KR19990054899A - 위상반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

크롬을 사용하지 않는 포토 마스크에 있어서 노광장치의 광원파장이나 렌즈를 변화시키지 않고도 용이하게 미세 패턴의 선폭을 조절할 수 있는 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명에서는, 평탄한 마스크기판이 단차부를 갖도록 평탄한 마스크기판의 일부를 식각하거나, 단차부용으로 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질을 형성시킨다. 이와 같이 하면, 크롬을 사용하지 않는 위상반전 마스크에서 조절할 수 없었던 CD(Critical Dimension)를 위상반전 마스크의 단차부 모서리를 라운딩되게 하여 그 간격을 조절함으로써 변화시킬 수 있다. 따라서, 포토리소그래피공정에서 최소 패턴 형성의 한계를 구현함에 있어서, 그 선폭을 용이하게 조절할 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 그 제조방법

본 발명은 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 크롬을 사용하지 않는 포토 마스크에 있어서 노광장치의 광원파장이나 렌즈를 변화시키지 않고도 용이하게 미세 패턴의 선폭을 조절할 수 있는 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 제조공정 중의 각종 패턴들은 포토리소그래피기술에 의해 형성되는데, 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 패턴의 해상도가 저하되는 문제점이 발생하게 되었다.

즉, 통상적인 투영 노광장치를 이용하여 사각형태의 각종 패턴을 형성할 경우, 빛의 회절에 의해 사각형 패턴의 모서리가 둥글어지게 되었다.

이 때문에, 레벤슨(Levenson)은 위상 시프터(phase shifter)가 포함된 마스크패턴이 형성되어 있는 위상반전 마스크(Phase Shift Mask)를 고안하여 집적회로에 형성되는 패턴의 해상도를 높임으로써 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있었다.

상기 위상반전 마스크를 이용하는 패턴 형성방법은, 마스크 기판의 투광부를 통과한 광에 대하여 위상시프터를 통과한 광이 역위상이 되도록 하여, 광이 서로 간섭하므로써 패턴의 경계부분에서 광의 강도가 "0"이 되어 해상도가 증가하도록 한 것이다.

이러한 위상반전 마스크 중에서 크롬을 사용하지 않는 위상반전 마스크를 도 1을 통하여 설명한다.

도 1은 석영재질의 위상반전 마스크를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 평탄한 석영 마스크기판이 단차부(a)를 갖도록 식각하여 구분된 영역(a 및 b)을 만든다. 이 때, 각각의 구분된 영역을 투과하는 광이 180°의 위상차가 나도록 식각두께를 조절한다.

도 2에는 이러한 구조를 가지는 위상반전 마스크를 투과하는 광의 위상차를 나타내었다. 도 2를 참조하면, 단차부의 모서리부분에서 급격한 위상차이(180°)가 나는 것을 알 수 있다.

도 3에는 도 1의 위상반전 마스크를 투과하는 광의 강도를 에어리얼 이미지로서 나타내었다. 이 때, 에어리얼 이미지로부터 선폭을 구하면 이론적으로 0.25λ/NA가 된다. 여기서, λ는 입사광의 파장이며, NA는 노광장치의 개구수(Numerical Aperture)이다.

이 값은 이론적으로 λ 파장을 갖는 광에 바이너리 마스크(binary mask)를 사용하여 구현할 수 있는 최소 선폭의 0.5배 이하이다. 이와 같이, 크롬을 사용하지 않는 위상반전 마스크를 쓰면 극미세 패턴을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 에어리얼 이미지에서의 선폭은 노광장치의 렌즈 및 이로부터 발생하는 광의 파장에 의해 일률적으로 정해지기 때문에 에어리얼 이미지 상에서 선폭을 조절할 수 없다는 단점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 크롬을 사용하지 않는 포토 마스크에 있어서 노광장치의 광원파장이나 렌즈를 변화시키지 않고도 용이하게 미세 패턴의 선폭을 조절할 수 있는 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

도 1은 석영재질의 위상반전 마스크를 나타낸 단면도,

도 2는 도 1의 위상반전 마스크를 투과하는 광의 위상차를 나타내는 그래프,

도 3은 도 1의 위상반전 마스크를 투과하는 광의 강도를 에어리얼 이미지로서 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석영재질의 위상반전 마스크를 나타낸 단면도,

