KR0157883B1 - 위상반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크의 기판상에 동일한 물질의 위상천이부와 투광부를 일체로 형성하여 그 위상천이부와 투광부의 투과율의 차를 줄일 수 있고, 그 기판의 표면을 노출시키지 않으면서 그 차광층을 식각하여 그 위상천이부와 투광부상에 차광층의 패턴을 형성함으로써 그 기판의 표면손상을 방지할 수 있으며, 위상천이층을 형성한 후 그 위상천이층상에 차광층을 형성하여 위상천이층의 변형을 방지할 수 있는 한편, 위상천이층을 열산화법으로 형성하여 기판의 표면을 보다 평탄하게 형성할 수 있고 원하는 미세한 선폭의 패턴을 보다 용이하게 형성할 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 그 제조방법

제1도는 종래의 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 평면도.

제2도의 (a) 및 (b)는 제1도의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도.

제3도의 (a) 및 (b)는 제2도의 (a) 및 (b)의 각 영역을 투과한 광의 세기를 나타낸 그래프.

제4도는 종래의 다른 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 평면도.

제5도의 (a) 및 (b)는 제4도의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도.

제6도는 종래의 또 다른 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 단면도.

제7도는 본 발명의 실시예에 의한 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 사시도.

제8도는 제7도의 A-A선을 따른 단면도.

제9도의 (a)~(c)는 제7도의 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.

제10도는 제8도의 각 영역을 투과한 광의 진폭을 나타낸 그래프.

제11도의 (a) 및 (b)는 제8도의 각 영역을 투과하여 반도체 기판상의 감광막에 실제로 노광되는 광의 진폭 및 세기를 나타낸 그래프.

제12도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 사시도.

제13도는 제12도의 A-A선을 따른 단면도.

제14도의 (a)~(c)는 제12도의 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.

제15도는 제12도의 각 영역을 투과한 광의 진폭을 나타낸 그래프.

제16도의 (a) 및 (b)는 제12도의 각 영역을 투과하여 반도체 기판상의 감광막에 실제로 노광되는 광의 진폭 및 세기를 나타낸 그래프.

제17도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 위상반전 마스크를 나타낸 사시도.

제18도는 제17도에 따른 단면도.

제19도의 (a)~(d)는 제17도의 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정도.

제20도는 제17도의 각 영역을 투과한 광의 진폭을 나타낸 그래프.

제21도의 (a) 및 (b)는 제17도의 각 영역을 투과하여 반도체 기판상의 감광막에 실제로 노광되는 광의 진폭 및 세기를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11,21 : 기판 2,12,22 : 차광층

3,13,16,23 : 위상천이층 4,14 : 감광막

31,41,51 : 기판 32,42,52 : 산화막

33,43,53 : 비정질 실리콘층 34,44,54 : 질화막

35,45,55 : 감광막 36,46,56 : 층

38,48,58 : 차광층

본 발명은 위상천이 마스크에 관한 것으로, 특히 투광성 기판상에 서로 다른 높이를 가지며 동일 물질로 이루어진 투광부와 위상천이부가 일체로 형성되고, 그 위상천이부와 그 투광부의 경계영역의 표면이 완만히 경사지게 되며, 그 경계영역상에 차광층이 형성되어 있는 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 소자의 경박단소화에 대한 요구가 증가함에 따라 반도체 소자의 집적도가 필연적으로 증가하지 않을 수 없게 되었다. 이에 따라, 반도체 소자의 집적도를 증가시키기 위하여 포토리소그래피(photolitho-graphy)공정에서의 분해능을 향상시키려는 연구와 개발이 집중되고 있었는데, 노광장치 자체를 개선하지 않고 마스크만을 개선하여 포토리소그래피(photolitho-graphy)공정에서의 분해능을 더욱 향상시키려는 시도들이 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 널리 알려져 있는데, 이는 투광성 기판상에 차광층의 패턴만을 이용하는 종래의 마스크에 비하여 그 차광층의 패턴 이외에 위상천이층의 패턴을 추가로 이용하고 있다.

