KR0151427B1 - 위상 반전마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

위상 반전마스크 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR0151427B1
KR0151427B1 KR1019940004218A KR19940004218A KR0151427B1 KR 0151427 B1 KR0151427 B1 KR 0151427B1 KR 1019940004218 A KR1019940004218 A KR 1019940004218A KR 19940004218 A KR19940004218 A KR 19940004218A KR 0151427 B1 KR0151427 B1 KR 0151427B1
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이준석
허훈
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문정환
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    • 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
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

본 발명은 에지부분에서 최적의 위상반전효과를 얻을 수 있는 함몰형태의 불투명층을 갖는 에지 강조형 위상 반전마스크 및 제조방법이다.
위상 반전마스크는 일정 간격을 두고 형성된 하나 이상의 트랜치를 갖는 투명한 기판과, 상기 트랜치 바닥에 상기 트랜치와 동일한 너비로 형성된 불투명층과, 상기 트랜치의 양측 에지부에서 소정거리 이격되어 상기 투명한 기판상에 형성된 위상 반전층을 포함하고, 위상 반전마스크의 제조방법은 투명한 기판상에 유기질 감광막을 도포한후 사진 식각하여 감광막 패턴을 형성하는 스텝과, 패터닝된 감광막을 마스크로 투명한 기판을 식각하여 하나 이상의 트랜치를 형성하는 스텝과, 기판 전면에 걸쳐 금속막을 도포하고 금속막을 에치백하여 트랜치내에 함몰 형태로 불투명층을 형성하는 스텝과, 식각되지 않은 투명한 기판의 표면에 위상 반전층을 형성하고 위상 반전층과 불투명층 사이의 기판을 노출시키는 스텝을 포함한다.

Description

위상 반전마스크 및 그의 제조방법
제1도 (a)-(c)는 종래 위상 반전마스크의 제조공정도.
제2도 (a)-(b)는 제1도의 광파형도.
제3도 (a)-(g)는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조 공정도.
제4도 (a)-(e)는 제3도의 광파형도.
제5도 (a)-(h)는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조 공정도.
제6도 (a)-(d)는 제5도의 광파형도.
제7도 (a)-(i)는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조 공정도.
제8도 (a)-(d)는 제7도의 광파형도.
제9도 (a)-(f)는 본 발명의 제4실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조 공정도.
제10도 (a)-(d)는 제9도의 광파형도.
제11도 (a)-(h)는 본 발명의 제5실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조 공정도.
제12도 (a)-(d)는 제11도의 광파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 투명한 기판 22,27 : 감광막
23 : 트랜치 24 : 크롬막
25 : 불투명층(광차폐층) 26 : 산화막
28 : 위상 반전층 29 : 홈
30 : 리세스부
본 발명은 사진 식각공정에 관한 것으로서, 특히 해상도를 향상시킬 수 있는 위상 반전마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자가 고집적화되고 패키지 밀도가 높아짐에 따라 미세한 선폭을 갖는 포토마스크가 요구되어지고 있으며, 특별한 변형 제조 기술도 발표되고 있는 추세이다.
일반적으로, 포토리소그라피는 자외선 같은 파장의 빛을 포토마스크를 통해 반도체 기판상에 도포된 포토레지스트의 표면으로 투과시켜 이미지 패턴을 형성하는 기술이다.
일반 포토마스크는 불투과패턴과 투명패턴으로 구성되어 선택적인 노광을 할 수 있도록 되어 있으나, 패턴 밀도의 증가에 따라 회절현상(diffraction)이 발생하여 해상도 향상에 제한이 있다.
그러므로, 위상 반전 리소그라피를 이용하여 해상도를 개선시키는 공정이 다방면으로 연구되어 왔다.
위상 반전 리소그라피는 일반 투광영역과 위상 반전물질을 이용하여 180°위상천이 된 투광영역을 조합하여 투광영역으로 사용하는 기술로서, 차광영역에서 투광영역간의 상쇄간섭을 일으켜 빛의 회절문제도 감소시킬 수 있다.
