KR0166825B1 - 위상반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents

위상반전 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 마스크에 관한 것으로, 특히 개구부의 투과광을 효과적으로 높일 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 위상 반전 마스크의 제조 방법은 투명 마스크 원판상에 식각 보호 층, 차광층, 투광층을 차례로 형성하는 공정과, 복수개의 위상 반전 영역 및 그 사이사이의 오픈 영역을 정의하고 상기 위상 반전 영역상에만 남도록 투광층을 식각하여 투광 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 투광 패턴층을 마스크로 하여 차광층을 식각하고 남아있는 차광층의 측면 일부를 산화시켜 차광 패턴층과 열산화 투광 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 투광 패턴층과 노출된 식각 보호층의 전면에 음성 레지스트를 도포하고, 마스크 없이 후면 노광을 실시하여 차광 패턴층 상부의 음성 레지스트만을 제거하는 공정과, 상기의 남아있는 음성 레지스트를 마스크로 하여 차광 패턴층을 제외한 위상 반전 영역에 열산화 투광 패턴층과 투광 패턴층이 차례로 적층되어진 림 반전층을 형성하는 공정과, 상기 남아있는 음성 레지스트에 셀프 얼라인시켜 노출된 위상 반전 영역에 하프톤층을 형성하고 남아있는 음성 레지스트를 제거하는 공정을 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 본 발명의 위상 반전 마스크의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 반투명 반전층의 양측에 림 반전층이 자체 정렬되므로 공정이 정확하게 이루어져 식각에 의한 결함 발생을 억제한다.
그러므로 균일한 위상 반전 마스크를 제공할 수 있게 된다.
둘째, 림 반전층의 상층부가 사전에 형성되므로 림 반전층의 모서리 각도 조절이 용이하여 에지 강조 효과를 높일 수 있다.
셋째, 반전층이 반투명막과 나란히 형성되므로 습식 식각이 별도로 필요하지 않아 반투명막 형성시에 언더컷 현상을 막아 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 폴리 실리콘의 부분산화에 의해 반투명막 형성이 가능하므로 공정을 단순화하는 효과가 있다.

Description

위상반전 마스크의 제조 방법
제1도(a)내지(d)는 종래 기술의 위상반전 마스크의 공정 단면도.
제2도(a)내지(d)는 종래 기술의 다른 위상반전 마스크의 공정 단면도.
제3도(a)내지(h)는 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 공정 단면도.
제4도(a)내지(f)는 본 발명에 따른 다른 위상반전 마스크의 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 투명 마스크 원판 32 : 식각 보호층
33 : 차광층 34 : 투광층
35 : 양성 레지스트 패턴 36 : 투광 패턴층
37 : 열산화 투광 패턴층 38,39 : 음성 레지스트
40 : 차광 패턴층 41 : 반전층
42 : 반투명 반전층 43 : 산화막층
본 발명은 반도체 마스크에 관한 것으로, 특히 개구부의 투과광을 효과적으로 높일 수 있는 위상반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에 많이 사용되는 포토 리소그래피 공정은 반도체 소자를 만들고자 하는 모양으로 광을 투과시키는 부분과 광을 차단하는 부분으로 나누어진 포토 마스크를 많이 사용한다.
일반 포토 마스크는 차광 패턴과 투과 패턴으로 구성되어 선택적인 노광을 할 수 있도록 되어 있다.
그러나 소자의 고집적화에 의해 패턴 밀도가 증가함에 따라 광의 회절 현상이 발생하여 해상도 향상에 제한이 있었다.
그러므로 상기와 같은 포토 마스크의 문제점을 개선할 수 있는 위상반전 마스크(Phase Shifted Mask)를 이용하여 해상도를 증가시키는 공정이 많이 연구되고 있다.
이와 같은 마스크들은 마스크 제조 기술의 발달로 광의 위상차를 응용한 변형 마스크들이 등장하여 광학 해상 한계를 늘려 놓았다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 따른 위상반전 마스크에 관하여 설명하면 다음과 같다.
제1도(a)내지(d)는 종래 기술의 위상반전 마스크의 공정 단면도이고, 제2도(a)내지(d)는 종래 기술의 다른 위상반전 마스크의 공정 단면도이다.
1982년 IBM의 M.D.Leveson이 SPIE에 처음으로 위상반전 마스크(Phase Shifting Mask)에 대한 개념을 발표하였다.
위상 반전 마스크는 위상 변조 투과층을 통과한 빛의 위상을 180° 반전시켜 일반 투광층을 통과한 빛과 상쇄 간섭을 일으켜 보통의 마스크보다 해상력과 초점심도를 향상시킬 수 있는 마스크이다.
