KR100417007B1 - 위상반전마스크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하프톤형(half-tone) 위상반전 마스크(phase-shifting mask) 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명은 위상반전 마스크제조 방법에서 위상 반전층으로 사용되는 MoSiON를 플루오린계 식각가스에 클로린(Cl2)을 첨가시켜 건식식각함으로써 언더컷이 없는 수직의 슬롭과 매우 평탄한 기판을 갖는 위상반전마스크를 제조하는데 있다.

Description

위상반전마스크 제조방법{Method for Manufacturing a Phase-shifting Mask}
본 발명은 포토마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상반전층 패턴을 수직으로 형성하고 석영기판 표면을 평탄하게 형성하기 위한 위상반전마스크 제조방법에 관한 것이다.
통상 반도체 산업에서 사용되는 포토마스크 제조방법은 널리 알려져 있다. 하지만 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 새로운 구조의 마스크 제조 공정시 어려움이 점차적으로 확대되고 있고, 이로 인해 해상도와 초점심도를 향상시키기 위한 마스크 구조들이 계속적으로 연구되고 있다.
광 노광 기술에 있어서 해상력을 향상시키고 초점심도를 높임으로서 공정의 안정성을 추구하는 방법은 크게 세 가지로 구분할 수 있다.
첫째 노광 장비의 개선, 둘째 감광제를 포함한 공정의 개선, 셋째 마스크의 개선이다. 이중에서 기존의 포토마스크의 구조를 개선함으로서 보다 높은 해상력을 얻고 공정의 안정을 추구하려는 마스크 차원의 개선 방법이 위상반전마스크이다. 현재 해상도를 향상시키기 위한 마스크로 하프톤형 위상반전마스크가 많이 사용되고 있다. 이러한 위상반전마스크의 원리는 마스크의 인접한 패턴의 하나에 위상반전 층을 형성하여 이 부분을 투과한 빛의 위상을 반전시킴으로서 해상력을 높이고자 하는 것이다.
빛이 마스크를 통과할 때 위상반전부위를 투과한 빛과 위상반전부위가 없는 부위를 투과한 빛은 서로 다른 광학 경로(optical path)를 거치게 되고 따라서 두 빛 사이에 이웃한 개구부로부터 조사되는 빛의 위상을 180°반전시켜주면 사이에낀 차광 부분의 광 강도가 0이 된다.
또한 광 차단부의 투과율이 0이 아닌 값으로 높이고, 그 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 방법이기도 하다. 이 때 발생하는 위상차(ΔΦ)는 광원의 파장(λ), 시프터(shifter)의 굴절률(n) 및 두께(d)는 아래 수식과 관계가 있다.
위의 관계식으로부터 위상반전층의 두께(d)를 조절하여 빛의 위상을 반전시킬 수 있다. 이 원리는 일반적으로 알려진 위상반전마스크 기술과 같이 인접 패턴의 광 위상차 180°가 되도록 하여 해상도 및 초점심도를 개선하는 것이나 마스크의 제작방법은 일반적인 마스크 제조방법과 동일한 순서에 의하기 때문에 여타의 알려진 위상반전마스크에 비해 단순하다고 할 수 있다.
일반적인 마스크의 전면 광 차광막인 크롬막 대신에 반 투과막을 사용하고 전체적으로 광의 위상차가 180°가 되도록 위상반전층을 형성하고 그 위에 감광막을 형성하여 기판을 준비하고 노광, 현상, 식각을 순서로 감쇠된(attenuated) 위상반전마스크를 제작하게 된다. 즉, 하프톤(half-tone)형 위상반전마스크에서는 패턴화된 하프톤 층이 투명 기판 위에 형성되고, 광 스크린 층은 하프톤 층위에 형성된다. 즉, 마스크 패턴의 일부가 불투명에서 하프톤으로 바뀌어 레지스트 패턴의 성능이 향상된다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 하프톤형 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이 석영기판(1) 전면에 위상반전층(2)으로 MoSiON를 증착하고, 이어서 위상반전층(2) 전면에 크롬층(3)을 증착한 후 포토레지스트(4)를 형성한다.
이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(4)를 노광하고 현상하여 패턴를 형성하고 크롬층(3)을 노출시킨다.
이어서, 도 1c에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(4) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 크롬층(3)을 식각하고 위상반전층(2)을 노출시킨다.