따라서, 빛의 강도(intensity)를 예리하게 변조시켜 패턴 이미지를 마스크 이미지에 가깝게 형성할 수 있으며, 매우 복잡한 패턴도 전사가 가능하도록 다양한 리소그라피 기술이 개발되고 있다.
위상 반전마스크로는 서로 이웃하는 투광영역의 한쪽에 광의 위상을 반전시키는 투광막이 형성된 레벤슨 형(Levenson type) 마스크와 다른 두 투광영역의 끝에서 위상을 반전시켜 마스크 통과후의 광감도를 낮추는 에지강조형 마스크 등이 있다.
에지강조형 위상 반전마스크는 위상 반전물질의 패턴을 위상 반전물질의 하부에 형성된 광차폐층의 폭보다 넓도록 형성하고, 위상 반전물질의 패턴을 에치 마스크로 하여 광차폐층의 양쪽 측벽을 선택적으로 습식 식각하여 제조함으로써 식각된 광차폐층의 폭만큼 위상 반전층의 효과가 나타나도록 한다.
제1도 (a)-(c)는 종래의 위상 반전마스크의 제조 공정도이다.
하부 투명기판(11)에 불투명한 광차폐층(12)을 형성하고, 광차폐층(12)위에 위상 반전막(13)을 도포한다(제1도 (a)).
감광막(14)을 마스크로 위상 반전막(13)과 광차폐층(12)을 식각하여 하부 투명기판(11)의 표면을 노출시킨다(제1도 (b)).
감광막(14)을 제거한후 위상 반전막(13)을 마스크로 광차폐층(12)의 가장자리를 등방성 식각(습식식각)하여 선폭을 조절하여 위상 반전마스크를 제조한다(제1도 (c)).
제2도는 종래의 위상 반전마스크의 광파형도를 도시한 것이다.
종래의 위상 반전마스크는 에지부분에서 정확하게 위상 반전이 일어나지 않아 웨이퍼상에 조사된 광의 강도가 제2도 (a)에 도시된 바와 같으므로, 웨이퍼(15)상에 제2도 (b)와 같은 감광막 패턴(16)이 얻어진다.
그러므로 종래의 위상 반전마스크를 사용하여 웨이퍼상에 원하는 감광막패턴을 얻을 수 없게 된다.
상기한 종래의 위상 반전마스크는 차폐층의 가장자리를 등방성 습식식각할 때 언더 컷(under cut)현상이 발생되어 정확한 위상 반전효과를 기대하기 어렵다.
또한, 투명기판상에 위상 반전막 및 광차폐층의 패턴 형성시 역 CD(Reverse Critical Dimension)구조를 갖고 있어 마스크 결함시 수정이 힘들다.
게다가 표면단차가 균일하여 측면이 불안정하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광차폐층을 기판의 트랜치 내부에 형성하여 위상 반전층의 두께 및 선폭을 용이하게 조절하여 위상 반전효과를 향상시킬 수 있는 위상 반전마스크 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일정 간격을 두고 형성된 하나 이상의 트랜치를 갖는 투명한 기판과, 상기 트랜치 바닥에 상기 트랜치와 동일한 너비의 불투명층과, 상기 트랜치의 양측 에지부에서 소정거리 이격되어 상기 투명한 기판상에 형성된 위상 반전층을 포함한다.
또한, 본 발명은 투명한 기판상에 유기질 감광막을 도포한후 사진 식각하여 감광막 패턴을 형성하는 스텝과, 패터닝된 감광막을 마스크로 투명한 기판을 식각하여 하나 이상의 트랜치를 형성하는 스텝과, 기판 전면에 걸쳐 금속막을 도포하고 금속막을 에치백하여 트랜치내에 함몰 형태로 불투명층을 형성하는 스텝과, 식각되지 않은 투명한 기판의 표면에 위상 반전층을 형성하고 상기 위상 반전층과 불투명층 사이의 기판을 노출시키는 스텝과, 노출된 기판을 식각하여 트랜치의 양쪽에 홈을 형성하는 스텝과, 상기 위상 반전층을 제거하여 기판의 전표면을 노출시키는 스텝을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도 (a)-(g)는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조공정도이다.
