KR940002733B1 - 노광용 마스크와 그 노광용 마스크의 제조방법 - Google Patents

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KR940002733B1
KR940002733B1 KR1019900001740A KR900001740A KR940002733B1 KR 940002733 B1 KR940002733 B1 KR 940002733B1 KR 1019900001740 A KR1019900001740 A KR 1019900001740A KR 900001740 A KR900001740 A KR 900001740A KR 940002733 B1 KR940002733 B1 KR 940002733B1
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마코토 나카세
히로츠구 와다
고지 하시모토
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이치
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Abstract

내용 없음.

Description

노광용 마스크와 그 노광용 마스크의 제조방법
제1a 내지 c도는 종래의 위상시프트(shift)형 노광용 마스크의 일련의 제조과정을 나타낸 단면도.
제2a 및 b도는 종래의 노광용 마스크의 단면과 광강도분포의 관계를 나타낸 도면.
제3a 내지 c도는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 단면과 광강도분포, 평면도의 관계를 나타낸 도면.
제4a 내지 e도는 본 발명의 제1실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제5a 및 b도는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 단면과 광강도 분포의 관계를 나타낸 도면.
제6a 내지 e도는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방버브이 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제7a 내지 f도는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제8a 내지 c도는 본 발명의 제4실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제9a 내지 d도는 본 발명의 제5실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제10a 내지 d도는 본 발명의 제6실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제11a 내지 c도는 본 발명의 제7실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도.
제12a 내지 b도와, 제13a 및 b도는 각각 차광층으로부터 투광개구쪽으로 돌출된 거리 △를 위상시프트영역의 팩터로 이용하여 광강도와의 관계를 나타낸 도면.
제14도는 광투과층의 두께를 조절함에 따라 위상시프트량이 변화할 때의 최적초점위치를 측정하여 나타낸 그래프.
제15a 및 b도는 DRAM의 평면도와 단면도.
제15c도는 본 발명의 제8실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조를 나타낸 단면도.
제16a 및 b도는 제15c도에 따른 부분확대도.
제17a 및 b도는 본 발명의 제9실시예에 따른 노광용 마스크의 단면과 광강도분포의 관계를 나타낸 도면.
제18a 내지 d도는 본 발명의 제9실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 투광성기판 11 : 차광층
12 : 레지스트 13 : 위상시프터
14 : 보조패턴 20 : 투광성기판
21 : 차광층 22 : 주투광영역
23 : 위상시프트영역 24 : SiO2막(제1막)
25 : 레지스트 26 : 폴리실리콘막(제2막)
30 : 마스크기판 31 : 부가광투과층
32 : 차광층 33 : 주투광영역
34 : 위상시프트영역 35 : SiO2막
36 : 레지스트 37 : 폴리실리콘막
40 : 투광성기판 41 : 차광층
42 : 주투광영역 43 : 위상시프트영역
44 : SiO2또는 폴리실리콘 막 45 : 레지스트
46 : SiO2막 47 : 레지스트
50 : 투광성기판 51 : 차광층
52 : 광투광층 53 : 주투광영역
54 : 위상시프트영역 55 : 하부절단부분
60 : 투광성기판 61 : 차광층
62 : 광투과층 63 : 주투광영역
64 : 위상시프트영역 65 : 레지스트
66 : 하부절단부분 70 : 투광성기판
71 : 차광층 72 : 광투과층(레지스트)
73 : 주투광영역 74 : 위상시프트영역
75 : 잠상(latent image) 76 : 하부절단부분
77: 광(light) 80 : 투광성기판
81 : 광투과층 82 : 차광층
83 : 주투광영역 84 : 위상시프트영역
85: 레지스트 90 : 투광성기판
91a : 광투과층 91b :광투과층
92 : 차광층 100 : 마스크기판
101 : 차광층 102 : 레지스트
103 : 홈(groove) 104 : SiO2막
105 : 부식되기 쉬운 부분
[산업상의 이용분야]
본 발명은 노광용 마스크와 그 노광용 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 리소그래피기술에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
지난 몇 년 동안 반도체집적회로의 직접밀도와 마이크로패턴의 정밀도는 꾸준히 향상되어 왔다. 반도체집적화로의 제조에 있어서 리소그래피기술은 특히 중요한 과정인 바, 따라서 G선, i선, 엑시머 레이저(exicimer laser), X선 등의 광원을 사용하는 여러가지의 리소그래피기술이 검토되어 왔다. 레지스트에 대해서도 새로운 레지스트의 개발과, REL법과 같은 새로운 레지스트처리 방법에 관한 연구가 진행되어 왔다. 마찬가지로 실리콘웨이퍼에 대해서도 3층 레지스트법, CEL법, 이미지 리버스(image reverse)법 등에 관한 연구가 진행되어 왔다.
이와는 대조적으로, 마스크 제작 기술에 대해서는 충분한 검토가 이루어지지 않았으나 최근에 와서 마스크패턴의 해상도를 개선하기 위한 위상시프트(phase shift)법이 소개되었고, 지대한 주목을 받게 되었다. (IBM 1986, IEEE Trans. Elect. Devices. Vol. ED-29, 1982, CP1828 ; 1988, Fall Applied Physics Meeting 4a-K-7, 8(P497)).
제1a 내지 c도는 상기 위상시프트법을 이용한 포토리소그래피용 마스크의 제조과정을 나타낸 것이다.
제1a도의 과정에서는 크롬 또는 산화크롬으로 이루어진 차광층(11)이 석영기판(10)상에 스퍼터법에 의해 100㎚ 정도의 두께로 증착되고, 그 위에 레지스트(12)가 패터닝된다.
제1b도에 나타낸 바와 같이 차광층(11)을 패터닝된 레지스트(12)를 마스크로 이용하여 습식에칭 또는 반응성이온에칭법에 의해 에칭한다.
결과적으로 제1c도에 나타낸 바와 같이 입사광의 위상을 시프트시키는 위상시프터(13 ; phase shifter)가 예컨대 레지스트를 이용하여 형성된다. 이 경우, 위상시프트(13)는 선/공간부(部)의 개구부(開口部)를 하나씩 걸러서 덮게 되고, 고립된 공간부에서는 단독으로는 용해가 되지 않는 재료로 된 보조패턴(14)이 개구부의 가장자리에 형성되며, 그위를 위상시프트(13)가 덮게 된다.
이와 같이 제조되 마스크를 사용하여 노광시킬 때, 제2b도의 점선으로 나타낸 바와 같이 각 투광개구를 통과하는 빛은 그 위상이 하나씩 걸러 반전하게 되어, 차광층(11)의 바로 아래부분의 광강도가 현저히 감소하게 된다. 그 결과, 제2b도의 실선으로 나타난 바와 같은 광강도분포를 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 마스크를 사용한 집적회로의 패턴은 종래의 마스크를 사용했을 때에 비해 1/2정도의 입체해상도를 갖는다.
그러나, 상기한 위상시프트형 포토리소그래피용 마스크의 일련의 제조공정을 고려하면, 다음과 같은 문제점이 있다.
1. 마스크패턴이 형성된 다음 선/공간부에서는 개구부상에 위상시프터(13)가 하나씩 걸러서 배치되고, 고립된 공가부에서는 차광층(11)안에는 보조패턴(14)이 형성되며, 이 보조패턴(14)위에 위상시프터(13)가 배치된다. 따라서, 마스크패턴과 위상시프터를 형성하기 위해서는 적어도 2회의 패턴형성공정 및 두 공정 간의 얼라인먼트 단계가 필요하게 된다. 그러나, 마스크 묘화용(描畵用) 전자선(electron-beam) 노광장치에는 통상 얼라인먼트기능이 구비되어 있지 않기 때문에 다이렉트 드로잉(direct drawing) EB노광장치와 같이 얼라인먼트 기능을 갖춘 노광장치가 개발되어야만 한다. 그렇게 하려면 많은 노력과 시간, 비용이 필요로 된다.
2. 마스크 패턴의 EB데터 및 시프터 리소그래피데이터는 아주 많은 양의 복잡한 데이터처리가 필요로 된다.
3. 보조패턴(14)이 마스크의 최소패턴크기보다 더 작게 형성되어야 한다.
