KR0152952B1 - 위상반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

위상반전 마스크 및 그 제조방법

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KR0152952B1 KR1019950011831A KR19950011831A KR0152952B1 KR 0152952 B1 KR0152952 B1 KR 0152952B1 KR 1019950011831 A KR1019950011831 A KR 1019950011831A KR 19950011831 A KR19950011831 A KR 19950011831A KR 0152952 B1 KR0152952 B1 KR 0152952B1
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Abstract

본 발명은 위상반전 마스크의 기판상에 은이 도핑된 무기질 감광층인 차광층의 패턴을 형성하고, 그 차광층의 패턴상에 그 차광층의 패턴보다 큰 패턴을 가지며 투광성 유기질 감광막인 위상천이층의 패턴을 형성하여 그 기판과 그 차광층의 패턴들 사이의 열적 변형을 줄일 수 있고, 그 기판의 표면손상을 방지할 수 있으며, 아이라인(i-line) 이하의 단파장의 광을 효과적으로 차단할 수 있는 한편, 그 Ag이 도핑된 무기질의 감광막의 영역과 그 Ag이 도핑되지 않은 무기질의 감광막의 영역의 식각선택비를 증가시켜 그 차광층의 양호한 수직 측벽을 형성할 수 있음으로써 반도체소자의 집적도를 증가시킬 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 그 제조방법
제1도의 (a)와(b)는 종래의 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.
제2도의 (a)∼(d)는 종래의 다른 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.
제3도는 본 발명의 실시예에 의한 위상반전 마스크를 나타낸 단면구조도.
제4도의 (a)∼(e)는 제3도의 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.
제5도의 제3도의 위상반전 마스크가 적용된 노광장치의 개략적인 구조도.
제6도는 제5도의 위상반전 마스크의 부분 확대도.
제7도는 제6도의 차광층의 투과율을 광의 파장에 따라 나타낸 그래프.
제8도는 제6도의 위상반전 마스크를 통과한 광의 진폭을 나타낸 그래프.
제9도의 (a)와 (b)는 제5도의 축소렌즈를 통과한 광의 진폭과 세기를 각각 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 기판 2,12 : 차광층
3,13 : 위상천이층 4,14 : 감광막
21 : 기판 22 : 투광성 무기질의 감광막
23 : Ag2Se층 24 : 차광층
25 : 위상천이층 31 : 파리눈렌즈
32 : 집속렌즈 33 : 위상반전 마스크
34 : 축소렌즈 35 : 감광막
36 : 반도체 기관
본 발명은 림(rim)형 위상천이 마스크에 관한 것으로, 특히 투광성 기판상에 은(Ag)이 도핑되어 차광성이 양호하게 되는 무기질 감광막인 차광층의 패턴과, 그 차광층의 패턴보다 큰 패턴의 유기질 감광막인 위상천이층의 패턴이 형성되어 고집적 반도체소자를 제조하는데 적합한 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자의 경박단소화에 대한 요구가 증가함에 따라 반도체소자의 집적도가 필연적으로 증가하지 않을 수 없게 되었다. 이에 따라, 반도체소자의 집적도를 증가시키기 위하여 포토리소그래피(photolitho-graphy)공정에서의 분해능을 향상시키려는 연구와 개발이 집중되고 있었는데, 노광장치 자체를 개선하지 않고 마스크만을 개선하여 포토리소그래피(photolithography)공정에서의 분해능을 더욱 향상시키려는 시도가 많은 관심을 받게 되었다. 이러한 시도들중에서 위상천이효과를 이용하여 고해상도의 패터닝을 가능하게 하는 위상반전 마스크를 제조하는 기술이 집중적인 관심을 받게 되었다.
이러한 위상반전 마스크로서 교대형(alternating)과 림형(rim) 및 감축형(attenuating)의 위상반전 마스크가 알려져 있는데, 이는 투광성 기판상에서 차광층의 패턴만을 이용하는 종래의 마스크에 비하여 그 차광층의 패턴 이외에 위상천이물질의 패턴을 추가로 이용하고 있다.
