KR19990055400A - 하프-톤 위상 반전 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하프-톤 위상 반전 마스크에 관한 것으로서, 투광성이 양호한 기판과, 상기 기판 상에 소정 부분에 형성되어 입사광의 위상을 반전시키는 제 1 위상반전층과, 상기 제 1 위상반전층의 측면 형성되어 상기 제 1 위상반전층 보다 상대적으로 낮은 투과도를 가지며 투광부를 한정하는 제 2 위상반전층을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크는 상기 투광영역과 위상반전영역의 경계에 상대적으로 투과도가 낮은 제 2 위상반전층이 입사광에 대한 간섭효과를 최소화시켜 포토레지스트 패턴의 사이드-로브로 인한 열화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

하프-톤 위상 반전 마스크.

본 발명은 하프-톤 위상 반전 마스크에 관한 것으로서, 특히, 패턴의 밀집에 의한 사이드-로브(side lobe)를 방지할 수 있는 하프-톤 위상 반전 마스크에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자가 고집적화 됨에 따라, 단위소자의 크기가 감소하고, 이에따라 미세패턴을 형성하는 기술이 연구되고 있다.

따라서, 패턴에 의해서 발생한 회절광이 노광장치의 투명렌즈를 통과하여 웨이퍼 위에 결상되는 바이너리 인텐시티 마스크(Binary Intensity Mask : 이하, BIM이라 칭함)로는 패턴과 패턴 사이에 간섭현상이 발생하여 원하는 이미지(Aenial image)의 콘트라스트(Contrast)가 저하되므로, 해상력과 초점심도 등을 개선하는 하프-톤 위상 반전 마스크(Half-tone Phase Shift Mask)가 연구되었다.

하프-톤 위상 반전 마스크는 마스크의 차광영역이 위상 반전 물질로 형성되어 입사광을 부분적으로 투과시키고, 180°로 위상을 반전시킨다. 결과적으로 투광영역의 0°위상의 빛과 180°위상의 빛이 소멸간섭을 유발하여 이미지의 콘트라스트를 증가시킨다. 그러므로, 웨이퍼 위에서 패턴의 전사효율이 증가하여 해상력 및 초점심도와 같은 공정능력을 향상시킨다.

위상반전층은 알콜레이트-알콜 용액(Alcohlatealcohol solution)을 이용한 졸-겔(sol-gel) 방법으로 도포하거나, 또는, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Chemical Vapor Deposition : 이하, 플라즈마 CVD라 칭함) 방법으로 증착하고 패터닝하여 형성하는 데, 입사광 파장의 위상을 180°로 반전시키기 위해 소정의 두께 t로 형성되어야 하는데, 두께 t는 다음 식에 의해 결정된다.

t = λ / 2(n-1)

상기 식에서, λ는 입사광 파장이고, n은 위상반전층의 굴절률이다. 상기에서 위상반전층의 굴절률(n)은 알콜레이트-알콜 용액을 졸-겔 방법에 의해 도포된 것이 1.6 ∼ 2.3 정도이고, 플라즈마 CVD 방법에 의해 증착된 것이 2.5 ∼ 3.5 정도로 서로 다르다. 그러므로, 노광시 파장이 365nm인 아이 라인(i-line)의 광을 사용하는 경우에 전자를 1400 ∼ 3100Å 정도의 두께로, 후자를 700 ∼ 1200Å 정도의 두께로 각각 형성한다.

도 1은 종래 기술에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크를 도시하는 단면도이다.

종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이 유리(Glass)나 석영(Quartz) 등과 같은 투광성이 양호한 투명기판(11) 상에 크롬 필름(Chromium film : Cr) 등을 증착하고 패터닝하여 상기 투명기판(11)의 표면에 부분적으로 위상반전층(13)을 형성한다. 상기 위상반전층(13)은 노광된 빛을 완전히 차단하는 BIM의 차광영역과는 달리 4 ∼ 30% 정도의 일부 투과성을 보이는 재질로 되어 있다. 상기 위상반전층(13)은 최종적으로 형성될 패턴의 크기에 따라 죄우되는데, 일반적으로 미세 선폭의 크기가 작아짐에 따라 상기 위상반전층의 투과도는 최소 4%에서 30%까지 커지는 요구성을 보여주고 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 의한 하프-톤 위상 반전 마스크의 동작현상을 설명한다.

도 2a는 종래의 기술에 의한 하프-톤 위상 반전 마스크 내로 입사되어지는 노광성분을 웨이퍼 상에 전달되는 전계(electric field)의 분포도로 도시한 것이다.

투광영역과 위상반전층으로 인해 가려진 위상반전영역에서는 각기 다른 세기를 유지하면서 존재하고 있고, BIM 과는 달리 특이한 것은 위상반전마스크에서만 볼 수 있는 현상으로 상기 위상반전영역에 반전 성분이 작은량으로 잔존하고있는 현상이다.

그리고, 도 2b는 위치에 따른 에너지의 형태의 분포를 도시한 것이다.

도면에서 볼 수 있듯이, 상기 투광영역과 위상반전영역의 경계에서 위상반전영역의 안쪽으로 노광되어지는 에너지가 비정상적으로 높아져서, 이후에 하부의 웨이퍼 상의 포토레지스트를 도포하고 상기 하프-톤 위상 반전 마스크를 사용하여 노광한 후 현상하였을 때, 상기 비정상적으로 위상반전영역의 안쪽이 높아진 에너지 곡선 형태로 상기 포토레지스트가 패터닝된다.

