KR100594221B1 - 교호위상전이 마스크 제작용 블랭크 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측벽산란에 의한 강도감소로 인해 패턴전사시 원하지 않는 부위가 노광되어 패턴이 형성되는 현상을 억제할 수 있는 교호위상전이 마스크 제작을 위한 블랭크마스크에 관한 것이다. 본 발명은, 석영기판, 차광막 및 레지스트막을 포함하고, 패턴전사시 투과광의 위상반전을 위해 상기 석영기판에 트렌치를 형성하여 사용되는 위상전이마스크용 블랭크마스크에 있어서, 상기 석영기판에 형성될 상기 트렌치의 측벽에서의 산란에 의한 상기 투과광의 강도 감소로 인해 전사되는 패턴의 임계치수의 차를 줄이기 위해, 상기 석영기판과 상기 차광막 사이에 게재된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교호위상전이 마스크용 블랭크마스크를 제공한다. 본 발명의 블랭크마스크를 사용하여 기판식각형 교호위상전이 마스크를 제작할 경우 트렌치측벽에서의 입사광의 산란에 의한 강도감소로 인하여 패턴의 임계치수 차이를 줄일 수 있다.

Description

교호위상전이 마스크 제작용 블랭크마스크{A blank mask for fabrication of alternating phase shift mask}

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 의한 교호위상전이 마스크의 단면 및 상기 교호위상전이 마스크를 통과한 투과광의 강도 및 위상을 도시한 것이다.

도 2는 종래기술에 의한 이중트렌치 교호위상전이 마스크의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블랭크마스크의 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 교호위상전이 마스크를 제작하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

본 발명은 반도체 장치의 포토 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교호위상전이 마스크를 제작하기 위한 블랭크마스크에 관한 것이다.

교호위상전이 마스크(alternating phase shift mask)는 인접한 두 영역을 투과한 빛이 180°반전된 위상을 가지도록 하여 패턴 경계부분에서 서로 상쇄간섭효과를 일으켜 에너지가 상쇄되도록 함으로써, 분해능(resolution) 및 초점심도(depth of focus)를 향상시키기 위한 마스크이다. 이를 제조하는 방법으로 는 기판식각형(quarts etched), 상부 SOG형(top spin on glass), 하부 SOG형(bottom spin on glass) 및 하프톤형(halt tone) 등이 있다.

도 1a 및 1b는 각각 기판식각형 교호위상전이 마스크 및 상기 마스크를 통한 투과광의 강도와 위상을 도시한 것이다. 도 1a를 참조하면, 기판식각형 교호위상전이 마스크는 석영기판, 차광막으로 구성된 블랭크마스크를 패터닝하여 형성된다. 석영기판(100)에는 투과광을 180°위상반전시키기 위한 트렌치(102)가 형성되는데, 트렌치(102)가 형성된 부분(이하 편의상 위상반전지역이라 한다, S)은 트렌치가 형성되지 않은 부분(이하 편의상 정상지역이라 한다, N)의 투과광의 위상에 비해 위상이 180°반전된다. 상기 트렌치(102)는 인접한 차광막 패턴(101)을 사이에 두고 투과광이 서로 반전된 위상(180°)을 가지도록 소정의 깊이로 형성된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 위상반전지역(S)을 통과한 투과광과 정상지역(N)을 통과한 투과광은 서로 반전된 위상을 가지게 된다. 따라서, 차광막 패턴(101) 하부의 영역에서는 투과광이 상쇄되어 그 강도가 감소되므로 상기 마스크를 포토마스크로 사용한 패턴전사시 원하지 않는 부위의 포토레지스트가 감광되는 것, 즉 임계치수(critical dimension, 이하 CD라 한다.)의 차가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이러한 종래의 교호위상전이 마스크는 트렌치(102) 측벽(103)에서의 입사광의 산란으로 인하여 투과광의 강도가 약해지는 문제점이 발생한다. 즉, 트렌치 측벽(103)산란으로 인해 입사광의 강도가 약해지고, 위상반전지역(S)을 통과하는 투과광의 강도도 약해지게 된다. 따라서, 차광막 패턴(101) 하부에서 투과광들의 상쇄간섭이 완전치 않아 패턴전사시 원하지 않는 부위에 패턴이 형성되는 문제점이 발생한다. 상기 측벽산란에 의한 강도감소는 측벽(103)의 높이가 커질수록 증가하므로 측벽 높이에 비례한다고 볼 수 있다.