4. 보조패턴(14)을 투과하는 빛이 충분히 감쇄되지 않기 때문에 패턴이 찌그러질 염려가 있다.
5. 다른 패턴들과 비교해 볼대 고립선부(isolated line portion), 고립섬부(isolated island portion) 및 기타 같은 종류의 패턴들이 서로 같은 해상도를 가지도록 형성될 수 없다.
이상과 같이, 포토리소그래피에 사용되는 종래의 위상시프트형 노광용 마스크를 제조하는 공정에서는 여러가지 문제점이 발생된다. 예컨대. 얼라인먼트기능을 구비한 새로운 EB마스크 노광장치의 개발이 필요하고, 패턴형성 때의 EB데이터 및 시프터 공정 데이터에 있어서 다량의 복잡한 데이터처리가 필요하며, 보조 패턴의 형성시 마스크의 최소패턴크기보다 보조패턴의 크기가 더 작아야 하고, 고립공간부에 형성되는 패턴이 찌그러질 염려가 있다. 그리고, 형성되는 모든 패턴들이 동일한 해상도를 갖도록 하는 것이 어렵다는 등의 문제점이 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 노광용 마스크패턴이 형태 및 크기에 대한 노광상태의 의존도를 줄이고, 일정한 광량의 충실한 패턴전이(trans-fer)를 실행할 수 있는 노광용 마스크와 그 노광용 마스크의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리소그래피용 노광용 마스크는 투광성 기판과 그 기판상의 차광층으로 되어 있는데, 이 차광층은 하나 또는 다수의 투광개구가 형성되도록 패터닝되며, 이 각각의 투광 개구로 인해 예리한 광강도분포를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에서의 노광용 마스크의 형태에 따르면, 투광개구는 개구부의 중앙에 위치하고, 제1광경로를 갖는 주투광영역과 차광층에 인접한 위치에 있으며, 제2광경로를 갖는 위상시프트영역으로 구성된다. 이때, 제2광경로는 제1광경로와 차이가 있으며, 위상시프트영역은 주투광영역의 기판을 에칭함으로써 형성된다. 즉, 위상시프트영역은 투광개구인 개구부에 부가광투과층을 배치하므로써 형성된다. 그리고, 위상시프트영역을 투과하는 빛의 위상이 주투광영역을 투과하는 빛에 대해 180° 시프트되려면, 제1광경로와 제2광결로의 경로차가 λ/{2(n-1)}이 되어야 하는바, 이때 λ는 투과광의 파장, n은 기판 또는 부가광투과층의 굴절률이다. 투광개구인 개구부에 부가광투과층을 배치하여 위상시프트영역이 형성될 때, 부가광투과층은 투광개구 쪽으로 돌출된 부분으로서 기판과 차광층의 사이에 배치된다. 또, 부가광투과층이 투광개구 쪽으로 돌출되어 차광층의 위에 배치되거나 또는 차광층과 동일한 면에 단지 투광개구 안쪽으로만 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 제1실시예 형태에 따른 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법에 있어서, 노광용 마스크는 투광성기판과 그 위에 차광층이 있는 구조로 되어 있고, 이 차광층은 하나 또는 다수의 투광개구가 형성되도록 소정의 형태로 패터닝된다.
또, 투광개구는 그 중앙에 위치한 주투광영역과 차광층에 인접한 위상시프트영역으로 구성되는데, 이때 주투광영역을 투과한 빛에 대해 위상시프트영역을 투과한 빛이 위상이 시프트된다. 이 제조방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다. 즉, 투광성 재료의 기판위에 차광층을 형성하는 단계와, 차광층상에 제1막을 증착하는 단계, 제1막상에 레지스트층을 형성하는 단계, 투광개구의 위치와 일치되도록 레지스트층을 패터닝하는 단계, 패터닝된 레지스트층을 마스크로 이용하여 투광성기판 표면의 차광층과 제1막을 에칭하는 단계, 레지스트층을 제거하고 투광층, 차광층 및 제1막을 제2막으로 덮는 단계, 차광층과 제1막의 측면에만 제2막이 남도록 제2막을 이방성에칭하는 단계 및 마지막으로 제2막 잔여부분을 이용하여 위상시프트영역을 형성하는 단계로 이루어진다.
이 제1실시예의 형태에 따르면, 주투광영역의 기판을 에칭다운(down)하여 위상시프트영역을 형성하기 위해, 투광층이 투광성기판으로 구성되고, 제2막의 잔여부분을 이용한 위상시프트영역의 형성이 제1, 제2막의 잔여부분을 마스크로 이용하여 투광성기판을 소정의 양 만큼 에칭한 후, 제1, 제2막의 잔여부분을 제거하는 단계로 되어 있다.
제2실시예의 형태에 따르면, 기판과 차광층의 사이에 투광개구쪽으로 돌출된 부가광투과층을 형성하여 위상시프트영역을 형성하고, 투광층이 투광성기판과 그 기판위에 소정의 두께의 돌출부분으로 배치된 부가광투과층으로 되어 있으며, 이때 제2막의 잔여부분을 이용한 위상시프트영역(돌출된 부가광투과층)의 형성은, 제1, 제2막의 잔여부분을 마스크로 이용하여 투광성기판 표면의 부가광투과층을 에칭한 후, 제1, 제2막의 잔여 부분을 제거하는 단계로 되어 있다.
한편, 제3실시예의 형태에 따르면, 부가광투과층을 차광층과 동일한 면에 투광개구 안쪽으로만 위치하도록 하여 위상시프트영역을 형성하고, 투광층이 투광성 기판으로 이루어지며, 제2막은 투광성 재료로 이루어지고, 제2막의 잔여부분을 이용한 위상시프트영역의 형성이 제1, 제2막의 잔여부분상에 제2레지스트층을 형성한 다음 차광층 표면에 있는 제1, 제2막과 제2레지스트층을 에칭하며, 제2막이 부가광투과층으로 남도록 제2레지스트층을 제거하는 단계로 되어 있다.
본 발명의 제4실시예의 형태에 따르면, 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법에 있서 노광용 마스크는 투광성 기판과 그 기판위에 차광층으로 이루어지고, 차광층은 소정의 형태의 하나 또는 다수의 투광개구를 형성하도록 패터닝되며, 각 투광개구는 그 중앙에 위치한 주투광영역과 차광층에 인접해 있는 위상시프트영역으로 구성되는데, 이때 위상시프트영역을 투과한 빛은 주투광영역을 투과한 빛에 대해 그 위상이 시프트된다. 그 제조방법은 다음의 단계로 되어 있다. 즉, 투광성재료의 기판상에 차광층을 형성하는 단계와, 차광층상에 제1막을 형성하는 단계, 투광개구의 주투광영역과 일치하게 제1막을 패터닝하는 단계 및, 패터닝된 제1막을 마스크로 이용하여 투광개구의 위치에 있는 차광층을 오버에칭하는 단계로 이루어진다.
이 제4실시예 형태의 노광용 마스크에서, 부가광투과층을 투광개구의 안쪽으로 돌출되게 차광층상에 배치하여 위상시프트영역을 형성하고, 투광층은 투광성 기판으로 이루어지며, 제1막은 투광성의 레지스트재료로 되어 있으면서 부가광투과층을 구성하게 된다.
제5실시예의 형태에 따르면, 투광층은 투광성기판으로 이루어지고, 제1막은 투광성 재료로 되어 있으며, 제1막의 패턴형성은 제1막상에 레지스트층을 만들고, 이 레지스트층을 패터닝한후, 패터닝된 레지스트층을 마스크로 이용하여 제1막을 에칭하는 단계로 형성된다.
제6실시예의 형태에 따르면, 투광층의 투광성기판으로 이루어지고, 제1막은 투광성의 레지스트 재료로 되어 있으면서 부가광투과층을 구성한다. 이때, 차광층은 제1막의 형성에 앞서 이미 패터닝된 상태이고, 제1막이 패터닝되도록 하는 노광은 투광성기판의 배면으로부터 실행된다.
제7실시예의 형태에 따르면, 위상시프트영역은 기판과 차광층 사이에 부가광투과층을 투광개구 쪽으로 돌출되어 있게 함으로써 형성되는데, 이때 투광층은 투광성기판상에 배치된 소정의 두께의 부가광투과층으로 구성된다. 즉, 제1막은 레지스트재료로 되어 있으며, 패턴화된 제1막을 마스크로 이용하여 투광층을 에칭함으로써 위상시프트영역이 형성된다.
