KR20090050653A - 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세 크기의 홀을 패터닝하는 포토리소그래피 공정에서 발생하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 관한 것이다.

본 발명의 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 제1 패턴, 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제2 패턴 그리고 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 금속층, 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제3 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 의하면 새로운 구조의 레티클을 제작함으로써 미세 크기의 홀을 패터닝하는 포토리소그래피 공정에서 발생하는 고스트 이미지를 방지하여 포토리소그래피 공정 내지 식각 공정의 공정 여유도 및 생산수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

고스트 이미지, 레티클, 홀 패턴, 위상 반전 마스크

Description

고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조{Reticle structure with hole pattern for preventing ghost image}

본 발명은 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세 크기의 홀을 패터닝하는 포토리소그래피 공정에서 발생하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정 중 포토리소그래피(photolithography) 공정은 레티클(reticle)에 형성된 소정의 패턴을 반도체 기판 상에 패터닝하는 여러 가지 노광장치를 사용하고 있다.

반도체소자의 고집적화에 따라 미세 패턴을 축소투영 광학계를 통해 감광막이 도포된 기판 상의 다수의 샷(shot) 영역에 비교적 높은 쓰루풋(throughput)과 우수한 오버래이(overlay) 정밀도를 갖는 스텝·앤드·리피트(step & repeat) 방식의 스테퍼(Stepper) 또는 스텝·앤드·스캔(step & scan) 방식의 스캐너(Scanner)가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 축소투영 노광장치를 구성하는 투영 광학계의 해상력은, 레일리( Rayleigh) 식으로 잘 알려져 있는 바와 같이, R = k₁ ×λ/NA 의 관계로 표현된다. 또한 투영 광학계의 초점심도(depth of focus, 이하 'DOF'라 한다)는, DOF = k₂·λ/(NA)²의 관계로 표현된다.

여기서, R은 투영광학계의 해상력(resolving power), λ는 광원의 파장, NA(numerical aperture)는 투영광학계의 개구수, k_{1 ,}또는 k₂는 감광막의 해상력이나 그 외의 공정조건에 의해 결정되는 상수이다.

따라서 상기 레일리 식에서 보여지는 바와 같이 미세 패턴 구현을 위해서는, 짧은 파장을 사용하여 마스크에서 회절되는 회절각을 줄임으로써 렌즈로 1차광을 많이 투사할 수 있도록 만드는 방법이나, 1차광 정보를 많이 포함시킬 수 있도록 렌즈의 구경 즉 NA를 키우는 방법이 있다.

현재 NA를 키우는 방법은 계속 연구되고 있지만, 렌즈의 크기를 크게 하는 것은 렌즈 자체의 수차(aberration) 등 다양한 이슈가 생길 수 있어 한계가 있는 실정이며, 설사 렌즈를 크게 제작할 수 있는 경우도 패턴의 DOF 마진이 줄어들어 적절한 렌즈 크기가 필요하다. 따라서, 현재의 공정기술은 짧은 파장을 이용한 미세패턴 구현으로 기술이 개발되고 있는 중이다.

한편 반도체 제조에서 개발 및 생산 원가를 줄이기 위한 방법으로 해상 능력 및 성능이 월등히 좋은 고가의 신모델 노광 장비의 사용 대신에 기존에 보유하고 있는 노광 장비를 사용하여 노광 장비 자체의 한계에 비해 작은 패턴을 형성하려는 시도가 이루어지고 있다.

이러한 시도 중의 하나가 위상 반전 마스크(phase shift mask)에 의하여 노광함으로써 해상 능력을 향상시키는 것이다.

도 1a 내지 도 1h는 종래의 위상 반전 마스크 제작 과정을 설명하기 위한 단면도이다.

첨부된 도 1a 내지 도 1b를 참조하면, 석영(quartz) 기판, 위상 반전층, 크롬층이 순차로 적층되어 있는 레티클의 원판에 전자빔용 리지스트(resist)를 도포한 후 E-빔 라이터(E-beam writer)에 의하여 전자빔을 조사하고나서 현상한다.

첨부된 도 1c 내지 도 1d를 참조하면, 건식식각 공정을 수행하여 상기 크롬층, 위상 반전층을 식각한 후, 상기 전자빔용 리지스트를 제거한다.

첨부된 도 1e 내지 도 1f를 참조하면, 다시 전자빔용 리지스트를 도포한 후 E-빔 라이터(E-beam writer)에 의하여 전자빔을 조사하고나서 현상한다.

첨부된 도 1g 내지 도 1h를 참조하면, 습식식각을 진행하여 상기 전자빔용 리지스트에 마스킹되지 아니한 크롬층을 식각한 후, 상기 전자빔용 리지스트를 제거함으로써 종래의 위상 반전 마스크 제작 과정을 완성한다.

도 2는 고스트 이미지가 발생된 감광막 패턴을 보여주는 전자현미경 사진이다.

첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따라 미세한 홀 패턴(hole pattern)을 형성하는 경우 홀 패턴과 인접한 홀 패턴 사이에 원하지 않는 패턴(이하 '고스트 이미지'라 한다)이 형성되는 것을 관찰할 수 있다.

