KR0138720B1 - 하프-톤 위상반전마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

하프-톤 위상반전마스크 및 그 제조방법

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정이 광 리소그라피 공정기술을 사용되는 하프-톤 위상반전마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광학특성이 향상된 위상반전 물질을 예를 들어 CrO, CrON, MoSiO 또는 MoSiON으로 형성하여 노광시 차광지역에서 약 10%의 광투과현상이 발생하여 노광지역의 광(약 100%)과 간섭 현상을 일으키므로서 광 콘트라스트를 향상시키고, 차광지역의 위상반전 물질을 단층으로 하여 적절한 광 투과율을 얻음으로써 마스크의 제작이 간편하고 마스크 결함 발생을 최소화 할 수 있는 기술이다.

Description

하프-톤 위상반전마스크 및 그 제조방법
제1도는 종래 기술로 제조된 하프-톤(half-tone) 위상반전마스크와 광세기를 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 의해 하프-톤 위상반전마스크 제조 단계를 도시한 단면도.
제3도는 본 발명의 하프-톤 위상반전마스크에 사용되는 위상반전물질층의 종류와 노광파장에 따른 광학특성을 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1,10:석영기판2:크롬 패턴
3,12':위상반전물질 패턴13':레지스트 패턴
본 발명은 반도체 제조공정의 광 리소그라피 공정기술을 사용되는 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광학특성이 향상된 위상반전물질을 단일층으로 사용하는 하프-톤(half-tone) 위상반전마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 콘트라스트(image contrast)를 향상시켜 해상 능력 및 촛점심도를 향상 시키는 방법으로 위상반전 마스크 기술이 개발되어 왔다. 패턴의 구조 및 형태에 따라서 투과하는 인접부근의 광간섭 현상을 역이용하기 위하여 위상반전 물질의 배치 방법 및 위치에 따라서 레벤슨(Lenvenson)형, 에지(Edge)강조형 및 서브-레솔루션 패턴(sub-resolution) 배치형 등이 대표적이나 실제로 마스크 제작상의 어려움 및 마스크 결함 해결 등의 기술적 난제로 고집적 회로를 갖는 메모리소자에 적용이 지연되고 있다.
따라서, 근래에는 마스크의 제작 난이도가 종래의 투과형 크롭 마스크와 거의 동일하면서, 마스크 상에서 빛이 투과하는 지역과 차광되는 지역의 경계 부근의 광강도를 영(zero)으로 만들어서 광 콘트라스트를 향상시켜 해상도를 개선하는 하프-톤 마스크에 대한 연구개발이 진행되고 있다.
종래의 투과형 크롬 마스크나 하프-톤 이외의 위상반전 마스크에 있어서는 미노광지역이 차광지역의 물질에 의하여 광투과율이 거의 영에 가깝게 되지만, 하프-톤 마스크는 차광지역의 차광물질(예를 들어 크롬)의 굴절율(n), 광흡수계수(k) 및 막두께(d)를 조절하여 입사광의 약 5~20%를 투과시키고, 위상반전물질에서 위상을 180° 반전시켜 노광지역에서 100% 투과하는 광과의 광간섭현상을 일으키게 하므로서 위상반전 작용에 의하여 콘트라스트를 증가시키게 된다.
제1도는 종래의 하프-톤 위상반전마스크의 구조와 광 세기를 도시한 도면이다. a는 석영기판(1)상에 4-15%의 광이 투과할 수 있는 크롬층과 위상반전물질층을 적층한후, E-빔으로 노광하고, 현상공정으로 레지스트 패턴(도시안됨)을 형성한후, 식각공정으로 위상반전물질 패턴(3)과 크롬 패턴(2)을 형성한 하프-톤 위상반전마스크를 도시하고, b는 마스크를 투고한후 전기장의 세기, c는 웨이퍼에 도달되는 전기장의 세기, d는 웨이퍼에 투영되는 상의 강도를 각각 도시한 것이다.
그러나, 상기의 하프-톤 위상반전마스크는 크롬층의 두께를 200-300Å정도의 얇은 두께로 균일하게 형성하기가 어려운 문제가 있으며, 매우 얇은 크롬막은 핀홀(pinhole) 등의 막 결함없이 형성하는 것이 매우 어려울뿐만 아니라, 미세한 막의 두께 변화는 곧 위상변화의 불안정을 초래하기 때문에 실용적이지 못하다. 뿐만아니라, 크롬층과 위상반전물질층의 2중층으로 형성하기 때문에 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 새로운 위상반전 물질층을 석영기판 상에 증착하여 노광파장에 따라 차광지역의 광투과율을 최적화 시킬수 있는 하프-톤 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 위상반전마스크는 투명기판 상부에 광투과율이 9-10%를 갖는 단층의 위상반전물질 패턴 예를 들어 CrO, CrON, MoSiO 또는 MoSiON막으로 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 위상반전마스크 제조방법은 위상반전마스크 제조방법에 있어서, 투명기판 상부에 Cr 또는 MoSi을 타겟으로 사용하고, Ar+O2, 또는 Ar+O2+N2가스를 캐리어 및 스퍼터링 개스로 사용하여 광투과율을 갖는 CrO막, CrON막, MoSiO막 및 MoSiON막으로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 하나의 위상반전물질층을 형성하는 단계와, 상기 위상반전물질층 상부에 레지스트층을 형성하고 노광 및 현상공정으로 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 위상반전물질층을 식각하여 위상반전물질 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 제거하여 단층의 위상반전물질 패턴으로 이루어진 하프-톤 위상반전마스크를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에서 새로 개발한 위상반전물질(CrO, CrON, MoSiO, MoSiON)을 사용하여 하프-톤 위상반전마스크를 제작하는 과정을 도시한 것이다.
제2도의 a는 투명기판(10) 예를 들어 석영기판 상부에 위상반전물질층(12) (예를 들어 CrO, CrON, MoSiO, MoSiON)을 100-500nm두께로 형성하고, 그 상부에 레지스트층(13)을 적층하고, b는 E-빔 노광 및 현상공정으로 레지스트 패턴(13')을 형성한후, c는 상층 레지스트 패턴(13')을 마스크로 사용하고, CF4+O2개스를 이용한 RIE 식각방법으로 위상반전물질층(12)을 식각하여 위상반전물질 패턴(12')을 형성하고, d는 상기 레지스트 패턴(12')을 제거하여 하프-톤 위상반전마스크를 형성한 것이다.
상기 위상반전물질층(12)은 예를 들어 DC 반응성 스퍼터링(reactive aputtering) 방법에 의하여 Cr막을 타겟(target)으로 하고, Ar+O2가스를 사용하여 CrO막을 증착한다. 이때 DC전압은 200~600(V), O2개스 플로우는 1~10(sccm), Ar은 케리어 개스로 1~20(sccm)이 사용된다.
한편, 위상반전물질층으로 CrON막은 CrO막을 증착할 때의 조건 이외에 N2개스가 추가로 1~30(sccm) 사용된다. 또한, 위상반전물질층으로 MoSiO 및 MoSiON막을 증착할 때는 MoSi막을 타겟으로 사용하여 상기와 동일한 Ar+O2및 N2개스를 이용한 스퍼터링 방법에 의하여 얻어진다.
제3도는 I선(λ=365㎜) 및 DUV(λ=248㎜)에 대하여 위상반전 효과를 갖는 각위상 반전 물질의 굴절율(n), 광흡수계수(k), 최적두께(d) 및 투과율을 나타내었다. 즉, CrO, MoSiO, CrON은 100-500nm의 두께일때 투과율이 10%이고, MoSiON는 135nm의 두께에서 투과율이 9%이다.
본 발명에 의해 제조된 하프-톤 위상반전마스크를 사용하면 노광시 차광지역에서 약 10%의 광투과 현상이 발생하여 노광지역의 광(약100%)과 간섭 현상을 일으키므로서 광 콘트라스트를 향상시키게 된다.
또한, 하프-톤 위상반전 마스크를 제작시 차광지역의 위상반전 물질을 단층으로 하여 적절한 광 투과율을 얻음으로써 마스크의 제작이 간편하고 마스크 결함 발생을 최소화 할 수 있다.
한편, DUV 노광파장에서 대부분의 위상반전 물질이 강한 흡수 계수(k)를 갖기 때문에 석영을 식각하여 위상반전을 일으키는 방법이 주로 시도되어 왔었으나, 본 발명에서 개발한 MoSiO의 경우 135(nm)의 두께에서 약 9%의 광투과율을 얻으므로써 DUV용 위상반전 마스크 제작의 활용도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 개발한 새로운 위상반전물질층은 최적 두께가 100-500nm에 해당하기 때문에 박막변화에 의한 공정불안정성을 극소화 시킬 수 있게 된다.
또한 종래의 크롬마스크를 사용하여 I-선 노광시 0.35㎛이나 본 발명에서 개발한 물질을 사용하여 하프-톤 위상반전마스크를 제작 사용한 경우 촛점심도는 약 1.5㎛로서 2배 이상 개선효과를 가져왔으며, DUV 노광시에는 노광파장 이하의 콘택홀 크기인 0.2㎛2의 패턴형성이 가능하였다.

