KR20080114416A - 포토 마스크를 이용한 노광방법 - Google Patents

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Abstract

단순화된 공정으로 제작된 위상반전 마스크를 이용하여 웨이퍼를 노광하는 노광방법은, 차광영역을 정의하는 차광 마스크와 위상반전 마스크를 마련하는 단계와, 차광 마스크와 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 사진공정을 진행하는 단계를 포함한다.
포토 마스크, 노광, 차광 마스크, 위상반전막

Description

포토 마스크를 이용한 노광방법{Exposure method using photo mask}
도 1 내지 도 4는 종래의 감쇄형 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 포토 마스크를 이용한 노광방법 공정에 사용되는 차광용 마스크를 제조하는 과정을 나타낸 단면도들이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광공정에 사용되는 감쇄형 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다
도 9는 상기 차광 마스크와 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼를 노광하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현하기 위한 노광방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리토그래피(photolithography) 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 최근에는 반도체 장치의 고집적화, 고밀도 화 추세에 따라 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 그 중, 마스크의 패턴을 이용하여 해상도를 높이는 방법으로서, 위상 쉬프터(phase shifter)를 포함하는 위상반전 마스크를 사용하여 패턴을 노광시키는 방법이 사용되고 있다.
위상반전 마스크는 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도나 촛점심도를 증가시킨다. 즉, 빛이 마스크 기판을 통과할 때 위상 쉬프터의 유무에 따라서 빛의 위상에 차이가 생기게 되며, 쉬프터를 통과한 광선은 역위상을 갖게 된다. 따라서, 투광부만을 통과한 빛과 쉬프터를 통과한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 쉬프터를 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면 패턴의 경계부분에서는 빛의 강도가 상쇄되어 해상도가 증가하게 된다.
이러한 위상반전 마스크는 종래의 다른 미세패턴 형성방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크의 변경만으로 빛의 회절을 이용하여 마스크의 분해능이 30% 정도 향상될 수 있기 때문에 차세대반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다. 이러한 원리를 이용한 위상반전 마스크의 예로서, 광 차단부의 투과율을 0에서 0이 아닌 값으로 투과율을 높이고, 그 외 부분에서의 투과 광의 위상을 반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 감쇄형 위상반전 마스크(attenuated phase shift mask)가 있다.
도 1 내지 도 4는 종래의 감쇄형 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(100) 상에 위상반전막(102) 과 차광막(104)을 차례로 형성한다. 위상반전막(102)은 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)로, 차광막(104)은 크롬(Cr)으로 형성한다. 상기 차광막(104) 상에 레지스트를 도포한 후 전자빔 노광 및 현상을 실시하여 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 레지스트 패턴(106)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(106)을 마스크로 하여 상기 차광막(104)과 위상반전막(102)을 차례로 이방성 식각하여 차광막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성한다.
도 3을 참조하면, 레지스트 패턴을 제거한 후, 차광영역을 정의하기 위하여 결과물의 전면에 다시 레지스트를 도포한다. 다음, 전자빔을 이용하여 상기 레지스트를 노광한 다음 현상을 실시하여 차광영역을 한정하는 레지스트 패턴(108)을 형성한다. 레지스트 패턴(108)이 형성되어 있는 부분은 빛이 투과되지 않는 차광영역이고, 레지스트 패턴(108)이 제거된 영역은 빛이 투과되는 투광영역이다.
도 4를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(도 3의 108)을 마스크로 하여 노출된 영역의 차광막(104)을 제거한다. 차광막(104)이 잔류하는 영역은 소자 제조가 완료된 후 웨이퍼를 절단하는 절단영역이 된다.
이와 같이 종래의 위상반전 마스크는 차광막을 형성할 때, 칩의 설계와는 상관없이 웨이퍼의 절단지역을 줄여 넷 다이(net die)를 증가시키기 위해 노광장치의 블레이드보다 칩에 가까이 차광막이 패터닝되도록 함으로써, 포토 마스크에 크롬(Cr) 차광막이 반드시 포함되어야 했다. 즉, 감쇄형 위상반전마스크는 기판 - 위상반전막 - 크롬(Cr) 차광막 구조를 기본으로 하고 있다. 이러한 구조에서 칩의 기 능을 하는 패턴은 위상반전막에 형성되어야 하는데, 이를 위해 크롬(Cr)막을 먼저 패터닝하고 이후 위상반전막을 패터닝한 후 차광영역을 한정하기 위하여 다시 크롬(Cr)막을 패터닝하는 복잡한 과정을 거쳐야 한다. 따라서, 마스크 제조기간이 길어지고 결함이 발생할 가능성이 증가하며 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단순화된 공정으로 위상반전 마스크를 제작하고, 이렇게 제작된 위상반전 마스크를 이용하여 웨이퍼를 노광하는 노광방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광방법은, 차광영역을 정의하는 차광 마스크와, 위상반전 마스크를 마련하는 단계와, 상기 차광 마스크와 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 사진공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차광 마스크는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 차광 패턴으로 구성될 수 있다.
상기 차광 패턴은 크롬(Cr)으로 이루어질 수 있으며, 상기 차광 마스크에는 노광시 웨이퍼와의 얼라인을 위한 얼라인패턴이 포함될 수 있다.
상기 위상반전 마스크는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 위상반전 패턴으로 구성될 수 있다.
