KR20040061978A

KR20040061978A - Alternative phase shift mask and method for manufacturing pattern using it

Info

Publication number: KR20040061978A
Application number: KR1020020088287A
Authority: KR
Inventors: 백승원; 길명군
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2004-07-07

Abstract

PURPOSE: A selective phase inversion mask and a method for forming a pattern using the same are provided to increase a margin of depth of focus by shifting a wavefront. CONSTITUTION: A selective phase shift mask includes a pattern, a shifter material, and a coating layer. The pattern has a constant pitch. The coating layer(16) is used for covering the pattern(14) and the shifter material(12). A refractive index of the shifter material is larger than the refractive index of the shifter material. The coating layer is formed with a crystalline layer and a non-crystalline layer. The transmittance of the coating layer is 5.5 to 6.5 percent. The coating layer is formed with a liquefied material layer.

Description

Selective phase inversion mask and pattern formation method using the same {ALTERNATIVE PHASE SHIFT MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING PATTERN USING IT}

본 발명은 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파면(wavefront)의 쉬프트(shift)를 이용하여 포커스 심도(Depth Of Focus)의 마진(margin)을 증가시킬 수 있는 선택적 위상 반전 마스크 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mask, and more particularly, a selective phase inversion mask that can increase the margin of depth of focus by using a shift of a wavefront and pattern formation using the same. It is about a method.

반도체 공정에서 필수적인 마스크에서 입사되는 빛의 위상을 이용한 선택적 위상 반전 마스크(이하,Alt PSM이라 칭함)는 다른 종류의 마스크에 비해 피치(pitch)에 다른 입사되는 빛의 회절각이 작기 때문에, 패턴 형성 시 공정 능력 및 포커스 심도가 증대되어 패턴을 제작하는데 있어서 안정적이다.The selective phase inversion mask (hereinafter referred to as Alt PSM) using the phase of light incident from a mask essential in a semiconductor process has a smaller diffraction angle at different pitches than other types of masks, thereby forming a pattern. Increased processing capability and depth of focus make it more stable in producing patterns.

도 1은 종래 기술에 따른 Alt PSM를 설명하기 위한 도면으로서, 입사되는 빛이 종래 기술에 따른 Alt PSM 위의 패턴 피치에 의해 특정 회절각(0차광과 1차광 사이)을 가지고 진행되고 있는 파면을 도시한 것이다.1 is a view for explaining the Alt PSM according to the prior art, the incident wave is a wavefront in which the incident light propagates with a specific diffraction angle (between 0 and 1 st order) by the pattern pitch on the Alt PSM according to the prior art. It is shown.

종래 기술에 따른 Alt PSM는 석영 재질의 마스크 기판으로 통과하는 빛과 쉬프트 물질을 이용하여 상(phase)을 180도를 유지시켜 비대칭(y축 방향 쉬프트) 파면의 전파(propagation)을 이용하여 회절각을 최소화시켰다.Alt PSM according to the prior art maintains the phase of 180 degrees by using light and a shift material passing through a mask substrate made of quartz, and diffraction angle using propagation of an asymmetric (y-axis shift) wavefront Was minimized.

종래 기술에 따른 Alt PSM에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 마스크 위에 형성된 패턴의 피치에 의해 입사되는 빛의 회절각 Θmax가 결정된다. 도 1에서 미설명된 도면 부호 1은 Alt PSM을 나타낸 것이며, 도면부호 2는 쉬프터를 나타낸 것이며, 도면부호 3은 패턴을 나타낸 것이다.In the Alt PSM according to the prior art, as shown in FIG. 1, the diffraction angle Θ max of the incident light is determined by the pitch of the pattern formed on the mask. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an Alt PSM, reference numeral 2 denotes a shifter, and reference numeral 3 denotes a pattern.

입사되는 빛은 Alt PSM을 통하여 피치에 의해 특정 회절각을 가지고 파면 형태로 진행하게 된다. 이때, 회절각이 작아야 포커스 심도 마진이 증가한다.The incident light propagates in the wavefront form with a specific diffraction angle by pitch through Alt PSM. At this time, the depth of focus increases when the diffraction angle is small.

DOF= k₂λ/NA²( k₂는 공정 요소) ……………Ⅰ식DOF = k ₂ λ / NA ² , where k ₂ is the process element. … … … … I

여기에서, NA는 개구수를 나타낸다.Here, NA represents a numerical aperture.

그러나, 종래의 기술에서는 미세한 패턴을 구현하기 위해서는 렌즈의 개구수가 커지고 사용되는 빛의 파장이 짧아져서 상기 Ⅰ식에서처럼 입사되는 회절각이 커짐으로써, 구현되는 패턴의 포커스 심도의 마진이 작아지기 때문에 공정의 어려움이 커지는 문제점이 있었다.However, in the related art, in order to realize a fine pattern, the numerical aperture of the lens is increased and the wavelength of light used is shortened, so that the incident diffraction angle is increased as in the above formula I, and thus the depth of focus depth of the implemented pattern is reduced. There was a problem of increasing difficulty.

