KR100219485B1

KR100219485B1 - 위상반전 마스크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100219485B1
Application number: KR1019960025926A
Authority: KR
Inventors: 신인균
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-06-29
Filing date: 1996-06-29
Publication date: 1999-09-01
Also published as: US5814424A; KR980005324A; JPH1069061A; JP3998756B2; TW347484B

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 본 발명에 의한 위상반전 마스크는 위상반전영역과 위상 무반전 영역으로 구분되는 위상반전 마스크에 있어서, 상기 위상 무 반전영역의 일부에 입사광의 위상을 변화시키는 하프 톤(half tone)영역이 구비되어 있다. 따라서 위상 무 반전영역에 입사되는 광중 일부는 상기 하프톤 영역을 지나는 광과 상쇄간섭된다. 이 결과, 위상반전영역과 위상 무 반전영역을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭(CD)의 차이를 줄여 패턴의 균일성을 높일 수 있다.

Description

위상반전마스크(Phase Shift Mask) 및 그 제조방법

제1도는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크의 단면도이다.

제2도 내지 제4도는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

제5도는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크(Phase Shift Mask)에 의해 발생하는 임계선폭의 변화를 나타낸 그래프이다.

제6도는 본 발명에 의한 위상반전 마스크의 단면도이다.

제7도 내지 제11도는 본 발명에 의한 위상반전 마스크의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

제12도는 본 발명에 의한 위상반전 마스크(Phase Shift Mask)에 의해 발생하는 임계선폭의 변화를 나타낸 그래프이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40, 52 : 위상반전 마스크 기판 54 : 위상 반전층

56 : 크롬층 62 : 트랜치(trench)

본 발명은 위상반전 마스크(Phase Shift Mask:이하, PSM이라 한다) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 부분적으로 하프톤영역을 구비하는 PSM 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체장치의 고집적화에 의해 웨이퍼상에 형성할 수 있는 패턴의 균일성이 문제가 되고 있다. 고집적화에 수반되는 패턴의 균일성문제를 해결할 수 있는 방법중의 하나가 패턴형성에 사용되는 마스크의 구조를 변경하는 것인데, 대표적인 것으로는 레벤슨(LEVENSON) PSM이 있다. 상기 레벤슨 PSM은 PSM기판에 일정깊이로 식각된 부분이 있는데, 라인 및 스페이스(Line/Space)의 연속패턴을 형성하는데 우수한 효과가 있다.

종래 기술에 의한 PSM 및 그 제조방법의 일예로써 상술한 바와 같은 레벤슨 PSM 및 그 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명한다.

제1도는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크의 단면도이고, 제2도 내지 제4도는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

먼저, 제1도를 참조하면, 종래 기술에 의한 PSM은 PSM용 기판(10)상에 상기 기판(10)의 일부영역을 노출시키는 위상반전층 패턴(11)과 크롬층 패턴(12)이 순차적으로 형성되어 있다. 노출된 영역중 어느 한 영역에는 일정한 깊이의 트랜치(14)가 형성되어 있다. 트랜치(14)가 형성된 영역으로 입사되는 광은 그 위상이 180°로 반전된다. 즉, 트랜치(14) 영역은 위상반전 영역이 된다.

상기 트랜치(14) 영역을 제외한 다른 노출된 부분으로 입사되는 광은 그 위상이 바뀌지 않는다. 이와 같이 종래 기술에 의한 PSM은 위상반전영역과 위상 무 반전 영역을 구비하고 있다.

위상반전영역을 지나는 광이 촛점으로부터 벗어나게 될 경우 패턴의 상(image)이 나빠지게 되어 상기 위상 무 반전영역을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴사이에 임계선폭(Critical Dimension:이하, CD라 한다)차(제5도의 D)가 심하게 된다. 이러한 현상을 제거하기 위해 상기 PSM용 기판의 트랜치가 형성된 부분에 언더 컷(under cut)을 형성하거나 상기 트랜치의 단차를 작게하기 위해 높은 굴절율을 갖는 물질을 이용할 수 있으나, 제시된 문제들을 완전하게 해결하기 못하고 있다.

계속해서, 제2도 내지 제4도를 참조하여 종래 기술에 의한 PSM 제조방법을 설명한다.

제2도는 크롬층(22)의 일부 계면을 노출시키는 단계이다. 구체적으로, PSM용 기판(18) 전면에 위상반전층(20)과 크롬층(22)을 순착적으로 형성한다. 상기 크롬층(22) 전면에 포토레지스트막(24)을 도포한 후 패터닝하여 상기 크롬층(22)의 일부영역의 계면을 노출시킨다.