투명한 석영기판(21)상에 유기질 감광막(22)을 도포하고, 사진 식각하여 폭이 W인 감광막 패턴을 형성한다(제3도 (a)).
상기 패터닝된 감광막(22)을 마스크로 기판(21)을 에칭하여 트랜치(23)를 형성한다(제3도 (b)).
상기 감광막(22)을 모두 제거한후 크롬막(24)을 상기 트랜치(23)가 완전히 채워지도록 기판(21)상에 도포한다(제3도 (c)).
크롬막(24)을 에치백하여 불투명층(opaque layer)(25)을 트랜치(23)내에 함몰된 형태로 형성한다(제3도 (d)).
트랜치(23)가 완전히 채워지도록 산화막(26)을 도포하고, 산화막(26)위에 유기질 감광막(27)을 다시 도포한다.
감광막(27)을 사진 식각하여 감광막 패턴을 형성한다(제3도 (e)).
이때, 감광막(27)이 제거된 부분에서 산화막(26)이 노출된다.
감광막(27)의 패턴은 트랜치 형성을 위한 감광막(22)의 패턴 폭보다 2W1만큼 작은 폭을 갖는다.
패터닝된 감광막(27)을 마스크로 노출된 산화막(26)을 에칭하여 트랜치사이의 식각되지 않은 기판(21)상에 위상 반전층(28)을 형성하고(제3도 (f)), 감광막(27)을 제거한다(제3도 (g)).
그러므로 불투명층(25)이 트랜치(23)내에 함몰된 에지강조형 위상 반전마스크가 얻어진다.
본 발명은 투명기판(21)의 표면 단차를 줄이기 위해 투명기판(21)의 표면을 식각하여 트랜치(23)를 형성하고, 광차폐층인 불투명층(25)을 트랜치(23)내부에 형성하여 줌으로써 광차폐층인 불투명층(25) 주변의 위상 반전층(28)의 두께 및 선폭을 용이하게 조절할 수 있어 위상 반전효과를 높일 수 있다.
이때, 각각의 위상 반전층을 통과한 빛의 위상이 반파장(π)만큼 반전되도록 위상 반전층의 두께(T)가 결정되어야 하는데 이 최적 두께는 다음 공식으로 결정된다.
여기서, λ는 노광 파장, k는 굴절상수, n0=공기의 굴절율(=1), n은 노광 파장에 대한 위상 반전물질의 굴절률(refractive index)이다.
위상 반전층(28)의 위상 반전층(28) 사이의 식각되지 않은 실리콘기판(21)의 폭보다 같거나 작게 형성되고 투명기판(21)상에 정렬되므로 위상 반전층(28)의 양측 에지에서 위상차가 발생되도록 한다.
광차폐층으로서의 불투명층의 물질은 크롬대신 알루미늄을 사용할 수도 있으며, 위상 반전층(28)은 산화막대신 PMMA(Polymethyl metacrylate), SOG(Spin On Glass) 또는 석영중 하나를 사용할 수도 있다.
제4도 (a)의 위상 반전마스크의 사용시 위상 반전마스크를 투과한 광은 제4도 (b)와 같은 위상을 갖는다.
제4도 (b)를 참조하면, 본 발명의 위상 반전마스크를 투과한 광과 에지부분에서 (+)진폭을 갖으며, 웨이퍼상에서의 광진폭과 광강도(intensity)는 각각 제4도 (c) 및 (d)와 같다.
그러므로 광투과시 에지부분의 위상 반전효과를 최적화할 수 있어 제4도 (e)와 같이 웨이퍼(31)상의 감광막(32)패턴은 해상도가 향상된다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조공정도이다.
제5도 (a)-(g)의 공정은 제3도 (a)-(g)의 공정과 동일하다.
다만 제2실시예에서는 제5도 (g)의 위상 반전층(28)형성후 위상 반전층(28) 하부의 석영기판(21)을 양에지로부터 폭 W1만큼 에칭하는 공정이 추가된다.
제5도 (h)를 참조하면 제5도 (g)에서 위상 반전층(28)의 형성에 따라 위상 반전층(28)의 양측에 폭 W만큼 노출된 기판(21)을 위상 반전층(28) 및 불투명층(25)을 마스크로 건식 식각하여 트랜치(23)의 양쪽에 홈(groove)(29)을 형성한다.
