KR20060032542A - Photo mask and method of forming thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 포토 마스크는 투명 기판 상부에 형성된 임의의 형태를 갖는 패턴과, 패턴의 에지 부분의 투명 기판에 추가 형성된 위상 반전층을 포함한다. 그러므로 본 발명은 포토 마스크 상의 패턴 중에서 임의의 패턴 부분에 위상 반전층을 추가 삽입하여 미세 패턴의 에지에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 막음으로써 해상력이 높은 노광 장비를 사용하지 않고서도 포토 마스크만으로도 T형태의 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세 패턴의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다.
The present invention relates to a photomask and a method of manufacturing the same, in particular the photomask of the present invention comprises a pattern having any shape formed on top of a transparent substrate, and a phase inversion layer further formed on the transparent substrate at the edge portion of the pattern. Therefore, the present invention additionally inserts a phase inversion layer in an arbitrary pattern portion of the pattern on the photo mask to prevent the degradation of pattern fidelity caused by interference of light at the edge of the fine pattern, without using a high-resolution exposure equipment. Only the mask can accurately secure the critical dimension of a fine pattern such as a T-type isolation layer pattern.

포토 마스크, 미세 패턴, 임계 치수Photo masks, fine patterns, critical dimensions

Description

포토 마스크 및 그 제조 방법{Photo mask and method of forming thereof} Photo mask and manufacturing method thereof             

도 1은 종래 기술에 의한 포토 마스크의 T형태의 패턴 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing a T-shaped pattern structure of a photomask according to the prior art;

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 T형태의 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining exposing a pattern on a wafer using a T-shaped pattern of a photomask according to the prior art;

도 3은 종래 포토 마스크의 T형태의 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면,3 is a view showing a pattern on a wafer patterned by a T-shaped pattern of a conventional photo mask;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴 구조를 나타낸 도면,4 is a view showing a T-shaped pattern structure of a photomask according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면,5 is a view for explaining exposing a pattern on a wafer using a T-shaped pattern of a photomask according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면.6 illustrates a pattern on a wafer patterned by a T-shaped pattern of the photomask according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 투명 기판 102 : 패턴100: transparent substrate 102: pattern

104 : 위상 반전층 106 : 웨이퍼상의 패턴
104: phase inversion layer 106: pattern on the wafer

본 발명은 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 패턴의 임계 치수(CD : Critical Dimension)를 크게 향상시킬 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photo mask and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a photo mask and a method for manufacturing the same, which can greatly improve the critical dimension (CD) of a fine pattern.

일반적으로, 포토 리소그래피 기술은 반도체 소자의 고집적화를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 웨이퍼 기판 위에 임의의 형태를 갖는 반도체소자의 패턴을 형성하는 것이다. 즉, 웨이퍼 기판에 노광 장비의 빛에 의 해 그 용해도가 변화하는 포토레지스트를 형성하고, 임의의 반도체 소자의 패턴이 그려져 있는 포토 마스크를 이용하여 자외선, 전자빔 또는 X선 등과 같은 빛에 포토레지스트를 노출시킨 후에 현상액에 의해 빛과 반응한 부분을 제거함으로써 임의의 절연막, 도전막 등을 패터닝하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 절연막, 도전막 등의 부분을 식각 공정으로 제거하여 원하는 반도체 소자의 패턴을 형성한다.In general, photolithography is a basic technology leading to high integration of semiconductor devices, and forms patterns of semiconductor devices having arbitrary shapes on a wafer substrate using light. That is, a photoresist whose solubility is changed by light of exposure equipment is formed on a wafer substrate, and photoresist is applied to light such as ultraviolet rays, electron beams, or X-rays using a photo mask on which a pattern of an arbitrary semiconductor element is drawn. After exposure, the photoresist pattern for patterning any insulating film, conductive film, etc. is formed by removing the part which reacted with light with the developing solution. Portions of the insulating film, the conductive film and the like exposed by the photoresist pattern are removed by an etching process to form a desired semiconductor element pattern.

최근에는 DRAM 등의 반도체 소자의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 페턴의 크기가 점차 미세화되고 있는데, 주로 소자의 활성 영역과 비활성 영역을 구분하기 위하여 사용되고 있는 T형태의 소자 분리막과 같은 복잡한 형태의 미세 패턴을 정확한 임계 치수(CD)로 형성하는데 한계가 있다.In recent years, the size of the pattern is gradually miniaturized according to the trend of high integration and high density of semiconductor devices such as DRAM, and it is mainly used to fine pattern of complex patterns such as T-type device isolation films which are used to distinguish active and inactive regions of devices. There is a limit to the formation of the correct critical dimension (CD).