제3도는 크롬층 및 위상반전층 패턴(22a, 20a)을 형성하는 단계인데, 구체적으로는 제2도에서 포토레지스트막(24)을 마스크로하여 결과물 전면을 이방성식각한다. 이때, 식각의 종말점은 상기 PSM용 기판(18)의 계면으로 한다. 식각결과 상기 크롬층(제2도의 22)의 노출된 부분과 상기 위상반전층(제2도의 20)의 상기 크롬층의 노출된 부분에 대응하는 부분이 제거되어 크롬층 및 위상반전층 패턴(22a, 20a)이 형성된다.

제4도는 PSM용 기판(18)에 트랜치(14)를 형성하는 단계인데, 구체적으로는 제3도에서 계면이 노출된 기판(18)의 어느 한 부분을 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)으로 보호한 후 전면을 일정시간동안 이방성식각한다. 식각결과 상기 포토레지스트 패턴으로 보호되지 않은 노출된 기판에는 일정깊이의 트랜치(14)가 형성된다. 이후 상기 기판의 노출된 부분을 보호하고 있는 포토레지스트 패턴을 제거하며, PSM이 완성된다. 상기 트랜치(14)가 형성된 부분은 위상반전영역이고 트랜치(14)가 형성되지 않은 기판의 계면이 노출된 부분은 위상 반전을 일으키지 않는 부분이다.

이와 같이 종래 기술에 의한 방법으로 제조된 PSM은 위상반전영역에서 촛점이 어긋날 경우 위상 무 반전영역에 의한 패턴과의 차이가 커지게 되어 패턴의 균일성이 매우 불량해 진다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 위상반전을 일으키지 않는 부분을 지나는 광의 일부를 상쇄간섭시켜 위상반전을 일으키는 부분과 위상반전을 일으키지 않는 부분을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭의 차이를 줄일 수 있는 위상반전 마스크를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 위상반전 마스크를 제조하는 바람직한 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 위상반전 마스크는

위상반전영역과 위상 무반전 영역으로 구분되는 위상반전 마스크에 있어서,

상기 위상 무 반전영역에는 입사광의 위상을 일정범위내에서 변화시키는 하프 톤(half tone)영역이 형성되어 있다.

상기 하프톤 영역은 상기 위상 무 반전영역의 가장자리에 형성되어 있다. 상기 하프톤 영역을 구성하는 물질은 질산규소화 몰르브덴(MoSiON)이다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 위상반전 마스크 제조방법은

PSM용 기판에 위상반전층을 형성하는 제1 단계;

상기 위상반전층 상에 상기 위상반전층의 계면의 일부를 노출시키는 크롬층 패턴을 형성하는 제2 단계;

상기 위상반전층에서 계면이 노출된 부분중 어느 한 부분(이하, 제1 노출부라 한다)에 위상반전영역을 형성하는 제3 단계; 및

상기 위상반전층의 계면이 노출된 다른 부분(이하, 제2 노출부라 한다)에 하프 톤영역과 위상 무 반전 영역을 형성하는 제4 단계를 포함한다.

상기 제3 단계에서 위상반전영역은

상기 제1 노출부에 있는 위상반전층을 제거하는 단계; 및

상기 제1 노출부에 대응하는 상기 PSM용 기판에 일정한 깊이를 갖는 트랜치를 형성하는 단계에 의해 형성된다.

상기 제4 단계에서 하프 톤영역과 위상 무 반전 영역은

상기 제2 노출부의 위상반전층을 상기 크롬층 패턴에 의해 한정된 영역보다 작은 영역으로 한정하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 포토레지스트 패턴에 의해 한정된 제2 노출부의 위상반전층을 제거하는 단계에 의해 형성된다. 그리고 상기 하프 톤 영역은 상기 포토레지스트 패턴의 크기를 다르게 형성하므로서 증감시킬 수 있다.

상기 위상반전층은 질산규소화 몰르브텐(MoSiON)층으로 형성한다.

본 발명은 반도체기판 상에 형성되는 패턴간의 임계선폭(DC)의 차이를 종래보다 훨씬 줄여서 패턴의 균일성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 PSM 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제6도는 본 발명이 일 실시예에 의한 PSM의 단면도이고, 제7도 내지 제11도는 본 발명의 일 실시예에 의한 PSM 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

먼저, 제6도를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 PSM을 설명한다. 구체적으로, PSM용 기판(40)의 일 영역에 일정한 깊이를 갖는 트랜치(42)가 형성되어 있다. 상기 트랜치(42)를 중심으로 상기 기판(40) 상의 일측에 위상반전층(44)과 크롬층(46)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 트랜치(42)를 중심으로 상기 기판(40)의 다른 일측에는 기판(40)의 일정영역을 노출시키는 위상반전층(44)이 있고, 그 위에는 크롬층(46)이 형성되어 있는데, 이 크롬층(46)은 그 아래에 있는 위상반전층(44)보다는 패턴의 사이즈가 작다. 즉, 상기 기판(40)의 일정영역을 노출시키는 위상반전층(44)보다 상기 기판(40)을 넓게 한정한다. 따라서 상기 기판의 노출된 부분에서 상기 위상반전층(44)과 크롬층(46)은 계단을 이루고 있다. 계단의 평평한 부분(A)은 상기 위상반전층(44)의 노출된 부분이 되는데, 이 부분(A)이 하프톤 영역이다.

