KR0167249B1 - 위상반전마스크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상반전마스크 제조방법에 관한 것으로, 투명기판 상에 위상반전막과 차폐막을 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 차폐막 위에 불순물층을 형성하는 공정과; 상기 불순물층의 불순물을 상기 차폐막 내로 선택 확산시키는 공정과; 상기 불순물이 확산되지 않은 차폐막을 제거하는 공정 및; 상기 위상반전막을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 마스크 제조를 완료함으로써, 1) 차폐막을 무기질 레지스트로 형성할 수 있어 저온공정이 가능할 뿐 아니라 마스크기판의 왜곡을 방지할 수 있으며, 2) 차폐막의 식각 선택비가 매우 우수하여 수직 측벽을 용이하게 형성할 수 있고, 3) 쉬프터를 차폐막 하부에 형성하여 차폐막 단차에 의한 영향을 상쇄시켜 위상반전효과를 향상시킬 수 있는 고신뢰성의 위상반전마스크를 실현할 수 있게 된다.

Description

위생반전마스크 제조방법
제1a도 내지 제1b도는 종래 기술에 따른 위상반전마스크 제조방법을 도시한 공정수순도.
제2a도 내지 제2b도는 종래 기술에 따른 위상반전마스크 제조방법을 도시한 공정수순도.
제3a도 내지 제3g도는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 도시한 공정수순도.
제4a도 내지 제4c도는 본 발명으로서, 빔 전자에 따른 위상반전마스크의 특성을 도시한그래프로.
제4a도는 마스크 바로 밑에서의 진폭 특성을 도시한 그래프.
제4b도는 웨이퍼 위에서의 진폭 특성을 도시한 그래프.
제4c도는 위상이 반전된 상태에 있어서, 웨이퍼 위에서의 인텐시티 특성을 도시한 그래프.
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 Ag/Ge-Se 시스템의 노광파장과 투과율 간의 관계를 도시한 그래프.
제6a도 내지 제6h도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 도시한 공정수순도,
제7a도 내지 제7h도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 도시한 공정수순도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 투명기판 102 : 유기질 폴리머
102' : 잠재 이미지가 형성된 유기질 폴리머
104 : 무기질 감광막 104-a : 은이 도핑된 무기질 감광막
104-b : 은이 도핑되지 않은 무기질 감광각
106 : 은 함유막 108 : 산화막
본 발명은 위상반전마스크(Pphase shifter mask: 이하, PSM이라 한다) 제조방법에 관한 것으로, 특히 얼트네이트 형(alternate type)에 적합하도록 설계된 차광효과가 뛰어난 무기질 레지스트를 이용한 위상반전마스크 제조방법에 관한 것이다.
최근 가장 광범위하게 이용되고 있는 위상반전마스크는 그 근간이 되는 얼트네이트 형 PSM을 들 수 있으며, 제1도 및 제2도에는 상기 PSM을 제조하는 대표적인 방법들을 일 예로서 간략하게 도시해 놓았다.
상기 PSM을 형성하는 기본 방법은 크롬 차광 패턴을 사이에 두고 쉬프터(shifter) 물질이 하나 걸러 하나씩 형성되도록 만든 것으로, 먼저 제1a도가 제1b도에 도시된 공정부터 살펴보면 다음과 같다.
우선, 마스크 기판(1) 상에 크롬 차광막을 형성한 다음, 이를 서로 소정 간격 이격되도록 식각처리하여 차광막 패턴(4)을 형성하고, 레지스트(2)를 상기 차광막 패턴(4)이 형성된 기판 전면에 증착한 뒤, 쉬프터 형성부만 선택적으로 노출시킨다. 이어, 상기 패턴 전면에 스퍼터(sputter)법으로 형성용 물질인 산화막(SiO2)(3)을 증착시켜 제1a도에 도시된 바와 같은 패턴을 형성한다.
그후, 제1b도에 도시된 바와 같이 리프트-오프(lift-off) 방법으로 쉬프터 패턴(3')을 제외한 부분의 산화막(3) 및 레지스트(2)를 제거함으로써, 위상반전마스크 제조공정을 완료한다.
