KR100213226B1 - 마스크 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크 및 이의 제조 방법을 개시한다. 마스크는 노광시 빛이 투과되지 않는 부분 사이에서 빛의 위상이 반전되는 부분과 반전되지 않는 부분이 교번된 제 1 영역; 및 노광시 빛의 일정량이 투과되는 부분과 빛이 투과되지 않는 부분을 포함한 제 2 영역을 구비한다. 상기 마스크를 제조하는 방법은, 마스크 기판 상에 제 1 차광층 및 제 1 감광막을 차례로 형성하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 선택적으로 노광하고 상기 제 1 감광막을 패터닝하는 단계; 상기 제 1 감광막을 식각 마스크로하여 상기 제 1 차광층을 식각하는 단계; 상기 제 1 감광막을 제거하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 제 2 감광막을 형성하는 단계; 상기 마스크 기판에 위상 반전부를 형성하기 위해 선택적으로 노광하고 상기 제 2 감광막을 패터닝하는 단계; 상기 제 2 감광막을 식각 마스크로하여 노출된 마스크 기판을 식각하는 단계; 상기 제 2 감광막을 제거하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 제 3 감광막을 형성하는 단계; 상기 제 1 차광층 사이의 마스크 기판을 선택적으로 노출시키기 위해 노광하고 상기 제 3 감광막을 패터닝하는 단계; 및 상기 노출된 마스크 기판 상에 제 2 차광층을 형성하고 상기 제 3 감광막을 제거하는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 마스크 즉, 위상 반전 방법과 투과율 조절 방법을 혼합한 마스크를 이용하여 셀 어레이부와 주변회로부를 구비한 반도체 기판 상에 감광막을 증착한 후 노광 공정을 진행하면, 주변회로부의 이웃하는 감광막 사이에서 감광막이 블리징(bridging)되는 현상이 나타나지 않으므로 반도체 기판 전면에서 원하는 감광막 패턴을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Description

마스크 및 이의 제조 방법

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 마스크에 관한 것으로, 특히 노광 공정시 위상 반전 방법과 투과율 조절 방법을 혼합한 마스크 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체소자가 날로 고집적화되어 그 패턴이 미세해짐에 따라 통상의 투과형 포토 마스크(transparent photo mask)로는 그 패턴의 구현이 어렵게 되었다.

이에 레벤손(levenson)형 위상 반전 마스크(PSM; Phase Shift Mask)는 광원의 종류에 따라 쉬프터의 두께를 조절하여 빛의 파장을 반전시키는 원리를 이용한 것으로, 투과형 포토 마스크보다 그 제조는 어려우나 구현된 패턴의 해상도(resolution)와 초점심도(Depth of Focus)가 증가되는 잇점이 있다.

특히, 레벤손(levenson)형 위상 반전 마스크(PSM)는 개구부간의 거리가 충분히 작을 때 그 효과가 더 잘 나타난다.

투과율 조절 마스크(TCM;Trnsmittance Controlled Mask)는 마스크 패턴의 일부분에서 투과율을 조절할 수 있으므로 충실도(Fidelity) 및 초점 심도(DOF;Depth Of Focus)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 마스크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

도면 참조 번호 1은 마스크 기판을, 3·3a는 차광층을, 5·5a는 제 1 감광막을, 7·7a는 제 2 감광막을 그리고 9는 위상 반전부를 각각 나타낸다.

도 1a를 참조하면, 마스크 기판(1) 상에 차광층(3) 및 제 1 감광막(5)을 형성하여 일반적인 블랭크(blank) 마스크를 형성한 후 노광공정을 진행한다.

상기 마스크 기판(1)은 석영을 사용하여 형성하고, 상기 제 1 감광막(5)은 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 사용하여 형성한다.

상기 차광층(3)은 크롬(Cr)을 사용하여 형성하고, 그 두께는 노광시 빛이 투과되지 않는 두께로 형성한다.

상기 노광 공정은 상기 마스크 기판(1)의 소정 부분, 예컨대 반도체 제조를 위한 패터닝 공정시 빛이 투과되어야 할 부분이 노출되도록하기 위한 것으로 전자 빔(beam), 혹은 레이저(laser)를 이용하여 선택적으로 노광시킨다.

