KR100259582B1 - 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 셀영역 및 페리영역을 갖는 투명기판 상의 상기 페리영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 1 트랜치를 형성하는 공정과, 상기 제 1 트랜치를 저투과율을 갖는 물질로 채워 제 1 위상반전층을 형성하는 공정과, 상기 투명기판의 상기 셀영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 2 트랜치를 형성하는 공정과, 상기 제 2 트랜치를 고투과율을 갖는 물질을 채워 제 2 위상반전층을 형성하는 공정을 구비한다. 따라서, 본 발명에 따른 한 개의 하프-톤 위상 반전 마스크를 사용하여 각각의 투과율을 조절하여 여러 가지 임계치수의 패턴을 형성할 수 있고, 위상반전층을 형성하기 위해 투명 기판을 식각하여 트랜치를 형성하고 상기 트랜치를 위상반전물질로 채우는 방법을 사용함에 따라 식각에 의한 상기 투명기판의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법.

본 발명은 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 투과율을 조절한 하나의 하프-톤 위상 반전마스크를 사용하여 크기가 다른 패턴을 동시에 형성할 수 있는 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자가 고집적화 됨에 따라, 단위소자의 크기가 감소하고, 이에따라 미세패턴을 형성하는 기술이 연구되고 있다.

패턴에 의해서 발생한 회절광이 노광장치의 투명렌즈를 통과하여 웨이퍼 위에 결상되는 바이너리 인텐시티 마스크(Binary Intensity Mask : 이하, BIM이라 칭함)로는 패턴과 패턴 사이에 간섭현상이 발생하여 원하는 이미지(Aenial image)의 콘트라스트(Contrast)가 저하되므로, 해상력과 초점심도 등을 개선하는 하프-톤 위상 반전 마스크(Half-tone Phase Shift Mask)가 연구되었다.

하프-톤 위상 반전 마스크는 마스크의 차광영역이 위상 반전 물질로 형성되어 입사광을 부분적으로 투과시키고, 180°로 위상을 반전시킨다. 결과적으로 투광영역의 0°위상의 빛과 180°위상의 빛이 소멸간섭을 유발하여 이미지의 콘트라스트를 증가시킨다. 그러므로, 웨이퍼 위에서 패턴의 전사효율이 증가하여 해상력 및 초점심도와 같은 공정능력을 향상시킨다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법을 도시하는 공정도이다.

종래에는 도 1a에 나타낸 바와 같이 셀영역(Cell Area : CA1) 및 페리영역(Peripheral Area : PA1)을 갖는 유리(Glass)나 석영(Quartz) 등과 같은 투광성이 양호한 투명기판(11) 상에 MoSiO, Si_xN_y또는 TaSiO 등과 같은 일정한 굴절률을 갖는 위상반전물질을 증착하여 위상반전층(13)을 형성한다. 상기 위상반전층(13)은 알콜레이트-알콜 용액(Alcohlate- alcohol solution)을 이용한 졸-겔(sol-gel) 방법으로 도포하거나, 또는, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Chemical Vapor Deposition : 이하, 플라즈마 CVD라 칭함) 방법으로 증착하여 형성한다. 상기 위상반전층(13)은 입사광 파장의 위상을 180°로 반전시키기 위해 소정의 두께 t로 형성되어야 하는데, 두께 t는 다음 식에 의해 결정된다.

t = λ / 2(n-1)

상기 식에서, λ는 입사광 파장이고, n은 위상반전층(13)의 굴절률이다. 상기에서 위상반전층(13)의 굴절률(n)은 알콜레이트-알콜 용액을 졸-겔 방법에 의해 도포된 것이 1.6 ∼ 2.3 정도이고, 플라즈마 CVD 방법에 의해 증착된 것이 2.5 ∼ 3.5 정도로 서로 다르다.

또한, 광 소멸계수를 k라고 한다면 흡수도 α = 4πk / λ 이며, 투과율 T = exp(-αt) 가 된다. 그런 후에, 상기 위상반전층(13) 상에 포토레지스트(Photoresist : 15)를 도포한다.