그러나, 상기 공정은 리프트-오프 방법에 의한 공정 진행시 기판표면에 잔존된 입자(particle)에 의해 오염이 발생될 수 있을 뿐 아니라 쉬프터의 단차 문제로 인하여 위상반전효과를 균일하게 얻를 수 없다는 단점을 가진다.
한편, 이와는 또 다른 제조방법으로서, 제2a도 내지 제2b도에 도시된 공정을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 제2a도에 도시된 바와 같이 마스크기판(1) 상에 크롬 차광막을 증착한 뒤 이를 서로 소정 간격 이격되도록 식각처리하여 차광막 패턴(4)을 형성하고, 상기 차광막 패턴(4)이 형성된 기판 전면에 유기질 폴리머인 PMMA(polymethyl methacrylate)막(5)을 증착한다.
그후 쉬프터 형성부를 제외한 영역에만 선택적으로 E빔(E.beam)을 전사(radiation)시켜, 상기 PMMA를 식각처리함으로써 제2b도에 도시된 바와 같은 쉬프터 패턴(5')을 형성하여 위상반전마스크 제조공정을 완료한다.
그러나, 상기 공정 또한 크롬 단차 문제로 인하여 쉬프터 효과를 제대로 얻기 힘들다는 단점을 가진다.
뿐만 아니라 상기 제조 공정들에 의해 형성된 얼트네이트 형의 위상반전마스크는, 차광막이나 쉬프터 형성시 크롬 증착에 따른 고온 열처리 공정이 수반되므로 기판에 응력이 발생하여 마스크 왜곡(distortion)이 발생되는 단점을 가진다.
이에 본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 무기질 감광막을 차폐막으로 사용하여 위상반전마스크를 제조함으로써, 마스크기판의 변형을 방지함과 동시에 위상반전효과를 향상시킬 수 있도록 한 위상반전마스크 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법은 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 공정과 상기 위상반전막상에 무기질 감광막을 형성하는 공정과; 상기 무기질 감광막의 선택영역내에 불순물을 확산시키는 공정과; 상기 불순물이 확산되지 않는 상기 무기질 감광막을 제거하는 공정과; 상기 위상반전막을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법은 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 공정과; 상기 위상반전막상에 무기질 감광막을 형성하는 공정과; 상기 무기질 감광막의 선택영역내에 불순물을 확산시키는 공정과; 불순물이 확대되지 않는 상기 무기질 감광막을 제거하는 공정과; 상기 위상반전막 표면에 선택적으로 실리레이션층을 형성하는 공정과; 상기 실리레이션층을 마스크로 사용하여 상기 위방반전막을 식각하는 공정을 포함하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 제조공정 결과, 무기질 감광막인 차폐막 단차에 의한 영향을 상쇄할 수 있게 되어 위상반전효과를 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 차광효과가 뛰어난 무기질 감광막을 차폐막으로 사용하여 위상반전마스크를 제조토록 한 것으로, 여기서 이용되는 무기질 감광막은 조성식으로 GexSe1-x(x=-.1-0.33)가 되는데 즉, 전체조성을 1로 보면 x의 하한치에서는 Ge는 0.1이고, Se는 0.9이며, x의 상한치에서는 Ge는 0.33이고, Se는 0.67이 되며, 상기 물질은 은(Ag)이 확산되면 투과율이 더 감소되는 특성을 갖는다.
상기와 같은 특성의 무기질 감광막을 이용하여 PSM을 구현하는 방법을 제1 내지 제3실시예를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저 제1실시예로서, 제3a도 내지 제3h도에 도시된 공정수순도를 설명한다.
우선, 제3a도에 도시된 바와 같이 마스크기판인 투명기판(100) 상에 위상반전막으로서 유기질 폴리머(102)인 PMMA막을 증착하고, 제3b도에 도시된 바와 같이 상기 유기질 폴리머(102) 상에 차폐막으로서 무기질 감광막(104)인 Ge10Se90(germanium selenide)막을 PECVD 스퍼터법을 이용하여 1000 내지 4000Å의 두떼로 형성한다. 이때, 상기 무기질 감광막(104)의 최적 투께는 2000 내지 3500Å로, 여기서는 그 두께로 2500Å로 형성한다.