도 1b를 참조하면, 상기 제 1 감광막(5)을 현상한 후 연속하여 상기 차광층(3)을 습식 식각함으로써 패터닝된 제 1 감광막(5a)/차광층(3a)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 상기 제 1 감광막(5a)을 제거하는 공정과 상기 마스크 기판(1) 상에 제 2 감광막(7)을 형성한 후 노광하는 공정을 진행한다.

상기 노광 공정은 상기 마스크 기판(1)에 위상 반전 영역을 형성하기 위한 것으로 상기 마스크 기판(1) 상에 선택적으로 노광한다.

도 1d를 참조하면, 상기 제 2 감광막(7)을 현상하여 제 2 감광막(7a)을 형성한 후 연속하여 상기 마스크 기판(1)을 건식 식각한다.

그 결과 상기 마스크 기판(1)에는 위상 반전부(9)가 형성되는데, 상기 위상 반전부(9)는 그 이외의 영역과 비교할 때 노광 공정시 빛의 위상이 180。(Π) 반전된다.

이때 상기 마스크 기판(1)을 건식 식각하는 깊이는 λ/2(n-1)에 의해 결정되어 지는데, 여기서 λ는 노광되는 스텝퍼(stepper)의 파장을, n은 노광되는 스텝퍼 파장에 대한 마스크 기판(1)의 굴절율을 각각 나타낸다.

도 1e를 참조하면, 상기 제 2 감광막(7a)를 제거함으로써 위상 반전부(9)가 교번된 영역(A)과 위상 반전부를 구비하지 않은 영역(B)을 구비한 마스크를 완성한다.

상기 위상 반전부(9)가 교번된 영역은 반도체 제조 공정에서 패턴이 규칙적이고 개구부가 조밀하게 형성되는 셀 어레이부에 패턴을 형성하기 위한 것이고, 상기 위상 반전부를 구비하지 않은 영역(B)은 패턴이 규칙적이지 못한 주변회로부에 패턴을 형성하기 위한 것이다.

이는 반도체 기판의 주변회로부에는 패턴이 규칙적이지 않아 위상 반전 방법을 적용하기 힘들기 때문이다.

도 2는 상기 도 1a 내지 도 1e에서 완성한 마스크를 이용하여 반도체 기판에 노광하는 공정을 나타낸다.

도면 참조 번호 21은 반도체 기판을. 23은 물질층을, 25는 감광막을, 27은 마스크를 그리고 9는 위상 반전부를 각각 나타낸다.

즉 반도체 기판(21) 상에 형성된 물질층(23)을 패터닝하기 위해 상기 물질층(23) 상에 감광막(후속 공정에서 25로 패터닝됨)을 증착한 후 라인/스페이스 패턴의 마스크(27)를 이용하여 노광하고 현상함으로써 패터닝된 감광막(25)을 형성한다.

이때 상기 마스크(27)는 위상 반전부(9)가 교번된 영역은 상기 반도체 기판(21)의 셀 어레이부에 정렬(align)하고, 위상 반전부를 구비하지 않은 영역은 주변 회로부에 정렬하여 노광한다.

그 결과 상기 반도체 기판(21)의 셀 어레이부에서는 감광막(25)이 라인/스페이스 패턴을 형성하는 반면, 주변회로부에서는 라인과 라인 사이인 스페이스에서 감광막이 블리징(bridging)되는 현상이 나타난다.

