KR20060037717A - 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 포토 마스크는 투명 기판 상부에 형성되며 임의의 형태를 갖는 패턴과, 패턴의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 포함한다. 그러므로 본 발명은 포토 마스크 상의 패턴에서 패턴 사이의 간격이 좁을 경우 패턴 중심과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 추가 형성함으로써 해상력이 높은 노광 장비를 사용하지 않고서도 포토 마스크만으로도 섬 형태의 소자 분리막 패턴 등과 같이 미세 간격을 갖는 패턴 사이에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 막아 미세 패턴 간격의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다.

포토 마스크, 패턴, 미세 간격, 임계 치수

Description

미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크 및 그 제조 방법{Photo mask with fine pattern width the isolation layer and method of forming thereof}

도 1은 종래 기술에 의한 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 종래 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면과 SEM 사진이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴 구조를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴을 이용하여 웨이퍼상에 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면이다.

-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --

100 : 투명 기판 102 : 섬 형태의 미세 패턴

104 : 위상 반전층 106 : 웨이퍼상의 패턴

본 발명은 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 패턴 간격의 임계 치수(CD : Critical Dimension)를 크게 향상시킬 수 있는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

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 레지스트를 형성하고, 임의의 반도체 소자의 패턴이 그려져 있는 포토 마스크를 이용하여 자외선, 전자빔 또는 X선 등과 같은 빛에 레지스트를 노출시킨 후에 현상액에 의해 빛과 반응한 부분을 제거함으로써 임의의 절연막, 도전막 등을 패터닝하기 위한 레지스트 패턴을 형성한다. 이 레지스트 패턴에 의해 노출된 절연막, 도전막 등의 부분을 식각 공정으로 제거하여 원하는 반도체 소자의 패턴을 형성한다.

최근에는 DRAM 등의 반도체 소자의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 패턴의 크기가 점차 미세화되고 있는데, 주로 소자의 활성 영역과 비활성 영역을 구분하기 위하여 사용되고 있는 섬 형태의 소자 분리막과 같은 복잡한 형태의 미세 패턴을 정확한 임계 치수(CD)로 형성하는데 한계가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에는 웨이퍼 기판의 레지스트에 섬 형태의 소자 분리막 패턴 형성을 위하여 포토 마스크의 투명 기판(10)에 패턴 간격이 미세한 라인 형태의 크롬 패턴(12)이 도시되어 있다.

도 2는 종래 기술에 의한 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴을 이용하여 웨이퍼상의 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 노광원인 레이저광이 노광 장치의 조명계를 거쳐 섬 형태의 소자 분리막을 정의하는 라인 패턴(12)이 있는 포토 마스크(10)를 통과한 후에 렌즈(미도시됨)를 거쳐 레지스트가 도포된 웨이퍼에 조사된다. 이에 따라 포토 마스크(10)에 형성된 라인 패턴(12)이 그대로 웨이퍼의 레지스트에 투영되어 섬 형태의 소자 분리막용 패턴(16)이 완성된다. 이때 포토 마스크(10)의 패턴(12) 사이의 간격(b)에 의해 웨이퍼의 레지스트에 조사되는 빛의 강도(a)가 패턴(12)이 있는 부분에서는 임계 레벨보다 낮아지지만, 패턴(12) 사이의 간격에서는 빛의 강도(a)가 임계 레벨보다 높아지는 특성이 있다.

이러한 노광 장치의 해상도 한계로 인하여 포토 마스크 상의 라인 패턴이 패턴 사이의 간격이 좁은 구조일 경우 빛의 간섭에 의해 정확한 임계 치수로 패터닝되지 않고 도 3a 및 도 3b와 같이 웨이퍼 상의 패턴(16) 사이의 간격이 불균일한 임계 치수를 갖도록 패터닝되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 포토 마스크 상의 패턴이 패턴 사이의 간격이 좁을 경우 패턴 중심과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 추가 삽입함으로써 섬 형태의 소자 분리막 패턴 등과 같이 미세 간격을 갖는 패턴의 임계 치수를 크게 향상시킬 수 있는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크에 있어서, 투명 기판 상부에 형성되며 임의의 형태를 갖는 패턴과, 패턴의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 포함한다.