본 발명의 노광용 마스크의 제9실시예의 형태에 따르면, 기판의 투광개구가 볼록렌즈모양으로 형성되어 있다. 이러한 형태의 렌즈타잎마스크의 제조방법은 다음과 같은 단계로 되어 있다. 즉, 기판상에 차광층을 형성하는 단계와, 차광층상에 제1막을 형성하는 단계, 제1막상에 레지스트층을 형성하는 단계, 투광개구와 일치하도록 레지스트층을 패터닝하는 단계, 패터닝된 레지스트층을 마스크로 이용하여 차광층과 기판을 에칭하는 단계, 레지스트층을 제거하고 기판과 차광층 그리고 제1막을 제2막으로 덮는 단계, 투광개구의 중앙에 위치한 기판부분과 차광층 그리고 제1막의 측면에만 제2막이 남도록 제2막을 등방성 에칭하는 단계 및, 제2막의 잔여부분을 마스크로 이용하여 기판을 다시 에칭하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 노광방법은 앞에서 언급한 구조의 노광용 마스크를 사용하여 투광개구를 투과한 빛의 예리한 광강도분포를 얻을 수 있는점이 특징이다. 투광개구가 그 중앙에 위치하며 제1광경로를 갖는 주투광영역과 차광층에 인접해 있으며 제1광경로와는 다른 제2광경로를 갖는 위상시프트영역으로 되어 있을 때 위상시프트영역을 투과하는 빛은 주투광영역을 투과하는 빛과 간섭을 일으키게 되고, 그 결과 전(全)투과광의 예리한 광강도분포를 얻게 된다. 기판의 투광개구가 볼록렌즈모양으로 형성되어 있을 때에는 렌즈모양의 부분에서 생기는 빛의 굴절로 인해 전체 투과광의 예리한 광강도분포를 얻을 수 있게 된다.
[실시예]
[제1실시예]
제3a 내지 c도는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 단면과 광강도분포와의 관계를 나타낸 것이다.
한쌍의 차광층(21)이 투광성 마스크기판(20)상에 리소그래픽 광을 차단하도록 형성되어 있어서, 소정 형태의 패턴을 얻을 수 있다. 이때, 마스크기판(20)은 석영재료로 되어 있고, 차광층(21)은 크롬 또는 산화크롬으로 되어 이다. 투광개구는 마스크기판(20)이 한쌍의 차광층(21)사이에 노출되어 있는 부분에 형성되어 있다. 이 투광개구는 개구부의 중앙을 에칭하여 형성된 홈이 패인모양의 주투과영역(22)과, 차광층(21)과 인접해 있으며 주투광영역(22)을 둘러싸고 있는 위상시프트영역(23)으로 구성된다.
상기 주투광영역(22)의 광경로는 위상시프트영역(23)의 광경로와 다른 바, 이 경로차 1d는 투과광이 위상의 180° 시프트되면, 다음 식으로 나타낼 수 있다.
1d= nt-nat=λ/2
이 때, λ는 투과광의 파장, t는 기판(20)에서의 홈의 깊이, n은 기판(20)의 굴절률, na는 마스크 주변분위기의 굴절률이다. 만약, 마스크의 주변이 공기라면 na 는 약 1이다. 따라서, 홈의 깊이는 대략 t=λ/{2-(n-1)}이다. 예컨대, 마스크기판(20)이 석영으로 되어 있고, i-선을 광원으로 사용한다면 홈의 깊이는 약 400㎚정도이다.
상기한 형태로 제작된 노광용 마스크를 사용하여 웨이퍼를 노광시키면, 제3b도의 점선과 같이 주투광영역(22)을 투과한 빛에 대해, 위상시프트영역(23)을 투과한 빛의 광강도분포를 살펴보면 그 위상이 180°로 시프트되었음을 알 수 있다. 따라서, 이들 광분포가 겹치게 되면, 위상시프트영역(23)의 바로 아래부분은 빛의 강도가 현저히 감소하게 되어, 제3b도의 실선으로 나타낸 바와 같이 예리한 분포곡선을 얻을 수 있다. 이 결과, 종래의 마스크를 이용했을때의 입체해상도(약 0.6㎛)에 비해 그 1/2인 입체해상도(약 0.3㎛)를 얻을 수 있게 된다.
제4a 내지 e도는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 제조방법을 일련의 과정으로 나타낸 도면이다.
제4a도에 나타낸 바와같이, 크롬 또는 산화크롬의 차광층(21)이 석영질인 마스크기판(20)의 표면전체에 스파터법에 의해 두께 100㎚정도로 증착되었다. 그 다음에 SiO2또는 폴리실리콘막(24)이 그 표면에 CVD법에 의해 두께가 약 100㎚정도로 증착되었다. 이때 만약 SiO2막이 증착되었다면, 일례로 900℃의 온도에서 SiH4-CO2(NO)-H2혼합가스의 분위기에 증착되고, 폴리실리콘막이 증착되었다면, 일례로 650℃의 온도에서 SiH4-H2혼합가스의 분위기에서 증착된다. 다음에 레지스트(25)가 코팅된 후, 묘화용(描畵用) EB등을 사용하여 원하는 도안으로 패터닝된다.
제4b도에 있어서, SiO2막(24)과 차광층(21)이 레지스트(25)에 의해 형성된 패턴을 마스크로 이용하여, 투광개구가 형성되도록 반응성 이온에칭법으로 제거된다. 그 다음에 폴리실리콘막(26)이 두께 약 300㎚정도로 표면전체에 중착된다.
제4c도에서는 폴리실리콘막(26)이 차광층(21)과 SiO2막(24)의 측면에만 남도록 CF4-O2혼합가스를 사용한 반응성이온 에칭법에 의해 이방적으로 에칭된다.
제4d도에서는, 마스크기판(20)이 주투광영역(22)의 홈을 형성하도록, 측면에 남아있는 폴리실리콘막(26)을 마스크로 이용하여 CHF3-O2혼합가스를 사용한 반응성 이온 에칭법에 의해 비등방적으로 에칭된다. 다음에, 화학적 드라이에칭처리또는 NH4F 처리로 표면처리를 하게 된다. 광원의 파장이 λ, 마스크기판(20)의 굴절률이 n으로 주어졌을때의 홈의 깊이는 λ/{2(n-1)}이다.
마지막으로 제4e도에서는, SiO2막(24)과 폴리실리콘막(26)이 화학적 드라이 에칭이나 에칭액을 이용하여 제거된다. SiO2막(24)이나 폴리실리콘막(26)이 열처리는 하지 않았기 때문에 이 막들의 에칭속도가 매우 빠르고, 따라서 막은 완전히 제거된다.
[제2실시예]
제5a도는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 단면도로서, 부가광투광층(31)과 차광층(32)이 마스크기판(30)상에 형성되어 있다. 상기 차광층(32)을 제거한 부부인 투광개구는 기판(30)이 개구부의 중앙에 노출된 부분인 주투광영역(33)과 차광층(32)으로부터 광투광층(31)으로 돌출된 부분인 위상 시프트영역(34)으로 구성된다. 상기 주투광영역(33)의 광경로는 위상시프트영역(34)의 광경로와 다른바, 이 광경로의 차 1d는 투과광의 위상이 180°시프트되었을때, 다음식으로 나타낼 수 있다.
1d=nt-nat=λ/2,
여기서, λ는 투과광의 파장, t는 광투과층(31)의 두께, n은 광투과층(31)의 굴절률, na는 마스크주변분위기의 굴절률이다. 만약 주변의 공기라면 na는 약 1이다. 따라서, 두께는 t=λ/{2(n-1)}정도가 된다.
예컨대, 광투과층(31)이 SiO2로 되어 있고, 광원으로써 i-선이 사용된다면 광투과층의 두께는 400㎚정도가 된다.
