KR20000001790A - 패턴 해상도를 향상시키기 위한 마스크 구조 - Google Patents

Abstract

포토리소그라피 공정에서 해상도를 향상시키기 위한 마스크 구조가 개시된다. 반도체 소자의 제조를 위한 포토리소그라피 공정 중에서 사용하는 마스크 구조는, 빛 투과성의 마스크 기판과; 상기 마스크 기판의 일부에 형성되고 상기 반도체 소자의 제조에 관련된 패턴정보를 가지는 빛 차단성의 패턴층과; 공기의 빛 굴절율보다 큰 굴절율을 가지며 상기 패턴층 및 상기 패턴층이 미형성된 마스크 기판을 밀봉적으로 덮는 빛 투과성 물질막을 가진다.

Description

패턴 해상도를 향상시키기 위한 마스크 구조

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 포토리소그라피 공정에서 해상도를 향상시키기 위한 노광용 마스크 구조에 관한 것이다.

반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그라피 공정에 의하여 형성된다는 것이널리 알려져 있다. 포토리소그라피 공정은 반도체 기판상의 절연막이나 도전막 등, 패턴을 형성하여야 할 막상에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도(Solubility)가 변하는 포토레지스트막을 도포하는 단계, 상기 포토레지스트막의 소정 부분을 노광용 마스크를 통하여 광선에 노출시킨 후 현상에 의해서 용해도가 큰 부분을 제거하여 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 포토레지스트막 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 식각 공정에 의해 제거함으로써 배선이나 전극 등의 각종 패턴을 형성하는 단계로 통상 이루어진다.

반도체 소자의 고집적화를 실현하기 위해서는 포토리소그라피 공정의 해상도 개선이 매우 중요한 요건이다. 그러나 포토리소그라피 공정의 한계는 스테퍼등과 같은 노광설비에서 생성되는 빛의 파장에 의해 제조가능한 한계패턴이 결정된다는데 있다. 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위해 더욱 파장이 짧은 빛을 이용하는 노광설비의 개발이 활발히 진행되고 있으나 투자비용이 매우 큰 문제를 갖고 있다.

통상의 노광용 마스크의 구조는 도 1과 같이 석영기판 10에 크롬층 20이 밀착된 형태로 이루어져 있다. 상기 도 1의 구조에서, 설정된 파장을 가지는 노광원은 물리적 현상인 회절현상을 일으키게 된다. 이러한 회절현상이 심하면 심할수록 패턴형성의 미세화는 더욱더 한계에 봉착된다. 도 1의 구조에서 한계패턴은 이하에서 설명된다. 예컨대, 스테퍼등의 노광설비에서 발생되어 굴절율 n0인 공기를 통해 마스크내의 굴절율 n1인 쿼르츠(quartz)기판 10으로 입사된 광은 다시 굴절율 n0인 공기를 경유하여 포토레지스트 막(미도시됨)에 조사되어 설정된 노광패턴을 형성한다. 여기서, 크롬 Cr패턴 20의 에지에서 회절을 일으킨다. 미세한 크롬패턴에서 회절된 빛이 렌즈의 구경 R1을 벗어나면 패턴을 형성할 수 없다. 이 것이 바로 제조가능해지는 한계패턴이다. 도 1과 같은 종래의 마스크 구조는 석영기판 10의 굴절율에 따라 회절각 A이 결정되므로, 수내지 수십기가비트 급 이상의 고집적 반도체 메모리에서 수반되는 미세한 패턴을 형성하기에 어려운 문제점이 있어왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 동일한 노광원을 사용하더라도 종래에 비하여 포토리소그라피 공정의 한계를 더 개선할 수 있는 마스크 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 노광설비를 사용하면서도 마스크 구조의 개선을 통해 패턴제조의 해상도를 향상시키는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물리적 현상에 따른 패턴 해상도 한계를 극복하기 위해 빛의 회절이 발생하는 패턴층 주위를 공기보다 빛 굴절율이 큰 물질층으로 덮는 것에 의해 회절의 각도를 줄이는 것을 특징으로 한다.

그러한 마스크 구조는, 빛 투과성의 마스크 기판과; 상기 마스크 기판의 일부에 형성되고 상기 반도체 소자의 제조에 관련된 패턴정보를 가지는 빛 차단성의 패턴층과; 공기의 빛 굴절율보다 큰 굴절율을 가지며 상기 패턴층 및 상기 패턴층이 미형성된 마스크 기판을 밀봉적으로 덮는 빛 투과성 물질막을 가진다.