도 1은 종래 기술에 의한 포토 마스크의 T형태의 패턴 구조를 나타낸 도면이 다. 도 1에는 웨이퍼 기판의 포토레지스트에 T형태의 소자 분리막 패턴 형성을 위하여 포토 마스크의 투명 기판(10)에 형성된 T형태의 크롬 패턴(12)이 도시되어 있다. 1 is a view showing a T-shaped pattern structure of a photomask according to the prior art. FIG. 1 illustrates a T-shaped chromium pattern 12 formed on the transparent substrate 10 of a photomask to form a T-type isolation layer pattern in a photoresist of a wafer substrate.

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 T형태의 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.Fig. 2 is a view for explaining exposing a pattern on a wafer using a T-shaped pattern of a photomask according to the prior art.

도 2를 참조하면, 노광원인 레이저광이 노광 장치의 조명계를 거쳐 T형태의 소자 분리막 패턴(12)이 있는 포토 마스크(10)를 통과한 후에 렌즈(미도시됨)를 거쳐 포토레지스트가 도포된 웨이퍼에 조사된다. 이에 따라 포토 마스크(10)에 형성된 T형태의 소자 분리막 패턴(12)이 그대로 웨이퍼의 포토레지스트에 그대로 투영되어 T형태의 소자 분리막을 위한 패턴(16)이 완성된다. 이때 포토 마스크(10)의 패턴(12)에 의해 웨이퍼의 포토레지스트에 조사되는 빛의 강도(a)는 패턴(12)이 없는 부분에서는 일정하지만, 패턴(12)이 있는 부분에서는 임계 레벨보다 낮아지는 특성이 있다.Referring to FIG. 2, a photoresist is applied through a lens (not shown) after the laser light as an exposure source passes through a photo mask 10 having a T-type device isolation layer pattern 12 through an illumination system of an exposure apparatus. The wafer is irradiated. Accordingly, the T-type device isolation film pattern 12 formed on the photomask 10 is directly projected onto the photoresist of the wafer as it is to complete the pattern 16 for the T-type device isolation film. At this time, the intensity (a) of the light irradiated onto the photoresist of the wafer by the pattern 12 of the photomask 10 is constant at the portion without the pattern 12, but lower than the threshold level at the portion with the pattern 12. There is a losing character.

그런데, 노광 장치의 해상도 한계로 인하여 마스크 상의 T형태의 소자 분리막 패턴에서 에지 부분의 패턴이 빛의 간섭에 의해 정확한 폭으로 패터닝되지 않고 도 3과 같이 불균일한 임계 치수를 갖는 웨이퍼 상의 패턴(16)으로 패터닝되는 문제점이 있었다.
However, due to the resolution limitation of the exposure apparatus, the pattern of the edge portion in the T-shaped device isolation layer pattern on the mask is not patterned to the correct width by interference of light, and the pattern on the wafer 16 having non-uniform critical dimensions as shown in FIG. 3. There was a problem patterned.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 포토 마스크 상의 패턴 중에서 임의의 패턴 부분에 위상 반전층을 추가 삽입함으로써 T형태의 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세 패턴의 임계 치수를 크게 향상시킬 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to significantly improve the critical dimension of a fine pattern such as a T-type isolation layer pattern by inserting a phase inversion layer in an arbitrary pattern portion of a pattern on a photo mask in order to solve the above problems of the prior art. The present invention provides a photomask and a method of manufacturing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크에 있어서, 투명 기판 상부에 형성된 임의의 형태를 갖는 패턴과, 패턴의 에지 부분의 투명 기판에 추가 형성된 위상 반전층을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention provides a photo mask in which an arbitrary pattern is formed on a transparent substrate, the pattern having an arbitrary shape formed on the transparent substrate, and a phase inversion layer further formed on the transparent substrate at an edge portion of the pattern It is made, including.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조 방법은 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서, 투명 기판 상부에 임의의 형태를 갖는 패턴을 형성하는 단계와, 패턴의 에지 부분의 투명 기판을 식각하여 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a pattern having an arbitrary shape on top of the transparent substrate in a method of manufacturing a photo mask having an arbitrary pattern formed on a transparent substrate, Etching the portion of the transparent substrate to form a phase inversion layer.