상기한 노광용 마스크를 이용하여 웨이퍼를 노광시켰을때, 제5b도의 점선으로 나타낸 바와 같이 주투광영역(33)을 통과한 빛에 대해 위상시프트영역(34)을 투과한 빛의 광강도분포를 살펴보면, 그 위상이 180°시프트되었음을 알 수 있다. 따라서, 이들 광분포가 겹치게 되면 위상시프트영역(34)의 바로 아래부분은 빛의 강도가 현저히 감소하게 되어, 전체적으로는 제5b도의 실선과 같이 예리한 분포 곡선이 얻어진다. 이 결과, 종래의 마스크를 이용했을 때의 입체해상도(약 0.6㎛)에 비해 그 1/2인 해상도(약 0.3㎛)를 얻을 수 있게 된다.
제6a 내지 e도는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 제조방법을 일련의 과정으로 나타낸 단면도이다.
제6a도에서는 부가광투과층(31)이 마스크기판(30 ; 일례로 석영질의)에 증착되었다. 투과광의 위상 180°로 시프트시키려면 광투과층(31)의 두께는 광원의 파장이 λ, 광투과층(31)의 굴절률이 n으로 주어졌을 때, λ/{2(n-1)}로 된다.
예컨대, 광원으로 i-선이 사용되고 광투과층(31)이 SiO2막으로 되어 있다면 이때 막의 두께는 400㎚정도이다. 그 다음에 크롬 또는 산화크롬으로 된 차광층(32)이 100㎚정도의 두께로 증착된다. 이와 같이 입혀진 막 위에 폴리실리콘막이나 실온에서 액상으로 성장시킨 SiO2막 또는 플라즈마 CVD법으로 코팅된 SiO2막(35)이 증착된다. 그후에 레지스트(36)가 코팅되고, 묘화용 EB등의 장치로 패터닝하게 된다.
제6b도에 있어서, 레지스트(36)에 의해 형성된 패턴을 마스크로 이용하여 SiO2막(35)과 차광층(32)이 반응성이온에칭등의 방법으로 제거된다. 그후 표면전체에 300㎚ 정도의 두께로 폴리실리콘막(37)이 코팅된다.
제6c도에 있어서, 폴리실리콘막(37)이 차광층(32)과 SiO2막(35)의 측면에만 남아있도록 CF4-O2혼합가스를 사용한 반응성이온에칭방법에 의해 폴리실리콘막(37)을 이방적으로 에칭한다.
제6d도에 있어서, 기판(30)이 노출되도록 측면에 남아 있는 폴리실리콘(37)을 마스크로 이용하여 CHF3-O2혼합가스를 사용항 반응성 이온에칭법에 의해 광투과층(31)을 이방적으로 에칭한다.
제6e도에 있어서, 광투과층(31)이 노출되도록 SiO2막(35)과 폴리실리콘막(37)을 드라이에칭으로 제거한다. 이상의 과정을 거쳐, 마스크기판(30)으로 된 주투광영역(33)과 차광층(32)으로부터 광투과층(31)이 돌출된 부분의 위상시프트영역(34)으로 구성된 개구부(투광개구)가 완성된다. 본 발명은 앞서 언급한 SiO2막(35)과 폴리실리콘막(37)에만 국한되는 것이 아니고, 측면에 남아 있을수 있는 물질은 어떤 것이나 사용이 가능하다.
[제3실시예]
제7a 내지 f도는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도이다.
제7f도에서 알 수 있는바와 같이, 미리 정해진 패턴으로 차광층(41)이 마스크기판(40)상에 형성되어 있고, 투광개구는 차광층(41)이 제거된 부분으로 되어 있다. 각각의 투광개구는 개구부의 기판(40)이 중앙에 노출되어 있는 주투광영역(42)과, 차광층(41)에 접해있는 부가광투과층으로 형성된 위상시프트영역(43)으로 구성되어 있다.
상기 주투광영역(42)의 광경로는 위상시프트영역(43)의 광경로의 차이가 있는바, 이 광경로차 1d는 투과광의 위상이 180°시프트될때 아래의 식으로 나타낼 수 있다.
1d= nt-nat=λ/2
이때, λ는 투과광의 파장, t는 부가광투과층의 두께, n은 부가광투과층의 굴절률, na는 마스크 주변분위기의 굴절률이다. 만약 주변분위기가 공기라면, na는 약 1이다. 따라서, 이때의 두께는 대략 t=λ/{2(n-1)}이다. 상기의 노광용 마스크를 사용하여 웨이퍼를 노광시켰을때, 제1실시예 및 제1실시예에서와 마찬가지로 고해상도를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방법은 제7a도에 나타낸 바와 같이, 크롬 또는 산화크롬으로 된 차광층(41)을 석영재료의 마스크기판(40)의 전체표면에 스퍼터법으로 두께가 약 100㎚ 정도로 증착한다. 그후, SiO2또는 폴리실리콘막(44)을 CVD법에 의해 두께가 100㎚ 정도가 되도록 전체표면에 증착한다. 다음에 레지스트(45)가 코팅된 후, 묘화용 EB등의 장치에 의해 소정의 형태로 패터닝된다.
제7b도에서는 개구부가 형성되도록 SiO2막(44)과 차광층(41)이 패터닝된 레지스트(45)를 마스크로 이용하여 반응성이온에칭에 의해 제거된다. 그 다음에 SiO2막(46)이 100㎚ 정도의 두께로 증착된다.
제7c도에서는 SiO2막(46)이 차광층(41)과 SiO2막(44)의 측면에만 남아 있도록 CF4-O2혼합가스를 사용한 반응성이온에칭법에 의해 SiO2막(46)을 이방적으로 에칭한다.
제7d도에서는 레지스트(47)가 마스크기판(40)과 SiO2막(44, 46)의 표면에 코팅되는데, 이때 레지스트의 표면이 평탄해지도록 코팅된다.
제7e도에서는 제7d도의 형태를 차광층(41)의 윗표면까지 반응성이온에칭법에 의해 이방적인 에칭을 한다. 그 다음 레지스트(47)를 제거하면 제7f도와 같이 된다.
상기 제1실시예 내지 제3실시예에서는 광원으로 i-선을 사용하고 있지만, 본 발명은 i-선에만 국한되는 것이 아니고, G-선, 엑시머레이저 등의 광원도 그 사용이 가능하다. 기판(20)의 홈의 깊이와 부가광투과층(31, 43)의 두께는 광원에 따라 달라지며 λ/{2(n-1)}로 결정된다.
[제4실시예]
제8a 내지 c도는 본 발명의 제4실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법의 일련의 과정을 나타낸 단면도이다.
제8c도에 나타낸 바와 같이, 이 노광용 마스크는 석영질의 광투과성 기판(50), 기판상에 형성된 크롬 박막의 차광층(51)이 광투과층(52)으로 구성되는데, 이때 광투광층(52)은 소정의 길이(예컨대, 약 0.5㎛)만큼 차광층(51)으로부터 돌출되어 차광층(51)의 위쪽에 얹혀진 형태의 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate)층 패터닝으로 되어 있다.
상기한 노광용 마스크에서 차광층(51)상의 광투과층(52)의 돌출부가 위상시프트영역이 되는데, 이 돌출부의 아래에 기판(50) 부분이 있게 된다. 주투광영역(53)은 광투과층(52)의 돌출부사이에 기판(50)이 노출되어 있는 부분으로 되어 있다. 차광층(51)의 가장자리 근처를 투과하는 빛은 광투과층(52)의 돌출부를 지나게 되어 그 위상이 180°시프트된다. 이 빛은 광투과층(52)을 투과하지 않은 빛과 간섭을 일으키게 되어 예리한 광강도붙포를 얻게 된다. 주투광영역(53)의 광 경로는 위상시프트영역(54)의 광경로와 차이가 있으며, 이 광경로차 1d는 투과광의 위상이 180°시프트되었을때 다음 식으로 나타낼 수 있다.
1d= nt-nat=λ/2
이때 λ는 투과광의 파장, t는 광투과층(52)의 두께, n은 광투과층(52)의 굴절률, na는 맛크주변분위기의 굴절률이다. 주변분위기가 공기라면 na는 약 1이고, 이때 두께 t는 대략 t=λ/{2(n-1)}정도이다.
본 발명의 제4실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방법은, 제8a도에 나타낸 바와 같이 석영질의 투과성 기판(50)과 그 위에 100㎚ 두께의 크롬막이 스파터법으로 형성된 차광층(51)이 있고, 그 다음에 광투과층(52)으로 106의 분자량을 갖는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 수지층(레지스트)이 코팅되었다.