따라서, 본 발명은 파면의 쉬프트를 이용하여 포커스 심도 마진을 증가시킬 수 있는 Alt PSM 및 이를 이용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an Alt PSM that can increase the depth of focus margin by using a wavefront shift and a pattern forming method using the same.

도 1은 종래 기술에 따른 선택적 위상 반전 마스크를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a selective phase inversion mask according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 선택적 위상 반전 마스크 및 이를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a selective phase inversion mask and a pattern forming method using the same according to the present invention.

도 3은 종래 기술과 대비하여 본 발명에 따른 선택적 위상 반전 마스크를 적용한 경우 포커스 심도 마진이 증가한 것을 보인 도면.3 is a view showing that the depth of focus margin is increased when the selective phase inversion mask according to the present invention is applied as compared with the prior art.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 Alt PSM는 일정 피치의 패턴 및 쉬프터 물질이 각각 구비되며, 상기 패턴 및 쉬프터 물질을 덮되, 쉬프터 물질보다 굴절각이 큰 코팅막이 구비된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the Alt PSM according to the present invention is provided with a pattern and a shifter material of a predetermined pitch, respectively, and covers the pattern and the shifter material, and is characterized in that a coating film having a larger refractive angle than the shifter material is provided.

상기 코팅막은 결정질막 또는 비 결정질막을 이용하며, 투과율은 5.5∼6.5% 을 가진다.The coating film uses a crystalline film or an amorphous film, and has a transmittance of 5.5 to 6.5%.

상기 코팅막은 액상물질막을 이용하며, 투과율은 99.9% 이상을 가진다.The coating film uses a liquid material film and has a transmittance of 99.9% or more.

상기 쉬프터 물질의 굴절각은 0.94~0.95 이고, 상기 코팅막의 굴절률은 0.95∼1 이다.The refractive angle of the shifter material is 0.94-0.95, and the refractive index of the coating film is 0.95-1.

본 발명에 따른 선택적 위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성 방법은 선택적 위상반전 마스크를 이용하여 반도체 기판에 노광 및 현상 공정을 거쳐 패턴을 형성 시, 상기 코팅막 위를 통과하는 빛의 파면을 쉬프트시켜 상기 마스크를 통과하는 정상적인 파면과의 회절각을 상기 마스크의 패턴 피치에 결정되는 회절각보다 작게 하는 것을 특징으로 한다.In the pattern forming method using the selective phase inversion mask according to the present invention, when the pattern is formed through the exposure and development processes on the semiconductor substrate using the selective phase inversion mask, the wavefront of the light passing through the coating layer is shifted to provide the mask. It is characterized in that the diffraction angle with the normal wavefront passing through is smaller than the diffraction angle determined by the pattern pitch of the mask.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서는 쉬프터 물질보다 굴절각이 큰 코팅막을 이용하여 입사된 빛이 Alt PSM의 패턴 피치에 의해 회절되어 나가는 빛의 파면을 변화시켜 0차광과 1차광의 임의의 각도를 좁혀 공정 마진 및 심도 마진을 높이려는 것이다.In the present invention, by using a coating film having a larger refractive angle than the shifter material, incident light changes the wavefront of the light diffracted by the pattern pitch of the Alt PSM, thereby narrowing an arbitrary angle between zero-order light and first-order light to reduce process margin and depth margin. To increase.

도 2는 본 발명에 따른 Alt PSM 및 이를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an Alt PSM and a pattern forming method using the same according to the present invention.

본 발명에 따른 Alt PSM는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 피치의 패턴(14) 및 쉬프터 물질(12)이 구비되고, 상기 패턴(14) 및 쉬프터 물질(12)을 덮되, 적어도 쉬프터 물질(12)보다 굴절각이 큰 코팅막(16)을 포함하여 구성된다.Alt PSM according to the present invention, as shown in Figure 2, is provided with a pattern 14 and a shifter material 12 of a constant pitch, covering the pattern 14 and the shifter material 12, at least the shifter material It comprises a coating film 16 with a refractive angle larger than (12).

상기 코팅막(16)은 결정질 및 비 결정질을 포함하며, 액상 물질막도 가능하다. 또한, 상기 코팅막(16)은 투명 물질인 액상 물질막일 경우, 상기 코팅막의 투과율은 상기 석영 재질의 마스크기판과 동일 한 것으로서, 99.9% 또는 그 이상을 가진다. 또는, 상기 코팅막(16)이 비 투명물질인 결정질 또는 비 결정질일 경우, 상기 코팅막(16)의 투과율은 일반적인 쉬프터 물질의 투과율과 유사한 5.5∼6.5% 가량된다.The coating film 16 includes crystalline and amorphous materials, and a liquid material film may also be used. In addition, when the coating film 16 is a liquid material film made of a transparent material, the transmittance of the coating film is the same as that of the mask substrate made of quartz, and has 99.9% or more. Alternatively, when the coating film 16 is crystalline or amorphous, which is a non-transparent material, the transmittance of the coating film 16 is about 5.5 to 6.5%, similar to that of a general shifter material.