석영기판(21)은 에지부분의 광감도를 최대한 크게 할 수 있는 최적두께(T')만큼 식각한다.
위상 반전이 일어난 두께(T)는 T=T'-d이다.
이때, T'는 석영기판(21)의 식각 깊이, d는 위상 반전층(28)의 두께이다.
제6도 (a)-(d)는 제5도의 제2실시예에 따른 마스크의 광파형도로서, 제4도의 제1실시예에 따른 마스크와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제7도 (a)-(i)는 본 발명의 제3실시예에 따른 마스크의 제조공정도이며, 제8도 (a)-(d)는 그에 따른 광의 파형도를 도시한 것이다.
제3실시예는 제2실시예의 마스크 제조 공정에 위상 반전층(29)의 제거 공정이 추가된다.
제7도 (h)와 같이 위상 반전층(28)을 마스크로 노출된 기판(21)을 건식 식각하여 홈(29)을 형성한 후 제7도 (i)와 같이 위상 반전층(28)을 제거하여 위상 반전마스크를 형성한다.
위상 반전이 일어난 두께(T)는 T=T-d이다.
이때, T는 기판(21)의 식각 깊이, d는 위상 반전층(28)의 두께이다.
그리고, 상기 T은 위상 반전층(28)이 제거된후 식각되지 않은 기판(21)을 투과하는 광과 홈(29)을 투과하는 광과의 위상 반전을 일으키는 정도의 식각깊이를 갖는다.
제9도 (a)-(f)는 본 발명의 제4실시예에 따른 마스크의 제조공정도이다.
투명한 석영기판(21)상에 유기질 감광막(22)을 도포하고, 사진 식각하여 폭이 W인 감광막 패턴을 형성한다(제9도 (a)).
상기 패터닝된 감광막(22)을 마스크로 기판(21)을 식각하여 트랜치(23)를 형성하고(제9도 (b)), 상기 감광막(22)을 제거한후 크롬막(24)을 상기 트랜치(23)가 완전히 채워지도록 기판(21)상에 도포한다(제9도 (c)).
화학적-물리적 연마방법으로 석영기판(21)과 동일 높이를 갖는 불투명층(25)을 형성하여 전표면이 부드러운 표면(smooth surface)을 유지하도록 평탄화 한다(제9도 (d)).
전표면에 걸쳐 산화막(26)을 도포하고, 산화막위에 감광막(27)을 다시 도포한다.
감광막(27)을 사진 식각하여 감광막 패턴을 형성한다(제9도 (e)).
패터닝된 감광막(27)을 마스크로 노출된 산화막(26)을 식각하여 위상 반전층(28)을 형성한다(제9도 (f)).
위상 반전층 형성후 감광막(27)을 제거하면 트랜치(23)내에 불투명층(25)이 완전히 함몰된 에지 강조형 위상 반전마스크가 얻어진다.
상기 제1 내지 제3실시예에서는 불투명층(25)이 트랜치(23)내에 일부만 채워졌으나, 제4실시예에서는 트랜치(23)내에 불투명층(25)이 완전히 채워져 그의 표면이 기판(21)의 표면과 일치한다.
제10도 (a)-(d)는 제9도의 제4실시예에 따른 광파형도를 도시한 것으로서, 불투명층(25)이 트랜치내의 일부만 채워진 제1실시예에 따른 제4도의 광파형과는 180°의 위상차가 있으나, 웨이퍼상의 광강도는 동일하여 앞의 실시예와 마찬가지로 에지부분에서 최적의 위상 반전효과를 얻을 수 있다.
제11도 (a)-(h)는 본 발명의 제5실시예에 따른 위상 반전마스크의 제조공정도이고, 제12도 (a)-(d)는 제11도의 제5실시예에 따른 위상 반전마스크의 광파형도이다.