그후, 제3c도에 도시된 바와 같이 은(Ag)이 함유된 불순물인 AgNO3수용액으로 상기 무기질 감광막(104)을 표면처리하여 약 100Å 두께의 은 함유막(106)를 형성하고, 선택적으로 E빔을 전사한다. 이때, 상기 은 함유막(106)의 두께는 50 내지 300Å 범위 내의 값이 모두 가능하다.
그 결과, 제3d도에 도시된 바와 같이 선택적으로 빔이 전사된 부분은 은 함유막(106)이 확산에 의해 무기질 감광막(104)에 도핑되어 노광부에는 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)이 형성된다.
이어서, 제3e도에 도시된 바와 같이 비노광부의 은 함유막(106')을 HNO3-HCl-H2O 용액으로 제거하고, 그 하부의 무기질 감광막(104-b)을 알카리성분의 현상액인 (CH3)2NH 수용액을 이용하여 제거하거나 또는 CF4, CHF3, SF6등을 이용한 건식현상법으로 제거하여 제3f도에 도시된 바와 같은 패턴을 형성한다.
그 다음, E빔 또는 UV으 선택적 전사를 통하여 제3f도에 도시된 바와 같이 기판(100)의 소정 부분이 드러나도록 유기질 폴리머(102)를 제거함으로써 본 공정을 완료한다.
그 결과, 상기 기판(100) 상에는 유기질 폴리머(102)로 이루어진 쉬프터가 형성되고, 상기 쉬프터 상에는 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)으로 이루어진 차광막이 서로 소정 간격 이격되도록 형성된 구조의 PSM이 만들어지게 된다.
이때, 쉬프터인 상기 유기질 폴리머(102)의 두께(T)는 기판을 투과한 전사빔과 위상반전이 일어날 수 있도록 T = λ/2(n-1)로 형성한다. 여기서 λ는 전사빔의 파장(wavelength)을 나타내며, n은 쉬프터의 굴절률을 나타낸다.
제4a도에는 빔 전사에 따른 상기 PSM(제3g도) 바로 밑에서의 진폭(amplitude) 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 제4b도에는 빔 전사에 따른 웨이퍼 위에서의 진폭 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 제4c도에는 상기 PSM에 의해 위상이 반전된 상태의 웨이퍼 상에서의 인텐시티(intensity) 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
상기 그래프로부터, 레지스트 패턴 형성만으로도 쉬프터 및 차폐막 형성이 가능함을 알 수 있다.
이와 같이 차폐막을 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)으로 형성하고, 쉬프터를 유기질 폴리머(102)인 Ge-Se층으로 형성할 경우, 보다 샤프(sharp)한 차폐막 종단면도(profile) 및 쉬프트 종단면도를 얻을 수 있게 된다.
이것은, 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)이 산소(O2)에 대한 반응성 이온식각(RIE) 내성이 강할 뿐 아니라, 은이 도핑되지 않은 무기질 감광막(104-b)에 대한 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)의 식각선택비(selectivity), 예컨대 Ge-Se; Ag/Ge-Se가 SF6의 경우 500:1, CF4의 경우 390:1, 일반 알카리 용액의 경우 20:1등으로 상대적으로 뛰어나므로 패턴 형성 공정 진행이 매우 유리하기 때문이다.
또한, 언급된 바와 같이 상기 무기질 감광막에 은을 확산시킨 Ag/Ge-Se를 차폐막으로 이용함으로써 그 물성 특성상 투과율을 더욱 감소시킬 수 있게 되는데, 제5도에는 그 결과로서, Ag/Ge-Se 시스템에 있어서의 투과율(transmitnce)과 노광파장 간의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
상기 도면 결과로부터 i-라인 이하로 갈수록 차광효과가 더 개선됨을 알 수 있는데, 이는 상기 공정이 특히 단파장 전사공정에 유리하게 적용될 수 있음을 뜻한다.
