KR100524630B1 - 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 특히 반도체 공정의 신뢰성을 향상하기 위한 해상도 개선에 관한 것이다.

본 발명의 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법은 반도체 제조용 투명 마스크 원판 위에 차광막을 형성하고, 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제1공정; 전자빔 전사를 통해 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 레지스트 패턴을 만들고, 패턴을 만든 후에 이방성 식각을 통해 노출된 차광막을 제거하는 제2공정; 상기 레지스트 패턴을 제거하고, 차광 패턴위에 감쇄형 위상반전 패턴을 형성하는 제3공정; 상기 위상반전 패턴을 에치백(etch back)한 후에 그 위에 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제4공정; 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 위상반전 패턴을 선택적으로 노출시키는 제5공정; 상기 노출된 위상반전 패턴을 이방성 식각하는 제6공정; 및 상기 전자빔 감광용 레지스트를 제거하는 제7공정으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법은 위상 반전효과를 극대화하여 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 위상반전 패턴과 차광 패턴을 선택적으로 배치하여 밀집 홀에서 발생하는 사이드로브(side lobe)의 제거가 가능하다.

둘째, 패턴 밀집정도에 따라 위상반전 마스크와 일반 마스크(binary mask)를 동시에 형성함으로써 컨택홀 간의 선폭차를 없앨 수 있다.

셋째, 위상반전 마스크와 일반 마스크의 장점을 모두 살려 해상도를 개선한다.

Description

선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법{Selective attenuated phase shifting mask and its manufacturing method}

본 발명은 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 특히 반도체 공정의 신뢰성을 향상하기 위한 해상도 개선에 관한 것이다.

종래의 반도체 포토리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었다. 이를 위하여 광학근접 보상 기술(optical proximity correction)과 위상반전 마스크 기술(phase shifting mask)이 등장하였고, 마스크에 그려진 패턴 형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되었다. 특히, 최근 원자외선파장 (248nm or 194 nm wavelength)의 빛에 감광력이 뛰어난 화학 증폭형 레지스트의 개발로 해상도를 더욱 더 증가시킬 수 있는 실질적인 기술들이 등장하였다. 위상반전 기술은 일본특허공보 昭62-50811호 및 논문 Marc D. Levenson et al., "Improving Resolution in Photolithography with a Phase Shifting Mask" IEEE Transactions on Electron Devices. Vol. ED-29, No.12, dec.1982, pp.1828-1836에 소개되기 시작했다. 이 후에 컨택홀 형성에 효과가 큰 감쇄형 위상반전 마스크에 대한 기술이 개발되면서 많은 연구가 계속되었다. 그 중의 하나가 Akihiro Otaka et al., "Hole Pattern Fabrication using Halftone Phase-Shifting Masks in KrF Lithography" Jpn. J Appl. Phys. Vol.32 (1993) pp.5880-5886에 소개되었다. 위상반전 마스크기술은 인접 패턴간에 작용하는 빛의 간섭현상 대신 위상천이현상이 일어나도록 마스크를 제작함으로써 웨이퍼의 생산성을 높이고, 해상력 증대를 가져올 수 있었다.

도 1은 종래기술의 마스크 제조공정을 나타낸 실시예를 도시한 것이다. 도 1a는 일반 마스크를 사용한 경우를 예시한 것인데, 투명기판(100)에 차광 크롬 (101)을 형성하고 개구부(102)를 만든다. 이 경우에 마스크의 위상(100A)과 웨이퍼의 위상(100B)은 서로 다른 상태를 갖는다. 즉, 빛의 간섭에 의해 차광부(101)가 제 역할을 하지 못하게 되어 결국은 웨이퍼의 광강도(100C)는 경계부가 불투명해진다. 이를 방지하기 위하여 위상반전 마스크가 도 1b와 같은 원리로 만들어졌다. 즉, 인접 경계부간의 위상이 반전되는 양상(100A, 100A')을 띠며, 웨이퍼에 전사되었을 때 차광경계부(101)에서 상보 위상(100B')을 갖고, 웨이퍼 광강도(100C')는 인접 패턴간에 선명하게 차단효과를 얻는다.