상술한 위상반전영역과 투광영역의 경계에서 위상반전영역 쪽에 투과된 에너지가 비정상적으로 높아져서 상기 에너지 곡선의 형태로 포토레지스트의 패턴이 형성되면 상기 비정상적으로 에너지가 높아진 위상반전영역과 대응하는 부분에 사이드-로브라고하는 패턴을 형성하게 되는데, 이러한 사이드-로브는 패턴의 크기가 작아짐에 따라 또한 밀집 정도가 높아짐에 따라 심하게 나타나며, 이런 현상은 실제 미세 패터닝 공정에서는 사용이 불가능할 정도의 문제를 야기한다.

따라서, 본 발명의 목적은 포토레지스트 상에 형성되는 사이드-로브를 방지하여 미세 패턴에 사용 가능하게 하는 하프-톤 위상 반전 마스크를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크는 투광성이 양호한 기판과, 상기 기판 상에 소정 부분에 형성되어 입사광의 위상을 반전시키는 제 1 위상반전층과, 상기 제 1 위상반전층의 측면 형성되어 상기 제 1 위상반전층 보다 상대적으로 낮은 투과도를 가지며 투광부를 한정하는 제 2 위상반전층을 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크를 도시하는 단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 의한 하프-톤 위상 반전 마스크의 동작현상.

도 3은 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크를 도시하는 단면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 동작현상.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

21 : 투명기판 23 : 제 1 위상반전층

25 : 제 2 위상반전층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 하프-톤 위상 반전 마스크를 도시하는 단면도이다.

본 발명에 의한 하프-톤 위상 반전 마스크는 도 3에 나타낸 바와 같이 유리(Glass)나 석영(Quartz) 등과 같은 투광성이 양호한 투명기판(21) 상에 크롬(Cr) 필름 등을 알콜레이트-알콜 용액을 이용한 졸-겔 방법으로 도포하거나, 또는, 플라즈마 CVD 방법으로 증착하고 패터닝하여 상기 투명기판(21)의 표면에 부분적으로 제 1 위상반전층(23)이 형성되어 있다. 상기 제 1 위상반전층(23)은 노광된 빛을 완전히 차단하는 BIM의 차광영역과는 달리 4 ∼ 30% 정도의 일부 투과성을 보이는 재질로 되어 있다. 그리고, 상기 제 1 위상반전층(23)의 측면에 상기 제 1 위상반전층(23)을 형성하는 위상반전물질보다 상대적으로 낮은 투과도를 갖는 위상반전물질을 이용하여 측벽(Side Wall) 형태의 제 2 위상반전층(25)을 형성하여 상기 제 1 위상반전층(23) 투과도의 약 50%를 조절할 수 있는 하프-톤 위상 반전 마스크를 형성하였다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 동작현상을 설명한다.

도 4a는 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크 내로 입사되어지는 노광성분을 웨이퍼 상에 전달되는 전계(electric field)의 분포도로 도식한 것이다.

상기 제 1 및 제 2 위상반전층으로 인해 가려진 위상반전영역 및 투광영역에서는 각기 다른 세기를 유지하면서 전계가 존재하고 있고, 제 1 및 제 2 위상반전층과 대응하는 부분에 반전 성분이 작은량으로 잔존하고 있다. 그러나, 종래의 위상반전영역과 투광영역의 경계에서 보여지는 상이한 반전성분이 많이 감소한 것을 볼수 있다.

그리고, 도 4b는 위치에 따른 에너지의 형태의 분포를 도식화한 것이다.

도 4b에서 볼 수 있듯이 종래에 투광영역과 위상반전영역의 경계에서 위상반전영역의 안쪽으로 노광되어지는 에너지가 비정상적으로 높아졌던 것이 상기 위상반전층보다 투과도가 상대적으로 적은 제 2 위상반전층으로 인해 대폭 감소하였다. 즉, 이후에 하부의 웨이퍼 상의 포토레지스트를 도포하고, 상기 투과도가 제 1 위상반전층 보다 낮은 제 2 위상반전층이 형성된 하프-톤 위상 반전 마스크로 노광하고 현상하면 종래의 비정상적으로 높아진 부분이 상기의 제 2 위상반전층으로 인해 투과도가 떨어져서 도면과 같이 완화된 에너지 곡선 형태대로 상기 포토레지스트가 패터닝된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 종래의 투광영역과 위상반전영역의 경계에서 위상반전영역의 안쪽으로 노광되어지는 에너지가 비정상적으로 높아졌던 것을 방지하기 위해 상기 투광영역과 위상반전영역의 경계에 투과도가 낮은 측벽 형태의 제 2 위상반전층을 추가로 형성하였다.

따라서, 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크는 상기 투광영역과 위상반전영역의 경계에 상대적으로 투과도가 낮은 제 2 위상반전층이 입사광에 대한 간섭효과를 최소화시켜 포토레지스트 패턴의 사이드-로브로 인한 열화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 투광성이 양호한 기판과,

   상기 기판 상에 소정 부분에 형성되어 입사광의 위상을 반전시키는 제 1 위상반전층과,

   상기 제 1 위상반전층의 측면 형성되어 상기 제 1 위상반전층 보다 상대적으로 낮은 투과도를 가지며 투광부를 한정하는 제 2 위상반전층을 포함하는 하프-톤 위상 반전 마스크.