상기 사진공정을 진행하는 단계에서, 상기 차광 마스크를 상기 웨이퍼에 근 접한 위치에 설치할 수 있다.
상기 사진공정을 진행하는 단계에서, 상기 차광 마스크에 인접하도록 위상반전 마스크를 설치할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
먼저, 도 5 및 도 6은 본 발명의 포토 마스크를 이용한 노광방법 공정에 사용되는 차광용 마스크를 제조하는 과정을 나타낸 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(200) 상에 크롬(Cr)과 같은 차광물질을 증착하여 차광막(202)을 형성하고, 이 차광막(202) 상에 예를 들어 전자빔 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 또는, 기판 상에 차광막과 레지스트막이 도포되어 있는 블랭크 마스크(blank mask)를 준비한다. 다음에, 전자빔을 사용하여 상기 레지스트막을 노광한 후, 노광된 레지스트를 현상하여 차광영역을 정의하기 위한 레지스트 패턴(204)을 형성한다.
도 6을 참조하면, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 차광막(202)을 이방성 식각함으로써 차광영역을 정의한다. 식각 마스크로 사용된 레지스트 패턴을 제거하면 차광 마스크가 완성된다. 상기 차광막(202)이 존재하는 부분은 빛이 투과되지 못하고 차단되는 차광영역이 되고 차광막이 제거된 부분은 투광 영역이 된다.
이때, 상기 차광막(202)에는, 차광막을 포함하지 않는 위상반전 마스크와의 얼라인(align) 및 웨이퍼와의 얼라인을 위한 얼라인용 패턴이 포함된다.
이렇게 만들어진 차광 마스크는 차광막을 포함하지 않는 위상반전마스크와 함께 사진공정에 사용된다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 노광공정에 사용되는 감쇄형 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다
도 7을 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(300)을 마련하고, 상기 기판(300) 상에 위상반전막(302)을 형성한다. 상기 위상반전막(302)은 예를 들어 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)로 형성한다. 다음에, 상기 위상반전막(302) 상에 예를 들어 전자빔 레지스트를 균일하게 도포한다. 또는, 기판(300) 상에 위상반전막(302)과 레지스트가 이미 형성되어 있는 블랭크 마스크를 사용할 수 있다. 전자빔을 사용하여 상기 레지스트막을 노광한 후, 노광된 레지스트를 현상하여 위상반전 패턴(phase shifter)을 형성하기 위한 레지스트 패턴(304)을 형성한다.
도 8을 참조하면, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 위상반전막(302)을 이방성 식각한 다음, 레지스트 패턴을 제거한다. 그러면, 도시된 바와 같이 차광 패턴을 포함하지 않는 위상반전 마스크가 형성된다.
상기 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴 구현을 위한 사진공정을 진행하기 위해서는 도 5 및 도 6에서 제작된 차광 마스크가 필요하다.
도 9는 상기 차광 마스크와 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼를 노광하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
웨이퍼 노광을 위한 사진공정 시에는 먼저, 차광 마스크(200)를 웨이퍼(400)와 근접한 위치에 설치한다. 상기 웨이퍼(400)에는 패터닝될 대상막(402)과 포토레지스트막(404)이 형성되어 있다.
다음에 위상반전 마스크(300)를 상기 차광 마스크(200)와 바로 인접하도록 설치한다. 그렇지 않을 경우에는, 노광시 차광 마스크를 투과한 빛이 위상반전 마스크를 지날 때, 차광 마스크와 위상반전 마스크의 간격이 멀어 원하는 위치에 노광되지 않을 수 있으며 결과적으로 웨이퍼에 형성되는 패턴에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
또한, 차광 마스크(200)를 설치할 때 차광 마스크와 웨이퍼(400)가 정확히 얼라인되어야 하는데, 상기 차광 마스크(200)에는 웨이퍼와의 얼라인을 위한 얼라인 패턴이 포함되어 있어 미스얼라인 문제는 일어나지 않는다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 포토 마스크를 이용한 노광방법에 따르면, 차광영역을 정의하기 위한 차광 마스크를 위상반전 마스크와 별도로 제작하며, 웨이퍼 노광시에는 두 마스크를 인접하게 설치하여 노광을 진행한다. 따라서, 위상반전 마스크 제작시 차광 패턴을 형성하기 위한 사진식각공정을 생략할 수 있으므로 위상반전 마스크 제조공정이 단순화되고 제조기간도 줄어든다. 또한, 공정 단순화 및 제작기간 단축으로 인해 결함이 발생할 확률을 줄일 수 있으며, 블랭 크 마스크의 구조 단순화로 인해 원자재 블랭크 마스크 제조비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (8)

  1. 차광영역을 정의하는 차광 마스크와, 위상반전 마스크를 마련하는 단계; 및
    상기 차광 마스크와 위상반전 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 사진공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차광 마스크는,
    기판과, 상기 기판 상에 형성된 차광 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 노광방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차광 패턴은 크롬(Cr)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 차광 마스크는 노광시 웨이퍼와의 얼라인을 위한 얼라인패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 위상반전 마스크는,
    기판과, 상기 기판 상에 형성된 위상반전 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 노광방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상반전 패턴은, 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사진공정을 진행하는 단계에서,
    상기 차광 마스크를 상기 웨이퍼에 근접한 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사진공정을 진행하는 단계에서,
    상기 차광 마스크에 인접하도록 위상반전 마스크를 설치하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
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