KR100207473B1 - 위상반전마스크의 제작방법 - Google Patents

Abstract

마스크의 식각할 때 발생하는 결함의 영향을 줄일 수 있는 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법이 개시되어 있다. 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 피노광물로의 패턴전사를 위한 차광막을 형성하는 단계와, 상기 차광막 상에 제1 물질층 및 제2 물질층을 형성하는 단계와, 상기 제2 물질층 상에 위상반전막 패터닝을 위한 포트레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 및 제2 물질층을 복수회 나누어서 식각함으로써, n1 π/2 (여기서, n1 = 1,3,5 ... 홀수) 두께의 제1위상반전막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판을 복수회 나누어 식각함으로써, 상기 제1 위상반전막이 형성된 차광막의 인접패턴 아랫 부분에 n2 π/2 (여기서, n2 = 1,3,5 ... 홀수) 두께의 제2 위상반전막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제작방법을 제공한다.

Description

위상반전마스크의 제작방법

제1a도 내지 제1d도는 종래의 기판-식각형 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들.

제2a도 내지 제2c도는 종래의 SOG-도포형 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들.

제3a도 내지 제3h도는 본 발명에 의한 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 석영기판 12 : 차광막

16 : 제1 레지스트 패턴 18 : 제1 위상반전막

20 : 제2 레지스트 패턴 22 : 제2 위상반전막

본 발명은 위상반전마스크(phase shift mask)의 제작방법에 관한 것으로, 특히 반전막의 유·무에 따른 임계치수의 차이를 억제할 수 있는 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법에 관한 것이다.

반도체장치의 집적도가 증가함에 따라 패턴의 사이즈가 점점 감소되고 있는 높은 해상도를 갖는 새로운 리소그라피 방법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라, 마스크 측면에서 해상도나 초점심도를 증가시키기 위해 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 사이즈의 패턴을 노광할 수 있는 위성반전마스크가 개발되었다.

즉, 빛이 마스크 기판을 통과할 때나 반전막(shifter)을 통과할 때, 그 파장은 진공중의 파장을 반전막 물질의 굴절율로 나눈 값으로 짧아진다. 따라서, 같은 위상의 빛이 반전막의 유·무에 따라서 차이가 생기게 되며, 이 때 광 위상차이를 θ=2πt(n-1)/λ(식 중, n은 반전막의 굴절율이고, t는 반전막의 두께이고, λ는 사용되는 파장이다)이고, θ가 π인 경우에 반전막을 통과한 광선은 역위상을 갖게된다. 따라서, 광투광부 부분만을 통과한 빛과 반전막을 통화한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 반전막을 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면, 공간에서는 빛의 강도가 제로가 되어 콘트라스트가 증가한다.

이러한 위상반전마스크는 종래의 다른 미세패턴 형성방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크 제조 방법의 변경 만으로 빛의 회절을 역이용하여 마스크의 분해능이 30%정도 향상될 수 있기 때문에 차세대 반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다.

상기와 같은 원리를 이용한 위상반전마스크의 예로서는, 라인과 스페이스가 밀집하게 반복되어 있는 경우 교대로 반전막을 배치함으로써 전기장 파동이 두 라인간에 상대적으로 반대 방향이 되도록 한 공간주파수변조형 위상반전마스크(Levenson Phase Shift Mask), 소정 패턴의 주위에 해상도 이하의 작은 보조 패턴을 넣어 위상을 반전시킨 보조반전막첨가형 마스크, 모든 패턴의 주위에 반전막을 형성시켜서 패턴에지 부분만을 개선한 주변효과강조형(Rim Shifter) 마스크, 크롬 없이 위상반전막의 경계면의 광량이 제로가 되는 원리를 이용한 무크롬위상시프트형(Chromless Phase Shifting) 마스크, 광차단부의 투과율을 “0”에서 “0”이 아닌 값으로 투과율을 높이고, 그 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 하프톤형(hafttone type)위상반전마스크 등을 들 수 있다.

