KR20090070704A - 포토 마스크 및 그의 형성 방법 - Google Patents

포토 마스크 및 그의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토 마스크 및 그의 형성 방법에 관한 것으로, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 패턴이 더 조밀하게 형성되는 제2 영역을 포함하는 마스크 기판 및 상기 마스크 기판상에 형성되며, 상기 제2 영역보다 상기 제1 영역에서 더 두껍게 형성되는 위상 반전막 패턴을 포함하기 때문에, 음의 위상으로 보강된 노광의 위상을 상쇄시켜 사이드 로브가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
포토 마스크, 위상 반전막, 노광, 사이드 로브

Description

포토 마스크 및 그의 형성 방법{Photo mask and method for forming the same}
본 발명은 포토 마스크 및 그의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 위상 반전 마스크 및 그의 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 기술의 고집적화가 빠르게 진행되면서 미세한 패턴을 형성하는 기술이 더욱 중요하게 대두하였으며, 이에 반도체 소자 형성에 필요한 각종 패턴을 형성하는 포토리소그래피(Photolithography) 기술도 빠르게 발전하고 있다. 포토리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막 또는 도전막 등과 같은 하지막 위에 X선, 레이저, 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의하여 현상액에 대한 용해도가 변화되는 감광막을 형성하고, 상기 감광막의 소정 부위를 노광 마스크를 이용하여 노광한 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광막 패턴을 형성한다. 감광막 패턴을 이용하여 하지막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선 또는 전극과 같은 다양한 패턴을 형성한다.
그런데, 반도체 소자의 고집적화에 따라 더욱 작은 CD(Critical Dimension)의 디자인 룰(design rule)이 적용되고, 이에 따라 작은 개구 사이즈(opening size)를 가지는 콘택홀이나 작은 폭을 가지는 미세 패턴을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 하지만 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 패턴의 해상도가 저하되는 결함이 발생하게 되었다. 통상적인 투영 노광장치를 이용하여 사각 형태의 각종 패턴을 형성할 경우, 빛의 회절에 의해 사각형 패턴의 모서리가 둥글어지게 되었다.
이에 포토 마스크를 투과한 빛의 파장을 반전하여 소멸 간섭시키는 위상 쉬프터(phase shifter)가 포함된 위상 반전 마스크(phase shift mask)를 고안하여 집적회로에 형성되는 패턴의 해상도를 높일 수 있게 함으로써, 미세한 패턴의 제작에 큰 도움이 되고 있다.
종래 기술에 따라, 이러한 위상 반전 마스크를 제조함에 있어서는, 먼저 마스크 기판 위에 위상 반전막과 광 차단막을 형성하고, 위상 반전 마스크의 광투과 영역을 정의하는 감광막 패턴을 이용하여 상기 광차단막을 패터닝한다. 그리고, 상기 패터닝된 광차단막을 마스크로 상기 위상 반전막을 패터닝한 후, 상기 감광막 패턴을 제거하고, 계속하여 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역에 남아 있는 상기 광차단막을 제거함으로서 위상 반전 마스크를 제조한다.
그런데, 통상적으로 반도체 소자의 셀 영역에 대응하는 위상 반전 마스크에는 패턴이 밀집되어 형성된다. 반면에, 다이(die) 경계 부분에서의 가드 영역(guard area)나 패드 영역(pad area), 또는 퓨즈 박스(fuse box)에 대응하는 위상 반전 마스크에는 패턴이 비교적 드문드문 형성되며 패턴의 크기가 크게 형성된다. 이에 따라 다이 경계 부분에서는 다중 노광으로 인한 반전된 음의 위상들이 서 로 보강되어 웨이퍼 상에 도달하는 빛의 세기가 증가되기 때문에 원하지 않는 부분에 패턴이 형성되는 사이드 로브(side lobe)가 발생될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 의해 형성된 사이드 로브를 나타낸 SEM 사진으로, 패드 영역(도 4a 참조)과 가이드 영역(도 4b 참조)에 형성된 사이드 로브(도면부호 D)를 나타낸다.
본 발명은 패턴의 크기가 큰 영역의 위상 반전막 패턴을 형성할 때 패턴 일부의 두께를 두껍게 형성하여 노광시 에어리얼 이미지(arerial image)를 양의 위상으로 반전시킴으로써, 웨이퍼 상에 도달하는 음의 위상 특성으로 보강된 영역을 상쇄시켜 사이드 로브의 생성을 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 포토 마스크는, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 패턴이 더 조밀하게 형성되는 제2 영역을 포함하는 마스크 기판 및 상기 마스크 기판상에 형성되며, 상기 제2 영역보다 상기 제1 영역에서 더 두껍게 형성되는 위상 반전막 패턴을 포함하는 특징이 있다.
