KR100305142B1 - 위상 반전 마스크의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광 장치로부터 입사되는 광이 서로 다른 위상차를 가지고 투과하도록 위상 반전부를 구비하는 위상 반전 마스크의 형성 방법에 관한 것으로, 그 형성 방법은 평탄한 마스크 기판 상부에 바이너리 마스크 패턴을 형성하며, 그 마스크 기판 상부에 절연막과 제 1 레지스트막을 순차적으로 적층하며, 순차 적층된 제 1 레지스트막, 절연막을 패터닝하며, 제 1 레지스트막을 제거하고 절연막 패턴과 바이너리 마스크 패턴 전면에 제 2 레지스트막을 도포한 후에 마스크 기판 표면이 노출되도록 제 2 레지스트막을 패터닝하며, 제 2 레지스트막 패턴에 정렬하도록 바이너리 마스크 패턴막을 패터닝하여 절연막 패턴과 연결되는 식각 정지막으로 이루어진 위상 반전부를 형성한 후에 제 2 레지스트막을 제거한다. 따라서, 본 발명은 마스크 기판 상부에 식각 정지용 막으로서 크롬을 형성하고 이후 절연막 및 크롬막으로 이루어진 위상 반전부를 형성하므로써 위상 반전부를 위한 식각 공정시 발생하는 기판 표면의 손상을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 위상 반전 마스크의 균일한 위상차 확보로 포토리소그래피 공정에서 최소 패턴 형성의 한계를 극복할 수 있다.

Description

위상 반전 마스크의 형성 방법

본 발명은 웨이퍼 기판에 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크 공정에 관한 것으로, 특히 노광 장치로부터 입사되는 광이 서로 다른 위상차를 가지고 투과되는 위상 반전 마스크(phase shift mask) 형성시 그 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 위상 반전 마스크의 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 제조 공정 중에서 사용되는 각종 패턴들은 포토리소그래피 기술에 의해 형성된다. 하지만, 패턴들의 해상도는 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 급격히 저하된다. 예를 들어 통상적인 투영 노광장치를 이용하여 소자의 패턴들을 형성할 경우, 빛의 회절에 의해 패턴의 모서리가 둥글어지게 되는 문제점이 있었다. 이 때문에, 레벤슨(Levenson)은 위상 반전부(phase shifter)가 포함된 위상 반전 마스크를 고안하여 패턴의 해상도를 높임으로써 보다 미세한 소자의 패턴을 형성할 수 있게 하였다.

이러한 위상 반전 마스크를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 마스크 기판의 투광부를 통과한 광에 대하여 위상 반전부를 통과한 광이 역위상이 되도록 하는데, 이 때 광이 서로 간섭 효과를 야기시켜 패턴의 경계 부분에서 광의 강도가 "0"으로 되어 해상도를 증가시켰다.

한편, 상기 위상 반전 마스크의 형성 방법은 통상적으로 석영 마스크 기판에 크롬을 도포하고, 사진 및 식각 공정으로 크롬을 패터닝하여 바이너리 마스크 패턴을 형성한다. 그리고, 이 바이너리 마스크 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 실시하여 패턴에 의해 개방된 마스크 기판을 식각한다. 이에 따라 마스크 기판은 바이너리 마스크 패턴이 형성된 부분을 제외하고 기판 내에 홈이 형성된다. 이 홈은 이후 미세 패턴의 형성공정에서 위상 반전부로 사용된다.

하지만, 위와 같은 위상 반전 마스크의 형성 방법에 있어서, 식각 공정시 균일한 식각 조정이 어렵기 때문에 위상 반전부의 역할을 저하시키며, 또한 식각 공정 후에 마스크 기판의 표면에 손상이 발생하기도 한다.