본 발명에 따르면, 포토 마스크의 투명 기판 상부에 형성된 패턴의 에지 부분에 위상 반전층을 추가 형성함으로써 T형태의 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세 패턴의 에지에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 막아 미세 패턴의 에지 부분에서의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다.
According to the present invention, by adding a phase inversion layer to the edge portion of the pattern formed on the transparent substrate of the photomask to prevent the degradation of the pattern fidelity caused by the interference of light at the edge of the fine pattern, such as the T-type isolation pattern The critical dimension at the edge portion of the fine pattern can be secured accurately.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.                     

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴 구조를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a T-shaped pattern structure of a photo mask according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명이 적용된 포토 마스크의 일 예는 유리나 석영 등과 같은 투명 기판(100) 상부에 형성된 T형태의 소자 분리막 영역을 정의하는 패턴(102)과, 패턴(102)의 에지 부분의 투명 기판(100)에 추가 형성된 위상 반전층(104)을 포함한다.Referring to FIG. 4, an example of a photo mask to which the present invention is applied includes a pattern 102 defining a T-type device isolation region formed on a transparent substrate 100 such as glass or quartz, and an edge portion of the pattern 102. A phase inversion layer 104 further formed on the transparent substrate 100.

T형태의 소자 분리막 패턴(102)은 비투과성 물질, 예를 들어 니켈(Ni), 크롬(Cr), 그리고 코발트(Co) 등과 같은 금속으로 이루어지거나 하프톤 위상차물질(half-tone PSM)의 반투과성 물질로 이루어진다.The device isolation pattern 102 having a T shape is made of a non-transmissive material such as nickel (Ni), chromium (Cr), and cobalt (Co), or a semi-permeable half-tone PSM. Made of matter.

위상 반전층(104)은 T형태의 소자 분리막 패턴(102)의 양쪽 길이 에지와 중간 폭 에지에 형성되고, 상기 패턴(102)에 대해 160ㅀ∼200ㅀ의 위상차를 갖는다. 그리고 위상 반전층(104)의 폭은 노광 장치의 파장의 1/2 이하 크기를 갖는 것이 바람직하다.The phase inversion layer 104 is formed at both the length edges and the intermediate width edges of the T-shaped device isolation film pattern 102 and has a phase difference of 160 to 200 Hz with respect to the pattern 102. The width of the phase inversion layer 104 preferably has a size equal to or less than 1/2 the wavelength of the exposure apparatus.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크는 투명 기판(100)에 비투광성 물질 또는 반투과성 물질을 형성하고 그 위에 레지스트를 도포한다. 그리고 노광 및 현상 공정으로 레지스트 패턴을 형성한 후에 식각 공정으로 비투과성 물질 또는 반투과성 물질을 패터닝하여 T형태를 갖는 소자 분리막 패턴(102)을 형성한다. 그 다음 다시 레지스트를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 레지스트 패턴을 형성한 후에 식각 공정으로 T형태 소자 분리막 패턴(102)의 에지 부분의 투명 기판(100)을 160ㅀ∼200ㅀ의 위상차를 갖도록 식각하여 위상 반전층 (104)을 형성한다.The photo mask according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above forms a non-transparent material or a semi-transparent material on the transparent substrate 100 and applies a resist thereon. After the resist pattern is formed by the exposure and development processes, the non-transmissive material or the semi-permeable material is patterned by the etching process to form the device isolation layer pattern 102 having the T shape. Then, a resist is applied again, and a resist pattern is formed by an exposure and development process, and then, by the etching process, the transparent substrate 100 of the edge portion of the T-type device isolation layer pattern 102 is etched to have a phase difference of 160 to 200 ㅀ. The phase inversion layer 104 is formed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing exposing a pattern on a wafer using a T-shaped pattern of a photomask according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 노광원인 레이저광이 노광 장치의 조명계를 거쳐 본 발명에 따라 T형태의 소자 분리막 패턴(102)과 위상 반전층(104)이 있는 포토 마스크(100)를 통과한 후에 렌즈(미도시됨)를 거쳐 포토레지스트가 도포된 웨이퍼에 조사된다. 이에 따라 본 발명이 적용된 포토 마스크(100)에 형성된 T형태의 소자 분리막 패턴(102)과 위상 반전층(104)이 그대로 웨이퍼의 포토레지스트에 그대로 투영되어 T형태의 소자 분리막을 위한 패턴(106)이 완성되는데, 포토 마스크를 통해 투과되는 웨이퍼의 포토레지스트에 조사되는 빛의 강도(b)는 포토 마스크 패턴(102)의 에지가 아닌 위상 반전층(104)이 있는 부분에서 임계 레벨이 낮아진다. 이로 인해 웨이퍼의 포토레지스트에 형성되는 패턴(106)의 임계 치수가 포토 마스크의 패턴(102) 및 위상 반전층(104)의 치수와 동일하게 된다.Referring to FIG. 5, a laser beam, which is an exposure source, passes through a photomask 100 having a T-type isolation layer pattern 102 and a phase inversion layer 104 according to the present invention through an illumination system of an exposure apparatus, and then a lens ( Photoresist is applied to the coated wafer. Accordingly, the T-type device isolation layer pattern 102 and the phase inversion layer 104 formed on the photomask 100 to which the present invention is applied are projected onto the photoresist of the wafer as it is, so that the pattern 106 for the T-type device isolation layer is applied. In this case, the intensity (b) of the light irradiated onto the photoresist of the wafer transmitted through the photomask is lowered in the threshold level at the portion where the phase inversion layer 104 is located instead of the edge of the photomask pattern 102. As a result, the critical dimension of the pattern 106 formed in the photoresist of the wafer is the same as that of the pattern 102 and the phase inversion layer 104 of the photomask.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 T형태의 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하게 되면, T형태의 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세 패턴의 에지에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 줄여 패턴 길이 및 폭의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다. FIG. 6 is a view illustrating a pattern on a wafer patterned by a T-shaped pattern of a photo mask according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, when the exposure process using the photomask according to the present invention is performed, the pattern length and width may be reduced by reducing the deterioration of the pattern fidelity caused by the interference of light at the edge of the fine pattern such as the T-type isolation pattern. The critical dimension of can be secured accurately.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.