상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상부 폭과 하부 폭이 다를 수 있다. 상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상부 폭이 하부 폭보다 좁을 수 있다. 상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상기 상부폭이 목표 패턴의 폭보다 좁을 수 있다. 상기 제2 영역에 형성된 패턴의 두께는 노광 공정에서 사용되는 노광의 파장의 정수배일 수 있다. 상기 제1 영역에 형성된 패턴의 두께는 상기 제2 영역에 형성된 패턴의 두께의 2배일 수 있다. 상기 위상 반전막 패턴은 0~25%의 투과도를 가질 수 있다. 상기 위상 반전막 패턴은 0도 또는 180도의 위상을 가질 수 있다. 상기 위상 반전막 패턴은 몰리브덴(Mo)과 실리콘으로 형성되는 HT-PSM(Half Tone - Phase Shift Mask) 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다다른 일실시예에 따른 포토 마스크의 형성 방법은, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 패턴 밀도가 더 조밀하게 형성되는 제2 영역을 포함하는 마스크 기판이 제공되는 단계와, 상기 마스크 기판 상에 위상 반전막을 제1 두께로 형성하는 단계와, 상기 제1 영역에서 패턴이 형성되지 않는 영역의 상기 위상 반전막 및 상기 제2 영역의 위상 반전막을 상기 제1 두께보다 낮은 상기 제2 두께로 식각하는 단계 및 상기 제1 및 제2 영역의 상기 위상 반전막을 패터닝하여 위상 반전막 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 두께는 노광 공정에서 사용되는 노광의 파장의 정수배일 수 있다. 상기 제1 두께는 상기 제2 두께의 2배로 형성할 수 있다. 상기 위상 반전막은 0~25%의 투과도를 가질 수 있다. 상기 위상 반전막은 0도 또는 180도의 위상을 가질 수 있다.상기 위상 반전막은 몰리브덴(Mo)과 실리콘으로 형성되는 HT-PSM(Half Tone - Phase Shift Mask) 물질로 형성할 수 있다.
본 발명의 포토 마스크 및 그의 형성 방법에 따르면, 패턴의 크기가 큰 영역에 위상 반전막 패턴을 형성할 때 패턴 일부의 두께를 두껍게 형성함으로써 음의 위상으로 보강된 노광의 위상을 상쇄시켜 사이드 로브가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인하여 공정 해상도 및 공정 마진을 증가시킬 수 있어 소자의 집적도, 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한 다.
그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. 또한, 임의의 막이 다른 막 또는 반도체 기판 '상'에 형성된다고 기재된 경우 상기 임의의 막은 상기 다른 막 또는 상기 반도체 기판에 직접 접하여 형성될 수도 있고, 그 사이에 제3의 막이 개재되어 형성될 수도 있다. 또한, 도면에 도시된 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 포토 마스크 및 그의 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 웨이퍼의 패턴 비밀집 영역, 예를 들면 다이 경계 부근의 가드 영역이나 패드 영역 또는 퓨즈 영역을 패터닝하기 위한 제1 영역(A)과 웨이퍼의 패턴 밀집 영역, 예를 들면 셀 영역을 패터닝하기 위한 제2 영역(B)을 포함하는 마스크 기판(102) 상에 위상 반전막(104)을 형성한다. 마스크 기판(102)은 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 광원이 투과할 수 있는 투명한 재료, 예를 들면 이산화규소(SiO2) 등으로 형성할 수 있다. 위상 반전막(104)은 0~25%의 투과도와 0도 또는 180도의 위상을 갖는 위상반전 물질, 예를 들면 몰리브덴(Mo)과 실리콘으로 형성되는 HT-PSM(Half Tone - Phase Shift Mask) 물질로 형성할 수 있다. 또한, 위상 반전막(104)의 두께(t2)는 노광을 위상 반전시키기 위하여 노광 공정에서 사용되는 노광의 파장의 정수 배로 형성하는 것이 바람직하다. 위상 반전막(104) 상에는 제1 포토 레지스트막(106)를 형성한다.
도 1b를 참조하면, 제1 포토 레지스트막(106; 도 1a 참조)을 패터닝하여 제1 영역(A)에 제1 포토 레지스트막 패턴(106a)을 형성한다. 제1 포토 레지스트막 패턴(106a)은 최종적으로 형성되는 위상 반전막 패턴보다 폭이 작게 형성된다.