상기 위상반전 마스크는 100%에 가까운 투과율을 갖는 투광성의 기판만을 통과하는 광의 위상에 대해 180°의 위상차를 갖는 위상천이층의 패턴을 상기 기판에 추가로 적용시킨 것으로서, 상기 위상천이층의 투과율은 마스크의 형태 및 제조목적에 따라 다양하게 될 수 있다. 그리고, 감축형을 제외한 교대형 및 림형의 위상반전 마스크는 차광창을 경계로 투광부 및 위상천이층이 적절히 배열된 형태를 갖고 있다.

상기 교대형 위상반전 마스크는 차광층을 기준으로 투광부와 위상천이층이 교대로 배치되는 것으로서, 주로 부가적인 패턴들을 레티클(reticle)의 제작시에 더 삽입하여 광강도를 개선하고 있다.

또한, 림형 위상반전 마스크는 차광층의 패턴상에 그 차광층의 패턴의 폭보다 큰 폭의 위상천이층의 패턴을 형성하는 것을 기본으로 하고 있다.

그리고, 감축형 위상반전 마스크는 차광층 없이 투광부와, 그 투광부의 투과율보다 낮은 투광율의 위상천이층만을 이용하는 것으로, 투광부를 제외한 나머지 부분 모두를 위상천이층으로 이용하고 있다.

이러한 위상반전 마스크는 레티클의 제조 및 보수, 반도체 소자의 제조공정시 기판의 오염문제, 레티클의 설계 및 검사등에 있어서 많은 문제점을 갖고 있으므로 실용화되기 어려우며, 특히 림형 위상반전 마스크가 실용되는데 가장 어려운 것이다.

한편, 종래의 교대형 위상반전 마스크의 구조는 제1도에 도시된 바와 같이, 투광성 기판(1)상에 크롬의 차광층(2)의 패턴이 소정의 간격으로 각각 형성되어 있고, 위상천이층(3)의 패턴이 각 쌍의 그 차광층(2)의 패턴 사이의 영역의 상기 투광성 기판(1)상에 형성되어 있음과 아울러 그 차광층(2)의 각 쌍의 패턴이 일부 영역상에 형성된다.

이러한 구조는 제1도의 A-A선에 따른 단면도인 제2도 (a)에서 더욱 확연히 나타나 있다.

그리고, 제1도의 B-B선에 따른 단면도인 제2도 (b)에서는 상기 위상천이층(3)의 패턴의 가장자리가 상기 투광성 기판(1)에 직접 접촉하고 있다.

이와 같이 구성되는 교대형 위상반전 마스크에서는 제3도 (a)에 도시된 바와 같이, 제2도 (a)의 투광성 기판(1)과 위상천이층(3)을 순차적으로 통과한 광의 세기가 상기 투광성 기판(1)만을 통과한 광의 세기보다 작게 된다.

그리고, 상기 투광성 기판(1)와 위상천이층(3)을 순차적으로 통과한 광과 상기 투광성 기판(1)만을 통과한 광의 세기가 상기 차광층(2)의 패턴의 가장자리에 가까워짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

또한, 제3도 (b)에 도시된 바와 같이, 제2도 (b)의 상기 위상천이층(3)의 패턴의 가장자리를 통과한 광이 거의 0의 세기를 갖게 되어 그 가장자리가 상기 광을 차폐하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 위상천이층(3)의 가장자리에서는 상기 투광성 기판(1)과 위상천이층(3)을 순차적으로 통과하는 광의 진폭이 급격히 변하게 되고 그 광의 위상이 그 위상천이층(3)의 중앙부를 통과한 광의 위상에 반대된다.

