KR100219548B1 - 위상반전마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

위상반전 마스크 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 이는, 투광영역과 차광영역으로 구분된 석영기판, 상기 석영기판의 차광영역 상에 반복적으로 형성된 차광패턴, 상기 투광영역 내에 형성되고, 이웃한 상기 차광패턴 사이의 일부에 형성된 위상비반전영역, 및 이웃한 상기 차광패턴 사이에 상기 위상비반전영역과 교대로 형성되고, 상기 석영기판을 소정깊이로 식각하여 형성된 위상반전영역을 구비하는 교번형 위상반전 마스크에 있어서, 상기 위상반전영역의 선폭이 상기 위상비반전영역의 선폭보다 더 큰 것을 특징으로 한다. 따라서, 위상반전영역과 위상비반전영역을 통과한 빛의 세기를 동일하게 유지하고 이에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭(CD) 차이를 감소시켜 패턴의 균일성을 높일 수 있다.

Description

위상반전마스크 및 그 제조방법{Phase shift mask and manufacturing method thereof}

본 발명은 위상반전 마스크(Phase Shift Mask) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 임계선폭(Critical Dimension, 이하, CD라 한다)의 균일성을 유지할 수 있는 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 각종패턴들은 사진식각 기술에 의해 형성되는데, 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 패턴의 해상도가 저하되는 결함이 발생하게 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 위상 쉬프터(phase shifter)가 포함된 마스크패턴이 형성되어 있는 위상 반전 마스크가 Levenson 등에 의해 고안된 바 있으며, 이는 통상적인 마스크와는 달리, 광선의 투과율과 위상을 조절하여 위상반전을 일으키는 원리를 이용한다.

위상 반전 마스크를 이용한 패턴 형성방법은, 빛의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도와 촛점심도를 증가시킨다. 즉, 라인/ 스페이스 (line-space)와 같은 반복패턴에 있어서, 이웃한 투광부로부터 조사되는 빛의 위상(phase)을 180°반전 시켜주면, 투광부 사이에 위치하는 차광부분의 광강도가 0이 되어 이웃한 투광부가 분리된다는 원리를 이용한 것이다.

따라서, 상기 위상반전마스크에서는 빛을 완전히 투과시키는 마스크기판의 투광부와 빛의 일부만을 투과시키는 위상쉬프터 영역이 분명히 구분되어야하고, 만일 마스크기판의 투광부에 위상쉬프터의 잔류물이 남아 있으면, 사진 식각될 반도체장치에 올바른 패턴을 형성할 수 없게되는 문제점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 위상반전 마스크를 설명하기 위해 도시한 마스크 단면도 및 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프로서, 석영기판(10) 상에 상기 기판(10)의 일부영역을 노출시키는 크롬 패턴(12)이 형성되어 차광부를 이루며, 노출된 기판은 투광부를 이룬다. 이 투광부에 일정한 깊이의 트랜치(t1)가 교번하여 형성되어, 입사되는 광의 위상이 180°로 반전되는 위상반전영역이 형성되어 있다.

그러나, 이러한 일반적인 위상반전 마스크에 따르면, 위상반전영역, 즉 트랜치가 형성된 영역을 지나는 광이 촛점으로부터 벗어나게(defocus) 될 경우, 광 손실(loss)로 인해 패턴의 상(image)이 나빠지게 되어 위상반전영역과 위상비반전영역을 통과하는 광에 의해 형성되는 패턴사이에 CD 차가 발생하게 된다.

이러한 현상을 제거하기 위해 상기 위상반전 마스크용 기판 내에 언더 컷(under cut)을 형성하는 방법이 제안되어 있다.

도 3은 종래 다른 기술에 의한 위상반전 마스크를 설명하기 위해 도시한 마스크 단면도이고, 도 4는 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프로서, 도 1에 도시된 위상반전 마스크용 기판(10) 내에 언더 컷(16)이 형성되어 있다.

도 3에 도시된 위상반전 마스크에 따르면, 위상비반전영역과 위상반전영역 내에 언더컷을 형성함으로써, 트랜치가 형성된 투광층, 즉 위상반전층을 통과한 빛이 디포커스(defocus)되더라도 빛의 세기가 감소되는 것을 방지할 수 있다(도 4 참조).