이러한 고스트 이미지는 포토리소그래피 공정 내지 식각 공정의 공정 여유도(process margin)을 감소시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 미세 크기의 홀을 패터닝하는 포토리소그래피 공정에서 발생하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 제1 패턴, 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제2 패턴 그리고 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 금속층, 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제3 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 패턴 및 제3 패턴의 위상 반전층은 MoSi층을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 패턴의 금속층은 크롬층을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 패턴의 금속층은 질화티타늄층을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 제1 패턴, 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제2 패턴 그리고 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 결정이 파괴된 석영층이 적층되어 형성된 제4 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에 의하면 새로운 구조의 레티클을 제작함으로써 미세 크기의 홀을 패터닝하는 포토리소그래피 공정에서 발생하는 고스트 이미지를 방지하여 포토리소그래피 공정 내지 식각 공정의 공정 여유도 및 생산수율(yield)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티 클 구조는 제1 패턴, 제2 패턴 그리고 제3 패턴을 포함하여 이루어져 있다.

상기 제1 패턴은 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 패턴이다.

상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 패턴이다.

상기 제3 패턴은 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 금속층, 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 패턴이다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에서, 상기 제2 패턴 및 제3 패턴의 위상 반전층은 MoSi층을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에서, 상기 제3 패턴의 금속층은 크롬층을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에서, 상기 제3 패턴의 금속층은 질화티타늄층을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면의 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 제1 패턴, 제2 패턴 그리고 제4 패턴을 포함하여 이루어진 것이며, 상기 제1 패턴, 제2 패턴은 전술한 것과 동일하며, 상기 제4 패턴은 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 결정이 파괴된 석영층이 적층되어 형성된 패턴이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 AA'선을 잘라본 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 AA'선을 잘라본 단면도이고, 도 5a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 AA'선을 잘라본 단면도이다.

첨부된 도 3a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 제1 패턴(10), 제2 패턴(20) 그리고 제3 패턴(30)을 포함하여 이루어진 것이다.

여기서 상기 제1 패턴(10)은 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 패턴으로서, 거의 모든 빛이 투과할 수 있는 부분이다. 또한 상기 제2 패턴(20)은 상기 제1 패턴(10)의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 패턴으로서, 상기 위상 반전층(phase shift layer)는 빛의 투과율이 6% 정도가 되도록 형성된 것이다. 또한 상기 제3 패턴(30)은 상기 제2 패턴(20)의 가장자리를 둘러싸면서 금속층, 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 패턴으로서, 상기 금속층은 빛의 투과율이 0%가 되도록 형성된 것이다.

따라서 도 3a 내지 도 3b에 도시한 바와 같이, 고스트 이미지가 발생하는 부분의 영역에 금속층을 이용하여 빛을 완전히 차단함으로써 고스트 이미지를 방지할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 제2 패턴(20) 및 제3 패턴(30)의 위상 반전층은 MoSi층을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 제3 패턴(30)의 금속층은 크롬(Cr)층 또는 질화티타늄(TiN)층을 사용하는 것이 바람직하다.

첨부된 도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레티클 구조에서 상기 제3 패턴(30)의 금속층은 고스트 이미지가 발생하는 부분인 상기 제1 패턴(10)의 각각의 모서리 부분에 이격하여 형성된 것이다.

첨부된 도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 측면의 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조는 제1 패턴(10), 제2 패턴(20) 그리고 제4 패턴(40)을 포함하여 이루어진 것이며, 상기 제1 패턴(10), 제2 패턴(20)의 구성은 전술한 바와 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고, 새로이 부가되는 구성부재들의 동작을 중심으로 하여 상세히 설명한다.

본 발명의 또 다른 측면의 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조에서 상기 제4 패턴(40)은 상기 제2 패턴(20)의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 결정이 파괴된 석영층이 적층되어 형성된 패턴이다.

따라서 석영에 레이저(Laser)를 이용하여 석영 결정을 파괴함으로써 불투명하게 처리하여, 금속층과 같이 빛의 차단 역할을 하게 됨으로써 고스트 이미지 발생을 막을 수 있을 것이다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1a 내지 도 1h는 종래의 위상 반전 마스크 제작 과정을 설명하기 위한 단면도,

도 2는 고스트 이미지가 발생된 감광막 패턴을 보여주는 전자현미경 사진,

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도,

도 3b는 도 4a의 AA'선을 잘라본 단면도,

도 4a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도,

도 4b는 도 5a의 AA'선을 잘라본 단면도,

도 5a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 레티클 구조를 보여주는 평면도,

도 5b는 도 6a의 AA'선을 잘라본 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제1 패턴 20 : 제2 패턴

30 : 제3 패턴 40 : 제4 패턴

Claims (5)

1. 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 제1 패턴, 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제2 패턴 그리고 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 금속층, 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제3 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴 및 제3 패턴의 위상 반전층은 MoSi층을 사용하는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 패턴의 금속층은 크롬층을 사용하는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3 패턴의 금속층은 질화티타늄층을 사용하는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조.
5. 석영층이 노출되어 형성된 사각형 모양의 제1 패턴, 상기 제1 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 석영층이 적층되어 형성된 제2 패턴 그리고 상기 제2 패턴의 가장자리를 둘러싸면서 위상 반전층 및 결정이 파괴된 석영층이 적층되어 형성된 제4 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고스트 이미지를 방지하기 위한 홀 패턴의 레티클 구조.

Images