KR100370167B1 - 위상반전 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정의 용이성을 향상시키고 패턴 결함을 방지하기 위한 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것으로, 기판에 필드 영역을 형성하여 필드 영역 및 활성 영역을 정의하는 단계와, 상기 활성 영역의 기판의 소정 영역상에 차광층을 형성하는 단계와, 상기 차광층 일측의 활성 영역의 기판을 노출시키는 마스크를 이용하여 에너지와 양을 몇 차례 달리하여 불순물 이온을 주입한 후, 열처리 공정을 실시하여 상기 기판과의 계면에서 연속적인 굴절률을 갖는 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 형성한다.

Description

위상반전 마스크 제조방법{Method for Fabricating of Phase Shifting Mask}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 위상 불연속으로 인한 감광막 찌꺼기를 제거하여 패턴 불량을 방지하기 위한 위상 반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자가 고집적화 및 고밀도화함에 따라 단위 소자의 크기가 감소되고 이에 따라 도선 등의 선폭이 작아지고 있다.

따라서, 바이너리 마스크(Binary Mask) 비해 해상력이 크고 미세한 패턴을 형성할 수 있는 위상반전 마스크(Phase Shifting Mask)가 중요하게 대두되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 위상반전 마스크 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 위상 반전 마스크 제조공정 단면도이고, 도 2a는 종래 위상 반전 마스크의 평면도이고, 도 2b는 종래 위상 반전 마스크의 위상을 나타낸 도면이고, 도 2c는 종래 위상 반전 마스크를 통과한 광의 세기를 나타낸 도면이다.

종래 위상 반전 마스크의 제조방법은 도 1a에 도시된 바와 같이, 석영 기판(11)의 소정 영역에 필드 영역(12)을 형성한다.

그리고, 상기 석영 기판(11)상에 크롬(Cr)층을 증착하고 포토 및 식각 공정으로 상기 석영 기판(11)의 소정 영역상에 남도록 상기 크롬층을 선택적으로 제거하여 차광층(13)을 형성한다.

그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 차광층(13) 일측의 상기 석영 기판(11)을 소정 깊이로 제거하여 위상 반전층(14)을 형성한다.

이때, 상기 위상 반전층(14)의 위상이 상기 차광층(13) 타측의 석영 기판(11)의 위상과 180°차이가 나도록 상기 석영 기판(11)의 식각 깊이를 조절하여 상기 위상 반전층(14)을 형성한다.

즉, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 위상 반전층(14)의 위상은 상기 필드 영역(12) 및 석영 기판(11)의 위상과 180°차이가 나게 된다.

따라서, 상기 석영 기판(11)과 위상 반전층(14)의 경계 즉, 차광층(13)이 형성된 영역뿐만 아니라 상기 필드 영역(12)과 위상 반전층(14)의 경계에서도 위상이 0°에서 180°로 불연속적으로 변하게 된다.

따라서, 도 2c에 도시된 바와 같이 A 영역과 B 영역에서 위상반전 마스크를 통과한 광의 세기가 현상되는 문턱 강도(I_th)보다 낮게된다.

즉, 상기 위상 반전 마스크가 B 영역뿐만 아니라 A영역에서도 감광막을 마스킹하게 된다.

따라서, 상기 위상 반전 마스크의 B영역에 대응되는 감광막에는 원하는 패턴 이미지가 형성되고 상기 위상 반전 마스크의 A 영역에 대응되는 감광막에는 원하지 않는 패턴 이미지가 형성된다.

즉, 상기 위상 반전 마스크의 A영역에 대응되는 영역에는 감광막 찌꺼기가 형성되게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 상기 위상반전 마스크와 바이너리 마스크를 함께 이용하여 상기 감광막 찌꺼기를 제거하거나, 위상을 몇 차례에걸쳐서 서서히 변화시키기 위해서 위상 계단(Phase Step)을 형성하고 있다.

위상 계단이란, 위상이 0°에서 180°로 변하는 것을 방지하기 위해, 60°, 120°등의 중간 위상을 형성하여 좀더 서서히 위상을 변화시키어 감광막의 패터닝 공정 이후에 감광막 찌꺼기의 발생을 억제하기 위한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 위상 반전 마스크 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 위상이 불연속적으로 변함에 따라서 발생되는 감광막 찌꺼기를 제거하기 위하여 바이너리 마스크와 같은 추가적인 마스크가 요구된다.

둘째, 위상이 불연속적으로 변하는 현상을 방지하기 위한 위상 계단 공정은 여러 번의 석영 기판 식각 공정이 필요하나, 식각 마스크 제작이 매우 복잡하며 공정이 난해하다.

