2021)을 포함하는 제 1 패턴층; 및 제 2 영역 (R2) 내의 불투명층 (2022) 과 제 2 반투명층 (2021)을 포함하는 제 2 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 광 차폐층은 제 1 영역 (R1) 내의 제 1 반투명층 (2021) 과 제 1 불투명층 (2022)을 가진 제 1 패턴; 제 2 영역 (R2) 내의 제 2 반투명층 (2021); 및 상기 제 2 반투명층위의 제 2 불투명층 (2022)을 가진 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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