도 1c를 참조하면, 제1 포토 레지스트막 패턴(106a; 도 1b 참조)을 이용한 식각 공정으로 제1 영역(A)의 일부 및 제2 영역(B)의 위상 반전막(104)을 식각한다. 이때 식각되어 잔류하는 위상 반전막(104)의 두께(t1)는 전체 위상 반전막(104) 두께(t2)의 절반으로 형성하는 것이 바람직하다. 이후에 제1 포토 레지스트막 패턴(106a; 도 1b 참조)을 제거한다.
도 1d를 참조하면, 위상 반전막(104) 상에 제2 포토 레지스트막(108)을 형성한다.
도 1e를 참조하면, 제2 포토 레지스트막(108; 도 1d 참조)을 패터닝하여 제2 포토 레지스트막 패턴(108a)을 형성한다. 제2 포토 레지스트막 패턴(108a)은 위상 반전막 패턴을 형성하기 위한 것으로, 제1 영역(A)에 비해 제2 영역(B)에 더욱 조 밀하게 형성된다. 특히, 제1 영역(A)에 형성되는 제2 포토 레지스트막 패턴(108a)은 전술한 식각 공정에서 잔류하는 위상 반전막(104)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
도 1f를 참조하면, 제2 포토 레지스트막 패턴(108a; 도 1e 참조)을 이용한 식각 공정으로 위상 반전막(104; 도 1e 참조)를 패터닝하여 위상 반전막 패턴(104a)을 형성한다. 이때, 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)에는 상부 폭이 하부 폭보다 좁은 위상 반전막 패턴(104a)이 형성된다. 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)에 형성된 위상 반전막 패턴(104a)은 하부 폭이 목표 패턴의 폭으로 형성되며, 상부 폭은 목표 패턴의 폭보다 좁게 형성한다. 이에 따라, 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)에 형성된 위상 반전막 패턴(104a)에는 제2 영역(B)에 형성되는 위상 반전막 패턴(104a)에 비해 두께가 두 배인 영역이 형성된다.
이와 같이 형성된 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)에 형성된 위상 반전막 패턴(104a)으로 인하여, 제1 영역(A)과 제2 영역(B)에는 위상 반전막 패턴(104a)이 형성된 마스크 기판(102)에는 위상 반전 패턴이 형성되고 위상 반전막 패턴(104a)이 형성되지 않은 마스크 기판(102)에는 투광 패턴이 형성된다. 이후에, 제2 포토 레지스트막 패턴(108a; 도 1e 참조)을 제거한다.
도 2는 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이다. 또한, 도 3은 제1 영역(A)을 통해 웨이퍼에 형성된 포토 레지스트에 도달하는 노광의 세기를 나타낸 그래프이다. 특히, 도 3의 그래프 1은 종래 기술에 따라 형성된 위상 반전막 패턴을 통과하여 포토 레지 스트에 도달하는 노광을 나타낸 그래프이고, 도 3의 그래프 2는 제1 영역(A)의 위상 반전막 패턴(104a) 중 두꺼운 영역을 통과하여 포토 레지스트에 도달하는 노광을 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼(202)에 형성된 피식각층(도시하지 않음) 상에 형성된 포토 레지스트막을 패터닝하기 위하여, 본 발명에 따라 마스크 기판(102) 상에 위상 반전막 패턴(104a)이 형성된 포토 마스크를 이용하여 포토 레지스트막에 대해 선택적으로 노광시킨다. 이때, 종래 기술에 따라 위상 반전막 패턴을 형성하면 제1 영역(A)과 제1 영역(A)보다 패턴이 조밀하게 형성되는 제2 영역(B)에 형성된 위상 반전막 패턴의 두께는 동일하게 형성된다. 특히 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)에 형성된 위상 반전막 패턴을 통과한 노광은 위상 반전막 패턴의 일측과 대응하는 영역(C)에 음의 위상 특성을 가진다. 상기 영역(C)에서 음의 위상 특성을 갖는 노광은 다중 노광으로 인하여 서로 보강되어 빛의 세기가 증가할 수 있으며, 이로 인하여 원하지 않는 사이드 로브가 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 제1 영역(A)의 위상 반전막 패턴(104a) 중 두꺼운 영역을 통과하는 노광은 양의 위상으로 반전되어, 특히 영역(C)에서 음의 위상 특성을 갖는 노광과 상쇄될 수 있다. 이에 따라 사이드 로브가 형성되지 않는다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 포토 마스크 및 그의 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 3은 제2 영역을 통해 웨이퍼에 형성된 포토 레지스트에 도달하는 노광의 세기를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
102 : 마스크 기판 104 : 위상 반전막
104a : 위상 반전막 패턴 106 : 제1 포토 레지스트
106a : 제1 포토 레지스트 패턴 108 : 제2 포토 레지스트
108a : 제2 포토 레지스트 패턴

