KR20010058711A - 적층 위상반전 패턴을 구비하는 위상반전 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀티비가 1 이하인 패턴이 정의되는 위상반전 마스크에서 사이드로브, 고스트 효과에 의한 패턴 불량을 효과적으로 억제할 수 있는 위상반전 마스크에 관한 것으로, 투명기판, 상기 투명기판 상에 형성된 제1 위상반전 패턴, 상기 투명 기판 및 상기 제1 위상반전 패턴을 덮는 투명막 및 상기 투명막 상에 형성되어 상기 제1 위상반전 패턴과 중첩되는 제2 위상반전 패턴을 포함하는 위상반전 마스크를 제공한다.

Description

적층 위상반전 패턴을 구비하는 위상반전 마스크{Phase shift mask hcing stacked phase shift pattern}

본 발명은 반도체 소자 제조 분야에 관한 것으로, 특히 반도체 소자를 이루는 미세 패턴 형성을 위한 위상반전 마스크에 관한 것이다.

리소그래피(lithography) 공정은 마스크(mask) 상에 레이아웃(lay out)된 패턴을 공정제어규격(specification) 하에 웨이퍼 상에 구현하는 기술이다. 이를 위하여 웨이퍼 상에 도포되어 있는 광감응제 즉 포토레지스트(photoresist)에, 패턴이 형성되어 있는 마스크를 통하여 특정 파장의 빛을 조사하면 포토레지스트 내에서 광화학반응이 일어나고 이후 진행되는 현상(develop) 공정시 화학반응에 의한 용해도 차이에 의해 포토레지스트 패턴이 형성된다.

미세 패턴 형성에 따른 해상력 향상을 위하여 광의 위상반전(phase shift)을 이용하는 마스크가 제조되었다. 위상반전 마스크는 패턴 또는 인접 영역에 투과하는 광간에 위상차를 부여하여 투과광 상호간의 간섭효과를 역이용하는 것으로서 마스크를 투과한 공간 형상 이미지(aerial image)의 콘트라스트(contrast)를 증가시켜 해상도 및 초점심도(depth of focus)를 개선할 수 있다.

위상 반전마스크 중에는 차광영역에 의도적으로 미량의 광을 투과시켜 인접 투광영역에 투과되는 광과 위상차를 유지함으로써 공간 형상 이미지의 콘트라스트를 향상시키는 해프톤 위상반전 마스크(half-tone phase shift)가 있다.

종래 해프톤 위상 반전 마스크를 이용한 홀 패턴(hole pattern) 형성을 위해서는 도1a 및 도1b와 같은 마스크 패턴을 이용한다. 도1b는 도1a의 A-A' 선을 따른 단면도이다. 홀 패턴(11)의 크기(A)와 홀 패턴(11) 사이의 간격(B)의 비(B/A) 즉 듀티비(duty ratio)가 1 이하인 경우는 코히어런트 광(coherent light)의 보강간섭에 기인한 사이드 로브(side lobe), 고스트 효과(ghost effect) 등의 영향으로 패턴이 불량하게 나타나는 문제점이 있다.

도2는 도1과 같은 패턴이 정의된 해프톤 위상반전 마스크를 이용하여 기판(20) 상에 콘택홀(C)을 형성할 경우 발생하는 사이드 로브에 의한 패턴 불량(S)을 보이고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 듀티비가 1 보다 크지 않은 패턴이 정의된 위상반전 마스크에서 사이드로브, 고스트 효과에 의한 패턴 불량을 효과적으로 억제할 수 있는 위상반전 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1a 및 도1b는 각각 종래 홀 패턴 형성을 위한 해프톤 위상 반전 마스크의 평면도 및 단면도,

도2는 도1a 및 도1b와 같은 패턴이 정의된 해프톤 위상반전 마스크를 이용하여 기판 상에 콘택홀을 형성할 경우 사이드 로브에 의한 패턴 불량을 보이는 평면도,

도3은 본 발명의 실시예에 따른 해프톤 위상반전 마스크의 단면도,

도4는 본 발명에 따른 해프톤 위상반전 마스크를 이용할 경우에 나타나는 전기장의 변화와 사이드로브의 감쇄를 보이는 그래프,

도5a 내지 도5d는 본 발명의 실시예에 따른 해프톤 위상반전 마스크 제조 공정 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*

30: 투명기판 31, 33: 위상반전 패턴

32: 투명막

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 투명기판; 상기 투명기판 상에 형성된 제1 위상반전 패턴; 상기 투명 기판 및 상기 제1 위상반전 패턴을 덮는 투명막; 및 상기 제1 위상반전 패턴 상부의 상기 투명막 상에 형성되며 그 크기가 상기 제1 위상반전패턴 보다 작은 제2 위상반전 패턴을 포함하는 위상반전 마스크를 제공한다.

본 발명은 투명 기판 상에 해프톤 위상반전 마스크 패턴을 이중으로 적층하여 패턴의 콘트라스트를 향상시킴으로써 듀티비가 1 이하인 패턴을 양호하게 형성하는데 특징이 있다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 해프톤 위상반전 마스크의 단면도로서, 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)이 형성된 투명기판(30)이 투명막(32)으로 덮이고 투명막(32) 상에 제2 해프톤 위상반전 패턴(33)이 형성되어 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)과 중첩되어 있는 것을 보이고 있다.