Claims (6)

  1. 위상반전마스크에 있어서,
    투명기판 상부에 광투과율이 9-10%를 갖는 단층의 위상반전물질 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 하프-톤 위상반전마스크.
  2. 제2항에 있어서, 상기 위상반전물질 패턴은 CrO, CrON, MoSiO 또는 MoSiON막이 100-500nm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 하프-톤 위상반전마스크.
  3. 위상반전마스크 제조방법에 있어서,
    투명기판 상부에 Cr 또는 MoSi을 타겟으로 사용하고, Ar+O2또는 Ar+O2+N2가스를 캐리어 및 스퍼터링 개스로 사용하여 광투과율을 갖는 CrO막, CrON막, MoSiO막 및 MoSiON막으로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 하나의 위상반전물질층을 형성하는 단계와,
    상기 위상반전물질층 상부에 레지스트층을 형성하고 노광 및 현상공정으로 레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 위상반전물질층을 식각하여 위상반전물질 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 레지스트 패턴을 제거하여 단층의 위상반전물질 패턴으로 이루어진 하프-톤 위상반전마스크를 형성하는 단계를 포함하는 하프-톤 위상반전마스크 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 위상반전물질층을 스프터링할때 DC전압은 200~600(V), O2개스 플로우는 1~10(sccm), Ar 개스 플로으는 1~20(sccm), N2개스 플로우는 1~30(sccm)을 캐리어 개스로 공급하는 것을 특징으로 하는 하프-톤 위상 반전마스크 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 위상반전물질층은 DC반응성 스퍼터링법으로 형성된 것을 특징으로 하는 하프-톤 위상반전마스크 제조방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 위상반전물질층을 형성할때 상기 CrO막과 CrON막은 Ar+O2개스를 캐리어 및 스퍼터링 개스로 사용하고, 상기 MoSiO막과 MoSiON막은 Ar+O2에 N2가스 첨가하여 캐리어 및 스퍼터링 개스로 사용하는 것을 특징으로 하는 하프-톤 위상반전마스크 제조방법.
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