도 2는 기판식각형 교호위상마스크의 일종으로서, 이중트렌치가 형성된 마스크 구조를 나타낸다. 이 마스크에서는 트렌치(102)가 위상반전지역(S') 뿐만 아니라 정상지역(N')에도 형성되므로 측벽산란을 도 1a와 관련하여 설명한 단일트렌치 교호위상마스크에 비해 줄일 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 도 1a에 도시된 바와 같이 단일트렌치 교호위상마스크의 경우 위상반전지역(도 1a의 S)의 측벽높이는 차광막 두께(도 1a의 R)과 트렌치 깊이(도 1a의 D)의 합이고, 정상지역(도 1a의 N)의 측벽높이는 차광막 두께(도 1a의 R)에 해당하므로 위상반전지역(도 1a의 S)과 정상지역(도 1a의 N)의 측벽높이비는 (R+D)/R, 즉 1 + D/R이 되고, 따라서 이에 비례하여 위상반전지역(도 1a의 S)에서의 강도감소량이 증가한다고 볼 수 있다. 그러나, 도 2의 이중트렌치 마스크구조에서 단일트렌치에서와 같이 계산해 보면, 위상반전지역(S')과 정상지역(N')의 측벽높이비는 (R+D₁+D₂)/(R+D₁), 즉 1 + D₂/(R+D₁)이 되므로 그 비율이 감소되어 강도감소량도 상대적으로 감소하게 된다. 따라서, 측벽산란에 의한 강도감소를 줄이는 측면에서는 이중트렌치구조가 유리하게 된다. 그러나, 이중트렌치구조는 석영기판(100)을 2회 식각하여 제조됨으로써, 노광횟수의 증가 및 이에 따른 식각마스크의 정렬문제를 발생시키며, 석영기판의 식각시 결함(defect)의 발생을 증가시킨다는 문제점이 있다. 석영기판의 결함은 투과율이 높기 때문에 통상의 검사설비에 의해 검출되기가 어렵다는 점이 상기 이중트렌치구조의 교호위상마스크를 제작을 더욱 어렵게 하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 측벽산란에 의한 강도감소로 인해 패턴전사시 원하지 않는 부위가 노광되어 패턴이 형성되는 현상을 억제할 수 있는 교호위상전이 마스크 제작을 위한 블랭크마스크구조를 제공하는데 있다.

본 발명은, 석영기판, 차광막 및 레지스트막을 포함하고, 패턴전사시 투과광의 위상반전을 위해 상기 석영기판에 트렌치를 형성하여 사용되는 교호위상전이 마스크용 블랭크마스크에 있어서, 상기 석영기판에 형성될 상기 트렌치의 측벽에서의 산란에 의한 상기 투과광의 강도 감소로 인해 전사되는 패턴의 임계치수의 차를 줄이기 위해, 상기 석영기판과 상기 차광막 사이에 게재된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교호위상전이 마스크용 블랭크마스크를 제공한다.

상기 버퍼층은 그 두께가, 상기 석영기판에 형성되고 입사광의 위상을 180°반전시키기 위하여 다음의 수식으로 표현되는 트렌치 깊이 D보다 큰 것을 특징으로 한다.

,

여기서, λ는 입사광의 파장, n은 석영기판의 굴절율이다.