도 5는 도 4의 위상반전 마스크를 투과한 광의 위상차를 나타낸 그래프,

도 6은 도 4의 위상반전 마스크를 투과하는 광의 강도를 에어리얼 이미지로서 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크를 나타낸 단면도이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호설명 *

a, a', a'' … 단차부

b, b', b'' … 평면기판부

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크의 제1 특징에 의하면, 노광장치에서 입사되는 광이 서로 다른 강도 및 위상을 가지고 투과하도록 단차부에 의해 구분된 영역을 가지는 위상반전 마스크에 있어서, 상기 단차부의 모서리가 라운딩된 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 위상반전 마스크의 재질은 석영 또는 CaF₂인 것이 바람직하며, 상기 단차부에 의해 구분된 영역 중 상기 단차부의 모서리부분을 제외한 나머지 부분을 통과하는 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 위상반전 마스크의 각 구분영역의 두께를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 위상반전 마스크의 제2 특징에 의하면, 평면 마스크기판과; 상기 평면 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질로 상기 평면 마스크기판 상에 형성되며, 그 측벽의 모서리가 라운딩된 단차부를 구비하는 위상반전 마스크가 제공된다.

이 경우에 있어서는, 상기 평면 마스크기판을 투과하는 광과 상기 단차부 중 측벽의 모서리부분을 제외한 부분을 통과한 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 평면 마스크기판과 상기 단차부의 두께를 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법의 특징에 의하면,

평탄한 마스크기판의 일부 영역을 식각하여 수직단차를 갖는 단차부를 마련하여 구분된 영역을 형성하는 단계와; 상기 단차부가 형성된 마스크기판의 일면에 상기 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질을 증착하는 단계와; 상기 굴절률이 다른 물질을 블랭크식각하여 상기 단차부에 증착된 상기 물질의 모서리를 라운딩되게 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 블랭크식각하는 단계는 습식식각공정으로 진행할 수 있으며, 방향성이 열화된 이온을 생성하는 조건에서 플라즈마식각하는 공정, 이온 플럭스에 의한 식각공정 및 반응성 이온식각공정으로 구성된 식각공정군에서 선택된 어느 하나의 공정으로 진행할 수도 있다.

더욱이, 상기 이온 플럭스에 의한 식각공정을 선택한 경우에는, 상기 이온 플럭스를 상기 마스크에 수직인 면에 대해 양쪽으로 대칭인 방향에서 번갈아가며 이온을 주사하는 단계로 진행하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 블랭크식각하는 단계는 상기 단차부의 모서리부분을 제외한 나머지 부분을 통과하는 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 위상반전 마스크의 각 구분영역의 두께를 조절하여 식각할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명의 위상반전 마스크의 실시예에 대해 설명한다.

[실시예 1]

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석영재질 위상반전 마스크를 나타낸 단면도이다.

도 4를 참조하면, 평탄한 석영 마스크기판이, 라운딩된 모서리를 갖는 단차부(a')를 갖도록 식각되어 구분된 영역(a' 및 b')을 지니도록 한다. 이 때, 라운딩된 모서리부분을 제외하고 각각의 구분된 영역을 투과하는 광이 180°의 위상차가 나도록 식각두께를 조절한다. 본 실시예에서는 마스크기판의 재질을 석영으로 선택하였으나, CaF₂를 사용하여도 무방하다.

이와 같은 구조의 위상반전 마스크를 사용할 경우, 투과광의 위상차는 도 5에 도시한 바와 같다. 도 5를 참조하면, 단차부의 모서리가 라운딩되었기 때문에 투과광의 위상이 급격한 180°차이를 나타내는 것이 아니라 서서히 변화하여 180°차이를 내는 것을 알 수 있다.

이러한 구조의 위상반전 마스크에 대한 에어리얼 이미지를 도 6에 나타내었다. 도 3의 에어리얼 이미지와 비교할 경우의 차이점은, 단차부의 모서리가 라운딩되어 있기 때문에 위상반전에 의해 영향받는 에어리얼 이미지의 부분이 넓게 나타난다는 것이다. 따라서, 마스크 상태에서의 선폭을 조절할 수 있는 자유도가 크다는 장점을 갖는다.

[실시예 2]

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크를 나타낸 단면도이다. 도 7을 참조하면, 위상반전 마스크는 평면 마스크기판과; 이 평면 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질로 상기 평면 마스크기판 상에 형성되며, 그 측벽의 모서리가 라운딩된 단차부로 구성되어 있다.

