KR100546269B1 - 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

하프톤 위상 반전 마스크를 제공한다. 본 발명은 마스크 기판과, 상기 마스크 기판 상에 형성된 투광영역과, 상기 투광영역의 외측에 상기 투광영역을 노출시키도록 형성되고, 위상 시프터로서 투과율이 4∼30%이고, 위상을 180±10도로 조절할 수 있는 고투과율의 시프터막 패턴과, 상기 투광영역의 외측에 형성된 고투과율의 시프터막 패턴의 외측으로 접하여 형성되고, 차광영역으로서 투과율이 1∼2%이면서 상기 고투과율의 시프터막 패턴보다는 투과율이 낮은 저투과율의 시프터막 패턴으로 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 마스크 기판 상에 고투과율의 시프터막 패턴과 이에 인접한 저투과율의 시프터막 패턴(차광영역)이 형성되어 있어 레지스트 패턴 형성시 초점심도 및 분해능을 향상시킬 수 있다.

Description

하프톤 위상 반전 마스크 및 그 제조방법{Half-tone phase shift mask and manufacturing method thereof}

본 발명은 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 하프톤 위상 반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 집적도가 증가함에 따라 사진 현상공정에서 제조할 수 있는 패턴 크기의 한계에 도달하고 있다. 이 한계를 극복하기 위하여, KrF나 ArF 등의 단파장을 이용하여 노광하는 방법이나, 위상 반전 마스크를 이용하여 분해능 및 초점 심도를 향상시키는 방법이 사용되고 있다.

상기 위상 반전 마스크 중에서 콘택층에 하프톤 위상 반전 마스크가 사용되고 있다. 상기 하프톤 위상 반전 마스크에서 있어서 중요한 요소는 위상각(phase angle) 및 투과율이며, 상기 투과율이 높을 경우 위상 반전 마스크의 효과가 증대되어 분해능을 향상시킬 수 있다.

그러나, 투과율이 높으면 원하지 않는 부위의 포토레지스트가 광을 받아서 현상시 손실되는 사이드 로브 현상이 심각하게 발생하여 실제 반도체 소자의 제조시 사용하지 못하게 된다. 또한, 투과율이 높으면 마스크 제조공정중의 결함 검사 설비에서 검사가 불가능한 경우가 발생되어 마스크 제조에 어려움을 겪게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 투과율을 높임으로써 발생하는 사이드 로브 현상을 억제하고 검사 설비에서 검사 가능한 하프톤 위상 반전 마스크를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 하프톤 위상 반전 마스크를 제조하는 데 적합한 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 마스크 기판을 포함한다. 상기 마스크 기판 상에는 투광영역이 형성되어 있다. 상기 투광영역의 외측에 상기 투광영역을 노출시키도록 형성되고, 위상 시프터로서 투과율이 4∼30%이고, 위상을 180±10도로 조절할 수 있는 고투과율의 시프터막 패턴이 형성되어 있다. 그리고, 상기 투광영역의 외측에 형성된 고투과율의 시프터막 패턴의 외측으로 접하여 형성되고, 차광영역으로서 투과율이 1∼2%이면서 상기 고투과율의 시프터막 패턴보다는 투과율이 낮은 저투과율의 시프터막 패턴이 형성되어 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법은 마스크 기판 상에 시프터막, 차광막 및 레지스트막을 순차적으로 형성하는 것을 포함한다. 상기 레지스트막 및 차광막을 패터닝하여 레지스트막 패턴 및 차광막 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트막 패턴을 제거한다. 상기 차광막 패턴을 마스크로 상기 시프터막을 식각하여 시프터막 패턴을 형성한다. 상기 차광막 패턴 및 시프터막 패턴이 형성된 마스크 기판을 알카리 화학용액으로 처리하여 상기 시프터막 패턴을 고투과율의 시프터막 패턴과 저투과율의 시프터막 패턴으로 구분하여 형성하되, 상기 고투과율의 시프터막 패턴은 위상 시프터로서 투과율이 4∼30%이고, 위상을 180±10도로 조절할 수 있게 형성하고, 상기 저투과율의 시프터막 패턴은 차광영역으로서 투과율을 1∼2%로 형성한다. 이어서, 상기 차광막 패턴을 제거한다.