이 중, 공간주파변조형 위상반전마스크는, 일정한 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 상기 패턴을 둘러싸는 불투명층(반전막)이 형성되어있다. 상기 패턴의 깊이는 광 경로차가 역위상이 형성될 수 있는 깊이로 형성된다. 따라서, 상기 패턴부의 경계에서 광의 간섭이 발생하여 보다 정확한 패턴 형성이 가능해진다. 일반적으로, 이러한 공간주파변조형 위상반전마스크는 상치(上置)형과 하치(下置)형으로 구분될 수 있는데, 상치형인 경우는 기판에 물질막을 적층한 후, 이를 식각하여 구성한 위상반전막을 의미하며, 하치형은 마스크 기판을 식각하여 구성한 위상반전막을 의미한다. 이하, 제1도 및 제2도를 참조하여 그 제작방법을 설명하고자 한다.

제1a도 내지 제1d도는 종래의 기판-식각형 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

제1a도를 참조하면, 유리 또는 석영으로 이루어진 기판(10) 상에 피노광물로의 패턴전사를 위해 패터닝된 크롬(Cr)으로 이루어진 차광막(12)을 형성한다.

제1b도를 참조하면, 상기 차광막(12)이 형성된 기판 전면에 레지스트(13)를 도포한다.

제1c도를 참조하면, 상기 레지스트(13)를 노광 및 현상하여 반전막 형성을 위한 레지스트 패턴(13a)을 형성한다.

제1d도를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(13a)을 식각마스크로 이용하여 상기 기판(10)을 식각함으로써, 차광막(12) 패턴들 사이에 π두께만큼의 반전막을 형성한다. 이어서, 상기 레지스트 패턴(13a)을 제거하면, 반전막이 차광막의 아래에 위치하는 하치형 공간주파변조형 위상반전마스크가 완성된다.

제2a도 내지 제2c도는 종래의 SOG-도포형 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

제2a도를 참조하면, 유리 또는 석영으로 이루어진 기판(10) 상에 통상적인 방법으로 크롬으로 이루어진 차광막(12) 패턴들을 형성한 후, 그 위에 SOG(Spin On glass)막(15) 및 레지스트(13)를 연속적으로 도포한다.

제2b도를 참조하면, 상기 레지스트(13)를 노광 및 현상하여 반전막 형성을 위한 레지스트 패턴(13a)을 형성한다.

제2c도를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(13a)을 식각마스크로 이용하여 상기 SOG막(15)을 식각함으로써, π 두께만큼의 SOG로 이루어진 반전막(15a)을 형성한다. 이어서, 상기 레지스트 패턴(13a)을 제거하면, 반전막이 차광막 위에 위치하는 상치형 공간주파변조형 위상반전마스크가 완성된다.

상술한 바와 같은 상치형 및 하치형 공간주파변조형 위상반전마스크에 의하면, 결함(defect) 콘트롤이 특히 문제가 된다. 상치형의 경우, SOG나 스터프링 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방법으로 형성된 실리콘산화물(SiO₂) 계열의 막질이 반전막으로 사용되는데, 일반적으로 결함없는 균일한 막질을 얻기가 쉽지 않기 때문에 현재 많이 사용되지 않는다. 하치형의 경우는, 통상의 차광막 마스크를 그대로 사용할 수 있어 많이 연구되고 있다. 그러나, 반전막의 유·무에 따라 임계치수(critical dimension; CD)의 차이(△CD)가 발생하게 되어, 이를 억제하기 위해 크롬 차광막 및 유리 또는 석영 기판을 언더커팅(undercutting)하여야 한다. 이때 돌출된(overhang) 크롬 차광막이 약해져서 후속 세정공정 등에 의해 깨지는 경우가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래의 공간주파변조형 위상반전마스크의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 마스크를 식각할 때 발생한 식각결함의 영향을 최소화할 수 있고, 반전막의 유·무에 따른 임계치수의 차이를 억제할 수 있는 상치형 및 하치형 위상반전막이 교번하는 위상반전마스크의 제작방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 피노광물로의 패턴전사를 위한 차광막을 형성하는 단계; 상기 차광막 상에 제1물질층 및 제2물질층을 형성하는 단계; 상기 제2 물질층 상에 위상반전막 패터닝을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 및 제2 물질층을 복수회 나누어 식각함으로써, n1 π/2 (여기서, n1 = 1,3,5...홀수) 두께의 제1 위상반전막을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판을 복수회 나누어 식각함으로써, 상기 제1 위상반전막이 형성된 차광막의 인접패턴 아랫 부분에 n2 π/2 (여기서, n2 = 1,3,5...홀수) 두께의 제2위상반전막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 상치형 및 하치형이 교번하는 위상반전막을 갖는 위상반전마스크의 제작방법을 제공한다.