따라서, 반도체 소자의 제조공정중의 하나인 포토리소그래피(photolitho-graphy)공정에서 상기 위상천이층(3)의 가장자리를 통과한 광이 반도체 기판(도시안함)상의 양성 감광막(도시안됨)상에 노광되는 경우, 상기 광이 상기 위상천이층(3)의 가장자리에 해당하는 반도체 기판의 영역상에 원하지 않는 양성의 감광막의 패턴이 남게 된다.

그러므로, 이러한 위상반전 마스크는 고집적 반도체 소자를 제조하는데 한계를 갖게 되었다.

제4도에 도시된 바와 같이, 종래의 다른 교대형 위상반전 마스크는 상기 위상천이층의 가장자리를 통과한 광의 급격한 위상천이를 방지하기 위하여 상기 위상천이층의 패턴의 측면에 별도의 위상천이층의 스페이서를 추가로 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 종래의 다른 교대형 위상반전 마스크는 투광성 기판(11)상에 크롬의 차광층(12)의 패턴이 소정의 간격으로 각각 형성되어 있고, 위상천이층(13)의 패턴이 각 쌍의 그 차광층(12)의 패턴 사이의 영역의 상기 투광성 기판(11)상에 형성되어 있음과 아울러 그 차광층(12)의 각 쌍의 패턴의 일부 영역상에 형성되며, 위상천이층(16)의 스페이서가 상기 위상천이층(13)의 패턴의 측면에 형성되어 있다.

이러한 구조는 제4도의 A-A선에 따른 단면도인 제5도 (a)에서 더욱 확연히 나타나 있다.

그리고, 제4도의 B-B선에 따른 단면도인 제5도 (b)에서는 상기 위상천이층(13)의 패턴의 가장자리가 위상천이층(16)의 스페이서를 거쳐 상기 투광성 기판(11)에 직접 접촉하고 있다.

여기서, 상기 위상천이층(16)의 스페이서는 상기 위상천이층(13)과 차광층(12)을 포함한 투광성 기판(11)상에 열산화공정으로 위상천이층(16)이 형성되고 그 위상천이층(16)이 이방성 식각특성을 갖는 건식식각공정으로 식각되어 형성된 것이다.

따라서, 상기 차광층(12)의 패턴이 상기 위상천이층(16)을 위한 열산화공정의 높은 온도에 의해 변형되기 쉽고, 상기 위상천이층(16)의 식각 종료점이 확인되기 어려워 그 투광성 기판(11)의 표면이 손상되는 문제점이 있었다.

제6도에 도시된 바와 같이, 종래의 또 다른 교대형 위상반전 마스크는 위상천이층의 패턴의 측면이 완만한 경사를 이루고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 종래의 또 다른 교대형 위상반전 마스크는 투광성 기판(21)상에 크롬의 차광층(22)의 패턴이 소정의 간격으로 각각 형성되어 있고, 위상천이층(23)의 패턴이 각 쌍의 그 차광층(22)의 패턴 사이의 영역의 상기 투광성 기판(21)상에 형성되어 있음과 아울러 그 차광층(22)의 각 쌍의 패턴의 일부 영역상에 형성되며, 위상천이층(23)의 측면이 완만하게 경사져 있다.

한편, 상기 위상천이층(23)의 측면의 완만한 경사를 형성하기 위해서는 먼저, 제일 큰 크기의 포토 마스킹용 감광막(도시안됨)의 패턴을 상기 위상천이층(23)의 원하는 영역상에 형성하고 나서 그 감광막의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 위상천이층(23)을 가장 깊게 식각한다. 이어서, 두 번째 큰 크기의 포토 마스킹용 감광막(도시안됨)의 패턴을 상기 식각된 위상천이층(23)의 원하는 영역상에 형성하고 나서 그 두 번째 큰 크기의 포토 마스킹용 감광막의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 위상천이층(23)을 두 번째 깊게 식각한다. 이와 같은 방법을 반복한 후 최종적으로 제일 작은 크기의 포토 마스킹용 감광막(도시안됨)의 패턴을 그 식각된 위상천이층(23)의 원하는 영역상에 형성하고 나서 그 제일 작은 크기의 포토 마스킹용 감광막의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 위상천이층(23)을 가장 얕게 식각한다.

