KR100457124B1 - 위상변환 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

위상변환마스크는 노광을 투과시키는 기판위에 형성된 위상시프터를 갖는다. 제 2 광투과영역으로 작용하는 위상시프터는 가돌리늄 갈륨 가네트로 만들어 진다. 막의 결함의 원인이 되는 입자의 발생을 제한할 수 있는 스퍼터링 조건하에 형성된 시프터막은 균일하며 위상변환마스크는 매우 정밀하였다.

Description

위상변환 마스크 및 그 제조방법{PHASE SHIFT MASK AND MAKING PROCESS}

본 발명은 위상변환마스크, 특히 하프톤 위상변환마스크와 그 제조방법에 관한 것이다.

본발명의 배경

현재 고밀도집적회로장치(LSI)에서 고집적화와 고속도화를 위한 추진력에서의 더 미세화된 패턴룰을 만드는 것이 요구된다. 패턴형성에서 사용된 광마스크는 또한 더 미세화된 해상도를 가질 것이 요구된다. 수 많은 위상변환마스크들이 이러한 요구가 충족되도록 개발되어 왔다. 다른것들중에서 상대적으로 제조하기 쉬운 하프톤 위상변환마스크가 실용적으로 사용된다. 도 4를 참고하여, 하프톤 위상변환마스크의 원리에 대해 설명한다. 빛의 위상을 변환시키는 시프터(42)는 석영기판(41)위에 형성된다. 빛이 이 구조물을 통과할때 시프터(42)를 통과하여 위상이 변환된 빛과 기판만을 통과하여 원래의 위상을 갖는 빛사이에 간섭이 일어난다. 해상력은 이러한 간섭을 이용하여 향상된다. 위상은 정확하게 180도로 변환되어야 한다. 마스크의 제조시 입자와 결함의 발생을 최소화하는 것이 필요하다. 입자나 결함의 크기가 미세화된 마스크패턴에 접근하게 되면 결함과 연관된 패턴이 의도된 마스크 패턴에 가해질 수 있고 마스크형성의 수율이 낮아진다. 이는 결과적으로 반도체 회로 제조의 수율을 낮춘다.

종래기술에서는 하프톤 위상변환마스크의 시프터의 재료로 규화 몰리브덴 재료가 실용적으로 사용되었다. 그러나 그것은 다음과 같은 결점을 갖고 있다.

종래에 사용된 하프톤 위상변환마스크의 시프터 막을 형성하는 규화 몰리브덴 재료는 막을 형성하기가 매우 어렵다. 이로 인하여 완성된 마스크 단계이전에 광마스크 블랭크단계에서 제조 수율이 현저히 감소한다. 이러한 문제점에 대해 추측되는 몇가지 원인이 있는데, 그중 주된 원인은 (1)반응성 스퍼터링과 (2)상대적으로 낮은 타겟 밀도이다.

(1)반응성 스퍼터링

몰리브덴 규소 시프터재료을 형성함에 있어서, MoSix로 표현되는 몰리브덴과 규소의 소결체가 타겟으로서 가장 빈번히 사용된다. 여기에서 x는 2내지 3이다. 스퍼터링할때에 다량의 산소, 질소 또는 메탄이 반응성기체로서 공급된다. 그러나 이러한 기체들은 반응성이 높기 때문에 기체성분이 타겟중심에 도달하기전에 기체성분이 성막중인 막에 흡수될 수 있다. 결과적으로 타겟 중심을 향한 방향으로 막질의 상당한 차이가 생긴다. 시프터 재료의 막질분포로서 나타나는 이러한 막질차이로 인해 굴절율의 현격한 변화가 유발된다. 더구나 입자들이 플라즈마내의 증기상에서 성장하여 시프터 막이 많은 결함을 갖게 될 수 있다.

입자와 결함의 발생은 반응기체의 유량을 감소시킴으로써 억제할 수 있다. 그러나 반응성기체의 유량이 과도하게 감소되면 막의 투과율이 의도한 수준까지 증가될 수 없다.

