KR0135149B1 - 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

위상반전 마스크의 제조방법

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KR0135149B1
KR0135149B1 KR1019940014034A KR19940014034A KR0135149B1 KR 0135149 B1 KR0135149 B1 KR 0135149B1 KR 1019940014034 A KR1019940014034 A KR 1019940014034A KR 19940014034 A KR19940014034 A KR 19940014034A KR 0135149 B1 KR0135149 B1 KR 0135149B1
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Abstract

본 발명은 위상반전 마스크에 관한 것으로 초정밀 반도체회로 형상제조에 적당하도록 한 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 위상반전 마스크의 제조방법은 투명기판에 1차 차광용금속과 1차 위상반전물질을 차례로 증착하고, 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역 및 투광 영역의 보조패턴을 포함하는 부분을 정의하여 1차 차광용금속과 1차 위상반전물질을 선택적으로 제거하는 공정과, 전면에 2차 위상반전물질을 증착하고 에치백하여 위상반전물질 측벽을 형성하는 공정과, 전면에 상기 1차 차광용금속 및 1,2차 위상반전물질과 식각 선택비가 큰 임의의 물질을 평탄하게 증착하고 1,2차 위상반전물질의 표면이 충분히 노출되도록 임의의 물질을 에치백하는 공정과, 상기 1차 차광용금속의 높이로 1,2차 위성반전물질 에치백(Etch Back)하여 보조 패턴영역에 위상반전층을 형성하는 공정과, 전면에 2차 차광용물질을 증착하고 에치백하여 상기 위상반전층 측벽에 2차 차광용물질 측벽을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 것이다.
따라서, 공정이 용이하고, 신뢰도가 증가된다.

Description

위상반전 마스크의 제조방법
제 1도는 일반적인 마스크구조 및 그에 따른 빛의 진폭과 빛의 세기를 나타낸 설명도
제 2도는 종래의 모서리 강조형 위상반전 마스크의 공정단면도
제 3도는 종래의 공간주파수 변조형 위상반전 마스크의 공정단면도
제 4도는 종래의 보조패턴 강조형 위상반전 마스크의 레이 아웃도
제 5도는 본 발명의 위상반전 마스크의 공정단면도
제 6도는 본 발명의 위상반전 마스크 평면도
제 7도는 본 발명의 위상반전 마스크의 빛의 진폭과 빛의 세기를 나타낸 설명도
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊
11 : 기판,12 : 크롬,
12a : 크롬패턴,13,15 : 위상반전물질,
14,17 : 감광막,15a : 위상반전층,
16 : 위상반전층 측벽, 18 : 2차 차광용물질,
19 : 차광용물질 측벽
본 발명은 위상반전 마스크(Phase Shift Mask)에 관한 것으로, 특히 초정밀 반도체회로 형상제조에 적당하도록 한 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자가 고집적화 되고 패키지밀도가 높아짐에 따라 미세한 선폭을 갖는 포토 마스크(Photo Mask)가 요구되어지고 있으며, 특별한 변형제조 기술도 발표되고 있는 추세이다.
일반적으로, 포토 리소그라피(Photo Lithography)는 자외선같은 파장의 빛을 포토 마스크를 통해 반도체기판상에 도포된 포토 레지스트(Photo Resist)의 표면으로 투과시켜 이미지(Image)패턴을 형성하는 기술이다.
일반적인 포토 마스크는 불투과패턴과 투과패턴으로 구성되어 선택적인 노광을 할 수 있도록 되어 있으나, 패턴 밀도의 증가에 따라 회절현상(diffraction)이 발생하여 해상도 향상에 제한이 있다.
즉, 일반적인 포토 마스크를 이용하여 노광할 때 해상도와 촛점심도는 다음과 같다.
