KR100224717B1

KR100224717B1 - 위상반전 마스크 제조방법

Info

Publication number: KR100224717B1
Application number: KR1019960047787A
Authority: KR
Inventors: 우상균
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1999-10-15
Also published as: KR19980028649A

Abstract

위상반전 마스크 제조방법을 개시한다. 본 발명에 의한 위상반전 마스크의 제조방법은, 석영기판상에 하프톤 위상반전층 및 차광층을 차례로 형성하는 단계와, 차광층위에 소정 크기의 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제1 포토레지스트 패턴을 적용하여 차광층을 식각함으로써 차광층 패턴 및 이에 따른 차광층 개구부를 형성하는 단계와, 차광층 패턴을 적용하여 하프톤 위상반전층을 식각함으로써 하프톤 위상반전층 패턴을 형성하는 단계와, 결과물 전면에 제2 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상 등의 공정을 거쳐 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제2 포토레지스트 패턴을 적용하여 차광층 패턴의 일부분을 식각함으로써 위상반전층 개구부를 형성하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 위상반전 마스크의 제작 후에 초전심도의 변화로부터 엔지니어가 손쉽게 위상반전량을 측정할 수 있는 모니터링 패턴을 구비한 점에 잇점이 있다.

Description

위상반전 마스크 제조방법

본 발명은 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상반전 마스크의 위상반전량을 측정하기 위한 모니터링 패턴(monitoring pattern)을 구비한 위상 반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

최근의 반도체 디바이스(device)들은 0.25㎛ 정도의 디자인 룰(design rule) 에 따른 선폭제어가 요청되고 있다. 이러한 미세선폭을 형성하기 위해서든 해상도 (resolution) 상의 한계를 극복해야만 하며, 이를 위한 가장 직접적인 방법은 보다 파장이 짧은 빛을 노광용의 광원으로 이용하는 것이고, 다른 한 방법은 구경이 큰 투영렌즈(projection lens)를 사용하는 것이다.

그러나, 상술한 방법을 사용하는 경우에도 해상도를 일정수준 이상으로 하는 경우에 초점심도(DOF : Depth of Focus)가 감소하는 문제가 발생된다. 치러한 문제 를 해소하기 위해 해상도와 DOF를 함께 개선할 수 있는 방안들이 모색되었으며, 그 결과로서 위상반전 마스크(PSM : Phase Shifting Mask) 기술이 발전되었다. 이러한 위상반전 마스크 기술은 인접패턴간의 광간섭효과로 인해 패턴이 올바르게 정의 (definition)되지 못하는 문제를 해소하기 위해, 인접패턴이 위상이 반전된 빛에 의하여 노광되도록 마스크패턴상에 요철을 형성하는 기법을 사용하며, 특히 하프-톤 위상반전 마스크(half-tone PSM, 혹은 attenuated PSM)의 경우에는 마스크 패턴을 디자인함에 있어 제약이 적기 때문에 가장 많이 사용되고 있다.

한편, 위상반전 마스크는 디자인된 위상반전량을 실제의 마스크의 제작과정에서 실현하는 경우에 효과를 가지며, 따라서 위상반전량을 정확히 계측하는 기술이 매우 중요하다. 위상반전량은 상용화된 쉐어링 인터페로메터(shearing interferometer) 장치를 이용하여 직접 측정할 수 있다. 이러한 쉐어링 인터페로메터 장치를 사용하여 위상반전량을 측정하기 위해서는 소정의 모니터링 패턴을 마스크 패턴과 함께 위상반전마스크상에 제작해야 한다.

그런데, 상기한 쉐어링 인터페로메터를 사용하는 방법은 제작된 위상반전 마스크로 부터 위상반전량을 측정할 수는 있으나, 아래와 같은 단점을 갖고 있다.

1) 위상반전량을 측정하기 위한 모니터링 패턴의 크기가 최소한 3㎛ 이상인 경우에만 측정결과를 신뢰할 수 있으나, 실제의 마스크 패턴은 대개 1㎛ 정도이므로 측정된 위상반전량의 신뢰도가 떨어진다.

2) 제작된 위상반전 마스크에 대해서 직접 위상반전량을 측정하므로 실제로 노광을 행하는 사진식각공정상에서의 위상반전량과 오차가 발생할 수 있으며, 이에 따라 엔지니어(engineer)가 작업하는 실제 환경에 측정결과를 적용하기 어렵다는 문제점 이 있다.

본 발명이 이추고자 하는 기술적 과제는, 위상반전량을 측정할 수 있는 모니터링 패턴을 구비함으로써 사진식각공정의 엔지니어가 초점심도를 통해 손쉽게 위상반전량을 측정할 수 있는 위상반전 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

제1도는 위상반전량에 따른 촛점심도 중심치의 변화예를 나타낸 도면이다.