이때, 두께는 250㎚이고, 스피너(spinner)를 사용하여 코팅하였으며, 180℃에서 열처리를 하였다. 이 층의 두께는 폴리메틸메타크릴레이트수지의 굴절률이 1.5이고, 노광시킬때의 광원이 248㎚의 파장을 갖는 KrF 엑시머레이저라는 가정하에 정해진 것이다.
제8b도에서는 EB노광장치로써 100μC/㎠ 정도의 강도로 도안(drawing)하고, 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone)을 사용하여 1분동안 현상처리 한 다음, 레지스트로 되어 있는 광투과층(52)에 패턴을 형성하였다.
제8c도에서, 크롬에칭액으로 1분동안의 에칭을 한번 한 다음 50초 동안의 추가에칭을 하였다. 이러한 과정으로 차광층(51)의 패턴이 형성된다. 즉, 차광층(51)과광투과층(52)의 사이에 폭이 0.5㎛정도되는 하부절단부분(55)이 만들어진다. 위상시프트영역(54)은 이 하부절단부분(55)으로 인해 생기게 된다.
이와 같은 방법으로 제조된 노광용 마스크를 구경수(numerical aperture)가 NA=0.42인 투사렌즈를 갖춘 KrF 엑시머레이저 스테퍼(stepper)에 올려 놓고, 처리할 기판위에 0.5㎛의 두께로 코팅된 노볼락 포지티브 레지스트(novmlak positive resist)인 PR-1024를 노광시켰을때, 초고정밀도와 탁월한 재생산성의 0.2㎛의 해상도를 갖는 패턴을 얻을 수 있다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 노광용 마스크와, 위상시프트영역을 제외하고는 똑같은 방법으로 제조된 종래의 노광용 마스크를 사용하여 노광시켰을 때의 패턴은 단지 0.4㎛ 정도의 해상도를 갖는다.
이상의 비교에서 명백히 알 수 있듯이, 본 발명과 같은 형태의 노광용 마스크와 노광방법으로써 초고정밀도의 패턴을 얻을 수 있다. 또, 차광층(51)이 광투과층(52)의 셀프-얼라인먼트(self-alignment)되어 형성되어 있으므로 마스크 얼라인먼트(mask alignment)과정이 필요없다. 따라서, 제조과정이 매우 간단해지게 된다. 더욱이, 레지스트가 직접 광투과층(52)으로 이용되므로, 레지스트 제거과정도 필요하지 않게 된다.
[제5실시예]
제9a 내지 d도는 본 발명의 제5실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법을 일려늬 과정으로 나타낸 단면도이다.
제9d도에서 알 수 있는 바와 같이, 노광용 마스크는 제8c도의 제4실시예에 따른 마스와 그 형태가 같고, 따라서 제4실시예에서 언급한 바와 같은 기능을 가진다.
제5실시예에 따른 노광용 마스크의 제조방법에 있어서, 제9a도에 나타낸 바와 같이 석영질의 투광성 기판(60)과, 기판위에 스파터법으로 중착된 100㎚ 두께의 크롬막으로 되어 있는 차광층(61)이 형성되어 있고, 그 위에 250㎚ 두께의 실리콘옥사이드막을 증착하여 광투과층(62)이 형성된다.
다음에, 250㎚ 두께의 폴리메틸메타크릴레이트막을 코팅하여 레지스트(65)층을 형성한 후 80℃에서 열처리를 한다.
제9b도에서, EB 노광장치에 의해 1000μC/㎠의 강도로 도안(drawing)한 후 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone)으로 1분간 현상처리를 하고, 그 다음에 레지스트(65)를 패터닝한다. 그리고, 광투과층(52)인 실리콘옥사이드막을 CF4-O2혼합가스를 사용한 반응성이온 에칭으로 패터닝한다.
제9c도에서, 제4실시예의 방법과 같이 크롬에칭액으로 2분동안 에칭을 한번 한 후 50초동안 추가에칭을 하였다. 그 결과, 광투과층(62)이 되는 실리콘옥사이드층 패턴 아래쪽에 폭이 0.5㎛정도 되는 하부 절단부분(66)이 만들어진다.
제9d도에서, 레지스트(65)가 제거되고 나면, 주투광영역(63)과 위상시프트영역(64)으로 구성되는 투광개구가 형성된다.
제4실시예에서와 같이, 이러한 방법으로 제조된 노광용 마스크를 사용하여 노광시키면 초고정밀도의 패턴을 얻을 수 있다.
[제6실시예]
제10a 내지 d도는 본 발명의 제6실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법을 일련의 과정으로 나타낸 단면도이다.
제10d도에 나타낸 바와 같이 이 노광용 마스크는 제8c도에 제4실시예에서의 마스크와 같은 구조이며, 따라서 그 기능도 같다.
본 실시예의 제작법은 통상의 방법으로 형성된 노광용 마스크를 가공함으로써 위상시프트광투과층을 형성할 수 있는 방법중의 하나이다.
제10a도에 나타낸 바와 같이, 통상의 제조방법으로 100㎚두께의 크롬막으로 구성된 차광층(71)이 석영질의 투광성기판(70)상의 표면에 형성된 후 광투과층(72)으로서의 폴리메틸메타크릴레이트막(레지스트)이 250㎜의 두께를 갖추기 위해 차광층(71)상에 코팅되고, 180℃에서 열처리를 하였다.
제10b도에서 전 표면을 240~300㎚의 파장을 갖는 Xe-Hg 램프를 사용하여 석영기판(70)의 배면으로부터(화살표와 같이)복사광(77)으로 5분동안 노광시키면, 잠상(75 ; 潛像)이 형성된다.
제10c도에서는 제4실시예에서와 같은 방법으로 광투과층(72 ; 레지스트)이 현상처리된다.
제10d도에서 레지스트(72) 패턴의 바로 아래에 하부절단부분(76)이 형성되도록 추가에칭을 한다.
이런 과정을 거쳐 주투광영역(73)과 위상시프트영역(74)으로 구성되는 구광개구가 형성된다.
제4, 제5실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서 제조된 노광용 마스크를 사용하여 노광시키면 고정밀도의 패턴을 얻을 수 있게 된다.
[제7실시예]
제11a 내지 c도는 본 발명의 제7실시예에 따른 위상시프트형 노광용 마스크의 구조와 그 제조방법을 일련의 과정으로 나타낸 단면도이다.
제11c도에 나타낸 바와 같이 노광용 마스크는 석영질의 투광성기판(80)과 그 위에 형성된 광투과층(81), 그리고 광투과층(81)위에 크롬 또는 산화크롬의 박막이 증착되어 형성된 차광층(82)으로 구성된다. 상기 차광층(82)과 석영기판(80)의 사이에 소정의 길이만큼 차광층(82)으로부터 돌출되도록 형성된 광투과층(81)은 400㎚ 두께의 실리콘옥사이드층으로 되어 있다. 즉, 위상시프트영역(84)은 광투과층(81)이 돌출된 부분으로 구성되고, 주투광영역(83)은 마스크기판(80)이 노출된 부분으로 구성된다. 이때, 차광층(82)의 가장자리 근처를 지나는 빛이 광투과층(81)을 투과하면, 이 빛의 위상이 180°로 반전된다. 이 빛은 광투과층(81)을 투과하지 않은 빛과 간섭을 일으키게 되고 그 결과 예리한 광강도분포를 얻을 수 있게 된다.
제11a도에서, 광투과층(81)으로서 400㎚ 두께의 실리콘 옥사이드막을 석영질의 투광성기판(80)의 표면에 CVD법으로 증착한다. 그 위에 크롬 또는 산화크롬 막으로 된 두께 100㎚의 차광층(82)이 스퍼터법으로 형성된다.
그 다음에 레지스트(85)가 코팅된 후, 패터닝된다. 이때, 광투과층(81)으로써 250㎚ 두께의 폴리메틸메타크릴레이트막이 사용될 수도 있다. 이 두께는 폴리메틸메타크릴레이트이트막의 굴절률이 1.5이고, 248㎚의 파장을 갖는 KrF 엑시머레이저가 노광용 광원으로 사용된다는 가정하에 정해진 것이다.