R(해상도) = k1·λ/NA … …(1)
(k1: 비례상수, λ : 노광시의 광원파장, NA : Numerical Aperture)
D.O.F(촛점심도) = k2- λ/(NA)2( k2: 비례상수)
이러한 해상도는 제1도와 같이 그 주기가 작을수록 웨이퍼에서의 진폭은 골과 마루의 차가 작아져서 구분할 수 없게 되는데 이는 인접한 패턴에서의 빛의 회절에 의한 것이다. 그러므로, 위상반전 리소그라피를 이용하여 해상도를 개선시키는 공정이 다방면으로 연구되어 왔다.
위상반전 리소그라피는 차광패턴 사이사이에 조사된 빛을 그대로 투과시키는 일반 투광영역과 위상반전 물질을 이용하여 180℃ 위상천이된 투광영역을 조합하여 투광영역으로 사용하는 기술로서, 차광영역에서 투광영역간의 상쇄간섭을 일으켜 빛의 회절 문제도 감소시킬 수 있다.
따라서, 빛의강도(intensity) 를 예리하게 변조시켜 패턴 이미지를 마스크 이미지에 가깝게 형성할 수 있으며, 매우 복잡한 패턴도 전사가 가능하도록 다양한 리소그라피 기술이 개발되고 있다.
위상반전 마스크로는 서로 이웃하는 투광영역의 한쪽에 광의 위상을 반전시키는 투광막이 형성된 레벤슨형(Levenson Type) 마스크와 다른 두 투광영역의 끝에서 위상을 반전시켜 마스크 통과후의 광감도를 낮추는 에지강조형 마스크 등이 있다.
에지강조형 위상반전 마스크는 위상반전 물질의 패턴을 위상반전 물질의 하부에 형성된 광차폐층의 폭보다 넓도록 형성하고, 위상반전 물질의 패턴을 에치 마스크로 하여 광차폐층의 양쪽 측벽을 선택적으로 습식식각하여 제조함으로써 식각된 광차폐층의 폭만큼 위상반전층의 효과가 나타나도록 한다.
이와 같은 종래의 위상반전 마스크를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 종래의 모서리 강조형 위상반전 마스크의 공정단면도로써, 제2도(a)와 같이 투명기판(1)위에 차광용금속 크롬(cr)(2)을 증착하고 그 위에 제1감광막(3)을 증착한다.
그리고, 전자빔(E-Beam)을 노광하여 제2도(b)와 같이 차광패턴 영역을 정의한 후 제2도(c)와 같이 차광영역에만 남도록 크롬(2)층을 선택적으로 제거한다.
제2도(d)와같이 제1감광막(3)을 제거하고, 전면에 제2감광막(4)을 두껍게 증착하고 기판쪽에서 배면노광하고 현상하여 제2도(e)와 같이 차광영역 사이에만 남도록 감광막(4)을 패터닝한다.
그리고 제2도(f)와 같이 실리콘 산화막 등의 위상반전층(5)을 증착한다.
이때, 상기 패터닝된 감광막(4)이 두껍게 형성되어 있기 때문에 단차가 커서 위상반전층(5)이 불연속적으로 증착된다.
따라서, 제2도(g)와 같이 리프트오프(Lift-off)방법으로 감광막(4)과 감광막(4)위에 형성된 위상반전층(5)을 선택적으로 제거한다.
그리고 제2도(h)와 같이 습식식각 공정으로 차광영역에 형성된 크롬(2)을 오버에칭(Over Etching) 한다.
한편, 제3도는 종래의 공간주파수 변조형 위상반전 마스크 공정단면도로써, 종래의 공간주파수 변조형 위상반전 마스크 제조방법은 제3도(a) 와 같이 투명기판(1)에 크롬(2)과 제1감광막(3)을 차례로 증착하고 투광영역에만 선택적으로 전자빔(E-Beam)을 노광 및 현상하여 제3도(b)와 같이 차광영역에만 제1감광막(3)이 남도록 패터닝한다.
제3도(c)와 같이 패터닝된 제1감광막(3)을 마스크로 이용하여 노출된 크롬(2)층을 선택적으로 제거한다.
제3도(d)와 같이 상기 제1감광막(3)을 제거하고 전면에 제2감광막(4)을 두껍게 증착하고 투광영역을 선택적으로 전자빔을 노광한다. 이때, 투광영역 전부를 노광시키는 것이 아니고 하나 건너서 투광영역에 노광한다.