이는 노광(Exposure) 공정시 상기 마스크(27) 중 위상 반전부(9)가 교번된 영역보다 위상 반전부를 구비하지 않은 영역을 투과하는 빛의 양(exposure dose)이 70∼80% 많기 때문이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 셀 어레이부와 주변회로부를 구비한 반도체 기판 상에 증착된 감광막을 패터닝하기 위한 노광 공정시 위상 반전 방법과 투과율 조절 방법을 혼합한 마스크를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 마스크를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 마스크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

도 2는 상기 도 1a 내지 도 1e에서 완성한 마스크를 이용하여 반도체 기판에 노광하는 공정을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 의한 마스크를 나타낸다.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 의한 마스크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

도 5는 상기 도 4a 내지 도 4g에서 완성한 마스크를 이용하여 반도체 기판에 노광하는 공정을 나타낸다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 노광시 빛이 투과되지 않는 부분 사이에서 빛의 위상이 반전되는 부분과 반전되지 않는 부분이 교번된 제 1 영역; 및 노광시 빛의 일정량이 투과되는 부분과 빛이 투과되지 않는 부분을 포함한 제 2 영역을 구비하는 것을 특징으로하는 마스크를 제공한다.

상기 제 2 영역은 마스크 기판 상에 서로 다른 두께의 차광층을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 마스크 기판 상에 제 1 차광층 및 제 1 감광막을 차례로 형성하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 선택적으로 노광하고 상기 제 1 감광막을 패터닝하는 단계; 상기 제 1 감광막을 식각 마스크로하여 상기 제 1 차광층을 식각하는 단계; 상기 제 1 감광막을 제거하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 제 2 감광막을 형성하는 단계; 상기 마스크 기판에 위상 반전부를 형성하기 위해 선택적으로 노광하고 상기 제 2 감광막을 패터닝하는 단계; 상기 제 2 감광막을 식각 마스크로하여 노출된 마스크 기판을 식각하는 단계; 상기 제 2 감광막을 제거하는 단계; 상기 마스크 기판 상에 제 3 감광막을 형성하는 단계; 상기 제 1 차광층 사이의 마스크 기판을 선택적으로 노출시키기 위해 노광하고 상기 제 3 감광막을 패터닝하는 단계; 및 상기 노출된 마스크 기판 상에 제 2 차광층을 형성하고 상기 제 3 감광막을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로하는 마스크 제조 방법을 제공한다.

상기 제 1 차광층과 제 2 차광층은 크롬(Cr)을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제 1 차광층은 노광시 빛이 투과되지 않는 두께로 형성하고 상기 제 2 차광층은 노광시 빛의 일정량이 투과되는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 의한 마스크, 즉 위상 반전 방법과 투과율 조절 방법을 혼합한 마스크를 이용하여 셀 어레이부와 주변회로부를 구비한 반도체 기판 상에 감광막을 증착한 후 노광 공정을 진행하면, 주변회로부의 이웃하는 감광막 사이에서 감광막이 블리징(bridging)되는 현상이 나타나지 않으므로 반도체 기판 전면에서 원하는 감광막 패턴을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 마스크를 나타낸다.

도면 참조 번호 31은 마스크 기판을, 33은 제 1 차광층을 그리고 35는 제 2 차광층을 각각 나타낸다.

마스크 기판(31)은 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)으로 나누어지는데, 상기 제 1 영역(A)은 제 1 차광층(33)으로 인해 상기 마스크 기판(31)이 노출되지 않은 부분, 상기 마스크 기판(31)이 노출된 부분 그리고 노광시 빛의 위상이 반전될 수 있도록 상기 마스크 기판(31)의 소정 두께가 식각된 부분을 구비한다.

상기 마스크 기판(31)이 노출되지 않은 부분에서는 상기 제 1 차광층(33)으로 인해 노광시 빛이 투과되지 않고, 상기 마스크 기판(31)이 노출된 부분은 노광시 위상이 반전되지 않는다.

즉, 상기 제 1 영역(A)은 위상이 반전되는 부분과 반전되지 않는 부분이 상기 제 1 차광층(33) 사이에 교변된 형태를 이룬다.

상기 제 2 영역(B)은 상기 마스크 기판(31)이 노출되지 않고 상기 마스크 기판(31) 상에 서로 다른 두께의 차광층, 예컨대 제 1 차광층(33)과 제 2 차광층(34)이 형성되어 있다.

이때 상기 제 2 차광층(35)의 두께에따라 상기 제 2 영역(B)을 투과하는 빛의 양, 즉 투과율이 달라진다.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 의한 마스크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.