제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 있어서 모니터링 패턴 을 나타낸 도면이다.

제3a도 내지 제3e도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 있어서 모니터링 패 턴의 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 석영기판 10 : 하프톤 위상반전층

10' : 하프톤 위상반전층 패턴 15 : 위상반전층 개구부

20 : 차광층 20' : 차광층 패턴

25 : 차광층 개구부 PR1 : 제1 포토레지스트층

PR2' : 제2 포토레지스트 패턴

상기한 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 위상반전 마스크는, 석영기판 상에 CrSiO, CrSiON, CrO, CrON, MoSi, MoSiON, SiN, SiNO, 및 WSi으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 하프톤 위상반전층 패턴과, 상기 하프톤 위상반전층 패턴의 일부분 상에 Cr, 크롬화합물 및 MoSi으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 차광층 패턴과, 상기 차광층 패턴이 형성되지 않은 하프톤 위상반전층 패턴에 의해 형성되는 위상반전층 개구부와, 상기 하프톤 위상반전층 패턴의 일부분 상에 형성된 차광층 패턴에 의해 형성되는 차광층 개구부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 위상반전 마스크의 제조 방법은, 석영기판상에 하프톤 위상반전층 및 차광층을 차례로 형성하는 단계와, 상기 차광층위에 소정 크기의 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층을 식각함으로써 차광층 패턴 및 이에 따른 차광층 개구부를 형성하는 단계와, 상기 차광층 패턴을 적용하여 상기 하프톤 위상반전층을 식각함으로써 하프톤 위상반전층 패턴을 형성하는 단계와, 결과물 전면에 제2 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상 등의 공정을 거쳐 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층 패턴의 일부분을 식각함으로써 위상반전층 개구부를 형성하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다 .

본 발명은 위상반전량에 따라서 촛점심도(DOF)의 중심치가 변화하는 성질을 이용하고자 한다. 먼저, 제1도는 위상반전량에 따른 촛점심도 중심치의 변화예를 나타낸 도면으로, 제1도를 참조하여 본 발명의 원리를 설명한다.

제1도에서 X축은 촛점심도의 중심치를 나타내고, Y축은 CD(Critical Dimension)를 나타낸다. 제1도에서 A 곡선은 위상반전량이 180°인 경우(θ = 180°)의 통상적인 크롬 마스크의 CD 분포를 나타내는 바, 초점심도의 중심치가 0인 위치에서 최대의 CD 값이 나타나고 있다.

한편, 제1도에서 B 곡선은 위상반전량이 180°보다 작은 경우 (θ＜180°)의 CD 분포로서 초점심도의 중심치가 약 -0.5의 값일 때 최대의 CD 값이 나타나고 있다. 또한, 제1도에서 C 곡선은 위상반전량이 180°보다 큰 경우(θ＞180°)의 CD 분포로서 초점심도의 중심치가 약 +0.5일 때 최대의 CD 값이 나타난다. 즉, 제1도를 참조하면, 위상반전량에 따라 촛점심도의 값이 변화함을 알 수 있으며, 이는 역으로 촛점심도를 측정함으로써 위상반전량(위상반전량의 에러)을 측정할 수 있응을 의미한다.

다음으로, 제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 있어서 모니 터링 패턴을 나타낸 도면으로, 제2a도는 평면도이고, 제2b도는 단면도이다. 제2a도 및 제2b도에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

제2a도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 있어서 모니터링 패턴의 평면도로서, 여기에서 도면부호 10'은 예컨대 몰리브덴실리콘(MoSi)으로 이루어진 하프톤 위상반전층 패턴을 나타내고, 15는 이 하프톤 위상반전층 패턴(10')에 구비된 위상 반전층 개구부를 나타내며, 20'은 예컨대 크롬(Cr)으로 이루어진 차광층 패턴을 나타내고, 25는 이 차광층 패턴(20)에 구비된 차광층 개구부를 나타낸다.

상기 하프톤 위상반전층 패턴은 CrSiO, CrSiON, CrO, CrON, MoSi, MoSiON, SiN, SiNO, WSi 및 비정질카본으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되고, 상기 차광층 패턴은 Cr, 크롬화합물 및 MoSi으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다.

제2b도는 상기 제2a도의 A-A'선에 잘라 본 단면도로서, 제2b도에서 도면부호 100은 마스크의 주재료인 석영기판을 나타내고, 이 석영기판(100)상에는 하프톤 위상반전층 패턴(10')이 형성되어 있으며, 이 하프톤 위상반전층 패턴(10')에 의해 상기한 하프톤 위상반전층 개구부(15)가 형성되어 위상천이기(phase shifter)로서 작용한다.

