KR20090113716A - 투과형 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 투과형 포토마스크의 제조방법은, 투명 기판 상에 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 및 광차단막 패턴을 식각 마스크로 투명 기판의 노출 부분을 식각하여 투명 기판 상에 빛을 입사할 때, 투명 기판에서 반사되는 빛과 광차단막 패턴에서 반사되는 빛의 위상차가 180도가 되는 깊이로 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다.

간섭 현상, 위상 반전, 소멸 간섭

Description

투과형 포토마스크의 제조방법{Method for manufacturing transmission typed photomask}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투과형 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.

포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판 상에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 포토마스크는 마스크 패턴을 이루는 물질에 따라 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상반전마스크(Phase shift mask)로 분류할 수 있다. 이러한 포토마스크 가운데 바이너리 마스크는 투명한 재질의 기판 위에 크롬(Cr)을 포함하는 광차단막 패턴을 형성하여 투광 영역 및 차광 영역을 정의한다. 여기서 투광 영역은 기판이 노출되어 노광 공정에서 빛을 투과시켜 웨이퍼에 패턴을 전사하는 부분이고, 차광 영역은 광차단막 패턴에 의해 노광 공정에서 조사되는 빛이 차단되는 부분이다.

그런데, 소자의 집적도가 높아짐에 따라 패턴의 크기가 미세화되면서 바이너리 마스크의 투광 영역으로 투과하는 빛이 마스크 패턴에 입사되면서 회 절(diffraction) 현상 또는 간섭(interference) 현상이 발생하고 있다. 이러한 빛의 성질에 의해 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 정확하게 구현하기가 점점 어려워지고 있다. 특히, 변형 조명계를 이용하여 노광 공정을 진행하는 경우, 마스크에 조사되는 광원은 마스크 패턴에 입사시 투명한 재질의 기판 표면에서 빛이 반사된다. 투명한 재질의 기판 표면에서 빛이 반사되면, 광차단막 패턴의 표면에서 반사된 빛과, 기판에서 반사된 빛과 공기면에서 반사된 빛이 모두 광원으로부터 입사되는 빛과 상쇄 간섭을 만든다. 이와 같이 빛들 간에 상쇄 간섭이 만들어지면, 빛의 효율을 저하시키는 문제가 발생한다. 그리고 이 반사된 빛이 투명한 재질의 기판 표면에서 다시 반사되어 또 다른 간섭을 일으키면서 웨이퍼에 결상된 이미지의 강도(intensity)를 저하시키는 문제를 유발하게 된다.

본 발명에 따른 투과형 포토마스크의 제조방법은, 투명 기판 상에 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 광차단막 패턴을 식각 마스크로 상기 투명 기판의 노출 부분을 식각하여 상기 투명 기판 상에 빛을 입사할 때, 상기 투명 기판에서 반사되는 빛과 상기 광차단막 패턴에서 반사되는 빛의 위상차가 180도가 되는 깊이로 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

투명 기판 상에 형성된 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 과정에서 웨이퍼에 결상된 이미지의 강도가 저하되어 원하는 패턴을 형성하지 못하는 경우가 있다. 예를 들어, 변형 조명계와 같이 입사각이 큰 조명계를 이용하여 노광 공정을 진행하는 경우, 마스크에 조사되는 광원은 마스크 패턴에 입사시 기판 표면, 마스크 패턴 및 공기면에서 빛이 반사된다. 이와 같이 반사된 빛은 모두 광원에서 입사되는 빛과 상쇄 간섭을 만들면서 빛의 효율을 떨어뜨리고, 반사된 빛이 마스크 표면에서 다시 반사되어 간섭을 일으키면서 웨이퍼 상에 결상되는 이미지의 강도를 저하시킨다.