또한 상기 버퍼층은 MoSiON 또는 SiN인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

실시예

도 3은 본 발명의 블랭크마스크의 구조를 도시한 것이다. 상기 구조를 살펴보면, 석영기판(200) 상에 버퍼층(201), 차광막(202)인 크롬층 및 레지스트층(203)이 순차 적층된 구조이다. 종래의 교호위상전이 마스크를 제작하기 위한 블랭크마스크는 석영기판, 차광막 및 레지스트층이 적층된 구조인데 반해 본 발명은 상기 석영기판(200)과 차광막(202) 사이에 버퍼층(201)이 개재되어 있다.

상기 버퍼층(201)은 석영기판(200)에 형성될 트렌치(도 4c의 204)의 측면 산란에 의해 감소되는 입사광의 강도를 고려하여 그 두께가 정해진다. 두께는 석영기판의 트렌치(도 4d의 204) 깊이(도 4d의 D)에 의해 다음과 같이 결정된다.

앞서 도 1a와 관련하여 설명된 종래기술에 의한 기판식각형 위상전이 마스크는 석영기판(도 1a의 100)에 형성된 트렌치의 측벽(도 1a의 103)에서 입사광의 산란으로 인해 그 강도가 감소될 수 있다. 이 때 강도감소량은 그 정확한 값을 알기는 어렵지만, 산란을 일으키는 측벽의 총높이에 비례하게 된다. 종래기술의 도 1에서 위상전이지역(도 1a의 S)의 측벽의 높이는 트렌치 측벽깊이(도 1a의 D) 와 차광막의 높이(도 1a의 R)의 합이며, 정상지역의(도 1a의 N) 측벽높이는 차광막의 높이(도 1a의 R)이다. 따라서 차광막과 석영기판의 반사율이 동일하다고 가정하면, 위상전이지역에서는 정상지역에 비해 측벽산란이 일어날 확률이 (R+D)/R, 즉 1 + D/R 만큼 커지게 된다.

여기서 석영기판에 형성되는 트렌치의 깊이(D)는 180° 위상반전을 얻기 위해 다음의 수학식에 의해 계산된다.

여기서 λ는 입사광의 파장이고, n은 석영기판의 굴절율이다.

상기 식에서 통상의 사진공정에서 사용되는 빛의 파장과 석영의 굴절율로부터 얻어지는 트렌치의 깊이는 약 2300Å이다.

통상의 위상전이 마스크에서 차광막의 두께는 약 800~1300Å이고, 트렌치의 깊이는 앞서 계산된 약 2300Å이므로 위상반전지역의 측벽에서 산란이 일어날 확률은 정상지역에 비해 훨씬 높게 된다.

그러나, 본 실시예에서와 같이 버퍼층(201)이 상기 차광막(202)과 석영기판(200) 사이에 개재될 경우, 기판식각형 위상전이마스크를 제작할 때 위상반전지역(도 4c의 S)의 측벽높이는 석영기판(200)의 트렌치 깊이(도 4c의 D), 버퍼층의 높이(A) 및 차광막의 높이(R)의 합이며, 정상지역(도 4c의 N)의 측벽높이는 버퍼층의 높이(A) 및 차광막의 높이(R)의 합이 된다. 따라서, 트렌치, 버퍼층 및 차광막의 측벽에서의 반사율이 동일하다고 가정하면, 위상반전지역에서 산란이 일어날 확률은 정상지역보다 (R+A+D)/(R+A), 즉, 1 + D/(R+A) 만큼 높게 되므로 버퍼층이 없는 경우에 비해 그 비율이 낮아지게 된다. 따라서 본 발명의 버퍼층은 정상지역과 위상반전지역의 측벽산란에 의한 강도감소량의 차를 줄일 수 있게 된다.

버퍼층의 두께(A)가 트렌치의 깊이(도 4c의 D)보다 큰 경우 산란이 일어날 확률의 오른쪽 항인 D/(R+A)가 1보다 작게 되므로 위상반전지역(S)과 정상지역(N) 의 산란에 의한 강도감소량의 차는 더욱 작아질 것이다. 그러나, 버퍼층의 두께(A)는 상기 위상전이 마스크를 패터닝하는 후속공정 상의 문제로 인해 그 두께가 제한된다. 예컨대, 두께가 두꺼워질 경우 식각이 어려워지고, 식각면이 불규칙해질 우려가 있으므로 상기 버퍼층의 두께(A)는 4000Å이하가 되는 것이 적당하다.

