KR980010601A - 위상 반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

미세 콘택을 형성할 수 있도록 빛의 인텐시티(intensity)감소를 방지할 수 있는 하프톤 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법을 개시한다.

마스크 기판 상에, 쉬프터, 크롬 및 포토레지스트를 차례로 적층하는 단계; 상기 포토레지스트를 노광 현상하여 크롬 및 쉬프터를 패터닝하고 추가로 기판 일부를 식각하여 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 패턴 주위의 크롬을 패터닝하고 상기 기판 패턴 주변에 높은 투과율 부분을 상기 위상 쉬프터를 상부만 패터닝하여 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 스트립 및 크롬을 식각하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 마스크 기판 패턴 주위의 위상 쉬프터(shifter)를 식각하여 더 높은 투과율을 지니게 하고, 이로 인해 발생하는 위상-에러(phase-error)는 식각된 마스크 기판의 패턴으로 보정하여 빛의 세기 감소를 방지함으로써 미세 콘택을 형성할 수 있다.

Description

위상 반전 마스크 및 그 제조방법

본 발명은 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 미세 콘택을 형성할 수 있도록 빛의 인텐시티(intensity) 감소를 방지할 수 있는 하프톤(half-tone) 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조에 있어서, 한계 사이즈 이하의 패턴을 형성하기 위하여 가장 많이 활용되고 있는 방법은 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask; 이하 "PSM"이라 함) 기술과 사입사 조명방법이다. 특히, PSM을 이용하는 기술은 기존의 조명계의 변화없이 마스크만을 변형하여 미세 패턴을 형성할 수 있으므로, 차세대 반도체 노광기술 중 가장 유력한 양산기술로 고려되고 있다.

또한, 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 소자 생산에 필요한 콘택 크기도 줄어들고 있다. 따라서, 보통의 크롬(Cr) 마스크로는 형성이 불가능 할 정도까지 콘택 크기가 축소되어 미세 콘택을 형성할 수 있기 위해서는 PSM을 활용하는 방안이 적극 연구되고 있다.

PSM은 통상적인 마스크와 달리, 광선의 투과율과 위상을 조절하여 위상 반전을 일으키는 원리를 이용하는 마스크이다. PSM을 이용한 패턴 형성방법은, 빛의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도와 촛점심도를 증가시킨다. 즉, 라인/ 스페이스 (line/ space)와 같은 반복패턴에 있어서, 이웃한 개구부로부터 조사되는 빛의 위상(phase)을 180°반전 시켜주면, 그 사이에 낀 차광부분의 광강도가 "0"이 되어 이웃한 개구부가 분리된다는 원리를 이용한 것이다.

이와 같은 원리를 이용한 위상 반전 마스크의 예로서, 광 차단부의 투과율을 "0"에서 "0"이 아닌 값으로 높이고 동시에 위상을 반전시켜, 개구부를 투과한 빛과 서로 상쇄되는 효과를 이용한 하프톤 위상 반전 마스크(half tone PSM)가 있다. 상기 하프톤 PSM은 디자인의 제약없이 실제의 반도체 장치의 제조에 적용할 수 있기 때문에, 라인/ 스페이스 (line/ space)의 반복패턴 및 콘택패턴에 효과적으로 적용할 수 있는 마스크로 알려져 있다. 이러한 하프톤 PSM은 여러 콘택 형성 기술중에서도 마스크 설계상의 간편함과 마스크 제작의 용이함에 힘입어 콘택 형성의 중요한 기술이다.

제1a도 내지 제1c도는 종래의 하프톤 위상 반전 마스크의 일 예로, 하프톤 위상 반전 콘택 마스크를 도시한 평면도와 단면도 및 에이리얼 이미지이다.

제1a도는 종래의 하프톤 위상 반전 마스크의 콘택 패턴을 도시한 것으로 중심에 있는 석영(Quartz) 부분(20)이 개구부를 나타낸다.

제1b도를 참조하면, 석영 기판(10) 상에 위상 쉬프터(15)와, 상기 위상 쉬프터의 일부가 식각되어 패턴(20)이 형성되어 있다. 위상 쉬프터 부위(15)와 패턴의 개구부(20)를 투과하는 빛이 180°의 위상차를 갖는다. 제1c도는 마스크를 투과하는 빛의 에이리얼 이미지와 인텐시티를 나타낸다.

도시된 하프톤 PSM의 원리는 180°위상 반전된 백그라운드(15)와 패턴(20)간의 위상 간섭에 의한 에지(edge) 강조를 이용하여 해상도(resolution)과 초점심도(Depth Of Focus:DOF)를 향상시키는 방법이다.