따라서, 사진식각공정이 여러번 실행되어 전체적인 마스크의 제조공정이 매우 복잡하게 되는 문제점이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 교대형 위상반전 마스크들에서는 위상천이층의 스페이서를 형성하기 위한 식각공정의 종료점이 확보되기 어려워 투광성 기판의 표면이 손상되고, 위상천이층의 측면의 완만한 경사를 얻기 위하여 여러단계의 사진 식각공정이 추가로 필요하게 되어 전체의 공정이 복잡하게 되며, 차광층이 형성된 후 위상천이층이 열공정에 의해 형성되어 그 차광층이 변형되는 한편, 반도체 소자를 제조하기 위한 노광공정에 있어서, 투광성 기판에 직접 접촉하는 위상천이층의 가장자리에 해당하는 지점의 반도체 기판상에 불필요한 패턴이 남게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 동일물질로 이루어진 투광부와 위상천이부와 투광성 기판상에 일체로 형성되고, 그 위상천이부와 그 투광부의 경계영역의 표면이 완만히 경사지게 되며, 그 경계영역상에 차광층이 형성되어 있어 그 투광부와 위상천이층 사이의 투과율 차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 그 투광부와 위상천이부의 경계에 따른 패턴 잔류현상을 방지할 수 있음으로써 고집적 반도체 소자를 제조하는데 적합한 교대형 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크는 투광성 기판과, 그 투광성 기판상에 형성된 투광층과, 그 투광층상에 원하는 패턴으로 형성된 위상천이층과, 그 위상천이층의 측면상에 원하는 패턴으로 형성된 차광층패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크는 투광성 기판과, 그 투광성 기판상에 형성되며 위상천이부와 투광부를 갖는 투광층과, 그 투광층 상에 형성되며, 그 투광층의 투광부상의 주개구부와 그 투광층의 위상천이부상의 보조개구부를 가지는 차광층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크의 제조방법은 투광성 기판상에 투광층을 형성하는 단계와, 그 투광층의 원하는 영역상에 위상천이층의 패턴을 형성하는 단계와, 그 위상천이층의 측면상에 차광층의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크의 제조방법을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크의 제조방법은 투광성 기판상에 위상천이부와 투광부를 갖는 투광층을 형성하는 단계와, 그 투광층의 투광부상의 주개구부와 그 투광층의 위상천이부상의 보조개구부를 갖는 차광층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 위상반전 마스크 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제7도를 참조하면 위상반전 마스크는 기판(31)과, 그 기판(31)의 전면상에 동일 물질의 투광부와 위상천이부가 일체로 형성된 층(36)과, 그 투광부와 위상천이부 사이의 완만하게 경사진 영역상에 형성되는 차광층(38)으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 층(36)은 열산화층으로 이루어져 있고, 제8도에 도시된 바와 같이, 그 층(36)의 투광부의 두께는 그 층(36)의 위상천이부의 두께보다 위상반전을 위한 두께(T)만큼 작게 되어 있다.

이와 같이 구성되는 위상반전 마스크의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제9도의 (a)를 참조하면, 먼저, 기판(31), 예를 들어 투광성 퀄츠(quartz)의 기판상에 산화막(32)과 비정질 실리콘층(33) 및 질화막(34)을 순차적으로 적층한다.

이후, 그 질화막(34)의 원하는 영역상에 감광막(35)의 패턴을 형성하고 그 감광막(35)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 질화막(34)을 식각하여 질화막(34)의 패턴을 형성한다.

제9도의 (b)를 참조하면, 상기 감광막(35)의 패턴을 제거한 후 상기 질화막(34)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 비정질 실리콘층(33)을 열산화하여 산화막을 형성함으로써 그 산화막과 산화막(32)이 일체로 되는 층(36)을 형성한다.