제11b도에서, 하부절단부분을 형성하기 위해 차광층(82)을 레지스트(85) 패턴을 마스크로 이용하여 등방성에칭을 하였다. 이때, 차광층과 광투과층 사이에 △만큼의 변형차가 생기도록 등방성에칭이 실행된다.
제11c도에서, 광투과층(81)이 되는 실리콘옥사이드막을 레지스트(85) 패턴을 마스크로 이용하여 이방성에칭을 한다. 그 결과, 주투광영역(83)과 위상시프트영역(84)으로 구성되는 투광개구가 형성된다.
제4 내지 제6실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서 제조된 노광용 마스크를 사용하여 노광시키면 초고정밀도의 패턴을 얻을 수 있게 된다.
제7실시예의 이상의 과정에서, 레지스트 패턴이 형성된 후 차광층(82)의 하부절단부분은 등방성에칭으로 형성되고, 광투과층(81)이 이방성에칭으로 패터닝되었다. 그러나, 먼저 차광층과 광투과층을 이방성에칭하고 난 다음에 차광층을 등방성에칭하여, 변형차 △를 형성할 수도 있다.
본 발명은 그 여러 실시예들을 참고하여 설명되었는바, 각 광투과층의 두께는 마스크기판을 투과하는 빛에 대해 광투과층을 투과하는 빛의 위상이 180° 시프트되도록 정해졌다. 그러나, 시프트량의 임의의 각으로 정해지면 각 시프터의 두께는 그에 따라 조절된다.
제12a,b도와 제13a,b도는 각각 차광층에 대해 광투과층이 돌출된 양 △를 위상시프트영역의 팩터로 하여, 광강도와의 관계를 나타낸 것이다. 이때 마스크의 구조는 제4 내지 제6실시예에서의 형태를 따른 것이다. 제12a와 b도는 노광용 마스크의 선/공간부(部)와의 관계를 나타낸 것이다. 이때 선과 공간의 폭은 모두 1.5㎛이고, 투영되는 노광의 1/5만큼 감소된 0.3㎛의 해상도를 갖는 선/공간상이 얻어졌다.
제13a와 b도는 노광용 마스크의 고립공간부와의 관계를 나타낸 것이다. 이때의 공간폭은 1.5㎛이고, 투영되는 노광의 1/5만큼 감소된 0.3㎛의 해상도를 갖는 공간상이 얻어졌다. 이때, 광원의 파장은 λ=248㎚, 투영렌즈의 구경수는 NA=0.42, 응집계수는 σ=0.5이다. 따라서, 제12a, b도와 제13a, b도에서 알 수 있는 바와 같이 공간폭이 1.5㎛일때의 △는 약 0.5㎛ 정도가 적절하다.
다음으로 위상 시프터의 두께를 조정함에 따라 시프트량이 변화할 대의 최적초점위치를 측정하였다. 그 측정결과를 제14도에 나타내었다. 여기서 위상 시프터를 투과한 빛이 기판을 투과한 빛에 대해 그 위상시프트가 180°, 180°보다 조금 크게, 그리고 180°보다 조금 작게 일어나도록 설정된 각각의 위상시프터에 대한 최적 초점위치를 측정하였다. 이 결과로부터, 위상시프트가 180°보다 조금 크게 또는 조금 작게 함에 따라 최적 초점위치가 변하는 것을 알 수 있다.
제14도는 설계된 패턴사이즈가 0.5㎛이고 i-선 스테퍼(stepper)와 구경수가 0.4인 렌즈를 사용했을 때의 레지스트 두께(resist size)와 최적초점위치(best focus position)와의 관계를 나타낸 것이다. 이때, 마스크기판을 투과한 빛과 위상 시프터인 광투과층을 투과한 빛의 위상차가 150˚이면, 그 위상차가 180°인 경우에 대해 최적초점위치가 1㎛정도 변화한다. 이런 현상을 이용하면, 레벨차가 큰 기판에 적용되는 노광용 마스크의 정밀도를 개선할 수 있다.
[제8실시예]
예컨대, DRAM에 있어서는 셀 어레이와 주변회로는 보통 동일 기판상에 접적되어 있다. 제15a와 b도는 셀 어레이(cell array) 부분이 주변회로에 비해 높은 경우를 나타내고 있다. DRAM의 셀 어레이와 주변회로의 표면에 배선층을 형성할때 하나의 마스크기판을 사용하여 동시에 배선패턴을 옮기는 경우에는 셀 어레이와 주변회로의 최적초점위치가 서로 다르기 때문에 높은 정밀도의 패턴을 얻을 수 없다. 따라서, 종래에는 다층레지스터(multilayer resist)법(SREP)등의 방법으로 레지스트표면을 평탄하게 한 다음 노광하였기 때문에 그 공정이 복잡하였다.
본 발명의 제8실시예에 따르면 제15c도에 나타낸 바와 같이 마스크기판에 비해 투과한 빛의 위상이 180°시프트되도록의 두께를 갖는 광투과층(91a ; 위상 시프터)이 기판의 중앙에 위치한 셀 어레이 부분에 배열되어 있고, 마스크기판에 비해 150°로그 위상이 시프트되도록 두께를 갖는 광투과층(91b)이 기판의 주변회로부분에 배열되어 있다. 이러한 배열에서는 셀 어레이와 주변회로의 최적초점위치가 각각 시프트된다.
제16a와 b도는 각각 DRAM의 셀 어레이와 주변회로부분을 나타낸 확대단면도이다.
제16a와 b도에 나타낸 바와 같이, 마스크기판은 서로 다른 두께의 실리콘옥사이드막 패턴으로 되어 있는 각각의 광투과층(91a), (91b)이 기판(90)과 차광층(92) 사이에 삽입되어 있는 구조를 갖추고 있고, 이때 셀 어레이와 주변회로의 막패턴의 두께도 서로 다르다. 그리고, 도면중 참조부호 93, 94는 각각 주투광영역과 위상시프트영역을 나타낸다. 이와 같은 방법으로, 노광용 마스크에 간단한 추가 처리만을 하여 레벨차가 있는 표면의 포토리소그래피를 고정밀도로 용이하게 실행할 수 있는 것이다.
특히, 이 방법은 DRAM 뿐 아니라 다른 소자들의 제작 공정에 있어서도 레벨차가 있는 표면의 포토리소그래피 과정 모두에 적용할 수 있음을 밝혀둔다. 이 때 광투과층은 차광층의 위 또는 같은 면에 형성될 수도 있다.
[제9실시예]
제17a도는 본 발명의 제9실시예에 따른 노광용 마스크의 단면도이다. 리소그래픽광(lithographiclight)을 차단하는 한쌍의 차광층(101)이 빛이 투과하는 마스크기판(100)상에 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 마스크 기판(100)은 차광층(101) 사이에 노출되어 있고, 기판을 지나 웨이퍼에 도달하는 빛이 집중될 수 있도록 볼록렌즈모양으로 형성되어 있다.
상기한 마스크를 사용하여 웨이퍼를 노광시킬 때, 이 마스크로부터 방사되는 빛은 제17a도의 화살표를 나타낸 바와 같이 마스크기판(100)의 개구부인 볼록렌즈영역에서 집중되게 된다. 그 결과, 차광층(101)에 인접한 부분의 광강도가 현저히 감소하게 된다.
따라서, 블록렌즈모양이 없는 종래의 마스크기판에 의한 제17b도의 점선과 같은 광강도분포와 비교할 때 실선과 같이 예리한 광강도분포를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 해서 종래의 방법보다 더욱 높은 해상도를 갖는 패턴을 형성할 수 있게 된다.
제18a 내지 d도는 본 발명의 제9실시예에 따른 마스크의 제조방법을 일련의 과정으로 나타낸 단면도이다.
제18a도에서 석영질의 마스크기판(100)의 표면 전체에 크롬 또는 산화크롬인 차광층(101)이 두께 100㎚ 정도로 증착되었다. 그 다음에 레지스터(102)가 차광층(101)의 표면전체에 코팅된 후, EB 드로잉(drawing)등의 장치에 의해 패터닝된다.
제18b도에서 레지스터(102)로 형성된 패턴을 마스크로 이용하여 차광층(101)이 반응성 이온 에칭으로 제거된다. 다음에 CHF3-O2혼합가스를 사용한 반응성 이온 에칭법으로 마스크기판(100)을 비등방성 에칭하여 100㎚ 정도 깊이의 롬(103)을 형성한다. 그후, 표면 전체에 플라즈마 CVD법으로 SiO2막(104)이 증착된다.