이하에서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 블랭크(blank)마스크를 이용하여 교호위상전이 마스크를 형성하는 방법을 설명한다.

도 4a를 참조하면, 석영기판(200)이 노출되도록 도 3의 블랭크마스크를 패터닝하여 반도체 장치에 전사될 소정의 패턴을 형성한다. 상기 패턴 형성과정은 통상의 방법으로 수행되는데, 먼저 상기 레지스트막(도 3의 203)에 전자빔을 조사하고 이를 현상하여 상기 소정의 패턴에 대응되는 레지스트패턴(미도시)을 형성하고, 상기 레지스트패턴(미도시)을 식각마스크로 하여 차광막 패턴(202')을 형성한다. 이어서, 상기 레지스트패턴을 제거하고, 상기 차광막 패턴(202')을 식각마스크로 하여 버퍼층(도 3의 201)을 식각하여 버퍼층 패턴(201')을 형성한다. 여기서, 버퍼층은 상기 차광막 및 석영기판에 비해 식각선택비가 높은 물질로 된다. 상기 식각방법은 통상의 식각방법으로 수행된다. 예컨대, 상기 차광막(도 3의 201)이 Cr일 경우 반응성 이온식각법 또는 습식식각법을 통해 수행될 수 있고, 상기 버퍼층(도 3의 201)이 MoSiON일 경우 반응성 이온식각법을 통해 수행될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 상기 소정의 패턴이 형성된 석영기판(200) 상에 통상의 사진공정을 통해 포토레지스트패턴(203)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(203)은 위상반전지역(S)이 형성될 부위를 노출시키도록 형성된다.

이어서, 도 4c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(도 4b의 203)을 식각마스크로 하여 상기 석영기판을 식각하여 트렌치(204)를 형성한다. 상기 식각방법은 통상의 식각방법 예컨대 반응성 이온식각법이나 불산용액에 의한 습식식각을 통해 수행될 수 있다. 상기 트렌치의 깊이는 수학식1에 의해 계산되는 깊이만큼 식각된다. 상기의 과정을 통해 위상반전지역(S)과 정상지역(N)이 교번되어 존재하는 교호위상전이 마스크를 제작할 수 있다.

본 발명의 블랭크마스크를 사용하여 기판식각형 교호위상전이 마스크를 제작할 경우 트렌치측벽에서의 입사광의 산란에 의한 강도감소로 인하여 패턴전사시 발생하는 CD차이를 줄일 수 있다. 또한 종래의 블랭크마스크를 이용한 이중트렌치 교호위상전이 마스크에 비해 노광횟수가 적고, 석영기판의 결함의 발생량이 줄어들 수 있다.

Claims (3)

1. 석영기판, 차광막 및 레지스트막을 포함하고, 패턴전사시 투과광의 위상반전을 위해 상기 석영기판에 트렌치를 형성하여 사용되는 교호위상전이 마스크용 블랭크마스크에 있어서,

   상기 석영기판에 형성될 상기 트렌치의 측벽에서의 산란에 의한 상기 투과광의 강도 감소로 인해 전사되는 패턴의 임계치수의 차를 줄이기 위해, 상기 석영기판과 상기 차광막 사이에 게재된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교호위 상전이 마스크용 블랭크마스크.
2. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층은 그 두께가, 상기 석영기판에 형성되고 입사광의 위상을 180°반전시키기 위하여 다음의 수식으로 표현되는 트렌치 깊이 D보다 큰 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.

   

   ,

   여기서, λ는 입사광의 파장, n은 석영기판의 굴절율이다.
3. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층은 MoSiON 또는 SiN인 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.

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