이때, 상기 질화막(34)으로 마스킹되지 않은 층(36)의 영역이 위상천이부가 되고, 상기 질화막(34)으로 마스킹된 층(36)의 영역이 투광부가 된다.

그리고, 상기 층(36)의 위상천이부의 두께가 산화막(32)의 두께에 해당하는 상의 총(36) 투광부의 두께보다 위상반전을 일으킬 수 있는 두께(T)만큼 크게 되어 상기 층(36)의 위상천이부와 투광부 사이의 영역의 표면이 완만하게 경사기게 된다.

한편, 그 질화막(34)의 패턴하에는 비정질 실리콘층(33)이 산화되지 않은채 일부 남아 있게 된다.

제9도의 (c)를 참조하면, 상기 질화막(34)의 패턴과 남아있는 비정질 실리콘층(33)을 순차적으로 제거한다.

이어서, 상기 층(36)상에 차광층(38)을 적층한 후 통상적인 사진식각법을 이용하여 상기 층(36)의 투광부와 위상천이부 사이의 영역상에 상기 차광층(38)의 패턴을 형성한다.

여기서, 상기 차광층(38)의 식각 종료점은 상기 층(36)이 인식되는 시점이다.

따라서, 제7도 및 제8도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 위상반전 마스크가 완성되는 것이다.

이와 같은 방법에 의해 제조되는 위상반전 마스크의 작용을 제10도와 제11도의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

반도체 소자의 제조공정중 포토리소그래피의 공정에 있어서, 상기 위상반전 마스크의 각 영역을 통과하는 노광된 광은 서로 다른 위상을 갖게 된다.

즉, 상기 층(36)의 위상천이부와 기판(31)을 순차적으로 통과하는 광이 제10도에 도시된 바와 같이, 음의 값의 일정한 진폭을 갖게 되는 반면에, 상기 층(36)의 투광부와 기판(31)을 순차적으로 통과하는 광은 상기 음의 진폭의 값과 동일한 값을 가지며 양의 값의 일정한 진폭을 갖게 된다.

그렇지만, 상기 광이 반도체 기판(도시안됨)상의 감광막(도시안됨)에 전달되는 경우, 제11도 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 위상천이부를 통과한 광은 음의 값의 진폭을 가지며 그 음의 값의 진폭이 상기 차광층(38)에 가까워짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 상기 투광부를 통과한 광은 양의 값의 진폭을 가지며 그 양의 값의 진폭이 상기 차광층(38)에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

또한, 제11도 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 위상천이부와 투광부를 각각 통과한 광은 동일한 값의 양의 세기를 가지게 되며, 상기 차광층(38)에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

이하, 본 발명에 의한 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제12도를 참조하면, 위상반전 마스크는 기판(41)과, 그 기판(41)상에 형성된 층(46)과, 그 층(46)상에 형성되는 콘택홀을 위한 주개구부와 그 층(46)상에 형성되며 그 주개구부의 각 변으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 보조개구부들을 갖는 차광층(48)으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 층(46)은 열산화층으로 이루어져 있고, 제13도에 도시된 바와 같이, 상기 주개구부가 형성된 층(46)의 투광부의 두께는 상기 보조개구부들이 형성된 층(46)의 위상천이부의 두께보다 위상반전을 위한 두께(T)만큼 크게 되어 있다. 상기 보조개구부의 폭은 상기 주개구부의 폭보다 작게 된다.

그리고, 상기 층(46)은 투광부와 위상천이부 사이의 완만하게 경사진 영역상의 차광층(48)에 의해 콘택홀을 위한 주개구부가 상기 층(46)의 투광부상에 형성되어 있고, 상기 층(46)의 위상천이부상의 차광층(48)과, 상기 층(46)의 투광부와 위상천이부 사이의 완만하게 경사진 영역상의 차광층(48)에 의해 보조개구부들이 상기 위상천이부상에 각각 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 위상반전 마스크의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제14도의 (a)를 참조하면, 먼저, 기판(41), 예를 들어 투광성 퀄츠의 기판상에 산화막(42)과 비정질 실리콘층(43) 및 질화막(44)을 순차적으로 적층한다.

