KR0166497B1 - 위상반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본발명은 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한것으로서, 투명기판의 일측 또는 양측에 스페이스가 다른 두층의 위상반전막 패턴을 서로 중첩되게 형성하고, 일측 위상반전막 패턴상에 더 작은 스페이스의 광차단막 패턴을 형성하여 상기 광차단막 패턴을 중심으로 3차례의 위상반전이 일어나도록하여 인접한 광들간의 간섭에 의해 이미지 콘트라스트를 향상시켰으므로, 광세기 그래프의 기울기가 증가되어 미세 패턴 형성이 용이하고, 공정여유도가 증가되어 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 그 제조방법
제1도는 종래 반복형 위상반전 마스크의 일실시예에 따른 단면도.
제2도는 제1도의 위상반전 마스크의 위치에 따른 전장의 세기를 도시한 그래프.
제3도는 제1도의 위상반전 마스크의 위치에 따른 광세기를 도시한 그래프.
제4a도 내지 제4d도는 본 발명의 일실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조 공정도.
제5도는 제4d도에 도시되어 있는 위상반전 마스크의 위치에 따른 전장의 세기를 도시한 그래프.
제6도는 제4d도에 도시되어 있는 위상반전 마스크의 위치에 따른 광세기를 도시한 그래프.
제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 입사광 2,10 : 위상반전 마스크
3 : 투명기판 4 : 위상반전막 패턴
5 : 광차단막 패턴 6,7 : 전장
8,14 : 광강도 9A , 9B : 감광막패턴
d : 식각 깊이 L : 패턴폭
11 : 위상반전막 패턴과 투명기판의 홈부분을 통과한 광의 전장
12 : 위상반전막 패턴과 투명기판의 통과한 광의 전장
13 : 투명기판의 홈을 투과한 광의 전장
본발명은 위상반전마스크 및 그 제조방법에 관한것으로서, 특히 광차단막 패턴의 인접 부분에서는 입사광을 거리에 따라 3종류로 연속되게 위상반전시켜 두 전장의 소멸 간섭효과를 이용하여 이미지 콘트라스트를 증가시켜 미세 패턴 형성이 용이하고 공정여유도가 증가되어 공정수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 위상반전 마스크에 관한것이다.
최근 반도체 장치의 경박단소화 추세에 따라 배선간의 거리가 감소되고, 단차를 증가시키며, 트랜지스터나 캐패시터등과 같은 단위 소자의 크기도 감소되어 패턴의 미세화가 점차 가속되고 있다.
일반적으로 감광막 패턴 형성을 위한 노광 공정시 사용되는 노광 마스크는 석영 기판에 크롬층이나 알루미늄등의 광차단막을 도포한 후, 이온 빔 애칭에 의해 광차단막 패턴을 형성한다. 그러나 상기의 일반적인 노광 마스크로는 광분해능 이하의 미세 패턴의 형성이 어려우며, 현재 사용되는 통상의 감광액 및 노광 장비, 예를 들어 파장이 436㎚ 인 G라인이나, 365㎚인 I라인 스테퍼로는 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 얻기가 어렵다.
더우기 64M 디램 이상의 초고집적 소자들은 0.5㎛ 이하의 미세 패턴이 요구되며, 이러한 극미세 패턴은 고해상도의 감광막 패턴을 얻기 위해서 위상반전 마스크(phase shift mask)를 사용하고 있다.
위상반전 마스크는 노광 마스크의 광차단막 패턴들과 함께 광의 위상을 180°또는 90°반전 시키는 위상반전막 패턴을 형성하여, 노광 공정시 웨이퍼상에 조사되는 광의 진폭을 일정하게 유지하고, 위상반전막 패턴을 통과한 광과 인접 패턴을 통과한 광과의 간섭에 의한 노광 효과가 최소가 되도로하여 감광막 패턴의 해상도를 향상시키는 원리를 사용한 것이다.
이러한 위상반전 마스크는 입사되는 광의 파장 λ와, 굴절율 n인 위상 반전 물질을 광의 위상이 160∼200°정도 반전시키는 두께로 형성하여, 감광막에 조사되는 광의 콘트라스트(contrast) 비를 크게 하였다. 예를들어 입사광이 G-라인 또는 i-라인이고, 위상 반전 물질로 에스.오.지(spin on glass : 이하 SOG라 칭함), 산화막 또는 질화막 등을 사용할 경우에 위상 반전 물질을 3400∼4000Å 정도의 두께로 형성하면 된다.