그러나, 언더 컷 형성을 위한 기판의 식각시, 차광패턴으로 사용되는 크롬층(12)이 깨어지거나 석영기판(10) 자체의 결함(defect)이 발생될 확률이 높아지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 기판 상에 형성되는 패턴간의 임계선폭 차이를 감소시킬 수 있는 위상반전 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 위상반전 마스크를 제조하는 데 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 위상반전 마스크를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프이다.

도 3은 종래 다른 기술에 의한 위상반전 마스크를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 4는 상기 도 3에 도시된 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명이 일 실시예에 따른 위상반전 마스크를 도시한 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프이다.

도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 투광영역과 차광영역으로 구분된 석영기판; 상기 석영기판의 차광영역 상에 반복적으로 형성된 차광패턴; 상기 투광영역 내에 형성되고, 이웃한 상기 차광패턴 사이의 일부에 형성된 위상비반전영역; 및 이웃한 상기 차광패턴 사이에 상기 위상비반전영역과 교대로 형성되고, 상기 석영기판을 소정깊이로 식각하여 형성된 위상반전영역을 구비하는 교번형 위상반전 마스크에 있어서, 상기 위상반전영역의 선폭이 상기 위상비반전영역의 선폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크를 제공한다.

상기 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 투광영역을 제외한 석영기판 상에 차광패턴을 반복적으로 형성하는 제1 단계; 차광패턴이 형성된 석영기판 전면에 포토레지스트층을 형성하는 제2 단계; 상기 포토레지스트층을 선택적으로 노광 및 현상하여, 이웃한 상기 차광패턴 사이의 석영기판 및 이웃한 차광패턴 측면 및 상면 일부를 교번하여 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 제3 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로하여 상면 및 측면이 노출된 상기 차광 패턴을 식각하는 제4 단계; 상기 식각된 차광패턴을 마스크로 사용하고 상기 석영기판을 일정깊이 식각하여, 위상비반전영역보다 큰 폭을 갖는 교번형 위상반전영역을 형성하는 제5 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제6 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조방법을 제공한다.

여기에서, 상기 차광패턴은 크롬(Cr)으로 형성하고, 상기 제4 단계에서의 차광패턴의 식각은 습식식각을, 상기 제5 단계에서의 석영기판의 식각은 건식식각을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 위상반전영역의 폭을 위상비반전영역의 폭보다 크게 제조함으로써, 위상반전영역과 위상비반전영역을 통과한 빛의 세기를 동일하게 유지하고 이에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭(CD) 차이를 감소시켜 패턴의 균일성을 높인다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 위상반전 마스크 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명이 일 실시예에 따른 위상반전마스크를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 마스크 각 위치에서의 빛의 세기를 도시한 그래프이다.

투광영역과 차광영역으로 구분된 석영기판(50)의 차광영역 내에 상기 기판(50)의 일부를 노출시키는 차광 패턴(52)이 반복적으로 형성되어 있다. 또한, 이웃한 상기 차광패턴(52) 사이에 상기 석영기판(50)을 소정깊이 식각한 트랜치(t)가 교번하여 형성되어 있다.

여기에서, 상기 석영기판(50)에 형성된 트랜치(t)는 입사하는 광의 위상이 정확히 180°로 반전되는 깊이를 갖도록 형성되어 위상반전영역(a)이 되고, 트랜치(t)가 형성되지 않은 기판은 이를 지나는 광이 그 위상 변화없이 통과하므로 위상비반전영역(b)이 된다.

본 발명에 따르면, 상기 위상반전영역(a)의 폭이 위상비반전영역(b)의 폭보다 더 크게 형성되어 있다.

즉, 위상반전영역(a)을 통과한 빛의 초점이 어긋나 빛의 세기가 일정량 감소되더라도, 위상반전영역(a)의 폭이 위상비반전영역(b)보다 넓어져 있기 때문에 빛의 세기가 보상되어, 위상반전영역(a)과 위상비반전영역(b)을 통과한 빛의 세기가 동일하게 유지된다(도 6 참조). 따라서, 이를 이용하여 형성된 패턴의 CD 차 발생이 방지될 수 있다.