본 발명은 종래의 상치형과 하치형 공간주파변조형 위상반전마스크의 절충형으로 SOG등으로 이루어진 제1 위상반전막과 기판을 복수회 식각하여 형성된 제2 위상반전막을 구비하는 공간주파변조형 위상반전마스크를 제공함으로써, 식각시에 결함이 발생하더라도 마스크의 결함이 반도체 기판에는 형성되지 않도록 함으로써 반전막의 유·무에 따른 임계치수의 차이를 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부함 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

제3a도 내지 제3h도는 본 발명에 의한 공간주파변조형 위상반전마스크의 제작방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

제3a도는 차광막(12)을 형성하는 단계를 나타낸다. 유리 또는 석영(quartz)으로 이루어진 마스크 기판(10) 상에 크롬을 증착한다. 사진식각 공정으로 상기 크롬을 식각하여, 피노광물로의 패턴 전사를 위한 크롬 차광막(12)을 형성한다.

제35b도는 제1 물질층(11)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 차광막(12) 상에 SOG를 도포하고 베이킹하여 제1 물질층(11)을 π/4 의 두께로 형성한다. 이때, 제1 상기 물질층(11)은 SOG 대신에 스퍼터된 실리콘산화막, CVD-실리콘산화막, 레지스트 또는 다른 투명막 등으로 형성할 수 있다. 이러한 차광막은 두께는 π/ 4 로 하지 않고 다른 두께로 변형하여 형성할 수 있다.

제3c도는 제2 물질층(17)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 제1물질층차광막(11) 상에 SOG를 다시 도포하고 베이킹하여 제2 물질층(17)을 π/4의 두께로 형성한다. 이때, 제2 상기 물질층(17)은 SOG대신에 스퍼터된 실리콘산화막, CVD-실리콘산화막, 레지스트 또는 다른 투명막 등으로 형성할 수 있다.

제3d도는 포토 레지스트 패턴(16)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 제2 물질층(17) 전면에 레지스트를 도포한 후, 이를 노광 및 현상항 위상반전막의 패터닝을 위한 포토 레지스트 패턴(16)을 형성한다.

제3e도는 제1 위상반전막(18)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 포토 레지스트 패턴(16)을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 물질층(17) 및 제1 물질층(11)을 식각함으로써, 제1 위상반전막(18)을 형성한다. 즉, 본 실시예에서 제1 위상반전막(18)은 SOG와 같은 물질층을 π/4씩 2회로 나누어 도포함으로써 형성된다.

제3f도는 제2 위상반전막(22)을 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 포토 레지스트 패턴(16)을 식각마스크로 사용하여 그 위에 상기 제1 위상반전막(18)이 형성되어 있는 차광막(12)의 인접패턴 아래부분에 있는 상기 기판(10)을 π/4의 깊이로 식각하여 제2 위상반전막(22)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 레지스트 패턴(16)을 제거하는 단계를 나타낸다.