그러므로, 종래와 같은 위상 반전 마스크의 형성 방법은 포토리소그래피 공정의 수율을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 위상 반전 마스크의 제조 공정에 있어서 종래 기술과는 다른 방법으로 위상 반전 마스크의 위상 반전부를 제작하여 균일한 위상차를 확보하는 위상 반전 마스크의 형성 방법을 제공하는데 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 형성하기 위한 공정 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 석영 마스크 기판

12: 바이너리 마스크 패턴

14: 산화막

16: 제 1 레지스트막

18: 제 2 레지스트막

A: 투과 위상 180℃ 영역

B: 투과 위상 0℃ 영역

S: 위상 반전부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 노광 장치로부터 입사되는 광이 서로 다른 위상차를 가지고 투과하도록 위상 반전부를 구비하는 위상 반전 마스크의 형성 방법에 있어서, 평탄한 마스크 기판 상부에 식각 정지막으로 이루어진 바이너리 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 바이너리 마스크 패턴이 형성된 마스크 기판 상부에 절연막과 제 1 레지스트막을 순차적으로 적층하는 단계와, 순차 적층된 제 1 레지스트막, 절연막을 패터닝하는 단계와, 제 1 레지스트막을 제거하고 절연막 패턴과 바이너리 마스크 패턴 전면에 제 2 레지스트막을 도포하는 단계와, 이후 마스크 기판 표면이 노출되도록 제 2 레지스트막을 패터닝하는 단계와, 제 2 레지스트막 패턴에 정렬하도록 바이너리 마스크 패턴막을 패터닝하여 절연막 패턴과 연결되는 식각 정지막으로 이루어진 위상 반전부를 형성하는 단계와, 제 2 레지스트막을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 반전 마스크의 형성 방법에 있어서, 마스크 기판은 석영을 사용하며, 식각 정지막은 크롬을 사용하며, 그 두께는 800Å 이상으로 한다.

또한 본 발명의 위상 반전 마스크의 형성 방법에 있어서, 절연막은 산화막과 SOG막 중에서 어느 하나의 막을 사용하며, 그 두께는 이후 형성될 위상 반전 마스크의 위상 반전부를 통해서 노광 장치로부터 입사되는 광이 180℃±3℃ 위상차를 가지고 투과하도록 조절한다.

본 발명에 따르면, 위상 반전 마스크의 형성 공정시 마스크 기판 상부에 식각 정지막을 적층하고, 마스크 기판의 식각 공정 없이 식각 정지막을 이용한 위상 반전부를 형성하므로써 위상 반전부를 균일하게 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 형성하기 위한 공정 순서도로서, 본 발명의 위상 반전 마스크 형성 방법은 다음과 같은 제조 공정 순서에 따라 형성된다.

우선, 도 1에 나타난 바와 같이, 평탄한 석영 마스크 기판(10) 위에 식각 정지막으로서 크롬을 증착한다. 이때 크롬의 증착 두께는 전도(transmission)가 일어나지 않도록 800Å 이상으로 한다. 그리고, 사진 및 식각 공정으로 기판(10)에 위상차가 발생하는 부분의 크롬만을 제거하여 바이너리 마스크 패턴(12)을 형성한다.

그 다음 도 2에 나타난 바와 같이, 바이너리 마스크 패턴(12)이 형성된 마스크 기판(10) 전면에 절연막(14)으로서 산화막을 증착하고, 그 위에 제 1 레지스트막(16)을 증착한다. 이때 산화막(14)의 증착 공정은 이후 형성될 위상 반전 마스크의 위상 반전부를 통해서 노광 장치로부터 입사되는 광이 180℃±3℃ 위상차를 가지고 투과하도록 그 두께를 조절하여 실시한다. 그리고, 산화막(14)의 증착 온도는 500℃ 이하로 한다.

이어서, 도 3에 나타난 바와 같이 위상 반전부를 정의하기 위한 마스크를 이용하여 제 1 레지스트막(16)에 노광 및 현상 등의 사진 공정을 실시한다. 이에 따라 현상된 제 1 레지스트막(16)은 바이너리 마스크 패턴(12) 사이 부분에만 남아 있게 된다. 그리고, 상기 레지스트막(16')을 마스크로 삼아 건식식각 공정을 실시하고, 이로 인해 바이너리 마스크 패턴(12) 사이의 기판(10) 상부에는 상기 레지스트막(16')과 정렬하도록 패터닝된 산화막(14')이 존재한다.