상기한 바와 같이, 본 발명은 포토 마스크 상의 패턴 중에서 임의의 패턴 부분에 위상 반전층을 추가 삽입함으로써 해상력이 높은 노광 장비를 사용하지 않고서도 포토 마스크만으로도 T형태의 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세 패턴의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다. As described above, according to the present invention, by inserting a phase inversion layer in an arbitrary pattern portion of the pattern on the photo mask, the threshold of a fine pattern such as a T-type device isolation layer pattern with a photo mask without using a high-resolution exposure equipment is required. Accurate dimensions can be obtained.

Claims (8)

투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크에 있어서,In a photo mask in which an arbitrary pattern is formed on a transparent substrate, 상기 투명 기판 상부에 형성된 임의의 형태를 갖는 패턴; 및A pattern having any shape formed on the transparent substrate; And 상기 패턴의 에지 부분의 투명 기판에 추가 형성된 위상 반전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴.And a phase inversion layer further formed on the transparent substrate at the edge portion of the pattern. 제 1항에 있어서, 상기 위상 반전층은 상기 패턴에 대해 160ㅀ∼200ㅀ의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴.The photomask pattern of claim 1, wherein the phase inversion layer has a phase difference of 160 Hz to 200 Hz with respect to the pattern. 제 1항에 있어서, 상기 위상 반전층의 폭은 노광 파장의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴.The photomask pattern according to claim 1, wherein the width of the phase inversion layer is 1/2 or less of an exposure wavelength. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 비투과성 물질 또는 반투과성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴.The photo mask pattern of claim 1, wherein the pattern is formed of a non-permeable material or a semi-permeable material. 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing a photomask in which an arbitrary pattern is formed on a transparent substrate, 상기 투명 기판 상부에 임의의 형태를 갖는 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a pattern having an arbitrary shape on the transparent substrate; And 상기 패턴의 에지 부분의 투명 기판을 식각하여 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴의 제조 방법.And etching the transparent substrate in the edge portion of the pattern to form a phase inversion layer. 제 5항에 있어서, 상기 위상 반전층은 상기 패턴에 대해 160ㅀ∼200ㅀ의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴의 제조 방법.The method of manufacturing a photomask pattern according to claim 5, wherein the phase inversion layer has a phase difference of 160 Hz to 200 Hz with respect to the pattern. 제 5항에 있어서, 상기 위상 반전층의 폭은 노광 파장의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴의 제조 방법.The method of manufacturing a photomask pattern according to claim 5, wherein the width of the phase inversion layer is 1/2 or less of an exposure wavelength. 제 5항에 있어서, 상기 패턴은 비투과성 물질 또는 반투과성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토 마스크 패턴의 제조 방법.The method of claim 5, wherein the pattern is made of a non-permeable material or a semi-permeable material.
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