도면 참조 번호 41은 마스크 기판을, 43·43a는 제 1 차광층을, 45·45a는 제 1 감광막을, 47·47a는 제 2 감광막을, 49는 위상 반전부를, 51·51a는 제 3 감광막을, 52는 투과율 조절부를 그리고 53은 제 2 차광층을 각각 나타낸다.

도 4a를 참조하면, 마스크 기판(41) 상에 제 1 차광층(43) 및 제 1 감광막(45)을 형성하여 일반적인 블랭크(blank) 마스크를 형성한 후 노광공정을 진행한다.

상기 마스크 기판(41)은 석영을 사용하여 형성하고, 상기 제 1 감광막(45)은 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 사용하여 형성한다.

상기 제 1 차광층(43)은 크롬(Cr)을 사용하여 형성하고, 그 두께는 노광 공정시 빛이 투과되는 두께로 형성한다.

상기 노광 공정은 상기 마스크 기판(41)의 소정 부분, 예컨대 반도체 제조를 위한 패터닝 공정시 빛이 투과되어야 할 부분이 노출되도록하기 위한 것으로 전자 빔(beam), 혹은 레이저(laser)를 이용하여 선택적으로 노광시킨다.

도 4b를 참조하면, 상기 제 1 감광막(45)을 현상한 후 연속하여 상기 제 1 차광층(43)을 습식 식각함으로써 패터닝된 제 1 감광막(45a)/제 1 차광층(43a)을 형성한다.

도 4c를 참조하면, 상기 제 1 감광막(45a)을 제거하는 공정과 상기 마스크 기판(41) 상에 제 2 감광막(47)을 형성한 후 노광하는 공정을 진행한다.

상기 노광 공정은 상기 마스크 기판(41)에 위상 반전 영역을 형성하기 위한 것으로 상기 마스크 기판(41) 상에 선택적으로 노광한다.

도 4d를 참조하면, 상기 제 2 감광막(47)을 현상하여 제 2 감광막(47a)을 형성한 후 연속하여 상기 마스크 기판(41)을 건식 식각한다.

그 결과 상기 마스크 기판(41)에는 위상 반전부(49)가 형성되는데, 상기 위상 반전부(49)은 그 이외의 영역과 비교할 때 노광 공정시 빛의 위상이 180。(Π) 반전된다.

이때 상기 마스크 기판(41)을 건식 식각하는 깊이는 λ/2(n-1)에 의해 결정되어 지는데, 여기서 λ는 노광되는 스텝퍼(stepper)의 파장을, n은 노광되는 스텝퍼 파장에 대한 마스크 기판(41)의 굴절율을 각각 나타낸다.

도 4e를 참조하면, 상기 상기 제 2 감광막(47a)을 제거하는 공정 그리고 상기 마스크 기판(41) 상에 제 3 감광막(51)을 형성한 후 노광하는 공정을 진행한다.

이는 상기 제 1 차광층(43a) 사이의 마스크 기판(41)을 선택적으로 노출시켜 이를 투과하는 빛의 양(dose)을 조절하기 위한 것이다.

도 4f를 참조하면, 상기 제 3 감광막(51)을 현상하여 제 3 감광막(51a)을 형성한다.

그 결과 상기 마스크 기판(41)의 소정 영역, 즉 상기 도 4e에서 선택적으로 노광시킨 부분이 노출되어 투과율 조절부(52)가 형성된다.

도 4g를 참조하면, 상기 공정들 결과 형성된 마스크 기판(41) 상에 스퍼터링(Sputtering) 방법을 이용하여 크롬(Cr)을 증착함으로써 상기 투과율 조절부에 제 2 차광층(53)을 형성한다.

이어서 황산을 이용하여 상기 제 3 감광막(51a)을 리프팅(Lifting)방식으로 제거하는데, 그결과 상기 제 3 감광막(51a)뿐만아니라 상기 제 3 감광막(51a)상에 증착된 크롬도 함께 제거된다.

그 결과, 위상 반전부(49)가 교번된 영역(A)과 제 2 차광층(53)으로 투과율을 조절할 수 있는 영역(B)을 구비한 마스크를 완성한다.