그 다음, 도 4에 나타난 바와 같이 레지스트막(16)을 제거하고, 상기 공정에 의해 외부에 개방된 산화막(14')과 바이너리 마스크 패턴(12) 전면에 제 2 레지스트막(18)을 도포한다.

그 다음 사진 공정을 실시하여 위상 반전을 일으키는 기판(10) 부위의 바이너리 마스크 패턴(12)의 크롬을 제거하고자 제 2 레지스트막(18)을 패터닝한다. 그리고, 제 2 레지스트막(18) 패턴에 정렬하도록 바이너리 마스크 패턴막(12)을 부분 식각한다. 이에 따라 도 5에 나타난 바와 같이 마스크 패턴막(10) 상부에는 산화막(14') 패턴과 연결되는 크롬막(12')으로 이루어진 위상 반전부(S)가 형성된다. 이후 제 2 레지스트막(18)을 제거한다.

또한, 도 5에서의 A는 이후 반도체 소자 패턴 공정시 위상 반전 마스크에 노광 장치로부터 입사된 광(Φ1)이 위상 반전부(S)를 통해서 180℃로 입사되는 영역을 나타낸 것이며, B는 광(Φ2)이 0℃로 입사되는 영역을 나타낸 것이다.

그러므로, 상기와 같은 제조 공정에 따라 위상 반전부(S)가 형성된 마스크 기판(10)은 반도체 소자 패턴 공정에 사용될 경우 위상 반전부(S)가 형성된 부분(A영역)과 그렇지 않는 부분(B영역)을 통해서 약 180℃의 광 위상차를 발생하며, 이때 위상 반전부(S)의 크롬막(12')은 막 특성상 광 전송을 일으키지 않는다.

본 발명에 의하면, 위상 반전 마스크 형성 공정시, 마스크 기판 상부에 식각 정지용 막으로서 크롬을 형성하고 이후 절연막 및 크롬막으로 이루어진 위상 반전부를 형성하므로써 종래 기술에 따른 트랜치 타입의 마스크 기판 형성시 발생하는 기판 표면의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 위상 반전 마스크의 균일한 위상차 확보로 포토리소그래피 공정에서 최소 패턴 형성의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 노광 장치로부터 입사되는 광이 서로 다른 위상차를 가지고 투과하도록 위상 반전부를 구비하는 위상 반전 마스크의 형성 방법에 있어서,

   평탄한 마스크 기판 상부에 식각 정지막으로 이루어진 바이너리 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 바이너리 마스크 패턴이 형성된 마스크 기판 상부에 절연막과 제 1 레지스트막을 순차적으로 적층하는 단계;

   상기 순차 적층된 제 1 레지스트막, 절연막을 패터닝하는 단계;

   상기 제 1 레지스트막을 제거하고 절연막 패턴과 바이너리 마스크 패턴 전면에 제 2 레지스트막을 도포하는 단계;

   이후 마스크 기판 표면이 노출되도록 상기 제 2 레지스트막을 패터닝하는 단계;

   상기 제 2 레지스트막 패턴에 정렬하도록 바이너리 마스크 패턴막을 패터닝하여 상기 절연막 패턴과 연결되는 식각 정지막으로 이루어진 위상 반전부를 형성하는 단계; 및

   상기 제 2 레지스트막을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 마스크 기판은 석영을 사용한 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 식각 정지막은 크롬을 사용하며, 그 두께는 800Å 이상인 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 형성 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 절연막은 산화막과 SOG막 중에서 어느 하나의 막을 사용하며, 그 두께는 이후 형성될 위상 반전 마스크의 위상 반전부를 통해서 노광 장치로부터 입사되는 광이 180℃±3℃ 위상차를 가지고 투과하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 형성 방법.