상기 위상반전 마스크는 100%에 가까운 투과율을 갖는 투광성의 기판만을 통과하는 광의 위상에 대해 180。의 위상차를 갖도록 하는 위상천이물질의 층을 상기 기판에 추가로 적용시킨 것으로서, 상기 위상천이물질의 투과율은 마스크의 형태 및 제조목적에 따라 다양하게 될 수 있다. 그리고, 감축형을 제외한 교대형 및 림형의 위상반전 마스크는 차광부를 경계로 투광부 및 위상천이물질의 층이 적절히 배열된 형태를 갖고 있다.
상기 교대형 위상반전 마스크는 차광부를 기준으로 투광부와 위상천이물질의 층이 교대로 배치되는 것으로서, 주로 부가적인 패턴들을 레티클(reticle)의 제작시에 더 삽입하여 광강도를 개선하고 있다.
또한, 림형 위상반전 마스큰 차광부의 패턴상에 그 차광부의 패턴의 폭보다 큰 폭의 위상천이물질층의 패턴을 형성하는 것을 기본으로 하고 있다.
그리고, 감축형 위상반전 마스크는 차광부 없이 투광부와 그 투광부의 투과율보다 낮은 투광율의 위상천이물질의 층만을 이용하는 것으로, 투광부를 제외한 나머지 부분 모두를 위상천이물질의 층으로 이용하고 있다.
이러한 위상반전 마스크는 레티클의 제조 및 보수, 반도체소자의 제조공정시 기판의 오염문제, 레티클의 설계 및 검사등에 있어서 많은 문제점을 갖고 있으므로 실용화되기 어려우며, 특히 림형 위상반전 마스크가 실용화하는데 가장 어려운 것이다.
한편, 종래의 림형 위상반전 마스크의 제조방법을 제1도의 (a),(b)를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
제1도의(a)에 도시된 바와 같이 먼저, 투광성 기판(1)의 전면상에 크롬의 차광층(2)이 적층되고나서 그 차광층(2)의 전면상에 위상천이층(3), 예를 들어 투광성의 감광막인 PMMA(polymethyl methacrylate)층이 위상반전을 일으킬 수 있는 두께(T)로 코팅된다.
이어서, 그 위상천이층(3)상에 원하는 패턴의 감과막(4)이 형성된 후 상기 감광막(4)의 패턴하에 위상천이층(3)의 패턴이 남도록 그 감광막(4)으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 위상천이층(3)이 제거된다.
이후 제1도의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 감광막(4)이 제거되고 상기 위상천이층(3)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 차광층(2)이 등방성 식각특성을 갖는 습식식각법에 의하여 식각된다.
이때, 상기 차광층(2)이 언더컷(unter cut)되어 상기 차광층(2)의 패턴의 하부의 폭이 상기 위상천이층(3)의 폭보다 작게 되므로 그 위상천이층(3)의 양쪽 가장자리로부터 각각 폭(W)만큼 되는 날개영역하의 기판(1)이 노출된다.
따라서, 상기 위상천이층(3)의 날개영역 및 상기 기판(1)을 순차적으로 투과한 광과, 상기 기판(1)만을 투과한 광이 서로 180。의 위상차로 반전하게 된다.
또한, 종래의 다른 림형 위상천이 마스크의 제조방법을 제2도의 (a)∼(c)를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
제2도의 (a)에 도시된 바와 같이 먼저, 투광성 기판(11)의 전면상에 크롬의 차광층(12)이 적층된다.
이어서, 그 차광층(12)의 전면상에 원하는 감광막(14)의 패턴이 형성된 후 그 감광막(14)의 패턴하에 차광층(12)의 패턴이 남도록 그 감광막(14)의 패턴으로 마스킹 되지 않은 영역의 상기 차광층(12)이 식각된다.
이후 제2도의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 감광막(14)을 제거하고 나서 남아있는 상기 차광층(12)의 패턴과 상기 기판(11)상에 위상천이층(15), 예를 들어 투광성의 감광막인 PMMA(polymethyl methacrylate)층이 코팅된다.
이어서, 노광장치(도시안됨)의 광이 상기 기판(11)의 후면에서 그 기판(11)의 전면으로 노광되면, 상기 차광층(12)의 패턴상의 상기 위상천이층(15)의 영역은 상기 노광되는 광을 받지 않게 되는 반면에, 상기 기판(11)상의 상기 위상천이층(15)의 영역은 노광되는 광을 받게 된다.