상기 기판(40)에 형성된 트랜치(42)는 입사는 광의 위상이 정확히 180°로 반전되는 깊이를 갖도록 형성되어 있다. 상기 트랜치(42)가 형성되지 않은 기판을 지나는 광은 위상의 변화없이 통과한다. 따라서 상기 기판(40)의 노출된 부분을 지나는 광의 위상은 반전되지 않는다.

상기 위상반전층(44)의 노출된 부분인 하프톤(half tone)영역(A)을 지나는 광은 위상 변화를 격게된다. 즉, 상기 하프톤 영역(A)을 지나는 광은 180°의 위상 변화를 격게 된다.

상기 PSM용 기판(40)을 이루는 물질은 수정(quartz)이다. 그리고 상기 위상반전층(44)을 구성하는 물질은 질산규소화 몰리브덴(MoSiON)이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 PSM은 위상이 반전되는 위상반전부분과 부분적으로 하프톤 영역(A)이 형성된 위상 무 반전영역을 구비하고 있다. 따라서 종래 기술에 의한 PSM보다 임계선폭이 변동폭을 작게할 수 있다. 즉, 라인 및 스페이서(L/S)의 변동폭을 종래에 비해 크게 줄일 수 있다. 이와 같은 사실은 제12도를 참조하면 쉽게 알 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 의해 상기 PSM을 제조하는 방법을 설명한다. 이를 위해 제7도 내지 제11도를 참조한다.

먼저, 제7도는 크롬층(56) 상에 크롬층(56)의 일정 영역을 한정하여 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(58)을 형성하는 단계이다. 구체적으로, PSM 기판(52) 전면에 위상반전층(54) 및 크롬층(56)을 순차적으로 형성한다. 이어서 상기 크롬층(56) 전면에 제1 포토레지스트을 도포한 다음 패터닝하여 상기 크롬층(56)의 영역을 일부 한정하여 계면을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(58)을 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴(58)에 의해 상기 크롬층(56)의 계면은 여러군데에서 노출되지만, 제7도에서는 대표적으로 두 부분에서만 계면노출부분이 도시되어 있다.

제8도는 상기 제1 포토레지스트 패턴(58)을 식각마스크로 사용하여 상기 크롬층(56)의 전면을 이방성식각하여 패터닝하는 단계를 나타낸다. 이때, 상기 식각의 종말점은 상기 위상번전층(54)의 계면으로 한다. 이와 같은 이방성식각에 의해 제7도의 크롬층(56)은 상기 제1 포토레지스트 패턴(58)과 동일한 형태를 갖는 크롬층 패턴(56a)으로 형성된다. 이 결과 상기 크롬층(제7도의 56)의 계면이 노출된 부분에 대응하는 상기 위상 반전층(54)의 계면이 노출된다.

제9도는 PSM용 기판에 트랜치(62)를 형성하는 단계이다. 상기 트랜치(62)는 제8도의 상기 위상반전층(54)에서 계면이 노출된 부분중 어느 한 부분(도면의 좌측에 노출된 부분으로 선택하고 이하, 제1 노출부라 한다)에 형성하는데, 이를 위해 계면이 노출된 다른 부분(도면의 우측부분에 노출된 부분으로 선택하고 이하, 제2 노출부라 한다)은 제2 포토레지스트 패턴(60)을 형성하여 보호한다. 이어서 상기 결과물을 일정시간 이방성식각한다. 상기 이방성식각은 상기 위상 반전층(54)의 노출된 부분이 제거되고 그 아래의 상기 PSM기판(52)이 노출된 후, 노출된 부분에 소정의 깊이를 갖는 트랜치(62)가 형성될 때 까지 실시한다. 상기 이방성식각에 의해 상기 PSM 기판(52)의 상기 제1 노출부에 트랜치(62)를 갖는 PSM용 기판(52a)이 형성된다. 그리고 상기 트랜치(62)에 대응하는 부분이 제거된 위상반전층 패턴(54a)이 형성된다.

제10도는 제2 노출부를 한정하는 단계이다. 즉, 하프톤 영역을 한정하는 단계이다. 구체적으로, 제9도에서 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴(58, 60)을 제거한다.