그러나 위상 반전된 백그라운드를 통과한 빛이 에지(edge)를 강조하여 해상도와 초점 심도를 향상시키지만 필요한 양 이상의 180°위상 반전된 빛이 패턴(20) 내부로 회절되어 들어와 빛의 인텐시티(intensity)를 감소시키는 문제점이 발생한다. 미세 콘택을 형성할 수 있기 위해서는 인텐시티 감소를 방지해야 하므로 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 이를 해결할 방안을 마련 해야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 극복하여 미세 콘택을 형성할 수 있도록 빛의 인텐시티(intensity)감소를 방지할 수 있는 하프톤 위상 반전 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 하프톤 위상반전 마스크를 제조하는데 있어서 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

제1a도 내지 제1c도는 종래의 하프톤 위상 반전 마스크의 일 예로, 하프톤 위상 반전 콘택 마스크를 도시한 평면도와 단면도 및 에이리얼 이미지이다.

제2a도 내지 제2c도는 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크의 일 예로, 하프톤 위상 반전 마스크를 도시한 평면도와 단면도 및 에이리얼 이미지이다.

제3도 내지 제7도는 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크를 제조하는데 있어서 적합한 제조방법을 공정순서 대로 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

50a : 마스크 석영 기판 55b : 위상 쉬프터

60 : 마스크 개구부 패턴 65c : 크롬

(a) : 패턴 개구부의 석영 (b) : 패턴 주변의 위상 쉬프터의 식각된 부분

(c) : 위상 쉬프터 원래의 부분

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판의 일부가 식각되어 패턴이 형성된 마스크 기판; 상기 마스크 기판상에 적층되어 상기 패턴 주변에 높은 투과율 부분과 상기 높은 투과율 부분 외곽에 낮은 투과율 부분을 가지는 위상 쉬프터로 이루어진 하프톤 위상 반전 마스크를 제공하는 것이다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마스크 기판 상에, 쉬프터, 크롬 및 포토레지스트를 차례로 적층하는 단계; 상기 포토레지스트를 노광 현상하여 크롬 및 쉬프터를 패터닝하고 추가로 기판 일부를 식각하여 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 패턴 주위의 크롬을 패터닝하고 상기 기판 패턴 주변에 높은 투과율 부분을 상기 위상 쉬프터를 상부만 패터닝하여 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 스트립 및 크롬을 식각하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 기판 패턴 주위의 크롬의 패터닝은 기판상에 포토레지스트를 코팅하고 백사이드 노광 및 현상하여 실행한다.

상기 기판 패턴과 상기 위상 쉬프터의 위상차를 180°로 유지하기 위해 상기 기판 패턴을 식각하여 위상을 조절한다.

상기 높은 투과율 부분을 형성하기 위해서는 낮은 투과율을 가지는 위상 쉬프터를 식각하여 투과율을 높인다.

따라서, 본 발명에 의하면 마스크 기판 패턴 주위의 위상 쉬프터(shifter)를 식각하여 더 높은 투과율을 지니게 하고, 이로 인해 발생하는 위상-에러(phase-error)는 식각된 마스크 기판의 패턴으로 보정하여 빛의 세기 감소를 방지함으로써 미세 콘택을 형성할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

제2a도 내지 제2c도는 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크의 일 예로, 하프톤 위상 반전 마스크를 도시한 평면도와 단면도 및 에이리얼 이미지이다.

제2a도는 본 발명에서 사용된 하프톤 위상 반전 마스크의 콘택 패턴으로 개구부 석영부분을 기호(a), 패턴주변의 식각된 위상 쉬프터는 기호(b)로, 원래의 위상 쉬프터는 기호(c)로 표기를 하였다. 제2b도를 참조하면, 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 일부가 식각되어 패턴(60)이 형성된 마스크 기판(50a)과, 상기 마스크 기판상에 적층되어 상기 패턴 주변에 높은 투과율 부분(b)과 상기 높은 투과율 부분 외곽에 낮은 투과율 부분(c)을 가지는 쉬프터(55b)로 이루어진다.

제2c도는 본 발명에 의한 하프톤 위상 반전 마스크를 투과하는 빛의 에이리얼 이미지와 인텐시티를 나타낸 것으로 종래기술의 에이리얼 이미지와 인텐시티를 나타낸 제1c도의 그래프보다 인텐시티가 다소 높은 것을 알 수 있다.