이후 제2도의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 차광층(12)의 패턴상에만 상기 위상천이층(15)의 패턴이 남도록 상기 위상천이층(15)을 현상하게 된다.
이때, 상기 위상천이층(15)의 패턴의 두께(T)는 위상천이를 일으킬 수 있는 두께이다.
이후 제2도의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 위상천이층(15)의 패턴으로 마스킹 되지 않은 영역의 차광층(12)의 패턴이 등방성 식각특성을 갖는 습식식각법에 의하여 식각된다.
이때, 상기 차광층(12)의 패턴이 언더컷(under cut)되어 상기 차광층(12)의 패턴의 하부의 폭이 상기 위상천이층(15)의 패턴의 폭보다 작게 되므로 그 위상천이층(15)의 패턴의 양쪽 가장자리로부터 각각 폭(W)만큼 되는 날개영역하의 기판(11)이 노출된다.
따라서, 상기 위상천이층(15)의 날개영역 및 상기 기판(11)을 순차적으로 투과한 광과, 상기 기판(11)만을 투과한 광이 서로 180。의 위상차로 반전하게 된다.
그러나, 종래의 위상반전 마스크의 제조방법들은 투광성 기판상에 형성된 차광층의 패턴을 형성하기 위하여 상기 차광층의 패턴 이외의 영역의 차광층을 식각하므로 그 투광성 기판의 표면을 손상시켰다.
또한, 종래의 위상반전 마스크의 제조방법들은 위상천이층의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 차광층을 등방성 습식식각하여 그 위상천이층의 패턴의 하부에 언더컷된 차광층의 패턴을 형성하므로 상기 위상천이층의 두께(T) 및 날개영역의 폭(W)을 용이하게 제어할 수 없어 상기 위상천이층의 날개영역이 강조된 위상반전효과를 얻을 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 투광성 기판상에 은(Ag)이 도핑되어 차광이 우수한 무기질 감광막의 차광층과, 그 차광층상에 그 차광층의 패턴보다 큰 패턴의 유기질 감광막인 PMMA(polymethyl methacrylate) 감광막의 위상천이층을 형성하여 마스크의 분해능을 향상시킬 수 있도록 하는 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 투광성 기판상에 무기질의 감광층을 형성하는 단계와, 그 무기질의 층의 원하는 영역을 선택적으로 도핑하는 단계와, 그 도핑된 무기질의 층의 영역상에 위상천이층의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 선택적으로 도핑된 무기질의 층을 제외한 무기질의 층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도를 참조하면, 위상반전 마스크는 투광성 기판(21)과, 그 투광성 기판(21)상에 은이 함유된 Ge-Se계 무기질 감광층인 차광층(24)의 패턴과, 그 차광층(24)의 패턴상에 그 차광층(24)의 패턴보다 큰 패턴으로 형성되는 유기질 감광막인 위상천이층(25)의 패턴으로 이루어져 있다.
여기서, 상기 차광층(24)의 패턴의 폭이 상기 위상천이층(25)의 패턴의 폭보다 작게 되므로 그 위상천이층(25)의 패턴의 양쪽 가장자리로부터 각각 폭(W)만큼 되는 날개영역하의 기판(21)이 노출되고, 상기 위상천이층(25)의 날개영역 및 상기 기판(21)을 순차적으로 투과한 광과, 상기 기판(21)만을 투과한 광이 서로 180。의 위상차로 반전하게 되도록 상기 위상천이층(25)의 패턴이 두께(T)를 갖고 있다.
이와 같이 구성되는 위상반전 마스크의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4도의(a)를 참조하면 먼저, PECVD법 또는 스퍼터링법을 이용하여 투광성 기판(21)의 전면상에 투광성 무기질의 감과막(22), 예를 들어 GexSe1-x(단, X는 0.1∼0.3임)의 감광막, 더욱 바람직하게는 Ge0.1Se0.9의 감광막을 2000∼6000 Å의 두께로 적층한다.