이후에, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 노광 및 현상하여 상기 포토레지스트(15)의 소정 부분을 제거하여 상기 위상반전층(13)의 소정 부분을 노출시키는 포토레지스트(15) 패턴을 형성한다. 상기에서, 포토레지스트(15) 패턴은 셀영역(CA)에서는 최소 디자인 룰의 패턴을 형성하여야 하며, 페리영역(PA)에서는 보다 큰 임계치수의 패턴을 동시에 형성해야하므로, 상기 포토레지스트(15) 패턴은 셀영역(CA)과 페리영역(PA)의 크기가 다르게 형성되어 있다.

그리고, 도 1c와 같이 상기 셀영역(CA)과 페리영역(PA)의 크기가 다르게 형성되어 있는 포토레지스트(15) 패턴을 마스크로 사용하여 상기 노출된 위상반전층(13)을 불소가 첨가된 화학물로 건식각하여 상기 투명기판(11)의 소정 부분을 노출시키는 패턴을 형성하고, 상기 잔존하는 포토레지스트(15)를 제거한다.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)와 같은 메모리소자의 경우에는 셀영역(CA)에서는 최소 디자인 룰(Design rule)의 패턴을 형성하여야 하며, 페리영역(PA)에서는 보다 큰 임계치수의 패턴을 동시에 형성해야 할 필요가 있다.

때문에 상술한 바와 같이, 종래에는 셀영역과 패리영역을 갖는 투명기판 상에 위상반전층을 형성하고, 상기 위상반전층을 포토레지스트를 이용하여 건식각하여 상기 셀영역의 미세한 패턴과 페리영역의 비교적 큰 패턴을 형성하였다.

그러나, 종래의 BIM 보다 개선되기는 했지만 역시 패턴의 크기가 감소하면서 웨이퍼에 결상되는 이미지의 콘트라스트도 저하되어 해상력과 초점심도도 동시에 감소한다. 또한, 인텐시티 자체도 감소하게 되어 이를 보상해주기 위해 적정 노광에너지도 증가하게 된다.

그리고, 위상반전층을 형성하는 물질의 투과율이 일정하기 때문에 한 개의 하프-톤 위상 반전 마스크로 메모리소자를 형성하기 위한 패터닝처럼 서로 다른 크기의 패턴을 동시에 형성하는 것은 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 한 개의 하프-톤 위상 반전 마스크로 투과율을 각각 조정하여 서로 다른 크기의 패턴을 동시에 패터닝 할 수 있는 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법은 셀영역 및 페리영역을 갖는 투명기판 상의 상기 페리영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 1 트랜치를 형성하는 공정과, 상기 제 1 트랜치를 저투과율을 갖는 물질로 채워 제 1 위상반전층을 형성하는 공정과, 상기 투명기판의 상기 셀영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 2 트랜치를 형성하는 공정과, 상기 제 2 트랜치를 고투과율을 갖는 물질을 채워 제 2 위상반전층을 형성하는 공정을 구비한다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법을 도시하는 공정도.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법을 도시하는 공정도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명〉

21 : 투명기판 25 : 제 1 위상반전층

29 : 제 2 위상반전층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법을 도시하는 공정도이다.

본 방법은 도 2a에 나타낸 바와 같이 셀영역(CA2) 및 페리영역(PA2)을 갖는 유리나 석영 등과 같은 투광성이 양호한 투명기판(21) 상에 제 1 포토레지스트(23)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 페리영역(PA2)의 소정 부분을 노출시키는 제 1 포토레지스트(23) 패턴을 형성한다.

그리고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 포토레지스트(23) 패턴을 마스크로 사용하여 상기 페리영역(PA2)의 투명기판(21)을 소정 깊이로 패터닝하여 제 1 트랜치를 형성하고 상기 잔존하는 제 1 포토레지스트(23)를 제거한다. 그런 다음, 상기 투명기판(21) 상에 저 투과율을 갖는 위상반전물질을 상기 제 1 트랜치를 채우도록 두껍게 증착하여 제 1 위상반전층(25)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 트랜치의 깊이 h는 다음 식에 의해 결정된다.

h = λ / 2(n-1)

상기 식에서, λ는 입사광 파장이고, n은 상기 제 1 위상반전층(25)을 형성하기 위해 사용되는 위상반전물질의 굴절률이다.