셋째, 위상 반전층을 형성하기 위한 석영 기판 식각 공정에서 발생된 석영 기판의 흠집을 검사과정에서 발견하기 어려우므로 불량 패턴을 유발하게되는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 공정의 용이성을 향상시키고 패턴 결함을 방지하기에 적합한 위상반전 마스크 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 위상 반전 마스크 제조공정 단면도

도 2a는 종래 위상 반전 마스크의 평면도

도 2b는 종래 위상 반전 마스크의 위상을 나타낸 도면

도 2c는 종래 위상 반전 마스크를 통과한 광의 세기를 나타낸 도면

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크 제조공정 단면도

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 평면도

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 위상을 나타낸 도면

도 4c는 본 발명의 위상 반전 마스크를 통과한 광의 세기를 나타낸 도면

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

21 : 석영 기판 22 : 필드 영역

23 : 차광층 24 : 포토레지스트

25 : 위상 반전층

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법은 기판에 필드 영역을 형성하여 필드 영역 및 활성 영역을 정의하는 단계와, 상기 활성 영역의 기판의 소정 영역상에 차광층을 형성하는 단계와, 상기 차광층 일측의 활성 영역의 기판을 노출시키는 마스크를 이용하여 에너지와 양을 몇 차례 달리하여 불순물 이온을 주입한 후, 열처리 공정을 실시하여 상기 기판과의 계면에서 연속적인 굴절률을 갖는 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 위상 반전 마스크 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크 제조공정 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 평면도이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 위상을 나타낸 도면이고, 도 4c는 본 발명의 위상 반전 마스크를 통과한 광의 세기를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조방법은 도 3a에 도시된 바와 같이, 석영 기판(21)의 소정 영역에 필드 영역(22)을 형성한다.

그리고, 상기 석영 기판(21)상에 크롬(Cr)층을 증착하고 포토 및 식각 공정으로 상기 석영 기판(21)의 소정 영역상에 남도록 상기 크롬층을 선택적으로 제거하여 차광층(23)을 형성한다.

그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 석영 기판(21)의 전면에 포토레지스트(24)를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 상기 차광층(23) 일측의 상기 석영 기판(21)이 노출되도록 상기 포토레지스트(24)를 패터닝한다.

그리고, 상기 패터닝된 포토레지스트(24)를 마스크로 이용하여 상기 노출된 석영 기판(21)에 소정 깊이로 불순물 이온을 주입하고 상기 포토레지스트(24)를 제거한 후에 열처리 공정을 실시하여 도 3c에 도시된 바와 같이, 위상 반전층(25)을 형성한다.이때, 상기 위상 반전층(25)의 위상이 180°가 되도록 불순물 이온 주입의 에너지와 양(Does)을 조절한다.상기 불순물 이온 주입시 물질을 달리하여 위상뿐만 아니라 빛의 진폭도 변화시킬 수 있으므로 Weak PSM, Attenuated PSM 등과 같은 다양한 종류의 마스크의 제작이 가능하다.

또한, 상기 위상 반전층(25)이 깊이에 따라서 연속적인 굴절률 변화를 갖도록 하기 위하여 이온주입 에너지와 양을 몇 차례 달리하여 상기 이온 주입 공정을 실시한다.

이때, 상기 불순물 이온의 에너지와 양을 몇 차례 달리하여 주입함에 따라서 굴절률의 위상뿐만 아니라 빛의 진폭도 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 이온 주입 깊이는 다음 수식에 의하여 결정된다.

여기서, 상기 n₁은 상기 위상 반전층(25)의 굴절률이고, 상기 n₂는 석영 기판(21)의 굴절률을 나타낸다.

예컨대, 상기 노출된 석영 기판(21)에 약 2500Å의 깊이로 질소 이온(N₂ ⁺)을 주입하고 어닐링 공정을 실시하여 위상 반전층(25)을 형성한다.

여기서, 상기 위상 반전층(25)은 옥시 나이트라이드(SiO_xN_y)로, 옥시 나이트라이드의 굴절률은 질소 이온의 주입량에 따라서 달라지므로 위상 반전층(25)의 깊이에 따른 굴절률의 변화가 가능하다.

상기한 방법으로 형성되는 본 발명의 위상 반전 마스크는 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 필드 영역(22)과 위상 반전층(25)의 경계에서 위상이 연속적으로 변화하게 된다.

따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 필드 영역(22)과 위상 반전층(25)의 경계에서 위상 반전 마스크를 통과한 광의 세기가 약간 줄어들기는 하지만, 이는 현상되는 문턱 세기(I_th)에 비하여 충분히 크므로 이 영역에서 감광막을 마스킹하지 않게 된다.

상기와 같은 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 위상 변화가 연속적인 위상 반전 마스크를 제조할 수 있으므로 위상 불연속으로 인한 패턴 불량을 개선시킬 수 있다.

둘째, 석영 기판을 식각에 따른 결함 발생 및 공정 어려움을 극복할 수 있다.

셋째, 이온 주입시 물질을 달리하여 굴절률을 변화시키는 방법으로 위상뿐만 아니라 빛의 진폭도 변화시킬 수 있으므로 여러 종류의 위상반전 마스크(예 : Weak PSM, Attenuated PSM)를 제작할 수 있다.

Claims (3)

1. 기판에 필드 영역을 형성하여 필드 영역 및 활성 영역을 정의하는 단계;

   상기 활성 영역의 기판의 소정 영역상에 차광층을 형성하는 단계;

   상기 차광층 일측의 활성 영역의 기판을 노출시키는 마스크를 이용하여 에너지와 양을 몇 차례 달리하여 불순물 이온을 주입한 후, 열처리 공정을 실시하여 상기 기판과의 계면에서 연속적인 굴절률을 갖는 위상 반전층을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 위상 반전 마스크 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 반전층의 위상이 180°가 되도록 에너지와 양을 조절하여 불순물 이온을 주입함을 특징으로 하는 위상 반전 마스크 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물 이온으로 질소 이온을 주입하여 상기 위상 반전층을 옥시 나이트라이드로 형성함을 특징으로 하는 위상 반전마스크 제조방법.