도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.

도 7을 참조하면, 석영기판(50) 전면에 크롬을 도포하고, 이를 통상의 방법으로 패터닝하여 차광패턴(52)을 반복적으로 형성한다. 이때, 상기 차광패턴(52)에 의해 반복적으로 노출되는 석영기판(50)은 동일한 폭으로 노출된다.

도 8을 참조하면, 차광패턴(52)이 형성된 상기 석영기판(50) 전면에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(54)을 형성한다.

도 9를 참조하면, 상기 포토레지스트층(54)을 선택적으로 노광한 다음 현상하여, 이웃한 상기 차광패턴(52) 사이의 석영기판(50)과 이웃한 상기 차광패턴(52)의 측면 및 상면 일부를 교번하여 노출시키는 포토레지스트 패턴(56)을 형성한다.

도 10을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(56)을 마스크로하여 상기 노출된 차광패턴(52)을 예컨대 습식식각한 다음, 식각된 차광패턴을 마스크로하여 상기 석영기판(50)을 일정깊이 건식식각하여 트랜치(t)를 형성함으로써, 입사된 광이 180°반전되는 위상반전영역(a)을 형성한다. 이에의해, 위상반전영역(a)의 폭이 위상비반전영역(b)의 폭보다 크게 형성된다.

도 11을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(56)을 제거하여 위상비반전영역(b)과 위상반전영역(a)을 구비한 위상반전마스크를 완성한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상반전 마스크는 차광패턴을 형성한 다음 이차노광을 실시하여 인접한 차광패턴 일부를 식각하고, 이를 마스크로하여 석영기판을 식각함으로써, 위상반전영역의 폭을 위상비반전영역의 폭보다 크게 형성한다. 따라서, 디포커스된 경우, 위상반전층을 통과한 빛의 세기와 위상비반전층을 통과한 빛의 세기가 동일하게 유지됨과 동시에, 종래에서와 같이 언더 컷 형성을 위한 기판의 식각시 차광패턴으로 사용되는 크롬층이 깨어지거나, 석영기판 자체의 결함 발생이 방지된다.

이에 의해, 위상반전영역과 위상비반전영역을 지나는 광에 의해 형성되는 패턴간의 임계선폭(CD) 차이를 감소시켜 패턴의 균일성을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 투광영역과 차광영역으로 구분된 석영기판;

   상기 석영기판의 차광영역 상에 반복적으로 형성된 차광패턴;

   상기 투광영역 내에 형성되고, 이웃한 상기 차광패턴 사이의 일부에 형성된 위상비반전영역;

   이웃한 상기 차광패턴 사이에 상기 위상비반전영역과 교대로 형성되고, 상기 석영기판을 소정깊이로 식각하여 형성된 위상반전영역; 및

   상기 위상반전영역과 위상비반전영역을 통과한 빛의 세기가 동일하게 유지되도록, 상기 위상반전영역의 선폭이 상기 위상비반전영역의 선폭보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 교번형(alternating) 위상반전 마스크.
2. 투광영역을 제외한 석영기판 상에 차광패턴을 반복적으로 형성하는 제1 단계;

   차광패턴이 형성된 석영기판 전면에 포토레지스트층을 형성하는 제2 단계;

   상기 포토레지스트층을 선택적으로 노광 및 현상하여, 이웃한 상기 차광패턴 사이의 석영기판 및 이웃한 차광패턴 측면 및 상면 일부를 교번하여 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 제3 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로하여 상면 및 측면이 노출된 상기 차광 패턴을 식각하는 제4 단계;

   상기 식각된 차광패턴을 마스크로 사용하고 상기 석영기판을 일정깊이 식각하여, 위상비반전영역보다 큰 폭을 갖는 교번형 위상반전영역을 형성하는 제5 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제6 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 교번형(alternating) 위상반전 마스크 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 차광패턴은 크롬(Cr)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 교번형(alternating) 위상반전 마스크 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 제4 단계에서의 차광패턴의 식각은 습식식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 교번형(alternating) 위상반전 마스크 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 제5 단계에서의 석영기판의 식각은 건식식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 교번형(alternating) 위상반전 마스크 제조방법.