제3도(e)와 같이 현상하여 노광된 부분의 제2감광막(4)을 제거한다.
제3도(f)와 같이 실리콘 산화막(SiO2)등의 위상반전층(5)을 증착한다.
이때도 마찬가지로 제2감광막(4)의 두껍게 증착되어 단차가 크게 발생하였으므로 위상반전층(5)이 전면에 불연속적으로 증착된다.
제3도(g)와 같이 리프트-오프(Lift-off)방법으로 제2감광막(4)과 제2감광막(4)위에 형성된 위상반전층(5)을 선택적으로 제거하여 종래의 공간주파수 변조형 위상반전 마스크를 제조한다.
이와 같이 제조된 종래의 모서리 강조형 위상반전 마스크는 차광패턴 모서리부분에서 위상을 반전시키고, 공간주파수 변조형 위상반전 마스크를 서로 이웃하는 투광영역의 한쪽에서 광의 위상을 반전시킨다.
제4도는 종래의 보조패턴 강조형(Out rigger Sub resolution)위상반전 마스크 레이 아웃도로써, 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A) 주변부에 미세보조패턴(B)을 형성하여 노광공정시 빛의회절에 의해 간섭현상을 방지하였다.
이와 같은 종래의 보조패턴 강조형 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 빛의 회절에 의한 간섭현상을 보조패턴을 이용하여 방지하려면 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A)과 그 주변부의 미세보조 패턴(B)(B′)의 폭 비는 3:1의 비율을 가져야하고, 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A)과 그 주변부의 투광영역(A)과 같은 폭을 가져야만 한다. 따라서 각 영역(B′,C′,A,C,B)의 비는 1:3:3:3:1이 되어야만 한다. 이러한 이유는 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A) 의 모서리 부분에서 발생하는 빛의 회절을 상쇄시키기 위한 광학적 특성에 의해 나타나는 일반적인 수치이다.
현재, 보조패턴 강조형 위상반전 마스크 제조에서는 실제 패턴을 형성하고자 하는 부분이 0.4㎛ 정도일 때 미세보조 패턴은 0.15㎛정도의 폭으로 형성된다.
이와같이 패턴 폭이 미세하므로 전자빔을 이용하여 패터닝하여야 한다.
그 제조방법은 투명유리기판위에 차광용 금속인 크롬(Cr)을 증착하고 그 위에 전자빔용 레지스트를 증착한다. 그리고 전자빔을 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A)과 그 주변부의 미세보조 패턴(B)(B＇)영역에 선택적으로 조사하고 현상하여 투광영역을 정의한 다음, 이를 마스크로 이용하여 크롬층을 선택적으로 제거하므로 보조패턴 강조형 위상반전 마스크를 제조하였다.
그러나, 이와 같은 종래의 위상반전 마스크 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 모서리 강조형 위상반전 마스크의 경우 차광영역의 가장자리를 등방성 습식식각 할 때 언더컷(Under Cut)현상이 발생되므로 정확한 위상반전 효과를 기대하기 어렵다.
둘째, 투명기판상에 위상반전층 및 차광금속의 패턴형성시 역CD(Reverse Crifical Dimesion) 구조를 가지므로 마스크 결함시 수정이 힘들다.
셋째, 공간주파수 변조형 위상반전 마스크의 경우 모서리 강조형보다 위상반전 효과는 좋으나, 투광영역 중에 선택적으로 위상반전층을 형성해야 하므로 포토 마스크 공정이 더 추가되므로써, 공정이 복잡하다.