(2)상대적으로 낮은 타겟 밀도

종래기술인 MoSi 하프톤 위상변환마스크의 다른 결점은 몰리브텐 금속과 실리콘 금속의 소결체의 형성에 있어서 타겟이 충분히 치밀하게 될 수 없고 의도한 수준보다 낮은 밀도를 갖는 벌키한 타겟이 된다. 저밀도를 갖는 그러한 타겟이 스퍼터링될때 종종 입자와 결함이 생긴다. 덧붙여, 타겟 표면이 반응성기체에 의해 부식과 산화되기 쉬워 결함발생을 증가시키는 경향이 있다.

이러한 문제점들은 시프터막에서 결함의 관점으로 고려한것이지만, 종래기술의 위상변환마스크는 막질분포가 고르지 못하다는 또다른 심각한 문제점이 있다.

그 이유는 반응성 스퍼터링이 반응성기체로부터 막으로 많은 성분을 흡수시키는 것을 수반하기 때문이다. 막질의 고르지 못한 분포는 다음의 수학식 1에 의해 표현되는 위상변환각이 마스크기판내에 분포를 갖는다는 것을 의미한다. 그래서 고정밀의 위상변환마스크를 형성하는것이 매우 어렵다.

D = λ/2(n-1)

이 식에서 D는 180도 위상 변환을 위한 시프터 막의 두께이며, n은 시프터 재료의 굴절율이다. 그리고, λ는 투과파장이다.

상기한 바와 같이, 막형성시 시프터 재료를 성막하는 종래의 공정은 결함을 유발하는 입자의 발생을 수반한다. 결함이 없는 시프터막을 성막하는 것은 매우 어렵다.

더구나, 반응성스퍼터링은 입자발생의 원인이 되는 대량의 반응성기체를 사용한다. 반응성 기체가 흡수되는 방식은 타겟의 중심방향으로 다양하므로, 전체 기판 표면에 걸쳐 균일한 막이 형성되도록 공정을 제어하는 것이 어렵다. 타겟의 재료가 MoSi의 소결체로 한정된다는 것도 결함방지와 막질의 균일성이라는 관점에서 또한 문제이다.

발명의 개요

발명의 목적은 종래기술의 하프톤 위상변환마스크의 위에 언급한 문제점들을 해결한 위상변환마스크를 제공하고 반도체 집적회로에 있어서 미세화와 고집적화를위한 추진력에 부응하는 것이다. 또다른 발명의 목적은 위상변환마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

가돌리늄 갈륨 가네트로 형성된 위상변환막이 상기한 목적에 유효하며 가돌리늄 갈륨 가네트막이 가돌리륨 갈륨 가네트의 산화물 단결정을 스퍼터링함으로써 효과적으로 형성될수 있음이 밝혀졌다.

첫번째 관점에서, 본 발명은 노광을 투과시키는 기판위에 형성된 위상시프터로 구성된 위상 변환마스크를 제공한다. 위상시프터로 덮여있지 않은 기판영역은 제 1 광투과영역의 역할을 하고 위상시프터는 제 2 광투과영역의 역할을 한다. 위상시프터는 가돌리늄 갈륨 가네트로 만들어 진다. 바람직하게는, 위상시프터는 투과된 노광의 위상을 180±5^o변환시키며 3 내지 30%의 투과율을 가진다.

두번째 관점에서, 본 발명은 노광을 투과시키는 기판위에 스퍼터링에 의해 가돌리늄 갈륨 가네트의 막을 형성하는 단계; 가돌리늄 갈륨 가네트막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 그리고 가돌리늄 갈륨 가네트막을 패턴화하기위해 레지스트 패턴을 통해 가돌리늄 갈륨 가네트막을 건조 에칭하는 단계를 포함하는 위상변환마스크의 제조방법을 제공한다. 바람직하게는, 스퍼터링단계에서는 타겟으로서 가돌리늄 갈륨 가네트의 산화물단결정을 사용한다. 또한 바람직하게는, 스퍼터링단계는 산소, 질소 그리고 탄소중에서 선택된 원소 공급원기체를 갖는 불활성기체의 혼합물을 사용하는 반응성 스퍼터링이다. 더욱 바람직하게는, 원소 공급원기체는 불활성기체의 유량을 기준으로 산소 1 내지 25%, 질소 2 내지 20%, 또는 탄소 2 내지 15%의 유량을 제공하도록 선택된다.