도 5는 상기 도 4a 내지 도 4g에서 완성한 마스크를 이용하여 반도체 기판에 노광하는 공정을 나타낸다.

도면 참조 번호 61은 반도체 기판을. 63은 물질층을, 65는 감광막을, 67은 마스크를, 49는 위상 반전부를, 71은 마스크 기판을, 73a는 제 1 차광층을 그리고 83은 제 2 차광층을 각각 나타낸다.

반도체 기판(61) 상에 형성된 물질층(63)을 패터닝하기 위해 상기 물질층(63) 상에 감광막(후속 공정에서 65로 패터닝됨)을 증착한 후 라인/스페이스 형의 마스크(67)를 이용하여 노광한다.

상기 마스크(67) 중 위상 반전부(49)가 교번된 영역은 상기 반도체 기판(61)의 셀 어레이부에 정렬(align)하고, 제 1 차광층(73a)과 제 2 차광층(83)을 구비한 영역, 즉 투과율을 조절할 수 있는 영역은 주변 회로부에 정렬하여 노광한다.

그 결과 상기 반도체 기판(61)의 주변회로부에서는 상기 노광 공정시 상기 마스크(67)중 제 2 차광막(83)의 두께를 조절하여 노광 도우즈(exposure dose)를 낮출수 있음으로, 감광막의 블리징(bridging) 현상이 나타나지 않는다.

본 발명은 이에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

이상, 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 마스크, 즉 위상 반전 방법과 투과율 조절 방법을 혼합한 마스크를 이용하여 셀 어레이부와 주변회로부를 구비한 반도체 기판 상에 증착된 감광막을 패터닝하기 위해 노광 공정을 진행하면, 주변회로부의 이웃하는 감광막 사이에서 감광막이 블리징(bridging)되는 현상이 나타나지 않으므로 반도체 기판 전면에서 원하는 감광막 패턴을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 노광시 빛이 투과되지 않는 부분 사이에서 빛의 위상이 반전되는 부분과 반전되지 않는 부분이 교번된 제 1 영역;및

   노광시 빛의 일정량이 투과되는 부분과 빛이 투과되지 않는 부분을 포함한 제 2 영역을 구비하는 것을 특징으로하는 마스크.
2. 제 1 항에 있어서 상기 제 2 영역은 마스크 기판 상에 서로 다른 두께의 차광층을 구비하는 것을 특징으로하는 마스크.
3. 마스크 기판 상에 제 1 차광층 및 제 1 감광막을 차례로 형성하는 단계;

   상기 마스크 기판 상에 선택적으로 노광하여 상기 제 1 감광막을 패터닝하는 단계;

   상기 제 1 감광막을 식각 마스크로하여 상기 제 1 차광층을 식각하는 단계;

   상기 제 1 감광막을 제거하는 단계;

   상기 마스크 기판 상에 제 2 감광막을 형성하는 단계;

   상기 마스크 기판에 위상 반전부를 형성하기 위해 선택적으로 노광하고 상기 제 2 감광막을 패터닝하는 단계;

   상기 제 2 감광막을 식각 마스크로하여 노출된 마스크 기판을 식각하는 단계;

   상기 제 2 감광막을 제거하는 단계;

   상기 마스크 기판 상에 제 3 감광막을 형성하는 단계;

   상기 제 1 차광층 사이의 마스크 기판을 선택적으로 노출시키기 위해 노광하고 상기 제 3 감광막을 패터닝하는 단계; 및

   상기 노출된 마스크 기판 상에 제 2 차광층을 형성하고 상기 제 3 감광막을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로하는 마스크 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 차광층과 제 2 차광층은

   크롬(Cr)을 사용하여 형성하는 것을 특징으로하는 마스크 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 차광층은

   노광시 빛이 투과되지 않는 두께로 형성하는 것을 특징으로하는 마스크 제조 방법.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 차광층은

   노광시 빛의 일정량이 투과되는 두께로 형성하는 것을 특징으로하는 마스크 제조 방법.