KR100223812B1 - 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

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전영권
이준석
박찬민
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구본준
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/29—Rim PSM or outrigger PSM; Preparation thereof

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크에 관한 것으로 특히 선택증착법에 의해 위상반전부가 자동정렬되는 방법을 이용하여 광강도를 개선시킨 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법은 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 위상반전 두께만큼 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층을 포함한 투광성 기판 전면에 위상반전층을 에치 마스크층과 동일 두께로 형성하는 단계; 상기 에칭 마스크층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

위상반전 마스크의 제조방법
본 발명은 위상반전 마스크에 관한 것으로 특히 선택증착법에 의해 위상반전부가 자동정렬되는 방법을 이용하여 광강도를 개선시킨 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조공정에서 많이 사용되는 포토리소그래피(Photolithography) 공정은 반도체 소자를 만들고자 하는 모양으로 광을 투과시키는 부분과 광을 차단하는 부분으로 나누어진 포토 마스크를 많이 사용하였다.
즉, 일반 포토 마스크는 불투과패턴과 투과패턴으로 구성되어 선택적인 노광을 할 수 있도록 되어 있다. 그러나 패턴밀도의 증가에 따라 광의 회절현상(Diffraction)이 발생하여 해상도 향상에 제한이 있었다. 그러므로, 위상반전 마스크(Phase Shifted Mask)를 이용하여 해상도를 증가시키는 공정이 다방면으로 연구되고 있다.
위상반전 마스크를 이용하는 기술은 빛을 그대로 투과시키는 투광영역과 빛을 180°반전시켜 투과시키는 반전투광영역을 조합하여 사용하는 기술로써 차광패턴과 투광영역 사이에서 빛의 회절에 의한 상쇄간섭 때문에 해상도가 감소하는 것을 방지한 것이다. 그리고 이와 같은 마스크들은 마스크 제조기술의 발달로 광의 위상차를 응용한 변형 마스크들이 등장하여 광학 해상한계를 늘려 놓았다.
이와 같은 위상반전 마스크중 림형 위상반전 마스크에 대하여 설명하기로 한다.
도1a는 일반적인 림형(RIM Type)위상반전 마스크(Phase Shifting Mask)의 레이아웃도이고, 도1b는 도1a에 나타낸 위상반전 마스크를 투과한 광의 진폭(amplitude)을 나타낸 그래프이며, 도1c는 도1a에 나타낸 위상반전 마스크를 투과한 광의 웨이퍼 상에서의 강도(intensity)를 나타낸 그래프이다.
이때, 림형 위상반전 마스크를 간단히 설명하면 투광성 기판(1)상에 빛을 차단할 수 있는 차광층(2)이 형성되어 있고 상기 차광층(2)에 빛을 투과시킬수 있도록 부분적으로 투광성 기판(1)이 노출되어 투광영역(3)을 이루고 있다. 그리고, 상기 투광성 기판(1)이 노출되는 투광영역(3)의 림부(4)을 투과한 광은 투광영역(3)의 메인 투광부(5)을 투과한 광과 반대 위상(phase)이 되도록 형성되어 있는 위상반전 마스크이다.
도1b는 도1a에 나타낸 바와 같은 림형 위상반전 마스크를 투과한 광의 진폭을 나타낸 그래프로서 투광영역(3)을 투과한 광이 림부(4)에서와 메인(main)투광부(5)에서 서로 반대의 위상을 갖고 투과되어 도1c에서 나타낸 바와 같이 웨이퍼상에서의 위상은 림부(4)의 광이 상호 소멸 간섭으로 인하여 거의 감쇄되는 것을 보여준다. 특히, 인접한 투광영역(3)의 메인 투광부(5)를 광투과후의 위상이 반대가 되도록 형성하였을 경우에는 투광영역(3)들 간의 중첩부분에서 발생할 수 있었던 사이드 로브(side lobe)현상을 감소하는데 효과적이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 위상반전 마스크에 대하여 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2e는 종래 일 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다.
먼저, 도 2a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(10)상에 선택적으로 차광층(11)을 형성한다. 이때, 차광층(11)은 크롬을 사용하여 형성한다.
도2b에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(11)을 포함한 투광성 기판(10)전면에 폴리실리콘층(12)을 형성한다.