도 1ca는 감쇄형 위상반전 마스크를 나타낸 것인데, 감쇄형 위상반전층 (104)위에 밀집된 컨택홀(contact hole) 개구부(102)가 형성된 예이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 감쇄형 위상반전 마스크는 도 1cb와 같이 노광 마스크를 통과한 빛은 위상반전에 의한 광강도가 인접 패턴(1020)의 중간지점 (1020')에서 합쳐져 불필요한 새로운 홀을 생성함을 나타낸다. 이는 웨이퍼 패터닝에 매우 치명적으로 작용하는데, 웨이퍼의 레지스트 이미지 프로파일(1020A)은 도 1cc와 같게 된다. 새롭게 형성된 불필요한 패턴(1020B)은 밀집된 홀의 거리가 가까울수록 심각하게 작용하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

다음과 같은 마스크 제조방법을 구현함에 본 발명의 목적이 있다.

첫째, 위상반전 마스크에서 발생되는 불필요한 홀인 사이드로브(side lobe)를 없애고, 미세한 홀을 효과적으로 만든다.

둘째, 웨이퍼에 패턴 구현될 컨택홀 개구부 주변에 선택적인 감쇄형 위상반전 패턴을 자체정합방법에 의해 형성함으로써 손쉬운 제조공정이 가능하도록 한다.

셋째, 개구부간의 패턴 밀집도에 따른 선폭 차이를 방지할 수 있다.

본 발명의 상기 목적은 반도체 제조용 투명 마스크 원판 위에 차광막을 형성하고, 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제1공정; 전자빔 전사를 통해 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 레지스트 패턴을 만들고, 패턴을 만든 후에 이방성 식각을 통해 노출된 차광막을 제거하는 제2공정; 상기 레지스트 패턴을 제거하고, 차광 패턴위에 감쇄형 위상반전 패턴을 형성하는 제3공정; 상기 위상반전 패턴을 에치백(etch back)한 후에 그 위에 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제4공정; 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 위상반전 패턴을 선택적으로 노출시키는 제5공정; 상기 노출된 위상반전 패턴을 이방성 식각하는 제6공정; 및 상기 전자빔 감광용 레지스트를 제거하는 제7공정을 포함하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법에 의해 달성된다.

도 2는 본 발명의 마스크 제조방법을 나타낸 제1실시예를 도시한 것이다. 도 2a 내지 도 2g는 마스크 제조공정, 도 2h는 마스크 상태의 적용방법, 그리고 도 2i는 최종적으로 레지스트 이미지를 얻은 것을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 마스크 제조방법을 나타낸 제2실시예를 도시한 것이다. 도 3a 내지 도 3d는 마스크 제조공정, 도 3e는 마스크 상태의 적용방법, 그리고 도 3f는 최종적으로 웨이퍼의 적용상태를 나타낸 것이다.

따라서, 종래기술에 비하여 위상반전효과의 개선 및 마스크 제조의 단순화까지 제조 및 적용방법에 있어서 구체적인 차이가 있다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명의 마스크 제조방법을 나타낸 제1실시예를 도시한 것이다.

도 2a에서 반도체 제조용 투명 마스크 원판(1) 위에 차광막(2)을 1000Å으로 형성하고, 전자빔 감광용 레지스트를 도포한다. 여기서, 상기 원판(1)의 성분은 석영 (quartz)이며, 차광막(2)의 성분은 크롬(Cr)이다. 또한, 상기 전자빔 감광용 레지스트는 ZEP(4)이다.

도 2b에서 전자빔 전사를 통해 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 레지스트 패턴(40)을 만들고, 패턴을 만든 후에 이방성 식각을 통해 노출된 차광막(20)을 제거한다. 여기서, 상기 이방성 식각은 건식식각을 이용한다.

도 2c에서 상기 레지스트 패턴(40)을 황산()과 과산화수소() 혼합액으로 제거하고, 감쇄형 위상반전 패턴(30)을 형성한다. 여기서, 상기 감쇄형 위상반전 패턴(30)으로 4%의 투과율을 갖는 MoSiN을 형성한다. 이 때, MoSiN의 두께 d는 공기와 위상반전층의 굴절율 차에 의해서 결정되는데, 수학식 1과 같이 결정된다.

d = λ/2(n-1)

단, λ: 빛의 파장, n: 굴절율

도 2d에서 상기 위상반전 패턴(30)을 에치백(etch back)한 후에 그 위에 전자빔 감광용 레지스트를 도포한다. 이 때, 위상반전 패턴(30)은 차광 패턴(20) 위에 에치백하여 만들어지므로 자체정합(self-align)이 가능하다.