본 실시예에서는, 평면 마스크기판부(a'')를 투과하는 광과 단차부 중 측벽의 모서리부분을 제외한 부분(b'')을 통과한 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 평면 마스크기판과 상기 단차부의 두께가 조절되어 있다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조방법에 대해 설명한다.

[실시예 3]

본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조방법은 다음과 같다.

우선, 평탄한 마스크기판의 일부 영역을 식각하여 수직단차를 갖는 단차부를 마련하여 구분된 영역을 형성한다. 이어서, 단차부가 형성된 마스크기판의 일면에 상기 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질을 증착하고, 굴절률이 다른 물질을 블랭크식각하여 상기 단차부에 증착된 상기 물질의 모서리를 라운딩되게 한다.

이 때, 상기 블랭크식각하는 단계는 습식식각공정, 방향성이 열화된 이온을 생성하는 조건에서 플라즈마식각하는 공정, 및 이온 플럭스에 의한 식각공정 중 어느 하나를 사용하여 식각할 수 있다. 특히, 이온 플럭스에 의한 식각공정을 선택하는 경우에는, 이온 플럭스를 상기 마스크에 수직인 면에 대해 양쪽으로 대칭인 방향에서 번갈아가며 이온을 주사하는 단계로 진행하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 경우에도, 단차부의 모서리부분을 제외한 나머지 부분을 통과하는 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 위상반전 마스크의 각 구분영역의 두께를 조절하여 식각하도록 한다.

이상 실시예를 통하여 본 발명이 설명되었으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 한정하여 정해질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 의하면, 크롬을 사용하지 않는 위상반전 마스크에서 조절할 수 없었던 CD(Critical Dimension)를 위상반전 마스크의 단차부 모서리를 라운딩되게 하여 그 간격을 조절함으로써 변화시킬 수 있다.

따라서, 포토리소그래피공정에서 최소 패턴 형성의 한계를 구현함에 있어서, 그 선폭을 용이하게 조절할 수 있다.

Claims (10)

1. 노광장치에서 입사되는 광이 서로 다른 강도 및 위상을 가지고 투과하도록 단차부에 의해 구분된 영역을 가지는 위상반전 마스크에 있어서,

   상기 단차부의 모서리가 라운딩된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 위상반전 마스크의 재질은 석영 또는 CaF₂인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
3. 제2항에 있어서, 상기 단차부에 의해 구분된 영역 중 상기 단차부의 모서리부분을 제외한 나머지 부분을 통과하는 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 위상반전 마스크의 각 구분영역의 두께가 조절된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
4. 평면 마스크기판과;

   상기 평면 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질로 상기 평면 마스크기판 상에 형성되며, 그 측벽의 모서리가 라운딩된 단차부를 구비하는 위상반전 마스크.
5. 제4항에 있어서, 상기 평면 마스크기판을 투과하는 광과 상기 단차부 중 측벽의 모서리부분을 제외한 부분을 통과한 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 평면 마스크기판과 상기 단차부의 두께가 조절된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
6. 평탄한 마스크기판의 일부 영역을 식각하여 수직단차를 갖는 단차부를 마련하여 구분된 영역을 형성하는 단계와;

   상기 단차부가 형성된 마스크기판의 일면에 상기 마스크기판과 다른 굴절률을 갖는 물질을 증착하는 단계와;

   상기 굴절률이 다른 물질을 블랭크식각하여 상기 단차부에 증착된 상기 물질의 모서리를 라운딩되게 하는 단계를 구비하는 위상반전 마스크의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 블랭크식각하는 단계는 습식식각공정인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 블랭크식각하는 단계는 방향성이 열화된 이온을 생성하는 조건에서 플라즈마식각하는 공정, 이온 플럭스에 의한 식각공정 및 반응성 이온식각공정으로 구성된 식각공정군에서 선택된 어느 하나의 공정인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 이온 플럭스에 의한 식각공정은 상기 이온 플럭스를 상기 마스크에 수직인 면에 대해 양쪽으로 대칭인 방향에서 번갈아가며 이온을 주사하는 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
10. 제6항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 블랭크식각하는 단계는 상기 단차부의 모서리부분을 제외한 나머지 부분을 통과하는 광들 사이의 위상차가 180°나도록 상기 위상반전 마스크의 각 구분영역의 두께를 조절하여 식각하는 단계인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.