그런 다음, 도 2c와 같이 상기 제 1 위상반전층(25)을 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP라 칭함) 방법, 또는, 에치백(Etch-back) 공정을 이용하여 페리영역(PA2)의 투명기판(21)의 제 1 트랜치 내에만 잔존하도록 한다. 그리고, 상기 투명기판(21) 및 부분적으로 잔존하는 제 1 위상반전층(25) 상에 제 2 포토레지스트(27)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 셀영역(CA2)의 소정 부분 다수를 노출시키는 제 2 포토레지스트(27) 패턴을 형성한다.

그런 후에, 도 2d와 같이 상기 제 2 포토레지스트(27) 패턴을 마스크로 사용하여 상기 투명기판(21)의 셀영역(CA2)을 소정 깊이로 패터닝하여 제 2 트랜치를 형성하고, 상기 잔존하는 제 2 포토레지스트(27)를 제거한다. 그리고, 상기 투명기판(21) 상에 고 투과율을 갖는 위상반전물질을 사용하여 상기 제 2 트랜치를 채우도록 두껍게 증착하여 제 2 위상반전층(29)을 형성한다. 상기에서 제 2 트랜치의 깊이 h는 다음 식에 의해 결정된다.

h = λ / 2(n-1)

상기 식에서, λ는 입사광 파장이고, n은 상기 제 2 위상반전층(29)을 형성하기 위해 사용하는 위상반전물질의 굴절률이다.

그리고, 도 2e에 나타낸 바와 같이 상기 제 2 위상반전층(29)을 CMP, 또는, 에치백하여 상기 투명기판(21)의 셀영역(CA2)에 형성된 제 2 트랜치 내에만 잔류하도록하여 페리영역(PA2)에는 저투과율을 갖는 제 1 위상반전층(25)을, 셀영역(CA2)에는 고투과율을 갖는 제 2 위상반전층(29)을 형성한다.

상기에서, 투과율이 낮은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 또는, 탄탈(Ta)과 같은 금속성 위상반전물질을 산화물이나 질화물, 예를들면, AlN, Al₂O₃, ZnO, ZnN, Ta₂O₅등으로 만들면 투과율이 높아지는 특성이 있으므로 이것을 이용하면 상기 투과율이 다른 위상 반전 마스크의 동작에 적합하도록 위상반전층의 투과율을 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 셀영역 및 페리영역을 갖는 투명기판의 페리영역에 제 1 트랜치를 형성하고 상기 제 1 트랜치를 저 투과율 위상반전물질을 채우고, 상기 셀영역에 제 2 트랜치를 형성하고 상기 제 2 트랜치를 고 투과율 위상반전물질로 채워서 투과율을 조절할 수 있는 위상 반전 마스크를 형성하였다.

따라서, 본 발명에 따른 한 개의 하프-톤 위상 반전 마스크를 사용하여 각각의 투과율을 조절하여 여러 가지 임계치수의 패턴을 형성할 수 있고, 위상반전층을 형성하기 위해 투명 기판을 식각하여 트랜치를 형성하고 상기 트랜치를 위상반전물질로 채우는 방법을 사용함에 따라 식각에 의한 상기 투명기판의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 셀영역 및 페리영역을 갖는 투명기판 상의 상기 페리영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 1 트랜치를 형성하는 공정과,

   상기 제 1 트랜치를 저투과율을 갖는 물질로 채워 제 1 위상반전층을 형성하는 공정과,

   상기 투명기판의 상기 셀영역에 포토리쏘그래피 방법으로 소정 깊이의 제 2 트랜치를 형성하는 공정과,

   상기 제 2 트랜치를 고투과율을 갖는 물질을 채워 제 2 위상반전층을 형성하는 공정을 구비하는 하프-톤 위상 반전 마스크의 제조 방법.

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