이후, 상기 질화막(44)의 원하는 영역상에 감광막(45)의 패턴을 형성하고 그 감광막(45)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 질화막(44)을 식각하여 질화막(44)의 패턴을 형성한다.

제14도의 (b)를 참조하면, 상기 감광막(45)의 패턴을 제거한 후 상기 질화막(44)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 비정질 실리콘층(43)을 열산화하여 산화막을 형성함으로써 그 산화막과 산화막(42)이 일체로 되는 층(46)을 형성한다.

이때, 상기 질화막(44)으로 마스킹되지 않은 층(46)의 영역이 투광부가 되고, 상기 질화막(44)으로 마스킹된 층(46)의 영역이 위상천이부가 된다.

그리고, 상기 층(46)의 투광부의 두께가 상기 산화막(42)의 두께에 해당하는 상기 층(46)의 위상천이부의 두께보다 위상반전을 위한 두께(T)만큼 크게 되어 상기 층(46)의 투광부와 위상천이부 사이의 영역의 표면이 완만하게 경사지게 된다.

한편, 상기 질화막(44)의 패턴하에는 비정질 실리콘층(43)이 산화되지 않은 채 남아 있게 된다.

제14도의 (c)를 참조하면, 상기 질화막(44)의 패턴과 남아있는 비정질 실리콘층(43)을 순차적으로 제거한다.

이어서, 상기 층(46)상에 차광층(48)을 적층한 후 통상적인 사진식각법을 이용하여 제12도와 제13도에 도시된 바와 같이, 상기 층(46)상에 차광층(48)의 주개구부와 보조개구부들을 형성한다.

따라서, 제12도 및 제13도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 위상반전 마스크가 완성되는 것이다.

이와 같은 방법에 의해 제조되는 위상반전 마스크의 작용을 제15도와 제16도의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

반도체 소자의 제조공정중 포토리소그래피의 공정에 있어서, 상기 위상반전 마스크의 각 영역을 통과하는 광은 서로 다른 위상을 갖게 된다.

즉, 제15도에 도시된 바와 같이, 상기 보조개구부를 거쳐 상기 위상천이부와 기판(41)을 순차적으로 통과하는 광이 음의 값의 진폭을 갖게 되는 반면에, 상기 주개구부들을 거쳐 상기 투광부와 기판(41)을 순차적으로 통과하는 광은 상기 음의 진폭의 값과 동일한 값을 가지며 양의 진폭을 갖게 된다.

그렇지만, 반도체 기판(도시안됨)상의 감광막(도시안됨)에 노광되는 경우, 제16도 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 위상천이부를 통과한 광은 음의 값의 진폭을 가지며 그 음의 값의 진폭이 상기 차광층(48)에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 상기 투광부를 통과한 광은 양의 값의 진폭을 가지며 그 양의 값의 진폭이 상기 차광층(48)에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

또한, 제16도 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 투광부를 통과한 광은 보다 큰 값의 양의 세기를 가지며 그 세기가 상기 위상천이층(46)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 상기 위상천이부를 통과한 광은 보다 작은 값의 양의 세기를 가지며 그 세기가 상기 투광부의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

따라서, 상기 주개구부를 거쳐 상기 층(46)의 투광부를 통과한 광이 그 주개구부의 패턴을 상기 감광막에 형성할 수 있는 반면에, 상기 보조개구부들을 거쳐 상기 층(46)의 위상천이부를 통과한 광은 그 보조개구부들의 패턴을 상기 감광막에 형성하지 않으면서 상기 주개구부의 패턴이 형성되는 상기 감광막의 영역의 광세기를 증가시킨다.