상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴(58, 60)을 제거한 결과물 전면에 상기 트랜치(62)를 채우는 제3 포토레지스트 패턴(64)을 형성하되, 상기 제2 노출부의 상기 크롬층 패턴(56a) 사이에 노출된 상기 위상 반전층 패턴(54a)중 상기 크롬층 패턴(56a) 근처의 일부 영역(A)은 덮고 나머지는 노출시키는 형태로 형성한다. 결과적으로, 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)이 형성되면서 상기 제2 노출부의 상기 크롬층 패턴(56a) 사이에 형성된 상기 위상 반전층 패턴(54a)은 가운데 일부 영역만이 노출된다. 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)을 식각마스크로 하여 상기 제2 노출부에 형성된 상기 위상반전층 패턴(54a)의 노출된 영역을 이방성식각한다. 상기 이방성식각은 상기 PSM용 기판(52a)의 계면이 노출될 때 까지 실시한다. 이후, 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)을 제거한다.

제 11 도를 참조하명, 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)을 제거하면서 상기 제2 노출부의 상기 PSM기판(52a)과 이에 인접한 상기 위상반전층 패턴(54a)중 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)으로 덮혔던 부분(A)이 노출된다. 상기 위상반전층 패턴(54a)중 나머지 부분은 여전히 상기 크롬층 패턴(56a)에 의해 덮혀 있다. 상기 위상 반전층 패턴(54a)의 상기 제3 포토레지스트 패턴(64)이 제거되면서 노출되는 부분(A)이 통과하는 광의 위상을 변화시키는 하프론(half tone)영역이다. 상기 제2 노출부에, 입사되는 광중 상기 하프론 영역(A)을 통과하는 광은 상기 하프톤 영역(A) 사이의 상기 PSM(52a)을 통과하는 광이 위상 변화을 격지 않은 데 반해, 180°의 위상 변화를 격게된다. 따라서, 상기 하프톤 영역(A)을 지나는 광은 그 사이의 상기 PSM기판(52a)을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴의 임계선폭은 상기 하프톤 영역이 없을 때 보다 작아진다(제12도 참조). 따라서 상기 트랜치(62)가 형성된 상기 제1 노출부와 트랜치가 형성되지 않은 상기 제2 노출부를 지나는 광에 의해 형성되는 패턴의 임계선폭의 차이는 제5도와 제12도를 서로 비교하면 본 발명에 의한 것이 종래에 비해 매우 작다는 것을 알 수 있다.

상기 본 발명에 의해 PSM을 사용하여 형성되는 패턴들간의 CD차는 제12도에 도시한 바와 같이 그 패턴간의 사이즈차이는 발생되지 않음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 위상반전영역과 위상 무 반전영역으로 구성된 PSM에 있어서, 상기 위상 무 반전영역의 일부에 하프톤 영역이 형성되어 있는 PSM을 제공한다. 따라서, 상기 PSM기판의 위상 무 전영역에 입사되는 광중 일부는 상기 하프톤 영역을 통과하여 그에 인접한 상기 위상 무 반전영역을 통과하는 광과 상쇄간섭을 일으킨다. 이 결과, 상기 위상반전영역과 위상 무 반전영역을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭(CD)의 차이를 작게하여 패턴의 균일성을 높일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서의 통상의 지식을 가진자에 의하여 실시가능함은 명백하다.

Claims

위상반전영역과 위상 무반전 영역으로 구분되는 위상반전 마스크에 있어서,

상기 위상 무 반전영역의 일부에 하프 톤(half tone)영역이 구비되어 있는 것을 틀징으로 하는 위상반전 마스크.
제1항에 있어서, 상기 하프톤 영역은 상기 위상 무 반전영역의 가장자리에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하프톤 영역을 구성하는 물질은 질산규소화 몰리브덴(MOSiON)인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
제1항에 있어서, 상기 위상반전 영역에는 일정한 깊이의 트랜치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크.
PSM용 기판에 위상반전층을 형성하는 제1 단계;

상기 위상반전층 상에 상기 위상반전층의 계면의 일부를 노출시키는 크롬층 패턴을 형성하는 제2 단계;

상기 위상반전층에서 계면이 노출된 부분중 어느 한 부분(이하, 제1 노출부라 한다)에 위상반전영역을 형성하는 제3 단계; 및

상기 위상반전층의 계면이 노출된 다른 부분(이하, 제2 노출부라 한다)에 하프 톤영역과 위상 무 반전 영역을 형성하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 제3 단계의 위상반전영역은 상기 제1 노출부에 있는 위상반전층을 제거하는 단계; 및

상기 제1 노출부에 대응하는 상기 PSM용 기판에 일정한 깊이를 갖는 트랜치를 형성하는 단계에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 제4 단계의 하프 톤영역과 위상 무 반전 영역은

상기 제2 노출부의 위상반전층을 상기 크롬층 패턴에 의해 한정된 영역보다 작은 영역으로 한정하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 포토레지스트 패턴에 의해 한정된 제2 노출부의 위상반전층을 제거하는 단계에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조방법.