도 1은 일반적인 투과형 바이너리 마스크를 개략적으로 나타내보인 도면이 다. 도 1을 참조하면, 투명 기판(100) 위에 마스크막 패턴(105)이 형성되어 있다. 이 마스크막 패턴(105)에 의해 투광 영역 및 차광 영역이 설정된다. 마스크막 패턴(105)은 바이너리 마스크의 경우에는 광차단막, 예를 들어 크롬(Cr)막으로 형성되어 있다. 다음에 이러한 마스크막 패턴(105)이 형성된 투명 기판(100)을 노광 장치(미도시함)에 배치하고 광원을 조사한다. 여기서 노광 장치의 조명계는 다이폴(dipole)을 포함하는 사입사 조명계를 사용한다. 광원을 마스크 패턴(105) 상에 조사하면, 입사광 ①과 입사광 ⑥의 일부는 반사광 ④로 표시한 바와 같이, 입사되는 투명 기판(100)의 표면에서 반사된다. 계속해서 투명 기판(100) 속으로 투과된 입사광 ②는, 투명 기판(100)의 표면에서 반사광 ⑤로 표시한 바와 같이 반사된다. 투명 기판(100)의 표면에서 반사된 빛은 입사광 ⑥에 영향을 주며, 또한, 투명 기판(100)의 후면에서 다시 반사되어 입사광 ①과 투명 기판(100) 속으로 투과되는 입사광 ②와 간섭 현상을 일으킨다. 이러한 간섭 현상은 회절광인 ③과 회절광 ⑧에 영향을 주면서 해상력을 저하시킨다. 이에 따라 웨이퍼 상에 결상되는 이미지의 강도를 저하시킨다. 이러한 간섭 현상은 다이폴 조명계와 같은 사입사 조명에서 회절각(θ)의 값이 큰 경우에 빛의 반사가 더 강하게 발생하면서 해상력에 영향을 많이 미치고 있다. 이에 따라 웨이퍼 상에 원하는 타겟 패턴을 정확하게 전사시키기 위해서는 마스크 상에서 반사에 의한 이미지 결상의 저해 요소를 제거하여 고해상도를 갖는 이미지를 구현할 수 있는 방법이 요구된다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 투과형 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

도 2를 참조하면, 투명 기판(200) 상에 광차단막(205)을 형성한다. 여기서 투명 기판(200)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(200) 위에 형성된 광차단막(205)은 이후 진행될 노광 공정에서 투명 기판(200)을 통해 투과하는 빛을 차단한다. 이러한 광차단막(205)은 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 광차단막(205) 위에 레지스트막 패턴(210)을 형성한다. 레지스트막 패턴(210)은 광차단막(205) 위에 레지스트막을 형성한 다음, 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 리소그래피(lithography) 공정을 진행하여 형성한다.

도 3을 참조하면, 레지스트막 패턴(210)을 마스크로 광차단막(205)의 노출 부분을 식각하여 광차단막 패턴(215)을 형성한다. 이러한 광차단막 패턴(215)에 의해 투명 기판(200)의 표면이 일부 노출되면서 투광 영역(a) 및 차광 영역(b)이 정의된다. 다음에 레지스트막 패턴(210)을 애슁(ashing) 공정으로 제거하고, 레지스트막 패턴(210)을 형성하는 과정 또는 광차단막 패턴(215)을 형성하는 과정에서 생성된 잔여물 및 불순물을 제거하는 세정을 실시한다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 광차단막 패턴(215)은 웨이퍼에 전사하고자 하는 타겟 패턴의 선폭(CD; Critical Dimension)을 측정하고, 추가 식각하여 선폭을 보정하는 공정을 더 진행할 수 있다.

도 4를 참조하면, 투명 기판(200) 내에 트렌치(220)를 형성한다. 구체적으로, 광차단막 패턴(215)을 식각 마스크로 투명 기판(200)의 노출 부분을 식각하여 소정 깊이(d)를 갖는 트렌치(220)를 형성한다. 트렌치(220)는 투명 기판(200)에서 반사되는 빛과 광차단막 패턴(215)에서 반사되는 빛의 위상차가 180도가 되도록 트렌치(220)에 입사되는 빛의 위상이 90도만큼 변하도록 투명 기판(200)을 식각한다. 이 경우, 트렌치(220)의 식각 깊이(d)는 노광 공정에서 사용되는 빛의 파장(λ, lambda)이 절반이 되는 두께로 식각한다. 구체적으로, 파장의 깊이(λ)는 빛의 간섭성을 고려하고, 투명 기판(200)이 노출된 투광 영역에서의 빛의 굴절율을 고려하면, 빛의 파장(λ)이 절반이 되는 두께는 다음 수학식 1을 이용하여 식각하는 두께를 구할 수 있다.