이하, 본 발명에 의한 또 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제17도를 참조하면, 위상반전 마스크는 기판(51)과, 그 기판(51)상에 형성되며 자신의 중앙부의 미리 정해진 영역에 콘택홀을 위한 홈을 갖는 층(56)과, 그 층(56)의 중앙부를 제외한 영역상에 형성되는 차광층(58)으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 층(56)은 열산화층으로 이루어져 있고, 제18도에 도시된 바와 같이, 상기 층(56)의 중앙부의 두께는 상기 층(56)의 중앙부를 제외한 영역의 두께보다 크게 되어 있어 상기 층(56)의 중앙부와 상기 층(56)의 중앙부를 제외한 영역 사이의 영역의 표면이 완만하게 경사지게 된다.

그리고, 상기 층(56)은 중앙부인 위상천이부의 두께는 그 위상천이부에 상기 홈이 형성된 영역인 투광부의 두께보다 위상반전을 위한 두께(T)보다 크게 되어 있어 상기 홈이 위상반전을 위한 깊이(T)를 가진다.

그리고, 상기 차광층(58)은 상기 층(56)의 중앙부와 상기 층(56)의 중앙부를 제외한 영역 사이의 완만하게 경사진 영역과 상기 층(56)의 중앙부를 제외한 영역상에 형성되어 그 차광층(58)의 표면이 상기 층(56)의 중앙부의 표면과 서로 평탄하게 된다.

이와 같이 구성되는 위상반전 마스크의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제19도의 (a)를 참조하면, 먼저, 기판(51), 예를 들어 투광성 퀄츠의 기판상에 산화막(52)과 비정질 실리콘층(53) 및 질화막(54)을 순차적으로 적층한다.

이후, 그 질화막(54)의 원하는 영역상에 감광막(55)의 패턴을 형성하고 그 감광막(55)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 질화막(54)을 식각하여 질화막(54)의 패턴을 형성한다.

제19도의 (b)를 참조하면, 상기 감광막(55)의 패턴을 제거한 후 상기 질화막(54)의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 비정질 실리콘층(53)을 열산화하여 산화막을 형성함으로써 그 산화막과 산화막(52)이 일체로 되는 층(56)을 형성한다.

이때, 상기 질화막(54)으로 마스킹되지 않은 층(56)의 영역이 위상천이층이 되고, 후속의 공정에 의해 상기 위상천이층에 콘택홀을 위한 홈이 형성되는 영역이 투광부가 된다.

그리고, 상기 층(56)의 위상천이부의 두께가 상기 질화막(54)으로 마스킹된 영역의 층(52)의 두께에 해당하는, 상기 층(56)의 두께보다 크게 되어 상기 층(56)의 두 영역 사이의 영역의 표면이 완만하게 경사지게 된다.

한편, 그 질화막(54)의 패턴하에는 비정질 실리콘층(53)이 산화되지 않은 채 남아 있게 된다.

제19도의 (c)를 참조하면, 상기 질화막(54)의 패턴과 남아있는 비정질 실리콘층(53)을 순차적으로 제거한다.

이어서, 상기 층(56)상에 차광층(58)을 적층한 후 화학기계적 연마법 또는 이방성 식각특성을 갖는 건식식각법으로 그 차광층(58)을 식각하여 상기 층(56)의 위상천이부를 제외한 영역과 그 위상천이부의 완만하게 경사진 영역상에 형성함으로써 상기 차광층(58)의 표면과 상기 층(56)의 위상천이부의 표면이 서로 평탄하게 된다.

이때의 식각 종료점은 상기 층(56)이 인식되는 시점이다.

제19도의 (d)를 참조하면, 통상적인 사진식각법을 이용하여 상기 층(56)의 위상천이부의 투광부에 위상반전을 일으킬 수 있는 깊이(T)의 홈을 형성한다.

따라서, 제17도 및 제18도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 위상반전 마스크가 완성되는 것이다.

이와 같은 방법에 의해 제조되는 위상반전 마스크의 작용을 제20도와 제21도의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

반도체 소자의 제조공정중 포토리소그래피의 공정에 있어서, 상기 위상반전 마스크의 투광부와 위상천이부를 통과하는 광은 서로 다른 위상을 갖게 된다.