넷째, 보조패턴 강조형 위상반전 마스크를 형성할 경우, 상술한 바와같이 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A)과 그 주변부의 미세보조 패턴(B)(B＇)영역 및 실제 패턴을 형성하기 위한 부분의 투광영역(A)과 그 주변부의 미세보조 패턴(B)(B＇)사이의 차광영역(C)(C＇)등 각 영역(B＇,C＇,A,C,B)의 폭 비가 일정한 규칙(1:3:3:3:1)을 가져야 되는데, 패턴 폭이 좁기 때문에 전자빔 노광시 전자빔용 레지스트에 차지-업(Charge-up)되는 전자들 간의 반발력 또는 친화력에 의하여 정확한 패턴폭이 형성이 어렵고 더불어 가격상승과 수율저하 등의 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 전자빔을 이용하지 않고 증착 두께에 의해 패턴 폭이 형성되도록 하여 초정밀 반도체 회로를 제조할 수 있는 보조패턴 강조형 위상반전 마스크를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법은 투명기판에 1차 차광용금속과 1차 위상반전물질을 차례로 증착하고, 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역 및 투광영역의 보조패턴을 포함하는 부분을 정의하여 1차 차광용금속과 1차 위상반전물질을 선택적으로 제거하는 공정과, 전면에 상기 1차 차광용금속 및 1,2차 위상반전물질과 식각 선택비가 큰 임의의 물질을 평탄하게 증착하고 1,2차 위상반전물질의 표면이 충분히 노출되도록 임의의 물질을 에치백하는 공정과, 상기 1차 차광용금속의 높이로 1,2차 위상반전물질 에치백(Etch Back)하여 보조 패턴영역에 위상반전층을 형성하는 공정과, 전면에 2차 차광용물질을 증착하고 에치백하여 상기 위상반전층 측벽에 2차 차광용물질 측벽을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제5도(a) 내지 (e)는 본 발명의 위상반전 마스크 제조공정을 나타낸 단면도이고, 제6도는 본 발명에 의한 위상반전 마스크의 평면도이다.
먼저 본 발명의 위상반전 마스크의 제조방법은 제5도(a)와 같이 투명기판(유리 또는 석영)(11)에 1차 차광용금속인 크롬(cr)(12)과 1차 위상반전물질(13) 및 감광막(14)을 차례로 증착한다.
이때, 크롬층의 높이(두께)는 다음 공정의 위상반전층의 공정에 따라 정해진다.
즉, 위상반전층의 굴절율이 n이고, 사용하는 노광의 파장이λ이면 크롬층의 높이(d)는 다음과 같다.
d = λ/2(n-1)… …(1)
따라서, 상기의 식(1)을 이용하여 크롬(12)층의 높이를 조절하여 형성한다.
제5도(b)와 같이 종래기술에서 설명한 바와같은 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역(A), 그 주변부의 미세 보조패턴(B)(B′)영역 및 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역(A)과 미세 보조패턴(B)(B′)사이의 차광영역(C)(C′)을 포함하는 부분을 정의(define)하여 정의된 부분의 1차 차광용금속인 크롬(cr)(12)과 1차 위상반전물질(13)을 선택적으로 제거하므로 차광 크롬패턴(2a)을 형성한다.
제5도(c)와 같이 감광막(14)을 제거한 후, 1차 차광용금속인 크롬패턴(12a)이 형성된 투명기판(11)전면에 2차 위상반전물질(15)을 증착한다.
이때 2차 위상반전물질(15)은 전면에 균일하게 증착되도록 하며, 상기의 보조패턴(B)(B′)의 두께로 증착한다.
제5도(d)와 같이 이온밀링(Ion Milling) 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방성 식각공정으로 상기 2차 위상반전물질(15)을 식각하여 크롬패턴(2a) 및 1차 위상반전물질(13)의 측면에 위상반전물질 측벽(16)을 형성한다.
제5도(d)와 같이 상기 결과물 전면에 위상반점물질(13,15)과 식각 선택비가 큰 물질 즉 감광막(17)을 평탄하게 증착한다.
제5도(e)와 같이 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방성 식각공정으로 상기 1,2차 위상반전물질(13,15)의 표면이 충분히 노출되고 크롬패턴(12a) 높이로 남도록 감광막(17)을 에치백(Etch Back)한다.
제5도(f)와 같이 상기 크롬패턴(12a) 와 감광막(17)을 마스크로 이용하여 상기 1,2차 위상반전물질(13,15)을RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방성 식각공정으로 에치백(Etch Back)한다. 따라서 크롬패턴(12a)의 높이로 보조패턴(B,B′)영역에 위상 반전층(15a)이 형성된다.