한편, 상기 하프톤 위상반전층 패턴(10')의 상부에는 차광층 패턴(20')이 형성되어 통상의 마스크에서와 마찬가지로 차광막으로 작용하며, 이 차광층 패턴(20')에 의해 상기 창광층 개구부(25)가 형성된다. 이때, 상기 하프톤 위상반전층 개구부(15)와 차광층(25)는 0.1㎛∼5.0㎛의 크기를 가지며, 그 형태는 사각형 또는 다각형으로 형성한다. 상기 위상반전 개구부(15)의 영역과 차광층 개구부(25)의 영역간에는 소정 각도의 위상차가 발생하며, 본 발명에서는 초점심도의 중심치를 측정함으로써 상기한 모니터링 패턴에서의 위상반전량을 측정하게 된다.

다음으로, 제3a도 내지 제3e도는 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 있어서 모니터링 패턴의 제조공정을 나타낸 공정순서도로, 이를 참조하여 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법을 설명한다.

제3a도는 하프톤 위상반전층(10), 차광층(20), 및 제1 포토레지스트층(PR1)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 석영기판(100) 상에 하프톤 위상반전층(10)으로 사용되는 MoSi층을 소정두께로 형성하고, 이 하프톤 위상반전층(10) 상에 차광층(20)으로 사용되는 Cr층을 소정두께로 형성한 후, 상기 하프톤 위상반전층(10)과 차광층(20)에 대하여 통상적인 사진식각공정을 적용하기 위하여 제1 포토레지스트층(PR1)을 소정두께로 도포한다.

상기 하프톤 위상반전층(10)은 CrSiO, CrSiON, CrO, CrON, MoSi, MoSiON, SiN, SiNO, WSi 및 비정질괴본으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하고, 상기 차광층(20)은 Cr, 크롬화합물 및 MoSi으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성한다.

제3b도는 차광층 패턴(20')의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제1 포토 레지스트층에 대하여 소정의 마스크노광 및 현상 등의 공정을 거쳐 원하는 크기의 제1 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후 이 제1 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층을 식각함으로써, 도시된 바와 같은 차광층 패턴(20')을 형성한다. 이 때, 상기 차광층 패턴(20')에 의해 차광층 개구부(25)가 형성된다.

제3c도는 하프톤 위상반전층 패턴(10')의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상 기 제1 포토레지스트 패턴을 제거한 후 상기 차광층 패턴(20')을 식각마스크로 적용하여 상기 하프톤 위상반전층을 식각함으로써, 도시된 바와 같은 하프톤 위상반전층 패턴(10')을 형성한다.

제3d도는 제2 포토레지스트 패턴(PR2')의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상 기 제3c도의 공정 후 결과물 전면에 대하여 소정두께의 제2 포토레지스트층을 형성 하고, 형성하려는 마스크 패턴에 따라 상기 제2 포토레지스트층에 대하여 선택적으로 마스크노광 및 현상 등의 공정을 거쳐, 도시된 바와 같은 제2 포토테지스트 패턴(PR2')을 형성 한다.

제3e도는 위상반전층 개구부(15)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 제2 포토 레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층 패턴(20')의 일부분을 식각 및 제거하여, 도시된 바와 같은 위상반전층 개구부(15)를 형성함으로써 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 모니터링 패턴을 완성한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 위상반전 마스크에 위상반전 층 개구부와 차광층 개구부를 구비한 모니터링 패턴을 구비하는 한편, 촛점심도의 중심치의 변화를 측정하는 방법으로 사진식각공정을 수행하면서 위상반전량을 엔지니어가 손쉽게 측정할 수 있게 된다.

Claims

석영기판상에 하프톤 위상반전층 및 차광층을 차례로 형성하는 단계, 상기 차광층위에 소정 크기의 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층을 식각함으로써 차광층 패턴 및 이에 따른 차광층 개구부를 형성하는 단계, 상기 차광층 패턴을 적용하여 상기 하프톤 위상반전층을 식각함으로써 하프톤 위상반전층 패턴을 형성하는 단계, 결과물 전면에 제2 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상 등의 공정을 거쳐 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 제2 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 차광층 패턴의 일부분을 식각함으로써 위상반전층 개구부를 형성하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 위상반전층 개구부 및 차광층 개구부는, 0.1㎛∼5.0㎛의 크기를 갖는 사각형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 하프톤 위상반전층은 CrSiO, CrSiON, CrO, CrON, MoSi, MoSiON, SiN, SiNO, WSi 및 비정질카본으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하 나로 형성되고, 상기 차광층은 Cr, 크롬화합물 및 MoSi으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.