제5실시예에서는 제11도 (g) 및 (h)와 같이 위상 반전층(28)을 마스크로 노출된 기판(21)을 식각하여 리세스부(30)를 형성한 다음 위상 반전층(28)을 제거한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 불투명층인 광차폐층을 기판의 트랜치내에 함몰된 형태로 형성하여 줌으로써 위상 반전층의 결함을 용이하게 수정할 수 있으며 종래의 에지 강조형보다 구조적으로 안정된 위상 반전마스크를 제작할 수 있다.
둘째, 위상 반전층과 광차폐층의 측벽을 수직하게 형성하여 광투과시 패턴 에지부분의 위상 반전효과를 최적화할 수 있다.
셋째, 광차폐층 주변의 위상 반전층의 두께 및 선폭 조절이 용이하다.

Claims (12)

  1. 일정 간격을 두고 형성된 하나 이상의 트랜치를 갖는 투명한 기판(21)과, 상기 트랜치(23) 바닥에 상기 트랜치(23)와 동일한 너비로 형성된 불투명층(25)과, 상기 트랜치(23)의 양측 에지부에서 소정거리 이격되어 상기 투명한 기판(21)상에 형성된 위상 반전층(28)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  2. 제1항에 있어서, 위상 반전층(28)의 폭은 상기 이웃하는 트랜치(23) 사이의 거리와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  3. 제1항에 있어서, 투명한 기판(21)은 트랜치(23) 내의 양쪽에 형성된 홈(29)을 더 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  4. 제3항에 있어서, 홈(29)의 폭은 상기 트랜치(23)사이의 거리의 ½이하인 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  5. 제1항에 있어서, 불투명층(25)의 두께는 트랜치(23)의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  6. 제1항에 있어서, 위상 반전층(28)의 두께를 T라 하고, 위상 반전층(28)의 굴절율을 n이라 하고 노광원의 파장을 λ라 할때 다음의 식이 성립되는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크.
  7. 투명한 기판(21)상에 유기질 감광막(22)을 도포한 후 사진 식각하여 제1감광막(22) 패턴을 형성하는 스텝과, 패터닝된 감광막(22)을 마스크로 투명한 기판(21)을 식각하여 하나 이상의 트랜치(23)를 형성하는 스텝과, 기판 전면에 걸쳐 금속막(24)을 도포하고 금속막(24)을 에치백하여 트랜치(23) 내에 함몰 형태로 불투명층(25)을 형성하는 스텝과, 위상 반전물질(26)을 기판 전면에 증착하는 스텝과, 식각되지 않은 기판(21)상의 위상 반전물질(26)상에 제2감광막(27)패턴을 형성하는 스텝과, 식각되지 않은 투명한 기판(21)의 표면에 위상 반전층(28)을 형성하고 위상 반전층(28)과 불투명층(25)사이의 기판(21)을 노출시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 위상 반전층(28)의 폭은 식각되지 않은 기판의 폭보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 위상 반전층(28)의 형성후 노출된 기판(21)을 식각하여 트랜치(23) 내의 양측에 홈(29)을 형성하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 불투명층(25)과 위상 반전층(28)을 마스크로 노출된 기판(21)을 건식 식각하여 홈(29)을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 노출된 기판(21)은 위상 반전층(28)과 위상이 180°반전되는 깊이로 식각되는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
  12. 투명한 기판(21)상에 유기질 감광막(22)을 도포한후 사진 식각하여 감광막 패턴을 형성하는 스텝과, 패터닝된 감광막(22)을 마스크로 투명한 기판(21)을 식각하여 하나 이상의 트랜치(23)를 형성하는 스텝과, 기판 전면에 걸쳐 금속막(24)을 도포하고 금속막(24)을 에치백하여 트랜치(23) 내에 함몰 형태로 불투명층(25)을 형성하는 스텝과, 식각되지 않은 투명한 기판(21)의 표면에 위상 반전층(28)을 형성하고 위상 반전층(28)과 불투명층(25)사이의 기판(21)을 노출시키는 스텝과, 노출된 기판(21)을 식각하여 트랜치(23)의 양쪽에 홈(29)을 형성하는 스텝과, 상기 위상 반전층(28)을 제거하여 기판(21)의 전표면을 노출시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전마스크의 제조방법.
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