상기의 위상반전 마스크를 사용하면, 종래의 감광액 및 노광 장비를 사용하여 0.5㎛ 이하의 미세패턴도 형성할 수 있으며, 이러한 위상반전 마스크는 레밴슨형, 에지 강조형등이 있다.
제1도 내지 제3도는 종래 위상반전 마스크를 설명하기 위한 도면들로서, 서로 연관시켜 설명한다.
먼저, 종래의 위상반전 마스크(2)는 유리나 석영등의 투명기판(3) 상에 일정 간격 및 폭(라인/스페이스)를 갖는 위상반전막 패턴(4)이 반복 형성되어 있으며, 그 상측에 보다 작은 라인/스페이스를 갖는 크롬으로된 광차단막 패턴(5)이 형성되어 있다.
상기의 위상반전 마스크(2)는 위상반전막 패턴(4)을 통과한 빛과 투명기판(3)만을 통과한 빛 사이에는 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 전장(6),(7)이 180°의 위상차를 보인다.
따라서, 웨이퍼상에 도달한 빛은 제3도와 같은 간섭에 의해 이미지 콘트라스트가 향상되지만, 빛의 파장등이 일정할 때 촛점심도나 패턴 미세화에 한계가 있어 어느 정도 이상으로는 소자의 고집적화가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 위상반전 마스크에서 나오는 광콘트라스트를 개선하거나, 콘트라스트 곡선의 양쪽 경사도를 증가시키기 위한 것이다.
본발명의 목적은 광차단막 패턴을 중심으로 차례로 위상반전이 두차례 이상씩 일어나도록 다층의 위상반전막 패턴을 형성하여 이미지 콘트라스트의 경사각을 급격하게 하여 소자의 고집적화에 유리하고, 공정마진이 향상되어 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 위상반전 마스크를 제공함에 있다.
본발명의 다른 목적은 다층 위상반전막 패턴을 형성하고, 상측 위상반전막 패턴상에 광차단막 패턴을 형성하여 소자의 고집적화에 유리하고, 공정수율을 향상시킬 수 있는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본발명에 따른 위상반전 마스크의 특징은, 투명기판상에 서로 다른 스페이스를 갖고 차단되는 광경로가 중첩되어 있는 위상반전막 패턴과 광차단막 패턴을 구비하는 위상반전 마스크에 있어서, 상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴과는 다른 스페이스를 가지며, 상기 광차단막 패턴을 중심으로 노광되는 광의 전장 위상을 거리에 따라 순차적으로 세차례 변화시키도록 상기 위상반전막 패턴과는 일부의 광경로가 중첩되는 별도의 위상반전막 패턴이 상기 광차단막 패턴의 하부에 적층됨에 있다.
본발명에 따른 위상반전 마스크의 다른 특징은, 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖도록 형성되어 있는 제1위상반전막 패턴과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 형성되어 있으며, 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크게 형성되어 있는 광차단막 패턴과, 상기 제1위상반전막 패턴과 광차단막 패턴의 사이에 개재되어 있으며, 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 가지고, 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다는 크고 광차단막 패턴 보다는 작게 형성되어 있는 제2위상반전막 패턴을 구비함에 있다.
본발명에 따른 위상반전 마스크의 또 다른 특징은, 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖도록 형성되어 있는 제1위상반전막 패턴과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 형성되어 있으며, 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크게 형성되어 있는 광차단막 패턴과, 상기 투명기판의 타측면에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다는 크고 광차단막 패턴 보다는 작게 형성되어 있으며, 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 갖는 제2위상반전막 패턴을 구비함에 있다.