제18c도에서 NH4F 에칭액 등을 이용하여 등방성 에칭을 할때, 플라즈마 CVD법으로 증착된 SiO2막(104)중 홈(103)의 측면의 부식되기 쉬운 부분(105)(제18b도참조)을 먼저 에칭한 후 홈(103)부분을 주로 에칭한다. 그러면, 홈(103)의 중앙부분과 측면의 윗부분에 SiO2막(104)이 남게 되다.
제18d도에서 연속적으로 에칭과정을 실행하므로써 마스크기판(100)은 아치형으로 에칭되고, 홈(103)의 중앙부분과 측면의 윗부분에 남아있는 SiO2막(104)도 에칭된다. 그 결과, 개구부의 마스크기판(100)이 볼록렌즈 모양으로 형성되어 마스크가 완성된다.
이상으로 본 발명의 실시예를 첨부의 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 취지와 범위내에서 몇가지 변형과 수정이 필요할 수도 있다.
예컨대, 레지스트로 이용되는 폴리메틸메타크릴레이트막과 무기질 막인 실리콘 옥사이드층이 광투과층으로 사용되고 있으나, 본 발명은 이것에만 국한되는 것은 아니다. 436㎚ 또는 그 이하의 파장을 갖는 노광용의 빛이 투과될 수 있는 물질은 어느것이나 사용가능하다.
예를 들면, 무기질 막으로로는 CaF, MgF, Al2O3등이고 레지스트로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리트리플루오로에틸-알파-클로로아크릴레이트(polytrifluoroethyl-α-chloroacrylate), 클로로메틸레이티드 폴리스티렌(chloromethylated polystyrene), 폴리디메틸글루타리미드(polydimethylglutarimide), 폴리메틸이소프로페닐케톤(polymethyliso-propenylketone)등이다. 패턴의 두께 등은 사용되는 물질과 리소그래픽광의 종류에 따라 달라질 수 있다. 투광성기판과 차광층으로 쓰이는 물질도 실시예에서의 것에만 국한되는 것이 아니며, 적절히 바뀌쓸 수 있다. 또한, 위상시프터인 광투과층도 180°의 위상시프트만 되어야 하는 것은 아니다. 차광층 가장자리의 광강도분포가 첨예하게 감소되기만 하면, 위상시프트는 180°에서부터 편이되어도 무방하다. 예컨대, 패턴오차가 ±1㎛인 허용범위내에서는 위상시프트량이 150°에서 210°사이에서 변할 수도 있다. 투광개구 위에 부가광 투과층을 배치하여 위상시프트 영역이 형성되는 본 발명의 실시예에서, 주투광영역으로 되는 투광성기판부는 반드시 노출되어 있어야만 하는 것은 아니며 이 투광성 기판부표면에 위상시프트영역을 형성하는 물질이 남아 있어도 된다.
그러나, 이 경우에는 위상시프트영역을 형성하는 물질의 두께가 적절하게 조절되어야 한다. 이 제조방법은 투광성기판의 표면이 에칭되기 직전에 에칭공정을 멈춤으로써 실현된다.
한편, 본원 청구범위의 각 구성요소에 병기된 도면참조부호는 본원 발명의 기술적 내용을 용이하게 이해하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도에서 병기한 것은 아니다.

Claims (23)

  1. 투광성 기판(20)과 이 투광성 기판(20)상에 형성된 차광층(21)을 포함하고, 상기 차광층(21)이 하나 또는 다수의 소정의 투광개구를 형성하기 위해 패터닝되며, 상기 투광개구가 그 중앙에 위치하는 주광투과영역(22)과 상기 차광층(21)에 인접한 위상시프트영역(23)에 의해 구성되고, 상기 위상시프트영역(23)을 통해 투과한 빛의 위상이 상기 주투광영역(22)을 통해 투과한 빛의 위상으로부터 시프트되도록 된 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법에 있어서, 상기 투광성 재료층(20)상에 상기 차광층(21)을 형성하는 단계와, 상기 차광층(21)상에 제1막(24)을 형성하는 단계, 상기 제1막(24)상에 레지스트층(25)을 형성하는 단계, 상기 투광개구에 대응하여 레지스트층(25)을 패터닝하는 단계, 패터닝된 레지스트층(25)을 마스크로 이용하여 상기 투광성 재료층(20)의 표면에 대해 상기 차광층(21)과 상기 제1막(24)을 에칭하는 단계, 상기 레지스트층(25)을 제거함과 더불어 상기 투광성 재료층(20)과 상기 차광층(21) 및 상기 제1막(24)을 제2막(26)으로 덮는 단계, 상기 차광층(21)과 상기 제1막(24)의 측면에만 상기 제2막(26)을 남겨 두기 위해 상기 제2막(26)을 이방성에칭하는 단계 및, 상기 제2막(26)의 잔여부분을 이용하여 상기 위상 시프트영역(23)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상시프트영역(23)에 대해 상기 투광성 기판(20)을 에칭다운함으로써 상기 주투광영역(22)을 형성하고, 상기 투광성 재료층(20)이 상기 투광성 기판(20)으로 이루어지며, 제2막(26)의 잔여부분을 이용하여 상기 위상시프트영역(23)을 형성하는 단계가 상기 제1 및 제2막(24, 26)의 잔여부분을 마스크로 이용하여 상기 투광성 기판(20)을 소정의 양 만큼 에칭한 다음 상기 제1및 제2막(24, 26)을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 투광성 기판(30)과 차광층(32) 사이에 투광개구 안족으로 돌출된 부가광투과층(31)부분을 설치하여 위상시프트영역(34)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 상기 투광성 기판(30)상에 배치됨과 더불어 소정의 두께를 갖춘 상기 부가광투과층(31)으로 구성되며, 제2막(37)의 잔여부분을 이용하여 상기 위상시프트영역(34)을 형서아는 단계가 제1 및 제2막(35, 37)의 잔여부분을 마스크로 이용하여 상기 투광성 기판(30)표면에 대해 상기 부가광투과층(31)을 에칭한 다음 상기 제1 및 제2막(35, 37)을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 차광층(41)과 실질적으로 동일한 면상에 배치함과 더불어 투광개구에만 위치하도록 부가광투과층(43)을 배치하여 위상시프트영역(43)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 상기 투광성 기판(40)으로 구성되며, 제2막(46)이 투광성 재료로 이루어지고, 상기 제2막(46)의 잔여부분을 이용하여 상기 위상시프트영역(43)을 형성하는 단계가 상기 제1및 제2막(44, 46)의 잔여부분상에 제2레지스트층(47)을 형성하는 단계와, 상기 차광층(41) 표면에 대해 상기 제 1및 제2막(44, 46)과 상기 제2레지스트층(47)을 에칭하는 단계 및, 부가광투과층으로서 상기 제2막(46)의 잔여부분을 남겨 두기 위해 상기 제2레지스트층(47)을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  5. 투광성 기판(50, 60, 70)과 이 투광성 기판(50, 60, 70)상에 형성된 차광층(51, 61, 71)을 포함하고, 상기 차광층(51, 61, 71)이 하나 또는 다수의 소정의 투광개구를 형성하기 위해 패터닝되며, 상기 각 투광개구가 그 중앙에 위차하는 주광투과영역(53, 63, 73)과 상기 차광층(51, 61, 71)에 인접한 위상시프트영역(54, 64, 74)에 의해 구성되고, 상기 위상시프트영역(54, 64, 74)을 통해 투과한 빛의 위상이 상기 주투광영역(53, 63, 73)을 통해 투과한 빛의 위상으로부터 시프트되도록 된 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법에 있어서, 상기 투광성 재료층(52, 62, 72)상에 상기 차광층(51, 61, 71)을 형성하는 단계와, 상기 차광층(51, 61, 71)상에 제1막(52, 62, 72)을 형성하는 단계, 상기 투광개구의 상기 주투광영역(53, 63, 73)에 대응하여 상기 제1막(52, 62, 72)을 패터닝하는 단계 및, 패터닝된 제1막을 마스크로 이용하여 상기 투광개구의 위치에 대해 상기 차광층(51, 61, 71)을 오버에칭하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리소그래피용 노광용 마스크의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 차광층(51)상에 상기 투광개구에 대해 돌출된 부가광투과층(52) 부분을 배치함으로써 상기 위상시프트영역(54)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 상기 투광성 기판(50)으로 이루어지며, 상기 제1막(52)이 투광성 레지스트 재료로 구성됨과 더불어 상기 부가광투과층(52)을 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 차광층(61)상에 상기 투광개구로 돌출된 상기 부가광투과층(62)을 배치함으로써 상기 위상시프트영역(64)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 상기 투광성 기판(60)으로 이루어지며, 상기 제1막(62)이 투광성재료로 구성되고, 상기 제1막(62)을 패터닝하는 단계가 상기 제1막(62)상에 레지스트층(65)을 형성하고, 상기 레지스트층(65)을 패터닝하며, 패터닝된 레지스트층을 마스크로 이용하여 상기 제1막(62)을 에칭하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 차광층(71)상에 상기 투광개구로 돌출된 상기 부가광투광층(72)을 배치함으로써 위상시프트영역(74)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 상기 투광성 기판(70)으로 이루어지며, 상기 제1막이 투광성 레지스트재료(75)로 구성됨과 더불어 상기 부가광투광층(72)을 형성하고, 상기 차광층(71)이 상기 제1막(72)의 형성전에 패터닝되며, 상기 제1막(72)을 패터닝하기 위한 노광공정이 상기 투광성기판(70)의 배면으로부터 실행되는 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 투광성기판(80)과 차광층(82) 사이에 상기 투광개구로 돌출된 상기 부가광투과층(81)을 부분을 배치함으로써 위상시프트영역(84)을 형성하고, 상기 투광성 재료층이 소정의 두께를 갖춤과 더불어 상기 투광성기판(80)상에 배치된 상기 부가광투광층(81)을 구비하여 이루어지며, 상기 제1막(85)이 레지스트재료로 구성되고, 패터닝된 제1막(85)을 마스크로 이용하여 상기 투광성 재료층을 에칭하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크의 제조방법.