Claims (15)

  1. 제1 영역과 상기 제1 영역보다 패턴이 더 조밀하게 형성되는 제2 영역을 포함하는 마스크 기판; 및
    상기 마스크 기판상에 형성되며, 상기 제2 영역보다 상기 제1 영역에서 더 두껍게 형성되는 위상 반전막 패턴을 포함하는 포토 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상부 폭과 하부 폭이 다른 포토 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상부 폭이 하부 폭보다 좁은 포토 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에 형성되는 상기 위상 반전막 패턴은 상기 상부폭이 목표 패 턴의 폭보다 좁은 포토 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에 형성된 패턴의 두께는 노광 공정에서 사용되는 노광의 파장의 정수배인 포토 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 패턴의 두께는 상기 제2 영역에 형성된 패턴의 두께의 2배인 포토 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전막 패턴은 0~25%의 투과도를 갖는 포토 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전막 패턴은 0도 또는 180도의 위상을 갖는 포토 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전막 패턴은 몰리브덴(Mo)과 실리콘으로 형성되는 HT-PSM(Half Tone - Phase Shift Mask) 물질로 형성된 포토 마스크.
  10. 제1 영역과 상기 제1 영역보다 패턴 밀도가 더 조밀하게 형성되는 제2 영역을 포함하는 마스크 기판이 제공되는 단계;
    상기 마스크 기판 상에 위상 반전막을 제1 두께로 형성하는 단계;
    상기 제1 영역에서 패턴이 형성되지 않는 영역의 상기 위상 반전막 및 상기 제2 영역의 위상 반전막을 상기 제1 두께보다 낮은 상기 제2 두께로 식각하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 영역의 상기 위상 반전막을 패터닝하여 위상 반전막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 형성 방법
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 두께는 노광 공정에서 사용되는 노광의 파장의 정수배인 포토 마스크의 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 두께는 상기 제2 두께의 2배로 형성하는 포토 마스크의 형성 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 0~25%의 투과도를 갖는 포토 마스크의 형성 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 0도 또는 180도의 위상을 갖는 포토 마스크의 형성 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 몰리브덴(Mo)과 실리콘으로 형성되는 HT-PSM(Half Tone - Phase Shift Mask) 물질로 형성하는 포토 마스크의 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200401036A1 (en) * 2018-01-17 2020-12-24 Beijing Boe Display Technology Co., Ltd. Mask and Method for preparing a Mask

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200401036A1 (en) * 2018-01-17 2020-12-24 Beijing Boe Display Technology Co., Ltd. Mask and Method for preparing a Mask

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