도2c에 나타낸 바와 같이 상기 폴리실리콘층(12)을 선택적으로 제거하여 차광층(11)의 측면 투광성 기판(10)의 림부(13)에 에치 마스크층(12a)을 형성한다.
도2d에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(11) 및 에치 마스크층(12a)을 마스크로 이용하여 투광성 기판(10)을 위상반전 두께(t)만큼 식각한다. 이때, 상기 위상반전 두께(t)만큼 식각된 투광성 기판(10)과 에치 마스크층(12a)아래의 투광성 기판(10)은 광투과후 반대 위상의 진폭을 갖게 된다.
도2e에 나타낸 바와 같이 상기 에치 마스크층(12a)을 제거한다. 이때, 상기 투광성 기판(10) 림부(13)는 위상반전 두께(t)만큼 식각된 투광성 기판(10)과 조합하여 림형 위상반전 마스크를 형성한다.
도3a 내지 도3d는 종래 다른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다.
이때, 도3a 내지 도3d는 인접한 투광영역간의 광투과후의 위상이 반대가 되는 림형 위상반전 마스크의 제조공정을 보여 주는 단면도들이다.
먼저, 도3a에 나타낸 바와 같이 투광성기판(20)상에 차광층(21) 및 제1포토레지스트(22)를 차례로 형성한다. 그다음 노광 및 현상공정으로 제1메인 투광부 및 제1림부 형성영역을 정의하고 포토레지스트(22)를 패터닝하여 제1, 제2포토레지스트 홀(H1), (H2)을 형성한다. 이때, 제1포트레지스트 홀(H1)은 일 투광영역의 메인(main)투광부를 형성하기 위한 것이고, 제2포토레지스트 홀(H1)은 다른 투광영역의 림부을 형성하기 위한 것이다.
도3b에 나타낸 바와 같이, 상기 패터닝된 제1포토레지스트(22)를 마스크로 이용한 식각공정으로 차광층(21) 및 투광성기판(20)을 위상반전 두께(t)만큼 식각하여 일 투광영역의 제1메인 투광부(23) 및 다른 투광영역의 제1림부(24)을 형성한다. 그다음, 상기 제1포토레지스트(22)를 제거한다. 이때, 상기 제1메인 투광부(23)는 임계지점을 넘는 강도(intensity)의 광이 투과되는 영역이고 림부(24)는 메인 투광영역의 광중에서 광의 회절현상(Diffraction Phenomenon)으로 발생하는 불필요한 광을 상쇄하기 위한 위상반전(phase shifting)시킨 광을 투과시키는 영역이다.
도3c에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(21)을 포함한 투광성 기판(20)전면에 제2포트레지스트(25)를 증착하고 선택적으로 패터닝(포토리소그래피 공정 + 식각공정)하여 제1메인 투광부(23)와 제1메인 투광부(23) 양측면상의 제2포토레지스트(25) 및 제1림부(24) 사이의 제2포토레지스트(25)를 제거한다. 이때 제1메인 투광부(23) 양측면상의 제2포토레지스트(25)의 제거범위는 제1림부(24)의 범위만큼 제거한다.
도3d에 나타낸 바와 같이, 상기 패터닝된 제2포토레지스트(25)를 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 차광층(21)을 선택적으로 제거하여 제1메인 투광부(23)의 림부분에 제2림부(26)를 노출시키고 제1림부(24)사이에 제2메인 투광부(27)를 노출시킨다. 그다음 상기 제2포토레지스트(25)를 제거한다.
즉, 종래 다른 위상반전 마스크는 실제 패턴 형성과 직접적인 관계가 있는 제1, 제2메인(Main) 투광부(23) (27)와 제1, 제2메인(Main) 투광부(23)(27)의 양측면에 형성된 제1, 제2림부(24)(26)를 이용하여 림형 위상반전 마스크로 이용하는 것이다. 그리고, 제1메인 투광부(23)는 제2메인 투광부(27)의 광투과 후의 광의 진폭과 반대이고 제1림부(24)는 제2림부(26)의 광투과 후의 광의 진폭은 서로 반대가 되도록 형성되어 있다. 즉, 일 투광영역을 이루는 제1메인 투광부(23)와 제2림부(26)를 투과한 광의 위상(Phase)은 서로 반대의 위상(Phase)을 갖게 되어 그 경계면에서 제1메인투광부(23)를 통과한 광의 강도가 사이드 로브(Side Lobe)에 의해 완만해지는 것을 방지하고 광강도의 경사(Slope)가 가파르게 (Steep)되어 원하는 패턴을 정확하게 형성할 수 있도록 한 것이다. 또한, 일 투광영역과 이웃하는 다른 투광영역역시 제2메인투광부(27)와 제1림부(24)와 구성되어 일 투광영역과 같은 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 제2메인 투광부(27)와 제1메인 투광부(23)의 광투광후의 위상은 반대이므로 두 투광영역간의 중첩부분에서는 사이드 로브가 상쇄되어 이상(異常)패턴의 형성을 방지할 수 있는 것이다.