제1 해프톤 위상반전 패턴(31)과 제2 해프톤 위상반전 패턴(33) 투과율은 노광원의 종류에 따라 달라지는데, 본 발명의 실시예에서는 5 % 내지 10%가 되도록 한다. 상기 투명막(32)은 유리일수도 있다.

제1 해프톤 위상반전 패턴(31)은 제2 해프톤 위상반전 마스크 패턴(33) 보다 크고, 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)의 가장자리와 제2 해프톤 위상반전 마스크 패턴(33)의 가장자리 간격은 제2 위상반전 패턴(33)의 폭(W)의 0.2배이다.

그리고, 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)과 제2 해프톤 위상반전 마스크 패턴(33) 사이의 간격(d)은 조사하는 광 파장(λ)의 정수배가 되도록 한다. 두 패턴 사이의 간격(d)이 정수배가 되어야만 도3의 'A'와 'B' 위치에서 위상이 동일해진다.

도4는 도3과 같은 마스크를 이용할 경우에 나타나는 전기장(eletric field)의 변화를 나타내며, 본 발명에 따른 해프톤 위상반전 마스크를 이용할 경우 동일 콘트라스트를 유지하면서 사이브로브(side lobe)를 형성하는 세기(intensity)가'0'이 되는 것을 보이고 있다.

도4에서는 제1 해프톤 위상반전 패턴(31) 및 제2 해프톤 위상반전 패턴(33) 각각에 의한 전기장(E31, E33)과 사이드로브(S31,S33)가 중첩되어 전기장(E)가 되고 사이드로브는 제거(R)됨을 보이고 있다. 즉, 제2 해프톤 위상반전 패턴(33)에 의하여 발생하는 사이드로브(S33)는 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)에 의하여 발생하는 사이드로브(S31)와 180 °위상차를 가져 사이드로브를 효과적으로 제거할 수 있다.

이러한 효과를 얻을 수 있기 위해서는 전술한 바와 같이 제2 해프톤 위상반전 패턴(33)이 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)의 폭보다 작아야한다. 제2 해프톤 위상반전 패턴(33)이 폭이 더 클 경우에는 위상반전 패턴 사이의 투광영역의 세기에 영향을 주며, 특히 패턴 가장자리에서 콘트라스트가 향상되는 해프톤 효과를 얻을 수 없다.

이하, 도5a 내지 도5d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 위상반전 마스크를 형성 방법을 설명한다.

먼저, 도5a에 도시한 바와 같이 수정(quartz) 등과 같은 물질로 이루어지는 투명기판(30)을 마련한다.

이어서, 도5b에 도시한 바와 같이 투명기판(30) 상에 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)을 형성한다.

다음으로, 도5c에 도시한 바와 같이 투명기판(30) 및 제1 해프톤 위상반전패턴(31)을 덮는 투명막(32)을 실리콘 산화막(SiO_x) 등의 물질로 형성한다.

이어서, 상기 제1 해프톤 위상반전 패턴(31) 보다 크기가 작은 제2 해프톤 위상반전 패턴(33)을 투명막(32) 상에 형성하여 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)과 중첩되도록 한다. 이때, 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)의 가장자리와 제2 해프톤 위상반전 마스크 패턴(33)의 가장자리는 제2 위상반전 패턴(33)의 폭의 0.2배만큼 간격을 두고 형성한다. 그리고, 제1 해프톤 위상반전 패턴(31)과 제2 해프톤 위상반전 마스크 패턴(33) 사이의 투명막(32) 두께는 조사하는 광 파장(λ)의 정수배가 되도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 해프톤 위상반전 마스크로 형성되는 고집적 소자의 패턴이 불량하게 되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 듀티비가 1:1 이하인 홀 패턴의 형성과정에서 사이드로브, 고스트 효과 등에 의한 패턴 불량을 효과적으로 억제할 수 있다.

Claims (6)

1. 위상반전 마스크에 있어서,

   투명기판;

   상기 투명기판 상에 형성된 제1 위상반전 패턴;

   상기 투명 기판 및 상기 제1 위상반전 패턴을 덮는 투명막; 및

   상기 제1 위상반전 패턴 상부의 상기 투명막 상에 형성되며 그 크기가 상기 제1 위상반전패턴 보다 작은 제2 위상반전 패턴

   을 포함하는 위상반전 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 위상반전 패턴 및 상기 제2 위상반전 패턴은 각각 해프톤 위상반전 패턴인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 위상반전 패턴은 듀티비가 1 보다 작은 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 위상반전 패턴의 가장자리와 상기 제2 위상반전 패턴의 가장자리의 간격은,

   상기 제2 위상반전 패턴 폭의 0.2배인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 투명막은 실리콘산화막인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 위상반전 패턴과 상기 제2 위상반전 패턴 사이의 상기 투명막 두께는 조사되는 광 파장의 정수배인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.