본 발명에 따라 위상변환재료을 생산하기위해서, 종래기술에서 사용되었던 MoSi로 대표되는 벌키한 소결체보다는 타겟물질로서 원자수준으로 균일한 조성을 갖는 산화물 단결정을 이용하여 스퍼터링이 행하여진다. 산화물 단결정의 스퍼터링은 타겟으로부터 입자의 발생을 최소화화고 전 기질 표면에 걸쳐 균질한 막을 형성할수 있게 해준다. 타겟조성은 정량적인 산소의 양을 함유하므로, 반응성기체로 스퍼터링된 막으로 흡수되는 산소성분은 제한된다. 그래서 반응성기체는 투과율과 위상변환 각의 미세한 조정에 필요되는 단지 소량으로 공급된다. 이것은 시프터 재료의 조성의 조절을 용이하게 해주고 플라즈마내의 증기상에서 입자의 성장을 최소화하여 시프터막이 결함이 없는 상태로 형성되는 것을 보장해준다. 수학식 1로부터 이해되는 바와같이, 가돌리늄 갈륨 가네트 필름은 높은 굴절율을 가지므로 상대적으로 작은 두께에서 투과된 빛의 180도 위상변환을 제공한다. 이것은 노출시 시프터 막 두께의 (주로 초점심도에 대한)영향을 최소화 시킨다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 위상변환마스크의 단면도이다,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 위상변환마스크를 제조하는 방법을 나타낸다:

도 2a는 레지스트막의 형성을 나타내며,

도 2b는 레지스트막의 패턴닝을 나타내고,

도 2c는 건조 에칭을 나타내며,

도 2d는 레지스트막의 제거후 남은 구조를 나타낸다,

도 3은 실시예에서 사용된 라디오파 스퍼터링시스템의 예시 개략도이다,

도 4a는 하프톤 위상변환마스크의 원리를 나타내고,

도 4b는 도 4a의 원형부 X의 확대도이다.

바람직한 구체예의 설명

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 위상변환마스크에는 노광을 투과시키는 석영, CaF₂등의 기판(1)과 기판(1)에 패턴화된 시프터 막(2)이 포함된다. 시프터 막부분사이의 공간이 제 1 광투과영역(1a)이 되며 각 시프터 막부분(2)이 제 2 광투과영역이 된다. 본 발명에 따르면, 제 2 광투과영역의 역할을 하는 시프터는가돌리늄 갈륨 가네트로 만들어지고 바람직하게는 180±5^o의 위상차와 3 내지 30%의 투과율을 제공하는 두께로 만들어진다.

위상 변환 마스크의 가돌리늄 갈륨 가네트막은 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 가돌리늄 갈륨 가네트의 산화물 단결정은 바람직하게는 스퍼터링의 타겟으로써 이용된다. 가돌리늄 갈륨 가네트는 다음과 같은 이유로 인해 타겟 물질로 이용된다. 그것은 상대적으로 높은 굴절율을 가지므로, 반응성 스퍼터링이 결과적으로 248nm, 193nm 및 157nm의 의도한 광투과율을 제공하도록 행해질 수 있다. 산화물 단결정은 치밀하게 결합된 타겟 물질이므로, 반응성기체흐름에서의 스퍼터링에서도 입자가 거의 발생되지 않으며 성막중인 막에 결함이 거의 도입되지 않았다.

여기에서 사용한 스퍼터링기술은 중대하지 않으며 직류 전원이나 고주파 전원을 이용한다. 마그네크론 스퍼터링기술도 또한 유용하다. 타겟이 절연성이므로 라디오파 마그네트론 스퍼터링기술이 유리하다.