그 원리를 설명하면, 패턴(60) 주위의 위상 쉬프터(55a)를 식각하여 더 높은 투과율(b)을 지니게 하고 이로 인해 일어나는 위상-에러는 패턴(60)의 석영(a)을 식각하여 보정하며 투과율이 높아진 만큼 에지(edge) 효과를 증가시키고 패턴 내부로 들어오는 백그라운드의 빛의 위상 반전을 180°보다 크게 만들어 빛의 세기(intensity) 감소를 방지할 수 있게 한다. 이렇게 함으로써 미세 콘택을 형성하는 것이 가능하게 된다.

제3도 내지 제7도는 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크를 제조하는데 있어서 적합한 제조방법을 공정 순서 대로 나타낸 단면도이다.

제3도는 마스크 기판인 석영(50)위에 위상 쉬프터(55)을 도포하고 그 위에 크롬(65)을 올린 후 포토 레지스트(75)을 올려 블랭크(blank) 마스크를 제작한 결과를 나타낸 것이다.

제4도는 제3도에서 제작한 블랭크 마스크의 후속 공정으로 노광을 실시하고 현상을 한 후 크롬 및 쉬프터 식각으로 보통의 하프톤 위상 반전 마스크 콘택 패턴을 형성한 후 석영 식각을 추가로 실시한다. 이 때 패턴(60)과 백그라운드(55a)간의 위상 쉬프트는 180°보다 크다. 여기서 기호(a)는 패턴 개구부의 석영을 나타낸다.

제5도는 제4도에서 제작한 패턴에 다시 포토 레지스트(80)를 도포한 후 백사이드 노광을 실시한 후 현상을 하면 포토 레지스트가 패터닝된다.

제6도는 제5도에서 형성된 포토 레지스트 패턴으로 크롬 식각과 위상 쉬프터 식각 공정을 실시한 후의 단면도이다. 이때, 위상 쉬프터에는 패턴(60)과 180°위상반전을 가지게 될 영역(b)이 형성 된다. 여기서 기호 (a)와 (b)는 각각 패턴 개구부의 석영과 패턴 주변의 위상 쉬프터의 식각된 부분을 나타낸다.

제7도는 포토 레지스트(80)를 제거하고 크롬 식각을 실시하여 본 발명에서 제안한 하프톤 위상 반전 마스크를 완성한 단면도이다. 여기서 기호(a), (b), (c)는 각각 패턴 개구부의 석영과, 패턴 주변의 위상 쉬프터의 식각된 부분 및 원래의 쉬프터 부분을 나타낸 것이다.

이상 설명한 바와같이 절차에 의하면 빛의 인텐시티 감소를 방지하여 미세 콘택을 형성할 수 있는 마스크를 제작할 수 있으므로 고집적 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 매우 유용하게 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 마스크 기판 패턴 주위의 위상 쉬프터(shifter)를 식각하여 더 높은 투과율을 지니게 하고, 이로 인해 발생하는 위상-에러(phase-error)는 식각된 마스크 기판의 패턴으로 보정하여 투과율이 높아진 만큼 에지 효과를 증가시키고 패턴 내부로 들어오는 백그라운드 빛의 위상 반전을 180° 보다 크게 만들어 빛의 세기 감소를 방지함으로써 미세 콘택을 형성할 수 있다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (5)

1. 기판의 일부가 식각되어 패턴이 형성된 마스크 기판; 상기 마스크 기판상에 적층되어 상기 패턴 주변에 높은 투과율 부분과 상기 높은 투과율 부분 외곽에 낮은 투과율 부분을 가지는 위상 쉬프터로 이루어진 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크.
2. 상기 마스크 기판 상에, 쉬프터, 크롬 및 포토레지스트를 차례로 적층하는 단계; 상기 포토레지스트를 노광 현상하여 크롬 및 쉬프터를 패터닝하고 추가로 기판 일부를 식각하여 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 패턴 주위의 크롬을 패터닝하고 상기 기판 패턴 주변에 높은 투과율 부분을 상기 위상 쉬프터를 상부만 패터닝하여 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 스트립 및 크롬을 식각하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판 패턴 주위의 크롬의 패터닝은 기판상에 포토레지스트를 코팅하고 백사이드 노광 및 현상하여 실행하는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 기판 패턴과 상기 위상 쉬프터의 위상차를 180°로 유지하기 위해 상기 기판 패턴을 식각하여 위상을 조절하는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 높은 투과율 부분을 형성하기 위해서는 낮은 투과율을 가지는 위상 쉬프터를 식각하여 투과율을 높이는 것을 특징으로하는 하프톤 위상 반전 마스크 제조 방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.