다음에, 도 1d에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(4) 및 크롬층(3) 패턴을 식각마스크로 사용하여 노출된 위상반전층(3)을 식각한다.
이 때 크롬층(3)과 위상반전층(2)의 식각은 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3가스에 O2와 He 또는 Ar 가스를 첨가하여 플라즈마 건식식각방법으로 식각한다.
마지막으로, 도 1e에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(4) 패턴을 황산 용액으로 제거하고 크롬층(3) 패턴을 에칭용액으로 제거함으로써 하프톤형 위상반전마스크를 제조한다.
도 2는 종래의 건식식각방법에 의해 제조된 위상반전층 패턴의 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 크롬층(3) 패턴 하단의 위상반전층(2) 패턴에 언더컷이 심하게 발생하였으며, 이로 인해 위상반전층(3) 패턴의 슬롭이 심하게 나타났다. 또한 석영기판(1)에도 침해를 끼쳐 석영기판의 표면에 도랑(trench)이 형성되고 거칠어지는 정도가 심하게 나타났다.
종래의 위상반전마스크 제조에서는 프루오린계 플라즈마에서 위상반전층(3)을 건식식각을 실시하다보니 프루오린계에 의한 반전층이 침해를 받아 언더컷이 심하게 발생되는 형상이 발견되었으며, 이로 인해 반전층의 슬로프가 심하게 발생되었다. 또한 프루오린계에 의한 석영기판에도 침해를 끼쳐 석영기판의 표면에 도랑(trench)이 형성되고 거칠어지는 정도가 심하게 나타나는 문제점이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 위상반전층 식각시 발생할 수 있는 언더컷 및 슬롭을 개선시키고 석영기판에서의 거칠기를 향상시킨 하프톤형 위상반전마스크를 제작하는데 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 건식식각에 따른 위상반전마스크를 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3c는 본 발명에 따른 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 DC 바이어스 전압에 따른 위상반전마스크의 식각 단면도.
도 5a 및 도 5d는 본 발명의 클로린 가스량에 따른 위상반전마스크의 식각 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 석영기판 11 : 위상반전층(MoSiON)
12 : 크롬층 13 : 포토레지스트
20 : 종합체
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전마스크 제조방법은 석영기판 상에 위상반전층과 크롬층 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계와, 포토레지스터막을 패터닝하여 크롬층과 위상반전층을 플루오른계 가스에 클로린계 가스를 함유시켜 건식식각하는 단계와, 포토레지스터 패턴을 제거하는 단계, 및 크롬층 패턴을 에칭용액으로 제거하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 3a에 나타낸 바와 같이 석영기판(10) 전면에 위상반전층(11)으로 MoSiON를 증착하고, 이어서 위상반전층(11) 전면에 크롬층(12)을 증착하고 포토레지스트(13)를 코팅한 후 포토레지스트(13) 패턴를 형성하여 크롬층(12)을 노출시킨다.
이어서, 도 3b에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(13) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 유도결합 플라즈마(ICP)장치에서 노출된 크롬층(12)을 건식식각하고 포토레지스트(13) 패턴과 크롬층(12) 패턴을 식각마스크로 사용하여 위상반전층(11)을 CF4/O2/He/Cl2가스로 건식식각한다.
다음에, 도 3c에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(13) 패턴을 황산용액으로 제거하고 크롬층(12) 패턴을 에칭용액으로 제거함으로써 하프톤형 위상반전마스크를 제조한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 DC 바이어스 전압에 따른 위상반전층 패턴의 식각 단면도이다.
도 4a는 위상반전마스크를 유도결합플라즈마(ICP) 건식식각 장치에서 식각 가스 및 유량(CF4/O2/He/Cl2,10/5/20/5sccm)을 고정하고, DC 바이어스 전압을 -100V를 인가하여 식각한 크롬층(12)과 위상반전층(11) 패턴의 단면도이다.
도 4b는 유도결합플라즈마(ICP) 건식식각 장치에서 식각 가스 및유량(CF4/O2/He/Cl2,10/5/20/5sccm)을 고정하고, DC 바이어스 전압을 -150V를 인가하여 식각한 크롬층(12)과 위상반전층(11) 패턴의 단면도이다.
도 4a 및 4b에 나타낸 바와 같이 DC 바이어스 전압이 증가함에 따라위상반전층(11)의 슬립이 수직에 가깝게 식각되었으나, 석영기판(10)의 표면은 거칠게 나타났다.