이어서, 그 투광성 무기질의 감광막(22)이 형성된 상기 기판(21)을 은(Ag)이 함유된 수용액, 예를 들어 AgNO3, Agc1 또는 KAg(CN2)의 수용액에 디핑(dipping)하여 상기 감광막(22)상에 Ag2Se의 층(23)을 50∼300 Å의 두께로 형성한다.
계속하여, 상기 감광막(22)의 원하는 영역을 차광층으로 이용하기 위하여 상기 Ag2Se의 층(23)상에 노광장치(도시안됨)로부터 출력되는 전자빔(beam)을 선택적으로 노광한다.
여기서, 그 전자빔 대신에 자외선 또는 엑스(x)선도 가능함은 자명하다.
제4도의 (b)를 참조하면, 상기 노광된 영역의 Ag2Se의 층(23)으로부터 Ag가 상기 감광막(22) 내에 소정의 깊이로 확산하게 되어 상기 노광된 영역에 해당하는 영역의 상기 감광막(22)은 차광층(24), 즉 Ag가 도핑된 감광막으로 변하게 된다.
반면에, 상기 노광되지 않은 영역의 상기 Ag2Se의 층(23)으로부터 Ag가 상기 노광되지 않은 영역에 해당하는 영역의 상기 감광막(22)내로 확산하지 않게 되므로 상기 노광되지 않은 영역에 해당하는 영역의 상기 감광막(22)은 본래의 상태를 계속 유지하게 된다.
제4도의 (c)를 참조하면, 상기 노광되지 않은 영역의 상기 Ag2Se의 층(23)을 HNO3-HCI-H2O의 용액으로 제거한다.
제4도의 (d)를 참조하면, 상기 감광막(22)과 상기 차광층(24)상에 위상천이층(25), 예를 들어PMMA층을 코팅한다.
이때, 상기 차광층(24)의 패턴상의 상기 위상천이층(25)의 두께가 상기 감광막(22)상의 상기 위상천이층(25)의 두께보다 작게 된다.
그리고, 상기 감광막(22)상의 상기 위상천이층(25)의 두께가 위상반전을 일으킬 수 있는 두께(T)가 된다.
이어서, 상기 차광층(24)의 패턴보다 큰 패턴의 위상천이층(25)을 형성하기 위하여 상기 감광막(22)상의 위상천이층(25)에 전자빔을 선택적으로 노광한다.
제4도의 (e)를 참조하면, 상기 노광된 영역의 위상천이층(25)을 알칼리성 현상액으로 제거한 후 상기 감광막(22)을 상기 알칼리성 현상액으로 계속하여 제거한다.
여기서, 상기 감광막(22)과, 상기 차광층(24)의 식각선택비는 약 1대20이므로 상기차광층(24)이 수직으로 패터닝된다.
따라서, 상기 위상천이층(25)의 패턴의 폭이 상기 차광층(24)의 패턴보다 크게 되어 그 위상천이층(25)의 패턴의 양쪽 가장자리로부터 각각 폭(W)만큼 되는 날개영역하의 기판(21)이 노출된다.
이와 같은 방법에 의해 제조되는 위상반전 마스크의 작용을 제5도 내지 제7도 및 제8도의 (a)와(b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 위상반전 마스크가 제5도에 도시된 바와 같이, 개략적으로 도시된 노광장치에 적용되는 경우, 반도체소자의 제조공정중 포토리소그래피의 공정에 있어서, 광원(도시안됨)으로부터의 광이 파리눈렌즈(31), 집속렌즈(32), 본 발명의 위상반전 마스크(33), 축소렌즈(34) 및 감광막(35)이 코팅된 반도체기판(36)에 노광하게 되어 위상반전 마스크(33)에 형성된 패턴이 상기 감광막(35)에 전사된다.
이를 좀 더 상세히 언급하면, 상기 위상반전 마스크(33)의 각 영역을 통과하는 상기 광은 그 영역에 따라 서로 다른 위상을 갖게 된다.
즉 제6도에 도시된 바와 같이, 상기 위상반전 마스크(33)의 영역(A)에 있어서, 기판(21)만을 통과하는 광은 위상(Φ1)을 갖게 되고, 상기 기판(21)과 상기 위상천이층(25)의 날개영역을 순차적으로 통과하는 광은 위상(Φ2)을 갖게 된다.
