KR0151262B1 - 다중 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 얼터네이팅 위상반전 마스크의 에지부분에서 브리지 패턴이 발생되는 것을 방지할 수 있는, 공정이 간단한 다중 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 그 제조방법은 투광성의 기판을 차광영역과 투광영역으로 한정하는 공정과, 기판의 차광영역상에 차광층을 형성하는 공정과, 1쌍의 이웃하는 차광층사이의 투광영역상부에 걸쳐 위상시프터를 형성하는 공정과, 기판과 접촉된 위상시프터의 인근영역의 기판을 1차로 식각하는 공정과, 점차 0°에서 180°로 위상이 반전되도록 위상시프터와 1차로 식각된 기판사이의 기판을 2차로 등방성식각하는 공정을 포함한다.

Description

다중 위상반전 마스크의 제조방법

제1도는 일반적인 얼터네이팅(alternating) 위상반전 마스크의 평면도.

제2도(a)는 제1도의 A-A'선에 따른 위상반전 마스크의 단면 구조도.

제2도(b)는 제2도(a)의 위상반전 마스크의 광의 진폭을 나타낸 도면.

제2도(c)와 (d)는 제2도(a)의 위상반전 마스크를 통해 웨이퍼상에 입사되는 광의 진폭 및 강도를 각각 나타낸 도면.

제3도(a)는 제1도의 B-B'선에 따른 위상반전 마스크의 단면 구조도.

제3도(b)와 (c)는 제3도(a)의 위상반전 마스크를 통해 웨이퍼상에 입사되는 광의 진폭 및 강도를 각각 나타낸 도면.

제4도는 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크의 사시도.

제5도(a)-(h)는 제4도의 C-C'선에 따른 다중 위상반전 마스크의 제조 공정도.

제6도(a)-(h)는 제4도의 D-D'선에 따른 다중 위상반전 마스크의 제조 공정도.

제7도(a)는 제4도의 D-D'선에 따른 계단식 다중 위상반전 마스크의 단면도.

제7도(b)는 제7도(a)의 위상반전 마스크를 통해 웨이퍼에 입사되는 광의 세기를 나타낸 도면.

제8도는 본 발명의 실시예에 따른 다중 위상반전 마스크의 사시도.

제9도(a)-(i)는 제8도의 E-E'선에 따른 다중 위상반전 마스크의 제조공정도.

제10도(a)-(i)는 제8도의 F-F'선에 따른 다중 위상반전 마스크의 제조공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 다중 위상반전 마스크 31 : 석영기판

32 : 차광층 33 : 위상반전막

34A-34C : 감광막

본 발명은 위상반전 마스크에 관한 것으로서, 얼터네이팅 위상반전 마스크의 에지부분에서의 브리지 패턴(bridge pattern) 발생을 방지할 수 있는, 공정이 간단한 다중 위상반전 마스크(multistage phase shift mask)의 제조 방법에 관한 것이다.

제1도에 종래의 얼터네이팅(alternating) 위상반전 마스크의 평면도를 도시한 것이다.

제2도(a)는 제1도의 A-A'선에 따른 위상반전 마스크의 단면 구조를 도시한 것이다.

제1도 및 제2도를 참조하면, 일반적인 위상반전 마스크(10)는 광투과도가 높은 석영기판(Quartz substrate)(11)상에 크롬(Chrome) 박막을 증착하고 패터닝하여 불투명한 크롬패턴(12)을 선택적으로 형성하고, 이웃하는 1쌍의 크롬패턴(12) 사이에 걸쳐 위상반전막(13)을 형성하여 제작하였었다. 이와같은 위상반전 마스크를 통과한 광의 진폭은 제2도(b)와 같고, 위상반전 마스크를 통해 웨이퍼상에 입사되는 광의 진폭과 강도는 각각 제2도(b) 및 (c)와 같다. 제1도와 같은 위상반전 마스크(10)를 사용하는 경우에는 제2도(b)와 같이 투광성 석영기판(11)을 투과하는 광에 대하여 위상반전막(13)을 투과하는 광의 위상이 180° 반전되므로, 실제로 웨이퍼상에 입사되는 광의 강도는 제2도(c)와 같이 된다.

따라서, 위상반전 마스크(10)를 이용하여 웨이퍼상의 감광막을 노광 및 현상하면, 제1도의 A-A' 방향에서는 양호한 감광막 패턴을 얻을 수 있게 된다.

제3도(a)는 제1도의 B-B'선에 따른 위상반전 마스크의 단면 구조를 도시한 것이다.

위상반전 마스크(10)는 제1도의 B-B'선 방향에서는 석영기판(11)상에 직접 위상반전막(13)이 형성된 구조를 갖는다.