도4a 내지 도4e는 종래 또 다른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다.
이때, 도4a 내지 도4e에 나타낸 바와 같은 종래 또 다른 위상반전 마스크는 인접한 투광영역의 광투과후의 진폭이 도3에 나타낸 바와 같은 림형 위상반전 마스크와 유사한 림형 위상반전 마스크의 또 다른 제조방법을 보여준다.
먼저, 도4a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(30)상에 차광층(31) 및 제1포토레지스트(32)를 차례로 증착한 다음 노광 및 현상공정으로 투광영역의 메인 투광부 형성영역을 정의하여 제1포토레지스트(32)를 패터닝한 후 패터닝된 제1포트레지스트(32)를 마스크로 이용하여 차광층(31)을 선택적으로 제거하여 메인 투광부로 사용할 투광성 기판(30)을 노출시킨다. 이때, 상기 차광층(31)은 크롬을 사용하여 형성한다.
도4b에 나타낸 바와 같이 상기 패터닝된 제1포토레지스트(32)를 마스크로 이용한 습식식각공정으로 상기 차광층(31)을 일정간격 식각한다. 이때, 상기 차광층(31)의 제거된 부분은 메인 투광부의 제1림부(34)이다.
도4c에 나타낸 바와 같이 상기 패터닝된 제1포토레지스트(32)를 마스크로 이용한 건식식각공정으로 상기 투광성 기판(30)을 위상반전 두께(t)만큼 식각하여 제1메인 투광부(34)를 형성한다.
도4d에 나타낸 바와 같이 상기 제1포트레지스트(32)를 제거한다. 그다음, 차광층(31)을 포함한 투광성 기판(30)전면에 제2포토레지스트(35)를 형성한 후 노광 및 현상공정으로 제1메인 투광부(34)와 제1림부(33)로 이루어진 투광영역중 인접한 일 투광영역의 제2포토레지스트(35)만을 선택적으로 패터닝한다.
이때, 상기 일 투광영역의 제1메인 투광부(34)와 제1림부(33)가 완전히 드러나도록 한다.
도4e에 나타낸 바와 같이 상기 패터닝된 제2포토레지스트(35)를 마스크로 이용하여 일 투광영역의 제1메인 투광부(34) 및 제1림부(33)를 동시에 위상반전 두께(t)만큼 제거하여 제1메인 투광부(34)를 제2메인 투광부(36)로, 제1림부(33)를 제2림부(37)로 형성한다. 이때, 제2메인 투광부(36)는 2배의 위상반전 두께(2t)의 두께만큼 위상반전되어 투광성 기판(30)에서의 진폭(amplitude)과 동일한 진폭의 광을 투과시키게 된다. 상기한 바와 같은 종래 또 다른 림형 위상반전 마스크의 작용은 도3에 나타낸 바와 같은 종래 다른 림형 위상반전 마스크와 동일하다.
종래 위상반전 마스크의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 종래의 한 위상반전 마스크의 제조방법에 있어서는 광강도를 개선하기 위해 림부분에 에치 마스크층을 형성하는 공정에 있어서 폴리실리콘층으로 형성하는 에치마스크층의 측면이 수직으로 형성되지 못하여 림형 위상반전 마스크의 림부분을 정확히 패터닝 할 수 없었다.
둘째, 종래 다른 위상반전 마스크의 제조방법에 있어서는 포토레지스트를 마스크로 사용하는 공정이 두 차례로 복잡하여 그에 따른 공정수 증가하는 문제점 뿐만 아니라 포토레지스트를 이용하여 림형 위상반전 마스크의 림부분을 패터닝하여 정확도가 떨어지는 문제점 또한 발생하였다.