한편, 상기 차광층(24)은 제7도에 도시된 바와 같이, 36㎚의 파장을 갖는 자외선인 i-line의 파장 이하의 단파장의 광에 대하여 0의 투과율을 나타내므로 i-line의 파장 이하의 단파장의 광을 효과적으로 차광한다.
한편, 상기 위상(Φ1)과 위상(Φ2)의 차이는 이미 알려진 바와 같이 상기 위상천이층(25)의 두께가 위상반전을 일으키기 위한 두께(T)이면 다음의 식으로 주어진다.
Φ1-Φ2=λ/(2n-1=180。)
단, λ는 광의 파장이고, n는 위상천이층(25)의 굴절율이다.
그러므로 제8도에 도시된 바와 같이, 상기 위상(Φ1)을 갖는 광은 양의 값의 진폭을 갖게 되는 반면에, 상기 위상(Φ2)을 갖는 광은 상기 양의 진폭의 값과 동일한 값을 가지며 음의 진폭을 갖게 된다.
그리고, 상기 축소렌즈(34)를 통과하여 상기 감광막(35)에 노광되는 경우, 제9도의 (a)에 도시된 바와 같이, 위상(Φ1)을 갖는 광은 양의 값의 진폭을 가지는데 그 양의 값의 진폭이 상기 위상천이층(25)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 위상(Φ2)을 갖는 광은 음의 값의 진폭을 가지는데 그 음의 값의 진폭이 상기 위상천이층(25)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.
또한, 제9도의 (b)에 도시된 바와 같이, 위상(Φ1)을 갖는 광은 비교적 큰 양의 값의 세기를 가지는데 그 양의 값의 세기가 상기 위상천이층(25)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되고, 위상(Φ2)을 갖는 광은 비교적 작은 양의 값의 세기를 가지는데 그 양의 값의 세기가 상기 위상천이층(25)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 위상반전 마스크의 기판상에 은이 도핑된 무기질 감광층인 차광층의 패턴을 형성하고, 그 차광층의 패턴상에 그 차광층의 패턴보다 큰 패턴을 가지며 투광성 유기질 감광막인 위상천이층의 패턴을 형성하여 그 위상반전 마스크 기판과 그 차광층의 패턴들 사이의 열적 변형을 줄일 수 있을 뿐 아니라 크롬의 차광막의 패턴을 마스크의 기판상에 형성하지 않아 그 크롬의 차광막을 선택적으로 식각함에 따른 마스크 기판의 표면손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 차광층으로 이용될 무기질의 감광막의 영역에 Ag을 도핑하여 그 Ag이 도핑된 무기질의 감광막의 영역과 그 Ag이 도핑되지 않은 무기질의 감광막의 영역의 식각선택비를 증가시킴으로써 상기 차광층의 양호한 수직 측벽을 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명은 차광층으로 이용될 무기질의 감광막의 영역에 Ag을 도핑하여 자외선이 아이라인(i-line) 이하의 단파장의 광을 효과적으로 차단함으로써 반도체 소자의 집적도를 증가시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 투광성 기판과, 그 투광성 기판상에 형성되는 무기질의 차광층의 패턴과, 그 차광층의 패턴상에 형성되는 그 차광층의 큰 위상천이층을 구비하고, 상기 위상천이층은 PMMA(poly-methyl methacrylate) 감광막인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
  2. 투광성 기판상에 무기질의 감광막을 형성하는 단계와, 그 무기질의 감광막을 선택적으로 도핑하는 단계와, 그 선택적으로 도핑된 무기질의 감광막의 표면상에 위상천이층의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 위상천이층의 패턴을 마스크로 하여 상기 선택적으로 도핑된 영역을 제외한 영역의 무기질의 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투광성 기판상에 Ge-Se계 무기질의 감광막을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 무기질의 감광막을 은(Ag)으로 선택적으로 도핑하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 은(Ag)이 포함된 층을 HCI-HNO3-N2O의 용액으로 제거하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
KR1019950011831A 1995-05-13 1995-05-13 위상반전 마스크 및 그 제조방법 KR0152952B1 (ko)

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