KR0126650B1 - 하프톤형 위상반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 투명기판의 노광 영역으로 예정된 부분에 광의 위상을 반전시킬 정도의 깊이로 홈을 형성한 후, 감광막으로 상기 홈을 메꾼 다음 저표면에 광투막을 도포하고, 상기 감광막과 그 상부의 광투막을 리프트 오프방법으로 제거하여 노광 영역에 형성되어 있는 홈과 표면에 형성되어 있는 광투과막 패턴을 구비하는 하프톤형 위상반전 마스크를 형성하였으므로, DUV 영역에서의 노광공정시에도 투과율이 저하되지 않아 반도체 소자의 고집적화가 유리하고, 광투과막의 제작업이 용이하여 공정수율을 향상시킬 수 있으며, 상기 광투과막을 적층 구조로 형성하여 투과율의 조절이 용이하다.

Description

하프톤형 위상반전 마스크의 제조 방법

제1도는 종래 하프톤형 위상반전 마스크의 단면도.

제2도 (A)-(F)는 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 마스크의 제조 공정도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11,21 : 석영기판13,23 : 광투과막

15 : 위상반전 물질층22 : 홈

27,28 : 감광막29 : 산화막

본 발명은 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 투명기판의 노광 영역으로 예정된 부분을 위상반전이 일어나는 정도를 식각하여 홈을 형성한 후, 상기 홈을 감광막으로 메우고 크롬으로 광투과막을 형성하여 투과율이 높고 제작이 용이한 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 경박단소화 추세에 따라 배선간의 거리가 감소되고, 단차를 증가시키며, 트랜지스터나 캐패시터등과 같은 단위 소자의 크기도 감소되어 패턴의 미세화가 점차 가속되고 있다.

일반적으로 패턴 형성을 위한 노광 공정시 사용되는 노광 마스크는 석영기판에 크롬층이나 알루미늄 등의 광차단막을 도포한 후, 이온 빔 에칭에 의해 광차단막 패턴을 형성한다. 그러나 상기의 일반적인 노광마스크로는 광분해능 이하의 미세 패턴의 형성이 어려우며, 현재 사용되는 통상의 감광액 및 노광 장비, 예를 들어 파장이 436nm인 G라인이나, 365nm인 I라인 스테퍼로는 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 얻기가 어렵다.

더욱이 64M 디램 이상의 초고집적 소자들은 0.5㎛ 이하의 미세 패턴이 요구되며, 이러한 극미세 패턴은 고해상도의 감광막 패턴을 얻기 위해서 위상반전 마스크를 사용하고 있다.

상기 위상반전 마스크는 노광 마스크의 광차단막 패턴들과 함께 광의 위상을 180°반전시키는 위상반전 물질층을 형성하여, 노광 공정시 웨이퍼상에 조사되는 광의 진폭을 일정하게 유지하고, 위상반전 물질층을 통과한 광과 인접 패턴을 통과한 광과의 간섭에 의한 노광 효과가 최소가 되도록 하여 감광막 패턴의 해상도를 향상시키는 원리를 사용한 것이다.

이러한 위상반전 마스크는 입사되는 광의 파장 λ와, 굴절율 n인 위상반전 물질을 광의 위상이 160∼200°정도 반전시키는 두께로 형성하여, 감광막에 조사되는 광의 콘트라스트(contrast) 비를 크게 하였다. 예를들어 입사광이 G-라인 또는 I-라인이고, 위상반전 물질로 에스.오.지(spin on galss; 이하 SOG라 칭함), 산화막 또는 질화막 등을 사용할 경우에 상기 위상반전 물질을 3400∼4000Å 정도의 두께로 형성하면 된다. 상기의 위상반전 마스크를 사용하면, 종래의 감광액 및 노광 장비를 사용하여 0.5㎛ 이하의 미세 패턴도 형성할 수 있다.

종래 하프톤형 위상반전 마스크를 제1도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 투명기판, 예를들어 석영기판(11) 상에 소정의 노광영역을 정의하는 광투과막(13) 패턴이 소정의 두께로 형성되어 있으며, 상기 광투과막(13) 패턴과 동일한 노광 영역을 갖는 위상반전 물질층(15)이 광투과막(13) 패턴상에 형성되어 있다.

상기 광투과막(13) 패턴은 크롬 또는 산화알루미늄 등의 광차단 물질을 입사되는 광의 5∼50% 정도가 투과되도록 두께를 조절하여 도포하며, 상기 위상반전 물질층(15)은 소정 두께의 산화막, 질화막 또는 SOG 등을 도포한 후, 감광막 패턴(도시되지 않음)을 에칭 마스크로 하여 건식 또는 습식식각 방법으로 형성된 것이다.

상기와 같은 하프톤형 위상반전 마스크의 위치에 따른 빛의 세기는 상기 위상반전 마스크의 상측에서 입사된 광은 상기 노광 영역의 중심 부분에서 강도가 최대이며, 상기 노광 영역의 에지 부분에서 0이 되고, 상기 노광 영역 이외의 부분에서 상기 광투과막(13) 패턴의 투과율에 따라 소정의 광강도를 갖는다. 또한 광의 세기가 증가될수록 비노광 영역에서의 빛의 세기도 증가된다.