셋째, 종래 또 다른 위상반전 마스크의 제조방법에 있어서도 림형 위상반전마스크의 림부분을 형성하는 공정이 습식식각법을 이용하므로 림부분을 정확히 형성하기 어려워 림형 위상반전 마스크의 신뢰도를 저하시켰다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 위상반전 마스크의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로 림(RIM)형 위상반전 마스크의 림(RIM)부를 형성하는데 있어서 선택증착법을 이용하여 자동정렬법으로 림부를 형성하여 오차문제를 개선시킨 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1a는 일반적인 림형(RIM Type)위상반전 마스크(Phase Shifting Mask)의 레이아웃도
도1b는 도1a에 나타낸 위상반전 마스크를 투과한 광의 진폭(amplitude)을 나타낸 그래프
도1c는 도1a에 나타낸 위상반전 마스크를 투과한 광의 웨이퍼 상에서의 강도를 나타낸 그래프
도2a 내지 도2e는 종래 일 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도3a 내지 도3d는 종래 다른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도4a 내지 도4e는 종래 또다른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도5a 내지 도5e는 본 발명 제1실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도6a 내지 도6d는 본 발명 제2실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도7a 내지 도7f는 본 발명 제3실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
도8a 내지 도8f는 본 발명 제4실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 투광성 기판 41 : 차광층
42 : 투광영역 43 : 에치 마스크층
44 : 위상반전층
본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법은 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 위상반전 두께만큼 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층을 포함한 투광성 기판 전면에 위상반전층을 에치 마스크층과 동일 두께로 형성하는 단계; 상기 에칭 마스크층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도5a 내지 도5e는 본 발명 제1실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정을 나타낸 단면도이다. 또한, 본 발명 제1실시예는 각각의 투광부가 상호 간섭현상을 일으킬 정도로 가까이 있지 않을 경우 적용할 수 있는 실시예이다.
먼저, 도5a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(40)상에 차광층(41)을 형성한 후 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 투광성 기판(40)이 노출되는 투광영역(42)을 형성한다. 이때, 상기 차광층(41)은 알루미늄(Al)과 텅스텐(W)중 어느 하나를 사용하여 형성한다. 그리고, 차광층(41)을 알루미늄(Al)로 형성할 경우에는 DMAH[DimethylAluminuHydride, (CH3)2AlH]와 H2혼합가스를 기판온도 180 ∼ 350℃에서 0.5 ∼ 50torr의 혼합가스 압력과 33 ∼ 850mtorr의 DMAH 분압조건에서 형성한다. 또한, 차광층(41)을 텅스텐(W)으로 형성할 경우에는 (WF6+H2),(WF6+ B2H6+ H2)와 (WF6+ SiH4+ H2)중 어느 하나의 혼합가스를 이용하여 증착한다. 그리고, 투광영역(42)을 형성하기 위하여 차광층(41)을 선택적으로 패터닝할 경우 차광층(41)형성 물질을 알루미늄(Al)으로 형성하였을 경우에는 Cl2가스를 사용하고 텅스텐(W)으로 형성하였을 경우에는 SF6가스를 이용하여 식각한다.
도5b에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41)과 차광층(41)에 인접한 투광영역(42)의 림부분에 차광층(41)을 감싸도록 선택적으로 에치 마스크층(43)을 형성한다. 이때, 상기 에치 마스크층(43)은 텅스텐과 알루미늄중 어느 하나를 사용하여 형성한다. 또한 에치 마스크층(43)과 차광층(41)을 더한 두께는 위상반전 두께(t)가 되도록 형성한다. 그리고, 차광층(41)을 알루미늄으로 형성하였을 경우에는 에치 마스크층(43)으로 텅스텐을 이용하고 차광층(41)을 텅스텐으로 형성하였을 경우에는 알루미늄을 에치 마스크층(43)으로 형성한다. 또한, 에치 마스크층(43)으로 알루미늄과 텅스텐을 형성할 경우의 형성조건은 차광층(41)을 형성하기 위한 조건과 동일하다. 그러나 차광층(41)이 알루미늄일 경우에는 텅스텐을 증착하기 전에 ClF3로 알루미늄을 전처리한다. 이때, 전처리를 해주는 이유는 알루미늄 표면에 생기는 산화막을 제거해주기 위한 것이다. 이상에서와 같이 차광층(41)상에 에치 마스크층(43)을 형성하는 공정이 알루미늄과 텅스텐을 이용하여 선택적으로 증착하므로 차광층(41)의 전면에 균일하게 증착되고 투광영역(42)의 림부분에도 균일하게 형성됨을 알 수 있다.