B-B'방향에서는 위상반전 마스크(10)를 통해 웨이퍼상에 입사되는 광의 진폭과 강도는 각각 제3도(b) 및 (c)와 같다. 따라서, 위상반전 마스크(10)를 사용하여 웨이퍼상의 감광막을 노광하는 경우에는, 석영기판(11)과 직접 접촉하고 있는 위상반전막(13)의 에지부분(E 부분)에서는 제3도(b)와 같이 투광성 석영기판(11)을 투과하는 광과 위상반전막(13)을 투과하는 광 사이에는 180°의 위상차가 생긴다.

따라서, 실제로 웨이퍼상에 입사되는 광의 강도가 0이 되는 부분이 제3도(c)와 같이 존재하게 되는데, 포지티브 감광막을 사용하는 경우에는 제1도의 E 부분에서 불필요한 감광막 패턴이 남게되는 현상이 발생된다. 이러한 위상반전막의 에지부분에서 생기는 원하지 않는 감광막 패턴을 브리지 패턴이라 한다.

상기와 같은 위상반전 마스크(10)는 크롬패턴사이의 기판과 직접 접촉하고 있는 위상반전막의 에지부분(제1도의 E 부분)에서 원하지 않는 브리지 패턴이 발생되는 문제점이 있었다.

얼터네이팅 위상반전 마스크의 브리지 패턴 문제점을 해결하기 위하여, 제4도와 같은 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크가 제안되었다.

제4도는 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크의 사시도를 도시한 것이다. 제4도를 참조하면, 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크(20)는 제1도에 도시된 위상반전 마스크에서 브리지 패턴이 발생되는 문제점을 해결하기 위하여, 위상반전막(23)의 에지부분과 직접 접촉되는 부분의 기판을 계단식으로 식각한 것이다. 종래의 다중 위상반전 마스크는, 기판중 위상반전막과 직접 접촉하는 투광영역에 해당하는 부분에서 위상을 60°, 120°, 180°로 반전시켜 줌으로써, E 부분에서의 브리지 패턴의 발생을 방지한다. 즉, E 부분에서 광강도가 0으로 되는 것을 방지하여 줌으로써, 포지티브 감광막을 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크를 사용하여 노광 및 현상하는 경우에 불필요한 브리지 패턴이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

제5도(a)-(h)는 제4도의 C-C'선에 따른 제조공정 단면도를 도시한 것이고, 제6도(a)-(h)는 제4도의 D-D'선에 따른 제조공정 단면도이다.

제5도 및 제6도를 참조하여 종래의 다중 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

제5도(a) 및 제6도(a)와 같이, 세정된 석영기판(21)상에 크롬박막(22)을 형성하고, 크롬박막(22)상에 감광막(24A)을 도포하고 패터닝하여 투광영역(T)과 차광영역(S)을 한정한다. 이때, 투광영역에 해당하는 크롬박막(22)은 노출된다.

제5도(b) 및 제6도(b)와 같이, 감광막(24A)을 마스크로 하여 투광영역(T)의 크롬박막(22)을 식각한다. 차광영역(S)에 남아있는 크롬박막(22)은 차광층으로서의 역할을 한다. 남아있는 감광막(24A)을 제거한다.

제5도(c) 및 제6도(c)와 같이, 차광층을 포함한 석영기판(21)상에 위상반전막(23)을 증착하고, 1쌍의 이웃에서 차광층사이에 위상반전막(23)이 남도록 식각한다. 이때, C-C'방향에서는 위상반전막(23)의 에지부분이 차광층상에 형성되어 위상반전막의 에지부분이 투광성 석영기판(21)과 직접 접촉하고 있지 않으나, D-D'방향에서는 위상반전막(23)의 에지부분(E 부분)에 차광층이 형성되지 않아 위상반전막의 에지부분이 투광성 기판(21)과 직접 접촉하고 있다.

제5도(d) 및 제6도(d)와 같이, 다시 감광막(24B)을 전면 도포하고, 투광영역에 해당하는 기판의 E 부분이 노출되도록 감광막(24B)을 패터닝한다. 감광막(24B)을 마스크로 하여 노출된 기판을 일정 두께로 1차로 식각한다. 이때, 1차로 식각된 부분(21A)을 투과하는 광은 식각되지 않는 기판을 투과하는 광에 대하여 60° 반전된 위상을 갖는다.

제5도(e) 및 제6도(e)와 같이, 상기 감광막(24B)을 제거하고, 기판전면에 걸쳐 다시 감광막(24C)을 도포하고 1차 식각된 기판의 일부분(21A)이 노출되도록 패터닝한다. 감광막을 마스크로 하여 노출된 기판을 일정두께로 2차 식각한다. 2차 식각후 감광막(24C)을 제거하면 제5도(f) 및 제6도(f)와 같이 된다. 이때, 2차 식각된 부분(21B)을 투과하는 광은 1차 식각된 부분(21A)을 투과하는 광에 대하여 60° 반전되므로, 식각되지 않은 기판을 투과하는 광에 대하여 120° 반전된 위상을 갖는다.