상기 종래 기술에 따른 하프톤형 위상반전 마스크는 고집적화를 위하여 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 형성하기 위하여 파장 248nm나 198nm인 단자외선(deep UV; 이하 DUV라 칭함)을 광원으로 하는 스테퍼를 사용하여야 하는데, 하프톤형 위상반전 마스크는 DUV에서 투과율이 급격히 떨어지는 문제점이 있다.

또한 광투과막의 두께 조절이 용이하지 않고, 위상반전 물질층의 하부에 형성되므로 잘못 형성되면 제작업이 불가능하여 공정수율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 투명기판의 노광 영역으로 예정된 부분을 광의 위상반전이 일어나는 정도 두께를 식각하여 홈을 형성한 후, 광투과막 패턴을 형성하여 DUV에서도 투과율이 떨어지지 않아 반도체 소자의 고집적화에 유리하고 제작업이 용하여 공정 수율을 향상시킬 수 있는 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법의 특징은, 투명기판에서 노광 영역으로 예정된 부분을 광의 위상을 반전시킬 정도의 깊이로 제거하여 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈의 깊이 보다 작게 산화막을 형성하는 공정과, 상기 홈 내부에 감광막 패턴을 형성하되 상기 홈의 깊이 보다 작게 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 광투과막을 형성하되 상기 홈 내부에 형성되는 광투과막이 단절되는 두께로 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴과 그 상측의 광투과막을 제거하는 공정을 구비함에 있다.

이하, 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도 (A)-(F)는 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 마스크의 제조공정도이다.

투명기판, 예를 들어 석영기판(21) 상에 노광 영역을 정의하는 감광막(27) 패턴을 도포한 후, 상기 감광막(27) 패턴에 의해 노출되어 있는 석영기판(21)을 소정 두께 제거하여 홈(22)을 형성한다. 이때 상기 홈(22)의 깊이는 노광되는 광의 파장을 고려하여 위상을 반전시키는 정도의 깊이로 형성한다. (제2도 (A) 참조).

그 다음 상기 감광막(27) 패턴을 제거한 후, 상기 식각 공정시 손상된 석영기판(21)의 표면을 보상하기 위하여 전표면에 50-100Å 정도 두께의 산화막(29)을 형성한다. 이때 상기 산화막(29)은 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방법이나, 열산화방법으로 형성한다. (제2도 (B) 참조).

그후, 상기 구조의 전표면에 감광막(28)을 소정 두께 도포하여 상기 홈(22)을 메꾼다. (제2도 (C) 참조).

그 다음 상기 감광막(28)을 건식 이방성 식각 방법이나, 습식방법으로 제거하여 상기 석영기판(21)의 표면을 노출시키고, 상기 홈(22)의 내부에 감광막(28) 패턴이 남도록 한다. 이때 상기 감광막(28)을 과식각하여 상기 남아있는 감광막(28) 패턴의 두께가 상기 홈(22)의 깊이 보다 작도록 한다. 이는 후속 리프트 오프 공정에서의 용이한 제거를 위한 것이다. (제2도 (D) 참조).

그후, 상기 구조의 전표면에 광차단물질, 예를들어 크롬이나 산화크롬등으로된 광투과막(23)을 소정의 투과율, 예를들어 5-10%로 광이 투과되도록 소정두께, 예를들어 100-150Å 정도 두께로 형성한다. 이때 상기 광투과막(23)은 단일 산화크롬(CrO)층이나, 산화크롬층과 크롬층의 단일 또는 반복적층 구조로 형성하여 투과율을 조절하였다. (제2도 (E) 참조).

그 다음 상기 감광막(28) 패턴과 그 상부의 광투과막(23)을 리프트 오프방법으로 제거한다. (제2도 (F) 참조).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법은 투명기판의 노광 영역으로 예정된 부분에 광의 위상을 반전시킬 정도의 깊이로 홈을 형성한 후, 상기 홈을 메꾸는 감광막 패턴을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 광투과막을 도포하고, 상기 감광막 패턴과 그 상부의 광투과막을 리프트 오프방법으로 제거하여 노광 영역에 형성되어 있는 홈과 표면에 형성되어 있는 광투과막 패턴을 구비하는 하프톤형 위상반전 마스크를 형성하였으므로, DUV 영역에서의 노광 공정시에도 투과율이 저하되지 않아 반도체 소자의 고집적화가 유리하고, 광투과막의 제작업이 용이하여 공정수율을 향상시킬 수 있으며, 상기 광투과막을 적층 구조로 형성하여 투과율의 조절이 용이한 이점이 있다.

Claims (2)

1. 투명기판에서 노광 영역으로 예정된 부분을 광의 위상을 반전시킬 정도의 깊이로 제거하여 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈의 깊이 보다 작게 산화막을 형성하는 공정과, 상기 홈 내부에 감광막 패턴을 형성하되 상기 홈의 깊이 보다 작게 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 광투과막을 형성하되 상기 홈 내부에 형성되는 광투과막이 단절되는 두께로 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴과 그 상측의 광투과막을 제거하는 공정을 구비하는 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광투과막을 산화크롬 단일층이나, 산화크롬 및 크롬층의 단일 또는 반복적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 마스크의 제조방법.