도5c에 나타낸 바와 같이 상기 에치 마스크층(43)을 포함한 투광성 기판(40)전면에 위상반전층(44)을 형성한다. 이때, 상기 위상반전층(44)은 투광성 물질로서 SiO2, Si3N4, CaF2, MgF2와 같은 무기질 물질이나 PMMA(PolyMethyl Methyl Acrylate)와 같은 유기질 물질중 어느 하나를 사용하여 형성한다.
도5d에 나타낸 바와 같이 상기 위상반전층(44)을 화학기계적연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 위상반전 두께(t)가 되도록 연마한다. 즉, 에치 마스크층(43)을 에치 스토퍼(etch stopper)로 이용하여 차광층(41)상의 에치 마스크층(43)이 드러날 때 까지만 연마하는 것이다. 이때, 위상반전 두께(t)는 t=이다.(여기서, λ=입사광선의 파장이고 n은 투광성 기판의 굴절율이다) 이때, λ는 i라인 광스테퍼를 사용하므로 365nm이고 투광성 기판은 석영을 사용할 경우 약 2.0의 값을 가진다.
도5e에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41) 상층 및 투광영역(42)의 림부분에 형성된 에치 마스크층(43)을 제거한다. 이때, 상기 에치 마스크층(43)은 반응성이온식각법(RIE)을 사용하여 제거한다.
이상에서와 같이 본 발명 제1실시예에 있어서는 차광층(41)과 선택적인 반응으로 형성되는 에치 마스크층(43)이 위상반전 마스크의 림부분을 자동으로 정의해줌은 물론 에치 마스크층(43)이 형성되지 않은 투광성 기판(40)은 투광영역(42)으로 자동정렬(self align)되어 형성되는 것을 알 수 있다.
도6a 내지 도6d는 본 발명 제2실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다. 그리고 도6a 내지 도6d는 역시 각각의 투광부가 상호 간섭현상을 일으킬 정도로 가까이 있지 않을 경우 적용할 수 있는 실시예이다.
도6a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(40)상에 차광층(41)을 형성한 후 선택적으로 패터닝하여 복수개의 투광영역(42)을 형성한다. 이때, 상기 차광층(41)은 본 발명 제1실시예에서와 마찬가지로 알루미늄(Al)과 텅스텐(W)중 어느 하나를 사용하여 동일한 조건으로 형성한다.
도6b에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41)과 차광층(41)에 인접한 투광영역(42)의 림부분에 차광층(41)을 감싸도록 에치 마스크층(43)을 형성한다. 이때, 상기 에치 마스크층(43)은 텅스텐과 알루미늄중 어느 하나를 사용하여 형성한다.
도6c에 나타낸 바와 같이 상기 에치 마스크층(43)을 마스크로 이용하여 투광성 기판(40)을 위상반전 두께(t)만큼 제거한다. 이때, 투광성 기판(40)을 식각하는 조건은 CHF3나 CF4와 같은 식각가스를 이용한 이방성 건식식각법을 사용하여 제거한다.
도6d에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41) 상층 및 투광영역(42)의 림부분에 형성된 에치 마스크층(43)을 제거하여 림형 위상반전 마스크의 림부분을 노출시킨다.
도7a 내지 도7f는 본 발명 제3실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다. 이때, 도7a 내지 도7e는 각각의 투광부가 상호 간섭현상을 일으킬 정도로 가까이 있을 경우 적용할 수 있는 실시예이다. 즉, 각 투광영역에서 투과하는 광의 주 위상이 인접한 투광영역간에서 서로 반대의 광이 투과되도록 형성한 위상반전 마스크이다.
먼저, 도7a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(40)상에 차광층(41)을 형성한후 선택적으로 패터닝하여 투광성 기판(40)이 노출되는 복수개의 투광영역(42)을 형성한다.
도7b에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41)과 차광층(41)에 인접한 투광영역(42)의 림부분에 차광층(41)을 감싸도록 에치 마스크층(43)을 형성한다.