제3g도는 상기 제3e도에 나타난 포토 레지스트 패턴(18)과 동일한 모양의 포토 레지스트 패턴(20)을 다시 형성하는 단계를 나타낸다. 이렇게 동일 포토 레지스트 패턴을 복수개로 형성하는 이유는 포토레지스트 패턴의 수회에 걸친 식각공정중에 마모가 발생하여 식각에서 발생할 수 있는 결함을 미연에 방지하기 위함이고, 가공하고자 하는 미세패턴의 선폭이 작은 경우에는 더욱 유리하다. 상세히 설명하면, 상기 결과물 전면에 레지스트를 다시 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 제2 위상반전막 패터닝을 위한 포토 레지스트 패턴(20)을 상기 제1 위상반전막(18) 상에 형성한다.

제3h도는 공간주파변형 위상반전마스크를 완성하는 단계를 나타낸다. 상기 포토 레지스트 패턴(20)을 식각마스크로 하여 노출된 상기 기판(10)을 π/4의 깊이로 다시 식각함으로써, 총 두계가 π/2가 되는 제2 위상반전막(22)을 형성한다. 즉, 본 실시예에서 제2 위상반전막(22)은 기판(10)을 π/4씩 2회로 나누어 식각함으로써 형성된다. 이어서, 상기 포토 레지스트 패턴(20)을 제거함으로써, 본 말명의 공간주파변조형 위상반전마스크를 완성한다.

살술한 본 발명의 실시예에 의하면, 제1 위상반전막은 π/4씩 2회, 제2 위상반전막은 π/4씩 2회로 각각 나누어서 형성함으로써, 보팅(voting)법과 같은 효과를 얻어 결함의 영향을 최소화할 수 있다. 즉, 식각중에 제1 및 제2 위상반전마스크에 결함이 발생하더라도 이것이 π/4 위상의 범위내에서만 문제가 되기 때문에 마스크가 사용되는 반도체 기판에는 실제로 마스크의 결함이 나타나지 않는다. 따라서 π/2로 식각된 마스크는 마스크를 식각할 때 발생된 결함이 반도체 기판에 그대로 전사가 된지만, 이것을 복수회로 나누어서 식각을 하면 반도체 기판에는 실지로 나타나지 않으면서 정교한 패턴을 형성할수 있는 마스크를 만드는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 제작 방법은 다소 복잡하지만, 결함이 없는 위상반전마스크를 얻기가 어려워 공간주파변조형 위상반전마스크가 사용되기 어려운 현실을 감안할 때 상당히 유용해질 수 있는 방법이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 공간주파변조형 위상반전마스크이 제작방법에 의한, SOG 등을 도포하여 형성된 상치형 제1 위상반전막과 기판을 식각하여 형성된 하치형 제2 위상반전막을 구비한다. 상기 제1 및 제2 위상반전막은 π/2씩 위상조절을 해야하기 때문에, 그 제작이 종래방법에 비해 상대적으료 용이하다.

또한, 기판을 식각하여 형성된 2 위상반전막과 SOG등을 도포하여 형성된 제1 위상반전막의 광량이 균형을 이루고 있으므로, 기판의 언더커팅없이 임계치수 차이의 억제가 가능해져서 돌출된 차광막의 깨짐과 문제가 발생하지 않는다.

더욱이, 상기 제1 위상반전막은 π/2ⁿ, 상기 제2 위상반전막은 π/2ⁿ(여기서, n 은 1,3,5...자연수)로 각각 n회씩 나누어서 형성할 수있으므로, 결함의 영향을 최소화할 수 있다.

본 발명이 상기 실시에에 한정되지않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (1)

1. 기판 상에 피노광물로의 패턴전사를 위한 차광막을 형성하는 단계; 상기 차광막 상에 제1 물질층 및 제2 물질층을 형성하는 단계; 상기 제2 물질층 상에 위상반전막 패터닝을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 및 제2물질층을 복수회 나누어서 식각하므로써, n1 π/2 (여기서, n1 = 1,3,5...홀수) 두께의 제1 위상반전막을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판을 복수회 나누어 식각함으로써, 상기 제1 위상반전막이 형성된 차광막의 인접패턴 아랫 부분에 n2 π/2 (여기서, n2 = 1,3,5...홀수) 두께의 제2 위상반전막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 상치형 및 하치형이 교반하는 위상반전막을 갖는 위상반전마스크의 제작방법.