도 5a 및 5d는 본 발명의 클로린 가스량에 따른 위상반전층을 식각한 단면도이다.
도 5a는 유도결합플라즈마(ICP) 건식식각장치에서 식각 가스 및 유량(CF4/O2/He/Cl2,10/5/20/5sccm)에서 DC 바이어스 전압을 -200V에 인가하여 식각한 크롬층(12)과 위상반전층(11) 패턴의 단면도이다. 높은 DC 바이어스 전압을 인가함으로써 이온의 에너지가 높아져 식각속도가 증가되었을 뿐만 아니라 일정한 방향으로 수직 식각이 진행되었고 패턴화된 위상반전층(11)의 측벽에는 식각제와 위상반전층(11)의 반응에 의한 종합체(20)가 형성되었다.
도 5b는 세정공정으로 5a에서 형성된 종합체(20)를 제거한 상태를 나타낸 위상반전층(11)의 단면도로써 수직에 가까운 슬롭을 얻을 수 있었으나, 석영기판(10)의 표면은 거칠게 나타났다.
도 5c는 유도결합플라즈마(ICP) 건식식각 장치에서 식각 가스 및 유량(CF4/O2/He/Cl2, 10/5/20/10sccm)에서 DC 바이어스 전압을 -200V에 인가하여 식각한 위상반전층 패턴의 단면도이다. 증가된 클로린 이온에 의해 식각속도가 더욱증가되었을 뿐만 아니라 일정한 방향으로 수직 식각이 진행되었고 위상반전층(11)의 측벽에는 식각제와 위상반전층(11)의 반응에 의한 종합체(20)가 형성되었다.
도 5d는 세정공정으로 5c에서 형성된 종합체(20)를 제거한 위상반전층(11)의 단면도로써 수직으로 위상반전층(11) 슬롭이 형성되었고, 소량(5sccm) 클로린 첨가 및 DC 바이어스 증가에 의해 개선할 수 없었던 석영기판(10) 표면의 러프니스를 평탄화 할 수 있었다.
바람직하게는 유도결합플라즈마(ICP) 건식식각 장치에서 건식식각을 식각 가스 및 유량(CF4/O2/He/Cl2, 10/5/20/2.5∼25sccm)에서 DC 바이어스 전압 -200V로 인가하고 식각가스를 CF4대신에SF4또는CHF3를 사용할 수도 있다.
본 발명은 위상반전층 패턴을 형성하는 건식식각공정에서 기존에 사용되고 있는 플루오른계 식각가스에 클로린(Cl2)이 첨가된 가스를 사용하여 빠른 식각과 함께 측벽의 종합체를 형성하여 위상반전층을 건식식각함으로써 언더컷이 없는 수직의 슬롭과 매우 평탄한 식각기판을 갖는 위상반전마스크를 얻을 수 있었다.
본 발명에 의한 위상반전마스크는 위상반전층 패턴은 1~ 30%의 투과율을 갖고, 위상반전층 패턴이 형성된 영역을 투과한 광과 상기 노출된 기판 영역을 투과한 광이 90°~ 270°의 위상차를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 위상차는 180°일 경우가 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 위상반전마스크 제조방법은 수직한 위상반전층 슬롭을 얻을 수 있으며 거칠기가 없는 기판표면을 얻을 수 있어 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한 레벤손 타입의 위상반전마스크 제조에 적용했을 때에도 마찬가지 효과를 얻을 수 있어 적용 가능하다.

Claims (6)

  1. 위상반전마스크 제조방법에 있어서,
    석영기판 상에 위상반전층과 크롬층 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스터막을 패터닝하여 상기 크롬층과 상기 위상반전층을 플루오른계 가스에 클로린계 가스를 함유시켜 건식식각하는 단계와,
    상기 포토레지스터 패턴을 제거하는 단계, 및
    상기 크롬층 패턴을 에칭용액으로 제거하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전층은 MoSiON으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 건식식각은 CF4,SF4,또는CHF3/O2/He/Cl2가스에서 수행하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  4. 제 4항에 있어서,
    상기 가스(CF4,SF4,또는CHF3/O2/He/Cl2)의 유량은 10/5/20/2.5∼25sccm에서 수행하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 건식식각은 DC 바이어스 전압 -200V에서 수행하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 건식식각 단계 이후에 상기 위상반전층 측벽에 형성된 종합체를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크 제조방법.
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