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 중심 부분과 그 아래의 투명 기판을 일정 깊이로 식각하여 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 포토 마스크 상의 패턴이 패턴 사이의 간격이 좁을 경우 패턴 중심과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 추가 삽입함으로써 섬 형태의 소자 분리막 패턴 등과 같이 미세 간격을 갖는 패턴 사이에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 막아 미세 패턴 간격의 임계 치 수를 정확하게 확보할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴 구조를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명이 적용된 포토 마스크의 일 예는 유리나 석영 등과 같은 투명 기판(100) 상부에 형성된 섬 형태의 소자 분리막 영역을 정의하며 패턴 사이의 간격이 좁은 라인 패턴(102)과, 라인 패턴(102)의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판(100)이 식각된 위상 반전층(104)을 포함한다.

섬 형태의 소자 분리막을 위한 라인 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.

위상 반전층(104)은 라인 패턴(102)의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판(100)이 일정 깊이로 식각되어 형성되고, 상기 라인 패턴(102)에 대해 160ㅀ∼200 ㅀ의 위상차를 갖는다. 그리고 위상 반전층(104)의 폭은 노광 장치의 파장의 1/2 이하 크기를 갖는 것이 바람직하다.

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 패턴 간격이 좁은 라인 패턴(102)을 형성한다. 그 다음 다시 레지스트를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 레지스트 패턴을 형성한 후에 식각 공정으로 라인 패턴(102)의 중심 부분을 식각하여 제거하고 그 아래의 투명 기판(100)을 160°∼200°의 위상차를 갖도록 일정 깊이로 식각하여 위상 반전층(104)을 형성한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴을 이용하여 웨이퍼상에 패턴을 노광하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 노광원인 레이저광이 노광 장치의 조명계를 거쳐 본 발명에 따라 패턴 간격이 좁은 라인 패턴(102)과 라인 패턴(102)의 중심에 있는 위상 반전층(104)을 갖는 포토 마스크(100)를 통과한 후에 렌즈(미도시됨)를 거쳐 레지스트가 도포된 웨이퍼에 조사된다.

이에 따라 본 발명이 적용된 포토 마스크(100)에 형성된 라인 패턴(102)과 위상 반전층(104)이 그대로 웨이퍼의 레지스트에 그대로 투영되어 섬 형태의 소자 분리막을 위한 패턴(106)이 완성되는데, 포토 마스크를 통해 투과되어 웨이퍼의 레지스트에 조사되는 빛의 강도(c)는 포토 마스크의 라인 패턴(102)과 위상 반전층 (104)이 있는 부분에서 임계 레벨보다 낮아지지만 라인 패턴(102) 사이의 미세한 폭의 투명 기판(100)에서 상기 빛의 강도(c)는 임계 레벨보다 높아진다. 이로 인해 웨이퍼의 레지스트에 형성되는 소자 분리막용 패턴(106) 사이의 미세한 임계 치수는 포토 마스크의 라인 패턴(102) 사이의 임계 치수와 동일하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크의 섬 형태의 미세 패턴에 의해 패터닝된 웨이퍼상의 패턴을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하게 되면, 소자 분리막 패턴 등과 같은 미세한 패턴 간격을 갖는 라인 패턴에서 패턴 사이에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 줄여 패턴 사이의 간격 폭에 대한 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 포토 마스크 상의 패턴에서 패턴 사이의 간격이 좁을 경우 패턴 중심과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 추가 형성함으로써 해상력이 높은 노광 장비를 사용하지 않고서도 포토 마스크만으로도 섬 형태의 소자 분리막 패턴 등과 같이 미세 간격을 갖는 패턴 사이에서 빛의 간섭으로 인해 발생하는 패턴 충실도 저하를 막아 미세 패턴 간격의 임계 치수를 정확하게 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크에 있어서,

   상기 투명 기판 상부에 형성되며 임의의 형태를 갖는 패턴 및

   상기 패턴의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판이 일정 깊이로 식각된 위상 반전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 위상 반전층은 상기 패턴에 대해 160°∼200°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크.
3. 제1항에 있어서,

   상기 위상 반전층의 폭은 노광 파장의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크.
4. 제1항에 있어서,

   상기 패턴은 비투과성 물질 또는 반투과성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크.
5. 투명 기판에 임의의 패턴이 형성된 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 투명 기판 상부에 임의의 형태를 갖는 패턴을 형성하는 단계 및

   상기 패턴의 중심 부분과 그 아래의 투명 기판을 일정 깊이로 식각하여 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 위상 반전층은 상기 패턴에 대해 160°∼200°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크의 제조 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 위상 반전층의 폭은 노광 파장의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크의 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 패턴은 비투과성 물질 또는 반투과성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 패턴 간격을 갖는 포토 마스크의 제조 방법.

Images