다른 목적을 달성하기 위한 본발명에 따른 위상반전 마스크 제조방법의 특징은, 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖는 제1위상반전막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다 큰 제2위상반전막 패턴을 형성하되, 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 가지도록 형성하는 공정과, 상기 제2위상반전막 패턴상에 스페이스가 제2위상반전막 패턴 보다 큰 광차단막 패턴을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
본발명에 따른 위상반전 마스크 제조방법의 다른 특징은, 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖는 제1위상반전막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다 큰 광차단막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 투명기판의 타측면에 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 가지고 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크고 광차단막 패턴 보다는 작은 제2위상반전막 패턴을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
이하, 본발명에 따른 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4a도 내지 제4d도는 본발명의 일실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조 공정도로서, 두층의 위상반전막 패턴을 투명기판의 양측에 서로 중첩되게 형성한 예로서, 제4d도가 최종 완성 상태의 단면도이므로, 제조방법과 구조를 제5도 및 제6도와 연관시켜 함께 설명한다.
먼저, 유리 또는 석영등과 같은 투명기판(3)의 일측면에 예정된 라인/스페이스를 갖는 제1감광막패턴(9A)을 형성한 후, 상기 제1감광막패턴(9A)에 의해 노출되어 있는 투명기판(3)을 예정된 깊이, 예를들어 투사되는 광의 전장을 180°정도 이동(shift)시키는 정도의 깊이(d) 만큼 제거하여 위상반전막의 역할을 하는 홈(15)을 형성한다. 이때 상기 d는 d=λ/(n'-1)(λ는 노광 파장, n'는 기판의 굴절율)로서 결정하며, 상기 홈(15)의 폭 즉 스페이스는 L1으로 한다. (제4a도 참조)
그다음 상기 제1감광막패턴(9A)를 제거하고, 상기 투명기판(3)의 타측면에 제2감광막패턴(9B)을 마스크로 사진식각하여 위상반전막 패턴(4)을 예정된 두께 t로 형성한다. 이때 상기 위상반전막 패턴(4)은 상기 홈(15)의 내측에 까지 연장되어 있어 위상반전막 패턴(4)들간의 스페이스 L2가 L1 보다 작도록하며, t는 t=λ/(n-1)(n은 위상반전막의 굴절율)을 고려하여 결정하고, 상기 위상반전막 패턴(4)은 에스.오.지(spin on glass : 이하 SOG라 칭함), 산화막, 질화막등으로 형성한다. (제4b도 참조).
그후, 상기 위상반전막 패턴(4) 상에 제3감광막패턴(9C)으로 식각 마스크로 하여 크롬 패턴으로된 광차단막 패턴(5)을 형성하되, 상기 홈(15)에 의해 돌출되어 있는 투명기판(3) 부분 보다 작게 형성하여 스페이스 L3가 L1 보다 크게 형성한다. (제4c 참조).
그다음 상기 제3감광막패턴(9C)을 제거하여 두개의 위상반전층을 갖는 위상반전 마스크(10)를 형성한다. (제4d도 참조).
상기와 같은 위상반전 마스크(10)를 사용하여 노광하며, 제5도에 도시되어 있는 바와 같이 광차단막 패턴(5) 양측의 투명기판(3)과 위상반전막 패턴(4)을 투과한 광(11)은 양의 전장값을 가지며, 그 옆 부분의 위상반전막 패턴(4)과 투명기판(3)의 홈(15) 부분을 통과한 광(12)은 음의 전장 값을 갖고, 투명기판(3)의 홈(15) 부분만을 통과한 광(13)은 음의 전장 값을 가진다.
따라서 이들 전장은 사로 간섭하여 제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 이미지 콘트라스트가 향상되고, 광세기 그래프가 급격하게 변화된다. 도시되어 있지는 않으나, 자장도 전장과 마찬가지로 위상의 변화가 일어나 간섭 효과를 일으킨다.
상기에서는 홈(15)의 스페이스 L2를 위상반전막 패턴(4)의 스페이스 L3 보다 작게하였으나, 이는 서로 크기가 바뀌어도 본발명의 효과에서는 동일하다.
제7도는 본발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크의 단면도로서, 투명기판(3)의 일측에 순차적으로 스페이스가 커지는 제1 및 제2위상반전막 패턴(4A),(4B)과 광차단막 패턴(5)이 적층되어있으며, 제조 공정상의 편의를 위하여 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴(4A),(4B)을 식각선택비 차가 있는 물질의 조합으로 형성한다.