본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 마스크 기판 상에 고투과율의 시프터막 패턴과 이에 인접한 저투과율의 시프터막 패턴(차광영역)이 형성되어 있어 레지스트 패턴 형성시 초점심도 및 분해능을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 하프톤 위상 반전 마스크를 도시한 단면도이다.

구체적으로, 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 마스크 기판(1)과, 상기 마스크 기판(1) 상에 투광영역(2)과, 상기 투광영역(2)의 외측에 상기 투광영역(2)을 노출시키도록 형성된 고투과율의 시프터막 패턴(3b)과, 상기 투광영역(2)의 외측에 형성된 고투과율의 시프터막 패턴(3b)의 외측으로 접하여 상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)보다 투과율이 낮은 저투과율의 시프터막 패턴(3a)으로 구성된다.

상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)은 광 투과율이 4∼30%로 구성하며, 저투과율의 시프터막 패턴(3a)은 광 투과율이 1∼2%이다. 상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)은 위상 시프터로써 위상을 180±10도로 조절한다. 그리고, 저투과율의 시프터막 패턴(3a)은 실제로 투과율이 낮아 차광영역이다. 이로써, 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)으로 인하여 초점 심도 및 분해능이 향상된 상태에서 반도체 기판 상에 레지스트 패턴을 신뢰성있게 형성할 수 있다.

도 2 내지 도 5는 도 1에 도시한 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법을 도시한 단면도들이다.

도 2는 시프터막, 차광막 및 레지스트막을 형성하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, 빛이 투과할 수 있는 마스크 기판(1), 예컨대 유리 기판 상에 시프터막(3)을 형성한다. 상기 시프터막(3)은 본 발명의 최종 제조 단계에서 차광막 역할을 할 수 있도록 1∼2%의 저투과율을 가지도록 형성하며, 후 제조공정의 알카리 화학용액에서 막의 투과율이 변하는 특성을 가지도록 한다. 본 실시예에서, 상기 시프터막(3)으로 MoSiON막을 이용한다.

다음에, 상기 시프터막(3) 상에 차광막(5), 예컨대 Cr막을 형성한다. 상기 차광막(5)은 광 밀도와는 무관하게 100∼1000Å 사이에서 가능한한 얇은 구조를 가지도록 현성하여 후공정에서 건식식각 또는 습식식각이 가능하도록 한다. 본 실시예에서, 상기 차광막(5)은 200∼700Å의 두께로 형성한다. 이어서, 상기 차광막(5) 상에 레지스트막(7)을 형성한다.

도 3은 레지스트막 패턴 및 차광막 패턴을 형성하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, E-빔이나 레이저 노광 설비를 이용하여 상기 레지스트막(7)을 패터닝하여 레지스트막 패턴(7a)을 형성한다. 이어서, 상기 레지스트막 패턴(7a)을 마스크로 상기 차광막(5)을 습식 식각 또는 건식 식각하여 차광막 패턴(5a)을 형성한다.

도 4는 시프터막 패턴(3a)을 형성하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, 상기 레지스트막 패턴(7a)을 제거한 후 상기 차광막 패턴(5a)을 마스크로 상기 시프터막(3)을 건식 식각하여 시프터막 패턴(3a)을 형성한다. 이어서, 상기 마스크의 결함검사공정을 수행하여 원하지 않는 결함을 레이저나 FIB(focused ion beam)으로 제거한다. 상기 결함 검사 공정은 마스크의 구조 자체가 일반적인 마스크와 동일하므로 검사 설비에서 종래의 투과율로 인한 검사 난이성을 배제시킬 수 있다.

도 5는 고투과율의 시프터막 패턴(3b)을 형성하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, 차광막 패턴(5a) 및 시프터막 패턴(3a)이 형성된 마스크 기판(1)을 SC1과 같은 알카리 성분의 화학용액으로 처리하면 상기 시프터막 패턴(3a)이 화학용액과 접촉하게 된다. 이렇게 되면, 시프터막 패턴(3a) 중의 Mo⁺이온이 빠져 나가게 되어 상기 차광막 패턴(5a)의 하부 일부의 시프터막 패턴(3a)의 투과율이 상승하고 위상이 시프트되는 각도가 변화게 된다. 즉, 상기 시프터막 패턴(3a)의 일부가 고투과율의 시프터막 패턴(3b)이 되고, 그 나머지는 상기 고투과율의 시프터막 패턴보다 투과율이 낮은 저투과율의 시프터막 패턴(3a)이 된다. 상기 저투과율의 시프터막 패턴(3a)은 투과율이 1∼2%라 실제로는 차광영역이 된다.