도7c에 나타낸 바와 같이 상기 에치 마스크층(43)을 포함한 투광성 기판(40)전면에 제1포토레지스트(PR40)를 증착한 후 노광 및 현상공정으로 차광층(41)일측의 투광영역(42)을 노출시킨다. 그다음, 상기 제1포토레지스트(PR40)를 마스크로 이용한 식각공정으로 노출된 투광영역(42)의 투광성 기판(40)을 위상반전 두께(t)만큼 식각한다.
도7d에 나타낸 바와 같이 상기 제1포토레지스트(PR40)를 제거한 후 전면에 제2포토레지스트(PR40)를 증착한 후 노광 및 현상공정으로 차광층(41) 타측 투광영역(42)의 림부분에 형성된 에치 마스크층(43)을 노출시킨다.
도7e에 나타낸 바와 같이 상기 타측 투광영역(42)림부분의 에치 마스크층(43)을 선택적으로 제거하여 타측 투광영역(42) 림부분의 투광성 기판(40)을 노출시킨다.
도7f에 나타낸 바와 같이 상기 제2포토레지스트(PR40) 및 에치 마스크층(43)을 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 노출된 타측 투광영역(40)림부분의 투광성 기판(40)을 위상반전 두께(t)만큼 제거한다. 그다음, 상기 제2포트레지스트(PR40) 및 에치 마스크층(43)을 제거한다.
이상에서와 같이 본 발명 제3실시예에 따른 림형 위상반전 마스크에 있어서는 각 투광영역의 메인(main) 광이 림부분의 광과 서로 반대의 광을 투과하도록 형성하여 각 투광영역을 투과한 광의 강도가 가파른(steep) 경사(slope)를 갖도록 하여 원하는 패턴을 정확하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 각 투광영역에 있어서도 인접하는 투광영역간에는 동일광 투과후 그 메인 광의 위상이 반대가 되도록 형성하여 인접하는 투광영역의 광의 위상이 동일할 경우 발생할 수 있었던 사이드 로브를 감소시켜 정확한 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 림형 위상반전 마스크를 제공할 수 있다.
도8a 내지 도8f는 본 발명 제4실시예에 따른 위상반전 마스크의 제조공정 단면도이다. 이때, 도8a 내지 도8f는 각각의 투광부가 상호 간섭현상을 일으킬 정도로 가까이 있을 경우 적용할 수 있는 실시예이다. 즉, 제3실시예의 경우와 마찬가지로 각 투광영역에서 투과하는 광의 주 위상이 인접한 투광영역간에 서로 반대의 광을 투과하도록 형성한 림형 위상반전 마스크이다.
먼저, 도8a에 나타낸 바와 같이 투광성 기판(40)상에 차광층(41)을 형성한 후 선택적으로 패터닝하여 투광성 기판(40)이 노출되는 복수개의 투광영역(42)을 형성한다.
도8b에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41)과 차광층(41)에 인접한 투광영역(42)의 림부분에 차광층(41)을 감싸도록 에치 마스크층(43)을 형성한다.
도8c에 나타낸 바와 같이 상기 에치 마스크층(43)을 마스크로 이용하여 투광영역(42)의 림부분을 제외한 투광성 기판(40)을 위상반전 두께(t)만큼 식각한다.
도8d에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41) 상층 및 투광영역(42)의 림부분에 형성된 에치 마스크층(43)을 전부 제거하여 차광층(41)을 노출시키므로 인접한 투광영역(42)들간에 동일광에 대해서 광 투과후 동일한 진폭을 나타내는 림형 위상반전 마스크를 형성한다.
도8e에 나타낸 바와 같이 상기 차광층(41)을 포함한 투광성 기판(40)전면에 포토레지스트(PR42)를 형성한 후 노광 및 현상공정으로 차광층(41)일측의 투광영역(42)이 노출되도록 포토레지스트(PR43)를 패터닝한다.
도8f에 나타낸 바와 같이 상기 패터닝된 포토레지스트(PR42)를 마스크로 이용한 식각공정으로 차광층(41) 일측 투광영역(42)의 노출된 투광성 기판(40)을 다시 위상반전 두께(t)만큼 식각한다. 즉, 도8c에서와 같이 각 투광영역(42)을 1차로 위상반전 두께(t)만큼 식각한 후 각 투광영역(42)중 차광층(41) 일측의 투광영역(42)만을 선택적으로 위상반전 두께(t)만큼 식각하여 차광층(41)일측의 투광영역(42)은 전체적으로 2배의 위상반전 두께(2t)만큼 식각하는 것이다. 그다음, 상기 포토레지스트(PR42)를 제거하여 림(RIM)부가 자동정렬(self aligned)되고, 인접 투광영역(42)간에는 광 투과후의 위상이 반대인 림형 위상반전 마스크를 형성하였다.