[수학식 1]

여기서 d는 식각 깊이이고, λ는 투명 기판에 입사되는 빛의 파장이며, n은 굴절율이다. 이와 같이 입사될 빛의 파장 및 굴절율을 고려하여 식각 깊이(d)를 조절하면, 빛이 상호 상쇄 간섭을 이뤄 반사율을 감소시킬 수 있다. 여기서 반사율은 입사각이 투명 기판의 표면에 가까울수록 반사도가 커진다.

한편, 입사된 빛이 소정 각도의 경사를 가지는 경우에는 식각 깊이(d)는 광차단막 패턴에서 반사된 빛과 식각된 곳에서 반사된 경로가 180도의 위상을 갖도록 조정한다. 여기서 식각 깊이(d)는 다음 수학식 2를 이용하여 지정할 수 있다.

[수학식 2]

여기서 d는 식각 깊이이고, λ는 투명 기판에 입사되는 빛의 파장이며, a는 입사광의 각도이다. 이와 같이, 투명 기판(200)을 식각하여 트렌치(220)의 깊이(d)가 입사되는 빛의 파장의 반이 되면, 사입사 조명계에서 입사된 빛이 투명 기판(200)의 표면에서 반사광을 만들 때 트렌치의 깊이(d)에 의해 반사광과 180도 위상반전을 만들어 소멸 간섭을 발생시킨다. 이러한 소멸 간섭으로 입사된 빛과 회절된 빛에 대한 영향이 소멸되어 양호한 해상력을 구할 수 있다. 즉, 사입사되는 변형조명계와 같이 입사각이 큰 조명계의 광학계에서는 반사율이 높아지는데, 본 발명의 실시예에서 제시한 바에 의하면, 서로 다른 영역에서 반사된 빛이 상호 상쇄되어 전체적으로 반사율을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 반사된 빛이 만드는 산란광(stray light)을 감소시키고, 이미지 형성시 존재하는 노이즈(noise)를 제거하며, 특히 입사된 빛과의 간섭에 의한 광 강도 저하를 방지할 수 있다. 구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 사입사 조명계에서 입사된 입사광 ①과 입사광 ⑥은 투명 기판(200)의 표면에서 일부 반사된다. 다음에 투명 기판(200) 내부로 통과한 입사광 ②가 투명 기판(200)의 표면에서 반사광 ⑤와 반사광 ⑦과 같이 반사될 때, 반사광 ⑦은 식각된 트렌치(220)에 의해 반사광 ⑤와 180도 위상반전을 만들어 소멸 간섭을 만들게 된다. 즉, 반사광 ⑤와 반사광 ⑦의 상호 상쇄된 빛은 입사광 ⑥과 소멸 간섭을 일으키는데, 식각된 트렌치(220)에 의해 위상이 반전되어 간섭에 사용되는 빛의 양을 감소시킴으로써 입사광 ⑥에서 입사된 빛의 강도를 유지시킨다. 이에 따라 입사광과 회절광 ③에 대한 영향이 소멸되면서 웨이퍼 상에 조사되는 이미지 강도를 유지할 수 있다.

도 1은 일반적인 투과형 바이너리 마스크를 개략적으로 나타내보인 도면이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 투과형 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims (3)

1. 투명 기판 상에 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 광차단막 패턴을 식각 마스크로 상기 투명 기판의 노출 부분을 식각하여 상기 투명 기판 상에 빛을 입사할 때, 상기 투명 기판에서 반사되는 빛과 상기 광차단막 패턴에서 반사되는 빛의 위상차가 180도가 되는 깊이로 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 투과형 포토마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 트렌치는 하기 수학식 1에 의해 계산되는 깊이로 식각하는 투과형 포토마스크의 제조방법.

   [수학식 1]

   

   상기 수학식 1에서, λ는 빛의 파장이고, n은 굴절율이다.
3. 제1항에 있어서,

   상기 트렌치는 상기 투명 기판 상에 입사되는 빛이 소정 각도로 경사져 들어오는 경우, 하기 수학식 2에 의해 계산되는 깊이로 식각하는 투과형 포토마스크의 제조방법.

   [수학식 2]

   

   상기 수학식 2에서 λ는 빛의 파장이고, a는 입사각의 각도이다.

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