도 1은 종래의 노광용 마스크 구조도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 구조도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 단면 구조도이다. 도 2를 참조하면, 석영재질로 되어 있으며 빛 투과성의 마스크 기판 10과, 상기 마스크 기판 10의 일부에 형성되고 반도체 소자의 제조에 관련된 패턴정보를 가지는 빛 차단성의 크롬 패턴층 20과, 공기의 빛 굴절율보다 큰 굴절율을 가지며 상기 패턴층 20 및 상기 패턴층이 미형성된 마스크 기판 10을 밀봉적으로 덮는 빛 투과성 물질막 30은 본 발명의 실시예에 따른 마스크 구조를 형성한다. 상기 물질막 30은 회절이 발생하는 지점에서의 회절의 각을 줄이기 위해, 공기의 빛 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 빛 투과성 물질막이다.

이와 같이, 기판 10과 패턴층 20으로된 일반적인 마스크에서 전체적으로 굴절율이 크고 사용하는 빛에 대한 파장의 흡수가 없는 물질 막 30을 부착하면, 크롬면의 이미지 정보를 담고 있는 빛이 2회 굴절하여 실선의 모양으로 나타나는 형태를 만든다. 입사되는 파장은, 노광설비에서 제공하는 노광원의 파장을 λ라고 하고 공기층의 굴절율을 n0라고 할 경우에 λ/n0의 파장으로서 마스크 기판 10으로 입사된다. 마스크 기판내에서는 λ/n1(기판층의 굴절율)의 파장으로 진행하다가 마스크 기판 10을 벗어나는 순간 종래에는 다시 λ/n0의 파장으로 크롬 패턴과 만나 회절을 하였다. 즉, 도 2에서 보여지는 점선 R1,R2의 궤적은 일반적인 마스크에 따른 빛의 경로이다. 이 때 회절되는 빛의 각도가 노광계의 렌즈 NA보다 큰 경우에 회절광은 렌즈로 입사되지 못하여 크롬 이미지를 결상하지 못한다. 그러나 본 발명에 따라 제작된 마스크의 경우에는 빛의 경로가 이와는 다르게 되며 도 2의 실선으로 표시된다. 마스크 기판 10내에서는 λ/n1의 파장으로 진행하던 빛이 마스크 기판을 벗어나는 순간 크롬면에 부착된 투과성 막질의 굴절율 n2 때문에 λ/n2의 파장으로 크롬패턴과 만나 회절을 한다. 이 경우에 회절각은 공기중에서의 회절각보다 작아진다. 이 빛이 크롬면에 부착된 투과성 막질을 벗어나 다시 공기중으로 나올 때에는 다시 굴절하여, 크롬면에 부착된 투과성 막질이 없을 때와 평행하게 진행하지만 빛의 굴절에 의해 크롬면에 부착된 투과성 막질이 없을 때에는 렌즈에 입사되지 못하던 회절광이 렌즈로 입사하게 된다. 해상도를 향상시키기 위한 마스크의 구조에서 중요한 제어변수는 크롬면에 부착된 막질의 굴절율과 두께이다. 굴절율이 클수록 두께가 두꺼울수록 그 해상도 한계를 극복하는 효과는 더 커진다. 두께를 얇게하면서도 보다 큰 효과를 내려면 크롬면에 부착된 투과성 막질의 구조를 굴절율의 크기순으로 다층으로 제작하면 된다. 예를 들어, 크롬면에 적층된 막질 30을 3개의 층으로 한 경우에 각기 차례로 그 굴절율을 n2,n3,n4라 할 경우에 그 굴절율의 크기는 n2 ＜ n3 ＜ n4의 관계로 된다. 상기 두께는 반사율을 최소화하기 위해 투과성 막질의 굴절율의 두께를 t라고 할 때 다음의 조건 즉, t=[(2m+1)/4]*λ을 만족하도록 하는 것이 좋다. 여기서, m은 정수이고, λ는 노광설비에서 사용되는 광의 파장이다.

따라서, 회절각이 작아지므로, 수내지 수십기가비트 급 이상의 고집적 반도체 메모리에서 수반되는 미세한 패턴을 형성하기에 유리하다.

이상에서와 같은 본 발명에 의하면, 해상도를 향상시켜 더욱 미세한 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 반도체 소자의 제조를 위한 포토리소그라피 공정 중에서 사용하는 마스크 구조에 있어서:

   빛 투과성의 마스크 기판과;

   상기 마스크 기판의 일부에 형성되고 상기 반도체 소자의 제조에 관련된 패턴정보를 가지는 빛 차단성의 패턴층과;

   공기의 빛 굴절율보다 큰 굴절율을 가지며 상기 패턴층 및 상기 패턴층이 미형성된 마스크 기판을 밀봉적으로 덮는 빛 투과성 물질막을 가짐을 특징으로 하는 마스크 구조.
2. 포토리소그라피 공정 중에서 사용하는 마스크 제조방법에 있어서, 빛의 물리적 현상에 따른 패턴 해상도 한계를 극복하기 위해 빛의 회절이 발생하는 패턴층 주위를 공기보다 빛 굴절율이 큰 물질층으로 덮는 것에 의해 회절의 각도를 줄이는 것을 특징으로 하는 방법.