여기서 사용된 스퍼터링기체는 아르곤이나 크세논과 같은 불활성 기체이다. 바람직하게는 반응성 스퍼터링은 산소, 질소 또는 탄소의 공급원이 되는 반응성기체, 예를들면 산소기체, 질소기체, 메탄기체, 일산화탄소기체 또는 이산화탄소기체중 어떤것과 불활성기체의 혼합물을 이용하여 행해진다. 반응성 스퍼터링이 반응성기체를 흘려보냄으로써 행해지는 이유는 가돌리늄 갈륨 가네트의 굴절율과 투과율을 변화시킴으로써 막이 시프터 재료로서의 최적의 물리적 성질이 주어질 수 있다는 것이다. 반응성 스퍼터링의 경우에서도 타겟이 이미 내부에 정량적인 양의 산소원자를 포함하고 있으므로 다량의 반응성기체를 흘려보내는 것은 불필요하다. 반응성기체는 단지 막질을 개선시키기위해 유효한 유량으로 공급된다. 그래서 타겟중심으로의 막질의 균일성은 영향을 받지 않는다. 반응성 스퍼터링에 의한 MoSi타겟으로부터의 성막과 관련한 MoSi하프톤 마스크와 비교하여 볼때, 반응성기체의 비율은 너무 작아 입자의 생성이 억제된다. 타겟으로서의 가돌리늄 갈륨가네트의 산화물 단결정을 스퍼터링함으로써 형성된 위상시프터막의 광투과율과 굴절율을 미세하게 조절하는것을 원할 때, 반응성 스퍼터링은 아르곤 스퍼터링기체를 산소, 질소, 메탄, 또는 아산화질소, 일산화탄소, 또는 이산화탄소와 같은 산소, 질소 또는 탄소 공급원기체와 혼합물로 사용함으로써 행해진다. 이들 반응성기체들은 구체적인 목적에 선택적으로 이용된다. 막의 성질은 원하는 대로 조절될 수 있는데, 예를들면 광투과율이 필요할 때에 산소 또는 질소를 도입한다거나 광 투과율을 낮추는 것이 요구될 때에는 탄소성분을 도입하는 것이 그것이다.

원소공급원기체의 비율을 변화시킴으로써 굴절율이 약 2.0내지 2.6의 넓은 범위에 걸쳐 변할수 있다. 그러한 굴절율의 변화는 같은 막 두께에서도 위상변환각의 변화를 유도하여 위상변환의 미세한 조절을 가능케한다.

원소공급원기체는 불활성기체의 유량을 기준으로 산소 1 내지 25%, 질소 2 내지 20%, 또는 탄소 2 내지 15%의 유량이 되도록 하여 사용된다. 이러한 유량범위가 반응성 스퍼터링에 사용된 기체의 양보다 상대적으로 작지만 시프터 막의 굴절율을 변화시키는 데에는 효과적이다.

시프터 막은 성막되어 수학식 1에서 주어지는 두께 D를 갖게된다.

수학식 1

D = λ/2(n-1)

여기에서 D는 180도의 위상변환을 위한 시프터 막의 두께이며, n은 시프터 재료의 굴절율이며, λ는 투과 파장이다. 가돌리늄 갈륨 가네트막은 약 2.6의 굴절율을 가진다. n = 2.60의 경우, 원하는 막 두께는 사용된 광원의 파장 λ에 따라 다양하다. 180도의 위상변환각을 달성하는데 요구되는 막 두께는 표 1에서 보여진다.

사실, 굴절율은 파장이 짧을수록 감소하므로, 막의 두께는 일반적으로 지시된 값보다 커야한다. 또한 실제의 막 두께는 기판표면내의 분포에 따라 약간 변하므로 원하는 두께로 균일하게 성막하는 것이 요구된다. 위상변환마스크에 대해 위상각의 허용가능한 편차는 일반적으로 180±5^o내이므로 막질과 두께의 분포에 크게 주의하는 것이 바람직하다.

위상변환 마스크에 대한 시프터 막은 레지스트의 노광 역치를 초과하지 않는 수준으로 (약 5%의) 광 투과율을 갖는것이 필요하다. 따라서, 시프터 막을 여러 파장에 대하여 약 5%의 투과율을 갖는 재료로 조절하는 것이 요망된다. 이 경우에 투과율은 스퍼터링동안에 산소, 질소,또는 탄소 공급원기체를 혼합함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 투과율이 선택된 파장에 비해 짧으면, 산소와 질소성분의 비율은 증가하여 더 많은 산소와 질소 성분이 스퍼터링된 막으로 유입된다. 역으로 투과율이 선택된 파장에 비해 너무 높으면, 메탄 또는 그와 유사한 기체성분의 비율이 증가하여 더 많은 탄소 성분이 스퍼터링된 막으로 유입된다.

위에 언급한 것처럼 약 5%의 투과율이 적당하다. 시프터재료는 그것의 투과율이 많은 경우에 레지스트의 노광역치를 초과하지 않는 약 3내지 30%범위이내라면 유용하다.