다음으로, 제2실시예로서 상기와 같은 특성을 갖는 PSM 구현방법 제6a도 내지 제6h도에 도시된 공정수순도를 참조하여 설명한다.
상기 실시예는 제6a도 내지 제6g도까지는 제3a도 내지 제3g도에 도시된 공정과 동일한 수순에 따라 공정을 진행하고, 상기 유기질 폴리머(102)를 마스크로 하여 표면이 노출된 기판(100)을 두께 T = λ/2(n-1)만큼 식각한 후, 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)을 마스크로 상기 유기질 폴리머(102)인 PMMA를 식각함으로써, 제3h도에 도시된 구조의 PSM 제조공정을 완료한다. 여기서 λ는 전사빔의 파장(wavelength)을 나타내며, n은 쉬프터의 굴절율을 나타낸다.
한편, 제3실시예로서 상기와 같은 특성을 갖는 PSM 구현방법을 제7a도 내지 제7h도에 도시된 공정수순도를 참조하여 설명한다.
상기 실시예는 PMMA 쉬프터의 측벽을 수직에 가깝게 형성하기 위하여 선택적 산소 반응성이온식각을 이용한 기술로서, 제7a도 내지 제7e도까지는 제3a도 내지 제3e도에 도시된 공정과 동일한 수순에 따라 공정을 진행한다.
이후, 은이 도핑된 무기질 감광막(104-a)이 형성되어 있는 유기질 폴리머(102) 상에 제7f도에 도시된 바와 같이 선택적 노광(exposure)을 실시하여 제7g도에 도시된 바와 같이 상기 유기질 폴리머(102) 내에 잠재 이미지(latent image)(빗금친 부분)를 남긴다.
그 다음, 진공상태에서 HMDS(hexamethyldisilazane)를 기화시켜 실리레이션(silylation)층을 형성한 후, 산소 플라즈마를 이용한 반응성이온식각으로 건식식각을 실시하게 되면, 제7h도에 도시된 바와 같이 잠재 이미지가 남겨진 노광된(exposed) 상기 유기질 폴리머(102') 표면에는 실리레이션층에 의해 얇은 산화막(108)이 형성되고, 노출된 비노광된(non-exposed) 유기질 폴리머(102)만이수직으로 제거된다.
이때, 노광된 유기질 폴리머(102')인 PMMA가 쉬프터 역할을 하게 되는데, 상기 유기질 폴리머의 두께(T)는 T = λ/2(n-1)로 형성하여 위상이 180℃ 반전되도록 한다. 여기서 두께 T는 산화막(108)과 노광된 유기질 폴리머(102')를 합한 총 두께를 뜻하며, λ는 전사빔의 파장(wavelength)을, n은 쉬프터의 굴절율을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차폐막을 무기질 감광막으로 형성할 수 있어 저온공정이 가능할 뿐 아니라 마스크기판의 왜곡을 방지할 수 있으며, 차폐막의 식각 선택비가 매우 우수하여 수직 측벽을 용이하게 형성할 수 있고, 쉬프터를 차폐막 하부에 형성하여 차폐막 단차에 의한 영향을 상쇄시켜 위상반전효과를 향상시킬 수 있는 고신뢰성의 PSM을 실현할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 공정과; 상기 위상반전막상에 무기질 감광막을 형성하는 공정과; 상기 무기질 감광막의 선택영역내에 불순물을 확산시키는 공정과; 불순물이 확산되지 않는 상기 무기질 감광막을 제거하는 공정과; 상기 위상반전막을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기질 감광막은 GeXSe1-X로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불순물층은 은 함유막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  4. 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 공정과; 상기 위상반전막상에 무기질 감광막을 형성하는 공정과; 상기 무기질 감광막의 선택영역내에 불순물을 확산시키는 공정과; 불순물이 확산되지 않는 상기 무기질 감광막을 제거하는 공정과; 상기 위상반전막을 표면에 선택적으로 제거하는 실리레이션층을 형성하는 공정과; 상기 실리레이션층을 마스크로 사용하여 상기 위상반전막을 식각하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
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