도 2e에서 고립되어 있는 개구부만을 노출시키기 위하여 고립된 개구부 상단의 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 상기 위상반전 패턴(30)을 선택적으로 노출(111B")시킨다.

도 2f에서 상기 노출된 위상반전 패턴(30)을 이방성 식각한다. 여기서, 상기 이방성 식각은 ICP(Induced Coupled Plasma)식각을 이용한다.

도 2g에서 상기 전자빔 감광용 레지스트를 황산 ()과 과산화수소 () 혼합액으로 제거한다.

이렇게 해서 고립된 위상반전 마스크의 위상반전 패턴(30)을 모두 제거하여 투명기판 표면(111B')이 노출되도록 한다. 더 상세히 설명하면, 위상반전 패턴(30)으로 둘러싸인 개구부(111A')를 갖는 부분과 차광 패턴(20)로 둘러싸인 개구부(111B')를 갖는 부분으로 나누어지게 된다.

도 2h는 본 발명을 통해 만들어진 선택적 위상반전 마스크의 평면도인데, 사전 설계룰 검사를 통해 인접 패턴의 중심 위치가 기준 개구부(111A') 단방향 길이의 5배 이내의 거리에 있는 경우(1:5 피치 이내의 경우)에만 개구부(111A') 주변을 둘러싼 감쇄형 위상반전 패턴(30A')을 배치하되 인접한 감쇄형 위상반전 패턴(30A')간에 어떠한 접촉도 일어나지 않도록 설계(20A')한다. 여기서, 최소한의 위상반전 패턴(30A')간의 이격거리(20A')는 설계시에 사용되는 최소 그리드(min grid) 이상이면 가능하다. 이 때, 인접 패턴의 중심 위치가 기준 개구부(111A') 단방향 길이의 5배보다 먼 거리에 있는 경우(1:5 피치 초과의 경우)에는 감쇄형 위상반전 패턴(30A')을 제거하여 차광 패턴(20A) 주변에 직접 노출되도록 한다.

도 2i는 본 마스크를 통해 사이드로브가 제거된 웨이퍼상의 레지스트 단면도인데, 본래 광이 전사되지 않은 레지스트 부분(2020(a))과 사이드로브 현상이 나타나지 않는 레지스트 부분(2020(b))을 동시에 도시하였다. 본 발명은 밀집된 개구부(111A')와 고립된 개구부(1111A')의 선폭 차이가 발생할 때 사용이 가능하다.

도 3은 본 발명의 마스크 제조방법을 나타낸 제2실시예를 도시한 것이다.

도 3a에서 반도체 제조용 투명 마스크 원판(1) 위에 차광막(2)을 1000Å으로 형성하고, 전자빔 감광용 레지스트를 도포한다. 여기서, 상기 원판(1)의 성분은 석영 (quartz)이며, 차광막(2)의 성분은 크롬(Cr)이다. 또한, 상기 전자빔 감광용 레지스트는 ZEP(4)이다.

도 3b에서 전자빔 전사를 통해 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 레지스트 패턴(40)을 만들고, 패턴을 만든 후에 이방성 식각을 통해 노출된 차광막(20)을 제거한다.

도 3c에서 상기 레지스트 패턴(40)을 황산()과 과산화수소() 혼합액으로 제거한다.

도 3d에서 상기 차광 패턴(20) 위에 에치백을 이용하여 자체정합된 감쇄형 위상반전 패턴(30)을 형성한다. 여기서, 상기 위상반전 패턴(30)으로 4%의 투과율을 갖는 MoSiN을 형성하며, MoSiN의 두께는 상기 수학식 1과 같이 결정된다.

도 3e는 본 방법에 의해 만들어진 마스크의 평면도이다.

도 3f는 웨이퍼 표면의 레지스트 단면을 나타낸 것인데, 종래기술의 도 1cc와 비교하면 사이드로브가 제거되었음을 알 수 있다.