즉, 제20도에 도시된 바와 같이, 상기 위상천이부와 기판(51)을 순차적으로 통과하는 광은 음의 값의 진폭을 갖게 되는 반면에, 상기 홈을 상기 투광부와 기판(51)을 순차적으로 통과하는 광은 상기 음의 진폭의 값과 동일한 값을 가지며 양의 진폭을 갖게 된다.

그렇지만, 반도체 기판(도시안됨)상의 감광막(도시안됨)에 노광되는 경우, 제21도 (a)에 도시된 바와 같이, 위상천이부를 통과한 광은 음의 값의 진폭을 가지며 그 음의 값의 진폭이 상기 차광층(58)과 상기 투광부에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 상기 투광부를 통과한 광은 양의 값의 진폭을 가지며 그 양의 값의 진폭이 상기 위상천이층에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

또한, 제21도 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 투광부를 통과한 광의 세기는 상기위상천이부를 통과한 광보다 큰 값의 양의 세기를 가지며 상기 위상천이층(46)의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 되는 한편, 상기 위상천이부를 통과한 광의 세기는 상기 투광부의 가장자리에 가까와짐에 따라 0으로 감소하게 된다.

따라서, 상기 투광부를 통과한 광은 콘택홀을 위한 패턴을 상기 감광막에 형성할 수 있는 반면에, 상기 위상천이부를 통과한 광은 패턴을 상기 감광막에 형성하지 않으면서 상기 콘택홀을 위한 패턴이 형성되는 상기 감광막의 영역의 광세기를 증가시킨다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 위상반전 마스크의 기판상에 동일한 물질의 위상천이부와 투광부를 일체로 형성하여 그 위상천이부와 투광부의 투과율의 차를 줄일 수 있고, 그 기판의 표면을 노출시키지 않으면서 그 차광층을 식각하여 그 위상천이부와 투광부상에 차광층의 패턴을 형성함으로써 그 기판의 표면손상을 방지할 수 있으며, 위상천이층을 형성한 후 그 위상천이층상에 차광층을 형성하여 위상천이층의 변형을 방지할 수 있는 한편, 위상천이층을 열산화법으로 형성하여 기판의 표면을 보다 평탄하게 형성할 수 있고 원하는 미세한 선폭의 패턴을 보다 용이하게 형성할 수 있다.

Claims (9)

1. 투광성 기판과, 상기 투광성 기판상에 형성된 투광층과, 상기 투광층상에 형성된 위상천이층과, 상기 위상천이층의 측면상에 형성된 차광층패턴을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 투광층과 상기 위상천이층이 동일물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
3. 제2항에 있어서, 상기 투광층과 상기 위상천이층이 산화막으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 위상천이층의 측면이 완만하게 경사지게 구성된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
5. 투광성 기판상에 투광층을 형성하는 단계와, 상기 투광층의 원하는 영역상에 위상천이층의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 위상천이층의 측면상에 차광층의 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 위상천이층의 패턴을 형성하는 단계는 상기 투광층 상에 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 실리콘층상에 절연막의 패턴을 형성하는 단계와 상기 절연막의 패턴으로 마스킹되지 않은 영역의 상기 실리콘층을 산화시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 위상천이층의 패턴과 상기 투광층이 일체화되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
8. 투광성 기판과, 상기 투광성 기판상에 형성되며 위상천이부와 투광부를 갖는 투광층과, 상기 투광층상에 형성되며 그 투광층의 투광부상의 주개구부와 그 투광층의 위상천이부상의 보조개구부를 가지는 차광층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
9. 투광성 기판상에 위상천이부와 투광부를 갖는 투광층을 형성하는 단계와, 상기 투광층의 투광부상의 주개구부와 그 투광층의 위상천이부상의 보조개구부를 갖는 차광층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.