한편, 상기 쉬프터 물질(12)의 굴절각은 노광 조건에 의해 상이하나, 통상적으로 0.94~0.95 가량된다. 따라서, 코팅막(16)은 적어도 쉬프터 물질(12)보다 큰 0.95∼1 가량의 굴절각을 가진다.On the other hand, the angle of refraction of the shifter material 12 is different depending on the exposure conditions, but is typically about 0.94 ~ 0.95. Accordingly, the coating film 16 has a refractive angle of about 0.95 to about 1 larger than the shifter material 12.

본 발명의 Alt PSM는 상기 쉬프터 물질(12)보다 굴절각이 큰 코팅막(16)이 형성됨으로서, 쉬프터 물질(12) 위로 통과하는 빛의 진행되는 파면을 0차광 쪽으로 쉬프터시켜 회절각을 인위적으로 작게 한다.According to the Alt PSM of the present invention, the coating film 16 having a larger refractive angle than the shifter material 12 is formed, thereby shifting the propagating wavefront of the light passing over the shifter material 12 toward the 0th light shielding to artificially reduce the diffraction angle. .

도 3은 종래 기술에 대비하여 본 발명에 따른 선택적 위상 반전 마스크를 적용한 경우 포커스 심도 마진이 증가한 것을 보인 도면이다.3 is a view showing that the depth of focus margin is increased when the selective phase inversion mask according to the present invention is applied in comparison with the prior art.

상기 구조를 가진 본 발명에 따른 Alt PSM를 이용하여 반도체 기판(미도시)에 노광 공정 및 현상공정을 거쳐 패턴을 형성 시, 상기 코팅막 위를 통과하는 빛의 파면을 쉬프트시켜 상기 마스크를 통과하는 정상적인 파면과의 회절각을 상기 마스크의 패턴 피치에 결정되는 회절각보다 작게 함으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기존의 것에 비해 해상도 및 포커스 심도 마진을 증가시킨다.When the pattern is formed on the semiconductor substrate (not shown) through the exposure process and the development process using the Alt PSM according to the present invention having the above structure, the wavefront of the light passing through the coating film is shifted to pass through the mask. By making the diffraction angle with the wavefront smaller than the diffraction angle determined in the pattern pitch of the mask, as shown in FIG. 3, the resolution and the depth of focus margin are increased as compared with the conventional one.

도 2에서, 화살표는 웨이브(wave)가 회절되는 것을 보인 것으로서, 입사되는 0차광과 1차각의 입사각이 같아도 코팅막(16)을 통과한 파면의 출사각이 서로 다른 것을 알 수 있다.In FIG. 2, the arrow shows that the wave is diffracted. It can be seen that the emission angles of the wavefront passing through the coating film 16 are different even though the incident angle of the incident 0th order light and the primary angle is the same.

즉, 본 발명에 따르면, Alt PSM 위에 쉬프터 물질보다 큰 굴절각을 갖는 코팅막을 형성한 다음, 상기 코팅막을 통과하는 빛의 파면을 쉬프트시켜 마스크기판을 통과하는 정상적인 파면과의 회절각을 마스크의 패턴 피치에 결정되는 회절각보다 작게 함으로써, 포커스 심도 마진 및 공정 마진을 증가시킨다.That is, according to the present invention, after forming a coating film having a larger refractive angle than the shifter material on the Alt PSM, by shifting the wavefront of the light passing through the coating film to the diffraction angle with the normal wavefront passing through the mask substrate the pattern pitch of the mask By making it smaller than the diffraction angle determined at, the depth of focus margin and the process margin are increased.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 기존의 Y축으로 비대칭적인 파면 형태에다가 X축으로 0차광 방향쪽으로 쉬프트시켜 작은 회절각을 갖게 함으로써, 패턴을 구현하는데 도움을 줄 수 있을 뿐더러 포커스 심도 마진을 증가시킬 수 있다.As described above, in the present invention, by having a small diffraction angle by shifting in the direction of 0 light shielding on the X axis in addition to the conventional asymmetric wavefront shape on the Y axis, it can help to realize the pattern and increase the depth of focus margin. Can be.

Claims

The pattern and the shifter material having a predetermined pitch, respectively, and covers the pattern and the shifter material, the selective reversal mask, characterized in that the coating film has a larger refractive angle than the shifter material.

The selective reversal mask according to claim 1, wherein the coating film uses a crystalline film or an amorphous film, and transmittance is 5.5 to 6.5%.

The selective phase inversion mask of claim 1, wherein the coating layer uses a liquid material layer and has a transmittance of 99.9% or more.

The selective phase shift mask of claim 1, wherein the shift angle of the shifter material is 0.94-0.95, and the refractive index of the coating layer is 0.95-1.

When the pattern is formed on the semiconductor substrate through the exposure and development process using the selective phase inversion mask of claim 1, the diffraction angle with the normal wavefront passing through the mask is shifted by shifting the wavefront of the light passing through the coating film. The pattern formation method using the selective phase inversion mask characterized by smaller than the diffraction angle determined by the pattern pitch of.