본 발명의 제1실시예와 제2실시예는 그 제조방법에 있어서 유사하다. 즉, 제2실시예는 제1실시예의 제조방법에 포함된다. 그러나, 도 2h와 도 3e를 비교해 보면 알 수 있듯이 구현된 위상반전 마스크의 모양은 서로 차이가 있는데, 그 이유는 제1실시예에서 위상반전 패턴(30)을 제거하기 위한 공정들이 추가되었음을 알 수 있다. 따라서, 선택적인 위상반전 마스크의 제조방법이 가능함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 및 그 제조방법은 위상 반전효과를 극대화하여 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 위상반전 패턴과 차광 패턴을 선택적으로 배치하여 밀집 홀에서 발생하는 사이드로브의 제거가 가능하다.

둘째, 패턴 밀집정도에 따라 위상반전 마스크와 일반 마스크(binary mask)를 동시에 형성함으로써 컨택홀 간의 선폭차를 없앨 수 있다.

셋째, 위상반전 마스크와 일반 마스크의 장점을 모두 살려 해상도를 개선한다.

도 1은 종래기술의 마스크 제조공정을 나타낸 실시예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 마스크 제조공정을 나타낸 제1실시예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 마스크 제조공정을 나타낸 제2실시예를 도시한 것이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1: 반도체 제조용 투명 마스크 원판 2: 차광막

4, 4': 전자빔 감광용 레지스트 20: 차광 패턴

20A: 차광부 20A': 위상반전 패턴간의 이격거리

30, 30A', 300A': 위상반전 패턴 40: 레지스트 패턴

100: 투명 기판 100A: 마스크의 위상

100B: 웨이퍼의 위상 100C: 웨이퍼의 광강도

101: 차광 크롬 102: 컨택홀 개구부

104: 위상 반전층

111A, 111A', 111B, 111B', 111B", 1111A': 밀집된 개구부

1020: 인접 패턴

1020(a): 광이 전사되지 않은 레지스트 부분

1020(b): 사이드로브 현상이 나타난 레지스트 부분

1020': 인접 패턴의 중간 지점 1020A: 레지스트 이미지 프로파일

2020(a): 광이 전사되지 않은 레지스트 부분

2020(b): 사이드로브 현상이 나타나지 않는 레지스트 부분

Claims (11)

1. 위상반전 마스크 제조방법에 있어서,

   반도체 제조용 투명 마스크 원판 위에 차광막을 형성하고, 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제1공정;

   전자빔 전사를 통해 상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 레지스트 패턴을 만들고, 패턴을 만든 후에 이방성 식각을 통해 노출된 차광막을 제거하는 제2공정;

   상기 레지스트 패턴을 제거하고, 차광 패턴위에 감쇄형 위상반전 패턴을 형성하는 제3공정;

   상기 위상반전 패턴을 에치백(etch back)한 후에 그 위에 전자빔 감광용 레지스트를 도포하는 제4공정;

   상기 전자빔 감광용 레지스트를 패터닝하여 위상반전 패턴을 선택적으로 노출시키는 제5공정;

   상기 노출된 위상반전 패턴을 이방성 식각하는 제6공정; 및

   상기 전자빔 감광용 레지스트를 제거하는 제7공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 제조용 투명 마스크 원판은 석영임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 차광막은 크롬임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 차광막은 파장이 1000Å임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자빔 감광용 레지스트는 ZEP임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2공정에 있어서 이방성 식각은 건식식각임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제6공정에 있어서 이방성 식각은 ICP(Induced Coupled Plasma)식각임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 감쇄형 위상반전 패턴은 4%의 투과율을 갖는 MoSiN임을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 MoSiN의 두께를 d, 빛의 파장을 λ, 그리고 굴절율을 n이라고 할 때,

   d = λ/2(n-1)으로 결정됨을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 레지스트 패턴과 전자빔 감광용 레지스트의 제거는 황산과 과산화수소 혼합액을 이용함을 특징으로 하는 선택적 감쇄형 위상반전 마스크 제조방법.
11. 제 1 항의 방법으로 제조된 선택적 감쇄형 위상반전 마스크.