레벤슨의 얼터네이트형 위상반전 마스크(Alternate type PSM)가 종래의 마스크의 형태를 바꾸어 놓으면서부터 콘택홀의 해상한계를 높이기 위해 니타야마(Nitayama)등이 제안한 림형 위상반전 마스크(RIM type PSM)가 출현하였고, 히다치(Hitachi)의 데라사와(Terasawa)도 1989년 SPIE에 아웃리거형 위상반전 마스크(Outrigger type PSM)를 발표하여 그 분야의 실용성이 매우 높아지고 있는 추세이다.
이와함께 감쇄형 위상반전 마스크(또는 Half-Tone PSM)등도 개발되어 PSM의 면적을 획기적으로 줄일 수 있었다.
먼저, 니타야마등이 IEDM에 처음 발표한 림형 위상반전 마스크의 제조 공정을 제1도(a)내지(d)를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
림형 위상반전 마스크는 림 반전층(RIM Shifter)의 마진을 확보하기 위하여 차광 패턴을 습식 식각한다.
제1도(a)에서와 같이, 투명 마스크 원판(1)위에 차광층, 레지스트(2)층을 차례로 형성하고 상기 레지스트(2)층을 패터닝하여 그를 마스크로 하여 차광층을 선택적으로 식각하여 차광 패턴층(3)을 형성한다.
이어, 제1도(b)에서와 같이, 상기 차광층을 선택적으로 제거하기 위해 마스크로 사용된 레지스트(2)층을 제거한 후에 PMMA(Poly Methyl Meth Acryrate)(4)를 전면에 도포하여 반전 투광층(4)을 형성한다.
그리고 상기 반전 투광층(4)을 투명 마스크 원판(1)의 이면으로부터 노광을 실시하여 제1도(c)에서와 같이 차광 패턴층(3)의 형태에 따라 반전 패턴층(5)을 형성한다.
이어, 제1도(d)에서와 같이, 상기 차광 패턴층(3)을 습식 식각하여 림 반전층(RIM Shifter)이 드러나도록 언더컬(Under-Cut)되어진 형태의 습식 식각된 차광 패턴층(6)을 형성하여 마스크를 완성한다.
그리고 종래 기술에 따른 다른 위상 반전 마스크에 관하여 설명하면 다음과 같다.
림형 위상 반전 마스크(RIM type PSM)의 차광부를 반투명부로 대치하여 위상 반전 마스크를 제조한 것으로 다음과 같은 공정으로 형성된다.
먼저, 제2도(a)에서와 같이, 투명 마스크 원판(1)상에 반투명의 크롬층을 증착하여 반투명막(7)을 형성한다.
그리고 상기 반투명막(7)상에 투명한 반전 투광층(4)을 형성한후에 그 반전 투광층(4)상에 양성 레지스트를 도포하고 선택적으로 전자선을 전사하여 양성 레지스트 패턴층(8)을 형성한다.
이어, 제2도(b)에서와 같이, 상기의 양성 레지스트 패턴층(8)을 마스크로하여 노출된 반전 투광층(4)을 건식 식각으로 제거한다.
그리고 제2도(c)에서와 같이, 하층의 반투명막(7)을 반전 투광층(4)이 제거된 부분을 통하여 습식 식각하여 제2도(d)에서와 같이 상기 양성 레지스트 패턴층(8)을 제거하여 위상 반전 마스크를 완성한다.
상기와 같은 종래 기술의 위상 반전 마스크는 반전 투광층을 통과한 빛의 위상을 180°반전시켜 일반 투광층을 통과한 빛과 상쇄 간섭을 일으켜 보통의 마스크보다 해상력과 촛점 심도를 향상시킬 수 있다.
그러나 종래 기술의 위상 반전 마스크는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 차광 반전층 또는 반투명막을 습식 식각으로 패터닝하므로 언더컷 현상이 발생하여 반전 투광층의 두께 및 폭의 조절이 어렵게 된다.
둘째, 반전 투광층과 차광 반전층(또는 반투명부)사이의 접착력이 떨어져 정확한 위상 반전 효과를 기대하기가 어렵다.
셋째, 각층의 식각 공정시에 발생하는 기판 손상에 의해 균일한 위상 반전 마스크를 얻기가 어렵다.