제5도(g) 및 제6도(g)와 같이, 감광막(24D)을 기판전면에 도포하고 2차 식각된 기판의 일부분(21B)이 노출되도록 패터닝한다. 감광막(24D)을 마스크로 하여 노출된 기판(21B)을 3차로 식각하면 제5도(f)와 같이 1쌍의 이웃하는 크롬패턴사이의 기판이 계단식으로 식각된 다중 위상반전 마스크(20)가 얻어진다. 이때, 3차로 식각된 부분(21C)은 2차 식각된 부분(21B)을 투과하는 광에 대하여 60° 반전되므로, 식각되지 않은 기판(21)을 투과하는 광에 대하여 180° 반전된 위상을 갖는다.

제7도(a)는 상기의 공정에 의해 제조된 다중 위상반전 마스크의 단면도이고, 제7도(b)는 제7도(a)의 다중 위상반전 마스크를 통해 웨이퍼상에 입사되는 광의 강도를 도시한 것이다.

제4도의 D-D'선에 따른 다중 위상반전 마스크를 투과하는 광의 강도가 제7도(b)와 같게 되어 기판과 위상반전막이 직접 접촉하는 부분에서 종래와 같은 브리지 패턴은 발생되지 않는다.

그러나, 종래의 계단식 다중 위상반전 마스크(20)는 60°, 120°, 180°의 60°의 차를 두고 위상을 반전시켜 주기 위하여 3단계의 식각공정을 수행하였으나, 60°보다 작은 위상차로서 위상을 반전시켜 주기 위해서는 여러번의 공정을 수행하여야 한다.

상기한 바와같은 종래의 다중 위상반전 마스크(20)는 입사되는 광에 대하여 위상이 반전되는 부분이 계단식으로 되어 위상이 60°, 120°, 180°로 단계적으로 반전되므로 광강도가 급격히 감소되는 것을 방지하여준다. 따라서, 제1도의 위상반전 마스크를 사용하여 포지티브 감광막을 패터닝하는 경우에서와 같은 브리지 패턴은 발생되지 않는다.

그러나, 브리지 패턴의 발생을 방지하기 위해서는 다단계의 기판식각공정을 수행해야 하므로 공정이 복잡할 뿐만 아니라 다단계의 식각공정 수행시 포토마스크의 미스얼라인먼트가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정이 간단한 다중 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 위상반전 마스크의 제조방법은 투광성이 기판을 차광영역과 투광영역으로 한정하는 공정과, 기판의 차광영역상에 차광층을 형성하는 공정과, 1쌍의 이웃하는 차광층사이의 투광영역상부에 걸쳐 위상시프터를 형성하는 공정과, 기판과 접촉된 위상시프터의 인근영역의 기판을 1차로 식각하는 공정과, 점차 0°에서 180°로 위상이 반전되도록 위상시프터와 1차로 식각된 기판사이의 기판을 2차로 등방성식각하는 공정을 포함한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 다중 위상반전 마스크의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제8도는 본 발명의 실시예에 따른 다중 위상반전 마스크의 사시도이다.

제8도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 위상반전 마스크는 위상반전막과 기판이 직접 접촉하는 부분에, 위상이 0°에서 180°로 점차 반전시켜 주는 위상시프터가 형성된 구조를 갖는다. 본 발명에서는 위상을 점진적으로 반전시켜 주기 위한 위상시프터를 E 부분의 기판을 점진적으로 경사진 경사면을 갖도록 식각하여 줌으로써 구현하였다. 따라서, 식각된 부분을 통해 광의 위상이 0°에서 180°로 점진적으로 변하게 된다. 제9도(a)-(i)는 제8도의 E-E'선에 따른 제조공정 단면도, 제10도(a)-(i)는 제8도의 F-F'선에 따른 제조공정 단면도를 각각 도시한 것으로서, 이를 참조하여 본 발명의 다중 위상반전 마스크의 제조방법을 설명한다.

제9도(a) 및 제10도(a)와 같이, 석영기판(31)상에 크롬박막(32)을 증착하고, 그 위에 감광막(34A)를 도포한다. 감광막(34A)을 패터닝하여 투광영역(T)과 차광영역(S)을 한정하고, 투광영역에 해당하는 크롬박막(22)을 노출시킨다.

제9도(b) 및 제10도(b)와 같이, 감광막(34A)을 마스크로 하여 투광영역(T)의 크롬박막(22)을 식각한다. 차광영역(S)에 남아있는 크롬박막(22)은 차광층으로서의 역활을 한다. 남아있는 감광막(34A)을 제거한다.