  10. 투광성 기판(100)과, 이 투광성 기판(100)상에 형성되면서 적어도 1개의 투광성 개구를 갖춘 마스크 패턴을 형성한 차광층(101)을 구비하고, 상기 차광층(101)에 형성한 마스크패턴을 통과하는 투과광의 차광부와의 경계부분의 광강도분포를 예리하게 하여 노광할 수 있도록 구성한 노광용 마스크에 있어서, 상기 투광성 기판(100)에 설치한 차광층(101)의 투광성 개구내에 凸렌즈를 형성한 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  11. 투광성 기판(30)과, 기판과 독립적으로 형성하고, 기판의 노출된 표면이 각 개구의 실질적으로 중앙에 위치함과 더불어 연장부가 각 개구에서의 노출된 부분 주위을 에워싸도록 남겨지게 패터닝된 부가광투과층(31)및, 광투과층상에 형성되고, 개구를 정의하도록 패터닝되어 광투과층의 연장된 부분이 인접하는 차광층(32)을 구비하여 구성되고, 각 투광개구가 기판의 노출된 부분에 대응하여 위치하는 주투광영역(33)을 갖추면서 제1광경로길이를 갖추고, 광투과층의 연장된 부분에 대응하여 위치함과 더불어 제1광경로 길이와는 다른 제2광경로 길이를 갖춘 것을 특징으로 하는 광투과 개구의 패턴을 갖춘 리소그래피용 노광용 마스크.
  12. 제11항에 있어서, 위상시프트영역을 통해 전송된 빛의 위상이 주투광영역을 통해 전송된 광으로 부터 180°시프트된 것을 특징으로 하는 된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  13. 제11항에 있어서, 상기 기판이 석영, 칼슘 플로라이드, 마그네슘 플로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어지고, 광투과층이 SiO2, 폴리메틸메타크릴레이트, 칼슘 프로라이드, 마그네슘 프로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  14. 투광성 기판(40)과, 기판상에 형성되면서 개구를 정의하도록 패터닝된 차광층(41) 및, 기판과 독립적으로 형성됨과 더불어 차광층과 실질적으로 동일한 두께를 갖추고, 각 개구에만 배열됨과 더불어 각 개구의 중압에 실질적으로 대응하는 위치에 위치하는 기판의 노출된 부분을 에워싸도록 광차광층의 인접하는 위치에 배열되는 부가광투과층(43)을 구비하여 구성되고, 각 투광개구가 기판의 노출된 부분에 대응하여 위치하는 주투광영역(42)을 갖추면서 제1광경로길이를 갖추고, 광투과층에 대응하여 위치함과 더불어 제1광경로길이와는 다른 제2광경로 길이를 갖춘 것을 특징으로 하는 광투과 개구의 패턴을 갖춘 리소그래피용 노광용 마스크.
  15. 제14항에 있어서, 위상시프트영역을 통해 전송된 빛의 위상의 주투광영역을 통해 전송된 광으로부터 180°시프트된 것을 특징으로 하는 된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기판이 석영, 칼슘 플로라이드, 마그네슘 플로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어지고, 광투광층이 SiO2, 폴리메틸메타크릴레이트, 칼슘 프로라이드, 마그네슘 프로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  17. 투광성 기판(50, 60, 70)과, 기판상에 형성되면서 개구를 정의하도록 패터닝된 차광층(51, 61, 71) 및, 차광층(51, 61, 71)상에 형성되고, 기판의 노출된 표면이 각 개구의 실질적으로 중앙에 대응하는 위치에 형성됨과 더불어 연장부가 각 개구의 노출부를 에워싸도록 남겨지며, 광차광층과 실질적으로 동일한 두께를 갖춘 공간의 차광층에 인접하게 위치한 상기 연장부가 기판과 연장부 사이에 형성된 부가광투광층(52, 62, 72)을 구비하여 구성되고, 각 투광개구가 기판의 노출된 부분에 대응하여 위치하는 주투광영역(53, 63, 73)을 갖추면서 제1광경로길이를 갖추고, 광투과층의 연장부에 대응하여 위치함과 더불어 제1광경로 길이와는 다른 제2광경로 길이를 갖춘 것을 특징으로 하는 광투과개구의 패턴을 갖춘 리소그래피용 노광용 마스크.
  18. 제17항에 있어서, 위상시프트영역을 통해 전송된 빛의 위상이 주투광영역을 통해 전송된 광으로부터 180°시프트된 것을 특징으로 하는 된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기판이 석영, 칼슘 플로라이드, 마그네슘 플로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어지고, 광투과층이 SiO2,폴리메틸메타크릴레이트, 칼슘 프로라이드, 마그네슘 프로라이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  20. 투광성 기판(90)과, 기판상에 형성되면서 각각 제1 및 제2위치를 노출하기 위한 제1 및 제2투광개구를 형성하도록 패터닝 된 차광층(92)을 구비하여 구성되고, 각 개구가 그 중간에 위치한 주투광여역(93)을 갖춤과 더불어 제1광경로를 갖추고, 위상시프트영역(94)이 차광층(92)에 인접함과 더불어 제1광경로와 다른 제2광경로를 갖추며, 제1투광개구에서 위상시프트양이 제2투광개구에서 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 제1부분과 이 제1부분 보다 마스크로부터 더 멀리 떨어진 제2부분을 갖춘 목적물을 노출함과 더불어 리소그래피하기 위한 노광용 마스크.
  21. 제20항에 있어서, 기판과 차광층 사이에 배열되는 부가광투광층(91a, 91b)과, 각 개구로 연장된 부가광투광층의 부분을 더 구비하여 구성되고, 상기 위상 시프트영역이 부가광투과층에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  22. 제20항에 있어서, 광차광층과 실질적으로 동일한 평면에 배열되고, 각 개구에만 위치한 부가광투광층을 더 부기하여 구성되고, 상기 위상시프트 영역이 부가광투과층에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  23. 제20항에 있어서, 광차광층상에 배열된 부가광투광층을 더 구비하여 구성되고, 부가광투광층의 부분이 다른 부가광투광층의 부분과 동일 평면상의 개구로 연장되고, 상기 위상시프트영역이 부가광투과층에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
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