넷째, 반전 투광층을 감광 유기물로 사용할 경우에 림 반전층의 에지(Edge)강조 효과가 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 위상 반전 마스크의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 반투명막의 위상 반전 효과를 이용하여 개구부의 투과광을 효과적으로 높인 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상 반전 마스크의 제조 방법은 투명 마스크 원판상에 식각 보호층, 차광층을 차례로 형성하는 공정과, 상기 차광층상에 투광 패턴층을 형성하고 그를 마스크로하여 노출된 차광층을 선택적으로 식각하여 복수개의 위상 반전 영역 및 그 사이사이의 오픈 영역을 정의하는 공정과, 상기 위상 반전 영역의 투광 패턴층 하측에 남아있는 차광층의 측면 일부를 산화시켜 차광 패턴층과 열산화 투광 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 투광 패턴층과 노출된 식각 보호층의 전면에 음성 레지스트를 도포하고, 마스크 없이 후면 노광을 실시하여 차광 패턴층 상부의 음성 레지스트를 제거하는 공정과, 상기의 남아있는 음성 레지스트를 마스크로 하여 노출된 부분을 제외한 위상 반전 영역에는 열산화 투광 패턴층과 투광 패턴층이 차례로 적층되어진 림 반전층을 형성하는 공정과, 상기 노출된 위상 반전 영역에 반투명 반전층을 형성하고 남아있는 음성 레지스트를 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도(a)내지(h)는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 공정 단면도이다.
본 발명의 위상 반전 마스크는 웨이퍼의 노광시에 림 반전층의 효과를 최대한 높이고, 반전 투광층의 에지를 강조한 것으로 차광 패턴층(또는 반투명 패턴층)의 양옆에 림 반전층을 자체 정렬시켜 형성한 것이다.
먼저, 제3도(a)에서와 같이, 투명 마스크 원판(31)상에 후공정에서 식각 공정의 엔드 포인트(End Point)로 이용되는 식각 보호층(32)을 형성하고 그 상측에 폴리 실리콘을 증착하여 차광층(33)을 형성한다.
이어, 상기 차광층(33)상에 SiO2등을 이용하여 투광층(34)을 형성하고 그 상측에 양성 레지스트를 증착하고 전자선을 선택적으로 조사하여 양성 레지스트 패턴(35)을 형성한다.
그리고 제3도(b)에서와 같이, 상기 양성 레지스트 패턴(35)을 이용하여 노출된 투광층(34)을 선택적으로 제거하여 투광 패턴층(36)을 형성한다.
이어, 상기 투광층(34)의 제거 공정으로 노출된 차광층(33)을 제거하고 상기 양성 레지스트 패턴(35)을 제거한다.
그리고 제3도(c)에서와 같이, 산소 분위기에서 상기 차광층(33)의 측면부를 산화시켜 차광 패턴층(40)을 형성하고 그 측면에 열산화 투광 패턴층(37)을 형성한다.
이어, 전면에 음성 레지스트(38)(39)를 도포하고, 마스크 없이 후면 노광을 실시하여 제3도(d)에서와 같이, 전사부의 음성 레지스트(39)만을 남기고 비전사부의 음성 레지스트(38)를 제거한다.
그리고 제3도(e)에서와 같이, 상기 비전사부의 음성 레지스트(38)가 제거되어 노출된 투광 패턴층(36)의 일부와, 차광 패턴층(40)을 식각한다.
이어, 제3도(f)에서와 같이, 전사부의 음성 레지스트(39)와 노출된 식각 보호층(32)의 전면에 스퍼터링 공정으로 크롬이 1/10 함유된 Si를 증착하여 반투명 반전층(42)을 형성한다.
그리고 제3도(g)에서와 같이, 수용액 상태에서 침전시켜 상기 전사부의 음성 레지스트(39)사이의 반투명 반전층(42)을 액상 성장시켜 산화막층(43)을 형성한다.
이어, 제3도(h)에서와 같이, 남아있는 전사부의 음성 레지스트(39)와 그 상측의 반투명 반전층(42)을 제거하면 반투명 반전층(42)의 양측에 림 반전층이 형성되는 위상 반전 마스크가 완성된다.
그리고 종래 기술의 위상 반전 마스크의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 관하여 설명하면 다음과 같다.
제4도(a)내지(f)는 본 발명에 따른 다른 위상 반전 마스크의 공정 단면도이다.
먼저, 제4도(a)에서와 같이, 투명 마스크 원판(31)상에 후공정에서 식각 공정의 엔드 포인트(End Point)로 이용되는 식각 보호층(32)을 형성하고 그 상측에 폴리 실리콘을 증착하여 차광층(33)을 형성한다.