제9도(c) 및 제10도(c)와 같이, 1쌍의 이웃하는 차광층사이에 걸쳐 제1위상시프터로서 위상반전막(33)을 형성한다. 이때, F-F'방향에서는 위상반전막(33)의 에지부분(E 부분)에 차광층이 형성되지 않아 위상반전막(33)의 에지부분이 투광성기판(31)과 직접 접촉되어 있다.

제9도(d) 및 제10도(d)이후의 공정은 제1위상시프터인 위상반전막과 기판이 직접 접촉하고 있는 투광영역에 해당하는 기판에 제2위상시프터를 구현해주는 공정이다.

즉, 제9도(d) 및 제10도(d)와 같이, 다시 감광막(34B)을 전면 도포하고, 투광영역중 E 부분의 기판이 일부 노출되도록 감광막(34B)을 패터닝한다. 즉, 차광층(32) 사이의 투광영역에 해당하는 기판은 감광막(34B)에 의해 덮혀 있고, 차광층(32)이 형성되어 있지 않고 위상반전막과 직접 접촉하고 있는 투광영역에 해당하는 기판의 일부가 노출된다. 감광막(34B)을 마스크로 하여 노출된 기판을 일정 두께로 1차로 식각한다.

제0도(e) 및 제10도(e)와 같이, 상기 감광막(34B)을 제거하면, 1차식각된 부분(31A)과, 1차 식각된 부분의 양측의 투광영역에 해당하는 기판(31C)이 노출된다.

이때, 1차로 식각된 부분(31A)은 1차식각부분(31A)을 투과하는 광이 식각되지 않는 부분(31C)을 투과하는 광에 대하여 180° 위상반전되는 두께(d)만큼 식각되어진다.

입사되는 광의 파장(λ)과 두께(d)와의 관계를 식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, n은 굴절율을 의미한다.

제9도(f) 및 제10도(f)와 같이 기판전면에 걸쳐 다시 감광막(34C)을 도포하고, 1차 식각된 부분(31A)와 위상반전막(33)사이의 기판(31C)이 노출되도록 제9도(g) 및 제10도(g)와 같이 감광막(34C)을 패터닝한다.

제9도(h) 및 제10도(h)와 같이, 감광막(34C)을 마스크로 하여 노출된 기판 (31C)을 일정두께로 2차 등방성식각하고, 남아있는 감광막(34C)을 제거하면 제9도(i) 및 제10도(i)와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다중 위상반전 마스크(30)가 얻어진다.

이때, 2차 식각된 부분(31B)은 1차 식각된 부분(31A)보다는 식각깊이가 작고, 점진적인 기울기를 갖는 식각면을 갖도록 등방성식각되었기 때문에 2차 식각된 부분(31B)을 투과하는 광은 0°에서 180°로 위상이 점진적으로 반전된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 기판을 단 2회의 식각공정을 수행하여 식각하여 위상반전부분을 형성하여 입사되는 광의 위상을 0°에서 180°로 점차적으로 반전시켜 줌으로써 단순한 공정으로 다중 위상반전 마스크를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 투광영역에서의 불필요한 브리지 패턴의 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 투광성의 기판을 차광영역과 투광영역으로 한정하는 공정과, 기판의 차광영역상에 차광층을 형성하는 공정과, 1쌍의 이웃하는 차광층사이의 투광영역상부에 걸쳐 위상시프터를 형성하는 공정과, 기판과 접촉된 위상시프터의 인근영역의 기판을 1차로 식각하는 공정과, 점차 0°에서 180°로 위상이 반전되도록 위상시프터와 1차로 식각된 기판사이의 기판을 2차로 등방성식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 위상반전 마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 1차식각이 위상이 180°로 반전되는 두께만큼만 기판을 식각하는 것을 특징으로 하는 다중 위상반전 마스크의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 1차 식각공정은 이방성식각법을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 위상반전 마스크의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 기판과 접촉된 위상시프터의 인근영역의 기판을 1차로 식각하는 공정은 차광층, 위상시프터와 기판상에 감광막을 도포하는 공정과, 차광층이 형성되어 있지 않고, 기판과 접촉되어 있는 위상시프터의 인근영역에 해당하는 기판을 노출시키는 공정과, 노출된 영역을 이방성식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 위상반전 마스크의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 위상시프터와 1차로 식각된 기판사이의 기판을 2차로 식각하는 공정은 차광층, 위상시프터와 1차로 식각된 기판을 포함하는 기판상에 감광막을 도포하는 공정과, 위상시프터와 1차로 식각된 기판사이의 기판을 노출시키는 공정과, 노출된 기판을 등방성식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 위상반전 마스크의 제조방법.