본 발명의 위상변환마스크를 제조함에 있어서, 도 2a에 보여진 바와 같이, 가돌리늄 갈륨 가네트막(12)이 스퍼터링에 의해 우선 형성되고 레지스트막(13)은 그 후에 그 위에 형성된다. 레지스트막(13)은 도 2b에서 보이는 바와 같이 패턴화된다. 레지스트패턴(13)을 통해 가돌리늄 갈륨 가네트막(12)은 도 2c에 보여지는 바와 같이 건조 에칭된다. 최종적으로 레지스트막(13)이 제거되어 도 2d에 보여지는 바처럼 패턴화된 가돌리늄 갈륨 가네트막(12)이 기판(11)위에 남게된다. 레지스트막의 코팅, 패턴화(노광과 현상), 건조 에칭,그리고 레지스트막의 제거가 잘 공지된 기술에 의해 행해진다.

실시예

본 발명의 실시예는 한정으로서가 아닌 실례로서 아래에 주어진다.

실시예 1

도 3에서 보여진 것과 같은 라이오파 스퍼터링 시스템을 사용하여 가돌리늄 갈륨 가네트막을 석영기판위에 성막하였다. 도 3에서 보여진 라디오파 스퍼터링 시스템은 라디오파 스퍼터링 챔버(20), 석영기판(21), 그리고 기판(21)의 반대쪽의 타겟(22)를 포함한다. 여기에서 사용된 타겟은 가돌리늄 갈륨 가네트 단결정이었다. 여기에서 사용된 스퍼터링 기체는 반응성기체로서 30 sccm의 아르곤과 1 sccm의 메탄의 혼합물이었다. 기체혼합물(아르곤 혼합 기체)은 도 3에서 보여지는 바와같이 샤워식으로 공급된다. 반응성 스퍼터링에 의해 825Å두께의 시프터 막이 얻어졌다.

스퍼터링조건은 표 2에서 보여지며 막의 성질은 표 3에서 보였다. TS 거리는 타겟과 기판간의 거리이다.

필름두께, 굴절율 및 투과율은 Sorpra Co.의 분광 엘립소미터 GESP-5에 의해 측정되었다.

실시예 2 내지 4

시프터 막은 스퍼터링조건을 표 4에서 보여진 것과같이 한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 형성되었다. 막의 성질은 표 5에서 보여진다.

막의 결함을 유발하는 입자의 발생을 제한할 수 있는 스퍼터링조건하에 형성된 균질한 시프터 막을 가진 고정밀도 위상변환마스크가 기술되었다.

일본 특허출원 NO. 11-139597은 참고자료로서 여기에 첨부된다.

비록 몇몇 바람직한 구체예가 기술되었으나 상기의 교시에 비추어 많은 수정과 변형이 만들어질 수 있다. 본 발명이 첨부한 청구항의 범위에서 벗어나지 않고 특정하게 기술된 것과 다르게 실행될 수 있음을 이해할 수 있다.

Claims (7)

1. 노광을 투과시키는 기판위에 형성된 제 2 광투과영역의 역할을 하며 가돌리늄 갈륨 가네트로 만들어진 위상시프터로 구성된 위상변환마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 투과된 노광의 위상을 180±5^o만큼 이동시키고 3 내지 30%의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 위상변환마스크.
3. 다음 단계들로 구성된 위상변환마스크의 제조방법.

   (1) 노광을 투과시키는 기판위에 스퍼터링에 의해 가돌리늄 갈륨 가네트 막을 형성하는 단계,

   (2) 가돌리늄 갈륨 가네트막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 단계,

   (3) 가돌리늄 갈륨 가네트막을 패턴화 하기위해 레지스트 패턴을 통해 가돌리늄 갈륨 가네트막을 건조에칭하는 단계.
4. 제 3 항에 있어서, 스퍼터링 단계에서 타겟으로 가돌리늄 갈륨 가네트를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 스퍼터링 단계가 산소, 질소 그리고 탄소중에서 선택된원소 공급원기체와 불활성기체의 혼합물을 이용하는 반응성 스퍼터링인것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 원소공급원기체가 불활성기체의 유량을 기준으로 산소 1 내지 25%, 질소 2 내지 20%, 또는 탄소 2내지 15%의 유량을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가돌리늄 갈륨 가네트막이 투과된 노광의 위상을 180±5^o만큼 변환시키고 3 내지 30%의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 위상변환마스크.