계속해서 제5도(g)와 같이 상기 결과물 전면에 2차 차광용물질(18)을 증착한다.
이때의 2차 차광용물질(18)은 저압 CVD법으로 텅스텐 등의 금속이나 비정질 실리콘 등을 증착한다. 증착두께는 노광파장(λ)이나 차광영역(C,C＇)크기를 고려하여 증착한다.
즉, 후공정에서 이방성식각 했을 때 투광영역(A) 및 차광영역(C,C＇)의 폭이 형성되도록 하고 위상반전층과 패턴영역에서 위상이 충분히 반전되도록 2차 차광용물질의 두께를 조절한다.
제5도(h)와 같이 이온밀링 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방성식각 공정으로 2차 차광용물질을 에치백(Etch Back)하여 상기 위상반전층 측벽에 차광용물질 측벽(19)을 형성한다.
따라서, 이와 같이 제조된 본 발명의 위상반전 마스크는 제6도와 같이 형성된다.
즉, 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역(A), 그 주변부의 미세 보조패턴(B)(B′)영역 및 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역(A)과 미세 보조패턴(B)(B′)사이의 차광영역(C)(C′)을 포함하는 부분을 1차적으로 정의(define)하여 이외의 부분에 크롬패턴(12a)을 형성되고, 크롬패턴(12a) 의 측면에 보조패턴(B,B＇)폭으로 위상반전층(15a)이 형성되며, 위상반전층(15a)측면에 2차 차광용물질 측벽(8)이 형성된 구조를 갖는다.
이와 같은 본 발명의 위상반전 마스크의 빛의 진폭 및 빛의 세기는 제7도와 같은 특성을 갖는다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 위상반전 마스크에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 위상반전층을 형성하기 위한 별도의 마스크(Mask)공정(즉, 전자빔 또는 포토 리소그라피(Photo Lithography)공정)이 필요 없으므로 공정이 간단해 진다.
둘째, 전자빔을 이용한 패터닝 공정을 사용하지 않고 증착 두께에 의해 각 영역(A,B,B＇,C,C＇)의 폭을 결정할 수 있으므로 차지-업 된 전자 간의 친화력 또는 반발력에 의한 패턴 오차를 방지할 수 있게 때문에 보다 정밀한 반도체 회로를 설계할 수 있다.

Claims (6)

  1. 투명기판에 1차 차광용물질과 1차 위상반전물질을 차례로 증착하고, 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역 및 투광영역의 보조패턴을 포함하는 부분을 정의하여 1차 차광용금속과 1차 위상반전물질을 선택적으로 제거하는 공정과, 전면에 2차 위상반전물질을 증착하고 에치백하여 위상반전물질 측벽을 형성하는 공정과, 전면에 상기 1차 차광용금속 및 1,2 차 위성반전물질과 식각 선택비가 큰 임의의 물질을 평탄하게 증착하고 1,2 차 위상반전물질의 표면이 충분히 노출되도록 임의의 물질을 에치백하는 공정과, 상기 1차 차광용금속의 높이로 1,2 차 위상반전물질 에치백(Etch Back)하여 보조패턴영역에 위상반전층을 형성하는 공정과, 전면에 2차 차광용물질을 증착하고 에치백하여 상기 위상반전층 측벽에 2차 차광용물질 측벽을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1차광용금속의 높이(d)는 위상반전층의 굴절율(n)과 사용하는 노광파장(λ)에 따라 d =λ/2(n-1)의 관계식으로 형성함을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 임의의 물질은 감광막으로 형성함을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2차광용 물질은 저온 CVD법에 의해 비정질 폴리실리콘 또는 텅스텐으로 형성함을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 임의의 물질은 1차 차광용금속의 높이로 에치백함을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 위상반전층, 2차 차광용금속, 실제 패턴을 형성하기 위한 투광영역의 패턴 폭의 비가 1:3:3이 되도록 형성함을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
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