본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 림형 위상반전 마스크의 림부분을 형성하는 공정이 투광영역의 림부분에 차광층과 선택적으로 반응하여 형성되는 에치 마스크층을 이용한 자동정렬공정을 이용하므로 제조공징이 용이해짐은 물론 림부분에 대한 신뢰도 높은 림형 위상반전 마스크를 제공할 수 있다.
둘째, 본 발명 제1, 제2실시예에서 나타낸 바와 같이 포토레지스트를 이용하는 공정이 차광층을 선택적으로 패터닝하는 공정에서만 사용하므로 전반적으로 제조공정을 단축시키고 그로 인해 제조공정시의 불량 발생가능성을 최소화하여 신뢰도가 향상된 위상반전 마스크를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 위상반전 두께만큼 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층을 포함한 투광성 기판 전면에 위상반전층을 에치 마스크층과 동일 두께로 형성하는 단계; 상기 에칭 마스크층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차광층은 알루미늄(Al)과 텅스텐(W)중 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차광층을 알루미늄(Al)으로 형성하는 방법은 DMAH [DimethylAluminuHydride, (CH3)2AlH]와 H2혼합가스를 기판온도 180 ∼ 350℃에서 0.5 ∼ 50torr의 혼합가스 압력과 33 ∼ 850mtorr의 DMAH 분압조건에서 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차광막을 텅스텐(W)으로 형성하는 방법은 (WF6+ H2), (WF6+ B2H6+ H2)와 (WF6+ SiH4+ H2)중 어느 하나의 혼합가스를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에치 마스크층은 차광층 형성물질이 알루미늄일 경우에는 텅스텐을 선택적으로 형성하고 차광층 형성물질이 텅스텐일 경우에는 알루미늄을 선택적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 차광층이 알루미늄일 경우에는 텅스텐을 증착하기전에 ClF3가스로 알루미늄을 전처리하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 위상반전층은 SiO2, Si3N4, CaF2, M9F2와 같은 무기질 물질이나 PMMA(PolyMethyl Methyl Acrylate)와 같은 유기질 물질중 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 위상반전층을 에치 마스크층과 동일 두께로 형성하 단계는 에치 마스크층을 포함한 투광성 기판전면에 위상반전층을 형성한 후 화학기계적연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 에치 마스크층이 노출될 때 까지 위상반전층을 연마하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 에치 마스크층을 제거하는 방법은 에치 마스크층을 알루미늄으로 형성하였을 경우에는 Cl2가스를 사용하고 텅스텐으로 형성하였을 경우에는 SF6가스를 사용한 반응성이온식각법(RIE)을 사용하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  10. 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층 양측의 투광성 기판을 위상반전 두께만큼 제거하는 단계; 상기 에치 마스크층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투광성 기판을 위상반전 두께만큼 제거하는 단계는 CHF3나 CF4와 같은 식각가스를 이용한 이방성 건식식각법을 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  12. 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층 양측의 투광영역중 일측 투광영역 림부분의 투광성 기판을 제외한 중앙부분의 투광성 기판을 위상반전 두께만큼 제거하는 단계; 상기 타측 투광영역의 림부분에 형성된 에치 마스크층을 선택적을 제거하여 타측 투광영역 림부분의 투광성 기판을 노출시키는 단계; 상기 타측 투광영역의 림부분에 노출된 투광성 기판을 위상반전 두께만큼 제거하는 단계; 상기 에치 마스크층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  13. 투광성 기판을 준비하는 단계; 상기 투광성 기판상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 선택적으로 제거하여 차광층 양측으로 투광성 기판이 노출되는 투광영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 상층과 차광층에 인접한 투광영역의 림부분에 차광층을 감싸는 에치 마스크층을 형성하는 단계; 상기 에치 마스크층 양측의 투광성 기판중 투광영역의 림부분을 제외한 투광성 기판을 1차로 위상반전 두께만큼 제거하는 단계; 상기 에치 마스크층을 제거하는 단계; 상기 투광영역중 차광층 일측의 투광영역만을 2차로 위상반전 두께만큼 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
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