상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)의 투과율은 원하는 만큼 변화시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 4∼30%로 조절하고, 위상각은 180±10도로 조절하여 위상반전효과가 극대화 되도록 한다. 그리고, 상기 고투과율의 시프터막 패턴의 폭(d)은 0.4∼1.0㎛로 조절하여 위상이 반전되는 영역을 가지도록 한다. 만약, 상기 폭(d)이 필요 이상으로 커지게 되면 사이드 로브(side lobe)가 발생할 위험성이 있다. 계속하여, 상기 차광막 패턴(5a)을 제거하면 도 1에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 반전 마스크가 완성된다.

도 6은 본 발명에 의한 하프톤 마스크과 이를 이용하여 빛을 투과시켰을 때의 진폭(amplitude)을 나타낸 도면이다.

구체적으로, 마스크 기판(1) 상의 투광영역(2)을 통과한 빛은 진폭이 크고 상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)을 통과한 빛은 진폭이 작다. 그리고, 저투과율의 시프터막 패턴(3a)을 통과한 빛은 진폭이 거의 없어 빛이 통과되지 않는다. 결국, 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크를 이용하여 반도체 기판 상에 레지스트막 패턴을 형성할 경우 상기 고투과율의 시프터막 패턴(3b)로 인하여 초점심도 및 분해능을 향상시키면서 신뢰성 있게 레지스트막 패턴을 형성할 수 있다.

이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크는 마스크 기판 상에 고투과율의 시프터막 패턴과 이에 인접한 저투과율의 시프터막 패턴(차광영역)이 형성되어 있다. 이로써, 상기 고투과율의 시프터막 패턴으로 인하여 반도체 기판 상에 초점심도 및 분해능을 향상시키면서 신뢰성 있게 레지스트막 패턴을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 하프톤 위상 반전 마스크를 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5는 도 1에 도시한 본 발명의 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법을 도시한 단면도들이다.

도 6은 본 발명에 의한 하프톤 마스크과 이를 이용하여 빛을 투과시켰을 때의 진폭(amplitude)을 나타낸 도면이다.

Claims (4)

1. 마스크 기판;

   상기 마스크 기판 상에 형성된 투광 영역;

   상기 투광영역의 외측에 상기 투광영역을 노출시키도록 형성되고, 위상 시프터로서 투과율이 4∼30%이고, 위상을 180±10도로 조절할 수 있는 고투과율의 시프터막 패턴; 및

   상기 투광영역의 외측에 형성된 고투과율의 시프터막 패턴의 외측으로 접하여 형성되고, 차광영역으로서 투과율이 1∼2%이면서 상기 고투과율의 시프터막 패턴보다는 투과율이 낮은 저투과율의 시프터막 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 반전 마스크.
2. 마스크 기판 상에 시프터막, 차광막 및 레지스트막을 순차적으로 형성하는 단계;

   상기 레지스트막 및 차광막을 패터닝하여 레지스트막 패턴 및 차광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트막 패턴을 제거하는 단계;

   상기 차광막 패턴을 마스크로 상기 시프터막을 식각하여 시프터막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 차광막 패턴 및 시프터막 패턴이 형성된 마스크 기판을 알카리 화학용액으로 처리하여 상기 시프터막 패턴을 고투과율의 시프터막 패턴과 저투과율의 시프터막 패턴으로 구분하여 형성하되, 상기 고투과율의 시프터막 패턴은 위상 시프터로서 투과율이 4∼30%이고, 위상을 180±10도로 조절할 수 있게 형성하고, 상기 저투과율의 시프터막 패턴은 차광영역으로서 투과율을 1∼2%로 형성하는 단계; 및

   상기 차광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 시프터막은 MoSiON막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 차광막은 100∼1000Å 두께의 크롬막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법.