또한 상기 제1위상반전막 패턴(4A)을 동일한 폭을 갖는 홈을 형성하여 대체할수도 있으며, 이러한 위상반전 마스크도 제4d도에 도시되어 있는 위상반전 마스크(10)와 동일한 효과를 가진다.
상기와는 다른 예로서, 광차단막 패턴을 중심을 위상이 3번 바뀐 광이 투사되어 상호 간섭에 의해 광세기 그래프의 에지 부분이 경사가 커지는 효과를 갖는 예들도 본발명의 사상에 속하는 것음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본발명에 따른 위상반전 마스크 및 그 제조방법은 투명기판의 양측 또는 일측에 스페이스가 다른 두층의 위상반전막 패턴을 서로 광경로가 중첩되게 형성하고, 일측 위상반전막 패턴상에 더 작은 스페이스의 광차단막 패턴을 형성하여 상기 광차단막 패턴을 중심으로 3차례의 위상반전이 일어나도록하여 인접한 광들간의 간섭에 의해 이미지 콘트라스트를 향상시켰으므로, 광세기 그래프의 기울기가 증가되어 미세 패턴 형성이 용이하고, 공정여유도가 증가되어 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖도록 형성되어 있는 제1위상반전막 패턴과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 형성되고, 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되고, 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다 크게 형성되어 상기 제1위상반전막 패턴과는 좌우 대칭되게 중첩되어있는 제2위상반전막 패턴과, 상기 제2위상반전막 패턴상에 형성되고, 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크게 형성되되, 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴과는 좌우 대칭되게 중첩되어있는 광차단막 패턴을 구비하는 위상반전 마스크.
  2. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴이 SOG, 산화막 및 질화막으로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로하는 위상반전 마스크.
  3. 제3항에 있어서, 상기 제1위상반전막 패턴 대신에 상이 반전된 스페이스를 갖는 투명기판이 식각된 홈을 구비하는 것을 특징으로하는 위상반전 마스크.
  4. 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖도록 형성되어 있는 제1위상반전막 패턴과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 형성되어 있으며, 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크게 형성되어 있는 광차단막 패턴
    상기 투명기판의 타측면에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴 보다는 크고 광차단막 패턴 보다는 작게 형성되어 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 갖는 제2위상반전막 패턴을 구비하는 위상반전 마스크.
  5. 제6항에 있어서, 상기 제1 또는 제2위상반전막 패턴이 투명기판이 식각된 홈으로 형성되는 것을 특징으로하는 위상반전 마스크.
  6. 투명기판의 일측면에 예정된 스페이스를 갖는 제1위상반전막 패턴을 형성하는 공정과 상기 제1위상반전막 패턴상에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴보다 큰 제2위상반전막 패턴을 형성하되, 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 가지며, 상기 제1위상반전막 패턴과는 좌우대칭되게 중첩되도록 형성하는 공정과, 상기 제2위상반전막 패턴상에 스페이스가 제2위상반전막 패턴 보다 큰 광차단막 패턴을 형성하되, 상기 제1 및 제2위상반전막 패턴과는 좌우 대칭되게 형성하는 공정을 구비하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  7. 제8항에 있어서, 상기 제1및 제2위상반전막 패턴이 식각 선택비차가 있는 서로 다른 물질로 형성하는 것을 특징으로하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  8. 투명기판의 일츨면에 예정된 스페이스를 갖는 제1위상반전막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1위상반전막 패턴상에 스페이스가 상기 제1위상반전막 패턴보다 큰 광차단막 패턴을 형성하되, 상기 제1위상반전막 패턴과는 좌우 대칭되게 형성하는 공정과, 상기 투명기판의 타측면에 광경로가 제1위상반전막 패턴과 일부가 중첩되는 부분을 가지고 스페이스가 제1위상반전막 패턴 보다 크고 광차단막 패턴 보다는 작은 제2위상반전막 패턴을 형성하되, 상기 제1위상반전막 패턴 및 과차단막 패턴과는 좌우 대칭되게 형성하는 공정을 구비하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  9. 제10항에 있어서, 상기 제1 또는 제2위상반전막 패턴을 투명기판이 식각된 홈으로 형성하는 것을 특징으로하는 위상반전 마스크의 제조방법.
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