이어, 상기 차광층(33)상에 SiO2등을 이용하여 투광층(34)을 형성하고 그 상측에 양성 레지스트를 증착하고 전자선을 선택적으로 조사하여 양성 레지스트 패턴(35)을 형성한다.
그리고 제4도(b)에서와 같이, 상기 양성 레지스트 패턴(35)을 이용하여 노출된 투광층(34)을 선택적으로 제거하여 투광 패턴층(36)을 형성한다.
이어, 상기 투광층(34)의 제거 공정으로 노출된 차광층(33)을 제거하고 상기 양성 레지스트 패턴(35)을 제거한다.
그리고 제4도(c)에서와 같이, 산소 분위기에서 상기 차광층(33)의 측면부를 산화시켜 차광 패턴층(40)을 형성하고 그 측면에 열산화 투광 패턴층(37)을 형성한다.
이어, 전면에 음성 레지스트(38)(39)를 도포하고, 마스크 없이 후면 노광을 실시하여 제4도(d)에서와 같이, 전사부의 음성 레지스트(39)만을 남기고 비전사부의 음성 레지스트(38)를 제거한다.
그리고 제4도(e)에서와 같이, 상기 비전사부의 음성 레지스트(38)가 제거되어 노출된 투광 패턴층(36)의 일부를 식각한다.
이어, 제4도(f)에서와 같이, 전사부의 음성 레지스트(39)를 마스크로하여 상기 차광 패턴층(40)의 일부를 열산화하여 열산화 투광 패턴층(37)을 형성한다.
그리고 상기 비전사부의 음성 레지스트(39)를 제거하여 차광 패턴층(40)과 열산화 투광 패턴층(37)이 적층된 반투명 반전층 및 상기 반투명 반전층의 양측에 림 반전층을 갖는 위상 반전 마스크를 완성한다.
상기와 같은 본 발명의 위상 반전 마스크는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 반투명 반전층의 양측에 림 반전층이 자체 정렬되므로 공정이 정확하게 이루어져 식각에 의한 결함 발생을 억제한다.
그러므로 균일한 위상 반전 마스크를 제공할 수 있게 된다.
둘째, 림 반전층의 상층부가 사전에 형성되므로 림 반전층의 모서리 각도 조절이 용이하여 에지 강조 효과를 높일 수 있다.
셋째, 반전층이 반투명막과 나란히 형성되므로 습식 식각이 별도로 필요하지 않아 반투명막 형성시에 언더컷 현상을 막아 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 폴리 실리콘의 부분산화에 의해 반투명막 형성이 가능하므로 공정을 단순화하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 투명 마스크 원판상에 식각 보호층, 차광층, 투광층을 차례로 형성하는 공정과, 복수개의 위상 반전 영역 및 그 사이사이의 오픈 영역을 정의하고 상기 위상 반전 영역상에만 남도록 투광층을 식각하여 투광 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 투광 패턴층을 마스크로 하여 차광층을 식각하고 남아있는 차광층의 측면 일부를 산화시켜 차광 패턴층과 열산화 투광 패턴층을 형성하는 공정과, 상기 투광 패턴층과 노출된 식각 보호층의 전면에 음성 레지스트를 도포하고, 마스크 없이 후면 노광을 실시하여 차광 패턴층 상부의 음성 레지스트만을 제거하는 공정과, 상기의 남아있는 음성 레지스트를 마스크로 하여 차광 패턴층을 제외한 위상 반전 영역에 열산화 투광 패턴층과 투광 패턴층이 차례로 적층되어진 림 반전층을 형성하는 공정과, 상기 남아있는 음성 레지스트에 셀프 얼라인시켜 노출된 위상 반전 영역에 하프톤층을 형성하고 남아있는 음성 레지스트를 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 식각 보호층은 SnO2를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 투광 패턴층은 SiO2를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 차광층은 열산화가 가능한 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 차광층은 Si를 함유한 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하프톤층은 반투명 반전층을 형성하고 그를 30℃정도의 온도에서 액상 성장시켜 형성된 산화막층을 적층하여 광투과율이 5∼ 30%가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 하프톤층은 차광층과 그를 열산화시켜 형성된 산화막층을 적층하여 광투과율이 5 ∼ 30%가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 림 반전층은 두께(d)가 d=λ/2(n-1), (λ는 노광원의 파장이고 n은 림 반전층의 굴절율)이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 투광 패턴층은 투광층상에 양성 레지스트를 증착하는 공정과, 상기 양성 레지스트에 전자선을 선택적으로 조사하여 양성 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 양성 레지스트 패턴을 이용하여 노출된 투광층을 선택적으로 제거하는 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
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